CN1195314C - 图像显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种图像显示装置，备有放电灯和反射从上述放电灯发来的光的反射镜的灯组合件以及由所述灯组合件为光源的光学系统，其中：上述放电灯具有发光管、一对封入金属箔的密封部和在上述金属箔的相反一侧连接着外部引线，上述密封部中的一个密封部配设在反射镜内的射出方向一侧；配置在射出方向一侧的上述一个密封部具有温度焦点区域，它由于从配置在上述射出方向的前方的所述光学系入射到上述反射镜中而照射上述所述密封部的光而产生、且在此处该密封部的温度极大；上述一个密封部中的上述外部引线和上述连接部，设在上述温度焦点区域之外的位置。
Description
本发明涉及一种放电灯及其灯组合件。特别是涉及一种作为备有数字微型反射镜设备(DMD)的投影机和液晶投影机用光源来使用的放电灯及其灯组合件。本发明还涉及备有上所述的放电灯或灯组合件的图像显示装置。
近年来，使用DMD的投影机(DLP投影机)和液晶投影机等作为实现大画面图像的系统而广泛应用。在这种图像投射装置中一般都使用具有高亮度的高压放电灯。在图像投影装置中，之所以除高亮度外还要求接近点光源，是因为在包括投影机的光学系的图像元件(DMD板，液晶板等)内需要聚光。因此，高压放电灯中，更接近点光源的，具有高亮度特长的短弧型超高压水银灯作为未来的光源被人们所瞩目。
参照图5来说明以往的短弧型超高压水银灯1000。图5是超高压水银电灯1000的示意图。放电灯1000具有：由石英玻璃构成的、近似球形的发光管110；同样由石英玻璃构成的、连接发光管110的一对密封部120以及120’。
在发光管110的内部有放电空间115；在放电空间115中，作为发光物质封入有水银118(水银封入量例如为：150～250mg/cm3)、稀有气体(例如数十Kpa的氩)、少量的卤素。在放电空间115内，以一定间隔(例如，约1.5mm)配置有一对方向相对的钨电极(W电极)112及112’。在W电极112及112’有电极轴(W棒)116，电极轴116的前端绕有线圈114，线圈114具有下降电极前端温度的功能。
W电极112的电极轴116与密封部120内的钼箔(Mo箔)124焊接在一起，通过两者焊接在一起的焊接部117，W电极112与Mo箔124电气连接。密封部120具有：从发光管110延伸过来的玻璃部122和Mo箔124，通过压装玻璃部122和Mo箔124来保持发光管110内的放电空间115的密封。即，通过压接Mo箔124和玻璃部122的箔密封来密封部120。密封部120的剖面形状都为圆形，在密封部120的内部中心配置有矩形的Mo箔124。
Mo箔124在与焊接部117相反的一侧具有由钼构成的外部引线(Mo棒)130。Mo箔124与外部引线130互相焊接，靠焊接部132使两者电气连接。补充一下，W电极112’及120’密封部的结构都分别和W电极112及密封部120相同，所以省略其说明。
下面，简单说明灯1000的工作原理。通过外部引线130与Mo箔124在W电极112以及112’上施加启动电压，发生氩(Ar)的放电，该放电使发光管110的放电空间115内的温度上升，因此，水银118被加热、气化。而后，在W电极112以及112’之间的电弧中心部，水银原子被激发而发光。灯1000的水银蒸气压越高则发光效率也随之增加，所以水银蒸气压越高，作为图像投影装置的光源越适合，但从发光管110的物理耐压强度的观点来看，在15～25Mpa范围的水银蒸气压下使用灯1000比较合适。
如图6所示，灯1000和反射镜60组合起来，可以做成灯组合件1200。图6是显示灯组合件1200的剖面示意图。灯组合件1200，例如可以作为DLP投影机和液晶投影机等的光源使用。
灯组合件1200具有：放电灯1000和反射从放电灯1000发来的反射镜60，由反射镜60对从放电灯1000发来的光进行反射，朝射出方向50射出。反射镜60，在射出方向50的一侧具有前面开口部60a，为了防止灯破坏时的飞散，将前面玻璃(无图示)安装在该前面开口部60a。在靠近前面开口部60a一侧的密封部120的外部引线130电气连接有引线65，引线65从外部引线130，通过反射镜60的引线用开口部62，延伸到反射镜60的外边。在放电灯1000的另一个密封部120’装有灯头55，装灯头55的密封部120’被装在反射镜60上。
因为前面玻璃装有在反射镜60的前面开口部60a上，灯组合件1200为密封结构，所以，在电灯工作时，随着灯1000发热，灯组合件1200内温度就升得很高。因此，为了保证灯工作，事先预测灯组合件1200内的灯1000的温度，然后设计、制造灯1000。
可是，本案发明人发现了以下的问题：将已往的灯组合件1200作为DLP投影机的光源使用时，在射出的方向50一侧的密封部120的焊接部132温度升得比设计时预测的高，结果因焊接部132氧化导致灯1000不能工作了。也就是说，因为构成外部引线130和Mo箔124的钼具有温度在350℃以上便氧化的性质，所以当焊接部132位于密封部120的端部而接触外部空气的因接触电阻其温度比其他部分更高的焊接部132的温度。升到约350℃以上时，焊接部132就氧化(钼的氧化)，结果失去了焊接部132的导电性，灯1000就不能工作了。
本案发明人研究而判明了焊接部132的温度比设计时的预测温度高的原因：如图7所示，来自配置在灯组合件1200的射出方向50的前方的DLP投影机的反射光52，射入灯组合件1200的反射镜60内，然后照射在射出方向50一侧的密封部120的焊接部132上。例如，单版式DLP投影机的光学系90，含有配置在灯组合件1200射出方向50的前方的具有3原色(R·G·B)的彩色轮70，和反射透过彩色轮70的光的DMD盘80(是由多个DMD82构成的)。来自灯组合件1200的射出光51，通过例如每秒120次的速度旋转的彩色轮70，例如变成红色光(R)54，通过聚光透镜(无图示)投射到DMD盘80上。此时，来自灯组合件1200的射出光51中没透过彩色轮70的光，作为彩色轮70的反射光52又入射到灯组合件1200的反射镜60内。
如图8(a)所示，入射到反射镜60内的反射光52由反射镜60反射，由反射镜60发来的反射光53照射射出方向50一侧的密封部120的焊接部132。因此，受照射焊接部132的光53的影响密封部120的焊接部132的温度，比没将光学系90组合进来，而仅就灯组合件单体作温度预测时所预测的温度还高。有时，例如会比设计时的预测温度高50℃以上。
在为提高DLP投影机的性能而要求亮度更高的光源的情况下，为了使灯工作时焊接部132的温度不超过约350℃，下降放电灯1000输出(下降亮度)还是很不合适。再说，考虑到钼的物态性质，也很难做出在高于350℃下也不氧化结构的焊接部132。
本案发明人又判明了：如图8(b)所示，在图7所示的结构下工作时，密封部120各处的温度上升得不都一样，而是密封部120中的某些地方(例如，密封焊接部132的地方A)的温度局部地升高了；就是说，由反射镜60反射的反射光53不是均匀地照射密封部120，而是形成密封部120的温度极高的区域(温度焦点区域)。因此，在焊接部132在温度焦点区域45内时，焊接部132的温度比仅对灯组合件单体所预测的温度还高。
本发明是为解决上述问题而研究出来的，其主要目的在于：提供一种抑制密封部中的连接部(焊接部)的温度上升，而使可靠性提高的放电灯及灯组合件及图像显示装置。
本发明所涉及的放电灯，包括：有一对电极对向设置在封入了发光物质的管内的发光管、一对封入分别与上述一对电极中的每一个电极电气连接的一对金属箔中的每一个金属箔的密封部；在上述一对金属箔的每一个上分别和上述一对电极中的每一个电极电气连接的那一侧的相反一侧连接着外部引线；至少在上述一对密封部的一个密封部中，密封了连接上述外部引线和上述金属箔的连接部的那一表面上，设有包括其反射率比形成上述密封部的材料的反射率还大的反射膜。
最好是上述反射膜由热辐射率比构成上述密封部的上述材料大的材料构成。
在某一实施形态下，上述连接部是由钼构成的上述外部引线和由钼构成的金属箔通过焊接而连接起来的焊接部。
本发明所涉及的灯组合件是具有放电灯、和反射上述放电灯所发来的光的反射镜的灯组合件，上述放电灯具有一对电极对向设置在封入了发光物质的管内的发光管、一对封入分别与上述一对电极中的每一个电极电气连接的一对金属箔中的每一个金属箔的密封部；在上述一对金属箔的每一个上分别和上述一对电极中的每一个电极电气连接的那一侧的相反一侧连接着外部引线；上述一对密封部中的一个密封部配设在上述反射镜内的射出方向一侧；配设在上述射出方向一侧的上述一个密封部中密封了连接上述外部引线和上述金属箔的连接部的那一表面上，设有包括其反射率比形成上述密封部的材料的反射率还大的反射膜；上述反射膜反射从设置在上述射出方向的前方的光学系入射到上述反射镜而照射上述连接部的光，以抑制上述连接部的温度上升。
本发明所涉及的图像显示装置，备有放电灯和反射从上述放电灯发来的光的反射镜的灯组合件，以及由所述灯组合件为光源的光学系统，其中：上述放电灯具有一对电极对向设置在封入了发光物质的管内的发光管、一对封入分别与上述一对电极中的每一个电极电气连接的一对金属箔中的每一个金属箔的密封部；在上述一对金属箔的每一个上分别和上述一对电极中的每一个电极电气连接的那一侧的相反一侧连接着外部引线，上述一对密封部中的一个密封部配设在上述反射镜内的射出方向一侧；配置在上述射出方向一侧的上述一个密封部具有温度焦点区域，它由于从配置在上述射出方向的前方的所述光学系入射到上述反射镜中而照射上述所述密封部的光而产生、且在此处该密封部的温度极大；上述一个密封部中的上述外部引线和上述金属箔连接的连接部，设在上述温度焦点区域之外的位置。
在某一实施形态下，上述连接部是由钼构成的上述外部引线和由钼构成的金属箔通过焊接而连接起来的焊接部。
在某一实施形态下，上述光学系具有反射型图像元件和将来自上述反射镜的射出光投射到上述反射型图像元件的彩色轮，照射上述连接部的光至少包括由上述彩色轮将从上述反射镜射向上述光学系的光的一部分反射，而射到上述反射镜的光。
在某一实施形态下，上述光学系具有DMD。
本发明的放电灯，在密封密封部中的连接部的表面上形成有反射膜。因此，能以反射膜反射照射连接部的光，所以能抑制连接部的温度上升。反射膜包括热辐射率高的材料时，又能以反射膜的辐射来抑制连接部的温度上升。
这种放电灯和反射镜组合起来，就能以反射膜反射从配置在射出方向前方的光学系入射到反射镜而照射连接部的光。结果，能提供一种能够抑制连接部的温度上升的灯组合件。本发明的其他灯组合件，将连接部设在密封部的温度焦点区域之外的地方，和设在温度焦点区域内相比，可以抑制连接部的温度上升。连接部，例如是由钼构成的外部引线和由钼构成的金属箔通过焊接而连接起来的焊接部。光学系在具有反射型图像元件和彩色轮时，照射连接部的光中至少包括由彩色轮反射而入射到反射镜的光。将这种灯组合件作为光源并和光学系(例如以DMD当成其构成因素的光学系)组合起来，就能够提供图像显示装置。
下面简单说明附图：
图1(a)是显示第1实施例所涉及的放电灯100所结构的俯视示意图，图1(b)是显示放电灯100所结构的侧视示意图，图1(c)是沿图1(a)中的c-c’线剖开后的剖面图。
图2是显示第1实施例所涉及的灯组合件500所结构的剖面示意图。
图3是显示灯组合件500和光学系90所结构的示意图。
图4(a)是示意地显示第2实施例中的放电灯200所结构的部分放大俯视图，图4(b)是显示密封部20所定的地点A·B·C的温度状态的曲线示意图。
图5示出了已往的放电灯1000所结构的示意图。
图6示出了已往的灯组合件1200所结构的剖面示意图。
图7示出了灯组合件1200和光学系90所结构的示意图。
图8(a)是示意地显示放电灯1000所结构的部分放大俯视图，图8(b)是显示密封部20所定的地点的温度状态的曲线示意图。
下面简要说明符号：
10—发光管；12、12’—电极(W电极)；14—线圈；15—放电空间(管内)；16—电极棒；17—Mo棒；18—发光物质(水银)；20、20’—密封部；22—玻璃部；24—金属箔(Mo箔)；30—外部引线；32—连接部(焊接部)；40—反射膜；45—温度焦点区域；55—灯头60—反射镜；62—引线用开口部；65—引线；70—彩色轮；80—DMD盘；82—DMD；84—投影透镜；86—屏幕；90—光学系；100、200—放电灯；500—灯组合件；110—发光管；112、112’—W电极；114—线圈；115—放电空间(管内)；116—电极棒118—发光物质(水银)；120、120’—密封部；122—玻璃部；124—Mo箔；130—外部引线；1000—超高压水银灯；1200—灯组合件
以下，参照附图对本发明实施例加以说明。在下面的附图中，实际功能相同的元件用相同的符号表示，为简化说明。
(第1实施例)
参照图1～图3来说明本发明的第1实施例。
首先，参照图1。图1(a)示意地显示本发明有关的放电灯100的上面，图1(b)示意地显示放电灯100的侧面。图1(c)是沿图1(a)中的c-c’线剖开的断面。补充一下，图中箭头X、Y以及Z显示坐标轴。
第1实施例的放电灯100具有：发光管10，在发光管10内连接的一对密封部20以及20’。在发光管10的管内有密封发光物质18的放电空间15，在放电空间15中配置有一对方向相对的电极12以及12’。发光管10由石英玻璃构成，呈近似球形。发光管10的外径约为5mm～20mm，发光管10的玻璃厚度约为1mm～5mm。发光管10内放电空间15的容积约为0.01～1.0cc。在本实施例中使用外径约为13mm、玻璃厚度约为3mm、放电空间15的容积约为0.3cc的发光管10，使用水银作为发光物质18，例如将约150～200mg/cm3的水银、5～20kPa的稀有气体(例如氩)以及少量的卤素密封到放电空间15中。补充一下，在图1(a)以及图1(b)中，示意地显示了附着在发光管10内壁上的水银18。
放电空间15内的一对电极12以及12’以1mm～5mm左右的间隔(电弧长)配置。例如使用钨电极(W电极)作为电极12以及12’。在本实施例中，以1.5mm左右的间隔来配置W电极12以及12’。在电极12以及12’的前端分别卷有线圈14。线圈14具有降低电极前端温度的功能。在密封部20内的金属箔24电气连接有电极12的电极轴(W棒)16。同样，在密封部20’内的金属箔24’电气连接有电极12’的电极轴16。
密封部20具有：与电极12电气连接的金属箔24和从发光管10延伸过来的玻璃部22，利用金属箔24和玻璃部22的箔密封保持发光管10放电空间15的气密。金属箔24，例如是钼箔(Mo箔)，例如呈矩形。玻璃部22，例如由石英玻璃构成。补充一下，这些密封部20的结构和密封部20’相同，所以省略其说明。
密封部20(或20’)内的金属箔24，和电极12焊接而接合起来，金属箔24，在接合着电极12那一侧的相反一侧具有外部引线30。外部引线30，例如由钼构成，例如通过焊接和金属箔24连接起来。至少一对密封部的一个密封部20，在密封连接部(焊接部)32的表面上具有反射膜40，连接部(焊接)32连接外部引线30和金属箔24。反射膜40的材料包括反射率高于构成密封部20的材料(石英玻璃)，而典型的反射膜40，是由这样的材料构成。反射膜40的材料例如是包括：氮化铝、铝、氧化铝、氧化锆等。反射膜40具有将照射密封部的连接部的光加以反射的功能，所以可以抑制灯工作时所产生的连接部32的温度上升。为了不使灯的特性变坏，又能进行良好的反射，典型的反射膜40最好是镜面膜(例如金属薄膜)或白色膜。反射膜的厚度例如为几千埃～1mm左右。
反射膜40包括热辐射率高于石英玻璃的材料(例如氮化铝等)时，最好由这样的材料构成时，能以反射膜40的辐射抑制连接部32的温度上升。氮化铝的反射率及热辐射率，例如分别为约90％及约90％。
反射膜40，例如至少形成在配置在灯射出方向的密封部20的连接部32密封的表面上就可以了，也可以形成在整个密封部20上，以便抑制整个密封部20的温度上升。在密封另一个的密封部20’的连接部32的那部分、或整个密封部20’上形成反射膜40也很合适。反射膜40不限定其形成方法，可以例如以涂覆、浸涂、笔刷形成。
如图2所示，形成有反射膜40的放电灯100，可以和反射镜60组合起来做成灯组合件。图2示意地显示备有放电灯100的灯组合件500的剖面图。
灯组合件500备有放电灯100和反射镜60；放电灯100具有形成有反射膜40的密封部20，反射镜60反射从放电灯100发来的光。形成有反射膜40的密封部20，被设在反射镜60的靠近前面开口部60a的一侧(射出方向50的一侧)，另一个密封部20’固定在反射镜60上。形成在密封部20的反射膜40，形成在密封连接部32的密封部20的表面上。和密封部20’固定在一起的反射镜60，反射从放电灯100发来的反射光，使该反射光例如变成平行光束、聚集在所定微小区域的聚光光束、或和从所定微小区域发来的光相同的散发光束。例如抛物面镜、椭圆面镜作为反射镜60使用。
放电灯100的一个密封部20’上设有灯头55，灯头55和从密封部20’延伸过来的外部引线(无图示)电气连接。设有灯头55的那一侧的密封部20’和反射镜60，例如由无机系粘着剂(例如水泥)固定下来，成为一体。在反射镜60的前面开口部一侧的密封部20的外部引线30电气连接有引线65，引线65，从外部引线30通过反射镜60的引线用开口部62延伸到反射镜60的外边。在反射镜60的前面开口部，例如能设置前面玻璃。
如图3所示，灯组合件500可以作为DLP投影机用光源使用。图3是显示单版式DLP投影机的结构的示意图，图3所示的DLP投影机备有灯组合件500和光学系90。光学系90备有：配置在灯组合件500的射出方向50前方的彩色轮70，反射透过彩色轮70的光54的DMD盘80(由多个DMD82构成)，使从DMD盘80投射出来的光56变成投射光58放映到屏幕86的投影透镜84。
从灯组合件500射出来的光51，例如通过以每秒120次的速度旋转的彩色轮70的3原色(R·G·B)中的1色(例如R)后，通过聚光透镜(无图示)投射到DMD盘80，然后放映到屏幕86。单版式DLP投影机，籍由DMD盘80的DMD82以每秒几千至几万次的速度重复开、关，而将每个通过彩色轮70的R·G·B色瞬时重叠在一起，再利用视觉暂留效果，在屏幕86上造出一张图像。
来自灯组合件500的射出光51中，没透过彩色轮70的光，作为反射光52入射到灯组合件500的反射镜60内。可是，如图2所示，密封部20内的连接部32被反射膜40保护，所以即使反射光52入射到反射镜60内，也能反射照射到连接部32的光53。因此，可以抑制连接部32的温度上升，结果，可以提高灯组合件500在灯工作时的可靠性。补充一下，用反射膜40保护连接部32后，便可抑制由于配置在灯组合件500的射出方向50前方的光学系入射到反射镜60内的光52所导致的连接部的温度上升。因此，不限定来自本实施例中说明的单版式DLP投影机的光学系90的光52，使用了从3张DMD盘80的3版式DLP投影机的光学系入射到反射镜60内的光、或使用了从液晶盘的液晶投影机的光学系入射到反射镜60内的光所产生的连接部的温度上升都可以抑制。
(第2实施例)
参照图4说明本发明所涉及的第2实施例。本实施例在连接部32设在温度焦点区域45以外的地方不同于上述第1实施例的反射膜40形成在密封连接部32的密封部20上。补充一下，为简化本实施例的说明，以后，主要说明不同于第1实施例的地方，故省略或简化对与第1实施例相同地方的说明。
图4(a)是示意地显示反射镜60组合在一起的放电灯200的部分放大剖面图，图4(b)是示意地显示在密封部20所定的A·B·C的温度状态的曲线图。
如图4(a)及图4(b)所示，由于例如来自图3所示的光学系90的反射光52，而形成了工作时，密封部20的温度极大的区域(温度焦点区域)45。在本实施例的放电灯200中，在温度焦点区域45以外的地方设置连接部32，因此抑制连接部32温度上升。使用热电偶事先测定密封部20的所定地点，找到密封部的温度极大的区域，就可以找到密封部20内的温度焦点区域45所在的地方。而设计，制造放电灯连接部32，使得连接部32不在温度焦点区域45，就可以得到放电灯200。也可以设计反射镜60，使得密封部20的连接部32不在温度焦点区域45内，使得连接部32设在温度焦点区域45之外的地方。
在本实施例中，将连接部32设在密封部20的温度焦点区域45以外的地方，故能够抑制连接部32的温度上升而提高可靠性。另外，组合本实施例和上述第1实施例也很合适。也就是说，将连接部32设在温度焦点区域45以外的地方，并在密封连接部32的密封部20上形成反射膜40，更能抑制连接部32温度上升。
(其他实施例)
作为放电灯的一个例子，在所述实施例中对使用水银作为发光物质的水银灯进行了说明，但凡具有利用密封部(气密部)来将金属箔24封起来的任何放电灯，本发明都能适用。例如，本发明也能适用对密封有金属卤化物的金属卤化灯等放电灯。
而且，在所述实施例中，虽然对水银蒸气压力20MPa时的情况(所谓超高压水银灯的情况)进行了说明，但对水银蒸气压力1MPa的高压水银灯和水银蒸气压力1kPa的低压水银灯，本发明也都能适用。另外，一对电极12以及12’之间的间隔(电弧长)即可以是短弧型，也可以是比它更长的间隔。所述实施例的放电灯无论是交流亮灯型的点灯方式还是直流亮灯型的亮灯方式都能适用。
本发明可以提供一种抑制在密封部内的连接部的温度上升而提高可靠性的放电灯及灯组合件。也能以组合这样的灯组合件和光学系提供一种图像显示装置。
Claims (6)
1、一种图像显示装置，备有放电灯和反射从上述放电灯发来的光的反射镜的灯组合件，以及由所述灯组合件为光源的光学系统，其中：
上述放电灯具有一对电极对向设置在封入了发光物质的管内的发光管、一对封入分别与上述一对电极中的每一个电极电气连接的一对金属箔中的每一个金属箔的密封部；在上述一对金属箔的每一个上分别和上述一对电极中的每一个电极电气连接的那一侧的相反一侧连接着外部引线，
上述一对密封部中的一个密封部配设在上述反射镜内的射出方向一侧；
配置在上述射出方向一侧的上述一个密封部具有温度焦点区域，它由于从配置在上述射出方向的前方的所述光学系入射到上述反射镜中而照射上述所述密封部的光而产生、且在此处该密封部的温度极大；
上述一个密封部中的上述外部引线和上述金属箔连接的连接部，设在上述温度焦点区域之外的位置。
2、根据权利要求1所述的图像显示装置，其中：
在连接部上，设有包括其反射率比形成上述密封部的材料的反射率还大的反射膜。
3、根据权利要求2所述的图像显示装置，其中：
上述反射膜的材料包括比构成上述密封部的上述材料的热辐射率高的材料。
4、根据权利要求1、2或3所述的图像显示装置，其中：
上述连接部是由钼构成的上述外部引线和由钼构成的金属箔通过焊接而连接起来的焊接部。
5、根据权利要求1、2或3所述的图像显示装置，其中：
上述光学系具有反射型图像元件和将来自上述反射镜的射出光投射到上述反射型图像元件的彩色轮，
照射上述连接部的光，至少包括由上述彩色轮将从上述反射镜射向上述光学系的光的一部分反射而射到上述反射镜的光。
6、根据权利要求1、2或3所述的图像显示装置，其中：
上述光学系具有数字微型反射镜设备。
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