KR20060044680A - 가시광 방출을 위한 형광램프 - Google Patents
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Abstract
형광램프가 유리 글로브 내부에서 캡슐화된 발광 튜브를 가지도록 구성된다. 발광 튜브에 있어서, 253.7 nm 이상의 파장을 제공하는 자외선 발산 램프가 사용되며, 할로인산칼슘 형광체 및 3파장 형광체로 이루어진 형광체가 유리 글로브의 내면에 도포된다. 발광 튜브로부터 제공된 자외선에 의한 형광체 여기가 가시광 발산을 야기한다.
형광램프, 발광 튜브, 형광체, 자외선
Description
도 1 은 본 발명에 따른 형광램프의 구조를 나타내는 다이어그램.
도 2a 는 본 발명의 형광램프에 내장되는 발광 튜브의 구조의 일 예를 나타내는 외관도.
도 2b 는 본 발명의 형광램프에 내장되는 발광 튜브의 구조의 또 다른 일 예를 나타내는 외관도.
도 2c 는 본 발명의 형광램프에 내장되는 발광 튜브의 구조의 또 다른 일 예를 나타내는 외관도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 유리 글로브 2 : 형광체
3 : 희가스 4 : 금속 캡 (cap)
5 : 커버 6 : 발광 튜브
본 발명은 유리 글로브 (globe) 내부에 캡슐화된 발광 튜브 (arc tube) 를 가지는 형광램프에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 발광 튜브 내부에서 생성된 자외선에 의해 유리 글로브의 내면상에 형성된 형광체 층을 여기시켜 발생된 가시광을 발산하도록 구성된 형광램프에 관한 것이다.
종래에, 일반적으로 사용되고 있는 형광램프는 형광체 층이 유리 튜브의 내면상에 형성되고, 수은 및 희가스가 이 유리 튜브 내부에 캡슐화되어 유리 튜브 내부에서 전기적 방전을 발생시키는데, 전기적 방전은 형광체 층을 여기시키는 자외선 (UV) 을 생성하며, 형광체의 여기는 가시광을 발생시킨다.
유리 튜브 형광램프는 보통 직선 또는 환형의 형상을 가지지만, 크기 감소와 에너지 절감을 위해 백열전구의 소켓 (socket) 에 직접 끼울 수 있는 형광램프가 최근 상품화되고 있다.
전술한 종래의 형광램프는, 소정의 구조의 발광 튜브로서, 예컨대, 직선형 형광램프를 나선으로 감음으로써 형성된 나선형 튜브 구조, 평행하게 배열된 2 개의 직선 튜브로 이루어진 트윈 (twin) 튜브 구조 및 직선형 튜브를 U 형상으로 구부림으로서 형성된 U 자형 튜브 구조가 사용된다. 전술한 발광 튜브와 함께 점등 회로를 유리 글로브 내부에 포함하는 구조를 가지는 형광램프가 전형적인 구조로서 상품화되고 있다. 종래의 형광램프는 적어도 전술한 형상 중 하나의 형상을 가지는 발광 튜브가 제공된 구조를 가지도록 구성된다.
이 점에 대해서, 예컨대 일본 공개특허 제 269813/98 호에 예시된 바와 같이 발광 튜브의 광 방사 출력을 균일하게 확산시키기 위해, 전술한 종래에 사용된 형광램프는 유리 글로브의 내면에 도포된 백색 안료로 형성된 광 방사 확산막을 가진 다.
백색 안료를 그 내면에 도포한 유리 글로브를 이용한 형광램프는 램프가 점등되어있는 동안 유리 글로브 내부에 내장된 발광 튜브로부터 방사되는 자외선의 미세한 양에 의해 영향을 받는다. 그 결과로, 직면된 문제점은 백색 안료의 광 확산층이 노화로 인해 성능이 떨어져 조도 (illuminance) 를 감소시키고, 외관의 질을 저하시키는 것이었다.
또한, 램프가 점등 또는 소등될 때 유리 글로브 내부온도와 그 주위온도 사이의 온도차가 그 주위의 수분을 유리 글로브 내로 스며들게 하여 백색 안료의 품질 저하를 야기시키는 문제점이 있었다.
어떤 경우라도, 백색 안료의 사용은 균일한 광 확산을 만들기 위해서는 필수적인 것이지만, 광 출력을 방해하고 있는 것도 사실이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 백색 안료를 사용하지 않고서, 또한 종래의 형광램프보다 더 낮은 수준으로 광 방사 출력을 저하시키지 않고 효율적인 발광의 생성을 획득할 수 있는 형광램프를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은, 유리 글로브 내에 캡슐화된 발광 튜브를 가지도록 구성된 형광램프에 관한 것이며, 253.7 nm 이상의 파장을 제공하는 UV 램프가 발광 튜브로서 사용되고, 할로인산칼슘 (calcium halophosphate) 형광체 및 3파장 형광체로 구성되 는 형광체가 그 유리 글로브 내면에 도포된다. 발광 튜브로부터 제공된 자외선에 의한 이 형광체의 여기 (exciting) 는 가시광의 방사를 야기한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 유리 글로브의 내면에 도포되는 형광체는 적색 발광 (red luminescence) 용의 Y2O3:Eu 또는 3.5MgO-0.5MgF-GeO2:Mn 형광체, 녹색 발광용의 LaPO4:Ce,Tb 형광체, 청색 발광용의 BaMg2A116O27:Eu,(Mn) 또는 (Sr, Ca, Ba)5(PO4)3Cl:Eu 형광체 중 하나 이상을 포함한다. 도포된 형광체의 무게는 1cm2 당 2 mg 내지 20 mg 까지 가능하다.
또한, 전술한 발광 튜브를 이루는 유리 튜브 재료는 유리질의 실리카 (vitreous silica) 일 수 있다. 또한, 발광 튜브는 다음의 형상, 즉 나선형, 트윈형, U자형 등의 한 형상을 가질 수 있다. 유리 글로브는 예컨대 Ne, Ar 등의 희가스를 캡슐화할 수 있거나, 유리 글로브의 내부는 진공일 수 있다.
본 발명은 지금까지 광 방사 출력을 방해한, 유리 글로브 내면상의 백색 안료의 사용을 피하는 대신, 자외선 여기에 의해 생성된 가시광을 방사하는 형광체를 유리 글로브 내면에 도포한다. 발광 튜브가 광 방사 출력을 제공하는 종래의 기술에 반해, 본 발명은 발광 튜브를 UV 램프로 교체하고, 유리 글로브 내면 자체에 형광층을 형성하며, 형광층으로부터 광 방사 출력을 생성하는 것을 그 목적으로 한다. 따라서, 본 발명은 종래의 형광램프에 비해 광 방사 출력을 저하시키지 않고도 효율적인 발광 생성을 가능케 한다.
본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적, 특징 및 이점은 본 발명의 실시예를 설명하는 첨부된 도면을 참조하여 다음의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1 에 도시한 바와 같이, 본 발명의 형광램프는 유리 글로브 (1), 발광 튜브 (6), 금속 캡 (4) 및 커버 (5) 를 가진다. 희가스 (3) 가 밀폐 구조의 유리 글로브 (1) 내에 캡슐화되고, 금속 캡 (4) 을 가지는 커버 (5) 에 맞춰진 유리 글로브 (1) 가 발광 튜브 (6) 를 둘러싼다. 금속 캡 (4) 은 스크루 형 (스크루 캡 (4) ) 이며, 일반 백열등의 소켓 (socket) 에 착탈가능하게 끼워질 수 있다.
점등 회로 (미도시) 는 스크류 캡 (4) 을 가지는 커버 (5) 에 내장되며, 자외선을 생성하기 위한 발광 튜브 (6) 는 유리 글로브 (1) 에 의해 둘러싸인 영역에 배치된다. 또한, 발광 튜브 (6) 로부터의 자외선에 의해 여기될 수 있도록, 형광체 (2) 가 유리 글로브 (1) 의 내면상에 도포된다. 이러한 자외선 여기에 의해 형광체 (2) 에서 가시광의 생성이 이루어진다. 유리 글로브 (1) 내부에는 Ne, Ar 또는 Kr 와 같은 캡슐화된 희가스 (3) 가 있으며, 또는 자외선의 방해를 제거하기 위한 진공 상태로 설정된다. 이는 형광체층을 보호하고 자외선의 흡수를 방지하기 위함이다.
발광 튜브 (6) 로서 수은증기압 방전튜브 (mercury vapor discharge tube) 가 사용되는데, 그 형상은 도 2a, 도 2b 및 도 2c 에 도시한 바와 같이 종래의 직선형 형광램프가 변형된 형상과 유사하다. 특히, 형광램프의 형상에 있어서, 예컨대 직선형 형광램프를 나선으로 감음으로써 형성된 나선형 방전 튜브 (6a), 평행하게 배열된 2 개의 직선 튜브로 이루어진 트윈 (twin) 형 튜브 (6b) 및 직선형 튜브를 U 형상으로 구부림으로써 형성된 U 자형 튜브 (6c) 가 있으며, 이 중 하나 이상이 사용된다. 방전 튜브의 형상이 종래의 형광램프의 형상과 똑같이 이루어지는 이유는 이미 종래의 형광램프가 상당히 생산되었고 그 형상을 한 형광램프의 실제 성능이 가시광을 효율적으로 제공하기 때문이며, 따라서 UV 발광 튜브로서 종래의 형광램프를 사용하여 이와 같은 유용한 성능을 이용할 수 있다고 결정한다.
또한, 발광 튜브 (6) 에 사용되는 유리 튜브 재료로서는, 자외선 (UV) 을 효과적으로 통과시키는 재료, 즉 유리질 실리카를 사용하는 것이 바람직하다. 사용되는 방전 튜브 (6) 는 살균 램프의 파장 이상의 파장을 가지는 광을 방사하며, 즉 253.7 nm 이상의 파장을 제공하는 UV 출력 램프이다. 이러한 이유는, 유리질 실리카는 253.7 nm 이하의 단파장 자외선을 차단할 수 있는 재료이고, 단파장 자외선은 형광체로부터 가시광의 소량의 광속 (light flux) 만을 생산하기 때문이다.
다음으로, 유리 글로브 (1) 의 내면에 도포된 형광체 (2) 는 자외선 여기를 통해 가시광을 생성하는 형광체로 형성되어 있다. 그 형광체의 구성은, 할로인산칼슘 형광체 Cal0(PO4)3FC1:Sb,Mn 및 희토류 형광체 (rare earth phosphor) 이다. 희토류 형광체는, 적색 발광용의 Y2O3:Eu 또는 3.5MgO-0.5MgF-GeO2:Mn 형광체, 녹색 발광용의 LaPO4:Ce,Tb 형광체, 및 청색 발광용의 BaMg2A116O27:Eu,(Mn) 또는 (Sr, Ca, Ba)5(PO4)3Cl:Eu 형광체의 3파장 형광체 중 하나 이상으로 이루어져 있다.
본 실시형태에서, 유리 글로브 (1) 내면에 도포된 3파장 형광체 및 할로인산 칼슘 형광체의 중량은 1 cm2 당 2 mg 내지 20 mg 까지로 규정된다. 전술한 도포 중량의 범위를 가지고 자외선 여기에 의한 가시광 생성을 하도록 형광체층을 형성시킴으로써, 종래의 형광램프보다 낮은 수준으로 광 출력을 저하시키지 않는 효율적인 발광이 가능해진다.
형광체의 도포중량과 가시광 출력과의 관계는, 다음의 실험에 의해 얻어지는데, 우선, 단계적으로 변화되는 도포중량을 가지도록 도포한 형광체를 가지는 유리 글로브를 준비하고, 각각의 유리 글로브에 대한 커버들을 설치하여 UV 발광 튜브를 내장하고, 각각의 도포 중량에 대한 각각의 유리 글로브로부터 자외선 여기에 의해 생성된 가시광의 광속 (light flux) (lm) 치를 측정하며, 측정 결과로부터, 종래의 형광램프의 광 출력 이상의 안정한 광 출력 제공을 허용하는 도포 중량 범위를 정하고, 미리 계산된 유리 글로브의 내면적에 기초하여 단위 면적당 도포중량을 결정한다.
본 발명에 따른 형광램프에 사용되는 유리 글로브의 전술한 형상은, 전구 형은 물론, 둥근 실린더형, 다각형의 실린더형 및 타원형일 수 있으며, 유리 글로브가 어떤 형상을 가지더라도 유사한 효과가 획득될 수 있다.
본 발명에 따르면, 유리 글로브의 내면상의 형광체층은 발광 튜브로부터의 장파장 자외선에 의해 여기되며 가시광이 발생한다. 가시광은 투명한 유리 글로브로부터 외부로 균일하게 방사되므로, 본 발명의 형광램프는 일반 조명으로 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태를 특정 용어를 사용하여 설명하였지만, 그러한 설명은 단지 예시적인 목적이며, 다음의 청구항의 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 수정되고 변경될 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 백색 안료를 사용하지 않고서도, 종래의 형광램프보다 더 낮은 광 출력 수준으로의 저하 없이 효율적인 발광을 할 수 있다.
Claims (6)
- 유리 글로브 내부에 캡슐화된 발광 튜브를 가지는 형광램프로서,상기 발광 튜브는 상기 유리 글로브 내면에 도포된 할로인산칼슘 형광체 및 3파장 형광체로 구성되는 형광체와 자외선 발산 램프를 구비하는, 형광램프.
- 제 1 항에 있어서,상기 유리 글로브 내면에 도포되는 상기 형광체는, 적색 발광용의 Y2O3:Eu 또는 3.5MgO-0.5MgF-GeO2:Mn 형광체, 녹색 발광용의 LaPO4:Ce,Tb 형광체, 청색 발광용의 BaMg2A116O27:Eu,(Mn) 또는 (Sr, Ca, Ba)5(PO4)3Cl:Eu 형광체 중 하나 이상의 형광체를 포함하는, 형광램프.
- 제 1 항에 있어서,상기 형광체의 도포 중량은 1 cm2 당 2 mg 내지 20 mg 인, 형광램프.
- 제 1 항에 있어서,상기 발광 튜브를 구성하는 유리 튜브 재료는, 유리질 실리카인, 형광램프.
- 제 1 항에 있어서,상기 발광 튜브는 나선형, 트윈형 및 U자형 중 어느 하나의 형상을 가지는, 형광램프.
- 제 1 항에 있어서,상기 유리 글로브 내부는 희가스로 캡슐화되거나 진공상태인, 형광램프.
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