KR100915663B1

KR100915663B1 - 방전 램프와 방전 램프용 외부 벌브

Info

Publication number: KR100915663B1
Application number: KR1020020050700A
Authority: KR
Inventors: 쿠본마르쿠스; 쇼엔아이히쥬에르겐; 헬비그파울
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2009-09-04
Also published as: ES2315339T3; JP2003109536A; DE50212888D1; KR20030019122A; EP1289000B1; CN1407595A; DE10141961A1; CN100459021C; US20030048052A1; JP4265895B2; EP1289000A3; US6812625B2; EP1289000A2

Abstract

전기 방전을 발생하기 위한 밀폐 방전 용기와 유리로 제조되고 방전 용기를 둘러싸는 케이싱을 포함하는 방전 램프가 개시된다. 램프의 사용 수명에 걸쳐 가능한 한 일정한 특성을 달성하기 위해, 케이싱의 유리 재료가 적어도 10ppm, 바람직하게는 30ppm 농도의 나트륨으로 도핑되는 것이 제안된다. 다른 실시예에 따르면, 최대 25ppm의 농도의 다른 알칼리 금속(나트륨을 제외함)이 함유되는 것이 제안된다. 실제의 방전과 직접 접촉하지 않는 외부 벌브를 적절히 선택함으로써, 방전 용기로부터의 나트륨의 확산이 감소된다. 이에 부가하여, 외부 벌브의 재료는 결정화되는 경향이 감소된다.

Description

방전 램프와 방전 램프용 외부 벌브{DISCHARGE LAMP AND OUTER BULB THEREFOR}

본 발명은 방전 램프와 방전 램프용 외부 벌브에 관한 것이다.

방전 램프는 대체로 유리 덮개로 둘러싸인 작은 용적의 밀폐 방전 용기내에서 전기 방전을 발생시켜 빛을 발생시킨다. 이를 위해 방전 용기는 발광 금속, 특히 나트륨을 함유하는 가스로 충전되어 있다. 2개의 전극에 전압을 인가함으로써, 강한 빛을 발하는 방전이 여기된다.

이러한 방전 램프의 방전 용기를 유리 케이싱으로 둘러싸는 원리는 공지되어 있다. 예를 들면, 자동차 전조등용의 방전 램프의 경우, 대체로 난형의(oval) 형상인 실제의 방전 용기는 종종 원통형 유리 튜브와 같은 외부 벌브로 둘러싸여 있다. 유리 튜브의 내벽은 대개 매우 좁으며, 따라서 방전 용기로부터의 거리는 부분적으로 매우 작다(예컨대, 0.2 내지 1㎜). 부분적으로, 방전 용기와 외부 벌브가 서로 접촉하게 되는 일이 일어날 수도 있다. 외부 벌브는 대개 방전 용기를 유지하는 요소에 영구적으로 연결되어 있다. 외부 벌브의 내부는 대개 공기로 충전되는 가스 용적이다.

방전 용기 둘레의 케이싱(외부 벌브)의 기능은 방전 용기에 대한 열 하중을 완화시키는 것이다. 작동중 방전 용기는 고온에 도달한다. 외부 벌브의 내부에 고온 영역이 형성되기 때문에, 방전 용기의 영역에서의 온도차(temperature differential)은 케이싱 없이 발생하는 것만큼 크지 않다. 외부 벌브의 다른 기능은 방전 램프의 빛으로부터 UV의 방사를 필터링하는 것이다. 이를 위해, UV 흡수성을 향상시키기 위해 케이싱의 유리 재료를 다양한 다른 재료로 도핑(doping)하는 원리가 공지되어 있다.

US-A-5541471에서는, 자동차용 조명으로서 적합한 방전 램프가 개시되어 있으며, 방전 용기를 둘러싸는 케이싱은 세륨, 티타늄, 유로퓸(europium), 알루미늄 원소들로 도핑되는 석영 유리로 구성되어, 가시광 스펙트럼으로부터의 빛에 대해서는 양호한 투과성을 제공하나 자외선은 흡수한다. 이 경우 유리 벌브의 형태인 케이싱이 방전 용기를 둘러싼다.

EP-A-558270도 마찬가지로 석영 유리로 된 케이싱을 구비한 램프를 개시한다. 자외선의 양호한 흡수를 달성하기 위해 고순도의 석영 모래가 TiO₂와 CeO₂로 도핑된다. 사용된 석영 모래는 불순물로서 다수의 다른 원소를 함유하며, 이중 알카리 금속인 K와 Li은 0.5ppm이고 Na은 0.6ppm이다.

가공 특성에 영향을 주기 위해 케이싱의 유리를 도핑하는 원리가 또한 공지되어 있다. EP-A-0601391에서는, 램프용 케이싱 본체로서 사용되는 도핑된 석영 유리가 기술되어 있다. 고순도 SiO₂에 부가하여, 유리의 점성을 저하시키기 위해 석영 유리는 특히 토류 알카리 산화물, 붕소 산화물을 함유한다. 알카리 산화물이 고온에서 증발하는 경향이 있기 때문에, 이들 산화물이 소량으로 첨가되거나, 바람직하게는 전적으로 이들 산화물 없이 실행하는 것이 제안되어 있다.

방전 램프의 작동 도중 램프의 특성이 그 사용 수명에 걸쳐 일정하지 않은 문제가 발생했다. 작동 기간이 많아짐에 따라, 램프에 의해 방출되는 빛의 양은 감소한다. 색 변동(color shift)이 또한 관찰될 수 있다.

EP-A-0583122는 외부 유리 벌브와 방전 용기를 구비한 가스 방전 램프를 개시한다. 그 사용 수명 동안의 램프의 특성의 변화, 특히 색 변동에 대한 원인으로서, 방전 용기의 가스로부터의 나트륨의 확산이 언급되고 있다. 이 이온 확산 문제에 대응하기 위해, 금속 규산염의 코팅이 유리 방전 용기의 내측에 도포된다.

US-A-5631522는 방전 용기를 구비한 가스 방전 램프를 개시한다. 방전 용기로부터의 나트륨의 확산을 회피하기 위해, 방전 용기의 유리에 대한 특별한 조성, 즉 20 내지 1000ppm의 이트륨 또는 세슘으로 각각 도핑되고, 바람직하게는 알루미늄 산화물과 결합되는 고순도 석영 유리 또는 합성 규소 산화물이 제안되어 있다. 방전 용기의 유리내의 알칼리 금속의 존재가 확산을 한정하는 것으로 알려져 있다.

본 발명의 목적은, 램프가 용이하고 경제적으로 제조될 수 있고 그 사용 수명 동안 가능한 가장 안정적인 특성을 유지하는, 방전 램프 및 방전 램프용 외부 벌브를 개시하는 것이다.

이 목적은 청구항 1에 청구된 방전 램프와 청구항 5에 청구된 방전 램프용 외부 벌브에 의해 달성된다. 종속항은 본 발명의 장점적인 실시예에 관한 것이다.

놀랍게도, 방전 용기를 둘러싸는 케이싱의 재료를 적절히 선택함으로써 2천시간의 점등과 같은 장기간의 작동에 걸친 특성의 변화가 결정적으로 영향을 받을 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이 케이싱(이하, '외부 벌브'라고도 지칭됨)이 실제의 방전과 전혀 접촉하지 않기 때문에, 이러한 사실은 특히 놀랍다. 그러므로 차단층의 부착과 같은 정교한 처리가 실제의 방전 용기에 필요하지 않다는 것이 본 발명의 장점이다. 방전 용기는 Na 이온의 확산 문제에 대해 요구되는 별도의 고려 없이 통상의 요건에 따라 최적화될 수 있다. 바람직하게는, 방전 용기와 케이싱 사이에 공간이 유지되면서, 케이싱은 방전 용기로부터 일정한 거리를 두고 배치된다. 이 공간은 밀폐될 수 있고, 바람직하게는 공기로 충전된다.

본 발명에 따르면, 케이싱의 유리 재료는 소량의 나트륨으로 도핑된다. 작동 도중, 실제의 방전 용기와 같이, 특히 외부 벌브가 근접해 있는 경우, 케이싱이 매우 뜨거워지는 반응이 일어날 것으로 상정된다. 이 케이스에서의 온도는 650℃ 이상으로 상승한다. 이 상황에서는 Na의 확산은 케이싱의 재료로부터 발생하고, 그 결과 방전 용기와 케이싱 사이의 공간에 위치한다. 이 집중이 방전 용기로부터의 나트륨 이온의 확산에 반작용한다.

본 발명에 따르면, 나트륨은 케이싱의 유리 재료내에서 적어도 10중량ppm의 농도로 존재해야 한다. Na 함량의 상한은 유리에 요구되는 특성, 특히 그 가공성 및 온도 안정성에 의해 결정된다. 외부 벌브가 650℃ 이상으로(방전 용기의 고온과 작은 틈새 때문임) 가열되는 램프에 있어서, 2000 내지 3000ppm 이하의 Na 함량이 바람직하다. 적어도 30ppm의 농도가 특히 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 단지 매우 작은 농도로 다른 알칼리 금속(나트륨을 제외함)을 함유하는 케이싱의 재료를 제공한다. 알칼리 금속(나트륨을 제외함)의 총량은 최대 25ppm, 바람직하게는 15ppm 이하이어야 한다. 특히, 칼륨의 농도는 최대 10ppm, 바람직하게는 6ppm 이하이어야 한다.

이러한 것의 배경은 알칼리 금속과 특히 칼륨이 방전 용기로부터부의 Na 이온의 확산에 역할을 한다는 것이다. 이들 알칼리 금속은 작동중 마찬가지로 고온에서 증발될 수 있으며, 벌브 내면상의 Na 원자와 치환될 수도 있다. 따라서 Na 이온의 확산이 한정된다.

첨부된 도면에 근거하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 방전 램프(10)의 측면도이다. 방전 램프(10)는 소켓(12)과 버너(14)를 포함한다. 버너(14)는 방전 용기(16), 리드선(18) 및 외부 벌브(20)를 포함한다.

방전 용기(16)와 리드선(18)은 단일체의 유리 본체로서 형성된다. 리드선(18)내에 방전 용기(16) 내부 공간의 전극(22)에 접속되는 전기 도체가 있다. 전극(22)에 접속되어 있는 접속부(24)에 전압을 인가함으로써, 가스 방전이 방전 용기(16)의 내부에서 유발될 수 있다.

밀폐 유리 케이싱으로서 외부 벌브(20)가 방전 용기(16) 둘레에 배치되어 있다. 양 단부[도 1에서는 외부 벌브(20)의 전방 단부만이 도시되어 있음]에서 유리 재료로 구성되는 외부 벌브(20)는 부드러운 상태에서 리드선(18)상에 말려지게 되고, 그 결과 밀폐 공간(26)이 외부 벌브(26)와 방전 용기(16) 사이에 형성된다. 이 공간은 공기로 충전되어 있다.

도 1에서 방전 램프의 길이는 대략 8㎝이다. 버너의 길이는 대략 5㎝이다. 난형 방전 용기(16)는 대략 6㎜의 최대 직경을 갖는다. 외부 벌브의 내부 직경은 대략 7㎜이며, 따라서 방전 용기(16)는 외부 벌브(20)와 접촉하지는 않고, 단지 리드선(18)에 의해 외부 벌브에 기계적으로 고정되어 있다.

방전 용기의 내부는 알칼리 할로게나이드(NaJ, NaBr)와 같은 발광 물질(소금)을 함유하는 특정한 가스로 충전되어 있다. 충전물의 조성이 광 산출과 방전의 색채를 결정한다.

작동시, 램프(10)는 전극(22) 사이의 가스 방전의 결과로서 밝은 빛을 발생시킨다. 이 상황에서, 고온의 작동 온도가 초래된다. 특히, 방전 용기(16)의 유리 재료는 1000℃ 이상까지 가열된다. 외부 벌브(20)는 또한 650℃ 이상까지 가열된다.

기술된 램프의 구조는 이해하기가 용이하다. 도시된 유형과는 달리, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 사람들에게는 다수의 다른 형태의 방전 램프가 공지되어 있다. 도시된 램프의 특별한 특징은, 본 명세서에서 외부 벌브(20)로서 표현된 방전 용기(16)를 둘러싸는 케이싱의 재료에 있다.

외부 벌브(20)는 특별한 유리 재료로부터 제조된다. 이것은 특별한 첨가물을 갖는 석영 유리이다.

이를 위해, 상이한 유리 재료로 제조된 외부 벌브를 구비한 램프의 특성이 램프의 사용 수명에 걸쳐 비교되는 실험이 행해졌다. 색의 변화와 광량은 각각 15시간과 2000시간의 점등 시간이 지난 후 일정 조건하에서 비교되었다.

결과는 다음의 표 1로 요약된다.

원소 함량(ppm)	재료 A	재료 B
K	2500	5
Li	< 1.5	< 1.5
Na을 제외한 전체 알칼리	2500	7
Na	< 1.5	65

15시간과 2000시간에서의 램프 안정성	재료 A	재료 B
색도 좌표 (Δx/Δy)*1000	-32/-24	-11/-17
광량(15시간)	66%	77%

표에 있는 알칼리 금속으로 도핑된 고순도 SiO₂ 석영 유리인 재료 B의 경우 인지 가능한 정도의 작은 램프 특성의 변화만이 사용 수명에 걸쳐 관찰되는 것이 명백하다. 재료 B에서의 광량의 손실과 색변동은 실질적으로 재료 A보다 작다. 이것은, 방전 용기의 내부로부터의 Na 이온의 확산에 반작용하는 소량의 나트륨(이 경우 65ppm)을 갖는 외부 벌브(20)의 재료의 도핑과, 알칼리 금속(Na를 제외함), 특히 칼륨의 낮은 함량에 기인하다.

증대된 광량 안정성과 낮은 색변동 때문에, 서로간의 램프 교체 능력(예를 들어, 사고 후 램프의 부분적인 교체의 경우)은 종래의 램프(재료 A)에 비해 실질적으로 잘 보증될 수 있다.

도핑 재료의 상응하는 농도를 갖는 유리 재료를 제조하는 방법은 당해 분야의 통상의 지식을 가진 사람들에게 오랫동안 공지되어 왔다. 유사하게 도핑된 유리 재료[예를 들어, 코닝 바이코르(Corning Vycor)]가 또한 상업적으로 입수 가능하다.

재료 A에 비해 재료 B가 도핑되는 칼륨이 적기 때문에, 외부 벌브의 재료가 보다 경질로되는 장점이 있다. 이 결과로서, 외부 벌브상에 불순물을 부착시키는 경우, 또는 외부 벌브(20)가 방전 용기(16)와 접촉하는 경우, 바람직하지 않은 결정화가 용이하게 일어나지 않는다.

전기 방전을 발생하기 위한 밀폐 방전 용기와 방전 용기를 둘러싸는 유리로 제조된 케이싱을 포함하는 방전 램프가 개시되는 것으로 본 발명은 요약될 수 있다. 램프의 사용 수명에 걸쳐 가능한 한 일정한 특성을 달성하기 위해, 케이싱의 유리 재료가 적어도 10ppm, 바람직하게는 30ppm의 농도의 나트륨으로 도핑되는 것이 제안된다. 다른 실시예에 따르면, 최대 25ppm의 농도의 다른 알칼리 금속(나트륨을 제외함)이 함유되는 것이 제안된다. 실제 방전과 직접 접촉하지 않는 외부 벌브를 적절히 선택함으로써, 방전 용기로부터의 나트륨의 확산은 감소된다. 이에 부가하여, 외부 벌브의 재료는 결정화되는 경향이 감소된다.

본 발명에 따른 방전 램프와 방전 램프용 외부 벌브에 따르면, 램프의 사용 수명에 걸쳐 일정한 특성을 달성할 수 있고, 방전 용기로부터의 나트륨의 확산이 감소되며, 외부 벌브의 재료가 결정화되는 경향이 감소된다.

도 1은 본 발명에 따른 방전 램프의 실시예의 측면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 방전 램프 12 : 소켓

14 : 버너 16 : 방전 용기

18 : 리드선 20 : 외부 벌브

22 : 전극 24 : 접속부

26: 밀폐 공간

Claims

방전 램프(10)에 있어서,

전기 방전을 발생하기 위한 밀폐 방전 용기(16)와,

유리로 제조되고 상기 방전 용기(16)를 둘러싸는 케이싱(20)을 포함하며,

상기 케이싱(20)의 유리 재료는 적어도 10중량ppm의 농도의 나트륨으로 도핑되는 것을 특징으로 하는

방전 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 케이싱(20)의 상기 유리 재료는 나트륨에 부가하여, 0 중량ppm 보다 크고 25 중량ppm 보다 작은 농도를 가진 나트륨 이외의 알칼리 금속을 함유하는

방전 램프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 케이싱(20)의 상기 유리 재료는 0 중량ppm 보다 크고 10 중량ppm 보다 작은 농도를 가진 칼륨을 함유하는

방전 램프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 케이싱(20)의 상기 유리 재료는 적어도 30중량ppm의 농도의 나트륨을 함유하는

방전 램프.
방전 램프용 외부 벌브에 있어서,

적어도 10중량ppm의 농도의 나트륨으로 도핑된 유리 재료로 구성되는

외부 벌브.