專利名稱：超高壓放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓放電燈。特別是涉及在放電容器內(nèi)封入0.15mg/mm3以上的水銀，點亮?xí)r水銀蒸氣壓在150個大氣壓以上的超高壓放電燈。
背景技術(shù)：
投射型投影裝置要求均勻地，并且具有很好的色彩再現(xiàn)性地將圖像照亮到矩形屏幕上，為此，作為光源使用了封入水銀或金屬鹵化物的金屬鹵化物燈。另外，最近更加小型化、點光源化取得了進(jìn)展，電極間距離極小的光源得到了實用化。
在這樣的背景下，最近取代金屬鹵化物燈，推出了具有例如200巴(約197個大氣壓)以上的極高的水銀蒸汽壓的燈。這是借助于提高水銀蒸氣壓來抑制電弧加寬，并求得光輸出進(jìn)一步提高的燈。
最近，借助于采取使用DMDTM(德州儀器公司；數(shù)字微反射鏡器件)的DLPTM(德州儀器公司；數(shù)字光處理器)方式，可以不必使用液晶面板，因此，更為小型的投影裝置引人注目。即，對于投影裝置用的放電燈，除要求高的光輸出和照度維持率外，另一方面，隨著投影裝置的小型化，還要求放電燈更加小型化，對其點亮條件也要求更為苛刻的內(nèi)容，關(guān)于在這樣的投影裝置中使用的光源裝置，就投射明顯的圖像而言，放電燈的照度低是大的問題。這種照度低下的原因可以認(rèn)為是在燈點亮?xí)r蒸發(fā)的電極構(gòu)成物質(zhì)附著在放電容器的內(nèi)壁上，放電容器從而變黑，因此放電容器的透射率降低。作為克服放電容器變黑的措施，以往利用由封入放電容器內(nèi)部的鹵素引起的鹵素循環(huán)來防止鎢向放電容器的內(nèi)壁上附著(例如參照特許文獻(xiàn)1、2)。所謂鹵素循環(huán)系指從電極發(fā)射出的金屬通過與在放電容器內(nèi)存在的鹵素、氧發(fā)生反應(yīng)而成為鹵化金屬后再次淀積到電極上的一連串的過程。
但是，將以在上述特許文獻(xiàn)1、2中公開的技術(shù)為基礎(chǔ)的放電燈安裝在投影裝置中進(jìn)行點亮?xí)r，產(chǎn)生了如下的2個問題，由此判明不一定能夠有良好的點亮。
第1個問題是隨著上述放電燈的點亮?xí)r間的流逝，放電容器變黑、變?nèi)榘?，從而照度維持率顯著降低。
在這里，可能會想到放電容器變黑似乎與上面的所述內(nèi)容矛盾，但是，可以防止放電容器變黑需在充分發(fā)揮鹵素循環(huán)的作用的情況下，如果不能充分發(fā)揮鹵素循環(huán)的作用，放電容器當(dāng)然要變黑。
第2個問題是當(dāng)在比較短的時間內(nèi)對上述放電燈反復(fù)進(jìn)行點亮、熄滅時，放電容器將出現(xiàn)裂紋。
特許文獻(xiàn)1特開平2-148561號特許文獻(xiàn)2特開平6-52830號發(fā)明內(nèi)容于是，本發(fā)明所要解決的課題是提供一種在由石英玻璃構(gòu)成的放電容器內(nèi)封入0.15mg/mm3以上的水銀的投影裝置用的超高壓放電燈，可以解決因放電容器變黑、變?nèi)榘锥斩染S持率降低的問題和放電容器出現(xiàn)裂紋的問題。
本發(fā)明的放電燈是在由石英玻璃構(gòu)成的放電容器內(nèi)相向地配置一對電極，在該放電容器內(nèi)封入0.15mg/mm3以上的水銀的超高壓放電燈，其特征在于上述石英玻璃的氫含量為重量的0.1～290ppm。
另外，本發(fā)明的放電燈的OH基含量最好在重量的1ppm以下，鋁含量最好為重量的2～30ppm。
作用為了解決上述課題，本發(fā)明者對上述第1個問題，即因放電容器變黑、變?nèi)榘锥斩染S持率顯著降低的原因進(jìn)行深入探討的結(jié)果，得出如下結(jié)論。
首先，對放電容器變黑的原因進(jìn)行說明?？梢哉J(rèn)為，利用上述的鹵素循環(huán)，雖然防止了燈點亮?xí)r蒸發(fā)的電極構(gòu)成物質(zhì)附著在放電容器的內(nèi)表面，但由于沒有充分發(fā)揮該鹵素循環(huán)的作用，所以發(fā)生了放電容器變黑。下面說明其理由。
構(gòu)成放電容器的石英玻璃，由于在其制造階段含有大量水分，因而含有大量的氫分子和OH基。其結(jié)果是，當(dāng)燈點亮?xí)r放電容器的溫度升高后石英玻璃內(nèi)含的氫分子放出到放電容器內(nèi)，俘獲放電容器內(nèi)的鹵素。因此，可以認(rèn)為由于蒸發(fā)的電極構(gòu)成物質(zhì)不能與鹵素結(jié)合，故而電極構(gòu)成物質(zhì)附著在放電容器的內(nèi)表面，使放電容器變黑。
另外，可以認(rèn)為，還由于當(dāng)燈點亮?xí)r放電容器的溫度升高后石英玻璃內(nèi)含的OH基被加熱分解，生成氫，如上所述，這也使放電容器變黑。
下面說明放電容器變?nèi)榘椎脑??？梢哉J(rèn)為，放電容器內(nèi)表面的石英玻璃被如上所述的放出到放電容器內(nèi)的氫還原，由此生成的晶核進(jìn)行生長，使放電容器變?nèi)榘住?br> 由這些結(jié)論可以發(fā)現(xiàn)，降低石英玻璃中的氫分子、OH基的含量對解決第1個問題是有效的。
本發(fā)明者對上述第2個問題，即放電容器出現(xiàn)裂紋的原因進(jìn)行探討的結(jié)果，得出如下結(jié)論。
構(gòu)成放電容器的石英玻璃因在其制造階段含有水分而含有OH基。由于該OH基在石英玻璃中以Si-OH的狀態(tài)存在，所以當(dāng)OH基含量大時，多形成將SiO2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分成幾段而產(chǎn)生的非交聯(lián)。當(dāng)因燈點亮?xí)r放電容器處于高溫狀態(tài)后，該非交聯(lián)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中自由移動，因而石英玻璃的粘度降低。可以認(rèn)為，石英玻璃的耐熱性因此而降低，在放電容器上產(chǎn)生了裂紋。特別是對本發(fā)明的放電燈，可以認(rèn)為由于在點亮?xí)r放電容器處于溫度非常高的高溫狀態(tài)，所以由含有大量OH基的石英玻璃構(gòu)成的放電容器的耐熱性不充分。
由這些結(jié)論可以發(fā)現(xiàn)，降低石英玻璃中的OH基含量對解決第2個問題是有效的。
另外，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，通過對放電容器添加適量的鋁來改變上述非交聯(lián)或形成Al-O鍵以形成釘扎點(pinning site)，可以抑制高溫下的放電容器的非交聯(lián)的移動。
即，通過將放電容器的鋁含量限定在合適的范圍內(nèi)，也可以有效地解決第2個問題。


圖1是示出本發(fā)明的超高壓放電燈的整體的圖。
圖2是概略示出用于測定石英玻璃的氫分子含量的氫氣分析裝置的圖。
圖3是示出本發(fā)明的超高壓放電燈的效果的圖。
圖4是示出與本發(fā)明的超高壓放電燈進(jìn)行比較的說明的圖。
具體實施例方式
在圖1中示出了將本發(fā)明的超高壓放電燈(也稱放電燈)沿管軸方向剖開的剖視圖。放電燈1具有由石英玻璃構(gòu)成的放電容器10，該放電容器10由包圍放電空間11的發(fā)光管部12和與該發(fā)光管部12的兩端連續(xù)地形成的各密封部13構(gòu)成。在放電空間11內(nèi)相向地配置由鎢構(gòu)成的陰極14和陽極15。在各密封部13中，由鉬構(gòu)成的金屬箔16借助于例如夾緊密封被氣密密封。利用熔接法使陰極14和陽極15的基端部與金屬箔16的發(fā)光管部側(cè)的一端電連接，利用熔接法使向外部突出的外部引線棒17與金屬箔16的另一端電連接。
另外，現(xiàn)有的放電燈的結(jié)構(gòu)與圖1的相同。
在放電空間11內(nèi)封入水銀、稀有氣體、鹵素氣體。
為了得到具有可見光波段的波長的發(fā)射光，將水銀封入0.15mg/mm3以上。該封入量是以點亮?xí)r發(fā)光管部12內(nèi)的水銀蒸氣壓在150個大氣壓以上為條件求得的值。
關(guān)于稀有氣體，例如封入13.3kPa的Ar。
關(guān)于鹵素氣體，為了借助于進(jìn)行鹵素循環(huán)延長放電燈的壽命，例如封入2×10-4μmol/mm3的溴。
下面舉出這種放電燈的數(shù)值例，發(fā)光管部的最大外徑為11mm，密封部的外徑為5mm，電極間距離為1.2mm，發(fā)光管部內(nèi)的容積為100mm3，額定電壓為75V，額定功率為200W。
第1技術(shù)方案所述的發(fā)明的放電燈1的特征在于將構(gòu)成放電容器10的石英玻璃中的氫分子含量限定在重量的0.1～290ppm的范圍內(nèi)。
下面說明限定氫分子含量的理由。
若氫分子的含量超過重量的290ppm，由于在燈點亮?xí)r大量鹵素被從石英玻璃中向放電空間11內(nèi)放出的氫俘獲，所以與蒸發(fā)的電極構(gòu)成物質(zhì)，即鎢進(jìn)行結(jié)合的鹵素減少。其結(jié)果是不能充分發(fā)揮鹵素循環(huán)的作用，故而鎢附著在發(fā)光管部12的內(nèi)表面，發(fā)光管部12變黑。
另外，由于燈點亮?xí)r發(fā)光管部12內(nèi)表面被從石英玻璃中向放電空間11內(nèi)放出的氫還原，生成的晶核進(jìn)行生長，所以發(fā)光管部12變?nèi)榘住?br> 由于上述理由，放電燈1的照度維持率降低。
另外，若氫分子的含量不到重量的0.1ppm，雖然發(fā)光管部12不變黑、不變?nèi)榘?，但由于石英玻璃中的氫分子過于減少，所以會形成結(jié)構(gòu)缺陷。因此，放電容器的機(jī)械強度降低，在發(fā)光管部12產(chǎn)生裂紋。
為了將石英玻璃中的氫分子含量限定在重量的0.1～290ppm的范圍內(nèi)，需要借助于對將成為放電容器10的石英玻璃管進(jìn)行真空除氣處理，使石英玻璃管中所含的氫分子放出。
下面舉出具體的處理條件，例如，處理溫度為1150℃，處理壓力為104Pa，處理時間為17小時。
圖2概略地示出了用于測定石英玻璃管的氫分子含量的氫氣分析裝置20。氫氣分析裝置20由對樣品進(jìn)行加熱的加熱爐21、熱導(dǎo)率檢測器22和根據(jù)熱導(dǎo)率的變化量計算氫含量的測量裝置23構(gòu)成。
首先，向熱導(dǎo)率檢測器22內(nèi)引入作為載(體)氣(體)的氦，進(jìn)行熱導(dǎo)率測定，設(shè)得到的測定值為測定值1。接著，在加熱爐21內(nèi)同時燃燒將石英玻璃管粉碎而得到的樣品粉末M以及作為助燃材料的鐵和錫，將產(chǎn)生的氣體引入熱導(dǎo)率檢測器22內(nèi)，進(jìn)行熱導(dǎo)率測定，設(shè)得到的測定值為測定值2。然后，用測量裝置23對測定值1和測定值2這2個數(shù)據(jù)進(jìn)行比較運算，就可以求出樣品粉末M中所含的氫分子量。
第2技術(shù)方案所述的放電燈1的特征在于除如第1技術(shù)方案所述，限定石英玻璃的氫分子含量外，還將OH基的含量限定在重量的1ppm以下，鋁含量限定在重量的2～30ppm的范圍內(nèi)。
首先，說明限定OH基含量的理由。若OH基的含量超過重量的1ppm，由于OH基加熱分解，大量的氫放出到放電空間11內(nèi)，發(fā)光管部12變黑，變?nèi)榘?。因此，放電?的照度維持率降低。
另外，若OH基的含量超過重量的1ppm，多形成將SiO2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分成幾段而產(chǎn)生的非交聯(lián)。當(dāng)因燈點亮?xí)r放電容器處于高溫狀態(tài)后，該非交聯(lián)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中自由移動，因而石英玻璃的粘度降低。因此，石英玻璃的耐熱性降低，在發(fā)光管部12產(chǎn)生裂紋。
還有，借助于在上述處理條件下對將成為放電容器10的石英玻璃管進(jìn)行真空除氣處理，可以使石英玻璃中的OH基含量在重量的1ppm以下。
其次，說明使石英玻璃中含有鋁，并限定其含量的理由。通過使石英玻璃含有適量的鋁來改變上述非交聯(lián)或形成Al-O鍵以形成釘扎點，可以抑制在放電容器處于高溫時的非交聯(lián)的移動。
若鋁的含量超過重量的30ppm，由于雜質(zhì)效應(yīng)增大，發(fā)光管部12變?nèi)榘?，并且產(chǎn)生裂紋。若鋁的含量不到重量的2ppm，則不能充分起到改變非交聯(lián)的作用和抑制非交聯(lián)移動的作用，從而石英玻璃的粘度降低。因此，石英玻璃的耐熱性下降，在發(fā)光管部12產(chǎn)生裂紋。
下面對為進(jìn)行與本發(fā)明的作用效果有關(guān)的實驗而制造的超高壓放電燈進(jìn)行說明。
實施例將石英玻璃的氫濃度、OH基濃度、鋁濃度限定在本發(fā)明的數(shù)值范圍內(nèi)，按照圖1的結(jié)構(gòu)，制造了19根如下規(guī)格的超高壓放電燈。
發(fā)光部的最大外徑11mm發(fā)光管內(nèi)的容積100mm3電極間距離1.2mm封入的水銀量0.25mg/mm3封入的鹵素氣體溴封入的鹵素氣體量1.3×10-8mol額定電壓70V額定電流3A比較例使石英玻璃中的氫濃度、OH基濃度、鋁濃度中的某一個在本發(fā)明的數(shù)值范圍之外，按照圖1的結(jié)構(gòu)，制造了15根規(guī)格與實施例相同的超高壓放電燈。
下面對利用上述實施例和比較例的超高壓放電燈的實驗進(jìn)行說明。
實驗是對實施例和比較例的超高壓放電燈的發(fā)光管部12的變黑和變?nèi)榘?、照度維持率的變化以及發(fā)光管部12的裂紋的產(chǎn)生進(jìn)行了觀察。
關(guān)于發(fā)光管部12的變黑、變?nèi)榘?，是將在燈點亮2分鐘后再熄滅40秒這樣的操作反復(fù)進(jìn)行50次之后，用眼睛觀看放電容器，觀察變黑、變?nèi)榘椎那闆r。
關(guān)于照度維持率的變化，是在連續(xù)點亮50小時后觀察照度維持率的變化。
關(guān)于發(fā)光管部12的裂紋的產(chǎn)生，是將在燈點亮2分鐘后再熄滅40秒這樣的操作反復(fù)進(jìn)行50次之后，用眼睛觀看放電容器，確認(rèn)裂紋的產(chǎn)生情況。
圖3給出了上述實施例的超高壓放電燈(實施例1～19)的實驗結(jié)果。
關(guān)于變黑、變?nèi)榘?，對變黑、變?nèi)榘變烧呓圆话l(fā)生的情形標(biāo)以“○”，對只變?nèi)榘椎那樾螛?biāo)以“△”，對變黑、變?nèi)榘變烧呓园l(fā)生的情形標(biāo)以“×”。
關(guān)于照度維持率的變化，對照度維持率在98％以上的情形標(biāo)以“○”，在80～98％的情形標(biāo)以“△”，在80％以下的情形標(biāo)以“×”。
關(guān)于裂紋的產(chǎn)生，對不產(chǎn)生裂紋的情形標(biāo)以“○”，對產(chǎn)生裂紋的情形標(biāo)以“×”。
由圖3的結(jié)果可知，只要氫濃度在重量的0.1～290ppm的范圍內(nèi)，鋁濃度在重量的2～30ppm的范圍內(nèi)，OH基濃度在重量的1ppm以下的范圍內(nèi)，發(fā)光管部不變黑、不變?nèi)榘祝斩染S持率不降低。另外，還可以知道，在發(fā)光管部12不產(chǎn)生裂紋。
圖4給出了上述比較例的超高壓放電燈(比較例1～15)的實驗結(jié)果。
比較例1～6是對OH基濃度和鋁濃度在本發(fā)明的范圍內(nèi)，而氫濃度在本發(fā)明的范圍外的情形進(jìn)行的實驗結(jié)果。
根據(jù)圖4，當(dāng)氫濃度不到重量的0.1ppm時，在發(fā)光管部12產(chǎn)生裂紋。當(dāng)超過重量的290ppm時，發(fā)光管部12變黑和變?nèi)榘祝斩染S持率低至80％以下。
比較例7～11是對氫濃度和OH基濃度在本發(fā)明的范圍內(nèi)，而鋁濃度在本發(fā)明的范圍外的情形進(jìn)行的實驗結(jié)果。
根據(jù)圖4，當(dāng)鋁濃度不到重量的2ppm時，發(fā)光管部12產(chǎn)生裂紋。另外，當(dāng)超過重量的30ppm時，即使最接近重量的30ppm的比較例10，照度維持率也降低。另外，鋁濃度最高的比較例11，其發(fā)光管部12變?nèi)榘?，并且產(chǎn)生裂紋，照度維持率顯著降低。
比較例12～15是對氫濃度和鋁濃度在本發(fā)明的范圍內(nèi)，而OH基濃度在本發(fā)明的范圍外的情形進(jìn)行的實驗結(jié)果。
根據(jù)圖4，當(dāng)OH基濃度超過重量的1ppm時，即使最接近重量的1ppm的比較例14，照度維持率也降低。另外，OH基濃度最高的比較例15，其發(fā)光管部12變?nèi)榘祝⑶耶a(chǎn)生裂紋，照度維持率降低。
另外，關(guān)于石英玻璃的氫濃度、OH基濃度和鋁濃度的本發(fā)明的限定，一般是對發(fā)光管部12的限定，但也可以對包括密封部13在內(nèi)的放電容器10的整體進(jìn)行限定。
發(fā)明的效果如以上所述，按照本發(fā)明的超高壓放電燈，可以提供能夠解決因放電容器變黑、變?nèi)榘锥斩染S持率降低的問題和放電容器出現(xiàn)裂紋的問題的超高壓放電燈。
權(quán)利要求
1.一種超高壓放電燈，在由石英玻璃構(gòu)成的放電容器內(nèi)相向地配置有一對電極，在該放電容器內(nèi)封入0.15mg/mm3以上的水銀，其特征在于上述石英玻璃中的氫分子含量為重量的0.1～290ppm。
2.如權(quán)利要求1所述的超高壓放電燈，其特征在于上述石英玻璃中的OH基含量為重量的1ppm以下，鋁含量為重量的2～30ppm。
全文摘要
本發(fā)明在于提供可以解決因放電容器變黑、變?nèi)榘锥斩染S持率降低的問題和放電容器出現(xiàn)裂紋的問題的超高壓放電燈。本發(fā)明是在由石英玻璃構(gòu)成的放電容器內(nèi)相向地配置一對電極，在該放電容器內(nèi)封入0.15mg/mm
文檔編號H01J61/86GK1521800SQ20041000123
公開日2004年8月18日 申請日期2004年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月13日
發(fā)明者福島謙輔 申請人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會社