KR100988127B1 - 금속 할라이드 충전제 및 관련 램프 - Google Patents

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Abstract

이온화 가능한 충전제를 형성하는 금속 할라이드 충전제는 적어도 하나의 비활성 기체, 수은 및 적어도 하나의 할로겐을 포함하며, 상기 충전제는 부가적으로 다음 구성요소: Mn 할라이드 및 V 할라이드를 포함한다. 이 충전제는 특히 금속 방전 램프가 방전 용기 내에 제공된다.

Description

금속 할라이드 충전제 및 관련 램프 {METAL HALIDE FILL, AND ASSOCIATED LAMP}
도 1은 종래 기술 램프의 색상 궤적도.
도 2는 본 발명에 따른 금속 할라이드 램프의 단면도.
도 3은 도 2에서 도시된 바와 같은 램프에 대한 스펙트럼도.
도 4는 도 2에 도시된 바와 같은 램프에 대한 색상 궤적도.
도 5는 도 2에 도시된 바와 같은 램프에 대한 연색성 지수(Ra)를 도시한 도면.
도 6은 도 2에 도시된 바와 같은 램프에 대한 적색 연색성 지수(R9)를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 금속 할라이드 램프 2: 방전 용기
3: 전구 11: 전극
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 고-압 방전 램프용 금속 할라이드 충전 제(metal halide fill) 및 관련 램프에 관한 것이다. 본 발명은 특히 온백색 (warm white) 또는 중성 백색 발광 색상을 갖는 램프용 충전제에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 이러한 충전제로 충전된 관련 램프에 관한 것이다.
온백색 및 중성 백색 발광 색상들을 달성하기 위하여, 금속 할라이드 방전 램프들은 일반적으로 소듐을 포함한다. 예를 들어, US-A 3,575,630은 엘리먼트들 Na, Tl 및 Zr를 포함하고 온백색 발광 색상을 갖는 금속 할라이드 충전제를 포함하는 램프를 서술한다. 부가적인 예는 EP-A 883 160에 서술된 램프이다. 이 램프는 엘리먼트들 Na, Sc, 및 Mn과 같은 다른 구성물들을 포함하는 금속 할라이드 충전제를 갖는다. 이 램프는 어두울 수 있다.
유리로 제조된 방전 용기 및 소듐-함유 충전제를 갖는 금속 할로겐 방전 램프들은 상기 방전 용기를 통해 소듐이 확산되어 램프들의 서비스 수명이 감소된다는 결점을 갖는 것으로 공지되어 있다. 소듐 확산은 부가적인 조치, 예를 들어, 방전 용기 부근의 공급 컨덕터의 차폐에 의해 감소되어야 하는데, 이로 인해 램프의 제조 비용이 증가된다. 소듐-함유 금속 할라이드 방전 램프들의 부가적인 결점은 연색성이 상대적으로 낮다는 것이다. 중성 백색 발광 색상을 갖는 Na-SC-함유 금속 할라이드 방전 램프는 예를 들어, 일반적인 연색성 지수(Ra=70) 및 특정 연색성 지수(R9=0)를 위한 통상적인 값들을 갖는다.
DE-A 199 07 301은 온백색 및 중성 백색 발광 색상들을 얻기 위하여 금속 할라이드 방전 램프들을 위한 Mn을 포함하지만 Na를 포함하지 않는 금속 할라이드 충전제를 기술한다. 소듐의 대체는 이 충전제로 충전되는 램프들에서 소듐 확산의 감소를 위한 부가적인 조치를 제거한다. 더구나, Mn 함유 충전제를 갖는 램프들은 연색성에 대한 높은 값인 Ra>95을 달성한다. 그러나, 광 수율 및 램프 출력이 비교적 낮다. 예를 들어, Na 고-압 증기 램프에서 사용되는 250W 인덕터에서, 램프 출력은 통상적으로 240W이다.
최종적으로, DE-A 35 12 757은 V5Si3와 같은 금속 실리사이드를 포함하는 금속 할라이드 램프용 충전제를 개시하였다. 게다가, 상기 충전제는 희토 할라이드 (rare earth halide) 또는 Sc 할라이드 및 대응하는 희토 옥시할라이드 및/또는 Sc 산화물을 포함한다. 이 경우에 실리사이드는 할로겐 게터로서 동작한다.
플랑크 복사체들인 백열 램프 및 할로겐 백열 램프들은 문제없이 조광(dimming)되는 것이 공지되어 있다. 그러나, 감소된 램프 출력을 갖는 금속 할라이드 방전 램프가 동작되는 경우(상술된 EP 883 160 참조), 이들의 색상 궤적은 플랑크 궤적으로부터 멀어지게 이동한다. 상기 램프들은 자신의 백색 발광 색상을 상실하고 연색성이 악화된다.
도 1(종래 기술)은 Na-함유 금속 할라이드 충전제를 가지는 예로서 250W의 출력 및 중성 백색 충전제(OSRAM에 의해 제조된 HQI-TS 250W/NDL)를 가지며 두 측 상이 캡핑된(capping) 금속 할라이드 램프에 대한 색상 궤적도를 도시한 것이다. 램프의 출력은 전자 안정기에서 스테이지들(stage) 내의 광속을 대략 250 W로부터 160 W로 절반이 되도록 감소된다. 출력이 감소하기 때문에, 램프의 색상 궤적(color locus)은 등색온도선 영역안에서 밖으로 이동한다. 결과적으로, 램프는 점점 녹색을 띄게 된다.
본 발명의 목적은 어떠한 소듐도 포함하지 않고 중성 백색을 일광과 같은 발광 색상으로 발생시키는데 적절한 청구항 1의 전제부에 따른 금속 할라이드 방전 램프용 금속 할라이드 충전제를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1의 특징부에 의해 달성된다. 특히, 유용한 구성은 종속 청구항에 서술될 것이다.
본 발명은 V 및 Mn 할라이드들을 포함하는 금속 할라이드 충전제를 사용한다. 이것들은 유용하게도 다른 엘리먼트들 Cs, Dy, T1, Ho, Tm 할라이드와 결합될 수 있다.
본 발명의 특정한 장점은 본 발명이 더 높은 광 수율(light yield)과 램프 출력 뿐만 아니라, 적어도 Ra=95의 높은 연색성 지수 및 적어도 R9=70의 높은 적색 연색성 지수를 달성하는데 사용될 수 있다는 것이다.
본 발명의 부가적인 유용한 양상은 이 충전제로 충전되는 금속 할라이드 방전 램프가 매우 우수한 조광(dimming) 특성을 갖는다는 것인데, 그 이유는 출력이 감소함에 따라 색상 궤적 이동이 플랑크 궤적에 거의 평행해짐에도 불구하고, 높은 연색성이 유지되기 때문이다.
본 발명은 다수의 전형적인 실시예와 관련하여 이하에 보다 상세히 서술될 것이다.
250 W 금속 할라이드 램프(1)의 전형적인 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 상기 램프는 석영유리로 제조되며 두 개의 측에서 핀치되고 한 측 상이 캡핑된 경화 유리로 제조된 원통형이면서 비워진 외부 전구(3)에 의해 둘러싸인 방전 용기(2)를 포함한다. 전구의 한 단부는 둥근 돔(17)을 갖는 반면 다른 단부는 쓰레디드 캡(threaded cap)(12)을 갖는다. 홀딩 프레임(6)은 방전 용기(2)를 외부 전구 (3) 내부에 축 방향으로 고정시킨다. 홀딩 프레임(6)은 두 개의 피드 와이어들(feed wires)을 포함하는데, 그 중 하나는 방전 용기(2)의 캡에 가까운 서플라이 컨덕터(8)에 접속된다. 다른 피드 와이어는 방전 용기(2)를 따라서 캡으로부터 대향 단부에 있는 서플라이 컨덕터(9)로 연장하는 고체 금속 지지 와이어에 의해 가이딩된다. 상기 램프는 또한 캡 단부에서 가이드 엘리먼트(15)(스탬핑된 금속 시트의 형태임) 및 돔(17)의 주위에서 원의 일부 형태의 지지부(13)를 갖는다. 방전 용기(2)의 단부 (4,5)는 열-반사 코팅(16)을 가지고 있다. 게다가, 작은 금속 플레이트에 적용된 게터 재료(getter material)(14)가 홀딩 프레임(6)에 결합된다. 방전 용기(2)의 부피는 대략 5.2 ml이다. 전극들(11) 간의 거리는 27.5 mm이다. 56 mbar Ar이 베이스 가스로서 방전 용기 내에 존재한다. 항복 전압을 감소시키기 위하여, 대안적으로 베이스 가스로서 Ne:Ar=99:1를 갖는 페닝 혼합물(penning mixture)을 사용할 수 있다.
방전 용기(2)는 바람직하게 특히 양호한 연색성을 위해 비워진 외부 전구(3) 내부에서 동작한다. 아크 튜브가 상술된 페닝 혼합물을 포함하는 경우, 600 mbar N2 또는 450 mbar CO2 및 부가적으로 50 mbar Ne를 포함하는 외부 전구 가스 혼합물이 서비스 수명을 연장시키기 위하여 사용된다.
도 3은 도 2에 도시된 전형적인 실시예에 따른 100h의 동작 시간을 갖는 램프의 스펙트럼을 도시한 것이며, 상기 램프의 방전 용기는 12.2 mg Hg 및 테이블 1에 도시된 금속 할라이드 충전제를 함유한다.
테이블 1
충전제 금속 할라이드 함량(중량%)
전체 양(mg) CsI DyI3 TlI HoI3 TmI3 MnI2 VI2
7.0 14.3 29.4 9.9 9.0 9.0 26.1 2.3
종래의 안정기에서, 램프는 4400 K의 매우 유사한 색상 온도를 가지며, 플랑크 궤적 아래에 세 개의 임계값 유닛들(unit) 근처에 있고, 일반적인 연색성 지수 Ra=97 및 적색에 대한 특정 연색성 지수 R9=74 및 약 82 lm/W의 광 수율을 갖는다. 램프 출력은 247 W이다.
그러므로, 전형적인 실시예에 따른 램프는 소듐-함유 금속 할라이드 충전제들을 갖는 램프들보다 상당히 양호한 연색성을 가지며 V 없이 Mn-함유 금속 할라이드 충전제들을 갖는 램프들보다 5 lm/W만큼 높은 광 수율을 갖는다.
도 4는 전기 안정기로서 동작되는 도 2와 관련하여 상술된 전형적인 실시예에 따른 HQI-T 250W/NDL 램프의 색상 궤적도를 도시한 것이다. 160W에서, 광속은 250W 값의 절반이다. 도 4에 따라서, 출력이 250W에서 160W로 떨어질 때 색상 궤적 이동은 대략적으로 플랑크 궤적(a)과 평행하고 일광 곡선(b)에 도달한다. 플랑크 궤적 및 일광 곡선으로부터의 거리는 세 개의 임계값 유닛들보다 적다. 램프는 자신의 백색 발광 색상을 유지한다.
도 5 및 6은 램프 출력 함수로서 일반적인 연색성 지수(Ra) 및 특정 연색성 지수(R9)를 도시한다. 도 5와 6에 따라서, Mn-V-함유 충전제를 갖는 HQI-T 250W/NDL 램프에서, 출력이 감소할 때 일반적인 연색성 지수(Ra)는 88 보다 크게 유지되고 특정 연색성 지수(R9)는 54 보다 크게 유지된다. 대조적으로, Na-함유 충전제를 갖는 HQI-TS 250 W/NDL 램프를 사용하면, 일반적인 연색성 지수에 대한 값들은 77로 떨어지고 특정 연색성 지수(R9)에 대한 값이 -48로 떨어진다.
5:1 내지 20:1의 Mn 할라이드 : V 할라이드 비율이 바람직하다. 다음의 금속 할라이드 양: Cs 할라이드 10 내지 20 중량%, Dy 할라이드 25 내지 35 중량%, Tl 할라이드 6 내지 12 중량%, Ho 할라이드 8 내지 14 중량%, Tm 할라이드 8 내지 14 중량%, Mn 할라이드 23 내지 30 중량% 및 V 할라이드 1 내지 4 중량%를 함유하는 충전제가 특히 유용하다.
Cs, Dy, Tl, Ho 및/또는 Tm의 할라이드들은 R9을 최적화하기 위해 요구되는지 광 수율을 최적화하기 위해 요구되는지 광 색상 온도를 최적화하기 위하여 요구되는지에 따라서 추가될 수 있다. 각각의 경우에, 측정 가능한 효과를 달성하기 위하여 중량당 0.1%의 최소량이 추천된다.
본 발명을 사용하여, 광 수율과 램프 출력, 색상 연색성 지수 및 적색 연색성 지수가 높아지게 된다.

Claims (15)

  1. 방전 용기 및 두 개의 전극들을 가지며, 이온화 가능한 충전제를 함유한 금속 할라이드 램프로서,
    상기 이온화 가능한 충전제는 적어도 하나의 비활성 가스, 수은을 포함하며, 적어도 하나의 할로겐을 포함하고, 망간을 포함하며
    상기 충전제는 구성물들로서 적어도 Mn 할라이드 및 V 할라이드를 포함하고,
    상기 충전제 내의 Mn의 양은 상기 방전 용기의 부피의 ml 당 0.01 내지 50 μmol인,
    금속 할라이드 램프.
  2. 제 1 항에 있어서, Cs, Dy, Tl, Ho, Tm으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속들의 적어도 하나의 할라이드가 추가적으로 사용되는,
    금속 할라이드 램프.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 충전제 내의 V의 양은 상기 방전 용기의 부피의 ml 당 0.01 내지 25 μmol인,
    금속 할라이드 램프.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, Mn:V 비율은 0.3 내지 120 사이인,
    금속 할라이드 램프.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 충전제는 추가적으로 상기 방전 용기의 부피의 ml 당 0 내지 30 μmol의 양의 Cs를 포함하는,
    금속 할라이드 램프.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 충전제는 추가적으로 상기 방전 용기의 부피의 ml 당 0 내지 35 μmol의 양의 Dy를 포함하는,
    금속 할라이드 램프.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 충전제는 추가적으로 상기 방전 용기의 부피의 ml 당 0 내지 15 μmol의 양의 Tl을 포함하는,
    금속 할라이드 램프.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 충전제는 추가적으로 상기 방전 용기의 부피의 ml 당 0 내지 18 μmol의 양의 Ho를 포함하는,
    금속 할라이드 램프.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 충전제는 추가적으로 상기 방전 용기의 부피의 ml 당 0 내지 18 μmol의 양의 Tm을 포함하는,
    금속 할라이드 램프.
  11. 제 1 항에 있어서, 할라이드들을 형성하기 위하여 사용된 상기 할로겐은 요오드 및 브롬 중 적어도 하나인,
    금속 할라이드 램프.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 방전 용기(2)는 외부 전구(3) 내부에 배치되는,
    금속 할라이드 램프.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 방전 용기 및 상기 외부 전구 사이의 공간은 비워지거나 가스 충전제를 포함하는,
    금속 할라이드 램프.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 가스 충전제는 100 내지 700 mbar N2 또는 50 내지 500 mbar CO2를 포함하는,
    금속 할라이드 램프.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 가스 충전제는 추가적으로 1 내지 500 mbar Ne를 포함하는,
    금속 할라이드 램프.
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