JPH07153428A

JPH07153428A - メタルハライドランプ

Info

Publication number: JPH07153428A
Application number: JP32130993A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Horikoshi; 創一郎堀越
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 1995-06-16

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ランプの高い発光効率と優れた演
色性を有するとともに、４０００〜５０００Ｋの色温度
を有する白色光を与えるように調整したメタルハライド
ランプを提供することを目的とする。【構成】発光管内に少なくともディスプロシウムと水
銀と希ガスを封入し、該発光管の外表面に多層光干渉膜
を形成してなるメタルハライドランプにおいて、前記光
干渉膜の光透過率が波長３８０nm及び５８０nmにおいて
８０％以上、波長４８０nmにおいて８０％以下であり、
かつ３５０nm〜５５０nmの波長領域において膜の分光透
過率曲線が谷状の窪みを一つだけ形成し、その窪みの深
さが光透過率で表わして６０％を超え８０％以下とする
ことにより、発光管の色温度を４０００〜５０００Ｋに
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、色温度を改良したメタ
ルハライドランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】各種ランプの色温度４０００〜５０００
Ｋの範囲の光源色は、青過ぎることもなく、黄色過ぎる
こともない自然な白色である。従って、このような色温
度を有するランプは一般照明の用途には好ましい。とこ
ろで、添加物としてディスプロシウムとタリウムのハロ
ゲン化物を発光管に封入したメタルハライドランプは、
高効率、高演色性の特徴を有するので、屋内照明等への
用途並びに需要が増大しつつある。とりわけ、上記２種
類の金属のハロゲン化物に加えてセシウムのハロゲン化
物を封入したメタルハライドランプは、発光効率が７０
〜８０lm／Ｗと高く、また、平均演色評価数（Ｒａ）が
９２〜９６と良好な演色性を備え、ランプ特性も安定し
ているので、近年、その需要が拡大している。しかしな
がら、上記の封入物を有するメタルハライドランプは色
温度が５０００〜６０００Ｋと高く、青白い感じの光源
色となることが大きな欠点となっている。

【０００３】そこで、かかるメタルハライドランプにつ
いて、その発光効率と演色性を低下させずに色温度を低
下させる試みがこれまでにいくつかなされている。その
第一は、ランプの発光分布そのものを変化させる方法
で、例えば壁面負荷を高くして金属ハロゲン化物の蒸気
圧を高めることによって赤外領域の発光を増加させ、色
温度を低下させるものである。しかし、単に壁面負荷を
増大する方法では、発光管の部分的な管壁温度上昇など
が生じ、ランプ寿命の短縮化を招く欠点がある。

【０００４】そこで、光干渉膜を適用したメタルハライ
ドランプが提案されている。このメタルハライドランプ
は、発光管、発光管を囲繞する円筒状ガラス管、外管等
の部材の表面に光干渉膜を形成して構成され、発光管か
らの光の透過光の分光分布を変化させることによって色
温度を低下させている。この光干渉膜の分光透過特性
は、３５０〜１０００nmの範囲の所定の波長領域で所定
の透過率（反射率）を有するように設計される。また、
この光干渉膜を構成する膜物質としては通常、酸化チタ
ン（ＴｉＯ₂）、二酸化硅素（ＳｉＯ₂）等の誘電体物質
の薄膜が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記した光干渉膜を適
用したメタルハライドランプには、発光管内部の過度の
温度上昇をもたらすことがなく、発光管への影響を最小
限にとどめて色温度を低下させることができる利点があ
る。しかし、この種のランプは、光干渉膜の分光透過特
性と膜物質の種類が綿密に限定されていなかったので、
所期の目的が達成されない事態が発生するという問題が
ある。

【０００６】まず光干渉膜の分光透過特性について説明
すると、次の通りである。ここで、屈折率２．１５の高
屈折率層を第１層とし、屈折率１．４６の低屈折率層を
第２層とする２層膜より成る光干渉膜を例にとる。そし
て、この光干渉膜を適用したメタルハライドランプを従
来の提案に基づいて構成し、その際の色温度変換効果を
比較検討することとする。この検討において、内部にデ
ィスプロシウム、タリウム及びセシウムの沃化物と水銀
とアルゴンガスとを封入した石英製発光管と、該発光管
を内蔵する外管とを具備するメタルハライドランプを３
本用意し、上記光干渉膜を各ランプの発光管外表面に形
成する。これらメタルハライドランプは、光干渉膜が形
成されていない状態では、いずれも図２において破線で
示す分光放射照度特性と同じ特性を有しており、その色
温度は３本とも５５００Ｋである。なお、膜形成箇所と
して発光管外表面を選んだのは、この箇所が、発光部に
接していて光の入射角が膜のどの部分でもほぼ０度で同
じであるとみなすことができ、光の放射方向による色温
度の差違が、発光管を囲繞する透光性部材の表面に比べ
て相当に小さい箇所だからである。

【０００７】さて、前記従来のメタルハライドランプに
おいては、光干渉膜の分光透過特性に綿密な限定がない
ので、該光干渉膜の膜構成、例えば各層の膜厚をある程
度任意に選ぶことができる。そこで、前記２層膜におい
て、図３の分光透過特性を有する場合の各層の膜厚を基
準にして、例えばこれよりも各層とも膜厚が２０〜３０
％薄いもの及び各層とも膜厚が２０〜３０％厚いもの、
合計３通りの膜構成を選択した。後の２者の膜の分光透
過特性はそれぞれ図７及び図８に示す通りである。

【０００８】これら３種類の２層膜を適用したメタルハ
ライドランプの各々について、その色温度を測定したと
ころ、膜厚の基準とした図３の特性を有する２層膜の場
合は４８５０Ｋで、６５０Ｋ色温度が低下したのに対
し、各層とも膜厚が２０〜３０％薄い場合は色温度がほ
とんど変化せず、又、各層とも膜厚が２０〜３０％厚い
場合は６０８０Ｋで、逆に色温度が約６００Ｋ増加して
いた。これら３種類の２層膜の分光透過特性上の違い
は、大局的にみて、図３、図７及び図８の比較からわか
るように、分光透過率曲線の谷（その深さは透過率で表
わすと、約７０％）の位置が、図３の場合を基準にして
短波長側と長波長側にそれぞれ約１００nm移動している
だけである。しかし、上述の色温度測定結果は、この１
００nm程度の位置の違いが色温度には６００〜１２００
Ｋ程度の違いとなって影響を与えるのみならず、色温度
低下の目的に逆行する効果も招きかねないことを示して
いる。以上のことから、メタルハライドランプの色温度
を目標の数値だけ低下させるには、適用する光干渉膜の
膜構成（特に各層の膜厚）を所定範囲内に制御して、膜
の分光透過特性をある程度狭い範囲に限定する必要があ
ることがわかる。

【０００９】次に、光干渉膜を構成する膜物質の種類に
ついて説明する。一般に、高屈折率物質として酸化チタ
ン（ＴｉＯ₂）が多用され、これと、低屈折率物質とし
ての二酸化硅素（ＳｉＯ₂）とを組み合わせて、例えば
この両者の薄層の交互積層により光干渉膜が構成されて
いる。しかし、ＴｉＯ₂は６００℃前後の高温下におい
て黄色を呈するという物性を有するため、動作中に通常
表面温度が７００〜８００℃ないしそれ以上の高温とな
るメタルハライドランプの発光管外表面にＴｉＯ₂薄層
を含む光干渉膜を適用した場合は、発光管本来の光源色
に黄色成分が付加されて黄色っぽい光となり、演色性が
低下するという弊害がある。又、色温度についても、Ｔ
ｉＯ₂薄層を含まない膜構成の光干渉膜を適用した場合
に比べて、少なくとも２００〜３００Ｋ低下し、所望の
色温度よりも下がり過ぎる場合も生じるという問題があ
る。

【００１０】高温時に黄色を呈する物質としてはこの他
に、窒化硅素（ＳｉＮx）等があり、これらの物質を含
む光干渉膜を適用した場合にも同様の問題を生じてい
る。従って、高温時に黄色を呈する物質はメタルハライ
ドランプの色温度補正のために適用する光干渉膜の膜物
質としては好ましくない。以上述べたように、光干渉膜
を適用して色温度を補正する従来のメタルハライドラン
プにおいては、光干渉膜の分光透過特性と膜物質の種類
に綿密な限定がないので、所望の色温度低下の効果が必
ずしも十分には保証されていない。

【００１１】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、高い発光効率と優れた演色性を有する
と共に、ランプ本来の色温度を補正して４０００〜５０
００Ｋの色温度を有する白色光を与えるように調整した
メタルハライドランプ、特にディスプロシウム−タリウ
ム−セシウム系のメタルハライドランプを提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るメタルハラ
イドランプは、少なくともディスプロシウム、タリウム
及びセシウムの沃化物と水銀と希ガスとを封入した発光
管の外表面に多層光干渉膜を形成し、該発光管を内蔵す
る外管とを具備してなるメタルハライドランプにおい
て、前記多層光干渉膜の光透過率が波長３８０nm及び５
８０nmにおいて８０％以上、波長４８０nmにおいて８０
％以下であり、かつ３５０〜５５０nmの波長領域におい
て膜の分光透過率曲線が谷状の窪みを一つだけ形成し、
その窪みの深さが光透過率で表わして６０％を超え８０
％以下とすることにより、発光管の色温度を４０００〜
５０００Ｋとすることを特徴とする。又、前記多層光干
渉膜はＴａ₂Ｏ₅−ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂−ＳｉＯ₂及びＮｂ₂
Ｏ₅−ＳｉＯ₂の膜物質の組合わせよりなる群れから選ば
れる少なくとも１種から構成される。

【００１３】

【作用】多層光干渉膜をディスプロシウム−タリウム−
セシウム系のメタルハライドランプに適用する本発明に
係るランプにおいては、発光管外表面に設ける光干渉膜
の分光透過特性を上記のように限定したので、色温度を
下げ過ぎて黄色っぽい光にしたり、逆に上昇させ過ぎて
青っぽい光にしたりする不都合を生じることがなく、メ
タルハライドランプの本来の色温度に対して５００〜１
０００Ｋの色温度低下が常にもたらされ、色温度が４０
００〜５０００Ｋで自然な白色の光を得ることができ
る。又、多層光干渉膜を構成する膜物質を上記のように
限定したので、膜が高温下で黄色を呈することがなく、
従って、該光干渉膜がランプの光を黄色っぽい光に変質
させ演色性を悪化させたり、色温度を必要以上に低下さ
せたりすることが生じない。

【００１４】

【実施例】本発明の第１の実施例のメタルハライドラン
プを図面を用いて説明する。図１は第１実施例のメタル
ハライドランプの一部切欠概略図である。１は発光管
で、石英製であり、両端に電極２及び３を有し、内部に
沃化ディスプロシウム（ＤｙＩ₃）、沃化タリウム（Ｔ
ｌＩ）及び沃化セシウム（ＣｓＩ）と水銀とアルゴンガ
スとを封入したもので、定格電力１５０Ｗである。又、
発光管１の端部の外表面には、例えば酸化ジルコニウム
（ＺｒＯ₂）等の微粒子からなる保温膜４及び５を形成
している。そして、保温膜４及び５ではさまれた発光管
１の外表面には多層光干渉膜６を設けている。７及び８
はリード線である。９は外管であって、発光管１等を内
蔵している。ランプの他の構成要件の説明は省略する。
こうして、メタルハライドランプ１０が構成される。多
層光干渉膜６は２層膜であって、その膜構成は表１の通
りである。（以下余白）

【００１５】

【表１】

【００１６】次に、実験結果について説明する。各層の
膜形成は既知の方法を用いて行なった。例えば、減圧Ｃ
ＶＤ法を用いる場合は、発光管をそのまま反応室に入
れ、タンタルアルコキシドと酸素とを材料として温度、
圧力等の成膜条件を所定の条件にして第１層のＴａ₂Ｏ₅
層を形成し、次いで、硅素アルコキシドと酸素とを材料
として同様にして第２層のＳｉＯ₂層を形成した。

【００１７】まず、光干渉膜６の色温度変換効果を調べ
るため、発光管１の外表面に光干渉膜６が形成されてい
ない以外は図１のメタルハライドランプ１０と同じラン
プを作製し光干渉膜６がない状態でのランプ特性を調べ
た。その結果、分光放射照度は図２において破線で示す
通りであり、波長４２０nm付近のディスプロシウム原子
による発光ピークと波長５３５nm付近のタリウム原子に
よる発光ピークを有するディスプロシウム−タリウム系
に特有の分光分布を示していた。又、そのランプの色温
度は、５５３０Ｋであった。

【００１８】次に、上記ランプを破壊し発光管１のみを
取り出し、前記のように例えば減圧ＣＶＤ法により発光
管１の外表面に光干渉膜６（２層膜）を形成した後、再
び、ランプを組立て、図１のメタルハライドランプ１０
を完成させ、その後同ランプ１０の特性を調べたとこ
ろ、分光放射照度は図２において実線で示すように、ほ
ぼ５５０nmの波長を境にしてこれより短波長側の放射照
度成分が光干渉膜６がない状態（第２図の破線）と比べ
て全体的に減少しており、一方、約５５０nmより長波長
側の成分が幾分増加していた。又、メタルハライドラン
プ１０の色温度は４８５０Ｋであって、光干渉膜６がな
い状態のときよりも色温度が６８０Ｋ低下していた。

【００１９】光干渉膜６（２層膜）の分光透過特性は次
のようにして調べた。すなわち、上記発光管１の外表面
への光干渉膜６の形成の際に、同時に、発光管１とほぼ
同じ形状を有し、しかも発光管１と近い位置に配置した
別の発光管の外表面に光干渉膜６を形成しておき、この
発光管を破壊して得た破片の表面の膜の分光透過率を測
定した。その結果、図３に示す分光透過特性を得た。図
３からわかるように、光干渉膜６の分光透過率曲線は、
波長約４６０nmを中心とし深さが光透過率約７１％であ
る谷状の窪みを有している。

【００２０】更に、発光管外表面に適用する光干渉膜に
ついて、その各層の膜厚及び屈折率を変化させて膜の分
光透過率曲線の形態を変えるという種々の検討を重ねた
ところ、該光干渉膜の分光透過率曲線の形態がランプの
色温度の変換に大きな影響を及ぼすことが判明した。上
記光干渉膜６（２層膜）の場合について説明すると、膜
の分光透過率曲線（図３）の谷状の窪みの位置、形状及
び深さが大きく影響していて、これらの因子によって色
温度が変化していた。ところで、理論計算上、この谷状
の窪みの位置、形状及び深さは、膜を構成する各層の屈
折率と膜厚によって変化することが知られている。しか
し、実験によれば、膜の分光透過率曲線が、図３に示す
形態を有する場合だけでなくて「膜の光透過率が波長３
８０nm及び５８０nmにおいて８０％以上、波長４８０nm
において８０％以下であり、かつ３５０〜５５０nmの波
長領域において膜の分光透過率曲線が谷状の窪みを一つ
だけ形成し、その窪みの深さが光透過率で表わすと６０
％を超え８０％以下である」という分光透過特性の条件
を満たす場合には共通して上記光干渉膜６と同様の効果
があって、いずれも５００〜７００Ｋ色温度が低下して
いた。逆に、この条件外のときは、色温度の低下は５０
０Ｋ未満であるか、又は色温度が増加する結果となっ
た。なお、２層膜で実現可能な色温度低下の度合いは最
大７００Ｋ程度である。

【００２１】ところで、上記の分光透過特性条件を満た
すような２層膜の膜構成（各層の屈折率及び膜厚）の組
合せは無数にある。そこで、本発明では所望の効果を得
るための条件として、膜構成の側を限定するのではな
く、膜の分光透過特性の側を限定している。ちなみに、
上記の分光透過特性条件を満たすような２層膜の膜構成
の範囲を膜厚（光学膜厚で表示）について概略的に表現
すると、第１層目がｎｄ＝３３０〜４００nmで、第２層
目がｎｄ＝２００〜２５０nmのときである。又、屈折率
については、光学薄膜の分野で通常用いられる屈折率で
あれば同様の効果があり、高屈折率層については概ね
２．１０〜２．３０、低屈折率層については概ね１．３
５〜１．４７の範囲にあればよい。なお、２層膜におい
ては高屈折率層の屈折率の増加は谷状の窪みの深さを深
くするが、色温度低下の効果にはあまり大きく寄与しな
い。

【００２２】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。第２の実施例のメタルハライドランプの構成要件
は、光干渉膜を除いては前記の第１の実施例と同じであ
る。第２の実施例における光干渉膜は４層膜であって、
その膜構成は表２の通りである。（以下余白）

【００２３】

【表２】

【００２４】又、該４層膜の形成は前記の第１の実施例
と同様の膜形成方法にて行なった。更に、該４層膜の膜
特性並びにランプに対する色温度変換効果も、前記の第
１の実施例と同様にして調査した。該４層膜の分光透過
特性は図４に示す通りである。又、第２の実施例のメタ
ルハライドランプの色温度は、４層膜を形成しない状態
のときは５３００Ｋであったが、膜形成後には４４５０
Ｋとなり、該４層膜によって８５０Ｋの色温度低下がも
たらされた。該４層膜の色温度低下効果は前記２層膜よ
りも大きいが、これは、波長４７０nm付近を中心とする
分光透過率曲線の谷状の窪みの深さが４層膜の場合、２
層膜よりも大きいことが寄与していると考えられる。

【００２５】このように、色温度低下効果は、適用する
光干渉膜の層数によっても影響を受け、層数が多いほど
効果が大きいという概略の傾向はある。しかし、そうで
ない場合も数多くあり、単なる層数の増加に加えて保温
効果が付加されることにより色温度が所望の値よりも下
がり過ぎたり、あるいは効果が層数の少ないものとほと
んど差がないケースがあったり、様々である。しかしな
がら、光干渉膜が前記の分光透過特性条件を満たす場合
は、層数の如何にかかわらず同様の効果があり、常に５
００〜１０００Ｋの色温度低下を得ることができる。そ
こで、本発明では、光干渉膜の層数は限定せず、膜の分
光透過特性の方を限定する。ちなみに層数は２〜６層と
するのが好ましいし、奇数層数であってもよい。又、屈
折率１．６〜１．７程度の中間屈折率を含む膜構成であ
ってもよい。

【００２６】上記の２つの実施例においては、分光透過
率曲線の谷状の窪みがいずれも典型的なＶ字谷の形態を
とっていたが、窪みの形態としてはこの他に、図５に示
す分光透過率曲線の例のように、副次的な窪みを有する
谷であってもその副次的な谷が１つの谷の構成要素とな
っている場合には上記実施例と同様の効果がある。逆
に、図６に示す分光透過率曲線の例のように、３５０〜
５５０nmの波長領域に２つ以上の独立した谷状の窪みが
ある場合には、色温度低下の効果が概ね２００Ｋ以下と
小さく、所期の目的が達成されない。

【００２７】上記実施例においては、光干渉膜を構成す
る膜物質の組み合わせはいずれも、Ｔａ₂Ｏ₅−ＳｉＯ₂
であったが、他にＺｒＯ₂−ＳｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅−ＳｉＯ
₂等の組合せであっても同じ効果があり、いずれも高温
下で黄色を呈することがない。又、光干渉膜はこれら３
者の組合せを混成して構成してもよい。なお、光干渉膜
の膜構成に中間屈折率層が必要ならば、高温下で黄色を
呈さない物質、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）
（屈折率１．６５）等の薄層を用いてもよい。更に、本
発明では、メタルハライドランプの構成要件（発光管内
封入物の化学式、発光管の定格電力、保温膜の有無等）
が前記実施例の場合だけに限定される訳ではない。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るメタルハライドランプは、発光管外表面に設ける
多層光干渉膜の分光透過特性を前記のように限定してい
るので、ディスプロシウム−タリウム−セシウム系のメ
タルハライドランプ本来の色温度に対して常に５００〜
１０００Ｋの色温度低下がもたらされ、色温度が４００
０〜５０００Ｋで自然な白色光を得ることができるとい
う特有の効果がある。又、多層光干渉膜を構成する膜物
質を前記のように限定することにより、膜が高温下で黄
色を呈することがなく、演色性を悪化させたり、色温度
を必要以上に低下させたりする弊害を生じないという特
有の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のメタルハライドランプの一
部切欠概略図である。

【図２】メタルハライドランプの分光放射照度を示す図
であり、実線は本発明の一実施例のメタルハライドラン
プの分光放射照度を示し、破線は発光管外表面に多層光
干渉膜を形成していない状態のときのメタルハライドラ
ンプの分光放射照度の例を示す。

【図３】本発明の一実施例のメタルハライドランプに適
用した多層光干渉膜の分光透過特性を示す図である。

【図４】本発明の他の実施例のメタルハライドランプに
適用した多層光干渉膜の分光透過特性を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例のメタルハライドランプに
適用した多層光干渉膜の分光透過特性を示す図である。

【図６】比較例のメタルハライドランプに適用した多層
光干渉膜の分光透過特性を示す図である。

【図７】比較例のメタルハライドランプに適用した多層
光干渉膜の分光透過特性を示す図である。

【図８】比較例のメタルハライドランプに適用した多層
光干渉膜の分光透過特性を示す図である。

【符号の説明】

１発光管２，３電極４，５保温膜６多層光干渉膜７，８リード線９外管１０メタルハライドランプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともディスプロシウム、タリウム
及びセシウムの沃化物と、水銀と、希ガスとを封入した
発光管の外表面に多層光干渉膜を形成し、該発光管を内
蔵する外管とを具備してなるメタルハライドランプにお
いて、前記多層光干渉膜の光透過率が波長３８０nm及び
５８０nmにおいて８０％以上、波長４８０nmにおいて８
０％以下であり、かつ３５０〜５５０nmの波長領域にお
いて膜の分光透過率曲線が谷状の窪みを一つだけ形成
し、その窪みの深さが光透過率で表わして６０％を超え
８０％以下とすることにより、発光管の色温度を４００
０〜５０００Ｋとすることを特徴とするメタルハライド
ランプ。
【請求項２】前記多層光干渉膜はＴａ₂Ｏ₅−Ｓｉ
Ｏ₂、ＺｒＯ₂−ＳｉＯ₂及びＮｂ₂Ｏ₅−ＳｉＯ₂の膜物質
の組合わせよりなる群れから選ばれる少なくとも１種か
ら構成されていることを特徴とする請求項１項記載のメ
タルハライドランプ。