JP2007213976A - 高圧放電灯、画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境に配慮しつつ画像投影用高圧放電灯として良好な色温度特性を実現する。
【解決手段】透明なバルブ１１の放電空間１４内に３．０ｍｍ以下の対向距離Ｌで電極１５１，１５２を配置する。放電空間１４内に、常温で３atm以上のＸｅとＳｃ，Ｄｙ，Ｎｄ，Ｉｎのハロゲン化金属のうち少なくとも１種とハロゲン化亜鉛ＺｎＸ_２（Ｘはハロゲン元素を示す）とを封入する。基本的に水銀を含まず、ランプ電圧をＶｌ（Ｖ）とした場合Ｖｌ／Ｌ＞１０（Ｖ／ｍｍ）で、ランプ電力が８０（Ｗ）以上の高圧放電灯において、ランプ電力をＷＬ(Ｗ)、放電空間１４内の容積をＶ(ｍｍ^３)、封入するＺｎＸ_２のモル数をＹ（ｍｏｌ）とした場合、
０．４(Ｗ／ｍｍ^３)≦ＷＬ／Ｖ≦１．０(Ｗ／ｍｍ^３)…（１）
１．８×１０^−８(ｍｏｌ／ｍｍ^３)≦Ｙ／Ｖ≦４．０×１０^−８(ｍｏｌ／ｍｍ^３)…（２）
の２式を満足することで、ランプ効率向上、高色温度化を実現しプロジェクタ用として色再現性に優れた光源を得ることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、高効率、高出力、高集光効率で、且つコンパクトな設計が要求される、例えば液晶プロジェクタのような画像投影装置の光源として使用される本質的に水銀が封入されていない環境に配慮した高圧放電灯およびこれを用いた画像投影装置に関する。

従来、プロジェクタ用の光源として搭載される高圧放電灯は、透光性の気密容器に内部に形成された放電空間には対向する電極を有し、この電極は金属箔の一端と接合され、金属箔の他端には電気導入線が接合されており、金属箔の部分にて気密を維持するよう減圧封止にて封着された一対の対向する封止部を有し、放電空間には水銀、ハロゲン、希ガス等を含む放電媒体を封入し、点灯時には放電空間内の水銀蒸気圧が１０ＭＰａ以上の高圧になる超高圧水銀ランプであった（例えば、特許文献１）。
特表−２００３−５２６１８２公報

上記した特許文献１の技術は、超高圧水銀ランプは点灯時に水銀蒸気圧が１０ＭＰａを越えるよう多量の水銀を封入してあり、今日、意識が高まっている環境問題に対する課題を解決する状況にはなかった。

この発明の目的は、ランプ効率の低下、低色温度化を解決し、プロジェクタ用光源として、色再現性に優れた本質的に水銀が封入されていない高圧放電灯およびこの高圧放電灯を用いた画像投影装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の高圧放電灯は、透明な石英ガラス製のバルブと、該バルブの放電空間内に３．０ｍｍ以下の対向距離で配置された電極と、前記放電空間内に、常温で３atm以上のＸｅとＳｃ，Ｄｙ，Ｎｄ，Ｉｎのハロゲン化金属のうち少なくとも１種とハロゲン化亜鉛ＺｎＸ_２（Ｘはハロゲン元素を示す）を封入し、本質的に水銀を含まず、ランプ電圧をＶｌ（Ｖ）とした場合にＶｌ／Ｌ＞１０（Ｖ／ｍｍ）で、ランプ電力が８０（Ｗ）以上である高圧放電灯において、前記ランプ電力をＷＬ(Ｗ)、前記発光管内容積をＶ(ｍｍ^３)、封入する前記ＺｎＸ_２のモル数をＹ（ｍｏｌ）とした場合に、次式（１），（２）を満足してなることを特徴とする。

０．４(Ｗ／ｍｍ^３)≦ＷＬ／Ｖ≦１．０(Ｗ／ｍｍ^３) … （１）
１．８×１０^−８(ｍｏｌ／ｍｍ^３)≦Ｙ／Ｖ≦４．０×１０^−８(ｍｏｌ／ｍｍ^３)
… （２）

この発明によれば、上記式（１）、（２）を満足させることで、ランプ効率の向上や、
色温度を上昇させることで、プロジェクタ用光源として、色再現性に優れた光源を得ることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、この発明の高圧放電灯の一実施形態について説明するための構成図である。図１において、１１は透明な石英ガラス製のバルブであり、ほぼ楕円形状の発光管部１２とその長手方向の両端部に発光管部１２と同材料で形成されたバルブ１１内を気密の封止部１３１，１３２からなる。発光管部１２には、その長手方向にほぼ楕円形の回転体の放電空間１４が形成されており、この放電空間１４には封止部１３１，１３２の内部から延出された、例えばドープ材を添加しない純タングステン材料で形成される電極１５１，１５２が間隔をおいてその先端が対向するように配置されている。電極１５１，１５２の軸径はφ０．５ｍｍで、その一端にφ０．２ｍｍのコイル１６１，１６２が数ターン巻きつけてある。電極１５１，１５２先端部分はプラズマ熱源により溶融し、略半球形状に凝固させ一体化し、アークが集中するように突起部１７１，１７２がそれぞれ形成される。

また、放電空間１４には、主に発光に起因するジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジウム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）、インジウム（Ｉｎ）などの第１のハロゲン金属と、主にランプ電圧に起因する亜鉛（Ｚｎ）などの第２のハロゲン金属と、希ガスを含む放電媒体が封入されている。

封止部１３１，１３２は、圧潰して形成されており、その内部にはモリブデン（Ｍｏ）製の金属箔１８１，１８２が封着されている。この金属箔１８１，１８２のそれぞれの一端は、電極１５１，１５２に溶接されており、他端にはニッケル製のワイヤ１９１，１９２がそれぞれ接続されており、ワイヤ１９１，１９２はランプ外の点灯装置２０から電力の供給を受けるための導入導線である。

ここで、水銀フリー高圧放電灯における放電媒体は、本質的に水銀が封入されていない。「本質的に水銀が封入されていない」とは、水銀が全く封入されていないというだけでなく、気密容器の内容積１ｃｃ当たり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀が存在していることを許容するという意味である。しかし、水銀を全く封入しないことは環境上望ましいことである。従来のように水銀蒸気によって放電灯の電気特性を維持する場合、電極間距離が比較的小さくて小形の高圧金属蒸気放電灯においては、気密容器の内容積１ｃｃ当たり２００〜４００ｍｇ、さらに場合によっては５００ｍｇ以上封入していたことからすれば、水銀量が実質的に少ないといえる。

希ガスは、３〜１５気圧の圧力で封入されている。なお、希ガスは、好適にはＸｅである。希ガスの封入圧を５〜１０気圧とする理由は、この範囲であれば点灯直後数秒までの光束立ち上がりを早め所望の光度を短時間で得ることができるからである。点灯直後所望の光度を得るまでの時間にあまり不便を感じない場合は、封入圧力を下げることも可能である。

次に、この発明の高圧放電灯により点灯される高圧放電灯の具体的な仕様例について図２とともに説明する。

（１）発光管部１２： 中央部の外径Ｌ１…１０．０ｍｍ、肉厚Ｌ２…２．２ｍｍ、内径Ｌ３…５．６ｍｍ、球体長Ｌ４…８．０ｍｍ、内容積…１３０ｍｍ^３
（２）電極１５１，１５２： 電極軸Ｌ５…φ０．５ｍｍ、コイル１６１，１６２径Ｌ６…φ０．１５ｍｍ、突起部１７１，１７２最大径Ｌ７…１．０ｍｍ、電極間距離Ｌ８…２．０ｍｍ
（３）金属箔１８１，１８２： 膜厚…０．０２８ｍｍ、幅…２．０ｍｍ、長さ…１７ｍｍ
（４）放電空間１４： 発光金属のハロゲン化物、ＤｙＩ_３−ＮｄＢｒ_３−ＳｃＩ_３−ＩｎＢｒ−ＣｓＩ…０．６ｍｇ、ＺｎＩ_２…３．０ｍｇ、ＭｎＩ_２…０．５ｍｇ、希ガスＸｅ１０気圧セラミックスヒータ
（５）放電媒体： ＺｎＩ_２、Ｄｙ−Ｎｄ−Ｉｎ−Ｃｓ系ハロゲン化金属（発光金属）、ＺｎＩ_２を１．０ｍｇ（２．４×１０^−８（ｍｏｌ／ｍｍ^３））、その他の金属を０．６ｍｇ封入、Ｘｅガスを常温で約９ａｔｍ封入
（６）定格ランプ電力： １００Ｗ
（７）ランプ電圧： ３５Ｖ
（８）ランプ効率： ５５ｌｍ／Ｗ
（９）色温度： ５，５００Ｋ
（１０）平均演色評価数Ｒａ： ９０
図３は、上記した実施例も含めて、試作したサンプルの仕様を示すもので、図４および図５は、ランプ電圧およびＹ／Ｖの関係と色温度およびＹ／Ｖの関係について説明するための説明図である。

図４、図５において、Ｙ／Ｖの値が１．８×１０^−８(ｍｏｌ／ｍｍ^３)≦Ｙ／Ｖ≦４．０×１０^−８(ｍｏｌ／ｍｍ^３)の関係を満足することにより、ランプ電圧、色温度いずれも良好な特性が得られることがわかる。

図６は、図３のサンプルＢ，Ｅ，Ｈを使用し、ランプ電力を８０Ｗ，１００Ｗ，１２０Ｗで振った場合のＷＬ／Ｖの試験結果を示すもので、この結果に基づき、図７はランプ効率およびＷＬ／Ｖの関係を、図８は色温度およびＷＬ／Ｖの関係について説明するための説明図である。

図７，図８からＷＬ／Ｖの値が、０．４(Ｗ／ｍｍ^３)≦ＷＬ／Ｖ≦１．０(Ｗ／ｍｍ^３)の関係を満足することにより、ランプ効率、色温度いずれも良好な特性が得られることがわかる。

このように、ランプ電圧およびＹ／Ｖの関係と色温度およびＹ／Ｖで、Ｙ／Ｖの値が１．８×１０^−８(ｍｏｌ／ｍｍ^３)≦Ｙ／Ｖ≦４．０×１０^−８(ｍｏｌ／ｍｍ^３)の関係を満足させることで、ランプ電圧、色温度いずれも良好な特性が得られ、ランプ効率およびＷＬ／Ｖと色温度およびＷＬ／Ｖで、ＷＬ／Ｖの値が、０．４(Ｗ／ｍｍ^３)≦ＷＬ／Ｖ≦１．０(Ｗ／ｍｍ^３)の関係を満足させることでランプ効率、色温度いずれも良好な特性が得られる。

この実施形態によれば、本質的に水銀が封入されていない高圧放電灯でありながら、色温度、ランプ電圧、ランプ効率の向上させることが可能となり、環境に配慮したものとなる。

図９は、図１に構成の高圧放電灯が液晶プロジェクタに搭載された場合の、この発明の画像投影装置について説明するためのシステム構成図である。

図９において、９１は液晶プロジェクタであり、この液晶プロジェクタ９１は本体９２を有し、本体９２の前面側には投影開口９３が形成される。また、本体９２内には光源９４が配設され、この光源９４は高圧放電灯９５と高圧放電灯９５に光学的に対向した反射手段としてのリフレクタ９６にて形成される。そして、光源９４の照射方向の前方には、表示手段としての液晶パネル９７が配設され、この液晶パネル９７の前方の投影開口９３に対応して投影手段としての投影レンズ９８が配設されている。投影開口９３の前方には、スクリーン９９が配設される。

さらに、高圧放電灯９５には点灯回路１００が接続され液晶パネル９７には液晶駆動回路１０１が接続され、点灯回路１００および液晶駆動回路１０１は商用交流電源１０２が接続される。点灯回路１００は高圧放電灯９５を直流で点灯するものであっても、交流で点灯するものであっても構わない。

上記した構成の画像投影装置は、まず、点灯回路１００から供給される電力で光源９４の高圧放電灯９５を点灯させる。高圧放電灯９５からの光は、直接あるいはリフレクタ９６で反射させて液晶パネル９７方向に照射される。液晶パネル９７は、液晶駆動回路１０１で表示を変化させ、光源９４からの光を透過させて投影レンズ９８で投影し、スクリーン９９に映像が映し出される。

なお、上記したリフレクタ９６の放射方向は開放になっているが、透明な前面ガラスを配置し、リフレクタ９６内に配置される高圧放電灯９５を外部に対して密閉させても構わない。

この液晶プロジェクタでは、水銀が含まれない高圧放電灯を使用しながら、液晶プロジェクタとして良好な色温度特性に加え、良好なランプ効率やランプ電圧が得られることから、映像の色再現性を向上させることができるとともに、光学設計のマッチング性も取りやすくいものとなる。

この発明の高圧放電灯の一実施形態について説明するための構成図。 この発明の高圧放電灯の実施例１について説明するための構成図。 試作したサンプルの仕様について説明するための説明図。 ランプ電圧およびＹ（ＺｎＸ_２のモル数）／Ｖ（発光管内容積）の関係の関係について説明するための説明図。 色温度およびＹ／Ｖの関係について説明するための説明図。 図３のサンプルＢ，Ｅ，Ｈを使用し、ランプ入力を振った試験について説明するための説明図。 ランプ効率およびＷＬ（ランプ電力）／Ｖの関係について説明するための説明図。 色温度およびＷＬ／Ｖの関係について説明するための説明図。 この発明の画像投影装置の一実施形態について説明するためのシステム構成図。

符号の説明

１１ バルブ
１２ 発光管部
１３１，１３２ 封止部
１４ 放電空間
１５１，１５２ 電極
１６１，１６２ コイル
１７１，１７２ 突起部
１８１，１８２ 金属箔
１９１，１９２ ワイヤ
２０ 点灯装置
９１ 液晶プロジェクタ
９２ 本体
９５ 高圧放電灯
９９ スクリーン

Claims (2)

1. 透明な石英ガラス製のバルブと、該バルブの放電空間内に３．０ｍｍ以下の対向距離で配置された電極と、前記放電空間内に、常温で３atm以上のＸｅとＳｃ，Ｄｙ，Ｎｄ，Ｉｎのハロゲン化金属のうち少なくとも１種とハロゲン化亜鉛ＺｎＸ_２（Ｘはハロゲン元素を示す）を封入し、本質的に水銀を含まず、ランプ電圧をＶｌ（Ｖ）とした場合にＶｌ／Ｌ＞１０（Ｖ／ｍｍ）で、ランプ電力が８０（Ｗ）以上である高圧放電灯において、
   前記ランプ電力をＷＬ(Ｗ)、前記発光管内容積をＶ(ｍｍ^３)、封入する前記ＺｎＸ_２のモル数をＹ（ｍｏｌ）とした場合に、次式（１），（２）を満足してなることを特徴とする高圧放電灯。
   
   ０．４(Ｗ／ｍｍ^３)≦ＷＬ／Ｖ≦１．０(Ｗ／ｍｍ^３) … （１）
   
   １．８×１０^−８(ｍｏｌ／ｍｍ^３)≦Ｙ／Ｖ≦４．０×１０^−８(ｍｏｌ／ｍｍ^３)
   … （２）
2. 請求項１の高圧放電灯と、
   前記高圧放電灯を光源とし、該光源から放射される光に基づき画像を投影する画像投影装置本体と、を具備したことを特徴とする画像投影装置。

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