KR20010037340A - 요오드화주석을 사용한 무전극램프 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 요오드화주석(SnI2)을 전구 내 충전물의 주요성분으로 사용하고, 마이크로파 또는 고주파를 인가하여 충전물을 여기시킴으로써 가시광선을 발생시키는 무전극램프에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 초기 방전에 필요한 전계의 세기가 작아 수은 등의 보조물을 첨가할 필요가 없으며, 낮은 전력에서도 점등이 가능하고, 종래의 램프에 비하여 색온도가 적절한 우수한 성능의 고광도 방전램프를 제공한다.
Description
본 발명은 무전극램프에 관한 것으로, 구체적으로는 무전극램프의 전구 내 충전물의 주요 성분으로 요오드화주석(SnI2)을 이용한 무전극램프에 관한 것이다.
무전극램프는 고강도방전램프(high intensity discharge lamp)의 일종으로, 종래의 형광등, 백열등에 비해 램프수명이 길고, 조명효과가 뛰어나다. 이 램프는 보통 유리질 계통의 투명한 전구(bulb)와, 전구 내 충전물(lamp fill) 및 충전물을 여기시키는(exciting) 여기수단을 주요 구성요소로 하며, 특히 전구 내 봉입되는 충전물의 성분 및 함량이 램프의 성능에 크게 영향을 미친다.
종래의 무전극램프로는 수은을 주요 성분으로 사용한 것(한국특허공고 86-2152)과 할로겐화 금속을 주요성분으로 사용한 것(한국특허공개 97-12953) 등이 있다. 전자의 경우 수은의 독성으로 인해 램프로의 응용이 감소되는 추세이며, 후자의 경우는 안정되고 연속적인 방전 스펙트럼을 얻기 어려워 램프 성능이 좋지 못하다.
종래의 또 다른 무전극램프로는 전구 충전물로 황(Sulfur), 셀레늄(Selenium), 텔루륨(Tellurium) 또는 이들의 혼합물을 사용한 램프(미국특허 5,606220, 5,831,386)가 있다. 이 램프는 마이크로파(micrdwave) 또는 고주파(RF)로 충전물을 여기시켜 가시광선을 발생시켰다. 이 경우 전구는 주로 석영으로 제조된 속이 빈 유리 구 또는 원통형으로 되어 있고, 이 속에 적당량의 황과 아르곤(Ar), 제논(Xe) 등의 불활성 기체를 봉입하여, 이것을 공진기 속에 넣거나 유도결합을 이용하여 마이크로파 또는 고주파를 인가함으로써 충전물을 발광시킨다.
무전극램프는 일반적으로 초기 점등이 어려워, 이를 해결하기 위하여 수은 등의 물질을 첨가하거나 공진기의 구조를 복잡하게 변화시켜왔다. 또한 발광의 색온도(color temperature)가 따뜻하고 편안한 빛에 해당하는 경우 보다 너무 높거나 자외선의 양이 발생되는 가시광선에 비하여 너무 많을 경우, 색온도를 적당하게 낮추고 자외선의 양을 줄이기 위하여 충전물에 다른 물질을 첨가하거나 발생한 빛을 반사시켜 다시 전구 내부를 통과하게 하는 방법 등이 종래에 사용되었다. 그러나 첨가물을 사용하는 경우에는 일반적으로 램프 충전물의 주요 성분인 황, 셀레늄 또는 텔루륨의 발광효율이 떨어지는 문제가 있고, 발생한 빛을 되돌려 보내는 경우에는 램프가 기구적으로 복잡해지며 램프의 제작이 까다로워지고, 따라서 비용이 상승하게 된다.
본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 첨가물 없이 적은 비용으로 초기 점등을 용이하게 하고 광원으로 적합한 색온도를 갖는 고효율 고광도의 무전극램프를 제공함에 있다.
도 1a는 종래의 무전극램프의 스펙트럼 분포를 나타내는 그래프이다.
도 1b는 종래의 무전극램프의 스펙트럼 분포를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 의한 무전극램프를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에서 발광된 전구의 스펙트럼 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4은 본 발명의 또 다른 실시예에서 발광된 전구의 스펙트럼 분포를 나타내는 그래프이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
1:충전물 2:전구
4:공진수단 5:여기수단
본 발명은 SnI2를 전구 내 충전물의 주요성분으로 사용하고, 마이크로파 또는 고주파를 인가하여 충전물을 여기시킴으로써 가시광선을 발생시키는 무전극램프를 제공한다. 또한 주성분과 함께 보조가스로서 아르곤, 제논 등의 불활성 기체를 충전물에 첨가한 무전극램프를 제공한다.
전구 내 충전물의 주성분의 양은 전구의 내부 체적에 대해 5mg/cc 이하가 바람직하며, 전구 내부에 인가되는 마이크로파 또는 고주파의 전력밀도는 5 ~ 200W/cc가 바람직하다.
상기 보조가스는 아르곤의 경우 봉입압력 10 ~ 90 torr, 제논의 경우 봉입압력 200 ~ 800 torr로 첨가하는 것이 적당하다.
본 발명의 특징은 종래의 무전극램프와 비교할 때 발광의 개시에, 즉 초기 방전에 필요한 전계의 세기가 작아 수은 등의 보조물을 첨가할 필요가 없으며, 점등을 위해 복잡한 장치를 사용하지 않아도 점등이 용이하며 낮은 전력에서도 점등이 가능하다는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징으로는 황, 셀레늄 또는 텔루륨을 충전물로 사용하는 무전극램프에 비하여 색온도가 낮다는 점이다. 따라서 색온도를 적절한 광원으로 사용할 수 있도록 낮추기 위하여 복잡한 기구 또는 장치를 사용하지 않아도 된다. 광원의 색온도가 높아질 수록 이 광원이 발산하는 빛의 색이 적색에서 백색을 거쳐 청색으로 이동한다. 인간의 시감도 특성에 비추어 볼 때 5500 ~ 6000Ｋ 정도가 적합한 색온도의 범위라고 할 수 있는데, 백열등의 색온도는 2700Ｋ이고 형광등의 경우는 7000 ~ 8000Ｋ이다. 황을 주요성분으로 사용한 무전극 램프의 경우 색온도는 약 6200 ~ 7000Ｋ 정도이며, 연두색 또는 푸른색과 비슷한 빛을 낸다. 따라서 황을 주요성분으로 사용한 램프에서는 따뜻하고 편안한 빛을 얻기 위해서 색온도를 적당히 낮출 필요가 있다. 도 1a 및 도 1b에는 종래의 황(S) 또는 셀레늄(Se)을 사용한 무전극 램프의 스펙트럼 분포를 나타내었다. 이 분포에서 스펙트럼의 최대점의 파장이 색온도와 관계가 있는데, 도 1a를 보면 스펙트럼의 최대점의 파장이 약 500nm 근처이고, 도 1b에는 500 ~ 510nm 정도에 스펙트럼의 최대점이 존재한다. 반면에 본 발명의 경우 이하의 실시예에서 기술되듯이 종래의 무전극 램프 보다 스펙트럼의 최대점의 파장이 크고, 따라서 색온도가 낮으며 광원으로서 매우 적합한 색온도를 유지한다.
본 발명에 의한 램프의 개략적인 구성을 도 2을 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 램프는 공진수단(4) 내에 충전물(1)이 봉입된 전구(2)와, 모터에 연결되어 상기 전구(2)를 회전시키기 위한 전구고정수단(3)와, 전구 내 충전물(1)을 여기시키기 위한 여기수단(5)과, 상기 여기수단에서 발생된 마이크로파 또는 고주파를 공진 수단으로 안내하는 전송수단(6)으로 구성되어 있다. 램프는 여기수단(5)에서 발생된 마이크로파 또는 고주파로 전구(2) 내 충전물(1)을 여기시켜 플라즈마 상태로 변화시킨다. 플라즈마 상태의 충전물(1)에서 빛이 발생되어, 전구(2) 바깥으로 방출된다. 빛이 방출될 때, 석영 등의 유리질로 제조된 전구는 방출되는 빛에 대하여 실질적으로 투명하다. 한편 전구고정수단(3)이 모터에 연결되어 회전함에 따라 전구에서 발생된 열이 냉각된다.
본 발명에 의한 무전극램프에서, 전구의 형태는 구형 또는 원통형이 바람직하며, 구형 전구의 경우 내경이 5mm이상, 원통형의 경우 길이와 내부 직경의 비가 3:1이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 구형의 경우 크기가 너무 작으면 점등이 어렵고 전구의 에너지 밀도가 매우 높아져 파손이 쉽게 일어나며 효율에도 악형향을 주게 된다. 한편 원통형의 경우 전구 내 플라즈마 분포를 균일하게 하기 위하여 길이를 적당히 조절할 필요가 있다.
또한 본 발명은 주성분인 SnI2외에 황, 셀레늄, 텔루륨 또는 메틸할라이드 계열 물질 등을 보조물로 첨가하여 색온도를 조절하거나 광스펙트럼의 분포를 조절할 수도 있다. 황을 적당량 첨가하게 되면 색온도와 램프 효율을 높일 수 있고, 스펙트럼의 특정 부위를 강조하기 위해 TlI3(녹색 강조), GaI3(노란색 강조) 등을 첨가할 수 있다. 보조물의 양은 SnI2의 5 ~ 20%의 범위가 적당하며, 보조물의 종류 또는 첨가목적에 따라 조절할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다.
실시예 1
외경이 30mm, 구의 두께는 1.5mm인 석영 재질의 구형 전구에 충전물의 주성분으로서 SnI2를 25mg 봉입시키고, 보조가스로서 아르곤을 10torr의 압력으로 봉입시켰다. 이 전구에 900W의 마이크로파를 인가하여 전구 내 충전물을 여기시켜 발광시켰다. 발광된 전구의 스펙트럼 분포를 도 3에 나타내었다. 가로축은 파장이고, 세로축은 스펙트럼의 임의의 세기를 나타낸다. 도 3에 나타난 스펙트럼 분포를 보면 라인피크를 제외한 스펙트럼의 최대점의 파장이 약 610nm이며, 이 때의 색온도가 약 3600Ｋ 정도로 백열등 또는 할로겐등과 같이 따뜻하고 부드러운 느낌을 갖게하는 광원에 해당한다. 이것은 도 1a 및 도 1b에 나타난 종래의 무전극램프와 비교할 때 파장이 더 길고, 색온도는 낮다.
실시예 2
내경이 27mm인 석영 재질의 구형 전구에 충전물의 주성분으로서 SnI2를 15mg 봉입시키고, 보조가스로서 아르곤을 10torr의 압력으로 봉입시켰다. 또한 보조물로 수은 5mg, 텔루륨 2mg을 넣었다. 이 전구에 1KW의 마이크로파를 인가하여 전구 내 충전물을 여기시켜 발광시켰다. 발광된 전구의 스펙트럼 분포를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타난 스펙트럼 분포를 보면 라인피크를 제외한 스펙트럼의 최대점의 파장이 약 540nm이며, 이 때의 색온도는 약 4700Ｋ 정도로 시감효율이 높은 백색광에 해당한다.
본 발명에 의하면 종래의 무전극램프와는 달리 초기 방전에 필요한 전계의 세기가 작아 수은 등의 보조물을 첨가할 필요가 없으며, 점등을 위해 복잡한 장치를 사용하지 않아도 점등이 용이하며 낮은 전력에서도 점등이 가능하다. 또한 황, 셀레늄 또는 텔루륨을 충전물로 사용하는 무전극램프에 비하여 색온도가 낮으므로, 적당한 색온도를 얻기 위하여 복잡한 기구 또는 장치를 사용할 필요가 없다. 따라서 본 발명에 의해 적은 비용으로 성능이 우수한 고광도 방전램프를 제공할 수 있다.
Claims (27)
- 전구 내 충전물의 주성분으로 SnI2를 사용하고, 전구에 마이크로파 또는 고주파를 인가하여 상기 충전물을 여기시킴으로써 가시광선을 발생시키는 무전극램프.
- 제 1 항에 있어서, 전구 내 충전물에 보조가스로서 아르곤, 제논 등의 불활성 기체를 첨가한 무전극램프.
- 제 2 항에 있어서, 불활성 기체는 아르곤의 경우 봉입압력 10 ~ 90 torr, 제논의 경우 봉입압력 200 ~ 800 torr로 충전물에 첨가한 무전극램프.
- 제 1 항에 있어서, SnI2의 양은 전구의 내부 체적에 대해 5mg/cc 이하인 무전극램프.
- 제 1 항에 있어서, 인가되는 마이크로파 또는 고주파의 전력밀도는 5 ~ 200W/cc인 무전극램프.
- 제 1 항에 있어서, 전구의 형태는 구형인 무전극램프.
- 제 6 항에 있어서, 구형 전구의 내경이 5mm이상인 무전극램프.
- 제 1 항에 있어서, 전구의 형태는 원통형인 무전극램프.
- 제 8 항에 있어서, 원통형 전구의 길이와 내부 직경의 비가 3:1이하인 무전극램프.
- 제 1 항에 있어서, 전구에 추가적으로 황, 셀레늄, 텔루륨 또는 메틸할라이드 계열 물질 등을 보조물로 첨가한 무전극램프.
- 전구 내 충전물의 주성분으로 SnI2를 사용하고 보조가스로서 아르곤, 제논 등의 불활성 기체를 첨가하며, 전구에 마이크로파 또는 고주파를 인가하여 충전물을 여기시킴으로써 가시광선을 발생시키는 무전극램프.
- 제 11 항에 있어서, 불활성 기체는 아르곤의 경우 봉입압력 10 ~ 90 torr, 제논의 경우 봉입압력 200 ~ 800 torr로 충전물에 첨가한 무전극램프.
- 제 11 항에 있어서, SnI2의 양은 전구의 내부 체적에 대해 5mg/cc 이하인 무전극램프.
- 제 11 항에 있어서, 인가되는 마이크로파 또는 고주파의 전력밀도는 5 ~ 200W/cc인 무전극램프.
- 제 11 항에 있어서, 전구의 형태는 구형인 무전극램프.
- 제 15 항에 있어서, 구형 전구의 내경이 5mm이상인 무전극램프.
- 제 11 항에 있어서, 전구의 형태는 원통형인 무전극램프.
- 제 17 항에 있어서, 원통형 전구의 길이와 내부 직경의 비가 3:1이하인 무전극램프.
- 제 11 항에 있어서, 전구에 추가적으로 황, 셀레늄, 텔루륨 또는 메틸할라이드 계열 물질 등을 보조물로 첨가한 무전극램프.
- 전구 내 충전물의 주성분으로 SnI2를 사용하고, 보조가스로서 아르곤, 제논 등의 불활성 기체를 첨가하며, 황, 셀레늄, 텔루륨 또는 메틸할라이드 계열 물질 등을 보조물로 첨가하여, 전구에 마이크로파 또는 고주파를 인가하여 충전물을 여기시킴으로써 가시광선을 발생시키는 무전극램프.
- 제 20 항에 있어서, 불활성 기체는 수 ~ 수백 torr의 봉입압력으로 충전물에 첨가한 무전극램프.
- 제 20 항에 있어서, SnI2의 양은 전구의 내부 체적에 대해 5mg/cc 이하인 무전극램프.
- 제 20 항에 있어서, 인가되는 마이크로파 또는 고주파의 전력밀도는 5 ~ 200W/cc인 무전극램프.
- 제 20 항에 있어서, 전구의 형태는 구형인 무전극램프.
- 제 24 항에 있어서, 구형 전구의 내경이 5mm이상인 무전극램프.
- 제 20 항에 있어서, 전구의 형태는 원통형인 무전극램프.
- 제 26 항에 있어서, 원통형 전구의 길이와 내부 직경의 비가 3:1이하인 무전극램프.
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