(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスからなる発光管内に一対の電極が配置され、当該発光管の両側に伸びる石英ガラスからなる封止部が形成され、発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入されたショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、
前記封止部には、モリブデン製の金属箔と当該金属箔に接続された前記電極の一部が埋設されており、
前記封止部に埋設された金属箔の表面に、タングステン又はタングステン化合物よりなる金属の粒塊が凸設され、
前記粒塊の厚みが０．００１〜１μｍであり、前記粒塊の金属箔を被覆する被覆率が８０％以下であることを特徴とするショートアーク型超高圧放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ装置やマイクロディバイスミラーを使用した投影装置の光源に使用されるショートアーク型超高圧放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ装置やマイクロディバイスミラーを使用した投影装置の光源には高い演色性と高輝度が求められている。
従来から演色性を高めるために種々の発光金属を封入したメタルハライドランプが用いられていたが、近年更に高演色性と高輝度を併せ持ったランプが求められ、水銀の蒸気圧を利用し発光管内部圧力を非常に高くしたショートアーク型超高圧放電ランプが使用されるようになった。
【０００３】
図６に、このようなショートアーク型超高圧放電ランプを示す。
ショートアーク型超高圧放電ランプは、石英ガラス製の発光管１とその両側に形成された石英ガラス製の封止部２とからなり、該発光管１内には一対の電極３が対向配置されている。
そして、それぞれの電極３の一端側が金属箔４に接続されるとともに、金属箔４と電極３の一部が封止部２に気密に埋設されている。
また、金属箔４には外部リード棒５が接続されており、外部リード棒５は封止部２から外部に伸びだしている。
【０００４】
そして、発光管１内には、水銀が０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上封入されている。このように水銀を０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上封入することにより、点灯時に発光管内の水銀蒸発が１．５×１０７Ｐa以上といった非常に高い圧力になり、アークの広がりを抑え、良好な演色性と高輝度を実現するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなショートアーク型超高圧放電ランプでは、点灯時発光管１内の圧力が非常に高くなり、封止部２に埋設された金属箔４が封止部２を構成している石英ガラスより剥離する「箔浮き現象」が発生し、封止部２が破損するという問題があった。
【０００６】
これは、金属箔４を構成しているモリブデン箔と石英ガラスは、膨張係数が異なり、製造上金属箔４と封止部２を構成する石英ガラスとの間に微小な間隙が形成され、この間隙に発光管１内の極めて高い圧力のガスが流れ込むことにより、金属箔４と石英ガラスを引き離す応力が発生するからである。
【０００７】
さらには、金属箔４を構成しているモリブデン箔と石英ガラスは、膨張係数が異なり、点灯中、金属箔は高温になり伸びようとするが、石英ガラスはそれほど伸びず、この力の差が熱応力となってクラックを発生させたり、製造工程中に発生する封止部２のマイクロクラックを成長させ、封止部２を破損させることがあった。
【０００８】
本発明は、以上のような問題を解決するために成されたものであって、発光管内の圧力が高くなっても封止部が破損しないショートアーク型超高圧放電ランプを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のショートアーク型超高圧放電ランプは、石英ガラスからなる発光管内に一対の電極が配置され、当該発光管の両側に伸びる石英ガラスからなる封止部が形成され、発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入されたショートアーク型超高圧放電ランプにおいて、前記封止部には、モリブデン製の金属箔と当該金属箔に接続された前記電極の一部が埋設されており、前記封止部に埋設された金属箔の表面に、タングステン又はタングステン化合物よりなる金属の粒塊が凸設され、前記粒塊の厚みが０．００１〜１μｍであり、前記粒塊の金属箔を被覆する被覆率が８０％以下であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の放電ランプ装置を示す。
ショートアーク型超高圧放電ランプは、石英ガラス製の発光管１とその両側に形成された石英ガラス製の封止部２とからなり、該発光管１内には一対の電極３が対向配置されている。
そして、それぞれの電極３の一端側が金属箔４に接続されるとともに、金属箔４と電極３の一部が封止部２に気密に埋設されている。
また、金属箔４には外部リード棒５が接続されており、外部リード棒５は封止部２から外部に伸びだしている。
【００１３】
金属箔４はモリブデン箔であり、縦１１ｍｍ、横１．５ｍｍ、厚み２０μｍである。
そして、発光管１内には、水銀が０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上、本実施例では、水銀が０．２８ｍｇ／ｍｍ３封入されている。
この結果、点灯時の発光管１内の水銀蒸気圧が１．６×１０７Ｐaとなり、発光管内圧力が非常に高くなり、アークの広がりを抑え、良好な演色性と高輝度を実現することができる。
【００１４】
金属箔４は、図２に示すように、その表面にタングステンの粒塊６が凸設されている。図２（イ）は金属箔４の表面状態を示し、図２（ロ）は金属箔の裏面状態を示す。
この粒塊６は、例えば、図３に示すように、金属箔４上に粒塊を生成する基本金属物７を接触させた状態で、金属箔４と基本金属７との間に高電圧を印加することによって、基本金属物７が高温になり、その一部が飛散し金属箔４状に高温付着することによって製造することができる。
この時、基本金属物７をタングステンとすることにより、タングステンに電圧が印加された時に、タングステンの一部が飛散し金属箔４に高温付着することによって形成されるものである。このようにタングステンが高温で金属箔４に付着するとそれぞれの物質が合金化し金属箔６に強固に粒塊６を凸設することができる。
【００１５】
なお、基体金属物をモリブデンにした場合には、粒塊はモリブデンになる。また、基体金属物をタングステンとモリブデンの化合物にした場合には、粒塊はタングステンとモリブデンの化合物になる。
このような作業は通常、大気雰囲気中で行われるものであり、粒塊は、タングステン酸化物、モリブデン酸化物、タングステンとモリブデンの酸化化合物になる。
また、このような作業を窒素雰囲気中で行えば、粒塊は、タングステン窒化物、モリブデン窒化物、タングステンとモリブデンの窒化化合物になる。
さらには、このような作業をＡｒ雰囲気で行えば、粒塊は、純タングステン、純モリブデン、タングステンとモリブデンの純粋化合物になる。
【００１６】
粒塊の製造方法としては、他に、蒸着やスパッターによっても同じように粒塊を生成することができる。
なお、図２、図３では粒塊を分かりやすくするために、意図的に粒塊を実際より大きく描いている。
【００１７】
このように、粒塊６を、タングステン、タングステン化合物、モリブデン、モリブデン化合物、タングステンとモリブデンの化合物とした理由は、ランプを構成する物質は、電極であればタングステンであり、発光管と封止部は石英ガラスであり、金属箔はモリブデンであり、外部リード棒はタングステン或いはモリブデンであり、これらの物質以外の物質を粒塊として用いた場合は、ランプに対して悪影響を与える恐れがある。このことから、ランプへの影響を無くすために、粒塊６はランプを構成する物質であるタングステン、タングステン化合物、モリブデン、モリブデン化合物、タングステンとモリブデンの化合物を用いるものである。
【００１８】
図４は、粒塊６が凸設された金属箔４と封止部２の石英ガラスとの封着状態を示す拡大断面図である。
図４からわかるように、金属箔４の表面に粒塊６が凸設されているので、封止部２を構成している石英ガラスと粒塊６が噛み合った状態になっているので、粒塊６がアンカー的作用を有し、発光管１内が高圧になって、高圧状態のガスが金属箔４と石英ガラスとの間隙に流れ込んできても、石英ガラスが金属箔４から引き剥がされないようにすることができる。つまり「箔浮き現象」が起こらないものである。
【００１９】
さらに、金属箔４と石英ガラスとの膨張係数の違いにより熱応力が発生しても、粒塊６が凸設され、石英ガラスと粒塊６が噛み合った状態になっているので、応力のかかる方向を、図４に示すように、例えばＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とランダムにすることができ、それぞれの方向にかかる応力が打ち消しあって、全体的に熱応力を緩和することができ、クラックの発生を防止することができる。さらに、製造上封止部２にマイクロクラックが存在しても、そのマイクロクラックが成長することがない。
この結果、発光管１内の圧力が高くなっても箔浮き現象起こらず、封止部２が破損することない。
【００２０】
次に、図１に示す基本構造のショートアーク型超高圧放電ランプを作成し、モリブデン製の金属箔上の粒塊の有無と、粒塊となる物資を変え、粒塊の厚みと粒塊の被覆率を異ならせた場合のそれぞれのランプにおいて、点灯・消灯を繰り返した後の封止部状態を調べる実験を行った。本願で言う粒塊の厚みとは、図４に示すように金属箔４の表面から粒塊６の頂部までの距離ｔを言う。また、本願で言う被覆率とは、図２に示すように金属箔４の表面積（表面裏面の合計面積）をＳ１とし、この金属箔４の表面（表面裏面）に凸設された粒塊６の接触している領域の合計部分の面積をＳ２とした場合に、Ｓ２／Ｓ１×１００（％）の値を被覆率とするものである。
【００２１】
なお、粒塊を形成する雰囲気は、大気雰囲気、窒素雰囲気、Ａｒ雰囲気で行い、点灯・消灯の繰り返しとは、２分点灯・４０秒消灯を１０回繰り返すモードのことである。
【００２２】
実験結果を図５に示す。
図中、粒塊の例えば「ＷＯＸ」のＯＸとは酸化物を示し、「ＷＮＸ」のＮＸとは窒化物を示すものである。
図５から分かるように、金属箔の表面に粒塊がない比較ランプ１９〜２２のランプでは全て箔浮きや封止部破裂が起きている。
【００２３】
被覆率が８０％以上である比較ランプ２、比較ランプ５、比較ランプ８、比較ランプ１０、比較ランプ１２、比較ランプ１４、比較ランプ１５、比較ランプ１８では封止部が破裂している。
これは、被覆率が８０％以上になると、金属箔の表面に占める粒塊の割合が大きくなり、かえって粒塊が形成された金属箔の表面が平坦化することにより、粒塊によるアンカー作用が小さくなり、箔浮きが発生し、この箔浮きが進行して封止部が破裂するものである。
【００２４】
粒塊の厚みが０．００１μｍ以下である比較ランプ４、比較ランプ６、比較ランプ１１、比較ランプ１７では封止部に箔浮きが発生している。
これは、粒塊の厚みが０．００１μｍ以下となると、粒塊によるアンカー作用が小さくなり、封止部を構成している石英ガラスが金属箔から剥離し、箔浮きが発生するからである。
【００２５】
粒塊の厚みが１μｍ以上である比較ランプ１、比較ランプ３、比較ランプ７、比較ランプ９、比較ランプ１６では封止部に箔浮きが発生したり、封止部破裂している。
これは、粒塊の厚みが１μｍ以上となると、粒塊が大きすぎ、粒塊を含む金属箔全体の体積が増えることになり、熱応力が大きくなりすぎ、粒塊によって応力を吸収する割合より発生する応力の方が大きくなり箔浮きが発し、この箔浮きが進行して封止部が破裂するからである。
【００２６】
一方、実施ランプ１〜２１は、粒塊の被覆率が８０％以下であり、粒塊の厚みが０．００１〜１μｍの範囲に入っているので、封止部には箔浮きが発生せず、封止部が破損することがない。図５中では封止部状態を良好と記載している。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のショートアーク型超高圧放電ランプによれば、封止部に埋設されるモリブデン製の金属箔の表面に、タングステン又はタングステン化合物よりなる金属製の粒塊が凸設され、粒塊の厚みが０．００１〜１μｍであり、粒塊の金属箔を被覆する被覆率が８０％以下であるので、封止部を構成している石英ガラスが金属箔から剥離することがなく、箔浮きを防止でき、封止部が破損することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの説明図である。
【図２】本発明のショートアーク型超高圧放電ランプの金属箔の説明図である。
【図３】粒塊を製造する説明図である。
【図４】粒塊が凸設された金属箔と封止部の石英ガラスとの封着状態を示す拡大断面図である。
【図５】金属箔の凸設された粒塊の違いと封止部状態を調べたデータ説明図である。
【図６】従来のショートアーク型超高圧放電ランプの説明図である。
【符号の説明】
１    発光管
２    封止部
３    電極
４    金属箔
５    外部リード棒
６    粒塊
７    基体金属物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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