CN1761026B

CN1761026B - 超高压水银灯

Info

Publication number: CN1761026B
Application number: CN200510092673.5A
Authority: CN
Inventors: 福岛谦辅
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-08-19
Also published as: EP1684329A3; JP2006114323A; US20060082311A1; CN1761026A; JP4281661B2; EP1684329B1; EP1684329A2

Abstract

本发明的目的是提供一种超高压水银灯，通过确实地防止发光管产生黑化或产生裂缝这样的问题，即使在长时间亮灯的情况下也能维持高的照度维持率、且可靠性高。本发明的超高压水银灯在发光管内配置有一对电极，在该发光管内密封有0.15mg/mm³以上的水银，其特征在于，上述电极的碳含量在10ppm重量比以下，并且氧的含量在10ppm重量比以下。

Description

超高压水银灯

技术领域

本发明涉及主要作为液晶投影机等的背景光用的光源使用的超高压水银灯(以下也仅称为“灯”)。特别涉及发光管内密封有0.15mg/mm³以上的水银、亮灯时水银蒸汽压达到150个大气压以上的超高压水银灯。

背景技术

近年来，在展示、学术讨论会、会议、学校讲课等场所将个人电脑上的画面投影到大画面的屏幕上的投影装置受人关注。这样的投影装置从大的方面可以分为影像方式的液晶方式和DLP(Digital Light Processing，数字光处理)方式2种。

其中，作为投影装置的规格，最普遍的是液晶方式。液晶方式是将来自光源的光投射到RGB(红、绿、蓝)液晶面板上来投影影像的方式。采用了液晶方式的投影装置多数为使用RGB各颜色的面板的3片式。3片式投影装置由于像素为3倍，因此具有分辨率高的优点。

与此相对，DLP方式提高了进行电影放映等的实绩，被评价为高画质、高亮度，近年市场迅速扩大。所谓DLP方式，是数字控制排列在基板上的数十万个到数百万个微小镜片的DMD(Digital Micromirror Device，数字微型反射镜元件)芯片来投影影像的结构。与液晶方式相比，DLP方式具有高亮度，并且由于不需要液晶面板因此能够使投影装置本身小型化的优点。

上述投影装置由于需要向屏幕照明均匀的、且具有足够的显色性的图像，因此使用密封有水银或卤化物的金属卤化物灯作为光源。近年来，上述投影装置，尤其是DLP方式的投影装置具有需要进一步高亮度化、小型化的倾向，因此光源的高亮度化、小型化的要求更加强烈。

基于这样的理由，近年来逐渐使用亮灯时水银蒸汽压力达到200巴(约197个大气压)以上的超高压水银灯取代金属卤化物灯作为投影装置用的光源。该超高压水银灯的结构为如专利文献1、2所述那样在具备中央部分形成的球状发光部、和该发光部的两端形成的密封部的发光管的内部配置一对电极，在密封部埋设电极的一部分和连接着电极根部的金属箔，再气密密封。通过使用这样的超高压水银灯，不仅能够通过提高亮灯时水银蒸汽的压力来抑制弧光的扩散，而且能够进一步提高光的输出。

但是，超高压水银灯存在随着亮灯时间的推移发光管的透光率降低，使照度维持率显著下降的问题。这样的照度维持率降低的主要原因可以认为是灯亮灯时蒸发的作为电极构成物质的钨附着在发光管的内壁上，使发光管黑化。因此，提出了如专利文献3所记载的那样通过利用密封到发光管内部的卤素的卤素循环来抑制钨附着在发光管的内壁上的方案。

并且，还提出了如专利文献4所记载的那样通过在发光管内密封一定量的氧，生成由从电极蒸发而飞散的钨、氧及卤素形成的化合物，分解这种化合物使钨再次回到电极这样的使卤氧循环(オキシハロゲンサイクル)活化，获得高的照度维持率的方案。

而作为使上述那样的卤素循环长时间地继续的手段，例如专利文献5中提出了以下方案：将比发光空间内存在的钠、钾、锂、铬、铁及镍之类杂质金属元素与灯工作时从电极蒸发出的钨之和的量还多的卤素密封到发光管内。这是为了防止：如果发光管内存在杂质金属，则由于卤素在与从电极蒸发出来的钨反应之前与发光空间内存在的杂质金属反应，因此使不能有助于卤素循环的卤素的比例增加，不能确保维持卤素循环所需要的卤素量，妨碍卤素循环从而引起发光管黑化。

但是，即使是上述公报中记载的技术，也不能完全防止随着亮灯时间的推移作为电极构成物质的钨附着在发光管的内壁上使发光管产生黑化，存在经过长时间难以确保高的照度维持率的问题。

而且，在超高压水银灯中，由于密封部内残留有气泡，亮灯时存在气泡的地方产生裂缝，有时会产生泄漏或破裂等问题。这样的裂缝是由在灯的制造阶段电极等上附着的或包含的杂质蒸发，以气体状态残留在密封部内而生成的气泡引起的，具体是由于因灯亮而处于高温状态的密封部中产生压力分布，特别是在残留有气泡的地方这样的耐压强度低的地方压力集中而产生的。但是上述公报中没有提及这样的问题点。

[专利文献1]日本专利公开平2-148561号

[专利文献2]日本专利公开平6-52830号

[专利文献3]日本专利第3216877号

[专利文献4]日本专利2002-75269号

[专利文献5]日本专利第3319742号

发明内容

因此，本发明的目的就是要通过确实地防止发光管产生黑化或裂缝这样的问题，提供一种即使在长时间亮灯的情况下也能维持高的照度维持率、可靠性高的超高压水银灯。

<关于防止黑化>

本发明者为了解决上述问题，进行了深刻的研究，着眼点是不仅要抑制从电极向发光空间内供给杂质金属，而且要抑制电极中包含的碳等杂质气体成分向发光空间内供给。即，如果在灯亮时碳释放到发光空间的话，则上述卤氧循环所必需的氧和碳在发光管内反应，生成CO、CO₂、H₂O等，从而妨碍卤素循环，因此如果设法不向发光空间内释放碳的话，则对于解决上述问题是有效的。

而且，本发明者发现抑制释放到发光空间内的氧的量也是有效的。即，如果在亮灯时向发光空间内释放氧的话，则促进了灯亮时处于高温的电极中包含的碳的扩散，助长了碳向发光空间释放；而且，发光空间内存在过剩的氧，成为破坏卤氧循环的平衡的原因，因此有必要降低电极中氧的含量。

<关于防止气泡>

本发明者在对密封部内残留有气泡的灯进行调查分析时确认，构成气泡的杂质气体的主要成分很可能是碳和氧。即，发现降低电极中碳和氧的含量对于防止气泡的产生是有效的。

因此，本发明者发现降低超高压水银灯的电极中碳和氧的含量对防止发光管的黑化和防止密封部的裂缝极其有效，从而完成了本发明。即本发明是一种在发光管内配置一对电极，该发光管内密封有0.15mg/mm³以上的水银的超高压水银灯，其特征在于，上述电极的碳含量在10ppm重量比以下，并且氧的含量在10ppm重量比以下的钨构成。

发明的效果

如果采用本发明的超高压水银灯，通过将配置在发光管内的一对电极的碳的含量规定在10ppm重量比以下，能够抑制成为妨碍卤循环的主要原因的碳向发光空间内释放。而且，通过将氧的含量规定在10ppm重量比以下，即使在灯亮时电极处于高温状态，也不会促进电极中碳的扩散，不会助长从电极中释放出碳。因此，即使在使灯长时间亮的情况下，也能够确实地抑制随着亮灯时间的推移发光管黑化这样的问题的发生。而且，如果采用本发明的超高压水银灯的话，通过将以往的灯中产生密封部内残留气泡这一问题的主要原因的电极中碳和氧的含量规定在极其低的值，能够期待在灯的制造阶段不在密封部残留气泡这一效果。

因此，能够提供即使在长时间亮灯的情况下也能维持高的照度维持率、可靠性高的超高压水银灯。

附图说明

图1表示本发明的超高压水银灯的长度方向的剖面图

图2表示灯亮时阴极的温度分布的图

图3表示灯亮时阳极的温度分布的图

图4图1所示的阴极和阳极的放大图

符号说明

1 发光管

2 阴极

3 阳极

4 金属箔

5 外部引线

11 发光部

12 密封部

21 棒部件

22 线圈部

31 轴部

32 粗颈部

具体实施方式

图1表示本发明的超高压水银灯的长度方向的剖面图。

超高压水银灯100具有由例如石英玻璃制成的发光管1。发光管1具有近似球状的发光部11和连在发光部11的两端的杆状的密封部12。在发光部11内部的发光空间S中，相对地配置有阴极2和阳极3。阴极2由顶端尖锐的、由钨制成的棒部件21和将由钨制成的线材卷绕在棒部件21的顶端附近形成的线圈部22构成。阳极3具有由钨制成的棒部件构成的轴部31 以及设置在该轴部31的顶端的由钨制成的粗径部32。粗径部32在前方侧(阴极2侧)及后方侧(根部311侧)具有圆锥部，整体为近似圆柱形状。各密封部12埋设有由例如钼制成的供电用的金属箔4并气密密封。该金属箔4的一端与阴极2或轴部31的根部211或根部311焊接进行电气连接，另一端与从密封部12突出到外面的供电用的外部引线5焊接进行电气连接。

这样的超高压水银灯100，外部引线5上电气连接有图中没有示出的供电用电源，用直流点灯方式点亮。

发光管1内密封有水银、卤素气体及稀有气体。

水银为可以获得必要的可见光波长，例如360～780nm的放射光的物质，为了使灯亮时水银蒸汽的压力达150个大气压以上，密封有0.15mg/mm³以上。虽然水银量因温度条件不同而异，但可以根据所希望的水银蒸汽压力适当变更。

为了改善点亮启动性，稀有气体密封有例如压力为13kPa的氩气。

卤素以碘、溴、氯等与水银及其他金属的化合物的形态被密封，密封量为2×10^-4～7×10^-3μmol/mm³的范围，为例如5×10^-4μmol/mm³。其他的功能主要关注利用了卤素循环的长寿命化，以及本发明的放电灯这样的极小型且具有高内压的灯中的防止发光管的透明消失。

阴极2及阳极3的碳含量在10ppm重量比以下，并且氧的含量在10ppm重量比以下，用以下所述的真空热处理法进行脱气处理。

通过在真空环境中对整个阴极和阳极实施高温下的热处理，由此除去由构成阴极和阳极的钨构成的部件中含的碳和氧。具体为，处理温度的范围为1800～2300℃，例如2180℃，处理时间的范围为60～180分钟，例如120分钟。

这里，以下对上述超高压水银灯100的数值例进行说明。

发光部11的最大外径从9mm～13mm的范围内选择，例如11.3mm。发光部11的内部容积从60mm³～250mm³的范围内选择，例如116mm³。阴极2中存在于发光空间S内的部分2a的体积从1.5mm³～10mm³的范围内选择，例如3.0mm³。阳极3中存在于发光空间S内的部分3a的体积从5.5mm³～50mm³的范围内选择，例如15mm³。电极之间的距离从0.9mm～1.6mm的范围内选择，例如1.2mm。管壁负荷从0.8W/mm²～4W/mm²的范围内选择，例如1.6W/mm²。额定电压从55V～80V的范围内选择，例如65V。额定功率从120W～350W的范围内选择，例如200W。

如果采用上述那样本发明的超高压水银灯，则通过将配置在发光管内的一对电极的碳的含量规定在10ppm重量比以下，能够抑制成为妨碍卤素循环的主要原因的碳向发光空间内释放。而且，通过将氧的含量规定在10ppm重量比以下，即使在灯亮时电极处于高温状态，也不会促进电极中碳的扩散，不会助长从电极中释放出碳。因此，即使在使灯长时间亮的情况下，也能够确实地抑制随着亮灯时间的推移发光管黑化这样的问题的发生。

而且，如果采用本发明的超高压水银灯的话，则通过将以往的灯中产生密封部内残留气泡这一问题的主要原因的电极中碳和氧的含量规定在极其低的值，能够期待在灯的制造阶段不在密封部残留气泡这一效果。

下面说明为了确认本发明的作用效果而进行的实验例。当然，本发明的作用效果并不局限于以下的数值例。

[实施例]

根据图1所示的结构制造了2根电极(阴极2及阳极3)中碳的含量及氧的含量在本发明的范围之间的超高压水银灯。该超高压水银灯的结构如下所述。

发光管1由全长80mm的石英玻璃构成的密封体构成，发光部11的最大外径为12.5mm，发光部11的内部容积为202mm³，密封部12的外径为6mm。

阴极2用由钨制成的棒部件构成，外径为1.2mm，全长11mm，顶端为锥形。

构成阳极3的轴部31用由钨制成的棒部件构成，外径为0.78mm，全长为8.5mm。粗径部32为在前方侧和后方侧具有圆锥部的、由钨制成的圆柱状部件，最大外径为3mm，全长为5mm。

阴极2与阳极3之间的电极间距离为1.3mm。

发光管1内密封有41mg水银，13.3kPa的氩气体，5×10^-4μmol/mm³的溴气体。

[比较例]

制作了8根除电极(阴极和阳极)中的碳含量和氧含量不在本发明的范围内之外其他结构与实施例相同的以往的超高压水银灯。

对实施例和比较例的超高压水银灯分别在刚制作完后立即用目视确认没有点亮的灯有无气泡产生。并且，重复进行10次亮灯2分钟后熄灭40秒的动作，用目视确认发光管是否产生黑化。而且，确认了连续亮灯500小时后的照度维持率。灯的点亮条件都为额定电压70V，额定功率275W。其结果表示在表1中。

[表1]

	碳含量 (ppm重量)	氧含量 (ppm重量)	有无黑化	有无气泡	照度维持率
						实施例1	0.3	2.1	◎	○	○
实施例2	10.0	10.0	◎	○	○
						比较例1	18.0	5.0	△	△	△
比较例2	30.0	5.0	×	△	×
						比较例3	5.0	15.0	○	△	△
比较例4	5.0	26.0	○	△	△
						比较例5	11.0	13.0	○	△	○

比较例6	18.0	22.0	△	△	○
						比较例7	30.0	45.0	△	△	△
比较例8	67.0	135.0	×	×	×

在表1的“有无黑化”栏中，“◎”表示确认完全没有黑化，“○”表示确认几乎没有黑化，“△”表示确认仅有一部分黑化，“×”表示确认完全黑化。在表1的“有无气泡”一栏中，“○”表示未产生气泡，“△”表示密封部的一部分内产生气泡，“×”表示对密封部整体产生气泡。在表1的“照度维持率”一栏中，“○”表示照度维持率在80％以上，“△”表示照度维持率在70％～80％的范围内，“×”表示照度维持率在70％以下或灯已破损。

如表1所示，电极中碳的含量及氧的含量在本发明的范围以内的实施例1、2的超高压水银灯，发光管不黑化，密封部中不产生气泡，而且连续亮灯500小时后还能够确保80％以上的照度维持率。与此相对，电极中碳的含量和氧的含量不在本发明的范围内的比较例1至8的超高压水银灯中，产生了黑化或气泡或两者同时产生。其结果，判明几个灯中在连续亮灯500小时后照度维持率降低至低于80％。

这里，本发明者确认到，当电极的温度达到1600℃以上时，电极中包含的碳和氧释放到发光空间内。因此，随着长时间亮灯，电极处于高温状态，因此电极中含的碳和氧释放到发光空间中，所以电极中碳和氧的含量有可能与刚制造后不同。这种情况下，对于长时间亮灯后的灯，难以特定是具有本发明的结构的灯还是没有本发明的结构的灯。

因此，下面就为了研究确实地特定具有本发明的结构的灯的方法而进行的实验进行说明。

根据图1所示的结构制作了3根以下表2所示规格的超高压水银灯，作为样本1至3。以250W～275W的输入使各样本连续亮灯。其结果表示在图2、图3中。

图2为表示灯亮时阴极的温度分布的图，纵轴表示温度(℃)，横轴表示距离阴极顶端的距离(mm)。图3为表示灯亮时阳极的温度分布图，纵轴表示温度(℃)，横轴表示距离阳极顶端的距离(mm)。图4表示图1所示的阴极和阳极的放大图。

[表2]

^*1)密封后的内部容积

如图2所示，在距离阴极顶端的距离L1超过5mm的区域A(参照图4(a))中，由于所有的样本在亮灯时的温度都不到1600℃，因此亮灯时碳气体等不会释放到发光空间中，可以认为即使在长时间亮灯后碳和氧的含量也与刚制造后相同。另一方面，在距离阴极顶端的距离不足5mm的区域A′中，由于根据灯的规格，在灯亮时温度超过1600℃，因此亮灯时从阴极向发光空间中释放碳气体等，可以认为长时间亮灯后碳及氧的含量比刚制成后低。

如图3所示，在离开阳极顶端的距离L2超过6mm的区域B(参照图4(b))中，由于所有的样本在亮灯时的温度都不到1600℃，因此亮灯时碳气体等不会释放到发光空间中，可以认为即使在长时间亮灯后碳和氧的含量也与刚制造后相同。另一方面，在离开阳极顶端的距离不足6mm的区域B′中，与阴极的情况一样，可以认为长时间亮灯后碳及氧的含量比刚制成后低。

根据以上的实验结果，在特定是否是具有本发明的结构的超高压水银灯时，关于碳浓度和氧浓度，可以分析在不受亮灯影响的部位，即阴极的区域A和阳极的区域B，来确认碳浓度和氧浓度。即，如果在区域A和区域B的碳浓度为10ppm以下，并且氧浓度在10ppm以下，则应该是具有本发明的结构的超高压水银灯。

这里，灯的电极中含碳的量和含氧的量都用称之为燃烧分析法的方法进行评价。

即，对于碳元素成分是在氧气气流中与助燃剂一起用高频炉加热试料，通过红外线吸收来检测出从试料中产生的CO、CO₂成分，根据这些检测量确定碳的含量。并且，对于氧成分是在黑铅坩埚中加热试料，用He气体流量限制此时产生的CO和CO₂气体，用红外线吸收法分析这些气体的成分，评价试料中氧的含量。

并且，本发明并不局限于上述实施方式，可以施加其他的各种变更。例如，虽然上述实施方式说明的是直流点灯方式的超高压水银灯，但本发明的结构也可以用于交流点灯方式的超高压水银灯。

Claims

1.一种超高压水银灯，在发光管内配置有一对电极，在该发光管内密封有0.15mg/mm³以上的水银，其特征在于，上述电极的碳含量在10ppm重量比以下，并且氧的含量在10ppm重量比以下的钨构成。