JP2007227220A

JP2007227220A - Discharge lamp

Info

Publication number: JP2007227220A
Application number: JP2006048268A
Authority: JP
Inventors: Takeo Kato; 剛雄加藤; Takashi Ueno; 貴史上野
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-09-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a discharge lamp, capable of preventing deterioration of light translucency and generation of cracks caused by SiC film thickness to be coated on the inner wall of a light-emitting tube, and furthermore, capable of preventing deterioration of a light flux caused by thin-filming. <P>SOLUTION: In a lamp light-emitting tube, having a bulb part 12 in which a protective film 14 is formed on the inner wall face and a narrow tube part 13 into which an electrode 15 is sealed, the film thickness of the protection film 14 is formed so that the wavelength of a light, of which the spectral transmittance becomes maximum and the peak value of a light emission spectrum of the discharge lamp, will substantially match. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、放電ランプ、特に、内壁面に炭化珪素（ＳｉＣ）膜が形成された石英発光管内にメタルハライドなどの放電媒体物質が封入され、且つ、電極が発光管両端の内側に封止される放電ランプに関する。 The present invention relates to a discharge lamp, in particular, a discharge medium material such as metal halide is enclosed in a quartz arc tube having a silicon carbide (SiC) film formed on the inner wall surface, and electrodes are sealed inside both ends of the arc tube. It relates to a discharge lamp.

従来、この種の放電ランプは、点灯中に高温となるため、封入されている放電媒体と発光管が反応して、発光管が変色しあるいは発光管材料の結晶化による失透現象などにより、発光管の透過率が低下してしまうことがあった。 Conventionally, since this type of discharge lamp is hot during operation, the enclosed discharge medium reacts with the arc tube, and the arc tube changes color or devitrification due to crystallization of the arc tube material. The transmissivity of the arc tube may decrease.

また、放電媒体物質と発光管の反応により発光管内に残された、不十分な量のハロゲン等の放電媒体により、始動電圧やランプ電圧の上昇などが生じ、この結果、ランプの不点灯や立ち消え現象が発生し、ランプ自体の寿命を短くするという欠点があった。 In addition, an insufficient amount of halogen or other discharge medium left in the arc tube due to the reaction between the discharge medium substance and the arc tube causes an increase in starting voltage or lamp voltage, resulting in lamp non-lighting or extinguishing. The phenomenon occurs and there is a drawback that the life of the lamp itself is shortened.

この問題を解決するために、従来、発光管内壁面にＳｉＣ保護膜を形成させることによって、発光管と封入放電媒体との化学反応を抑制させ、ランプ寿命を長くする技術が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−２６９９２７号公報 In order to solve this problem, conventionally, a technology has been proposed in which a SiC protective film is formed on the inner wall surface of the arc tube to suppress a chemical reaction between the arc tube and the enclosed discharge medium, thereby extending the lamp life (patent). Reference 1).
JP 2004-269927 A

しかしながら、このように発光管内壁に被着されたＳｉＣ膜の膜厚が厚いと光の吸収が大きくなって発光管の光透過率の低下を招き、さらには、発光管を構成する石英とＳｉＣ膜との熱膨張差によってＳｉＣ膜にクラックが生じる。したがってこれを防ぐためには、ＳｉＣ膜の膜厚を極力薄くする必要があった。 However, when the thickness of the SiC film deposited on the inner wall of the arc tube is thick, the light absorption is increased, leading to a decrease in the light transmittance of the arc tube. Furthermore, the quartz and SiC constituting the arc tube are further reduced. Cracks occur in the SiC film due to the difference in thermal expansion from the film. Therefore, in order to prevent this, it is necessary to make the thickness of the SiC film as thin as possible.

ところが、ＳｉＣ膜を薄くすると、光の干渉により透過スペクトルに脈動が起き、ランプの全光束を低下させてしまうという問題が生じる。 However, when the SiC film is thinned, there is a problem that pulsation occurs in the transmission spectrum due to light interference and the total luminous flux of the lamp is reduced.

そこで、本発明の目的は、上記の問題を解決し、発光管内壁に被着されるＳｉＣ膜に起因する光透過率の低下やクラックの発生を防止し、さらに、薄膜化に起因する光束低下を防止しうる放電ランプを提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, prevent a decrease in light transmittance and cracks caused by the SiC film deposited on the inner wall of the arc tube, and further reduce the luminous flux due to thinning. It is an object of the present invention to provide a discharge lamp that can prevent the above.

本発明の放電ランプは、内部に放電媒体が封入され径大な透光性の発光管部と、この発光管部の両側に気密に連結され、内部に前記発光管部内に一端が挿入された一対の電極がそれぞれ固定封入された一対の細管部と、前記発光管部の内壁面に形成された保護膜とを備え、この保護膜は、その分光透過率が、前記発光管部から発生する発光スペクトルにおけるピーク波長において、ほぼ最大となるようにその膜厚が形成されていることを特徴とするものである。 The discharge lamp of the present invention has a light-transmitting arc tube portion with a large diameter filled with a discharge medium, hermetically connected to both sides of the arc tube portion, and one end inserted into the arc tube portion. A pair of thin tube portions in which a pair of electrodes are fixedly sealed, respectively, and a protective film formed on the inner wall surface of the arc tube portion, and the spectral transmittance of the protective film is generated from the arc tube portion. The film thickness is formed so as to be substantially maximum at the peak wavelength in the emission spectrum.

また、本発明の放電ランプにおいては、前記発光管部は石英により形成され、前記保護膜は炭化珪素により形成されていることを特徴とするものである。 In the discharge lamp according to the present invention, the arc tube portion is made of quartz, and the protective film is made of silicon carbide.

さらに、本発明の放電ランプにおいては、前記保護膜の膜厚は、前記発光スペクトルにおけるピーク波長に対して２０％〜２４％の範囲に形成されることを特徴とするものである。 Furthermore, in the discharge lamp of the present invention, the thickness of the protective film is in the range of 20% to 24% with respect to the peak wavelength in the emission spectrum.

本発明によれば、発光管内壁に被着されるＳｉＣ膜厚に起因する光透過率の低下やクラックの発生を防止し、さらに、薄膜化に起因する光束低下を防止しうる信頼性の高い放電ランプを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to prevent a decrease in light transmittance and cracks due to the SiC film thickness deposited on the inner wall of the arc tube, and to further prevent a decrease in luminous flux due to thinning. A discharge lamp can be obtained.

以下、本発明の実施形態につき、図1乃至図３を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.

図１は、本発明による放電ランプの内部構成を示す縦断面図で、球体状の石英製の発光管部１２と、その両側に連結された細管部１３とからなっている。発光管部１２の内部には放電媒体物質、例えば、メタルハライドが気密に封入されている。発光管部１２の内壁面には耐食性の保護膜であるＳｉＣ膜１４が、後述する製造方法により形成されている。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the internal structure of a discharge lamp according to the present invention, which comprises a spherical quartz arc tube portion 12 and narrow tube portions 13 connected to both sides thereof. Inside the arc tube portion 12, a discharge medium substance, for example, a metal halide is hermetically sealed. A SiC film 14 as a corrosion-resistant protective film is formed on the inner wall surface of the arc tube portion 12 by a manufacturing method described later.

細管部１３は同じく石英製の細管を発光管部１２の両側において気密に連結したものであり、その内部には一対の電極１５とこれに接続されたモリブデン（Ｍｏ）箔１６が、封入されている。細管部１３はその内部に電極１５とモリブデン箔１６が挿入された状態で加熱圧縮され扁平形状に成形されている。一対の電極１５はそれらの一端が発光管部１２内に挿入され、モリブデン箔１６を介して高電圧が印加されたとき、発光管部１２内で封入された放電媒体を介して放電を開始する。 Similarly, the narrow tube portion 13 is a quartz thin tube that is hermetically coupled on both sides of the arc tube portion 12. A pair of electrodes 15 and a molybdenum (Mo) foil 16 connected thereto are enclosed in the thin tube portion 13. Yes. The thin tube portion 13 is heated and compressed in a state where the electrode 15 and the molybdenum foil 16 are inserted therein and formed into a flat shape. One end of the pair of electrodes 15 is inserted into the arc tube 12, and when a high voltage is applied through the molybdenum foil 16, the discharge starts via the discharge medium sealed in the arc tube 12. .

このような構成の放電ランプについて、ＳｉＣ膜の膜厚をそれぞれ、１２５ｎｍおよび１５４ｎｍとした場合の分光透過率と全光束を測定し、この結果と放電ランプの発光スペクトルとの関係を検討した。 For the discharge lamp having such a configuration, the spectral transmittance and the total luminous flux were measured when the thickness of the SiC film was 125 nm and 154 nm, respectively, and the relationship between the result and the emission spectrum of the discharge lamp was examined.

図２は、各膜厚のＳｉＣ膜を有する放電ランプの分光透過率の測定結果であり、曲線（ａ）は膜厚が１５４ｎｍの場合、曲線（ｂ）は膜厚が１２５ｎｍの場合をそれぞれ示している。同図の横軸には波長（単位：ｎｍ）が、縦軸には分光透過率（単位：％）が、それぞれ示されている。 FIG. 2 shows the measurement results of the spectral transmittance of the discharge lamp having the SiC film of each film thickness. Curve (a) shows the case where the film thickness is 154 nm, and curve (b) shows the case where the film thickness is 125 nm. ing. In the figure, the horizontal axis indicates the wavelength (unit: nm), and the vertical axis indicates the spectral transmittance (unit:%).

図３は、上述したメタルハライド放電ランプの発光スペクトルを示すグラフで、横軸には波長（単位：ｎｍ）が、縦軸には相対強度（単位：％）がそれぞれ示されている。 FIG. 3 is a graph showing an emission spectrum of the above-described metal halide discharge lamp. The horizontal axis represents wavelength (unit: nm), and the vertical axis represents relative intensity (unit:%).

また、下記表1には、各膜厚における放電ランプの全光束（単位：ｌｍ）の測定結果が示されている。

図２のグラフから、ＳｉＣ膜の膜厚が１２５ｎｍの場合においては、その分光透過率は波長が約５７０ｎｍにおいて最大となることがわかる。これに対して、ＳｉＣ膜の膜厚が１５４ｎｍの場合においては、その分光透過率は波長が約７００ｎｍにおいて最大となるが、波長が約５７０ｎｍにおいては膜厚が１２５ｎｍの場合よりも低いことがわかる。 Table 1 below shows the measurement results of the total luminous flux (unit: lm) of the discharge lamp at each film thickness.

From the graph of FIG. 2, it can be seen that when the film thickness of the SiC film is 125 nm, the spectral transmittance becomes maximum when the wavelength is about 570 nm. On the other hand, when the film thickness of the SiC film is 154 nm, the spectral transmittance is maximum when the wavelength is about 700 nm, but at the wavelength of about 570 nm, the spectral transmittance is lower than when the film thickness is 125 nm. .

ここで、図３を参照すると、波長が約５７０ｎｍにおいては、放電ランプの発光スペクトルが最大のピーク値を示すことがわかる。このことから、ＳｉＣ膜の膜厚をその分光透過率が最大となる光の波長が、放電ランプの発光スペクトルが最大のピーク値と一致するような値に選定して形成することにより、放電ランプの光の透過率を最大にでき、その結果、全光束を最大にすることが可能となる。 Here, referring to FIG. 3, it can be seen that the emission spectrum of the discharge lamp shows the maximum peak value at a wavelength of about 570 nm. Therefore, the discharge lamp can be formed by selecting the film thickness of the SiC film so that the wavelength of the light having the maximum spectral transmittance matches the maximum peak value of the emission spectrum of the discharge lamp. Can be maximized, and as a result, the total luminous flux can be maximized.

表１の実験結果は、このようなＳｉＣ膜の膜厚と放電ランプの全光束との関係を実証するものである。すなわち、膜厚が０ｎｍ、すなわち、ＳｉＣ膜が存在しない場合の全光束は２７００ｌｍで最も大きいことは当然であるが、膜厚が１２５ｎｍの全光束は２５２１ｌｍであり、膜厚が１５４ｎｍの全光束２０２０ｌｍより大きいことを示している。 The experimental results in Table 1 demonstrate the relationship between the thickness of the SiC film and the total luminous flux of the discharge lamp. That is, the total luminous flux when the film thickness is 0 nm, that is, when there is no SiC film is naturally the largest at 2700 lm, but the total luminous flux with a film thickness of 125 nm is 2521 lm, and the total luminous flux with a film thickness of 154 nm is 2020 lm. It is larger than that.

以上の実験結果から、ＳｉＣ膜の膜厚を、その分光透過率が最大となる光の波長と放電ランプの発光スペクトルのピーク値とが一致するような値に選定することにより、放電ランプの光の透過率を最大にでき、その結果、全光束を最大にすることが可能となることがわかる。しかしながら、この条件を満足する膜厚は実験では一義的に決定されるが、製造技術的にはＳｉＣ膜の製造工程での制御可能範囲、すなわち、製造上の制御誤差範囲がランプの発光スペクトルの最大ピーク波長に対して２０％〜２４％の範囲、すなわち、膜厚が１１４ｎｍ〜１３２ｎｍの範囲内に選定されれば、満足すべき結果が得られことも判明した。 From the above experimental results, by selecting the film thickness of the SiC film so that the wavelength of the light having the maximum spectral transmittance matches the peak value of the emission spectrum of the discharge lamp, It can be seen that the transmittance can be maximized, and as a result, the total luminous flux can be maximized. However, although the film thickness that satisfies this condition is uniquely determined in the experiment, the controllable range in the manufacturing process of the SiC film, that is, the control error range in manufacturing is within the emission spectrum of the lamp. It has also been found that satisfactory results can be obtained if the film thickness is selected within the range of 20% to 24% with respect to the maximum peak wavelength, that is, within the range of 114 nm to 132 nm.

かかる観点から前述した表１の実験結果を参照すると、発光スペクトルの最大ピーク波長５７０ｎｍに対して２２％に相当する膜厚１２５ｎｍは、発光スペクトルの最大ピーク波長５７０ｎｍに対して２７％に相当する膜厚１５４ｎｍに比べ全光束が約２０％高い。 From this point of view, referring to the experimental results of Table 1 described above, the film thickness 125 nm corresponding to 22% with respect to the maximum peak wavelength 570 nm of the emission spectrum is a film corresponding to 27% with respect to the maximum peak wavelength 570 nm of the emission spectrum. The total luminous flux is about 20% higher than the thickness of 154 nm.

ここで、発光管内壁面にＳｉＣ膜を形成する成膜装置と成膜方法について、図4乃至図5を参照して説明する。 Here, a film forming apparatus and a film forming method for forming a SiC film on the inner wall surface of the arc tube will be described with reference to FIGS.

図４は、成膜装置の構成を示すブロック図で、同図に示すように、細管体４１のほぼ中央部分外面に、コイル４２が数ターンから十数ターン緩く巻回されている。このコイル４２は整合器４３を介して高周波発生装置４４に接続されており、コイル４２に整合器４３を介して高周波が印加される。 FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the film forming apparatus. As shown in FIG. 4, the coil 42 is wound loosely on the outer surface of the central portion of the narrow tube body 41 loosely from several turns to several dozen turns. The coil 42 is connected to a high frequency generator 44 through a matching unit 43, and a high frequency is applied to the coil 42 through the matching unit 43.

なお、このコイル２は、高融点金属であるモリブデンやタングステンなどで作られている。 The coil 2 is made of refractory metal such as molybdenum or tungsten.

また、この細管体４１は、その一端は閉止弁４５ａを介して排気ポンプ５０に接続されている。細管体４１の他端は閉止弁４５ｂを介してタンク４６が接続され、また、このタンク４６にはガス供給ポンプ４７が接続されている。さらに、タンク４６は閉止弁４８を介して、ＳｉＣ膜形成材料となる気体が封入されているガスボンベ４９に接続されている。 Further, one end of the narrow tube body 41 is connected to the exhaust pump 50 via a shut-off valve 45a. A tank 46 is connected to the other end of the thin tube body 41 via a shut-off valve 45 b, and a gas supply pump 47 is connected to the tank 46. Furthermore, the tank 46 is connected via a shut-off valve 48 to a gas cylinder 49 in which a gas as a SiC film forming material is sealed.

図５は、上記の成膜装置によりその内壁面にＳｉＣ膜を形成させる発光管部を含む細管体の構成を示す概略説明図で、図4と同一構成部分には同一符号を付して示されている。 FIG. 5 is a schematic explanatory view showing the configuration of a thin tube body including an arc tube portion for forming a SiC film on the inner wall surface by the film forming apparatus, and the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. Has been.

同図においては、細管体４１´の中央部には回転楕円体状の発光管部１２´が形成され、コイル４２は発光管部１２´に巻回されている。また、コイル４２が巻回さていない細管部分には、遮蔽管５１が挿入されている。遮蔽管５１は例えばセラミックチューブなどで構成され、細管体４１´の内壁面において、ＳｉＣ膜が形成されないようにシールドの役割を果たしている。 In the figure, a spheroidal arc tube portion 12 'is formed at the center of the thin tube body 41', and the coil 42 is wound around the arc tube portion 12 '. Further, a shielding tube 51 is inserted into a thin tube portion around which the coil 42 is not wound. The shielding tube 51 is made of, for example, a ceramic tube and plays a role of shielding so that no SiC film is formed on the inner wall surface of the thin tube body 41 ′.

この状態で、ガスボンベ４９内の反応性ガス、例えば、ジメチルジクロロシラン（（ＣＨ_３）_２ＳｉＣｌ_２）とＡｒガスとの混合ガスを、閉止弁４８を開きタンク４６の圧力によって５００Ｐａ程度にする。 In this state, a reactive gas in the gas cylinder 49, for example, a mixed gas of dimethyldichlorosilane ((CH ₃ ) ₂ SiCl ₂ ) and Ar gas is opened to a pressure of about 500 Pa by opening the shut-off valve 48.

一方、閉止弁４５ａを開いてポンプ５０により細管体４１内を真空に排気し、前記の混合ガスを細管体１内に導入する。 On the other hand, the shut-off valve 45 a is opened, the inside of the thin tube body 41 is evacuated to a vacuum by the pump 50, and the mixed gas is introduced into the thin tube body 1.

そして、高周波発生装置４４から１０ｗから１００ｗ程度の高周波電力をコイル４２に印加すると、細管体４１内で放電が誘起され、細管体４１の管壁温度が１００℃以上となり、この状態によって細管体４１の内壁面にＳｉＣ膜の薄膜が安定して形成される。 When high frequency power of about 10 w to 100 w is applied from the high frequency generator 44 to the coil 42, a discharge is induced in the thin tube body 41, and the tube wall temperature of the thin tube body 41 becomes 100 ° C. or higher. A thin film of SiC film is stably formed on the inner wall surface.

このときのＳｉＣ膜の膜厚は、細管体１内に導入されるガスボンベ４９からの管壁温度、反応性ガス量、高周波電力印加時間等により制御される。 The film thickness of the SiC film at this time is controlled by the tube wall temperature from the gas cylinder 49 introduced into the thin tube body 1, the amount of reactive gas, the time for applying high-frequency power, and the like.

このように、本発明によれば、ＳｉＣ膜の膜厚をその分光透過率が最大となる光の波長と放電ランプの発光スペクトルのピーク値とが一致するような値に選定することにより、発光管の内壁面に形成したＳｉＣ膜に起因する光透過率の低下やクラックの発生を防止し、さらに、薄膜化に起因する光束低下を防止することができる。 As described above, according to the present invention, by selecting the film thickness of the SiC film so that the wavelength of the light having the maximum spectral transmittance matches the peak value of the emission spectrum of the discharge lamp, light emission is achieved. It is possible to prevent a decrease in light transmittance and cracks due to the SiC film formed on the inner wall surface of the tube, and to prevent a decrease in luminous flux due to thinning.

本発明による放電ランプの内部構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the internal structure of the discharge lamp by this invention. 本発明の実験結果を示すグラフであり、異なる膜厚のＳｉＣ膜における放電ランプの分光透過率の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result of this invention, and is a graph which shows the measurement result of the spectral transmittance of the discharge lamp in the SiC film of a different film thickness. 本発明の実験に用いられた放電ランプの発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the discharge lamp used for experiment of this invention. 本発明の実施形態に使用する成膜装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the film-forming apparatus used for embodiment of this invention. 本発明の実施形態に使用する細管管状体の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the thin tube tubular body used for embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１２石英発光管部
１３細管部
１４保護膜（ＳｉＣ膜）
１５電極
１６モリブデン箔
４１細管体
４２コイル
４３整合器
４４高周波発生装置
４５ａ，４５ｂ，４８閉止弁
４６タンク
４７，５０ポンプ
４９ガスボンベ
５１遮蔽管 12 Quartz arc tube portion 13 Narrow tube portion 14 Protective film (SiC film)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Electrode 16 Molybdenum foil 41 Capillary body 42 Coil 43 Matching device 44 High frequency generator 45a, 45b, 48 Shut-off valve 46 Tank 47, 50 Pump 49 Gas cylinder 51 Shielding tube

Claims

A light-transmitting arc tube portion with a large diameter filled with a discharge medium, and a pair of electrodes that are hermetically connected to both sides of the arc tube portion and one end inserted into the arc tube portion are fixedly enclosed. And a protective film formed on the inner wall surface of the arc tube part, the protective film having a spectral transmittance at a peak wavelength in an emission spectrum generated from the arc tube part, A discharge lamp characterized in that the film thickness is formed so as to be substantially maximized.

The discharge lamp according to claim 1, wherein the arc tube portion is made of quartz, and the protective film is made of silicon carbide.

The discharge lamp according to claim 2, wherein the protective film has a thickness in a range of 20% to 24% with respect to a peak wavelength in the emission spectrum.