CN101409207B - 准分子灯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使长时间点灯时也把紫外线反射膜的反射率降低的程度抑制得较小、不会产生紫外线反射膜的剥落、因此可有效率地出射真空紫外光的准分子灯。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，在上述放电容器的放电空间内产生准分子放电，其中，在上述放电容器的曝露于放电空间中的表面上，形成由二氧化硅粒子和氧化铝粒子形成的紫外线反射膜，该紫外线反射膜，在将上述放电容器的管壁负荷设为b[W/cm2]时，在曝露于放电空间中的表面层部分以(10b-4)wt％以上、70wt％以下的比率含有氧化铝粒子。

Description

准分子灯
技术领域
本发明涉及一种准分子灯，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，在上述放电容器的内部产生准分子放电。
先前技术
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处理被处理体的技术，例如除去附着于被处理体的表面的有机污染物质的清洗处理技术、或在被处理体的表面形成氧化膜的氧化膜形成处理技术，并将这些技术实用化。
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。
具体的说，例如参照图6加以说明，记载了如下准分子灯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，在曝露于放电容器51的放电空间S中的表面上，形成紫外线反射膜20。而作为紫外线反射膜，仅由二氧化硅粒子构成、及仅由氧化铝粒子构成的紫外线反射膜被例示于实施例中(参照专利文献1)。
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，从而形成有出射在放电空间S内产生的紫外线的光出射部58。
根据此种构成的准分子灯50，通过在被曝露于放电容器51的放电空间S中的表面上设有紫外线反射膜，在设有紫外线反射膜的区域中，在放电空间S内产生的紫外线由紫外线反射膜反射，因此不会入射至二氧化硅玻璃，而在构成光出射部58的区域中，紫外线透射二氧化硅玻璃并放射至外部，所以基本上可以有效地利用在放电空间S内产生的紫外线，而且可将构成光出射部58以外的区域的二氧化硅玻璃的紫外线应变所致的损坏抑制得较小，而可防止产生裂痕的情形。
专利文献1：日本专利第3580233号公报
然而，在上述构成的准分子灯中，判明了若长时间点灯，则产生会降低紫外线反射膜的反射率的问题、或产生紫外线反射膜的剥落等的问题。
发明内容
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供即使长时间点灯时也把紫外线反射膜的反射率降低的程度抑制得较小，不会产生紫外线反射膜的剥落，因此可有效率地出射真空紫外光的准分子灯。
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，在上述放电容器的放电空间内产生准分子放电，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，形成由二氧化硅粒子和氧化铝粒子形成的紫外线反射膜，该紫外线反射膜，在将上述放电容器的管壁负荷设为b[W/cm2]时，在曝露于放电空间中的表面层部分以(10b-4)wt％以上、70wt％以下的比率含有氧化铝粒子。
根据本发明的准分子灯，紫外线反射膜由二氧化硅粒子和氧化铝粒子形成，通过以适当比率含有氧化铝粒子，即使长时间点灯时，也不会使得粒界消失而得到维持，因此可有效率地扩散反射真空紫外光而可将反射率降低的程度抑制成较小，而且不会因氧化铝粒子混入而导致紫外线反射膜相对于放电容器的粘合性大幅度地降低，可确实地抑制紫外线反射膜从放电容器剥落，因此可有效率地出射真空紫外光。
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是表示用于说明实验例的准分子灯的照度测定方法的截面图。
图4是表示准分子灯的照度变化被保持在0.8以上时的、放电容器的管壁负荷和紫外线反射膜的氧化铝含有量的关系的图表。
图5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。
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。
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横截面图，(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，作为放电用气体例如封入有氙气体、或混合氩与氯的气体。
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，从而形成有准分子分子，并且产生从该准分子分子放射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，将由二氧化硅粒子和氧化铝粒子形成的紫外线反射膜20设于放电容器11的内表面。在此，作为放电用气体使用氙气体时，放出在波长172nm具有峰值的真空紫外线，而作为放电用气体使用混合氟与氯的气体时，则放射在波长175nm具有峰值的真空紫外线。
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的膜厚例如优选10～100μm。
紫外线反射膜20，在至少曝露于放电空间S中的表面层部分，即受到随着准分子放电所产生的等离子体的影响而使得二氧化硅粒子熔融并产生粒界消失的部分、例如在深度约2μm的范围内，氧化铝粒子与二氧化硅粒子混合存在，例如可通过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，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，而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的费雷特(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(Y轴方向))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(Y轴方向))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“中心粒子”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具有与真空紫外光的波长相同程度的上述范围的粒径，因此可有效率地扩散反射真空紫外光。
以上，上述准分子灯10的紫外线反射膜20所含的氧化铝粒子的比率，在将放电容器11的管壁负荷设为b[W/cm2]时，为(10b-4)wt％以上70wt％以下。
在准分子灯中，随着电极间的电位差变大会使等离子体的产生频度变高，因此输入电力变大，即管壁负荷越大紫外线反射膜曝露于等离子体中的频度越高，可在更严酷的条件下使用。然而，如下述的实验例的结果也所示，通过在和放电容器11的管壁负荷的关系中设定氧化铝粒子的含有比率的下限值，就可将紫外线反射膜20的反射率的降低程度抑制得较小。
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。
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。
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，并以适当比率含有氧化铝粒子，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，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，因此可确实地抑制紫外线反射膜20从放电容器11被剥落的情形，因此有效率地可出射真空紫外光。
此外，氧化铝粒子具有比二氧化硅粒子高的折射率，因此与仅由二氧化硅粒子形成的紫外线反射膜相比，可得到高反射率。
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)
根据图1所示的构成，来制作除了紫外线反射膜的距表面2μm的膜厚中所含有的氧化铝粒子的含有量在0-50wt％的范围变更以外、具有同一构成的4种的准分子灯，并且制作除了不具有紫外线反射膜以外、具有同一构成的准分子灯。在此，紫外线反射膜的距表面2μm的膜厚中所含的氧化铝粒子的含有量及二氧化硅粒子的含有比率，是通过从放电空间侧由电子显微镜以数100～1000倍的倍率观测紫外线反射膜、同时使用能量分散型X线分析装置进行定量分析而得到，将氧化铝粒子的含有量表示为氧化铝粒子质量/(二氧化硅粒子质量+氧化铝粒子质量)×100[wt％]，并将二氧化硅粒子的含有量表示为二氧化硅粒子质量/(二氧化硅粒子质量+氧化铝粒子质量)×100[wt％]。
[准分子灯的构成]
放电容器的尺寸是10×42×150mm、厚度为25mm，作为放电用气体将氙气体以40kPa的封入量封入在放电容器内。
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的粒径在0.3～1.0μm范围内，中心粒径为0.5μm，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的粒径在0.2～0.7μm范围内，中心粒径为0.4μm，具有中心粒径的粒子比率为50％。
二氧化硅粒子及氧化铝粒子的粒径的测定使用日本日立制的电场放射型扫描电子显微镜“S4100”，将加速电压设为20kV，使放大投影图像的观察倍率在粒径为0.1～1μm的粒子的情况下为20000倍，在粒径为1～10μm的粒子的情况下为2000倍。
紫外线反射膜通过流下法将烧成温度设为1100℃而得到，其膜厚是30μm。
对于各准分子灯，在放电容器管壁负荷b为0.5W/cm2、0.7W/cm2、1.0W/cm2、1.4W/cm2的条件下使之点灯，测定刚点灯之后及在一定的管壁负荷下连续点灯500小时之后的、波长172mm的氙准分子光的照度，算出因反射率减少引起的照度变化(与初始照度的相对值)，即算出[(500小时点灯后的发光强度)/(刚点灯之后发光强度)]。结果示于下述表1中。
如图3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的网络放射的氙准分子光的照度。
[表1]
Figure G2008101692697D00101
由以上结果可知，在不具有紫外线反射膜的准分子灯中，实质没有产生经时性的照度变化，因此照度的降低原因是紫外线反射膜的反射率降低。
并且，作为产品的规格例如被要求80％以上的维持率，因此若以照度变化为0.8以上作为判定基准，则照度变化被保持在0.8以上的氧化铝粒子的含有比率，在管壁负荷为0.5W/cm2时为被确认需要1wt％以上，在管壁负荷为0.7W/cm2时为3wt％以上，管壁负荷为1.0W/cm2时为6wt％以上，管壁负荷为1.4W/cm2时为10wt％以上，如图4所示，照度变化被保持在0.8以上时的氧化铝含有量y，在与管壁负荷b的关系中，若是比以y＝10b-4所表示的直线L还靠上方的区域的量，则可将紫外线反射膜构成为具有所期望的反射特性，而确认可将照度的降低程度抑制得较小。
<实验例2>
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2予以变更以外，将具有与实验例1相同的基本构成的6种的准分子灯分别制作各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2中。
[表2]
Figure G2008101692697D00111
由以上结果可确认，通过使紫外线反射膜的氧化铝粒子的含有比率为70wt％以下，便不会产生紫外线反射膜的剥落。
因此，由上述实验例1及实验例2所示的结果可确认，通过使紫外线反射膜的氧化铝粒子的含有比率为(10b-4)wt％以上[b：放电容器的管壁负荷(W/cm2)]、70wt％以下，可得到即使长时间点灯的情况下也可维持紫外线反射膜的初期反射率，且不会产生紫外线反射膜的剥落的准分子灯。
以上，针对于本发明的实施方式加以说明，但本发明是并不被限定于上述实施方式，可进行各种变更。
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5所示的所谓“四方型”的准分子灯、或图6所示的双重管构造的准分子灯。
图5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。
此外，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，设有上述紫外线反射膜20。

Claims (1)

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，在上述放电容器的放电空间内产生准分子放电，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，形成由二氧化硅粒子和氧化铝粒子形成的紫外线反射膜，该紫外线反射膜，在将上述放电容器的管壁负荷设为b[W/cm2]时，对于管壁负荷b在0.5W/cm2以上、1.4W/cm2以下的范围，在曝露于放电空间中的表面层部分以(10b-4)wt％以上、70wt％以下的比率含有氧化铝粒子。
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