JP3077541B2 - 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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- JP3077541B2 JP3077541B2 JP06335346A JP33534694A JP3077541B2 JP 3077541 B2 JP3077541 B2 JP 3077541B2 JP 06335346 A JP06335346 A JP 06335346A JP 33534694 A JP33534694 A JP 33534694A JP 3077541 B2 JP3077541 B2 JP 3077541B2
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- Japan
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- metal halide
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレイ用の光
源、特に、液晶投射型ディスプレイ用の光源として利用
されるショートアークメタルハライドランプに関する。
源、特に、液晶投射型ディスプレイ用の光源として利用
されるショートアークメタルハライドランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、液晶投射形ディスプレイ用の光源
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３５ｗ／ｃｍ
2 から８０ｗ／ｃｍ2 程度の高負荷で点灯されるため、
石英管管壁温度が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、ランプの見かけ
上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、事実上白濁によりランプ寿命が決定されてい
る。
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３５ｗ／ｃｍ
2 から８０ｗ／ｃｍ2 程度の高負荷で点灯されるため、
石英管管壁温度が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、ランプの見かけ
上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、事実上白濁によりランプ寿命が決定されてい
る。
【０００３】液晶投射型ディスプレイ用のショートアー
クメタルハライドランプの点灯方法としては、周波数が
２５０Ｈｚから５００Ｈｚの範囲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、白濁を抑制する方
法の一つとして直流で点灯することも提案されている。
放電方向を水平にして直流で点灯すると白濁抑制に著し
い効果があることは本発明者らが、平成５年度照明学会
全国大会（講演番号２４）において既に報告している通
りであるが、この方法を液晶投射型ディスプレイ用のシ
ョートアークメタルハライドランプに応用しようとする
場合、色むらを取り除いたうえで液晶投射形ディスプレ
イ用の光源として良好な特性を得るためには特別の工夫
がいることが判明した。
クメタルハライドランプの点灯方法としては、周波数が
２５０Ｈｚから５００Ｈｚの範囲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、白濁を抑制する方
法の一つとして直流で点灯することも提案されている。
放電方向を水平にして直流で点灯すると白濁抑制に著し
い効果があることは本発明者らが、平成５年度照明学会
全国大会（講演番号２４）において既に報告している通
りであるが、この方法を液晶投射型ディスプレイ用のシ
ョートアークメタルハライドランプに応用しようとする
場合、色むらを取り除いたうえで液晶投射形ディスプレ
イ用の光源として良好な特性を得るためには特別の工夫
がいることが判明した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、白濁を抑制
した直流点灯用のショートアークメタルハライドランプ
において、色むらを最低限に減少させ、かつ効率のよい
発光を得るためのものであって、発光出力を安定化さ
せ、液晶投射型ディスプレイ用の光源として優れた特性
を持つ長寿命の光源を実現することを目的とする。
した直流点灯用のショートアークメタルハライドランプ
において、色むらを最低限に減少させ、かつ効率のよい
発光を得るためのものであって、発光出力を安定化さ
せ、液晶投射型ディスプレイ用の光源として優れた特性
を持つ長寿命の光源を実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは既に特許出
願済のように、白濁の発生を抑制する方法として放電方
向を水平にして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現象）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、
その結果陰極から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。
願済のように、白濁の発生を抑制する方法として放電方
向を水平にして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現象）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、
その結果陰極から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。
【０００６】しかしながら実用的なランプを開発する過
程で、直流点灯ではアークの不安定が発生し易いことが
判明した。アークのちらつきの発生原因には陰極に起因
するものと、陽極に起因するものとが有ることが判明し
た。陽極の取るべき形状に付いては既に特許出願してあ
るように、陽極の電極軸の先端の平面の面積をランプ電
流に対して一定の範囲内に設計すれば良いことを見だし
ている。陰極についても本発明者らは実験の結果、ラン
プ電流をＩアンペア、陰極の電極軸の断面積をＳ平方ミ
リメートルとすると、０．０２９＜Ｓ／Ｉ＜０．０７６
の関係を満たし、かつ電極突出長を電極軸の２倍以上に
なるように陰極の電極軸を設計することにより安定した
放電が得られることを見だした。本発明の構成を図１に
沿って説明する。両端に陰極１と陽極２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３に希ガス、水銀のほか少なくとも希土類ハロゲン化
物とハロゲン化セシウムとを封入し、さらにハロゲン化
インジウムやハロゲン化錫などが封入され、直流点灯用
ショートアークメタルハライドランプが構成される。こ
こで、５は、封止部４に埋設されたモリブデン箔、６
は、箔５に接続された外部リード棒である。当該陰極は
図２のようにタングステンを主成分とした電極軸１５に
タングステンコイル１０を巻いた形状よりなり、円柱状
電極軸１５の断面積を平方ミリメートル、定格ランプ電
流をＩアンペアとすると、０．０２９＜Ｓ／Ｉ＜０．０
７６の関係を満たすように設計され、さらに電極軸１５
の先端１１の突出長Ｌを電極軸１５の２倍以上とする。
程で、直流点灯ではアークの不安定が発生し易いことが
判明した。アークのちらつきの発生原因には陰極に起因
するものと、陽極に起因するものとが有ることが判明し
た。陽極の取るべき形状に付いては既に特許出願してあ
るように、陽極の電極軸の先端の平面の面積をランプ電
流に対して一定の範囲内に設計すれば良いことを見だし
ている。陰極についても本発明者らは実験の結果、ラン
プ電流をＩアンペア、陰極の電極軸の断面積をＳ平方ミ
リメートルとすると、０．０２９＜Ｓ／Ｉ＜０．０７６
の関係を満たし、かつ電極突出長を電極軸の２倍以上に
なるように陰極の電極軸を設計することにより安定した
放電が得られることを見だした。本発明の構成を図１に
沿って説明する。両端に陰極１と陽極２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３に希ガス、水銀のほか少なくとも希土類ハロゲン化
物とハロゲン化セシウムとを封入し、さらにハロゲン化
インジウムやハロゲン化錫などが封入され、直流点灯用
ショートアークメタルハライドランプが構成される。こ
こで、５は、封止部４に埋設されたモリブデン箔、６
は、箔５に接続された外部リード棒である。当該陰極は
図２のようにタングステンを主成分とした電極軸１５に
タングステンコイル１０を巻いた形状よりなり、円柱状
電極軸１５の断面積を平方ミリメートル、定格ランプ電
流をＩアンペアとすると、０．０２９＜Ｓ／Ｉ＜０．０
７６の関係を満たすように設計され、さらに電極軸１５
の先端１１の突出長Ｌを電極軸１５の２倍以上とする。
【０００７】
【作用】ランプ電流と陰極軸断面積との関係を上記のよ
うに規定することにより陰極軸１５の先端１１に陰極ス
ポットが安定に形成され、安定した発光出力が得られる
ことを見だした。本発明の効果を実施例により説明す
る。
うに規定することにより陰極軸１５の先端１１に陰極ス
ポットが安定に形成され、安定した発光出力が得られる
ことを見だした。本発明の効果を実施例により説明す
る。
【０００８】
【実施例】第１の実施例として入力電力が１２５Ｗのラ
ンプについて説明する。内径７．５ｍｍ、内容積０．３
ｃｍ3 の石英製発光管３にタングステン製陽極２と陰極
１を３ｍｍの間隔で対向させて封止した。陰極１は、直
径が０．３５ｍｍで全長Ｘが８ｍｍのタングステン軸１
５に直径０．３ｍｍのタングステンコイル１０を４ター
ン巻いたものを使用し、先端１１は切断面のままとし、
電極軸の先端１１をコイル１０より１．０ｍｍ突出させ
た。つまり、Ｌ＝１ｍｍである。陽極２は、直径が１．
４ｍｍ、全長Ｙが１０ｍｍの円柱状タングステン軸を使
用し、先端１２の直径が０．４ｍｍになるように角を削
り落とし、石英ガラスへの封止部分１３は直径０．７ｍ
ｍに研削したものを用いた。この発光管３を排気し、水
銀１４ｍｇ、よう化ディスプロシウムを含む希土類ハロ
ゲン化物とよう化セシウムの混合物０．４ｍｇ、よう化
インジウム０．３ｍｇを封入し、さらにアルゴンガスを
常温で１５０トール封入した。ランプの陰極側の発光管
外面３１に耐熱性酸化物を保温膜３２として塗布した。
このランプを１２５Ｗ直流入力電力で点灯するとランプ
電圧は６８Ｖになり、ランプ電流は１．８４Ａで効率６
４ルーメン／Ｗ，色温度７３５０Ｋであった（Ｓ／Ｉ＝
０．０５２）。この仕様のランプ５灯を製作し、点灯試
験を行ったところ、２０００時間点灯した時点でも安定
した放電が行われ、白濁、黒化などの発生もなく、良好
な結果が得られた。
ンプについて説明する。内径７．５ｍｍ、内容積０．３
ｃｍ3 の石英製発光管３にタングステン製陽極２と陰極
１を３ｍｍの間隔で対向させて封止した。陰極１は、直
径が０．３５ｍｍで全長Ｘが８ｍｍのタングステン軸１
５に直径０．３ｍｍのタングステンコイル１０を４ター
ン巻いたものを使用し、先端１１は切断面のままとし、
電極軸の先端１１をコイル１０より１．０ｍｍ突出させ
た。つまり、Ｌ＝１ｍｍである。陽極２は、直径が１．
４ｍｍ、全長Ｙが１０ｍｍの円柱状タングステン軸を使
用し、先端１２の直径が０．４ｍｍになるように角を削
り落とし、石英ガラスへの封止部分１３は直径０．７ｍ
ｍに研削したものを用いた。この発光管３を排気し、水
銀１４ｍｇ、よう化ディスプロシウムを含む希土類ハロ
ゲン化物とよう化セシウムの混合物０．４ｍｇ、よう化
インジウム０．３ｍｇを封入し、さらにアルゴンガスを
常温で１５０トール封入した。ランプの陰極側の発光管
外面３１に耐熱性酸化物を保温膜３２として塗布した。
このランプを１２５Ｗ直流入力電力で点灯するとランプ
電圧は６８Ｖになり、ランプ電流は１．８４Ａで効率６
４ルーメン／Ｗ，色温度７３５０Ｋであった（Ｓ／Ｉ＝
０．０５２）。この仕様のランプ５灯を製作し、点灯試
験を行ったところ、２０００時間点灯した時点でも安定
した放電が行われ、白濁、黒化などの発生もなく、良好
な結果が得られた。
【０００９】一方、この仕様のランプにおいて陰極軸１
５の直径が０．３ｍｍ（Ｓ／Ｉ＝０．０３８）および
０．４ｍｍ（Ｓ／Ｉ＝０．０６８）でもほぼ同様の良好
な結果を得た。しかし、直径を０．５ｍｍに変えたラン
プを試作し（Ｓ／Ｉ＝０．０８６）、点灯試験したとこ
ろ、陰極軸１５の先端１１を陰極スポットが移動し、光
出力にちらつきを生じた。また陰極軸１５の直径を０．
２５ｍｍにしたものは（Ｓ／Ｉ＝０．０２６）始動時の
高ランプ電流により電極軸の先端１１が消耗する不具合
を起こした。また陰極軸１５の直径が０．３ｍｍのラン
プでも、電極軸の先端１１のコイル１０からの突出長Ｌ
が０．５ｍｍの場合はアークスポットが先端１１に近い
位置のコイル１０にできるランプがあり、電極軸１５の
直径の２倍以上の突出長が必要であることが分かった。
５の直径が０．３ｍｍ（Ｓ／Ｉ＝０．０３８）および
０．４ｍｍ（Ｓ／Ｉ＝０．０６８）でもほぼ同様の良好
な結果を得た。しかし、直径を０．５ｍｍに変えたラン
プを試作し（Ｓ／Ｉ＝０．０８６）、点灯試験したとこ
ろ、陰極軸１５の先端１１を陰極スポットが移動し、光
出力にちらつきを生じた。また陰極軸１５の直径を０．
２５ｍｍにしたものは（Ｓ／Ｉ＝０．０２６）始動時の
高ランプ電流により電極軸の先端１１が消耗する不具合
を起こした。また陰極軸１５の直径が０．３ｍｍのラン
プでも、電極軸の先端１１のコイル１０からの突出長Ｌ
が０．５ｍｍの場合はアークスポットが先端１１に近い
位置のコイル１０にできるランプがあり、電極軸１５の
直径の２倍以上の突出長が必要であることが分かった。
【００１０】第２の実施例として入力電力２５０Ｗラン
プについて述べる。内径１０．５ｍｍ、内容積１．０ｃ
ｍ3 の石英製発光管３にタングステン製陽極２と陰極１
とを３．０ｍｍの間隔で対応させて封止した。陰極１
は、直径が０．４ｍｍのタングステン軸１５に直径が
０．３ｍｍのタングステン線材よりできたコイル１０を
先端１１の突出長Ｌが１．０ｍｍになるように装着した
ものを使用し、陽極２は、コイルなしで、最大部分１６
の直径が２．４ｍｍのタングステン軸を使用し、先端１
２の直径が０．５ｍｍになるように角を削り、また石英
ガラスへの封止部分１３は直径０．８ｍｍに研削したも
のを使用した。これに沃化ディスプロシウムと沃化カド
ミウムと沃化セシウムとを１対１対１の分子比で混合し
たペレット０．４５ｍｇ、よう化インジウム０．８ｍｇ
を封入し、さらに水銀４４ｍｇとアルゴンガスを常温で
１５０トール封入した。このランプは初期電圧６４Ｖで
ランプ電流３．９１Ａで効率６６ルーメン／Ｗ、色温度
７２００Ｋであった。この仕様のランプ３灯を放電方向
を水平にして１５００時間の点灯寿命試験を行ったが、
放電は安定しており、石英管３の上部の壁に僅かに白濁
が認められるだけで黒化はなく非常に良好な寿命特性を
示した（Ｓ／Ｉ＝０．０３２）。
プについて述べる。内径１０．５ｍｍ、内容積１．０ｃ
ｍ3 の石英製発光管３にタングステン製陽極２と陰極１
とを３．０ｍｍの間隔で対応させて封止した。陰極１
は、直径が０．４ｍｍのタングステン軸１５に直径が
０．３ｍｍのタングステン線材よりできたコイル１０を
先端１１の突出長Ｌが１．０ｍｍになるように装着した
ものを使用し、陽極２は、コイルなしで、最大部分１６
の直径が２．４ｍｍのタングステン軸を使用し、先端１
２の直径が０．５ｍｍになるように角を削り、また石英
ガラスへの封止部分１３は直径０．８ｍｍに研削したも
のを使用した。これに沃化ディスプロシウムと沃化カド
ミウムと沃化セシウムとを１対１対１の分子比で混合し
たペレット０．４５ｍｇ、よう化インジウム０．８ｍｇ
を封入し、さらに水銀４４ｍｇとアルゴンガスを常温で
１５０トール封入した。このランプは初期電圧６４Ｖで
ランプ電流３．９１Ａで効率６６ルーメン／Ｗ、色温度
７２００Ｋであった。この仕様のランプ３灯を放電方向
を水平にして１５００時間の点灯寿命試験を行ったが、
放電は安定しており、石英管３の上部の壁に僅かに白濁
が認められるだけで黒化はなく非常に良好な寿命特性を
示した（Ｓ／Ｉ＝０．０３２）。
【００１１】この仕様のランプに於いて、陰極軸１５と
して直径０．５ｍｍのタングステン軸（Ｓ／Ｉ＝０．０
５０２）を用いた時も良好な結果を得た。しかし、陰極
軸１５として直径０．６５ｍｍのタングステン軸を用い
たランプ（Ｓ／Ｉ＝０．０８４８）は４灯中２灯のラン
プにちらつきが発生し、不良であった。さらに直径０．
３ｍｍのタングステン軸を用いたランプ（Ｓ／Ｉ＝０．
０１７５）は陰極軸の先端１１の消耗が１００時間の点
灯でも顕著であった。また陰極軸１５の先端１１の突出
長Ｌが０．６ｍｍのランプではアークスポットが先端１
１に近い位置のコイル１０にできるランプがあり、不具
合であった。
して直径０．５ｍｍのタングステン軸（Ｓ／Ｉ＝０．０
５０２）を用いた時も良好な結果を得た。しかし、陰極
軸１５として直径０．６５ｍｍのタングステン軸を用い
たランプ（Ｓ／Ｉ＝０．０８４８）は４灯中２灯のラン
プにちらつきが発生し、不良であった。さらに直径０．
３ｍｍのタングステン軸を用いたランプ（Ｓ／Ｉ＝０．
０１７５）は陰極軸の先端１１の消耗が１００時間の点
灯でも顕著であった。また陰極軸１５の先端１１の突出
長Ｌが０．６ｍｍのランプではアークスポットが先端１
１に近い位置のコイル１０にできるランプがあり、不具
合であった。
【００１２】
【発明の効果】上述のように本発明は、希土類ハロゲン
化物を発光物質として用いた液晶投射形ディスプレイ用
ランプの大きな欠点である白濁の発生を、放電方向が水
平の点灯姿勢と直流点灯により抑制するランプにおい
て、液晶プロジェクター用の光源に適した、ちらつきの
ない安定な放電を得ようとするものであって、特に陰極
の設計に着目し、本発明の陰極形状により、アークポッ
トが陰極軸の先端に確実に形成され、ちらつかない安定
な発光が可能なランプが得られるものである。
化物を発光物質として用いた液晶投射形ディスプレイ用
ランプの大きな欠点である白濁の発生を、放電方向が水
平の点灯姿勢と直流点灯により抑制するランプにおい
て、液晶プロジェクター用の光源に適した、ちらつきの
ない安定な放電を得ようとするものであって、特に陰極
の設計に着目し、本発明の陰極形状により、アークポッ
トが陰極軸の先端に確実に形成され、ちらつかない安定
な発光が可能なランプが得られるものである。
【図１】本発明のランプの一実施例を説明する説明図で
ある。
ある。
【図２】本発明のランプに使用する陰極構造の実施例の
説明図である。
説明図である。
１ 陰極 ２ 陽極 ３ 石英製発光管 ４ 封止部 ５ モリブデン箔 ６ 外部リード棒 １０ コイル ３２ 保温膜
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 61/073 H01J 61/88
Claims (1)
- 【請求項１】 陰極と陰極より大きい陽極を備え、少な
くとも希土類ハロゲン化物と水銀とを封入し、放電方向
をほぼ水平にして直流電力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、 当該陰極はタングステン製の電極軸にタングステンコイ
ルを巻回した構造よりなり、当該陰極の電極軸の断面を
Ｓ平方ミリメートルとし、定常点灯時の電流をＩアンペ
アとするとき、ＳをＩで除した値が０．０２９より大き
く、０．０７６より小さく、かつ陰極の電極軸の先端が当該陰極の電極軸径の２倍以
上の長さでコイルより突出している ことを特徴とする直
流点灯用のショートアークメタルハライドランプ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06335346A JP3077541B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | ショートアークメタルハライドランプ |
| DE69527491T DE69527491T2 (de) | 1994-11-25 | 1995-11-24 | Metallhalogenidlampe vom Kurz-Bogen Typ |
| EP95118548A EP0714118B1 (en) | 1994-11-25 | 1995-11-24 | Metal halide lamp of the short arc type |
| US08/562,984 US5723944A (en) | 1994-11-25 | 1995-11-27 | Metal halide lamp of the short arc type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06335346A JP3077541B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | ショートアークメタルハライドランプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08180833A JPH08180833A (ja) | 1996-07-12 |
| JP3077541B2 true JP3077541B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=18287501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06335346A Expired - Fee Related JP3077541B2 (ja) | 1994-11-25 | 1994-12-22 | ショートアークメタルハライドランプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3077541B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3065581B2 (ja) * | 1998-03-24 | 2000-07-17 | ウシオ電機株式会社 | ショートアーク型水銀ランプ、および紫外線発光装置 |
| DE102006034833A1 (de) * | 2006-07-27 | 2008-01-31 | Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH | Hochdruckentladungslampe |
-
1994
- 1994-12-22 JP JP06335346A patent/JP3077541B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08180833A (ja) | 1996-07-12 |
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