CN1521800A - 超高压放电灯 - Google Patents
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Abstract
本发明在于提供可以解决因放电容器变黑、变乳白而照度维持率降低的问题和放电容器出现裂纹的问题的超高压放电灯。本发明是在由石英玻璃构成的放电容器内相向地配置一对电极，在该放电容器内封入0.15mg/mm3以上的水银的超高压放电灯，其特征在于：上述石英玻璃的氢含量为重量的0.1～290ppm。
Description
技术领域
本发明涉及高压放电灯。特别是涉及在放电容器内封入0.15mg/mm3以上的水银，点亮时水银蒸气压在150个大气压以上的超高压放电灯。
背景技术
投射型投影装置要求均匀地，并且具有很好的色彩再现性地将图像照亮到矩形屏幕上，为此，作为光源使用了封入水银或金属卤化物的金属卤化物灯。另外，最近更加小型化、点光源化取得了进展，电极间距离极小的光源得到了实用化。
在这样的背景下，最近取代金属卤化物灯，推出了具有例如200巴(约197个大气压)以上的极高的水银蒸汽压的灯。这是借助于提高水银蒸气压来抑制电弧加宽，并求得光输出进一步提高的灯。
最近，借助于采取使用DMDTM(德州仪器公司；数字微反射镜器件)的DLPTM(德州仪器公司；数字光处理器)方式，可以不必使用液晶面板，因此，更为小型的投影装置引人注目。即，对于投影装置用的放电灯，除要求高的光输出和照度维持率外，另一方面，随着投影装置的小型化，还要求放电灯更加小型化，对其点亮条件也要求更为苛刻的内容，
关于在这样的投影装置中使用的光源装置，就投射明显的图像而言，放电灯的照度低是大的问题。这种照度低下的原因可以认为是在灯点亮时蒸发的电极构成物质附着在放电容器的内壁上，放电容器从而变黑，因此放电容器的透射率降低。作为克服放电容器变黑的措施，以往利用由封入放电容器内部的卤素引起的卤素循环来防止钨向放电容器的内壁上附着(例如参照特许文献1、2)。所谓卤素循环系指从电极发射出的金属通过与在放电容器内存在的卤素、氧发生反应而成为卤化金属后再次淀积到电极上的一连串的过程。
但是，将以在上述特许文献1、2中公开的技术为基础的放电灯安装在投影装置中进行点亮时，产生了如下的2个问题，由此判明不一定能够有良好的点亮。
第1个问题是：随着上述放电灯的点亮时间的流逝，放电容器变黑、变乳白，从而照度维持率显著降低。
在这里，可能会想到放电容器变黑似乎与上面的所述内容矛盾，但是，可以防止放电容器变黑需在充分发挥卤素循环的作用的情况下，如果不能充分发挥卤素循环的作用，放电容器当然要变黑。
第2个问题是：当在比较短的时间内对上述放电灯反复进行点亮、熄灭时，放电容器将出现裂纹。
特许文献1
特开平2-148561号
特许文献2
特开平6-52830号
发明内容
于是，本发明所要解决的课题是提供一种在由石英玻璃构成的放电容器内封入0.15mg/mm3以上的水银的投影装置用的超高压放电灯，可以解决因放电容器变黑、变乳白而照度维持率降低的问题和放电容器出现裂纹的问题。
本发明的放电灯是在由石英玻璃构成的放电容器内相向地配置一对电极，在该放电容器内封入0.15mg/mm3以上的水银的超高压放电灯，其特征在于：上述石英玻璃的氢含量为重量的0.1～290ppm。
另外，本发明的放电灯的OH基含量最好在重量的1ppm以下，铝含量最好为重量的2～30ppm。
作用
为了解决上述课题，本发明者对上述第1个问题，即因放电容器变黑、变乳白而照度维持率显著降低的原因进行深入探讨的结果，得出如下结论。
首先，对放电容器变黑的原因进行说明。可以认为，利用上述的卤素循环，虽然防止了灯点亮时蒸发的电极构成物质附着在放电容器的内表面，但由于没有充分发挥该卤素循环的作用，所以发生了放电容器变黑。下面说明其理由。
构成放电容器的石英玻璃，由于在其制造阶段含有大量水分，因而含有大量的氢分子和OH基。其结果是，当灯点亮时放电容器的温度升高后石英玻璃内含的氢分子放出到放电容器内，俘获放电容器内的卤素。因此，可以认为由于蒸发的电极构成物质不能与卤素结合，故而电极构成物质附着在放电容器的内表面，使放电容器变黑。
另外，可以认为，还由于当灯点亮时放电容器的温度升高后石英玻璃内含的OH基被加热分解，生成氢，如上所述，这也使放电容器变黑。
下面说明放电容器变乳白的原因。可以认为，放电容器内表面的石英玻璃被如上所述的放出到放电容器内的氢还原，由此生成的晶核进行生长，使放电容器变乳白。
由这些结论可以发现，降低石英玻璃中的氢分子、OH基的含量对解决第1个问题是有效的。
本发明者对上述第2个问题，即放电容器出现裂纹的原因进行探讨的结果，得出如下结论。
构成放电容器的石英玻璃因在其制造阶段含有水分而含有OH基。由于该OH基在石英玻璃中以Si-OH的状态存在，所以当OH基含量大时，多形成将SiO2网络结构分成几段而产生的非交联。当因灯点亮时放电容器处于高温状态后，该非交联在网络结构中自由移动，因而石英玻璃的粘度降低。可以认为，石英玻璃的耐热性因此而降低，在放电容器上产生了裂纹。特别是对本发明的放电灯，可以认为由于在点亮时放电容器处于温度非常高的高温状态，所以由含有大量OH基的石英玻璃构成的放电容器的耐热性不充分。
由这些结论可以发现，降低石英玻璃中的OH基含量对解决第2个问题是有效的。
另外，本发明者发现，通过对放电容器添加适量的铝来改变上述非交联或形成Al-O键以形成钉扎点(pinning site)，可以抑制高温下的放电容器的非交联的移动。
即，通过将放电容器的铝含量限定在合适的范围内，也可以有效地解决第2个问题。
附图说明
图1是示出本发明的超高压放电灯的整体的图。
图2是概略示出用于测定石英玻璃的氢分子含量的氢气分析装置的图。
图3是示出本发明的超高压放电灯的效果的图。
图4是示出与本发明的超高压放电灯进行比较的说明的图。
具体实施方式
在图1中示出了将本发明的超高压放电灯(也称放电灯)沿管轴方向剖开的剖视图。放电灯1具有由石英玻璃构成的放电容器10，该放电容器10由包围放电空间11的发光管部12和与该发光管部12的两端连续地形成的各密封部13构成。在放电空间11内相向地配置由钨构成的阴极14和阳极15。在各密封部13中，由钼构成的金属箔16借助于例如夹紧密封被气密密封。利用熔接法使阴极14和阳极15的基端部与金属箔16的发光管部侧的一端电连接，利用熔接法使向外部突出的外部引线棒17与金属箔16的另一端电连接。
另外，现有的放电灯的结构与图1的相同。
在放电空间11内封入水银、稀有气体、卤素气体。
为了得到具有可见光波段的波长的发射光，将水银封入0.15mg/mm3以上。该封入量是以点亮时发光管部12内的水银蒸气压在150个大气压以上为条件求得的值。
关于稀有气体，例如封入13.3kPa的Ar。
关于卤素气体，为了借助于进行卤素循环延长放电灯的寿命，例如封入2×10-4μmol/mm3的溴。
下面举出这种放电灯的数值例，发光管部的最大外径为11mm，密封部的外径为5mm，电极间距离为1.2mm，发光管部内的容积为100mm3，额定电压为75V，额定功率为200W。
第1技术方案所述的发明的放电灯1的特征在于：将构成放电容器10的石英玻璃中的氢分子含量限定在重量的0.1～290ppm的范围内。
下面说明限定氢分子含量的理由。
若氢分子的含量超过重量的290ppm，由于在灯点亮时大量卤素被从石英玻璃中向放电空间11内放出的氢俘获，所以与蒸发的电极构成物质，即钨进行结合的卤素减少。其结果是不能充分发挥卤素循环的作用，故而钨附着在发光管部12的内表面，发光管部12变黑。
另外，由于灯点亮时发光管部12内表面被从石英玻璃中向放电空间11内放出的氢还原，生成的晶核进行生长，所以发光管部12变乳白。
由于上述理由，放电灯1的照度维持率降低。
另外，若氢分子的含量不到重量的0.1ppm，虽然发光管部12不变黑、不变乳白，但由于石英玻璃中的氢分子过于减少，所以会形成结构缺陷。因此，放电容器的机械强度降低，在发光管部12产生裂纹。
为了将石英玻璃中的氢分子含量限定在重量的0.1～290ppm的范围内，需要借助于对将成为放电容器10的石英玻璃管进行真空除气处理，使石英玻璃管中所含的氢分子放出。
下面举出具体的处理条件，例如，处理温度为1150℃，处理压力为104Pa，处理时间为17小时。
图2概略地示出了用于测定石英玻璃管的氢分子含量的氢气分析装置20。氢气分析装置20由对样品进行加热的加热炉21、热导率检测器22和根据热导率的变化量计算氢含量的测量装置23构成。
首先，向热导率检测器22内引入作为载(体)气(体)的氦，进行热导率测定，设得到的测定值为测定值1。接着，在加热炉21内同时燃烧将石英玻璃管粉碎而得到的样品粉末M以及作为助燃材料的铁和锡，将产生的气体引入热导率检测器22内，进行热导率测定，设得到的测定值为测定值2。然后，用测量装置23对测定值1和测定值2这2个数据进行比较运算，就可以求出样品粉末M中所含的氢分子量。
第2技术方案所述的放电灯1的特征在于：除如第1技术方案所述，限定石英玻璃的氢分子含量外，还将OH基的含量限定在重量的1ppm以下，铝含量限定在重量的2～30ppm的范围内。
首先，说明限定OH基含量的理由。若OH基的含量超过重量的1ppm，由于OH基加热分解，大量的氢放出到放电空间11内，发光管部12变黑，变乳白。因此，放电灯1的照度维持率降低。
另外，若OH基的含量超过重量的1ppm，多形成将SiO2网络结构分成几段而产生的非交联。当因灯点亮时放电容器处于高温状态后，该非交联在网络结构中自由移动，因而石英玻璃的粘度降低。因此，石英玻璃的耐热性降低，在发光管部12产生裂纹。
还有，借助于在上述处理条件下对将成为放电容器10的石英玻璃管进行真空除气处理，可以使石英玻璃中的OH基含量在重量的1ppm以下。
其次，说明使石英玻璃中含有铝，并限定其含量的理由。通过使石英玻璃含有适量的铝来改变上述非交联或形成Al-O键以形成钉扎点，可以抑制在放电容器处于高温时的非交联的移动。
若铝的含量超过重量的30ppm，由于杂质效应增大，发光管部12变乳白，并且产生裂纹。若铝的含量不到重量的2ppm，则不能充分起到改变非交联的作用和抑制非交联移动的作用，从而石英玻璃的粘度降低。因此，石英玻璃的耐热性下降，在发光管部12产生裂纹。
下面对为进行与本发明的作用效果有关的实验而制造的超高压放电灯进行说明。
实施例
将石英玻璃的氢浓度、OH基浓度、铝浓度限定在本发明的数值范围内，按照图1的结构，制造了19根如下规格的超高压放电灯。
[超高压放电灯]
发光部的最大外径：11mm
发光管内的容积：100mm3
电极间距离：1.2mm
封入的水银量：0.25mg/mm3
封入的卤素气体：溴
封入的卤素气体量：1.3×10-8mol
额定电压：70V
额定电流：3A
比较例
使石英玻璃中的氢浓度、OH基浓度、铝浓度中的某一个在本发明的数值范围之外，按照图1的结构，制造了15根规格与实施例相同的超高压放电灯。
下面对利用上述实施例和比较例的超高压放电灯的实验进行说明。
实验是对实施例和比较例的超高压放电灯的发光管部12的变黑和变乳白、照度维持率的变化以及发光管部12的裂纹的产生进行了观察。
关于发光管部12的变黑、变乳白，是将在灯点亮2分钟后再熄灭40秒这样的操作反复进行50次之后，用眼睛观看放电容器，观察变黑、变乳白的情况。
关于照度维持率的变化，是在连续点亮50小时后观察照度维持率的变化。
关于发光管部12的裂纹的产生，是将在灯点亮2分钟后再熄灭40秒这样的操作反复进行50次之后，用眼睛观看放电容器，确认裂纹的产生情况。
图3给出了上述实施例的超高压放电灯(实施例1～19)的实验结果。
关于变黑、变乳白，对变黑、变乳白两者皆不发生的情形标以“○”，对只变乳白的情形标以“△”，对变黑、变乳白两者皆发生的情形标以“×”。
关于照度维持率的变化，对照度维持率在98％以上的情形标以“○”，在80～98％的情形标以“△”，在80％以下的情形标以“×”。
关于裂纹的产生，对不产生裂纹的情形标以“○”，对产生裂纹的情形标以“×”。
由图3的结果可知，只要氢浓度在重量的0.1～290ppm的范围内，铝浓度在重量的2～30ppm的范围内，OH基浓度在重量的1ppm以下的范围内，发光管部不变黑、不变乳白，照度维持率不降低。另外，还可以知道，在发光管部12不产生裂纹。
图4给出了上述比较例的超高压放电灯(比较例1～15)的实验结果。
比较例1～6是对OH基浓度和铝浓度在本发明的范围内，而氢浓度在本发明的范围外的情形进行的实验结果。
根据图4，当氢浓度不到重量的0.1ppm时，在发光管部12产生裂纹。当超过重量的290ppm时，发光管部12变黑和变乳白，照度维持率低至80％以下。
比较例7～11是对氢浓度和OH基浓度在本发明的范围内，而铝浓度在本发明的范围外的情形进行的实验结果。
根据图4，当铝浓度不到重量的2ppm时，发光管部12产生裂纹。另外，当超过重量的30ppm时，即使最接近重量的30ppm的比较例10，照度维持率也降低。另外，铝浓度最高的比较例11，其发光管部12变乳白，并且产生裂纹，照度维持率显著降低。
比较例12～15是对氢浓度和铝浓度在本发明的范围内，而OH基浓度在本发明的范围外的情形进行的实验结果。
根据图4，当OH基浓度超过重量的1ppm时，即使最接近重量的1ppm的比较例14，照度维持率也降低。另外，OH基浓度最高的比较例15，其发光管部12变乳白，并且产生裂纹，照度维持率降低。
另外，关于石英玻璃的氢浓度、OH基浓度和铝浓度的本发明的限定，一般是对发光管部12的限定，但也可以对包括密封部13在内的放电容器10的整体进行限定。
发明的效果
如以上所述，按照本发明的超高压放电灯，可以提供能够解决因放电容器变黑、变乳白而照度维持率降低的问题和放电容器出现裂纹的问题的超高压放电灯。
Claims (2)
1.一种超高压放电灯，在由石英玻璃构成的放电容器内相向地配置有一对电极，在该放电容器内封入0.15mg/mm3以上的水银，其特征在于：
上述石英玻璃中的氢分子含量为重量的0.1～290ppm。
2.如权利要求1所述的超高压放电灯，其特征在于：
上述石英玻璃中的OH基含量为重量的1ppm以下，铝含量为重量的2～30ppm。
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