JP2553028B2 - Metal vapor discharge lamp - Google Patents
Metal vapor discharge lampInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、紫外線光源として使用される金属蒸気放電
灯に関するものである。The present invention relates to a metal vapor discharge lamp used as an ultraviolet light source.
紫外線を照射する光源ランプとして高圧水銀灯が使用
されることが多いが、この高圧水銀灯の発光は、多数の
輝線スペクトルからなっており、各スペクトルは相当の
広い波長域にわたって分散している。従って、用途によ
ってはその有効波長域以外の波長の光を放射するが、こ
のため、有効波長域の出力が少なかったり、有効波長域
以外の波長の光がその用途にとって有害であり、少ない
方が好ましいことがある。例えば、半導体の製造におい
てレジストの耐熱性向上のために紫外線を照射して硬化
させる工程では、最も有効な波長域は、約220〜330nmの
範囲であり、330〜450nmの出力が強いと、レジストの種
類によっては発泡現象を起こすので好ましくないとされ
ている。そこで最近では、発光管内に水銀の他に金属ハ
ロゲン化物を発光物質として封入し、特定波長の光の発
光量を増加させた金属蒸気放電灯が多用されているが、
例えば沃素とマグネシウムおよび希ガスを封入して沃化
マグネシウムを発光物質とした金属蒸気放電灯は、波長
が約220〜330nmの範囲の出力が十分ではなく、前述のレ
ジストの硬化工程の光源ランプとして必ずしも満足でき
るものではない。このため最近では、ハロゲンと希ガス
および水銀とマグネシウム以外にも、助成分として錫お
よびビスマスの少なくとも一種以上を封入し、波長が約
220〜330nmの範囲の出力を大きくした金属蒸気放電灯が
開発されている。A high-pressure mercury lamp is often used as a light source lamp for irradiating ultraviolet rays, and the emission of this high-pressure mercury lamp is composed of a large number of emission line spectra, and each spectrum is dispersed over a considerably wide wavelength range. Therefore, depending on the application, it emits light of wavelengths other than the effective wavelength range.Therefore, the output of the effective wavelength range is low, or the light of wavelengths other than the effective wavelength range is harmful to the application, and the less the less Sometimes it is preferable. For example, in the step of irradiating and curing ultraviolet rays for improving the heat resistance of a resist in the production of a semiconductor, the most effective wavelength range is about 220 to 330 nm, and if the output of 330 to 450 nm is strong, the resist Depending on the type, it is said to be not preferable because it causes a foaming phenomenon. Therefore, recently, a metal vapor discharge lamp in which a metal halide other than mercury is enclosed as a light emitting substance in a light emitting tube to increase the amount of light of a specific wavelength is widely used.
For example, a metal vapor discharge lamp in which iodine, magnesium and a rare gas are enclosed and magnesium iodide is used as a luminescent substance does not have a sufficient output in the wavelength range of about 220 to 330 nm, and thus is used as a light source lamp in the above-mentioned resist curing step. Not necessarily satisfactory. For this reason, recently, in addition to halogen and rare gas, and mercury and magnesium, at least one or more of tin and bismuth are enclosed as auxiliary components, and the wavelength is about
A metal vapor discharge lamp with a large output in the range of 220 to 330 nm has been developed.
ところで、かかる金属蒸気放電灯において、ランプ寿
命が長くて、再点孤時の安定性が良いことが要求される
が、封入される金属量やハロゲン量が適切でないと、ラ
ンプ寿命が著しく短くなり、また再点孤時の安定性が悪
く、ランプの立消不良が生じる不具合がある。By the way, in such a metal vapor discharge lamp, long lamp life and good stability during re-ignition are required, but if the amount of enclosed metal or halogen is not appropriate, the lamp life will be significantly shortened. Moreover, the stability during re-ignition is poor, and there is a problem that the lamp fails to turn off.
そこで本発明は、ランプ寿命が長くて、再点孤時の安
定性が良く、波長が約220〜330nmの範囲の出力の大きな
金属蒸気放電灯を提供することを目的とする。It is therefore an object of the present invention to provide a metal vapor discharge lamp having a long lamp life, good stability during re-ignition, and a large output in the wavelength range of about 220 to 330 nm.
本発明の構成は、発光管の内部に水銀、マグネシウ
ム、ハロゲンおよび希ガス、更には錫およびビスマスの
少なくとも一種以上が封入され、ハロゲンが沃素もしく
は沃素と臭素の混合物である金属蒸気放電灯であって、 ハロゲンが沃素の場合は、 （Ｉの原子数）／（Mg＋Sn and/orBiの原子数）をRIMと
するとき、2.2＜RIM＜3.6を満足することを特徴とし、 ハロゲンが沃素と臭素の混合物の場合は、 （Ｉ＋Brの原子数）／（Mg＋Sn and/orBiの原子数）をR
IBM、（Brの原子数）／（Ｉ＋Brの原子数）をRBHとする
とき、 2.2＜RIBM＜3.6およびRBH＜0.4 を満足することを特徴とする。The structure of the present invention is a metal vapor discharge lamp in which mercury, magnesium, halogen and a rare gas, and at least one or more of tin and bismuth are enclosed in an arc tube, and the halogen is iodine or a mixture of iodine and bromine. When the halogen is iodine, when RIM is (the number of atoms of I) / (the number of atoms of Mg + Sn and / or Bi), 2.2 <RIM <3.6 is satisfied, and the halogen of iodine and bromine is In the case of a mixture, (I + Br atoms) / (Mg + Sn and / or Bi atoms) is R
When IBM, (the number of atoms of Br) / (the number of atoms of I + Br) is RBH, it is characterized by satisfying 2.2 <RIBM <3.6 and RBH <0.4.
すなわち、マグネシウムに助成分として錫およびビス
マスの少なくとも一種以上を封入して約220〜330nmの範
囲の出力を大きくした金属蒸気放電灯において、RIMやR
IBMおよびRBHに着目し、これらの範囲を変化させて鋭意
調査した結果、本願発明を完成したものであり、これら
の範囲を前述の通りにすることにより、ランプ寿命が長
くなり、かつ立消えのない安定した点灯が可能であるこ
とを見出した。これは、かかる金属蒸気放電灯におい
て、ハロゲン量が少なくてRIMやRIBMが2.2よりも小さい
と、マグネシウムと発光管である石英ガラスの反応が点
灯中に徐々に進行し、マグネシウムの発光量が減少して
しまうためにランプ寿命が短くなると推定される。逆に
ハロゲン量を増加させると、発光管内で安定な化合物が
生成し、長時間点灯してもマグネシウムの発光量があま
り減少しないが、ハロゲン量を増加しすぎると、ハロゲ
ンと電極が反応を始め、電極が損耗して発光管内面に蒸
着し、発光管が黒化して光量が減少してしまうため、ラ
ンプ寿命が短くなる。更には、例えばRIBMが3.6を超え
ると、遊離ハロゲン量が増加し、再点孤電圧が著しく上
昇する。また、ハロゲンが沃素と臭素の混合物の場合
は、RBHが0.4を超えると同様に再点孤電圧が著しく上昇
する。このため、点灯が不安定になり、ランプは立消え
不良を起す。結局のところ、RIMやRIBMおよびRBHの範囲
を前述の通りに規定することにより、ランプ寿命を長く
し、かつ立消えのない安定した点灯が可能になる。That is, in a metal vapor discharge lamp in which at least one of tin and bismuth as an auxiliary component is enclosed in magnesium to increase the output in the range of about 220 to 330 nm, RIM and RIM
Focusing on IBM and RBH, as a result of diligent research by changing these ranges, the present invention has been completed. By making these ranges as described above, the lamp life becomes longer and there is no extinction. We have found that stable lighting is possible. This is because in such a metal vapor discharge lamp, when the amount of halogen is small and RIM and RIBM are smaller than 2.2, the reaction between magnesium and quartz glass, which is the arc tube, gradually progresses during lighting and the amount of magnesium emission decreases. It is presumed that the lamp life will be shortened due to this. On the contrary, when the amount of halogen is increased, a stable compound is generated in the arc tube, and the amount of emitted light of magnesium does not decrease much even after long-time lighting, but when the amount of halogen is increased too much, the halogen and the electrode start to react. Since the electrodes are worn and vaporized on the inner surface of the arc tube, the arc tube is blackened and the amount of light is reduced, so that the lamp life is shortened. Furthermore, for example, when RIBM exceeds 3.6, the amount of free halogen increases and the re-ignition voltage remarkably increases. When the halogen is a mixture of iodine and bromine, the re-ignition voltage remarkably increases when RBH exceeds 0.4. As a result, the lighting becomes unstable and the lamp fails to go out. After all, by defining the ranges of RIM, RIBM and RBH as described above, it is possible to prolong the lamp life and enable stable lighting without extinction.
以下に図面に示す実施例に基いて本発明を具体的に説
明する。The present invention will be specifically described below based on the embodiments shown in the drawings.
第１図は、定格消費電力が4KWの金属蒸気放電灯を示
すが、内径が22mm、内容積が約100ccの発光管１内に一
対の電極2,2が250mmの間隔で対向配置されている。発光
管１の両端がシール部11であり、シール部11にモリブデ
ン箔３が埋設され、このモリブデン箔３を介して外導線
４と電極２が電気的に接続されている。Fig. 1 shows a metal vapor discharge lamp with a rated power consumption of 4KW. A pair of electrodes 2 and 2 are arranged facing each other at an interval of 250mm in an arc tube 1 having an inner diameter of 22mm and an inner volume of about 100cc. . Both ends of the arc tube 1 are seal portions 11, and molybdenum foil 3 is embedded in the seal portions 11, and the outer conductor 4 and the electrode 2 are electrically connected via the molybdenum foil 3.
発光管１内には、170mgの水銀、15トールのアルゴン
ガスが封入され、マグネシウムが沃化マグネシウムとし
て、また、錫とビスマスの１種以上が、沃化錫あるいは
沃化ビスマスとして封入されており、波長が約220〜330
nmの範囲の出力が非常に大きい金属蒸気放電灯である。
ここで、これらの金属の総量は、発光管内容積1cc当り
1.0×10-5〜1.0×10-8モル程度である。そして、ハロゲ
ンとして沃素が封入されているが、沃素と水銀以外の全
金属の原子量比、つまりRIMを変化させたランプを複数
本用意し、実際に点灯した。170 mg of mercury and 15 torr of argon gas are enclosed in the arc tube 1, magnesium is enclosed as magnesium iodide, and at least one of tin and bismuth is enclosed as tin iodide or bismuth iodide. , The wavelength is about 220-330
It is a metal vapor discharge lamp with a very large output in the nm range.
Here, the total amount of these metals is 1 cc of internal volume of the arc tube.
It is about 1.0 × 10 −5 to 1.0 × 10 −8 mol. Then, although iodine was enclosed as halogen, a plurality of lamps having different atomic weight ratios of all metals other than iodine and mercury, that is, RIM, were prepared and actually lit.
第２図は、ハロゲンが沃素の場合の点灯当初の出力に
対する1000時間点灯後の出力の比、つまり1000時間点灯
後の波長220〜330nmの紫外線の出力維持率（％）を表示
したものである。ところで、出力維持率が70％に低下す
ると使用に耐えず、ランプ寿命が終わったと判断される
が、第２図から理解されるように、RIMが２程度では出
力維持率が30％程度であり、ランプ寿命が極端に短い
が、RIMがそれより増加すると出力維持率は急速に上昇
し、RIMが2.2以上になると出力維持率が70％以上にな
る。すなわち、ランプ寿命は1000時間以上になり、十分
長いランプ寿命を得ることができる。しかしながら、RI
Mが2.6以上から斬減し、3.6以上になると出力維持率が7
0％以下になり、ランプ寿命は1000時間以下になってし
まう。また、4.0以上になると、ランプ寿命が短かくな
る不具合以外にも、再点孤電圧が著しく上昇し、点灯が
不安定になってランプは立消え不良を起す。結局のとこ
ろ、ハロゲンが沃素の場合は、2.2＜RIM＜3.6にすれ
ば、ランプ寿命が長く、点灯も安定して立消え不良が発
生することもない。FIG. 2 shows the ratio of the output after 1000 hours of lighting to the output when the halogen was iodine, that is, the output maintenance rate (%) of ultraviolet rays having a wavelength of 220 to 330 nm after 1000 hours of lighting. . By the way, when the output maintenance ratio drops to 70%, it is judged that the lamp cannot be used and the lamp life has ended, but as can be understood from FIG. 2, when the RIM is about 2, the output maintenance ratio is about 30%. , Although the lamp life is extremely short, the output maintenance rate rises rapidly when RIM increases beyond that, and the output maintenance rate reaches 70% or above when RIM exceeds 2.2. That is, the lamp life is 1000 hours or more, and a sufficiently long lamp life can be obtained. However, RI
The output maintenance ratio is 7 when M is reduced from 2.6 or more to 3.6 or more.
It will be 0% or less, and the lamp life will be 1000 hours or less. In addition, when it is 4.0 or more, in addition to the problem that the lamp life becomes short, the re-ignition voltage increases remarkably, the lighting becomes unstable, and the lamp fails to go out. After all, if the halogen is iodine, if 2.2 <RIM <3.6, then the lamp life will be long and the lighting will be stable and no failure will occur.
次に、ハロゲンとしての沃素と臭素の混合物をRBH＝
0.25の割合で封入したランプを点灯し、1000時間点灯後
の波長220〜330nmの紫外線の出力維持率（％）を測定し
た結果を第３図に示す。これから理解できるように、こ
の場合もハロゲンが沃素の場合と同様に、RIBMが2.2以
上になると出力維持率が70％以上になるが、それ以降の
出力維持率は沃素単独の場合よりも大きく、ランプ寿命
を更に長くすることができる。これは、臭素の添加によ
ってハロゲン化物がより安定化するためと推測される。
そして、RIBMが3.6以上になると、出力維持率が70％以
上であるももの、再点孤電圧が著しく上昇し、点灯が不
安定になってランプは立消え不良を起してしまう。ま
た、ハロゲンとして沃素と臭素の混合物を封入する場合
は、RBHの値も重要であり、RBHの値が大きくなると、つ
まり、沃素に対して臭素の割合が大きくなると、再点孤
電圧が著しく上昇する。第４図は、RBHと出力維持率の
関係を示すが、RBHが0.4以上になると出力維持率が大き
くても不安定領域になり、ランプは立消え不良を起して
しまう。従って、結局のところ、ハロゲンが沃素と臭素
の混合物の場合は、2.2＜RIBM＜3.6およびRBH＜0.4を満
足することにより、ランプ寿命が長く、点灯も安定して
立消え不良を解消することができる。Next, a mixture of iodine and bromine as halogens is added to RBH =
FIG. 3 shows the results of measuring the output retention rate (%) of the ultraviolet rays having a wavelength of 220 to 330 nm after the lamps enclosed at a rate of 0.25 were turned on and after being turned on for 1000 hours. As can be understood from this, also in this case, as in the case where the halogen is iodine, the output maintenance rate becomes 70% or more when RIBM is 2.2 or more, but the output maintenance rate after that is larger than that in the case of iodine alone, The lamp life can be further extended. It is speculated that this is because the addition of bromine stabilizes the halide more.
When the RIBM is 3.6 or more, the re-ignition voltage rises remarkably, the lighting becomes unstable, and the lamp fails to extinguish although the output maintenance ratio is 70% or more. Also, when enclosing a mixture of iodine and bromine as halogen, the value of RBH is also important, and as the value of RBH increases, that is, when the ratio of bromine to iodine increases, the re-ignition voltage increases significantly. To do. Fig. 4 shows the relationship between RBH and the output maintenance ratio. When RBH is 0.4 or more, the output maintenance ratio becomes large, but the region becomes unstable, and the lamp fails to extinguish. Therefore, after all, when the halogen is a mixture of iodine and bromine, by satisfying 2.2 <RIBM <3.6 and RBH <0.4, the lamp life is long and the lighting failure can be stably solved to eliminate the extinction defect. .
以上説明したように、本発明は、発光管の内部に水
銀、マグネシウム、ハロゲンおよび希ガス、更には錫お
よびビスマスの少なくとも一種以上が封入され、ハロゲ
ンが沃素もしくは沃素と臭素の混合物であって、波長が
約220〜330nmの範囲の出力の大きな金属蒸気放電灯にお
いて、ハロゲンが沃素の場合は、2.2＜RIM＜3.6を満足
し、ハロゲンが沃素と臭素の混合物の場合は、2.2＜RIB
M＜3.6およびRBH＜0.4を満足するようにしたので、ラン
プ寿命が長く、再点孤時の安定性が良くて立消え不良を
生じず、とりわけ半導体製造におけるレジストの耐熱性
向上のための硬化工程用の紫外線光源ランプに適した金
属蒸気放電灯とすることができる。As described above, according to the present invention, mercury, magnesium, halogen and a rare gas, and at least one or more of tin and bismuth are enclosed inside the arc tube, and the halogen is iodine or a mixture of iodine and bromine, In a metal vapor discharge lamp with a large output in the wavelength range of about 220 to 330 nm, 2.2 <RIM <3.6 is satisfied when the halogen is iodine, and 2.2 <RIB when the halogen is a mixture of iodine and bromine.
Since M <3.6 and RBH <0.4 are satisfied, the lamp life is long, the stability during re-ignition is good, and the failure of extinguishing does not occur. Especially, the curing process for improving the heat resistance of resist in semiconductor manufacturing. It is possible to use a metal vapor discharge lamp suitable for a UV light source lamp for use in automobiles.
第１図は金属蒸気放電灯の断面図、第２図から第４図は
出力維持率の変化を示すグラフである。 １……発光管、11……シール部、２……電極、３……モ
リブデン箔、４……外導線FIG. 1 is a cross-sectional view of a metal vapor discharge lamp, and FIGS. 2 to 4 are graphs showing changes in output maintenance rate. 1 ... Arc tube, 11 ... Seal part, 2 ... Electrode, 3 ... Molybdenum foil, 4 ... Outer conductor
Claims (2)
（Mg）、沃素（Ｉ）および希ガス、更には錫（Sn）およ
びビスマス（Bi）の少なくとも一種以上が封入され、 2.2＜（Ｉの原子数）／（Mg＋Sn and/orBiの原子数）＜
3.6 を満足することを特徴とする金属蒸気放電灯。1. Mercury (Hg), magnesium (Mg), iodine (I) and a rare gas, and at least one or more of tin (Sn) and bismuth (Bi) are enclosed inside the arc tube, and 2.2 <( I atom number) / (Mg + Sn and / or Bi atom number) <
A metal vapor discharge lamp characterized by satisfying 3.6.
（Mg）、沃素（Ｉ）、臭素（Br）および希ガス、更には
錫（Sn）およびビスマス（Bi）の少なくとも一種以上が
封入され、 2.2＜（Ｉ＋Brの原子数）／（Mg＋Sn and/orBiの原子
数）＜3.6 および （Brの原子数）／（Ｉ＋Brの原子数）＜0.4 を満足することを特徴とする金属蒸気放電灯。2. Mercury (Hg), magnesium (Mg), iodine (I), bromine (Br) and a noble gas, and at least one or more of tin (Sn) and bismuth (Bi) are enclosed inside the arc tube. And (2.2) (atoms of I + Br) / (atoms of Mg + Sn and / or Bi) <3.6 and (atoms of Br) / (atoms of I + Br) <0.4 .
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Applications Claiming Priority (1)
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1988
- 1988-08-24 JP JP63208131A patent/JP2553028B2/en not_active Expired - Fee Related
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