기본 조명 재료 개요
현대 조명의 발전은 기본 조명 소재의 진화 및 혁신과 불가분의 관계에 있습니다. 초기의 전통 소재부터 오늘날 널리 사용되는 신소재에 이르기까지, 조명 소재의 과학적 응용은 조명기구의 성능과 수명을 크게 향상시켜 왔습니다. 이러한 소재는 다양한 온도와 작동 조건에서 탁월한 특성을 나타내며, 조명 기술 발전의 중요한 원동력으로 작용합니다.
▣ 재료 분류
▣ 필러 및 실링재
기존의 저온 영역(<140℃)에서는 인디고 수지, 네오프렌 고무, EPDM 발포 고무, 사출 성형 폴리우레탄 폼과 같은 기존 소재가 널리 사용됩니다. 그러나 고온 영역(>200℃)에서는 압출, 성형 또는 절단된 실리콘 수지가 필요합니다. 최근 사출 성형 반응 방식이 최신 혁신 기술로 자리 잡아 완벽한 고품질 밀봉이 가능해졌습니다. 기존 필러와 새로운 필러는 다양한 온도 영역에서 기계적 연결 및 밀봉을 위해 사용됩니다.
램프 수명 동안 램프 캡 퍼티는 다양한 열팽창 계수와 다양한 램프 재료 사이에 안정적인 기계적 연결을 제공해야 합니다. 금속 램프 캡을 유리 전구에 부착하는 데 사용되는 재료는 일반적으로 약 90%의 대리석 분말 필러와 페놀 수지, 천연 수지, 실리콘 수지를 혼합한 것입니다. 세라믹 램프 캡을 용융 실리카 램프 본체에 부착하려면 용융점이 높은 솔더 페이스트가 필요한데, 이 페이스트의 주성분은 실리카와 규산나트륨과 같은 무기 바인더의 혼합물입니다.
▣ 가스 램프에 사용되는 주요 가스는 공기의 구성 요소로, 일반적으로 분별 증류를 통해 얻습니다. 이러한 가스는 다양한 물리적 및 화학적 과정을 제어할 뿐만 아니라 빛을 생성하는 데에도 사용됩니다. 램프 작동 중 고온 환경은 여러 램프 재료의 화학적 반응성을 크게 증가시켜 램프 구조재에 심각한 손상을 초래할 수 있습니다. 이를 방지하려면 산화 및 부식을 제어하여 램프 구조를 보호해야 합니다. 일반적인 방법은 불활성 또는 비반응성 가스를 사용하여 램프 내부 작업 환경을 유지하는 것입니다.
증발 및 스퍼터링과 같은 물리적 과정은 필라멘트 및 전극과 같은 핵심 부품의 수명을 단축시킵니다. 그러나 램프에 불활성 가스를 채우고 가스 밀도를 충분히 높이면 이러한 과정의 유해성은 크게 감소합니다. 일부 백열전구에서는 고밀도 크립톤을 사용하여 열전도를 줄이고 텅스텐 필라멘트 증발을 억제하여 램프 수명을 연장할 수 있지만, 실제 적용에서는 일반적으로 아르곤이 충전 가스로 사용됩니다.
질소 분자는 램프 내부에서 서로 다른 전위를 갖는 부품들 사이에 파괴적인 아크가 형성되는 것을 방지하는 능력이 있습니다. 따라서 램프용 충진 가스는 일반적으로 질소, 또는 질소와 불활성 가스인 아르곤 및 크립톤의 혼합물로 구성됩니다. 가스 방전 램프에서는 아르곤, 네온, 크세논과 같은 단분자 가스가 방전 개시를 위한 보조 가스로 사용됩니다. 또한, 금속 할로겐화물 가스는 가스 방전 광원에서 고유한 역할을 합니다.
램프의 작동 온도가 매우 높기 때문에 램프 내부의 특정 중요 부품은 산소, 일산화탄소, 이산화탄소, 탄화수소, 수증기 등 미량의 산화성 가스 및 탄소 도핑 가스에 매우 민감합니다. 대부분의 램프에서 이러한 유해 불순물 가스의 함량은 일반적으로 엄격하게 관리되며, 총 충전 가스의 백만 분의 몇 정도만 허용됩니다.
▣ 게터 재료
전구 작동 중 필라멘트와 전극과 같은 부품은 매우 높은 온도에 도달합니다. 이러한 부품은 주변 가스에 매우 민감하여 잔류 산소, 수증기, 수소, 탄화수소와 쉽게 반응하여 전구 성능에 영향을 미칩니다. 따라서 이러한 잔류 가스를 제거하거나 줄이기 위한 조치를 취해야 합니다. 게터 재료는 금속 또는 비금속 재료를 사용하여 전구에서 잔류 가스를 제거하여 전구 성능을 유지합니다.
게터는 밀봉 후 전구 쉘이나 튜브에서 불순물을 제거하기 위해 특별히 설계된 재료입니다. 게터 재료는 일반적으로 기화 게터 재료와 체적 게터 재료의 두 가지 유형으로 분류됩니다. 기화 게터 재료는 진공 장치를 밀봉한 후 사용됩니다. 게터 재료는 활성 금속을 빠르게 가열하거나 순간적으로 기화시켜 선택된 부품에 얇은 증착물이나 필름 형태로 나타나 가스를 제거합니다. 반면, 체적 게터 재료는 금속 와이어, 구조 부품 또는 반-느슨한 증착물 형태로 전구 내부에 배치되는 경우가 많습니다. 게터 재료는 온도가 상승하면 가스를 흡수하여 전구 수명 동안 효과를 유지합니다.
일반적으로 사용되는 게터 금속으로는 바륨, 탄탈륨, 티타늄, 니오븀, 지르코늄 및 그 합금이 있습니다. 또한, 비금속 가스 제거제인 인은 전구 내부의 불활성 가스에서 미량의 산소와 수증기를 효과적으로 제거하므로 오랫동안 널리 사용되어 왔습니다.
▣ 유리 및 석영 유리
상업적으로 생산되는 유리는 크게 규산나트륨-칼슘, 규산납-알칼리, 붕규산의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 규산나트륨-칼슘 유리는 조명 산업에서 가장 널리 사용됩니다. 유리 종류는 온도 요구 조건, 기밀성 유지, 전기적 성능에 따라 선택됩니다.
납-알칼리 규산염 유리는 주로 일반 전구와 형광등의 내부 부품 제조에 사용됩니다. 일반 스포트라이트와 작동 온도가 높은 고출력 방전 램프에는 붕규산염 유리가 필요합니다. 석영 유리는 투명도가 높고 열충격 저항성이 뛰어나며, 최대 900°C의 고온 환경에서도 작동할 수 있습니다.
기밀성은 램프용 유리 소재를 선택할 때 중요한 지표입니다. 유리는 전구의 기밀성과 장기 안정성을 보장하기 위해 금속과 응력 없이 밀봉되는 특성을 가져야 합니다. 또한, 유리의 저항률, 유전율, 유전 손실은 전기적 성능 요건을 충족하기 위해 만족스러운 기준을 충족해야 합니다.
▣ 세라믹 소재
고온 고압 환경에서 실리카 함유 유리는 알칼리 금속 증기에 의해 쉽게 부식되므로 화학적 부식을 견딜 수 있는 재료가 필요합니다. 세라믹은 고온 및 내식성, 높은 기계적 강도 및 열 안정성을 위해 사용됩니다.
다결정 반투명 알루미나(PCA) 튜브는 고압 나트륨 램프(HPS) 제조의 핵심 부품입니다. 1mm에 불과한 두께에도 불구하고 90% 이상의 가시광선 투과율을 자랑합니다. 일반 세라믹은 우수한 기계적 강도, 내열충격성, 그리고 작동 온도 범위에서 뛰어난 전기 절연성을 갖추고 있어 램프 홀더와 램프 베이스 제작에 자주 사용됩니다.
▣ 조명 제어 재료
반사판은 광 제어의 핵심 요소로, 정반사와 정반사 두 가지 유형으로 나뉩니다. 난반사 또한 중요한 반사 방식입니다. 광 제어 소재를 선택할 때는 소재의 광학적 특성, 강도, 인성, 내열성, 자외선 차단성 등 다양한 요소를 종합적으로 고려해야 합니다.
적외선 반사 필름은 적외선 에너지를 필라멘트로 반사시켜 백열전구의 효율을 크게 향상시키는 핵심 광 제어 소재입니다. 다층 산화물 오버레이 기술은 화학 기상 증착법을 통해 할로겐 필라멘트 램프 하우징 표면에 도포되는 적외선 반사 필름 제조에도 널리 사용됩니다. 동시에, 다층 간섭 필터 필름 기술은 빛의 색상을 변경하는 데에도 사용됩니다. 반사 소재를 선택하면 광학적, 기계적, 열적 특성의 균형을 맞춰 램프 효율을 높일 수 있습니다.