JPH1040873A

JPH1040873A - 無電極高圧放電ランプ

Info

Publication number: JPH1040873A
Application number: JP19191396A
Authority: JP
Inventors: Akira Hochi; 保知　　昌; Shigeru Horii; 堀井　　滋; Mamoru Takeda; 守竹田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 1996-07-22
Publication date: 1998-02-13
Anticipated expiration: 2016-07-22
Also published as: JP3196647B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高い演色性と高い発光効率を両立できる、無
電極高圧放電ランプに好適な発光材料がこれまで存在し
なかった。【解決手段】内側に露出した電極を持たない光透過性
バルブ内に、インジウム、ガリウム、タリウムのハロゲ
ン化物の内少なくとも一つのハロゲン化物と、もしくは
それらの混合物からなる群から選択されるような、分子
発光による連続スペクトルを放射する金属ハロゲン化物
及び希ガスを充填物として含み、且つ前記充填物に電気
エネルギーを印加しアーク放電を始動し持続させる放電
励起手段からなる構成を有している。これにより、金属
ハロゲン化物の高圧での分子発光の連続スペクトルを積
極的に利用出来、水銀を充填物として含まず、１００ｌ
ｍ／Ｗ以上の高ランプ効率とＲ_a９５以上の高演色性を
両立できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は分子発光による連続
発光を持つ金属のハロゲン化物を、光透過性のバルブ内
部に充填し、アーク放電発光させることにより、極めて
優れた演色性と、高効率を実現した、無電極高圧放電ラ
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。また、その高演色性とい
う特性から、ハイビジョン中継に対応したスポーツ照明
や博物館・美術館の施設照明などへの展開も進められて
いる。しかしながら、メタルハライドランプは、水銀を
充填物として内容積当り数十ｍｇ／ｃｃと大量に含むた
め、環境保全の観点から無水銀化が強く望まれている。

【０００３】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。また、放電空間内部に
に電極を持たないため、電極蒸発によるバルブ内壁の黒
化が発生しない。これによりランプ寿命が大幅に向上で
きる。

【０００４】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。ここでは、放電励
起手段としてＲＦエネルギーを誘導結合する手段が例示
されている。

【０００５】また、特開平６−１３２０１８号公報（米
国特許第５，４０４，０７６号）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。ここでは、マイクロ波エネルギーを用いた放電
励起手段が例示されている。

【０００６】本発明では、ヨウ化インジウムなどの、金
属ハロゲン化物の分子発光を利用している。これに類し
た充填物を持つ、有電極のメタルハライドランプに関す
る発明が、米国特許第３，２５９，７７７号に開示され
ている。ここではヨウ化インジウムなどの金属ハロゲン
化物を、高圧で放電させるために、電極が融点近傍にな
るほどの高入力電気エネルギーにおいて、ランプが動作
することを特徴としている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開平３
−１５２８５２号公報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が低くなり、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。また特開平３−１５２８５２号公報の
ような輝線スペクトルの組み合せからなる光特性は色再
現性に乏しく、十分な高演色性を得ることは困難であ
る。

【０００８】特開平６−１３２０１８号公報の高パワー
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い。特開平６−１
３２０１８号公報の高パワーランプ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、添加し
た金属化合物と硫黄が反応して生じる金属硫化物は、比
較的安定で蒸気圧の低い物が多く、プラズマになり難
い。そのため、添加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。また封入物を添加したり、色温度変換フィ
ルターなどにより発光スペクトルの分光特性を変化させ
ると、緑色以外の視感度の低い部分の分光放射強度が増
加するため、効率の低下は免れられない。

【０００９】米国特許第３，２５９，７７７号では、有
電極において無水銀で動作させるために、電極の融点近
傍でランプを動作させるという、かなりの負荷を電極に
強いている。そのためこのような設計のランプでは電極
蒸発による急激なバルブ内壁の黒化が起こり、著しい寿
命特性の低下を招くことは免れられない。

【００１０】本発明は上記従来の、放電発光物質として
の充填物と、放電励起手段に関する問題点を解決するも
ので、インジウム及びガリウム及びタリウムのハロゲン
化物などの、分子発光による連続スペクトルを放射する
金属ハロゲン化物の、高圧での分子発光の連続スペクト
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
物とした無電極高圧放電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】この目的を達成するため
に本発明の無電極高圧放電ランプは、内側に露出した電
極を持たない光透過性バルブの内部に、インジウムのハ
ロゲン化物、ガリウムのハロゲン化物、タリウムのハロ
ゲン化物、もしくはそれらの混合物からなる群から選択
されるような、分子発光による連続スペクトルを放射す
る金属ハロゲン化物、及び希ガスを充填物として含み、
且つ前記充填物に電気エネルギーを印加しアーク放電を
始動し持続させる放電励起手段からなる構成を有してい
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下本発明の実施の形態について、図
面を参照しながら説明する。

【００１３】図１は、内直径３．８ｃｍ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、電界方向に対
するバルブ内壁間距離にあたる内直径の単位長さあたり
にヨウ化インジウム（ＩｎＩ）を２．２×１０^-5ｍｏｌ
／ｃｍと、アルゴンガス５トルを充填封入したランプ
を、図２に示すマイクロ波無電極放電ランプ装置におい
て８００Ｗ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。なお、本明細に示す発
光スペクトルは全て５ｎｍごとの放射強度を積算したも
のであり、放射強度の最大値を１に規格化している。

【００１４】図１に示すような本発明に関する放射光を
得るための、従来よりあるマイクロ波無電極放電装置の
構成を、図２を参照しながら説明する。このマイクロ波
無電極放電装置の構成は、特開平６−１３２０１８号公
報の高パワーランプと同様のものである。

【００１５】図２において、バルブ２１はヨウ化インジ
ウムやアルゴンガスといった充填物２２を有しており、
石英ガラスから構成されている。バルブ２１は、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。支持棒２３は、モーターの回転軸に
支持棒の軸が一致するように接続されている場合もあ
る。その時バルブ２１は、モーターにより約１０００〜
３６００ｒｐｍで回転する。図１に発光スペクトルを示
した実施の形態においては、バルブは３６００ｒｐｍに
て回転させながら、発光させた。

【００１６】これにより、バルブ２１の温度の均熱化
と、放電プラズマの安定化を得ることが出来る。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
空洞２４の外側へ取り出される。

【００１７】図１に示すように本実施の形態によれば、
ヨウ化インジウムによる可視域全体にわたる強い連続ス
ペクトルの発光を得ることができる。ヨウ化インジウム
の高圧放電での発光スペクトルとして広く知られている
のは、インジウム元素の４１０ｎｍと４５１ｎｍの青色
部分の輝線スペクトルである。この輝線スペクトルは一
般に、メタルハライドランプの青色の発光強度を増加す
るために、用いられている。しかしながら、本実施の形
態では、インジウム元素の輝線スペクトルは非常に弱ま
り、分子発光の連続スペクトルが可視域全体にわたって
現れている。これにより、非常に演色性に優れた、高効
率の白色光源を得ることが出来る。

【００１８】演色性の比較のため、まず従来よりある有
電極のメタルハライドランプの一例を述べる。Ｈｇ＋Ｉ
ｎＩ＋ＴｌＩ＋ＮａＩを封入した、主に輝線スペクトル
からなるメタルハライドランプでは、平均演色評価数Ｒ
_aは約６０、鮮やかな赤色の見えを表す特殊演色評価指
数Ｒ₉は約−１５０である。またそのランプ効率は約８
０ｌｍ／Ｗである。全光色において演色性は低いが、特
に鮮やかな赤色の再現性はほとんど無いといえる。

【００１９】これに対して本実施の形態によれば、平均
演色評価数Ｒ_aは９６,ランプ効率は約１００ｌｍ／Ｗで
あった。また、一般に高い値を示すことが難しい、鮮や
かな赤色の見えを表す特殊演色評価指数Ｒ₉は７７であ
った。以上のように,本実施の形態によるランプは極め
て優れた演色性を呈すると共に、優れた発光効率を呈す
る。

【００２０】また、本発明の無電極高圧放電ランプのそ
の他の利点として、主要な放電発生源としての充填物を
単体とすることが可能なことが挙げられる。一般的なメ
タルハライドランプにおいては、白色光を得るために幾
つかの金属と金属ハロゲン化物を充填物として含んでい
る。その添加金属の分圧は、ランプ内部の充填物の量及
びバルブの最冷点部の温度によって決定される。しかし
ながら、充填物の量も最冷点部の温度も共に、製造公差
や経時変化などの原因によりパラメータを変化させる。
それにより放射光の全光束や色度といった、光特性に変
化を及ぼす。

【００２１】例えばＨｇ＋ＩｎＩ＋ＴｌＩ＋ＮａＩなど
の充填物からなるメタルハライドランプではＩｎの青
色、Ｔｌ元素の緑色、Ｎａ元素の黄色を組み合わせるこ
とによって白色を得ているため、充填量の違いは色バラ
ンスや出力特性に大きな影響を及ぼす。しかしながら、
Ｎａ、Ｓｃ、Ｄｙなどのメタルハライドランプで広く使
われている金属は、動作中にランプの被包体である石英
ガラスと反応し、放電に有効な充填量を減らしていくこ
とが指摘されている。これにより、経時変化として、ラ
ンプの色シフトや光出力の低下が引き起こされる。一
方、本発明のランプは、単一の金属ハロゲン化物により
構成することが可能であるので、製造公差や経時変化に
よる色特性への影響を、非常に少なくすることが出来
る。

【００２２】次に（表１）にヨウ化インジウムと臭化イ
ンジウムの封入量を変えたバルブを加えて、幾つかの発
光特性の例を示す。ここに示す全てのバルブは、図２に
示すマイクロ波無電極放電装置にて、３０００〜３６０
０ｒｐｍで回転させながら、８００Ｗの入力電気エネル
ギーで点灯させたときのものである。

【００２３】

【表１】

【００２４】ヨウ化インジウムに比べて臭化インジウム
の方が、同等の充填量に対してより相関色温度が高いラ
ンプが実現できる事が明らかである。また、先に述べた
実施の形態が２行目に記されているが、演色評価指数の
値は封入量などを変えることにより、更に向上可能であ
ることが分かる。鮮やかな赤色の見えを表わす特殊演色
評価指数Ｒ₉は最大で９５の値を示した。

【００２５】ヨウ化インジウム、臭化インジウム共に、
封入量を増やすにつれて、相関色温度は下がっていく傾
向にある。これは、インジウムハロゲン化物の分子発光
の連続スペクトルのピーク波長が、封入量の多いものほ
ど長波長にシフトしていくためである。これは、動作時
のインジウムハロゲン化物の分子量が増えるほど、イン
ジウムハロゲン化物分子の核間距離が近まり、遷移のエ
ネルギー差が小さくなるためと考えられる。しかしなが
ら、この色シフトの量は、先に述べた製造公差に対して
問題になるほど、微量な変化に敏感に反応するものでは
ない。

【００２６】逆に、この特性は、相関色温度の設計に自
由度を与える。そのため、様々な応用分野に対して、適
した相関色温度のランプを提供することが可能である。
例えば液晶ビデオプロジェクター用の光源としては、青
色の発色を強くするために、相関色温度７０００Ｋ以上
の、高めの相関色温度のランプが必要とされる。本発明
の無電極高圧放電ランプは、こういった要求にもインジ
ウムハロゲン化物の封入量を変えることで対応できる。

【００２７】放電アークから放射される分光スペクトル
の形状により演色性や相関色温度が決定され、発光効率
も大きな影響を受ける。その分光スペクトルの形状は、
アーク温度により概ね決定される。「ザハイプレッ
シャマキュリベイパージスチャージ」（Ｗ．Ｅｌｅ
ｎｂａａｓ”ＴｈｅＨｉｇｈＰｒｅｓｓｕｒｅＭｅ
ｒｃｕｒｙＶａｐｏｕｒＤｉｓｃｈａｒｇｅ；Ｎｏ
ｒｔｈＨｏｌｌａｎｄＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏ
ｍｐａｎｙ（１９５１）”）によれば、高圧水銀放電ラ
ンプのアークの有効温度Ｔｅｆｆは次式で表される。

【００２８】

【数１】

【００２９】ここで、Ｐはアークの単位長さあたりの入
力電気エネルギー（Ｗ／ｃｍなど）、Ｐ_condはアークの
電極間距離の単位長さあたりの熱伝導損失（Ｗ／ｃｍな
ど）、ｍはアークの電極間距離の単位長さあたりの水銀
の封入量（ｍｇ／ｃｍなど）、Ｒ_effはアークの有効半
径、Ｖ_aは水銀の平均励起ポテンシャル,Ｃ₁とγは定数
である。現実の放電アークは径方向に対して中央で最も
高く、管壁に近づくほど低くなる温度分布を持つ。ここ
では簡単のため均一な有効温度を規定し、電極間距離を
アーク長さとし,有効半径がＲ_effで表される円柱状のア
ークを用いて近似計算がなされている。

【００３０】以上は有電極の高圧水銀ランプの場合であ
るが、本実施の形態に示すような無電極高圧放電ランプ
でも同様にアークの単位長さあたりの発光物質の充填量
と入力エネルギーで、分光特性が近似的に決定できる。
ただし、無電極高圧放電ランプでは電極を持たないた
め、電極間のアークの長さは入力電気エネルギーの電界
方向のアークの有効長さで置き換えられる。アークの有
効長さを導出するためには、アークの温度分布から平均
値を算出しなければならないが、アークの充填量や入力
エネルギーにより温度分布は変化するため、この方法は
非常に繁雑であり設計手段としては適さない。

【００３１】無電極高圧放電ランプにおいては、アーク
の大きさはほぼバルブの内壁間距離（球形バルブであれ
ば内直径）に比例して変化すると考えられる。そこで、
入力電気エネルギーの電界方向のバルブの内壁間距離を
アークの長さとして近似し、その単位長さあたりの充填
量と入力電気エネルギーを決定すればほぼ同等の分光特
性を得る事ができる。以上の考え方に基づいて、電界方
向のバルブ内壁間距離の単位長さあたりの入力電気エネ
ルギーと発光物質に対する分光特性の変化を測定し、好
適な値を決定した。これにより、様々に放電バルブの形
状を変化させるときの指標が得られ、設計を効率的に行
う事が可能となる。以下に、入力電気エネルギー電界方
向のバルブの内壁間距離の単位長さあたりの入力エネル
ギー及びインジウムハロゲン化物の充填量の変化に対す
る、ランプ効率及び平均演色評価指数Ｒ_aの変化を示
す。

【００３２】図３と図４のグラフに、ランプの光特性に
対する、入力エネルギーの影響を示す。図３と図４は、
内直径３．８ｃｍ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、アルゴンガス５０トルと、ヨウ化イ
ンジウムをバルブの内直径１ｃｍあたり１．１×１０^-5
ｍｏｌ／ｃｍ及び２．２×１０^-5ｍｏｌ／ｃｍを充填封
入したもの２種類と、アルゴンガス１０トルと、臭化イ
ンジウムを１．４×１０^-5ｍｏｌ／ｃｍ及び２．７×１
０^-5ｍｏｌ／ｃｍを充填封入した２種類の、計４種類の
ランプを、図２に示すマイクロ波無電極放電ランプ装置
において入力エネルギーを変化させた時の効率と平均演
色評価指数の変化を示したものである。バルブは前記実
施の形態と同様にモーターにより３６００ｒｐｍの回転
数で回転しながら発光させた。

【００３３】図３を見ると、ランプへのマイクロ波の入
力電気エネルギーに対する発光効率は、入力電気エネル
ギーが増加するにつれて上昇することが分かる。この発
光効率の上昇には飽和点が存在する。この飽和点は充填
物の量が増えるにつれて、より高い入力電気エネルギー
のところになっている。

【００３４】図４に示すのが、バルブの内直径の単位長
さあたりの入力電気エネルギーに対する平均演色評価指
数Ｒ_aの変化である。入力電気エネルギーが約５０Ｗ／
ｃｍ以上の所で、Ｒ_aは一般照明での使用として十分な
８０以上の値を取る。また入力電気エネルギー密度が約
１００Ｗ／ｃｍ以上、さらに好適には約１５０Ｗ／ｃｍ
以上で、より高い演色性と高い発光効率の両立が可能と
なる。

【００３５】入力電気エネルギー密度の低いところで
は、まだ十分な量のヨウ化インジウムがバルブ内に蒸発
していないことが、効率と演色性を低くしている一つの
要因である。その低いエネルギー領域では、まだプラズ
マの圧力が低いため、インジウム元素単体の輝線スペク
トルが支配的に発光している。そのため、十分な効率と
演色性が得られない。

【００３６】図５と図６に、ヨウ化インジウム及び臭化
インジウムの充填封入量の変化に対する、効率と平均演
色評価数Ｒ_aの変化を示す。バルブの形状や、点灯条件
は図３及び図４と同様であり、バルブ内直径の単位長さ
あたりの入力電気エネルギーは２１０Ｗ／ｃｍの時のも
のである。実線が、充填量の変化に対する効率の変化を
示し、点線が平気演色評価指数の変化を示す。充填量が
１ｃｍあたり約０．５×１０^-5ｍｏｌ／ｃｍ以上の時、
平均演色評価指数は一般照明の使用に対して十分な値、
８０を上回っている。また充填量が約２×１０^-5ｍｏｌ
／ｃｍ以上では、効率は９０ｌｍ／Ｗ以上、平均演色評
価指数が９５以上の高い値を両立できる。

【００３７】そのため、一般照明の分野で用いるために
は、この領域でヨウ化インジウムの充填を行うことが望
ましい。しかしながら、充填量がヨウ化インジウムにお
いては約５×１０^-5ｍｏｌ／ｃｍ以上、臭化インジウム
においては約７×１０^-5ｍｏｌ／ｃｍ以上では、平均演
色評価指数は８０以下となり、ランプ効率も低下してい
く。したがって、あまり大量にインジウムハロゲン化物
を充填することは、一般的な照明の用途には望ましいこ
とではない。

【００３８】（実施の形態２）以下本発明の第２の実施
の形態について、図面を参照しながら説明する。

【００３９】図７は、内直径２．８ｃｍ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、バルブ内直径
の単位長さあたり２．６×１０^-5ｍｏｌ／ｃｍのヨウ化
ガリウム（ＧａＩ３）と、アルゴンガス２トルを充填封
入したランプを、第１の実施の形態と同様に、図２に示
すマイクロ波無電極放電ランプ装置において、５５０Ｗ
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。

【００４０】ただし、本実施の形態においては、バルブ
を回転させる機構は用いていない。また、図５に示す発
光スペクトルは、図１と同様に、５ｎｍごとの放射強度
を積算したものである。

【００４１】ここでは、ガリウム元素の４０３ｎｍと４
１７ｎｍの輝線スペクトル以外に、不純物として含まれ
るナトリウム、リチウム及びカリウムの輝線スペクトル
とが加わった分子発光による連続スペクトルを得た。

【００４２】本実施の形態のランプの特性は、ランプの
発光効率は４３ｌｍ／Ｗ、平均演色評価指数Ｒ_aは９６,
相関色温度は６９２０Ｋであった。ガリウムのハロゲン
化物による連属スペクトルは、インジウムのハロゲン化
物による連続スペクトルよりも短波長にピークを持つた
め、相関色温度が高くなる。この特性は、液晶ビデオプ
ロジェクション用光源などの高い相関色温度のランプを
必要とする分野に適している。またインジウムのハロゲ
ン化物と共に充填することにより、相関色温度などの特
性を変化させるために用いることも可能である。

【００４３】ヨウ化ガリウム及び臭化ガリウムを封入し
た無電極ランプに関して、充填量を変化させた場合、入
力電気エネルギーを変化させた場合の光特性の変化は、
実施の形態１のインジウムのハロゲン化物の場合と同様
である。

【００４４】以上の本実施の形態においては、分子発光
による連続スペクトルを放射する金属ハロゲン化物とし
て、インジウム及びガリウムのハロゲン化物を示した
が、タリウムのハロゲン化物もまた、同様に分子発光に
よる連続スペクトルを放射するため、これを充填金属ハ
ロゲン化物として用いることも可能である。

【００４５】（実施の形態３）以下本発明の第３の実施
の形態について、図面を参照しながら説明する。

【００４６】図８は、内径２．８ｃｍ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内直径の単位長さ
に対して、亜鉛を４０ｍｇ（２．２×１０^-4ｍｏｌ／ｃ
ｍ）、ＴｌＩを８ｍｇ（０．９×１０^-5ｍｏｌ／ｃ
ｍ）、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、３
００Ｗ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。

【００４７】図８に示すように本実施の形態によれば、
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。ＴｌＩとアルゴンガスのみを充填封入して、主に５
３５ｎｍの輝線スペクトルのみを発光させた場合、演色
評価数Ｒ_aは１５以下であり一般照明には適さない。

【００４８】しかしながら、本実施の形態では演色評価
数Ｒ_aは８４となり、大幅に改善されている。

【００４９】また（表２）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。

【００５０】（実施の形態４）以下本発明の第４の実施
の形態について、図面を参照しながら説明する。

【００５１】図９は内径２．８ｃｍの球形の石英ガラス
製無電極放電バルブの内部に、亜鉛を２０ｍｇ（１．１
×１０^-4ｍｏｌ／ｃｍ）、ＩｎＩを１０ｍｇ（１．５×
１０ ^-5ｍｏｌ／ｃｍ）、ＴｌＩを５ｍｇ（０．５×１０
^-5ｍｏｌ／ｃｍ）、ＮａＩを１ｍｇ（０．２×１０^-5ｍ
ｏｌ／ｃｍ）及びアルゴンガスを２トル充填封入したも
のを、図２に記載のマイクロ波無電極放電ランプ装置に
より、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。本実施の形態では、Ｉｎ、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。

【００５２】演色評価数Ｒ_a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。

【００５３】上記の実施の形態３及び４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２）に
比較して示す。

【００５４】

【表２】

【００５５】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
の形態に限るものではない。例えばＬｉＩなどを添加
し、６７０ｎｍ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。

【００５６】全ての実施の形態において、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
ＵＶ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。

【００５７】なお、本実施の形態１から４においては、
図２に示すバルブ２１の光透過性材料として石英ガラス
を用いたが、無論、バルブの構成材料はこれに限るもの
ではない。例えば、アルミナの透光性セラミック材料を
バルブの構成材料にすれば、バルブの耐熱性を高めるこ
とが出来る。それにより、バルブがより優れた耐高熱性
と耐高圧性を有し、より高入力電気エネルギー下での動
作が可能になる。

【００５８】また、先に述べたバルブの回転といった機
構を、省略することが容易になり、無電極高圧放電ラン
プ装置の、システム効率や製造コストの向上を図ること
が出来る。

【００５９】また、実施の形態１から実施の形態４に示
した本発明からなる無電極高圧放電ランプは、特開平３
−１５２８５２号公報などに例示されている、ＲＦ誘導
結合により充填物を放電励起させる無電極放電ランプ装
置においても、同様に実施可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上のように第１の発明によれば、光透
過性バルブの内部に、インジウムのハロゲン化物、もし
くはガリウムのハロゲン化物、もしくはタリウムのハロ
ゲン化物の内少なくとも一つのハロゲン化物、もしくは
それらの混合物からなる群から選択される分子発光によ
る連続スペクトルを放射する金属ハロゲン化物及び少な
くとも一つの希ガスを充填物として含み、且つ前記充填
物に電気エネルギーを印加しアーク放電を始動し持続さ
せる放電励起手段からなる構成を設けることにより、水
銀を充填物として含まず、分子発光による強い連続発光
のスペクトルを持つ、極めて優れた演色性と、高効率な
光特性を得ることができる、優れた無電極高圧放電ラン
プ及び無電極高圧放電ランプ装置を実現できるものであ
る。

【００６１】また、第２の発明によれば、光透過性のバ
ルブ内部に、亜鉛と、インジウムのハロゲン化物、もし
くはガリウムのハロゲン化物、もしくはタリウムのハロ
ゲン化物の内少なくとも一つのハロゲン化物、もしくは
それらの混合物からなる群から選択される分子発光によ
る連続スペクトルを放射する金属ハロゲン化物及び少な
くとも一つの希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】本発明の第１の実施の形態における、ヨウ化イ
ンジウムとアルゴンを充填した無電極放電ランプの発光
スペクトルの図

【図２】本発明に関わるマイクロ波無電極放電ランプ装
置の概略図

【図３】本発明の第１の実施の形態に関わる、インジウ
ムハロゲン化物とアルゴンを封入した無電極放電ランプ
のエネルギー入力と発光効率の相関を示す図

【図４】本発明の第１の実施の形態に関わる、インジウ
ムハロゲン化物とアルゴンを封入した無電極放電ランプ
のエネルギー入力と平均演色評価指数の相関を示す図

【図５】本発明の第１の実施の形態に関わる、インジウ
ムハロゲン化物とアルゴンを封入した無電極放電ランプ
の、インジウムハロゲン化物の充填量と発光効率の相関
を示す図

【図６】本発明の第１の実施の形態に関わる、インジウ
ムハロゲン化物とアルゴンを封入した無電極放電ランプ
の、インジウムハロゲン化物の充填量と平均演色評価指
数の相関を示す図

【図７】本発明の第２の実施の形態における、ヨウ化ガ
リウムとアルゴンを充填した無電極放電ランプの発光ス
ペクトルの図

【図８】亜鉛とＴｌＩを充填した、本発明の第３の実施
の形態における発光スペクトルの図

【図９】亜鉛とＩｎＩ、ＴｌＩ、ＮａＩを充填した、本
発明の第４の実施の形態における発光スペクトルの図

【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】放電を閉じこめる光透過性バルブと、前記
光透過性バルブの内部にインジウムのハロゲン化物、も
しくはガリウムのハロゲン化物、もしくはタリウムのハ
ロゲン化物の内少なくとも一つの金属ハロゲン化物、も
しくはこれらの混合物からなる群から選択される分子発
光による連続スペクトルを放射する金属ハロゲン化物及
び希ガスを含む充填物と、前記充填物に電気エネルギー
を印加しアーク放電を始動し持続させる放電励起手段を
有し、且つ前記光透過性バルブの放電空間に露出した電
極を持たないことを特徴とする無電極高圧放電ランプ。
【請求項２】金属ハロゲン化物のハロゲンは、ヨウ素、
臭素、塩素、もしくはこれらの混合物からなり、且つま
た希ガスはＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅもしくはこれらの混合物か
らなる群から選択され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】金属ハロゲン化物の充填量を、放電励起手
段により印加される電気エネルギーの電界方向に対する
光透過性バルブの内壁間距離１ｃｍあたりに約０．５×
１０^-5ｍｏｌ以上としたことを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の無電極高圧放電ランプ。
【請求項４】放電励起手段により印加される電気エネル
ギーを、前記放電励起手段により印加される前記電気エ
ネルギーの電界方向に対する光透過性バルブの内壁間距
離１ｃｍあたりに、少なくとも約５０Ｗとすることを特
徴とする請求項１または請求項２または請求項３のいず
れかに記載の無電極高圧放電ランプ。
【請求項５】放電を閉じこめる光透過性バルブと、前記
光透過性バルブの内部に亜鉛と、インジウムのハロゲン
化物もしくはガリウムのハロゲン化物もしくはタリウム
のハロゲン化物の内少なくとも一つのハロゲン化物、も
しくはこれらの混合物からなる群から選択される分子発
光による連続スペクトルを放射する金属ハロゲン化物及
び希ガスを含む充填物と、前記充填物に電気エネルギー
を印加しアーク放電を始動し持続させる放電励起手段を
有し、且つ前記光透過性バルブは放電空間に露出した電
極を持たないことを特徴とする無電極高圧放電ランプ。
【請求項６】金属ハロゲン化物のハロゲンは、ヨウ素、
臭素、塩素、もしくはこれらの混合物からなり、且つま
た希ガスはＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅもしくはこれらの混合物か
らなる群から選択されることを特徴とする請求項５記載
の無電極高圧放電ランプ。
【請求項７】光透過性バルブ内部に存在する亜鉛の量
を、放電励起手段により印加される電気エネルギーの電
界方向に対する光透過性バルブの内壁間距離１ｃｍあた
りに、約５×１０^-5ｍｏｌ以上とし、且つまた金属ハロ
ゲン化物の充填量を、放電励起手段により印加される電
気エネルギーの電界方向に対する光透過性バルブの内壁
間距離１ｃｍあたりに、約０．５×１０^-5ｍｏｌ以上と
したことを特徴とする請求項５または請求項６記載の無
電極高圧放電ランプ。
【請求項８】放電励起手段により印加される電気エネル
ギーを、前記放電励起手段により印加される前記電気エ
ネルギーの電界方向に対する光透過性バルブの内壁間距
離１ｃｍあたりに、少なくとも約５０Ｗとすることを特
徴とする請求項５または請求項６または請求項７のいず
れかに記載の無電極高圧放電ランプ。
【請求項９】前記放電励起手段として、前記充填物にマ
イクロ波エネルギーを結合することを特徴とする、請求
項１から請求項８のいずれかに記載の無電極高圧放電ラ
ンプを用いた無電極高圧放電ランプ装置。
【請求項１０】前記放電励起手段として、前記充填物に
ＲＦエネルギーを誘導結合することを特徴とする、請求
項１から請求項８のいずれかに記載の無電極高圧放電ラ
ンプを用いた無電極高圧放電ランプ装置。