JP4946772B2 - エキシマランプ - Google Patents
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Description
具体的には、例えば、図6を参照して説明すると、紫外線を透過するシリカガラスよりなる放電容器(51)を備え、この放電容器(51)の内側と外側にそれぞれ電極(55,56)が設けられてなるエキシマランプ(50)において、放電容器(51)の放電空間(S)に曝される表面に、紫外線反射膜(20)を形成することが行われており、例えば、紫外線反射膜を、紫外線反射率が高い紫外線散乱粒子、例えばシリカ、酸化アルミニウム(アルミナ)、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、酸化マグネシウムなどにより形成する技術が開示されている(特許文献1参照)。
このエキシマランプ(50)においては、放電容器(51)の一部に、紫外線反射膜(20)が形成されていないことにより放電空間(S)内で発生した紫外線を出射する光出射部(58)が形成されている。
そこで、本発明者らは、紫外線反射膜を構成する紫外線散乱粒子の中心粒径の大きさとの関係において、紫外線反射膜の膜厚を設定することにより、紫外線を効率よく利用することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
前記放電容器の放電空間に曝される表面には、シリカ粒子とアルミナ粒子とからなる紫外線散乱粒子により構成された紫外線反射膜が形成されており、当該紫外線反射膜の膜厚Y(μm)は、紫外線反射膜を構成する紫外線散乱粒子の中心粒径をX(μm)とするとき、Y>4X+5の関係を満足することを特徴とする。
このエキシマランプ10は、両端が気密に封止されて内部に放電空間Sが形成された、断面矩形状の中空長尺状の放電容器11を備えており、この放電容器11の内部には、放電用ガスとして、キセノンガスが封入されている。
放電容器11は、真空紫外光を良好に透過するシリカガラス、例えば合成石英ガラスよりなり、誘電体としての機能を有する。
このような電極は、例えば、金属よりなる電極材料を放電容器11にペースト塗布することにより、あるいは、プリント印刷することによって形成することができる。
紫外線反射膜20は、シリカ粒子およびアルミナ粒子それ自体が高い屈折率を有する真空紫外光透過性を有するものであることから、シリカ粒子またはアルミナ粒子に到達した真空紫外光の一部が粒子の表面で反射されると共に他の一部が屈折して粒子の内部に入射され、さらに、粒子の内部に入射される光の多くが透過され(一部が吸収)、再び、出射される際に屈折される、このような反射、屈折が繰り返し起こる「拡散反射」をさせる機能を有する。
また、紫外線反射膜20は、シリカ粒子およびアルミナ粒子、すなわちセラミックスにより構成されていることにより、不純ガスを発生させず、また、放電に耐えられる特性を有する。
シリカ粒子は、以下のように定義される粒子径が例えば0.01〜20μmの範囲内にあるものであって、中心粒径(数平均粒子径のピーク値)が、例えば0.1〜10μmであるものが好ましく、より好ましくは0.3〜3μmであるものである。
また、中心粒径を有するシリカ粒子の割合が50%以上であることが好ましい。
また、中心粒径を有するアルミナ粒子の割合が50%以上であることが好ましい。
具体的には、図2(a)に示すように、略球状の粒子Aおよび粉砕粒子形状を有する粒子Bなどの粒子が単独で存在している場合には、当該粒子を一定方向(例えば紫外線反射膜20の厚み方向)に伸びる2本の平行線で挟んだときの当該平行線の間隔を粒径DA,DBとする。
また、出発材料の粒子が溶融して接合した形状を有する粒子Cについては、図2(b)に示すように、出発材料である粒子C1,C2と判別される部分における球状部分のそれぞれについて、一定方向(例えば紫外線反射膜20の厚み方向)に伸びる2本の平行線で挟んだときの当該平行線の間隔を測定し、これを当該粒子の粒径DC1,DC2とする。
また、紫外線反射膜20におけるアルミナ粒子の割合は、シリカ粒子とアルミナ粒子との合計の、例えば1wt%以上であることが好ましく、より好ましくは5wt%であり、更に好ましくは10wt%以上であって、70wt%以下であることが好ましい。アルミナ粒子は、シリカ粒子よりも高い屈折率を有するため、アルミナ粒子が含有されていることにより、シリカ粒子のみからなる紫外線反射膜20に比して、高い反射率を得ることができる。
紫外線散乱粒子の粒子径が紫外線反射膜20の膜厚の大きさに対して大きすぎる場合には、紫外線反射膜20における紫外線散乱粒子の密度が小さくなるために、当該紫外線反射膜20に入射される真空紫外光が紫外線反射膜20を透過する蓋然性が高くなって反射率が低下するおそれがある。また、紫外線散乱粒子の粒子径が小さい場合には、紫外線反射膜20の膜厚を小さくした場合であっても、紫外線反射膜20に入射される真空紫外光を十分に拡散反射させることができて高い照度を得ることができることから、紫外線反射膜20の膜厚の下限値(必要膜厚)は、絶対値ではなく、紫外線散乱粒子の中心粒径との関係において設定される。
また、紫外線反射膜20の膜厚を大きくすると、反射率が高くなる傾向にあるが、ある一定の厚み以上になるとそれ以上反射率は高くならず、逆に、放電容器11内の放電ガスが充填されている放電空間Sに印加される電圧が膜厚が大きくなるに従って低下するためにランプの放電開始電圧が高くなって、エキシマランプを点灯させることができなくなる、という問題が生ずること、および、膜厚を大きくしすぎると、紫外線反射膜20が剥がれやすくなり、例えばランプ輸送中の振動などにより剥がれることがあるという問題が生ずることから、紫外線反射膜20の膜厚の上限値は、このような問題が生ずることが確実に防止されながら、十分な反射率が得られるよう設定されるものであり、例えば1000μmである。
ここに、形成すべき紫外線反射膜20の膜厚の大きさは、分散液の粘度を調整することにより調整することができ、例えば粘度を低くすることにより紫外線反射膜20の膜厚を薄くすることができ、粘度を高くすることにより紫外線反射膜20の膜厚を厚くすることができる。
紫外線反射膜20を形成するに際して用いられるシリカ粒子およびアルミナ粒子の製造は、固相法、液相法、気相法のいずれの方法も利用することができるが、これらのうちでも、サブミクロン、ミクロンサイズの粒子を確実に得ることができることから、気相法、特に化学蒸着法(CVD)が好ましい。
具体的には、例えば、シリカ粒子は、塩化ケイ素と酸素を900〜1000℃で反応させることにより、アルミナ粒子は、原料の塩化アルミニウムと酸素を1000〜1200℃で加熱反応させることにより、合成することができ、粒子径は、原料濃度、反応場での圧力、反応温度を制御することにより調整することができる。
<実験例1>
図1に示す構成に従って、紫外線反射膜の構成が下記表1に従って変更されたことの他は同一の構成を有する7種類のエキシマランプにおいて、各々、紫外線反射膜の膜厚を1〜80μmの範囲内で適宜に変更したエキシマランプを作製した。各エキシマランプの基本構成は以下に示す通りである。
〔エキシマランプの基本構成〕
放電容器は、材質が合成石英ガラスであって、寸法が10×42×150mm、肉厚が2.5mmであるものである。
放電容器内に封入される放電用ガスは、キセノンガスであり、その封入量は40kPaである。
高電圧供給電極および接地電極の寸法は、30×100mmである。
紫外線反射膜を構成するシリカ粒子は、中心粒径を有する粒子の割合が50%であるものであり、アルミナ粒子は、中心粒径を有する粒子の割合が50%であるものである。
紫外線反射膜は、流下法によって、焼成温度を1000℃として得られたものである。
照度測定は、図4に示すように、アルミニウム製容器30の内部に配置されたセラミックス製の支持台31上に、エキシマランプ10を固定すると共に、エキシマランプ10の表面から1mm離れた位置において、エキシマランプ10に対向するよう紫外線照度計35を固定し、アルミニウム製容器30の内部雰囲気を窒素で置換した状態において、エキシマランプ10の電極15,16間に5kVの交流高電圧を印加することにより、放電容器11の内部に放電を発生させ、他方の電極(接地電極)16の網目を介して放射される150〜200nmの波長域の真空紫外光の照度を測定した。
上記実験例1において作製したエキシマランプ5において、紫外線反射膜を構成するシリカ粒子とアルミナ粒子の含有割合を下記表3に従って変更したことの他は、上記実験例1で用いたエキシマランプ5と同一の基本構成を有する6種類のエキシマランプ(5,8〜12)を各々10本ずつ作製し、各エキシマランプについて、紫外線反射膜の剥がれの有無を目視にて観察した。結果を下記表3に示す。
本発明は、上記構成のエキシマランプに限定されるものではなく、図6に示すような、二重管構造のエキシマランプや、図7に示すような、いわゆる「角型」のエキシマランプにも適用することができる。
図6に示すエキシマランプ50は、シリカガラスよりなる円筒状の外側管52と、この外側管52内においてその管軸に沿って配置された、当該外側管52の内径より小さい外径を有する例えばシリカガラスよりなる円筒状の内側管53とを有し、外側管52と内側管53とが両端部において溶融接合されて外側管52と内側管53との間に環状の放電空間Sが形成されてなる二重管構造の放電容器51を備えており、例えば金属よりなる一方の電極(高電圧供給電極)55が内側管53の内周面に密接して設けられていると共に、例えば金網などの導電性材料よりなる他方の電極56が外側管52の外周面に密接して設けられており、放電空間S内に、例えばキセノンガスなどのエキシマ放電によってエキシマ分子を形成する放電用ガスが充填されて、構成されている。
このような構成のエキシマランプ50においては、例えば放電容器51の内側管53の内表面における全周にわたって上記紫外線反射膜20が設けられると共に、外側管52の内表面に、光出射部58を形成する一部分の領域を除いてシリカ粒子とアルミナ粒子とからなる紫外線反射膜20が設けられる。
このような構成のエキシマランプ40においては、放電容器41の内表面における、各々の外側電極45,45に対応する領域およびこれらの領域に連続する一方の内面領域にわたって、上記紫外線反射膜20が設けられ、紫外線反射膜20が設けられていないことにより光出射部44が形成されている。
11 放電容器
15 一方の電極(高電圧供給電極)
16 他方の電極(接地電極)
18 光出射部(アパーチャ部)
20 紫外線反射膜
30 アルミニウム製容器
31 支持台
35 紫外線照度計
40 エキシマランプ
41 放電容器
42 排気管
43 ゲッター
44 光出射部
45 外側電極
50 エキシマランプ
51 放電容器
52 外側管
53 内側管
55 一方の電極(高電圧供給電極)
56 他方の電極
58 光出射部
S 放電空間
Claims (2)
- 放電空間を有するシリカガラスよりなる放電容器を備え、当該放電容器を形成するシリカガラスが介在する状態で一対の電極が設けられると共に、放電空間内にキセノンガスが封入されてなるエキシマランプにおいて、
前記放電容器の放電空間に曝される表面には、シリカ粒子とアルミナ粒子とからなる紫外線散乱粒子により構成された紫外線反射膜が形成されており、当該紫外線反射膜の膜厚Y(μm)は、紫外線反射膜を構成する紫外線散乱粒子の中心粒径をX(μm)とするとき、Y>4X+5の関係を満足することを特徴とするエキシマランプ。 - 前記紫外線反射膜は、シリカ粒子の含有割合が30wt%以上であるものであることを特徴とする請求項1に記載のエキシマランプ。
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