KR20050088384A - 고압 방전 램프 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고압 방전 램프(1)에 관한 것으로, 고압 방전 램프(1)는 방전 공간을 갖는 적어도 하나의 버너(2)를 포함하고, 방전 공간에서 연장하는 두 개의 전극과, 적어도 불활성 가스 및 금속 할로겐 혼합물을 함유하는 방전 공간의 가스 충전물을 포함하며, 두 개의 종단을 갖는 튜브 모양 외부 전구(3)를 포함하고, 버너(2)는 적어도 하나의 종단에서 외부 전구(3)에 부착되고, 외부 전구(3)는 적어도 하나의 광-흡수 수단(5) 및 적어도 하나의 간섭 필터(6)를 포함하며, 간섭 필터(4)는 버너(2) 상에 또는 적어도 버너(2)의 부분에 배치된다.
Description
본 발명은 고압 방전 램프에 관한 것으로, 고압 방전 램프는 방전 공간(discharge space)을 갖는 버너(burner)를 포함하고, 상기 방전 공간에서 연장하는 두 개의 전극과, 적어도 하나의 불활성 가스(inert gas) 및 금속 할로겐 혼합물(metal halide mixture)을 함유하는 방전 공간의 가스 충전물(gas filling)을 포함하며, 두 개의 종단(ends)을 갖는 튜브 모양 외부 전구(tubular outer bulb)를 포함하고, 버너는 적어도 하나의 종단에서 상기 외부 전구에 부착된다.
외부 전구를 포함하는 본 고압 방전 램프는 일반적인 조명장치용으로 적절히 사용될 수 있다. 상기 고압 방전 램프는 자동차와 같은 운송수단에서 전조등으로 사용하기에 특히 적절하다.
내부 전구 및 외부 전구를 포함하는 상기 유형의 방전 램프는 EP 0 964 431 B1으로부터 알려져 있다. 이 유럽 공보에서 설명되는 방전 램프는 전극 쌍이 제공되는 광-방출 영역(light-emitting region)을 갖는 아크 튜브(arc tube)와, 상기 광-방출 영역을 포위하고 아크 튜브에 적어도 부분적으로 퓨즈연결되는(fused) 외부 튜브를 포함하고, 상기 외부 튜브는 주요 성분으로서 실리콘 디옥사이드(silicon dioxide; SiO2)를 포함한다.
WO 01/24224 A1은 광-흡수 속성을 갖는 할로겐 램프를 개시한다. 이 국제공보에서, 이 램프는 광-흡수 수단 및 간섭 필터(interference filter)를 포함하는데, 간섭 필터는 램프 전구의 외부 표면에 배치되고 흡수 층은 기능적인 이유로 인하여 램프 전구와 간섭 필터 간에 위치되어야 한다. 양자 모두가 570 내지 620 nm의 파장 범위에서 특히 동작하는 광-흡수 수단 및 간섭 필터의 상기 조합으로 인하여, 방출된 가시광(visible light)은 매우 큰 비율(super proportional fraction)의 호박색 광(amber-colored light)을 함유한다.
고압 방전 램프의 방전 용기에 전술한 해결책을 적용하는 것은, 특히 이 램프의 더 높은 동작 온도를 고려할 때 불가능하다.
현재 기술에 따른 방전 램프의 단점은, CIE 1931 다이어그램에 따른 방출된 광의 색채 포인트(color point)가 ECE R99에 따른 이른바 "전방 안개(front fog)" 범위에 있지 않다는 것이다. 또한, 현재 기술에 따른 방전 램프는 불충분한 광 출력(lm/Watt)을 나타낸다.
도 1은 CIE 1931 색도 다이어그램(chromaticity diagram).
도 2는 버너 및 외부 전구를 포함하는 본 발명에 따른 고압 방전 램프.
도 3은 본 발명에 따른 고압 방전 램프의 방출 스펙트럼의 다이어그램.
본 발명의 목적은, 방출된 광의 색채 온도가 3000K 미만이고 방출된 광의 색채 포인트가 ECE R99에 따른 "전방 안개" 범위 내이며 적어도 60 lm/Watt의 광 출력을 나타내는 고압 방전 램프를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 황색 광의 경우에, 색채 특성은 다음의 한계 값에 의하여 규정되는 범위 내에 있어야 한다.
적색 방향(towards red) y > 0.138 + 0.580 x
녹색 방향 y < 1.29 x - 0.100
백색 방향 y > -x + 0.940 그리고 y > 0.440
스펙트럼 궤적(spectrum locus) 방향 y < -x + 0.992
용어 "전방 안개"가 본 발명의 문맥 내에서 사용되면, 그것은 해당 다이어그램의 황색 범위의 CIE 1931에 따른 황색 색채를 의미하기 위해서 취해지는 것이다.
본 발명에 따른 목적은, 외부 전구가 적어도 하나의 광-흡수 수단 및 적어도 하나의 간섭 필터를 포함하고 간섭 필터는 버너 상에 또는 적어도 부분적으로 버너에 배치되는 고압 방전 램프에 의하여 달성된다.
본 발명에 따른 이온화 가스 충전물(ionizing gas filling)는 0 mg 내지 10 mg 범위의 수은뿐만 아니라 적어도 불활성 가스를 포함한다.
"전방 안개" 범위의 더 낮은 색채 온도는, 특히 안개와 같은 나쁜 기상 조건 하에서 운송수단의 운전자의 시야(vision)가 향상되는 것을 가능하게 한다. 본 발명에 따른 고압 방전 램프에 의하여 방출되는 가시 황색 광은, 과스트레스(overstressing) 및 연관된 피로가 일어나지 않도록, 사람의 눈의 자연적인 감도에 더 잘 조정된다. 결과적으로, 특히 더 높은 교통 안정성이 달성된다.
또한, 본 발명에 따른 고압력 방전 램프는 양호한 광 출력(lm/Watt)이 성취되는 것을 가능하게 하다. 예컨대, 이러한 고압 방전 램프에 의하여 방출되는 광의 광 출력은 적어도 60 lm/Watt이고, 바람직하게는 70 lm/Watt 이상이다. 더욱이, 본 발명에 따른 고압 방전 램프에 의하면, 80 lm/Watt 이상의 광 출력도 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 고압 방전 램프의 이로운 실시예는 청구항 2 내지 12로부터 명백하다.
적어도 하나의 간섭 필터가 버너의 외부 표면에 제공되는 것이 바람직하다. 광원 바로 근처에 간섭 필터를 제공함으로써, 방출된 광의 소망하는 성분이 효과적으로 필터링된다. 소망되지 않는 성분은 방전 공간에서 가능한 한 많이 반사되고 적어도 부분적으로 광으로 다시 변환된다. 이는 전체적으로 방전 공간의 흡수 영역이 더 뜨거워지도록 한다. 즉, 더 많은 광이 방전 공간으로부터 방출되고, 그렇지 않은 경우에 일반적인 광 출력의 심각한 감소는 발견되지 않는다. 그러므로, 충분한 광 강도를 갖는 소망하는 황색 광이 이용가능하게 되는 것이 달성된다.
광-흡수 수단이 외부 전구의 내부 표면 상에 제공되고 더 이상의 광-흡수 수단은 간섭 필터와 외부 전구의 외부 표면 간에 제공되는 것이 특히 바람직하다. 이로 인해, 광의 바람직하지 않은 잔여 성분이 효과적으로 감소된다. 산업적인 제조 범위 내에서, 외부 전구의 내측 및 외측 상에 동일한 광-흡수 수단을 제공하는 것, 이 경우에는 외부 전구에 코팅을 적용하는 것이 기술적으로 간단하다.
바람직한 실시예에 따르면, 외부 전구에 버너를 부착하기 위하여 사용되는 영역의 표면에 적어도, 아무런 광-흡수 수단 및/또는 간섭 필터가 제공되지 않는다. 이로 인하여, 고압 방전 램프는 기술적으로 간단한 방법에 의하여 대량 생산될 수 있다.
상기 실시예의 다른 수정예에서, 600 내지 800 nm의 파장 범위에 대하여 외부 전구 상에 배치되는 간섭 필터의 그리고 버너 상에 배치되는 간섭 필터의 광 투과율(light transmittance)은 양자 모두에 대하여 90%를 초과하는 것이 바람직하다.
600 내지 800 nm의 파장 범위에 대하여 광 흡수 수단의 광 투과율이 70 내지 90%인 것이 더 바람직하다.
간섭 필터의 효과적인 제조 및 기능의 측면에서, 각각의 필터의 두께가 800 내지 2800 nm 범위인 것이 바람직하다.
보통, 간섭 필터는, 높은 굴절률(refractive index)의 층과 낮은 굴절률 층을 교대로 갖는 다층 구조(multilayer structure)를 포함한다. 이와 관련하여, 낮은 굴절률의 층은 주로 SiO2를 효과적으로 포함하고 제2 층은 SiO2보다 높은 굴절률의 물질을 포함한다. 바람직하게는, 상기 제2 층은 티타늄 옥사이드(titanium oxide), 탄탈 옥사이드(tantalum oxide), 니오븀 옥사이드(niobium oxide), 하프늄 옥사이드(hafnium oxide), 실리콘 나이트라이드(silicon nitride), 매우 바람직하게는 지르코늄 옥사이드(zirconium oxide; ZrO2) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 물질을 포함한다. 간섭 필터에 대하여 사용되는 물질은 적어도 900℃까지의 온도 저항을 갖는다.
바람직하게는, 광 흡수 수단의 층 두께는 5 nm 내지 10,000 nm 범위에 있다.
바람직하게는, 광 흡수 수단은 가시 광의 부분을 흡수하는 무기성 색소(inorganic pigments)를 포함한다. 무기성 색소의 평균 직경은, 층의 소망하는 광 투과율을 보장하고 가능한 한 광 산란을 방지하기 위하여 보통 100 nm 이하이어야 한다.
또한, 무기성 색소는 철 옥사이드(iron oxide), 아연-철-옥사이드(zinc-iron-oxide; Zn-Fe2O4 또는 ZnO-ZnFe2O4), 인으로 도핑된 철 옥사이드(phosphor-doped iron oxide), 아연-철-크롬(zinc-iron-chromium), 창연-바나듐산염(bismuth-vanadate), 특히 푸체라이트 창연-바나듐산염(pucherite bismuth-vanadate), 바나듐산염 옥사이드, 지르코늄-프라세오디뮴-실리케이트(zirconium-praseodymium-silicate), 티타늄-안티몬-크롬(titanium-antimony-chromium), 니켈-안티몬-티타늄 및 은(nickel-antimony-titanium and silver) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 옥사이드 또는 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 무기성 색소는 복수의 이들 물질의 혼합물을 포함할 수 있고 그리고/또는 추가적으로 금속성 구성성분을 포함할 수 있다. 이들 색소는 사용 조건으로서 900℃까지의 온도 저항을 가져야 한다.
본 발명에 따른 목적은, 청구항 1 내지 12에서 청구하는 바와 같은 적어도 하나의 고압 방전 램프를 포함하는 자동차용 광 시스템이 제공된다는 점에서 더 달성된다.
본 발명에 따른 고압 방전 램프는 일반적인 조명 목적으로 사용될 수 있다. 상기 고압 방전 램프는, 예컨대 항공기, 모터 운송수단(motor vehicle), 오토바이(motorbikes) 등과 같은 수송 수단에서 광원으로서 특히 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 고압 방전 램프는 바람직하게는 전조등용으로, 특히 자동차와 같은 모터 운송수단의 조명 전조등(illumination headlights)용으로 특히 사용된다.
본 발명의 이들 목적 및 다른 목적은 다음에 설명되는 실시예를 참고하면 명료할 것이다.
도 1에는, "전방 안개" 광에 대한 ECE R99 표준에 대응하는, 본 발명에 따른 스펙트럼 범위가 다이어그램에 평면으로서 도시된다. "상관된 색채 온도(correlated color temperature)"라고도 하는 색채 온도들, 즉 이 경우에 각각 3000 K 및 2500K의 동등한 색채 온도의 두 개의 라인은 이 평면 내에 부분적으로 위치된다. 다이어그램에 도시되는 바와 같이, 본 발명에 따른 고압 램프의 색채 위치는 흑체 복사(black body radiation)의 라인 위에 있다.
도 2는 버너(2) 및 외부 전구(3)를 포함하는 고압 방전 램프를 도시한다. 그 자체가 통례적이고 주로 석영 유리(quartz glass)로 만들어지는 버너(2)는, 적어도 40 내지 80 wt.% NaI 및 0 내지 40 wt.% ScI를 함유하는 금속 할로겐 혼합물 및 불활성 가스를 적어도 포함하는 이온화 가스 혼합물로 채워지는 방전 공간을 포함한다. 방전 공간에서, 개별 전기 콘택트(electrical contacts)를 갖는 두 개의 전극은 종래의 방식으로 배치된다. 버너(2)는 튜브 모양 외부 전구(3)의 하부 종단에 부착되는데, 외부 전구(3)에 버너(2)를 부착하기 위하여 사용되는 영역의 적어도 표면에는 광 흡수 수단 및/또는 간섭 필터가 없다. 버너(2)의 외부 표면은 400 내지 550 nm의 파장 범위에서 실질적으로 반사하는 다층 간섭 필터(4)를 구비한다. 간섭 필터(4)는, 더 높은 굴절률의 층과 더 낮은 굴절률의 층이 교대하는 층 구조의 22개 층을 갖는다. 더 낮은 굴절률의 11개의 층은 주로 SiO2를 포함하고 다른 11개의 층은 지르코늄 옥사이드(ZrO2)를 포함한다. 간섭 필터(4)의 전체 층 두께는 대략 2662 nm이다. 대략 850 nm의 층 두께의 광 흡수 수단(5)은 외부 전구(3)의 내부 및 외부 표면에 적용된다. 광 흡수 수단(5)은, 대략 30 nm의 직경을 갖고 솔-겔 매트릭스(sol-gel matrix)로 집적되는 Fe2O3를 적어도 포함한다. 광 흡수 수단(5)의 층은 상이한 방법들, 예컨대 이른바 PVD 또는 CVD 공정에 의하여, 솔-겔 매트릭스의 광 흡수 수단(5)의 경우에는 특히 분무(spraying) 또는 침지 코팅(dip coating)에 의하여 종래의 방식으로 퇴적될 수 있다.
외부 전구(3)의 외부 표면 상에 배치되는 광 흡수 수단(5)의 외부 표면 상에는, 주로 380 내지 550 nm의 파장 범위에서 반사하는 다층 간섭 필터(6)가 있고, 이 간섭 필터(6)는 광 흡수 수단(5)의 표면의 대부분을 적어도 커버한다. 간섭 필터(6)는, 다층 구조가 더 높은 굴절률의 층과 더 낮은 굴절율의 층이 교대하여, 다층화되도록 구현된다. 더 낮은 굴절률의 층은 실질적으로 SiO2를 포함하고 제2 층은 SiO2보다 높은 굴절률을 갖는 지르코늄 옥사이드(ZrO2)를 포함한다. 간섭 필터(4)의 전체 층 두께는 대략 1510 nm이고, 8개의 SiO2 층 및 8개의 ZrO2 층이 층 구조에서 서로 교대한다. 600 내지 800 nm의 파장 범위에 대하여 간섭 필터(4) 및 간섭 필터(6)의 광 투과율은 양자 모두에 대하여 90%를 초과하고, 600 내지 800 nm의 파장 범위에 대하여 광 흡수 수단(5)의 광 투과율은 70% 내지 실질적으로 100% 범위이다.
간섭 필터(4) 및 간섭 필터(6)의 개별 층은 종래의 박막 공정(thin-film process), 예컨대 이른바 PVD 공정으로 형성된다.
램프는, 자동차의 전방 전조등에 재배치가능하게 탑재될 수 있도록, 종래의 베이스(7)를 포함한다.
본 발명에 따른 이러한 고압 방전 램프를 포함하는 자동차용 광 시스템으로 인하여, 대략 73 lm/Watt의 광 출력이 성취될 수 있다. CIE 1931 다이어그램("색도 다이어그램")에서의 색채 위치는 좌표 값, 즉 X는 대략 0.496이고 Y는 대략 0.45인 좌표 값에 의해 충분히 지정될 수 있다. 본 발명에 따른 고압 방전 램프의 사용 수명(service life)은 적어도 1000 시간이다.
도 3은, 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 고압 방전 램프의 방출 스펙트럼의 다이어그램을 도시한다.
Claims (13)
- 고압 방전 램프(high-pressure discharge lamp; 1)에 있어서,방전 공간(discharge space)을 갖는 하나의 버너(2);상기 방전 공간으로 연장하는 두 개의 전극;적어도 불활성 가스(inert gas) 및 금속 할로겐 혼합물(metal halide mixture)을 함유하는 방전 공간 내의 가스 충전물(gas filling)을 적어도 포함하고,두 개의 종단(ends)을 갖는 튜브 모양 외부 전구(tubular outer bulb; 3)를 포함하며, 버너(2)는 적어도 하나의 종단에서 외부 전구(3)에 부착되고, 외부 전구(3)는 적어도 하나의 광-흡수 수단(light-absorbing means; 5) 및 적어도 하나의 간섭 필터(interference filter; 6)를 포함하며, 간섭 필터(4)는 버너(2) 상에 또는 적어도 버너(2)의 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
- 제1항에 있어서, 간섭 필터(4)는 상기 버너의 외부 표면에 배치되는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
- 제1항에 있어서, 광 흡수 수단(5)은 외부 전구(3)의 내부 표면에 제공되고, 광 흡수 수단(5)은 간섭 필터(6)와 외부 전구(3)의 외부 표면 간에 제공되는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
- 제1항에 있어서, 버너(2)를 외부 전구(3)에 부착하기 위하여 사용되는 영역들의 표면들에는 적어도, 광 흡수 수단 및/또는 간섭 필터가 배치되지 않는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
- 제1항에 있어서, 600 내지 800 nm의 파장 범위에 대하여 간섭 필터(4) 및 간섭 필터(6)의 광 투과율(light transmittance)은 양자 모두에 대하여 90%를 초과하는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
- 제1항에 있어서, 600 내지 800 nm의 파장 범위에 대하여 광 흡수 수단(5)의 광 투과율은 70 내지 실질적으로 100% 범위인 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
- 제1항에 있어서, 상기 간섭 필터들의 층 두께는 800 내지 2800 nm 범위인 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
- 제1항에 있어서, 상기 간섭 필터는, 층 구조가 더 높은 굴절률(refractive index)의 층과 더 낮은 굴절률의 층이 교대하는 복수의 층을 포함하고, 상기 낮은 굴절률을 갖는 상기 층은 주로 SiO2를 포함하고, 제2 층은 SiO2보다 높은 굴절률을 갖는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
- 제8항에 있어서, 상기 제2 층은 티타늄 옥사이드(titanium oxide), 탄탈 옥사이드(tantalum oxide), 니오븀 옥사이드(niobium oxide), 하프늄 옥사이드(hafnium oxide), 실리콘 나이트라이드(silicon nitride), 매우 바람직하게는 지르코늄 옥사이드(zirconium oxide; ZrO2) 또는 상기 물질들의 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
- 제1항에 있어서, 광 흡수 수단(5)의 층 두께는 5 nm 내지 10,000 nm 범위인 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
- 제1항에 있어서, 광 흡수 수단(5)은, 가시 광(visible light)의 부분을 흡수하고 평균 직경이 100 nm 미만인 무기성 색소들(inorganic pigments)을 함유하는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
- 제11항에 있어서, 상기 무기성 색소는 철 옥사이드(iron oxide), 아연-철-옥사이드(zinc-iron-oxide; Zn-Fe2O4 또는 ZnO-ZnFe2O4), 인으로 도핑된 철 옥사이드(phosphor-doped iron oxide), 아연-철-크롬, 창연-바나듐산염(bismuth-vanadate), 특히 푸체라이트 창연-바나듐산염(pucherite bismuth-vanadate), 바나듐산염 옥사이드, 지르코늄-프라세오디뮴-실리케이트(zirconium-praseodymium-silicate), 티타늄-안티몬-크롬(titanium-antimony-chromium), 니켈-안티몬-티타늄 및 은(nickel-antimony-titanium and silver) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 옥사이드 또는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
- 제1항 내지 제12항에서 청구하는 고압 방전 램프(1)를 적어도 포함하는 자동차(motorcar)용 광 시스템.
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