KR20020050177A - 디지털 투사 기술용 쇼트-아크 고압력 방전 램프 - Google Patents

Abstract

디지털 투사 기술용 쇼트-아크 고압력 방전 램프

디지털 투사용 크세논 충진재를 갖는 쇼트-아크 고압력 방전 램프(1)에서, 상기 캐소드(6)와 상기 애노드(8)의 두 개의 상호간에 면하는 단부(6a,8c)의 mm 단위를 갖는 간격(L)이 램프가 뜨거울 때 관계식 0.8 ×P ≤L ≤1 ×P + 1 에서 주어지며, 여기서 P 는 kW 단위의 램프 전력이다. 더욱이, mm 단위의 상기 애노드(8)의 원주형 중간부(8a)의 직경(D)은 관계식 D ≥2.1 ×L + 10 에서 주어진다.

Description

디지털 투사 기술용 쇼트-아크 고압력 방전 램프{SHORT-ARC HIGH-PRESSURE DISCHARGE LAMP FOR DIGITAL PROJECTION TECHNOLOGIES}

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 쇼트-아크 고압력 방전 램프에 기초한다. 특히, 본 발명은 극장용 투사에 사용되는 것과 같은 크세논 충진재를 갖는 쇼트-아크 고압력 방전 램프를 포함한다.

공지된 투사용 크세논 쇼트-아크 램프는 35 내지 70 mm 필름 영사기에 이상적인 아크 길이와 전극 형상에 최적화되어 있다. 이러한 필름의 화상(picture) 대각선은 28 내지 60 mm의 범위이다. 만약 이러한 표준 램프가 DMD, DLP, LCD 및 D-ILA 기술의 현대 디지털 영사기 시스템에 사용된다면, 램프와 광학계 사이의 불일치에 기인하여, 대량의 빛이 손실되고 스크린에 도달하지 않게 된다. 이렇게 손실된 빛은 영사기 내에서 열로 전환되고 부수적인 문제를 야기한다. 오늘날, 이러한 문제를 오로지, 냉각을 위해 더 큰 비용을 필요로 하는 더 높은 램프 전력, 정확성과 동시작업을 더 필요로 하는 최적화된 거울구조, 그리고 반사기 볼륨의 냉각 문제를 수반하는 부수적인 이중거울만으로 해결하는 것이 가능하다.

본 발명의 목적은, 디지털 투사 기술(DMD, DLP, LCD 및 D-ILA)에 사용되는 적분기(integrator)의 대각선에 해당하는, 10 mm 내지 25 mm 사이의 작은 단면 상에 빛을 최적으로 촛점을 맞추도록 하는, 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 크세논 충진재를 갖는 쇼트-아크 램프를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 쇼트-아크 고압력 방전 램프를 도시한다.

도 2는 도 1에 따른 쇼트-아크 고압력 방전 램프의 전극 장치를 확대하여 도시한다.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *

1 : 쇼트-아크 고압력 방전 램프 2 : 전구

3, 4 : 램프 샤프트 5, 7 : 전극 로드

6 : 캐소드 8 : 애노드

이러한 목적은 청구항 제 1 항의 특징에 의해 이루어진다. 특히 유리한 구성들을 종속항에서 볼 수 있다. 더욱이, 램프는 청구항 제 6 항의 특징을 만족시키는 램프 전류로 동작된다.

관계식 0.8 ×P ≤ L ≤1 ×P ×1에 따라서, 램프가 뜨거울 때 애노드와 캐소드의 두 개의 상호간에 면하는 단부의 mm 단위의 간격 (L)을 설정함으로써, 화상창(picture window)의 최적 조명이 달성되며, 여기서 P는 kW 단위의 램프 전력이다. 아크의 길이가 더 길다면, 시스템의 효율은, 즉 입력 전력에 대한 출력 광속(light flux) 비율은 현저하게 감소된다. 만약 애노드-캐소드 간격이 관계식보다 작다면, 램프의 수명은 허용되지 않을 정도로 감소된다.

또한 더 짧은 아크에 대한 애노드(애노드 플래토(plateau)) 전면의 더 강한 가열은 애노드 형상을 개조하는 것을 필요로한다. 예컨대, mm 단위의 애노드 직경(D)은 관계식 D ≥2.1 ×L + 10 을 만족시켜야 하며, 여기서 L 은 램프가 뜨거울 때 mm 단위의 애노드와 캐소드의 상호간에 면하는 단부의 간격이다.

긴 수명을 갖는 최적의 조명 효율을 위해, 캐소드에 면하는, 애노드의 절단된 원뿔형(frustoconical) 단부는 관계식 1.8 ×L - 1 ≤AP ≤1.8 ×L + 1 을 만족하는 mm 단위의 지경을 갖는 플래토 (AP)를 가져야 하고, 여기서 L 은 다시 램프가 뜨거울 때 애노드와 캐소드의 상호간에 면한 단부의 mm 단위의 간격이다. 애노드 플래토 직경이 이것보다 강하될 때, 애노드 플래토 상의 강한 침식(크레이터)은 수명을 더 짧게 한다. 관계식에 의해 기술된 것보다 더 큰 애노드 플래토의 경우에, 시스템 효율은 그림자로 인해 감소된다.

전체 수명에 걸친 광 밀도의 최적 분산을 위해, 캐소드의 원뿔형 단부의 팁은 더욱 유리하게 반구형으로 설계되고, 여기서 mm 단위의 반구의 반경(R)은 관계식 0.12 ×P + 0.1 ≤R ≤0.12 ×P + 0.5 를 만족하며, P는 kW 단위의 램프 전력이다. 반구의 더 큰 직경은 더 작은 광 밀도를 유발하고, 더 작은 직경은 캐소드 연소(burn-off)를 개선시킨다.

캐소드의 원뿔형 단부는 36 내지 44°사이의 꼭지점 각 (α)를 갖는다. 더욱이, 최적의 동작을 위하여, 애노드의 절단된 원뿔형 단부는 90 내지 105°사이의 꼭지점 각(β)을 갖는다. 더욱 뾰족한 형상은 전극 팁의 더 강한 연소를 유발하는 반면에, 뭉툭한 형상은 영사기의 높은 정도의 그림자를 유발한다.

충분히 높은 효율(lumen/W)과 램프 수명 전체의 광속의 허용가능한 감소를 갖는 최적의 동작을 위하여, 램프는 0 내지 5.5 kW의 정격 출력(P)에서 관계식 22 ×P + 38 ≤I ≤22 ×P + 65 의 A 단위의 램프 전류(I)로 동작하고, 5.5 내지 12 kW의 정격 출력(P)에서 관계식 10 ×P + 100 ≤I ≤22 ×P + 65 의 A 단위의 램프 전류(I)로 동작한다. 더 약한 전류는 시스템에서 조명 효율을 감소시키는 반면에, 캐소드 침식은 강한 전류로 증가하고 유지보수는 허용값 이하로 강하된다.

도면과 함께, 본 발명은 실시예와 관련하여 더욱 상세하게 설명된다.

도 1은 크세논 충진재를 갖는 본 발명에 따른 쇼트-아크 고압력 방전 램프(1)를 도시한다. 3000W의 전력 소모량을 갖는, 램프(1)는 석영 유리로 만들어진 회전가능한 대칭 전구로 구성되며, 또한 전구의 두 개의 단부는 각각 석영 유리로 만들어진 램프 샤프트(3,4)에 조립된다. 내부 단부가 캐소드(6)를 지지하는, 텅스텐 전극 로드(5)는 샤프트들중 하나(3)에 밀폐되어 융합된다. 마찬가지로 내부 단부가 전극 로드에 고정된 애노드(8)를 갖는, 텅스텐 전극 로드(7)는 다른 램프 샤프트(4)에 밀폐되어 융합된다. 지지와 전기적 접속을 위한 베이스 시스템(9,10)은 전극 샤프트(3,4)의 외부 단부에 조립되어 있다.

도 2에 도시된 것처럼, 캐소드(6)는 애노드(8)에 면한 원뿔형 단부(6a)와,전극 로드(5)에 면하고 원주형 보조부와 절단된 원뿔형 보조부를 갖는 단부(6b), 마찬가지로 원주형이고 두 개의 부분(6a,6b) 사이에 위치한 방열(heating damming)홈으로 불리는 더 작은 직경의 부분(6c)으로 구성되어 있다. 애노드(8)에 면하고 40°의 꼭지점 각(α)을 갖는 원뿔형 단부(6a)의 팁은 0.6 mm의 반경(R)을 갖는 반구로써 설계된다.

애노드(8)는 22 mm의 직경(D)을 갖는 원주형 중간부(8a)와 두 개의 절단된 원뿔형 단부(8b,8c)로 구성되며, 두 개의 절단된 원뿔형 단부는 각각 캐소드(6)와 전극 로드(7)에 면한다. 캐소드(6)에 면하는 절단된 원뿔형 단부(8c)는 6 mm의 직경을 갖는 플래토(AP)를 갖는다. 두 개의 전극(6,8)의 모든 부분은 텅스텐으로 만들어진다.

두 개의 전극(6,7)은, 전구(2)의 축과 일치하고, 램프가 뜨거울 때 전극 간격 또는 아크 길이가 3.5 mm가 되는 방식으로, 상호간에 마주보며 조립되어 있다.

이러한 램프를 디지털 투사 시스템에 사용할 때, 종래 크세논 충진재를 갖는 쇼트-아크 고압력 방전 램프와 비교하여 50%까지 개선될 수 있다.

본 발명에 따른 크세논 충진재를 갖는 쇼트-아크 램프는 10 내지 25 mm 사이의 작은 교차부 상에 빛을 최적으로 촛점을 맞추게 하여 램프와 광 시스템 사이의 불일치에 기인한 빛의 손실과 이로 인한 투사 시스템의 불필요한 냉각 등을 방지하여 효율적인 투사 시스템를 달성한다.

Claims (6)

1. 상호간에 마주보며 위치한 캐소드(6) 및 애노드(8)와 적어도 크세논을 포함하는 충진재를 갖는 방전 용기(2)를 구비하는 쇼트-아크 고압력 방전 램프(1)로서, 상기 캐소드(6)는 상기 애노드(8)에 면한 원뿔형 단부(6a)를 가지며, 상기 애노드(8)는 원주형 중간부(8a)와 상기 캐소드(6)에 면한 절단된 원뿔형 단부(8c)를 가지며, 디지털 투사기술에 사용하기 위해:

   - 상기 램프가 뜨거울 때 상기 캐소드(6)와 상기 애노드(8)의 두 개의 상호간에 면하는 단부(6a,8c)의 mm 단위의 간격(L)은, 관계식 0.8 ×P ≤L ≤1 ×P + 1 에서 주어지며 여기서 P 는 kW 단위의 램프 전력이고,

   - mm 단위의 상기 애노드(8)의 원주형 중간부(8a)의 직경(D)은, 관계식 D ≥2.1 ×L + 10 에서 주어지며, 여기서 L은 mm 단위의 상기 캐소드(6)와 상기 애노드(8)의 상호간에 면하는 단부(6a,8c)의 간격인 쇼트-아크 고압력 방전 램프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 애노드(8)의 절단된 원뿔형 단부(8c)는 상기 캐소드(6)에 면하고, 관계식 1.8 ×L - 1 ≤AP ≤1.8 ×L + 1 을 만족하는 mm 단위 직경의 플래토(AP)를 가지며, 여기서 L은 mm 단위의 상기 캐소드(6)와 상기 애노드(8)의 상호간에 면하는 단부(6a,8c)의 간격인 것을 특징으로 하는 쇼트-아크 고압력 방전 램프.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 캐소드(6)의 원뿔형 단부(6a)의 팁이 반구로서 설계되고, 여기서 mm 단위의 상기 반구의 반경(R)은 관계식 0.12 ×P + 0.1 ≤R ≤0.12 ×P + 0.5을 만족하고, 여기서 P는 kW 단위의 상기 램프 전력(P)인 것을 특징으로 하는 쇼트-아크 고압력 방전 램프.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 캐소드(6)의 원뿔형 단부(6a)는 36 내지 44°사이의 꼭지점 각(α)을 갖는 것을 특징으로 하는 쇼트-아크 고압력 방전 램프.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 캐소드(6)에 면하는, 상기 애노드(8)의 절단된 원뿔형 단부(8a)는 90 내지 105°사이의 꼭지점 각(β)을 갖는 것을 특징으로 하는 쇼트-아크 고압력 방전 램프.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 쇼트-아크 고압력 방전 램프(1)를 동작시키는 방법으로서,

   - 0 내지 5.5 kW의 정격 출력(P)에서는, 관계식 22 ×P + 38 ≤I ≤22 ×P + 65을 갖는 A 단위의 램프 전류(I)로 동작되며

   - 5.5 내지 12 kW의 정격 출력에서는, 관계식 10 ×P + 100 ≤I ≤22 ×P + 65을 갖는 A 단위의 램프 전류(I)로 동작되는 것을 특징으로 하는 쇼트-아크 고압력 방전 램프(1)를 동작시키는 방법.