JP2006066093A

JP2006066093A - 高圧放電ランプとその酸素封入方法

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Publication number: JP2006066093A
Application number: JP2004243964A
Authority: JP
Inventors: Akira Ogawara; 亮大河原; Yoshiaki Kuroda; 田能章黒; Shiyouji Yamamoto; 本将二山; Kyoichi Sakugi; 木教一柵; Toshio Yoshizawa; 沢敏雄吉
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: JP4453487B2

Abstract

【課題】高圧放電ランプの放電容器内にタングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素を過不足なく封入してランプ寿命を確実に向上させると同時に、その酸素封入量の調整を容易にして長寿命の高圧放電ランプを効率良く量産できるようにする。
【解決手段】高圧放電ランプ１の放電容器２内に配置するタングステン電極５Ｒ、５Ｌの一方又は双方を酸化雰囲気中で加熱することにより、正常なタングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素をタングステン電極の表面に生成させた酸化物として高圧放電ランプ１の放電容器２内に封入するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶プロジェクターの光源装置等に用いられる高圧放電ランプと、該ランプの放電容器内にタングステン−ハロゲンサイクルを促進する適量の酸素を封入する方法に関する。

近年は、比較的小型のアクティブマトリクスタイプの液晶と精巧な光学系とを用いた液晶プロジェクターの普及が目覚しく、特に、パソコンに接続してそのパソコン画面をスクリーンや壁面等に投写できるパソコン対応型（データ対応型）の液晶プロジェクターは、ホールや会議室などでのイベントやプレゼンテーションに有用であることから急速に普及している。また、大型ＣＲＴを用いたブラウン管型テレビ受像機と同等以上の画面サイズが可能な背面投写型の液晶プロジェクター（リアプロジェクター）も、その装置全体の厚みや重量がブラウン管型テレビ受像機に比べて著しく小さいことから、北米市場等に受け容れられるようになってきている。

これら液晶プロジェクターの光源装置に用いられる従来一般の高圧放電ランプは、一対のタングステン電極が対向して配置された放電容器内に、水銀、ハロゲン及び不活性ガスが封入されて、その放電容器内の水銀蒸気圧を高めことにより赤色領域の発光を促して分光分布を良好にすると共に、タングステン電極から飛散して放電容器の内壁に付着した物質を電極へ戻すタングステン−ハロゲンサイクルによりランプ寿命を損なう放電容器の早期黒化を防止するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特許第２８２９３３９号公報

しかし、今後、液晶プロジェクターの更なる普及を図るには、その光源装置に用いられる高圧放電ランプをより一層長寿命なものにする必要があり、そのために、高圧放電ランプの放電容器内に水銀やハロゲン、不活性ガスと共に微量の酸素ガスを封入することによって黒化防止のためのタングテン−ハロゲンサイクルを促進させる試みがなされている（例えば、非特許文献１参照）。
The 9th International Symposium on the Science and Technology of Light Sources( Cornell University, Ithaca, NY, USA 12-16 August 2001 ) No. 015:P "Study on High-pressure Mercury Lamp for Rear Projection TV Sets"

しかしながら、タングテン−ハロゲンサイクルを促進するために必要な酸素の量は極微量であり、例えば、放電容器の内容積が０．１ｍｌの小型高圧放電ランプにあっては、その放電容器内に封入すべき酸素量は約５×１０^−９ｇ（酸素濃度０．０１ｍｂａｒの場合）程度と著しく少ないので、その酸素封入濃度は極めて低く、しかも、ランプの製造過程で放電容器内に外部から持ち込まれる水分（Ｈ_２Ｏ）量や炭酸ガス（ＣＯ，ＣＯ_２）量などの不純物量にバラツキがあることを考慮すると、個々のランプ毎にその製造過程を監視しながら酸素封入濃度を微妙に調整しなければならず、その調整作業が非常に面倒であるから、ランプの生産性が著しく低下するという問題がある。

また、放電容器内に封入する酸素の濃度を過不足なく適正に調整するのは非常に難しく、その調整を誤って酸素濃度を低くし過ぎると、タングテン−ハロゲンサイクルを促進させる効果が得られないし、逆に酸素濃度を高くし過ぎると、タングテン−ハロゲンサイクルに異常を来たして、タングステン電極の酸化による電極材の飛散が原因で放電容器の内壁全体が早期に黒化し、その黒化した放電容器が放電によって生ずる熱を余分に吸収して膨らむため、黒化による照度不足を招くと同時に、放電容器が破裂する確率も大幅に増加して、却ってランプ寿命を損なうおそれがあるという問題があった。

本発明は、高圧放電ランプの放電容器内に正常なタングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素を過不足なく容易に封入できるようにして、長寿命の高圧放電ランプを効率良く量産できるようにすることを技術的課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、一対のタングステン電極が対向して配置された放電容器内に、水銀、ハロゲン及び不活性ガスと、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素が封入された高圧放電ランプにおいて、前記酸素が、前記タングステン電極の表面に生成させた酸化物として放電容器内に封入されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、高圧放電ランプの放電容器内にタングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素を封入する高圧放電ランプの酸素封入方法において、一方のシール部を気密封止して該シール部にタングステン電極を固定した放電容器内を酸化雰囲気にし、その酸化雰囲気中で前記タングステン電極を加熱して該電極の表面に酸化物を生成させることにより、前記酸素を前記酸化物として放電容器内に封入することを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、高圧放電ランプの放電容器内にタングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素を封入する高圧放電ランプの酸素封入方法において、放電容器の両端に形成されたシール部に固定するタングステン電極の一方又は双方を予め酸化雰囲気中で加熱してその表面に酸化物を生成させてから前記シール部に固定することにより、前記酸素を前記酸化物として放電容器内に封入することを特徴とする。

本発明によれば、黒化防止のためのタングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素を電極の表面に生成させた酸化物として放電容器内に封入するので、従来の如く酸素ガスとして封入する場合に比べて酸素封入濃度の調整が容易であり、適量の酸素を過不足なく封入することができ、したがって、高圧放電ランプの生産性を損なうことなくそのランプ寿命を確実に延命させることができる。

本発明に係る高圧放電ランプの最良の実施形態は、放電容器の一方のシール部を気密封止して該シール部にタングステン電極を固定し、その放電容器を高温加熱して他方のシール部から該放電容器内に不活性ガスを導入して真空引きする動作を繰り返すことにより放電容器内に発生する不純ガスを除去するウォッシングを行った後、放電容器内に酸素ガスを導入してその内部を酸化雰囲気にすると共に、放電容器の外部から前記電極の一部にレーザビームを定量照射して該電極を酸化雰囲気中でレーザビーム加熱し、その電極の表面に酸化物を生成させることによって、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素を前記電極の表面に生成させた酸化物として放電容器内に封入する。

そして、放電容器内に導入した酸素ガスを他方のシール部から真空引きして除去した後、該シール部から放電容器内に水銀、ハロゲン及び不活性ガスを導入し、そのシール部を気密封止して該シール部に前記タングステン電極の対極となるタングステン電極を固定することにより、一対のタングステン電極が対向して配置された放電容器内に、水銀、ハロゲン及び不活性ガスが封入されると共に、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素がタングステン電極の表面に生成させた酸化物として封入された高圧放電ランプとする。

図１は、本発明に係る高圧放電ランプの一例を示す縦断面図であって、該ランプ１は、内容積約９０ｍｍ^３の石英製放電容器２と、該放電容器２の両端に形成されたシール部３Ｒ、３Ｌを気密封止して当該各シール部３Ｒ、３Ｌに封着された一対の電極アセンブリ４Ｒ、４Ｌを有する定格電力１５０Ｗの高圧放電ランプである。

電極アセンブリ４Ｒ、４Ｌは、放電容器２内に対向して配置するタングステン電極５Ｒ、５Ｌと、モリブデン箔６、６と、外部リード７、７とで構成され、タングステン電極５Ｒ、５Ｌは、外径０．４ｍｍ、長さ８ｍｍの電極芯棒８の先端部に外径０．２ｍｍの純タングステン製ワイヤ９をコイル状に二重密巻きした後、その先端部を加熱溶解させて外径約１．１ｍｍ程度の球状を成すように加工されている。そして、電極芯棒８の後端部がモリブデン箔６の片端側に溶接され、該モリブデン箔６の他端側に外径０．５ｍｍのモリブデン線で成る外部リード７が溶接されている。

電極アセンブリ４Ｒ、４Ｌを放電容器２のシール部３Ｒ、３Ｌに封着して放電容器２内に互いに対向して配置されたタングステン電極５Ｒ、５Ｌは、各々電極芯棒８の後端部側を放電容器２のシール部３Ｒ、３Ｌに約３．５ｍｍ程度埋設してそのシール部３Ｒ、３Ｌに固定されている。

そして、シール部３Ｒ、３Ｌが気密封止された放電容器２内には、水銀が０．２２ｍｇ／ｍｍ^３、ハロゲンとして臭素ガスがＢｒ原子換算で１．６×１０^−４μmol／ｍｍ^３、始動用の不活性ガスとしてアルゴンガスが約２×１０^４Ｐａ封入されると共に、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素が、タングステン電極３Ｌの表面に生成させた酸化物として封入されている。

図２は、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素をタングステン電極５Ｌの表面に生成させた酸化物として放電容器２内に封入する方法の一例を示す工程図である。本例の酸素封入方法は、まず、図２（ａ−１）の如く、放電容器２の一方のシール部３Ｌに電極アセンブリ４Ｌを挿通し、そのシール部３Ｌをシュリンクシールにより気密封止して、該シール部３Ｌに電極アセンブリ４Ｌのタングステン電極５Ｌを固定する。次いで、放電容器２を約１０００℃の高温に加熱しながら、図２（ａ−２）の如く、放電容器２の他方のシール部３Ｒから放電容器２内が例えば６×１０^４Ｐａの圧力になるように加圧した不活性ガス（例えばアルゴンガス）を導入し、その導入した不活性ガスを真空引きする動作を繰り返すウォッシングを行って、放電容器２内に発生するランプに有害な不純ガスを除去する。

そして、ウォッシングが終了すると、放電容器２を冷却してから、図２（ａ−３）の如く、放電容器２内に高純度の酸素ガス（純度９９．９９９％以上、主な不純物は窒素）を約８×１０^２Ｐａの圧力で導入してその内部を酸化雰囲気にすると共に、ＹＡＧレーザを用いて放電容器２の外部からその内部に配置されたタングステン電極５Ｌの先端部にビーム径約０．５ｍｍのレーザビームをタングステンが蒸発しない出力で１０ｍsec間だけ定量照射して２ジュールのエネルギーを加えるレーザビーム加熱により、タングステン電極５Ｌの先端部を加熱して、その先端部の表面にタングステンの酸化化合物である三酸化タングステン（ＷＯ_３）を生成させる。なお、上記条件でタングステン電極５Ｌをレーザビーム加熱して該電極５Ｌの表面に生成させた酸化物中に含まれる微量酸素量をＥＳＣＡ分析装置で測定したところ、その酸素量は、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量範囲内である約４×１０^−９ｇであった。

次に、放電容器２内に導入した酸素ガスを他方のシール部３Ｒから真空引きして除去した後、図２（ａ−４）の如く、そのシール部３Ｒを通じて水銀０．２２ｍｇ／ｍｍ^３、臭素ガス１．６×１０^−４μmol／ｍｍ^３（Ｂｒ原子換算）及び始動用不活性ガスのアルゴンガス約２×１０^４Ｐａを放電容器２内に導入し、次いで、図２（ａ−５）の如く、シール部３Ｒに電極アセンブリ４Ｒを挿通してそのシール部３Ｒをシュリンクシールによって気密封止し、該シール部３Ｒに電極アセンブリ４Ｒのタングステン電極５Ｒを固定する。

これにより、一対のタングステン電極５Ｒ、５Ｌが対向して配置された放電容器２内に、水銀、ハロゲン及び不活性ガスが封入されると共に、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素がタングステン電極５Ｌの表面に生成させた酸化物として封入された図１の高圧放電ランプ１となる。

そして、該ランプ１を液晶プロジェクターの光源装置に用いて、通常モード（３時間点灯―１時間消灯）による点灯試験を行ったところ、５０００時間点灯後でも８０％以上の照度維持率を示した。したがって、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素を上記の方法によって封入すれば、長寿命のランプを確実に得ることができる。また、タングステン電極５Ｌの表面に生成する酸化物中の酸素量をＥＳＣＡ分析装置で分析し、その分析結果に基づいて、電極５Ｌを加熱するレーザビームのビーム径や照射時間、照射エネルギー等を設定することにより、電極５Ｌの表面に生成させる酸化物中の酸素量を確実且つ容易に調整することができるので、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素が放電容器２内に封入された長寿命のランプを量産することが可能となる。

なお、ランプの定格電力が異なる場合（放電容器２の内容積が異なる場合）は、図２（ａ−３）で放電容器２内に導入する酸素ガスの濃度や圧力を変更したり、レーザビームのビーム径や照射時間、照射エネルギーを変更することにより、電極５Ｌの表面に生成させる酸化物中の酸素量を加減調整すればよい。また、図２（ａ−３）では、放電容器２内に酸素ガスを導入してその内部を酸化雰囲気にしているが、これに限らず、放電容器２内に水蒸気を導入して酸化雰囲気にする場合であってもよい。また、上記実施例では、電極５Ｌの表面の一部に酸化物を生成させているが、その表面全体に酸化物を生成させる場合であってもよい。勿論、放電容器２内に封入するハロゲンは、臭素に限らず沃素、塩素であってもよい。

図３は、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素をタングステン電極の表面に生成させた酸化物として高圧放電ランプの放電容器内に封入する方法の他の例を示す工程図である。本例の酸素封入方法は、図３（ｂ−１）の如く組立てられて水素雰囲気中で加熱処理されたり、高真空中で加熱処理されたクリーンな電極アセンブリ４Ｒ、４Ｌの一方又は双方を、酸化雰囲気中に導入して、その酸化雰囲気中でタングステン電極５Ｒ又は５Ｌもしくは５Ｒ及び５Ｌをレーザビーム加熱することにより、該電極の表面にタングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素を含有した酸化物を生成させる。

次に、図３（ｂ−２）の如く、一方の電極アセンブリ４Ｌを放電容器２の一方のシール部３Ｌに挿通し、該シール部３Ｌをシュリンクシールにより気密封止してそのシール部３Ｌに電極アセンブリ４Ｌのタングステン電極５Ｌを固定する。次いで、図３（ｂ−３）の如く、他方のシール部３Ｒを通じて放電容器２内に水銀、ハロゲン及び不活性ガスを必要量導入した後、図３（ｂ−４）の如く、そのシール部３Ｒに他方の電極アセンブリ４Ｒを挿通し、該シール部３Ｒをシュリンクシールにより気密封止してそのシール部３Ｒに電極アセンブリ４Ｒのタングステン電極５Ｒを固定する。

これにより、一対のタングステン電極５Ｒ、５Ｌが対向して配置された放電容器２内に、水銀、ハロゲン及び不活性ガスが封入されると共に、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素がタングステン電極５Ｒ又は５Ｌもしくは５Ｒ及び５Ｌの表面に生成させた酸化物として封入された図１の高圧放電ランプ１となる。

なお、例えば、図３（ｂ−１）の如く一方のタングステン電極５Ｒだけをレーザビーム加熱して該電極５Ｒのみに酸化物を生成させる場合は、タングステン電極５Ｌに酸化物を生成させていない電極アセンブリ４Ｌを図３（ｂ−２）の如く放電容器２の一方のシール部３Ｌに挿通し、該シール部３Ｌを気密封止してそのシール部３Ｌにタングステン電極５Ｌを固定した後、図３（ｂ−３）の如く他方のシール部３Ｒから放電容器２内に水銀、ハロゲン及び不活性ガスを導入する前に、図２（ａ−２）で説明したようなウォッシングを行って放電容器２内に発生する不純ガスを除去することが望ましい。

シール部３Ｒ、３Ｌをシュリンクシールにより気密封止して該シール部３Ｒ、３Ｌに電極アセンブリ４Ｒ、４Ｌの電極５Ｒ、５Ｌを固定する際は、そのシール部３Ｒ、３Ｌをガスバーナの火炎で約１８００℃の高温に加熱するため、電極５Ｒ又は５Ｌもしくは５Ｒ及び５Ｌの表面に生成させた酸化物の一部が放電容器２内に飛散するが、飛散した酸化物の殆どは放電容器２の外部へ逃散することなくその内部に留まるため、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる酸素量は確保される。また、酸化物の一部が放電容器２内に飛散しても、電極アセンブリ４Ｒ、４Ｌの各モリブデン箔６は、気密封止したシール部３Ｒ、３Ｌ内に封着されているので、該モリブデン箔６が酸化するという弊害も生じない。

本発明は、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素を放電容器内に封入した長寿命の高圧放電ランプを量産可能にして、該ランプを光源とする液晶プロジェクターの普及に資することができる。

本発明に係る高圧放電ランプの一例を示す縦断面図本発明に係る高圧放電ランプの酸素封入方法の一例を示す工程図本発明に係る高圧放電ランプの酸素封入方法の他の例を示す工程図

符号の説明

１高圧放電ランプ
２放電容器
３Ｒシール部
３Ｌシール部
４Ｒ電極アセンブリ
４Ｌ電極アセンブリ
５Ｒタングステン電極
５Ｌタングステン電極
６モリブデン箔
７外部リード
８電極芯棒
９ワイヤ

Claims

一対のタングステン電極が対向して配置された放電容器内に、水銀、ハロゲン及び不活性ガスと、タングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素が封入された高圧放電ランプにおいて、前記酸素が、前記タングステン電極の表面に生成させた酸化物として放電容器内に封入されていることを特徴とする高圧放電ランプ。
高圧放電ランプの放電容器内にタングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素を封入する高圧放電ランプの酸素封入方法において、一方のシール部を気密封止して該シール部にタングステン電極を固定した放電容器内を酸化雰囲気にし、その酸化雰囲気中で前記タングステン電極を加熱して該電極の表面に酸化物を生成させることにより、前記酸素を前記酸化物として放電容器内に封入することを特徴とする高圧放電ランプの酸素封入方法。
一方のシール部を気密封止して該シール部にタングステン電極を固定した放電容器を高温加熱して他方のシール部から該放電容器内に不活性ガスを導入して真空引きする動作を繰り返すことにより放電容器内に発生する不純ガスを除去するウォッシングを行った後、放電容器内に酸素ガスを導入してその内部を酸化雰囲気にする請求項２記載の酸素封入方法。
前記放電容器の外部から前記タングステン電極の一部にレーザビームを定量照射して該電極を加熱するレーザビーム加熱により該電極の表面に酸化物を生成させる請求項２又は３記載の酸素封入方法。
高圧放電ランプの放電容器内にタングステン−ハロゲンサイクルを促進させる適量の酸素を封入する高圧放電ランプの酸素封入方法において、放電容器の両端に形成されたシール部に固定するタングステン電極の一方又は双方を予め酸化雰囲気中で加熱してその表面に酸化物を生成させてから前記シール部に固定することにより、前記酸素を前記酸化物として放電容器内に封入することを特徴とする高圧放電ランプの酸素封入方法。