JPH11297268A - 高圧水銀ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電容器を構成する石英ガラスでの白濁の発
生、およびその成長を良好に防止できる高圧水銀ランプ
を提供して、液晶プロジェクタ等の光源として使ったと
きにスクリーン照度の急激な低下を防止することであ
る。 【解決手段】 石英ガラスからなる放電容器２に一対の
タングステン電極４が対向配置しており、この放電容器
２に、０．１６ｍｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスと、
ハロゲンとを封入し、管壁負荷が０．８Ｗ／ｃｍ²以上
である高圧水銀ランプ１において、前記ハロゲンの封入
量を２×１０^-4〜７×１０^-3μｍｏｌ／ｍｍ³の範囲と
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は高圧水銀ランプに
関する。特に、放電容器内に０．１６ｍｇ／ｍｍ³以上
の水銀が封入され点灯時の水銀蒸気圧が１１０気圧以上
にもなる超高圧な水銀ランプであって、液晶ディスプレ
イ装置などのバックライトとして使用されるものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】投射型の液晶ディスプレイ装置は、矩形
状のスクリーンに対して均一に、しかも十分な演色性を
もって画像を照明させることが要求され、このため、光
源として、水銀や金属ハロゲン化物を封入させたメタル
ハライドランプが使われる。また、メタルハライドラン
プでも、最近では、より一層の小型化、点光源化が進め
られ、電極間距離の極めて小さいものが実用化されてい
る。

【０００３】このような背景のもと、最近では、メタル
ハライドランプに代わって、極めて高い水銀蒸気圧、例
えば２００バール(約１９７気圧)以上、を持つランプが
提案されている。これは、水銀蒸気圧をより高くするこ
とで、アークの広がりを抑える(絞り込む）とともに、
より一層の光出力の向上を図るというものであり、例え
ば、特開平２−１４８５６１号、特開平６−５２８３０
号に開示されている。

【０００４】特開平２−１４８５６１号(米国特許第
５，１０９，１８１)には、タングステンからなる一対
の電極を有する放電容器に希ガスと、０．２ｍｇ／ｍｍ
³以上の水銀と、１×１０^-6〜１×１０^-4μｍｏｌ／ｍ
ｍ³の範囲のハロゲンを封入して、１Ｗ／ｍｍ²以上の管
壁負荷で動作させる高圧水銀ランプが開示されている。

【０００５】水銀の封入量を０．２ｍｇ／ｍｍ³以上に
する理由は、水銀の圧力を高くして可視光領域、特に赤
色領域の連続スペクトルを増加させ演色性を改善するこ
とであり、管壁負荷を１Ｗ／ｍｍ²以上にする理由は、
水銀の圧力を高くするために最冷部の温度を高くする必
要があるからである。さらに、ハロゲンを封入する理由
については管壁の黒化防止であることが読み取れるが、
１×１０^-6〜１×１０^-4μｍｏｌ／ｍｍ³の範囲に規定
する理由は特に記載されていない。また、ハロゲンは臭
化メチレン（ＣＨ₂Ｂｒ₂）の形で封入することが紹介さ
れている。

【０００６】一方、特開平６−５２８３０号(米国特許
第５，４９７，０４９)には、上記の水銀量、管壁負荷
値、ハロゲン量に加えて、放電容器の形状や電極間距離
を規定して、さらにハロゲンの種類として臭素を使用す
ることが開示されている。

【０００７】臭素を封入する理由は管壁の黒化防止であ
り、その封入量が１０^-6μｍｏｌ／ｍｍ³以上で十分な
効果を発揮するとともに、１０^-4μｍｏｌ／ｍｍ³を超
えると電極が腐食することを示している。また、このラ
ンプはプロジェクタ用の光源に適しているとされ、スク
リーン照度の照度維持率が、従来のランプを使った場合
に比べて優れていることなどが紹介されている。

【０００８】しかしながら、上記先行文献に開示されて
いる仕様に基づいて多数のランプを製作し、液晶プロジ
ェクタ等に組み込んでスクリーン照度について試験をし
てみると、現実には、数百時間程度の点灯でスクリーン
照度が著しく低下してしまうことが判明された。

【０００９】この原因は、放電容器の一部が白濁するこ
とによって、放射光量が低下することによるものであっ
たが、一旦、放電容器の一部に白濁が発生してしまう
と、当該白濁は急激に成長することも原因していた。そ
して、これらの白濁の発生や成長は、放電容器の黒化に
まで発展し、さらに電極の先端形状の変形、損耗も加わ
り、これらが相乗的に影響して、スクリーン照度の低下
をもたらしていることがわかった。

【００１０】ここで、放電容器に白濁が発生する機構、
さらには発生した白濁が成長する機構については必ずし
も明らかではないが、本発明者らが試行錯誤の検討を積
み重ねた結果、以下のようであると推測される。

【００１１】すなわち、水銀の封入量が０．１６ｍｇ／
ｍｍ³以上に対応する非常に高圧な水銀蒸気と希ガスの
混合ガス中の放電においては、希ガスエキシマ光と水銀
の共鳴線１８５ｎｍの間の波長領域に水銀−希ガスのエ
キシマ光が発生する。すなわち、希ガスとしてＡｒ、Ｋ
ｒ、及びＸｅを使用した場合、それぞれ１２６ｎｍ、１
４６ｎｍ及び１７２ｎｍの付近に希ガスエキシマ光が発
生し、また、水銀の圧力が著しく高いので、水銀原子の
共鳴線１８５ｎｍの線幅は広がり、この共鳴線の短波長
側の波長の光強度も十分に強くなる。さらに、これらに
加えて、希ガスエキシマ光と１８５ｎｍの間に水銀希ガ
スエキシマ光が発生する。

【００１２】すなわち、このような超高圧な水銀ランプ
では、希ガスによるエキシマ光（波長１２６ｎｍ、１４
６ｎｍ、１７２ｎｍの光）、水銀原子の共鳴線１８５ｎ
ｍの短波長側の光、および水銀ー希ガスエキシマ光（以
下、この約１２６ｎｍ〜１８５ｎｍの帯域の光を「短波
長紫外線」という）がきわめて良く放射される。さら
に、この短波長紫外線は、放電容器の管壁負荷が高いの
で、放電容器の内面における放射照度はきわめて大きい
ものである。

【００１３】一方、放電容器はその温度が高くなると、
放電容器を構成する石英ガラスが吸収する波長帯域が長
波長側にずれる傾向にある。すなわち、管壁負荷が０．
８Ｗ／ｍｍ²以上もの高い値を有する高圧水銀ランプで
は、石英ガラスの温度は著しく高いので、放射される短
波長紫外線が、石英ガラスに吸収されてしまうことにな
る。

【００１４】つまり、水銀蒸気圧が極めて高く、また、
管壁負荷も極めて高い水銀ランプにあっては、通常の水
銀ランプとは比較にならないぐらいの短波長紫外線が放
射され、さらに、この短波長紫外線が石英ガラスに吸収
されやすい状態にあるといえる。

【００１５】そして、石英ガラスに、上記短波長紫外線
が吸収されると、当該石英ガラスの構成要素であるケイ
素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）の結合を切断し、歪み応力を発
生させ、石英ガラス表面の構造を原理的に変形させてし
まう。また、短波長紫外線の照射によって、石英ガラス
の構成要素であるＳｉあるいはＳｉＯが蒸発して、直近
の石英ガラスの表面に付着もする。従って、吸収される
短波長紫外線量が多い場合には石英ガラスの表面に微細
な凹凸などが発生し、これらが原因となって白濁を生じ
るものと思われる。

【００１６】ここで、短波長紫外線が石英ガラスに吸収
される割合は、石英ガラスの表面がクリーンな状態では
比較的少ないが、汚染状態がひどいほど大きくなる傾向
にある。従って、ランプ点灯中において、石英ガラス内
表面が汚染しないように制御することが好ましいことで
あるが、このためにはランプ製作工程において、汚染の
もとになる物質を可能限り放電容器内に混入させないよ
うにすることが必要となる。ここで、炭素はランプ製作
環境において、種々の有機化合物として存在するので、
最も制御しにくい汚染物である。

【００１７】そして、石英ガラスの一部に白濁が発生す
ると、赤外線を含む光の多重反射等によって熱が吸収さ
れて、当該白濁部分の温度も上昇させてしまう。この結
果、石英ガラスが吸収する光はより長波長側へと移動し
てしまい、これが原因で、より一層、短波長紫外線の石
英ガラスへの吸収が加速し、結果として、微細な凸凹の
形成反応も加速されるのでは白濁は急激に成長するもの
と思われる

【００１８】さらに、短波長紫外線の石英ガラスへの照
射、吸収によって、石英ガラスの構成要素であるＳｉと
Ｏの結合が切断されてしまうと、ＳｉあるいはＳｉＯが
管壁から蒸発し、電極先端に付着してタングステンの融
点を下げて、電極の先端形状の変形、損耗とタングステ
ンによる管壁黒化を引き起こしてしまう。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、放電容器を構成する石英ガラスでの白濁
の発生、およびその成長を良好に防止できる高圧水銀ラ
ンプを提供して、液晶プロジェクタ等の光源として使っ
たときにスクリーン照度の急激な低下を防止することで
ある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の高圧水銀ランプは、請求項１において
は、石英ガラスからなる放電容器に一対のタングステン
電極が対向配置しており、この放電容器に、０．１６ｍ
ｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとを封入
し、管壁負荷が０．８Ｗ／ｃｍ²以上である高圧水銀ラ
ンプにおいて、前記ハロゲンの封入量を２×１０^-4〜７
×１０^-3μｍｏｌ／ｍｍ³の範囲としたことを特徴とす
る。

【００２１】さらに、請求項２にかかる高圧水銀ランプ
は、石英ガラスからなる放電容器に一対のタングステン
電極が対向配置しており、この放電容器に、０．１６ｍ
ｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとを封入
し、管壁負荷が０．８Ｗ／ｃｍ²以上である高圧水銀ラ
ンプにおいて、前記ハロゲンは、炭素を含まない化合物
として封入されたものであることを特徴とする。

【００２２】さらに、請求項３にかかる高圧水銀ランプ
は、石英ガラスからなる放電容器に一対のタングステン
電極が対向配置しており、この放電容器に、０．１６ｍ
ｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンを封入
し、管壁負荷が０．８Ｗ／ｃｍ²以上である高圧水銀ラ
ンプにおいて、前記放電容器の内表面から深さ０．２ｍ
ｍの範囲の平均ＯＨ基濃度が２０ｗｔｐｐｍ以下である
ことを特徴とする。

【００２３】さらに、請求項４にかかる高圧水銀ランプ
は、請求項１、または請求項２にかかる高圧水銀ランプ
であって、前記放電容器の内表面から深さ０．２ｍｍの
範囲の平均ＯＨ基濃度が２０ｗｔｐｐｍ以下であること
を特徴とする。

【００２４】さらに、請求項５にかかる高圧水銀ランプ
は、請求項２にかかる高圧水銀ランプであって、前記ハ
ロゲンはハロゲン化水銀で封入したことを特徴とする。

【００２５】さらに、請求項６にかかる高圧水銀ランプ
は、請求項５にかかる高圧水銀ランプであって、前記ハ
ロゲン化水銀をランプの構成部材の一部に付着させて放
電容器内に導入したことを特徴とする。

【００２６】さらに、請求項７にかかる高圧水銀ランプ
は、請求項１から請求項３にかかる高圧水銀ランプであ
って、前記希ガスは５ＫＰａ以上であることを特徴とす
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】この発明の解決課題である放電容
器管壁の白濁の発生、および白濁の成長を良好に防止す
るためには、第１に、管壁表面（石英ガラス）に到達す
る上記短波長紫外線を少なくすること、第２に、短波長
紫外線を吸収しやすい不純物、具体的には炭素を少なく
すること、そして第３に、短波長紫外線に対して十分な
耐性を有するように石英ガラス自体を改質することであ
る。

【００２８】まず、請求項１に記載する高圧水銀ランプ
は、所定量、具体的には、２×１０^-4〜７×１０^-3μｍ
ｏｌ／ｍｍ³のハロゲンを封入することを特徴として、
上記課題を解決している。すなわち、２×１０^-4μｍｏ
ｌ／ｍｍ³以上のハロゲンを封入することで、上記短波
長紫外線は、これらハロゲン及びハロゲンを含む分子に
よって、良好に吸収されてしまい、結果として放電容器
の管壁（石英ガラス）まで到達する量を減少させること
ができるからである。つまり、前記したように短波長紫
外線が石英ガラスを照射、吸収することで生じる白濁の
発生、成長を良好に防止することができるからである。
また、ハロゲンの封入量を無制限とするのではなく、７
×１０^-3μｍｏｌ／ｍｍ³以下と制限することで、過剰
ハロゲンによって生じる電極の変形、損耗も実質的に影
響のない範囲に減少させることができる。

【００２９】ここで、上記した数値範囲のハロゲンを封
入する高圧水銀ランプは、いくつかの先行文献において
も紹介されている。（例えば、特公昭４９−５４２１号
などである。）しかし、このような従来のものは、ハロ
ゲンサイクルを利用して電極構成物質であるタングステ
ンが、放電容器内面（石英ガラス）に付着することを防
止するもの、いわゆる黒化防止である。これに対して、
本願発明におけるハロゲン封入の目的は、放電容器内に
封入したハロゲンによって、短波長紫外線を吸収させて
しまうことにある。そして、放電容器内において、短波
長紫外線を良好に吸収させることによって、短波長紫外
線の石英ガラスへの到達を良好に防止させるているので
ある。

【００３０】そしてまた、この短波長紫外線は、前記し
たように非常に高圧力の水銀蒸気と希ガスの混合ガス中
の放電であって、希ガスエキシマ光と水銀の共鳴線（１
８５ｎｍ）との間の波長領域に水銀―希ガスのエキシマ
光が発生することによって生じるものである。つまり、
上記先行文献などに記載されている水銀ランプの放電条
件とは、全く異なる条件において生じる短波長紫外線を
良好に吸収するためのものといえる。本発明の具体な放
電条件は、水銀の封入量が０．１６ｍｇ／ｍｍ³以上で
あり、管壁負荷が０．８Ｗ／ｃｍ²以上で、さらに希ガ
スを封入するというものであり、このような特有の条件
のもので生ずる短波長紫外線を良好に吸収させるという
ことは、従来技術には全く存在しえないことである。

【００３１】次に、請求項２に記載する高圧水銀ランプ
は、ハロゲンの放電容器への封入を炭素を含まない化合
物という形で行なうことを特徴としている。すなわち、
従来技術の水銀ランプは、臭化メチレン（ＣＨ₂Ｂｒ₂）
のように炭素を含むハロゲン化合物として放電容器への
封入を行なうため、放電容器内における炭素の含有量が
多くなり、これがランプ点灯中に石英ガラスに付着する
ことで短波長紫外線の吸収を行なっている。

【００３２】本願発明の高圧水銀ランプは、炭素による
短波長紫外線の吸収を良好に防止するために、ハロゲン
の封入する形態として、炭素を含まない化合物、例えば
臭化水銀などの形で行なうことを特徴とする。このた
め、放電容器内における炭素の絶対量が少なくなり、ラ
ンプ製造工程でたとえ少量の炭素が、不所望に放電容器
内に混入されたとしても、その炭素が石英ガラスの内面
に付着して吸収する短波長紫外線は微量のものとするこ
とができる。結果として、石英ガラスにおける白濁の発
生、成長を良好に防止できる。

【００３３】次に、請求項３に記載する高圧水銀ランプ
は、放電容器の発光空間側の表面から深さ０．２ｍｍの
範囲の平均ＯＨ基濃度が２０ｗｔｐｐｍ以下であること
を特徴とする。このことによる説明は以下のように考え
られる。石英ガラスの白濁は、ガラス状のＳｉＯ₂が再
配列して微少な結晶が成長することで発生するが、結晶
化は温度が高いほど起こりやすく、また、表面の不純物
に敏感であって、当該表面に結晶核ができることでガラ
スの内部に向って進行する。この場合の結晶成長の速度
はガラス粘度により支配され、酸素の欠乏の度合い、Ｏ
Ｈ濃度の高低、不純物含有量の多少によって影響を受け
る。すなわち、酸素が欠乏している無水石英ガラスでは
酸素が化学量論比を満足しているものに比較して粘度が
高くなり、また、ＯＨ濃度の低いガラスも粘度が高くな
り、何れも同じ温度での失透が進む速度を遅くする働き
がある。また、不純物が混入するとほとんどの場合はガ
ラス粘度を低下させてしまうが、アルミニウムに関して
は共存するアルカリとの比、アルミニウム／（リチウム
＋ナトリウム＋カリウム）が、高くなるほどガラス粘度
が高くなる。すなわち、結晶成長速度が低くなる。

【００３４】すなわち、放電容器である石英ガラスの発
光空間側の表面から所定の深さの範囲の平均ＯＨ濃度を
所定値以下としたので、短波長紫外線の当該石英ガラス
部分における吸収量を著しく少なくすることができ、か
つ、ＯＨ濃度を低くすることで石英ガラスの粘度を高く
することが可能となり、たとえ当該石英ガラス内表面に
白濁が発生したとしても、それが内部に進行する速度を
十分に抑えることが可能となる。すなわち、石英ガラス
のＯＨ基濃度を規定することで、短波長紫外線に対する
耐性を改質しているのである。

【００３５】上記技術は、発光金属として水銀が０．１
６ｍｇ／ｍｍ³以上封入され、管壁負荷が０．８Ｗ／ｃ
ｍ²以上という超高圧な条件において、高強度の短波長
紫外線が生成されるというもとにおいて、その高強度の
短波長紫外線によって生じる石英ガラスの白濁の発生を
防止し、かつ、その成長を低下させるというものであ
る。従って、本発明は、上記のような放電条件を有する
超高圧水銀ランプであって、放電容器を形成する石英ガ
ラスの全体におけるＯＨ濃度を規定するのではなく、石
英ガラスの内表面の限られた領域におけるＯＨ濃度を規
定したことに大きな特徴を有する。そして、上記本発明
の解決課題を考慮すると、石英ガラス全体の平均ＯＨ基
濃度を規定するということは無意味なことといえる。

【００３６】請求項４に記載される発明は、請求項１に
記載されるハロゲン封入量の規定とともに、請求項３に
記載されるようにＯＨ基濃度を規定するものである。す
なわち、所定のハロゲンを封入することで石英ガラスの
到達する短波長紫外線を減少させるとともに、石英ガラ
スのＯＨ基濃度を規定することで石英ガラスの耐性の改
質を図ったものである。

【００３７】また、請求項４に記載される発明は、請求
項２に記載されるハロゲンの封入形態を規定するととも
に、請求項３に記載されるようにＯＨ基濃度を規定する
ものである。すなわち、ハロゲンの封入を炭素を含まな
い化合物として行なうことで放電容器内の炭素の絶対量
を少なくすることができるとともに、石英ガラスのＯＨ
基濃度を規定することで石英ガラスの耐性の改質を図っ
たものである。

【００３８】請求項５に記載される発明は、請求項２に
記載される発明であって、ハロゲンをハロゲン化水銀の
形で封入したことを特徴とする。すなわち、これによっ
て放電容器内への炭素の混入量を少なくさせることがで
き、結果的に石英ガラスにおける短波長紫外線の吸収量
を激減させることができ、石英ガラスの白濁を良好に防
止できる。

【００３９】ここで、ハロゲン化水銀は吸湿性が小さい
ので放電容器内に混入させる水分量をも少なくさせるこ
とができ、放電始動において電極に悪影響を与えないと
いう利点や、放電容器がチップレスの場合に封止過程に
おいて、加熱されたランプ構成部材と臭化メチレンなど
が反応し、ＳｉＯ₂が電極に付着して始動性能に悪影響
を与えるということもない。この結果、電極の変形、損
耗をより一層少なくさせることができる。

【００４０】請求項６に記載される発明は、上記ハロゲ
ン化水銀をランプ構成部材の一部に付着させて放電容器
の中に封入させることを特徴とする。このようにするこ
とで、従来の方法である粒状の形で封入させることに比
較して、小さな放電容器に対して精度良く、ハロゲンを
封入させることができる。具体的には、放電容器の内容
積１５０ｍｍ³以下の場合に極めて有効である。なお、
ランプ構成部材としては電極が適している。この理由は
放電容器の中に挿入する部材であり、放電空間に突出す
る部位に付着させやすいからである。しかし、電極に限
定されるものではなく、放電容器に内表面などに付着さ
せて混入させることもできる。

【００４１】請求項７に記載する発明は、希ガスの封入
量が５ＫＰａ以上であることを特徴とする。すなわち、
本願発明では点灯時の高圧になるべき量に相当する水銀
を封入することで、より一層の光出力を上げることがで
きるとともに、可視光領域、特に赤色領域の連続スペク
トルを増加できるものであるが、放電を始動するために
希ガスを必要とする。本発明の高圧水銀ランプにおいて
は、水銀の封入量が多いのでランプの消灯時には、電極
の根元に水銀が溜まっている場合が多い。この状態で放
電を始動させると、放電は電極先端間で発生せず、電極
の根元を輝点にして発生することが多くなる。このよう
な異常な放電が発生するとタングステンが蒸発、あるい
はスパッターリングによって飛散し、放電容器の内表面
を黒化させる。本発明のランプは非常に高い管壁負荷で
あるが、これは完璧の面積が小さいことに相当するので
黒化も著しいものとなる。ここで、希ガスの圧力を５Ｋ
Ｐａ以上にすると、放電距離が最短である電極先端間で
放電が発生しやすくなり、異常放電が発生しなくなるの
で上記の問題は解決する。そして、本願発明では、上記
のような利点を得る代わり、多量の水銀と希ガスを封入
することで生じる短波長紫外線による石英ガラスの白濁
の発生、成長を防止するものである。希ガスとしては、
例えば、アルゴン、キセノン、クリプトンが封入され、
それらの封入量は５ＫＰａ以上であることが上記利点を
得る上で好ましい。

【００４２】

【実施例】図１に本発明にかかる高圧水銀ランプを示
す。放電ランプ１は石英ガラスよりなり、中央の放電容
器２とその両端につながる細長の封止部３より構成され
る。放電容器２の中（以下、これを「発光空間」ともい
う)には、一対の電極４が、１．２ｍｍ程度の間隙をも
って配置される。電極４の後端は封止部３の中に埋設さ
れて金属箔５に溶接される。金属箔５の他端は外部リー
ド６が接合される。

【００４３】発光空間には、発光物質として水銀が封入
され、また、点灯始動ガスとしてアルゴン、キセノン等
の希ガスが封入される。希ガスは定常点灯時においては
水銀ーエキシマ光を発光する発光物質でもある。ここ
で、水銀の封入量は０．１６ｍｇ／ｍｍ³以上であっ
て、これは安定点灯時の蒸気圧が１１０気圧以上になる
ものである。

【００４４】このような高圧水銀ランプの一例を紹介す
ると、最大外径１０．５ｍｍ、最大内径４．５ｍｍ、発
光空間長（ランプの軸方向の長さ）１０．０ｍｍ、封入
水銀量１７ｍｇ、発光空間の内容積７５ｍｍ³、発光空
間の内表面積１００ｍｍ²、管壁負荷１．５Ｗ／ｍｍ²、
定格電力１５０Ｗである。

【００４５】図２に上記一例の高圧水銀ランプによる分
光スペクトルを示す。図から明らかなように波長３８０
〜７８０ｎｍ付近の可視領域に効果的に放射されている
ことが示される。特に、波長６００〜７８０ｎｍの赤色
領域の連続放射が多く、これは水銀封入量０．０５ｍｇ
／ｍｍ³以下のランプに比べてきわめて増加している。

【００４６】次に、本発明の高圧水銀ランプにおいて、
封入ハロゲン量を変化させた場合のスクリーン照度の実
験について説明する。実験は、図３に示すように、８本
の高圧水銀ランプを使って、ハロゲン（臭素）封入量の
みを変化させ、その他の条件は上記一例に示した内容と
ほぼ同一の値で統一させた。つまり、水銀量、発光空間
内容積は、各々のランプについて若干異なるが、これら
は製造上の誤差に過ぎず、いずれのランプも可視光領域
で良好に連続放射するものである。

【００４７】ここで、ハロゲン（臭素）の封入方法は、
組み立て前の２次シール側の電極表面に臭化水銀の形で
必要量蒸着させて行い、さらに、現実に封入された量を
イオンクロマトグラフを用いてカラム濃縮法により定量
した。また、発光空間の内容積は、屈折率が溶融石英に
近い溶媒中に浸し、顕微測長器により内表面の座標を読
み取って計算により求めた。

【００４８】各々の放電ランプは、2時間45分点灯させ
た後15分消灯というモードで点灯させ続けた。一定時間
間隔での放電容器の目視観察と、プロジェクタ光学系に
よって照度維持率を測定した。図３に100時間後の放電
容器の目視観察の結果と、2000時間後の照度維持率を表
している。この結果、ハロゲン封入量が１．２×１０^-4
μｍｏｌ／ｍｍ³以下の場合は、100時間後において放電
容器の上部に黒化、失透が見られ、また、2000時間後に
おいては照度維持率が50％以下と著しく減少していた。
また、ハロゲン封入量が７．３４×１０^-3μｍｏｌ／ｍ
ｍ³μの場合は、100時間後において電極の根元に著しい
黒化が発見された。

【００４９】この結果からも放電容器に黒化、失透を生
じさせないためには、一定量のハロゲンを封入すること
が必要であり、具体的には、２．０×１０^-4μｍｏｌ／
ｍｍ³以上であることが理解できる。液晶プロジェクタ
用の光源としては最低２０００時間５０％の照度を維持
することが望まれており、テレビユースでは１００００
時間が求められている。この条件を満たすためにもハロ
ゲン封入量は上記の下限値以上封入すれば良いことがわ
かる。また、ハロゲンの封入量が多くなると、放電容器
の黒化、失透、スクリーン照度の低下という問題は生じ
ないものの、電極根元付近にタングステンの著しい付着
が見られる。つまり、このような悪影響を防止するため
には、７．０×１０^-3μｍｏｌ／ｍｍ³以下の封入量と
することが望ましい。

【００５０】次に、ＯＨ基濃度による石英ガラスでの白
濁の発生、成長を防止する実験について説明する。実験
は、石英ガラスの内表面０．２ｍｍの範囲のＯＨ基濃度
を２００wtppm、１００wtppm、５０wtppm、２０wtppm、
１０wtppmと変化させた５つの上記超高圧水銀ランプを
上記の仕様で製作し、ハロゲン封入量を１×１０^-3μｍ
ｏｌ／ｍｍ³とした。そして、各々の放電ランプについ
て、石英ガラスの白濁が放電容器の発光空間内面全体の
表面積の２０％を超えた時間を測定した。図４にその結
果を示す。縦軸は石英ガラスの白濁した領域が放電容器
の発光管内表面積の２０％に達した時間を示し、横軸は
ＯＨ基濃度を示す。図より、石英ガラスの内表面０．２
ｍｍの範囲のＯＨ基濃度が２０wtｐｐｍ以下の場合に、
液晶プロジェクタとして必要とされる２０００時間を維
持していることがわかる。

【００５１】本発明の高圧水銀ランプについては、直流
点灯型、交流点灯型に限定されずいずれの点灯方式のも
のにも適用できる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の高圧水
銀ランプは、石英ガラスからなる放電容器に一対のタン
グステン電極が対向配置しており、この放電容器に、
０．１６ｍｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスと、ハロゲ
ンとを封入し、管壁負荷が０．８Ｗ／ｃｍ²以上である
高圧水銀ランプにおいて、以下の効果を有する。第１
に、前記ハロゲンの封入量を２×１０^-4〜７×１０^-3μ
ｍｏｌ／ｍｍ³の範囲としたことを特徴として、この特
徴によって当該ハロゲン、およびハロゲンを含む分子に
よって良好に短波長紫外線を吸収できるので、放電容器
の管壁内表面（石英ガラス）に到達する短波長紫外線の
照射量をきわめて少なくすることができる。第２に、ハ
ロゲンは炭素を含まない化合物として封入されたもので
あることを特徴として、この特徴によって放電容器内に
封入される炭素の量を極めて少なくすることができるの
で、放電容器の管壁内表面(石英ガラス)において吸収さ
れる短波長紫外線の量を減少させることが可能となる。
第３に、放電容器の内表面から深さ０．２ｍｍの範囲の
平均ＯＨ基濃度が２０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴
として、この特徴によって、石英ガラス自体の粘度を高
めることが可能となり、結果として石英ガラスの短波長
紫外線に対する耐性を改質することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる高圧水銀ランプを示す。

【図２】本発明にかかる高圧水銀ランプによる分光分布
を示す。

【図３】本発明の効果を示す実験結果を示す。

【図４】本発明の効果を示す実験結果を示す。

【符号の説明】

１：放電ランプ ２：放電容器 ３：封止部 ４：電極 ５：金属箔 ６：外部リード

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年４月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 高圧水銀ランプ

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は高圧水銀ランプに
関する。特に、放電容器内に０．１６ｍｇ／ｍｍ ³以上
の水銀が封入され点灯時の水銀蒸気圧が１１０気圧以上
にもなる超高圧な水銀ランプであって、液晶ディスプレ
イ装置などのバックライトとして使用されるものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】投射型の液晶ディスプレイ装置は、矩形
状のスクリーンに対して均一に、しかも十分な演色性を
もって画像を照明させることが要求され、このため、光
源として、水銀や金属ハロゲン化物を封入させたメタル
ハライドランプが使われる。また、メタルハライドラン
プでも、最近では、より一層の小型化、点光源化が進め
られ、電極間距離の極めて小さいものが実用化されてい
る。

【０００３】このような背景のもと、最近では、メタル
ハライドランプに代わって、極めて高い水銀蒸気圧、例
えば２００バール(約１９７気圧)以上、を持つランプが
提案されている。これは、水銀蒸気圧をより高くするこ
とで、アークの広がりを抑える(絞り込む）とともに、
より一層の光出力の向上を図るというものであり、例え
ば、特開平２−１４８５６１号、特開平６−５２８３０
号に開示されている。

【０００４】特開平２−１４８５６１号(米国特許第
５，１０９，１８１)には、タングステンからなる一対
の電極を有する放電容器に希ガスと、０．２ｍｇ／ｍｍ
³以上の水銀と、１×１０^-6〜１×１０^-4μｍｏｌ／ｍ
ｍ³の範囲のハロゲンを封入して、１Ｗ／ｍｍ²以上の管
壁負荷で動作させる高圧水銀ランプが開示されている。

【０００５】水銀の封入量を０．２ｍｇ／ｍｍ³以上に
する理由は、水銀の圧力を高くして可視光領域、特に赤
色領域の連続スペクトルを増加させ演色性を改善するこ
とであり、管壁負荷を１Ｗ／ｍｍ²以上にする理由は、
水銀の圧力を高くするために最冷部の温度を高くする必
要があるからである。さらに、ハロゲンを封入する理由
については管壁の黒化防止であることが読み取れるが、
１×１０^-6〜１×１０ ^-4μｍｏｌ／ｍｍ³の範囲に規定
する理由は特に記載されていない。また、ハロゲンは臭
化メチレン（ＣＨ₂Ｂｒ₂）の形で封入することが紹介さ
れている。

【０００６】一方、特開平６−５２８３０号(米国特許
第５，４９７，０４９)には、上記の水銀量、管壁負荷
値、ハロゲン量に加えて、放電容器の形状や電極間距離
を規定して、さらにハロゲンの種類として臭素を使用す
ることが開示されている。

【０００７】臭素を封入する理由は管壁の黒化防止であ
り、その封入量が１０^-6μｍｏｌ／ｍｍ³以上で十分な
効果を発揮するとともに、１０^-4μｍｏｌ／ｍｍ³を超
えると電極が腐食することを示している。また、このラ
ンプはプロジェクタ用の光源に適しているとされ、スク
リーン照度の照度維持率が、従来のランプを使った場合
に比べて優れていることなどが紹介されている。

【０００８】しかしながら、上記先行文献に開示されて
いる仕様に基づいて多数のランプを製作し、液晶プロジ
ェクタ等に組み込んでスクリーン照度について試験をし
てみると、現実には、数百時間程度の点灯でスクリーン
照度が著しく低下してしまうことが判明された。

【０００９】この原因は、放電容器の一部が白濁するこ
とによって、放射光量が低下することによるものであっ
たが、一旦、放電容器の一部に白濁が発生してしまう
と、当該白濁は急激に成長することも原因していた。そ
して、これらの白濁の発生や成長は、放電容器の黒化に
まで発展し、さらに電極の先端形状の変形、損耗も加わ
り、これらが相乗的に影響して、スクリーン照度の低下
をもたらしていることがわかった。

【００１０】ここで、放電容器に白濁が発生する機構、
さらには発生した白濁が成長する機構については必ずし
も明らかではないが、本発明者らが試行錯誤の検討を積
み重ねた結果、以下のようであると推測される。

【００１１】すなわち、水銀の封入量が０．１６ｍｇ／
ｍｍ³以上に対応する非常に高圧な水銀蒸気と希ガスの
混合ガス中の放電においては、希ガスエキシマ光と水銀
の共鳴線１８５ｎｍの間の波長領域に水銀−希ガスのエ
キシマ光が発生する。すなわち、希ガスとしてＡｒ、Ｋ
ｒ、及びＸｅを使用した場合、それぞれ１２６ｎｍ、１
４６ｎｍ及び１７２ｎｍの付近に希ガスエキシマ光が発
生し、また、水銀の圧力が著しく高いので、水銀原子の
共鳴線１８５ｎｍの線幅は広がり、この共鳴線の短波長
側の波長の光強度も十分に強くなる。さらに、これらに
加えて、希ガスエキシマ光と１８５ｎｍの間に水銀希ガ
スエキシマ光が発生する。

【００１２】すなわち、このような超高圧な水銀ランプ
では、希ガスによるエキシマ光（波長１２６ｎｍ、１４
６ｎｍ、１７２ｎｍの光）、水銀原子の共鳴線１８５ｎ
ｍの短波長側の光、および水銀ー希ガスエキシマ光（以
下、この約１２６ｎｍ〜１８５ｎｍの帯域の光を「短波
長紫外線」という）がきわめて良く放射される。さら
に、この短波長紫外線は、放電容器の管壁負荷が高いの
で、放電容器の内面における放射照度はきわめて大きい
ものである。

【００１３】一方、放電容器はその温度が高くなると、
放電容器を構成する石英ガラスが吸収する波長帯域が長
波長側にずれる傾向にある。すなわち、管壁負荷が０．
８Ｗ／ｍｍ²以上もの高い値を有する高圧水銀ランプで
は、石英ガラスの温度は著しく高いので、放射される短
波長紫外線が、石英ガラスに吸収されてしまうことにな
る。

【００１４】つまり、水銀蒸気圧が極めて高く、また、
管壁負荷も極めて高い水銀ランプにあっては、通常の水
銀ランプとは比較にならないぐらいの短波長紫外線が放
射され、さらに、この短波長紫外線が石英ガラスに吸収
されやすい状態にあるといえる。

【００１５】そして、石英ガラスに、上記短波長紫外線
が吸収されると、当該石英ガラスの構成要素であるケイ
素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）の結合を切断し、歪み応力を発
生させ、石英ガラス表面の構造を原理的に変形させてし
まう。また、短波長紫外線の照射によって、石英ガラス
の構成要素であるＳｉあるいはＳｉＯが蒸発して、直近
の石英ガラスの表面に付着もする。従って、吸収される
短波長紫外線量が多い場合には石英ガラスの表面に微細
な凹凸などが発生し、これらが原因となって白濁を生じ
るものと思われる。

【００１６】ここで、短波長紫外線が石英ガラスに吸収
される割合は、石英ガラスの表面がクリーンな状態では
比較的少ないが、汚染状態がひどいほど大きくなる傾向
にある。従って、ランプ点灯中において、石英ガラス内
表面が汚染しないように制御することが好ましいことで
あるが、このためにはランプ製作工程において、汚染の
もとになる物質を可能限り放電容器内に混入させないよ
うにすることが必要となる。ここで、炭素はランプ製作
環境において、種々の有機化合物として存在するので、
最も制御しにくい汚染物である。

【００１７】そして、石英ガラスの一部に白濁が発生す
ると、赤外線を含む光の多重反射等によって熱が吸収さ
れて、当該白濁部分の温度も上昇させてしまう。この結
果、石英ガラスが吸収する光はより長波長側へと移動し
てしまい、これが原因で、より一層、短波長紫外線の石
英ガラスへの吸収が加速し、結果として、微細な凸凹の
形成反応も加速されるのでは白濁は急激に成長するもの
と思われる

【００１８】さらに、短波長紫外線の石英ガラスへの照
射、吸収によって、石英ガラスの構成要素であるＳｉと
Ｏの結合が切断されてしまうと、ＳｉあるいはＳｉＯが
管壁から蒸発し、電極先端に付着してタングステンの融
点を下げて、電極の先端形状の変形、損耗とタングステ
ンによる管壁黒化を引き起こしてしまう。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、放電容器を構成する石英ガラスでの白濁
の発生、およびその成長を良好に防止できる高圧水銀ラ
ンプを提供して、液晶プロジェクタ等の光源として使っ
たときにスクリーン照度の急激な低下を防止することで
ある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の高圧水銀ランプは、請求項１において
は、石英ガラスからなる放電容器に一対のタングステン
電極が対向配置しており、この放電容器に、０．１６ｍ
ｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとを封入
し、管壁負荷が０．８Ｗ／ｍｍ² 以上である高圧水銀ラ
ンプにおいて、前記ハロゲンの封入量を２×１０^-4〜７
×１０^-3μｍｏｌ／ｍｍ³の範囲としたことを特徴とす
る。

【００２１】さらに、請求項２にかかる高圧水銀ランプ
は、石英ガラスからなる放電容器に一対のタングステン
電極が対向配置しており、この放電容器に、０．１６ｍ
ｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとを封入
し、管壁負荷が０．８Ｗ／ｍｍ² 以上である高圧水銀ラ
ンプにおいて、前記ハロゲンは、炭素を含まない化合物
として封入されたものであることを特徴とする。

【００２２】さらに、請求項３にかかる高圧水銀ランプ
は、請求項１にかかる高圧水銀ランプであって、前記放
電容器の内表面から深さ０．２ｍｍの範囲の平均ＯＨ基
濃度が２０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする。

【００２３】さらに、請求項３にかかる高圧水銀ランプ
は、請求項２にかかる高圧水銀ランプであって、前記放
電容器の内表面から深さ０．２ｍｍの範囲の平均ＯＨ基
濃度が２０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする。

【００２４】さらに、請求項４にかかる高圧水銀ランプ
は、請求項２にかかる高圧水銀ランプであって、前記ハ
ロゲンはハロゲン化水銀で封入したことを特徴とする。

【００２５】さらに、請求項５にかかる高圧水銀ランプ
は、請求項４にかかる高圧水銀ランプであって、前記ハ
ロゲン化水銀をランプの構成部材の一部に付着させて放
電容器内に導入したことを特徴とする。

【００２６】さらに、請求項６にかかる高圧水銀ランプ
は、請求項１または請求項２にかかる高圧水銀ランプで
あって、前記希ガスは５ＫＰａ以上であることを特徴と
する。

【００２７】

【発明の実施の形態】この発明の解決課題である放電容
器管壁の白濁の発生、および白濁の成長を良好に防止す
るためには、第１に、管壁表面（石英ガラス）に到達す
る上記短波長紫外線を少なくすること、第２に、短波長
紫外線を吸収しやすい不純物、具体的には炭素を少なく
すること、第３に、このような課題に加えて、短波長紫
外線に対して十分な耐性を有するように石英ガラス自体
を改質することである。

【００２８】まず、請求項１に記載する高圧水銀ランプ
は、所定量、具体的には、２×１０ ^-4〜７×１０^-3μｍ
ｏｌ／ｍｍ³のハロゲンを封入することを特徴として、
上記課題を解決している。すなわち、２×１０^-4μｍｏ
ｌ／ｍｍ³以上のハロゲンを封入することで、上記短波
長紫外線は、これらハロゲン及びハロゲンを含む分子に
よって、良好に吸収されてしまい、結果として放電容器
の管壁（石英ガラス）まで到達する量を減少させること
ができるからである。つまり、前記したように短波長紫
外線が石英ガラスを照射、吸収することで生じる白濁の
発生、成長を良好に防止することができるからである。
また、ハロゲンの封入量を無制限とするのではなく、７
×１０^-3μｍｏｌ／ｍｍ³以下と制限することで、過剰
ハロゲンによって生じる電極の変形、損耗も実質的に影
響のない範囲に減少させることができる。

【００２９】ここで、上記した数値範囲のハロゲンを封
入する高圧水銀ランプは、いくつかの先行文献において
も紹介されている。（例えば、特公昭４９−５４２１号
などである。）しかし、このような従来のものは、ハロ
ゲンサイクルを利用して電極構成物質であるタングステ
ンが、放電容器内面（石英ガラス）に付着することを防
止するもの、いわゆる黒化防止である。これに対して、
本願発明におけるハロゲン封入の目的は、放電容器内に
封入したハロゲンによって、短波長紫外線を吸収させて
しまうことにある。そして、放電容器内において、短波
長紫外線を良好に吸収させることによって、短波長紫外
線の石英ガラスへの到達を良好に防止させるているので
ある。

【００３０】そしてまた、この短波長紫外線は、前記し
たように非常に高圧力の水銀蒸気と希ガスの混合ガス中
の放電であって、希ガスエキシマ光と水銀の共鳴線（１
８５ｎｍ）との間の波長領域に水銀―希ガスのエキシマ
光が発生することによって生じるものである。つまり、
上記先行文献などに記載されている水銀ランプの放電条
件とは、全く異なる条件において生じる短波長紫外線を
良好に吸収するためのものといえる。本発明の具体な放
電条件は、水銀の封入量が０．１６ｍｇ／ｍｍ ³以上で
あり、管壁負荷が０．８Ｗ／ｍｍ² 以上で、さらに希ガ
スを封入するというものであり、このような特有の条件
のもので生ずる短波長紫外線を良好に吸収させるという
ことは、従来技術には全く存在しえないことである。

【００３１】次に、請求項２に記載する高圧水銀ランプ
は、ハロゲンの放電容器への封入を炭素を含まない化合
物という形で行なうことを特徴としている。すなわち、
従来技術の水銀ランプは、臭化メチレン（ＣＨ₂Ｂｒ₂）
のように炭素を含むハロゲン化合物として放電容器への
封入を行なうため、放電容器内における炭素の含有量が
多くなり、これがランプ点灯中に石英ガラスに付着する
ことで短波長紫外線の吸収を行なっている。

【００３２】本願発明の高圧水銀ランプは、炭素による
短波長紫外線の吸収を良好に防止するために、ハロゲン
の封入する形態として、炭素を含まない化合物、例えば
臭化水銀などの形で行なうことを特徴とする。このた
め、放電容器内における炭素の絶対量が少なくなり、ラ
ンプ製造工程でたとえ少量の炭素が、不所望に放電容器
内に混入されたとしても、その炭素が石英ガラスの内面
に付着して吸収する短波長紫外線は微量のものとするこ
とができる。結果として、石英ガラスにおける白濁の発
生、成長を良好に防止できる。

【００３３】次に、請求項３に記載する高圧水銀ランプ
は、放電容器の発光空間側の表面から深さ０．２ｍｍの
範囲の平均ＯＨ基濃度が２０ｗｔｐｐｍ以下であること
を特徴とする。このことによる説明は以下のように考え
られる。石英ガラスの白濁は、ガラス状のＳｉＯ₂が再
配列して微少な結晶が成長することで発生するが、結晶
化は温度が高いほど起こりやすく、また、表面の不純物
に敏感であって、当該表面に結晶核ができることでガラ
スの内部に向って進行する。この場合の結晶成長の速度
はガラス粘度により支配され、酸素の欠乏の度合い、Ｏ
Ｈ濃度の高低、不純物含有量の多少によって影響を受け
る。すなわち、酸素が欠乏している無水石英ガラスでは
酸素が化学量論比を満足しているものに比較して粘度が
高くなり、また、ＯＨ濃度の低いガラスも粘度が高くな
り、何れも同じ温度での失透が進む速度を遅くする働き
がある。また、不純物が混入するとほとんどの場合はガ
ラス粘度を低下させてしまうが、アルミニウムに関して
は共存するアルカリとの比、アルミニウム／（リチウム
＋ナトリウム＋カリウム）が、高くなるほどガラス粘度
が高くなる。すなわち、結晶成長速度が低くなる。

【００３４】すなわち、放電容器である石英ガラスの発
光空間側の表面から所定の深さの範囲の平均ＯＨ濃度を
所定値以下としたので、短波長紫外線の当該石英ガラス
部分における吸収量を著しく少なくすることができ、か
つ、ＯＨ濃度を低くすることで石英ガラスの粘度を高く
することが可能となり、たとえ当該石英ガラス内表面に
白濁が発生したとしても、それが内部に進行する速度を
十分に抑えることが可能となる。すなわち、石英ガラス
のＯＨ基濃度を規定することで、短波長紫外線に対する
耐性を改質しているのである。

【００３５】上記技術は、発光金属として水銀が０．１
６ｍｇ／ｍｍ³以上封入され、管壁負荷が０．８Ｗ／ｍ
ｍ² 以上という超高圧な条件において、高強度の短波長
紫外線が生成されるというもとにおいて、その高強度の
短波長紫外線によって生じる石英ガラスの白濁の発生を
防止し、かつ、その成長を低下させるというものであ
る。従って、本発明は、上記のような放電条件を有する
超高圧水銀ランプであって、放電容器を形成する石英ガ
ラスの全体におけるＯＨ濃度を規定するのではなく、石
英ガラスの内表面の限られた領域におけるＯＨ濃度を規
定したことに大きな特徴を有する。そして、上記本発明
の解決課題を考慮すると、石英ガラス全体の平均ＯＨ基
濃度を規定するということは無意味なことといえる。

【００３６】そして、請求項３に記載される発明は、請
求項１に記載されるハロゲン封入量の規定とともに、前
記のようにＯＨ基濃度を規定するものである。すなわ
ち、所定のハロゲンを封入することで石英ガラスの到達
する短波長紫外線を減少させるとともに、石英ガラスの
ＯＨ基濃度を規定することで石英ガラスの耐性の改質を
図ったものである。

【００３７】また、請求項３に記載される発明は、請求
項２に記載されるハロゲンの封入形態を規定するととも
に、前記のようにＯＨ基濃度を規定するものである。す
なわち、ハロゲンの封入を炭素を含まない化合物として
行なうことで放電容器内の炭素の絶対量を少なくするこ
とができるとともに、石英ガラスのＯＨ基濃度を規定す
ることで石英ガラスの耐性の改質を図ったものである。

【００３８】請求項４に記載される発明は、請求項２に
記載される発明であって、ハロゲンをハロゲン化水銀の
形で封入したことを特徴とする。すなわち、これによっ
て放電容器内への炭素の混入量を少なくさせることがで
き、結果的に石英ガラスにおける短波長紫外線の吸収量
を激減させることができ、石英ガラスの白濁を良好に防
止できる。

【００３９】ここで、ハロゲン化水銀は吸湿性が小さい
ので放電容器内に混入させる水分量をも少なくさせるこ
とができ、放電始動において電極に悪影響を与えないと
いう利点や、放電容器がチップレスの場合に封止過程に
おいて、加熱されたランプ構成部材と臭化メチレンなど
が反応し、ＳｉＯ₂が電極に付着して始動性能に悪影響
を与えるということもない。この結果、電極の変形、損
耗をより一層少なくさせることができる。

【００４０】請求項５に記載される発明は、上記ハロゲ
ン化水銀をランプ構成部材の一部に付着させて放電容器
の中に封入させることを特徴とする。このようにするこ
とで、従来の方法である粒状の形で封入させることに比
較して、小さな放電容器に対して精度良く、ハロゲンを
封入させることができる。具体的には、放電容器の内容
積１５０ｍｍ³以下の場合に極めて有効である。なお、
ランプ構成部材としては電極が適している。この理由は
放電容器の中に挿入する部材であり、放電空間に突出す
る部位に付着させやすいからである。しかし、電極に限
定されるものではなく、放電容器に内表面などに付着さ
せて混入させることもできる。

【００４１】請求項６に記載する発明は、希ガスの封入
量が５ＫＰａ以上であることを特徴とする。すなわち、
本願発明では点灯時の高圧になるべき量に相当する水銀
を封入することで、より一層の光出力を上げることがで
きるとともに、可視光領域、特に赤色領域の連続スペク
トルを増加できるものであるが、放電を始動するために
希ガスを必要とする。本発明の高圧水銀ランプにおいて
は、水銀の封入量が多いのでランプの消灯時には、電極
の根元に水銀が溜まっている場合が多い。この状態で放
電を始動させると、放電は電極先端間で発生せず、電極
の根元を輝点にして発生することが多くなる。このよう
な異常な放電が発生するとタングステンが蒸発、あるい
はスパッターリングによって飛散し、放電容器の内表面
を黒化させる。本発明のランプは非常に高い管壁負荷で
あるが、これは完璧の面積が小さいことに相当するので
黒化も著しいものとなる。ここで、希ガスの圧力を５Ｋ
Ｐａ以上にすると、放電距離が最短である電極先端間で
放電が発生しやすくなり、異常放電が発生しなくなるの
で上記の問題は解決する。そして、本願発明では、上記
のような利点を得る代わり、多量の水銀と希ガスを封入
することで生じる短波長紫外線による石英ガラスの白濁
の発生、成長を防止するものである。希ガスとしては、
例えば、アルゴン、キセノン、クリプトンが封入され、
それらの封入量は５ＫＰａ以上であることが上記利点を
得る上で好ましい。

【００４２】

【実施例】図１に本発明にかかる高圧水銀ランプを示
す。放電ランプ１は石英ガラスよりなり、中央の放電容
器２とその両端につながる細長の封止部３より構成され
る。放電容器２の中（以下、これを「発光空間」ともい
う)には、一対の電極４が、１．２ｍｍ程度の間隙をも
って配置される。電極４の後端は封止部３の中に埋設さ
れて金属箔５に溶接される。金属箔５の他端は外部リー
ド６が接合される。

【００４３】発光空間には、発光物質として水銀が封入
され、また、点灯始動ガスとしてアルゴン、キセノン等
の希ガスが封入される。希ガスは定常点灯時においては
水銀ーエキシマ光を発光する発光物質でもある。ここ
で、水銀の封入量は０．１６ｍｇ／ｍｍ³以上であっ
て、これは安定点灯時の蒸気圧が１１０気圧以上になる
ものである。

【００４４】このような高圧水銀ランプの一例を紹介す
ると、最大外径１０．５ｍｍ、最大内径４．５ｍｍ、発
光空間長（ランプの軸方向の長さ）１０．０ｍｍ、封入
水銀量１７ｍｇ、発光空間の内容積７５ｍｍ³、発光空
間の内表面積１００ｍｍ²、管壁負荷１．５Ｗ／ｍｍ²、
定格電力１５０Ｗである。

【００４５】図２に上記一例の高圧水銀ランプによる分
光スペクトルを示す。図から明らかなように波長３８０
〜７８０ｎｍ付近の可視領域に効果的に放射されている
ことが示される。特に、波長６００〜７８０ｎｍの赤色
領域の連続放射が多く、これは水銀封入量０．０５ｍｇ
／ｍｍ³以下のランプに比べてきわめて増加している。

【００４６】次に、本発明の高圧水銀ランプにおいて、
封入ハロゲン量を変化させた場合のスクリーン照度の実
験について説明する。実験は、図３に示すように、８本
の高圧水銀ランプを使って、ハロゲン（臭素）封入量の
みを変化させ、その他の条件は上記一例に示した内容と
ほぼ同一の値で統一させた。つまり、水銀量、発光空間
内容積は、各々のランプについて若干異なるが、これら
は製造上の誤差に過ぎず、いずれのランプも可視光領域
で良好に連続放射するものである。

【００４７】ここで、ハロゲン（臭素）の封入方法は、
組み立て前の２次シール側の電極表面に臭化水銀の形で
必要量蒸着させて行い、さらに、現実に封入された量を
イオンクロマトグラフを用いてカラム濃縮法により定量
した。また、発光空間の内容積は、屈折率が溶融石英に
近い溶媒中に浸し、顕微測長器により内表面の座標を読
み取って計算により求めた。

【００４８】各々の放電ランプは、2時間45分点灯させ
た後15分消灯というモードで点灯させ続けた。一定時間
間隔での放電容器の目視観察と、プロジェクタ光学系に
よって照度維持率を測定した。図３に100時間後の放電
容器の目視観察の結果と、2000時間後の照度維持率を表
している。この結果、ハロゲン封入量が１．２×１０^-4
μｍｏｌ／ｍｍ³以下の場合は、100時間後において放電
容器の上部に黒化、失透が見られ、また、2000時間後に
おいては照度維持率が50％以下と著しく減少していた。
また、ハロゲン封入量が７．３４×１０^{- 3}μｍｏｌ／ｍ
ｍ³μの場合は、100時間後において電極の根元に著しい
黒化が発見された。

【００４９】この結果からも放電容器に黒化、失透を生
じさせないためには、一定量のハロゲンを封入すること
が必要であり、具体的には、２．０×１０^-4μｍｏｌ／
ｍｍ ³以上であることが理解できる。液晶プロジェクタ
用の光源としては最低２０００時間５０％の照度を維持
することが望まれており、テレビユースでは１００００
時間が求められている。この条件を満たすためにもハロ
ゲン封入量は上記の下限値以上封入すれば良いことがわ
かる。また、ハロゲンの封入量が多くなると、放電容器
の黒化、失透、スクリーン照度の低下という問題は生じ
ないものの、電極根元付近にタングステンの著しい付着
が見られる。つまり、このような悪影響を防止するため
には、７．０×１０^{- 3}μｍｏｌ／ｍｍ³以下の封入量と
することが望ましい。

【００５０】次に、ＯＨ基濃度による石英ガラスでの白
濁の発生、成長を防止する実験について説明する。実験
は、石英ガラスの内表面０．２ｍｍの範囲のＯＨ基濃度
を２００wtppm、１００wtppm、５０wtppm、２０wtppm、
１０wtppmと変化させた５つの上記超高圧水銀ランプを
上記の仕様で製作し、ハロゲン封入量を１×１０^-3μｍ
ｏｌ／ｍｍ ³とした。そして、各々の放電ランプについ
て、石英ガラスの白濁が放電容器の発光空間内面全体の
表面積の２０％を超えた時間を測定した。図４にその結
果を示す。縦軸は石英ガラスの白濁した領域が放電容器
の発光管内表面積の２０％に達した時間を示し、横軸は
ＯＨ基濃度を示す。図より、石英ガラスの内表面０．２
ｍｍの範囲のＯＨ基濃度が２０wtｐｐｍ以下の場合に、
液晶プロジェクタとして必要とされる２０００時間を維
持していることがわかる。

【００５１】本発明の高圧水銀ランプについては、直流
点灯型、交流点灯型に限定されずいずれの点灯方式のも
のにも適用できる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の高圧水
銀ランプは、石英ガラスからなる放電容器に一対のタン
グステン電極が対向配置しており、この放電容器に、
０．１６ｍｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスと、ハロゲ
ンとを封入し、管壁負荷が０．８Ｗ／ｍｍ² 以上である
高圧水銀ランプにおいて、以下の効果を有する。第１
に、前記ハロゲンの封入量を２×１０^-4〜７×１０^-3μ
ｍｏｌ／ｍｍ³の範囲としたことを特徴として、この特
徴によって当該ハロゲン、およびハロゲンを含む分子に
よって良好に短波長紫外線を吸収できるので、放電容器
の管壁内表面（石英ガラス）に到達する短波長紫外線の
照射量をきわめて少なくすることができる。第２に、ハ
ロゲンは炭素を含まない化合物として封入されたもので
あることを特徴として、この特徴によって放電容器内に
封入される炭素の量を極めて少なくすることができるの
で、放電容器の管壁内表面(石英ガラス)において吸収さ
れる短波長紫外線の量を減少させることが可能となる。
第３に、放電容器の内表面から深さ０．２ｍｍの範囲の
平均ＯＨ基濃度が２０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴
として、この特徴によって、石英ガラス自体の粘度を高
めることが可能となり、結果として石英ガラスの短波長
紫外線に対する耐性を改質することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる高圧水銀ランプを示す。

【図２】本発明にかかる高圧水銀ランプによる分光分布
を示す。

【図３】本発明の効果を示す実験結果を示す。

【図４】本発明の効果を示す実験結果を示す。

【符号の説明】 １：放電ランプ ２：放電容器 ３：封止部 ４：電極 ５：金属箔 ６：外部リード

フロントページの続き (72)発明者 堀川 好広 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】石英ガラスからなる放電容器に一対のタン
   グステン電極が対向配置しており、この放電容器に、
   ０．１６ｍｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスと、ハロゲ
   ンとを封入し、管壁負荷が０．８Ｗ／ｃｍ²以上である
   高圧水銀ランプにおいて、 前記ハロゲンの封入量を２×１０^-4〜７×１０^-3μｍｏ
   ｌ／ｍｍ³の範囲としたことを特徴とする高圧水銀ラン
   プ。
2. 【請求項２】石英ガラスからなる放電容器に一対のタン
   グステン電極が対向配置しており、この放電容器に、
   ０．１６ｍｇ／ｍｍ³以上の水銀と、希ガスと、ハロゲ
   ンとを封入し、管壁負荷が０．８Ｗ／ｃｍ²以上である
   高圧水銀ランプにおいて、 前記ハロゲンは、炭素を含まない化合物として封入され
   たものであることを特徴とする高圧水銀ランプ。
3. 【請求項３】石英ガラスからなる放電容器に一対のタン
   グステン電極が対向配置しており、 この放電容器に、０．１６ｍｇ／ｍｍ³以上の水銀と、
   希ガスと、ハロゲンとを封入し、管壁負荷が０．８Ｗ／
   ｃｍ²以上である高圧水銀ランプにおいて、 前記放電容器の内表面から深さ０．２ｍｍの範囲の平均
   ＯＨ基濃度が２０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とす
   る高圧水銀ランプ。
4. 【請求項４】前記放電容器の内表面から深さ０．２ｍｍ
   の範囲の平均ＯＨ基濃度が２０ｗｔｐｐｍ以下であるこ
   とを特徴とする請求項1、または請求項２に記載する高
   圧水銀ランプ。
5. 【請求項５】前記ハロゲンはハロゲン化水銀で封入した
   ことを特徴とする請求項２に記載する高圧水銀ランプ。
6. 【請求項６】前記ハロゲン化水銀をランプの構成部材の
   一部に付着させて放電容器内に導入したことを特徴とす
   る請求項5に記載する高圧水銀ランプ。
7. 【請求項７】前記希ガスは５ＫＰａ以上であることを特
   徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載する高
   圧水銀ランプ。