KR20020048299A - 고압 가스 방전 램프, 그 제조 방법 및 조명 장치 - Google Patents

고압 가스 방전 램프, 그 제조 방법 및 조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 램프 용기(2) 내에 위치한 가령, 전극의 단부에 두꺼운 구형부(9, 10)가 제공된 적어도 하나의 전극(7, 8)을 갖는 고압 가스 방전 램프(대략 0.05 내지 0.5 mg/mm3사이의 수은이 채워진 HID 또는 UHP 또는 통상의 램프)에 관한 것이다. 이 부분은 램프의 동작 파라미터 및/또는 전극 막대의 직경에 따라 치수가 결정되어, 전극 팁(19)이 동작의 제 1 시간 동안 전술한 부분에 독립적으로 형성된다. 이러한 팁은 그 미사용 단부가 용융되기 시작할 때까지 부분으로부터 성장한다. 전극 팁은 이러한 방식으로 자기 조정하여, 최적의 전극 간격이 램프 수명 전반에 걸쳐 유지되도록 한다. 더욱이, 그러한 램프의 제조 방법이 설명된다.

Description

고압 가스 방전 램프, 그 제조 방법 및 조명 장치{HIGH-PRESSURE GAS DISCHARGE LAMP, AND METHOD OF MANUFACTURING SAME}
본 발명은 고압 가스 방전 램프(HID [high intensity discharge] 램프 또는 UHP [ultra high performance] 램프), 특히, 수은이 0.05 내지 0.5 mg/mm3사이의 양으로 채워진 수은 고압 램프(mercury high-pressure lamps)에 관한 것으로서, 이는 전극 막대(an electrode rod)를 갖는 적어도 하나의 전극을 포함하고, 그 전극의 단부에 두꺼운 가령, 구형 전극부(globular electrode portion)가 제공된다. 또한, 본 발명은 그러한 고압 가스 방전 램프를 구비한 조명 장치 및 그 램프에 적절한 동작 파라미터를 제공하는 전원 장치뿐만 아니라 램프 제조 방법에 관한 것이다.
이러한 램프들의 제조 특성, 동작 특성, 수명 및 비용은 실질적으로 사용되는 전극의 본질 및 형상(nature and shape)에 의해 결정된다. 따라서, 다양한 방법으로 이들 기준(criteria)을 참작하여 전극의 수많은 기하학적 형상이 개발되었다. 가장 단순한 경우, 램프는 각각 텅스텐 막대로 형성되는 두 개의 전극을 포함한다. 전극 막대의 미사용 단부(free end)는 동작 상태에서 광 아크(a light arc)의 형성을 가능하게 하는 가스 대기(gas atmosphere)를 갖는 램프 용기 내로 연장된다. 개개의 다른 단부는 램프 용기를 통해 연장되는 리드 스루(a lead through)를 통해 동작 전압을 수신하는 접속 핀에 접속된다.
본 발명의 목적은 예를 들어, 높은 램프 전력에서 전극의 열 방사를 개선하고 리드 스루의 과열과 그에 따른 고전력 램프에서 램프 용기 측면의 봉합부(seal)에 대한 손상의 위험을 막는 것인데, 공지된 해결책은 전극의 개개의 미사용 단부에서 전극과 동일한 재료로 하나 또는 몇 개의 권선(windings)을 제공하는 것이다. 이들 권선은 특히, AC 동작 램프(AC-operated lamp) 내에 열 버퍼(a heat buffer)의 기능을 달성하기 위해 전극 막대에 퓨징(fuse)될 수도 있다. 그에 따라, 전극의 수명도 연장될 수 있다. 이러한 종류의 전극은 텅스텐으로부터 비교적 쉽게 제조되고 전반적으로 공지되어 있다.
그러나, 이들 전극의 본질적인 단점은 램프 수명 동안 권선과 막대 사이뿐만 아니라 개개의 턴(turns) 사이의 열 접촉부가 변할 수도 있기 때문에, 열 전도성(thermal conductance)이 보통 비교적 낮고 재생할 수 없다는 것이다. 이러한 효과는 특히, 짧은 광 아크(예를 들어, 대략 1 mm)를 갖는 램프의 경우, 램프 특성, 즉, 광 출력 능력 및 필요한 동작 전압을 30 %까지 변화시킬 수도 있다. 이러한 문제들은 이러한 램프들이 퓨징된 부분이 변화하기 쉬울 정도의 아주 높은 온도(3000K보다 큼)에서 동작하기 때문에, 권선이 전극에 실질적으로 퓨징되었는지 여부에 관계없이 짧은 광 아크 램프(가령, UHP 램프) 내에서도 발생한다. 이러한 문제를 막기 위해 적절히 강한, 고체 텅스텐 막대로부터 형성된 전극은 비싸고 제조하기에 복잡하다.
텅스텐 막대가 그 미사용 단부에서 용융(melting)됨으로써 생성된 구형부를 갖는 전극이 미국 특허 제 3,067,357 호로부터 공지된다. 용융을 위해 필요한 열은 램프의 제조 또는 동작 동안 생성될 수 있고, 전술한 부분의 치수와 그에 따른 전극 간격(electrode spacing)도 램프 전류, 램프 내부 압력 및 전극 막대의 직경에 의해 결정된다. 동작 동안, 이러한 부분의 소정 부분(50%)은 항상 용융된 상태로 존재해야 한다. 광 아크가 출발하는 구형부의 치수는 전술한 양의 적절한 조정을 통해 달성되는 것이지, 허용 오차(tolerance)에 민감하고, 복잡하며 고가인 제조 및 조립 공정을 통하여 달성되는 것은 아니기 때문에 실질적으로 전극의 제조는 이러한 방식으로 더 단순하고 덜 비싸게 될 것이다.
그러나, 이러한 램프의 본질적인 단점은 구형부를 생성하고 요구된 비율의 용융된 상태로 유지되도록 하기 위해 램프 전류를 매우 정확하게 조정하고 아주 일정하게 유지해야 한다는 것이다. 단 몇 퍼센트 더 높은 전류는 전극 막대의 전부 또는 일부가 녹게되는 결과를 초래하여, 전술한 부분이 더 커지게 되고, 맞은편 전극과의 거리가 상당히, 영구적으로 변화될 수 있다. 이러한 효과는 짧은 광 아크의 경우에 아주 강해서, 이러한 종류의 전극을 구비한 짧은 아크 램프를 안정적으로 동작시킬 수 있도록 전류 제한(current limits)이 매우 정확하게 유지되어야 한다. 이에 부가하여, 이들 전류 제한은 램프 내부에 있는 가스 증기의 상승 압력에 따른 스위칭-온-단계(switch-on phase) 동안 변한다.
이러한 램프의 또 다른 단점은 전극 거리가 램프 수명 동안 증가한다는 것이다. 이는 기본적으로 벽이 검게되는 것을 막는 자유 요오드 대기(free iodine atmosphere)가 뜨거운 전극 팁으로부터 전극의 후미 부(rear portions)로의 텅스텐 이동을 가속화한다는 사실에 의해 야기된다. 이러한 단점은 특히, 짧은 아크 램프가 이러한 전극으로 단 몇 백 시간의 최대 수명만을 가질 정도로 짧은 아크 램프에 상당한 영향을 미친다.
광 아크는 그러한 전극을 갖는, 구체적으로 수은 고압 램프(대략 200 bar의 압력을 갖는 UHP 램프) 내의 전극의 전면(front surface) 위로 주기적으로 이동하여 영사 시스템(projection systems) 내의 이러한 램프의 사용이 불가능하도록 할 수 있다는 것이 마침내 증명되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 총 동작 수명 동안 램프 전류의 정확성 및 항구성이 반드시 부과되어야만 하는 특별한 요구 없이, 실질적으로 영구적인 전극 거리와 함께 변동 없는 안정된 동작을 제공하는, 전문에서 전술한 종류의 고압 가스 방전 램프 및 그러한 램프를 구비한 조명 장치(a lighting unit)를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 그러한 고압 가스 방전 램프가 특히 단순하고 저렴한 방식으로 제조될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
한편, 전자의 목적은 청구항 제 1 항에 따라, 두꺼운 전극 부분이 정규 램프 동작 동안 용융되지는 않도록 램프의 동작 파라미터에 따라 치수가 정해질 뿐만 아니라 전극 팁이 광 아크의 인가 지점의 영역 내에서 용융될 때까지 램프의 동작의 제 1 시간 동안 전극 부분에서 상기 전극 팁이 형성되는 것을 특징으로 하는, 전문에서 언급된 종류의 고압 가스 방전 램프에 의해 달성된다.
이와 달리, 후자의 목적은 청구항 제 10 항에 따라, 이러한 종류의 고압 가스 방전 램프뿐만 아니라 두꺼운 전극부가 정규 동작 모드 동안 용융되지 않고, 제 1 시간 동안 광 아크의 인가 지점의 영역 내에서 전극 팁이 용융될 때까지 전극 팁이 전극부에 형성되도록 램프에 적절한 동작 파라미터를 제공하는 전원 장치를 구비한 조명 장치에 의해 달성된다.
전술한 동작 파라미터는 특히 동작 전압 및 동작 전류의 레벨뿐만 아니라 시간 및 그 주파수에서의 그레디언트이다.
본 발명은 전극 팁이 그러한 전극을 갖는 램프의 동작의 제 1 시간 동안 생성된다는 놀라운 인식에 기초하는데, 그 공정은 전극 단부의 팁이 녹기 시작하는 순간 자동적으로 종료된다.
게다가, 이러한 자기 안정화 효과(self-stabilizing effect)는 총 램프 수명 내내 변함없게 되어, 최적의 전극 거리가 항상 유지되게 된다. 전극이 이들 램프 내에 두어지기 때문에 이러한 이점은 짧은 아크 램프에 있어서 특히 중요하다. 더욱이, 램프는 안정된 광 아크 때문에 영사 애플리케이션(projection applications)에 특히 적합하다.
전극 팁은 광 아크가 접촉하는 영역 내에서 용융되는 것이 사실이다. 그러나, 실질적으로, 두꺼운 부분은 팁과 비교할 때 더 큰 질량을 갖고 열 버퍼 또는 열 방사기로서 작용하기 때문에, 전극의 나머지 부분은 실질적으로 더 낮은 온도를 갖게되어, 램프의 수명이 길어지게 된다
전술한 제 2 목적을 달성하기 위해, 청구항 제 7 항에 따라, 전극의 제조 동안 전극 막대 한 쪽 단부에 두꺼운 부분이 제공되고, 전극 팁이 램프의 동작 전압에 실질적으로 대응하는 전류에 의해 램프 동작의 제 1 시간 동안 이 부분에서 형성되고 그 동안 두꺼운 부분이 전술한 전류에 따라 치수가 결정되는 것을 특징으로 하는 고압 가스 방전 램프의 제조 방법이 제공된다.
이러한 방법의 본질적인 이점은 통상적인 전극 제조는 매우 복잡하고 매우 많지만, 본 발명은 전극 막대에서의 두꺼운 부분의 제조에 한정되기 때문에 특히 단순하고 저렴하다는 것이다.
종속항은 본 발명의 또 다른 유리한 실시예에 관한 것이다.
청구항 제 2 항 및 제 3 항에 따른 치수는 전극 팁의 잘 규정된 형성에 대해 특히 유리한 것으로 알려져 있다.
청구항 제 4 항 내지 제 5 항에 따른 실시예는 광 효율(luminous efficiency) 및 램프 수명 동안 램프 용기가 검게되는 것을 막는데 특히 유리하다고 알려져 있다.
도 1은 본 발명에 따른 램프의 도식적 단면도,
도 2(a) 내지 도 2(c)는 전극 생성의 몇 단계를 도시한 도면,
도 3은 생성된 전극 팁의 직경의 길이와 구형 전극부의 직경 사이의 관계를 도시한 그래프,
도 4는 생성된 전극 팁의 직경과 구형 전극부 사이의 관계를 도시한 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 램프용 전원의 개략도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 짧은 아크 고압 가스 방전 램프2 : 용기
3, 4 : 원통형 석영부5, 6 : 박편
7, 8 : 전극9, 10 : 구형 전극부
11, 12 :접속 핀
본 발명의 또 다른 특징, 특성 및 이점은 도면을 참조하여 주어진 바람직한 실시예의 후속하는 설명으로부터 명백해질 것이다.
아래에 기술된 램프의 동작 파라미터, 즉, 시간 및 주파수에 대한 동작 전압 및 전류의 레벨뿐만 아니라 그들의 그레디언트(gradients)는 램프 동작의 제 1 시간 동안 전극 팁의 생성과 후속하는 바람직한 애플리케이션의 정규 동작 모두와 관련된다. 그러므로, 바람직하게, 램프는 전술한 특성을 갖는 램프를 위해 일반적으로 이용가능한 전원을 전술한 동작 전압(operational voltage)으로 변환하는 전원 장치와 결합된다. 이러한 종류의 전원 장치는 예를 들어, 국제 특허 제 95/35645 호 및 제 00/36883 호에 개시되는데, 이는 본 명세서에 참조로 인용된다.
도 1은 예로서 광 방출 윈도우(a light emission window)를 구비한 석영 유리(quartz glass) 혹은 세라믹 재료(a ceramic material)의 타원형 램프 용기(2)를 갖는 짧은 아크 고압 가스 방전 램프(1)를 도시한다. 용기 내부의 가스는 재생 텅스텐 사이클(a regenerative tungsten cycle)이 생성될 수 있도록 대략 0.001 내지 10μmole/㎤의 브롬(bromine)(또는 염소(chlorine))이 첨가된 수은 증기(mercury vapor)이다. 용기의 벽이 램프 동작 동안 벌브(bulb)(2) 내에 존재하는 산소와 결합하여 동시에 검게되는 것을 막는다.
텅스텐으로 이루어진 제 1 및 제 2 전극(7, 8)의 제 1 단부는 램프 용기(2)(lamp vessel) 내로 연장된다. 이들 단부는 제각기 실질적으로 구형인 전극부(a substantially globular electrode portion)(9, 10)를 포함하지만, 전극의 다른 단부는 제각기 예를 들어, 몰리브덴(molybdenum)으로 이루어진 도전성 박편(5, 6)(conducting foils)과 전기적으로 접속된다. 용기(2)는 박편(5, 6)이 진공으로(in a vacuumtight manner) 봉해지는 원통형 석영부(3, 4)의 형태로 종방향으로 연장된다. 램프 전류가 공급되는 접속 핀(11, 12)은 순서대로 박편에 접속되고 외부로 연장된다.
도 2는 전극(7, 8) 중 하나의 몇몇 생성 단계를 확대하여 도시한다. 램프의 AC 동작의 경우, 아래에 예에 의해 기술되는 전극(7)에 대한 공정 및 프로시쥬어는다른 전극(8)에도 적용된다.
제조는 대략 0.4 mm의 직경을 갖는 텅스텐의 전극 막대(an electrode rode)(20)로부터 시작된다. 가장 단순한 경우, 모양이 대략 0.8 내지 1.7 mm의 직경을 갖는 구형인 전극부(9)는 이 전극 막대의 제 1 단부에서 형성된다. 이러한 치수는 대략 1.5 내지 2.5 A의 램프 전류와 관련되지만, 다른 전류에서는 다른 치수가 적합할 수도 있다. 일반적으로, 램프 전류가 대략 0.5 내지 8 A 사이인 경우(50 내지 500 W의 UHP 램프), 적절한 범위는 막대 직경이 0.2 내지 0.7 mm 사이, 구형부의 직경이 0.5 내지 3.0 mm 사이인 것으로 알려져 있다. 일반적으로, 여기서는 구형부의 직경이 막대의 직경의 대략 1.5 내지 5 배인 경우에 유리하다.
구형부(9)는 도 2(b)에 도시된 전극(7)이 형성되도록, 막대(20)의 단부에서 퓨징을 통해 생성되거나 또는 가령, 예열된 텅스텐 배선(a preheated wire)을 기계적 업세팅(mechanical upsetting)하는 것과 같은 상이한 방식으로 생성될 수 있다. 구형 대신에, 가령, 원뿔형부 또는 다른 "두꺼운 부분(thickenings)"과 같이 구형(a globule)과 닮은 다른 형상도 가능하고, 특히, 램프 동작 전압의 더 높은 주파수를 위해 평탄한 부분(flatter portions)도 선택가능하다.
후속하여 도 1의 램프는 이러한 유형의 두 개의 전극(7, 8)을 이용하여 제조된다. 막대(20)의 직경에 비해 비교적 큰 구형부(9, 10)의 직경은 동작 동안 그 부분이 통상의 전극 팁의 경우에서만큼 강하게 가열되지 못하게되는 결과를 갖는다. 이는 특히, 팁으로부터 전극의 후미부 방향으로의 텅스텐 이동이, 전문에서 기술된 공지된 전극을 이용하는 것 보다 실질적으로 더 적게 되는 장점을 갖는다.
더욱이, 놀랍게도, 도 2(c)의 구형부는 램프 동작의 제 1 시간 내에 변형된다는 것이 알려졌다. 이는 AC 동작의 경우에 있어서 전극(7, 8) 모두에 해당된다. 다음에, 전극 팁(19)은 광 아크가 집중되는 영역에서 형성되어, 이 영역 내의 대응하는 평탄부(a corresponding flattening)가 구형부(9, 10)에 주어지게 된다.
전극 팁(19)이 형성되는 형상은 먼저, 두꺼운 부분의 크기 및 램프 전류의 주파수에 의해 영향을 받을 수 있다.
특히, 구형부(9, 10)를 고려하는 경우, 전극 팁의 두께, 즉 그 직경 De는 먼저 주파수 f에 의해 결정되고 실질적으로 부분(9, 10)의 직경 Dk와는 무관하다는 것이 알려져 있다. 이러한 상호관계는 도 3에 도시되는데, 성장한 전극 팁(19)의 직경 De[㎛](삼각형 부호)는 400 ㎛의 직경을 갖는 전극 막대에 대한 구형부(9, 10)의 여러 가지 직경 Dk[㎛]의 함수로서 도시된다.
여기서 램프는 90 Hz의 주파수 f를 갖는 램프 전류로 대략 80 V에서 120 W의 전력으로 동작된다. 그런 다음, 동일한 극성(polarity)의 전류 펄스는 그 관련 사이클과 동일한 극성의 사전결정된 수 만큼의 반 사이클(half cycle) 상에서, 즉, 바람직하게는 램프 전류의 각각의 반 사이클 상에서 중첩된다. 전류 펄스의 평균 진폭과 램프 전류의 평균 진폭 사이의 비는 0.6 내지 2.0 사이에 있을 수 있고, 전류 펄스의 기간과 램프 전류의 반 사이클 사이의 비는 0.05 내지 0.15 사이에 있을 수 있다. 또 다른 치수 규칙은 전류 펄스에 의해 램프에 제공되는 전력의 비율이 램프 전류에 의해 반 사이클 동안 램프에 제공되는 전력의 5 내지 15 퍼센트 사이에 이르는 것으로 알려져 있다.
그러한 램프 전류를 생성하는 회로는 도 5를 참조하여 이하 자세히 설명될 것이고 국제 특허 제 95/35645 호에 상세히 개시되어 있다.
그에 따라, 90 Hz의 동작 주파수 f에서, 팁은 전극 막대의 직경과 비슷한 직경을 갖는다. 전극 팁의 직경 De에 대한 알려진 일반적 관계는 다음과 같다. 즉, De=a/⊆f 이다. 여기서 a는 램프에 대해 특정한 비례 상수로서 그 값이 2000 내지 10,000(이 경우에는 대략 4000)㎛Hz0.5내에 있다.
대조적으로, 성장 전극 팁(19)의 길이 Le는 구형부(9, 10)의 직경 Dk에 의존한다. 이 관계는 도 4에 도시되는데, 전극 팁(사각형 부호)의 길이 Le는 400 ㎛의 전극 막대의 직경에 대한 부분(9, 10)의 여러 직경 Dk의 함수로서 도시된다. 램프는 도 3에 주어진 기술에 따라 90 Hz의 주파수 f 및 전류 파형을 갖는 동작 전류로 대략 80 V에서 120 W의 전력으로 다시 동작되었다.
또한, 전극 팁(19)의 길이 Le는 명백히 램프 전류 및 램프 전력에도 의존한다. 이들 두 값이 높아지면 높아질수록, 생성하는 팁(19)은 더 짧게 된다. 램프 전류 및 램프 전력은 전극으로의 총 에너지 입력을 결정하지만, 구형부(9, 10)의의 크기는 에너지 방사에 영향을 미치게 된다. 이 부분의 크기는 실제 응용 시 긴 램프 수명이 획득되도록 선택된다.
전극 팁(19)이 형성되는 동작의 제 1 시간은 대략 200 ㎛의 팁 길이에 대해서는 대략 1 시간이고, 대략 1 mm의 팁 길이에 대해서는 대략 50 시간이다.
또한, 전술한 상호관계는 구형과는 다른 두꺼운 형상이 그 부분으로 선택된경우에도 유효하다.
일반적으로, 팁(19)은 생성 동안 그 전면의 단부가 너무 뜨거워서 녹을 때까지 크기가 점점 증가한다. 일단, 전면 단부가 녹으면, 더 이상의 성장은 관찰되지 않는다. 전술한 상호관계에 따라 팁(19)이 대략 0.1 내지 1.0 mm의 길이에 이르도록 동작 파라미터가 조정된다면, 동작의 제 1 시간의 완료 후, 최종의 전극 간격은 램프가 제 1 시간 동안 스위칭 온되기 전의 구형부(9, 10) 사이의 간격 보다 대략 0.2 내지 2.0 mm 더 짧아질 것이다.
따라서 비교적 얇은 전극 막대(20), 비교적 큰 구형 전극부(9, 10) 및 얇은 전극 팁(19)에 의해 형성되는 전극 형상이 생길 것이다. 부분(9, 10)은 부분(9, 10)이 우수한 열 방사 특성을 갖도록 치수조정되고, 수 천 시간 동안 신뢰할 수 있고 안정된 램프의 동작을 달성하기에 충분히 차갑다. 동작 동안 생성된 전극 팁(19)은 광 아크의 안정한 인가 지점을 보호하기에 충분히 작은 전면 단부에서 용융된 영역을 갖는다. 이는 특히 고압 UHP 램프에 해당된다. 실험은 총 램프 수명 전반에 걸쳐 광 아크의 안정성이 공지된 전극 형상의 경우보다 실질적으로 더 우수하다는 것을 보여주었다.
또한, 본 발명에 따른 이러한 전극은 장착 및 전극의 횡방향 간격의 허용 오차로부터 발생하는 문제들을 해결할 수 있다. 먼저, 구형부분은 모든 수평 광 아크의 형성을 가능하게 한다. 그런 다음, 팁은 동작의 제 1 시간의 램프의 동작 동안 전면 단부가 녹을 때까지 광 아크의 인가 지점에서 다시 성장한다. 이는 그들의 상호 간격에 의존하기 때문에 횡방향 오차가 제거된다.
한편, 도 2(b)에 도시된 전극 대신, 이미 이전에 형성된 팁을 포함하는 전극이 사용될 수도 있다. 그에 따라, 동작의 제 1 시간 동안 발생하는 전극간 간격의 축소뿐만 아니라 비교적 큰 전압 변화도 상당히 줄어들게 된다. 이를 위해, 이전에 형성된 팁은 후속하는 정규 동작 동안 자동적으로 발생할 치수와 유사한 치수를 가져야 한다.
이와 달리, 전극의 제조는 하나 또는 여러 권선이 도 2(a)에 도시된 것과 같은 막대의 단부 상에 제공되는 식으로 수행될 수도 있는데, 권선은 가령, 막대와 동일한 재료로 이루어진다. 그런 다음, 구형 또는 유사한 부분("두꺼운 부분")은 비교적 단순한 방식으로 권선이 제공된 막대의 이러한 영역을 전부 또는 일부 퓨징하는 것에 의해 생성될 수 있다.
본 발명에 따른 전극의 사용은 짧은 아크 램프 내의 전극 상의 고 부하뿐만 아니라 전극 사이의 자기 조정되는 매우 작은 간격 때문에 이 램프에 대해 특별한 이점을 갖지만, 그러한 짧은 아크 램프에만 한정되는 것은 아니다.
전극 팁의 형성은 크기에 비레하는 램프 전류, 즉, 구형부의 열 방사 능력 및 그에 따라 거기서 발생하는 온도에 의존한다. 이 온도는 가능한 한 높아야 하지만, 부분이 녹을 정도로 높아서는 안 된다. 실제의 모든 램프 전력에 대해 적절한 , 즉, 최적의 전극 치수는 이들 동작 파라미터 및 전술한 파라미터의 적절한 조정 및 상호 조율을 통해 알 수 있다.
바람직하게, 전술한 동작 파라미터로 램프를 동작시키기 위해 일반 주 전압(a general mains voltage)을 램프에 대한 전압으로 변환하는 전원 장치(powersupply unit)가 제공된다. 그러한 (스위치 모드) 전원 장치는 예로서 도 5에 도시된다. 이 경우, 주 전압은 전원 장치의 입력 단자 K1, K2에 인가되는 AC 전압인 것으로 가정된다. 램프 LA를 위해 주 전압을 AC 전압으로 변환하는 스위칭 장치 A를 포함한다. 이를 위해, 주 전압을 DC 전압으로 변환하는 제 1 장치(30) 및 DC 전압을 램프용 AC 전압으로 변환하는 정류기(31)가 제공된다.
더욱이, 전원 장치는 예를 들어, 램프 전류의 프로그램가능한 수 만큼의 반 사이클 또는 매 반 사이클이 관련 사이클과 동일한 극성의 부가적인 전류 펄스와 중첩되도록 스위칭 장치 A를 트리거(trigger)시키는 제어 장치 B를 포함한다. 이는 그 시간 그레디언트(time gradient)에서 그에 따라 증가하는 램프 전류를 초래하는데, 이는 도 3을 참조하여 전술되었고 아크 불안정 상태 없이 특히 안정된 동작이 달성된다. 그러한 제어 장치에 적합한 회로는 국제 특허 95/35645 호에 개시된다.
이와 달리, 제어 장치 B는 정규 동작 동안 평균 전류에 대한 반 사이클의 시작에서 램프 전류를 줄이는 역할을 할 수도 있고, 그에 따라 소정의 전극에 대해 특히 안정되고 다양한 광 아크의 적용이 달성된다. 그러한 제어 장치는 국제 특허 제 00/36883 호에 개시된다.
마지막으로, 제어 장치 B는 소정의 동작 상태 또는 요건에 따라 램프 전류에 영향을 미칠 수 있는데, 예를 들면, 온도, 램프를 통해 흐르는 전류 또는 생성된 광의 강도 및 변동과 같은 이러한 동작 상태 혹은 요건은 대응 센서 수단에 의해 검출된다. 이에 적절한 제어 장치는 국제 특허 제 00/36882 호에 개시된다.
예컨대, 램프 전압의 주파수와 같은 전술한 다른 동작 파라미터는 그러한 전원 장치에 의해 램프 유형 및 소정의 동작 조건에 최적화될 수도 있다. 따라서, 바람직하게, 전원 장치는 가령, 영사(projection)용과 같은 소정의 애플리케이션에 대해 최적화된 조명 장치를 형성하도록 램프와 결합될 수 있다.
본 발명에 따르면 전체 동작 수명 동안 램프 전류의 정확성 및 항구성이 반드시 부과되어야만 하는 특별한 요구 없이, 실질적으로 영구적인 전극 간격과 함께 변동 없는 안정된 동작을 제공하는 고압 가스 방전 램프 및 그러한 램프를 구비한 조명 장치(a lighting unit)를 단순하고 저렴한 방식으로 제조할 수 있다.

Claims (13)

  1. 하나의 단부에 두꺼운 전극부(a thickened electrode portion)를 포함하는 전극 막대(an electrode rod)를 갖는 고압 가스 방전 램프에 있어서,
    상기 두꺼운 전극부(9, 10)는 정규 램프 동작 동안 용융되지 않도록 램프의 동작 파라미터에 따라 치수조정(dimension)될 뿐만 아니라 전극 팁(19)이 상기 램프의 동작의 제 1 시간 동안 상기 팁(19)이 광 아크의 인가 지점의 영역 내에서 용융될 때까지 형성되는 것을 특징으로 하는
    고압 가스 방전 램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극부(9, 10)는 그 형상이 구형이고 상기 전극 막대(20)의 직경보다 대략 1.5 내지 5 배 더 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는
    고압 가스 방전 램프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극부(9, 10)는 형상이 구형이고 대략 0.5 내지 8 A의 램프 전류에 대해 대략 0.5 내지 3.0 mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는
    고압 가스 방전 램프.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극(7, 8)은 텅스텐으로 제조되고, 상기 가스는 재생 텅스텐 사이클을 위해 산소 및 브롬이 첨가되는 수은 증기인 것을 특징으로 하는
    고압 가스 방전 램프.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 브롬은 대략 0.001 내지 10μmole/cm3의 양만큼 첨가되는 것을 특징으로 하는
    고압 가스 방전 램프.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 팁(19)의 형성은 상기 전극 막대(20) 및 상기 전극부(9, 10)의 치수에 비례하는 상기 램프 전류에 의해 영향을 받을 수 있는 것을 특징으로 하는
    고압 가스 방전 램프.
  7. 고압 가스 방전 램프 제조 방법에 있어서,
    전극의 제조를 위해, 그 한 쪽 단부에 두꺼운 부분(9, 10)을 구비한 전극 막대가 제공되고, 상기 램프의 상기 동작 전류에 대해 실질적으로 대응하는 전류에 의해 상기 램프의 동작의 제 1 시간 동안 상기 부분(9, 10)에서 전극 팁(19)이 형성되며, 그 형성 동안 상기 두꺼운 부분이 상기 전류에 의존하여 치수조정되는 것을 특징으로 하는
    고압 가스 방전 램프 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 두꺼운 부분(9, 10)은 적어도 하나의 권선을 상기 전극 상에 부착하고 후속하여 상기 권선의 전부 혹은 일부를 상기 전극 재료와 퓨징시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는
    고압 가스 방전 램프 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    전극 팁이 상기 두꺼운 부분(9, 10)에서 사전형성되되, 상기 두꺼운 부분으로부터 상기 팁의 최종 형상이 상기 램프의 제 1 시간 동안 형성되는 것을 특징으로 하는
    고압 가스 방전 램프 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 고압 가스 방전 램프와, 스위치 모드 전원 장치를 구비한 조명 장치로서, 상기 전원 장치는 두꺼운 전극부(9, 10)가 정규 동작 모드 동안 용융되지 않고, 전극 팁(19)은 상기 팁(19)이 상기 램프의 동작의 제 1 시간 동안 광 아크의 인가 지점의 영역 내에서 용융될 때까지 상기 전극부(9, 10)에 형성되도록, 적합한 동작 파라미터를 상기 램프에 제공하는
    조명 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스위치 모드 전원 장치는 상기 램프 전류의 프로그램가능한 수 만큼의 반 사이클이 동일한 극성의 부가적 전류 펄스와 중첩될 수 있는 제어 장치(B)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    조명 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 스위치 모드 전원 장치는 상기 정규 동작 동안 평균 전류에 대한 반 사이클의 시작 시 상기 램프 전류를 줄일 수 있는 제어 장치(B)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    조명 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 스위치 모드 전원은 상기 제어 장치(B)뿐만 아니라 상기 램프의 동작 상태를 검출할 수 있는 센서 수단을 포함하여, 안정한 램프 동작을 얻기 위해 검출된 동작 상태에 따라 상기 동작 파라미터가 상기 제어 장치에 의해 변할 수 있는 것을 특징으로 하는
    조명 장치.
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