(57)【要約】  本発明は、充填ガス３４を有する放電空間を気密に封止する光透過放電管３２を有する無水銀分子放電ランプ３０に関する。無水銀分子放電ランプは、更に、放電空間の放電３８を維持するための放電手段３６と、動作時、時間をかけて充填ガス内の互いに関する放電の位置、及び／又は充填ガス内の放電の大きさを変化させるための放電変化手段４０、４２とを有する。時間をかけて放電の位置及び／又は大きさを変化させる効果は、特定の変化速度及又は変化周波数で、無水銀分子放電ランプの出力パワー及び／又は光束が大幅に増大されるということである。この効果が、充填ガスと、変化速度及び／又は変化周波数とに依存していることが見出される。
2012514845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填ガスを有する放電空間を気密に封止する光透過放電管と、前記放電管内の放電を維持するための放電手段と、無水銀分子放電ランプの出力パワー及び／又は光束を増大するため、動作時、互いに対して前記充填ガス内の放電の位置を変化させ、及び／又は時間とともに前記充填ガス内の放電の大きさを変化させるための放電変化手段とを有する、無水銀分子放電ランプ。
【請求項２】
前記放電変化手段は、前記充填ガス内の放電の位置及び／又は大きさを連続的に及び／又は周期的に変化させる、請求項１に記載の無水銀分子放電ランプ。
【請求項３】
前記放電変化手段は、前記放電空間の前記充填ガスに依存して最適な変化速度及び／又は最適な変化周波数で放電の位置及び／又は大きさを変化させ、前記無水銀分子放電ランプの最適な出力パワーを生成させる、請求項１に記載の無水銀分子放電ランプ。
【請求項４】
前記放電変化手段は、放電の位置及び／若しくは大きさを変化させるため放電及び充填ガスを互いに対して回転させるための回転手段、放電の位置及び／若しくは大きさを変化させるためパルスモードで前記無水銀分子放電ランプに電力を付与するためのパルス生成手段、放電の位置及び／若しくは大きさを変化させるため振幅変調モードで前記無水銀分子放電ランプに電力を付与するための振幅変調手段、並びに／又は放電の位置及び／若しくは大きさを変化させるため周波数変調モードで前記無水銀分子放電ランプに電力を付与するための周波数変調手段を有する、請求項１、２又は３に記載の無水銀分子放電ランプ。
【請求項５】
前記放電変化手段として回転手段を有し、前記回転手段は前記放電管を回転させる、請求項１乃至４の何れか一項に記載の無水銀分子放電ランプ。
【請求項６】
前記回転手段は、２０Ｈｚより低い回転周波数で前記放電管を回転させる、請求項５に記載の無水銀分子放電ランプ。
【請求項７】
前記放電変化手段は、前記充填ガス内の放電を回転及び／又は変化させるため変化する電場及び／又は磁場を生成する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の無水銀分子放電ランプ。
【請求項８】
前記回転手段が前記充填ガスに対して放電を回転軸の周りに回転させる当該回転軸は、放電を生成させるための電場と実質的に平行である、請求項４、５、６又は７に記載の無水銀分子放電ランプ。
【請求項９】
前記充填ガスは、元素周期表のＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ及び／又はＶＩＢグループの酸化物及び／又は硫化物を有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載の無水銀分子放電ランプ。
【請求項１０】
元素周期表のＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ及び／又はＶＩＢグループの酸化物は、元素周期表のＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ及び／又はＶＩＢグループの一酸化物を有する、請求項９に記載の無水銀分子放電ランプ。
【請求項１１】
無水銀分子放電ランプは、無電極放電ランプである、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の無水銀分子放電ランプ。
【請求項１２】
無水銀分子放電ランプは、前記無水銀放電ランプの出力を最適にするため前記放電変化手段を調整するための調整手段を有する、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の無水銀分子放電ランプ。
【請求項１３】
無水銀分子放電ランプは、発光物質を有する、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の無水銀分子放電ランプ。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載の無水銀分子放電ランプを有する照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無水銀分子放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
低圧ガス放電ランプは、しばしば紫外線（更にＵＶとも呼ばれる）光の生成のための主要な成分として、水銀を有する。発光物質を有する発光層が、水銀からの紫外線を増大された波長の光へ、例えば、医学目的のためのＵＶＣ、日焼けのための（日焼けランプ用）ＵＶＢ及びＵＶＡ又は通常の照明目的のための可視放射線へ変換させるために、放電管の内壁に存在する。従って、斯様な放電ランプは、蛍光灯とも呼ばれる。
【０００３】
低圧水銀蒸気放電ランプの放電管は、放電空間を気密に封止する光透過エンベロープにより通常構成される。放電管は、一般に円環状であり、細長くコンパクトな実施形態を有する。
【０００４】
低圧放電ランプの新しい開発は、少なくとも部分的に可視光を放射するいわゆる分子放電ランプの導入に至った。これらの分子放電ランプは、例えばハロゲンと共に金属化合物を有する。放電空間から放射される光は、金属の特性ラインに加えて、放電空間にある、塩化物、臭化物、ヨウ化物及び／又は、例えばオキシヨウ化物のような金属の異なる化合物からの寄与も有する。金属のこれら異なる化合物は、発光層を介して変換される必要がない可視光を通常放射する。従って、分子放電ランプの効率は、非分子放電ランプの効率より一般に高い。斯様な分子放電ランプは、例えば、国際特許公開公報ＷＯ２００７／１３２３６８から既知である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの既知の分子放電ランプの欠点は、効率及び／又は効力がまだ最適でないということである。
【０００６】
本発明の目的は、改良された効率及び／又は効力を持つ分子放電ランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によると、前記目的は、充填ガスを有する放電空間を気密に封止する光透過放電管と、前記放電管内の放電を維持するための放電手段と、無水銀分子放電ランプの出力パワー及び／又は光束を増大するため、動作時、互いに対して前記充填ガス内の放電の位置を変化させ、及び／又は時間とともに前記充填ガス内の放電の大きさを変化させるための放電変化手段とを有する、無水銀分子放電ランプで達成される。
【０００８】
充填ガス内の放電の位置を互いに対して変化させることは、放電がある充填ガスの位置が放電に対して変化される実施例、放電の位置が充填ガス内で変化される実施例、充填ガスの位置及び放電両方が変化される実施例、充填ガス及び放電の位置の変化の速度又は方向の互いに対する違いがある実施例を含む。
【０００９】
特定の理論に固執されることを望まずに、発明者は、充填ガス内の放電の位置が変化されるとき、無水銀分子放電ランプの分子放電の効率が改善されることがわかった。前述のように、分子放電ランプは可視範囲内の光を一般に放射し、よって紫外線放射を可視光へ変換するために通常用いられる発光物質に対するニーズを省略する。従って、分子放電ランプの効率は、既知の低圧放電ランプと比較して既に改善されている。無水銀分子放電ランプでの実験において、発明者は、放電の位置及び／又は大きさを変化させることにより、動作時に、充填ガス内で、分子放電ランプの放射強度の増大が示されるとわかった。放射強度のこの増大は、充填ガス内の放電の最適変化―速度又は最適変化―周波数を持つことが分かった。更にまた、これらの実験は、最適変化―速度又は最適変化―周波数での最大放射強度が、比較的ゆっくり達成されることを示した：最大放射強度に到達される前に、最適変化速度又は最適変化周波数での無水銀分子放電ランプの動作は、１０分より多くかかる。最適変化速度又は最適変化周波数から離れた値での放射強度に対して最大ほぼ２倍の最大放射強度が観察される。他方、実験では、最適変化速度又は周波数から離れた値へ変化速度又は周波数を変えると、放射強度の比較的速い低減が記録されることが分かった。強度の低減は、最適変化速度及び／又は最適変化周波数から離れた値での無水銀分子放電ランプの動作の数秒後に起こる。最適変化速度及び／又は最適変化周波数での無水銀分子放電ランプのこの改善された効率の背後の物理的プロセスは完全には理解されていないが、無水銀分子放電ランプが最適変化速度又は最適変化周波数から離れた値で動作されるとき、放射強度を低減するために必要とされる時間と比較して、最適変化速度の適用後に最大放射強度に到達するために必要とされる時間との違いのため、発明者は、充填ガス内の種々異なる成分の混合効果を除外した。
【００１０】
本発明による分子放電ランプは、無水銀分子放電ランプである。放電内の水銀の存在は、比較的かなりの量の紫外線放射を生成するだろう。分子放電ランプにより生成される放射線は好ましくは可視光であるので、紫外線放射の存在は好まれない。更にまた、水銀の放射スペクトルの一部は、青紫色の／青色レンジの放射を有する。水銀が放電内に存在するならば、青又は青紫の比較的強い寄与が、水銀のために分子放電ランプの発光スペクトル内に存在し、発光スペクトルの赤の領域内には水銀の寄与はないだろう。これは、一般に好まれない青っぽい発光色を持つランプを生成するだろう。最後に、水銀が放電内に存在するとき、放電ランプ内に放電を生成及び／又は維持するために必要とされる電圧及び放電温度は、無水銀分子放電ランプと比較して両方とも高い。斯様な高い放電温度及び／又は電圧は、分子放電ランプ内に放電を生成及び／又は維持するためより多くの電力を必要とし、分子放電ランプの効率を低下させる。従って、分子放電ランプは、一般に無水銀分子放電ランプである。
【００１１】
無水銀分子放電ランプの実施例では、前記放電変化手段は、前記充填ガス内の放電の位置及び／又は大きさを連続的に及び／又は周期的に変化させるように構成される。この実施例の利点は、充填ガスを変える必要なしに、無水銀分子放電ランプから放射される光のカラーポイントを変化可能にすることである。放電変化手段のオンオフを切替えることにより、無水銀分子放電ランプにより放射される光のスペクトルは変えられ、よって、放射された光の色を変える。
【００１２】
無水銀分子放電ランプの実施例では、放電変化手段は、放電空間の充填ガスに依存する最適変化速度及び／又は最適変化周波数で位置及び／又は大きさを変化させるように構成される。発明者は、最適変化速度及び／又は最適変化周波数が、放電ランプの充填ガスに強く依存することがわかった。実験は、同じ放電管、同じ放電手段及び同じ放電変化手段を用いても、異なる充填ガスが、異なる最適変化速度及び／又は最適変化周波数を必要とすることを示した。例えば、充填ガス内の放電の位置が最適回転周波数で放電管を回転させることにより変化するとき、ＺｒＢｒ４及びＰ２Ｏ５を有する第１の充填ガスは、１８Ｈｚの最適回転周波数を持つ一方で、硫化物を持つＨｆＢｒ４を有する第２の充填ガスは１．５Ｈｚの最適回転周波数を持つ。この最適変化速度及び／又は最適変化周波数で位置及び／又は大きさを変化させることは、無水銀分子放電ランプの出力パワーをかなり増大させる。かなりとは、最大２倍までの改善が記録されたことを意味する。
【００１３】
無水銀分子放電ランプの実施例では、前記放電変化手段は、放電の位置及び／又は大きさを変化させるため放電及び充填ガスを互いに対して回転させるための回転手段を有する。この実施例の利点は、ランプパワー、直流動作等のような最初に使用される動作状況との何れの干渉なしに、プラズマ発光の進歩性ある最適化が使用できることである。
【００１４】
代わりの実施例では、前記放電変化手段は、放電の位置及び／又は大きさを変化させるためパルスモードで前記無水銀分子放電ランプに電力を付与するためのパルス生成手段を有する。この実施例の利点は、パルス化されたモード動作で電力を供給することにより、無水銀分子放電ランプの電源を適合させて、比較的容易に最適化が組み込まれるということである。特定のパルス化モード周波数で、プラズマは不安定に直面し、これは、放電管内、よって充填ガス内でのプラズマの動きに至る。斯様な特定のパルス化モード周波数の間、無水銀分子放電ランプの出力パワーは、最大の出力パワーの方へ徐々に増大する。特定のパルス化モード周波数から離れて動くとき、増大された出力パワーは比較的速く減衰し、無水銀分子放電ランプの出力パワーは、その最初の出力パワーに戻る。
【００１５】
代わりの実施例では、前記放電変化手段は、放電の位置及び／又は大きさを変化させるため振幅変調モードで前記無水銀分子放電ランプに電力を付与するための振幅変調手段を有する。また、この振幅変調モードは、無水銀分子放電ランプの電源を適応させることにより比較的容易に組み込める。
【００１６】
代わりの実施例では、前記放電変化手段は、放電の位置及び／又は大きさを変化させるため周波数変調モードで前記無水銀分子放電ランプに電力を付与するための周波数変調手段を有する。また、この周波数変調モードは、無水銀分子放電ランプの電源を適応させることにより比較的容易に組み込める。周波数変調手段の使用の他の利点は、もし干渉があっても干渉はより広い周波数帯域に拡がってしまうため、無水銀分子放電ランプが、より少ない電磁干渉しか生成しないことである。
【００１７】
放電変化手段としての回転手段を有する無水銀分子放電ランプの実施例では、回転手段が放電管を回転させるように構成される。この実施例の利点は、回転放電管が、すでに使用されているということであり、例えば、無電極放電ランプの放電管上のホットスポットを回避するため、又は例えば米国特許第４，９５４，７５６号に示されるような、ある水銀蒸気放電ランプ内に水銀を混合させるために使用されているということである。斯様な放電管の再利用は、比較的容易であるが、ここではこれは放電管の回転周波数が無水銀分子放電ランプの出力パワーが増大する最適回転速度へ好ましくは調整される無水銀分子放電ランプに関する。米国特許第４，９５４，７５６号を読み込むとき、当業者は、放電管を回転させる理由が米国特許第４，９５４，７５６号の放電混合物内の水銀の混合を改善することであり、放電管の回転の速度は、当該混合が充分であることを確実にするために特定の最小レベルを越えるべきことがわかるだろう。従って、米国特許第４，９５４，７５６号に示されるような回転放電管を使用して、無水銀分子放電ランプを回転させるとき、当業者は、混合される水銀が存在しないので、出力パワーの増大を予期しないだろう。更にまた、前のセクション及び実施された実験で、最大出力パワーを得るために必要とされる時間が、増大された出力パワーをその元のレベルへ引き下げるために必要とされる時間と比較して著しく長いので、本発明による無水銀分子放電ランプの出力パワーの増大が混合効果により生じないことが示されている。従って、本発明における出力パワーの増大を引き起こす物理的効果は、放電内の要素の混合により生じるものと比較して、異なっているはずである。これは、放電管の回転軸の方向が、米国特許第４，９５４，７５６号では必要とされる電界軸と直交する必要はないという事実により、再び強調される。本発明の好ましい実施例では、放電管の回転軸は、細長い放電管を許容するために、電場に対して均一に実質的に平行である。最後に、米国特許第４，９５４，７５６号は、出力パワーの重要な増大を供給する最適回転速度があることを示していない。米国特許第４，９５４，７５６号は、水銀を混合するのに充分なことを確実にするために、回転速度が最小回転速度を好ましくは越えなければならないことを示すだけである。本発明による無水銀分子放電ランプでは、回転速度の本当の最適条件が見つかり、回転速度が最適回転速度より高くても低いても出力パワーが減少してしまう。従って、同様の回転放電管が、本発明による無水銀放放電管の増大された出力パワーを得るために使用されるが、斯様な効果の背後にある物理的特性は、米国特許第４，９５４，７５６号に示される混合原理の光で既知であるもの及び突発的なもの両方とは異なっている。
【００１８】
無水銀分子放電ランプの実施例では、前記回転手段は、２０Ｈｚより低い回転周波数で前記放電管を回転させるように構成される。
【００１９】
放電変化手段として回転手段を有する無水銀分子放電ランプの実施例では、前記放電変化手段は、前記充填ガス内の放電を回転及び／又は変化させるため変化する電場及び／又は磁場を生成するように構成される。この実施例の利点は、充填ガス及び／又は放電を互いに対して動かすためにハードウェアを実際に動かす必要なく、放電及び／若しくは充填ガスのこの回転並びに／又は変化が、得られるということである。ハードウェアを動かしたり及び／又は回転させることは、摩耗しやすく、適切に働く無水銀分子放電ランプを保証するためにメンテナンス及び／又は交換を必要とする。斯様なメンテナンス及び／又は交換は、比較的高コストであって、回避されるべきである。放電近くの電場及び／又は磁場を変えることにより、放電は、放電管内の部品を実際に動かすことなく充填ガス内で動かされ及び／又は回転される。従って、無水銀分子放電ランプの寿命は改善され、及び／又はメンテナンス経費が大幅に減らされる。最後になったが大事なことは、充填ガスに関して放電を動かすため放電管内の動く部分の使用を回避することにより、放電管の複雑さがかなり減らされることである。
【００２０】
無水銀分子放電ランプの実施例では、前記回転手段が前記充填ガスに対して放電を回転軸の周りに回転させる当該回転軸は、放電を生成させるための電場と実質的に平行である。この実施例の利点は、細長い放電管も無水銀放放電管を包含するため使用できることである。従って、光源は、実質的に球形であるよりもむしろ特定の距離にわたって伸展している。本明細書で、電場に対して実質的に平行であるということは、回転手段の回転軸が電場の方向に小さな角度、通常は１０度以下の角度を形成することを意味する。
【００２１】
無水銀分子放電ランプの実施例では、前記充填ガスは、元素周期表のＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ及び／又はＶＩＢグループの酸化物及び／又は硫化物を有する。この実施例の利点は、実験から、発明者は、充填ガスに関係した放電の位置及び／又は大きさの（発明的）変化に対して、これらの発光体が、例えば効率及び／又は効力の比較的高いゲインを呈するという点で、相対的に敏感であることを見出したことである。
【００２２】
無水銀分子放電ランプの実施例では、元素周期表のＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ及び／又はＶＩＢグループの酸化物は、元素周期表のＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ及び／又はＶＩＢグループの一酸化物を有する。この実施例の利点は、これら２価の分子の安定性及び一酸化物のスペクトルを考えると、効力の改善は直接の可視光放射への重要な寄与に主によることである。
【００２３】
無水銀分子放電ランプの実施例では、無水銀分子放電ランプは、無電極放電ランプである。放電手段は、例えば、誘導動作を介して、容量性動作を介して、又はマイクロ波動作を介して放電を維持する要素を含む。無電極無水銀分子放電ランプの利点は、放電管の充填物に関して、より多くの設計の自由度を提供することである。特に分子放電ランプを使用するとき、これらの分子放電ランプに対する充填物は、放電ランプの電極を損傷するハロゲンをしばしば有する。あるいは、充填ガスの構成要素は、放電管内の電極と反応し、従って充填ガスの構成を変えてしまう。これは、結果的に、放射光の異なる色となるか、又は放電の消光にさえなる。従って、無電極無水銀分子放電ランプの使用は、無水銀分子放電ランプのための充填ガスの選択に関して、より大きい設計の自由度を提供する。
【００２４】
無電極無水銀分子放電ランプを使用するときの他の利点は、無電極無水銀分子放電ランプの平均寿命が、電力を放電空間に送るため放電管を通じた電気的接触を持つ従来の低圧ガス放電ランプと比較して、かなり長いということである。一般に、電極とも呼ばれる電気的接触は、従来の低圧ガス放電ランプの寿命を制限する。電極は、例えば、残留物で汚染されるか、又は例えば、放電により損傷を受けて、従来の低圧ガス放電ランプの動作を保証するために充分な電力を放電空間に送ることができない。
【００２５】
無水銀分子放電ランプの実施例では、無水銀分子放電ランプは、前記無水銀放電ランプの出力を最適にするため前記放電変化手段を調整するための調整手段を有する。この調整手段は、無水銀分子放電ランプの出力パワーを最適化するために、充填ガスと関係して放電の変化周波数及び変化速度を調整する。
【００２６】
無水銀分子放電ランプの実施例では、無水銀分子放電ランプは、発光物質を有する。発光物質は、例えば、放電から放射される光の一部を吸収することにより、無水銀分子放電ランプにより放射される光の色を修正するか又は微調整するために用いられ、吸収される光を異なる色の光に変換する。本発明による無水銀分子放電ランプが一般照明目的のために用いられるとき、無水銀分子放電ランプは、好ましくは事前に決められた色の光を作る。発光物質を有する発光層は、放電管の内壁、又は放電管の外壁に付与される。発光層を放電管の外壁に付与することは、発光物質が放電管内部の充填ガスと反応するのを防止する。
【００２７】
本発明は、本発明による無水銀分子放電ランプを有する照明システムにも関する。照明システムは、例えば、オフィス照明、街灯、店照明のための通常の照明システムや、例えば、ビルディングを照明するための照明システムである。照明システムは、例えば、自動車照明として適用されてもよい。
【００２８】
本発明のこれら及び他の態様が、これ以降説明される実施例から明らかであり、説明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明による電極を有する無水銀分子放電ランプの断面図を示す。
【図２】図２は、本発明による誘導放電手段を有する無水銀分子放電ランプの断面図を示す。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、本発明によるマイクロ波放電手段を有する無水銀分子放電ランプの断面図を示す。
【図４】図４Ａ乃至図４Ｄは、本発明による無水銀分子放電ランプの種々異なる放射スペクトルを示す。
【図５】図５は、種々異なる回転周波数が低圧ジルコニウム四塩化物ガス放電ランプの放射スペクトルを生成するために使われる、本発明による無水銀分子放電ランプの時間に関した出力パワーを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図は、単なる図表であって、一定の比率で描かれているわけではない。特に明確にするため、幾つかの大きさは、強く誇張されている。図の中の同様の部品は、可能な限り同一の参照番号により示されている。
【００３１】
図１は、本発明による電極１６を有する無水銀分子放電ランプ１０の断面図を示す。本発明による無水銀分子放電ランプ１０は、放電空間を気密な態様で封止する壁を持つ光透過放電管１２を有する。放電空間は、例えば、元素周期表のグループＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ及び／又はグループＶＩＢ要素の金属化合物を有する充填ガス１４を有する。無水銀分子放電ランプ１０は、更に放電空間にエネルギーを結合させる放電手段１６を有する。放電手段１６は、放電空間内にガス放電を得るため容量性結合、誘導性結合（図２を参照）、マイクロ波結合（図３を参照）、又は図１の例で示されるような電極１６を介して放電空間にエネルギーを結合させる。
【００３２】
図１に示される実施例では、放電手段１６は、一組の電極１６である。図１では、電極１６のセットの一方の電極１６だけが示されている。電極１６は、無水銀分子放電ランプ１０の放電管１２の壁を通って延在する電気的接続部である。２本の電極１６間に電位差を付与することにより、放電１８が、２本の電極１６間に生成され及び／又は維持される。
【００３３】
一般に、無水銀分子放電ランプ１０の光生成は、特に電子であるが、またイオンでもよい電荷キャリアが、無水銀分子放電ランプ１０の電極１６間に付与される電場により加速されるという原理に基づく。無水銀分子放電ランプ１０の充填ガスのガス原子又は分子とこれら加速された電子及びイオンとの衝突により、これらのガス原子又は（好ましくは）分子が解離され、励起され又はイオン化させられる。充填ガスの原子又は分子がグランド状態に戻るとき、励起エネルギーの多かれ少なかれかなりの部分が放射線に変換される。
【００３４】
図１に示される無水銀分子放電ランプ１０の実施例では、無水銀分子放電ランプは、更に、動作時に、無水銀分子放電ランプ１０の出力パワーを増大するため時間をかけて、充填ガス１４内の放電１８の位置を互いに対して変化させ、及び／又は充填ガス１４内の放電１８の大きさを変化させるために構成される放電変化手段４０、４２を有する。この放電変化手段は、例えば、無水銀分子放電ランプに電力を供給する修正電源４２である。この修正電源４２は、例えば、パルス信号である電力信号、又は、例えば付加的な振幅変調が、充填ガス１４に関係して放電１８の位置及び／又は大きさを変化させるため電力信号に加えられる電力信号を生成する。代わりに、修正電源４２は、例えば、充填ガス１４に関係して放電１８の位置及び／又は大きさを変化させるため電力信号に加えられる付加的な周波数変化変調を更に有する電力信号を生成する。斯様な実施例は、無水銀放放電の出力パワーが大幅に向上するように、事前に決められた変化周波数及び／又は変化速度で充填ガスに対する放電１８の位置及び／又は大きさを変える。重大な改善は、例えば最大２倍までの改善を意味する。
【００３５】
図１に示される実施例は、更に、調整手段５０を有する。この調整手段５０は、更に無水銀分子放電ランプの出力パワーを最適化するために用いられる。しかし、調整手段５０は、オプションである。特定の充填ガスに対する最適変化周波数及び／又は変化速度は、実験室で決定されてもよく、修正電源４２は、最適化の必要なく事前に決められた最適変化周波数及び／又は最適変化速度で動作するように構成されてもよい。
【００３６】
図１に示される無水銀分子放電ランプ１０の実施例では、発光層６０は、放電管１２の内部に存在する。発光層６０は、例えば、放電１８から放射される光の一部を吸収し、吸収された光を異なる色の光へ変換する。特定の発光物質又は発光物質の混合物を選択することにより、無水銀分子放電ランプ１０の色は、発光層６０により放射される光と放電空間１４から放射される可視光との混合により決定できる。
【００３７】
図２は、誘導カプラ２６で構成される放電手段２６を有する、無水銀分子放電ランプ２０の断面図を示す。誘導カプラ２６も、放電を生成するために用いられる。誘導カプラ２６は、一般にフェライトコア、例えばニッケル−亜鉛フェライト又はマンガン−亜鉛フェライトの周りに巻かれたコイルを有する。誘導カプラ２６は、放電管２２内の突起２３に配置され、放電空間で放電管２２内に変化する電磁場を生成する。放電空間の充填ガス２４内の電子及びイオンは、電磁場により加速されて、充填ガス内の他の化合物、例えば、分子化合物と衝突する。衝突により、分子化合物は、励起され、その後光を放射する。無水銀分子放電ランプ２０の放電を誘導的に生成及び／又は維持する利点は、放電ランプの寿命を一般に制限する電極１６（図１を参照）が省略できることである。代わりに、誘導カプラ２６は、（示されていない）放電管２２の外部に配置され、結果的に放電管２２のための製造プロセスの簡略化となる。また、図２に示される実施例では、発光層６０が付与されているが、この発光層６０は放電管２２の外側に付与されてもよい。
【００３８】
また、図２に示される無水銀分子放電ランプ２０の実施例では、無水銀分子放電ランプへ電力を供給する修正電源４２として再び具現される放電変化手段４０、４２が存在する。この修正電源４２は、充填ガス２４に関係して放電２８の位置及び／又は大きさを変化させるためのパルス化された電力信号、周波数変調された電力信号及び／又は振幅変調電力信号である電力信号を生成する。更にまた、任意の調整手段５０が存在してもよい。
【００３９】
図３Ａ及び図３Ｂは、無水銀分子放電ランプ３０が、放電管３２が位置されるマイクロ波共振器３５と導波路３３とに接続されているマイクロ波放電手段３６を有する、本発明による無水銀分子放電ランプ３０の第３の実施例の断面図を示す。放電管３２は、本実施例では、可動スタンド３７に取り付けられる球面石英放電管３２から成る。可動スタンド３７は、例えば、特定の回転周波数で放電管３２を回転させるための回転手段４０である放電変化手段４０に接続されている。代わりに、放電変化手段４２は、放電管３２内の充填ガス３４に関係して放電３８の位置及び／又は大きさを変化させるためのパルス化されたマイクロ波電力信号、周波数変調されたマイクロ波電力信号及び／又は振幅変調マイクロ波電力信号であるマイクロ波電力信号を生成する修正電源４２（図３Ｂ参照）である。放電変化手段４０、４２の両方の実施例では、オプションで、調整手段５０が存在してもよい。
【００４０】
図４Ａ乃至図４Ｄは、本発明による無水銀分子放電ランプの種々異なる放射スペクトルを示す。図４Ａ乃至図４Ｄに示される種々異なる放射スペクトルは、動作時、無水銀分子放電ランプ１０、２０、３０の出力パワーを増大するため時間をかけて、ガス放電１４、２４、３４の放電１８、２８、３８の位置を各々に関係して変化させて、及び／又は充填ガス１４、２４、３４内の放電１８、２８、３８の大きさを変化させることによる改善された放射特性を示す。図４Ａ乃至図４Ｄのスペクトルを測定するために使われた放電管１２、２２、３２は、図３Ａ及び図３Ｂに示されるような無水銀分子放電ランプ３０のものと同様である。
【００４１】
図４Ａは、３２．５ミリメートルの内径、すなわち１８立方センチメートルのボリュームの球面石英放電管３２が１．３２ミリグラムのＺｒＢｒ４、０．２３ミリグラムのＰ２Ｏ５、及び１００ミリバールのＡｒ（＝室温での充填圧）で満たされた第１の実施例の放射スペクトルを示す。斯様なランプは、ＺｒＰＨ２ランプとしても更に示される。このＺｒＰＨ２無水銀分子放電ランプ３０は、２．４５ＧＨｚでＲＦ場により駆動される、図３Ａ及び図３Ｂに示されるようなマイクロ波共振器３５で動作された。放電管３２は、電場ベクトルＥに対して垂直な回転軸Ｒで、回転周波数・ｒｏｔで、マイクロ波共振器３５内で回転された。
【００４２】
図４Ａに示されるような放射スペクトルが、９Ｈｚ、１８Ｈｚ及び３０Ｈｚの回転周波数・ｒｏｔを用いて、２００ワットのランプ電力で得られる。９Ｈｚの回転周波数・ｒｏｔで、ＺｒＯ放射がスペクトルにほとんど見られない。ＺｒＯバンド放射のためプラズマ放射線は、主にλ＝６００ｎｍと６５０ｎｍとの間だけでなく、λ＝５３０ｎｍと５７０ｎｍとの間の波長領域で起こる。回転周波数・ｒｏｔを１８Ｈｚへ２倍にすることは、分子ＺｒＯの放射が無水銀分子放電ランプ３０の全体の放射スペクトルに強く加えられるので、著しく放電放射を変える。更に回転周波数・ｒｏｔを３０Ｈｚまで増大することは、無水銀分子放電ランプ３０の全体の放射スペクトルに対して分子ＺｒＯの寄与を再び減少させる。これは、最適回転周波数・ｒｏｔがほぼ１８Ｈｚであることを明らかに示し、当該周波数でＺｒＰＨ２ランプの放射効率が最適化される。
【００４３】
図４Ａから既にわかるように、特に可視範囲（４００ｎｍから８００ｎｍ）の光パワーは、回転周波数・ｒｏｔを変化させることにより著しく変えられ、これは可視光を生成するための無水銀分子放電ランプ３０の効率を大幅に改善させる。図４Ａの無水銀分子放電ランプ３０の出力パワーの漸進的な改善が図５にも示され、図５は、１８Ｈｚの回転周波数・ｒｏｔのため全体の出力パワーは、１８Ｈｚから離れた回転周波数・ｒｏｔでの出力パワーと比較してほぼ２倍になることを示す。
【００４４】
図４Ｂは、３２．５ミリメートルの内径、すなわち１８立方センチメートルのボリュームの球面石英放電管３２が１．１７ミリグラムのＨｆＢｒ４、０．１０ミリグラムの硫黄、及び１００ミリバールのＡｒ（＝室温での充填圧）で満たされた第２の実施例の放射スペクトルを示す。斯様なランプは、ＨｆＳＨ４ランプとしても更に示される。このＨｆＳＨ４無水銀分子放電ランプ３０は、２．４５ＧＨｚでＲＦ場により駆動される、図３Ａ及び図３Ｂに示されるようなマイクロ波共振器３５で動作された。放電管３２は、電場ベクトルＥに対して垂直な回転軸Ｒで、回転周波数・ｒｏｔで、マイクロ波共振器３５内で回転された。
【００４５】
図４Ｂに示されるような放射スペクトルが、１．５Ｈｚ、１０Ｈｚ及び２２Ｈｚの回転周波数・ｒｏｔを用いて、３００ワットのランプ電力で得られる。図４Ａに示される第１の実施例に示される結果にもかかわらず、ここでは、ハフニウム―モノ―硫化物分子の最適光パワー及び最大放射が、１．５Ｈｚの低い回転周波数νｒｏｔで得られる。回転周波数νｒｏｔを１０Ｈｚ及び更に２２Ｈｚまで増大することは、ハフニウム―モノ―硫化物放射の量及び光パワーを（わずかに）減少させる。これは、ほぼ１．５Ｈｚで、異なるガス混合物を持つこの第２実施例での最適回転周波数・ｒｏｔがあることを明らかに示し、当該周波数でＨｆＳＨ４ランプの放射効率が最適化される。
【００４６】
図４Ｃは、３２．５ミリメートルの内径、すなわち１８立方センチメートルのボリュームの球面石英放電管３２が０．９２ミリグラムのＨｆＢｒ４、０．４６ミリグラムのＺｒＢ４、０．２８ミリグラムのＰ２Ｏ５、０．１３ミリグラムの硫黄、及び１００ミリバールのＡｒ（＝室温での充填圧）で満たされた第３の実施例の放射スペクトルを示す。斯様なランプは、ＺｒＨｆＨ１ランプとしても更に示される。このＺｒＨｆＨ１無水銀分子放電ランプ３０は、２．４５ＧＨｚでＲＦ場により駆動される、図３Ａ及び図３Ｂに示されるようなマイクロ波共振器３５で動作された。放電管３２は、電場ベクトルＥに対して垂直な回転軸Ｒで、回転周波数・ｒｏｔで、マイクロ波共振器３５内で回転された。
【００４７】
図４Ｃに示されるような放射スペクトルが、３Ｈｚ、１０Ｈｚ及び１５Ｈｚの回転周波数・ｒｏｔを用いて、４００ワットのランプ電力で得られる。光パワーに対する影響がほとんど見えない一方、放射特性（したがって、色温度及びカラーポイント）が著しく変化する。３Ｈｚ（図４Ｃの黒い実線）の低い回転周波数νｒｏｔで、ＺｒＯによる放射は、広帯域背景放射信号で明らかに見える（図４Ａの黒い実線を比較する）。回転周波数νｒｏｔを１０Ｈｚまで増大させることにより（図４Ｃの白色の実線）、ＨｆＳ放射が広い背景で増大する一方（スペクトルに対する実施例２の図４Ｂと比較する）、ＺｒＯ分子からの光が抑制される。回転周波数νｒｏｔを１５Ｈｚまで更に増大させることは（図４Ｃの黒い点線）、背景上でのＺｒＯ及びＨｆＳ放射の混合に至る。
【００４８】
図４Ｄは、４８ミリメートルの内径及び１００ミリメートル長、すなわち１８０立方センチメートルのボリュームの管状石英エンベロープが０．１９ミリグラムのＺｒＣｌ４、０．５５ミリグラムのＭｏＣｌ３、０．８０ミリグラムのＡｕＣｌ３、及び１８ミリバールのＸｅ（＝室温での充填圧）で満たされた第４の実施例の放射スペクトルを示す。石英エンベロープの外面に７回の巻線を持つ空気コイル（図２を参照）によってランプに誘導結合された斯様なランプは、１４ＭＨｚ周波数のＲＦパワーの２８０ワットで動作される。供給されるＲＦパワーが信号生成パワー増幅システム４２により生成され、２つのキャパシタが、ランプインピーダンスを増幅器の出力インピーダンス（５０オームである）に整合させるため、整合ネットワークとして使用される。
【００４９】
整合出力インピーダンスを具備する整合ネットワークへの出力パワーは、信号生成器のＡＭモードを使用することにより変調された（％振幅変調ＡＭ及び変調周波数νｍｏｄ）。約３３０Ｃの最冷スポット温度で、２５％振幅変調で２つの異なる変調周波数νｍｏｄに対する発光スペクトルが図４Ｄにプロットされる。
【００５０】
約２．３ｋＨＺの変調周波数νｍｏｄ周りで、放電２８（図２参照）は、ある程度のプラズマ不安定性を示す（空コイルの軸に沿って放電の小さな動き）。動きの速度は、変調周波数νｍｏｄに依存する。変調周波数νｍｏｄの小さな変化は、結果的に放射スペクトルの重大な変化となる（図４Ｄ参照）。２．３２ｋＨｚの低い変調周波数νｍｏｄ（図４Ｄの黒い実線参照）で光パワーは高く、ＺｒＯに対する分子発光が、２．３７ｋＨｚの高い変調周波数νｍｏｄ（図４Ｄの白い実線参照）と比較して改善される。
【００５１】
図５は、時間に対する本発明による無水銀分子放電ランプの出力パワーを示す。図５のグラフは、時間についての種々異なる回転周波数遷移を示す。図５に見ることができるように、図４Ａの第１の実施例の成分では１８Ｈｚである最適変化速度への遷移により、最大出力パワーへの増大を徐々に進行させ、最大出力に到達するには１５分よりもっとかかる。最適変化周波数から離れる遷移の後、出力パワーの低減が速く１分より短い間で起こる。このグラフから図４Ａ乃至図４Ｄに示される例の各々において増大した出力パワーを生成する効果は、放電管１２、２２、３２の回転による改善された混合により生じるのではなく、現時点では完全に理解されていない幾らか他の物理的理由を持つと結論できる。
【００５２】
第１の領域では、放電管３２の回転周波数・ｒｏｔは９Ｈｚであり、図４Ａに示されるように明らかに第１の実施例成分に対する最適な回転周波数ではない。放射される出力パワーが徐々に減少する。９Ｈｚとラベル付けされる図４Ａの第１のスペクトラムが、第１の領域（ローマ数字Ｉにより示される）に示される矢印で測定される。次に、第２の領域（ローマ数字ＩＩにより示される）は、３０Ｈｚの回転周波数・ｒｏｔを有する。この第２の回転周波数は僅かに改善された出力パワーを供給するが、出力パワーを改善するために要求される時間は、最大５分である。次に、図５に示されるグラフの第３の領域（ローマ数字ＩＩＩにより示される）において、回転周波数・ｒｏｔは、９Ｈｚまで再び変化され、速い出力パワー低減が観察される。図５の第４の領域（ローマ数字ＩＶにより示される）において、３０Ｈｚの回転周波数・ｒｏｔまで戻る変化が、遷移Ｉ−ＩＩ（期待されるように）のものと類似した態様に結果的になる。しかしながら、強度が領域ＩＩのレベルに復帰するには、再び約３分かかる。
【００５３】
その後、第５の領域（ローマ数字Ｖにより示される）は、１８Ｈｚの回転周波数・ｒｏｔを有する。この周波数は、放電周波数に関して最適な回転周波数・ｒｏｔであるように見える。１８Ｈｚの回転周波数・ｒｏｔで放電管の回転５分後、強度が徐々に増大する一方、無水銀分子放電ランプの他のパラメータは変わらなかった。第６の領域（ローマ数字ＶＩにより示される）において１５Ｈｚの回転周波数・ｒｏｔへの周波数の短い変化は、出力パワーが素早く減少させることになる。このスキャン（１０ｓ当たり１データポイント）に対するデータサンプリングレート内で、強度が元の値の約７０％へ下がる。１分経たないうちに、回転周波数は、第７の領域（ローマ数字ＶＩＩにより示される）で１８Ｈｚの回転周波数・ｒｏｔへリセットされる。ここで、高い効率で最大強度に到達するまで依然約１５分かかる。
【００５４】
従って、本発明による無水銀分子放電ランプに対する最適な周波数を見つけるために、以下のステップが実行される：変化周波数及び／又は変化速度が増大され、出力パワーが徐々に増大するとき変化周波数及び／又は変化速度の更なる増大が実現され、出力パワーが相対的に突然減少するとき、変化周波数及び／又は変化速度の低減が、出力パワーが依然増大していた以前の変化周波数及び／又は変化速度になるまで実現される。
【００５５】
上述の実施例は、本発明を制限するよりはむしろ例示するものであって、当業者は添付の請求項の範囲から逸脱することなく多くの代わりの実施例を設計できることに留意されたい。
【００５６】
請求項において、括弧内の参照符号は請求項を制限するものとして解釈されない。動詞「有する」及びその派生語の使用は、請求項内で述べられたもの以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素に先行する冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、斯様な要素の複数の存在を除外しない。本発明は、幾つかの明確な要素を有するハードウェアにより実行されてもよい。装置クレームにおいて、列挙される幾つかの手段、これら手段の幾つかは、ハードウェアの全く同一のアイテムにより具現化されてもよい。特定の手段が相互に異なる従属項で再引用されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが好適に使用できないことを示すものではない。
【図１】
2012514845.tif 000003
【図２】
2012514845.tif 000004
【図３Ａ】
2012514845.tif 000005
【図３Ｂ】
2012514845.tif 000006
【図４Ａ】
2012514845.tif 000007
【図４Ｂ】
2012514845.tif 000008
【図４Ｃ】
2012514845.tif 000009
【図４Ｄ】
2012514845.tif 000010
【図５】
2012514845.tif 000011
【国際調査報告】
2012514845.tif 000012
2012514845.tif 000013
2012514845.tif 000014
2012514845.tif 000015
2012514845.tif 000016