JP3103565U

JP3103565U - 金属ハロゲン無電極ランプ

Info

Publication number: JP3103565U
Application number: JP2004000775U
Authority: JP
Inventors: ジューン−シクチョイ; ヒュン−ジューカン; ヒョ−シクチョン; ヨン−ソグチョン; ハン−ソクキム; ブロドスキユリ; ブドビンブラディミル; ゴルベフセルゲイ; コバレフニコライ; カリャジンユリ; コロチコフユリ; ファミノフアンドレイ
Original assignee: エルジー電子株式会社; ブロドスキユリ
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2007-01-04
Also published as: DE60031083T2; CN1306297A; KR100348610B1; EP1119021A1; KR20010073627A; EP1119021B1; DE60031083D1; JP2001222979A; US6734630B1

Abstract

【課題】分子スペクトルを特徴として放射する金属ハロゲン無電極ランプの動作特性を向上し得る、改善された金属ハロゲン無電極ランプを提供する。
【解決手段】放電電球4を包含するマイクロ波キャビティー3に結合手段2を介して結合されるマイクロ波発生装置1と、前記マイクロ波キャビティー3の壁の透明な所定部分によって光学的放射を透過させるマイクロ波スクリーン5と、を含むハロゲン無電極ランプとする。
【選択図】図１

Description

本考案は、金属ハロゲン無電極ランプ（Metal Harogen Electrodeless Illumination Lamps）に係るもので、詳しくは、街及び大型ビル等の照明に使用されるガス放電ランプ、特に、放電によって励起されると、スペクトルの可視領域において光を放射する充填物を包含するガス放電ランプに関する。ここで、前記充填物の主な成分としては、金属ハロゲンまたは金属ハロゲンの混合物が使用される。

金属ハロゲンランプは、60年代の後半から一般に知られたもので、高強度の放射特性を有するため広用され、アーク放電を発生させる物質の混合物で充填された石英チューブと、該チューブを包むガラス封入体（envelope）と、を含み、前記石英チューブは、ランプが作動するとアーク放電を開始する2個の電極を包含して構成されている。ここで、前記石英チューブに充填される充填物の主な成分は水銀で、その他に、放電開始を補助する不活性ガスとして、ヨウ素化物（特許文献１）である金属ハロゲン又はその混合物が加えられており、そのような多様な金属及びその化合物のハロゲン化物、例えば、BiI₃（特許文献２）、Sn化合物（特許文献３）、Na、Li及びScハロゲン化物（特許文献４）、Tiハロゲン化物（特許文献５）、所定比率のNa及びTiヨウ素化物（特許文献６）を使用して、所望のスペクトル結果を得ることができる。

ところが、従来の金属ハロゲンランプにおいては、石英チューブの充填物としては、数千mgの水銀が使用されることが致命的な欠点として挙げられる。水銀は有毒物質であるため、水銀を包含するランプの製造及び利用における危険性は良く知られている。

且つ、従来の金属ハロゲンランプにおいては、石英チューブ内の電極で熱損失がかなり発生すると共に、電極物質が気化して石英チューブを暗くするため、ランプの性能が低下するという不都合な点があった。

そこで、従来の水銀を含有する金属ハロゲンランプの代わりにガス放電無電極ランプが開発された。該ガス放電無電極ランプは、放電電球を包含するマイクロ波キャビティーに結合手段を介して結合されるマイクロ波発生装置のような電磁気放射源を有する。ここで、前記放電電球には、マイクロ波の放電により励起されると、分子スペクトルを特徴とする放射を行う充填物（または混合充填物）が包含されている。また、前記マイクロ波キャビティーの壁の所定部分は金属マッシュにより形成されるため、マイクロ波エネルギーは通過させないが、光学的放射に対しては実質的に透明なマイクロ波スクリーンとして機能して、光学的放射を通過させる。

前記ガス放電無電極ランプとしては、特許文献７〜１１などが公知であり、前記放電電球に充填される充填物の主な成分としては、硫黄（S）、セレニウム（Se）、テルル（Te）またはこれらの化合物が利用される。更に、光学的放射のスペクトル特性を変化させるために、金属及び／または金属ハロゲンが少量追加される。

これら従来のガス放電無電極ランプは、水銀を含有する従来の金属ハロゲンランプが有する欠点を克服して、寿命が永く、電極がないため熱損失がなく、非常にゆるやかなスペクトルを発生すると共に、比較的高出力の放射が可能であるというメリットがある。

このようなガス放電無電極ランプの長所を生かして、従来の金属ハロゲンランプに適用させた変形例としては、特許文献１２に記載された金属ハロゲン無電極ランプがある。この金属ハロゲン無電極ランプは、前記ガス放電無電極ランプのように、放電電球を包含するマイクロ波キャビティーに結合手段を介して結合されるマイクロ発生装置を含む。ここで、前記放電電球に充填される充填物としては、インジウム（In）、ガリウム（Ga）及びタリウム（Tl）のハロゲン化物、またはこれらの化合物のうちの何れか1つが包含され、更に前記金属ハロゲンは、ヨウ素（I）、臭素（Br）及び塩素（Cl）またはこれらのうちの何れか1つを含む。

そして、前記放電電球は、放電開始を補助する少量の不活性ガスを包含して構成され、前記放電電球に充填された充填物に高周波放電が開始されると、前記金属ハロゲンに含まれる物質は分子スペクトルを有する放射を行い、このとき、マイクロ波キャビティーの壁の一部分は金属メッシュにより形成されているため、マイクロ波エネルギーを通過させないが、光学的放射に対しては、実質的に透明なマイクロ波スクリーンとして機能して、この光学的放射を通過させる。又、ランプの光効率を増加させるために亜鉛（Zn）を前記放電電球の充填物として追加するため、電球内部の圧力が増加される。

米国特許3,234,421号米国特許3,989,972号米国特許4,001,626号米国特許4,247,798号米国特許4,866,342号米国特許5,225,738号米国特許5,404,076号米国特許5,661,365号米国特許5,798,611号米国特許5,834,895号米国特許5,866,980号米国特許5,864,210号

然るに、このような従来の金属ハロゲン無電極ランプにおいては、有毒物質である水銀を包含するケースが多く、ランプから放射される光が自然光とは相異するため視覚的に不安定で、高周波放電が開始してから可視光放射に至るまでのランプ動作が遅いという不都合な点があった。

本考案は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、分子スペクトルを特徴として放射する金属ハロゲン無電極ランプの動作特性を向上し得る、改善された金属ハロゲン無電極ランプ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、本考案に係る金属ハロゲン無電極ランプにおいては、放電電球を包含するマイクロ波キャビティーに結合手段を介して結合されるマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波キャビティー壁の透明な所定部分によって光学的放射を透過させるマイクロ波スクリーンと、を含み、前記放電電球には、高周波放電により励起されたら直ちに分子スペクトルを特徴とする可視光放射を行う金属ハロゲン混合物が充填されている。

ここで、前記分子スペクトル（molecular spectrum）は、一般の原子スペクトルが線スペクトルであるのに対し、自然光のような連続スペクトルであるため、視覚的におだやか（安定的）である。前記原子スペクトルを発生する物質としては、水銀及び鉄などがあり、前記分子スペクトルを発生する物質としては、硫黄及びセレニウム等がある。

そして、本考案に係る金属ハロゲン無電極ランプの特徴は、金属ハロゲン混合物として、スズ（Sn）及びアルミニウム（Al）のハロゲン化物、例えばSnBr₂及びAlI₃、またはSnI₂及びAlBr₃を包含することである。

且つ、前記金属ハロゲン混合物は、付加的にビスマス（Bi）ハロゲン化物、例えばBiI３を包含する。

また、本考案においては、ハロゲン化物の元素として、塩素（Cl）、ヨウ素（I）及び臭素（Br）のうちの何れか1つを選択することができる。

更に、前記放電電球は、不活性ガスを包含することができる。
一方、本考案に係る金属ハロゲン無電極ランプの変更例においては、放電電球を包含するマイクロ波キャビティーに結合手段を介して結合されるマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波キャビティー壁の透明な所定部分によって光学的放射を透過させるマイクロ波スクリーンと、を含み、前記放電電球には、高周波放電により励起されたら直ちに分子スペクトルを特徴とする可視光放射を行う金属ハロゲン混合物が充填されており、ここで、前記金属ハロゲンとしてはビスマス（Bi）のハロゲン化物を使用することを特徴とする。

そして、前記放電電球に充填される充填物は、スズ（Sn）とアルミニウム（Al）の化合物を含むハロゲン混合物、例えばSnI₂及びAlBr₃を含むことが可能である。

即ち、本考案に係る金属ハロゲン無電極ランプの変更例においては、ビスマス（Bi）のハロゲン化物、及びスズ（Sn）とアルミニウム（Al）の化合物の混合物を放電電球の充填物として利用することによって、分子スペクトルを特徴とする可視光放射を行うことを特徴とする。

以上説明したように、本考案に係る金属ハロゲン無電極ランプにおいては、従来の金属ハロゲンランプよりも寿命が永く、電極による熱損失がなく、非常に柔らかいスペクトルを発生させると共に、比較的高出力の放射を行い得るなど、動作特性を向上し得るという効果がある。

以下、本考案の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
本考案に係る金属ハロゲン無電極ランプにおいては、図１に示したように、放電電球4を包含するマイクロ波キャビティー3に結合手段2を介して結合されるマイクロ波発生装置1と、前記マイクロ波キャビティー3の壁の透明な所定部分で光学的放射を透過させるマイクロ波スクリーン5と、を含み、前記放電電球には、高周波放電により励起されたら直ちに分子スペクトルを特徴とする可視光放射を行う金属ハロゲン混合充填物及び不活性ガスが充填されている。

ここで、前記マイクロ波キャビティー3の壁の所定部分は、光学的放射に対して透明なマイクロ波スクリーン5としての機能を行い、そのために、前記マイクロ波キャビティー3の壁の一部分は、穴を開けるか、又は金属メッシュにより形成するべきである。

又、前記放電電球は、ランプのある部分に過熱が発生することを防止するために、軸に関して回転するように装着することもできる。

ここで、前記マイクロ波発生装置1としては規格マグネトロンが使用され、前記マイクロ波発生装置1の出力は前記放電電球4内のハロゲン蒸気を所望の圧力で提供するための条件によって決定され、ほぼ800Wに至る。

更に、前記放電電球4は、例えば、透明な石英ガラスを利用して製造することが可能で、該放電電球4の大きさ及び形態は、金属ハロゲン無電極ランプが使用される分野によって決定され、本考案の実施例に用いられた前記放電電球4の内部直径は2.6cmである。

そして、分子スペクトルを有する可視光放射を行う前記放電電球4の充填物としては、スズ（Sn）とアルミニウム（Al）のハロゲン化物の混合物、またはビスマス（Bi）のハロゲン化物、またはそれらの混合物を使用することが可能で、それらの量は作動温度で101.325kPa〜2.0265MPa（1〜20気圧）の範囲内に前記ガスの蒸気圧を維持する量であるべきである。

本考案の実施例に係る金属ハロゲン無電極ランプに使用されるハロゲンは、ヨウ素、臭素、または塩素で、又、不活性ガスとしては、アルゴン（Ar）またはキセノン（Xe）が使用される。

前記放電電球4は、付加的に、亜鉛（Zn）、ナトリウム（Na）、リチウム（Li）及びこれらの化合物などの金属を少量包含することによって、所望のスペクトルに変異させることができる。

本考案の実施例では、前記マイクロ波キャビティー3として、前記マイクロ波発生装置1の動作周波数に同調するマイクロ波共振器を使用している。

以下、このように構成される本考案に係る金属ハロゲン無電極ランプの動作を説明する。

先ず、マイクロ波発生装置1は結合手段2を介してマイクロ波キャビティー3と結合されて、電磁気場を形成するマイクロ波エネルギーを発生する。

次いで、前記マイクロ波キャビティー3内の電磁気場の振幅が限界値を越えると、放電電球4内で高周波放電が開始して、電球充填物をプラズマ状態に励起させる。ここで、ビスマス（Bi）のハロゲン化物、及びスズ（Sn）とアルミニウム（Al）のハロゲン化物の混合物は、高周波放電下で可視光放射を行う物質である。

次いで、マイクロ波エネルギーの一部はプラズマにより吸収された後、可視光領域の波長範囲内で再び放射される。このとき、マイクロ波スクリーン5は前記放射を通過させるが、マイクロ波エネルギーは通過させない。

このように本考案に係る金属ハロゲン無電極ランプは、前記放電電球4の充填物として水銀を使用せず、単にスズ（Sn）とアルミニウムのハロゲン化物の混合物、ビスマス（Bi）のハロゲン化物、またはそれらの混合物を使用して、分子スペクトルの放射を行うことができるというメリットがある。

併し、場合によっては、少量の水銀を添加して放電の開始を補助することもある。

［実施例１］
電球に充填される金属ハロゲン化物としてSnBr₂及びAlI₃を使用した。充填物は次のようなものである。
SnBr₂−0.3mg／cm、AlI₃−1.2mg／cm、Hg−1.0mg／cm、Ar−1.33kPa（10torr）
実施例1におけるランプのパラメータは以下のようなものである。
色度（Chromaticity）：x＝0.37、y＝0.37
色温度：T＝4200K
演色指数（Colour Rendering Index；CRI）：Ra＝97
前記充填物を使用した金属ハロゲン無電極ランプのスペクトル分布を図2に示した。図中、SnBr₂とAlI₃の混合物に対する分子スペクトルが水銀原子線に対して滑らかなことが分かる。

［実施例２］
電球に充填される金属ハロゲン化物としてSnI₂及びAlBr₃を使用した。充填物は次のようなものである。
SnI₂−0.4mg／cm、AlBr₃−0.8mg／cm、Hg−1.0mg／cm、Ar−2.00kPa（15torr）
実施例2におけるランプのパラメータは以下のようである。
色度：x＝0.36、y＝0.37
色温度：T＝4700K
演色指数（CRI）：Ra＝91
前記充填物を使用した金属ハロゲン無電極ランプのスペクトル分布を図3に示した。図中、SnI₂とAlBr₃の混合物に対する分子スペクトルが水銀原子線に対して滑らかなことが分かる。

［実施例３］
電球に充填される金属ハロゲン化物としてSnI₂、AlBr₃及びBiI₃使用した。充填物は次のようなものである。
SnBr₂−0.4mg／cm、AlI₃−1.0mg／cm、BiI₃−0.7mg／cm、Hg−1.0mg／cm、Ar−2.00kPa（15torr）
実施例3におけるランプのパラメータは以下のようなものである。
色度：x＝0.35、y＝0.37
色温度：T＝4900K
演色指数（CRI）：Ra＝90
前記充填物を使用した金属ハロゲン無電極ランプのスペクトル分布を図4に示した。図中、SnBr₂、AlI₃及びBiI₃の混合物に対する分子スペクトルが水銀原子線に対して滑らかなことが分かる。

［実施例４］
電球に充填される金属ハロゲン化物としてBiI₃を使用した。充填物は次のようなものである。
BiI₃−0.7mg／cm、Hg−0.5mg／cm、Ar−1.33kPa（10torr）
実施例4におけるランプのパラメータは以下のようなものである。
色度：x＝0.27、y＝0.28
色温度：T＝10000K
演色指数（CRI）：Ra＝80
前記充填物を使用した金属ハロゲン無電極ランプのスペクトル分布を図5に示した。図中、BiI₃に対する連続的な分子スペクトルが紫外線領域にやや移動したことが分かる。更に、水銀原子線を含む。

本考案の金属ハロゲン無電極ランプとしては様々な実施態様が考慮されるが、例えば下記のような態様を挙げることができる：
（実施態様１）
放電電球を包含するマイクロ波キャビティーに結合手段を介して結合されるマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波キャビティー壁の透明な所定部分で光学的放射を透過させるマイクロ波スクリーンと、を含み、前記放電電球には、高周波放電により励起されたら直ちに分子スペクトルを特徴とする可視光放射を行う金属ハロゲン混合充填物及び不活性ガスが充填されており、ここで、前記金属ハロゲン混合充填物としては、スズ（Sn）及びアルミニウム（Al）のハロゲン化物を包含することを特徴とする、金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様２）
前記ハロゲン化物のハロゲン元素が、塩素（Cl）、ヨウ素（I）及び臭素（Br）のうちの何れか1つであることを特徴とする、実施態様1記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様３）
前記金属ハロゲン混合充填物が、SnBr₂及びAlI₃を含むことを特徴とする、実施態様1記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様４）
前記金属ハロゲン混合充填物が、SnI₂及びAlBr₃を含むことを特徴とする、実施態様1記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様５）
前記金属ハロゲン混合充填物が、ビスマス（Bi）のハロゲン化物を更に含むことを特徴とする、実施態様1記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様６）
前記金属ハロゲン化物のハロゲン元素が、塩素（Cl）、ヨウ素（I）及び臭素（Br）のうちの何れか1つであることを特徴とする、実施態様5記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様７）
前記金属ハロゲン混合充填物が、SnI₂及びAlBr₃を含むことを特徴とする、実施態様5記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様８）
前記金属ハロゲン混合充填物が、SnBr₂及びAlI₃を含むことを特徴とする、実施態様5記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様９）
前記金属ハロゲン混合充填物が、BiI₃を含むことを特徴とする、実施態様5記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様１０）
前記充填物の量が、ランプの作動温度で前記充填物の蒸気圧を101.325kPa〜2.0265MPa（1〜20気圧）の範囲内に維持する量であることを特徴とする、実施態様1記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様１１）
前記不活性ガスとして、アルゴン（Ar）またはキセノン（Xe）を使用することを特徴とする、実施態様1記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様１２）
前記放電電球が、付加的に亜鉛（Zn）、ナトリウム（Na）、リチウム（Li）またはこれらの化合物を少量包含することを特徴とする、実施態様1記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様１３）
放電電球を包含するマイクロ波キャビティーに結合手段を介して結合されるマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波キャビティー壁の透明な所定部分で光学的放射を透過させるマイクロ波スクリーンと、を含み、前記放電電球には、高周波放電により励起されたら直ちに分子スペクトルを特徴とする可視光放射を行う金属ハロゲン充填物及び不活性ガスが充填されており、ここで、前記金属ハロゲン充填物としては、ビスマス（Bi）のハロゲン化物を包含することを特徴とする、金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様１４）
前記ハロゲン化物のハロゲン元素が、塩素（Cl）、ヨウ素（I）及び臭素（Br）のうちの何れか1つであることを特徴とする、実施態様13記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様１５）
前記金属ハロゲン充填物が、BiI₃を含むことを特徴とする、実施態様13記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様１６）
前記放電電球が、スズ（Sn）とアルミニウムの化合物を更に含むハロゲン化物の混合物を包含することを特徴とする、実施態様13記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様１７）
前記ハロゲン化物のハロゲン元素が、塩素（Cl）、ヨウ素（I）及び臭素（Br）のうちの何れか1つであることを特徴とする、実施態様16記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様１８）
前記金属ハロゲン充填物が、BiI₃を含むことを特徴とする、実施態様16記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様１９）
前記金属ハロゲン充填物が、SnBr₂及びAlI₃を含むことを特徴とする、実施態様16記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様２０）
前記金属ハロゲン充填物が、SnI₂及びAlBr₃を含むことを特徴とする、実施態様16記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様２１）
前記充填物の量が、ランプの作動温度で前記充填物の蒸気圧を101.325kPa〜2.0265MPa（1〜20気圧）の範囲内に維持する量であることを特徴とする、実施態様13記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様２２）
前記不活性ガスとして、アルゴン（Ar）またはキセノン（Xe）を使用することを特徴とする、実施態様13記載の金属ハロゲン無電極ランプ。
（実施態様２３）
前記放電電球が、付加的に亜鉛（Zn）、ナトリウム（Na）、リチウム（Li）またはこれらの化合物を少量包含することを特徴とする、実施態様13記載の金属ハロゲン無電極ランプ。

本考案に係る金属ハロゲン無電極ランプを示した概略図である。本考案に係る金属ハロゲン無電極ランプの電球充填物としてSnBr₂及びAlI₃を包含する金属ハロゲン混合物を使用したときのスペクトル分布を示した図である。本考案に係る金属ハロゲン無電極ランプの電球充填物としてSnI₂及びAlBr₃を包含する金属ハロゲン混合物を使用したときのスペクトル分布を示した図である。本考案に係る金属ハロゲン無電極ランプの電球充填物としてSnI₂、AlBr₃及びBiI₃を包含する金属ハロゲン混合物を使用したときのスペクトル分布を示した図である。本考案に係る金属ハロゲン無電極ランプの電球充填物としてBiI₃を包含する金属ハロゲン混合物を使用したときのスペクトル分布を示した図である。

符号の説明

1…マイクロ波発生装置
2…結合手段
3…マイクロ波キャビティー
4…放電電球
5…マイクロ波スクリーン

Claims

放電電球を包含するマイクロ波キャビティーに結合手段を介して結合されるマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波キャビティー壁の透明な所定部分で光学的放射を透過させるマイクロ波スクリーンと、を含み、前記放電電球には、高周波放電により励起されたら直ちに分子スペクトルを特徴とする可視光放射を行う金属ハロゲン充填物及び不活性ガスが充填されており、ここで前記金属ハロゲン充填物としては、ビスマス（Bi）ハロゲン化物と、スズ（Sn）ハロゲン化物と、アルミニウム（Al）ハロゲン化物との混合物を含み、且つ前記充填物の量が、ランプの作動温度で前記充填物の蒸気圧を101.325kPa〜2.0265MPa（1〜20気圧）の範囲内に維持する量であることを特徴とする、金属ハロゲン無電極ランプ。