JP2010198977A

JP2010198977A - 放電ランプ及びその製造方法、光源装置、プロジェクタ

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Publication number: JP2010198977A
Application number: JP2009044252A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Nishiyama; 佳秀西山; Noboru Sakurai; 昇櫻井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-09-09
Also published as: US8449343B2; US20100213840A1

Abstract

【課題】放電時の熱による失透（結晶化）を抑制することによって、透過光の低下および発光管強度の低下を防止して、長期的な信頼性を得ることのできる放電ランプ及びその製造方法、光源装置、プロジェクタを提供する。
【解決手段】本発明の放電ランプ３には、発光管１１の内面１１１Ａ１にホウ素酸化物膜からなる失透抑制膜１８が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、放電ランプ及びその製造方法、光源装置、プロジェクタに関するものである。

従来、プロジェクターは、映像投写装置として会議でのプレゼンテーション用や家庭におけるホームシアター用など各方面に利用されている。このようなプロジェクターに使用される光源装置としては、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、及び高圧水銀ランプなどの電極を有する放電式ランプが主に用いられている。

しかしながら、このような放電式ランプは、点灯中に高温になるために、発光管の材質として用いられている石英ガラスの結晶化による失透現象により、透過光が減少したり、発光管自体の強度が低下してしまうなどの問題があった。これらの問題を解決する方法として、例えば、特許文献１に示すように発光管の内面にイットリウム酸化物（Ｙ_２Ｏ_３）膜を成膜したり、あるいはハフニウム酸化物（ＨｆＯ_２）膜を成膜することで石英の結晶化の抑制を図っていた。

特開２００８−２７００７４号公報

しかしながら、イットリウム酸化物膜は透過率が低いという問題がある。また、イットリウム酸化物膜は長時間高温にさらされると焼結する場合があり、ハフニウム酸化物膜は酸素を吸収しやすく酸化しやすいことから失透を招くおそれがあるため、これら単層膜のみでは十分な失透抑制効果が得られるとは言えず、更なる改善の余地がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、放電時の熱による失透（結晶化）を抑制することによって、透過光の低下および発光管強度の低下を防止して、長期的な信頼性を得ることのできる放電ランプ及びその製造方法、光源装置、プロジェクタを提供することを目的としている。

本発明の放電ランプには、上記課題を解決するために、発光管の内面にホウ素酸化物膜が形成されている。

本願発明では、発光管の内面にホウ素酸化物膜が形成されている。ホウ素酸化物は透光性が高いだけでなく、化学的な安定性及び耐熱性に非常に優れていることから、ランプ使用時に高温にさらされたとしても変質しにくい。これにより、発光管の失透を効果的に且つ長期的に抑制することができ、放電ランプの寿命を大幅に改善することができる。

また、前記ホウ素酸化物膜が、ホウ素酸化物の微粒子を焼成してなる薄膜であることが好ましい。
本願発明によれば、発光管の内面に均一な膜厚の失透抑制膜を形成することができる。

また、前記ホウ素酸化物膜の膜厚が、０．１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。
本願発明によれば、剥離や膜割れなども生じず、高い失透抑制効果を長時間期待することができる。

また、前記ホウ素酸化物膜の膜厚が、０．２μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
本願発明によれば、長時間優れた失透抑制効果が得られるため、放電ランプの寿命を大幅に向上させることができる。

本発明の放電ランプの製造方法は、上記課題を解決するために、ホウ素酸化物を含む液体材料を発光管の内面に塗布する工程と、塗布された前記液体材料を加熱して前記発光管の内面にホウ素酸化物膜を形成する工程と、を有している。

本願発明では、発光管の内面にホウ素酸化物膜を塗布した後、その塗布膜を加熱することによって失透抑制膜を形成しているので、発光管との密着性不良による失透抑制膜の剥離等を防止することができる。

また、前記液体材料が、前記ホウ素酸化物の微粒子を媒体に分散または溶解させてなる液体材料であることが好ましい。
本願発明によれば、発光管の内面に均一な膜厚で失透抑制膜を形成することができる。

本発明の光源装置は、先に記載の放電ランプを備えたことを特徴とする。
本発明よれば、失透抑制効果が高く長寿命な放電ランプを備えることによって、高輝度発光が長期的に得られる高信頼性の光源装置が得られる。

本発明のプロジェクタは、先に記載の光源装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、高輝度発光が長期的に得られる光源装置を備えることによって、視認性が良好で高品位なプロジェクタとすることができる。

本発明の一実施形態である光源装置の全体構成を示す平面図。本発明の一実施形態である放電ランプの概略構成を示す断面図。プロジェクタの概略構成図。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態である光源装置の全体構成を示す平面図、図２は、放電ランプの概略構成を示す断面図である。
本実施形態の光源装置１は、後述するプロジェクタに好適に採用されるもので、リフレクタ１２と、リフレクタ１２の内部に配置される放電ランプ３と、を有している。放電ランプ３は、石英ガラス（ＳｉＯ_２）から構成される発光管１１と、発光管１１内に配置された一対の電極１１２，１１２とを有し、発光管１１内には発光物質が封入されている。

発光管１１は、中央部が球状に膨出した膨出部１１１Ａと、膨出部１１１Ａの両側に延在する封止部１１１Ｂ、１１１Ｂと、からなり、膨出部１１１Ａの内部に発光物質を充填した発光領域１４（発光ガスを封入した封入空間）が形成されている。発光領域１４の内径は例えば、略１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。

封止部１１１Ｂ、１１１Ｂには、それぞれ棒状の電極１１２，１１２が互いの端部を離間させた状態で配置されている。電極１１２、１１２は導電性材料であって、特に、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い材料、具体的にはタングステンが適している。

なお、電極１１２、１１２の先端が発光管１１の発光領域１４に侵入する場合は、内部に充填するガスの種類にもよるが、ガスとの反応により電極材料の金属が腐食することが考えられるので、その場合は耐食膜などを備えることが望ましい。

封止部１１１Ｂ、１１１Ｂの内部には、一対の電極１１２，１１２と電気的に接続されるモリブデン製の金属箔１１１Ｂ１が挿入され、ガラス材料等で封止されている。この金属箔１１１Ｂ１には、さらに電極引き出し線としてのリード線１１３が接続され、このリード線１１３は、放電ランプ３の外部まで延出している。

発光領域１４内に充填される発光物質としては、水銀、希ガスおよびハロゲン化合物で構成される。ここで、水銀は、例えば０．１５ｍｇ／ｍｍ^３〜０．３２ｍｇ／ｍｍ^３の封入量であり、１５０ｂａｒ〜１９０ｂａｒの蒸気圧で封入されることが好ましい。
また、希ガスは、発光部における発光を補助するために用いられるものであり、特に限定されないが、常用されるアルゴンガス、キセノンガス等を用いることができる。
さらにハロゲン化化合物は、塩素、臭素、および沃素のうちのいずれかのハロゲンを用いることができ、特に臭素を用いることが好ましい。

図２に示すように、本実施形態の発光管１１には、膨出部１１１Ａの内面１１１Ａ１に発光管１１の失透を抑制するための失透抑制膜１８が設けられている。
失透抑制膜１８は、ホウ素酸化物（Ｂ_２Ｏ_３）を主成分とする膜であって、膨出部１１１Ａの内面１１１Ａ１全体を覆っている。失透抑制膜１８は、ホウ素酸化物の微粒子を焼成してなる薄膜からなるもので、光透過性が高く、耐熱性にも優れている。つまり、Ｂ_２Ｏ_３を主成分とする失透抑制膜１８は化学的に安定した構造であり、長時間高温にさらされたとしても変質しにくい。このため、発光管１１内の充填物と発光管１１の内面１１１Ａ１との反応を阻止することが可能となる。

失透抑制膜１８の膜厚は、発光管１１内に封入される発光物質などによっても異なってくるが、例えば、０．１μｍ以上１００μｍ以下で形成され、０．２μｍ以上５０μｍ以下で形成されることがより好ましい。

このような失透抑制膜１８は、例えばエタノールやオクタノール、または酢酸ブチルにＢ_２Ｏ_３の微粒子を溶解または分散させてなる液体材料をＤＩＰ法（浸漬法）にて発光管１１の内面１１１Ａ１に塗布した後、所定の温度で焼成することによって得られる。

リフレクタ１２は、放電ランプ３の封止部１１１Ｂが挿通される首状部１２１およびこの首状部１２１から拡がる曲面状の反射部１２２を備えたガラス製の一体成形品である。
首状部１２１には、中央に挿入孔１２３が形成されており、この挿入孔１２３の中心に封止部１１１Ｂが配置される。
反射部１２２は、曲面状のガラス内面に金属薄膜を蒸着形成して構成され、この反射部１２２の反射面は、可視光を反射して赤外線を透過するコールドミラーとされる。

放電ランプ３は、この反射部１２２の内部に配置され、膨出部１１１Ａの内の電極１１２，１１２間の発光中心が反射部１２２の曲面の焦点位置Ｌ１となるように配置される。

そして、放電ランプ３を点灯すると、図１に示されるように、膨出部１１１Ａから放射された光束は、平行光となるようにリフレクタ１２は曲面設計されている。

このようなリフレクタ１２に放電ランプ３を固定する際には、放電ランプ３の封止部１１１Ｂをリフレクタ１２の挿入孔１２３に挿入し、挿入孔１２３内部にシリカ、アルミナを主成分とする無機系接着剤を充填する。

副反射鏡１３は、膨出部１１１Ａの発光領域１４の光束射出方向前側を覆う反射部材であり、その反射面は、発光領域１４の球面（発光管１１の内面１１１Ａ１）に倣う凹曲面状に形成され、反射面はリフレクタ１２と同様にコールドミラーとされている。
ここで、副反射鏡１３は、膨出部１１１Ａの発光領域１４の光束射出方向前側の略半分以上、１／３以下の範囲を覆うことが好ましい。

上述した放電ランプ３において、封止部１１１Ｂから外側に延出するリード線１１３に電圧を印加すると、電極１１２，１１２間で放電が生じて発光部１５が発光する。そして、放電ランプ３の膨出部１１１Ａから前方側に射出された光束の一部は、この副反射鏡１３の反射面にて反射され、膨出部１１１Ａに再度戻る。そして、この戻り光の一部が膨出部１１１Ａの発光領域１４に封入された封入物にエネルギーを吸収されるとともに、その他の戻り光がリフレクタ１２側に向けて進み、リフレクタ１２の反射部１２２から射出される。

このように本実施形態の光源装置１は、発光管１１の内面１１１Ａ１に、ホウ素酸化物（Ｂ_２Ｏ_３）を主成分とする失透抑制膜１８を備えている。ホウ素酸化物は透光性が高いだけでなく、化学的な安定性に優れており耐熱性も高い。このため、放電ランプ３の連続点灯によって発光管１１の内面１１１Ａ１が長時間高温にさらされたとしても、変質することなくその膜状態を維持することができるので、発光管１１内に封入されている発光物質（金属ハロゲン物質）や電極材料（タングステン）と発光管１１（石英ガラス、高珪酸ガラスなど）との反応が阻止されて、発光管１１に変質、変色及び失透現象が生じるのを防止することができる。これにより、放電ランプ３の寿命を大幅に改善することができる。

また、失透抑制膜１８を形成する際、ホウ素酸化物の微粒子を媒体に分散（溶解）させてなる液体材料を発光管１１の内面１１１Ａ１に塗布するため、ホウ素酸化物の微粒子の凝集を防いで分散性を高めることができ、発光管１１の表面１１１Ａ１に均一な膜厚で失透抑制膜１８を形成することができる。

（プロジェクタ）
次に、上記実施形態の光源装置を用いたプロジェクタについて説明する。
図３は、プロジェクタの構成例を示す平面図である。この図に示されるように、プロジェクタ１１００内部には、上記した本発明の光源装置１を備えたランプユニット１１０２が設けられている。このランプユニット１１０２から射出された投射光は、ライトガイド１１０４内に配置された４枚のミラー１１０６および２枚のダイクロイックミラー１１０８によってＲＧＢの３原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル（光変調部）１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇに入射される。

液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇの構成は、上述した液晶装置と同等であり、画像信号処理回路から供給されるＲ、Ｇ、Ｂの原色信号でそれぞれ駆動されるものである。そして、これらの液晶パネルによって変調された光は、ダイクロイックプリズム１１１２に３方向から入射される。このダイクロイックプリズム１１１２においては、ＲおよびＢの光が９０度に屈折する一方、Ｇの光が直進する。したがって、各色の画像が合成される結果、投射レンズ１１１４（投射部）を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることとなる。ここで、各液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇによる表示像について着目すると、液晶パネル１１１０Ｇによる表示像は、液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂによる表示像に対して左右反転することが必要となる。

プロジェクタ１１００は、上述した実施形態の光源装置１を備えている。光源装置１は失透が長期的に抑制されるものであるため高輝度な照明光を長期に亘って照射することが可能である。このため、プロジェクタ１１００は、長寿命化され、表示品位が高く信頼性の高い投写像を得ることができる。また、小型な光源装置１を備えたことにより、全体が小型化されかつ軽量なプロジェクタを得ることができる。

また、上記実施形態でのプロジェクタ１１００は、光変調部として液晶パネルを用いている。しかし、これに限らず、一般に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置などを使用しても良い。なお、マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）（登録商標）を用いることができる。なお、マイクロミラー型光変調装置を用いた場合には、入射偏光板や射出偏光板などは不要とすることができ、偏光変換素子も不要とすることができる。

上記実施形態での光源装置１は、透過型液晶方式のプロジェクタ１１００に用いられている。しかし、これに限らず、反射型液晶方式であるＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）方式などを採用したプロジェクタに用いられても同様の効果を奏することが可能である。

先の実施形態での光変調部は、液晶パネルを３枚使用する３板方式であっても、液晶パネルを１枚使用する単板方式を用いても良い。なお、単板方式を用いた場合には、照明光学系の色分離光学系や色合成光学系などは不要とすることができる。

また、光源装置１は、外部に設置される投射面に光学像の投射を行うフロントタイプのプロジェクタに適用している。しかし、これに限らず、プロジェクタの内部にスクリーンを有して、そのスクリーンに光学像を投射するリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、先の実施形態における光源装置１では、マイクロ波電源やＡＣ電源を採用することが可能である。

また、先の実施形態での光源装置１は、プロジェクタの光源として適用している。しかし、これに限らず、小型軽量の光源装置は、他の光学機器に適用しても良い。また、航空、船舶、車輌などの照明機器や、屋内照明機器などへも好適に適用することができる。

１…光源装置、３…放電ランプ、１１…発光管、１８…失透抑制膜（ホウ素酸化物膜）、１１１Ａ１…内面、１１００…プロジェクタ

Claims

発光管の内面にホウ素酸化物膜が形成されている
ことを特徴とする放電ランプ
前記ホウ素酸化物膜が、ホウ素酸化物の微粒子を焼成してなる薄膜である
ことを特徴とする請求項１記載の放電ランプ。
前記ホウ素酸化物膜の膜厚が、０．１μｍ以上１００μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１または２記載の放電ランプ。
前記ホウ素酸化物膜の膜厚が、０．２μｍ以上５０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項３記載の放電ランプ。
ホウ素酸化物を含む液体材料を発光管の内面に塗布する工程と、
塗布された前記液体材料を加熱して前記発光管の内面にホウ素酸化物膜を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする放電ランプの製造方法。
前記液体材料が、前記ホウ素酸化物の微粒子を媒体に分散または溶解させてなる液体材料である
ことを特徴とする請求項５記載の放電ランプの製造方法。
請求項１から４のいずれか一項に記載の放電ランプを備えた
ことを特徴とする光源装置。
請求項７に記載の光源装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。