JPH08315782A

JPH08315782A - 無電極放電ランプとアーク放電ランプ

Info

Publication number: JPH08315782A
Application number: JP12339495A
Authority: JP
Inventors: Akira Hochi; 保知　　昌; Shigeru Horii; 堀井　　滋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-05-23
Filing date: 1995-05-23
Publication date: 1996-11-29
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: JP3196571B2

Abstract

(57)【要約】【目的】各種照明装置の光源として利用される高圧放
電ランプにおいて、金属のハロゲン化物の、高圧での連
続スペクトルを積極的に利用することで、水銀を充填物
として含まず、且つ高効率と高演色性を兼ね備えた発光
材料を充填物とした高圧放電ランプを提供する。【構成】光透過性のバルブ内部に、亜鉛と、少なくと
も一つのガリウム、インジウム、タリウムといった金属
のハロゲン化物と、少なくとも一つの放電開始を助ける
ためのガスを充填物として設けることにより、輝線スペ
クトルと連続スペクトルとを合わせ持った、高効率、高
演色性の光特性を持つ無水銀高圧放電ランプを得ること
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、発光管内に封入される
発光物質を改良した無水銀高圧放電ランプの無電極放電
ランプとアーク放電ランプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高圧放電ランプ、特にメタルハラ
イドランプは、高効率、高演色性という特性から、ハロ
ゲンランプに変わる高出力点光源として、舞台・テレビ
ジョン用の照明装置や液晶ビデオプロジェクター用光源
等への応用が進められている。しかしながら、メタルハ
ライドランプは、水銀を充填物として大量に含むため、
環境保全の観点から無水銀化が強く望まれている。無電
極放電ランプ装置は、有電極アーク放電ランプ装置に比
して、電磁エネルギーを充填物に結合しやすく、放電発
光のための充填物から水銀を省くことが容易であるとい
う利点を持つことから、各所で無水銀無電極放電ランプ
用の充填物についての研究開発が進められている。

【０００３】以下に従来の高圧放電ランプの、無水銀充
填物についていくつか例を挙げて説明する。特開平３−
１５２８５２号公報に開示された無電極放電ランプで
は、放電ガスとしてキセノンを用い、発光物質としてＬ
ｉＩ、ＮａＩ、ＴｌＩ、ＩｎＩ等を封入し、これらの発
光物質より放射される単色の輝線スペクトルを組み合わ
せることにより、白色光を得ている。また、特開平６−
１３２０１８号公報に開示された高パワーランプでは、
発光物質としてＳ₂、Ｓｅ₂等を封入し、分子発光による
連続スペクトルにより、緑味の白色光を得ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前者の無
電極放電ランプでは、視感度効率の高い部分で発光する
Ｎａ、Ｔｌの成分を多くして高効率化すると演色性の点
で不十分であり、逆に演色性を高めようとすると効率が
低くなるという問題点を有していた。また、インジウム
やタリウムのヨウ化物は高圧になると連続スペクトルが
生じ、輝線スペクトルが減少するため色シフトの原因と
なるという点も、従来より問題として指摘されてきた。

【０００５】また、後者の高パワーランプでは、ガスの
種類や充填物の条件を変えても、色度は常に黒体軌跡よ
りもかなり緑色にずれた部分に位置し、十分な白色光を
得ることはできなかった。後者の色特性を改善する方法
としては、発光物質としてなんらかの金属化合物を添加
することにより、輝線スペクトルなどを加えて色度を変
化させる方法が考えられる。しかしながら、金属硫化物
は比較的安定で蒸気圧の低い物が多く、添加発光し得る
金属の種類が限られ、光色設計の自由度が低く高演色化
が困難であるという問題点を有していた。

【０００６】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ガリウム、インジウム、タリウムのような金属のハ
ロゲン化物の、高圧での連続スペクトルを積極的に利用
することで、水銀を充填物として含まず、且つ高効率と
高演色性を兼ね備えた発光材料を充填物とした高圧放電
ランプを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の放電ランプは、光透過性のバルブ内部に、亜
鉛と、少なくとも一つの金属ハロゲン化物と、少なくと
も一つの放電開始を助けるためのガスを充填物とした構
成を有している。

【０００８】

【作用】この構成によって、輝線スペクトルと連続スペ
クトルとを合わせ持った、高効率、高演色性の光特性を
持つ無水銀高圧放電ランプを得ることができる。

【０００９】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図１は、内径２．８ｍｍの球形の
石英ガラスからなる無電極放電バルブの内部に、亜鉛４
０ｍｇ、ＴｌＩ８ｍｇ、アルゴンガス２トルを充填封入
したものを、図２に記載のマイクロ波無電極放電ランプ
装置において、３００Ｗのマイクロ波エネルギー入力で
放電発光させたときの発光スペクトルである。

【００１０】図２において、バルブ２１は充填物２２を
有しており、石英ガラスのような光透過性の物質から構
成されており、誘電性材料からなる支持棒２３により、
マイクロ波空洞２４内に支持されている。マグネトロン
２７より発生したマイクロ波エネルギーは、導波管２６
を通じて、マイクロ波空洞２４の給電口２５へ供給され
る。供給されたマイクロ波エネルギーは、バルブ２１内
部の充填物２２を励起して、プラズマ状態として光を発
生させる。マイクロ波空洞２４を、マイクロ波エネルギ
ーを実質的に透過せず、且つバルブ２１より発生した光
を実質的に透過するように構成された導電性のメッシュ
などにすることにより、発生した光はマイクロ波空洞２
４の外側へ取り出される。

【００１１】図１に示すように本実施例によれば、Ｔｌ
の５３５ｎｍの輝線スペクトルに可視域全体にわたる連
続スペクトルを加えられた発光を得ることができる。Ｔ
ｌＩとアルゴンガスのみを充填封入して、主に５３５ｎ
ｍの輝線スペクトルのみを発光させた場合、演色評価数
Ｒａは１５以下であり一般照明には適さない。しかしな
がら、本実施例では演色評価数Ｒａは８４となり、大幅
に改善されている。

【００１２】また（表１）に示すように、亜鉛を含まず
に、高圧放電により連続発光を得た場合と比較しても、
発光効率は２倍以上となっている。５３５ｎｍの輝線ス
ペクトルの強度に関しては大きな変化はないが、連続ス
ペクトル部の発光が大幅に増しているためである。これ
は、亜鉛によりバルブ内部の圧力が上がっているためと
考えられ、亜鉛の添加により高効率化が得られることが
分かる。

【００１３】なお水銀を封入せずに、放電ランプ点灯時
の、バルブ内部の圧力を上げる手段としては他に、Ｘｅ
などの希ガスをあらかじめ高圧で封入する方法などもあ
る。しかしながら、バルブ内部に、高圧ガスが点灯開始
前から存在することは放電の始動性を困難にする。さら
に、室温で１気圧以上の圧力でガスが封入されている場
合には、バルブの破裂飛散の危険もある。本実施例によ
ればこれらの問題もまた解決することができる。

【００１４】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。図３は内径２．
８ｍｍの球形の石英ガラス製無電極放電バルブの内部
に、亜鉛２０ｍｇ、ＩｎＩ６ｍｇ、アルゴンガス２トル
を充填封入したものを、実施例１と同じく、図２に記載
のマイクロ波無電極放電ランプ装置において、３００Ｗ
のエネルギー入力で放電発光させたときの発光スペクト
ルである。ここではＩｎの４１１ｎｍ、及び４５０ｎｍ
の輝線スペクトルに、可視域全体にわたる連続スペクト
ルが加えられた発光スペクトルを得た。本実施例では第
１の実施例に比べて、輝線スペクトルの波長が視感度効
率の高い部分からはずれるため発光効率はやや低くなる
が、演色評価数Ｒａは８７とさらに高い数値を得ること
ができる。

【００１５】（実施例３）以下本発明の第３の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。図４は内径２．
８ｍｍの球形の石英ガラス製無電極放電バルブの内部
に、亜鉛２０ｍｇ、ＩｎＩ１０ｍｇ、ＴｌＩ５ｍｇ、Ｎ
ａＩ１ｍｇ、アルゴンガス２トルを充填封入したもの
を、実施例１と同じく、図２に記載のマイクロ波無電極
放電ランプ装置において、２５０Ｗの入力で放電発光さ
せたときの発光スペクトルである。本実施例では、Ｉ
ｎ、Ｔｌ、Ｎａの輝線スペクトルに加えて、連続スペク
トルの加わった発光が得られた。演色評価数Ｒａは８５
で、色度（ｘ，ｙ）が（０．３２１，０．３３６）の白
色の発光を得ることができる。

【００１６】上記の実施例、及び本発明に係わるその他
の充填封入条件での、放電発光特性について（表１）に
比較して示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】すべての実施例において、有水銀の高圧放
電ランプにて問題とされる、３５０ｎｍ以下の有害なＵ
Ｖ放射も大幅に抑制されていることが明らかである。従
来のメタルハライドランプでのＵＶ放射の多くは、水銀
の輝線スペクトルによるものであったので、水銀を封入
物として含まないために現れる当然の効果である。これ
は、一般照明での人体への安全性の向上や、美術館や博
物館での展示品の保護のために重要な利点である。

【００１９】なお、充填物として亜鉛を利用することに
より、水銀を使用することなく、金属ハライドの発光に
適した、所望の動作圧力を得ることができるため、充填
される金属ハロゲン化物の種類については、上記の実施
例に限るものではない。例えばＬｉＩなどを添加し、６
７０ｎｍの輝線スペクトルを利用することにより、さら
に演色性の改善を図ることなどが可能である。

【００２０】尚、バルブ内部に存在する亜鉛の量を、前
記バルブの容積１ｃｃ当たりのモル数で表した場合、約
５×１０^-6以上とするのが好ましい。また、バルブ内部
に存在する金属ハロゲン化物の金属は、ガリウム、イン
ジウム、タリウム、及びそれらの混合物の内、少なくと
も一つを含有すればよい。また、金属ハロゲン化物のハ
ロゲンは、ヨウ素、臭素、塩素、及びそれらの混合物か
らなるようにすればよい。

【００２１】また、バルブ内部に存在する放電開始を助
けるためのガスは、実施例に記載のものに限らず、本質
的にＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ及びそれらの混合物からなるもの
であればよく、さらに、バルブ内部に存在するガリウム
の量は、前記バルブの容積１ｃｃ当たりのモル数で表し
た場合、約４×１０^-7〜６×１０^-5の範囲内が好まし
く、また、バルブ内部に存在するインジウムの量は、前
記バルブの容積１ｃｃ当たりのモル数で表した場合、約
３×１０^-7〜１×１０^-5の範囲が好ましく、またバルブ
内部に存在するタリウムの量は、前記バルブ容積１ｃｃ
当たりのモル数で表した場合、約２×１０^-7〜８×１０
^-6の範囲が好ましい。

【００２２】また、放電ランプの種類も、無電極放電ラ
ンプに限らず、光透過性材料からなるバルブと、前記バ
ルブ内に突出した一対の電極を有し、且つ前記バルブ内
部に亜鉛と少なくとも一つの金属ハロゲン化物と少なく
とも一つの放電開始を助けるためのガスを充填物として
有していることを特徴とするアーク放電ランプでもよ
い。この場合、バルブ内部に存在する亜鉛の量を、前記
バルブの容積１ｃｃ当たりのモル数で表した場合、約５
×１０^-6以上であることが好ましく、また、バルブ内部
に存在する金属ハロゲン化物の金属は、ガリウム、イン
ジウム、タリウムから選択されたものを含有することが
好ましく、また、金属ハロゲン化物のハロゲンは、ヨウ
素、臭素、塩素、及びそれらの混合物からなることが好
ましく、また、バルブ内部に存在する放電開始を助ける
ためのガスは、本質的にＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ及びそれらの
混合物からなることが好ましく、また、バルブ内部に存
在するガリウムの量は、前記バルブの容積１ｃｃ当たり
のモル数で表した場合、約４×１０^-7〜６×１０^-5の範
囲内であることが好ましく、また、バルブ内部に存在す
るインジウムの量は、前記バルブの容積１ｃｃ当たりの
モル数で表した場合、約３×１０^-7〜１×１０^-5の範囲
であることが好ましく、また、バルブ内部に存在するタ
リウムの量は、前記バルブ容積１ｃｃ当たりのモル数で
表した場合、約２×１０^-7〜８×１０^-6の範囲であるこ
とが好ましい。

【００２３】

【発明の効果】以下のように本発明は、光透過性のバル
ブ内部に、亜鉛と、少なくとも一つの金属ハロゲン化物
と、少なくとも一つの放電開始を助けるためのガスを充
填物として設けることにより、水銀を充填物として含ま
ず、高効率と高演色性を兼ね備えることができる、優れ
た高圧放電ランプの発光を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】亜鉛とＴｌＩを充填した、本発明の第１の実施
例における発光スペクトル図

【図２】本発明に係わるマイクロ波無電極放電ランプ装
置の概略図

【図３】亜鉛とＩｎＩを充填した、本発明の第２の実施
例における発光スペクトル図

【図４】亜鉛とＩｎＩ、ＴｌＩ、ＮａＩを充填した、本
発明の第３の実施例における発光スペクトル図

【符号の説明】

２１バルブ２２充填物２４マイクロ波空洞２７マグネトロン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過性材料からなるバルブを有し、且つ
前記バルブ内部に亜鉛と、少なくとも一つの金属ハロゲ
ン化物と、少なくとも一つの放電開始を助けるためのガ
スを充填物として有していることを特徴とする無電極放
電ランプ。
【請求項２】バルブ内部に存在する亜鉛の量を、前記バ
ルブの容積１ｃｃ当たりのモル数で表した場合、約５×
１０^-6以上であることを特徴とする請求項１記載の無電
極放電ランプ。
【請求項３】バルブ内部に存在する金属ハロゲン化物の
金属は、ガリウム、インジウム、タリウム、及びそれら
の混合物の内、少なくとも一つを含有することを特徴と
する請求項１記載の無電極放電ランプ。
【請求項４】金属ハロゲン化物のハロゲンは、ヨウ素、
臭素、塩素、及びそれらの混合物からなることを特徴と
する請求項１記載の無電極放電ランプ。
【請求項５】バルブ内部に存在する放電開始を助けるた
めのガスは、本質的にＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ及びそれらの混
合物からなることを特徴とする請求項１記載の無電極放
電ランプ。
【請求項６】バルブ内部に存在するガリウムの量は、前
記バルブの容積１ｃｃ当たりのモル数で表した場合、約
４×１０^-7〜６×１０^-5の範囲内であることを特徴とす
る請求項３記載の無電極放電ランプ。
【請求項７】バルブ内部に存在するインジウムの量は、
前記バルブの容積１ｃｃ当たりのモル数で表した場合、
約３×１０^-7〜１×１０^-5の範囲であることを特徴とす
る請求項３記載の無電極放電ランプ。
【請求項８】バルブ内部に存在するタリウムの量は、前
記バルブ容積１ｃｃ当たりのモル数で表した場合、約２
×１０^-7〜８×１０^-6の範囲であることを特徴とする請
求項３記載の無電極放電ランプ。
【請求項９】光透過性材料からなるバルブと、前記バル
ブ内に突出した一対の電極を有し、且つ前記バルブ内部
に亜鉛と少なくとも一つの金属ハロゲン化物と少なくと
も一つの放電開始を助けるためのガスを充填物として有
していることを特徴とするアーク放電ランプ。
【請求項１０】バルブ内部に存在する亜鉛の量を、前記
バルブの容積１ｃｃ当たりのモル数で表した場合、約５
×１０^-6以上であることを特徴とする請求項９記載のア
ーク放電ランプ。
【請求項１１】バルブ内部に存在する金属ハロゲン化物
の金属は、ガリウム、インジウム、タリウムから選択さ
れたものを含有することを特徴とする請求項９記載のア
ーク放電ランプ。
【請求項１２】金属ハロゲン化物のハロゲンは、ヨウ
素、臭素、塩素、及びそれらの混合物からなることを特
徴とする請求項９記載のアーク放電ランプ。
【請求項１３】バルブ内部に存在する放電開始を助ける
ためのガスは、本質的にＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ及びそれらの
混合物からなることを特徴とする請求項９記載のアーク
放電ランプ。
【請求項１４】バルブ内部に存在するガリウムの量は、
前記バルブの容積１ｃｃ当たりのモル数で表した場合、
約４×１０^-7〜６×１０^-5の範囲内であることを特徴と
する請求項１１記載のアーク放電ランプ。
【請求項１５】バルブ内部に存在するインジウムの量
は、前記バルブの容積１ｃｃ当たりのモル数で表した場
合、約３×１０^-7〜１×１０^-5の範囲であることを特徴
とする請求項１１記載のアーク放電ランプ。
【請求項１６】バルブ内部に存在するタリウムの量は、
前記バルブ容積１ｃｃ当たりのモル数で表した場合、約
２×１０^-7〜８×１０^-6の範囲であることを特徴とする
請求項１１記載のアーク放電ランプ。
【請求項１７】光透過性材料からなるバルブを有し、且
つ前記バルブ内部に亜鉛と、少なくとも一つの金属ハロ
ゲン化物と、少なくとも一つの希ガスを充填物として有
しており、且つ前記亜鉛の量を前記バルブの容積１ｃｃ
当たりのモル数が約５×１０^-6以上とする無電極放電ラ
ンプバルブと、前記充填物を励起発光させるための、電
磁エネルギーを結合する手段を有することを特徴とする
無電極放電ランプ装置。
【請求項１８】光透過性材料からなるバルブと、前記バ
ルブ内に突出した一対の電極を有し、且つ前記被包体内
部に亜鉛と少なくとも一つの金属ハロゲン化物と少なく
とも一つの希ガスを充填物として有しており、且つ前記
亜鉛の量を前記バルブの容積１ｃｃ当たりのモル数が約
５×１０^-6以上とするアーク放電ランプバルブと、前記
電極間に前記充填物を励起発光させるためのエネルギー
を結合ための電圧を印加する手段を有することを特徴と
するアーク放電ランプ装置。