(57)【要約】  少なくとも本質的に無水銀放電ガスを含み、投射ディスプレイにおける使用に適した且つ／或いは使用が意図された、具体的には、短アークランプの形態の高圧ガス放電ランプ（ＨＩＤランプ）が記載されている。水銀ランプと同等であるランプ電圧及び効率が、放電ガスが希ガスを含み、且つ、電圧勾配形成剤及び光発生剤として亜鉛も含む点で本質的に達成され、気相にある亜鉛の圧力はランプの動作状態において約３０バールであるのが好ましい。この圧力を達成するのに必要な蒸発が、具体的には、放電容器内の最低温度を上昇することによって可能とされる。温度を上昇するための様々な手段が提案されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に短アークを備える高圧ガス放電ランプであって、
少なくとも本質的に無水銀放電ガスを備える放電容器を含み、前記無水銀放電ガスは、希ガスと、電圧勾配剤及び光発生剤としての亜鉛とを含み、
気相にある前記亜鉛の圧力が、当該高圧ガス放電ランプの動作状態において少なくとも約２０バールであるよう設計される、
高圧ガス放電ランプ。
【請求項２】
前記希ガスの前記圧力は、当該高圧ガス放電ランプの動作状態において約１００バールの領域内にある、請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項３】
希ガスはキセノンである、請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項４】
当該高圧ガス放電ランプの壁装荷は、気相にある前記亜鉛の前記圧力を達成するために、約１．５ワット／平方ミリメートルと約２ワット／平方ミリメートルとの間の値である、請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項５】
前記放電容器及び／又は前記電極は、前記放電容器内の最低温度が、約１５００Ｋ〜約１７００Ｋの間の範囲内にあるような寸法及び／又は形状とされる、請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項６】
前記放電容器の前記壁は、サファイア又はＹＡＧ材料から成る、請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項７】
前記放電ガスは、少なくとも本質的に酸素を含有せず、且つ／或いは、少なくとも本質的にハロゲン組成物を含有しない、請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項８】
前記放電ガスは、具体的には、希土類金属又はタンタルの群からの少量の酸素結合金属を含む、請求項７に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項９】
前記電極及び／又は前記放電容器は、前記電極が前記放電室の前記容積の少なくとも約２０〜約２５パーセントを占めるような寸法とされる、請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項１０】
発光の所望の色特性を達成するために、前記放電ガスは、リチウム、インジウム、水銀、タリウムの群からの少なくとも１つの物質を含む、請求項１に記載の高圧ガス放電ランプ。
【請求項１１】
上記請求項のうちのいずれか１項に記載の高圧ガス放電ランプを含む、具体的にはＬＣＤ投射ディスプレイのような、投射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも本質的に無水銀放電ガスを含み、投射ディスプレイにおける使用に適した且つ／或いは使用が意図された高圧ガス放電ランプ、より詳細には、短アークランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来的な高圧ガス放電ランプは、一般的に、起動ガス（例えば、希ガス）に加えて、第一に、実際の発光材料（光発生剤）である放電ガス（ヨウ素酸ナトリウム又はヨウ素酸スカンジウムのような金属ハロゲン化物）と、第二に、起動ガス及び光発生剤と比べて比較的高い蒸気圧を一般的に有さなければならず、且つ、ランプの光学効率及びランプ電圧を増大する機能を本質的に有する、電圧勾配形成剤又はバッファガス（例えば、水銀）とを含む。
【０００３】
光技術に関する良好な特性の故に、この種類のランプは広く知られ、それらは具体的にはＬＣＤ投射器のような投射ディスプレイに使用され、自動車技術でも益々使用されている。しかしながら、これらの並びにその他の用途のために、ランプは如何なる水銀をも含まないという環境保護要件もある。
【０００４】
水銀がないことに関連する問題（例えば、米国出願公開２００３／００２０４０９Ａ１号に明確に記載されている）は、本質的に、同一のランプ出力のために、ある他の方法で水銀の上記機能を充足する手段が採られないならば、連続動作において、より低いランプ電圧、よって、より高いランプ電流及びより低い光学効率が達成されるという事実である。
【０００５】
これを行う数多くの試みが既になされている。しかしながら、特に、点状の光源が必要な投射ディスプレイ及び他の用途のために要求されるような短アークを備える放電ランプ（「短アークランプ」）の場合には、これらの試みは、これらの用途のための特別な要件の故に、今まで不満足な結果を概ね招いてきた。
【０００６】
これらの要件は、本質的に、第一に、例えば、最適な光学効率のために、少なくとも６０００Ｋの放電ガスの高温が求められることにある。この理由のために、放電ランプは、低いイオン化ポテンシャルを備える充填ガスを可能な限り含有しないべきである。何故ならば、これらは低温でさえも比較的高い伝導率を有するからである。
【０００７】
さらに、そのような放電ランプでは、所与のアーク長のために、比較的高いランプ電圧が達成されるように、電子散乱の断面は可能な限り大きいべきである。
【０００８】
最後に、放電ランプが発光される光の可視的領域において可能な限り最適な発光スペクトルを有することも保証されなければならない。
【０００９】
水銀の代わりにキセノンを使用することが周知である。しかしながら、キセノンに関連する１つの不利点は、電子散乱の断面が比較的小さく、よって、ランプ電圧も比較的低いことである。これは、特に投射用途において必要な高い光出力を達成するために、ランプ電流が相応して高いことを意味する。
【００１０】
述べられ得る１つの例は、３００ワットの出力、１．５ｍｍのアーク長、１４ボルトのランプ電圧、及び、２１アンペアのランプ電流を備える既知のＣｅｒｍａｘ短アークランプである。ＬＣＤプロジェクタにおいて、そのようなランプは、１２０ワットの出力を備えるＵＨＰランプの光出力のほぼ半分だけを発生する。一般的に、キセノンに基づく既知の短アークランプは、同等のＵＨＰランプの効率よりも約３〜５倍低い効率を有する。
【００１１】
米国出願公開２００３／０２０９９８６Ａ１から既知であることは、所望の発光を達成するための第一ハロゲン化金属（光発生剤）と、如何なる可視光（バッファガス）をも発光しない比較的高い蒸気圧力を備える第二ハロゲン化金属と、希ガス（起動ガス）とを含む放電ガスを備える無水銀放電ランプである。ＬＣＤプロジェクタにおけるその使用を可能にするために、このランプは短アークランプとして設計されることも可能であると言われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特に短アークランプにおいて、この種類の既知のランプと比べてさらに改良された光学効率を有し、より高いランプ電圧も有する、少なくとも本質的に無水銀の放電ランプを提供することが、本発明の目的である。
【００１３】
同様に提供されるべきものは、少なくとも本質的に無水銀であり、それによって、投射ディスプレイにおける使用に特に適した可視光の領域内の発光スペクトルを生成し得る放電ランプである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、特に短アークを備える高圧ガス放電ランプであって、少なくとも本質的に無水銀放電ガスを備える放電容器を含み、無水銀放電ガスは、希ガスと、電圧勾配剤及び光発生剤としての亜鉛とを含み、気相にある亜鉛の圧力が、高圧ガス放電ランプの動作状態において少なくとも約２０バールであるよう設計されるガス放電ランプによって、請求項１に記載されるように達成される。
【００１５】
そのような高圧で亜鉛を使用することによって、亜鉛は特に電圧勾配形成剤として驚くほど有効であり、比較的低いに過ぎないその蒸気圧力の故に、これは以前には予期されなかった。
【００１６】
従属項は、本発明の有利な実施態様に関係する。
【００１７】
請求項２及び３は、好適な圧力及び好適な種類の希ガスを記載する。
【００１８】
請求項４及び５は、比較的低い支出で亜鉛の上記圧力を達成するための様々な可能性を記載する。
【００１９】
請求項６は、使用されるのが好ましい放電容器のための壁材料に関する。
【００２０】
請求項７及び８に記載されるような実施態様は、酸素／ハロゲン化周期が起こり得ないという利点を有し、その結果、電極の侵食は実質的に減少されるので、ランプの耐用年数はかなり増大する。
【００２１】
請求項９は、特に高いランプ電圧及びランプ効率を達成するために使用し得る電極の並びに／或いは放電容器の好適な寸法に関する。
【００２２】
最後に、請求項１０に記載の実施態様を用いることで、発光の所望の色特性を比較的簡単な方法で達成し得る。
【００２３】
図面に示される実施態様の例を参照して本発明をさらに記載するが、本発明はそれに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に記載される放電ランプは短アークランプであり、アークは約４ｍｍまでの、好ましくは、ほぼ１ｍｍ〜ほぼ３ｍｍの間の範囲にある長さを有する。
【００２５】
本発明に従った無水銀ランプの第一実施態様において、放電容器内には、電圧勾配形成剤(voltage
gradient former)及び光発生剤(light generator)として亜鉛を含有する放電ガスが位置付けられ、亜鉛はランプの動作状態においてほぼ３０バールの気相にある圧力を有する。
【００２６】
同様に放電ガスに加えられているのは、ランプの動作状態において、例えば、ほぼ１００バールの比較的高圧を備える、希ガス、好ましくは、キセノンであり、希ガスは、同様に、この圧力で電圧勾配形成剤として本質的に作用する。
【００２７】
このガス組成及び上述の圧力を備えることで、ほぼ２０ボルトのアーク電圧及びほぼ３２ボルトのランプ電圧を達成し得る。
【００２８】
これは驚くべきことである。何故ならば、純キセノンランプは、ほぼ１００バールのキセノン圧力の場合においてさえ、ほぼ１７ボルトだけのランプ電圧を有し、１２ボルトは電極での電圧降下によって引き起こされ、よって、アーク電圧はほぼ５ボルトだけであるからである。よって、ほぼ３０％だけの効率が達成されるので、ランプに加えられる電力のほぼ７０％は放電に流れず、むしろ電極を加熱するために使用される。
【００２９】
上述のほぼ３０バールの亜鉛圧力を用いることで、ランプの効率はほぼ６３％まで増大され得るし、よって、上述の純キセノンランプの実施例に比べて２倍よりも多くあり得る。この値は、電圧勾配形成剤として水銀を備える従来的なＵＨＰランプのために達成されるものよりも僅かに悪いだけである。
【００３０】
放電容器の内壁の装荷(loading)は、この場合には、２ワット／平方ミリメートルであり、アーク出力は、アーク長のほぼ５０ワット／ミリメートルよりも多い。
【００３１】
亜鉛及びヨウ化亜鉛を加えることによって無水銀ランプのランプ電圧を増大する試みが既になされてきたが、放電アークの減少があることが分かったので、ほぼ１０バールよりも多くまで亜鉛／ヨウ化亜鉛圧力を増大することは有用ではないと以前考えられていた。その上、低い亜鉛／ヨウ化亜鉛圧力で、ランプ電圧の小さな増大のみが、ほぼ１．５ｍｍのアーク長の場合において達成される。
【００３２】
好ましくは、亜鉛は、金属形態の放電容器内にのみ導入される。既知の水銀含有ＵＨＰランプにおいて、タングステン／酸素／ハロゲン化物周期が、ハロゲン（例えば、ヨウ化亜鉛の形態）及び酸素を加えることによって生成され、この周期は放電ランプの耐用年数を増大すると言われている。しかしながら、この測定はより高い亜鉛圧力の場合には成功的ではない。この理由のために、ここに記載される実施態様において、ハロゲン化物の添加はないので、酸素／ハロゲン化物周期は生じ得ない。
【００３３】
同一の理由のために、もし放電ガス中に酸素もないならば有利であることが分かった。ランプを製造するときに適切な測定値を取ることによって、放電容器内に酸素が含まれないことが十分に保証され得るとしても、放電容器内に存在する如何なる酸素とも結合する極めて少量の金属が好ましくは導入される。一例として、希土類金属、又は、タングステンさえも、この目的のために特に適することが分かっている。
【００３４】
十分な量の亜鉛が蒸発し、上記の亜鉛圧力が達成されるために、放電容器内の最低温度スポットでの温度は、ほぼ１５００Ｋとほぼ１７００Ｋとの間の値より下に降下しないことが概ね必要である。
【００３５】
これは、放電管を適切な非対称的な方法で成形することによって、及び／又は、放電容器を可能な限り小さな寸法にすることによって、及び／又は、電極を適切な寸法とすることによって、例えば、既知の方法で保証され得るので、放電容器内の少なくとも最低温度スポットでの温度は、目標とされる方法で増大される。
【００３６】
しかしながら、具体的には石英ガラスのような、放電容器のための従来的な壁材料は、高温で攻撃され、比較的短い時間周期の後に曇るようになるので、放電容器は適切に耐熱的であるのみならず、光学的に透明であり、発光を散乱せず或いはそれを極めて僅かしか散乱しなくさえある、サファイア又はＹＡＧ材料から成る。
【００３７】
追加的に或いは代替的に適用し得る且つ上記の蒸発及び圧力増大を達成するために使用し得るさらなる手段が、図１に示される第二実施態様を参照して以下に記載される。
【００３８】
図１は、放電ランプの放電容器１を通じる概略的な断面図を示している。耐熱性の故に、サファイア又はＹＡＧのような上記材料が、放電容器１の壁用の材料として再び使用される。放電容器１の端部に、電極ピン４，６（又は接続ワイヤ）のためのガラス又はセラミック材料（例えば、ＰＣＡ）から成る既知のブッシング２，３があり、電極ピンは、放電容器１の内部に配置された電極５，７に至り、電極５，７を保持する働きもする。
【００３９】
この放電容器１の１つの本質的な特徴は、電極５，７の容積と放電室１０の容積との間の比率が、既知の放電ランプの場合におけるよりも大きいことである。
【００４０】
好ましくは、放電容器１は従来的なサイズを有し、電極５，７は既知の放電ランプにおけるものよりも大きな容積を有する。
【００４１】
既知の交流ＵＨＰランプにおいて、電極は例えばほぼ１０％を占め、既知の直流ＵＨＰランプにおいて、それらは放電室の容積のほぼ１５％までを占めるのに対し、本発明に従った放電容器１において、電極５，７は、交流ランプの場合には、ほぼ２０％よりも多くの容積を有し、直流ランプの場合には、放電室１０の容積のほぼ２５％よりも多くの容積を有する。
【００４２】
電極５，７は、この場合には、図１に示されるように、好ましくは、それらが比較的大きな直径を有するが、同時に対向する電極先端部の形状及び間隔は本質的に既知の方法で保持されるように構成される。この関係で、電極ピン４，６の比較的大きな直径も有利である。何故ならば、これらは電極５，７で生成されるかなりの量の熱を放電容器１内にそらし、よって、後者を加熱し、上記の高温を達成するのに追加的に役立つからである。
【００４３】
上記の第一実施態様と異なり、電極５，６の容積の増大は、最低温度スポットのみで目標とする方法で温度を上昇するよう働かず、むしろ全体的に放電容器１の全地域における温度を上昇し、同時に最高温度と最低温度との間の差を減少するよう働くので、十分な量の亜鉛が蒸発し、上述の圧力が達成される。よって、ランプ電圧をさらに一層増大し得るので、第二実施態様が特に高出力が必要とされる投射用途に特に適することが分かった。
【００４４】
以下の寸法がこの関係で特に有利であることが分かった。即ち、放電容器１の内径はほぼ３ｍｍであり、その内長は約４ｍｍである。電極５，７は、約２ｍｍの直径、及び、約１．２５ｍｍの円筒形ヘッドの均等の長さを有する。よって、電極５，７は、放電室１０の容積の２５％を占める。約７〜約８ｍｍの放電容器の外径及び約７ｍｍの長さの場合には、ランプは好ましくは約１５０〜約２００ワットの間の入力で動作される。よって、放電容器１の内壁の装荷(loading)は、約２Ｗ／ｍｍ２よりも多い。
【００４５】
上記された全ての機能、即ち、放電ガスの組成及び圧力に関する並びに図１に示されるような放電容器及び電極５，７の寸法に関する双方は、ランプ電圧、よって、ランプ効率を増大するために互いに組み合わせられ得る。
【００４６】
ランプが投射システムに使用されるときに特に重要な、発光の記載された色特性を設定し或いは最適化するために、一例として、赤色成分を増大するようリチウムを、青色及び緑色成分を増大するよう水銀を、緑色成分を増大するようタリウムを、青色成分を増大するようインジウムを放電ガスに加え得る。しかしながら、亜鉛の他に、一般的に他の光発生剤はその他に必要とされない。
【００４７】
水銀の使用に関して、本発明の１つの顕著な目標は、放電ガス中の水銀を回避することである。これは、発光の発光スペクトルを補正するために、場合によっては水銀も使用し得るという事実を変更しない。何故ならば、この目的のために使用される水銀の量は、水銀が電圧勾配形成剤又はバッファガスとして使用される既知のランプにおけるよりも少なくとも約１０倍少ないからである。従って、この点で、発光スペクトルを補正する目的で水銀を含有する本発明に従ったランプは、本質的に無水銀であると考えられ得る。
【００４８】
その上、そのような少量の水銀は、ランプ電圧、よって、ランプ効率を増大するのにも役立つ。
【００４９】
最後に、具体的には、放電室の容積に比べて電極の容積を増大することによって放電容器内の（最低）温度を上昇するための上記手段は、例えば、放電ガス中に如何なる亜鉛も含有しない他の種類の或いは既知の種類の放電ランプにおいても勿論使用され得る。電極の容積の増大は、高電流が流れ且つかなりの部分のエネルギー損失が熱の形態の電極によって占められるランプにおいて特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の（第二）実施態様の放電容器を通じる断面を概略的に示す断面図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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