KR20110117152A

KR20110117152A - 색온도가 높은 세라믹 가스 방전 금속 할라이드 램프

Info

Publication number: KR20110117152A
Application number: KR1020117018829A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 두내브스키; 제이 팔머
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2011-10-26
Also published as: JP2012515413A; CN102282643A; WO2010082144A1; TW201126567A; EP2387792A1; US20110273089A1

Abstract

색온도가 높은(4500K 이상) 세라믹 가스 방전 금속 할라이드(CDM) 램프(23)는 불활성 가스, 수은 및 금속 할라이드 염류 혼합물로 구성되는 충전제를 수용하는 장구형 PCA 방전 용기(12)를 갖고, 상기 염류 혼합물은, 적어도 약 62 몰%의 요오드화칼슘(CaI₂), 최대 약 8 몰%의 요오드화세륨(CeI₃), 최대 약 15 몰%의 요오드화세슘(CsI)과, 리튬(Li), 나트륨(Na), 인듐(In), 망간(Mn), 납(Pb), 프라세오디뮴(Pr), 유로퓸(Eu), 갈륨(Ga) 및 탈륨(Tl)의 할라이드로 이루어진 군에서 선택된 최대 약 15 몰%의 다른 할라이드를 포함하며, 나트륨(Na) 할라이드의 양은 약 5 몰%보다 작고, 탈륨(Tl) 할라이드의 양은 약 5 몰%보다 작다. 그러한 램프는 특히 원예 용례 뿐만 아니라 스포츠 조명, 수족관 조명 및 다른 특별한 조명 용례에 유용하다.

Description

색온도가 높은 세라믹 가스 방전 금속 할라이드 램프{CERAMIC GAS DISCHARGE METAL HALIDE LAMP WITH HIGH COLOR TEMPERATURE}

본 발명은 세라믹 가스 방전 금속 할라이드(CDM) 램프에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 금속 할라이드 염류의 혼합물을 포함하는 아크 방전 유지 충전제를 수용하는 다결정 알루미나(PCA) 세라믹 가스 방전 용기를 사용하는 그러한 램프에 관한 것이다.

CDM 램프는 통상적으로 외측 유리 인벨로프와 이 인벨로프에 밀봉되어 기밀식 인클로져를 제공하는 베이스에 의해서 둘러싸이는 PCA 세라믹 방전 용기를 채용한다. 방전 용기는 높은 내부 압력을 수용하고 최소의 열 구배를 제공하도록 특정한 형태를 갖는다. 방전 용기는 이 방전 용기의 대향 단부에 배치된 한쌍의 방전 전극 사이에 아크 방전을 유지할 수 있는 불활성 가스, 염류 혼합물 및 수은의 충전제를 수용한다. 방전 전극은 또한 방전 용기를 지지하는 프레임 와이어를 통해 베이스에 연결된다.

염류 혼합물에서 금속 할라이드의 특정한 조합과 그 비율은 램프의 루멘 출력, 상관 색온도(CCT) 및 연색 지수(CRI) 등의 램프 특성을 크게 좌우한다.

WO 2005/088675호는 고효율 및 긴 수명을 갖고, CCT가 2500-4500K인 금속 할라이드 램프를 개시하고 있다. 램프는 요오드화나트륨(NaI), 요오드화탈륨(TlI), 요오드화칼슘(CaI₂) 및 Sc, Y, La, Ce, Pr, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 및 Nd 요오드화물로부터 선택된 요오드화물들의 화학 충전제를 갖는다. 염류 혼합물에서 금속 요오드화물의 개시된 조합은 긴 수명에 도달하는 데에 필요한 방전 용기의 낮은 부식을 유발할 수 있다.

WO 2005/088675호에 기술된 램프의 단점은 CCT가 일반적으로 4500K 미만의 값으로 제한된다는 것이다. 염류 혼합물에서 상당량의 나트륨 할라이드(예컨대, 70 몰%) 때문에 보다 높은 CCT가 가능하지 않다.

미국 특허 제7,268,495호는 또한 CCT가 2500-4500K의 범위에 있는 세라믹 금속 할라이드 램프를 개시하고 있다. 램프는 NaI(적어도 5 몰%), TlI, CaI₂일 수 있는 알칼라인 금속 할라이드 및 희토류 할라이드의 화학 충전제를 갖는다. 램프는 Ba 또는 Sr 중 적어도 하나의 할라이드를 가져야 하지만 또한 CsI를 포함할 수 있다.

미국 특허 제7,268,495호의 램프는 WO 2005/088675호의 경우와 같이 고효율과 양호한 연색을 갖고, CCT는 최대 4500K의 값으로 제한된다.

본 발명의 한가지 형태에 따르면, CDM 램프는 불활성 가스, 수은 및 금속 할라이드 염류 혼합물로 구성되는 충전제를 수용하는 PCA 방전 용기를 포함하고, 상기 염류 혼합물은,

적어도 약 62 몰%, 바람직하게는 약 62 내지 약 95 몰%의 요오드화칼슘(CaI₂),

최대 약 8 몰%, 바람직하게는 약 2 내지 약 6 몰%의 요오드화세륨(CeI₃),

최대 약 15 몰%, 바람직하게는 약 3 내지 약 15 몰%의 요오드화세슘(CsI)과,

리튬(Li), 나트륨(Na), 인듐(In), 망간(Mn), 납(Pb), 프라세오디뮴(Pr), 유로퓸(Eu), 갈륨(Ga) 및 탈륨(Tl)의 할라이드로 이루어진 군에서 선택된 최대 약 15 몰%의 하나 이상의 부재를 포함하며, 나트륨(Na)의 할라이드의 양은 약 5 몰%보다 작고, 탈륨(Tl)의 할라이드의 양은 약 5 몰%보다 작은 것을 특징으로 한다.

형성된 PCA 방전 용기의 사용과 조합하여 설명된 금속 할라이드의 조합은 높은 상관 색온도(CCT)(4500 이상), 높은 조명 효능(100 Lm/W 이상), 높은 연색 지수(CRI)(85 이상) 및 낮은 최소 인지 색차(MPCD)를 갖는 양호한 색깔 안정성을 달성할 수 있다. 또한, 금속 할라이드 염류 혼합물은 낮은 부식성을 특징으로 하고, 이는 본 발명의 CDM 램프의 양호한 루멘 유지 보수와 긴 수명을 보장하는 데에 일조한다.

그러한 용례는 원예 용례 뿐만 아니라 스포츠 조명, 수족관 조명 및 기타 특별한 조명 용례에 특히 유용하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 할라이드 염류의 화학 충전제와 높은 색온도를 갖는 매체 와트량(wattage) 세라믹 가스 방전 금속 할라이드(CDM) 램프를 도시하고 있다.

본 발명의 실시예를 본 발명의 일실시예에 따른 금속 할라이드 염류의 화학 충전제와 높은 색온도를 갖는 매체 와트량 세라믹 가스 방전 금속 할라이드(CDM) 램프를 도시하고 있는 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

도면은 개략적이고 실척으로 도시되어 있지 않다.

보다 구체적으로, 도 1은 방전 공간(20)을 둘러싸는 중앙의 장구형(長球形) 부분(12a)과, 한쌍의 튜브형 단부(12b, 12c)를 포함하는 PCA 방전 용기(12)를 갖는 매체 와트량(315W) CDM 램프(23)를 도시하고 있다. PCA 방전 용기(12)의 중앙부(12a)는 높은 내부 압력을 수용하고 최소의 열 구배를 제공하도록 설계되는 장축을 따른 길이(L)과 단축을 따른 폭(W)에 의해 형성되는 형태와 크기를 갖고, 이는 높은 루멘 출력과 긴 수명을 초래한다.

한쌍의 방전 전극(13, 14)은 방전 공간(20)으로 방전 용기(12)의 단부(12b, 12c)를 통해 연장되고 상기 단부(12b, 12c)에 의해 지지된다. 외측 벌브형 인벨로프(10)는 방전 용기(12)와 방전 전극(13, 14)을 둘러싸고 기밀식 인클로져를 제공하도록 베이스(25)에 밀봉된다.

단자부(21a, 21b)를 각각 갖는 전기 도선(22a, 22b)은 베이스(25)를 통해 연장되고 지지 요소(15)에 의해 방전 전극(13, 14)에 전기 연결되고 프레임 부재(16)를 각각 지지한다. 프레임 부재(16)의 연장부(19)는 인벨로프(10)의 상단부로부터 돌출부(11) 내로 내측을 향해 연장되어 추가 지지부를 제공한다. 게터(17)는 프레임 부재(16)에 부착된다. 방전 공간(20)은 불활성 시작 가스, 수은 및 CaI₂; CeI₃; CsI로부터 선택된 금속 할라이드 염류들 및 Li, Na, In, Mn, Pb, Pr, Eu, Ga 및 Tl의 할라이드의 혼합물의 화학 충전제로 충전된다.

CeI₃은 방출 스펙트럼, 특히 벌브 구역에 양호한 CRI 및 높은 CCT에 공헌하는 매우 많은 개수의 라인을 갖는다. CeI₃의 전체 몰량은 8%를 초과하지 않아야 하는데, 그 이상에서는 PCA 벽의 부식이 생겨 방전 공간으로부터 염류를 흡수하는 경향이 있는 스폰지 구조를 초래하여 램프 수명을 단축시킨다. 바람직하게는 CeI₃은 약 2 내지 약 6 몰%의 범위 내에 유지되고, 그 미만에서는 발광에 대한 그 공헌이 높은 색온도와 높은 조명 효능을 달성하는 데에 불충분하며, 그 이상에서는 PCA 부식이 시작하여 긴 램프 수명의 달성을 제한한다.

약 4 내지 6 몰%의 범위 내에서, CeI₃의 증가는 조명 효능 뿐만 아니라 램프 전압을 증가시키는 효능을 갖지만, 흑체 복사 커브로부터 멀리 y축을 따른 칼라 지점의 부수적인 이동이 있다.

CsI는 아크를 안정화시키는 효과를 갖고, 아크 벤딩 및 부수적인 PCA 벽 침식을 방지하여, 방출 스펙트럼에 악영향을 미치지 않으면서 수명을 향상시킨다. CsI의 몰량은 15%를 초과해서는 않되는데, 그 이상에서는 조명 효능이 실제 레벨 아래로 감소한다. 바람직하게는, CsI의 양은 약 3 내지 약 15 몰%의 범위 내에 유지되고, 그 미만에서는 아크 안정성이 제공된다.

미국 특허 제6,031,332호에서 설명된 바와 같이, CaI₂는 양호한 방출 특성 및 높은 전력 인자를 제공한다. CaI₂는 또한 낮은 PCA 부식 속도를 갖고 따라서 염류 조성의 몰%를 100 몰%로 완성하도록 용제로서 기능할 수 있다. 따라서, 다른 요소들의 최대 몰량을 고려하면, CaI₂의 몰량은 62% 초과이고, 특히 약 62 내지 95%이어야 하는데, 그 미만에서는 다른 성분들의 몰량이 그 최대값을 초과하고, 그 이상에서는 다른 성분들의 몰량이 그 최소값 미만에 있다.

염류 조성은 CCT의 미세 조율과 흑체 복사 커브에 대한 램프의 색깔 지점의 조정을 위해 Li, Na, In, Mn, Pb, Pr, Eu, Ga 또는 Tl과 같은 금속들의 할라이드의 작은 몰량을 더 함유할 수 있다. 미세 조율 첨가제의 몰량은 선택된 할라이드의 기체 압력에 따라 좌우되지만, 전체 솔드 혼합물의 15 몰%를 초과해서는 않되며, 그 이상에서는 PCA 부식 속도가 긴 램프 수명을 달성하는 데에 불가능하게 된다.

상기 할라이드들의 그룹과 관련하여, NaI의 존재는 높은 CCT를 갖는 램프를 달성하는 데에 중요하지 않고, 특히 NaI가 CCT의 미세한 조율 및 램프의 색깔 지점의 조정에 유용할 수 있지만, 어떠한 경우에는 전체 염류 혼합물의 약 5 몰% 미만으로 유지되어야 하는데, 그 이상에서는 그 영향이 원하는 높은 색온도의 달성을 방지한다.

특히, NaI의 추가는 x축을 따른 색깔 지점을 이동시켜 색온도를 감소시킨다. 따라서, NaI는 전술한 바와 같이 색깔 지점에 관한 CeI₃의 효과와 상호 작용하도록 사용될 수 있다.

또한, 상기 할라이드들의 그룹과 관련하여, TlI의 존재는 마찬가지로 높은 CCT를 갖는 램프를 달성하는 데에 필요하지 않다. 그러나, 535 nm 주위의 눈 민간 구역에서 강한 라인을 특징으로 하는 방출 스펙트럼으로 인해, TlI는 또한 CCT의 미세한 조율 및 램프의 칼라 지점의 조정에 유용하지만, 어떠한 경우에는 전체 염류 혼합물의 약 5 몰% 미만으로 유지되어야 하는데, 그 이상에서는 CCT가 시작하여 하방으로 이동한다. 또한, MPCD가 너무 높아지고 광은 상업적 관심 용례에 대해 과도하게 녹색으로 된다. 또한, Tl의 화학적 활동도는 부식성을 증가시켜 수명을 위태롭게 할 수 있다. 상기 고려사항을 기초로 하여, TlI의 약 2 내지 약 3 몰%의 범위가 바람직하다. 그러나, 5000K를 초과한 CCT의 경우, TlI 레벨은 약 1 몰% 이하로 유지되어야 한다.

실시예

도면에 도시된 형태에 따른 아크 튜브가 형성되었다. 형태는 약 18 mm의 단축폭(W)과 약 26 mm의 장축 길이를 갖는 장구형의 형상을 갖는다. 본체의 벽 두께는 약 1mm이다. 장구형의 단부는 중공의 축방향 연장부에 일체로 형성되고, 이 연장부를 통해 텅스텐 방전 전극이 삽입된다. 텅스텐 전극들 간의 거리는 14 mm이다. Hg의 1회 분량이 아크 튜브뿐 아니라 염류 혼합물 자체에 추가된다. 아크 튜브는 소량의 Kr⁸⁵의 첨가와 함께 Ar에 의해 충전되었다. 충전 압력은 75 Torr이었다. Xe, Ne 또는 이들 가스의 혼합물과 같은 다른 불활성 가스가 충전제로 사용될 수 있음은 물론이다. 방전 전극은 아크 튜브 본체의 연장부에서 타이트하게 밀봉된다.

램프는 315 W의 정격 전력을 갖게 제조되었다. 램프의 전압은 약 100V이었고, 이는 Hg의 1회 분량에 의해 조정된다. CCT, CRI 및 MPCD의 값은 램프가 수직 방향에서 100 시간 동안 작동된 후에 측정된다. 램프 시리즈의 화학 충전제를 그 파라미터와 함께 표 1에 나타낸다.

염류 조성, 몰%						조명 효능	CCT	CRI	MPCD
CsI	NaI	TlI	Cel₃	Cal₂	InI	조명 효능	CCT	CRI	MPCD
4.35	0.00	2.27	4.34	87.17	1.87	107.7	4900	87	48
4.42	0.00	2.31	6.62	84.74	1.90	112.3	4900	86	56
4.37	2.52	2.28	6.54	82.40	1.88	114.1	4700	86	53
4.40	0.00	0.00	5.49	88.85	1.26	107.7	5000	89	22
4.41	0.00	1.15	5.50	87.68	1.26	110.7	5000	87	42
4.35	0.00	1.14	5.43	86.59	2.50	109.4	4800	89	46
4.35	0.00	0.00	5.42	87.74	2.49	106.0	4900	91	29

표 1은 측정된 램프가 약 106 내지 114 L/W의 조명 효능, 4700 내지 5000K의 CCT, 86 내지 91의 CRI, 29 내지 56의 MPCD를 갖는다는 것을 보여주고 있다.

본 발명은 부득이하게 제한된 개수의 실시예의 관점에서 설명하였다. 이 설명으로부터, 다른 실시예 및 실시예의 변경이 당업자에게 명백해지고, 본 발명의 범위 내에서 및 첨부된 청구범위 내에 완전히 포함되도록 의도된다.

Claims

세라믹 가스 방전 금속 할라이드(CDM) 램프(23)로서,
방전 공간(2)을 둘러싸는 중앙부(12a)와 한쌍의 단부들(12b, 12c)을 구비하는 세라믹 방전 용기(12);
각각의 단부들(12b, 12c)을 통해 방전 공간(14)으로 연장되는 한쌍의 방전 전극들(13, 14);
방전 용기(12)와 베이스(25)를 둘러싸는 외측 유리 인벨로프(10)를 포함하고, 상기 외측 유리 인벨로프(10)는 상기 방전 용기(12)를 위한 기밀식 인클로져를 형성하도록 상기 베이스(25)에 밀봉되는 상기 세라믹 가스 방전 금속 할라이드 램프에 있어서,
상기 방전 가스(20)는 불활성 가스, 수은 및 금속 할라이드 염류 혼합물로 구성되는 충전제를 포함하고, 상기 염류 혼합물은,
적어도 약 62 몰%의 요오드화칼슘(CaI₂),
최대 약 8 몰%의 요오드화세륨(CeI₃),
최대 약 15 몰%의 요오드화세슘(CsI); 및
리튬(Li), 나트륨(Na), 인듐(In), 망간(Mn), 납(Pb), 프라세오디뮴(Pr), 유로퓸(Eu), 갈륨(Ga) 및 탈륨(Tl)의 할라이드들로 이루어진 군에서 선택된 최대 약 15 몰%의 하나 이상의 부재들을 포함하며, 나트륨(Na)의 할라이드들의 양은 약 5 몰%보다 작고, 탈륨(Tl)의 할라이드들의 양은 약 5 몰%보다 작은 것을 특징으로 하는 세라믹 가스 방전 금속 할라이드 램프.
제1항에 있어서, 상기 요오드화칼슘(CaI₂)은 약 62 내지 약 95 몰%의 범위로 제공되는 세라믹 가스 방전 금속 할라이드 램프.
제1항에 있어서, 상기 요오드화세륨(CeI₃)은 약 2 내지 약 6 몰%의 범위로 제공되는 세라믹 가스 방전 금속 할라이드 램프.
제1항에 있어서, 상기 요오드화세슘(CsI)은 약 3 내지 약 15 몰%의 범위로 제공되는 세라믹 가스 방전 금속 할라이드 램프.
제1항에 있어서, 상기 요오드화탈륨(TlI)은 약 2 내지 약 3 몰%의 범위로 제공되는 세라믹 가스 방전 금속 할라이드 램프.
제1항에 있어서, 상기 요오드화탈륨(TlI)은 최대 약 1 몰%의 양으로 제공되는 세라믹 가스 방전 금속 할라이드 램프.
제1항에 있어서, 상기 방전 용기(12)의 중앙부(12a)의 형태는 높은 내부 압력을 수용하고 최소의 열 구배들을 제공하도록 설계되는 세라믹 가스 방전 금속 할라이드 램프.
제5항에 있어서, 상기 방전 용기(12)의 중앙부(12a)의 형태는 장구형(長球形)(prolate spheroid)인 세라믹 가스 방전 금속 할라이드 램프.