KR20070050970A - 무수은 램프 및 램프장치 - Google Patents

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마사후미 진노
히데키 모토무라
시게루 호리이
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
히데키 모토무라
마사후미 진노
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Abstract

무수은 램프는 희가스로 채워진 유리벌브(4); 상기 유리벌브(4)에 제공되는 제 1 및 제 2 내부전극 유닛(19, 15); 및 상기 제 1 및 제 2 내부전극 유닛(19, 15) 사이에서 점등 중에 형성되는 방전로에 대응하는 영역에서 상기 유리벌브(4)의 외부면에 제공되는 외부전극(24)을 포함하며, 상기 외부전극(24)에 의해 양광주가 상기 방전로를 따라 생성되고 횡단면에서 팽창되도록 한다. 제 1 내부전극 유닛(19)은 내부전극(18, 20)으로 구성되고, 제 2 내부전극 유닛(15)은 내부전극(14, 16)으로 구성된다.
내부전극, 외부전극, 양광주, 팽창, 방전로, 수축, 횡단면

Description

무수은 램프 및 램프장치{MERCURY-FREE LAMP AND LAMP APPARATUS}
본 발명은 무수은 램프 및 이 무수은 램프를 포함하는 램프장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 무수은 램프와 같이 희가스로 채워진 방전용기를 구비한 램프에 관한 것이다.
무수은 램프는 예전부터 주목을 받아왔으며, 특히 주 방전매체로 크세논과 같은 희가스를 사용하고 말 그대로 수은은 사용하지 않기 때문에 환경 보호를 고려하여 최근에 더 관심이 증가하고 있다. 또한, 희가스를 사용하는 무수은 램프는, 수은램프보다 주위 온도에 영향을 덜 받지만, 일정한 수준의 휘도를 제공한다는 유익한 효과를 갖는다(일본공개특허공보 소62-281256 및 일본공개실용신안공보 평2-67554 참조).
따라서, 무수은 램프와 형광램프의 조합인 무수은 형광램프가 일반 점등용으로 개발되어 왔다.
그러나, 무수은 형광램프는 수은을 포함하는 형광램프(이하, 수은을 포함하는 형광램프를 간단히 "형광램프"라 한다)보다 휘도가 떨어진다. 그러므로, 일반 점등용으로 널리 사용하는 형광램프를 위한 대체 광원으로 무수은 형광램프를 사용하기 위해서, 휘도를 증가하는 것이 요구된다. 휘도를 증가하기 위해서는 구동전류 를 증가하는 것이 필요할 뿐이라고 생각할 수 있다.
그러나, 어떤 시점에서 구동전류가 일정하게 증가할 경우, 양광주가 확산상태에서 확산상태보다 더 낮은 형광 휘도를 갖는 수축상태(contracted state)로 천이한다. 영광주가 천이상태에 있는 한, 휘도는 구동전류에 비례하여 증가한다. 그러나, 양광주가 확산상태에서 수축상태로 천이할 때, 휘도는 극단적으로 감소한다. 이로부터 분명한 것처럼, 단순히 구동전류를 증가하는 것만으로는 휘도가 감소하는 사태를 초래할 수 있다.
상기한 문제는 무수은 형광램프에 한정되지 않고, 가령 살균을 위해 직접 사용되는 자외선을 방출하는 무수은 자외선 램프에도 적용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 필요 이상으로 구동전류를 증가하지 않고 자외선 방사량(휘도)를 증가할 수 있는 무수은 램프 및 이 무수은 램프를 포함하는 램프장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 희가스로 채워진 방전용기; 상기 방전용기에 제공되는 제 1 및 제 2 내부전극 유닛; 및 상기 제 1 및 제 2 내부전극 유닛 사이에서 점등 중에 형성되는 방전로에 대응하는 영역에서 상기 방전용기의 외부면에 제공되는 외부전극을 포함하며, 상기 외부전극에 의해 양광주가 상기 방전로를 따라 생성되고 횡단면에서 팽창되도록 하는 무수은 램프에 의해 달성된다. 상기한 구성에 의하면, 제 1 및 제 2 내부전극 유닛에 전원을 인가하여 두 내부전극 유닛 사이에 확산 양광주를 생성하는 경우, 확산 양광주는 외부전극에 의해 횡단면에서 팽창한다. 즉, 방전로가 팽창한다(폭이 증가한다). 이에 따라, 희가스의 여기되는 원자의 개수가 증가하게 되고, 자외선광 방사량이 증가한다. 따라서, 전류를 필요 이상으로 증가하지 않고 자외선광 방사량을 증가할 수 있다.
본 발명의 램프장치는, 상기한 무수은 램프와 이를 점등하기 위한 점등회로를 포함하기 때문에 상기 무수은 램프와 같은 효과를 제공한다.
도 1a와 1b는 각각 제 1 실시예의 무수은 형광램프의 절단 평면도 및 절단 측면도이다.
도 2는 제 1 실시예의 램프장치를 나타낸다.
도 3은 비교 램프에서 확산 양광주가 어떻게 생성되는지를 나타내는 사진이다.
도 4a와 4b는 비교 램프에서 확산 양광주가 생성될 때 전극 간의 전압/전류 파형을 나타낸다.
도 5는 비교 램프에서 수축 양광주가 어떻게 생성되는지를 나타내는 사진이다.
도 6a와 6b는 비교 램프에서 수축 양광주가 생성될 때 전극 간의 전압/전류 파형을 나타낸다.
도 7은 비교 램프의 점등을 나타내는 사진이다.
도 8은 제 1 실시예의 무수은 형광램프의 점등을 나타내는 사진이다.
도 9a 내지 9d는 각각 제 1 실시예의 무수은 형광램프에서 외부전극의 위치 가 변화할 때 변화하는 총 광속, 소비전력, 발광효율, 및 피크 전압을 나타낸다.
도 10a 내지 10d는 각각 제 1 실시예의 무수은 형광램프에서 외부전극의 폭이 변화할 때 변화하는 총 광속, 소비전력, 발광효율, 및 피크 전압을 나타낸다.
도 11은 제 2 실시예의 무수은 형광램프를 나타낸다.
도 12a 내지 12c는 각각 제 2 실시예의 무수은 형광램프에서 외부전극으로 제공되는 2개의 알루미늄 테이프 중 하나의 위치가 변화할 때 변화하는 총 광속, 소비전력, 및 발광효율을 나타낸다.
도 13은 제 2 실시예의 무수은 형광램프의 점등을 나타내는 사진이다.
도 14는 제 3 실시예의 무수은 형광램프를 나타낸다.
도 15는 제 3 실시예의 무수은 형광램프의 점등을 나타내는 사진이다.
도 16은 비교 램프와 제 1 내지 3 실시예의 무수은 형광램프 간의 비교를 위한 다양한 램프 특성에 대한 측정 결과를 나타낸다.
도 17a와 17b는 각각 제 4 실시예의 무수은 형광램프의 절단 평면도 및 절단 측면도이다.
도 18은 제 4 실시예의 무수은 형광램프를 포함하는 램프장치이다.
도 19는 제 4 실시예의 무수은 형광램프에서 외부전극에 연결된 저항의 저항값이 변화할 때 발광효율이 어떻게 변화하는지를 보여주는 그래프이다.
도 20은 제 4 실시예의 변형 예에 관한 램프장치를 나타낸다.
도 21은 제 5 실시예의 램프장치를 나타낸다.
도 22a 내지 22e는 외부전극의 변형 예를 나타낸다.
도 23a 내지 23e는 주로 유리 벌브의 변형 예를 나타낸다.
도 24a는 편평형 무수은 형광램프의 절단 평면도이다. 도 24b는 도 24a의 J-J 라인을 따라 취한 절단 단면도이다. 도 24c는 도 24a의 K-K 라인을 따라 취한 단면도이다.
다음은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
제 1 실시예
도 1a는 제 1 실시예의 무수은 형광램프(2)의 절단 평면도이다. 도 1b는 제 1 실시예의 무수은 형광램프(2)의 절단 측면도이다. 여기서, 도 1a와 1b를 포함하여 도면에 도시한 부재들은 균일하게 축척되지 않은 것에 유의해야 한다.
무수은 형광램프(2)는 소다 라임 유리로 구성되고 길이방향에 직각인 면에 원형 단면을 갖는 실린더형 유리 벌브(4)를 포함한다. 유리 벌브(4)는 방전 용기의 일 예로 도시된다. 유리 벌브(4)는 26㎜의 내경을 갖는다.
무수은 형광램프(2)는 또한 유리 벌브(4)가 밀폐되는 두 단부가 지지하는 리드 와이어(6, 8, 10, 12)를 포함한다. 리드 와이어(6, 8)는 서로 평행하고, 리드 와이어(10, 12)는 서로 평행하다. 리드 와이어(6, 10)는 같은 축에 있고, 리드 와이어(8, 12)는 같은 축에 있다.
각 리드 와이어(6, 8, 10, 12)는 유리 벌브(4) 내부에 배치된 내부전극(14, 16, 18, 20)에 각각 연결된다. 즉, 무수은 형광램프(2)는 유리 벌브(4) 내에 2개의 대향하는 쌍의 내부전극을 포함하는데, 내부전극(14, 18)은 서로 대향하여 한 쌍을 이루고, 내부전극(16, 20)은 서로 대향하여 다른 쌍을 이룬다. 다시 말해, 무수은 형광램프(2)는, 후술하는 바와 같이, 이 실시예에서 음극인 제 1 내부전극 유닛(19)과 이 실시예에서 양극인 제 2 내부전극 유닛(15)을 포함한다. 또한, 이는 제 1 내부전극 유닛(19)이 다수의(이 실시예에서는 2개) 전극(18, 20)을 포함하고, 제 2 내부전극 유닛(15)은 다수의(이 실시예에서는 2개) 전극(14, 16)을 포함하는 것으로 해석할 수 있다.
이 실시예에서, 각 쌍에서 대향하는 두 내부전극 사이의 거리 D1은 50㎜이고, 두 쌍의 내부전극 사이의 거리 D2는 10㎜이다. 내부전극(14, 16, 18, 20)은, 가령, 니켈로 구성된다.
형광체층(22)은 두 쌍의 내부전극에 대응하는 적어도 하나의 영역과 두 쌍의 내부전극에 의해 샌드위치 된 구역을 덮도록 유리 벌브(4)의 내부면(내부벽) 위에 형성된다. 형광체층(22)은 자외선에 의해 여기될 때 청색광을 방출하는 BaMgAl10O17:Eu와 같은 형광체를 포함한다.
유리 벌브(4)는 희가스인 크세논(Xe), 네온(Ne), 및 아르곤(Ar)의 혼합가스로 채워진다. 혼합가스의 혼합비(압력비)는 Xe:Ne:Ar = 70:27:3이며, 가스 충전압은 13.3kPa이다.
외부전극(24)은 기설정된 위치에서 원주를 따라 유리 벌브(4)의 외부면 위에 제공된다. 외부전극(24)은 도전 부재이고, 이 예에서 알루미늄 테이프로 형성된다. 알루미늄 테이프의 폭 W1은 2.5㎜이고, 두께는 0.1㎜이다. 제 1 실시예에서, 외부 전극(24)은 관축 방향을 따라 내부전극(18, 20)으로부터 거리 D3의 위치에 유리 벌브(4) 주위를 알루미늄 테이프로 감아서 링-형상의 외부전극으로 형성한다.
도 2는 무수은 형광램프(2)를 포함하는 램프장치(30)를 나타낸다.
램프장치(30)는 점등회로의 예로 음극성 펄스 점등회로(32)(이하, 간단하게 "점등회로(32)"라 함)를 포함한다. 점등회로(32)는 직류전원(32), 10㏀의 저항(36), 커패시터(38), 다이오드(40), FET(42) 등을 포함한다. 도 2에서, 부호 44와 46은 무수은 형광램프(2)를 흐르는 전류를 조절하는 "방전전류 제한저항"을 나타낸다. 방전전류 제한저항은 저항값이 0㏀에서 100㏀까지 변할 수 있는 가변저항이다. 48, 50 및 52는 오실로스코프에 의해 전류값(전류파형)을 측정하도록 제공되는 1㏀의 저항을 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 이 예에서, 내부전극(18, 20)(제 1 내부전극 유닛(19))은 음극이고, 내부전극(14, 16)(제2 내부전극 유닛(15))은 양극이며, 외부전극(24)은 양극(GND) 측에 연결된다(이하, 내부전극(18, 20)은 내부전극 음극(18, 20)으로 칭하고, 내부전극(14, 16)은 내부전극 양극(14, 16)으로 칭한다). 이 경우, 도 2의 회로도로부터 분명한 것처럼, 정상 점등 중 외부전극(24)은 대향하는 전극 간에 형성되는 방전 경로를 따라 형성된 양광주의 전위와 다른 전위로 유지된다(이 예에서, 외부전극(24)은 양광주의 전위보다 더 높은 전위로 유지된다).
여기서, 무수은 형광램프(2)가 어떻게 램프장치(30)에 의해 점등되는가를 설명하기 전에 확산 및 수축 양광주를 설명한다.
램프장치(30)의 무수은 형광램프(2)로부터 외부전극(24)을 제거하고 유리 벌 브(4)에 충전가스로 크세논(Xe)만을 6.7kPa의 충전압력으로 채운 샘플 램프를 준비하였고, 준비한 샘플 램프를 펄스 점등으로 점등회로(32)에 의해 점등하였다. 점등에서 측정한 펄스의 반복 주파수는 10㎑이고, 펄스 폭은 20㎲이다.
도 3은 점등 사진이다. 도 4a와 4b는 전극 간 전압/전류 파형을 나타낸다. 도 4a는 전극(14, 18) 간 전압/전류 파형을 나타낸다. 도 4b는 전극(16, 20) 간 전압/전류 파형을 나타낸다. 도 4a와 4b에서, 수평축은 시간 [㎲]을 나타내고, 좌측 수직축은 전압 [V]을 나타내며, 우측 수직축은 전류 [㎃]를 나타내고, 전압 파형은 실선으로 나타내고, 전류 파형은 일점쇄선으로 나타낸다. 또한, 상하의 점선은 각각 0[V] 선과 0[㎃] 선을 표시한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 이 점등에서, 양광주는 그것의 전체 길이에 걸쳐 반경 방향으로 팽창(확산)한다(확산된 상태의 양광주를 "확산 양광주(diffused positive column)"라 한다).
확산 상태에서, 양광주는 많은 양의 자외선광을 방출하고, 이 자외선광은 형광체에 의해 많은 양의 가시광으로 변환되어 높은 휘도를 제공한다. 즉, 양광주가 확산 상태에 있는 한, 자외선광 방사량은 전류의 크기에 비례하여 증가한다.
그러나, 전류가 일정한 값(이 값을 "상태천이 전류값"이라 한다)을 초과하면, 양광주는 도 5의 사진에 나타낸 바와 같이 선으로 수축되는 상태로 천이한다(이 상태의 양광주는 "수축 양광주(contracted positive column)"라 한다). 도 6a와 6b는 양광주가 수축 상태에 있을 때 전극 간 전압/전류 파형을 나타낸다. 도 4a와 4b와 같이, 도 6a는 전극(14, 18) 간 전압/전류 파형을 나타내고, 도 6b는 전 극(16, 20) 간 전압/전류 파형을 나타낸다.
수축 양광주에서의 자외선광 방사량은 확산 양광주에서의 자외선광 방사량보다 훨씬 적다. 그 결과, 양광주가 수축 상태로 천이할 때, 램프 휘도는 급격하게 감소한다. 즉, 양광주가 확산 상태에서 수축 상태로 천이하기 직전에 양광주로부터 최대량의 자외선광이 방사된다.
상기한 상황을 고려하면, 이 실시예의 램프장치(30)는 가변저항(44, 46)을 제어하여 양광주가 확산상태에서 수축상태로 천이하기 바로 전에 무수은 형광램프(2)가 빛을 방출하도록 한다.
다음은 제 1 실시예의 무수은 형광램프(2)가 어떻게 점등되는지를 설명한다.
다음의 설명에서 무수은 형광램프(2)는, 펄스 반복주파수 30㎑ 및 펄스 폭 20㎲의 조건 하에서 점등되는 것으로 가정한다.
도 1a 및 1b로 돌아가서, 이 실시예의 무수은 형광램프(2)는, 외부전극(24)이 내부전극(18, 20)으로부터 10㎜의 위치(거리 D3으로서)에 형성되며, 상기한 점등 조건하에서 점등되었다. 도 8은 점등 사진을 보여준다. 램프장치(30)의 무수은 형광램프(2)로부터 외부전극(24)을 제거하여 비교 램프를 준비하여 같은 점등 조건 하에서 점등하였다. 도 7은 비교 램프의 점등을 보여준다.
도 7과 8로부터, 양광주가 외부전극(24)을 포함하는 영역과 그 주변에서 더 팽창된 것(즉, 양광주의 횡단면적이 증가한 것)으로 이해된다. 이는, 양광주가 양광주를 둘러싸는 외부전극(24)에 의해 외측으로 당겨지고 양광주의 전위보다 더 높은 전위로 유지되기 때문이다. 양광주의 횡단면적의 증가, 즉 방전로의 팽창에 의 해 여기 원자의 수가 증가하고 이에 따라 자외선 방사 강도가 증가한다. 이에 따라 형광체에 의한 변환 결과로 생성되는 가시광선의 양이 증가시키고, 램프 휘도를 개선한다(광속을 증가한다). 또한, 양광주의 팽창에 의해 형광체층에 더 근접한 위치로부터 자외선광이 방사되도록 한다. 이는 또한 광속도 증가시킨다.
상기한 효과는 실험을 통해 검증하였다.
[실험 1]
도 1a에 도시한 바와 같이, 외부전극(24)과 내부전극음극(18, 20) 간의 거리인 거리 D3을 0㎜ 내지 50㎜의 범위 내에서 변화시켜 램프 특성을 측정하였다.
측정 결과는 도 9a 내지 9d에 도시한다. 도 9a는 외부전극의 위치와 총 광속 간의 관계를 나타낸다. 도 9b는 외부전극의 위치와 소비전력 간의 관계를 나타낸다. 도 9c는 외부전극의 위치와 발광효율 간의 관계를 나타낸다. 도 9d는 외부전극의 위치와 인가전압(내부전극 간의 피크전압) 간의 관계를 나타낸다. 도 9a 내지 9d에서, 점선은 비교 램프의 측정 결과를 나타낸다. 여기서, 총 광속은 구형 광속계(integrating photometer)를 이용하여 측정된 휘도 값으로부터 변화한 값이다.
도 9a에 도시한 바와 같이, 외부전극(24)의 위치에 관계없이, 무수은 형광램프(2)는 항상 비교 램프보다 총 광속이 높다. 즉, 무수은 형광램프(2)는 양극(GND) 측에 접속된 외부전극(24)이 유리벌브(4)의 관축 방향(즉, 안정 점등 중에 형성되는 방전로를 따른 방향)으로 내부전극음극(18, 20) 근방에 위치하든지 또는 내부전극양극(14, 16) 근방에 위치하든지 비교 램프보다 총 광속이 항상 더 높다. 거리 D3이 7.5㎜일 때, 총 광속의 최대값(24.0[lm])이 측정되었다. 거리 D3이 7.5㎜보다 커짐에 따라 총 광속은 점차 줄어든다. 전체적으로, 무수은 형광램프(2)의 총 광속은 비교 램프의 광속보다 대략 10% 정도 더 높다. 상기한 측정 결과는 가능한 많은 광속을 얻고자 하는 관점에서, 외부전극(24)은 내부전극양극(14, 16)보다 내부전극음극(18, 20)에 더 근접하는 것(최적으로는 D3 = 7.5㎜인 위치)이 바람직하다는 것을 나타낸다. 이는, 외부전극(24)이 내부전극음극(18, 20) 근방에 위치할 때, 외부전극(24)이 내부전극음극(18, 20)에 전류가 모여 음극점(cathode spot)을 형성하는 것을 방지하고 양광주가 내부전극 간에 일어나는 방전에 의해 수축되는 것을 방지하기 때문이다.
도 9b에 도시한 것처럼, 무수은 형광램프(2)의 소비전력은 비교 램프의 소비전력보다 대략 10% 정도 더 높다. 또한, 전체적으로, 무수은 형광램프(2)의 소비전력은 대략 일정하며, 외부전극(24)의 위치에 관계없이 거의 변하지 않는다. 그러나, 무수은 형광램프(2)의 소비전력은 거리 D3 = 0㎜일 때, 급격하게 증가한다.
이에 대한 원인 중의 하나는, 외부전극(24)과 내부전극음극(18, 20) 간의 거리가 0일 때, 외부전극(24)과 내부전극음극(18, 20) 간에 방전이 일어난다는 것으로 생각된다.
도 9c에 나타낸 것처럼, 거리 D3이 0㎜보다 커짐에 따라, 광속은 점차 증가하여 대략 D3 = 15㎜일 때 최대가 된다. 또한, 무수은 형광램프(2)는, D3이 10㎜ 내지 40㎜ 범위 내에 있을 때, 비교 램프보다 광속이 확실히 더 높다.
도 9d에 나타낸 것처럼, 이 실험에서 무수은 형광램프(2)는 비교 램프보다 인가전압이 항상 더 낮다. 이는 외부전극(24)이 무수은 형광램프(2)에 제공된 사실 에 기인할 수 있다. 무수은 형광램프(2)의 인가전압은 대략 D3 = 15㎜일 때 최소가 된다. 인가전압이 낮아질수록, 전원의 크기를 작게 할 수 있어 램프의 설계를 용이하게 한다. 도 9d로부터 판단하면, D3은 5㎜ 내지 20㎜의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 10㎜ 내지 20㎜ 범위 내에 있는 것이 더욱 바람직하다.
[실험 2]
실험 2로서, 외부전극의 폭 W1(도 1a 참조)을 1㎜에서 17.5㎜의 범위 내에서 변화시켜 램프 특성을 측정하였다. 이 실험에서, 거리 D3은 상대적으로 큰 총 광속과 높은 발광효율이 측정된 10㎜로 고정되었다.
도 10a 내지 10d에 측정 결과를 나타내었다. 도 10a 내지 10d에서, 수평축은 외부전극의 폭 W1을 나타내고, 수직축은 도 9a 내지 9d에서와 동일한 것을 나타낸다. 도 10a 내지 10d에서, 점선은 비교 램프의 측정 결과를 나타낸다. 여기서, 비교 램프의 값이 도 9a와 10a 사이, 도 9b와 10b 사이, 그리고, 도 9c와 10c 사이에서 약간 변하였지만, 이는 실험 1과 2는 다른 시간에 수행되었기 때문이라는 것에 유의해야 한다. 이는 또한 실험 1과 2의 결과 사이 그리고 후술하는 실험 3과 4의 결과 사이의 관계에도 적용된다.
도 10a에 나타낸 바와 같이, 이 실시예에서 무수은 형광램프(2)는 총 광속이 비교 램프보다 항상 더 높다. 무수은 형광램프(2)의 총 광속은 폭 W1이 5㎜ 내지 15㎜의 범위 내에 있을 때 대략 일정하다. 이 범위 내에서 폭 W1이 10㎜인 경우, 총 광속의 최대값(23.8[lm])이 측정되었다. 폭 W1이 10㎜보다 커짐에 따라, 총 광속은 점차 감소한다. 이는, 빛을 차단하는 알루미늄 테이프가 이 실시예에서 외부 전극으로 사용되기 때문이다.
도 10b와 10c에 나타낸 것처럼, 폭 W1이 더 커짐에 따라, 소비전력은 더 커지고 발광효율은 감소한다. 발광효율의 감소는 소비전력의 증가에 기인할 수 있다. 소비전력의 증가는 다음에 기인할 수 있는 것으로 생각된다. 즉, 외부전극과 내부전극 간에 일어나는 방전은 외부전극과 내부전극 간에 존재하는 유리벌브가 커패시턴스(capacitance)로 되는 방전이다. 즉, 외부전극의 폭이 증가함에 따라, 유리벌브의 외표면과 접촉하는 외부전극의 면적은 증가한다. 이는 또한 커패시턴스를 증가시키고, 그만큼 전류가 외부전극으로 흘러든다. 이것이 소비전력을 증가시킨다.
도 10b에 나타낸 것처럼, 인가전압은 외부전극(24)의 폭 W1이 더 커짐에 따라 감소한다.
실험 1과 2의 결과를 고려하면, 외부전극(24)과 내부전극음극(18, 20) 간의 거리 D3이 10㎜인 것이 바람직하고, 외부전극(24)의 폭 W1이 2.5㎜ 이하인 것이 바람직하다.
상기한 예에서, 청색 형광체(BaMgAl10O17:Eu)만이 형광체층을 구성하는 형광체로 이용된다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 형광체층을 구성하는 형광체로서, 청색 형광체(BaMgAl10O17:Eu), 적색 형광체(Y2O3:Eu), 및 녹색 형광체(LaPO4:Ce, Tb)의 혼합이 전체적으로 백색광이 방출되도록 사용될 수 있다.
제 1 실시예의 무수은 형광램프(2)와 일치하는 램프를 제작하였고, 3가지 색상을 위한 상기한 형광체가 형광체층을 형성하도록 사용되었으며, 내부전극음 극(18, 20)으로부터 (거리 D3으로서) 10㎜의 위치에 2.5㎜-폭의 알루미늄 테이프를 위치시켜 외부전극(24)을 제공하였다. 제작된 램프는 180[lm]의 총 광속과 50[lm×W-1]의 발광효율을 제공하였다.
제 2 실시예
도 11은 제 2 실시예의 무수은 형광램프(60)를 나타낸다. 제 1 실시예의 무수은 형광램프(2)(도 1a 및 1b 참조)에서, 외부전극은 한 개의 알루미늄 테이프로 구성된다. 제 2 실시예의 무수은 형광램프(60)에서, 두 개의 알루미늄 테이프가 두 개의 외부전극으로 이용된다. 그외에, 제 2 실시예의 무수은 형광램프(60)는 제 1 실시예의 무수은 형광램프(2)와 기본적으로 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 제 2 실시예의 다음 설명은 제 1 실시예와의 차이에 집중될 것이며, 동일한 구성에는 동일한 부호가 부여되고, 공통 구성에 대한 설명은 생략한다.
무수은 형광램프(60)는, 외부전극(24)과 유사하고 원주를 따라 유리벌브(4)의 외부면에 배치된 알루미늄 테이프(62)를 구비한다. 즉, 제 2 실시예의 무수은 형광램프(60)에서, 외부전극(64)은 두 개의 알루미늄 테이프(24, 62)로 구성된다. 또한, 편의상 알루미늄 테이프(24) 부분은 제 1 외부전극(24)으로 참조하고, 알루미늄 테이프(62) 부분은 제 2 외부전극(62)으로 참조한다. 도시되지는 않았지만, 제 2 외부전극(62)은 도 2에 도시한 회로에 배선 연결되어 제 2 외부전극(62)과 제 1 외부전극(24)은 동일한 전위를 유지한다.
[실험 3]
세 번째 실험으로서, 제 1 외부전극(24)과 제 2 외부전극(62) 양자의 폭을 2.5㎜로 설정하고, 내부전극음극(18, 20)으로부터 제 1 외부전극(24)의 거리 D3을 10㎜로 고정하며, 내부전극음극(18, 20)으로부터 제 2 외부전극(62)의 거리 D4를 변화시켜 실험 1과 같은 방식으로 실험 3을 수행하였다. 도 13은 제 2 외부전극이 유리벌브(4)의 중간(D4 = 25㎜)에 위치할 때 무수은 형광램프(60)의 점등을 나타내는 사진이다.
측정결과는 도 12a 내지 12c에 나타낸다. 도 12a는 제 2 외부전극(62)과 총 광속 간의 관계를 나타낸다. 도 12b는 제 2 외부전극(62)의 위치와 소비전력 간의 관계를 나타낸다. 도 12c는 제 2 외부전극(62)의 위치와 발광효율 간의 관계를 나타낸다. 도 12a 내지 12c에서, 점선은 비교 램프의 측정결과를 나타낸다. 또한, 일점쇄선은 거리 D3을 10㎜로 설정하여 제 1 외부전극(24)만 사용하는 경우 실험 1에서 얻은 최적값을 나타낸다.
도 12a에 나타낸 바와 같이, 제 2 외부전극(62)의 위치에 관계없이, 무수은 형광램프(60)는 비교 램프보다 총 광속이 항상 더 높다. 전체적으로, 무수은 형광램프(60)의 총 광속은 비교 램프의 총 광속보다 30% 정도 더 높다. 제 2 외부전극(62)이 내부전극음극(18, 20)으로부터 더 떨어질수록, 총 광속은 증가한다. 거리 D4가 50㎜인 경우, 총 광속의 최대값(26.0[lm])이 측정되었다. 또한, 제 2 외부전극(62)이 제 1 외부전극(24)보다 내부전극양극(14, 16)에 더 근접하여 위치하는 경우, 측정된 총 광속은 일점쇄선으로 나타낸 것처럼 제 1 외부전극(24)만 이용하는 램프의 총 광속을 초과한다. 이는, 제 2 외부전극(62)이 제 1 외부전극(24)에 의해 팽창한 양광주가 제 1 외부전극(24)과 내부전극음극(14, 16) 간의 공간에서 수축하는 것을 방지하기 때문인 것으로 생각된다.
도 12b에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시예의 무수은 형광램프(60)의 소비전력은 점선으로 나타낸 비교 램프의 소비전력보다 30% 정도 더 크지만, 제 1 외부전극(24)만 사용하는 일점쇄선으로 나타낸 램프의 소비전력과는 거의 같다. 또한, 소비전력은 제 2 외부전극(62)의 위치에 관계없이 거의 일정하다. 이는, 제 2 외부전극(62)의 위치가 변하더라도, 유리벌브(4)의 외부면과 접촉하는 제 1 외부전극(24)과 제 2 외부전극(62)의 총 면적이 변하지 않기 때문인 것으로 생각된다.
도 12c에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시예의 무수은 형광램프(60)의 제 2 외부전극(62)이 내부전극음극(18, 20)보다 더 떨어질수록, 발광효율은 증가한다. 거리 D4가 5㎜ 내지 30㎜ 범위 내에 있는 경우, 무수은 형광램프(60)의 발광효율은, 일점쇄선으로 나타낸 것처럼 제 1 외부전극(24)만이 사용되는 램프의 발광효율과 거의 동일하다. 그러나, 거리 D4가 30㎜ 이상인 경우, 무수은 형광램프(60)의 발광효율은 제 1 외부전극(24)만 사용되는 램프의 발광효율을 초과한다. 이로부터 판단하면, 제 1 외부전극(24)이 한 세트의 전극(이 예에서는 내부전극음극(18, 20))에 더 인접하고, 제 2 외부전극(62)이 다른 세트의 전극(이 예에서는, 내부전극양극(14, 16))에 더 인접하여 위치하는 것이 발광효율 측면에서 바람직하다.
제 3 실시예
도 14는 제 3 실시예의 무수은 형광램프(70)의 평면도이다. 제 3 실시예의 무수은 형광램프(70)는 외부전극의 형상을 제외하고 제 1 실시예의 무수은 형광램프(2)와 기본적으로 같은 구조를 갖는다. 따라서, 제 3 실시예에 대한 다음 설명은 제 1 실시예와의 차이에 중점을 둘 것이고, 공통 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하며, 공통 구성에 대한 설명은 생략한다.
무수은 형광램프(70)는 그 원주를 따라 유리 벌브(4)의 외부면 주위를 나선형으로 감는 2.5㎜ 폭의 알루미늄 테이프로 구성된다. 알루미늄 테이프는 그 내부에 내부전극음극(18, 20)이 존재하는 위치에 대응하는 표면상 위치에서 감기기 시작하며, 그 내부에 내부전극양극(14, 16)이 존재하는 위치에 대응하는 표면상 위치에서 감기는 것이 끝난다. 알루미늄 테이프는 같은 피치로 다수 회(이 예에서는 4회) 감긴다. 또한, 리드 와이어(도시되지 않음)가 알루미늄 테이프의 음극측 단부에 접속되어 외부전극(72)은 양광주의 전위와 다른 전위로 유지된다.
도 15는 도 2에 도시한 점등회로에 의해 점등될 때 무수은 형광램프(70)의 점등을 보여주는 사진이다.
도 8에 도시한 제 1 실시예의 무수은 형광램프(2)의 점등과 도 13에 도시한 제 2 실시예의 무수은 형광램프(60)의 점등과 비교할 때, 도 15의 무수은 형광램프(70)는 관축 방향으로 유리벌브(4)의 전체 길이에 걸쳐 가장 큰 양광주의 팽창을 나타낸다.
[실험 4]
비교 램프, 무수은 형광램프(2), 무수은 형광램프(60), 및 무수은 형광램 프(70)에 해당하는 램프가 각각 제작되었고, 충전가스로 유리벌브(4) 내에 크세논(Xe)만 10.7kPa의 충전압력으로 충전하였다(이들 램프는 각각 비교 램프 L, 무수은 형광램프 2L, 무수은 형광램프 60L, 및 무수은 형광램프 70L로 지칭된다). 이들 램프에 실험을 하여 다양한 램프 특성을 측정하였다.
여기서, 무수은 형광램프 2L, 6L, 및 70L에서, 외부전극을 구성하는 알루미늄 테이프의 폭은 2.5㎜로 설정한다. 무수은 형광램프 2L에서, 제 1 외부전극(24)의 내부전극음극(18, 20)으로부터의 거리 D3(도 1a 참조)은 10㎜로 설정된다. 무수은 형광램프 60L에서, 제 1 외부전극(24)과 제 2 외부전극(62)의 내부전극음극(18, 20)으로부터의 거리 D3 및 D4(도 11 참조)은 각각 10㎜와 25㎜로 설정된다. 무수은 형광램프 70L에서, 나선의 피치는 10㎜로 설정된다.
측정결과를 도 16에 나타낸다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 무수은 형광램프 70L은 총 광속에서 가장 높고, 그 뒤를 무수은 형광램프 60L, 무수은 형광램프 2L, 및 비교 램프 L 순서로 이어진다. 방전전압(피크전압과 동일)에 대한 결과는 반대 순서를 나타내며, 무수은 형광램프 70L이 가장 낮다. 비교 램프 L은 소비전력에서 가장 작고, 그 뒤를 무수은 형광램프 2L, 무수은 형광램프 60L, 및 무수은 형광램프 70L 순서로 이어진다. 이는 소비전력이 유리벌브의 외부면과 접촉하는 외부전극의 면적이 증가할수록 증가하기 때문인 것으로 생각된다. 이러한 이유로, 발광효율에 대한 결과는 소비전력에 대한 결과와 유사하다.
제 4 실시예
도 17a는 제 4 실시예의 무수은 형광램프(90)의 절단 평면도이다. 도 17b는 무수은 형광램프(90)의 절단 측면도이다.
제 4 실시예의 무수은 형광램프(90)는 형광체층과 음극측 내부전극 유닛의 구성을 제외하고 기본적으로 제 1 실시예의 무수은 형광램프(2)(도 1a와 1b 참조)와 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 제 4 실시예에 대한 다음 설명은 제 1 실시예와의 차이에 중점을 둘 것이고, 공통 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하며, 공통 구성에 대한 설명은 생략한다.
제 1 실시예의 무수은 형광램프(2)에서, 청색 형광체(BaMgAl10O17:Eu)만이 형광체층을 구성하는 형광체로서 사용된다. 그러나, 제 4 실시예의 무수은 형광램프(90)에서, 형광체층은 청색 형광체(BaMgAl10O17:Eu), 적색 형광체(Y2O3:Eu), 및 녹색 형광체(LaPO4:Ce, Tb)로 구성되어 전체적으로 백색광이 방출된다.
제 1 실시예의 무수은 형광램프(2)에서, 음극측 및 양극측 내부전극 유닛 각각은 복수 개(이 예에서는 2개)의 전극으로 구성된다. 그러나, 제 4 실시예의 무수은 형광램프(90)에서, 음극측 내부전극 유닛은 하나의 내부전극(92)으로 구성된다. 이 구성은 램프 구성을 간단하게 하므로 램프 제작을 용이하게 한다. 또한, 이 구성은 음극측에 전원을 공급하기 위한 선을 하나만 필요로 하므로 전원공급 시스템을 간단하게 한다.
유리벌브(4)의 관축 방향에 직각 방향으로 내부전극(92)의 길이 D6은 내부전 극(14, 16)을 대향하는데 충분하도록 설정된다. 즉, D5와 D6 간의 관계는, D5 ≤ D6으로 표현된다. 내부전극(92)(이하, 내부전극(92)은 내부전극음극(92)으로 지칭한다)에 연결된 리드 와이어(94)를 통하여 내부전극음극(92)에 전원이 공급된다.
제 4 실시예에서, 제 1 외부전극(24)의 폭 W1은 2.5㎜로 설정되고, 외부전극(24)은 내부전극(92)으로부터 5㎜ 떨어진 위치(거리 D3)에서 유리벌브에 감긴다. 유리벌브(4) 내에는 충전가스로 크세논(Xe)만이 10.7kPa의 충전압력으로 채워진다. 여기서, 외부전극의 형상이나 형태 또는 충전가스의 타입이나 충전압력은 상기한 것에 한정되지 않으며, 제 1 내지 제 3 실시예에서 언급한 같은 값으로 설정될 수 있다.
도 18은 상기한 무수은 형광램프(90)를 포함하는 램프장치(100)를 나타낸다.
램프장치(100)는 저항(102)이 내부전극음극(92)에 더 근접하여 제공되는 외부전극(24)에 접속된다는 점에서 도 2에 나타낸 제 1 실시예의 대응장치와 다르며, 여기서 저항(102)은 외부전극(24)을 통하여 흐르는 전류를 제한하는 전류제한소자의 일 예이다. 즉, 외부전극(24)은 저항(102)을 통하여 전원공급로(104)에 접속되고, 전원공급로(104)는 직류전원(34)(점등회로(32))으로부터 연장하여 내부전극양극(14, 16)에 이른다.
저항(102)이 외부전극(24)에 접속되는 이유는 다음과 같다. 상기한 제 2 실시예에서, 외부전극(24)의 폭 W1이 커질수록 소비전력은 커지고 발광효율은 감소하는 것을 확인하였다. 이것을 고려하면, 발광효율은 외부전극(24)을 통하여 흐르고 광 방출에 직접적으로 기여하지 않는 전류를 감소시킴으로써(제한함으로써) 개선될 수 있는 것으로 추정된다.
상기한 것처럼 추정되는 효과는 다음의 실험을 통하여 검증되었다.
[실험 5]
도 18에 나타낸 저항(102)의 저항값은 1㏀ 내지 104㏀ 범위 내에서 변화시켜 변화하는 저항값에 대응하여 변화하는 발광효율[lm/W]을 측정하였다. 이 실험에서, 펄스의 반복 주파수는 25㎑로 설정되었고, 펄스 폭은 2㎲로 설정되었다.
실험 결과는 도 19에 나타낸다. 도 19의 그래프에서, 일점쇄선은 램프가 외부전극을 구비하지 않은 경우에 측정된 발광효율을 나타낸다. 마찬가지로, 이점쇄선은 램프가 외부전극을 구비하지만 외부전극이 램프장치의 회로의 어떤 구성요소에도 접속되지 않아(즉, 개방 상태에서) 소위 전기적으로 부유상태(floating state) 있는 경우에 측정된 발광효율을 나타낸다.
도 19는 저항(102)의 저항값이 증가함에 따라 발광효율이 증가하는 경향을 나타낸다. 이 도면은 또한 저항값이 대략 100㏀을 초과하는 경우 무수은 형광램프(90)의 발광효율이 외부전극을 구비하지 않은 램프의 발광효율보다 더 큰 것을 보여준다.
상기한 제 1 내지 제 4 실시예에서, 외부전극은 양극측에 접속된다. 그러나, 외부전극은 음극측에 접속될 수 있다.
도 20은, 제 4 실시예의 변형예으로서, 외부전극이 음극측에 접속되는 경우의 일 예이다. 도 20은 이 변형예의 무수은 형광램프(110)를 포함하는 램프장치의 개략 구성을 나타낸다. 도 20에서, 도 18에 공통으로 도시한 구성요소에는 같은 참조부호가 부여되고, 공통 구성요소에 대한 설명은 생략한다.
도 20에 도시한 바와 같이, 무수은 형광램프(110)의 외부전극(24)은 음극측에 접속된다. 즉, 외부전극(24)은 저항(102)을 경유하여 직류전원(34)(점등회로(32))로부터 연장하여 내부전극음극(92)에 이른다. 또한, 외부전극(24)은 유리벌브(4)의 관축 방향으로 내부전극음극(29)보다 내부전극양극(14, 16)에 더 인접하여 위치한다.
상기한 구조를 갖는 무수은 형광램프(110)(도 20)는, 무수은 형광램프(90)(도 18)의 경우와 같이, 외부전극을 구비하지 않은 종래의 무수은 형광램프보다 더 많은 광속을 얻을 수 있는 것으로 확인되었다. 그러나, 무수은 형광램프(90)가 무수은 형광램프(110)보다 더 많은 광속을 얻는 것으로 확인되었다.
무수은 형광램프(90)가 무수은 형광램프(110)보다 방전개시전압이 더 낮은 것은 다음의 이유로 생각된다. 전자는 음극(내부전극음극(92))으로부터 방출되어 양극(내부전극양극(14, 16))으로 이동한다. 전자는 무수은 형광램프(110)보다 무수은 형광램프(90)에서 내부전극음극(92)으로부터 더 쉽게 방출되는 것으로 생각된다. 무수은 형광램프(90)에서, (i) 외부전극(24)은 유리벌브(4)의 관축 방향으로 내부전극음극(92)에 더 인접하여 제공되고, (ii) 외부전극(24)은 양극측에 접속되어 외부전극(24)이 내부전극음극(92)의 전위보다 더 높은 전위로 유지된다. 반면, 무수은 형광램프(110)에서, (i) 외부전극(24)은 무수은 형광램프(90)보다 내부전극음극(92)에거 더 떨어져 제공되고, (ii) 외부전극(24)은 음극측에 접속되어 외부전 극(24)이 내부전극음극(92)의 전위보다 더 낮은 전위로 유지된다. 이러한 구성상 차이에 의해, 외부전극(24)은, 무수은 형광램프(110)에서보다 무수은 형광램프(90)에서 내부전극음극(92)으로부터의 전자를 더 강하게 인출하도록 작용한다.
여기서, 상기한 변형예의 무수은 형광램프(110)에서, 외부전극(24)은 실선이 지시하는 위치, 즉 유리벌브(4)의 관축 방향으로 내부전극양극(14, 16)에 더 인접한 위치(이 예에서, 내부전극양극(14, 16)의 근방)에 위치한다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 외부전극(24)은 일점쇄선이 지시하는 위치, 즉 유리벌브(4)의 관축 방향으로 내부전극음극(92)에 더 인접한 위치(이 예에서, 내부전극음극(92)의 근방)에 위치할 수 있다. 이러한 구성에 의해서도, 변형예의 무수은 형광램프(110)는 외부전극을 구비하지 않은 종래의 무수은 형광램프보다 더 많은 광속을 얻을 수 있는 것으로 확인되었다.
제 5 실시예
상기한 실시예에서, 외부전극은 음극측이나 양극측에 접속된다. 그러나, 다수의 도전 부재(다수 개의 알루미늄 테이프)가 외부전극으로 사용될 때, 도전 부재 각각은 음극측과 양극측 중 서로 다른 것에 접속될 수 있다. 접속의 한 예를 제 1 실시예의 무수은 형광램프(60)(도 11)를 이용하여 설명할 것이다.
도 21은 무수은 형광램프(60)를 포함하는 램프장치(130)를 나타낸다.
이 예에서, 제 1 외부전극(24)은 내부전극음극(18, 20)에 더 근접하여(이 예에서, 내부전극음극(18, 20) 근방에) 위치하고, 제 2 외부전극(62)은 내부전극양극(14, 16)(이 예에서, 내부전극양극(14, 16) 근방에) 위치한다.
또한, 제 1 외부전극(24)은 양극측에 접속된다. 즉, 제 1 외부전극(24)은 저항(134)을 경유하여 직류전원(34)으로부터 연장하여 내부전극양극(14, 16)에 이르는 전원공급로(132)에 접속된다.
반면, 제 2 외부전극(62)은 음극측에 접속된다. 즉, 제 2 외부전극(62)은 저항(138)을 경유하여 직류전원(34)으로부터 연장하여 내부전극음극(18, 20)에 이르는 전원공급로(136)에 접속된다.
상기한 바와 같이, 상기한 실시예의 무수은 형광램프와 램프장치는 점등회로를 이용하여 내부전극음극 및 양극 양자로부터 전원을 공급함으로써 확산 양광주를 생성하고, 양광주를 둘러싸도록 제공되는 외부전극이 양광주의 전위보다 더 높은 전위로 유지되도록 함으로써 양광주가 반경 방향으로 팽창되도록 한다. 이러한 구성에 의하면, 방전로를 팽창할 수 있고(방전로의 폭을 증가할 수 있고), 여기되는 희가스 원자의 개수를 증가할 수 있다. 이에 따라, 자외선광 방사 강도가 증가하여 형광체층을 경유하여 외부로 방출되는 가시광량이 증가한다. 또한, 확산 양광주의 반경 방향 팽창에 의해 자외선광은 형광체층에 더 인접한 위치로부터 방사된다. 또한, 이것에 의해 광속이 증가한다.
상기한 효과는 다음과 같은 다른 측면으로부터 이해할 수 있다. 즉, 방전로가 팽창함에 따라, 양광주의 저항은 감소한다. 이는 흐르는 전류의 증가에 기인한다. 다시 말해, 외부전극을 제공함으로써, 양광주가 확산상태에서 수축상태로 천이하는 전류값인 "상태천이 전류값"을 증가시킬 수 있다. 즉, 외부전극을 제공함으로써, 양광주가 확산상태로 유지될 때 흐르는 전류를 증가시킬 수 있다. 이것은 자외 선광 방사량을 증가시켜 광속을 증가시킨다.
또한, 상세한 데이터는 여기에 제공되지 않았지만, 상기한 실시예의 무수은 형광램프는 비교 램프보다 방전개시전압이 더 낮은 것으로 확인되었다. 이는 다음의 이유로 생긴다. 즉, 외부전극을 제공함으로써, 외부전극과 내부전극(음극) 간의 방전은 내부전극 간의 방전개시전압보다 더 낮은 인가전압에 의해 개시된다. 이것에 의해 초기전자가 공급되어 내부전극 간의 방전이 개시하도록 도와준다.
또한, 외부전극을 저항을 경유하여 점등회로에 접속함으로써, 광 방사에 직접적으로 기여하지 않는 전류(외부전극을 통하여 흐르는 전류)는 감소한다(제한된다). 이는 또한 발광효율을 향상시킨다.
지금까지, 본 발명을 실시예에 의해 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에 한정되지 않고 다음의 형태로 본 발명이 이루어질 수 있다.
(1) 상기한 실시예에서, 외부전극은 원주 전체 길이에 대해 유리벌브를 알루미늄 테이프로 감아서 형성된다. 그러나, 외부전극은 이 형태에 한정되지 않고 도 22a 내지 22e에 도시한 바와 같이 구성될 수 있다.
(i) 도 22a와 22b는, 유리벌브(4)의 관축에 직각인 방향으로 원주를 따라 소정의 간격(이 예에서는 일정한 간격)으로 유리벌브(4)의 외부면에 다수 개(이 예에서, 8개)의 사각 도전박(이 예에서, 알루미늄박)을 부착하여 외부전극을 형성하는 경우의 예를 나타낸다. 도 22a는 유리벌브(4)와 외부전극 부분의 사시도이다. 도 22b는 도 22a에 도시한 외부전극(도전박)을 지나는 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 22b에서, 유리벌브(4)는 단순화하여 원주에 의해서만 표시된다.
상기한 구조를 갖는 외부전극을 제공하여, 도전박(82)의 각 부분이 양광주의 전위와 다른 전위로 유지되도록 함으로써, 양광주는 도전박(82)과 양광주 간의 차이에 기인하여 각 알루미늄박(82)에 의해 외측으로 당겨지며, 상기한 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 도전박은 사각 형상에 한정되지 않으며, 어떠한 형상일 수 있다. 또한, 다수 개의 알루미늄박은 반드시 일정한 간격으로 배열될 필요는 없으며, 임의의 간격으로 배열될 수 있다.
(ii) 상기한 형태 (i)에서, 외부전극은 8개의 도전박(82)으로 구성된다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 외부전극은, 예를 들어, 도 22c에 나타낸 바와 같이, 유리벌브(4)의 원주를 따라 그 외부면에 3개의 도전박(82a - 82c)을 배열하여 형성할 수 있다. 이 경우, 횡단면의 양광주의 중심은 3개의 도전박(82a - 82c)과 도전박(82a - 82c)의 인접하는 한 쌍의 단부를 각각 연결하는 선(도 22c의 일점쇄선)에 의해 둘러싸인 영역에 포함된다. 이러한 구성에 의하면, 양광주는 3개의 도전박(82a - 82c)에 의해 외측으로 (3방향으로) 당겨지고, 당겨진 부분의 면적만큼 양광주의 횡단면적이 증가한다. 다시 말해, 횡단면의 양광주 중심이 다수 개의 도전박과 도전박의 인접하는 한 쌍의 단부를 각각 연결하는 선에 의해 둘러싸인 영역에 포함되도록 서로 이격된 위치에서 유리벌브(4)의 외부면에 다수 개의 도전박을 배열함으로써 이 구성이 만들어질 수 있다.
(iii) 도 22d는 유리벌브(4)의 외부면 한 쌍의 알루미늄 테이프(84a, 84b)를 서로 마주하도록 배열하여 외부전극을 형성하는 경우의 예를 나타낸다. 이 예에서 도, 횡단면의 양광주 중심이 2개의 도전박(알루미늄 테이프(84a, 84b))과 2개의 도전박(알루미늄 테이프(84a, 84b))의 단부를 각각 연결하는 선(도 22d의 일점쇄선)에 의해 둘러싸인 영역에 포함되도록 유리벌브(4)의 원주를 따라 서로 이격된 위치에서 유리벌브(4)의 외부면에 2개의 도전박(알루미늄 테이프(84a, 84b))을 배치한다. 따라서, 이 형태는 상기한 형태 (ii)와 같은 효과를 제공한다.
(iv) 도 22e는 유리벌브(4)를 그 원주의 반을 덮도록 한 개의 알루미늄 테이프(86)로 감아 외부전극을 형성하는 경우의 예를 나타낸다. 이 경우에도, 횡단면상 양광주의 중심은 도전박(알루미늄 테이프(86)) 부분과 도전박 부분의 단부(알루미늄 테이프(86))를 연결하는 선(도 22e의 일점쇄선)에 의해 둘러싸인 영역에 포함된다. 여기서, 이 경우, 유리벌브(4)를 그 원주의 반 이상을 덮도록 알루미늄 테이프를 감아서, 즉 알루미늄 테이프 부분과, 유리벌브(4)의 중심과 알루미늄 테이프 부분의 두 단부를 연결하는 선에 의해 횡단면에 형성되는 영역의 중심각이 180도 이상이 되도록 알루미늄 테이프를 감아서 외부전극을 형성할 수 있다.
(2) 상기한 실시예에서, 테이프 또는 사각형 박이 외부전극을 구성하는 부재로 사용되고 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 금속 와이어가 사용될 수 있다. 즉, 금속 와이어를 유리벌브(4)에 감아 외부전극을 형성할 수 있다.
(3) 상기한 실시예에서, 외부전극의 재료로 알루미늄이 사용된다. 그러나, 이에 한정되지 않고 다른 재료를 사용할 수 있다.
또한, 외부전극은 ITO(In2O3:SnO2)로 이루어진 투명 도전막에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 외부전극은 양광주의 전체 길이에 대해 유리벌브의 전체 외주를 덮도록(감싸도록) 유리벌브를 투명 도전막으로 감싸 형성된다.
(4) 유리벌브의 형상은 상기한 실시예의 유리벌브에 한정되지 않는다. 유리벌브는, 예를 들어, 다음 형상일 수 있다.
(i) 상기한 실시예에 사용된 유리벌브는 횡단면이 원형이다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 유리벌브는 어떠한 형상일 수도 있다. 예를 들어, 유리벌브는 실질적으로 횡단면이 타원형일 수 있다.
횡단면이 실질적으로 타원형인 유리벌브를 상기한 제 1 내지 제 5 실시예에 적용함으로써 휘도 불균일을 줄일 것으로 특히 기대된다. 그 이유를 도 23a 및 23b를 참조하여 설명한다.
도 23a는 도 1a의 선 H-H를 따라 절단한 제 1 실시예의 무수은 형광램프(2)의 단면도이다. 무수은 형광램프(2)는 두 쌍의 내부전극을 포함하기 때문에, 양광주는 대향하는 내부전극(14, 18) 사이와 대향하는 내부전극(16, 20) 사이에서 생성된다.
무수은 형광램프(2)에서 생성된 양광주는 횡단면상 도 23a에 일점쇄선으로 나타낸 바와 같은 형상을 이룬다. 즉, 양광주 PC1과 PC2는 각각 내부전극(14, 16)에 대응하여 생성되며, 각각 부분적으로 중첩된다. 도 23a에 도시한 이 예에서, 양광주 PC1과 PC2는 수평방향으로 정렬된다. 이러한 경우, 유리벌브(4)가 횡단면에서 원형이면, 형광체층(22)와 양광주 PC1 및 PC2 간의 거리(간격)는 수직방향에서 크고 수평방향에서 작다. 이에 따라, 휘도 불균일이 생긴다. 따라서, 유리벌브(4)는 형광체층(22)과 양광주 PC1 및 PC2 간의 거리가 횡단면에서 일정하게 유지되는 형상되는 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 유리벌브(140)는 도 23b에 도시한 바와 같이 타원형으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 유리벌브(140)는 그 횡단면의 형상이 양광주(방전로)에 직각인 면을 따라 배열된 내부전극(14, 16)에 의해 형성된 횡단면의 형상에 더 유사하도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 도 23b - 23e에서 일점쇄선은 양광주의 횡단면의 형상을 나타내는 것에 유의해야 한다.
도 23c는 유리벌브(144)가 수평으로 배열된 내부전극 142A 내지 142E에 의해 형성된 횡단면의 형상과 유사하도록 횡단면에서 실질적으로 수평으로 긴 사각 형상으로 형성되는 경우의 예를 보여준다. 여기서, 이 예는 후술하는 플랫-타입(flat-type) 유리벌브의 일 예라는 것에 유의해야 한다.
도 23d는 유리벌브(148)가 내부전극(146A 내지 146C)에 의해 형성된 횡단면 의 삼각형 형상과 유사한 실질적으로 삼각형의 횡단면 형상으로 형성되는 경우의 예를 나타낸다.
도 23e는 유리벌브(152)가 내부전극(150A 내지 150D)에 의해 형성된 횡단면 의 정사각 형상과 유사한 실질적으로 정사각의 횡단면 형상으로 형성되는 경우의 예를 나타낸다.
(ii) 유리벌브는 종축에 직각인 면으로 따라 절단한 횡단면에서 직사각 형상일 수 있다. 즉, 유리벌브는 플랫 박스 형상인 소위 플랫-타입 유리벌브일 수 있다.
도 24a 내지 24c는 이러한 플랫-타입 유리벌브를 포함하는 무수은 형광램 프(160)의 예를 보여준다.
도 24a는 무수은 형광램프(160)의 절단 평면도이다. 도 24b는 도 24a의 J-J 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 24c는 도 24a의 K-K선을 따라 절단한 단면도이다.
무수은 형광램프(160)는 플랫-타입 유리벌브(162)를 포함한다.
무수은 형광램프(160)는 유리벌브(162)의 두 단부에 의해 지지되는 리드 와이어(164, 166, 168, 170)을 포함하며, 두 단부는 길이방향으로 정렬되고 여기에서 유리벌브(162)가 밀봉된다. 리드와이어(164, 166, 168)는 서로 평행하고 리드 와이어(166, 170)는 같은 축에 있다.
리드 와이어(164, 166, 168, 170)의 단부는 각각 유리벌브(162)의 내부에 배치된 내부전극(172, 174, 176, 178)에 접속된다. 즉, 무수은 형광램프(160)는 단일의 내부전극(178)에 대향하는 다수 세트(이 실시예에서는 3세트)의 내부전극(172, 174, 176)을 유리벌브 내에 포함한다. 내부전극(172, 174, 176, 178)은, 예를 들어, 니켈로 구성된다.
형광체층(180)은 유리벌브(162)의 내부면에 형성된다. 형광체층(180)은 제 1 실시예의 형광체층과 동일할 수 있다.
유리벌브(162)는 희가스: 크세논(Xe), 네온(Ne), 및 아르곤(Ar)의 혼합가스(미도시)로 채워진다.
외부전극(182)은 기설정된 위치에서 원주를 따라 유리벌브(162)의 외부면에 제공된다. 외부전극(182)은, 제 1 실시예의 경우와 같이, 알루미늄 테이프에 의해 형성된다. 또한, 외부전극(182)은 제 2 내지 제 5 실시예에 기재된 외부전극 중 임의의 형태일 수 있다.
상기한 구성을 갖는 무수은 형광램프(160)는, 리드 와이어(164, 166, 168, 170)를 통하여 전원이 인가될 때, 다수의(이 예에서는 셋) 내부전극(172, 174, 176)과 같은 수의 양광주가 생성된다. 양광주에 의해 생성된 자외선은 형광체층(180)에 의해 가시광으로 변환하고, 가시광은 유리벌브(162)의 외측으로 방출된다.
상기한 플랫-타입 무수은 형광램프(160)는 모바일 폰, 차량 네비게이션 시스템 등의 표시유닛으로 사용되는 상대적으로 소형 LCD 장치용 백라이트 광원으로 사용될 수 있다.
(iii) 유리벌브는 직선형 유리벌브에 한정되지 않고, U자 형상, 스파이럴 형상, 또는 구 형상일 수 있다.
(5) 상기한 제 1 내지 제 3 실시예에서, 두 쌍의 내부전극이 유리벌브에 제공된다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 한 쌍의 내부전극만이 유리벌브에 제공될 수 있다. 선택적으로, 3 이상의 내부전극이 유리벌브에 제공될 수 있다.
(6) 상기한 제 1 내지 제 3 실시예에서, 두 내부전극 유닛 각각은 같은 개수(이 예에서는 둘)의 전극으로 구성된다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 두 내부전극 유닛 각각은 다른 개수의 전극으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 두 내부전극 유닛은 각각 세 개의 전극과 두 개의 전극으로 구성될 수 있다.
(7) 유리벌브에 채워지는 희가스의 종류와 충전 압력은 상기한 것에 한정되 지 않는다.
(8) 형광체층을 구성하는 형광체의 종류와 조합은 각 실시에에서 상기한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 실시예 및 제 5 실시예에서, 청색 형광체만이 형광체층을 구성하는 형광체로 사용된다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 형광체층은 청색, 녹색 및 적색 형광체로 구성되어 백색광이 전체적으로 방사될 수 있다. 반대로, 제 4 실시예의 형광체층은 청색 형광체만으로 구성될 수 있다. 선택적으로, 제 1 내지 제 5 실시예의 형광체층은 백색 형광체(Ca10(PO4)6FCL:Sb,Mn)로 구성될 수 있다.
(9) 상기한 실시예에서, 본 발명은 무수은 형광램프에 적용되었다. 그러나, 형광램프에 한정되지 않고, 본 발명은 무수은 자외선램프에 적용될 수 있다. 즉, 형광체층이 상기한 실시예에서 언급한 형광램프로부터 제거될 수 있고(또는, 형성되지 않을 수 있고), 형광체층이 없는 형광램프가 무수은 자외선램프로 사용될 수 있다. 자외선램프는, 예를 들어, 물체의 살균을 위해 물체 위에 자외선을 방사한다.
(10) 상기한 실시예에서, 어떠한 경우에도, 외부전극은 무수은 형광램프의 점등회로에 접속된다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 외부전극은 다른 목적지에 접속될 수 있다. 예를 들어, 외부전극은 점등회로를 포함하는 시스템과 다른 시스템에서 회로에 접속될 수 있다. 요약하면, 외부전극이 양광주의 전위와 다른 전위로 유지되는 한 외부전극은 어떠한 방식으로도 접속될 수 있다.
본 발명은 환경보호에 기여한다. 본 발명은, 예를 들어, 무수은 자외선램프 또는 무수은 형광램프에 사용하는데 적절하다.

Claims (19)

  1. 무수은 램프로서,
    희가스로 채워진 방전용기;
    상기 방전용기에 제공되는 제 1 및 제 2 내부전극 유닛; 및
    상기 제 1 및 제 2 내부전극 유닛 사이에서 점등 중에 형성되는 방전로에 대응하는 영역에서 상기 방전용기의 외부면에 제공되는 외부전극을 포함하며,
    상기 외부전극에 의해 양광주가 상기 방전로를 따라 생성되고 횡단면에서 팽창되도록 하는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부전극은 상기 방전용기의 외부면을 둘러싸도록 배치되고, 상기 양광주의 전위와 다른 전위로 유지되는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부전극은, 상기 방전용기에서 생성된 상기 양광주에 대응하는 영역에서 상기 방전용기의 외부면에 제공되는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부전극은, 상기 방전로를 따라 상기 방전용기의 외부면에 거리를 두 고 정렬되는 제 1 및 제 2 도전 부재를 포함하는 적어도 두 개의 도전 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부전극은 링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부전극은 스파이럴(spiral) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부전극은 투명 도전막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부전극은 상기 외부전극을 통하여 흐르는 전류를 제한하는 전류제한 소자에 접속되는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 외부전극은 상기 방전로를 따라 상기 제 2 내부전극 유닛보다 상기 제 1 내부전극 유닛에 더 인접하여 위치하며,
    상기 외부전극은, 상기 전류제한 소자를 경유하여, 상기 무수은 램프의 점등전원으로부터 연장하여 상기 제 2 내부전극 유닛에 이르는 전원공급로에 접속되는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 내부전극 유닛은 방전 중 음극으로 동작하는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 도전 부재는 상기 제 2 내부전극 유닛보다 상기 제 1 내부전극 유닛에 더 인접하여 위치하고, 상기 제 2 도전 부재는 상기 제 1 내부전극 유닛보다 상기 제 2 내부전극 유닛에 더 인접하여 위치하는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 도전 부재는, 제 1 전류제한 소자를 경유하여, 상기 무수은 램프의 점등전원으로부터 연장하여 상기 제 2 내부전극 유닛에 이르는 전원공급로에 접속되며,
    상기 제 2 도전 부재는, 제 2 전류제한 소자를 경유하여, 상기 무수은 램프 의 점등전원으로부터 연장하여 상기 제 1 내부전극 유닛에 이르는 전원공급로에 접속되는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 방전용기의 내부면에 형성되고, 자외선에 의해 여기될 때 광을 방출하는 형광체층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 내부전극 유닛 중 적어도 하나는 다수의 전극으로 구성되며, 상기 다수의 전극과 같은 수의 양광주가 점등 중 생성되는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 방전용기의 내부면에 형성되고, 자외선에 의해 여기될 때 광을 방출하는 형광체층을 추가로 포함하며,
    상기 방전용기에 생성된 상기 양광주에 대응하는 상기 방전용기의 적어도 한 부분은, 그 횡단면의 형상이 상기 방전로에 직각인 면을 따라 배치된 상기 다수의 전극에 의해 형성된 횡단면의 형상과 유사한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 방전용기는 플랫 박스(flat box) 형상인 것을 특징으로 하는 무수은 램프.
  17. 청구항 1 내지 16 중 어느 하나에 기재된 무수은 램프; 및
    상기 무수은 램프를 점등하기 위한 점등회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 램프장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 점등회로는 상기 양광주를 확산 상태로 유지함으로써 상기 무수은 램프를 점등하는 것을 특징으로 하는 램프장치.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 점등회로는, 상기 외부전극이 상기 양광주의 전위와 다른 전위로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 램프장치.
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