HID 램프 종류와 특징
대표적인 HID 램프로는 수은등, 멀티 할로겐램프, 메탈 헬라이드 램프가 있다. 각각의 특징, 장단점에 대해 알아보자.
수은등
수은등은 발광 관내에 수은과 아르곤을 주입해 수은증기압을 수기 압 이상으로 높여 발광하는 HID 램프의 일종으로 가시광을 다량 방출하기 위해 조명용 램프로 주로 사용된다. 개별 종류가 매우 많고, 범용성이 높은 HID 램프이다. 12,000시간의 수명을 가지며, 60lm/W의 비교적 양호한 효율을 가지고 있다.
보수율이 좋아 수명이 다해도 70~80%의 광속을 확보하고 있다. 반면 연색성은 Ra40 안팎이어서 전시조명이나 연출 조명으로는 적합하지 않은 특성이 있다. 통전으로부터 발광까지 몇 분의 시간을 필요로 해, 순간 정전에 의해서 소등하면 재차 발광하기까지 몇 분 걸린다.
특성상 잦은 ON/OFF를 하는 장소에는 사용할 수 없다. 이것은 다른 HID 램프에서도 마찬가지다. 3900K, 4200K의 흰색을 나타내는 형광 수은등과 5800K의 낮 흰색을 나타내는 투명 수은등이 있다. 투명 수은등은 연색평가수가 낮고 Ra14 정도로 되어 있어 색상을 충실하게 재현하는 데 사용할 수 없다.
수은등 중 안정기를 램프 내에 내장해 외장 안정기가 필요 없는 밸러스트 리스 수은등이라는 제품도 있다. 밸러스트 리스 수은등은 색온도 3700K 정도의 온백색을 나타내며, 청색과 적색을 혼합한 듯한 색상을 띤다. 발광효율이 매우 낮아 20lm/W 전후이기 때문에 전광 속을 얻고 싶은 경우에는 소비전력이 문제가 된다는 점에 주의가 필요하다.
색온도가 4,000K 전후와 6,000K 전후라는 어중간한 수치이므로, HID 램프를 형광등이나 백열등과 맞추어 사용하면 색상이 달라진다. 잘 설계하지 않으면 색의 얼룩이 발생하므로 단독으로 사용하는 것도 고려할 수 있다.
메탈 헬라이드 램프
발광관을 외관에 수용한 이중구조로 유리를 석영유리를 사용하여 고온에 견디는 구조로 하고 있다.외관은 경질 유리를 채용하여 발광관의 보온과 산화방지의 능력이 있다. 발광관 내부에는 탈륨 인듐의 금속 할로겐 화물이 봉입되어 있어 단체 금속보다 증발하기 쉽고 높은 광속을 얻을 수 있으며 수명을 길게 설정할 수 있다는 장점이 있다.
첨가할 금속체의 종류에 따라 방전 램프의 특징에 변화를 줄 수 있다. 할로겐화 금속에는 요오드화 나트륨, 요오드화 스칸듐 등도 이용되고 있어 색이 보이는 방법의 개선이 가능하다. 메탈 헬라이드 램프는 외관 파손 방지를 위한 삼중관 타입으로 발광관 파손에 의한 외관 파손을 방지한다.
전면 유리 등이 부속되어 있지 않아도 조명 용도로 사용할 수 있다. 통상적으로 발광관의 외측에 외관이 있는 이중관 방식으로 되어 있으나, 전면에 유리나 철망이 부속된 조명기구로 사용하기 때문에, 유리가 파손되어도 비산 하지 않는다.
스타디움 조명과 촬영용 조명으로서 1kW~6kW와 같은 대용량 램프도 판매되고 있다. 특수용도의 메탈 헬라이드 램프는 일반용 도보다 수명이 짧으며 1,000~3,000시간 정도밖에 되지 않는다. 특수한 기능이나 목적의 램프는 수명, 광속, 효율 등 어느 하나의 성능을 희생시키는 경우가 많으므로 선정 시에는 주의가 필요하다.
백열전구나 할로겐램프와 달리 전압을 인가하는 만큼 점등하지 않고, 안정기 등 점등장치가 필요하다. 메탈 헬라이드 램프를 안정 방전시키기 위해서는 형광등과 같이 램프 전극 간의 전자 가동을 촉진시켜 램프 전압의 변동에 따른 제어를 하고, 램프가 안정 방전된 시점에서 전력을 일정하게 제어하는 복잡한 제어가 요구된다.
메탈 헬라이드 램프는 광학기기용으로도 활용되고 있다. 프로젝터와 OHP, 광섬유 조명의 광원으로 사용되지만, 일반 조명 용도보다 수명이 짧아지는 경향이 있다. 이들 광학기기의 광원으로는 400W 정도의 출력을 갖는 중형 메탈 헬라이드 램프가 주로 채용되고 있다. 램프 수명은 비교적 길어 9,000~12,000시간을 확보하고 있다. 수은 등용 안정기로 점등할 수 있기 때문에 램프를 교체하는 것만으로 쉽게 조명환경을 변화시킬 수 있다.
멀티 할로겐 램프
수은등과 동일한 안정기가 사용 가능하고 발광 효율과 연색성을 개선한 HID 램프이다. 메탈 헬라이드 램프의 종류로 분류된다. 수은등보다 높은 광속을 얻을 수 있는데, 수명이 3,000시간~6,000시간 정도 짧아지고, 보수율이 좋지 않아 초기 조도와 말기의 조도에 차이가 크며, 점등 직후에는 밝게 느껴지며, 몇 달이나 사용하면 어둡게 느껴질 우려가 있다.
금속 자체는 증기압이 낮지만, 요오드 화물과 같은 할로겐 화물로서 수은증기 내에 봉입함으로써 높은 증기압을 나타낸다. 고압방전 램프의 중심부에서는 아크에서 발생하는 열의 영향으로 할로겐 화물이 분리돼 석영 유리관 표면에 가까워지면 할로겐과 재결합해 금속 할로겐 화물로 되돌아가는 할로겐 사이클이 이용되고 있다.
나트륨의 알칼리 금속은 높은 증기압을 유지할 수 있는 성질이 있지만 석영유리를 침식할 우려가 있다. 그러나 할로겐 화물로 만듦으로써 석영유리의 침식이 없어져 유리 관내에 지장 없이 봉입할 수 있다. 메탈 헬라이드 램프와 마찬가지로 발광관 내부에 복수의 금속 원자를 봉입하고 금속 상기의 방전에 의한 발광을 이용한 HID 램프이다.
여러 개의 할로겐화 금속을 이용하기 때문에 멀티 할로겐이라는 명칭이 붙는다. 조사할 대상의 색을 표현하는 성능이 되는 연색평가수는 65~70을 나타내 수은등보다 비교적 높은 수치를 나타낸다. 멀티 할로겐램프는 일반 수은등 안정기로 점등할 수 있는 것과 전용 안정기로 점등시키는 것이 있으므로 선정 시에는 주의가 필요하다.
점등 방향도 램프에 의해 정해져 있으며, 아래 방향, 위 방향, 수평방향, 전방향의 4종류를 조사 각도에 따라 구분한다. 수명이 짧아 가동시간이 긴 공장에서는 장시간 점등으로 램프의 교환 빈도가 많아져 경제성이 나빠진다. 램프마다 조명의 점등 방향 제한이 있으므로 하향으로 사용할 경우, 횡향과 같은 조건에 따라 램프가 적합하지 않을 수 있으므로 기구 선정 시 주의가 필요하다.
멀티 할로겐램프나 메탈 헬라이드 램프를 설치할 경우 조사 각도에 주의한다. 사방 360도 어느 방향을 향해도 좋은 조명기구는 드물고, 방열 성능 등을 유지하기 위해 조사각도가 램프에 의해 정해져 있다.
램프를 기울일 경우에는 적합한 방향으로 하고, 적합 외의 방향으로 향하지 않도록 주의를 요한다. 적합 이외의 방향으로 조사하면 이상 발열로 인해 기대 수명을 충족하지 못하거나 소손 사고가 발생할 위험이 있다.
SC형 멀티 할로겐램프
SC형은 멀티 할로겐램프 내부에 스칸듐이나 나트륨 요오드 화물을 봉입한 램프이다. 고효율로 수명이 길어 3,800~4,600K의 백색광을 내는 방식이다.
대출력으로 긴 수명을 실현할 수 있으며 경기장 등 전광 속이 필요한 장소에 적합하다. 색의 편차가 적어 라이트 업을 향하지만 50Hz 지역에서는 램프의 편차가 발생한다. 수은등에 비해 높은 발광 효율을 가지고 있다.
표준형 멀티 할로겐램프
요오드화 나트륨, 탈륨, 인듐, 리튬을 봉입해 각자가 내는 발광 스펙트럼인 빨강 초록 파랑 보라 주황을 혼 광해 강한 흰색을 내는 방식이다. 비교적 저출력이어서 공장 천장이나 실내경기장에 적합하고, 높은 조도에서도 깜박임의 발생이 적다고 한다.
수은등에 비해 높은 발광효율을 가지지만 SC형 멀티 할로겐램프보다 효율이 떨어지는 단점이 있다. SC형보다 출력이 작은 상품이 주력으로 100~400W 정도 출력되므로 실외 스타디움 조명 등에 적합하지 않다. 색온도는 SC형과 동일하게 4,300K 정도의 산뜻한 흰색을 나타낸다.
