KR20080071423A - 마이크로웨이브 램프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로웨이브 램프 시스템에 관한 것으로, 금속이나 손실이 적은 유전체로 된 튜너를 유전체거울에 부착하거나 무전극 전구의 전구축에 삽입함으로써, 광투과에 간섭이 없이 사용하고자 하는 공진 주파수를 간단히 조정하여 공진 특성을 좋게 하고, 초기 점등이나 최대 광효율, 전자파방해(EMI)에 효과적으로 적용할 수 있는 마이크로웨이브 램프 시스템을 제공한다.

유전체 거울, 튜너, 단일모드

Description

마이크로웨이브 램프 시스템 {MICROWAVE LAMP SYSTEM}

도 1은 종래의 마이크로웨이브 램프 시스템을 보인 단면도,

도 2는 도 1에 따른 마이크로웨이브 램프 시스템의 요부를 도시한 사시도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로웨이브 램프 시스템의 요부를 도시한 사시도,

도 4는 도 3에 따른 튜너가 부착된 유전체 거울을 도시한 사시도,

도 5는 도 3에 따른 공진기 내부에 형성된 전계 방향을 도시한 평면도,

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로웨이브 램프 시스템의 요부를 도시한 사시도,

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로웨이브 램프 시스템의 요부를 도시한 사시도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

20 : 마그네트론 21 : 출력부

40 : 도파관 50 : 공진기

60 : 무전극 전구 61 : 발광부

62 : 전구축 80 : 유전체 거울

90,91 : 튜너

본 발명은 마이크로웨이브 램프 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유전체 거울에 튜너를 부착하여 주파수의 조정이 자유로운 마이크로웨이브 램프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로웨이브 램프 시스템은 비교적 신광원으로 인식되고 있는 램프 장치이다. 마이크로웨이브 램프 시스템은 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.

도 1은 종래의 마이크로웨이브 램프 시스템을 보인 단면도이고, 도 2는 도 1에 따른 마이크로웨이브 램프 시스템의 요부를 도시한 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 마이크로웨이브 램프 시스템은, 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 에너지 에 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 형상으로 형성된다.

도면 중 미설명 부호 "62"는 상기 무전극 전구(61)가 연결되는 전구축이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 마이크로웨이브 램프 시스템에 따른 도파관(40)은 중공의 육면체를 그 길이방향이 원호를 이루도록 감은 모양으로 형성되며, 위에서 보았을 때는 대략 원통형을 이룬다. 이와 같이 구부려진 도파관(40)의 양단은 서로 맞닿지 않고 백월(42)이 형성되어 있다. 또한, 전자파를 상기 공진기(50)로 보낼 수 있도록 상기 도파관(40)의 상면(또는 수평면)에는 슬롯(41)이 형성되어 있다.

도면 중 미설명 부호 "21"은 상기 마그네트론(20)의 출력부이다.

그러나, 상기와 같이 원통형의 공진기(50)를 갖는 종래의 마이크로웨이브 램프 시스템은, 상기 공진기(50)의 구조적인 특성상 내부에 전계 분포 방향이 서로 90도의 위상차가 나는 같은 모드가 2개 생성된다. 즉, 2.45GHz 근방에서 주파수가 서로 다른 2개의 공진주파수가 존재하게 된다.

이러한 2개의 공진주파수의 모드는 TE₁₁₁ 모드로 동일하나 전계 분포 방향이 90도의 위상차를 가지고 작동하게 된다.

이와 같은 공진모드의 특성은 방전이 시작되면 공진기의 퀄리티 팩터(Q factor) 값이 낮아지면서 2개의 모드가 동시에 관여하게 되면서 불안정하게 동작하게 되어 초기 점등이 어려운 문제가 있었다.

또한, 종래의 마이크로웨이브 램프 시스템은 상기 공진기(50)의 공진 주파수와 상기 마그네트론(20)의 발진 주파수가 서로 연동되는 특성이 있어 공진 모드가 많아질수록 발진 주파수도 많이 생성되어 이엠아이(EMI: Electro Magnetic Interference, 전자파 방해) 측면에서 단일 주파수일 때보다 나쁜 영향을 초래하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 공진 주파수를 간단히 조정함으로써 공진 특성을 좋게 하여 초기 점등에 효과적이며 최대 광효율과 전자파방해(EMI) 특성에 적합한 마이크로웨이브 램프 시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 전자파를 발생시키는 마그네트론; 상기 마그네트론의 출력부에 연통되어 전자파를 안내하는 도파관; 상기 도파관의 출구에 연통되어 전달되는 전자파를 공진시키는 공진기; 상기 공진기 의 내에 설치되어 그 내부에 플라즈마화 되면서 빛이 발생되도록 발광물질이 봉입된 무전극 전구; 상기 무전극 전구 후방측의 공진기 내부에 장착하여, 전자파는 통과시키면서 빛은 반사하는 유전체거울; 및 상기 유전체거울에 부착된 튜너;를 포함하는 마이크로웨이브 램프 시스템을 제공한다.

상기와 같이 구성함으로써, 초기 점등시 2개의 공진 주파수가 서로 영향을 미치지 않도록 어느 하나의 공진 주파수를 멀리 떨어뜨리거나 합치게 되어 초기 점등 조건이 불안정해지는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 상기 튜너는 상기 공진기 내부에 형성되는 전계 분포 방향과 평행하게 설치되는 것이 바람직하다. 이로 인해 필요하지 않은 하나의 공진 주파수를 용이하게 이동시킬 수 있다.

또한, 상기 튜너는 상기 유전체거울의 뒷면에 부착된 것을 특징으로 한다. 뿐만 아니라, 상기 튜너는 상기 유전체거울의 앞면에 부착되거나 상기 무전극 전구가 부착된 전구축에 삽입될 수도 있다. 불필요한 공진 주파수의 이동 범위는 전계강도가 가장 큰 중심에서 가장 많이 이동되며 중심에서 멀어질수록 이동 범위가 줄어들기 때문에 이동시키고자 하는 범위에 따라서 적당한 위치에 상기 튜너를 장착하면 된다.

한편, 상기 튜너는 금속 또는 유전체인 것을 특징으로 한다. 유전체는 정전기장을 가할 때 전기편극은 생기지만 직류전류는 생기지 않게 하는 물질이며, 자기장 속에 놓인 유전체 내부에서 무극성분자나 유극성분자 모두 전기쌍극자모멘트를 형성하여 주위의 자기장을 일정량 상쇄시키는 특성을 이용하기 위함이다.

또한, 상기 튜너는 상기 마그네트론의 출력부와 나란하게 형성된 것을 특징으로 한다.

이러한 발명의 목적과 특징은 다음의 상세한 설명에 의하여 더욱 명백해질 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 구성 및 작용에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

또한, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로웨이브 램프 시스템의 요부를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 따른 튜너가 부착된 유전체 거울을 도시한 사시도이며, 도 5는 도 3에 따른 공진기 내부에 형성된 전계 방향을 도시한 평면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로웨이브 램프 시스템의 요부를 도시한 사시도이며, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로웨이브 램프 시스템의 요부를 도시한 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로웨이브 램프 시스템은 중공의 육면체를 감은 모양으로 형성된 도파관(40)과, 상기 도파관(40)의 백월(42) 부근에 출력부(21)가 장착된 마그네트론(20)과, 상기 도파관(40)의 상면 또는 수평면에 형성된 슬롯(41)과, 상기 슬롯(41)을 덮으며 상기 도파관(40)의 수 평면에 장착되는 원통형의 공진기(50)와, 상기 공진기(50) 내부에 설치되며 황이 삽입된 무전극 전구(60)와, 상기 무전극 전구(60)의 뒤쪽에 설치된 유전체거울(80)과, 상기 유전체거울(80)에 부착된 튜너(90)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 무전극 전구(60)는 내부에 황이 삽입된 발광부(61)와, 상기 발광부(61)에 연결되어 지지하는 전구축(62)으로 이루어진다.

상기 공진기(50)를 사용한 마이크로웨이브 램프 시스템은 최대한 광효율을 내기 위하여 상기 무전극 전구(60)의 뒤쪽으로 나가는 빛을 반사시켜 전방향으로 보내기 위해 유전체거울(80)을 사용한다.

또한, 상기 튜너(90)는 상기 마그네트론(20)의 출력부(21)와 나란하게 형성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 유전체거울(80)에는 튜너(90)가 부착되어 있다. 한편, 상기 유전체거울(80)에는 상기 튜너(90)를 장착하기 위한 돌기(81)가 형성되어 있다. 상기 튜너(90)를 상기 유전체거울(80)에 장착하기 위한 구성은 상기한 바와 같은 돌기에 국한되지 않고 다양하게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 튜너(90)는 조그마한 금속판이나 손실이 적은 유전체 등을 이용한다. 유전체는 정전기장을 가할 때 전기편극은 생기지만 직류전류는 생기지 않게 하는 물질이며, 자기장 속에 놓인 유전체 내부에서 무극성분자나 유극성분자 모두 전기쌍극자모멘트를 형성하여 주위의 자기장을 일정량 상쇄시키는 유전체의 특성을 이용하기 위해 상기 튜너(90)로서 유전체를 이용한다.

도 4에는 상기 튜너(90)가 상기 유전체거울(80)의 앞면에 부착된 것이 도시 되어 있으나, 이에 국한되지 않는다. 불필요한 공진 주파수의 이동 범위는 전계강도가 가장 큰 중심에서 가장 많이 이동되며 중심에서 멀어질수록 이동 범위가 줄어들기 때문에 이동시키고자 하는 범위에 따라서 적당한 위치에 상기 튜너를 장착하면 된다. 따라서, 상기 튜너(90)는 상기 유전체거울(80)의 뒷면에 장착될 수도 있다.

또한, 상기 튜너(90)의 모양이나 크기 또는 갯수에 따라서도 다양한 범위가 이동될 수 있으므로 이를 고려하여 상기 튜너(90)의 모양이나 크기를 다양하게 설계할 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 튜너(90)는 상기 공진기(50)의 내부에 생성되는 전계 분포 방향(도 5의 점선 참조)과 평행하도록 상기 유전체거울(80)에 설치된다. 좀더 상세히 설명하면, 이동시키고자 하는 공진 주파수에 해당하는 전계 분포 방향에 평행하게 상기 튜너(90)를 설치한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 해당하는 마이크로웨이브 램프 시스템의 요부를 보인 도면으로서, 상기 튜너(91)가 상기 무전극 전구(60)의 전구축(62)에 삽입되어 있다.

이와 같이, 상기 튜너(91)를 상기 전구축(62)에 삽입하면 전계 방향과 무관하게 상기 튜너(91)를 설치할 수 있는 잇점이 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로웨이브 램프 시스템으로, 전자파를 발생시키는 마그네트론(200)과, 상기 마그네트론(200)의 출력부(210)가 일단에 장착된 도파관(400)과, 상기 마그네트론(200)과 분리되어 상기 도파관(400) 에 장착된 무전극 전구(600)와, 상기 무전극 전구(600)를 수용하며 상기 도파관(400)에 장착되는 공진기(500)를 포함하여 구성된다.

상기 무전극 전구(600)는 발광부(610)와 전구축(620)로 이루어지며, 상기 축부(620)에 연결된 모터(미도시)에 의해 회전하며, 상기 무전극 전구(600)의 뒤쪽에는 유전체 거울(800)이 상기 공진기(500) 내부에 설치되어 있다.

여기서, 상기 도파관(400)은 중공의 육면체를 그 길이방향이 원호를 이루도록 감은 모양으로 형성된 부분(410)과, 이 감은 부분에서 연장된 연장부(420)를 포함하여 구성된다.

상기 유전체거울(800)에는 필요없는 공진 주파수를 이동시키기 위한 튜너(900)가 장착되어 있으며, 상기 튜너(900)는 상기 전구축(620)에 삽입될 수도 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로웨이브 램프 시스템은 다음과 같이 작동한다.

상기 도파관(40)의 한쪽 끝단에 장착된 상기 마그네트론(20)에 외부로부터 전기 신호가 가해지면 주파수가 2.45GHz인 전자계 에너지가 생성되며 이는 상기 마그네트론(20)의 출력부(21)를 통해 상기 도파관(40)으로 방사된다.

방사된 전자계 에너지는 제1공진기의 역할을 하는 상기 도파관(40)에서 TE₁₀₂ 인 공진 모드로 동작을 하게 되고, 제1공진 모드 전자계 필드 패턴에 적합하면서 제2공진기의 역할을 하는 상기 공진지(50)에 효과적으로 전자계 에너지를 전달한 다. 이 과정에서 전자계 에너지가 효과적으로 커플링될 수 있도록 상기 도파관(40)에 설치된 슬롯(41)이 요구된다.

상기 원통형 공진기(50)의 중앙에 설치되고 내부에 황이 삽입된 상기 무전극 전구(60)에 전자계 에너지로 여기(excite)시키에 충분히 큰 전계 강도를 갖는 TE₁₁₁ 모드가 생성되어 점등이 된다.

기본적으로 상기 공진기(50)는 수많은 모드가 존재할 수 있으나, 사용하는 주파수나 슬롯과 같은 여기 조건에 따라 사용할 수 있는 모드는 수개 이내로 제한된다. 도 3에 도시된 바와 같은 시스템에서는 원통형 공진기(50) 내부에 전계 분포 방향이 서로 90도의 위상차를 가진 TE₁₁₁ 공진 모드가 2.45GHz 근방에서 이웃하여 생성된다.

이웃하는 모드는 보통 수십 MHz에서 수백 MHz 정도 떨어져 있으며, 발광시에는 상기 공진기(50)의 부하시 퀄리티 팩터값이 수십 이내로 떨어지게 되어 이웃하는 모드가 발광시에 관여를 하는 모드 중첩이 일어나게 된다.

이러한 모드 중첩이 플라즈마 발광시 어떠한 작용을 하는지 아직 정확히 밝혀진 바는 없으나, 일반적으로 단일 공진 특성이나 누설에 의한 전자파방해(EMI)를 고려할 때 단일 모드가 유리할 것이라는 것은 충분히 예측할 수 있다.

이러한 이유로 본 발명에서는 빛의 진행방향에 영향을 주지 않으면서 주파수를 분리시키거나 하나로 합치기 위한 방법으로 빛의 후방 손실을 막기 위해 사용된 상기 유전체 거울(80)의 뒷면에 얇은 금속판이나 손실이 적은 유전체를 부착하여 이웃하면서 필요하지 않은 하나의 공진 주파수를 이동시킬 수 있다.

이와 같이 이웃하면서 필요하지 않은 하나의 공진 주파수를 이동시키기 위해서는 그 주파수에 해당하는 전계 분포 방향에 평행하게 금속 또는 유전체를 삽입하면 된다.

주파수 이동 범위는 전계 강도가 가장 큰 중심에서 가장 많이 이동되며 중심에서 멀어질수록 이동 범위가 줄어들게 되므로 이동시키고자 하는 범위에 따라 적당한 위치에 삽입하면 된다. 이를 고려하여 상기 유전체 거울(80)의 앞쪽이나 상기 전구축(62)에 튜너(90,91)를 삽입하면 된다.

이와 같이 상기 유전체 거울(80)의 표면에 상기 튜너(90)를 장착하거나 상기 전구축(62)에 상기 튜너(91)를 삽입하여 모드 중첩이 일어나지 않는 단일모드를 구현할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 금속이나 손실이 적은 유전체로 된 튜너를 유전체거울에 부착하거나 무전극 전구의 전구축에 삽입함으로써, 광투과에 간섭이 없이 사용하고자 하는 공진 주파수를 간단히 조정하여 공진 특성을 좋게 하고, 초기 점등이나 최대 광효율, 전자파방해(EMI)에 효과적으로 적용할 수 있다.

또한, 본 발명은 모드 중첩을 방지하고 단일 모드에서 시스템을 작동할 수 있는 마이크로웨이브 램프 시스템을 제공한다.

Claims (6)

1. 전자파를 발생시키는 마그네트론;

   상기 마그네트론의 출력부에 연통되어 전자파를 안내하는 도파관;

   상기 도파관의 출구에 연통되어 전달되는 전자파를 공진시키는 공진기;

   상기 공진기의 내에 설치되어 그 내부에 플라즈마화 되면서 빛이 발생되도록 발광물질이 봉입된 무전극 전구;

   상기 무전극 전구 후방측의 공진기 내부에 장착하여, 전자파는 통과시키면서 빛은 반사하는 유전체거울; 및

   상기 유전체거울에 부착된 튜너;를 포함하는 마이크로웨이브 램프 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 튜너는, 상기 공진기 내부에 형성되는 전계 분포 방향과 평행하게 설치된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 램프 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 튜너는 상기 유전체거울의 뒷면에 부착된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 램프 시스템.
4. 전자파를 발생시키는 마그네트론;

   상기 마그네트론의 출력부에 연통되어 전자파를 안내하는 도파관;

   상기 도파관의 출구에 연통되어 전달되는 전자파를 공진시키는 공진기;

   상기 공진기의 내에 설치되어 그 내부에 플라즈마화 되면서 빛이 발생되도록 발광물질이 봉입된 무전극 전구;

   상기 무전극 전구 후방측의 공진기 내부에 장착하여, 전자파는 통과시키면서 빛은 반사하는 유전체거울; 및

   상기 무전극 전구에 연결된 전구축에 삽입된 튜너;를 포함하는 마이크로웨이브 램프 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 튜너는, 금속 또는 유전체인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 램프 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 튜너는, 상기 마그네트론의 출력부와 나란하게 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 램프 시스템.

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