KR20070086407A - 고압 방전 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제1 단부와 제2 단부를 갖는 세라믹 방전 용기;상기 용기를 폐쇄하는 제1 금속 폐쇄 부재 및 제2 금속 폐쇄 부재- 이들 중 적어도 하나는 금속 전류 피드스루를 포함함 -; 열 팽창 계수가 상기 용기의 열 팽창 계수와 상기 제1 폐쇄 부재의 열 팽창 계수 사이의 것이며, 상기 세라믹 방전 용기의 에지와 적어도 상기 제1 폐쇄 부재 사이에 있는 중간층을 포함하고, 상기 제1 에지는 윤곽 처리되는 고압 방전 램프에 관한 것이다. 윤곽 처리된 에지는 용기의 에지의 경사진 내외 표면에 의해 형성될 수 있다. 이에 의해, 고압 금속 할로겐 화합물 램프에 특히 적절한 저비용의 실링을 제공할 수 있다.

세라믹 방전 용기, 금속 폐쇄 부재, 전류 피드스루, 열 팽창 계수, 중간층, 윤곽 처리, 고압 방전 램프

Description

고압 방전 램프{HIGH-PRESSURE DISCHARGE LAMP}

본 발명은, 제1 에지가 있는 제1 단부와, 제2 단부를 갖는 세라믹 방전 용기; 전류 피드스루를 포함하며, 상기 제1 단부에서 상기 용기를 폐쇄하는 제1 금속 폐쇄 부재; 열 팽창 계수가 상기 세라믹 방전 용기의 열 팽창 계수와 상기 제1 금속 폐쇄 부재의 열 팽창 계수 사이의 것이며, 상기 세라믹 방전 용기의 제1 단부의 제1 에지와 상기 제1 폐쇄 부재 사이에 있는 중간층을 포함하는 고압 방전 램프에 관한 것이다.

고압 방전 램프에는 고압 수은 증기 램프, 금속 할로겐 화합물 램프 및 고압 나트륨 증기 램프가 있다. 이들 공지의 램프 타입들은, 예를 들어, 공장용 조명 램프, 오버헤드 프로젝터 및 컬러 액정 프로젝터용 광원, 차량용 램프 및 일반 조명 등에 폭 넓게 응용되고 있다.

광 투과형 세라믹 방전 용기를 갖는 고압 램프는 일반적으로 세라믹 폐쇄 부재와 금속 전류 피드스루를 포함한다. 세라믹 용기와 금속 피드스루의 열 팽창 계수가 서로 다르기 때문에, 이러한 고압 램프용 기밀 시일을 제공하려는 상당한 진전이 있어 왔다.

폐쇄 부재를 금속 피드스루에 밀봉 결합하기 위해, 미국 특허 4,011,480호에 기재된 바와 같이 실링 세라믹이 사용되었다. 실링 세라믹은 실링 글래스로서도 업계에 알려져 있다. 그러나, 공지의 실링 세라믹은 특히 금속 할로겐 화합물 충전재에 영향을 받기 쉽다. 많은 노력에도 불구하고, 지금까지 부식을 견디어 낼 수 있는 실링 글래스를 개발할 수 없었다.

세라믹 프로젝팅 플러그를 갖는 램프에서는, 실링 세라믹을 갖는 단 구조에 있어서 피드스루와 세라믹 플러그 사이에 잔존하거나 또는 일어나는 균열이 가장 큰 단점이었다. 염분이 이러한 균열 부분에 침투할 수 있다. 특히, 고발광 효율을 얻기 위해 NaCe 요오드화물 등의 강편석의 염분이 적용되는 경우, 버너에 의해 발광되는 광의 컬러 포인트는 네거티브하게 영향을 받게 될 것이고, 그로 인해 컬러 포인트 확산의 증가 및/또는 색 보정 온도(CCT: Color-Corrected Temperature) 및 컬러 포인트의 불안정이 야기된다. 이는 소성시에, 예를 들어, Ce 요오드화물보다 많은 Na 요오드화물이 균열 부분에 침착될 때, 서로 다른 양의 서로 다른 염분 성분이 용기로부터 균열 부분에 전달되기 때문이다. 따라서, 균열은 최소화되거나 또는 회피되어야 한다. 이러한 구성의 다른 단점으로는 확장 플러그를 필요로 하기 때문에 버너가 길다는 것과, 실링 처리로 인해 고가이면서 시간이 걸리는 생산 공정이 필요하게 된다는 것인데, 이는, 예를 들어, 선형 로에서 배치(batch) 당 램프의 수가 제한되는 배치 프로세스로 수행되어야 한다.

이들 단점들은 "Bunk" 등에 의해 실링 글래스를 사용하지 않고도 세라믹 플러그에 기밀하게 소결되는 튜브형 피드스루의 몰리브덴을 갖는 램프를 설명하는 미국 특허 5,404,078호에서 해결되는 것으로 청구되어 있다. 이러한 피드스루는 부 식이나 온도의 변화에 견딜 수 있고, 따라서, 특히, 금속 할로겐 화합물 충전재를 갖는 램프용으로 사용될 수 있다. 이러한 램프는 그의 단부를 폐쇄하는 복수의 세라믹 플러그를 가지며, 각 세라믹 플러그에는 단면이 환형인 몰리브덴 전류 피드스루가 구비되어 있다. 적어도 전류 피드스루의 메인 또는 제1 부재는 튜브형이고, 세라믹 플러그의 열 팽창 계수보다 열 팽창 계수가 작다. 이러한 전류 피드스루는 실링 글래스를 사용하지 않고도 플러그에 기밀 방식으로 소결된다. 세라믹 방전 용기는 기본적으로 알루미나로 구성되고, 비도전성 플러그는 적어도 그 메인 성분으로서 알루미나를 함유한다. 금속 전류 피드스루를 플러그에 직접 소결함으로써, 램프에서 충전재에 의해 침식되는 실링 글래스를 사용하지 않아도 된다. 전류 피드스루는 실링 재료를 사용하지 않고 플러그에 기밀 방식으로 소결된다.

용기와 플러그형 본체가 예비 소성되고, 피드스루는 전극 및 접속 소자들과 함께 그 예비 소성된 플러그 본체의 축 홀에 끼워지며, 그 예비 소성된 플러그 본체의 축 홀에 서브-어셈블리가 위치한다. 플러그 본체와 함께 이러한 서브-어셈블리는 용기 본체의 예비 소성된 에지부에 위치하고, 그 후 피드스루, 플러그 본체 및 용기 본체의 최종 조립체가 함께 소결된다. 그러나, 3개의 부분을 하나의 공정에서 함께 소결함으로써, 누설의 위험성이 증가하여, 튜브형 피드스루는 만들기가 어렵다. 다른 단점으로는 이러한 구성에 의해 램프를 매우 작은 치수로 및/또는 높은 버퍼 가스 압력으로 시일하기 어렵다고 하는 점이다. 실링 프로세스 중에, 램프 내용물이 가열되어, 가스 및 수은의 유출을 초래하게 된다.

발명자 "Nagayma"는 미국 특허 5,742,123호에서 기밀 피드스루에 대한 다른 해결책을 제안하였다. 이 특허는 2개의 에지를 갖는 세라믹 방전 용기 및 그 용기를 폐쇄하는 2개의 폐쇄 부재로 이루어지는 고압 방전 램프를 개시하고 있는데, 폐쇄 부재는 세라믹 방전 용기와 폐쇄 부재 사이에 하나의 금속 전류 피드스루와 다수의 중간층들을 포함하고, 각각의 중간층에서 금속의 양을 증가시키는 것에 의해 열 팽창 계수를 점차 증가시키고 있다. 이러한 기술이 기밀성의 문제점을 해결하고는 있지만, 피드스루와 폐쇄 부재 사이에는 여전히 균열이 존재한다.

종래 기술에 알려진 단점들을 극복하기 위해서는, 균열이 없는 실링 구조, 즉 내약품성이 개선되고 염분 응축의 여지가 감소된 구조를 제공하는 것이 필요하다.

본 발명의 목적은 균열이 없는 실링 구조를 갖는 램프를 제공하는 것으로, 특히 금속 할로겐 화합물 충전재를 갖는 고압 램프에 사용될 수 있는 램프를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 치수가 보다 작고 및/또는 버퍼 가스 압력이 높은 램프를 제공하는 것이다.

본 발명은 또 다른 목적은 튜브형 피드스루의 구성을 회피하고, 3개의 부분을 하나의 공정에서 소결하는 번거로운 프로세스를 회피하는 램프를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 고압 방전 램프는, 제1 에지가 있는 제1 단부와, 제2 단부를 갖는 세라믹 방전 용기; 전류 피드스루를 포함하며, 상기 제1 에지에서 상기 용기를 폐쇄하는 제1 금속 폐쇄 부재; 열 팽창 계수가 상기 세라믹 방전 용기의 열 팽창 계수와 상기 제1 마감 금속 폐쇄 부재의 열 팽창 계수 사이의 것이며, 상기 세라믹 방전 용기의 제1 단부의 제1 에지와 상기 제1 폐쇄 부재 사이에 있는 중간층을 포함하며, 상기 제1 에지가 윤곽 처리되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일부 이점들이 특히 마지막으로 마감될 램프의 방전 용기의 단부에 대해 설명되지만, 램프의 방전 용기의 간단한 마감의 이점이 양측에 적절히 사용될 수 있고, 이에 의하면 본 발명의 램프에 있어서, 제2 단부에서 제2 윤곽 처리된 에지부와 제2 마감 부재 사이에 또 다른 중간층이 있을 수 있다.

본 발명의 램프에서는, 안정적인 램프를 제공하여 금속 할로겐 화합물 램프에 높은 가스 압력으로 충전이 가능한, 간단하고 저렴한 실링 구조가 사용된다.

본 발명의 램프는 세라믹 방전 용기를 포함한다. 본 명세서에와 같이, "세라믹(ceramic)"이라는 용어는 단결정 금속 산화물(예를 들어, 사파이어), 다결정 금속 산화물(예를 들어, 다결정으로 밀하게 소결된 산화 알루미늄 및 산화 이트륨), 및 다결정 비산화물 재료(예를 들어, 질화 알루미늄) 등의 반투명 내화 재료를 의미하는 것을 이해하길 바란다. 이러한 재료에 의해서 1500~1700K의 벽 온도가 가능하고, 할로겐 화합물 및 Na에 의한 약품 부식에 대한 내성이 얻어진다. 본 발명의 목적상, 다결정 산화 알루미늄(PCA; Polycrystalline Aluminum Oxide)이 가장 적절한 것으로 확인되었다. 세라믹 방전 용기는 튜브이어도 되고, 혹은 통 형상이어도 된다.

바람직하게는, 본 발명의 램프가 세라믹 방전 용기의 제1 단부의 제1 에지와 제1 금속 폐쇄 부재 사이에 적어도 2개의 중간층을 포함하며, 열 팽창 계수는 용기로부터 폐쇄 부재로 갈수록 점차 증가한다. 중간층 또는 중간층들을 포함하는 세라믹 방전 용기는, 예를 들어, 코-몰딩(파우더 사출 성형) 또는 인서트 성형에 의해 만들어질 수 있다.

적어도 2개의 중간층이 존재하는 경우, 금속 폐쇄 부재 자체 뿐만 아니라 폐쇄 부재에 인접하는 최종 중간층도 실질적으로 유사한 재료로 이루어진다. 이에 의해, 피드스루를 포함하는 금속 폐쇄 부재를 금속화된 방전 용기에 용접하거나 또는 경 납땜할 수 있다.

본 발명의 램프에서 용기의 단부의 에지는 윤곽 처리된다. 이 윤곽 처리된 에지는 계면에서의 균열 발생, 층간 박리 및/또는 크랙킹의 회피에 매우 도움이 된다. 이러한 윤곽의 형상은 다양하지만, 용기 단부의 에지의 경사진 외측에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 램프의 또 다른 바람직한 실시예에서는, 에지의 내측이 경사져 있다. 용기 단부의 에지의 내외측을 경사지게 하는 것은 윤곽 처리된 에지를 구현하는 매우 간단한 방식이며, 이에 의해 알루미나 용기와 제1 중간층의 계면에서 크랙의 형성이나 누설을 쉽게 초래하는 분리를 형성하지 않고도, 용기와 제1 중간층 사이에 양호한 접착이 가능하다. 예를 들어, 경사 처리에 의해 방전 용기의 에지를 윤곽 처리하는 것은, 에지가 둔각 또는 대부분 직각만으로 이루어진 표면을 갖는다는 중요한 이점이 있다. 에지의 외내측에서 특히 예각을 배제한다는 것은 그 단부에 형성되는 방전 용기, 중간층 및 금속 폐쇄 부재의 마감 구성에서의 응력을 감소하는데 매우 유리하다.

세라믹 방전 용기의 제1 단부와 제1 금속 폐쇄 부재 사이의 중간층들은 열 팽창 계수가 용기의 단부로부터 폐쇄 부재로 갈수록 점차 증가한다. 이는 바람직하게는, 금속 폐쇄 부재에 가장 가까운 층, 즉, 최종층이 실질적으로 금속만으로 이루어지는, 증가된 양의 금속을 함유하는 중간층들에 의해 달성될 수 있다.

최종 중간층 및 금속 폐쇄 부재에 사용된 금속이 바람직하게는 내식성이 높고 열 팽창 계수가 폐쇄 부재의 열 팽창 계수와 가까운 금속이다. 이러한 금속이 바람직하게는 몰리브덴이다.

본 발명의 램프의 또 다른 이점은 최종 중간층과 금속 폐쇄 부재가 레이저 용접 또는 경 납땜에 의해 용이하게 실링가능하고, 이에 의해 균열이 없는 간단한 구성을 구현할 수 있다는 점이다. 이러한 방식의 실링은 램프의 내압이 보다 높아질 수 있는 한편, 램프의 치수가 보다 작아질 수 있다는 추가적인 이점이 있다.

본 발명의 주요 양상들을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 램프의 일부를 나타내는 도면.

도 2 및 도 3은 본 발명의 램프에서의 폐쇄 부재를 갖는 방전 용기 마감의 상세를 나타내는 SEM 도면.

도 4는 종래 기술에 따른 램프에서 용기와 폐쇄 부재 사이의 시일의 상세를 나타내는 SEM 도면.

도 1은 제1 에지(100)를 갖는 세라믹 방전 용기(1)의 제1 단부(11)에서 본 발명에 따른 램프의 일부의 예를 개략적으로 도시하고 있는 것으로, 알루미나 용기는 몰리브덴 중간층(4) 상에서 레이저 시일(6)에 의해 몰리브덴 폐쇄 부재(2)로 폐쇄된다. 몰리브덴 중간층(4)과 경사진 내외 에지측(8 및 9)을 각각 갖는 제1 단부 사이에는, 예를 들어, 알루미나와 몰리브덴의 1:1 혼합물로 이루어지는 제1 중간 서메트층(3)이 있고, 이는 알루미나 용기(1)와 함께 성형된다. 몰리브덴 피드스루(5)와 텅스텐 전극(7)은 폐쇄 부재(2)에 용접된다.

도 2는 도 1을 참조하여 설명된 본 발명에 따른 램프에서 방전 용기(1)의 마감을 나타내는 SEM 도면이다. 여기서, 용기(1)의 제1 에지(100)의 경사진 외측(9)은 몰리브덴과 알루미나가 25:75 중량비(w/w)로 혼합된 혼합물로 이루어진 제1 중간 서메트층(3)에 기밀 방식으로 접속된다. 제2 중간 서메트층(10)은 몰리브덴과 알루미나가 50/50(w/w) 혼합된 혼합물로 이루어진다. 최종 중간층(4)은 몰리브덴으로 이루어지며, 몰리브덴 폐쇄 부재(도시되지 않음)에 용접된다.

도 3은 본 발명에 따른 램프에서 방전 용기(1)의 또 다른 마감을 나타내는 SEM 도면이다. 여기서, 용기의 제1 단부(11)의 제1 에지(100)의 경사진 측(9, 8)은 기밀 방식으로 몰리브덴과 알루미나가 50/50(w/w) 혼합된 혼합물로 이루어진 제1 중간 혼합층(3)에 접속된다. 최종 중간층(4)은 몰리브덴으로 이루어지며, 몰리브덴 폐쇄 부재(도시되지 않음)에 용접된다.

도 4는 도 2에 도시된 층(3 및 10)의 것과 유사한 조성을 갖는 중간층(23, 210)에 의한 용기(21)와 폐쇄 부재(도시되지 않음) 사이의 종래의 시일 상태를 나타내는 도면이다. 용기(21)의 에지측은 경사지지 않는다. 알루미나 용기와 제1 중간층의 계면에 분리(22)가 보여진다. 이러한 분리는, 방전 용기와 폐쇄 부재 사이에 형성되는 시일이 그 분리의 위치에서 크랙의 형성과 누설을 야기하는 경향이 있다는 것을 확인한 바와 같이, 2개의 평면 사이의 종래 기술의 시일의 중대한 단점이 된다.

Claims (9)

1. 고압 방전 램프로서,

   제1 에지를 갖는 제1 단부와, 제2 단부를 갖는 세라믹 방전 용기;

   전류 피드스루를 포함하며, 상기 제1 에지에서 상기 용기를 폐쇄하는 제1 금속 폐쇄 부재; 및

   열 팽창 계수가 상기 세라믹 방전 용기의 열 팽창 계수와 상기 제1 마감 금속 폐쇄 부재의 열 팽창 계수 사이의 것이며, 상기 세라믹 방전 용기의 제1 단부의 상기 제1 에지와 상기 제1 폐쇄 부재 사이에 있는 중간층을 포함하고,

   상기 제1 에지가 윤곽 처리되는(profiled) 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2 단부에서의 윤곽 처리된 제2 에지와 제2 폐쇄 부재 사이에 있는 중간층을 더 포함하는 고압 방전 램프.
3. 제1항에 있어서,

   상기 윤곽 처리된 제1 에지는 상기 용기의 상기 제1 에지의 경사진 외측에 의해 형성되는 고압 방전 램프.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 윤곽 처리된 제1 에지는 상기 용기의 상기 제1 에지의 경사진 내측에 의해 형성되는 고압 방전 램프.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   열 팽창 계수가 상기 용기의 단부로부터 상기 폐쇄 부재로 갈수록 점차 증가하며, 상기 세라믹 용기의 제1 단부와 상기 제1 폐쇄 부재 사이에 존재하는 적어도 2개의 중간층을 포함하는 고압 방전 램프.
6. 제5항에 있어서,

   상기 중간층들은 제1 층으로부터 최종 층으로 갈수록 점차 금속량이 증가하는 고압 방전 램프.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   적어도 상기 금속 폐쇄 부재에 인접하는 층은 실질적으로 유사한 금속으로 이루어지는 고압 방전 램프.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1 금속 폐쇄 부재의 금속은 몰리브덴인 고압 방전 램프.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 램프는 금속 할로겐 화합물 램프인 고압 방전 램프.

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