KR930008354B1

KR930008354B1 - 내부 및 외부 벌브 사이의 공간이 약한 산화 가스로 채워져 있는 이중 벌브형 할로겐 램프

Info

Publication number: KR930008354B1
Application number: KR1019890019778A
Authority: KR
Inventors: 츠토무 와타나베; 타쿠미 스와
Original assignee: 도시바 라이테크 가부시기가이샤; 스루오 스토무
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1993-08-30
Anticipated expiration: 2009-12-28
Also published as: DE68915727D1; DE68915727T2; EP0376712B1; KR900010902A; EP0376712A2; JPH02177248A; EP0376712A3; US5093601A

Abstract

내용 없음.

Description

내부 및 외부 벌브 사이의 공간이 약한 산화 가스로 채워져 있는 이중 벌브형 할로겐 램프

제 1 도는 본 발명의 일실시예에서 밀봉된 빔 형태의 이중 벌브 할로겐 램프를 설명하기 위해 부분적으로 절단한 측면도.

제 2 도는 제 1 도에 도시한 할로겐 램프의 내부 벌브를 설명하는 확대 단면도.

제 3 도는 제 2 도에 도시한 할로겐 램프의 내부 벌브상에 피복된 광학 간섭 필름을 설명하는 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 할로겐 램프 13 : 외부 벌브

15 : 내부 벌브 25 : 나사형 캡

27 : 금속 산화물 광학 간섭필름 31 : 튜브

35 : 몰리브덴 박판 43 : 필라멘트

49 : 밀봉공간

본 발명은 일반적으로 할로겐 램프에 관한 것으로, 구체적으로는 광원으로부터의 가시광선을 투과하고 적외선을 반사하도록 적어도 내부 벌브의 외면이나 외부 벌브의 내면에 소정의 금속 산화물로 구성된 광학 간섭 필름을 피복한 이중 벌브형의 할로겐 램프에 관한 것이다.

종래부터 할로겐 램프가 외부 벌브에 의해 기밀 밀봉되어 있는 이중 벌브형의 할로겐 램프는 고출력을 얻기 위해 시일드 빔 램프와 같은 반사형 램프로서 사용되었다. 할로겐 램프에는 요드, 브롬등과 같은 규정량의 할로겐 원소나 그 화합물이 밀봉되어 있다. 할로겐 램프의 내부 벌브의 온도는 동작하는 동안 크게 증가하여 할로겐 사이클을 이행한다. 근래에, 높은 효율을 얻기 위해, 그리고 냉각 빔과 같은 소량의 적외선을 갖는 빛을 방사하기 위해 개선된 이중 벌브형의 할로겐 램프가 개발되어 왔다. 이러한 개선된 이중 벌브형의 할로겐 램프에 있어서, 광학 간섭 필름은 가시광선을 투과하고 적외선을 반사하도록 내부 벌브의 외면상에 형성되어 있다. 또, 외부 벌브 내면 사이의 밀봉된 공간은 진공으로 만들어지거나, 규정량의 불활성 가스가 밀봉되어 있다.

상술한 광학 간섭 필름은 산화 티타늄(TiO₂), 산화 틴탈륨(TaO₂) 또는 산화 지르코늄(ZrO₂)등의 금속산화물로 만든 고굴절률층과, 산화 실리콘(SiO₂) 또는 산화 셀레늄(SeO₂)등의 다른 금속 산화물로 만든 저굴절률층을 포함하며, 이러한 것을 벌브상에 6 내지 21층 교호중층으로 구성한다. 각 굴절률층의 두께를 조절함으로써 특정 파장 범위로부터의 빛을 투과 또는 반사시킬 수 있다. 광학 간섭 필름이 광원 즉, 코일 필라멘트로부터 방사된 빛 중 가시광선을 투과하고 적외선을 반사하면, 간섭 필름에 의해 반사된 적외선은 필라멘트로 복귀하여 필라멘트를 가열시키고 그 결과 코일 필라멘트는 할로겐 램프에서 높은 발광 효율을 가지게 된다. 그러나, 이중 벌브형 할로겐 램프의 내부 벌브로부터의 열방출이 효율적이지 못하므로, 동작시에 내부 벌브의 온도가 과도하게 상승된다. 할로겐 램프의 베이스부 온도도 또한 내관 온도와 비슷하게 증가한다.

상술한 종래의 이중 벌브형 할로겐 램프에 있어서 광학 간섭 필름의 온도는 동작시 500-800℃에 달한다. 광학 간섭 필름은 장기간 사용시에 자주 고온으로 상승하므로 까맣게 타서 본래의 광학적 특성을 상실한다. 그 결과 할로겐 램프의 광 출력이 크게 감소된다.

따라서, 본 발명의 목적은 이중 벌브형 할로겐 램프의 광학 간섭 필름의 본래 특성을 장기간동안 유지할 수 있게 하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 이중 벌브형 할로겐 램프는 외부 벌브 및 그 외부 벌브와 공간을 이루도록 외부 벌브내에 배치된 내부 벌브를 포함하는데, 그 내부에는 빛을 방사하는 필라멘트가 구비되어 있다. 이중 벌브형 할로겐 램프는 또한 광학 스펙트럼으로부터 빛을 소정 범위의 파장으로 반사하기 위해 외부 벌브의 내면이나 내부 벌브의 외면상에 형성되는 광학 간섭 필름과, 광학 간섭 필름의 기능 저하를 피하도록 상기 공간을 약한 산화 상태로 유지하기 위한 완전 밀봉된 공간을 포함하며, 이 공간에는 약한 산화가스가 충진된다.

본 발명의 기타 목적들 및 장점들은 첨부 도면과 함께 기술한 양호한 실시예로부터의 상세히 알 수 있는데, 첨부 도면에서 동일 참조 부호는 동일한 요소를 나타낸다.

본 발명의 발명자들은 이중 벌브형 할로겐 램프에 사용되는 광학 간섭 필름을 구성하는 금속 산화물의 특성 변화에 대하여 화학 실험을 하였다. 이하에서는 광학 간섭 필름이 본래의 광학적 특성을 상실하게 되는 화학적 과정을 상기 실험을 토대로 기술하기로 한다.

광학 간섭 필름을 예컨대, 아르콘, 질소들의 불활성 가스내 또는 진공 상태에서 장기간 동안 가열했을 경우, 광학 간섭 필름의 온도가 500℃를 초과하면, 광학 간섭 필름의 금속 산화물, 예컨대 TiO₂, TaO₂, SeO₂등에서 탈탄소가 발생하고, 금속 산화물은 점차 저급 산화물로 이행되어 결국은 환원 금속으로 된다. 이러한 금속 산화물의 탈산소 현상이 이중 관형 할로겐 램프의 광학 간섭 필름내에서 발생하면 광을 반사 또는 투과하는 파장 범위가 변화되어 광학 간섭 필름이 본래의 특성을 상실하게 된다.

상술한 바를 토대로 하여, 본 발명의 양호한 실시예을 첨부 도면을 참조하여 기술하기로 한다.

제 1 도에 도시된 바와같이, 이중 벌브형 할로겐 램프(11)는 깔대기형 외부 벌브(13) 및 외부 벌브(13)내에 배치된 내부 벌브(15)를 포함한다. 외부 벌브(13)는 PAR(알루미늄을 입힌 포물선형의 반사기)형의 시일드 빔 벌브 엘리먼트(17) 및 에폭시 수지 접착제(21)에 의해 벌브 엘리먼트(17)의 전단부상에 고정된 렌즈 엘리먼트(19)를 포함한다. 렌즈 엘리먼트(19)와 벌브 엘리먼트(17)를 고정시키기 위해 유리 용접이 사용될 수 있다. 1점 쇄선으로 표시된 알루미늄을 입힌 반사막(23)이 밀봉된 빔 벌브 엘리먼트(17)의 내면상에 형성되어 있다. 램프의 전기 접속 구조부를 형성하는 페룰 쌍(도시생략)은 용접에 의해 제 2 도에 도시된 지지 와이어(24)쌍을 고정시키도록 벌브 엘리먼트(17)의 밀폐된 후벽에 장착되어 있다. 직경이 1mm 이며 길이가 40mm인 지지 와이어(24)쌍은 니켈로 만들어졌으며 외부 벌브(13)내의 적절한 위치에 내부 벌브(15)를 지지하기 위하여 사용된다. 나사형 캡(25)은 벌브 엘리먼트(17)의 후단부상에 장착되고 지지 와이어 쌍(24)에 전기적으로 접속되어 있다. 점선으로 표시된 광학 간섭 필름(27)은 내부 벌브(15)의 외면상에 형성된다.

이하에서는 내부 벌브(15)의 구조에 대해 기술하기로 한다. 제 2 도에 도시된 바와같이, 내부 벌브(15)는 예를들면 석영 유리등의 내열 유리로 제조된 튜브(31)를 포함한다. 튜브(31)의 대향 단부는 밀폐되며, 그 대향 단부중 하나는 플랫 베이스(33)를 형성하도록 핀치되어 있다. 플랫 베이스(33)에 평행하여 콜리브덴 박판(35)쌍이 배치된다. 제 1 내부 도선(37)의 1단부는 몰리브덴 박판(35)의 1단부에 접속되며, 타단부는 튜브(31)의 내면을 따라 튜브(31)의 타단부로 연장된다. 제 2 내부 도선(39)의 1단부는 다른 몰리브덴 박판(35)에 접속되며, 타단부는 플랫 베이스(33)에 인접 배치되어 있다. 각 내부 도선(37,39)의 베이스부는 튜브(31)의 내측의 절연 지지대(41)에 의해 지지된다. 제 1 내부 도선(37)의 타단부와 제 2 도선(39)의 타단부는 튜브(31)의 신장된 중심선을 따라 규정 거리에서 대향하고 있다. 제 1 내부 도선(37) 및 제 2 내부 도선(39)의 대향 단부 사이에는 텅스텐 코일 필라멘트(43)가 뻗어 있다. 텅스텐 코일 필라멘트(43)의 중앙부는 절연 지지대(41)에 고정된 바아앵커(45)의 1단부에 의해 지지된다. 각 외부 도선(47)의 단부중 하나는 몰리브덴 박판(35)에 접속되며, 그 나머지 단부는 튜브(31)의 외부로 뻗어있다. 각 외부 도선(47)의 연장 단부는 전기 접속 및 역학적 지지를 수행하도록 지지 와이어(24)에 고정된다. 아르곤 또는 질소등의 소정량의 불활성 가스와 함께 규정량의 할로겐이 튜드(31)내에 밀봉된다. 할로겐과 불활성 가스의 양은 통상적인 할로겐 램프에서와 비슷하다. 튜브(31)의 외면상에 피복된 광학 간섭 필름(27)은 적외선을 반사하고 가시광선을 투과하도록 형성되어 있다.

광학 간섭 필름(27)의 구조는 제 3 도에 개략적으로 도시되어 있다. 광학 간섭 필름(27)은 바람직하게는 TiO₂, TaO₂또는 ZrO₂의 금속 산화물로 만든 고굴절률층(27H)과, SiO₂또는 SeO₂의 금속 산화물로 만든 저굴절률층(27L)을 포함한다. 각 굴절률층(27H,27L)은 내부 벌브(15)의 튜브(31) 외면상에 교대로 적층된다. 이 경우에, 고굴절률층(27H)은 튜브(31)의 외면상에 형성되고, 저굴절률층(27L)은 고굴절률층(27H)위에 적층된다. 이와같이 방법으로 고굴절률층(27H) 및 저굴절률층(27L)이 교대로 모두 6 내지 21층 적층된다. 각 굴절률층의 두께는 빛이 간섭에 의해 특정 파장 범위의 광스팩트럼으로부터의 광, 예를들면 적외선을 반사하도록 소정치로 조정한다.

이러한 실시예에서, 외부 및 내부 벌브(13,15)에 의해 형성된 공간은 약한 산화 상태의 분위기로 유지된다. 90용량%의 아르곤과 10용량%의 질소를 포함하는 불활성 가스가 0.28-0.6 Torr(500-1000 PPM)의 산소와 함께 300-1520 Torr로 공간(49)내에 밀봉된다.

상술한 이중 벌브형 할로겐 램프에 있어서, 텅스텐 코일 필라멘트(43)에 에너지를 주면, 필라멘트(43)는 고온으로 가열되어 적외선 및 가시광선을 포함하는 빛을 발생시킨다. 필라멘트(43)에 의해 발생된 빛이 내부 벌브(15)를 통해 광학 간섭 필름(27)에 입사되면, 광학 간섭 필름(27)은 빛의 간섭에 의해 가시광선은 투과하고 적외선은 반사시킨다. 광학 간섭 필름(27)을 투과한 가시광선은 알루미늄을 입힌 반사막(23)에 의해 반사되어 렌즈 엘리멘트(19)를 통해 외부 벌브(13)의 외부 방향으로 방사된다. 광학 간섭 필름(27)에 의해 반사된 적외선은 필라멘트(43)로 복귀하여 필라멘트(43)를 가열시키고, 그 결과, 램프(11)의 발광 효율이 크게 향상된다.

상술한 램프(11)의 동작시에, 베이스부(33)를 포함하는 튜브(31)는 필라멘트(43)에 의해 고온으로 가열된다. 그러나, 이중 벌브형의 구성으로 인해 튜브(31)의 냉각은 효율적이지 못하므로, 튜브(31) 및 광학 간섭필름(27)의 온도는 약 800℃까지 증가한다. 튜브(31)의 베이스부(33) 온도 또한 튜브(31)의 온도와 마찬가지로 증가한다. 그러나, 각 굴절률층의 금속 산화물상에는 산화도 환원도 일어나지 않으며, 각 굴절률층 금속 산화물의 원래의 조성, 예를들면 TiO₂나 SiO₂의 산화 정도는 장기간 유지된다. 그 이유는 공간(49)이 소량의 산소를 포함하는 불활성 가스로 채워져 있고, 각 금속 산화물의 산소 분해압이 공간(49)내 산소압과 실질적으로 균형을 이루기 때문이다. 따라서, 각 굴절률층(27H,27L)의 금속 산화물이 분해되고 그 내부의 산소가 공간(49)으로 빠져나와도 각 굴절률층(27H,27L)의 금속 산화물은 공간(49)내의 산소에 의해 재산화되므로 광학 간섭 필름(27)의 본래의 광학 특성이 장기간 동안 유지될 수 있으며, 광학 간섭 필름(27)의 투과/반사 파장 범위가 변하지 않고 그 광투과율이 크게 감소하지 않는다. 더욱이, 공간(49)내의 산화 정도가 낮으므로, 공간(49)에 채워진 가스가 각 외부 도선(47)을 따라 내부 벌브(15)의 플랫 베이스(33)로 들어갈 때 몰리브덴 박판(35)이 고온임에도 불구하고 거의 산화되지 않는다. 따라서, 내부 벌브(15)의 기밀 상태가 전혀 악영향을 받지 않는다.

본 발명에서는, 공간(49)내의 약한 산화 가스가 광학 간섭 필름(247)의 환원이나 몰리브덴 박판(35)과 외부 도선(47)의 산화를 야기시키지 않을 것을 요구한다. 이러한 이유로, 통상의 밀봉된 압력, 즉 300-1520 Torr로 공간(49)에 채워진 아르곤 또는 질소의 불활성 가스중에 0.0076-76 Torr분압의 산소를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 적당량의 산소를 불활성 가스에 혼합하는 정확성의 관점에서는 450-650 Torr의 압력으로 공간(49)에 채워진 불활성 가스중에 0.04-3.3 Torr(100-5000 PPM)의 분압의 산소를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

상술한 실시예에서, 본 발명은 시일드 빔형 할로겐 램프를 제공한다. 그러나, 본 발명은 관형 내부 벌브가 관형 외부 벌브내에서 동축으로 지지되고 광학 간섭 필름이 외부 벌브의 내면이나 내부 벌브의 외면상에 피복되는 이중관형 할로겐 램프를 제공할 수 있다. 이중 관형 할로겐 램프의 온도가 500℃ 이상으로 증가하더라도 상술한 실시예와 유사한 결과를 얻을 수 있다.

이상 본 발명의 한정된 실시예에 관해서 기술하였다. 그러나, 본 발명의 원리를 토대로한 다른 실시예들도 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게는 명백할 것이다. 따라서 그러한 실시예는 본 청구 범위에 의해 제한을 받는다.

Claims

외부 벌브(13)와, 그 외부 벌브내에 배치되며 필라멘트(43)를 갖는 내부 벌브(15)와, 상기 외부 벌브 및 내부 벌브에 의해 형성되는 밀봉된 공간(49)과, 특정 파장범위의 광학 스펙트럼으로부터 빛을 반사하기 위해 외부 벌브의 내면이나 내부 벌브의 외면성에 형성되며 고온에서 쉽게 환원되는 금속 산화물 광학 간섭 필름(27)을 포함하는 이중 벌브형 할로겐 램프에 있어서, 상기 밀봉된 공간(49)에는 상기 금속 산화물 광학 간섭 필름의 환원을 방지하기 위한 약한 산화 가스를 충진하는데, 상기 약한 산화 가스는 밀봉 압력 300-1520 Torr의 규정량의 불활성 가스와, 분압 0.0076-76 Torr의 규정량의 산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 2중 벌브형 할로겐램프.
제 1 항에 있어서, 상기 불활성 가스는 아르곤을 포함하는 것을 특징으로 하는 램프.
제 1 항에 있어서, 상기 불활성 가스는 질소를 포함하는 것을 특징으로 하는 램프.