(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電スペースを取り囲む領域を有する非導電性の材質からなるとともに放電ガスが封入された発光管と、
前記発光管の端部に形成された閉塞管と、
前記閉塞管の一部を閉塞する閉塞体と、
前記放電スペース内に対向し配置され放電路を形成する一対の電極棒と、
を備える放電ランプであって、
前記閉塞体は前記発光管と同材質の非導電性物質と導電性物質とを長さ方向に連続的または段階的に異なる比率で混合して形成され、前記放電スペース側が非導電性で他端側が導電性となった傾斜機能材料からなり、
また前記閉塞体の非導電性端面には前記電極棒を挿入する座ぐり孔が形成され、この座ぐり孔内で前記電極棒と前記閉塞体との間には、前記電極棒と同材質の導電性物質と、前記発光管と同材質の非導電性物質からなるサーメットが存在することを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
前記サーメット中の導電性物質の割合が体積比で１５％以上５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記閉塞体は、前記閉塞管と同じ材質で構成される非導電性部分が２ｍｍ以上全周にわたり前記閉塞管と溶着していることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項４】
前記傾斜機能材料からなる前記閉塞体の導電性側部分と、前記発光管の外部に延在する外部リード線との間に前記サーメットが存在することを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項５】
前記傾斜機能材料からなる閉塞体の導電性物質が存在する表面部分および前記外部リード線の一部分に前記閉塞体の非導電性物質と同材質の皮膜を形成することを特徴とする請求項４に記載の放電ランプ。
【請求項６】
前記放電スペースが０．０５ｃｃから０．３０ｃｃの間にあり、前記放電スペース内に対向配置されている電極間距離が０．８ｍｍから２．０ｍｍの間にあり、前記放電スペース内に封入される封入ガスの水銀量が１０ｍｇから６０ｍｇの間にあり、臭化水銀量が０．１ｍｇから１．０ｍｇの間にあることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項７】
前記発光管の端部に形成された前記筒状の閉塞管の内径が０．５ｍｍから３．５ｍｍの間にあり、前記傾斜機能材料からなる閉塞体の外径が０．４５から３．５ｍｍの間にあり、前記閉塞体の長さが５ｍｍから５０ｍｍの間にあり、前記発光管側に位置する閉塞体端面より、非導電性物質の体積比が９８％以上の組成である部分が２ｍｍ以上あることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項８】
請求項１に記載の放電ランプと、この放電ランプからの光を所定の方向へ反射する反射鏡を具備することを特徴とした放電装置。
【請求項９】
請求項８に記載の放電装置と、前記放電ランプの一対の電極にランプ電力を給電して安定的に点灯させる点灯回路とを具備することを特徴とする点灯装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の点灯装置と、液晶駆動装置により駆動される液晶表示パネルと、前記放電ランプからの光を制御して、前記液晶表示パネルを通してスクリーンに投光する光学系と、前記点灯装置、前記液晶駆動装置、前記液晶表示パネル、および前記光学系を収容すると共に、前記液晶表示パネルを透過した光をスクリーンに投光させる開口が形成された筺体を具備することを特徴とする液晶プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は傾斜機能材料を電極の一部に使用した放電ランプと、この放電ランプを光源とする放電装置、点灯装置および液晶プロジェクターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このようなランプは、ＥＰ特許出願公開明細書第０３３８６３７号より公知である。公知のランプは、少なくとも２００バールの高い動作圧力のために、その放射線がスペースの可視部分に著しく多くの連続した放射線を含むという利点を有する。このランプは、寿命が長く、光束維持性が高く、寿命中その色点の変動がわずかである。
【０００３】
前記のＥＰ特許出願公開明細書より公知のランプは、細長い、狭い円筒状の発光管を有し、５０Ｗ以下の少ない電力を消費する。しかし、このランプは、液晶プロジェクタのような画像投写の目的に対して、光束が小さすぎる。
【０００４】
また、特開平６−５２８３０に示されているような放電ランプが公知である。このランプは、特開平６−５２８３０の実施例に示されるように石英ガラス製の放電容器中央の楕円球状をした発光管内に一対の電極が対向配置され、水銀などの発光金属、放電用ガス等が封入されている。そして、発光管の両端に筒状の閉塞管が連設され、厚さが数十μｍのモリブデン箔の両端に電極棒と外部リード棒の端部を溶接し、このモリブデン箔を石英ガラスの間に挟み込み、モリブデン箔の中央部分に石英ガラス製の閉塞管を溶着するものである。この電極構造では、点灯時モリブデン箔または電極棒の熱膨張率が石英ガラスの熱膨張率と大きく異なることから、膨張によってシール部が剥離してリークしたり、破損することがあった。
【０００５】
また、モリブデン箔でシールした場合、外部リード棒が溶接されたモリブデン箔の端部は空気に接触しているので、点灯時に３５０℃以上の高温になるとモリブデン箔が酸化しシール部が剥離し電気的導通不良を起こすなどの問題もかかえていた。
【０００６】
特に、特開平６−５２８３０に示されている、２００バールの高い動作圧力で１００Ｗ以上の電力を消費する放電ランプとした場合には、その傾向は増大し、また、特開平６−５２８３０に示されていない１５０Ｗ以上の電力を消費する放電ランプとした場合には、１００％に近い確立で初期の点灯時に破損し、放電ランプとして成立しなかった。
【０００７】
それにも関わらず、非常に大きな明るさ、安定した高い発光効率、安定した色点と長寿命、および、たとえば、ＬＣＤ投写ＴＶのランプよりも大きな光束を有する放電ランプに対する要求が強い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、非常に大きな明るさ、安定した発光効率、安定した色点と長寿命および大きな光束を有するランプを得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冒頭の放電ランプを次のようにすることによって上記の目的を達成したものである。請求項１に記載したように、放電スペースを取り囲む領域を有する非導電性の材質からなる発光管と、この発光管内に一対の電極が対向配置され、放電路を形成されるとともに放電用ガスが封入され、発光管の端部に形成された筒状の閉塞管が、発光管と同材質の非導電性物質と導電性物質とを長さ方向に連続的または、段階的に異なる比率で混合して形成し、放電スペース側を非導電性とし、他端側を導電性とした傾斜機能材料からなる閉塞体で、閉塞された放電ランプにおいて、傾斜機能材料からなる閉塞体と電極棒の間隙に電極棒と同材質の導電性物質と、発光管と同材質の非導電性物質からなるサーメットが存在することを特徴とする。すなわち、発光管を石英ガラスとした場合に、発光管端部の閉塞管がシリカの非導電性物質とモリブデンなどの導電性物質と発光管と同材質のシリカの非導電性物質を含むサーメットからなる傾斜機能材料で形成されている閉塞体で閉塞された放電ランプである。かかる傾斜機能材料で形成された閉塞体は、放電スペース側の端部はシリカの非導電性物質がリッチであり、他方の端部に向かうにつれて、モリブデンなどの導電性物質の割合が連続的に、また、段階的に増加するものである。したがって、シールを行なう閉塞体の放電スペース側は、非導伝性であると共に熱膨張率が、発光管の材質である石英ガラスの熱膨張率とほぼ同等の値を示す特性となっている。
【００１０】
かかる傾斜機能材料は、その構成成分の組成が大きく変わる境界面を持たないので熱ショックや機械的強度が強い。また、傾斜機能材料の非導電性物質がリッチである部分の閉塞体に導電性のある部分まで形成された軸方向の孔に、閉塞体の電極棒を挿入し、外部との導通をとる際に、電極棒と同じ材料の導電性物質と発光管と同じ材料からなる非導電物質からサーメットを電極棒と傾斜機能材料からなる閉塞体の隙間に形成させることにより、そのサーメットが閉塞体と電極棒との間で閉塞体と電極棒の熱膨張率の違いを緩和させる役目をし、電極棒と傾斜機能材料からなる閉塞体との熱的ショックを解消させることにより、より信頼性を向上させたランプとなる。
【００１１】
従って、放電ランプ点灯時の温度上昇に伴うシール部の膨張によってシール部が剥離したり、破損する問題点を解決することができる。特に、特開平６−５２８３０に示されいない、２００バールの高い動作圧力で１５０Ｗ以上の電力を消費する放電ランプとした場合にも、ほぼ１００％の確立で破損しないランプを提供できるものである。
【００１２】
請求項８記載の放電装置は、請求項１記載の傾斜機能材料を用いた放電ランプとその放電ランプからの光を所定の方向に反射する反射鏡を具備する。従って、傾斜機能材料を用いた放電ランプからの光が反射鏡に反射し、所定の方向に導かれる。この場合、反射鏡に傾斜機能材料を用いた放電ランプの一端が保持されているような構造であれば、放電ランプの熱が反射鏡を通して外部に効率的に放熱される。
【００１３】
請求項９記載の点灯装置は、請求項８記載の放電装置とその放電ランプの一対の電極にランプ電力を給電して安定的に点灯させる点灯回路を具備する。
【００１４】
請求項１０記載の液晶プロジェクタは、請求項９記載の点灯装置と液晶駆動装置により駆動される液晶表示パネルと点灯装置が備える傾斜機能材料を用いた放電ランプからの光を制御して液晶表示パネルを通してスクリーンに投光する光学系と点灯装置、液晶駆動装置、液晶表示パネルおよび光学系を収容すると共に、液晶表示パネルを透過した光をスクリーンに投光させる開口が形成された筺体を具備する。
【００１５】
従って、請求項９の点灯装置および請求項１０記載の液晶プロジェクタは、請求項１記載の傾斜機能材料を用いた放電ランプを具備しているので、これらの各請求項と同様な作用効果を奏する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
第一の実施の形態を図１に基づき説明する。石英ガラス製の放電容器の発光管１１は球状や楕円球状をしており、その内部には、タングステンからなる電極２０が対向配置されている。また、放電用ガスとしてアルゴンガスが所定圧力で封入されていると共に、発光金属として、水銀、および臭化水銀が所定量封入されている。そして、発光管１１の両端に閉塞管１２が連設されているが、閉塞管１２の端部は傾斜機能材料からなる閉塞体５０で閉塞されている。ここで使用する傾斜機能材料は、放電容器と同じ材質のシリカと導電性物質のモリブデンを焼結したものであり、その混合比率を長さ方向で連続的にまたは、段階的に異ならしめ、発光管側を非導電性とし、一方を導電性としたものである。その一例として、閉塞体５０の非導電性側の端面５１はほぼ１００％のシリカからなり、他端部側の導電性側端部５２はモリブデンが２５％でシリカ７５％の体積比組成からなるサーメットであるが、その組成比率は必ずしもこれに限られるものでない。
【００１７】
閉塞体５０は、非導電性物質からなる端面５１が発光管１１の方向になるように、閉塞管１２内にはめ込まれ、この端面５１の部分で石英ガラス製の閉塞体１２に溶着される。この際、請求項３に示すように、閉塞管１２と閉塞体５０の非導電性物質からなる端面５１から導電性物質からなる端面５２の方向へ少なくとも２ｍｍ以上閉塞管１２全周にわたり溶着されている。この溶着されている長さが、２ｍｍ以下の場合シール部が短すぎて、リークなどの不具合を生じる場合がある。
【００１８】
電極２０の電極棒２１はタングステン棒からなり、閉塞体５０に形成された孔５３に挿入される。この孔５３は閉塞体５０の非導電性物質からなる端面５１から閉塞体５０の導電物質からなる端面に向かって導電性のある部分までの軸方向の座ぐり孔である。その孔５３に電極棒２１が挿入されている状態で、閉塞体５０と電極棒２１の間には発光管１１と同材質からなる非導電性物質この場合はシリカと、電極棒２１と同材質の導電性物質この場合はタングステンからなるサーメット５４が存在している。このサーメット５４は、電極棒２１と閉塞体５０との熱ショックを緩和すると同時に、電極棒２１と閉塞体５０を確実に固定する機能を持つ。
【００１９】
しかし、導電性物質の体積比が１５％以下の場合は、サーメットに導電性が低く、電極棒２１と閉塞体５０の間の電気的導通が無くなる可能性がある。また、導電性物質の体積比が５０％以上の場合は、非導電性物質とうまく焼結しない可能性があり、電極棒２１と閉塞体５０の間から粉体の状態で発光管内に出て、発光管１１内壁に付着し光を妨げてしまう要因となる。故に、このサーメットの組成は、請求項２で述べた導電性物質が体積比で１５％以上５０％以下の範囲であるのが理想的である。
【００２０】
閉塞体５０の導電性物質側の端面５２にも、軸方向に座ぐり孔５５が形成され、外部と電極２０の電気的導通をとるための外部リード線５６が孔５５に挿入されている。この外部リード線５６はタングステンまたはモリブデンからなり、請求項４に示すように、サーメット５７を介在さ、閉塞体５０に確実に固定し、電気的導通をとる。
【００２１】
また、外部リード線５６および発光管１１に溶着されている部分より外部リード線５６側の閉塞体５０は、空気に接触しているので、モリブデン箔シールと同様に点灯時に３５０℃以上の高温になると閉塞体５０表面に存在している導電性物質や外部リード線５６が酸化し、電気的導通不良を起こす場合がある。そこで、請求項５に示すように、傾斜機能材料からなる閉塞体５０の導電性物質が存在する表面部分および外部リード線５６の一部分に閉塞体の非導電性物質と同材質の皮膜５８を形成することで解決できる。
【００２２】
例えば、モリブデンとシリカで形成される傾斜機能材料からなる閉塞体５０を用い、石英ガラス製の発光管１１、外部リード線５６がタングステンで構成される放電ランプの場合、酸化防止を目的とし、シリカの皮膜５８を形成させる。もともと閉塞体５０の導電性物質側には発光管と同材質のシリカが存在しており、また外部リード線５６と閉塞体５０を固定するために用いたサーメット５７にもシリカが存在する。故に、その様な状態の部分に数十μｍのシリカの皮膜５８を形成させた場合、濡れ性が良く確実に被覆され、完全に酸化による電気的導通不良を防止できる。
【００２３】
このように、モリブデン箔を用いて溶着した場合に比べ、非常に熱や圧力に対して信頼性の高いシール部を持った放電ランプとなる。
【００２４】
【実施例】
以下に図１で構成され、且つ、請求項６および請求項７の条件範囲内条件で放電灯を製作しランプ特性の評価を行なった。製作条件としては、放電スペース容積０．１５ｃｃ、電極間距離１．４ｍｍ、封入水銀量３５ｍｇ、封入臭化水銀量０．５ｍｇ、傾斜機能材料閉塞体外径１．９０ｍｍ、傾斜機能材料閉塞体長さ２７ｍｍ、発光管閉塞管外径φ６ｍｍ、発光管閉塞管内径２ｍｍ、閉塞体溶着部長さ７ｍｍ、発光管および閉塞管材質石英ガラス、傾斜機能材料閉塞体非導電性物質シリカ、傾斜機能材料閉塞体導電性物質モリブデン、電極および電極棒材質タングステン、外部リード線材質タングステン、サーメット材質タングステン−シリカ（体積比３０％−７０％）である。
【００２５】
図２に本実施例に使用した傾斜機能材料からなる閉塞体のモリブデンとシリカの組成変化を示す。発光管側の端面より７ｍｍまではシリカ１００％の組成となっていて、そこから外部リード線側に向かって組成が連続的に傾斜し、外部リード側端面では電気的導通の取れる（体積比モリブデン２５％―シリカ７５％）の状態となっている。シリカがほぼ１００％の部分を使い発光管の閉塞管と溶着シールした。尚、タングステンの電極棒は発光管側端面より１８ｍｍの位置まで挿入させ、また、外部リード線は反対側端面より４ｍｍの位置まで挿入しており、よって十分に電極と外部リードの間において、電気的導通がとれる状態である。放電ランプ単体の特性を表１に示す。表１より明らかなように、１５０Ｗ以上の電力で２００気圧以上の動作圧力を達成することが可能となった。
【００２６】
表１
【００２７】
次に、本発明の第２に実施の形態を図３、図４に基づいて説明する。図３は、図１に示す傾斜機能材料を用いた放電ランプを具備するランプ装置をその点灯装置と共に示す縦断側面図である。
【００２８】
本実施の形態のランプ装置７０は、傾斜機能材料を用いた放電ランプ１を碗状の反射鏡７２の縮径内底部上において同心上に取り付けたランプ装置である。
反射鏡７２は、ガラスまたは金属により碗状に形成された部材であり、その焦点位置を有する回転曲面の内面に多層干渉膜のダイクロックミラー膜７２ａを備える。これにより、赤外線を反射鏡７２の背面側へ透過させ一方、可視光を投光口７２ｂ側へ反射させるように構成されている。
【００２９】
反射鏡７２の碗状底部のほぼ中心軸部には、その厚さ方向に貫通するように取り付け孔７２ｃが形成されている。傾斜機能材料を用いた放電ランプ１の一端の外端部とこれに外嵌された口金７３とを、反射鏡７２の底部中間部に設けられた取り付け孔７２ｃを取り囲む支持筒７２ｄ内に水平方向から同心状に挿入し、電気的絶縁セメント７４によって固着している。
【００３０】
また、放電ランプ１は放電スペース内の電極間の中間点が反射鏡７２の焦点とほぼ一致するように配置されている。反射鏡７２には導入孔７５が形成されており、この導入孔７５には、放電ランプ１の外部リード線５６ａに接続されたリード線７６ａが貫通して背面側に導かれている。このリード線７６ａの先端は点灯回路７７に一端に接続され、この点灯回路７７の他端には他のリード線７６ｂを介して放電ランプ１の口金７３の外部端子７８に接続されている。
【００３１】
このようなランプ装置を図４に示す液晶プロジェクタ８０に組み込み光出力の評価を行なった。図３で示したランプ装置７０の投光前方にカラー等の液晶パネル８１と投光レンズ８２を設置し、液晶表示パネル８１に表示される影像をスクリーン８３上に投光するものである。また、ランプ装置７０、点灯回路７７、液晶表示パネル８１、この液晶表示パネル８１を駆動する液晶パネル駆動装置８４は筺体８５内に収納されている。
【００３２】
現在、主に使用されている２５０Ｗのメタルハライドランプと本発明の第１の実施形態で示した傾斜機能材料を用いた１５０Ｗの放電ランプとの性能比較を行なった。評価の指標とし、スクリーンの明るさ（ＡＮＳＩルーメン）を測定し、比較をしたところ、１５０Ｗにも関わらず２５０Ｗのメタルハライドランプと比較して１．８倍のＡＮＳＩルーメンの値が得られ、本発明によって非常に大きな明るさ、安定した高い発光効率の放電ランプが得ることができた。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
【００３４】
請求項１，請求項２によって、構成される傾斜機能材料は、その構成成分の組成が大きく変わる境界面を持たないので熱ショックや機械的強度が強い。また、傾斜機能材料の非導電性物質がリッチである部分の閉塞体に導電性のある部分まで形成された軸方向の孔に、閉塞体の電極棒を挿入し、外部との導通をとる際に、電極棒と同じ材料の導電性物質と発光管と同じ材料からなる非導電物質からサーメットを電極棒と傾斜機能材料からなる閉塞体の隙間に形成させることにより、そのサーメットが閉塞体と電極棒との間で閉塞体と電極棒の熱膨張率の違いを緩和させる役目をし、電極棒と傾斜機能材料からなる閉塞体との熱的ショックを解消させることにより、より信頼性を向上させたランプとすることが可能となった。
【００３５】
請求項３によって、閉塞管と閉塞体の非導電性物質からなる端面から導電性物質からなる端面の方向へ少なくとも２ｍｍ以上閉塞管全周にわたり溶着されている。この溶着されている長さを、２ｍｍ以上にすることによってリークなどの不具合を確実に防止できる。
【００３６】
請求項４によって、傾斜機能材料からなる閉塞体の導電性側部分と、発光管の外部に延在する導線の間を、電気的導通を損なうことなく固定することが可能となる。
【００３７】
請求項５によって、閉塞体の導通部分の酸化を防止しすることが可能となる。
【００３８】
請求項６，請求項７によって、本発明によるところの最も高い性能が得られるランプとすることが可能となる。
【００３９】
請求項８記載のランプ装置、請求項９記載の点灯装置、請求項１０の記載の液晶プロジェクタは、請求項１の放電ランプを具備しているので、各請求項と同様な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、傾斜機能材料を用いた放電ランプの縦断側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示し、傾斜機能材料からなる閉塞体の軸方向における組成の変化を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態として、図１に示す傾斜機能材料を用いた放電ランプを具備したランプ装置をその点灯装置と共に示す縦断側面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態として、図３に示すランプ装置を具備した液晶プロジェクタの縦断側面図である。
【符号の説明】
１…放電ランプ、１１…発光管、１２…閉塞管、２０…タングステン電極
２１…電極棒、５０…閉塞体、５１…非導電性物質側端面
５２…導電性物質側端面、５３…孔、５４…サーメット、５５…孔
５６…外部リード線、５７…サーメット、５８…皮膜、７０…ランプ装置
７２…反射鏡、７２ａ…ダイクロックミラー膜、７２ｂ…投光口
７２ｃ…取り付け孔、７２ｄ…支持筒、７３…口金
７４…電気的絶縁セメント、７５…導入孔、７６…リード線
７７…点灯回路、７８…外部端子、８０…液晶プロジェクタ
８１…液晶パネル、８２…投光レンズ、８３…スクリーン
８４…液晶パネル駆動装置、８５…筺体
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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