KR20080073309A - 무-수은 금속 할로겐화물 방전 램프 - Google Patents

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모하메드 라흐만
제임스 안토니 브류어
스티븐 찰스 아세토
세르기이 잘류보프스키이
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명의 금속 할로겐화물 방전 램프(10)는 램프 몸체부(11), 및 상기 몸체부(11)내에 형성된 챔버(14)를 포함한다. 한 쌍의 전극(15, 16)이 챔버(14)내로 연장되고, 이들은 서로 이격되어 배치된 전극 팁들(tip)(15A, 16A)을 갖는다. 방전 매질 조성물은 플라스마를 발생시키는 챔버(14)내에 밀봉되어, 가시광선을 발생시킨다. 조성물은 희가스, 광속을 발생시키는 제 1 금속 할로겐화물, 및 목적하는 램프 작동 전압을 발생시키는 제 2 금속 할로겐화물을 포함한다. 또한, 조성물은 제 1 금속 할로겐화물 또는 제 2 금속 할로겐화물로부터 유도되지 않은, 챔버(14)내에 밀봉된 금속을 원소 형태로 포함할 수도 있다. 제 2 금속 할로겐화물은 목적하는 램프 작동 전압을 발생시키기 위한 수은 대체물로 작용한다.

Description

무-수은 금속 할로겐화물 방전 램프{MERCURY-FREE METAL HALIDE DISCHARGE LAMP}
본 발명은 고휘도 방전(high intensity discharge, HID) 램프에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 석영 또는 세라믹 금속 할로겐화물 방전 램프에 관한 것이다.
전형적인 금속 할로겐화물 방전 램프(10)가 도 1에 예시되어 있으며, 상기 램프는 몸체부(11), 및 상기 몸체부(11)에 일체형으로 부착된 제 1 각부(leg)(12) 및 제 2 각부(13)를 포함한다. 각각의 각부(12, 13)는 몸체부(11)의 반대 쪽으로부터 연장된다. 각부(12, 13) 및 몸체부(11)는 석영 물질 또는 알루미나-기재 세라믹 물질(예컨대, 다결정질 알루미나, 사파이어 또는 이트륨 알루미늄 가넷(garnet))으로부터 일반적으로 제작된다. 제 1 전극(15) 및 제 2 전극(16)은 제 1 각부(12) 및 제 2 각부(13)를 거쳐 각각 연장되고, 램프(10)의 몸체부(11)에 형성된 챔버(14)에서 종결된다. 전극의 팁들(15A, 16A)은, 약 1mm 내지 약 20mm 범위의 소정의 거리만큼 챔버(14)내에서 이격되어, 상기 전극 팁들(15A, 16A) 사이에서 아크(arc) 영역을 형성한다. 챔버(14)의 부피는 전형적으로 약 0.01cc 내지 약 3cc 범위이다. 챔버(14)는 챔버 원위의 각부(12, 13)의 말단에서 가압하에 밀봉된 다.
챔버(14)가 밀봉되기 이전에, 불활성 기체, 금속 할로겐화물 충전재(dose) 및 수은을 함유한 조성물이, 제어된 분위기하에서 방전 램프의 챔버에 주입되고 밀봉된다. 금속 할로겐화물 충전재는 전형적으로 요오드화 나트륨 및 요오드화 스칸듐, 또는 요오드화 나트륨, 요오드화 탈륨, 요오드화 디스프로슘, 요오드화 홀뮴 및 요오드화 툴륨과 같은 금속 할로겐화물의 혼합물이다. 금속 할로겐화물은 발광 성분으로 작용한다. 수은은 청색 범위에서 방전 램프의 방출 스펙트럼에 약간 기여하면서, 전압을 목적하는 수치로 상승시키기 위해서 아크 영역내의 전기 저항을 증가시키는 역할을 주로 한다. 목적하는 수치로 전압을 상승시키는 것은 두 가지 효과를 갖는다: 1) 보다 우수한 루멘 유지율 및 램프 수명을 위해, 램프 작동 전류가 전극 부식을 최소화하는 낮은 수치로 유지될 수 있고, 2) 보다 우수한 램프 효율을 위해 말단-손실(end-loss)을 최소화한다. 고휘도 방전 램프에 대한 목적하는 작동 전압은 전형적으로 70V 내지 150V이어서, 램프 유형 및 목적하는 전력에 따라 전류가 약 0.2amp 내지 약 3.5amp로 유지될 수 있다.
전력이 전극에 공급될 때, 전기 아크가 전극 팁(15A, 16A) 사이에서 충돌하여, 챔버(14)내에서 플라스마 방전을 발생시킨다. 처음에, 아크 방전이 약 7000K의 온도에 달하는 희가스(전형적으로 아르곤 또는 크세논)에 의해 발생된다. 아크 방전은 챔버(14)를 가열하여 그 온도를 약 1000K 이상으로 상승시킨다. 이어서, 수은 및 금속 할로겐화물 충전재가 증발하기 시작한다. 이러한 시작 단계(warm-up phase) 이후에, 램프는 정상 상태(steady state)로 작동되고, 이 때 플라스마 방전 은 희가스 원자(아르곤 또는 크세논), Hg 원자 및 이온, 금속 원자, 및 금속 할로겐화물 충전재로부터 비롯된 분자 뿐만 아니라 이들의 이온 및 전자의 혼합물이 된다. 플라스마 방전의 온도는 전형적으로 약 1000K 내지 약 6000K 범위일 수 있다.
램프 전압은 아크를 형성하는 기체 혼합물의 전도도에 크게 좌우된다. 전형적인 HID 램프에서, 수은은 특정한 목적하는 램프 작동 전압을 유지함으로써 버퍼 기체(buffer gas)로 작용한다. 원자 밀도(또는 증기압), 전자 밀도(또는 이온화 에너지), 및 소위 버퍼 기체에 대한 전자-원자 운동량 전달 단면을 비롯한 여러 파라미터의 함수인 전기 전도성이 비교적 낮기 때문에, 수은은 목적하는 전압을 발생시킬 수 있다.
버퍼 기체인 수은은, 아크 영역에서의 충분한 전기 전항을 제공하고 그 결과 목적하는 램프 전압을 제공하기에 충분히 높은 전자-원자 운동량 전달 단면 및 충분히 높은 증기압을 갖는다. 전자 및 금속 할로겐화물 화합물간의 충돌은 금속 원자의 여기를 일으키고, 가시광선 스펙트럼내의 광 형태로 광자 에너지를 방출시킨다.
수은의 유효성에도 불구하고, 상기 금속을 이용하는 불이익이 있다. 가장 두드러지게, 수은은 매우 독성이고, 건강 및 환경 우려를 야기한다. 전세계적으로, 모든 제품에서 수은의 사용을 제한하거나 또는 일부 경우에는 제외시키는 법 및 규제가 채택되었고/되거나 제안되어 왔다. 따라서, 고휘도 방전 램프에서 광을 발생시킬 목적으로, 수은과 유사한 특성을 갖는 다른 원소 또는 화합물에 의해 수은을 대체하려는 노력이 있어왔다.
석영 램프에서, 금속 할로겐화물 첨가제인 요오드화 나트륨(NaI) 및 요오드화 스칸듐(ScI3)의 존재하에 수은에 대한 대체물로서 요오드화 아연이 개시되어 왔다. 그러나, 스칸듐은 차세대 자동차 헤드램프에서 사용될 기밀재(envelope material)인 알루미나-기재 세라믹에 대해 공격적이고 반응성을 갖는다.
석영 램프에서, 요오드화 디스프로슘 및 요오드화 네오디뮴과 같은 희토류 금속 할로겐화물이 수은을 대체하는 제 2 금속 할로겐화물과 함께 요오드화 스캔듐(ScI3)에 대한 대체물로 개시되어 왔다. 제 2 금속 할로겐화물은 요오드화 알루미늄, 요오드화 철, 요오드화 아연, 요오드화 안티몬, 요오드화 망간, 요오드화 크롬, 요오드화 갈륨, 요오드화 베릴륨 및 요오드화 티탄을 포함한다.
본 발명과 관련하여, 발광 첨가제로서 하나 이상의 희토류 금속 할로겐화물, 요오드화 나트륨 및 요오드화 탈륨의 혼합물과 수은 대체물로서 요오드화 아연을 비롯한(그러나, 이에 한정되는 것은 아니다) 금속 할로겐화물의 다양한 조합물을 배합하여 세라믹 금속 할로겐화물 램프에서 테스트하였다. 이들 화합물의 성능을, 발광 요소로서 희토류 금속 할로겐화물, 요오드화 나트륨 및 요오드화 탈륨의 동일한 조합물과 배합된 수은 조성물을 갖는 금속 할로겐화물 세라믹 램프와 비교하였다. 실험 테스트에 의해 지지되는 이론적 계산은, 수은 대체 금속 할로겐화물이 아크 영역내에서 금속 원자와 유리 요오드 원자로 해리(dissociation)되어 유리 요오드 원자의 높은 압력을 발생시키는 것으로 나타났다. 요오드는 매우 전기적으로 음성인 것으로 알려져 있다. 즉, 아크 영역내의 자유 전자는 비교적 용이하게 요 오드 원자에 부착되어서 요오드 음이온을 발생시킨다. 이러한 효과는 아크 영역내의 전자 밀도를 크게 감소시킨다. 또한, 요오드는 희토류 금속과 반응하여 안정한 화합물, 즉 요오드화 디스프로슘을 형성하여서, 희토류 금속 원자(발광 화합물)의 밀도를 감소시킨다. 유리 요오드의 높은 압력에 의해 발생되는, 전자 밀도 및 발광 화합물 원자(희토류) 둘다의 감소는 가시광선 범위에서의 복사전력 양(램프 루멘)을 감소시킴으로써 램프 성능에 부정적인 방식으로 직접 영향을 준다.
ZnI2 충전된 램프에서 요오드 및 요오드 음이온의 압력은 수은-충전된 램프에서보다 약 10배정도 크다. 이는, 예컨대 발광 원자 밀도 뿐만 아니라 아크 영역내의 전자 밀도가 수은 램프에서보다 ZnI2 충전된 램프에서 매우 낮다는 것을 의미한다. 전자 및 발광 원자가, 발광 금속 원자의 여기 상태를 발생시키는 원인이기 때문에, 최종 효과는 루멘 감소이다.
발명의 요약
본 발명은 무-수은 금속 할로겐화물 방전 램프, 및/또는 이를 위한 조성물에 관한 것이다. 방전 램프는, 발광 방전(luminous discharge)을 발생시키는 제 1 금속 할로겐화물, 및 수은 대체물로서, 램프 전압을 발생시키는 제 2 금속 할로겐화물을 갖는 방전 매질 조성물을 포함한다. 한 양태에서, 상기 조성물은 제 1 금속 할로겐화물이나 제 2 금속 할로겐화물로부터 유도되지 않은 순수한 형태의 금속을 또한 함유한다.
방전 램프의 작동동안에, 제 1 및 제 2 금속 할로겐화물은 할로겐 원자 및 금속 원자를 생성시키며 해리된다. 제 1 할로겐화물의 금속 원자는 램프의 목적하는 광 출력을 제공하고, 제 2 할로겐화물의 금속 원자는 목적하는 램프 전압을 제공한다. 제 2 할로겐화물의 할로겐 원자의 일부는 전자에 부착되어 음이온을 형성하고, 또 다른 일부는 제 1 할로겐화물의 금속과 반응한다. 보다 적은 수의 전자 및 제 1 금속 할로겐화물 원자가 충돌에 이용되어 보다 낮은 루멘 출력을 발생시키기 때문에, 상기 현상은 감소된 양의 루멘을 초래한다. 순수한 형태의 과량의 금속은 할로겐을 끌어들이거나 할로겐과 반응하여, 램프 작동동안에 광속(luminous flux)을 발생시키는 형태의 제 1 금속 할로겐화물 및 전자를 이용가능하게 만든다. 즉, 순수한 형태의 과량의 금속은 과량의 할로겐을 함유하지 않은 원자에 대한 "게터(getter)"로서 작용한다.
앞서 간략하게 기재된 본 발명에 대한 보다 상세한 설명은, 첨부된 도면에 예시된 구체적인 양태와 관련하여 이루어질 것이다. 이들 도면은 본 발명의 전형적인 양태만을 나타낼 뿐이며, 따라서 그의 범위를 제한하는 것으로 간주하지 않는 것으로 간주되며, 본 발명은 첨부된 도면을 이용하여 보다 특정하게 상세히 기술되고 설명될 것이다.
도 1은 금속 할로겐화물 방전 램프의 개략도이다.
도 2는 금속 할로겐화물 테스트 램프 및 Hg-CMH 램프에서 요오드의 분압을 도시한 그래프이다.
도 3은 금속 할로겐화물 테스트 램프 및 Hg-CMH 램프에서 요오드 음이온의 분압을 도시한 그래프이다.
도 4는 금속 할로겐화물 테스트 램프 및 Hg-CMH 램프에서 전자의 분압을 도시한 그래프이다.
도 5는 금속 할로겐화물 테스트 램프에서 디스프로슘 화합물의 분압을 도시한 그래프이다.
도 6은 Hg-CMH 램프에서 디스프로슘 화합물의 분압을 도시한 그래프이다.
도 7은 ZnI2 테스트 램프, 과량의 Zn으로 충전된 ZnI2 테스트 램프 및 Hg-CMH 램프에서 디스프로슘 원자의 분압을 도시한 그래프이다.
도 8A는 사인(sine) 파형 전류의 그래프이다.
도 8B는 사각 파형 전류의 그래프이다.
무-수은 고휘도 금속 할로겐화물 방전 램프에 관한 본 발명은 희가스(예: Ar 또는 Xe), 및 목적하는 범위의 광 스펙트럼내에서 목적하는 양의 루멘으로 발광하는 발광 요소 또는 첨가제로서 제 1 금속 할로겐화물을 포함하는 방전 매질을 함유한다. 매질은, 램프의 목적하는 작동 전압을 유지하기 위해 수은을 대체하는 제 2 금속 할로겐화물을 또한 포함한다. 방전 램프 구조는, 도 1에 예시되어 있고 앞서 기재된 바와 같이 방전 램프의 전형적인 요소를 포함한다.
한 양태에서, 본 발명은 방전 램프의 작동동안에 발생되는 할로겐 및/또는 할로겐 이온과 반응하는 금속을 또한 포함한다. 희가스, 제 1 금속 할로겐화물 및 제 2 금속 할로겐화물로 이루어진, 상기 언급된 방전 매질을 함유하는 방전 램프의 작동동안에, 상기 금속 할로겐화물 둘다의 분자는 아크 영역내에서 금속 원자 및 할로겐 원자로 해리된다. 유리 할로겐 원자의 가장 많은 부분이 제 2 금속 할로겐물, 즉 전압 상승제(voltage riser)인 할로겐화물의 해리로부터 비롯되는 것으로 결론내려졌다. 금속 할로겐화물이 해리되어 생성된 할로겐 원자는 제 1 금속 할로겐화물의 금속과 반응하여, 광을 발생시키는데 필요한 광자를 방출시킬 수 없거나 방출시키지 않는 안정한 분자 화합물을 형성하고, 그 결과 램프의 루멘 출력을 감소시킨다.
도 1에 예시되어 있으며 자동차 헤드램프에 사용되는 세라믹 금속 할로겐화물 램프의 대표적인 램프와 유사한 구조를 갖는 방전 램프가 방전 매질의 다양한 조성물을 이용하여 테스트되었다. 방전 램프는 다결정질 알루미나(PCA) 세라믹으로 제작된 아크관을 갖는 70와트(70W) 세라믹 금속 할로겐화물 램프이었다. 방전 램프의 챔버의 부피는 0.28㎤(cc)이었고, 전극 팁간의 거리는 7mm이었다. 전극은 전극 팁을 형성하는 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)을 포함하는 전도성 금속의 조합물로 구성되었다. 그러나, 본 발명의 방전 매질은 석영, YAG(이트륨 알루미늄 가넷) 또는 사파이어와 같은 다른 물질로 제작된 램프, 또는 다른 크기의 램프에서 사용될 수 있다. 예컨대, 방전 매질은 약 0.01cc 내지 약 3cc 범위의 부피를 갖는 일반적인 조명에 사용되는 램프에 사용될 수 있고, 전극 팁간의 거리는 약 1mm 내지 약 20mm 범위일 수 있으며, 와트수는 약 20W 내지 약 400W 범위일 수 있다. 자동차 또는 비디오 용도와 같은 광학 용도에서, 램프 챔버의 부피는 약 0.01cc 내지 약 0.1cc 범위일 수 있고, 전극 팁간의 거리는 약 1mm 내지 약 6mm 범위일 수 있다.
테스트된 램프는 발광 물질로 작용하는 동일한 양의 제 1 금속 할로겐화물 및 전압 "상승제" 또는 수은 대체물로 작용하는 제 2 금속 할로겐화물의 다양한 조합 및 양을 이용하는 방전 램프를 포함하였다. 제 2 금속 할로겐화물의 충전재의 유형, 양, 밀도 및 조성, 및 램프 작동 전류 및 전력과 같은 다양한 요인을 고려하여 램프 작동 전압 및 루멘의 측면에서 램프의 성능을 모니터링(monitoring)하였다. 이들 시험 결과를, 전압 상승제로 수은을 함유한 표준 세라믹 금속 할로겐화물 램프(Hg-CMH 램프)에 대해 실시된 유사한 테스트와 비교하였다. 테스트 램프 및 Hg-CMH 램프 모두는 동일한 조합 및 양의 발광 요소 또는 제 1 금속 할로겐화물 뿐만 아니라 동일한 양 또는 압력의 희가스를 포함하였다. 더욱 구체적으로, 모든 램프는 NaI 및 희토류 금속 할로겐화물 TlI, DyI3, HoI3 및 TmI3 뿐만 아니라 200토르의 Ar을 포함하였다. 제 1 금속 할로겐화물은 하나 이상의 발광 요소 또는 첨가제를 의미한다. 한 양태에서, 발광 요소의 전체 충전량(dose amount)은 10mg 또는 약 36mg/cc이고, NaI 66.8중량%, TlI 9.2중량%, DyI3 12중량%, HoI3 6중량% 및 TmI3 6중량%를 포함한다. 그러나, 당업계의 숙련자들은 충전재의 비, 양 또는 화합물이, 사용되는 방전 램프의 유형에 따라 다양할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 모든 램프는 200토르로 챔버내에 밀봉된 불활성 기체 아르곤을 함유하였다. 램프내의 아르곤 압력은 약 100토르 내지 약 300토르 범위일 수 있다.
테스트를 실시하기 이전에, 수은에 필적할만한 특성, 즉 높은 증기압(또는 높은 원자 밀도), 높은 이온화 에너지(또는 낮은 전자 밀도) 및 큰 전자-원자 운동량 전달 단면을 갖는 다양한 요오드화 금속이 선택되었다. 다양한 요오드화 금속의 증기압이, 자동차용 세라믹 금속 할로겐화물 램프에 대한 1200K 냉점(cold spot) 온도에 대해 계산되었다. 증기압을 계산하기 위해 선택된 파라미터는 테스트에 사용된 특정 방전 램프에 의해 결정되었다. 그러나, 이러한 파라미터는 테스트되는 방전 램프의 유형에 따라 다를 수 있다. 또한, 허용가능한 금속 할로겐화물을 제공하기 위해 브롬 및 염소와 같은 다른 할로겐이 사용될 수 있다.
수은을 대체하기 위한 후보물로 선택된 이들 금속 할로겐화물은 1200K의 냉점 온도에서 1atm 이상의 증기압 및 6eV 이상의 이온화 에너지를 갖는 금속 할로겐화물을 포함하였다. 선택된 이들 금속은 아연, 알루미늄, 인듐, 갈륨, 지르코늄, 하프늄, 안티몬, 니켈, 티탄, 철, 마그네슘, 구리 및 베릴륨을 포함하였다. 금속 할로겐화물 화합물의 최소 증기압 또는 최소 이온화 에너지와 같은 선택 파라미터는 테스트되거나 이용되는 램프의 유형에 따라 다를 수 있다.
작동 전압 및 루멘의 측면에서 테스트 램프의 성능을 Hg-CMH 램프의 성능과 비교해서, 허용가능한 전류에서 허용가능한 전압 및 루멘을 유지하는 측면에서, 어떤 금속 할로겐화물 수은 대체물이 수은에 비교되는 성능을 나타내는지를 결정하였다.
하기 표 I은, Hg-CMH 램프와 유사하게 약 66W 내지 약 71W 전력 범위내에서 작동하는 테스트 램프의 성능을 나타내는 샘플 테스트 램프의 테스트 결과 및 충전재량을 포함하는 요오드화 금속의 목록을 제공한다.
샘플번호 충전재 유형 충전재 1 (mg) 충전재 2 (mg) 전체 충전재 (mg) 전압 (V) 전류 (A) 전력 (W) 광속 (Ims) LPW (Lms/W)
521 CMH-Hg 4.4 - 4.4 69 0.95 66 5488 84
629 ZnI2/AlI3 3.8 3.5 7.3 49 1.40 69 3330 48
660 InI 4.3 - 4.3 39 1.72 67 3070 46
574 ZnI2 9.1 - 9.1 42 1.62 68 3018 44
700 ZnI2/GaI2 5.4 5 10.4 96 0.74 70 3021 43
575 AlI3 10.1 - 10.1 47 1.41 66 2600 40
668 InI3 2.4 - 2.4 47 1.42 67 2607 39
565 GaI2 11.2 - 11.2 79 0.88 69 1321 19
636 MgI2 13.5 - 13.5 28 1.51 43 801 19
532 SnI4 15.3 - 15.3 24 1.41 34 406 12
539 CuI 16.3 - 16.3 19 1.63 31 156 5
611 SbI3 6.8 - 6.8 51.3 0.78 40 171 4
538 FeI2 18 - 18.0 28 1.24 35 131 4
643 NiI2 7.3 - 7.3 27 1.48 38 70 2
예로써, Hg-CMH 램프는 4.4mg 충전량의 수은을 포함하고, 66와트 전력에서 작동하며, 69V 전압을 발생시키고, 와트당 84루멘의 효율을 유지하였다. 테스트 램프 660은 제 2 금속 할로겐화물 수은 대체물로서 4.3mg 충전량의 요오드화 인듐(InI3)을 포함하였다. 67.15와트 전력에서, 테스트 램프 660은 39와트 전압, 및 와트당 46루멘의 효율을 유지하였다.
테스트 램프 629는 제 2 금속 할로겐화물 수은 대체물로 3.8mg 충전량의 ZnI2 및 3.5mg 충전량의 AlI3을 포함하였다. 69와트에서 작동하는 상기 테스트 램프는 49V의 작동 전압, 및 와트당 48루멘의 효율을 나타내었다.
MgI2, SnI4, CuI, SbI3, FeI2 또는 NiI2을 포함하는 테스트 램프는 수은에 대한 허용가능한 대체물로 작용하기 위한 루멘 출력을 발생시킬 정도로 충분히 높은 전력에서 작동하지 않았다.
제 2 금속 할로겐화물의 양 또는 밀도의 증가는 램프의 작동 전압을 증가시키는데 도움이 되지만 테스트 방전 램프의 와트당 루멘을 반드시 증가시키지는 않는다는 것이 밝혀졌다. 실제로, 제 2 금속 할로겐화물의 양에 따른 전압 증가는 루멘을 감소시켰다. 표 II에, 상이한 양의 GaI2을 함유하는 8개 테스트 램프 각각에 대한 테스트 결과를 나열하였다.
샘플번호 충전재 유형 충전량 (mg) 충전재 밀도 (mg/cc) 전압 (V) 전류 (A) 전력 (W) 광속 (Ims) LPW (Lms)
583 GaI2 1.9 6.8 29 2.24 66 2418 37
581 GaI2 4.0 14.4 38 1.72 65 2398 37
582 GaI2 4.5 16.2 45 1.60 72 2498 35
567 GaI2 6.2 22.3 70 1.16 70 2087 30
568 GaI2 6.8 24.5 58 1.16 68 2118 31
593 GaI2 8.1 29.2 81 0.81 65 1744 27
565 GaI2 11.2 40.3 79 0.88 69 1321 19
565 GaI2 11.2 40.3 77 0.83 64 1196 19
표 II에 나타낸 바와 같이, 테스트 램프 581은 제 2 금속 할로겐화물 수은 대체물로서 GaI2 4.0mg 충전량 또는 16.2mg/cc 밀도를 가지며 와트당 37루멘의 최고 루멘 출력을 나타내었다. 테스트 램프 582는 GaI2 4.5mg 충전량을 함유하였고, 루멘 출력은 와트당 35루멘으로 약간 감소되었다. 6.2mg 충전량 또는 22.3mg/cc의 GaI2를 함유하며 와트당 30루멘을 발생시키는 테스트 램프 567에서는 루멘 출력이 더욱 크게 감소되었다. 실시된 테스트에 근거할 때, 약 1mg/cc 내지 최대 약 100mg/cc 범위의 제 2 금속 할로겐화물 수은 대체물의 충전량이 금속 할로겐화물 방전 램프의 작동에 충분한 전압 및 루멘을 발생시킬 수 있음이 결정되었다. 충전량의 바람직한 범위는 약 5mg/cc 내지 약 20mg/cc이며, 바람직한 충전량은 약 18mg/cc이다.
테스트 램프가 Hg-CMH 램프만큼 높은 루멘 출력을 발생시키지 않았으나, 램프 챔버의 냉점 온도의 증가는 루멘을 증가시킬 수 있다. 이는 챔버의 형태를 변화시킴으로써, 즉 챔버의 길이, 직경 및/또는 부피를 감소시킴으로써 및/또는 발광 금속 할로겐화물(제 1 할로겐화물) 충전재와 관련된 파라미터를 변화시킴으로써 이루어질 수 있다. 냉점 온도를 증가시킴으로써, 제 1 금속 할로겐화물 및 제 2 금속 할로겐화물 둘다의 챔버내의 증기압은 증가될 수 있으며, 이것은 루멘 출력의 증가로 이어진다. 또한, 발광 금속 할로겐화물 요소의 적절한 충전재 유형 및 조성을 선택하면 루멘을 증가시킬 수 있다.
전술한 테스트 이외에, 요오드, 요오드 음이온, 전자 및 디스프로슘 화합물에 대한 분압을 약 1000K 내지 약 6000K 범위의 온도에서 금속 할로겐화물(ZnI2) 테스트 램프 및 표준 Hg-CMH 램프에 대해 계산하였다. 이는 온도가 측정되는 아크 영역내의 위치에 따라 좌우되는 아크 영역의 작동 온도 범위이다. 도 2에는, 램프 챔버내의 요오드 압력을 램프 챔버내의 온도에 대해 도시하였다. 전술한 바와 같이, 램프내의 금속 할로겐화물 수은 대체물은 ZnI2이었다. 요오드 압력은 수은 Hg-CMH 램프에 비해 ZnI2 테스트 램프에서 실질적으로 일관되게 더 높았다.
마찬가지로, ZnI2 테스트 램프의 챔버내 요오드 음이온의 분압은 Hg-CMH 램프에서보다 더 높았다. 도 3에는, 램프 챔버내의 요오드 음이온의 분압을 램프 챔버내의 온도에 대해 도시하였다. 요오드 음이온의 분압은 약 3000K 내지 약 6000K의 온도에서 수은 Hg-CMH 램프에 비해 ZnI2 테스트 램프에서 일관되게 더 높았다.
테스트 램프내의 증가된 요오드 분압은, ZnI2의 해리가 일어나서 요오드를 생성시키고 이후에 요오드 음이온을 생성시키는 것을 나타낸다. 요오드의 큰 전기음성도 특성을 고려하여, 전자 분압을 약 3000K 내지 약 6000K의 온도 범위에서 계산하였다. 도 4는 램프 챔버내의 전자 분압 대 온도를 도시한 그래프이다. ZnI2 테스트 램프내의 전자 압력은 Hg-CMH 테스트 램프의 전자 압력보다 일관되게 더 낮았다. 요오드는 아크 영역에서 전자를 끌어들이고, 그 결과 제 1 금속 할로겐화물(발광 요소)의 금속 여기를 위해 아크 영역에서 이용가능한 전자의 수를 감소시키는 것으로 결론지어졌다. 이는 금속 할로겐화물 수은 대체물 테스트 램프의 루멘 출력을 감소시켰다.
또한, 디스프로슘 화합물의 분압을 상기 온도내에서 계산하였다. 이러한 고온에서, 요오드화 디스프로슘은 요오드화 아연처럼 해리된다. 요오드는 디스프로슘 원자와 반응하여, 발광하지 않거나, 광뿐만 아니라 디스프로슘 원자도 방출하지 않는, 보다 안정한 DyI, DyI2 및 DyI3 분자를 형성한다. 도 5 및 6에는, 디스프로슘 화합물의 분압이 금속 할로겐화물 테스트 램프 및 Hg-CMH 램프에 대해 약 1000K 내지 약 6000K 온도 범위에서 계산되었다. 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 예컨대 4000K에서, ZnI2 테스트 램프내에서의 디스프로슘의 분압은 Hg-CMH 테스트 램프에서보다 실질적으로 더 낮았다. 반대로, 이와 동일한 온도에서, DyI3, DyI2 및 DyI의 분압은 Hg-CMH 램프에서보다 ZnI2 테스트 램프에서 실질적으로 더 높았다.
본원에서는, ZnI2 램프에서 발광 요소의 분압 감소에 대한, 고압의 유리 요오드의 영향을 디스프로슘에 대해 예시하였지만, 동일한 결과가 다른 발광 요소, 즉 나트륨, 탈륨, 홀뮴 및 툴륨에서도 나타났다.
전자 및 발광 요소의 압력 및/또는 양을 감소시키는데 있어서의 요오드 및 요오드 음이온의 영향을 극복하기 위하여, 순수한 형태의 금속(금속 할로겐화물이 아님)을 금속 할로겐화물 테스트 램프의 방전 매질 조성물에 첨가하였다. 예컨대, 아연이 요오드화 아연 충전재와 함께 포함되었다. 첨가된 다른 금속은 알루미늄, 갈륨 및 인듐, 또는 이들 금속 2개, 3개 또는 4개의 혼합물을 포함하였다. 하기 표 III에는 수은 대체물로서 요오드화 아연 충전재 및 아연 충전재를 포함하는 샘플 테스트 램프를 나열하였다. 모든 다른 테스트 램프에서와 같이 동일한 발광 요소(제 1 금속 할로겐화물)를 동일한 충전량으로 이들 테스트 램프에서 사용하였다. 또한, 아르곤을 동일한 압력에서 챔버내로 주입하였다.
샘플번호 충전재 유형 ZnI2 충전량 (mg) ZnI2 충전재 밀도 (mg/cc) 전압 (V) 전류 (A) 전력 (W) 광속 (Ims) LPW (Lms)
676 Zn/ZnI2 5.8 20.9 67 0.83 71 3672 52
677 Zn/ZnI2 6.1 22.0 75 0.87 71 3954 55
684 Zn/ZnI2 6.9 24.8 73 0.96 70 3846 55
693 Zn/ZnI2 7.1 25.6 78 0.90 70 3857 55
692 Zn/ZnI2 9.2 33.1 80 0.88 70 3456 49
679 Zn/ZnI2 9.5 34.2 83 0.86 71 3609 51
678 Zn/ZnI2 10.3 37.1 84 0.82 70 3271 47
690 Zn/ZnI2 10.9 39.2 86 0.82 70 3124 45
667 Zn/ZnI2 14.5 52.2 89 0.78 69 2845 41
요오드화 아연과 배합될 때, 아연의 충전량은 약 4mg 내지 최대 약 14.5mg 범위이다. 그러나, 상이한 양의 아연, 다른 금속 및 혼합물이 하나 이상의 금속 할로겐화물 수은 대체물과 함께 사용될 수 있다.
Hg-CMH 램프의 전압과 유사한 전압 또는 약 65W 내지 약 71W 범위의 전압에서 작동하는 상기 테스트 램프의 테스트 결과를 금속 할로겐화물 수은 대체물을 갖는 다른 테스트 램프 및 Hg-CMH 램프의 테스트 결과와 비교하였다. 하기 표 IV는 하나 이상의 금속 할로겐화물 수은 대체물 충전재와 함께 금속 충전재를 갖는 샘플 테스트 램프를 열거하고 있다. 아연을 "요오드 콜렉터(iodine collector)"로서 첨가하였다. 즉, 아연이, 이용가능한 요오드 또는 요오드 이온과 반응하여서 일요오드화 아연 및 다른 요오드화 아연 화합물을 형성하였다. 그 결과, 요오드 원자의 상당 부분이, 광 방전을 발생시키는데 이용가능한 제 1 금속 할로겐화물의 금속 원자 및 자유 전자를 모으거나 이와 반응하지 못하게 된다.
샘플 번호 충전재 유형 충전재1 (mg) 충전재2 (mg) 충전재3 (mg) 전체충전재 (mg) 전압 (V) 전류 (A) 전력 (W) 광속 (Ims) LPW (Lms)
521 CMH-Hg 4.4 - - 4.4 69 0.95 66 5488 84
677 Zn/ZnI2 13.5 6.1 - 19.6 75 0.87 71 3954 55
695 Zn/ZnI2/GaI2 19.6 4.2 3.8 27.6 77 0.91 70 3846 55
705 Zn/ZnI2/AlI3 15 4.1 4.3 23.4 83 0.84 70 3437 49
629 ZnI2/AlI3 3.8 3.5 - 7.3 49 1.40 69 3330 48
660 InI 4.3 - - 4.3 39 1.72 67 3070 46
574 ZnI2 9.1 - - 9.1 42 1.62 68 3018 44
700 ZnI2/GaI2 5.4 5 - 10.4 96 0.74 70 3021 43
575 AlI3 10.1 - - 10.1 47 1.41 66 2600 40
668 InI3 2.4 - - 2.4 47 1.42 67 2607 39
565 GaI2 11.2 - - 11.2 79 0.88 69 1321 19
636 MgI2 13.5 - - 13.5 28 1.51 43 801 19
532 SnI4 15.3 - - 15.3 24 1.41 34 406 12
539 CuI 16.3 - - 16.3 19 1.63 31 156 5
611 SbI3 6.8 - - 6.8 51 0.78 40 171 4
538 FeI2 18 - - 18 28 1.24 35 131 4
643 NiI2 7.3 - - 7.3 27 1.48 38 70 2
과량의 금속을 갖는 테스트 램프는 허용가능한 전류에서 더 높은 전압 및 루멘 수치를 일관되게 나타내었다. 금속 충전재 없이 금속 할로겐화물 수은 대체물을 갖는 상기 테스트 램프에서의 최고 루멘 출력은 테스트 램프 629에서 얻어졌다. 상기 테스트 램프는 각각 3.8mg 및 3.5mg의 충전량의 ZnI2 및 AlI3의 혼합물을 포함하였다. 루멘 출력은 와트당 48루멘이었다. 그러나, 전압은 49V로 비교적 낮았다. 상기 테스트 램프에 대한 최고 전압 출력은 테스트 램프 565에서 얻어졌다. 상기 램프는 수은 대체물로 GaI2 11.2mg 충전재를 포함하였고, 79V 전압을 발생시켰다. 그러나, 루멘은 와트당 19루멘으로 비교적 낮았다.
이에 비해, 테스트 램프 677은 13.5mg 충전량의 Zn 및 6.1mg 충전량의 ZnI2를 포함하였다. 이 램프는 75V 전압, 및 와트당 55루멘을 나타내었다. 실제로, 충전량의 하나 이상의 제 2 금속 할로겐화물과 함께 충전량의 아연을 포함하는 테스트 램프 695 및 705 각각은, 제 2 금속 할로겐화물과 함께 과량의 금속을 갖지 않는 테스트 램프보다 더 높은 전압 및 루멘을 나타내었다. 챔버내의 과량 금속의 충전량은 약 1mg 내지 약 15mg 범위이거나, 또는 약 3.6mg/cc 내지 약 72mg/cc 범위의 밀도일 수 있다. 바람직하게, 과량 금속의 충전량은 약 2mg 내지 약 5mg 범위이거나, 또는 밀도가 약 7.2mg/cc 내지 약 18mg/cc 범위일 수 있다.
디스프로슘에 대한 분압을 1000K 내지 약 6000K의 온도 범위내에서 계산하였다. 도 7에, 챔버내의 디스프로슘의 압력 대 온도를 도시한 그래프를 나타냈다. 상기 그래프는 선택된 온도 범위내에서 과량의 아연을 갖는 테스트 램프의 디스프로슘 분압이 금속을 갖지 않는 테스트 램프보다 일관되게 더 높다는 것을 증명한다. 보다 많은 디스프로슘이 발광 요소로 이용가능하였고, 그 결과 보다 높은 루멘 수치를 가져왔다. 따라서, 아연, 알루미늄, 갈륨 또는 인듐 금속 할로겐화물이 금속 할로겐화물 방전 램프에서 수은에 대한 허용가능한 대체물로 작용할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 발광 방전을 위한 발광 요소 및 전자를 이용가능하게 하기 위하여, 램프 작동동안에 생성되는 할로겐 또는 할로겐 이온과 반응하는 금속을 첨가하는 것은 램프 효율을 증가시킨다.
일반적인 조명에 사용되는 대부분의 수은 세라믹 금속 할로겐화물은 사인 파형 전류를 발생시키는 발라스트(ballast)를 사용하여 전형적으로 작동한다. 테스트 램프가 세라믹 금속 할로겐화물 램프의 복제물이기 때문에, 사용된 발라스트는 사인 파형 전류를 발생시켰다. 테스트 램프는 안정된 방식으로 작동할 수 없거나, 사인 파형 전류를 이용해서는 전혀 작동할 수 없다는 것이 밝혀졌다. 램프 대부분은 작동 후 약 30초 내지 약 1분내에 꺼졌다.
재점등(re-ignition) 전압은 사인 파형 전류에서 지나치게 높았다. 이는 할로겐의 높은 압력 및 그의 전기음성도 효과때문이었다. 임의의 AC 전류 파형에서, 인가된 전류는 극성 변화 동안에 0이 되고, 그 결과 플라스마 온도 및 전자 밀도가 크게 감소된다. 극성 변화 직후에, 플라스마는 다시 "재점등"되고, 전자 밀도는 다시 증가한다. 이러한 현상은 일반적으로 "재기 전압(re-striking voltage)"이라고 불리우는 스파이크와 함께 램프 작동 전압의 파형에서 나타난다. 높은 압력의 요오드의 존재하에, Hg가 금속 할로겐화물 충전재로 대체되어 Hg을 함유하지 않는 램프의 경우에서와 같이, 요오드의 전기음성도 효과로 인해 극성 변화 동안에 전자 밀도가 추가로 감소된다. 이것은 플라스마가 "재점등"되기 어렵게 만들고, 이로 인해 매우 높은 "재기 전압" 스파이크를 유발한다. 최종 효과는, 사인 파형으로 작동하는 무-수은 램프가 불안정하거나 또는 시작후 약 30초 내지 60초내에 꺼진다는 것이다.
본 발명과 관련된 연구에서, 이러한 문제점이 전류 파형을 사인 형태에서 사각 형태로 변화시킴으로써 해결될 수 있음이 밝혀졌다. 도 8A 및 8B를 참조하면, 제 1 반주기(half cycle) 및 제 2 반주기에서 최대 전류의 절대값 사이의 전이 시간은 사각 형태의 전류 파형보다 사인 형태의 전류 파형에서 훨씬 더 크다. 예컨대, 60Hz의 작동 주파수의 경우, 상기 전이 시간은 사인 형태의 파형인 경우 약 8.3밀리초이고, 사각 형태의 파형인 경우 약 50마이크로초이다. 따라서, 사각 파형의 경우, 전이 시간이 크게 감소될 수 있다. 이와 같이 함으로써, 플라스마 온도가 낮아지고 전자가 재조합될 기회를 가질 수 있는 기간이 크게 감소된다. 요약하자면, 무-수은 램프에서 사각 파형을 갖는 "재기 전압"은 Hg 램프의 경우에 필적하였고, 사각 파형으로 작동되는 본 발명과 관련된 연구에서 테스트된 모든 무-수은 램프는 안정된 방식으로 작동하였다.
본 발명의 바람직한 양태가 본원에 도시되었고 기재되었지만, 이러한 양태는 단지 예로서 제공되는 것임이 명백하다. 다양한 변형, 변화 및 대체가 본원의 본 발명에서 벗어나지 않고 당업계의 숙련자들에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구의 범위의 진의 및 범주에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims (35)

  1. 밀봉된 챔버(chamber)(14)를 갖는 아크관(arc tube)(11);
    소정의 거리만큼 서로 이격된 전극 팁들(tip)(15A, 16A)을 가져, 이들 사이에 아크 영역(arc region)을 형성하는, 상기 챔버(14)내에 위치한 한 쌍의 전극(15, 16);
    가압하에 상기 챔버(14)내에 밀봉된 불활성 기체;
    광속(luminous flux)을 발생시키는, 상기 챔버(14)내에 밀봉된 제 1 금속 할로겐화물;
    알루미늄, 갈륨, 인듐 및 아연으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 갖는, 상기 챔버(14)내에 밀봉된 제 2 금속 할로겐화물; 및
    원소 형태이고, 제 1 금속 할로겐화물이나 제 2 금속 할로겐화물로부터 유도되지 않은, 상기 챔버(14)내에 밀봉된 금속을 포함하는
    무-수은 금속 할로겐화물 방전 램프(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 금속 할로겐화물의 금속이 알루미늄, 갈륨, 인듐 및 아연으로 이루어진 군으로부터 선택된 방전 램프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 할로겐화물이 디스프로슘(dysprosium), 탈륨(thallium), 툴륨(thulium), 프라세오디뮴(praseodymium), 스칸듐, 세륨 및 홀뮴으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 방전 램프.
  4. 제 1 항에 있어서,
    충전량(dose amount)의 요오드화 나트륨을 추가로 포함하고,
    상기 제 1 금속 할로겐화물이 요오드화 디스프로슘, 요오드화 탈륨, 요오드화 툴륨 및 요오드화 홀뮴, 요오드화 스칸듐, 요오드화 세륨, 요오드화 프라세오디뮴 또는 요오드화 네오디뮴의 혼합물을 포함하는 방전 램프.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 할로겐화물의 충전량이 약 36mg/cc이고, 중량 기준으로 요오드화 나트륨 66.8%, 요오드화 탈륨 9.2%, 요오드화 디스프로슘 12%, 요오드화 홀뮴 6% 및 요오드화 툴륨 6%의 금속 할로겐화물을 포함하는 방전 램프.
  6. 제 1 항에 있어서,
    요오드화 나트륨 충전재(dose)를 추가로 포함하는 방전 램프.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 할로겐화물의 할로겐이 요오드, 브롬 및 염소로 이루어진 군 으로부터 선택된 방전 램프.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 할로겐화물이 약 5mg/cc 내지 약 100mg/cc의 충전량으로 상기 챔버내에 존재하는 방전 램프.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 할로겐화물이 약 10mg 또는 36mg/cc의 충전량으로 상기 챔버(14)내에 존재하는 방전 램프.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 금속 할로겐화물이 약 3mg/cc 내지 약 72mg/cc의 충전량으로 상기 챔버(14)내에 존재하는 방전 램프.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 금속 할로겐화물이 약 6mg/cc 내지 약 18mg/cc의 충전량으로 상기 챔버(14)내에 존재하는 방전 램프.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속이 약 3mg/cc 내지 약 18mg/cc의 충전량으로 상기 챔버(14)내에 존 재하는 방전 램프.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속이 약 3mg/cc 내지 약 54mg/cc의 충전량으로 상기 챔버(14)내에 존재하는 방전 램프.
  14. 제 1 항에 있어서,
    전류가, 사각 파형 전류를 발생시키는 발라스트(ballast)로부터 상기 방전 램프(10)로 공급되는 방전 램프.
  15. 밀봉된 챔버(14)를 갖는 아크관(11);
    소정의 거리만큼 서로 이격된 전극 팁들(15A, 16A)을 가져, 이들 사이에 아크 영역을 형성하는, 상기 챔버(14)내에 위치한 한 쌍의 전극(15, 16);
    상기 챔버(14)내에 밀봉된 불활성 기체;
    광속을 발생시키는, 상기 챔버(14)내에 밀봉된 제 1 금속 할로겐화물;
    램프 작동 전압을 발생시키는, 상기 챔버(14)내에 밀봉된 제 2 금속 할로겐화물; 및
    상기 제 2 금속 할로겐화물로부터 생성된 할로겐 원자 또는 이온의 일부와 반응하여, 상기 할로겐 원자가, 램프 광속을 발생시키는 상기 제 1 금속 할로겐화물의 금속 및 자유 전자와 상기 할로겐 원자가 반응하지 않도록 하는, 상기 챔 버(14)내에 밀봉된 금속을 포함하는
    무-수은 금속 할로겐화물 방전 램프(10).
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 불활성 기체가 아르곤 및 크세논으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기체인 방전 램프.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 할로겐화물이 희토류 금속들로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 방전 램프.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 금속 할로겐화물이 알루미늄, 갈륨, 인듐 및 아연으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 방전 램프.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 금속 할로겐화물의 할로겐이 요오드, 브롬 및 염소로 이루어진 군으로부터 선택된 방전 램프.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 할로겐화물이 디스프로슘, 탈륨, 툴륨 및 홀뮴으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 방전 램프.
  21. 제 15 항에 있어서,
    요오드화 나트륨 충전재를 추가로 포함하는 방전 램프.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 할로겐화물의 할로겐이 요오드, 브롬 및 염소로 이루어진 군으로부터 선택된 방전 램프.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 할로겐화물이 약 5mg/cc 내지 약 100mg/cc의 충전량으로 상기 챔버(14)내에 존재하는 방전 램프.
  24. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 할로겐화물이 약 10mg 또는 36mg/cc의 충전량으로 상기 챔버(14)내에 존재하는 방전 램프.
  25. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 금속 할로겐화물이 약 3mg/cc 내지 약 72mg/cc의 충전량으로 상기 챔버(14)내에 존재하는 방전 램프.
  26. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 금속 할로겐화물이 약 6mg/cc 내지 약 18mg/cc의 충전량으로 상기 챔버(14)내에 존재하는 방전 램프.
  27. 제 15 항에 있어서,
    상기 금속이 약 3mg/cc 내지 약 18mg/cc의 충전량으로 상기 챔버(14)내에 존재하는 방전 램프.
  28. 제 15 항에 있어서,
    상기 금속이 약 3mg/cc 내지 약 54mg/cc의 충전량으로 상기 챔버(14)내에 존재하는 방전 램프.
  29. 제 15 항에 있어서,
    전류가, 사각 파형 전류를 발생시키는 발라스트 물질로부터 상기 램프(10)로 공급되는 방전 램프.
  30. 밀봉된 챔버(14)를 갖는 아크관(11);
    소정의 거리만큼 서로 이격된 전극 팁들(15A, 16A)을 가져, 이들 사이에 아 크 영역을 형성하는, 상기 챔버(14)내에 위치한 한 쌍의 전극(15, 16);
    가압하에 상기 챔버(14)내에 밀봉된 불활성 기체;
    광속을 발생시키는, 상기 챔버(14)내에 밀봉된 제 1 금속 할로겐화물 요소;
    램프 작동 전압을 발생시키고 알루미늄, 갈륨, 인듐 및 아연으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 갖는, 상기 챔버(14)내에 밀봉된 제 2 금속 할로겐화물; 및
    램프 전압을 발생시키고 알루미늄, 갈륨, 인듐 및 아연으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 가지며 상기 금속이 상기 제 1 금속 할로겐화물의 금속과 동일하지 않은, 상기 챔버(14)내에 밀봉된 제 3 금속 할로겐화물을 포함하는
    무-수은 금속 할로겐화물 방전 램프(10).
  31. 제 30 항에 있어서,
    원소 형태이고, 상기 제 1 금속 할로겐화물, 제 2 금속 할로겐화물 또는 제 3 금속 할로겐화물로부터 유도되지 않은, 상기 챔버(14)내에 밀봉된 금속을 추가로 포함하는 방전 램프.
  32. 밀봉된 챔버(14)를 갖는 아크관(11);
    소정의 거리만큼 서로 이격된 전극 팁들(15A, 16A)을 가져, 이들 사이에 아크 영역을 형성하는, 상기 챔버(14)내에 위치하는 한 쌍의 전극으로서, 각각의 전극이 전력 공급원 및 사각 파형 전류를 발생시키는 발라스트 물질과 연결되어 있는 한쌍의 전극(15, 16);
    가압하에 상기 챔버(14)내에 밀봉된 불활성 기체;
    광속을 발생시키는, 상기 챔버(14)내에 밀봉된 제 1 금속 할로겐화물 요소; 및
    램프 작동 전압을 발생시키는, 상기 챔버(14)내에 밀봉된 제 2 금속 할로겐화물을 포함하는
    무-수은 금속 할로겐화물 방전 램프(10).
  33. 제 32 항에 있어서,
    원소 형태이고, 상기 제 1 금속 할로겐화물 또는 제 2 금속 할로겐화물로부터 유도되지 않은, 상기 챔버(14)내에 밀봉된 금속을 추가로 포함하는 방전 램프.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 제 2 금속 할로겐화물이 알루미늄, 갈륨, 인듐 및 아연으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 갖는 방전 램프.
  35. 제 32 항에 있어서,
    상기 램프(10)가 자동차 헤드램프로 사용되고,
    상기 램프 몸체부와 각부(leg)가 세라믹 물질로 구성된 방전 램프.
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