专利名称：高压放电灯、灯单元、投影型图像显示装置和高压放电灯的制造方法
技术领域：
本发明涉及高压放电灯、灯单元、投影型图像显示装置和高压放电灯的制造方法。
背景技术：
近年来，作为液晶投影器这样的投影型图像显示装置的光源，例如像水银蒸汽压为20[MPa]以上这样的短弧型高压放电灯备受关注。这是因为，这样的高压放电灯接近点光源，且由于点亮时的水银蒸汽压高，故期待实现高亮度/高显色的缘故。短弧型高压放电灯具有如下构造，具备玻璃制的发光管，其具有内部具有放电空间的发光部和与该发光部连续设置的密封部；以及一对电极，其一端部在上述放电空间内相向配置，另一端部以与金属箔连接的状态埋设于上述密封部内(例如，参照专利文献1 等)。另外，也有时将高压放电灯只称为“灯”。现有技术文献专利文献
专利文献1 日本专利第3480453号公报。
发明内容
发明要解决的问题
可是，最近，伴随着灯的高亮度化/高效率化，寻求点亮中的水银蒸汽压超过300气压 (约30MPa)这样的超高压放电灯的开发，希望有耐压性能更高、难以产生裂纹的灯的提案。 但是，在现有技术中，例如，在作为发光物质在发光部内封入了 0.20[mg/mm3]的水银的高压放电灯中，可得到能够抑制裂纹产生的效果，但是实验上试制了封入有0. 25[mg/mm3] 0. 38[mg/mm3]的水银的高压放电灯，得知在该灯中，在累积点亮时间的初期阶段、例如制造工艺的老化中，密封部会破损。因此，强烈地希望开发出即使在高压水银蒸汽压下也能够抑制裂纹产生的高压放电灯。本发明是鉴于上述问题而做出的，其第一目的在于，提供即使在高的水银蒸汽压下也能够抑制裂纹产生的高压放电灯及该灯的制造方法。另外，其第二目的在于，提供通过使用该高压放电灯从而具有高图像显示性能的灯单元和使用该灯单元的投影型图像显示
直ο用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的一个方案的高压放电灯是，该高压放电灯具备玻璃制的发光管，其具有内部具有放电空间的发光部和与该发光部连续设置的密封部；以及一对电极，其一端部在所述放电空间内相向配置，另一端部以与金属箔连接的状态埋设于所述密封部内，其中，在所述一对电极的埋设部分形成有至少一个凸部。为解决上述问题，本发明的一个方案的高压放电灯是，该高压放电灯具备玻璃制的发光管，其具有内部具有放电空间的发光部和与该发光部连续设置的密封部；一对电极，其一端部在所述放电空间内相向配置；以及金属箔，其以与该电极的另一端部连接的状态埋设于所述密封部内，其中，在所述金属箔形成有至少一个凸部。本发明的一个方案的灯单元是，其中，该灯单元具备所述高压放电灯；以及反射镜，其具有凹状的反射面，且将所述高压放电灯以来自所述高压放电灯的射出光由所述反射面反射的方式安装于内部。本发明的一个方案的投影型图像显示装置是，其中，该投影型图像显示装置具备 所述灯单元；光学单元，其调制来自所述灯单元的照明光，形成光学图像；以及投影装置， 其对所述光学图像进行放大投影。本发明的一个方案的高压放电灯的制造方法是，其中，该制造方法具有(a)准备具有内部具有放电空间的发光部和与该发光部连续设置的细管部的玻璃制容器的工序； (b)准备具备主体部和由酸性溶液处理后的高熔点的金属粒子散布在表面的棒状部的电极的工序；(c)以所述主体部向所述发光部的内部突出的方式将所述棒状部插入所述密封部的工序；以及(d)通过在使所述密封部加热熔化的状态下进行压接从而密封所述棒状部的工序。发明效果
本发明的一个方案的高压放电灯即使是在点亮中的水银蒸汽压超过300气压这样的超高压水银蒸汽压下，也能够在电极和发光管的密封部的界面，抑制裂纹的产生。因此，即使在高水银蒸汽压下使灯点亮，也能够抑制裂纹引起的发光管的破损，因此，作为结果是， 能够得到可靠性高、寿命长的高压放电灯。由于构成电极的金属和构成密封部的石英玻璃的热膨胀系数的差大，因此，在例如使石英玻璃加热熔融来密封了电极的情况下，两者的热膨胀系数差会引起密封部的石英玻璃产生应变，在电极和密封部的界面上产生裂纹的可能性高。本发明的一个方案的高压放电灯在一对电极的埋设部分形成有至少一个凸部，因此， 可抑制密封部的应变的产生，以抑制裂纹的产生。另外，本发明的一个方案的高压放电灯优选凸部形成于电极的埋设部分中的电极轴心方向两端区域的至少一方。根据发明者们的研究，发光管的密封部中特别是容易产生裂纹的部分是接近电极的埋设部分中的电极轴心方向两端区域的部位。认为这些部位是在加工时、灯点亮熄灭时由热引起的膨胀收缩大的部位，另外还是通过灯点亮中的电弧的热传导从而温度达到约1000[°c ]附近而容易热膨胀的部位，因此，在该部分容易产生应变。 通过在这样的容易产生应变的部分形成凸部，从而能够有效地抑制裂纹的产生。另外，本发明的一个方案的高压放电灯优选散布有凸部。由此，能够分散应力，能够进一步抑制应变的产生。另外，本发明的一个方案的高压放电灯优选凸部的高度比电极的埋设部分中的所述凸部以外的部分的表面粗糙度的最大高度Rmax高。由此，相对于电极表面的所述凸部以外的部分，凸部优先与密封部的玻璃接触，因此能够进一步抑制应变的产生。另外，本发明的一个方案的高压放电灯优选凸部的高度在IOMffl以上IOOMffl以下的范围内。由此，相对于电极表面的凸部以外的部分，凸部能够更优先与密封部的玻璃接触， 因此能够进一步抑制应变的产生。另外，本发明的一个方案的高压放电灯优选凸部和电极的埋设部分中的所述凸部以外的部分的结晶构造不同。这样的结晶构造不同的凸部能够通过在电极表面照射激光来形成。另外，本发明的一个方案的高压放电灯优选凸部为大致圆锥形状。由此，应力易于集中于凸部的顶端部，能够提高密封部的应力分散效果，能进一步抑制应变的产生。另外，本发明的一个方案的高压放电灯优选凸部是由酸性溶液处理后的高熔点的金属粒子。发明者们反复锐意研究的结果是，着眼于在电极和密封部的界面上因热引起的膨胀收缩时的两部件的举动，以至发现了本发明。当使由酸性溶液处理后的高熔点的金属粒子介于电极和密封部的界面时，会承担大大缓和因电极和密封部的膨胀收缩量的差异而产生的应力的这一像缓冲材料这样的作用，因此，作为结果，能够抑制裂纹的产生。另外，本发明的一个方案的高压放电灯优选金属粒子是选自包括钼、钨和铼的组的一种以上的高熔点的金属粒子。这是因为，这些金属粒子作为纯度为3N (99.9[%])以上的市售品，能够容易地得到。另外，本发明的一个方案的高压放电灯优选酸性溶液是选自包括双氧水、氢氟酸、 硝酸、王水和氟硝酸的组的一种以上的酸性溶液。这是因为这些酸性溶液使钼、钨和铼溶解的作用强。另外，本发明的一个方案的高压放电灯优选在电极的埋设部分嵌入有内壁面涂敷了所述高熔点的金属粒子的石英玻璃制的细管。这样的结构适合抑制电极和密封部的界面区域中的裂纹的产生。另外，本发明的一个方案的高压放电灯在金属箔形成有至少一个凸部，因此即使是在点亮中的水银蒸汽压超过300气压这样的超高压水银蒸汽压下，也能够在所述金属箔和发光管的密封部的界面抑制裂纹的产生。因此，即使在高水银蒸汽压下使灯点亮，也能够抑制裂纹引起的发光管的破损，因此，作为结果，能够得到可靠性高、寿命长的高压放电灯。 由于构成金属箔的金属和构成密封部的石英玻璃的热膨胀系数的差大，因此，例如在使石英玻璃加热熔融来密封金属箔的情况下，两者的热膨胀系数差会引起密封部的石英玻璃产生应变，在金属箔和密封部的界面上产生裂纹的可能性高。本发明的一个方案的高压放电灯在金属箔形成有至少一个凸部，因此，能抑制密封部的应变的产生，以抑制裂纹的产生。本发明的一个方案的灯单元具备抑制密封部的应变、裂纹的产生的所述高压放电灯，因此具有高图像显示性能，且可靠性高。本发明的一个方案的投影型图像显示装置具备抑制密封部的应变、裂纹的产生的所述高压放电灯，因此具有高图像显示性能，且可靠性高。本发明的高压放电灯的制造方法具有如下工序，S卩，准备具备主体部和由酸性溶液处理后的高熔点的金属粒子在表面散布的棒状部的电极的工序，因此，能够制造抑制密封部的应变、裂纹的产生的高压放电灯。
图1是包括本发明第一实施方式的高压放电灯的长度方向的中心轴的剖面图。图2是包括相同高压放电灯的长度方向的中心轴的主要部分放大剖面图。图3是相同高压放电灯的棒状部的500倍的电子显微镜照片。图4是包括相同高压放电灯的变形例1的长度方向的中心轴的主要部分放大剖面图。
图5是包括相同高压放电灯的变形例2的长度方向的中心轴的主要部分放大剖面图。图6是包括相同高压放电灯的变形例3的长度方向的中心轴的主要部分放大剖面图。图7是包括相同高压放电灯的变形例4的长度方向的中心轴的主要部分放大剖面图。图8是包括相同高压放电灯的变形例5的长度方向的中心轴的主要部分放大剖面图。图9是表示灯A的应变(strain)的主要部分放大正面图。图10是表示灯B的应变的主要部分放大正面图。图11是表示灯C的应变的主要部分放大正面图。图12是表示灯D的应变的主要部分放大正面图。图13是表示灯E的应变的主要部分放大正面图。图14是表示灯F的应变的主要部分放大正面图。图15是表示灯G的应变的主要部分放大正面图。图16是用于说明凸部的应变减少效果的示意图。图17是表示凸部周边的结晶状态的概念图。图18 (a)是包括本发明第一实施方式的高压放电灯的变形例5的长度方向的中心轴的主要部分放大剖面图，(b)是包括相同高压放电灯的变形例6的长度方向的中心轴的主要部分放大剖面图。图19 (a)是本发明第二实施方式的高压放电灯的正面剖面图，(b)是相同高压放电灯的左侧面剖面图。图20是表示本发明第三实施方式的高压放电灯的结构的剖面图。图21 (a)是表示本发明第三实施方式的高压放电灯中、电极的构成的剖面图，(b) 是针对形成(a)所示的电极的方法的说明图，(c)是针对形成(a)所示的电极的方法的说明图。图22是表示本发明第三实施方式的结果的图。图23是表示本发明第三实施方式的结果的图。图M是本发明第四实施方式的灯单元的局部切口立体图。图25是本发明第五实施方式的投影型图像显示装置的立体图。图沈是本发明第六实施方式的投影型图像显示装置的立体图。
具体实施例方式下面，一边展示图面一边说明本发明的最佳实施方式。在本发明中，表示数字范围的“ ”的符号包含其两端的数值。另外，在各图中，构成零件及构成零件间的比例尺与实际不同。〔第一实施方式〕
图1表示本发明第一实施方式的高压放电灯的结构，图2表示相同的主要部分放大剖面图。本发明第一实施方式的高压放电灯(下面，称作“高压放电灯100”。)例如额定功率为300[W]，具备内部配置有电极101的玻璃制的发光管102，发光管102在内部封入封入物，且具有形成有放电空间的发光部103和与发光部103连续设置的密封部104。另外，为了便于图示，图1中的电极101、下述的金属箔105及引线106和图2中的电极101以未被截面切开的方式图示。发光部103是形成放电空间的部分，是由作为透光性材料的石英玻璃形成的球状体或椭圆球状体的部件。发光部103的形状是例如外径约为12 [mm]、内径约为5 [mm]的大致球状，在内部具有内容积约为0. l[cm3]的放电空间。另外，发光部103的外径、内径及放电空间的内容积等没有特别限定，可以根据高压放电灯100的规格适当地变更设计。在发光部103的内部分别封入有规定量的作为发光物质的水银(Hg)、作为起动辅助用稀有气体的例如氩气(Ar)、以及作为卤素物质的例如溴(Br)。若在容量为0. Icm3左右的发光部103中封入约0. 3[mg/mm3]的水银作为发光物质、约30[kPa]的稀有气体用作起动辅助用、约10 —7[Mm0l/mm3] 10 —2[Mmol/mm3]左右的溴作为卤素物质，则灯点亮中的水银蒸汽压为300气压左右。稀有气体可以使用例如氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)的任一种、或这些中的至少两种以上的混合气体等。卤素物质可以使用例如碘(I)、溴(Br)、氯(Cl)的任一种、或这些中的至少两种以上的混合物质等。另外，灯点亮中的水银蒸汽压不限定于300气压左右，可以通过适当变更封入发光部103中的水银的量等，任意地调整。密封部104是通过在熔融状态下压接石英玻璃而形成的大致圆柱形状的部件，气密密封发光部103。形成密封部104的方法可以举出例如公知的收缩密封法等，但是没有特别限定。密封部104的外径、长度、形状等也没有特别限定，可以根据高压放电灯100的规格适当变更。在发光部103的内部相向配置有由例如钨形成的一对电极101。电极101具有主体部IOla和与主体部IOla连接的棒状部101b。电极101以主体部IOla侧的一端部位于放电空间的内部、且棒状部IOlb侧的另一端部在与下述的金属箔105通过例如焊接连接的状态下被密封部104密封的方式配置。电极101中的埋设于密封部104内的部分是电极 101的埋设部分(参照图3)。棒状部IOlb其横截面的形状是例如呈大致圆形的大致圆柱体，是由钨等形成的金属部件。从高亮度化等的观点出发，优选的是，一对电极101间的距离Ld，例如在短弧型高压放电灯的情况下，为了接近点光源，在0.5[mm]以上2.0[mm]以下的范围内适当地调整 (参照图1)。主体部IOla通过例如在棒状部IOlb的一端部缠绕钨制线圈而形成。另外，主体部IOla及棒状部IOlb不限于钨制金属棒及线圈的结构，也可以是例如将钨制金属棒以主体部IOla的径比棒状部IOlb的径大的方式切削而形成的结构。另外， 也可以是棒状部IOlb的顶端部从主体部IOla的顶端部突出。在密封部104，棒状部IOlb的主体部IOla的相反侧的端部在例如其周面上与金属箔105的一端部连接。金属箔105是例如长方形，是钼等的金属部件。金属箔105的发光部103侧的一端部以与棒状部IOlb的端部重合的状态埋设于密封部104，另一端部与引线 106的一端部连接。当这样以棒状部IOlb与金属箔105连接的状态埋设于密封部104时， 放电空间的气密性提高，因此优选。另外，棒状部IOlb与金属箔105连接的部位没有特别限定，但是优选焊接部分的长度、即从金属箔105的电极101侧的端部到棒状部IOlb的金属箔105侧的端部的最短距离d在1.0 [mm]以上1.5 [mm]以下的范围内适当地调整。棒状部IOlb及金属箔105的连接可以使用例如激光焊接或电阻焊接等。如图2所示，在棒状部IOlb的表面的密封部104的发光部103侧的端部或金属箔 105侧的端部形成有至少一个凸部101c。图3表示棒状部IOlb的500倍的电子显微镜照片。如图3所示，凸部IOlc是从棒状部IOlb的周面向相对于电极轴心X大致垂直的方向突出而形成。通过该凸部101c，能够减少密封部104的应变，以抑制裂纹的产生。本实施方式中的高压放电灯的具体数值，例如如下所示。发光部的中央部的内径(tai :5[mm]
外径 Φβο 12 [mm] 发光部的内容积0. l[cm3] 电极间距离Ld :1.2 [mm] 水银封入量0· 35 [mg/mm3] 氩气封入量30[kPa] (25[°C ]) 溴封入量0. 5 X 10 - 3 [Mmol]。(实验)
发明者们为了确认高压放电灯100能够抑制密封部104的应变的产生，以抑制裂纹的产生，而进行了确认密封部104的应变及裂纹的实验。首先，将具有实质上与高压放电灯100相同的结构，且在棒状部IOlb的表面的密封部104的发光部103侧的端部形成有一个凸部IOlc的灯作为灯A。另外，如图4所示，将除了在棒状部IOlb的表面的金属箔105侧的端部形成有一个凸部IOlc这一点以外，具有实质上与灯A相同的结构的灯作为灯B。另外，如图5所示，将除了在棒状部IOlb的表面的金属箔105侧的端部也形成有凸部IOlc这一点以外，具有实质上与灯A相同的结构的灯作为灯C。进而，如图6所示，将除了在棒状部IOlb的表面的密封部104的发光部103侧的端部和金属箔105侧的端部之间也形成有凸部IOlc这一点以外，具有实质上与灯C相同的结构的灯作为灯D。另外，如图7所示，将除了遍及棒状部IOlb的表面的密封部104的发光部 103侧的端部和金属箔105侧的端部之间呈环状形成有凸部IOlc这一点以外，具有实质上与灯A相同的结构的灯作为灯E。另外，如图8所示，将除了遍及棒状部IOlb的表面的密封部104的发光部103侧的端部和金属箔105侧的端部之间呈螺旋状形成有凸部IOlc这一点以外，具有实质上与灯A相同的结构的灯作为灯F。进而，为了比较，将除了在棒状部 IOlb的表面不形成凸部IOlc这一点以外，具有实质上与灯A相同的结构的灯作为灯G。另夕卜，为了便于图示，图4 8中的电极101以未被截面切开的方式图示。实验在灯点亮前、老化(aging)后、老化后100[h]点亮时、老化后250h点亮时、老化后500h点亮时、老化后1000[h]点亮时，通过目视确认了密封部的裂纹。实验样品分别各制作三根，即使其中的一根产生影响密封部性能那样的裂纹时也评价为“ X ”，三根均未产生影响密封部性能那样的裂纹时，评价为“〇”。实验结果如表1所示。[表1]
权利要求
1.一种高压放电灯，具备玻璃制的发光管，其具有内部具有放电空间的发光部和与该发光部连续设置的密封部；以及一对电极，其一端部在所述放电空间内相向配置，另一端部以与金属箔连接的状态埋设于所述密封部内，其中，在所述一对电极的埋设部分形成有至少一个凸部。
2.根据权利要求1所述的高压放电灯，其中，所述凸部形成于所述电极的埋设部分中的电极轴心方向两端区域的至少一方。
3.根据权利要求1或2所述的高压放电灯，其中，所述凸部为散布状态。
4.根据权利要求1 3的任一项所述的高压放电灯，其中，所述凸部的高度比所述电极的埋设部分中的所述凸部以外的部分的表面粗糙度的最大高度Rmax高。
5 根据权利要求1 4的任一项所述的高压放电灯，其中，所述凸部的高度在IOMffl以上IOOMm以下的范围内。
6.根据权利要求1 5的任一项所述的高压放电灯，其中，所述凸部和所述电极的埋设部分中的所述凸部以外的部分的结晶构造不同。
7.根据权利要求1 6的任一项所述的高压放电灯，其中，所述凸部为大致圆锥形状。
8.根据权利要求1所述的高压放电灯，其中，所述凸部是由酸性溶液处理后的高熔点的金属粒子。
9.根据权利要求8所述的高压放电灯，其中，所述金属粒子为选自包括钼、钨和铼的组的一种以上的高熔点的金属粒子。
10.根据权利要求8或9所述的高压放电灯，其中，所述酸性溶液是选自包括双氧水、氢氟酸、硝酸、王水和氟硝酸的组的一种以上的酸性溶液。
11.根据权利要求8 10的任一项所述的高压放电灯，其中，在所述电极的埋设部分嵌入有内壁面涂敷了所述高熔点的金属粒子的玻璃制细管。
12.—种灯单元，其中，具备高压放电灯，其是权利要求1 11的任一项所述的高压放电灯；以及反射镜，其具有凹状的反射面，且将所述高压放电灯以来自所述高压放电灯的射出光由所述反射面反射的方式安装于内部。
13.一种投影型图像显示装置，其中，具备灯单元，其是权利要求12所述的灯单元；光学单元，其调制来自所述灯单元的照明光，形成光学图像；以及投影装置，其对所述光学图像进行放大投影。
14.一种高压放电灯，具备玻璃制的发光管，其具有内部具有放电空间的发光部和与该发光部连续设置的密封部；一对电极，其一端部在所述放电空间内相向配置；以及金属箔，其以与该电极的另一端部连接的状态埋设于所述密封部内，其中，在所述金属箔形成有至少一个凸部。
15.一种高压放电灯的制造方法，其中，具有(a)准备具有内部具有放电空间的发光部和与该发光部连续设置的密封部的玻璃制的工序；(b)准备具备主体部和由酸性溶液处理后的高熔点的金属粒子散布在表面的棒状部的电极的工序；(c)以所述主体部向所述发光部的内部突出的方式将所述棒状部插入所述密封部的工序；以及(d)通过在使所述密封部加热熔化的状态下进行压接从而密封所述棒状部的工序。
全文摘要
为了提供一种即使在高的水银蒸汽压下也能抑制裂纹产生的高压放电灯(100)，做成如下结构的高压放电灯(100)，该高压放电灯(100)具备玻璃制的发光管(102)，其具有内部具有放电空间的发光部(103)和与该发光部(103)连续设置的密封部(104)；以及一对电极(101)，其一端部在所述放电空间内相向配置，另一端部以与金属箔(105)连接的状态埋设于所述密封部(104)内，在所述一对电极(101)的埋设部分形成有至少一个凸部(101c)。
文档编号H01J9/02GK102460637SQ20108002448
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月4日 优先权日2009年6月4日
发明者北原良树, 坂口淳, 小野胜广, 西田丰, 首藤美都子 申请人:松下电器产业株式会社