JP5874589B2 - セラミックメタルハライドランプ - Google Patents

Description

本発明は、高輝度放電ランプに関し、特に、セラミックメタルハライドランプに関する。

高輝度放電ランプとして、水銀ランプ、ナトリウムランプ、メタルハライドランプ、及び、セラミックメタルハライドランプが知られている。メタルハライドランプは、発光物質として金属ハロゲン化物を利用する。そのため、ランプ効率（又は発光効率）が高いばかりでなく、相関色温度、色偏差、演色性等の色特性に優れている特徴を有する。メタルハライドランプは、石英ガラス製の放電管を用いるが、セラミックメタルハライドランプは透光性セラミック製の放電管を用いる。そのため、セラミックメタルハライドランプは、ランプ効率及び色特性に優れているばかりでなく、長寿命、高安定性等の特徴を有する。

一般に、セラミックメタルハライドランプでは、ランプ効率と色特性は相反関係にあり、両立させることが困難であると言われている。即ち、ランプ効率を向上させると、色特性が低下し、色特性を向上させると、ランプ効率が低下する傾向にある。

特許第４２７９１２２号（特開２００４−２８８６１７号公報） 特許第４３４０１７０号（特開２００４−３４９２４２号公報） 特開２０１２−５９７０２号公報

近年、電力削減、省エネルギの要請から、高輝度放電ランプの調光（dimming）が実行されている。調光とは、高輝度放電ランプを定格電力よりも低い電力、例えば、定格電力の７０％、５０％等の電力にて使用することをいう。調光により、消費電力を削減することができるが、放電管の内部温度が、定格電力使用時より低くなるため、白色領域から外れる光色シフトが生じる問題がある。即ち、定格電力使用時に白色光を発生するが調光時には特定の着色光を発生させる現象が起きる。これは、放電管に封入された複数の異なる発光物質の飽和蒸気圧の差異に起因して起きる。

このような光色シフトを回避するには、その原因となる発光物質を用いなければよい。しかしながら、それでは、ランプ効率、色特性の低下等の他の好ましくない現象が生じる可能性がある。

本発明の目的は、ランプ効率と、相関色温度、色偏差、演色性等の色特性の両者を向上させると共に調光時に白色領域から外れる光色シフトが起きないセラミックメタルハライドランプを提供することにある。

本願の発明者は、ランプ効率及び色特性が良好でしかも調光時に白色領域から外れる光色シフトが起きない高輝度放電ランプを作成するために、放電管とそれに封入する発光物質を鋭意考察した。高輝度放電ランプでは、高いランプ効率が求められるため、発光物質としてタリウムＴｌを用いる。しかしながら、タリウムＴｌは、緑色領域（５３５ｎｍ付近）に発光ピークを有し、更に、他の発光物質に比較して蒸気圧が高い。そのため、タリウムＴｌは、調光時に緑色への光色シフトが生じる要因となる。そこで、タリウムＴｌに起因する緑色への光色シフトを抑制する手段を講じる必要がある。

本発明によると、内部に発光物質と始動用ガスを封入した透光性セラミック製の放電管と、該放電管を収納する透光性外管と、を有するセラミックメタルハライドランプにおいて、
前記発光物質は、ヨウ化ナトリウムＮａＩ、ヨウ化セリウムＣｅＩ_３、ヨウ化タリウムＴｌＩ、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３、及び、ヨウ化インジウムＩｎＩを含み、
前記ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３の添加量をD[DyI₃]とすると、該添加量は次の式によって表され、
０．０７ｍｇ／ｃｍ^３≦D[DyI₃]≦１．５３ｍｇ／ｃｍ^３
前記発光物質に含まれるヨウ化タリウムＴｌＩに対するヨウ化インジウムＩｎＩの重量比を、R[InI/TlI]とすると、該重量比は次の式によって表される。

０＜R[InI/TlI]≦０．２３
本実施形態によるセラミックメタルハライドランプにおいて、前記発光物質に含まれる、ヨウ化タリウムＴｌＩに対するヨウ化インジウムＩｎＩの重量比R[InI/TlI]は次の式によって表されることを特徴としてよい。

０．０５≦R[InI/TlI]≦０．２３
本実施形態によるセラミックメタルハライドランプにおいて、前記発光物質に含まれる、ヨウ化ナトリウムＮａＩの添加量をD[NaI]、ヨウ化セリウムＣｅＩ_３の添加量をD[CeI₃]、ヨウ化タリウムＴｌＩの添加量をD[TlI]とすると該添加量は次の式によって表されることを特徴としてよい。

０．７０ｍｇ／ｃｍ^３≦D[NaI]≦１．７３ｍｇ／ｃｍ^３
０．１５ｍｇ／ｃｍ^３≦D[CeI₃]≦０．２９ｍｇ／ｃｍ^３
０．１５ｍｇ／ｃｍ^３≦D[TlI]≦０．２６ｍｇ／ｃｍ^３
本実施形態によるセラミックメタルハライドランプにおいて、ランプの定格電力は１００〜４００Ｗであり、ランプの壁面負荷は１５〜４０Ｗ／ｃｍ^２であり、前記放電管の有効長さをＬ、有効内径をＩＤとするとき、両者の比Ｌ／ＩＤは、１.８≦Ｌ／ＩＤ≦２.３であり、ランプの定格電力の７０％の電力を用いる場合には、ランプの壁面負荷は１０．５〜２８．０Ｗ／ｃｍ^２であり、ランプの定格電力の５０％の電力を用いる場合には、ランプの壁面負荷は７．５〜２０．０Ｗ／ｃｍ^２であることを特徴としてよい。

本実施形態によるセラミックメタルハライドランプにおいて、前記発光物質はヨウ化カルシウムＣａＩ_２を含むことを特徴としてよい。

本発明によれば、ランプ効率と、相関色温度、色偏差、演色性等の色特性の両者を向上させると共に調光時に白色領域から外れる光色シフトが起きないセラミックメタルハライドランプを提供することができる。

図１は、本実施形態に係る高輝度放電ランプの例を説明する図である。 図２は、本実施形態に係る高輝度放電ランプの他の例を説明する図である。 図３は、本実施形態に係る高輝度放電ランプの更に他の例を説明する図である。 図４は、本実施形態に係る高輝度放電ランプの放電管の例を説明する図である。 図５は、高輝度放電ランプにおいてヨウ化ディスプロジウム濃度とランプ効率の関係を説明するための説明図である。 図６は、高輝度放電ランプにおいてヨウ化タリウムとヨウ化インジウムの比と色度偏差の関係を説明するための説明図である。 図７Ａは、本実施形態に係る高輝度放電ランプの調光の実施例を説明する説明図である。 図７Ｂは、本実施形態に係る高輝度放電ランプの調光の代表例を説明する説明図である。 図８Ａは、本実施形態に係る高輝度放電ランプにおいて定格電力を使用した場合の波長の分光スペクトルを説明するための説明図である。 図８Ｂは、本実施形態に係る高輝度放電ランプにおいて定格電力の７０％の電力を使用した場合の波長の分光スペクトルを説明するための説明図である。 図８Ｃは、本実施形態に係る高輝度放電ランプにおいて定格電力の５０％の電力を使用した場合の波長の分光スペクトルを説明するための説明図である。

以下、本発明に係る高輝度放電ランプの実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。

図１〜図３を参照して本発明に係る高輝度放電ランプの例を説明する。ここでは、高輝度放電ランプとして、セラミックメタルハライドランプの例を説明する。図１を参照して本発明に係るセラミックメタルハライドランプの例を説明する。本例のセラミックメタルハライドランプ１は、放電管３と、放電管３を囲むように配置された円筒状の透光性スリーブ１８と、片端に口金１２が設けられた透光性外管１３とを有する。本例では、外管１３は円筒状のＴ型である。外管１３には不活性ガスとして窒素ガスが封入されている。放電管３は、中央の発光部３Ｃとその両側に延びるキャピラリ３Ａ、３Ｂを有する。放電管３の構造は図４を参照して説明する。

口金１２のステム１４に、２本の支柱１５、１６が装着されている。支柱１５、１６には、２つのサポートディスク１７Ａ、１７Ｂが所定間隔にて装着されている。また、ディスク１７Ａ、１７Ｂに透光性スリーブ１８が固定されている。一方のディスク１７Ｂにゲッタ２０が装着されている。

キャピラリ３Ａ、３Ｂの両端から、電力供給リード７Ａ、７Ｂが突出している。電力供給リード７Ａ、７Ｂは、直接、又は、ニッケル線１９Ａ、１９Ｂを介して、それぞれ、支柱１５、１６に接続される。こうして、放電管３の両端から延びる電力供給リード７Ａ、７Ｂは、支柱１５、１６を介して、口金１２に電気的に接続される。

図２を参照して本発明に係るセラミックメタルハライドランプの他の例を説明する。本例のセラミックメタルハライドランプ１は、放電管３と、片端に口金１２が設けられた外管１３とを有する。本例では、外管１３は回転楕円体状のＢ型である。口金１２のステム１４に、２本の支柱１５、１６が装着されている。一方の支柱１６には、マウント支持板１６Ａとゲッタ２０が装着されている。

放電管３の両端から、電力供給リード７Ａ、７Ｂが突出している。電力供給リード７Ａ、７Ｂは、それぞれ、支柱１５、１６に接続される。こうして、放電管３の両端から延びる電力供給リード７Ａ、７Ｂは、支柱１５、１６を介して、口金１２に電気的に接続される。

図３を参照して本発明に係るセラミックメタルハライドランプの更に他の例を説明する。本例のセラミックメタルハライドランプ１は、片端に口金１２を形成した透光性外管１３と、その内部に配置された放電管３と、放電管３を囲むように配置された円筒状の透光性スリーブ１８を有する。口金１２のステム１４には支柱１５、１６が装着されている。支柱１５には、サポートディスク１７Ａ、１７Ｂが装着されている。サポートディスク１７Ａ、１７Ｂには、透光性スリーブ１８が固定されている。

放電管３の両端から、電力供給リード７Ａ、７Ｂが突出している。電力供給リード７Ａ、７Ｂは、それぞれ、支柱１５、１６に接続される。

図１〜図３に示した本発明に係る高輝度放電ランプでは、片端に口金を備えた透光性外管１３を備えるが、本発明に係る高輝度放電ランプでは、両側に口金を備えた透光性外管を備える構造であってもよい。

図４を参照して本実施形態によるメタルハライドランプの放電管３の構造を説明する。放電管３は、中央の発光部３Ｃとその両端側に延びる一対のキャピラリ３Ａ、３Ｂを有する。本例の発光部３Ｃは略回転楕円体の形状を有する。キャピラリ３Ａ、３Ｂには、一対の電極アセンブリ６Ａ、６Ｂが挿通されている。電極アセンブリ６Ａ、６Ｂの内端には、それぞれ電極５Ａ、５Ｂが設けられ、外端には、それぞれ電力供給リード７Ａ、７Ｂが接続されている。キャピラリ３Ａ、３Ｂの両端は、電気絶縁性を有するフリットガラスなどのシール材によって気密的にシールされると同時に、該シール材によって電極アセンブリ６Ａ、６Ｂが、キャピラリ３Ａ、３Ｂ内の定位置に固定されている。

発光部３Ｃとキャピラリ３Ａ、３Ｂの間は、遷移曲面４Ａ、４Ｂを介して連続的に形成されており角隅部が無い形状である。本例の放電管３は、発光部３Ｃとキャピラリ３Ａ、３Ｂを透光性アルミナの粉末圧縮体を型取りして一体成形した所謂、１ピースタイプのものを用いている。

放電管３の内側寸法として、有効長さＬと有効内径ＩＤを定義する。有効長さＬは、直管状のキャピラリ３Ａ、３Ｂの内径が拡大を開始する位置２Ａ及び２Ｂの間の距離で定義される。有効内径ＩＤは、１ピースタイプの放電管３の場合には、電極５Ａ、５Ｂ間の発光部３Ｃの中央の最大内径で定義される。放電管３の有効長さＬと有効内径ＩＤの比Ｌ／ＩＤをアスペクト比と称することとする。本実施形態によると、アスペクト比は、１.８≦Ｌ／ＩＤ≦２.３となるように設計されている。

ランプ寿命及びランプ効率に影響を与えるパラメータとして壁面負荷が用いられる。壁面負荷は、ランプ電力Ｐ［Ｗ］を放電管３の発光部３Ｃの全内面積Ｓ[ｃｍ^２]で除した値で定義される。

本実施形態によると、定格電力は１００〜４００Ｗである。本実施形態によると、定格電力使用時には、壁面負荷は１５〜４０Ｗ／ｃｍ^２である。調光時、例えば、定格電力の７０％の電力を用いる場合には、壁面負荷は１０．５〜２８．０Ｗ／ｃｍ^２であり、定格電力の５０％の電力を用いる場合には、壁面負荷は７．５〜２０．０Ｗ／ｃｍ^２である。

本発明の実施形態では、アスペクト比Ｌ／ＩＤが、１.８〜２.３であるため、放電管３の発光部３Ｃの全内面積Ｓ[ｃｍ^２]が比較的大きくなり、壁面負荷を比較的小さくすることができる。そのため、ランプ寿命を犠牲にすることなく、高いランプ効率、高演色性を実現することができる。更に、本実施形態では、放電管３の発光部３Ｃの内壁面を構成する材料と、そこに封入する発光物質、特に、希土類金属ヨウ化物の化学反応速度を低く抑えることができ、ランプを長寿命化することができる。

放電管３の発光部３Ｃの各部の温度は、壁面負荷、透光性外管内のガス圧力、放電管材質及び放電管のアスペクト比（Ｌ／ＩＤ）によって決まる。本実施形態によると、点灯時の放電管の最冷温度が８００℃以上で且つ放電管の最高温度が１２００℃以下となるように、放電管の壁面負荷、透光性外管内のガス圧力、放電管材質及び放電管のアスペクト比（Ｌ／ＩＤ）が設定されている。

放電管３には、発光物質である水銀及び金属ハロゲン化物と始動用ガスが封入されている。ここでは、金属ハロゲン化物として金属ヨウ化物を用いる例を説明するが、金属臭素化物を用いてもよい。本実施形態では、金属ハロゲン化物として、アルカリ金属のヨウ化物、アルカリ土類金属のヨウ化物、希土類金属のヨウ化物、等を用いる。本実施形態では、金属ハロゲン化物として、ヨウ化ナトリウムＮａＩ、ヨウ化カルシウムＣａＩ_２、ヨウ化タリウムＴｌＩ、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３、ヨウ化インジウムＩｎＩ、及び、ヨウ化セリウムＣｅＩ_３を用いてよい。これらの発光物質の添加量については後に詳細に説明する。

本願の発明者は、ランプ効率及び光特性が良好でしかも調光時に白色領域から外れる光色シフトをしない高輝度放電ランプを作成するために、放電管に封入する発光物質を鋭意考察した。高輝度放電ランプでは、高いランプ効率が求められるため、発光物質としてタリウムＴｌを用いる。しかしながら、タリウムＴｌは、緑色領域（５３５ｎｍ付近）に発光ピークを有し、更に、他の発光物質に比較して蒸気圧が高い。そのため、タリウムＴｌを用いると調光時に緑色への光色シフトが生じる。そこで、タリウムＴｌに起因する緑色への光色シフトを抑制する手段を講じる必要がある。

本願の発明者は、先ず、ジスプロシウムＤｙに着目した。ジスプロシウムＤｙは、青色領域（４２１ｎｍ付近）に発光ピークを有する。ジスプロシウムＤｙに起因する青色とタリウムＴｌに起因する緑色を混合させることによって、緑色への光色シフトを抑制し、白色の発光を維持することができる。

更に、ジスプロシウムＤｙは、赤色領域に分子発光に起因した連続スペクトルを有する。ジスプロシウムＤｙに起因する赤色とタリウムＴｌに起因する緑色を混合させることによって、緑色への光色シフトを抑制し、白色を維持することができる。即ち、適量のジスプロシウムＤｙを添加することにより、調光時に白色を維持すると同時に、高いランプ効率と高い色特性を得ることができる。

本願の発明者は、次に、インジウムＩｎに着目した。インジウムＩｎは、青色領域（４５０ｎｍ付近）に発光ピークを有する。そのため、インジウムＩｎに起因する青色とタリウムＴｌに起因する緑色を混合させることによって、緑色への光色シフトを抑制し、白色を維持することができる。また、インジウムＩｎは、蒸気圧が比較的高い。従って、タリウムＴｌに対するインジウムＩｎの比を適当の値に選定することにより、タリウムＴｌに起因した緑色への光色シフトを抑制することができる。

本願の発明者は、次に、ツリウムＴｍに着目した。ツリウムＴｍは、ランプ効率を向上させ、演色性を高める作用を有することが知られている。しかしながら、ツリウムＴｍは、青緑色領域（４５０〜５３０ｎｍ付近）に多数の発光ピークを有する。従って、ツリウムＴｍを使用すると、タリウムＴｌに起因した緑色への光色シフトを抑制するよりも寧ろそれを助長することとなる。そこで、本願の発明者は、ツリウムＴｍを使用しないこととした。ツリウムＴｍを使用しないことにより、タリウムＴｌに起因した緑色への光色シフトを抑制することができる。ツリウムＴｍを使用しなくても、ジスプロシウムＤｙを用いることにより、ランプ効率と演色性を維持することができる。

一般に、ジスプロシウムＤｙ、ホルミウムＨｏ、セリウムＣｅ、プラセオジムＰｒ、ネオジムＮｄなどの希土類金属のハロゲン化物は、ランプ効率を向上させ、白色光を発生させる作用があることが知られている。希土類金属のハロゲン化物の封入量が多いと、放電管との間で反応生成物を生成し、光束維持率の低下を招く。従って、希土類金属のハロゲン化物の封入量は過度にならないように適量を設定する必要がある。本実施形態では、放電管に封入する添加物として、上述のようにタリウムＴｌ、ジスプロシウムＤｙ、インジウムＩｎを用いるが、更に、セリウムＣｅのハロゲン化物を用いることとした。

次に、本願の発明者が実施した実験について説明する。本願の発明者は、セラミックメタルハライドランプを試作し、従来のセラミックメタルハライドランプと比較した。本願の発明者が試作したランプには、発光物質として少なくとも、ヨウ化ナトリウムＮａＩが含まれる。更に、本願の発明者が試作したランプには、発光物質としてヨウ化セリウムＣｅＩ_３が含まれる。ヨウ化ナトリウムＮａＩの添加量をD[NaI]、ヨウ化セリウムＣｅＩ_３の添加量をD[CeI₃]とすると、これらは次の式によって表される。

０．７０ｍｇ／ｃｍ^３≦D[NaI]≦１．７３ｍｇ／ｃｍ^３
０．１５ｍｇ／ｃｍ^３≦D[CeI₃]≦０．２９ｍｇ／ｃｍ^３ 式（１）
本願の発明者は、放電管に封入する発光物質を変化させて、調光特性を調べた。先ず、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３の添加量をパラメータとして調光特性を調べた。表１は、従来のランプ（従来例）と本願の発明者が試作したランプ（実施例１〜４）について、調光特性を調べた実験結果を示す。ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３の添加量は、従来のランプの場合ではゼロであるが、実施例１〜４では０．０７〜０．９２ｍｇ／ｃｍ^３である。定格電力使用時の色特性として、色温度ＣＣＴ、色度偏差Ｄｕｖ、及び、演色指数ＣＲＩを測定した。色度偏差Ｄｕｖは、色度図上における黒体軌跡(BBL)からのずれを表す。色度図上における黒体軌跡(BBL)は、太陽光による自然な色味を表す。Ｄｕｖ＝０は、色度が黒体軌跡(BBL)上にあることを表す。

表１に示すように、従来例では、定格電力使用時の光色はやや緑を帯びた白色であったが、調光時の光色は緑色であった。即ち、調光時の光色シフトが観察された。実施例１〜４では、定格電力使用時の光色も調光時の光色も、共に白色であった。即ち、調光時の光色シフトは観察されなかった。この結果から、適量のヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３を添加することにより、調光時の白色領域から外れる光色シフトを抑制することができることが判明した。更に、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３の添加量を増加させることにより、定格電力使用時の色特性、特に、色度偏差Ｄｕｖ、及び、演色指数ＣＲＩが向上することが判明した。

図５を参照して説明する。本願の発明者は、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３の添加量をパラメータとしてランプ効率（発光効率）を調べた。その結果を図５に示す。横軸は、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３の添加量[ｍｇ／ｃｍ^３]、縦軸は、ランプ効率（発光効率）ＬＰＷ[ｌｍ／Ｗ]である。ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３の添加量を増加させると、ランプ効率が低下することが判る。通常、ランプ効率が１００以上であると、高効率であると言える。そこで、図５の結果において、ランプ効率が１００以上となるのは、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３の添加量が１．５３ｍｇ／ｃｍ^３以下の場合である。従って、高いランプ効率を維持し、且つ、調光時の白色領域から外れる光色シフトを抑制するためには、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３の添加量が１．５３ｍｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３の添加量をD[DyI₃] [mg/cm³]とすると、この条件は次の式によって表される。

０＜D[DyI₃]≦１．５３ｍｇ／ｃｍ^３ 式（２）
ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３の添加量D[DyI₃]が少なすぎると、タリウムＴｌに起因する緑色への光色シフトを抑制することができなくなる。そこで、本実施形態では、表１の実施例１の結果から、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３は少なくとも０．０７ｍｇ／ｃｍ^３は必要であるとした。

０．０７ｍｇ／ｃｍ^３≦D[DyI₃]≦１．５３ｍｇ／ｃｍ^３ 式（３）
次に、本願の発明者は、ヨウ化タリウムＴｌＩに対するヨウ化インジウムＩｎＩの比をパラメータとして調光特性を調べた。上述のようにヨウ化タリウムＴｌＩは高いランプ効率を得るために必要であるが、調光時に緑色への光色シフトを生じさせる。そのため、ヨウ化タリウムＴｌＩの添加量は適量に設定する必要がある。本願の発明者は、様々な実験結果から、本実施形態におけるヨウ化タリウムＴｌＩの添加量を設定した。ヨウ化タリウムＴｌＩの添加量をD[TlI][mg/cm³]とすると、これは次の式によって表される。

０．１５ｍｇ／ｃｍ^３≦D[TlI]≦０．２６ｍｇ／ｃｍ^３ 式（４）
表２は、ヨウ化タリウムＴｌＩに対するヨウ化インジウムＩｎＩの比をパラメータとして調光特性を調べた結果を示す。

表２の結果から次のことが判る。適量のヨウ化インジウムを添加し、ヨウ化タリウムに対するヨウ化インジウムの比を適当な値に選択することにより、定格電力使用時における色特性、特に、色度偏差Ｄｕｖ、及び、演色指数ＣＲＩが向上する。インジウムＩｎは極微量の封入でも青色の輝線発光を生じさせるので、タリウムＴｌによる緑色発光とのバランスを取るために寄与する。

ここで、実施例１１〜１４のランプ仕様を説明する。ランプ構造は、片端に口金を備えた透光性の外管とその内部に放電管が収納された形式である。放電管は透光性セラミックからなり、両端にキャピラリを有する。キャピラリ内に電極アセンブリが装着されている。垂直点灯形であるが、点灯姿勢は任意であってよい。

定格電力は２７０Ｗである。しかしながら、本発明の実施形態では、ランプの定格電力は１００〜４００Ｗであってよい。発光管の有効長さＬ［ｍｍ］と有効内径ＩＤ［ｍｍ］の比Ｌ／ＩＤは１．８２であった。また、定格電力時の壁面負荷は１９．２Ｗ／ｃｍ^２である。

発光物質として ヨウ化ナトリウムＮａＩ、ヨウ化セリウムＣｅＩ_３、ヨウ化タリウムＴｌＩ、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３、及び、ヨウ化インジウムＩｎＩを含む。更に、発光管の材料であるアルミナの腐食を抑制するために、全発光物質封入量に対して１０モル％以下のヨウ化カルシウムＣａＩ_２を含む。

従来例では、調光時に白色領域から外れる光色シフトが観察された。実施例１１〜１４では、調光時に白色領域から外れる光色シフトは観察されなかった。尚、実施例１１〜１４の光色シフトについては後に詳細に説明する。

図６を参照して説明する。本願の発明者は、ヨウ化タリウムＴｌＩに対するヨウ化インジウムＩｎＩの比をパラメータとして色度偏差Ｄｕｖを調べた。その結果を図６に示す。横軸は、ヨウ化タリウムＴｌＩに対するヨウ化インジウムＩｎＩの比、縦軸は、色度偏差Ｄｕｖである。上述のように、色度偏差Ｄｕｖの絶対値はできるだけ小さい方がよく、５より小さいことが好ましい。図６の結果から、色度偏差Ｄｕｖの絶対値を５より小さくするには、ヨウ化タリウムＴｌＩに対するヨウ化インジウムＩｎＩの重量比を０．０５〜０．２３とするのがよい。ヨウ化タリウムＴｌＩに対するヨウ化インジウムＩｎＩの重量比を、R[InI/TlI]とすると、本実施形態では、この比は次の式によって表される。

０＜R[InI/TlI]≦０．２３ 式（５）
更に好ましくは、重量比R[InI/TlI]は次の式によって表される。

０．０５≦R[InI/TlI]≦０．２３ 式（６）
表３〜表７は、従来のランプ（従来例）と本願の発明者が試作したランプ（実施例１１〜１４）について、調光条件を変化（定格電力の１００％、７０％、５０％）させて、ランプ電圧ＶＬ［Ｖ］、光束Ｌｕｍｅｎ［ｌｍ］、ランプ効率（発光効率）ＬＰＷ［ｌｍ／Ｗ］、色温度ＣＣＴ［Ｋ］、色度偏差Ｄｕｖ、演色指数ＣＲＩ、色度図上の刺激値ｘ、ｙを測定した結果を示す。色度図上の刺激値ｘ、ｙについては後に図７Ａを参照して説明する。

表３〜表７の結果から次のことが判る。適量のヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３、ヨウ化タリウムＴｌＩ、及び、ヨウ化インジウムＩｎＩを添加することにより、定格電力使用時における色特性、特に、色度偏差Ｄｕｖ、及び、演色指数ＣＲＩが向上する。

表３〜表７の第８列及び第９列に、定格電力使用時及び調光時の刺激値ｘ、ｙの測定結果と、その偏差Δｘ、Δｙの計算結果を示す。刺激値の偏差Δｘ、Δｙは、定格電力使用時の刺激値を基準として各調光時の刺激値ｘ、ｙの増減量を表す。

先ず刺激値ｘの偏差Δｘを考察する。実施例１１〜１４の刺激値ｘの偏差Δｘの値は、従来例の刺激値ｘの偏差Δｘの値より大きい。これは、実施例１１〜１４の場合、調光時に刺激値ｘの値が大きく変化することを意味する。

次に刺激値ｙの偏差Δｙを考察する。実施例１１〜１４の刺激値ｙの偏差Δｙの値は、従来例の刺激値ｙの偏差Δｙの値より十分に小さい。これは、実施例１１〜１４の場合、調光時に刺激値ｙの値が殆ど変化しないことを意味する。従って、実施例１１〜１４の場合、調光時に色度図上の光色を表す点がｘ軸に略平行に移動することになる。

図７Ａは、上述の従来例と実施例１１〜１４の結果を色度図上にプロットした結果を示す。図７Ａは、色度図の一部分を切り取って拡大した模式図である。色は、３つの刺激値ｘ、ｙ、ｚによって表されるが、３つの刺激値ｘ、ｙ、ｚの和は１である。そのため、２つの刺激値ｘｙが決まれば他の刺激値ｚは一義的に決まる。色度図は、横軸を刺激値ｘ、縦軸を刺激値ｙとする平面座標を表す。色度図上の点は、２つの刺激値ｘ、ｙからなる座標値を有するが、それによって３つの刺激値ｘ、ｙ、ｚを有する色が特定される。

色度図では、略中央に白色の領域が表示され、その周囲に、黄色、緑色、青色、紫色、赤色、橙色等の領域が連続的に変化するように描かれている。

図７Ａは、色度図の略中央の白色の領域と、その上側の黄緑色の領域と、やや黄みがかった緑色の領域を切り取って模式的に示す。ここでは、説明の便宜上、この色度図に、４つの線を描き、それらの線によって区分された領域を、黄みの緑、黄緑、及び、白色の領域とした。色度図上の破線の曲線は、従来例の光色を表す座標点の軌跡を表し、色度図上の実線の曲線は、実施例１１〜１４の光色を表す座標点の軌跡を表す。

定格電力使用時の光色は、従来例では、やや緑を帯びた白色であったが、実施例１１〜１４では、白色であった。即ち、従来のランプも本実施形態に係るランプも、定格電力（１００％）による使用時には、光色を表す座標点は、白色の領域にある。

定格電力の７０％の電力を用いる場合、従来例も実施例１１〜１４も、色度図上にて光色を表す座標点は移動する。従来例の場合、光色を表す座標点は左斜め上の方向に移動する。しかしながら、実施例１１〜１４の場合、光色を表す座標点は横軸に略平行な方向に移動する。

定格電力の５０％の電力を用いる場合、従来例の場合も実施例１１〜１４の場合も、色度図上にて光色を表す座標点は更に移動する。従来例の場合、光色を表す座標点は、更に左斜め上の方向に移動し、白色の領域から黄緑色の領域に移動する。しかしながら、実施例１１〜１４の場合、光色を表す座標点は、更に、横軸に略平行な方向に移動する。そのため、光色を表す座標点は、白色の領域に留まっている。

即ち、従来例のランプでは、調光時に光色シフトすることによって光色が白色領域から外れ、例えば、緑色に着色したように見える。そのため、見る者に違和感を生じさせる。一方、本実施形態に係るランプでは、調光時に色温度は変化するが、その光色は白色領域内であるため、主観的には違和感を生じない。

図７Ｂは、図７Ａの従来例と実施例１１〜１４のうち、実施例１４のみを取り出して描いた図である。従来のランプと比較すると、調光時の光色シフトの差異が明確に理解できる。実施例１１〜１４のランプの定格電力は２７０Ｗである。しかしながら、本発明の実施形態では、ランプの定格電力は１００〜４００Ｗであってよい。実施例１４の場合、定格電力を用いる場合には、壁面負荷は１９．２Ｗ／ｃｍ^２であり、定格電力の７０％の電力を用いる場合には、壁面負荷は１３．４Ｗ／ｃｍ^２であり定格電力の５０％の電力を用いる場合には、壁面負荷は９．６Ｗ／ｃｍ^２であった。

本実施形態に係るランプでは、定格電力使用時には、壁面負荷は１５〜４０Ｗ／ｃｍ^２であり、定格電力の７０％の電力を用いる場合には、壁面負荷は１０．５〜２８．０Ｗ／ｃｍ^２であってよく、定格電力の５０％の電力を用いる場合には、壁面負荷は７．５〜２０．０Ｗ／ｃｍ^２であってよい。

図８Ａは、定格電力（１００％）を使用する場合のランプの波長スペクトルを示し、図８Ｂ、及び、図８Ｃは、定格電力の７０％及び５０％の電力を使用する場合のランプの波長スペクトルを、それぞれ、示す。実線の曲線は本発明の実施形態によるランプの波長スペクトルを示し、破線の曲線は従来のランプの波長スペクトルを示す。これらの図の横軸は波長［ｎｍ］、縦軸は分光強度比（任意単位）である。

実線の曲線では、波長３８０〜４８０ｎｍの領域に２つの波長ピークがある。これは、青色領域（４２１ｎｍ付近）に発光ピークを有するジスプロシウムＤｙと、青色領域（４５０ｎｍ付近）に発光ピークを有するインジウムＩｎを表す。破線の曲線では、これらの波長ピークは現れない。これは、従来例では、ジスプロシウムＤｙとインジウムＩｎを含まないからである。本発明の実施例ではジスプロシウムＤｙとインジウムＩｎを含むため、緑色への色シフトを抑制することができる。

また、波長４８０〜５８０ｎｍの領域に１つの波長ピークがある。これは、緑色領域（５３５ｎｍ付近）に発光ピークを有するタリウムＴｌを表す。波長５８０〜６８０ｎｍの領域に１つの波長ピークがある。これは、ナトリウムＮａを表す。

図８Ａ〜図８Ｃに示すランプの波長スペクトルによって本願の発明者が鋭意考察した発光物質の機能を説明することができる。高輝度放電ランプでは高いランプ効率を得るためにタリウムＴｌを用いる。しかしながら、タリウムＴｌは調光時に緑色に光色シフトを起こす要因となる。そこで、本願の発明者は、緑色を相殺するために緑色に対して補色の関係にある色を発色させる物質を鋭意検討した。そこで、青色領域（４２１ｎｍ付近）に発光ピークを有するジスプロシウムＤｙ、及び、青色領域（４５０ｎｍ付近）に発光ピークを有するインジウムＩｎに着目した。更に、ランプ効率を向上させ、演色性を高める作用を有するツリウムＴｍに着目したが、ツリウムＴｍは、青緑色領域（４５０〜５３０ｎｍ付近）に多数の発光ピークを有するため、緑色を相殺する作用を提供しないと考えた。本願の発明者は、ヨウ化タリウムＴｌＩ、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３、ヨウ化インジウムＩｎＩ、等の添加量を変化させて、それらの適量を求める実験を行った。

以上、本実施形態に係る高輝度放電ランプについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の記載によって定められる。

１…セラミックメタルハライドランプ、 ３…放電管、 ３Ａ、３Ｂ…キャピラリ、 ３Ｃ…発光部、 ５Ａ、５Ｂ…電極、 ６Ａ、６Ｂ…電極アセンブリ、 ７Ａ、７Ｂ…電力供給リード、 ９Ａ、９Ｂ…外部端子、 １２…口金、 １３…外管、 １４…ステム、 １５、１６…支柱、 １７Ａ、１７Ｂ…サポートディスク、 １８…透光性スリーブ、 １９Ａ、１９Ｂ…ニッケル線、 ２０…ゲッタ

Claims (5)

1. 内部に発光物質と始動用ガスを封入した透光性セラミック製の放電管と、該放電管を収納する透光性外管と、を有するセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記発光物質は、ヨウ化ナトリウムＮａＩ、ヨウ化セリウムＣｅＩ_３、ヨウ化タリウムＴｌＩ、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３、及び、ヨウ化インジウムＩｎＩを含み、
   前記ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ_３の添加量をD[DyI₃]とすると、該添加量は次の式によって表され、
   ０．０７ｍｇ／ｃｍ^３≦D[DyI₃]≦１．５３ｍｇ／ｃｍ^３
   前記発光物質に含まれるヨウ化タリウムＴｌＩに対するヨウ化インジウムＩｎＩの重量比を、R[InI/TlI]とすると、該重量比は次の式によって表されることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
   ０＜R[InI/TlI]≦０．２３
2. 請求項１記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記発光物質に含まれる、ヨウ化タリウムＴｌＩに対するヨウ化インジウムＩｎＩの重量比R[InI/TlI]は次の式によって表されることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
   ０．０５≦R[InI/TlI]≦０．２３
3. 請求項１又は２記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記発光物質に含まれる、ヨウ化ナトリウムＮａＩの添加量をD[NaI]、ヨウ化セリウムＣｅＩ_３の添加量をD[CeI₃]、ヨウ化タリウムＴｌＩの添加量をD[TlI]とすると該添加量は次の式によって表されることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
   ０．７０ｍｇ／ｃｍ^３≦D[NaI]≦１．７３ｍｇ／ｃｍ^３
   ０．１５ｍｇ／ｃｍ^３≦D[CeI₃]≦０．２９ｍｇ／ｃｍ^３
   ０．１５ｍｇ／ｃｍ^３≦D[TlI]≦０．２６ｍｇ／ｃｍ^３
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   ランプの定格電力は１００〜４００Ｗであり、ランプの壁面負荷は１５〜４０Ｗ／ｃｍ^２であり、前記放電管の有効長さをＬ、有効内径をＩＤとするとき、両者の比Ｌ／ＩＤは、１.８≦Ｌ／ＩＤ≦２.３であり、
   ランプの定格電力の７０％の電力を用いる場合には、ランプの壁面負荷は１０．５〜２８．０Ｗ／ｃｍ^２であり、ランプの定格電力の５０％の電力を用いる場合には、ランプの壁面負荷は７．５〜２０．０Ｗ／ｃｍ^２であることを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載のセラミックメタルハライドランプにおいて、
   前記発光物質はヨウ化カルシウムＣａＩ_２を含むことを特徴とするセラミックメタルハライドランプ。

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