超高压水银灯及该超高压水银灯的制造方法

专利名称：超高压水银灯及该超高压水银灯的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种超高压水银灯，尤其是涉及液晶显示装置、使用了 DMD(数字微镜器件·注册商标)的DLP (数字光处理器·注册商标)等投影型投影装置的背光中所使用的超高压水银灯及该超高压水银灯的制造方法。
背景技术：
近年来，要求能够根据需要改变向投影装置供给的功率。例如，在会议等中向屏幕映出图像时，需要提高从投影装置射出的光量而使图像鲜明地映出在屏幕上。另一方面，在不需要向屏幕映出图像时，希望减少从投影装置射出的光量。例如，在会议等中，参加者彼此进行讨论时，暂时中断在屏幕上投影图像，在中断时优选为了节约消耗功率而减少投影装置的光量。这种情况下，不优选使向内置在投影装置中的光源供电的功率为零并熄灭光源。这是因为这种光源一旦熄灭时，再点亮需要的时间长。因此，在投影装置中，优选根据需要对正常点亮模式(额定功率下的点亮)和低功率点亮模式(以比额定功率低的功率下的点亮)进行切换。在专利文献1中，记载有对放电灯施加交流电压而驱动放电灯的方法。根据该驱动方法，记载有如下情况具备第一动作模式和第二动作模式，在第二动作模式中，对放电灯供给的功率比第一动作模式小。通常，为了提高放射亮度，作为投影装置用的光源使用的超高压水银灯在发光部内封入有0. 15mg/mm3以上的高密度的水银。这种灯的放射亮度与发光部内的水银蒸气压成比例，在发光部内的水银蒸气压越低时越下降。发光部的水银蒸气压主要依赖于发光部的温度。即，发光部的温度越低，水银在发光空间中越成为未蒸发的状态而水银蒸气压越下降，因此会发生如下说明的问题。一对电极间的电阻值伴随蒸气压的下降而下降，电流容易在电极间流动。因此，电子频繁地碰撞电极而引起电极发生溅射，从而电极构成物质飞散到放电空间内并附着于发光部的管壁，发光部发生黑化。在专利文献1所示的放电灯的驱动方法中，在第二动作中，向放电灯供给的功率比第一动作模式小时，放电灯的发光部成为低温，因此在发光空间中，无法避免水银未蒸发的情况，而作为其结果，有可能引起上述的问题。然而，在该文献中，并未提及由于水银未蒸发的原因而产生的问题及其解决方法。专利文献1 日本特表2009-527871号公报

发明内容
本发明目的在于提供一种超高压水银灯及该超高电压放电灯的制造方法，为了节约向放电灯供给的功率，在从正常点亮模式切换成低功率点亮模式时，能够抑制放电灯的发光部及包含电极轴部的密封部成为低温。本发明为了解决上述课题而采用如下的方案。第一方案涉及一种超高压水银灯，具备发光部，封入有封入量为0. 15mg/mm3以上的水银；和密封部，与该发光部连续设置，该超高压水银灯能够切换驱动为正常点亮模式和低功率点亮模式，该低功率点亮模式以额定消耗功率的20 75%的范围内的功率值驱动灯，所述超高压水银灯的特征在于，在所述发光部与所述密封部的边界附近的外周方向上设置有吸收从所述发光部放射的光而对所述发光部进行保温的保温部，所述保温部由热膨胀系数比构成所述发光部的物质的热膨胀系数高的物质构成，在所述正常点亮模式时，所述保温部与所述发光部分离而在与所述发光部之间形成微小间隙，并且在所述低功率点亮模式时，所述保温部与所述发光部抵接。第二方案以第一方案的超高压水银灯为基础，其特征在于，所述保温部是具有 0.2 Imm的厚度的膜。第三方案以第一方案的超高压水银灯为基础，其特征在于，所述保温部为筒状。第四方案以第一方案的超高压水银灯为基础，其特征在于，所述保温部的热膨胀系数为ι XIO-6A以上。第五方案涉及一种超高压水银灯的制造方法，该超高压水银灯具备发光部，封入有封入量为0. 15mg/mm3以上的水银；密封部，与该发光部连续设置；以及保温部，形成在所述发光部与所述密封部的边界附近的外周方向上，吸收从所述发光部放射的光而对所述发光部进行保温，所述超高压水银灯的制造方法的特征在于，包括以下步骤将间隙形成用介质涂敷在所述发光部与所述密封部的边界附近并使其干燥；将保温部形成用介质涂敷在所述间隙形成用介质上并使其干燥；对所述间隙形成用介质及所述保温部形成用介质进行一次干燥，除去所述间隙形成用介质及所述保温部形成用介质中包含的溶剂；以及对所述间隙形成用介质及所述保温部形成用介质进行二次干燥，除去所述间隙形成用介质并形成所述保温部。第六方案以第五方案的超高压水银灯的制造方法为基础，其特征在于，所述间隙形成用介质是在石墨粉末中混合有硬脂酸(C17H35COOH)的凝胶状物。第七方案以第五方案的超高压水银灯的制造方法为基础，其特征在于，所述保温部形成用介质是将氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、二氧化硅(SiO2)及氧化钠(Na2O)的粉末混合在水中而成的悬浊液。第八方案以第五方案的超高压水银灯的制造方法为基础，其特征在于，所述保温部形成用介质是氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、二氧化硅(SiO2)及氧化钠(Na2O)的金属醇盐聚合物。根据本发明，在低功率点亮模式时，对发光部及包含电极轴部的密封部进行保温来防止发光部及包含电极轴部的密封部成为低温，从而能够防止发光部的内部空间的水银蒸气压下降，并减少对电极的负荷而防止发光部的管壁黑化。


图1是表示第一实施方式的超高压水银灯的结构的俯视图。图2是放大表示正常点亮模式时的图1所示的超高压放电灯的发光部的一部分和一个密封部的剖视图。图3是低功率点亮模式时的图1的通过A-A线沿径向剖开的剖视图及正常点亮模式的图1的通过A-A线沿径向剖开的剖视图。
图4是表示在发光部2的局部和与其连续设置的密封部3、3的外表面形成保温部 5的步骤的一例的图。图5是表示第二实施方式的超高压水银灯的结构的俯视图。图6是放大表示正常点亮模式时的图5所示的超高压放电灯的发光部的一部分和一个密封部的剖视图。图7是表示适用于第一及第二实施方式中示出的本发明的超高压水银灯的点亮装置的结构例的图。
具体实施例方式使用图1 图4说明本发明的第一实施方式。图1是表示本实施方式的超高压水银灯的结构的俯视图，图2是放大表示正常点亮模式时的图1所示的超高压放电灯的发光部的一部分和一个密封部的剖视图。如所述图所示，超高压水银灯1具备由球状的发光部2和连续设置在其两端的一对密封部3、3构成的石英玻璃制的发光管。在发光部2的内部空间中，以各自的前端相对的方式配置有一对钨制的电极4、4。而且，在发光部2的内部空间中，封入有0. 15mg/mm3以上的水银以使正常点亮模式下点亮时的水银蒸气压成为150气压以上，并封入有预定量的稀有气体。在密封部3、3的发光部2侧的一部分及从密封部3、3到所连接的发光部2的一部分的区域(以下称为密封部与发光部的边界附近)的外周面上形成有保温部5、5，所述保温部5、5通过吸收从超高压水银灯1的发光部2放射的光而用于对发光部2及电极轴部 41进行保温。超高压水银灯1通过点亮装置8点亮。密封部3通过埋设由钼构成的金属箔6而气密地密封。金属箔6的一端连接有与电极4连接的电极轴部41的端部，且另一端与外部引线7连接。外部引线7向密封部3的外方伸出。封入的水银用于得到所需要的可视光、例如波长380 780nm的放射光，封入 0. 15mg/mm3以上。该封入量虽然根据温度条件而不同，但用于形成点亮时15MPa以上的极高的蒸气压。而且，通过更多地封入水银而能够制作点亮时的水银蒸气压为20MPa以上，甚至30MPa以上的高水银蒸气压的放电灯，能够实现水银蒸气压越高越适合于投影装置的光源。稀有气体在静压下封入约10 ^kPa。具体来说，是氩气，如此封入稀有气体是为了改善点亮起动性。而且，卤素封入有碘、溴、氯等，卤素的封入量从10_6 10_2ymol/mm3 的范围选择。其功能为利用卤素循环实现长寿命化(防止黑化)，但如本发明的超高压水银灯那样极小型且具有高内压时，还防止发光部2的失透。本发明的超高压水银灯为了节约向超高压水银灯供给的功率，从正常点亮模式向低功率点亮模式切换时，通过对发光部2进行保温，避免发光部2成为低温的情况，甚至防止发光部2中的水银蒸气压下降的情况。为此，在超高压水银灯的发光部2与密封部3的边界附近的外表面上形成保温部5，该保温部5对从发光部2放射的光进行吸收。为了切实地对发光部进行保温，保温部5需要至少设置在发光部2与密封部3、3 的边界附近，如图1所示，形成在发光部2的一部分和与其连接设置的密封部3、3的一部分的外表面上。但是，优选保温部5不影响从发光部2放射的光。
5
保温部5用于在低功率点亮模式时对发光部2进行保温而避免发光部2成为低温状态，但在正常点亮模式下，为了避免发光部2过度地成为高温状态，优选与发光部2分离， 以便于不再对发光部2进行保温。根据这种理由，保温部5需要形成为在正常点亮模式时与发光部2分离而在其与发光部2之间形成微小间隙，并在低功率点亮模式时与发光部2抵接。保温部5根据其本身的温度的高低而能够自如伸缩。即，保温部5在处于高温状态时由于热膨胀而与发光部 2分离，在与发光部2之间形成微小间隙。另一方面，保温部5在处于低温状态时由于收缩而与发光部2抵接，对发光部2进行保温。图3 (a)是低功率点亮模式时的图1的通过A_A线沿径向剖开的剖视图，图3 (b)是正常点亮模式的图1的通过A-A线沿径向剖开的剖视图。另外，在所述图中，省略了电极。S卩，图3(a)表示低功率点亮模式时发光部2处于低温状态时的保温部5的情况， 图3(b)表示正常点亮模式时发光部2处于高温状态时的保温部5的情况。如图3 (a)所示，在低功率点亮模式时，由于保温部5处于低温状态，因此通过使保温部5与发光部2的外表面21抵接，而对发光部2进行保温。另一方面，如图3 (b)所示， 在正常点亮模式时，由于保温部5处于高温状态，因此通过使保温部5与发光部2的外表面 21分离而在保温部5与发光部2的外表面21之间形成微小间隙22，从而防止发光部2成为过度高温的情况。保温部5为了在发光部2的径向上自如伸缩而通过比构成发光部2的石英玻璃 (SiO2)的热膨胀率高的物质构成，例如通过A1203(氧化铝)、氧化镁(MgO)、氧化锆(ZrO2)及二氧化硅(SiO2)中的至少一种以上形成为膜状。Al2O3的热膨胀系数为7X10—7K，MgO的热膨胀系数为11 X 10_6/K，ZrO2的热膨胀系数为1 X 10_5/K，SiO2的热膨胀系数为5 X 10—7Κ。 另外，保温部5为了容易与发光部2的石英玻璃紧贴而优选包含预定量的氧化钠(Na2O)。保温部5的膜厚是0. 2 1mm。通过使保温部5的厚度处于该范围，而保温部5容易伸缩，在正常点亮模式时，保温部5由于膨胀而与发光部2分离，容易形成微小间隙，并且在低功率点亮模式时，保温部5由于收缩而与发光部2抵接。接下来，使用图4说明在发光部2的局部和与其连续设置的密封部3、3的外表面形成保温部5的步骤的一例。(1)步骤1 (间隙形成用介质的制作、涂敷、干燥)在石墨粉末中混合C17H35COOH(硬脂酸)而制作凝胶状的间隙形成用介质。使用刷毛等将制作的间隙形成用介质涂敷在密封部3、3与发光部2的边界附近的外周面上，使其充分干燥。间隙形成用介质向所述边界附近的外周面的涂敷可以通过喷涂、浸渍等进行。(2)步骤2 (保温部形成用介质的制作、涂敷、干燥)通过步骤1使间隙形成用介质涂敷、干燥后，将以Al2O3(氧化铝)为主要成分并少量含有氧化镁(MgO)、氧化锆(ZrO2)及二氧化硅(SiO2)的粉末与水混合而制作混浊液。使用刷毛等将制作的混浊液涂敷在所述间隙形成用介质上，使其充分干燥，形成保温部形成用介质。保温部形成用介质向发光部2的涂敷可以通过喷涂、浸渍等进行。(3)步骤3 ( 一次干燥)将具有在间隙形成用介质上形成有保温部形成用介质的发光部2的发光管1放入电炉，加热至100°c，使间隙形成用介质中含有的硬脂酸蒸发。
(4)步骤4 ( 二次干燥)将结束了一次干燥后的发光管1放入电炉，在1000°C下进行30分钟的加热，对涂敷的氧化铝等进行烧制。此时，在步骤1中涂敷的石墨燃烧为CO或CO2，在保温部5与发光部2之间形成与间隙形成用介质的厚度为相同程度的间隙。另外，在上述步骤2中，并不局限于使用混浊液的方法，也可以通过利用金属醇盐聚合物的溶胶-凝胶法涂敷保温部形成用介质。在步骤2中利用溶胶-凝胶法时，对以 Al2O3 (氧化铝)为主要成分并含有氧化镁(MgO)、氧化锆(ZrO2)及二氧化硅(SiO2)的金属醇盐进行加水分解及缩聚而形成胶态(溶胶)溶液，使用刷毛等将所述金属醇盐聚合物涂敷在间隙形成用介质上，加热干燥而进行凝胶化。在步骤2中利用溶胶-凝胶法时，与在相同步骤中利用混浊液的情况相比，乙醇在低温下蒸发，因此能够将步骤4中为了烧制氧化铝等所需的温度降低为200°C左右，从而能够容易制作保温部5。通过依次进行上述的步骤1-4，在步骤1中形成在发光部2的预定部位上的间隙形成用介质蒸发，因此能够将保温部5形成在密封部3、3与发光部2的边界附近的外周面上。 保温部5在正常点亮模式时成为高温状态而向发光部2的径向外方膨胀，与发光部2分离并在其与发光部2之间形成微小间隙。另一方面，在低功率点亮模式时成为低温状态，向发光部2的径向内方收缩而与发光部2抵接。在正常点亮模式时，形成在保温部5与发光部 2之间的微小间隙的大小大致为0. 01 0. 5mm。使用图5及图6说明本发明的第二实施方式。图5是表示本实施方式的超高压水银灯的结构的俯视图，图6是放大表示正常点亮模式时的图5所示的超高压放电灯的发光部的一部分和一个密封部的剖视图。另外，在本实施方式中，除保温部以外，与第一实施方式的图1及图2所示的结构为大致同样的结构，因此省略其他结构的说明。如所述图所示，形成在超高压放电灯的发光部和密封部的边界附近的外周面上的保温部并不局限于图1所示的膜状的保温部。即，如图5所示，保温部51、51例如具备包围发光部2的端部区域的外周的大径圆筒部51A和与大径圆筒部51A连续设置并包围密封部 3的端部区域的小径圆筒部51B，该大径圆筒部51A和小径圆筒部51B通过氧化铝那样的比发光部2的石英玻璃的热膨胀率高的物质形成为具有相互不同的内径的圆筒状。这种保温部51例如将氧化铝粉末成型为相互不同的内径的圆筒形状后，能够通过将所述氧化铝的成型圆筒在预定温度且预定时间下烧结而形成。大径圆筒部51A具有比发光部2的外径稍大的内径，而且小径圆筒部51B具有比密封部3的外径稍大的内径，且分别在与发光部2及密封部3的外表面之间隔开大致 0. 001 0. 5mm的微小间隙而设置。这种圆筒状的保温部51以包围发光部2的一部分及密封部3的一部分的方式从密封部3的外端部朝向发光部2插入。另外，保温部51虽然如上所述插入，但由于在密封部3的外表面形成有凸部31，因此不会向密封部3的外端部方向脱落。如上所述，根据第一及第二实施方式所示的本发明的超高压水银灯，在低功率点亮模式时，保温部5或保温部51成为低温状态而向发光部2的径向内方收缩，从而与发光部2的外表面抵接，因此能够对发光部2进行保温。即，在低功率点亮模式时，由于向超高压水银灯的供给功率减少，因此发光部2容易成为低温，但由于保温部5或保温部51与发光部2抵接，因此能够避免发光部2成为低温状态。因此，本发明的超高压水银灯即使在低功率点亮模式时，未蒸发的水银量减少，发光部2至密封部3内的水银蒸气压充分高，因此不会发生随着发光部2内相对向配置的一对电极4、4之间的电阻降低而导致一对电极4、4上流过大电流的情况，对各电极4、4的热负荷减轻，因此能防止电极构成物质蒸发而从电极4、4表面飞散的情况，其结果是，能够可靠地防止发光部2黑化。图7是表示适用于第一及第二实施方式中示出的本发明的超高压水银灯的点亮装置的结构例的图。如该图所示，该点亮装置8包括供给直流电压的降压斩波电路9 ；与降压斩波电路9的输出侧连接，将直流电压转换成交流电压而向超高压水银灯1供给的全桥式逆变电路10 (以下也称为全桥电路)；与超高压水银灯1串联连接的线圈Ll ；电容器Cl ；启动电路 11 ；驱动全桥电路10的开关元件Ql Q4的驱动器12 ；控制部13。控制部13例如由微处理机等处理装置构成。控制部13包括驱动信号产生部131和控制器132。驱动信号产生部131产生用于驱动全桥电路10的开关元件Ql Q4的驱动信号。控制器132具备控制超高压水银灯1 的点亮动作并根据来自外部的点亮功率指令以设定的能率(Duty)驱动降压斩波电路9的开关元件Qx的功能。而且，控制器132根据电流检测用的电阻Rx的两端电压和通过电压检测用的电阻R1、R2检测出的电压，求出灯电流I、灯电压V而运算灯功率，以使该功率与通过点亮功率指令所指令的功率一致的方式控制降压斩波电路9的开关元件Qx的能率。驱动信号产生部131产生用于驱动开关元件Ql Q4的驱动信号，并向驱动器12发送。全桥电路10进行与来自驱动器12的驱动信号相应的极性反转动作。接下来，使用图7说明点亮装置14的动作。首先，向控制器132施加点亮指令时，开始向超高压水银灯1供电，并且控制器132 产生起动电路驱动信号，对启动电路11进行触发而使超高压水银灯1点亮。接下来，超高压水银灯1点亮时，控制器132通过根据分压电阻R1、R2检测出的电压值V和根据电阻Rx 检测出的电流值I来运算点亮功率。接下来，控制器132根据通过点亮功率指令信号所指令的功率值和上述运算的功率值，控制降压斩波电路9的开关元件Qx，从而控制点亮功率。 即，降压斩波电路9的开关元件Qx根据栅极信号foe的能率进行变化，从外部根据点亮功率指令，若功率上升，则开关元件Qx的能率提升，若功率下降，则开关元件Qx的能率降低，以成为与输入的点亮功率指令一致的功率值的方式进行栅极信号to的控制。更详细而言，通过点亮功率指令指令正常点亮模式时，控制器132控制降压斩波电路9的开关元件Qx的能率而以输出额定功率的70%以上的功率的方式进行控制，而且， 通过点亮功率指令指令低功率点亮模式时，控制器132控制降压斩波电路9的开关元件Qx 的能率而以输出额定功率的20 75 %的功率的方式进行控制。在此，在低功率点亮模式下使指令的功率值为额定功率的20 75%的范围是因为在20%以下时超高压水银灯1不点亮，而且为75%以下是因为在低功率点亮模式时节约向超高压水银灯1供给的功率。接下来，说明对本发明、比较例1及比较例2所述的各超高压水银灯进行的实验1、 2。< 实验 1>
实验1按照图1所示的结构制作了本发明、比较例1及比较例2所述的各超高压水银灯各10个。本发明、比较例1及比较例2所述的各超高压水银灯的保温部的结构各不相同，其他相同。详细情况如下所述。(1)本发明按照上述步骤1-4，制作了以Al2O3为主要成分并含有MgCKSiO^Nii2O 的组成比为(Al2O3 MgO SiO2 Na2O = 70 10 5 15)的保温部。膜厚为约1mm。(2)比较例1 保温部仅由SW2构成，膜厚为约1mm。(3)比较例2 未设置保温部。[实验条件](1)超高压水银灯的额定功率230W(2)向超高压水银灯供给的供给功率与冷却风的风量的关系如下所述。条件1 供给功率230W时的冷却风量=100 (相对值)条件2 供给功率115W时的冷却风量=70 (相对值)条件3 供给功率57W时的冷却风量=50 (相对值)(3)本发明、比较例1及比较例2的超高压水银灯各为10个且点亮3小时后，通过目视确认了是否有发光部的黑化。表1是表示实验1的结果的表。[表 1]
权利要求
1.一种超高压水银灯，具备发光部，封入有封入量为0. 15mg/mm3以上的水银；和密封部，与该发光部连续设置，该超高压水银灯能够切换驱动为正常点亮模式和低功率点亮模式，该低功率点亮模式以额定消耗功率的20 75%的范围内的功率值驱动灯，所述超高压水银灯的特征在于，在所述发光部与所述密封部的边界附近的外周方向上设置有吸收从所述发光部放射的光而对所述发光部进行保温的保温部，所述保温部由热膨胀系数比构成所述发光部的物质的热膨胀系数高的物质构成，在所述正常点亮模式时，所述保温部与所述发光部分离而在与所述发光部之间形成微小间隙， 并且在所述低功率点亮模式时，所述保温部与所述发光部抵接。
2.根据权利要求1所述的超高压水银灯，其特征在于，所述保温部是具有0. 2 Imm的厚度的膜。
3.根据权利要求1所述的超高压水银灯，其特征在于，所述保温部为筒状。
4.根据权利要求1所述的超高压水银灯，其特征在于，所述保温部的热膨胀系数为1X10—7K以上。
5.一种超高压水银灯的制造方法，该超高压水银灯具备发光部，封入有封入量为 0. 15mg/mm3以上的水银；密封部，与该发光部连续设置；以及保温部，形成在所述发光部与所述密封部的边界附近的外周方向上，吸收从所述发光部放射的光而对所述发光部进行保温，所述超高压水银灯的制造方法的特征在于，包括将间隙形成用介质涂敷在所述发光部与所述密封部的边界附近并使间隙形成用介质干燥的步骤；将保温部形成用介质涂敷在所述间隙形成用介质上并使保温部形成用介质干燥的步骤；对所述间隙形成用介质及所述保温部形成用介质进行一次干燥，除去所述间隙形成用介质及所述保温部形成用介质中包含的溶剂的步骤；以及对所述间隙形成用介质及所述保温部形成用介质进行二次干燥，除去所述间隙形成用介质并形成所述保温部的步骤。
6.根据权利要求5所述的超高压水银灯的制造方法，其特征在于，所述间隙形成用介质是在石墨粉末中混合有硬脂酸(C17H35COOH)的凝胶状物。
7.根据权利要求5所述的超高压水银灯的制造方法，其特征在于，所述保温部形成用介质是将氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、二氧化硅(SiO2)及氧化钠 (Na2O)的粉末混合在水中而成的悬浊液。
8.根据权利要求5所述的超高压水银灯的制造方法，其特征在于，所述保温部形成用介质是氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、二氧化硅(SiO2)及氧化钠 (Na2O)的金属醇盐聚合物。
全文摘要
一种超高压水银灯及该超高压水银灯的制造方法。超高压水银灯(1)具备发光部(2)，其封入有封入量为0.15mg/mm3以上的水银；密封部(3)，其与发光部连续设置，该高压水银灯能够切换驱动为正常点亮模式和低功率点亮模式，该低功率点亮模式以额定消耗功率的20～75％的范围内的功率值驱动灯，超高压水银灯的特征在于，在发光部与密封部的边界附近的外周方向上设置有吸收从发光部放射的光而对发光部进行保温的保温部(5)，保温部由热膨胀系数比构成发光部的物质的热膨胀系数高的物质构成，在正常点亮模式时，与发光部分离而在其与发光部之间形成微小间隙，并且在低功率点亮模式时，与发光部抵接。
文档编号H01J61/26GK102332389SQ20111013466
公开日2012年1月25日 申请日期2011年5月16日 优先权日2010年6月3日
发明者岩林弘久 申请人:优志旺电机株式会社