CN101661866B

CN101661866B - 准分子灯

Info

Publication number: CN101661866B
Application number: CN2009101666409A
Authority: CN
Inventors: 藤泽繁树; 平石隆之
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-08-24
Also published as: KR101213350B1; KR20100026972A; JP5266972B2; TW201009887A; CN101661866A; JP2010055971A; TWI431658B

Abstract

一种准分子灯，具备形成有剖面为矩形的管的放电容器，能够防止边缘部成为破损的起点而导致放电容器破裂。上述准分子灯(10)在放电容器(11)的放电空间(S)内产生准分子放电，在与端面(14a、14b)平行地切断的剖面中，与连接长边面(12a、12b)与短边面(13a、13b)的边缘部(16a、16b、16c、16d)相比，放电容器(11)的长边面(12a、12b)的中央部(18a、18b)朝向放电空间(S)内侧弯曲，在放电容器(11)的暴露于放电空间(S)的表面形成有紫外线反射膜(20)，该紫外线反射膜(20)在该边缘部侧的膜厚比该中央部侧厚。

Description

准分子灯

技术领域

本发明涉及一种准分子灯，经由与二氧化硅玻璃所构成的放电容器相对的一对电极、在该一对电极间形成该放电容器的二氧化硅玻璃，激发放电用气体，在上述放电容器的内部产生准分子放电。

背景技术

近年来，开发并实用了如下技术：将波长200nm以下的真空紫外光照射在金属、玻璃及其他材料所构成的被处理体上，从而通过该真空紫外光及由此所生成的臭氧的作用来处理被处理体，例如除去附着于被处理体表面的有机污染物质的清洁处理技术，或在被处理体的表面形成氧化膜的氧化膜形成处理技术。

在这些装置中，公知有利用如下光作为照射真空紫外光的光源的准分子灯：通过准分子放电形成受激准分子，随着该受激准分子的衰变而产生的光，例如波长172nm附近的光。为了更有效地放射更高强度的紫外线，对上述准分子灯进行了很多尝试。

图5是表示日本特开2004-127710号公报所述的现有的准分于灯的构成的说明用透视图。现有的准分子灯60具备透射紫外线的二氧化硅玻璃所构成剖面矩形状且中空长尺状的放电容器61，在该放电容器61的外表面形成有一对电极65、66。在该放电容器61的内部封入氙气作为放电用气体。此外，在向一方电极65供应点灯电力时，该准分子灯60中形成受激准分子，随着该受激准分子的衰变而生成放射真空紫外光的所谓准分子放电。

真空紫外光是能量非常高的光，因此若将该强真空紫外光长时间持续照射在二氧化硅玻璃上，则由紫外线引起的缺陷会生成于该二氧化硅玻璃中，形成紫外线应变，根据情况会发生微细的裂痕或裂缝。尤其是，在与放电空间相对的最表面上，在放电空间产生的真空紫外光中短波长侧的高能量的波长带域的光的大部分会直接照射在该表面上，在该表面收缩的方向上形成强紫外线应变。另一方面，照射到放电容器61的外表面的真空紫外光与形成该放电容器61的玻璃的厚度对应地衰减，因紫外线应变而收缩的方向上形成的紫外线应变的量与内表面相比非常少。由于该紫外线应变的生成量不同，拉应力施加于与放电空间相对的最表面，该外表面朝伸长方向变形。

图6是用于说明现有的准分子灯的放电容器61的变形的说明用剖视图。

放电容器61中，长尺状的板玻璃所构成的长边面62a、62b配置成彼此相对，通过连接长边面62a与长边面62b的短边面63a、63b形成剖面为矩形的管。箭头表示作用于放电容器内部的应力的方向。

在长边面62a、62b及短边面63a、63b的面向放电空间的最表面，真空紫外光中高能量的短波长带域的光被吸收得较多，因此形成紫外线应变，在如箭头所示收缩的方向上产生力的作用。另一方面，放电容器61的外表面上，在如箭头所示伸长的方向上产生力的作用。在剖面矩形状的放电容器61中，由于形状上的特征，在长边面62a、62b方向上伸缩的应力及在短边面63a、63b方向上伸缩的应力作用于连接长边面62a、62b与短边面63a、63b的边缘部64a、64b、64c、64d，应力集中在边缘部64a、64b、64c、64d上。因此，应力集中所引起的蓄积的应变，使得边缘部64a、64b、64c、64d成为破损的起点，产生放电容器61破坏的问题。

专利文献1：日本特开2004-127710号公报

发明内容

本发明是为解决上述问题而作出，其目的在于提供一种准分子灯，具备形成有剖面为矩形的管的放电容器，能够防止边缘部成为破损的起点而导致放电容器破裂。

本发明的技术方案1的准分子灯，具备剖面为矩形的放电容器，该放电容器的两端被端面封闭，由彼此相对的长边面与连接该长边面的短边面包围而成，在该放电容器的彼此相对的上述长边面或上述短边面上配置有一对电极，在该放电容器的内部封入有氙气，在放电空间内产生准分子放电，上述准分子灯的特征在于，在上述长边面上，与连接上述长边面与上述短边面的边缘部相比，上述长边面的中央部向朝向上述放电空间的内侧的方向弯曲，在上述放电容器的内表面上形成有紫外线反射膜，该紫外线反射膜在上述边缘部上形成的膜厚比在上述放电容器的其它内表面上形成的膜厚厚。

此外，本发明的技术方案2的准分子灯，其特征在于，在上述构成的基础上，在上述短边面上，与连接上述长边面与上述短边面的边缘部相比，上述短边面的中央部向朝向上述放电空间的内侧的方向弯曲。

此外，本发明的技术方案3的准分子灯，其特征在于，在上述构成的基础上，上述紫外线反射膜含有二氧化硅粒子和氧化铝粒子。

根据本发明的技术方案1的准分子灯，在上述长边面上，与连接上述长边面与上述短边面的边缘部相比，上述长边面的中央部向朝向上述放电空间的内侧的方向弯曲，在上述放电容器的内表面上形成的紫外线反射膜在上述边缘部上形成的膜厚比在其它部分上形成的膜厚厚。因此，容易成为破损的起点的边缘部因膜厚厚的紫外线反射膜而充分隔断了真空紫外光，能够减轻在该边缘部上产生的紫外线应变等损伤，其结果具有能够防止该放电容器破坏等不良情况的优点。

根据本发明的技术方案2的准分子灯，与连接上述长边面与上述短边面的边缘部相比，上述短边面的中央部向朝向上述放电空间的内侧的方向弯曲。所以，即使在短边面中央部的内表面上形成的该紫外线反射膜的膜厚较薄，在该边缘部附近的内表面也可使该紫外线反射膜的膜作较厚。即，厚度能够增大到能够由边缘部选择性地隔断在放电空间内部所生成的强真空紫外光的程度。所以，能够减轻在该边缘部上产生的紫外线应变等损伤，其结果具有能够防止该放电容器破坏等不良情况的优点。

根据本发明的技术方案3所述的准分子灯，该紫外线反射膜含有二氧化硅粒子，从而能够提高与由二氧化硅玻璃构成的放电容器的粘结力，而且该紫外线反射膜含有氧化铝粒子，从而具有能够长时间维持紫外线的反射特性的优点。此外，该氧化铝粒子防止彼此邻接的二氧化硅粒子因放电产生的热而熔融结合，能够维持各粒子间的晶界，具有能够长时间维持紫外线的反射特性的优点。

附图说明

图1是表示本发明的准分子灯的构成的说明图概略剖视图。

图2是表示本发明的准分子灯的概略剖视图。

图3是用于表示本发明的准分子灯的放电容器的形成方法的透视图。

图4是表示紫外线反射膜的膜厚与其光透射率的关系的图表。

图5是表示现有的准分于灯的构成的说明用透视图。

图6是用于说明现有的准分子灯的放电容器的变形的说明用剖视图。

具体实施方式

图1是表示本发明的准分子灯10的一例的大致构成的说明用剖视图，图1(a)是表示沿着放电容器11的长度方向的剖面的横剖视图，图1(b)是表示图1(a)的A-A线剖视图。

该准分子灯10具备两端被气密地封闭而在内部形成有放电空间S的、剖面矩形状的中空长尺状的放电容器11，在该放电容器11的内部，作为放电用气体，封入有氙气。在此，氙气的封入量使得压力在例如10至60kPa的范围内。

放电容器11由良好地透射真空紫外光的二氧化硅玻璃例如合成石英玻璃构成，兼具有电介质的功能。

放电容器11中，由长尺状的板玻璃构成的长边面12a、12b配置成彼此相对，通过连接长边面12a与长边面12b的短边面13a、13b形成剖面矩形状的管。长度方向的两端被端面14a、14b封闭，放电空间S的内部为气密空间。放电容器11具有例如长度方向的长度为800至1600mm、320至640cm³的放电空间S。

在放电容器11的长边面12a、12b的外表面，一对格子状的电极15a、15b在长度方向上延伸相对。在长边面12a的外表面配置有作为高压供电电极而发挥功能的一方电极15a，在长边面12b的外表面配置有作为接地电极而发挥功能的另一方电极15b。由此，在一对电极15a、15b之间夹着发挥电介质的功能的放电容器11。上述电极15a、15b是例如通过将由金属构成的电极材料用糊膏涂布于放电容器11上而形成，或是通过印刷法形成。

该准分子灯10中，当点灯电力供应于一方电极15a时，经由发挥电介质的功能的放电容器11的壁，在两电极15a、15b间生成放电，由此，形成受激准分子，而且在该受激准分子衰变的过程中产生放射真空紫外光的准分子放电。

为了有效地利用通过准分子放电产生的真空紫外光，上述准分子灯10在放电容器11的暴露于放电空间S的表面，设有由紫外线散射粒子构成的紫外线反射膜20。

紫外线反射膜20形成在放电容器11的长边面12a的与发挥高压供电电极的功能的一方电极15a对应的内表面区域、与该区域连续的短边面13a、13b的内表面区域。此外，在端面14a、14b的内表面区域也形成有紫外线反射膜20。另一方面，在放电容器11的长边面12b的与发挥接地电极的功能的另一方电极15b对应的内表面区域未形成有紫外线反射膜20，从而构成光出射部17。此外，在长边面12b的没有形成电极15b的端部的内表面区域也形成紫外线反射膜20，从而提高反射效率。

图2是为了说明本发明的准分子灯10的详细结构而与端面14a、14b平行(与灯管轴正交的面)地切断的概略剖视图。尤其是，该图2是强调各玻璃面的弯曲状态及紫外线反射膜的厚度差的概念图。

在长边面12a的两端接合有短边面13a或短边面13b的一端，形成有接合长边面12a与短边面13a的边缘部16a，及接合长边面12a与短边面13b的边缘部16b。同样地，在长边面12b的两端接合有短边面13b或短边面13a的一端，形成有接合长边面12b与短边面13b的边缘部16c，及接合长边面12b与短边面13a的边缘部16d。

该长边面12a的中央部18a相对于在该长边面12a上存在于中央部18a的延长线上的边缘部16a、16b而言，位于放电空间S的内方，该长边面12a本身向朝向该放电空间S的内侧的方向弯曲。该长边面12a的中央部18a与边缘部16b之间的距离D是0.2mm左右。此外，与该长边面12a相对配置的长边面12b也同样。

此外，短边面13a的中央部19a相对于在该短边面13a上存在于中央部19a的延长线上的边缘部16a、16b而言，位于放电空间S的内方，该短边面13a本身向朝向该放电空间S的内侧的方向弯曲。此外，与该短边面13a相对配置的短边面13b也同样。

观察放电容器11整体，在与端面14a、14b平行地切断的剖面中，边缘部16a、16b、16c、16d在长边面12a与长边面12b相对的方向上和在短边面13a与短边面13b相对的方向上，都朝向放电空间S的外方鼓出。换言之，放电容器11中，长边面12a、12b的中央部18a、18b及短边面13a、13b的中央部19a、19b向朝着放电空间S内方稍突出的方向弯曲。此外，形成于该放电容器11内表面上的紫外线反射膜20在该边缘部16a、16b、16c、16d上的膜厚比在中央部18a、18b，或中央部19a、19b上的膜厚更厚。

形成于长边面12a的内表面区域的紫外线反射膜20以反射放电空间S中发生的真空紫外光为目的，因此优选其膜厚非常厚，例如在中央部18a为30μm左右。通过使紫外线反射膜20的膜厚足够厚，不但不会使入射于紫外线反射膜20的光透射至放电容器11，而且能够使真空紫外光反射而再次返回到放电空间S。

另一方面，形成于短边面13a的内表面区域的紫外线反射膜20以保护曝露在真空紫外光中的放电容器11为目的，因此不需要反射真空紫外光的功能，只要几乎不透射真空紫外光的最低限度的厚度即可。例如，若在中央部19a的内表面区域形成2至3μm，则紫外线反射膜20就可隔断真空紫外光约90％。

此外，作为构成该紫外线反射膜20的紫外线散射粒子，例如使用将二氧化硅玻璃粉末化成细小粒子而得到的二氧化硅粒子等。优选二氧化硅粒子的粒径为例如0.01～20μm的范围内，中心粒径(数量平均粒径的峰值)例如为0.1～10μm，更优选为0.3～3μm。此外，优选紫外线反射膜20中所含的二氧化硅粒子的粒径分布的范围不宽，优选使用以使粒径为中心粒径的值的二氧化硅粒子达到半数以上而选择后得到的二氧化硅粒子。

通过使该二氧化硅粒子的一部分熔融的方式等将紫外线反射膜20附着于放电容器11。一般情况下，线膨胀系数的值相等或接近时具有容易粘结的性质。二氧化硅粒子的线膨胀系数的值与由二氧化硅玻璃构成的放电容器11相等，因此具有提高与放电容器11的粘结力的功能。

然而，二氧化硅粒子由于在准分子灯10中产生的等离子体的热而熔融，晶界消失，无法扩散反射真空紫外光，有反射率下降的情形。作为紫外线散射粒子，通过含有二氧化硅粒子外还含有氧化铝粒子，即使曝露在等离子体的热中，由于具有比二氧化硅粒子高的融点的氧化铝粒子不会熔融，因此能够防止彼此相邻的二氧化硅粒子与氧化铝粒子彼此结合，从而维持晶界。

优选氧化铝粒子的粒径为例如0.1～10μm的范围，中心粒径(数量平均粒径的峰值)例如为0.1～3μm，更优选为0.3～1μm。此外，优选紫外线反射膜20中所含的氧化铝粒子的粒径分布的范围不宽，优选使用以使粒径为中心粒径的值的氧化铝粒子达到半数以上而选择后得到的氧化铝粒子。

图3是表示上述放电容器11的形成方法的、制造途中的放电容器11的透视图。

边缘部16a、16b、16c、16d朝放电空间S的外方鼓出的放电容器11是如下形成：在加热而使由圆筒状二氧化硅玻璃所构成的圆形管25软化的状态下，用安装有取出棒24的矩形状的拉拔模23对上述圆形管进行拉拔。为了使边缘部16a、16b、16c、16d朝外方鼓出，在拉拔模23的角部形成凸起。

作为其加工工序，首先，用燃烧器加热由圆筒状的二氧化硅玻璃所构成的圆形管25直到容易变形。之后，在用燃烧器加热圆形管25的外表面的状态下，将拉拔模23插进并压入内管。拉拔模23比圆形管25的剖面大，因此圆形管25被扩张成方形管。例如对于直径φ30mm的圆形管25，使用长边面长度成为40mm的拉拔模23。此外，拉拔模23会曝露于高温，因此优选由碳形成。这是因为，若使用由金属构成的拉拔模23，则金属会作为杂质而附着混入于放电容器11的内表面，放电容器11的二氧化硅玻璃的纯度下降。

使用具有比圆形管25的剖面大的面积的拉拔模23，将圆形管25淬火扩展成方形管，因此所成型的放电容器11的剖面是拉拔模23的投影形状。然而，考虑该拉拔模本身的热胀及拉拔后的玻璃管的收缩等，实际上在拉拔模23的角部预先形成凸起，从而使放电容器11的边缘部16a、16b、16c、16d向外方鼓出。

图4是表示紫外线反射膜20的膜厚与其光透射率的关系的图表。将纵轴作为透射率[％]，将横轴作为紫外线反射膜的膜厚[μm]，从而表示上述关系。此外，表示于纵轴的透射率表示波长172nm的真空紫外光的透射率。此外，可知在波长150nm至波长200nm范围的真空紫外线区域具有大致同样的趋势。由该图表可知，若加厚紫外线反射膜20的膜厚，则会降低真空紫外光的透射率。可知紫外线反射膜20的膜厚在10μm以上的范围，完全不透射真空紫外光。

将图4的结果适用于图2的放电容器11时，若在放电容器11的内表面区域形成具有足够的膜厚的紫外线反射膜20，则在放电空间S内产生的、波长172nm处具有峰值的真空紫外光不能透射紫外线反射膜20，因此可减低照射到与放电空间S夹着紫外线反射膜20而形成的放电容器11具体而言照射到长边面12a、短边面13a、13b的真空紫外光的强度。因此，能够防止高强度的真空紫外光照射在构成放电容器11的二氧化硅玻璃上，抑制放电容器劣化。

为了将在放电空间S内部产生的准分子光照射在对象物上，必须构成未形成有紫外线反射膜20的光射出部17。在光射出部17上没有紫外线反射膜20，因此真空紫外光直接照射在构成放电容器11的二氧化硅玻璃上。此外，放电容器11是剖面为矩形状的形状，因此边缘部16a、16b、16c、16d具有应力容易集中的特征。所以光射出部17形成在不包含边缘部16a、16b、16c、16d的长边面12b上，而容易成为破损的起点的边缘部16a、16b、16c、16d是由紫外线反射膜20进行保护而防止照射到真空紫外光。通过采用上述构成，即使是使用剖面矩形状的放电容器11的准分子灯，也可防止放电容器11破裂。

此外，放电容器11中，长边面12a、12b的中央部18a、18b及短边面13a、13b的中央部19a、19b相对边缘部16a、16b、16c、16d而言位于放电空间S的内方，因此在边缘部16a、16b、16c、16d的内表面区域与放电容器11的其他内表面区域相比，紫外线反射膜20的膜厚可形成为较厚。具体而言，形成于边缘部16a、16b、16c、16d的内表面区域的紫外线反射膜20与形成于其它区域的紫外线反射膜20相比，其膜厚为至少10μm以上。从而，由于形成于边缘部16a、16b、16c、16d的内表面区域的紫外线反射膜20的膜厚确保在至少10μm以上，因此可基本上完全地隔断真空紫外光，放电容器11的边缘部16a、16b、16c、16d不会被照射到在放电空间S中产生的真空紫外光。

即，形成于边缘部16a、16b、16c、16d的内表面区域的紫外线反射膜20的膜厚与形成于放电容器11的其它表面区域的膜厚相比更厚。所以，容易成为破损起点的边缘部16a、16b、16c、16d通过紫外线反射膜20隔断真空紫外光，真空紫外光不会照射到放电容器11的边缘部16a、16b、16c、16d，可防止真空紫外光所引起的损伤造成放电容器11破裂。

以下，说明在放电容器11的内表面区域形成紫外线反射膜20的方法的一例。

紫外线反射膜20是通过例如称为“浇注法”的方法制造。首先，调合流入放电容器11内侧的涂敷液。涂敷液由紫外线散射粒子，粘合剂，分散剂及溶剂构成。紫外线散射粒子是例如二氧化硅粒子与氧化铝粒子，粘合剂含有原硅酸四乙酯，分散剂是硅烷偶合剂，溶剂是乙醇。

通过在涂敷液中含有分散剂，容易使涂敷液凝胶化而附着于放电容器11上，而且可使在涂敷液中均匀分散的紫外线散射粒子。

由于在涂敷液中含有溶剂，因此可调整涂敷液的紫外线散射粒子的含有浓度。

将涂敷液流入放电容器11的内部，并附着于放电容器11的内表面的所定区域。

首先，将涂敷液流入短边面13a的内表面区域，将涂敷液附着成短边面13a的中央部19a的膜厚为2至5μm。然后，将涂敷液流入短边面13b的内表面区域，将涂敷液附着成短边面13b的中央部19b的膜厚为2至5μm。在短边面13a及短边面13b的内表面区域附着有涂敷液的状态下，经自然干燥而使溶剂蒸发。之后，在氧气气氛中加热至500℃经1小时后进行临时淬火。进行临时淬火而将涂敷液定着于短边面13a、13b的内表面区域，从而在边缘部16a、16b的周边不会与接下来流入长边面12a的内表面区域的涂敷液产生缓冲。

然后，将涂敷液流入长边面12a的内表面区域而形成紫外线反射膜20。将涂敷液附着成长边面12a的中央部18a的膜厚为20至30μm，在该状态下经自然干燥而使溶剂蒸发。此时，由于涂敷液的表面张力，在边缘部16a、16b周边产生涂敷液被吸至短边面13a、13b的现象，因此在边缘部16a、16b的短边面13a、13b侧也附着较厚的涂敷液。

使在长边面12a的内表面区域也附着有涂敷液的放电容器11在该状态下经自然干燥而使溶剂蒸发，此外在氧气气氛中加热至1000℃经1小时后进行正式淬火。当加热涂敷液时，分散剂被加热而消失，仅残留紫外线散射粒子与粘合剂，粘合剂成为二氧化硅而熔融附着于紫外线散射粒子，提升与粒子彼此间及与放电容器11的粘合力。

根据上述工序，长边面12a的内表面区域与短边面13a、13b的内表面区域相比，可形成膜厚较厚的紫外线反射膜20。此外，放电容器11的长边面12a、12b及短边面13a、13b被加工成弯曲状，并且制造工序中涂敷液的具有表面张力，因此边缘部16a、16b、16c、16d的内表面区域与其它区域相比，可使紫外线反射膜20的膜厚较厚。

此外，在本发明的说明中所使用的附图中，将紫外线反射膜20的薄膜厚度及放电容器11的形状的尺寸等进行放大而表示。

Claims

1.一种准分子灯，具备剖面为矩形的放电容器，该放电容器的两端被端面封闭，由彼此相对的长边面与连接该长边面的短边面包围而成，在该放电容器的彼此相对的上述长边面或上述短边面上配置有一对电极，在该放电容器的内部封入有氙气，在放电空间内产生准分子放电，上述准分子灯的特征在于，

在上述长边面上，与连接上述长边面与上述短边面的边缘部相比，上述长边面的中央部向上述放电空间的内侧弯曲，

在上述放电容器的内表面上形成有紫外线反射膜，

该紫外线反射膜在上述边缘部上形成的膜厚比在上述放电容器的其它内表面上形成的膜厚厚。

2.如权利要求1所述的准分子灯，其特征在于，

在上述短边面上，与连接上述长边面与上述短边面的边缘部相比，上述短边面的中央部向上述放电空间的内侧弯曲。

3.如权利要求1或2所述的准分子灯，其特征在于，

上述紫外线反射膜含有二氧化硅粒子和氧化铝粒子。