KR100351338B1 - 포토광학용금속할로겐화물방전램프 - Google Patents

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Abstract

포토 광학용 금속 할로겐화 방전 램프는 첨가물에 갈륨(Ga)뿐 아니라 수은, 적어도 하나의 불활성 기체, 적어도 하나의 할로겐, 알루미늄(Al) 및 인듐(In)을 포함하는 이온화 가능 충전물을 포함한다. 통상적으로 0.02 mg/cm3및 1 mg/cm3사이의 Ga의 첨가에 의해, 점화 전압의 감소는 달성되고, 한편 5000 k 및 11000 k 사이의 색온에서 Ra > 85를 유지한다.

Description

포토 광학용 금속 할로겐화물 방전 램프{METAL HALIDE DISCHARGE LAMP FOR PHOTO-OPTICAL PURPOSES}
특히, 독일 특허출원 P 43 27 534.6 및 독일 실용신안 모델 DE-GM 94 01 436을 바탕으로 한다.
이런 형태의 금속 할로겐화물 방전램프는 광학 반사기 또는 다른 광학 투영 시스템에 주로 설치된다. 예를 들어 투영 또는 광섬유 도파관 기술, 및 다른 용도로는 오버헤드(overhead), 슬라이드, 영화, 비디오 투영, 내시경 검사 및 보로스카피(boroscopy)에 사용된다. 따라서, 5000K 이상의 색온에서 바람직하게 매우 양호한 색 재생(Ra > 85)을 가지고 매우 짧은 아크(몇 밀리미터) 및 최대 휘도값(평균, 몇십 kcd/cm2)이 요구된다. 통상적인 와트수는 35 W와 600 W 사이의 범위이다.
독일 특허출원 P 43 27 534.6 및 독일 실용신안모델 DE-GM 94 01 436에서, 수은 및 불활성 가스외에 알루미늄 및 인듐의 할로겐 화합물을 포함하는 충전물을 가진 램프가 개시된다. 상기 램프의 단점은 높은 점화 전압(통상적으로 약 12 kV)을 요구한다는 것이다.
본 발명은 청구범위 제 1항의 전문에 의해 일반적으로 정의된 바와 같은 포토 광학용 금속 할로겐화물 램프에 관한 것이다.
도 1은 반사기를 가진 램프의 개략도이다.
본 발명의 목적은 상기 단점을 극복하고, 5000K 이상의 색온(매우 양호한 색 재생) 및 비교적 낮은 점화 전압을 가지며, 게다가 가장 적은 충전 성분을 가지도록 하는 금속 할로겐화물 방전 램프를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 상기 목적은 청구항 제 1 항의 특징부에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 장점은 종속항에 열거된다.
본 발명의 금속 할로겐화물 방전 램프의 방전관은, 금속 알루미늄(A1) 및 인듐(In)외에, 금속 할로겐화물을 형성하기 위한 추가의 금속으로서 갈륨(Ga)을 포함한다. 방전관 체적의 cm3당 엘리먼트 Ga의 충전물양은 0.02 mg 및 1 mg, 및 특히 0.03 mg 및 0.2 mg 사이 범위내이다. 예비 검사에서, 예상외로 Ga의 첨가에 의해, 콜드(cold) 램프의 점화 전압이 12 kV의 통상적인 값으로부터 8 kV 이하로 떨어진다는 것이 증명되었다. 게다가, 충전물은 또한 다음 추가의 성분을 포함한다 : 점화 가스로서 아르곤(Ar) 또는 크세논(Xe)과 같은 약 10 kPa 및 40 kPa 사이 범위의 통상적인 충전 압력을 가지는 적어도 하나의 불활성 가스 ; 목표된 아크 전압을 조절하기 위한 것이며, 60 V 및 90 V 사이의 아크 전압에 대하여 15 mg 및 30 mg 사이 범위의 수은 ; 및 금속 할로겐화물을 형성하기 위한 하나 이상의 할로겐화물, 바람직하게는 요오드(I) 및/또는 브롬(Br).
어떤 특정한 이론적 설명에 제한되지 않고, 관찰된 작용에 대하여 두 개의주된 원인이 있다고 생각된다. 첫째, 충전물중 할로겐화물 또는 할로겐화물들을 가지는 Ga, 특히 요오드(I)를 가지는 Ga은 Al 및 In을 가지는 경우보다 보다 작은 전자 친화력을 가지는 화합물을 형성한다. 둘째로, 전극상에 금속 할로겐화물 응축물 및 수은 응축물이 보다 적게 형성된다. 짧은 아크 램프(긴 아크 램프와는 달리)에 대한 충전 시스템에서 전극상의 응축물 형성은 상승된 점화 전압에 우선적으로 책임이 있다고 생각된다. 콜드 및 핫 램프 양쪽에서 개선된 점화 성능외에, 아크 발생의 개선된 재현성은 전극 팁에서 관찰될 수 있다. 가능하게는, InI와 비교하여 10 배 이상의 GaI의 보다 높은 증기압은 아크를 보다 빠르게 전개시킨다. 점화 성능은 충전 성분 Al, In 및 Ga의 적당한 화학량론에 의해 필수적으로 변화될 수 있다.
동독특허 254 270에서, 짧은 아크 램프가 개시되었고 그것의 복합 충전물은 실질적으로 수은(Hg), 아연(Zn), 인듐, 나트륨(Na), 리튬(Li), 및 할로겐화물 엘리먼트로 구성된다. 상기 특허는 In이 Ga의 몰 등가량 만큼 완전히 또는 부분적으로 대체될 수 있다는 것을 언급하고 있다. 그러나, 이것은 단순히 좋은 색 재생 및 낮은 색온(2500k 및 4000k 사이)을 달성하기 위하여 행해진다. 반대로, 점화 전압에 대한 Ga의 어떠한 영향도 언급되지 않는다. 게다가, 이 램프는 전체 시스템의 색온이 광학 시스템이 없는 램프의 것보다 약 1000k 내지 2000k 까지 일반적으로 낮기 때문에, 광학 투영 시스템의 상기된 용도에 적당하지 않다.
3000k 내지 4600k 범위의 색온 및 90 이상의 색 재생 지수에서 높은 휘도 값을 이룰 수 있는 우수한 방전 램프는 독일 특허공보 DE-A 32 42 752에 개시된다.램프의 방전관은 수은, 인듐, 갈륨, 나트륨, 리튬, 알루미늄, 주석, 요오드 및 탈륨뿐 아니라, 불활성 가스로서 아르곤을 포함한다. 인듐 및 주석은 갈륨 또는 알루미늄에 의해 몰라 등가 방식으로 완전히 또는 부분적으로 대체된다. 상기 램프는 3200 ±200k의 범위의 색온을 가지는 할로겐 백열 램프를 위한 구조물로서 특히 적당하다. 낮은 색온 때문에, 처음에 언급된 용도를 위하여 사용하기에는 적당하지 않고 특히 비디오 투영을 위하여 부적당하다.
색온은 충전 성분 Al, In 및 Ga 양적 비율에 의해 변화될 수 있다. 이들 비율의 적당한 선택에 의해, 5000k 및 30000k, 특히 5000k 및 15000k 및 바람직하게 5000k 및 11000k 사이의 색온이 이루어질 수 있다. 광학 반사기를 가진 램프의 동작시, 상기 결과는 일광형 또는 보다 높은 색온이다. In 대 A1 및 Ga 대 Al에 대한 통상적인 질량 비율은 낮은 색온을 위하여 약 1.0 및 0.5 사이의 범위이고, 높은 색온을 위하여 약 20이다. 엘리먼트 Al의 방전관 cm3당 충전양은 통상적으로 0.01 mg 및 2 mg, 바람직하게 0.02 mg 및 0.2 mg 사이이다. In의 충전양은 대체로 0.03 mg/cm3및 0.5 mg/cm3, 바람직하게 0.05 mg/cm3및 0.3 mg/cm3사이이다. Ga의 충전량은 대개 0.02 mg/cm3및 1 mg/cm3사이이고, 바람직하게는 0.03 mg/cm3및 0.2 mg/cm3사이이다.
Al2O3같은 석영 유리 또는 투명한 세라믹 재료는 램프 전구를 위한 재료로서 적당하다. 상기 램프에 대하여, 두 개의 단이 밀봉되고, 예를 들어 가열 층(ZrO2같은)으로 한쪽 또는 양쪽 단이 커버된 방전관은 특히 적당하다. 몇몇 환경 하에서, 광 분배 및 색 분배의 균질성은 전구의 외부 벽중 적어도 일부분을 냉각함으로써 공지된 방식(예를 들어 독일 실용신안모델 DE-GM 94 01 436)으로 개선될 수 있다.
제 1실시예에서, 서로 면하는 두 개의 전극은 방전관내에 배치된다. 상기 전극은 각각 전력 공급 리드에 접속되고, 이들 리드는 가스 기밀 방식으로 방전관 외측으로 연장된다. 방전관의 내부 체적은 약 3cm3보다 작다. 전극 간격은 약 10 mm, 바람직하게는 2 mm 및 6 mm 사이이다. 이들 밀집된 크기 때문에, 램프는 우수한 방법의 포인트형 광원이고, 그래서 램프 및 반사기를 포함하는 시스템의 광 효율이 우수하다.
하나의 변형에서, 전극은 방전관의 외측, 예를 들어 방전관의 외부 벽에 배치된다. 이런 방법에 의해, 충전물에 의한 전극의 부식이 모든 경우 방지될 수 있다는 것이 장점이다. 이런 방식으로, 방전관의 최대 전력 밀도는 원칙적으로 실행할 수 있다.
바람직하게, 램프는 유럽 특허 공개공보 EP-A 459 786에 개시된 바와 같이 구조적 유니트를 만들기 위하여 반사기와 결합된다. 램프는 반사기의 대략적인 축에 설치된다. 반사기는, 예를 들어 색선별 코팅(dichroic coating)을 가진다.
본 발명은 몇몇 실시예의 형태로 아래에 좀더 상세히 기술된다.
도면에서, 각각 하나의 핀치 밀봉(3a, 3b)에 의해 양쪽 단상이 나선형으로 밀봉된 타원형 석영 유리 방전관(2)을 가지는 170 W 금속 할로겐화물 방전 램프(1)가 개략적으로 도시된다. 방전관(2)의 내부 체적은 약 0.7 cm3이다. 서로 축으로 면하는 전극(4)은 5 mm의 간격을 가진다. 상기 전극들은 샤프트 위로 미끄러지는 텅스텐같은 코일(6)을 가지는 텅스텐 전극 샤프트(5)를 포함한다. 핀치(3a, 3b)의 지역에서, 샤프트(5)는 포일(7)을 통하여 외부 전력 리드(8a, 8b)에 접속된다.
램프(1)는 포물선 반사기(9)의 대략적인 축에 배치된다 ; 동작동안 두 개의 전극(4) 사이에 형성되는 아크는 포물선의 초점에 배치된다. 제 1핀치 밀봉부(3a)는 반사기(9)의 중앙 구멍에 직접적으로 배치되고, 시멘트에 의해 베이스(10)에 장착된다. 제 1전력 공급 리드(8a)는 나사 모양 베이스 접촉부(10a)에 접속된다.
제 2핀치 밀봉부(3b)는 반사기 개구부(11)쪽으로 향한다. 제 2전력 공급 리드(8b)는 케이블(12)로 개구부(11) 영역에 접속되고, 그것은 분리된 접촉부(10b)쪽으로 다시 반사기(9)의 벽을 통하여 연장되고, 전기적으로 절연된다. 방전관(2)의 단부(13a, 13b) 외부 표면은 열 집중을 위하여 ZrO2으로 코팅된다.
충전물은 기본 가스로서 18 mg Hg 및 20 kPa Ar을 포함한다. 또한, 방전관(2)은 아래의 테이블 1에 기입된 금속 할로겐화물을 포함한다.
Ga의 첨가에 의해, 약 12 kV로부터 8 kV 이하로 점화 전압을 낮추는 것이 가능하다. 특정 아크 용량 및 아크 전압은 대략적으로 아크 길이(mm)당 대략 34 W,또는 0 V이다. 테이블 2는 달성된 휘도 특성을 도시한다.
테이블 1 : 램프의 금속 할로겐화물 조성물
GaI 0.66 mg
InI 0.2 mg
AlI 0.6 mg
테이블 2 : 테이블 1로부터의 충전물을 가지고 달성된 휘도 특성
광속 14400 lm
광 생산량 72 1m/W
색온 6800k
Ra 94
R9 69
램프 수명 > 1000 h
아래의 테이블 3에서, 몇몇의 충전물 변형이 그것과 관련된 휘도 특성에 따라 기입된다.
테이블 : 도 1 램프에 대한 충전물 변형 및 상기 변형으로 얻어진 휘도 특성
변형 Al Al In/Al Ga/Al Ga/In T8 Ra eta
in mg in mg/cm3 in k in lm/W
1 0.15 0.21 1.3 0.67 0.52 5300 95 64
2 0.04 0.06 5.0 2.50 0.50 6800 94 72
3 0.02 0.03 10.0 5.0 0.50 7500 95 69
색온(T8)은 충전물에서 Al, In 및 Ga, 상기 경우 In/Al 및 Ga/Al의 주성분의 양적 비율의 적당한 선택에 의해 변화될 수 있다는 것이 명백하다.

Claims (15)

  1. 방전관 및 적어도 두 개의 전극을 가지는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프로서,
    상기 방전관은 5000k 이상의 색온을 가지는 광을 생성하기 위해서, 금속 할로겐화물을 형성하기 위한 하나의 추가 금속뿐만 아니라 수은, 적어도 하나의 불활성 기체, 적어도 하나의 할로겐화물, 알루미늄(Al) 및 인듐(In)으로 구성되는 이온화 가능 충전물을 포함하고,
    상기 충전물은 추가의 금속으로서 갈륨(Ga)을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전 램프.
  2. 제 1항에 있어서, 갈륨(Ga)의 충전물 양은 방전관 체적의 cm3당 0.02 mg 및 1 mg 사이의 범위내인 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
  3. 제 2항에 있어서, 갈륨(Ga)의 충전물 양은 바람직하게는 방전관 체적의 cm3당 0.03 mg 및 0.2 mg 사이의 범위내인 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
  4. 제 1항에 있어서, 알루미늄(Al)의 충전물 양은 방전관 체적의 cm3당 0.01 mg 및 2 mg 사이의 범위내인 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 알루미늄(A1)의 충전물 양은 바람직하게는 방전관 체적의 cm3당 0.02 mg 및 0.2 mg 사이의 범위내인 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
  6. 제 1항에 있어서, 인듐(In)의 충전물 양은 방전관 체적의 cm3당 0.03 mg 및 0.5 mg 사이의 범위내인 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 인듐(In)의 충전물 양은 바람직하게는 방전관 체적의 cm3당 0.05 mg 및 0.3 mg 사이의 범위내인 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
  8. 제 1항에 있어서, 인듐(In) 및 알루미늄(Al) 사이의 질량 비율은 0.5 및 20 사이의 범위내인 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
  9. 제 1항에 있어서, 갈륨(Ga) 및 알루미늄(Al) 사이의 질량 비율은 0.1 및 10 사이의 범위내인 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 사이의 질량 비율은 0.1 및 5 사이인 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 방전관은 할로겐화 화합물에 대한 할로겐화물로서 0.5 및 10 사이 질량 비율의 요오드(I) 및 브롬(Br)을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
  12. 제 1항에 있어서, 방전관의 내부에 두 개의 전극은 서로 마주하고 상기 전극들의 간격은 기껏해야 10 mm인 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 전극 간격은 1 mm 및 6 mm 사이인 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 전극은 방전관의 외부 벽상에 배치되고, 추가의 유전체는 전극 및 외부 벽 사이에 선택적으로 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 램프는 광학 반사기를 가지는 구조 유니트를 형성하는 것을 특징으로 하는 포토 광학용 금속 할로겐화물 방전램프.
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