JP4424394B2 - エキシマランプ - Google Patents
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Description
さらに、第1の発明に係るエキシマランプは、放電容器の外面における電極間の沿面放電を抑制することができる。
その上、第1の発明に係るエキシマランプは、外部電極の外面を電気的に絶縁することができるので、発光管の外面における電極間の沿面放電を防止することができる。
さらに、外部電極の外方へも電気的に絶縁することができる。
なお、光透過性を有する材料として石英ガラス(SiO2)が挙げられるが、石英ガラス(SiO2)に含まれるシリカ(Si)がフッ素イオンとの反応性が高いため、ランプ1点灯中に、フッ素イオンに接することになる発光管21の材料としては、石英ガラス(SiO2)を用いることができない。このため、フッ素イオンの吸収の少ない材料からなる発光管21としては、シリカ(Si)を含まない材料が好適に用いられる。
放電容器2の内部24に封入される発光ガスとして、アルゴン(Ar),クリプトン(Kr)又はキセノン(Xe)からなる希ガスと、六フッ化硫黄(SF6),四フッ化炭素(CF4)又は三フッ化窒素(NF3)からなるフッ化物とが挙げられる。
外部電極31,32の長手方向に一端にはリード41,42が半田51,52などにより電気的に接続される
リード41,42には図示しない電源が接続され、ランプ1点灯時に給電される。
発光ガスの希ガスが例えばアルゴン(Ar)とフッ化物が例えば六フッ化硫黄(SF6)の場合、これらが電離されて、アルゴンイオンやフッ素イオンを形成し、アルゴン−フッ素からなるエキシマ分子が形成され、193nmの波長近傍の光が発光され、発光管21から放射される。
放電容器2に封入されるフッ化物の化学的安定性が高いので、ランプ1点灯時であっても、放電容器2の内部24における外部電極31,32が対向する範囲L1の端部からその近傍の封止材までの範囲L2で、電離したフッ素イオンがフッ化物に戻ることができる。これにより、封止材231,232がフッ素イオンと接することを抑制することができるので、封止材231,232によるフッ素イオンの吸収を抑制できる。すなわち、本実施例に係るエキシマランプ1は、上記特徴により、封止材231,232によるフッ素イオンの吸収に伴う照度低下を抑制することができ、長時間照度を維持することができる。
なお、光透過性を有する材料として石英ガラス(SiO2)が挙げられるが、石英ガラス(SiO2)に含まれるシリカ(Si)がフッ素イオンとの反応性が高いため、ランプ1点灯中に、フッ素イオンに接することになる発光管21の材料としては、石英ガラス(SiO2)を用いることができない。このため、フッ素イオンの吸収の少ない材料からなる発光管21としては、シリカ(Si)を含まない材料が好適に用いられる。
放電容器2の内部24に封入される発光ガスとして、アルゴン(Ar),クリプトン(Kr)又はキセノン(Xe)からなる希ガスと、六フッ化硫黄(SF6),四フッ化炭素(CF4)又は三フッ化窒素(NF3)からなるフッ化物とが挙げられる。
一対の外部電極31,32は、その長手方向のおける端部で、互いに対向しない部分L6及びL7が設けられる。図4(a)に示すように、第1の外部電極31には、その長手方向における第1の蓋部材221側に第2の外部電極32と対向しない部分L6が形成される。また、第2の外部電極32には、その長手方向における第2の蓋部材222側に第1の外部電極31と対向しない部分L7が形成される。
絶縁体6は、例えばシリカ粒子を有機溶剤に分散させたペーストを、外部電極31,32の外方を被覆するように塗布し、焼結することで形成される。また、絶縁体6の材料としては、外部電極31,32より誘電率の低いものが用いられる。特に、絶縁体6の材料が、発光管21の材料より誘電率の低いものであれば、ランプ1点灯時の電極31,32間の絶縁機能として好適に用いられる。
リード41,42には図示しない電源が接続され、ランプ1点灯時に給電される。
発光ガスの希ガスが例えばアルゴン(Ar)とフッ化物が例えば六フッ化硫黄(SF6)の場合、これらが電離されて、アルゴンイオンやフッ素イオンを形成し、アルゴン−フッ素からなるエキシマ分子が形成され、193nmの波長近傍の光が発光され、発光管21から放射される。
ところが、放電容器2の内部24に封入されるフッ化物が化学的安定性の高いものである。すなわち、六フッ化硫黄(SF6),四フッ化炭素(CF4)又は三フッ化窒素(NF3)からなる化学的安定性の高いフッ化物は、電子付着性の高い(換言すれば、電子を捕獲する性質の強い)ガスである。
このため、電離により生じた電子を高い確率で捕獲するので、従来のフッ素(F2)ガスを封入したランプ1よりも、放電開始電圧が高くなる。さらに、高エネルギーを持った電子を生成するために、印加電圧を高くしなければならない。
その上、本発明に係るエキシマランプ1の場合、充分な照度を得るためには放電容器2に発光ガスを100Torr以上封入しなければならない。
図1及び図2に示す第1の実施例に係るエキシマランプ1のように、発光管21の外面に外部電極31,32を設けた構成であるとき、外部電極31,32に高電圧が印加されることにより、外部電極31,32間で発光管21の沿面に沿って放電する、いわゆる沿面放電が発生することがあった。
放電容器2に封入されるフッ化物の化学的安定性が高いので、ランプ1点灯時であっても、放電容器2の内部24における外部電極31,32が対向する範囲L1の端部からその近傍の封止材までの範囲L2で、電離したフッ素イオンがフッ化物に戻ることができる。これにより、封止材231,232がフッ素イオンと接することを抑制することができるので、封止材231,232によるフッ素イオンの吸収を抑制できる。すなわち、本実施例に係るエキシマランプ1は、上記特徴により、封止材231,232によるフッ素イオンの吸収に伴う照度低下を抑制することができ、長時間照度を維持することができる。
図5は、本発明に係るエキシマランプ1の説明図である。図5(a)はエキシマランプ1の発光管21の管軸方向に対して垂直方向から見た側面図(第2の外部電極32側から見た側面図)であり、(b)は(a)の発光管21の管軸方向に対して垂直方向の断面図((a)のC−C断面図)である。図5は、図4に示したものと同じものには同一の符号が付されている。
なお、光透過性を有する材料として石英ガラス(SiO2)が挙げられるが、石英ガラス(SiO2)に含まれるシリカ(Si)がフッ素イオンとの反応性が高いため、ランプ1点灯中に、フッ素イオンに接することになる発光管21の材料としては、石英ガラス(SiO2)を用いることができない。このため、フッ素イオンの吸収の少ない材料からなる発光管21としては、シリカ(Si)を含まない材料が好適に用いられる。
放電容器2の内部24に封入される発光ガスとして、アルゴン(Ar),クリプトン(Kr)又はキセノン(Xe)からなる希ガスと、六フッ化硫黄(SF6),四フッ化炭素(CF4)又は三フッ化窒素(NF3)からなるフッ化物とが挙げられる。
図5(a)に示すように、第1の外部電極31には、その長手方向における第1の蓋部材221側に第2の外部電極32と対向しない部分L6が形成される。また、第2の外部電極32には、その長手方向における第2の蓋部材222側に第1の外部電極31と対向しない部分L7が形成される。
第3の外部電極33には、後述するように、第1の外部電極31とリード41,43を電気的に接続するため、第3の長手方向における第1の蓋部材221側に第2の外部電極32と対向しない部分L6が形成される。すなわち、第3の外部電極33は、その長手方向において、第1の外部電極31と対向して形成される。
絶縁体6は、例えばシリカ粒子を有機溶剤に分散させたペーストを、外部電極31,32,33の外方を被覆するように塗布し、焼結することで形成される。また、絶縁体6の材料としては、外部電極31,32,33より誘電率の低いものが用いられる。特に、絶縁体6の材料が、発光管21の材料より誘電率の低いものであれば、ランプ1点灯時の電極31,32,33間の絶縁機能として好適に用いられる。
第3の外部電極33において、第2の外部電極32に対向しないで、絶縁体6で被覆していない外方に露出した第3の外部電極33の部分L61には、第3のリード43が第3の半田53などにより電気的に接続される。
発光ガスの希ガスが例えばアルゴン(Ar)とフッ化物が例えば六フッ化硫黄(SF6)の場合、これらが電離されて、アルゴンイオンやフッ素イオンを形成し、アルゴン−フッ素からなるエキシマ分子が形成され、193nmの波長近傍の光が発光され、発光管21から放射される。
図示しないが、第1のリード41と第3のリード43は電気的に接続される。電気的に接続された第1及び第3のリード41,43と第2のリード42には図示しない電源が接続され、ランプ1点灯時に給電される。
ところが、放電容器2の内部24に封入されるフッ化物が化学的安定性の高いものである。すなわち、六フッ化硫黄(SF6),四フッ化炭素(CF4)又は三フッ化窒素(NF3)からなる化学的安定性の高いフッ化物は、電子付着性の高い(換言すれば、電子を捕獲する性質の強い)ガスである。
このため、電離により生じた電子を高い確率で捕獲するので、従来のフッ素(F2)ガスを封入したランプ1よりも、放電開始電圧が高くなる。さらに、高エネルギーを持った電子を生成するために、印加電圧を高くしなければならない。
その上、本発明に係るエキシマランプ1の場合、充分な照度を得るためには放電容器2に発光ガスを100Torr以上封入しなければならない。
図1及び図2に示す第1の実施例に係るエキシマランプ1のように、発光管21の外面に外部電極31,32を設けた構成であるとき、外部電極31,32に高電圧が印加されることにより、外部電極31,32間で発光管21の外面に沿って放電する、いわゆる沿面放電が発生することがあった。
このため、発光管21の径方向における外部電極31,32,33の外方L5に、絶縁体6を設けた。さらに、発光管21の外周面における第1の外部電極31と第3の外部電極33との間L32であって、発光管21の外周面の周方向におけるランプ1点灯時に電位差が生じない第1及び第3の外部電極31,33の外方L42に、絶縁体6を設けた。すなわち、外部電極31,32,33を絶縁体6で被覆したことにより、外部電極31,32,33の外方L41,L42,L5を電気的に絶縁することができる。
放電容器2に封入されるフッ化物の化学的安定性が高いので、ランプ1点灯時であっても、放電容器2の内部24における外部電極31,32,33が対向する範囲L1の端部からその近傍の封止材までの範囲L2で、電離したフッ素イオンがフッ化物に戻ることができる。これにより、封止材231,232がフッ素イオンと接することを抑制することができるので、封止材231,232によるフッ素イオンの吸収を抑制できる。すなわち、本実施例に係るエキシマランプ1は、上記特徴により、封止材231,232によるフッ素イオンの吸収に伴う照度低下を抑制することができ、長時間照度を維持することができる。
なお、光透過性を有する材料として石英ガラス(SiO2)が挙げられるが、石英ガラス(SiO2)に含まれるシリカ(Si)がフッ素イオンとの反応性が高いため、ランプ1点灯中に、フッ素イオンに接することになる発光管21の材料としては、石英ガラス(SiO2)を用いることができない。このため、フッ素イオンの吸収の少ない材料からなる発光管21としては、シリカ(Si)を含まない材料が好適に用いられる。
放電容器2の内部24に封入される発光ガスとして、アルゴン(Ar),クリプトン(Kr)又はキセノン(Xe)からなる希ガスと、六フッ化硫黄(SF6),四フッ化炭素(CF4)又は三フッ化窒素(NF3)からなるフッ化物とが挙げられる。
外部電極31,32の長手方向に一端にはリード41,42が半田51,52などにより電気的に接続される
リード41,42には図示しない電源が接続され、ランプ1点灯時に給電される。
溝7は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)を主成分とするサファイア(単結晶アルミナ)からなる発光管21の外面に、例えばレーザーを照射することにより形成することができる。
発光ガスの希ガスが例えばアルゴン(Ar)とフッ化物が例えば六フッ化硫黄(SF6)の場合、これらが電離されて、アルゴンイオンやフッ素イオンを形成し、アルゴン−フッ素からなるエキシマ分子が形成され、193nmの波長近傍の光が発光され、発光管21から放射される。
ところが、放電容器2の内部24に封入されるフッ化物が化学的安定性の高いものである。すなわち、六フッ化硫黄(SF6),四フッ化炭素(CF4)又は三フッ化窒素(NF3)からなる化学的安定性の高いフッ化物は、電子付着性の高い(換言すれば、電子を捕獲する性質の強い)ガスである。
このため、電離により生じた電子を高い確率で捕獲するので、従来のフッ素(F2)ガスを封入したランプ1よりも、放電開始電圧が高くなる。さらに、高エネルギーを持った電子を生成するために、印加電圧を高くしなければならない。
その上、本発明に係るエキシマランプ1の場合、充分な照度を得るためには放電容器2に発光ガスを100Torr以上封入しなければならない。
図1及び図2に示す第1の実施例に係るエキシマランプ1のように、発光管21の外面に外部電極31,32を設けた構成であるとき、外部電極31,32に高電圧が印加されることにより、外部電極31,32間で発光管21の沿面に沿って放電する、いわゆる沿面放電が発生することがあった。
放電容器2に封入されるフッ化物の化学的安定性が高いので、ランプ1点灯時であっても、放電容器2の内部24における外部電極31,32が対向する範囲L1の端部からその近傍の封止材までの範囲L2で、電離したフッ素イオンがフッ化物に戻ることができる。これにより、封止材231,232がフッ素イオンと接することを抑制することができるので、封止材231,232によるフッ素イオンの吸収を抑制できる。すなわち、本実施例に係るエキシマランプ1は、上記特徴により、封止材231,232によるフッ素イオンの吸収に伴う照度低下を抑制することができ、長時間照度を維持することができる。
なお、光透過性を有する材料として石英ガラス(SiO2)が挙げられるが、石英ガラス(SiO2)に含まれるシリカ(Si)がフッ素イオンとの反応性が高いため、ランプ1点灯中に、フッ素イオンに接することになる発光管21の材料としては、石英ガラス(SiO2)を用いることができない。このため、フッ素イオンの吸収の少ない材料からなる発光管21としては、シリカ(Si)を含まない材料が好適に用いられる。
放電容器2の内部24に封入される発光ガスとして、アルゴン(Ar),クリプトン(Kr)又はキセノン(Xe)からなる希ガスと、六フッ化硫黄(SF6),四フッ化炭素(CF4)又は三フッ化窒素(NF3)からなるフッ化物とが挙げられる。
外部電極31,32,33の長手方向に一端にはリード41,42,43が半田51,52,53などにより電気的に接続される
図示しないが、第1の外部電極31に接続された第1のリード41と第3の外部電極33に接続された第3のリード43は電気的に接続される。電気的に接続された第1及び第3のリード41,43と第2のリード42には図示しない電源が接続され、ランプ1点灯時に給電される。
溝7は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)を主成分とするサファイア(単結晶アルミナ)からなる発光管21の外面に、例えばレーザーを照射することにより形成することができる。
発光ガスの希ガスが例えばアルゴン(Ar)とフッ化物が例えば六フッ化硫黄(SF6)の場合、これらが電離されて、アルゴンイオンやフッ素イオンを形成し、アルゴン−フッ素からなるエキシマ分子が形成され、193nmの波長近傍の光が発光され、発光管21から放射される。
ところが、放電容器2の内部24に封入されるフッ化物が化学的安定性の高いものである。すなわち、六フッ化硫黄(SF6),四フッ化炭素(CF4)又は三フッ化窒素(NF3)からなる化学的安定性の高いフッ化物は、電子付着性の高い(換言すれば、電子を捕獲する性質の強い)ガスである。
このため、電離により生じた電子を高い確率で捕獲するので、従来のフッ素(F2)ガスを封入したランプ1よりも、放電開始電圧が高くなる。さらに、高エネルギーを持った電子を生成するために、印加電圧を高くしなければならない。
その上、本発明に係るエキシマランプ1の場合、充分な照度を得るためには放電容器2に発光ガスを100Torr以上封入しなければならない。
図1及び図2に示す第1の実施例に係るエキシマランプ1のように、発光管21の外面に外部電極31,32を設けた構成であるとき、外部電極31,32に高電圧が印加されることにより、外部電極31,32間で発光管21の沿面に沿って放電する、いわゆる沿面放電が発生することがあった。
放電容器2に封入されるフッ化物の化学的安定性が高いので、ランプ1点灯時であっても、放電容器2の内部24における外部電極31,32,33が対向する範囲L1の端部からその近傍の封止材までの範囲L2で、電離したフッ素イオンがフッ化物に戻ることができる。これにより、封止材231,232がフッ素イオンと接することを抑制することができるので、封止材231,232によるフッ素イオンの吸収を抑制できる。すなわち、本実施例に係るエキシマランプ1は、上記特徴により、封止材231,232によるフッ素イオンの吸収に伴う照度低下を抑制することができ、長時間照度を維持することができる。
実験1では、第1の実施例に係るエキシマランプ1の効果を確認する。
図9に示す光強度は、比較例1の照度を基準値としたときの相対値を示している。
よって、第1の実施例に係るエキシマランプ1は、発光ガスを化学的安定性の高いフッ化物にすることにより、従来のエキシマランプ1よりも、封止材231,232へのフッ素イオンの吸収を抑制でき、長時間照度を維持することができる。
実験2では、第2及び第3の実施例に係るエキシマランプ1を、従来のエキシマランプ1の照度にしても沿面放電を防止できると共に、照度を維持できることを確認する。
発光管21の外径は10mmであり、ランプ1点灯時に外部電極31,32に印加される電圧は5KVである。
発光管21の外径は10mmであり、ランプ1点灯時に外部電極31,32に印加される電圧は3KVである。
それぞれの封入量は、ランプAのとき、アルゴン(Ar)が99.9%であり、六フッ化硫黄(SF6)が0.1%である。ランプBのとき、アルゴン(Ar)が99.9%であり、四フッ化炭素(CF4)が0.1%である。ランプCのとき、アルゴン(Ar)が99.9%であり、三フッ化窒素(NF3)が0.1%である。
ランプA,B及びCの封止材231,232には、銀と銅との合金(Ag−Cu合金)からなるロウ材を用いた。
ランプA,B及びCの絶縁体6は、シリカ粒子を有機溶剤に分散させたペーストを、外部電極31,32の外方を被覆するように塗布し、焼結することで形成した。
発光管21の外径は10mmであり、ランプ1点灯時に外部電極31,32に印加される電圧は7KVである。
それぞれの封入量は、ランプDのとき、アルゴン(Ar)が99.9%であり、六フッ化硫黄(SF6)が0.1%である。ランプEのとき、アルゴン(Ar)が99.9%であり、四フッ化炭素(CF4)が0.1%である。ランプFのとき、アルゴン(Ar)が99.9%であり、三フッ化窒素(NF3)が0.1%である。
ランプD,E及びFの封止材231,232には、銀と銅との合金(Ag−Cu合金)からなるロウ材を用いた。
発光管21の外径は10mmであり、ランプ1点灯時に外部電極31,32に印加される電圧は8KVである。
ランプD,E及びFの溝7は、その深さが0.3mmであり、発光管21の周方向における幅が0.3mmである。この溝7を発光管21の外周面に計12本形成した。これにより、第3の実施例に係るランプA,B及びCは、電極31,32間の沿面距離が、7mmから10.6mmにとなった。
実験結果をまとめた表を図10に示す。
図10に示す光強度は、比較例1の照度を基準値としたときの相対値を示している。
2 放電容器
21 発光管
221 第1の蓋部材
222 第2の蓋部材
2221 ガス管
2222 封止部
231 一方の封止材
232 他方の封止材
24 放電容器の内部
31 第1の外部電極
32 第2の外部電極
33 第3の外部電極
41 第1のリード
42 第2のリード
43 第3のリード
51 第1の半田
52 第2の半田
53 第3の半田
6 絶縁体
7 溝
L1 発光管の管軸方向における外部電極の対向する範囲
L2 放電容器の内部において、発光管の管軸方向における外部電極が対向する範囲の端部からその近傍の封止材まで範囲
L3 発光管の外周面における対向する外部電極の間
L31 発光管の外周面における第1及び第3の外部電極と第2の外部電極との間
L32 発光管の外周面における第1の外部電極と第3の外部電極との間
L4 発光管の外周面における対向する外部電極の間であって、発光管の外周面の周方向における外部電極の外方
L41 発光管の外周面における第1及び第3の外部電極と第2の外部電極との間であって、発光管の外周面の周方向におけるランプ点灯時に電位差が生じる外部電極の外方
L42 発光管の外周面における第1の外部電極と第3の外部電極との間であって、発光管の外周面の周方向におけるランプ点灯時に電位差が生じない外部電極の外方
L5 発光管の径方向における外部電極の外方
L6 第1の外部電極の長手方向における第1の蓋部材側に第2の外部電極と対向しない部分
L61 第1の外部電極において、第2の外部電極に対向しないで、絶縁体で被覆していない外方に露出した第1の外部電極の部分
L7 第2の外部電極の長手方向における第2の蓋部材側に第1の外部電極と対向しない部分
L71 第2の外部電極において、第1の外部電極に対向しないで、絶縁体で被覆していない外方に露出した第2の外部電極の部分
Claims (1)
- シリカを含まない発光管に封止材を設けてなる放電容器と、
該発光管の外面に離れて設けられる少なくとも一対の外部電極と、
からなるエキシマランプにおいて、
前記放電容器に希ガスとフッ化物とを封入し、
前記フッ化物が六フッ化硫黄,四フッ化炭素又は三フッ化窒素からなり、
前記外部電極をシリカの焼結体からなる絶縁体で被覆した
ことを特徴とするエキシマランプ。
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