JP2005527089A - 高圧ガス放電ランプ - Google Patents

Abstract

本発明は、ガス充填放電空間（２１）を気密に密閉するランプバルブ（１）と、機能層（３）と、光放出開口（５）とを具え、前記機能層と前記光放出開口は前記ランプバルブの外表面に配置されている高圧ガス放電ランプに関する。本発明では、前記機能層の目的を果たさないランプバルブの他の表面を第２の層（４）で覆うが、当該ランプは所定の電力消費レベルでランプバルブ（１）の失透及びガスの凝縮が起こらないように点灯することができる。

Description

本発明は、ガス充填放電空間を気密に密閉するランプバルブと、機能層と、光放出開口とを少なくとも具え、前記機能層と前記光放出開口は前記ランプバルブの外表面に配置されている高圧ガス放電ランプに関するものである。

高圧ガス放電ランプ（ＨＩＤ(高輝度放電)ランプ）及び特にＵＨＰ(超高性能)ランプはそれらの光学特性のために特にプロジェクション目的に好んで使用されている。本発明の範囲内では、ＵＨＰランプ（フィリップス）なる語は他の製造業者からのＵＨＰ型ランプも含む。

これらの用途にはできるだけ点状の光源が必要とされ、これは電極先端間に生ずる光アークを約０．５〜２．５ｍｍの長さ以上にしてはならないことを意味する。更に、できるだけ高い輝度ができるだけ自然の分光組成とともに必要とされる。

ＤＥ１０１５１２６７から、放電空間の外表面の一部分を外部反射性にすることにより光学プロジェクションシステムの発光効率の上昇を達成できることが既知である。この解決方法では、特に層として構成されるバックレフレクタは少なくとも１つの開口を有する必要があり、この開口はバックレフレクタに対して規則正しく位置させ、高圧ガス放電ランプの主レフレクタの方向への所望の光放出を可能にする必要がある。このような開口の製造は、特に多量生産の場合に、多大な技術的努力を必要とする。

照明技術分野では他の種々の用途において種々の目的を果たす機能層に対して追加の要求がある。これらの機能層はランプバルブの内面及び／または外面に設けることができる。このような機能層のなかには、自動車ランプの場合におけるＵＶ吸収層、ハロゲンランプ上のＩＲ反射層、蛍光ランプの内面の蛍光層などがある。上述した用途における特徴は、ランプバルブの全表面をこれらの層で被覆する必要がある又は被覆することができることにあり、このことはこれらの層の製造の有効性に好影響を与えることにある。

しかし、高圧ガス放電ランプ、特にＵＨＰランプを使用する場合には、さらなる発展のためには２つの本質的な要件を同時に満足させる必要がある。

一方では、放電空間の内表面の最高温度が、通常石英ガラスからなるランプバルブの失透を生ずる高さにならないようにする必要がある。これは、ランプの放電空間内の強い対流が光アークの上部領域を特に強く加熱するために問題となり得る。

他方では、放電空間の内表面における最冷点を、水銀が堆積されないで十分な総合量で蒸気状態に維持されるような高い温度にする必要がある。これは、特に飽和ガス充填ランプで観測される。

これらの２つの相反する要件の結果として、(通常放電空間の上部内面と下部内面における)最高温度と最低温度との最大許容差が比較的小さくなる。この高圧ガス放電ランプを構成材料の負荷限界で動作させると、温度上昇のような温度場の変化がランプ寿命のような性能パラメータに悪影響を与え得る。しかし、最大差以内に維持すること、従って最適動作点を維持することがかなり難しい。その理由は、内部対流が主に放電空間の上部領域を加熱するため、及びこの領域の熱伝導率はランプバルブの適切な構造、例えば壁の厚さを大きくすることによって狭い限界値内で増大することができるのみであるためである。

この最適化されたシステムは、放電空間内の温度場を制御又は変化させる手段に極めて敏感に反応する。上面に反射層を設けることはこのような手段であり、ＵＨＰランプの動作温度が反射層のないランプと比較して通常上昇する。これは、特にランプ内の多重反射のために再吸収が増大することにより生ずる。加えて、被覆層は被覆層のないランプの純粋石英表面と比較してランプ表面の放熱をしばしば低減するため、ランプは熱を十分に放出できず、動作温度がこれに応じてかなり高くなる。

従って、被覆表面の大きさは、これらの高圧ガス放電ランプの所定の電力消費で負荷限界での動作中にランプバルブの失透又はガスの凝縮を生ずる温度場の変化（被覆層により生ずる）ができるだけ小さくなるように小さく維持される。即ち、このような高負荷ランプが必要とする部分被覆は、光放出窓のような光学機能を得るために必要なバルブの表面だけでなく、それぞれの機能に直接寄与しないすべての表面も被覆しないままにしている。ＵＨＰランプを例えばプロジェクションシステムに使用する場合には、光放出開口のみならず球形放電容器に隣接するランプの端部も塗布しないままにしている。その機能効果に関して最小化したこのような部分被覆の製造は大きな技術的努力を必要とし、効率的でない。このようなランプバルブは、少なくとも２つの互いに離間した領域を被覆プロセス中にカバーして被覆を阻止する必要がある。被覆を設けている間、被覆を部分的に阻止するカバーのためにスクリーンを用いる。このようなカバー手段又は類似の機能を有する手段の使用は被覆プロセスを複雑にするため、追加の技術的規定及びプロセスステップが必要となり、製造プロセスの効率に悪影響を与える。この解決方法は、原理的には技術的に可能であるが、多量生産においては多大の技術的努力によって実現可能となるのみである。従って、この問題に対するもっと効率的な解決方法が早急に要求されている。

従って、本発明の目的は、効率的に製造し得る部分被覆層を有し、その光学効率が改善されたランプバルブを有する頭書に記載した種類の高圧ガス放電ランプ及び照明装置を提供することにある。

本発明は、この目的を達成するために、前記機能層の目的に役立たないランプバルブ表面の他の領域を第２の層で覆うが、当該ランプは当該ランプの所定の電力消費レベルでランプバルブの失透及びガスの凝縮が殆ど起こらないように点灯し得ることを特徴とする。

この解決方法の利点は、特に光学プロジェクションシステムにおいて、球状放電空間の外表面の一部分を反射性にすることにより達成し得る発光効率の増大を、光の分光特性を高いレベルに維持したまま利用することができる点にある。これは、本発明によればランプバルブの被覆される外表面をできるだけ大きくするという驚くほど簡単な方法で実現される。理想的な場合には、光放出窓として作用する領域を除いてランプバルブの全外表面を被覆する。

本発明の解決方法は、ＵＨＰランプについて行った実験、即ち該ランプのランプ端部に被覆がある場合とない場合について行った実験から得られた結果に基づくものである。実験の結果は、ランプ端部に被覆を有するランプは確かに点灯中に全体的に一層高温になるが、温度測定の測定精度の範囲内でランプバルブ表面の全域のわたって同等の温度分布になるという驚くべき認識をもたらした。本発明のこの認識を技術的解決に転換することにより、ランプ製造プロセスの大幅な簡単化が可能になる。特に、光放出開口の領域を被覆プロセス中に適切な手段によって被覆されないままにする必要があるだけである。

本発明の意味の機能層は、高圧ガス放電ランプの規定のパラメータ変化を達成する主機能を有する層である。

機能層及び光放出窓の寸法、位置及び形状並びにそれらの相対位置は、それぞれのランプタイプ（付随の主レフレクタも含める）及びランプの構想の用途により決まり、既知の方法で実現することができる。この選択を行う際には、特に多重反射は避けて、これにより光出力の低下ができるだけ生じないようにすべきである。

バックレフレクタは通常主レフレクタに対向する開口を有し、該開口を経て光源の光が主レフレクタへと反射される。

機能層及び第２の層の材料の選択及びそれぞれの層の被覆方法の選択は従来技術に従って行い、それぞれの用途に合うものとする。選択する材料はできるだけ吸収を生じないものとすべきである。

加えて、これらの材料は、ＵＨＰランプに設ける場合には、十分な耐熱性を有するものとする必要がある。

特に、放電空間を具えるランプバルブの中心部分の外形はほぼ球形か楕円形とすべきである。球形の場合には、光アークは球形の中心に位置させる必要がある。楕円形の場合には、２つの焦点間の距離を２つの電極間の距離より大きくしてはならないとともに、両焦点を光アーク内に位置させる必要がある。

従属請求項は本発明の有利な他の実施例に関連する。
特に効率的な製造に有利な実施例は請求項２によって達成される。
請求項３の実施例はＵＨＰランプが好ましい。
請求項４によれば、機能層及び第２の層はランプバルブの表面のほぼ全ての領域を覆うのが好ましい。

請求項５によれば、機能層はダイクロイック特性を有するバックレフレクタ又は干渉フィルタとするのが特に好ましい。
機能層のダイクロイック特性は、光の所定の好ましいスペクトル領域のみを外部に照射する結果をもたらす。

請求項６では、選択した低屈折率の材料はランプバルブの材料に最も一致する二酸化珪素（ＳｉＯ_２）とするのが好ましい。高屈折率の材料としては複数の材料、例えばＴｉＯ_２，ＺｒＯ_２及びＴａ_２Ｏ_５を選択することができ、特にＺｒＯ_２は他の材料より吸収が低いので好ましい。
上述した材料及びその混合物の他に、本発明の範囲内では他の材料を使用することができ、これらの材料を適切な実験によってそれらの有用性について試験することができる。

本発明の意味の機能層を製造する好適な方法は薄膜技術の既知の標準方法であり、特に物理的蒸着、スパッタリング、化学気相成長及びディッピングである。
本発明の目的は請求項１−６の何れかに記載の少なくとも１つの高圧ガス放電ランプを具える照明装置によっても達成される。
このような照明装置又は高圧ガス放電ランプは特にプロジェクション目的に使用することができる。
本発明の他の詳細、特徴及び利点は以下に図面を参照して記載する好適実施例の説明から明らかになる。

図１は本発明による高圧ガス放電ランプ（ＵＨＰランプ）の放電空間２１を有するランプバルブ１の断面図である。ランプバルブ１は、全体が一体構成であり且つこの目的のためにガスが充填された放電空間２１を気密封止しており、その材料は通常硬質ガラス又は石英ガラスであり、２つの互いに対向する円筒部分６１、６２を具え、両円筒部分間に約８ｍｍから１４ｍｍの範囲内の直径を有する球形部分６３を具える。電極手段２を有する楕円形の放電空間２１は球形部分６３の中心に配置される。電極手段２は第１電極２２と第２電極２３を具え、両電極の対向する先端間に発光アーク放電が放電空間２１内に励起され、この発光アークが高圧ガス放電ランプの光源として作用する。電極２２、２３の他端はランプの電気導体７１、７２に接続され、これらの電気導体を経てランプの点灯に必要な電源電圧が、公衆幹線電圧で動作するよう設計された電源(図示せず)から供給される。

機能層３と光放出開口５が球形部分６３の外表面に配置される。機能層３は約３μｍの全厚を有し、いくつかの層からなり、干渉フィルタ形態の所謂クールライトミラーとして構成されている。これらの副層(図示せず)は互いに異なる屈折率を有し、低屈折率の副層と高屈折率の副層が交互に積層されていることを特徴とする。低屈折率の材料は例えばＳｉＯ_２であり、高屈折率の材料は例えばＺｒＯ_２である。

同様にＳｉＯ_２とＺｒＯ_２のいくつかの副層により形成される層４を円筒部分６１、６２に設けるが、この層は層３とその品質、特にその厚さの均一性が相違してよい。機能層３と層４を有する被覆は通常一つの製造プロセスで行うことができる。製造プロセスにおいて生ずる小さな層厚の変動及び不均質性は、機能層３と比較して層４に対する品質要求が低いこと考慮すると、通常許容し得る。更に、品質検査やその結果の除去に対する追加のコストも避けられる。

上述したランプバルブ１を有するＵＨＰランプをその上負荷限界の範囲内で１２０ワットの定格電力で数千時間に亘って点灯させたが、部分被覆のみを有する同等のランプの通常のエージングを超える欠陥は殆ど検出されなかった。
本発明の特に有利な実施例は短アークランプとして構成されたプロジェクション目的に有用な高圧ガス放電ランプからなる。

本発明による高圧ガス放電ランプ（ＵＨＰランプ）の放電空間２１を有するランプバルブ１の断面図である。

Claims (9)

1. ガス充填放電空間を気密に密閉するランプバルブと、機能層と、光放出開口とを少なくとも具え、前記機能層と前記光放出開口は前記ランプバルブの外表面に配置されている高圧ガス放電ランプにおいて、前記機能層の目的に役立たないランプバルブ表面の他の領域を第２の層で覆うが、当該ランプは当該ランプの所定の電力消費レベルでランプバルブの失透及びガスの凝縮が起こらないように点灯し得ることを特徴とする高圧ガス放電ランプ。
2. 前記機能層の目的に役立たないランプバルブ表面の他の領域を覆う前記第２の層はその積層構成又は材料組成に関して前記機能層と異なることを特徴とする請求項１記載の高圧ガス放電ランプ。
3. 前記ランプはＵＨＰランプであることを特徴とする請求項１記載の高圧ガス放電ランプ。
4. 前記機能層及び前記第２の層はランプバルブの表面のほぼすべての領域を覆うことを特徴とする請求項１記載の光源。
5. 前記機能層はダイクロイック特性を有するバックレフレクタ又は干渉フィルタであることを特徴とする請求項１記載の高圧ガス放電ランプ。
6. 前記干渉フィルタはＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２の複数の層からなることを特徴とする請求項５記載の高圧ガス放電ランプ。
7. プロジェクション用に設計された請求項１−６の何れかに記載の高圧ガス放電ランプ。
8. 請求項１−６の何れかに記載の少なくとも１つの高圧ガス放電ランプを具える照明装置。
9. 請求項１−６の何れかに記載の少なくとも１つの高圧ガス放電ランプを具えるプロジェクション装置。

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