KR100964213B1 - 전기 램프 - Google Patents

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헨드릭 아. 반스프랑
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

전기 램프는, 가시광에 투명하고 광원(2)을 수용하는 램프 용기(1)를 포함한다. 램프 용기(1)는, 광-흡수 매체(6)와, 산화 실리콘 층과 상당히 높은 굴절률을 갖는 물질 층(예를 들어 ZrO2)이 교대로 있는 층을 포함하는 광 간섭 막(5)의 조합으로 덮여있다. 본 발명에 따라, 간섭 막(5)의 반사도(R)는 파장 범위(0.95×λtr≤λ≤1.2×λtr)에서, 범위(0.2≤△R≤0.45)에서의 단계(△R)별로 0.60≤R≤0.95로부터 0.40≤R≤0.65로 변한다. 동작시, 본 발명에 따른 전기 램프는 투과 모드로 칼라 광을 방출하고, 오프 상태에서 실질적으로 무색 외관을 갖는다.

Description

전기 램프{ELECTRIC LAMP}
본 발명은, 광원이 배치되는 광-투과 램프 용기를 포함하는 전기 램프에 관한 것으로,
상기 전기 램프는 가시 영역에서의 파장(λtr)에서 스펙트럼 전이를 나타내는 광-흡수 매체를 포함하고,
램프 용기의 적어도 일부분에는 간섭 막이 제공된다.
그러한 램프는, 예를 들어 동작시 노란색 광을 방출하는 (할로겐) 헤드라이트, 방향등(indicator)에서의 황색 광원(또한 차량 신호 램프로 언급됨), 또는 브레이크등에서의 적색 광원으로서 차량 응용에 사용된다. 그러한 전기 램프는 또한 일반적인 조명을 위해 사용된다. 상기 전기 램프는 교통 및 방향 신호, 윤곽 조명(contour illumination), 교통 신호등, 프로젝션 조명(projection illumination), 광섬유 조명에 추가로 사용된다. 그러한 램프의 대안적인 실시예는, 색 온도가 광-흡수 코팅과 간섭 막의 적합한 조합에 의해 증가되는 램프를 포함한다.
개시부에 언급된 유형의 전기 램프는 공개되지 않은 EP 특허 출원 00204105.1(PHNL000646)에 알려져 있다. 알려진 전기 램프는, 가시 스펙트럼의 넓은 부분에 걸쳐 비교적 높은 반사도를 갖는 무색 간섭 막과 조합하여 가시 범위에서 스펙트럼 전이를 나타내는 광-흡수 매체를 포함한다. 알려진 전기 램프는 투과 모드에서 색광을 방출하고, 오프 상태에서 실질적으로 무색(color-neutral) 외관을 갖는다.
알려진 램프의 결점은 전기 램프의 발광 출력이 비교적 낮다는 것이다.
본 발명의 목적은 상기 단점을 해결하는 수단을 제공하는 것이다. 본 발명에 따라, 개시부에 언급된 종류의 전기 램프는 이를 위해,
파장 범위(0.95×λtr≤λ≤1.2×λtr)에서, 간섭 막의 반사도(R)는 범위(0.2≤△R≤0.45)의 단계(△R)별로 0.60≤R≤0.95로부터 0.40≤R≤0.65로 변하는 것을 특징으로 한다.
간섭 막의 반사 레벨을, 파장(λtr)에서 스펙트럼 전이 근처 및 그 위의 영역에서의 (약간) 낮은 레벨로 감소시킴으로써, 전기 램프의 발광 출력은 개선되는 한편, 오프 상태에서 전기 램프의 무색 외관을 실질적으로 유지한다. 광-흡수 매체의 스펙트럼 전이의 가시 영역에서의 위치는 전기 램프의 광 출력의 색을 한정한다{예를 들어, 황색 광(λtr~550nm), 및 적색 광(λtr~600nm)에 대해}. 파장 범위(λ≤λtr)에서, 광-흡수 매체는 가시광의 일부를 흡수한다. 간섭 막의 반사도(R)는 이러한 파장 범위(λ<대략 λtr에 대해 0.60≤R≤0.95)에서 비교적 높다. 광-흡수 매체에 의해 투과된 광의 상당 부분은 전기 광원의 방향으로 간섭 막에 의해 되반사되고, 광-흡수 매체를 다시 통과시킨다. 광-흡수 매체는 이러한 반사된 광의 일부를 흡수한다. 반사되지 않은 광의 나머지 부분은 광-흡수 매체에 의해 흡수되거나, 간섭 막에 의해 다시 반사된다. 따라서, 광원으로부터 발생된 광은 1회 이상 흡수층을 통과하고, 또한 간섭 막에 의해 여러 번 반사된다. 이러한 다수의 흡수 및 반사 과정의 결과로서, 흡수 층의 두께는 반사형 간섭 막이 없을 때 흡수 막을 포함하는 전기 램프에 비해 상대적으로 얇을 수 있다.
알려진 전기 램프에서, 광은, 광-흡수 매체가 더 이상 활성화하지 않는 파장 범위에서{즉 파장 범위(λ>λtr)에서} 간섭 막에 의해 또한 반사된다. 이러한 파장 범위에서, 광-흡수 매체는 더 이상 (실질적으로) 흡수하지 않는다. 이러한 파장 범위에서 간섭 막에 의한 광의 다수의 반사로 인해, 반사된 광의 일부는 그럼에도 불구하고 전기 램프에서 흡수 현상으로 인해 손실된다. 예를 들어, 광은 램프(예를 들어 광원)의 베이스(base) 또는 다른 부분에서 흡수 및/또는 손실된다. 그러한 바람직하지 않은 효과는 알려진 전기 램프의 광 출력에서 상당한 손실을 야기한다. 다른 결점은, 방출된 광의 바람직하지 않은 다수의 반사가 흡수 층만을 포함하는 램프와 비교하여 광원(예를 들어 필라멘트)의 다중 이미지의 외형 및/또는 비교적 높은 흐림(haze) 레벨을 야기한다는 것이다.
본 발명에 따라, 간섭 막의 반사 레벨은, 광-흡수 매체가 활성화되는 파장 범위(λ<λtr에 대해 0.60≤R≤0.95)에서 비교적 높은 반면, 간섭 막의 반사 레벨은, 광-흡수 매체의 활성이 (점차적으로) 감소하는 광-흡수 매체의 스펙트럼 전이 위(및 그 근처)의 영역(λ>λtr에 대해 0.40≤R≤0.65)에서 (약간) 낮은 레벨에 있다. 반사도가 비교적 높고 광-흡수 매체가 더 이상 활성화하지 않는 반사 레벨 사이의 단계(△R)는 범위(0.2≤△R≤0.45)에 있다.
광-흡수 매체의 스펙트럼 전이 위의 파장 범위((λ>λtr)에서, 간섭 막의 반사율은 간섭 막의 비교적 낮은 반사 레벨로 인해 크게 감소된다. 더욱이, 낮은 반사율(reflectivity)에서 반사도의 유효수의 감소는 감소된 산란 상태를 초래한다. 추가 장점은, 바람직하지 않은 흡수 현상이 또한 낮은 레벨에 있다는 것이다.
광-흡수 매체의 스펙트럼 전이에서 급격한 전이(소위 스텝-필터)를 갖는 간섭 막을 적용하는 것이 제안된다. "스텝 필터"라는 용어는, 반사 스펙트럼이 상당히 좁은 파장 범위(≤20nm)에서 상당히 급격한 스펙트럼 전이(R
Figure 112008007973019-pct00006
100%에서 R≤10%로)를 나타낸다는 것을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 이러한 스텝 필터의 스펙트럼 전이의 위치 지정(positioning)은 과정 변동에 매우 민감하다. 작은 변동은 스펙트럼 전이의 이동(shift)을 쉽게 초래하고, 그 결과 전기 램프는 적법한 요건을 더 이상 충족시키지 않는다. 그러한 전기 램프에서, 관련 스펙트럼 범위에서 상당히 높은 반사도를 갖는 간섭 막을 적용하는 것이 필요하여, 이에 따라 상당히 많은 수의 광 층의 스택을 필요로 한다. 그러한 높은 반사값은 상당히 얇은 광-흡수 매체의 상당히 작은 효과를 충분히 개선시킬 필요가 있다. 더욱이, 그러한 전기 램프의 간섭 막의 광 층은 스텝 필터의 높은 반사값을 실현시키기 위해 적어도 실질적으로 흡수를 하지 않아야 한다. 이러한 설계의 추가 결점은, 전기 램프의 위치의 함수로서 색 변동 및 광-흡수 매체가 활성화하는 스펙트럼의 부분에서 "제로" 반사율(R≤10%)로 인한 오프-상태에서 전기 램프의 칼라 외관이다.
본 발명에 따른 간섭 막은 비교적 작은 수의 광 층으로 비교적 간단한 필터 설계로 실현될 수 있다. 더욱이, 반사에서의 도약 위치는 그리 중요하지 않다.
바람직하게, 파장 범위(0.95×λtr≤λ≤1.1×λtr)에서, 반사도(R)는 범위(0.2≤△R≤0.3)에서 단계(△R)별로 0.70≤R≤0.80으로부터 0.45≤R≤0.55로 변한다. 매우 적합한 간섭 막은, 광-흡수 매체가 활성화되는 파장 범위(λ<λtr)에서 대략 0.75의 반사 레벨, 및 광-흡수 매체가 더 이상 활성화되지 않는 파장 범위(λ>λtr)에서 대략 0.5의 반사 레벨을 갖는다.
본 발명의 효과를 설명하기 위해, 다수의 반사를 갖는 간섭 막이 제공된 비-흡수 전기 램프에 대한 상황이 고려된다. 반사의 횟수의 함수로서 방출된 광의 분수는 쉽게 계산될 수 있다. 광의 m회 반사에 대해, 간섭 막의 반사 레벨(R)의 함수로서 간섭 막에 의해 투과된 광량(T)은 당업자에게 알려져 있는 다음의 수학식에 의해 주어진다:
T=1-Rm+1
표 1은 전술한 수학식에 따라 간섭 막의 반사 레벨의 함수로서 m회 반사 이후에 방출된 광의 총 분수를 도시한다.
간섭 막의 반사 레벨의 함수로서 m회 반사 이후의 방출된 광의 총 분수
m회 반사 이후의 방출된 광의 총 분수
반사의 횟수 R=0.75 R=0.5 R=0.4
0 0.25 0.50 0.60
1 0.44 0.75 0.84
2 0.58 0.875 0.94
3 0.68 0.94 0.975
4 0.76 0.97 0.99
표 1은, 4회의 반사 이후에 기존의 R=0.75 간섭 막에 대해, 광의 76%만이 전기 램프에 남아있는 한편, R=0.5를 갖는 간섭 막에 대해서는 1회 반사 이후에 동일하게 이루어지는 것을 보여준다. 이러한 차이는, 간섭 막의 미러링(mirroring) 효과가 광-흡수 매체가 활성화되는 파장 범위에서만 존재한다는 점에서 본 발명에 유리하게 이용된다.
간섭 막과의 조합에서 전기 램프에 어떤 장소에서의 흡수(A)를 가정하면, 다음 수학식은 투과된 광을 계산하는데 사용될 수 있다:
Figure 112004036916553-pct00001
R=0.75의 간섭 막과의 조합으로 4%의 유효 흡수도(A)를 간주하여, 흡수가 없는 상황과 비교하여 투과도가 대략 78%이다. 반사율을 R=0.50으로 감소시킴으로써, 투과도는 대략 89%가 된다. 이러한 모델에 따라, 루멘 손실은 20%로부터 대략 10%로 감소한다.
간섭 막은 금속빛, 은빛 또는 회색 외관을 갖는 것이 바람직하다. 그러한 간섭 막이 제공된 전기 램프는 차량 응용을 위한 방향등 램프로서 매우 적합하게 사용될 수 있다. 법적 규정은 그러한 방향등 램프에 의해 방출된 광의 색 포인트(color point)에 대해 당업자에게 알려진 1931 C.I.E. 색 삼각형(color triangle)에서의 범위를 정의한다. 광-흡수 매체와, 램프 용기의 외부 표면에 적용된 간섭 막의 적합한 조합은, 전기 램프의 외관이 변할 수 있게 한다. 이는, 특히 오프 상태에서 전기 램프의 외관과, 동작시 전기 램프에 의해 방출된 광의 칼라가 구별되게 한다. 특히 본 목적은, 오프 상태에서, 전기 램프가 적어도 실질적으로 무색 외관을 가지면서, 동작시 특정 칼라는 방출하는 전기 램프, 예를 들어 황색 또는 적색 전기 램프를 제공하는 것이다.
차량에서, 미적인 이유로 인해, 무색 외관을 갖는 방향등 램프 및 브레이크등을 제공하는 것이 바람직하다. 전기 램프가 활성화될 때만, 원하는 칼라를 나타내고, 이를 통해 전기 램프에 의해 방출된 광의 색 포인트는 법적 규정을 충족시킨다. 더욱이, 차량에서, 별도의 반사기 대신에 헤드라이트와 동일한 반사기에 황색 방향등 램프를 수용하는 경향이 있다. 더욱이, 본 목적은, 소위 "투명 커버(clear covers)"가 제공되는 조명등(luminaire)을 차량에서 이용하는 것인데, 즉 차량 외부에 위치한 관찰자는 조명등에서 방향등 램프 또는 브레이크 램프를 직접 볼 수 있다. 안전을 위해, 무색 외관과 별도로, 그러한 방향등 램프는 전기 램프에 (우연히) 입사하는 광이 반사될 때, 실질적으로 색을 띠지 않는 것이 중요하다. 예를 들어, 햇빛 또는 접근하는 자동차에서 발생하는 광이 방향등 램프를 포함하는 차량의 헤드라이트 상에 입사하면, 반사되는 상기 헤드라이트의 외관은 적어도 실질적으로 무색이어야 하거나, 반사시, 상기 램프는 적어도 실질적으로 어떠한 칼라도 방출해서는 안 된다. 그렇지 않으면, 이는 다른 보행자에게 혼란을 주고, 위험하고 및/또는 바람직하지 않은 상황을 초래할 수 있다.
반사시, 본 발명에 따른 전기 램프의 스펙트럼 특성은 투과시 스펙트럼 특성과 다르다. 투과시, 전기 램프에 의해 방출된 광은 색 포인트에 대해 법적 규정을 충족시키는 한편, 반사시, 전기 램프는 무색이며, 전기 램프의 외관은 예를 들어 은색 또는 회색이 된다. 본 발명은 특히 차량의 방향등 램프 및 브레이크등에 적용된다.
광-흡수 매체와, 무색 외관을 전기 램프에 제공하는 간섭 막의 조합을 포함하는 전기 램프를 이용하여 시너지 효과가 나타난다. 더욱이, 간섭 막의 존재는, 간섭 막이 광-흡수 매체에 대해 산소 장벽(barrier)의 역할을 한다는 점에서 광-흡수 매체의 안정성을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 간섭 막은, 예를 들어 적합한 물질 선택, 적합하게 선택된 대역 갭(예를 들어 TiO2)에 의해 또는 간섭 막이 UV 광을 또한 반사한다는 결과로서 외부 UV 광의 영향 하에 광-흡수 매체의 칼라 손실을 중화시킬 수 있다. 전기 램프의 램프 용기 상에 광-흡수 매체와 간섭 막의 조합의 접착이 만족스럽고, 수명 동안 변화되지 않거나 거의 변화되지 않는다는 것이 실험에서 나타났다. 본 발명에 따른 전기 램프의 수명 동안, 적용된 코팅에서 볼 수 있는 어떠한 갈라짐(delamination)도 검출되지 않았다.
무색 외관을 전기 램프에 제공하는, 광-흡수 매체와 간섭 막의 조합을 포함하는 전기 램프의 응용에 대한 추가 장점은, 광-흡수 층의 스펙트럼 특성이 광-흡수 층에서의 스펙트럼 전이의 위치에서의 변동에 덜 민감하다는 것이다. 이는, 광-흡수 층의 스펙트럼 특성이 광-흡수 매체의 두께 및/또는 농도의 변동에 덜 민감하다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 전기 램프의 일실시예는, 램프 용기의 벽이 광-흡수 매체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 광-흡수 매체는, 예를 들어 석영 유리 또는 경질 유리(hard glass)와 같은 유리, 또는 반투명 세라믹 물질로 이루어진 램프 용기의 벽에 쉽게 병합될 수 있다. 이 실시예에서, 간섭 막은 광원의 반대쪽을 향한 램프 용기의 벽의 측면에 직접 적용되는 것이 바람직하다. 광-흡수 매체가 램프 용기의 벽 및 간섭 막에 제공되기 때문에, 간섭 막에 의해 반사된 광은 광-흡수 매체를 2회 통과하고, 이는 흡수 과정의 효율의 추가 개선을 초래한다. 더욱이, 램프 용기의 양측 상의 간섭 막 사이에 안팎으로 반사되는 광은 각 반사시 광-흡수 매체를 2회 통과한다.
본 발명에 따른 전기 램프의 대안적인 실시예는, 광-흡수 매체가 램프 용기와 간섭 막 사이에 위치한 광-흡수 층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 광-흡수 매체가 램프 용기의 외부 표면과 간섭 막 사이에 배치되기 때문에, 간섭 막에 의해 반사된 광은 광-흡수 매체를 2회 통과하고, 이는 흡수 과정의 효율의 추가 개선을 초래한다. 더욱이, 램프 용기의 양측 상의 간섭 막 사이에 안팎으로 반사되는 광은 각 반사시 광-흡수 층을 2회 통과한다.
광-흡수 층의 두께(tabs)는 범위(5nm≤tabs≤5000nm)에 있는 것이 바람직하다. 광-흡수 층의 두께가 5nm보다 작다면, 흡수는 거의 발생하지 않고, 색 온도의 의도 된 이동이 불충분하게 달성된다. 층의 두께가 5㎛를 초과하면, 너무 많은 광이 흡수되어, 이는 전기 램프의 루멘 출력에 악영향을 끼친다. 원하는 층 두께는 광-흡수 코팅에서 색소의 농도에 의해 또한 유도된다.
전기램프의 바람직한 실시예는, 광-흡수 매체가 황색 또는 적색 투과를 갖는 것을 특징으로 한다. 동작시, 황색 광을 방출하는 전기 램프는 차량에서의 방향등 램프로서 특히 적합하게 사용될 수 있다. 동작시, 적색 광을 방출하는 전기 램프는 차량에서의 브레이크등으로서 특히 적합하다.
선택적으로 광-흡수 층의 선택은, 본 발명에 따라 광-흡수 매체의 스펙트럼 투과의 변화의 급격함에 의해 충족될 것이다. 선택적인 광-흡수 층의 선택은 그러한 광-흡수 층에 의해 충족될 열적 요건에 의해 더 한정된다. 상기 열적 요건은 수명 동안 광-흡수 매체의 내구성, 및 램프 용기의 온도 변화에 대한 내성을 포함한다.
광-흡수 매체가 황색 투과를 갖는 것이 바람직하다. 특히 적합한 광-흡수 매체는 크로모프탈 엘로우(chromophtal yellow)이고, 화학식은 C22H6C18N 4O2이고 C.I.(구성 번호) 56280이다. 이러한 유기 염료는 "C.I.-110 엘로우 색소", "C.I. 색소 엘로우 137" 또는 비스[4,5,6,7-테트라클로로-3-옥소이소인돌린-1-일리덴)-1,4-페닐렌디아민으로 또한 언급된다. 황색 투과를 갖는 대안적인 광-흡수 매체는 엘로우 앤트라퀴논이고, 화학식은 C37H21N5O4이고 C.I. 60645이다. 이러한 유기 염료는, "필에스테르 엘로우 2648A" 또는 "필에스테르 엘로우 RN"으로 언급되고, 화학식{1,1'- [(6-페닐-1,3,5-트리아진-2,4디일)디이미노]비스-}로 또한 언급한다.
대안적인 실시예에서, 광-흡수 매체는 적색 투과를 갖고, 예로서, C.I.65300을 갖는 "크로모프탈 레드 A2B"를 포함한다. 상기 유기 염료는 대안적으로 "색소 레드 177", 디안트라퀴노닐 레드 또는 [1,1'-비안트라센]-9,9',10,10'-테트론, 4,4'-디아미노-(TSCA,DSL)로 언급된다.
본 발명에 따른 전기 램프의 일실시예는, 간섭 막이, 상당히 낮은 굴절률을 갖는 물질의 제 1 층 및 상당히 높은 굴절률을 갖는 물질의 제 2 층을 포함하는 층을 포함하는데, 상기 제 1 및 제 2 층은 교대로 적층되는 것이 바람직한 것을 특징으로 한다. 2가지 물질의 사용은 간섭 막의 제조를 간단하게 한다. 대안적인 실시예에서, 제 1 층의 굴절률과 제 2 층의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 물질의 적어도 제 3 층이 적용된다.
본 발명에 따른 전기 램프의 바람직한 실시예는, 간섭 막의 제 1 층이 주로 실리콘 산화물을 포함하고, 제 2 층은 굴졀률이 실리콘 산화물의 굴절률과 비교하여 높은 물질을 주로 포함하는 것을 특징으로 한다. 실리콘 산화물 층은 다양한 증착 기술을 이용하여 상당히 쉽게 제공될 수 있다.
바람직하게, 간섭 막의 제 2 층은, 산화 티타늄, 산화 탄탈륨, 산화 지르코늄, 산화 니오븀, 산화 하프늄, 질화 실리콘, 및 상기 물질의 조합에 의해 형성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함한다.
바람직하게, 간섭 막은 Nb2O5/SiO2 유형의 막, Ta2O5/SiO 2 유형의 막, TiO2/SiO2, ZrO2/SiO2 유형의 막 또는 이들의 혼합물이고, 적어도 5개 및 최대 약 25개의 층을 포함하는 것이 바람직하다. 상당히 적은 수의 층의 결과로서, 그러한 간섭 막의 제조비는 상당히 적어진다.
전기 램프의 광원은 예를 들어 할로겐-함유 가스 내의 백열체일 수 있거나, 예를 들어 금속 할로겐화물, 가능하면 예를 들어 완충 가스로서 수은을 갖는 불활성 가스인 이온화 가스 내의 전극 쌍일 수 있다. 광원은 최내측 밀봉 엔벨로프(innermost gastight envelope)에 의해 둘러싸일 수 있다. 대안적으로, 최외각 엔벨로프가 램프 용기를 둘러싸는 것이 가능하다.
간섭 막 및 광-흡수 층은, 예를 들어 진공 증착(PVD: Physical Vapor Deposition) 또는 (dc)(반응식) 스퍼터링에 의해, 또는 딥-코팅(dip-coating) 또는 스프레잉 공정에 의해, 또는 LP-CVD(low-pressure chemical vapor deposition: 저압 화학 진공 증착), PE-CVD(plasma-enhanced CVD: 플라즈마-개선 CVD) 또는 PI-CVD(plasma impulse chemical vapor deposition: 플라즈마 충격 화학 진공 증착)에 의해 통상적인 방식으로 제공될 수 있다. 램프 용기의 외부 벽 상의 광-흡수 층은 스프레잉에 의해 적용되는 것이 바람직하다. 광-흡수 매체가 램프 용기의 벽의 일부를 형성하면, 이러한 매체는 일반적으로 램프 용기를 제조할 동안 벽에 제공된다.
본 발명에 따른 흡수 매체와 전기 램프의 간섭 막의 조합이 전기 램프의 수명 동안 초기 특성을 실질적으로 유지하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 이러한 양상 및 다른 양상은 이후에 설명된 실시예(들)를 참조하여 명백해지고 설명된다.
도 1a는 본 발명에 따른 전기 램프의 일실시예를 도시한 횡단면도.
도 1b는 본 발명에 따른 전기 램프의 대안적인 실시예를 도시한 측면도.
도 2a는 황색 광의 광 흡수-매체의 스펙트럼 전이에 부합하는 ZrO2/SiO2 간섭 막의 파장의 함수로서 반사 스펙트럼을 도시한 도면.
도 2b는 적색 광의 광 흡수-매체의 스펙트럼 전이에 부합하는 ZrO2/SiO2 간섭 막의 파장의 함수로서 반사 스펙트럼을 도시한 도면.
도면은 완전히 도식적이고, 축척대로 도시되지 않는다. 몇몇 치수는 명백함을 위해 특히 크게 강조되었다. 동등한 요소는 도면에서 가능한 한 동일한 참조번호로 주어졌다.
도 1a는 본 발명에 따른 전기 램프의 일실시예의 횡단면도이다. 상기 전기 램프는 예를 들어 유리로 된 광-투과 램프 용기(1)를 갖고, 상기 용기는 가스가 새지 않게 밀봉되고, 도면에서 (나선형) 텅스텐 백열체인 전기 요소(2)를 수용하고, 상기 전기 요소는 램프 용기(1)로부터 외부로 나오는 전류 전도체(3)에 연결된다. 대안적으로 PY21W(12볼트, 21와트)로 언급되는 도시된 램프는, 대략 1 바(bar)의 충진 압력(filling pressure)으로 예를 들어 Ar/N2 혼합물인 불활성 가스로 충진된다.
도 1a에 도시된 전기 램프의 실시예에서, 광-흡수 매체는 램프 용기(1)의 외부 상에(램프 용기의 벽 상에) 광-흡수 코팅(6)의 형태로 제공되고, 간섭 막(5)은 상기 광-흡수 코팅 상에 제공된다(또한 도 1b를 참조). 예를 들어 광-흡수 코팅(6)은 이 경우에 예를 들어 2㎛의 층 두께를 갖는 크로모프탈 엘로우로 언급된 색소 층을 포함한다. 그러한 광-흡수 매체가 제공된 전기 램프는 동작시 황색 광을 방출한다. 그러한 전기 램프는 예를 들어 차량용 방향등 내의 방향 지시 램프로서 사용되고, 램프의 수명은 적어도 실질적으로 1200 시간이다. 코팅의 대안적인 실시예에서, 광-흡수 코팅(6)은 예를 들어 2㎛의 층 두께를 갖는 크로모프탈 레드 A2B의 층을 포함한다. 그러한 크로모프탈 레드 A2B 층이 제공된 전기 램프는 동작시 적색 광을 방출한다. 그러한 전기 램프는 차량용 브레이크등으로 사용되고, 그 수명은 적어도 실질적으로 1200시간이다.
도 1a에 도시된 전기 램프의 대안적인 실시예에서, 램프 용기의 벽은 광-흡수 매체를 포함한다.
도 1b는 본 발명에 따라 전기 백열 램프의 대안적인 실시예의 측면도이다. 상기 전기 램프는 광원(12)으로서 백열체를 수용하는 석영 유리 램프 용기(11)를 포함한다. 전류 전도체(13)는 상기 광원에 연결되고, 상기 램프 용기(11)로부터 외부로 나온다. 램프 용기(11)는 예를 들어 히드로겐 브로미드인 할로겐-함유 가스로 채워진다. 램프 용기(11)의 적어도 일부분은 광-흡수 코팅의 형태로 광-흡수 매체(16)로 커버되는데, 광-흡수 코팅은 이 예에서 약 2㎛의 층 두께로 (MTMS 매트릭스-함유) 크로모프탈 엘로우 또는 크로모프탈 레드 A2B로 형성된다.
도 1a에서, 간섭 막(5)은 램프 용기(1)("기판")의 벽에 적용된 광-흡수 매체에 적용되며, 간섭 막은 상당히 높은 굴절률을 갖는 물질, 예를 들어 산화 티타늄(대략 2.4 내지 2.8의 TiO2의 평균 굴절률), 산화 니오븀(대략 2.34의 Nb2O5의 평균 굴절률), 산화 탄탈륨(대략 2.18의 Ta2O5의 평균 굴절률) 또는 산화 지르코늄(대략 2.16의 ZrO2의 평균 굴절률)의 층, 및 주로 산화 실리콘(대략 1.46의 평균 굴절률)의 층이 교대로 있는 층을 포함한다. TiO2/SiO2, Nb2O5/SiO2, Ta2O5/SiO2 또는 ZrO2/SiO2 간섭 막은 적은 수의 층만을 포함하는 것이 바람직하다.
도 1b에 도시된 예에서, 간섭 막(15)은 광-흡수 매체(16)에 적용되고, 번갈아 있는 주로 산화 지르코늄 및 산화 실리콘의 층을 포함한다. ZrO2/SiO2 간섭 막은 적은 수의 층만을 포함하는 것이 바람직하다.
도 1b에서 램프 용기(11)는 외곽 전구(14) 내에 장착되고, 상기 전구(14)는 전류 전도체(13)가 전기적 연결되는 램프 캡(17)에 의해 지지된다. 도시된 램프는 적어도 실질적으로 2500 시간의 수명을 갖는 60W 주-전압 램프이다.
상기 간섭 막이 적어도 5개 및 최대 대략 25개의 층을 포함하는 것이 바람직하다는 것이 실험을 통해 나타났다. 예를 들어, 황색 광 흡수 층을 위한 필요한 스펙트럼 특성{황색 광(λtr~550nm)을 위해 스펙트럼 전이}을 갖는 간섭 막은 표 2에 도시된 바와 같이 18개의 ZrO2/SiO2 층을 포함하는 필터 설계를 갖는다.
황색광 광 흡수 매체의 스펙트럼 전이에 부합하는 광 간섭막의 설계
층 번호 층 물질 굴절률 두께(nm)
1 SiO2 1.462 245.2
2 ZrO2 2.066 128.3
3 SiO2 1.462 139.1
4 ZrO2 2.066 78.7
5 SiO2 1.462 132.5
6 ZrO2 2.066 36.5
7 SiO2 1.462 109.9
8 ZrO2 2.066 91.3
9 SiO2 1.462 102.4
10 ZrO2 2.066 47.01
11 SiO2 1.462 68.2
12 ZrO2 2.066 54.5
13 SiO2 1.462 95.6
14 ZrO2 2.066 34.1
15 SiO2 1.462 106.2
16 ZrO2 2.066 37.7
17 SiO2 1.462 116.2
18 ZrO2 2.066 23.5
기판 유리 1.521
도 2a는 황색 광의 광-흡수 매체의 스펙트럼 전이에 부합하는 ZrO2/SiO2 간섭 막의 파장(nm 단위의 λ)의 함수로서 계산된 반사 스펙트럼(R)을 도시한다. 간섭 막의 설계는 표 2에 따라 이루어진다. 400nm 내지 대략 550nm의 파장 범위(황색 광의 광-흡수 매체가 활성화되는 범위)에서, 간섭 막의 반사가 대략 0.75인 반면, 대략 550nm를 초과하는 (가시) 파장 범위(황색 광의 광-흡수 매체가 더 이상 활성화되지 않는 범위)에서, 간섭 막의 반사가 대략 0.50(TRIANGLE R CONG 0.25)이라는 것을 도 2a에서 알 수 있다.
도 2a에 도시된 간섭 막은 회색 외관을 갖는 무색에 가깝고, 색 좌표는 x=0.2770. y=0.3203 및 z=0.4027인 반면, 백색 포인트(D65 조명에 대해)의 색 좌표는 x=0.3127, y=0.3291 및 z=0.3582이다. 도 2a에 도시된 간섭 막은 감소된 산란 레벨을 나타내고, 대략 550nm를 초과하는 범위(광-흡수 매체가 더 이상 활성화되지 않는 범위)에서의 루멘 손실은 대략 50%로 감소된다.
대안적인 실시예에서, 간섭 막은 적색 광의 광-흡수 층을 위한 필요한 스펙트럼 특성{적색 광을 위한 스펙트럼 전이(λtr~600nm)}에 부합하도록 설계된다. 필터는 표 3에 도시된 19개의 ZrO2/SiO2 층을 포함하는 설계를 갖는다.
적색 광의 광-흡수 매체의 스펙트럼 전이에 부합하는 광 간섭 막의 설계
층 번호 층 물질 굴절률 두께(nm)
1 SiO2 1.462 138.8
2 ZrO2 2.066 76.6
3 SiO2 1.462 61.9
4 ZrO2 2.066 39.5
5 SiO2 1.462 72.1
6 ZrO2 2.066 58.3
7 SiO2 1.462 83.3
8 ZrO2 2.066 57.3
9 SiO2 1.462 83.9
10 ZrO2 2.066 82.6
11 SiO2 1.462 97.8
12 ZrO2 2.066 78.2
13 SiO2 1.462 69.0
14 ZrO2 2.066 91.0
15 SiO2 1.462 130.5
16 ZrO2 2.066 124.7
17 SiO2 1.462 136.7
18 ZrO2 2.066 95.1
19 SiO2 1.462 142.4
기판 유리 1.521
도 2b는 적색 광의 광-흡수 매체의 스펙트럼 전이에 부합하는 ZrO2/SiO2 간섭 막의 파장(nm 단위의 λ)의 함수로서 계산된 반사 스펙트럼(R)을 도시한다. 간섭 막의 설계는 표 3에 따라 이루어진다. 400nm 내지 대략 600nm의 파장 범위(적색 광의 광-흡수 매체가 활성화되는 범위)에서, 간섭 막의 반사는 대략 0.75인 반면, 대략 600nm를 초과하는 (가시) 파장 범위(적색 광의 광-흡수 매체가 더 이상 활성화되지 않는 범위)에서, 간섭 막의 반사는 대략 0.50(TRIANGLE R CONG 0.25)이라는 것을 도 2b에서 알 수 있다.
도 2a에 도시된 간섭 막은 회색 외관을 갖는 무색에 가깝고, 색 좌표는 x=0.2968, y=0.3305 및 z=0.3726인 반면, 백색 포인트(D65 조명에 대해)의 색 좌표는 x=0.3127, y=0.3291 및 z=0.3582이다. 도 2b에 도시된 간섭 막은 감소된 산란 레벨을 나타내고, 대략 550nm를 초과하는 범위(광-흡수 매체가 더 이상 활성화되지 않는 범위)에서의 루멘 손실은 대략 50%로 감소된다.
본 발명의 범주 내에서, 많은 변형이 당업자에게 가능하다는 것이 명백할 것이다.
본 발명의 보호 범위는 본 명세서에 주어진 예에 한정되지 않는다. 본 발명은 각각의 새로운 특성 및 특성의 각 조합으로 구현된다. 청구범위에서의 참조번호는 본 발명의 보호 범위를 한정하지 않는다. "포함하는"이라는 용어 및 그 활용어는 청구범위에 언급된 요소의 다른 요소의 존재를 배제하지 않는다. 요소 앞의 단수의 이용은 복수의 그러한 요소의 존재를 배제하지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 광원이 배치되는 광-투과 램프 용기를 포함하는 전기 램프 등에 이용된다.

Claims (12)

  1. 광원(2; 12)이 배치되는 광-투과 램프 용기(1; 11)를 포함하는 전기 램프로서,
    상기 전기 램프는 가시 범위의 파장(λtr)에서 스펙트럼 전이를 나타내는 광-흡수 매체(6; 16)를 포함하고,
    상기 램프 용기(1; 11)의 적어도 일부분에는 간섭 막(5; 15)이 제공되는, 전기 램프에 있어서,
    파장 범위(0.95×λtr≤λ≤1.2×λtr)에서, 상기 간섭 막(5; 15)의 반사도(R)는 범위(0.2≤△R≤0.45)의 단계(△R)별로 0.60≤R≤0.95로부터 0.40≤R≤0.65로 변하고,
    상기 간섭 막(5; 15)의 반사도가 0.40≤R≤0.65로 변하는 상기 파장 범위를 초과하는 파장에서, 상기 가시 범위에서의 상기 간섭 막(5; 15)의 반사도(R)가 일정한 것을 특징으로 하는, 전기 램프.
  2. 제 1항에 있어서, 파장 범위(0.95×λtr≤λ≤1.1×λtr)에서, 상기 반사도(R)는 범위(0.2≤△R≤0.3)의 단계(△R)별로 0.70≤R≤0.80으로부터 0.45≤R≤0.55로 변하는 것을 특징으로 하는, 전기 램프.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 램프 용기(1)의 벽은 상기 광-흡수 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 램프.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광-흡수 매체(6;16)는 상기 램프 용기(11)와 상기 간섭 막(15) 사이에 위치한 광-흡수 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 램프.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 광-흡수 코팅의 두께(tabs)는 범위(5nm≤tabs≤5㎛)에 있는 것을 특징으로 하는, 전기 램프.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전기 램프는 동작시 칼라 광을 방출하고, 오프 상태에서 적어도 실질적으로 무색 외관을 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 램프.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광 흡수 매체(6;16)는 황색 또는 적색 투과를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 램프.
  8. 제 7항에 있어서, 황색 투과를 갖는 상기 광-흡수 매체(6;16)는 크로모프탈 엘로우(chromophtal yellow)이고, 화학식은 C22H6C18N4O2이고 C.I. 56280이거나, 엘로우 안티퀴논이고, 화학식은 C37H21N5O4이고, C.I. 60645인 것을 특징으로 하는, 전기 램프.
  9. 제 8항에 있어서, 적색 투과를 갖는 상기 광-흡수 매체(6;16)는 크로모프탈 레드이고, 화학식은 C28H16N2O4이고 C.I. 65300인 것을 특징으로 하는, 전기 램프.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 간섭 막(5;15)은 제1 굴절률을 갖는 물질의 제 1 층, 및 상기 제1 굴절률 보다 높은 제2 굴절률을 갖는 물질의 제 2 층을 포함하는 층을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 층은 교대로 적층되는 것을 특징으로 하는, 전기 램프.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 간섭 막(5)의 제 1 층은 산화 실리콘을 포함하고, 상기 제 2 층은, 굴절률이 산화 실리콘의 굴절률과 비교하여 높은 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 램프.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 간섭 막(5; 15)의 제 2 층은, 산화 티타늄, 산화 탄탈륨, 산화 지르코늄, 산화 니오븀, 산화 하프늄, 질화 실리콘, 및 상기 물질의 조합에 의해 형성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 램프.
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