KR20050019865A - 메탈 할라이드 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내경(Di)이 2.0㎜ 미만이고 이온화가능한 충전재로 충전된 실질적으로 원통형의 방전 용기를 포함하고, 2개의 전극은 방전 용기에서 방전을 유지하기 위해 상호 거리(mutual distance, EA)로 존재하고, 충전재는 5 내지 25바의 실온에서의 압력을 갖는 Xe와 같은 불활성 기체와, 이온화가능한 염을 포함하는 메탈 할라이드 램프에 관한 것으로, 상기 이온화가능한 염은 PrI₃, NdI₃ 및 LuI₃을 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.

Description

메탈 할라이드 램프{METAL HALIDE LAMP}

본 발명은 내경(Di)이 2.0㎜ 미만이고 이온화가능한 충전재로 충전된 실질적으로 원통형의 방전 용기를 포함하는 메탈 할라이드 램프에 관한 것으로, 2개의 전극은 방전 용기에서 방전을 유지하기 위해 상호 거리(mutual distance, EA), 바람직하게는 3㎜ 초과 7㎜ 미만의 EA로 존재하고, 충전재는 실온에서 5 내지 25바의 압력을 갖는 불활성 기체, 예를 들어 Xe, 및 이온화가능한 염을 포함한다.

이 같은 램프는 국제 공개공보 제 WO 00/67294 호에 개시되어 있다. 다수의 현대식 자용차용 메탈 할라이드 램프는 기체 충전된 외구(outer bulb)에 의해 둘러 쌓인 매우 작으면서 매우 높은 압력의 방전 용기를 가지고, 20 내지 40W의 램프 전력을 갖는다. 램프의 충전재는 Hg를 포함할 수 있거나, 다르게는 수은이 없을 수 있고, Zn 또는 ZnI₂를 포함할 수 있다. 이 같은 램프는 매우 효율적인 이온화가능한 염을 요구하고, NaI 및 CeI₃의 염 혼합물을 사용하는 것이 공지되어 있다. 이 같은 램프는 할로겐화나트륨이 램프의 충전재 성분으로서 사용되는 경우에 높은 효율성 및 매우 높은 연색성(color rendering)이 가능하고, Na-D 선에서 Na 방출의 강한 와이드닝(strong widening) 및 반전(inversion)이 램프 작동 중에 발생한다는 인식에 기초한다. 이는 실질적인 조건하에 방전 용기 벽을 위한 석영 또는 석영 유리의 사용을 배제하고, 방전 용기 벽을 위한 세라믹 재료의 사용이 바람직하도록 하는 높은 최저 냉점 온도(high coldest-spot temperature)를 요구한다. 본원 및 특허청구범위에서 "세라믹 벽"이란 용어는 메탈 나이트라이드, 예를 들어 AlN 뿐만 아니라, 예를 들어 사파이어 또는 조밀하게 소결된 다결정성 Al₂O₃과 같은 산화금속의 벽을 포함하는 것으로 이해된다. 공지된 램프는 비교적 광범위한 범위의 색 온도와 양호한 연색성을 조합한 것이다.

램프는, 방전 용기가 램프를 자동차용 전조등에 사용하기에 매우 적합하게 하는 매우 조밀한 치수를 갖는다. 전극 공간에 비해 작은 내경, 및 이에 따른 방전 아크 길이(discharge arc length)로 인해, 방전 아크는 방전 용기 벽에 의해 둘러 쌓여, 방전 아크는 이것이 자동차용 전조등을 위한 광원으로서 사용하기에 적합하게 하는 충분히 직선 형태를 갖는다. 작은 내경(Di)은 이러한 모양(delineation)에 매우 인접한 높은 휘도의 작은 점과 함께 자동차에서 사용하기에 필수적인 예리한 빔 모양(sharp beam delineation)을 달성하기 위해 본질적으로 중요한 것을 밝혀져 있다. 이 같이 매우 작은 내경은 램프를 복잡한 형태의 전조등에서 광원으로서 사용하기에 특히 적합하도록 한다. 이 같은 전조등의 이점은 충분히 예리한 빔 모양을 달성하기 위해 생성될 광선의 형성시에 개별적인 통과 빔 캡(passing-beam cap)이 필요치 않다는 것이다.

그러나, 공지된 램프의 단점은 주로 NaI/CeI₃ 염 혼합물의 화학적 운반 및 분리로 인해, 수명 동안에 비교적 낮은 상관 색 온도(correlated color temperature, CCT)(3,000 내지 3,500K), 비교적 불안정한 광속(luminous flux), 비교적 불안정한 벽 온도, 비교적 큰 초기 색 점 확산(color point spread) 및 비교적 큰 색 점 이동(color point shift)이다.

본 발명에 따른 램프의 이들 및 기타 양태는 도면(일정한 비율로 도시되지 않음)을 참고하여 보다 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 램프를 도식적으로 나타낸 도면.

도 2는 도 1의 램프의 방전 용기를 상세하게 나타낸 도면.

본 발명의 목적은, 하나 이상의 상술한 단점이 해결된 자동차용 메탈 할라이드 램프이다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 상기 이온화가능한 염은 PrI₃, NdI₃ 및 LuI₃을 포함하는 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 상기 이온화가능한 염은 Nai를 추가로 포함하며, 이때 NaI/(PrI₃ + NdI₃ + LuI₃)의 몰비는 1.0 내지 10.3의 범위에 있다. 일반적으로 상술한 요오드화 희토류 중 하나가 사용될지라도, 또한 혼합물을 사용할 수 있다. 상술한 특성의 램프에서 이들 염은 BBL(흑체선(black body line))에 근접한 색 반점을 나타낼지라도, 램프 전력에서의 큰 변화 및 이에 따른 최저 냉점 온도에서의 큰 변화에 약간만 민감하고, 이들 염은 분리에 의한 색 이동, 즉 예를 들어 부식 또는 액체 염의 운반으로 인해 램프의 최저 냉점 위치에서 염 혼합물 비의 변화에 비교적 민감하지 않은 것으로 밝혀졌다. 특히, 예를 들어 LuI₃이 사용되는 경우에 소량의 TbI₃ 및/또는 GdI₃을 첨가함으로서 색 온도를 향상시킬 수 있을 지라도, PrI₃이 사용되면, 바람직하게는 4,200K에 CCT에 근접한 자동차용 목적에 맞는 우수한 색 온도를 얻을 수 있다.

제 1 바람직한 실시태양에서, NaI/PrI₃의 몰비는 2.3 내지 10.3, 바람직하게는 3.0 내지 5.7의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 약 3.5이다. 바람직하게는, 방전 용기 중의 PrI₃의 양은 10 내지 335μmol/㎤, 더욱 바람직하게는 25 내지 160μmol/㎤, 더욱 더 바람직하게는 약 50μmol/㎤이다. 그 결과, 1.6㎜×8㎜(Di ×EA)의 방전 용기에서 CCT는 약 4,200K이다. 1.2㎜×6㎜의 방전 용기에서, 동일한 CCT를 갖기 위해 바람직한 농도는 1.8배 더 높다.

제 2 바람직한 실시태양에서, NaI/NdI₃의 몰비는 3 내지 6.7, 바람직하게는 3.6 내지 4.8의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 약 4.2이다. 바람직하게는, 방전 용기 중의 NdI₃의 양은 8 내지 301μmol/㎤, 더욱 바람직하게는 30 내지 167μmol/㎤, 더욱 더 바람직하게는 약 45μmol/㎤이다. 그 결과, 1.6㎜×8㎜(Di ×EA)의 방전 용기에서 CCT는 약 4,200K이다. 1.2㎜×6㎜의 방전 용기에서, 동일한 CCT를 갖기 위해 바람직한 농도는 1.8배 더 높다.

제 3 바람직한 실시태양에서, NaI/LuI₃의 몰비는 1.0 내지 3.2, 바람직하게는 1.2 내지 1.8의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 약 1.4이다. 바람직하게는, 방전 용기 중의 LuI₃의 양은 15 내지 414μmol/㎤, 더욱 바람직하게는 27 내지 230μmol/㎤, 더욱 더 바람직하게는 약 69μmol/㎤이다. 그 결과, 1.6㎜×8㎜(Di ×EA)의 방전 용기에서 CCT는 약 4,200K이다. 1.2㎜×6㎜의 방전 용기에서, 동일한 CCT를 갖기 위해 바람직한 농도는 1.8배 더 높다.

도 1은 이온화가능한 충전재를 포함하는 방전 공간(11)을 밀폐하는 세라믹 벽을 갖는 방전 용기(3)가 제공되는 메탈 할라이드 램프를 나타낸다. 팁(tip)(4b 및 5b)이 상호 거리(EA)에 있는 2개의 텅스텐 전극(4 및 5)은 방전 공간에 배열되고, 방전 용기는 적어도 상기 거리(EA)보다 큰 내경(Di)을 갖는다. 방전 용기는 좁은 간섭 공간(intervening space)을 갖는 방전 용기에 위치하는 전극(4 및 5)에 전류 관통 전도체(current lead-through conductor)(도 2: 40 및 41, 50 및 51)를 밀봉하고, 방전 공간으로부터 멀리 떨어진 말단에서 용융-세라믹 접합부(도 2: 10)에 의해 기밀 방식으로 이러한 전도체에 연결되는 세라믹 돌출형 플러그(projecting plug, 34 및 35)에 의해 한쪽 면이 폐쇄된다. 상기 방전 용기는 한쪽 말단에 램프 캡(2)이 제공되는 외구(1)에 의해 둘러 쌓인다. 램프가 작동하는 경우에 방전은 전극(4 및 5) 사이에서 확장될 것이다. 전극(4)은 전류 전도체(8)를 통해 램프 캡(2)의 제 1 전기 접촉 형성부에 연결된다. 전극(5)은 전류 전도체(9)를 통해 램프 캡(2)의 제 2 전기 접촉 형성부에 연결된다. 도 2(일정한 비율로 도시되지 않음)에서 상세하게 도시된 방전 용기는 세라믹 벽을 갖고, 소결 접합부(sintered joint, S)에 의해 원추부에서 기밀 방식으로 고정된 개개의 세라믹 돌출형 플러그(34 및 35)에 의해 각각의 말단에 결합되는 내경(Di)을 갖는 원추부로부터 형성된다. 세라믹 돌출형 플러그(34 및 35) 각각은 팁(4b 및 5b)을 갖는 관련 전극(4 및 5)의 전류 관통 전도체(40 및 41, 50 및 51)를 좁게 밀봉한다. 상기 전류 관통 전도체는 방전 공간으로부터 멀리 떨어진 측의 용융-세라믹 접합부(10)에 의해 기밀 방식으로 세라믹 돌출형 플러그(34 및 35)에 연결된다. 전극 팁(4b 및 5b)은 상호 거리(EA)에 배열된다. 전류 관통 전도체 각각은, 예를 들어 Mo--Al₂O₃ 도성 합금(cermet)의 형태인 할로겐화물-내성부(halide-resistant portion, 41 및 51), 및 용융-세라믹 접합부(10)에 의해 기밀 방식으로 개개의 말단 플러그(34 및 35)에 고정되는 부분(40 및 50)을 포함한다. 용융-세라믹 접합부는 Mo 도성 합금(40 및 41)위로 약간의 거리, 예를 들어 약 1㎜로 확장된다. 부품(41 및 51)이 Mo--Al₂O₃ 도성 합금 대신에 대체 방식으로 형성될 수 있다. 기타 가능한 구조는, 예를 들어 유럽 특허 제 EP 0 587 238 호에 공지되어 있다. 특히 적합한 구조는 동일한 재료의 핀 주변에 가해진 할로겐화물-내성 코일인 것으로 밝혀졌다. Mo는 고도의 할로겐화-내성 재료로서 사용하기에 매우 적합하다. 부품(40 및 50)은 확장 계수가 말단 플러그의 확장 계수와 매우 상응하는 금속으로부터 제조된다. 예를 들어, Nb는 이러한 목적에 매우 적합한 재료이다. 부품(40 및 50)은 임의로 상세하게 도시하지 않은 방식으로 전류 전도체(8 및 9)에 연결된다. 상술한 관통 구조는 임의의 목적하는 소성 위치에서 램프를 작동시킬 수 있게 한다. 전극(4 및 5) 각각은 팁(4b 및 5b)이 제공되는 전극 로드(electrode rod, 4a 및 5a)를 포함한다.

도면에 도시된 바와 같은 램프의 실제 실시태양에서, 수많은 램프는 각각 26W의 정격 전력(rated power)을 갖도록 제조된다. 상기 램프는 자동차용 전조등으로서 사용하기에 적합하다. 개개의 램프 각각의 방전 용기(3)의 이온화가능한 충전재는 30㎎/㎤ Hg 및 25㎎/㎤ 요오드화물을 포함하며, 상기 요오드화물은 NaI, 및 PrI₃, NdI₃ 및 LuI₃으로 이루어진 군으로부터 선택된 희토류 요오드화물을 포함한다. 수은이 없는 실시태양에서, Hg는 Zn 또는 ZnI₂로 치환될 수 있다. 충전재는 실온에서 8바의 충전 압력을 갖는 Xe를 추가로 포함한다. 전극 팁(4a 및 5a) 사이의 거리(EA)는 5㎜이고, 내경(Di)은 1.4㎜이어서, EA/Di의 비는 3.6이다. 방전 용기(3)의 벽 두께는 0.3㎜이다.

제 1 실시태양에서, 희토류 요오드화물은 약 50μmol/㎤의 PrI₃이고, NaI/PrI₃의 몰비는 약 3.5이다.

제 2 실시태양에서, 희토류 요오드화물은 45μmol/㎤의 NdI₃이고, NaI/NdI₃의 몰비는 약 4.2이다.

제 3 실시태양에서, 희토류 요오드화물은 69μmol/㎤의 LuI₃이고, NaI/LuI₃의 몰비는 약 1.4이다. 이러한 램프의 색 온도를 향상시키기 위해, 소량의 TbI₃ 또는 GdI₃을 첨가하였다.

상술한 램프는 효율이 다소 낮을 지라도 NaI/CeI₃ 충전물에 비해 우수한 색 온도 및 색 안전 특성을 나타냈다.

본 발명의 메탈 할라이드 램프는 자동차용 목적에 맞는 우수한 색 온도를 얻을 수 있다.

Claims (13)

1. 내부 직경(Di)이 2.0㎜ 미만이고 이온화가능한 충전재로 충전된 실질적으로 원통형 방전 용기를 포함하고, 2개의 전극은 상기 방전 용기에서 방전을 유지하기 위해 상호 거리(mutual distance, EA)로 존재하고, 상기 충전재는 실온에서 5 내지 25바의 압력을 갖는 Xe와 같은 불활성 기체와, 이온화가능한 염을 포함하는 메탈 할라이드 램프에 있어서,

   상기 이온화가능한 염은 PrI₃, NdI₃ 및 LuI₃을 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 메탈 할라이드 램프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이온화가능한 염은 NaI를 추가로 포함하고, NaI/(PrI₃ + NdI₃ + LuI₃)의 몰비는 1.0 내지 10.3의 범위에 있는, 메탈 할라이드 램프.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 NaI/PrI₃의 몰비는 는 2.3 내지 10.3, 바람직하게는 3.0 내지 5.7의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 약 3.5인, 메탈 할라이드 램프.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전 용기 중의 PrI₃의 양은 10 내지 335μmol/㎤, 바람직하게는 25 내지 160μmol/㎤, 더욱 바람직하게는 약 50μmol/㎤인, 메탈 할라이드 램프.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 NaI/NdI₃의 몰비는 는 3.0 내지 6.7, 바람직하게는 3.6 내지 4.8의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 약 4.2인, 메탈 할라이드 램프.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전 용기 중의 NdI₃의 양은 8 내지 301μmol/㎤, 바람직하게는 30 내지 167μmol/㎤, 더욱 바람직하게는 약 45μmol/㎤인, 메탈 할라이드 램프.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 NaI/LuI₃의 몰비는 는 1.0 내지 3.2, 바람직하게는 1.2 내지 1.8의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 약 1.4인, 메탈 할라이드 램프.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전 용기 중의 LuI₃의 양은 15 내지 414μmol/㎤, 바람직하게는 27 내지 230μmol/㎤, 더욱 바람직하게는 약 69μmol/㎤인, 메탈 할라이드 램프.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, Di는 1.5㎜ 미만인, 메탈 할라이드 램프.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, EA는 3 내지 7㎜의 범위에 있는, 메탈 할라이드 램프.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전 용기는 세라믹 벽을 갖는, 메탈 할라이드 램프.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전 용기는 기체 충전된 외구(outer bulb)에 의해 둘러 쌓인, 메탈 할라이드 램프.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 램프 전력은 20 내지 40W의 범위에 있는, 메탈 할라이드 램프.