高压放电灯、制造高压放电灯放电管壳与中空管壳的方法技术

高压放电灯透明消失的主要原因是被封入管壳内的物质与石英玻璃管壳起了反应。 本发明专利技术的目的是通过防止这一现象使高压放电灯有更长的使用寿命。通过形成一层或数层氧氮化物层来制造一涂层，元素从铝、钽、铌、钒、铬、钛、锆、铪、钇、钪、镁、硅和镧系稀土元素中选取。例如，通过在溅射电极间施加高频电磁波并产生辉光放电，在所述中空管壳内壁形成由氧氮化铝层和氮化铝层构成的耐用涂层，由此延长高压放电灯的使用寿命。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及作普通照明或投影显示用的高压放电灯、制造高压放电灯用的放电管壳的方法和制造中空管壳的方法。以往，石英玻璃部件(包含几乎100％的SiO2)常被用于金属卤化物放电灯。然而，石英玻璃材料的缺点是当灯的照明时间增加时，石英玻璃容易与封在灯内的高压气体起反应，从而不可避免地降低透光率；石英玻璃的导热率很低(约0.9W/mK)，这就不能使热量分布均匀；等等。此外，还出现这样一个问题，即由上述非均匀温度分布造成的内部热对流引起大曲率放电电弧。这样，就得考虑防范措施，即在石英玻璃放电管壳的内壁敷以由单层或多层的氧化铝涂层、氧化钽涂层或其他涂层组成的保护层(例如，美国专利NO.5270615说明书)。然而，在通常的放电管壳中，这种措施有一个缺点，即高温时实际应用的氧化物涂层的耐蚀性不够强。即，当灯点亮时，由于在约1000℃的高温下能觉察出封在灯内的稀土金属卤化物与氧化物涂层起反应，因此可以说，上面提到的通常的防范描施对于防止透明消失的作用仍然不够充分。还有，由于用氧化物涂层作为保护涂层，其不足之处在于不能对放电管壳的热均匀起到作用。另一方面，作为另一种防范措施，曾企图用陶瓷(Al2O3、AlN、YAG、尖晶石等等)放电管壳以获得这样一些效果由于陶瓷耐蚀性强，因而防止了透明消失；由于陶瓷导热率高，因而均匀了放电管壳内的温度分布；以及还改进了热负荷特性(例如，日本特许公报NO.87938/1993)。然而，上面提到的陶瓷放电管壳有这样一些缺点不能忽视陶瓷管壳与端面密封部分的腐蚀；由于陶瓷烧结物等的粒间反射(inter-granular reflection)导致直线透光度下降，使其特性偏离理想点光源的特性，从而使它无法实际应用。上面提到的陶瓷放电管壳还有这样的令人不满意之处，即与石英玻璃管壳相比，它的成本很高并且需要复杂的加工工艺。为解决上述通常碰到的问题，本专利技术的一个目的的是得到一种高压放电灯，在它的放电管壳的内壁采用比通常的氧化物涂层更耐久的氧氮化物涂层，从而使这种放电灯能更有效地防止透明消失并具有以前更长的放电灯使用寿命。同时，石英玻璃的线膨胀系数特别小(0.54ppm/℃)。即使氧化铝(7—8ppm/℃)或具有大的线膨胀系数的其他金属氧化物作为耐蚀性涂层直接在石英玻璃上形成，但在灯工作时为高温(最高约1000℃)和灯熄灭时为室温的动态机械应力的反复作用下，内壁涂层会龟裂和剥落，因而从实际的观点来看，至少还没有实现一种真正耐用的结构。上述NO.5270615美国专利企图通过采用热膨胀系数范围为1至4ppm/℃的氧化物涂层作为下面的涂层来解决上述问题，但这仍然不够。这样，本专利技术的另一个目的是提供一种新的涂层结构，它在实际应用中更加耐用，这要对保护层的每一组成层实际的线膨胀系数加以考虑。本专利技术的高压放电灯包括由一种或数据元素的至少一层氧氮化物构成的涂层，该涂层涂覆在石英玻璃中空管壳的内壁上，在管壳内封入了惰性气体和一种或数种金属或者一种或数种金属卤化物。一种或数种元素最好从下述元素中选取铝(Al)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、铬(Cr)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钇(Y)、钪(Sc)、镁(Mg)、硅(Si)和镧(La)系稀土元素。涂层最好至少包括氧氮化铝层。氧氮化铝层最好包含硅、镁或钇。当涂层由多层构成时，最好这些层中至少包括一层氮化物层和一层氧氮化物层，形成氧氮化物层的元素与形成氮化物层的元素相同。最好中空管壳是放电管壳，并设置有突向放电管壳内部的电极。最好中空管壳是放电管壳，在放电灯内部不设置电极，而是在从放电管壳外部提供的微波或高频电磁波的作用下产生激发发光。中空管壳端部处内壁的石英玻璃最好处于露出状态。一种制造本专利技术的中空管壳的方法包括下述步骤从一预定的中空管壳两端的开口处插入一对溅射电极，该电极所含的元素与要在中空管壳内壁上形成的涂层所含的元素相同；用这样的方式来固定溅射电极，使得一对相向放置的溅射电极的顶部之间的距离保持相隔一预定的距离；以及在溅射步骤中，通过在已固定的溅射电极之间施加直流电压或高频电压并产生辉光放电，在中空管壳的全部或部分内壁上形成涂层。一种制造本专利技术的中空管壳的方法包括下述步骤从一预定的中空管壳两端的开口处插入一对溅射电极，在电极的顶部设置有靶，该靶所含的元素与要在中空管壳内壁上形成的涂层所含的元素相同；用这样的方式固定溅射电极，使得这对相向放置的溅射电极的顶部之间的距离保持相隔一预定的距离；以及在溅射步骤中，通过在已固定的溅射电极之间施加直流电压或高频电压并产生辉光放电，在中空管壳的全部或部分内壁上形成涂层。中空管壳内壁部分最好指的是除去接近开口的内壁之外的全部或部分内壁。溅射电极的顶部最好做成非平面形状。靶的顶部最好做成非平面形状。一种制造本专利技术的高压放电灯的放电管壳(其中，要在石英玻璃中空管壳的内壁形成一预定的涂层)的方法包括下述步骤在中空管壳的内壁上形成一种或数种元素的氮化物层；以及然后对已形成的氮化物层作氮化处理，由此把全部或部分的氮化物层改变为氧氮化物层。一种制造本专利技术的高压放电灯的放电管壳(其中，要在石英玻璃中空管壳的内壁形成一预定的涂层)的方法包括下述步骤在中空管壳的内壁形成一种或数种元素的氧化物层；以及然后对已形成的氧化物层作氮化处理，由此把全部或部分的氧化物层改变为氧氮化物层。一种制造本专利技术的高压放电灯(其中，要在石英玻璃中空管壳内壁形成预定的涂层)的方法包括下述步骤在中空管壳的内壁上形成一层预定金属层；以及然后对已形成的金属层作氧氮化处理，由此把全部或部分的金属层改变为氧氮化物层。一种本专利技术的包含一涂层的高压放电灯，该涂层至少包括一第一透明电介质层，它在石英玻璃中空管壳的内壁上形成，具有范围为0.8至2ppm/℃的线膨胀系数，在石英玻璃管壳内封有惰性气体和一种或数种金属或者一种或数种金属卤化物；一第二透明电介质层，它在第一层上形成，具有范围为2至5ppm/℃的线膨胀系数；以及一第三透明电介质层，它在第二层上形成，具有范围为5至10ppm/℃的线膨胀系数。涂层的顶层最好是氧氮化物层。根据本专利技术专利申请，由于在高压放电灯工作环境下，在放电管壳的内表面上获得一种比以前用的涂层更耐腐蚀的氧氮化物层结构，因而更能防止透明消失，而更有可能使高压放电灯有更长的使用寿命。此外，例如，采用根据本专利技术专利申请的制造方法可以使溅射涂层的均匀性提高和附着力增强，从而与以前相比更不容易发生涂层剥落。附图说明图1是按照本专利技术一个实施例的高压放电灯的剖面图；图2是沿图1的A-B线取的、朝箭头所示方向看的局部放大剖面图；图3是按照本专利技术的一个实施例制造高压放电灯的放电管壳的方法中用的溅射装置的图；图4(A)示出在一石英玻璃管壳1的内壁上形成氮化物层81的步骤；图4(B)示出对在图4(A)所示步骤中形成的氮化物层81作氧化处理的步骤；图4(C)示出将氮化物层81的表面部分改变为氧氮化物82的步骤；图5是按照本专利技术另一实施例的高压放电灯的剖面图，该灯是这样构造的，使得在钨电极2的根部51处露出石英玻璃；图6示出按照本专利技术一个实施例的制造高压放电灯的放电管的方法中用的溅射装置中的溅射电极10及其顶部的形状；图7是一无电极放电灯的示意方框图；图8是按照本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压放电灯，其特征在于包括：包含一种或数种元素的至少一层氧氮化物构成的涂层，该涂层位于石英玻璃中空管壳的内壁上，在管壳内封入了惰性气体和一种或数种金属或者一种或数种金属卤化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1994-9-28 233,835/94;JP 1995-4-5 80,084/951.一种高压放电灯，其特征在于包括包含一种或数种元素的至少一层氧氮化物构成的涂层，该涂层位于石英玻璃中空管壳的内壁上，在管壳内封入了惰性气体和一种或数种金属或者一种或数种金属卤化物。2.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述一种或数种元素从下述元素中选取铝(Al)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、铬(Cr)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钇(Y)、钪(Sc)、镁(Mg)、硅(Si)和镧(La)系稀土元素。3.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述涂层至少包括氧氮化铝层。4.如权利要求3所述的高压放电灯，其特征在于，所述氧氮化铝层包含硅(Si)、镁(Mg)和钇(Y)。5.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，当所述涂层由多层构成时，这些层至少包括一层氮化物层和一层氧氮化物层，形成氧氮化物层的元素与形成氮化物层的元素相同。6.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述中空管壳是一放电管壳，并设置有突向放电管壳内部的电极。7.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述中空管壳是放电管壳，在放电灯内部不设置电极，而是在从放电管外部提供的微波或高频电磁波的作用下产生激发发光。8.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述中空管壳端部内壁的石英玻璃处于露出状态。9.一种制造中空管壳的方法，其特征在于包括下述步骤从一预定的中空管壳两端的开口处插入一对溅射电极，该电极所含的元素与要在中空管壳内壁上形成的涂层所含的元素相同；用这样的方式来固定所述的一对溅射电极，使得这对相向放置的所述电极的顶部之间的距离保持相隔一预定的距离；以及在溅射工艺中，通过在已固定的所述溅射电极之间施加直流电压或高频电压并产生辉光放电，在所述中空管壳的全部或部分内壁上形成所述涂层。10.一种制造中空管壳的方法，其特征在于包括下述步骤从一预定的中空管壳两端的开口处插入一对溅射电极，在电极的顶部设置有靶，该靶所含的元素...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤井谦一，竹田守，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]