KR19990083059A

KR19990083059A - 고압 수은 램프

Info

Publication number: KR19990083059A
Application number: KR1019990012355A
Authority: KR
Inventors: 스기타니아키히코; 사토우히로토; 이토우다카시; 호리카와요시히로
Original assignee: 다나카 아키히로; 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 1999-11-25
Also published as: DE69911678T2; EP0949658A3; JP2948200B1; JPH11297269A; KR100529770B1; US6060830A; TW419703B; EP0949658B1; EP0949658A2; DE69911678D1

Abstract

본 발명은 수은 증기압이 매우 높고, 관벽(管壁) 부하도 매우 높은 고압 수은 램프에 있어서, 그 점등 중의 아크를 양호하게 안정시키는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 석영 유리로 이루어진 방전용기(2)에 한 쌍의 텅스텐 전극(4)이 대향 배치되어 있고, 이 방전용기(2)에 0.16㎎/㎣ 이상의 수은과 희소 가스(rare gas)를 봉입하고, 관벽 부하가 0.8W/㎟ 이상이고, 상기 방전용기(2)에는 전리전압이 수은의 전리전압의 0.87배 이하인 금속을 사용한 금속 할로겐화물이 2×10^-4∼7×10^-2μ㏖/㎣의 범위에서 첨가된 것을 특징으로 한다.

Description

고압 수은 램프{High-Pressure Mercury Lamp}

본 발명은 고압 수은 램프에 관한 것으로, 특히 액정 프로젝터의 백라이트(back-light)나 파이버(fiber) 조명용의 광원으로 사용되는 고휘도의 고압 수은 램프에 관한 것이다.

투사형의 액정 디스플레이 장치는 구형상의 스크린에 대해 균일하게 그리고 충분한 연색성(演色性)으로 화상을 조명시키는 것이 요구되고, 이를 위해 광원으로서 수은과 금속 할로겐화물을 봉입한 메탈 할라이드(metal halide) 램프가 사용된다. 또한, 이러한 메탈 할라이드 램프도 최근에는 한층 더 소형화, 점광원화(點光源化)되어, 전극간 거리가 매우 작은 것이 실용화되고 있다.

이러한 배경으로, 최근에는 메탈 할라이드 램프 대신에, 지금까지는 없었던 높은 수은 증기압, 예를 들면 200바(bar)(약 197기압) 이상을 갖는 램프가 제안되고 있다. 이것은 수은 증기압을 보다 높게 함으로써, 아크의 확장을 억제함과 아울러, 한층 더 광출력의 향상을 도모하고자 하는 것으로, 예를 들면 특개평 2-148561호, 특개평 6-52830호에 개시되어 있다.

특개평 2-148561호(미국특허 제5,109,181호)에는, 텅스텐으로 이루어진 한 쌍의 전극을 갖는 방전용기에 희소 가스(rare gas)와, 0.2㎎/㎣ 이상의 수은과, 1×10^-6∼1×10^-4μ㏖/㎣ 범위의 할로겐을 봉입하여, 1W/㎟ 이상의 관벽 부하에서 동작시키는 고압 수은 램프가 개시되어 있다. 여기서, 수은의 봉입량을 0.2㎎/㎣ 이상으로 하는 이유는, 수은의 압력을 높게 하여 가시광 영역, 특히 적색 영역의 연속 스펙트럼을 증가시킴으로써 연색성을 개선하려는 것이고, 관벽 부하를 1W/㎟ 이상으로 하는 이유는, 수은의 압력을 높게 하기 위하여 최냉부(最冷部)의 온도를 높게 할 필요가 있기 때문이다. 할로겐을 봉입하는 이유에 대해서는 관벽의 흑화(黑化) 방지를 위한 것임은 읽어 알 수 있지만, 1×10^-6∼1×10^-4μ㏖/㎣의 범위로 규정하는 이유는 기재되어 있지 않다. 또한, 할로겐을 금속 화합물의 형태로 봉입하는 것은 전극을 부식시키기 때문에 어쩔수 없다고 기재되어 있다.

한편, 특개평 6-52830호(미국특허 제5,497,049)에는, 상기의 수은량, 관벽 부하값, 할로겐량이 제시되어 있음과 아울러, 방전용기의 형상과 전극간 거리를 규정하고, 또한 할로겐의 종류로서 브롬으로 한정하는 것이 기재되어 있다. 여기서 브롬을 봉입하는 이유는 관벽의 흑화 방지를 위한 것이고, 그 봉입량이 10^-6μ㏖/㎣ 이상에서 충분한 효과를 발휘함과 아울러, 10^-4μ㏖/㎣를 넘으면 전극이 부식한다는 것이 나타나고 있다. 또한, 이 램프는 프로젝터용의 광원에 적합하고, 액정 프로젝션TV의 스크린 조도의 4000시간에 걸친 조도 유지율이 종래의 램프를 사용한 경우에 비해 우수하다는 것이 소개되어 있다.

그러나, 상기한 종래의 램프에 있어서는, 램프점등 중에 아크가 흔들리는 문제가 있었다. 이 원인은 반드시 명확한 것은 아니지만, 이하와 같이 추측할 수 있다. 즉, 수은의 봉입량이 많기 때문에 수은의 증기압이 매우 높아져, 그 결과 아크는 수축하고 매우 가늘게 된다. 이 가는 아크에 높은 관벽 부하를 거는 대전력이 주입되기 때문에, 아크 중의 전력 밀도는 매우 높아지고 아크의 온도는 높아진다. 즉, 수은의 증기압이 매우 높고 아크가 가늘고 또한 온도가 매우 높기 때문에, 아크의 주변에 있어서의 대류(對流)의 속도가 비정상적으로 빨라진다. 그리고, 아크와 주변부의 경계의 온도변화가 급준(急峻)하게 되고, 그 결과 아크의 흔들림이 발생한다고 여겨진다.

또한, 상기 선행문헌에는 적색성분의 발광을 증가시키고, 연색성이 매우 우수한 발광을 할 수 있다고 기재되어 있지만, 액정 프로젝터의 백라이트로서 사용하는 경우 등에 있어서는, 최근의 한층 더 고연색성의 요구에 충분히 부응하는 것이라고는 할 수 없었다. 즉, 적색성분을 보다 증가시킨 발광이 요구되고 있다는 의미이다.

그래서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결기 위해 이루어진 것으로, 수은 증기압이 매우 높고 관벽 부하도 매우 높은 고압 수은 램프에 있어서, 그 점등 중의 아크를 양호하게 안정화시키는 것이고, 또한 적색성분을 증가시킨 연색성이 우수한 발광이 가능한 고압 수은 램프를 제공하고자 함에 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 고압 수은 램프를 도시한 것,

도 2는 본 발명에 따른 고압 수은 램프에 의한 분광 스펙트럼을 도시한 것,

도 3은 본 발명에 대한 비교예의 고압 수은 램프에 의한 분광 스펙트럼을 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 방전램프 2: 방전용기

3: 밀봉부 4: 전극

5: 금속박(金屬箔) 6: 외부 리드

상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항1에 따른 고압 수은 램프는, 석영 유리로 이루어진 방전용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치되어 있고, 이 방전용기에 0.16㎎/㎣ 이상의 수은과 희소 가스를 봉입하고, 관벽 부하가 0.8W/㎟ 이상이고, 상기 방전용기에는 전리전압이 수은의 전리전압의 0.87배 이하인 금속을 사용한 금속 할로겐화물이 2×10^-4∼7×10^-2μ㏖/㎣의 범위에서 첨가된 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항2에 따른 고압 수은 램프는, 석영 유리로 이루어진 방전용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치되어 있고, 이 방전용기에 0.16㎎/㎣ 이상의 수은과 희소 가스를 봉입하고, 관벽 부하가 0.8W/㎟ 이상이고, 상기 방전용기에는 전리전압이 수은의 전리전압의 0.55배 이하인 금속이 1×10^-5∼2×10^-2μ㏖/㎣의 범위에서, 또한 할로겐이 2×10^-4∼7×10^-2μ㏖/㎣의 범위에서 첨가된 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항3에 따른 고압 수은 램프는 청구항1 또는 청구항2의 고압 수은 램프에 있어서, 상기 할로겐화 금속이 580∼780㎚의 파장범위에서 발광 스펙트럼을 갖는 것을 특징으로 한다.

우선, 청구항1의 발명은, 석영 유리로 이루어진 방전용기의 내부에 전리전압이 수은의 전리전압의 0.87배 이하인 금속, 즉 수은보다도 전리하기 쉬운 금속을 할로겐화물의 형태로 하여 2×10^-4∼7×10^-2μ㏖/㎣ 범위의 양만큼 첨가한 것을 특징으로 하고 있다. 즉, 이러한 금속이 봉입되면, 수은만으로 형성한 경우의 아크 주변부에 있어서의 아크와 아크 밖의 경계부 부근의 비교적 온도가 낮은 영역에 있어서도 그 금속의 전리가 발생한다.

결국, 이 영역에 있어서도 전력이 주입되기 때문에, 아크 주변부에 있어서의 아크와 아크 밖의 경계부 부근의 온도변화가 완만하게 되고, 실질적인 아크의 지름은 두껍게 된다. 아크와 아크 밖의 경계의 온도변화가 급준하고 또한 지름이 가는 아크와 비교하여, 아크와 아크외의 경계의 온도변화가 완만하고 또한 지름이 두꺼운 아크에 있어서는 당연히 아크의 흔들임이 발생하기 어렵다. 또한 할로겐화 금속으로부터 램프 점등 중에 유리(遊離)된 할로겐은 방전용기 내벽의 흑화 방지 작용도 행한다.

여기서, 할로겐화 금속의 첨가량이 2×10^-4μ㏖/㎣ 미만이면 아크의 흔들림을 억제하는 효과가 떨어지게 된다. 이것은 아크 주변부의 온도가 비료적 낮은 부분에 있어서 용이하게 전리되는 금속의 봉입량이 적기 때문에, 그 결과, 아크의 흔들림이 발생하기 쉽게 되기 때문이다. 또한, 할로겐화 금속의 첨가량이 7×10^-2μ㏖/㎣를 넘으면 전극의 부식이 발생한다는 문제를 일으키게 된다.

여기서, 본 발명에 있어서의 '금속'이라는 것은 종래부터 존재하던 메탈 할라이드 램프의 경우와 마찬가지로 엄밀한 정의의 금속이 아니라, 희소 가스, 할로겐, 탄소, 질소, 산소를 제외한 모든 원소를 의미한다.

다음으로, 청구항2의 발명은 상기 청구항1에 기재된 금속보다도 더욱 전리전압이 낮은 금속에 한정되어 있다. 구체적으로는, 전리전압이 수은의 전리전압의 0.55배 이하인 금속을 이용한 것을 특징으로 한다. 그리고, 이러한 금속을 첨가함으로써, 이 금속의 첨가량이 1×10^-5μ㏖/㎣ 이상이면 충분한 아크의 안정을 실현할 수 있다. 또한, 할로겐의 봉입량은 7×10^-4μ㏖/㎣ 이상으로 함으로써, 마찬가지로 아크의 흔들림과 관벽의 백탁(白濁) 방지가 가능하게 된다.

또한, 금속, 할로겐 모두 그 봉입량이 7×10^-2μ㏖/㎣를 넘으면 전극의 부식이 발생하게 된다.

상기 전리전압이 수은의 전리전압의 0.55배 이하인 금속으로서는, 예를 들면, 리튬, 나트륨, 세슘, 바륨, 칼슘 등을 사용할 수 있다.

다음으로, 청구항3의 발명은, 상기 청구항1 및 청구항2의 고압 수은 램프에 있어서, 580∼680㎚의 파장범위에서 발광 스펙트럼을 갖는 할로겐화 금속을 선택했기 때문에, 적색부 부근의 발광을 적합하게 보충하는 것이 가능하게 되고, 따라서 연색성을 현저히 개선할 수 있다.

이러한 할로겐화 금속으로서는 예를 들면 세슘, 나트륨, 칼슘, 란탄(lanthan)의 할로겐화물을 적용할 수 있다.

[실시예]

도 1는 본 발명에 따른 고압 수은 램프를 도시한 것이다.

방전램프(1)는 석영 유리로 이루어지고, 중앙의 방전용기(2)와 그 양단에 이어진 얇고 긴 밀봉부(3)로 구성된다. 방전용기(2)의 안(이하, 이것을 '발광공간'이라 한다)에는 한 쌍의 텅스텐 재료로 이루어진 전극(4)이 1.2㎜ 정도의 간격으로 배치된다. 전극(4)의 후단은 밀봉부(3) 안에 매설되고 금속박(金屬箔)(5)에 용접된다. 금속박(5)의 다른 단은 외부 리드(6)가 접합된다.

발광공간에는 발광물질로서 수은이 봉입되고, 또한 점등 시동 가스로서 아르곤, 크세논 등의 희소 가스가 봉입된다. 이 희소 가스는 예를 들면 10kPa 봉입된다. 여기서, 수은의 봉입량은 0.22㎎/㎣ 이상이고, 이것은 안정 점등시의 증기압이 백 수십기압 이상이 되는 것이다. 방전용기의 내용적(內容積)은 예를 들면 75㎣이고, 관벽 부하는 1.5W/㎟이다.

방전용기에는 발광물질로서, 추가로 브롬화 칼슘(CaBr₂)이 예를 들면 3×10^-4μ㏖/㎣ 봉입된다. 이 칼슘의 전리전압은 6.1V이고 수은의 전리전압의 0.58이다. 그리고, 이 브롬화 칼슘을 첨가한 경우는 브롬화 칼슘을 첨가하지 않은 경우에 비해 아크의 흔들림이 10분의 1로 개량되었다.

그리고, 또하나의 실시예로서, 상기와 동일한 방전용기에 0.19㎎/㎣의 수은과, 7×10^-3μ㏖/㎣의 나트륨(Na)과, 3×10^-5μ㏖/㎣의 리튬(Li)과, 5×10^-4μ㏖/㎣의 브롬(Br)과, 10kPa의 아르곤(Ar)을 봉입했다. 관벽 부하 1.2W/㎟에서 점등시켰다. 그리고, 비교용으로 나트륨(Na), 리튬(Li)을 봉입하지 않은, 즉 발광물질로서 수은만을 봉입한 고압 수은 램프도 점등시켰다.

이 결과, 나트륨(Na), 리튬(Li)을 첨가하지 않은 램프는 램프점등의 10분 이내의 간격으로 불안정한 아크의 변동(5%에서 20%의 변동율)이 발생함에 비해, 나트륨(Na), 리튬(Li)을 첨가한 램프는 아크가 안정되고 수시간의 연속관측에서는 상기와 같은 아크의 변동은 보이지 않았다. 또한, 도 2는 나트륨(Na) 등을 봉입한 램프에 의한 분광 스펙트럼을 나타내고, 도 3은 나트륨(Na) 등을 봉입하지 않은 램프의 분광 스펙트럼을 나타낸다. 양 도면을 비교해 보면, 나트륨(Na), 리튬(Li)을 봉입한 램프는 나트륨(Na)의 공명선(共鳴線) 589㎚와 리튬(Li)의 공명선 671㎚가 매우 양호하게 발광한다는 것을 알 수 있다. 여기서, 이 램프의 색도좌표는 (x=0.295, y=0.314)이고, 나트륨(Na), 리튬(Li)을 봉입하지 않은 램프의 색도좌표는 (x=0.286, y=0.311)으로, 적색성분이 크게 증가하는 것을 나타내고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 고압 수은 램프는 석영 유리로 이루어진 방전용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치되어 있고, 이 방전용기에 0.16㎎/㎣ 이상의 수은과 희소 가스를 봉입하고, 관벽 부하가 0.8W/㎟ 이상인 고압 수은 램프에 있어서 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫 번째로, 방전용기에는 전리전압이 수은의 전리전압의 0.87배 이하인 금속을 이용한 금속 할로겐화물이 2×10^-4∼7×10^-2μ㏖/㎣의 범위에서 첨가된 것을 특징으로 하고, 이 특징에 의해 아크 주변부에 있어서의 아크와 아크 밖의 경계부 부근의 비교적 온도가 낮은 영역에 있어서도 그 금속의 전리가 용이하게 이루어지고, 그 결과, 아크를 안정시킬 수 있다.

두 번째로, 방전용기에는 전리전압이 수은의 전리전압의 0.55배 이하인 금속이 1×10^-5∼2×10^-2μ㏖/㎣의 범위이고 또한 할로겐이 2×10^-4∼7×10^-2μ㏖/㎣의 범위에서 첨가된 것을 특징으로 하고, 이 특징에 의해 그 금속의 전라가 보다 용이하게 행해지고, 아크의 안정을 실현할 수 있다.

또한, 나트륨, 리튬 등의 금속을 상기 수은의 전리전압 보다 낮은 전리전압을 갖는 금속으로 사용함으로써, 580∼780㎚의 파장범위에서 강한 발광을 일으키고 적색성분의 빛을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 연색성이 우수한 발광을 실현할 수 있다.

Claims

석영 유리로 이루어진 방전용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치되어 있고, 이 방전용기에 0.16㎎/㎣ 이상의 수은과 희소 가스를 봉입하고, 관벽 부하가 0.8W/㎟ 이상인 고압 수은 램프에 있어서,

상기 방전용기에는 전리전압이 수은의 전리전압의 0.87배 이하인 금속을 사용한 금속 할로겐화물이 2×10^-4∼7×10^-2μ㏖/㎣의 범위에서 첨가된 것을 특징으로 하는 고압 수은 램프.
석영 유리로 이루어진 방전용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치되어 있고, 이 방전용기에 0.16㎍/㎣ 이상의 수은과 희소 가스를 봉입하고, 관벽 부하가 0.8W/㎟ 이상인 고압 수은 램프에 있어서,

상기 방전용기에는 전리전압이 수은의 전리전압의 0.55배 이하인 금속이 1×10^-5∼2×10^-2μ㏖/㎣의 범위에서, 또한 할로겐이 2×10^-4∼7×10^-2μ㏖/㎣의 범위에서 첨가된 것을 특징으로 하는 고압 수은 램프.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 할로겐화 금속이 580∼780㎚의 파장범위에서 발광 스펙트럼을 갖는 것을 특징으로 하는 고압 수은 램프.