KR20080010956A

KR20080010956A - 무전극 램프 장치

Info

Publication number: KR20080010956A
Application number: KR1020060071682A
Authority: KR
Inventors: 이석영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-01-31
Also published as: KR100806583B1

Abstract

본 발명에 의한 무전극 램프 장치는, 전자파를 발생하는 마그네트론; 상기 마그네트론의 출력부에 연통되어 전자파를 안내하는 도파관; 상기 도파관의 출구에 연통되어 전달되는 전자파를 공진시키는 공진기; 및 상기 공진기의 내에 설치되어 그 내부에 플라즈마화 되면서 빛이 발생되도록 발광물질이 봉입되고, 그 표면에 가시광 에너지를 제외한 에너지를 반사하도록 열반사층이 형성되는 무전극 전구;를 포함함으로써, 그 발광부에서 발생되는 에너지 중에서 가시광 에너지는 그대로 통과시키는 반면 나머지 에너지는 반사시켜 다시 발광부의 플라즈마를 가열시켜 광속이 증가되도록 하고 이를 통해 무전극 램프의 에너지 손실을 줄여 광효율이 향상되도록 할 수 있다.

Description

무전극 램프 장치{PLASMA LIGHTING SYSTEM}

도 1은 본 발명 무전극 램프 장치를 보인 단면도,

도 2는 본 발명 무전극 전구의 일부를 보인 확대도,

도 3은 본 발명 열반사층에 대한 효과를 설명하기 위해 파장대역별 에너지 변화를 보인 그래프,

도 4는 본 발명 열반사층에 대한 효과를 설명하기 위해 비교하여 보인 실험표.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

20 : 마그네트론 50 : 공진기

60 : 무전극 전구 61 : 발광부

61a : 열반사층 62 : 축부

70 : 반사갓

본 발명은 무전극 램프 장치에 관한 것으로, 특히 무전극 전구에서 발생되는 열 손실을 줄여 광효율을 높이고자 하는 무전극 램프 장치에 관한 것이다.

일반적으로 조명용 광원의 종류로는 열복사를 이용한 백열전구와, 형광체를 방전관에 사용한 형광램프와, 고압 기체 또는 증기 중의 방전에 의한 발광을 이용한 고휘도 방전램프(high intensity discharge lamp; HID 램프)와, 무전극 방전(electrodeless discharge)을 이용한 무전극 램프 장치(Plasma Lighting System;PLS)로 구분할 수 있다.

이러한 조명용 광원은 종류에 따라 장단점을 가지고 있다. 먼저, 상기 백열전구의 경우에는 고연색성이고 소형이며 점등회로가 단순하여 저렴하지만 광효율이 낮고 수명이 짧은 단점이 있다. 또, 상기 형광램프는 광효율이 백열램프에 비해 높고 수명도 백열전구에 비해 긴 편이나 램프의 크기가 상대적으로 크고 부속점등회로가 필요하다는 단점이 있다. 또, 상기 HID램프는 효율이 높고 수명이 길으나 점등과 재점등에 시간이 걸리고 형광램프와 같이 부속점등회로 필요한 단점이 있다. 마지막으로 상기 PLS는 수명이 다른 램프에 비해 상대적으로 상당히 길며 광효율 역시 가장 높으나 소비전력이 크고 가격이 고가이며 부속점등회로가 필요하다는 단점이 있다.

특히, PLS는 비교적 신광원으로 인식되고 있는 램프 장치이다. 상기 PLS는 직경 25~40mm의 석영구에 아르곤 등 발광물질을 봉입하여 무전극 전구를 이루고, 이 무전극 전구를 마이크로파 공동(cavity)에 가둬 마그네트론으로 2.45GHz의 마이크로파 방전을 일으켜 상기 무전극 전구의 발광물질에서 발광효율이 높고 연색성이 좋은 백색광의 연속 스펙트럼을 얻도록 하는 램프 장치이다.

그러나, 상기와 같은 종래 무전극 램프 장치는 그 무전극 전구가 석영재질로 이루어져 있다. 그 석영의 에너지 성분을 분류하면 자외선(UV), 가시광(Visible light), (Near IR), (FAR IR) 등으로 구성된다. 각각의 에너지 성분이 차지하는 분율을 분석해 보면 표 1.과 같다.

표 1.

에너지 성분	에너지 분율(%)
자외선(UV)	0.7
가시광선(Visible)	41.4
근적외선(Plasma IR)	7.9
원적외선(Envelop IR)	20.4
대류손실(convection Loss)	25.5

이 중 가시광의 에너지 분율(41.4%)을 제외한 나머지 에너지 분율(54.5%)은 손실이 되므로 그만큼 무전극 전구의 광효율이 낮아지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 무전극 램프 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 가시광을 제외한 전구에서 발산되는 모든 출력 에너지를 다시 무전극 전구의 내부로 되돌려 에너지 손실을 줄이고 이를 통해 광효율을 향상시킬 수 있는 무전극 램프 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 전자파를 발생하는 마그네트론; 상기 마그네트론의 출력부에 연통되어 전자파를 안내하는 도파관; 상기 도파관의 출구에 연통되어 전달되는 전자파를 공진시키는 공진기; 및 상기 공진기의 내에 설치되어 그 내부에 플라즈마화 되면서 빛이 발생되도록 발광물질이 봉입되고, 그 표면에 가시광 에너지를 제외한 에너지를 반사하도록 열반사층이 형성되는 무전극 전구;를 포함한 무전극 램프 장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 무전극 램프 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 무전극 램프 장치를 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명 무전극 전구의 일부를 보인 확대도이며, 도 3은 본 발명 열반사층에 대한 효과를 설명하기 위해 파장대역별 에너지 변화를 보인 그래프이고, 도 4는 본 발명 열반사층에 대한 효과를 설명하기 위해 비교하여 보인 실험표이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 무전극 램프 장치는, 케이싱(10)의 내부에 장착되어 전자파를 생성하는 마그네트론(20)과, 상기 마그네트론(20)에 상용 교류전원을 고압으로 승압하여 공급하는 고압발생기(30)와, 상기 마그네트론(20)의 출력부에 연통되어 그 마그네트론(20)에서 생성된 전자파를 전달하는 도파관(40)과, 상기 도파관(40)의 출구에 연통되어 그 출구를 통해 전달되는 전자파가 공진되는 공진기(50)와, 상기 공진기(50)의 내부에 수용되어 전자파 에너지에 의해 봉입물질이 플라즈마화 되면서 빛을 발생하는 무전극 전구(60)와, 상기 공진기(50)와 무전극 전구(60)가 수용되어 그 무전극 전구(60)에서 발생되는 빛을 전방으로 반사하는 반사갓(70)과, 상기 무전극 전구(60) 후방측의 공진기(50) 내부에 장착되어 전자파는 통과하면서 빛은 반사하는 유전체거울(80)과, 상기 케이싱(10)의 일측에 설치되어 마그네트론(20)과 고압발생기(30)를 냉각하는 냉각팬(90)으로 구성된다.

상기 공진기(50)는 빛은 통과시키는 반면 전자파는 가둘 수 있도록 메시 형 상으로 형성된다.

상기 무전극 전구(60)는 그 내부체적에서 발생되는 빛이 외부로 발산되도록 석영을 이용하여 형성된다. 또, 상기 무전극 전구(60)는 구 형상으로 발광부(61)가 형성되어 그 발광부(61)의 내부체적에 전자파 에너지에 의해 플라즈마화 되면서 빛을 발생하도록 발광물질과 불활성가스 그리고 방전촉매물질 등이 봉입된다. 또, 상기 발광부(61)의 일측에는 축부(62)가 일체로 연장 형성되어 회전될 수 있도록 상기 케이싱(10)의 내부에 구비된 전구모터(M1)의 회전축에 결합된다.

상기 발광부(61)는 도 2에서와 같이 그 외주면에 TiO₂ 또는 SiO₂ 또는 Ta₂O₅ 중에서 한 개 이상의 물질이 번갈아 코팅되어 가시광을 제외한 에너지를 상기 발광부(61)의 내부공간으로 반사하여 '적외선 코팅층'이라고 하는 열반사층(61a)이 형성된다.

상기 열반사층(61a)은 상기 발광부(61)의 내주면에 형성될 수 있으나, 공정상 외주면에 형성되는 것이 유리하다. 또, 상기 열반사층(61)은 단층으로 형성되거나 또는 한 개의 물질을 이용하여 복층으로 형성될 수도 있다.

한편, 상기 열반사층(61)은 도면으로 도시되지는 않았으나, 빛이 반사되는 공진기(50)의 내주면이나 또는 상기 반사갓(70)의 내주면에도 상기 물질들을 여러 겹으로 코팅하여 형성할 수 있다.

상기와 같은 종래 무전극 램프 장치는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 마그네트론(20)은 고압에 의해 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖 는 전자파가 생성되고, 이 전자파는 상기 도파관(40)을 통해 공진기(50) 내부로 방사되면서 상기 무전극 전구(60)의 발광부(61) 내에 봉입된 불활성가스가 여기(exiting)된다. 이 과정에서 발광물질이 지속적으로 플라즈마화 되면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛이 발생되고, 이 빛은 상기 반사갓(70)과 유전체거울(80)에 의해 전방으로 반사되면서 공간을 밝힌다.

이때, 상기 무전극 전구(60)의 발광부(61) 표면에는 열반사층(61a)이 코팅되어 그 발광부(61)에서 발생되는 에너지 중에서 가시광 에너지만 통과시키는 반면, 앞서 언급된 나머지 에너지는 열반사층(61a)에 반사되어 플라즈마의 온도를 높이게 되고 이로 인해 상기 발광부(61) 내의 S₃성분을 낮춰 가시광 효율을 높이게 되는 것이다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 상기 발광부(61)내의 에너지 손실이 줄어 그만큼 플라즈마 온도가 상승하게 되고 이에 따라 상기 발광부(61)내 봉입물질의 광속을 증가시키게 된다. 이는 350W의 마그네트를 적용할 때 도 3에서와 같이 대략 780 ~1980nm의 파장대역에 대한 에너지 손실을 줄일 수 있고, 이를 통해 도 4에서와 같이 350W의 마그네트론을 적용할 때 가시광량은 비록 -4.4W 감소를 하고 EIR(Envelop IR : 원적외선)이 0.5W 감소하더라도 PIR(Plasma IR : 근적외선)이 8.3W 증가하는 등 전체적으로는 5% 내외의 광효율이 향상되는 것을 알 수 있다.

참고로, 상기 열반사층은 전술한 바와 같이 상기 무전극 전구의 표면 뿐만 아니라 공진기의 내주면이나 반사갓의 내주면에 형성될 수도 있다. 이 경우 구체적 인 실험예는 예시하지 않았으나 앞선 예를 근거로 하여 광효율이 향상되는 것을 알 수 있다.

본 발명에 의한 무전극 램프 장치는, 상기 발광부의 외주면에 적외선 반사코팅을 실시함에 따라 그 발광부에서 발생되는 에너지 중에서 가시광 에너지는 그대로 통과시키는 반면 나머지 에너지는 반사시켜 다시 발광부의 플라즈마를 가열시켜 광속이 증가되도록 하고 이를 통해 무전극 램프의 에너지 손실을 줄여 광효율이 향상되도록 할 수 있다.

Claims

전자파를 발생하는 마그네트론;

상기 마그네트론의 출력부에 연통되어 전자파를 안내하는 도파관;

상기 도파관의 출구에 연통되어 전달되는 전자파를 공진시키는 공진기; 및

상기 공진기의 내에 설치되어 그 내부에 플라즈마화 되면서 빛이 발생되도록 발광물질이 봉입되고, 그 표면에 가시광 에너지를 제외한 에너지를 반사하도록 열반사층이 형성되는 무전극 전구;를 포함한 무전극 램프.
제1항에 있어서,

상기 열반사층은 적어도 2개 이상의 물질이 교번되게 코팅되는 무전극 램프.
제1항에 있어서,

상기 열반사층은 단일층으로 코팅되는 무전극 램프.
제1항에 있어서,

상기 열반사층은 복수층으로 코팅되는 무전극 램프.
제1항에 있어서,

상기 열반사층은 TiO₂ 또는 SiO₂ 또는 Ta₂O₅ 중에서 한 개 이상의 물질이 번갈아 코팅되어 형성되는 무전극 램프.
제1항에 있어서,

상기 공진기의 내주면에도 열반사층이 형성되는 무전극 램프.
제1항에 있어서,

상기 공진기와 무전극 전구를 수용하여 그 무전극 전구에서 발생되는 빛을 반사하도록 반사갓이 설치되고, 그 반사갓의 내주면에도 상기 열반사층이 형성되는 무전극 램프.