專利名稱：高壓放電燈,燈單元及高壓放電燈的制造方法及燈泡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓放電燈、燈單元及高壓放電燈的制造方法及燈泡。特別涉及一般照明、及與反射鏡組合起來(lái)而應(yīng)用于液晶投影器及投射型液晶電視的高壓放電燈。
燈1000，其包括石英玻璃構(gòu)成的發(fā)光管(燈泡)110、及一對(duì)與發(fā)光燈110兩端連接的密封部120。發(fā)光管110的內(nèi)部(放電空間)，有一對(duì)鎢制的鎢電極(W電極)112，以一定的間隔相對(duì)配置，而該鎢電極112的一端，與密封部120內(nèi)的鉬箔124焊接，W電極112及Mo箔124則電氣連接。而Mo箔124的一端，與鉬制的外部引線(Mo棒)130連接。
在上述特開平2-18561號(hào)公報(bào)中公開了，在與

圖13所示的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)下，將稀有氣體、200mg/cc以上的水銀118以及10-3～10-1μmol/cc的范圍內(nèi)的鹵素封入在發(fā)光管110內(nèi)，形成以100W/cm2以上的管壁負(fù)荷來(lái)動(dòng)作的高壓放電燈。
在特開平2-18561號(hào)公報(bào)內(nèi)記載著，如果將管壁負(fù)荷提高到100W/cm2以上，就能提高最冷點(diǎn)溫度(最低溫度)，因此在將200mg/cc以上的水銀封入時(shí)，發(fā)光管110內(nèi)的壓力會(huì)增高，特別是紅色領(lǐng)域的連續(xù)光譜會(huì)增加，可改善顯色性。另外，還記載著，之所以封入鹵素，是因?yàn)榉乐拱l(fā)光管110的黑化，至于為何將鹵素的封入量規(guī)定在10-3～10-1umol/cc，則沒有記載明確的理由。
另一方面，在專利2980882號(hào)公報(bào)中公開了，在與圖13所示的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)下，將稀有氣體、160mg/cc以上的水銀118以及2×10-1～7μmol/cc的范圍內(nèi)的鹵素，封入在發(fā)光管110內(nèi)，以80W/cm2以上的管壁負(fù)荷來(lái)動(dòng)作的高壓放電燈。
在專利2980882號(hào)公報(bào)中，推論了在以80W/cm2以上的管壁負(fù)荷來(lái)動(dòng)作時(shí)，由于發(fā)光管110的溫度升高，石英玻璃的吸收波長(zhǎng)帶會(huì)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向偏移，因此波長(zhǎng)185nm的水銀-稀有氣體激光(Excimer封入160mg/cc以上的水銀118時(shí)，在高壓水銀蒸氣與稀有氣體的混合氣體中放電而產(chǎn)生的光線)容易被吸收，而導(dǎo)致石英玻璃急劇地白濁，失去透明性。并且還有以下的記載吸收短波長(zhǎng)紫外線的石英玻璃會(huì)釋出Si或SiO，附著在電極112的前端，使鎢的融點(diǎn)下降，由此造成電極112的變形和鎢的管壁黑化。
在專利2980882號(hào)公報(bào)中提到對(duì)于上述的課題，封入2×10-1μmol/cc以上的鹵素，利用該鹵素來(lái)吸收激光，由此防止石英玻璃的白濁和失去透明性。并且也提到因?yàn)榉乐闺姌O112的變形，所以限制封入量在7μmol/cc以內(nèi)。還提到為了抑制白濁的成長(zhǎng)，提出石英玻璃的內(nèi)表面(深度在0.2mm的范圍內(nèi))的平均OH濃度，必須在20ppm以下。
另外在該公報(bào)中提到點(diǎn)亮的發(fā)光管110內(nèi)面附著的碳元素，會(huì)吸收紫外線，結(jié)果將促進(jìn)石英玻璃的白濁、失去透明性。因此在將鹵素封入在發(fā)光管110內(nèi)時(shí)，不是用鹵素的含有碳元素的化合物(如CH2Br2等)的形態(tài)，而是用例如溴化氫(HBr)的形態(tài)。還提到石英玻璃中的鋁及堿性金屬(鈉、鈣、鋰)的比率愈高，玻璃的黏度會(huì)愈高，因此白濁失去透明(SiO2的結(jié)晶成長(zhǎng))速度也會(huì)降低。該公報(bào)中指出，由于上述的規(guī)格，能實(shí)現(xiàn)其壽命具有液晶投影器必需的2000小時(shí)左右的高壓放電燈。
已往的高壓放電燈1000，如上述公報(bào)所述，以鹵素來(lái)防止發(fā)光管110的黑化及白濁、失去透明性。
本案發(fā)明人，根據(jù)上述公報(bào)所示的技術(shù)及規(guī)格，對(duì)各種含有鹵素的高壓放電燈進(jìn)行多次的試作，并且將試作的燈具與反射鏡組裝進(jìn)行壽命試驗(yàn)，由此對(duì)液晶投影器等的屏幕照度變化進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查顯示，在經(jīng)過幾十個(gè)小時(shí)到幾百個(gè)小時(shí)左右的點(diǎn)燈時(shí)間后，屏幕照度有了明顯地降低。特別是特開平2-18561號(hào)公報(bào)的實(shí)施形態(tài)中沒提到的50W以上的高輸出燈，照度降低程度相當(dāng)嚴(yán)重。另外，該調(diào)查還顯示這些已往的燈，隨著點(diǎn)燈時(shí)間增長(zhǎng)放電起始電壓也隨之提高，故愈來(lái)愈難以點(diǎn)燈。
本案發(fā)明人，進(jìn)行詳細(xì)觀察這些燈泡后，得到了以下的見解在點(diǎn)燈開始不久的階段，發(fā)光管110的內(nèi)面就附著電極112的鎢變黑(黑化)了，接著該黑化現(xiàn)象快速地發(fā)展，使得發(fā)光管110的透光率明顯地下降，因此造成發(fā)光管110內(nèi)發(fā)出的光量下降。這項(xiàng)觀察的結(jié)果，意味著即使將發(fā)光管110封入鹵素，僅靠上述公報(bào)提示的技術(shù)及規(guī)格，也不能完全防止發(fā)光管110的黑化及白濁、失去透明。因此，如采用上述公報(bào)提示的已往的燈泡1000，在點(diǎn)亮后，其光輸出將會(huì)很快地下降。
對(duì)放大投射個(gè)人電腦的畫面等用的液晶投影器(所謂數(shù)據(jù)投影器dataprojector)而言，采用這類已往的燈泡1000，一般認(rèn)為該燈泡的短壽命，并不會(huì)造成太大的問題。其理由為在這類用途絕大部份是應(yīng)用在公司、學(xué)校等的會(huì)議中，向不特定的多數(shù)人進(jìn)行短時(shí)間的使用，因此實(shí)際上很少需要頻繁地更換電泡，對(duì)使用者不會(huì)造成負(fù)擔(dān)。
但是，如果將已往的燈泡1000應(yīng)用于一般家庭用電視(投影電視)的話，已往的燈泡1000的短壽命，將會(huì)造成相當(dāng)大的問題。也就是說，如以數(shù)據(jù)廣播為代表，目前一般家庭已經(jīng)可以收視幾十個(gè)頻道，對(duì)包括在大畫面電視上的多分割畫面的收視、及除畫面以外的字幕資訊顯示等的需求愈來(lái)愈高。為了滿足這些需求，雖然已經(jīng)展開正式開發(fā)可容易顯示大畫面的數(shù)據(jù)投影器應(yīng)用于一般家庭用的電視(數(shù)據(jù)投影器)，可是在這種用途中，一天的電視開機(jī)時(shí)間達(dá)到幾小時(shí)，必然會(huì)比數(shù)據(jù)投影器用途的點(diǎn)燈時(shí)間長(zhǎng)。還有，燈泡更換動(dòng)作必須得根本不需要，或盡量少。為了答應(yīng)這些要求，該燈泡的使用壽命應(yīng)該至少?gòu)?000小時(shí)到10000小時(shí)以上。但是，如果采用已往的燈泡1000，根本無(wú)法達(dá)成投影型液晶電視等所要求的5000小時(shí)到10000小時(shí)以上的燈泡壽命。
本發(fā)明的第1高壓放電燈，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并且實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極；其中上述鹵素的摩爾數(shù)，大于具有與上述鹵素結(jié)合的性質(zhì)且存在于上述發(fā)光管內(nèi)的各種金屬元素(但是，除鎢及水銀外)的合計(jì)摩爾數(shù)，與點(diǎn)燈時(shí)從上述電極蒸發(fā)出而存在于上述發(fā)光管內(nèi)的上述鎢的摩爾數(shù)之和。
當(dāng)上述各種金屬元素(但是，除鎢及水銀外)設(shè)為Mi、該金屬元素Mi的摩爾數(shù)為mi、及上述金屬元素Mi的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)為ni時(shí)，上述鹵素的上述摩爾數(shù)，大于上述各金屬元素Mi的上述摩爾數(shù)mi與上述化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)ni之乘積之總和(∑(mi×ni))、和上述鎢的上述摩爾數(shù)之和。
本發(fā)明的第2高壓放電燈，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并且實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極；其中在將被封在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素設(shè)為X、上述鹵素X的摩爾數(shù)為N、具有與上述鹵素X結(jié)合的性質(zhì)而存在于該發(fā)光管內(nèi)的各種金屬元素設(shè)為Mi、該金屬元素Mi的摩爾數(shù)為mi、上述金屬元素Mi的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量學(xué)系數(shù)為ni、以及鎢設(shè)為W的情況下，當(dāng)下式(I)的化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)為Ki(式(I))時(shí)，當(dāng)下式(II)的化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)為Kw(式(II))時(shí)，被封在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素X的摩爾數(shù)N，大于以下兩者的總和具有平衡常數(shù)在Kw以上的平衡常數(shù)Ki的各金屬元素Mi的合計(jì)摩爾數(shù)、和在點(diǎn)燈時(shí)從上述電極蒸發(fā)而存在于該發(fā)光管內(nèi)的W摩爾數(shù)。
最好上述鹵素X的上述摩爾數(shù)N，大于以下兩者的總和上述平衡常數(shù)Ki在上述平衡常數(shù)Kw以上的上述各金屬元素Mi的摩爾數(shù)mi與上述化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)ni的乘積之總和(∑(mi×ni))；和上述鎢的上述摩爾數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，上述金屬元素至少是從鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鈣(Ca)、銫(Cs)、銣(Rb)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)中自由選擇出來(lái)的一種。
最好上述發(fā)光管內(nèi)所含的氫(H)的含量(體積百分比)在0.15以下。
最好上述發(fā)光管外側(cè)的拉伸應(yīng)力在100psi以下，上述發(fā)光管內(nèi)側(cè)的壓縮應(yīng)力在100psi以下。
本發(fā)明的第3高壓放電燈，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并且實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極；其中封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素的摩爾數(shù)，大于以下兩者的總和存在于上述發(fā)光管內(nèi)的鈉(Na)、鉀(K)及鋰(Li)的合計(jì)摩爾數(shù)；和在點(diǎn)燈時(shí)從上述電極蒸發(fā)而存在于上述發(fā)光管內(nèi)的上述鎢的摩爾數(shù)。
最好上述鹵素的摩爾數(shù)大于以下兩者的總和存在于上述發(fā)光管內(nèi)的鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、銫(Cs)及銣(Rb)的合計(jì)摩爾數(shù)和上述鎢的摩爾數(shù)。
本發(fā)明的第4高壓放電燈，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并且實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極，其中封入在上述鹵素的摩爾數(shù)大于以下兩者的總和存在于該發(fā)光管內(nèi)且形成一價(jià)鹵化合物的金屬元素的合計(jì)摩爾數(shù)和在點(diǎn)燈時(shí)從上述電極蒸發(fā)出而存在于該發(fā)光管內(nèi)的上述鎢的摩爾數(shù)。
本發(fā)明的第5高壓放電燈，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并且實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極，其中上述電極所含的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的含量都分別在1ppm以下。
最好上述發(fā)光管中的上述石英玻璃所含的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的含量都分別在1ppm以下。
最好封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素的摩爾數(shù)，大于上述電極所含的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的合計(jì)摩爾數(shù)。
最好封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素摩爾數(shù)為，上述電極所含的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的上述合計(jì)摩爾數(shù)的5倍以上。
最好上述電極所含的鉻(Cr)、鐵(Fe)、及鎳(Ni)的含量在3ppm以下。
最好封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素的摩爾數(shù)大于上述電極所含的鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)的合計(jì)摩爾數(shù)。
最好封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素的摩爾數(shù)為，上述電極所含的鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)的上述合計(jì)摩爾數(shù)的5倍以上。
本發(fā)明的第6高壓放電燈，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并且實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極，其中上述發(fā)光管的上述石英玻璃所含的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的含量分別在1ppm以下。
最好上述發(fā)光管內(nèi)的氫(H)的含量(體積百分比)在0.15以下。
最好上述發(fā)光管的外側(cè)的拉伸應(yīng)力在100psi以下，上述發(fā)光管的內(nèi)側(cè)的壓縮應(yīng)力在100psi以下。
最好上述發(fā)光管中的上述石英玻璃的氫氧基(OH)含量在5ppm以下。
最好上述發(fā)光管中的上述石英玻璃的鋁(Al)含量在10ppm以下。
最好封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素量在100μmol/cm3以下。
在一個(gè)實(shí)施方式中，封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素至少是溴(Br)或碘(I)中的一種。
最好上述的發(fā)光管的管壁負(fù)荷在80W/cm2以上。
在一個(gè)實(shí)施方式中，上述發(fā)光管內(nèi)又封入了水銀(Hg)。
最好封入在上述發(fā)光管內(nèi)的上述水銀(Hg)量，在150mg/cm3到300mg/cm3的范圍內(nèi)，而點(diǎn)燈時(shí)的水銀蒸氣壓，在15Mpa到30Mpa的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的燈單元，包括上述放電燈，和反射從上述放電燈發(fā)出的光的反射鏡。
本發(fā)明的高壓放電燈的制造方法，是包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極的的高壓放電燈的制造方法，其中包括；制成高壓放電燈的形狀而得到燈狀成品，然后消除該燈形狀制成品的殘余應(yīng)變的工序。
在一個(gè)實(shí)施方式中，上述消除殘余應(yīng)變的工序，包括在1000℃到1100℃的高溫條件下將上述燈狀成品保持一個(gè)小時(shí)以上。
最好上述在高溫條件下保持的工序，進(jìn)行100個(gè)小時(shí)以上。
本發(fā)明的電燈泡，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素的燈泡；連接了配置在上述燈泡內(nèi)的一對(duì)內(nèi)部導(dǎo)線，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的燈絲，其中上述鹵素的摩爾數(shù)大于以下兩者之和具有與上述鹵素結(jié)合性質(zhì)而存在于該燈泡內(nèi)的金屬元素(但是，鎢及水銀元素除外)的合計(jì)摩爾數(shù)；和上述燈絲在點(diǎn)燈時(shí)蒸發(fā)出而存在于該發(fā)光管內(nèi)的上述鎢之摩爾數(shù)。
依照本發(fā)明，鹵素的摩爾數(shù)大于存在于發(fā)光管內(nèi)的金屬元素(但是，除了鎢及水銀元素以外)的合計(jì)摩爾數(shù)、和燈工作時(shí)從電極蒸發(fā)出而存在于發(fā)光管內(nèi)的鎢的摩爾數(shù)的兩者之和，故能防止發(fā)光管黑化。結(jié)果，能提供一種壽命很長(zhǎng)的高壓放電燈。故能提供一種即使在已往技術(shù)的放電燈壽命早已結(jié)束這樣的輸出力很高的條件下，也能使用的壽命很長(zhǎng)(例如，5000個(gè)小時(shí)到10000個(gè)小時(shí)以上)的高壓放電燈。
圖1模式化地顯示本發(fā)明的實(shí)施方式有關(guān)的高壓放電燈100的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2用以顯示各種金屬元素與鹵素之間的化學(xué)反應(yīng)的自由能變化(△G)與溫度(K)之間的關(guān)系的表。
圖3A到圖3C是顯示燈100的發(fā)光光譜(放射強(qiáng)度)的表。
圖4A到圖4C，是已往的燈1000的發(fā)光光譜(放射強(qiáng)度)的表。
圖5是發(fā)光管10的周圍的放大圖。
圖6是顯示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的燈的壽命特性的表。
圖7是用以說明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的制造方法的流程圖。
圖8是用以說明燈的制造工序的工序剖面圖。
圖9是顯示熱處理時(shí)間(小時(shí))及氫含量(任意刻度)之間的關(guān)系的表。
圖10模式化地顯示燈單元500的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖11模式化地顯示電燈泡200的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖12模式化地顯示電燈泡300的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖13是模式化地顯示已往的高壓放電燈1000的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖14A及圖14B是模式化地顯示點(diǎn)燈時(shí)的發(fā)光管的放大圖。
在說明本發(fā)明的實(shí)施方式之前，首先說明高壓放電燈的發(fā)光管黑化的機(jī)構(gòu)。關(guān)于封入鹵素的高壓放電燈產(chǎn)生黑化的機(jī)構(gòu)，目前為止還沒能完全解釋清楚，而經(jīng)過種種試驗(yàn)、根據(jù)化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)的解析，本申請(qǐng)發(fā)明人推論出了如下的黑化之機(jī)構(gòu)。
圖14模式化地顯示點(diǎn)燈時(shí)的發(fā)光管的放大圖。如圖14A所示，在燈工作時(shí)，從處在接近融點(diǎn)的高溫狀態(tài)的電極112的前端部分(該前端接觸著數(shù)千度以上的高溫電弧)，有鎢(W)蒸發(fā)。蒸發(fā)了的鎢，沿著圖中的箭頭方向，通過高溫放電電弧的周圍，向一般處在數(shù)百℃到千數(shù)百℃溫度狀態(tài)的發(fā)光管110的內(nèi)壁移動(dòng)。在此移動(dòng)的過程中，如果蒸發(fā)的鎢(W)與鹵素(X)結(jié)合而成為鹵化鎢(WX)，便不會(huì)附著在點(diǎn)燈時(shí)溫度達(dá)到幾百℃以上的高溫的發(fā)光管110的內(nèi)壁上這是因?yàn)樵擕u化鎢，在點(diǎn)燈溫度下非常容易蒸發(fā)，即使鹵化鎢附著在發(fā)光管110內(nèi)側(cè)，也很容易地能發(fā)光管110內(nèi)側(cè)蒸離。
但是，如圖14B所示，如果除了蒸發(fā)的鎢(W)以外，在發(fā)光管內(nèi)110還存在其他金屬元素(M)，鹵素(X)就會(huì)在與鎢(W)結(jié)合之前，先與該金屬元素(M)結(jié)合，形成該金屬元素的鹵化物(MX)。這是因?yàn)槌怂y之外的幾乎所有的金屬元素與鹵素的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)，在發(fā)光管110內(nèi)的溫度范圍(特別是從電弧周圍的二千～三千℃，直到發(fā)光管110內(nèi)的數(shù)百℃之溫度范圍)內(nèi)，比鎢與鹵素間的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)大。這意味著，在鎢(W)、金屬元素(M)及鹵素(X)混合在一起的情況下，金屬元素(M)及鹵素(X)先會(huì)起反應(yīng)。因此，封入發(fā)光管110的鹵素當(dāng)中，對(duì)金屬元素與鹵素反應(yīng)不需要而剩下來(lái)的鹵素，才會(huì)與鎢進(jìn)行反應(yīng)。因此，當(dāng)發(fā)光管110內(nèi)存在的金屬元素?cái)?shù)量大于鹵素的數(shù)量時(shí)，就沒有能與蒸發(fā)的鎢進(jìn)行反應(yīng)的游離鹵素，因此鎢會(huì)直接以蒸發(fā)的形態(tài)，直接移動(dòng)到發(fā)光管110的內(nèi)壁而附著，結(jié)果便導(dǎo)致了該部位的黑化。
由以上可得知，在由于某種原因致使金屬元素(M)混入發(fā)光管110內(nèi)時(shí)，即使封入上述公報(bào)所述的鹵素量，也不能完全防止發(fā)光管110的黑化。因此，為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明使發(fā)光管內(nèi)封入的鹵素(X)的摩爾數(shù)，大于金屬元素(M)的合計(jì)摩爾數(shù)、和點(diǎn)燈時(shí)蒸發(fā)的鎢(W)的兩者摩爾數(shù)之和。由此一來(lái)，從電極蒸發(fā)的鎢(W)，能夠完全與鹵素(X)結(jié)合，形成鹵化鎢(WX)，結(jié)果便可防止鎢(W)附著于發(fā)光管內(nèi)壁。有鑒于此，本發(fā)明能夠防止高壓放電燈的發(fā)光管黑化，因此可提供其壽命比已往技術(shù)的更長(zhǎng)的高壓放電燈。
以下根據(jù)圖示，具體對(duì)本發(fā)明的形態(tài)進(jìn)行說明。另外，以下的實(shí)施形態(tài)都屬于范例，并非是本發(fā)明在實(shí)施上的限制。(第1實(shí)施方式)以下將參照?qǐng)D1到圖7，說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式。
首先，圖1模式化地顯示本實(shí)施方式所涉及的高壓放電燈100的結(jié)構(gòu)。放電燈100，包括發(fā)光管10，其實(shí)質(zhì)上由石英玻璃制造；及電極12，被配置在發(fā)光管10內(nèi)，實(shí)質(zhì)上由鎢制造。在發(fā)光管10內(nèi)，至少封入了稀有氣體及鹵素，而封入發(fā)光管10內(nèi)的鹵素摩爾數(shù)，大于包括具有與前述鹵素結(jié)合的性質(zhì)而存在于該發(fā)光管10內(nèi)的金屬元素(但是，鎢及水銀元素除外)的合計(jì)摩爾數(shù)、在點(diǎn)燈時(shí)從上述電極12蒸發(fā)出而存在于該發(fā)光管10內(nèi)的鎢兩者摩爾數(shù)之和。
在本實(shí)施方式中，在燈100的發(fā)光管10的兩端，連接有一對(duì)密封部20，用以保持發(fā)光管10內(nèi)部(放電空間)的氣密。發(fā)光管10內(nèi)的一對(duì)電極(W電極)12，以一定的間隔相對(duì)配置舉例來(lái)說，發(fā)光管12的前端間隔距離(電極間距離)配置成1.5mm左右。另外，還可以使電極12前端成為線圈狀結(jié)構(gòu)，以便下降燈工作時(shí)的電極前端的溫度。
發(fā)光管10的內(nèi)容積(放電空間的容量)，約為0.2cc(約0.2cm3)，發(fā)光管10的內(nèi)部則封入了包括約30mg的水銀18(單位發(fā)光管內(nèi)容積的水銀量約150mg/cc)、在室溫下約20KPa的氬氣(未示)及約60Pa的CH2Br2(未示)。另外，發(fā)光管10的外徑約為13mm，發(fā)光管10的玻璃厚度約為3mm。
配置在發(fā)光管10內(nèi)的電極12的一端，與密封部20內(nèi)的金屬箔(例如鉬箔)24焊接在一起，由此使電極12及金屬箔24相互電氣連接。金屬箔24的一端，則與由鉬制的外部引線(Mo棒)30做電氣連接。
本實(shí)施方式的高壓放電燈100，封入的鹵素摩爾數(shù)大于包括除了鎢及水銀以外的金屬元素的合計(jì)摩爾數(shù)、及點(diǎn)燈時(shí)從電極12蒸發(fā)的鎢的兩者摩爾數(shù)之和。以下說明為何上述結(jié)構(gòu)的防止發(fā)光管10黑化的效果，能夠優(yōu)于已往技術(shù)。
水銀(Hg)以外的幾乎所有金屬元素，其與鹵素之間的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)，都大于鎢與鹵素的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)，因此比鎢與鹵素的化學(xué)反應(yīng)，金屬元素(Hg除外)與鹵素之間的化學(xué)反應(yīng)更容易發(fā)生。圖2是以溫度函數(shù)來(lái)顯示各種金屬元素與鹵素之間的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)K的表。在圖2中，顯示以包括鎢(W)、鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鎳(Ni)及水銀(Hg)為對(duì)象，這些元素與鹵素的溴(Br)進(jìn)行反應(yīng)時(shí)的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)K，與溫度之間的關(guān)系。
補(bǔ)充一下，在圖2中，為了便于理解平衡常數(shù)K，在制圖時(shí)將與平衡常數(shù)K呈對(duì)數(shù)關(guān)系的吉布斯(Gibbs)自由能變化(△G＝-RTln(K))為縱軸，溫度T(絕對(duì)溫度)為橫軸。其中，△G＝-RTln(K)公式中的R，代表氣體常數(shù)。另外，溫度T的范圍，與發(fā)光管10內(nèi)的溫度相對(duì)應(yīng)。圖2所示的平衡常數(shù)，根據(jù)美國(guó)的National Technical Information Service出版的《Thermodynamic Properties of Elements and Oxides》及《Thermodynamic Properties of Halides》所記載的熱力學(xué)資料，計(jì)算出來(lái)的結(jié)果。
從圖2可知，除水銀(Hg)之外，鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鎳(Ni)，分別與鹵素的溴(Br)進(jìn)行反應(yīng)時(shí)的自由能變化(△G)，在從發(fā)光管10內(nèi)的電弧周邊部位的2000～3000℃，到發(fā)光管內(nèi)面附近的數(shù)百℃的范圍內(nèi)，比鎢與溴反應(yīng)時(shí)的反應(yīng)化學(xué)自由能變化(△G)小。自由能變化(△G)值愈小(負(fù)值的數(shù)字愈大，即愈在縱軸下方)，代表該反應(yīng)愈容易發(fā)生，因此可以看到比鎢與溴的反應(yīng)，水銀以外的金屬元素，更容易與溴發(fā)生反應(yīng)。另一方面，對(duì)于水銀與溴的反應(yīng)，其自由能變化(△G＝-RTln(K))比較大，故水銀與溴之間的反應(yīng)不容易發(fā)生。并且，這樣的傾向，同樣可由自由能變化(△G＝-RTln(K))求出平衡常數(shù)時(shí)，水銀以外的金屬元素(例如鋰(Li))與溴的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)，比鎢與溴反應(yīng)時(shí)的化學(xué)段應(yīng)平衡常數(shù)大而得知。
由以上可知，在燈工作時(shí)，如果除了電極的前端(其前端接觸到數(shù)千度以上的高溫電弧)因?yàn)樘幵诮咏邳c(diǎn)的高溫狀態(tài)下而蒸發(fā)出來(lái)的鎢以外，還有其他金屬元素(但，除水銀以外)，經(jīng)過2000℃～3000℃的放電電弧的周圍，鹵素向發(fā)光管(一般該部分處于數(shù)百℃到千數(shù)百℃的溫度下)的內(nèi)壁移動(dòng)時(shí)，它在與鎢結(jié)合之前，先會(huì)與該金屬元素結(jié)合。
但是，使水銀以外而存在于發(fā)光管內(nèi)的金屬元素量(當(dāng)然，也不包括配置在發(fā)光管10內(nèi)的固體電極的鎢)比封入的鹵素量還少，由此能夠不斷地確保與從電極12蒸發(fā)出來(lái)的鎢進(jìn)行反應(yīng)。
根據(jù)化學(xué)平衡理論的一般說法，假設(shè)封入發(fā)光管10內(nèi)的鹵素為X，該鹵素X的摩爾數(shù)為N，而具有與鹵素X結(jié)合的性質(zhì)且存在于發(fā)光管內(nèi)的各種金屬元素為Mi(例如Li、Na、K等)，該金屬元素Mi的摩爾數(shù)為mi、化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)為ni(如為L(zhǎng)i、Na、K時(shí)為“1”)，并且鎢為W的情況下，當(dāng)下式(I)化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)為Ki時(shí)，式(I)當(dāng)下式(II)的化學(xué)反應(yīng)之平衡常數(shù)為Kw時(shí)，式(II)當(dāng)包括具有平衡常數(shù)Ki在平衡常數(shù)Kw以上的各金屬元素Mi(此外，不包含平衡常數(shù)Kw＝平衡常數(shù)Ki的鎢元素)的合計(jì)摩爾數(shù)、及在點(diǎn)燈時(shí)從電極12蒸發(fā)而存在于該發(fā)光管10內(nèi)的鎢的兩者摩爾數(shù)的和，低于從發(fā)光管10內(nèi)封入了的鹵素X的摩爾數(shù)N時(shí)，將可不斷地確保與從電極12蒸發(fā)的鎢W反應(yīng)的鹵素。另外，即使所具有的平衡常數(shù)Ki低于上式(I)及(II)中的平衡常數(shù)Kw的金屬元素Mi(例如水銀)存在于發(fā)光管10內(nèi)，也明顯不會(huì)對(duì)鎢與鹵素之間的反應(yīng)造成實(shí)際上的阻礙(參照?qǐng)D2)，因此對(duì)于平衡常數(shù)Ki低于平衡常數(shù)Kw的金屬元素Mi，實(shí)際上可以忽視其存在。
補(bǔ)充一下，在鹵素與金屬元素結(jié)合而產(chǎn)生金屬鹵化物時(shí)，例如如在下式(III)所示的Fe與Br結(jié)合時(shí)那樣，有時(shí)會(huì)有1個(gè)Fe元素與2個(gè)Br元素，形成2價(jià)的鹵化物的情況(相當(dāng)于式(I)中的ni為2時(shí))。
(“2”為化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù))式(III)在此情況下，例如有1摩爾的Fe存在于發(fā)光管內(nèi)時(shí)，為了確保電極蒸發(fā)出來(lái)的鎢能與鹵素結(jié)合，封入的鹵素量，最好為Fe的摩爾數(shù)乘上其鹵化物的價(jià)數(shù)的數(shù)量(化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù))、即2價(jià)以上。根據(jù)化學(xué)平衡的一般說法，最好對(duì)于具有平衡常數(shù)Ki大于平衡常數(shù)Kw的各金屬元素Mi，其摩爾數(shù)mi與化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)ni的乘積之總和(該總和表示∑(mi×ni))，與鎢的摩爾數(shù)的總和，低于封入的鹵素X摩爾數(shù)N。即，在封入鹵素時(shí)，最好滿足N＞(∑(mi×ni)+蒸發(fā)鎢的摩爾數(shù))的關(guān)系。
但是，通過試驗(yàn)，本申請(qǐng)發(fā)明人確認(rèn)了與產(chǎn)生1價(jià)鹵化物的堿金屬(Li、Na、K等)相比，由于產(chǎn)生2價(jià)及3價(jià)的鹵化物之金屬(如Fe等)，有必要同時(shí)與多個(gè)鹵素結(jié)合，因此即使其產(chǎn)生鹵化物的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)Ki，大于鎢與鹵素之間化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kw，產(chǎn)生2價(jià)或3價(jià)鹵化物的反應(yīng)比產(chǎn)生1價(jià)鹵化物的反應(yīng)難以發(fā)生。因此，鹵素的封入量，也可以僅需大于各金屬的總摩爾數(shù)(∑(mi))與蒸發(fā)鎢的摩爾數(shù)之和。
另外，產(chǎn)生1價(jià)鹵化物的金屬元素(例如Li、Na、K等的堿性金屬)，在與鹵素反應(yīng)時(shí)，僅會(huì)與1個(gè)鹵素進(jìn)行反應(yīng)，形成穩(wěn)定的1價(jià)鹵化物。為此，能夠產(chǎn)生1價(jià)鹵化物的金屬元素，與其他金屬相比，非常容易與鹵素反應(yīng)，它是最能阻礙鎢，且與鹵素反應(yīng)的金屬。因此，如果能將比包括能產(chǎn)生1價(jià)鹵化物的金屬元素的合計(jì)摩爾數(shù)與蒸發(fā)了的鎢的摩爾數(shù)的兩者摩爾數(shù)之和，更多摩爾的鹵素封入發(fā)光管10內(nèi)，實(shí)際上在點(diǎn)燈時(shí)便能夠確保由電極12蒸發(fā)出來(lái)的鎢，會(huì)與鹵素結(jié)合，由此可以防止鎢附著在發(fā)光管10內(nèi)壁上。
具體而言，發(fā)光管10內(nèi)封入的鹵素摩爾數(shù)，能夠多于以下金屬元素的合計(jì)摩爾數(shù)和蒸發(fā)鎢的摩爾數(shù)的兩者之和就可以了即除了鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、銫(Cs)、銣(Rb)等的堿金屬外，最好再加上銦(In)、鉈(Tl)、鎵(Ga)、銀(Ag)會(huì)產(chǎn)生一價(jià)鹵化物的金屬元素。
補(bǔ)充一下，在工作時(shí)的鎢電極的最高溫度(前端部)，通常約在3000℃～約3400℃之間，相對(duì)于該溫度的鎢飽和蒸氣壓，大約在10-3Pa～1Pa左右，因此可以推論由電極12蒸發(fā)出來(lái)的鎢，在發(fā)光管10內(nèi)漂移的預(yù)估摩爾數(shù)，極為少量。因此，相對(duì)于鹵素及金屬元素的量，蒸發(fā)而存在于發(fā)光管10內(nèi)的鎢量(蒸發(fā)鎢的摩爾數(shù))，多半可以加以忽視。
再參照?qǐng)D1。本實(shí)施方式的放電燈100中，已盡力減少存在于發(fā)光管10內(nèi)的金屬元素量，以便使封入發(fā)光管10內(nèi)的鹵素摩爾數(shù)，能夠大于包括存在于發(fā)光管10內(nèi)的金屬元素(但是，除了鎢元素及水銀元素外)的合計(jì)摩爾數(shù)及蒸發(fā)鎢的摩爾數(shù)的兩者之和。具體而言，與已往的高壓放電燈1000的結(jié)構(gòu)相比，本實(shí)施方式的放電燈100中，其中構(gòu)成發(fā)光管10的石英玻璃所含的雜質(zhì)量，及電極12所含的雜質(zhì)量都抑制到極少。
下表1中，對(duì)本實(shí)施方式的高壓放電燈100的石英玻璃所含的雜質(zhì)量(ppm)、及已往的高壓放電燈1000的石英玻璃所含的雜質(zhì)量(ppm)，進(jìn)行比較。下表2中，則比較兩者鎢電極本所含的雜質(zhì)量(ppm)。另外，表中的雜質(zhì)量(ppm)，所示的是重量百萬(wàn)分率(重量ppm)。
表1 單位ppm

表2 單位ppm

從上述表1及表2得知，在本實(shí)施方式的高壓放電燈100的石英玻璃及鎢電極中，所含有的雜質(zhì)量都比已往的高壓放電燈1000少。另外，在表3～表6中顯示其他金屬含量(含有率)的分析結(jié)果，用以顯示在本實(shí)施方式的高壓放電燈100及已往的高壓放電燈1000的石英玻璃及鎢電極中分別含有的雜質(zhì)量(ppm)。
(以下余白)
表3燈100石英玻璃的金屬含有量的分析結(jié)果 單位ppm

表4燈100鎢電極的金屬含有量的分析結(jié)果 單位ppm

表5燈1000石英玻璃的金屬含有量的分析結(jié)果 單位ppm

表6燈100鎢電極的金屬含有量的分析結(jié)果 單位ppm

從上述表3～表6得知，本實(shí)施方式的高壓放電燈100的結(jié)構(gòu)為它的石英玻璃及鎢電極中的雜質(zhì)量都比已往的高壓放電燈1000的少。
令人驚訝的是，盡可抑制發(fā)光管內(nèi)的雜質(zhì)(例如堿金屬)含量的本實(shí)施方式的燈100，它即使在額定電力150W(相當(dāng)于管壁負(fù)荷約85W/cm2)的高電力下點(diǎn)燈，在5000小時(shí)乃至于8000小時(shí)的極長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，管壁并未發(fā)生黑化。如果將燈100的石英玻璃及鎢電極所含的雜質(zhì)量，調(diào)整成已往的燈1000的雜質(zhì)量后，在額定電力150W進(jìn)行點(diǎn)燈，結(jié)果僅僅1個(gè)小時(shí)，管壁便產(chǎn)生黑化。本實(shí)施方式的燈100，由于在極長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生管壁黑化，因此即使超過約8000小時(shí)后，仍不會(huì)未顯示任何實(shí)質(zhì)上的變化，并且具有已往技術(shù)還沒能達(dá)成的極長(zhǎng)使用壽命。
本實(shí)施形態(tài)的燈100，結(jié)構(gòu)上包括了其雜質(zhì)量比已往的燈1000較低的石英玻璃及鎢電極，由此使封入發(fā)光管10內(nèi)的溴(Br)摩爾數(shù)，大于包括存在于發(fā)光管10內(nèi)的雜質(zhì)(例如堿金屬)的合計(jì)摩爾數(shù)、與從電極12蒸發(fā)了的鎢的摩爾數(shù)兩者之和。結(jié)果，使電極12蒸發(fā)出來(lái)的鎢再度回到電極12的進(jìn)行鹵素輸送循環(huán)的溴元素Br，在燈工作時(shí)與石英玻璃及鎢電極釋出的雜質(zhì)結(jié)合的機(jī)會(huì)變少，因此過很長(zhǎng)時(shí)間管壁也不會(huì)黑化。
另一方面，在以往的燈1000中的發(fā)光管內(nèi)，除了鎢以外，還含有過量的能與溴Br結(jié)合的金屬元素，這些金屬將會(huì)奪走鎢與溴結(jié)合的機(jī)會(huì)。因此，蒸發(fā)了的鎢不能全部經(jīng)由鹵素輸送循環(huán)而回到電極，因此會(huì)有附著在管壁上的鹵素。結(jié)果，過較短時(shí)間，便會(huì)產(chǎn)生管壁黑化的現(xiàn)象。
作為會(huì)與溴結(jié)合的雜質(zhì)，特別是包括鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鈣(Ca)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)。其理由在于，在產(chǎn)生黑化的燈(已往的燈1000)中，經(jīng)?？梢杂^察到由鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)產(chǎn)生的相對(duì)較強(qiáng)的發(fā)光(參照后述的圖4)，并且在變黑的發(fā)光管附著物中，檢測(cè)出了鈣(Ca)、鉻(Cr)、鐵(Fe)或鎳(Ni)。在圖3A到圖3C中，顯示本實(shí)施方式的燈100的發(fā)光光譜(放射強(qiáng)度)，在圖4A到4C中，顯示已往的燈1000的發(fā)光光譜(放射強(qiáng)度)。從圖3及圖4得知，在燈100中，沒有實(shí)際觀察到鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的發(fā)光，可是在已往的燈1000中，則可觀察到鈉(Na)、鋰(Li)、及鉀(K)產(chǎn)生的相對(duì)較強(qiáng)的發(fā)光。
因此，也可以說，本實(shí)施形態(tài)的燈100由其含有的鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鈣(Ca)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)的含量在一定水準(zhǔn)以下的石英玻璃及鎢電極構(gòu)成。
具體而言，在構(gòu)成發(fā)光管10(及密封部20)的石英玻璃中，其所含的鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鈣(Ca)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)的合計(jì)量，在已往的燈1000的石英玻璃所含有的水平以下(參照表1及表5)，舉例來(lái)說約在2ppm以下。更具體來(lái)說，由于典型的石英玻璃的鉻(Ca)、鐵(Fe)及鎳(Ni)含量(含有率)相當(dāng)小，因此本實(shí)施形態(tài)的燈100中，只要其構(gòu)成發(fā)光管10的石英玻璃所含的鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、及鈣(Ca)的合計(jì)量約在2ppm以下即可。
另外，由鎢制造的電極12所含的鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鈣(Ca)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)的合計(jì)量，在已往的燈1000的水平(參照表2及表6)以下，即約在15ppm以下。
補(bǔ)充一下，在本實(shí)施方式的燈100中，構(gòu)成發(fā)光管10(及密封部20)的石英玻璃中，其所含的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的合計(jì)量，最好在約2ppm(該值相當(dāng)于已往的燈1000的石英玻璃中的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的合計(jì)量)以下，約在1ppm以下更好。其理由在于鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)具有在可見光波長(zhǎng)域內(nèi)有發(fā)光光譜(參照?qǐng)D4)，因此這些雜質(zhì)(堿金屬)，不僅與鹵素結(jié)合，破壞鎢的鹵素輸送循環(huán)的完整性，而且還會(huì)對(duì)放電燈的發(fā)光色帶來(lái)不良的影響。
更詳細(xì)地說，例如，鈉(Na)具有在波長(zhǎng)589nm附近的發(fā)光特性，會(huì)使放電燈的發(fā)色呈黃色。并且，很遺憾的是，如圖4A～圖4C所示那樣，即使僅有幾ppm的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)在石英玻璃中存在，其激勵(lì)能級(jí)僅為2～3eV，很低，所以會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的發(fā)光。如果將鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的量抑制在1ppm以下，便能夠使其發(fā)光強(qiáng)度較低，也能夠使它們幾乎不會(huì)對(duì)燈色造成影響(參照?qǐng)D3)。
由于與石英玻璃相同的理由，在本實(shí)施形態(tài)的燈100中，形成電極12的鎢所含的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的合計(jì)量，最好約在5ppm以下，在1ppm以下更好。
另外，在本實(shí)施形態(tài)的燈100中，形成電極12的鎢所含的鉻(Cr)、鐵(Fe)、及鎳(Ni)的合計(jì)量，最好約在10ppm以下，在3ppm以下更好。其理由在于鉻(Cr)、鐵(Fe)、及鎳(Ni)的鹵化物非常難以蒸發(fā)，假如在燈工作中，與發(fā)光管10內(nèi)釋出的溴(鹵素)結(jié)合，它立刻會(huì)附著在管壁，并且不會(huì)再蒸發(fā)。也就是說，鉻(Cr)、鐵(Fe)、及鎳(Ni)的釋出，立刻會(huì)產(chǎn)生管壁黑化，在極短的時(shí)間內(nèi)耗盡放電燈的使用壽命?；谶@個(gè)觀點(diǎn)，鉻(Cr)、鐵(Fe)、及鎳(Ni)的容許上限值，愈小愈好。但是，基于實(shí)用的觀點(diǎn)，經(jīng)過本申請(qǐng)發(fā)明人的試驗(yàn)確認(rèn)，上述上限值約在3ppm就可以了。
基于實(shí)用的觀點(diǎn)，以下說明認(rèn)定3ppm左右的上限值便足夠的理由。電力達(dá)到數(shù)百瓦為止的高壓放電燈的電極12，其重量約在數(shù)十毫克到百數(shù)十毫克的程度，因此當(dāng)鉻(Cr)、鐵(Fe)、及鎳(Ni)的合計(jì)量約3ppm時(shí)，其總摩爾數(shù)大約10-4到10-3μmol的程度。其值比封入鹵素溴(Br)的總摩爾數(shù)(約3×10-2μmol)少了幾十倍以上，因此以實(shí)用的觀點(diǎn)來(lái)說3ppm左右的上限值就足夠了。
換句話說，在本實(shí)施方式的燈100中，封入在發(fā)光管10內(nèi)的溴(Br)的量，最好在電極12所含的鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鈣(Ca)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)的總摩爾數(shù)的10倍以上。當(dāng)封入該總摩爾數(shù)10倍以上的溴時(shí)，即使這些由電極12釋出的雜質(zhì)與溴(Br)結(jié)合，在發(fā)光管10中，仍存在有充分的足以使鎢回到電極12的溴(Br)。
石英玻璃也包括鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、及鈣(Ca)等雜質(zhì)，從放電燈工作時(shí)的溫度來(lái)看，鎢電極12遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石英玻璃，因此在石英玻璃及鎢電極12分別釋出雜質(zhì)時(shí)，其釋出雜質(zhì)以鎢電極12為主進(jìn)行。因此，封入發(fā)光管10內(nèi)的溴(Br)量，只要如上述那樣考慮電極12所含的鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鈣(Ca)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)的總摩爾數(shù)而進(jìn)行封入在發(fā)光管10內(nèi)，就足以滿足要求。
還有，在本實(shí)施方式的燈100中，封入發(fā)光管10內(nèi)的溴(Br)量，不僅大于電極12與石英玻璃所含的鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鈣(Ca)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)的合計(jì)摩爾數(shù)，而且最好大于以鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鈣(Ca)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)為代表的金屬元素(即，能夠與鹵素結(jié)合，并且妨礙鎢與溴結(jié)合的金屬元素)、并且存在于發(fā)光管10內(nèi)的金屬元素的水銀以外的合計(jì)摩爾數(shù)。
還有，最好溴(Br)的摩爾數(shù)，比該合計(jì)摩爾數(shù)與工作中從鎢電極12蒸發(fā)出來(lái)、并且在發(fā)光管1內(nèi)漂移的鎢的摩爾數(shù)(燈工作中的電極12，典型的最高溫度約在3000℃～約3400℃之間，相對(duì)于該溫度的鎢飽和蒸氣壓，大約在10-3Pa～10-1Pa左右。因此，存在于發(fā)光管10內(nèi)的鎢摩爾數(shù)為10-9微摩爾(micro mole)～10-6微摩爾，與典型電極12及石英玻璃所含的不純物相比，非常的少。)的總和大，大于10倍或100倍以上更好。
由于在發(fā)光管10內(nèi)封入這樣數(shù)量的溴，可確保從電極12蒸發(fā)了的鎢不斷地能與鹵素反應(yīng)，因此從電極12蒸發(fā)了的鎢，總是容易地與溴結(jié)合。在封入10倍至100倍以上的溴量的場(chǎng)合，即使燈工作中會(huì)有電極及玻璃的吸附所導(dǎo)致的溴量的減少，對(duì)可實(shí)際和鎢結(jié)合的溴量來(lái)說，其減少量可以忽視。這意味著，可確保鹵素輸送循環(huán)的完整性，且能夠在非常長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，實(shí)際地預(yù)防發(fā)光管10的黑化。
但是，當(dāng)溴(Br)元素有過多的場(chǎng)合，放電燈的放電開始電壓就會(huì)上升，很難點(diǎn)燈。其理由如下溴等的鹵素，由于其陰電性相當(dāng)大，容易捕捉電氣，因此當(dāng)存在大量的溴時(shí)，會(huì)破壞電極的絕緣間隙(間隙的氣體)，而引起放電。為此，在點(diǎn)燈時(shí)，由于不容易發(fā)生電極間的“電子雪崩”，而難以點(diǎn)亮。本實(shí)施形態(tài)中，溴的封入量設(shè)定在100μmol/cc以下。補(bǔ)充以下，如果需要以超過此量的Br進(jìn)行點(diǎn)燈的話，施加20kV以上的高壓脈沖即可。在將超過20kV以上的電壓應(yīng)用于電視等的民間電子機(jī)器等時(shí)，由于安全的理由，最好加長(zhǎng)絕緣距離，或在該高壓發(fā)生部施以絕緣蓋及絕緣薄膜等的處理。
另外，在本實(shí)施形態(tài)的燈100的結(jié)構(gòu)中，石英玻璃含有的鋁(Al)量，例如設(shè)定在10ppm以下、最好設(shè)定在約5ppm以下時(shí)，能夠得到其他效果，即抑制發(fā)光管10的失去透明。如果鋁(Al)含量設(shè)定在此范圍內(nèi)，能夠使燈工作時(shí)釋放的高溫所產(chǎn)生的氧化鋁(Al2O3)減少到非常少，結(jié)果可保持透明的發(fā)光管10。生成氧化鋁會(huì)降低玻璃強(qiáng)度，所以將石英玻璃含有的鋁(Al)量例如降低到10ppm以下、最好在約5ppm以下時(shí)，還能夠得到其他效果，即大幅降低放電燈在使用壽命中的破裂率。由于相同的理由，石英玻璃所含的OH基(水酸基)的量，最好設(shè)定在5ppm以下。
另外，本申請(qǐng)發(fā)明人在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了，高壓放電燈的發(fā)光管10內(nèi)的氫(H)含量愈低，發(fā)光管10愈不易黑化。如下表7所示，發(fā)光管內(nèi)的氫含量(體積％)與黑化之間的關(guān)系。黑化的判定為在點(diǎn)燈1小時(shí)后，對(duì)放電燈進(jìn)行目視檢查。表中的「○」代表沒有黑化，而「×」代表有黑化。
表7

從表7得知，當(dāng)發(fā)光管內(nèi)的氫含量(體積百分比)在某一值以上時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生黑化。因此，從防止黑化的觀點(diǎn)來(lái)說，發(fā)光管內(nèi)所含的氫量，最好體積百分比在0.15以下。在表7中，由雜質(zhì)含量很低的石英玻璃及鎢電極12的燈100為對(duì)象的結(jié)果，但是在由已往的雜質(zhì)水平的石英玻璃及鎢電極12的燈為對(duì)象時(shí)，也顯示同樣傾向的結(jié)果。雖然并沒有找出氫含量低的燈不易產(chǎn)生黑化的正確原因，可是有包含以HBr(溴化氫)為代表的H與Br的穩(wěn)定化合物存在，如因此推測(cè)與Na及Li等的金屬元素相同，H2(氣體元素)也具有易與Br結(jié)合的性質(zhì)，屬于會(huì)阻礙W與Br反應(yīng)的物質(zhì)之一。
還有，本申請(qǐng)發(fā)明人又發(fā)現(xiàn)了，如果將高壓放電燈的發(fā)光管10的殘余應(yīng)變抑制到所定值以下的話，便可延長(zhǎng)燈的壽命。圖5所示的是，燈100的發(fā)光管10的周圍結(jié)構(gòu)的放大圖。另外，在圖5中，顯示了在電極12的前端部分纏上線圈14的結(jié)構(gòu)。
對(duì)于圖5所示的殘余應(yīng)變較少的發(fā)光管10，發(fā)光管10的外面10a的拉伸應(yīng)力僅在100psi以下，發(fā)光管10的內(nèi)面10b的壓縮應(yīng)力則僅約100psi以下。另一方面，殘余應(yīng)變較多的已往的燈1000中，發(fā)光管10的外面10a的拉伸應(yīng)力在700～2300psi(2300psi＝156.5atm)，發(fā)光管10的內(nèi)面10b的壓縮應(yīng)力則在700～2300psi。另外，在外面10a會(huì)有拉伸應(yīng)力，而在內(nèi)面10b會(huì)有壓縮應(yīng)力，來(lái)源于發(fā)光管10的成型方法。即，發(fā)光管10的成型方法，典型的方式為在玻璃管處在加熱軟化的狀態(tài)下，一面對(duì)管內(nèi)進(jìn)行加壓，一面將玻璃管壓在模具上，由此使玻璃管膨脹成型，因此接觸到模具的玻璃管外側(cè)(外面)的溫度先會(huì)下降，結(jié)果在外面10a上產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，而在內(nèi)面10b產(chǎn)生了壓縮應(yīng)力。
在本實(shí)施方式的殘余應(yīng)變較少的發(fā)光管10中，其燈的特性(燈壽命)如下表8所示，已往的殘余應(yīng)變較多的發(fā)光管，其燈特性(燈壽命)如表9所示。該燈特性的試驗(yàn)結(jié)果為以15分鐘的點(diǎn)燈及15分鐘的熄燈為一循環(huán)，反覆進(jìn)行點(diǎn)燈及熄燈，由此調(diào)查出在多少循環(huán)后才會(huì)因?yàn)槠屏训仍蚨荒茳c(diǎn)燈的結(jié)果。
(以下余白)
表8

表9

如表8所示，本實(shí)施方式的殘余應(yīng)變較少的發(fā)光管的燈，1號(hào)燈～10號(hào)燈都直到1500循環(huán)，仍能正常點(diǎn)燈，由此可知該燈具有優(yōu)良的特性。另一方面，如表9所示，在已往的殘余應(yīng)變形較多的發(fā)光管的燈中，有許多燈僅在幾個(gè)循環(huán)便破裂，最多也在15循環(huán)燈便破裂，而不能點(diǎn)燈。也就是說，沒有任何一個(gè)已往的燈能夠維持1500循環(huán)的正常點(diǎn)燈，相較之下，可以看出本實(shí)施方式的殘余應(yīng)變較少的發(fā)光管的燈特性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于已往的燈。
圖6顯示本實(shí)施方式的燈的壽命特性，圖6中的線A～線C，代表將本實(shí)施方式的燈裝入反射鏡內(nèi)的結(jié)構(gòu)下的屏幕明亮度的維持率(％)。圖6中的線A所代表的燈，包括高純度石英玻璃(很少有雜質(zhì)的石英玻璃)及高純度鎢電極(很少有雜質(zhì)的鎢電極)，線B所代表的燈，包括已往的石英玻璃(不純物為已往水平的石英玻璃)及高純度鎢電極(很少有雜質(zhì)的鎢電極)，而線C所代表的燈，包括高純度石英玻璃(很少有雜質(zhì)的石英玻璃)及已往的鎢電極(雜質(zhì)為已往水平的鎢電極)。至于線D所代表的燈，包括已往的石英玻璃(雜質(zhì)為已往水平的石英玻璃)及已往的鎢電極(雜質(zhì)為已往水平的鎢電極)。不論是線A到線D所采用的燈，其發(fā)光管內(nèi)的氫含量很少，且其殘余應(yīng)變很低。
如圖6所示，本實(shí)施方式的燈(線A到線C)，即使長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)燈也都能維持相當(dāng)高的明亮度維持率(％)，由此可知本實(shí)施方式的燈的壽命特性相當(dāng)優(yōu)良。本實(shí)施方式的燈(線A到線C)，即使在點(diǎn)燈時(shí)間超過4000小時(shí)，仍能確保80％以上的明亮度維持率，而線A的燈，即使在5000小時(shí)，實(shí)際上仍確保相當(dāng)于開始點(diǎn)燈時(shí)的明亮度。另一方面，對(duì)照例的燈(線D)，在點(diǎn)燈開始不久的階段，其明亮度維持率便開始下滑，并且到了2000小時(shí)，便下降至50％左右的明亮度維持率。與對(duì)照例相比，可以很清楚地看出，本實(shí)施方式的燈(線A至線C)的壽命特性非常優(yōu)良。(第2實(shí)施方式)以下參照?qǐng)D7到圖9說明本發(fā)明的實(shí)施方式2。在本實(shí)施方式中，以與已往技術(shù)比較的方式，對(duì)降低發(fā)光管的殘余應(yīng)變的高壓放電燈的制造方法進(jìn)行說明。
本實(shí)施方式中的高壓放電燈的制造方法包括先制成高壓放電燈的形狀，得到燈形的成品，然后進(jìn)行去除燈形成品殘余應(yīng)變的工序。該去除殘余應(yīng)變工序，是指熱處理工序(退火工序annealing)，是通過既有的燈制造工序得到燈形制成品后，對(duì)該燈形制成品進(jìn)行的。
在已往的高壓放電燈制造方法中，在經(jīng)由燈制造工序而得到燈形成品之后，直接將該燈形成品應(yīng)用在高壓放電燈上，并沒有對(duì)該燈形成品施以特別的熱處理。其理由如下如果對(duì)燈形成品追加其他的工序，高壓放電燈的生產(chǎn)能力會(huì)下降，故造成燈的生產(chǎn)效率會(huì)降低。但是，如上所述，本申請(qǐng)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了，已知具有殘余應(yīng)變量低的發(fā)光管的高壓放電燈，具有優(yōu)越的燈特性(燈壽命)，于是，為了得到具有這項(xiàng)優(yōu)越特性的高壓放電燈，對(duì)燈形成品追加熱處理工序，由此實(shí)現(xiàn)了可得到高壓放電燈的高壓放電燈制造方法。
參照?qǐng)D7，對(duì)本實(shí)施方式中的高壓放電燈的制造方法進(jìn)行說明。圖7是用以說明本實(shí)施形態(tài)的制造方法的流程圖。
首先，準(zhǔn)備用以制造高壓放電燈的石英玻璃管(S100)。在制造具有上述第1實(shí)施方式說明的低雜質(zhì)發(fā)光管的燈100時(shí)，準(zhǔn)備由純度高的石英玻璃制造的玻璃管。
接下來(lái)，實(shí)施已往的燈制造工序，得到燈形成品(S200)。具體而言，依照?qǐng)D8進(jìn)行就可以了。首先，如圖8A所示，將含有電極12及外部引線30的金屬箔(鉬箔)24(電極插入工序S210)插入在含有發(fā)光管10及側(cè)管部22的放電燈用玻璃管50內(nèi)。接下來(lái)，如圖8B所示，使玻璃管50內(nèi)部處在減壓狀態(tài)(例如1氣壓以下)，以燃燒器54對(duì)玻璃管50的側(cè)管部22進(jìn)行加熱軟化，由此使側(cè)管部22與金屬箔24兩者緊密結(jié)合，而形成密封部20(密封部形成工序S220)。然后，將稀有氣體、鹵素及水銀封入在發(fā)光管10內(nèi)，接著對(duì)另一端的側(cè)管部22進(jìn)行電極插入工序S210及密封部形成工序S220，以一對(duì)密封部20將發(fā)光管10加以密封，得到如圖8(c)所示的燈形成品90。
對(duì)該燈形成品90進(jìn)行殘余應(yīng)變?nèi)コば騍300，便可得到去除殘余應(yīng)變的高壓放電燈。殘余變形的去除工序S300，舉例來(lái)說，如下的方式進(jìn)行。
首先，將經(jīng)由燈制造工序S200所得到的燈形成品90，放入爐內(nèi)，在比玻璃軟化點(diǎn)溫度(1500℃～1670℃左右)還低的高溫條件下，最好在1000℃～1100℃左右的高溫條件下進(jìn)行加熱。爐內(nèi)的環(huán)境例如設(shè)定為非活性氣體(氬、氮)環(huán)境、大氣環(huán)境或真空環(huán)境。例如約一小時(shí)以上(視情況，也可以1小時(shí)以內(nèi))在上述條件下保持該燈形成品90，然后例如以整晚的時(shí)間，降溫到室溫后，便可去除燈形成品90的整體殘余應(yīng)變，得到具有燈壽命特性優(yōu)良的高壓放電燈。
補(bǔ)充一下，在高于1100℃的高溫條件下，就能夠在更短的高溫保持時(shí)間內(nèi)(例如在退火點(diǎn)annealing point的1215℃溫度時(shí)，僅需15分鐘)去除殘余應(yīng)變。但是，在高于1100℃的高溫下(有時(shí)比1150℃高的高溫下)，由于發(fā)光管10內(nèi)蒸發(fā)的水銀蒸氣，發(fā)光管內(nèi)壓變較高，故在熱處理的過程中，該燈在爐內(nèi)破裂、或因?yàn)椴ＡОl(fā)生結(jié)晶化而白濁、失去透明的可能性變高。另外，在低于1000℃的溫度下，則需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能去除應(yīng)變。
另外，本申請(qǐng)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了令人驚訝的是，在去除殘留應(yīng)變工序S300中，如果將燈形成品90置于高溫條件下100小時(shí)以上，發(fā)光管10內(nèi)的氫含量會(huì)減少。如上所述，如果減少發(fā)光管內(nèi)的氫含量，將可得到具有優(yōu)良特性的高壓放電燈。但是，由于氫(H)存在于包括石英玻璃及周圍環(huán)境等的所有地方，因此很難有效地減少氫量。而本申請(qǐng)發(fā)明人，將置于燈形成品90的高溫條件設(shè)定為100小時(shí)以上(例如100小時(shí)到200小時(shí))，由此實(shí)現(xiàn)了減少發(fā)光管10內(nèi)的氫含量。
圖9所示的是，殘余應(yīng)變?nèi)コば騍300中的熱處理時(shí)間(小時(shí))與氫含量(任意刻度)之間的關(guān)系。由于氫量的測(cè)定上含有誤差，很難準(zhǔn)確地說明熱處理時(shí)間與氫量之間的關(guān)系如何，可是根據(jù)本申請(qǐng)發(fā)明人的測(cè)定結(jié)果，經(jīng)過100小時(shí)以上(例如200小時(shí))的處理時(shí)間，就沒有檢測(cè)出氫的存在。圖9所示的測(cè)定結(jié)果是，在1080℃的真空環(huán)境下所得到的資料，而在大氣及氬氣環(huán)境下，也得到了同樣的測(cè)定結(jié)果。(第3實(shí)施方式)上述第1實(shí)施方式的高壓放電燈100，可以與反射鏡的組合起來(lái)，構(gòu)成燈單元。圖10所示的是燈單元500的剖面模式圖，而該燈單元500，是用上述第1實(shí)施的燈100的。
燈單元500，包括具有近似球形的發(fā)光部10及一對(duì)密封部20的放電燈100、及用以反射放電燈發(fā)光的反射鏡60。
反射鏡60，用以反射從放電燈100發(fā)來(lái)的光線，反射成例如包括平行光束、收集成指定微小范圍的集光光束、或相當(dāng)于從指定的微小領(lǐng)域發(fā)散的發(fā)散光束。作為反射鏡60，例如可以采用拋物線面鏡或橢圓面鏡。
在本實(shí)施方式中，燈100的一端的密封部20上配置了燈座55，由密封部20延伸過來(lái)的外部引線與燈座電氣連接。設(shè)置燈座55的那一側(cè)的密封部20與反射鏡60，以例如無(wú)機(jī)類粘著劑(例如水泥)來(lái)黏固而成為一體。位于反射鏡60前開口部側(cè)的密封部20的外部引線30，與引線65做電氣連接，而該引線65，從外部引線30，經(jīng)由反射鏡60的引線用開口部62，延伸到反射鏡60的外側(cè)。反射鏡60的前面開口部，例如可以加裝前面玻璃。
如上所述那樣的燈單元，例如可以做為包括投影電視、液晶投影機(jī)及采用DMD的投影機(jī)等的光源。上述實(shí)施方式的高壓放電燈及燈單元，除了這些用途以外，還包括一般照明、紫外線步進(jìn)用光源、競(jìng)技體育場(chǎng)用光源、及汽車的車頭燈用光源。(其他實(shí)施方式)上述實(shí)施形態(tài)中，以封入150mg/cc的水銀為例加以說明，可是并不限定該水銀量，比該水銀量多少都可以。也就是說，在上述實(shí)施方式中，以水銀蒸氣壓為20MPa左右的情況(即所謂的超高壓水銀燈)來(lái)加以說明，也可適用于水銀蒸氣壓在1MPa左右的高壓水銀燈。而且，一對(duì)電極12間的間隔(電弧長(zhǎng)度)，可采用短電弧型或更長(zhǎng)的間隔。上述實(shí)施方式的高壓放電燈的點(diǎn)燈方式，可以采用交流點(diǎn)燈型或直流點(diǎn)燈型的任何一種。
另外，也可以金屬鹵化物來(lái)取代水銀，或與水銀一起封入。也就是說，在上述實(shí)施方式中，以水銀為發(fā)光物質(zhì)，以水銀燈做為高壓放電燈的一個(gè)例子來(lái)加以說明，也可適用于封入金屬鹵化物的金屬鹵素?zé)舻鹊母邏悍烹姛?。但是，在上述?shí)施方式的高壓放電燈的結(jié)構(gòu)下，其中的水銀封入量，最好約在200mg/cc以下。其理由為如果水銀封入量超過此值，工作中的發(fā)光管10的內(nèi)壓會(huì)過高，使得密封部20的鉬箔24部分不能保持氣密，故導(dǎo)致燈破損的機(jī)率變高。另外，如果能夠保持氣密性，水銀的封入量可以超過200mg/cc。當(dāng)水銀封入量超過200mg/cc時(shí)，發(fā)光管10內(nèi)的氣體的熱傳導(dǎo)性變高。因此，放電電漿的熱會(huì)很容易傳導(dǎo)到電極12及發(fā)光管10(石英玻璃)，其電極和玻璃呈更高溫的狀態(tài)，造成玻璃及電極更激烈地釋出雜質(zhì)。因此，如果封入超過200mg/cc的水銀，由高純度的材料所構(gòu)成的上述實(shí)施方式的燈100，能發(fā)揮更好的效果。
另外，在上述的實(shí)施方式中，對(duì)管壁負(fù)荷約80W/cm2的情況加以說明，但是管壁負(fù)荷并不限定上述的值，其值可小可大。如果采用更高負(fù)荷的話，由于在更高溫度狀態(tài)下工作，而造成玻璃及電極更激烈地釋出雜質(zhì)，因此，由高純度的材料所構(gòu)成的上述實(shí)施形態(tài)的燈100，能發(fā)揮更好的效果。但是，在上述實(shí)施方式的高壓放電燈的結(jié)構(gòu)下，管壁負(fù)荷最好設(shè)定約在100W/cm2以下。其理由為如果負(fù)荷超過此值，發(fā)光管10的溫度會(huì)過高，容易會(huì)發(fā)生因熱而產(chǎn)生的變形或老化的問題。在此情況下，如果能附加冷卻發(fā)光管10的手段來(lái)回避上述的問題，管壁負(fù)荷可以超過100W/cm2。
還有，在上述的實(shí)施形態(tài)中，以額定電力150W為例加以說明，可是并不限定上述額定電力，大于或小于150W都可以?？墒?，上述實(shí)施方式的高壓放電燈的結(jié)構(gòu)，特別適于50W以上的比較大電力的燈。由于電力很大的燈在更高溫度的狀態(tài)下工作，而造成玻璃及電極更激烈地釋出雜質(zhì)，因此，由高純度的材料所構(gòu)成的上述實(shí)施形態(tài)的燈100，將能發(fā)揮更好的效果。
補(bǔ)充一下，在上述實(shí)施方式的高壓放電燈中，以鹵素為溴(Br)的燈為例來(lái)加以說明，可是該鹵素也可以是氯(Cl)或碘(I)。
另外，在上述實(shí)施形態(tài)中，以相對(duì)配置在發(fā)光管內(nèi)的一對(duì)電極，由其間的放電而放射光線的放電燈為例來(lái)加以說明，可是不僅是放電燈，同樣也適用于如圖11及圖12所示的電燈泡。
圖11所示的是電燈泡200的結(jié)構(gòu)模式圖，用以顯示在上述實(shí)施方式的高壓放電燈100的結(jié)構(gòu)中，將其一對(duì)鎢制電極12間，以鎢制的線圈16連接而成的燈泡。電燈泡200方面，除了其成對(duì)的電極12間以鎢制線圈15連接、及其發(fā)光管(燈泡)10內(nèi)未封入水銀以外，其結(jié)構(gòu)實(shí)際上與上述第1實(shí)施方式的燈100相同。由于由雜質(zhì)量很少的高純度鎢構(gòu)成鎢制線圈16，因此最好石英玻璃也以高純度石英玻璃構(gòu)成。如此組成的電燈泡200，與上述實(shí)施方式的燈100一樣，具有非常長(zhǎng)的使用壽命。當(dāng)然，最好減低發(fā)光管10的殘余應(yīng)變量，這樣做就能使燈破裂的機(jī)會(huì)減低。
另外，在圖12中所示長(zhǎng)壽命電燈泡的其他結(jié)構(gòu)。圖12示意地顯示電燈泡(燈)300的結(jié)構(gòu)，該電燈泡300具有近似在一般家庭使用的白熱燈泡的結(jié)構(gòu)。電燈泡300，除了采用上述高純度鎢做為鎢制燈絲16、及采用鹵素、氬(Ar)及氙(Xe)做為封入燈泡10內(nèi)的氣體以外，其他結(jié)構(gòu)與熟知的白熱燈泡相同。當(dāng)然包括固定器17、內(nèi)部引入線19a、封纖部引入線19b及外部引入線19c等，也可改采高純度等制造鎢的結(jié)構(gòu)。
以上對(duì)根據(jù)本發(fā)明的理想的例子來(lái)加以說明，可是上述記載內(nèi)容，并非是限制事項(xiàng)，當(dāng)然可衍生出各種變形形態(tài)。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性依照本發(fā)明，能提供一種即使在已往技術(shù)的放電燈壽命早已結(jié)束這樣的輸出力很高的條件下，還能使用的長(zhǎng)壽命(例如，5000個(gè)小時(shí)到10000個(gè)小時(shí)以上)的高壓放電燈。本發(fā)明的高壓放電燈，例如與燈單元組合起來(lái)，可以做為包括投影電視、液晶投影機(jī)及采用DMD的投影機(jī)燈的光源。除了這些用途以外，還包括一般照明、紫外線步進(jìn)機(jī)用光源、競(jìng)技體育場(chǎng)用光源、及汽車的車頭燈用光源。
權(quán)利要求
1.一種高壓放電燈，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并且實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極；其中上述鹵素的摩爾數(shù)，大于具有與上述鹵素結(jié)合的性質(zhì)且存在于上述發(fā)光管內(nèi)的各種金屬元素(但是，除鎢及水銀外)的合計(jì)摩爾數(shù)，與點(diǎn)燈時(shí)從上述電極蒸發(fā)出而存在于上述發(fā)光管內(nèi)的上述鎢的摩爾數(shù)之和。
2.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中當(dāng)上述各種金屬元素(但是，除鎢及水銀外)設(shè)為Mi、上述金屬元素Mi的摩爾數(shù)為mi、及上述金屬元素Mi的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)為ni時(shí)，上述鹵素的上述摩爾數(shù)，大于上述各金屬元素Mi的上述摩爾數(shù)mi與上述化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)ni之乘積之總和(∑(mi×ni))、和上述鎢的上述摩爾數(shù)之和。
3.一種高壓放電燈，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并且實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極；其中在將被封在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素設(shè)為X、上述鹵素X的摩爾數(shù)為N、具有與上述鹵素X結(jié)合的性質(zhì)而存在于該發(fā)光管內(nèi)的各種金屬元素設(shè)為Mi、該金屬元素Mi的摩爾數(shù)為mi、該金屬元素Mi的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量學(xué)系數(shù)為ni、以及鎢設(shè)為W的情況下，當(dāng)下式(I)的化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)為Ki時(shí)，式(I)當(dāng)下式(II)的化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)為Kw時(shí)，式(II)被封在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素X的摩爾數(shù)N，大于以下兩者的總和具有平衡常數(shù)在Kw以上的平衡常數(shù)Ki的各金屬元素Mi的合計(jì)摩爾數(shù)、和在點(diǎn)燈時(shí)從上述電極蒸發(fā)而存在于該發(fā)光管內(nèi)的W摩爾數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求第3項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中上述鹵素X的上述摩爾數(shù)N，大于以下兩者的總和上述平衡常數(shù)Ki在上述平衡常數(shù)Kw以上的上述各金屬元素Mi的摩爾數(shù)mi與上述化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)ni的乘積之總和(∑(mi×ni))；和上述鎢的上述摩爾數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)到第4項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中上述金屬元素，至少是從鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)中自由選擇出來(lái)的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)到第5項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中上述發(fā)光管內(nèi)所含的氫(H)的含量(體積百分比)在0.15以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)到第6項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中上述發(fā)光管外側(cè)的拉伸應(yīng)力在100psi以下，上述發(fā)光管內(nèi)側(cè)的壓縮應(yīng)力在100psi以下。
8.一種高壓放電燈，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并且實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極；其中封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素的摩爾數(shù)，大于以下兩者的總和存在于上述發(fā)光管內(nèi)的鈉(Na)、鉀(K)及鋰(Li)的合計(jì)摩爾數(shù)；和在點(diǎn)燈時(shí)從上述電極蒸發(fā)而存在于上述發(fā)光管內(nèi)的上述鎢的摩爾數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求第8項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中上述鹵素的摩爾數(shù)大于以下兩者的總和存在于上述發(fā)光管內(nèi)的鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、銫(Cs)及銣(Rb)的合計(jì)摩爾數(shù)和上述鎢的摩爾數(shù)。
10.一種高壓放電燈，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并且實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極，其中封入在上述鹵素的摩爾數(shù)大于以下兩者的總和存在于該發(fā)光管內(nèi)且形成一價(jià)鹵化合物的金屬元素的合計(jì)摩爾數(shù)和在點(diǎn)燈時(shí)從上述電極蒸發(fā)出而存在于該發(fā)光管內(nèi)的上述鎢的摩爾數(shù)。
11.一種高壓放電燈，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并且實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極，其中上述電極所含的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的含量都分別在1ppm以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求第11項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中上述發(fā)光管中的上述石英玻璃所含的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的含量都分別在1ppm以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求第11項(xiàng)或第12項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素的摩爾數(shù)，大于上述電極所含的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的合計(jì)摩爾數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求第13項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素摩爾數(shù)為，上述電極所含的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的上述合計(jì)摩爾數(shù)的5倍以上。
15.根據(jù)權(quán)利要求第11項(xiàng)到第14項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中上述電極所含的鉻(Cr)、鐵(Fe)、及鎳(Ni)的含量在3ppm以下。
16.根據(jù)權(quán)利要求第15項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素的摩爾數(shù)大于上述電極所含的鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)的合計(jì)摩爾數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求第16項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素的摩爾數(shù)為，上述電極所含的鈉(Na)、鉀(K)、鋰(Li)、鉻(Cr)、鐵(Fe)及鎳(Ni)的上述合計(jì)摩爾數(shù)的5倍以上。
18.一種高壓放電燈，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并且實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極，其中上述發(fā)光管的上述石英玻璃所含的鈉(Na)、鉀(K)、及鋰(Li)的含量分別在1ppm以下。
19.根據(jù)權(quán)利要求第8項(xiàng)到第18項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中上述發(fā)光管內(nèi)的氫(H)的含量(體積百分比)在0.15以下。
20.根據(jù)權(quán)利要求第8項(xiàng)到第19項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中上述發(fā)光管的外側(cè)的拉伸應(yīng)力在100psi以下，上述發(fā)光管的內(nèi)側(cè)的壓縮應(yīng)力在100psi以下。
21.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)到第20項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中上述發(fā)光管中的上述石英玻璃的氫氧基(OH)含量在5ppm以下。
22.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)到第21項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中上述發(fā)光管中的上述石英玻璃的鋁(Al)含量在10ppm以下。
23.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)到第22項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素量在100μmol/cm3以下。
24.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)到第23項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中封入在上述發(fā)光管內(nèi)的鹵素，至少是溴(Br)或碘(I)中的一種。
25.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)到第24項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中上述的發(fā)光管的管壁負(fù)荷在80W/cm2以上。
26.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)到第25項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中上述發(fā)光管內(nèi)又封入了水銀(Hg)。
27.根據(jù)權(quán)利要求第26項(xiàng)所述的高壓放電燈，其中封入在上述發(fā)光管內(nèi)的上述水銀(Hg)量，在150mg/cm3到300mg/cm3的范圍內(nèi)，而點(diǎn)燈時(shí)的水銀蒸氣壓，在15Mpa到30Mpa的范圍內(nèi)。
28.一種燈單元，其中包括權(quán)利要求第1項(xiàng)到第27項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的放電燈，和反射從上述放電燈發(fā)出的光的反射鏡。
29.一種高壓放電燈的制造方法，該高壓放電燈包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素，并實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管；配置在上述發(fā)光管內(nèi)，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極，其中包括制成高壓放電燈的形狀而得到燈狀成品，然后消除該燈形狀制成品的殘余應(yīng)變的工序。
30.根據(jù)權(quán)利要求第29項(xiàng)所述的高壓放電燈的制造方法，其中上述消除殘余應(yīng)變的工序，包括在1000℃到1100℃的高溫條件下將上述燈狀成品保持一個(gè)小時(shí)以上。
31.根據(jù)權(quán)利要求第30項(xiàng)所述的高壓放電燈的制造方法，其中上述在高溫條件下保持的工序，進(jìn)行100個(gè)小時(shí)以上。
32.一種電燈泡，包括其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素的燈泡；連接了配置在上述燈泡內(nèi)的一對(duì)內(nèi)部導(dǎo)線，并且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的燈絲，其中上述鹵素的摩爾數(shù)大于以下兩者之和具有與上述鹵素結(jié)合性質(zhì)而存在于該燈泡內(nèi)的金屬元素(但是，鎢及水銀元素除外)的合計(jì)摩爾數(shù)；和上述燈絲在點(diǎn)燈時(shí)蒸發(fā)出而存在于該發(fā)光管內(nèi)的上述鎢之摩爾數(shù)。
全文摘要
一種高壓放電燈100,包括:其管內(nèi)至少封入了稀有氣體及鹵素,實(shí)質(zhì)上由石英玻璃形成的發(fā)光管10;配置在發(fā)光管10內(nèi),且實(shí)質(zhì)上由鎢形成的電極12,其中其鹵素的摩爾數(shù),大于具有與鹵素結(jié)合的性質(zhì)且存在于發(fā)光管10內(nèi)的金屬元素(但是,除鎢及水銀外)的合計(jì)摩爾數(shù),與在點(diǎn)燈時(shí)從電極12蒸發(fā)出而存在于發(fā)光管內(nèi)的鎢的摩爾數(shù)之和。
文檔編號(hào)H01J61/86GK1379912SQ00814446
公開日2002年11月13日 申請(qǐng)日期2000年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月18日
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