KR20050019881A - 메탈 할라이드 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내경(Di)을 갖고 이온화가능한 충전재로 충전된 실질적으로 원통형의 방전 용기(3)를 포함하는 메탈 할라이드 램프에 관한 것으로, 2개의 전극(4 및 5)은 방전 용기(3)에서 방전을 유지하기 위해 상호 거리(mutual distance, EA)에 존재하고, EA/Di가 4 초과이고, 이온화가능한 충전재는 PrI₃을 포함한다.

Description

메탈 할라이드 램프{METAL HALIDE LAMP}

본 발명은 내경(Di)을 갖고 이온화가능한 충전재로 충전된 실질적으로 원통형의 방전 용기를 포함하는 메탈 할라이드 램프에 관한 것으로, 방전 용기에서 방전을 유지하기 위해 상호 거리(EA)에 존재하고, EA/Di가 4 초과인 메탈 할라이드 램프에 관한 것이다.

이 같은 램프는 국제 공개공보 제 WO 98/25294 호에 개시되어 있고, 예를 들어 가로 조명(street lighting) 목적에 사용될 수 있다. 상기 공개공보에서, 충전재는 NaI를 제외한 CeI₃을 포함하는 것으로 제안되어 있다. 램프는 램프의 충전재 성분으로서 할로겐화 나트륨이 사용되는 경우에 고효율 및 양호한 연색성(color rendering)이 가능하고, Na-D 선에서 Na 방출의 강한 와이드닝(strong widening) 및 전도(inversion)가 램프 작동 동안에 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.

공지된 램프의 하나의 단점은, 비교적 높은 총 압력(초기 기체 및 버퍼(buffer) 기체)과 함께 비교적 확장된 형태의 방전 용기로 인해 방전 용기 중의 모든 종류는 램프가 수직 소성 위치에서 작용하는 경우에 소성기 축을 따라 분리되어, 고밀도를 갖는 종류는 기저로 이동하고, 저밀도를 갖는 종류는 상부로 이동한다는 것이다. 이러한 분리의 결과는 상관 색 온도(correlated color temperature, CCT)에서 큰 가시 이동(visible shift)이다. 이러한 문제점은, 특히 방전 용기가 비교적 확장된 형태(EA/Di > 4) 뿐만 아니라, 협소한 내경(Di), 예를 들어 5㎜ 미만(70W 램프의 경우)을 갖는 경우에 발생하는데, 이는 이 같이 작은 용기에서 충전재의 격렬한 혼합이 거의 발생하기 않기 때문이다.

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, 공지된 램프에서와 같은 동일한 정도의 효율을 유지하면서 상기 색 이동이 최소화된 확장된 방전 용기를 갖는 메탈 할라이드 램프이다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 이온화가능한 충전재는 PrI₃을 포함한다. 이러한 염이 상술된 유형의 램프에서 에 대한 CeI₃을 위한 대체 충전재 성분으로서 적용되는 경우, 상기 색 이동은 CeI₃을 포함하는 통상적인 충전제에 비해 제한된다는 것이 밝혀져 있다.

바람직하게는, 충전제는 NaI를 추가로 포함하며, 이때 NaI/PrI₃의 몰비는 3 내지 30, 바람직하게는 4 내지 20, 더욱 바람직하게는 5 내지 12의 범위에 있다. 방전 용기는 바람직하게는 0.15 내지 1.5㎎/㎤ PrI₃, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 1.0㎎/㎤ PrI₃, 더욱 바람직하게는 0.25 내지 0.6㎎/㎤ PrI₃을 포함한다. 이로 인해, 110루멘/W 이상의 효율을 갖고, 예를 들어 2,800K의 상관 색 온도(CCT)를 갖는 램프가 수득될 수 있으며, 이때 수평 작동과 수직 작동 사이의 색 이동은 360K 미만으로 제한될 수 있다.

충전제는 바람직하게는 Hg를 추가로 포함하며, 이때 방전 용기 중의 램프 작동 동안의 Hg-압력 5 내지 40바, 바람직하게는 10 내지 25바의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 약 15바이다. 다르게는, 이들 기체의 총 압력이 상기 범위 내에 있는 한, Zn 또는 Xe가 대신 적용될 수 있다. 실질적으로, 전극 사이의 방전 용기의 벽 부하값은 바람직하게는 10W/㎠ 이상, 더욱 바람직하게는 20W/㎠ 이상, 더욱 더 바람직하게는 30W/㎠ 이상이다.

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 전극(4 및 5)은 방전 공간에 배열되고, 방전 용기는 적어도 상기 거리(EA)에 대한 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 면에 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, 개개의 말단 벽 부분(32a 및 32b)에 의해 말단 중 하나에 결합되되, 상기 각각의 말단 벽 부분(32a 및 32b)은 방전 공간의 말단 표면(33a 및 33b)을 형성하는 내경(Di)을 갖는 원추부로부터 형성된다. 말단 벽 부분 각각은 세라믹 돌출형 플러그(34 및 35)가 소결 접합부(sintered joint, S)에 의해 말단 벽 부분(32a 및 32b)에서 기밀 방식으로 고정되는 개구를 갖는다. 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 측에서 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)에 대해 상당한 거리, 예를 들어 약 1㎜를 초과하여 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 적용되는 할로겐화물-내성 코일인 것으로 밝혀졌다. Mo는 고도의 할로겐화물-내성 재료로서 사용하기에 매우 적합하다. 부품(40 및 50)은 확장 계수가 말단 플러그의 확장 계수화 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) 주변에 코일(4c 및 5c)이 제공되는 전극 로드(electrode rod, 4a 및 5a)를 포함한다. 돌출형 세라믹 플러그는 소결 접합부(S)에 의해 기밀 방식으로 말단 벽 부분(32a 및 32b)에서 고정된다. 이어, 전극 팁은 말단 벽 부분에 의해 형성된 말단 표면(33a 및 33b) 사이에 놓인다. 본 발명에 따른 램프의 대체 실시태양에서, 돌출형 세라믹 플러그(34 및 35)는 말단 벽 부분(32a 및 32b) 배면으로 매입된다. 이러한 경우, 전극 팁은 실질적으로 말단 벽 부분에 의해 한정되는 말단 표면(33a 및 33b)에 놓인다.

도면에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 램프의 실질적인 실시태양에서, 규격 램프 전력(rated lamp power)은 70W이다. 상기 램프는 150V의 램프 전압을 갖고, 고압 나트륨 고정장치에서의 작동을 위한 광학 개조물(optical retrofit)이다. 전극 공간(electrode interspace, EA)은 17㎜이고, 내경(Di)은 4㎜이어서, EA/Di의 비는 4.25이다. 방전 용기의 벽 두께는 0.8㎜이다. 따라서, 상기 램프는 32.8W/㎠의 전극 사이의 벽 부화값을 갖는다.

방전 용기의 이온화가능한 충전제는 점화 기체로서 Ar 또는 Xe(예를 들어, 실온에서 300밀리바의 충전제 압력을 가짐)를 포함한다. 또한, 충전제는 15바의 작동 동안의 충전제 압력을 갖는 Hg를 포함한다.

다르게는, 총 압력(초기 기체 및 버퍼 기체)이 Hg가 사용되는 상황에서와 동일한 하, Hg 대신에 Zn 또는 Xe가 사용될 수 있다. 램프의 이온화가능한 충전제는 4.05㎎ NaI 및 0.84㎎ PrI₃을 포함하여, 수평 작동 위치에서 수직 작동 위치로 이동하는 경우에 비교적 적은 색 이동을 나타내는 우수한 색 특성을 갖는 고효율 램프가 얻어진다. 램프가 백색 광을 투과하도록 요구되는 경우, 보다 많은 PrI₃ 및 보다 적은 NaI가 사용되어야 한다.

본 발명의 메탈 할라이드 램프는 2개의 전극이 방전 용기에서 방전을 유지하기 위해 상호 거리에 존재하고, EA/Di가 4 초과이고, 이온화가능한 충전재는 PrI₃을 포함하므로, 통상적인 램프와 동일한 정도의 효율을 유지하면서 상기 색 이동이 최소화된 확장된 방전 용기를 갖는다.

Claims (7)

1. 내경(Di)을 갖고 이온화가능한 충전재로 충전된 실질적으로 원통형의 방전 용기(3)를 포함하는 메탈 할라이드 램프로서, 2개의 전극(4 및 5)은 방전 용기(3)에서 방전을 유지하기 위해 상호 거리(mutual distance, EA)에 존재하고, EA/Di가 4 초과인 메탈 할라이드 램프에 있어서,

   이온화가능한 충전재는 PrI₃을 포함하는 것을 특징으로 하는, 메탈 할라이드 램프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 충전재는 NaI를 추가로 포함하고, 상기 NaI/PrI₃의 몰비는 3 내지 30, 바람직하게는 4 내지 20, 더욱 바람직하게는 5 내지 12의 범위에 있는, 메탈 할라이드 램프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방전 용기(3)는 0.15 내지 1.5㎎/㎤ PrI₃, 바람직하게는 0.2 내지 1.0㎎/㎤ PrI₃, 더욱 바람직하게는 0.25 내지 0.6㎎/㎤ PrI₃을 포함하는, 메탈 할라이드 램프.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전재는 Hg를 추가로 포함하고, 상기 방전 용기(3)에서 작동하는 동안에 Hg-압력은 5 내지 40바, 바람직하게는 10 내지 25바의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 약 15바인, 메탈 할라이드 램프.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 작동시에 전극(4 및 5) 사이의 상기 방전 용기(3) 중의 벽 부하값은 10W/㎠ 이상, 바람직하게는 20W/㎠ 이상, 더욱 바람직하게는 30W/㎠ 이상인, 메탈 할라이드 램프.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전 용기(3)은 세라믹 벽을 갖는, 메탈 할라이드 램프.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내경(Di)은 5㎜ 미만인, 메탈 할라이드 램프.