KR20160050862A - 무전극 전구 - Google Patents

Abstract

실시예에 따른 무전극 전구는 내부에 공간을 가지는 벌브, 상기 벌브 내에 충전되는 발광물질 및 상기 벌브 내에 배치되는 방전 유도볼을 포함하고, 상기 방전 유도볼은 금속을 포함하여 상기 벌브 내의 방전을 가속화하는 금속볼과, 상기 금속볼을 코팅하여 상기 금속볼과 상기 발광물질 사이의 반응을 방지하는 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무전극 전구{ELECTRODELESS BULB SYSTEM}

실시예는 무전극 전구에 관한 것이다.

일반적으로 무전극 조명기기는 마그네트론과 같은 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부에서 발생되는 마이크로파 에너지가 도파관을 통해 공진기에 전달되고, 상기 공진기의 내부에 구비된 무전극전구의 충전물질을 여기시키며, 이 과정에서 상기 무전극전구의 충전가스가 플라즈마 상태로 변환되어 빛이 발생되는 장치이다.

상기 무전극 조명기기는 전구의 내부에 전극이나 필라멘트가 없는 무전극전구로 수명이 매우 길거나 반영구적이며, 아울러 상기 무전극전구의 내부에 충전된 충전물질이 플라즈마화 되면서 발광하게 되어 자연광과 같은 빛을 발광시키게 된다.

다만, 무전극 전구의 경우, 초기 방전을 시키기 쉽지 않은 문제점이 존재한다. 또한, 초기 방전을 위해 무전극 전구의 내부에 금속물질을 충진하게 되면 이 금속물질이 벌브 내에 충진되는 발광물질과 반응하는 문제점이 있다

실시예는 발광 효율이 우수하고, 무전극 전구의 점등 시간이 단축되는 무전극 전구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

실시예에 따른 무전극 전구는 내부에 공간을 가지는 벌브, 상기 벌브 내에 충전되는 발광물질 및 상기 벌브 내에 배치되는 방전 유도볼을 포함하고, 상기 방전 유도볼은 금속을 포함하여 상기 벌브 내의 방전을 가속화하는 금속볼과, 상기 금속볼을 코팅하여 상기 금속볼과 상기 발광물질 사이의 반응을 방지하는 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에 따르면, 제1발광물질로 황을 사용하고, 제2발광물질로 요오드를 사용하여서, 연색성 및 효율이 우수한 이점이 존재한다.

또한, 실시예는 벌브 내에 전자를 공급하는 방전 유도볼을 사용하여서, 무전극 전구의 효율을 향상시키고, 초기의 방전을 쉽게 하므로, 무전극 전구의 점등시간을 단축하는 이점이 존재한다.

또한, 실시예는 방전 유도볼을 코팅층에 의해 코팅하고, 전자이동홀을 형성하여서, 방전 유도볼에 의해 벌브 내부에 전자는 공급하면서, 금속이 발광물질과 반응되는 것을 방지하는 이점이 존재한다.

또한, 실시예는 방전 유도볼의 위치를 고정하여서, 전계를 강화하고, 플라즈마를 집중시킬 수 있으므로, 조명기기의 소형화가 가능하고, 무전극 전구를 회전시킬 필요가 없는 이점이 존재한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명기기의 사시도,
도 2 는 도 1의 무전극 조명기기의 측면도,
도 3은 도 1의 무전극 조명기기의 측단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극전구의 종단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방전 유도볼의 단면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방전 유도볼의 단면도,
도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전극전구의 종단면도,
도 8는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전극전구의 종단면도이다.

실시예의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 실시예를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명기기의 사시도, 도 2 는 도 1의 무전극 조명기기의 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 무전극 조명기기(10)는 내부에 일정한 공간을 가지는 케이싱(100)에 의해 외관을 이루는 본체가 형성된다.

그리고, 케이싱(100)에는 다수의 전장 부품이 내장될 수 있다.

케이싱(100)은 대략적으로 육면체 형상을 가질 수 있다.

케이싱(100)의 외면에는 본체를 외부 공간에 고정시키기 위한 지지부(550)가 제공된다.

구체적으로, 지지부(550)는 일정 정도의 두께를 가지면서 가로 방향으로 긴 사각판재 형상으로 형성되며, 한쪽 끝 부분이 케이싱(100)의 외면에 회동 가능하게 고정되고, 다른 한쪽 끝 부분이 케이싱(100)을 상방으로 지나면서 반대쪽 케이싱(100)의 외면에 회동 가능하게 고정된다.

도 3는 도 1의 무전극 조명기기의 측단면도이다.

실시예의 무전극 조명기기(10)는 일측에 외부의 공기가 유입되는 유입구(127)와 타측에 유입구(127)를 통해 유입된 공기가 유출되는 유출구(122)를 가지는 케이싱(100), 고전압을 발생하는 고전압발생기(200), 고전압발생기(200)에서 발생되는 고전압이 인가되어 마이크로파를 생성시키는 마그네트론(300), 마그네트론(300)에 결합되어 마그네트론(300)에서 발진된 마이크로파를 안내하는 도파관(400), 도파관(400)의 출구 측에 결합되어 마이크로파의 외부 방출을 차폐하여 공진모드를 형성하는 공진기(500), 공진기(500)의 내부에 배치되어 마이크로파에 의해 여기되어 빛을 발광하도록 발광물질이 구비되는 무전극전구(600)를 포함한다.

또한, 실시예의 무전극 조명기기(10)는 무전극전구(600)에 회전력을 공급하는 모터(M)를 더 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 케이싱(100)은 일측에 유입구(127)와 타측에 유출구(122)가 형성된 육면체 형상을 가지고, 내부에 다수의 부품이 위치되는 공간이 형성된다.

구체적으로, 케이싱(100)은 상부(도 3 기준)에 외부의 공기가 유입되는 유입구(127)가 형성되고, 하부에 외부에서 유입된 공기가 유출되는 유출구(122)가 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 유출구(122)와 유입구(127)의 위치는 다양하게 변형될 수 있다. 따라서, 무전극 조명기기(10)의 정상 작동 중에는 유입구(127)에서 유출구(122) 방향으로 공기 유동이 형성되어서, 케이싱(100)의 내부부품을 냉각하게 된다.

케이싱(100)은 적어도 2개의 케이싱 부재의 결합에 의해 형성될 수도 있다.

구체적으로, 케이싱(100)은 상부 케이싱 부재(110)와 하부 케이싱 부재(120)가 결합되어 내부에 공간이 형성될 수 있다.

또한, 상부 케이싱 부재(110)의 상면에는 외부의 공기가 유입되는 유입구(127) 형성된다.

구체적으로, 상부 케이싱 부재(110)의 테두리 부재(113)에 의해 유입구(127)가 형성된다.

테두리 부재(113)에는 케이싱(100)의 내부 방향으로 함몰되어 이물질이 걸리는 이물질 방지턱(115)이 형성될 수 있다.

구체적으로, 유출구(122)는 하부 케이싱 부재(120)의 하방에 배치될 수 있다.

유출구(122)는 케이싱(100)의 내부로 유입된 공기가 케이싱(100)의 내부의 부품의 열을 전달받고 유출될 수 있도록, 유입구(127)와 이격되어 위치될 수 있다.

더욱 구체적으로, 유출구(122)는 하부 케이싱 부재(120)의 좌측 하단에 형성될 수 있다.

유입구(127)의 상부에는 유입구(127)로 유입되는 공기를 우회시키는 유입구 커버(830)가 위치될 수 있다.

유입구 커버(830)는 유입구(127)의 상부영역(도 3 기준)을 차폐하여 유입구(127)로 외부의 공기가 직접적으로 흡입되지 못하게 한다.

구체적으로, 외부의 공기는 케이싱(100)의 외부에서 유입구(127) 방향으로 유동되고, 중간에 유입구 커버(830)와 유입구(127)의 테두리 사이에서 외부 방향으로 다시 유동되고, 다시 공기유동 유닛(150)의 흡입력에 의해 케이싱(100)의 내부로 흡입되는 것이다.

예를 들면, 유입구 커버(830)는 유입구(127)를 형성하는 테두리 부재(113)와 스페이서(미도시)에 의해 소정의 공간을 갖도록 이격될 수 있다.

또한, 실시예는 유입구 커버(830)를 커버하는 방충 커버(810)를 더 포함할 수 있다.

방충 커버(810)는 유입구 커버(830)를 감싸게 배치된다.

구체적으로, 방충 커버(810)는 유입구 커버(830)의 보다 큰 단면적을 가지고, 적어도 유입구 커버(830)의 상부 영역을 감싸게 배치될 수 있다.

방충 커버(810)는 본체를 형성하는 커버 본체(811)와, 커버 본체(811)의 일부 영역에 형성되는 방진 및 방충을 위한 통기구(813)를 포함할 수 있다.

통기구(813)는 외부의 공기는 유입되면서, 외부의 곤충, 먼지 등이 유입되는 것을 방지하기 위해, 소정의 크기를 가지는 홀 형태일 수 있다.

케이싱(100)의 내부에는 외부의 공기가 유입구(127) 방향에서 유출구(122) 방향으로 유동되도록 하는 공기유동 유닛(150)을 더 포함할 수 있다.

공기유동 유닛(150)는 공기의 압력차를 발생시켜 공기를 일 방향으로 유동하는 장치이다. 예를 들면, 공기유동 유닛(150)은 축류팬일 수 있다.

공기유동 유닛(150)은 케이싱(100)의 내부에 위치되고, 외부의 공기가 유입구(127) 방향에서 유출구(122) 방향으로 유동되도록 한다.

고전압발생기(200)는 고전압을 생성하여 마그네트론(300)에 공급한다.

예를 들면, 고전압발생기(200)는 구동회로와 전원을 승압시키는 승압부를 포함할 수 있다.

마그네트론(300)은 케이싱(100)의 내부에 위치되어 고전압발생기(200)에서 발생되는 고전압이 인가되어 마이크로파를 생성시킬 수 있다.

고전압발생기(200)에 구동 신호를 입력하면, 그 고전압발생기(200)는 교류 전원을 승압하여 승압된 고전압을 마그네트론(300)에 공급하고, 마그네트론(300)은 고전압에 의해 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖는 마이크로파를 생성한다.

이 마이크로파는 마그네트론(300)의 안테나(310)를 통해 그 마그네트론(300)의 외부로 방출되고, 이 방출된 마이크로파는 마그네트론(300)의 마이크로파 정합부재(미도시)에 의하여 임피던스 매칭을 이루면서 도파관(400)으로 안내된다.

도파관(400)은 마그네트론(300)에 결합되어 마그네트론(300)에서 발진된 마이크로파를 공진기(500) 내부로 안내한다.

도파관(400)은 내부에 마이크로파가 안내되는 도파공간(S)을 가지도록 형성될 수 있다.

또한, 도파관(400)은 유입구(127)와 유출구(122) 사이에 배치되어서, 유입구(127)에서 유입된 외부 공기에 의해 냉각될 수 있다.

도파관(400)의 일측 방향 하부에는 출구(430)가 형성될 수 있다. 하부 케이싱 부재(120)에는 도파관(400)의 출구와 대응되는 홀(미도시)이 형성될 수 있다.

도파관(400)의 출구(430)는 도파관(400) 내의 도파공간(S)과 공진기(500) 내의 공진공간(530)을 연통시킨다.

구체적으로, 도파관(400)의 출구(430)는 도파관(400)의 하면이 관통되어 형성된다.

바람직하게는, 도파관(400)의 출구(430)는 무전극전구(600)와 인접하여 위치될 수 있다.

즉, 도파관(400)의 출구(430)는 전계를 가장 높일 수 있는 위치인 무전극전구(600)에 인접하여 위치되는 것이 바람직하다

도파관(400) 출구(430)의 형상은 제한이 없지만, 바람직하게는 공진기(500)의 수평 단면적의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다.

공진기(500)는 도파관(400)의 출구(430) 측에 결합되어 마이크로파의 외부 방출을 차폐하여 공진모드를 형성한다.

도파관(400)에서 유동된 마이크로파는 공진기(500)의 내부 공간으로 유동하게 되어 공진모드를 형성하게 된다.

공진기(500)는 적어도 도파관(400)의 출구(430)를 감싸게 도파관(400)의 외면에 결합된다.

또한, 공진기(500)는 내부에 공진공간(530)이 형성될 수 있다.

구체적으로, 공진기(500)는 도 3에서와 같이 그 내부에 무전극전구(600)를 수용할 수 있는 공진공간(530)을 가지는 원통 모양으로 형성되고, 그 일단, 즉 전방단(광축(Ax)방향)은 닫히고 그 타단, 즉 후방단은 공진공간(530)에서의 공진모드가 TE모드를 형성할 수 있도록 열린 형상으로 형성된다.

그리고 공진기(500)의 일측, 즉 무전극전구(600)가 수용되는 부위는 마이크로파는 가두는 반면 빛은 방출할 수 있도록 그물형상으로 메시부(510)가 형성되고, 공진기(500)의 타측, 즉 도파관(400)에 고정되는 부위는 메시가 없는 원형 고리 형상으로 고정부(520)가 형성된다.

실시예는 무전극전구(600)에서 생성된 빛의 방향을 가이드하는 반사갓(700)이 배치될 수 있다.

반사갓(700)은 상부가 공진기(500)의 외면을 감싸게 형성될 수 있고, 아래 방향으로 진행될 수록 직경이 증가하게 형성될 수 있다.

반사갓(700)은 전체적으로 보면, 하면의 지름이 상면의 지름보다 크고, 하면이 개방된 원기둥 형상으로 형성된다.

반사갓(700)의 상부 중앙을 통해 무전극전구(600)가 반사갓(700)의 내부 공간으로 삽입되도록 구성된다.

이러한 반사갓(700)의 내면에는 무전극전구(600)에서 발광되는 빛을 더 잘 반사할 수 있도록 하는 반사물질이 도포되기도 한다.

반사갓(700)의 하단부는 외측으로 절곡되어 반사갓(700)의 하단부 테두리를 따라 일정 정도의 면적을 가지는 플랜지(720)가 형성되고, 플랜지(720)의 하면에는 무전극전구(600)에서 발광되는 빛을 투과하여 원하는 공간으로 투과시키기 위한 전면유리(710)가 위치하게 된다.

반사갓(700)은 하부 케이싱 부재(120)에 고정부재(740)의해 고정될 수 있다.

무전극전구(600)는 공진기(500)의 내부에 배치되어 마이크로파에 의해 여기되어 빛을 발광한다.

케이싱(100)의 내부에는 무전극전구(600)를 회전시키는 모터(M)가 위치될 수 있다. 모터(M)는 무전극전구(600)에 회전력을 공급한다. 구체적으로, 회전축(620)은 무전극전구(600)의 중심에 결합된다.

모터(M)는 무전극전구(600)를 회전시켜서 무전극전구(600)를 냉각시킨다.

이하, 무전극전구(600)에 대해 상술하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극전구의 종단면도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방전 유도볼의 단면도이다.

도 4를 참고하면, 예를 들면, 무전극전구(600)는 내부에 닫힌 체적(615)을 가지는 벌브(611)와, 벌브(611)의 내부에 충전되는 발광물질과, 벌브(611) 내에 배치되는 방전 유도볼(20)을 포함한다.

또한, 실시예의 무전극전구(600)는 안정적인 발광을 위해 벌브(611) 내에 충전되는 버퍼가스를 포함할 수 있다.

벌브(611)는 내부의 발광물질이 외부로 유출되지 않고, 내부에서 생성된 빛은 투과하여야 한다.

예를 들면, 벌브(611)는 광투과 재질일 수 있다. 구체적으로, 벌브(611)는 유리, 유리질 실리카, 인조 실리카, 유리, 사파이어, 및 세라믹 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

벌브(611)는 내부에 발광물질이 충진되는 공간(615)을 형성한다. 무전극전구(600)가 모터(M)에 의해 회전될 때, 핫 스팟을 방지하기 위해서, 벌브(611)는 회전축(620)을 중심으로 대칭되게 형성될 수 있다. 바람직하게는, 벌브(611)는 회전축(620) 상에 배치된다.

구체적으로, 벌브(611)는 원 또는 원통 형상을 가질 수 있다. 도 4에서는 원 형상을 도시하고 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.

벌브(611)의 내면에는 형광물질이 도포될 수 있다. 형광물질은 할로포스페이트(halophosphate)나 플로오로포스페이트(fluorophosphate)와 같은 소재를 포함할 수 있다.

버퍼가스는 벌브(611) 내에 충전되는 반응성이 약하거나 거의 없는 가스이다. 예를 들면, 버퍼가스는 불활성 가스를 포함한다. 불활성 가스는 크세논, 아르곤, 네온 및 크립톤 중 어느 하나를 포함한다.

버퍼가스는 무전극 전구(600)이 초기 기동을 돕고, 발광물질이 안정되게 존재하게 한다. 버퍼가스는 주변 온도에서 약 2-700 토르(torr)의 압력에 존재하는 것이 바람직하다.

발광물질은 벌브(611)의 내부 공간(615)에 충전된다. 발광물질은 마이크로파에 의해 여기되어 빛을 발광하게 된다.

무전극전구(600)는 발광물질에 의해 사용자가 원하는 파장의 가시광선으로 발광할 수 있게 된다. 즉, 사용자가 긴 파장의 가시광선의 발광을 원하는 경우의 발광물질과 짧은 파장의 가시광선 발광을 원하는 경우의 발광물질을 달리하여 무전극전구(600)로부터 발광되는 가시광선을 변화시킬 수 있게 되는 장점이 있다.

예를 들면, 발광물질은 제1발광물질과 제2발광물질을 포함할 수 있다.

제1발광물질은 황(S) 또는 황화?물을 포함할 수 있다. 발광물질로 황이 사용되면, 높은 효율의 백색광을 얻을 수 있다. 여기서, 황 또는 황화물은 고체, 액체 및 기체 중 적어도 하나의 상태일 수 있다. 바람직하게는, 황은 0.4 ~ 2.5 mg/cc이 포함될 수 있다.

그러나, 발광물질로 황(S)이 사용된 무전극전구(600)에서 생성된 빛은 광 스펙트럼이 녹색 계열로 치우쳐 있다. 즉, 무전극전구(600)에서 생성된 빛은 중심파장 영역인 500nm 내지 560nm 에서 강한 빛을 발산하고, 중심 파장 영역을 정점으로 단파장 또는 장파장 방향으로 진행할수록 약한 빛을 발산하게 된다.

이러한, 황(S)을 사용한 무전극 조명기기는 연색성이 떨어지는 단점이 존재한다. 따라서, 연색성을 보강하기 위해, 제2발광물질이 벌브(611) 내에 충전된다.

제2발광물질은 요오드(I)를 포함할 수 있다. 제2발광물질로 요오드 이외에 할로겐 원소를 사용하면, 벌브(611) 내에서 안정성이 저하되고, 벌브(611)에 침착되는 문제점이 생긴다.

제2발광물질로 요오드를 사용하면, 녹색 영역의 빛을 줄여주므로, 연색성이 향상되게 된다. 또한, 요오드는 벌브(611) 내에서 안정되어 존재한다.

또 다른 예를 들면, 제2발광물질은 금속의 요오드화물을 포함할 수 있다.

여기서, 금속의 요오드화물을 이루는 금속은 알칼리 금속(alkali metal), 알칼리 토금속(alkaline earth metal) 및 전이금속(transition metal) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

그리고, 금속의 요오드화물을 이루는 금속은 나트륨(Na), 리튬(Li), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca), 임듐(In), 디스프로슘(Dy), 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 벌브(611) 내에서 요오드 화합물은 0.3 ~ 1.8 mg/cc이 포함된다.

방전 유도볼(20)은 무전극전구(600)의 초기방전을 도와 점등을 용이하게 하거나 발생되는 빛의 효율을 향상시킨다. 즉, 방전 유도볼(20)은 다수의 전자를 방출하여서 초기방전을 돕고, 효율을 올리지만, 다수의 전자를 포함하는 물질인 금속이 발광물질과 반응하는 문제점이 있다. 방전 유도볼(20)의 금속이 발광물질과 반응하면, 무전극 전구(600)는 발광 효율이 떨어지고, 방전 유도볼(20)에 의해 밝기가 저하되게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 실시예의 방전 유도볼(20)은 금속볼(21)과 금속볼(21)을 코팅하는 코팅층(23)을 포함한다.

도 5를 참조하면, 방전 유도볼(20)은 벌브(611)의 내에 위치된다. 구체적으로, 방전 유도볼(20)은 도 4에서 도시하는 바와 같이, 벌브(611)의 내에서 자유롭게 운동하도록 벌브(611)내에 봉입된다. 물론, 후술하는 바와 같이, 방전 유도볼(20)은 벌브(611)에 고정될 수도 있다. 방전 유도볼(20)은 단수 또는 복수개가 벌브(611) 내에 배치된다.

금속볼(21)은 풍부한 자유전자를 포함하는 금속을 포함하여서 벌브(611) 내에 자유전자의 농도를 향상시킨다. 즉, 금속볼(21)은 벌브(611) 내의 자유전자의 농도를 향상시키셔 벌브(611)내의 방전을 가속화한다.

금속볼(21)은 전자(Electron)방사능력이 높은 물질인 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re), 탄탈럼(Ta), 스티비움(Sb), 인듐(In), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 게르마늄(Ge), 비소(As), 탈륨(Tl), 비스무트(Bi), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바륨(Ba), 니켈(Ni) 및 지르코늄(Zr) 중에서 적어도 어느 하나 또는 이들의 합금을 포함한다.

예를 들면, 금속볼(21)은 전자방사능력이 우수한 상술한 물질들 중 어느 하나, 또는 2개 이상의 조합으로 형성될 수 있다. 또한, 금속볼(21)은 서로 이종물질인 금속물질이 어느 하나가 다른 하나를 감싸는 형태를 가질 수 있다. 이는 후술한다.

바람직하게는, 금속볼(21)은 내열성이 강한 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)을 포함한다.

코팅층(23)은 금속볼(21)을 코팅하여 금속볼(21)과 발광물질 사이의 반응을 방지한다. 코팅층(23)은 금속볼(21)을 외부와 격리하게 형성된다. 즉, 고팅층은 금속볼(21)을 감싸게 배치된다.

예를 들면, 코팅층(23)은 금속볼(21) 및 발광물질이 반응성이 없거나 약한 물질을 포함한다. 구체적으로, 코팅층(23)은 비금속 물질을 포함한다. 또한, 코팅층(23)은, 각종 수지재질과 산화물 등을 포함한다.

더욱 구체적으로, 코팅층(23)은 코팅층(23)은 산화바륨(barium oxide) 및 산화스트론튬(strontium oxide) 중 적어도 하나를 포함한다.

코팅층(23)의 두께는 제한이 없지만, 적어도 금속볼(21)과 발광물질 사이의 반응을 방지하는 두께를 가진다.

금속볼(21)이 코팅층(23)에 의해 코팅되면 금속볼(21)의 전자가 벌브(611)의 내부로 공급되지 못한다. 따라서, 코팅층(23)에는 전자가 이동되는 전자이동홀(23a)이 형성된다.

전자이동홀(23a)은 금속볼(21)과 벌브(611) 사이에 전자가 이동되는 통로를 제공한다. 전자이동홀(23a)은 금속볼(21)의 자유전자가 벌브(611)내로 공급되게 하고, 발광물질이 금속볼(21)과 접촉하지 못하게 한다.

예를 들면, 전자이동홀(23a)은 코팅층(23)과 금속볼(21)이 접촉하는 면과 코팅층(23)의 외면을 관통하여 생성되는 홀이다. 전자이동홀(23a)은 적어도 전자이동홀(23a)을 통해 전자(Electron)가 이동되고, 발광물질의 이동이 제한되는 크기를 가진다.

일반적으로 상술한 바와 같이, 발광물질로, 황, 황화합물 또는 요오드화합물 등이 사용되는 데, 이들의 크기는 전자의 수십 배에 달하므로, 전자이동홀(23a)이 적절한 크기를 가지면, 발광물질의 이동은 제한할 수 있다.

구체적으로, 전자이동홀(23a)은 발광물질의 분자의 크기(직경 중 가장 큰 직경) 보다 작은 직경을 가지고, 전자의 크기(직경 중 가장 큰 직경) 보다 큰 직경을 가진다. 바람직하게는, 전자이동홀(23a)의 직경은 발광물질의 직경 대비 50% 내지 80%일 수 있다. 다만, 전자이동홀(23a)의 직경은 수 나노미터인 것이 보통이다.

이러한 전자이동홀(23a)은 코팅층(23)의 둘레를 따라 규칙적으로 배열된다. 특히, 전자이동홀(23a)은 코팅층(23)이 격자형태로 이루어지며 생기는 공극으로 형성될 수도 있다. 즉, 전자이동홀(23a)은 코팅층(23)이 메쉬형태(mesh)로 형성되며 생기는 홀이다.

상술한 방전 유도볼(20)의 크기가 너무 크면, 벌브(611)에서 생성되는 빛을 흡수 반사하게 되어 효율이 저하되고, 방전 유도볼(20)의 크기가 너무 작으면, 벌브(611) 내의 전자공급이 원할하지 못하다. 따라서, 방전 유도볼(20)의 직경은 1mm 내지 10mm 인 것이 바람직하다.

또한, 방전 유도볼(20)이 차지하는 체적이 너무 크면, 벌브(611)에서 생성되는 빛을 흡수 반사하게 되어 효율이 저하되고, 방전 유도볼(20)이 차지하는 체적이 너무 작으면, 벌브(611) 내의 전자공급이 원할하지 못하다. 따라서, 방전 유도볼(20)의 체적은 벌브(611)의 체적 대비 5% 내지 15%인 것이 바람직하다.

이 때, 방전 유도볼(20)을 사용하는 무전극 전구(600)의 경우, 자유전자가 풍부하고 전계의 집중이 용이하므로, 상술한 모터(M)를 생략할 수 있다.

상기와 같은 무전극 조명기기(10)는 다음과 같이 동작된다.

전원 유닛(200)에 구동 신호를 입력하면, 그 전원 유닛(200)은 교류 전원을 승압하여 승압된 구동전압을 마그네트론(300)에 공급하고, 마그네트론(300)은 구동전압에 의해 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖는 마이크로파를 생성한다.

이 마이크로파는 마그네트론(300)의 안테나를 통해 그 마그네트론(300)의 외부로 방출되고, 이 방출된 마이크로파는 마그네트론(300)의 마이크로파 정합부재(미도시)에 의하여 임피던스 매칭을 이루면서 도파관(400)으로 안내된다.

도파관(400)으로 안내된 마이크로파는 그 도파관(400)의 도파공간(S)을 통해 공진기(500) 내부로 안내되어 방사되고, 이 방사된 마이크로파에 의하여 공진기(500) 내부에는 공진모드가 형성된다.

공진기(500) 내부에 형성된 공진모드에 의하여 무전극전구(600) 내에 충전된 발광물질은 여기(exciting)되어 지속적으로 플라즈마화 되면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발광하고, 이 빛은 반사갓(700)에 의해 하방으로 반사되면서 공간을 밝히는 것이다.

이 때, 무전극전구(600)의 벌브(611) 내부에 위치된 방전 유도볼(20)에 의해 초기점등 시간이 단축되고, 무전극전구(600)에서 발생되는 빛의 효율이 상승된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방전 유도볼의 단면도이다.

도 6을 참조하면, 다른 실시예에 따른 방전 유도볼(20A)은 도 5의 실시예와 비교하면, 금속볼(21A)의 구성에 차이를 가진다.

실시예의 방전 유도볼(20A)의 다른 구성에 대한 설명은 도 5의 실시예와 동일하다.

실시예에 따른 금속볼(21A)은 서로 이종인 2개의 물질이 어느 하나가 다른 하나를 감싸게 형성된다.

예를 들면, 금속볼(21A)은 제1금속볼(21a)과, 제1금속볼(21a)을 감싸는 제2금속볼(21b)을 포함한다.

제1금속볼(21a)과 제2금속볼(21b)은 서로 이종물질일 수 있다. 예를 들면, 제1금속볼(21a)은 내열성이 우수한 텅스텐이고, 제2금속볼(21b)은 전자 방출량이 충분한 에미터 물질인 니켈을 포함할 수 있다.

이런한 금속볼(21)의 구성은 금속볼(21)의 내열성과 자유전자 공급능력을 향상시키게 된다.

이 때, 코팅층(23)은 제2금속볼(21)을 감싸게 배치된다.

도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전극전구의 종단면도이다.

도 7을 참조하면, 다른 실시예에 따른 무전극전구(600A)은 도 4의 실시예와 비교하면, 서포터(30)를 더 포함하고, 방전 유도볼(20)의 위치에 차이를 가진다.

실시예의 방전 유도볼(20)은 벌브(611)의 내주면에 결합되어 고정된다. 구체적으로, 방전 유도볼(20)은 벌브(611)의 내주면에 접촉되어 그 위치가 고정된다. 방전 유도볼(20)이 벌브(611)의 내주면에 고정되게 되면, 벌브(611)의 전계 및 플라즈마의 조절이 용이하게 된다.

다른 예를 들면, 방전 유도볼(20)은 벌브(611)의 내면에서 이격되어 벌브(611)에 고정될 수 있다. 구체적으로, 방전 유도볼(20)은 서포터(30)에 의해 벌브(611)에서 이격되어 고정된다.

서포터(30)는 방전 유도볼(20)을 벌브(611)의 내면에서 이격되게 지지한다. 구체적으로, 서포터(30)는 관 형상이고, 빛이 투과되는 투광성 재질이다.

특히, 방전 유도볼(20)의 위치가 고정되는 경우, 방전 유도볼(20)은 플라즈마가 집중되게 하는 배치를 가질 수 있다.

예를 들면, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 복수 개의 방전 유도볼(20)은 하방(광축(Ax)방향)에서 보아 회전축(620)을 중심으로 회전축(620)의 주변에 배치된다. 특히, 복수 개의 방전 유도볼(20)은 하방에서 보아 회전축(620)을 중심으로 회전축(620)을 감싸며 대칭되게 배치된다.

따라서, 다수의 방전 유도볼(20)이 회전축(620)을 감싸게 배치되므로, 전계가 강화되고, 빛을 발광시키는 플라즈마가 벌브(611)의 중앙으로 집중되게 된다. 집중된 플라즈마는 무전극전구(600A)의 발광효율을 향상시킨다.

도 8는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전극전구의 종단면도이다.

도 8을 참조하면, 다른 실시예에 따른 무전극전구(600B)은 도 4의 실시예와 비교하면, 벌브(611)의 형상에 차이를 가진다.

실시예에 벌브(611)는 회전축(620) 방향으로 길게 형성되는 원통 형상일 수 있다. 이러한 원통형상의 벌브(611)는 구 형상의 벌브(611) 보다 가공이 용이한 장점을 가진다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 무전극 조명기기
100: 케이싱
200: 구동전압 발생기
300: 마그네트론

Claims (16)

1. 내부에 공간을 가지는 벌브;
   상기 벌브 내에 충전되는 발광물질; 및
   상기 벌브 내에 배치되는 방전 유도볼을 포함하고,
   상기 방전 유도볼은,
   금속을 포함하여 상기 벌브 내의 방전을 가속화하는 금속볼과,
   상기 금속볼을 코팅하여 상기 금속볼과 상기 발광물질 사이의 반응을 방지하는 코팅층을 포함하는 무전극 전구.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코팅층에는 상기 금속볼과 상기 벌브 사이에 전자(Electron)가 이동되는 전자이동홀이 형성되는 무전극 전구.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전자이동홀은 상기 발광물질의 분자의 직경 보다 작은 직경을 가지고, 전자의 직경 보다 큰 직경을 가지는 무전극 전구.
4. 제2항에 있어서,
   상기 전자이동홀의 직경은 상기 발광물질의 직경 대비 50% 내지 80%인 무전극 전구.
5. 제2항에 있어서,
   상기 전자이동홀은 코팅층의 외주면에서 규칙적으로 배열되는 무전극 전구.
6. 제2항에 있어서,
   상기 코팅층은 비금속 물질을 포함하는 무전극 전구.
7. 제6항에 있어서,
   상기 코팅층은 산화바륨(barium oxide) 및 산화스트론튬(strontium oxide) 중 적어도 하나를 포함하는 무전극 전구.
8. 제2항에 있어서,
   상기 금속볼은 구 또는 다각면체인 무전극 전구.
9. 제2항에 있어서,
   상기 금속볼은
   텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re), 탄탈럼(Ta), 스티비움(Sb), 인듐(In), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 게르마늄(Ge), 비소(As), 탈륨(Tl), 비스무트(Bi), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti) 및 지르코늄(Zr) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 무전극 전구.
10. 제2항에 있어서,
    상기 방전 유도볼의 직경은 1mm 내지 10mm 인 무전극 전구.
11. 제10항에 있어서,
    상기 방전 유도볼은 복수개가 위치되고, 상기 방전 유도볼의 체적은 상기 벌브의 체적 대비 5% 내지 15%인 무전극 전구.
12. 제2항에 있어서,
    상기 방전 유도볼은 상기 벌브의 내면에 결합되는 무전극 전구.
13. 제2항에 있어서,
    상기 방전 유도볼을 상기 벌브의 내면에서 이격되게 지지하는 서포터를 더 포함하는 무전극 전구.
14. 제13항에 있어서,
    상기 서포터는 빛이 투과되는 투광성 재질인 무전극 전구.
15. 제1항에 있어서,
    상기 발광물질은 적어도 황(S)을 포함하는 무전극 전구.
16. 제2항에 있어서,
    상기 금속볼은
    서로 이종인 2개의 물질이 어느 하나가 다른 하나를 감싸게 형성되는 무전극 전구.
    
    
    
    
    

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