KR0171113B1 - 방전등 및 그를 이용한 조명장치 - Google Patents

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KR0171113B1 KR1019950012201A KR19950012201A KR0171113B1 KR 0171113 B1 KR0171113 B1 KR 0171113B1 KR 1019950012201 A KR1019950012201 A KR 1019950012201A KR 19950012201 A KR19950012201 A KR 19950012201A KR 0171113 B1 KR0171113 B1 KR 0171113B1
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신지 이누카이
가즈오 다키타
마코토 니시자와
아키라 이토
가즈요시 오카무라
가즈이키 우치다
다카유키 아오키
가즈히코 요시카와
아키히로 요네자와
히로키 사사키
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가노 다다오
도시바 라이텍쿠 가부시키 가이샤
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Abstract

방전을 발생하는 전극을 포함하는 방전관 조립체내에 봉입된 방전매체를 가지는 방전등에 있어서, 방전관 조립체의 인벨로프관 표면상에 질화물층이 형성됨. 질화물층은 인벨로프관의 관벽을 구성하는 산화물의 산소원자를 질소원자와 치환함으로써 형성되며, 깊이방향에서의 질화물 함량이 연속적이면서 완만한 감소를 나타낸다. 이와 같이 화학적으로 안정된 질화물층은 방전매체와 관벽재료 사이의 반응이나, 방전매체의 제거 또는 주입을 방지한다. 부가적으로, 질화물층은 또한 깊이방향에서의 열팽창계수에 있어서의 연속적인 변화를 나타내기도 하므로, 열스트레스가 감소되고, 균열, 박리, 제거등이 발생하지 않는다.

Description

방전등 및 그를 이용한 조명장치
제1a도는 본 발명의 제1실시예에 따른 할로겐화 금속등의 방전등 조립체를 나타내는 정면도.
제1b도는 제1a도내에 인벨로프관의 관벽의 부분을 나타내는 모식적인 단면도.
제2도는 제1실시예에 따른 전체 할로겐화 금속등을 나타내는 정면도.
제3도는 제2도내의 할로겐화 금속등을 점등장치와 함께 사용한 조명장치를 나타내는 모식도.
제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 고압 나트륨등의 전체를 나타내는 정면도.
제5도는 제4도내의 방전등의 방전관 조립체를 나타내는 길이방향 단면도.
제6도는 제5도내의 방전관 조립체의 관벽의 부분을 나타내는 모식적인 단면도.
제7도는 본 발명의 제3실시예에 따른 자외선을 조사하기 위한 고압 수은등을 나타내는 정면도.
제8도는 제7도의 관벽의 부분을 나타내는 모식적인 단면도.
제9도는 본 발명의 제4실시예에 따른 전자유도형 무전극 방전 등을 나타내는 길이방향 단면도.
제10도는 깊이방향의 질화물층의 질화물 함량의 감소를 나타내는 특성도.
제11도는 질화물층의 형성방법을 설명하기 위한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 방전관 조립체 2 : 인벨로프관
3 : 질화물층 4 : 핀치 밀봉부
5a,5b : 주전극 6 : 시동 보조전극
7 : 금속박 콘덕터 8 : 외부 리드선
10 : 외부관 11a,11b : 홀더
12a,12b : 지지구 13 : 스템
14a,14b : 도전선 15 : 리드선
16 : 베이스 17 : 외부단자
30 : 조명고정체 31 : 반사면
32 : 전면 덮개 33 : 소켓
35 : 점등회로 36 : 상용전원
51 : 전극축 52 : 전극코일
110 : 외관 112 : 네크부
113 : 베이스 114 : 지지선
115 : 탄성편 116 : 스템
117a : 밀봉선 118,119 : 도전성 홀더
119a : 절연체 120 : 콘덕터
121 : 바이메탈편 122 : 잠금부
126 : 게터(getter) 129 : 관통구멍
200 : 방전관 조립체 201 : 밀봉부
202 : 전극 203 : 전극축
204 : 전극코일 205 : 금속박 콘덕터
206 : 외부 리드선 210,220 : 질화물층
300 : 방전관 조립체 311 : 방전공간
312 : 플라즈마 방전 313 : 질화물층
314 : 원통형 돌출부 315 : 시동프로우브
319 : 시동방전공간 320 : 유리접착제
325 : RF 발진회로 330 : 고주파 여기코일
331 : 고리형 금속원반
본 발명은 수은등, 금속할로겐등, 또는 고압 나트륨등과 같은 방전등과, 방전등 점등장치 및 그를 이용한 조명장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은 인벨로프(Envelope)관내에 봉입된 방전매체와 관벽재료 사이의 반응을 방지하기 위하여 방전관의 인벨로프 관의 관벽표면상에 질화물층이 형성됨으로써 성능을 개선하도록 한 방전등에 관한 것이다.
일반적으로, 고압 금속증착 방전등의 방전관 조립체용의 재료로서는, 투명도, 내열성, 내화학성, 작업성 등을 고려하여 선택된다.
석영으로 구성되는 방전등 조립체는 고압 수은등 또는 금속 할로겐등용으로 사용되는 반면, 알루미나(Al2O3) 세라믹재료와 같은 투명한 세라믹재료로 구성되는 방전관 조립체는 고압 나트륨등용으로 사용된다.
비록 상술한 방전등 조립체 재료들이 그와 같은 방전등용으로 사용되고는 있으나, 장기간 사용후의 조도에 있어서의 감소라는 문제는 아직까지도 미해결된 채로 남아있다.
조도에 있어서의 감소에는 여러 가지 원인이 있다. 이러한 원인중의 하나는 방전관 조립체내에 봉입된 방전매질과 방전등 조립체의 재료 사이에서 일어나는 반응이다.
예를 들면, 금속할로겐등에 있어서는, 석영으로 구성되는 방전등 조립체내에 봉입된 할로겐화 금속 또는 방전금속이 그로부터 유리될 때, 석영과 반응하여, 광전달특성을 열화시킨다. 조도에 있어서의 감소는 방전금 속의 양에 있어서의 감소에 의하여 일어난다. 결과적으로, 조도유지율이 감소된다.
고압 나트륨등에 있어서는, 알루미나 세라믹재료로 구성되는 방전관 조립체내에 봉입된 나트륨 또는 나트륨 이온 사이의 반응에 의하여 반응 생성물이 형성된다. 결과적으로, 소위 나트륨손실이 발생하고, 방전전압의 증가 또는 조도의 감소가 일어난다.
고압 수은등에 있어서는, 석영으로 구성된 방전관 조립체내에 봉입된 수은이 석영으로 침투한다. 결과적으로, 방전관 조립체가 흑화(黑化)된다.
그와 같은 결점을 제거하기 위하여, 일본국특공소 57-44208호는 방전관 조립체의 내부면상에 질화규소막(Si3N4)을 피막한 기술을 개시하고 있다. 이 기술에 의하면, 상기 공보에 개시된 질화규소막이 방전관 조립체의 내부표면상에 형성될 때, 그 막은 방전금속과 방전관 조립체 사이의 반응을 완만하게 하고, 방전매체의 제거를 방지하며, 따라서 조도의 감소를 방지하고 높은 조도를 유지하도록 한다.
부가적으로, 일본국 특공소 62-262358호에 개시된 기술에는, 질화알루미늄 피막이 알루미나 방전관 조립체의 내면에 형성되어 방전관 조립체의 중앙부의 온도를 감소함으로써 나트륨 손실을 방지하도록 되어 있다.
그러나, 상술한 종래기술의 어느 것에도, 방전관 조립체의 인벨로프관의 관벽재료와는 상이한 질화규소막이나 질화알루미늄막이 인벨로프관의 내부면상에 형성되므로, 방전관 조립체재료는 열팽창계수가 막재료와는 상이하게 된다. 이러한 이유로, 질화규소막 또는 질화알루미늄막은 균열, 박리, 제거 등을 겪을 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 후자의 공보에서는, 질화알루미늄막의 두께가 5㎛ 또는 미만으로 설정된다. 그러나, 막두께가 5㎛ 또는 미만으로 설정되어도, 균열등이 발생할 수 있다. 즉, 충분히 효과적인 막을 형성하는 것은 어려우며, 그러한 막은 현재 개발되어 있지 않다.
본 발명의 목적은, 방전등조립체의 인벨로프관의 재료와 방전매체 사이의 반응을 방지하기 위하여 방전등조립체의 인벨로프관의 표면상에 화학적 및 물리적으로 안정된 질화물막이 형성됨으로써 높은 조도유지율을 유지하고 균열, 박리, 제거등이 방지되는 방전등 및 그 방전등을 사용한 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 방전관벽의 내부 표면상에 형성되고 질화막을 포함하는 질화물층 및 산화물층으로 구성되는 관벽을 가지는 인벨로프관과, 그 인벨로프 관내에 밀봉되는 방전매체를 포함하는 방전관 조립체와; 방전관 조립체 내에 방전을 발생시키는 수단을 포함하여 구성되는 방전등이 제공된다. 질화막층은 관벽의 깊이방향에서의 질화물 함량에 있어서 연속적이며 완만한 감소를 나타낸다.
이 경우에, 방전등조립체내에서 방전을 발생하는 수단은 전극과, 인벨로프관내에 봉입된 전극에 부가하여 인벨로프관의 외부표면에 배치된 전자유도 코일 등을 포함한다.
깊이방향으로의 질화물 함량에 있어서 연속적이며 완만한 감소라는 표현은 수학적인 의미를 가지는 것이며, 완만하다라는 표현은 깊이방향에서의 질화물 함량에 있어서의 감소를 나타내는 특성곡선이 연속적으로 변화된다는 것이다. 이는, 깊이방향의 질화물 함량의 감소를 나타내는 특성곡선이 연속적이고 완만하다는 것이며, 질화물 함량의 변화율, 즉 이 특성곡선의 기울기가 마찬가지로 연속적으로 변화한다는 것이다.
그러한 특성에 따르면, 질화물을 포함하는 질화물측이 인벨로프관의 내부표면에 형성된다. 따라서, 이러한 화학적으로 안정된 질화물은 방전등조립체의 인벨로프관의 관벽의 재료와 방전매체 사이의 반응과, 방전매체의 제거 또는 이온화된 방전매체의 관벽 내부면으로의 침투를 방지한다.
이 질화물층에 있어서는, 관벽의 깊이 방향의 질화물 함량에 있어서의 감소를 나타내는 특성곡선이 연속적이면서 완만하며, 감소율, 즉 특성곡선의 기울기 또한 연속적으로 변화한다.
그러한 질화물층에 있어서는, 깊이방향으로 연속적으로 조성이 변화하므로, 깊이방향에서의 열팽창계수의 변화도 또한 연속적이다. 이는 질화물층의 균열 또는 박리를 방지한다.
이러한 방전등에 있어서는, 방전관 조립체내의 방전에 의하여 발생한 열이 인벨로프관의 관벽을 통하여 외부로 방출되고, 관벽의 두께 방향으로 큰 열적 플럭스로 흐르게 된다. 그러한 경우에, 질화물 함량의 감소비가 불연속적인 변화를 나타내는, 즉 특성곡선의 기울기가 불연속적인 변화를 나타내는 부분을 가질 때, 이 부분에서 커다란 열적인 스트레스가 발생된다. 이러한 질화물층에 있어서는, 그러나 질화물 함량의 감소율, 즉 특성곡선의 기울기가 깊이방향으로 연속적이므로, 질화물층의 균열, 박리등이 그러한 열적인 플럭스에 의하여 생기지는 않는다.
상술한 질화물층은 인벨로프관의 관벽을 구성하는 산화물 재료의 산소원자를 질소원자로 치환함으로써 생성된다. 다른 수단에 따르면, 질화물을 포함하는 막이 인벨로프관의 관벽의 표면상에 피막되고, 관벽의 산화물 재료내의 산소원자와 막내의 질소원자가 융합되어 상호간에 치환된다.
이러한 방식으로 형성된 질화물층에 있어서는, 산소 및 질소원자가 인벨로프관의 관벽의 재료내에서 상호간에 원자의 상태대로 치환된다. 따라서, 이러한 치환율, 즉 질화물의 함량은 깊이 방향으로 상술한 특성을 발휘한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상술한 질화물층은 질화물층의 표면의 질화물 함량의 50% 까지 질화물 함량이 감소하는 부분에서의 깊이가 표면으로부터 10㎚ 이상으로 되도록 형성된다. 그러한 질화물층은 질화물 함량의 감소율이 적으며, 열적 스트레스를 감소하며, 그에 의하여 질화물막의 균열 또는 박리를 신뢰성있게 방지한다. 일반적으로, 질화물의 열팽창계수는 인벨로프관의 관벽에서의 산화물의 열팽창계수보다 크다. 이러한 이유에서, 질화물층의 두께가 비교적 크게 설정되면, 인벨로프관의 관벽의 평면방향에서의 열적인 도전성이 증가된다. 따라서, 평면방향, 즉 인벨로프관의 중앙부분과 끝단부분 사이에서의 열의 불균일성이 감소되고, 열적 스트레스의 감소를 초래한다.
어떤 방전등은 인벨로프관내에 관통구멍이 형성된 방전등 조립체를 가지며, 투명한 세라믹재료로 구성되는 방전관 조립체의 경우에서와 마찬가지로 방전수단의 콘덕터가 무기접착제로 관통구멍내에 삽입 및 봉입된다. 이 경우에, 적어도 관통구멍의 내부면상의 질화물층은 바람직하게는, 질화물층의 표면의 질화물 함랑의 50%로 질화물 함량이 감소되는 부분의 깊이가 표면으로부터 100㎛ 또는 그 미만이 되도록 형성된다. 이러한 구성에 의하여, 관통구멍의 내부표면과 무기접착제 사이의 열팽창계수의 차이가 신뢰성있는 밀봉을 허용하도록 감소된다.
부가적으로, 상술한 질화물층은 전극이 방전관 조립체의 인벨로프관내에 밀봉된 후에 인벨로프관의 표면상에 형성될 수 있다. 이러한 공정으로, 각 전극의 밀봉부의 밀봉상태가 유지될 수 있다.
[실시예]
제1a도 내지 제3도는 본 발명의 제1실시예에 관한 할로겐화 금속등을 나타낸다. 제1a도는 할로겐화 금속등의 방전등조립체의 구성을 나타낸다. 제2도는 할로겐화 금속등의 전체 구성을 나타낸다. 제3도는 광원으로서 할로겐화 금속등을 사용한 조명장치를 나타내는 단면도이다.
제2도에 나타낸 전체 구성에 있어서, 참조부호(10)는 질소가스 분위기가 유지되는 단단한 유리로 구성된 외부관을 나타낸다. 방전관 조립체(1)는 외부관(10)내에 수납된다.
제1a도에서 나타낸 바와 같이, 방전관 조립체(1)는 석영유리로 구성되는 인벨로프관(2)의 2개의 끝단부에 형성된 핀치 밀봉부(4)를 가진다. 예를 들면, 질화물층(3)은 인벨로프관(2)의 전체 내면 근방에 형성된다. 질화물층(3)은 본 실시예에서는 질화규소인, 질화물을 포함하는 표면층으로, 방전등 조립체(1)의 인벨로프관(2)의 관벽용 재료로서 석영 SiO2인 산화물내에서 산소원자가 질소원자와 치환된다.
인벨로프관(2)내에 설정된 암모니아(NH3) 분위기가 높은 온도로 가열될 때, 예를 들면 다음의 화학식에 의하여 표시되는 반응이 일어난다. 그러한 반응으로, 석영 SiO2의 산소원자는 질화규소를 형성하도록 질소원자와 치환되고, 그에 의하여 인벨로프관(2)의 관벽상에 상술한 질화물층(3)을 형성하게 된다.
초기반응
또는,
2차 반응
또는,
주전극(5a) 및 (5b)은 상술한 구성을 가지는 인벨로프관(2)의 2개의 끝단에 형성된 핀치 밀봉부(4)내에 봉입되며, 시동 보조전극(6)이 한 개의 주전극(5a) 근방에 봉입된다.
주전극(5a) 및 (5b)의 각각은 텅스텐으로 구성되는 전극 코일(52)을 텅스텐 또는 토튬 Th을 포함하는 텅스텐 재료로 구성되는 전극축(51)의 주위에 감아서 형성된다. 산화디스프로슘 Dy2O3, 산화스캔듐 Sc2O3등으로 구성되는 전자방출물질(에미터)(도시않됨)이 전극코일(52)상에 피막된다. 보조전극(6)은 텅스텐선으로 만들어진다.
주전극(5a) 및 (5b)과 보조전극(6)은, 핀치밀봉부(4)내에 봉인되며 몰리브덴 Mo 등으로 구성되는 금속박 콘덕터(7)를 통하여 외부 리드선(8)에 각각 접속된다.
이러한 인벨로프관(2)내에, 수은 Hg과, 예를 들면 요오드화스캔듐 ScI3및 요오드화 나트륨 NaI과 같은 하로겐화 금속 및 시동 희가스로서의 아르곤 Ar이 봉입된다.
제2도에서 나타낸 바와 같이, 상술한 구성을 가지는 방전관 조립체(1)는 외부관(10)내에 수납된다. 보다 상세하게는, 방전관 조립체(1)의 두 끝단의 핀치밀봉부(4)는 홀더(11a) 및 (11b)를 통하여 지지구(12a) 및 (12b)에 의하여 각각 지지된다. 한 개의 지지구(12a)는 스템(13)내에 봉입된 한 개의 도전선(14a)에 응접되고, 다른 지지구(12b)는 외부관(10)의 꼭대기부에 걸어맞추어진다.
방전관 조립체(1)의 한 개의 주전극(5a)은 한 개의 지지구(12a)에 전기적으로 접속된다. 방전관 조립체(1)의 다른 주전극(5b)은 리드선(15)을 통하여 스템(13)내에 봉입된 다른 도전선(14b)에 접속된다.
방전관 조립체(1)의 보조전극(6)은 시동저항(18)을 통하여 다른 도전선(14b)에 접속된다.
한 개의 도전선(14a)은 외부관(10)의 끝단부에 착설된 베이스(16)에 접속된다. 다른 도전선(14b)은 베이스(16)의 외부단다(17)에 접속된다.
방전관 조립체(1)의 인벨로프관(2)의 관벽의 내부면상에 형성된 질화물층(3)을 이하에서 상세하게 설명한다.
제10도에서 나타낸 바와 같이, 질화물층(3)내에서, 질화물의 함량, 즉 질화규소의 함량 C은, 인벨로프관(2)의 외부벽의 깊이 d의 방향으로 인벨로프관(2)의 내부면으로부터 연속적이며 원만한 변화를 나타내며 따라서 어떠한 명확한 경계도 생성되지 않는다. 질화규소분자의 함량 C은 그의 표면 바로 근방에서 질화물층(3)의 일부에서 약 60% 이다. 제10도는 질화물 함량에 있어서의 감소를 나타내는 특성도, 즉 인벨로프관(2)의 관벽의 두께 d에 관한 질화규소의 함량 C 을 나타낸다.
제10도에서 나타낸 질화규소내에서의 감소를 나타내는 특성은 상술한 원자수준에 근거한 것으로, 암모니아 가스내의 질소원자가 인벨로프관(2)의 관벽의 석영재료내로 확산되고 석영내의 산소원자를 치환한다. 질화물(질화규소) 함량에 있어서의 감소를 나타내는 특성곡선은 제10도에서 나타낸 바와 같이 연속적이고 완만한 감소를 나타낸다.
연속적이고 완만하다는 표현은 수학적인 의미를 가지는 것이며, 완만하다는 것은 제10도에서 나타낸 특성곡선의 함수 또는 그에 인접한 곡선의 함수가 연속적으로 변화한다는 것이다.
이러한 질화물층(3)에 있어서, 질화물, 즉 질화규소는 표면에 매우 가까운 부분, 즉 방전매체와 접촉하는 부분에 높은 비율로 포함되어 있다. 따라서, 이러한 화학적으로 안정된 질화물은 방전관 조립체(1)의 인벨로프관(2)의 관벽의 재료와 방전매체 사이의 반응을 방지하거나, 또는 방전매체의 제거나 이온화된 방전매체가 관벽으로 침투하는 것을 방지하는 기능을 한다.
부가적으로, 질화물층(3)의 조성은 깊이 d의 방향으로 연속적으로 변화하기 때문에, 깊이 d 의 방향에서의 열팽창계수의 변화도 마찬가지로 연속적이다. 이는 열스트레스를 감소하고 질화물층(3)의 균열 또는 박리를 방지한다. 또한, 방전등에 있어서는, 방전관 조립체(1)내에서의 방전에 의하여 발생된 열이 인벨로프관(2)의 관벽을 통하여 외부로 방출되며, 이 관벽의 두께의 방향으로 다량의 열적인 플럭스로서 열이 통과한다. 그러한 경우에, 만약 질화물층(3)이, 질화물의 감소율, 즉 특성곡선의 기울기에 있어서의 불연속적인 변화를 나타내는 부분을 가지면, 이 부분에서 대량의 열스트레스가 발생한다. 그러나,
질화물층(3)이 깊이방향으로의 질화물의 감소율, 즉 특성곡선의 기울기에 있어서 연속적인 변화를 나타내므로, 그러한 열적인 플럭스는 질화물층(3)의 균열이나 박리를 일으키지 못한다.
이 경우에, 질화물층(3)의 질화물 함량 C이 질화물층의 표면의 질화물 함량의 50%로 되는 부분에서의 두께 s(이하 단순히 두께 s 라 함)는 바람직하게는 10㎚ 이상, 예를 들면 약 80㎚로 설정된다.
이러한 질화물층(3)에 따르면, 질화물의 감소율이 적고, 열스트레스가 더욱 감소되며, 그에 의하여 질화물막의 균열 또는 박리가 신뢰성있게 방지된다. 부가적으로, 질화물은 일반적으로 열전도율에 있어서 산화물보다 높다. 따라서, 상술한 두꺼운 질화물층(3)으로써, 평면방향에서의 인벨로프관(2)의 관벽의 열전도율이 증가된다. 방전관 조립체(12)내에서, 인벨로프관(2)의 중앙부분의 온도는 높으므로, 2개의 끝단부의 온도가 낮아지고, 따라서 열적인 불균일성이 인벨로프관(2)의 관벽의 평면방향에서 일어난다. 상기 질화물층으로는 관벽의 평면방향, 즉 인벨로프관(2)의 중앙부위 및 끝단부 사이에서의 열전도율이 증가하며, 관벽의 평면방향에서의 열적인 불균일성이 감소하며, 그에 의하여 열스트레스를 감소한다.
상술한 구성을 가지는 할로겐화 금속등은 제3도에서 나타낸 바와 같은 조명장치의 광원으로서 사용된다. 제3도에 있어서, 참조부호(30)는 반사면(31)을 가지는 조명고정체를 나타낸다. 조명 고정체(30)는 낮은 표면이나 측면이 개방된 하우징구조를 가진다. 전면덮개(32)는 조명 고정체(30)의 개구부상에 착설된다. 소켓(33)은 조명 고정체(30)의 측벽상에 장착된다. 제2도에서 나타낸 할로겐금속등의 베이스(16)는 조명고정체(30)상에 장착될 소켓(33)과 나사식으로 걸어 맞춤 된다.
소켓(33)은 안정기를 포함하며 조명고정체(30)상에 장착되거나 조명고정체(30)의 외부에 배치되는 점등회로(35)를 통하여 상용전원(36)에 접속된다.
상술한 구성을 가지는 조명장치내에 있어서는, 할로겐 금속등이 상용 전원(36)에 접속될 때, 안정기를 포함하는 점등회로(35)가 보조전극(6) 및 보조전극(6)에 인접한 한 개의 주전극(5a)의 사이 및 주전극(5a)와 (5b) 사이에 시동 펄스전압을 인가한다. 결과적으로, 방전관 조립체(1)가 발광한다. 이러한 방전으로, 예를 들면 요오드화 스캔듐 ScI3, 요오드화 나트륨 NaI 등의 방전관내에 봉입된 할로겐화 금속이 발광한다.
이러한 할로겐화 금속등으로부터 발광된 광은 조명고정체(30)의 반사면(31)에 의하여 반사되며 개구부의 전면덮개(32)를 통하여 외부로 방사된다.
상술한 광원으로서의 사용되는 할로겐 금속등에 있어서, 방전관 조립체(1)의 인벨로프관(2)의 내부표면상의 상기 질화물층(3)의 형성은 방전관 조립체내에 봉입된 할로겐화 금속과 같은 방전매체 및 할로겐화 금속으로부터 떨어져 나간 스캔듐 Sc 및 나트륨 Na과 석영이 접촉하는 것을 방지하며, 할로겐화 금속이나 스캔듐 Sc 및 나트륨 Na과 같은 방전매체가 석영과 반응하는 것을 방지한다. 따라서, 석영의 내부식성이 개선되고, 그의 탈색이 방지된다. 부가적으로, 방전관 조립체(1)내의 방전금속의 감소가 개선되고, 조도의 감소가 감소되며, 조도유지율이 증가된다.
요오드화 스캔듐 ScI3및 요오드화 나트륨 NaI이, 18㎜의 전극간 거리와, 100W의 정격, 내부지름 10.5㎜의 방전관 조립체를 가지는 할로겐 금속등내에 중량비 1:5로 총량이 10㎎ 봉입되었다고 가정한다. 이 경우에, 방전관 조립체(1)의 내부면에 질화물층(3)이 형성되지 않은 종래의 방전등에 있어서는, 방전등이 6,000 시간 켜진 후에 조도유지율이 50%가 되었다. 이것에 비교할 때, 방전관 조립체(1)의 내부표면상에 깊이 s가 80㎚인 질화물층(3)이 형성된 본 발명의 방전등에 있어서는, 6,000 시간동안 방전등이 켜진 후에, 조도유지율이 70%였다. 즉, 질화물층(3)의 형성에 따른 효과가 확인되었다.
상술한 바와 같이, 상술한 질화물층(3)은 방전관 조립체(1)를 구성하는 산화규소 SiO2내의 산소 O2를 질소 N2와 치환함으로써 형성된 반응구조를 가지는 층이므로, 질화물층(3)의 균열, 박리 또는 제거가 일어나지 않았다.
만약 질화물층(3)의 깊이 s가 10㎚ 이상이면, 층은 석영의 내식성을 개선하는데 기여한다. 만약 깊이 s가 약 80㎚이면, 층은 충분한 효과를 발휘한다.
그러한 할로겐 금속등을 광원으로서 사용한 점등장치 및 조명장치는 높은 조도유지율을 가진다.
제1실시예에 따른 할로겐 금속등에 있어서는, 요오드화 스캔듐 ScI3및 요오드화 나트륨 NaI이 할로겐 금속으로 사용된다. 예를 들면, 희금속의 할로겐화물, 알칼리 금속의 할로겐화물, 또는 인듐 또는 탈륨의 할로겐화물이 사용될 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 일반적인 조명 수은등을 예시한다. 이러한 일반적인 조명 수은등은 제1a도 내지 제3도에서 나타낸 것과 거의 동일한 구성을 가진다. 제1a도 내지 제3도를 이러한 수은등을 설명하는데 이용하며, 그의 상세한 설명은 생략한다.
이러한 수은등은 시동 희가스로서 수은 Hg 및 아르곤 Ar이 방전관 조립체(1)내에 봉입되어 있는 점이 다르다. 수은등에 있어서, 수은이온 Hg+이 석영에 침투할 때, 방전관 조립체(1)가 흑화된다. 보다 상세하게는, 석영의 표면에 작은 개구가 형성되고, 수은 이온 Hg+은 유리내의 OH-및 유리표면의 음전하에 의하여 석영표면의 작은 개구에 흡착 및 주입된다. 결과적으로, 석영의 흑화가 심화된다.
이것에 대하여, 본 실시예에 있어서는, 제1a도 및 제1b도에서 나타낸 제1실시예에서와 유사한 질화물층(3)이 형성되므로, 방전관 조립체(1)와 석영내에 봉입된 수은과의 사이의 접촉이 방지된다. 이는 수은이 온 Hg+이 석영표면의 작은 개구내로 흡착되는 것을 방지한다. 따라서, 석영의 흑화가 방지된다.
본 발명의 제3실시예를 제4도 및 제6도를 참조하여 설명한다. 본 실시예에 있어서는, 본 발명은 고압 나트륨등에 적용된다.
제4도는 고압 나트륨등 전체를 나타낸다. 참조부호(110)는 외관을 나타낸다. 외관(110)은 단단한 유리로 구성되며 그의 중앙부에 팽창부를 가진다. 외관(110)은 은 제4도의 상부에 소직경의 꼭대기부(111) 및 제4도의 하부에 소직경의 네크부(112)를 가지며, 따라서 소위 BT 형을 형성한다. 베이스(113)는 네크부(112)의 끝단부상에 장착된다. 외관(110)의 내에는 진공이 유지됨을 주목한다.
방전관 조립체(101)는 외관(110)내에 수납된다. 방전관 조립체(101)의 구조를 이하에서 상술한다. 외관(110)내에서, 방전관 조립체(101)는 지지선(114)에 의하여 지지된다. 지지선(114)는 사각형틀의 형상으로 된 스텐레스선과 같은 도전선이다. 지지선(114)의 상부는 탄성편(115)을 통하여 외관(110)의 꼭대기부(111)에 잠기어지고, 지지선(114)의 하부는 스템(116)내에 봉입된 한 개의 밀봉선(117a)에 용접된다.
방전관 조립체(101)의 상부끝단으로부터 연장된 한 개의 콘덕터(105)는 마찬가지로 도전선으로서 기능하는 도전성 홀더(118)를 통하여 지지선(114)에 전기적 및 기구적으로 접속된다. 방전관 조립체(101)의 하부끝단으로부터 연장된 다른 콘덕터(105)는 절연체(119a)를 통하여 다른 홀더(119)에 의하여 기구적으로 지지된다. 이 홀더(119)는 지지선(114)상에 기구적으로 장착된다. 즉, 방전관 조립체(101)는 상부 및 하부 끝단부에서 홀더(118) 및 (119)에 의하여 지지되며, 홀더(118) 및 (119)를 통하여 지지선(114)에 의하여 지지된다.
방전관 조립체(101)의 하부끝단으로부터 연장된 콘덕터(105)는 리드선(125)을 통하여 스템(116)내에 봉입된 다른 밀봉선(117b)으로 전기적으로 접속된다.
밀봉선(117a) 및 (117b)들은 베이스(113)의 셀(113a) 및 외부단자(113b)에 접속된다.
시동동작을 보조하기 위한 인접한 콘덕터(스타터:120)는 방전관 조립체(101)의 외부면에 인접하여 배치된다. 인접한 콘덕터(120)는 적어도 몰리브덴, 텡스텐, 단탈륨, 니오븀, 철, 니켈등 중의 한 개로 구성되는 내화금속으로 만들어진다. 인접한 콘덕터(120)의 한 끝단은 바이메탈편(121)에 의하여 지니되며, 인접한 콘덕터(120)의 다른 끝단은 도전성 홀더(118)상에 형성된 잠금부(122)에 의하여 피버트식으로 지지된다. 바이메탈편(121)의 인접한 끝단은 지지선(114)에 고정된다.
램프가 점등되기전에는, 방전관 조립체(101) 및 대기의 온도가 낮기 때문에, 인접한 콘덕터(120)는 바이메탈편(121)의 변형에 의하여 방전등 조립체(101)의 외부면과 접촉한다. 방전등이 전원에 접속될 때, 인접한 콘덕터(12)와 한 개의 전극(106) 사이에 전위차가 발생하여 방전관 조립체(101)내의 한 개의 전극(106)과 인접한 콘덕터(120)의 사이에 점등방전을 발생한다. 이러한 점등방전은 전극(106)들 사이의 주방전을 유도한다. 이러한 작용에 의하여 점등작용이 실현된다. 방전등이 켜졌을 때, 바이메탈편(121)은 방전관 조립체(101)로 부터의 열을 받음에 의하여 열적 변형에 처해진다. 결과적으로, 인접한 콘덕터(12)는 방전관 조립체(101)의 외부면으로부터 멀어지며, 그에 의하여 인접한 콘덕터(120)가 방전관 조립체(101)로부터 방출된 광을 차단하는 것이 방지된다. 참조부호(126)는 게터(getter)를 나타낸다.
방전관 조립체(101)의 구성을 제5도 및 제6도를 참조하여 설명한다. 방전관 조립체(101)는 다결정 또는 단결정 알루미나 또는 사파이어(본 실시예에서는 투명알루미나(Al2O3))와 같은 투명한 세라믹 재료로 구성되는 관(102)에 의하여 구성된다. 이 투명 세라믹관(102)의 2개의 끝단부내에 관통구멍(129)이 형성된다. 니오븀 Nb 또는 니오븀 Nb과 지르코늄 Zn의 합금으로 각각 구성되는 콘덕터(105)가 각각 관통구멍(129)을 통하여 연장된다. 콘덕터(105)는 유리밀봉제(109)로 관(102)의 2개의 끝단부와 밀폐적으로 결합된다.
전극(108)은 각각 콘덕터(105)에 용접된다. 각 전극(108)은 텅스텐으로 구성된 전극코일(108b)을 텅스텐으로 구성되는 전극축(108a)의 먼쪽 끝단의 주위에 다수회 감음으로써 형성된다. BaO-CaO-WO3와 같은 전자방출재료(에미터)가 전극코일(108b)상에 피막된다.
시동 희가스로서 소정량의 수은 Hg, 나트륨 Na 및 크세논 Xe 가스가 방전관 조립체(101)내에 봉입된다.
본 실시예에 있어서, 제6도에서 나타낸 바와 같은 질화물층(103) 및 (104)은 방전관 조립체(101)의 예를 들면 투명알루미나(Al2O3)인 인벨로프관의 외부표면 및 내부표면상에 각각 형성된다. 이들 각 질화물층(103) 및 (104)은 방전관 조립체(101)를 구성하는 알루미나 Al2O3내의 산소원자를 질소원자로 치환함으로써 형성된 반응구조를 가지는 층이다.
본 실시예에서의 질화물층(103) 및 (104)은 제1실시예에서와 동일한 방식으로 형성되며, 질화알루미늄이 질화규소 대신에 사용된다는 점을 제외하고는 제1실시예에서의 질화물층과 실질적으로 동일한 구성을 가진다. 부가적으로, 두께/깊이에 있어서의 질화알루미늄(질화물) 함량의 감소를 나타내는 특성은 상기한 제1실시예에서와 실질적으로 동일하다. 즉, 본 실시예에 있어서의 감소특성 또한 깊이방향에서의 연속적이며 완만한 감소를 나타낸다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 유리밀봉제(109)와 같은 무기접착제로 콘덕터(105)가 투명세라믹관(101)의 관통구멍(129)내에 봉입된다. 따라서, 만약 콘덕터(105)의 봉입전에, 이 투명 세라믹관(101)의 전체 표면상에 질화물층이 형성된다면, 이 유리접착제에 따른 밀봉특성은 관통구멍(129)의 내면상의 질화물층에 기인하여 열화될 수 있다. 그러한 경우에, 상기 질화물층은 바람직하게는 100㎛ 또는 그 미만으로 설정된다.
그러한 구성을 가지는 고압 나트륨등에 있어서는, 나트륨 Na과 알루미나 Al2O3사이의 반응을 방지하기 위하여 방전관 조립체(101)의 내면상에 질화물층(103)이 형성되고, 그에 의하여 바늘형상의 결정과 같은 결정의 성장 및 나트륨 손실을 방지한다. 따라서, 조도에 있어서의 감소가 억제되고, 조도유지율의 증가를 얻을 수 있다.
상술한 질화물층(103)은 깊이 방향으로 질화물의 함량이 연속적으로 감소하도록 형성되므로, 열팽창계수도 표면으로부터 안쪽으로 연속적으로 변화하게 되며, 균열, 박리, 제거 등이 방지된다. 부가적으로 열전도성이 증가하여 열쇼크에 대한 내성이 증가하게 된다. 따라서, 방전관 조립체(101)의 중앙부분과 끝단부분 사이의 열 차이가 감소되어 내구성이 증가된다. 이러한 이유에서, 방전관 조립체(101)를 구성하는 알루미나관(102)의 두께가 감소하여 투과성이 증가된다.
상술한 구성을 가지는 고압 나트륨등은 점등동작을 유효하게 하도록 점등동작을 보조하기 위하여 인접 콘덕터(120)를 사용한다. 방전등이 점등할 때, 인접한 콘덕터(120)는 방전관 조립체(101)의 외부면과 접촉한다. 인접한 콘덕터(120)는 방전관 조립체(101)의 온도가 소정의 온도에 도달할 때까지 방전관 조립체(101)의 외부면과 접촉을 유지한다. 이러한 상태에서, 방전관 조립체(101)의 관벽온도는 인접한 콘덕터(120)와 접촉하는 부분에서 국부적으로 높아진다. 이러한 이유에서, 승화 또는 용융이 일어나거나, 또는 방전등이 꺼질 수 있다. 부가적으로 인접한 콘덕터(120)와 접촉하는 부분과 남은 부분사이에서 열적인 차이가 발생할 수 있으며, 이는 방전관 조립체(101)의 투명알루미나관(102)의 열적인 변형을 야기할 수 있다. 이는 관(102)의 균열의 원인이 될 수 있다.
이에 대하여, 본 실시예에 있어서는, 질화물층(104)이 방전관 조립체(101)의 투명알루미나관(120)의 외부면상에 형성된다. 질화물층(104)은 상술한 바화 같이 열전도성을 개선하는 기능이 있으며, 높은 온도를 가지는 부분의 열이 낮은 온도를 가지는 잔여부분으로 효과적으로 방출될 수 있다. 따라서, 승화 또는 용융은 국부적으로 발생하지 않으며, 어떠한 열변형도 일어나지 않는다. 이는 관에 대한 손상을 방지한다. 이러한 이유에서, 방전관 조립체(101)의 내구성이 개선된다.
상기한 실시예에 있어서, 질화물층(103) 및 (104)은 각각 방전관 조립체(101)의 투명알루미나관(102)의 내부 및 외부 표면상에 형성된다. 이들 질화물층(103) 및 (104)은 상이한 효과를 가진다. 따라서, 비록 질화물층(103) 또는(104)이 표면의 한쪽에만 형성되더라도, 본 발명은 실시가능하다. 방전관 조립체(101)가 알루미나관(102)에 의하여 구성되는 세라믹 방전등의 경우에는, 할로겐화 금속이 나트륨 대신에 방전금속으로서 봉입되더라도, 상기에서 기술된 것과 동일한 효과가 얻어진다.
방전등 조립체를 형성함에 있어서, 예를 들면, 일본국 특공평 5-205701 호에서 기제된 바와 같은 방전등에 따르면, 전기적 콘덕터로서 기능하는 텅스텐 W관 또는 몰리브덴관 및 배기관이 알루미나관에 일체로 배소(焙燒)되며, 즉 소위 유리를 사용하지 않은 프리트리스(fritless) 밀봉을 행하여, 비배기 방전등 조립체부재의 내부면상에 질화물이 형성되도록 한다. 이러한 처리로, 밀봉된 할로겐화물과 유리밀봉제(109) 사이의 반응이 동시에 방지될 수 있다.
본 발명의 제4실시예를 제7도 및 제8도를 참조하여 이하에서 설명한다. 본 실시예에 있어서, 본 발명은 자외선 수은등에 적용된다.
제7도 및 제8도에 있어서, 참조부호(200)는 자외선 수은등의 방전관 조립체(200)를 나타낸다. 이 방전관 조립체(200)는 석영유리로 구성된다. 밀봉부(201)들은 방전관 조립체(200)의 2개의 끝단부에 형성된다. 전극(202)들은 각각 밀봉부(201)내에 봉입된다. 전극(202)의 각각은 텅스텐 W으로 구성되는 전극축(2030의 주위에 텅스텐 W으로 구성되는 전극코일(204)을 감음으로써 형성된다.
전극(202)의 전극축(203)은 각각 몰리브덴 Mo으로 구성되는 금속박콘덕터(205)를 통하여 외부 리드선(206)에 접속되고 밀봉부(201)내에 봉입된다.
이러한 방전관 조립체(200)에 있어서, 소정량의 수은 Hg 및 아르곤 Ar이 시동 희가스로서 봉입된다.
제8도에서 나타낸 바와 같이, 질화물층(210) 및 (220)은 각각 방전관 조립체(200)의 전체 내부 및 외부면상에 형성된다. 질화물층(210) 및 (220)의 각각은 방전관 조립체로서의 석영을 구성하는 실리카 SiO2내의 산소원자를 질소원자로 치환함으로써 형성된 표면층이다.
제8도에서 나타낸 바와 같이, 이들 질화물층(210) 및 (220)의 각각에 있어서는 마찬가지로, 질화물 함량이 벌브벽의 깊이의 방향으로 방전관 조립체(200)의 표면으로부터 계속적으로 감소하며, 깊이 s는 명확한 경계는 없지만 10㎚ 이상 예를 들면 약 80㎚로 설정된다.
예를 들면, 그러한 자외선 수은등은 오수처리시에 박테리아를 소독하는 방전등으로서 사용된다. 20㎜ 내부직경과 350㎜의 방출길이, 1,600W의 정격입력의 방전관 조립체를 가지는 방전등에서, 방전등의 전압은 410 V; 방전등 전류 4.4 A; 방전등 점등작용시에 66.6KPa 의 수은증기압으로 설정된다.
이러한 자외선 방전등이 켜질 때, 제2실시예에서 기술된 일반적인 조명 수은등에서의 경우와 마찬가지로, 수은이온 Hg+은 석영내로 주입되어 방전관 조립체를 흑화한다. 즉, 작은 개구가 석영의 표면에 형성되며, 상술한 수은 이온 Hg+은 유리내의 OH-및 유리표면의 음전하에 의하여 석영표면의 작은 개구내로 주입된다. 결과적으로, 석영의 흑화가 배가된다.
이것에 비교하여, 본 실시예에 있어서는, 제8도에 나타낸 바와 같이, 질화막층(210)이 석영의 내부면상에 형성되기 때문에, 질화막층(210)의 방전관 조립체(200)내에 봉입된 수은과 석영 사이의 접촉이 방지되고, 수은 이온 Hg+이 석영 표면내의 작은 개구내로 흡착되는 것이 방지된다. 이는, 석영의 흑화를 방지하고 조도유지율을 증가시킨다.
본 실시예의 질화막층(210)을 가지는 자외선 수은등은 이 질화막층(210)을 가지지 않는 종래의 자외선 수은등보다 254㎚ 자외선방출의 출력에 있어서 1.2배 높은 것으로 확인 되었다. 또한, 10,000 시간 동안 수은등이 켜졌을 때, 75% 이상의 조도유지율을 가지는 것도 확인 되었는데, 이는 종래의 자외선 수은등보다 약 5% 이상 높은 것이다.
상기한 자외선 수은등은 자외선 경화잉크를 건조하기 위한 광원으로서 사용될 수 있다. 보다 상세하게는, 자외선 경화잉크를 사용하는 프린팅 장치에 있어서, 잉크는 자외선 수은등으로부터의 자외선을 조사함으로써 프린트 작업 후에 즉각 건조 될 수 있다. 자연적인 건조 방식의 프린트기와 비교할 때, 그와 같은 프린팅 장치는 건조시간 동안의 준비동작에 필요한 공간을 절약 할 수 있으며, 건조 속도가 높다. 그러나, 현재의 잉크 중에서, 어떤 색상의 잉크는 수은등으로부터의 자외선에 의하여만으로는 충분히 건조되지 않는다. 따라서, 만약 자외선의 조사 후에 프린트 용지가 적층되면, 건조되지 않은 잉크부분에 해당되는 프린트는 얼룩이 지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 프린트의 얼룩을 방지하도록 프린트된 표면상에 전분가루(탄수화물)의 얇은 막이 피막된다.
그러한 탄수화물 분말은 자외선 수은등에 의하여 여기되어 대기중을 떠돌아다니며, 따라서 자외선 수은등의 표면에 들러 붙을 수 있다. 자외선 수은등의 방전관 조립체는 석영으로 구성되며, 방전관 조립체의 온도는 방전등이 켜졌을 때 700 내지 800℃에 이른다. 이러한 이유에서, 석영의 표면에 들러 붙은 탄수화물 분말(전분가루)은 석영의 투명도를 훼손할 수 있으며, 석영를 흐리게 한다.
제8도에서 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는, 질화물층(220)은 석영으로 구성되는 방전관 조립체(200)상에 형성된다. 이러한 질화물층(220)은 탄수화물(전분가루)가 방전관 조립체 재료로서의 석영과 접촉하는 것을 방지한다. 이는 석영의 투명도가 훼손되는 것을 방지하며, 조도유지율을 증가시킨다.
27㎜의 관 외부직경과, 유효방출길이 1,000㎜, 8,000W의 정격을 가지는 자외선 수은등에 있어서, 방전관 조립체(200)의 외부 표면상의 질화물층(220)의 형성은 방전등이 1,000 시간 동안 켜진 후에, 석영이 흐려지는 것을 방지한다. 이것에 대하여, 질화물층(220)이 방전관 조립체(200)의 외부면에 형성되지 않은 종래의 자외선 수은등에 있어서는, 방전등이 500 시간만 켜진 후에도 석영이 흐려진다.
제7도 및 제8도에서 나타낸 자외선등은 수은등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 수은을 포함하는 할로겐화 금속등과 방전관 조립체내에 봉입된 할로겐화 금속이 자외선 광원으로서 사용될 수 있다.
상술한 실시예에서도 마찬가지로, 질화물층(210) 및 (220)은 각각 방전관 조립체(200)의 외부 표면 및 내부 표면상에 각각 형성된다. 따라서, 질화물층(210) 또는(220)이 표면중의 한쪽에만 형성된다고 할지라도, 본 발명은 실시가능하다.
본 발명의 제5의 실시예를 제9도를 참조하여 이하에서 설명한다. 본 실시예에 있어서, 본 발명은 무전극 방전등으로 불리는 방전등에 적용된다.
제9도에 있어서, 참조부호(300)는 자기유도결합형 무전극 방전등의 방전관 조립체를 나타낸다. 방전관 조립체(300)는 투명한 알루미나, 사파이어, 또는 석류석, 또는 수정과 같은 단결정 또는 다결정 투명 세라믹 재료로 구성되며, 거의 구형의 외부형상을 가진다. 방전관 조립체(300)내에 형성된 방전공간(311)내에서, 도우넛 형상으로 발생되는 플라즈마 방전(312)으로 발광하는 예를 들면, 요오드화 스캔듐 ScI3및 요오드화 나트륨 NaI와 같은 할로겐화 금속과 같은 방출 재료와, 아르곤, 크세논, 크립톤 및 네온 중의 적어도 하나로 구성되는 시동 희가스로 봉입된다.
원통형 돌출부(314)는 방전관 조립체(300)의 한 쪽 끝단에 일체적으로 형성된다. 원통형 돌출부(314)의 한 쪽 끝단은 방전공간(311)과 연이어 통하며, 돌출부(314)의 다른 끝단은 시동 프로우브(315)(추후 상술함)에 의하여 밀봉된다.
질화물층(313)은 방전관 조립체(300)의 내부 표면상에 형성된다. 질화물층(313)은 예를 들면, Al2O3와 같이 방전관 조립체 재료로서의 투명한 세라믹 재료내의 산소원자를 질소원자와 치환함으로써 형성된 표면층이다. 이 질화물층(313)에 있어서도 마찬가지로, 질화물의 함량은 벌브벽의 깊이 방향으로 연속적으로 감소한다. 질화물층의 깊이 s는 10㎚ 이상, 예를 들면, 약 80㎚으로 설정된다.
시동 프로우브(315)는 원통형 돌출부(314)내로 삽입된다. 시동 프로우브(315)는 작은 직경의 세라믹관으로 만들어진다. 원통형 돌출부(314)의 내부에 삽입되는 원통형 돌출부(314)의 내부 끝단부는 밀봉벽(316)에 의하여 밀봉되며, 밀봉벽(316)은 방전공간(311)과 면한다.
시동프로우브(315)의 다른 끝단은 시동전극(317)에 의하여 밀페적으로 밀봉되어 있다. 시동전극(317)은 도전성금속, 예를 들면, 니오븀, 스텐레스강 또는 구리 Cu로 구성된다. 시동전극(317)은 유리접착제(318)를 통하여 시동전극(315)의 다른 끝단과 밀페적으로 결합된다.
시동전극(317)은 시동회로(326)를 통하여 RF 발진회로(325)에 접속된다.
시동방전공간(319)은 시동프로우브(315)내에 형성된다. 전계결합에 의한 방전을 발생하는 아르곤, 크세노, 크립톤, 네온 등과 같은 희가스 중의 적어도 하나가 시동방전공간(319)에 봉입된다.
상술한 구성을 가지는 시동프로우브(315)이 방전관 조립체(300)로부터 연장되는 원통형 돌출부(314)내로 삽입된다. 원통형 돌출부(314)의 외부 끝단부는 다른 유리 접착제(320)와 함께 시동프로우브(315)의 외부 끝단에 밀페적으로 결합된다.
고주파 여기코일(330)이 방전관 조립체(300)의 주위에 감겨진다. 고주파 여기코일(330)은 코일스트랜드에 상당하는 콘덕터를 가진다. 이들 콘덕터들은 한 쌍의 고리형 금속원반(331)에 의하여 구성되며, 이들은 각각 높은 도전성을 가지는 금속, 예를 들면, 고순도의 알루미늄, 동 또는 은으로 구성된다. 고리형 금속원반(331)의 쌍은 상호간에 대면하여 코일축을 따라서 배치된다. 질화물층(313)의 내부 원주방향부들은 전체적으로 나선형의 여기경로를 형성하도록 용접 및 접속된다. 즉, 고리형 금속원반(331)의 각각은 원주방향으로는 연속적이지 않으며, 원주 방향으로는 일부로 분리된다. 하나의 고리형 금속원반(331)의 내부 둘레부분은 전체적으로 나선형의 여기경로를 형성하도록 다른 고리형 금속원반(331)의 내부둘레부분과 부분적으로 접속된다.
이러한 고리형 금속원반쌍(331)에 의하여 구성되는 고주파 여기코일(330)은 RF 발진회로(325)에 접속되며, 예를 들면, 약 13.56㎒의 주파수를 가지는 고주파 전류가 RF 발진회로(325)로부터 고주파 여기코일(330)로 흐른다. 이러한 고주파 전류로써, 자장이 코일축을 따라서 고주파 여기코일(330)내에 생성되며, 이러한 자장에 의하여 고주파 여기코일(330)내의 중앙공간에 격납된 방전관 조립체(300)내의 코일축 주위로 도우넛 형상의 플라즈마가 생성된다. 결과적으로, 자계결합에 의하여 플라즈마 방전(312)이 발생된다. 방전매체가 이온화되고 플라즈마 방전(312)에 의하여 여기되며 발광하게 된다. 이러한 광은 외부로 조사되도록 방전관 조립체(300)의 관벽을 통하여 전달된다.
상기 결합을 가지는 유도결합형 무전극 방전등이 시동될 때, 시동전압이 시동회로(326)를 통하여 RF 발진회로(325)로부터 시동전극(317)으로 인가되며, 동시에, 고주파 전류가 고주파 여기코일(33)로 인가되며, 그에 의하여 방전관 조립체(300)내의 방전공간(311)에 고주파 자장에 근거한 전계가 생성된다. 방전관 조립체(300)내의 전계와 시동전극(317)의 사이에 전위차가 만들어진다. 결과적으로, 시동방전공간(319)내에 봉입된 희가스가 글로우 방전을 형성한다.
이러한 글로우 방전은 방전관 조립체(300)내의 전계에 의하여 전계그래디언트를 생성하므로, 플라즈마 방전이 이러한 시동방전에 의하여 방전공간(311)내에 유도된다. 결과적으로 도우넛형 플라즈마 방전(312)이 형성된다.
이러한 방식으로 도우넛형 플라즈마 방전(312)이 방전공간(311)내에 생성될 때, 방전공간(311) 내의 방전재료가 이온화되고 여기된다. 결과적인 광은 방전관 조립체(300)의 관벽을 통하여 외부로 조사된다.
상기한 방식으로 작동하는 유도결합형 무전극 방전등에 있어서는, 방전관 조립체(300)의 내부면상에 질화물층(313)이 형성되므로, 방전금속과 투명한 세라믹 재료의 사이의 방전 및 투명한 세라믹 재료내로의 방전 금속 이온의 주입이 방지된다. 이는 방전관 조립체(300)의 투명도의 손상 및 그의 흑화를 방지한다. 결과적으로 조도유지율이 증가된다.
본 발명의 인벨로프관의 표면상의 질화물층을 형성하는 방법은 상기한 예에서의 경우와 같이 암모니아 가스 분위기 내에서의 인벨로프관의 가열방법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 인벨로프관의 관벽의 표면내로의 질소이온의 주입방법이 채택될 수도 있다.
제11도에서 나타낸 바와 같이, 방전금속으로서의 방전매체 및 시동가스가 방전관 조립체(200)내에 봉입되기 전에, 암모니아가스 및 기타 가스가 배기관(210)을 통하여 완성된 방전관 조립체(200)내에 봉입될 수 있으며, 방전관 조립체(200)을 가열하거나 또는 그의 내부에서 방전을 생성하게 함으로써 방전관 조립체(200)의 인벨로프관의 관벽 내부면상에 질화물층이 형성될 수 있다. 이러한 방법은 질화물층에 의하여 밀봉부(201)내의 각 금속박 콘덕터(205)의 근방의 오염을 방지할 수 있다. 부가적으로, 인벨로프관의 관벽의 표면상에 먼저 얇은 질화물막이 형성되고, 질화막내의 질소이온과 인벨로프관의 관벽의 산화물 재료내의 산소원자가 융합되고, 예를 들면, 소정시간 동안에 인벨로프관을 가열하는 수단에 의하여 그 후에 지환됨으로써, 질화막을 형성할 수도 있다. 이 방법에 있어서도 마찬가지로, 이들 질소 및 산소원자는 원자의 상태로 재료내에서 융합되므로, 이러한 질화물막은 깊이 방향의 질화물 함량의 계속적이면서 완만한 감소를 나타낸다.
본 발명은 상기한 각 실시예의 구성에 한정되는 것은 아니다. 첨부된 특허청구의 범위에서 정의된 요지 및 범위내에서 다양한 변경 및 변형이 만들어질 수 있다.

Claims (5)

  1. 산화물재료로 주로 형성되는 관벽을 가지는 인벨로프관 및 상기 인벨로프관내에 봉입된 방전매체에 의하여 구성된 방전관 조립체와, 상기 방전관 조립체내에 방전을 발생시키는 수단을 포함하는 방전등에 있어서, 질화물을 포함하고, 적어도 상기 인벨로프관의 내부표면 근방에 부분적으로 형성되는 질화물층을 포함하여 구성되며, 상기 질화물층은 관벽의 깊이 방향으로 질화물 함량이 연속적이면서 완만한 감소를 나타내는 것을 특징으로 하는 방전등.
  2. 제1항에 있어서, 상기 질화물층은 상기 인벨로프관의 관벽을 구성하는 산화물재료내의 산소원자를 질소원자로 치환함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 방전등.
  3. 제1항에 있어서, 상기 질화물층은 상기 인벨로프관의 관벽 표면상에 질화물을 호함하는 막을 피막하고, 관벽의 산화물내의 산소원자 및 막내의 질소원자를 용융 및 치환함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 방전등.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 질화물층은 질화물의 함량이 상기 질화물층 표면상의 질화물 함량의 50%로 감소되는 부분에서의 깊이가 표면으로부터 10㎛ 이상이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방전등.
  5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 방전관 내에 관통구멍이 형성되고, 상기 방전발생수단의 콘덕터가 무기접착제로 상기 관통구멍내에 삽입 및 봉입되고, 적어도 상기 관통구멍의 내부 표면상의 질화막층은 질화물의 함량이 상기 질화물층 표면상의 질화물 함량의 50%로 감소되는 부분에서의 깊이가 표면으로부터 100㎛ 이하가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방전등.
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