KR20150084406A - 무전극 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무전극 조명장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 마이크로파를 발생시키기 위한 마그네트론; 및 상기 마이크로파에 의하여 빛을 발생시키기 위한 도즈 및 열전자를 생성하기 위한 하나 이상의 금속 물질을 각각 수용하는 벌브를 포함하는 무전극 조명장치가 제공된다.

Description

무전극 조명장치{Plasma lighting system}
본 발명은 무전극 조명장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 소등 후 재점등시간을 단축할 수 있는 무전극 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 마이크로파(수 100MHz - 수 GHz)를 이용한 조명장치(Microwave dischage lamp)는 무전극 플라즈마 전구에 마이크로파를 가하여 가시광선을 발생시키는 장치이다.
상기 마이크로파 조명장치는 무전극 방전 램프로 전극이 없는 석영구(벌브) 내에 불활성 가스가 봉입된다.
최근 마이크로파 조명장치는 황(Sulfur)을 고압 상태로 방전시키면서 가시광 영역의 연속 스펙트럼을 방사하는 구조를 갖는다. 또한, 상기 마이크로파 조명장치는 무전극 조명장치로도 지칭된다.
한편, 무전극 조명장치는 소등 직후 벌브 내부가 고압 상태로 유지된다. 따라서, 소등 이후 벌브 내부 압력이 냉각을 통해 일정 수준까지 떨어지기 전에는 방전이 이루어지지 않고, 재점등이 이루어지지 않는다.
즉, 소등 직후 재점등 사이에 상당한 시간이 소요되며, 이에 따라 돌발상황 등에 즉각 대처하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 소등 후 재점등까지의 시간을 단축할 수 있는 무전극 조명장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 벌브 내부가 고압인 상태에서도 방전이 되어 순시 재점등이 가능한 무전극 조명장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 금속 물질에 벌브 내부 전계가 집중되어 방전에 필요한 전계강도를 확보할 수 있는 무전극 조명장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 일정수준 이상의 광속을 확보하고, 광효율을 유지시킬 수 있는 무전극 조명장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 마이크로파를 발생시키기 위한 마그네트론; 및 상기 마이크로파에 의하여 빛을 발생시키기 위한 도즈 및 열전자를 생성하기 위한 하나 이상의 금속 물질을 각각 수용하는 벌브를 포함하는 무전극 조명장치가 제공된다.
또한, 상기 금속물질은 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re), 란타넘 헥사보라이드(LaB6) 및 세륨 헥사보라이드(CeB6)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 물질은 절연캡슐에 의하여 둘러싸일 수 있다.
또한, 상기 절연캡슐은 석영 또는 세라믹으로 형성될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 무전극 조명장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
상기 무전극 조명장치는 벌브 내부에 수용되는 금속 물질을 포함한다. 상기 금속 물질은 열전자를 방출시킴으로써 방전에 필요한 전계 강도를 낮추는 기능을 수행한다.
따라서, 상기 무전극 조명장치는 소등 후 재점등까지의 시간을 단축할 수 있다. 구체적으로, 벌브 내부가 고압인 상태에서도 방전이 됨에 따라 순시 재점등이 가능하다. 또한, 소등 후 벌브 내부의 압력을 낮추기 위한 냉각과정이 요구되지 않는다.
또한, 상기 금속 물질에 벌브 내부 전계가 집중됨에 따라 방전에 필요한 전계강도를 확보할 수 있다.
또한, 금속 물질과 메인 도즈(예를 들어, 황)의 반응을 억제함으로써 일정수준 이상의 광속을 확보하고, 광효율을 유지시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 무전극 조명장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 무전극 조명장치를 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 무전극 조명장치를 구성하는 금속물질의 개념도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명과 관련된 무전극 조명장치의 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과들을 나타낸다.
이하, 본 발명의 일 실시예와 관련된 무전극 조명장치룰 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 무전극 조명장치(100)를 나타내는 개념도이고 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 무전극 조명장치를 나타내는 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 무전극 조명장치(100)는 마그네트론(110)과 도파관(120) 및 벌브(140)를 포함한다. 또한, 상기 무전극 조명장치(100)는 벌브(140)를 둘러싸는 공진기(130) 및 상기 벌브(140)를 회전시키기 위한 구동부(170, 모터)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 무전극 조명장치(100)는 외관을 형성하는 하우징(180)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 하우징(180)에는 상기 구동부(170) 및/또는 마그네트론(110)이 수용될 수 있다.
이하, 상기 무전극 조명장치(100)를 구성하는 각 구성요소를 구체적으로 설명한다.
상기 마그네트론(110)은 소정의 주파수를 갖는 마이크로파를 발생시킨다. 또한, 상기 마그네트론(110)과 일체 또는 별도로 고전압발생부가 마련될 수도 있다.
또한, 상기 고전압발생부는 고전압을 발생시키며, 상기 고전압발생부에서 발생된 고전압은 상기 마그네트론(110)으로 인가되어 고주파를 갖는 마이크로파를 발생시킨다.
또한, 상기 도파관(120)은 상기 마그네트론(110)에서 발생된 마이크로파를 안내하는 도파공간(121)과 상기 마이크로파를 상기 공진기(130)로 전달하기 위한 개구부(122)를 포함한다.
상기 도파공간(121) 내부에는 상기 마그네트론(110)의 안테나부(111)가 삽입될 수 있다. 상기 마이크로파는 상기 도파공간(121)을 따라 안내된 후 상기 개구부(122)를 통해 상기 공진기(130) 내부로 방출된다.
상기 공진기(130)는 유입된 마이크로파의 외부 방출을 차폐함으로써 공진모드를 형성한다. 상기 공진기(130)는 상기 마이크로파를 여기시켜 강한 전계를 발생시키는 기능을 수행할 수 있다.
일 실시태양으로, 상기 공진기(130)는 메쉬(mesh) 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 마이크로파가 상기 개구부(122)를 통해서만 상기 공진기(130) 내부로 유입될 수 있도록 상기 공진기(130)는 상기 도파관(120)의 개구부(122) 및 벌브(140)를 둘러싸도록 장착될 수 있다.
또한, 상기 도파관(120)의 개구부(122) 측에는 상기 개구부(122)의 일부 영역을 둘러싸는 반사부재(150)가 마련될 수 있다.
또한, 상기 반사부재(150)는 상기 개구부(122)가 형성된 도파관(120)의 소정 영역(123)에 마련될 수 있다. 상기 벌브(140)는 상기 소정 영역(123)을 관통하여 상기 모터(170)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 소정 영역(123)은 공진기(130)에 의해 둘러싸일 수 있다.
한편, 상기 반사부재(150)는 상기 개구부(122)를 통해 공진기(130) 내부로 유입되는 마이크로파를 안내하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 반사부재(150)는 벌브(140) 측으로 전계를 집중시키기 위하여 공진기(130) 내부의 마이크로파를 벌브(140) 측으로 반사시키는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 공진기(130) 내부에는 발광물질이 충진된 벌브(140)가 배치되고, 상기 벌브(140)에 마련된 회전축(142)은 전술한 모터(170)에 장착될 수 있다.
상기 모터(170)를 통해 상기 벌브(140)를 회전시킴으로써 벌브(140)의 특정영역에 핫 스팟 또는 전계 집중 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 벌브(140)는 발광물질이 수용된 구 형상의 봉입부(141)와 상기 봉입부(141)로부터 연장된 회전축(142)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전축(142)에는 포토 센서(143)가 장착될 수 있다. 상기 포토 센서(143)는 벌브(140)로부터 방사되는 빛의 광특성을 감지하는 기능을 수행한다.
이와 같은 구조를 갖는 무전극 조명장치(100)의 발광원리를 설명한다.
마그네트론(110)에서 발생한 마이크로파는 도파관(120)을 통해 공진기(130)로 전달된다.
또한, 상기 공진기(130)로 유입된 마이크로파는 공진기(130) 내부에서 공진되면서 상기 벌브(140)의 발광물질을 여기시킨다.
이때 상기 벌브(140) 내부에 수용된 발광물질이 플라즈마 상태로 변화되어 빛이 발생하고, 상기 빛은 공진기(130) 외부로 방사된다.
한편, 상기 무전극 조명장치(100)는 상기 벌브(140)로부터 발생하는 빛의 방향을 조절하고 외부로 안내하기 위한 반사부재(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 반사부재는 반구 형상의 반사갓일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 무전극 조명장치를 구성하는 금속물질의 개념도이다.
상기 벌브(140)는 상기 마이크로파에 의하여 빛을 발생시키기 위한 도즈 및 열전자를 방출(생성)시키기 위한 하나 이상의 금속 물질(210)을 각각 수용한다.
본 문서에서 도즈(Dose)라 함은 마이크로파에 여기되어 빛을 발광하는 발광물질을 나타낸다. 상기 도즈 및 금속물질(210)은 각각 상기 벌브(140)의 봉입부(141) 내부에 봉입된다. 또한, 상기 도즈는 황(Sulfur)을 포함할 수 있다.
본 발명은 소등 후 순시 재점등이 가능한 무전극 조명장치를 제공한다.
종래 무전극 조명장치에서는 소등 직후 벌브 내부가 고압 상태를 유지하게 된다. 따라서, 재점등이 이루어지기 위해서는 벌브의 압력을 낮추거나 전계강도를 낮추어야만 한다.
이를 위하여, 종래에는 벌브 내부 압력이 냉각을 통해 일정수준까지 떨어지기 위한 소정의 시간(예를 들어, 5분)이 요구되었다.
상기 금속 물질(210)은 열전자를 방출함으로써 방전에 필요한 전계강도를 낮추는 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 물질(210)은 무전극 조명장치(100)의 소등 이후에도 열전자를 생성함으로써 방전이 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 상기 금속물질(210)은 고압상태의 벌브 내부에서 방전을 가능하게 하는 기능을 수행한다. 특히, 이와 같은 순시 재점등 효과는 무전극 조명장치(100)의 마이크로파의 출력증가 없이도 가능하다.
상기 금속물질(210)은 고압 상태에서도 열전자를 생성할 수 있는 다양한 금속으로 형성될 수 있다.
일 실시태양으로, 상기 금속 물질(210)은 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re), 란타넘 헥사보라이드(LaB6) 및 세륨 헥사보라이드(CeB6)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 금속 물질(210)과 상기 도즈의 반응성을 억제하는 것이 중요할 수 있다.
구체적으로, 금속 물질(210)과 도즈가 반응하는 경우, 화합물 생성에 따른 광속 감소, 벌브(140) 표면온도 증가에 따른 파손 또는 벌브(140) 미관이 악화되는 문제가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 상기 금속 물질(210)은 절연캡슐(220)에 의하여 둘러싸일 수 있다. 즉, 상기 절연캡슐(220)을 통해 상기 금속 물질(210)과 도즈의 반응성을 억제할 수 있다.
또한, 상기 절연캡슐(220)은 상기 금속물질(210)을 둘러싸며, 상기 금속물질(210)은 상기 절연캡슐(220) 내부에 진공상태로 밀봉될 수 있다.
또한, 상기 절연캡슐(220)은 석영 또는 세라믹으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 금속 물질(210)과 상기 도즈의 반응성을 억제하기 위하여 상기 벌브(140)에는 하나 이상의 메탈할라이드(matal halide)가 추가로 봉입될 수 있다.
구체적으로, 상기 벌브(140)는 마이크로파에 의하여 빛을 발생시키기 위한 황과 열전자를 생성하기 위한 금속 물질(210) 및 메탈할라이드를 각각 수용할 수 있다.
또한, 상기 도즈는 황(Sulfur)을 포함하는 메인 도즈(main dose)와 하나 이상의 메탈 할라이드를 포함하는 추가 도즈(addictive dose)를 포함할 수 있다.
상기 추가 도즈는 메탈과 할로겐의 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시태양으로, 상기 메탈은 스칸듐(Sc), 나트륨(Na), 타이타늄(Ti), 인듐(In), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 툴륨(Tm), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 스트론튬(Sr) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나일 수 있다.
또한, 상기 할로겐은 염소(Cl), 브롬(Br), 아이오딘(I) 및 아스탄틴(At)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나일 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명과 관련된 무전극 조명장치(100)의 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과들을 나타낸다.
도 4는 금속물질(210) 삽입에 따른 재점등 시간을 나타내는 그래프이다.
도면부호 T1은 금속물질을 벌브(140) 내부에 삽입한 경우의 재점등 시간을 나타내고, 도면부호 T2는 금속물질을 벌브(140) 내부에 삽입하지 않은 경우의 재점등 시간을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 금속물질을 벌브(140) 내부에 삽입한 경우, 소등후 재점등까지의 시간이 월등히 단축되는 것을 확인할 수 있다.
즉, 소등 후 고압상태의 벌브 내부에서 상기 금속물질이 열전자를 생성함에 따라 방전이 가능해지고, 무전극 조명장치의 재점등이 이루어질 수 있다.
도 5의 (a)는 벌브 내부에 금속 물질이 수용되지 않은 상태의 벌브 내부 전계분포 및 강도를 나타낸다. 또한, 도 5의 (b)는 벌브 내부에 금속 물질이 수용된 상태의 벌브 내부 전계분포 및 강도를 나타낸다.
도 5의 (a)를 참조하면, 금속 물질이 벌브 내부에 수용되지 않은 경우, 벌브 내부 전계가 상대적으로 균일하게 분포되는 것을 확인할 수 있다.
이와는 다르게, 도 5의 (b)를 참조하면, 벌브 내부에 삽입된 금속 물질에 의해 벌브 내부 전계가 금속 물질에 집중되어 방전에 필요한 전계 강도가 확보되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 벌브 내부에 금속 물질을 봉입함으로써 벌브 내부 전계를 강화할 수 있다.
또한, 금속물질에서 생성되는 열전자가 적은 경우에도 금속물질에 전계가 집중됨에 따라 초기 순시 점등이 가능함을 확인할 수 있다.
100: 조명장치
110: 마그네트론
120: 도파관
130: 공진기
140: 벌브
150: 반사부재

Claims (5)

  1. 마이크로파를 발생시키기 위한 마그네트론; 및
    상기 마이크로파에 의하여 빛을 발생시키기 위한 도즈 및 열전자를 생성하기 위한 하나 이상의 금속 물질을 각각 수용하는 벌브를 포함하는 무전극 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속물질은 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re), 란타넘 헥사보라이드(LaB6) 및 세륨 헥사보라이드(CeB6)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 물질은 절연캡슐에 의하여 둘러싸인 것을 특징으로 하는 무전극 조명장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연캡슐은 석영 또는 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도즈는 황(Sulfur)을 포함하는 메인 도즈와 메탈할라이드를 포함하는 추가도즈를 포함하며,
    상기 추가 도즈는, 스칸듐(Sc), 나트륨(Na), 타이타늄(Ti), 인듐(In), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 툴륨(Tm), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 스트론튬(Sr) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 메탈; 및 염소(Cl), 브롬(Br), 아이오딘(I) 및 아스탄틴(At)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 할로겐;의 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명장치.
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