KR100562879B1

KR100562879B1 - 유전체 배리어 방전램프 광원장치

Info

Publication number: KR100562879B1
Application number: KR1020007012928A
Authority: KR
Inventors: 오카모토마사시; 히로세겐이치
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2006-03-24
Also published as: EP1176853A4; EP1176853B1; KR20010106115A; WO2001030120A1; DE69938465T2; US6369519B1; EP1176853A1; DE69938465D1

Abstract

본 발명은 엑시머 분자를 효율적으로 생성하여, 진공 자외광원으로서 효율적으로 동작할 수 있는 유전체 배리어 방전램프 광원장치를 제공하고자 하는 것이다.

브리지 방식, 푸시풀 방식, 플라이 백 방식의 고주파 전원(9)과 트랜스(Tr)로 구성된 급전장치(8)로부터 고주파 교류전압을 인가하여 유전체 배리어 방전램프(1)를 점등시킨다. 이 때, 유전체 배리어 방전램프(1)에 유전체 배리어 방전을 개시하는 전압치에 이른 시점의 경과 후, 최대 극대치에 이르고 나서 다음의 극대치에 이르기까지의 시간이 3㎲이하가 되도록 전압을 인가한다. 또, 유전체 배리어 방전램프(1)에 유전체 배리어 방전을 개시하는 전압치에 이르고 나서, 다음에 새로운 전압이 인가되기까지의 기간에서의 최대 전압치가 되기까지의 시간이 2.1㎲이하가 되도록 전압을 인가해도 좋다.

Description

유전체 배리어 방전램프 광원장치{Light source device having dielectric barrier discharge lamp}

본 발명은 예를 들면 광화학 반응용의 자외선 광원으로서 사용되는 방전램프의 일종으로, 유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 형성하여, 상기 엑시머 분자로부터 방사되는 광을 이용하는 소위 유전체 배리어 방전램프를 포함하는 광원장치에 관한 것이다.

본 발명에 관련한 유전체 배리어 방전램프에 관한 기술을 개시한 기술문헌으로, 예컨대 특개평 2-7353호 공보가 있다. 상기 공보에는 방전용기에 엑시머 분자를 형성하는 방전용 가스를 충전하고, 유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 형성시켜 상기 엑시머 분자로부터 방사되는 광을 꺼내는 방사기가 기재되어 있다(유전체 배리어 방전 : 별명 오조나이저 방전 또는 무성방전, 전기학회 발행 개정신판 「방전 핸드북」 헤이세이 1년 6월 재판 7쇄 발행 제 263페이지 참조).

유전체 배리어 방전램프에는 방전 플라즈마 공간을 사이에 두고 전극 사이에 1매 또는 2매의 유전체가 존재한다. 도 19(a)는 2매의 유전체(5, 6)가 존재하는 유전체 배리어 방전램프(1)를 도시하고 있다. 또, 도 19(a)에서는 램프 봉체(7)가 유전체(5, 6)를 겸하고 있다.

유전체 배리어 방전램프(1)를 점등시킬 때는, 그 양극(兩極)의 전극(3,4)에 예컨대, 100㎑∼200㎑, 2㎸∼10㎸의 고주파의 교류전압을 인가한다.

그러나, 방전 플라즈마 공간(2)과 전극(3, 4) 사이에 개재하는 유전체(5, 6) 때문에, 전극(3, 4)으로부터 방전 플라즈마 공간(2)으로 직접 전류가 흐르지 않고, 유전체(5, 6)가 콘덴서 작용을 함으로써 전류가 흐른다. 즉, 각 유전체(5, 6)의 방전 플라즈마 공간(2)측에는 각 전극(3, 4)측과 같은 양의 역 부호의 전하가 유전체 분극에 의해 유기되어, 방전 플라즈마 공간(2)을 끼고 대향하는 유전체(5, 6)의 사이에서 방전한다.

유전체(5, 6)의 방전 플라즈마 공간(2)측을 따라서는 전류가 그다지 흐르지 않기 때문에, 방전이 발생한 부분에서는 유전체(5, 6)의 방전 플라즈마 공간(2)측에 유기된 전하는 방전에 의해 이동한 전하에 의해 중화되고, 방전 플라즈마 공간(2)의 전계가 감소한다. 이 때문에, 전극(3, 4)으로의 전압인가가 계속되어도 방전전류는 곧 정지되고 만다. 단, 전극(3, 4)으로의 인가전압이 더 상승할 경우에는 방전전류는 지속된다.

한 번 방전이 발생한 후, 방전이 정지한 경우는 전극(3, 4)에 인가된 전압의 극성이 반전할 때까지 다시 방전하지 않는다.

예를 들면 크세논 가스를 봉입한 유전체 배리어 방전램프의 경우, 크세논 가스는 방전에 의해 이온과 전자로 분리되어 크세논 플라즈마로 된다. 이 플라즈마 중에서, 특정한 에너지 준위로 여기된 크세논은 결합하여, 엑시머 분자가 형성된다. 크세논 엑시머는 소정 수명시간을 경과하면 해리되고 마는데, 이 때 개방되는 에너지는 진공 자외파장의 광자로서 방출된다. 유전체 배리어 방전램프를 진공 자외광원으로서 효율적으로 동작시키기 위해서는, 이 엑시머 분자형성을 효율적으로 할 필요가 있다.

여기에서, 방전시에 효율적인 엑시머 분자의 형성을 저해하는 큰 요인은, 방전 플라즈마가 엑시머 분자 형성에 기여하지 않는 에너지 준위로 여기되어 버리는 것이다.

방전개시 직후의 방전 플라즈마의 전자운동은 집단적이고, 에너지는 높지만 온도는 낮은 상태에 있다. 이 상태에서는 방전 플라즈마는 엑시머 분자를 형성하기 위해 필요한, 공명상태로 천이할 확률이 높다. 그러나 방전시간이 길어지면, 플라즈마의 전자운동은 점차로 열적, 즉 맥스웰-볼츠만 분포라 불리우는 열평형 상태가 되고, 플라즈마 온도가 상승하여, 엑시머 분자를 형성할 수 없는 보다 높은 여기상태로 천이할 확률이 높아지게 된다.

또, 엑시머 분자가 형성된 경우에서도 수명시간의 경과를 기다려 소기의 광자를 방출하여 자연스럽게 해리하기 전에, 후속의 방전에 의해 엑시머 분자가 파괴되는 경우도 있다. 실제로, 크세논 엑시머의 예로는 방전개시로부터 진공 자외파장의 광자방출까지 1㎲정도의 기간을 필요로 하고, 이 기간내의 후속의 방전이나 재방전은 엑시머 발광의 효율을 저하시킨다.

즉, 한 번 방전이 개시되면, 후속하는 방전의 에너지는 가능한 한 작게 하는 것이 가장 중요하다는 것을 알 수 있다.

방전시간이 짧은 경우에서도, 그 방전기간에 주입되는 에너지가 지나치게 크면, 마찬가지로 높은 여기상태로 천이할 확률이 높아지게 된다. 높은 여기상태로 천이된 플라즈마는 적외선을 방사하여 완화되어 램프의 온도를 상승시킬 뿐이고 엑시머 발광에는 기여하지 않는다.

즉, 엑시머 분자형성에 기여하지 않는 에너지 준위로의 방전 플라즈마의 여기를 억제하도록 방전구동을 행하지 않으면 안 되는 것이다. 이 점에서, 종래의 유전체 배리어 방전램프 광원장치는 만족할 수 있는 것이 아니었다.

유전체 배리어 방전을 포함한 모든 펄스 방전에 의한 엑시머 발광의 고효율화를 달성하고자 하는 제안으로서 특개평 1-243363호 공보가 있다. 이것은 한 번 방전이 개시되면, 후속하는 방전의 에너지는 가능한 한 작게 한다고 하는 상기의 조건에 따른 것이다. 그러나, 이 제안에 기재되어 있는 것은 어떤 파라미터를 조정하면 엑시머 발광이 고효율화될 수 있는가에 관한 것으로, 그 파라미터값의 효과적인 조건에 대해서는 구체적으로는 아무것도 개시되어 있지 않다. 즉, 유전체 배리어 방전의 경우는, 방전 플라즈마 공간으로의 전압인가나 전류주입은 유전체를 통해 행하지 않으면 안되므로, 이 전압이나 전류를 제어하는 자유도가 낮아 최적조건을 발견하는 것은 매우 곤란하다.

유전체 배리어 방전램프의 효율을 개선하고자 하는 제안으로, 예컨대, 특표평 8-508363호 공보(US 5,604,410)가 있다. 그러나, 이 제안에서는 상기의 엑시머 분자형성을 효율적으로 하기 위한 엑시머 분자형성에 기여하지 않는 에너지 준위로의 방전 플라즈마의 여기를 억제하기 위해 정말로 효과적이며 구체적인 사항은 아무것도 기재되어 있지 않다.

또, 유전체 배리어 방전을 이용한 형광등의 구동파형에 관한 개선제안으로 예컨대, 특개평 6-163006호 공보가 있다.

이에 따르면, 정(正) 부(負) 극성의 구형 펄스열이나 교류의 구형파로 구동함으로써, 형광등의 휘도가 향상한다는 것이 기술되어 있다. 이 중에는 구형펄스열이나 구형파에 대해서, 주파수나 듀티비에 관련하여 인가전압의 변화에 대한 휘도의 변화의 실험결과가 기재되어 있고, 종래의 정현파 구동과 비교한 효율의 향상이 설명되어 있다.

그러나, 실제의 급전장치에서는 고전압 트랜스 등이 포함되고, 이상적인 구형 펄스열이나 구형파를 인가하는 것은 불가능하고, 급전장치의 출력 임피던스와 램프의 임피던스의 상호작용에 의해 파형은 둔화되고, 또한 부분적으로는 공진에 의해 정현파적 전압이 인가되어 버린다.

이러한 실제의 급전장치에서의 이상적인 구형적 파형에서의 어긋남이 있는 경우에 어긋남 중의 어떤 성분은 유해하며, 어느 정도의 어긋남까지 허용될 수 있는가를 명확히 하지 않는 한, 경제적으로 적합한 실용적인 광원장치를 설계, 제작할 수 없다.

본 발명은 상기한 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적하는 바는 엑시머 분자를 효율적으로 생성하여, 진공 자외광원으로 효율적으로 동작할 수 있는 유전체 배리어 방전램프 광원장치를 제공하는 것이다.

본원발명의 과제인 엑시머 분자를 효율적으로 형성하기 위해서는 엑시머 분 자의 형성에 기여하지 않는 에너지 준위로의 방전 플라즈마의 여기를 억제하는 것이다. 그리고, 이를 위해서는 램프 인가전압이 유한한 증가율로 상승하여, 방전개시전압에 이르러 방전이 개시되면, 가능한 한 신속하게 방전을 종료시키면 된다.

유전체 배리어 방전램프(1)의 전기회로적인 동작을 도 19(b)에서 설명한다. 도 19(b)에 도시한 바와 같이, 방전 플라즈마 공간(2)의 방전로(放電路)는 저항(10)과 스위치(11)를 직렬로 접속한 것으로 된다. 또, 유전체 배리어 방전램프(1)에는 전극(3, 4)과 방전 플라즈마 공간(2) 사이에 유전체(5, 6)가 있고, 이것은 전기회로적으로는 콘덴서로 작용한다. 단, 유전체가 2매인 경우는 각각의 콘덴서를 직렬로 합성한 1개의 콘덴서(13)라고 여겨진다.

이 콘덴서는 방전 플라즈마 공간(2)에 대해 직렬로 삽입된 구조이기 때문에, 유전체 배리어 방전램프(1)에는 램프 인가전압의 극성이 변화된 직후의 소정 기간내에만 방전전류가 흘러, 램프 인가전압을 실질적으로 0(영)으로 한 휴지기간을 가지는 펄스전압을 인가시키지 않고도, 자연스럽게 방전의 휴지기간이 발생한다.

또, 방전 플라즈마 공간(2)의 전압은 방전개시전압에 이르지 않는 한, 방전은 발생하지 않는다.

방전램프공간(2) 자체도 콘덴서(12)를 형성하고 있어, 방전이 개시되면 이 콘덴서에 충전된 에너지의 대부분이 방전으로 소비되기 때문에, 급전장치는 방전개시 이후에 유전체 배리어 방전램프(1)에 필요 이상의 전류를 추가하여 흐르지 않게 하면 된다는 것을 알 수 있다.

다음에, 램프 벽면의 단위면적당에 대해서 고찰한다.

방전개시전압은 가스 압력과 방전갭의 간격이 결정되면 거의 자동적으로 결정된다. 또, 방전 플라즈마 공간이 형성하는 콘덴서(12)의 정전용량(C1)은 방전갭의 간격에 의해 정해지므로 한 번의 방전이 개시되고 나서 종료되기까지의 기간에 플라즈마에 부여되는 최소 에너지는, 방전 플라즈마 공간이 형성하는 콘덴서(12)에 충전된 전하가 모두 방전하는 에너지이며, 이것은 램프의 구조에 따라 결정된다.

상기 엑시머 분자형성을 효율적으로 하기 위한, 엑시머 분자 형성에 기여하지 않는 에너지 준위로의 방전 플라즈마의 여기를 억제하는 것은, 이 최소 에너지를 방전하는 조건에서 가장 잘 달성되게 된다.

그러나, 이 최소 에너지의 방전의 조건이란 매우 큰 출력 임피던스를 가지는 급전장치를 이용하여, 램프 인가전압을 아주 서서히 상승시켜 방전시킴으로써, 원리적으로는 실현이 가능하다.

그러나, 이러한 급전장치는 실제의 광원장치로 응용하는 경우에는 문제가 있다.

첫 번째 문제는, 출력 임피던스가 크면, 주기적인 반복 방전을 위한, 고속의 동작속도를 얻을 수 없다는 것이다.

두 번째 문제는 이 최소 에너지의 방전의 조건에서는 방전갭 간격의 램프내의 위치적인 불균일의 영향에 의한 1개의 램프내에서의 방전의 불균일이 발생하는 경우가 있다는 점이다.

따라서, 필요한 광량을 실현할 수 있는 작은 출력 임피던스를 가지는 급전장치를 사용하고, 또 유전체 배리어 방전램프의 전체의 벽면에서 균일하게 방전을 발 생시키는 여유를 갖게 한 실용적인 광원장치가 되게 하기 위해, 상기 최소 에너지의 방전의 조건보다도 램프 인가전압을 높게 할 필요가 있다. 단, 램프 인가전압을 높게 하는 정도에 대해서는 그것에 의한 엑시머 발광의 효율저하가 용인가능한 범위로 억제되어야 한다.

즉, 램프 인가전압의 피크값은 방전불균일을 실용상 무시할 수 있기 위한 하한값을 기준으로 하여 그 2배 이하, 바람직하게는 1.5배 이하로 억제되어야 한다. 또는, 방전을 유지할 수 있는 하한값을 기준으로 그 3배 이하, 바람직하게는 2.5배 이하로 억제해야만 한다. 또, 램프 전력을 증가시키는 경우는, 램프 인가전압을 향상시키지 않고 램프전원의 구동주파수를 높임으로써 행해야 한다. 램프전류는 램프인가 전압의 반전때마다 일정량이 흐르기 때문에, 램프전력은 구동 주파수에 비례하게 된다. 따라서, 상기 구동주파수를 높임으로써, 램프인가 전압상승에 의한 효율을 악화시키지 않고 램프전력을 증가시킬 수 있다.

유전체 배리어 방전램프 광원장치의 기본구성을 도 1에 도시한다. 동 도에서 1은 상기한 유전체 배리어 방전램프, 8은 급전장치이고, 급전장치(8)는 브리지 방식, 푸시풀 방식, 플라이백 방식 등의 고주파 교류전원(9)과 승압 트랜스(Tr)로 구성된다.

실용적인 급전장치에서의 램프인가전압(E(t)), 방전갭 전압(즉, 방전 플라즈마 공간(2)의 전압)(V1(t)), 램프전류(Is(t)) 및 방전전류(Id(t))의 전형적인 파형을 도 2에 도시한다(동 도는 풀 브리지 방식의 급전장치를 기본으로, 회로와 램프를 모델화하여 계산기 시뮬레이션으로 구한 파형으로, 하프 브리지나 푸시풀 방식의 급전장치에서도 기본적으로 같다).

또, 방전전류(Id(t))에 대해서는 상기 도 19(b)의 저항(10)에 흐르는 램프 내 전류이기 때문에, 그 파형을 직접 측정할 수 없지만, 램프 인가전압(E(t))과 램프 전류(Is(t))의 파형 모델을 측정할 수 있으면, 상기 도 19(b)에 도시한 방전 플라즈마 공간(2)의 콘덴서(12)의 정전용량(C1), 유전체(5, 6)의 콘덴서(13)의 정전용량(C2), 유전체 배리어 방전램프에 병렬적으로 존재하는 부유정전용량(C3)으로 산출할 수 있다.

즉, 방전 플라즈마 공간(2)의 콘덴서(12)의 정전용량(C1), 유전체(5, 6)의 콘덴서(13)의 정전용량(C2)에 유전체 배리어 방전램프에 병렬적으로 존재하는 부유 정전용량(C3)에 의해 결정된 두 개의 계수 F=1+C1/C2 및 Cv=C1+C3·F를 이용하면, 방전 전류파형(Id(t))은 다음식(1)으로 구할 수 있다.

Id(t)=F·Is(t)-Cv·dE(T)/dt (1)

이 방법은 수치미분을 사용하기 때문에, 얻어진 결과의 파형 중의 전류치가 작은 영역에서의 정확도는 그다지 좋지 않지만, 방전개시될 때에는 빠른 상승을 나타내기 때문에, 이를 찾아낼 목적으로 사용하는 한 문제는 없다.

도 2에서, 램프인가전압(E(t))의 극성이 급변하면, 방전갭 전압(V1(t))도 급변하여, 이것이 방전개시전압에 달한 점(G1)에서 방전이 개시된다. 방전이 개시되면, 방전전류파형(J1)(도 2의 방전전류(Id(t))파형 참조)이 급격히 나타나고, 그 결과 방전갭 전압(V1(t))은 급격히 저하한다. 이 방전갭 전압(V1(t))(즉 방전 플라즈마 공간의 전압)의 급격한 저하분에 따라 램프인가전압(E(t))도 저하하여 굴곡점(K)이 발생한다.

방전전류가 정지하는 점(J2)에 대응하는 램프인가전압 파형상의 점은 그 절대치의 극대점(P1), 또는 그것이 지나치게 작은 데 존재한다. 실제의 광원장치에 대한 평가에서는, 상기점은 상기 절대치의 극대점(P1)에 존재한다고 할 수 있다.

이후, 굴곡점(K)까지의 램프인가전압 파형의 변화는 C2/(C1+C2)배로 축소되어, 방전갭 전압(V1(t))파형에 그대로 나타난다.

여기에서, C1과 C2는 상기한 방전 플라즈마나 공간(2)의 콘덴서(12)의 정전용량(C1)과 유전체(5,6)의 콘덴서(13)의 정전용량(C2)이다. 전극(3, 4)의 양쪽에 유전체(5,6)가 존재하는 유전체 배리어 방전램프의 경우는, C2는 각각의 유전체의 단독의 정전용량이 직렬 합성된 것이라고 여겨진다.

여기에서, 실용적인 급전장치에서 램프 인가전압에 도 2와 같은 굴곡점(K)이 발생하는 이유는 다음과 같다. 상기한 방전갭 전압(V1(t))(즉, 방전 플라즈마 공간의 전압)의 급격한 저하분에 따라 램프인가전압(E(t))도 저하하려고 한다. 이 램프인가전압(E(t)) 저하분은 급전장치(8)가 보상하려고 하지만, 승압 트랜스(Tr)의 자속누설이나 케이블의 임피던스에 기인하는 유도성의 출력 임피던스가 존재하기 때문에, 램프인가전압 저하분의 보상이 늦어져 그 결과로 절대치가 큰 방향으로 볼록한 굴곡점(K)이 발생한다. 또, 이 유도성의 출력 임피던스와 유전체 배리어 방전램프(1)의 정전용량의 공진에 의해, 굴곡점(K)의 후에 램프인가전압에 대한 진동성분이 혼입한다. 그 결과, 램프인가전압 파형상에 절대치의 극소점이나 절대치의 극대점이 발생하는 경우가 있다.

이하, 상기 굴곡점(K)의 후에 발생하는 진동을 링잉(ringing)이라 하고, 그 주파수를 링잉 주파수(Fr)라고 한다. 또, 상기 굴곡점(K)에서 방전이 개시되고 나서 인가전압(E(t))이 피크에 이르기까지의 시간을 τ이라 하고, 굴곡점(K)의 다음에 나타나는 피크(P1)에서 다음의 피크(P2)까지의 시간을 T12로 한다.

본 발명은 상기 굴곡점(K) 이후의 램프 인가전압파형의 변화에 주목하여, 자외선 발광효율을 저하시키지 않고, 유전체 배리어 방전램프에 유효하게 전력을 투입하도록 한 것이다.

즉, 상기한 바와 같이 램프인가전압(E(t)) 파형이 급격히 상승 또는 하강함으로써 방전이 발생했을 때 엑시머 분자가 생성되고, 생성된 엑시머 분자가 분리되어 자외선이 발생하기까지의 기간에 다시 방전전류의 추가가 있으면, 엑시머 분자가 파괴된다. 따라서, 방전전류를 신속하게 절단하는 것이 자외선 발광효율의 점에서 바람직하다.

그러나, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 굴곡점(K)에서 방전이 개시되고 나서 램프인가전압(E(t))이 제1 피크에 이르기까지는 방전전류가 지속된다. 이 때문에, 방전이 개시되고 나서 인가전압이 피크에 이르기까지의 시간(τ)이 긴 경우에는 결과적으로 자외선 발생효율이 저하한다.

또, 굴곡점(K) 후에 링잉이 발생하는 상태에서는 그 전압 피크에 이르기까지는 방전전류가 지속된다. 그리고, 그 링잉 주파수가 낮은 경우에는 방전전류가 정지하기까지 시간을 필요로 하므로, 결과적으로 자외선 발광효율이 저하한다.

즉, 상기한 방전이 개시되고 나서 인가전압이 피크에 이르기까지의 시간(τ) 을 단축시키거나 또는 링잉 주파수(Fr)를 높임으로써 자외선 발광효율을 저하시키지 않고 유전체 배리어 방전램프를 방전시킬 수 있다.

여기에서, 상기 방전이 개시되고 나서 인가전압(E(t))이 피크에 이르기까지의 시간(τ) 및 링잉 주파수(Fr)는 대개 급전장치(8)와 유전체 배리어 방전램프(1)로 구성된 회로의 인덕턴스(L)와 정전용량(C)에 의해 정해지고, 이들의 값을 작게 함으로써 시간(τ)을 단축할 수 있고 또 링잉 주파수를 높일 수 있다.

여기에서, 제1 피크(P1)를 지난 즈음에서 방전은 종료하므로(즉, 이 시점에서는 상기 도 19(b)에서의 스위치(11)는 열린다), 제1 피크(P1)를 지나면 도 19(b)에 도시한 콘덴서(12, 13)의 정전용량과 부유용량 및 회로의 인덕턴스(L)로 정해지는 진동주파수에서 인가전압파형(E(t))은 진동적으로 변화한다.

상기와 같이 제1 피크(P1)를 지난 직후에서 방전이 종료하기 때문에, 상기 제1 피크(P1)∼제2 피크(P2)까지의 시간(T12)은 대개 상기한 콘덴서(12,13)의 정전용량과 부유용량 및 회로의 인덕턴스(L)로 정해지는 진동주파수의 주기에 상당한다.

일반적으로 LC 공진회로의 공진 주파수는 다음 식으로 계산할 수 있다.

LC = 1/(2πf)²

따라서, 상기 회로의 인덕턴스를 L, 정전용량을 C로 하면, 상기 링잉 주파수(Fr)는 대개 1/{2π×√(LC)}에서 정해지고, 정전용량(C)의 값은 유전체 배리어 방전램프(1)의 정전용량에 의존하므로, 링잉 주파수(Fr)를 높이는 (시간(τ)을 단축한다) 데는 상기 인덕턴스(L)의 값을 작게하면 된다. 구체적으로는 승압 트 랜스(Tr)의 결합 임피던스를 작게 함으로써 링잉 주파수(Fr)는 높일 수 있다.

상기 고찰에 따라 본 발명자들은 상기 시간(τ), 피크(P1∼P2)까지의 시간(T12)과 자외선 발광효율의 관계 및 링잉 주파수와 자외선 발광효율의 관계를 조사했다.

그 결과, 후술하는 도 8, 9, 10에 도시한 바와 같이, 상기 시간(τ)을 τ≤2.1㎲, 상기 시간(T12)을 T12≤3㎲, 또는 링잉 주파수(Fr)를 Fr≥300㎑라고 하면, 자외선 발광효율을 저하시키지 않고 유전체 배리어 방전램프를 방전시킬 수 있다는 것을 알았다.

여기에서, 상기한 바와 같이 링잉 주파수(Fr)는 대개 1/{2π×√(LC)}로 정해지므로, 상기 LC값을 LC≤2.8×10^-13[C의 단위는 F(파라드), L의 단위는 H(헨리)]로 하면 된다.

상기 LC값은 대개 램프(1)의 정전용량과 트랜스(Tr)의 인덕턴스로 정해지므로, LC값이 상기 조건을 만족하도록 램프(1)의 정전용량에 따라 트랜스(Tr)의 인덕턴스를 선정하면 된다.

상기 정전용량(C)의 측정은 소등상태의 램프 단체의 정전용량을 임피던스 미터 등으로 측정하면 된다. 또, L의 측정에 대해서는 점등시의 방전이 종료한 직후의 상태를 기준으로 트랜스(Tr)의 일차측의 상태를 모의적으로 재현한 후에 2차측의 임피던스를 임피던스 미터 등에 의해 측정하면 된다.

예를 들면, 풀 브리지 방식 또는 하프 브리지 방식의 고주파 교류전원을 이용하는 경우에는, 트랜스의 일차측을 단락한 상태에서, 2차측의 인덕턱스를 측정하 면 된다. 또, 푸시풀 방식의 경우에는 트랜스(Tr)의 일차측의 중점과 한 단을 단락하고 다른 단을 개방한 상태에서, 2차측의 인덕턴스를 측정하면 된다. 또, 플라이 백 방식의 경우에는 트랜스(Tr)의 일차측을 개방한 상태에서 2차측의 인덕턴스를 측정하면 된다.

또, 사용하는 급전장치(8)에 따라서는 상기한 굴곡점(K)이 인가전압 파형상에 명확하게 나타나지 않는 경우가 있다. 특히 플라이 백 방식의 전원을 이용한 경우에는 인가전압 파형상에 상기 굴곡점이 명확하게 나타나지 않는 경우가 있다. 이 경우에는 상기한 바와 같이 방전전류파형(Id(t))을 산출하여, 그 상승이 급준한 부분에 굴곡점이 있다고 측정하면 된다.

본 발명의 청구항 1∼3에 기재된 발명은 상기에 따라 유전체 배리어 방전램프를 효율좋게 방전시키기 위한 실용적인 조건을 규정한 것으로, 이하의 어떤 조건을 만족함으로써 유전체 배리어 방전램프를 효율좋게 방전시킬 수 있다.

(1) 유전체 배리어 방전을 개시하는 전압치에 이른 시점의 경과 후, 최대의 전압치에 이르고 나서부터 다음의 최대 전압치에 이르기까지의 시간이 3㎲이하가 되는 전압을 유전체 배리어 방전램프에 인가한다.

(2) 유전체 배리어 방전을 개시하는 전압치에 이르고 나서, 다음에 새로운 램프전압이 인가되기까지의 기간에서의 최대의 전압치가 되기까지의 시간이 2.1㎲이하가 되는 전압을 유전체 배리어 방전램프에 인가한다.

(3) 급전장치와 유전체 배리어 방전램프로 구성되는 회로의 인덕턴스를 L, 정전용량을 C로 했을 때, 상기 인덕턴스(L), 정전용량(C)은 하기의 식을 만족하도 록 선정한다.

LC≤2.8×10^-13

도 1은 유전체 배리어 방전램프 광원장치의 기본구성을 도시한 도면이다.

도 2는 실용적인 급전장치에서의 램프인가전압(E(t)), 방전갭 전압(V1(t)), 전류(Is(t)), 방전전류(Id(t))의 전형적인 파형을 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예의 유전체 배리어 방전램프 점등회로(풀 브리지 방식)의 일예를 도시한 도면이다.

도 4는 도 3의 점등회로의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.

도 5는 도 3의 점등회로에서의 인가전압파형(E(t)), 전류파형(I(t))의 실제 측정 데이터를 나타낸 도면이다.

도 6은 도 3의 점등회로에서의 인가전압파형(E(t)), 전류파형(I(t))의 실제 측정 데이터를 나타낸 도면(확대도)이다.

도 7은 도 6의 Y2부분을 확대하여, 계산으로 구한 방전전류파형(I(t))을 추가한 도면이다.

도 8은 시간(τ)과 발광효율(η)의 관계를 나타낸 도면이다.

도 9는 시간(T12)과 발광효율(η)의 관계를 나타낸 도면이다.

도 10은 링잉 주파수(Fr)와 발광효율(η)의 관계를 나타낸 도면이다.

도 11은 도 3의 점등회로에서, 링잉 주파수를 250㎐로 저하시켰을 때의 인가전압파형(E(t)), 전류파형(I(t))을 나타낸 도면이다.

도 12는 다른 램프의 점등파형을 나타낸 도면이다.

도 13은 도 12의 Z부분을 확대하여 계산으로 구한 방전전류파형(Id(t))을 추가한 도면이다.

도 14는 다른 점등회로의 구성예(푸시풀 방식)를 도시한 도면이다.

도 15는 도 14의 점등회로의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.

도 16은 플라이 백 방식의 점등회로의 구성예를 도시한 도면이다.

도 17은 플라이 백 방식의 점등회로를 이용한 경우의 인가전압파형(E(t)), 전류파형(I(t))의 실제 측정 데이터를 나타낸 도면이다.

도 18은 플라이 백 방식의 점등회로를 이용한 경우의 각 부의 파형을 도시한 도면이다.

도 19는 2매의 유전체가 존재하는 유전체 배리어 방전램프 및 그 전기적인 동작을 나타내는 평가회로를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예의 유전체 배리어 방전램프 점등회로의 일례를 도시한 도면으로, 동 도면은 풀 브리지 방식의 인버터 회로를 이용한 유전체 배리어 방전램프 점등회로의 개략 구성을 도시하고 있다. 동 도면에서, Lp는 승압 트랜스(Tr)의 일차측 코일, D1∼D4는 다이오드이다.

도 4는 상기 점등회로의 동작을 설명하기 위한 파형도로, 동 도는 예를 들면 트랜스의 1차, 2차간 누설 인덕턴스가 없고 방전형상이 발생하지 않는 용량성의 부 하가 접속된 경우의 파형을 모식적으로 나타내고 있다. 동 도면에서, Q1∼Q4는 스위칭 소자(예를 들면 FET), G1∼G4는 스위칭 소자(Q1∼Q4)의 게이트 신호, Vp는 승압 트랜스(Tr)(이하, 트랜스(Tr)라고 약기한다)의 일차측 전압, Vs는 트랜스(Tr)의 이차측 전압이다.

도 3의 점등회로의 동작을 도 4로 설명한다.

(a) 제1 게이트 신호(G1), 제4 게이트 신호(G4)가 온되면, 게이트 구동회로(GD1,GD4)에 의해 제1 스위칭 소자(Q1), 제4 스위칭 소자(Q4)는 도통상태가 되고(동 도①), 트랜스(Tr)의 1차측으로 직류전원(DC)으로부터 직류전압이 인가되고(동 도②), 트랜스(Tr)의 2차측으로 전압이 발생하여, 유전체 배리어 방전램프(1)에 전압이 인가된다(동 도③).

(b) 제1 게이트 신호(G1), 제4 게이트 신호(G4)가 오프되면(동 도④), 제1 스위칭 소자(Q1), 제4 스위칭 소자(Q4)가 차단상태가 되고, 트랜스(Tr)의 1차측 전압(Vp), 트랜스(Tr)의 2차측 전압(Vs)은 트랜스(Tr)의 누설 인덕턴스와 트랜스(Tr)의 2차측 정전용량으로 정해지는 공진주파수에 관련한 속도로 불안정한 변동을 시작한다(동 도 ⑤, ⑥).

(c) 제2 게이트 신호(G2), 제3 게이트 신호(G3)가 온이 되면, 게이트 구동회로(GD2, GD3)에 의해 제2 스위칭 소자(Q2), 제3 스위칭 소자(Q3)가 도통상태가 되어(동 도⑦), 트랜스(Tr)의 1차측으로 상기 (a)와는 역방향의 직류전압이 인가되고, 트랜스(Tr)의 2차측으로 상기 (a)와는 역방향으로 전압이 발생하여 유전체 배리어 방전램프(1)에 역방향의 전압이 인가된다(동 도⑨).

(d) 제2 게이트 신호(G2), 제3 게이트 신호(G3)가 오프되면(동 도면의 원문자 10), 제2 스위칭 소자(Q2), 제3 스위칭 소자(Q3)가 차단상태가 되어, 트랜스(Tr)의 1차측 전압(Vp), 트랜스(Tr)의 2차측 전압(Vs)은 트랜스(Tr)의 누설 인덕턴스와 트랜스(Tr)의 2차측 정전용량으로 정해지는 공진주파수에 관련한 속도로 불안정한 변동을 시작한다(동 도면의 원문자 11, 12).

(e) 이하, (a)∼(d)의 동작을 반복한다.

도 5, 도 6은 상기 점등회로에서의 인가전압파형(E(t)), 전류파형(I(t))의 실제측정 데이터이다. 도 6은 도 5의 구간(Y1)부분을 확대한 것이고, 상기 파형은 하기의 조건에서 측정한 것이다. 또, 이 조건은 도 3의 점등회로를 가장 효율좋게 점등시킬 수 있는 조건이다.

·주파수 : 33.9㎑

·트랜스(Tr)

1차측 인덕턴스 : 1.42mH

2차측 인덕턴스 : 204mH

결합 임피던스 : 0.99955

·유전체 배리어 방전램프

유전체 : 석영유리 - 두께 1㎜

방전가스 : 크세논 - 압력 33kPa

방전갭 : 4.3㎜

비방전시의 램프 정전용량 : 84pF

또, 도 7은 도 5, 도 6에서 방전전류파형(Id(t))을 해석 계산하여, 인가전압파형(E(t)), 전류파형(I(t))과 아울러 방전전류파형(Id(t))을 나타낸 것으로, 도 6의 구간(Y2)부분을 확대하여 나타내고 있다. 상기 해석계산의 조건은 다음과 같다.

·방전플라즈마 공간의 정전용량 : C1 : 97.2pF

·유전체의 정전용량 : C2 : 607pF

·부유정전용량 : C3 : 70pF

도 7에서는 굴곡점(K)이 명확하게 나타나고 있고, 이 점(K)에서 방전전류파형(I(t))이 급속히 상승하는 것으로부터 굴곡점(K)은 방전개시시점이라는 것을 알 수 있다. 또, 이 굴곡점(K)으로부터 다음의 제1 피크(P1)에 이르기까지의 시간은 상기한 시간(τ)이고, 제1 피크(P1)에서부터 제2 피크에 이르기까지의 시간이, 상기한 시간(T12)이며, 상기 제1 피크(P1)이후, 인가전압파형(E(t))은 진동적으로 변화한다.

도 3의 점등회로에서, 트랜스(Tr)의 2차측에 인덕턴스를 추가하여 링잉 주파수(시간(τ) 또는 시간(T12))를 조정하여 점등시켜 발광효율을 구했다.

도 8, 도 9, 도 10에 상기와 같은 방법으로 구한 발광효율(η)과 시간(τ), 시간(T12) 및 링잉 주파수(Fr)의 관계를 나타낸다.

또, 도 11에 링잉 주파수를 250㎑로 저하시켰을 때의 인가전압파형(E(t)), 전류파형(I(t))을 도시한다.

도 8, 도 9, 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 시간(τ)은 2.1㎲ 이하, 시간(T12)은 3㎲이하, 또는 링잉 주파수(Fr)는 300㎐ 이상으로 하는 것이 효율을 높이는 관점에서 효과적이라는 것을 알 수 있다. 또, 도 8, 도 9, 도 10에서의 곡선(a,b,c)은 램프인가전압을 변화시킨 경우의 효율을 나타내고 있고, 램프인가전압은 곡선(a)의 인가전압을 V1, 곡선(b)의 인가전압을 V2, 곡선(c)의 인가전압을 V3으로 했을 때, V1<V2<V3이다. 또, 이 때의 상대광량은 곡선(a)은 1, 곡선(b)는 1.33, 곡선(c)는 1.67이었다.

도 12는 다른 램프인가전압(E(t))파형, 전류(Is(t))파형의 실제 측정 데이터로, 동 도면은 방전개시를 나타내는 전압의 굴곡점(K)이 명확하게 나타나지 않은 경우의 일예를 도시하고 있다.

상기와 같이 굴곡점(K)이 명확하게 나타나지 않는 경우에는, 상기한 바와 같이 방전 플라즈마 공간(2)의 콘덴서(12)의 정전용량(C1), 유전체(5,6)의 콘덴서(13)의 정전용량(C2), 그것에 유전체 배리어 방전램프에 병렬적으로 존재하는 부유정전용량(C3)으로부터 상기 (1)식으로 방전전류파형(Id(t))을 구함으로써 방전개시시점을 알 수 있다.

도 13, 도 12의 구간(Z) 부분을 확대하고, 상기와 같이 방전전류파형(Id(t))을 해석계산하여, 상기 인가전압(E(t))파형, 전류(Is(t))파형과 함께 도시한 도면이다. 또, 동 도면의 실제조건 및 상기 방전전류파형(Is(t))의 해석조건은 다음과 같다.

·급전장치의 인버터 방식 : 푸시풀 방식

·해석조건

방전 플라즈마 공간의 정전용량 : C1 : 8.7pF

유전체의 정전용량 : C2 : 140pF

부유정전용량 : C3 : 10pF

도 13을 보면 시간(Td)에서 방전전류파형(Id(t))이 급속히 상승하고 있어, 이 시점이 방전개시점이라는 것을 알았다. 따라서, 이 시점(Td)에 대응한 인가전압(E(t))파형상의 점은 굴곡점(K)에 상당하고, 시간(τ)은 이 굴곡점(K)으로부터 다음의 피크(P1)까지의 시간을 계측함으로써 구할 수 있다. 또, 이 예에서는 제1 피크(P1), 제2 피크(P2)는 명료하게 나타나고, 시간(T12)은 인가전압파형(E(t))으로부터 바로 구할 수 있다.

도 14는 푸시풀 방식의 인버터 회로를 점등회로에 이용한 구성예를 도시한 도면이다. 또, 도 15는 상기 점등회로의 동작을 설명하기 위한 파형도이고, 동 도면은 상기와 같이, 예컨대 트랜스 1차, 2차간 누설 인덕턴스가 없고 방전현상이 발생하지 않는 용량성의 부하가 접속된 경우의 파형을 모식적으로 나타내고 있다. 동 도면에서, G1, G2는 스위치 소자(Q1∼Q2)의 게이트 신호, V1, V2는 트랜스(Tr)의 일차측 전압, Vs는 트랜스(Tr)의 이차측 전압이다. 도 3은 점등회로의 동작을 도 4로 설명한다.

(a) 제1 게이트 신호(G1)가 온되면, 게이트 구동회로(GD1)에 의해 제1 스위칭 소자(Q1)가 도통상태가 되어(동 도①), 트랜스(Tr)의 1차측 제1 코일(L1)에 직류전원(DC)으로부터 직류전압이 인가된다(동 도②). 트랜스 1차측 제1 코일(L1)과 트랜스 2차측 코일(Ls)은 방향이 반대이기 때문에, 트랜스 2차측 코일(Ls)에는 트랜스 1차측 제1 코일(L1)과 역방향의 전압이 발생하여 유전체 배리어 방전램프(1) 에 전압이 인가된다(동 도③).

(b) 제1 게이트 신호(G1)가 오프되면, 제1 스위치 소자(Q1)는 차단상태가 되고, 트랜스 1차측 제1 코일전압(V1), 트랜스 1차측 제2 코일전압(V2), 트랜스 2차측 전압(Vs)은 트랜스(Tr)의 누설 인덕턴스와, 트랜스(Tr)의 2차측 정전용량으로 결정되는 공진주파수에 관련된 속도로 불안정적 변동을 시작한다(동 도 ⑤, ⑥).

(c) 제2 게이트 신호(G2)가 온으로 되면, 제2 스위칭 소자(Q2)는 도통상태가 되어(동 도⑦), 트랜스(Tr) 1차측 제2 코일(L2)에 직류전원(DC)으로부터 직류전압이 인가된다(동 도⑧). 트랜스 1차측 제2 코일(L2)과 트랜스 2차측 코일(Ls)은 방향이 같기 때문에, 트랜스 2차측 코일(Ls)에는 트랜스 1차측 제2 코일(L2)과 같은 방향의 전압이 발생하여 유전체 배리어 방전램프(1)에 전압이 인가된다(동 도⑨).

(d) 제2 게이트 신호(G2)가 오프되면, 제2 스위칭 소자(Q2)가 차단상태가 되고(동 도 원문자 10), 트랜스 1차측 제1 코일전압(V1), 트랜스 1차측 제2 코일전압(V2), 트랜스 2차측 전압(Vs)은 트랜스(Tr)의 누설 인덕턴스와, 트랜스(Tr)의 2차측 정전용량으로 결정되는 공진주파수에 관련한 속도로 불안정한 변동을 시작한다(동 도 원문자 11, 12).

(e) 이하, 상기 (a)∼(d)의 동작을 반복한다.

이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 점등회로로서 푸시풀 방식의 인버터 회로를 이용한 경우, 유전체 배리어 방전램프로 인가된 전압파형은 상기한 푸시풀 방식의 인버터 회로를 이용한 경우와 거의 마찬가지이므로, 상기와 마찬가지 로, 시간(τ), 시간(T12) 및 링잉 주파수(Fr)를 구할 수 있다. 또, 도시하지는 않았지만 하프브리지 방식의 인버터 회로를 이용한 경우도 마찬가지이다.

도 16은 플라이 백 방식의 인버터 회로를 이용한 점등회로의 구성예를 도시한 도면, 도 17은 플라이 백 방식의 인버터 회로를 이용한 점등회로를 이용한 경우의 유전체 배리어 방전램프로의 인가전압(E(t))파형, 전류(Is(t))파형의 실제측정 데이터이다.

도 17에 도시한 바와 같이, 점등회로로서 플라이 백 방식의 인버터회로를 이용한 경우에는, 유전체 배리어 방전램프로의 인가전압(E(t))파형, 전류(Is(t))파형은 상기한 풀브리지, 하프브리지, 푸시풀 방식의 인버터 회로를 이용한 경우와는 크게 다르다. 그러나, 플라이 백 방식의 인버터 회로를 이용한 경우에서도, 굴곡점(K) 이후의 램프 인가전압 파형의 변화에 주목함으로써, 상기와 마찬가지로 효율좋게 램프를 점등시킬 수 있다.

이하, 플라이 백 방식의 인버터 회로를 이용한 점등회로에 의해 유전체 배리어 방전램프를 점등시키는 경우에 대해 설명한다.

도 18은 도 17의 파형 및 회로 각부의 파형을 시뮬레이션으로 구하여 모식적으로 나타낸 도면이다. 동 도면에서, E(t)는 도 16에서 트랜스(Tr)의 2차측 전압파형(유전체 배리어 방전램프 인가전압파형), Is(t)는 램프 전류파형, Id(t)는 상기한 해석계산으로 구한 방전전류파형, Vq(t)는 스위치 소자(예를 들면 FET)(Q)에 가한 전압파형, Iq(t)는 스위치 소자(Q)에 흐르는 전류파형, Ir(t)는 다이오드(D1)에 흐르는 전류파형, G(t)는 게이트 구동회로(GD)에 입력된 게이트 신호이다.

도 17에 도시한 점등회로의 동작을 도 18로 설명한다.

(a)게이트 신호(G(r))는 시간(t1∼t2)만큼 온으로 되면, 스위칭 소자(Q)에 흐르는 전류(Iq(t))가 거의 직선적으로 증가하여, 시간(t2)에서 돌연 차단된다. 전류(Iq(t))가 절단되기 직전의 전류에 대응하여, 트랜스(Tr)의 코어에 축적된 자기적 에너지는 트랜스(Tr)의 1차, 2차측으로 전압형으로 나타나고, 트랜스(Tr)의 2차측에는 트랜스(Tr)가 권선비에 따라 승압된 고전압이 나타나 유전체 배리어 방전램프(1)에 인가된다.

(b) 램프(1)에 고전압이 인가되면, 시각(ta)에서 램프가 방전하여, 인가전압 (E(c))의 파형에 굴곡점(K1)이 발생한다. 단, 도 18에서는 굴곡점(K1)은 명료하게 나타나지 않는다. 방전이 발생하면, 방전공간의 전압은 급속하게 중화되어 거의 0이 된다.

(d) 램프(1)의 정전용량과 트랜스(Tr)의 2차측 인덕턴스에서 대략 정해지는 공진주파수로 램프인가전압(E(t))은 공진진동을 발생시킨다.

(e) 램프인가전압(E(t))이 낮은 전압이 되면, 시각(ta)에서의 방전에 의해 방전공간의 전압이 중화되는 것에 기인하여, 방전공간에는 역방향의 고전압이 발생한다. 이에 따라 시각(Tb)에서 재방전이 발생하여 굴곡점(K2)이 발생한다. 단, 도 18에서는 굴곡점(2)은 명료하게 나타나지 않는다.

(f) 램프인가전압(E(t))의 공진진동은 트랜스(Tr)의 1차측에도 나타나기 때문에, 스위칭 소자(Q)의 전압(Vg(t))은 도 18에 나타낸 바와 같이 변동한다.

(g) 상기 전압(Vg(t))이 양인 기간은 실질적으로는 트랜스(Tr)의 일차측에는 전류가 흐르지 않는다.

그러나, 스위칭 소자(Q)에 병렬로 다이오드(D1)가 접속되는 경우에는, 상기 전압(Vq(t))이 음이 되도록 하는 t3∼t4의 기간(Tz)에서는 다이오드(D1)에 전류가 흐른다. 이것은 트랜스의 1차측의 임피던스가 커진 것이 급속히 작아지게 된 것으로 해석할 수 있다. 이 때문에, 램프 인가전압(E(t))의 자유로운 공진진동이 저해되어, 그것에 대응하여 전압(E(t))에 전압변화가 정지한 기간(Tr)이 발생한다.

삭제

이상과 같이, 플라이 백 방식의 점등회로의 경우, 램프인가전압(E(t))의 파형상에서는 비교적 알기 어렵지만, 방전전류(Id(t))의 상승이 급준한 시간(Ta, Tb)에서 방전이 개시되어 있어, 이 점에서 굴곡점(K)을 판별할 수 있다.

즉, 플라이 백 방식의 인버터 회로를 이용한 경우에서도, 방전개시를 나타내는 굴곡점(K)으로부터 다음 피크까지의 시간(τ)을 구할 수 있어, 상기 시간(τ)을 상기한 바와 같이, 2.1㎲이하가 되도록, 트랜스(Tr)의 인덕턴스를 선정함으로써 효율 좋게 램프를 점등시킬 수 있다.

또, 상기한 바와 같이 역병렬 다이오드가 접속되어 있는(또는 역병렬 다이오드를 내장하고 있는)스위칭 소자(Q)를 이용한 플라이 백 방식의 점등회로의 경우에는, 상기한 바와 같이 제1 피크(P1)와 제2 피크(P2) 사이에 본질적인 중요성이 없는 전압변화가 정지한 기간(Ts)이 발생한다. 이 때문에, 상기한 제1, 제2 피크사이의 시간(T12)은 의미를 갖지 않으므로, 상기한 도 9의 관계는 성립하지 않는다.

이상과 같이, 동작의 도중에 회로의 임피던스가 변화하는 경우에는 본 발명의 적용에 주의해야 한다. 또, 역병렬 다이오드가 부가된(또는 내장된)스위칭 소자를 이용한 풀브리지 방식, 하프브리지 방식, 푸시풀 방식에 의한 인버터 회로의 경우에는 트랜스의 1차측은 항상 낮은 임피던스에서 전원으로 접속되기 때문에, 상기 문제는 일어나지 않는다. 그러나, 게이트 신호가 오프되어 마침내 역병렬 다이오드에 흐르던 전류가 정지하면 그 후는 임피던스가 커지기 때문에, 램프의 정전용량과 2차측 인덕턴스로 대강 결정되는 낮은 공진주파수에서 램프인가전압(E(t))은 공진진동을 시작하여 링잉이 소실된다.

또, 제1 피크를 지나도 방전이 종료하지 않은 경우도 있을 수 있는데, 이 때에는 T12는 그 이후의 링잉 주기보다 약간 길어진다. 길어지는 정도는 램프의 구조, 즉 방전 플라즈마 공간(2)의 콘덴서(12)의 정전용량(C1), 유전체(5, 6)의 콘덴서(13)의 정전용량(C2)의 크기의 배분에 따라 다르다.

만약, 이러한 경우에서조차 T12≤3㎲가 유지되도록 광원장치를 구성할 수 있다면 그것은 바람직한 것이다.

반대로, 이러한 경우에 T12≤3㎲를 만족하지 않는 경우에서도, 제1 피크를 지난 후의 방전은 일반적으로 약하고, 자외선 발광효율에 주는 영향은 작기 때문에, LC≤2.8×10^-13 또는 τ≤2.1㎲의 어느 하나를 만족하도록 광원장치를 구성하면 된다.

즉, 본 발명의 방전용기의 내면에 형광체를 도포하지 않은 자외선을 방사하는 유전체 배리어 방전램프 및 방전용기의 내면에 형광체를 도포한 가시광을 방사 하는 유전체 배리어 방전램프의 어디에도 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에서는 ① 유전체 배리어 방전을 개시하는 전압치에 이른 시점의 경과 후, 최대의 전압치에 이르고 나서 다음의 최대전압치에 이르기까지의 시간이 3㎲이하가 되는 전압을 유전체 배리어 방전램프에 인가하고, ② 유전체 배리어 방전을 개시하는 전압치에 이르고 나서, 다음에 새로운 램프전압이 인가되기까지의 기간에서의 최대의 전압치가 되기까지의 시간이 2.1㎲이하가 되는 전압을 유전체 배리어 방전램프에 인가하고, ③ 급전장치와 유전체 배리어 방전램프로 구성되는 회로의 인덕턴스를 L, 정전용량을 C로 했을 때, 상기 인덕턴스 L, 정전용량(C)은 LC≤2.8×10^-13을 만족하도록 선정했으므로, 엑시머 분자를 파괴하는 방전전류를 신속히 절단할 수 있고, 실현가능한 급전장치를 사용하여 유전체 배리어 방전램프의 발광효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 형성하여, 상기 엑시머 분자로부터 방사되는 광을 이용하는, 소위 유전체 배리어 방전램프를 포함하는 광원장치에서, 예를 들면 광화학 반응용의 자외선 광원으로 이용할 수 있다.

Claims

(정정) 유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 플라즈마 공간이 있고, 이 방전용 가스에 방전현상을 유기시키기 위한 두 전극 중 적어도 한 쪽과 상기 방전용 가스 사이에 유전체가 개재하는 구조를 가지는 유전체 배리어 방전램프와, 이 유전체 배리어 방전램프의 상기 전극에 고전압을 인가하기 위한 급전장치를 구비한 유전체 배리어 방전램프 광원장치에서,

상기 급전장치는 승압 트랜스를 통해 상기 유전체 배리어 방전램프에 고전압을 인가하는 것이고,

이 인가된 고전압은 유전체 배리어 방전을 개시하는 전압치에 이른 후에, 최대의 극대치에 이르고 나서 다음의 극대치에 이르기까지의 시간이 3㎲이하인 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전램프 광원장치.
(정정) 유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 플라즈마 공간이 있고, 이 방전용 가스에 방전현상을 유기시키기 위한 두 전극 중 적어도 한 쪽과 상기 방전용 가스 사이에 유전체가 개재한 구조를 가지는 유전체 배리어 방전램프와, 이 유전체 배리어 방전램프의 상기 전극에 고전압을 인가하기 위한 급전장치를 구비한 유전체 배리어 방전램프 광원장치에서,

상기 급전장치는 승압 트랜스를 통해 상기 유전체 배리어 방전램프에 고전압을 인가하는 것이고,

이 인가된 고전압은 유전체 배리어 방전을 개시하는 전압치에 이르고 나서 다음에 새로운 램프 전압이 인가되기까지의 기간에서의 최대 전압치가 되기까지의 시간이 2.1㎲이하인 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전램프 광원장치.
(정정) 유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 플라즈마 공간이 있고, 이 방전용 가스에 방전현상을 유기시키기 위한 두 전극 중 적어도 한 쪽과 상기 방전용 가스 사이에 유전체가 개재된 구조를 가지는 유전체 배리어 방전램프와, 이 유전체 배리어 방전램프의 상기 전극에 고전압을 인가하기 위한 급전장치를 구비한 유전체 배리어 방전램프 광원장치에서,

상기 급전장치는 승압 트랜스를 통해 상기 유전체 배리어 방전램프에 고전압을 인가하는 것이고,

상기 급전장치와 유전체 배리어 방전램프로 구성된 회로의 인덕턴스를 L, 정전용량을 C로 했을 때, 상기 인덕턴스(L), 정전용량(C)은 하기의 식을 만족하도록 선정되어 있는

LC≤2.8×10^-13

인 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전램프 광원장치.