KR100810816B1 - 전기 램프 - Google Patents

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에릭 피 부네캄프
요한네스 에이 에프 피크
도에테르 볼프강
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

전기 램프는 가시 광에 투명한 램프 용기(1)를 포함하며, 상기 램프 용기는 광원(2)을 수용한다. 램프 용기(1)는 광 흡수 매체(6) 및 비교적 높은 굴절율을 갖는 물질의 제 1 층과 실리콘 이산화물의 제 2 층이 교대로 된 층들을 포함하는 광학 간섭막(5)의 조합으로 피복된다. 본 발명에 따르면, 광 흡수 매체(6)에 의해 투과된 광의 스펙트럼 투과율 T는 폭 λ≤50nm를 갖는 파장 범위 내에서 T≤0.15에서 T≥0.75로 변한다. 바람직하게는, 파장 범위 400≤λ≤690nm 에서의 반사율 R의 변화는 10 %보다 작다. 바람직하게는, 반사율 R은 50≤R≤90% 범위에 존재한다. 동작 시에, 본 발명에 따른 전기 램프는 투과 모드(akkoord)로 유색 광을 방사하며, 오프 상태에서는 실질적으로 무채색 외관을 갖는다.

Description

전기 램프{ELECTRIC LAMP COMPRISING A LIGHT ABSORBING MEDIUM}
본 발명은 그 내부에 광원이 구성된 광 투과 램프 용기를 포함하는 전기 램프에 관한 것이며, 상기 전기 램프는 가시 범위 내에서의 스펙트럼 전이를 나타내는 광 흡수 매체를 포함하며, 상기 램프 용기의 적어도 일부에 간섭막(an interference flim)이 제공된다.
상기 램프는, 가령 동작시에, 방향등(indicator)(차량 신호 램프로도 지칭됨) 내의 호박색(amber-colored) 광원으로서 또는 제동등(brake lights) 내의 적색 광원으로서, 황색 광(yellow light)을 방사하는 (할로겐) 헤드램프 자동차 용도로 사용된다. 이러한 전기 램프는 일반적인 조명용으로도 사용된다. 상기 전기 램프는 교통 및 방향 신호, 윤곽 조명(contour illumination), 교통 신호등(traffic lights), 투사 조명(projection illumination), 광 섬유 조명(fiber optics illumination)에 사용된다. 상기 램프의 다른 실시예는 색 온도가 광 흡수 코팅부 및 간섭막의 적절한 조합에 의해 증가되는 램프를 포함한다.
서두에서 언급된 타입의 전기 램프는 DE-U 86 00 642(PHN 11,276)에 개시된다. 개시된 전기 램프에서, 청색광을 반사하는 간섭막이 (할로겐) 헤드램프의 램프 용기 상에 제공되며, 상기 램프는 동작 시에 황색광을 방사한다. 또한, 간섭막에 의해 반사된 청색광을 흡수하는 광 흡수 매체가 램프 용기의 외부 표면 상에서, 램프 용기 및 간섭막 간에 제공된다.
이러한 램프의 단점은 램프의 외관이 불충분하게 무채색(color-neutral)이 된다는 것이다.
본 발명의 목적은 이러한 단점이 극복된 서두에서 언급된 타입의 전기 램프를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 광 흡수 매체가 가시 범위 내에서 비교적 급한 스펙트럼 전이를 보인다는 점에서 성취된다.
이를 성취하기 위해서, 서두에서 언급된 타입의 전기 램프는 광 흡수 매체에 의해 투과된 광의 스펙트럼 투과율 T가 75nm보다 작거나 같은 폭 λ을 갖는 파장 범위 내에서 (T≤0.15)에서 (T≥0.75)로 변한다는 특징을 갖는다.
이러한 비교적 급한 스펙트럼 특성을 갖는 광 흡수 매체를, 간섭막이 제공된 램프 용기를 갖는 전기 램프에 사용함으로써, 전기 램프의 외관은 개선된 무채색(color-neutral)이 된다. 공지된 전기 램프에서는, 비교적 큰 파장 범위에 걸쳐 점진적으로 변하는 스펙트럼 특성을 갖는 Fe2O3와 같은 광 흡수 매체가 사용된다. 이로써, 간섭막과 광 흡수 매체의 조합의 스펙트럼 투과율은 가시 영역의 비교적 큰 범위에 걸쳐 변화되기 쉬운데, 이 뒤에 바람직하지 못한 색 효과가 뒤따른다. 공지된 전기 램프는 동작시에는 황색 광을 방사하지만, 오프 상태에서는 램프의 외관은 청색이 된다.
본 발명에 따르면, 비교적 급한 스펙트럼 특성을 갖는 광 흡수 매체를 사용함으로써, 가시 영역 내에서의 스펙트럼 변화는 비교적 작은 파장 범위로 한정되며, 이는 전기 램프의 무채색 외관을 얻는데 바람직하다. 동작 시에, 본 발명에 따른 전기 램프는 바람직한 색의 광을 방사한다. 오프 상태에서, 본 발명에 따른 전기 램프는 외관상 무채색이다.
바람직하게는, 상술된 파장 범위에서, 광 흡수 매체에 의해 투과된 광의 스펙트럼 방사율은 (T≤0.10)에서 (T≥0.80)로 변한다. 바람직하게는, 50nm보다 작거나 같은 폭을 갖는 파장 범위 내에서 광 흡수 매체에 의해 투과된 광의 스펙트럼 투과율 T에서의 변화가 존재한다. 광 흡수 매체에서의 스펙트럼 전이가 급할수록, 전기 램프 외관의 무채색은 보다 양호해진다. 특히, 광 흡수 매체에서의 스펙트럼 방사율의 변화가 30nm 내지 40nm의 파장 범위에서 발생하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 적어도 실질적으로 전체 가시 영역에 걸쳐 적어도 실질적으로 균일한 반사 스펙트럼을 갖는 간섭막이 전기 램프에 제공된다. 이를 성취하기 위해, 본 발명에 따른 전기 램프는 400nm≤λ≤690nm 파장 범위에서 간섭막의 반사율 R의 변화율은 10 %보다 작다.
상기 바람직한 실시예에서, 소정 변화 범위 내에서, 반사 스펙트럼은 가시 스펙트럼의 관련 범위에서 어떠한 무시해도 좋은 피크나 딥(dips)을 나타내지 않는다. 간섭막에 의한 반사가 가시 영역 전체에 걸쳐 균일하기 때문에, 반사는 가시 영역의 관련 부분에서의 파장과 적어도 실질적으로 무관하다. 본 발명에 따른 간섭막은 가시 스펙트럼 내의 모든 색을 동일한 방식으로 반사하여 전기 램프에 무채색 외관을 제공한다.
공지된 전기 램프에서, 광 흡수 매체 및 간섭막의 조합이 사용되며, 상기 간섭막은 이른바 계단 필터(step filter)를 포함한다. "계단 필터"라는 용어는 본 명세서에서 반사 스펙트럼이 비교적 좁은 파장 범위에서(≤20nm) (R≒100%에서 R≤10%로의) 비교적 급한 스펙트럼 전이를 나타냄을 의미한다. 이러한 계단 필터의 스펙트럼 전이의 배치는 프로세스 변화에 매우 민감하다. 작은 변화가 쉽게 스펙트럼 전이의 시프트(shift)를 야기하며, 이로써 공지된 전기 램프는 더 이상 적법한 요건을 만족시키지 못한다. 공지된 전기 램프에서, 관련 스펙트럼 범위에서 비교적 높은 반사율을 갖는 간섭막을 사용하는 것이 더 필요하며, 그에 따라 비교적 많은 광학 층의 스택을 가질 필요가 있게 된다. 이러한 높은 반사율 값은 비교적 얇은 광 흡수 매체의 비교적 작은 효과를 충분하게 증진시키기 위해 필요하다. 또한, 계단 필터의 고반사율 값을 실현하기 위해, 공지된 전기 램프의 간섭막 내의 광학 층들은 적어도 실질적으로 비흡수적이어야 한다. 공지된 전기 램프에서, 계단 필터의 스펙트럼 전이는 대략 530nm 내지 대략 540nm 내의 파장 범위 내에 존재한다.
가시 영역은 전체적으로 380≤λ≤780nm 파장 범위를 포함한다. 인간의 시각의 민감성 및 시각 민감성 곡선이 가시 영역의 에지에서 급속하게 감소된다는 사 실을 고려하면, 사실상, 본 발명에 따른 전기 램프에서의 반사 스펙트럼은 400≤λ≤690nm 파장 범위에서 실질적으로 평탄하면 충분할 것이다. 전기 램프의 바람직한 실시예에서, 380≤λ≤780nm 파장 범위에서의 간섭막의 반사율 R의 변화는 10%보다 작다. 실험은 간섭막의 반사율의 5-10% 변화는 가시 영역 전체에 걸쳐 쉽게 성취될 수 있음을 보였다.
본 발명에 따른 전기 램프의 바람직한 실시예는 간섭막의 반사율 R이 0.50≤R≤0.90 범위에 존재한다는 특징을 갖는다. 본 바람직한 실시예에서, 간섭막은 금속빛 또는 은빛을 나타내는 외관을 갖는다. 이로써, 본 발명에 따른 전기 램프는 자동차용 방향등 램프로 매우 적합하게 사용될 수 있다. 법적 규정은 본 기술의 당업자에게 알려진 1931 C.I.E 색 삼각형에서, 상기 방향등 램프에 의해 방사된 광의 색 포인트에 대한 범위를 규정한다. 램프 용기의 외부 표면에 도포된 간섭막 및 광 흡수 매체의 적절한 조합은 전기 램프의 외관이 변화되게 한다. 이는 오프 상태에서의 전기 램프의 외관 및 동작 동안 전기 램프에 의해 방사된 광의 색 간의 차이가 나게 한다. 발명의 목적은 동작 시에 가령 호박색 또는 적색과 같은 특정 색상을 방사하며, 오프 상태에서는 외관이 적어도 실질적으로 무채색인 전기 램프를 제공하는 것이다.
차량에서, 심미적인 이유로 인해, 무채색 외관을 갖는 방향등 램프 및 제동등을 제공하는 것이 바람직하다. 오직 전기 램프가 활성화될 때에만, 전기 램프는 바람직한 색을 나타내며, 이로써 전기 램프에 의해 방사된 광의 색 포인트는 법적 규정을 만족시킨다. 또한, 차량에서, 호박색 방향등 램프와 헤드램프를 개별적 반사경 내에 수용하는 것이 아니라 동일한 반사경 내에 수용하는 경향이 있다. 또한, 본 발명의 목적은 이른바 "투명 커버(clear cover)"가 제공된 조명부(luminaires)를 차량 내에 사용하여, 차량 외부의 관찰자가 조명부 내의 방향등 램프 또는 제동 램프를 직접 볼 수 있게 하는 것이다. 안전의 이유 때문에, 무채색 외관 이외에, 상기 방향등 램프는 전기 램프로 (우연하게) 입사하는 광에서의 반사에서 나타나는 색으로부터 적어도 실질적으로 자유로운 것이 중요하다. 가령, 태양광 또는 다가오는 차량으로부터 발생하는 광이 방향등 램프를 포함하는 차량의 헤드램프 상에 입사되는 경우, 반사되는 상기 헤드램프의 외관은 적어도 실질적으로 무채색이 되어야 하며, 또는 상기 램프는 적어도 실질적으로 어떠한 유색광도 방사해서는 안된다. 그렇지 않다면, 이는 다른 보행자에게 혼란을 줄 것이며 불안전한 그리고/또는 바람직하지 못한 상황을 초래할 수 있다.
반사 시의 본 발명에 따른 전기 램프의 스펙트럼 특성은 투과 시의 스펙트럼 특성과 다르다. 투과 시에 전기 램프에 의해 방사된 광은 색 포인트에 대한 법적 규정을 만족시키며, 반사 시에 전기 램프는 무채색이 되며, 전기 램프의 외관은 가령 은색이 된다. 본 발명은 특히 차량의 방향등 램프 및 제동등에 관한 것이다.
급한 전이를 갖는 광 흡수 매체 및 전기 램프에 무채색 외관을 공급하는 간섭막을 함께 사용함으써 시너지 효과가 나타나게 된다. 또한, 간섭막이 광흡수 매체에 대해 산소 장벽으로 작용하기 때문에, 간섭막의 존재는 광 흡수 매체의 안정성을 향상시킬수 있다. 또한, 간섭막을 적절한 밴드갭을 갖는 물질(가령, TiO2)로 선택함으로써, 간섭막이 UV 광을 반사시켜, 간섭막은 외부 UV 광의 영향 하에 있는 광 흡수 매체의 색의 손실을 상쇄할 수 있다. 실험에 의하면, 전기 램프의 램프 용기 상에 광흡수 매체와 간섭막의 조합을 접착하면, 그 전기 램프는 만족할만하며 전기 램프의 수명 동안 변화가 전혀 또는 거의 없었다. 본 발명에 따른 전기 램프의 수명 동안, 도포된 코딩부가 얇은 층으로 갈라지는 현상이 눈에 보이게 검출되지 않았다.
급한 전이를 갖는 광 흡수 매체 및 전기 램프에 무채색 외관을 제공하는 간섭막의 조합을 포함하는 전기 램프를 사용하는 것의 다른 장점은 광 흡수 층의 스펙트럼 특성이 광 흡수 층에서의 스펙트럼 전이의 위치의 변화에 덜 민감하다는 것이다. 이는 광 흡수 매체의 스펙트럼 특성이 광 흡수 매체의 두께 및/또는 농도의 변화에 덜 민감함을 의미한다.
본 발명에 따른 전기 램프의 실시예는 램프 용기의 벽이 광 흡수 매체를 포함한다는 특징을 갖는다. 광 흡수 매체는 가령 석영 유리 또는 경질 유리와 같은 유리 또는 반투명 세라믹 재료로 만들어진 램프 용기의 벽 내에 쉽게 내장될 수 있다. 이 실시예에서, 간섭막은 바람직하게는 광원으로부터 떨어져 마주보는 램프 용기의 벽의 측면에 직접 도포된다. 광 흡수 매체는 램프 용기의 벽 및 간섭막 내에 제공되기 때문에, 간섭막에 의해 반사된 광은 광 흡수 매체를 두번 통과하게 되어, 흡수 프로세스의 효율을 향상시킨다. 또한, 램프 용기의 양 측면 상의 간섭막 간에서 전후로 반사되는 광은 각 반사에서 광 흡수 매체를 두번 통과한다.
본 발명에 따른 전기 램프의 다른 실시예는 광 흡수 매체가 램프 용기 및 간 섭막 간에 위치하는 광 흡수 층을 포함한다는 특징을 갖는다. 광 흡수 매체가 램프 용기의 외부 표면 및 간섭막 간에 위치하기 때문에, 간섭막에 의해 반사된 광은 광 흡수 매체를 두번 통과하게 되어, 흡수 프로세스의 효율을 향상시킨다. 또한, 램프 용기의 양 측면 상의 간섭막 간에서 전후로 반사되는 광은 각 반사에 광 흡수층을 두번 통과한다.
광 흡수 매체의 두께 tabs는 바람직하게는 5nm≤tabs≤5000nm 범위에 존재한다. 광 흡수 매체의 두께가 5nm보다 작다면, 흡수가 거의 일어나지 않으며 색 온도의 의도된 시프트는 충분하게 성취되지 않는다. 층의 두께가 5㎛보다 크다면, 너무나 많은 광이 흡수되어, 전기 램프의 루멘 출력(lumen output)에 역효과를 준다. 1.5㎛≤tabs≤2㎛ 두께를 갖는 광 흡수 층이 매우 적합하다. 바람직한 층 두께는 광 흡수 코팅부 내의 안료(pigment)의 농도에 의해 결정된다.
전기 램프의 바람직한 실시예는 광 흡수 코팅부는 망상 조직(network)을 포함하며, 상기 망상 조직은 유기적으로 개질된 실란(organically modifed silane)을 졸-겔 프로세스(sol-gel process)에 의해 변화시킴으로써 획득될 수 있으며, 상기 유기적으로 개질된 실란은 구조식 RISi(ORII)3 의 화합물에 의해 형성된 그룹으로부터 선택되며, RI는 알킬기 또는 아릴기(aryl group)를 포함하며, RII는 알킬기를 포함한다는 특징을 가지고 있다.
개시 물질(starting material)로서 유기적으로 개질된 실란을 포함하는 망상 조직으로부터 광 흡수 층을 형성함으로써, 광학적으로 투명하고, 비산란적이며, 광 흡수적이며 400 ℃의 온도까지 견딜수 있는 코팅부가 획득된다. 망상 조직의 제조시에 유기적으로 개질된 실란을 사용함으로써, RI 그룹의 일부, 즉 알킬기 또는 아릴기는 망상 조직 내에서 말단기(end group)로 남게 된다. 이로써, 실리콘 원자 당 네 개의 망상조직 본드(network bonds)를 포함하지 않지만, 실리콘 원자 당 네 개 보다 작은 망상 조직 본드를 포함한다. 이러한 방식으로, 가령, 실리콘 원자 당 평균해서 대략 3 개의 망상조직 본드를 포함하는 망상조직이 획득된다. 망상조직이 부분적으로 상기 알킬기 또는 아릴기로 구성된다는 사실에도 불구하고, 통상적인 실리카 망상 조직의 밀도와 적어도 실질적으로 동일한 밀도를 갖는 망상 조직이 획득된다. 통상적인 실리카 망상 조직과는 달리, 부분적으로 상기 알킬기 또는 아릴기로 구성되는 망상 조직은 보다 큰 탄성 및 유연성을 갖는다. 이로써, 비교적 두꺼운 광 흡수 코팅부를 제조할 수 있게 된다.
바람직하게는, RI 그룹은 CH3 또는 C6H5 를 포함한다. 상기 물질은 비교적 양호한 열적 안정성을 갖는다. 메틸기 또는 페닐기를 포함하는 망상 조직은 보다 두꺼운 코팅부 층이 획득되는 것이 가능하게 한다. 메틸기 또는 페닐기가 망상 조직 내에 포함된 코팅부는 적어도 350℃의 온도에서도 안정하다는 것을 실험을 통해 알 수 있다. 상기 메틸기 또는 페닐기는 망상 조직 내에서 말단기를 형성하며 상기 보다 높은 온도에서 망상 조직의 일부로 남는다. 광 흡수 코팅부에 대해 상기와 같은 비교적 높은 온도를 인가하게 되면, 전기 램프의 수명 기간 중 망상 조 직의 상당한 저하는 발생하지 않는다.
바람직하게는, RII그룹은 CH3 또는 C2H5를 포함한다. 이 메틸기 및 에틸기는 특히 적합한데, 그 이유는 메탄올 및 에탄올이 가수 분해로 형성되며, 상기 메탄올 및 에탄올은 안료 분산(pigment dispersion)과 양립하며 비교적 쉽게 기화되기 때문이다. 일반적으로, 메톡시기(-OCH3)는 에톡시기(-OC2H5)보다 신속하게 반응하며, 에톡시기(-OC2H5)는 (이소)프로폭시기(-OC3H7)보다 신속하게 반응한다. 유연한 가수분해의 경우, 너무 길지 않은 RII 그룹을 사용하는 것이 유리하다.
본 발명에 따른 망상 조직의 제조에 특히 적합한 개시 물질은 메틸트리메톡시실란(MTMS)(여기서 RI=RII=CH3), 메틸트리에톡시실란(MTES)(여기서 R I=CH3, RII=C2H5), 페닐트리메톡시실란(PMTS)(여기서 RI=C6H 5, RII=CH3), 페닐트리에톡시실란(PTES)(여기서 RI=C6H5, RII=C2H 5)이다. 상기 개시 물질은 그 자체로 알려져 있으며 상용화되어 있다.
전기 램프의 바람직한 실시예는 광 흡수 매체가 호박색 또는 적색 투과성을 갖는다는 특징이 있다. 동작 시에 호박색 광을 방사하는 전기 램프는 차량에서 특히 방향등 램프로 적절하게 사용될 수 있다. 동작 시에 적색 광을 방사하는 전기 램프는 차랑에서 특히 제동등으로 적절하게 사용될 수 있다.
선택적으로 광을 흡수하는 층의 선택은 본 발명에 따라 광 흡수 매체의 스펙트럼 전이가 급하게 변해야 한다는 요건에 의해 제한된다. 선택적으로 광을 흡수하는 층의 선택은 이러한 광 흡수 층에 의해 만족될 열적 요구 사항에 의해 보다 제한된다. 상기 열적 요구 사항은 수명 동안 광 흡수 매체의 내구성 및 램프 용기의 온도 변화에 대한 내성을 포함한다.
바람직하게는, 광 흡수 매체는 호박색 투과성을 갖는다. 특히 적합한 광 흡수 매체는 크로모프탈 옐로우(chromophtal yellow)이며 화학식은 C22H6C18N4O2이며, C.I.(구성 번호) 56280이다. 이 유기 염료는 또한 "C.I.-110 옐로우 안료" "C.I.안료 옐로우 137" 또는 비스[4,5,6,7-테트라클로로-3-옥소이소인돌린-1-일리덴)-1,4-페닐렌디아민으로 지칭된다. 호박색 투과성을 갖는 다른 광 흡수 매체는 옐로우 안트라퀴논(yellow anthraquinone)이며, 화학식은 C37H21N5O4이며, C.I.60645이다. 이 유기 염료는 "필레스터 옐로우 2648A" 또는 "필레스터 옐로우 RN"이며 화학식 1.1'-[(6-펜닐-1,3,5-트리아진-2,4디일)디이미노]비스로 지칭된다.
다른 실시예에서, 광 흡수 매체는 적색 투과를 가지며, 가령 C.I.65300의 "크로모프탈 레드 A2B"를 포함한다. 이 유기 염료는 이와 달리 "안료 레드 177", 디안트라퀴노닐 레드 또는 [1,1'-비안트라센]-9,9',10,10'-테트론,4,4'-디아미노-(TSCA,DSL)로 지칭된다.
본 발명에 따른 전기 램프의 실시예는 간섭막이 비교적 높은 굴절율을 갖는 물질의 제 1 층과 비교적 낮은 굴절율을 갖는 물질의 제 2 층이 교대로 된 층을 포 함한다. 이 두 물질의 사용은 간섭막의 제공을 간단하게 만든다. 다른 실시예에서, 상기 제 1 물질과 제 2 물질의 굴절율 사이의 굴절율을 갖는 적어도 제 3 층 물질이 도포된다.
본 발명에 따른 전기 램프의 바람직한 실시예는 간섭막의 제 2 층은 주로 실리콘 산화물을 포함하며, 간섭막의 제 1 층은 실리콘 산화물의 굴절율에 비해 높은 굴절율을 갖는 물질을 주로 포함한다. 실리콘 산화물 층은 다양한 증착 기술을 사용하여 비교적 쉽게 증착될 수 있다.
바람직하게는, 간섭막의 제 1 층은 타타늄 산화물, 탄탈륨 산화물, 지르코늄 산화물, 니오븀 산화물, 하프늄 산화물, 실리콘 질화물 및 상기 물질의 조합물로 형성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함한다. 바람직하게는, 간섭막의 제 1 층의 물질은 주로 니오븀 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함한다.
바람직하게는, 간섭막은 Nd2O5/SiO2 타입막, Ta2O5/SiO 2 타입막 또는 이들의 혼합물이며, 바람직하게는 최소한 5 개 그리고 최대한 대략 17 개 층을 포함한다. 층의 수를 비교적 작게 함으로써, 간섭막의 제조 비용은 비교적 낮게 된다.
램프의 광원은 가령 할로겐 함유 가스 내의 백열체가 될 수 있거나, 가령 버퍼 가스로 가령 수은을 가능하면 갖는 금속 할로겐화물을 구비한 불활성 가스와 같은 이온화가능한 가스 내의 전극 쌍이 될 수 있다. 광원은 최내측 가스 밀봉부에 의해 둘러싸일 수 있다. 이와 달리, 최외각 밀봉부가 램프 용기를 둘러쌀수도 있다.
간섭막 및 광 흡수 층은 가령 기상 증착(PVD: 물리적 기상 증착) 또는 (dc)(반응성) 스퍼터링 또는 딥 코팅(dip-coating), 스프레이 프로세스, LPCVD(저압 화학 기상 증착), PECVD(플라즈마 여기 CVD) 또는 PICVD(플라즈마 충격(plasma impulse CVD)에 의해 통상적인 방식으로 제공될 수 있다. 램프 용기의 외부 벽 상의 광 흡수 층은 바람직하게는 스프레이에 의해 도포된다. 광 흡수 매체가 램프 용기의 벽의 일부를 형성하면, 이 매체는 일반적으로 램프 용기의 제조 과정시에 벽 내에 제공된다.
본 발명에 따른 전기 램프의 흡수 매체 및 간섭막의 조합은 전기 램프의 수명 전체에 걸쳐 그의 초기 성질을 실질적으로 보존한다는 것이 발견되었다.
본 발명의 이러한 측면 및 다른 측면은 이후에 기술될 실시예를 참조하여 보다 분명하게 설명될 것이다.
도면은 실제 축척대로 도시되지 않다. 명료성을 위해, 몇몇 크기는 확대된다. 도면에서, 유사 참조 부호는 가능하면 유사 부분을 지칭한다.
도 1a는 본 발명에 따른 전기 램프의 실시예의 단면도,
도 1b는 본 발명에 따른 전기 램프의 다른 실시예의 단면도,
도 1c는 본 발명에 따른 광 흡수 매체 및 간섭막의 조합의 도면,
도 2a는 본 발명에 따른 광 흡수 매체의 파장의 함수로의 전이 스펙트럼 및 본 발명에 따른 광 흡수 매체와 Ta2O5/SiO2 간섭막의 조합의 파장의 함수로의 전이 스펙트럼을 도시한 도면,
도 2b는 C.I.E. 1931 색 삼각형도의 일부분 내에서 도 2a의 광 흡수 매체를 포함하는 전기 램프의 색 좌표 및 도 2a의 Ta2O5/SiO2 간섭막과 광 흡수 매체의 조합의 색 좌표를 도시한 도면,
도 3은 광의 다른 입사 각도에서의 본 발명에 따른 Ta2O5/SiO2 간섭막의 파장의 함수로 계산된 반사 스펙트럼의 도면,
도 4는 C.I.E. 1931 색 삼각형도의 일부분 내에서 광 흡수 매체 및 다양한 Ta2O5/SiO2 간섭막의 조합이 제공된 전기 램프의 색 좌표를 도시한 도면,
도 5는 C.I.E. 1931 색 삼각형도의 일부분 내에서 광 흡수 매체 및 Ta2O5/SiO2 간섭막의 조합이 제공된 전기 램프의 색 좌표의 시간 의존성을 도시한 도면,
도 1a는 본 발명에 따른 전기 램프의 실시예의 단면도이다. 상기 전기 램프는 가령 유리인 광 투과 램프 용기(1)를 가지며, 상기 광 투과 램프 용기는 가스가 새지 않게 밀봉되며 도면에서 (나선형) 텅스텐 백열체인 전기 부품(2)을 수용하며, 상기 전기 부품(2)은 램프 용기(1)에서 외부로 나오는 전류 도전체(3)에 접속된다. 도시된 램프는 PY21W(12볼트,21와트)로도 지칭되며, 대략 1 bar의 충진 압력으로 가령 Ar/N2 혼합물인 불활성 가스로 충진된다.
도 1a에서 도시된 전기 램프의 실시예에서, 광 흡수 매체가 광 흡수 코팅부(6)의 형태로 램프 용기(1)의 외부 상에(램프 용기의 벽 상에) 제공되며, 간섭막(5)이 상기 광 흡수 코팅부 상에 제공된다(도 1b 참조). 광 흡수 코팅부(6)는 이 경우에 가령 층 두께가 가령 2㎛인, 크로모프탈 옐로우로 지칭된 (MTMS 매트릭스 내에 존재하는) 안료의 층을 포함한다. 이러한 광 흡수 매체가 제공된 전기 램프는 동작 시에 호박색 광을 방사하며, 가시 영역에서의 스펙트럼 전이는 대략 500〈λ〈560nm의 파장 범위(이 파장 범위의 폭은 대략 60nm임)에서 T≤0.1에서 T≥0.9로의 전이를 보인다. 이러한 전기 램프는 가령 차량의 방향등 내의 방향 지시 램프로 사용되며, 이들의 수명은 적어도 실질적으로 1200 시간이다. 코팅부의 다른 실시예에서, 광 흡수 코팅부(6)는 가령 2㎛의 층 두께를 갖는 크로모프탈 레드 A2B의 층을 포함한다. 이러한 크로모프탈 레드 A2B가 제공된 전기 램프는 동작 시에 적색 광을 방사한다. 이러한 전기 램프는 차량에서 제동등으로 사용되며, 그들의 수명은 적어도 실질적으로 1200 시간이다.
도 1a에 도시된 전기 램프의 다른 실시예에서는, 램프 용기의 벽은 광 흡수 매체를 포함한다.
도 1a에서, 간섭막(5)이 램프 용기(1)("기판")의 벽 상에 도포된 광 흡수 매체 상에 도포되며, 상기 간섭막은 가령 티타늄 산화물(TiO2의 평균 굴절율은 대략 2.4-2.8임), 니오븀 산화물(Nb2O5의 평균 굴절율은 대략 2.34임), 탄탈륨 산화물(Ta2O5의 평균 굴절율은 2.18임) 또는 지르코늄 산화물(ZrO2의 평균 굴절율은 2.16임)인, 비교적 높은 굴절율을 갖는 물질의 제 1 층과 주로 실리콘 산화물(굴절율은 대략 1.46)인 제 2 층이 교대로 된 층들을 포함한다(도 1c 참조). TiO2/SiO2 또는 Nb2O5/SiO2 또는 Ta2O5/SiO2 간섭막은 바람직하게는 오직 소수의 층을 포함한다. 상기 간섭막이 최소한 5 개 그리고 최대한 대략 17 개 층을 포함하는 것이 바람직함을 실험을 통해 알 수 있다. 가령, 대략 R=50% 의 바람직한 평균 반사율을 갖는 간섭막은 본 기술의 당업자에게 알려진 노테이션(notation) (HL)3에 따라 적층된 대략 6 개의 광학 층을 요구하며, 대략 R=90%의 바람직한 평균 반사율을 갖는 Nb2O5/SiO2는 노테이션 (HL)7H에 따라 적층된 대략 15 개의 층을 요구한다. 비교적 작은 수의 층으로 함으로써, 이러한 간섭막의 제조 비용은 비교적 낮아진다.
도 1b는 본 발명에 따른 전기 백열 램프의 다른 실시예의 측면도이다. 상기 전기 램프는 광원(12)으로 백열체를 수용하는 석영 유리 램프 용기(11)를 포함한다. 전류 도전체(13)는 상기 광원에 접속되며, 램프 용기(11)에서 외부로 나온다. 램프 용기(11)는 가령 수소 브롬화물인 할로겐 함유 가스로 충진된다. 램프 용기(11)의 적어도 일부는 광 흡수 코팅부의 형태의 광 흡수 매체(16)로 피복되며, 상기 광 흡수 매체는 본 실시예에서는 대략 층 두께가 2 ㎛로 (MTMS 메트릭스 내에 존재하는) 크로모프탈 옐로우 또는 크로모프탈 레드 A2B로 형성된다.
도 1b에서 도시된 실시예에서, 간섭막(15)은 광 흡수 매체(16) 상에 도포되며, 주로 탄탈륨 산화물 층인 제 1 층과 주로 실리콘 산화물을 포함하는 제 2 층이 교대로 된 층들을 포함한다. Ta2O5/SiO2 간섭막은 오직 소수의 층을 포함하는 것이 바람직하다. 14 개의 Ta2O5/SiO2 층들을 포함하는 간섭막은 80%의 평균 반사율을 획득하기에 충분함을 실험은 보인다.
도 1b에서 도시된 램프 용기(11)는 외부 벌브(outer bulb)(14) 내에 실장되며, 상기 외부 벌브는 램프 캡(lamp cap)(17)에 의해 지지되며, 상기 램프 캡은 전류 도전체에 전기적으로 접속된다. 도시된 램프는 60W 주 전압 램프이며 수명은 적어도 실질적으로 2500 시간이다.
도 1c는 본 발명에 따른 광 흡수 매체 및 간섭막의 조합의 도면이다. 광 흡수 매체(6')는 기판(1')(가령 램프 용기의 유리벽) 상에 제공되며, 본 실시예에서 대략 2㎛의 두께를 가지며 광학적으로 투명한 졸-겔 매트릭스(37) 내에 포함된 비교적 작은 광 흡수 입자(100nm 이하의 평균 크기)(36)로 구성된 층을 포함한다. 간섭막(5')이 상기 광 흡수 매체(6') 상에 도포되며, 높은 굴절율을 갖는 물질의 제 1 층과 비교적 낮은 굴절율을 갖는 물질의 제 2층이 교대로 되어있다. 도 1c는 "L"로 표시된 입사광의 방향, "R"로 표시된 반사광의 방향, "T"로 표시된 투과광의 방향을 도시한다.
개시 물질로 유기적으로 개질된 실란을 갖는 망상 조직 내에 광흡수 매체를 포함하는 코팅부은 가령 다음과 같이 제조된다.
100nm 이하의 평균 입자 크기를 갖는 안료(가령 크로모프탈 옐로우)가 분산제로서의 "디스퍼바이크(disperbyk) 190"과 함께 물/에탄올 혼합물 내에 분산된다. 이른바 지르코늄 산화물 그레인을 사용하는 "습식 볼 밀링(wet ball milling)"에 의해 광학적으로 투명한 액체가 획득된다.
메틸트리메톡시실란(MTMS), 테트라에틸오소실리케이드(TEOS), 물, 에탄올 및 냉한 아세트산(glacial acetic acid)을 혼합함으로써 가수분해 혼합물이 마련된다.
안료 분산물 및 가수분해 혼합물의 혼합이 사용되어 스프레이 방식을 통해 광 흡수 매체(가령 1.5-2㎛)를 램프 용기에 도포한다. 상기 층은 이어서 5분 내지 10분 동안 250℃에서 경화된다.
표 1 및 2는 호박색 또는 적색 안료를 포함하는 코팅부의 형태의 광 흡수 매체와, 80%의 평균 반사율을 갖는 11 개의 Nb2O5/SiO2 층 또는 70%의 평균 반사율을 갖는 12 개의 Ta2O5/SiO2 층의 조합의 두 실시예를 도시한다.
Figure 112002004514370-pct00001
Figure 112002004514370-pct00002
도 2a는 본 발명에 따른 광 흡수 매체의 파장 λ(단위 nm)의 함수로의 전이 스펙트럼과, 개시 물질로 유기적으로 개질된 실란을 포함하는 망상 조직 내의 크로모프탈 옐로우를 포함하는 광 흡수 매체를 포함하는 코팅부와 70%의 평균 반사율을갖는 Ta2O5/SiO2 간섭막(Ta2O5/SiO2 기반 간섭막으로 상기 70&의 평균 반사율을 얻기 위해서는, 이 간섭막은 대략 12 개의 층을 포함함)의 조합의 파장 λ(단위 nm)의 함수로의 전이 스펙트럼을 도시한다. 도 2a에서 곡선(a)은 광 흡수 매체의 전이 스펙트럼을 도시한다. 이러한 스펙트럼은 이른바 적분구(integrating sphere)로의 광 측정을 함으로써 이루어진다. 곡선(a)은 가시 영역에서 파장 λ50% ≒530nm 근방에서 T≤0.1 에서 T≥0.9 로의 전이를 보인다. 도 2a에서 곡선(b)는 광 흡수 매체 및 간섭막의 조합의 전이 스펙트럼을 도시한다. 곡선(b)이 곡선(a)에 대해 근소하게 보다 덜 급하다는 것을 도 2는 보인다. 흡수 곡선의 보다 높은 파장으로의 시프트는 광 흡수 매체를 이른바 (가시 영역에서 대략 75%의 평균 반사율을 갖는) "평탄한" 간섭막으로 피복함으로써 발생한다. 이는 다중 반사에 의한 흡수의 증가가 원인이 된다. 법적 색 외관 내에 존재하는 램프의 색 포인트를 얻기 위해, 비교적 급한 흡수 곡선을 갖는 안료가 사용된다.
본 발명에 따른 간섭막을 사용함으로써, 도 2a에서, 광 흡수 매체 및 간섭막 간의 조합의 경우, 이른바 광 흡수 매체의 차단 파장(cut-off wavelength) λ50%는 λ50% ≒530nm 에서 λ50% ≒550nm으로 시프트하여, 이로써 동작 시에 전기 램프에 의해 방사된 광의 색 포인트에 의해 만족될 법적 규정에 맞게 된다. 광 흡수 매체 및 간섭막의 조합의 투과율 T는 (구의 중앙에 위치한 (펑티폼:punctiform) 광원을 기반으로 하는) 다음 관계식을 만족시킨다.
Figure 112002004514370-pct00003
여기서 R은 간섭막의 반사율이며, γ는 광 흡수 매체의 흡수 계수(단위 cm-1), 1은 광 흡수 매체를 포함하는 코팅부의 두께(단위 cm)이다.
도 2b는 C.I.E. 1931 색 삼각형도의 일부분에서, 도 2a의 광 흡수 매체를 갖는 전기 램프의 색 좌표와, 도 2a의 광 흡수 매체 및 Ta2O5/SiO2 간섭막의 조합의 색 좌표를 도시한다. 도 2b에서 포인트(a)는 오직 광 흡수 매체만을 포함하는 전기 램프의 색 좌표에 대응하며, 포인트(a+i)는 광 흡수 매체 및 간섭막의 조합이 제공된 전기 램프의 색 좌표에 대응한다.
도 2b는 색 삼각형 내의 두 특정 구역을 도시하며, 상기 특정 구역에 자동차용 호박색 방향등으로 사용되는 전기 램프의 색 포인트가 위치하여야 한다. 빗금친 구역(S1)은 호박색 방향등에 대한 유럽 ECE 표준에 대응하며, 상기 유럽 ECE 표준은 본 기술의 당업자에게 잘 알려져 있다. 호박색 ECE 범위는 색 좌표(0.571,0.429),(0.564,0.429),(0.595,0.398),(0.602,0.398)에 의해 결정된다. 구역(S2)는 호박색 방향등에 대한 미국 SAE 표준에 대응하며, 상기 미국 SAE 표준은 본 기술의 당업자에게 잘 알려져 있다. 호박색 SAE 범위는 색 좌표(0.560,0.440),(0.545,0.425),(0.579,0.390),(0.610,0.390)에 의해 결정된다. 전기 램프에 도포된 광 흡수 매체 및 간섭막의 조합은 호박색 방향등 램프로 적절하게 사용될 수 있으며 본 기술의 당업자에게 알려진 파크라(Fakra) 테스트를 합격한다.
차량 내의 방향 지시 램프에 대한 다른 사양은 동작시에 20%의 최대 편차(spread)를 갖는 280lm이 되어야 하는 램프의 루멘 출력에 관한 것이다. 도 2b의 포인트(a)는 395lm의 루멘 출력을 가지며, 포인트(a+i)의 루멘 출력은 289lm이다.
도 3은 다른 광의 입사각(φ=0°, φ=45°,φ=60°)에서의, (유리┃(HL)5H┃ 공기)에 따라 설계된 11 개 층의 Ta2O5/SiO2 간섭막의 파장 λ(단위 nm)의 함수로 계산된 반사 스펙트럼의 도면이다. "ref"로 표시된 수평 라인은 400≤λ≤690nm 파장 범위에서 바람직한 평균 반사율 값(R≒70%)을 도시한다. 적어도 30°까지의 광 입사각에 대해, 파장 범위 400≤λ≤690nm 에서의 간섭막의 반사율 R은 △R≤10% 을 만족시킨다.
도 4는 C.I.E. 1931 색 삼각형도의 일부분 내에서, 광 흡수 매체 및 (60≤R≤60% 범위의) 상이한 평균 반사율 값을 갖는 다양한 Ta2O5/SiO2 간섭막의 조합이 제공된 전기 램프의 색 좌표를 도시한다. 대략 60%의 평균 반사율을 갖는 Ta2O5/SiO2 기반 간섭막을 얻기 위해, 대략적으로 9개의 층의 스택이면 충분하며, 대략 70%의 평균 반사율을 갖는 Ta2O5/SiO2 기반 간섭막을 얻기 위해, 대략적으로 12개의 층의 스택이면 충분하며, 대략 80%의 평균 반사율을 갖는 Ta2O5/SiO2 기반 간섭막을 얻기 위해, 대략적으로 14개의 층의 스택이 바람직하다. 광 흡수 매체 및 간섭막의 다양한 조합의 루멘 출력은 4 개의 색 포인트로 표시된다.
도 4에서, 4 개의 포인트의 루멘 출력이 표시된다. 이 4 개의 포인트는 평균 반사율 R≒0.7을 갖는 간섭막에 대응된다. 이 4 개의 포인트는 차량 내의 방향 지시 램프를 위한 세부 사항(specification)을 만족시키며, 상기 램프의 루멘 출력은 동작 시에 20%의 편차를 갖는 280lm이다. 도 4에서, 역삼각형에 의해 표시된 포인트는 평균 반사율 R=0.8를 갖는 간섭막에 대응한다. 도 4의 다른 모든 포 인트는 평균 반사율 R=0.6을 갖는 간섭막에 대응한다.
도 4는 또한 색 삼각형 내의 두 특정 구역을 도시하며, 상기 두 특정 구역에 자동차용 호박색 지시기로 사용되는 전기 램프의 색 포인트는 위치되어야 한다. 도 4에서, 빗금친 구역(S1)은 황색 방향등에 대한 유럽 ECE 표준에 대응하며, 구역(S2)는 호박색 방향등에 대한 미국 SAE 표준에 대응하며, 이 두 표준은 본 기술의 당업자에게 알려져 있다.
도 5는 C.I.E. 1931 색 삼각형도의 일부분 내에서, 광 흡수 매체 및 60%의 평균 반사율을 갖는 Ta2O5/SiO2 간섭막(상기 반사율을 위해, 본 실시예에서 상기 간섭막은 9 개의 층의 스택을 포함함)의 조합이 제공된 전기 램프의 색 좌표의 시간 의존성을 도시한다. 0 시간에서 색 포인트의 개시 포인트는 화살표로 표시되며, 그 이후에 포인트 간의 연결 라인은 시간의 함수로의 칼라 포인트의 의존성을 나타낸다. 이러한 연결에서, 다음 순서가 적용된다. 램프는 8 시간 동안 1.5Hz의 주파수로 점멸하며 이어서 4 시간 지속되는 나머지 기간이 존재한다. 측정 동안, 전기 램프는 극한 조건 즉 포화된 수증기의 분위기에 노출된다. 측정의 범위는 600 시간의 수명을 포함한다. 도 5의 빗금친 구역(S1)은 호박색 방향등에 대한 유럽 ECE 표준에 대응하며, 구역(S2)은 호박색 방향등에 대한 미국 SAE 표준에 대응하며, 이 두 표준은 본 기술의 당업자게 알려져 있다.
본 발명의 범위내에서, 수많은 변경이 본 기술의 당업자에게 가능하다.
본 발명의 보호의 범위는 주어진 실시예에 한정되는 것이 아니다. 본 발명 은 각 신규한 특성 및 이러한 특성의 조합으로 구현된다. 청구 범위에서의 참조 부호는 본 발명의 보호의 범위를 한정하는 것은 아니다. "포함한다" 및 이 용어의 활용형의 사용은 청구 범위에 언급된 것들 이외의 다른 요소의 존재를 배제하는 것은 아니다.

Claims (16)

  1. 내부에 광원(2;12)이 배치되어 있는 광 투과 램프 용기(1;11)를 포함하는 전기 램프에 있어서,
    상기 전기 램프는 가시 영역 내에서 스펙트럼 전이를 보이는 광 흡수 매체(6;16)를 포함하며,
    상기 전기 램프(1;11)의 적어도 일부는 간섭막(5;15)을 구비하며,
    상기 광 흡수 매체(6;16)에 의해 투과된 광의 스펙트럼 투과율 T는 △λ≤75nm의 파장 범위 내에서 T≤0.15에서 T≥0.75로 변하는
    전기 램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    파장 범위 400≤λ≤690nm 에서의 상기 간섭막(5;15)의 반사율 R의 변화는 10 %보다 작은
    전기 램프.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 간섭막(5;15)의 반사율 R의 범위는 0.50≤R≤0.90인
    전기 램프.
  4. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 램프 용기(1)의 벽은 상기 광 흡수 매체를 포함하는
    전기 램프.
  5. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 광 흡수 매체(6;16)는 상기 램프 용기(11) 및 상기 간섭막(15) 사이에 위치하는 광 흡수 코팅부를 포함하는
    전기 램프.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광 흡수 층의 두께 tabs 범위는 5nm≤tabs≤5㎛ 인
    전기 램프.
  7. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 광 흡수 매체는, 유기적으로 개질된 실란(organically modifed silane)을 졸-겔 프로세스(sol-gel process)에 의해 변화시킴으로써 획득될 수 있는 망상 조직(network)을 포함하며,
    상기 유기적으로 개질된 실란은 구조식 RISi(ORII)3 의 화합물에 의해 형성된 그룹으로부터 선택되며,
    상기 RI는 알킬기 또는 아릴기(aryl group)를 포함하며,
    상기 RII는 알킬기를 포함하는
    전기 램프.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 RI 그룹은 CH3 또는 C6H5 를 포함하는
    전기 램프.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 RII그룹은 CH3 또는 C2H5를 포함하는
    전기 램프.
  10. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 전기 램프는 동작 시에 유색 광을 방사하며, 오프 상태에서는 무채색 외관을 갖는
    전기 램프.
  11. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 광 흡수 매체(6;16)는 호박색(amber-colored) 또는 적색 투과성을 포함하는
    전기 램프.
  12. 제 11 항에 있어서,
    호박색 투과성을 갖는 상기 광 흡수 매체(6;16)는 화학식이 C22H6C18N4O2이고 C.I.56280인 크로모프탈 옐로우(chromophtal yellow) 또는 화학식이 C37H21N5O4이고 C.I.60645인 옐로우 안트라퀴논(yellow anthraquinone)인
    전기 램프.
  13. 제 11 항에 있어서,
    적색 투과성을 갖는 상기 광 흡수 매체(6;16)는 화학식이 C28H16N2O4 이고 C.I. 65300인 크로모프탈 레드인
    전기 램프.
  14. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 간섭막(5;15)은 제 1 층과 제 2 층이 교대로 된 층들을 포함하되, 상기 제 1 층의 굴절률은 상기 제 2 층의 굴절률보다 높은
    전기 램프.
  15. 삭제
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 간섭막(5;15)의 상기 제 1 층은 티타늄 산화물, 탄탈륨 산화물, 지르코늄 산화물, 니오븀 산화물, 하프늄 산화물, 실리콘 질화물 및 이들의 조합으로 형성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는
    전기 램프.
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