JPH06314501A

JPH06314501A - 投光光源装置およびこれを用いた液晶プロジェクタ

Info

Publication number: JPH06314501A
Application number: JP5103399A
Authority: JP
Inventors: Ichirou Tanaka; 以知郎田中; Kazuo Honda; 和雄本田; Hiromichi Kawashima; 弘道川島; Mamoru Furuya; 守古谷
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】リフレクタの小形化が可能になり、ランプの温
度上昇を抑えて発光効率および寿命特性の低下を防止し
た投光光源装置およびこれを用いた液晶プロジェクタを
提供する。【構成】発光管２０に電極２１、２２を封装した高圧放
電灯１と、この高圧放電灯１の光を反射するリフレクタ
３０と、このリフレクタ３０の前面開口部に接合された
フロントカバー３１とを備えた投光光源装置６０におい
て、高圧放電灯１のランプ電力をＷ（ワット）、リフレ
クタとフロントカバーとの内表面積の和をＳ（cm² ）と
した場合、０．２５≦Ｗ／Ｓ（ワット／cm² ）≦２．５
とした。【作用】ランプの熱をリフレクタとフロントカバーとか
ら適度に逃がし、リフレクタを小形化でき、発光管を適
度な温度に維持して発光効率および寿命特性を良好に保
つことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、短アークメタルハライ
ドランプなどの高圧放電灯を光源とし、この光源から放
射される光をリフレクタにより反射して投光するように
した投光光源装置およびこれを用いた液晶プロジェクタ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶プロジェクタの光源としてア
ーク長の短いメタルハライドランプが使用されている。
カラー液晶プロジェクタは、光源と、この光源から放射
された光を反射するリフレクタと、この反射光を集光す
る集光レンズとを備えており、集光レンズからでた光は
液晶パネルを照射し、この液晶パネルの画像を投影レン
ズを介してスクリーンに投影するようになっている。

【０００３】このようなカラー液晶プロジェクタの光源
としては、点光源の形状に近く、しかも低電力の割りに
は大光量が得られ、赤、青、緑の成分を効率よく放射
し、ミラーやレンズ等の光学系と組合わせて用いた場合
に必要なエリアに豊富な光の３原色を送りこむことがで
き、しかも熱の発生が少ない等の条件を満足し得るラン
プが必要であり、このような条件を満たすランプとし
て、短アークメタルハライドランプが用いられている。

【０００４】この種の短アークメタルハライドランプ
は、石英ガラスからなる発光管に一対の電極を封装し、
この発光管に、緩衝金属としての水銀と、発光金属とし
て金属ハロゲン化物、およびアルゴン等の希ガスが封入
されている。

【０００５】このようなランプは、リフレクタに取り付
けられており、ランプから出た光をリフレクタの反射面
で反射し、集光レンズに向かわせるようになっている。
そして、この種のランプはアーク長さ、つまり電極間距
離Ｌが１２mm以下とされ、点灯中に１５０Ｗ〜２５０Ｗ
の電力を投入することにより、管壁負荷（入力電力Ｗ
（ワット）を発光管の内表面積Ｓcm² で除した値）が２
０〜１００ワット／cm² となるような大きな負荷条件で
使用される。

【０００６】ところで、この種のメタルハライドランプ
は、発光管を剥き出しにしたまま点灯すると、発光管の
熱が外気に奪われるため温度が上昇し難く、発光管内に
封入した発光金属の蒸気圧が上がらず、発光効率が低く
なることがある。これを防止するため、リフレクタの前
面開口部を透明ガラスからなるフロントカバーで覆い、
リフレクタの内部を気密空間に保つことが行われてい
る。すなわち、リフレクタとフロントカバーにより発光
管を包囲する外囲器を構成し、この外囲器により発光管
の温度を所定以上に維持し、これにより発光効率の上昇
を図っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の投光光源装置は、カラー液晶プロジェクタの内部に組
み込まれることから小形化が要求される。このためには
リフレクタを小形にする必要があるが、リフレクタをあ
まりに小形化すると、発光管と反射面との距離が短くな
り、反射光により発光管が加熱されたり、気密空間に熱
がこもるため、発光管の温度が上昇し過ぎるようにな
る。この結果、発光管の負荷が大きくなり、寿命特性が
低下する心配がある。

【０００８】逆に、発光管と反射面との距離を大きくし
ようとしてリフレクタを大きくすると投光光源装置が小
形・コンパクト化の要請に逆行することになる。本発明
はこのような事情にもとづきなされたもので、その目的
とするところは、リフレクタの小形化を可能にし、しか
もランプの温度上昇を最適な程度に抑えて発光効率およ
び寿命特性が低下しないようにした投光光源装置および
これを用いた液晶プロジェクタを提供しようとするもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、発光
管に電極を封装するとともに、この発光管内に発光物質
を封入した高圧放電灯と、上記高圧放電灯をランプ軸が
光軸と一致するようにして収容し、この高圧放電灯から
放出された光を反射するリフレクタと、このリフレクタ
の前面開口部に接合されてリフレクタを密封構造に保つ
透光性のフロントカバーとを備えた投光光源装置におい
て、上記高圧放電灯のランプ電力をＷ（ワット）、リフ
レクタとフロントカバーとの内表面積の和をＳ（cm² ）
とした場合、０．２５≦Ｗ／Ｓ（ワット／cm² ）≦
２．５としたことを特徴とする。請求項２の発明は、
上記高圧放電灯は、発光管内に金属ハロゲン化物と水銀
および希ガスを封入したメタルハライドランプであるこ
とを特徴とする。請求項３の発明は、上記高圧放電灯の
一端を上記リフレクタの背部に形成した支持部に接合
し、この支持部を強制空冷することを特徴とする。請求
項４の発明は、上記高圧放電灯は、電極間に直流電流を
流して直流点灯するものであり、陽極側の端部を上記リ
フレクタの支持部に接合したことを特徴とする。請求項
５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
の投光光源装置を液晶プロジェクタの光源装置として用
いたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明によれば、高圧放電灯のランプ電力Ｗ
（ワット）、リフレクタとフロントカバーとの内表面積
の和をＳ（cm² ）とした場合、０．２５≦Ｗ／Ｓ（ワッ
ト／cm² ）≦２．５としたので、放電灯の熱がリフレク
タとフロントカバーの表面から適度に逃がされるように
なり、リフレクタを格別大形にすることなく、しかも放
電灯の温度が最適なレベルに抑えられて発光特性および
寿命特性を良好に保つことができる。

【００１１】

【実施例】以下本発明について、図１ないし図３に示す
第１の実施例にもとづき説明する。まず、カラー液晶プ
ロジェクタの基本的原理を図３にもとづき説明すると、
カラー液晶プロジェクタは、光源１と、この光源から放
射された光を反射する反射器２とからなる投光光源装置
６０を有し、反射器２で反射された反射光を集光する集
光レンズ３を備えている。上記集光レンズ３から前方に
照射された光は、青色光を反射するダイクロイックミラ
ー（波長選択性反射鏡）４により青色光が反射され、こ
の青色光はミラー５で反射されて液晶パネル（ＬＣＤ）
６を照射し、この液晶パネル６の画像を青色に着色して
他のダイクロイックミラー７、８および投影レンズ９を
介してスクリーン１０に投影させる。また、上記集光レ
ンズ３から投光された光のうち、赤色および緑色の光は
前記青色光を反射するダイクロイックミラー４を透過
し、そのうちの赤色光は他のダイクロイックミラー１１
で反射され、液晶パネル１２を照射し、この液晶パネル
１２の画像を赤色に着色し、この赤色画像を上記ダイク
ロイックミラー７で反射して他のダイクロイックミラー
８を透過し投影レンズ９を介してスクリーン１０に投影
する。さらに、上記赤色光を反射するダイクロイックミ
ラー１１を透過した緑色光は、液晶パネル１３を照射
し、この液晶パネル１３の画像を緑色に着色し、この緑
色画像をミラー１４および上記ダイクロイックミラー８
で反射して投影レンズ９を介してスクリーン１０に投影
する。したがって、３個の液晶パネル６、１２および１
３の画像をコントロールすることによりスクリーン１０
の前面には３色の画像が重ねて投影され、カラーの画像
が映し出されることになる。

【００１２】このようなカラー液晶プロジェクタの投光
光源装置６０は、先に説明した通り、光源１と、この光
源から放射された光を反射する反射器２とで構成されて
おり、その詳細な構成を図１に示す。光源１は、例えば
定格入力が２５０Ｗの直流点灯式短ア−クメタルハライ
ドランプが用いられており、まずこの短ア−クメタルハ
ライドランプ１について説明する。

【００１３】図において２０は石英ガラスからなる発光
管であり、この発光管２０の発光部は肉厚１．４mmの石
英ガラスからなり、長径がほぼ１５mm、短径がほぼ１０
mmとなる楕円回転体をなしており、結果として内表面積
がほぼ４．７cm² 、内容積がほぼ０．９ＣＣとなってい
る。この発光管２０の両端にはそれぞれ陰極２１および
陽極２２が封装されている。陰極２１は太さ０．７mmの
タングステンワイヤを使用しており、また陽極２２は
０．７mmのタングステンからなる電極軸２２１の先端に
太い径の電極ヘッド２２２を一体に形成して構成されて
いる。これら陰極２１と陽極２２との電極間距離Ｌは６
mmとされている。

【００１４】これら陰極２１および陽極２２は封止部２
３、２３に封着された金属箔導体２４、２４に接続され
ている。金属箔導体２４、２４は、Ｍｏ箔であり、巾３
mm、厚さ３０μm とされている。上記陽極２２に接続さ
れた一方の金属箔導体２３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２５に電気的に接続されて
おり、また、上記陰極２１に接続された他方の金属箔導
体２３は外部リ−ド線２６に接続されている。外部リー
ド線２６は、０．８mm直径のＭｏ金属棒からなる。

【００１５】このような発光管２０には、緩衝金属とし
て水銀が、例えば２２mg封入されているとともに、発光
金属として希土類金属、例えばＤｙ，Ｎｄ，Ｔｌ，Ｉ
ｎ，Ｓｎ，Ｃｓ等のヨウ化物ならびに臭化物が２．０mg
封入されており、さらに希ガスとしてアルゴンガスが３
００Torr封入されている。

【００１６】このようなランプ１は、反射器２に収容さ
れている。反射器２は、リフレクタ３０と、このリフレ
クタ３０の前面開口部に接合されたフロントカバー３１
とで構成されている。リフレクタ３０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ＴｉＯ
₂ −ＳｉＯ₂ などの蒸着膜からなる反射面３２を有して
いる。このリフレクタ３０の前面開口部は開口径が９０
〜１３０mm程度に形成されており、この前面開口部に上
記フロントカバー３１が接合されている。フロントカバ
ー３１は透明ガラスからなり、周縁部がフリットガラス
などの接着剤３３を介してリフレクタ３０の前面開口部
に接合されている。

【００１７】この場合、リフレクタ３０の前面開口部お
よびフロントカバー３１の周縁部のいずれか一方に位置
決め用の突部３４を形成するとともに、他方にこの突部
３４を受け入れる凹部３５を設け、これら突部３４と凹
部３５の嵌め合わせによりフロントカバー３１をリフレ
クタ３０の所定位置に取り付けることができるようにし
てあり、組み付けの場合の作業性の向上を可能にしてい
る。突部３４と凹部３５は周方向にそれぞれ少なくとも
１か所形成してもよく、また全周に亘り連続して形成し
てもよい。

【００１８】上記リフレクタ３０の背部の頂部には支持
筒部３６が形成されている。この支持筒部３６には上記
ランプ１の口金２５部分が、絶縁セメント等の接着剤３
７により固着されている。これにより、ランプ１のラン
プ軸Ｏ₁ −Ｏ₁ が、リフレクタ３０の中心軸、つまり光
軸Ｏ₂ −Ｏ₂ と略一致するようにしてランプ１がリフレ
クタ３０に取着されている。この場合、ランプ１は、陽
極２２がリフレクタ３０の支持筒部３６側に位置してリ
フレクタ３０に支持されており、陰極２１がフロントカ
バー３１に対向している。リフレクタ３０には導入孔３
８が形成されており、この導入孔３８に前記ランプ１の
外部リ−ド線２６が貫通して背面側に導かれている。

【００１９】上記のようにしてリフレクタ２に固定され
た短ア−クメタルハライドランプ１は、上記口金２５と
外部リード線２６が直流電源５０に接続されている。直
流電源５０は、ランプ１に対し、例えば無負荷電圧が約
２８０Ｖとなる電圧を印加するようになっている。この
ような電圧の印加により、ランプは直流点灯され、ラン
プ電流が２．８Ａとなり、ランプ電圧は８８Ｖ、ランプ
電力は２５０Ｗで点灯される。

【００２０】しかして、上記のような構成の投光光源装
置６０においては、メタルハライドランプ１のランプ電
力をＷ（ワット）、リフレクタ３０とフロントカバー３
１の内表面積の和をＳ（cm² ）とした場合、０．２５≦Ｗ／Ｓ（ワット／cm² ）≦２．５の範囲に設定されている。上記実施例の場合、ランプ電
力は２５０Ｗ、リフレクタ３０とフロントカバー３１の
内表面積の和Ｓが３５３cm² となっており、Ｗ／Ｓ＝
０．７１（ワット／cm² ）とされている。

【００２１】このような構成の投光光源装置６０によれ
ば、メタルハライドランプ１の発光特性および寿命特性
を低下させることなく、反射器２を小形化することがで
きる。すなわち、ランプ１の点灯中は発光管２０の管壁
温度が上昇する。この熱は、一部一方の封止部２３より
口金２５を通じて外部に逃がされ、また口金２５を通じ
てリフレクタ３０に熱伝導される。しかし、大部分の熱
はリフレクタ３０とフロントカバー３１とで囲まれた気
密空間に放出され、これらリフレクタ３０とフロントカ
バー３１の外表面から外気に逃がされる。すなわち、発
光管２０の温度上昇具合は、ランプ１に供給されるエネ
ルギーつまり電力Ｗ（ワット）と、この発光管２０を取
り巻く反射器２の放熱性能との影響を受け、反射器２の
放熱性能は気密空間の保温性能、つまり気密空間の熱を
外部に逃がす能力で決まり、これは内表面積Ｓをファク
タとすることができる。ランプ電力Ｗは、ランプ特性の
重要な要件となるから、これを自由に変更する自由度の
範囲は小さい。これに対し、リフレクタ３０とフロント
カバー３１の内表面積の和Ｓは、変更の自由度が高い。

【００２２】しかし、本発明者らの実験によれば、Ｗ／
Ｓ＞２．５（ワット／cm² ）の場合は、ランプ電力にた
いして最適に設計されたメタルハライドランプ１に対
し、反射器２が小さくなり過ぎ、発光効率が低下すると
ともに、輝度維持率が劣化し、寿命特性が低下する。す
なわち、図２は、点灯３０００時間後における輝度維持
率を測定した結果のグラフを示すものであるが、Ｗ／Ｓ
＞２．５（ワット／cm²）の場合は、点灯０時間の輝度
を１００％とした場合の輝度維持率が６０％以下に低下
し、寿命特性が悪化することが認められた。これは、ラ
ンプ１に対し反射器２が小さくなり、気密空間の熱容量
が小さくて温度上昇し易く、また放熱面積に相当する表
面積が小さいから放熱性が低下し、加えて発光管２０と
リフレクタ３０の反射面３２との距離が短くなるため反
射光による発光管２０の温度が上昇し易く、よって発光
管２０の温度が高くなって負荷が増し、発光効率が低下
するとともに、輝度維持率が劣化し、寿命特性が低下す
るものである。このような不具合を回避するには外囲器
２を大きく形成すればよいが、Ｗ／Ｓ＜０．２５（ワッ
ト／cm² ）になると、リフレクタ３０およびフロントカ
バー３１が大形化し、コンパクト化を要請されている液
晶プロジェクタの投光光源装置６０には不向きとなる。
このため、メタルハライドランプ１のランプ電力をＷ
（ワット）、リフレクタ３０とフロントカバー３１の内
表面積の和をＳ（cm² ）とした場合、０．２５≦Ｗ／Ｓ（ワット／cm² ）≦２．５を満足する必要がある。

【００２３】図４は本発明の第２の実施例を示す。本実
施例はリフレクタ３０の背部に形成した支持筒部３６お
よびこの支持筒部３６に接合されたランプ１の口金２５
部分を強制空冷することにより、ランプ１の温度上昇を
抑えるようにしたものである。すなわち、モータ７０に
より駆動されるファン７１により、上記支持筒部３６お
よび口金２５部分へ強制送風すると、これら支持筒部３
６および口金２５の温度が低下する。このためランプ１
の温度上昇が抑止されるから、この分リフレクタ３０と
フロントカバー３１の内表面積の和Ｓを小さくすること
ができ、さらに投光光源装置６０の小形化に有効とな
る。

【００２４】この場合、直流点灯式ランプは、陽極２２
を封着した封止部２３が支持筒部３６側に取り付けられ
る構造であることが望ましい。すなわち、直流点灯式ラ
ンプの場合は、電子が陽極２２に飛び込むことから陰極
２１に比べて陽極２２が温度上昇する傾向にあり、この
ため熱容量を大きくする目的で陽極２２はヘッド部２２
２を大きく形成してある。したがって、このような陽極
２２を封装した封止部２３を支持筒部３６に取り付け、
ここをファン７１により強制空冷すれば、発光管２０の
温度上昇を抑制する効果が大きくなる。

【００２５】図１の実施例の場合でも、直流点灯式ラン
プの場合は、陽極２２を封装した封止部２３を支持筒部
３６に取り付ければ、この支持筒部３６を通じて熱が外
部に放出されるから、発光管の温度低下には有効であ
る。

【００２６】しかしながら、本発明は、０．２５≦Ｗ／
Ｓ（ワット／cm² ）≦２．５を満足する技術範囲におい
て直流点灯式に限らず、交流点灯の場合であっても実施
可能である。また、光源としての放電灯は、短アークメ
タルハライドランプに限らず、高圧放電灯やキセノンラ
ンプなどであっても実施可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、高圧
放電灯の熱がリフレクタとフロントカバーとの表面から
適度に逃がされるようになり、放電灯の温度を点灯に最
適なレベルに抑えて発光特性および寿命特性を良好に保
つことができる。しかもリフレクタをの大きさも規制す
ることができるので、光源装置の小形・コンパクト化が
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示し、メタルハライド
ランプをレフレクタに組み込んだ投光光源装置の断面
図。

【図２】点灯３０００時間の輝度維持率と、ランプ電力
Ｗおよびリフレクタ３０とフロントカバー３１の内表面
積の和Ｓとの関係を示す特性図。

【図３】カラー液晶プロジェクタの原理を示す説明図。

【図４】本発明の第２の実施例を示し、メタルハライド
ランプをレフレクタに組み込んだ投光光源装置の断面
図。

【符号の説明】

１…短アークメタルハライドランプ２…リフレク
タ２０…発光管２１…陰極２２
…陽極２３…封止部２４…金属箔導体５０…直流電源７１…ファン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古谷守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

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管に電極を封装するとともに、この
発光管内に発光媒体を封入した高圧放電灯と、上記高圧放電灯をランプ軸が光軸と一致するようにして
収容し、この高圧放電灯から放出された光を反射するリ
フレクタと、このリフレクタの前面開口部に接合されてリフレクタを
密封構造に保つ透光性のフロントカバーとを備えた投光
光源装置において、上記高圧放電灯のランプ電力をＷ（ワット）、リフレク
タとフロントカバーとの内表面積の和をＳ（cm² ）とし
た場合、０．２５≦Ｗ／Ｓ（ワット／cm² ）≦２．５としたことを特徴とする投光光源装置。
【請求項２】上記高圧放電灯は、発光管内に金属ハロ
ゲン化物と水銀および希ガスを封入したメタルハライド
ランプであることを特徴とする請求項１に記載の投光光
源装置。、
【請求項３】上記高圧放電灯の一端を上記リフレクタ
の背部に形成した支持部に接合し、この支持部を強制空
冷することを特徴とする請求項１に記載の投光光源装
置。
【請求項４】上記高圧放電灯は、電極間に直流電流を
流して直流点灯するものであり、陽極側の端部を上記リ
フレクタの支持部に接合したことを特徴とする請求項１
ないし請求項３のいずれかに記載の投光光源装置。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載の投光光源装置を光源装置として用いたことを特徴と
する液晶プロジェクタ。