KR100525609B1 - 금속할로겐화물램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 색온도 Tc가 3900 K와 4200 K 사이이며 일반 색조 지수 Ra ≥90인 광을 방출하는 금속 할로겐화물 램프에 관한 것이다. 이온화 가능의 금속 할로겐화물 충전물은 30에서 50 몰 % 사이의 CaI2를 포함한다. 그러므로, 파고율이 제한되어 사용 수명이 연장되는 램프가 구현될 수 있다.

Description

금속 할로겐화물 램프{METAL HALIDE LAMP}

본 발명은, Hg 이외에, Dy 와 Ho 성분중 하나 이상과, Na 와, Tl 의 할로겐화물의 몰수로 이루어진 이온화 가능 충전물을 포함한 방전공간을 에워싼 세라믹 벽을 갖는 방전관이 설치되고 색온도 Tc가 3900~4500K인 금속 할로겐화물 램프에 있어서, 상기 램프의 이온화가능 충전물이 상기 할로겐화물의 전체 몰수의 30 %에서 50 %사이의 몰수의 CaI2 을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 할로겐화물 램프에 관한 것이다.

상기 종류의 램프는 EP-A-0 215 521 (PHN 11.485)로부터 공지된 것이다. 높은 발광 효율과 우수한 색 성질(그 가운데, 일반 색조 지수 Ra ≥80이고, 색온도 Tc가 2600에서 4000 K 사이)을 조합한 상기 공지의 램프는 그 중에서도 실내 조명의 광원으로서 사용하는 것에 아주 적합하다.

상기 램프에서는, Na 할로겐화물을 램프의 충전 성분으로 사용할 때 양호한 연색성이 가능하며, 램프 동작중에 Na-D 라인에서 Na 방사의 더 많은 확장과 반전이 발생한다는 성질이 이용된다. 이것은 방전 용기에서 최저온 부분의 고온도 Tcs, 예를 들면 1170 K(900 ℃)의 온도를 필요로 한다. Na-D 라인들이 반전되고 확장될 때, 스펙트럼에서 방출 영역의 모양은 상호 거리 △ λ를 두고 2개의 최대값을 가지는 모양을 가진다.

Tcs 가 높은 값을 가져야 한다는 요구 사항은, 실용적인 상황에서 방전용기 벽용으로 석영 혹은 석영 유리를 사용하는 것을 배제하고, 방전용기 벽용으로 세라믹 재료를 사용하는 것을 필요로 한다.

본 발명의 설명부과 청구범위에서의 세라믹 벽은, 예를 들면, 사파이어 혹은 조밀하게 소결된 다결정질의 Al2O3 와 같은 금속 산화물 및 AlN과 같은 금속 질화물로부터 만들어진 벽을 가리킨다.

공지의 램프는 양호한 연색성을 가지고 있으며, 또한 비교적 넓은 범위의 색온도를 가지고 있다.

일반적으로, 공지의 램프는 120 Hz 이하의 주파수를 가진 교류 전압 공급원으로 동작된다. 한 번 점등되면, 공급 전압에서의 극성 변화에 따라서, 방전은 멈춰지고, 곧이어 램프에서 재점등된다. 이 재점등은 램프의 안정된 아크 (arc) 전압보다 높은, 이하에서 재점등 전압이라고 불리는 전압 수준에서 발생한다. 아크 전압에 대한 재점등 전압의 비율은 파고율이라고 불린다. 파고율은, 램프가 시누소이드(sinusoidal) 신호에서 동작될 때에, 특히 비교적 높은 값을 가진다. 램프를 사용하는 동안에 보통 파고율의 값은 증가한다. 파고율이 아주 높은 값을 가지면 램프는 더 이상 재점등을 하지 않고, 꺼진 상태로 유지된다. 3900 K 와 4500 K 사이의 범위의 색온도 Tc를 가지는 램프가 실현될 때, 요구되는 금속 할로겐화물의 양은 파고율이 아주 높은 초기 값을 가지며, 램프가 사용되는 동안에 그 값이 빠르게 증가한다. 이것은 램프 수명에 불리한 영향을 미친다.

발명의 요약

전술한 바와 같이, 장기간 사용할 수 있는 종류의 램프를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명에 따르면, 램프의 이온화 가능 충전물이 할로겐화물의 전체 몰수의 30에서 50 % 사이의 몰수의 CaI2를 포함하도록 구성함으로써 그 목적을 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 램프는, 램프의 우수한 색 성질이 놀랍게도 거의 영향을 받지 않고 또한 램프의 발광효율이 악영향을 받지 않으면서, 수천 시간의 버닝(burning)이 경과한 후에도 파고율 값을 제한할 수 있다는 이점을 가지고 있다. CaI2의 몰수를 30 몰 %이하로 하는 파고율의 효과적인 감소 방법은 발견되지 않았다. 다른 한편으로, 몰수가 50 몰 %를 초과하면 파고율이 그 이상으로 감소되기는 하지만, 이와 동시에 램프의 발광효율은 상당히 손상된다. Dy과 Ho의 할로겐화물 외에 Tm 할로겐화물로 구성된 이온화 가능 충전물의 방법 구현은 현재하는 제조 기술을 사용할 수 있는 이점을 가지고 있다.

전체 할로겐화물 몰수의 3 %에서 10 % 정도로 Tl 할로겐화물의 몰수를 제한하는 것은 램프에 의하여 방출하는 빛이 기하학적 궤적이나 플랑크 방출기의 색점의 모임이 되는 흑체 라인에 가까이 놓이는 색점을 가지는 이점을 가지게 된다. 그러므로, 일반 색조 지수 Ra 의 값에서의 작은 증가가 실현될 수 있다는 추가적인 이점이 생긴다. 색온도 Tc 에 대한 원하는 높은 값은 전체 몰수의 15에서 25 몰 %사이의 희토 산화물인 Dy, Ho, 그리고, Tm 의 할로겐화물로 구현이 가능하다. 바람직하게, 희토 산화물인 할로겐화물에 대한 나트륨 할로겐화물의 몰수의 비율은 원하는 색 성질을 구현하기 위하여 2이하의 값을 갖는다.

본 발명에 따른 램프의 파고율이 2.3 미만이라는 것은 본 발명에 따른 방법의 수단에 의하여 바람직하게 구현될 수 있다. 이것은 이 램프가 현재 조명 장치의 개량 램프로서 적절하게 해준다. 2.3 이상의 파고율의 값들은 현재의 장치에서 신뢰성 있도록 동작할 수 없다는 결론을 나타낸다.

이하, 본 발명에 따른 램프의 이상의 특징 및 추가의 특징들을 도면 (실제 비율 아님) 을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 램프의 개략도이다.

도 2 는 도 1 의 램프의 방전용기의 상세도이다.

도 1 은 방전용기 (3)에 Hg 외에 Na, Tl, 및 Dy 할로겐화물의 몰수로 되어 있는 이온화 가능 충전물을 포함하는 방전 공간 (11)을 둘러싸고 있는 세라믹 벽을 공급하는 금속 할로겐화물 램프를 보여준다. 이 방전 공간 내에는 서로의 극판 팁이 간격 (EA)을 가지고 있는 2개의 전극이 설치되어 있고, 방전관은 적어도 간격 (EA)의 영역에서 내경 (Di)을 가진다. 방전관은, 방전용기 내에 위치한 각각의 전극 (4, 5)에의 전류 관통 도체 (도 2 : 40, 41, 50, 51)를 좁은 간격을 두고 둘러싸고 있으며, 또한 방전 공간으로부터 멀리 떨어진 면이 용융-세라믹 밀봉부(도 2 : 10)에 의하여 기밀하게 상기 전극에 연결되어 있는 돌출 세라믹 플러그 (34, 35)에 의하여 일 단부가 폐쇄되어 있다. 방전관은 한 쪽 끝에 램프 캡 (2)이 설치된 외부 전구 (1)에 의하여 둘러싸인다. 램프가 동작 상태에서 작동할 때, 방전은 전극 (4, 5)사이에서 확장된다. 전극 (4)은 램프 캡 (2)의 부분을 형성하는 제 1 전기 접점에 전류 도체 (8)를 통하여 연결이 된다. 전극 (5)은 램프 캡 (2)의 부분을 형성하는 두 번째 전기 접점에 전류 도체 (9)를 통해 연결이 된다. 도 2 (실제 비율이 아님)에 더욱 상세히 도시된 방전관은 세라믹 벽을 가지고 있고, 또한 상호 거리 (L)를 갖고서 방전 공간의 단부면 (33a, 33b)을 정의하는 단부벽 부분 (32a, 32b)에 의하여 양면이 경계지어지는 내경 (Di)을 가지는 원통형 부분에 의하여 형성된다. 단부벽 부분 각각은, 돌출 세라믹 플러그 (34, 35)가 소결 조인트 (S)에 의하여 기밀하게 단부벽 부분 (32a, 32b)에 고착되는 틈을 가지고 있다. 돌출 세라믹 플러그 (34, 35) 각각은, 팁 (4b, 5b)을 가지고 있는 각각의 전극 (4, 5)의 전류 관통 도체 (40, 41, 50, 51) 를 좁게 둘러싼다. 전류 관통 도체는, 방전 공간으로부터 떨어져 있는 쪽에서 용융-세라믹 연결부 (10)에 의하여 돌출 세라믹 플러그 (34, 35)에 기밀하게 연결되어 있다.

전극 팁 (4b, 5b)은 상호 거리 (EA)를 두고 위치되어 있다. 전류 관통 도체는 각각 할로겐화물에 아주 저항력이 높은, 예를 들어, Mo-Al2O3 서어밋 형태의 각각의 부분 (41, 51)과, 용융-세라믹 연결부 (10)에 의하여 각각의 끝 플러그 (34, 35)에 기밀하게 고착되어 있는 (40, 50) 부분을 가지고 있다. 용융-세라믹 연결부는 예를 들어, Mo 서어밋 (41, 51) 위에 각각에 대하여 약 1㎜정도의 일정 거리에 확장되어 있다. 상기 성분 (41, 51)은 Mo-Al₂O₃ 서어밋이 아닌 다른 것으로 형성될 수 있다. 다른 가능한 방법은, 예를 들면 EP-0 587 238(US-A-5,424,609)로부터 공지된다. 특별히 적절한 형성 방법은 유사한 저항 핀 주위에 아주 높은 할로겐화물-저항성의 코일을 감는 것으로 알려져 있다. Mo 는 할로겐화물에 아주 높은 저항성을 가지는 물질로서 아주 적절하다. 성분 (40, 50)은 확장 계수가 단부 플러그의 확장 계수와 잘 일치하는 금속으로 구성된다. 예를 들어, Nb 는 이러한 목적에 아주 적합한 물질이다. 성분 (40, 50)은 각각의 전류 도체 (8, 9)에 상세히 설명되지 않은 방법으로 연결되어 있다. 기술된 관통 구성은 램프를 어떤 버닝 위치에서도 동작이 가능하도록 해준다.

각 전극 (4, 5)은 전극 팁 (4b, 5b)에 인접한 코일 (4c, 5c)이 설치된 전극 봉 (4a, 5a)으로 구성되어 있다. 돌출 세라믹 플러그는 소결 조인트 (S)에 의하여 단부벽 부분 (32a, 32b)에 기밀하게 고정된다. 상기 전극 팁들은 이 단부벽 부분에 의해 형성된 단부면 (33a, 33b) 사이에 놓인다. 본 발명에 따른 램프의 또 다른 실시예에서는, 돌출 세라믹 플러그 (34, 35)가 단부벽 부분 (32a, 32b)에 대하여 후방에 놓이게 된다. 이 경우의 전극 팁은 단부벽 부분에 의하여 형성된 단부면(33a, 33b)내에 실질적으로 설치된다.

도면을 참조하여 기술된 본 발명에 따른 램프의 실질적인 구현에 있어서, 정격 램프 전력은 70 W 이고 발광효율은 88 ㏐/W 이다. 현존 장치(개량 램프)에서 작동하기에 적당한 램프는 91 V의 램프 전압을 가진다. 방전관의 이온화 가능 충전물은 6 ㎎의 Hg, 그리고 각각 29 %, 6.5 %, 6.5 %, 6.5 %, 6.5 %, 및 45 %의 몰 퍼센티지를 갖는 Na, Tl, Dy, Ho, Tm 및 Ca 의 몰수의 할로겐화물인 8 ㎎ 요오드화염으로 구성되어 있다. 개량 필요조건에 따라서 램프의 전압이 80 V에서 100V 사이에서 동작할 수 있도록 해주고, 램프가 동작 상태에 있을 때, Hg는 20 바의 압력을 가진다. 게다가 충전물은 점화 가스로서 140 밀리바의 충전물 압력을 가지는 Ar로 채워진다.

전극 팁 사이의 거리 (EA)는 6 ㎜이고, 단부면 사이의 거리 (L)는 8 ㎜이고, 내경 (Di)은 7.4 ㎜이다. 램프의 광도계 성질은 내구성 실험에 의하여 측정된다. 결과는 다음과 같다. 220 V, 50 Hz의 전압원에 의하여 동작하는 경우에서의 파고율은 100시간의 버닝 후에 1.8, 1000시간의 버닝 후에 1.9, 2000시간의 버닝 후에 2.05, 그리고 5000시간의 버닝 후에 2.07이다. 색온도 Tc는 100, 1000, 2000, 및 4000시간의 버닝 시점에서 각각 4214 K, 4222 K, 4260 K, 및 4255 K이다. 이 시점에서 색점은 다음과 같은 좌표( x , y )를 가진다 : (0,370;0,365), (0,371;0,369), (0,369;0,368), (0,370;0,369). 100시간의 버닝 후에 일반 색조 지수 Ra는 92의 값을 갖는다. 이 값은 4000시간의 버닝 후에 91이 된다.

본 발명에 따른 램프의 또 다른 실용적인 구현에 있어서, 정격 램프 전력은 39 W이고 발광 효율은 90 ㏐/W이다. 방전용기의 이온화 가능 충전물은 3.3 ㎎의 Hg와 상기 70 W 램프에서와 같은 성분을 가지는 6 ㎎의 할로겐화물 염으로 구성된다. 램프는 동작 상태에서 4019 K의 색온도 Tc로, 그리고 일반 색조 지수 Ra 90으로 광을 방출한다. 공용으로 쓰이는 220 V, 50 Hz에서 동작시, 파고율은 2.1이 된다.

또 다른 실용적인 구현에 있어서, 150 W의 전력 등급을 가진 램프는 7.6 ㎎의 Hg와 각각 41.5 몰 %, 6.5 몰 %, 22 몰 %, 및 30 몰 %의 상대량을 가지는 Na, Tl, Ho 및 Ca의 9 mg 요오드화염으로 된 이온화 가능 충전물을 갖는다. 방전용기에서의 전극 팁 사이의 거리 (EA)는 11 mm이고, 단부면 사이의 거리 (L)는 14 mm이고, 내경 (Di)은 9.2 mm이다. 발광효율은 동작 중에 85 lm/W이고, 파고율은 2.07이고, 색온도 Tc는 4208 K, 그리고 일반 색조 지수 Ra는 94이다.

Claims (5)

1. Hg 이외에, Dy 와 Ho 성분중 하나 이상과, Na 와 Tl 의 할로겐화물의 몰수로 이루어진 이온화 가능 충전물을 포함한 방전공간을 에워싼 세라믹 벽을 갖는 방전관이 설치되고 색온도 Tc 가 3900~4500K 인 금속 할로겐화물 램프에 있어서,

   상기 램프의 이온화가능 충전물이 상기 할로겐화물의 전체 몰수의 30 %에서 50 %사이의 몰수의 CaI2를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 할로겐화물 램프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이온화 가능 충전물은 상기 Dy 와 Ho 의 할로겐화물 이외에 Tm의 할로겐화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 할로겐화물 램프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 Dy, Ho 및 Tm 의 할로겐화물의 전체 몰수가 전체 할로겐화물 몰수의 15 %에서 25 %사이인 것을 특징으로 하는 금속 할로겐화물 램프.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 Tl 의 할로겐화물의 몰수가 전체 할로겐화물 몰수의 3 %에서 10 %사이인 것을 특징으로 하는 금속 할로겐화물 램프.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 Dy, Ho 및 Tl 을 합친 할로겐화물의 몰수에 대한 상기 Na 할로겐화물의 몰수의 비가 2 이하의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 할로겐화물 램프.