KR20100084536A

KR20100084536A - 방전 램프

Info

Publication number: KR20100084536A
Application number: KR1020107010122A
Authority: KR
Inventors: 게르하르트 뢰플러; 디르크 로젠탈; 스벤-우베 박케
Original assignee: 오스람 게젤샤프트 미트 베쉬랭크터 하프퉁
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2010-07-26
Also published as: EP2198450A1; CN101821831B; EP2198450B1; KR101084441B1; US8264148B2; US20110260597A1; CN101821831A; WO2009049660A1

Abstract

본 발명은 애노드 및 캐소드를 둘러싸는 실질상 타원형 방전관을 갖는 방전 램프를 개시하며, 상기 애노드 및 캐소드는 각각의 경우에 라이브 전극 마운트들에 의해 고정되고, 이때 이러한 전극 마운트들은 각각의 경우에 방전관 상에 정반대로 배열되는 벌브 축들을 통해 전도성이 된다. 방전관으로부터 벌브 축들로의 전이부에, 협대부들이 전극 마운트들 주변에 형성되고, 상기 협대부들은 방전관에 의해 둘러싸인 방전 공간 및 벌브 축들에 의해 둘러싸인 각각의 벌브 축 공간 사이에 연결 채널을 갖는다. 이러한 경우에, 방전관, 협대부들 및/또는 애노드 코팅부는 방전 램프의 광학적으로 유용한 구역 내의 흑화가 감소되거나 방지되는 방식으로 형성된다.

Description

방전 램프{DISCHARGE LAMP}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 방전 램프에 관한 것이다.

방전 램프, 특히 XBO^® 고압 방전 램프들은 애노드 및 캐소드를 둘러싸는 타원체 램프 벌브를 갖는다. 그 중에서도, 이러한 방전 램프들의 수명은 동작 동안에 발생하고 유용한 광의 실질적인 손실을 유도하는 램프 벌브의 흑화(blackening)에 의해 결정된다. 흑화는 다양한 원인들을 갖는다. 그들 중 하나는 고압 방전 램프의 동작 동안의 고온들에 기초하는 애노드 재료의 증발이고, 이때 상기 재료는 램프 벌브의 내부 표면상에 증착된다. 흑화의 다른 원인은 램프 벌브 내 가스 충전물의 오염들, 예컨대 고압 방전 램프의 제조 동안에 시간과 비용의 높은 지출에 의해서만 제거될 수 있는 수증기 및 산소와 같은 상압잔류물들(atmospheric residues)이다.

흑화를 최소화시키기 위한 다양한 접근들이 지금까지 존재해왔다. 예컨대, 증착들이 비교적 넓은 영역에 걸쳐서 분산될 수 있도록 비교적 커다란 램프 벌브들이 사용되며, 그럼에도 불구하고 흑화는 약화된 형태로 계속 발생한다. 이러한 솔루션에 대한 추가적 접근은 커다란 방출 영역을 통해 동작 동안에 애노드 온도를 낮추고 그에 따라 애노드 재료의 증발을 감소시키기 위하여 커다란 볼륨 애노드들을 사용하는 것이다.

본 발명의 목적은 실질적으로 유지되는 광 세기와 함께 긴 수명을 갖는 고압 방전 램프를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 제1항의 특징들을 갖는 방전 램프에 의해 달성된다.

특히, 유용한 개선예들이 종속항들에 기재된다.

본 발명의 방전 램프는 전류-운반 전극 홀더들에 의해 각각 고정되는 애노드 및 캐소드를 둘러싸는 실질상 타원형 방전관을 갖고, 상기 전극 홀더들은 상기 방전관 상에 정반대로(diametrically) 배열된 벌브 축들을 통해 가이드되고, 상기 전극 홀더들 주변에는 상기 방전관으로부터 상기 벌브 축들로의 전이부에 압축부들(constriction)이 제공되며, 상기 압축부들은 상기 방전관에 의해 둘러싸인 방전 공간과 각각의 경우에 상기 벌브 축들에 의해 둘러싸인 벌브 축 공간들 사이에 연결 채널을 형성하고, 이 경우에 상기 방전관, 상기 압축부들 및/또는 애노드 코팅부는 발광 구역에서 상기 방전관의 흑화를 감소시키거나 방지하는 방식으로 설계된다. 이는, 이러한 조치들의 각각의 개별적인 조치가 거의 유지되는 제조 비용들과 함께 종래 기술과 비교할 때 방전 램프의 수명을 실질적으로 증가시킨다는 장점을 갖는다.

상기 방전관은 바람직하게도, 실질적으로 캐소드로부터 비켜져 있는(from averted) 애노드의 측면과 압축부 사이에 원통형 냉각 섹션을 갖는다. 이는, 예컨대, 증발된 애노드 재료가 상기 구역 내에 축적될 수 있고 그러므로 방전관이 광학적으로 유용한 구역 외부에서 흑화되는 장점을 갖는다.

상기 원통형 냉각 섹션은 유용하게도, 원통형 애노드의 직경보다 더 큰 직경을 가질 수 있고, 실질적으로 애노드의 길이의 절반에 대응하는 길이를 가질 수 있어서, 그에 따라 예컨대 증발된 애노드 재료의 증착에 대하여 충분히 커다란 냉각 섹션을 가능하게 한다.

바람직한 실시예에서, 애노드는 코팅부, 바람직하게는 방사를 향상시키는 텅스텐 페이스트에 의해 코딩된다. 이는, 방전 램프의 방사가 증가되는 반면에 애노드는 더 낮은 온도를 갖고 그에 따라 더 적은 애노드 재료를 증발시킬 수 있는 장점을 갖는다.

상기 연결 채널들은 제조 프로세스에서 최소 배기 저항(minimum exhaust resistance)의 경우에 전극 홀더들의 상대적 포지션을 가능하게 하는 방식으로 구현될 수 있고, 그에 따라 상압잔류물들의 더욱 간단하면서 더욱 경제적인 펌핑 오프(pumping off)를 가능하게 한다.

상기 연결 채널의 직경 및/또는 길이는 유리하게도 상기 최소 배기 저항을 달성하기 위하여 최소화될 수 있다.

벽들이 상기 압축부들 및 상기 벌브 축들 사이의 전이 구역에서 그리고 상기 압축부들 및 상기 방전관 사이의 전이 구역에서 전극 홀더들에 대하여 비스듬히 포지셔닝될 수 있다.

상기 방전관은 대략적으로 예컨대 애노드로부터 비켜져 있는, 캐소드의 측면과 압축부 사이에 원통형 섹션을 갖고, 이로써 상기 방전관으로부터 상기 압축부로 기계적으로 안정적인 전이를 달성하는 것이 가능하다.

배기 튜브가 바람직하게도 냉각 섹션 상에 형성된다.

하기의 목표는 예시적 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하는 것이다.

도 1은 예시적 실시예에 따른 방전 램프의 길이방향 단면을 도시한다.

본 발명은 하기에서 예컨대 프로젝션 시스템들과 스포트라이트들에서 사용되는 XBO^® 고압 방전 램프를 이용하여 설명된다.

도면은 단락-아크(short-arc) 기술을 이용하는, 양쪽 단부들에 베이스를 갖는 XBO^® 고압 방전 램프(1)를 개략적으로 도시한다. 상기 램프는 방전관(6)을 갖고 석영유리로 이루어진 방전관(4)과, 방전관(4) 상에 정반대로 배열된 두 개의 밀봉된 벌브 축들(8, 10)을 갖고, 상기 벌브 축들(8, 10)의 자유 단부 섹션들에는 베이스 슬리브(미도시)가 각각 제공될 수 있다. 벌브 축들(8, 10) 내에서 이어지고 램프의 동작 동안에 가스 방전이 그 사이에서 이루어지게 하는 두 개의 전극들(14, 16)은 방전 공간(6) 안으로 돌출된다. 방전관(4)의 방전 공간(6) 내에는 고순도 크세논으로 실질적으로 구성되는 이온화 충전물이 동봉된다. 도시된 예시적 실시예에서, 전극들(14, 16)은 각각 전류-운반 로드형 전극 홀더(18, 20) 및 상기 홀더에 솔더링되는 방전-측 헤드 전극(22)(애노드) 또는 헤드 전극(24)(캐소드)을 갖는 두 개가 한 조인(bipartite) 전극 시스템으로서 구현된다. 도면에 따르면, 우측 전극 헤드(24)는 원뿔형 캐소드(24) 또는 열 방출 및 전계 방출에 기초하여(리처드슨 방정식) 정의된 아크 부착(defined arc attachment) 및 충분한 전자 플럭스(electron flux)를 보장하기 위하여 고온들을 생성하기 위한 캐소드로서 구현된다.

도면에서 좌측 전극 헤드(22)는 배럴형 헤드 애노드(22) 또는 높은 열 부하에 영향받기 쉬운 애노드 ― 이 경우에, 방사출력은 전극 사이즈의 충분한 수치화에 의해 향상됨 ― 로서 구현된다. 방사출력을 추가로 증가시키기 위하여, 헤드 애노드(22)의 표면은 코팅부(25), 바람직하게는 텅스텐 페이스트에 의해 코팅되고, 그 결과로 헤드 애노드(22)는 0.55의 더 높은 방사 계수와 여기서는 종래 기술 ― 방출 계수는 0.4임 ― 과 비교할 때 대략 40%만큼 더 높은 방사를 갖는다.

로드형 전극 홀더들(18, 20)은 각각 두 개의 지지점들(bearing points)을 갖는다. 여기서, 하나의 지지점은 벌브 축들(8, 10)의 단부들 상에 형성된 각각의 전류 리드스루 시스템(26, 28)이고, 다른 하나의 지지점은 방전관(4) 및 벌브 축들(8, 10) 사이의 전이 구역 내에 배열되는 각각의 압축부(30, 32)이다. 전류 리드스루 시스템들(26, 28)은 방사상으로 및 축 방향으로 전극 홀더들(18, 20)을 각각 지지하고 공기가 외부로부터 벌브 축들(8, 10)에 의해 둘러싸인 벌브 축 공간들(34, 36) 안으로 들어갈 수 없도록 환경에 대해 기밀 방식으로 밀봉된다. 상기 벌브 축 공간들은 연결 채널들(38, 40)을 통해 방전관(4)의 방전 공간(6)에 연결되고, 상기 연결 채널들(38, 40)은 압축부들(30, 32)의 원통형 내벽(42, 44) 및 전극 홀더들(18, 20)에 의해 범위가 정해진다. 내벽들(42, 44)로부터 전극 홀더들(18, 20)의 표면들까지 측정되는 연결 채널들(38, 40)의 방사상 높이는 평균적으로 대략 0.4 내지 0.5㎜에 이르고 종래 기술 ― 여기서는, 상기 높이가 0.1 내지 0.2㎜에 대응함 ― 의 경우보다 실질적으로 더 높다. 연결 채널들(38, 40)의 축 길이는 전극 홀더들(18, 20)의 단면의 대략 1.5배에 이른다.

압축부들(30, 32)은 벌브 축들(8, 10)과 동일한 벽 두께를 갖고, 방전관(4) 및 벌브 축들(8, 10)로의 전이 구역 내에 비스듬히 포지셔닝된 벽들(46)에 의해 범위가 정해진다. 압축부들(30, 32)의 축 길이는 최소화되고, 연결 채널들(38, 40)의 방사상 높이는 이들 크기들이 전극 홀더들(18, 20)의 방사상 포지션을 보장하는데 이러한 수치들이 정확히 충분하도록 최대화된다.

대략 헤드 캐소드(24)로부터 비켜져 있는, 헤드 애노드(22)의 쉐도우 측(48)과 도면에서 우측에 있는, 좌측 압축부(30)의 벽(46) 사이에서, 방전관(4)은 실질상 원통형 냉각 섹션(50)을 갖고, 상기 원통형 냉각 섹션(50)의 직경은 헤드 애노드(22)의 직경보다 다소 더 크고 상기 원통형 냉각 섹션(50)의 축 길이는 대략 헤드 애노드(22)의 축 길이의 절반에 대응한다. 도면에서, 냉각 섹션(50)의 외부 주변부에 배기 채널(52)이 방사상으로 배열되고, 상기 배기 채널(52)은 고압 방전 램프(1)의 제조 프로세스 ― 하기에서 더 설명됨 ― 동안에 사용되고 제조 이후에 제거될 수 있다. 추가적인 원통형 섹션(54)이 냉각 섹션(50)의 반대편으로 방전관(4)의 단부에 형성되고 실질적으로 더 짧은 축 길이를 갖는다.

고압 방전 램프(1)는 네 개의 점선들에 의해 표시된 광학적으로 유용한 구역(55)을 갖고, 광은 실질적으로 동작 동안에 상기 유용한 구역(55)에 걸쳐서 방사된다.

종래 기술에서는, 고압 방전 램프의 사용 동안에 동작의 특정 기간 이후에 흑화가 방전관의 내벽에 발생하고 동작의 기간이 길어질수록 더 두껍고 더 어둡게 된다. 여기서, 이러한 흑화는 광학적으로 유용한 구역 내에 위치되고 그에 따라 상기 고압 방전 램프가 더 이상 사용될 수 없을 때까지 상기 고압 방전 램프의 유용한 광을 감소시킨다. 흑화의 한 원인은 램프의 동작 동안에 애노드의 고온들이고, 이러한 고온들은 애노드 재료의 증발을 유도하고, 그러면 상기 애노드 재료는 방전관의 내벽에 증착된다. 추가적 원인은 예컨대 산소 및 수증기를 갖는 방전관의 충전물의 오염들이고, 이러한 오염들은 마찬가지로 흑화 형태로 증착될 수 있다.

도면에서 본 발명의 고압 방전 램프(1)의 경우에, 종래 기술과 대조적으로, 흑화(56)는 광학적으로 유용한 구역(55) 외부에서, 냉각 섹션(50)의 구역 내, 냉각 섹션(50) 및 방전관(4)의 나머지 사이의 전이 구역 내 방전관(4)의 벌브 내부 표면(58)에 실질적으로 제공되고, 그리고 냉각 섹션(50) 및 압축부(30) 사이의 벽(46)에 제공되며, 도면에서는 방전관(4)의 흑색화에 의해 표시된다. 또한, 종래 기술과 비교할 때, 흑화(56)는 동일한 기간의 동작 동안에 실질적으로 더 낮다. 그 이유는 하기에서 설명된다.

고압 방전 램프(1)의 제조 동안에, 방전관(4)에 여전히 존재하는 가스, 예컨대 공기는 배기 채널(52)을 통해 방전 공간(6)으로부터, 그리고 연결 채널들(38, 40)을 통해 벌브 축 공간들(34, 36)로부터 가능한 한 배출된다. 후속하여, 방전관(4)은 이온화 충전물로 채워지고 기밀 방식으로 밀봉된다. 연결 채널들(38, 40)의 크기 결정으로 인해, 연결 채널들(38, 40)은 여기서 고압 방전 램프(1) 내의 최고 배기 저항을 행사한다. 이러한 이유로, 연결 채널들(38, 40)은 상기 배기 저항을 최소화하기 위하여 최소 축 길이와 함께 최대 높이를 갖도록 크기가 결정되고, 이때 충분한 방사상 지지가 여전히 전극 홀더(18, 20)에 대하여 보장된다. 한편으로, 종래 기술과 비교할 때, 이는 고압 방전 램프(1)가 더 짧은 시간 내에 진공화될 수 있게 하고 배기 저항이 10배까지 더 작게 되도록 하며, 따라서 제조 비용들이 감소되도록 허용하고, 다른 한편으로 산소 및 수증기와 같은 공기 잔류물들이 최소화되도록 하는데, 그 이유는 더 많은 양의 공기가 배기될 수 있기 때문이다. 상기 이온화 충전물의 품질은 결과적으로 향상된다. 그러면 더 적은 양의 공기 잔류물들이 고압 방전 램프(1)의 동작 동안에 방전관(4)의 더 적은 흑화(56)를 유도한다.

텅스텐으로 코팅된 헤드 애노드들(22)의 더 높은 방사로 인해, 상기 애노드들은 더 낮은 온도에 있고, 그 결과로 더 적은 애노드 재료가 증발되고, 따라서 흑화(56)는 마찬가지로 더 적다. 게다가, 더 높은 방사로 인해, 그 중에서도 헤드 애노드(22) 및 방전관(4) 사이의 광학적으로 유용한 구역(55)이 종래 기술의 경우보다 더 강하게 가열된다. 방전관(4)의 냉각 섹션(50)은 헤드 애노드(22)에 의해 가려지고(shaded), 그래서 온도가 방전관(4)의 나머지에서보다 상기 구역에서 더 낮다. 증발된 애노드 재료 및 충전물의 오염들은 이러한 냉각 섹션(50) 내에 증착되고, 상기 광학적으로 유용한 구역(55) 외부에 놓이는 흑화(56)를 유도한다.

전술된 본 발명의 특징들 덕분에, 상기 광학적으로 유용한 구역(55) 내에는 흑화(56)가 일어나지 않거나 단지 약간만 일어나며, 결과는 종래 기술과 비교할 때 50%까지의 고압 방전 램프(1)의 수명의 연장이다.

개시된 것은 전류-운반 전극 홀더들에 의해 각각 고정되는 애노드 및 캐소드를 둘러싸는 실질상 타원형 방전관을 갖는 방전 램프이며, 상기 전극 홀더들은 방전관 상에 정반대로 배열되는 벌브 축들을 통해 각각 가이드된다. 전극 홀더들 주변에, 방전관으로부터 벌브 축들로의 전이부에 압축부들이 형성되고, 상기 압축부들은 방전관에 의해 둘러싸인 방전 공간과 각각의 경우에 벌브 축들에 의해 둘러싸인 벌브 축 공간 사이에 연결 채널을 갖는다. 방전관, 압축부들 및/또는 애노드 코팅부는 방전 램프의 광학적으로 유용한 구역 내에 흑화를 감소시키거나 또는 흑화를 방지하는 방식으로 설계된다.

Claims

방전 램프로서,
전류-운반 전극 홀더들(18, 20)에 의해 각각 고정되는 애노드(22) 및 캐소드(24)를 둘러싸는 실질상 타원형 방전관(4)을 갖고,
상기 전극 홀더들(18, 20)은 상기 방전관(4) 상에 정반대로(diametrically) 배열된 벌브 축들(8, 10)을 통해 가이드되고,
상기 전극 홀더들(18, 20) 주변에는 상기 방전관(4)으로부터 상기 벌브 축들(8, 10)로의 전이부에 압축부들(30, 32)이 제공되며,
상기 압축부들(30, 32)은 상기 방전관(4)에 의해 둘러싸인 방전 공간(6)과 각각의 경우에 상기 벌브 축들(8, 10)에 의해 둘러싸인 벌브 축 공간들(34, 36) 사이에 연결 채널을 형성하고,
상기 방전관(4), 상기 압축부들(30, 32) 및/또는 애노드 코팅부는 발광 구역(55)에서 상기 방전관의 흑화(56)를 감소시키거나 방지하는 방식으로 설계되는,
방전 램프.
제 1 항에 있어서,
상기 방전관(4)은 실질적으로 상기 캐소드(24)로부터 비켜져 있는 상기 애노드(22)의 측면(48) 및 압축부(30) 사이에 원통형 냉각 섹션(50)을 갖는,
방전 램프.
제 2 항에 있어서,
상기 원통형 냉각 섹션(50)은 상기 원통형 애노드(22)의 직경보다 더 큰 직경을 갖는,
방전 램프.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 원통형 냉각 섹션(50)은 실질적으로 상기 애노드(22)의 길이의 절반에 대응하는 길이를 갖는,
방전 램프.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 애노드(22)는 코팅부(25), 바람직하게는 방출을 향상시키는 텅스텐 페이스트로 코팅되는,
방전 램프.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연결 채널들(38, 40)은 상기 연결 채널들(38, 40)이 제조 프로세스에서 최소 배기 저항(exhaust resistance)의 경우에 상기 전극 홀더들(18, 20)의 상대적 포지션을 보장하는 방식으로 구현되는,
방전 램프.
제 6 항에 있어서,
상기 연결 채널들(38, 40)의 직경 및/또는 길이는 최소화되는,
방전 램프.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축부들(30, 32) 및 상기 벌브 축들(8, 10) 사이의 전이 구역에 그리고 상기 압축부들(30, 32) 및 상기 방전관(4) 사이의 전이 구역에 상기 전극 홀더들에 대하여 비스듬히 벽들(46)이 포지셔닝되는,
방전 램프.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방전관(4)은 실질적으로 상기 애노드(22)로부터 비켜져 있는, 상기 캐소드(24)의 측면 및 상기 압축부(32) 사이에 원통형 섹션(54)을 갖는,
방전 램프.
제 2 항 내지 제 9항에 있어서,
배기 채널(52)이 상기 냉각 섹션(50) 상에 형성되는,
방전 램프.