전구 일반사항

가. 전구의 원리 및 적용 법칙

물체의 온도를 높여서 발광시키는 온도방사를 이용한 발광원리를 적용한 광원을 말하며, 전구는 온도가 올라갈수록 발광효율은 증가하나 필라멘트의 증발이 심하여 수명이 짧아진다.(루미네센스 참고)

1. 온도방사

1-1. 온도방사체

1-1-1. 흑체(완전방사체)

파장, 입사방향, 편광에 관계없이 입사한 모든 방사를 완전히 흡수하는 온도방사체, 즉 어떤 온도에서는 다른 모든 물체에 비해 모든 파장에서 최대의 온도방사를 이루는 것(백금 흑, 탄소가 근접함)으로 가상한 물체.

1-1-2. 회색체

입사한 모든 방사를 완전히 흡수하지 않는 물체

1-2. 온도방사 적용법칙

Plank의 방사법칙
분광방사와 절대온도와의 관계를 나타내는 법칙으로 빛의 온도가 높아질수록 짧은 파장이 나온다.(흑체의 온도방사에서 그의 분광방사가 온도와 더불어 변화함을 표시)
- C₁: 상수
- c²: 상수(14380㎛K)
- λ : 파장
- T : 완전방사체의 절대온도

Wien의 변위법칙
절대온도와 파장과의 관계를 나타내는 법칙으로 흑체에서 최대분광방사가 일어나는 파장은 절대온도에 반비례한다.

λm·T = 2.867×10⁶(㎚·deg)

Stefan - Boltmonn's Law
절대온도와 전 방사에너지의 관계를 나타내는 법칙으로 방사되는 전 방사에너지는 절대온도의 4승에 비례한다는 법칙.

S (W/㎠) = αT⁴ 단 α: 스테판 볼츠만의 상수

나. 구조

1. 유리구

1-1. 전구

소다석회유리, 붕규산유리(내열성), 석영유리, 경질유리

1-2. 스템

납 유리,
붕규산 유리(특수, 고 용량) : 투명유리(100W이하), 착색유리

2. 베이스

기계적 고착 및 전기적 접속을 위한 것으로 황동,알루미늄을 합성수지제로 접착.

3. 앙커(내열,내산성)

몰리브덴, 텅스텐 사용.

4. 도입선

내부도입선 : 소형의 경우 니켈
붕착부 도입선 : 전류를 도입하기 위한 것으로 유리와 열팽창계수가 같아야 한다. 듀멧선을 사용.
외부 도입선 : 동선

5. 필라멘트

텅스텐 필라멘트는 융점이 탄소보다 높고 팽창계수가 작으며, 필라멘트의 모양이 변하지 않고 전기저항과 온도계수가 높아 필라멘트의 길이가 짧아지고 전압이 변동해도 전류변화가 적다.

5-1. 필라멘트의 조건

융점이 높을 것.
증발이 적을 것.
전기저항이 높고 가공이 용이할 것.
선팽창계수가 작을 것.

5-2. 필라멘트의 종류

코일 필라멘트 : 가스손을 줄일 수 있다.
2중코일 필라멘트 : 효율이 높고 수명이 길다.
3중코일 필라멘트 : 점멸의 영향없이 수명이 길어진다.

6. 봉입가스

정격 소비전력 30W 이상의 경우에 가스를 봉입하며, 가스의 봉입으로 텅스텐의 증발을 억제하여 흑화를 방지, 수명연장, 고온유지로 발광효율이 높아진다.
(아르곤과 질소의 혼합가스는 상온에서 0.75 기압, 점등시에 1기압이 된다.)

100V전구 : 아르곤 85%+질소 15%
200V전구 : 아르곤 50%
전구의 효율은 진공전구<가스전구<2중코일 이다.

7. 게터

유리구의 남은 공기로 고온의 필라멘트가 산화하는 것을 방지하기 위한 목적으로 수명이 길어지고, 효율이 높아진다.

다. 텅스텐 전구의 특성

1. 에너지 특성

가시에너지
전 방사에너지 열 손실 : 가스손, 단자손, 줄열

2. 유리구 및 소켓의 온도

최고온도
- 일반전구 : 350℃
- Spot 라이트 :450℃
- 연붕규산 유리 : 500℃

3. 전압특성 (경기장조명시 전압특성을 활용하고 있다)

	전구의 점등전압이 변화하면 광속, 수명, 소비전력, 효율 등이 변화한다. 일반적으로 전압 5% 증가시 광속 20% 증가, 수명은 40%감소. 전압이 5% 저하되면 광속 20% 감소, 수명은 80% 증가된다.
전압특성곡선

4. 동정곡선(Performance)

전구가 점등시간과 더불어 광속, 전류, 전력, 효율 등이 변화하는 상태

5. 수명

필라멘트가 단선일 때까지의 점등시간으로 주위온도와 점멸의 영향을 받는다

6. 주위온도의 영향

진공전구 : 200~260℃에서 12% 감소
가스전구 : 100℃에서 40% 감소, 300℃에서 60% 감소

7. 점멸의 영향

과도전류의 영향으로 수명이 짧아지며 특히 굵은 필라멘트일수록 영향이 크다.

8. 에이징

다. 전구의 특징

휘도가 높고 열방사가 많다.
적색부분이 많다.
배광제어가 용이하다.
점등에 이르는 순응성이 크다.
소형,경량이며 다양한 기구형태가 가능하다.
Flicker 가 없다.
가격이 저렴하고, 유지보수가 쉽다.

라. 전구의 종류 및 용도

종류

특성

용도

용량

색온도
。K

수명(h)

일반용

점등 부속장치가 필요없다

연색성을 필요로 하는 분위기 조명.

2 ~ 1000W

2700

~ 3000

900 ~ 1500

투광기용

작은 광원을 반사경의 초점에 놓아 평행광선을 얻는다

옥외 운동장의 투광기용

2~ 10kw

사진용

유리구에 확산성 백색도료를 부착하여 수명을 희생하고 색온도를 높인전구

사진촬영

250, 450, 650W.

3200

수 시간

섬광용

착화제를 바른 필라멘트로 점화시켜 얻은 섬광 이용.

섬광용

소 용량

3800
5500
천연색

1회성

영사용

광원을 반사경초점에 놓아 강력한 평행 광속으로 영화막면의 조도향상

영화관

3200

25~50

자동차 용

내진형
수명을 희생하여 필라멘트의 효율을 높인 전구 12~15lm/W

자동차용

진행용빔 1,300Cd 이상
교차용빔 1700Cd 이하

100

실드빔형 전구
빔제어가 확실하다.

200/ 450

적외선전구

내열유리를 사용한다
적외선 방사효과는 약 80% 정도이다.

적외선 건조용
미용, 의료, 식물재배, 축산, 난방.

2500

5000

요드전구

온도에 따라 요드가 텅스텐과 결합 분해를 반복한다.
흑화방지 및 고효율.
고가, 수평점등.

투광용으로 용도가 한정된다.
무대, 경기장, 고천장, 광장, 자동차용

500~ 1500W

효율 21( lm/W)

2000

할로겐

온도에 따라 미량의 할로겐화합물의 결합,분해를 반복한다.
흑화방지, 장수명, 고효율, 광속저하가 적다.

용량 : 500~1500W
효율 : 20~22 lm/w
수명 : 2000~3000h
점등부속장치가 불필요.
고휘도, 적색,
배광제어 용이, 흑화가 거의 없다.

의료용

주광색, 젖빛, 투명유리구, 광속 증가를 위해 효율을 높인다.

수술용, 치료용 전구
(무영 등기구와 조합)

300~ 500

주광색
전구

산화코발트 및 산화동을 첨가하여 담청색으로 착색하여 색온도를 높게한 것.

양복점, 화구, 회화 취급점 등

3500~ 4500

효율 9.5 lm/w.

광속 570lm

기타

내진전구 착색전구, 주광전구, 초어등용 등

마. 기타

1. Coating 백열전구

필라멘트에서 나오는 적외선을 반사막에서 내부로 돌려보내 다시 필라멘트 가열에 사용할 수 있도록 한 전구로서 코팅기술의 문제로 현재 실용화되지 않고 있다.

1-1. 특징

약 30% 정도의 절전효과가 있다.

신기술

신호등전구 국산화 기존제품조다 2,000 시간이나 수명길어