JP4464156B2

JP4464156B2 - プラズマランプシステム及びそれに用いられるバルブ

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Publication number: JP4464156B2
Application number: JP2004033503A
Authority: JP
Inventors: ビョン−ジュパーク; ジューン−シクチョイ; ヨン−ソグジョン; ヒュン−ジュンキム; ジ−ヨンリー; ユン−チュルジュン
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2024-02-10
Also published as: JP2005085749A; US7161303B2; US20050052140A1; EP1513187A2; CN1595604A; EP1513187A3; CN1319113C

Description

本発明は、プラズマランプシステムに係るもので、詳しくは、点光源特性及びスペクトラム特性を向上させることで照明効率を極大化できるプラズマランプシステム及びそれに用いられるバルブに関するものである。

一般に、プラズマランプシステムは、マイクロ波エネルギーまたは電気放電により、バルブの内部の充填物質が励起されながら、可視光線または紫外線が発光する照明システムであって、白熱灯や蛍光灯に比べて寿命が長く、照明効率が優秀であるという特性を有している。

前記プラズマランプシステムのバルブの内部には、マイクロ波エネルギーまたは電気放電により励起されながら発光を主導する主発光物質として、金属ハロゲン化物または高圧の水銀が充填され、発光初期にプラズマを形成するための非活性ガス及び点灯を容易にする添加物なども共に充填される。

このような従来のプラズマランプシステムは、バルブの内部に充填される主発光物質の種類によって異なる特性を示すようになる。

然るに、このような従来のプラズマランプシステムにおいては、バルブの内部に高圧の水銀が充填されるUHP(Ultra High Performance)ランプシステムの場合、作動時に約200気圧以上の水銀が発光するようになり、図6に示したようなスペクトラム特性を示す。即ち、前記UHPランプシステムにおいては、バルブから発光する光の波長が400〜500ナノメートル付近の青色系統、及び500〜600ナノメートル付近の緑色系統では光の強度が大きく、光の波長が600〜700ナノメートル付近の赤色系統では光の強度が低い。よって、前記UHPランプシステムは、純度の高い赤色系統の色相が得られないため、ディスプレー性能の向上に限界があるという不都合な点があった。

また、バルブの内部に金属ハロゲン化物が充填されるMH(Metal Halide)ランプシステムの場合は、光の強度が赤色、緑色及び青色系統でそれぞれ独立的なピークを示すので、適切なスペクトラムの形成が容易であるという利点があるが、金属ハロゲン化物の特性上、最適の使用圧力が比較的低く、よって、光が平行でなく放射状に拡散する現象が大きく現れるので、点光源を要求する光学システムへの適用には容易でないという不都合な点があった。従って、前記MHランプシステムを点光源を要求するプロジェクターまたはプロジェクションディスプレーのような光学システムに適用する場合、図7に示したように、平行光30を得るためには、バルブ10のアーク40の中心を、光を反射させるリフレクタ20の焦点に位置させなければならないため、製造が複雑で生産性が低下するという不都合な点があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、点光源特性及び光のスペクトラム特性を向上させることで、点光源を要求する光学システムに最適に適用できると共に、その照明効率を極大化できるプラズマランプシステム及びそれに用いられるバルブを提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係るプラズマランプシステムのバルブにおいては、主発光物質として金属ハロゲン化物及び水銀が共に充填されるプラズマランプシステムのバルブであって、金属ハロゲン化物の作動圧力は、０.１〜１０気圧の範囲を有し、水銀の作動圧力は、３０〜１５０気圧の範囲を有することを特徴とする。

また、本発明に係るプラズマランプシステムにおいては、マイクロ波エネルギーを発生するマグネトロンと、マイクロ波エネルギーが共振される共振領域を有する共振器と、共振器で共振されるマイクロ波エネルギーにより励起されながら発光する主発光物質が充填されるバルブとを有するプラズマランプシステムであって、バルブの内部には、主発光物質として金属ハロゲン化物及び水銀が共に充填され、金属ハロゲン化物の作動圧力は、０.１〜１０気圧の範囲を有し、水銀の作動圧力は、３０〜１５０気圧の範囲を有することを特徴とする。

本発明に係るプラズマランプシステム及びそれに用いられるバルブにおいては、バルブの内部に主発光物質として金属ハロゲン化物及び高圧の水銀を共に充填することで、点光源特性及び光のスペクトラム特性が向上するので、点光源を要求する光学システムに最適に適用できるだけでなく、その照明効率を極大化できるという効果がある。

以下、本発明に係る実施形態について、図面に基づいて説明する。

プラズマランプシステムは、マグネトロンから発生するマイクロ波エネルギーまたは電気供給源から供給される電気エネルギーによりバルブに封入された物質が励起されながら発光が行われる照明システムであって、このようなプラズマランプシステムは、電極のないバルブにマイクロ波エネルギーが印加されて発生するプラズマにより発光する無電極ランプシステムと、バルブに互いに対向する一対の電極が備えられ、それら電極を介して印加されるマイクロ波エネルギーまたは電気エネルギーにより発光する有電極ランプシステムとに区分される。

図１及び図２に示したように、本発明に係るプラズマランプシステムにおいては、外部電源の印加によりマイクロ波エネルギーを発生するマグネトロン１と、該マグネトロン１に連結され、その内部にマイクロ波エネルギーが共振される共振領域２が形成される共振器３と、該共振器３の一側に固定され、その内部にマイクロ波エネルギーにより発光する発光物質が充填されるバルブ４と、前記共振器３から前記バルブ４側にマイクロ波を案内するウェーブガイド６と、前記バルブ４から発光する光を反射させるリフレクタ５と、を含んで構成されている。

図３に示したように、前記バルブ４は、内部に充填物質１１０が封入される球状の発光部１１１と、該発光部１１１の一側に延長されて、前記ウェーブガイド６と連結されるバルブステム１１２と、該バルブステム１１２の内部に設置され、前記ウェーブガイド６と連結されて、マイクロ波エネルギーを前記充填物質１１０に案内するコンダクタ１１３と、から構成されている。

前記発光部１１１及びバルブステム１１２は、光透過率が高く誘電損失が少ない石英材質から形成されることが好ましい。

また、前記バルブ４の内部には、マイクロ波エネルギーによりプラズマ化しながら発光を主導する主発光物質として、金属ハロゲン化物が充填され、硫黄(S)及びセレン(Se)のような物質と、発光初期にプラズマを形成するためのアルゴン(Ar)、ゼノン(Xe)及びクリプトン(Kr)のような非活性ガスと、点灯を容易にする添加物なども共に充填される。

且つ、前記バルブ４の内部には、点光源特性及び照明効率を向上させるため、主発光物質として高圧の水銀が充填される。即ち、前記バルブ４の内部に主発光物質として金属ハロゲン化物及び高圧の水銀が共に充填されることで、前記バルブ４の内部の圧力が上昇し、よって、発光する光の拡散現象が減少し、平行光の量が増加するようになる。このようなバルブ４は、点光源及び平行光を要求するプロジェクター及びプロジェクションディスプレーのような光学システムに最適に適用することができる。

また、前記バルブ４の内部に、主発光物質として金属ハロゲン化物と共に高圧の水銀が充填される場合は、金属ハロゲン化物のスペクトラム特性及び水銀のスペクトラム特性が相互に複合的に現れるため、発光する光の波長が６００〜７００ナノメートル付近の赤色系統で光の強度が大きくなり、光の波長が赤色、緑色及び青色系統で均一に現れるため、演色及び照明効率が向上する。

前記バルブ４の内部に充填される金属ハロゲン化物の作動圧力は、０.１〜１０気圧に設定されることが好ましい。金属ハロゲン化物の圧力が０.１気圧以下になると、金属ハロゲン化物の特性が現れなくなり、金属ハロゲン化物の圧力が１０気圧以上になると、電離したハライド成分により放電が不安定になる。ここで、金属ハロゲン化物の最適の設定圧力は０.５〜３気圧であり、金属ハロゲン化物としては、ヨウ化ガリウム(GaI₃)及びヨウ化ストロンチウム(SrI₂)が適している。

また、前記バルブ４の内部に充填される水銀の作動圧力は、３０〜１５０気圧に設定されることが好ましいが、その理由は、水銀の圧力が３０気圧以下になると、バルブ４の内部のプラズマが拡散して点光源特性が弱くなるので、水銀の充填効果が少なく、水銀の圧力が１５０気圧以上になると、金属ハロゲン化物のスペクトラム特性は減少し、水銀のスペクトラム特性のみが増加するので、全体的なスペクトラム特性が低下するためである。

図４及び図５は、本発明に係るプラズマランプシステムのバルブに充填される充填物質のタイプの変化による光の強度及び波長を比較して示したグラフで、バルブ４の内部に主発光物質として約２００気圧の高圧の水銀のみが適用されたUHPランプシステムと、バルブ４の内部に主発光物質として金属ハロゲン化物及び高圧の水銀が共に充填され、金属ハロゲン化物として、ヨウ化ガリウム(GaI₃)及びヨウ化ストロンチウム(SrI₂)がそれぞれ適用された第１実施例及び第２実施例とを比較したものである。

図示されたように、バルブ４の内部に主発光物質として高圧の水銀のみが充填されるUHPランプシステムの場合は、発光する光の波長が６００〜７００ナノメートル付近の赤色系統で光の強度が低い反面、バルブ４の内部に主発光物質として金属ハロゲン化物及び高圧の水銀が共に充填される本発明の第１及び第２実施例の場合は、光の波長が６００〜７００ナノメートル付近の赤色系統で光の強度が比較的大きい。また、本発明の第１及び第２実施例の場合は、UHPランプシステムの場合より、全体的な光の波長領域でその強度が均一に現れ、よって、赤色、緑色及び青色系統の光が均一に発光する特性がある。

即ち、図４及び図５のグラフから、本発明の第１及び第２実施例のように、バルブの内部に主発光物質として金属ハロゲン化物及び高圧の水銀を共に充填すると、点光源特性が向上するだけでなく、金属ハロゲン化物のスペクトラム特性及び高圧の水銀のスペクトラム特性が相互に複合的に現れるようになるので、照明効率が向上することが分かる。且つ、発光する光の波長が赤色、緑色及び青色系統で均一に現れるので、演色が格段に優秀であるという効果があり、光学システムにおいて光の赤色、緑色及び青色の最適の色相比を具現するのに容易であるという効果がある。

本発明に係るプラズマランプシステムを示した部分切開斜視図である。本発明に係るプラズマランプシステムを示した断面図である。本発明に係るプラズマランプシステムのバルブを示した断面図である。従来のUHPランプシステムと本発明の第１実施例によるプラズマランプシステムとの光スペクトラム特性を比較して示したグラフである。従来のUHPランプシステムと本発明の第２実施例によるプラズマランプシステムとの光スペクトラム特性を比較して示したグラフである。従来のUHPランプシステムの光スペクトラム特性を示したグラフである。従来のMHランプシステムを示した断面図である。

符号の説明

１…マグネトロン
３…共振器
４…バルブ
５…リフレクタ
６…ウェーブガイド

Claims

主発光物質として金属ハロゲン化物及び水銀が共に充填されるプラズマランプシステムのバルブであって、
前記金属ハロゲン化物の作動圧力は、０.１〜１０気圧の範囲を有し、前記水銀の作動圧力は、３０〜１５０気圧の範囲を有することを特徴とするプラズマランプシステムのバルブ。
前記金属ハロゲン化物の作動圧力は、０.５〜３気圧の範囲を有する請求項１に記載のプラズマランプシステムのバルブ。
前記金属ハロゲン化物は、ヨウ化ガリウム(GaI₃)である請求項１に記載のプラズマランプシステムのバルブ。
前記金属ハロゲン化物は、ヨウ化ストロンチウム(SrI₂)である請求項１に記載のプラズマランプシステムのバルブ。
前記主発光物質は、マイクロ波エネルギーにより励起される請求項１に記載のプラズマランプシステムのバルブ。
前記主発光物質は、電気放電により励起される請求項１に記載のプラズマランプシステムのバルブ。
マイクロ波エネルギーを発生するマグネトロンと、前記マイクロ波エネルギーが共振される共振領域を有する共振器と、前記共振器で共振されるマイクロ波エネルギーにより励起されながら発光する主発光物質が充填されるバルブと、を有するプラズマランプシステムであって、
前記バルブの内部には、主発光物質として金属ハロゲン化物及び水銀が共に充填され、前記金属ハロゲン化物の作動圧力は、０.１〜１０気圧の範囲を有し、前記水銀の作動圧力は、３０〜１５０気圧の範囲を有することを特徴とするプラズマランプシステム。
前記金属ハロゲン化物の作動圧力は、０.５〜３気圧の範囲を有する請求項７に記載のプラズマランプシステム。
前記金属ハロゲン化物は、ヨウ化ガリウム(GaI₃)である請求項７に記載のプラズマランプシステム。
前記金属ハロゲン化物は、ヨウ化ストロンチウム(SrI₂)である請求項７に記載のプラズマランプシステム。