DE60129265T2

DE60129265T2 - Quecksilberhochdrucklampen-Leuchtvorrichtung und Mittel zu ihrer Zündung

Info

Publication number: DE60129265T2
Application number: DE60129265T
Authority: DE
Inventors: Tomoyoshi Tatuno-shi Hyogo-ken Arimoto; Masashi Akashi-shi Hyogo-ken Okamoto; Izumi Himeji-shi Hyogo-ken Takaya
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2021-03-15
Also published as: EP1134784A3; US20020047610A1; EP1134784B1; US6597118B2; EP1134784A2; DE60129265D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Quecksilber-Hochdrucklampe, insbesondere eine Quecksilber-Hochdrucklampe, bei welcher in einem Entladungsgefäß mindestens 1,5 mg/mm³ Quecksilber eingefüllt ist, um im Betrieb als Hintergrundlicht eines Flüssigkristall-Projektors oder in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp einen Druck von deutlich mehr als 100 Atm zu erreichen.
Stand der Technik
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom Projektionstyp müssen in der Lage sein, ein Bild gleichmäßig und mit ausreichender Helligkeit, Wirkungsgrad sowie Farbwiedergabe auf eine rechteckige Bildfläche zu projizieren. Als Lichtquelle werden deshalb im allgemeinen Metallhalogenlampen verwendet, in welche Quecksilber sowie Metallhalogenid eingefüllt sind. In letzter Zeit werden Metallhalogenlampen mit sehr kleinen Elektrodenabständen verwendet, wodurch sie kleiner werden und sich immer mehr einer Punktlichtquelle annähern.
Vor diesem Hintergrund wird statt einer Metallhalogenlampe eine Quecksilber-Hochdrucklampe mit deutlich über 100 Atm Quecksilberdampfdruck im Betrieb vorgeschlagen. Man strebt hiermit an, durch eine Erhöhung des Quecksilberdampfdrucks den Streubereich des Lichtbogens zu unterdrücken und zugleich den Lichtausgang zu steigern, wie beispielsweise in U.S.-Patent Nr. 5,109,181 (JPO kokai Patents H2-148561) und U.S.-Patent Nr. 5,497,049 (H6-52830) offenbart.
Bei einer derartigen Quecksilber-Hochdrucklampe wird zur Realisierung einer hohen Leuchtkraft, eines hohen Wirkungsgrades sowie einer guten Farbwiedergabe ein Quecksilberdampfdruck beispielsweise von deutlich über 100 Atm benötigt. Es ist deshalb erforderlich, mindestens 0,15 mg/mm³ Quecksilber in das Entladungsgefäß einzufüllen. Nach dem Starten der Lampe wird das Quecksilber, welches in flüssigem Zustand in der Leuchtröhre bleibt, erwärmt und verdampft; es dauert einige Minuten, bis der Dampfdruck erhöht wird und der Lichtausgang das gewünschte Ausmaß erreicht hat. Dieses Phänomen ist bei Quecksilber-Niederdrucklampen oder in herkömmlichen Quecksilber-Hochdrucklampen, bei denen der Quecksilberdampfdruck nicht hoch genug war (beispielsweise mit einem Innendruck von bis zu 80 Atm während des Betriebs) nicht in nennenswertem Ausmaß aufgetreten. Beim Starten der Entladungslampe entsteht zudem für gewöhnlich eine Glimmentladung, doch die hohe Kathodenfallspannung verursacht ein Sputtern des Wolframs als Kathodenmaterial; das Wolfram haftet an der Innenwand des Entladungsgefäßes an, und der Lichtausgang der Lampe verringert sich. Dies hat die Lebensdauer der Quecksilber-Hochdrucklampe vom Kurzbogentyp beeinträchtigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Quecksilber-Hochdrucklampen-Leuchtvorrichtung mit einer Zündungsmethode zu schaffen, welche die Anlaufzeit des Lichtausgangs verkürzt und die Verhinderung einer Glimmentladung ermöglicht, wenn die Lampe gestartet wird.
Die Aufgabe wird durch die Verwendung einer Quecksilber-Hochdrucklampen-Lumineszenzvorrichtung gelöst, bei welcher in einem Entladungsgefäß aus Quarzglas, dessen beiden Enden mit Dichtungsteilen hermetisch abgeschlossen sind, ein Paar Elektroden gegenüberliegend angeordnet sind, wobei in dem Entladungsgefäß mindestens 0,15 mg/mm³ Quecksilber eingefüllt ist, und wobei Mittel vorhanden sind, welche die Temperatur der Außenwand des Lumineszenzteils des Entladungsgefäßes vor dem Starten der Quecksilber-Hochdrucklampe mindestens 100°C erwärmen.
Die Quecksilber-Hochdrucklampen-Lumineszenzvorrichtung weist ein leitfähiges Heizelement auf, das um die Dichtungsteile des Entladungsgeräts gewickelt ist, und des weiteren ist ein Mittel zum Leiten von Elektrizität durch das leitfähige Heizelement vorgesehen, um die Temperatur der Außenwand des Lumineszenzteils des Entladungsgefäßes auf oder über der gewünschten Temperatur zu regeln, bevor die Quecksilber-Hochdrucklampe gestartet wird. insbesondere ist das leitfähige Heizelement um eine Dichtung des Entladungsgefäßes gewickelt und überbrückt dann das Lumineszenzteil des Entladungsgefäßes mittels eines Metalldrahts und umwickelt die andere Dichtung, und das leitfähige Heizelement ist elektrisch an einen der externen Leiter der Quecksilber-Hochdrucklampe angeschlossen, vorzugsweise an den externen Leiter auf der Kathodenseite der Quecksilber-Hochdrucklampe.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Lampenstromversorgungsschaltung zum Zünden der Quecksilber-Hochdrucklampe und zur Stromversorgung des Heizelements vorgesehen, um die Temperatur der Außenwand des Lumineszenzteils des Entladungsgefäßes zu erhöhen, bevor die Quecksilber-Hochdrucklampe gestartet wird.
Die Erfindung schafft auch die Möglichkeit, das Heizelement vor und während der Leuchtphase der Hochdruck-Quecksilberlampe anzuwenden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Ausgang aus der Heizelement-Stromversorgungsschaltung durch die Versorgung der Lampen-Stromversorgungsschaltung und der Heizelement-Stromversorgungsschaltung mit der selben Stromquelle so geregelt werden, dass der Gesamtenergieausgang der beiden Schaltkreise einen bestimmten Wert nicht überschreitet.
Des weiteren kann ein Messmittel vorgesehen sein, das die Temperatur des Lumineszenzteils feststellt und die Stromversorgung zum Heizelement unterbricht, wenn die Temperatur einen bestimmten Wert überschreitet.
Mit einer Methode zum Starten einer Quecksilber-Hochdrucklampen-Lumineszenzvorrichtung mit einem Paar Elektroden, die in einem Entladungsgefäß aus Quarzglas mit Dichtungen an beiden Enden und mindestens 0,15 mg/mm³ darin eingeschlossenem Quecksilber gemäß der Erfindung einander gegenüber angeordnet sind, ist es möglich, die Temperatur der Außenwand des Lumineszenzteils des Entladungsgefäßes auf mindestens 100°C zu erhöhen, bevor die Hochdruck-Quecksilberlampe gestartet wird.
Anhand dieser Erfindung kann sowohl eine Verkürzung der Anlaufzeit des Lichtausgangs der Quecksilber-Hochdrucklampe erreicht werden, wie auch eine Verhinderung der Glimmentladung, welche beim Starten der Quecksilber-Hochdrucklampe entsteht. Insbesondere werden eine Quecksilber-Hochdrucklampe, in welche mindestens 0,15 mg/mm³ Quecksilber eingefüllt ist, und die Außenoberfläche des Lumineszenzteils des Entladungsgefäßes vor dem Starten auf mindestens 100°C erwärmt, wodurch noch vor der Zündung das Quecksilber im Entladungsgefäß vollständig verdampft werden kann. Nach einem Isolationsdurchschlag beim Starten der Lampe ist der Dampfdruck des im Entladungsgefäß ausreichendem gestiegen. Man kann deshalb eine Verkürzung der Anlaufzeit des Lichtausgangs der Quecksilber-Hochdrucklampe erzielen und die Glimmentladung verhindern, welche beim Starten der Quecksilber-Hochdrucklampe entsteht.
Als Heizmittel ist ein leitfähiges Heizelement um die Dichtungsteile des Entladungsgefäßes gewickelt, und der elektrische Strom wird durch dieses hindurch geführt, um das leitfähige Heizelement zu schaffen. Auf diese Weise kann durch eine einfache Anordnung die Temperatur der Außenoberfläche des Lumineszenzteils des Entladungsgefäßes vor dem Starten der Quecksilber-Hochdrucklampe auf die oder über die erwünschte Temperatur, die mindestens 100°C beträgt, geregelt werden.
Die Heizmittel können so hergestellt werden, dass ein leitfähiges Heizelement um ein Dichtungsteil des Entladungsgefäßes gewickelt, dann der Lumineszenzteil mittels eines Metalldrahtes überbrückt und um das andere Dichtungsteil gewickelt wird, wobei das leitfähige Heizelement an einen der Außenanschlüsse der Quecksilber-Hochdrucklampe elektrisch angeschlossen ist. Auf diese Weise kann der Metalldraht, welcher den Lumineszenzteil überbrückt, vor dem Starten die Funktion eines Trigger-Drahtes erhalten. Das heißt, der Stromfluss in das leitfähige Heizelement wird vor dem Starten angehalten. Jedoch ist das Heizelement elektrisch an einen der Außenanschlüsse angeschlossen, die Durchschlagspannung, welche die Entladungslampe beleuchtet, wird ebenfalls an den Metalldraht angelegt, der einfach als Trigger-Draht fungieren und den Betriebsbeginn auslösen kann. Das heißt, das im Inneren vorhandene Quecksilber kann verdampft werden, indem die Innenseite des Lumineszenzteils im voraus – vor dem Starten der Lampe – erwärmt wird, und so kann der Metalldraht, der mit dem leitfähigen Heizelement zur Erwärmung verbunden ist, die Funktion eines Trigger-Drahtes einnehmen.
Indem das leitfähige Heizelement an den Außenanschluss auf der Kathodenseite der Quecksilber-Hochdrucklampe elektrisch angeschlossen ist, um im stationären Betrieb der Lampe dasselbe elektrische Potential wie das elektrische Potential des Außenanschlusses an die Außenseite des Dichtungsteils an der Kathodenbasis anzulegen, kann die Druckfestigkeit der Lampe erhöht werden.
Wenn ein Heizelement installiert ist, um die Temperatur der Außenwand des Lumineszenzteils des Entladungsgefäßes vor dem Starten der Quecksilber-Hochdrucklampe auf mindestens 100°C zu erhöhen, und wenn der Strom des Heizelements von der Lampenversorgungsschaltung geliefert wird, ist es möglich, das Quecksilber im Entladungsgefäß vorher zu verdampfen und ein rasches Ansteigen des Lichtausgangs der Quecksilber-Hochdrucklampe beim Starten der Lampe zu erreichen. Überdies ist ein wirksames Verhindern der unerwünschten Glimmentladung möglich, die ansonsten beim Starten der Lampe stattfindet. Zudem besteht kein Bedarf nach einem getrennten Schaltkreis zum Erwärmen des Heizelements, woraus sich Kosteinsparungen ergeben.
Indem der Heizelement-Stromversorgungskreis installiert ist, um die Außenwand des Lumineszenzteils des Entladungsgefäßes auf mindestens 100°C zu erwärmen, bevor die Quecksilber-Hochdrucklampe gestartet wird und während sie in Betrieb ist, besteht die Möglichkeit eines unabhängigen und gleichzeitigen Betriebs von Lampen-Stromversorgungsschaltung und Heizelement-Stromversorgungsschaltung. So kann während des Lampenbetriebs Strom durch das Heizelement geführt werden und die Temperatur im Entladungsgefäß weiter erhöhen. Dies beschleunigt das Verdampfen des Quecksilbers und kann das Zunehmen der Helligkeit der Quecksilber-Hochdrucklampe beschleunigen.
Wenn die Lampen-Stromversorgungsschaltung und die Heizelement-Stromversorgungsschaltung von der selben Stromquelle gespeist werden und der Ausgang aus der Heizelement-Stromversorgungsschaltung so geregelt ist, dass der Gesamtstromausgang durch die zwei Stromkreise einen bestimmten Wert nicht überschreitet, kann die Stromversorgungskapazität der Stromquelle niedrig gehalten werden, um die Größe und das Gewicht der Ausrüstung zu reduzieren und die Kosten zu senken. Wenn die Stromversorgungskapazität der Stromquelle niedrig gehalten wird, verlängert sich die Zeit bis zum Erreichen der abschließenden Standardhelligkeit, jedoch gibt es kaum eine Veränderung der Dauer, bis die Helligkeit der Quecksilber-Hochdrucklampe einen praktikablen Lichtausgang erreicht hat.
Indem ein Detektor installiert ist, der die Temperatur des Lumineszenzteils ermittelt und die Stromzufuhr zum Heizelement stoppt, wenn die Temperatur einen bestimmten Wert erreicht hat, kann die Einspeisung von Strom zum Heizelement geregelt werden, so dass eine bestimmte Menge zugeführt wird, für den Fall, dass der Betrieb beginnt, wenn die Quecksilber-Hochdrucklampe begonnen hat, sich abzukühlen, und es ist möglich, die Einspeisung von Strom in die Lampe im Fall einer Neuzündung relativ kurze Zeit nach dem Verlöschen zu verringern oder vollständig zu eliminieren. So wird die Stromverschwendung unterdrückt und kann die Verringerung der Langlebigkeit des Heizelements verhindert werden, die aus einem Durchschmelzen und einer Oxidation infolge einer übermäßigen Erwärmung des Heizelements resultieren würde.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die Struktur und die Schaltanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Quecksilber-Hochdrucklampe.
2(a) und 2(b) sind grafische Darstellungen der Lampenspannungs-Wellenform der Quecksilber-Hochdrucklampe während des Leuchtbetriebs.
3 ist eine Querschnittansicht der Struktur einer Lampeneinheit, welche die Quecksilber-Hochdrucklampe dieser Erfindung verwendet.
4 ist eine Querschnittansicht der Struktur der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, welche die Quecksilber-Hochdrucklampe dieser Erfindung verwendet.
5 zeigt die Struktur der Quecksilber-Hochdrucklampe und des Schaltkreises eines zweiten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung.
6 ist ein Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels der Zündungsvorrichtung dieser Erfindung.
7 ist ein Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels der Zündungsvorrichtung dieser Erfindung.
8 ist ein Schaltplan eines dritten Ausführungsbeispiels der Zündungsvorrichtung dieser Erfindung.
9 ist eine Kurve der Leistungscharakteristik des Lampenstroms Wp und des Heizelementstroms Wh der in 8 dargestellten Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung.
10 ist eine Kurve anderer Leistungscharakteristiken des Lampenstroms Wp und des Heizelementstroms Wh der in 8 dargestellten Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung.
11 ist eine Kurve weiterer Leistungscharakteristiken des Lampenstroms Wp und des Heizelementstroms Wh der in 8 dargestellten Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung.
12 ist ein Schaltplan des vierten Ausführungsbeispiels der Zündungsvorrichtung dieser Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 1 sind die Struktur und der Schaltplan der Quecksilber-Hochdrucklampe mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel dieser Erfindung dargestellt, wobei eine Quecksilber-Hochdrucklampe 1 (im weiteren auch: "Die Lampe") vom Gleichstromzündungstyp ist. Sie besitzt ein aus Quarzglas gebildetes Entladungsgefäß 2 und einen ovalen Lumineszenzteil 3, welcher den Lumineszenzraum ausbildet, ferner eine kathodenseitige, stabförmige Dichtung 4 und eine anodenseitige Dichtung 5, die sich von gegenüber liegenden Seiten des Lumineszenzteils 3 nach außen erstrecken.
Im Lumineszenzteil 3 sind auf der Röhrenachse des Entladungsgefäßes 2 eine Kathode 6 und eine Anode 7 in einem Elektrodenabstand von beispielsweise 2,0 mm gegenüberliegend angeordnet. Die (nicht dargestellte) Achse der Kathode 6 erstreckt sich im Dichtungsteil 4 und ist über eine Metallfolie 8, die vollkommen im Dichtungsteil 4 eingeschlossen ist, an einen Außenanschluss 9 angeschlossen.
Die Anode 7 weist dieselbe Anordnung auf. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 10 die anodenseitige Metallfolie. Im Lumineszenzteil 3 ist als Leuchtstoff Quecksilber und ferner als Zündgas ein Edelgas, wie Argon oder Xenon, eingefüllt. Das Edelgas ist beispielsweise mit einem Druck von 1,3 × 10⁴ Pa eingefüllt. Die Einfüllmenge des Quecksilbers muss mindestens 0,15 mg/mm³ betragen. Bei dieser Menge erreicht der Quecksilber-Dampfdruck bei einem stabilen Betrieb über 100 Atm.
In einem Beispiel einer derartigen Quecksilber-Hochdrucklampe ist der maximale Außendurchmesser des Lumineszenzteils 12,0 mm, der maximale Innendurchmesser 7,5 mm, die Länge des Lumineszenzraums (Länge in Richtung der Lampenachse) 12,5 mm, die Menge des eingefüllten Quecksilbers 50 mg, das Innenvolumen des Lumineszenzraums 260 mm³, die Innenfläche des Lumineszenzraums 250 mm²; die Röhrenwandlast 0,8 W/mm², die Nennleistung 200 W und der Abstand zwischen den Elektroden 1,5 mm.
Die Lampe 1 besitzt ein Mittel zum Beheizen des kathodenseitigen Dichtungsteils 4 und des anodenseitigen Dichtungsteils 5, wobei etwa die gesamten oder ein Teil der Dichtungsteile 4, 5 mit einem Metalldraht 11, 12 als leitfähiges Heizelement umwickelt sind.
Das Ende 11a des Metalldrahtes 11, das um die Dichtung 4 gewickelt ist, ist durch einen Metalldraht 13 elektrisch an eine Heizstromquelle D angeschlossen, und das andere Ende 11b des Metalldrahtes 11 ist an ein Ende 12a des am Dichtungsteil 5 befestigten Metalldrahtes 12 elektrisch angeschlossen; das andere Ende 12b des am Dichtungsteil 5 angeordneten Metalldrahtes 12 ist durch einen Metalldraht 15 an eine Schaltung SC und an eine Heizstromquelle D angeschlossen. Das heißt, durch die Zufuhr von Energie zu den Metalldrähten 11, 12 über die Metalldrähte 13, 14 und 15 wird das Entladungsgefäß 2 erwärmt.
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung wird durch die Stromzuführung an die Metalldrähte 11, 12 durch die Schaltung SC, welche die Metalldrähte 11, 12 regelt, zuerst das Entladungsgefäß 2 erwärmt. Dieser Schaltkreis ist unabhängig vom Hauptschaltkreis MC der Lampe 1. Wenn mit einem (nicht dargestellten) Thermoelement, einem Strahlungsthermometer oder einem anderen Temperaturmessinstrument festgestellt wird, dass die Temperatur der Außenoberfäche des Lumineszenzteils 3 eine bestimmte Höhe – beispielsweise 250°C – erreicht hat, unterbricht die Schaltung SC die Stromzufuhr zu den Metalldrähten 11, 12 und beendet die Erwärmung des Entladungsgefäßes 2.
Diese festgelegte Temperatur verändert sich zwar je nach der Quecksilber-Einfüllmenge sowie dem Innenvolumen des Lumineszenzteils, muss jedoch wenigstens 100°C betragen. Das heißt, man kann durch eine Temperaturerhöhung der Außenwand des Lumineszenzteils vor Betriebsbeginn der Entladungslampe auf mindestens 100°C das im Entladungsgefäß 2 vorhandene Quecksilber im voraus verdampfen und dadurch einen schnellen Anlauf der Lichtleistung sicherstellen und die unerwünschte Glimmentladung, die beim Zünden häufig auftritt, wirksam verhindern.
Die gegenständlichen Erfinder haben den Wert von 100°C verschiedenartig überprüft und bestätigt, dass bei einer kleinen Quecksilber-Hochdrucklampe mit einem Innenvolumen des Lumineszenzteils von 300 mm³ und einem Quecksilberdampfdruck von deutlich über 100 Atm im Betrieb die Anhebung der Außenwandtemperatur des Lumineszenzteils auf mindestens 100°C die Möglichkeit schafft, das Quecksilber im Lumineszenzteil im wesentlichen zu verdampfen, so dass der Lichtausgang in der Praxis schell anläuft und im wesentlichen keine unerwünschte Glimmentladung entsteht.
Nach einer Erwärmung der Außenoberfläche des Lumineszenzteils dieses Typs einer Quecksilber-Hochdrucklampe auf mindestens 100°C vor Betriebsbeginn wird die Erwärmung angehalten und der Lampe 1 über die Hauptbetriebsschaltung MC Energie zugeführt. Durch einen Isolationsdurchschlag zwischen den Elektroden der Lampe 1 wird der Betrieb gestartet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird vor dem Starten der Lampe 1 das Entladungsgefäß 2 erwärmt, indem die Metalldrähte 11, 12 von der Schaltung SC, welche die Drähte 11, 12 regelt, mit Strom versorgt werden. Dieser Schaltkreis ist unabhängig von der Hauptbetriebsschaltung MC der Quecksilber-Hochdrucklampe 1. Beim Starten wird deshalb die Temperatur des Lumineszenzteils 3 bereits erhöht sein, und auch der Dampfdruck des Quecksilbers ist entsprechend erhöht, weshalb der Anlauf des Lichtausgangs nach dem Starten im Vergleich zum Fall, in dem vor dem Starten das Entladungsgefäß 2 nicht erwärmt wird, schneller vor sich geht.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwar die Heizelementschaltung SC und die Hauptbetriebsschaltung MC vollständig voneinander getrennt angeordnet, es ist jedoch möglich, wie in 5 gezeigt wird, das leitfähige Heizelement elektrisch an die Außenleitung 9 mindestens eines Dichtungsteils anzuschließen. Bei dieser Anordnung sind in beiden Dichtungsteilen 4, 5 des Entladungsgefäßes 2 leitfähige Heizelemente angeordnet, und ein Metalldraht 14, welcher den Lumineszenzteil 3 überbrückt. Es ist deshalb auch dann möglich, wenn das Heizmittel gestoppt wurde, beim Starten des Lampenbetriebs an den Metalldraht 14 eine Hochspannung anzulegen. Der Metalldraht 14 kann als Trigger-Draht dienen, um die Zündcharakteristik der Lampe zu verbessern. Insbesondere verursacht das Anlegen einer Impuls-Hochspannung mit einer Spitzenspannung von 10 plus kV an die beiden Elektroden der Lampe beim Einschalten der Lampe einen Isolationsdurchschlag des Gases zwischen den Entladungselektroden, zumal der Metalldraht 14, der an eine der Außenleitungen angeschlossen ist und das selbe Potenzial aufweist, nahe dem Lumineszenzteils angeordnet ist, was die Zündung erleichtert. Im Vergleich mit einem Fall ohne Trigger-Draht ermöglicht diese Anordnung einen Isolationsdurchschlag zwischen den Elektroden mit niedrigerem Spannungsimpuls.
Ferner ist bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ein elektrischer Anschluss an den Außenanschluss 9 an der Kathodenseite 4 durch Anschweißen, Umwickeln oder auf andere Art aus den nachstehend genannten Gründen wirksamer. Insbesondere wird das Ende 11a des Metalldrahtes 11, das im Dichtungsteil 4 angeordnet ist, an den Außenanschluss 9 und damit auch an die Hauptbetriebsschaltung MC elektrisch angeschlossen. Aufgrund dieser Anordnung hat das leitfähige Heizelement im kathodenseitigen Dichtungsteil 4, also der Metalldraht 11, die Funktion eines Drahtes mit demselben elektrischen Potential. Der (nicht dargestellte) Kathodenträger, welcher im kathodenseitigen Dichtungsteil 4 eingebaut ist, sowie die kathodenseitige Metallfolie 8 aus Molybdän weisen im stabilen Betrieb der Lampe ein negatives elektrisches Potential auf, weshalb sie Natrium-, Kalium- oder andere Alkalikomponenten anziehen. Wenn diese Alkalibestandteile auf der Grenzschicht zwischen der kathodenseitigen Metallfolie 8 aus Molybdän und dem Quarzglas vorhanden sind, wird die Kopplung der kathodenseitigen Metallfolie 8 aus Molybdän und dem Quarzglas unterbrochen, wodurch die Haftkraft zwischen den beiden und damit auch die Lampendruckfestigkeit nachlässt.
Wenn jedoch die Außenoberfläche des kathodenseitigen Dichtungsteils 4 mit dem Metalldraht 11 umwickelt und dieser elektrisch an das kathodenseitige Dichtungsteil 4 angeschlossen wird, weist beim stabilen Betrieb der Lampe der Metalldraht 11 an der Außenoberfläche des kathodenseitigen Dichtungsteils 4 ein geringeres Potenzial auf als der Kathodenträger im kathodenseitigen Dichtungsteil 4, und zwar entsprechend dem Spannungsabfall infolge des Stroms, der durch die kathodenseitige Metallfolie 8 aus Molybdän und den Kathodenträger im kathodenseitigen Dichtungsteil 4 fließt. Die vorstehend beschriebenen Alkalibestandteile werden deshalb an die Außenoberfläche des kathodenseitigen Dichtungsteils 4 gedrückt. So lässt sich der Nachteil einer Verringerung der Lampendruckfestigkeit vermeiden.
Um noch einmal auf das erfindungsgemäße leitfähige Heizelement zurückzukommen, besteht seit einiger Zeit die Technik zur Beschichtung der Außenoberfläche des Lumineszenzteils mit einem Wärmeisolierfilm. Mit dieser Erfindung wird jedoch eine Anordnung geschaffen, bei welcher der Lumineszenzteil der Entladungslampe aktiv erwärmt wird, sowie ein Mittel, das diese Erwärmung stoppen kann. Das Auftragen eines Wärmeisolierfilms oder dergleichen ohne derartige Erwärmungs- und Stopp-Funktionen gehört folglich nicht zum technischen Gebiet der Erfindung.
Zudem werden bei dieser Erfindung die Dichtungsteile des Entladungsgefäßes oder die Elektroden innerhalb des Entladungsgefäßes nicht erwärmt, sondern ihr Ziel besteht darin, durch eine Erwärmung des Lumineszenzteils den Entladungsraum zu erwärmen. Hierzu können verschiedene Verfahren und Mechanismen angewendet werden, doch es geht nicht darum, ein Mittel für die partielle Erwärmung des Inhalts des Entladungsgefäßes bereit zustellen. Herkömmliche Mittel, die nur eines der Dichtungsteile erwärmen oder einen Wärmeisolierfilm nur auf eine der Elektrodenseiten auftragen, gehören deshalb ebenfalls nicht zum technischen Gebiet der Erfindung.
Als nächstes wird die Wirkung der Verwendung dieser Art von Hilfswärmeeinrichtung beschrieben. Im Fall beispielsweise einer Quecksilber-Hochdrucklampe mit 200 W unter Verwendung eines Gleichstroms, bei welcher 50 mg (260 mm³ Innenvolumen) Quecksilber in den Lumineszenzteil eingefüllt sind, dauert es ca. 90 Sekunden, bis der Lichtausgang 90 % des stabilen Leuchtwerts erreicht, wenn die Quecksilber-Hochdrucklampe 1 ohne vorhergehende Erwärmung des Entladungsgefäßes 2 gestartet wird. Wenn jedoch das Entladungsgefäß 2 im voraus erwärmt wird, bis der kälteste Teil des Lumineszenzteils etwa 250°C erreicht hat, bevor die Quecksilber-Hochdrucklampe gestartet wird, verkürzt sich die Anlaufzeit bis zum Erreichen eines Lichtausgangs von 90 % des stabilen Leuchtwerts um etwa 20 Sekunden.
Wenn die Lampe 1 gestartet wird, nachdem die Erwärmung des Entladungsgefäßes 2 im voraus die Temperatur des Lumineszenzteils 3 erhöht und entsprechend den Quecksilber-Dampfdruck gesteigert hat, wird die Glimmentladung, welche im Fall eines Betriebs bei Zimmertemperatur entsteht, vollständig vermieden. Das bedeutet, eine Schwärzung der Innenwand des Lumineszenzteils infolge eines Sputterns des Kathodenmaterials durch eine Glimmentladung wird vollständig verhindert, und eine Verringerung des Lichtausgangs von der Quecksilber-Hochdrucklampe 1, die normalerweise mit der Anzahl der Inbetriebnahmen zunimmt, wird ebenfalls vollständig unterdrückt.
In 2(a) und 2(b) ist ein Vergleich zwischen der Wellenformen der Lampenspannung beim Starten für die oben erwähnte 200W-Gleichstromlampe und einem Fall ohne Erwärmung des Entladungsgefäßes 2 vor dem Starten dargestellt.
Wie in 2(a) gezeigt wird, ist im Fall einer Erwärmung des Entladungsgefäßes 2 vor dem Starten nach etwa fünf Sekunden nach dem Start eine Veränderung der Wellenform erkennbar, die jedoch durch eine Schwankung des Entladungspotenzials auf der Spule der Kathode bedingt ist. Ein Entstehen einer Glimmentladung wird nicht festgestellt.
Wenn dem gegenüber das Entladungsgefäß 2 vor dem Starten nicht erwärmt wird, wie in 2(b) dargestellt, ändert sich die Lampenspannung mit Überschreitung von 200V über 5 ms. Es ist davon auszugehen, dass dies das Ergebnis einer Glimmentladung ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird als Heizmittel zwar ein Metalldraht benützt, doch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt; die Erwärmung kann auch unter Verwendung eines Wärmeerzeugungskörpers, wie beispielsweise eines Siliziumkautschuk-Heizelements, eines Mantel-Heizelementes oder anderer Widerstandsheizmittel erfolgen, oder auch unter Verwendung einer optischen Erwärmung mit einem Halogen-Heizelement oder dergleichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde zwar eine Quecksilber-Hochdrucklampe vom Gleichstrombetriebstyp verwendet, es kann jedoch auch eine vom Wechselstromtyp verwendet werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden in den Dichtungsteilen an den beiden Enden des Entladungsgefäßes Metalldrähte benützt, die sowohl für horizontale wie vertikale Beleuchtung anwendbar sind. Im Fall des vertikalen Betriebstyps müssen die Heizelemente nicht an den Dichtungsteilen auf beiden Enden angebracht sein; in Anbetracht der Gaskonvektion im Entladungsgefäß kann die Temperatur des Lumineszenzteils wirksam auch mit nur einem Heizelement auf einem Dichtungsteil erhöht werden. Beispielsweise im Fall eines vertikalen Betriebstyps mit der Kathode in der unteren Position werden dieselbe Wirkung und volle Nutzung dieser Erfindung auch dann erzielt, wenn ein Heizmittel nur im kathodenseitigen Dichtungsteil angeordnet ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ferner die Temperatur des kühlsten Teils des Lumineszenzteils unter Verwendung eines Thermoelements, eines Strahlungsthermometers oder eines anderen Temperaturfühlers erfasst, wobei die Erfindung nicht auf diese Methoden beschränkt ist. Die Relation zwischen der Menge der zugeführten Energie zum Erreichen der gewünschten Temperatur und der erforderlichen Zeit zum Zuführen dieser Energie lässt sich im voraus bestimmen, und anschließend die Temperatur im Zeitverlauf ermitteln.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Quecksilber-Hochdrucklampe wird vor dem Starten des Lampenbetriebs die Außenoberfläche des Lumineszenzteils auf eine vorgegebene Temperatur erhöht, insbesondere auf eine Temperatur von über 100°C oder noch präziser auf eine Temperatur von etwa 250°C, bei der das Quecksilber im Entladungsgefäß in ausreichendem Maß verdampft. Nachstehend werden als Beispiele ein Standby-Modus und ein Warmbetriebsmodus beschrieben.
Im Standby-Modus wird die Lampe nicht gestartet, sondern das Heizelement fährt fort, eine Wärmemenge zuzuführen, so dass die Temperatur der Außenoberfläche auf 100°C oder höher gesättigt ist. Diese Erwärmung durch das Heizmittel wird unmittelbar vor dem Starten des Lampenbetriebs angehalten, dann wird die Lampe gestartet. Das heißt, das Heizmittel ist ständig in Funktion, außer wenn die Lampe in Betrieb ist, wodurch ein Anlauf des Lichtausgangs in kurzer Zeit möglich ist, unabhängig davon, wann die Lampe gezündet wird.
In einem solchen Standby-Modus ist, wenn die Lampe eine Nennleistung von 200 W aufweist und Metalldrähte als leitfähige Heizelemente besitzt, eine Standby-Leistung von etwa 30 W nötig, um die Außenoberfläche der Leuchtröhre auf 250°C zu halten. Da beim Zünden des Lampenbetriebs das Quecksilber auf einer Temperatur für ausreichendes Verdampfen gehalten worden ist, wird der Anlauf der Lichtenergie nach dem Zünden im Vergleich zu dem Fall, in dem vor dem Starten nicht erwärmt wird, um etwa 20 Sekunden verkürzt. Im Fall von Lampen, welche für eine Projektorvorrichtung verwendet werden, ist der Vorteil eines Erreichens des gewünschten Lichtausgangs um 20 Sekunden früher signifikant, auch wenn eine Standby-Leistung von 30 W benötigt wird.
Als nächstes wird der Warmbetriebsmodus beschrieben. Hierbei wird vor dem Start des Lampenbetriebs die Außenoberfläche des Lumineszenzteils eine vorgegebene Zeit lang erwärmt und danach der Lampenbetrieb gestartet. Das heißt, hierbei ist anders als beim vorstehend beschriebenen Standby-Modus das Heizmittel nicht ständig in Funktion; wenn die Lampe gestartet werden soll, funktioniert das Heizelement vor der Zündung. Hinsichtlich der Anlaufzeit ist dies zwar möglicherweise langsamer als der Standby-Modus, doch wird im Standby keine Leistung verbraucht. Ferner wird der Nachteil der Glimmentladung wirksam beseitigt, da die Lampe gezündet wird, wenn sich das Quecksilber im Entladungsgefäß in einem verdampften Zustand befindet.
Wenn beispielsweise die Erwärmung mittels Durchleitens eines 150W-Stroms durch die leitfähigen Heizelemente auf beiden Dichtungsteilen einer Lampe mit einer Nennleistung von 200W erfolgt, kann das Quecksilber im Entladungsgefäß in ca. 10 Sekunden vollständig verdampfen. Da der Anlauf des Lichtausgangs nach dem Betriebsbeginn im Vergleich zum Fall ohne das Heizmittel um ca. 20 Sekunden verkürzt wird, ergibt sich unter Berücksichtigung von 10 Sekunden Erwärmungszeit vor dem Zünden eine Zeitersparnis von 10 Sekunden.
3 zeigt die Konstruktion der Lampeneinheit des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. An der erfindungsgemäßen Quecksilber-Hochdrucklampe 1 ist ein konkaver Reflektor 21 angebracht, an dessen Frontöffnung eine aus lichtdurchlässigem Material bestehende Frontabdeckung 22 angebracht ist. Der kathodenseitige Dichtungsteil 4 der Lampe 1 ragt vom Scheitel des konkaven Reflektors 21 vor und wird vom konkaven Reflektor 21 über ein Haftmittel 23 gestützt. Am kathodenseitigen Dichtungsteil 4 des Entladungsgefäßes 2 der Lampe 1 ist ein Sockel 25 mit einer Klemmschraube 24 angebracht, der an dem Außenanschluss 9 des kathodenseitigen Dichtungsteils 4 angeschlossen ist. Die Seite des konkaven Reflektors 21 ist mit zwei Öffnungen versehen. Durch eine der Öffnungen verläuft der Metalldraht 15 zum Einspeisen von Storm in die Metalldrähte 11, 12; durch die andere Öffnung führt eine Versorgungsleitung 26 zum Einspeisen von Strom in die Lampe 1.
Mittels der vorstehend beschriebenen Anordnung wird den Metalldrähten 11, 12 von der Klemmschraube 24 und dem Metalldraht 15 Energie zugeführt, und die Lampe 1 wird von der Klemmschraube 24 und der Stromversorgung 26 mit Energie versorgt.
Der konkave Reflektor 21 besteht aus hitzefestem Hartglas, beispielsweise aus Borsilikatglas, und die Strahlfläche ist beispielsweise elliptisch. Die Frontöffnung weist eine beispielsweise im wesentlichen rechteckige Form auf. Die Innenoberfläche des konkaven Reflektors 21 umfasst ein Mehrschicht-Dielektrikum, etwa aus alternierenden Schichten von im Aufdampfverfahren aufgebrachtem Titandioxid (TiO₂) sowie Siliziumdioxid (SiO₂), so dass eine reflektierende Oberfläche mit einer Dicke und einer Anzahl der dielektrischen Schichten gebildet wird, dass die Strahlungen des UV-Bereiches und des IR-Bereiches durchgelassen werden und nur die sichtbare Strahlung reflektiert wird. Die Mittelachse des konkaven Reflektors 21 stimmt mit der Längsachse der Quecksilber-Hochdrucklampe 1 überein, und der Lumineszenzteil der Lampe 1 (wo die Kathode 6 und die Anode 7 einander zugewandt sind) ist im Brennpunkt des konkaven Reflektors 21 angeordnet.
Die Frontabdeckung 22 besteht aus hitzebeständigem Hartglas, beispielsweise aus Borsilikatglas. Die Oberfläche der Frontabdeckung 22 kann auch mit alternierenden Schichten aus Titandioxid (TiO₂) sowie Siliziumdioxid (SiO₂) beschichtet sein. Die Dicke sowie die Schichtzahl der dielektrischen Schichten werden so festgelegt, dass die Strahlungen des UV-Bereiches und des IR-Bereiches durchgelassen werden und nur die sichtbare Strahlung reflektiert wird. Die Frontabdeckung 22 kann an der Frontöffnung des konkaven Reflektors 21 unter Verwendung eines Klebemittels angebracht werden, beispielsweise eines Klebemittels auf Basis eines Silikonpolymers.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Entladungsgefäß 2 erhitzt, indem den Metalldrähten 11, 12 von der Schaltung SC, welche unabhängig von der Hauptbetriebsschaltung MC der Lampe 1 angeordnet ist und welche die Metalldrähte 11, 12 regelt, Energie zugeführt wird. Deshalb ist zum Zündzeitpunkt die Temperatur der Außenoberfläche des Lumineszenzteils 3 bereits erhöht und der Quecksilber-Dampfdruck ebenfalls entsprechend erhöht, weshalb der Anlauf der Lichtenergie nach dem Zünden schneller erfolgt als im Fall einer Nichterwärmung des Entladungsgefäßes 2 vor dem Starten. Ferner wird die Lampe 1 gestartet, wenn das Entladungsgefäß 2 vor dem Starten erwärmt wird, wenn des Lumineszenzteils 3 und entsprechend auch der Quecksilberdampfdruck gestiegen sind, wodurch die Glimmentladung, welche im Fall eines Startens bei Zimmertemperatur entsteht, verhindert wird. Das heißt, die Schwärzung der Innenseite des Lumineszenzteils 3 infolge eines Sputterns des Kathodenmaterials durch die Glimmentladung wird vollständig verhindert, und eine Verringerung des Lichtausgangs aus der Lampe 1, wie sie bei wiederholtem Gebrauch vorkommt, wird wirksam unterdrückt.
Da ferner die Mittelachse des konkaven Reflektors 21 mit der Längsachse der Quecksilber-Hochdrucklampe 1 übereinstimmt, und da der Lumineszenzteil der Lampe 1 (wo die Kathode 6 und die Anode 7 einander zugewandt sind) sich im Brennpunkt des konkaven Reflektors 21 befindet, kann das von Der Lampe 1 abgestrahlte Licht sehr wirksam in Richtung der Frontöffnung des konkaven Reflektors 21 gelenkt werden.
4 zeigt die Struktur einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, die mit der Lumineszenzvorrichtung dieser Erfindung ausgestattet ist. Hierbei ist die Lampeneinheit 20 der 3 in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp montiert. Diese Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 30 umfasst eine Lampeneinheit 20 mit einer Hauptbetriebsschaltung MC und einer Schaltung SC, welche unabhängig von der Hauptbetriebsschaltung MC angeordnet ist und die Metalldrähte 11, 12 regelt; eine Flüssigkristall-Anzeigetafel 31, die von einem (nicht dargestellten) Flüssigkristall-Antriebsmittel angetrieben wird; und ein optisches System, welches den von der Lampeneinheit 20 abgestrahlten Strahl durch die Flüssigkristall-Anzeigetafel 31 auf den Bildschirm 32 projiziert, oder mit anderen Worten – einen Spiegel 33 und eine Projektorlinse 34. Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung wird zunächst durch die Schaltung SC zur Regelung der Metalldrähte 11, 12, welche parallel zur Hauptbetriebsschaltung MC der Lampe 1 angeordnet ist, den Metalldrähten 11, 12 Energie zugeführt und damit das Entladungsgefäß 2 erwärmt. Wenn dann ein Thermoelement, ein Strahlungsthermometer oder ein anderer (nicht dargestellter) Temperaturfühler feststellt, dass Außenoberfläche des Lumineszenzteils 3 die festgelegte Temperatur von beispielsweise 250°C erreicht hat, hält die Schaltung SC die Stromzufuhr zu den Metalldrähten 11, 12 an und schließt die Erwärmung des Endadungsgefäßes 2 ab. An schließend wird durch die Hauptbetriebsschaltung MC der Lampe 1 Energie zugeführt und die Quecksilber-Hochdrucklampe 1 damit gezündet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Entladungsgefäß 2 erhitzt, indem den Metalldrähten 11, 12 von der Schaltung SC, welche unabhängig von der Hauptbetriebsschaltung MC der Lampe 1 angeordnet ist und welche die Metalldrähte 11, 12 regelt, Energie zugeführt. Deshalb ist zum Zündzeitpunkt die Temperatur der Außenoberfläche des Lumineszenzteils 3 bereits erhöht und der Quecksilber-Dampfdruck ebenfalls entsprechend erhöht, weshalb der Anlauf der Lichtenergie nach dem Zünden schneller erfolgt als im Fall einer Nichterwärmung des Entladungsgefäßes 2 vor dem Starten. Ferner wird durch Erwärmen des Entladungsgefäßes 2 vor dem Starten die Lampe 1 gestartet, wenn die Temperatur des Lumineszenzteils 3 erhöht ist und entsprechend auch der Quecksilberdampfdruck zugenommen hat, wodurch die Glimmentladung, welche im Fall einer Zündung bei Zimmertemperatur entsteht, verhindert wird. Das heißt, die Schwärzung der Innenseite des Lumineszenzteils 3 infolge eines Sputterns des Kathodenmaterials durch die Glimmentladung wird vollständig verhindert, und eine Verringerung des Lichtausgangs aus der Lampe 1, wie sie bei wiederholtem Gebrauch vorkommt, wird wirksam unterdrückt.
Aufgrund der wirksamen Unterdrückung der Verringerung des Lichtausgangs aus der Lampe 1, die mit einem wiederholten Gebrauch einher geht, in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 30 vom Projektionstyp ist es möglich, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp zu schaffen, bei der die Lampeneinheit 20 weniger häufig ersetzt werden muss, wodurch sich der Wartungsaufwand verringert.
Es folgt eine konkrete Erklärung der Zündvorrichtung dieser Erfindung. Das Ausführungsbeispiel der Zündungsvorrichtung wird auf der Grundlage des Schaltplans der 6 erklärt. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 101 eine Quecksilber-Hochdrucklampe, eine Metallhalogenlampe oder eine andere Quecksilber-Hochdrucklampe (im weiteren auch: "Die Lampe"). Die Lampe 101 ist mit einer Lampen-Stromversorgungsschaltung 102 (nachstehend als "Stromversorgungsschaltung" bezeichnet) zum Starten der Lampe 101 versehen, und ein Aktivator 103 (nachstehend als "Starter" bezeichnet) ist zwischen der Lampe 101 und der Stromversorgungsschaltung 102 angeordnet und generiert eine Hochspannung, die zwischen den Elektroden der Lampe 101 einen Isolationsdurchschlag auslöst. Ein Schaltelement 104 (SW) schaltet die Stromzufuhr wie nachstehend beschrieben auf das an der Lampe 101 angebrachte Heizelement. Eine Filterschaltung 105, die einen Kondensator C4 und eine Drosselspule 12 umfasst, dient dem Schutz des Schaltelements (SW) 104 vor Stoßüberspannungen in dem Fall, dass der Starter 103 vom Hochspannungsimpulstyp ist, wie in diesem Ausführungsbeispiel der Fall. Eine DC Stromquelle 106 ist ebenfalls vorgesehen.
Die Lampe 101 ist vom Gleichstromtyp. Ihr Entladungsgefäß besteht aus Quarzglas und umfasst einen Lumineszenzteil 113 in Form eines elliptischen Lampenkolbens, ein stabförmiges, kathodenseitiges Dichtungsteil 114 und ein stabförmiges, anodenseitiges Dichtungsteil 115, die sich von gegenüber liegenden Seiten des Lumineszenzteils 113 erstrecken.
Im Lumineszenzteil 113 und an der Achse des Entladungsgefäßes sind die Kathode 111 und die Anode 112 angeordnet, so dass sie einander bei einem Elektrodenabstand von beispielsweise nicht mehr als 2,0 mm einander zugewandt sind. Der in der Zeichnung nicht dargestellte Spindelabschnitt der Kathode 111 erstreckt sich in das kathodenseitige Dichtungsteil 114 und ist elektrisch mit einem Außenanschluss 117 über eine kathodenseitige Metallfolie 116 verbunden, die im kathodenseitigen Dichtungsteil 114 eingeschlossen ist. Gleichermaßen erstreckt sich der Spindelabschnitt der Anode 112 in das anodenseitige Dichtungsteil 115 und ist elektrisch mit einem Außenanschluss 117 über eine anodenseitige Metallfolie 118 verbunden, die im anodenseitigen Dichtungsteil 115 eingeschlossen ist.
Das Quecksilber ist als Leuchtsubstanz in den Lumineszenzteil 113 eingefüllt, und als Zündgas ist ein Edelgas eingefüllt, wie etwa Argon oder Xenon. Das Edelgas ist beispielsweise mit einem Druck von 1,3 × 10⁴ Pa eingefüllt. Die Einfüllmenge des Quecksilbers muss mindestens 0,15 mg/mm³ betragen. Bei dieser Menge erreicht der Quecksilber-Dampfdruck bei einem stabilen Betrieb über 100 Atm.
Das kathodenseitige Dichtungsteil 114 und das anodenseitige Dichtungsteil 115 sind mit Metalldrähten 119, 120 als Heizelement umwickelt, das die Dichtungsteile 114, 115 gänzlich oder teilweise bedeckt. Ein Ende des Metalldrahts 120 ist mit einem Leitungsdraht 122 verbunden, der an das Schaltelement (SW) 104 angeschlossen ist, und das andere Ende ist mit einem Metalldraht 121 an ein Ende des Metalldrahts 119 angeschlossen, dessen anderes Ende an den Außenanschluss 117 angeschlossen ist.
Die Stromversorgungsschaltung 102 ist in erster Linie ein Abwärtsspannungszerhacker, bestehend aus einem FET oder einem anderen Schaltelement (Q1), einer Diode (D1), einer Drosselspule (L1) und einem Glättungskondensator (C1). Er regelt die zum Heizelement (Metalldrähte 119, 120, 121) oder zur Lampe 1 gehende Leistung. Die vom Spannungsdetektor V und vom Stromdetektor I erfassten Signale werden in den Lampensteuerkreis eingegeben. Während an das Heizelement Leistung angelegt wird, bilden die ermittelten Signale die Grundlage zum Anlegen einer geeigneten Spannung und eines Stroms an das Heizelement mittels Steuersignalen, die von der Lampensteuerschaltung in die Gate-Treiberschaltung ausgegeben werden, welche das Schaltelement (Q1) antreibt; während der Zündung und des Leuchtbetriebs bewirken diese Signale das Anlegen adäquater Lampenspannungen, Lampenströme und Lampenleistung an die Lampe 101.
Die Gleichstromquelle 106 ist beispielsweise an eine (nicht dargestellte) Wechselstromleitung mit kommerzieller Frequenz angeschlossen und empfängt den Spannungsausgang über eine Diodenbrückenschaltung oder Spannungsverdoppler-Gleichrichterschaltung und gibt eine Gleichstromspannung aus, die mittels eines Aktivfilters mit Hochfrequenzstromreglerfunktion (bekannt als PFC) geglättet wird; diese wird an die Stromversorgungsschaltung 102 angelegt.
Der Starter 103 ist aus einer Ladeschaltung R1, C2 zusammengesetzt, die während der Lampenzündung mit entlastetem offenem Strom von der Stromversorgungsschaltung 102 geladen wird; ferner aus einem Transformator T1, der einen Kondensator C3 über eine Diode D2 lädt, wenn die Ladespannung einen bestimmten Wert erreicht, das Schaltelement S1 einschaltet und eine abgestufte Schwingspannung generiert; und aus einem Transformator T2, der rasch über einen Abstand G1 entlädt, wenn die im Kondensator C3 gespeicherte Ladung eine bestimmte Spannung erreicht, und auf der Sekundärseite einen Hochspannungsimpuls von mehreren Kilovolt bis einigen zig Kilovolt generiert.
Die Wirkweise dieser Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung während der Zündung wird als nächstes unter Heranziehung der 6 erklärt. Während der Zündung der Lampe 101, wenn ein Lampenzündungssignal an die Lampensteuerschaltung der Stromversorgungsschaltung 102 angelegt wird, wird zuerst das Schaltelement (SW) 104 mit einem Befehl vom Lampensteuerkreis ausgeschaltet und die Stromzufuhr zum Heizelement aktiviert. Gleichzeitig wird das Schaltelement (SW) 104 ausgeschaltet, der Heizelementstrom wird von der Stromversorgungsschaltung 102 über das Schaltelement (SW) 104 und die Drosselspule (L2) den Metalldrähten 119 bis 121 zugeführt, die das Heizelement bilden. Dann wird die Heizelementspannung, der Heizelementstrom oder die Heizelementleistung auf Basis der vom Spannungsdetektor V oder Stromdetektor I in der Stromversorgungsschaltung 102 ermittelten Signale einer Schaltregelung durch ein Schaltelement (Q1) unterzogen. Nachdem die Stromzufuhr zu den Metalldrähten 119 bis 121 die Temperatur der Außenoberfläche des Lumineszenzteils 113 der Quecksilber-Hochdrucklampe 101 auf den festgelegten Wert bringt, befiehlt die Lampensteuerschaltung dem Schaltelement (SW) 104, sich zu öffnen; die Stromzufuhr zum Heizelement wird gestoppt und die Erwärmung der Entladungsgefäße wird beendet. Die festgelegte Temperatur variiert in Abhängigkeit vom Volumen des Lumineszenzteils, muss aber in jedem Fall mindestens 100°C betragen.
Nachdem die Stromzufuhr zum Heizelement unterbrochen ist, öffnet sich gleichzeitig das Schaltelement (SW) 104; das Schaltelement (Q1) wird von einem Steuersignal von der Lampensteuerschaltung gesteuert, und der zum Zünden benötigte, entlastete offene Strom wird von der Stromversorgungsschaltung 102 ausgegeben. Der Starter 103 wird von diesem Eingang von entlastetem offenem Strom rasch aktiviert und generiert eine Hochspannung auf der Sekundärspule des Transformators T2. Diese Hochspannung wird mit der entlasteten offenen Spannung kombiniert und an die Lampe 101 angelegt; das Entladungsgefäß der Lampe 101 ist bereits auf eine hohe Temperatur erwärmt, und der Isolationsdurchschlag zwischen der Kathode 111 und der Anode 112 der Lampe 101 findet rasch statt. Die Entladung wird in Entsprechung zum Ausgang der Stromversorgungsschaltung 102 gestartet, und die Lampe 1 leuchtet.
Da der Metalldraht 121, der das Heizelement der Lampe 101 bildet, eng am Lumineszenzteil 113 ausgerichtet ist und der entlastete offene Strom von der Stromversorgungsschaltung 102 an den Metalldraht 121 über die Filterschaltung 104 angelegt wird, kann dieser als Trigger-Draht wirksam werden und zu einer noch schnelleren Zündung beitragen.
Es ist somit erfindungsgemäß in diesem Ausführungsbeispiel möglich, durch Erhitzen der Außenoberfläche des Lumineszenzteils 113 auf mindestens 100°C vor dem Starten der Lampe 101 das Quecksilber im voraus im Entladungsgefäß zu verdampfen, damit der Lichtausgang während der Zündung schnell anläuft, und eine unerwünschte Glimmentladung zu verhindern, die ansonsten während der Zündung stattfindet.
Gemäß der Erfindung wird in diesem Ausführungsbeispiel die Stromzufuhr zum Heizelement vom Schalter (SW) 104 geregelt, um sie auf den Zeitraum vor der Zündung zu beschränken, und die Stromzufuhr von der Stromversorgungsschaltung 102 wird auf die Lampe 101 oder das Heizelement geschaltet. Eine getrennte Schaltung zum Erwärmen des Heizelements ist deshalb nicht erforderlich, wodurch eine Kosteneinsparung ermöglicht wird.
In diesem Ausführungsbeispiel wird als Starter 103 ein Starter verwendet, der einen Hochspannungsimpuls erzeugt, es kann aber auch ein Gleichstromstarter benützt werden, in dem die Spannung stufenweise erhöht werden kann.
Neben einem elektromagnetischen Relais ist die Verwendung eines FET oder anderer Halbleiter-Schaltelemente als Schaltelement (SW) 104 möglich.
Die Energie zum Heizelement kann auch mit der Stromversorgungsschaltung 102 geregelt werden, so dass die am Heizelement anliegende Spannung einen spezifischen Wert hat, oder sie kann so geregelt werden, dass der Strom zum Heizelement einen spezifischen Wert hat. Im Fall einer Variation des Widerstandswerts des Heizelements besteht des weite ren die Möglichkeit, die Heizelementleistung selbst bei einem festgelegten Wert zu regeln, so dass es zu keiner Leistungseingangsvariation zum Heizelement kommt. In diesem Fall werden die Signale vom Spannungsdetektor V und vom Stromdetektor I für eine beständige Steuerung der Heizelementleistung benützt, und deshalb ist es möglich, die Funktion der Lampenstromsteuerung ebenso zu nutzen, wie wenn die Lampe eingeschaltet ist. Es versteht sich, dass zwischen den entsprechenden Leistungszielwerten gewechselt werden muss, wenn die Heizelementleistung und die Lampenleistung gesteuert werden.
Was die Zeitkomponente zur Beendigung der Stromzufuhr zum Heizelement betrifft, kann der Zeitpunkt durch die Verwendung eines Thermoelements, eines Strahlenthermometers oder eines anderen (nicht dargestellten) Temperaturdetektors entschieden werden, um zu bestimmen, ob die Temperatur der Außenoberfläche des Lumineszenzteils der Lampe 101 den festgelegten Wert von beispielsweise 250°C erreicht hat. Als einfachste Methode ist es gut praktizierbar, die Energie einfach über einen bestimmte Dauer zuzuführen. In diesem Fall ist auch die Ausübung eines höheren Kontrollniveaus möglich, wie beispielsweise eine Verkürzung der Zeit, in der Energie zugeführt wird, in Abstimmung mit der Zeitdauer seit dem letzten Ausschalten der Lampe, wenn seit der letzten Verwendung nur eine kurze Zeit vergangen ist. Diese Kontrolle wird von der Lampensteuerungsschaltung der Stromversorgungsschaltung 102 ausgeführt und ist relativ kompliziert, kann aber durch Verwendung eines Mikroprozessorchips einfach durchgeführt werden.
Im Fall eines defekten Heizelements kann die Tatsache, dass der Heizelementstrom nicht fließt, obwohl die Heizelementspannung am Heizelement angelegt ist, einfach mit Hilfe der Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung festgestellt werden, und wenn dies festgestellt wird, kann durch einen Sofortstart der Lampe 101 Zeit gespart werden.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Zündungsvorrichtung dieser Erfindung auf Basis der 7 erklärt.
7 ist ein Schaltdiagramm des zweiten Ausführungsbeispiels der Zündungsvorrichtung dieser Erfindung, wobei 107 eine Polaritätsumkehrschaltung ist, welche die Polarität des Spannungsausgangs von der Stromversorgungsschaltung 102 umkehrt. Sie umfasst Schaltelemente bestehend aus einem Schalter F1, einem Schalter F2, einem Schalter F3 und einem Schalter F4; für diese Schaltelemente kommen Halbleiter-Schaltelemente, wie etwa FETs, zur Anwendung. Andere Teile der Struktur haben dieselben Bezeichnungen und Bezugszeichen wie in 6, und ihr Betrieb als Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung ist identisch mit dem im ersten Ausführungsbeispiel, so dass eine erneute Erklärung dieser Komponenten entfällt.
Normalerweise ist bei dieser Art der Lampe 101 die kathodenseitige Metallfolie 116 im kathodenseitigen Dichtungsteil 114 fest eingeschlossen, doch während der Lampenzündung sammeln sich tendenziell mehr Alkalimetallionen (etwa Kalium) in der Nähe der kathodenseitigen Metallfolie 116 als um die anodenseitige Metallfolie 118. Wenn diese Akkumulation über einen längeren Zeitraum stattfindet, hat sie nachteilige Auswirkungen auf die Dichtheit des Dichtungsteils um die kathodenseitige Metallfolie, und eine Verschlechterung der Druckfestigkeit der Lampe wird möglich.
Mit der Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird das oben beschriebene Problem gelöst, indem, wenn das Heizelement mit Energie versorgt wird, ein Befehl von der Stromversorgungsschaltung 102 gegeben wird, das Schaltelement (SW) 104 zu schließen, um Energie an das Heizelement zu senden, und gleichzeitig den Schalter F1 und den Schalter F3 der Polaritätsumkehrschaltung 107 einzuschalten und Schalter F2 und F3 auszuschalten, wodurch der Heizelementstrom veranlasst wird, vom Metalldraht 119 zum Metalldraht 120 zu fließen. Daraus ergibt sich, dass der Elektrodenträger der Elektrode 111 die Hochpotenzialseite der an das Heizelement angelegten Spannung ist. Doch wie in der Zeichnung dargestellt, ist das Potenzial des Punktes p1 des Metalldrahts 119 aufgrund des Anschlusses an den Außenanschluss 11 identisch mit dem Potenzial der Kathode 111. Allerdings ist das Potenzial wegen des Spannungsabfalls zwischen Punkt p1 und Punkt p2 des Metalldrahts 119 am Punkt p2 des Metalldrahts 119 niedriger als das Potenzial des Punkts p1. Aus diesem Grund hat die Kathode 111 ein höheres Potenzial als Punkt p2, was die Streuung der Alkalimetallionen in der Nähe der kathodenseitigen Metallfolie 116 beendet.
Nach Abschluss der Stromzufuhr zum Heizelement öffnet ein Befehl von der Stromversorgungsschaltung 102 das Schaftelement (SW) 104 und unterbricht den Energiefluss zum Heizelement. Gleichzeitig werden der Schalter F4 und der Schalter F2 der Polaritätsumkehrschaltung 102 eingeschaltet und der Schalter F1 und der Schalter F3 ausgeschaltet, wodurch die Energieversorgung von der Stromversorgungsschaltung 102 über den Schalter F4 und Schalter F2 zum Starter 103 beendet wird; der entlastete offene Strom wird an die Lampe 1 angelegt, und die Lampe 101 beginnt mit der Zündung.
Die hier beschriebene Technologie kann sowohl in dem Fall verwendet werden, dass die Leistung zum Heizelement geht, wenn der Schalter F1 und der Schalter F3 eingeschaltet und der Schalter F2 und der Schalter F4 ausgeschaltet sind, wie auch im Fall einer Wechselstrombeleuchtung, bei der ein wiederholter Wechsel zwischen dem Betrieb der Lampe 101 bei ausgeschaltetem Schalter F1 und Schalter F3 und eingeschaltetem Schalter F2 und Schalter F4 und eingeschaltetem Schalter F1 und Schalter F3 und ausgeschaltetem Schalter F2 und Schalter F4 stattfindet.
Als nächstes wird das dritte Ausführungsbeispiel der Zündungsvorrichtung dieser Erfindung auf Basis der 8 bis 11 beschrieben. In dieser Figur ist 108 die Heizelement-Stromversorgungsschaltung. Die Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von jener des ersten Ausführungsbeispiels darin, dass eine getrennte Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 vorhanden ist; die anderen Bestandteile sind so wie in 6 bezeichnet.
Diese Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 umfasst ein Schaltelement (Q2), das die von der DC-Quelle 106 gelieferte Gleichstromspannung durch einen Transformator (T3) auf Befehl von der Heizelementsteuerschaltung 108 umschaltet, wenn das Lampenstartsignal eingegeben wird; ferner einen Transformator (T3), der die durch Schalten des Schaltelements (Q2) generierte Hochfrequenzspannung aufwärts übersetzt; die Dioden D3, D4, die die aufwärts übersetzte Spannung gleichrichten und glätten; einen Glättungskondensator C4; einen Heizelement-Stromdetektor Ih, der den Heizelementstrom ermittelt; und einen Heizelement-Spannungsdetektor Vh, der die Heizelementspannung ermittelt.
Quecksilber-Hochdrucklampen leiden allgemein unter einer unvollständigen Verdampfung des Quecksilbers im Entladungsgefäß unmittelbar nach der Zündung. Ihr Quecksilberdampfdruck ist wegen der niedrigen Temperatur gering, und ihre Helligkeit inadäquat. Das liegt daran, dass die Inneninduktivität in Quecksilber-Hochdrucklampen gering ist; wenn versucht wird, in die Quecksilber-Hochdrucklampe in diesem Zustand eine adäquate Leistung einzubringen, ist sie zu einem hohen Stromfluss nicht imstande, und es wird notwendig, die Verluste in der Lampenstromversorgungsschaltung zu erweitern oder die Elemente zu vergrößern. Aus diesem Grund ist es normalerweise unmöglich, unmittelbar nach der Zündung eine adäquate Energiemenge in die Quecksilber-Hochdrucklampe einzubringen, so dass die Lampenstromversorgungsschaltung innerhalb des oberen Limits der Strommenge funktioniert, die vom der Schaltung toleriert wird. Es dauert deshalb lange, bevor die Temperatur im Entladungsgefäß ansteigt, die Induktivität in der Quecksilber-Hochdrucklampe zunimmt, es möglich wird, eine adäquate Energie in die Quecksilber-Hochdrucklampe einzubringen und bis der erwünschte Lichtausgang erreicht ist.
In Flüssigkristallprojektoren, Flüssigkristallanzeigevorrichtungen vom Projektionstyp, Projektions-TV-Geräten und so weiter nimmt die Helligkeit der Lampe langsam zu, was die Wartezeit der Benutzer verlängert und daher unerwünscht ist.
Dem entsprechend besitzt die Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels eine Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108, die von der Lampenstromversorgungsschaltung 102 getrennt ist. Da die zwei unabhängig voneinander funktionieren können, ist es im Verlauf der Zündung der Lampe 101 möglich, das Heizelement mit Energie zu versorgen und die Temperaturerhöhung im Entladungsgefäß fortzusetzen. Dies hat einen rasch steigenden Quecksilberdampfdruck zur Folge, und die Helligkeit der Lampe 101 kann rasch zunehmen.
Überdies ist die Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 bei der Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels getrennt von der Lampenstromversorgungsschaltung 102, und die beiden können unabhängig voneinander in Betrieb sein. Deshalb sind unterschiedliche Beleuchtungsmodi möglich, wie nachstehend auf Basis der 9 bis 11 erklärt.
9(a) und 9(b) sind grafische Darstellungen der Leistungscharakteristiken des Lampenstroms Wp, der der Lampe 101 von der Stromversorgungsschaltung 102 zugeführt wird, und des Heizelementstroms Wh, der dem Heizelement von der Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 zugeführt wird, und zwar jeweils in der in 8 dargestellten Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung. Sie illustrieren den Fall, in dem die Stromzufuhr zum Heizelement fortgesetzt wird, auch wenn die Zündung der Lampe 101 im Gange ist.
Im Fall der Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung im ersten Ausführungsbeispiel wird die Stromversorgungsschaltung 102 mit der Schaltung für die Stromversorgung des Heizelements geteilt, weshalb die Stromzufuhr zum Heizelement zum Zeitpunkt t0 angehalten wird, dargestellt durch die unterbrochene Linie in 9. Es ist deshalb zu sehen, dass der Anstieg der Lampenenergie Wp langsam erfolgt und eine lange Zeit erforderlich ist, ehe die Lampe 101 die gewünschte Helligkeit erreicht. Im Fall der Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung im dritten Ausführungsbeispiel wird die Stromzufuhr zum Heizelement über den Zeitpunkt t0, wenn die Zündung beginnt, fortgesetzt zum Zeitpunkt t1, wie mit der durchgezogenen Linie in 9 veranschaulicht. Das bedeutet, weil der Heizelementstrom Wh zugeführt wird, während die Lampenzündung im Gange ist, kann der Anstieg der Lampenenergie Wp beschleunigt werden, und die Zeit, bis die Lampe 101 den festgelegten Lichtausgang erreicht, kann verkürzt werden.
10(a) und 10(b) sind Diagramme der Leistungscharakteristiken des Lampenstroms Wp von der Stromversorgungsschaltung 102 zur Lampe 101 und des Heizelementstroms Wh von der Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 zum Heizelement, jeweils in der Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung gemäß Darstellung in 8. Diese Figuren illustrieren den Fall, in dem die Energie zum Heizelement weiter zugeführt wird, auch wenn die Zündung der Lampe 101 im Gange ist, allerdings mit Kontrolle der Versorgung des Heizelements rücksichtlich der Stromversorgungskapazität der DC Energiequelle 106.
Wenn die Stromversorgung zum Heizelement nach Anfang der Zündung in der in 8 dargestellten Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung fortgesetzt wird, muss die Gleichstromquelle 106 die Stromversorgungsschaltung 102 und die Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 mit Energie versorgen. Wenn beispielsweise die Nennleistung der Lampe 101 bei 200 W liegt und die Nennleistung des Heizelements bei 100 W, und der Wirkungsgrad der Stromversorgungsschaltung 102 und der Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 jeweils 90% ist, muss die Gleichstromquelle 106 imstande sein, insgesamt 333 W oder 222 W für die Stromversorgungsschaltung 102 bzw. 111 W für die Heizelement-Stromversorgungsschaltung 103 zu liefern. Allerdings ist die Dauer, während der die Versorgung des Heizelements mit Energie nötig ist, im längsten Fall die paar Minuten, bis die Lampe die normale Heiligkeit erreicht hat. Das heißt, es ist nicht besonders zweckmäßig, eine Fähigkeit zur Lieferung von 333 W für längstens einige Minuten einzubauen, wenn es letzten Endes ausreicht, die Stromversorgungsschaltung 102 mit 222 W zu versorgen.
Deshalb besteht in dieser Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung die Möglichkeit, die an die Stromversorgungsschaltung 102 und die Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 gelieferte Gesamtenergie auf beispielsweise 222 W zu begrenzen, indem der Heizelementstrom Wh von der Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 so geregelt wird, dass der Gesamtwert diesen Bereich nicht überschreitet; der Heizelementstrom Wh wird so geregelt, dass er mit zunehmendem Lampenstrom Wp abnimmt.
Wenn die Energie, welche die Gleichstromquelle 106 der Stromversorgungsschaltung 102 und der Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 zuführt, auf diese Art geregelt wird, wird in der Anfangsperiode der Stromversorgung des Heizelements von der Gleichstromquelle 106 die Nennleistung des Heizelements Wh eingegeben, weshalb sich die Zeit, bis die Helligkeit der Lampe 101 einen praktikablen Ausgang erreicht, kaum verändert, und die Zeit bis zum Erreichen der abschließenden, normalen Helligkeit verlängert sich nur geringfügig. Anderseits ist es in dem Ausmaß, in dem die Stromversorgungskapazität der Gleichstromquelle 106 niedrig gehalten werden kann, möglich, einen großen Vorteil bezüglich Kostansenkung zu realisieren, da sich Gewicht und Größe der Ausrüstung reduzieren lassen.
11(a) und 11(b) sind Diagramme der Leistungscharakteristiken des Lampenstroms Wp von der Stromversorgungsschaltung 102 zur Lampe 101 und des Heizelementstroms Wh von der Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 zum Heizelement, beide in der in 8 dargestellten Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung, in einem Fall, in dem das Heizelement nach Beginn der Zündung der Lampe 101 mit Strom versorgt wird, wobei allerdings der Strom zum Heizelement als Reaktion auf die Temperatur der Lampe geregelt wird.
In der Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels besteht die Hauptfunktion des Heizelements darin, die Temperatur der Lampe zu erhöhen, weshalb sie mit Strom versorgt wird, während die Temperatur der Lampe 101 gemessen wird, und wenn die Lampe 101 die bestimmte Temperatur erreicht hat, wird diese Tatsache festgestellt und die Stromzufuhr zum Heizelement gestoppt. In der Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels sind bei einer Kaltzündung der Lampe 101 die Leistungscharakteristiken so wie mit der durchgehenden Linie in 11(a) und 11(b) veranschaulicht; die Stromzufuhr zum Heizelement wird ab dem Zeitpunkt t2 reduziert, und die Stromzufuhr zum Heizelement wird zum Zeitpunkt t3 gestoppt. In dem Fall jedoch, dass die Lampe 101 relativ kurze Zeit nach dem Verlöschen erneut eingeschaltet wird, sind die Leistungscharakteristiken so wie in der durchbrochenen Linie in 11(a) und 11(b) dargestellt; die Stromzufuhr zum Heizelement wird ab dem Zeitpunkt t2' reduziert und zum Zeitpunkt t3' gestoppt.
Wenn folglich auf der Grundlage dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung die Lampe 101 so wie üblich vom Kaltzustand gestartet wird, wird sie so geregelt, dass sie dem Heizelement die übliche Menge an Energie zuführt, und wenn die Lampe 101 relativ kurze Zeit nach dem Ausschalten wieder gezündet wird, wird das Heizelement kurze Zeit oder gar nicht mit Strom versorgt. Dies reduziert die Stromverschwendung und verhindert die Verkürzung der Nutzlebensdauer des Heizelements wegen Ausbrennens oder Oxidation infolge übermäßiger Erwärmung.
Die Mittel und Wege zum Messen der Lampentemperatur in der Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels könnten in der Anbringung eines Thermoelements oder eines anderen Temperaturfühlers in der Nähe des Heizelements oder in der Verwendung eines Infrarotstrahlungsthermometers bestehen, das die Temperatur in der Nähe des Heizelements feststellt. Zur weiteren Kostenreduzierung ist es jedoch möglich, das Verfahren einer Ermittlung der Temperatur aus dem Messwert des elektrischen Widerstands des Heizelements anzuwenden und sich dabei das Merkmal der Wider stände nutzbar zu machen, dass der elektrische Widerstand mit zunehmender Temperatur steigt. In diesem Fall kann der elektrische Widerstand des Heizelements leicht durch Messen der Spannungs- und Stromwerte des Heizelements festgestellt werden, wofür der Heizelement-Stromdetektor Ih und der Heizelement-Spannungsdetektor Vh der Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 herangezogen werden.
Ein weiteres Mittel zum Messen der Lampentemperatur, anstelle der Berechnung des elektrischen Widerstands und des Temperaturwerts wie oben beschrieben, ist die Gewinnung von Daten über die Lampentemperatur aus der ermittelten Heizelementspannung und dem Heizelementstrom, die Feststellung der Bedingungen zum Unterbrechen der Stromzufuhr zum Heizelement auf Basis dieser Daten und dann das Unterbrechen der Stromzufuhr zum Heizelement auf Basis der indirekt auf die Heizelement-Temperatur bezogenen Informationen.
Für den Fall, dass die Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels mit der Zündung wie in 9 bis 11 dargestellt in einem Flüssigkristallprojektor, in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom Projektortyp oder in einem Projektions-TV-Gerät verwendet wird, ist es möglich, die Wartezeit für den Benutzer zu reduzieren und folglich eine deutlich höherwertige Projektionsausrüstung zu schaffen.
Das vierte Ausführungsbeispiel der Zündungsvorrichtung dieser Erfindung wird als nächstes auf der Grundlage des in 12 dargestellten Schaltplans erklärt, in dem das Bezugszeichen 109 für eine Filterschaltung steht, die den Hochspannungsausgang durch den Starter 103 davon abhält, an die Heizelement-Stromversorgungsschaltung 106 angelegt zu werden.
Die Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von jenem des dritten Ausführungsbeispiels darin, dass der Hochspannungsausgang durch den Starter 103 an die kathodenseitige Leitung 117 der Lampe 101 und das Heizelement (Metalldrähte 119 bis 121) angelegt wird und dass eine Filterschaltung 109 vorhanden ist, so dass die an das Heizelement (Metalldrähte 119 bis 121) angelegte Hochspannung in der Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 nicht umgangen wird.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, ist diese Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung so zusammengesetzt, dass während der Zündung die vom Starter 103 erzeugte Hochspannung an die Metalldrähte 119 bis 121 angelegt wird, welche das Heizelement ausbilden. Die Metalldrähte 119 und 120 sind um das kathodenseitige Dichtungsteil 113 bzw. das anodenseitige Dichtungsteil 115 gewickelt, und der Metalldraht 121 ist an der Außenoberfläche des Lumineszenzteils 113 angeordnet. Deshalb wird die Hochspannung durch das Entladungsgefäß im Entladungsraum angelegt, und es ist möglich, den Isolationsdurchschlag im Entladungsraum mittels einer sogenannten "stillen elektrischen Entladung" zu induzieren.
In der Quecksilber-Hochdrucklampen-Zündungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels kann nach Abschluss der Zündung der Strom der Lampe 101 davon abgehalten werden, in die Sekundärspule des Aufspanntransformators T2 des Starters 103 zu fließen, weshalb die Verwendung von Feindraht in der Sekundärspule des Aufspanntransformators T2 des Starters 103 möglich ist. Es ist folglich möglich, das Gewicht und die Größe des Transformators T2 zu reduzieren.
Aufgrund der Filterschaltung 109 wird die Hochspannung vom Starter 103 an die Metalldrähte 119 bis 121 des Heizelements angelegt; dies ermöglicht die Verhinderung fehlerhafter Vorgänge in der Heizelement-Stromversorgungsschaltung 108 und die Beschädigung von deren Elementen.
Der (nicht dargestellte) kathodenseitige Anschluss des Metalldrahts 119 ist nur in der Periode der Erwärmung des Heizelements während der Zündung direkt an die Kathode 111 angeschlossen, und die Heizelementspannung ist so angelegt, dass die Kathoden-111-Seite ein hohes Potenzial aufweist. Aus diesem Grund hat – wie voranstehend bereist ausgeführt – der Elektrodenträger der Kathode 111 im Verhältnis zum gegenüber liegenden Teil des Metalldrahts 119 ein hohes Potenzial, und es ist möglich, eine Verschlechterung der Druckfestigkeit der Lampe 101 zu verhindern.

Claims

Quecksilber-Hochdrucklampen-Lumineszenzvorrichtung, ein Paar Elektroden (6, 7; 111, 112) umfassend, die innerhalb eines Entladungsgefäßes (2) aus Quarzglas mit einem Lumineszenzteil (3; 113) einander gegenüber angeordnet sind, ferner Dichtungen (4, 5; 114, 115), die an gegenüber liegenden Enden des Lumineszenzteils (3; 113) ausgebildet sind, und mindestens 0,15 mg/mm³ Quecksilber, das im Entladungsgefäß dicht eingeschlossen (2) ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein leitfähiges Heizelement (11, 12; 119, 120) um die Dichtungen (4, 5; 114, 115) des Entladungsgefäßes (2) gewickelt ist, ein Mittel zum Leiten von Elektrizität durch das leitfähige Heizelement (11, 12; 119, 120) vorgesehen ist, um die Temperatur der Außenwand des Lumineszenzteils (3; 113) des Entladungsgefäßes (2) auf oder über 100°C zu regeln, bevor die Quecksilber-Hochdrucklampe (1; 101) erleuchtet wird, das leitfähige Heizelement (11, 12; 119, 120) mittels eines Metalldrahts (14; 121) angeschlossen ist, der den Lumineszenzteil (3; 113) des Entladungsgefäßes (2) überspreizt; und das leitfähige Heizelement (11, 12; 119, 120) elektrisch an einen externen Leiter (9; 117) der Quecksilber-Hochdrucklampe (1; 101) angeschlossen ist.
Quecksilber-Hochdrucklampen-Lumineszenzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der externe Leiter (9; 117), an den das leitfähige Heizelement (11, 12; 119, 120) angeschlossen ist, der externe Leiter auf einer Kathoden-(6; 111)-Seite der Hochdruck-Quecksilberlampe (1; 101) ist.
Quecksilber-Hochdrucklampen-Lumineszenzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner eine Lampen-Stromversorgungsschaltung (102) zum Zünden der Quecksilber-Hochdrucklampe (101) und zur Stromversorgung des leitfähigen Heizelements (119, 120) umfassend.
Quecksilber-Hochdrucklampen-Lumineszenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Heizelement (11, 12; 119, 120) vor und während der Leuchtphase der Hochdruck-Quecksilberlampe (1; 101) betätigt werden kann.
Quecksilber-Hochdrucklampen-Lumineszenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Lampen-Stromversorgungsschaltung (102) und eine Heizelement-Stromversorgungsschaltung (108) an die selbe Stromquelle (106) angeschlossen sind; und wobei die Heizelement-Stromversorgungsschaltung (108) so geregelt ist, dass der Gesamtenergieausgang der Lampen- und Heizelement-Stromversorgungsschaltungen einen bestimmten Wert nicht überschreitet.
Quecksilber-Hochdrucklampen-Lumineszenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner ein Mittel umfassend, das der Feststellung der Temperatur des Lumineszenzteils (3; 113) und der Unterbrechung der Stromversorgung zum Heizelement (11, 12; 119, 120), wenn die Temperatur einen bestimmten Wert überschreitet, dient.
Methode zum Erleuchten einer Quecksilber-Hochdrucklampen-Lumineszenzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, folgende Schritte umfassend: Erhöhen der Temperatur einer Außenwand des Lumineszenzteils (3; 113) des Entladungsgefäßes (2) auf mindestens 100°C und dann Erleuchten der Hochdruck-Quecksilberlampe (1; 101).