KR20060073953A - 알루미늄 산화물 및 세륨 산화물을 포함하는 전기 램프 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진공기밀 접합(vacuumtight) 방법으로 밀폐된 빛 투과 램프 용기(light-transmitting lamp vessel) 내에 광원(light source)이 구비된 전기 램프와 관련된 것으로, 상기 광원은 그 엔벨로프(envelope)에 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 및 세륨(cerium) 산화물을 함유하는 빛 투과, 자외선(UV) 흡수 성질의 석영 유리(quartz glass)를 구비하고, 상기 엔벨로프의 석영 유리는 알루미늄 산화물과 세륨 산화물을 0.30 이상 0.48 이하의 몰 비로 포함하는 것을 특징으로 한다. 더 나아가, 본 발명은 상기 램프에 사용되는 석영 유리와 관련된다.
알루미늄, 세륨, 산화물, 전기, 램프, 자외선, 석영
Description
본 발명은 진공기밀 접합 방법(vacuumtight manner)으로 밀폐된 빛 투과 램프 용기(light-transmitting lamp vessel)의 내부에 광원(light source)이 포함된 전기 램프와 관련된 것으로, 상기 광원은 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 및 세륨(cerium) 산화물을 함유하는 빛 투과, UV 흡수 성질의 석영 유리(quartz glass)d의 엔벨로프(envelope)를 갖는다.
이러한 종류의 전기 방전 램프는 유럽특허 제 658920호에 알려져 있다. 이 주지된 램프는 석영 유리의 램프 용기(vessel)를 가지고 있고 그 외부에 도핑된(doped) 석영 유리 층을 갖는다. 램프는 빛 투과(light-transmitting), 자외선 흡수(UV-absorbing) 성질의 석영 유리로 된 엔벨로프를 포함하는데, 석영 유리는 산화물 형태의 알루미늄을 함유하고, 세륨과 티타늄이 속한 그룹에서 선택된 산화물 형태의 금속을 함유하고 있다. 구체적으로, 상기 엔벨로프의 석영 유리는 실리콘, 세륨(cerium), 티타늄(titanium), 유러퓸(europium) 및 알루미늄(aluminum)의 산화물 형태, 0.1-0.2 원자 퍼센트(atom%)의 세륨, 0.01-0.04 원자 퍼센트의 티타늄, 0.03-0.2 원자 퍼센트의 유러퓸, 그리고 최대 0.8 원자 퍼센트의 양이온 원소 알루 미늄을 포함하고 있으며, 알루미늄/유러퓸 원자 비(atomic ratio)는 3에서 8까지의 범위에 있다.
유사한 램프들이 미국 특허 제 5,464,462호 및 제 5,572,091호에 공개되어, 알루미늄 및 세륨 산화물 모두를 함유하고, 소량의 티타늄 산화물(titanium oxide)을 선택적으로 함유하는 램프들이 기술되어있다. 이 특허들에 따르면, 알루미늄 산화물 및 세륨 산화물의 구성원자들의 몰 비(molar ratio)는 적어도 0.5이다.
그러나 이러한 선행 기술의 램프들은 XL 램프들에서의 슬리브(sleeves)에서와 같은 일부 어플리케이션에 있어서 불완전한 자외선(UV) 차단 성능을 가지는 것으로 밝혀졌다.
따라서 XL 램프에 사용하기 위해서 적어도 가시광선은 잘 통과시키고 자외선(UV radiation)은 충분히 차단하는 성질의 엔벨로프(envelope)를 포함함으로써, 첫 문단에서 언급한 것과 같은 종류의 전기 램프를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명에서 엔벨로프(envelope)의 석영 유리는 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물 및 세륨 산화물을 포함하는 UV 흡수 석영 유리(UV absorbing quartz glass)이고, 상기 엔벨로프(envelope)의 석영 유리는 알루미늄 산화물 및 세륨 산화물을 0.30에서 0.48의 몰 비로 포함함으로써 본 발명의 목적을 이룰 수 있다.
실리콘 산화물(SiO2) 매트릭스(matrix)에서 상기 산화물들이 소정의 비율로 존재하는 석영 유리는 적어도 가시광선을 잘 투과시키고 자외선을 잘 통과시키지 않는다는 것이 밝혀졌다. 또한 나중에 '도핑된 석영 유리'로도 언급하게 될 석영 유리는, 기술되는 양으로 결합되는 모든 구성요소로 인해 상기의 성질을 갖게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전기 램프의 엔벨로프(envelope)는 알루미늄 산화물에 대해 1 이상 3 이하의 몰 비를 갖는 티타늄 산화물(titanium oxide)을 더 포함한다.
전기 램프가 엔벨로프에 유러퓸 산화물(europium oxide)을 더 포함하여, 세륨 산화물이 0에서 0.5 몰 퍼센트(mole%), 티타늄 산화물이 0에서 0.05 몰 퍼센트, 유러퓸 산화물이 0.01에서 0.05 몰 퍼센트, 그리고 알루미늄 산화물이 최대 0.2 몰 퍼센트의 비율을 차지하고, 알루미늄 산화물/유러퓸 산화물 몰 비가 3 이상 10 이하에 있는 경우에는 훨씬 좋은 결과를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서 바람직한 램프는 0.03 +/- 0.015 몰 퍼센트(mole%)의 세륨 산화물, 0.03 +/- 0.01 몰 퍼센트의 티타늄 산화물, 0.18 +/- 0.015 몰 퍼센트의 알루미늄 산화물, 그리고 0.02 +/- 0.006 몰 퍼센트의 유러퓸 산화물을 포함한다.
세륨, 티타늄, 유러퓸 원소들 각각은, 서로 보완되고 서로 부분적으로 오버랩되는 영역인 자외선 스펙트럼 영역을 흡수한다. 알루미늄 산화물은 유러퓸이 매트릭스(matrix)에서 대체로 2가(bivalent)의 형태로 녹아 있도록 유지시킨다. 특히 Al2O3/Eu2O3의 몰 비가 4 또는 그 이상이 되는 경우 유러퓸에 의한 자외선 흡수가 빛의 투과의 경우에서와 마찬가지로 잘 일어나는 결과를 보인다. 또한 알루미늄은 2가(bivalent) 유러퓸의 존재로 인해 발생하는 석영 유리의 유동적 변화를 방지하는 유리한 효과를 낸다. 도핑된 석영 유리에서 유러퓸 원자 각각에 대해 적어도 4개의 알루미늄 원자, 특히 4개의 알루미늄 원자가 존재하는 경우가 바람직하다.
예컨대 헬륨(helium) 및 수소(hydrogen)에 있어서, 환원 분위기(reducing atmosphere)에서 녹는 동안에, 또한 석영 유리가 얻어질 수 있는 배치(batch)에서 유러퓸이 3가(trivalent) 산화물 형태로 존재할 수 있다면, 상기 원소들의 2가 형태가 나타날 것이다. 배치(batch)는 도핑된 석영 유리의 양이온 원소들의 산화물 또는 다른 방법으로서 원소들의 산화물의 혼합물을 포함할 수 있다.
일반적으로, 광원(light source)의 석영 유리 엔벨로프는 적어도 약 1 밀리미터(mm)의 두께를 갖는다. 유리에 대한 최소 첨가제(additives)의 수는 상기 수치에 기초하게 된다. 적은 수의 첨가제를 사용한 경우 유리의 자외선 차단 능력이 저하될 것이다. 최대 수의 첨가제를 사용한 경우, 도핑된 석영 유리에 있어서 실리콘 산화물의 함유량은 여전히 약 97 퍼센트일 것이고, 유리는 광학적 성질과는 별도로, 용융된(molten) 실리콘 산화물의 성질을 많이 갖고 있을 것이다. 도핑된 석영 유리는 그 구성요소에 의한 불순물들을 함유할 수 있다.
광원은 예를 들어 텅스텐으로 만들어지고, 할로겐을 포함하는 비활성 기체 내부에 구성된 백열체(incandescent body)가 될 수 있다. 다른 방법으로, 광원은 이온화 매체(ionizable medium)에 있는 한 쌍의 전극(electrode)일 수 있으며, 예를 들어 고압에서, 동작 동안 전극 사이에서 방전 아크(discharge arc)가 유지된다. 이온화 매체는 희유기체(rare gas)를 포함하는데 가능한 경우 수은을 함유하거나 금속할로겐화합물(metal halide)을 함유할 수도 있다.
램프 용기(vessel) 및 도핑된 석영 유리의 엔벨로프는 일체화될 수 있으며, 예를 들어 램프 용기는 완전히 도핑된 석영 유리로 구성될 수 있다.
다른 방법으로서, 엔벨로프는 분리된 몸체, 예컨대 램프 용기를 둘러싸는 몸체가 될 수도 있다. 엔벨로프는 그리고 나서 진공기밀 방식으로 밀폐된 외부 전구(outer bulb)가 될 수 있으며, 다른 방법으로 램프 용기와 외부 전구의 사이에 있는 몸체, 예컨대 관 모양의 몸체(tubular body)로서 한쪽 끝이나 양쪽 끝 모두가 닫혀있지 않는 형태가 될 수도 있다.
엔벨로프는, 광원에서 가시광선 뿐 아니라 자외선도 생성되고, 램프는 그 중 가시광선을 사용하여야하는 모든 상황에 있어서 중요한 역할을 하며, 자외선이 생물이나 상품에 해를 입히거나 손상을 주는 것을 방지할 수 있게 한다. 엔벨로프는 또한 엔벨로프가 없었을 때보다 광원의 온도를 높게 올리는데 중요한 역할을 한다. 이를 통해 일반적으로 램프의 발광 효능을 좋게 할 수 있다. 또한 엔벨로프가 없는 경우 램프 용기의 폭발 및 램프의 주변에 손상을 유발하는 파편의 위험성이 큰데, 외부 전구 내부의 튜브 형태 또는 외부 전구의 엔벨로프를 통하여 램프의 안전에 기여할 수 있게 된다.
도 1은 제 1 실시예의 측면도.
도 2는 제 2 실시예의 측면도.
도 3은 제 3 실시예의 측면도.
도 4는 유리 1(예 1)의 투과 곡선 및 미국 특허 제 5,464,462호 및 제 5,572,091호에 기술된 것과 같은 선행 기술 유리의 투과 곡선을 도시한 도면.
도 1에서 전기 램프는 진공 기밀 방식(vacuumtight manner)으로 밀폐된 투명 석영 유리 램프 용기(transparent quartz glass lamp vessel, 2) 내부에 광원(light source, 1)을 가진다. 이 도면에서 광원은 이온화가스(ionizable gas), 예컨대 희유기체(rare gas), 수은, 금속할로겐화합물(metal halide)에 존재하는 한 쌍의 전극이다. 광원은 빛 투과(light-transmitting), 자외선 흡수(UV-absorbing) 성질의 석영 유리로 된 엔벨로프(envelope, 3)를 갖는데, 상기 유리는 알루미늄 산화물과 세륨 산화물, 가능하다면 티타늄 산화물과 유러퓸(europium) 산화물 중에서 선택된 금속 산화물을 포함한다. 도핑된 석영 유리의 엔벨로프는 끝 부분에서 램프 용기에 융합된다. 램프는 램프 캡(cap, 4)을 구비하고, 서플라이 소스(supply source)와의 연결을 위해 케이블(5)이 상기 캡에서 제공된다. 이 램프는 차량용 헤드램프로 사용될 수 있다.
도시된 램프는 표 1의 유리 1 구성에 따라 배치(batch)에서 얻어지는 도핑된 석영 유리로 된 엔벨로프를 갖는다.
도 2에서, 도 1의 대응 부분들은 도 1의 숫자보다 10만큼 큰 숫자로 나타내었다.
여기에 도시된 범용 발광(lighting) 방전 램프는 진공기밀 방식으로 밀폐된 외부 전구(outer bulb, 16)의 내부에, 도핑된 석영 유리로 된 관 모양의(tubular) 엔벨로프(13)를 갖는다. 상기 엔벨로프는 나선으로 감겨있는 금속 와이어(17)로 둘러쌓여 있고, 가시광선 투과시 광원에 의해 생성되는 자외선을 흡수한다. 금속 와이어와 함께, 엔벨로프는 램프 용기(lamp vessel)가 폭발할 때 외부 전구(outer bulb, 16)가 손상되는 것을 방지한다. 램프 캡(14)은 접속 핀(contact pins, 15)을 갖는다.
도 3에서, 도 1의 대응 부분들은 도 1의 숫자보다 20만큼 큰 숫자로 나타내었다. 램프는 백열체(incandescent body)를 광원으로 가진다. 도핑된 석영 유리로 된 엔벨로프(23)은 진공기밀 방식으로 밀폐되어 있다. 그러므로 엔벨로프는 램프 용기와 함께 일체화된다. 그 내부에는 할로겐으로 구성된 가스로 채워져 있다. 금속 램프 캡(metal lamp cap, 24)은 튜브 모양을 하고 있으며, 절연 접속부(25)를 지지하고 그 자체로 제 2 접속부가 된다. 램프는 자외선 없는(UV-free) 차량 램프로 사용하기에 적합하다. 본 발명의 전기 램프에서 사용되는 도핑된 석영 유리를 제공하는 배치(batch)들이 표 1에 몰 퍼센트(molar percents)로 주어져 있으며, 유리 1 및 유리 2 역시 무게에 의한 퍼센트로 주어져 있다.
도 4는 표 1에서의 예시 1(유리 1)의 배치(batch)에서 얻어진 석영 유리의 투과 곡선(transmission curve) 및 선행 기술 유리(미국 특허 제 5,464,462호 및 제 5,572,091호에 기술된 것과 같은)의 유사한 곡선을 도시하고 있다. 이 곡선에서, 상기 유리가 선행 기술 유리보다 가시광선을 적어도 잘 통과시키고 자외선을 잘 차단한다는 것을 볼 수 있다.
다음 표에서 본 발명 및 선행 기술에 따른 유리의 구성을 나타내었다.
<표 1>
| 선행 기술에 따른 유리 무게퍼센트 몰퍼센트 | 본 발명에 따른 유리 1 무게퍼센트 몰퍼센트 | |||
| SiO2 | 99.365 | 99.65 | 99.195 | 99.61 |
| Al2O3 | 0.135 | 0.080 | 0.135 | 0.080 |
| CeO2 | 0.46 | 0.161 | 0.63 | 0.222 |
| TiO2 | 0.04 | 0.030 | 0.04 | 0.030 |
| Eu2O3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Al2O3/CeO2 비 | 0.5 | 0.36 | ||
Claims (6)
- 전기 램프에 있어서,진공기밀 방식(vacuumtight manner)으로 밀폐된 빛 투과 램프 용기(light-transmitting lamp) 내부에 광원(light source, 1)을 포함하고;상기 광원은 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물 및 세륨 산화물(cerium oxide)를 포함하고 빛 투과(light-transmitting), 자외선 흡수(UV-absorbing) 성질을 갖는 석영 유리(quartz glass)로 된 엔벨로프(envelope, 3)를 구비하고,상기 엔벨로프(3)의 석영 유리는 상기 알루미늄 산화물과 세륨 산화물을 0.30 이상 0.48 이하의 몰 비(molar ratio)로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 램프.
- 제 1 항에 있어서, 상기 엔벨로프는티타늄 산화물(titanium oxide)을 알루미늄 산화물에 대해 1 이상 3 이하의 몰 비(molar ratio)로 더 포함하는 전기램프.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 엔벨로프는유러퓸 산화물(europium oxide)을 더 포함하여;세륨 산화물은 0-0.5 몰 퍼센트(mole%), 티타늄 산화물은 0-0.05 몰 퍼센트, 유러퓸 산화물은 0.01-0.05 몰 퍼센트, 그리고 알루미늄 산화물은 최대 0.2 몰 퍼 센트를 차지하고, 알루미늄 산화물/유러퓸 산화물 몰 비가 1 이상 20 이하에 있는 전기 램프.
- 제 1 항에 있어서, 상기 엔벨로프(3)의 석영 유리는0.33 +/- 0.015 몰 퍼센트(mole%)의 세륨 산화물, 0.057 +/- 0.002 몰 퍼센트의 티타늄 산화물, 및 0.13 +/- 0.015 몰 퍼센트의 알루미늄 산화물을 포함하는 전기 램프.
- 자외선 흡수 석영 유리(UV-absorbing quartz glass)로서,실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 및 세륨 산화물을 포함하고,상기 유리는 상기 알루미늄 산화물과 세륨 산화물을 0.30 이상 0.48 이하의 몰 비로 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 흡수 석영 유리.
- 제 5 항에 있어서, 상기 알루미늄 산화물 및 세륨 산화물은0.38 이상 0.42 이하의 몰 비로 존재하는 석영 유리.
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