JPH1154091A

JPH1154091A - マイクロ波放電ランプ

Info

Publication number: JPH1154091A
Application number: JP9205674A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Mimasu; 睦己三▲升▼
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 1999-02-26
Also published as: US6249078B1

Abstract

(57)【要約】【課題】安定性に優れ、多様な光色を持つ小型の発光
管を有するマイクロ波放電ランプを実現する。【解決手段】支持棒５によって支持された発光管１の
内部には、希ガス２と水銀ハロゲン化物３と発光物質で
ある金属ハロゲン化物４とが封入されている。この発光
管１をマイクロ波電磁界の中に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波で放電
する無電極放電ランプ、いわゆるマイクロ波放電ランプ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶プロジェクションの光源とし
てはメタルハライドランプやキセノンランプ等の有電極
放電ランプが用いられてきた。しかし、液晶プロジェク
ションの光源は、光出力をレンズを通して平行光として
液晶パネルに入射させなければならないので、光利用率
をあげるため発光部のサイズができるだけ小さく、しか
も光出力は電極間隔が長いものと同等の性能が必要とさ
れる。従来用いられてきたメタルハライドランプ等にお
いては、発光部のサイズを小さくするため電極間隔を短
くしているが、光出力は下げられないので電極にかかる
電力は大きくなり、ランプ寿命はＴＶモニターなどに必
要とされる寿命に比べて、極めて短い（数千時間）もの
となっている。現在でもいろいろな努力は試みられてい
るが、明るさと寿命に対する要求を同時に達成できるも
のはない。

【０００３】このような有電極の放電ランプの寿命を決
める一要因である電極劣化がなく、本質的に長寿命な無
電極放電ランプが注目されている。無電極放電ランプで
商品化されているものとして、マイクロ波（１〜数１０
ＧＨｚ帯域）によって空洞内で放電させるマイクロ波放
電ランプがある。

【０００４】ＩＤＷ’９６、Ｐ４３５−４３８（”Nove
l High Color Rendering Electrodeless HID Lamp Cont
aining InX "）に記載された従来のマイクロ波放電ラン
プでは、外径が１５，２０，３０，４０ｍｍ、厚さが約
１．５ｍｍの発光管を使用し、発光管内部にアルゴン
（Ａｒ）と、インジウムハロゲン化物である、ヨウ化イ
ンジウム（ＩｎＩ）または臭化インジウム（ＩｎＢｒ）
とを封入している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のマイ
クロ波放電ランプを液晶プロジェクションの光源に使わ
れているショートアークＨＩＤ光源の代替用途に用いる
場合、発光管をさらに小さくし内径を３ｍｍ程度にしな
ければならない。発光管が小型になるほど、管壁と発光
管内の放電プラズマとの距離が近づき管壁温度が高くな
るので、ランプ冷却が必要になるが、厳密なランプ温度
制御を行わないと安定な点灯状態を維持できない。安定
な点灯状態を維持するためには水銀をバッファガスとし
て用いることが考えられるが、マイクロ波放電ランプの
場合、バッファガスの量が多くなると発光効率は悪くな
るため、発光管内に封入する水銀の量は極めて微量でな
ければならない。しかし、実際には微量の水銀を正確に
封入することは実験的には可能であっても大量生産のプ
ロセスでは現実的ではない。

【０００６】本発明は上記課題を解決するもので、従来
よりも安定性に優れ、多様な光色を実現できる小型のマ
イクロ波放電ランプを提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波放電
ランプは、内部に、希ガスと緩衝物質である水銀ハロゲ
ン化物と発光物質である金属ハロゲン化物とを封入した
発光管を有するものである。この構成により、始動性お
よび安定性に優れたマイクロ波放電ランプを実現するこ
とができる。

【０００８】さらに本発明のマイクロ波放電ランプは、
水銀ハロゲン化物の代わりにヨウ化錫を封入したもので
ある。この構成により、水銀レスのマイクロ波放電ラン
プが実現できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて説明する。

【００１０】図１は本発明の一実施の形態を示すマイク
ロ波放電ランプの一部切欠正面図である。

【００１１】図１において、発光管１は石英ガラス、透
光性を有するセラミックス等のように、可視光に対して
透明であり、マイクロ波電磁界に対しても透過性に優
れ、高温で使用できる材料によって形成されている。発
光管１の内部には、希ガス２と緩衝物質である水銀ハロ
ゲン化物３と発光物質である金属ハロゲン化物４とが封
入されている。発光管１の形状は球状であるが、もちろ
ん球状に限定されるものではない。また、支持棒５は発
光管１と同様に石英またはセラミックスで形成されてい
る。希ガス２としては通常アルゴン（Ａｒ）が用いら
れ、その圧力は始動しやすいように１０数ｍｂａｒｒに
設定されている。

【００１２】発光物質である金属ハロゲン化物として
は、発光効率が高く演色性のよい、ヨウ化インジウム
（ＩｎＩ、ＩｎＩ₃）、臭化インジウム（ＩｎＢｒ）の
ようなインジウムハロゲン化物や、ヨウ化タリウム（Ｔ
ｌＩ）のようなタリウムハロゲン化物を使用することが
できる。特に臭化インジウムは発光効率において硫黄に
劣るが、光色を考慮した場合、硫黄に優るとも劣らない
発光物質である。

【００１３】また、緩衝物質である水銀ハロゲン化物と
してはヨウ化水銀（ＨｇＩ₂）、塩化水銀（ＨｇＣ
ｌ₂）、臭化水銀（ＨｇＢｒ₂）を使用することができ
る。

【００１４】このような封入物が充満された発光管１を
マイクロ波電磁界の中に配置する。マイクロ波電磁界
は、金属のような導電体で周囲を囲まれた電気的に閉じ
込められた空洞内に、マグネトロンのようなマイクロ波
発生手段により導波路を通じてマイクロ波を送り込んで
形成される。

【００１５】また、ランプ点灯中の安定化のために発光
管１を回転させることがある。この回転によって遠心力
が働き、冷温で密度の高い気体は管壁の方へ、高温の気
体は回転軸の方へ集まるので、発光管１内の温度分布が
均一化されるように気体が分布し、局所的な温度上昇に
よる発光管１の破損を防止し、光出力の安定化を実現す
る。また送風によって発光管１を直接冷却する場合もあ
り、発光管の回転と送風とを併用する場合もある。

【００１６】以下にインジウムハロゲン化物に代表され
る金属ハロゲン化物と、水銀ハロゲン化物とを封入した
場合の動作を説明する。まず、発光管１内にマイクロ波
電磁界が与えられ、希ガスが放電を開始する。この希ガ
ス放電により発光管１内のエネルギーが大きくなり、発
光管１の管壁温度が上昇する。管壁温度が上昇するにつ
れ、水銀ハロゲン化物が蒸発し始め、次にインジウムハ
ロゲン化物の蒸発が始まる。この過程において、水銀ハ
ロゲン化物とインジウムハロゲン化物の蒸発は蒸気圧の
差によって遅れが生じるが、定常点灯時には所定の封入
量に従った分圧になる。

【００１７】定常点灯時には水銀ハロゲン化物は緩衝ガ
スとして働くので、発光管内部のエネルギーの変動を抑
制することができる。また、水銀ハロゲン化物の量を増
すことによって外部温度の影響を減らすことができるの
で、安定な点灯状態を維持することができる。

【００１８】

【実施例】以下に、具体例を挙げて説明する。

【００１９】（実施例１）内径５ｍｍの石英ガラス製発
光管内に臭化インジウム（ＩｎＢｒ）を２ｍｇ封入した
場合、および、臭化インジウム（ＩｎＢｒ）２ｍｇとヨ
ウ化水銀（ＨｇＩ ₂）１ｍｇとを封入した場合のマイク
ロ波放電ランプの出力特性を図３にそれぞれ示す。各発
光管内には、希ガスとしてアルゴンを封入している。ラ
ンプ冷却はノズルを発光管に近接させて冷却風を吹き付
けて行っている。図３に示すように、臭化インジウムを
封入した場合のランプは、ａ点群のように光束の小さな
発光しか得られていない。これは管壁表面の最高温度が
高いにもかかわらず、ランプ冷却によって発光管内の最
冷点温度が低くなり、発光管内の臭化インジウムの大半
が固体のままで存在するため弱い低圧発光しか得られな
いためである。

【００２０】一方、臭化インジウムとヨウ化水銀とを封
入したランプでは線ｂで示すように光束の高い安定な発
光が得られ、図２の発光スペクトルに示すように、多様
な光色を持つ臭化インジウム特有の連続発光が観測され
る。これは、直接発光には寄与しない水銀ハロゲン化物
が外部からの冷却にともなう熱変動による発光管内部の
エネルギー変動を抑制しているためである。

【００２１】緩衝物質として水銀を封入することも考え
られるが、水銀封入量の制御は困難である。たとえば内
径８ｍｍの発光管において、点灯時に数十ｍｂａｒｒの
圧力を得たいときは、水銀ハロゲン化物の封入量は０．
９〜１．１ｍｇ（発光管内容積１ｃｃあたり３．４〜
４．１ｍｇ）程度であり、０．１ｍｇオーダーの制御が
必要であるが、水銀ハロゲン化物は固体であるため封入
量の制御は容易である。一方、水銀は水銀ハロゲン化物
よりはるかに蒸気圧が高いため封入量はもっと少量にな
り、その封入量の測定すら困難になる。さらに、水銀は
常温で液体であり粘性も極めて高く、０．１ｍｇオーダ
ーのような少量の制御はできない。発光管内容積が小さ
くなると、水銀の封入量の制御はさらに困難になる。

【００２２】また、発光管を回転することによって遠心
力が働き分子量の大きい水銀ハロゲン化物が管壁付近へ
移動するため、少ない量の水銀ハロゲン化物を封入して
いる場合でも、管壁へのインジウムイオンの衝突が水銀
ハロゲン化物によって緩和されるので、石英ガラスとイ
ンジウムイオンとの反応によって石英ガラスが結晶化す
る失透現象が抑制され、より長寿命なマイクロ波放電ラ
ンプが実現できる。希ガスを分子量の大きいキセノン
（Ｘｅ）にすることで、その効果はより大きくなる。

【００２３】（実施例２）水銀ハロゲン化物の代わりに
水銀ハロゲン化物と同程度の物理量（分子量、蒸気圧、
沸点、融点等）を有するヨウ化錫（ＳｎＩ₂）を用いた
場合のマイクロ波放電ランプの出力特性を図４に示す。
これは、内径８ｍｍの石英ガラス製発光管内に臭化イン
ジウム（ＩｎＢｒ）５ｍｇとヨウ化錫（ＳｎＩ₂）１ｍ
ｇとを封入した場合の結果（線ｃ）を、同じ仕様の発光
管内に臭化インジウム（ＩｎＢｒ）５ｍｇとヨウ化水銀
（ＨｇＩ₂）２ｍｇとを封入した場合の結果（線ｄ）と
ともに示したものである。なお、各発光管内には希ガス
としてアルゴンを封入している。図４からわかるよう
に、緩衝物質としてヨウ化錫を用いた場合、ヨウ化水銀
を用いた場合に比べて同程度あるいはより大きい光束が
得られており、点灯状態は安定であった。したがって、
実施例１の結果を考慮すれば、内径が８ｍｍよりも小さ
い発光管に緩衝物質としてヨウ化錫を封入した場合にお
いても、光束が大きく安定な点灯状態を得ることができ
る。また、水銀を使用しないマイクロ波放電ランプを実
現することができる。

【００２４】なお、実施例１では内径５ｍｍの発光管を
用いているが、それよりも小さな内径の発光管において
も同様の効果を得ることができる。発光管が小さくなる
に伴い発光出力が低下するので、液晶プロジェクション
の光源としての発光出力を得るためには内径３ｍｍ以上
でなければならない。したがって、発光管内の容積とし
ては、１４．３〜６５．４ｍｍ³でなければならない。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、発光管
内に希ガスと水銀ハロゲン化物と金属ハロゲン化物とを
封入することによって、従来よりも安定性に優れ、多様
な光色を持つ小型の発光管を有するマイクロ波放電ラン
プを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるマイクロ波放電ラ
ンプの一部切欠正面図

【図２】本発明のマイクロ波放電ランプの発光スペクト
ルを示す図

【図３】臭化インジウムを封入したランプおよび臭化イ
ンジウムとヨウ化水銀とを封入したランプの出力特性を
示す図

【図４】臭化インジウムとヨウ化錫またはヨウ化水銀と
を封入したランプの出力特性を示す図

【符号の説明】

１発光管２希ガス３水銀ハロゲン化物４金属ハロゲン化物５支持棒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に、希ガスと緩衝物質である水銀ハ
ロゲン化物と発光物質である金属ハロゲン化物とを封入
した発光管を有するマイクロ波放電ランプ。
【請求項２】金属ハロゲン化物がインジウムハロゲン
化物である請求項１記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項３】希ガスがキセノンである請求項１または
２記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項４】水銀ハロゲン化物の代わりにヨウ化錫を
封入した請求項１ないし３のいずれかに記載のマイクロ
波放電ランプ。