JP2970993B2 - ショートアークメタルハライドランプ - Google Patents
ショートアークメタルハライドランプInfo
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- H01J61/86—Lamps with discharge constricted by high pressure with discharge additionally constricted by close spacing of electrodes, e.g. for optical projection
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Description
として利用されるショートアークメタルハライドランプ
に関する。
用の光源として高効率で高演色性が得られるジスプロシ
ウム、ネオジウムなどの希土類のハロゲン化物を発光管
の内容積1cm3 当たり0.4マイクロモル以上とセシ
ウムのハロゲン化物を同じく0.2マイクロモル以上封
入したショートアークメタルハライドランプが盛んに使
用されている。この種類のランプは高輝度の要請から3
5w/cm2 から80w/cm2 の高負荷で点灯される
ため、石英管壁温度が900度C以上にも達し、数百時
間の点灯で管壁に白濁を発生する問題がある。白濁が発
生すると光学的応用を目的にした用途では、ランプの発
光面積が大きくなるため光の利用効率が著しく悪くな
り、また事実上白濁によりランプ寿命が決定されてい
る。セシウムのハロゲン化物の添加が白濁の抑制にも一
定の効果があり採用されているが不十分であり、従来の
ランプはスクリーン光束が2000時間以内に50%以
下に低下するため白濁の抑制が強く要請されている。シ
ョートアークメタルハライドランプの点灯方法としては
商用周波数(50Hz−60Hz)の交流での点灯、5
0Hz−500Hz程度の矩形波による点灯が一般的に
実用化されているほか、直流で点灯することも提案され
ている。直流で点灯するときは発光物質の偏りが生じる
ため、これを対流による混合作用により低減するため一
般に陰極を上方にし、アーク軸を鉛直にして点灯され
る。
メートル前後の微結晶シリカ(クリストバライトと呼ば
れる結晶)が堆積したものであることが判明した。微結
晶シリカの発生原因は次のように推定される。封入した
希土類ハロゲン化物は通常は管壁近くではハロゲンと結
合した状態で存在し、管壁の温度が850度C前後に達
すると希土類ハロゲン化物が蒸発する。この希土類ハロ
ゲン化物の分子が高温のアーク中に入ると希土類ハロゲ
ン化物は解離し、希土類原子となりこの希土類原子がイ
オン化され、あるいは励起されて発光する。アーク中の
希土類原子が対流や拡散により管壁近くの低温部に達す
るとハロゲンと再結合して希土類ハロゲン化物の分子に
戻る。しかし極く一部分の希土類イオン原子や原子はハ
ロゲンと再結合できずにイオン原子あるいは原子状態の
ままで石英管壁に付着する可能性がある。希土類イオン
原子は非常に高い確率で、また希土類中性原子でも一定
の確率で石英ガラスのシリカに作用してシリカを微結晶
状態のシリカ結晶に変化させる働きを行なうものと推定
される。希土類イオン原子や希土類原子が石英管壁に到
達する可能性はアークと石英管壁の距離が近いほど、ま
た石英管壁の温度が高いほど増大すると考えられる。す
なわち白濁はランプの管壁負荷が高いほど起こり易いは
ずであり、これは経験的事実に合致している。
ン化物とセシウムハロゲン化物を封入したショートアー
クメタルハライドランプにおいて発生する白濁を画期的
に抑制して、ランプの長寿命化を実現することを目的と
する。
陰極と陽極としてそれぞれ動作する一対のタングステン
製電極を備えた石英製発光管に希ガス、水銀のほか少な
くとも発光管の体積1cm3 当りハロゲン化インジウム
0.8マイクロモルから8マイクロモルと、ジスプロシ
ウムなどの希土類元素のハロゲン化物を体積1cm3 当
り0.4マイクロモル以上と、さらにハロゲン化セシウ
ム0.2マイクロモル以上とを封入してランプを形成
し、このランプをアーク軸をほぼ水平にして、かつ直流
電力で点灯することによって達成される。
してアーク軸を水平にしたままで直流電力で点灯する方
法を発明した。これは従来は嫌われていた直流点灯した
時に生じる発光物質の偏り現象(カタホリシスと呼ばれ
る)を白濁の抑制に積極的に利用するものである。すな
わち直流点灯により希土類イオン原子が陰極方向に引っ
張られ陽極に向かって希土類原子の密度に勾配が生じる
現象、特にイオン原子を持続的に陰極に引きつける効果
により、管壁へ到達する希土類イオン原子や中性原子の
数を減らすことにより、白濁の発生を画期的に減らすこ
とに成功した。
光の色むらを効果的に抑制する手段を提供する。すなわ
ちアーク軸を水平にして直流点灯すると生じる希土類原
子の密度傾斜によって生じる色むらを、蒸気圧が高いた
め発光傾斜を生じにくい特定の発光物質としてハロゲン
化インジウムと組み合わせることにより、大幅に低減
し、かつ所望の色温度を実現することに成功した。本発
明ではさらに封入するハロゲン化合物中のハロゲンの種
類を制限することにより、蒸気圧が高いハロゲン化合物
を使用したときにしばしば問題になる電極の腐食を回避
し、同時に黒化の発生も回避して良好な寿命特性を得る
ことに成功した。すなわち使用するハロゲンとして、よ
う素を原子比で50%以上の主成分元素とし、残りを臭
素とすることにより、黒化と電極腐食をともに回避する
ことを特徴とする。
る。図において、内径8.5mm、内容積0.38cm
3 のほぼ球形の石英製発光管1にタングステン製の陽極
2と陰極3を先端を4mm隔てて対向させ、封止した。
この発光管を排気し、よう化インジウム0.4mgと、
よう化デイスプロシウム0.25mg、よう化ネオジウ
ム0.2mg、よう化セシウム0.2mg、水銀16m
g、さらに始動ガスとしてアルゴンガス13kPaを封
入し、5本のランプを作成した。このランプの陰極側の
外面にアルミナ保温膜4を塗布し、入力電力150Wで
点灯するとランプ単体は色温度7000K乃至8000
K、黒体放射からの偏差はuv色度図上で0.01前
後、効率68乃至73ルーメン/Wであり、光色、効率
とも良好であった。このランプを焦点距離13mmの回
転放物面鏡5に陰極側を外側にして同軸上に設置し、入
力電力150Wで点灯試験を行なった。点灯時間200
0時間まで試験し、液晶投射形デイスプレイの模擬装置
に設置して、スクリーン光束の維持率を監視した結果、
2000時間経過後も初期光束の70%−75%と良好
であった。このデータを図2に示す。
は図1と同じで、封入物のハロゲン化インジウムの量だ
けを変化させて調査した一連の実験の結果、ハロゲン化
インジウムの封入量が放電管内容積1cm3 当り0.8
マイクロモル未満では発光が陰極側に偏りすぎ、陽光柱
の発光がほぼ一様になりがたく、また効率も極端に低下
する欠点があった。他方、8マイクロモルを越えると発
光色の偏差が0.02uv以上になり緑が強くなりすぎ
る欠点があることが判明した。
容積1.0cm3 の石英製発光管にタングステン製陽極
と陰極を5mmの間隔で対向させて封止した。この発光
管を排気し、よう化インジウム0.4mg、臭化インジ
ウム0.3mg、よう化ジスプロシウム0.5mg、臭
化ネオジウム0.4mg,よう化セシウム0.4mg,
水銀24mg、アルゴンガスを常温で13kPa封入し
た。ランプの陰極側の発光管外面に耐熱性酸化物を保温
膜として塗布した。このランプを250W入力電力で点
灯したところ色温度7000K乃至8000Kで、68
乃至74ルーメン/Wの効率であった。このランプも焦
点距離13mmの反射鏡に組み付け、点灯試験したとこ
ろ、2000時間経過後も初期スクリーン光束の65%
から75%のスクリーン光束を維持した。
実施例と同じで、封入物において、封入ハロゲン化物の
よう化物と臭化物の比率を変化させて試験した結果、封
入されたハロゲン化物のうち臭化物の比率が50%以上
になると電極の根元部の腐食が著しくなり、早期に電極
が折れる傾向があることが判明した。
化物を発光物質として用いた液晶投射形デイスプレイ用
ランプの大きな欠点である白濁の発生を、水平の点灯姿
勢と直流入力と特定の発光物質の追加封入とにより、画
期的に抑制し、有効光束の低下を改善したものである。
前記したように図2に本発明による150Wランプのス
クリーン光束の維持特性の例を標準的な従来ランプの特
性と共に示す。なお、封入物としてハロゲン化インジウ
ムの代わりにハロゲン化錫を用いても色むらの抑制に若
干の効果があるがハロゲン化インジウムの方が優れた効
果を示すことを確認した。また希土類元素は実施例とし
て記述した以外にホルミウム、エルビウム、プラセオジ
ウム、ランタンなどの希土類をジスプロシウムと組み合
わせて封入すると良好な発光特性が得られることを確認
した。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】管壁負荷35W/cm2以上の高負荷で点
灯されるショートアークメタルハライドランプにおい
て、封入物として始動用希ガスと水銀と、発光管の内容
積1cm3当り、0.8マイクロモルから8マイクロモ
ルのハロゲン化インジウムと、希土類ハロゲン化物およ
びハロゲン化セシウムを封入し、かつアーク軸をほぼ水
平にして、直流電力で点灯するとともに、 前記ハロゲン化物を構成するハロゲンはヨウ素または臭
素の混合物よりなり、ヨウ素原子の比率が0.5から
1.0(ヨウ素原子数の比率が50%以上)であること
を特徴とするショートアークメタルハライドランプ。
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