JPH10208703A - 色温度変換膜付メタルハライドランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は高演色、高効率のメタルハライドラ
ンプに関する。 【解決手段】 本発明のメタルハライドランプは、少な
くともＤｙ，Ｔｌ，Ｃｓの金属ハロゲン化物及び水銀を
封入し、管軸方向両端にコイル部分を持つ電極を配置し
てなる石英製発光管を有し、その発光管風袋表面上に色
温度変換を目的とする誘電体膜をコーティングしてなる
色温度４０００Ｋ以下のメタルハライドランプにおい
て、発光管から放射される放射スペクトルのＢ・Ｇ・Ｒ
領域での強度が、ハロゲン電球のエネルギー強度比と一
致するように、コーティング前後で、それぞれ約５５
％、約１００％、約１３０％となる様、可視光反射特性
を調整した誘電体膜を発光管に施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高演色、高効率のメ
タルハライドランプに関する。

【０００２】

【従来技術】従来、メタルハライドランプは高効率、高
演色、長寿命であることから様々な用途に利用されてい
る。最近では、店舗などの屋内の商業施設の照明として
も利用されるようになってきている。また、このような
用途においては、比較的天井が低く、一方で面積が広い
といった用途が多く、ランプは１００Ｗから２００Ｗク
ラスが多く用いられている。またランプの質について
も、展示品の色再現性が重視され、平均演色評価数（Ｒ
ａ）が９０以上といった高い演色性が求められ、更にラ
ンプの発光色は、暖かみのある、相関色温度が４０００
Ｋ以下というランプが好まれている。また経時的にも色
温度の変化、Ｄｕｖの変化のないランプが求められてい
る。

【０００３】このような要求に対し、メタルハライドラ
ンプでは、封入する金属ハロゲン化物として、Ｄｙ，Ｔ
ｌ，Ｃｓなどのハロゲン化物の組み合わせにより、上記
Ｒａが９０以上といった比較的演色性の高いランプが得
られている。また、このランプにおいて、発光管の管壁
負荷を徐々に高めていき、管内の発光金属の蒸発量を増
やしていくことにより、ランプの相関色温度は４２００
Ｋまで下げていくことができる。

【０００４】しかし発光管を小型化し、管壁負荷を高め
ていくに従い、点灯時の発光管管壁温度が高まるため、
発光管に封入しているＤｙ等の金属と発光管の管壁との
間で反応が起こり、発光管管壁が浸食されて透光性を失
い、ランプの発光特性が変化してしまう。このため、Ｄ
ｙ，Ｔｌ，Ｃｓ等のハロゲン化物の組み合わせのメタル
ハライドランプでは、寿命性を考慮すると、４５００Ｋ
程度までしかランプの相関色温度を落とすことができな
い。

【０００５】一方、上記Ｄｙ−Ｔｌ−Ｃｓの組み合わせ
に、Ｎａを添加し、色温度を低下させる方法もとられて
いる。添加量及び発光管の負荷等の組み合わせにより、
色温度４０００Ｋ、演色評価数（Ｒａ）を９０程度まで
の特性は得られている。これはＮａの発光により６００
ｎｍ付近に幅広く強い発光スペクトルが得られ、結果的
に色温度を低下させているためである。しかしこのＮａ
の発光スペクトルは、橙色であり、本来必要な赤色発光
でないため、Ｎａを発光させてランプの色温度を４００
０Ｋ以下に低下させていった場合、ランプの発光色の評
価指数である平均演色評価数（Ｒａ）を８０以上にする
ことができない。通常、色の再現性を求められる場所で
のランプとしては、Ｒａは９０以上であることが望まし
いため、このＮａ発光によるランプは用いることができ
ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】その他の方法として、
発光管風袋表面上に高耐熱性の誘電体膜をコーティング
して色変換効果を持たせ、ランプの発光色を変化させる
といった方法も考えられている。発光管に誘電体膜を積
層する事により色温度の低減に寄与することは、既に特
公平７−１０１６０４号公報に記載の通り示唆されてお
り、また可視光域において透過光量を調整することによ
り、そのフィルター効果により光源の色温度を変化させ
ることは、ミラー、フィルターの光学設計の上では公知
のこととされ実施されている。

【０００７】しかしながら、発光管風袋表面上に誘電体
膜を積層し、且つ膜のフィルター効果により色温度を変
化させるこの方法は、誘電体膜の可視光反射による多重
反射を風袋内で引き起こし、最終的には発光管内にその
反射光が吸収され、発光管管壁温度を高めてしまうの
で、前記発光管管壁負荷の過負荷時と同様に、ランプ寿
命特性に大きく問題を与えていた。

【０００８】また誘電体膜の層数、膜厚による可視光反
射率の大きさによって色温度の変換効果はまちまちであ
り、更に添加される金属ハロゲン化物の種類、量によっ
ても変わってしまうのが実状である。これによりランプ
の放電色は、確かに誘電体膜の効果により色温度は変換
されるものの、照射野で得られる光は黒体放射軌跡上よ
りもかけ離れた、すなわちＤｕｖ値が大きくなってしま
うといった問題もあった。例えば単に誘電体膜による可
視光短波長側の反射率を大きくしていった場合、青波長
発光領域、及び、緑波長発光領域の放射スペクトルを低
減させることができるので、確かに色温度は低下する。
しかしながら同時に赤波長スペクトルの増加もあるの
で、放射色のカラーバランスが崩れ、黒体放射軌跡から
離れていく（Ｄｕｖ値が大きくなる）問題がある。

【０００９】特開平７−３０７１４２号公報および特開
平７−３２０６８８号公報によれば、誘電体膜の分光特
性を規定することにより色温度の低下を実現しており、
また、これらとは別に、前記問題点とされた管壁温度の
上昇を壁面負荷を改善することにより、誘電体膜の保温
性の欠点を克服する提案も行なわれている。

【００１０】本発明は、先の発明の実施に伴い最後に残
されていた、放電色のバラツキの問題点を解決するため
になされたものであり、これにより低色温度ランプにお
いてのＤｕｖのズレのない、高演色性、低色温度のメタ
ルハライドランプを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のメタルハライドランプは、少なくともＤ
ｙ，Ｔｌ，Ｃｓの金属ハロゲン化物及び水銀を封入し、
管軸方向両端にコイル部を持つ電極を配置してなる石英
製発光管を有し、その発光管風袋表面上に色温度変換を
目的とする誘電体膜をコーティングしてなる色温度４０
００Ｋ以下のメタルハライドランプにおいて、発光管か
ら放射される放射スペクトルのＢ・Ｇ・Ｒ領域での強度
比を、低色温度において競合するハロゲン電球の放射エ
ネルギー強度比と一致するように、コーティング前後
で、それぞれ約５５％、約１００％、約１３０％の範囲
内で、可視光反射特性を調整した誘電体膜を発光管に施
す。（請求項１）

【００１２】色温度４５００Ｋ以上の前記発光管に、効
率の低下を生じさせない範囲で最大の色温度低下を実現
する為に分光透過率特性において可視光反射率が６０±
１０％で且つ、Ｄｙ，Ｔｌ発光波長である４２０ｎｍ，
５３５ｎｍでの透過率比が、相対比（Ｔｌ／Ｄｙ）０．
６±０．３の範囲内である誘電体膜を施す。その際６０
０ｎｍ以降の赤発光波長領域での平均透過率は７０％以
上とする。（請求項２）

【００１３】色温度４５００Ｋ以上の前記発光管に、色
温度がコーティング前後で、任意に低減できるように可
視光反射率を調整し、且つ、Ｄｕｖ値が±３以内となる
ように、Ｄｙ，Ｔｌ発光波長での透過率値の相対比を調
整した誘電体膜を発光管に施す。（請求項３）

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の請求項１の実施例
について説明する。図１は本発明によるメタルハライド
ランプの構成を示す図である。図１において、１は石英
ガラス製の発光管で、管内にはヨウ化ディスプロシウ
ム、ヨウ化タリウム、ヨウ化セシウム、水銀及びアルゴ
ンガスが封入されており、発光管は両側の封着部を細く
したいわゆるナロー形状であり、発光管中央部内径が１
２ｍｍ、発光管の管壁負荷は、ランプを１５０Ｗ点灯す
る場合１６Ｗ／ｃｍ以下としたものである。２は石英ガ
ラス製の中空管で該石英ガラス製の中空管２の上下端外
周部には、ステンレス製の支柱３に溶接されたＣ形保持
体４ａ，４ｂにより支持されている。そして上記発光管
１及び中空管２は、硬質ガラス製の外管５内に組み込ま
れており、外管内は真空に保たれている。尚、図１にお
いて６は、Ｚｒ−Ａｌゲッター、７はバリウムゲッター
である。

【００１５】このような構成の１５０Ｗメタルハライド
ランプＡに対して、発光管１の表面に色温度変換膜８を
コーティングしたものをランプＢとする。この色温度変
換膜８の効果により低色温度化を実現している。このと
きの色温度変換膜の特性は６００ｎｍ前後を境に可視光
を反射する特性を有し、この特性により発光管内からの
放射スペクトルのＢ・Ｇ・Ｒ各領域での強度比を低色温
度領域で競合するハロゲンランプの有するＢ・Ｇ・Ｒ各
領域でのエネルギー強度比と一致させている。色温度変
換膜は耐熱性を有する五酸化タンタルと二酸化珪素から
構成され、その膜の常温での分光透過率を図の２に示
す。膜物質は耐熱性を有するものであれば問わない。

【００１６】これらのランプＡ，Ｂの各Ｂ・Ｇ・Ｒ領域
での放射スペクトル強度比と、ハロゲン電球のエネルギ
ー強度比とを表１に示す。得られた光学特性を併記す
る。

【表１】

【００１７】次に我々は、請求項２記載の色温度変換膜
の分光透過率特性についてＤｕｖのバラツキとの関連を
調べた。図２における分光透過率で、Ｄｙの発光波長
（４２０ｎｍ）での透過率値と、Ｔｌの発光波長（５３
５ｎｍ）での透過率値との相対値をとり、それぞれの値
でのＤｕｖ値のバラツキを図３に示す。

【００１８】図３の通り、３２００±２００Ｋの色温
度、Ｄｕｖ±３以下を得るには、その相対比（Ｔｌ／Ｄ
ｙ）が０．６±０．３の範囲内でなければならないこと
が分かる。

【００１９】次に我々は、請求項３記載の色温度変換膜
の可視光反射率を任意に変更ができ、且つそれぞれの色
温度において、前記相対比（Ｔｌ／Ｄｙ）を変更するこ
とにより、Ｄｕｖのバラツキのないメタルハライドラン
プが得られた。図４に色温度変換膜の可視光反射率とそ
れにより色温度変換されたランプの色温度実測値を示
す。尚、その際の効率の低下についても併記する。

【００２０】図４より、可視光反射率を徐々に上昇させ
ることにより、任意に色温度の設定が可能となる。効率
の低下をできるだけ抑えて最大の色温度低減を図るに
は、可視光反射率が６０％前後までであることが分か
る。またそれぞれの色温度においてＤｕｖのバラツキの
ない範囲を調べた結果、図５に示す分光透過率値が最適
であることが分かった。

【００２１】以上を踏まえ、図６に３２００±２００Ｋ
のメタルハライドランプの実測値を色度座標上にとり、
黒体軌跡とともに示す。

【００２２】また今回の実験では、１５０Ｗのランプで
実施しているが、２５０Ｗ、４００Ｗ等のランプにおい
ても同様の結果が得られ、色温度変換膜の分光透過率特
性の調整のみでＤｕｖのコントロールが可能であった。

【００２３】

【発明の効果】以下に本発明の効果について述べる。 （１）発光物質として少なくともＤｙ、Ｔｌ、Ｃｓを含
む高演色型メタルハライドランプにおいて、発光管の表
面にハロゲン電球の放射エネルギー強度と近似するよう
に、色温度変換膜により可視光反射によりＤｙ、Ｔｌ発
光領域でのスペクトル強度を低減し、それに伴い赤波長
領域でのスペクトル強度を増加させる。このことにより
低色温度領域においてもハロゲンランプと競合できるメ
タルハライドランプを提供することができた。寿命特性
はメタルハライドランプの方が６０００ｈｒと非常に長
いことから商品価値は高いと言える。 （２）色温度変換膜の可視光反射率を任意に設定するこ
とにより、色温度を漸次低減することが可能となる。こ
れにより同じ発光管を用いて、色温度変換膜の特性だけ
で、色温度の異なるメタルハライドランプを提供でき
る。従来までは、発光金属の種類、添加量により設定で
きる発光管の色温度には制限があったが、様々な製品バ
リエーションが可能となった。 （３）色温度変換膜のＤｙ、Ｔｌの発光波長での透過率
値の相対比を調整することにより従来低色温度化におい
て非常にコントロールの難しかったＤｕｖ値の管理が簡
便にできる。またその相対比は所望の色温度ごとに漸次
変更させる必要があるがこれにより任意の設定色温度で
Ｄｕｖ値のバラツキのないメタルハライドランプを提供
できる。 （４）初期点灯時の色温度のバラツキ、経時的な色温度
低下大きく関与していた、Ｄｙを主波長とする青発光領
域を、色温度変換膜で制御することにより、初期点灯時
から寿命末期まで色温度の変化が見られないといった効
果もある。図７に本発明品のライフによる色温度変化を
示す。 （５）色温度変換膜の選択される膜材質、設計によっ
て、その紫外線吸収特性を利用することにより、人体に
影響を与える紫外線を、予め発光管形成の段階から低減
できる効果があることも注目すべきことである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるメタルハライドランプの構成を示
す図である。

【図２】色温度変換膜の常温での分光透過率を示す図で
ある。

【図３】Ｄｕｖ値のバラツキを示す図である。

【図４】色温度変換膜の可視光反射率とそれにより色温
度変換されたランプの色温度実測値を示す図である。

【図５】分光透過率値を示す図である。

【図６】メタルハライドランプの色度実測値を示す図で
ある。

【図７】本発明品のライフによる色温度変化を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 石英ガラス製の発光管 ２ 石英ガラス製の中空管 ３ ステンレス製の支柱 ４ａ，４ｂ Ｃ形保持体 ５ 硬質ガラス製の外管 ６ Ｚｒ−Ａｌゲッター ７ バリウムゲッター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 朋宏 埼玉県行田市壱里山町１−１ 岩崎電気株 式会社埼玉製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 色温度４５００Ｋ以上の少なくともＤ
   ｙ．Ｔｌ．Ｃｓの金属ハロゲン化物及び水銀を封入して
   なるＤｙ−Ｔｌ系メタルハライドランプにおいて発光ス
   ペクトル強度を、発光管表面上に施した多層干渉膜によ
   り、Ｄｙの発光を主波長とする青波長発光領域で約５５
   ％、Ｔｌの発光を主波長とする緑波長発光領域で約１０
   ０％、それ以外の赤波長発光領域において約１３０％ま
   で調整し、低色温度で競合するハロゲン電球のエネルギ
   ー強度比と一致させたことを特徴とするＤｕｖのバラツ
   キの少ない色温度４０００Ｋ以下のメタルハライドラン
   プ。
2. 【請求項２】 前記多層干渉膜は、その分光透過率特性
   においてＤｙ発光波長（４２０ｎｍ）での透過率値とＴ
   ｌ発光波長（５３５ｎｍ）での透過率値とがそれぞれ相
   対比（Ｔｌ／Ｄｙ）０．６±０．３の範囲内に調整され
   かつ、６００ｎｍ以降の赤発光波長領域では、平均透過
   率７０％以上であることを特徴とする請求項１記載のメ
   タルハライドランプ。
3. 【請求項３】 発光管表面上に施した多層干渉膜によっ
   て反射された青波長発光領域、及び緑波長発光領域での
   反射率を変更することにより、色温度の低減を任意に変
   更させ、且つ任意に要求される色温度に応じて、多層干
   渉膜の分光透過率特性におけるＤｙ，Ｔｌ発光波長での
   透過率値の相対比（Ｔｌ／Ｄｙ）を変更することによ
   り、各色温度でのＤｕｖ値を調整することが可能な請求
   項１記載のメタルハイドランプ。