KR101459257B1 - 메탈할라이드 램프 및 조명기구 - Google Patents

메탈할라이드 램프 및 조명기구 Download PDF

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Abstract

100W 클래스 이하의 메탈할라이드 램프에서, 고연색이면서 고효율의 램프를 제공한다. 세라믹스제의 발광관을 구비하고, 정격전력이 35 내지 100W이고, 색온도가 2800 내지 3700K인 메탈할라이드 램프에서, 발광관에 발광 물질로서 할로겐 첨가물이 봉입되고, 할로겐 첨가물이, (1) 세륨(Ce), (2) 나트륨(Na), (3) 칼슘(Ca), (4) 탈륨(Tl), 및 (5) 디스프로슘(Dy), 툴륨(Tm) 및 홀뮴(Ho) 중의 적어도 하나 이상으로 이루어지는 희토류 금속으로 이루어지고, 할로겐 첨가물이 요드화물이고, 할로겐 첨가물의 각 조성 비율에 관해, 요드화세륨을 1.5㏖% 이상 3㏖% 이하, 요드화나트륨을 45㏖% 이상 90㏖% 이하, 요드화칼슘을 5㏖% 이상 15㏖% 이하, 요드화탈륨을 2㏖% 이상 7㏖% 이하로 하였다.

Description

메탈할라이드 램프 및 조명기구{METAL HALIDE LAMP AND ILLUMINATION EQUIPMENT}
본 발명은 개략으로서 메탈할라이드 램프 및 조명기구에 관한 것으로, 특히 세라믹스제의 발광관을 구비한 저색온도의 메탈할라이드 램프 및 그것을 이용한 조명기구에 관한 것이다.
메탈할라이드 램프는 점포 조명 등의 상업 시설에서 다운 라이트로서 베이스 조명으로서 사용될 뿐만 아니라, 스폿 조명으로서 직접 상품을 비추는데도 사용된다. 스폿 조명에서는 베이스 조명보다도 높은 레벨의 광학 특성이 요구된다. 구체적으로는, Ra(평균 연색(演色) 평가수(評價數))가 90 이상, R9(특수 연색 평가수)가 50 이상의 연색성(演色性), 색온도(色溫度)가 2800 내지 3700K, Duv(광원색(光源色)(색미(色味)))가 -5 이상 0 이하의 특성이 요구된다.
또한, 베이스 조명과 마찬가지로 스폿 조명에서도 에너지 절약의 관점에서 고효율화가 요망되고 있다. 예를 들면, 현재 시장에서 입수할 수 있는 램프의 효율이 정격전력 35W에서 90㏐/W, 70W에서 95㏐/W, 100W에서 100㏐/W임에 대해, 요구는 35W에서 95㏐/W, 70W에서 100㏐/W, 100W에서 110㏐/W까지 높아지고 있다.
일반적으로, 세라믹 메탈할라이드 램프에서는 고연색(高演色)과 고효율은 트레이드 오프의 관계에 있고, 쌍방을 동시에 향상하는 것은 어렵다고 되어 있다.
특허 문헌 1에는, 저색온도(2800 내지 3700K) 타입의 세라믹 메탈할라이드 램프가 개시되어 있다. 동 문헌에서는, 램프에 봉입되는 발광 물질(할로겐 요드화물)에 관해, 세륨 또는 프라세오디뮴의 조성 비율을 0.5 내지 4㏖%(예를 들면, 세륨을 2㏖%), 나트륨의 조성 비율을 35 내지 45㏖%(예를 들면, 35㏖%), 칼슘의 조성 비율을 40 내지 60㏖%(예를 들면, 54㏖%), 탈륨을 2㏖%, 디스프로슘, 툴륨 또는 홀뮴을 포함하는 희토류 금속의 조성 비율을 2 내지 10㏖%(예를 들면, 상기 3물질로 이루어지는 희토류 금속을 7㏖%)함유한 것이 개시되어 있다. 이에 의하면, 효율이 94㏐/W, Ra가 90 이상, R9가 40 이상, Duv값의 하한이 -10이 되고, 그 사양은 정격전력 20 내지 300W의 램프에 적용할 수 있는 것이 개시되어 있다. 특히, R9를 향상하기 위해서는 칼슘의 조성 비율을 늘리는 것이 일반적으로 알려지고 있고, 상기 조성도 그 사고방식이 답습되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개2007-53004호 공보
그러나, 상기 문헌에는 정격전력 150W의 실시례가 개시되어 있는 것인데, 실제로 상기 사양을 100W 이하의 램프에 적용하여도 마찬가지 효과는 얻어지지 않는다(특히, R9를 40 이상으로 할 수가 없다). 이것은, 100W 클래스 이하의 램프에서는 발광관 단부(端部) 캐피럴리부(部)로부터의 열 로스의 비율이 150W 클래스의 램프에 비하여 큰 것에 기인하는 것으로 추정된다.
그러면, 본 발명은, 100W 클래스 이하의 램프에서, Ra가 90 이상, R9가 50 이상의 연색성, 색온도 2800 내지 3700K에서 Duv의 하한치가 -5, 상한치가 0인 광원색(색미) 특성을 가지며, 상기 고효율화의 요구에 응할 수 있는 메탈할라이드 램프를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 제1의 측면은, 세라믹스제의 발광관을 구비하고, 정격전력이 35 내지 100W이고, 색온도가 2800 내지 3700K인 메탈할라이드 램프이다. 발광관에 발광 물질로서 할로겐 첨가물이 봉입(封入)되고, 할로겐 첨가물이, (1) 세륨(Ce), (2) 나트륨(Na), (3) 칼슘(Ca), (4) 탈륨(Tl), 및 (5) 디스프로슘(Dy), 툴륨(Tm) 및 홀뮴(Ho) 중의 적어도 하나 이상으로 이루어지는 희토류 금속으로 이루어지고, 할로겐 첨가물이 요드화물이고, (1) 내지 (4)의 할로겐 첨가물의 각 조성 비율에 관해, 요드화세륨을 1.5㏖% 이상 3㏖% 이하, 요드화나트륨을 45㏖% 이상 90㏖% 이하, 요드화칼슘을 5㏖% 이상 15㏖% 이하, 요드화탈륨을 2㏖% 이상 7㏖% 이하로 하였다.
상기에서, 또한, 요드화세륨을 1.9㏖% 이상 2.3㏖% 이하, 요드화나트륨을 76㏖% 이상 79㏖% 이하, 요드화칼슘을 11㏖% 이상 13.5㏖% 이하, 요드화탈륨을 3㏖% 이상 3.7㏖% 이하로 하여도 좋다.
본 발명의 제2의 측면은, 상기 제1의 측면의 메탈할라이드 램프 및 그 메탈할라이드 램프가 부착된 리플렉터를 구비한 조명기구이다.
본 발명에 의하면, 발광 효율 및 광학 특성에 우수한 램프를 구비한 조명기구가 구성되고, 점포용 조명 등에 있어서의 스폿 조명에 적합한 조명기구를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 메탈할라이드 램프에 사용하는 발광관의 도면.
도 2는 본 발명이 적용되는 메탈할라이드 램프의 도면.
도 3a는 본 발명의 요드화세륨량의 결정을 설명하는 도면.
도 3b는 본 발명의 요드화세륨량의 결정을 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 요드화나트륨량의 결정을 설명하는 도면.
도 5a는 본 발명의 요드화칼슘량의 결정을 설명하는 도면.
도 5b는 본 발명의 요드화칼슘량의 결정을 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 요드화탈륨량의 결정을 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 조명기구의 도면.
도 1에, 본 발명의 메탈할라이드 램프에 사용하는 발광관(10)을 도시한다. 도시하는 바와 같이, 세라믹제의 발광관(10)(알루미나 파이프)은 본관부(11)와 세관부(12)가 일체 형성되어 있다. 즉, 본관부(11)와 세관부(12)가 연속 형성됨에 의해 양자의 경계부분으로 두툼한 불연속이 생기지 않는 구성으로 되어 있다. 본관부(11) 내에 한 쌍의 전극(도시하지 않음)이 대향 배치되고, 그들 전극이 세관부(12) 내의 도전체를 통하여 리드(13)와 접속된다. 이와 같은 일체 형성 타입의 발광관은 본관부(11)의 단부에서의 열 손실이 원통(조립형) 타입의 발광관(특허 문헌 1의 도 3 참조)과 비교하여 매우 작고, 효율 향상에 기여할 수 있다. 이 경향은, 특히, 본관부에 비하여 단부의 비율이 큰 저(低)와트 타입에서 현저해진다.
도 2에, 본 발명이 적용되는 메탈할라이드 램프(20)(이하, 「램프(20)」라고 한다)를 도시한다. 램프(20)에서, 발광관(10)은 구금(口金)(21)에 도체봉(22a 및 22b)에 의해 접속됨과 함께 내관(23)에 포함되고, 내관(23)은 외관(24)에 포함된다. 내관(23) 및 외관(24)은 구금(21)에 고정되고, 구금(21)에는 셸부(25)가 마련되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, 도체봉(22a 및 22b)의 일방이 구금(21)의 선단에, 타방이 측부의 셸부(25)에 전기적으로 접속되어 있다.
발광관(10)의 본관부(11)의 내부에는 발광 물질 및 아르곤 가스가 봉입된다. 발광 물질은 수은 및 할로겐 화합물로 이루어지고, 할로겐 화합물은, (1) 세륨(Ce), (2) 나트륨(Na), (3) 칼슘(Ca), (4) 탈륨(Tl), 및 (5) 디스프로슘(Dy), 툴륨(Tm) 및 홀뮴(Ho) 중의 적어도 하나 이상으로 이루어지는 희토류 금속(이하, 「기타 성분」이라고 한다)으로 이루어지고, 상기 할로겐 첨가물은 전부 요드화물이다. 본 발명은 상기 중 특히, 요드화세륨(CeI3), 요드화나트륨(NaI), 요드화칼슘(CaI2), 및 요드화탈륨(TlI)의 봉입량(조성 비율)을 최적화한 것이다.
이하에, 상기 4성분의 조성 비율의 결정에 관해 설명한다.
요드화세륨(CeI3), 요드화나트륨(NaI), 요드화칼슘(CaI2), 요드화탈륨(TlI)의 기준 조성 비율을 각각, 약 2㏖%, 약 76㏖%, 약 14㏖%, 약 4㏖%로서, 각 성분을 증감시켜서 각 특성에의 영향을 측정하였다. 또한, 상기 ㏖%가 나머지분(약 4%)은 기타 성분의 요드화물의 조성 비율에 상당한다.
발광관은 70W 타입이고, 발광관 내용적(內容積)은 0.4㏄이다.
단위용적당의 첨가물량은 16.3㎎/㏄이고, 따라서 첨가물 총량은 6.5㎎이다. 또한, 수은 봉입량은 6㎎이다.
각 측정치는 점등 시작 후 100시간 경과시의 값이다.
<요드화세륨(CeI3)량의 결정>
요드화세륨량은 발광 효율과 녹계(綠溪)의 광색(光色)(Duv)에 영향을 준다. 도 3a에 요드화세륨량에 대한 발광 효율의 그래프를 도시한다. 요드화세륨량이 많을수록 발광 효율이 올라간다. 여기서, 발광 효율을 100㏐/W 이상으로 하기 위해 요드화세륨량을 1.5㏖% 이상으로 할 필요가 있다.
도 3b에 요드화세륨량에 대한 Duv의 그래프를 도시한다. 요드화세륨량에 대해 Duv는 단조 증가한다. 여기서, Duv가 -5 내지 0이 되도록, 요드화세륨량을 1.0 내지 3.0㏖%로 할 필요가 있다.
이상에 의해, 요드화세륨량은 1.5 내지 3.0㏖%로 결정할 수 있다.
<요드화나트륨(NaI)량의 결정>
요드화나트륨량은 색온도(Tc)에 영향을 준다. 도 4에 요드화나트륨량에 대한 색온도의 그래프를 도시한다. 요드화나트륨량에 대해 색온도는 단조 감소한다. 여기서, 색온도 2800 내지 3700K가 되도록, 요드화나트륨량을 45 내지 90㏖%로 결정할 수 있다.
<요드화칼슘(CaI2)량의 결정>
요드화칼슘량은 발광 효율과 적색의 특성(R9)에 영향을 준다. 도 5a에 요드화칼슘량에 대한 발광 효율의 그래프를 도시한다. 요드화칼슘량이 많을수록 발광 효율이 내려간다. 여기서, 발광 효율을 100㏐/W 이상으로 하기 위해 요드화칼슘량을 15㏖% 이하로 할 필요가 있다.
도 5b에 요드화칼슘량에 대한 R9의 값의 그래프를 도시한다. 그래프는 위로 볼록한 곡선이 되고, 여기서, R9를 50 이상으로 하기 위해 요드화칼슘량을 5㏖% 이상으로 할 필요가 있다.
이상에 의해, 요드화칼슘량은 5 내지 15㏖%로 결정할 수 있다.
<요드화탈륨(TlI)량의 결정>
요드화탈륨량은 핑크계의 광색(Duv)에 영향을 준다.
도 6에 요드화탈륨량에 대한 Duv의 그래프를 도시한다. 요드화탈륨량에 대해 Duv는 단조 증가한다. 여기서, Duv가 -5 내지 0이 되도록, 요드화탈륨량을 2.0 내지 7.0㏖%로 결정할 수 있다.
이상에 의해, 각 조성 비율에 관해,
요드화세륨 : 1.5㏖% 이상 3㏖% 이하,
요드화나트륨 : 45㏖% 이상 90㏖% 이하,
요드화칼슘 : 5㏖% 이상 15㏖% 이하,
요드화탈륨 : 2㏖% 이상 7㏖% 이하,
로 결정하였다. 여기서 주목하여야 할 점은, 특허 문헌 1의 사양에 비하여 요드화칼슘량이 매우 적고, 요드화나트륨량이 많은 것이다. 특히, 발광관(10)을 일체형 형성 타입으로 함에 의해 요드화칼슘량을 줄여도 소망하는 발광 효율을 얻을 수 있기 때문에, 발광 효율을 확보하면서도 요드화칼슘량을 줄여서 R9의 향상이 달성된 것을 알 수 있다. 이에 의해 고효율과 고연색을 양립할 수가 있고, 따라서 발광 효율과 연색성 등의 발광 특성과의 밸런스 및 그 절대치를 대폭적으로 향상할 수 있다.
상기에 입각한 실시례를 이하에 나타낸다. 표 1은 상기에 따라 제작한 램프(70W, 35W, 및 150W 타입)의 예이다. 표 1에 표시한 이외의 요소로서, 발광관의 벽면 부하를 20 내지 40W/㎠로 하고, 아르곤 가스를 20kPa(150Torr) 봉입하였다. 또한, 상기 4성분의 ㏖%가 나머지분은 기타 성분의 요드화물의 조성 비율에 상당한다. 또한, 각 특성의 측정치는 점등 시작 후 100시간 후의 값이다.
[표 1]
Figure 112013109326087-pct00001
표 1에 표시하는 바와 같이, 요드화세륨(CeI3), 요드화나트륨(NaI), 요드화칼슘(CaI2), 요드화탈륨(TlI)의 조성 비율을 결정 범위 내로 함에 의해, 모든 예에서 목표로 하는 발광 효율과 광학 특성을 만족할 수 있다.
도 7에 상기한 메탈할라이드 램프를 이용한 조명기구(30)의 도면을 도시한다. 조명기구(30)는 램프(20) 및 그것이 부착되는 리플렉터(31)로 이루어지고, 배선(32a 및 32b)을 통하여 고압 방전 램프 점등 장치(35)에 접속된다. 또한, 점등 장치(35)는 조명기구(30)와 일체화되어 있어도 좋고, 개별의 것으로 하여도 좋다. 또한, 도면은 실시례를 모의적으로 도시한 것이고, 치수, 배치 등은 도면 그대로는 아니다.
상기에 의해, 발광 효율 및 광학 특성에 우수한 램프를 구비한 조명기구가 구성되고, 점포용 조명 등에 있어서의 스폿 조명에 적합한 조명기구를 제공할 수 있다.
10 : 발광관
11 : 본관부
12 : 세관부
13 : 리드
20 : 메탈할라이드 램프
21 : 구금
22a, 22b : 도체봉
23 : 내관
24 : 외관
25 : 셸부
30 : 조명기구
31 : 리플렉터
32a, 32b : 배선
35 : 고압 방전 램프 점등 장치

Claims (3)

  1. 세라믹스제의 발광관을 구비하고, 정격전력이 35 내지 100W이고, 색온도가 2800 내지 3700K인 메탈할라이드 램프로서,
    그 발광관에 발광 물질로서 할로겐 첨가물이 봉입되고,
    상기 할로겐 첨가물이, (1) 요드화세륨, (2) 요드화나트륨, (3) 요드화칼슘, (4) 요드화탈륨, 및 (5) 디스프로슘(Dy), 툴륨(Tm) 및 홀뮴(Ho) 중의 적어도 하나 이상으로 이루어지는 희토류 금속의 요드화물이고,
    상기 (1)부터 (4)의 할로겐 첨가물의 각 조성 비율에 관해,
    상기 요드화세륨이 1.5㏖% 이상 3㏖% 이하,
    상기 요드화나트륨이 45㏖% 이상 90㏖% 이하,
    상기 요드화칼슘이 5㏖% 이상 15㏖% 이하,
    상기 요드화탈륨이 2㏖% 이상 7㏖% 이하이고,
    이에 의해 특수 연색 평가수(R9)가 50 이상인 것을 특징으로 하는 메탈할라이드 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    또한,
    상기 요드화세륨이 1.9㏖% 이상 2.3㏖% 이하,
    상기 요드화나트륨이 76㏖% 이상 79㏖% 이하,
    상기 요드화칼슘이 11㏖% 이상 13.5㏖% 이하,
    상기 요드화탈륨이 3㏖% 이상 3.7㏖% 이하인
    것을 특징으로 하는 메탈할라이드 램프.
  3. 제1항의 메탈할라이드 램프, 및 그 메탈할라이드 램프가 부착되는 리플렉터를 구비한 것을 특징으로 하는 조명기구.
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