JPH11329362A - 高圧水銀ランプ、および高圧水銀ランプ発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 百数十気圧以上の内圧で点灯される高圧水銀
ランプであって、熱的負荷、およびガス対流を考慮した
ランプを提供することである。特に、垂直点灯される高
圧水銀ランプにおいて上記問題を考慮したものを提供す
ることにある。 【解決手段】 石英ガラスからなる放電容器(２)に上側
に位置する電極(４)と下側に位置する電極(５)が対向配
置しており、この放電容器(２)に、０．１５５ｍｇ／ｍ
ｍ³以上の水銀と、希ガスを封入したものであって、こ
の上側に位置する電極(４)が放電容器(２)内に突出する
長さＬ１（ｍｍ）が、下側に位置する電極(５)が放電容
器(２)内に突出する長さＬ２（ｍｍ）より長く、ランプ
電力Ｗ（Ｗ）、放電容器(２)内における両電極(４)、
(５)を結ぶ軸に垂直な方向における内径の最大値Ｄ（ｍ
ｍ）が、 ０．３９×（Ｗ）^1/2 ≦ Ｌ１ ≦ ０．
８１×（Ｗ）^1/2 であり、かつ、 （Ｗ／４６）^1/1.2
≦ Ｄ ≦ （Ｗ／１．８５）^1/3 であることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は高圧水銀ランプに
関する。特に、放電容器内に０．１５５ｍｇ／ｍｍ³以
上の水銀が封入され点灯時の水銀蒸気圧が百数十気圧以
上にもなる超高圧な水銀ランプであって、投射型液晶デ
ィスプレイ装置などのバックライトとして使用されるも
のに関する。

【０００２】

【従来の技術】投射型の液晶ディスプレイ装置は、その
高さを低く抑えるために光源を水平に配置して点灯さ
せ、矩形状のスクリーンに対して均一に、しかも十分な
演色性をもって画像を照明させることが要求され、この
ため、光源として、水銀や金属ハロゲン化物を封入させ
た水平点灯型メタルハライドランプが使われている。ま
た、メタルハライドランプでも、最近では、より一層の
小型化、点光源化が進められ、電極間距離の極めて小さ
いものが実用化されている。

【０００３】このような背景のもと、最近では、メタル
ハライドランプに代わって、極めて高い水銀蒸気圧、例
えば２００バール(約１９７気圧)以上、を持つランプが
提案されている。これは、水銀蒸気圧をより高くするこ
とで、アークの広がりを抑える(絞り込む）とともに、
より一層の光出力の向上を図るというものであり、例え
ば、特開平２−１４８５６１号、特開平６−５２８３０
号に開示されている。

【０００４】特開平２−１４８５６１号(米国特許第
５，１０９，１８１)には、タングステンからなる一対
の電極を有する放電容器に希ガスと、０．２ｍｇ／ｍｍ
³以上の水銀と、１×１０^-6〜１×１０^-4μｍｏｌ／ｍ
ｍ³の範囲のハロゲンを封入して、１Ｗ／ｍｍ²以上の管
壁負荷で動作させる高圧水銀ランプが開示されている。

【０００５】水銀の封入量を０．２ｍｇ／ｍｍ³以上に
する理由は、水銀の圧力を高くして可視光領域、特に赤
色領域の連続スペクトルを増加させ演色性を改善するこ
とであり、管壁負荷を１Ｗ／ｍｍ²以上にする理由は、
水銀の圧力を高くするために最冷部の温度を高くする必
要があるからである。さらに、ハロゲンを封入する理由
については管壁の黒化防止であることが読み取れる。

【０００６】一方、特開平６−５２８３０号(米国特許
第５，４９７，０４９)には、上記の水銀量、管壁負荷
値、ハロゲン量に加えて、放電容器の形状や電極間距離
を規定して、さらにハロゲンの種類として臭素を使用す
ることが開示されている。

【０００７】臭素を封入する理由は管壁の黒化防止であ
り、その封入量が１０^-6μｍｏｌ／ｍｍ³以上で十分な
効果を発揮するとともに、１０^-4μｍｏｌ／ｍｍ³を超
えると電極が腐食することを示している。

【０００８】一方、このような超高圧な水銀ランプは水
平点灯、すなわち、電極間を結ぶ仮想線が地平線に対し
て並行に配置される点灯が行われる。この場合、電極間
に生じるアークの浮き上がりなどのため、放電容器の上
方部分では熱的負荷が極めて高くなるが、その一方で放
電容器下方は熱的負荷が低くなり、水銀の高い動作圧力
を得るためには、放電容器を小さく、すなわち、発光空
間の内径を小さくする必要がある。しかし、あまりに小
さくしてしまうと放電容器を構成する石英ガラスが結晶
化を引き起こすので放電容器を小さくできる範囲は限ら
れてしまう。

【０００９】一方、最近では液晶プロジェクタテレビで
あって、テレビ画面の後方から照明をするため、当該テ
レビ本体の中に光源である放電ランプを配置する、いわ
ゆる、リアプロジェクション型テレビが注目を集めてい
る。このテレビにおいては、光学設計上放電ランプは水
平点灯を強要するものではなく、垂直に配置することも
可能である。そして、上記のような超高圧な水銀ランプ
を垂直点灯することは、放電容器内における熱的負荷の
影響が、水平点灯する場合に比べて全く異なるものとな
る。具体的には、熱的負荷が高い部分、および低い部分
が、アーク近傍の管壁ではなく、電極の根元に発生する
ということである。また、放電容器内におけるガス対流
の影響も大きく変わる。上記した先行文献には、放電ラ
ンプを水平点灯することや、垂直点灯することは何ら記
載されておらず、このような観点から放電容器内におけ
る熱的負荷、ガス対流の影響を全く考慮していないもの
である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、百数十気圧以上の内圧で点灯される高圧
水銀ランプであって、熱的負荷、およびガス対流を考慮
したランプを提供することである。特に、垂直点灯され
る高圧水銀ランプにおいて上記問題を考慮したものを提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の高圧水銀ランプは、請求項１において
は、垂直に配置されて点灯され、石英ガラスからなる放
電容器に一対の電極が対向配置しており、この放電容器
に、０．１５５ｍｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスを封
入したものであって、上側に位置する電極が放電容器内
に突出する長さＬ１（ｍｍ）が、下側に位置する電極が
放電容器内に突出する長さＬ２（ｍｍ）より長く、ラン
プ電力Ｗ（Ｗ）、放電容器内における一対の電極を結ぶ
軸に垂直な方向における内径の最大値Ｄ（ｍｍ）が、
０．３９×（Ｗ）^1/2 ≦ Ｌ１≦ ０．８１×（Ｗ）
^1/2 であり、かつ、 （Ｗ／４６）^1/1.2 ≦ Ｄ ≦
（Ｗ／１．８５）^1/3 であることを特徴とする。

【００１２】さらに、下側に位置する電極が陽極であっ
て、上側に位置する電極が陰極である直流点灯用のもの
であることを特徴とする。さらには、放電容器には、塩
素、臭素、沃素より選ばれたハロゲンや、水銀以外の発
光金属が封入されることを特徴とする。また、上記高圧
水銀ランプと、この高圧水銀ランプに対して所定の電力
を供給する給電装置よりなる高圧水銀ランプ発光装置に
おいて、上側に位置する電極の放電容器内に突出する長
さＬ１(ｍｍ)、高圧水銀ランプのランプ電力Ｗ（Ｗ）、
放電容器内における一対の電極を結ぶ軸に垂直な方向に
おける内径の最大値Ｄ（ｍｍ）が、０．３９×（Ｗ）
^1/2 ≦ Ｌ１ ≦ ０．８１×（Ｗ）^1/2 であり、か
つ、（Ｗ／４６）^1/1.2 ≦ Ｄ ≦ （Ｗ／１．８
５）^1/3 であることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に本発明にかかる高圧水銀ラ
ンプを示す。放電ランプ１は石英ガラスよりなり、中央
の放電容器２とその両端につながる細長の封止部３より
構成される。放電容器２の中（以下、これを「発光空
間」ともいう)には、陰極４と陽極５が、１．０〜２．
０ｍｍ程度の間隙をもって配置される。陰極４は上方で
あって後端は封止部３の中に埋設されて金属箔６に接合
され、陽極５は下方であって後端は封止部３の中で同様
に金属箔６に接合される。それぞれの金属箔６の他端は
外部リード７が接合される。

【００１４】発光空間には、発光物質として水銀が封入
され、また、点灯始動ガスとしてアルゴン、キセノン等
の希ガスが封入される。希ガスは例えば、５．３×１０
⁴Ｐａ封入される。ここで、水銀の封入量は０．１５５
ｍｇ／ｍｍ³以上であって、これは安定点灯時の蒸気圧
が百数十気圧以上になるものである。

【００１５】このような高圧水銀ランプの一例を紹介す
ると、放電容器の最大外径１１．６ｍｍ、最大内径４．
６ｍｍ、発光空間長（ランプの軸方向の長さ）１６．０
ｍｍ、封入水銀量２０．０ｍｇ、発光空間の内容積１２
０ｍｍ³、発光空間の内表面積１２８ｍｍ²、管壁負荷
１．５６Ｗ／ｍｍ²、定格電力２００Ｗである。

【００１６】ここで、上側に位置する電極４が放電容器
２の中に突出する長さＬ１は、下側に位置する電極５が
放電容器２の中に突出する長さＬ２よりも長い。一例を
あげれば、上側に位置する電極４が放電容器２の中に突
出する長さＬ１は８．０ｍｍであり、下側に位置する電
極５が放電容器２の中に突出する長さＬ２は６．２ｍｍ
である。熱的負荷が低くなる下方においては、陽極と放
電容器の下端が近く位置しており、アーク放電からの熱
的影響以外に陽極からの輻射熱によって当該部分を温め
ることができ、これにより封入した水銀の完全蒸発が可
能となって百数十気圧以上という高い内圧を達成するこ
とができる。また、このような垂直点灯では、放電空間
の上部が激しいガス対流によって、きわめて高い熱的影
響を受けてしまうものであるが、この発明のように陰極
４が放電容器２の中に長く突出していると熱的影響によ
る放電容器の失透を良好に防止することができる。

【００１７】また、この発明は、ランプの点灯電力
（Ｗ）と上側に位置する電極４の突出長Ｌ１との間に、
０．３９×（Ｗ）^1/2 ≦ Ｌ１ ≦ ０．８１×
（Ｗ）^1/2 という関係を持たせることで十分に高い動
作圧力が選られ、かつ、失透等を発生させない高圧水銀
ランプとすることができた。これは、ランプ電力が放電
容器内に発生する熱に大きな影響を与え、また、上側に
位置する電極の突出長がガス対流と放電容器上部の完璧
の失透に影響を与えるであろうという予測から本発明者
らが鋭意検討を積み重ねた結果、その最適条件といえる
数値範囲を見出したものである。ここで、上側に位置す
る電極の突出長Ｌ１が上記下限値、すなわち、０．３９
×（Ｗ）^1/2 を下回った場合とは、放電容器内の上部
空間が小さいことを意味し、上記放電容器内の激しいガ
ス対流と熱的影響により石英ガラスに失透を生じさせて
しまう。一方、上側に位置する電極の突出長Ｌ１が上記
上限値、すなわち、０．８１×（Ｗ）^1/2 を上回った
場合とは、放電容器内の上部空間が大きくなりすぎるこ
とを意味し、水銀を十分に蒸気化することができず、結
果として、高い動作圧力を得ることができなくなってし
まう。

【００１８】また、本発明では、ランプの点灯電力
（Ｗ）と、放電容器において両電極を結ぶ軸に垂直な方
向の内径の最大値（Ｄ）との間に、（Ｗ／４６）^1/1.2
≦ Ｄ≦ （Ｗ／１．８５）^1/3 という関係を持た
せることで、同じく十分に高い動作圧力が選られ、か
つ、失透等を発生させない高圧水銀ランプとすることが
できた。これも前記と同様に、ランプ電力が放電容器内
に発生する熱に大きな影響を与え、また、放電容器内の
上記内径がガス対流と放電容器側部の完璧の失透に影響
を与えるであろうという予測から本発明者らが鋭意検討
を積み重ねた結果、その最適条件といえる数値範囲を見
出したものである。ここで、放電容器の上記内径Ｄが上
記下限値、すなわち、（Ｗ／４６）^1/1.2を下回った場
合とは、アークの位置が放電容器側部の管壁と近いこと
を意味し、発光管に失透を発生させてしまう。また、放
電容器の上記内径Ｄが上記上限値、すなわち、（Ｗ／
１．８５）^1/3 を上回った場合とは、放電容器が大き
くなりすぎて十分な動作圧力を得ることができなくなっ
てしまう。

【００１９】また、この発明にかかる高圧水銀ランプは
動作圧力が百数十気圧以上と極めて高いものであるた
め、数十気圧程度の動作圧力を有する高圧水銀ランプで
は比較にならないぐらいの激しいガス対流が生じる。こ
の激しいガス対流によって、アークの周辺に生じるフレ
アと言われる部分が激しく揺らされ、これが原因でアー
クの不安定やチラツキという問題を発生させる。これは
内圧が百数十気圧以上と極めて高い水銀ランプにおける
特有の問題ともいえるが、本発明では、放電容器におい
て両電極を結ぶ軸に垂直な方向の内径の最大値（Ｄ）を
発光管が失透しない限度において、小さくすることでこ
のフレアの揺れを良好に抑えたものである。従って、こ
の発明の高圧水銀ランプにおいては、やや細長の放電空
間を有することを特徴としている。

【００２０】図２に本発明の高圧水銀ランプによる分光
スペクトルを示す。図から明らかなように波長３８０〜
７６０ｎｍ付近の可視領域に効果的に放射されているこ
とが示される。特に、波長６００〜７６０ｎｍの赤色領
域の連続放射が多く、これは水銀封入量０．１５５ｍｇ
／ｍｍ³未満の通常の高圧水銀ランプに比べてきわめて
増加していることが示される。

【００２１】本発明の高圧水銀ランプは、ランプ電力が
７０Ｗから２００Ｗの範囲で好適に利用されるものであ
るが、図３にこの範囲における上側に位置する電極４の
突出長Ｌ１と、放電容器において両電極を結ぶ軸に垂直
な方向の内径の最大値（Ｄ）の値を実施例を示す。

【００２２】図４に本発明の高圧水銀ランプ発光装置を
示す。高圧放電ランプ４１は反射ミラー４２の中に内蔵
され、ランプ４１には給電装置４３が電気的に接続され
ている。ランプ４１からの放射光は反射ミラー４２、あ
るいは直接インテグレータレンズ４４に入射して、複数
のダイクロイックミラー４５、反射ミラー４６を介して
液晶パネル４７を照射する。そして、投写レンズ４８を
通してスクリーン４９に画像が写し出される。そして、
給電装置４３から所定の電力(Ｗ)をランプ４１に対して
供給することになる。

【００２３】また、本発明の高圧水銀ランプは、垂直点
灯のものにおいて、上側に位置する電極と下側に位置す
る電極の突出長の長さと、放電容器において両電極を結
ぶ軸に垂直な方向の内径の最大値を規定することで、十
分に高い動作圧力を得ることができるとともに、放電容
器内部の激しいガス対流を良好に対処でき、ハロゲンを
封入することなく長寿命の高圧水銀ランプを提供するこ
とが可能となった。具体的には、ハロゲンを封入するこ
となしに２０００時間にわたり、実用上問題の生じない
点灯を維持することが確認されている。

【００２４】本発明の高圧水銀ランプは、直流点灯型、
交流点灯型に限定されずいずれの点灯方式のものにも適
用できる。直流点灯型のランプの場合にあっては、上側
に位置する電極が陰極であって、下側に位置する電極が
陽極ということになる。

【００２５】また、本発明の高圧水銀ランプは、前記の
ようにハロゲンを封入しなくても十分に長い寿命を得る
ことができるが、このことはハロゲンの封入を排除する
ものではなく、塩素、臭素、沃素から選ばれたハロゲン
を封入することでハロゲンサイクルを利用した長寿命化
を図ることも可能である。

【００２６】また、本発明の高圧水銀ランプは、水銀以
外に発光金属を封入することで、その金属の発光色を利
用することができ、これによって、より一層の演色性向
上を図ることが可能である。このような発光金属として
は、例えば、インジウム、亜鉛、カドミウム、希土類金
属などが封入できる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の高圧水
銀ランプは、放電容器に、０．１５５ｍｇ／ｍｍ³以上
の水銀等を封入して、上側に位置する電極の突出長、放
電容器の最大内径、ランプ電力等を規定することで、百
数十気圧の高い内圧を得ることができ、このため可視光
領域、特に赤色領域の連続スペクトルを増加させること
ができる。そして、このような超高圧な圧力条件におい
ても、熱的負荷、ガス対流、およびアークやフレアの問
題を良好に考慮したランプを提供することができる。そ
して、２０００時間以上というきわめて長い点灯寿命を
達成することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる高圧水銀ランプを示す。

【図２】本発明にかかる高圧水銀ランプによる分光分布
を示す。

【図３】本発明の数値例を示す。

【図４】本発明にかかる高圧水銀ランプ発光装置を示
す。

【符号の説明】

１：放電ランプ ２：放電容器 ３：封止部 ４：電極 ５：金属箔 ６：外部リード

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】石英ガラスからなる放電容器に一対の電極
   が対向配置しており、この放電容器に、０．１５５ｍｇ
   ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスを封入した高圧水銀ラン
   プにおいて、 この高圧水銀ランプは垂直に配置して点灯され、前記電
   極のうち上側に位置する電極が放電容器内に突出する長
   さＬ１（ｍｍ）が、下側に位置する電極が放電容器内に
   突出する長さＬ２（ｍｍ）より長く、 ランプ電力Ｗ（Ｗ）、放電容器内における一対の電極を
   結ぶ軸に垂直な方向における内径の最大値Ｄ（ｍｍ）
   が、 ０．３９×（Ｗ）^1/2 ≦ Ｌ１ ≦ ０．８１×
   （Ｗ）^1/2 であり、かつ、 （Ｗ／４６）^1/1.2 ≦ Ｄ ≦ （Ｗ／１．８５）^1/3
   であることを特徴とする高圧水銀ランプ。
2. 【請求項２】前記高圧水銀ランプは、陽極を下方に、陰
   極を上方に配置する直流点灯用のものであることを特徴
   とする請求項１に記載する高圧水銀ランプ。
3. 【請求項３】前記放電容器には、塩素、臭素、沃素より
   選ばれたハロゲンが封入されることを特徴とする請求項
   １に記載する高圧水銀ランプ。
4. 【請求項４】前記放電容器には、水銀以外の発光金属が
   封入されることを特徴とする請求項１に記載する高圧水
   銀ランプ。
5. 【請求項５】石英ガラスからなる放電容器に一対の電極
   が対向配置しており、この放電容器に、０．１５５ｍｇ
   ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスが封入されて垂直に配置
   して点灯され、この上側に位置する電極が放電容器内に
   突出する長さＬ１（ｍｍ）が下側に位置する電極が放電
   容器内に突出する長さＬ２（ｍｍ）より長い高圧水銀ラ
   ンプと、この高圧水銀ランプに対して所定の電力を供給
   する給電装置よりなる高圧水銀ランプ発光装置におい
   て、 前記高圧水銀ランプのランプ電力Ｗ（Ｗ）、放電容器内
   における一対の電極を結ぶ軸に垂直な方向における内径
   の最大値Ｄ（ｍｍ）が、 ０．３９×（Ｗ）^1/2 ≦ Ｌ１ ≦ ０．８１×
   （Ｗ）^1/2 であり、かつ、 （Ｗ／４６）^1/1.2 ≦ Ｄ ≦ （Ｗ／１．８５）^1/3
   であることを特徴とする高圧水銀ランプ発光装置。