JP2007213977A

JP2007213977A - 高圧放電灯、画像投影装置

Info

Publication number: JP2007213977A
Application number: JP2006032610A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Tanaka; 以知郎田中; Aki Shindo; 亜希新藤; Shuhei Kobayashi; 周平小林
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-08-23

Abstract

【課題】プロジェクタ用光源として求められる６，０００〜９，０００（Ｋ）の高色温度で、色再現性に優れた光源を実現する。
【解決手段】管壁負荷が４０（Ｗ／ｃｍ^２）以上の放電空間１４内に、常温で２atm以上のＸｅ、それにＳｃ、Ｄｙ，Ｎｄ，Ｉｎその他の希土類金属から選択される少なくとも１種とハロゲン化亜鉛からなるハロゲン化金属を封入する。ハロゲン化金属に含有される金属臭化物を３５（ｗｔ％）以上とし、定格ランプ電力１００Ｗ、ランプ電圧３０Ｖ、管壁負荷５１（Ｗ／ｃｍ^２）で駆動すると、ランプ効率が４５（ｌｍ／Ｗ）、色温度が８，５００（Ｋ）、平均演色評価数Ｒａが８２得られる。
【選択図】図１

Description

この発明は、高効率、高出力、高集光効率で、且つコンパクトな設計が要求される、例えば液晶プロジェクタの画像投影用の光源として使用される本質的に水銀が封入されていない環境に配慮した高圧放電灯およびこれを用いた画像投影装置に関する。

従来、プロジェクタ用の光源として搭載される高圧放電灯は、透光性の気密容器に内部に形成された放電空間には対向する電極を有し、この電極は金属箔の一端と接合され、金属箔の他端には電気導入線が接合されており、金属箔の部分にて気密を維持するよう減圧封止にて封着された一対の対向する封止部を有し、放電空間には水銀、ハロゲン、希ガス等を含む放電媒体を封入し、点灯時には放電空間内の水銀蒸気圧が１０ＭＰａ以上の高圧になる超高圧水銀ランプであった（例えば、特許文献１）。
特表２００３−５２６１８２公報

上記した特許文献１の技術は、超高圧水銀ランプは点灯時に水銀蒸気圧が１０ＭＰａを越えるよう多量の水銀を封入してあり、今日、意識が高まっている環境問題に対する課題を解決する状況にはなかった。そこで、水銀に代わる金属としてＺｎ、その他発光金属を金属ハロゲン化物で封入し、金属ハロゲン化物の中の金属ヨウ化物を主として封入している。この場合、ランプ電力が８０Ｗ以上で、点光源に近づくよう電極間距離が３ｍｍ以下を求められるようになると、非常に負荷の高いランプとなり、色温度が５，０００（Ｋ）を下回る低色温度の特性となり、プロジュクタ用の光源として適さない、という問題がある。

この発明の目的は、本質的に水銀を封入せずに６，０００〜９，０００（Ｋ）の高色温度で、色再現性に優れた高圧放電灯およびこの高圧放電灯を用いた画像投影用装を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の高圧放電灯は、放電空間が形成された透光性の石英ガラス製バルブと、前記放電空間内に３．０ｍｍ以下の対向距離で配置された電極と、管壁負荷が４０（Ｗ／ｃｍ^２）以上の前記放電空間内に、常温で２atm以上のＸｅ、それにＳｃ、Ｄｙ，Ｎｄ，Ｉｎその他の希土類金属から選択される少なくとも１種およびハロゲン化亜鉛からなるハロゲン化金属を封入し、基本的に水銀が含まれない高圧放電灯において、前記ハロゲン化金属に含有される金属臭化物を３５（ｗｔ％）以上としたことを特徴とする。

この発明によれば、プロジェクタ用光源として求められる６，０００〜９，０００（Ｋ）の高色温度で、色再現性に優れた光源を実現することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、この発明の高圧放電灯の一実施形態について説明するための構成図である。図１において、１１は透明な石英ガラス製のバルブであり、ほぼ楕円形状の回転体の発光管部１２とその長手方向の両端部に発光管部１２と同材料で形成されたバルブ１１内を気密の封止部１３１，１３２からなる。発光管部１２には、その長手方向にほぼ円柱状の放電空間１４が形成されており、この放電空間１４には封止部１３１，１３２の内部から延出された、例えばドープ材が添加されていない純タングステン材料で形成される電極１５１，１５２が間隔をおいてその先端が対向するように配置されている。電極１５１，１５２の軸径はφ０．５ｍｍで、その一端にφ０．２ｍｍのコイル１６１，１６２が数ターン巻きつけてある。

なお、電極１５１，１５２先端部分には、プラズマ熱源による溶融により、略半球形状に凝固させ一体化し、アークを集中させるために突起部１７１，１７２がそれぞれ形成される。

また、放電空間１４には、発光金属としてＺｎＩ_２（ヨウ化亜鉛）、ＺｎＢｒ_２（臭化亜鉛）、ＳｃＩ_３（ヨウ化スカンジウム），ＤｙＩ_３（ヨウ化ジスプロシウム），ＤｙＢｒ_３（臭化ジスプロシウム），ＮｄＢｒ_３（臭化ニオブ），ＩｎＢｒ_３（臭化インジウム），ＣｓＩ（ヨウ化セシウム）を封入し、これら封入物の臭化金属比率を８０（ｗｔ％）とし、さらに始動補助ガスとしてＸｅ（キセノン）を常温で９atm封入する。

封止部１３１，１３２は、圧潰して形成されており、その内部にはモリブデン（Ｍｏ）製の金属箔１８１，１８２が封着されている。この金属箔１８１，１８２のそれぞれの一端は、電極１５１，１５２に溶接されており、他端には例えばニッケル製のワイヤ１９１，１９２がそれぞれ接続されており、ワイヤ１９１，１９２はランプ外の点灯装置２０から電力の供給を受けるための導入導線である。

ここで、水銀フリー高圧放電灯における放電媒体は、本質的に水銀が封入されていない。「本質的に水銀が封入されていない」とは、水銀が全く封入されていないというだけでなく、気密容器の内容積１ｃｃ当たり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀が存在していることを許容するという意味である。しかし、水銀を全く封入しないことは環境上望ましいことである。従来のように水銀蒸気によって放電灯の電気特性を維持する場合、電極間距離が比較的小さくて小形の高圧金属蒸気放電灯においては、気密容器の内容積１ｃｃ当たり２００〜４００ｍｇ、さらに場合によっては５００ｍｇ以上封入していたことからすれば、水銀量が実質的に少ないといえる。

希ガスは、２〜１５気圧の圧力で封入されている。なお、希ガスは、好適にはＸｅである。希ガスの封入圧を２〜１５気圧とする理由は、この範囲であれば点灯直後数秒までの光束立ち上がりを早め所望の光度を短時間で得ることができるからである。点灯直後所望の光度を得るまでの時間にあまり不便を感じない場合は、封入圧力を下げることも可能である。

次に、この発明の高圧放電灯により点灯される高圧放電灯の具体的な寸法例を（１）〜（４）に示し、図２とともに説明する
（１）発光管部１２は、中央部の外径Ｌ１を１１．４ｍｍ、肉厚Ｌ２を２．２ｍｍ、内径Ｌ３を５．６ｍｍ、球体長Ｌ４を９．８ｍｍ、発光管部１２の内表面積を１９５ｍｍ^２、内容積を２５０ｍｍ^３とする。
（２）電極１５１，１５２は、電極軸Ｌ５をφ０．５ｍｍ、コイル１６１，１６２径Ｌ６をφ０．１５ｍｍ、突起部１７１，１７２最大径Ｌ７を１．０ｍｍ、電極間距離Ｌ８を２．０ｍｍとする。
（３）金属箔１８１，１８２は、膜厚を０．０２８ｍｍ、幅を２．０ｍｍ、長さを１５ｍｍとする。
（４）放電空間１４内には、発光金属としてＺｎＩ_２：０．５ｍｇ、ＺｎＢｒ_２：１．５ｍｇ、ＳｃＩ_３：０．１５ｍｇ，ＤｙＩ_３：０．０５ｍｇ，ＤｙＢｒ_３：０．１８ｍｇ，ＮｄＢｒ_３：０．３３ｍｇ，ＩｎＢｒ_３：０．１０ｍｇ，ＣｓＩ：０．０７ｍｇを封入し、これらの封入物の中に占める臭化金属比率は８０（ｗｔ％）で、他に始動補助ガスとしてＸｅガスを常温で９atm封入する。

上記構成の高圧放電灯を、例えば定格ランプ電力を１００Ｗ、ランプ電圧を３０Ｖ、管壁負荷を５１（Ｗ／ｃｍ^２）で駆動すると、ランプ効率が４５（ｌｍ／Ｗ）、色温度が８，５００（Ｋ）、平均演色評価数Ｒａが８２得られ、プロジェクタの光源として適する高色温度で、演色評価数が８０を越え、色再現性に優れた高圧放電灯が得られた。

上記した効果の検証について、図３〜図５を参照して説明する。図３は図２で説明した高圧放電灯の寸法で封入金属をサンプルＡ〜Ｅの仕様で試作した例を示す。図４、図５はハロゲン化金属中の金属臭化物の重量パーセントと初期特性の関係を評価したもので、図４は色温度との関係を、図５は全光束との関係をそれぞれ示すものである。

図４に示すように、臭化物比率を高くすると色温度は高くなり、３５（ｗｔ％）以上で色温度を６，０００（Ｋ）以上に高くすることができる。
また、図５に示すように、臭化物比率を高くしても全光束の大幅な低下は見られなかった。

このようなことから、封入されたハロゲン化金属中に占める金属臭化物の重量パーセントを３５（ｗｔ％）以上にすることで、プロジェクタ用光源として求められる６，０００（Ｋ）以上の高色温度の実現が可能となり、色再現性に優れた光源としての高圧放電灯を得ることができる。

図６は、図１に構成の高圧放電灯が液晶プロジェクタに搭載された場合の、この発明の画像撮影装置について説明するためのシステム構成図である。

図６において、６１は液晶プロジェクタであり、この液晶プロジェクタ６１は本体６２を有し、本体６２の前面側には投影開口６３が形成される。また、本体６２内には光源６４が配設され、この光源６４は高圧放電灯６５と高圧放電灯６５に光学的に対向した反射手段としてのリフレクタ６６にて形成される。そして、光源６４の照射方向の前方には、表示手段としての液晶パネル６７が配設され、この液晶パネル６７の前方の投影開口６３に対応して投影手段としての投影レンズ６８が配設されている。投影開口６３の前方には、スクリーン６９が配設される。

さらに、高圧放電灯６５には点灯回路７０が接続され液晶パネル６７には液晶駆動回路７１が接続され、点灯回路７０および液晶駆動回路７１は商用交流電源７２が接続される。点灯回路７０は高圧放電灯６５を直流で点灯するものであっても、交流で点灯するものであっても構わない。

上記した構成の画像撮影装置は、まず、点灯回路７０から供給される電力で光源６４の高圧放電灯６５を点灯させる。高圧放電灯６５からの光は、直接あるいはリフレクタ６６で反射させて液晶パネル６７方向に照射される。液晶パネル６７は、液晶駆動回路７１で表示を変化させ、光源６４からの光を透過させて投影レンズ６８で投影し、スクリーン６９に映像が映し出される。

なお、上記したリフレクタ６６の放射方向は開放になっているが、透明な前面ガラスを配置し、リフレクタ６６内に配置される高圧放電灯６５を外部に対して密閉させても構わない。

この液晶プロジェクタでは、水銀が含まれない高圧放電灯を使用しながら、液晶プロジェクタとして良好な色温度特性に加え、良好なランプ効率やランプ電圧が得られることから、映像の色再現性を向上させることができるとともに、光学設計のマッチング性も取りやすくいものとなる。

この発明の高圧放電灯の一実施形態について説明するための構成図。この発明の高圧放電灯の実施例１について説明するための構成図。この発明の高圧放電灯で封入金属をＡ〜Ｅサンプルの仕様について説明するための説明図。ハロゲン化金属中の金属臭化物と色温度との関係について説明するための説明図。ハロゲン化金属中の金属臭化物と全光束との関係について説明するための説明図。この発明の画像投影装置の一実施形態について説明するためのシステム構成図。

符号の説明

１１バルブ
１２発光管部
１３１，１３２封止部
１４放電空間
１５１，１５２電極
１６１，１６２コイル
１７１，１７２突起部
１８１，１８２金属箔
１９１，１９２ワイヤ
２０点灯装置
６１液晶プロジェクタ
６２本体
６５高圧放電灯
６９スクリーン

Claims

放電空間が形成された透光性の石英ガラス製バルブと、前記放電空間内に３．０ｍｍ以下の対向距離で配置された電極と、管壁負荷が４０（Ｗ／ｃｍ^２）以上の前記放電空間内に、常温で２atm以上のＸｅ、それにＳｃ、Ｄｙ，Ｎｄ，Ｉｎその他の希土類金属から選択される少なくとも１種およびハロゲン化亜鉛からなるハロゲン化金属を封入し、基本的に水銀が含まれない高圧放電灯において、
前記ハロゲン化金属に含有される金属臭化物を３５（ｗｔ％）以上としたことを特徴とする高圧放電灯。
請求項１の高圧放電灯と、
前記高圧放電灯を光源とし、該光源から放射される光に基づき画像を投影する画像投影装置本体と、を具備したことを特徴とする画像投影装置。