KR100896035B1 - 고효율 무전극 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투입 전력 대비 높은 효율을 갖고 열손실을 저하시키기 위한 무전극 램프에 관한 것으로, 구상의 글라스재로 구비된 제1엔벨로프; 상기 제1엔벨로프 내부에 위치하고 글라스재로 구비되어 상기 제1엔벨로프와의 사이에 밀봉된 공간을 형성하는 제2엔벨로프; 상기 공간에 위치하는 복수의 돌출 부재들; 상기 제2엔벨로프 내에 삽입되며 코일이 감긴 자성체; 상기 자성체를 지지하는 로드; 및 상기 돌출 부재들의 외면에 도포된 제1형광층;을 포함하는 무전극 램프에 관한 것이다.

Description

고효율 무전극 램프{Electrodeless induction lamp having high efficiency}

본 발명은 무전극 램프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 효율이 높은 무전극 램프에 관한 것이다.

무전극 램프는 외부로부터의 전압이나 전류 인가용 전극이 없는 형광 방전 램프로서, 방전관 외부에 설치된 코일에 고주파가 흘러 발생된 자기장이 패라이트 코어를 통과하면 패러데이의 원리에 의해 기전력이 발생한다. 이 기전력에 의해 여러 가지 가스가 혼합된 방전관 내에서 전자가 가속되어 플라즈마가 발생되고, 여기에서 나온 자외선은 유리관 내부에 도포된 형광층을 자극하여 가시광선을 방출하게 된다.

이러한 무전극 램프는 일반 전구와 달리 내부에 필라멘트가 없어 수명이 반영구적이며, 고효율과 고연색성의 특성을 가지고 있어, 최근 그 사용과 연구가 매우 활발하다.

이와 같은 종래의 무전극 램프는 고주파를 사용함으로 무전극 램프의 작동 시 엔벨로프와 로드에서 매우 높은 작동 열이 발생한다. 상기 작동 열은 입력되는 전력에 대한 열손실로 작용하므로, 무전극 램프의 효율을 일정 범위 이상으로 올리 지 못하게 한다. 뿐만 아니라 자성체에 영향을 미쳐 자성체의 자력을 감소시키고 이에 따라 광속(光束)이 감소되어 무전극 램프의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.

이러한 무전극 램프에 있어 효율을 향상시키기 위한 한 방법으로서, 형광층의 도포 면적이 넓어지도록 가스가 충전되는 엔벨로프의 체적을 크게 하는 방법이 알려져 있다.

그런데, 엔벨로프가 너무 크게 형성될 경우 코일과의 거리가 멀어지기 때문에 엔벨로프 내면에 도포된 형광층에의 자기장의 영향이 줄어들어 오히려 효율이 저하될 수 있다.

또, 엔벨로프의 내면에 도포된 형광층이 형광층에 의해 발생된 가시광의 광투과도를 떨어뜨리기 때문에 이로 인한 효율 저하도 무전극 램프의 한계로 작용하고 있다.

본 발명의 주된 목적은 투입 전력 대비 높은 효율을 갖는 무전극 램프를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 방열 효율을 높여 열손실을 저하시켜 입력 전력이 가시광으로 효율적으로 전환될 수 있도록 하는 무전극 램프를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 구상의 글라스재로 구비된 제1엔벨로프; 상기 제1엔벨로프 내부에 위치하고 글라스재로 구비되어 상기 제1엔벨로프와의 사이에 밀봉된 공간을 형성하는 제2엔벨로프; 상기 공간에 위치하는 복수의 돌출 부재들; 상기 제2엔벨로프 내에 삽입되며 코일이 감긴 자성체; 상기 자성체를 지지하는 로드; 및 상기 돌출 부재들의 외면에 도포된 제1형광층;을 포함하는 무전극 램프를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 돌출 부재들은 글라스재로 구비되고 각각 상기 제1엔벨로프 또는 제2엔벨로프에 접합될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 돌출 부재들은 서로 이격될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 돌출 부재들은 상기 제2엔벨로프를 중심으로 방사상으로 배열될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 각 돌출 부재들은 평판상으로 구비 되고 그 표면이 상기 자성체에 의한 자기장의 방향에 평행하도록 배열될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 각 돌출 부재들은 평판상으로 구비되고 그 표면이 상기 자성체에 의한 자기장의 방향에 교차하도록 배열될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 각 돌출 부재들은 곡률면을 더 포함하도록 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제2엔벨로프의 상기 공간을 향한 면에 도포된 제2형광층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1엔벨로프의 상기 공간을 향한 면에 도포된 제3형광층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제3형광층의 두께는 상기 제1형광층의 두께보다 얇을 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 형광층의 도포 면적을 증대시켜 자외선-가시광 전환 효율을 증대시킬 수 있고, 광이 취출되는 제1엔벨로프에 형광층을 도포하지 않을 수 있어 광취출 효율을 높일 수 있다. 이에 따라 같은 전력에 대해서도 종래의 무전극 램프에 비해 높은 효율을 얻을 수 있게 된다.

또, 높은 자외선-가시광 전환 효율과, 돌출부재로 인한 열전달 효과로 인해 열 손실율이 적어 사용온도를 낮출 수 있고, 이에 따라 고전력용으로도 사용 가능하다.

높은 방열 특성으로 인해 효율을 높일 수 있고, 내구성을 증대시킬 수 있고, 수명도 증대시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나. 본 발명은 이 밖에도 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 무전극 램프를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 무전극 램프는, 제1엔벨로프(10), 제2엔벨로프(20), 돌출부재(30), 로드(51), 자성체(52), 코일(53) 및 베이스(54)를 포함한다.

제1엔벨로프(10)는 도 1과 같이 백열전등의 전구와 같은 구근형으로 이루어질 수 있다. 이 제1엔벨로프(10)는 광투과도가 우수한 투명한 글라스재로 구비되는 것이 바람직하다. 이는 제1엔벨로프(10)의 내부에서 발광된 빛이 제1엔벨로프(10)를 투과해야 하기 때문이다.

제1엔벨로프(10)의 내부에는 제2엔벨로프(20)가 위치한다. 이 제2엔벨로프(20)는 일단, 즉 도 1에서 봤을 때 하단이 개방된 원통형의 글라스재로 구비될 수 있으며, 그 내부는 외부와 연통되어 있다. 상기 제2엔벨로프(20)는 제1엔벨로프(10)와 동일한 재질의 글라스재로 구비될 수 있으나, 제2엔벨로프(20)는 그 광투과도가 제1엔벨로프(10)보다 낮아도 무방하고, 불투명 글라스재를 사용하여도 무방하다.

이 제2엔벨로프(20)의 개방된 하단은 상기 제1엔벨로프(10)의 하단과 접합되어 있으며, 이에 따라 제1엔벨로프(10)와의 사이에 밀봉된 공간(40)을 형성한다. 따라서, 상기 제2엔벨로프(20)는 상기 제1엔벨로프(10)의 하단으로부터 상기 제1엔벨로프(10)의 내부를 향하여 오목하게 원통형으로 함입된 구조를 갖는다. 제1엔벨로프(10)와 제2엔벨로프(20)는 별도의 부재로 형성되어 접합될 수 있고, 일체로 형성될 수도 있다.

상기 제2엔벨로프(20)의 내부에는 자성체(52)가 결합된 로드(51)가 삽입된다.

상기 제1엔벨로프(10)와 제2엔벨로프(20)의 사이의 밀봉된 공간(40)에는 아르곤, 크립톤 등과 같은 불활성 기체와 수은이나 나트륨과 같이 기화될 수 있는 성분이 충전된다. 공간(40)에 충진되는 충진물의 종류는 무전극 램프의 종류에 따라 다양하게 적용 가능하다.

자성체(52)는 파이프 상으로 구비되어 로드(51)의 상단부에 결합되며, 자성체(52)의 외측면에는 코일(53)이 감기게 된다. 일반적으로 자성체(52)에는 니켈-아연 자성체, 망간-아연 자성체 또는 망간-니켈 자성체가 사용될 수 있다. 코일(53)에 전압이 인가되면도 1에 도시된 바와 같은 자장(M)이 자성체(52)를 중심으 로 형성된다.

로드(51)는 자성체(52)와 코일(53)을 지지하는 기능을 하며, 구리와 같은 열전도도가 큰 금속으로 이루어질 수 있다. 로드(51)의 하단부에는 베이스(54)가 연결된다. 안정기(미도시)로부터 고주파의 방전전압이 코일(53)에 가해지면 많은 양의 작동열이 발생한다. 열전도도가 높은 금속으로 이루어진 로드(51)에 의해 작동열은 베이스(54)로 전도되어 방열될 수 있다.

한편, 본 발명에 따르면 상기 공간(40)에는 복수의 돌출부재(30)가 위치한다.

도 1 및 도 2에 따른 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 상기 제2엔벨로프(20)의 상기 공간(40)을 향한 면(21)에 복수의 제1돌출부재(31)가 접합된다.

이 제1돌출부재(31)는 대략 직사각형인 평판상으로 구비되며, 상기 제2엔빌로프(20)를 중심으로 서로 소정 간격 이격된 방사상으로 배열되어 있다. 그리고, 이 제1돌출부재(31)는 도 1에서 볼 수 있듯이 그 표면이 상기 자성체(52)에 의한 자기장(M)의 방향에 평행하도록 배설되어 있다.

상기 제1돌출부재(31)는 글라스재로 형성해 제2엔벨로프(20)에 접합이 용이하게 되도록 할 수 있는 데, 금형에 의해 상기 제2엔벨로프(20)와 일체로 형성할 수도 있다.

상기 제1돌출부재(31)는 제2엔벨로프(20)와 마찬가지로 광투과도를 고려할 필요가 없는 부재이므로, 반드시 투명한 글라스재로 구비될 필요는 없으며, 내열특성이 우수한 불투명한 글라스재로 형성하여도 무방할 것이다.

상기 제1돌출부재(31)의 외면, 즉, 제1돌출부재(31)의 공간(40)을 향한 면에는 제1형광층(41)을 형성한다.

상기 제1형광층(41)은 할로포스페이트(halophosphate)나 플로오로포스페이트(fluorophosphate)와 같은 형광 물질로 형성할 수 있다. 상기 공간(40)에 충전된 가스의 방전에 의해 자외선이 발생하고 상기 자외선은 상기 제1형광층(41)에 의해 가시광선으로 변환된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 이처럼 복수개 구비된 제1돌출부재(31)의 외면에 제1형광층(41)을 형성함으로써 가스와 제1형광층(41)의 접촉 면적을 넓히고, 이에 따라 자외선의 가시광선으로의 변환효율을 높일 수 있다.

그리고, 이 때, 빛이 외부로 투사되는 제1엔벨로프(10)의 내면(11), 즉, 제1엔벨로프(10)의 공간(40)을 향한 내면(11)에는 어떠한 형광 물질도 도포하지 않음으로써 제1엔벨로프(10)의 광투과율을 최대로 높일 수 있게 된다.

즉, 도 1 및 도 2에 따른 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 복수개 구비된 제1돌출부재(31)의 외면에 형성된 제1형광층(41)이 가스와 충분히 접촉하고 있어 제1돌출부재(31)가 없고 제1엔벨로프(10)의 내면(11)에 형광물질이 도포되는 경우에 비해 동등 수준 이상의 자외선-가시광 변환효율을 얻을 수 있다. 이에 더하여, 제1엔벨로프(10)의 내면(11)에 어떠한 형광 물질도 도포되어 있지 않음으로써 제1엔벨로프(10)를 통한 광취출효율을 높일 수 있게 된다. 따라서, 전등으로서의 효율을 더욱 극대화할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제2엔벨로프(20)의 공간(40) 을 향한 면(21)에도 상기 제1형광층(41)과 동일한 형광 물질로 제2형광층(42)을 형성할 수 있다. 이에 따라 공간(40)에 충진된 가스가 형광 물질과 접촉하는 면적은 제1돌출부재(31)의 외면과 제2엔벨로프(20)의 공간(40)을 향한 면(21)이 되어 자외선-가시광 변환효율을 더욱 높일 수 있다.

한편, 방전 가스에 의해 발생된 자외선 중 가시광으로 전환되지 못한 일부는 열로서 손실되는 데, 이러한 열은 부채살과 같이 방사사으로 배열된 제1돌출부재(31)에 의해 효과적으로 외부로 전달될 수 있어 방열 특성 또한 높일 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예를 도시한 단면도로서, 제1엔벨로프(10)의 공간(40)을 향한 내면(11)에 전술한 제1형광층(41) 및 제2형광층(42)과 동일한 형광 물질로 제3형광층(43)을 더 형성한 것이다.

이 경우, 상기 제3형광층(43)의 도포로 인해 제1엔벨로프(10)에서의 광투과율이 저하될 수 있다. 그러나, 제3형광층(43)의 도포 면적에 해당하는 만큼 가스와 형광 물질과의 접촉 면적이 늘어나기 때문에 자외선-가시광 변환효율이 더욱 높아질 수 있다.

이렇게 자외선-가시광 변환효율이 높아지게 되면 자외선이 열로 손실되는 열 손실율이 줄어들게 되므로, 효율이 높아지는 것 뿐 아니라 고열로 인한 효율 및 내구성 저하 등 무전극 램프의 고질적인 한계를 극복할 수 있다.

한편, 상기와 같은 구조에서는 제3형광층(43)의 두께를 제1형광층(41) 및/또는 제2형광층(42)의 두께보다 얇게 형성할 수도 있다. 이 경우, 제3형광층(43)의 두께가 줄어든 만큼 자외선-가시광 변환효율이 줄 수는 있으나, 그 만큼 제1엔벨로 프(10)에서의 광투과율이 좋아지므로 전체적인 효율은 도 1에 따른 실시예와 비교하여 동등수준 또는 그 이상으로 유지할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예를 도시한 단면도이다. 도 4에 따른 실시예는 도 1에 도시된 실시예의 제1돌출부재(31)가 제2엔벨로프(20)를 둘러싸도록 한 것이다. 이에 따라 제1형광층(41)의 도포 면적이 늘어나게 되어 자외선-가시광 변환효율을 더욱 높일 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예를 도시한 단면도이다.

도 5에 도시된 실시예는 돌출부재(30)로서 곡률면을 갖는 제2돌출부재(32)를 구비한다. 각 제2돌출부재(32)는 도 5에 도시된 바와 같이 일정 방향으로 휘어진 곡률면을 갖는다. 이렇게 휘어진 곡률면 만큼, 도 1에 도시된 실시예의 제1돌출부재(31)에 비해 제1형광층(41)의 도포 면적이 더 늘어나게 된다. 따라서, 자외선-가시광 변환효율이 더 높아질 수 있다.

그리고, 제2돌출부재(32)에 의한 열전달 효율도 도 1에 도시된 실시예에 비해 더 높아질 수 있다.

이에 따라 전등으로서의 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.

도 5에는 바람개비 또는 회오리와 같이 일정한 방향으로 둥글게 휘어진 곡률면을 갖는 제2돌출부재(32)를 도시하였으나, 제2돌출부재(32)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 판상 부재가 일정 방향으로 절곡되도록 형성할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예를 도시한 단면도이다.

도 6에 도시된 실시예는 돌출부재(30)로서, 판상으로 구비되고 그 평면이 자 기장(M)의 방향에 교차하도록 배열된 제3돌출부재(33)를 구비한다.

이 경우, 각 제3돌출부재(33)는 중공의 원형 판재로 형성되어 제2엔벨로프(20)의 원주를 따라 제2엔벨로프(20)를 둘러싸도록 구비될 수 있다. 그리고 각 제3돌출부재(33)는 서로 소정 간격 이격되어 제2엔벨로프(20)의 길이방향으로 늘어서도록 배치될 수 있다. 따라서, 제3돌출부재(33)들 간의 간격을 조절할 경우 제1형광층(41)의 도포면적을 더욱 높일 수 있게 된다.

도 7은 도 6에 도시된 평판상의 제3돌출부재(33)를 파상으로 곡률면을 갖도록 형성한 제4돌출부재(34)를 구비한 실시예를 나타낸 것으로, 이에 따라 제1형광층(41)의 도포면적을 더욱 높일 수 있게 된다. 도 7에는 일정한 방향으로 둥글게 휘어진 곡률면을 갖는 제4돌출부재(34)를 도시하였으나, 제4돌출부재(34)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 도 6에 도시된 판상 부재가 일정 방향으로 절곡되도록 형성할 수도 있다.

비록 도면으로 도시하지는 않았지만 도 4 내지 도 7에 따른 실시예들의 경우에도 도 3에서와 같이 제1엔벨로프(10)의 내면(11)에 형광 물질을 도포할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 돌출부재(3)는 모두 제2엔벨로프(20)에 접합된 것들이다. 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 상기 돌출부재(3)가 도 8에서와 같이 제1엔벨로프(10)의 내면(11)에 접합된 제5돌출부재(35)로 구비될 수 있다.

상기 제5돌출부재(35)는 평판상의 글라스재로 구비되어 제1엔벨로프(10)의 내면(11)에 접합될 수 있으며, 제1엔벨로프(10)와 일체로 형성될 수도 있다. 이러한 제5돌출부재(35)의 경우에도 전술한 제1돌출부재(31)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

그리고 이렇게 제1엔벨로프(10)의 내면(11)에 돌출부재(30)를 형성하는 실시예의 경우, 전술한 도 3 내지 도 7에 따른 실시예가 그대로 적용될 수 있음은 물론이다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 무전극 램프를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 무전극 램프를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관한 무전극 램프를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관한 무전극 램프를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관한 무전극 램프를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관한 무전극 램프를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 관한 무전극 램프를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

10: 제1엔벨로프 20: 제2엔벨로프

30: 돌출부재 40: 공간

41: 제1형광층 42: 제2형광층

43: 제3형광층 51: 로드

52: 자성체 53: 코일

54: 베이스

Claims (10)

1. 구상의 글라스재로 구비된 제1엔벨로프;

   상기 제1엔벨로프 내부에 위치하고 글라스재로 구비되어 상기 제1엔벨로프와의 사이에 밀봉된 공간을 형성하는 제2엔벨로프;

   상기 공간에 위치하는 복수의 돌출 부재들;

   상기 제2엔벨로프 내에 삽입되며 코일이 감긴 자성체;

   상기 자성체를 지지하는 로드; 및

   상기 돌출 부재들의 외면에 도포된 제1형광층;을 포함하는 무전극 램프.
2. 제1항에 있어서,

   상기 돌출 부재들은 글라스재로 구비되고 각각 상기 제1엔벨로프 또는 제2엔벨로프에 접합된 것을 특징으로 하는 무전극 램프.
3. 제1항에 있어서,

   상기 돌출 부재들은 서로 이격된 것을 특징으로 하는 무전극 램프.
4. 제1항에 있어서,

   상기 돌출 부재들은 상기 제2엔벨로프를 중심으로 방사상으로 배열된 것을 특징으로 하는 무전극 램프.
5. 제1항에 있어서,

   상기 각 돌출 부재들은 평판상으로 구비되고 그 표면이 상기 자성체에 의한 자기장의 방향에 평행하도록 배열된 것을 특징으로 하는 무전극 램프.
6. 제1항에 있어서,

   상기 각 돌출 부재들은 평판상으로 구비되고 그 표면이 상기 자성체에 의한 자기장의 방향에 교차하도록 배열된 것을 특징으로 하는 무전극 램프.
7. 제1항에 있어서,

   상기 각 돌출 부재들은 곡률면을 더 포함하도록 구비된 것을 특징으로 하는 무전극 램프.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제2엔벨로프의 상기 공간을 향한 면에 도포된 제2형광층을 더 포함하는 무전극 램프.
9. 제1항에 있어서,

   상기 제1엔벨로프의 상기 공간을 향한 면에 도포된 제3형광층을 더 포함하는 무전극 램프.
10. 제9항에 있어서,

    상기 제3형광층의 두께는 상기 제1형광층의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 무전극 램프.

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