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할로젠등

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목차

1. 개요

할로젠 램프는 백열전구의 단점을 보완하기 위해 개발된 조명 기술로, 텅스텐 필라멘트를 할로젠 원소와 함께 사용하여 더 밝고 효율적인 빛을 낸다. 1882년 염소를 이용한 탄소 필라멘트 전구 특허를 시작으로, 1959년 제너럴 일렉트릭이 아이오딘을 사용한 실용적인 램프 특허를 획득하면서 상용화되었다. 할로젠 램프는 할로젠 사이클을 통해 필라멘트의 수명을 연장하고, 고온에서 작동하여 백열전구보다 높은 밝기를 제공한다. 자동차 전조등, 특수 조명, 일반 조명 등 다양한 분야에서 활용되었으나, 에너지 효율 문제로 인해 여러 국가에서 단계적으로 퇴출되고 있다. 램프의 높은 작동 온도는 화재 및 화상 위험을 야기할 수 있으며, 램프 표면의 오염은 전구 파손의 원인이 될 수 있어 주의가 필요하다.

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할로젠등
개요
종류백열전구의 일종
특징백열전구의 단점을 보완
수명 연장, 효율 증가
구조 및 작동 원리
필라멘트텅스텐 필라멘트 사용
봉입 기체할로젠 원소 (아이오딘, 브롬 등) 주입
아르곤, 크립톤 등 불활성 기체 혼합
작동 원리필라멘트에서 증발한 텅스텐 원자가 할로젠 원소와 결합하여 필라멘트 주변에 머무름
고온에서 텅스텐-할로젠 화합물이 분해되어 텅스텐 원자가 필라멘트로 되돌아감 (할로젠 사이클)
장점
광효율일반 백열전구보다 높음
수명일반 백열전구보다 김
크기소형화 가능
색온도높고 일정하여 자연광에 가까운 빛을 냄
단점
발열매우 높음
안전고온 작동으로 인한 화상 위험, 파손 시 할로젠 가스 누출 위험
가격일반 백열전구보다 비쌈
종류 및 용도
종류튜브형 (직관형)
콤팩트형
반사경 부착형 (MR, PAR 등)
용도자동차 전조등
무대 조명
투광등
실내 조명
프로젝터
사진 촬영용 조명
안전 및 주의사항
취급 시 주의점등 중 고온으로 화상 위험, 장갑 착용
파손 시 파편 및 할로젠 가스 주의
자외선 방출 제품은 피부 노출 최소화
폐기 시 주의폐기물 처리 규정 준수
기타
더블 쟈켓 할로젠 램프http://www.lamptech.co.uk/TH%20DJ.htm

2. 역사

할로젠 램프는 기존 백열등의 단점인 필라멘트 증발로 인한 전구 내부의 검은 변색과 짧은 수명을 개선하기 위한 연구 과정에서 개발되었다. 초기에는 염소를 활용하려는 시도가 있었으며[43][2][44][3], 이후 아이오딘을 이용하는 방법이 제안되고[45][4], 1959년 제너럴 일렉트릭에 의해 실용적인 아이오딘 할로젠 램프가 특허를 받으면서[45][4][46][5] 본격적으로 개발되었다.

2. 1. 초기 역사

1882년, 미국 전기 조명 회사(US Electric Lighting Co.)의 에드워드 스크리버는 전구 내부 표면이 검게 변하는 것을 막기 위해 염소를 사용한 탄소 필라멘트 전구에 대한 특허를 받았다.[43][2] 1892년에는 염소를 채운 "노박(NoVak)"이라는 이름의 전구가 시장에 판매되기 시작했다.[44][3]

이후 아이오딘(요오드)을 사용하는 방법이 1933년 특허[45][4]에서 제안되었다. 이 특허는 텅스텐이 필라멘트에 주기적으로 다시 증착되는 원리도 설명했다. 마침내 1959년, 제너럴 일렉트릭(General Electric)이 아이오딘을 이용한 실용적인 할로젠 램프에 대한 특허를 획득하면서[45][4][46][5] 상용화의 길을 열었다.

2. 2. 할로젠 원소의 활용

초기 할로젠등 연구에서는 전구 내부 표면이 어두워지는 것을 막기 위해 염소를 활용하려는 시도가 있었다. 1882년에는 염소를 이용한 탄소 필라멘트 전구에 대한 특허[43]가 나왔고, 1892년에는 염소를 채운 "노박(NoVak)"이라는 이름의 전구가 시장에 판매되기도 했다.[44] 이후 아이오딘의 사용 가능성이 1933년 특허[45]에서 제기되었는데, 이 특허는 텅스텐 필라멘트가 증발했다가 다시 필라멘트에 증착되는 순환 과정을 설명했다. 아이오딘을 이용한 실용적인 할로젠등은 1959년 제너럴 일렉트릭에서 특허를 받으면서 개발되었다.[45][46]

할로젠등의 필라멘트는 일반 백열전구와 같이 텅스텐(W)으로 만들어진다. 높은 온도로 가열되어 빛을 내면 텅스텐 원자가 필라멘트 표면에서 떨어져 나와 승화한다. 일반 전구에서는 이 텅스텐 입자가 전구 안쪽 유리 표면에 달라붙어 검게 만드는 원인이 되지만, 할로젠등에서는 내부의 할로젠 원소(X)가 이 텅스텐과 화합하여 할로겐화 텅스텐(WX2)이라는 기체 상태의 화합물을 만든다. 이 할로겐화 텅스텐 기체는 전구 내부를 떠돌다가 다시 뜨거운 필라멘트 근처(약 1400°C 이상)로 이동하면 열에 의해 분해되어 텅스텐은 필라멘트로 되돌아가고 할로젠 원소는 다시 분리된다. 이러한 일련의 화학 변화 과정을 할로겐 사이클이라고 부른다.

할로겐 사이클 덕분에 텅스텐이 증발하여 필라멘트가 가늘어지거나 끊어지는 현상이 크게 줄어든다. 이로 인해 할로젠등은 일반 백열전구보다 약 50% 더 밝은 빛을 내거나, 수명을 약 10배까지 늘릴 수 있게 되었다. 또한, 할로겐 사이클은 승화된 텅스텐이 전구 내벽에 달라붙는 것을 막아준다. 일반 백열전구는 오래 사용하면 내부가 검게 변하는 흑화 현상으로 밝기가 줄어들지만, 할로젠등은 이러한 흑화 현상이 거의 없다. 할로겐 사이클이 원활하게 일어나려면 전구 내부 유리 표면이 충분히 뜨거워야 한다(요오드화 텅스텐의 경우 170°C 이상, 브롬화 텅스텐에서는 250°C 이상). 따라서 할로젠 램프는 열에 강한 석영 유리나 세라믹 재질의 소켓을 사용하며, 작동 중에는 매우 뜨거워진다.

점등 중인 할로젠등의 유리는 온도가 매우 높으므로 맨손으로 만지면 화상을 입을 수 있다. 전구가 꺼져 있을 때라도 맨손으로 만지는 것은 피해야 하는데, 손의 유분(피지)이 유리 표면에 묻으면 점등 시 고열로 인해 유리가 손상되거나 밝기가 저하될 수 있기 때문이다. 따라서 할로젠등을 교체하거나 다룰 때는 장갑을 끼는 것이 좋으며[39], 만약 지문이 묻었다면 알코올 등으로 닦아내 유분을 제거하는 것이 바람직하다.

2. 3. 퇴출

2009년 유럽 연합(EU)과 다른 유럽 국가들은 비효율적인 전구의 단계적 퇴출을 시작했다.[47][6] 주전원 전압용 지향성 할로젠 전구의 생산과 수입은 2016년 9월 1일에 금지되었고, 무지향성 할로젠 전구는 2018년 9월 1일에 금지되었다.[47][6]

오스트레일리아는 2021년 9월부터 10W 이상의 일부 할로겐 전구를 금지했으며, 이는 에코 할로겐 전구를 선호하는 정책의 일환이다.[7] 당초 2020년 9월로 계획되었으나, 유럽 연합의 정책과 일치시키기 위해 연기되었다.[8][9]

2021년 6월, 영국 정부는 기후 변화에 대처하기 위한 국가적 노력의 일환으로 같은 해 9월부터 할로겐 전구 판매를 중단할 계획이라고 발표했다.[10]

3. 원리

할로젠 램프의 기본적인 발광 원리는 일반 백열등과 같다. 내부의 필라멘트(주로 텅스텐)에 전류를 흘려 고온으로 가열할 때 발생하는 백열 현상을 이용해 빛을 낸다.

하지만 할로젠 램프는 일반 백열등과 달리 할로젠 사이클이라는 화학 반응을 활용한다. 일반 백열등은 증발된 텅스텐이 전구 내벽에 쌓여 검게 변하고(흑화 현상) 필라멘트가 소모되어 수명이 다한다. 반면 할로젠 램프는 내부에 소량의 할로젠 원소(아이오딘, 브로민 등)와 비활성 기체를 넣어, 증발한 텅스텐이 할로젠과 반응하여 다시 필라멘트로 돌아오는 순환 과정을 만든다.

이 할로젠 사이클 덕분에 할로젠 램프는 흑화 현상 없이[49] 밝기를 오래 유지하며, 일반 백열등보다 더 높은 온도(약 2700°C 이상, 일반 백열등은 2500~2650℃)에서 작동하여 더 밝고 흰 빛을 내거나 더 긴 수명을 가질 수 있다.[49]

할로젠 사이클이 원활하게 작동하려면 전구 내부 온도가 일반 백열등보다 훨씬 높은 최소 250°C 이상이어야 하므로[49][12], 석영 유리나 규산 알루미늄 유리 같은 내열성 높은 소재가 사용된다. 이러한 고온 설계는 텅스텐의 필라멘트 손실을 막고 전구 내면의 흑화를 방지하는 데 필수적이다.

3. 1. 할로젠 사이클

할로젠 램프의 핵심 원리는 할로젠 사이클이라는 화학 반응이다. 일반적인 백열등에서는 고온의 필라멘트에서 텅스텐 원자가 승화하여 전구 안쪽 표면에 달라붙는다. 이 때문에 전구가 점차 검게 변하고(흑화 현상) 필라멘트는 가늘어져 결국 끊어지게 된다. 일찍이 1882년 염소를 이용해 탄소 필라멘트 전구의 흑화를 막으려는 시도가 있었고[43], 1892년에는 염소를 채운 전구가 시판되기도 했다.[44] 텅스텐 필라멘트와 아이오딘을 이용한 재생 사이클 개념은 1933년 특허에서 제안되었다.[45]

현대의 할로젠 램프는 전구 내부에 소량의 할로젠 원소(아이오딘, 브로민 등)를 비활성 기체(크립톤, 제논 등)와 함께 넣어[58] 텅스텐 필라멘트의 소모를 억제한다. 할로젠 사이클의 과정은 다음과 같다.

1. 고온의 필라멘트에서 텅스텐(W) 원자가 증발한다.

2. 증발한 텅스텐은 전구 내부의 비교적 낮은 온도 영역에서 할로젠 원소(X)와 화합하여 할로겐화 텅스텐(WXn)이라는 기체 상태의 화합물을 형성한다.

3. 이 할로겐화 텅스텐 기체는 대류 현상으로 전구 내부를 떠돌아다닌다.

4. 기체가 다시 고온의 필라멘트 근처(약 1400°C 이상)에 도달하면 열분해되어 텅스텐과 할로젠으로 다시 분리된다.

5. 분리된 텅스텐은 필라멘트에 다시 증착되고, 자유로워진 할로젠은 다시 다른 텅스텐 원자와 결합하여 사이클을 반복한다.

이 할로젠 사이클이 효과적으로 작동하기 위해서는 전구의 유리(벌브) 표면 온도가 일반 백열등보다 훨씬 높아야 한다. 할로젠 증기가 텅스텐과 결합하여 유리 표면에 달라붙는 것을 막고 필라멘트로 돌려보내려면 유리 내부 온도가 최소 250°C 이상이어야 한다.[49] 실제로 300W 튜브형 할로젠 램프는 작동 시 약 540°C까지 온도가 올라가는 반면, 일반 500W 백열등은 180°C, 75W 백열등은 130°C 정도에 머무른다.[51] 이러한 고온을 견디기 위해 할로젠 램프의 전구는 용융 석영(fused silica)나 규산 알루미늄 유리와 같은 내열성 높은 소재로 만들어진다. 특히 석영 유리는 강도가 높아 전구 내부의 기체 압력을 더 높일 수 있게 해주는데,[52] 이는 필라멘트의 증발을 억제하여 더 높은 온도(즉, 더 높은 발광 효율)에서 작동하면서도 수명을 유지하는 데 도움을 준다.

최초의 상업용 할로젠 램프는 1959년 GE가 아이오딘을 이용하여 출시한 석영 아이오딘 램프였다.[45][46][53][54] 이후 브로민이 더 효과적인 것으로 밝혀졌으나, 원소 형태보다는 특정 탄화수소 브로민 화합물 형태로 사용된다.[56][55] 플루오린도 이론적으로는 필라멘트 재생이 가능하지만, 화학적 반응성이 너무 커서 램프의 다른 부품까지 손상시킬 수 있어 사용되지 않는다.[56][57]

할로젠 사이클 덕분에 할로젠 램프는 다음과 같은 장점을 가진다.

  • 흑화 방지: 텅스텐이 유리 표면에 쌓이는 것을 막아 전구가 검게 변색되지 않고 깨끗하게 유지된다.
  • 밝기 유지: 흑화가 없으므로 수명이 다할 때까지 거의 일정한 밝기를 유지한다.
  • 수명 연장 및 고효율: 필라멘트의 소모가 줄어들어 일반 백열등보다 더 오래 사용하거나, 같은 수명이라면 더 높은 온도(약 2700°C 이상, 일반 백열등은 2500~2650℃)로 작동시켜 더 밝고 흰 빛을 낼 수 있다.


다만 할로젠 사이클이 텅스텐을 필라멘트의 원래 위치, 특히 가장 뜨거웠던 부분에 정확히 되돌려 놓는 것은 아니기 때문에, 필라멘트의 특정 부분이 점차 가늘어져 결국에는 끊어지게 된다. 또한, 점등 중에는 유리 표면 온도가 매우 높으므로 맨손으로 만지면 화상을 입을 수 있으며, 손의 유분(피지)이 묻으면 점등 시 유리 파손이나 밝기 저하의 원인이 될 수 있어 취급에 주의해야 한다.[39]

3. 2. 고온 작동 조건

할로겐 사이클이 효과적으로 작동하여 증발된 텅스텐을 필라멘트로 되돌리고 전구의 흑화를 방지하려면, 전구 내부, 특히 유리 표면의 온도가 일반 백열등보다 훨씬 높게 유지되어야 한다. 유리 표면의 온도가 최소 250°C 이상이어야 할로겐 증기가 텅스텐과 효과적으로 반응하여 필라멘트로 되돌아갈 수 있다.[49][12] 예를 들어, 300W 출력의 튜브형 할로겐 램프는 최대 전력으로 작동 시 약 540°C까지 온도가 빠르게 상승하는 반면, 500W 일반 백열등은 180°C, 75W 일반 백열등은 130°C 정도의 온도에서 작동한다.[51][13] 일부 할로겐 화합물(예: 요오드화 텅스텐)은 170°C 이상에서도 반응하지만, 브롬화 텅스텐과 같이 더 일반적으로 사용되는 화합물은 250°C 이상의 온도가 필요하다. 이렇게 높은 온도는 전구 내벽에 부착된 텅스텐이 할로겐과 반응하여 다시 기체 상태로 돌아가는 것을 촉진하며, 이는 텅스텐이 필라멘트에서 손실되는 것을 막고 전구 내벽의 흑화를 방지하는 데 중요한 역할을 한다.

이러한 고온 환경을 견디기 위해 할로겐 램프의 전구는 석영 유리(용융 실리카)나 규산 알루미늄 유리와 같은 고융점 유리로 제작된다. 특히 석영 유리는 매우 강하여 전구 내부에 더 높은 압력의 가스를 채울 수 있게 해준다.[52][14] 높은 가스 압력은 필라멘트의 텅스텐 증발 속도를 늦추어, 램프가 동일한 수명을 유지하면서 더 높은 온도에서 작동할 수 있게 한다. 더 높은 작동 온도는 더 높은 발광 효율과 더 밝은 빛을 의미한다. 다만, 필라멘트에서 증발한 텅스텐이 항상 원래 위치로 돌아가는 것은 아니므로, 필라멘트의 특정 부분이 점차 얇아져 결국 끊어질 수 있다.

고온으로 인해 할로겐 램프는 작동 중 매우 뜨거워지므로, 맨손으로 만지면 화상을 입을 위험이 크다. 또한, 램프가 꺼져 있을 때라도 맨손으로 유리 부분을 만지면 손의 유분이나 지문이 묻게 되는데, 이 오염 물질은 램프 점등 시 고온으로 인해 유리가 손상되거나 밝기가 저하되는 원인이 될 수 있다. 따라서 할로겐 램프를 취급할 때는 장갑을 착용하는 것이 권장되며, 만약 지문 등이 묻었다면 알코올 등으로 깨끗이 닦아내야 한다.[39] 고온 환경 때문에 할로겐 램프에는 내열성이 강한 석영 유리나 세라믹 재질의 소켓이 사용된다.

3. 3. 전압과 성능의 관계

텅스텐 할로겐 램프는 다른 백열전구와 마찬가지로 공급되는 전압에 따라 성능이 달라진다. 빛의 밝기(광 출력)는 전압의 세제곱에 비례하고, 광효율(소비 전력 대비 빛의 밝기)은 전압의 약 1.3제곱에 비례하여 증가한다.[21] 하지만 램프의 수명은 전압의 14제곱에 반비례하여 매우 급격하게 감소한다. 예를 들어, 정격 전압보다 5% 높은 전압으로 램프를 켜면 빛은 약 15% 더 밝아지고 광효율은 약 6.5% 증가하지만, 수명은 절반으로 줄어들 것으로 예상된다.

할로겐 램프는 설계된 정격 전압에서 텅스텐 필라멘트가 증발하는 속도에 맞춰 적절한 양의 할로겐 가스가 들어있다. 만약 정격 전압보다 높은 전압을 가하면 필라멘트의 증발이 빨라져 내부의 할로겐 가스가 부족해지고, 결국 램프 내부가 검게 변할 수 있다. 따라서 과전압으로 작동하는 것은 일반적으로 권장되지 않는다.

반대로 전압을 낮추면 필라멘트의 증발은 줄어들지만, 상대적으로 할로겐 가스가 너무 많아져 비정상적인 고장을 일으킬 수 있다. 또한, 전압이 너무 낮으면 램프의 온도가 충분히 올라가지 않아 할로겐 순환 과정(텅스텐 증발 → 할로겐과 결합 → 고온부에서 분해되어 필라멘트에 재증착)이 제대로 일어나지 않을 수 있다. 다만, 이때는 필라멘트 증발 속도 자체가 매우 느리기 때문에 램프가 심하게 검게 변하지는 않는다. 만약 램프가 검게 변했다면, 할로겐 순환 과정을 다시 활성화하기 위해 잠시 정격 전압으로 램프를 작동시키는 것이 좋다.[22]

할로겐 램프는 밝기 조절(디밍) 기능을 사용하여 성공적으로 작동하는 경우가 많다. 그러나 밝기를 낮춰 사용한다고 해서 전압-수명 관계에서 예상되는 것만큼 수명이 반드시 길어지는 것은 아니다. 디밍 시 실제 수명 연장 정도는 램프의 구조, 사용된 할로겐 첨가제의 종류, 그리고 해당 램프가 디밍 기능을 고려하여 설계되었는지 여부에 따라 달라질 수 있다.

4. 스펙트럼

할로젠등은 내부 필라멘트를 백열시켜 빛을 내는 원리는 일반 백열등과 같지만, 필라멘트 온도가 더 높다는 차이가 있다. 일반 백열전구의 필라멘트 온도가 2500°C ~ 2650°C 정도인 데 반해, 할로젠 램프는 2700°C 이상으로 작동한다. 이 높은 온도로 인해 할로젠 램프는 일반 백열전구보다 더 밝고, 붉은 빛을 띠는 백열전구와 달리 더 흰 빛을 낸다. 이는 스펙트럼이 파란색 쪽으로 이동하여 유효 색온도가 높아지기 때문이며, 결과적으로 전력 효율도 더 좋다.[59][23] 이러한 특성 덕분에 할로젠등은 태양 광선과 유사한 흑체 방사선 스펙트럼을 가진 광원으로 여겨지기도 한다.[59]

4. 1. 자외선 방출

파장의 함수로서 할로젠 빛의 힘. 컬러 밴드는 가시광선 스펙트럼을 나타낸다.


모든 백열등과 마찬가지로 할로젠등은 자외선부터 적외선 깊숙한 곳까지 연속적인 빛의 스펙트럼을 생성한다.[59][23] 할로젠등의 필라멘트는 일반 백열등보다 더 높은 온도에서 작동할 수 있기 때문에, 스펙트럼이 파란색 쪽으로 이동하여 더 높은 유효 색온도와 전력 효율을 가진 빛을 낸다.

이렇게 높은 온도의 필라멘트는 자외선(UV) 영역에서도 일부 에너지를 방출한다. 자외선은 인체에 유해할 수 있으므로 차단할 필요가 있다. 이를 위해 석영 유리에 소량의 다른 원소를 혼합한 '도핑된 석영'이나 선택적 광학 코팅을 사용하여 유해한 UV 방사선을 차단한다. 자연적인 자외선 차단 기능이 있는 알루미노 규산염 유리와 같은 다성분 유리를 사용할 수도 있다. 특히 자동차 헤드라이트 전구 등에는 자외선을 차단하는 경질 유리가 널리 사용되어 왔다.[60][24]

또 다른 방법으로, 할로젠 램프를 일반 백열등과 유사하게 외부 유리 전구 안에 넣어 제작하기도 한다. 이 방식은 높은 램프 온도로 인한 위험을 줄이는 동시에 자외선을 차단하는 효과도 있다.

반면, 자외선 차단 처리를 하지 않은(도핑되지 않은) 석영 할로젠 램프는 UV-B 광원으로 일부 과학, 의료, 치과 기구에 특별히 사용되기도 한다.

5. 안전성 및 주의사항

타버린 R7S 폼 팩터 할로겐 램프


할로겐 램프는 정상적인 작동을 위해 일반 백열등보다 훨씬 높은 온도에서 작동해야 한다. 작은 크기는 열을 필라멘트에 더 가깝게, 그리고 작은 외피 표면에 집중시키는 경향이 있다. 이러한 매우 높은 온도로 인해 할로겐 램프는 화재 및 화상의 위험을 초래할 수 있다.

  • 화재 위험: 호주에서는 매년 상당수의 주택 화재가 천장에 설치된 할로겐 다운라이트 때문에 발생하는 것으로 보고된다.[25][26] 서호주 소방 및 비상 서비스부에서는 주택 소유주들에게 더 낮은 온도로 작동하는 형광등이나 LED 램프 사용을 고려할 것을 권장한다.[27] 또한, 할로겐 토르셰르(Torchiere) 플로어 램프는 높은 화재 위험 때문에 일부 기숙사 등에서 사용이 금지되기도 했다. 미국 소비자 제품 안전 위원회(CPSC)는 1992년부터 1997년 사이에 발생한 100건의 화재와 10명의 사망 사고가 이 램프와 관련이 있다고 밝혔다.[28] 할로겐 전구는 높은 온도로 작동하며, 특히 플로어 램프처럼 높이가 있는 경우 커튼과 같은 가연성 물질에 가까이 위치하여 화재를 일으킬 수 있다.[29] 일부 안전 규정에서는 특히 무대 조명 등에 사용되는 고출력(1–2 kW) 전구의 경우, 뜨거운 램프가 주변의 가연성 물질에 접촉하여 불이 붙는 것을 방지하기 위해 보호용 그리드나 격자, 또는 유리 및 금속 하우징으로 보호하도록 요구한다.

  • 자외선(UV) 노출 및 파편 위험: 자외선(UV) 노출을 줄이고, 램프 파손 시 뜨거운 파편이 튀는 것을 막기 위해 일반적인 용도의 할로겐 램프는 전구 위나 주위에 UV 흡수 유리 필터를 가지고 있는 경우가 많다. 또는 전구 유리 자체를 UV 방사선을 걸러내도록 특수 처리(도핑 또는 코팅)하기도 한다. 적절한 필터링이 이루어진 할로겐 램프는 필터링이 없는 동일 밝기의 표준 백열등보다 사용자에게 더 적은 양의 UV를 노출시킨다.

  • 취급 시 주의사항: 램프 표면의 어떤 오염이라도, 특히 사람 손가락의 기름은 램프가 가열될 때 석영 재질의 외피를 손상시킬 수 있다. 오염 물질은 깨끗한 유리보다 더 많은 빛과 열을 흡수하여 램프 점등 시 전구 표면에 국소적인 고온점(핫 스팟)을 만든다. 이 극심한 국소적 열은 석영을 유리 상태에서 약한 결정질 상태로 변화시켜 가스가 새어 나오게 할 수 있다. 또한 이러한 약화는 전구에 기포를 형성하여 구조적으로 약하게 만들고 결국 파손(폭발)을 유발할 수 있다.[30] 따라서 램프를 교체하거나 다룰 때는 맨손으로 유리 부분을 만지지 않도록 주의해야 한다. 점등 중에는 유리가 매우 뜨거워 화상을 입을 수 있으며, 점등하지 않을 때라도 맨손으로 만지면 손의 피지가 유리에 남아 점등 시 파손이나 밝기 저하의 원인이 될 수 있으므로 장갑을 끼고 다루는 것이 좋다.[39] 만약 지문 등이 묻었다면 알코올 등으로 닦아내어 기름기를 제거하는 것이 바람직하다.

  • 외부 자켓 구조: 일부 할로겐 램프는 작은 크기가 특별히 요구되지 않는 경우, 뜨겁게 작동하는 내부 캡슐을 더 큰 외부 유리 전구(자켓) 안에 넣어 제작하기도 한다.[1] 이 외부 자켓은 다음과 같은 안전상의 이점을 제공한다.
  • 만져도 안전할 정도로 훨씬 낮은 온도를 유지한다.
  • 내부의 뜨거운 캡슐을 오염으로부터 보호하여 램프 손상 없이 취급할 수 있게 한다.
  • 내부 캡슐이 파손될 경우 파편이 튀는 것을 막아준다.
  • 외부 자켓이 UV 방사선을 추가로 걸러낼 수 있다.

6. 응용 분야

할로젠 램프는 다양한 분야에서 활용된다. 많은 자동차의 전조등으로 사용되며, 야외 조명 시스템이나 선박용 투광 조명으로도 상업용 및 레크리에이션용으로 제작된다. 텅스텐 필라멘트를 사용하는 할로젠 램프는 적외선 분광기의 근적외선 광원으로도 자주 쓰인다. 이 외에도 일반 조명, 특수 조명 등 여러 분야에서 찾아볼 수 있다.

6. 1. 일반 조명

LED 기술의 발전으로 할로젠등을 대체하는 추세이지만, 여전히 실내 및 실외 투광 조명 용도로 고정형 할로젠등이 사용된다.[35][36] 다면 반사체가 내장된 원형 스포트라이트는 주거용 및 상업용 조명으로 널리 쓰인다. 관 모양 할로젠등은 작은 광원에서 많은 양의 빛을 내기 때문에 건축 조명 효과를 내거나 실외의 넓은 영역을 비추는 강력한 투광 조명등으로 제작되어 사용된다.

150W 할로겐 투광 조명


저전압 할로젠등은 주로 GU5.3 및 유사한 바이핀 베이스를 사용한다. 반면, 주전압 할로젠등은 일반적인 텅스텐 필라멘트등과 동일한 캡이나 특수한 GU10/GZ10 베이스를 사용한다. GU10/GZ10 베이스는 이색성 반사경 램프가 알루미늄 반사경 램프용 조명 기구에 잘못 사용되어 기구가 과열되는 것을 방지하도록 설계되었다. 현재 이러한 모든 종류의 할로젠등을 대체할 수 있는 더 효율적인 LED 버전이 출시되어 있다.

양쪽 끝에 전기 접점이 있는 관 모양의 할로젠등은 독립형 조명 기구나 가정용 설비에 사용되고 있다. 이 등은 다양한 길이와 50W에서 300W 사이의 전력 등급으로 제공된다. 250W 또는 500W 전구를 사용하는 더 강력한 등은 휴대용 작업등으로 쓰인다.

6. 2. 자동차 조명

할로젠 램프는 많은 자동차의 전조등에 사용된다.

6. 3. 특수 조명

할로젠등은 특정 용도에 맞춰 다양한 분야에서 활용된다.

'''과학 및 의료 분야'''

적외선 분광기에서는 근적외선 광원으로 텅스텐 할로젠 램프가 자주 사용된다. 또한, 현미경의 단계 조명이나 의료용 검사등, 동공 반사 관찰을 위한 펜라이트 등에도 쓰인다.

동공 반사를 관찰하기 위한 의료용 할로겐 펜라이트


'''공연, 영상 및 프로젝션'''

극장이나 스튜디오(영화, 텔레비전)의 조명 기구 상당수가 할로젠 램프를 사용한다. 대표적으로 타원 반사경 스포트라이트, 소스 포, 프레넬, PAR 램프 등이 있으며, 특히 PAR 램프는 대부분 텅스텐 할로젠 방식이다.

가정, 소규모 사무실, 학교 등에서 사용하는 영화 및 슬라이드 프로젝터에도 할로젠 램프가 사용된다. 작은 크기 덕분에 휴대용 프로젝터에 적합하지만, 필름이 녹는 것을 방지하기 위해 램프와 필름 사이에 열 흡수 필터를 설치해야 한다.

과거 뉴욕 타임스 스퀘어의 신년 맞이 행사인 타임스 스퀘어 볼에도 1999년부터 2006년까지 할로젠 램프가 사용되었으나, LED의 수명이 길어 2007년부터는 LED로 교체되었다.[35] 새해 숫자를 밝히는 조명 역시 2009년 행사를 마지막으로 할로젠 사용을 중단했다.[36]

'''가열 및 산업 분야'''

할로젠 램프는 빛뿐만 아니라 열을 발생시키는 특성을 이용해 할로젠 오븐, 적외선 히터, 세라믹 쿡탑 등의 발열체로 사용된다. 또한, 레이저 프린터의 퓨저(fuser) 내부에서 토너를 종이에 정착시키기 위한 열원으로도 활용된다. 강력한 관형 할로젠 램프 여러 개를 묶어 우주선이 재진입할 때 발생하는 고열을 모의 실험하는 데 사용되기도 했다.[37]

'''기타 특수 용도'''

저전력 할로젠 램프 여러 개를 배열하여 모니터 도마뱀과 같은 파충류 사육장의 열원으로 사용하기도 한다. 동물이 열원으로 인식하여 직접 접촉을 피하고, 두꺼운 유리 렌즈는 습한 환경에서도 안전하게 사용할 수 있다. 초기 LCD 평면 패널의 백라이트로 사용된 적도 있으나, 현재는 형광등이나 LED 등 다른 방식의 조명이 주로 쓰인다.

6. 4. 과거의 활용 사례

할로젠 램프는 1999년부터 2006년까지 타임스 스퀘어 볼에 사용되었다. 그러나 2007년부터는 LED가 백열등보다 수명이 약 10배 더 길다는 장점 때문에 할로젠 램프를 대체하게 되었다.[35] 타임스 스퀘어 볼이 바닥에 도달할 때 켜지는 '새해 숫자' 조명은 2009년 볼 드롭 행사를 마지막으로 할로젠 조명 사용을 중단했다.[36]

7. 폐기

할로젠 램프는 수은을 포함하지 않는다. 제너럴 일렉트릭은 자사의 석영 할로젠 램프가 유해 폐기물로 분류되지 않는다고 밝혔다.[38] 따라서 일반 쓰레기로 배출하는 것이 가능하다. 대한민국에서는 '폐가전제품 무상방문수거 서비스'를 통해 폐기할 수도 있다.

8. 고효율 할로젠 램프

파나소닉 전공(현 파나소닉 일렉트릭 웍스)사의 '멀티 레이어 PRO'나 히타치 어플라이언스사의 'IR 미니'와 같은 일부 고효율 할로젠 램프는 발광관을 타원형으로 만들고 그 표면에 적외선 반사막을 입혀 필라멘트에서 발생하는 열을 다시 필라멘트로 반사시켜 재활용한다. 이를 통해 할로겐 사이클의 효율을 높였다.

이로 인해 소비 전력 90W로 일반 할로겐 램프(약 1600 루멘, 수명 약 2000시간)보다 높은 약 2400 루멘(lm)의 광선속과 약 3000시간의 긴 수명을 실현했다. 또한 'IR 미니'는 일반 할로겐 램프 위에 유리 커버를 한 장 더 씌워, 피지 부착 등으로 인해 유리구가 열화되는 것을 방지한다.

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