(57)【要約】【課題】  点灯中紫外線反射膜が高温になっても、膜が劣化せず確実に紫外線を反射することができ、発光効率が優れ、より高輝度なショートアーク型水銀ランプを提供することにある。【解決手段】  本発明のショートアーク型水銀ランプは、内部に一対の電極３、４が配置され、かつ、０．２０ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀を封入した石英ガラス製の発光管１を有する放電ランプにおいて、発光管１の表面に、酸化ジルコニウムの正方晶系結晶構造を主体とする紫外線反射膜５が形成されていることを特徴とする。さらには、このショートアーク型水銀ランプは、点灯中、発光管１の温度が９００℃以上になっていることを特徴とする。【選択図】    図１
2005310416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に一対の電極が配置され、かつ、０．２０ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀を封入した石英ガラス製の発光管を有する放電ランプにおいて、
前記発光管の表面に、酸化ジルコニウムの正方晶系結晶構造を主体とする紫外線反射膜が形成されていることを特徴とするショートアーク型水銀ランプ。
【請求項２】
点灯中、前記発光管の温度が９００℃以上になっていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型水銀ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ装置やＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を使ったＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ）などのプロジェクタ装置のバックライトに利用されるショートアーク型水銀ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、液晶プロジェクタ装置等に用いられる光源ユニットは、矩形状のスクリーンに対して、均一にしかも十分な演色性をもって画像を照明させることが要求され、このため、光源としては、発光管内に水銀や金属ハロゲン化物を封入したショートアーク型水銀ランプが使われている。
【０００３】
このようなショートアーク型水銀ランプは、発光スペクトルが紫外線領域から赤外線領域まで幅広い範囲にわたっているが、実際に画像を照明する際に利用される波長は可視光領域であり、残りの紫外線領域、赤外線領域の光は照明には利用されていないものである。
【０００４】
一方、最近では、ランプの発光効率を上げてより高輝度なランプが要求されてきており、発光管の表面に紫外線反射膜を形成し、アークから放射される紫外線を紫外線反射膜で発光管内に戻し、水銀エネルギーを高めることで、ランプの発光効率を上げ高輝度化する工夫がなされている。
このような技術は、特開２００３−２４２９３０公報に記載されている。
【０００５】
この紫外線反射膜は、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層した膜である。このＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層した紫外線反射膜は耐熱性が低く、熱によって膜が劣化し、発光管の温度が９００℃以上となるようなランプでは実用上問題となっていた。
【０００６】
また、膜形成物質が異なる酸化ジルコニウムを使った紫外線反射膜が知られている。
このような技術は、特開平６−２６７５０４公報に記載されている。
しかしながら、酸化ジルコニウムを使ったとしても、ランプ点灯中に膜に微小なクラックが入り、膜が白濁化し、光が散乱して光の利用率が低下する問題があった。
【０００７】
このような現象が起こる原因を追求していくと、発光管が高温になると酸化ジルコニウム膜の結晶構造が変化する結晶変態が発生することが原因であることがわかった。
つまり、通常、酸化ジルコニウムの単層膜であっても、ＳｉＯ２とＺｒＯ２を交互に積層した干渉膜であっても、酸化ジルコニウムの結晶構造が単斜晶系結晶構造であり、発光管の温度が９００℃以上と高温状態が続くと容積変化がおき、膜にクラックが入ることが原因であることを見出した。
【特許文献１】特開２００３−２４２９３０公報
【特許文献２】特開平６−２６７５０４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであって、点灯中紫外線反射膜が高温になっても、膜が劣化せず確実に紫外線を反射することができ、発光効率が優れ、より高輝度なショートアーク型水銀ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載のショートアーク型高圧水銀ランプは、内部に一対の電極が配置され、かつ、０．２０ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀を封入した石英ガラス製の発光管を有する放電ランプにおいて、前記発光管の表面に、酸化ジルコニウムの正方晶系結晶構造を主体とする紫外線反射膜が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載のショートアーク型水銀ランプは、請求項１に記載のショートアーク型水銀ランプであって、特に、点灯中、前記発光管の温度が９００℃以上になっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のショートアーク型水銀ランプによれば、点灯中紫外線反射膜が高温になっても、膜が劣化せず確実に紫外線を反射することができ、紫外線を発光管内のアーク戻すことにより、発光効率に優れ、より高輝度化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のショートアーク型高圧水銀ランプについて図面を用いて説明する。
図１は、本発明のショートアーク型高圧水銀ランプの説明図である。
ショートアーク型高圧水銀ランプは、石英ガラス製の発光管１と、この発光管１の両側に延在して形成された封止管２を有するものであり、発光管１の内部には一対の電極３、４が配置され、かつ、０．２０ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入され、電極３、４の一部は封止管２内で封止されている。
そして、発光管１の外面に紫外線反射膜５が形成されている。
【００１３】
紫外線反射膜５は、高屈折率層に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、低屈折率層に酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を交互に積層した膜である。
具体的な紫外線反射膜の仕様は、高屈折率層をＨとし、低屈折率層をＬとして、それぞれ、高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌの光学膜厚（ｎｄ）は８９．４ｎｍであり、反射率最低ピーク値が５５０ｎｍである。
【００１４】
そして、紫外線反射膜５は、高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌは、以下の設計に示す通りであり、１つのスタックが、０．６５（Ｈ／２×Ｌ×Ｈ／２）であるスタックを８層組み合わせたものである。
そして、この紫外線反射膜５は、正方晶系結晶構造を主体とするものである。
【００１５】
この紫外線反射膜の反射特性を示すデータを図２に示す。図２は、横軸に波長（ｎｍ）を示し、縦軸は反射率を示す。
図２からわかるように、本発明のショートアーク型水銀ランプの紫外線反射膜は、波長３２０ｎｍ〜４００ｎｍの波長の紫外線を８０％以上の割合で反射し、可視光から赤外線領域である４２０ｎｍ以上の光は１０％以下しか反射せず、確実に紫外線を反射し、可視光を透過する膜であることがわかる。
【００１６】
次に、本発明のショートアーク型水銀ランプの紫外線反射膜の結晶構造について説明する。
紫外線反射膜は、高屈折率層Ｈに酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、低屈折率層Ｌに酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を交互に積層した膜であり、高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌは、１つのスタックが、０．６５（Ｈ／２×Ｌ×Ｈ／２）であるスタックを８層組み合わせたものであり、高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌの光学膜厚（ｎｄ）は８９．４ｎｍであり、反射率最低ピーク値が５５０ｎｍである。
【００１７】
紫外線反射膜５は、スパッタ蒸着法によって、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層するものであり、高屈折率層のターゲットはＺｒであり、低屈折率層のターゲットはＳｉである。
【００１８】
そして、反応容器内にそれぞれのターゲットを配置し、放電ガスとしてＡｒ、反応ガスとしてＯ２を導入しながら、それぞれのターゲットに交互にパルス電圧を印加することによって、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２の多層紫外線反射膜を形成する。
【００１９】
今回、紫外線反射膜の低屈折率層ＳｉＯ２生成時には、放電ガスとしてＡｒを５０ｓｃｃｍで固定して導入し、反応ガスとしてＯ２を４０ｓｃｃｍで固定して導入し、高屈折率層ＺｒＯ２生成時には、放電ガスとしてＡｒを５０ｓｃｃｍで固定して導入し、反応ガスとしてＯ２を２０〜６０ｓｃｃｍの間で変化させて導入して、発光管の外表面に異なる結晶構造の紫外線反射膜を形成したランプを５本作成し、その結晶構造の違いと、１０００時間点灯後の紫外線反射膜の状態を調べる実験を行った。
【００２０】
結晶構造の違いとは、高屈折率層の生成時に、反応ガスであるＯ２の導入量を少なくすると酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の結晶構造は正方晶系結晶構造が主体となり、逆に、反応ガスであるＯ２の導入量を多くすると酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の結晶構造は単斜晶系結晶構造が主体となり、反応ガスであるのＯ２の導入量を変化させることにより、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の結晶構造を変化させるものである。
【００２１】
また、紫外線反射膜を構成している酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の結晶構造を調べる方法は、紫外線反射膜のＸ線回折を行った。
Ｘ線回折は、予め酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の結晶構造が正方晶系であるピーク値と単斜晶系であるピーク値がわかっており、それぞれの結晶構造によって生じるピーク値を合算して、ピーク値の大きな方が結晶構造が主体となっている。
【００２２】
図３は、下記に示す図４のランプ２の紫外線反射膜のＸ線回折結果を示すものであり、図中●のピークは酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の結晶構造が正方晶系の結晶構造であり、○のピークは酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の結晶構造が単斜晶系の結晶構造のピーク値であり、明らかに、この紫外線反射膜は、●のピーク値の合算値（強度値）が、○のピーク値の合算値（強度値）に比べ大きく、この紫外線反射膜は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の結晶構造が正方晶系の結晶構造であることがわかる。
【００２３】
図４は、上述した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の結晶構造を異ならすために行った５本のランプの製造方法のまとめと、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の結晶構造のＸ線回折強度比と、１０００時間点灯後の紫外線反射膜の状態を記載した実験説明図である。
【００２４】
図４に示すショートアーク型水銀ランプは、以下の仕様のとおりのランプであり、紫外線反射膜のみ異なるものである。
発光管：石英ガラス製
封入物：発光管内容積に対して０．２５ｍｇ／ｍｍ３の水銀とハロゲン
定格：２５０Ｗ
点灯時発光管温度：９３０℃
【００２５】
図４中、ランプ１、ランプ２、ランプ３は、紫外線反射膜の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）のＸ線回折強度が、単斜晶系の強度値より、正方晶系の強度値が大きくなっており、ランプ１、ランプ２、ランプ３の紫外線反射膜は、酸化ジルコニウムの結晶構造が正方晶系結晶構造であることがわかる。
逆に、ランプ４、ランプ５は、紫外線反射膜の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）のＸ線回折強度が、単斜晶系の強度値より、正方晶系の強度値が小さくなっており、ランプ４、ランプ５の紫外線反射膜は、酸化ジルコニウムの結晶構造が単斜晶系結晶構造であることがわかる。
【００２６】
また、図４より、ランプ１、ランプ２、ランプ３の紫外線反射膜は、酸化ジルコニウムの結晶構造が正方晶系結晶構造であるため、１０００時間ランプを点灯しても紫外線反射膜にクラックや白濁が起こらず、確実に紫外線を反射することができ、しかも、発光管内に０．２０ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入され、この封入された水銀を全て蒸発させるために発光管の温度が９００℃以上の高温になっても、紫外線反射膜熱によって劣化せず、紫外線を発光管内のアークに確実に戻すことができ、発光効率に優れ、より高輝度なランプとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のショートアーク型高圧水銀ランプの説明図である。
【図２】本願発明のショートアーク型高圧水銀ランプの紫外線反射膜の反射特性を示すデータ説明図である。
【図３】紫外線反射膜のＸ線回折結果を示すものである。
【図４】実験データ説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    発光管
２    封止管
３    電極
４    電極
５    紫外線反射膜
【図１】
2005310416.tif 000003
【図２】
2005310416.tif 000004
【図３】
2005310416.tif 000005
【図４】
2005310416.tif 000006