專利名稱：高壓放電燈、燈電極及其制法、用該燈的照明和顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在一般照明裝置和光學(xué)儀器中使用的高壓放電燈，還涉及高壓放電燈電極，制造高壓放電燈電極的方法，以及分別使用高壓放電燈的照明裝置和圖象顯示裝置。
一般來說，光源和凹面反射鏡通常形成為一個部件，作為設(shè)置在例如液晶投影機(jī)的圖象顯示裝置中的照明裝置。作為照明裝置的光源，已經(jīng)使用近似點光源的具有短電弧的高壓汞燈。高壓汞燈具有以下優(yōu)點，例如高照明效率、高亮度、發(fā)射光中紅光、藍(lán)光和綠光的良好平衡和長壽命。作為高壓放電燈的一個實例，下面說明普通的高壓汞燈。
一般來說，高壓汞燈設(shè)有具有發(fā)光部分的放電管和一對密封部分。發(fā)光部分包括一對電極。發(fā)光部分填充有作為發(fā)光材料的汞、用于點火的稀有氣體例如氬氣和在燈工作期間進(jìn)行鹵素循環(huán)的鹵素物質(zhì)。
圖1表示在普通的高壓汞燈中使用的電極實例。如該圖所示，普通的電極901由都用鎢制成的線圈903和電極棒902構(gòu)成，線圈903被設(shè)在電極棒902的放電側(cè)端。線圈903有密繞的雙層結(jié)構(gòu)。具體來說，第一層903a有15匝，而由8匝構(gòu)成的第二層903b圍繞第一層903a進(jìn)行繞制。
當(dāng)該高壓汞燈點火時，電極端部的溫度急劇增加。由于電極棒的這種高溫，即使鹵素物質(zhì)已經(jīng)進(jìn)入發(fā)光部分，制作電極使用的鎢仍被淀積在放電管的內(nèi)表面上，引起黑化。這導(dǎo)致使燈壽命縮短的問題。
在美國專利No.5357167和日本專利申請?zhí)卦S公開平10-92377中披露了防止放電管出現(xiàn)黑化的技術(shù)。
圖2表示披露于美國專利No.5357167的電極。如圖所示，電極911由電極棒912、套筒913和電極端部914構(gòu)成。電極棒912和套筒913由難熔金屬制成，例如鎢和鉬。套筒913被放置在電極棒912上。通過加熱分別熔解形成電極912和套筒913的金屬來形成半球形狀的電極端部914，從而一體地連接電極棒912和套筒913兩者。利用在該參考文獻(xiàn)中披露的結(jié)構(gòu)，電極端部的熱容量增加。因此，通過抑制電極端部的過熱來防止難熔金屬例如鎢淀積引起的黑化。再有，因電極棒912的小直徑，可控制電極棒912的熱流，以便可以防止電極端部914的溫度降至放電所需的溫度以下。
同時，日本專利申請?zhí)卦S公開平10-92377披露了如圖3所示的電極(稱為“電極921”)及其制造方法。更具體地說，電極921包括由鎢制成的電極棒922，并用覆蓋材料923局部地覆蓋。其中，未覆蓋電極棒922的放電側(cè)尖端。在這種狀態(tài)下，在惰性氣體環(huán)境下，在電極棒922和放電電極(圖3中未示出)之間發(fā)生放電。由于該放電的結(jié)果，未覆蓋的電極棒922的尖端被熔化。接著，通過拋光或研磨來成形已固化成大致球形或梨形的熔化部分，以形成電極端部924。按這種方式，生產(chǎn)圖3所示的電極921。
但是，在精確分析后，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果利用在引用文獻(xiàn)中披露的方法實際制造電極，那么會出現(xiàn)各種問題。發(fā)明人進(jìn)一步進(jìn)行了分析，并最終提出解決各種問題的本發(fā)明。下面解釋通過發(fā)明人的分析發(fā)現(xiàn)的問題和發(fā)明人如何最終提出的本發(fā)明的細(xì)節(jié)。
發(fā)明人首先采用過用套筒或線圈覆蓋電極棒和熔化電極棒端部的方法，如引用文獻(xiàn)披露的那樣。結(jié)果，電極棒的凝固端部的形狀在大多數(shù)情況下不穩(wěn)定，并必須進(jìn)行加工，通過例如拋光或研磨來形成合適的形狀。此外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在實際使用中不能適當(dāng)?shù)胤乐购诨?br> 更具體地說，發(fā)明人有熔化過的電極棒的端部，具有未被作為覆蓋材料的套筒或線圈覆蓋的電極棒尖端。結(jié)果，電極棒凝固端部的形狀不適合實際應(yīng)用。在大多數(shù)情況下，正如日本專利申請?zhí)卦S公開平10-92377所披露的，必須對凝固的端部加工，通過例如拋光或研磨來形成合適的形狀。
同時，發(fā)明人進(jìn)行了另一個實驗，在該實驗中，熔化處理繼續(xù)進(jìn)行，而覆蓋電極棒的線圈比電極棒端部延伸得更長，直至放電側(cè)。在該情況下，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)存在不能明顯防止黑化的情況。發(fā)明人實驗過按該方式制作的電極，并發(fā)現(xiàn)在線圈和電極棒之間出現(xiàn)的空隙。其中，線圈被主要熔化，而電極棒則由于未被熔化而保留。顯然，空隙降低了電極端部的熱容量。這導(dǎo)致實際使用中電極端部過熱，意味著不能防止因鎢淀積造成的黑化。
根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明解決上述問題。本發(fā)明的目的在于提供可以防止黑化的高壓放電燈、其端部在熔化后不需要加工的高壓放電燈電極、制造高壓放電燈電極的方法以及分別使用該高壓放電燈的照明裝置和圖象顯示裝置。
本發(fā)明的目的可以通過一種高壓放電燈來實現(xiàn)，該高壓放電燈包括放電管，具有包含發(fā)光物質(zhì)的放電室，并氣密性地被密封；和一對電極，各電極有第一端部和第二端部，設(shè)置在放電室內(nèi)，各電極的第一端部固定在放電管上，而各電極的第二端部按預(yù)定距離在放電室中相互面對，其中，放電發(fā)生在電極的第二端部之間，各電極具有帶尖端和覆蓋材料的電極棒，電極棒和覆蓋材料主要由鎢制成，而尖端位置與第二端部對應(yīng)，其中，覆蓋材料覆蓋靠近尖端的電極棒的外表面，尖端未被覆蓋，電極棒尖端和覆蓋材料的相鄰部分通過起始放電期間產(chǎn)生的熱熔接在一起，其中，在起始放電前，滿足不等式1/50×R3≤ΔL≤1/5×R3，其中，ΔL為沿電極棒長度方向測量的尖端長度，而R3為與尖端相鄰的覆蓋材料的外徑。
對于該高壓放電燈來說，當(dāng)初始放電發(fā)生在電極之間時，電極的端部被熱熔化，使電極棒和線圈在電極端部相互整體地連接。應(yīng)該指出，電極之間的電弧長度在這樣的情況下會改變，在該情況下，電極首先設(shè)定在放電管中，然后電極棒被熱熔化。但是，按照發(fā)明人的分析可知，當(dāng)滿足以下不等式(1)時，就可以解決有關(guān)電弧長度改變的問題。
1/50×R3≤ΔL≤1/5×R3…(1)在不等式(1)中，R3表示覆蓋材料的放電側(cè)端部的外徑(mm)，而ΔL表示未用覆蓋材料覆蓋的電極的放電側(cè)端部例如線圈的長度(mm)。
根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，發(fā)明人最終提出高壓放電燈電極的發(fā)明，可以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。利用滿足不等式(1)的結(jié)構(gòu)，電弧長度在電極端部熔化形成整體連接后將不改變。該結(jié)構(gòu)尤其可以避免這種情況，在該情況下，電極端部的形狀在加熱熔化后變得不穩(wěn)定，即由于電極棒主體熔化使電弧長度增加的情況。再有，該結(jié)構(gòu)可以避免這種情況，在該情況下，空隙出現(xiàn)在覆蓋材料和電極棒之間，即由于線圈主體熔化和熔化的線圈因該空隙而突出使電弧長度下降的情況。
通過一個高壓放電燈電極可以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，該電極包括電極棒，具有尖端并由難熔金屬制成；和線圈，由難熔金屬絲制成，并覆蓋尖端附近的電極棒的外表面，尖端附近的線圈部分被熔化，從而緊密熔接尖端，但尖端基本上不熔化，維持初始形狀。
更具體地說，電極端部在整體連接后不需要例如拋光或研磨那樣的加工。此外，可以防止放電管出現(xiàn)因電極端部過熱造成的黑化。
參照說明本發(fā)明特定實施例的附圖，根據(jù)以下說明，本發(fā)明的這些和其它目的、優(yōu)點和特性將變得明顯。在附圖中圖1表示在普通的高壓汞燈中使用的電極的實例；圖2表示在美國專利No.5537167中披露的電極的結(jié)構(gòu)；圖3表示在日本專利申請?zhí)卦S公開平10-92377中披露的電極的結(jié)構(gòu)；圖4是本發(fā)明第一實施例的高壓汞燈10的正視圖；圖5是在第一實施例的高壓汞燈10中使用的電極14的放大正視圖；圖6是在熔化電極14的端部后電極14的形狀實例；圖7和圖8分別表示在表示未覆蓋的尖端長度ΔL與表示相對初始電弧長度差的ΔA之間的關(guān)系，還表示對產(chǎn)生的電弧長度的評價；圖9是本發(fā)明第二實施例的高壓汞燈20的正視圖；圖10在第二實施例的高壓汞燈20中使用的電極14的放大正視圖；圖11是說明熔化第二實施例的高壓汞燈20中使用的電極24端部處理的圖；圖12表示在第三實施例中與總雜質(zhì)含量(ppm)有關(guān)的檢查黑化等級所進(jìn)行的實驗結(jié)果；圖13表示在第三實施例中與Fe含量(ppm)有關(guān)的檢查黑化等級所進(jìn)行的實驗結(jié)果；圖14表示在第三實施例中與K含量(ppm)有關(guān)的檢查黑化等級所進(jìn)行的實驗結(jié)果；圖15表示采用本發(fā)明的高壓汞燈的照明裝置的結(jié)構(gòu)實例；圖16表示采用本發(fā)明的高壓汞燈的圖象顯示裝置的結(jié)構(gòu)實例；和圖17表示在第四實施例中燈點火期間的周期時間和屏幕照明維持因數(shù)之間的關(guān)系。
下面參照


本發(fā)明的實施例。
第一實施例圖4是表示高壓汞燈10的結(jié)構(gòu)實例的正視圖，作為本發(fā)明高壓放電燈的實例。如圖所示，高壓汞燈10設(shè)有在球體長度方向上其中間部分由玻璃構(gòu)成的放電管11。放電管11包括發(fā)光部分12和一對密封部分13。密封部分13位于發(fā)光部分12的兩端部。發(fā)光部分12的中心部分的最大內(nèi)徑為7.0mm，發(fā)光部分12的容積為0.24cm3，內(nèi)壁厚度為2.5mm。發(fā)光部分12包括彼此相對的一對電極14，這些電極14的放電側(cè)尖端之間的長度(此后把該長度稱為“電弧長度”)為1.55mm。發(fā)光部分12填充36mg(約0.16mg/mm3)的汞作為發(fā)光金屬，9.0×10-5μmol/mm3的溴(Br)作為鹵素物質(zhì)，并在壓力100mbar下以氬氣作為起動氣體。各電極14的另一側(cè)端部通過例如鉬的金屬箔導(dǎo)體15與外引線16連接。
如圖5所示，各電極14有電極棒141和設(shè)置在電極棒141端部的電極線圈142。電極棒141的外徑為0.4mm，該直徑以下表示為“R2”。線圈142的厚度為0.25mm，該厚度以下可以表示為“R1”。線圈142有緊密纏繞的雙層結(jié)構(gòu)。具體地說，第一層142a有15匝，而8匝構(gòu)成的第二層142b纏繞在第一層142a的周圍。在本實施例中，電極線圈142按照典型的方法設(shè)置在距未覆蓋的棒141尖端0.10mm的電極棒141的周圍。以下，距未用覆蓋材料覆蓋的尖端的這段長度表示為ΔL。在該狀態(tài)下，線圈142通過電阻焊接固定在電極棒141上。
當(dāng)高壓汞燈10首次點火時，利用產(chǎn)生的初始放電，電極棒141的兩個放電側(cè)端部和線圈142被加熱焊接，從而在電極14的放電側(cè)端部形成一體部分143。通過一體部分143的制備，電極14放電側(cè)端部的熱容量增加到適當(dāng)?shù)闹?，從而抑制放電期間電極的過熱，防止電極端部的過度熔化。因此，電極14具有圖6所示結(jié)構(gòu)的功能。
當(dāng)電極14的端部在初始放電期間被熱熔化形成上述一體部分143時，電弧長度依據(jù)電極14端部的特定變形而變化。電弧長度上的改變會產(chǎn)生問題。具體地說，如果在電極端部周圍的線圈已經(jīng)部分地熔化后電弧長度縮短，那么電極14之間的電壓下降，表示流入大量的電流。這導(dǎo)致黑化加劇。但是，發(fā)明人在分析后發(fā)現(xiàn)，如圖5所示，電極14之間電弧程度上的改變可以通過保留不用線圈142覆蓋電極棒141的放電側(cè)端部的很小的尖端來抑制。
根據(jù)電弧長度上的改變和電極棒141的未覆蓋的尖端的長度(圖5中表示為ΔL)之間的關(guān)系進(jìn)行該分析，分析的結(jié)果說明如下。圖7和圖8分別表示在尖端長度ΔL與表示相對初始電弧長度差的ΔA之間的關(guān)系，還表示對產(chǎn)生的電弧長度的評價。
在圖7和圖8所示的表中，第一行表示長度ΔL的值(mm)，而第二行表示由對應(yīng)長度ΔL除以線圈142放電側(cè)端部的外徑獲得的值。線圈142的該外徑在圖5中表示為“R3”，特別指第二(最外)層142b第一匝的外徑。對于圖7情況下使用的電極14來說，電極棒141的外徑(R2)為0.4mm，線圈142(R1)的厚度為0.2mm。因此，線圈142的外徑R3按0.4+0.2×4＝1.2(mm)來獲得。圖7和圖8所示表的第三行表示相對1.5mm初始電弧長度的差ΔA。第四行表示對產(chǎn)生的電弧長度的評價。更具體地說，當(dāng)ΔA在1.5mm初始電弧長度的±10％內(nèi)時，評價用○表示。當(dāng)ΔA超過初始電弧長度的±10％時，評價用×表示。除了圖8情況下使用的線圈142(R1)的厚度為0.25mm以外，圖8情況下使用的電極14與圖7情況下使用的電極相同。
由圖7和圖8所示的表可知，當(dāng)ΔL/R3的值在第二水平行顯示的1/50至1/5時，ΔA就在公差內(nèi)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，僅當(dāng)長度滿足以下不等式(1)時，在電極端部在初期放電期間被熱熔化成一體連接后，電弧長度上的變化就在公差內(nèi)。
1/50×R3≤ΔL≤1/5×R3…(1)下面說明為什么滿足不等式(1)時電弧長度上的變化被抑制。首先假設(shè)長度ΔL小于線圈142(R3)的外徑。應(yīng)該指出，這種狀態(tài)包括ΔL＜0，就是說，線圈142放電側(cè)延伸得長于電極棒141的放電側(cè)尖端。在這種情況下，線圈142在電極棒141之前首先熔化。線圈142似乎按這樣的方式熔化，在電極棒141放電側(cè)周圍的線圈142熔化，從電極棒141尖端的桿側(cè)移動，覆蓋電極棒141的整個尖端。由于線圈142的這種熔化方式，空隙會出現(xiàn)在電極棒141和線圈142之間，因而被熔化的線圈部分從電極棒141向外凸出，從而縮短電弧長度。同當(dāng)長度ΔL超過線圈142(R3)外徑的1/5時，電極棒141的端部熔化，而線圈142則難以熔化。作為電極棒141端部熔化的結(jié)果，由于電極棒141的長度被縮短，所以看起來好象電弧長度增加。
因此，滿足不等式(1)可抑制電弧長度上的變化。此外，抑制電弧長度上的變化提高了解決現(xiàn)有技術(shù)問題的可能性。如上所述，現(xiàn)有技術(shù)的首要問題是因電極棒141和線圈142之間存在空隙造成的黑化。現(xiàn)有技術(shù)的第二個問題是電極端部熔化形狀的不穩(wěn)定性，這是由于電極棒141大體熔化而線圈未熔化的緣故。
實際上，發(fā)明人調(diào)查了電極的整體連接的端部，發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)情況下是線圈142大體熔化，而即使電弧長度的變化量在公差內(nèi)，電極棒141端部的形狀也幾乎不變形。但是，通過限定長度ΔL，即使在線圈142大體熔化時，也可以控制線圈142適當(dāng)?shù)厝刍?，與電極棒141成為緊密的一體。因此，可以防止空隙出現(xiàn)在電極棒141和線圈142之間。
根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)，本實施例的高壓汞燈10可以防止因電極棒141和線圈142之間出現(xiàn)的空隙降低電極端部的熱容量。還可以防止熱容量下降造成的黑化。此外，電極14的整體連接端部不需要加工。
下面說明本實施例電極14的電極棒141(R2)的外徑和線圈142(R1)的厚度之間給定的有關(guān)關(guān)系。厚度R1和直徑R2兩者最好滿足下列不等式(2)。
1/4≤R1/R2≤3/4…(2)下面是厚度R1和直徑R2為什么應(yīng)該滿足不等式(2)的理由。
如果厚度R1和直徑R2之間的電流關(guān)系表示為1/4＞R1/R2，那么應(yīng)該有兩種情況，其中之一是厚度R1相對于直徑R2過厚，而另一種情況是直徑R2相對于厚度R1過大。在前一種情況中，不能適當(dāng)?shù)卮_保電極14的放電側(cè)端部的導(dǎo)熱率，從而在燈工作期間產(chǎn)生電極14端部的過熱。這種過熱會導(dǎo)致黑化。在后一種情況下，電極棒141的導(dǎo)熱率變得過大，以致電極14的放電側(cè)端部的溫度下降，小于需要的溫度。由于電極14端部的溫度下降，熱電子不能發(fā)射，所以放電不能持續(xù)。
同時，如果厚度R1和直徑R2之間的電流關(guān)系表示為3/4＜R1/R2，那么應(yīng)該有兩種情況，其中之一是厚度R1相對于直徑R2過薄，而另一種情況是直徑R2相對于厚度R1過小。在前一種情況中，在電極棒141周圍設(shè)置具有這種厚度的線圈142是不切實際的。在后一種情況下，電極棒141的導(dǎo)熱率變得過小，以致電極端部的溫度在燈工作期間過度上升。這種過熱會導(dǎo)致黑化。由于這些原因，所以厚度R1和直徑R2應(yīng)該都滿足不等式(2)。
一般來說，為了制造額定功率為100W至200W的高壓汞燈，線圈142的最佳厚度R1在0.15mm至0.30mm之間，電極棒141的最佳外徑R2在0.3mm至0.5mm之間。應(yīng)該在這些相應(yīng)的范圍內(nèi)選擇用于電極棒141和線圈142的材料，以滿足不等式(2)。
制作電極棒141和線圈142用的材料的主要成分為鎢。但是，難以完全除去鎢中所包含的雜質(zhì)。在本實施例中，鎢包含雜質(zhì)，例如鉀、鐵、鋁、鈣、鉻、鉬、鎳和硅。在本實施例中，鎢中的這些雜質(zhì)總量為20ppm，鉀含量為5ppm，鐵含量為5ppm。但是，一般來說，電極中雜質(zhì)含量越少則越好。對于本發(fā)明的高壓放電燈電極中的雜質(zhì)含量來說，后面將詳細(xì)說明。
如上所述，本發(fā)明的高壓放電燈可以防止黑化，電極的整體連接不需要加工。
第二實施例在第一實施例中，將線圈預(yù)先配置在其周圍的電極插入放電管，然后當(dāng)高壓汞燈首次點火時，電極的端部在初始放電發(fā)生期間整體熔化。但是，如第一實施例所述，電弧長度的變化可以通過限定未被覆蓋的電極棒端部的長度ΔL來抑制。就是說，當(dāng)僅制造高壓放電燈電極時，通過按如上所述的方式限定長度ΔL，也可以解決現(xiàn)有技術(shù)中所面臨的問題。
因此，在本實施例中說明單獨制造電極的情況。因此，與第一實施例相反，在本實施例中，在插入放電管前整體形成電極。
圖9是本實施例的高壓汞燈20結(jié)構(gòu)的正視圖。除了各電極24的形狀與各電極14的形狀不同以外，高壓汞燈20有與第一實施例的圖4所示的高壓汞燈10相同的結(jié)構(gòu)。同樣，除了電極24外，在本實施例中省略其它部分的說明。
圖10表示本實施例的電極24結(jié)構(gòu)。如圖所示，電極24幾乎與圖6所示的具有整體連接端部的電極14有相同的形狀。通過設(shè)定線圈242來形成電極24，其厚度在電極棒241周圍為0.25mm，其直徑為0.4mm。電極棒241和線圈242的兩個放電側(cè)端部利用熱來熔化，從而在電極24的放電側(cè)端部形成一體化部分243。如第一實施例的情況那樣，線圈242有密繞的雙層結(jié)構(gòu)。特別是，第一層242a有15匝，由8匝構(gòu)成的第二層242b圍繞第一層242a卷繞。按照典型的方法，圍繞電極棒241的端部，提供電極線圈242，同時在棒241的尖端留下未覆蓋的適當(dāng)長度，以便滿足不等式(1)。利用該狀態(tài)，通過電阻焊接，線圈242固定到電極棒241上。其中，在本實施例中，在將該電極24設(shè)置于放電管21中之前，電極棒241和線圈242的放電側(cè)端熔解形成整體部分243。更具體地說，在電阻焊接之后，從棒241的放電側(cè)尖端測量約0.73mm的部分和線圈242的放電側(cè)測量約0.63mm的部分(即，線圈的2.5匝)通過熱熔化成一體。
電極棒241的長度ΔL和線圈242外徑之間的關(guān)系，以及電極棒241的直徑和線圈242的厚度之間的關(guān)系可以按與第一實施例相同的方式來考慮。但是，在本實施例中，電極24的放電側(cè)端部在被設(shè)置在放電管21中之前就熔化。同樣，下面說明熔化電極的端部的長度。圖11是說明該長度優(yōu)選范圍的圖。假設(shè)被熔化的線圈242的長度為從放電側(cè)端部測量的L1(mm)，線圈242的厚度為R1(mm)，而沿電極棒241測量的第二層242b的長度為N1(mm)。在這種情況下，這些值最好滿足以下不等式(3)。
R1≤L1≤0.5×N1…(3)下面說明為什么應(yīng)該滿足不等式(3)的理由。
如果長度L1和厚度R1之間的電流關(guān)系表示成R1＞L1，就是說，如果長度L1比厚度R1短，那么就難以在工藝性考慮的范圍內(nèi)僅熔化從線圈242端部測量的L1部分。此外，不能充分地確保電極24放電側(cè)端部的熱容量，從而容易使電極24端部過熱。因此，存在不能避免黑化的情況。
同時，如果長度L1和第二層242b的長度N1之間的電流關(guān)系被表示為L1＞0.5×N1，就是說，如果第二層242b長度的一半以上被熔化，那么電極24的熱容量變大，以致電極24放電側(cè)端部的溫度必須更大地下降。由于這種電極24放電側(cè)端部的溫度下降，所以因熱電子不發(fā)射使放電不能繼續(xù)。
這里應(yīng)該指出，電極端部的熔化可以采用激光或等離子體來實現(xiàn)。例如，當(dāng)放電加工采用氬等離子體完成時，通過改變放電間隔或氬等離子體的放電數(shù)量，可以控制長度L1。具體地說，通過增加放電的數(shù)量或縮小放電間隔，可以延長長度L1。
因此，在高壓放電燈中使用的電極24的整體連接端部不需要加工。再有，當(dāng)制造配有這種電極的高壓放電燈時，可以防止在電極棒和線圈之間出現(xiàn)的空隙造成的黑化。
第三實施例在本發(fā)明的第三實施例中，說明通過研究其主要組成為鎢的電極中包含的雜質(zhì)含量所獲得的結(jié)果。
一般來說，鎢大多含有少量雜質(zhì)，例如鉀、鐵、鋁、鈣、鉻、鉬、鎳和硅。而且，采用目前的提純方法難以從鎢中完全除去這些雜質(zhì)。為了解決這個問題，發(fā)明人研究了在第二實施例中說明的高壓放電燈中被使用的電極24，從而發(fā)現(xiàn)電極24中的雜質(zhì)含量等級，按該等級可以更有效地防止黑化。
下面簡要說明黑化的出現(xiàn)與電極中雜質(zhì)含量的關(guān)系如何。形成電極24的鎢容易與鉀、鐵、鋁、鈣、鉻、鉬、鎳和硅合金，構(gòu)成電極24中的雜質(zhì)。當(dāng)鎢與這些雜質(zhì)合金時，該合金的熔點即電極24的熔點下降，從電極24中揮發(fā)，附著在放電管21的內(nèi)壁上，形成黑化。
圖12是表示黑化等級與總的雜質(zhì)含量關(guān)系的表。通過實驗可獲得這些結(jié)果。為了更具體地說明，在改變各燈電極24中雜質(zhì)含量的情況下，采用第二實施例中說明的方法制作高壓汞燈。然后，點火這些制備的高壓汞燈，在3小時后，目視評估各燈的黑化出現(xiàn)等級。在該表中，◎表示黑化未出現(xiàn)，○表示黑化剛剛出現(xiàn)，▲表示黑化輕微出現(xiàn)，而×表示黑化的高等級出現(xiàn)。應(yīng)該指出，按照原子吸收方法來測量雜質(zhì)含量。符號表示的黑化等級在下面的圖13和圖14中相同，測量雜質(zhì)含量的方法也相同。
如圖12所示，當(dāng)總的雜質(zhì)含量為40ppm或更低時，實際上不存在問題。當(dāng)雜質(zhì)含量為25ppm或更低時則更好。
下面，檢查黑化等級與鐵含量的關(guān)系。該實驗基于這樣的事實，鐵實際上與鎢合金。對于該實驗來說，在改變各燈電極24中鐵含量情況下再次制作高壓汞燈。在圖13的表中表示該實驗結(jié)果。
如圖13所示，當(dāng)鐵含量為20ppm或更低時，實際上不存在問題。當(dāng)鐵含量為10ppm或更低時則更好。
同樣，檢查黑化等級與鉀含量的關(guān)系。該實驗基于這樣的事實，鉀被認(rèn)為干擾了鹵素周期。對于該實驗來說，在改變各燈電極24中鉀含量情況下再次制作高壓汞燈。在圖14的表中表示該實驗結(jié)果。
如圖14所示，當(dāng)鉀含量為12ppm或更低時，實際上不存在問題。當(dāng)鉀含量為10ppm或更低時則更好。
因此，該實驗表明，最好將總的雜質(zhì)含量限定在40ppm或更低，將鐵的含量限定在20ppm或更低，而將鉀的含量限定在12ppm或更低。這里應(yīng)該再次指出，電極中雜質(zhì)的含量越低則越好。
第四實施例在第四實施例中，說明分別采用本發(fā)明高壓放電燈的照明裝置和圖象顯示裝置。圖15是表示采用高壓放電燈的照明裝置40結(jié)構(gòu)實例的局部剖切透視圖。如圖所示，高壓汞燈30的一個外引線(未示出)連接基座37，而另一個外引線36連接電源線38。作為本實施例的高壓汞燈30，可以使用在第一實施例中說明的高壓汞燈10或在第二實施例中說明的采用電極24的高壓汞燈20。
如圖15所示，通過把高壓汞燈30一體地設(shè)定在反射鏡39的內(nèi)部來形成照明裝置40，使高壓汞燈30的電弧軸位于反射鏡39的光軸上。本實施例的反射鏡39由陶瓷構(gòu)成，并形成漏斗形狀。反射鏡39有用氧化鈦-氧化硅涂敷的反射表面39a。反射鏡39還有開口39b，即光投射部分，該開口的直徑約為70mm。反射鏡39有面對開口39b的支撐管39c。在高壓汞燈30一端上固定的基座37通過絕緣粘合劑41插入和固定在支撐管39c上。電源線38連接穿過反射鏡39內(nèi)壁孔的外引線36，并被引導(dǎo)在外部。
下面，說明使用本發(fā)明高壓放電燈的圖象顯示裝置。圖16是說明圖象顯示裝置50結(jié)構(gòu)的剖面圖，該裝置包括配有高壓汞燈30的照明器件40。
如圖16所示，圖象顯示裝置50包括配有照明器件40的光源組件51、反光鏡52、分色鏡53和54、反光鏡55至57、液晶光閥58至60、物鏡61至63、中繼透鏡64和65、二向色棱鏡66、以及投射透鏡67。分色鏡53和54把從光源接收的白色光分成光的基色光，即藍(lán)光、綠光和紅光。反光鏡55至57分別反射分離的光。液晶光閥58至60分別用于形成對應(yīng)基色的單顏色光圖象。二向色棱鏡66聚集分別通過液晶光閥58至60的光。在圖象顯示裝置50中形成的圖象被投射在屏幕68上。除了本發(fā)明的高壓放電燈用于光源組件51之外，圖16所示的圖象顯示裝置50與稱為“三屏板型”圖象顯示裝置的普通裝置有相同的結(jié)構(gòu)。因此，在本實施例中，省略有關(guān)圖象顯示裝置50結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說明。應(yīng)該指出，為了便于說明，在圖16中未示出某些光學(xué)元件，例如UV濾光器。
下面說明通過壽命實驗獲得的結(jié)果，該實驗利用具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的圖象顯示裝置50和普通的圖象顯示裝置來進(jìn)行。應(yīng)該指出，除了光源組件51中使用的電極棒的長度ΔL以外，普通圖象顯示裝置有與圖象顯示裝置50相同的結(jié)構(gòu)。具體地說，圖象顯示裝置50的長度ΔL滿足不等式(1)，而普通圖象顯示裝置的長度ΔL則不滿足不等式。這時，對于裝置50和普通裝置來說，將AC電源連接在燈的基座和電源線之間。然后，在燈電壓為約75V、燈電流為約2.3A和燈功率為175W下點火各自的高壓汞燈。圖17表示該壽命實驗的結(jié)果。
如圖17所示，從燈點火開始經(jīng)3000小時后裝置50的屏幕照明維持因數(shù)(圖中線A)為94％。而普通裝置的屏幕照明維持因數(shù)(圖中線B)在3000小時后僅為約60％，實際上妨礙了燈的工作。
這些結(jié)果被認(rèn)為是黑化未出現(xiàn)在裝置50的放電管的內(nèi)表面上，而黑化的高級別出現(xiàn)在普通的裝置上。如在上述實施例中的詳細(xì)說明，當(dāng)采用本發(fā)明的高壓放電燈時，可以防止黑化出現(xiàn)在放電管的內(nèi)表面上。此外，第四實施例壽命測試表明，本發(fā)明可以提供高壓汞燈、照明裝置和具有長壽命和提高照明維持因數(shù)的圖象顯示裝置。
修改按照上述實施例，已經(jīng)說明了本發(fā)明。顯然，本發(fā)明并不限于這些實施例，因而可以進(jìn)行以下修改。
在上述實施例中，已經(jīng)說明了采用燈功率為175W的高壓汞燈的情況。但是，本發(fā)明的高壓放電燈不限于此。例如，采用其它燈功率例如200W的高壓汞燈也可以獲得同樣的效果。
本發(fā)明的高壓放電燈不限于高壓汞燈。在上述實施例中，汞被用作發(fā)光金屬，氬氣被用作起動氣體，而溴被用于產(chǎn)生鹵素循環(huán)。但是，也可以采用其它元素來代替。更具體地說，可以用一般在金屬鹵化物燈中使用的各種其它金屬鹵化物的其中之一來代替汞，用各種其它稀有氣體的其中之一來代替氬氣，例如氙氣或氖氣?？梢杂名u素物質(zhì)來代替溴，例如氯或碘。
盡管參照附圖通過實例已經(jīng)完整地說明了本發(fā)明，但應(yīng)該指出，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然可以進(jìn)行各種變更和改進(jìn)。
因此，只要這些變更和改進(jìn)未脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍，它們就包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種高壓放電燈，包括放電管，具有包含發(fā)光物質(zhì)的放電室，并氣密性地被密封；和一對電極，各電極有第一端部和第二端部，設(shè)置在放電室內(nèi)，各電極的第一端部固定在放電管上，而各電極的第二端部按預(yù)定距離在放電室中相互面對，其中，放電發(fā)生在電極的第二端部之間，各電極具有帶尖端和覆蓋材料的電極棒，電極棒和覆蓋材料主要由鎢制成，而尖端位置與第二端部對應(yīng)，其中，覆蓋材料覆蓋靠近尖端的電極棒的外表面，尖端未被覆蓋，電極棒尖端和覆蓋材料的相鄰部分通過起始放電期間產(chǎn)生的熱熔接在一起，和其中，在起始放電前，滿足不等式1/50×R3≤ΔL≤1/5×R3，其中，ΔL為沿電極棒長度方向測量的尖端長度，而R3為與尖端相鄰的覆蓋材料的外徑。
2.如權(quán)利要求1的高壓放電燈，其中，覆蓋材料是由鎢絲制成的電極線圈。
3.如權(quán)利要求2的高壓放電燈，其中，滿足不等式1/4≤R1/R2≤3/4，其中，R1是鎢絲的厚度，而R2是電極棒的外徑。
4.如權(quán)利要求3的高壓放電燈，其中，鎢絲的厚度為0.2mm，電極棒的外徑為0.4mm，而長度ΔL滿足不等式0.024≤ΔL≤0.24。
5.如權(quán)利要求3的高壓放電燈，其中鎢絲的厚度為0.25mm，電極棒的外徑為0.4mm，而長度ΔL滿足不等式0.028≤ΔL≤0.28。
6.如權(quán)利要求1的高壓放電燈，其中，在用作制造電極主要成分的鎢中包含的雜質(zhì)總含量為40ppm或更低，其中有12ppm或更少的鉀和20ppm或更少的鐵。
7.一種高壓放電燈電極，包括電極棒，具有尖端并由難熔金屬制成；和線圈，由難熔金屬絲制成，并覆蓋尖端附近的電極棒的外表面，尖端附近的線圈部分被熔化，從而緊密熔接尖端，但尖端基本上不熔化，維持初始形狀。
8.如權(quán)利要求7的高壓放電燈電極，其中，電極棒和線圈主要由鎢制成。
9.如權(quán)利要求8的高壓放電燈電極，其中，在用作制造電極主要成分的鎢中包含的雜質(zhì)總含量為40ppm或更低，其中有12ppm或更少的鉀和20ppm或更少的鐵。
10.如權(quán)利要求7的高壓放電燈電極，其中，滿足不等式L1≤0.5×N1，其中，L1是熔接的線圈部分的長度，而N1是線圈最外層的長度，兩個長度L1和N1都是沿電極棒長度方向從線圈的尖端測量的。
11.如權(quán)利要求10的高壓放電燈電極，其中，滿足不等式R1≤L1，其中，R1是難熔金屬絲的厚度。
12.如權(quán)利要求7的高壓放電燈電極，其中，電極棒尖端在熔化前未被線圈覆蓋，沿長度方向測量的尖端長度ΔL滿足不等式1/50×R3≤ΔL≤1/5×R3，其中，R3是尖端附近線圈的外徑，和其中，電極棒尖端和線圈部分利用激光或等離子體之一熔合在一起。
13.一種高壓放電燈，包括放電管，具有包含發(fā)光物質(zhì)的放電室，并氣密性地被密封；和一對電極，各電極有第一端部和第二端部，設(shè)置在放電室內(nèi)，各電極的第一端部固定在放電管上，而各電極的第二端部按預(yù)定距離在放電管中相互面對，其中，放電發(fā)生在電極的第二端部之間，電極包括電極棒，具有尖端并由難熔金屬制成；和線圈，由難熔金屬絲制成，并覆蓋尖端附近的電極棒的外表面，尖端附近的線圈部分被熔化，從而緊密熔接尖端，但尖端基本上不熔化，維持初始形狀。
14.如權(quán)利要求13的高壓放電燈，其中，電極棒和線圈主要由鎢制成。
15.如權(quán)利要求14的高壓放電燈，其中，在用作制造電極主要成分的鎢中包含的雜質(zhì)總含量為40ppm或更低，其中有12ppm或更少的鉀和20ppm或更少的鐵。
16.一種高壓放電燈，包括放電管；和一對電極，各電極有第一端部和第二端部，設(shè)置在放電室內(nèi)，各電極的第一端部固定在放電管上，而各電極的第二端部按預(yù)定距離在放電管中相互面對，其中，放電發(fā)生在電極的第二端部之間，電極包括電極棒和主要由鎢制成的固體部分，固體部分形成在電極棒的尖端，尖端位置與第二端部對應(yīng)，其中，在用作制造電極主要成分的鎢中包含的雜質(zhì)總含量為40ppm或更低，其中有12ppm或更少的鉀和20ppm或更少的鐵。
17.一種制造高壓放電燈電極的方法，包括以下步驟在電極棒的放電側(cè)尖端附近的電極棒周圍設(shè)置線圈，尖端不被覆蓋，線圈由鎢絲制成，電極棒主要由鎢制成，以在電極棒的外徑處于0.3mm至0.5mm之間和鎢絲的厚度處于0.15mm至0.30mm之間時，滿足不等式1/50×R3≤ΔL≤1/5×R3，其中，R3為電極棒放電側(cè)尖端附近的線圈外徑，而ΔL為沿電極棒長度方向測量的尖端長度；和熔化電極棒的尖端和線圈的相鄰部分，以使尖端和相鄰部分熔合在一起。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中，在熔化步驟中使用激光和等離子體其中一個。
19.一種照明裝置，包括高壓放電燈；和反射鏡，在預(yù)定方向上引導(dǎo)高壓放電燈發(fā)射的光，高壓放電燈包括放電管，具有包含發(fā)光物質(zhì)的放電室，并氣密性地被密封；和一對電極，各電極有第一端部和第二端部，設(shè)置在放電室內(nèi)，各電極的第一端部固定在放電管上，而各電極的第二端部按預(yù)定距離在放電管中相互面對，其中，放電發(fā)生在電極的第二端部之間，電極包括電極棒，具有尖端并由難熔金屬制成；和線圈，由難熔金屬絲制成，并覆蓋尖端附近的電極棒的外表面，尖端附近的線圈部分被熔化，從而緊密熔接尖端，但尖端基本上不熔化，維持初始形狀。
20.如權(quán)利要求19的照明裝置，其中，高壓放電燈被整體地設(shè)置在反射鏡內(nèi)側(cè)，使高壓放電燈的電弧軸位于反射鏡的光軸上。
21.一種圖象顯示裝置，包括高壓放電燈；反射鏡，在預(yù)定方向上引導(dǎo)高壓放電燈發(fā)射的光；聚光組件，聚集反射鏡反射的光；圖象形成組件，按照聚集的光形成圖象；和投射組件，將圖象投射在投射表面上，高壓放電燈包括放電管，具有包含發(fā)光物質(zhì)的放電室，并氣密性地被密封；和一對電極，各電極有第一端部和第二端部，設(shè)置在放電室內(nèi)，各電極的第一端部固定在放電管上，而各電極的第二端部按預(yù)定距離在放電管中相互面對，其中，放電發(fā)生在電極的第二端部之間，電極包括電極棒，具有尖端并由難熔金屬制成；和線圈，由難熔金屬絲制成，并覆蓋尖端附近的電極棒的外表面，尖端附近的線圈部分被熔化，從而緊密熔接尖端，但尖端基本上不熔化，維持初始形狀。
全文摘要
一種高壓放電燈,其放電管中有一對電極。各電極包括線圈和具有尖端的電極棒,線圈設(shè)在尖端附近的電極棒周圍。電極棒尖端和線圈相鄰部分在初始放電期間熔合在一起。更具體說,線圈覆蓋尖端附近的電極棒,而電極棒的尖端未被覆蓋,尖端的長度為ΔL,滿足不等式1/50×R3≤ΔL≤1/5×R3,其中R3是尖端附近線圈的外徑。此外,例如通過采用等離子體或激光整體地熔化電極棒尖端和線圈相鄰部分,可以在電極設(shè)置到放電管內(nèi)之前先制成電極。
文檔編號H01J61/073GK1271174SQ0010539
公開日2000年10月25日 申請日期2000年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月10日
發(fā)明者竹內(nèi)延吉 申請人:松下電子工業(yè)株式會社