KR100799300B1

KR100799300B1 - 고압 방전등 및 그 시동방법

Info

Publication number: KR100799300B1
Application number: KR1020020005280A
Authority: KR
Inventors: 가네가에아이코; 무토마사아키; 오모리신야; 이리토노기미히로
Original assignee: 스탠리 일렉트릭 컴퍼니, 리미티드
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2008-01-29
Also published as: KR20020064180A; US20030034738A1; EP1227511A1; US6624580B2

Abstract

종래의 더블 엔드형의 발광관을 한쪽에만 구비한 접속부재로 설치하는 구조에 있어서, 직관형태의 외부관이 좁은 간격을 가지며 발광관 바깥을 둘러싸는 구조로 되어 있다. 통상 사용하는 메탈고압 방전등 램프는 시동 가스에 Xe 등의 희가스를 실온에서 7기압으로부터 십수기압으로 봉입하면 시동 직후부터 Xe 가스에 의한 발광과 함께 고온의 아크가 발광관을 급속히 가열하고, 수은이나 금속 할로겐화물의 증발을 촉진하며, 민첩한 광속 개시동작을 실현하고 있다. 그러나, 높은 시동 가스의 압력은 필연적으로 20 kV 이상의 높은 시동 전압을 필요로 하고 있었다. 높은 전압은 구동회로의 비용증가를 가져오며, 또한 발광관의 각 부재나 접속되는 하니스 등에 높은 절연 내압을 요구하며, 더욱이 접속부재 부근에서의 노이즈의 발생에 의해 외부기기에 장해를 가져오는 수도 있다. 그 때문에 시동 전압을 저하시키는 수단이 검토되어 왔다.

본 발명은 유전체 배리어 방전을 이용함으로써, 발광관(1)의 내부의 방전공간(2)에 적어도 1종류의 희가스를 포함하며, 발광관을 기밀하게 둘러싸는 외부관(8) 내의 공간(9)에 유전체 배리어 방전이 가능한 Ne, Ar, Kr, Xe, F₂, Cl₂, Br₂, I₂로부터 선택된 1종의 가스 또는 여러종류의 혼합 가스를 1.3∼100 kPa 봉입한다. 방전공간(9)내에 봉입되는 희가스의 종류와 압력은 방전공간(9)내의 유전 배리어 방전 개시 전압이 방전공간(2)내의 방전 개시전압보다도 낮아지도록 설정된다. 시동 동작은 발광관(1)의 전압을 인가하면 전극으로부터 유전체를 통해 외부관(8)내의 공간(9)으로 전계가 인가되며, 이 부분에 유전체 배리어 방전이 발생한다. 이 발생한 광을 상기 발광관의 방전공간으로 돌출한 전극표면에 입사시키고, 광전효과에 의해 상기 전극표면으로부터 전자를 방출함으로써, 대량 전자방출을 유기하여 방전을 개시하는 것을 특징으로 하고 있다.

고압, 방전등, 배리어 방전

Description

고압 방전등 및 그 시동방법{High Intensity Discharge Lamp and Its Starting Method}

도 1은 본 발명에 따른 고압 방전등의 바람직한 실시예를 도시한 측면도

도 2는 도 1의 A-A 단면도의 요부 확대도를 나타내는 도면

도 3은 본 발명에 따른 고압 방전등에 있어서, 외부관과 발광관의 사이에 형성되는 공간에 각각 다른 가스를 봉입한 경우의 시동 전압의 경시변화를 나타낸 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 발광관 2 : 방전공간

2a: 접속부재 부근의 밀봉부 2b: 밀봉부

3 : 한쌍의 전극 3a : 1차 전극(음극)

3b : 2차 전극(양극) 4 : 밀봉부

4a : 1차 밀봉부 4b : 2차 밀봉부

5 : 전류공급도체 5a : 1차 전류공급도체

5b : 2차 전류공급도체 6 : 전류공급도선

7 : 접속부재 8 : 외부관

9 : 공간 10 : 세라믹 파이프

본 발명에 의한 고압 방전등은 시동 전압이 낮은 광원으로서 폭넓은 용도로 이용된다. 특히, 배터리 전압을 고압으로 변환하여 사용해야만 하는 차량용 광원에 적합하다.

일반적으로, 자동차의 전조등 등에 사용되는 메탈고압 방전등 램프 등의 고압 방전등은 발광관의 내부에 수은, 적어도 1종류의 금속 할로겐화물 및 시동 가스를 밀봉한다. 그리고, 자외선 흡수성의 재료로 이루어지는 외부관에 의해서 발광관 밖을 둘러싸는 2중관 구조로서 구성되어 있다.

일본 특개평 6-20645호 공보에는 더블 엔드 타입의 발광관을 한쪽에만 설치한 접속부재로 취부하는 구조가 나타나 있다. 직관(直管) 형상의 외부관이 접속부재와 반대측의 밀봉부로부터 접속부재로 회귀하는 전류공급도선을 외부에서 포장하지 않고, 좁은 간격을 가지고 발광관의 밖을 포장하는 구조로 되어 있다. 따라서, 내진성이나 내충격성이 뛰어난 2중관 구조가 얻어진다. 외부관은 반드시 기밀하게 봉할 필요는 없고, 외부관과 발광관의 사이의 공간에는 공기가 존재한다.

자동차의 전조등 등에 사용되는 메탈고압 방전등 램프에 있어서는, 시동 직후부터 유효한 광속(光束)을 발생할 필요가 있기 때문에 시동 가스로서 Xe 등의 희가스를 실온에 있어서 약 7기압에서 10 수기압의 압력으로 밀봉하고 있다. 그로 인해, 시동 직후부터 Xe 가스에 의한 발광이 얻어짐과 동시에, 고온의 아크가 발광관을 급속히 가열하여 수은이나 금속 할로겐화물의 증발을 촉진하여 민첩한 광속의 개시 동작을 실현하고 있다. 또한, 크세논 램프에서는 시동 가스도 겸하는 크세논 가스가 약 20기압으로 밀봉되어, 민첩한 광속의 개시 동작을 실현하고 있다.

그렇지만, 크세논을 포함한 고압 방전등에 있어서, 자동차용으로 7기압에서 10 수기압, 크세논 램프에서 약 20기압의 높은 시동 가스의 압력은, 필연적으로 적어도 10 수kV 이상의 높은 구동 전압을 필요로 하기 때문에 구동전원은 20 kV 이상의 높은 시동 전압을 발생시킨다. 이러한 높은 전압은 구동회로의 비용 증가를 가져오며, 또한 발광관의 각 부분이나 접속되는 하니스 등에 높은 절연 내압을 요구한다. 더욱이, 접속부재 부근에서의 노이즈의 발생에 의해 외부기기에 장해를 주는 수도 있다. 또한, 높은 시동 전압을 인가하고, 시동가스를 이용하여 점등시키는 방전등에 있어서는, 시동 전압이 높으면, 재시동 전압도 필연적으로 높아져 버린다.

그 때문에, 시동 전압을 저하시키는 수단이 검토되어 왔지만, 시동 전압을 대폭 절감할 수 있는 방법은 지금까지 나오지 않았다.

본 발명은 방전등에 관한 것으로 특히 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고압 방전등의 시동 전압 및 재시동 전압을 현저히 저하시킬 수 있는 램프 구조 및 점등 방법을 제공하는 데 있다. 이로 인해, 구동장치의 비용을 저하시킬 수 있으며, 또한 접속부재나 하니스의 절연내압을 억제할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 시동 전압의 불균형, 예를 들어 점등시간에 의한 경시변화(經時變化)를 현저하게 억제할 수 있다. 또한 낮고 일정한 시동 전압에 의해 미점등과 같은 불량이 저감하고, 제조 수율도 향상되는 고압 방전등을 제공하는 것이다.

청구항 1은 발광관의 내부의 방전공간에 적어도 1종류의 희가스를 포함하며, 상기 방전공간으로 돌출하여 대향하는 한 쌍의 전극을 구비하며, 상기 전극에 전류를 공급하는 전류공급도체를 구비하며, 상기 전류공급도체는 상기 발광관으로부터 연장되어 존재하는 밀봉부에 기밀하게 봉착되며, 또한 이 발광관 밖을 포장하는 외부관을 갖춘 고압 방전등에 있어서, 상기 외부관은 상기 밀봉부에 기밀하게 봉착되며, 상기 외부관과 발광관에 둘러싸인 공간에 유전체 배리어 방전이 가능한 가스를 충전한 것을 특징으로 하는 고압 방전등이다.

청구항 2는 상기 유전체 배리어 방전이 가능한 가스가 Ne, Ar, Kr, Xe, F₂, Cl₂, Br₂, I₂, N₂로 부터 선택되는 1종의 가스 또는 여러 종류의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 제1항 기재의 고압 방전등이다.

청구항 3은 상기 유전체 배리어 방전이 가능한 가스의 압력이 1.3 kPa 이상 100 kPa 이하인 것을 특징으로 하는 제1항 기재의 고압 방전등이다.

청구항 4는 상기 외부관과 발광관 사이의 공간에 밀봉되는 가스의 압력이 40 kPa 이상 80 kPa 이하의 압력인 것을 특징으로 하는 제3항 기재의 고압 방전등이다.

청구항 5는 상기 발광관을 구성하는 물질은 유전체 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 기재의 고압 방전등이다.

청구항 6은 상기 발광관의 방전공간에 수은이 포함되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 제1항 기재의 고압 방전등이다.

청구항 7은 청구항 1의 고압 방전등의 시동방법에 있어서, 상기 전류공급도체로부터 상기 밀봉부의 유전체를 통하여 상기 발광관과 외부관에 둘러싸인 공간에 전계를 인가하고, 상기 발광관과 외부관에 둘러싸인 공간에 유전체 배리어 방전을 발생시키는 것을 특징으로 하는 고압 방전등의 시동방법이다.

청구항 8은 상기 유전체 배리어 방전으로 발생한 광을 상기 발광관의 방전공간으로 돌출한 전극표면에 입사시키며, 광전효과에 의해 상기 전극표면에서 전자를 방출시키는 것을 특징으로 하는 제7항 기재의 고압 방전등의 시동방법이다.

청구항 9은 상기 전자가 초기 전자로서 대량 전자 방출을 유기하여 방전을 시작하는 것을 특징으로 하는 제8항 기재의 고압 방전등의 시동방법이다.

청구항 10은 정격 전력이 35W인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 고압 방전등이다.

청구항 11은 상기 발광관의 방전공간에 적어도 1종류의 메탈고압 방전등를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 기재의 고압 방전등이다.

청구항 12는 발광관과 외부관이 기밀하게 봉착되어, 그 사이에 공간을 형성하는 단계와, 상기 공간에 전계를 인가하여 유전체 배리어 방전을 발생시키는 단계와, 상기 유전체 배리어 방전에 의해 발생된 전자를 상기 발광관의 방전공간에 투과시켜, 광전효과에 의해 상기 방전공간에서의 방전을 개시시키는 단계로 되는 것을 특징으로 하는 고압 방전등의 시동방법이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하한다. 도 1 및 도 2에 나타낸 것은 본 발명의 전 실시예에 있어서 사용된 고압 방전등이다.

도면 부호 1은 발광관이며, 2는 발광관 내의 방전공간이다. 또한, 3a 및 3b는 방전공간(2) 내의 한 쌍의 전극이며, 한 쪽을 양극이라고 하면 다른 쪽은 음극이다. 5a 및 5b는 한 쌍의 전극(3a, 3b)에 전류를 공급하는 전류공급도체를 나타내며, 4a 및 4b는 각각의 밀봉부이다. 6은 발광관(1)으로 부터 연장되는 전극을 접속부재에 회귀하는 전류공급도선이다. 또한, 7은 접속부재이며, 외부전극(6)이 세라믹 파이프(10)를 통과하여 접속부재(7)까지 연장되어 있다.

한편, 외부관(8)과 발광관(1)으로 둘러싸인 공간을 9라고 한다. 도 1의 고압 방전등의 정격 전력은 35W, 방전공간(2)에는 적어도 1종류의 희가스로서 크세논 가스 및 적어도 1종류의 메탈할라이드를 포함하고 있다. 방전전극의 내부 용적(內容積)은 약 0.026cc이다.

발광관(1)과 외부관(8) 사이의 공간(9) 내에는 유전체 배리어 방전을 발생시키는 물질 Ne, Ar, Kr, Xe, F₂, Cl₂, Br₂, I₂, N₂로 부터 선택된 적어도 1종의 가스 또는 여러 종류의 혼합 가스가 충전되어 있다.

이하, 본 발명에 따른 고압 방전등의 시동방법을 설명한다.

고압 방전등에 기동 펄스가 인가되면 발광관(1)의 방전공간(2)에 돌출한 한 쌍의 전극(3) 사이에 기동 펄스가 인가되는데, 동시에 발광관(1)의 밀봉부(4a, 4b) 에 매설된 전류공급도체(5a, 5b)에서 밀봉부(4a, 4b)를 구성하는 석영 글래스 등의 유전체를 통해 공간(9)에도 전계가 인가된다.

공간(9)에는 유전체 배리어 방전에 바람직한 가스가 봉입되어 있다. 발광관(1)의 방전 개시 전압보다도 유전체 배리어 방전의 개시 전압이 낮으면, 방전공간(2)내의 방전보다도 앞서 유전체 배리어 방전이 발광관(1)과 외부관(8) 사이의 공간(9) 내에서 예를 들어 수 kV의 저전압으로 시작된다.

유전체 배리어 방전이 발생하면, 그 방전공간에 봉입한 가스의 종류에 따라 다른 파장의 자외선과 가시광 등이 발생한다. 가스의 종류와 발생하는 광의 파장은 공지된 바이며, 표 1에 나타낸다. 또한, 봉입된 가스가 Ne, Ar, Kr, Xe, F₂, Cl₂, Br₂, I₂로부터 선택된 1종의 가스 또는 여러 종류로 이루어지는 가스의 혼합 가스인 경우에는 발생하는 유전체 배리어 방전은 엑시머 방전이라 추정된다. 표 1의 ※은 여기자인 것을 나타낸다. N₂ 가스의 방전기구에 관해서는 불명하지만, 발명자의 실험에 의하면, 유전체 배리어 방전을 발생시키는 물질로서 알려져 있는 Xe, Ne등과 마찬가지 효과를 얻었다.

가스	파장(nm)
Xe₂※	172
Cl₂※	259
ArCl※	175
KrCl※	222
XeCl※	308

고압 방전등의 발광관(1)의 재료는 유전체가 이용되는데, 예를 들어 35W 매탈고압 방전등 램프에 사용되는 고순도의 석영 글래스의 경우, 단파장측의 흡수단은 약 170 nm이며, 유전체 배리어 방전에 의해 발생한 광의 파장이 이것보다 길면 광은 발광관(1)의 관벽을 투과하여 전극(3a, 3b)의 표면에 도달할 수가 있다. 또한, 외부관(8)은 자외선을 흡수하는 재료를 도프한 석영 글래스 등으로 구성되어 있기 때문에 단파장의 자외선이 고압 방전등의 외부로 방출되는 일은 없다.

한 쌍의 전극(3a, 3b)는 산화토륨 등을 포함한 텅스텐으로 구성되며, 그 일함수는 약 2.5 eV 정도이다. 이 에너지에 상당하는 광의 파장은 496 nm로 계산되며, 이것보다 파장이 짧은 광이면 광전효과에 의해 전극으로부터 전자를 방출시킬 수 있다. 실제로는 전극(3a, 3b)의 표면에 발광재료가 부착되거나 산화토륨의 분산이 적절하지 않은 등의 이유로 일함수가 증가할 수도 있기 때문에 광의 파장은 짧은 쪽이 바람직하다. 또한, 광자(光子)의 에너지로부터 일함수에 상당하는 에너지를 뺀 에너지는 발생한 전자의 운동 에너지로서 주어지기 때문에 단파장의 광이 더욱 바람직하다.

유전체 배리어 방전은 자속(自續)방전(self-sustaining discharge)이 아니기 때문에 방전이 시작되더라도 방전전압은 거의 내려가지 않는다. 발광관(1)의 전극 사이에는 수 kV의 전압이 계속 인가된다. 이 상태에서 외측의 유전체 배리어 방전으로 발생한 광이 음극인 전극(3a)에 입사하여 전자(초기전자)가 발생하면, 전자는 전계에 의해서 양극인 전극(3b)측에 가속된다. 이때, 초기전자의 수나 운동 에너지가 충분하면 대량 전자 방출이 발생하여 방전공간내의 희가스 중에 방전로(discharge channel)가 열린다.

즉, 발광관(1)의 방전이 공간(9)의 유전체 배리어 방전의 방전 개시 전압으로 개시되는 것이 되어, 발광관(1)과 외부관(8) 사이의 공간(9)에 공기가 존재하는 종래의 경우보다도 현저하게 시동 전압을 저하시킬 수 있다.

한편, 재시동시에 있어서도 공간(9)에서의 유전체 배리어 방전을 통해 방전공간(2)내에서 방전이 개시되기 때문에, 마찬가지로 재시동 전압도 낮아진다.

또한, 금속 할로겐화물 등을 포함하는 고압 방전등에 있어서는, 반복하여 점등했을 때의 시동 전압 및 경시변화에 의해 동일 개체에서도 시동 전압이 커져 불균형이 일어나는 수가 있지만, 유전체 배리어 방전의 시작전압은 거의 변동하지 않기 때문에 본 발명에 따른 고압 방전등은 시동 전압을 거의 일정한 값으로 억제할 수 있다.

본 발명의 고압 방전등의 시동방법은 발광관(1)의 밀봉부(4a, 4b)에 매설된 전류공급도체(5a, 5b)에서 상기 밀봉부의 석영 글래스 또는 투광성 세라믹 등의 유전체를 통해 발광관(1)과 외부관(8)의 사이의 공간(9)에 전계를 인가하고, 상기 공간(9)에 유전체 배리어 방전을 발생시키고, 발생한 광을 상기 발광관(1)의 방전공간(2)으로 돌출한 음극이 되는 전극(3a) 표면에 입사시키고, 광전효과에 의해 상기 전극(3a) 표면으로부터 전자를 방출시켜, 이 전자를 초기전자로 하여 대량 전자방출을 유기하여 방전을 시작하는 것을 특징으로 하고 있다.

이어서, 본 실시예에 관한 실험 결과에 관해 설명한다. 도 1에 나타내는 구조에 있어서, 방전공간(2)에 요오드화 나트륨(NaI) 및 요오드화 스칸듐(ScI₃)을 중 량비로 2:1의 비율로 포함하고, 시동 가스로서 Xe를 약 10기압으로 봉입하고, 발광관(1)과 외부관(8)의 사이의 공간(9)에는 Xe가스를 약 10 kPa의 압력으로 봉입한 샘플을 제작했다. 또한, 방전등의 정격입력은 35 W로 했다.

이 방전등의 시동 전압 및 재시동 전압을 측정하고, 그 후 외부관(8)의 일부에 구멍을 뚫고 발광관과 외부관 사이의 공간(9)을 공기로 치환하여 다시 한번 시동 전압 및 재시동 전압을 측정했다. 재시동 전압은 방전등의 정상 점등 상태에서 10초간의 소등을 행하고 재점등한 경우에 관해 측정을 했다. 한편, 방전 개시 전압은 기동 펄스의 개시 동작 곡선에 의해서 영향받는 것이 판명되었으며, 여기서는 펄스 개시 동작의 기울기(주: 기동 펄스 전압 상승율)를 15 kV/μs로 일정하게 하여 실험을 했다.

상기 조건에서, 방전공간(2)에 수은이 포함되어 있지 않은 경우의 시동 전압의 측정 결과를 표 2a에, 재시동 전압의 측정결과를 표 2b에 나타낸다.

Hg이 포함되지 않은 Xe 가스, 시동 전압

샘플 번호	전압(kV)
	공간(9)
	Xe	공기
1	4	14
2	5	15
3	4	12
4	5	18
5	6	19

Hg이 포함되지 않은 Xe 가스, 재시동 전압

샘플 번호	전압(kV)
	공간(9)
	Xe	공기
1	6	7
2	7	6
3	8	9
4	6	6
5	7	8

발광관(1)과 외부관(8) 사이의 공간(9)에 Xe가스를 봉입한 경우에는 시동 전압이 공기의 경우보다도 현저히 저하했다.

또한, 발광관(1)과 외부관(8)의 사이의 공간(9)에 N₂가스를 약 79 kPa의 압력으로 봉입한 이외는 상기와 동일한 샘플을 제작하여 같은 실험을 했다. 이 조건으로 방전공간(2)에 수은이 포함되어 있지 않은 경우의 시동 전압의 측정 결과를 표3a에, 재시동 전압의 측정 결과를 표3b에 나타낸다.

Hg이 포함되지 않은 N₂ 가스, 시동 전압

샘플 번호	전압(kV)
	공기(9)
	N₂	공기
1	9	16
2	8	13
3	8	15
4	10	20
5	8	18

Hg이 포함되지 않은 N₂ 가스, 재시동 전압

샘플 번호	전압(kV)
	공간(9)
	N₂	공기
1	7	7
2	7	9
3	8	8
4	7	8
5	7	7

발광관(1)과 외부관(8) 사이의 공간(9)에 N₂가스를 봉입한 경우에는, Xe가스를 봉입한 경우에 비해서는 뒤떨어지지만 시동 전압을 절감하는 데에 있어서 충분한 효과가 있었다.

더욱이, 발광관(1)과 외부관(8) 사이의 공간(9)에 Xe/Ne의 혼합가스를 봉입비 20:80, 합계 약 79 kPa의 압력으로 봉입한 외에는 상기와 동일한 샘플을 제작하고, 마찬가지 실험을 행했다. 이 조건에서 방전공간(2)에 수은이 포함되어 있지 않은 경우의 시동 전압의 측정결과를 표 4a에, 재시동 전압의 측정결과를 표 4b에 나타낸다.

한편, 발광관(1) 내의 봉입물로서 더욱 더 수은을 포함하는 이외는 상기와 동일의 샘플을 제작하고, 그 실험결과를 표 5에 나타낸다.

Hg이 포함되지 않은 Xe/Ne 가스, 시동 전압

샘플 번호	전압(kV)
	공간(9)
	Xe/Ne	공기
1	5	16
2	5	15
3	5	18
4	6	12
5	5	13

Hg이 포함되지 않은 Xe/Ne 가스, 재시동 전압

샘플 번호	전압(kV)
	공간(9)
	Xe/Ne	공기
1	7	7
2	7	8
3	7	7
4	7	6
5	6	8

Hg이 포함된 Xe 가스, 시동 전압

샘플 번호	전압(kV)
	공간(9)
	Xe	공기
1	6	11
2	6	10
3	6	13
4	6	12
5	6	11

Hg이 포함된 Xe 가스, 재시동 전압

샘플 번호	전압(kV)
	공간(9)
	Xe	공기
1	6	12
2	7	13
3	6	15
4	8	12
5	9	16

Hg이 포함된 N₂ 가스, 시동 전압

샘플 번호	전압(kV)
	공간(9)
	N₂	공기
1	7	10
2	7	9
3	7	10
4	11	12
5	10	11

Hg이 포함된 N₂ 가스, 재시동 전압

샘플 번호	전압(kV)
	공간(9)
	N₂	공기
1	11	11
2	11	12
3	11	12
4	12	13
5	10	11

Hg이 포함된 Xe/Ne 가스, 시동 전압

샘플 번호	전압(kV)
	공간(9)
	Xe/Ne	공기
1	6	9
2	6	10
3	5	10
4	5	11
5	5	13

Hg이 포함된 Xe/Ne 가스, 재시동 전압

샘플 번호	전압(kV)
	공간(9)
	Xe/Ne	공기
1	11	11
2	11	12
3	11	13
4	11	11
5	11	13

봉입물로서 더욱 수은을 가한 샘플에서는, 발광관(1)과 외부관(8) 사이의 공간(9)에 Xe가스, N₂가스, Xe/Ne가스를 봉입한 경우에는 재시동 전압이 공기의 경우보다도 저하한다.

또한, 표2, 표3 및 표4의 방전공간(2)내에 수은을 포함하지 않는 실시예에 있어서, 방전등의 재시동 전압은 발광관(1)과 외부관(8) 사이에서의 공간(9)의 가스의 종류에 관계없이 약 6∼8 kV이고, 마찬가지로 재시동 전압의 저하 경향을 보였다. 그러나, 수은을 포함하는 방전등과 비교하면 그 효과가 작다. 이것은 방전등의 소등 후에도 높은 전압으로 존재하는 수은이 방전공간(2) 내에 없기 때문에, 방전공간(2)내에 존재하는 전자에 재시동때의 재시동 전압은 크게 영향을 받기 때문이라고 생각된다. 소등후에 방전공간(2)내에 남아 있는 전자는 재시동시 초기전자로서 작용한다. 방전등이 재시동할때 방전공간(2)에 있어서 이러한 전자는 방전공간(9)의 유전체 배리어 방전에 의해 발생하여 전극 3a 또는 3b에 입사하는 초기 전자과 동등한 양으로 존재할 수도 있다.

또한, 표 5의 수은을 포함하는 방전등의 시동 전압은 표2, 표3, 표4에 나타내는 수은을 포함하지 않는 방전등의 시동 전압과 동등했다. 따라서, 방전 전극(2)에 수은을 포함하는지 아닌지에 상관없이, 유전체 배리어 방전을 일으키는 물질로서 알려진 Ar, Kr, Xe, F₂, Cl₂, Br₂, I₂에서 선택된 1종의 가스 또는 복수종으로 이루어진 가스의 혼합기체를 발광관(1)과 외부관(8) 사이의 공간(9)에 봉입한 경우도 Xe, N₂의 경우와 마찬가지로, 발광관(1)의 시동 전압 및 재시동 전압을 낮추는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 유전체 배리어 방전은 그 개시부터 방전공간(2)내의 방전이 개시될 때 까지의 시간이 매우 짧은 시간(1mSec 미만)이기 때문에 문제가 되는 방전공간(2)내의 방전 개시의 지연은 발생하지 않는다.

또한, 본 발명의 유전체 배리어 방전을 이용한 고압 방전등의 시동방법에 의하면, 시동 전압의 경시변화를 저감할 수 있다. 도 3에 방전공간(2)내에 수은을 포함하지 않고, 공간(9)에 봉입되는 가스가 각각 Xe, N₂, Xe/Ne의 도 1의 방전등에서의 시동 전압의 경시변화의 측정결과를 나타낸다. 도 3에서 시동 전압의 경시변화 공기데이터는 구동펄스 기울기(15)[kV/μSec] 없음

공간(9)에 공기를 포함하는 종례예에 비해, 공간(9)에 유전체 배리어 방전을 일으키는 가스를 봉입한 고압 방전등에서는, 시동 전압의 경시 변화는 적고, 저감효과가 지속되는 것이 확인되었다.

발광관(1)과 외부관(8) 사이의 공간(9)에 봉입되는 가스의 봉입 압력에 관해서는, 공간(9)에서 유전체 배리어 방전을 효율 좋게 발생시키고, 유전체 배리어 방전 개시전압이 방전공간(2)내에서의 방전 개시 전압보다 낮아지도록 적절히 설정된다.

유전체 배리어 방전을 효율 좋게 발생시키는 가스의 봉입 압력에 관해서는 1.3 kPa 이상 100 kPa 이하의 압력범위가 바람직하다. 유전체 배리어 방전은 1.3 kPa 이하이면 발광 효율이 나쁘다고 알려져 있다. 또한, 봉입 압력이 100 kPa 이상의 경우는 부압이 아니기 때문에, 외부관(8)과 밀봉부(4)의 봉착이 곤란하다. 공간(9)에 봉입되는 가스종 및 가스압력의 선정에 있어서는, 발광관의 온도 밸런스나 발광 효율등을 고려하여 최적의 가스 종류 및 가스 압력을 선택하는 것이 가능하다.

발명자의 실험 결과에 의하면, 더욱 바람직하게는 공간(9)에 봉입되는 가스 압력은 40 - 80 kPa의 범위인 것이 바람직하다. 40 kPa 미만이면 가스에 의한 열의 전달이 감소하기 때문에 발광관(1)의 온도가 높아 지고 화학반응이 촉진되어 수명이 짧아지게 된다. 또한, 80 kPa을 넘지 않으면 특별한 방법을 사용하지 않고도 용이하게 외부관(9)과 밀봉부(4a, 4b)를 봉착할 수 있다.

발광관(1)내의 방전공간(2)에 봉입되는 희가스의 압력에 관해서는, 크세논 가스가 방전공간(2)에 봉입되는 경우, 방전공간(2)내의 Xe 가스압력이 3기압 미만의 경우에는 발광관의 시동 전압이 유전체 배리어 방전의 시작전압과 동등의 레벨이 되어 버리기 때문에 충분히 시동 전압 저하의 효과를 얻을 수 없다.

이와 같이, 유전체 배리어 방전을 이용함으로써 저전압의 인가로 발광관(1) 내의 아크방전을 야기하며, 시동 전압이 낮은 고압 방전등을 얻을 수 있다. 한편, 시동 전압이 낮게 억제되므로, 방전 안정성 등의 억제도 용이해진다.

이상은, 발광관(1)을 투광성 세라믹 등의 유전체 등으로 구성한 경우에도 같은 효과를 얻을 수 있다. 본 발명은 희가스를 봉입한 발광관을 갖는 고압 크세논 방전등이나 고압 메탈고압 방전등 방전등의 고압 방전등에 널리 적용할 수가 있다.

본 발명에 의하면 희가스를 포함하는 고압 방전등의 시동 전압을 현저히 저하시킬 수 있다. 이와 함께 구동장치의 비용을 저하시킬 수 있으며, 또한 접속부재나 하니스의 절연내압을 낮추어 더욱 비용을 억제할 수가 있다. 더욱이, 시동시에 고전압을 인가함으로써 접속부재 부근에서 생기는 노이즈도 저하할 수 있으므로 주위기기로의 영향을 막을 수 있다.

한편, 본 발명의 고압 방전등은 시동 전압의 불균형을 억제할 수 있으며, 또한 낮고 일정한 시동 전압에 의해, 만일의 미점등 등의 사고의 발생을 미연에 막을 수 있다. 미점등과 같은 불량이 줄임으로써 제조 수율도 향상된다.

Claims

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적어도 한 종류의 희가스가 봉입된 방전공간을 가지는 발광관과, 상기 방전공간에서 돌출하여 대향하는 한 쌍의 전극과, 상기 전극에 전류를 공급하는 전류공급도체와, 상기 발광관으로부터 연장되어 있고 상기 전류공급도체를 기밀하게 밀봉하는 밀봉부와, 상기 밀봉부에 기밀하게 밀봉되고 상기 발광관을 둘러 싸도록 설치되는 외부관과, 상기 외부관에 둘러싸인 공간에 봉입되어서, 고압 방전등의 시동전압이 감소되도록 상기 발광관의 방전시동전압보다 낮은 시동전압을 가지는 유전체 배리어 방전을 발생하는 가스를 구비하는 고압 방전등의 시동방법으로서,

상기 전류공급도체로부터 상기 밀봉부에 사용되는 유전체를 통하여 상기 외부관과 상기 발광관으로 둘러싸인 공간에 전계를 인가하여, 상기 공간에 유전체 배리어 방전을 발생시키는 것을 특징으로 하는 고압 방전등의 시동방법.
제 7 항에 있어서,

상기 유전체 배리어 방전에 의해 발생한 광을 상기 발광관의 방전공간으로 돌출한 전극표면에 입사시키고, 광전효과에 의해 상기 전극표면으로부터 전자를 방출시키는 것을 특징으로 하는 고압 방전등의 시동방법.
제 8 항에 있어서,

상기 전자가 초기 전자로서 대량 전자방출을 유기하여 방전을 시작하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등의 시동방법.
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밀봉부들과 희가스가 봉입되어 있는 방전공간을 가지는 발광관과, 상기 방전공간으로부터 돌출하는 한 쌍의 전극과, 상기 한 쌍의 전극에 전류를 공급하기 위해 상기 밀봉부들의 각각에 위치된 전류공급도체들과, 상기 발광관에 밀봉되어 있는 외부관과, 상기 발광관과 상기 외부관에 의해 둘러싸여진 공간 내에 봉입되어 있고 유전체 배리어 방전을 발생하도록 한 가스를 구비하는 고압 방전관등의 시동방법으로서,

상기 외부관과 발광관 사이의 상기 공간 내의 가스 압력을 40kPa ~ 80kPa으로 설정하여 유전체 배리어 방전을 시킨 후, 방전공간에서의 방전을 시작하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등의 시동방법.