CN100524009C - 光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光源装置，目的在于提高机械强度，并且可见光反射膜不会产生变形等而被涂布。光源装置由高压放电灯(10)和凹面反射镜(20)构成。其特征为：凹面反射镜(20)由以下部分构成：铜等基体(22)；设置在此基体的内表面而具有热线吸收功能与反射面平滑功能的中间层(30)；以及由设置在此中间层上的电介质多层膜(40)构成的可见光反射层，且在前面开口缘具有往直径方向扩展开的倾斜面(220)。

Description

光源装置

技术领域

本发明涉及由高压放电灯与其凹面反射镜所构成的光源装置。特别涉及以在发光管内装入0.25mg/mm³以上的水银，照明时的水银蒸汽压成为超高压的超高压水银灯为光源的液晶显示装置或使用DMD(数字反射镜装置)的DLP(数字光处理器)等投影机装置所使用的光源装置。

背景技术

投射型投影机装置，对于矩形状的屏幕，被要求要具有均匀，且充分的演色性以照明图像。因此，作为光源，使用装入水银或金属卤化物的金属卤素灯。另外，此种金属卤素灯，也在最近中，往进一步的小型化、点光源化迈进，另外，电极间距离的极小者也正被实用化中。

在此种背景下，最近，代替金属卤素灯，而具有目前并不存在的高水银蒸汽压，例如150气压的水银灯被提出。这是通过让水银蒸汽压变得更高，抑制(缩小)电弧的扩展，并且谋求更进一步的光输出的提升的水银灯。

此种超高压放电灯，例如被揭示在特开平2-148561号、特开平6-52830号、特许第2980882号。

另一方面，投影机装置所使用的光源装置，需要让来自光源灯的放射光有效率地反射于光轴方向，以照射于液晶显示面板等被照射区域。光源装置通常采用：短弧型放电灯，及将由此放电灯所放射的光转换为平行光的凹面反射镜。

近年来，液晶投影机装置或使用DMD的DLP装置被强烈要求小型化，因此，光源装置也被要求小型化。另外，被照射物的液晶显示面板本身被小型化，也是光源装置的小型化被要求的理由之一。

光源装置，被强烈要求以下的性能。

第一，反射镜本身的强度要高。这是因为放电灯在照明时的内压为超高压(例如，150气压以上)，万一放电灯破损时，其影响不要及于光源装置外部的缘故。

第二，可令反射镜及其内部的放电灯良好地冷却。放电灯照明时温度极高，故反射镜也变成极高的高温。因此，需要在使反射镜的热传导度提高，并且通过对反射镜的外部吹以冷却风，可使内部容易冷却。

第三，涂布在反射镜内面的可见光反射用电介质多层膜不变形、不产生凹凸，令其平滑地形成。

[专利文献1]日本专利特开平2-148561号

[专利文献2]日本专利特开平6-52830号

[专利文献3]特许第2980882号

发明内容

[发明所欲解决的课题]

本发明所想要解决的课题，在于提供全部满足前述三种要求的光源装置。

[解决课题用装置]

为了解决前述课题，本发明的光源装置，由高压放电灯与凹面反射镜所构成。而且特征为，凹面反射镜由以下部分构成：铜、铁或它们的合金所构成的基体；设置在此基体的内表面而具有热线吸收功能与反射面平滑功能的中间层；以及由设置在此中间层上的电介质多层膜所构成的可见光反射层，且在前面开口缘具有往直径方向扩展开的倾斜面。

进而，高压放电灯的特征为，在放电容器内装入有0.25mg/mm³以上的水银。

[发明效果]

本发明的光源装置，由铜、铁或它们的合金以构成反射镜的基体金属，可提高机械强度，提升耐破损性，并且，使反射镜内部成为概略密闭构造，也可以有效地加以冷却。

另外，通过在反射镜内部设置以二氧化硅为主成分的中间层，可让可见光反射层密接于反射镜的基体金属。因此，即使将反射特性不太高的铜、铁或它们的合金当成基体金属使用，也可以放射充分的可见光，能够合适地使用在投影机装置中。

进而，通过设反射镜的基体金属为熔点高的铜、铁或它们的合金，中间层的烧结处理可通过高温来进行。藉此，可在反射镜的基体金属形成平滑且没有变形的中间层，结果为，可见光反射层可以同样地设置。

另外，凹面反射镜的前面开口缘，具有往直径方向扩展开的倾斜面，故在让前述中间层附着于基体金属后而使其干燥的工序中，可以防止非所期望的滞留的产生。

附图说明

图1显示本发明的光源装置。

图2显示本发明的光源装置所使用的放电灯。

图3显示关于本发明的反射镜。

图4，(a)显示公知的反射镜，(b)显示本发明的反射镜。

图5显示关于本发明的反射镜。

具体实施方式

图1显示说明本发明的光源装置用的概略构造图。

光源装置由短弧型超高压放电灯10(以后，也单单称为「放电灯」)和包围此放电灯10的凹面反射镜20所构成，凹面反射镜20的光轴L与放电灯的电弧方向几乎一致，并且放电灯10的电弧亮点与凹面反射镜20的第一焦点也配置为一致。

放电灯10的放电容器由大略球状的发光部11及连接于此发光部11的两端的杆状的密封部12a、12b所构成，在发光部11内对向配置有一对电极。放电灯10的密封部11a被插入在凹面反射镜20的顶部21的开口，密封部12a的前端的灯口通过接着剂13而被安装在凹面反射镜20的顶部21。供电导线14a由密封部12a的前端突出，通过供电线15a而电性连接于未图示的供电装置。另一方面，供电导线14b也由密封部12b侧突出于前端，供电线15b通过凹面反射镜20的开口而延伸于外部，连接于供电装置。

在凹面反射镜20的顶部21的外侧，例如配置有由陶瓷材料等所构成的支撑构件16，凹面反射镜20通过接着剂而被固定在支撑构件16。

凹面反射镜20是整体为略碗状的椭圆聚光镜，由顶部21与反射部22与前面开口部23所构成。在反射部22的内面形成有后述的中间层30与可见光反射层40，反射所期望的可见波长域的光，并且让其以外的光，例如红外光透过，而使反射部22加以吸收。

例如，由硼硅酸玻璃等所构成的透光性的前面玻璃24通过框构件25而装置在前面开口部23。

通过设置前面玻璃24，可使凹面反射镜20的内部几乎成为密封构造。因此，万一在放电灯10破损的情形等，也可以防止碎片散射。

另外，前面玻璃24虽在碎片的飞散防止上有其效果，但是，并非必须的物。特别是，在冷却放电灯的必要性高的情形等，也可不设置前面玻璃。另外，在凹面反射镜的外部，且是反射镜的前面配置有相当于前面玻璃的构件的情形等，也没有必要在该反射镜安装前面玻璃。

进而，在安装前面玻璃24的情形，也可不将反射镜20的内部作成完全密封构造，可以在一部分设置冷却用开口。此冷却用开口例如可形成在框构件25，或在反射部22的一部分设置缺口。

另外，关于倾斜部220，于之后加以叙述。

凹面反射镜20由铜(Cu)所构成、由铁(Fe)所构成、或由它们的合金所构成。通常，与如投影机装置所使用的反射镜般，由硼硅酸玻璃、结晶化玻璃、陶瓷材料所构成者不同。

另外，在凹面反射镜20的反射部22的内面涂布有可见光反射层40，在可见光反射层40与反射部22之间设置有中间层30。

在期待散热效果的情形，比起铁，最好由铜来构成凹面反射镜。

由铜、铁或它们的合金来构成凹面反射镜20的理由是，第一，让反射镜的强度变强。通过以这些金属构成凹面反射镜20，万一在放电灯破损的情形，可以防止反射镜本身连锁地破损。另外，在反射镜内部可以确保放电灯的碎片或残骸，并且也可以防止配置在反射镜外部的其它周边机器的不好影响。特别是，如前述般，在设置前面玻璃以形成密闭形式的光源装置的情形，凹面反射镜内部容易变成高温，故提高反射镜的机械强度，以提高破损对策上，具有很重要的意义。

关于铜合金，如举其一例时，则可以采用：铜—锌(Cu-Zn)系列合金、铜—镍系列合金(Cu-Ni)、铜—镍—锌系列合金(Cu-Ni-Zn)等。

关于铁合金，如举其一例时，则可以采用：不锈钢(奥氏体、铁素体、马氏体)、铬钼钢等。

铜、铁或它们的合金，作为一般特性，反射特性并不优异，另外，直接涂布反射膜，施以涂布有其困难。因此在一般照明或其它的区域中，虽也可以使用，但是，作为影像显示所使用的投影机装置的反射镜材料，认为并不适当。

但是，本发明的光源装置，通过使用具有热线吸收功能与反射面平滑化功能的中间层，可以解决公知被设为不适当的问题，变成可以精度极高地涂布反射特性优异的可见光反射层。

即本发明的光源装置是中间层的采用的新的发明，同时还是改良反射镜材料的光源装置，藉此，具有不会让反射特性变差，将光取出效率维持在公知水准，并且可划时代地提高反射镜的机械强度的重要特征。

中间层例如以二氧化硅为主成分的材料所构成，形成在凹面反射镜20的内表面。此中间层担负着由铜、铁或它们的合金所构成的反射镜的基体金属与可见光反射层的接合的接着剂的功能。

具体为，中间层是包含构成基体金属的金属的氧化物的二氧化硅质氧化物，故具有吸收热线的功能，并且由于以二氧化硅为主成分，故也具有令反射面变得平滑的功能。在此中间层上形成有由电介质多层膜所构成的可见光反射层40。

另外，中间层用于与构成反射镜的基体金属的接着性提升上，使得基体金属即使热性地引起膨胀或收缩，形成在反射镜内面的各层受到影响，也不会同样地浮起、剥落。另外，由于包含金属氧化物，故具有吸收热的功能，藉此，具有对于反射镜吹以冷却风，可以良好地将该反射镜冷却的优点。

进而，与涂布可见光反射层的基底，即基体金属的种类无关，予以涂布可见光反射层。

中间层的膜的厚度，例如虽设为1mm以下，但是，以在500μm以下为佳，特别是最好在200～300μm。

这是由于中间层的厚度如超过1mm，起因于构成中间层的材料，及构成基体金属的金属的热膨胀率的差，在该中间层会有龟裂产生的关系。

中间层可在反射镜内面涂布原液后，进行加热处理及干燥处理而加以粘接。原液以二氧化硅(SiO₂)为主成分，由长石、碳酸钙、硝酸钠、氧化钴、氧化镍等的混合物所构成。溶解此混合物而加以固化，可以产生玻璃质原料，粉碎此玻璃质原料后，将该粉体混合于水等而加以调整。

对于反射镜内面的涂布，例如可通过喷洒法、浸渍法(dipping法)等而进行。

被涂布在反射镜内面的原液被施以加热处里。加热温度是在反射镜的基本金属不变形的温度以下，虽与该基体金属的种类有关，但是，可以设定在钢或铜合金的熔点的1083℃附近。具体为，以800～900℃予以加热。另外，铁或铁合金的情形，也可以设定在熔点的1535℃附近，具体为，可加热至1200～1400℃。

加热时间依据反射镜的基本金属的种类或厚度而不同，例如可在1～5分钟。

此处，作为反射镜的基体金属的候补，也可以考虑反射特性优异的铝。但是，铝的熔点为660的程度，比铜、铁或它们的合金低很多。因此，中间层的加热温度如超过该温度，会导致反射镜本身的变形，故加热温度受到极端的限制。正因为此加热温度的限制，变成妨碍中间层对于反射镜的完整涂布的原因，导致变形或非所期望的变形。

本发明的特征为，作为反射镜的基体金属的材料，采用在反射镜的内面不产生变形等而可以平滑地形成中间层，可耐高温加热处理的铜、铁或它们的合金。藉此，可以确保高的反射特性，并且基于铜、铁或它们的合金的高导热性，通过对反射镜外部的通以冷却风，反射镜内部的冷却效果显著提高。

图3显示干燥处理的状态。即显示在基体金属涂布中间层后的干燥处理的状态。

反射镜20(半成品)以前面开口为下方，以特定时间放置在设定台E的表面。藉此，可使中间层干燥。以前述方式放置的理由是，反射镜为具有曲面部分的形态，使前面开口为下方，可使其稳定。因此，即使产生少许的振动，反射镜也不会反转。此种干燥处理例如进行0.5～2.0小时的程度。此处，图3所示的反射镜(半成品)并没有记载后述的倾斜部。

图4是显示反射镜20(反射部22)的前面开口缘的部分放大图，(a)显示公知的反射镜的前面开口，(b)显示本发明的反射镜的前面开口。

如(a)图所示般，公知的反射镜是反射部22的基体金属维持相同厚度，形成凹面形状而延伸至开口缘。因此，在干燥处理中，产生滞留部31。滞留部31是中间层30的素材(以二氧化硅为主成分的材料)由于自重而自然产生。

此滞留部31会遮住来自灯的放射光，或者对和框构件或前面玻璃的接合造成影响。另外，虽可由锉刀等去除滞留部31，但是，在干燥处理后，另外需要该切削处理。

另一方面，如(b)图所示般，关于本发明的反射镜，在干燥处理中，不会产生滞留部。或者，即使产生滞留部，也可以成为实质上影响小的部分。如何说呢？这是由于在前面开口缘具有往直径方向扩展开的倾斜部220，故中间层的素材会沿着该倾斜部220垂下。

如举数值例子时，倾斜部220的倾斜角度为1°～75°，例如，45°。反射部22的厚度在倾斜开始位置220a，例如为2.0mm，在倾斜结束位置220b为例如0.5mm。

当然，倾斜部的角度是考虑干燥处理的时间、中间层的材料、中间层的厚度等而设定。

图5是显示关于本发明的反射镜的其它方式。

(a)通过将反射部22的前端部往外方扩展以形成倾斜部220。即不是如第4(b)图所示方式般，反射部22的厚度随着朝向前方开口而逐渐缩小，而是使反射部22本身往外方扩展而形成倾斜部220。

(b)在反射部22的前端部形成相当于倾斜部220的凹部220′。因此，严格而言，虽不是形成在直径方向扩展开的倾斜，但是，却可以防止滞留部的形成。

通过形成图4(b)、图5(a)、(b)般的倾斜部，中间层可不形成非所期望的滞留部，平滑地且不形成变形等而形成。

在形成中间层后，被涂布上可见光反射层。

可见光反射层例如可由二氧化硅(SiO₂)层与二氧化钛(TiO₂)层交互积层所构成的整体厚度0.5～10μm的电介质多层膜所构成，主要让红外线区域及紫外线区域的光透过，并且具有反射可见光的功能。各层的厚度，例如为100～200nm，例如形成30层。

如前述般，本发明的光源装置，第一，由以铜、铁或它们的合金来构成反射镜的基体金属，可提高机械强度，提升耐破损性，并且即使将反射镜内部作成概略密闭构造，也可以有效地加以冷却。第二，通过在反射镜内部设置以二氧化硅为主成分的中间层，可使可见光反射层密接于反射镜的基体金属。因此，即使将反射特性不太高的铜、铁或它们的合金当成基体金属加以采用时，也可以放射充分的可见光，可以适当地采用于投影机装置。第三，通过设反射镜的基体金属为熔点高的铜、铁或它们的合金，可以高温度地进行中间层的烧结处理。另外，通过在反射镜的前端形成在直径方向扩展开的倾斜部，可平滑地，且不形成变形而将中间层设置在反射镜的基体金属，结果为，可见光反射层可同样地设置。

图2是显示本发明的光源装置所使用的高压放电灯的全体构造。

放电灯10具有借助于由石英玻璃所构成的放电容器而形成的大略球形的发光部11，在此发光部11内，阳极2与阴极3交互对向而配置。另外，形成有从发光部11的两端部延伸的各密封部12，通常由钼所构成的导电用金属箔4例如通过收缩密封垫而气密地被埋设在这些密封部12。金属箔4的一端与阳极2或阴极3接合，金属箔4的另一端与外部导线16接合。

在阴极3的前端卷绕有线圈31。此线圈31由钨所构成，坚固地卷绕着或者熔接而构成。线圈31照明启动时，借助于表面的凹凸效果，作用为启动的种子(启动开始位置)，并且照明后，借助于表面的凹凸效果与热容量，担负散热功能。

在发光部11装入有水银、稀有气体和卤素气体。

水银用于获得必要的可见光波长，例如波长360～780nm的放射光，装入0.25mg/mm³以上。此装入量虽依据温度条件而不同，但是，在照明时，成为150气压以上极高的蒸汽压。另外，通过装入更多的水银，可以做成照明时的水银蒸汽压200气压以上、300气压以上的高的水银蒸汽压的放电灯，水银蒸汽压愈高，可以实现更适合于投影机装置的光源。

稀有气体例如装入氩气体约13kPa，用以改善照明启动性。

卤素是碘、溴、氯等以与水银以外的金属的化合物的方式而装入。卤素的装入量，例如可由10^-6～10^-2μmol/mm³的范围加以选择，其功能虽是利用卤素循环的长寿命化，但是，如本发明的放电灯般，极小型而具有高的内压的物，装入此种卤素，认为具有防止放电容器的破损、失透的作用。

如显示此种放电灯的数值例子时，例如，发光部的外径由φ6.0～15.0mm的范围所选择，例如9.5mm，电极间距离由0.5～2.0mm的范围所选择，例如1.5mm，发光管内容积由40～300mm³的范围所选择，例如75mm³。照明条件例如由管壁负荷0.8～2.0W/mm²的范围所选择，例如1.5W/mm²，额定电压80V，额定电功率200W。

另外，此放电灯是内藏于小型化的投影机装置等的物，整体构造极为小型，却被要求高的光量。因此，发光部内的热条件极为严苛。

而且，放电灯是被搭载于投影机装置或顶式投影机之类的显示用机器，提供演色性良好的放射光。

如显示凹面反射镜20的数值例子时，内容积由10³～10⁶mm³的范围所选择，例如9×10⁴mm³，反射部的基体金属的厚度由1～3mm的范围所选择，例如2mm，前面开口径由φ10～150mm的范围所选择，例如50mm，由前面开口至顶部前端的轴方向的长度由10～150mm的范围所选择，例如35mm。

如显示前面玻璃24的数值例子时，厚度由1～5mm的范围所选择，例如3mm。

在前述实施例中，虽在凹面反射镜20的前面开口设置前面玻璃，但是，也可以是不设置前面玻璃的实施方式。

另外，即使是在凹面反射镜20的前面开口设置前面玻璃的情形，也可以在一部分设置冷却风导入用孔。

另外，作为提高由凹面反射镜20的散热的机构，在反射镜里面设置散热器也是有效的装置。

在前述实施例中，虽就直流照明型的放电灯做说明，但是，也可以适用在交流照明型放电灯。

放电灯并不限定于超高压水银灯，也可以在金属卤素灯、氙气灯、低压放电灯、无电极放电灯等中采用。

Claims (2)

1.一种光源装置，由高压放电灯和包围此高压放电灯的凹面反射镜构成，其特征在于，

所述凹面反射镜由以下部分构成：由铜、铁或铜铁合金构成的基体；设置在此基体的内表面而具有热线吸收功能与反射面平滑功能的中间层；以及由设置在此中间层上的电介质多层膜构成的可见光反射层，

且在所述凹面反射镜的前面开口缘具有往直径方向扩展开的倾斜面。

2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，对于所述高压放电灯，在放电容器内封入了0.25mg/mm³以上的水银。

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