JPH06310100A - 光源装置および液晶投射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は，メタルハライドランプ，およびこの
ランプの点灯装置に関するもので，再始動時間およびラ
ンプ寿命を改善した光源装置を提供することを目的とし
ている。 【構成】本発明においては安定点灯中は直流にて点灯さ
れているため，発光金属およびそのイオンが陰極に引き
寄せられ，アーク中央を主体に発光管面積の大部分の石
英管壁内面で失透の発生が防止され、透明な点光源の状
態が長時間に亘って維持される。 またさらには、ラン
プ起動中の所定期間にパルス状のプラス電位をランプの
陰極側に印加したため、放電灯に対するパルス衝撃を極
めて強いものとすることができ、放電灯が消灯直後で始
動困難な状態にあっても高い確率で始動させることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メタルハライドラン
プ、およびこのランプの点灯装置から成る光源装置に関
し，特に直流で点灯されるランプの再始動時間を改善し
た光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来カラ−液晶プロジェクションＴＶ用
に使用される光源装置においては、ランプは通常リフレ
クタと共に使用されるが、ランプの幾何学的特徴からハ
ロゲンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ラン
プ、キセノンランプなどを使用していた。 しかし近年
にいたり、放射光における赤・青・緑のバランスの良さ
各色の光量の多さ、放射熱割合の少なさ、消費電力の少
なさなど数多くの特徴から、メタルハライドランプが、
特に短ア−クメタルハライドランプが専ら使用されるよ
うになってきた。 そしてメタルハライドランプの封入
物質はランプが光の三原色である赤・青・緑の成分を高
い効率で放射することができるよう、ジスプロシウムな
ど希土類金属のほかセシウム、タリウム、インジウムな
ど複数種類の特定の金属のハロゲン化物が選ばれてい
た。 これらの封入物質は水銀と比較すると全温度域で
飽和蒸気圧が低く、満足なランプ特性を実現するため、
市販の照明用メタルハライドランプの場合に比べて発光
管の最冷点温度は高めに設定されていた。 カラ−液晶
プロジェクションＴＶ用の光源部分の一例として、図２
に示すように短ア−クメタルハライドランプ１とリフレ
クタ１１とが一体に組み合わされて使用されていた。
ランプ１から放射される光はリフレクタ１１によって反
射され一定の面積を有する集光レンズまたは液晶パネル
に導かれる。 このため光源は点光源であることが望ま
しく、このような理由でア−ク長さが小の短ア−クメタ
ルハライドランプが使用される。 図２において短ア−
クメタルハライドランプ１の発光管２は石英ガラスから
成り、両端にそれぞれ電極３、３を封装し、これら一対
の電極３、３は封止部４、４に封着された金属箔導体
５、５に接続されている。 一方の金属箔導体５は図示
しない外部リ−ド線を介して端部に被着された口金６に
電気的に接続されており、他方の金属箔導体５は外部リ
ド線７に接続されている。 上記発光管２には緩衝金属
としての水銀と始動用希ガスと共に発光金属として上述
の金属ハロゲン化物が封入されている。

【０００３】リフレクタ１１はガラスまたは金属からな
り、回転曲面の内面に反射特性に優れたＴｉＯ2 −Ｓｉ
Ｏ2 などの蒸着膜から成る反射面１２を有している。
このリフレクタ１１の前面投光部、即ち開口部はその径
が９０〜１３０mm程度に形成されており、背部の頂部に
は支持筒部１３を有している。 そして前記支持筒部１
３には上記ランプ１の口金６部分が絶縁セメント１４に
より固着されている。この時ランプ軸とリフレクタの中
心軸は略々一致するように取着されている。なお、リフ
レクタ１１には導入孔１５が形成され、前記ランプ１の
外部リ−ド線７がこの導入孔１５を貫通してリフレクタ
の背面側に導かれている。以上に述べてきた構成の短ア
−クメタルハライドランプの電極間距離は１００〜２５
０Ｗランプの場合、４〜７mmと小であり、通常は２５０
〜４００Ｈｚの高周波交流電源３０により点灯される。
このように発光管の最冷点温度を高めに設定し３０〜１
００Ｗ／cm2 と高い管壁負荷（ランプ入力電力を発光管
の内表面積で除した値）でランプを点灯する結果封入物
質（金属ハロゲン化物）の十分な蒸気圧が得られ、発光
効率が高く、光の質も量も満足し得る点光源となる。し
かしながら、上記の短ア−クメタルハライドランプ１
は、点灯時の管壁温度が発光管材料である石英ガラスの
耐え得る限界近くまで高くなり、封入したメタルハライ
ド蒸気の作用により、ランプ点灯１００時間ぐらいから
最高温度部位を中心に管壁の失透が始まる。 そして点
灯時間の経過に伴いこの失透が発光管内面の全体に広が
っていき、失透の厚みも増大して点灯１０００時間内外
では、ランプ全面が白濁化した状態となり、石英ガラス
本来の透明性が失われる結果、当初は点光源であったも
のが発光管全体から光が放射されているように見え、リ
フレクタによる集光性が著しく損なわれるようになる。

【０００４】以上のように、従来の液晶プロジェクショ
ンＴＶ用に使用される短ア−クメタルハライドランプは
初期特性は優れているが、ランプ寿命の点で問題を有し
ていた。

【０００５】そして、本用途における短ア−クメタルハ
ライドランプのもう一つの問題点は瞬時再始動性が不十
分ということである。 即ち一度電源のスイッチを切っ
て点灯していた短ア−クメタルハライドランプを消灯し
てしまうと、一定の時間を経過しないとランプを再点灯
させることが困難であった。 これはランプ点灯中は発
光管の温度が７００〜１０００℃と高温度であり消灯し
ても直ぐには１００℃程度までは下がらないこと、この
ため発光管内には放電開始を妨げる上記ガスが充満して
いることがランプの瞬時再始動性を困難にしていた。発
光管の温度が室温である状態でメタルハライドランプを
起動させる場合でも例えば図４に示すような始動時無負
荷電圧（陽極電位）の変化の状況で電源電圧に始動用パ
ルス電圧を重畳することが通常行われているが、このよ
うな点灯装置においても上述の理由により瞬時再始動は
困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
事情に基づいてなされたもので、その目的とするところ
は、ランプ発光管の白濁現象を抑制し、長期に亘り点光
源の状態を保持することにより、光源装置全体の寿命特
性を大幅に改善することと、瞬時再始動が可能な光源装
置を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光源装置は陽極
および陰極を有して、始動用希ガスと共に水銀、金属ハ
ロゲン化物が封入された石英製の発光管を備え、且つ始
動用補助導体を有する直流点灯用金属蒸気放電灯と、前
記放電灯の起動中の所定期間に前記放電灯陰極側および
前記始動用補助導体にパルス状のプラス電位を印加する
とともに前記放電灯の安定点灯中は前記放電灯の陽極側
にプラス電位を印加する点灯装置とを具備したことを特
徴とするものであり、さらには前記始動用補助導体は耐
熱線から成り、その一端は前記発光管の陰極側外部導入
線に接続され、線中央部においては発光管の外壁に沿い
つつ、その他端は陽極の近傍に配置されることを特徴と
するものであり、さらには前述光源装置と直流点灯用金
属蒸気放電灯からの光を所望の方向に反射するリフレク
タとを具備したことを特徴とする光源装置であり、さら
には前記金属蒸気放電灯は短ア−クメタルハライドラン
プであり、該放電灯の一端が前記リフレクタの所定の位
置に組み込まれ一体として固着されたことを特徴とする
ものであり、さらには前記光源装置と、画像を形成する
と共に、前記光源装置からの光を透過することで前記画
像を投影可能な液晶パネルと、前記液晶パネルに形成さ
れる画像を表示制御する駆動装置とを具備したことを特
徴とする液晶投射装置である。

【０００８】

【作用】本発明の光源装置は陽極および陰極を有する直
流点灯用金属蒸気放電灯に安定点灯中は陽極側にプラス
電位を印加したので以下に述べるような作用を奏するも
のである。

【０００９】まず石英の失透現象について解説を試み
る。メタルハライドランプ発光管石英の内表面の失透現
象については現時点で明確な解釈が確定しているわけで
はない。 いずれにしても高温度において透明なガラス
状から乳白色の結晶状に変質していくのであるが、生成
した結晶からはクリストバライトというＳｉＯ2 の結晶
体が見いだされている。 以下現象を中心にして解釈を
進めていく。石英ガラスの構造はＳｉ原子とＯ原子がＳ
ｉを中心に４面体の３次元配列で網目状に無定型な状態
で配列したもので結晶構造を持たない。 これにたいし
てクリストバライトは、石英ガラスと元素組成比は同一
であるが、規則的な配列を持つ正方晶形または立方晶形
の結晶であり、石英ガラスを空気中で１４００℃内外の
高温度で長時間保持すると原子配列が変化して生ずるも
のである。 そして結晶そのものは無色半透明である
が、多くの微小な結晶が集まると白色となる。このため
石英製のメタルハライドランプ発光管に失透が生じると
白濁現象が見られるようになるものである。しかし上記
の失透生成条件については、空気中でなく金属蒸気に曝
されると失透が生じやすくなり、蒸気の種類や濃度によ
り失透生成の温度や時間が大きな影響を受ける。 総じ
てイオン化傾向の大小と石英ガラスへの腐食性の大小は
良い対応を示し、ジスプロシウム等の希土類金属やナト
リウム等のアルカリ金属の蒸気は極めて石英との反応性
が大である。 そして同じ元素同志の比較ではハロゲン
化金属の形態の蒸気よりも金属蒸気の形態のほうが石英
を失透させる影響力が大であり、金属蒸気がイオン化す
るとこの影響は更に大となる。ここで用いられる短ア−
クメタルハライドランプ発光管は、希土類金属のハロゲ
ン化物が封入され、点灯中特に高温度となり、封入物の
蒸気圧も高く、蒸気はアーク中で分解して、ハロゲンの
蒸気、金属蒸気、さらには金属イオンの蒸気、金属ハロ
ゲン化物の蒸気等が混在し、これらの蒸気が対流や拡散
により石英管壁への衝突を繰り返している。 このよう
な事情により、ランプ点灯中短期間で失透が生じていた
ものであった。本発明は上記原因系の一部を取り除くこ
とにより短ア−クメタルハライドランプ発光管の早期白
濁を防止し、光源装置の能率維持を意図するものであ
る。すなわちランプを直流で点灯することにより、金属
イオンの蒸気は対流や拡散による動きよりも発光管内の
電場の影響を強く受けて陰極に引き寄せられ、カタホル
シス現象が発生する。 言い換えれば、金属イオンを石
英ガラス製の管壁から、特に最も高温度部位である発光
管中央部管壁から遠ざけることができ、さらにはカタホ
ルシス現象からみて発光管中央部管壁付近における金属
蒸気の濃度も減少し、石英管璧の失透生成を防止するこ
とができるものである。また、本発明の光源装置は放電
灯の起動中の所定期間に前記放電灯陰極側および前記始
動用補助導体にパルス状のプラス電位を印加するととも
に前記放電灯の安定点灯中は前記放電灯の陽極側にプラ
ス電位を印加する点灯装置を具備したことを特徴とする
ものであり、さらには前記始動用補助導体は耐熱線から
成り、その一端は前記発光管の陰極側外部導入線に接続
され、線中央部においては発光管の外壁に沿いつつ、そ
の他端は陽極の近傍に配置されることを特徴とするもの
である。

【００１０】すなわち、従来の点灯装置との機能上の基
本的な相違は、起動中の所定期間にパルス状のプラス電
位を、ランプの陰極側に印加する点である。例えば、起
動直後の１０μ秒の間にパルス高さ１５ＫＶにて陰極側
にプラス電位を印加し、その直後の１０μ秒にパルス高
さ１０ＫＶにて陽極側にプラス電位を印加することによ
り、放電灯に対するパルス衝撃を極めて強いものとする
ことができ、陽極の近傍に配置された始動用補助導体の
働きとも相俟って、放電灯が消灯直後で始動困難な状態
にあっても高い確率で始動させることができるものであ
る。

【００１１】

【実施例】以下本発明について図１に示す一実施例に基
づき説明する。図１において短ア−クメタルハライドラ
ンプ１は定格電力が２５０Ｗであり、発光管２の発光部
は肉厚１．４mmの石英ガラスからなるほぼ楕円回転体を
なしており、この発光部は長径がほぼ１５mm短径がほぼ
１３．５mmとなるように形成され、内容積がほぼ０．９
ccとなっている。 この発光管２の両端に封装された電
極は、一方が例えば直径１．６mmのトリタン棒よりなる
陽極３ａ、他方が例えば直径０．６mmのトリタン棒より
なる陰極３ｂとなっており、両電極間の距離は６mmであ
る。 発光管２内には、水銀２０mgと、金属ハロゲン化
物として臭化ジスプロシウムＤｙＢｒ3 とヨウ化ジスプ
ロシウムＤｙＩ3 との混合物が０．４mg、ヨウ化セシウ
ムＣｓＩ3 が０．２mg、臭化錫ＳｎＢｒ2 が０．６mg、
臭化インジウムＩｎＢｒが０．２mg、臭化タリウムＴｌ
Ｂｒが０．４mgを封入してあり、かつ希ガスとしてアル
ゴンＡｒが常温で３００Torr封入されている。

【００１２】リフレクタ１１はガラスからなり、回転曲
面の内面にＴｉＯ2 −ＳｉＯ2 の蒸着膜から成る反射面
１２を有している。 このリフレクタ１１の前面投光
部、即ち開口部はその径が１３０mm程度に形成されてお
り、背部の頂部には支持筒部１３を有している。 そし
て前記支持筒部１３には上記ランプ１の口金６部分が絶
縁セメント１４により固着されている。 この時ランプ
軸とリフレクタの中心軸は略々一致するように取着され
ている。 なお、リフレクタ１１には導入孔１５が形成
され、前記ランプ１の外部リ−ド線７がこの導入孔１５
を貫通してリフレクタの背面側に導かれている。

【００１３】以上に述べてきた構成の短ア−クメタルハ
ライドランプを口金６と外部リ−ド線７とを直流電源７
０に接続し、ランプ電力２５０Ｗで点灯することによ
り、発光管の管壁負荷は５０〜６０Ｗ／cm2 と高い負荷
条件で使用されることとなる。なお、ランプ１の陰極３
ｂはリフレクタ１１の前面投光部側に位置し、陰極３ｂ
に対応する発光管外面に耐熱性酸化物、例えばアルミナ
からなる保温膜８を形成してある。

【００１４】このような構成の光源装置により定格電力
で稼働させたところ、ランプから放射され、リフレクタ
から反射される光はその質・量とも交流点灯時と比較し
てほぼ同等のものが得られた。 すなわち、ランプ単体
での光効率は８２Ｌｍ／Ｗ、ランプから放射され、リフ
レクタから反射される光の色温度は７５００Ｋとなり交
流点灯時の夫々８１Ｌｍ／Ｗ、７６００Ｋと比較してほ
ぼ同等であった。そして上記本発明実施例の光源装置に
より定格電力で稼働させたところ、ランプを２０００時
間点灯しても、発光管の上部管壁の白濁化は見られず、
図６にも示すように、スクリーン照度維持率は８０％を
保つことができた。

【００１５】また、のべ点灯時間が５０時間前後のラン
プを装着した上記構成の光源装置により、定格電力で３
０分間点灯後に消灯し、消灯５秒後に電源を入れて装置
を稼働させたところランプは起動可能であった。 そし
て再始動直後から通常点灯時のランプ電圧に近い状態で
あったことから発光管消灯５秒後の温度はまだ５００〜
７００℃と高く、これに対応して発光管内封入物の蒸気
圧も高いため、放電破壊を起こすべきガス体の状況とし
ては厳しい条件といいうるものである。そして３０分点
灯、５秒消灯の点滅を１０回繰り返したが、本構成の装
置によっては一度も起動不能の現象を生じなかった。次
に点灯時間を３０分と固定した上記点滅条件で、消灯時
間を１０秒，１５秒，２０秒，２５秒，３０秒，３５
秒，４０秒，４５秒，５０秒，５５秒，６０秒と変化さ
せて、瞬時再始動性を５秒刻みに実験した結果、一度も
起動不能の現象を生じることはなかった。 これは、従
来構成の光源装置の消灯後６０〜９０秒間起動不能とい
う瞬時再始動性能と比較して、メタルハライドランプを
使用した光源装置の基本的な問題点の一つを克服できた
といいうるものである。

【００１６】次に本発明の光源装置を使用した液晶投射
装置の光学系部分の模式図を図６に示す。メタルハライ
ドランプを使用した光源装置から放射され全反射鏡で反
射された光は複数のカラーフィルター４２により色成分
に分割または混光され，コンデンサレンズ４３，液晶板
４４，投影レンズ４５，を通ってスクリーン４６にたっ
する。従来の装置と比較して構造の上で基本的に変わる
ものではないが、本発明の装置を使用した液晶投射装置
は、ランプ交換を頻繁に行わなければならなかった従来
型と較べ，２０時間／週の頻度で使い続けても２ー３年
以上はランプ交換不要である上， 装置をスイッチオフ
後何かの都合で直後にスイッチオンしたい場合，従来型
装置では９０秒内外は待つ必要があったが，本発明の装
置を使用した液晶投射装置は上述のように十分これに応
えることができる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、発
光金属のイオンが陰極に引き寄せられて集中するように
なるため、アーク中央を主体に発光管面積の大部分の石
英管壁内面で失透の発生が防止され、透明な点光源の状
態を長時間に亘って維持できるものである。 またさら
には、ランプ起動中の所定期間にパルス状のプラス電位
をランプの陰極側に印加したため、例えば、起動直後の
１０μ秒の間にパルス高さ１５ＫＶにて陰極側にプラス
電位を印加し、その直後の１０μ秒にパルス高さ１０Ｋ
Ｖにて陽極側にプラス電位を印加するようにしたため、
放電灯に対するパルス衝撃を極めて強いものとすること
ができ、放電灯が消灯直後で始動困難な状態にあっても
高い確率で始動させることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部を示す断面図

【図２】従来の光源装置の断面図

【図３】本発明の一実施例における無負荷陽極電位の変
化を示す図

【図４】従来装置における無負荷陽極電位の変化を示す
図

【図５】本発明の一実施例における電源装置の回路図

【図６】本発明の一実施例における液晶投射装置の模式
図

【図７】図６のスクリーン照度の経時劣化曲線を示す図

【符号の説明】

１…ランプ ２…発光管 ３…電極 ３ａ…陽極 ３ｂ…陰極 ９…始動用補助導体 １１…リフレクタ １３…支持筒
部 １４…絶縁セメント ２０…本発明の点灯装置 ２１…点灯回
路 ２２…第１パルス用起動回路 ２５…第２パ
ルス用起動回路

フロントページの続き (72)発明者 田中以知郎 東京都港区三田一丁目４番28号 東芝ライ テック株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陽極および陰極を有して、始動用希ガスと
   共に水銀、金属ハロゲン化物が封入された石英製の発光
   管を備え、且つ始動用補助導体を有する直流点灯用金属
   蒸気放電灯と、前記放電灯の起動中の所定期間に前記放
   電灯陰極側および前記始動用補助導体にパルス状のプラ
   ス電位を印加するとともに前記放電灯の安定点灯中は前
   記放電灯の陽極側にプラス電位を印加する点灯装置とを
   具備したことを特徴とする光源装置。
2. 【請求項２】前記始動用補助導体は耐熱線から成り、そ
   の一端は前記発光管の陰極側外部導入線に接続され、線
   中央部においては発光管の外壁に沿いつつ、その他端は
   陽極の近傍に配置されることを特徴とする請求項第１項
   記載の光源装置。
3. 【請求項３】請求項第１項および第２項のうちいずれか
   一記載の光源装置と直流点灯用金属蒸気放電灯からの光
   を所望の方向に反射するリフレクタとを具備したことを
   特徴とする光源装置。
4. 【請求項４】前記金属蒸気放電灯は短ア−クメタルハラ
   イドランプであり、該放電灯の一端が前記リフレクタの
   所定の位置に組み込まれ一体として固着されたことを特
   徴とする請求項第３項記載の光源装置。
5. 【請求項５】請求項第１項ないし第４項のうちいずれか
   一記載の光源装置と画像を形成すると共に、前記光源装
   置からの光を透過することで前記画像を投影可能な液晶
   パネルと前記液晶パネルに形成される画像を表示制御す
   る駆動装置とを具備したことを特徴とする液晶投射装
   置。