KR20100014239A

KR20100014239A - 높은 색 온도를 가진 방전 램프

Info

Publication number: KR20100014239A
Application number: KR1020097009326A
Authority: KR
Inventors: 콜린 더블유 존스톤; 제임스 에이 레오나드; 디더 아우롱제브; 카즈야 아베; 마코토 고자와
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니; 고토덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2010-02-10
Also published as: US20080111489A1; WO2008060857A2; EP2082416B1; KR101445122B1; CN101636815A; JP5325788B2; WO2008060857A3; US7486026B2; EP2082416A2; JP2010509733A; CN101636815B

Abstract

본 발명의 램프는 할로겐화 세슘, 할로겐화 인듐과 할로겐화 탈륨 둘중 하나, 임의로 할로겐화 가돌리늄, 및 할로겐화 다이스프로슘, 할로겐화 홀뮴, 할로겐화 튤륨 및 할로겐화 네오다이뮴 중에서 선택된 희토류 할로겐화물 성분을 포함하는 방전 유지 충진물을 포함한다. 상기 램프는, 약 2 와트/mm² 이상의 아크 월 부하량으로 자켓 없이 작동시, 7000 K 내지 14,000 K의 색 온도 및 70 이상의 연색성 평가 지수를 가질 수 있다.

Description

높은 색 온도를 가진 방전 램프 {DISCHARGE LAMP WITH HIGH COLOR TEMPERATURE}

본 발명은 고강도 방전 램프(HID)에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 높은 색 온도(color temperature) 및 높은 연색성 평가 지수(color redering index)를 가진 할로겐화 금속(metal halide) 램프에 관한 것이다.

할로겐화 금속 램프는 전형적으로, 기체 혼합물로 충진되고 보호 씌우개(envelope)로 둘러싸인 석영, 다결정성 알루미나(PCA) 또는 단결정 알루미나(사파이어) 아크 방전 용기를 갖는다. 상기 충진물은, 나트륨 및 희토류 원소, 예를 들면 스칸듐, 인듐, 다이스프로슘, 네오다이뮴, 프라세오다이뮴 및 세륨과 같은 발광 원소를 할로겐화물의 형태로, 수은 및 일반적으로는 불활성 기체, 예를 들면 크립톤, 아르곤 또는 제논과 함께 포함한다. 할로겐화 금속 램프는 예를 들면 미국 특허 제 4,647,814 호, 제 5,929,563 호, 제 5,965,984 호 및 제 5,220,244 호에 개시되어 있다. 외부 자켓 또는 씌우개를 갖는 이 유형의 램프는 비교적 높은 색 온도로 형성되었지만, 방전 챔버가 직접 대기와 접촉되는 비자켓형 아크 관은 일반 적으로 훨씬 더 낮은 색 온도를 갖는다.

엔터테인먼트 산업은 광을 효율적으로 수집하고 집중시켜 고보스(Gobos), 칼러 패턴 및 이동성 광의 투사와 같은 다중 효과를 얻을 수 있는 밝은 백색 컴팩트(compact) 광원을 원한다. 그러나, 높은 월 부하량(wall loading)하에서는, 색 온도가 일반적으로 낮다.

자켓 없이 높은 월 부하량으로 우수한 연색성 평가 지수를 가지면서 높은 색 온도에서 작동될 수 있는 램프에 대한 수요가 여전히 남아있다.

발명의 간단한 설명

본 발명의 한 양태에서, 램프는 방전 용기를 포함한다. 상기 방전 용기내로 전극들이 연장된다. 상기 방전 용기 내에 방전 유지 충진물이 밀봉된다. 상기 충진물은 수은, 불활성 기체, 및 할로겐화물 성분, 예를 들면 할로겐화 세슘, 할로겐화 인듐과 할로겐화 탈륨 둘중 하나 이상, 임의로 할로겐화 가돌리늄, 및 희토류 할로겐화물, 예를 들면 할로겐화 다이스프로슘, 할로겐화 홀뮴, 할로겐화 튤륨 및 할로겐화 네오다이뮴을 포함하며, 2 W/mm² 이상의 아크 월 부하량에서 자켓 없이 작동시, 상기 램프는 7000 K 내지 14,000 K의 색 온도 및 70 이상의 연색성 평가 지수(Ra)를 갖는다.

또 하나의 양태에서, 램프는 방전 용기를 포함하고, 상기 방전 용기내로 전극들이 연장되며, 상기 방전 용기 내에 방전 유지 충진물이 밀봉되고, 상기 충진물 이 수은, 불활성 기체, 및 할로겐화물 성분을 포함하며, 상기 할로겐화물 성분이 할로겐화 세슘, 할로겐화 인듐과 할로겐화 탈륨 둘중 하나 이상, 할로겐화 가돌리늄, 및 할로겐화 다이스프로슘, 할로겐화 홀뮴, 할로겐화 듈륨 및 할로겐화 네오다이뮴 중에서 선택된 하나 이상의 희토류 할로겐화물을 포함하며, 상기 충진물이 하기 식을 만족한다:

상기 식에서,

Re는 다이스프로슘, 네오다이뮴, 홀뮴 및 튤륨 할로겐화물들로 이루어진 군 중에서 선택된, 충진물 중의 희토류 할로겐화물의 몰이고,

Gd는 충진물 중의 할로겐화 가돌리늄의 몰이고,

In은 충진물 중의 할로겐화 인듐의 몰이고,

Tl은 충진물 중의 할로겐화 탈륨의 몰이다.

도 1은 예시적 실시양태에 따른 램프의 개략적 단면도이고,

도 2는 도 1의 램프의 방전 용기의 확대된 개략도이다.

상기 예시적 실시양태의 특징은 램프가, 수은, 희귀 기체(예를 들면 제논 또는 아르곤), 및 할로겐화 금속(ReX) 성분(할로겐화 세슘, 할로겐화 인듐과 할로겐화 탈륨 둘중 하나 이상, 및 가돌리늄, 다이스프로슘, 홀뮴, 튤륨 및 네오다이뮴 중에서 선택된 희토류의 할로겐화물 포함)을 포함하는 방전 유지 충진물을 함유하는 방전 용기를 포함하는 것이다. 일반적으로, 가돌리늄과 네오다이뮴 중의 하나 이상이 상기 충진물 중에 존재한다. 하나의 실시양태에서, 하기 수학식 1을 만족하도록 충진물 조성을 조절함으로써, 상기 예시적인 램프는, 상기 방전 용기의 외측이 자유로운(대기) 공기와 접촉시, 약 7000 K 이상의 보정된 색 온도(CCT), 65 이상의 연색성 평가 지수 및 55 루멘/와트(lm/W) 이상의 효율을 가질 수 있다:

상기 식에서,

Gd는 충진물 중의 할로겐화 가돌리늄의 몰이고,

Y는 In + Tl이며, 여기서 In은 충진물 중의 할로겐화 인듐의 몰이고, Tl은 충진물 중의 할로겐화 탈륨의 몰이며,

P _ARC 는 W/mm² 단위의 아크 월 부하량이고,

∑는 충진물 중의 할로겐화 금속의 총몰이고,

R ≥ 0.1 mm²/W 이다.

상기 램프는 예를 들면 2 W/mm² 이상의 극히 높은 아크 월 부하량에서 작동 될 수 있으면서도 상기 이점들을 유지할 수 있다.

하나의 실시양태에서, Gd의 몰수가 In과 Tl의 총 몰수를 초과하고(예를 들면 Gd≥2Y, 또는 Y=0), In의 몰수가 Tl의 몰수를 초과하는 경우(예를 들면 In≥Tl, 또는 Tl=0), 상기 수학식 1에서 R값은 0.10 또는 그 이상, 예를 들면 0.12 이상일 수 있다. 이 경우는, 예를 들면 상기 수학식 1이 만족되면서 탈륨이 존재하지 않는 경우일 수 있다.

또 하나의 실시양태에서, Gd의 몰수가 In과 Tl의 총 몰수를 초과하고(예를 들면 Gd≥2Y, 또는 Y=0), Tl의 몰수가 In의 몰수를 초과하는 경우(예를 들면 Tl≥In, 또는 In=0), 상기 수학식 1에서 R값은 0.15 또는 그 이상, 예를 들면 0.18 이상일 수 있다. 이 경우는 예를 들면 인듐이 존재하는 경우일 수 있다.

또 하나의 실시양태에서, Gd의 몰수가 In과 Tl의 총 몰수보다 작고(예를 들면 Y≥1.8Gd, 또는 Gd=0), In의 몰수가 Tl의 몰수를 초과하는 경우(예를 들면 In≥2Tl, 또는 Tl=0), 상기 수학식 1에서 R값은 0.15 또는 그 이상일 수 있다. 이 경우는 예를 들면 상기 수학식 1이 만족되면서 가돌륨 또는 탈륨이 존재하지 않으며 R이 약 0.15 내지 0.22인 경우일 수 있다.

하나의 실시양태에서, 상기 충진물은 하기 수학식 2의 몰비를 만족한다:

상기 식에서,

Gd는 충진물 중의 할로겐화 가돌리늄의 몰이고,

In은 충진물 중의 할로겐화 인듐의 몰이고,

Tl은 충진물 중의 할로겐화 탈륨의 몰이다.

하나의 구체적 실시양태에서, 상기 충진물은 하기 몰비를 만족한다:

예를 들면,

또 하나의 구체적 실시양태에서, 상기 충진물은 추가로 하기 수학식 3의 몰비를 만족한다.

상기 식에서, Cs는 충진물 중의 할로겐화 세슘의 몰이다.

상당량의 가돌리늄을 포함하기 상기 수학식 2를 만족하는 램프의 예시적 충진물은 하기 성분들을 포함한다.

할로겐화물	충진물 농도(μmol/cm³)
세슘	0.12 내지 0.5, 예를 들면 0.14 이상
가돌리늄	0.30 내지 2.0, 예를 들면 0.35 이상
인듐 및/또는 탈륨	0.1 내지 1.6, 예를 들면 0.3 이상
희토류(Re, 상기 정의된 바와 같음)	0.3 내지 1.5, 예를 들면 0.75 이상
기타 할로겐화물(할로겐화 Hg 제외)(총합)	0.2 이하, 예를 들면 0.1 이하

이 예에서, 할로겐화 다이스프로슘, 할로겐화 홀뮴 및 할로겐화 튤륨의 총 농도는 0 내지 약 0.8 μmol/cm³, 예를 들면 0.2 μmol/cm³이상 범위일 수 있다. 할로겐화 네오다이뮴은 0 내지 약 1.0 μmol/cm³, 예를 들면 0.15 μmol/cm³이상 범위일 수 있다. 할로겐화 수은은 0 내지 약 1.0 μmol/cm³, 예를 들면 0.6 μmol/cm³일 수 있다.

할로겐화 가돌리늄을 거의 또는 전혀 포함하지 않으며 상기 수학식 2를 만족하는 램프의 예시적 충진물은 하기 성분들을 포함한다.

할로겐화물	충진물 농도(μmol/cm³)
세슘	0.12 내지 0.25, 예를 들면 0.14 이상
가돌리늄	0.30 이하, 예를 들면 0.20 이하, 예를 들면 0.05 이하
인듐 및/또는 탈륨	0.8 내지 4.5
희토류(Re)	0.30 내지 0.8

이 실시양태에서, 할로겐화 다이스프로슘은 존재한다면 0.2 내지 0.4 μmol/cm³ 범위일 수 있다. 할로겐화 네오다이뮴은 0.1 내지 약 0.5 μmol/cm³ 범위일 수 있다.

P _ARC (아크 월 부하량)는, 전극들 사이에서 측정할 때, 방전 용기 내부의 단위면적당의 램프 파워이다.

즉, P _ARC = P _LAMP /2πr _lamp arc _GAP

상기 식에서, P _LAMP 는 와트(W) 단위의 램프 파워이고, r _lamp 는 방전 용기의 반경이고, arc _GAP 는 전극간의 거리이다. r _lamp 및 arc _GAP 를 mm 단위로 나타낼 때, P _ARC 는 W/mm² 으로 표시된다. 예를 들면 P _ARC 는 2 W/mm² 이상, 예를 들면 약 3 W/mm² 이상일 수 있다. 상기 아크 월 부하량은 3.2 W/mm² 이상일 수 있으며, 몇몇 실시양태에서는 약 5 W/mm² 또는 그 이상까지 일 수 있다. 하나의 구체적 실시양태에서, P _ARC 는 약 4.5 W/mm² 미만이다. 아크 월 부하량 산출의 경우, 전극 간에 방전 용기가 구부러져있을지라도 아크 월 부하량 산출을 위해 실린더(평균 r값에 상응하는 r값을 가짐)로서 대략화될 수 있다.

하나의 실시양태에서, 상기 램프는 5 cm³ 미만, 예를 들면 약 3 cm³ 이하의 내부 부피를 갖는 컴팩트(compact) 램프이다.

보정된 색 온도(CCT)는 흑색체 방사원(black body radiator)의 색도(색상)가 광원의 색도에 가장 근접할 때의 흑색체 방사원의 절대 온도(°켈빈(K)로 표시됨)로서 한정된다. CCT는 국제조명위원회 1960 색공간의 색좌표(u,ν)의 위치로부터 평가될 수 있다. 온도가 증가함에 따라 색의 외관은 황색에서 청색으로 이동한다. 이러한 관점에서 CCT 등급은 광원이 얼마나 더운지 찬지에 대한 척도이다. 그 값이 클수록 램프는 더 차다. 그 값이 작을수록 램프는 더 따뜻하다. 몇몇 실시양태에서 CCT는 9000K 또는 10,000K 이상일 수 있으며, 약 14,000K 이하일 수 있다. 이 온도 초과시, 광은 지나치게 청색 색조를 띌 것이며, 이는 많은 용도의 경우 바람직하지 않다.

램프의 효율은 발광 플럭스를 총 방사 플럭스로 나눈 값이며 루멘/와트(lm/W) 단위로 나타내어진다. 이것은, 램프에 공급된 에너지의 얼마나 많은 부분이 가시광으로 전환되는지에 대한 척도이다. 상기 효율은 몇몇 실시양태에서는 80 lm/W 이상일 수 있으며, 약 90 lm/W 또는 그 이상까지일 수 있다.

연색성 평가 지수(CRI)는 표준물질 대비 개별 색상을 보여주는 램프의 능력에 대한 척도이다. 이 값은 동일 색 온도에서 램프의 스펙트럼 분포를 표준물질(전형적으로 흑색체)과 비교하는 것으로부터 유도된다. 표준 색상 타일을 조명하기 위해 사용시 광원의 연색성을 한정하는 14개의 특수 연색성 평가 지수(R_i, 여기서 i는 1 내지 14임)가 있다. 일반적인 연색성 평가 지수(R_a)는 0 내지 100의 스케일로 표시되는, 처음 8개의 특수 연색성 평가 지수(비포화된 색상들에 해당됨)의 평균치이다. 달리 기재되지 않으면, 본원에서 연색성 평가 지수는 R_a로 나타내어진다. 연색성 평가 지수는 65 이상일 수 있으며, 몇몇 실시양태에서는 70 이상일 수 있으며, 구체적 실시양태에서는 75 이상일 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 상기 연색성 평가 지수는 약 90 또는 그 이상까지일 수 있으며, 다른 실시양태에서는 약 85 이하일 수 있다.

전극들간의 단위 월 면적(mm²)당 아크 파워의 W당 충진물 중의 할로겐화 금속의 총 몰에 대한 가돌리늄과 인듐 및 탈륨 할로겐화물의 합의 최소 몰비를 나타 내는 R 값은 0.1 W/mm² 이상, 예를 들면 0.15 W/mm² 이상, 및 몇몇 실시양태에서는 0.20 W/mm² 이상 또는 0.25 W/mm² 이상일 수 있다. R은 약 0.50 W/mm² 이하 일 수 있으며, 몇몇 실시양태에서는 0.30 W/mm² 미만이다.

상기 예시적 램프들은 높은 CCT 및 Ra를 갖는다. 작은 아크 갭 및 투명 방전 용기와 조합시 상기 충진물은 통상적인 램프에 비해 보다 우수한 연색성, 보다 높은 휘도, 보다 우수한 광학 조절성 및 보다 균일한 빔을 제공함으로써 개선된 시스템 성능을 제공한다. 적어도 9000K 정도의 보다 높은 CCT는, 필적하는 파워 또는 루멘 출력을 가진 보다 낮은 CCT 램프에 비해 보다 백색이고 보다 밝은 것으로 감지된다. 이러한 특성 때문에 이 램프는 이동성 헤드라이트와 같은 엔터테인먼트 조명에 바람직하다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상술한 특성을 제공하는 예시적인 전기 램프(10)은 광원, 예를 들면 이중 말단 할로겐 튜브(12)를 포함한다. 튜브(12)는 전형적으로, 투명 유리질 물질, 예를 들면 석영, 용융 실리카 또는 알루미노실리케이트로 형성되는 광투과성 방전 용기 또는 씌우개(14)를 포함한다. 예시적인 방전 용기(14)는 단일 성분으로서 형성된 고온 내성 광투과성 물질로 형성된다. 방전 용기(14)는 내부 챔버(16)를 한정한다. 방전 용기(14)는 적절하다면 UV 또는 적외선 반사성 코팅으로 코팅될 수도 있다. 예시적인 램프(10)는 고강도 방전(HID) 램프일 수 있으며, 이는 약 250 W 이상, 예를 들면 약 400 W 이상 또는 700 W 이상의 와트값에서 작동하며, 하나의 실시양태에서는 약 1000 W 이상, 예를 들면 약 4 kW 또는 그 이상까지의 와트값으로 작동한다.

상기 챔버(16)내에는 전형적으로 수은, 불활성 가스, 예를 들면 제논 또는 크립톤, 및 할로겐화물 성분을 포함하는 할로겐 충진물이 기밀밀봉된다. 상기 할로겐화물 성분은 차후 보다 상세히 기술할 것이다. 한 쌍의 내부 전극(18,20)은 그의 마주보는 말단으로부터 램프의 축과 동축으로 챔버(16)내로 연장되며, 램프의 작동 중에 전기적 방전을 지지하는 거리인 갭(22)(arc _GAP )을 한정한다. arc _GAP 는 예를 들면 약 3 mm 내지 약 5 cm, 예를 들면 약 3 mm 내지 약 1 cm, 및 하나의 실시양태에서는 약 4 mm 일 수 있다.

내부 전극(18,20)은 주로 전기전도성 물질, 예를 들면 텅스텐으로 형성될 수 있다. 전극 표면적은 전류 밀도에 대해 최적화될 수 있다. 내부 전극(18,20)은 핀치 존(pinch zone)에서 포일(foil) 커넥터(18,30)에 의해 외부 커넥터(24,26)와 전기적으로 접속된다. 예시된 외부 커넥터(24,26)는, 도 2에 도시된 바와 같이 전원과의 전기적 접속을 위해 방전 용기(14)의 각 말단에서 기부(base)(도시되지 않음)로 바깥쪽으로 연장되거나, 또는 도 1에 도시된 바와 같이 단일-말단 기부(32)에 접속될 수 있다. 커넥터(24,26)는 핀 또는 튜브 형태일 수 있고, 주로 전기전도성 물질, 예를 들면 몰리브덴 또는 니오븀 또는 이의 합금으로 형성될 수 있다.

상기 램프의 조립 중에 상기 유리질 방전 용기 재료는 예를 들면 상기 유리질 물질을 포일 커넥터(28,30)의 영역에서 핀칭함으로써 밀봉되어 밀봉부를 형성한다.

예시된 램프의 방전 용기(14)는 벌브형 중앙부(40) 및 상기 벌브형 중앙부로부터 램프의 종방향 축을 따라 바깥쪽으로 연장되는 줄기부 또는 레그부(42,44)를 포함한다. 다른 램프 구조 또한 고려될 수 있다. 예를 들면, 램프의 방전 용기(14)는 실질적으로 일정한 단면 직경을 가질 수도 있다. 박화된(thinned) 줄기부(42,44) 내에 포일 커넥터(28,30)가 위치된다. 포일 커넥터(28,30)는 그의 말단에서 각각의 외부 커넥터(24,26) 및 내부 전극(18,20)에 용접되거나 납땜되거나 또는 달리 접속될 수 있다. 임의로, 레그부(42,44)상의 프로스팅(frosting)(50)dl 핀치 영역에서의 온도를 낮춘다.

상기 램프는 고정부재(fixture), 예를 들면 반사성 하우징에 장착될 수 있다. 상기 하우징은 대기에 개방될 수도 있고 렌즈 또는 커버로 기밀밀봉되어 램프에 대한 자켓을 제공할 수도 있다.

상기 충진물은 자켓에 대한 필요성 없이 원하는 CCT 및 CRI 특성을 제공한다. 이것은 상기 램프가 고효율을 갖게 한다. 상기 램프는 극장 및 콘서트 조명(반사체 구비 또는 비구비)과 같은 용도, 및 정적이거나 동적인 이미지의 투사 또는 무드 또는 분위기 설정에 가시광이 사용되는 기타 용도에 적합하다. 본 발명에 의해 달성되는 높은 색 온도는, 그렇지 않으면 더 낮은 색 온도 때문에 동일한 성능 세이브를 가진 제품이 겪게 될 것에 비해, 사용자에 의해 더 높게 감지되는 휘도를 생성한다.

상기 충진물 중의 할로겐화물은 브롬화물, 요오드화물 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 할로겐화물 성분은 가돌리늄, 다이스프로슘 및 네오다이뮴 중에서 선택된 하나 이상의 희토류 할로겐화물, 하나의 실시양태에서는 상기 세 희토류 할로겐화물 중 둘 이상을 포함할 수 있다. 하나의 실시양태에서는 다이스프로슘이 상기 충진물 중에 존재한다. 홀뮴 및/또는 튤륨 또한, 상기 충진물 중에 예를 들면 다이스프로슘의 일부에 대한 대체물로서 존재할 수도 있다. 따라서, 본원에 다이스프로슘이 할로겐화물로서 언급되는 경우, 달리 구체적으로 언급되지 않으면 상기 성분들 또한 포함되는 것이다. Dy, Ho 및 Tm은 유사한 발광 스펙트럼을 갖기 때문에 이들은 색점(CC_x, CC_y, CCT) 또는 CRI에서의 변화가 거의 없이 거의 1:1 비율로 서로 대체될 수 있다. 예를 들면, 상기 충진물은 가돌리늄, 다이스프로슘 및 임의로 네오다이뮴 또는 희토류를 포함할 수 있으며, 가돌리늄 없이 다이스프로슘 및 네오다이뮴을 포함할 수도 있다. 희토류 할로겐화물은 충진물 중의 할로겐화물의 총 10 몰% 이상, 하나의 실시양태에서는 충진물 중의 할로겐화물의 40 몰% 이상이고, 충진물 중의 할로겐화물의 약 85 몰% 이하, 예를 들면 약 75 몰% 미만일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 할로겐화 가돌리늄 및 할로겐화 네오다이뮴은 함께 충진물의 4 몰% 이상, 몇몇 실시양태에서는 25 몰% 이상 또는 30 몰% 이상이다. 할로겐화 가돌리늄 및 할로겐화 네오다이뮴은 충진물 중의 할로겐화물의 총 약 65 몰% 이하일 수 있다. 할로겐화 다이스프로슘 및 할로겐화 네오다이뮴은 충진물 중의 할로겐화물의 총 약 55 몰% 이하일 수 있다.

상기 할로겐화물 성분은 임의로 할로겐화 세슘을 포함한다. 존재하는 경우 상기 할로겐화 세슘은 충진물 중의 총 할로겐화물의 약 3 몰% 이상, 하나의 실시양 태에서는 약 15 몰% 미만의 몰농도일 수 있다. 일부 실시양태에서, 할로겐화 세슘은 충진물 중의 할로겐화물의 약 10 몰% 이상을 구성한다.

상기 할로겐화물 성분은 할로겐화 인듐과 할로겐화 탈륨중 하나 이상을 충진물 중의 총 할로겐화물의 약 15 몰% 이상, 하나의 실시양태에서는 약 85 몰% 미만의 총 몰농도로 포함한다. 일부 실시양태에서, 할로겐화 가돌리늄이 약 10 몰% 이상 존재하는 경우, 할로겐화 인듐과 할로겐화 탈륨의 총량은 약 50 몰% 미만이다.

상기 할로겐화물 성분은 임의로 할로겐화 수은을 포함한다. 존재하는 경우 할로겐화 수은은 충진물 중의 총 할로겐화물의 약 3 몰% 이상, 하나의 실시양태에서는 약 20 몰% 미만의 몰농도일 수 있다. 일부 실시양태에서, 할로겐화 수은은 충진물 중의 할로겐화물의 약 10 몰% 이상을 구성한다.

충진물은 몰%(각 할로겐화물의 몰수를 충진물 중의 할로겐화물의 총 몰수로 나눈 값)로 나타낼 때 하기 성분들을 포함할 수 있다:

할로겐화물	몰%
가돌리늄	0 내지 55%, 예를 들면 10% 이상, 예를 들면 50% 미만
다이스프로슘	5 내지 55%, 예를 들면 8% 이상, 예를 들면 35% 미만
네오다이뮴	0 내지 30%, 예를 들면 5% 이상, 예를 들면 18% 미만
세슘	0 내지 25%, 예를 들면 18% 미만
인듐	0 내지 85%, 예를 들면 10% 이상, 탈륨 부재시 예를 들면 40% 미만
탈륨	0 내지 35%, 예를 들면 10% 이상, 인듐 부재시 예를 들면 25% 미만

제1 예시적 실시양태에서, 상기 충진물은 다이스프로슘(예를 들면 다이스프로슘, 튤륨 및 홀뮴 중 하나 이상), 가돌리늄, 세슘 및 인듐의 할로겐화물들을 포함한다. 다른 할로겐화물(할로겐화 수은을 포함하지 않음)은 충진물의 10 몰% 미만, 예를 들면 약 5% 미만의 총량을 차지하며, 하나의 실시양태에서는 약 0% 이다. 이 실시양태에서, 할로겐화 다이스프로슘 대 할로겐화 가돌리늄의 몰비는 약 1.8:3 내지 약 2.4:3, 예를 들면 약 2:3일 수 있다. 할로겐화 다이스프로슘 대 할로겐화 세슘의 몰비는 2:1 이상일 수 있다. 할로겐화 다이스프로슘 대 할로겐화 인듐의 몰비는 약 1.5:1 내지 약 2.5:1, 예를 들면 약 2:1일 수 있다. Dy : Gd : Cs : In의 몰비는 약 2:3:1:1, 즉 매 2몰의 Dy(또는 치환된 Ho 또는 Tm)에 대해 약 3몰의 Gd, 약 1몰의 Cs 및 약 1몰의 In이다. 예를 들면, 다이스프로슘, 가돌리늄, 세슘 및 인듐을 각각 약 0.35, 0.44, 0.20 및 0.16 μmol/cm³의 농도(이때 이들 농도 각각은 예를 들면 단지 ±15%, 예를 들면 10% 미만, 또는 5% 미만 정도로 변할 수 있음)로 포함하는 충진물이 제공될 수 있다.

이 실시양태에 따라 형성된 비자켓형 램프는 예를 들면 약 700 W를 초과하는 전력 소비량으로 7000K 이상의 CCT, 65 이상의 연색성 평가 지수 및 80 lm/W 이상의 효율을 가질 수 있다.

제2의 예시적 실시양태에서, 상기 충진물은 다이스프로슘(예를 들면 다이스프로슘, 튤륨 및 홀뮴 중 하나 이상), 가돌리늄, 세슘 및 탈륨의 할로겐화물을 포함한다. 다른 할로겐화물은 충진물의 10 몰% 미만, 예를 들면 약 5% 미만의 총량을 차지하며, 하나의 실시양태에서는 약 0% 이다. 이 실시양태에서, 다이스프로슘 대 가돌리늄의 몰비는 약 0.8:2 내지 약 1.2:2, 예를 들면 약 1:2일 수 있고, 다이스프로슘 대 세슘의 몰비는 2:1 이상일 수 있으며, 다이스프로슘 대 탈륨의 몰비는 약 0.9:1 내지 약 1.2:1, 예를 들면 약 1:1일 수 있다. 예를 들어, 다이스프로슘, 가돌리늄, 세슘 및 탈륨을 각각 약 0.31, 0.59, 0.15 및 0.27 μmol/cm³의 농도(이 때 이들 농도 각각은 예를 들면 단지 ±15%, 예를 들면 10% 미만, 또는 5% 미만 정도로 변할 수 있음)로 포함하는 충진물이 제공될 수 있다. 이 실시양태에 따라 형성된 비자켓형 램프는 7500K 이상의 CCT, 80 이상의 연색성 평가 지수 및 70 lm/W 이상의 효율을 가질 수 있다.

제3의 예시적 실시양태에서, 상기 할로겐화물 충진물은 다이스프로슘(예를 들면 다이스프로슘, 튤륨 및 홀뮴 중 하나 이상), 네오다이뮴, 가돌리늄, 세슘 및 인듐의 할로겐화물을 포함한다. 다른 할로겐화물(할로겐화 수은 이외의)은 충진물의 10 몰% 미만, 예를 들면 약 5% 미만의 총량을 차지한다. 이 실시양태에서, 다이스프로슘 대 네오다이뮴의 몰비는 약 2.6:2 내지 약 3.4:2, 예를 들면 약 3:2일 수 있고, 다이스프로슘 대 가돌리늄의 몰비는 약 0.8:1 내지 약 1.2:1, 예를 들면 약 1:1일 수 있고, 다이스프로슘 대 세슘의 몰비는 3:2 이상일 수 있으며, 다이스프로슘 대 인듐의 몰비는 약 0.8:1 내지 약 1.5:1, 예를 들면 약 1:1일 수 있다. 예를 들어, 다이스프로슘, 네오다이뮴, 가돌리늄, 세슘 및 인듐을 각각 약 0.7, 0.5, 0.7, 0.5 및 1.5 μmol/cm³의 농도(이때 이들 농도 각각은 예를 들면 단지 ±15%, 예를 들면 10% 미만, 또는 5% 미만 정도로 변할 수 있음)로 포함하는 충진물이 제공될 수 있다. 이 실시양태에 따라 형성된 비자켓형 램프는 9000K 이상의 CCT, 75 이상의 연색성 평가 지수, 55 lm/W 이상의 효율 및 400 W 이상의 전력 소비량을 가질 수 있다. 이 실시양태에서 아크 갭은 약 4 mm일 수 있다. 이것은 고정부재에 의한 효율적인 광 수집을 위한 밝은 광원을 생성한다.

제4의 예시적 실시양태에서, 상기 충진물은 다이스프로슘(예를 들면 다이스프로슘, 튤륨 및 홀뮴 중 하나 이상), 네오다이뮴, 세슘 및 인듐의 할로겐화물을 포함한다. 다른 할로겐화물(할로겐화 수은 이외의)은 충진물의 10 몰% 미만, 예를 들면 약 5% 미만의 총량을 차지하며, 하나의 실시양태에서는 약 0% 이다. 이 실시양태에서, 다이스프로슘 대 네오다이뮴의 몰비는 약 2.6:2 내지 약 3.4:2, 예를 들면 약 3:2일 수 있고, 다이스프로슘 대 세슘의 몰비는 3:2 이상일 수 있으며, 다이스프로슘 대 인듐의 몰비는 약 0.8:4 내지 약 1.4:4, 예를 들면 약 1:4일 수 있다. 예를 들어, 다이스프로슘, 네오다이뮴, 세슘 및 인듐을 각각 약 0.25, 0.17, 0.16 및 1.03 μmol/cm³의 농도(이때 이들 농도 각각은 예를 들면 단지 ±15%, 예를 들면 10% 미만, 또는 5% 미만 정도로 변할 수 있음)로 포함하는 충진물이 제공될 수 있다. 이 실시양태에 따라 형성된 비자켓형 램프는 7000K 이상의 CCT, 70 이상의 연색성 평가 지수 및 70 lm/W 이상의 효율을 가질 수 있다.

제5의 예시적 실시양태에서, 상기 충진물은 다이스프로슘(예를 들면 다이스프로슘, 튤륨 및 홀뮴 중 하나 이상), 네오다이뮴, 세슘 및 인듐의 할로겐화물을 포함한다. 다른 할로겐화물(할로겐화 수은 이외의)은 충진물의 10 몰% 미만, 예를 들면 약 5% 미만의 총량을 차지하며, 하나의 실시양태에서는 약 0% 이다. 이 실시양태에서, 다이스프로슘 대 네오다이뮴의 몰비는 약 2.7:5 내지 약 3.3:5, 예를 들면 약 3:5일 수 있고, 다이스프로슘 대 세슘의 몰비는 3:2 이상일 수 있으며, 다이스프로슘 대 인듐의 몰비는 약 1:15 내지 약 1:20, 예를 들면 약 1:19일 수 있다. 예를 들어, 다이스프로슘, 네오다이뮴, 세슘 및 인듐을 각각 약 0.16, 0.29, 0.11 및 3.08 μmol/cm³의 농도(이때 이들 농도 각각은 예를 들면 단지 ±15%, 예를 들면 10% 미만, 또는 5% 미만 정도로 변할 수 있음)로 포함하는 충진물이 제공될 수 있다. 이 실시양태에 따라 형성된 비자켓형 램프는 9000K 이상의 CCT, 80 이상의 연색성 평가 지수 및 55 lm/W 이상의 효율을 가질 수 있다.

하나의 실시양태에서, 상기 충진물은 실질적으로 할로겐화 하프늄이 없다 (약 1 몰% 미만, 예를 들면 0.1 몰% 미만). 하나의 실시양태에서, 상기 충진물은 할로겐화 니켈이 없다 (약 1 몰% 미만, 예를 들면 0.1 몰% 미만).

작동시, 예를 들면 전극들을 적절한 안정기(ballast), 예를 들면 전자 안정기를 통해 전원에 접속시킴으로써 전극들 사이에 전압을 인가한다. 전극들 사이에 방전이 일어나 램프로부터 가시광이 방출된다. 바로 안정하게 작동되고, 이때 CRI, CCT 및 효율의 안정된 측정을 수행할 수 있다.

하기 실시예들은 본 발명의 범위를 제한함이 없이 상기 예시적 실시양태에 따라 배합된 충진물 조성물의 특성을 예시하는 것이다.

아크 갭이 3 내지 7 mm인, 도 1에 도시한 바와 같은 구조의 방전 용기를 가진 램프를 형성하였다. 상기 아크 튜브는 0.70 내지 2.57 cc의 내부 부피를 가졌다. 상기 램프를 수은 16 내지 65 mg, 하기 표 1 및 2의 실시예 1 내지 8에 나타 낸 바와 같은 할로겐화물 성분(모두 브롬화물)을 포함하는 충진물로 충진하고 Ar로 50 내지 200 torr의 압력으로 백(back) 충진하여 핀치 밀봉시켰다. 상기 램프들은 모두 외부 자켓을 갖지 않았다. 하기 표 1 및 2는 (X+Y)/P_ARC∑ > R을 만족하는 R값과 CCT, Ra 및 발광 효율값을 보여주며, 이들은 램프를 등급화된 전력으로 작동하면서 적분 구(Integrating sphere)와 함께 표준 분광계를 사용하여 수득하였다. 램프 파워는 400 내지 1200 W 범위였다. 상기 램프들은 측정 전에 약 15분 이상 동안 워밍업하였다.

본 발명을 바람직한 실시양태를 참조로 기술하였다. 당업자들에게는 전술된 상세한 설명을 읽고 이해할 때 그의 변형 및 변경이 있을 것임이 자명하다. 본 발명은 그러한 변형 및 변경들을 모두 포함하는 것으로 간주되어야 한다.

Claims

방전 용기, 상기 방전 용기내로 연장되는 전극들, 및 상기 방전 용기 내에 밀봉된 방전 유지 충진물을 포함하는 램프로서,

상기 충진물이, 수은; 불활성 기체; 및 할로겐화 세슘, 할로겐화 인듐과 할로겐화 탈륨 둘중 하나 이상, 및 할로겐화 다이스프로슘, 할로겐화 홀뮴, 할로겐화 네오다이뮴 및 할로겐화 튤륨 중 하나 이상을 포함하는 희토류 할로겐화물 성분, 및 임의로, 할로겐화 가돌리늄을 포함하는 할로겐화물 성분을 포함하고,

상기 램프가, 2 와트/mm² 이상의 아크 월 부하량 하에서 자켓 없이 작동시, 7000 K 내지 14,000 K의 색 온도 및 70 이상의 연색성 평가 지수(Ra)를 갖는, 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 방전 용기가 자켓이 없는 것인, 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 할로겐화물 성분이 가돌리늄을 포함하고, 이때

이고, 상기 식에서,

Gd는 충진물 중의 할로겐화 가돌리늄의 몰이고,

Y는 In + Tl이며, 여기서 In은 충진물 중의 할로겐화 인듐의 몰이고, Tl은 충진물 중의 할로겐화 탈륨의 몰이며,

P _ARC 는 W/mm² 단위의 아크 월 부하량(arc wall loading)이고,

∑는 충진물 중의 할로겐화 금속의 총몰이고,

R ≥ 0.1 mm²/W 인, 램프.
제 3 항에 있어서,

하기 조건들 중 하나 이상을 만족하는, 램프:

(a) Gd≥2Y, In>Tl, 및 R=0.1;

(b) Gd≤1.8Y, In>Tl, 및 R=0.15; 및

(c) Gd≤2Y, In<Tl, 및 R=0.15.
제 4 항에 있어서,

Gd=0 및 Tl=0 중 최소한 하나인, 램프.
제 3 항에 있어서,

P _ARC ≥ 3 W/mm²인, 램프.
제 3 항에 있어서,

R ≥ 0.13 mm²/W인, 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 희토류 할로겐화물 성분이 가돌리늄 및 네오다이뮴 중 하나 이상을 포함하는, 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 희토류 할로겐화물 성분이 다이스프로슘 및 네오다이뮴 중 하나 이상을 포함하는, 램프.
제 9 항에 있어서,

상기 희토류 할로겐화물 성분이 가돌리늄, 다이스프로슘 및 네오다이뮴을 포함하는, 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 충진물이,

할로겐화 세슘 0.12 내지 0.5 μmol/cm³,

할로겐화 가돌리늄 0.30 내지 2.0 μmol/cm³,

할로겐화 인듐과 할로겐화 탈륨 중 하나 이상 총 0.1 내지 1.6 μmol/cm³,

다이스프로슘, 네오다이뮴, 홀뮴 및 튤륨 중에서 선택된 하나 이상의 희토류의 할로겐화물 총 0.3 내지 1.5 μmol/cm³, 및

세슘, 가돌리늄, 탈륨, 인듐, 다이스프로슘, 홀뮴, 튤륨, 수은 및 네오다이뮴 할로겐화물 이외의 할로겐화물 총 0.2 μmol/cm³미만

을 포함하는, 램프.
제 1 항에 있어서,

작동시 상기 색 온도가 7500 K 이상인, 램프.
제 12 항에 있어서,

작동시 상기 색 온도가 9000 K 이상인, 램프.
제 13 항에 있어서,

상기 충진물이 탈륨이 실질적으로 없는 것인, 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 충진물이 다이스프로슘, 세슘, 가돌리늄, 탈륨, 인듐 및 네오다이뮴 할로겐화물 이외의 할로겐화물을 10 몰% 미만 포함하는, 램프.
제 1 항에 있어서,

이고, 상기 식에서,

Re는 다이스프로슘, 네오다이뮴, 홀뮴 및 튤륨 할로겐화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택된, 충진물 중의 희토류 할로겐화물의 몰이고,

Gd는 충진물 중의 할로겐화 가돌리늄의 몰이며,

In은 충진물 중의 할로겐화 인듐의 몰이고,

Tl은 충진물 중의 할로겐화 탈륨의 몰인, 램프.
제 1 항에 있어서,

충진물 중의 할로겐화물 성분이 하기 몰비 관계식을 만족하고

상기 식에서,

Cs는 충진물 중의 할로겐화 세슘의 몰인, 램프.
방전 용기, 상기 방전 용기내로 연장되는 전극들, 및 상기 방전 용기 내에 밀봉된 방전 유지 충진물을 포함하는 램프로서,

상기 충진물이, 수은; 불활성 기체; 및 할로겐화 세슘, 할로겐화 가돌리늄, 할로겐 화 인듐과 할로겐화 탈륨 둘중 하나 이상, 및 할로겐화 다이스프로슘, 할로겐화 홀뮴, 할로겐화 튤륨 및 할로겐화 네오다이뮴 중에서 선택된 하나 이상의 희토류 할로겐화물 성분을 포함하는 할로겐화물 성분을 포함하고,

이때, 하기 식을 만족하고:

상기 식에서,

Re는 다이스프로슘, 네오다이뮴, 홀뮴 및 튤륨 할로겐화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택된, 충진물 중의 희토류 할로겐화물의 몰이고,

Gd는 충진물 중의 할로겐화 가돌리늄의 몰이며,

In은 충진물 중의 할로겐화 인듐의 몰이고,

Tl은 충진물 중의 할로겐화 탈륨의 몰인, 램프.
제 18 항에 있어서,

충진물 중의 할로겐화물 성분이 하기 몰비 관계식을 만족하고

상기 식에서,

Cs는 충진물 중의 할로겐화 세슘의 몰인, 램프.
제 18 항에 있어서,

상기 충진물이,

할로겐화 세슘 0.12 내지 0.5 μmol/cm³,

할로겐화 가돌리늄 0.30 내지 2.0 μmol/cm³,

할로겐화 인듐 및 할로겐화 탈륨 중 하나 이상 총 0.1 내지 1.6 μmol/cm³,

다이스프로슘, 네오다이뮴, 홀뮴 및 튤륨 할로겐화물 중에서 선택된 하나 이상의 희토류 할로겐화물 총 0.3 내지 1.5 μmol/cm³, 및

세슘, 가돌리늄, 탈륨, 인듐, 다이스프로슘, 홀뮴, 튤륨, 수은 및 네오다이뮴 할로겐화물 이외의 할로겐화물 총 0.2 μmol/cm³미만

을 포함하는, 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 충진물이,

할로겐화 세슘 0.12 내지 0.25 μmol/cm³,

할로겐화 가돌리늄 0.3 μmol/cm³ 미만,

할로겐화 인듐 및 할로겐화 탈륨 중 하나 이상 총 0.8 내지 4.5 μmol/cm³,

다이스프로슘, 네오다이뮴, 홀뮴 및 튤륨 할로겐화물 중에서 선택된 하나 이상의 희토류 할로겐화물 총 0.30 내지 0.8 μmol/cm³, 및

세슘, 가돌리늄, 탈륨, 인듐, 다이스프로슘, 홀뮴, 튤륨, 수은 및 네오다이뮴 할로겐화물 이외의 할로겐화물 총 0.2 μmol/cm³미만

을 포함하는, 램프.
제 18 항에 있어서,

상기 충진물이 세슘, 가돌리늄, 탈륨, 인듐, 다이스프로슘, 홀뮴, 튤륨, 수은 및 네오다이뮴 할로겐화물 이외의 할로겐화물을 총 10 몰% 미만으로 포함하는, 램프.
제 1 항의 램프를 작동하는 방법으로서, 상기 램프에 전력을 공급하여 2 W/mm² 이상의 아크 월 부하량을 제공하고, 이로써 상기 램프가 7000K 내지 14,000K의 색 온도 및 70 이상의 연색성 평가 지수(Ra)를 갖는, 방법.