KR20160071180A - 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동축 케이블 형태로 방전관의 내부에 동심선으로 도체를 형성하고, 방전관의 외부에 투명도체가 형성되며, 방전관에 충진된 가스에 전자기파를 주입하여 플라즈마 방전을 통한 빛이 발생될 수 있도록 하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치는, 방전 가스로 충진되고, 상기 방전 가스를 통해 플라즈마 방전이 일어나는 방전관; 상기 방전관을 관통하여 형성하는 내부 도체(Inner Conductor); 상기 방전관을 감싸며 형성하는 외부 도체(Outer Conductor); 상기 방전관의 일측 종단에, 상기 내부 도체와 상기 외부 도체를 저항체를 통해 연결하는 종단기; 및 상기 방전관의 타측에, 상기 내부 도체와 상기 방전관 및 상기 외부 도체를 고정하여 지지하며, 상기 내부 도체를 외부의 동축 케이블에 분리 가능하게 연결되도록 하는 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

동축 케이블형 플라즈마 램프 장치{Coaxial cable type plasma lamp device}
본 발명은 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 동축 케이블 형태로 방전관의 내부에 동심선으로 도체를 형성하고, 방전관의 외부에 투명도체가 형성되며, 방전관 내부에 충진된 가스에 전자기파를 주입하여 플라즈마 방전을 통한 빛이 발생될 수 있도록 하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 라이팅 시스템(Plasma Lighting System, PLS)은 마그네트론(Magnetron)에서 발생되는 마이크로웨이브(Microwave)가 도파관을 통하여 공진기에 전달되어 공진기 내에 강한 전계(Electric Field)가 형성되며, 이 전계에 의해 방전관(Bulb) 내의 가스와 금속화합물에 플라즈마 방전(Plasma Discharge)이 발생되어 연속적으로 빛을 발산하게 된다.
또한, 라이트 에미팅 플라즈마(Light Emitting Plasma) 램프는 RF 증폭기로 전원을 공급하는 전원공급장치, 초기신호를 제공하는 RF oscillator, 전원공급장치로부터 인가받은 전력을 사용하여 RF oscillator로부터 인가받은 신호를 증폭하는 RF 증폭기, 증폭된 RF를 인가받아 방전관(Bulb)으로 강한 전기장을 인가시키기 위한 RF Cavity, RF 에너지 중에서 열적 손실로 인하여 발생되는 열을 방열시키기 위한 방열구조물, RF Cavity의 가장 강한 전계에 위치하고 있어 RF 에너지를 받아 내부의 불활성 가스와 할로겐 화합물로 인하여 플라즈마 광을 방출하는 방전관(Bulb)으로 구성된다.
전술한 바와 같이, 종래 플라즈마 관련 램프 장치는 RF 공진기를 사용하여 플라즈마 방전을 발생시켜 그 과정에서 생성되는 빛을 광원으로 하고 있다.
그러나, 마그네트론을 비롯한 RF 증폭기와 공진기는 주변의 온도에 따라 팽창과 수축을 하게 되는데, 이때에 특정 RF 주파수와 공진기의 공진 주파수의 변형이 일어나 광 변환 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
한국 공개특허공보 제10-2009-0052382호(공개일 : 2009년05월25일)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 동축 케이블 형태로서 방전관의 내부에 동심선으로 도체를 형성하고, 방전관의 외부에 투명도체가 형성되며, 방전관 내에 충진된 가스에 전자기파를 주입하여 플라즈마 방전을 통한 빛이 발생될 수 있도록 하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 방전 가스로 충진되고, 상기 방전 가스를 통해 플라즈마 방전이 일어나는 방전관; 상기 방전관을 관통하여 형성하는 내부 도체(Inner Conductor); 상기 방전관을 감싸며 형성하는 외부 도체(Outer Conductor); 상기 방전관의 일측 종단에, 상기 내부 도체와 상기 외부 도체를 저항체를 통해 연결하는 종단기; 및 상기 방전관의 타측에, 상기 내부 도체와 상기 방전관 및 상기 외부 도체를 고정하여 지지하며, 상기 외부 도체와 내부 도체로 이루어진 동축케이블 및 방전관을 외측의 동축 케이블에 분리 가능하게 연결되도록 하는 어댑터를 포함하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치가 제공된다.
또한, 상기 내부 도체(Inner Conductor)는 플라즈마 방전의 발생에 따른 이온 충격으로부터 내부 도체를 보호하기 위해 상기 내부 도체를 감싸는 보호막을 포함할 수 있다.
또한, 상기 종단기의 저항체의 저항값은 0에서 무한대 까지 다양할 수 있다.
또한, 상기 방전가스는 Ne 등의 불활성 가스, 금속 화합물 및 황(Sulfur) 등을 포함하는 기체 혹은 고체 파우더를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방전관은 투명 재질, 빛을 확산 투과시키는 코팅을 한 투명 재질, 혹은 불투명한 재질로 일정 두께를 갖는다.
또한, 상기 보호막은 투명한 유리 또는 세라믹 재질로 이루어진다.
또한, 상기 외부 도체는 빛을 반사하는 금속 코팅을 포함하는 거울코팅 재질로 상기 방전관의 일정부분을 감싸는 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 외부 도체는 투명 재질로 상기 방전관을 감싸는 구조를 갖는다.
그리고, 상기 방전관은 원통형으로 일정한 길이를 갖는 막대 형상이거나, 관 형상을 이루거나, 곡선형 및 문자 형상을 이룰 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 방전 가스로 충진되고, 상기 방전 가스를 통해 플라즈마 방전이 일어나는 방전관; 상기 방전관을 관통하여 형성하는 내부 도체(Inner Conductor); 상기 방전관을 감싸며 형성하는 외부 도체(Outer Conductor); 및 상기 방전관의 타측에, 상기 내부 도체와 상기 방전관 및 상기 외부 도체를 고정하여 지지하며, 상기 외부 도체와 내부 도체로 이루어진 동축케이블 및 방전관을 외측의 동축 케이블에 분리 가능하게 연결되도록 하는 어댑터를 포함하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 공진기를 사용하지 않고 동축 케이블 형태의 전송선을 방전관으로 사용하므로써, 기존 기술들에서 나타나는 열팽창 및 수축으로 인한 공진주파수 변형이 발생하지 않으므로, 주변 환경의 온도 변화에도 높은 신뢰성을 유지할 수 있다.
뿐만 아니라, 원형 형광등 혹은 다양한 곡선형의 네온사인처럼 구부릴 수 도 있어 자유로운 곡선형 램프로의 변형도 가능한 잇점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치가 어댑터를 통해 외부의 동축 케이블에 연결된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치에 외부로부터 전자기파가 인입되었을 경우에 플라즈마 방전이 일어나는 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치에 형성된 내부 도체와 외부 도체의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방전관에 내부 도체의 위치를 한쪽으로 치우치게 관통한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치를 종단기 없이 구성한 예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치(100)는, 방전관(Bulb)(110), 내부 도체(Inner Conductor)(120), 보호막(130), 외부 도체(Outer Conductor)(140), 종단기(Terminator)(150) 및 어댑터(Adapter)(160)를 포함한다.
방전관(110)은 불활성 가스를 포함하는 방전 가스 및 금속 화합물로 충진되고, 외측으로부터 동축케이블을 통하여 방전관(110) 내에 전자기파가 인입되는 경우에 방전 가스를 통해 플라즈마 방전이 일어난다. 여기서, 방전가스는 Ne 등의 불활성 가스, 금속 화합물 및 황(Sulfur) 등을 포함하는 기체 혹은 고체 파우더를 포함할 수 있다.
이때, 방전관(110)은 일정 두께를 갖는 투명 재질로 형성된다. 그리고, 방전관(110)은 원통형으로 일정한 길이를 갖는 막대 형상이거나, 관 형상을 이루거나, 곡선형 혹은 문자 형상을 이룰 수 있다.
또한, 방전관(110)은 투명재질에 빛을 확산시켜주는 코팅물질을 입히거나 혹은 빛을 확산 투과시키는 불투명한 재질로 형성될 수 있다. 이는 예를 들면, 백열전구의 경우 투명 백열전구에서 발산되어 나오는 빛이 눈부심을 주는데 반해, 반투명 우유 빛깔의 재질을 사용하면 빛을 확산시켜 주므로 눈이 편안해지게 된다.
내부 도체(120)는 방전관(110)을 관통하여 형성하고, 외부로부터 동축케이블을 통하여 방전관(110) 내부로 인입된 전자기파에 의해 방전관 내의 방전가스에 플라즈마 방전을 발생시키며 잔여 전자기파는 종단기(150)로 전달한다.
보호막(130)은 플라즈마 방전의 발생에 따른 이온 충격으로부터 내부 도체(120)를 보호하기 위해 내부 도체(120)를 감싸는 형태로 형성되어진다. 여기서 보호막(130)은 유리나 세라믹 등 투명 재질로 내부 도체(120)를 감싸게 된다.
여기서, 외부 도체(140)는 투명한 재질로 방전관(110)을 감싸면서 형성되며, 예컨대, ITO 박막 코팅으로 형성될 수 있다.
종단기(150)는 방전관(110)의 일측 종단에 내부 도체(120)와 외부 도체(140)에 대해 0 내지 무한대의 저항값을 갖는 저항체(149)를 통해 연결되어 일정 임피던스값을 갖는다. 즉, 종단기(150)는 외측으로부터 동축케이블을 통하여 방전관(110)내부로 인입된 전자기파를 일정 저항값을 갖는 저항체를 통해 소모시키는 역할을 수행한다. 이때, 저항체(149)는 정합 상태에서 벗어나 일정 부분의 전자기파가 종단기에서 반사되어 플라즈마 방전을 지속하는 데에 도움이 되도록 오픈 회로 혹은 단락 회로까지 포함하는 0 내지 무한대의 저항값을 가질 수 있다.
어댑터(160)는 방전관(110)의 타측에 내부 도체(120)와 방전관(110) 및 외부 도체(140)를 고정하여 지지하며, 플라즈마 램프를 외부의 동축 케이블에 분리 가능하게 연결되도록 하게 된다.
여기서, 어댑터(160)는 외부 어댑터(162)와 내부 어댑터(164)로 이루어지며, 동축케이블 형태의 플라즈마 램프가 외부의 동축 케이블과 연결되는 외부 어댑터(162)가 암나사 형태를 가지며, 내부 도체(120)에 연결되는 외부의 동축 케이블을 세라믹의 내부에 내삽하고 있는 내부 어댑터(164)는 수나사 형태를 가진다.
따라서, 어댑터(160)를 통해 방전관(110)이 외부의 동축 케이블과 연결된 경우에 도 2와 같이 내부 어댑터(162)와 외부 어댑터(164)가 결합되어 동축 케이블에 연결된 램프 형태를 이룬다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치가 어댑터를 통해 외부의 동축 케이블에 연결된 모습을 나타낸 도면이다.
이때, 외부 어댑터(162)의 암나사 형태와 내부 어댑터(164)의 수나사 형태가 서로 바뀌어, 외부의 동축 케이블을 내삽하고 있는 내부 어댑터(164)가 암나사 형태를 가지고, 외부의 동축 케이블에 연결되는 외부 어댑터(162)가 수나사 형태를 가질 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치에 외부로부터 전자기파가 인입되었을 경우에 플라즈마 방전이 일어나는 예를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치(100)는 외부 어댑터(162)와 내부 어댑터(164)가 결합되어 동축케이블 형태의 플라즈마 램프가 외부의 동축 케이블이 연결되면, 방전관(110) 내부로 전자기파(Electromagnetic Wave)가 인입된다.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이 내부 도체(120)와 외부 도체(140)에는 인입되어진 전자기파의 주파수에 맞추어 주기적으로 플러스(+) 전하와 마이너스(-) 전하를 띠게 되는데, 방전관(110)의 내부에서 어느 일정 순간, 플러스(+) 전하를 띠고 있는 내부 도체(120)와 마이너스(-) 전하를 띠고 있는 외부 도체(140) 사이에 전계(Electric Field)가 형성되며, 특히 지름이 작은 내부 도체(120) 주위의 전기장 세기가 강하게 형성되므로, 이 전계에 의해 방전관(110)에 충진되어 있는 방전 가스에 플라즈마 방전(Plasma Discharge) 현상이 발생하게 된다.
뿐 만 아니라, 어느 일정 순간에서 반 주기에 해당하는 시간 뒤에는 플러스(-) 전하를 띠고 있는 내부 도체(120)와 마이너스(+) 전하를 띠고 있는 외부 도체(140) 사이에 전계(Electric Field)가 형성되며, 특히 지름이 작은 내부 도체(120) 주위의 전기장 세기가 강하게 형성되므로, 이 전계에 의해 방전관(110)에 충진되어 있는 방전 가스에 플라즈마 방전(Plasma Discharge) 현상이 발생하게 된다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치에 형성된 내부 도체와 외부 도체의 한 예를 나타낸 도면이다.
동축 케이블형 플라즈마 램프 장치(100)는 이러한 플라즈마 방전에 따라 연속적으로 강한 빛을 발산하게 됨으로써 점등 동작을 하게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치(100)는 내부 도체(120)를 방전관(110)의 내부 중앙에 위치하도록 실시하였으나, 도 5에 도시된 바와 같이 내부 도체(120)가 방전관(110)의 내부 중앙에 위치하지 않고, 한쪽으로 치우치도록 위치하여 관통하도록 할 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방전관에 내부 도체의 위치를 한쪽으로 치우치게 관통한 예를 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이 내부 도체(120)가 방전관(110)의 내부에서 한쪽으로 치우치도록 위치하게 됨으로써 플라즈마 방전이 용이하게 발생할 수 있다.
뿐 만 아니라, 외부 도체(140)는 일정 부분을 거울처럼 반사면을 갖도록 금속 코팅을 하여 형성되도록 하므로써 플라즈마 방전으로 형성되는 빛이 어느 일정 방향으로 향하도록 구성할 수 있다. 이때 금속 코팅의 일례로서, 미러 코팅 처럼 알루미늄 증착으로 형성시킬 수 있다.
그리고, 도 1에서, 어댑터(160)의 경우, RF 커플러(Coupler)로 구현할 수 있으며, SMA 형(type)이나 N형(type) 등을 포함하는 어댑터로 실시할 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치(100)는 방전관(110)의 일측 종단에 내부 도체(120)와 외부 도체(140)를 저항체(149)를 통해 연결하는 종단기(150)를 구성하였으나, 이러한 종단기(150)를 구성하지 않고 방전관(110)의 일측 종단이 그 내부에 내부 도체(120)가 마무리되는 형태로 실시할 수도 있다.
또한, 종단기 없이 구성한 경우에 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치(100)는 방전관(110)의 내부에 내부 도체(120)가 위치하고, 그 내부 도체(120)를 보호막(130)이 감싸고 있을 수 있다. 그리고, 방전관(110)의 외부에는 외부 도체(140)가 방전관(110)을 둘러 감싸는 구조를 이룰 수도 있다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치를 종단기 없이, 내부 도체(120)를 보호막(130)이 감싸고 있으며 방전관(110)의 외부에는 외부 도체(140)가 방전관(110)을 둘러 감싸는 구조를 구성한 예를 나타낸 도면이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 동축 케이블 형태로 방전관의 내부에 동심선으로 도체를 형성하고, 방전관의 외부에 투명도체가 형성되며, 방전관에 충진된 가스에 동축케이블을 통해 전자기파를 주입하여 플라즈마 방전을 통한 빛이 발생될 수 있도록 하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치를 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 동축 케이블 형태로 방전관의 내부에 도체를 형성하고, 방전관의 외부에 투명도체가 형성되며, 방전관에 충진된 가스에 동축케이블을 통해 전자기파를 주입하여 플라즈마 방전을 통한 빛이 발생될 수 있도록 하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치에 적용할 수 있다.
100 : 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치
110 : 방전관
120 : 내부 도체
130 : 보호막
140 : 외부 도체
149 : 저항체
150 : 종단기
160 : 어댑터

Claims (8)

  1. 방전 가스로 충진되고, 상기 방전 가스를 통해 플라즈마 방전이 일어나는 방전관;
    상기 방전관을 관통하여 형성하는 내부 도체(Inner Conductor);
    상기 방전관을 감싸며 형성하는 외부 도체(Outer Conductor);
    상기 방전관의 일측 종단에, 상기 내부 도체와 상기 외부 도체를 저항체를 통해 연결하는 종단기; 및
    상기 방전관의 타측에, 상기 내부 도체와 상기 방전관 및 상기 외부 도체를 고정하여 지지하며, 상기 내부 도체와 외부 도체를 외부의 동축 케이블에 분리 가능하게 연결되도록 하는 어댑터;
    를 포함하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부 도체(Inner Conductor)는 플라즈마 방전의 발생에 따른 이온 충격으로부터 내부 도체를 보호하기 위해 상기 내부 도체를 감싸는 보호막을 포함하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 방전관은 투명 재질이나 빛을 확산 투과시키는 코팅을 한 투명 재질, 혹은 불투명한 재질로 일정 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호막은 투명한 유리 또는 세라믹 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 도체는 투명 재질로 상기 방전관을 감싸는 것을 특징으로 하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 도체는 빛을 반사하는 금속 코팅을 포함하는 거울코팅 재질로 상기 방전관의 일정부분을 감싸는 것을 특징으로 하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 방전관은 원통형으로 일정한 길이를 갖는 막대 형상이거나, 관 형상을 이루거나, 곡선형 혹은 문자 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치.
  8. 방전 가스로 충진되고, 상기 방전 가스를 통해 플라즈마 방전이 일어나는 방전관;
    상기 방전관을 관통하여 형성하는 내부 도체(Inner Conductor);
    상기 방전관을 감싸며 형성하는 외부 도체(Outer Conductor); 및
    상기 방전관의 타측에, 상기 내부 도체와 상기 방전관 및 상기 외부 도체를 고정하여 지지하며, 상기 내부 도체와 외부 도체를 외부의 동축 케이블에 분리 가능하게 연결되도록 하는 어댑터;
    를 포함하는 동축 케이블형 플라즈마 램프 장치.
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