KR20170018553A - 무전극 조명 장치 - Google Patents

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KR20170018553A
KR20170018553A KR1020150112326A KR20150112326A KR20170018553A KR 20170018553 A KR20170018553 A KR 20170018553A KR 1020150112326 A KR1020150112326 A KR 1020150112326A KR 20150112326 A KR20150112326 A KR 20150112326A KR 20170018553 A KR20170018553 A KR 20170018553A
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김철준
김상섭
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알에프에이치아이씨 주식회사
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Abstract

본 발명은 무전극 조명 장치에 관한 것으로, 마이크로파를 발생시키는 복수의 소자들로 구성되는 마이크로파 생성 모듈, 상기 마이크로파가 유입 및 가이드되는 공간이 내부에 형성되는 동축선로, 상기 홀과 연결되고, 상기 마이크로파에 의해 여기되는 발광물질이 봉입된 벌브가 일단에서 결합되는 공진구조체 및 상기 벌브를 감싸도록 형성되는 전자파 차폐부를 포함한다. 따라서 무전극 조명 장치는 GaN 기반의 마이크로파 생성 모듈을 사용하여 기존 마그네트론의 신뢰성 및 수명 문제를 해결함과 동시에 제품을 소형화시킬 수 있다.

Description

무전극 조명 장치 {ELECTRODELESS LIGHTING APPARATUS}
본 발명은 무전극 조명 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로파를 발생시키는 GaN 기반의 마이크로파 생성 모듈을 사용하여 기존 마그네트론의 신뢰성 및 수명 문제를 해결함과 동시에 제품을 소형화시킬 수 있는 무전극 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 무전극 조명은 마이크로파(Microwave)를 에너지원으로 이용한 것으로 마이크로파로 인하여 형성된 전기장(Electric Field)에 의해 무전극 전구의 내부에 충진된 가스가 여기되어 발생되는 플라즈마를 통해 가시광선 또는 자외선을 발광시키는 차세대 조명이다. 이러한 무전극 조명은 통상적으로 백열등이나 형광등에 비해 전구의 수명이 길고, 조명의 효과가 우수한 특징을 가지고 있다.
한국등록특허 제10-0831210호는 무전극 조명기기가 적용된 가로등에 관한 것으로, 보다 자세하게는 반사판을 구비한 케이스와 상기 케이스 공간의 일측에 구비되어 고전압을 인가하는 고전압 발생부와 상기 고전압 발생부에 의하여 인가된 고전압으로 고주파를 갖는 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론과, 상기 마그네트론의 일측과 연결되어 상기 마그네트론에서 발생되는 마이크로웨이브를 안내하는 도파관과, 상기 도파관과 연통되어 안내된 마이크로웨이브에 의하여 공진모드를 형성하는 공진기와, 상기 공진기의 내부에 설치되어 빛을 발생시키는 무전극전구로 구성되는 램프모듈을 포함하며, 상기 케이스의 일측에는 상기 반사판과 상기 케이스를 연통하는 관통공이 형성되고, 상기 램프모듈의 공진기는 상기 관통공에 삽입 결합되며 상기 고전압 발생부와 상기 마그네트론은 상기 케이스의 외부에 위치되는 것을 특징으로 한다. 이러한 무전극 조명기기가 적용된 가로등은 전구의 위치를 가로등의 중앙에 위치시킴으로서 배광 특성을 배광 특성을 높일 수 있고 가로등의 케이스를 개방하지 않고 케이스의 외부에 구비된 별도의 보호커버만을 개방하여 램프 모듈의 부품을 교체할 수 있으므로 제품의 편의성을 제고할 수 있다.
한국등록특허 제10-1375223호는 무전극 방전 램프에 관한 것으로, 보다 자세하게는 대기 영역으로 관통된 관통구를 형성하는 하나 이상의 내측관, 내측관을 전체적으로 감싸 방전 영역을 정의하는 외측관, 방전 영역에 충진된 방전 가스, 및 방전 영역에 접하도록 내측관과 외측관에 도포된 형광층을 포함하는 방전관, 관통구를 경유하여 폐쇄된 자속 경로를 형성하도록 방전관에 결합되고 장축과 단축으로 구성된 마그네틱 코어, 마그네틱 코어의 단축에 감겨진 일차 권선 및 일차 권선으로 동작 전원을 공급하는 전원 공급원을 포함하고, 일차 권선으로 동작 전원이 공급되면, 마그네틱 코어의 폐쇄된 자속 경로를 따라 자속이 유도되며, 방전 영역에는 관통구를 중심으로 회전하는 이차 유도 기전력이 발생되어 방전 가스가 방전하며 상기 방전관은 상기 마그네틱 코어의 장축에 걸쳐서 장착를 특이적으로 제거할 수 있다. 이러한 마그네틱 코어의 장축 대부분에 걸쳐서 장착되는 방전관은 유도 기전력의 대부분이 전달되기 때문에 매우 높은 에너지 전달 효율 갖는다.
한국등록특허 제10-0831210호 한국등록특허 제10-1375223호
본 발명의 일 실시예는 마이크로파를 발생시키는 GaN 기반의 마이크로파 생성 모듈을 사용하여 높은 에너지 효율을 나타내며 장 시간 사용할 수 있는 무전극 조명 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 GaN 기반의 마이크로파 생성 모듈을 사용하여 크기 및 무게를 감소시켜 소형화된 무전극 조명 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 GaN 기반의 마이크로파 생성 모듈을 사용하여 가로등을 포함한 실외 조명 및 공장외에 가정용 등의 실내 조명으로도 사용할 수 있는 무전극 조명 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 수은 등의 중금속을 사용하지 않으며, 태양과 유사한 스팩트럼을 갖는 빛을 구현한 무전극 조명 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 무전극 조명 장치는 마이크로파를 발생시키는 복수의 소자들로 구성되는 마이크로파 생성 모듈, 상기 마이크로파가 유입 및 가이드되는 공간이 내부에 형성되는 동축선로, 상기 동축선로를 통해 연결되며, 상기 마이크로파에 의해 여기되어 발광하는 벌브가 결합되는 공진구조체 및 상기 벌브를 감싸도록 형성되는 전자파 차폐부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 전자파 차폐부는 상기 벌브와 일체형으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 마이크로파 생성 모듈은 전압이 인가됨에 따라 기 설정된 특정 대역의 마이크로파 신호를 생성하는 발진부 및 상기 마이크로파 신호를 증폭시키는 신호 증폭부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 마이크로파 생성 모듈은 특정 주파수 대역의 공진 내지 발진을 유도하는 격벽을 내부에 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전자파 차폐부는 상기 벌브 표면적의 40 ~ 60%를 감싸도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 신호 증폭부는 질화 갈륨(Gallium Nitride) 내지 갈륨 비소(Gallium Arsenide)를 소재로 하는 적어도 하나의 화합물 반도체 소자로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전구는 Ne, Ar, Kr, Xe를 포함하는 비활성 가스 또는 Ne/Xe, Ar/Xe, Ar/Kr/Xe를 포함하는 혼합 가스 중 적어도 하나가 내부에 봉입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치는 마이크로파를 발생시키는 GaN 기반의 마이크로파 생성 모듈을 사용하여 높은 에너지 효율을 나타내며 장 시간 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치는 GaN 기반의 마이크로파 생성 모듈을 사용하여 크기 및 무게를 감소시켜 제품을 소형화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치는 GaN 기반의 마이크로파 생성 모듈을 사용하여 가로등을 포함한 실외 조명 및 공장, 가정용 등의 실내 조명으로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치는 수은 등의 중금속을 사용하지 않아 친환경적이며, 태양과 유사한 스팩트럼을 갖는 빛을 구현할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치를 설명하는 도면이고, 도 1b는 무전극 조명 장치의 구조을 설명하는 분해 사시도이다.
도 2는 플라즈마 빛을 발산하는 무전극 조명 모듈을 설명하는 사시도이다.
도 3은 도 2에 있는 전자파 차폐부의 실시 예를 설명하는 사시도이다.
도 4는 도 2에 있는 마이크로파 생성 모듈를 설명하는 블록도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치를 설명하는 도면이고, 도 1b는 무전극 조명 장치의 구조를 설명하는 분해 사시도이다.
도 1a 및 도 1b를 참고하면, 무전극 조명 장치(100)는 내부 부품들이 배치되는 일정 공간이 형성되며, 상기 일정 공간을 감싸 내부 부품들을 보호하는 상부 및 하부 케이스(110, 120)를 포함한다.
상부 케이스(110)는 내부 부품들을 감싸는 일정 공간을 포함하며, 외부의 오염물질로부터 내부 부품들을 보호하는 덮개 기능을 수행하기 위하여 하부가 오픈되도록 형성될 수 있다.
상부 케이스(110)는 내부에서 발생되는 열이 배출되는 적어도 하나의 공기 순환구가 일면에 형성될 수 있다.
상부 케이스(110)는 오픈된 하단의 가장자리를 따라 하부 케이스(120)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 상부 케이스(110)는 하부 케이스(120)와 연결되는 상단의 가장자리를 따라 복수의 체결 홈이 형성될 수 있으며, 상기 복수의 체결 홈에 삽입 내지 관통되는 연결부재를 통해 하부 케이스(120)와 연결 및 고정될 수 있다.
하부 케이스(120)는 내부 부품들을 감싸는 일정 공간을 포함하며, 외부 오염물질로부터 내부 부품들을 감싸 보호하는 기능을 수행할 수 있도록 상단 및 하단이 각각 오픈되도록 형성될 수 있다.
하부 케이스(120)는 상단 및 하단의 가장자리를 따라 형성되는 복수의 체결 홈을 통해 상부 케이스(110) 및 반사갓(130)과 연결될 수 있다. 이 때, 하부 케이스(120)의 상단 및 하단은 연결부재(예를 들어, 나사)를 통해 상부 케이스(110) 및 반사갓(130)과 연결될 수 있다.
하부 케이스(120)는 내부 공간을 구획하는 격벽을 더 포함하며, 격벽의 중앙에는 벌브(240)가 반사갓을 향하여 삽입 및 관통되는 홀이 형성될 수 있다. 상기 홀의 가장자리에는 마이크로파 및 전기가 외부로 누설되는 것을 방지하는 절연부재를 더 포함할 수 있다.
반사갓(130)은 벌브(240)에서 생성되는 빛을 넓게 분산시킬 수 있는 반사 부재로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 반사갓(130)은 하단(즉, 빛이 조사되는 방향)이 상단(즉, 하부 케이스(120)와 결합되는 단면)의 넓이보다 넓도록 테이퍼지게 형성될 수 있다. 상기 구조로 형성되는 반사갓(130)은 테이퍼지게 형성된 측면을 통해 벌브(240)에서 발광되는 빛을 넓게 확산시켜 보다 넓은 면적에 빛을 조사할 수 있다.
도 2는 플라즈마 빛을 발산하는 무전극 조명 모듈을 설명하는 사시도이다.
도 2를 참고하면, 무전극 조명 장치(100)는 마이크로파 생성 모듈(210), 동축선로(220), 공진구조체(230), 벌브(240) 및 전자파 차폐부(250)을 포함한다.
마이크로파 생성 모듈(210)은 기 설정된 특정 대역의 마이크로파를 생성하는 발진부(310), 생성된 마이크로파를 증폭시키는 신호 증폭부(320) 및 신호 제어부(330)를 포함할 수 있다.
이하, 도3을 참고하여 마이크로파 생성 모듈(210)을 설명한다. 발진부(310)는 외부로부터 구동 전압이 입력되면 기 설정된 특정 대역의 마이크로파 신호를 생성하는 전압 조정 발진기가 사용될 수 있다. 여기에서, 특정 대역은 산업, 과학 및 의료용 기기에서 사용 가능한 ISM(Industrial Scientific Medical band) 대역을 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따른 발진부(310)는 ISM 대역의 2.4GHz의 마이크로파를 생성할 수 있다.
신호 증폭부(320)는 기 설정된 특정 대역의 마이크로파 신호를 생성하는 구동 증폭기(Drive Amplifier, 321) 및 전력 증폭기(Power Amplifier, 322)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 신호 증폭부(320)는 질화 갈륨(Gallium Nitride) 내지 갈륨 비소(Gallium Arsenide)를 소재로 하는 적어도 하나의 화합물 반도체 소자로 형성될 수 있다.
신호 제어부(330)는 신호 증폭부(320)와 전기적으로 연결되며, 검출되는 마이크로파 신호의 출력에 따라 신호 증폭부(320)의 동작을 제어할 수 있다.
마이크로파 생성 모듈(210)은 신뢰도 향상을 위한 정류 정합부를 더 포함할 수 있다. 정류 정합부는 순 방향 전압일 경우에만 전류가 인가되는 정류 회로 및 복수의 회로들 각각의 임피던스를 동일하게 정합하여 전력 손실을 최소화하는 정합 회로를 포함할 수 있다.
다시, 도2에서, 마이크로파 생성 모듈(210)은 마이크로파 신호 생성에 있어서, 외부 노이즈 신호의 유입을 방지하고, 내부에서 생성된 고주파수 대역의 마이크로파가 누출되지 않도록 전자파 차단 부재를 활용하여 하우징(Housing)될 수 있다. 마이크로파 생성 모듈(210)은 외부로부터 인가되는 전원을 통해 동작하며, 전원을 인가 받기 위한 전원 포트 및 생성된 마이크로파 신호를 방출되는 출력 포트를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 마이크로파 생성 모듈(210)은 내부에 격벽을 더 포함할 수 있다. 상기 격벽은 마이크로파 생성 모듈(210)의 동작 과정에서 발생되는 공진 내지 발진으로 인하여 무전극 조명 장치(100)의 발광에 사용되는 주파수의 특성이 변화하는 것을 방지할 수 있다. 보다 구체적으로, 격벽은 마이크로파 생성 모듈(210)의 내부에서 자연적으로 발생되는 공진 내지 발진으로 인한 발진부에서 생성된 마이크로파 신호의 특성 변화를 최소화하기 위하여 격벽의 구조 및 배치에 따라 달라지는 특정 주파수 대역에서 공진 내지 발진이 일어나도록 유도할 수 있다.
동축선로(220)는 마이크로파 생성 모듈(210) 및 공진 구조체(230)를 연결시키며, 생성된 마이크로파를 공진구조체(230)로 가이드할 수 있다. 높은 주파수 대역에서 일반적으로 이용되는 전송선로인 동축선로(220)는 생성된 마이크로파의 손실을 최소화 하기 위하여 플렉서블(Flexible) 타입 내지 세미 리지드(Semi-rigid) 타입이 사용될 수 있다.
공진구조체(230)는 내부에 유전물질로 채워진 공동(cavity)이 형성되고, 마이크로파를 방사시키는 안테나를 포함할 수 있다. 공진구조체(230)는 방사된 마이크로파에 의하여 내부에 전기장(E/H field)이 형성될 수 있다.
공진구조체(230)는 전면에 벌브(240)와 분리 가능하게 연결되는 거치 홈(231)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 탈부착 홈(231)은 벌브(240)가 거치 및 고정될 수 있도록 벌브(240)의 곡면과 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
벌브(240)는 투명한 구체 내지 타원체의 형상으로 형성되고, 마이크로파에 의해 여기(Excitation)되어 플라스마화하는 발광물질이 봉입될 수 있다. 여기에서, 발광물질은 적어도 하나의 비활성 기체들로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 벌브(240)는 Ne, Ar, Kr, Xe를 포함하는 비활성 가스 또는 Ne/Xe, Ar/Xe, Ar/Kr/Xe를 포함하는 혼합 가스 중 적어도 하나가 봉입될 수 있다.
벌브(240)는 공진구조체(230)의 일단에 형성되는 통공(231)과 분리 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 전구(240)는 통공(231)에 삽입되는 일단에 나사산 내지 연결 홈이 형성될 수 있다.
상기 언급된 공진구조체(230) 및 벌브(240)의 체결 방식은 이해를 보다 수월하게 하기 위한 것으로 설계에 따라 다른 결합방식으로 체결될 수 있다.
다시 도1에서, 전자파 차폐부(250)는 공진구조체(230)의 일부와 벌브(240)를 감싸는 반 구체 형상의 금속 망으로 광 투과율이 높고 전자파 실드 특성이 우수한 메쉬(Mesh) 패턴으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 전자파 차폐부(250)는 벌브(240)와 일체형으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 도 3과 같이, 전자파 차폐부(250)는 광 투과율이 높고 전자파 실드 특성이 우수한 메쉬 패턴 구조의 금속 재질로 형성되며, 벌브(240)의 표면에 밀착된 일체형으로 형성될 수 있다.
다른 일 실시예에서, 전자파 차폐부(250)는 광 투과율이 높고 전자파 실드 특성이 우수한 전자파 차단 필름으로 형성될 수 있다. 필름으로 구현된 전자파 차폐부(250)는 벌브(240)의 표면에 코팅되어 외부로 누출되는 마이크로파를 최소화 할 수 있다.
이하, 무전극 조명 장치(100)의 동작을 설명하면, 마이크로파 생성 모듈(210)의 전원 포트를 통해 외부로부터 구동 전압이 인가되면, 내부 회로를 통해 기 설정된 특정 대역의 마이크로파 신호를 생성하여 출력 단자를 통해 송출할 수 있다. 동축선로(220)은 출력 단자를 통해 마이크로파 생성 모듈(210)과 공진구조체(230)를 연결하며, 마이크로파를 공진구조체(230)로 유도할 수 있다. 마이크로파가 유도된 공진구조체(230)는 그 상단에 형성된 탈부착 홈(231)에서 가장 강한 전기장(E/H field)이 형성된다. 탈부착 홈(231)에 배치되는 벌브(240)는 내부의 발광 가스가 전기장에 의하여 여기되어 플라스마화 됨으로써 태양과 가장 유사한 스펙트럼을 갖는 빛을 조사할 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 무전극 조명 장치
110: 상부 케이스
120: 하부 케이스
130: 반사갓
210: 마이크로파 생성 모듈
220: 동축선로
230: 공진구조체
240: 벌브
250: 전자파 차폐부
310: 발진부
320: 신호 증폭부
321: 구동 증폭기 322: 전력 증폭기
330: 신호 제어부

Claims (7)

  1. 마이크로파를 발생시키는 복수의 소자들로 구성되는 마이크로파 생성 모듈;
    상기 마이크로파가 유입 및 가이드되는 공간이 내부에 형성되는 동축선로;
    상기 동축선로를 통해 연결되며, 상기 마이크로파에 의해 여기되어 발광하는 벌브가 결합되는 공진구조체; 및
    상기 벌브를 감싸도록 형성되는 전자파 차폐부를 포함하는 무전극 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자파 차폐부는
    상기 벌브와 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 생성 모듈은
    전압이 인가됨에 따라 기 설정된 특정 대역의 마이크로파 신호를 생성하는 발진부; 및
    상기 마이크로파 신호를 증폭시키는 신호 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 생성 모듈은
    특정 주파수 대역의 공진 내지 발진을 유도하는 격벽을 내부에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전자파 차폐부는
    상기 벌브 표면적의 40 ~ 60%를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 신호 증폭부는
    질화 갈륨(Gallium Nitride) 내지 갈륨 비소(Gallium Arsenide)를 소재로 하는 적어도 하나의 화합물 반도체 소자로 구현되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전구는
    Ne, Ar, Kr, Xe를 포함하는 비활성 가스 또는 Ne/Xe, Ar/Xe, Ar/Kr/Xe를 포함하는 혼합 가스 중 적어도 하나가 내부에 봉입되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.
KR1020150112326A 2015-08-10 2015-08-10 무전극 조명 장치 KR20170018553A (ko)

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KR100831210B1 (ko) 2006-09-14 2008-05-21 엘지전자 주식회사 무전극 조명기기가 적용된 가로등
KR101375223B1 (ko) 2007-07-13 2014-03-17 주식회사 뉴파워 프라즈마 무전극 방전 램프

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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