KR19980702603A - 저압방전램프 - Google Patents

Abstract

저압방전램프는 중공원통전극 (3) 이 들어가고, 사이에 방전경로가 연장하는 램프용기 (1)를 갖는다. 중공체 (5) 는 그 단부 (4A, 4B) 로부터 떨어진 전극들중 하나 이상의 연장방향에 놓인다. 중공체는 도전수단 (7) 에 의해 전극에 접속되고 전자방출기 (6) 로 피복된다. 전자방출기는 원소 Ba 및 Sr 의 하나 이상과 Ta, Ti, Zc, Sc, Y, La 및 란탄족 원소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 혼합산화물을 하나 이상 구비하며, 조성물 Ba_xSr_1-xY₂O₄(x 는 0 내지 1 의 범위) 의 전자방출기는 배제된다. 본 발명에 따른 램프는 비교적 고광속을 제공한다.

Description

저압방전램프

진공기밀식으로 밀폐되고 단부들을 갖는 관형 유리램프,

램프용기에 희유기체를 구비하는 이온화가능 충전재,

각 단부에서 각각 램프용기에 들어가고 각각 램프용기내측에의 내부단부와 램프용기외측에의 외부단부를 갖는 중공 원통형 전극들을 구비하는 저압방전램프에 관한 것이다.

그러한 저압방전램프는 유럽특허공개 제 0 562 679 호에 공지되어 있다.

상기 공지의 램프는 실현하기 간단한 구성이다.

거기에서의 중공 원통형 전극들은 다수의 기능을 갖는다: 그들은 램프용기 내측의 전극으로서 역할을 하고, 램프용기 내측에서 및 램프용기벽부에서 전류공급도체 및 전류 리드 스루로서 역할을 하며, 또한 튜브로서 그를 통해 램프용기가 청정화 및 충전재를 구비할 수 있는 튜브로서의 역할을 한다. 이 램프용기는 유리튜브가 램프용기외측의 전극 각각에 용융되고 예를들어 용융에 의해 자유단부에 밀폐되는 식으로 진공기밀 밀폐될 수도 있다.

상기한 공지의 램프구성은 비교적 적은 내경, 예를들어 1.5 내지 7 ㎜, 및 비교적 긴 길이, 예를들어 1 m 이상의 램프를 용이하게 실현하게 한다.

이온화 가능 충전재는 희유기체 혹은 희유기체들의 혼합물 혹은 수은과 같은 증발성 성분을 구비할 수도 있다. 이 램프용기 벽부는 형광재를 구비할 수도 있다. 이 램프는 발광목적으로 혹은 예를들어 자동차의 후미램프 혹은 정지램프와 같이 네온충전재를 갖는 신호램프로서 사용될 수도 있다. 후자의 응용에서 이 램프는 여기후 300 ms 대신 여기후 10 ms 에 벌써 모든광을 방출한다는 점에서 백열등에 대한 이점을 갖는다.

상술한 공지의 램프에 전형적으로 사용되는 축방향 구성된 방출기없는 중공 전극들의 고음극강하 (≒180 볼트) 및 고일함수는 그들의 사용을 10 내지 15 mA 이하의 램프전류에 제한한다. 저전류는 저광출력 ( 900 lm/m)을 초래하고 고음극강하는 램프 유효성을 저감시킨다. 고전류 협직경 형광 및 네온 램프가 매우 바람직하지만 아직 존재하지 않는다. 20 과 50 mA 사이의 전류를 갖는 협직경 형광 램프용으로 이용가능한 전극은 현재 없다. 무엇보다도 그런 램프에 대한 요건은 예를들어 80 볼트 이하의 저음극강하이다. 그러므로 당업계에 고전류 및 고유효성 협직경 램프에 대한 요구가 있다. 그러한 고전류 협직경 형광램프는 자동차 인테리어 조명에 혹은 랩톱 컴퓨터의 백라이트로서 사용될 수도 있다.

램프에서의 전극의 음극강하는 전자방출을 촉진시키므로써 낮아질 수 있다. 종래의 대직경 및 고전류 ( 200 mA) 형광램프에서, 3 중 탄산염 (예를들어 바륨, 스트론튬 및 칼슘 탄산염으로 피복된 텅스텐 코일이 전극으로 사용된다. 따라서, 이들 램프는 각 측부에의 하나의 전극에 대해 2 개씩 4 개의 단자를 갖는다. 램프제조시, 별도의 공정단계에서, 탄산염은 전류를 텅스텐 코일을 통해 흐르게 하므로써 램프에서의 산화물로 열변환된다. 이 램프에서, 이들 산화물 [(Ba, Sr, Ca)O] 은 가열전류를 텅스텐 코일을 통해 흐르게 하거나 이온타격에 의해 전극이 1000 - 1300。C 로 가열될 때 열이온 방출을 통해 전자방출을 촉진한다. 특히 램프공정단계는 고가의 공정시간을 필요로 하기 때문에 제조시 램프공정단계에서 별도의 열이 요구되지 않는 신규한 전극을 갖는 것이 바람직하다.

협직경 램프는 기하학적 제한인자 때문에 단일리드 전극들을 필요로하므로 이온타격이 유일한 음극가열원이다. 코일의 부재 때문에 단일리드 협직경 램프에서의 탄산염의 사용은 제조시 그들을 산화물로 변환시키는 외부 RF 가열을 필요로한다. 이는 추가적이고, 더욱 고가의 단계를 제조공정에 부가하게 된다.

본 출원인의 아직 공개되지 않은 출원 IB 95/00951 (PHN 15023) 은 튜브가 전극의 전방에 배치되는 상술한 종류에 따른 협직경 램프를 설명한다. 이 튜브는 방출기로서 Ba_xSr_1-xY₂O₄(x 는, 예를들어, 0.75) 로 덮여질 수도 있다.

본 발명의 목적은 증가된 광속을 제공할 수 있는 도입부에서 설명한 종류의 저압방전램프를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은 중공체가 그 단부로 부터 떨어져 상기 전극 중 하나 이상의 연장방향에 놓이고, 상기 중공체는 표면중 하나 이상에 전자방출기로 피복되고 열 절연체를 형성하는 도전수단에 의해 전극 에 접속되며, 상기 전자 방출기는 원소 Ba 및 Sr 의 하나 이상과 Ta, Ti, Zr, Sc, Y, La 및 란탄족 원소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 혼합산화물을 하나 이상 구비하며, 조성물 Ba_xSr_1-xY₂O₄(x 는 0 내지 1 의 범위)의 전자방출기는 배제되는 것에 의해 구현된다.

본 발명에 따른 램프는 동일 소비전력에 대해 증가된 광속을 제공한다.

방전 아아크는 램프의 점등중에 주로 전극의 내측에 자신을 인가한다. 이 아아크는 또한 중공체를 타격하여 이의 온도를 증가시킨다. 일정 시간후 아아크는 자신을 주로 중공체에 인가하고 거기에 남는다.

중공체는 램프동작중 비교적 고온이다. 이로인해 중공체에 도포된 방출기 재료의 양호한 전자방출이 이루어진다. 도전수단은 중공체에 열절연을 제공하여 전극 자체는 비교적 저온, 즉 공지램프의 전극보다 저온을 유지한다. 이로인해 램프용기와 접촉하는 영역에서, 그리고 램프용기의 외측에서의 전극의 온도에 자신을 반영한다. 결과로서 램프용기와 램프용기 외측의 전극은 동작중 비교적 저열저항을 갖는 재료와 접촉하거나 접속할 수도 있다. 사용된 전자방출기는 활성화될 필요가 없으며 대기에의 긴노출후에도 습기응집을 나타내지 않는다.

바람직하게 전자 방출기는 Ba₄Ta₂O₉, Ba₅Ta₄O₁₅, BaY₂O_4,BaCeO_3,Ba₂TiO₄, BaZrO_3,Ba_xSr_1-xTiO_3,Ba_xSr_1-xZrO₃(여기서 x 는 0 내지 1 의 범위) 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 혼합 산화물로 이루어진다.

가장 바람직하게 전자 방출기는 Ba₄Ta₂O₉, BaCeO_3,Ba₂TiO₄, BaZrO_3,Ba_.5Sr_.5TiO_3,및Ba_.5Sr_.5ZrO₃로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 혼합 산화물로 이루어진다.

중공체를 구비한 하나의 전극만을 갖는 램프가 DC 동작용으로 매우 바람직하다. 그때 중공체를 갖는 전극은 음극이다. 어째든, 이것은, 양전극이 그런 중공체와 결합될 때, 예를들어 AC 동작용으로 바람직하다.

도전수단은 예를들어 저항용접 혹은 레이저 용접으로 전극과 중공체에 용접된 금속와이어에 의해 형성될 수도 있다. 그러나, 선택적으로, 상기 수단은 2 개 이상의 와이어를 구비할 수도 있다. 본 실시예는 예를들어 쇼크나 진동에 기인하여 작동중 가속되는 램프에 바람직할 수도 있다.

바람직한 실시예에서, 중공체는 전극과 일체이다. 이 경우 재료는 전극과 중공체가 길이방향부분위에 형성된 실린더의 쉘로부터 톱질, 연마, 드릴링, 연소 혹은 에칭에 의해 제거된다. 중공체와 전극간의 하나 혹은 여러 접속은 도전수단으로 역할을 하도록 유지될 수도 있다. 외주에 분포하는 3 개의 그러한 접속은 기계적으로 강한 구성을 제공한다. 중공체의 벽부는 예를들어 전극과 동일한 재료인 고체재로 형성되어, 예를들어, 중공체는 전극과 일체이다.

중공체가 방출기로 내부적으로 도포되는 것이 바람직하다. 그러나, 선택적으로, 중공체는 외부적으로 도포될 수도 있고 내외 모두 도포될 수도 있다. 방전 아아크는 내부 도포인 경우 우선적으로 자신을 중공체의 내측에 인가한다. 그 때 중공체로부터 떨어진 재료는 자신을 램프용기 벽부에 증착시키는 대신 실질적으로 중공체 내측에 유지한다. 중공체는 자신이 방출재의 현탁액에 침수될 때 특히 용이하게 내외 모두 도포되도록 한다. 이때 외부 방출기는 내부 방출기 저장이 램프수명의 끝을 향해 소진되는 경우 여분의 저장부로서 역할을 할 수도 있다.

중공체의 열절연은 중공체와 전극간의 거리의 선택, 중공체와 전극간의 접속수, 그의 평균단면을 통해 선택될 수도 있다. 중공체와 전극이 하나의 집합체인 경우, 그 절연은 상기 수단 재료의 선택, 특히 그의 열전도율을 통해 조정가능하다. 당업자는 각 램프형에 대해 소시험 시리즈에서 이러한 선택을 용이하게 행할 수도 있다.

전극, 따라서 가능하다면 중공체는 램프용기유리의 팽창계수에 대응하는 팽창계수를 갖는 금속, 예를들어, Cr 이 6 중량%, Ni 가 42 중량%, 및 잔부가 Fe 인, 예를들어 석회유리의 경우의 CrNiFe 합금으로 만들어질 수도 있다. 예를들어 붕규산염의 경유리 램프용기에 대해서는, 예를들어 Ni 이 29 중량%, Co 가 17 중량%, 잔부가 Fe 인 예를들어 Ni/Fe 혹은 NiCoFe 로 만들어지고 직경이 1.5 ㎜ 이고 벽두께가 0.12 ㎜ 인 전극이 사용될 수도 있다.

선택적으로, 전극과 중공체의 집합체에서의 중공체는 예를들어 Cr 이 18 중량%, Ni 가 10 중량%, 및 잔부가 Fe 인 CrNiFe 로 혹은 Ni 로 이루어질 수도 있다. 도전수단은 예를들어 NiCr 이고, 예를들어 Ni 이 80 중량% 이고 Cr 이 20 중량% 이며, 예를들어 직경이 0.125 혹은 0.250 ㎜ 인 와이어 형태일 수도 있다.

본 발명에 따른 일 실시예에서, 중공체는 양단부에서 개방되고 램프용기내측에 배치된다. 실제적으로 방전 아아크에 의해 생성된 모든 방사가 본 실시예에서 이용되고, 이는 비교적 짧은 램프용기에 특히 바람직하다.

램프용기는 유리 튜브가 램프용기 외측에서 하나 혹은 양전극에 용융되어 밀폐되는 식으로 밀폐될 수도 있다. 그러나, 선택적으로, 램프용기외측에서 전극튜브자체에 시일부가 형성되는 것도 가능하다. 이러한 목적으로, 중공체는 예를들어 레이저에 의한 용융에 의해 밀폐 혹은 죄어지거나, 혹은 핀치 및 용융될 수도 있다.

본 발명에 따른 램프의 다른 실시예에서, 중공체는 전극의 전방에서 램프용기외측에 배치된다. 이것은 동작중 중공체로부터 떨어져 나온 재료가 실질적으로 램프용기외측에서 없어져 램프용기 자체는 청정이 유지된다는 이점을 갖는다. 따라서, 루멘출력은 램프수명동안 높게 유지된다. 본 실시예는 중전재가 증발성을 갖는 성분을 구비하는 램프에 특히 중요하다. 방전 아아크는 정상 동작중 중공체에 자신을 주로 인가하기 때문에, 중공체가 수용되는 램프용기 외측의 공간은 비교적 고온을 띤다. 따라서, 증발성분은 비교적 고증기압을 가질 수 있다.

전극을 면하는 측부처럼, 전극으로부터 떨어져 면하는 대향측부는 개방될 수도 있고, 혹은 선택적으로, 예를들어 죄어지는 식으로 밀폐될 수도 있다.

도면에서,

도 1 은 본 발명에 따른 저압방전램프의 제 1 실시예를 도시하는 부분파단 부분측정면도.

도 2 는 도 1 의 램프 단부의 상세도.

도 3 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 램프의 단부를 도시하는 도면.

도 4 는 본 발명의 제 3 실시예를 도시하는 도면.

도 5 는 제 3 실시예의 상세도.

도 6 은 종래기술에 따른 램프의 단부를 나타내는 도면.

도 1 의 저압방전램프는 진공기밀식으로 밀폐되고 단부 (2)를 갖는 관형유리램프용기 (1)를 갖는다. 이것은 희유기체, 도면에서 아른곤과 수은을 구비하는 이온화가능 충전재를 갖는다. 인 (8) 혼합물은 램프용기의 내면을 대부분에 걸쳐 덮는다. 중공 원통형 전극들 (3) 은 각 단부 (2)에서 각각 램프용기에 들어가고 램프용기 내측 및 외측에서 단부 (4A, 4B)를 갖는다. 램프용기 (1) 는 전극들 (4) 의 단부 (4B) 에 고정된 유리 튜브 (9) 에 의해 밀폐되고, 유리 튜브 (9) 는 그들의 자유단부에서 밀폐된다.

도 2 에 더욱 상세하게 도시된 중공체 (5) 는 열절연기, 예를들어, Ni 혹은 Ni-Cr 와이어를 형성하는 도전수단 (7) 으로 전극 (3) 에 레이저 혹은 저항 용접된다. 중공체 (5) 는 하나 이상의 그 표면상에 바람직하게 내면에 전자 방출기 (6) 로 도포된다. 전자 방출기 (6) 는 Ba, Sr 의 혼합 산화물 및 그들과 Ta, Ti, Zr, Sc, Y, La 및 란탄족 원소로 이루어진 군으로 부터의 하나 이상의 금속과의 혼합물을 구비한다.

본 발명 램프의 제 2 실시예가 도 3 에 도시된다. 도 3 에서 도 1 및 도 2 의 구성요소와 대응되는 구성요소는 10 이상의 도면부호를 갖는 것이다. 제 2 실시예에서 중공체 (15) 는 컵 형상이고 전극 (13) 으로부터 떨어져 면하는 개방측부 (15A)를 갖는다.

도 4 와 도 5 는 제 3 실시예를 도시한다. 여기에서 도 1 및 도 2 에 대응되는 구성요소는 20 이상의 도면부호를 갖는다. 이 제 3 실시예에서, 전극 (23) 과 중공체 (25) 는 일체이다. 열절연기를 형성하는 도전 수단 (27) 은 약 1 ㎜ 의 폭 w1,w2 를 갖는 절개부를 형성하므로써 획득되었다. 중공체 (25) 는 2 ㎜ 의 길이 (l)를 갖는다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 램프에 수명시험을 하였다. 수명시험중 여러 시간점에서 음극강하가 측정되었다. 이 결과를 표 1 에 도시한다.

전자방출기	수명 (시간)
	0	500	1000	2000	3000	4000
Ba.5Sr.5TiO3(+Y2O3)	30	60	70	65	63	96
Ba.5Sr.5TiO3	64	84	67
BaY2O4	31	68	75
BaZrO3	27	30	40	45	75	45
Ba2TiO4	34	43	43	45	45	40
BaCeO3	30	45	48	45	44	45
Ba4Ta2O9	30	45	42	45	44	45

본 발명의 램프는 비교적 낮은 음극강하를 가지므로 동일전력소비로 광속 증가를 가능하게 한다.

도 4 및 도 5 에 도시한 바와같이, 본 발명의 제 3 실시예의 램프는 10 ㎃ 의 DC 램프전류로 동작되었다. 램프용기의 벽부의 7 개의 위치에서 동작 10 분후 온도가 측정되었다. 온도가 측정된 위치는 양극 근처의 a 로 부터 음극 근처 g 에 연장한다. 계속하여 DC 전류의 극성, 그와함께 음극과 양극의 위치 및 위치 a-g 도 반전되었다. 다시 동작 10 분후, 위치 a-g에서 온도를 측정하였다. 상술한 온도측정을 각 종류의 4 개의 동일 램프에 대해 행하여, 위치 a-g 각각에 대해 8 개의 값을 얻었다. 본 발명에 따른 램프 inv 1 및 inv2 에 대해 이들 8 개값의 평균을 표 2 에 나타낸다. 램프형 inv 1 및 inv2에서 중공체는 방출기 재료 BaZrO₃와 Ba₄Ta₂O₉로 각각 덮힌다. 비교를 위해 본 발명에 따르지 않는 램프 ref1 및 ref2 에서도 온도가 측정되었다. 이들 램프에서 단부 모두는 전극 전방에 중공체가 존재하지 않는 도 6 에 도시한 구성이다. 램프 ref1에서, 전극은 전자 방출기로부터 자유롭다. 램프 ref2에서, 전극은 Ba₄Ta₂O₉로 덮혀있다.

400 시간의 수명시험후에 상술한 측정을 램프 ref2, inv1 및 inv2 에 대해 반복하였다. 그 결과를 표 3 에 나타낸다.

본 발명의 측정은 램프 용기의 표면에서 상당한 온도하강을 초래한다. 이것은 발광체용으로 비교적 값싼 재료를 사용가능하게 한다.

네온 충전재를 갖는 제 1 및 제 3 실시예의 램프는 다른 수명시험에서 주기적으로 스위치 온 오프되었다. 제 1 실시예에 따른 램프에서 중공체는 전자 방출기로서 BaZrO₃로 도포되었다. 이 램프는 3500 시간 및 565,500 주기후에도 여전히 동작하였다. 제 3 실시예에 따른 램프에서 중공체는 전자 방출기로서 Ba₄Ta₂O₉로 도포되었다. 이 램프는 3500 시간 및 580,000 주기후에도 여전히 동작하였다.

Claims (10)

1. 진공기밀식으로 밀폐되고 단부 (2)를 갖는 관형 형광램프용기(1),

   램프용기에 희유기체를 구비하는 이온화가능 충전재,

   각 단부 (2)에서 각각 램프용기에 들어가고 각각 램프용기내측에의 내부 단부 (4A) 와 램프용기 외측에의 외부단부 (4B)를 갖는 중공 원통형 전극 (3)을 구비하는 저압방전램프에 있어서,

   중공체 (5) 가 그 단부 (4A, 4B) 로 부터 떨어져 상기 전극 (3) 중 하나 이상의 연장방향에 놓이고, 상기 중공체 (5) 는 표면중 하나 이상에 전자방출기 (6) 로 피복되고 열 절연체를 형성하는 도전수단 (7) 에 의해 전극 (3) 에 접속되며, 상기 전자 방출기는 원소 Ba 및 Sr 의 하나 이상과 Ta, Ti, Zr, Sc, Y, La 및 란탄족 원소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 혼합산화물을 하나 이상 구비하며, 조성물 Ba_xSr_1-xY₂O₄(x 는 0 내지 1 의 범위)의 전자방출기는 배제되는 것을 특징으로 하는 저압방전램프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전자방출기는 Ba₄Ta₂O₉, Ba₅Ta₄O₁₅, BaY₂O_4,BaCeO_3,Ba₂TiO₄, BaZrO_3,Ba_xSr_1-xTiO_3,Ba_xSr_1-xZrO₃(여기서 x 는 0 내지 1 의 범위) 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 혼합 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압방전램프.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 전자방출기 재료는 Ba₄Ta₂O₉, BaCeO_3,Ba₂TiO₄, BaZrO_3,Ba_.5Sr_.5TiO_3,및Ba_.5Sr_.5ZrO₃로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 혼합 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압방전램프.
4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 중공체 (5) 는 양측부에서 개방되고 전극 (3) 의 전방에 있는 램프용기 (1) 내측에 위치되는 것을 특징으로 하는 저압방전램프.
5. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 3 항에 있어서, 상기 중공체 (15) 는 전극 (13) 의 전방에 있는 램프용기 (11) 의 내측에 위치되고, 전극으로부터 떨어져 면하는 개방측부를 갖는 컵형상인 것을 특징으로 하는 저압방전램프.
6. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 중공체는 상기 전극의 전방에 있는 램프용기의 외측에 위치되는 것을 특징으로 하는 저압방전램프.
7. 전술한 항 중 어느 한항에 있어서, 상기 중공체 (5) 는 전자방출기 (6) 로 내부적으로 피복되는 것을 특징으로 하는 저압방전램프.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 중공체 (5) 는 내부적 및 외부적으로 상기 방출기 (6) 로 피복되는 것을 특징으로 하는 저압방전램프.
9. 제 1 항 내지 제 4 항 혹은 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 (23) 과 상기 중공체 (25) 는 일체인 것을 특징으로 하는 저압방전램프.
10. 전술한항 중 어느 한항에 있어서, 양 전극 (3) 는 그 청구항에 의해 정의되는 중공체를 갖는 것을 특징으로 하는 저압방전램프.