KR20090118427A - 용량형 내부 전극 형광 램프 및 이를 이용한 조명 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 램프 내부에 전극이 위치하면서도 용량형 결합에 의한 플라즈마 방전을 일으키는 새로운 개념의 형광 램프에 관한 것으로서, 방전 가스가 봉입된 방전관과; 상기 방전관의 내부에 삽입되며, 용량형 결합에 의한 플라즈마 방전을 유도하도록 표면에 유전체가 코팅된 도전성 전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 용량형 내부 전극 형광 램프를 제공한다.

용량형 결합, 내부 전극, 유전율, 절연 파괴 전압, 고 출력

Description

용량형 내부 전극 형광 램프 및 이를 이용한 조명 장치{CAPACITIVE INTERNAL ELECTRODE FLUORESCENT LAMP AND LIGHTING APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 램프 내부에 전극이 위치하면서도 용량형 결합에 의한 플라즈마 방전을 일으키는 새로운 개념의 용량형 내부 전극 형광 램프에 관한 것이다.

일반적으로, 형광 램프는 크게 램프 내부에 전극이 위치하는 내부 전극 형광 램프와, 램프 외부에 전극이 위치하는 외부 전극 형광 램프 (External Electrode Fluorescent Lamp; EEFL)로 구분되고, 이 중 내부 전극 형광 램프의 예로는 열 음극 형광 램프 (Hot Cathode Fluorescent Lamp; HCFL)와 냉 음극 형광 램프 (Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL)를 들 수 있다.

EEFL은 외부 전극 아래의 램프 유리가 유전체 역할을 하여, 도 1과 같이, 램프 (R1) 양단에 커패시터 (C1, C2)를 연결한 것과 같은 효과를 얻을 수 있고, 이로 인해 다수의 램프를 병렬 구동할 수 있다. 즉, EEFL은, HCFL이나 CCFL과 달리, 하나의 구동 회로를 통해 다등 동시 구동의 효과를 얻을 수 있으며, 이에 따라 회로 구성 비용을 절감할 수 있고 기구 구조를 단순화시킬 수 있으며, 장 수명의 장점도 얻을 수 있다.

그러나, 기존의 EEFL은, 도 2와 같이, 직관형 구조의 램프 (L) 양단의 외주면에 외부 전극 (E)을 형성하는 형태가 주류를 이루고 있는데, 외부 전극 (E)의 길이는 램프 길이와 램프 발광 영역의 제한에 의해 램프 특성과 무관하게 일정 길이로 결정되는 경우가 대부분이다. 외부 전극이 차지하는 면적은 EEFL의 효율, 수명, 광량 등의 특성을 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나이므로, 외부 전극의 길이가 EEFL을 채용하는 등 기구의 기구적 사양에 의해 결정된다면 최적화된 램프 특성을 발휘할 수 없으며, 결과적으로 저 효율, 저 신뢰성의 램프를 사용하게 되는 단점을 피할 수 없게 된다.

특히, 기존의 EEFL에 있어서 유전체 역할은 외부 전극 아래의 유리관이 담당하고 있는데, 대부분의 유리관의 재질은 유전율이 약 6~7 정도에 불과하고 절연 파괴 전압도 2 kV/mm로 매우 낮으므로, 고 효율 및 고 출력 램프의 설계가 불가능하였다. 즉, 기존의 EEFL에서는 광학적 특성을 고려하여 유리관을 사용하고 있으나, 유리관의 유전체로서의 전기적 특성이 좋지 않아 커패시턴스 값이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 기존의 EEFL은 전극이 램프 외부에 위치하므로, HCFL이나 CCFL에 사용되는 기존의 간단한 구조의 소켓과 호환성이 없고, 외부 전극을 감싸주는 별도의 복잡한 구조를 갖는 소켓을 필요로 하여 초기 설치비가 많이 드는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은,

첫째, 기존 EEFL의 장 수명 및 다등 동시 구동의 장점을 유지하면서도, 램프의 외부가 아닌 내부에 전극을 위치시킨 새로운 개념의 형광 램프를 제공하고,

둘째, 기존 EEFL에서 유전체의 역할을 겸한 방전관 (즉, 유리관)을 사용했던 것과 달리, 방전관과 유전체를 독립적으로 분리하여, 방전관은 광학적 특성이 우수한 재료를 사용하고 유전체는 전기적 특성이 우수한 재료를 사용할 수 있게 함으로써 고 효율 및 고 출력 램프의 설계가 가능한 구조를 제공하며,

셋째, 기존 EEFL에 비해 램프의 발광 영역을 확장함과 동시에 전극 설계의 자유도를 확보하여 램프의 효율 및 수명을 극대화시키고,

넷째, 기존 HCFL이나 CCFL 등에 사용되는 소켓과 호환성이 있는 램프 단자 구조를 제공하여 초기 설치비를 줄이는 데에 있다.

이러한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 전극이 램프 내부에 위치하면서 용량형 결합에 의한 플라즈마 방전 (capacitive coupling plasma discharge)을 일으키는 새로운 개념의 형광 램프를 제공하는데, 이를 용량형 내부 전극 형광 램프 (Capacitive Internal-electrode Fluorescent Lamp; CIFL)로 명명하기로 한다.

구체적으로, 본 발명은 방전 가스가 봉입된 방전관과; 상기 방전관의 내부에 삽입되며, 용량형 결합에 의한 플라즈마 방전을 유도하도록 표면에 유전체가 코팅된 도전성 전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 용량형 내부 전극 형광 램프를 제공한다.

또한, 본 발명은 위와 같은 복수의 용량형 내부 전극 형광 램프와; 상기 복수의 용량형 내부 전극 형광 램프 각각의 도전성 전극들과 병렬 연결되는 인버터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 용량형 내부 전극 형광 램프를 이용한 조명 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면,

첫째, 전극이 램프 내부에 위치하면서도 용량형 결합에 의한 플라즈마 방전을 통하여 다등 병렬 구동이 가능하다.

둘째, 유전체로서 높은 유전율 및 높은 절연 파괴 전압을 갖는 물질을 사용하여 커패시턴스 값을 높이고, 고 효율 및 고 출력 램프를 만들 수 있다. 이를 다른 측면에서 보면, 유전율을 높일 수 있으므로 전극이 차지하는 길이나 면적을 줄일 수 있게 된다.

셋째, 전극이 램프 내부에 위치하므로 기존 EEFL에 비해 램프의 발광 영역이 확장되고, 전극 설계의 자유도가 확보되어 램프의 효율 및 수명을 극대화시킬 수 있다.

넷째, HCFL이나 CCFL과 같이 전극이 램프 내부에 위치하므로, 기존 HCFL이나 CCFL 등에 사용되는 소켓과 호환성이 있는 램프 단자 구조를 쉽게 설계할 수 있게 되고, 이에 따라 초기 설치비를 크게 줄일 수 있으며, 이러한 점은 본 발명의 CIFL의 상용화에 크게 기여할 수 있다.

이하, 첨부 도면에 따라 본 발명의 실시 상태를 상세히 설명하겠다.

도 3에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CIFL은 방전관 (10)과, 표면에 유전체 (21)가 코팅된 도전성 전극 (20)을 포함하여 이루어진다.

상기 방전관 (10)으로는 기존의 형광 램프에 사용되는 유리관이 사용될 수 있는데, 내벽에 형광체가 코팅되어 있고, Ne, Ar, He과 같은 방전 가스가 봉입되어 있다. 이러한 방전관 (10)의 형상으로는 직관형 (도 3 참조), 환형 (도 4 참조), 콤팩트형 (도 5 참조), 전구형 (도 6 참조), 또는 직관형 램프의 양측에 짧은 보조 램프가 각각 U-자형으로 연결된 형상 (이를 '보조 램프형'이라 함)(도 7 참조)을 예로 들 수 있다. 다만, 본 발명이 상기 방전관 (10)의 재질 및 형상과, 방전 가스의 종류 등을 한정하는 것은 아니다.

상기 도전성 전극 (20)은 상기 방전관 (10)의 내부에 삽입되도록 설치되며, 그 표면에 유전체 (21)가 코팅되어 있어 있다. 도 3에 의하면, 상기 도전성 전극 (20)은 상기 방전관 (10)의 양단에 각각 하나씩 설치되어 있다. 이에 따라, 두 도전성 전극 (20)에 교류 전원을 인가하면, 상기 도전성 전극 (20) 표면의 유전체 (21) 코팅층이 커패시터의 유전체 역할을 하여 과전류를 방지하고, 상기 방전관 (10) 내에 용량형 결합에 의한 플라즈마 방전 (capacitive coupling plasma discharge)이 발생한다.

즉, 기존 EEFL에서 방전관 외주면을 감싸던 전극을 방전관 내로 옮기고, 기존 EEFL에서 유전체 역할을 하던 방전관 대신 상기 도전성 전극 (20)의 표면을 별도의 유전체 (21)로 감싸도록 설계 변경을 하는 것이다.

이러한 설계 변경에 의해, 본 발명의 CIFL은 다음과 같은 이점을 가지게 된다.

먼저, 본 발명에 따른 CIFL은, 기존의 EEFL과 마찬가지로, 램프 양단에 커패시터를 연결한 것과 같은 효과를 얻을 수 있으므로 (도 1 참조), 다수의 램프를 동시에 병렬 구동할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 CIFL은, 기존의 EEFL과 달리, 상기 유전체 (21)가 상기 방전관 (10)과 독립되어 형성되므로, 유전체의 종류 및 두께 등을 정함에 있어 제한이 없다. 커패시턴스 값은 전극의 면적과 유전율에 비례하고, 커패시턴스 값이 클수록 고 효율 및 고 출력 램프를 얻을 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 유전체 (21)로서 상기 방전관 (10)을 이루는 물질의 유전율 및 절연 파괴 전압보다 그 유전율 및 절연 파괴 전압이 큰 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 유전체 (21)의 예로서 Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂ 또는 BaTiO₃ 등을 들 수 있다. 이러한 재료들의 유전율은 10~1000 정도에 이를 정도로 매우 높으며, 절연 파괴 전압은 10 kV/mm 이상으로 램프의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. 다만, 본 발명이 유전체의 종류를 한정하는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 CIFL은 기존의 HCFL 또는 CCFL에 사용되는 소켓을 그대로 이용하거나, 혹은 하나의 리드선만을 노출시켜 한꺼번에 인쇄회로기판 (PCB)에 연결하는 등의 방법으로 전원 연결 방법의 편의성을 극대화시킬 수 있다. 즉, 도 4 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 CIFL은 기존 형광 램프의 외형, 특히 소켓과 결합하는 단자 모습,을 그대로 구현할 수 있어 산업에의 즉시 적용이 가능하다.

한편, 본 발명은 상기 도전성 전극 (20)의 형상을 한정하지 아니하며, 도 3에는 막대형을, 도 8 및 도 9에는 컵형을 예시하였다.

다음으로, 본 발명의 CIFL에 있어서, 상기 방전관 (10)의 외부로부터 상기 방전관 (10) 내부에 삽입된 도전성 전극 (20)으로 전원을 인가하기 위한 다양한 설계 모습들을 살펴보겠다.

일 실시예로서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 방전관 (10)에 상기 도전성 전극 (20)을 관통시켜, 상기 도전성 전극 (20)의 일부는 상기 방전관 (10) 내부에 삽입된 채로 설치되도록 하고, 다른 일부는 상기 방전관 (10) 외부에 위치하도록 하는 방법이 있다. 이 경우, 상기 방전관 (10) 내부에 위치하는 도전성 전극 (20) 부위는 유전체 (21)로 코팅된다.

다른 실시예로서, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 방전관 (10)의 밀봉된 단부(端部)를 관통하며, 일단은 상기 방전관 (10) 내에 위치한 상기 도전성 전극 (20)과 결합하고 타단은 상기 방전관 (10) 외부로 돌출된 도전성 연결부 (30, 30')를 이용하는 방법이 있다.

구체적으로, 도 8을 참조하면, 스템 몸체 (50)을 관통하는 도전성 연결부 (30)의 일단은 상기 도전성 전극 (20)과 결합 및 도통되고, 타단은 리드선 (40)과 결합 및 도통된다. 이 경우, 상기 도전성 전극 (20)의 표면은 유전체 (21)로 코팅되어 있고, 상기 도전성 연결부 (30) 중 적어도 상기 방전관 (10) 내부에 위치한 부위의 표면은 절연체 (31)로 감싸져 있다. 여기서, 상기 절연체 (31)는 상기 유전체 (21)와 동종 물질일 수도 있고 이종 물질일 수도 있다. 상기 방전관 (10)은 상기 스템 몸체 (50)와의 접합 부분 (A)을 따라 토치 등에 의해 밀봉되며, 상기 밀봉 부분 위를 캡 (60)으로 덮고 상기 리드선 (40)과 단자 (65)를 결합한다.

또한, 도 9를 참조하면, 비드 (50')를 관통하는 도전성 연결부 (30')의 일단은 상기 도전성 전극 (20)과 결합 및 도통되고, 타단은 리드선 (40')과 결합 및 도통된다. 이 경우, 상기 도전성 전극 (20)의 표면은 유전체 (21)로 코팅되어 있고, 상기 도전성 연결부 (30') 중 적어도 상기 방전관 (10) 내부에 위치한 부위의 표면은 절연체 (31')로 감싸져 있다. 여기서, 상기 절연체 (31')는 상기 유전체 (21)와 동종 물질일 수도 있고 이종 물질일 수도 있다. 상기 방전관 (10)은 상기 비드 (50')와의 접합 부분 (B)을 따라 토치 등에 의해 밀봉되며, 상기 밀봉 부분 위를 캡 (60')으로 덮고 상기 리드선 (40')과 단자 (65')를 결합한다.

한편, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 CIFL은 도 1과 같은 회로 구성도를 가지므로, 다수의 램프를 동시에 병렬 구동할 수 있다. 도 10을 참조하면, 본 발명은 위에서 설명한 복수의 CIFL과, 상기 복수의 CIFL 각각의 도전성 전극들과 병렬 연결되는 인버터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 CIFL을 이용한 조명 장치를 제공한다.

이상, 본 발명을 도시된 예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.

도 1은 종래의 EEFL 및 본 발명에 따른 CIFL의 회로 개념도,

도 2는 종래의 직관형 EEFL의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 CIFL의 개념을 나타내는 단면도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CIFL의 부분 확대 단면도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CIFL의 부분 확대 단면도,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 환형 CIFL의 사시도,

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 콤팩트형 CIFL의 사시도,

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전구형 CIFL의 사시도,

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보조 램프형 CIFL의 사시도,

도 10은 본 발명의 다른 측면에 따른 CIFL을 이용한 조명 장치의 개념을 나타내는 단면도이다.

Claims (6)

1. 방전 가스가 봉입된 방전관과;

   상기 방전관의 내부에 삽입되며, 용량형 결합에 의한 플라즈마 방전 (capacitive coupling plasma discharge)을 유도하도록 표면에 유전체가 코팅된 도전성 전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 용량형 내부 전극 형광 램프.
2. 제1항에 있어서, 상기 도전성 전극은 상기 방전관의 양단에 각각 하나씩 설치된 것을 특징으로 하는 용량형 내부 전극 형광 램프.
3. 제2항에 있어서, 상기 방전관의 밀봉된 단부(端部)를 관통하며 일단은 상기 도전성 전극과 결합하고 타단은 상기 방전관 외부로 돌출된 도전성 연결부를 구비하며, 상기 도전성 연결부 중 적어도 상기 방전관 내부에 위치한 부위의 표면은 절연체로 감싸진 것을 특징으로 하는 용량형 내부 전극 형광 램프.
4. 제1항에 있어서, 상기 방전관의 형상은 직관형, 환형, 콤팩트형, 전구형 또는 직관형 램프의 양측에 짧은 보조 램프가 각각 U-자형으로 연결된 형상 (보조 램프형)인 것을 특징으로 하는 용량형 내부 전극 형광 램프.
5. 제1항에 있어서, 상기 유전체의 유전율 및 절연 파괴 전압은 상기 방전관을 이루는 물질의 유전율 및 절연 파괴 전압보다 큰 물질인 것을 특징으로 하는 용량형 내부 전극 형광 램프.
6. 제1항에 따른 복수의 용량형 내부 전극 형광 램프와;

   상기 복수의 용량형 내부 전극 형광 램프 각각의 도전성 전극들과 병렬 연결되는 인버터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 용량형 내부 전극 형광 램프를 이용한 조명 장치.

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