(57)【要約】【課題】発光管の失透を効果的に且つ長期的に抑制することができ、ランプ寿命を大幅に改善することのできる放電ランプ及びその製造方法、光源装置、プロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の放電ランプは、石英ガラスからなる発光管の内面にホウ素が拡散された改質層が形成されており、前記発光管内に封入されている封入物質が水素フリーの物質である。【選択図】図２
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【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ハロゲンを含む封入物質が封入された放電ランプにおいて、
前記発光管の内面にホウ素が拡散された改質層が形成されており、
前記封入物質が水素フリーの物質であることを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
前記改質層が、（Ｓｉ−Ｂ−Ｏ）からなる層であることを特徴とする請求項１記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記改質層の厚さが、０．０１μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の放電ランプ。
【請求項４】
前記改質層の厚さが、０．０２μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の放電ランプ。
【請求項５】
石英ガラスからなる発光管内にホウ素含有ガスを封入する工程と、
前記ホウ素含有ガスを熱分解させて前記発光管の内面にホウ素を拡散させる工程と、を有することを特徴とする放電ランプの製造方法。
【請求項６】
前記ホウ素を拡散させる工程において、
前記ホウ素含有ガスが封入された前記発光管を点灯させることを特徴とする請求項５記載の放電ランプの製造方法。
【請求項７】
前記ホウ素含有ガスとして三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）ガスを封入することを特徴とする請求項５記載の放電ランプの製造方法。
【請求項８】
請求項１から４のいずれかに記載の放電ランプを備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光源装置を備えたことを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプ及びその製造方法、光源装置、プロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクターは、映像投写装置として会議でのプレゼンテーション用や家庭におけるホームシアター用など各方面に利用されている。このようなプロジェクターに使用される光源装置としては、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、及び高圧水銀ランプなどの電極を有する放電式ランプが主に用いられている。
【０００３】
しかしながら、このような放電式ランプは、点灯中に高温になるために、発光管の材質として用いられている石英ガラスの結晶化による失透現象により、透過光を低下させたり、発光管自体の強度を低下させてしまうなどの問題があった。これらの問題を解決するために、発光管内部に保護膜として立方晶系窒化硼素（ｃ−ＢＮ）薄膜を用いたもの（特許文献１）、窒化珪素硼素（ＳｉＢＮ）薄膜を用いたもの（特許文献２）、酸化イットリウム等の保護膜を用いたものがある（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３３３５３５号公報
【特許文献２】特許３４６７９３９号
【特許文献３】特開２００８−２７００７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２のいずれの成膜法においても化学気相析出（ＣＶＤ法）を用いており、発光管内面に均一に成膜を行うことが困難であるという問題があった。また、酸化イットリウム保護膜を用いた場合、点灯中に失透して透過率が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、発光管の失透を効果的に且つ長期的に抑制することができ、ランプ寿命を大幅に改善することのできる放電ランプ及びその製造方法、光源装置、プロジェクターを提供することを目的の一つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の放電ランプは、上記課題を解決するために、石英ガラスからなる発光管内にハロゲンを含む封入物質が封入された放電ランプにおいて、前記発光管の内面にホウ素が拡散された改質層が形成されており、前記封入物質が水素フリーの物質であることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、石英ガラスからなる発光管の内面にホウ素が拡散された改質層が形成されており、内部に水素フリーの封入物質が封入されていることから、ランプを長時間点灯させても水分等の不純物が発生せず、この不純物に起因する失透（結晶化）を抑制し、透過光の低下、発光管強度の低下を防ぐことができる。
また、発光管の管壁が改質されていることから、発光管の内面にホウ素を含む膜を成膜した場合と異なり、発光管との密着不良等などによる剥離等を防止することができる。
【０００９】
また、前記改質層が、（Ｓｉ−Ｂ−Ｏ）からなる層であることが好ましい。
本発明によれば、改質層が（Ｓｉ−Ｂ−Ｏ）からなる層であることから、透光性が高いだけでなく、化学的な安定性及び耐熱性に非常に優れていることから、ランプ使用時に高温に晒されたとしても変質しにくい。これにより発光管の失透を効果的に且つ長期的に抑制することができ、ランプに寿命を大幅に改善することができる。
【００１０】
また、前記改質層の厚さが、０．０１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
本発明によれば、改質層の厚さが０．０１μｍ未満の場合には失透抑制効果があまり期待できない。一方、その厚さが１μｍを超える場合には製造に時間がかかる。
【００１１】
また、前記改質層の厚さが、０．０２μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。
本発明によれば、高い失透抑制効果が期待できるので、高い発光光率を長時間維持することが可能となる。
【００１２】
本発明の放電ランプの製造方法は、上記課題を解決するために、石英ガラスからなる発光管内にホウ素含有ガスを封入する工程と、前記ホウ素含有ガスを熱分解させて記発光管の内面にホウ素を拡散させる工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、石英ガラスからなる発光管内にホウ素含有ガスを封入する工程と、前記ホウ素含有ガスを熱分解させて前記発光管の内面にホウ素を拡散させる工程と、を有することとしたので、熱分解により発生したホウ素が発光管の内面と反応し、ホウ素が拡散されてなる改質層を形成することができる。また、ホウ素含有ガスを熱分解させるためにはホウ素含有ガスが封入された発光管を加熱すればよいため、製造が容易であるとともに、発光管の内面全体に均一な改質層を形成することができる。
【００１４】
また、前記ホウ素を拡散させる工程において、前記ホウ素含有ガスが封入された前記発光管を点灯させることが好ましい。
本発明によれば、出荷前のランプ点灯試験時に発光管の内面に改質層を形成することができる。発光管の内面に液体材料等を塗布するような工程もないことから製造が容易となる。
【００１５】
また、前記ホウ素含有ガスとして三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）ガスを封入することが好ましい。
本発明では、ホウ素含有ガスとして三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）ガスを封入することとしている。従来の工程のハロゲンガス（臭化水素ガスなど）を封入する工程と入れ替えるだけでよいことから、工程の変化はない。
【００１６】
本発明の光源装置は、本発明の放電ランプを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、備えられた放電ランプの失透が長期的に抑制されるものであるため高輝度な照明光を長期に亘って照射することが可能である。
【００１７】
本発明のプロジェクターは、本発明の光源装置を備えたことを特徴とする。
本発明の電子機器は、本発明の高輝度な照明光を長期に亘って照射することが可能な光源装置を備えていることから、表示品位が高く信頼性の高い投写像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態である光源装置の概略構成を示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態である放電ランプの概略構成を示す断面図。
【図３】放電ランプの断面拡大図。
【図４】放電ランプの製造方法を示すフローチャート。
【図５】プロジェクターの概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態である光源装置の概略構成を示す断面図、図２は、放電ランプの概略構成を示す断面図である。
本実施形態の光源装置１は、後述するプロジェクターに好適に採用されるもので、リフレクター１２と、リフレクター１２の内部に配置される放電ランプ３と、を有している。放電ランプ３は、石英ガラス（ＳｉＯ２）から構成される発光管１０と、発光管１０内に配置された一対の電極１１ａ，１１ａとを有し、発光管１０内には封入物質（発光物質）が封入されている。
【００２１】
発光管１０は、中央部が球状に膨出した膨出部１０Ａと、膨出部１０Ａの両側に延在する封止部１０Ｂ、１０Ｂと、からなり、膨出部１０Ａの内部に封入物質を充填した発光領域１４（発光ガスを封入した発光空間）が形成されている。発光領域１４の内径は例えば、略１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。
【００２２】
封止部１０Ｂ、１０Ｂには、それぞれ棒状の電極１１ａ，１１ａが互いの端部を離間させた状態で配置されている。電極１１ａ，１１ａは導電性材料であって、特に、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い材料、具体的にはタングステンが適している。
【００２３】
封止部１０Ｂ、１０Ｂの内部には、一対の電極１１ａ，１１ａと電気的に接続されるモリブデン製の金属箔１１ｂが挿入され、ガラス材料等で封止されている。この金属箔１１ｂには、さらに電極引き出し線としてのリード線３３が接続され、このリード線３３は、放電ランプ３の外部まで延出している。
【００２４】
発光領域１４内には封入物質としてハロゲンガスが封入されている。ここで、発光管１０内に封入される封入物質は水素フリーの物質とされている。本実施形態においては、ハロゲンサイクルを行うことによって放電ランプの寿命を延ばすために、例えば、臭化ガスが封入されている。
【００２５】
図１，２に示すように、本実施形態の発光管１０には、膨出部１０Ａの内面１０ａに発光管１０の失透を抑制するための改質層１８が形成されている。
改質層１８は発光管１０の内面１０ａにホウ素が拡散されてなるもので、本実施形態においては（Ｓｉ−Ｂ−Ｏ）の層からなる。
【００２６】
改質層１８の厚さは、発光管１０内に封入される封入物質などによっても異なってくるが、例えば、０．０１μｍ以上１μｍ以下に設定する。より好ましくは、０．０２μｍ以上０．５μｍ以下の範囲内が好ましい。
発光管１０の内面に改質層１８を形成することにより、発光管１０の結晶化を抑制して、発光管１０の失透を長期的に抑制し得る。
【００２７】
リフレクター１２は、放電ランプ３の封止部１０Ｂが挿通される首状部２１およびこの首状部２１から拡がる曲面状の反射部２２を備えたガラス製の一体成形品である。
首状部２１には、中央に挿入孔２３が形成されており、この挿入孔２３の中心に封止部１０Ｂが配置される。
反射部２２は、曲面状のガラス内面に金属薄膜を蒸着形成して構成され、この反射部２２の反射面は、可視光を反射して赤外線を透過するコールドミラーとなっている。
【００２８】
放電ランプ３は、この反射部２２の内部に配置され、膨出部１０Ａの内の電極１１ａ，１１ａ間の発光中心が反射部２２の曲面の焦点位置と一致するように配置される。
【００２９】
そして、放電ランプ３を点灯すると、図１に示されるように、膨出部１０Ａから放射された光束は、反射部２２の反射面で反射して、平行光となる。
【００３０】
このようなリフレクター１２に放電ランプ３を固定する際には、放電ランプ３の封止部１０Ｂをリフレクター１２の挿入孔２３に挿入し、挿入孔２３内部にシリカ、アルミナを主成分とする無機系接着剤を充填する。
【００３１】
副反射鏡１３は、膨出部１０Ａの発光領域１４の光束射出方向前側を覆う反射部材であり、その反射面は、発光領域１４の球面（発光管１０の内面１０ａ）に倣う凹曲面状に形成され、反射面はリフレクター１２と同様にコールドミラーとなっている。ここで、副反射鏡１３は、膨出部１０Ａの発光領域１４の光束射出方向前側の略半分以上、１／３以下の範囲を覆うことが好ましい。
【００３２】
上述した放電ランプ３において、封止部１０Ｂから外側に延出するリード線３３に電圧を印加すると、電極１１ａ，１１ａ間で放電が生じて発光部１５が発光する。そして、放電ランプ３の膨出部１０Ａから前方側に射出された光束の一部は、この副反射鏡１３の反射面にて反射され、膨出部１０Ａに再度戻る。そして、この戻り光の一部が膨出部１０Ａの発光領域１４に封入された封入物にエネルギーを吸収されるとともに、その他の戻り光がリフレクター１２側に向けて進み、リフレクター１２の反射部２２から射出される。
【００３３】
次に、従来の改質層を有しない発光管における発光空間内の水素量と水分量との関係について調べた。
連続点灯時間の異なる２つのサンプルＡ，Ｂを用意し、発光空間内における水素量と水分量とを比較した。表１及び表２に各サンプルＡ，Ｂの発光空間内における水素量と水分量の時間的変化を示す。
【００３４】
【表１】
2011096581.tif 000003
【００３５】
【表２】
2011096581.tif 000004
【００３６】
＜サンプルＡ＞
出力：２００Ｗ
発光管の内容積：約８２．４４ｍｍ３
連続点灯時間：０時間
＜サンプルＢ＞
出力：２００Ｗ
発光管の内容積：８２．４４ｍｍ３
連続点灯時間：８５０時間
【００３７】
点灯前のサンプルＡにおける発光管の発光空間内の水分量は４９０ｎｇ（単位体積あたりの水分量：約５．９４ｎｇ／ｍｍ３）であり、水素量は２４００ｎｇ（単位体積あたりの水分量：約２９．０９ｎｇ／ｍｍ３）となっている。
一方、連続点灯時間が８５０時間経過した後のサンプルＢにおける発光管の発光空間内の水分量は５４０ｎｇ（単位体積あたりの水分量：約６．５５ｎｇ／ｍｍ３）であり、水素量は８５０ｎｇ（単位体積あたりの水分量：約２９．０９ｎｇ／ｍｍ３）となっている。
【００３８】
通常、発光管内に存在する水素や水分の多くはランプ形成時において混入する。このようなランプを点灯させると、発光空間内に存在する水素と点灯時の高温によって石英ガラスから分離生成された酸素とが反応して水分が生成され、点灯前の水分量よりも増加してしまう。発光管内に存在する水素、酸素及び水分等が、点灯時間の経過に伴い、電極の蒸発や発光管の黒化あるいは失透を引き起こすという問題があった。
【００３９】
これに対して本実施形態の放電ランプにおいては、発光管１０の内面１０ａに改質層１８が形成された構成となっており、この改質層１８は、発光管１０の内面にホウ素が拡散されてなる（Ｓｉ−Ｂ−Ｏ）層であるため、化学的な安定性及び耐熱性に非常に優れている。このため、ランプ使用時に高温に晒されたとしても変質しにくく、石英ガラスの蒸発を防いで不純物が生成されるのを抑制することができる。これにより、電極１１ａ,１１ａの劣化や発光管１０の黒化あるいは失透を防止することできる。
【００４０】
また、発光管１０内に封入されている封入物質は水素フリーの物質であることから、放電ランプ３を長時間点灯させても水分等の不純物は生成されず、発光管１０内に設置された電極１１ａ，１１ａの寿命を延ばすことが可能となっている。発光空間Ｋ内に存在する水分はランプ点灯時の高温によって熱分解されて水素となることから、発光空間Ｋ内に封入される封入物質の水素量を規定することによって、発光管１０の失透をより防止することができる。また、水素に起因する始動電圧の上昇を抑えることができ、放電ランプ３を安定して点灯させることができる。
【００４１】
本実施形態の光源装置１は、石英ガラスからなる発光管１０の内面１０ａにホウ素が拡散されてなる改質層１８が形成されている放電ランプ３を備えていることから、ランプ点灯時の熱による失透（結晶化）が抑制され、透過光の低下、発光管１０の強度の低下を防ぐことができる。
【００４２】
また、放電ランプ３の発光管１０の内面１０ａが改質されていることから、発光管１０の内面１０ａにホウ素を含む膜を成膜した場合と異なり、発光管１０との密着不良等などによる剥離等を防止することができる。これにより発光管１０の失透を効果的に且つ長期的に抑制することができ、ランプに寿命を大幅に改善することができる。
【００４３】
また、改質層１８の厚さが、０．０１μｍ以上１μｍ以下とされており、これによって発光管１０の失透を長期的に抑制することができる。上述したように、改質層１８の厚さが０．０１μｍ未満の場合には失透抑制効果があまり期待できず、厚さが１μｍを超える場合には製造に時間がかかってしまう。このため、上記範囲内の厚さに規定することで変質しにくい放電ランプ３が得られるとともに製造時間の短縮が図れる。
また、特に改質層１８の厚さを０．０２μｍ以上０．５μｍ以下に設定することによって、高い失透抑制効果が期待できるので、高い発光光率を長時間維持することが可能となる。
【００４４】
以上述べた構成により、放電ランプ３の発光管１０の失透を効果的に且つ長期的に抑制することができ、ランプ寿命を大幅に改善することが可能である。
【００４５】
［放電ランプの製造方法］
次に、先に記載した光源装置の放電ランプの製造方法について説明する。以下の説明では、本願発明の特徴部分である放電ランプ３の内面に失透抑制膜を形成する工程について詳しく説明し、他の工程については説明を省略する。
【００４６】
図４に本実施形態の放電ランプの製造方法のフローチャートを示す。
本実施形態における放電ランプ３の製造方法は、電極設置工程Ｓ１、水銀及びガス封入工程Ｓ２、熱処理工程Ｓ３とを有する。
【００４７】
まず、発光管１０内に電極１１ａ，１１ａを設置した後（Ｓ１）、水銀および三臭化ホウ素ガス（ＢＢｒ３）を発光管１０内に封入する（Ｓ２）。その後、発光管１０を点灯させて三臭化ホウ素ガス（ＢＢｒ３）をホウ素（Ｂ）と臭素（Ｂｒ）とに熱分解させる（Ｓ３）。そして、熱分解により発生したホウ素（Ｂ）が発光管１０の内面１０ａ（ＳｉＯ２）と反応して管壁内部に拡散することにより、発光管１０の内面１０ａに（Ｓｉ−Ｂ−Ｏ）からなる改質層１８が形成される。また、熱分解により発生した臭素（Ｂｒ）は発光管１０のＳｉとは反応せず、ハロゲンガスとして機能することとなる。
【００４８】
以上の製造方法により、発光管１０の内面１０ａ全体に均一な厚みで改質層１８を形成することができる。
【００４９】
本実施形態の放電ランプ３の製造方法では、石英ガラスからなる発光管１０内に予め三臭化ホウ素ガスを封入させておき、その後、ランプを点灯させることによって三臭化ホウ素ガスを熱分解させている。このため、熱分解により発生したホウ素が発光管１０の内面と反応し、ホウ素が拡散されてなる改質層１８を形成することができる。また、三臭化ホウ素ガスが封入された発光管１０を点灯させればよいことから、出荷前のランプ点灯試験時に発光管１０の内面に改質層１８を形成することができ、製造が容易であるとともに発光管１０の内面全体に均一な改質層１８を形成することができる。また、発光管１０の内面に改質層を形成するための液体材料等を塗布するような手間も省ける。
【００５０】
また、本実施形態では、ホウ素含有ガスとして三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）ガスを封入することとしている。従来の工程のハロゲンガス（臭化水素ガスなど）を封入する工程と入れ替えるだけでよいことから、工程の変化はない。
【００５１】
（プロジェクター）
次に、上記実施形態の光源装置を用いたプロジェクターについて説明する。
図５は、プロジェクターの構成例を示す平面図である。この図に示されるように、プロジェクター１１００内部には、上記した本発明の光源装置１を備えたランプユニット１１０２が設けられている。このランプユニット１１０２から射出された投射光は、ライトガイド１１０４内に配置された４枚のミラー１１０６および２枚のダイクロイックミラー１１０８によってＲＧＢの３原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル（光変調部）１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇに入射される。
【００５２】
液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇの構成は、上述した液晶装置と同等であり、画像信号処理回路から供給されるＲ、Ｇ、Ｂの原色信号でそれぞれ駆動されるものである。そして、これらの液晶パネルによって変調された光は、ダイクロイックプリズム１１１２に３方向から入射される。このダイクロイックプリズム１１１２においては、ＲおよびＢの光が９０度に屈折する一方、Ｇの光が直進する。したがって、各色の画像が合成される結果、投射レンズ１１１４（投射部）を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることとなる。ここで、各液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇによる表示像について着目すると、液晶パネル１１１０Ｇによる表示像は、液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂによる表示像に対して左右反転することが必要となる。
【００５３】
プロジェクター１１００は、上述した実施形態の光源装置１を備えている。光源装置１は失透が長期的に抑制される放電ランプ３を備えたものであるため高輝度な照明光を長期に亘って照射することが可能である。このため、プロジェクター１１００は、長寿命化され、表示品位が高く信頼性の高い投写像を得ることができる。
【００５４】
また、上記実施形態でのプロジェクター１１００は、光変調部として液晶パネルを用いている。しかし、これに限らず、一般に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置などを使用しても良い。なお、マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）（登録商標）を用いることができる。なお、マイクロミラー型光変調装置を用いた場合には、入射偏光板や射出偏光板などは不要とすることができ、偏光変換素子も不要とすることができる。
【００５５】
上記実施形態での光源装置１は、透過型液晶方式のプロジェクター１１００に用いられている。しかし、これに限らず、反射型液晶方式であるＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）方式などを採用したプロジェクターに用いられても同様の効果を奏することが可能である。
【００５６】
先の実施形態での光変調部は、液晶パネルを３枚使用する３板方式であっても、液晶パネルを１枚使用する単板方式を用いても良い。なお、単板方式を用いた場合には、照明光学系の色分離光学系や色合成光学系などは不要とすることができる。
【００５７】
また、光源装置１は、外部に設置される投射面に光学像の投射を行うフロントタイプのプロジェクターに適用している。しかし、これに限らず、プロジェクターの内部にスクリーンを有して、そのスクリーンに光学像を投射するリアタイプのプロジェクターにも適用可能である。
【００５８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５９】
先の実施形態での光源装置１は、プロジェクターの光源として適用している。しかし、これに限らず、小型軽量の光源装置は、他の光学機器に適用しても良い。また、航空、船舶、車輌などの照明機器や、屋内照明機器などへも好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１…光源装置、３…放電ランプ、１０…発光管、１０ａ…内面、１８…改質層、１１００…プロジェクター
【図１】
2011096581.tif 000005
【図３】
2011096581.tif 000006
【図４】
2011096581.tif 000007
【図５】
2011096581.tif 000008
【図２】
2011096581.tif 000009