KR20080019238A

KR20080019238A - 고휘도 방전 램프

Info

Publication number: KR20080019238A
Application number: KR1020077029704A
Authority: KR
Inventors: 마이클 학케
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2008-03-03
Also published as: JP4959852B2; US7893623B2; JP4885213B2; JP2008542993A; EP1889283A2; CN101288148A; CN103985625A; JP2012023055A; WO2006126144A2; KR101243684B1; US20080185967A1; CN103985625B; WO2006126144A3

Abstract

방전 용기(11)를 갖는 내측 전구(1)와, 외측 전구(2)를 포함하는 것으로서, 특히 차량의 헤드라이트 유닛용의 고휘도 방전(HID) 램프가 개시된다. 램프의 런업 및 안정상태 동작 동안 열적 스트레스가 높아지고 석영 온도가 증가하는 것이 방지되어 램프의 광 출력과 수명이 개선되게 하는 램프 설계가 제안된다. 이것은 실질적으로, 램프의 동작 위치에서, 내측 전구(1)의 길이방향 축이 외측 전구(2)의 길이방향 축보다 위로 이동되어, 램프의 상측에서의 방전 용기(11)와 외측 전구(2) 간의 거리가 감소되어, 램프의 하측에서의 방전 용기(11)와 외측 전구(2) 간의 거리가 그에 대응하여 커지도록, 내측 전구(1) 및 외측 전구(2)를 배치하는 것에 의래 달성된다.

고휘도 방전 램프, 열적 스트레스, 길이방향 축, 내측 전구, 외측 전구

Description

고휘도 방전 램프{HIGH-INTENSITY DISCHARGE LAMP}

본 발명은 방전 용기를 갖는 내측 전구와, 외측 전구를 포함하는 것으로서, 특히 차량의 헤드라이트 유닛용의 고휘도 방전(high-intensity discharge, HID) 램프에 관한 것이다.

고휘도 방전 램프, 특히 차량의 헤드라이트 유닛에 사용되도록 제안된 고휘도 방전 램프는 고전력으로 동작한다. 또한, 특정한 반사기 설계 내에서 정의된 방사 특성을 달성하기 위해서는 점상 광원이 필요하기 때문에, 그러한 램프들은 반드시 크기가 작아야 한다.

통상적으로, 이러한 HID 램프는 (방전 기체와 염 충전제(salt filling)를 가두는) 내측 전구와, 내측 전구가 파열되는 경우에 주변 부품들의 손상을 방지하는 동시에 외부의 영향으로부터 내측 전구를 보호하는 외측 전구 또는 램프 엔벨로프로 구성된다. 또한, 외측 전구는 UV 방사로부터 환경을 보호한다.

이러한 구성에 의해, 특히 HID 램프의 런업(runup) 동작 동안 내측 전구에 높은 열적 스트레스가 발생될 수 있다. 또한, 안정상태(steady-state)의 동작 동안 내측 전구의 온도가 높은 것으로 인해, 방전 볼륨 내에 포함되어 있는 염 재료가 내측 전구 벽의 석영 재료와 상당한 범위까지 화학적으로 반응할 수 있다. 이 로 인해, 석영 결정화(quartz crystallization)가 증가하고, 이것은 램프의 수명 특성에 부정적인 영향을 미친다.

이러한 문제는 무수은 방전 기체를 포함하는 HID 램프의 경우에 훨씬 더 심각해지는데, 그러한 램프에는 통상적으로 런업 및 안정상태 동작 동안 수은 방전 램프의 경우보다 더 높은 전류가 공급되기 때문이다.

EP 0481 702는 전기 방전 램프 내에서 광원으로서 채용되는 용융된 석영 아크 튜브(fused quartz arc tube)로부터 열을 제거하기 위한 열전도 수단을 개시하고 있다. 램프의 동작 동안, 열은 내측 튜브 벽의 외측 표면에 있는 용융된 석영 돌기부(protuberance), 및 외측 튜브의 벽에서 내측 튜브의 돌기부 방향으로 연장하는 딤플(dimple) 형태의 대응 돌기부에 의해, 튜브 벽을 통해 제거된다.

그러나, 방전 램프의 튜브 또는 전구 벽에 그러한 추가의 구조 또는 변형을 제공하기 위해서는, 관련된 튜브를 약화시키는 위험이 수반되지 않도록 하는 매우 정밀하고 광범위한 제조 방법이 필요하다.

다른 단점은, 내측 및/또는 외측 튜브의 벽에 있는 그러한 돌기부 및/또는 오목부에 의해, 예를 들어 쉐도우잉 효과(shadowing effect)와 관련하여 광 방사 특성이 영향을 받는다는 것이다. 이것은 방사광의 원하는 분포를 상당히 열화시킬 수 있기 때문에, 예를 들어 차량의 헤드라이트 유닛에서 반사기와 함께 사용되는 램프의 경우에 특히 단점으로 된다.

본 발명의 한 근원적인 목적은, 방전 기체를 가두기 위한 방전 용기를 갖는 내측 전구와, 내측 전구를 둘러싸는 외측 전구를 포함하는 고휘도 방전 램프로서, 램프의 광 방사 특성에는 크게 영향을 미치지 않으면서, 램프의 런업 및 안정상태 동작 동안의 열적 스트레스를 감소시킨 고휘도 방전 램프를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 근원적인 목적은, 앞에서 언급한 것과 같은 고휘도 방전 램프로서, 램프의 광 방사 특성에는 크게 영향을 미치지 않으면서, 특히 안정상태 동작 동안의 최고 온도가, 특히 염 재료와 같은 방전 용기의 충전재에 함유된 성분들이 내측 전구의 벽의 석영 재료와 화학적으로 반응하는 것을 방지하는 값으로 제한되는 고휘도 방전 램프를 제공하는 것이다.

마지막으로, 이러한 목적들은 특히 무수은 HID 램프에 대해 달성된다.

이러한 목적들은 방전 기체를 가두기 위한 방전 용기를 갖는 내측 전구와, 내측 전구를 둘러싸는 외측 전구를 포함하는 고휘도 방전 램프로서, 램프의 수평 동작 위치에서, 내측 전구의 길이방향축이 외측 전구의 길이방향축보다 위에 배치되어, 방전 용기와 외측 전구 간의 거리가 램프의 아래쪽보다 위쪽에서 더 작게 되는 고휘도 방전 램프에 관한 청구항 1에 따라 이루어진다.

이에 의해, 램프의 상측에서의 열 전도가 향상되어, 상측에서 발생되는 최고 온도가 감소된다.

이러한 해결안의 이점은, 통상적으로 램프의 최저 온도 지점인 하측 또는 바닥측에서의 온도가 증가하는 것으로 인해, 램프의 효율, 특히 광 출력이 향상된다는 것이다. 이러한 온도 증가는 방전 용기와 외측 전구 간의 거리가 증가하고, 그에 따라, 이러한 거리를 통한 열 전도가 감소하는 것에 기인한다.

또 다른 이점은, 특히 램프의 안정상태 동작 동안, 램프의 벽의 최저 온도 지점과 최고 온도 지점 간의 온도차가 유효하게 감소하여, 열적 스트레스가 감소한다는 것이다.

이것은, 특히 방전 용기의 최고 온도 지점에서의 온도가 낮아지는 것으로 인해, 램프 벽의 석영 결정화의 경향이 낮아지거나 없어지기 때문에, 램프의 수명을 연장하는 결과를 가져온다.

여기에서는, GB 1 562 929가 수평 동작을 위해 설계된 방전 램프의 구성의 개선으로서, 원통형 방전 엔벨로프의 축이 진공 상태인 내측 엔벨로프를 둘러싸는 외측 엔벨로프의 축보다 실질적으로 수직방향으로 아래에 배치되어 있는 구성을 개시하고 있음을 언급해두도록 하겠다. 이에 의해, 램프의 상부와 하부로부터의 열 복사(heat radiation)의 강도가 상이하게 되어, 램프의 동작 동안 방전 엔벨로프의 상이한 부분들 간의 온도 차이가 감소된다. 이와 달리, 본 발명에 따른 램프에서 구현되는 냉각 및 가열 메커니즘은 열 전도(heat conduction)에 기초를 두고 있으므로, 이러한 종래 기술과는 관련이 없는 것으로 생각된다.

종속항들은 본 발명의 유리한 실시예들을 기재하고 있다.

청구항 2는 비대칭 형태의 내측 전구를 포함하는 실시예를 기재한 것이다.

청구항 3에 따른 실시예는, 상측에서의 냉각이 더 개선된다는 이점을 갖는다. 이 실시예에 대하여, 램프 벽의 재료는 램프의 수명을 단축시키지 않도록, 청구항 4에 따라 선택되는 것이 바람직하다.

청구항 5 및 6은 냉각 효율이 개선되고, 그에 따라 열적 스트레스의 감소도 효율적으로 개선된다는 이점을 갖는다.

청구항 7에 따른 실시예는 특히 차량으로의 응용을 위해 제공된다.

마지막으로, 청구항 8은 본 발명의 따른 램프의 바람직한 치수를 기재하고 있다.

본 발명의 더 상세한 내용, 특징 및 이점은, 바람직한 실시예들에 관한 아래의 설명을 첨부 도면들을 참조하여 읽으면 더 잘 알 수 있을 것이다.

도 1은 수평 동작 위치에 대한 방전 램프의 주요 부분들의 개략적인 종단면도.

도 2는 본 발명에 따른 램프의 제1 실시예에 대한 개략적인 종단면도.

도 3은 본 발명에 따른 램프의 제2 실시예에 대한 개략적인 종단면도.

도 1은 앞에서 언급한 런업 및 안정상태 동작 동안의 문제점을 가지고 있는 고휘도 방전 램프의 전형적인 구성을 종단면으로 도시하고 있다. 램프는 수평 동작을 위해 제공되며, 내측 튜브 또는 전구(1)와, 그 내측 전구(1)를 둘러싸는 외측 튜브 또는 전구 또는 램프 엔벨로프(2)(일부만이 도시됨)를 포함한다.

내측 전구(1)는 방전 볼륨을 가두기 위한, 제1 직경 d1의 제1 중앙 부분 또는 방전 용기(11)를 포함한다. 축을 따라 반대 방향에 있는 방전 용기(11)의 양 단부에는, 방전 용기(11) 내로 연장되며 그 사이에서 기체 방전이 여기되는 전극들(도시되지 않음)을 위한 전기 컨택트를 둘러싸기 위한 제1 및 제2의 연장된 핀치 부(12, 13)가 제공된다. 내측 전구(1)는 실질적으로 원통형인 제2 직경 d2의 외측 전구(2)에 의해 둘러싸여진다.

도 2에 개략적인 종단면이 도시되어 있는 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 램프의 동작 위치에서, 내측 전구 또는 튜브(1)는, 외측 전구 또는 튜브(2)에 대하여, 램프의 상부 또는 상측을 향하는 방향으로 이동되어 있어, 외측 튜브(2)의 상부 벽 부분들과 방전 용기(11)의 인접 벽 부분들 간의 거리가, 외측 튜브(2)의 하부 벽 부분들과 방전 용기(11)의 인접 벽 부분들 간의 거리보다 작게 된다.

이러한 구성은 2가지의 실질적인 이점을 갖는다. 램프의 동작 위치에서, 램프의 상측에서의 외측 석영 전구(2)와 내측 석영 전구(1) 간의 거리를 감소시킴으로써, 열 전도가 증가되어, 방전 용기(110)의 최고 온도 영역들이 효과적으로 냉각될 수 있다. 동시에, 램프의 동작 위치에서, 램프의 하측에서의 방전 용기(11)와 외측 석영 전구(2) 간의 거리가 더 멀어짐으로써, 그러한 멀어진 거리를 통한 열 전도가 감소하여, 최저 온도 지점의 온도가 증가되고, 이에 의해 광 출력이 상당히 개선된다.

내측 전구(1)와 외측 전구(2) 간의 거리와 관련하여, 램프의 상측에서의 최소 거리와 하측에서의 최대 거리 둘다는, 전구들(1, 2) 중 적어도 하나를 위한 관련 실장 수단을 적절하게 조절하는 것에 의해 매우 간단하게 달성될 수 있다.

외측 전구(2)는 바람직하게는 약 10 mbar 내지 약 1 bar, 더 바람직하게는 30 mbar 내지 800 mbar의 압력을 갖는 기체로 채워진다. 실험에 의하면, 이러한 압력 범위에서는, 정상적인 램프 동작 동안 통상적으로 발생하는 온도 범위에서 열 전도가 매우 일정하게 되어, 거의 모든 동작 조건 하에서, 두 전구(1, 2) 간의 선택된 위치가 최적으로 되는 것으로 나타난다. 기체 압력이 10 mbar 미만인 경우, 열 전도는 크게 감소한다.

바람직하게는, 외측 전구(2) 내의 기체는 습한 공기(humid air), 건조한 공기, N₂, O₂, H₂, CO₂, Ar, Ne, Xe, Kr을 포함하는 물질 중 적어도 하나를 포함한다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예를 도시한 도면으로서, 도 1 및 도 2에 대응하는 부분 및 구성요소들은 동일한 참조 부호로 표기되어 있다.

본 실시예에 따르면, 내측 전구 또는 튜브(1)는 외측 전구 또는 튜브(2)에 대하여, 방전 용기(11)가 외측 전구(2)의 벽에 접촉할 정도로 이동되어 있다. 이에 의해, 방전 용기(11)의 냉각이 더 증가된다. 그러나, 외측 전구의 손상을 방지하기 위해서는, 외측 전구(2)가 무칼륨 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전형적인 램프의 방전 용기(11)의 외측 직경 d1은 바람직하게는 약 6㎜, 더 구체적으로는 6.05㎜인 한편, 외측 튜브 또는 전구(2)의 내측 직경 d2는 약 6,7㎜이다. 외측 전구(2)에 대한 내측 전구(1)의 변위(displacement)의 범위는, 램프 충전재, 및 외측 전구(2) 내에서와 외측 전구(2)의 벽을 통한 열 전도와 같은 소정의 매개변수들에 의존하여, 그리고 램프의 전력 및 전구들을 이루는 재료에 의존하여 선택된다.

마지막으로, 앞에서 설명한 바와 같이 외측 전구(2)와 내측 전구(1)를 서로에 대해 변위시키는 것 대신에 또는 그에 더하여, 방전 용기(11), 특히 그 볼륨은, 램프의 동작 위치에서, 램프의 상측 또는 상부에서의 외측 전구(2)의 인접 벽으로부터 방전 용기(11)의 벽의 상부까지의 거리가, 방전 용기(11)의 벽의 하부로부터 외측 전구(2)의 하측 벽까지의 거리보다 작도록, 비대칭의 치수로 형성될 수 있다.

Claims

방전 기체를 가두기 위한 방전 용기(11)를 갖는 내측 전구(1), 및 상기 내측 전구(1)를 둘러싸는 외측 전구(2)를 포함하는 고휘도 방전 램프로서,

상기 램프의 수평 동작 위치에서, 상기 방전 용기(11)와 상기 외측 전구(2) 간의 거리가 상기 램프의 하측보다 상기 램프의 상측에서 더 작도록, 상기 내측 전구(1)의 길이방향 축이 상기 외측 전구(2)의 길이방향 축보다 위로 이동되는 고휘도 방전 램프.
제1항에 있어서, 상기 방전 용기(11)는, 가두고 있는 방전 볼륨이 상기 램프의 동작 위치에서, 상기 외측 전구(2)의 하부에보다 상기 램프의 상부에 있는 외측 전구(2)에 더 가깝게 접근하도록, 비대칭으로 형성되는 고휘도 방전 램프.
제1항에 있어서, 상기 램프의 상측에서 상기 방전 용기(11)와 상기 외측 전구(2) 간의 거리는 제로인 고휘도 방전 램프.
제3항에 있어서, 상기 방전 용기(11)의 벽 재료와 상기 외측 전구(1)의 벽 재료는 칼륨을 함유하지 않는 고휘도 방전 램프.
제1항에 있어서, 상기 외측 전구(1)는 약 10 mbar 내지 약 1 bar 범위 내의 압력을 갖는 기체로 채워지는 고휘도 방전 램프.
제5항에 있어서, 상기 기체는 습윤 공기, 건조 공기, N₂, O₂, H₂, CO₂, Ar, Ne, Xe, Kr 중 적어도 하나를 포함하는 고휘도 방전 램프.
제1항에 있어서, 상기 방전 기체는 수은을 함유하지 않는 고휘도 방전 램프.
제1항에 있어서, 상기 방전 용기(11)의 외측 직경(d1)은 약 6㎜이고, 상기 외측 전구(2)의 내측 직경(d2)은 약 6,7㎜인 고휘도 방전 램프.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 고휘도 방전 램프를 포함하는, 특히 차량을 위한 헤드라이트 유닛.