專利名稱：高壓放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在密封了汞、溴化物以及稀有氣體的發(fā)光管的放電容器內(nèi)彼此相向配置了一對由鎢構(gòu)成的電極的高壓放電燈，尤其與彼此相向的兩個電極的端部各自呈半球形，通過電極間的放電在其端部形成弧光點的突起物的短弧型高壓放電燈有關(guān)。
背景技術(shù)：
設(shè)置在投影型液晶顯示器，液晶投影機等投影型圖象顯示裝置中的背照光，由于要求其將圖像以足夠的輝度、效率以及色調(diào)效果均勻地投射到矩形屏幕上，因而作為其光源通常使用高壓汞放電燈以及金屬鹵化物燈之類的高壓放電燈。
此種燈通常是在彼此相向配置了由鎢構(gòu)成的一對電極的發(fā)光管的放電容器內(nèi)密封進(jìn)發(fā)光物質(zhì)的汞，以及通過鹵素周期作用使從電極蒸發(fā)出來的，附著在放電容器內(nèi)壁上的鎢重新返回電極從而抑制發(fā)光管黑化的溴化物等鹵化物，以及用于輔助起動亮燈的氣體氬、氪、氙等稀有氣體。但為了作為接近點光源的高輝度光源而將電極間距離設(shè)定為很短的短弧型高壓放電燈存在因電極端部的溫度過度上升，鎢的熔融與蒸發(fā)作用顯著，電極的端部變形與損耗，同時蒸發(fā)的鎢附著在放電容器的內(nèi)壁上往往過早產(chǎn)生發(fā)光管的黑化使燈的使用壽命變短的問題。
此外，電極間距離一短，即產(chǎn)生在亮燈初期形成于電極端部中心附近的弧光點(電極的陰極動作期間輻射電子電流的位置)隨著亮燈時間的延長朝與亮燈初期不同的位置周期性移動的所謂弧光跳躍現(xiàn)象，僅僅使用了100小時的投影圖象顯示裝置的屏幕亮度即下降30％之多，在屏幕上往往會出現(xiàn)因輝度變化而引起的令人不舒服的閃爍。
也就是說，作為投影圖像顯示裝置的背照光的光源使用的高壓放電燈雖然預(yù)先進(jìn)行了使其發(fā)光管的管軸以及用來反射發(fā)光管的光的凹面鏡的中心軸一致的光軸調(diào)整，但由于上述弧光跳躍現(xiàn)象的出現(xiàn)，弧光點在每個亮燈周期偏離光軸無序移動，因而在屏幕上產(chǎn)生因輝度變化引起的令人不舒服的閃爍，同時存在導(dǎo)致屏幕亮度低下的問題。
鑒于上述問題，日本國特開2001-312997號公報、2001-325918號公報、以及2002-83538號公報中即公示出下述技術(shù)為了抑制形成電極的鎢熔融與蒸發(fā)，通過加粗電極端部使熱容量加大的同時，為了抑制弧光跳躍現(xiàn)象的產(chǎn)生通過將電極端部制作成半球形使產(chǎn)生弧光點的位置處于球面形的凹面內(nèi)。
此外，上述特開2001-312997號公報還公示出下述技術(shù)在端部為半球形的一對電極之間通過通一定時間的交流電使之產(chǎn)生弧光放電，通過利用該放電預(yù)先在兩個電極的端部形成弧光點的突起物，使電極端部的熱容量增加的同時，防止產(chǎn)生弧光跳躍現(xiàn)象。
然而經(jīng)過對該技術(shù)的作用效果進(jìn)行試驗與研究，結(jié)果證明若不能適當(dāng)調(diào)整燈的亮燈波形及亮燈頻率、密封在發(fā)光管的放電容器內(nèi)的溴化物的溴濃度、電極間距離與燈電流的大小、電極的半球形的端部上的鎢重量等各種條件，則存在僅僅在燈亮后的幾分鐘之內(nèi)，就會因電極端部形成弧光點的突起物消失而很快產(chǎn)生弧光跳躍現(xiàn)象，或因該突起物過度增長而使電極之間的距離變小，使燈電壓過早變低而導(dǎo)致亮度下降等問題，此外，還存在電極端部的變形、損耗、發(fā)光管早期黑化等問題。
因此，本發(fā)明的目的還是在于通過適當(dāng)調(diào)整高壓放電燈中的上述各種條件防止電極端部變形、損耗、發(fā)光管早期黑化的同時，抑制在電極端部形成弧光點的突起物消失或過度增長，有效防止弧光跳躍現(xiàn)象的產(chǎn)生，防止將高壓放電燈作為光源的投影圖象顯示裝置的屏幕出現(xiàn)閃爍以及屏幕亮度下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的高壓放電燈，其特征在于在由內(nèi)部密封了泵、溴化物以及稀有氣體的發(fā)光管的放電容器內(nèi)彼此相向配置一對由鎢構(gòu)成的電極，以及兩個電極的端部各自呈半球形，通過電極間的放電在其端部形成弧光點的突起物的高壓放電燈之中，當(dāng)把兩個電極間的極間距離設(shè)定為L(mm)，把穩(wěn)定亮燈時的燈電流設(shè)定為I(A)，把密封在發(fā)光管的放電容器內(nèi)的溴化物的溴的克分子量設(shè)為X(mol)，把發(fā)光管的放電容器的內(nèi)容積設(shè)為Y(ml)，把各電極的大體呈半球形的端部鎢重量設(shè)為W(mg)時可滿足下述式(1)～式(3)0.3≤L/I≤1.0 (1)1.2×10-7≤X/Y≤1.1×10-5(2)9≤W3/2/I≤65 (3)的同時，穩(wěn)定亮燈時的矩形波亮燈頻率為45Hz以上。
采用本發(fā)明的高壓放電燈由于彼此相向的電極前端部均呈半球形，因而形成弧光點的突起物位于電極間距離最短的電極最前端部。
而且據(jù)本發(fā)明人的試驗，當(dāng)L/I的值不足0.3的情況下，因電極端部損耗燈電壓早期上升，無法獲得穩(wěn)定的放電，另一方面，若L/I的值超過1.0。則由于鹵素周期作用鎢過多地附著堆積在電極端部形成弧光點的突起物上，該突起物過度增長，極間距離變短而使燈電壓早期下降，導(dǎo)致因燈電力不足而產(chǎn)生的亮度下降。但若在0.3～1.0的范圍內(nèi)選擇決定該L/I的值，則可抑制電極端部損耗，以及形成弧光點的突起物過度增長。
此外，當(dāng)X/Y的值不足1.2×10-7的情況下，發(fā)光管的黑化即會早期出現(xiàn)，該值一超過1.1×10-5，支持半球形的電極的根部又會很快變細(xì)，容易出現(xiàn)電極脫落。但若在1.2×10-7～1.1×10-5的范圍內(nèi)選擇決定X/Y的值，則可防止發(fā)光管的早期黑化與電極脫落。
此外，當(dāng)W3/2/I的值不足9的情況下，因電極端部的早期損耗而導(dǎo)致燈電壓急劇上升，該值一超過65，燈的啟動性能惡化的同時，在電極端部形成的弧光點的突起物因縮小或消失或形成復(fù)數(shù)，很可能產(chǎn)生弧光點移動的弧光跳躍現(xiàn)象。但是若在9～65的范圍內(nèi)選擇決定W3/2/I的值，由于突起物的形狀與大小并不發(fā)生多大的變化，因而不會產(chǎn)生弧光跳躍現(xiàn)象，電極端部也不會很快損耗。
還有，若不用矩形波亮燈，由于電極間存在產(chǎn)生輝光放電的時間，因而會導(dǎo)致發(fā)光管的黑化，此外，穩(wěn)定亮燈時的亮燈頻率不足45Hz的情況下，由于電極的陰極動作期間內(nèi)的冷卻時間長，電極端部形成的弧光點的突起物過度增長，極間距離變短，因燈電壓的早期低下而導(dǎo)致燈電力不足引起亮度低下。但若用矩形波亮燈，并將該矩形波的亮燈頻率設(shè)定為45Hz以上，則可防止發(fā)光管的早期黑化與構(gòu)成弧光點的突起物過度增大。
此外，本發(fā)明為了實現(xiàn)穩(wěn)定器的小型化，實現(xiàn)燈的高輝度、高效率、高色調(diào)效果，防止發(fā)光管破裂，把密封在發(fā)光管的放電容器內(nèi)的汞量選擇設(shè)定為放電容器的單位內(nèi)部容積(ml)130～290mg。
也就是說，將發(fā)光管的放電容器內(nèi)的平均氣體溫度設(shè)定為2000K，若用氣體狀態(tài)方程式計算亮燈期間的放電容器的內(nèi)壓，則為當(dāng)密封在發(fā)光管的放電容器內(nèi)的汞量不足130mg/ml的情況下，其放電容器的內(nèi)壓按照計算應(yīng)為100個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓左右，但由于在100個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓左右存在8％的二原子分子，因而實際不足100個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，由于燈電壓低即需要更多的燈電流，因而很難實現(xiàn)穩(wěn)定器小型化。此外，在100個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓以下時，無法充分抑制電極間產(chǎn)生的電弧朝徑向擴展，從而形成粗而弱的弧光，即使調(diào)整燈與凹面反射鏡也無法獲得很大的照度，無法獲得理想的光色，因而無法實現(xiàn)高輝度、高效率、高色調(diào)效果，另一方面。若汞量超出290mg/ml，則由于亮燈期間的放電容器的內(nèi)壓按照計算為240個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即使考慮到在200個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓附近存在15％的汞的二原子分子，實際也在200個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓以上，因而存在有些發(fā)光管因超過其耐壓強度而產(chǎn)生破裂的危險性。
因此，本發(fā)明為了將亮燈期間的發(fā)光管的放電容器的內(nèi)壓實質(zhì)性控制在100～200個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的范圍內(nèi)而將密封在發(fā)光管的放電容器內(nèi)的汞量在130～290mg/ml的范圍內(nèi)選定。


圖1是本發(fā)明涉及的高壓放電燈的例示圖。
圖2表示本發(fā)明涉及的高壓放電燈使用的電極的加工形狀以及加工前的形狀。
具體實施例方式
下面參照

本發(fā)明的最佳實施方式。
圖1所例示的高壓放電燈是一種額定功率為120W的高壓汞燈，在通過使發(fā)光管1的中央部位向外鼓出成球形而構(gòu)成的放電容器2內(nèi)，彼此相向配置了一對由鎢絲構(gòu)成的電極3、3，同時還密封了發(fā)光物質(zhì)的汞、具有鹵素周期作用的鹵化物的溴化氫，構(gòu)成輔助啟動亮燈的氣體的稀有氣體氬氣。
發(fā)光管1的放電容器2的內(nèi)部容積(Y)約為0.06ml，密封在其放電容器2內(nèi)部的汞量為13mg(單位內(nèi)部容積為213mg/ml)，溴化氫的溴素的克分子量(X)為3.0×10-7mol/ml，氬氣的密封量為1.6×104pa(常溫時)。
發(fā)光管1由熔融石英構(gòu)成，其放電容器2的最大外徑為9.4mm，最大內(nèi)徑4.8mm，在通過埋設(shè)電極3、3固定的放電容器2的兩端形成氣密性密封其兩端的密封4、4。
密封件4、4上埋設(shè)了各電極3的根部、與該根部連接的長度為20mm的鉬片5、以及與該鉬片連接的線徑為0.5mm的鉬線6。
正如圖2(a)所示，各電極3首先在由高純度的鎢構(gòu)成的外徑為0.3mm，長度為7.0mm的電極棒的端部由后至前纏繞7匝由高純度鎢構(gòu)成的外徑為0.22mm的線圈8，并使電極棒7的端部露出1mm的頭之后。在其上面由前至后繼續(xù)縭繞5圈形成具有內(nèi)圈t1與外圈t2的兩層線圈狀態(tài)。接著對各電極3的電極棒7的端部實施弧光等離子及激光或電子束等的加熱熔融加工，其端部與線圈8的一部分將線圈8的外圈部分t2剩2～3匝部分加熱熔融，利用其加熱熔融部分形成球形時的表面張力現(xiàn)象，如圖2(b)所示，在各電極3的端部形成半球形的同時，加工為呈半球形的電極端部的體積比重為鎢的理論密度(19.3)的93％以上，即密度18.0以上。
通過該加工，各電極3的全長變?yōu)?.7mm左右，其端部的半球形部分的鎢重量(W)約為10mg。
并通過將實施了上述加工的一對電極3.3相向配置到發(fā)光管1的放電容器2內(nèi)，固定到密封件4.4上，將發(fā)光管1置于水平狀態(tài)，通過矩形波頻率150Hz的矩形波式電子穩(wěn)定器9，以燈電力120w、燈電壓90v、燈電流(I)的1.3A的條件給燈通電，若邊使發(fā)光管1的放電容器2的下部外表面溫度保持在850～900℃。邊亮燈2個小時，則可通過電極3、3之間的放電，使鎢集中到產(chǎn)生該放電電弧的各電極3的端部的最尖端部位，形成圖2(b)所示的最大粗度約0.015mm、長度約0.1mm的突起物10，該突起物即構(gòu)成弧光點。
此外，設(shè)計為通過在各電極3的端部形成該突起物10，最終形成約1.0mm的電極間距離(L)。
由于采用上述方式制成的高壓放電燈即使經(jīng)過幾千小時的亮燈時間，電極3、3的端部形成的突起物10既不會縮小或消失，也不會出現(xiàn)過度增長，該突起物的形狀與長度仍可保持一定，因而不必?fù)?dān)心因弧光點無序移動而產(chǎn)生弧光跳躍現(xiàn)象，同時也不必?fù)?dān)心因電極間距離變短而使燈電壓早期下降。
因此，若將該燈作為投影圖象顯示器的光源，可有效消除因弧光跳躍現(xiàn)象引起的屏幕閃爍以及屏幕照度下降的問題。
如上所述，由于不必?fù)?dān)心產(chǎn)生本發(fā)明涉及的高壓放電燈在電極的陰極動作期間輻射電子電流的位置的弧光點周期性移動的弧光跳躍現(xiàn)象，因而作為設(shè)置在投影型液晶顯示器及液晶投影機之類投影型圖顯示裝置中的背照光的光源，具有很強的實用性。
權(quán)利要求
1.一種高壓放電燈，其特征在于在由內(nèi)部密封泵、溴化物以及稀有氣體的發(fā)光管的放電容器內(nèi)彼此相向配置一對由鎢構(gòu)成的電極，以及兩個電極的端部各自呈半球形，通過電極間的放電在其端部形成弧光點的突起物的高壓放電燈之中，當(dāng)把兩個電極間的極間距離設(shè)定為L(mm)，把穩(wěn)定亮燈時的燈電流設(shè)定為I(A)，把密封在發(fā)光管的放電容器內(nèi)的溴化物的溴元素的克分子量設(shè)為X(mol)，把發(fā)光管的放電容器的內(nèi)容積設(shè)為Y(ml)，把各電極的大體呈半球形的端部鎢重量設(shè)為W(mg)時，滿足下述式(1)～式(3)0.3≤L/I≤1.0(1)1.2×10-7≤X/Y≤1.1×10-5(2)9≤W3/2/I≤65 (3)同時，穩(wěn)定亮燈時的矩形波亮燈頻率為45Hz以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓放電燈，其特征在于密封在發(fā)光管的放電容器內(nèi)的汞量為放電容器的單位內(nèi)容積(ml)130～290mg。
全文摘要
本發(fā)明涉及的高壓放電燈由在發(fā)光管1的放電容器2內(nèi)彼此相向配置，其端部大體呈半球形的電極3、3，以及在其端部形成弧光點的突起物10構(gòu)成。為了有效防止產(chǎn)生弧光點周期性移動的弧光跳躍現(xiàn)象，因而設(shè)定為可全部滿足電極3、3之間的距離L(mm)與穩(wěn)定亮燈時的燈電流I(A)的關(guān)系式0.3≤L/I≤1.0；密封在放電容器2內(nèi)的溴化物的溴的克分子量X(mol)與放電容器2的內(nèi)容積Y(ml)的關(guān)系式1.2×10
文檔編號H01J61/06GK1623217SQ0282855
公開日2005年6月1日 申請日期2002年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者柵木教一, 大河原亮 申請人:巖崎電氣株式會社