KR20050000508A - 컬러 보상 필터를 구비한 기체 방전 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방전 용기(5), 2개의 전극(7, 8), 캡(2), 외부 엔벌로프(11), 및 금속 할로겐을 포함하는 방전 용기에서의 충전물을 가지는 기체 방전 램프에 관한 것이다. 이러한 종류의 방전 램프들은 특히 차량의 헤드라이트 시스템들에 대한 광원으로서 사용된다. 특히, 차량 헤드라이트의 반사기와 같은 광학 영상 시스템에서의 응용을 위해 램프로부터의 빔의 컬러 품질을 용이하게 개선하기 위해서는, 기체-방전 램프의 외부 엔벌로프가 금속 할로겐의 컬러에 보상적인 컬러의 보상 필터(13)로 부분적으로 코팅된다. 일반적인 종류의 기체-방전 램프들에서, 램프가 작동할 때, 기체 상태에 있지 않은 충전물에서의 염의 비율은 발생된 빔에서의 착색을 발생시킨다. 방전 용기에서의 황색 응축물(15)은 빔에서의 황색 착색의 영역을 원인이 된다. 보상 필터로 외부 엔벌로프를 부분적으로 코팅함으로써, 필터가 적절한 보상 컬러라면 빔에서의 원치 않는 착색이 정정될 수 있다.

Description

컬러 보상 필터를 구비한 기체 방전 램프{GAS DISCHARGE LAMP WITH A COLOUR COMPENSATING FILTER}

이러한 종류의 방전 램프들은, 기체-방전 램프들의 광학적 특성들이 일정 범위의 장점들(예를 들어, 더 많은 광과 같은)을 제공하기 때문에, 특히 차량의 헤드라이트 시스템들에 대한 광원으로서 사용된다. 방전 용기에서의 충전물은 영구적으로 반전 플라즈마를 재생성하고, 이러한 종류의 램프들은 광의 컬러와 램프의 효율을 제어하기 위해, 충전물에서의 일정 비율의 금속 할로겐(염 비율)을 필요로 한다. 램프가 작동중일 때, 충전물에서의 이러한 염 비율은 일반적으로 용기의 바닥에 위치한 황색 응축물(yellowish condensate)을 형성한다. 램프의 이미지가 헤드라이트의 광학 시스템에 의해 재생될 때, 이러한 황색 영역은 또한 헤드라이트 빔에서 보이게 된다. 그 다음, 황색 영역은 일반적으로 길 위의 빔의 앞부분에 위치한다.

일반적인 종류의 캡이 씌워진 고압 기체 방전 램프가, 예를 들어 미국 특허공보 5,646,471호에 공지되어 있다. 이 램프는 외부 엔벌로프로 둘러싸인 방전 용기를 가진다. 적절히 디자인된 캡은 이 램프가 자동차용 램프로서 사용하기에 특별히 적합하도록 한다. 캡에 배치된 접점들은 공급 도체들을 통해 방전 용기로 돌출하는 대응하는 전극들에 연결된다. 방전 용기의 목-모양의 단부는 캡내에 적절히 고정되고, 역시 목-모양인 제 2 반대편 단부는 자유롭게 배치된다. 각 전극들은 각 단부들에 단단히 밀봉되어 배치되고, 그들의 내부 부분은 방전 용기 내로 돌출하며, 밀봉된 것에서의 몰리브덴 박(foil)을 통해 외부로 연결된다. 자유 단에서의 전극은 외부 엔벌로프의 바깥 면을 따라 연장하는 공급 도체를 통해, 캡에서의 대응하는 접점에 연결된다. 이러한 공급 도체에는 작은 절연 세라믹 파이프가 제공된다. 이러한 경우에서의 외부 엔벌로프의 목적은 방전 용기에서의 온도 차이를 감소시키는 것으로, 그 결과 소비 전력이 동일하게 유지되면서 더 높은 광속을 얻는 것이 가능하다. 외부 엔벌로프로 인해, 외부 엔벌로프를 가지지 않은 램프와 비교하여, 광속을 감소시키지 않고 방전 용기의 최대 온도를 감소시키는 것 역시 가능하다. 외부 엔벌로프는 적어도 특정 구역을 커버하는 광-흡수 코팅에 의해 둘러싸일 수 있다. 이러한 구역의 길이 방향의 연장은 특정 각 범위에 의해 한정된다. 코팅은 캡에서 적소에 고정되고 자유 단의 반대편에 위치한 램프의 제 1단에 배치된다. 이러한 방식으로 디자인된 광원은 소위 돌출 헤드라이트에서 사용하기에 이상적으로는 적합한데, 이러한 돌출 헤드라이트에서는 그것의 이미지가 표류광의 마스크와 함께 돌출 렌즈에 의해 도로 상에 형성되는 방식으로 타원형 거울에서 방출된 광이 모여진다. 광원이 소위 반사 시스템을 가지는 헤드라이트에서 사용되도록 하기 위해, 외부 엔벌로프의 측면에 방전 아크를 따라 또한 밴드 모양의 코팅이 적용되고, 이러한 종류의 광학 시스템에서의 밴드 모양 코팅은 표류광에 관한 마스크의 기능을 수행한다. 밴드의 폭은 외부 엔벌로프 상의 밴드들의 대응하는 가장자리들 사이에 있는 특정 각들로 설정된다. 코팅과 그것의 크기가 정해지는 방식의 취지는, 램프가 차량 헤드라이트에서 작동할 때 램프에 의해 방출된 표류광에 의해 야기된 섬광을 방지하는 것이다. 따라서, 제공되는 것은 문제의 영역들에서 완전히 방사를 막는 흡수 필터이다. 그러므로, 이러한 램프를 가지고, 염 충전물은 또한 작동시, 그것의 황색 응축물을 생성하고, 광의 빔에서의 황색 영역에서와 같은 광학 시스템에 의해 이미지가 형성된다.

공개된 독일 특허 DE100 12 827 A1호는 예를 들어 자동차의 주 헤드라이트에서 작동하는 아크-방전 램프를 설명하고 있다. 이 램프는 석영과 같은 광 투과성 물질의 아크 방전 튜브와 그 사이에 제 1 공동을 가지는 제 1 및 제 2 단부를 포함한다. 전극은 각각 제 1 및 제 2 단부로 밀봉된다. 각 전극은 외부 부분, 몰리브덴 박의 중간 부분, 및 내부 부분을 포함하는데, 이들을 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 형성된다. 이러한 설명 이후, 그 특허 출원은 아크 방전 램프의 충전물에 함유되는 금속 할로겐 염들이 증착되는 문제점에 관심을 가진다. 특히, 낮은 전력(100W까지)의 램프들이 주 헤드라이트 응용에 사용될 때, 첨가물의 변화에 의해 생기는 컬러의 성가신 밴드들이 발생한다. 이러한 문제점은 램프가 반사기와 결합할 때 더 심각해진다. 상기 출원에 따르면, 램프에는 아크 방전 튜브의 단부 중 하나에 형성되는 제 2 공동이 제공되고, 이 제 2 공동은 제 1 공동으로부터 오프셋되나 그것에연결된다. 제 2 공동은 고유한 냉점(cold spot)을 제공하며 증발하지 않은 이들 첨가물에 관한 용기로서 작용한다. 램프가 작동할 때, 제 2 공동은 저장기로서 작용하고 증발되지 않은 상태에 있는 여분의 금속 할로겐을 함유한다. 이러한 저장기는 필요하지 않은 물질들을 제거하고 따라서 후자는 램프의 광학적 특성에 불리한 영향을 주거나 컬러의 밴드들을 생성할 수 없게 된다.

이러한 램프에서, 제 2 공동은 다소의 비용과 노력으로 생성되어야 하는데, 이러한 이유로 방전 용기에 관한 제조 공정은 적절히 개정되고 확장되어져야 한다. 이는 제조를 좀더 복잡하게 하고 결점이 많은 방전 용기들을 가지는 램프들을 생산하기가 더 쉽게 된다.

본 발명은 방전 용기, 2개의 전극, 캡(cap), 외부 엔벌로프(envelope), 및 금속 할로겐을 포함하는 방전 용기에서의 충전물로 이루어지는 기체 방전 램프에 관한 것이다.

도 1은 차량 헤드라이트에서 사용하기 위한 캡이 씌워진 기체-방전 램프의 측면도.

그러므로, 본 발명의 목적은 특히 반사기와 같은 광학 영상 시스템에서의 응용을 위한 더 나은 컬러 렌더링(rendering)을 용이하게 줄 수 있는 기체-방전 램프를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 기체-방전 램프의 외부 엔벌로프가 금속 할로겐의 컬러에 보상적인 컬러의 광학 보상 필터로 부분적으로 코팅됨으로써 이루어진다. 일반적인 타입의 기체-방전 램프들에서, 램프가 작동중일 때 기체 상태에 있지 않은 기체 충전물에서 일정한 비율의 염으로 착색이 이루어진다. 방전 용기에서의 황색 응축물은 방전 아크로부터의 광에 의해 부딪히게 되어 황색 착색을 가지는 영역을 생성한다. 보상 필터로 외부 엔벌로프를 부분적으로 코팅함으로써, 필터가 적절한 보상 컬러인 경우에 생성된 광의 빔에서 원치 않은 착색이 정정될 수 있다. 필터를 외부엔벌로프에 적용함으로써, 아크의 이미지가 광학 시스템에 의해 형성되기 전에 착색된 영역이 정정된다. 보상 필터에 의한 코팅은 단지 부분적인데, 이러한 이유와 완전한 코팅과 대비하여 가능한 적게 발생된 복사선이 여과되고 흡수된다. 램프의 휘도와 발광 효능은 적절히 더 작은 정도로 감소된다. 보상 필터는 예를 들어 기능상의 이유로 구성 비율이 변하게 된다면 염의 컬러 비율을 맞추기 위해 용이하게 조정될 수 있다. 코팅의 정도는 마찬가지로 염 응축물의 한도와 양의 함수로서 조정될 수 있다.

기타 청구항들에는 청구된 가르침의 범위 내에 있는 본 발명에 따른 램프의 바람직한 실시예들과, 특히 차량 헤드라이트에 사용하기 위한 본 발명에 따른 램프를 가지는 조명 유닛이 명시되어 있다.

이러한 경우, 램프가 끼워지고 작동중일 때 외부 엔벌로프의 바닥 구역인 외부 엔벌로프의 구역에 보상 필터가 적용될 때 특히 유리하다. 작동시 기체 상태가 아닌 충전물에서의 염들의 부분은 일반적으로 방전 용기의 바닥 구역에 증착된다. 그러므로, 보상 필터는 또한 황색 응축물의 장소에 이웃하는 외부 엔벌로프의 바닥 구역에 적용된다. 작동시, 램프는 일반적으로 수평 위치에서 끼워진다. 그 다음, 보상 필터는 외부 엔벌로프의 바닥의 절반(half)-실린더에 적용된다.

본 발명에 따른 램프의 또다른 유리한 실시예들에 대해서, 보상 필터는 간섭 필터를 포함한다. 보상 필터로서 간섭 필터를 사용하는 특정 장점은 필터 컬러가 간섭 필터의 층들을 선택함으로써 매우 정확하게 설정될 수 있다는 점이다. 이는 관련 기술이 충분히 터득된 것이기 때문에 용이하게 행해질 수 있고, 일반적으로석영으로 제조되는 외부 엔벌로프가 코팅되는 것이 쉽게 가능하다.

본 발명에 다른 램프의 또다른 실시예에서, 보상 필터는 흡수 필터를 포함한다. 흡수 필터를 사용함으로써, 심지어 인지된 컬러가 필터 컬러인 청색 쪽으로 이동되는 것이 가능하다. 기술적인 구현은, 예를 들어 외부 엔벌로프에 장착된 버너가 담가지는 담금(dip) 공정을 사용하여 이루어질 수 있다.

이와 함께, 컬러-이동(color-shifting) 목적용의 추가 광학 필터가 제공될 수 있는데, 이를 통해 램프로부터의 전반적인 인지된 컬러가 변경된다. 보상 필터에 특별히 매칭된 컬러-이동 필터들은 인지된 컬러를 예를 들어 청색 또는 황색 착색 쪽으로 이동시킬 수 있다. 이러한 종류의 착색은, 특히 광의 품질을 개선하기 위한 차량용 램프들이나 특별한 보는(viewing) 조건들에서 사용된다.

램프의 유리한 실시예에서, 금속 할로겐의 기체가 아닌 부분이 위치하는 방전 용기의 구역에 이웃하는, 끼워지고 작동하는 램프에서 외부 엔벌로프의 구역에 보상 필터가 제공된다. 부분 보상 필터를 기체가 아닌 부분과 아크로 정렬함으로써, 임의의 불필요한 각도까지 변경되는 램프에 의해 생성된 빔의 컬러 재생없이 정확한 정정이 이루어진다. 이러한 경우, 부분 보상 필터는 빔에서 황색 착색의 정정을 보장하는, 적어도 그 범위를 커버해야 한다. 그러므로, 그것의 최소 크기는 응축물의 위치와 크기, 및 아크에 좌우된다. 램프가 반사체와 같은 광학 영상 시스템에서 사용될 때, 착색된 구역이 아크의 이미지를 형성함으로써 생성되는 빔에서 정정되도록 부분 보상 필터가 최적화될 수 있다. 보상 필터는 이러한 경우 특별한 광학 시스템으로 조정된다.

보상 필터를 형성하는 코팅은, 용이하게 처리되고 램프의 외부 엔벌로프용으로 사용될 수 있는, 공지된 기술인 담금 공정에 의해 유리하고 간단하게 적용된다.

본 발명의 이들 및 기타 양상들은 이후 설명될 실시예를 참조하여 명백해지고 분명하게 될 것이다.

도 1에 측면도로 도시된 기체-방전 램프(1)는 일반적으로 소위 MPXL 램프(마이크로-전력 크세논 램프)라고 불리는 차량 헤드라이트용 고압 기체-방전 램프이다. 램프(1)는 차량 헤드라이트에 램프(1)를 끼우는데 사용되는 캡(2)을 가진다. 이러한 목적을 위해, 캡(2)에는 램프(1)가 지지될 수 있는 방식으로 위치할 수 있게 하고 헤드라이트에서의 정렬된 장소를 점유할 수 있게 하는 용기와 정렬 표지(미도시)가 제공된다. 명확성을 위해, 전력의 외부 공급을 위해 캡(2) 상에 배치된 접점들은 도시되지 않았다.

캡(2)에는 제 1 목-모양의 단부(4), 방전 용기(5), 및 제 2 목-모양의 단부(6)를 포함하는 석영의 버너(3)가 끼워져 있다. 버너(3)는 그것의 제 1 목-모양의 단부에서 캡(2)에 고정된다. 방전 용기를 밀폐되게 밀봉하는 목-모양의 단부(4, 6)에는 각각 전극(7, 8)이 밀봉된다. 전극(7, 8)은 방전 용기(5)로 돌출하는 텅스텐 와이어로 이루어진 내부 부분(81), 밀폐된 밀봉 구역에서 몰리브덴 박의 중앙 부분(82), 및 접촉용 텅스텐 와이어로 이루어진 외부 부분(83)을 포함한다. 캡(2)으로부터 떨어져 있는 단부에서 전극(8)의 외부 부분(83)은 복귀 와이어(9)에 의해 캡(2)에서 접점에 연결된다. 복귀 와이어(9)가 세라믹 파이프로 절연되는 것이 가능하지만, 이것은 도 1에 도시되어 있지는 않다. 방전 아크(10)는 램프(1)가 작동중일 때, 전극(7, 8)의 2개의 내부 부분들 사이에 있는 방전 용기(5)에서 생성된다.

캡(2)에 단단히 연결되는 슬리브(12)에 의해, 외부 엔벌로프(11)는 캡(2) 위에 장착된다. 더 명확하게 하기 위해, 외부 엔벌로프(11)가 슬리브(12)에 장착되는 알려진 방식은 정확하게 도시되어 있지 않다. 외부 엔벌로프(11)는 석영으로 이루어지고, 공기로 채워진다. 외부 엔벌로프(11)의 바닥 구역은 청색 보상 필터(13)로 코팅된다. 필터(13)는 원통형 외부 엔벌로프(11)에 걸쳐 길이방향으로 캡(2)으로부터 외부 엔벌로프(11)의 단부까지 연장한다. 외부 엔벌로프(11)의 원통형 표면의 주변 위에서, 보상 필터(13)는 2개의 면들 사이에 거의 동일하게 분리되는, 거의 170°의 각 범위에 걸쳐 연장한다.

램프(1)가 작동할 때, 방전 용기(5)에서의 충전물이 전극(7, 8)을 통한 여기로 인한 기체 상태에 있다면, 방전 용기(5)에 의해 형성된 방전 챔버(14)에서 방전 플라즈마가 형성된다. 충전물에서의 염의 양 전체가 기체 상태에 있는 것이 아니므로, 황색 응축물(15)이 생성되고 이는 방전 챔버(14)의 바닥에 증착된다. 방전 아크(10)에 의해 발생된 광은 응축물(15)에 의해 변색되고, 그 결과 빔에서의 황색 착색 영역이 존재하게 된다. 방전 아크(10)의 이미지가 반사체나 램프(1)가 끼워지는 헤드라이트에 속하는 프로젝션 시스템에 의해 형성되기 전에, 응축물(15)에 의해 야기된 착색은 보상 필터(13)에 의해 정정된다. 그러므로, 본 발명에 따른 램프(1)를 사용함으로써, 헤드라이트에 의해 생성된 것은 도로 상에, 더 이상 황색 착색 영역이 존재하지 않는 빔이다.

도시된 실시예에서, 실린더의 표면 위에 거의 170°의 각 범위를 커버하는 원통형 외부 엔벌로프(11)의 바닥 구역에 보상 필터(13)가 적용된다. 보상 필터(13)가 더 크거나 더 적은 각 범위를 커버하거나 길이가 더 짧은 기타 실시예들이 본 발명의 개념의 범위 내에 있는 것으로 쉽게 생각할 수 있다. 헤드라이트에 의해 충족되어져야 할 특정 요구조건들은 이러한 방식으로 영합될 수 있다. 하지만, 보상 필터는 상기 영상 빔에서 황색 착색이 충분히 정정되도록 적어도 충분히 커야만 한다. 따라서, 헤드라이트들에서의 주어진 영상 시스템들과 헤드라이트 제조업자들이 가지는 요구사항들에 적합하게 하기 위해 보상 필터(13)의 모양이 조정될 수 있다.

본 발명은 방전 용기, 2개의 전극, 캡, 외부 엔벌로프, 및 금속 할로겐을 포함하는 방전 용기에서의 충전물로 이루어지는 기체 방전 램프를 구비한 차량의 헤드라이트 시스템들에 대한 광원으로 이용 가능하다.

Claims (8)

1. 방전 용기, 2개의 전극, 캡, 외부 엔벌로프, 및 금속 할로겐을 포함하는 방전 용기에서의 충전물을 가지는 기체-방전 램프에 있어서,

   상기 외부 엔벌로프는 금속 할로겐의 컬러에 보상적인 컬러의 광학 보상 필터로 부분적으로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 기체-방전 램프.
2. 제 1항에 있어서, 상기 보상 필터는 상기 램프가 끼워지고 작동할 때 상기 외부 엔벌로프의 바닥 구역인 상기 외부 엔벌로프의 구역에 적용되는 것을 특징으로 하는, 기체-방전 램프.
3. 제 1항에 있어서, 상기 보상 필터는 간섭 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기체-방전 램프.
4. 제 1항에 있어서, 상기 보상 필터는 흡수 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기체-방전 램프.
5. 제 1항에 있어서, 컬러 이동(color shifting) 목적으로 추가 광학 필터가 제공되는 것을 특징으로 하는, 기체-방전 램프.
6. 제 1항에 있어서, 상기 보상 필터는 상기 금속 할로겐의 기체가 아닌 부분이 위치하는 방전 용기의 구역에 이웃하는, 끼워지고 작동하는 램프 내의 외부 엔벌로프의 상기 구역에 적용되는 것을 특징으로 하는, 기체-방전 램프.
7. 제 1항에 있어서, 상기 보상 필터를 형성하는 코팅은 담금 공정에 의해 적용되는 것을 특징으로 하는, 기체-방전 램프.
8. 제 1항에 기재된 기체 방전 램프를 구비한, 특히 차량 헤드라이트용의 조명 유닛.