KR940009331B1 - 자외선을 출력하는 저압방전 램프장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자외선을 출력하는 저압방전 램프장치

제1도의 본 발명의 제1의 실시예를 나타낸 것으로서 저압수은 방전램프와 점등회로장치와의 구성을 도시한 도면.

제2도는 저압수온 방전램프의 한쪽 단부의 구성을 나타내는 도면.

제3도는 점등회로장치에서 램프에 공급되는 구형파 전류의 파형을 나타내는 도면.

제4도는 전류밀도와 자외선 조사강도와의 관계를 나타내는 그래프.

제5도는 본 발명의 제2의 실시예를 나타내는 저압수은 방전램프의 구성도.

제6도는 점등회로장치에서 램프에 공급하는 사다리꼴파형 전류의 파형을 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 방전램프 11 : 발광관

14 : 스템 15 : 방전공간

30 : 점등회로장치 40 : 교류전원

60 : 정류평활회로 70 : 출력제어회로

80 : 시동회로 90 : 스위칭회로

본 발명은 저압방전 램프장치에 관한 것으로, 예컨대 자외선을 조사하여 광화학반응을 일으키는 광원에 사용하기에 유용한 장치에 관한 것이다.

램프에서 발하는 자외선을 이용하여 광화학반응을 생기게하는 기술은 여러분야에서 이용되고 있다. 예컨대 반도체 제조기술분야에 있어서는 광CVD(Photo chemical Vapor Deposition)법을 사용하여 기판에 실리콘 박막을 성장시키거나 자외선 조사에 의해 포토레지스터(Photo Resist)를 포개서 경화시키거나, 자외선을 조사하는 광애싱(Photo Ashing) 및 광세정 등이 널리 보급되어 있다.

또, 물의 정화나 감균처리, 식육의 살균처리 등의 분야에서도 단파길이의 자외선을 조사하여 이들을 처리하는 기술이 급속히 개발되고 있다.

이들 각 분야에 있어서는 단파길이의 자외선을 효율좋게 조사하는 광원의 개발이 요망되고 있고, 이 때문에 저압수은 방전램프가 사용되고 있다.

저압수은 방전램프는 자외선을 투과하는 석영, 유리 등으로 구성되는 발광관을 가지며 이 발광관의 양단에 전극을 설치하는 동시에 이 발광관내에 수은과 희가스를 봉입하고 이 수은의 증기를 저압 상태에서 방전시킴으로써 이 수은의 공명선인 185nm 및 254nm 단파길이 자외선을 방사하도록 되어 있다.

그러나 최근 상기 광화학 반응기술을 사용하는 분야에 그 처리능력, 처리속도의 향상이 요청되고 있다. 이 요구에 만족을 주기 위해서는 램프에서 방사하는 자외선의 강도를 증대시킬 필요가 있다.

이 때문에 램프의 단위길이당, 혹은 단위면적당의 광출력을 늘려서 고출력 혹은 초고출력의 램프를 개발하는 것이 요망된다.

방전램프는 대체로 램프의 입력을 증대시키면 광출력이 증가하는 특성이 있고, 따라서, 램프에 투입되는 전류를 I(암페어), 방전공간 횡단면적을 S(㎠)로 한 경우, 전류밀도(암페어/㎠)를 높이면 자외선 방사량이 증가한다.

그러나, 종래의 램프의 경우, 전류밀도를 높이면 어느 레벨까지는 자외선 출력이 증가하나 어느 레벨 이상에 도달하면 그이상 램프 입력이 증가해도 자외선 출력은 증가하지 않고, 반대로 램프입력의 증가에 수반하여 자외선 출력이 저하하는 경향이 있고, 이른바 자외선 방사량이 포화되는 현상을 볼 수 있다.

이 원인은 이하의 이유에 기인하는 것으로 추측된다.

즉, 종래의 저압수은 방전램프는 이것을 초크코일 안정기 등과 같은 리액터 소자를 사용한 점등회로장치에 접속하여 이용하였다. 이 리액터 소자를 사용한 점등회로장치는 상용전원의 전압을 적당히 승압 또는 강압하여 사용하게 되어 있고 따라서 점등회로로부터 램프에 대하여 정현파의 전류가 공급되었다.

정현파의 전류는 플러스의 마이너스의 극성이 반전할때에 전리에 유효한 실효전류치까지 도달하지 않는지 전류 영역이 있다. 즉 정현파의 반사이클의 종료 부분에서 다음의 반사이클의 상승 부분에 걸쳐서 저전류치의 기간이 있다. 이 저전류기간은 방전에 유효한 에너지의 입력이 공급되지 않으므로 아크중의 수은원자의 전리(Ionization)가 촉진되지 않고, 따라서 전리된 수은의 밀도가 저하하고, 또 수은원자가 여기(Excitation)되는 것이 적어져서 여기된 수은의 밀도가 저하된다.

수은의 발광은 여기된 수은원자에 전자가 충돌함으로써 발생하는 것으로 상기와 같은 전리된 수은밀도의 저하 및 여기된 수은밀도의 저하는, 여기된 수은과 전자의 충돌비율을 감소케하므로 광출력이 저하되고 이들은 자외선의 출력을 저해한다.

이와같은 상황에서 램프에 공급하는 전류를 어느 레벨이상으로 증가시켜도 수은밀도의 저항 및 전자온도의 저하비율쪽이 오히려 커지고, 자외선 출력은 포화된다.

또, 정현파형의 전류는 램프의 방전로로 전리에 유효한 실효치의 약배의 피이크전류가 흐르게 되고 이배의 피이크전류는 아크중의 수은원자를 과도하게 전리시켜 여기된 수은원자량이 상기 전리에 빼앗겨 버리므로 여기된 수은원자량이 적어진다. 자외선의 방사는 여기되는 수은원자가 전자가 충돌을 받아서 정상상태로 돌아갈때 발생하는 것이므로 상기와같이 발광에 기여하는 여기된 수은의 양이 적어지면 자외선의 방사량이 저하되게 된다. 또 이 피이크전류의 증대는 전자온도의 저하를 가져오고 수은원자의 여기를 더욱 곤란하게 된다.

그리고 여기되는 수은원자량을 보충하기 위하여 수은의 증발을 촉진하여 수은증기압을 높일 필요가 있으나 수은증기압은 발광 효율이 최고가 되는 최적범위가 있고, 이 영역에 벗어나서 수은증기압이 과도하게 높아지면 발광한 자외선이 아크중의 밀도가 높은 수은증기에 흡수되어서, 이른바 자기흡수가 증대하므로 자외선 출력이 저하된다.

따라서 종래의 경우, 램프에 대하여 정현파형의 전류를 공급하였기 때문에 램프의 전류밀도를 증대시켜도, 어느 최고 레벨에 도달하면 그 이상으로 자외선 강도를 높일 수 없고 더욱이 이 자외선의 최고출력의 레벨이 낮아진 것으로 추측된다.

본 발명의 목적은 저압방전램프를 높은 전류밀도로 점등시킬 수 있고, 광출력을 증가시킬 수 있는 저압방전 램프장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 저압방전 램프장치는, 제1단부 및 제2단부를 가지고, 이들 단부에 각각 전극을 설치하고 이들 전극간에 방전공간을 형성한 발광관과, 상기 발광관내에 봉입된 수은 및 희가스를 갖춘 저압방전램프와, 상기 전극에 대하여 반사이클마다 극성이 반전하는 전류를 공급하여 이들 전극 사이에서 방전을 발생시킴으로써 상기 램프를 점등시키는 점등회로수단을 구비하며, 상기 점등회로수단은 상기 램프에 반사이클마다 피이크가 평탄한 파형형상을 갖는 전류를 공급하고, 상기 피이크가 평탄한 형상의 전류의 최대 전류치는 수은 원자의 여기가 포화상태에 도달하는 레벨 미만으로 규제한 것을 특징으로 한다.

본 발명자들은 램프의 방전로에 흐르는 전류의 전류파형을 반사이클에 있어서 피이크가 평탄한 파형으로 함으로써 전류를 증가시키면 자외선 출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있음을 확인하였다.

그 이유는 확실치는 않으나 아래의 이유로 추측된다.

종래의 경우는 램프의 방전로에 정현파의 파형을 갖는 전류를 공급하였기 때문에 플러스와 마이너스의 극성이 반전할때에 전리에 유효한 실효전류치까지 도달하지 않은 저전류 영역이 생기고, 이 저전류기간에 전리된 수은밀도가 저하하고 또 여기된 수은밀도도 저하하여 램프에 공급하는 전류를 어느 레벨 이상으로 증가해도, 오히려 수은밀도의 저하비율쪽이 커져서 자외선 출력은 향상하지 않는다고 생각된다.

이에 대하여 램프의 방전로에 피이크가 평탄한 파형의 전류, 예컨대 구형파나 사다리꼴파의 전류를 공급하면 플러스 마이너스의 극성이 반전할때에 저전류 영역은 거의 생기지 않고, 또 발광에 유해한 작용을 미치는 과잉전류의 영역이 존재하지 않고 따라서 전리된 수은밀도가 저하한다든가 여기된 수은밀도가 저하한다든가, 피이크전류가 내려감으로써 전자온도가 저하하는 일이 없어진다. 이 때문에 자외선 출력을 저해하는 요인이 없어지고, 램프에 공급되는 에너지의 대부분이 자외선의 출력으로 유효하게 변환될 수 있다.

이 때문에 종래에 비하여 전류밀도를 증대할 수 있어 광출력의 향상이 가능하게 된다고 추측된다.

이와같은 효과는 최대전류치를 수은원자의 여기가 포화상태에 도달하는 레벨까지 높일 수 있고, 이 전류치에 따른 광출력의 증가가 가능하다는 것을 본 발명자들의 실험에 의하여 확인하였다.

제1도는 저압수은 방전램프와 점등회로장치의 구성을 나타내는바, 도면에서 부호 10은 저압수은 방전램프를 나타낸다. 이 방전램프(10)는 예컨대 내경 24mm의 석영 유리 튜브를 U자형으로 굴곡하여 형성한 발광관(11)을 갖추고, 이 발광관(11)은 제1단부(12) 및 제2단부(13)를 가지고, 이들 단부(12, 13)는 제2도에 도시한 바와같은 스텝(14, 14)에 의하여 페색되어 있다. 이 때문에 발광관(11)내에는 방전공간(15)이 형성되어 있다.

각 스텝(14, 14)에는 각각 한쌍의 리이드선(16, 16)이 봉하여져 있고 이들 리이드선(16, 16)에 전극이 부착되어 있다.

본 실시예의 전극은 상기 발광관(11)의 제1단부(12)에 제1음극(17)과 제1양극(18)을 설치하는 동시에 발광관(11)의 제2단부(13)에는 제2음극(19) 및 제2양극(20)을 설치한다.

이들 전극의 구조를 제1단부(12)에 의하여 대표적으로 설명하면 스텝(14)을 기밀하게 관통한 한쌍의 리이드선(16, 16)에는, 제1음극(17)이 걸쳐져서 전기적 및 기계적으로 접속되어 있는 동시에 한쪽의 리이드선(16)에는 제1양극(18)이 전기적 및 기계적으로 접속되어 있다.

상기 음극(17)은 텅스텐으로 구성되는 필라멘트 코일에 의하여 형성된 얼음극이고 코일측이 밸브축과 직교하도록 배치되어 있다.

양극(18)은 원통체 또는 원통코일에 의하여 형성되고 본 실시예의 경우는 텅스텐 와이어를 코일형으로 밀착하게 감은 원통코일에 의하여 형성된다. 이 코일형 양극(18)은 전단이 개구되어 있고, 이 양극(18)에는 상기 음극(17)이 수용되어 있다. 따라서 음극(17)은 상기 코일형 양극(18)에 의하여 에워싸여 있고, 이 양극(18)에 수용된 상기 음극(17)은 상기 양극(18)의 전단 개구부를 통하여 방전공간(15)에 임한다. 그리고 양극(18)의 전단부는 음극(17)의 전단보다도 방전공간(15)측으로 돌출하여 배치된다.

상기 발광관(11)에는 예컨대 20mg의 수은과 0.05~0.8Torr의 아르곤가스가 봉입되어 있다.

이 저압수은 방전램프(10)는 점등회로장치(30)를 통하여 교류전원(40)에 접속된다.

접등회로장치(30)는 예열회로(50), 정류평활회로(60), 출력제어회로(70), 시동회로(80) 및 스위칭회로(90)를 구비한다. 이와같은 점등회로장치(30)는 방전램프(10)에 예열전류 및 제3도에 도시한 바와같은 피이크치가 평탄한 형상의 구형파전류(I)를 공급한다.

교류전원(40)은 예컨대 50 사이클에서 200V의 상용전원이다. 이 교류전원(40)에는 상기 예열회로(50) 및 정류평활회로(60)가 접속된다.

예열회로(50)는 한쌍의 히터트랜스(51, 52)로 구성되고, 이들 히터트랜스(51, 52)는 각각 제1음극(17) 및 제2음극(19)에 접속된다. 그리고 이들 히터트랜스(51, 52)는 전원(40)의 전압을 강화하여, 제1음극(17) 및 제2음극(19)에 램프 점등중 항상 예열전류를 공급하도록 되어 있고 이 때문에 이들 제1 및 제2음극(17, 19)은 램프의 점등중에 항상 발열하여 열전자를 방출하도록 되어 있다.

정류평활회로(60)는 전파정류 다이오드 브리지회로(61)와 평활콘덴서(62)로 구성되고, 교류전원(40)의 교류전압을 직류 성분으로 정류한다.

출력제어회로(70)는 트랜지스터(71), 콘덴서(72), 저항(73), 다이오드(74), 평활콘덴서(75), 코일(76), 저항(77) 및 콘덴서(78)를 가지고, 상기 트랜지스터(71)의 게이트에는 출력제어용의 위상제어회로(79)가 접속된다.

이 출력제어회로(70)는 상기 출력제어용의 위상제어회로(79)에서 공급되는 펄스에 따라 트랜지스터(71)를 작동시켜서 출력을 제어하며 램프(10)에 공급하는 전압을 일정하게 유지하는 등의 제어를 한다.

시동회로(80)는 전파정류 다이오드 브리지회로(81)와, 콘덴서(82) 및 저항(83)을 갖추고, 또 상기 전파정류 다이오드 브리지회로(81)에 접속된 시동전압 중첩회로(84)를 구비한다.

이 시동회로(80)는 램프(10)를 시동하는 경우에 시동전압 중첩회로(84)에서 상기 전파정류 다이오드 브리지회로(81)에 시동전압을 중첩시켜서 인가하고 이것에 의하여 램프(10)에 예를들어 600볼트 정도의 시동전압을 공급하도록 되어 있다.

또한 시동전압 중첩회로(84)는 램프시동후에 램프의 양극간의 전압저하를 검출하여 도시하지 아니한 릴레이를 작용시킴으로써 작동이 정지되도록 되어 있다.

스위칭회로(90)는 4개의 MOS형 전계효과 트랜지스터(FET)(91, 92, 93, 94)를 지니고, 풀브리지를 구성한다.

이들 FET는 주파수제어용의 인버터 드라이브회로(95)에 접속되고, 이 인버터 드라이브회로(95)에서 각조에 교대로 펄스신호가 부여됨으로써 이들 각조의 FET가 개폐한다. 즉 소정의 타이밍으로 FET의 제1조(91, 94)를 온시키면, 램프(10)의 제1음극(17)에서 방전공간(15)을 통하여 제2양극(20)으로 구형파의 반파 정류전류가 흐르고 또, 다음의 소정의 타이밍으로 FET의 제2조(92, 93)를 온시키면 램프(10)의 제2음극(19)에서 방전공간(15)을 통하여 제1양극(18)으로 구형파의 반파정류전류가 흐르게 된다.

즉, 이와같은 스위칭회로(90)의 작동에 의하여 제3도에 도시한 바와같은 구형파의 사이클전류 I_a가 램프(10)에 공급된다. 이 구형파는 피이크전류가 평탄하게 되어 있다. 그리고 최대 전류치는 수은원자의 여기가 포화상태에 도달하는 레벨미만으로 되어 있다.

이와같은 점등회로장치(30)에 의하여 점등되는 상기 저압수은 방전램프(10)는, 예컨대 정격입력이 900W이고 출력을 높이기 위하여 방전전류는 15암페어가 되도록하여 점등된다.

이 경우, 반사이클에 흐르는 최대전류를 I(암페어), 상기 발광관의 방전공간(15)의 단면적을 S(㎠)로 한 경우 전류밀도는 1.5≤I/S(암페어/㎠)≤6.0의 범위가 되도록 규제되어 있다. 본 실시예의 경우의 전류밀도는 3.3(암페이어/㎠)로 된다.

이와같은 구조의 저압수은 방전램프장치의 작용에 대하여 설명한다.

램프(10)가 점등회로장치(30)를 통하여 교류전원(40)에 접속된 경우, 제1 및 제2음극(17, 20)은 히터트랜스(51, 52)를 통하여 교류전원(40)에 접속되어 있으므로 이들 음극(17, 20)의 발열하여 열전자를 방출한다.

그리고 시동회로(80)의 시동전압 중첩회로(84)에서 전파정류 다이오드 브리지회로(81)에 시동전압을 중첩시키면, 램프(10)에는 예컨대 600볼트 정도의 시동전압이 공급되고, 이로 인하여 램프(10)는 방전을 개시한다.

램프(10)의 방전은 전원(40)의 교류전압이 정류평활회로(60)에서 직류성분으로 정류되고 그 정류된 전압이 출력제어회로(70)에 의하여 일정하게 유지되며 또 스위칭회로(90)에 의하여 소정 주파수의 구형파 전압으로 변환되어 램프(10)에 인가됨으로써 유지된다.

즉, 램프(10)에는 반사이클마다 극성이 반전하는 방전전압이 인가되고, 이 때문에 제3도에 도시한 구형파의 사이클 전류 I_a가 공급되게 되고 한쪽의 반사이클에서는, 제1음극(17)에서 방전공간(15)을 통하여 제2양극(20)으로 구형파의 전류가 흐르고, 또 다음의 반사이클에서는 제2음극(19)에서 방전공간(15)을 통하여 제1양극(18)으로 구형파의 전류가 흐르고, 이하 이와같이하여 교대로 전류가 흐르게 됨으로써 이들 전극간에서 방전이 발생한다. 이와같이 극성이 반전될 때마다 제1음극(17)과 제2양극(20)과의 사이 및 제1양극(18)과 제2음극(19)과의 사이에서 교대로 방전을 반복하여 점등을 계속한다.

이와같은 방전에 의하여 방전공간(15)은 수은의 증기가 저압상태에서 전리 및 여기되고, 전리수은원자의 전자가 충돌하여 수은의 공명선 185nm 및 254nm를 시초로 하는 단파장 자외선 영역의 광을 방출한다. 이 단파장 자외선은 발광관(11)에서 외부로 방출된다.

이와같은 자외선 조사장치에 있어서는 전류파형을 제3도에 도시한 바와같이 피이크치가 평탄한 형상으로 되는 구형파형으로 하였으므로 종래와 같은 정현파를 공급하여 램프를 점등시키는 경우에 비하여 램프전류를 높일 수 있고 이것으로 자외선 강도를 증가시킬 수 있다.

이 이유는 명확하지는 않으나 아래와 같은 이유를 생각할 수 있다.

즉, 램프(10)의 방전로(15)에 피이크가 평탄한 구형파 전류 I_a를 공급하면, 종래의 정현파와 같이 플러스와 마이너스의 극성이 반전하는 때에 저전류 영역이 생기지 않고, 따라서 전리된 수은밀도가 저하하지 않게 된다. 즉, 입력에 대하여 자외선 출력을 저해하는 나쁜 요인이 없어지고, 램프에 공급하는 에너지의 거의 전부가 자외선 출력으로 유효하게 변환된다고 생각된다.

또 전류파형을 피이크치가 평탄한 구형파형으로 한 경우는, 정현파의 경우와 같이 실효치의 약배의 전류 영역을 컷할 수 있고 이 때문에 아아크중에 증발된 수은원자의 무용한 진리를 억제할 수 있고 여기된 수은원자량을 많이 확보할 수 있고, 더욱이 전자온도를 높은 상태로 유지할 수 있다.

이러한 이유에서 종래에 비하여 전류밀도를 증대함으로써 광출력의 향상이 가능하게 된다고 추측할 수 있다.

이 결과 피이크가 평탄한 구형파 전류 I_a의 최대치를 수은원자의 여기가 포화상태에 도달하는 레벨까지 높임으로써 이 전류치에 따른 광출력의 증가가 가능하다.

상기의 효과는 본 발명자들의 실험에 의하여 확인되어 있고 이하 이 실험에 대하여 설명한다.

제4도는 정격 입력이 500W의 방전램프에 있어서 전류밀도(암페어/㎠)와 파장 254nm에 있어서의 자외선 방사강도와의 관계를 본 발명자들이 본 발명자들이 조사한 결과를 나타내는 특성도이다.

동도면에 있어서 특성 A는 리액터 소자를 갖춘 종래의 점등회로장치에 사용한 경우의 램프이고, 정현파의 전류가 공급된다.

또, 동도면에 있어서 B, C 및 D는 상기 실시예에 제시한 점등회로장치(30)를 사용하여 구형파의 전류를 공급한 램프인 경우의 특성이다. 또 특성 B의 램프는 주파수를 1Hz, 10Hz, 100Hz, 1KHz로 각각 변경한 경우, 특성 C의 램프는 주파수를 10KHz로 한 경우 및 특성 D의 램프는 주파수를 0.1Hz로 한 경우이다.

이 특성도에서 램프에 정현파의 전류를 공급하는 종래의 경우는 전류밀도가 1.5(암페어/㎠)에 도달하기 전에 자외선 방사강도가 피이크를 넘고 따라서 전류밀도를 그이상 증가해도 자외선 방사강도는 증가하지 않는다.

이에 대하여 램프에 구형파 전류를 공급한 특성 B, C 및 D의 램프는 전류밀도를 1.5(암페어/㎠) 이상으로 증가시키면 자외선 방사강도도 증가한다는 것이 확인된다.

따라서 램프에 구형파 전류를 공급하면 전류밀도가 증가됨으로써 자외선 방사강도가 증가된다는 것을 알 수 있다.

또한 상기 실험에서 전류밀도 I/S는 1.5~6.0(암페어/㎠)이면 좋은 결과를 얻는 것이 확인되었다.

즉, I/S가 1.5(암페어/㎠) 미만이면, 종래의 저출력 형태의 램프의 자외선 방사강도와 차이가 없고, 또 I/S가 6.0(암페어/㎠)을 넘으면 자외선 방사강도는 피이크에 도달하여 포화상태가 되고 그이상 아무리 전류밀도 I/S를 크게해도 전류가 수용하게 되어 자외선 방사효율의 저하가 발생한다.

이 때문에 자외선 출력을 늘리기 위하여 전류밀도를 증가시킬 경우, 반사이클에 흐르는 최대전류를 I(암페어), 상기 발광관의 방전로의 단면적을 S(㎠)로 하면 1.5≤I/S(암페어/㎠)≤6.0의 범위에서 유효하다.

또 특성 B, C 및 D의 결과에서 자외선 강도는 주파수에 영향을 받지 않음을 알 수 있다.

또, 다른 정격 입력의 램프에서도 동일한 전류밀도를 설정하면 초기의 목적을 달성할 수 있음을 확인할 수 있다.

또, 상기 실시예의 경우 발광관(11)의 제1단부(12)에 제1음극(17)과 제1양극(18)을 설치하는 동시에, 발광관(11)의 제2단부(13)에 제2음극(19) 및 제2양극(20)을 설치하고, 일단측의 제1의 음극(17)과 타단측의 제2양극(20)사이, 및 타단측의 제2음극(19)과 일단측의 제1양극(18)과의 사이에서 교대로 방전시키도록 하였으므로, 각각 음극과 양극을 별개로 설치할 수 있고, 음극(17, 19)을 소형으로 하여 적은 가열전력으로 열전자의 방출을 용이하게 하고, 반대로 양극(18, 20)을 대형으로 하여 이들 전극의 손실을 저감할 수 있다. 이 때문에 전극효율이 향상되고 이들 전극의 설계가 쉽게되고 또 자유도가 증가한다는 잇점이 있다.

또 제1단부(12) 및 제2단부(13)에서는 각각 음극(17, 19)보다도 양극(18, 20)을 방전공간(15)측으로 돌출하여 배치하고 각 양극을 코일형으로 하였으므로 음극에서 방출되는 전자는 이보다 앞의 코일형 양극의 전면 개구부에서 타단측의 양극을 향해서 튀어나오게 되고 전자가 밸브벽에 충돌하는 것이 방지되고, 이 때문에 수은이온이 관벽에 흡인되는 것이 방지되며 이로인하여 관벽의 조기흑화나 기계적 강도의 저하가 방지된다.

또 코일형 양극에 의하여 음극을 포위하면 음극물질이 비산하든가 음극에 유지되는 에미터가 비산하여도 주위를 덮는 코일형 양극에 의하여 음극물질이 관벽에 부착되는 것이 방지되고 이점에서도 관벽의 흑화가 방지된다.

그리고 또 방전램프는 U자형으로 굴곡되어 있으므로 소형화되고 방전길이가 충분히 긴데도 불구하고 램프의 수용공간을 적게할 수 있어 램프를 수용하는 기구를 소형화하는데 유효하다.

또 상기 실시예의 램프는, 수은과 함께 봉입되는 희가스, 예컨대 아르곤가스의 가스압을 0.05~0.8Torr로 하고 있고, 이것은 일반의 형광램프에 비하여 상당히 낮은 것이다. 그 이유는 대전류 점등에서도 전자온도의 저하를 억제하기 때문이다. 또 이것에 의하여 램프전압을 극력 올리고 동일한 전류에서의 램프입력을 극력 올리기 때문이다. 가스압을 내리면 램프가 타다말고 꺼지기 쉬우나 구형파의 상승을 빨리하거나, 인버터의 입력전압을 높임으로써 이것을 억제할 수 있다.

또 가스압이 0.05Torr 미만인 경우는, 전극의 스퍼터링이 격심하게 되고, 관벽의 흑화가 발생하여 수명이 저하되고, 0.8Torr를 넘으면 전자온도의 저하가 현저하게 되어 발광효율이 저하된다.

제5도는 본 발명의 제2의 실시예의 저압수은 방전램프를 도시한다. 제5도의 저압수은 방전램프에서 제1의 실시예와 상이한 점은 발광관(120)의 형상이 직관형을 이루고 있고, 또 양단부(121, 122)에 각기 1개씩의 열음극(124, 125)을 배치하고 있는 점이다.

제6도는 본 발명의 제2전류파형을 나타내는데, 본 발명은 제3도에 도시한 구형파 전류 I_a외에 제6도에 도시한 사다리꼴 전류파형 I_b을 사용하여도 좋다.

제6도의 제2전류파형에서는 비록 정현파에서와 같이 저전류 영역이 존재하지만 정현파에 비교하여 저전류 영역대 대전류 영역의 시간비가 훨씬 더 크게 되어(즉, 대전류 영역을 점유하는 시간은 길고 저전류 영역을 점유하는 시간은 짧음) 저전류 영역에 의한 영향이 크게 감소되며 그에 따라 램프의 자외선 방사효율을 증가시킬 수 있다.

또 발광관 형상은 W자형 등의 굴곡 형상으로 하여도 좋다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면 램프에 공급하는 전류의 파형을 피이크가 평탄한 파형으로 하였으므로 공급하는 전류를 증가시킴으로써 발광량을 증가시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 제1단부 및 제2단부를 가지며, 이들 단부에 각각 전극을 설치하고, 이들 전극간에 방전공간을 형성한 발광관과, 상기 발광관내에 봉입된 수은 및 희가스를 갖춘 저압방전램프와, 상기 전극에 대하여 반사이클마다 극성이 반전하는 전류를 공급하여 이들 전극 사이에서 방전을 발생시킴으로써 상기 램프를 점등시키는 점등회로수단을 구비하며, 상기 점등회로수단은 상기 램프에 반사이클마다 피이크가 평탄한 파형을 갖는 전류를 공급하고, 상기 피이크가 평탄한 파형의 전류의 최대전류치는 수은원자의 여기를 포화시키는 레벨미만으로 규제된 것을 특징으로 하는 저압방전 램프장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 피이크가 평탄한 형상의 전류의 최대 전류를 I(암페어), 상기 발광관의 방전공간의 횡단면적을 S(㎠)로 한 경우, 1.5≤I/S≤6.0(암페어/㎠)인 것을 특징으로 하는 저압방전 램프장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 램프는, 제1단부에서 제1양극과 제1음극을 설치하는 동시에 제2단부에 제2양극과 제2음극을 설치하고, 반사이클마다 극성이 반전하는 전류의 한쪽의 반사이클로 제1양극과 제2음극과의 사이에서 방전시키고 다음에 반사이클로 제2양극과 제1음극과의 사이에서 방전시키고 이하 이와 같이 교대로 방전시키는 것을 특징으로 하는 저압방전 램프장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1양극은 제1음극에 비하여 방전공간을 향해서 돌출하여 있는 동시에 제2양극은 제2음극에 비하여 방전공간을 향해서 돌출하여 있는 것을 특징으로 하는 저압방전 램프장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 발광관은 굴곡형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 저압방전 램프장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 램프에 봉입된 희가스의 가스압은 0.05~0.8Torr인 것을 특징으로 하는 저압방전 램프장치.