JP3025403B2 - 誘電体バリヤ放電ランプ - Google Patents
誘電体バリヤ放電ランプInfo
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Description
の紫外線光源として使用される、誘電体バリヤ放電によ
ってエキシマ分子を形成し、該エキシマ分子から放射さ
れる光を利用するいわゆる誘電体バリヤ放電ランプの改
良に関する。
ば、日本国公開特許公報平2ー7353号があり、そこ
には、放電容器にエキシマ分子を形成する放電用ガスを
充填し、誘電体バリヤ放電(別名オゾナイザ放電あるい
は無声放電。電気学会発行改定新版「放電ハンドブッ
ク」平成1年6月再販7刷発行第263ページ参照)に
よってエキシマ分子を形成せしめ、該エキシマ分子から
放射される光を取り出す放射器、すなわち誘電体バリヤ
放電ランプについて記載されている。また、放電用ガス
としてキセノンガスを使用し、キセノンエキシマ分子か
ら放射される光を利用することも記載されている。上記
のような誘電体バリヤ放電ランプは、従来の低圧水銀ラ
ンプや高圧アーク放電ランプには無い種々の特長を有し
ているため有用である。しかし、上記のような誘電体バ
リヤ放電ランプは、発光効率が必ずしも十分ではなく、
従来の誘電体バリヤ放電キセノンエキシマランプの発光
効率は5〜10%といわれ、また放電も必ずしも十分に
安定ではなく、さらに寿命が短いという問題があった。
光効率が高く、放電も安定である長寿命の誘電体バリヤ
放電ランプ、特に誘電体バリヤ放電キセノンエキシマラ
ンプを提供することである。
電体バリヤ放電を行うための電極と、キセノンガスを充
填した放電容器と、該誘電体バリヤ放電によって発生し
たキセノンエキシマ分子から放射される光を取り出す窓
部材を有する誘電体バリヤ放電ランプにおいて、ボルト
で表した放電維持電圧をV、cmで表した放電ギャップ
長をd、キロパスカルで表したキセノンガスの圧力をp
とした時、(V/d)/pの値を20から70の範囲内
に規定することによって解決される。さらに、該放電容
器内と導通したゲッタを収納したゲッタ収容室を設ける
ことによって、本発明の課題はより効果的に解決でき
る。
と、キセノンガスを充填した放電容器と、該誘電体バリ
ヤ放電によって発生したキセノンエキシマ分子から放射
される光を取り出す窓部材を有する誘電体バリヤ放電ラ
ンプにおいて、放電ギャップ長d(cm)とキセノンガ
スの圧力p(キロパスカル)を種々に変えて、発光効率
と放電の安定性を調べた。なお、本発明に置ける放電ギ
ャップ長dは、放電空間構造が電極ー誘電体ー放電空間
ー誘電体ー電極の場合は、放電空間を挟む誘電体内表面
間の距離であり、放電空間構造が電極ー誘電体ー放電空
間ー電極の場合は、放電空間を挟む誘電体内表面と対向
する電極内表面間の距離である。また、キセノンガスの
圧力pは25℃における値である。
プラズマ中の電子のエネルギーであると考えられる。こ
こでV/dをEと置き替え、E/pを換算電界と呼ぶが
電子のエネルギーは換算電界E/pに強く依存する。し
たがって、結局発光効率はE/pに依存する。換算電界
E/pと発光効率の関係を、図2に示す。換算電界E/
pを求めるための放電維持電圧Vは、電気学会オゾナイ
ザ専門委員会編、コロナ社発行「オゾナイザーハンドブ
ック」1960年発行第112ページに記載されてい
る、印加電圧とランプを流れる電流の積分値、即ち電荷
量(記号Q)のリサジュ図の測定から求めた。図3に、
横軸に印加電圧をとり、縦軸に電荷量をとったリサジュ
図の一例を示す。直線ABと直線CDが平行、直線BC
と直線ADが平行な二等辺四辺形が得られ、直線ABと
直線CD間の電圧差の二分の一が放電維持電圧Vに相当
する。直線ABおよび直線CDが直線からややずれて曲
線状になることも有ったが、この場合はこれらの曲線を
直線で近似した。
さい範囲では10%よりも低下し、誘電体バリヤ放電ラ
ンプの高効率化の目的は得られなくなった。また、換算
電界E/pが70を越えると、発光効率はかなり低下
し、80を越えると、放電が不安定になり、光出力が不
安定になった。即ち、放電ギャップ長dとキセノンガス
の圧力pを調整することにより、換算電界E/pを20
から70の範囲内にすると、発光効率が10を越え、さ
らに放電も安定である誘電体バリヤ放電ランプが得られ
る。
は、不純ガス、特に酸素、水素、一酸化炭素、水等の分
子ガスが存在すると、紫外線出力低下の割合が従来のア
ーク放電ランプやグロー放電ランプに比較し著しく大き
いことを発見した。この機構は、必ずしも明確では無い
が、以下のようであると考えられる。誘電体バリヤ放電
ランプの特長の一つとして、従来のアーク放電ランプで
は得られない波長の紫外線を高効率で発生出来ることが
ある。前記特徴ある紫外線の発生は、以下の機構によっ
ている。すなわち、まず、誘電体バリヤ放電によって従
来のアーク放電ランプには無い高エネルギープラズマが
発生する。このプラズマが種々の衝突過程を経てエキシ
マ分子を生成し、このエキシマ分子が特徴ある紫外線を
放射する。従って、放電空間に存在する不純ガス、特に
酸素、水素、一酸化炭素、水等の分子ガスは、該エキシ
マ分子を直接破壊するばかりでなく、該種々の衝突過程
にも作用して該エキシマ分子を少なくし、従って紫外線
出力を低下させる。すなわち、誘電体バリヤ放電ランプ
においては、従来のアーク放電ランプに比較し、不純ガ
スによる影響を受け易い。放電容器内にゲッタを設ける
と、点灯時間の経過に連れて放電プラズマあるいは紫外
線の作用によって放電容器、誘電体または電極などから
発生する酸素、水素、一酸化炭素、水等の不純ガスが除
去されるので、前記の影響がなく、従って光出力が減少
することが無く、その結果、発光効率が従来よりも高め
られたうえで、放電も安定で、寿命特性の優れた誘電体
バリヤ放電ランプを得ることが出来る。
えば、ジルコニウムとアルミニウムの合金からなるソリ
ッドゲッタが、放電容器に設けられたステムなどに固定
されて、放電プラズマに接して、または放電プラズマに
近接した状態で設置されたり、あるいは、放電容器の管
壁に蒸着されたバリウムなどからなる薄膜ゲッタが、放
電プラズマに接して、または放電プラズマに近接した状
態で設置されていた。本発明者等が実験的に調べた結
果、誘電体バリヤ放電ランプにおいては、上記した従来
のアークランプにおける様なゲッタの取り付け構成で
は、放電が不安定になり光出力が不安定になることを発
見した。すなわち、誘電体バリヤ放電ランプにおいて
は、放電電圧が数千ボルトと高いため、放電プラズマに
近接した状態で設置された導電性を有するゲッタと誘電
体バリヤ放電用電極との間に不規則な放電が発生し、光
出力が不安定になる。特に、放電容器の管壁に蒸着され
た金属膜のゲッタでは、放電容器の管壁と金属膜ゲッタ
間で沿面放電が生じやすく、不安定な放電が発生する割
合は著しく大きい。少なくとも放電容器に誘電体バリヤ
放電によってエキシマ分子を形成する放電用ガスを充填
し、該エキシマ分子から放射される光を取り出す窓部材
を有する誘電体バリヤ放電ランプにおいて、放電容器内
と導通しており、しかも放電プラズマが直接には進入し
ないようなゲッタ収容室を設け、該ゲッタ収容室にゲッ
タを収納すると、誘電体バリヤ放電用の電極と導電性ゲ
ッタとの間に発生する不規則な放電が無くなり、光出力
が安定で、長寿命の誘電体バリヤ放電ランプが得られ
る。
体バリヤ放電ランプの概略図を図1に示す。放電容器1
は全長約150mmの石英ガラス製で、外径14mm、
肉厚1mmの内側管2、内径約23mm、肉厚1mmの
外側管3を同軸に配置して中空円筒状にしたものであ
る。内側管2、外側管3は誘電体バリヤ放電の誘電体バ
リヤと光取り出し窓部材を兼用しており、それぞれその
外面に光を透過する金属網からなる電極4,5が設けら
れている。従って、放電空間6における放電ギャップ長
dは0.45cmである。放電容器1の一端に、放電容
器1の管壁を延長し、間隔tが形成されるように円板状
の仕切り壁11をもうけて構成したゲッタ収容室10を
設ける。ゲッタ収容室10にバリウム合金からなるバリ
ウムゲッタ12を収納し、バリウムゲッタ12を高周波
加熱してゲッタ収容室内にバリウムの薄膜を形成した。
放電空間6に放電用ガスとして300トールのキセノン
ガスを充填して、高周波電源20を使用して該誘電体バ
リヤ放電ランプの表面積1平方センチメートルあたりの
入力電力0.2ワットで点灯したところ、放電維持電圧
Vは800Vになり、即ち、換算電界E/pは44にな
り、キセノンのエキシマ分子から放射された172nm
に最大値を有する160nmから180nmの範囲の真
空紫外線が、12%以上という高効率で放射された。ゲ
ッタとの間の不所望の放電もなく、また、放電も安定で
あった。さらに、長時間点灯しても発生した不純ガスが
ゲッタによって除去され、寿命特性の優れた誘電体バリ
ヤ放電ランプを得ることが出来た。寿命を初期光量の7
0%とすると、このランプは使用時間1,000時間に
おいても約8.4%という高効率を保つ。
体バリヤ放電ランプは、実施例1における電極4を蒸着
によって形成したアルミニウム箔に変えた構造である。
アルミニウム箔はキセノンのエキシマ分子から放射され
た172nmに最大値を有する160nmから180n
mの範囲の真空紫外線を効率よく反射し、実施例1のラ
ンプと同様に、1,000時間使用しても発光効率が8
%以上のものが得られる。
向に光を取り出す構成のランプで、その概略図を図4に
示す。長辺150mm、短辺30mmの長方形合成石英
ガラス板2枚を誘電体13,14とし、該誘電体13,
14の内表面間の距離、即ち放電ギャップ長dを0.5
cmにして対向させ、周辺部に光取り出し窓部材31
と、側板36と、図には示していないが誘電体13,1
4の長辺部に2枚の側板を設けて放電容器を形成した。
光取り出し窓部材31は、誘電体13,14の一つの短
辺部に設けられ、放電方向に平行な長さHを、該放電ギ
ャップ長dの0.5cmを越えるように1cmとした。
このような構成によって、誘電体13,14の内表面の
直近で発生した光を効率よく取り出すことが出来る。誘
電体13,14の内表面には、MgF2 とLaF3 を交
互に25層積層して172nmの紫外線を反射する多層
誘電体反射膜37a,37bを設けた。この反射膜は、
電極15,16がアルミニウム金属膜でできている場合
は不要であるが、石英ガラスが紫外線の照射を受けない
ので、不純ガス発生の防止効果もある。
板36の放電方向に平行な長さLも、該放電ギャップ長
dを越えるように1cmとした。上記のような側板36
の構成と、側板36の外側に設けた光反射膜38によっ
て誘電体13,14の内表面の直近で発生したプラズマ
からの光も良く反射されて、光取り出し窓部材31から
放出される。放電用ガスとしてキセノンを放電空所6に
350Torr封入し、電源20によって電極15,1
6に電圧を印加した結果、換算電界E/pは52にな
り、キセノンのエキシマ分子から放射された172nm
に最大値を有する160nmから180nmの範囲の真
空紫外線が11%以上の高効率で放射され、また、10
00時間の使用でも放電が安定で、光出力が安定もある
誘電体バリヤ放電ランプが得られた。
い、いわゆる誘電体バリヤ放電紫外線放射ランプであっ
たが、放電容器に蛍光体を設けたいわゆる誘電体バリヤ
放電蛍光ランプにも適用できることは自明である。
効率が高く、光出力が安定である長寿命の誘電体バリヤ
放電ランプを提供できる。
明図である。
の説明図である。
Claims (2)
- 【請求項1】誘電体バリヤ放電を行なうための電極と、
キセノンガスを充填した放電容器と、該誘電体バリヤ放
電によって発生したキセノンエキシマ分子から放射され
る光を取り出す窓部材を有する誘電体バリヤ放電ランプ
において、ボルトで表した放電維持電圧をV、cmで表
した放電ギャップ長をd、キロパスカルで表したキセノ
ンガスの圧力をpとした時、(V/d)/pの値を20
から70の範囲に規定したことを特徴とする誘電体バリ
ヤ放電ランプ。 - 【請求項2】該放電容器の内面に紫外線を反射する金属
沸化物の膜を形成してなることを特徴とする請求項1に
記載する誘電体バリヤ放電ランプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30712493A JP3025403B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 誘電体バリヤ放電ランプ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30712493A JP3025403B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 誘電体バリヤ放電ランプ |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07142037A JPH07142037A (ja) | 1995-06-02 |
JP3025403B2 true JP3025403B2 (ja) | 2000-03-27 |
Family
ID=17965326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30712493A Expired - Lifetime JP3025403B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 誘電体バリヤ放電ランプ |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (4)
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---|---|---|---|---|
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JP4952472B2 (ja) * | 2007-09-20 | 2012-06-13 | ウシオ電機株式会社 | エキシマランプおよびエキシマランプの製造方法 |
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CN112509907A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-16 | 中船重工安谱(湖北)仪器有限公司 | 一种介质阻挡辉光放电离子源结构 |
-
1993
- 1993-11-15 JP JP30712493A patent/JP3025403B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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