CN101409203B

CN101409203B - 准分子灯

Info

Publication number: CN101409203B
Application number: CN2008101701499A
Authority: CN
Inventors: 松泽聪司; 藤泽繁树; 森本幸裕
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-10-13
Also published as: US7859191B2; TW200917323A; EP2056336B1; EP2056336A1; KR20090037291A; JP4946772B2; US20090096376A1; KR101143712B1; CN101409203A; TWI428954B; JP2009093985A

Abstract

本发明提供一种能得到可有效率地反射真空紫外光的紫外线反射膜而可有效率地出射真空紫外光、而且可确实地防止紫外线反射膜剥落的准分子灯。本发明的准分子灯，包括具有放电空间的由二氧化硅玻璃构成的放电容器，在夹着形成该放电容器的二氧化硅玻璃的状态下设有一对电极，并且在放电空间内封入有氙气体，其中，在放电容器的曝露于放电空间中的表面上，形成通过由二氧化硅粒子和氧化铝粒子形成的紫外线散射粒子构成的紫外线反射膜，该紫外线反射膜的膜厚Y(μm)，在将构成紫外线反射膜的紫外线散射粒子的中心粒径设为X(μm)时，满足Y>4X+5的关系。优选紫外线反射膜中二氧化硅粒子的含有比率为30wt％以上。

Description

准分子灯

技术领域

本发明是涉及一种准分子灯，其具备由二氧化硅玻璃构成的放电容器，在曝露于该放电容器中的表面上形成有紫外线反射膜。

背景技术

近年来，开发了例如通过将波长200nm以下的真空紫外光照射在由金属、玻璃及其它材料构成的被处理体上，而在该真空紫外光及由此所生成的臭氧的作用下来进行被处理体的表面处理、例如清洗处理、成膜处理、去灰处理的技术，而将这些技术实用化。

作为照射真空紫外光的装置，将例如通过准分子放电形成准分子分子、并利用从该准分子分子所放射的光的准分子灯作为光源，在此种准分子灯中，为了更有效率地放射更高强度的紫外线，进行了很多尝试。

具体上，例如参照图6加以说明，公开了如下技术(参照专利文献1)：一种准分子灯50，具备透射紫外线的由二氧化硅玻璃构成的放电容器51，在该放电容器51的内侧与外侧分别设有电极55、56，其中，在放电容器51的曝露于放电空间S的表面上形成紫外线反射膜20，例如通过紫外线反射率高的紫外线散射粒子，例如二氧化硅、氧化铝、氟化镁、氟化钙、氟化锂、氧化镁等，形成紫外线反射膜。

在该准分子灯50中，在放电容器51的一部分，未形成紫外线反射膜20，从而形成出射在放电空间S内产生的紫外线的光出射部58。

在此种构成的准分子灯50中，入射于紫外线反射膜的在放电空间S内产生的紫外线被扩散反射，即重复进行在多个紫外线散射粒子的表面上的折射、反射，并从光出射部58出射。

专利文献1：日本专利第3580233号公报

发明内容

然而，在具备上述构成的紫外线反射膜的准分子灯中，入射于紫外线反射膜的紫外线会透射该紫外线反射膜，为了防止产生紫外线的反射率降低的问题，需要以适当的膜厚来形成紫外线反射膜。

所以本申请发明人，在与构成紫外线反射膜的紫外线散射粒子的中心粒径的大小的关系上，发现了通过设定紫外线反射膜的膜厚可以有效率地利用紫外线，从而完成了本发明。

本发明鉴于上述情况，其目的在于提供一种准分子灯，其可得到能有效率地反射在放电空间内产生的真空紫外光的紫外线反射膜，而可有效率地出射真空紫外光，并且可确实地防止紫外线反射膜从放电容器剥落。

本发明的准分子灯，包括具有放电空间的由二氧化硅玻璃构成的放电容器，在夹着形成该放电容器的二氧化硅玻璃的状态下设有一对电极，并且在放电空间内封入有氙气体，其特征在于，在上述放电容器的曝露于放电空间中的表面上，形成通过由二氧化硅粒子和氧化铝粒子形成的紫外线散射粒子构成的紫外线反射膜，该紫外线反射膜的膜厚Y(μm)，在将构成紫外线反射膜的紫外线散射粒子的中心粒径设为X(μm)时，满足Y>4X+5的关系。

在本发明的准分子灯中，优选上述紫外线反射膜中二氧化硅粒子的含有比率为30wt％以上。

根据本发明的准分子灯，通过由二氧化硅粒子与氧化铝粒子形成的紫外线散射粒子构成的紫外线反射膜，以在与紫外线散射粒子的中心粒径的大小的关系上设定的适当大小的膜厚形成，从而可将真空紫外光通过紫外线反射膜确实地扩散反射，因此可有效率地出射真空紫外光，而且紫外线反射膜所含的二氧化硅粒子相对于形成放电容器的二氧化硅玻璃具有高粘结性，因此可确实地防止紫外线反射膜从放电容器剥落。

附图说明

图1是表示本发明的准分子灯的一例的构成概略的说明用截面图，(a)是表示沿着放电容器的长度方向的截面的截面图，(b)是表示(a)的A-A线截面图。

图2是表示用于说明二氧化硅粒子及氧化铝粒子的粒径的定义的说明图。

图3是表示实验例的各准分子灯的照度相对值的测定结果的图表。

图4是表示用于说明实验例的准分子灯的照度测定方法的截面图。

图5是表示照度相对值为1.2以上时的、紫外线散射粒子的中心粒径和紫外线反射膜的需要膜厚的关系的图表。

图6是表示本发明的准分子灯的另一例子的构成概略的说明用截面图，(a)是表示沿着放电容器的长度方向的截面的横截面图，(b)是表示(a)的A-A线截面图。

图7是表示本发明的准分子灯的其它例子的构成概略的说明用截面图，(a)是表示沿着放电容器的长度方向的截面的截面图，(b)是表示垂直于(a)的纸面的平面下的截面的截面图。

具体实施方式

图1是表示本发明的准分子灯的一例的构成的概略的说明用截面图，(a)是表示沿着放电容器的长度方向的截面的截面图，(b)是表示(a)的A-A线截面图。

该准分子灯10具备两端被气密地封闭而形成有放电空间S的截面矩形状的中空长条状的放电容器11，在该放电容器11的内部，作为放电用气体封入有氙气体。

放电容器11是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，具有作为电介质的功能。

在放电容器11的长边面的外表面，以在长度方向延伸的方式相对地配置有一对栅格状电极、即作为高电压供给电极发挥功能的一个电极15及作为接地电极发挥功能的另一个电极16，从而成为在一对电极15、16之间夹着作为电介质发挥功能的放电容器11的状态。

此种电极例如可以通过将金属构成的电极材料糊膏涂布于放电容器11上、或通过照片印刷形成。

在该准分子灯10中，向一个电极15供给点灯电力时，经由作为电介质发挥的放电容器11的壁而在两电极15、16间产生放电，从而形成准分子分子，并且产生从该准分子分子放射在例如波长170nm附近具有峰值的真空紫外光的准分子放电，但为了有效率地利用通过该准分子放电所产生的真空紫外光，将紫外线反射膜20设于放电容器11的曝露于放电空间S中的内表面上。

紫外线反射膜20例如在放电容器11的长边面的与作为高电压供给电极发挥功能的一个电极15对应的内表面区域、及与该区域连续的短边面的内表面区域的一部分上形成，而在放电容器11的长边面的与作为接地电极发挥功能的另一个电极16对应的内表面区域上，通过未形成有紫外线反射膜20来构成光出射部(孔径部)18。

紫外线反射膜20通过由二氧化硅粒子与氧化铝粒子形成的紫外线散射粒子所构成，可以通过氧化铝粒子与二氧化硅粒子混在的物质、例如二氧化硅粒子与氧化铝粒子的堆积体构成。

紫外线反射膜20具有重复产生反射与折射的“扩散反射”的功能，具体原理如下：二氧化硅粒子及氧化铝粒子自身具有高折射率从而具有真空紫外光透射性，因此到达二氧化硅粒子或氧化铝粒子的真空紫外光的一部分在粒子表面被反射，同时其它的部分折射而入射至粒子内部，进而入射至粒子内部的大部分光被透射(一部分被吸收)，而再出射之际被折射。

此外，紫外线反射膜20由二氧化硅粒子与氧化铝粒子构成，即由陶瓷构成，具有不会产生杂质气体、且耐于放电的特性。

构成紫外线反射膜20的二氧化硅粒子，可以是玻璃状态、或是结晶状态、或是任何状态，但优选使用玻璃状态，例如可使用将二氧化硅玻璃粉末状地作成细粒子后的物质等。

二氧化硅粒子的如下定义的粒径例如在0.01～20μm的范围内，中心粒径(数均粒径的峰值)例如优选为0.1～10μm，更优选为0.3～3μm。

此外，具有中心粒径的二氧化硅粒子的比率优选为50％以上。

构成紫外线反射膜20的氧化铝粒子的如下定义的粒径例如在0.1～10μm的范围内，中心粒径(数均粒径的峰值)例如优选为0.1～3μm，更优选为0.3～1μm。

此外，具有中心粒径的氧化铝粒子的比率优选为50％以上。

构成紫外线反射膜20的二氧化硅粒子及氧化铝粒子的“粒径”是指：将紫外线反射膜20在与其表面垂直的方向上切剖时的切剖面中的厚度方向的大约中间位置作为观察范围，通过扫描型电子显微镜(SEM)取得放大投影图像，以一定方向的两条平行线夹着该放大投影图像的任意粒子时的该平行线的间隔、即费雷特(Feret)直径。

如图2(a)所示地，具体上，在以单独存在大约球状的粒子A及具有粉碎粒子形状的粒子B等的粒子时，将以朝着一定方向(例如紫外线反射膜20的厚度方向)延伸的两条平行线夹着该粒子时的对应平行线的间隔作为粒径DA、DB。

此外，对于具有初始材料的粒子熔融而接合的形状的粒子C，如图2(b)所示地，对于被判别为初始材料的粒子C1、C2的部分中的各球状部分，测定由朝一定方向(例如紫外线反射膜20的厚度方向)延伸的2条平线夹着时的该平行线的间隔，将此作为该粒子的粒径DC1、DC2。

构成紫外线反射膜20的二氧化硅粒子及氧化铝粒子的“中心粒径”是指：将如上得到的各粒子的粒径的最大值和最小值的粒径的范围，例如以0.1μm的范围分成多个区分、例如分成的15区分左右后，属于各个区分的粒子个数(度数)最大的区分的中心值。

二氧化硅粒子及氧化铝粒子通过具有与真空紫外光的波长相同程度的上述范围的粒径，而可有效率地扩散反射真空紫外光。

上述准分子灯10的紫外线反射膜20所含的二氧化硅粒子的比率，例如优选为30wt％以上，更优选为40wt％以上。从而，可得到紫外线反射膜20相对于放电容器11的充分的粘结性，而可确实地防止紫外线反射膜20从放电容器剥落。

此外，紫外线反射膜20中的氧化铝粒子的比率优选是二氧化硅粒子与氧化铝粒子的合计的例如1wt％以上，更优选5wt％，进一步优选为10wt％以上，而优选为70wt％以下。氧化铝粒子具有比二氧化硅粒子高的折射率，因此通过含有氧化铝粒子，与仅由二氧化硅粒子形成的紫外线反射膜20相比较，可得到高反射率。

以上，上述准分子灯10的紫外线反射膜20的膜厚Y(μm)，在将构成紫外线反射膜20的紫外线散射粒子的中心粒径设为X(μm)时，为满足Y>4X+5的关系的状态。

紫外线散射粒子的粒径相对于紫外线反射膜20的膜厚大小过大时，由于紫外线反射膜20的紫外线散射粒子的密度变小，从而存在入射于该紫外线反射膜20的真空紫外光透射紫外线反射膜20的可能性变高、反射率降低的问题。此外，在紫外线散射粒子的粒径较小时，即使在减小紫外线反射膜20的膜厚时，也可使入射于紫外线反射膜20的真空紫外光充分地扩散反射而可得到高照度，因此紫外线反射膜20的膜厚的下限值(需要膜厚)，并不是绝对值而是在与紫外线散射粒子的中心粒径的关系中被设定。

此外，若将紫外线反射膜20的膜厚变大，则有反射率变高的趋势，但若成为某一定厚度以上，则反射率并不会进一步变高，相反地，向放电容器11内的填充有放电气体的放电空间S施加的电压会随着膜厚变大而降低，从而使得灯的放电开始电压变高，会产生无法使准分子灯点灯的问题，以及若将膜厚作成过厚，则存在紫外线反射膜20容易被剥落、例如因灯输送中的振动而剥落的问题，因此紫外线反射膜20的膜厚上限值被设定为可确实地防止产生此种问题的同时可得到充分的反射率，例如为1000μm。

此种紫外线反射膜20例如可通过称为“流下法”的方法形成。即，在组合了水与PEO树脂(聚氧化乙烯)的具有粘性的溶剂中混合二氧化硅粒子、或二氧化硅粒子及氧化铝粒子来调配分散液，通过将该分散液流进放电容器形成材料内，在附着于放电容器形成材料的内表面的所定区域之后，利用干燥、烧成，把水与PEO树脂予以蒸发，从而可形成紫外线反射膜20。

在此，应形成的紫外线反射膜20的膜厚大小，可通过调整分散液的粘度来调整，例如通过降低粘度可使紫外线反射膜20的膜厚变薄，而通过提高粘度可使紫外线反射膜20的膜厚变厚。

形成紫外线反射膜20时所用的二氧化硅粒子及氧化铝粒子的制造，可利用固相法、液相法、气相法的任何方法，但其中，由于可确实地得到亚微细粒、微米尺寸的粒子，而优选气相法、尤其是化学蒸镀法(CVD)。

具体上，例如二氧化硅粒子可以通过将氯化硅与氧在900～1000℃予以反应而合成，氧化铝粒子可以通过将原料的氯化铝与氧在1000～1200℃予以加热反应而合成，粒径可通过控制原料浓度、反应场所的压力、反应温度来调整。

然而，根据上述构成的准分子灯10，由二氧化硅粒子与氧化铝粒子形成的紫外线散射粒子所构成的紫外线反射膜20，以在与紫外线散射粒子的中心粒径的大小的关系中设定的适当大小的膜厚形成，从而可通过紫外线反射膜20确实地将真空紫外光予以扩散反射，因此可有效率地可出射真空紫外光，而且紫外线反射膜20所含的二氧化硅粒子相对于形成放电容器11的二氧化硅玻璃具有高粘结性，因此可确实地防止紫外线反射膜20从放电容器11剥落。

一般，在准分子灯中，公知随着准分子放电而产生等离子体，但在如上构成的准分子灯中，等离子体大约直角地入射于紫外线反射膜而施以作用，因此紫外线反射膜的温度会局部地急剧上升，如果紫外线反射膜仅例如仅由二氧化硅粒子构成，则会通过等离子体的热而使得二氧化硅粒子熔融从而粒界消失，因此无法确实地扩散反射真空紫外光，反射率下降。

然而，紫外线反射膜20由二氧化硅粒子与氧化铝粒子构成，从而根据上述构成的准分子灯10，即使被曝露在由等离子体产生的热中时，由于熔点高于二氧化硅粒子的氧化铝粒子不会熔融，因此可以防止在粒子之间结合着互相邻接的二氧化硅粒子与氧化铝粒子，粒界得到维持，因此即使长时间点灯时，也可有效率地扩散反射真空紫外光，而可维持初期的反射率，其结果可有效率地出射真空紫外光，而且不会因混入有氧化铝粒子而导致紫外线反射膜20相对于放电容器11的粘合性大幅度降低，因此可确实地防止紫外线反射膜20从放电容器11剥落。

此外，通过在被曝露在产生准分子发光的放电空间S中的放电容器11内表面上形成有紫外线反射膜20，可将随着放电空间S内的真空紫外线入射于构成光出射部18以外区域的二氧化硅玻璃上产生的紫外线应变所致的损伤予以减小，而可防止产生裂痕。

以下说明为了确认本发明的效果所进行的实验例。

<实验例1>

按照图1所示的构成，在除了紫外线反射膜的构成按照下述表1变更以外具有同一构成的7种准分子灯中，分别制作在1～80μm的范围内适当地变更了紫外线反射膜的膜厚的准分子灯。各准分子灯的基本构成如下所述。

[准分子灯的基本构成]

放电容器是材质为合成石英玻璃，尺寸是10×42×150mm，厚度为2.5mm。

封入在放电容器内的放电用气体是氙气体，其封入量是40kPa。

高电压供给电极及接地电极的尺寸是30×100mm。

构成紫外线反射膜的二氧化硅粒子中具有中心粒径的粒子比率为50％。构成紫外线反射膜的氧化铝粒子中具有中心粒径的粒子比率为50％。

紫外线反射膜通过流下法使烧成温度为1000℃而得到。

二氧化硅粒子及氧化铝粒子的粒径并不是初始材料的粒径，而是紫外线反射膜中的粒径，二氧化硅粒子的粒径及氧化铝粒子的粒径如下测定：使用日本日立制电场放射型扫描电子显微镜“S4100”，将加速电压设为20kV，将放大投影图像的观察倍率设定为对于粒径0.05～1μm的粒子为20000倍，对于粒径1～10μm的粒子为2000倍。

[表1]

针对各准分子灯，测定150～200nm的波长区域的真空紫外光的照度，调查将不具有紫外线反射膜的该波长区域的光的照度为1时的照度相对值。结果示于图3中。

如图4所示，照度测定如下进行：在配置于铝制容器30的内部的陶瓷制的支撑台31上固定准分子灯10，并且在距准分子灯10的表面1mm的位置，以与准分子灯10相对的方式固定紫外线照度计35，在用氮置换铝制容器30的内部气氛的状态下，通过将交流高电压施加于准分子灯10的电极15、16间，而在放电容器11的内部产生放电，测定经由另一个电极(接地电极)16的网络放射的150～200nm的波长区域的真空紫外光的照度。

在设有紫外线反射膜的准分子灯中，与不具有紫外线反射膜的准分子灯相比，若具有高两成以上的照度、即照度相对值为1.2以上，则可判断为实用上可得到充分的效果，因此，根据图3求出使照度相对值为1.2以上所需要的紫外线反射膜的膜厚，得到下述表2所示的结果。

[表2]

准分子灯	紫外线反射膜	需要膜厚[μm]
			准分子灯1	紫外线反射膜1	4
准分子灯2	紫外线反射膜2	6
			准分子灯3	紫外线反射膜3	6
准分子灯4	紫外线反射膜4	14
			准分子灯5	紫外线反射膜5	22
准分子灯6	紫外线反射膜6	23
			准分子灯7	紫外线反射膜7	30

并且，根据图5所示的结果可知，紫外线反射膜的需要膜厚、及构成紫外线反射膜的紫外线散射粒子(二氧化硅粒子与氧化铝粒子)的中心粒径是线形的关系，可利用直线近似，用于使照度相对值为1.2以上的紫外线反射膜的膜厚(需要膜厚)Y(μm)，在与紫外线散射粒子的中心粒径X(μm)的关系中，若为比用Y＝4X+5所示的近似直线L靠上的区域的大小(Y>4X+5)，则可将紫外线反射膜构成为具有所期望的反射特性，而确认可有效率地出射真空紫外光。

<实验例2>

在上述实验例1中所制作的准分子灯5中，除了将构成紫外线反射膜的二氧化硅粒子与氧化铝粒子的含有比率按照下述表3予以变更以外，将具有与实验例1所用的准分子灯5相同基本构成的6种的准分子灯(5、8～12)分别制作各10支，而针对各准分子灯，以目视来观察有无紫外线反射膜的剥落。结果示于下述表3中。

[表3]

由以上结果可确认，通过使紫外线反射膜的二氧化硅粒子的含有比率为30wt％以上，不会产生紫外线反射膜的剥落。

以上，针对于本发明的实施方式加以说明，惟本发明是并不被限定于上述实施方式者，可施加各种变更。

本发明是并不被限定于上述构成的准分子灯，也可适用于图6所示的双重管构造的准分子灯、或图7所示的所谓“四方型”的准分子灯。

图6所示的准分子灯50，具有由二氧化硅玻璃形成的圆筒状的外侧管52、及在该外侧管52内沿其管轴配置的具有比该外侧管52的内径小的外径的例如由二氧化硅玻璃形成的圆筒状内侧管53，外侧管52与内侧管53在两端部被熔融接合而在外侧管52与内侧管53之间具备形成有环状放电空间S的双重管构造的放电容器51，例如由金属形成的一个电极(高电压供给电极)55密接设于内侧管53的内周面，并且例如由金属网等的导电性材料形成的另一个电极56密接设于外侧管52的外周面，在放电空间S内，例如填充有氙气体等通过准分子放电形成准分子分子的放电用气体。

在此种构成的准分子灯50中，例如在放电容器51的内侧管53的内表面的全周设有上述紫外线反射膜20，并且在外侧管52的内表面，除了形成光出射部58的一部分区域以外，设有由二氧化硅粒子与氧化铝粒子形成的紫外线反射膜20。

此外，图7所示的准分子灯40例如具备由合成二氧化硅玻璃构成的截面长方形的放电容器41，将由金属构成的一对外侧电极45、45以在放电容器41的管轴方向延伸的方式配设于放电容器41的彼此相对的外表面上，而且放电用气体的例如氙气体被填充于放电容器41内。在图5中，符号42是排气管，符号43是由钡形成的吸气器。

在此种构成的准分子灯40中，在放电容器41的内表面中与各个外侧电极45，45对应的区域及与该区域连续的一个内面区域上，设有上述紫外线反射膜20，并通过不设置紫外线反射膜20而形成光出射部44。

Claims

1.一种准分子灯，包括具有放电空间的由二氧化硅玻璃构成的放电容器，在夹着形成该放电容器的二氧化硅玻璃的状态下设有一对电极，并且在放电空间内封入有氙气体，其特征在于，

在上述放电容器的曝露于放电空间中的表面上，形成通过由二氧化硅粒子和氧化铝粒子双方的粒子形成的紫外线散射粒子构成的紫外线反射膜，该紫外线反射膜的膜厚Y(μm)，在将构成紫外线反射膜的紫外线散射粒子的中心粒径设为X(μm)时，满足Y＞4X+5的关系。

2.如权利要求1所述的准分子灯，其中，

上述紫外线反射膜中二氧化硅粒子的含有比率为30wt％以上。