(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカガラスからなり、その内部に一対の電極が対向配置された発光管部と、当該発光管部の端部に設けられた封止部とを有する放電容器を備え、当該放電容器の封止部において、電気導入体を形成するモリブデンよりなる金属箔が埋設されて気密シール部が形成されてなる放電ランプにおいて、
前記金属箔の全面に、酸化チタンの金属酸化物よりなる被覆膜が形成されていることを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
シリカガラスからなり、その内部に一対の電極が対向配置された発光管部と、当該発光管部の端部に設けられた封止部とを有する放電容器を備え、当該放電容器の封止部において、電気導入体を形成するモリブデンよりなる金属箔が埋設されて気密シール部が形成されてなる放電ランプにおいて、
前記金属箔の少なくとも一面に、酸化ランタンおよび酸化タンタルから選ばれた少なくとも一種の金属酸化物よりなる被覆膜が形成されていることを特徴とする放電ランプ。
【請求項３】
シリカガラスからなり、その内部に一対の電極が対向配置された発光管部と、当該発光管部の端部に設けられた封止部とを有する放電容器を備え、当該放電容器の封止部において、電気導入体を形成するモリブデンよりなる金属箔が埋設されて気密シール部が形成されてなる放電ランプにおいて、
前記金属箔の少なくとも一面に、０〜２０モル％の酸化イットリウムを含有する酸化ジルコニウムおよび０〜４０モル％の酸化イットリウムを含有する酸化ハフニウムから選ばれた少なくとも一種の金属酸化物よりなる被覆膜が形成されていることを特徴とする放電ランプ。
【請求項４】
被覆膜を形成する金属酸化物が結晶質であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の放電ランプ。
【請求項５】
被覆膜は、酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムよりなる下層膜を介して前記金属箔に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプに関し、例えば液晶ディスプレイ装置などの光源として好適に用いられる放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
投射型の液晶ディスプレイ装置などの光源ランプとして、例えばシリカガラスよりなる球形または楕円球形の発光管部と、この発光管部の両端に連設された封止部とを有する放電容器を備え、当該発光管部内に一対の電極が対向配置され、これらの電極に係る電極棒が、封止部内に埋設された電気導入体を形成するモリブデンよりなる金属箔（以下、単に「モリブデン箔」ともいう。）に接続され、このモリブデン箔の表面に封止部を形成するシリカガラスが溶融密着していることにより、気密シール部が形成されてなる放電ランプが使用されている。
【０００３】
しかながら、このような気密シール部を有する放電ランプにおいては、導電体であるモリブデン箔と、非導電体であるシリカガラスとの界面において大きな電位勾配が存在することとなり、これにより、シリカガラス中の不純物であるアルカリイオンなどの陽イオンがモリブデン箔との界面の近傍に集積される現象が生ずる。そして、放電ランプが通電状態とされて高温状態になると、封止部を形成するシリカガラスにおいて、例えば陽イオンにより結晶核が形成される結果、相変態が生じてクオーツまたはクリストバライトなどの結晶体が生成されてしまうが、このような結晶体への変態は、シール工程により確立されたモリブデンとシリカガラスとの界面構造を乱し、機械的強度を弱めるものであるため、モリブデン箔との界面の個所から封止部を形成するシリカガラスにクラックが生じ、これにより気密シール部における気密性が失われ、結局、放電ランプの所期の使用寿命を得ることができない、という問題があった。
【０００４】
また、シリカガラスとモリブデン箔とは、シリカガラスがモリブデン箔の表面の凹凸部へ入り込むことによる物理的力および両者の化学結合により生じる化学的力により接着されているが、この化学結合は、アルカリ金属またはアルカリハロゲン化物によるアタックにより切断されるため、シリカガラスとモリブデン箔とにおける接着強度が徐々に低下してモリブデン箔がシリカガラスから剥離するようになり、これにより気密シール部における気密性が徐々に失われ、結局、放電ランプの所期の使用寿命を得ることができない、という問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、金属箔を用いた気密シール部を有する放電ランプであって、当該気密シール部における耐久性が高く、従って長い使用寿命が得られる放電ランプを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の放電ランプは、シリカガラスからなり、その内部に一対の電極が対向配置された発光管部と、当該発光管部の端部に設けられた封止部とを有する放電容器を備え、当該放電容器の封止部において、電気導入体を形成するモリブデンよりなる金属箔が埋設されて気密シール部が形成されてなる放電ランプにおいて、前記金属箔の全面に、酸化チタンの金属酸化物よりなる被覆膜が形成されていることを特徴とする。
本発明の放電ランプは、シリカガラスからなり、その内部に一対の電極が対向配置された発光管部と、当該発光管部の端部に設けられた封止部とを有する放電容器を備え、当該放電容器の封止部において、電気導入体を形成するモリブデンよりなる金属箔が埋設されて気密シール部が形成されてなる放電ランプにおいて、前記金属箔の少なくとも一面に、酸化ランタンおよび酸化タンタルから選ばれた少なくとも一種の金属酸化物よりなる被覆膜が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の放電ランプは、シリカガラスからなり、その内部に一対の電極が対向配置された発光管部と、当該発光管部の端部に設けられた封止部とを有する放電容器を備え、当該放電容器の封止部において、電気導入体を形成するモリブデンよりなる金属箔が埋設されて気密シール部が形成されてなる放電ランプにおいて、前記金属箔の少なくとも一面に、０〜２０モル％の酸化イットリウムを含有する酸化ジルコニウムおよび０〜４０モル％の酸化イットリウムを含有する酸化ハフニウムから選ばれた少なくとも一種の金属酸化物よりなる被覆膜が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
以上の構成において、被覆膜を形成する金属酸化物が結晶質であることが好ましい。また、被覆膜は、酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムよりなる下層膜を介して前記金属箔に形成されていることが好ましい。
【０００９】
【作用】
本発明の放電ランプによれば、気密シール部における電気導入体を形成するモリブデンよりなる金属箔の全面または少なくとも一面が被覆膜により覆われていることにより、金属箔近傍に、封止部を形成するシリカガラス中の不純物として存在するアルカリ金属陽イオンなどが移動して集積するが、特定の金属酸化物よりなる被覆膜を金属箔に被覆することにより、陽イオンの影響による特性の劣化がなく、しかも、シリカガラスにおいては陽イオンの集積に起因した相変態を生ずることがない。その結果、当該封止部における気密シール部に非常に高い耐久性が得られ、結局、放電ランプにおいて、長い使用寿命が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る放電ランプの構成の一例を、放電容器の管軸に沿った断面で示す説明用断面図、図２は、図１における気密シール部を拡大して示す説明用断面図である。
【００１１】
この放電ランプは、楕円球形の発光管部１１と、この発光管部１１の両端部からそれぞれ外方に伸びるよう連設されたロッド状の封止部１２とを有する、シリカガラスよりなる放電容器１０を備えている。
【００１２】
放電容器１０の発光管部１１内には、放電容器１０の管軸Ｘ上において、陽極１５１と、陰極１５２とが互いに近接した状態で対向するよう配置されている。陽極１５１は、例えばタングステンよりなり、先端に向かうに従ってその外径が小さくなるよう円錐台状に形成された先端部を有する陽極体１５１Ａが電極棒１３１の先端に固定保持されて構成されており、陰極５２は、例えばタングステンよりなる円柱状の陰極体１５２Ａが、電極棒１３２に固定保持されて構成されている。
【００１３】
放電容器１０における一方の封止部１２においては、例えばタングステンよりなる電極棒１３１が管軸Ｘに沿って伸びてその一端が封止部１２内に延在すると共に、この封止部１２内に気密に埋設された、電気導入体を形成するモリブデンよりなる金属箔（以下、単に「モリブデン箔」ともいう。）１４の内端部に接続され、このモリブデン箔１４の外端部には、封止部１２の外端から外方に突出して伸びる外部リード棒１７の内端部が接続されることにより、気密シール部１６が形成されている。
放電容器１０の他方の封止部においても、電極棒１３２に係る気密シール部１６は、一方の封止部１２における電極棒１３１に係る気密シール部１６の構成と同様に、モリブデン箔１４によって構成されている。
【００１４】
以上における寸法例を挙げると、発光管部１１の最大外径が１０〜１３ｍｍ、発光管部１１の最大内径が４．０〜５．０ｍｍ、放電容器１０の内部空間の全長（管軸Ｘ方向の長さ）が９．０〜１１．０ｍｍ、封止部１２の長さが１６〜５０ｍｍ、封止部１２の外径が５．８〜７．４ｍｍ、内部空間の容積が５０〜１００ｍｍ3 、発光管部１１の内表面積が５０〜１５０ｍｍ2 である。
【００１５】
また、電極棒１３１、１３２は、例えばその最大外径は０．３〜１．０ｍｍ、好ましくは０．５〜０．８ｍｍとされる。
また、モリブデン箔１４は、薄い短冊状のものであり、例えばその厚みが２０〜３０μｍ、好ましくは２５μｍであり、その管軸Ｘ方向の長さが７〜１５ｍｍ、好ましくは１１ｍｍであり、その幅が１．０〜３．０ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍである。
【００１６】
モリブデン箔１４の表面には、図３に示すように、その全面において、モリブデン箔１４と封止部１２を構成するシリカガラスとの間に介在し、後述する特定の金属酸化物よりなる被覆膜（以下、単に「被覆膜」ともいう。）２０が形成されている。
【００１７】
被覆膜２０を形成する金属酸化物は、酸化チタン、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウムおよび酸化ハフニウムから選ばれた少なくとも一種の金属酸化物（以下、「特定の金属酸化物」ともいう。）を挙げることができる。
【００１８】
ここで、酸化ジルコニウムとしては、酸化イットリウムを２０モル％以下、好ましくは１５モル％以下、特に好ましくは３モル％の割合で含有するものを用いることができ、また、酸化ハフニウムとしては、酸化イットリウムを４０モル％以下、好ましくは２０モル％以下、特に好ましくは３モル％の割合で含有するものを用いることができる。
【００１９】
以上のような特定の金属酸化物は、２０℃における熱膨張係数が、１．０×１０-6／Ｋ〜１０．０×１０-6／Ｋであって、モリブデンと熱膨張係数が同等、または近似するものであり、これによって、被覆膜２０とモリブデン箔１４とにおける熱膨張係数の差により、放電ランプが点灯されて高温となったときにも、当該被覆膜２０がモリブデン箔１４から剥離したり、クラックが生ずることがない。また、特定の金属酸化物は、封止部１２を構成するシリカガラスと化合物を生成することにより化学的に結合すると共に、陽イオンの作用によって相変態を生じることがないものである。
そして、被覆膜２０は、その膜厚が１０〜５０００ｎｍ、好ましくは３０〜４０００ｎｍ、更に好ましくは５０〜３０００ｎｍであることが好ましい。
以上において、被覆膜２０を構成する特定の金属酸化物は、結晶質であることが好ましい。
【００２０】
この被覆膜２０は、モリブデン箔１４の全表面に、特定の金属酸化物を被着することによって形成することができ、具体的には、スパッタリング法、電子サイクロトロン共鳴法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）および化学蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの気相蒸着法あるいは堆積法を有利な方法として挙げることができ、特にスパッタリング法を好適に利用することができる。
以上において、被覆膜２０は、金属酸化物が酸化チタンである場合はモリブデン箔１４の全面に形成されるが、他の金属酸化物である場合は、モリブデン箔１４の全面に形成されている必要はなく、その一面のみに形成されていても有効である。
【００２１】
放電容器１０の内部空間には、例えば０．１６ｍｇ／ｍｍ3 以上となる量の水銀、２×１０-4〜７×１０-4μｍｏｌ／ｍｍ3 となる量のハロゲン、および、例えばアルゴンなどの希ガスよりなる封入ガスが封入されており、これにより、動作時における内部圧力が１×１０7 Ｐａ以上であり、例えば波長３８０〜７８０ｎｍの可視光の連続スペクトルを放射することができ、例えば液晶プロジェクタの光源として好適な放電ランプが得られる。
【００２２】
ハロゲンとしては、臭素、塩素、沃素などを挙げることができ、放電容器１０の内部空間に封入されるハロゲンの量が、２×１０-4μｍｏｌ／ｍｍ3 以上であることにより、波長が１２６〜１８５ｎｍの範囲にある紫外線が吸収され、これにより、発光管部１１を構成するシリカガラスの白濁化が十分に抑制される。また、ハロゲンの量が、７×１０-4μｍｏｌ／ｍｍ3 以下であることにより、過剰なハロゲンにより生じる、電極の著しい変形や損耗を、有効に抑制することができる。以上において、臭素を用いることにより、放電ランプにおける発光特性の経時的安定性を高いものとすることができる。
【００２３】
以上のような構成の放電ランプによれば、後述する実施例からも明らかなように、封止部１２に形成されている気密シール部１６の耐久性が著しく大きいものとなる。すなわち、この放電ランプの封止部１２においては、モリブデン箔１４の表面に被覆膜２０が形成されていることによって、アルカリ金属陽イオンは被覆膜２０に集積することとなり、シリカガラスにおいては相変態などが生ずることが抑制されて、しかも、特定の金属酸化物とシリカガラスとの化学結合は、アルカリ金属などのアタックに対して安定であり、その結果、気密シール部１６における剥離が有効に発生することが防止される。
【００２４】
以上において、被覆膜２０を形成する酸化ハフニウムまたは酸化ジルコニウムに酸化イットリウムが特定の割合で含有されることにより、酸化ハフニウムまたは酸化ジルコニウムにおける分子の配列構造が安定なものとなるため、相変態により結晶化が生ずることがない。また、被覆膜２０を構成する特定の金属酸化物が、結晶質であることにより、当該特定の金属酸化物が高温下においても相としてきわめて安定であり、アルカリ金属陽イオンなどの影響により、その特性の劣化が生ずることがない。
【００２５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明においては、種々の変形を加えることができる。
例えば、モリブデン箔１４の表面には、図４に示すように、先ず、下層膜２１を形成し、この下層膜２１の上に被覆膜２０が形成された構成とすることができる。この下層膜２１を構成する材質としては、アルカリ金属陽イオンの拡散速度が遅い酸化イットリウムまたは酸化アルミニウムを挙げることができ、特に酸化イットリウムを用いることが好ましい。
このような下層膜２１を形成することにより、モリブデン箔１４と、被覆膜２０との界面におけるアルカリ金属陽イオンの介在が抑制され、結局、モリブデン箔１４と、封止部１２を構成するシリカガラスとの間における付着強度を向上させることができる。
下層膜２１の膜厚としては、１０〜２０００ｎｍ、特に５０〜１０００ｎｍであることが好ましい。
【００２６】
また、上述のように、モリブデン箔１４の表面に、下層膜２１を介して、または介さずに被覆膜２０を形成した後、被覆膜２０を被覆するようシリカ膜を例えばスパッタリング法などの適宜の手段により、積層して形成することができる。このシリカ膜は例えば２００μｍの厚さとされ、これにより、シュリンクシールを行う際に金属酸化物が蒸発して、発光管部１１の内面に付着することによりその透光性が損なわれることが防止されると共に、封止部１２を構成するシリカガラスとの接着性が向上する。このシリカ膜は、モリブデン箔１４の表面に電極棒１３１、１３２および外部リード棒１７を溶着した後に形成すればよい。
更に、放電ランプは、直流点灯型に制限されるものではなく、交流点灯型の放電ランプであってもよい。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の放電ランプの実施例について具体的に説明するが、本発明がこれによって制限されるものではない。
＜実施例１＞
長さ１１ｍｍ、幅１．５ｍｍ、厚み２５μｍのモリブデン箔（１４）の全表面に対して、内部ガスとしてアルゴンガスを用い、ガスの流量５０ｃｃ／分、チャンバ内圧力０．４Ｐａの環境条件において、ターゲット材として酸化チタンを用い、製膜速度１０ｎｍ／分の条件でスパッタリングを行うと共に、このスパッタリングを行う時間を制御することにより、５０ｎｍ、５００ｎｍ、３０００ｎｍの膜厚を有する酸化チタンよりなる被覆膜（２０）をそれぞれ形成した。
この被覆膜（２０）が形成されたモリブデン箔（１４）の一端部および他端部に、外径０．８ｍｍのタングステンよりなる電極棒（１３）と、外径０．５ｍｍのタングステンよりなる外部リード棒（１７）とをそれぞれ溶接することによりマウントを製造した。
【００２８】
そして、水素雰囲気、９００℃の条件で３０分の間加熱処理を行うことにより、電極表面上に発生した酸化物を除去したマウントを用い、図１に示す構成に従って、下記の仕様による放電ランプを作製した。
すなわち、シリカガラスよりなり、内部空間の全長が１０．０ｍｍ、発光管部（１１）の外径が１０．５ｍｍ、発光管部（１１）の内径が４．５ｍｍ、封止部（１２）の長さが２０ｍｍ、封止部（１２）の外径が６．０ｍｍ、内部空間の容積が７５ｍｍ3 、発光管部（１１）の内表面積が１００ｍｍ2 である放電容器（１０）と、上記マウントとを用い、放電容器（１０）の内部空間に、封入物として水銀を１７ｍｇ、臭素（封入量３．８μｍｏｌ）、アルゴンガス（封入時圧力１３．３ｋＰａ）とを充填すると共に、シュリンクシール方式により、気密シール部（１６）を形成することにより、定格電力が１５０Ｗ、管壁負荷が１．５Ｗ／ｍｍ2 であり、動作時における内部圧力が１５ＭＰａ（１５０気圧）である放電ランプを作製した。
【００２９】
このようにして作製された放電ランプを直流の定格条件で５時間点灯させる点灯試験を行い、この放電ランプに係るモリブデン箔（１４）の近傍を目視にて観察し、気密シール部（１６）における剥離の有無を確認した。
結果を下記表１に示す。
【００３０】
＜実施例２〜５＞
被覆膜（２０）を形成する金属酸化物として、酸化チタンの代りに、表１に示す金属酸化物を用いたこと以外は実施例１と同様にして放電ランプを作製し、実施例１と同様に点灯試験を行い、気密シール部（１６）における剥離の有無を確認した。
【００３１】
＜実施例６＞
長さ１１ｍｍ、幅１．５ｍｍ、厚み２５μｍのモリブデン箔（１４）の全表面に対して、内部ガスとしてアルゴンガスを用い、ガスの流量５０ｃｃ／分、チャンバ内圧力０．４Ｐａの環境条件において、ターゲット材として酸化イットリウムを用い、製膜速度１０ｎｍ／分の条件でスパッタリングを行うことにより、１００ｎｍの膜厚を有する酸化イットリウムよりなる下層膜（２１）を形成し、この下層膜（２１）の上に積層するように、酸化チタンよりなる被覆膜（２０）を形成したこと以外は実施例１同様にして、放電ランプを作製すると共に、点灯試験を行い気密シール部（１６）における剥離の有無を確認した。
【００３２】
＜実施例７＞
ターゲット材として酸化アルミニウムを用いてスパッタリングを行うことにより、酸化アルミニウムよりなる下層膜（２１）を形成したこと以外は実施例６と同様にして、放電ランプを作製すると共に、点灯試験を行い気密シール部（１６）における剥離の有無を確認した。
以上の実施例１から実施例７の結果を表１に示す。
【００３３】
＜比較例＞
モリブデン箔（１４）の表面に被覆膜（２０）を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして、放電ランプを作製すると共に、点灯試験を行い気密シール部（１６）における剥離の有無を確認した。
結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
0003687582.tif 000002
【００３５】
以上から、モリブデン箔（１４）の表面に特定の金属酸化物よりなる被覆膜（２０）あるいは、下層膜（２１）および被覆膜（２０）を形成することによって、気密シール部（１６）において高い耐久性が得られることが明らかである。
【００３６】
また、以上の実施例６および実施例７において、被覆膜（２０）を、酸化チタンに代えて、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化イットリウムを３モル％含有した酸化ジルコニウム、または酸化イットリウムを３モル％含有した酸化ハフニウムにより形成した場合においても、同様に良好な結果を得ることができ、これらの場合においても気密シール部（１６）において高い耐久性を得ることができたことが確認された。
【００３７】
また、上記各実施例において、被覆膜（２０）の上に、更に２００ｎｍの膜厚のシリカ膜を同様のスパッタリング法により形成した場合においても、各実施例と同様に良好な結果を得ることができ、これらの場合においても気密シール部（１６）において高い耐久性を得ることができたことが確認された。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の放電ランプによれば、気密シール部における電気導入体を形成するモリブデンよりなる金属箔の全面または少なくとも一面が被覆膜により覆われていることにより、金属箔近傍に、封止部を形成するシリカガラス中の不純物として存在するアルカリ金属陽イオンなどが移動して集積するが、特定の金属酸化物よりなる被覆膜を金属箔に被覆することにより、陽イオンの影響による特性の劣化がなく、しかも、シリカガラスにおいては陽イオンの集積に起因した相変態を生ずることがない。その結果、当該封止部における気密シール部に非常に高い耐久性が得られ、結局、放電ランプにおいて、長い使用寿命が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における、放電ランプの構成の一例を管軸に沿った断面で示す説明用断面図である。
【図２】図１における、気密シール部を拡大して示す説明用断面図である。
【図３】図２における、領域Ａを拡大して示す説明用断面図である。
【図４】図２における、領域Ａを拡大して示す説明用断面図である。
【符号の説明】
１０    放電容器
１１    発光管部
１２    封止部
１３１、１３２    電極棒
１４    金属箔（モリブデン箔）
１５１    陽極
１５２    陰極
１５１Ａ    陽極体
１５２Ａ    陰極体
１６    気密シール部
１７    外部リード棒
２０    被覆膜
２１    下層膜
【図１】
0003687582.tif 000003
【図２】
0003687582.tif 000004
【図３】
0003687582.tif 000005
【図４】
0003687582.tif 000006