JPH0799036A

JPH0799036A - メタルハライドランプおよびこれを光源とした投光装置

Info

Publication number: JPH0799036A
Application number: JP5242979A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Kawashima; 弘道川島; Mamoru Furuya; 守古谷; Ichirou Tanaka; 以知郎田中
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1995-04-11

Abstract

(57)【要約】【目的】発光管の白濁現象を抑制して点光源の状態を保
ち、かつアークのゆらぎを防止することができるメタル
ハライドランプおよび投光装置を提供する。【構成】発光管２０の両端部に電極２１ａ、２１ｂを封
装するとともに、この発光管内に水銀と、金属ハロゲン
化物と、希ガスとを封入し、上記電極に直流成分の電圧
を印加してこのランプを直流点灯するようにしたメタル
ハライドランプにおいて、上記金属ハロゲン化物は、金
属ハロゲン化物の総封入量をＭ(mol) 、（ＣｓＸ、Ｉｎ
Ｘ、ＴｌＸ、ＳｎＸ、ＬｉＸ）の総封入量をＮ(mol) と
した場合、Ｎ／Ｍ≧０．３０としたことを特徴とす
る。【作用】アークのゆらぎが防止され、このランプを光源
としてスクリーンに投影した場合に画面のちらつきが解
消される。

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
投光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電極間距離が１５mm以下に設定されたシ
ョートアーク形メタルハライドランプは、代表的な用途
としてカラー液晶プロジェクタ等で代表される投光装置
の光源に使用されている。

【０００３】カラー液晶プロジェクタの基本的原理を図
２にもとづき説明すると、カラー液晶プロジェクタは、
光源であるランプ１およびこの光源から放射された光を
反射するリフレクタ２とからなる投光装置５０を備えて
おり、このリフレクタ２で反射された反射光を集光する
集光レンズ３を有している。

【０００４】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に投影する。

【０００５】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１
２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。

【０００６】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。

【０００７】したがって、３個の液晶パネル６、１２お
よび１３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ようになる。

【０００８】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
大光量が得られ、かつ赤、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ても必
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
必要となる。このような条件を満たすランプとして、シ
ョートアーク形メタルハライドランプが好適する。

【０００９】この種のショートアーク形メタルハライド
ランプ１とリフレクタ２と組み合わせてなる従来の投光
装置５０について図３にもとづき説明する。図において
２０は、ショートアーク形メタルハライドランプ１の発
光管であり、この発光管２０は石英ガラスからなる。発
光管２０の両端にはそれぞれ電極２１、２１を封装して
あり、これら一対の電極２１、２１は封止部２２、２２
に封着された金属箔導体２３、２３に接続されている。
一方の金属箔導体２３は図示しない外部リード線を介し
て端部に被着された口金２４に電気的に接続されてお
り、他方の金属箔導体２３は外部リード線２５に接続さ
れている。上記発光管２０には、緩衝金属としての水銀
が封入されているとともに、発光金属として金属ハロゲ
ン化物が封入されており、かつアルゴン等の希ガスが封
入されている。

【００１０】このようなランプ１はリフレクタ２に取り
付けられている。リフレクタ２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 −Ｓ
ｉＯ₂ などの蒸着膜からなる反射面３１を有している。
このリフレクタ２の前面投光部、つまり開口部は開口径
が９０〜１３０mm程度に形成されており、背部には支持
筒部３２を設けてある。この支持筒部３２には上記ラン
プ１の口金２４部分が、絶縁セメント等の接着剤３３に
より固着されている。これにより、ランプ１は、ランプ
軸Ｏ₁ −Ｏ₁ がリフレクタ２の中心軸、つまり光軸Ｏ₂
−Ｏ₂ と略一致するようにしてリフレクタ２に取着され
ている。

【００１１】なお、リフレクタ２には導入孔３４が形成
されており、この導入孔３４に前記ランプ１の外部リー
ド線２５が貫通されており、この外部リード線２５はリ
フレクタ２の背面側に導かれている。

【００１２】このようなランプ１はアーク長さ、したが
って電極間距離Ｌが１５mm以下、具体的には４〜７mmに
設定されており、点灯中に１５０Ｗ〜２５０Ｗの電力
を、例えば５０〜６０ヘルツの商業電源からの交流サイ
クルや、電子安定器により２５０〜４００Ｈｚの高周波
電源５０から供給することにより、管壁負荷Ｚ（入力電
力Ｗを発光管の内表面積Ｓcm² で除した値、Ｚ＝Ｗ／
Ｓ）が２０〜１００Ｗ／cm² となるような大きな負荷条
件で使用される。なお、２５０〜４００Ｈｚの高周波に
よりランプを点灯すれば光出力の脈動が防止され、従来
の場合は２５０〜４００Ｈｚの高周波交流電源により点
灯されていた。

【００１３】このようなメタルハライドランプ１の発光
管２０に封入される金属ハロゲン化物としては、発光効
率が向上し、色温度が高く、相関色温度を６０００Ｋ以
上にすることができ、光の３原色を効率よく放射するの
に適した、いわゆる高効率および高演色性を得るため、
ジスプロシウムＤｙやネオジウムＮｄのような希土類金
属や、セシウムＣｓ、リチウムＬｉ等のアリカリ金属、
その他インジウムＩｎ、タリウムＴｌ、錫Ｓｎ等の各ハ
ロゲン化物を主として用いている。

【００１４】しかしながら、上記のような高い管壁負荷
で使用する上記のようなショートアーク形メタルハライ
ドランプ１は、点灯時の管壁温度が発光管材料である石
英ガラスの耐えう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、点灯時間１００時間位
から最高温度部の管壁から失透が始まる。そして、点灯
時間の経過に伴いやがてこの失透が管内面の全体に広が
り、失透の厚みも増大し、点灯１０００時間前後では、
あたかもランプの全面が白濁化した耐火物状のようにな
り、ガラスの持つ透明性が失われ、当初は点光源であっ
たものがランプ表面の拡散作用により発光管全体から光
が放射されるように見え、点光源でなくなり、ミラーに
よる集光性が著しく損なわれるようになる。

【００１５】石英の失透現象について詳しく分析する
と、これは石英の内表面にクリストバライトというＳｉ
Ｏ₂ の一種の結晶体が生じたものと考えられており、こ
れは正常な石英ガラスの網目状ＳｉＯ₂ と元素組成比は
同じであるが、ＳｉとＯ₂ の配列が無定形から規則的な
配列の結晶へと変化したものである。このクリストバラ
イト結晶は金属蒸気に曝されると生じ易くなり、また、
その時の蒸気の種類や、蒸気濃度、温度によっても、失
透生成の温度や時間が大きな影響を受ける。

【００１６】希土類金属やアルカリ金属のようなイオン
化傾向の強い金属を用いた上記ショートアーク形メタル
ハライドランプにおいては、希土類金属やアルカリ金属
の蒸気と石英が強く反応し、発光管を短時間に失透させ
る。つまり、発光管内のアーク中央部近傍ではアーク温
度が４０００〜６０００℃位の高温度となり、封入した
ハロゲン化金属はこのアーク中央で上記高温度により大
部分の蒸気が金属とハロゲンとに分解し、さらには電離
し、いわゆるイオンの状態を呈する。このように分解さ
れた金属とハロゲンは管壁近傍で結合してハロゲン化金
属となり、これが高温部で分解され、所謂ハロゲンサイ
クルを繰り返す。

【００１７】そして、ハロゲン化金属の形態の蒸気より
も、金属蒸気の形態の方が、石英を失透させる影響力が
大であり、さらに希土類金属のイオンは更に大である。
このようなことから、石英ガラスの失透による白濁化
は、希土類金属の金属イオンが発光管の温度の高い管壁
と反応するためであると考えられる。したがって、石英
の失透を防止するには、希土類金属のイオンを発光管の
温度の高い管壁に近づけないことが有効であると考えら
れ、このことから、本出願人は石英の失透を防止するた
め、この種のショートアーク形メタルハライドランプを
直流点灯することを提案した。

【００１８】この種のランプを直流点灯すると、金属イ
オンは両電極が作り出す発光管内の電場の影響を強く受
ける傾向があるので、陰極へ引き寄せられ、所謂カタホ
リシス現象を発生する。このため、金属イオンを温度の
高い石英ガラスの管壁から遠ざけることができるように
なり、希土類金属やアルカリ金属と、石英との反応を低
減できることが認められた。つまり、石英の失透原因と
なる発光金属のイオンを、石英の管壁に近づけないこと
により失透を防止できたものと考えられる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように直流点灯するショートアーク形メタルハライドラ
ンプにおいては、数時間点灯すると、アークが不安定に
なり、ゆらぎが発生するランプが見られた。このような
アークのゆらぎは、ランプを直接観察しても大して目立
たないが、これを光源としてスクリーンに投影した場合
は増幅され、画面のちらつきとなって目立つ不具合があ
る。

【００２０】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、発光管の白濁現象
を抑制して点光源の状態を保ち、しかもアークのゆらぎ
を防止することができるメタルハライドランプおよびこ
れを光源とした投光装置を提供しようとするものであ
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のメタル
ハライドランプは、発光管の両端部に電極を封装すると
ともに、この発光管内に水銀と、金属ハロゲン化物と、
希ガスとを封入し、上記電極に直流成分の電圧を印加し
てこのランプを直流点灯するようにしたメタルハライド
ランプにおいて、上記金属ハロゲン化物は、少なくとも
希土類金属のハロゲン化物に加えて、セシウムのハロゲ
ン化物ＣｓＸ、インジウムのハロゲン化物ＩｎＸ、タリ
ウムのハロゲン化物ＴｌＸ、錫のハロゲン化物ＳｎＸ、
リチウムのハロゲン化物ＬｉＸの中から選ばれた少なく
とも１種を含み、金属ハロゲン化物の総封入量をＭ(mo
l) とし、上記（ＣｓＸ、ＩｎＸ、ＴｌＸ、ＳｎＸ、Ｌ
ｉＸ）の総封入量をＮ(mol) とした場合、Ｎ／Ｍ≧
０．３０としたことを特徴とする。請求項２に記載の
メタルハライドランプは、電極間を結ぶ線がほぼ水平と
なる水平姿勢で点灯されることを特徴とする。請求項３
に記載のメタルハライドランプは、電極間距離Ｌを１５
mm以下としたことを特徴とする。請求項４に記載のメタ
ルハライドランプは、上記電極が陰極と陽極とで構成さ
れていることを特徴とする。請求項５に記載の投光装置
は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の直流点
灯式のメタルハライドランプと、このランプから放射さ
れる光を反射するリフレクタと、を具備したことを特徴
とする。

【００２２】

【作用】本発明によれば、金属ハロゲン化物の総封入量
Ｍ(mol) と、（ＣｓＸ、ＩｎＸ、ＴｌＸ、ＳｎＸ、Ｌｉ
Ｘ）の総封入量Ｎ(mol) の関係を、Ｎ／Ｍ≧０．３０と
したから、アークのゆらぎが防止される。この原因は定
かでないが、このランプを観察するとアークが太くなっ
ており、このためゆらぎが少なくなるものと推察され
る。

【００２３】

【実施例】以下本発明について、図１に示す一実施例に
もとづき説明する。本実施例は、先に説明した図３に示
すカラー液晶プロジェクタに適用したもので、これにつ
いては重複するので説明を省略する。また、図１に示す
投光装置のショートアーク形メタルハライドランプも、
図３の従来のショートアーク形メタルハライドランプと
ほとんどの構造が同一であってよく、図１のショートア
ーク形メタルハライドランプで異なる点は、電極が陽極
２１ａと、陰極２１ｂに別れており、高周波の直流によ
り点灯される点である。

【００２４】すなわち、図１のショートアーク形メタル
ハライドランプ１は定格入力が２５０Ｗであり、発光管
２０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１５
mm、短径がほぼ１０．５mmとなるように形成され、内容
積がほぼ０．９ＣＣとなっている。この発光管２０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２１ａ、他方が例えば直径０．６
mmのトリタン棒よりなる陰極２１ｂとなっており、これ
ら電極２１ａ、２１ｂの電極間距離Ｌは６mmとされてい
る。

【００２５】発光管２０内には、水銀が２０mgと、金属
ハロゲン化物として、臭化ジスプロシウムＤｙＢｒ₃ を
１．０mg、ヨウ化ジスプロシウムＤｙＩ₃ を０．３７５
mg、ヨウ化セシウムＣｓＩを０．１２５mg、臭化インジ
ウムＩｎＢｒを０．２mg、臭化タリウムＴｌＢｒを０．
４mgおよび臭化錫ＳｎＢｒ₂ を０．６mg封入してあり、
かつ希ガスとしてアルゴンＡｒを常温で３００Torr封入
してある。

【００２６】この場合、全部の金属ハロゲン化物の封入
総量は２．７mgであり、これはＭ＝８．２×１０^-6mol
であり、これに対し、ヨウ化セシウムＣｓＩ、臭化イン
ジウムＩｎＢｒ、臭化タリウムＴｌＢｒおよび臭化錫Ｓ
ｎＢｒ₂ の封入総量は１．３２５mgであり、これはＮ＝
５×１０^-6mol である。したがって、Ｎ／Ｍの値は０．
６となっている。

【００２７】このようなランプ１は、口金２４と外部リ
ード線２５を直流電源７０に接続し、ランプ電力を２５
０Ｗで点灯することにより、管壁負荷が２０〜１００Ｗ
／cm² 程度の大きな負荷条件で使用される。

【００２８】このようなショートアーク形メタルハライ
ドランプ１は、ランプ軸Ｏ₁ −Ｏ₁がリフレクタ２の中
心軸、つまり光軸Ｏ₂ −Ｏ₂ と略一致するようにしてリ
フレクタ２に取着されている。この場合、ランプ１の陰
極２１ｂがリフレクタ２の前面投光部側に位置するよう
になっている。

【００２９】なお、少なくとも陰極２１ｂ側の発光管外
側には、耐熱性酸化物、例えばアルミナからなる保温膜
２８を形成してある。このような構成の投光光源装置５
０の作用について説明する。上記投光光源装置５０は、
図１に示すようにリフレクタ２がその光軸Ｏ₂ −Ｏ₂ を
略水平に向けた姿勢で使用され、よってショートアーク
形メタルハライドランプ１は水平姿勢で点灯される。こ
のランプは、２５０Ｗのランプ電力で点灯すると、色温
度が７５００Ｋであり、ランプ効率は８２lm／Ｗが得ら
れる。

【００３０】そして、このショートアーク形メタルハラ
イドランプ１は、直流電源７０に接続されて直流点灯さ
れるため、発光管２０内の金属イオンは両電極が作り出
す発光管内の電場の影響を強く受け、いわゆるカタホリ
シス現象により陰極２１ａ側に引き寄せられる。このた
め、希土類金属のイオンがマイナス側電極２１ａに電気
的に引き寄せられつづける結果、金属イオンが発光管２
０における温度の高い中心部の石英ガラスや陽極２１ｂ
側の石英ガラスから遠ざかり、発光管２０の中央部の上
部壁に失透が生じるのが防止される。

【００３１】この結果、ランプ１から放射される光量の
低下が抑止され、反射面３１で反射される光量の低下が
防止される。よって、投光光源装置５０から投射される
光量の低下を防止することができ、スクリーン１０の照
度低下を抑止することができる。

【００３２】また、上記ランプ１は、金属ハロゲン化物
全体の封入モル数Ｍが８．２×１０^-6mol であり、これ
に対し、ヨウ化セシウムＣｓＩ、臭化インジウムＩｎＢ
ｒ、臭化タリウムＴｌＢｒおよび臭化錫ＳｎＢｒ₂ の封
入モリ数Ｎは５×１０^-6molであり、したがって、Ｎ／
Ｍの値は０．６となっている。

【００３３】このような封入割合であれば、点灯中のア
ークのゆらぎが生じない。この理由は明かでないが、こ
のランプを観察するとアークが太くなっており、このた
めゆらぎが少なくなるものと推察される。すなわち、ア
ークが太い場合は、放電空間内の対流の影響を受け難く
なり、アーク揺れが少なくなる。

【００３４】一般に、ジスプロシウムＤｙのような希土
類金属を用いるとアークが絞られて細くなることが知ら
れており、本発明の場合はこのような希土類金属の割合
を少なくすることができるため、アークを太くすること
ができるものと考えられる。

【００３５】しかし、演色性やランプ効率の点から希土
類金属の使用を零にすることはできない。そこで、上記
全封入ハロゲン化物の封入モル数Ｍと、希土類金属を除
いた他のハロゲン化物の封入モル数Ｎとの比を調べたと
ころ、表１に示すような結果が得られた。

【００３６】

【表１】

【００３７】上記表１より、Ｎ／Ｍ≦０．３０（１）であれば、アークのゆらぎを防止できることが確認され
た。

【００３８】なお、本発明は上記各実施例に制約される
ものではない。すなわち、上記実施例では、リチウムＬ
ｉのハロゲン化物を使用していないが、上記の封入ハロ
ゲン化物に加えてリチウムＬｉのハロゲン化物を使用し
てもよく、またセシウムＣｓに代わって同じアリカリ金
属であるところのリチウムＬｉを用いても同様の効果が
ある。

【００３９】また、図１のメタルハライドランプは、陽
極２１ａと陰極２１ｂの構造を異ならせたが、これら陽
極２１ａおよび陰極２１ｂはともに、図３に記載されて
いるような電極軸に電極コイルを巻回して構成してもよ
い。但し、陽極２１ａは陰極２１ｂに比べて熱容量を大
きくしておくことが好ましい。さらに、本発明で直流点
灯というのは、厳密な意味の直流ではなく、交流を整流
したもの、パルス点灯などであってもよい。

【００４０】

【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側に引き寄せられて陰極側に集中す
るようになるから、アーク中央の管壁や陽極側で失透が
生じるのが防止され、透明な状態が保たれる。また、ア
ークのゆらぎが防止されるので、これを光源としてスク
リーンに投影した場合に画面のちらつきが解消されるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のメタルハライドランプとリ
フレクタとからなる投光装置を示す断面図。

【図２】カラー液晶プロジェクタの原理を示す説明図。

【図３】従来のメタルハライドランプとリフレクタとか
らなる投光装置を示す断面図。

【符号の説明】

１…メタルハライドランプ２…リフレクタ４、７、８、１１…ダイクロイックミラー６、１２、１３…液晶パネル１０…スクリー
ン、２０…発光管２１ａ…陽極
２１ｂ…陰極７０…直流電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光管の両端部に電極を封装するととも
に、この発光管内に水銀と、金属ハロゲン化物と、希ガ
スとを封入し、上記電極に直流成分の電圧を印加してこ
のランプを直流点灯するようにしたメタルハライドラン
プにおいて、上記金属ハロゲン化物は、少なくとも希土類金属のハロ
ゲン化物に加えて、セシウムのハロゲン化物ＣｓＸ、イ
ンジウムのハロゲン化物ＩｎＸ、タリウムのハロゲン化
物ＴｌＸ、錫のハロゲン化物ＳｎＸ、リチウムのハロゲ
ン化物ＬｉＸの中から選ばれた少なくとも１種を含み、金属ハロゲン化物の総封入量をＭ(mol) とし、上記（Ｃ
ｓＸ、ＩｎＸ、ＴｌＸ、ＳｎＸ、ＬｉＸ）の総封入量を
Ｎ(mol) とした場合、Ｎ／Ｍ≧０．３０としたことを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】ランプは電極間を結ぶ線がほぼ水平とな
る水平姿勢で点灯されることを特徴とする請求項１に記
載のメタルハライドランプ。
【請求項３】上記電極の電極間距離Ｌは１５mm以下に
したことを特徴とする請求項１に記載のメタルハライド
ランプ。
【請求項４】上記電極は陰極と陽極とからなることを
特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載の直流点灯式のメタルハライドランプと、このランプから放射される光を反射するリフレクタと、を具備したことを特徴とする投光装置。