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JP3269381B2 - メタルハライドランプ - Google Patents

メタルハライドランプ

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Publication number
JP3269381B2
JP3269381B2 JP10474796A JP10474796A JP3269381B2 JP 3269381 B2 JP3269381 B2 JP 3269381B2 JP 10474796 A JP10474796 A JP 10474796A JP 10474796 A JP10474796 A JP 10474796A JP 3269381 B2 JP3269381 B2 JP 3269381B2
Authority
JP
Japan
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lamp
metal
metal halide
halide
bromine
Prior art date
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JP10474796A
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English (en)
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JPH09274886A (ja
Inventor
忠利 東
智良 有本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ushio Denki KK
Original Assignee
Ushio Denki KK
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Publication date
Application filed by Ushio Denki KK filed Critical Ushio Denki KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カラー液晶プロジ
ェクターなどの光源に使用されるメタルハライドランプ
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】メタルハライドランプは、一対の電極を
備えた発光管内に、水銀、始動用希ガスとともに、発光
金属としてハロゲン化金属が封入されているが、ハロゲ
ン化金属として、スカンジウム、ナトリウム、ジスプロ
シウム、ネオジウム、スズ、ツリウム、セリウム、ガド
リニウム、ルテチウムなどの金属とヨウ素あるいは臭素
などのハロゲンの化合物が使用される。
【0003】これらのハロゲン化金属は、点灯中は溶融
して発光管内面の管壁に液体として存在する一方、一部
は気体となって蒸発し、アーク中心の高温部で金属原子
とハロゲン原子に分離し、金属元素がアークで励起され
てその金属固有のスペクトルを放射する。このように、
メタルハライドランプは、ハロゲン化金属を蒸発させる
ので、金属単体の場合に比べて低い温度で十分な蒸気圧
が得られ、高圧水銀ランプに比べて発光効率が優れ、ま
た封入金属を適宜選択することにより優れた演色性を得
ることができ、カラー液晶プロジェクターなどの光源に
しばしば使用される。
【0004】カラー液晶プロジェクターの投光装置は、
光源であるメタルハライドランプとこのランプから放射
された光を反射するリフレクタとで構成され、リフレク
タの反射光が集光レンズで集光されて液晶パネルを透過
するが、集光効率を高めるために、メタルハライドラン
プは、電極間距離が15mm以下、具体的には、7〜4
mmのショートアーク型が使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、カラー液晶
プロジェクターの小型化はますます強く要求され、メタ
ルハライドランプやリフレクタだけでなく、液晶パネル
もますます小型化し、最近では0.9インチの液晶パネ
ルが使用されている。従って、この小さな液晶パネルに
リフレクタの反射光を集光するためには、集光効率を今
まで以上に高める必要があり、メタルハライドランプの
電極間距離を更に短くし、できるだけ点光源に近づける
ことが要請される。
【0006】しかしながら、メタルハライドランプの電
極間距離を、例えば4mm以下の小さな値にすると、発
光管の管壁の最冷点温度を最適値に維持するために、発
光管の内容積を小さくする必要があり、管壁負荷(消費
電力/全内壁面積)が大きくなる。
【0007】メタルハライドランプの電極間距離を例え
ば3mmにすると、水銀量を多くしないと点灯時に高い
ランプ電圧が得られない。このため、例えば、消費電力
が150Wのメタルハライドランプにおいて、55Vの
ランプ電圧を確保しようとすると、水銀の蒸気圧が30
〜35気圧になって水銀のスペクトルが増大し、ことに
波長546nmの水銀線が大きくなる。従って、この水
銀線により緑成分が強くなり、可視波長域全体のバラン
スが崩れ、演色性が低下する問題点がある。
【0008】次に、高い管壁負荷で点灯すると、管壁温
度が例えば900℃以上にもなり、数100時間の点灯
で発光管が白濁する問題がある。発光管が白濁すると、
ランプの発光面積が等価的に大きくなってカラー液晶プ
ロジェクターなどの光源に使用したときに、集光効率が
低下するとともに、光束維持率が低下してランプ寿命が
尽きてしまう。この発光管の白濁は、温度の高いアーク
中心の金属原子がアーク中心よりも低温の管壁に接近す
るときに、ハロゲンと再結合してハロゲンサイクルを繰
り返すが、一部の原子はハロゲンと再結合することなく
原子の状態で石英の管壁に付着し、シリカの結晶構造に
変化をもたらすものと考えられている。金属原子がハロ
ゲンと再結合することなく原子の状態で石英の管壁に付
着する可能性は、アークと管壁の距離が近いほど、また
管壁温度が高いほど増大する。つまり、白濁は管壁温度
が高いほど起り易い。
【0009】また、高い管壁負荷で点灯するとき、使用
するハロゲンの特性によっては、電極の根元が腐食され
易くなり、腐食された化合物は電子衝撃を受けて飛散
し、管壁に付着して発光管を黒化させるので、短時間の
点灯でランプ寿命が尽きることがある。
【0010】そこで本発明は、カラー液晶プロジェクタ
ーなどの光源に使用したときに、集光効率が優れ、可視
波長域全体のバランスが良好で、演色性の優れ、ランプ
寿命も長い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】かかる目的を達成するた
めに、本発明のメタルハライドランプは、電極間距離が
3.5mm以下の一対の電極を備えた発光管内に、水銀
および始動用希ガスとともに、少なくとも、ハロゲンが
ヨウ素と臭素の混合物であって、臭素の占める割合が原
子数比で60%未満であるハロゲン化インジウムとハロ
ゲン化ジスプロシウムを封入し、直流電力で点灯する。
【0012】すなわち、電極間距離が3.5mm以下で
あるので点光源に近くなって、カラー液晶プロジェクタ
ーなどの光源に使用する場合に、集光効率が向上する
が、電極間距離を短くすることにより生じる緑成分が強
くなって可視波長域全体のバランスが崩れる問題は、青
色を強く発光するハロゲン化インジウム、及び青色と赤
色を強く発光するハロゲン化ジスプロシウムを封入する
ことにより可視波長域全体のバランスが良好になり、優
れた演色性が得られる。特に、電極間距離が2.0mm
以下の場合はさらに良好な結果が得られる。
【0013】
【0014】また、ハロゲン化インジウムは発光管の白
濁を抑制する効果が大きいが、本発明のメタルハライド
ランプは直流電力で点灯するので、金属原子は陰極方向
に引き寄せられるカタホリシス現象が生じるが、陰極に
引き付けられた金属原子が管壁に到達しにくくなり、ハ
ロゲン化インジウムを封入することと相俟って、発光管
の白濁を画期的に減少することができ、ランプ寿命が長
くなる。
【0015】次に、臭素はヨウ素よりも反応性が高いの
で、アーク中央の金属原子と反応し易く、ハロゲンサイ
クルが確実に繰り返されるが、反面、反応性が高い故
に、電極根元のタングステンとも反応して電極を早期に
折損することがあるが、臭素の占める割合がヨウ素に対
して原子数比で60%未満にすることにより、電極の早
期の折損を防止でき、ランプ寿命が長くなる。
【0016】
【実施例】図1は、ショートアーク型のメタルハライド
ランプの側面図であり、石英ガラス製の発光管10は、
ほぼ球状をしており、例えば最大内径が10.5mm
φ、内容積が0.7cm3 である。発光管10の両端の
封止部11,12にはモリブデン箔31,32が埋設さ
れており、モリブデン箔31,32にそれぞれ接続され
た陰極21と陽極22が発光管10内で対向配置されて
いる。そして、陰極21と陽極22の電極間距離は3.
5mm以下、例えば2.0mmである。この電極間距離
は、従来のメタルハライドランプに比べて極めて短くて
点光源に近く、カラー液晶プロジェクターなどの光源に
使用する場合に、優れた集光効率を得ることができる。
【0017】発光管10内には、緩衝用ガスとして30
mgの水銀と始動補助ガスとして300Torr のア
ルゴンガスが封入されている。そして、本発明にとって
必須の発光金属として、ハロゲン化インジウム(例えば
InBr)とハロゲン化ジスプロシウム(例えばDy
CsI)が単位発光管内容積当たりそれぞれ1〜5マ
イクロモル/cm 、0.3〜2マイクロモル/cm
の範囲で封入されている。また、ハロゲンはヨウ素
と臭素の混合物であり、臭素の占める割合が原子数比で
60%未満である。臭素の占める割合を原子数比で60
%未満にするのは、前記のとおり、電極の根元の腐食を
抑制するためである。
【0018】発光金属は、インジウムとジスプロシウム
のハロゲン化物以外にも必要に応じて封入される。例え
ば、演色性を向上させるために、ホルミウム、エルビウ
ム、ガドリニウム、ツリウム、セリウム、プラセオジウ
ム、ネオジウムなどのハロゲン物が封入される。また、
色ムラを改善する目的で、ルテチウムやその他の希土類
金属のハロゲン化物が封入される。
【0019】かかるメタルハライドランプが直流電力で
点灯されるが、管壁負荷が60〜80W/cm2 に設定
され、ランプ電圧が45〜60V、消費電力が250W
である。このとき、色温度は、約6500〜7500
K、効率は約50〜60lm/Wであり、優れた演色性
を得ることができる。
【0020】次に、ハロゲン化インジウムとハロゲン化
ジスプロシウムの封入量を変化させて発光特性を試験し
た例を説明する。先ず、ハロゲン化インジウム以外の発
光金属のハロゲン化物の封入量を一定にし、ハロゲン化
インジウムとしてInBrの封入量(マイクロモル/c
3 )が異なる5個のランプを製作してした。そして、
光束(lm)と、青色域エネルギー出力Bと緑色域エネ
ルギー出力Gの比率(B/G)及び赤色域エネルギー出
力Rと緑色域エネルギー出力Gの比率(R/G)を測定
した。その結果を表1に示す。なお、410〜500n
mを青色域、500〜570nmを緑色域、580〜7
00nmを赤色域とした。
【0021】
【表1】
【0022】プロジェクター用光源としては、青色域エ
ネルギー出力Bと緑色域エネルギー出力Gの比率(B/
G)は、1.1<(B/G)<1.5、赤色域エネルギ
ー出力Rと緑色域エネルギー出力Gの比率(R/G)は
1.0<(R/G)<1.4であることが、良好なスク
リーン上の色度を得るために望まれているが、InBr
の封入量が0.72マイクロモル/cm3 のランプ1で
は青色成分が不足し、5.86マイクロモル/cm3
ランプ5では赤色成分が不足して良好なスクリーン上の
色度を得ることができなかった。これに対して、InB
rの封入量が1.45マイクロモル/cm3 のランプ
2、2.93マイクロモル/cm3 のランプ3、4.4
1マイクロモル/cm3 のランプ4は良好なスクリーン
上の色度を得ることができた。また、ランプ5は光束、
つまりランプ効率(光束/入力電力)が低い問題点があ
り、ランプ1はアークにちらつきが発生しやすい問題点
があった。従って、発光色度およびランプ効率などの観
点から、ハロゲン化インジウムの封入量は単位発光管内
容積当たり1〜5マイクロモル/cm3 であることが好
ましい。
【0023】次に、ハロゲン化ジスプロシウム以外の発
光金属の封入量を一定にし、ハロゲン化ジスプロシウム
としてDyI2 の封入量(マイクロモル/cm3 )が異
なる5個のランプを製作して同じく光束(lm)と青色
域/緑色域(B/G)及び赤色域/緑色域(R/G)を
測定した。その結果を表2に示す。
【0024】
【表2】
【0025】表2から分かるように、DyI2 の封入量
が0.26マイクロモル/cm3 のランプ6は、赤色成
分が不足して良好なスクリーン上の色度が得られず、か
つ光束、つまりランプ効率が低い。また、2.36マイ
クロモル/cm3 のランプ10は、青色成分が不足する
とともに赤色成分が過剰になり、色温度が低すぎる。こ
れに対して、0.53マイクロモル/cm3 のランプ
7、1.05マイクロモル/cm3 のランプ8、1.5
8マイクロモル/cm3 のランプ9は、良好なスクリー
ン上の色度が得られるとともにランプ効率も高い。従っ
て、ハロゲン化ジスプロシウムの封入量は、単位発光管
内容積当たり、0.3〜2マイクロモル/cm3 である
ことが好ましい。
【0026】前記のランプ1〜ランプ5のInBrの一
部をInIに置換して実検したところ、ハロゲンとして
加えられた臭素とヨウ素のうち、臭素の占める割合が原
子数比で60%を越えると、特にランプ効率の低下が著
しいことが分かった。これは、蒸気圧の低い希土類臭化
物の生成が原因していると推測される。
【0027】次に、本発明のランプ寿命を試験した結果
を説明する。使用したランプは、内径が10.5mmの
石英ガラス製発光管内に、陰極と陽極を、電極間距離を
1.8mmにして配置し、適量のアルゴンガスと水銀と
ともに、ヨウ化ジスプロシウム0.3mg(0.553
マイクロモル/cm3 )、ヨウ化セシウム0.1mg
(0.385マイクロモル/cm3 )、臭化インジウム
0.5mg(2.56マイクロモル/cm3 )封入した
ものである。なお、このランプにおいて、ハロゲンとし
て加えられた臭素とヨウ素のうち、臭素の占める割合が
原子数比は55.5%である。このランプを入力電力2
50Wで2時間45分点灯して15分消灯する点灯モー
ドを繰り返し、光束の維持率を測定した。その結果を図
2に示すが、3000時間におけるスクリーン光束の維
持率は約70%であり、きわめて長いランプ寿命を得る
ことができた。比較例として、アーク長が3mmで交流
点灯するランプの光束維持率も示したが、約500時間
で光束維持率は70%になってしまう。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のメタルハ
ライドランプは、電極間距離を3.5mm以下とすると
ともに、発光金属として、ハロゲンがヨウ素と臭素の混
合物であって、臭素の占める割合が原子数比で60%未
満であるハロゲン化インジウムとハロゲン化ジスプロシ
ウムを封入し、直流電力で点灯するので、カラー液晶プ
ロジェクターなどの光源に使用したときに、集光効率が
優れ、可視波長域全体のバランスが良好で、演色性の優
れ、ランプ寿命も長いメタルハライドランプとすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】メタルハライドランプの側面図である。
【図2】光束維持率のデータ説明図である。
【符号の説明】
10 発光管 21 陰極 22 陽極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−91846(JP,A) 特開 平6−310095(JP,A) 特開 平6−342641(JP,A) 特開 平6−338284(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 61/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極間距離が3.5mm以下の一対の電
    極を備えた発光管内に、水銀および始動用希ガスととも
    に、少なくともハロゲン化インジウムとハロゲン化ジス
    プロシウムを含み、該ハロゲンはヨウ素と臭素の混合物
    であって、臭素の占める割合が原子数比で60%未満で
    あり、直流電力で点灯されることを特徴するメタルハラ
    イドランプ。
JP10474796A 1996-04-03 1996-04-03 メタルハライドランプ Expired - Lifetime JP3269381B2 (ja)

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JP5391388B2 (ja) * 2010-03-31 2014-01-15 東芝ライテック株式会社 高圧放電ランプおよび照明装置

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