KR20100109500A - 무전극 가스 방전 램프들의 동작을 위한 장 어플리케이터들에 대한 콤팩트한 지연 라인 구조들 - Google Patents

무전극 가스 방전 램프들의 동작을 위한 장 어플리케이터들에 대한 콤팩트한 지연 라인 구조들 Download PDF

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오스람 게젤샤프트 미트 베쉬랭크터 하프퉁
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무전극 가스 방전 램프들의 동작을 위한 장 어플리케이터들에 대한 콤팩트한 지연 라인 구조들
특히 큰 도파관들(낮은 주파수들)에 대한 상기 지연 라인들의 기하학적 치수들을 감소시키기 위해서, EHID 램프들로 급전될 위상 천이된 전기장들의 생성을 위해 필요한, 지연 라인들의 계층화.

Description

무전극 가스 방전 램프들의 동작을 위한 장 어플리케이터들에 대한 콤팩트한 지연 라인 구조들{COMPACT DELAY LINE STRUCTURES FOR FIELD APPLICATORS FOR OPERATION OF ELECTRODELESS GAS DISCHARGE LAMPS}
본 발명은 무전극 고압 방전 램프(EHID)들의 분야에 관한 것이고, 특히 일반적 조명 또는 사진-광학 어플리케이션에 대해 의도된다. 보다 구체적으로, 본 발명은 무전극 가스 방전 램프들의 동작을 위한 장(field) 어플리케이터들에 대한 콤팩트한 지연 라인 구조들을 언급한다.
US-A 2009146543으로부터 플라즈마 램프들이 알려진다. 그들은 종종 EHID로서 지칭되는 무전극 고압 방전 램프들에 기초한다. 이러한 인용은 참조에 의해 편입된다.
이러한 종류의 플라즈마 램프들을 다루는 추가의 참조들은:
Koch, B. (2002). Experimentelle Untersuchungen an neuartigen kompakten Mikrowellenresonatoren zur elektrodenlosen Anregung von Hochdruckentladungslampen. Lichttechnisches Institut. Karlsruhe, Universitaet Karlsruhe; Dissertation 이다.
마이크로파들에 의한 플라즈마 여기를 위한 장치가 DE-A 103 35 523으로서 개시된다.
마이크로파 전력 결합기를 갖는 무전극 HID 램프에 대한 세부사항들이 CA-A 2 042 258 및 CA-A 2 042 251 하에서 공개된다.
진행 중인 본 발명의 과제는 개선된 EHID 램프를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 다음의 특징들에 의해서 해결된다:
무-전극 고휘도 방전(EHID) 램프 동작을 위해, 높은 전기장 밀도들이 고휘도 광 출력을 생성하기 위해 램프 부피에 결합되어야 한다. 서로 다른 장 어플리케이터들 사이에 높은 장 세기들을 가능하게 하기 위해, 상기 어플리케이터 암(arm)들 사이에 위상 지연이 생성되어야 한다. 일반적인 위상 천이들은 파장(λ)의 ¼ 또는 ½의 범위에 있다.
특히 1 GHz 이하의 동작 주파수들에서는, 지연 라인들의 기하학적 길이가 꽤 길다 ― 30 cm의 범위 내 ―. 산화 알루미늄과 같은 유전체 물질들의 이용은 이러한 기하학적 길이를 단지 √εr만큼 감소시킨다.
저 손실 물질들의 εr 에 대한 일반적인 값들은 5 내지 10이고, 그러므로 상기 길이는 대략 3배만큼 감소된다.
상기 지연 라인들의 상대적으로 큰 치수들은 결합 구조의 공간-효율적인 구성, 가격 상승을 방지하고, 평면 배열 때문에 EMI가 잘 제동되지 않는다.
CA-A 2 042 258 및 CA-A 2 042 251을 참조하면, EHID 램프들에 대한 지연 라인들이 기판 상의 지연 라인들을 이용해 구성될 수 있다. 이러한 구조들은 단지 2차원만을 이용하고, 따라서 많은 공간을 필요로 한다. (Koch 2002) 및 DE-A 103 35 523에 기초하여, 4개의 어플리케이터 암들을 이용하는 어플리케이터 구조들이 4개의 지연 라인들을 이용하여 셋업될 수 있다. 1 GHz 이상의 주파수들에서 공기 중의(in air) 지연 라인들이 이용된다.
본 발명의 기술적 특징들은, 극도의 적은 부피에서의 가스 방전 램프의 전자기장들의 어플리케이션에 대한 지연 라인들의 실현을 위한 층 구조들(샌드위치 구조들)의 이용을 포함한다. 이러한 목적을 위해, 상기 지연 라인의 일 측면 상에서 그리고 그라운드 평면의 맞은 편에서 전달되는 기판이 서로 링크되어 마이크로스트립 라인들을 생성한다. 이것들은 더 적층되어 비아(via)들을 통해 서로 연결되고, 그것에 의해 전체 구조를 위해 필요한 치수들을 낮춘다. 전력 출력의 포인트들에서, 상기 마이크로스트립 라인들은 기판의 에지에 이르고, 그 후에 어플리케이터 암들과 연결된다.
도 1은 어플리케이터들 및 공기 중의 지연 라인들을 갖는 어플리케이터 구조를 도시한다.
도 2는 플렉서블 기판을 갖는 지연 라인을 도시한다.
도 3은 2개의 지연 라인 층들 및 3 개의 그라운드 층들을 갖는 샌드위치 구조를 도시한다.
도 4는 콤팩트한 유닛을 형성하는 램프, 어플리케이터 및 반사기를 도시한다.
도 5는 마이크로스트립 라인의 1-층 셉-업을 도시한다.
도 6은 마이크로스트립 라인들의 적층을 도시한다.
도 1은 (Koch 2002) 및 DE-A 103 35 523을 참조하는, 어플리케이터들 및 공기 중의 지연 라인들을 포함하는 어플리케이터 구조를 도시한다.
도 2는 덮개(wrap)로서 플렉서블 기판(좌측)을 갖거나 또는 샌드위치로서 견고한 기판(우측)을 갖는 지연 라인을 도시한다. 유전체 물질로서 공기를 이용하는 지연 라인은 1 GHz 이하의 주파수들에서 상대적으로 큰 비율들을 가질 것이다. 기하학적 치수들의 감소에 따라 만들어진 발명은, 스트립 또는 마이크로스트립 라인 구성에서의 지연 라인들을 이용하는 방식으로, 덮개를 손상시키는 플렉서블 캐리어 물질(예컨대, 테플론)을 이용하거나 또는 샌드위치 구성에서의 견고한 기판(Al203)을 이용한다. 상기 기판은 1보다 큰 상대 유전 상수 εr를 갖는다. 다양한 스트립 라인 층의 접촉은 비아들에 분배된 적절한 라인을 이용하여 수행된다. 따라서 상기 지연 라인들은 낮은 광학 쉐도윙(shadowing)을 갖는 콤팩트한 유닛이다.
도 3은 2개의 지연 라인 층들 및 3개의 그라운드 층들을 갖는 샌드위치 구조를 도시한다. 4개의 유전체 층들이 필요하다. 다수의 비아들을 이용해 층-내 연결이 수행된다. 덮개 설계와 비교한 단점은, 전력의 반사들을 이르게 하는 상기 층-내 연결들에 의해 생성되는 전기장 분배(및 그러므로 라인 임피던스)에서의 불균일도를 발견하는 것이다. 층 내에서, 정규 설계 규칙들을 따르는 임의의 에지의 충분한 설계에 의해서 라인 임피던스가 일정하게 유지될 수 있다.
도 4는 램프, 어플리케이터 및 반사기가 콤팩트한 유닛을 형성하는 시스템을 도시한다. 반도체들에 의해 고-주파수 전압을 생성하기 위한 전자 보드(PCB)가 아래에 직접 실장된다. 반사기는 적어도 부분적으로 전도성 코팅되거나, 또는 EMI 잡음을 제거하는 차폐 효과를 얻기 위해 전기적 및 열적 전도성 물질로 만들어지고 벌크 시스템들의 그라운드와 연결된다. 상기 반사기는, 램프에 대한 히트 싱크, 지연 라인들 및 전력 전자회로들로서 기능하는, 열적 전도성 물질로 적어도 부분적으로 만들어진다. 상기 반사기는 상기 PCB 및 지연 라인 블록과 좋은 열적 결합을 갖는다.
도 5는 측면 금속화를 갖는 마이크로스트립 라인의 1-층 셋-업을 도시한다.
도 6은 비아들에 의해 전기적으로 연결되는 마이크로스트립들의 적층을 도시한다.
전체 램프는 다음의 특징들을 포함할 수 있다:
(a) 미리선택된 형태 및 치수들의 바디를 갖는 도파관, 상기 바디는 적어도 하나의 유전체 물질을 포함하고 도파관 외부 표면에 의해 결정되는 적어도 하나의 표면을 가지며, 상기 각 물질은 약 2보다 더 큰 유전 상수를 갖는다;
(b) 상기 바디 내에 위치하고 상기 바디와 밀접하게 접촉하는 제1 마이크로파 프로브, 상기 제1 마이크로파 프로브는 출력부 및 입력부를 갖고 미리선택된 주파수 및 세기에서 약 0.25 GHz로부터 약 30 GHz까지의 주파수 범위에서 동작하는 마이크로파 소스로부터 마이크로파 에너지를 상기 바디와 결합시키도록 적응되고(adapted), 상기 주파수 및 세기 및 상기 바디 형태 및 치수들은 상기 바디가 적어도 하나의 최대 전기장을 갖는 적어도 하나의 공진 모드에서 공진하도록 선택된다;
(c) 상기 바디는, 상기 도파관 외부 표면으로부터 의존하고 챔버 애퍼쳐에 의해 결정되는 램프 챔버, 바닥 표면에 의해 결정되는 챔버 인클로저, 및 적어도 하나의 주변 벽 표면을 갖는다;
(d) 상기 램프 챔버 내의 투명한 유전체 전구; 및
(e) 공진하는 바디로부터 마이크로파 에너지를 수신할 때에 발광 플라즈마를 형성하는, 상기 전구 내에 포함된 충진 혼합물.
보다 일반적으로, 공진하는 바디로부터 마이크로파 에너지를 수신할 때에 발광 플라즈마를 형성하는, 전구 내에 포함된 충진물 또는 충진 혼합물을 포함하는 플라즈마 램프가 개시되고, 상기 충진물은 아세틸, 메탄, 프로판, 부탄, 및 아세틸라이드를 포함하는 그룹으로부터 선택된 유기 화합물들을 포함할 수 있다.

Claims (17)

  1. 무전극 고휘도 방전 램프(EHID)로서,
    마이크로파 에너지에 의해 여기될 때에 광 방출을 생성하기 위한 충진 혼합물을 포함하는 전구; 및
    상기 마이크로파 에너지를 상기 충진 혼합물에 결합시키기 위한 적어도 두 개의 어플리케이터 암들 ― 상기 적어도 두 개의 어플리케이터 암들은 적어도 하나의 지연 라인에 의해 분리되고, 상기 적어도 하나의 지연 라인은 스트립라인 구조를 포함함 ― 을 포함하는,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스트립라인 구조는 유전체 층에 의해 분리되는 한 쌍의 평행한 그라운드 평면들; 및 상기 유전체 층 내에 내장되는(embedded) 적어도 하나의 컨덕터를 포함하는,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스트립라인 구조는 제2항의 다수의 적층된 스트립라인 구조들을 포함하는,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  4. 제3항에 있어서,
    각 적층된 스트립라인 구조의 각 컨덕터가 전기적으로 상호연결되는,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 스트립라인 구조의 상기 유전체 층의 유전 상수는 2보다 크고 바람직하게는 11보다 작은,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    유전체 물질은 실질적으로 견고한,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  7. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    유전체 물질은 실질적으로 유연한,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트립라인 구조의 적어도 하나의 측면 벽이 금속화되는,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속화된 측면 벽은 상기 스트립라인 구조의 상기 그라운드 평면들을 전기적으로 상호연결하는,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 어플리케이터 암들은 상기 스트립라인 구조의 층들의 평면에 연결되고 상기 스트립라인 구조의 상부 표면 상에 장착되며, 상기 상부 표면은 상기 스트립라인 구조의 층들의 평면에 수직인 평면인,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  11. 제10항에 있어서,
    PCB가 상기 스트립라인 구조의 하부 표면에 장착되고, 상기 하부 표면은 상기 스트립라인 구조의 층들의 평면에 수직이고 상기 스트립라인 구조의 상부 표면과 마주보는 평면인,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 램프는 반사기를 더 포함하고, 상기 반사기는 상기 램프의 상기 스트립라인 구조, 상기 어플리케이터 암들 및 상기 전구를 감싸도록 상기 PCB 상에 장착되는,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 반사기는 적어도 부분적으로 전기적으로 전도성인,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 반사기는 적어도 부분적으로 열적으로 전도성인,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 램프는 상기 스트립라인 구조 내에 위치하여 상기 스트립라인 구조와 밀접하게 접촉하는 마이크로파 프로브를 더 포함하고, 상기 마이크로파 프로브는 마이크로파 소스로부터의 마이크로파 에너지를 상기 스트립라인 구조에 결합시키도록 적응되는,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트립라인 구조는 상기 마이크로파 에너지에 의해 여기될 때에 적어도 하나의 최대 전기장을 갖는 적어도 하나의 공진 모드를 갖는,
    무전극 고휘도 방전 램프.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충진 혼합물은, 아세틸렌, 메탄, 프로판, 부탄 및 아세틸라이드 중 적어도 하나를 포함하는 유기 화합물들을 포함하는,
    무전극 고휘도 방전 램프.
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