KR20160132812A

KR20160132812A - 자동차 헤드라이트용 고압 방전 램프

Info

Publication number: KR20160132812A
Application number: KR1020167011780A
Authority: KR
Inventors: 기욤 비데르히른
Original assignee: 오스람 게엠베하
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2016-11-21
Also published as: CN105814661A; DE102014204932A1; CN105814661B; EP3031071A1; WO2015139876A1; EP3031071B1

Abstract

본 발명은 기밀 방식으로 폐쇄된 방전관(10)을 구비한 자동차 헤드라이트용 고압 방전 램프에 관한 것이고, 상기 방전관은 방전 챔버(106)를 갖고, 상기 방전 챔버 내에 전극들(11, 12) 및 기체 방전(gas discharge)을 발생시키기 위한 수은을 함유하지 않는(mercury-free) 충전제가 포함되어 있다. 상기 충전제는 적어도 크세논(xenon) 및 나트륨, 스칸듐, 인듐 및 아연의 할로겐화물들을 함유하고, 상기 충전제의 할로겐화물 비율 내 나트륨의 몰분율(molar fraction) 및 스칸듐의 몰분율의 몫(quotient)은 2 내지 3의 범위 내 값을 가지며, 이때 방전 챔버(106) 내 할로겐화물들의 양은 방전 챔버 용적의 1큐빅밀리미터 당 8 내지 11마이크로그램의 범위 내 값을 갖고, 할로겐화아연의 비율은 방전 챔버(106) 내 할로겐화물의 총량을 기준으로 16 내지 25중량퍼센트의 범위 내 값을 가지며, 할로겐화인듐의 비율은 방전 챔버(106) 내 할로겐화물의 총량을 기준으로 1 내지 3중량퍼센트의 범위 내 값을 갖고, 그리고 크세논의 저온 충전압(cold-filling pressure)은 1.1 내지 1.5메가파스칼의 범위 내에 있다.

Description

자동차 헤드라이트용 고압 방전 램프 {HIGH-PRESSURE DISCHARGE LAMP FOR VEHICLE HEADLIGHTS}

본 발명은 특허 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 고압 방전 램프에 관한 것이다.

상기 유형의 고압 방전 램프는 예를 들어 간행물 WO 2011/057903 A1호에 공지되어 있다. 이와 같은 간행물은 수은을 함유하지 않는(mercury-free) 충전제를 포함한 자동차 헤드라이트용 고압 방전 램프를 기술하고, 상기 고압 방전 램프는 작동중에 4500켈빈의 색온도로 백색 광을 방출한다.

본 발명의 과제는, 대등한 유지 관리 및 대등한 광 전류 조건에서 작동중에 상승한 색온도로 백색 광을 방출하는 동종의 고압 방전 램프를 제공하는 것이다.

이와 같은 과제는 본 발명에 따라 특허 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 고압 방전 램프에 의해 해결된다. 본 발명의 특히 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 기술되어 있다.

본 발명에 따른 고압 방전 램프는 자동차 헤드라이트에서 광원으로써 이용되는데 기밀 방식으로 폐쇄된 방전관을 구비하고, 상기 방전관은 방전 챔버를 포함하며, 상기 방전 챔버 내에는 전극들 및 기체 방전(gas discharge)을 발생시키기 위한 수은을 함유하지 않는 충전제가 포함되어 있다. 상기 충전제는 적어도 크세논(xenon) 및 나트륨, 스칸듐, 아연 및 인듐의 할로겐화물들을 함유하고, 이때 상기 충전제의 할로겐화물 비율 내 나트륨의 몰분율(molar fraction) 및 스칸듐의 몰분율의 몫(quotient)은 2 내지 3의 범위 내 값을 갖는다. 본 발명에 따라 방전 챔버 내 할로겐화물들의 양은 전체적으로 방전 챔버 용적의 1큐빅밀리미터 당 8 내지 11마이크로그램의 범위 내 값으로 감소하였고, 그리고 할로겐화아연 및 할로겐화인듐의 중량비는 선행 기술과 비교하여 현저하게 높아졌으며, 그 결과 각각 방전 챔버 내 할로겐화물의 총량을 기준으로 할로겐화아연의 값은 16 내지 25중량퍼센트의 범위 내에, 바람직하게 16 내지 23중량퍼센트 범위 내에 그리고 특히 바람직하게 18 내지 23중량퍼센트 범위 내에 있고, 할로겐화인듐의 값은 1 내지 3중량퍼센트 범위 내에, 그리고 바람직하게 2 내지 3중량퍼센트 범위 내에 있다. 추가로 본 발명에 따라, 방전 챔버 내 크세논의 저온 충전압, 다시 말해 25℃의 온도에서 측정된 압력이 1.1 내지 1.5메가파스칼의 값 범위 내에, 그리고 바람직하게 1.1 내지 1.4메가파스칼의 범위 내에 있다.

전술된 특징들로 인해, 본 발명에 따른 고압 방전 램프는 작동중에 선행 기술에 따른 고압 방전 램프에 비해 대략 300켈빈 만큼 대략 4800켈빈으로 상승한 색온도로 백색 광을 방출하는 한편, 상기 고압 방전 램프에서 발생한 광 전류 및 상기 고압 방전 램프의 유지 관리는 선행 기술에 따른 고압 방전 램프와 대등하다.

이뿐만 아니라 본 발명에 따른 고압 방전 램프는, 비교적 높은 할로겐화인듐 비율에 의해 상기 고압 방전 램프의 시동 단계(starting phase)가 짧아지고, 비교적 낮은 크세논의 저온 충전압에 의해 기계적 진동에 대한 방전 아크(discharge arc)의 안정성이 높아지며, 그리고 방전 챔버 내 비교적 적은 양의 할로겐화물에 의해 증발하지 않은 충전 성분들에 의한 음영 또는 왜곡(distortion)이 더 적음으로써 자동차 헤드라이트 내에서 방전 아크의 균일한 상(image)이 구현된다는 장점이 있다. "시동 단계"의 개념은 기체 방전의 개시 직후에 시작하고 고압 방전 램프의 정상 작동 상태가 달성됨으로써 종료하는 고압 방전 램프의 작동 단계를 의미한다. 상기 시동 단계 동안에 방전 챔버 내 할로겐화물들은 증발한다.

또한, 본 발명에 따른 고압 방전 램프는 선행 기술에 따른 고압 방전 램프와 유사한 유지 전압(maintaining voltage)을 갖는데, 그 이유는 본 발명에 따른 고압 방전 램프에서 더 높은 할로겐화아연 및 할로겐화인듐 비율로 인해 상승한 유지 전압이 감소한 크세논의 저온 충전압에 의해 보상되기 때문이다. "유지 전압"의 개념은 고압 방전 램프의 정상 작동 상태가 달성된 이후에 전극들 사이에서 또는 방전 아크 위에서 형성되는 전압을 의미한다. 상기 유지 전압은 고압 방전 램프의 작동 전압에 상응한다.

바람직하게 본 발명에 따른 고압 방전 램프의 방전 챔버 내 할로겐화물들은 요오드화물로서 형성되어 있다. 요오드화물들은 다른 할로겐화물들에 비해 화학적으로 덜 공격적이고 방전관의 재료와 화학적 반응을 야기하지 않는 장점을 갖는다.

바람직하게 본 발명에 따른 고압 방전 램프 내에서 요오드화나트륨, 요오드화스칸듐 및 요오드화아연 그리고 요오드화인듐의 할로겐화물들이 사용된다. 전술된 요오드화물들의 비율의 총합은 바람직하게 본 발명에 따른 고압 방전 램프의 방전 챔버 내 할로겐화물의 총량을 나타낸다. 자동차 헤드라이트에서 광원으로써 이용 가능한 고압 방전 램프에 대하여 제기되는 법률상의 요구 조건들을 충족시키는 백색 광을 발생시키기 위하여, 전술된 요오드화물들이 완전히 충분한 것으로 확인되었다.

바람직하게 본 발명에 따른 고압 방전 램프의 충전제는, 각각 방전 챔버 내 할로겐화물의 총량을 기준으로 30 내지 40 중량퍼센트의 범위 내 값을 갖는 할로겐화나트륨 비율 및 35 내지 45중량퍼센트의 범위 내 값을 갖는 할로겐화스칸듐 비율을 갖는다.

다음에서 본 발명은 바람직한 일 실시예를 참조하여 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고압 방전 램프의 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 고압 방전 램프의 외부 유리구 및 방전관의 개략도이다.

본 발명의 바람직한 실시예는 정격 전압 35와트의 전력 소모량을 갖고 수은을 함유하지 않는 금속 할로겐화 고압 방전 램프(metal halide high-pressure discharge lamp)에 관한 것이다. 이와 같은 램프는 자동차 헤드라이트에 이용하기 위해 제공되어 있다. 상기 램프는 22.5mm³의 방전 챔버(106) 용적을 갖고 석영 유리로 이루어진 양측으로 밀봉된 방전관(10)을 구비하고, 상기 방전 챔버 내에는 전극들(11, 12) 및 기체 방전을 발생시키기 위한 충전제가 기밀 방식으로 포함되어 있다. 상기 방전 챔버(106)의 영역에서 상기 방전관(10)의 외부 윤곽은 타원형으로 형성되어 있고, 상기 방전관의 내부 윤곽은 상기 전극들(11, 12) 사이의 영역에서 원통형으로 형성되어 있다(도 2 참조).

상기 방전 챔버(106)의 중심에서 상기 방전관의 내경은 2.55㎜이고, 상기 방전관의 외경은 그곳에서 6.3㎜이다. 상기 방전관(10)의 양단부(101, 102)는 각각 이러한 방전관(10)의 석영 유리 내에 용융된 몰리브덴 박막들(103, 104)에 의해 밀봉되어 있다. 상기 몰리브덴 박막들(103, 104)은 각각 6.5㎜의 길이, 2㎜의 폭 및 25㎛의 두께를 갖는다. 상기 방전관(10)의 내부 공간 내에는 2개의 전극(11, 12)이 위치하고, 램프의 작동중에 상기 전극들 사이에서 광 방출을 책임지는 방전 아크가 형성된다. 상기 전극들(11, 12)은 텅스텐으로 이루어져 있다. 상기 전극들의 두께 또는 직경은 0.33㎜이다. 상기 전극들(11, 12)의 길이는 각각 7.5㎜이다. 상기 전극들(11, 12) 사이의 광학적인 또는 광학 작용하는 간격은 대략 4.1㎜이다. 상기 전극들(11, 12)은 각각 상기 방전관의 석영 유리 내에 용융된 몰리브덴 박막들(103, 104) 중 하나의 몰리브덴 박막, 그리고 베이스에서 멀리 떨어진 전류 공급부(13) 및 전류 회귀부(17)를 통해 또는 베이스 측 전류 공급부(14)를 통해 램프 베이스(lamp base)(15)의 전기 접속부에 전기 전도 방식으로 연결되어 있다. 상기 방전관(10)은 이러한 방전관(10)의 단부들(101, 102)에 용융되어 있고 유리로 된 외부 유리구(16)에 의해 둘러싸여 있다. 상기 외부 유리구(16) 또는 외부 유리구(16) 및 방전관(10)에 의해 형성된 구성 유닛은 금속 클램프(metal clamp) 및 용접 브래킷(welding bracket)(22)에 의해 상기 금속 클램프(20)에 연결되어 있는 금속 링(21)에 의해 램프 베이스(15)에 고정된다. 상기 방전관(10)은 베이스 측에 석영 유리로 이루어진 관형 연장부(105)를 포함하고, 상기 관형 연장부 내에서 상기 베이스 측 전류 공급부(14)가 진행한다. 상기 전류 공급부들(14, 17)은 상기 램프 베이스(15)의 내부 공간 내에 배치된 개시 장치(도시되지 않음)에 전기 전도 방식으로 연결되어 있고, 상기 개시 장치는 고압 방전 램프 내에서 기체 방전을 개시하기 위해 이용된다. 상기 램프 베이스(15)는 실질적으로 플라스틱으로 이루어져 있고, 상기 개시 장치의 전자기 차폐 작용을 개선하기 위해 금속 하우징에 의해 둘러싸여 있다. 상기 램프 베이스(15)에는 고압 방전 램프를 작동 장치에 전기적으로 연결하기 위한 플러그(plug)(23)가 배치되어 있다.

상기 전류 회귀부(17)를 향하는 상기 방전관(10)의 표면 영역에는 광을 투과시키는 전기 전도성 코팅(107)이 제공되어 있고, 상기 전기 전도성 코팅은 개시 보조 수단으로써 이용된다. 상기 코팅(107)은 도핑 된 산화주석, 예를 들어 플루오르 또는 안티몬으로 도핑 된 산화주석으로 이루어져 있거나, 또는 예를 들어 붕소 및/또는 리튬으로 도핑 된 산화주석으로 이루어져 있다. 이와 같은 고압 방전 램프는 수평 위치에서 작동되는데, 다시 말해 수평 평면 내에 배치된 전극들(11, 12)에 의해 작동되며, 이때 상기 램프는 전류 회귀부(17)가 방전관(30) 및 외부 유리구(16) 아래에서 진행하도록 설계되어 있다. 이와 같은 코팅(107)에 대한 상세한 내용은 유럽 특허 출원서 EP 1 632 985 A1호에 기술되어 있다. 상기 외부 유리구(16)는 예컨대 산화세륨 및 산화티타늄과 같이 자외선을 흡수하는 물질로 도핑 된 석영 유리로 이루어져 있다. 상기 외부 유리구에 적합한 유리 조성물들은 간행물 WO 94/28576 A1호 및 WO 2012/072398 A1호에 공지되어 있다.

상기 방전관 내에 포함된 충전제는, 1.3메가파스칼의 저온 충전압, 다시 말해 25℃의 온도에서 측정된 충전압을 갖는 크세논 및 나트륨, 스칸듐, 아연 및 인듐의 요오드화물들로 이루어져 있다. 상기 램프의 유지 전압은 대략 42볼트이다. 상기 램프의 색온도는 대략 4800켈빈이다. 상기 충전제 내 나트륨, 스칸듐, 아연 및 인듐의 금속들의 할로겐화물 또는 요오드화물 총량은 9.78㎍/mm³, 다시 말해 방전 챔버 용적의 1큐빅밀리미터 당 9.78마이크로그램에 따라 220㎍이고, 이때 할로겐화물의 총량을 기준으로 나트륨, 스칸듐, 아연 및 인듐의 금속들의 요오드화물 중량비는 다음과 같다:

요오드화나트륨(NaI): 3.50㎍/mm³의 충전량에 따라 35.75중량퍼센트

요오드화스칸듐(ScI₃): 3.95㎍/mm³의 충전량에 따라 40.4중량퍼센트

요오드화아연(ZnI₂): 2.07㎍/mm³의 충전량에 따라 21.2중량퍼센트

요오드화인듐(InI): 0.26㎍/mm³의 충전량에 따라 2.65중량퍼센트

위에서 언급된 요오드화나트륨 및 요오드화스칸듐의 비율들에서 충전제 내 나트륨 및 스칸듐의 비율들은 12.0㎍ 및 9.4㎍를 나타낸다. 전술된 나트륨 및 스칸듐의 비율들은 충전제 내 0.52 10^-3㏖의 나트륨 및 0.21 10^-3㏖의 스칸듐에 상응한다. 따라서 나트륨 및 스칸듐의 몰분율들의 몫은 2.5의 값을 갖고, 그에 따라 충전제 내 나트륨 대 스칸듐의 몰비(molar ratio)는 2.5 : 1이다. 상기 고압 방전 램프의 충전제는 전술된 성분들 이외에 추가의 성분들을 함유하지 않음으로써, 결과적으로 요오드화나트륨, 요오드화스칸듐, 요오드화아연 및 요오드화인듐의 중량비들의 총합은 방전 챔버(106) 내 할로겐화물들의 총량, 다시 말해 100중량퍼센트를 나타낸다.

본 발명에 따른 금속 할로겐화 고압 방전 램프는 이온화 가능한 충전제 내 금속 할로겐화물들의 신속한 증발을 보장하기 위해, 방전관 내 기체 방전의 개시 직후에 램프의 정격 전압 또는 정격 전류의 3배 내지 5배로 작동된다. 기체 방전의 개시 직후에 이와 같은 램프는 거의 오로지 크세논만을 갖는데, 그 이유는 이와 같은 시점에 단지 상기 크세논만이 기체 형태로 방전관 내에 존재하기 때문이다. 따라서 상기 고압 방전 램프는 이와 같은 시점에서 그리고 상기 이온화 가능한 충전제의 금속 할로겐화물들이 증발 단계로 넘어가는 소위 시동 단계 동안에 크세논-최고압 방전 램프처럼 작동함으로써, 광 방출뿐만 아니라 방전의 전기적 특성들, 특히 방전 경로에 걸쳐서 일어나는 전압 강하가 오로지 크세논 및 전극들의 간격에 의해서만 결정된다. 상기 이온화 가능한 충전제의 위에서 언급된 요오드화물들이 증발되고 이와 같은 요오드화물들이 방전에 참여하면, 비로소 램프의 준정상 작동 상태가 달성되고, 상기 작동 상태에서 상기 램프는 35와트의 정격 전압 및 42볼트의 유지 전압으로 작동된다. 그 결과, "유지 전압"이라는 개념은 준정상 작동시 고압 방전 램프의 작동 전압을 의미한다.

본 발명은 위에서 더 상세하게 설명된 실시예에만 제한되지 않는다. 예를 들어 램프 베이스는 이러한 램프 베이스의 내부 공간 내에 개시 장치에 대해 추가하여 고압 방전 램프의 작동 장치의 구성 부품들 또는 심지어 작동 장치 전체를 포함하도록 형성될 수 있다. 대안적으로 램프 베이스는 개시 장치 없이 형성될 수도 있고, 그리고 개시 장치가 램프 베이스의 외부에서 고압 방전 램프의 외부 작동 장치의 부품으로서 형성될 수도 있다.

Claims

기밀 방식으로 폐쇄된 방전관(10)을 구비한 자동차 헤드라이트용 고압 방전 램프로서,
상기 방전관은 방전 챔버(106)를 갖고, 상기 방전 챔버 내에 전극들(11, 12) 및 기체 방전(gas discharge)을 발생시키기 위한 수은을 함유하지 않는(mercury-free) 충전제가 포함되어 있으며, 이때 상기 충전제는 적어도 크세논(xenon) 및 나트륨, 스칸듐, 인듐 및 아연의 할로겐화물들을 함유하고, 상기 충전제의 할로겐화물 비율 내 나트륨의 몰분율(molar fraction) 및 스칸듐의 몰분율의 몫(quotient)은 2 내지 3의 범위 내 값을 갖는 상기 고압 방전 램프에 있어서,
― 방전 챔버(106) 내 할로겐화물들의 양은 방전 챔버 용적의 1큐빅밀리미터 당 8 내지 11마이크로그램의 범위 내 값을 갖고,
― 할로겐화아연의 비율은 방전 챔버(106) 내 할로겐화물의 총량을 기준으로 16 내지 25중량퍼센트의 범위 내 값을 가지며,
― 할로겐화인듐의 비율은 방전 챔버(106) 내 할로겐화물의 총량을 기준으로 1 내지 3중량퍼센트의 범위 내 값을 갖고, 그리고
― 크세논의 저온 충전압(cold-filling pressure)은 1.1 내지 1.5메가파스칼의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는,
고압 방전 램프.
제 1 항에 있어서,
할로겐화아연의 비율은 방전 챔버(106) 내 할로겐화물의 총량을 기준으로 16 내지 23중량퍼센트의 범위 내 값을 갖는,
고압 방전 램프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
할로겐화아연의 비율은 방전 챔버(106) 내 할로겐화물의 총량을 기준으로 18 내지 23중량퍼센트의 범위 내 값을 갖는,
고압 방전 램프.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
할로겐화인듐의 비율은 방전 챔버(106) 내 할로겐화물의 총량을 기준으로 2 내지 3중량퍼센트의 범위 내 값을 갖는,
고압 방전 램프.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
크세논의 저온 충전압은 1.1 내지 1.4메가파스칼의 범위 내에 있는,
고압 방전 램프.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 할로겐화물들은 요오드화물로서 형성되어 있는,
고압 방전 램프.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 할로겐화물들은 요오드화나트륨, 요오드화스칸듐, 요오드화아연 및 요오드화인듐을 포함하는,
고압 방전 램프.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충전제 내 할로겐화나트륨의 비율은 할로겐화물의 총량의 30 내지 40 중량퍼센트의 범위 내 값을 갖고, 그리고 상기 충전제 내 할로겐화스칸듐의 비율은 할로겐화물의 총량의 35 내지 45 중량퍼센트의 범위 내 값을 갖는,
고압 방전 램프.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
할로겐화나트륨, 할로겐화스칸듐, 할로겐화아연 및 할로겐화인듐 비율들의 총합은 방전 챔버(106) 내 할로겐화물의 총량을 나타내는,
고압 방전 램프.