CN1623217A - 高压放电灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的高压放电灯由在发光管1的放电容器2内彼此相向配置，其端部大体呈半球形的电极3、3，以及在其端部形成弧光点的突起物10构成。为了有效防止产生弧光点周期性移动的弧光跳跃现象，因而设定为可全部满足电极3、3之间的距离L(mm)与稳定亮灯时的灯电流I(A)的关系式：0.3≤L/I≤1.0；密封在放电容器2内的溴化物的溴的克分子量X(mol)与放电容器2的内容积Y(ml)的关系式1.2×10^－7≤X/Y≤1.1×10^－5；电极3大体呈半球形的端部的钨重量W(mg)与灯电流I(A)的关系式：9≤W^3/2/I≤65，同时把稳定亮灯时的矩形波亮灯频率设定为45Hz以上。

Description

高压放电灯

技术领域

本发明涉及在密封了汞、溴化物以及稀有气体的发光管的放电容器内彼此相向配置了一对由钨构成的电极的高压放电灯，尤其与彼此相向的两个电极的端部各自呈半球形，通过电极间的放电在其端部形成弧光点的突起物的短弧型高压放电灯有关。

背景技术

设置在投影型液晶显示器，液晶投影机等投影型图象显示装置中的背照光，由于要求其将图像以足够的辉度、效率以及色调效果均匀地投射到矩形屏幕上，因而作为其光源通常使用高压汞放电灯以及金属卤化物灯之类的高压放电灯。

此种灯通常是在彼此相向配置了由钨构成的一对电极的发光管的放电容器内密封进发光物质的汞，以及通过卤素周期作用使从电极蒸发出来的，附着在放电容器内壁上的钨重新返回电极从而抑制发光管黑化的溴化物等卤化物，以及用于辅助起动亮灯的气体氩、氪、氙等稀有气体。但为了作为接近点光源的高辉度光源而将电极间距离设定为很短的短弧型高压放电灯存在因电极端部的温度过度上升，钨的熔融与蒸发作用显著，电极的端部变形与损耗，同时蒸发的钨附着在放电容器的内壁上往往过早产生发光管的黑化使灯的使用寿命变短的问题。

此外，电极间距离一短，即产生在亮灯初期形成于电极端部中心附近的弧光点(电极的阴极动作期间辐射电子电流的位置)随着亮灯时间的延长朝与亮灯初期不同的位置周期性移动的所谓弧光跳跃现象，仅仅使用了100小时的投影图象显示装置的屏幕亮度即下降30％之多，在屏幕上往往会出现因辉度变化而引起的令人不舒服的闪烁。

也就是说，作为投影图像显示装置的背照光的光源使用的高压放电灯虽然预先进行了使其发光管的管轴以及用来反射发光管的光的凹面镜的中心轴一致的光轴调整，但由于上述弧光跳跃现象的出现，弧光点在每个亮灯周期偏离光轴无序移动，因而在屏幕上产生因辉度变化引起的令人不舒服的闪烁，同时存在导致屏幕亮度低下的问题。

鉴于上述问题，日本国特开2001-312997号公报、2001-325918号公报、以及2002-83538号公报中即公示出下述技术：为了抑制形成电极的钨熔融与蒸发，通过加粗电极端部使热容量加大的同时，为了抑制弧光跳跃现象的产生通过将电极端部制作成半球形使产生弧光点的位置处于球面形的凹面内。

此外，上述特开2001-312997号公报还公示出下述技术：在端部为半球形的一对电极之间通过通一定时间的交流电使之产生弧光放电，通过利用该放电预先在两个电极的端部形成弧光点的突起物，使电极端部的热容量增加的同时，防止产生弧光跳跃现象。

然而经过对该技术的作用效果进行试验与研究，结果证明若不能适当调整灯的亮灯波形及亮灯频率、密封在发光管的放电容器内的溴化物的溴浓度、电极间距离与灯电流的大小、电极的半球形的端部上的钨重量等各种条件，则存在仅仅在灯亮后的几分钟之内，就会因电极端部形成弧光点的突起物消失而很快产生弧光跳跃现象，或因该突起物过度增长而使电极之间的距离变小，使灯电压过早变低而导致亮度下降等问题，此外，还存在电极端部的变形、损耗、发光管早期黑化等问题。

因此，本发明的目的还是在于通过适当调整高压放电灯中的上述各种条件防止电极端部变形、损耗、发光管早期黑化的同时，抑制在电极端部形成弧光点的突起物消失或过度增长，有效防止弧光跳跃现象的产生，防止将高压放电灯作为光源的投影图象显示装置的屏幕出现闪烁以及屏幕亮度下降。

发明内容

本发明的高压放电灯，其特征在于：在由内部密封了泵、溴化物以及稀有气体的发光管的放电容器内彼此相向配置一对由钨构成的电极，以及两个电极的端部各自呈半球形，通过电极间的放电在其端部形成弧光点的突起物的高压放电灯之中，当把两个电极间的极间距离设定为L(mm)，把稳定亮灯时的灯电流设定为I(A)，把密封在发光管的放电容器内的溴化物的溴的克分子量设为X(mol)，把发光管的放电容器的内容积设为Y(ml)，把各电极的大体呈半球形的端部钨重量设为W(mg)时可满足下述式(1)～式(3)

0.3≤L/I≤1.0                       (1)

1.2×10^-7≤X/Y≤1.1×10^-5           (2)

9≤W^3/2/I≤65                       (3)

的同时，稳定亮灯时的矩形波亮灯频率为45Hz以上。

采用本发明的高压放电灯由于彼此相向的电极前端部均呈半球形，因而形成弧光点的突起物位于电极间距离最短的电极最前端部。

而且据本发明人的试验，当L/I的值不足0.3的情况下，因电极端部损耗灯电压早期上升，无法获得稳定的放电，另一方面，若L/I的值超过1.0。则由于卤素周期作用钨过多地附着堆积在电极端部形成弧光点的突起物上，该突起物过度增长，极间距离变短而使灯电压早期下降，导致因灯电力不足而产生的亮度下降。但若在0.3～1.0的范围内选择决定该L/I的值，则可抑制电极端部损耗，以及形成弧光点的突起物过度增长。

此外，当X/Y的值不足1.2×10^-7的情况下，发光管的黑化即会早期出现，该值一超过1.1×10^-5，支持半球形的电极的根部又会很快变细，容易出现电极脱落。但若在1.2×10^-7～1.1×10^-5的范围内选择决定X/Y的值，则可防止发光管的早期黑化与电极脱落。

此外，当W^3/2/I的值不足9的情况下，因电极端部的早期损耗而导致灯电压急剧上升，该值一超过65，灯的启动性能恶化的同时，在电极端部形成的弧光点的突起物因缩小或消失或形成复数，很可能产生弧光点移动的弧光跳跃现象。但是若在9～65的范围内选择决定W^3/2/I的值，由于突起物的形状与大小并不发生多大的变化，因而不会产生弧光跳跃现象，电极端部也不会很快损耗。

还有，若不用矩形波亮灯，由于电极间存在产生辉光放电的时间，因而会导致发光管的黑化，此外，稳定亮灯时的亮灯频率不足45Hz的情况下，由于电极的阴极动作期间内的冷却时间长，电极端部形成的弧光点的突起物过度增长，极间距离变短，因灯电压的早期低下而导致灯电力不足引起亮度低下。但若用矩形波亮灯，并将该矩形波的亮灯频率设定为45Hz以上，则可防止发光管的早期黑化与构成弧光点的突起物过度增大。

此外，本发明为了实现稳定器的小型化，实现灯的高辉度、高效率、高色调效果，防止发光管破裂，把密封在发光管的放电容器内的汞量选择设定为放电容器的单位内部容积(ml)130～290mg。

也就是说，将发光管的放电容器内的平均气体温度设定为2000K，若用气体状态方程式计算亮灯期间的放电容器的内压，则为：当密封在发光管的放电容器内的汞量不足130mg/ml的情况下，其放电容器的内压按照计算应为100个标准大气压左右，但由于在100个标准大气压左右存在8％的二原子分子，因而实际不足100个标准大气压，由于灯电压低即需要更多的灯电流，因而很难实现稳定器小型化。此外，在100个标准大气压以下时，无法充分抑制电极间产生的电弧朝径向扩展，从而形成粗而弱的弧光，即使调整灯与凹面反射镜也无法获得很大的照度，无法获得理想的光色，因而无法实现高辉度、高效率、高色调效果，另一方面。若汞量超出290mg/ml，则由于亮灯期间的放电容器的内压按照计算为240个标准大气压，即使考虑到在200个标准大气压附近存在15％的汞的二原子分子，实际也在200个标准大气压以上，因而存在有些发光管因超过其耐压强度而产生破裂的危险性。

因此，本发明为了将亮灯期间的发光管的放电容器的内压实质性控制在100～200个标准大气压的范围内而将密封在发光管的放电容器内的汞量在130～290mg/ml的范围内选定。

附图说明

图1是本发明涉及的高压放电灯的例示图。

图2表示本发明涉及的高压放电灯使用的电极的加工形状以及加工前的形状。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的最佳实施方式。

图1所例示的高压放电灯是一种额定功率为120W的高压汞灯，在通过使发光管1的中央部位向外鼓出成球形而构成的放电容器2内，彼此相向配置了一对由钨丝构成的电极3、3，同时还密封了发光物质的汞、具有卤素周期作用的卤化物的溴化氢，构成辅助启动亮灯的气体的稀有气体氩气。

发光管1的放电容器2的内部容积(Y)约为0.06ml，密封在其放电容器2内部的汞量为13mg(单位内部容积为213mg/ml)，溴化氢的溴素的克分子量(X)为3.0×10^-7mol/ml，氩气的密封量为1.6×10⁴pa(常温时)。

发光管1由熔融石英构成，其放电容器2的最大外径为9.4mm，最大内径4.8mm，在通过埋设电极3、3固定的放电容器2的两端形成气密性密封其两端的密封4、4。

密封件4、4上埋设了各电极3的根部、与该根部连接的长度为20mm的钼片5、以及与该钼片连接的线径为0.5mm的钼线6。

正如图2(a)所示，各电极3首先在由高纯度的钨构成的外径为0.3mm，长度为7.0mm的电极棒的端部由后至前缠绕7匝由高纯度钨构成的外径为0.22mm的线圈8，并使电极棒7的端部露出1mm的头之后。在其上面由前至后继续缡绕5圈形成具有内圈t1与外圈t2的两层线圈状态。接着对各电极3的电极棒7的端部实施弧光等离子及激光或电子束等的加热熔融加工，其端部与线圈8的一部分将线圈8的外圈部分t2剩2～3匝部分加热熔融，利用其加热熔融部分形成球形时的表面张力现象，如图2(b)所示，在各电极3的端部形成半球形的同时，加工为呈半球形的电极端部的体积比重为钨的理论密度(19.3)的93％以上，即密度18.0以上。

通过该加工，各电极3的全长变为6.7mm左右，其端部的半球形部分的钨重量(W)约为10mg。

并通过将实施了上述加工的一对电极3.3相向配置到发光管1的放电容器2内，固定到密封件4.4上，将发光管1置于水平状态，通过矩形波频率150Hz的矩形波式电子稳定器9，以灯电力120w、灯电压90v、灯电流(I)的1.3A的条件给灯通电，若边使发光管1的放电容器2的下部外表面温度保持在850～900℃。边亮灯2个小时，则可通过电极3、3之间的放电，使钨集中到产生该放电电弧的各电极3的端部的最尖端部位，形成图2(b)所示的最大粗度约0.015mm、长度约0.1mm的突起物10，该突起物即构成弧光点。

此外，设计为通过在各电极3的端部形成该突起物10，最终形成约1.0mm的电极间距离(L)。

由于采用上述方式制成的高压放电灯即使经过几千小时的亮灯时间，电极3、3的端部形成的突起物10既不会缩小或消失，也不会出现过度增长，该突起物的形状与长度仍可保持一定，因而不必担心因弧光点无序移动而产生弧光跳跃现象，同时也不必担心因电极间距离变短而使灯电压早期下降。

因此，若将该灯作为投影图象显示器的光源，可有效消除因弧光跳跃现象引起的屏幕闪烁以及屏幕照度下降的问题。

如上所述，由于不必担心产生本发明涉及的高压放电灯在电极的阴极动作期间辐射电子电流的位置的弧光点周期性移动的弧光跳跃现象，因而作为设置在投影型液晶显示器及液晶投影机之类投影型图显示装置中的背照光的光源，具有很强的实用性。

Claims (2)

1、一种高压放电灯，其特征在于：在由内部密封泵、溴化物以及稀有气体的发光管的放电容器内彼此相向配置一对由钨构成的电极，以及两个电极的端部各自呈半球形，通过电极间的放电在其端部形成弧光点的突起物的高压放电灯之中，当把两个电极间的极间距离设定为L(mm)，把稳定亮灯时的灯电流设定为I(A)，把密封在发光管的放电容器内的溴化物的溴元素的克分子量设为X(mol)，把发光管的放电容器的内容积设为Y(ml)，把各电极的大体呈半球形的端部钨重量设为W(mg)时，满足下述式(1)～式(3)

0.3≤L/I≤1.0                            (1)

1.2×10^-7≤X/Y≤1.1×10^-5              (2)

9≤W^3/2/I≤65                           (3)

同时，稳定亮灯时的矩形波亮灯频率为45Hz以上。

2、根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于：密封在发光管的放电容器内的汞量为放电容器的单位内容积(ml)130～290mg。