KR20010080860A - 텅스텐-할로겐 램프 엔벌로프 및 필터용 네오듐 유리 - Google Patents

텅스텐-할로겐 램프 엔벌로프 및 필터용 네오듐 유리 Download PDF

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로날드레로이 스튜워트
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Abstract

본 발명은 텅스텐-할로겐 램프 엔벌로프 및 필터용 네오듐 유리에 관한 것으로, 산화물 기준 중량%로 50-62% SiO2, 10-17% Al2O3, 0-6% B2O3, 3.6-10% CaO, 0-7.5% MgO, 0.1-0.3% SrO, 2.4-18% BaO, 0-1% ZnO, 1-8% Nd2O3로 필수적으로 이루어진 텅스텐-할로겐 램프 유리 엔벌로프, 유리 필터 렌즈 및 유리 필터용 유리에 관한 것이다. 상기 유리는 하기 물리적 특성들을 나타내는데; 665℃ 내지 750℃의 변형점, 설정점에서의 열팽창계수 49-59×10-7/℃, 1320℃ 이하의 액체온도, 2,000포이즈를 초과하는 액체온도에서의 점도, 및 1.2mm 두께에 대한 585nm에서의 투과율 5 내지 60%. 상기 유리 조성물로부터 제조된 유리 엔벌로프, 유리 필터 렌즈, 또는 유리 필터를 함유하는 텅스텐 할로겐 램프에 있어서 램프 색온도는 Nd2O3가 없는 유사한 유리보다 3%부터 7%까지 증가되며, 총 가시성 루멘손실은 10% 미만으로 제한된다.

Description

텅스텐-할로겐 램프 엔벌로프 및 필터용 네오듐 유리 {Neodymium glass for tungsten-halogen lamp envelopes and filters}
본 발명은 텅스텐-할로겐 램프 엔벌로프(tungsten-halogen lamp envelope) 및 필터용 네오듐 유리에 관한 것으로, 텅스텐-할로겐 램프 엔벌로프와 같은 고온의 램프 엔벌로프를 제조하기에 적합한 유리 뿐만 아니라, 텅스텐-할로겐 램프와 함께 사용되는 것과 같은 고온의 유리 필터 및 유리 필터 렌즈를 제조하기에 적합한 유리에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 방출된 빛이 더욱 밝아져서 발광된 주변의 콘트라스트(contrast)를 보조할 수 있게 됨으로써 텅스텐-할로겐 램프에 더 높은 상관 색온도(correlated color temperature, CCT)를 제공하는 Nd2O3함유 유리 조성물에 관한 것이다.
자동차 산업에 있어서, 주변 환경에 대한 더 나은 발광을 제공하는 자동차 헤드라이트(headlight)에 대한 지속적인 요구조건들이 존재한다. 최근에 텅스텐-할로겐 램프가 하기 몇가지 잇점을 포함하기 때문에 통상적인 백열 밀폐식 전조등 (incandescent sealed beam lamp)에 있어서 각광받고 있다: 더 밝은 빛이 방출되고; 더욱 작은 크기의 램프가 동등하거나 오히려 더 많은 빛을 내며; 그 발광의 세기가 램프 수명동안 실질적으로 일정하고; 서비스 수명이 상당히 긴 점. 그러나, 이러한 잇점에도 불구하고, 텅스텐-할로겐 램프는 발광 및 콘트라스트 성능면에 있어서 특히 더욱 향상될 수 있다. 예를 들어, 이것은 텅스텐-할로겐 램프는 더 높은 CCT를 제공하는 유리로 램프 엔벌로프를 제조함으로써 달성될 것이다.
텅스텐-할로겐 램프가 고온, 일반적으로 약 500-700℃에서 작동하기 때문에, 이러한 램프 엔벌로프용으로 적절한 유리는 열적으로 안정(실투에 내성을 가짐)하여야 하며 고온에서 열변형을 견뎌야 한다. 또한, 상기 유리는 램프 작동동안 무결성(integrity)을 유지하면서 몰리브뎀 납으로 밀봉가능하여야 한다. 또한, 상기 유리는 경제적이면서 양질의 배관을 형성할 수 있어야 하거나 필터 및 렌즈 필터 성형체로 압축될 수 있어야 한다.
그래서, 알카리 토류 알루미노실리케이트 유리에 많은 연구가 진행되어 왔는데, 이것은 상기 물질이 램프 작동에 필요한 특성들을 나타내면서 텅스텐-할로겐 램프 엔벌로프의 다량생산에 적합하기 때문이다.
미국특허 제3,496,401호(Dumbaugh)에는 텅스텐-요오드 램프에 특정한 기준물질을 갖는 텅스텐-할로겐 백열 램프의 작동에 기초하는 기본 메카니즘이 기재되어 있다. 미국특허 제3,496,401호에는 상기 램프용 엔벌로프로서 적합한 알카리 토금속 알루미노실리케이트 유리 조성물이 기재되어 있는데, 이 때 유리 조성물은 산화물 기준 중량%로, 10-25% 알카리 토금속 산화물, 13-25% Al2O3, 55-70% SiO2, 0-10% B2O3및 0.1% 미만의 알카리 금속산화물로 필수적으로 이루어진다.
미국특허 제3,978,362호(Dumbaugh et al.)에는 700℃보다 높은 변형점, 적어도 100,000포이즈(poise)의 액체점도, 1550℃이하의 작동가능한 용해온도(melting temperature), 1200℃미만의 액체온도 및 48-55×10-7/℃의 열팽창계수를 나타내는 텅스텐-브롬 램프용으로 설계된 유리가 기재되어 있으며, 상기 유리 조성물은 중량%로 14-21% CaO%, 0-5% MgO, 0-7% BaO, 총 CaO+MgO+BaO는 적어도 19%이며, 13-16% Al2O3, 0-10% SrO 및/또는 La2O3및 58-63%의 SiO2로 필수적으로 이루어진다.
미국특허 제4,060,423호(Thomas)에는 텅스텐-할로겐 램프용 엔벌로프로서 사용하기 위해 특별히 설계된 또 다른 군의 유리 조성물이 기재되어 있다. 이러한 유리들은 1250℃이하의 액체온도, 최소 725℃의 변형점, 및 42-48×10-7/℃의 열팽창계수를 나타냄으로써 특징지어진다. 또한 이 조성물은 산화물 기준 중량%로 55-68% SiO2, 15-18% Al2O3, 6-13% CaO% 및 6-16% BaO로 필수적으로 이루어지며, 여기서 Al2O3:CaO+BaO의 중량비는 약 0.6:1 내지 1:1이다.
미국특허 제4,255,198호(Danielson et al.)에는 텅스텐-할로겐 램프에서 몰리브뎀 금속으로 밀봉하기에 적합한 유리가 기재되어 있으며, 상기 유리는 730℃를 초과하는 변형점, 최소 400,000포이즈의 액체온도에서의 점도, 500℃에서 350PPM을 초과하지 않는 실온에서의 축압축(axial compression) 및 150PPM을 초과하지 않는 실온에서의 축압축 또는 축인장(axial tension), 43-48×10-7/℃의 열팽창계수를 나타낸다. 또한 상기 유리는 산화물 기준 중량%로 62-64%의 SiO2, 14-16% Al2O3, 10-13% CaO% 및 7-9% SrO로 필수적으로 이루어진 조성물을 갖는다.
미국특허 제4,302,250호(Danielson)에는 750℃보다 높은 변형점, 최소 40,000포이즈의 액체점도, 1330℃이하의 액체온도 및 48-55×10-7/℃의 열팽창계수를 나타내며, 중량%로 11-14%의 CaO, 0-4% SrO 및 0-5% BaO로 필수적으로 이루어진 SrO+BaO 2-6.5%, 16.5-18.5% Al2O3, 및 64-68% SiO2로 필수적으로 이루어진 텅스텐-할로겐 램프용 엔벌로프로서 사용하기 위한 유리 조성물이 기재되어 있다.
미국특허 제4,605,632호(Elmer)에는 중량%로 1-2.5% Al2O3, 0.25-1% CaO, 0.1-0.25% Na2O 및/또는 K2O, 2.5-3.5% B2O3, 0.15-0.3% F, 및 나머지는 SiO2로 필수적으로 이루어진 텅스텐-할로겐 램프용 엔벌로프의 제조를 위한 높은 실리카 유리가 기재되어 있다.
미국특허 제4,394,453호(Dumbaugh)에는 산화물 기준 중량%로 60±1.5% SiO2, 17.0±1% Al2O3, 5.0±0.8% B2O3, 11.4±0.8% CaO, 및 7.5±0.8% MgO로 필수적으로 이루어진 텅스텐-할로겐 램프용으로 적합한 유리 조성물이 기재되어 있다. 상기 기재된 유리의 물리적 특성은 최소 670℃의 변형점, 42-45×10-7/℃의 열팽창계수, 1100℃이하의 액체온도, 및 20,000포이즈보다 큰 액체점도를 갖는다.
미국특허 제4,409,337호(Dumbaugh)에는 665℃를 초과하는 변형점, 1125℃이하의 액체온도, 최소 50,000포이즈의 액체점도, 및 42-46×10-7/℃의 열팽창계수를 나타내는 텅스텐-할로겐 램프용 유리가 기재되어 있으며, 상기 유리 조성물은 산화물 기준 중량%로 56-59%의 SiO2, 16-17% Al2O3, 4.5-5.25% B2O3, 7.5-9.25% CaO, 5.5-6.25% MgO, 및 5-9% MgO로 필수적으로 이루어지며, 여기서 SiO2+Al2O3의 합은 약 75%를 넘지 않으며, SiO2:Al2O3의 중량비는 약 3.1-3.7로 유지되고 CaO:MgO의 중량비는 약 1.2-2.0으로 고정된다.
미국특허 제4,693,987호(Danielson)에는 특히 몰리브뎀 금속 와이어(wire)가 사용되는 텅스텐-할로겐 램프용 엔벌로프로서 사용하기 위한 유리가 기재되어 있으며, 상기 유리는 718-725℃의 변형점, 최소 50,000포이즈의 액체점도, 1145-1180℃의 액체온도, 및 46.2-50.1×10-7/℃의 열팽창계수를 나타내며, 또한 중량%로 10.7-11.9% CaO%, 9.1-13.1% BaO, 14.6-15.1% Al2O3, 및 60.5-62.4%의 SiO2로 필수적으로 이루어진다.
또한 본원에서 램프 색온도로서 언급한, 상관 색온도(CCT)는 램프의 색채의 발현을 설명하고 대조하기 위해 조명산업에서 사용된다. CCT는 감지된 색이 주어진 광원의 색과 거의 유사하게 비슷한 흑체 라디에이터(blackbody radiator)의 온도를일컫는다. 흑체의 온도가 상승함에 따라, 색은 흐릿한 적색에서 밝은 적색, 오랜지색, 황색, 백색 및 최종적으로 청색으로 변한다. 따라서, 온도가 낮아질수록 파장이 길어지고 "따뜻한" 색을 띠게 되며; 온도가 높아질수록 파장이 짧아지고 "차가운" 색을 띠게 된다. 특히, 통상적인 자동차용 텅스텐-할로겐 램프는 따뜻한 색을 나타내며 2800-3200K의 CCT를 나타낸다; 이 값은 텅스텐-할로겐 램프가 560-700nm의 스펙트럼의 황색 내지 적색 파장영역에서 대부분의 빛이 출력되고 400-560nm 사이의 스펙트럼의 청색 내지 녹색 파장영역에서 거의 빛이 출력되지 않는다는 사실에 의해 알 수 있다. 텅스텐-할로겐 램프에서 CCT를 상승시키는 하나의 방법은 짧은 파장의 영역(청색 내지 녹색)에서는 모두 투과시키는 반면, 더 긴 파장영역(황색 내지 적색)에서 적은 양의 가시광선을 선택적으로 흡수하도록 하는 것이다. 색온도의 관점에서, 이들의 높은 파장 에너지를 흡수하거나 뺌으로써 CCT 온도가 더 높은 온도로 전이된다. 더 긴 파장을 흡수하는 방법은 기본 산화물 물질, 특히 네오듐 산화물의 형태로서 특정 양이온을 유리 엔벌로프에 도핑하는 것이다.
네오듐 함유 유리는 공지이다. 이것은 역사적으로 항공 및 항해 분야에서 사용되고 있다. 오랫동안 유리의 착색제로서 알려져 있으며, 희토류 원소인 네오듐은 가시 및 비가시 영역 모두에 걸쳐서 확장된 흡수 스펙트럼을 가져 실질적으로 변하지 않은 유리로 전이시킨다. 또한 네오듐의 빛의 주요흡수는 568-590nm의 가시스펙트럼의 황색영역임이 알려져 있다. 적색조 및 녹색조가 황색의 흡수로 인해 강조되기 때문에, 네오듐 함유 유리를 통해 보여지는 발광된 물체는 주변환경에 대해 매우 깨끗하게 보인다.
최근, 야간에 접근하는 차들로부터의 시각적 불안감을 감소시키기 위해, 네오듐 함유 유리을 이용한 자동차 헤드라이트의 제조 방법이 미국특허 제5,548,491호(Karpen)에 기재되어 있다. Karpen은 백열램프용 네오듐 도핑된 소다-라임 실리카 유리 및 텅스텐-할로겐 램프용 네오듐 도핑된 보로실리케이트 또는 석영 유리를 기재하고 있다. 네오듐 산화물이 5-30중량%로 기재되어는 있지만, 특정한 유리 조성물이 제공되지 않았다.
미국특허 제4,315,186호(Hirano et al.)에는 반사 거울 영역(reflective mirror section)에서 용융된 네오듐 도핑된 전면 렌즈 영역(front lens section)을 갖는 반사성 전기 램프(reflective electric lamp)가 기재되어 있다. 전면 렌즈 영역만이 네오듐 함유 유리로부터 형성되며, Nd2O3의 양은 0.5-5중량%이다. 또한 더이상의 특별한 유리 조성물에 대한 언급은 없다. 보로실리케이트 유리는 전면 유리 거울의 제조에 적합한 유리 물질의 예로서 제공된다.
그러나, 종래기술에서 실시하지 못했던 점과 본 발명이 제공하는 점은 CCT를 3200K이상, 바람직하게는 3400K이상으로 증가시키면서 성공적이고 최적의 램프 작동을 위해 필요한 물리적 특성들을 제공함으로써, Nd2O3와 함께 최적의 텅스텐-할로겐 램프 제조할 수 있는 알카리 토류 알루미노실리케이트 시스템내의 조성물의 범위를 제공한다는 점이다.
본 발명은 산화물 기준의 중량%로 50-62% SiO2, 10-17% Al2O3, 0-6% B2O3,3.6-10% CaO, 0-7.5% MgO, 0.1-0.3% SrO, 2.4-18% BaO, 0-1% ZnO, 1-8% Nd2O3로 필수적으로 이루어진, 텅스텐 할로겐 램프로 사용하기 위한 유리 필터 및 유리 필터 렌즈용 뿐만 아니라, 텅스텐 할로겐 램프 엔벌로프용 네오듐 함유 유리 조성물에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 상기 유리 조성물이 하기 물리적 특성들을 나타내는데 있다: 665℃ 내지 750℃의 변형점, 25℃에서 상기 유리 변형점보다 5℃ 더 높은 설정점까지에서의 열팽창계수 49-59×10-7/℃, 1320℃ 이하의 액체온도, 2,000 내지 170,000포이즈의 액체온도에서의 점도, 및 1.2mm 두께의 유리 피스에 대한 585nm에서의 투과율 5 내지 60%.
본 발명에 따라서, 바람직한 유리 조성물은 산화물 기준의 중량%로 53-57% SiO2, 13-16.5% Al2O3, 0-5.8% B2O3, 5.3-7.7% CaO, 0-7.4% MgO, 0.1-0.3% SrO, 7.7-18% BaO, 0-0.7% ZnO, 1.5-4.5% Nd2O3로 필수적으로 이루어진다. 따라서, 하기 물리적 특성들을 나타내는 바람직한 범위의 유리 조성물이 본 발명의 목적이다: 665℃ 내지 730℃의 변형점, 열팽창계수 49-59×10-7/℃, 1250℃ 이하의 액체온도, 30,000포이즈보다 큰 액체온도에서의 점도, 및 1.2mm 두께의 유리 피스에 대한 585nm에서의 투과율 18 내지 60%.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 바람직한 유리 조성물로부터 제조된 유리 엔벌로프, 유리 필터 렌즈, 또는 유리 필터를 함유하는 텅스텐 할로겐 램프에 의해 나타나는 램프 색온도가 Nd2O3가 없는 유사한 유리보다 3%에서 7%까지 증가되는데있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 바람직한 유리 조성물로부터 제조된 유리 엔벌로프, 유리 필터 렌즈, 또는 유리 필터를 함유하는 텅스텐 할로겐 램프에 의해 나타나는 총 가시성 루멘손실(total visible lumen) 또는 캔들 파워 손실(candle power loss)이 10% 미만으로 제한되는데 있다.
본 발명의 추가적인 특징 및 잇점은 하기 발명의 상세한 설명에서 언급할 것이며, 전술한 바와 같이 본 발명을 실시함으로써 당업자에게 알려지거나 명백해질 것이다.
전술한 일반적인 문헌 및 본원에서 제공되는 하기 상세한 설명 및 실시예들은 단지 본 발명의 바람직한 구체예이며, 청구범위에서 주장하는 본 발명의 특성 및 특색의 이해를 돕기 위하 제공된다.
도 1은 1.2mm 두께의 유리 피스(glass piece)에 대한 네오듐 산화물의 함량에 대한 본 발명에 따른 유리의 자외선 및 가시광선 투과율 스펙트럼을 나타내는 그래프이고,
도 2는 1.2mm 두께의 유리 피스에 대한 네오듐 산화물의 함량에 대한 본 발명에 따른 유리의 적외선 투과율 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
하기 표 1 및 표 2에는, 본 발명의 변수들을 정의하는 각각의 유리에 의해 나타내는 다수의 유리 조성물 및 물리적 특성을 나타내었다.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
SiO2 56.2 56.3 56.3 56.4 55.9 56.3 55.0 56.0 56.1 54.5
Al2O3 16.2 16.2 16.2 16.2 16.1 16.2 15.9 16.1 16.2 15.7
B2O3 4.89 4.91 4.67 4.52 4.46 4.61 4.10 4.47 4.59 4.85
CaO 8.16 6.95 7.32 7.72 7.27 7.47 6.60 7.44 6.92 6.97
MgO 5.66 5.55 5.54 5.55 5.50 5.54 5.42 5.52 5.53 5.01
SrO 0.14 0.25 0.25 0.26 0.25 0.26 0.24 0.26 0.25 0.24
BaO 8.24 7.92 7.9 7.92 7.85 7.91 7.73 7.87 7.88 7.99
ZnO 0 0 0 0 0 0 0.68 0.7 0.7 0
Nd2O3 0 1.74 1.73 1.30 2.58 1.59 4.24 2.16 1.73 4.24
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
SiO2 56.3 55.6 55.9 56.1 55.7 54 53 53.1 52.2 52.3
Al2O3 16.2 16.0 16.1 16.2 16 15.5 15.2 15.3 16.1 15.7
B2O3 4.79 4.95 4.89 4.89 5.01 4.98 5 5.24 5.25 5.54
CaO 7.14 7.40 7.20 7.11 7.31 5.6 5.86 5.32 5.33 5.34
MgO 5.55 5.53 5.45 5.39 5.46 5.26 4.21 4.35 4.36 4.37
SrO 0.25 0.14 0.14 0.13 0.14 0.21 0.22 0.21 0.21 0.21
BaO 7.91 8.15 8.14 7.94 8.15 8.03 8.01 8.03 8.04 8.05
ZnO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Nd2O3 1.74 1.73 1.73 1.73 1.73 6.02 7.97 7.98 8 8.01
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
SiO2 53.4 53.4 53.1 51.8 50.4 55 55.7 53.5 54.2 52.9
Al2O3 16 15.9 15.7 15.5 15.3 15.8 16.1 15.4 15.6 15.2
B2O3 4.98 5.1 4.75 4.69 4.63 4.86 4.87 3.87 2.98 5.56
CaO 5.6 5.6 7.93 7.84 7.73 7.29 7.29 5.54 5.54 5.28
MgO 5.23 5.23 5.5 5.43 5.36 4.95 4.97 4.96 4.96 4.32
SrO 0.22 0.22 0.25 0.25 0.24 0.19 0.14 0.22 0.22 0.21
BaO 8.04 8.04 8 7.91 7.8 5.43 2.44 8.06 8.06 8.06
ZnO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Nd2O3 6.02 4.25 4.25 6.02 8.01 5.96 7.95 7.94 7.94 7.94
31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
SiO2 50.6 54.7 52.6 54.4 54.6 59.1 56.6 60.5 60.5 61.7
Al2O3 16.1 10 15.1 16.3 16 13.9 13.9 13.9 16.4 16.3
B2O3 4.86 4.86 4.87 4.86 4.92 0 0 0 0 0.4
CaO 8.08 8.08 3.67 6.61 6.61 6.54 6.54 6.55 6.55 11.6
MgO 5.6 5.6 5.44 4.95 4.95 0 0 6.09 6.09 0.1
SrO 0.25 0.25 0.19 0.14 0.14 0.42 0.42 0.23 0.23 0.28
BaO 8.06 8.06 8.06 8 8 17.9 17.9 8 8 6.45
ZnO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.99
Nd2O3 5.95 7.94 7.94 4.25 4.25 1.68 4.16 1.47 1.69 1.69
41 42 43 44
SiO2 61.7 56.9 56.9 56.9
Al2O3 16.3 16.4 16.4 16.4
B2O3 0.4 1.49 0 1.49
CaO 10.1 6.95 6.95 7.44
MgO 0.1 6.85 6.85 7.34
SrO 0.25 0.24 0.24 0.24
BaO 6.45 8.04 8.04 8.04
ZnO 0 0 0 0
Nd2O3 4.17 4.17 4.17 1.69
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
변형점(℃) 680 685 682 - 668 - 683 677 678 677
열팽창계수(×-7/℃) 52 49 50 - 57 - 54 57 59 51
액체온도(℃) 1100 - - - - - - - 1100 -
액제점도(×103포이즈) 70 - - - - - - - 80 -
Tx(585nm에서) 91 50 50 59 53 22 45 - 24
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
변형점(℃) 679 674 680 680 676 685 686 686 687 685
열팽창계수(×-7/℃) 50 51 50 49 50 50 52 51 50 54
액체온도(℃) - 1075 - - - 1145 - 1150 1130 1125
액제점도(×103포이즈) - 170 - - - 30 - 29 - -
Tx(585nm에서) 50 50 52 50 52 13 7 7 5 5
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
변형점(℃) 685 686 679 683 678 685 688 688 695 676
열팽창계수(×-7/℃) 52 51 54 57 56 51 49 52 52 50
액체온도(℃) 1120 1120 - - - 1170 1195 1140 1180 1110
액제점도(×103포이즈) - - - - - 17 11 36 19 70
Tx(585nm에서) 10 11 21 10 5 11 6 5 5 5
31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
변형점(℃) 677 666 681 689 687 726 727 720 723 745
열팽창계수(×-7/℃) 55 49 59 51 51 54 55 50 51 50
액체온도(℃) 1135 1225 1160 1100 1105 1290 1240 1275 1285 1270
액제점도(×103포이즈) 14 2 19 102 100 - - - - -
Tx(585nm에서) 11 5 5 - - 49 19 19 49 50
41 42 43 44
변형점(℃) 747 704 719 705
열팽창계수(×-7/℃) 51 52 53 55
액체온도(℃) 1315 1190 1235 1220
액제점도(×103포이즈) - - - -
Tx(585nm에서) 20 20 20 48
상기 표 1에서, 각 성분의 총합이 대략적으로 100에 가깝기 때문에, 모든 실질적인 목적을 위해 기록된 값들은 중량%를 의미하게 된다. 실제의 뱃치 성분들은 모든 물질들, 함께 용해되는 산화물 또는 다른 성분들 중의 하나를 포함하며, 상기 성분은 적절한 비율로 바람직한 산화물로 전환될 것이다. 예를 들어, CaCO3는 CaO의 소스(source)로서 사용될 수 있다.
상기 뱃치 물질들은 혼합되고, 균일한 용해물의 생산을 돕기 위해 함께 볼밀되며, 플래티늄 도가니에서 하전된다. 상기 도가니는 퍼네이스(furnace)내에 위치하며, 상기 뱃치들은 약 16시간동안 약 1600 내지 1650℃에서 용해된다. 그 후 상기 도가니는 퍼네이스에서 제거된다. 어닐링(annealing)이 720℃ 내지 780℃에서 실시된 후 서서히 실내온도까지 냉각된다.
상기 표 2에는, 변형점, 열팽창계수(Coef. of Exp.), 액체온도(Liq.) 및 액체온도에서의 점도(Liq. Vis.)가 물리적 특성으로서 기재되어 있다. 변형점은 ℃의 단위이다. 열팽창계수는 25°내지 유리 설정점(변형점 5℃ 이상)에서 결정되며 (×10-7/℃)의 단위를 갖는다. 액체온도는 ℃의 단위이며, 액체온도에서의 점도는 103포이즈의 단위를 갖는다. 투과율(percent transmission, Tx)은 585nm의 파장에서 제공 및 존재하며; 투과율을 결정하기 위한 모든 샘플들은 1.2mm 두께에서 실험되었다.
변형점은 유리-대-금속 밀봉에서 응력이 발생되기 시작하는 부근의 온도 뿐만 아니라, 램프 작동시에 유리에 의해 나타나는 열적 내구성를 지시한다. 고운 램프 엔벌로프의 제조에 적합한 유리는 적어도 약 660℃의 변형점을 가져야 한다.
유리의 열팽창은 램프 기저에서 유리를 몰리브뎀 납 와이어로 밀봉시키는 것과 관련하여 중요한 변수이다. 유리-대-금속 밀봉에 대한 최적의 응력범위를 제공하기 위해, 유리의 설정점(변형점 5℃ 이상)에서의 유리 및 금속의 열팽창계수는 램프 납 와이어를 따라 유리에 대한 금속 밀봉에서 생기는 높은 응력을 충분히 피할 수 있도록 근사해야 한다. 텅스텐-할로겐 램프의 경우에, 부정합 변형이 발생하는 열팽창의 차이가 500ppm 미만으로 고정될 때, 유리에 대한 몰리브뎀 금속 납 와이어의 양호한 밀봉이 얻어진다. 660 내지 750℃의 범위에서 변형점을 갖는 유리에 있어서, 변형 부정합이 발생되는 열팽창은 그들의 열팽창계수(RT-설정온도)가 49-59×10-7/℃의 범위일 때 550ppm 미만이다. 몰리브뎀의 열팽창계수는 텅스텐-할로겐 램프 엔벌로프용으로 사용되는 알루미노실리케이트 유리의 설정점 온도범위에서 약 54×10-7/℃이다.
액체온도는 유리가 매우 서서히 냉각될 때 결정이 성장하기 시작되는 곳에서 가장 높은 온도를 나타낸다. 이 온도에서 긴 시간동안 고정된 유리는 결정화되거나 실투화될 것이다. 일반적으로 액체온도가 낮아지면, 점도가 높아지기 때문에 실투화에 대한 유리의 내성이 더욱 커진다. 벨로관 인발공정(Vello tube drawing process)은 유리가 약 30,000포이즈보다 커져서 양호한 정도의 품질을 갖는 관을 형성하도록 요구한다. 관의 형성동안 실투를 피하기 위해, 액체온도에서 유리의 점도는 약 30,000포이즈보다 커야 한다. 데너관 제조공정(Danner tube makingprocess)은 더욱 느린 생산속도를 갖지만, 2000 내지 7000포이즈의 매우 낮은 점도의 유리관을 형성할 수 있고 유리들은 약 1000포이즈 이상의 점도에서 압축될 수 있다.
또한 알루미노실리케이트 유리에서, 약 1250℃보다 큰 유리의 액체온도는 유리 용해 퍼네이스가 상기와 같은 고온의 유리에 의해 빨리 부식되도록, 균일한 유리를 제조하기 위해 요구되는 용해온도가 매우 높아야 함을 나타낸다. 재설치들에서의 간단한 퍼네이스의 사용은 상기 유리를 비경제적으로 제조하도록 한다.
실시예 1은 대조구로서 네오듐 산화물을 함유하지 않는다. 실시예 2-44는 본 발명에 따른 실시예로서 본 발명의 변수들을 제공한다.
본 발명에 따른 유리 조성물의 범위는 산화물 기준 중량%로 50-62% SiO2, 10-17% Al2O3, 0-6% B2O3, 3.6-10% CaO, 0-7.5% MgO, 0.1-0.3% SrO, 2.4-18% BaO, 0-1% ZnO, 1-8% Nd2O3로 필수적으로 이루어진다. 유리 조성물의 범위는 하기 물리적 특성들을 나타낸다: 665℃ 내지 750℃의 변형점, 25℃ 내지 상기 유리 변형점에서 5℃ 이상의 설정점에서의 열팽창계수 49-59×10-7/℃, 1320℃ 이하의 액체온도, 2,000 내지 170,000포이즈의 액체온도에서의 점도, 및 1.2mm 두께의 유리 피스에 대한 585nm에서의 투과율 5 내지 60%.
상기 표 1에서의 대부분의 실시예 조성물들이 램프 엔벌로프용으로 사용되기 위해 요구되는 열팽창계수 및 변형점을 만족할지라도, 실시예 36 및 38-41에서와 같은 일부 유리들은 용해 탱크 제조 라이닝(lining)의 과잉부식으로 인해 1250℃이상의 액체온도를 갖기 때문에 통상적인 벨로관 공정에 의해 제조되지 않는다. 또한, 실시예 37은 1240℃ 액체온도에서 통상적인 관공정에 의해 제조될 수 있는 경계이다. 실시예 27, 27, 29 및 31-33은 액체온도에서 너무 낮은 점도(약 30,000포이즈 이하)를 갖기 때문에 벨로관 공정에 의해 제조될 수 없다. 실시예 26, 27, 29, 31-33 및 36-41와 같이, 벨로관 공정으로 실시되지 않는 조성물을 포함하는 유리 램프 엔벌로프를 제조하는 또 다른 방법은, 이외에도 데너관 인발공정, 스플릿-몰드 압축(split-mold pressing) 및 브로우 몰드공정(blow mold processing)을 포함한다. 본 발명의 조성물로부터 생산되며 텅스텐 할로겐 램프와 함께 사용하기 위한 유리 필터 렌즈 및 유리 필터들은 통상적으로 압축(pressing) 또는 이와 유사한 공정들에 의해 제조된다.
도 1을 참조하면, 도 1은 0.0중량%의 Nd2O3를 함유하는 대조실시예 1 뿐만 아니라, 1.7중량%, 4.2중량%, 6중량% 및 8중량%로 각각 Nd2O3를 포함하는 실시예 12, 10, 16 및 18에 있어서, 본 발명의 선택된 유리 조성물의 자외선 및 가시광선 투과스펙트럼을 도시하는 그래프이다. 하기 표 3은 상기 Nd2O3함량을 갖는 필터 유리가 Nd2O3가 없는 동일한 기본유리와 비교하여 전면에 두었을 때, 할로겐 램프의 세 개의 크기에 있어서 CCT를 증가시킴을 나타낸다. 그것은 Nd2O3함량의 작용으로써 CCT를 상승시키는 유리에서의 흡수로부터의 색코디네이트(color coordinates)(x-크로마(croma), y-크로마)의 전이(shift)이다. 도 1에서 도시한 바와 같이, 훨씬 많은양의 황색광이 Nd2O3로 인해 580nm의 영역에서 흡수되며, 이것은 색채성 및 CCT의 변화를 지시한다. 필터의 Nd2O3함량을 갖는 3개의 램프 타입에 대한 CCT의 증가율은 하기 표 3에 나타내었다.
램프 타입 Nd-유리 필터 x-크로마 y-크로마 CCT(K) 0% Nd로부터의 △CCT
9004 표준 무(램프만) 0.420 0.400 3377 N/A
9004 0% 0.420 0.395 3235 0(0%)
1.7% 0.412 0.388 3336 101(3.0%)
4.2% 0.404 0.379 3436 201(5.8%)
6% 0.399 0.372 3475 245(6.9%)
8% 0.397 0.367 3490 255(7.3%)
9005 표준 무(램프만) 0.397 0.391 3690 N/A
9005 0% 0.409 0.39 3421 0(0%)
1.7% 0.400 0.382 3544 123(3.5%)
4.2% 0.392 0.373 3664 429(6.6%)
6% 0.388 0.367 3712 291(7.8%)
8% 0.384 0.361 3761 340(9.0%)
9006 표준 무(램프만) 0.406 0.394 3506 N/A
9006 0% 0.416 0.394 3308 0(0%)
1.7% 0.408 0.386 3412 104(3.0%)
4.2% 0.400 0.378 3508 200(5.7%)
6% 0.396 0.371 3548 240(6.8%)
8% 0.392 0.365 3582 274(7.6%)
그러나, 도 1에서 도시한 바와 같이, 580nm 영역에서의 흡수에 따라, 특히 유리에서 더 높은 수준의 Nd2O3에서 총 가시광(400-760nm)의 흡수가 증가하기 때문에, 약 430, 475, 511, 525, 683, 736, 및 750nm의 다른 가시파장상에서 집중되는 추가 흡수가 있음을 알 수 있다. 이것은 Nd2O3유리 함유 엔벌로프로 제조된 램프가 전체 빛을 덜 투과하는 것, 즉 루멘 손실인자가 있음을 의미한다.
하기 표 4는 9004 텅스텐-할로겐 램프에 있어서 이러한 상기 필터 유리를 이용한 상대 캔들 파워(relative candle power)의 복사선 결정 측정값을 나타낸다. 8중량%의 Nd2O3유리 필터는 Nd2O3가 없는 유리와 비교하여 14.8%의 캔들 파워 손실 또는 루멘 손실(%CP 손실 또는 %루멘 손실)을 일으킨다. 이러한 발견은 더 높은 양의 Nd2O3의 양, 즉 약 6중량% 이상, 특히 약 8중량% 이상을 함유하는 엔벌로프를 갖는 램프가 길 또는 주변환경에 투사되는 충분한 빛을 갖도록 하기 위해, 이러한 루멘 손실 인자에 대해 보상하기 위해 더 높은 파워 방출을 위한 상당히 다른 필라멘트 제품(filament construction)을 가져야 하기 때문에, 특히 바람직하다. 그러나, 이것이 램프의 수명의 상당한 단축을 초래하기 때문에, 더 높은 필라멘트 방출의 필요라는 단점이 있다. 따라서, %CP 또는 %루멘 손실을 최소화하기 위해, 램프에 사용되는 유리 조성물에 존재하는 Nd2O3의 최적량은 바람직하게는 약 6중량% 미만이며, 더욱 바람직하게는 약 1.5-4.5중량%이다.
%Nd2O3필터 판독 @와트 (Readings @ Watts) % CP 손실
볼트(Volts) 암스(Amps) 와트(Watts) 상대캔들파워
0.0 12.8 3.54 45.3 7.22 0.0
1.7 12.8 3.54 45.3 6.9 4.4
2.6 12.8 3.54 45.3 6.81 5.7
4.2 12.8 3.54 45.3 6.58 8.9
6.0 12.8 3.54 45.3 6.38 11.6
8.0 12.8 3.54 45.3 6.15 14.8
도 2를 참조하면, 도 2는 1.7중량%, 6중량%, 및 8중량%의 Nd2O3에 대해서, 본 발명에 다른 선택된 유리 조성물의 적외선 투과스펙트럼을 도시하는 그래프이다. 다시 말하면, 상기 그래프는 더 높은 정도의 Nd2O3, 즉 약 6-8중량%에서, 유리가 더 높은 양의 적외광 에너지를 흡수함을 나타낸다. 적외선 에너지 흡수의 증가는 유리엔벌로프의 온도를 증가시키는데, 이것은 유리의 변형점이 특히, 작은 램프에 있어서, 유리의 느린 변형을 초래하기 때문에 작동동안 램프의 열적 내구성을 감소시키는 때문이다. 따라서, 이후에 연관될 과잉 적외선 흡수 잠재 문제를 최소화하기 위해, 상기 사항을 포함하는 유리 램프 엔벌로프에서 사용되는 유리 조성물에 존재하는 Nd2O3의 최적량은 바람직하게 약 6중량% 미만이고, 더욱 바람직하게는 약 1.5-4.5중량%이다.
상기 표 4 뿐만 아니라, 도 1 및 도 2에 따라서, 약 5중량%보다 높은 정도의 Nd2O3에서 약 10% 이상의 루멘 또는 CP 손실인자가 있음이 관찰되었다. 추가적으로, 더욱 작은 직경의 램프에서 유리의 온도는 유리의 변형점에 도달되며 램프 엔벌로프의 열적 내구성을 감소시킨다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 목적은 텅스텐-할로겐 램프의 CCT를 3200K 이상, 가장 바람직하게는 3400K이상으로 증가시키는 알카리 토류 알루미노실리케이트 시스템에서 유리 조성물을 제공하는데 있다. 전술한 바와 같이, CCT의 증가는 Nd2O3를 증가시킨다. 그러나, 상기 표 4 뿐만 아니라, 도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 약 5중량% 이상, 특히 약 6-8중량%의 Nd2O3의 수준은 유리 엔벌로프의 온도를 증가시킬 뿐만 아니라, 램프로부터 방출되는 루멘을 감소시키는 단점을 갖는다. 그러나, 최적의 Nd2O3를 대표하는 것이 아니지만 약 5중량% 이상의 Nd2O3, 특히 약 6-8중량%의 Nd2O3를 함유하는 본 발명에 따른 유리 조성물은 상기 표 3에 나타낸바와 같이 3400K이상의 텅스텐-할로겐 램프의 CCT를 바람직하게 증가시킴을 주의해야 한다.
따라서, 가장 이상적인 램프 작동을 위해, 가장 바람직한 유리 조성물은 산화물 기준 중량%로 53-57% SiO2, 13-16.5% Al2O3, 0-5.8% B2O3, 5.3-7.7% CaO, 0-7.4% MgO, 0.1-0.3% SrO, 7.7-18% BaO, 0-0.7% ZnO, 1.5-4.5% Nd2O3로 필수적으로 이루어진다. 따라서, 이러한 가장 바람직한 범위의 유리 조성물은 하기 물리적 특성들을 나타낸다: 665℃ 내지 730℃의 변형점, 1250℃ 이하의 액체온도, 30,000포이즈보다 큰 액체온도에서의 점도, 및 1.2mm 두께의 유리 피스에 대한 585nm에서의 투과율 18 내지 60%.
본 발명의 가장 바람직한 예들이 진술되었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 청구범위에 따른 본 발명의 범주안에서 변형 및 변화시킬 수 있다.
상기 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 유리 조성물은 3400K이상으로 텅스텐-할로겐 램프의 CCT를 증가시킬 수 있다.

Claims (16)

  1. 산화물 기준 중량%로 50-62% SiO2, 10-17% Al2O3, 0-6% B2O3, 3.6-10% CaO, 0-7.5% MgO, 0.1-0.3% SrO, 2.4-18% BaO, 0-1% ZnO, 1-8% Nd2O3로 필수적으로 이루어지고, 665℃ 내지 750℃의 변형점, 25℃ 내지 상기 유리 변형점보다 5℃ 이상의 설정점에서의 열팽창계수 49-59×10-7/℃, 1320℃ 이하의 액체온도, 2,000포이즈보다 큰 액체온도에서의 점도, 및 1.2mm 두께의 유리 피스에 대한 585nm에서의 투과율 5 내지 60%를 나타내는 것을 특징으로 하는 텅스텐-할로겐 램프용 엔벌로프로서 적합한 유리 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 Nd2O3의 양이 산화물 기준 중량%로 1.5-6%임을 특징으로 하는 유리 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유리 조성물로부터 제조된 유리 엔벌로프를 함유하는 텅스텐 할로겐 램프에 있어서 램프 색온도는 Nd2O3가 없는 유사 유리보다 3%에서 7%까지 증가되며, 총 가시성 루멘손실은 10% 미만으로 제한되는 것을 특징으로 하는 유리 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 산화물 기준의 중량%로 53-57% SiO2, 13-16.5% Al2O3, 0-5.8% B2O3, 5.3-7.7% CaO, 0-7.4% MgO, 0.1-0.3% SrO, 7.7-18% BaO, 0-0.7% ZnO, 1.5-4.5% Nd2O3로 필수적으로 이루어지고, 665℃ 내지 730℃의 변형점, 1250℃ 이하의 액체온도, 30,000포이즈보다 큰 액체온도에서의 점도, 및 1.2mm 두께의 유리 피스에 대한 585nm에서의 투과율 18 내지 60%를 나타내는 것을 특징으로 하는 유리 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유리 조성물로부터 제조된 유리 엔벌로프를 함유하는 텅스텐 할로겐 램프에 있어서 램프 색온도는 Nd2O3가 없는 유사 유리보다 3%에서 7%까지 증가되며, 총 가시성 루멘손실이 10% 미만으로 제한되는 것을 특징으로 하는 유리 조성물.
  6. 산화물 기준 중량%로 50-62% SiO2, 10-17% Al2O3, 0-6% B2O3, 3.6-10% CaO, 0-7.5% MgO, 0.1-0.3% SrO, 2.4-18% BaO, 0-1% ZnO, 1-8% Nd2O3로 필수적으로 이루어지고, 665℃ 내지 750℃의 변형점, 25℃ 내지 상기 유리 변형점보다 5℃ 이상의 설정점에서의 열팽창계수 49-59×10-7/℃, 1320℃ 이하의 액체온도, 2,000포이즈보다 큰 액체온도에서의 점도, 및 1.2mm 두께의 유리 피스에 대한 585nm에서의 투과율 5 내지 60%를 나타내는 유리 조성물로부터 제조되는 것을 특징으로 하는텅스텐-할로겐 램프용으로 적합한 유리 엔벌로프.
  7. 제6항에 있어서, 상기 Nd2O3의 양이 산화물 기준 중량%로 1.5-6%임을 특징으로 하는 유리 엔벌로프.
  8. 제6항에 있어서, 상기 유리 엔벌로프를 함유하는 텅스텐 할로겐 램프의 램프 색온도는 Nd2O3가 없는 유사 유리보다 3%에서 7%까지 증가되며, 총 가시성 루멘손실은 10% 미만으로 제한되는 것을 특징으로 하는 유리 엔벌로프.
  9. 제6항에 있어서, 상기 유리 조성물이 산화물 기준 중량%로 53-57% SiO2, 13-16.5% Al2O3, 0-5.8% B2O3, 5.3-7.7% CaO, 0-7.4% MgO, 0.1-0.3% SrO, 7.7-18% BaO, 0-0.7% ZnO, 1.5-4.5% Nd2O3로 필수적으로 이루어지고, 665℃ 내지 730℃의 변형점, 1250℃ 이하의 액체온도, 30,000포이즈보다 큰 액체온도에서의 점도, 및 1.2mm 두께의 유리 피스에 대한 585nm에서의 투과율 18 내지 60%를 나타내는 것을 특징으로 하는 유리 엔벌로프.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유리 엔벌로프를 함유하는 텅스텐 할로겐 램프의 램프 색온도는 Nd2O3가 없는 유사 유리보다 3%에서 7%까지 증가되며, 총 가시성 루멘손실은 10% 미만으로 제한되는 것을 특징으로 하는 유리 엔벌로프.
  11. 산화물 기준 중량%로 50-62% SiO2, 10-17% Al2O3, 0-6% B2O3, 3.6-10% CaO, 0-7.5% MgO, 0.1-0.3% SrO, 2.4-18% BaO, 0-1% ZnO, 1-8% Nd2O3로 필수적으로 이루어지고, 665℃ 내지 750℃의 변형점, 25℃ 내지 상기 유리 변형점보다 5℃ 이상의 설정점에서의 열팽창계수 49-59×10-7/℃, 1320℃ 이하의 액체온도, 2,000포이즈보다 큰 액체온도에서의 점도, 및 1.2mm 두께의 유리 피스에 대한 585nm에서의 투과율 5 내지 60%를 나타내는 유리 조성물로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 텅스텐 할로겐 램프용으로 적합한 유리 필터.
  12. 제11항에 있어서, 상기 Nd2O3의 양이 산화물 기준 중량%로 1.5-6%임을 특징으로 하는 유리 필터.
  13. 제11항에 있어서, 상기 유리 필터를 함유하는 텅스텐-할로겐 램프의 램프 색의 온도는 Nd2O3가 없는 유사 유리보다 3%에서 7%까지 증가되며, 총 가시성 루멘손실은 10% 미만으로 제한되는 것을 특징으로 하는 유리 필터.
  14. 제11항에 있어서, 상기 유리 조성물이 산화물 기준 중량%로 53-57% SiO2,13-16.5% Al2O3, 0-5.8% B2O3, 5.3-7.7% CaO, 0-7.4% MgO, 0.1-0.3% SrO, 7.7-18% BaO, 0-0.7% ZnO, 1.5-4.5% Nd2O3로 필수적으로 이루어지고, 665℃ 내지 730℃의 변형점, 1250℃ 이하의 액체온도, 30,000포이즈보다 큰 액체온도에서의 점도, 및 1.2mm 두께의 유리 피스에 대한 585nm에서의 투과율 18 내지 60%를 나타내는 것을 특징으로 하는 유리 필터.
  15. 제14항에 있어서, 상기 유리 필터를 함유하는 텅스텐-할로겐 램프의 램프 색온도는 Nd2O3가 없는 유사 유리보다 3%에서 7%까지 증가되며, 총 가시성 루멘손실은 10% 미만으로 제한되는 것을 특징으로 하는 유리 필터.
  16. 제11항에 있어서, 상기 유리 필터가 렌즈임을 특징으로 하는 유리 필터.
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