KR20040002635A - 고압수은램프 및 램프유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 점등 동작압이 매우 높은 고압수은램프의 흑변화 발생을 억제하기 위한 것이다.

관내에 적어도 수은(6)이 봉입된 발광관(1)과, 발광관(1)의 기밀성을 유지하는 봉함부(2)를 한 쌍 구비하며, 수은(6) 봉입량은 발광관(1) 용적을 기준으로, 230㎎/㎤ 이상이고, 또 발광관(1)의 보온을 위한 보온수단(10)을 구비하는 고압수은램프이다.

Description

고압수은램프 및 램프유닛{HIGH PRESSURE MERCURY LAMP AND LAMP UNIT}

본 발명은, 고압수은램프 및 램프유닛에 관하며, 특히 프로젝터 등의 광원으로서 사용되는 고압수은램프 중, 수은 봉입량이 비교적 많은 것에 관한다.

최근, 대화면영상을 실현하는 시스템으로서, 액정프로젝터나 DMD프로젝터 등의 화상투사장치가 널리 사용되고 있다. 이와 같은 화상투사장치로는, 일특개평 2-148561호 공보에 개시된 바와 같은 고압수은램프가 일반적으로 널리 이용되고 있다.

도 1은 일특개평 2-148561호 공보에 개시된 고압수은램프의 구조를 나타낸다. 도 1에 나타낸 램프(1000)는, 석영을 주성분으로 하는 발광관(1)과, 그 양쪽으로 연장되는 한 쌍의 측관부(봉함부)(2)로 구성된다. 측관부(2)에는, 금속제 전극구조체가 매설되며, 외부로부터 발광관 내로 전력을 공급할 수 있게 되어있다. 전극구조체는, 텅스텐(W)제의 전극(3), 몰리브덴(Mo)박(4), 외부리드선(5)을 차례로 전기적으로 접속한 구성을 취한다. 또 전극(3) 선단(先端)에는 코일(12)이 감겨있다. 발광관(1) 내에는 발광종(種)인 수은(Hg), 아르곤(Ar), 및 소량의 할로겐가스(도시 생략)가 봉입된다.

램프(1000)의 동작원리를 간단히 설명한다. 한 쌍의 외부리드선(5) 양단에 시동전압을 인가하면, 아르곤 방전이 일어나 발광관(1) 내 온도가 상승한다. 이 온도상승에 의해, 수은(Hg)원자는 증발하고 발광관(1) 내에 기체로 충만해진다. 이 수은은 양 전극(3) 사이에서, 한쪽 전극(3)으로부터 방출되는 전자에 의해 여기되어 발광한다. 따라서 발광종인 수은의 증기압이 클수록 고휘도의 광이 방출되게 된다. 또 수은증기압이 클수록 양전극간 전위차(전압)는 커지므로 같은 정격전력으로 점등시킬 경우, 전류를 작게 할 수 있다. 이는 전극(3)에의 부담을 작게 할 수 있다는 것이며, 램프의 장수명화로 이어진다. 때문에 수은증기압을 크게 할수록 휘도, 수명의 특성이 우수한 램프로 할 수 있다.

그러나, 물리적 내압강도의 관점에서 종래의 고압수은램프는, 실용적으로는15~20MPa(150~200기압) 정도의 수은증기압에서 사용된다. 일특개평 2-148561호 공보에는, 수은증기압이 200바에서 350바(약 20MPa~약 35MPa에 상당)의 초고압 수은램프가 개시됐지만, 신뢰성이나 수명 등을 고려한 현실적인 사용에 있어서는 15~20MPa(150~200기압) 정도의 수은증기압에서 사용된다.

오늘날, 내압강도를 높이는 연구개발이 진행되고 있기는 하지만, 실용적인 사용에 견딜 수 있는, 수은증기압이 20MPa을 초과한 고내압의 고압수은램프는 아직 보고되지 않은 것이 현 실정이다. 이와 같은 실정에서 본원 발명자는 약 30~40MPa 또는 그 이상(약 300~400기압 또는 그 이상) 고내압의 고압수은램프를 완성시키는 것에 성공하여, 일특원 2001-267487호 및 일특원 2001-371365호에 개시했다.

이와 같이 매우 높은 내압을 갖는 고압수은램프는, 종래 기술로는 도달할 수 없었던 수은증기압에서 동작시키는 것이므로, 그 특성 및 동작이 어찌 될지는 예측할 수 없다. 본원 발명자가 당해 고압수은램프의 점등시험을 실시한 바, 동작압이 종래의 20MPa을 초과하면, 특히 대체로 30MPa 이상이 되면 램프가 흑변화 됨을 알았다.

본 발명은 이러한 여러 문제에 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 목적은 동작압이 20MPa를 초과하는(예를 들어 23MPa 이상, 특히 25MPa 또는 30MPa 이상) 동작압이라도 흑변화를 억제할 수 있는 고압수은램프를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 고압수은램프(1000)의 구성을 나타내는 모식도,

도 2의 (a) 및 (b)는 고압수은램프(1100)의 구성을 나타내는 모식도,

도 3은 고압수은램프(1200)의 구성을 나타내는 모식도,

도 4는 고압수은램프(1300)의 구성을 나타내는 모식도,

도 5의 (a)는 고압수은램프(1400)의 구성을 나타내는 모식도이며, (b)는 고압수은램프(1500)의 구성을 나타내는 모식도,

도 6은 본 발명의 실시예에 관한 고압수은램프(100)의 구성을 나타내는 모식도,

도 7은 점등 동작압이 20MPa 및 40MPa인 램프의 분광 스펙트럼을 나타내는 그래프,

도 8은 점등 중의 발광관 온도분포를 설명하기 위한 램프의 모식도,

도 9는 수직점등 시킬 경우의 고압수은램프(100)의 개변(改變)예,

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 관한 고압수은램프(200)의 구성을 나타내는 모식도,

도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 관한 반사경 장착 램프(300)의 구성을 나타내는 모식도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 발광관 2 : 봉함부(측관부)

3 : 전극(전극봉) 4 : 금속박

5 : 외부리드선 6 : 발광종(種)(수은)

7 : 제 2 유리부 8 : 제 1 유리부

10 : 보온막(보온수단) 11 : 외관(外管)

12 : 코일(전극선단)

20 : 압축응력이 인가된 부위(잔존왜곡부 내지 왜곡경계부)

22 : 전원유닛 30 : 금속층(금속도금)

40 : 코일 300 : 반사경 장착램프(램프유닛)

100, 200, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500 : 고압수은램프

500 : 거울 510 : 전면유리

본 발명의 고압수은램프는, 관내에 적어도 수은이 봉입된 발광관과, 상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부를 한 쌍 구비하며, 상기 봉함부의 적어도 한쪽은, 상기 발광관으로부터 연장된 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하고, 또 당해 한쪽 봉함부는 압축응력이 인가된 부위를 구비하며, 또한 상기 발광관 및 상기 한 쌍의 봉함부 중 적어도 일부에는, 단열재 또는 보온재로 이루어지는 보온막이 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 수은 봉입량은, 상기 발광관의 용적을 기준으로 230㎎/㎤ 이상이다.

또, 바람직한 실시예에 있어서, 상기 수은 봉입량은, 상기 발광관 용적을 기준으로 300㎎/㎤ 이상이며, 상기 발광관에는 할로겐이 봉입되고, 상기 고압수은램프의 관벽부하는, 80W/㎠ 이상이다.

또한 바람직한 실시예에 있어서, 상기 보온막은, 상기 발광관에는 형성되지 않고 상기 한 쌍의 봉함부 중 적어도 한쪽에 형성되며, 또 상기 보온막의 상기 발광관 쪽 단면은, 당해 적어도 한쪽의 봉함부와 상기 발광관의 경계보다 1mm 이상 떨어진 위치에 존재한다.

상기 보온막의 상기 발광관 쪽 단면은, 상기 경계를 기준으로 10mm 이내의 위치에 존재하는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 보온막은, 알루미나로 구성된다.

본 발명의 다른 고압수은램프는, 관내에 적어도 수은이 봉입된 발광관과, 상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부를 한 쌍 구비하며, 상기 봉함부의 적어도 한쪽은, 상기 발광관으로부터 연장된 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하고, 또 당해 한쪽 봉함부는 압축응력이인가된 부위를 구비하며, 또한 상기 발광관 주위에는, 투광성 재료로 이루어지는 외관(外管)이 상기 발광관과 떨어져 구성된다.

상기 외관에는 적외선 반사막이 형성되는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 발광관 내에는 한 쌍의 전극봉이 서로 대향 배치되며, 상기 한 쌍의 전극봉 중 적어도 한쪽 전극봉은, 금속박에 접속되고, 상기 금속박은, 상기 봉함부 내에 구성되며 또 당해 금속박의 적어도 일부는, 상기 제 2 유리부 내에 위치한다.

또, 바람직한 실시예에 있어서, 상기 적어도 한쪽 봉함부 내에 매입된 부분에서 상기 전극봉의 적어도 일부에는, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 구성된 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속을 적어도 표면에 갖는 코일이 감긴다.

또한, 바람직한 실시예에 있어서, 상기 봉함부 내에는, 상기 제 2 유리부와 접하는 금속부이며, 전력을 공급하기 위한 금속부가 구성되고, 상기 압축응력은, 상기 봉함부의 적어도 긴 쪽 방향으로 인가되며, 상기 제 1 유리부는 SiO₂를 99중량% 이상 함유하고, 상기 제 2 유리부는 15중량% 이하의 Al₂O₃및 4중량% 이하의 B 중 적어도 한쪽과, SiO₂를 함유한다.

본 발명의 또 다른 고압수은램프는, 관내에 적어도 수은이 봉입되고, 한 쌍의 전극봉이 대향 배치된 발광관과, 상기 발광관으로부터 연장되는 봉함부를 한 쌍 구비하며, 적어도 한쪽의 상기 봉함부 내에 매입된 부분에서 상기 전극봉의 적어도 일부에는, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 구성된 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속을 적어도 표면에 갖는 코일이 감기고 또, 상기 발광관 및 상기 한 쌍의 봉함부 중 적어도 일부에는 단열재 또는 보온재로 이루어지는 보온막이 형성된다.

본 발명의 또 다른 고압수은램프는, 관내에 적어도 수은이 봉입된 발광관과, 상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부를 한 쌍 구비하며, 상기 수은 봉입량은, 상기 발광관의 용적을 기준으로 230㎎/㎤ 이상이고, 상기 발광관을 보온하기 위한 보온수단을 추가로 구비한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 보온수단은, 상기 발광관 및 상기 한 쌍의 봉함부 중 적어도 일부에 형성되며, 단열재 또는 보온재로 이루어지는 보온막이다.

또 바람직한 실시예에 있어서, 상기 보온수단은, 상기 발광관과 떨어져 상기 발광관 주위에 구성되며, 투광성재료로 이루어지는 외관이다.

또한 바람직한 실시예에 있어서, 상기 수은 봉입량은 상기 발광관의 용적을 기준으로 300㎎/㎤ 이상이고, 상기 발광관에는 할로겐이 봉입되며, 상기 고압수은램프의 관벽부하는 80W/㎠ 이상이다.

본 발명에 있어서 고압수은램프는, 관내에 한 쌍의 전극이 대향으로 배치된 발광관과, 상기 발광관으로부터 연장되고 내부에 상기 전극의 일부를 갖는 봉함부를 구비하며, 상기 봉함부 내에 위치하는 부분의 상기 전극의 적어도 일부 표면에는 Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속으로 구성된 금속막이 형성된다.

본 발명에 적합한 실시예에 있어서, 상기 전극은 상기 봉함부 내에 형성된 금속박에 용접에 의해 접속되며, 상기 금속막은, 상기 금속박과의 접속개소에는 형성되지 않고 상기 봉함부 내에 매입된 상기 전극의 표면에 형성된다. 상기 금속막을 구성하는 상기 금속의 일부가 상기 발광관 내에 존재해도 된다. 상기 금속막은 하층이 Au층, 상층이 Pt층으로 구성되는 다층 구조를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 고압수은램프는, 관내에 한 쌍의 전극이 대향으로 배치된 발광관과, 상기 발광관으로부터 연장되고 내부에 상기 전극의 일부를 갖는 봉함부를 구비하며, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속을 표면에 갖는 코일이, 상기 봉함부 내에 위치하는 부분의 상기 전극에 감긴다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 봉함부 내에는 상기 금속박 및 상기 전극의 일부가 매입되고, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속을 표면에 갖는 코일이, 상기 봉함부 내에 매입되는 상기 전극에 감긴다. 상기 코일은, 그 표면에 하층이 Au층, 상층이 Pt층으로 구성되는 다층 구조의 금속막을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 있어서 고압수은램프는, 관내에 발광물질이 봉입되는 발광관과, 상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부를 구비하며, 상기 봉함부는 상기 발광관으로부터 연장되는 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하고, 또 상기 봉함부는 압축응력이 인가된 부위를 가지며, 상기 압축응력이 인가된 부위는 상기 제 2 유리부, 상기 제 2 유리부와 상기 제 1 유리부의 경계부, 상기 제 2 유리부 중 상기 제 1 유리부 쪽 부분, 및 상기 제 1 유리부 중 상기 제 2 유리부 쪽 부분으로 이루어지는 군에서 선택된다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 유리부와 상기 제 2 유리부의 경계 주변에는,양자의 압축응력 차에 의해 발생한 왜곡 경계영역이 존재한다. 상기 봉함부 내에는, 상기 제 2 유리부와 접하는 금속부이며, 전력을 공급하기 위한 금속부가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 압축응력은, 상기 봉함부의 적어도 긴 쪽 방향으로 인가되면 된다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 유리부는 SiO₂를 99중량% 이상 함유하고, 상기 제 2 유리부는 15중량% 이하의 Al₂O₃및 4중량% 이하의 붕소(B) 중 적어도 한쪽과, SiO₂를 함유하며, 상기 제 2 유리부의 연화점은 제 1 유리부 연화점 온도보다 낮다. 상기 제 2 유리부는, 유리관으로 형성된 유리부인 것이 바람직하다. 또 상기 제 2 유리부는 유리분말을 압축형성하고 소결시켜 이루어지는 유리부가 아닌 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 압축응력이 인가된 부위의 상기 압축응력은, 약 10kgf/㎠ 이상 약 50kgf/㎠ 이하이다. 또는 상기 압축응력의 차는 약 10kgf/㎠ 이상 약 50kgf/㎠ 이하이다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발광관 내에는, 한 쌍의 전극봉이 서로 대향 배치되며, 상기 한 쌍의 전극봉 중 적어도 한쪽 전극봉은, 금속박에 접속되고, 상기 금속박은 상기 봉함부 내에 형성되며 또, 당해 금속박의 적어도 일부는 상기 제 2 유리부 내에 위치하고, 상기 발광물질로서 적어도 수은이 상기 발광관 내에 봉입되며, 상기 수은 봉입량은 300mg/cc 이상이고, 상기 고압수은램프의 평균연색평가수(Ra)는 65를 초과한다. 상기 고압수은램프의 색 온도는 8000K 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 램프유닛은, 고압수은램프와, 상기 고압수은램프로부터 발하는 광을 반사시키는 반사경을 구비한 램프유닛이며, 상기 고압수은램프는, 관내에 적어도 수은이 봉입된 발광관과, 상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부 한 쌍을 구비하며, 상기 수은 봉입량은 상기 발광관의 용적을 기준으로 230㎎/㎤ 이상이고, 상기 발광관을 보온하기 위해 보온수단을 추가로 구비한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 보온수단은, 상기 발광관 및 상기 한 쌍의 봉함부 중 적어도 일부에 형성되며, 단열재 또는 보온재로 이루어지는 보온막이다.

또 바람직한 실시예에 있어서, 상기 반사경은, 출사방향으로 전면(前面) 개구부를 갖는, 타원면 또는 포물면 형상의 반사경이며, 상기 전면 개구부에는 전면 유리가 장착되고, 상기 반사경 내부는 실질적으로 밀폐구조로 되며, 상기 반사경이 상기 보온수단으로서 기능한다.

또한 바람직한 실시예에 있어서, 상기 수은 봉입량은 상기 발광관의 용적을 기준으로 300㎎/㎤ 이상이고, 상기 발광관에는 할로겐이 봉입되며, 상기 고압수은램프의 관벽부하는 80W/㎠ 이상이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 반사경은 상기 반사경 쪽 면에 통풍구멍을 갖지 않는 구성을 하며, 상기 반사경의 반사면 크기가 25㎠ 이하이고, 상기 고압수은램프의 정상 점등 시 전력이 60W 이상 120W 이하이다.

또, 바람직한 실시예에 있어서, 상기 반사경은 상기 반사경 쪽 면에 통풍구멍을 갖지 않는 구성을 하며, 상기 반사경의 반사면 크기가 40㎠ 이하이고, 상기 고압수은램프의 정상 점등 시 전력이 121W 이상 200W 이하이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 반사경은, 상기 반사경 쪽 면에 통풍구멍을 갖지 않는 구성을 하며, 상기 반사경의 반사면 크기가 55㎠ 이하이고, 상기 고압수은램프의 정상 점등 시 전력이 201W 이상 350W 이하이다.

본 발명의 실시예에 있어서의 램프유닛은, 고압수은램프와, 상기 고압수은램프로부터 발하는 광을 반사시키는 반사경을 구비한 램프유닛이며, 상기 고압수은램프는, 관내에 적어도 수은이 봉입된 발광관과, 상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부 한 쌍을 구비하며, 상기 봉함부의 적어도 한쪽은, 상기 발광관으로부터 연장된 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하고, 또 당해 한쪽 봉함부는 압축응력이 인가된 부위를 가지며, 상기 발광관 및 상기 한 쌍의 봉함부 중 적어도 일부에는 단열재 또는 보온재로 이루어지는 보온막이 형성된다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수은 봉입량은 상기 발광관의 용적을 기준으로 230㎎/㎤ 이상이다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.

(실시예)

우선 본 발명의 실시예를 설명하기 전에, 점등 동작압이 약 30~40MPa 또는 그 이상(약 300~400기압 또는 그 이상)인 매우 높은 내압을 나타내는 고압수은램프에 대하여 설명한다. 이들 고압수은램프의 상세는 일특원 2001-267487호 및 일특원 2001-371365호에 개시되어 있다. 여기서는 이들 특허출원을 본원 명세서의 참고를 위해 원용하기로 한다.

동작압이 약 30MPa 이상임에도 불구하고, 실용적으로 견딜 수 있는 고압수은램프의 개발은 극도의 어려움이 있었으나, 예를 들어 도 2에 나타내는 바와 같은 구성으로 함으로써 매우 높은 고내압 램프를 완성하는 데 성공했다. 여기서 도 2의 (b)는 도 2의 (a) 중 b-b선을 따른 단면도이다.

도 2에 나타낸 고압수은램프(1100)는, 일특원 2001-371365호에 개시된 것으로, 발광관(1)과, 발광관(1)의 기밀성을 유지하는 봉함부(2)를 한 쌍 구비하며, 봉함부(2)의 적어도 한쪽은 발광관(1)으로부터 연장된 제 1 유리부(8)와, 제 1 유리부(8) 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부(7)를 구비하고, 당해 한쪽 봉함부(2)는 압축응력이 인가된 부위(20)를 갖는다.

봉함부(2)의 제 1 유리부(8)는, SiO₂를 99중량% 이상 함유하는 것이며, 예를 들어 석영유리로 구성된다. 한편, 제 2 유리부(7)는 15중량% 이하의 Al₂O₃및 4중량% 이하의 B 중의 적어도 한쪽과 SiO₂를 함유하는 것이며, 예를 들어 바이코오유리로 구성된다. SiO₂에 Al₂O₃이나 B를 첨가하면, 유리의 연화점은 떨어지므로 제 2 유리부(7)의 연화점은 제 1 유리부(8) 연화점 온도보다 낮다. 또 바이코오유리(Vycor glass; 제품명)란, 석영유리에 첨가물을 혼입시켜 연화점을 낮추어 석영유리보다 가공성을 향상시킨 유리로서, 그 조성은 예를 들어, 실리카(SiO₂) 96.5중량%, 알루미나(Al₂O₃) 0.5중량%, 붕소(B) 3중량%이다. 본 실시예에서는, 바이코오유리제의 유리관으로 제 2 유리부(7)가 형성된다. 그리고 바이코오제 유리관 대신 SiO₂: 62중량%, Al₂O₃: 13.8중량%, CuO: 23.7중량%를 성분으로 하는 유리관을 사용해도 된다.

봉함부(2) 일부에 인가된 압축응력은, 실질적으로 제로(즉 0kgf/㎠)를 초과한 것이면 된다. 이 압축응력의 존재로써, 종래의 구조보다 내압강도를 향상시킬 수 있다. 이 압축응력은 약 10kgf/㎠ 이상(약 9.8 ×10⁵N/㎡ 이상)인 것이 바람직하며, 또 약 50kgf/㎠ 이하(약 4.9 ×10⁶N/㎡ 이하)인 것이 바람직하다. 10kgf/㎠ 미만이면, 압축왜곡이 약해 램프 내압강도를 충분히 올리지 못할 경우가 생길 수 있기 때문이다. 그리고 50kgf/㎠를 초과하는 구성으로 하기 위해서는 이를 실현시키는 데 실용적인 유리재료가 존재하지 않기 때문이다. 단 10kgf/㎠ 미만이라도 실질적으로 0 값을 초과하면, 종래의 구조보다 내압을 올릴 수 있으며, 또 50kgf/㎠를 초과하는 구성을 실현할 수 있는 실용적인 재료가 개발됐다면 50kgf/㎠를 초과하는 압축응력을 제 2 유리부(7)가 가져도 된다.

방전공간 내에 한끝이 위치하는 전극봉(3)은, 봉함부(2) 내에 형성된 금속박(4)에 용접에 의해 접속되며, 금속박(4)의 적어도 일부는 제 2 유리부(7) 내에 위치한다. 도 2에 나타낸 구성에서는, 전극봉(3)과 금속박(4)의 접속부를 포함하는 개소를 제 2 유리부(7)가 피복하는 구성으로 한다. 도 2에 나타낸 구성에서 제 2 유리부(7)의 크기를 예시하자면, 봉함부(2)의 긴 쪽 방향 길이로 약 2~20mm(예를 들어 3mm, 5mm, 7mm)이며, 제 1 유리부(8)와 금속박(4) 사이에 끼인 제 2 유리부(7) 두께는 약 0.01mm~2mm(예를 들어 0.1mm)이다. 제 2 유리부(7)의발광관(1) 쪽 단면에서 발광관(1) 방전공간까지의 거리(H)는 예를 들어 0mm~약 3mm이며, 또 금속박(4)의 발광관(1) 쪽 단면에서 발광관(1) 방전공간까지의 거리(B)(바꾸어 말하면 전극봉(3)이 봉함부(2) 내에만 매입된 길이)는 예를 들어 약 3mm이다.

도 2에 나타낸 램프(1100)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 개변(改變)하는 것도 가능하다. 도 3에 나타낸 고압수은램프(1200)는, 봉함부(2) 내에 위치하는 부분의 전극(3)에 Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속을 표면에 갖는 코일(40)이 감긴 구조를 갖는다. 여기서 코일(40)은 전형적으로 그 표면에, 하층이 Au층, 상층이 Pt층으로 된 다층구조의 금속막을 갖는다. 또 대량생산할 경우에 약간 제조공정 상의 결점이 있지만, 도 4에 나타낸 고압수은램프(1300)와 같이, 봉함부(2) 내에 위치하는 부분의 전극(3)의 적어도 일부 표면에 Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속으로 구성된 금속막(30)을 코일(40) 대신 형성해도 된다. 도 2에서 도 4에 나타낸 구성과 비교하면 내압이 저하되기는 하지만, 도 5의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 제 2 유리부(7)를 이용하지 않고 코일(40)이나 금속막(30)을 이용한 구성을 갖는 고압수은램프(1400, 1500)에서도 실용적으로 사용 가능한 레벨로, 30MPa 이상의 동작압을 실현할 수 있다.

도 2에 나타낸 바와 같은, 점등 중의 Hg증기압이 30MPa(300기압)를 초과하는 램프를 시험 제작하여 본원 발명자가 점등시험을 실시한 바, 동작압이 대체로 30MPa 이상이 되면 램프가 흑변화함을 알았다. 흑변화는, 점등 중에 텅스텐(W) 전극(3)의 온도가 상승하여, W전극으로부터 증발한 텅스텐이 발광관 내벽에 부착하여 일어나는 현상으로서 그대로 점등을 계속하면 파열하기에 이른다.

여기서 종래의 15~20MPa(150~200기압) 정도에서의 점등이라면, 발광관 내에 봉입한 할로겐가스가, 발광관 내벽에 부착한 텅스텐과 반응하여 할로겐화 텅스텐이 된다. 할로겐화 텅스텐은 발광관 내를 부유하여 온도가 높은 텅스텐전극 선단에 이르면, 원래의 할로겐과 텅스텐으로 해리(解離)되므로 텅스텐은 전극 선단으로 되돌아오게 된다. 이를 할로겐주기라 하는데, 종래 램프의 수은증기압에서는 이 주기 때문에 램프가 흑변화하는 일없이 점등이 가능했다. 그러나 30MPa(300기압) 이상으로 하면 이 주기가 제대로 기능하지 못함을 본원 발명자의 실험에 의해 알았다. 또 30MPa 이상의 경우에 흑변화가 현저해진다 하더라도, 현실적 사용에 있어서의 신뢰도를 높이기 위해서는, 30MPa 이상에 국한되지 않고 20MPa를 초과하는 레벨(예를 들어 23MPa 이상의 레벨, 또는 25MPa 이상의 레벨)에서 흑변화 문제의 대책을 강구할 필요가 생긴다.

본원 발명자는 발광관(1) 온도를 제어함으로써, 이 흑변화 문제를 해결할 수 있음을 찾아내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 실시예를 설명하기로 한다. 여기서 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

(제 1 실시예)

도 6은 수은(6) 봉입량이 230mg/㎤ 이상인 본 실시예의 고압수은램프(100)를 나타낸다. 본 실시예의 램프(100)는 발광관(1)을 보온시키기 위해 보온수단(10)을구비하며, 도 6에 나타낸 예에서는 발광관(1) 및 한 쌍의 봉함부(2) 중 적어도 일부에, 단열재 또는 보온재로 이루어지는 보온막이 보온수단(10)으로서 형성된다. 고압수은램프(100)의 기본적인 구성은, 전형적으로는 도 2에서 도 5의 (a) 및 (b)에 나타낸 고압수은램프(1100~1500)와 마찬가지 구성이다. 즉 이들 램프에 보온막(10)이 형성된 것이다.

도 6에 나타낸 고압수은램프(100)는, 관내에 적어도 수은(6)이 봉입된 발광관(1)과, 발광관(1)의 기밀성을 유지하는 봉함부(2)를 한 쌍 구비한다. 수은(6) 봉입량은, 발광관 용적을 기준으로 230mg/㎤ 이상(예를 들어 250mg/㎤ 이상, 또는 300mg/㎤ 이상. 경우에 따라서는 350mg/㎤을 초과하는 것이나, 350~400mg/㎤ 이상 또는 그 이상이다.)이다.

발광관(1) 내에는, 한 쌍의 전극(또는 전극봉)(3)이 서로 대향 배치되며, 전극(3)은 금속박(4)으로 용접 접속된다. 금속박(4)은, 전형적으로는 몰리브덴박이며 봉함부(2) 내에 구성된다. 고압수은램프(100)가 도 2에 나타낸 램프(1100)일 경우에, 금속박(4)의 적어도 일부는 제 2 유리부(7) 내에 위치하게 된다.

발광관(1) 온도를 제어하는 보온수단으로서의 보온막(10)은, 예를 들어 알루미나로 구성된다. 보온막(10)의 두께는 예를 들어 약 0.001mm~20mm이다. 본 실시예에서 보온막(10)은, 발광관(1)에는 형성되지 않고, 봉함부(2)와 발광관(1)의 경계(21)보다 외부리드(5) 쪽에 위치하는 부분의 봉함부(2)에 형성된다. 보온막(10)의 발광관(1) 쪽 단면(10a)은, 봉함부(2)와 발광관(1)의 경계(21)보다 예를 들어 1mm 이상 떨어진 위치에 존재한다. 또 보온막(10)의 단면(10a)은 경계(21)를 기준으로 하여 10mm 이내의 위치에 존재한다. 바꾸어 말하면 보온막(10) 단면(10a)과 경계(21)의 거리(L)는, 1mm 이상 10mm 이내이다(바람직하게는, 거리(L)는 5mm ±2mm). 이와 같이 하는 이유는, 보온막(10)이 발광관(1)을 피복하도록 형성할 경우나, 거리(L)를 0mm로 할 경우에는, 보온막(10)에 의해 발광관(1)을 지나치게 가열해버려 발광관(1)이 팽창 파열될 가능성이 높아지기 때문이다. 한편, 거리(L)를 10mm 초과하도록 하면, 예를 들어 거리(L)를 20mm로 하면, 보온막(10)에 의한 발광관(1)의 온도조정기능 능력이 저하해버리기 때문이다.

램프(100) 구성을 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. 램프(100)는 석영을 주성분으로 하는 발광관(1)과, 그 양쪽으로 연장되는 한 쌍의 봉함부(측관부)(2)로 구성되며, 봉함부(2)를 2 개 구비한 양단형 램프이다. 발광관(1)은 거의 구형이며 외경이 예를 들어 5mm~20mm 정도이고, 내경은 예를 들어 2~15mm 정도이며, 유리두께는 예를 들어 1mm~5mm 정도이다. 또 발광관(1) 내 방전공간의 용적은 예를 들어 0.01cc~1cc(0.01㎤~1㎤) 정도이다. 본 실시예에서는 외경 10mm 정도, 유리두께 3mm 정도, 방전공간 용적 0.06cc 정도의 발광관(1)을 사용한다.

발광관(1) 내에는 한 쌍의 전극봉(3)이 서로 대향 설치된다. 전극봉(3) 선단은 0.2~5mm 정도의 간격(아크길이)이며, 발광관 내에 설치된다. 본 실시예에서는 아크길이를 0.5~1.8mm로 한다. 또 본 실시예의 램프는 교류점등 시키는 것이다. 그리고 봉함부(2)는 수축법으로 제작된 수축구조를 갖는 것이다. 또한 발광관(1) 내에는, 발광종인 수은(6)이 300mg/cc 이상 봉입된다. 본 실시예에서는400mg/cc 봉입된다. 그리고 5~40kPa의 희가스(예를 들어 아르곤)와, 필요에 따라 소량의 할로겐이 봉입된다. 본 실시예에서는 20kPa의 아르곤을 봉입하고, 할로겐을 CH₂Br₂의 형태로 발광관 내에 도입한다. CH₂Br₂의 봉입량은 0.0017~0.17mg/cc 정도이며, 이는 램프 동작 시의 할로겐 원자밀도로 환산하면, 0.01~1μ㏖/cc 정도에 상당한다. 본 실시예에서는 약 0.1μ㏖/cc 정도이다. 또 점등 중에 발광관 내벽에 걸리는 관벽부하는, 예를 들어 80W/㎠ 이상이다. 본 실시예에서는 120W로 점등하며 그 관벽부하는 150W/㎠ 정도이다.

본원 발명자가 시험 제작한 램프(100) 구성의 일례를 예시적으로 나타내면, 발광관(1)의 외경 10mm, 내경 4mm, 유리두께 3mm, 내용적 0.06cc이다. 그리고 봉입수은량 24mg(＝400mg/cc＝점등동작 시 압력 40MPa)이며, 전극간 거리가 0.5mm~1.8mm, 할로겐으로서 CH₂Br₂0.017mg/cc, 할로겐 원자밀도 0.1μ㏖/cc, 희가스로서 아르곤 20kPa(실온)이 봉입된다. 여기서 보온재(10)의 두께는 1mm이며 거리(L)는 5mm이다. 그리고 봉함부(2) 길이는 약 25mm이다.

램프(100)와 비교하기 위해 비교예로서, 도 6의 램프와 마찬가지 램프로, 보온재(10)가 형성되지 않은 것이며, 수은량을 변화시킨 램프를 준비한다. 구체적으로는 도 3의 램프(1200)로, 수은량 12mg(동작압 20MPa), 15mg(동작압 25MPa), 18mg(동작압 30MPa), 21mg(동작압 35MPa), 24mg(동작압 40MPa)의 램프를 비교예로서 준비한다.

이들 램프를 수평 점등으로 정격 120W에서 1 시간 점등, 15 분 소등을 반복하면서 5 시간 점등시켰다. 그 결과 비교예의 램프 중 동작압이 30MPa 이상의 램프는 모두 발광관 상부에 흑변화가 관측되어, 동작압이 높을수록 흑변화가 현저히 나타났다. 또 비교예의 램프 중 동작압이 25MPa 이하의 램프에서는 흑변화가 발생하지 않았다. 이 사실로써, 동작압 30MPa 이상의 고압수은램프에는 흑변화가 발생함을 알았다.

이에 반해 비교예의 램프와 마찬가지 점등방법으로, 보온막(10)을 갖는 본 실시예의 램프(100)를 점등시킨 결과, 놀라웁게도 동작압이 40MPa임에도 불구하고 흑변화가 발생하지 않았다. 그래서 본 실시예의 램프(100)의 수은량을 18mg(동작압 30MPa), 21mg(동작압 35MPa), 27mg(동작압 45MPa), 30mg(동작압 50MPa)으로 변화시켜 보았지만 어느 램프에도 흑변화가 관측되지 않았다.

즉 보온막(10)이 없는 비교예의 램프에서는 수은 동작압이 30MPa 이상이 되면 발광관 상부에 흑변화가 발생한 것에 반해, 본 실시예의 램프(100) 구성과 같이 보온막(10)을 형성하면 흑변화를 억제할 수 있다.

30MPa 이상의 점등 동작압에서 램프가 흑변화를 일으키는 것은, 본원 발명자가 처음으로 발견한 것이다. 이는 실용적인 레벨에서 사용 가능한 점등 동작압이 30MPa 이상의 램프가 종래 존재하지 않았던 것에 전적으로 기인한다.

점등 동작압 30MPa 이상의 램프가 흑변화 돼버리는 명확한 이유는 현 시점에서 아직 확실하지 않다. 그 명확한 이유를 알 수 없기 때문에, 실제 본원 발명자는 흑변화를 방지하기 위해 여러 가지 대책 및 방법을 시도했다. 예를 들어 점등 동작압이 30MPa 이상의 램프는, 15MPa~20MPa의 램프와 비교하면 램프(특히 발광관)온도가 더 한층 높아짐이 확인됐으므로, 이 발광관 온도의 상승이 흑변화의 원인이 아닐까 생각하고, 램프 점등 시에 발광관을 냉각시켜 발광관 온도를 내리도록 해봤지만, 이것으로는 흑변화를 방지할 수 없었다. 그 밖에도 여러 가지 시도해봤지만, 제대로 흑변화를 방지할 수는 없었다. 실험 중, 역으로 발광관을 보온시켜 보면 어떨까 하는 발상에 기초하여 발광관 온도가 내려가지 않도록 보온막으로 보온시켜 보니, 놀랍게도 흑변화를 방지하는 것에 성공했다. 이 성공 예로부터 추론하면 다음과 같은 이유에서 흑변화가 방지된 것이 아닐까 생각된다.

이른바 초고압수은램프의 경우, 아크의 열방사 및 전극 자체의 발열에 의해 전극재료의 텅스텐은 증발한다. 증발된 텅스텐은 관내에서 일어나는 대류에 의해 관벽까지 운반되고, 관벽에서 급격하게 냉각되어 관벽에 부착한다. 다음에, 이 부착된 텅스텐은 발광관(1) 내에 봉입된 할로겐과 반응하여 할로겐화 텅스텐의 형태로 관벽에서 증발하고, 최종적으로 전극으로 돌아온다. 이를 할로겐주기라 한다.

동작압이 비교적 낮은 램프의 경우는 텅스텐 증발량이 비교적 적으므로, 증발량과 할로겐이 반응하여 증발하는 양과의 균형이 제대로 잡혔었다. 이에 반해 동작압이 높아지면(봉입수은량을 증가시키면) 아크 중의 수은원자가 증가하여, 전극으로부터 방출된 전자는 수은원자 증가에 따라 전자 이동도가 감소되고 아크가 가늘어진다. 그 결과 같은 전력을 부여했을 경우, 아크 단위체적당 에너지가 상승하여 아크온도의 상승이 일어난다. 이 아크온도 상승 때문에 전극온도가 상승하고, 그 결과 전극재료인 텅스텐 증발이 활발해진다. 여기서 할로겐화 텅스텐의 증발량은 변하지 않으므로 관벽에 텅스텐이 계속 부착하여 결과적으로 흑변화가 발생한다. 그래서 어떻게 해서든 할로겐화 텅스텐의 증발량을 증가시킨다면, 흑변화를 방지할 수 있을 것이라는 추론이 작용한다.

증발량을 증가시키기 위해서는 관벽 온도를 상승시키는 것이 적절하다. 여기서 요점은, 발광관(1)의 온도편차를 적게 하는 것에 있을 것이다. 온도편차가 크면 할로겐주기가 제대로 작용할 수 없게되어 발광관(1) 내의 어느 개소에선가 흑변화가 발생해버릴 것으로 생각되기 때문이다. 이 내용에 대해서 이하에서 더욱 상술하기로 한다.

발광관(1) 온도는 아크로부터 발하는 열이 발광관 내의 가스 및 전극을 거쳐 전해지는 것과, 아크로부터의 적외선 방사를 발광관 재료인 석영이 흡수하여 발열시키는 것의 2 종류가 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이 발광관(1) 내 수은량을 증가시킴에 따라 발광 스펙트럼이 변화하여 적외선 영역의 발광이 증가된다.

이 적외선 영역 방사의 증가에 의해 발광관(1) 온도가 상승하는 것인데, 이 때 도 8에 나타낸 바와 같이, 아크로부터의 방사는 발광관(1) TOP부와 BOTTOM부에 발광(적외선영역)이 직접 도달하여 발광관 온도를 상승시키는 반면, SIDE부는 전극에 가려져 발광이 직접 도달하지 않는다. 때문에 SIDE부 온도와, TOP 또는 BOTTOM부 온도의 온도차가 확대된다. 실제 발광관(1) 각 부의 온도를 측정한 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예1의 램프(동작압 40MPa)의 온도를, 비교예2의 램프(동작압 20MPa) 온도와 비교하면, 적외선영역이 도달하는 TOP부와 BOTTOM부는 온도 60~70℃ 상승하지만, 적외선영역이 도달하지 않는 SIDE부는 온도가 상승하지 않는다. 때문에 발광관의 최고온도와 최저온도의 차는, 비교예2의 램프(동작압 20MPa)에서 860-700＝160℃인데 비해, 비교예1의 램프(동작압 40MPa)에서는 920-700＝220℃로 온도차가 확대되었다. 이로써 발광관 내에 봉입된 할로겐이 일으키는 할로겐주기가 제대로 작용하지 않게 되어, 흑변화가 발생한 것으로 생각된다.

이에 반해 본 실시예의 램프(100)는 보온막(10)을 형성하므로, SIDE부 온도가 비교예1의 램프(동작압 40MPa)에 비해 상승했다. 이로써 발광관 온도차는 930-820＝110℃가 되어, 램프(100)의 온도차는 비교예1의 램프(동작압 40MPa) 온도차보다 작아졌다.

이와 같이, 본 실시예의 램프(100)에 의하면, 발광관(1) 및 봉함부(2) 중 적어도 일부에(거리(L)가 10mm 이내의 봉함부(2) 부위에, 특히 거리(L)가 0mm를 초과하는 부위에) 보온막(10)이 형성되므로, 발광관(1)의 온도차를 작게 할 수 있으며,그 결과 흑변화를 억제할 수 있다. 여기서 종래 초고압수은램프의 수은량 영역(동작압 20MPa)에서는 적외선 영역의 방사가 작아, 이와 같은 흑변화를 일으키는 원인이 되는 발광관의 온도차까지 도달하지 않으므로, 종래 초고압수은램프의 식견에 기초하여 본 발명 실시예의 램프(100)에 이르기란, 설령 당업자라 하더라도 어렵다. 즉 동작압 30MPa 이상이라는 매우 높은 압력으로 했을 때 처음 관측되는 흑변화의 과제에 대하여, 흑변화의 원인이 발광관 온도차가 매우 큰 것에 있음을 발견하고, 그 해결방법을 찾아냄으로써 램프(100)를 완성시키기에 이른 것이기 때문이다.

또 이와 같은 온도차가 커지는 것은 동작압 30MPa 이상임을 본원 발명자가 실험적으로 확인했지만, 30MPa 이하의 램프라도 20MPa를 초과하는 것(즉 종래의 15MPa~20MPa의 램프를 초과하는 점등 동작압을 갖는 램프. 예를 들어 23MPa 이상 또는 25MPa 이상의 램프.)에 대하여, 흑변화가 발생하지 않는 것을 보다 장시간에 걸쳐 보증하기 위해서는, 보온막(10)을 형성하여 발광관(1)의 온도차를 없애고, 이로써 흑변화 발생을 미연에 억제하도록 하는 것이 현실적으로 바람직하다. 즉 램프를 대량생산할 경우에는, 램프 특성에 어쩔 수 없는 차이가 생기므로 점등 동작압 23MPa 정도의 램프라도 흑변화가 발생하는 램프가 1 개나 몇 개 발생하지 않는다고는 할 수 없으므로, 확실하게 흑변화 발생 방지를 보장하기 위해서는, 종래의 15MPa~20MPa를 초과하는 램프에 대해 보온막(보온수단)(10)을 형성해두는 것이 바람직하다. 물론, 점등 동작압이 더욱 높아짐에 따라, 바꾸어 말하면 30MPa보다 40MPa 쪽이 적외선 방사가 커지기 때문에 발광관(1)의 온도차가 커져 흑변화 영향도 커지므로, 보온막(보온수단)(10)에 의한 흑변화 억제의 기술적 의의가 커짐은 물론이다.

여기서 본 실시예에서는, 고압수은램프에 보온막(10)을 형성하지만, 보온막(10)을 구성하는 재료는 보온 기능을 수행하는 재료라면 그 종류는 상관없다. 보온막(10) 재료로는, 예를 들어 알루미나 외에, 지르코니아를 들 수 있다. 또 막 형태에 한정됨 없이 보온효과를 발휘할 수 있는 형태라면 된다. 또 상술한 바와 같이 보온막(10)의 발광관 쪽 단부와 경계부(21)의 최단거리(L)는, 10mm 이하의 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 10mm를 초과하면 보온 효과가 저하되기 때문이다. 그리고 보온막(10) 두께는, 예를 들어 약 0.001~20mm로 할 수 있는데, 두꺼운 편이 보온효과가 높아지므로 적합하다. 도 8에 나타낸 방사가 도달하지 않는 부분에, 보온막(10)의 설치위치나 크기를 적절히 선택하면서 선택적으로 형성하면, 보온막(10)이 방사광을 차단하지 않도록 할 수 있으므로 적합하다. 발광관(1) 내에서 반사하여 방사되는 광도 차단하지 않도록 배려하여, 봉함부(2)에만 보온막(10)을 형성하는 것이 보다 바람직하다. 단 이들은 램프의 설계크기, 보온막(10)의 재료, 보온막(10)의 크기에 따라 보온효과가 다르므로 발광관(1)의 온도차가 작아지도록 설계해야 할 것이다.

더불어, 발광관(1)을 수직점등시킬 경우는, 발광관(1) TOP부는 그다지 온도가 상승하지 않으며, SIDE부도 적외선 방사에 의해 적당한 온도로 유지된다. 그래서 도 9에 나타낸 바와 같이 적어도 램프 하부를 보온하도록 아래 쪽만 보온시키면 된다. 도 9에 나타낸 예에서는 하방에 위치하는 봉함부(2)에만 보온막(10)을 형성하면 된다. 또 상기 제 1 실시예의 구성에서도, 보온막(10)이 없는 구성에 비해 흑변화 억제 효과를 얻을 수만 있다면, 경우에 따라서는 한쪽 봉함부(2)에만 보온막(10)을 형성하면 된다. 그리고 한쪽 봉함부(2)에 보온막(10)을 형성하고, 다른 쪽 봉함부(2)에 전열선 등의 가열수단을 배치하여 발광관(1)의 온도차를 해소하도록 해도 된다.

(제 2 실시예)

다음으로, 도 10을 참조하면서 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다. 본 실시예의 구성은, 상기 제 1 실시예의 보온막(10) 대신, 보온수단으로서 투광성 재료로 이루어지는 외관이 발광관(1) 주위에 배치된 것이다. 다른 구성은 상기 제 1 실시예와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

도 10에 나타낸 본 실시예의 고압수은램프(200)는 수은봉입량이 230mg/㎤ 이상의 램프(예를 들어 도 2~도 5에 나타낸 램프)의 발광관(1) 주위에, 투광성 재료로 이루어지는 외관(11)이 발광관(1)과 떨어지도록 배치된 구성을 갖는다.

본 실시예의 외관(11)은, 투광성 유리를 주성분으로 한다. 외관(11)의 외경은 발광관(1) 외경의 약 1.1~2배 정도이며, 두께는 약 0.3~10mm 정도이고, 또 외관(11)과 발광관(1)과는 접촉하지 않도록 설치한다. 외관(11)에는 적외선 반사막이 형성되는 것이 바람직하다. 도 10에 나타낸 예에서는, 발광관(1) 외경이 10mm일 경우에 외관(11) 외경이 15mm이며, 두께가 1mm이고, 외관(11)에는 적외선 반사막이 형성된다.

본 실시예의 램프(200)에 의하면, 발광관(1) 주위에 외관(11)이 형성되므로,흑변화를 일으키는 원인인 발광관(1)의 온도차를 해소할 수 있으며, 그 결과 흑변화 발생을 방지할 수 있다. 즉 외관(11) 및 외관(11)에 형성된 적외선 반사막의 보온효과에 의해, 발광관(1)의 온도차가 작아져 할로겐주기가 제대로 작용되어, 흑변화 발생을 방지할 수 있다. 이 때 외관(11)의 구성재료로서 광 투과율이 높은 것을 선택하면 방사손실을 적게 할 수 있다.

또 본 실시예의 램프(200)에서는, 외관(11)에 적외선 반사막이 형성된 예를 나타내지만, 적외선 반사막이 없어도 보온 효과는 충분하다. 그리고 상기 제 1 실시예의 램프(100)와 같이, 봉함부(2)에 보온막(10)을 형성한 것과 외관(11)을 조합시켜도 된다.

(제 3 실시예)

다음에, 도 11을 참조하면서 본 발명의 제 3 실시예를 설명한다. 도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 관한 반사경 장착 램프(또는 램프유닛)(300)의 구성을 모식적으로 나타낸다. 반사경 장착 램프(300)는, 수은봉입량이 230mg/㎤ 이상의 램프(100')(예를 들어 도 2~도 5에 나타낸 램프 1100~1500)를 반사경(500)과 조립한 것이다. 즉 램프(100')는, 보온막(10)이 형성되지 않은 점이 상기 제 1 실시예의 램프(100)와 다르다. 반사경(500)은 발광관(1)의 보온수단으로서 기능하며, 이로써 발광관(1)의 온도편차를 없애고 할로겐주기를 제대로 작용시켜 흑변화 발생을 방지할 수 있다. 본 실시예의 반사경(500)은 타원면 또는 포물면 형상을 가지며, 또 출사방향으로는 전면(前面)개구부가 존재한다. 이 전면개구부에는 전면유리(510)가 장착되고, 반사경(500) 내부는 실질적으로 밀폐구조이다.

도 11에 나타낸 예에서 반사경(500)은 포물면경이며, 그 반사면(도면 중 사선부) 면적은 25㎠이다. 또 반사경(500)은 타원면경이라도 된다. 여기서 반사면 면적이란, 화살표(550) 방향에서 본 반사면 면적이다. 본 실시예의 반사경(500)을 화살표(550) 방향에서 본 외형은 정방형이며, 그 크기는 5cm ×5cm이다. 정방형에 한정됨 없이 원형이라도 된다.

반사경(500) 전면에는, 전면유리(510)가 부착되며 그리고 반사경(500)은 램프 점등 중에 반사경 밖으로부터 바람이 들어오지 않도록, 통풍구멍이 설치되지 않은 밀폐형이다. 또 고압수은램프(100')는 반사경(500) 뿌리에 시멘트로 고정되며, 인출선(511)을 통해 램프와 통전(通電) 가능하도록 구성된다.

도 11에 나타낸 램프(수은봉입량 400mg/㎤)를 정격전력 120W로 점등한 바, 흑변화는 관측되지 않았다. 이는 밀폐형 반사경(500)에 조립함에 의해 램프(100')가 보온되어 발광관(1)의 온도편차가 적어지기 때문이라고 생각된다. 본 실시예에서는 반사경 외부로부터의 바람에 의해 실질적으로 램프가 냉각되지 않도록 전면 유리를 구비한 구조, 반사경에 통풍구멍을 설치하지 않은 구조로 함으로써 보온효과를 높인다.

여기서 밀폐형이라고는 해도, 실제로는 리드선 인출 등의 여러 사정으로 반사경(500)에 미세한 구멍을 낼 필요가 있다. 여기서는 구멍 면적이 합계 1㎠ 이하이면 실질적으로 냉각효과는 없으며, 이러한 구멍의 존재는 허용되고 반사경(500) 내부는 실질적으로 밀폐인 것으로 간주된다.

또 보온효과는 발열체인 램프의 정격전력(W)과 보온체인 반사경 크기(반사면적)의 상관관계로 결정된다. 즉 발열이 작은 램프에는, 램프와 반사경 거리가 짧아져 보온효과가 커지는 작은 반사경과의 조합이 바람직하다. 반사경 크기를 반사면 면적으로 표시하면, 다음과 같은 관계가 있다. 안정점등 시의 램프 정격전력이 60~120W 정도인 경우 반사경 반사면적이 25㎠ 이하인 것이 바람직하며, 121~200W 정도의 램프인 경우 반사경의 반사면적이 40㎠ 이하인 것이 바람직하고, 201~350W의 램프인 경우 반사경의 반사면적이 55㎠ 이하인 것이 바람직하다.

여기서 본 실시예의 구성과, 상기 제 1 실시예 및/또는 제 2 실시예의 구성을 조합시키는 것도 가능하다. 즉 램프(100') 봉함부(2)에 보온막(10)을 형성해도 되고, 외관(11)을 배치해도 된다. 또 고압수은램프의 흑변화는, 점등 동작압이 15MPa~20MPa의 종래 램프를 초과하는 점등 동작압을 갖는 램프라면 회피해야만 할 문제이므로, 램프(200)는 도 2~도 5에 나타낸 램프(1100~1500)에 한정되지 않고 다른 우수한 고내압 특성을 갖는, 20MPa를 초과하는 램프(예를 들어 23MPa 이상, 특히 30MPa 이상의 램프)라도 된다. 본 발명의 실시예에 의하면, 램프의 온도편차를 제어함으로써 흑변화를 억제할 수 있다. 단 보온은, 과도하게 실시하면 발광관의 팽창, 또는 실투(失透)의 원인이 될 수도 있으므로 적절한 범위 내로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 제 1 ~제 3 실시예의 흑변화는, 할로겐 밀도와 발광관 온도의 관계도 영향을 끼치므로, 예를 들어 봉입할 할로겐으로 CH₂Br₂를 선택했을 경우, 발광관 내용적당 0.0017~0.17mg/cc 정도 봉입하는 것이 바람직하다. 할로겐 원자밀도로 환산하면 0.01~1μ㏖/cc 정도로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 0.01μ㏖/cc 미만이라면 대부분의 할로겐이 램프 중의 불순물과 반응해버리는 결과, 할로겐주기를 실질적으로 작용시키지 않기 때문이다. 또 1μ㏖/cc을 초과하면, 시동 시에 필요한 펄스전압이 높아져 비실용적으로 되기 때문이다. 단 고압을 인가할 수 있는 점등회로를 이용할 경우 이 제한은 적용되지 않는다. 0.1~0.2μ㏖/cc라면, 제조 시 여러 사정에 의한 봉입량 차이가 다소 발생한 경우라도 할로겐주기가 제대로 기능하는 범위 내로 할 수 있으므로 보다 바람직하다.

또 상기 제 1~제 3 실시예의 램프에 있어서, 관벽부하가 80W/㎠ 이상이 되면 발광관의 관벽온도가 충분히 상승하여 봉입된 수은이 모두 증발하므로, 발광관 내용적당 수은량: 400mg/cc＝점등 시 동작압: 40MPa가 되는 근사식이 성립된다. 여기서 수은량이 300mg/cc이면, 점등시 동작압은 30MPa가 된다. 역으로 관벽부하가 80W/㎠ 미만이 되면, 발광관 온도가 수은을 증발시키는 온도까지 상승시킬 수 없는 경우가 발생하므로 근사식이 성립되지 않을 경우가 생긴다. 80W/㎠ 미만일 경우에는, 원하는 동작압력을 얻을 수 없는 경우가 많으며, 특히 적외선 영역의 발광이 적어져 프로젝터용 광원으로서 적합하지 못한 경우가 많다.

상술한 실시예의 고압수은램프 내지 램프유닛(반사경 장착램프)과, 화상소자(DMD(Digital Micromirror Device)패널이나 액정패널 등)를 포함하는 광학계를 조합시켜 화상투영장치를 구성할 수 있다. 예를 들어 DMD를 이용한 프로젝터(DLP(Digital Light Processing)프로젝터)나 액정프로젝터(LCOS(Liquid Crystal on Silicon)구조를 채용한 반사형 프로젝터를 포함.)를 제공할 수 있다.또한 본 실시예의 램프는, 화상투영장치용 광원으로서 적합하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 용도로도 사용 가능하다. 예를 들어 자외선 스테퍼용 광원, 또는 경기장용 광원이나, 자동차 전조등용 광원, 도로표지를 비추는 투광기 등으로서도 사용이 가능하다.

이상, 본 발명을 적합한 실시예로써 설명해왔는데 이러한 기술은 물론 한정사항이 아니며, 여러 가지 개변이 가능하다.

한편, 본 발명의 실시예의 램프와는 그 구성이 다르긴 하지만, 보온막이 도포된 메탈할라이드램프가 일특개평 7-230791호 공보에 개시되어 있다. 상기 일특개평 7-230791호 공보에 개시된 램프에서는, 메탈할라이드램프의 발광관 단부에 보온막을 도포함으로써, 발광관의 최냉부 온도를 조절하여 메탈할라이드가 충분히 증발함으로써 발광이 개선된다는 효과를 얻는 것이다. 상기 일특개평 7-230791호 공보에 개시된 램프와 본 발명의 실시예에 관한 램프는, 램프 종류가 다름과 동시에 그 목적 및 효과도 상이하다. 본 실시예의 고압수은램프는, 발광관의 온도편차를 제어함으로써 흑변화를 억제하는 것으로서, 이러한 내용은 일특개평 7-230791호 공보에는 개시도 시사도 되어있지 않다.

본 발명에 의하면, 점등 동작압이 20MPa를 초과하는 고압수은램프(예를 들어 23MPa 이상, 특히 25MPa 또는 30MPa 이상)라도, 흑변화 발생을 억제하여 점등시킬 수 있다.

Claims (23)

1. 관내에 적어도 수은이 봉입된 발광관과, 상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부를 한 쌍 구비한 고압수은램프이며,

   상기 봉함부의 적어도 한쪽은, 상기 발광관으로부터 연장된 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하고, 또 당해 한쪽 봉함부는 압축응력이 인가된 부위를 구비하며, 또한,

   상기 발광관 및 상기 한 쌍의 봉함부 중 적어도 일부에는, 단열재 또는 보온재로 이루어지는 보온막이 형성되는 고압수은램프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 수은 봉입량은, 상기 발광관의 용적을 기준으로 230㎎/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는 고압수은램프.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 수은 봉입량은, 상기 발광관 용적을 기준으로 300㎎/㎤ 이상이며,

   상기 발광관에는 할로겐이 봉입되고,

   상기 고압수은램프의 관벽부하는, 80W/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 고압수은램프.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 보온막은, 상기 발광관에는 형성되지 않고 상기 한 쌍의 봉함부 중 적어도 한쪽에 형성되며, 또,

   상기 보온막의 상기 발광관 쪽 단면은, 당해 적어도 한쪽의 봉함부와 상기 발광관의 경계보다 1mm 이상 떨어진 위치에 존재하는 것을 특징으로 하는 고압수은램프.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 보온막의 상기 발광관 쪽 단면은, 상기 경계를 기준으로 10mm 이내의 위치에 존재하는 것을 특징으로 하는 고압수은램프.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 보온막은, 알루미나로 구성되는 것을 특징으로 하는 고압수은램프.
7. 관내에 적어도 수은이 봉입된 발광관과, 상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부를 한 쌍 구비한 고압수은램프이며,

   상기 봉함부의 적어도 한쪽은, 상기 발광관으로부터 연장된 제 1 유리부와, 상기 제 1 유리부 안쪽의 적어도 일부에 형성된 제 2 유리부를 구비하고, 또 당해 한쪽 봉함부는 압축응력이 인가된 부위를 구비하며, 또한,

   상기 발광관 주위에는, 투광성 재료로 이루어지는 외관(外管)이 상기 발광관과 떨어져 구성되는 고압수은램프.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 외관에는 적외선 반사막이 형성되는 것을 특징으로 하는 고압수은램프.
9. 제 1 항 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 발광관 내에는, 한 쌍의 전극봉이 서로 대향 배치되며,

   상기 한 쌍의 전극봉 중 적어도 한쪽 전극봉은, 금속박에 접속되고,

   상기 금속박은, 상기 봉함부 내에 구성되며 또 당해 금속박의 적어도 일부는, 상기 제 2 유리부 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 고압수은램프.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 적어도 한쪽 봉함부 내에 매입된 부분에서 상기 전극봉의 적어도 일부에는, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 구성된 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속을 적어도 표면에 갖는 코일이 감기는 것을 특징으로 하는 고압수은램프.
11. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 봉함부 내에는, 상기 제 2 유리부와 접하는 금속부이며, 전력을 공급하기 위한 금속부가 구성되고,

    상기 압축응력은, 상기 봉함부의 적어도 긴 쪽 방향으로 인가되며,

    상기 제 1 유리부는 SiO₂를 99중량% 이상 함유하고,

    상기 제 2 유리부는 15중량% 이하의 Al₂O₃및 4중량% 이하의 B 중 적어도 한쪽과, SiO₂를 함유하는 것을 특징으로 하는 고압수은램프.
12. 관내에 적어도 수은이 봉입되고, 한 쌍의 전극봉이 대향 배치된 발광관과, 상기 발광관으로부터 연장되는 봉함부를 한 쌍 구비한 고압수은램프이며,

    적어도 한쪽의 상기 봉함부 내에 매입된 부분에서 상기 전극봉의 적어도 일부에는, Pt, Ir, Rh, Ru, Re로 구성된 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속을 적어도 표면에 갖는 코일이 감기고 또,

    상기 발광관 및 상기 한 쌍의 봉함부 중 적어도 일부에는 단열재 또는 보온재로 이루어지는 보온막이 형성되는 고압수은램프.
13. 관내에 적어도 수은이 봉입된 발광관과, 상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부를 한 쌍 구비한 고압수은램프이며,

    상기 수은 봉입량은, 상기 발광관의 용적을 기준으로 230㎎/㎤ 이상이고,

    상기 발광관을 보온하기 위한 보온수단이 추가로 구비되는 고압수은램프.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 보온수단은, 상기 발광관 및 상기 한 쌍의 봉함부 중 적어도 일부에 형성되며, 단열재 또는 보온재로 이루어지는 보온막인 것을 특징으로 하는 고압수은램프.
15. 제 13 항에 있어서,

    상기 보온수단은, 상기 발광관과 떨어져 상기 발광관 주위에 구성되며, 투광성재료로 이루어지는 외관인 것을 특징으로 하는 고압수은램프.
16. 제 10 항 또는 제 12 항에 있어서,

    상기 수은 봉입량은 상기 발광관의 용적을 기준으로 300㎎/㎤ 이상이고,

    상기 발광관에는 할로겐이 봉입되며,

    상기 고압수은램프의 관벽부하는 80W/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 고압수은램프.
17. 고압수은램프와, 상기 고압수은램프로부터 발하는 광을 반사시키는 반사경을 구비한 램프유닛이며,

    상기 고압수은램프는, 관내에 적어도 수은이 봉입된 발광관과, 상기 발광관의 기밀성을 유지하는 봉함부 한 쌍을 구비하며,

    상기 수은 봉입량은 상기 발광관의 용적을 기준으로 230㎎/㎤ 이상이고,

    상기 발광관을 보온하기 위해 보온수단을 추가로 구비하는 램프유닛.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 보온수단은, 상기 발광관 및 상기 한 쌍의 봉함부 중 적어도 일부에 형성되며, 단열재 또는 보온재로 이루어지는 보온막인 것을 특징으로 하는 램프유닛.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 반사경은, 출사방향으로 전면(前面) 개구부를 갖는, 타원면 또는 포물면 형상의 반사경이며,

    상기 전면 개구부에는 전면 유리가 장착되고,

    상기 반사경 내부는 실질적으로 밀폐구조로 되며,

    상기 반사경이 상기 보온수단으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 램프유닛.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 수은 봉입량은 상기 발광관의 용적을 기준으로 300㎎/㎤ 이상이고,

    상기 발광관에는 할로겐이 봉입되며,

    상기 고압수은램프의 관벽부하는 80W/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 램프유닛.
21. 제 17 항에 있어서,

    상기 반사경은, 상기 반사경 쪽 면에 통풍구멍을 갖지 않는 구성을 하며,

    상기 반사경의 반사면 크기가 25㎠ 이하이고,

    상기 고압수은램프의 정상 점등 시 전력이 60W 이상 120W 이하인 것을 특징으로 하는 램프유닛.
22. 제 17 항에 있어서,

    상기 반사경은, 상기 반사경 쪽 면에 통풍구멍을 갖지 않는 구성을 하며,

    상기 반사경의 반사면 크기가 40㎠ 이하이고,

    상기 고압수은램프의 정상 점등 시 전력이 121W 이상 200W 이하인 것을 특징으로 하는 램프유닛.
23. 제 17 항에 있어서,

    상기 반사경은, 상기 반사경 쪽 면에 통풍구멍을 갖지 않는 구성을 하며,

    상기 반사경의 반사면 크기가 55㎠ 이하이고,

    상기 고압수은램프의 정상 점등 시 전력이 201W 이상 350W 이하인 것을 특징으로 하는 램프유닛.