(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電容器（１２）と、
前記放電容器と作用的に関連付けられた電極（２０、２２）と、
前記放電容器内に封入されたイオン化可能充填材（１８）と、を備えるランプ（１０）であって、
前記充填材は、タリウムのハライドを含まないが、
（ａ）希ガスと、
（ｂ）水銀と、
（ｃ）ハライド成分と、を含み、
前記ハライド成分は、
６８〜７２ｍｏｌ％のナトリウムハライドと、
１０〜２５ｍｏｌ％のカルシウムハライド又はストロンチウムハライドと、
２〜６ｍｏｌ％の、セリウムハライド又はランタンハライドの少なくとも一方と、
１〜３ｍｏｌ％のセシウムハライドと、
を含み、
定格ランプ電力の５０％での動作時のＣＣＴが、定格ランプ電力の１００％での動作時のＣＣＴの±２５０°Ｋ以内である、
ランプ（１０）。
【請求項２】
前記ハライド成分は更に、インジウムハライドを含む、請求項１に記載のランプ（１０）。
【請求項３】
前記充填材は、ジスプロシウム、ホルミウム、及びツリウムのハライドを含まない、請求項１または２に記載のランプ（１０）。
【請求項４】
白色光を発する、請求項１乃至３のいずれかに記載のランプ（１０）。
【請求項５】
前記ハライド成分はヨウ化物である、請求項１乃至４のいずれかに記載のランプ（１０）。
【請求項６】
前記ハライド成分は、塩化物、臭化物、ヨウ化物、及びこれらを組み合わせたものいずれかを含む、請求項１乃至４のいずれかに記載のランプ（１０）。
【請求項７】
前記充填材（１８）は、
２０〜２５ｍｏｌ％のカルシウムハライド又はストロンチウムハライドと、
３〜５ｍｏｌ％の、セリウムハライド又はランタンハライドの少なくとも一方と、
を含む、請求項１乃至６のいずれかに記載のランプ（１０）。
【請求項８】
定格ランプ電力において、３０００時間の動作後に少なくとも約８５％の光束維持率を示す、請求項１乃至７のいずれかに記載のランプ（１０）。
【請求項９】
ランプ（１０）の作製方法であって、
放電容器（１２）を設けるステップと、
前記放電容器内にイオン化可能充填材（１８）を封入するステップであって、前記充填材は、タリウムのハライドを含まないが、
（ａ）希ガスと、
（ｂ）水銀と、
（ｃ）更なるハライド成分と、を含み、前記更なるハライド成分は、
６８〜７２ｍｏｌ％のナトリウムハライドと、
１０〜２５ｍｏｌ％のカルシウムハライド又はストロンチウムハライドと、
２〜６ｍｏｌ％の、セリウムハライド又はランタンハライドの少なくとも一方と、
１〜３ｍｏｌ％のセシウムハライドと、を含む、封入するステップと、
電極（２０、２２）に印加される電圧に対する応答として前記充填材を励起させるために、前記電極（２０、２２）を前記放電容器内に配置するステップと、を含み、
前記ランプのＭＰＣＤは、定格ランプ電力の５０％未満での動作時に、６未満を示す、方法。
【請求項１０】
定格ランプ電力の５０％未満での動作時に、前記ランプのＣＣＴが２５０°Ｋしか上昇しない、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、最大定格電力未満で動作する、望ましくない色ずれを生じることなく優れた光束維持率及び高い発光効率を示すことが可能な放電ランプに関する。本開示の用途は、特に、ヨウ化タリウムをドーズ（添加物）に含まないセラミックメタルハライドランプに関連して考えられるため、特にこのセラミックメタルハライドランプに関して説明する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度放電（ＨＩＤ）ランプは、比較的小さい光源から大量の光を発することができる高効率ランプである。ＨＩＤランプは、様々な用途に広く用いられており、例えば、小売用陳列の照明、道路照明、競技場のような大きな会場の照明、工業用建物や商業施設の投光照明、プロジェクタ等に用いられるが、これらはほんの数例である。「ＨＩＤランプ」という用語は、様々な種類のランプを意味するように用いられている。これには、水銀ランプ、メタルハライドランプ、及びナトリウムランプが含まれる。メタルハライドランプは、特に、比較的低コストで高輝度を必要とする分野で広く用いられる。ＨＩＤランプが他のランプと異なるのは、その動作環境が、高温高圧での長時間にわたる動作を必要とする点である。また、これらのＨＩＤランプは、その用途及びコストから、有効寿命が比較的長く、発光の輝度及び色が安定していることが望ましい。ＨＩＤランプは、原理的には、交流（ＡＣ）電源でも直流（ＤＣ）電源でも動作可能であるが、実際には、ＡＣ電源で駆動されるのが普通である。
【０００３】
放電ランプの発光は、希ガス、メタルハライド、及び水銀の混合物等の蒸気充填材を、２つの電極間を通る電気アークでイオン化することによって行われる。これらの電極及び充填材は、半透明又は透明な放電容器に封入される。この放電容器は、励起された充填材の圧力を維持し、発せられた光を透過させる。これらの充填材は、ランプ「ドーズ」ともよばれ、電気アークによって励起されることで所望のスペクトルエネルギ分布を放出する。例えば、ハロゲン化合物（ハライド）から得られるスペクトルエネルギ分布は、光特性（例えば、色温度、演色性、及び発光効率）の選択肢が広い。
【０００４】
現在、社会の関心がより効率的且つ経済的なエネルギ利用にあることを踏まえ、ランプ性能を損なうことなくエネルギ消費を最適に低減する方法に対する関心が、照明産業において高まりつつある。解決策の１つは、電力レベルを下げてランプを動作させることである。商用照明用途においてエネルギ消費を節約できるかどうかは、我々のエネルギ資源の消費を社会として減らせるかどうかということと同様に重要である。
【０００５】
しかし、セラミックメタルハライド（ＣＭＨ）ランプを最大電力定格未満で照明動作させることには、少なくとも１つの弱点がある。動作中のランプの電力レベルが低下すると、ランプの相関色温度（ＣＣＴ）が１０００°Ｋ以上も上昇することに相関して、発光色が白色から緑色にずれる。ＣＭＨランプの色は、主にアーク管内の気相におけるハライドドーズ組成によって決まる。例えば、典型的なＣＭＨランプは、ＮａＩ、ＴｌＩ、ＣａＩ2、及び幾つかの希土類ヨウ化物（ＤｙＩ3、ＨｏＩ3、ＴｍＩ3、ＣｅＩ3、又はＬａＩ3等）を含有する。ＣＭＨランプを減光させると、アーク管温度の低下に伴って、アーク時のハライド蒸気圧が低下する。更に、ＴｌＩの蒸気圧は、希土類ハライドの蒸気圧よりもゆっくり低下する。ＴｌＩは、緑色の光を発し、他のヨウ化物よりも比較的高い蒸気圧のままであるため、ランプには、減光状態で白色から緑色への色ずれが生じる。このような光の色ずれは、商業用途では影響が大きい。例えば、小売用展示場所では、長寿命且つ狭い範囲を照らす発光性能の故にＣＭＨランプを採用することが多く、展示アイテムを最も有利な状態で（即ち、白色光の下で）見せることができない照明では非常に具合が悪い。同じことは、照明が顧客の味わう雰囲気や環境に寄与する公共の場所にも当てはまる。
【０００６】
現行技術において、ランプの化学的性質は、殆どの性能指標に対して非常に有利な特性を与える。しかし、エネルギ消費を減らすために電力を減らしてランプを動作させると、これらの性能指標が変化する可能性があり、具体的には、発光色に悪影響を及ぼす可能性がある。電力定格の１００％未満でランプを動作させると生じる望ましくない色ずれを、ドーズの化学的性質を変えることによって抑える試みが行われてきたが、多くの場合、そうした試みは、ランプの効率低下及び全体的な光束損失を招くこととなった。これらのパラメータは、ランプの発光色に直接関係するため、ランプを使用する消費者の満足度に直接作用する。しかし、ランプドーズを変えることによって発光色の問題を解決する取り組みは、他の性能及び測光パラメータの低下（時には大幅な低下）に終わり、このことは、ドーズの化学的性質の変化を最小限にした場合でも同様であった。したがって、ランプ色を改善する取り組みは、場合によっては、他の重要なランプパラメータを犠牲にして行われてきた。
【０００７】
例えば、米国特許第６５０１２２０号、米国特許第６７１７３６４号、及び米国特許第７０１２３７５号は、ランプドーズにＤｙＩ3、ＴｍＩ3、又はＨｏＩ3を含めることを開示しているが、これらは、ＣＭＨランプのタングステンハロゲンサイクルを妨げることが知られている。結果として、これらのランプは、光束維持率が低い。更に、上記特許の幾つかは、減光特性に関して有利に働き得るＭｇＩ2を含むが、これもランプの効率及び光束維持率の低下を引き起こす。これまでのところ、優れた減光特性を提供し、同時に、良好な光束維持率及び効率を提供できるＣＭＨランプドーズは無い。上述の弱点は、減光及びエネルギ節約という条件下でのＣＭＨランプの普及を制限する要因であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７４２３３８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、設定の如何にかかわらず、より高いエネルギ効率で照明を動作させる要求を満たせることが求められており、同時に、それを可能にする上で、知覚される発光の白色が損なわれないこと、具体的には、発光の色調が、緑がかる色ずれを生じないこと、光束維持率を低下させないこと、且つ、ランプ効率を低下させないことが求められる。必要とされるのは、消費者の選択により電力を電力定格から最大で５０％低下させても、白色の発光、良好な光束維持率、及び効率を維持しながら動作可能なランプである。
【００１０】
思いがけないことに、本発明は、ランプの他の性能パラメータ及び測光パラメータを全く、或いは、無視できる程度しか低下させずに、上記の望ましいパラメータの全てを達成する。このことは、ヨウ化タリウムを含まず、他のハライド組成物が最適化されたランプドーズを採用することにより、可能となる。結果として、光束、効率、及び光色に関して優れた性能を示すランプが得られる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一実施例において、ランプは放電容器を含み、この放電容器には、希ガスと、水銀と、タリウムを含まないハライド成分とを少なくとも含むイオン化可能充填材が封入されており、このハライド成分は、アルカリ金属ハライド、アルカリ土類金属ハライド、及び、希土類ハライドを含む。例えば、このハライド成分は、タリウムハライドを全く含まず、ナトリウムハライドと、カルシウムハライド又はストロンチウムハライドの少なくとも一方と、セリウムハライド又はランタンハライドの少なくとも一方とを含み得、更に、任意でセシウムハライド又はインジウムハライドを含み得る。
【００１２】
本発明の更に別の実施形態では、ランプの作製方法を提供する。本方法は、イオン化可能充填材が封入された放電容器を設けるステップを含み、この充填材は、希ガスと、水銀と、アルカリ金属ハライドと、アルカリ土類金属ハライドと、Ｌａ又はＣｅの少なくとも一方を含む希土類ハライドと、を含む。ハライド成分は、例えば、ナトリウムハライドと、カルシウムハライド及びストロンチウムハライドの少なくとも一方と、ランタン及びセリウムから成る群から選択される希土類ハライドの少なくとも１つと、任意でセシウムハライド又はインジウムハライドとを含み得る。本方法は更に、電極に印加される電圧に対する応答として充填材を励起させるために、電極を放電容器内に配置するステップを含む。本発明は、いかなる特定の製造方法又は処理にも限定されないことを理解されたい。
【００１３】
本発明の一実施形態によるランプの主な利点は、ランプの最大電力定格未満で（典型的には、最大定格電力から約５０％減らして）ランプを動作させた場合に、ランプドーズからヨウ化タリウムを除外したことに主に起因する知覚可能な色ずれを生じることなく、発光色が改善されることである。
【００１４】
本発明の一実施形態によるランプの別の利点は、３０００時間の動作後の光束維持率が、先行技術のＣＭＨランプの場合よりも１５％以上高くなることである。
【００１５】
本発明の一実施形態によるランプの更に別の利点は、効率が向上して９０ＬＰＷを超えることである。
【００１６】
本発明によるランプの他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明を読み、理解することにより、更に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態によるランプの色点のずれが６ＭＰＣＤ以内であることを、比較例としての従来型ランプの色点のずれとの比較で示したグラフである。
【図２】本発明の実施例によるＨＩＤランプの断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるランプの定格ランプ電力のパーセンテージに対するランプＣＣＴ（単位はケルビン（°Ｋ））を、比較例としての従来型ランプと比較したグラフである。
【図４】本発明の一実施形態によるランプのランプ寿命（１０００時間単位）に対する％光束維持率を、比較例としての従来型ランプと比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示は、最大定格電力未満で、望ましくない色ずれ、又は光束維持率の低下、又はランプ効率の低下を生じることなく動作可能な放電ランプに関する。本開示の用途は、特に、ヨウ化タリウムを含有せずランタンハライド又はセリウムハライドの少なくとも一方を含有するドーズを含むセラミックメタルハライドランプに関連して考えられるが、このランプは、定格ランプ電力未満での動作時にも、殆ど色ずれを生じず、良好な光束維持率及び良好な効率を示す。一実施例において、ランプは放電容器を含み、この放電容器には、希ガスと、遊離水銀と、タリウムを含まないハライド成分とを少なくとも含むイオン化可能充填材が封入されており、このハライド成分は、アルカリ金属ハライド、アルカリ土類金属ハライド、及び、ランタン及び／又はセリウムの少なくとも一方を含む希土類ハライドを含む。例えば、このハライド成分は、タリウムハライドを全く含まず、ナトリウムハライドと、カルシウムハライド又はストロンチウムハライドの少なくとも一方と、セリウムハライド又はランタンハライドの少なくとも一方とを含み得、更に任意で、セシウムハライド又はインジウムハライドを含み得る。
【００１９】
一実施形態では、ルーメン／ワット（ＬＰＷ）が少なくとも約９０であり、好ましくは高さが９７であり、更に、光束維持率が、３０００時間の動作後に約９０％超、即ち約９３％である、上記の放電ランプを提供する。このランプを定格ランプ電力の約５０％まで電力レベルを下げて動作させた場合、ランプＣＣＴのずれは±２００°Ｋ未満である。本明細書で用いている「定格電力」、「定格ランプ電力」、及び「ランプ電力定格」という用語、又はこれらを小変更したものは全て、本明細書では区別なく使用可能であり、業界標準に従ってランプが意図されたように動作する際の最適ワット数を意味する。この点において、例えば、白熱ランプは、１００Ｗ、７０Ｗ、又は５０Ｗのランプとして販売されており、ワット数（Ｗ）は、ランプの最大電力定格を示している。同様に、ＨＩＤランプは、一般に、１５０Ｗ、１００Ｗ、７０Ｗ、５０Ｗ、３９Ｗ、及び２０Ｗのランプとして販売されている。
【００２０】
別の実施形態では、セラミックメタルハライドランプを提供する。このランプは、定格ランプ電力の８０％未満、更には定格ランプ電力の約５０％未満、即ち、定格ランプ電力の４３％で動作させた場合に、ＣＣＴが、定格ランプ電力の１００％で動作させた場合のランプのＣＣＴとほぼ同じ、又は約±１００°Ｋ以内である。したがって、ＣＣＴがほぼ同じままであるという事実から、ランプの発光時に顕著な色ずれが全く生じない。即ち、ランプから発せられた光は、白色光として知覚される。上記に加えて、本発明の少なくとも１つの実施形態によるランプは、優れた光束出力及び効率を示す。これらの特性を示すＣＭＨランプに含まれるドーズは、ヨウ化タリウムを含まず、ナトリウムハライドと、カルシウムハライド又はストロンチウムハライドと、セリウムハライド又はランタンハライドの少なくとも一方とを含む。そこで、以下の開示では、定格ランプ電力未満での動作時でも、効率が改善されていて、現在入手可能な他の同等のランプよりも色性能が良好なランプを提供する。
【００２１】
様々な態様で記載するように、本ランプでは、目標とする信頼度又は光束維持率を損なうことなく複数の測光目標値を同時に満たすことができる。本発明によるランプ設計において望ましい測光特性には、ルーメン、ＣＲＩ、ＣＣＴ、及びＤｃｃｙ等が含まれる。
【００２２】
「ルーメン」という用語は、本明細書では、光源（ここではＣＭＨランプ）から発せられた可視光の総量を意味する。ランプの効率、即ち発光効率は、（通常はワット単位で測定される）電力に対する光束（単位はルーメン）の比率である。一般に、光源の出力を測定する場合、即ち、光源が所与の電力量からどの程度の可視光を提供するかを測定する場合には、発光をルーメン／ワット（ＬＰＷ）単位で測定する。言い換えると、発光効率は、デバイスから発せられる光束の総量（ルーメン）と、そのデバイスで消費される入力電力の総量（ワット）との比を表す。入力エネルギの一部は、熱等の、可視光放射以外の形で失われる。
【００２３】
相関色温度（ＣＣＴ）は、黒体放射体の色度（色）が光源に最も近いときの黒体放射体の（ケルビン度（°Ｋ）で表される）絶対温度で定義される。ＣＣＴは、国際照明委員会（ＣＩＥ）１９６０色空間の色座標（ｕ，ｖ）の位置から推定可能である。この観点から、ＣＣＴのレーティングは、光源の「暖色」又は「寒色」の度合いを示す。この数値が高いほど、ランプは寒色の度合いが強くなる。この数値が低いほど、ランプは暖色の度合いが強くなる。例示的なランプの相関色温度（ＣＣＴ）は、例えば、約２７００°Ｋ〜約４５００°Ｋ、約３３００°Ｋ〜約３２００°Ｋ、例えば、３０００°Ｋである。例えば、ＮａＩ、ＣａＩ2、ＴｌＩ、及びＬａＩ3を含む従来の充填材組成を、希ガス及び遊離水銀と一緒に有するＣＭＨランプが、７０Ｗの定格ランプ電力において約３０００°ＫのＣＣＴで動作可能である。一方、これと同じランプにおいて、ランプ電力を減らして動作させるとＣＣＴが上昇し、定格ランプ電力の約５０％での動作時のＣＣＴは約４４００°Ｋである。この、ＣＣＴの約１４００°Ｋの上昇は、白色から緑色への色ずれに対応する。これに対し、本発明の少なくとも１つの実施形態によるランプであって、そのドーズ組成にヨウ化タリウムを含まず、ＮａＩ、ＣａＩ2、又はＳｒＩ2を含み、ＬａＩ3及び／又はＣｅＩ3の少なくとも一方を含むランプについて同様の試験を行うと、このランプは、定格ランプ電力の１００％ではＣＣＴが３０００°Ｋであり、定格ランプ電力の５０％でも、ＣＣＴは約３１００°Ｋにしかならない。この、ＣＣＴの３０００°Ｋから３１００°Ｋへの約１００°Ｋという僅かな上昇で生じる色ずれは、殆どの消費者が知覚しない程度のものである。したがって、本発明によるランプは、電力を減らした状態での発光の色品質が改善されているため、エネルギ効率の良い照明としての選択肢となる。上記は例示に過ぎず、主題のランプドーズによって色品質がどのように改善されるかを示すためのものにすぎない。したがって、本発明は、上述の特定の実施形態にいかなる形でも限定されることはなく、充填材及び温度を含めて、その様々な修正形態が本明細書において考慮されていることを理解されたい。
【００２４】
Ｄｃｃｙは、色点の、Ｙ軸（ＣＣＹ）上の、標準黒体曲線からの色度差である。図１では、黒体曲線（軌跡）を黒い実線の円弧で示している。円弧のすぐ下の、Ｘ軸（ＣＣＸ）のほぼ０．４２と０．４５との間に位置しているのが、一般にマクアダム楕円（ＭａｃＡｄａｍ  Ｅｌｌｉｐｓｅ）とよばれているものである。「マクアダム楕円」という用語は、従来の色度図上にあって、平均的な人間の目には楕円の中心にある色と区別がつかない全ての色を含む範囲を意味する。この楕円は、互いに無関係な複数の観察者が色点について行った突き合わせの結果を用いて作成された。マクアダムは、観測者らが行った突き合わせの結果が全て、ＣＩＥ１９３１色度図上のある楕円に収まることに気づいた。測定は、色度図上の２５個の点で行われ、色度図上の楕円のサイズ及び方向は、試験対象の色によって大きく変化することがわかった。マクアダム楕円を用いて、動作電力を定格ランプ電力の１００％から始めて、８０％、７０％、６０％、５０％と下げていって、単一ランプに対して複数の色点を測定すると、発光色が不変と知覚される色点は、必ず楕円内にとどまることが明らかになった。一般には、色点間の差が６ＭＰＣＤ（最小知覚可能色差）を超えると発光色がずれているとされる。図１は、上述のように、ＴｌＩを含む７０Ｗの従来型ＣＭＨランプの生成する色点が単一の楕円内に収まらないことを明確に示している。これに対し、本発明の一実施形態による３つのＣＭＨランプ（Ａ、Ｂ、Ｃで示されており、それぞれが、表（実施例１）によるドーズを有していて、ＴｌＩを含んでいない）のそれぞれが生成した色点は、電力が低減した場合も、単一の楕円内に収まった（即ち、ＭＰＣＤが６以下）。したがって、これは条件を満たしており、発光色の知覚可能なずれを表していないと考えられる。
【００２５】
また別の、よく使用される色指標が、演色評価数（ＣＲＩ）である。ＣＲＩは、ランプが個々の色を示す能力を或る基準との比較で示すものであり、ランプのスペクトル分布と基準（典型的には黒体）のスペクトル分布とを同じ色温度で比較した結果から導出される。標準色タイルを照明する際の光源の演色を定義する特殊演色評価数（Ｒi、i＝１〜１４）が１４個ある。一般演色評価数（Ｒａ）は、０〜１００のスケールで表される、（非飽和色に対応する）最初の８個の特殊演色評価数の平均である。特に明記しない限り、本明細書では、「Ｒａ」を単位として演色を表している。本発明によるランプと同等の充填材を有しながらＴｌＩを含む従来型の７０ＷのＣＭＨランプの演色評価数は、約８０〜８８の範囲である。上記のように、動作電力を減らした状態で発光の色ずれを回避するためのこれまでの試みには、ＴｌＩの量を減らすことが含まれていた。しかし、これらの試みの結果、ランプのＣＲＩは８０をかなり下回った。これに対し、ヨウ化タリウムを含まないドーズを有し、本明細書に記載したハライドドーズ成分を含むランプは、８６という高いＣＲＩを示した。業界では、ＣＲＩが約８０を超えれば優秀とされる。
【００２６】
本発明のランプ設計によると、これらの範囲及びパラメータ、即ち、約３０００°Ｋで安定したＣＣＴ、最大で約６のＭＰＣＤ、及び８６という高いＣＲＩを全て同時に満たすことが可能である。思いがけないことに、これは、ランプ効率及び光束維持率に悪影響を及ぼすことなく達成可能である。したがって、例えば、例示的ランプは、定格ランプ電力の８０％未満、更には約４０％もの低い電力で動作しながら、改善された色品質、即ち、白色発光と相関があるＣＣＴ、ＣＲＩ、及び色点を示すことが可能であり、更に、周知の望ましい基準に従う光束効率及びランプ寿命を維持することが可能である。
【００２７】
一実施形態では、放電容器と、放電容器内に延びる電極とを含むランプを提供する。本ランプでは更に、放電容器内にイオン化可能充填材が封入されている。このイオン化可能充填材は、ヨウ化タリウムを含まない。本明細書においては、タリウムハライドをドーズに含めないことにより、且つ、下記のようなハライドドーズ成分を更に含めることにより、発光色に関連する上記のパラメータを有利に達成できることがわかっている。この有利なＣＭＨランプのイオン化可能充填材は、希ガスと、Ｈｇと、アルカリ金属ハライド、少なくとも１つのアルカリ土類金属ハライド、及びランタン及びセリウムから成る群から選択される少なくとも１つの希土類ハライドを含むハライド成分と、を含む。
【００２８】
図２は、例示的なＨＩＤランプ１０の断面図である。ランプ１０は、内部チャンバ１４を画定する放電容器（アーク管）１２を含み、放電容器１２はシュラウド３６に封入可能である。放電容器壁１６は、アルミナ等のセラミック材料、又は他の好適な光透過材料（石英ガラス等）から形成可能である。内部チャンバ１４には、イオン化可能充填材１８が封入されている。タングステンから形成可能な電極２０、２２が、放電容器の対向し合う端部に位置しており、電流が印加されると充填材を励起する。典型的には、２つの電極２０及び２２に、基部３８を貫通して（例えば、図示されていない安定器から）導体２４、２６を介して交流電流が供給される。電極２０、２２の先端２８、３０は、距離ｄを隔てて配置されており、これがアークギャップを画成している。ランプ１０に給電され、ランプへの電流の流れが促されると、２つの電極間に電圧差が発生する。この電圧差によって、電極の先端２８、３０の間のギャップに跨ってアークが発生する。このアークによって、電極の先端２８、３０の間の領域でプラズマ放電が発生する。可視光が発生し、壁１６を通ってチャンバ１４の外に通り抜ける。
【００２９】
イオン化可能充填材１８は、上述のように、希ガスと、遊離水銀（Ｈｇ）と、タリウムハライド（特にヨウ化タリウム）を含まないハライド成分とを含む。このハライド成分は、希土類ハライドを含んでおり、更に、アルカリ金属ハライド及びアルカリ土類金属ハライドの１つ以上を含み得る。動作時、電極２０、２２は、電極の先端２８、３０の間にアークを発生させ、これによって、充填材をイオン化して、放電空間にプラズマを発生させる。発光の放射特性は、主に、充填材料の成分、電極間の電圧、チャンバの温度分布、チャンバ内の圧力、及びチャンバの形状に依存する。更に、ランプを定格ランプ電力（定格電力）よりも小さい電力で動作させた場合は、これらのパラメータの組み合わせがランプの発光色に大きく影響する。ハライドドーズにヨウ化タリウムを含めないことにより、定格ランプ電力よりも低い電力でもランプ性能に良い影響を及ぼすことができ、これによって、性能を低下させることなくエネルギを節約し、場合によっては、ランプ性能を改善できる。充填材に関する以下の説明では、特に明記しない限り、各成分の量は、放電容器に最初に封入される量、即ち、ランプを動作させる前に封入される量を意味する。
【００３０】
バッファガスは、アルゴン、キセノン、クリプトン、又はこれらを組み合わせたもの等の希ガスであってよく、内部チャンバ１４に対して約２〜２０マイクロモル／立方センチメートル（μｍｏｌ／ｃｍ3）の割合で充填材中に存在可能である。また、バッファガスを、ランプ動作の早い段階で発光させるための起動用ガスとして機能させることもできる。ＣＭＨランプに適した一実施形態では、ランプにＡｒが再充填される。別の実施形態では、85Ｋｒを少量添加したＸｅ又はＡｒを用いる。放射性の85Ｋｒは、ランプの起動を支援するイオン化をもたらす。冷却充填圧力は約６０〜３００Ｔｏｒｒであるが、これよりも高い冷却充填圧力も例外ではない。一実施形態では、少なくとも約２４０Ｔｏｒｒの冷却充填圧力を用いる。圧力が高すぎると、ランプの起動に支障が出る場合がある。圧力が低すぎると、ランプの寿命にわたる内腔減価償却費の増加に繋がる可能性がある。
【００３１】
ここまで「遊離Ｈｇ」とも称してきた水銀ドーズは、アーク管の体積に対して約２〜３５ｍｇ／ｃｍ3からの割合で存在し得る。水銀の重量は、選択された安定器から電力を引き出すために必要なアーク管動作電圧が得られるように調節される。
【００３２】
既述のように、本発明によるランプのハライドドーズは、タリウムハライドを含まない。即ち、ハライドドーズの成分としてタリウムを含まない。上記のように、ドーズ材料の一部としてタリウムハライドを含めないことは周知であった。しかし、ランプにタリウムハライドを含めないと、ランプ効率が低下するため、タリウムの使用は妥当であった。これに対し、思いがけないことに、タリウムハライド以外のドーズ成分を周到に選択することにより、測光ランプ特性に悪影響を及ぼすことなく、タリウムハライドをドーズから除外できることがわかった。即ち、以下のドーズ成分を有するＣＭＨランプが、定格動作電力未満での動作時に、望ましくない色ずれを生じず、光束維持率が低下せず、発光効率が良好であることがわかった。このドーズは、ＮａＩ2，ＣａＩ2、又はＳｒＩ2と、ＣｅＩ3又はＬａＩ3とを含み、タリウムハライドを含まない。このドーズには、任意でＣｓハライド及び／又はＩｎハライドを含めてもよい。上述のドーズ組成を含むＣＭＨランプが、知覚可能な色ずれを生じることなく、良好な効率、優れた光束維持率、及び所望の減光を示すことがわかった。
【００３３】
ハライド成分中のハライドは、それぞれ、塩化物、臭化物、ヨウ化物、及びこれらを組み合わせたものから選択可能である。一実施形態では、ハライドは全てヨウ化物である。ヨウ化物を使用すると、ランプ寿命が長くなる傾向がある。これは、充填材にヨウ化成分が含まれると、それ以外の類似の塩化物成分又は臭化物成分が含まれる場合より、アーク管及び／又は電極の腐食が少ないためである。ハライド化合物どうしは、通常、化学量論的関係にある。
【００３４】
ハライド成分の希土類ハライドとしては、少なくとも、ランタン（Ｌａ）及びセリウム（Ｃｅ）のハライドがあり、更に、プラセオジム（Ｐｒ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、及びこれらを組み合わせたもののハライドがある。充填材中の希土類ハライドは、一般式ＲＥＸ3を有し得る。このとき、ＲＥは、Ｌａ及びＣｅから選択され、且つ、任意でＰｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、及びＳｍから選択され、Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ、並びにこれらを組み合わせたものから選択される。当業者には周知のとおり、任意の好適な濃度で充填材中に存在可能である。この群に含まれる希土類ハライドの例としては、ランタンハライド及びセリウムハライドがある。充填材は、一般に、これらのハライドの少なくとも１つを含み、これは、全ハライドの少なくとも１％のモル濃度で充填材中に存在可能である。一実施形態では、このように限定された、希土類ハライドの群にある希土類ハライドだけが含まれる。具体的には、充填材は、希土類元素であるジスプロシウム、ホルミウム、及びツリウムのハライドを含まない。これらの希土類ハライドを使用することは周知であるが、本願発明者らの理解では、これらを使用すると、ランプの動作電力を定格ランプ電力以下にした場合に光束維持率が低下する可能性がある。しかし、本発明のドーズにＴｌＩがないことを踏まえると、ここに示したランプドーズにより上記の不利点は解決される。
【００３５】
アルカリ金属ハライドを含める場合には、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、及びセシウム（Ｃｓ）の各ハライド、並びにこれらを組み合わせたものから選択可能である。具体的な一実施形態では、アルカリ金属ハライドは、ナトリウムハライドを含む。充填材中のアルカリ金属ハライドは、一般式ＡＸを有し得る。このとき、Ａは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、及びＣｓから選択され、Ｘは、上記のように、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ、並びにこれらを組み合わせたものから選択される。当業者には周知のとおり、好適な濃度で充填材中に存在可能である。一実施形態では、アルカリ金属ハライドは、ナトリウムハライド及びセシウムハライドを含む。
【００３６】
アルカリ土類金属ハライドを含める場合には、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、及びストロンチウム（Ｓｒ）の各ハライド、並びにこれらを組み合わせたものから選択可能である。充填材中のアルカリ土類金属ハライドは、一般式ＭＸ2を有し得、Ｍは、Ｃａ、Ｂａ、及びＳｒから選択され、Ｘは、上記のように、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ、並びにこれらを組み合わせたものから選択される。具体的な一実施形態では、アルカリ土類金属ハライドは、カルシウムハライドを含む。別の具体的な実施形態では、アルカリ土類金属ハライドは、ストロンチウムハライドを含む。アルカリ土類金属ハライドは、当業者には周知のとおり、任意の好適な濃度で充填材中に存在し得る。しかし、アルカリ土類金属ハライド成分は、ＭｇＸ2を含まない。本願発明者らの理解では、ＭｇＸ2を使用すると、ランプの動作電力を定格ランプ電力以下にした場合に光束維持率が低下する可能性があるか、或いは、初期ランプ光束効率が抑制される可能性がある。
【００３７】
一実施形態では、充填材は、
６８〜７２ｍｏｌ％のアルカリ金属ハライドと、
１０〜２５ｍｏｌ％のアルカリ土類金属ハライドと、
２〜６ｍｏｌ％の希土類ハライドと、を含み、
各ハライド成分は、上記の開示と一致するように選択される。
【００３８】
別の実施形態では、充填材は、
６８〜７２ｍｏｌ％のアルカリ金属ハライドと、
１０〜２５ｍｏｌ％のアルカリ土類金属ハライドと、
２〜６ｍｏｌ％の希土類ハライドと、
少なくとも１．０ｍｏｌ％のセシウムハライドと、を含み、
各ハライド成分は、上記の開示と一致するように選択される。
【００３９】
更に別の実施形態では、充填材は、
６８〜７２ｍｏｌ％のアルカリ金属ハライドと、
１０〜２５ｍｏｌ％のアルカリ土類金属ハライドと、
２〜６ｍｏｌ％の希土類ハライドと、
少なくとも１．０ｍｏｌ％のインジウムハライドと、を含み、
各ハライド成分は、上記の開示と一致するように選択される。
【００４０】
上記の範囲は全て、ドーズ組成のみならず色パラメータに関しても、本発明のランプ設計を同時に満たすことができる。思いがけないことに、このことは、ランプの信頼性又は光束維持率に悪影響を及ぼすことなく達成可能である。したがって、例えば、この例示的なランプは、改善された色品質、即ち、白色発光と相関があるＣＣＴ、ＣＲＩ、及び色点を示すことが可能であり、更に、周知の望ましい基準に従った、或いはそれ以上の光束出力及びランプ寿命を維持できる。
【００４１】
次の表１は、本明細書で示した全ての性能パラメータ、即ち、使用エネルギを減らしても白色からの色ずれがないこと、良好な光束維持率、並びに優れた効率を達成するハライドランプドーズの例を示す。また、比較例のドーズ組成も示す（総実ＭＦ：Ｔｏｔａｌ  Ａｃｔｕａｌ  Ｍｏｌｅ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ）。
【００４２】
【表１】
0005802088.tif 000002
図３は、定格ランプ電力の％に対するランプＣＣＴのグラフである。全てのランプにおいて、７０Ｗが定格電力の１００％であると評価された。図示のように、全てのランプは、定格電力の１００％でランプＣＣＴが０になる。これは、ランプ温度が３０００°Ｋの場合に対応する。表１の実施例１、２、及び５に対応する、本発明の少なくとも１つの実施形態によるランプ１、２、及び５では、ＣＣＴが僅かなくぼみの後にごく僅かな上昇を見せる折れ曲がりパターンが発生する。定格電力の約４３％では、本発明による３つのランプ全てが、定格電力の１００％、即ち、約３１００°ＫにおけるランプＣＣＴから１００°Ｋ以内にある。これに対し、表１の先行技術ランプに対応する比較例の先行技術ランプでは、電力を定格ランプ電力の１００％から減らしていくにつれて、ＣＣＴが着実な上昇を示し、定格電力の５０％では、ＣＣＴが１２５０°Ｋから約４２５０°Ｋに上昇する。このＣＣＴの大幅な上昇は、ランプ発光色の緑色へのずれに相関しているため、小売用陳列の照明や他の商用照明には望ましくない。
【００４３】
図４は、ランプ寿命（１０００時間単位）に対する％光束維持率を示すグラフである。これらのランプのドーズ組成は、先の表１に示されている。次の表２は、上記の例に関して、表１に示したドーズ組成を有するランプの性能データを示す。即ち、表１の例２のドーズは、表２の例２の性能データに対応する。このデータは、表２の２列目に示した数の同型ランプの平均値を示している。
【００４４】
【表２】
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表２及び図４に示したデータからわかるように、ＴｌＩをドーズに含む比較例の先行技術ランプは、例２、３、及び４のランプと比較して、光束維持率がランプの寿命にわたって低く、３０００時間の動作後では８１％である。例２、３、及び４のランプは、いずれもＴｌＩをドーズに含んでおらず、これら全てが、３０００時間の動作にわたって９１％を超える光束維持率を示し、９５％もの高さになっている。
【００４５】
好適な実施形態を参照しながら本発明を説明した。明らかなように、上記の詳細な説明を読み、理解すると、当業者には修正形態及び改変形態が想到されよう。本発明は、こうした修正形態及び改変形態も全て包含すると解釈されることを意図している。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ＨＩＤランプ
１２  放電容器／アーク管
１４  内部チャンバ
１６  放電容器壁
１８  イオン化可能充填材
２０、２２  電極
２４、２６  導体
２８、３０  （電極の）先端
３６  シュラウド
３８  基部
ｄ  距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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