KR100515253B1 - 고압 수은 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방전용기를 구성하는 석영 유리에서의 백탁(白濁)의 발생 및 그 성장을 양호하게 방지할 수 있는 고압 수은 램프를 제공하고, 액정 프로젝터 등의 광원으로서 사용할 때에 스크린 조도(照度)의 급격한 저하를 방지하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 석영 유리로 이루어진 방전용기(2)에 한 쌍의 텅스텐 전극(4)이 대향 배치되어 있고, 이 방전용기(2)에 0.16㎎/㎣ 이상의 수은과 희소 가스(rare gas) 및 할로겐을 봉입하고, 관벽(管壁) 부하가 0.8W/㎟ 이상인 고압 수은 램프(1)에 있어서, 상기 할로겐 봉입량을 2×10^-4∼7×10^-3μ㏖/㎣의 범위로 한 것을 특징으로 한다.

Description

고압 수은 램프{High-Pressure Mercury Lamp}

본 발명은 고압 수은 램프에 관한 것으로, 특히 방전용기 내에 0.16㎎/㎣ 이상의 수은이 봉입(封入)되고, 점등 시의 수은 증기압이 110기압 이상에 이르는 초고압 수은 램프로, 액정 디스플레이 장치 등의 백라이트(back-light)로 사용되는 것에 관한 것이다.

투사(投射)형의 액정 디스플레이 장치는, 구형상의 스크린에 대해 균일하게 그리고 충분한 연색성(演色性)으로 화상을 조명시키는 것이 요구되고, 이를 위해 광원으로서 수은과 금속 할로겐화물을 봉입한 메탈 할라이드(metal halide) 램프가 사용된다. 또한, 메탈 할라이드 램프도 최근에는 한층 더 소형화, 점광원화(點光源化)되어, 전극간 거리가 매우 작은 것이 실용화되고 있다.

이러한 배경으로, 최근에는 메탈 할라이드 램프 대신에, 매우 높은 수은 증기압, 예를 들면 200바(bar)(약 197기압) 이상을 갖는 램프가 제안되고 있다. 이것은 수은 증기압을 보다 높게 함으로써, 아크의 확장을 억제함과 아울러, 한층 더 광출력의 향상을 도모하고자 하는 것으로, 예를 들면 특개평 2-148561호, 특개평 6-52830호에 개시되어 있다.

특개평 2-148561호(미국특허 제5,109,181호)에는, 텅스텐으로 이루어진 한 쌍의 전극을 갖는 방전용기에 희소 가스(rare gas)와, 0.2㎎/㎣ 이상의 수은과, 1×10^-6∼1×10^-4μ㏖/㎣ 범위의 할로겐을 봉입하고, 1W/㎟ 이상의 관벽(管壁) 부하에서 동작시키는 고압 수은 램프가 개시되어 있다.

여기서, 수은의 봉입량을 0.2㎎/㎣ 이상으로 하는 이유는, 수은의 압력을 높게 하여 가시광 영역, 특히 적색 영역의 연속 스펙트럼을 증가시켜 연색성을 개선하려는 것이고, 관벽 부하를 1W/㎟ 이상으로 하는 이유는, 수은의 압력을 높게 하기 위하여 최냉부(最冷部)의 온도를 높게 할 필요가 있기 때문이다. 그리고, 할로겐을 봉입하는 이유에 대해서는 관벽의 흑화(黑化) 방지를 위한 것임은 읽어 알 수 있지만, 1×10^-6∼1×10^-4μ㏖/㎣의 범위로 규정하는 이유는 별도로 기재되어 있지 않다. 또한, 할로겐은 브롬화 메틸렌(CH₂Br₂)의 형태로 봉입하는 것이 소개되어 있다.

한편, 특개평 6-52830호(미국특허 제5,497,049)에는, 상기의 수은량, 관벽 부하값, 할로겐량이 제시되어 있음과 아울러, 방전용기의 형상과 전극간 거리를 규정하고, 또한 할로겐의 종류로서 브롬을 사용하는 것이 개시되어 있다.

여기서, 브롬을 봉입하는 이유는 관벽의 흑화 방지를 위한 것이고, 그 봉입량이 10^-6μ㏖/㎣ 이상에서 충분한 효과를 발휘함과 아울러, 10^-4μ㏖/㎣를 넘으면 전극이 부식한다는 것이 나타나고 있다. 또한, 이 램프는 프로젝터용의 광원에 적합하고, 스크린 조도의 조도 유지율이 종래의 램프를 사용한 경우에 비해 우수하다는 것이 소개되어 있다.

그러나, 상기 선행문헌에 개시된 방법에 근거하여 다수의 램프를 제작하고, 액정 프로젝터 등에 조립하여 스크린 조도에 대해 시험을 해 보면, 실제로는 수백시간 정도의 점등으로 스크린 조도가 현저하게 저하됨이 판명되었다.

이 원인은, 방전용기의 일부가 백탁(白濁)함에 따라, 방사광량의 저하에 의한 것이었으나, 일단 방전용기의 일부에 백탁이 발생하게 되면, 그 백탁이 급격히 성장한다는 것도 원인이 된다. 그리고, 이런 백탁의 발생과 성장은 방전용기의 흑화로까지 발전하고, 또한 전극의 선단형상의 변형과 손모(損耗)도 더해지고, 이것들이 상승적으로 영향을 주어, 스크린 조도의 저하를 초래한다는 것을 알았다.

여기서, 방전용기에 백탁이 발생하는 메카니즘, 또한 발생한 백탁이 성장하는 메카니즘에 대해서는 반드시 분명한 것은 아니지만, 본 발명자들은 시행착오의 검토를 거듭한 결과, 이하와 같이 추측하였다.

즉, 수은의 봉입량이 0.16㎎/㎣ 이상에 대응하는 매우 높은 고압의 수은 증기와 희소 가스의 혼합가스 속에서의 방전에 있어서는, 희소 가스 엑시머광(eximer光)과 수은의 공명선(共鳴線) 185㎚ 사이의 파장영역에 수은-희소 가스의 엑시머광이 발생한다.

즉, 희소 가스로서 Ar, Kr 및 Xe를 사용한 경우, 각각 126㎚, 146㎚ 및 172㎚ 부근에서 희소 가스 엑시머광이 발생하고, 또한 수은의 압력이 현저하게 높기 때문에, 수은 원자의 공명선 185㎚의 선폭은 넓어지고, 이 공명선의 단파장측의 파장의 광강도(光强度)도 충분히 강하게 된다. 또한, 이것들과 더불어, 희소 가스 엑시머광과 185㎚의 사이에서 수은-희소 가스 엑시머광이 발생한다.

즉, 이러한 초고압의 수은 램프에서는, 희소 가스에 의한 엑시머광(파장 126㎚, 146㎚, 172㎚의 광), 수은 원자의 공명선 185㎚의 단파장측의 광 및 수은-희소 가스 엑시머광(이하, 이러한 약 126㎚∼185㎚의 범위의 광을 "단파장 자외선"이라 한다)이 매우 양호하게 방사된다. 또한, 이 단파장 자외선은 방전용기의 관벽 부하가 높기 때문에, 방전용기의 내면에 있어서의 방사조도는 매우 크다.

한편, 방전용기는 그 온도가 높아지면, 방전용기를 구성하는 석영 유리가 흡수하는 파장영역이 장파장측에서 벗어나는 경향이 있다. 즉, 관벽 부하가 0.8W/㎟ 이상으로 높은 값을 갖는 고압 수은 램프에서는, 석영 유리의 온도는 현저히 높기 때문에, 방사되는 단파장 자외선이 석영 유리에 흡수되어 버리게 된다.

결국, 수은 증기압이 매우 높고, 또한 관벽 부하도 매우 높은 수은 램프에 있어서는, 통상의 수은 램프와는 비교도 되지 않을 정도의 단파장 자외선이 방사되고, 또한 이 단파장 자외선이 석영 유리에 흡수되기 쉬운 상태로 된다고 말할 수 있다.

그리고, 석영 유리에 상기 단파장 자외선이 흡수되면, 그 석영 유리의 구성요소인 규소(Si)와 산소(O)의 결합을 차단하고, 비틀림 응력을 발생시켜, 석영 유기 표면의 구조를 원리적으로 변형시켜 버린다. 또한, 단파장 자외선의 조사에 의해 석영 유리의 구성요소인 Si 혹은 SiO가 증발하여, 바로 근처의 석영 유리의 표면에 부착되기도 한다. 따라서, 흡수되는 단파장 자외선량이 많은 경우에는 석영 유리의 표면에 미세한 요철 등이 발생하고, 이것이 원인이 되어 백탁이 발생한다고 여겨진다.

여기서, 단파장 자외선이 석영 유리에 흡수되는 비율은, 석영 유리의 표면이 깨끗한 상태에서는 비교적 적지만, 오염상태에는 지나칠 정도로 그 비율이 크게 되는 경향이 있다. 따라서, 램프점등 중에, 석영 유리의 내표면이 오염되지 않도록 제어하는 것이 바람직한데, 이를 위해서는 램프 제작공정에 있어서, 오염의 원인이 되는 물질을 가능한 한 방전용기 내에 혼입시키지 않도록 할 필요가 있다.

여기서, 탄소는 램프 제작환경에 있어서, 각종의 유기 화합물로 존재하므로 가장 제어하기 어려운 오염물이다.

그리고, 석영 유리의 일부에 백탁이 발생하면, 적외선을 포함하는 광의 다중 반사 등에 의해 열이 흡수되고, 그 백탁 부분의 온도도 상승시킨다. 그 결과, 석영 유리가 흡수하는 광은 보다 장파장 측으로 이동하게 되고, 이것이 원인이 되어 한층 더 단파장 자외선의 석영 유리로의 흡수가 가속화되고, 그 결과, 미세한 요철의 형성 반응도 가속화되기 때문에 백탁은 급격히 성장하게 된다고 여겨진다.

또한, 단파장 자외선의 석영 유리에의 조사 및 흡수에 의해, 석영 유리의 구성요소인 Si와 O의 결합이 단절되게 되면, Si 혹은 SiO가 관벽에서 증발하고, 전극 선단에 부착되어 텅스텐의 융점을 낮추고, 전극의 선단형상의 변형 및 손모와 텅스텐에 의한 관벽 흑화를 야기시키게 된다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 방전용기를 구성하는 석영 유리에서의 백탁의 발생 및 그 성장을 양호하게 방지할 수 있는 고압 수은 램프를 제공하여, 액정 프로젝터 등의 광원으로 사용할 때에 스크린 조도의 급격한 저하를 방지하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 고압 수은 램프는, 청구항1에 있어서는 석영 유리로 이루어진 방전용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치되어 있고, 이 방전용기에 0.16㎎/㎣ 이상의 수은, 희소 가스, 할로겐을 봉입하고, 관벽 부하가 0.8W/㎟ 이상인 고압 수은 램프에 있어서, 상기 할로겐의 봉입량을 2×10^-4∼7×10^-3μ㏖/㎣ 범위로 한 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항2에 따른 고압 수은 램프는, 석영 유리로 이루어진 방전용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치되어 있고, 이 방전용기에 0.16㎎/㎣ 이상의 수은, 희소 가스, 할로겐을 봉입하고, 관벽 부하가 0.8W/㎟ 이상인 고압 수은 램프에 있어서, 상기 할로겐은 탄소를 포함하지 않은 화합물로 하여 봉입한 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항3에 따른 고압 수은 램프는, 청구항1 또는 청구항2에 따른 고압 수은 램프에 있어서, 상기 방전용기의 내표면으로부터 깊이 0.2㎜의 범위의 평균 OH기(基) 농도가 20wtppm 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항4에 따른 고압 수은 램프는, 청구항2에 따른 고압 수은 램프에 있어서, 상기 할로겐은 할로겐화 수은으로 봉입한 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항5에 따른 고압 수은 램프는, 청구항4에 따른 고압 수은 램프에 있어서, 상기 할로겐화 수은을 램프의 구성부재의 일부에 부착시켜 방전용기 내에 도입한 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항6에 따른 고압 수은 램프는, 청구항1 또는 청구항2에 따른 고압 수은 램프에 있어서, 상기 희소 가스는 5KPa 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 해결 과제인 방전용기 관벽의 백탁의 발생 및 백탁의 성장을 양호하게 방지하기 위해서는, 첫 번째로 관벽 표면(석영 유리)에 도달하는 상기 단파장 자외선을 적게 할 것, 두 번째로 단파장 자외선을 흡수하기 쉬운 불순물, 구체적으로는 탄소를 적게 할 것, 그리고 세 번째로 단파장 자외선에 대해 충분한 내성을 갖도록 석영 유리 자체를 개질(改質)하는 것이다.

우선, 청구항1에 기재한 고압 수은 램프는 소정량, 구체적으로는 2×10^-4∼7×10^-3μ㏖/㎣의 할로겐을 봉입한 것을 특징으로 하여, 상기 과제를 해결하고 있다.

즉, 2×10^-4μ㏖/㎣ 이상의 할로겐을 봉입함으로써, 상기 단파장 자외선은 이 할로겐 및 할로겐을 포함한 분자에 의해 양호하게 흡수되고, 그 결과, 방전용기의 관벽(석영 유리)까지 도달하는 양을 감소시킬 수 있기 때문이다. 결국, 상기한 바와 같이 단파장 자외선이 석영 유리에 조사, 흡수됨으로써 생기는 백탁의 발생 및 성장을 양호하게 방지할 수 있기 때문이다. 또한, 할로겐의 봉입량을 무제한으로 하는 것이 아니라, 7×10^-3μ㏖/㎣ 이하로 제한함으로써, 할로겐 과잉으로 인해 생기는 전극의 변형, 손모도 실질적으로 영향을 주지 않는 범위로 감소시킬 수 있다.

여기서, 상기한 수치 범위의 할로겐을 봉입하는 고압 수은 램프는 여러 선행 문헌에서 소개되어 있다(예를 들면, 특공소 49-5421호 등이 있다). 그러나, 이러한 종래의 것은 할로겐 사이클을 이용하여 전극 구성물질인 텅스텐이 방전용기의 내면(석영 유리)에 부착되는 것을 방지하는 것, 말하자면 흑화 방지를 위한 것이다. 이에 비해, 본원 발명에 있어서의 할로겐 봉입의 목적은 방전용기 내에 봉입된 할로겐에 의해 단파장 자외선을 흡수시키고자 하는 것이다. 그리고 방전용기 내에 있어서, 단파장 자외선을 양호하게 흡수시킴으로써, 단파장 자외선의 석영 유리에의 도달을 양호하게 방지시키는 것이다.

그리고, 이 단파장 자외선은 상기한 바와 같이 매우 높은 고압력의 수은 증기와 희소 가스의 혼합가스 안에서의 방전에 있어서, 희소 가스 엑시머광과 수은의 공명선(185㎚)과의 사이의 파장영역에서 수은-희소 가스의 엑시머광이 발생함으로써 생기는 것이다. 결국, 상기 선행문헌 등에 기재된 수은 램프의 방전 조건과는 전혀 다른 조건하에서 생기는 단파장 자외선을 양호하게 흡수하기 위한 것이라고 할 수 있다. 본 발명의 구체적인 방전조건은 수은의 봉입량이 0.16㎎/㎣ 이상이며, 관벽 부하가 0.8W/㎟ 이상이고, 또한 희소 가스를 봉입한 것이며, 이러한 특유의 조건에서 발생하는 단파장 자외선을 양호하게 흡수시킨다는 점은 종래 기술에서는 전혀 찾아 볼 수 없다.

다음으로, 청구항2에 기재한 고압 수은 램프는, 방전용기로 봉입하는 할로겐을 탄소를 포함하지 않은 화합물로 한다는 것을 특징으로 한다.

즉, 종래 기술의 수은 램프는 브롬화 메틸렌(CH₂Br₂)과 같이 탄소를 포함한 할로겐 화합물로 하여 방전용기로 봉입하기 때문에, 방전용기 내에 있어서의 탄소의 함유량이 많게 되고, 이것이 램프점등 중에 석영 유리에 부착됨으로써 단파장 자외선을 흡수하게 된다.

본원 발명의 고압 수은 램프는 탄소에 의한 단파장 자외선의 흡수를 양호하게 방지하기 위해, 할로겐의 봉입 형태로서, 탄소를 포함하지 않은 화합물, 예를 들면 브롬화 수은 등의 형태로 행하는 것을 특징으로 한다. 이 때문에, 방전용기 내에 있어서의 탄소의 절대량이 적게 되고, 램프 제조공정에서 예를 들어 소량의 탄소가 원치 않게 방전용기 내에 혼입되어도, 그 탄소가 석영 유리의 내면에 부착되어 흡수하는 단파장 자외선을 미량으로 할 수 있다. 그 결과, 석영 유리에 있어서의 백탁의 발생, 성장을 양호하게 방지할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 고압 수은 램프는 방전용기의 발광(發光)공간 측의 표면으로부터 깊이 0.2㎜의 범위의 평균 OH기 농도가 20wtppm 이하인 것을 특징으로 한다.

이는 이하와 같이 생각되어진다. 석영 유리의 백탁은 유리상(glass狀)의 SiO₂가 재배열되어 미소한 결정이 성장함으로써 발생하지만, 결정화는 온도가 높을수록 일어나기 쉽고, 또한 표면의 불순물에 민감하여 그 표면에 결정핵이 생김으로써 유리의 내부로 진행한다. 이 경우의 결정 성장의 속도는 유리 점도(粘度)에 의해 지배되고, 산소 결핍의 정도, OH농도의 고저, 불순물 함유량의 다소(多少)에 의해 영향을 받는다. 즉, 산소가 부족한 무수(無水)석영 유리에서는 산소가 화학량론비(化學量論比)를 만족하는 것과 비교해 점도가 높게 되고, 또한 OH농도가 낮은 유리도 점도가 높게 되며, 같은 온도에서의 실투(失透)가 진행되는 속도를 늦추는 작용이 있다. 또한, 불순물이 혼입되면 대부분의 경우는 유리점도를 저하시키지만, 알루미늄에 대해서는 공존하는 알칼리와의 비, 알루미늄/(리튬+나트륨+칼륨)이 높아질 수록 유리점도가 높아진다. 즉, 결정성장속도가 늦게 된다.

즉, 방전용기인 석영 유리의 발광공간 측의 표면으로부터 소정 깊이 범위의 평균 OH농도를 소정치 이하로 하였기 때문에, 해당 석영 유리 부분에 있어서의 단파장 자외선의 흡수량을 현저히 작게 할 수 있고, 또한 OH농도를 낮게 함으로써 석영 유리의 점도를 높게 할 수 있으므로, 예를 들어 석영 유리 내표면에 백탁이 발생하였다 하더라도, 그것이 내부로 진행하는 속도를 충분히 억제할 수 있다.

즉, 본 발명은 석영 유리의 OH기 농도를 규정함으로써 단파장 자외선에 대한 내성을 개질한 것이다.

상기 기술은 발광 금속으로 수은이 0.16㎎/㎣ 이상 봉입되고 관벽 부하가 0.8W/㎟ 이상인 초고압의 조건에 있어서 고강도의 단파장 자외선이 생성된다는데 근거하여, 그 고강도의 단파장 자외선에 의해 생기는 석영 유리의 백탁의 발생을 방지하고 또한 그 성장을 저하시키는 것이다. 따라서, 본 발명은 상기와 같은 방전 조건을 갖는 초고압 수은 램프에 있어서, 방전용기를 형성하는 석영 유리 전체에 있어서의 OH농도를 규정하는 것이 아니라, 석영 유리의 내표면이라는 한정된 영역에 있어서의 OH농도를 규정한다고 하는 큰 특징을 갖는다. 그리고, 상기 본 발명의 해결과제를 고려하면, 석영 유리 전체의 평균 OH기 농도를 규정한다는 것은 무의미하다고 할 수 있다.

청구항3에 기재된 발명은 청구항1에 기재된 할로겐 봉입량의 규정과 아울러 OH기 농도를 규정하는 것이다.

즉, 소정의 할로겐을 봉입함으로써 석영 유리가 도달하는 단파장 자외선을 감소시킴과 아울러, 석영 유리의 OH기 농도를 규정함으로써 석영 유리의 내성의 개질을 도모하고자 것이다.

또한, 청구항3에 기재된 발명은 청구항2에 기재된 할로겐의 봉입형태를 규정함과 아울러 OH기 농도를 규정하는 것이다.

즉, 할로겐의 봉입을 탄소를 포함하지 않은 화합물로 행함으로써 방전용기 내의 탄소의 절대량을 적게 할 수 있음과 아울러, 석영 유리의 OH기 농도를 규정함으로써 석영 유리의 내성의 개질을 도모하고자 것이다.

청구항4에 기재된 발명은, 청구항2에 기재된 발명에 있어서, 할로겐을 할로겐화 수은의 형태로 봉입하는 것을 특징으로 한다. 즉, 이에 의해 방전용기 내로의 탄소의 혼입량을 적게 할 수 있고, 결과적으로 석영 유리에 있어서의 단파장 자외선의 흡수량을 격감시킬 수 있으므로, 석영 유리의 백탁을 양호하게 방지할 수 있다.

여기서, 할로겐화 수은은 흡습성이 작기 때문에 방전용기 내로 혼입되는 수분량도 적게 할 수 있고, 방전 시동에 있어서 전극에 악영향을 미치지 않는다는 이점과, 방전용기가 팁레스(tipless)인 경우에 밀봉과정에 있어서 가열된 램프구성부재와 브롬화 메틸렌 등이 반응하고 SiO₂가 전극에 부착되어 시동성능에 악영향을 미치지도 않는다. 이 결과, 전극의 변형, 손모를 보다 작게 할 수 있다.

청구항5에 기재된 발명은 상기 할로겐화 수은을 램프 구성부재의 일부에 부착시켜 방전용기 속에 봉입시키는 것을 특징으로 한다. 이렇게 함으로써, 종래의 방법인 입상(粒狀)의 형태로 봉입시킨 것과 비교해서, 작은 방전용기에 대해 정밀도 좋게 할로겐을 봉입시킬 수 있다. 구체적으로는 방전용기의 내용적(內容積) 150㎣ 이하의 경우에 극히 유효하다, 또한, 램프 구성부재로서는 전극이 적당하다. 그 이유는 방전용기 속에 삽입되는 부재이며, 방전 공간에 돌출하는 부위에 부착시키기 쉽기 때문이다. 그러나, 전극에 한정된 것이 아니라, 방전용기에서 내표면 등에 부착시켜 혼입시킬 수도 있다.

청구항6에 기재한 발명은 희소 가스의 봉입량이 5KPa 이상인 것을 특징으로 한다. 즉, 본원 발명에서는 점등시에 고압이 되어야 하는 양에 상당하는 수은을 봉입함으로써, 한층 더 광출력을 높일 수 있음과 아울러, 가시광 영역, 특히 적색 영역의 연속 스펙트럼을 증가시킬 수 있지만, 방전을 시동하기 위해 희소 가스를 필요로 한다. 본 발명의 고압 수은 램프에 있어서는, 수은의 봉입량이 많기 때문에 램프의 소등시에는 전극의 밑에 수은이 고여 있는 경우가 많다. 이 상태에서 방전을 시동시키면, 방전은 전극 선단 사이에서 발생하지 않고, 전극의 밑을 휘점(輝點)으로 발생하는 일이 많다. 이러한 이상한 방전이 발생하면, 텅스텐이 증발 혹은 스퍼터링에 의해 비산하여 방전용기의 내표면을 흑화시킨다. 본 발명의 램프는 관벽 부하가 매우 높지만, 이것은 완벽한 면적이 작은 것에 상당하기 때문에 흑화도 현저하게 된다. 여기서, 희소 가스의 압력을 5KPa 이상으로 하면, 방전거리가 최단인 전극 선단 사이에서 방전이 발생하기 쉽게 되고, 이상방전이 발생하지 않기 때문에 상기의 문제는 해결된다.

그리고, 본원 발명에서는 상기와 같은 이점을 얻을 수 있는 것 뿐만 아니라, 다량의 수은과 희소 가스를 봉입함으로써 생기는 단파장 자외선에 의한 석영 유리의 백탁의 발생, 성장을 방지하는 것이다. 희소 가스로는 예를 들면 아르곤, 크세논, 크립톤이 봉입되고, 그것들의 봉입량은 5KPa 이상인 것이 상기 이점을 얻기에 바람직하다.

[실시예]

도 1은 본 발명에 따른 고압 수은 램프를 도시한 것이다.

방전램프(1)는 석영 유리로 이루어지고, 중앙의 방전용기(2)와 그 양단에 이어진 얇고 긴 밀봉부(3)로 구성된다. 방전용기(2)의 안(이하, 이것을 '발광공간'이라 한다)에는 한 쌍의 전극(4)이 1.2㎜ 정도의 간격으로 배치된다. 전극(4)의 후단은 밀봉부(3) 안에 매설된 금속박(金屬箔)(5)에 용접된다. 금속박(5)의 다른 단은 외부 리드(6)가 접합된다.

발광공간에는 발광물질로서 수은이 봉입되고, 또한 점등 시동가스로서 아르곤, 크세논 등의 희소 가스가 봉입된다. 희소 가스는 정상 점등시에 있어서는 수은-엑시머광을 발광하는 발광물질이기도 하다. 여기서, 수은의 봉입량은 0.16㎎/㎣ 이상이고, 이것은 안정 점등시의 증기압이 110기압 이상이 되는 것이다.

이러한 고압 수은 램프의 일례를 소개하면, 최대 외경 10.5㎜, 최대 내경 4.5㎜, 발광공간 길이(램프의 축방향의 길이) 10.0㎜, 봉입 수은량 17㎎, 발광공간의 내용적 75㎣, 발광공간의 내표면적 100㎟, 관벽 부하 1.5W/㎟, 정격전력 150W이다.

도 2에 상기 일례의 고압 수은 램프에 의한 분광 스펙트럼을 도시한다. 도면에서 분명히 알 수 있듯이 파장 380∼780㎚ 부근의 가시영역에서 효과적으로 방사되는 것이 나타나 있다. 특히, 파장 600∼780㎚의 적색영역의 연속 방사가 많으며, 이것은 수은 봉입량 0.05㎎/㎣ 이하의 램프에 비해 매우 증가한 것이다.

다음으로, 본 발명의 고압 수은 램프에 있어서 봉입 할로겐량을 변화시킨 경우의 스크린 조도의 실험에 관해 설명한다.

실험은 도 3에 도시한 바와 같이 8개의 고압 수은 램프를 사용하여, 할로겐(브롬) 봉입량만을 변화시키고, 그 외의 조건은 상기 일례에 나타낸 내용과 거의 동일의 값으로 통일시켰다. 결국, 수은량과 발광공간 내용적은 각각의 램프에 대해 약간 다르지만, 이것들은 제조상의 오차에 지나지 않고, 모든 램프가 가시광영역에서 양호하게 연속 방사한다.

여기서, 할로겐(브롬)의 봉입방법은 조립 전의 2차 시일(seal)측의 전극 표면에 브롬화 수은의 형태으로 필요한 양을 증착시켜 행하고, 또한 실제로 봉입된 양을 이온크로마토그래프를 이용하여 컬럼 농축법에 의해 정량한다. 또한, 발광공간의 내용적은 굴절률이 용융 석영에 가까운 용매중에 담그고, 현미측장기에 의해 내표면의 좌표를 읽어 계산에 의해 구했다.

각각의 방전램프는 2시간 45분 점등시킨 후 15분 소등하는 모드로 계속 점등시켰다.

일정 시간 간격에서의 방전용기의 육안 관찰과, 프로젝터 광학계에 의해 조도유지율을 측정했다. 도 3에 100시간 후의 방전용기의 육안 관찰의 결과와, 2000시간 후의 조도유지율을 나타내었다. 이 결과, 할로겐 봉입량이 1.2×10^-4μ㏖/㎣ 이하인 경우는 100시간 후에 있어서 방전용기의 상부에 흑화 및 실투가 보이고, 또한 2000시간 후에 있어서는 조도유지율이 50% 이하로 매우 감소하였다. 또한 할로겐 봉입량이 7.34×10^-3μ㏖/㎣인 경우는 100시간 후에 있어서 전극의 밑에 현저한 흑화가 발견되었다.

이 결과로부터도 방전용기에 흑화 및 실투가 생기지 않게 하기 위해서는 일정량의 할로겐을 봉입할 필요가 있고, 구체적으로는 2.0×10^-4μ㏖/㎣ 이상이라는 것을 알 수 있다. 액정 프로젝터용의 광원으로서는 최저 2000시간 50%의 조도를 유지하는 것이 바람직하고, TV용에서는 10000시간이 요구된다. 이 조건을 만족하기 위해서도 할로겐 봉입량은 상기의 하한치 이상 봉입하면 좋다는 것을 알았다.

또한, 할로겐의 봉입량이 많아지면, 방전용기의 흑화, 실투, 스크린 조도의 저하라는 문제는 생기지 않지만, 전극 밑 부근에 텅스텐의 현저한 부착이 보인다. 결국, 이러한 악영향을 방지하기 위해서는 7×10^-3μ㏖/㎣ 이하의 봉입량으로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, OH기 농도에 의한 석영 유리에서의 백탁의 발생 및 성장을 방지하는 실험에 대해 설명한다.

실험은 석영 유리의 내표면 0.2㎜의 범위의 OH기 농도를 200wtppm, 100wtppm, 50wtppm, 20wtppm, 10wtppm으로 변화시킨 5가지의 상기 초고압 수은 램프를 상기의 방식으로 제작하고, 할로겐 봉입량을 1×10^-3μ㏖/㎣로 하였다. 그리고, 각각의 방전램프에 대해서, 석영 유리의 백탁이 방전용기의 발광공간의 내면 전체 표면적의 20%를 넘는 시간을 측정하였다. 도 4에 그 결과를 나타내었다. 종축은 석영 유리의 백탁된 영역이 방전용기의 발광관 내표면적의 20%에 달하는 시간을 나타내고, 횡축은 OH기 농도를 나타낸다. 도면으로부터 석영 유리의 내표면 0.2㎜의 범위의 OH기 농도가 20wtppm 이하인 경우에 액정 프로젝터로서 필요로 하는 2000시간을 유지한다는 것을 알았다.

본 발명의 고압 수은 램프에 대해서는 직류 점등형, 교류 점등형에 한정되지 않고, 모든 점등 방식에 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 고압 수은 램프는 석영 유리로 이루어진 방전용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치되어 있고, 이 방전용기에 0.16㎎/㎣ 이상의 수은, 희소 가스, 할로겐을 봉입하고, 관벽 부하가 0.8W/㎟ 이상인 고압 수은 램프에 있어서 이하와 같은 효과를 갖는다.

첫 번째로, 상기 할로겐의 봉입량을 2×10^-4∼7×10^-3μ㏖/㎣의 범위로 한 것을 특징으로 하고, 이 특징에 의해 그 할로겐 및 할로겐을 포함한 분자에 의해 양호하게 단파장 자외선을 흡수할 수 있기 때문에, 방전용기의 관벽 내표면(석영 유리)에 도달하는 단파장 자외선의 조사량을 극히 적게 할 수 있다.

두 번째로, 할로겐은 탄소를 포함하지 않은 화합물로 하여 봉입되는 것을 특징으로 하고, 이 특징에 의해 방전용기 내에 봉입된 탄소의 양을 극히 적게 할 수 있기 때문에, 방전용기의 관벽 내표면(석영 유리)에 있어서, 흡수되는 단파장 자외선의 양을 감소시킬 수 있다.

세 번째로, 방전용기의 내표면으로부터 깊이 0.2㎜ 범위의 평균 OH기 농도가 20wtppm 이하인 것을 특징으로 하고, 이 특징에 의해 석영 유리 자체의 점도를 높일 수 있고, 그 결과로 석영 유리의 단파장 자외선에 대한 내성을 개질할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고압 수은 램프를 도시한 것,

도 2는 본 발명에 따른 고압 수은 램프에 의한 분광분포를 도시한 것,

도 3은 본 발명의 효과를 나타낸 실험결과를 나타낸 것,

도 4는 본 발명의 효과를 나타낸 실험결과를 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 방전램프 2: 방전용기

3: 밀봉부 4: 전극

5: 금속박 6: 외부 리드

Claims (6)

1. 석영 유리로 이루어진 방전용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치되어 있고, 이 방전용기에 0.16㎎/㎣ 이상의 수은, 희소 가스, 할로겐이 봉입되고, 그 관벽 부하는 0.8W/㎟ 이상인 고압 수은 램프에 있어서,

   상기 할로겐의 봉입량을 2×10^-4∼7×10^-3μ㏖/㎣의 범위로 한 것을 특징으로하는 고압 수은 램프.
2. 석영 유리로 이루어진 방전용기에 한 쌍의 텅스텐 전극이 대향 배치되어 있고, 이 방전용기에 0.16㎎/㎣ 이상의 수은, 희소 가스, 할로겐이 봉입되고, 그 관벽 부하는 0.8W/㎟ 이상인 고압 수은 램프에 있어서,

   상기 할로겐은 탄소를 포함하지 않은 화합물로 봉입된 것을 특징으로 하는 고압 수은 램프.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 방전용기의 내표면으로부터 깊이 0.2㎜ 범위의 평균 OH기 농도가 20wtppm 이하인 것을 특징으로 하는 고압 수은 램프.
4. 제2항에 있어서,

   상기 할로겐은 할로겐화 수은으로 봉입된 것을 특징으로 하는 고압 수은 램프.
5. 제4항에 있어서,

   상기 할로겐화 수은을 램프의 구성부재의 일부에 부착시켜 방전용기 내에 도입한 것을 특징으로 하는 고압 수은 램프.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 희소 가스는 5KPa 이상인 것을 특징으로 하는 고압 수은 램프.