CN101840839B - 准分子灯 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种准分子灯，作为适合于PSA用途的光源，其能够高效地放射出使单体聚合所需的波长为300～380nm的波长区域的紫外光。所述准分子灯具有：放电容器，封入有包括氪气、气体碘和氙气的放电气体；以及一对电极，它们以夹持形成于所述放电容器的内部的放电空间并对置的方式配置，在所述放电空间中产生以下双方的光：碘的准分子(I₂ ^*)发出的峰值波长在342nm附近的光、以及氙(Xe)和碘(I)的化合物的准分子(XeI^*)发出的峰值波长在320nm附近的光。

Description

准分子灯

技术领域

本发明涉及到一种准分子灯，其通过使用包含有氪气、气体碘和氙气的放电气体作为放电介质来高效地放射出300～380nm的波长区域的紫外光。

背景技术

在液晶显示器的制造工序中，采用了下述技术(PSA：PolymerSustained Alignment(聚合物稳定取向))：在构成液晶的像素时在液晶中混入单体，通过在使液晶分子倾斜的状态下使单体聚合，从而使液晶分子的倾斜方向固定。根据对PSA进行公开的专利文献1，作为用于使单体聚合的光源，考虑到对液晶的损害较小、单体的灵敏度、液晶用玻璃的透光率等，优选对单体照射例如波长在300～380nm的紫外光(专利文献1的段落0237)。

已知有很多种放射出使单体聚合所需的波长为300～380nm的紫外光的紫外线光源，但是当前处于集中研究最合适于PSA用途的光源的阶段。例如，以水银为放电介质主要放射出波长为365nm的紫外光的水银灯、以金属卤化物为放电介质的金属卤化物灯等被作为PSA用途的候补光源。

然而，水银灯在搭载有多个水银灯以构成紫外线照射装置的情况下存在紫外线照射装置大型化的问题，此外，由于以水银作为放电介质，因此存在对环境的负荷较大的缺点。金属卤化物灯存在与投入电力相比紫外线的输出较低的能量效率方面的问题，此外，由于是以卤化金属作为放电介质，因此对环境的恶劣影响也不能忽视。

准分子灯在搭载多个准分子灯以构成紫外线照射装置的情况下能够使紫外线照射装置比较小型化，并且由于与投入电力相比，所放射的紫外线的输出较高，因此能量效率优良，而且，采用氙气、氪气等稀有气体作为放电介质使用，因此对环境的负荷较小。由于上述实用方面的优点明显，因此有希望被看作是PSA用的光源。

准分子灯以往主要是作为通过对液晶基板等被处理物的表面照射真空紫外线来使被处理物的表面改质的光源使用，然而在PSA用途下使单体聚合所需的波长为300～380nm的波长区域的紫外光的输出并不充分。

专利文献1：日本特开2003-149647号公报

发明内容

根据上述内容，本发明的目的在于提供一种准分子灯，为了提供适合于PSA用途的光源，其能够高效地放射出使单体聚合所需的波长为300～380nm的波长区域的紫外光。

为了解决上述课题，第一发明所述的准分子灯具有：其具有：封入有包括氪气、气体碘和氙气的放电气体的放电容器；以及以隔着形成于所述放电容器的内部的放电空间相对的方式配置的一对电极，在所述放电空间中产生以下双方的光：碘的准分子I₂ ^*发出的峰值波长在342nm附近的光、以及氙Xe和碘I的化合物的准分子XeI^*发出的峰值波长在320nm附近的光。

第二发明所述的准分子灯具有：封入有包括氪气、气体碘和氙气的放电气体的放电容器；以及以隔着形成于所述放电容器的内部的放电空间相对的方式配置的一对电极，所述氙气的浓度为0.05～2.0％。

在第二发明所述的准分子灯的基础上，第三发明所述的准分子灯的所述氙气的浓度为0.2～2.0％。

在第一发明或者第二发明所述的准分子灯的基础上，在第四发明所述的准分子灯中，所述放电气体的整体压强为40～133kPa。

根据第一发明所述的准分子灯，通过将包括氪气、气体碘和氙气的放电气体作为放电介质封入，在所述放电空间中产生有碘的准分子I₂ ^*发出的峰值波长在342nm附近的光、以及氙Xe和碘I的化合物的准分子XeI^*发出的峰值波长在320nm附近的光，因此能够提高在PSA用途下使单体聚合所需的300～380nm的波长区域的紫外光的输出。

根据第二发明所述的准分子灯，通过将包括氪气、气体碘和氙气的放电气体作为放电介质封入，并规定氙气的浓度为0.05～2.0％，能够提高在PSA用途下使单体聚合所需的300～380nm的波长区域的紫外光的输出。

根据第三发明所述的准分子灯，在第二发明的准分子灯的基础上，规定所述氙气的浓度为0.05～2.0％，因此，能够进一步提高在PSA用途下使单体聚合所需的300～380nm的波长区域的紫外光的输出。

根据第四发明所述的准分子灯，在第一发明或者第二发明的准分子灯的基础上，使放电气体的整体压强为40～133kPa，因此，能够提高在PSA用途下使单体聚合所需的300～380nm的波长区域的紫外光的输出。

附图说明

图1是示出本发明的准分子灯的结构的概要的管轴方向的剖视图。

图2是沿图1所示的A-A线的剖视图。

图3是示出实验1的结果的图表。

图4是示出实验2的结果的图表。

图5是示出实验3的结果的图表。

具体实施方式

图1是示出本发明的准分子灯的结构的概要的立体图。图2是沿图1所示的A-A线的剖视图。准分子灯10具有放电容器1，该放电容器1由例如石英玻璃等电介质材料构成为图2所示的截面为方形形状。在放电容器1的内部封入有主要包含氪气、气体碘和氙气的放电气体。

通过在放电容器的长边方向的两端附近的内部配置封固部件2并将放电容器1与封固部件2熔接，从而放电气体不会漏出到外部地将放电容器1气密地封固。此外，在放电容器1的上下壁面3、4各自的外表面上，以隔着形成于放电容器1内部的放电空间S和构成放电容器1的电介质材料相对的方式设有一对网眼状的电极5、6。电极5、6通过例如蒸镀等形成，以形成预定的网眼状图案。

进而，在放电容器1的内部，在光射出方向侧的壁面3和相反侧的壁面4上形成有例如以SiO₂为主要成分的紫外线反射膜7，在放电空间S内产生的紫外线通过紫外线反射膜7被反射到光射出方向，并从位于光射出方向侧的壁面3射出。

如此构成的准分子灯通过向一对电极5、6之间供给例如1～120kHz的正弦波的高频波，从而在面对放电空间S的内壁面上产生无数像胡须那样的无声放电，通过该种无声放电正好形成放电空间S整体均等地放电的状态。

通过该种放电，封入到放电容器中的碘I的阳离子I⁺和阴离子I^-如下述化学式1所示，通过与放电气体中含有的碘以外的氪的原子或者分子M反应形成碘的准分子I₂ ^*，并且碘的准分子I₂ ^*如下述化学式2所示地反复地进行电离反应。

化学式1

I⁺+I^-+M→I₂ ^*+M

化学式2

I₂ ^*→I⁺+I^-

如上述化学式1所示，在放电空间中形成的碘的准分子I₂ ^*放射出峰值波长为342nm的碘分子光。以形成碘的准分子I₂ ^*为基础的碘离子I⁺和I^-通过发生以亚稳态激励原子的能量使碘电离的、称作彭宁效应的反应而生成。

该彭宁效应在氪的亚稳态激励原子的能量比碘原子的电离能量稍高时发生。作为参考，氪的亚稳态激励原子的能量为9.9～10.5eV，而碘原子的电离能量为10.4eV。因此，将包含氪气和气体碘的放电气体封入到放电容器中的话，能够在放电空间中产生更多的碘离子I⁺和I^-，能够形成大量的碘的准分子I₂ ^*。

此外，被封入到放电容器中的氙Xe和碘I如下述化学式3所示地通过缔合而形成氙Xe和碘I的化合物的准分子XeI^*，并且氙Xe与碘I的化合物的准分子XeI^*如下述化学式4所示地反复进行分离反应。

化学式3

2Xe+I₂→2XeI^*

化学式4

2XeI^*→2Xe+I₂

如上述的化学式3所示地形成的氙Xe与碘I的化合物的准分子XeI^*放射出峰值波长在320nm附近的紫外光。

即，在放电空间S中同时放射出由碘的准分子I₂ ^*放射出的峰值波长在342nm附近的紫外光、以及由氙Xe和碘I的化合物的准分子XeI^*放射出的峰值波长在320nm附近的紫外光。

另外，为了形成如上所述的碘的准分子I₂ ^*、氙Xe与碘I的化合物的准分子XeI^*，优选在准分子灯上施加1～120kHz的正弦波的高频波，以脉冲电流点亮并驱动。正弦波的频率过高的话，会使不能形成准分子放电的所谓休止期间缩短，从而没有充分的时间以形成碘的准分子I₂ ^*和氙Xe与碘I的化合物的准分子XeI^*，因此会使峰值波长分别在342nm、320nm附近的紫外光的发光强度降低。另一方面，正弦波的频率过低的话，单位时间内的发光次数减少，因此会使峰值波长分别在342nm、320nm附近的紫外光的发光强度降低。

与碘离子I⁺、I^-碰撞的氪Kr的原子或者分子越多的情况下越容易形成碘的准分子I₂ ^*。在放电容器中包含的碘I、氙Xe的原子或者分子越多的情况下越容易形成氙Xe和碘I的化合物的准分子XeI^*。因此，在封入到准分子灯中的放电气体的整体压强升高的时候，碘的准分子I₂ ^*和氙Xe与碘I的化合物的准分子XeI^*的形成变得容易，峰值波长在320nm附近和342nm附近的紫外光的发光强度提高。具体来说，优选放电气体的整体压强为40～133kPa。

此处，在本发明的准分子灯中，氙Xe的浓度被规定为0.05～2.0％。氙Xe的浓度以氙气相对于放电气体整体压强的分压强表示。即，氙气的浓度能够通过氙气的分压强除以氪气的分压强、气体碘的分压强以及氙气的分压强的合计值而得到。

因此，能够使碘的准分子I₂ ^*放射出的峰值波长在342nm附近的紫外光的输出不会降低，并且能够提高氙Xe和碘I的化合物的准分子XeI^*放射出的峰值波长在320nm附近的紫外光的输出。因此，由于能够提高在PSA用途下所需的300～380nm的波长区域的紫外光的输出，因此能够充分地供给使单体聚合所需的光能量。

以下，对用于确定封入到本发明的准分子灯中的放电气体所包含的氙气的浓度而进行的实验1～实验3进行说明。在实验1～实验3中，分别使用了依照下述的实施例1至实施例3所示的规格制造的、如图1和图2所示的结构的准分子灯。

实施例1

实验1使用了按照下述规格制作的氙气的浓度相互不同的多个准分子灯。

·放电容器为剖面成方形形状的方筒形状，全长200mm，宽度32mm，高度14mm，放电间隙10mm，玻璃的厚度为2mm。

·电极通过将金网板印刷而形成，全长130mm，宽度32mm，厚度为5μm。

·放电气体包括氪气、气体碘和氙气，整体压强为120kPa。

·气体碘的浓度均为0.11％。

·氙气的浓度在0～5％的范围内相互不同。

·点灯频率为70kHz。

(实验1)

实验1为：将实施例1所述的各准分子灯分别点灯，并对各准分子灯调查300～350nm的波长区域的紫外光的发光光谱的形状的变化。

图3表示包含在放电气体中的氙Xe的浓度在0～5％范围内变化时的准分子灯的发光光谱。在图3中，纵轴为设Xe浓度为1％的情况下波长为342nm的紫外光的发光强度是1时发光强度的标准值，横轴为波长(nm)。

如图3所示，在放电气体中不含有氙Xe的情况下(Xe：0％)，由氙Xe和碘I的化合物的准分子XeI^*放射出的峰值波长为320nm附近的紫外光的发光强度降低，另一方面，在放电气体中含有过剩的氙Xe的情况下(Xe：5％)，由碘的准分子I₂ ^*放射出的峰值波长为342nm附近的紫外光的发光强度降低。

与此相对地，如图3所示，在氙Xe的浓度为0.05～2.0％的情况下，由碘的准分子I₂ ^*放射出的峰值波长在342nm附近的紫外光的发光强度较高，同时能够使由氙Xe与碘I的化合物的准分子XeI^*放射出的峰值波长为320nm附近的紫外光的发光强度升高。

特别是在氙Xe的浓度为0.2～2.0％的情况下，能够使由氙Xe与碘I的化合物的准分子XeI^*、碘的准分子I₂ ^*分别放射出的峰值波长在320nm、342nm附近的紫外光的发光强度升高。

实施例2

实验2使用了按照下述规格制作的、相对于放电气体中含有的气体碘的各种浓度，氙气的浓度相互不同的多个准分子灯。

·放电容器为剖面成方形形状的方筒形状，全长125mm，宽度32mm，高度14mm，放电间隙10mm，玻璃的厚度为2mm。

·电极通过将金网板印刷而形成，全长130mm，宽度32mm，厚度为5μm。

·放电气体包括氪气、气体碘和氙气，整体压强为120kPa。

·气体碘的浓度分别为0.04％、0.11％、0.91％。

·氙气的浓度在0.05～5％的范围内相互不同。

·点灯频率为70kHz。

(实验2)

实验2为：将各准分子灯点灯驱动，并对300～350nm的波长区域的紫外光的累计亮度进行测定。在实验2中，调查了碘的浓度对氙Xe的最佳浓度的影响。

在图4中，示出了对于碘的各种浓度，包含在放电气体中的氙Xe的浓度在0.05～5％的范围内进行各种变化时的300～350nm的波长区域的紫外光的累计亮度。在图4中，纵轴为设I₂浓度为0.11％且Xe浓度为1％的情况下波长为342nm的紫外光的发光强度是1时的标准值，横轴是氙Xe的浓度。纵轴的累计亮度是氙Xe的浓度为1％的情况下300～350nm的波长区域的紫外光的累计照度是1时的标准值。

如图4所示，可以确认：不管碘I的浓度如何，放电气体中含有的氙Xe的浓度为5.0％的情况下300～350nm的波长区域的紫外光的累计亮度较低，与此相对地，当放电气体中含有的氙Xe的浓度为0.05～2％的情况下，300～350nm的波长区域的紫外光的累计亮度较高。

进而，根据图4所示结果能够确认：不管碘I的浓度如何，当放电气体中含有的氙Xe的浓度为0.2～2％的情况下，300～350nm的波长区域的紫外光的累计亮度特别高。

实施例3

实验3使用了按照下述规格制作的、相对于放电气体的各种整体压强，氙气的浓度相互不同的多个准分子灯。

·放电容器为剖面成方形形状的方筒形状，全长125mm，宽度32mm，高度14mm，放电间隙10mm，玻璃的厚度为2mm。

·电极通过将金网板印刷而形成，全长130mm，宽度32mm，厚度为5μm。

·放电气体包括氪气、气体碘和氙气，整体压力分别为93、120kPa。

·气体碘的浓度均为0.11％。

·氙气的浓度在0.01～5％的范围内相互不同。

·点灯频率为70kHz。

(实验3)

在实验3中，使各准分子灯点灯并对300～350nm的波长区域的紫外光的累计亮度进行了测定。在实验3中，调查了放电气体的整体压力对氙Xe的最佳浓度的影响。

在图5中，示出了对于放电气体的各个整体压力，包含在放电气体中的氙Xe的浓度在0.01～5％的范围内进行各种变化时的300～350nm的波长区域的紫外光的累计亮度。在图5中，纵轴为设整体压力为120kPa且Xe浓度为1％的情况下的300～350nm的波长区域的紫外光的累计亮度为1时的标准值，横轴为氙的浓度。

如图5所示，可以确认：不管放电气体的整体压力如何，放电气体中含有的氙Xe的浓度为0.01％和5.0％的情况下300～350nm的波长区域的紫外光的累计亮度较低，与此相对地，当放电气体中含有的氙Xe的浓度为0.05～2％的情况下，300～350nm的波长区域的紫外光的累计亮度较高。

进而，根据图5所示结果能够确认：当放电气体中含有的氙Xe的浓度为0.2～2％的情况下，不管放电气体的整体压力如何，300～350nm的波长区域的紫外光的累计亮度特别高。

根据以上实验的结果确认：在本发明的准分子灯中，通过规定放电气体中含有的氙Xe的浓度在0.05％～2％范围内，特别优选在0.2％～2％范围内，不管碘I的浓度及放电气体的整体压力如何，能够将300～350nm的波长区域的紫外光的发光强度提高。

Claims (3)

1.一种准分子灯，其具有：

封入有包括氪气、气体碘和氙气的放电气体的放电容器；以及以隔着形成于所述放电容器的内部的放电空间相对的方式配置的一对电极，其特征在于，

通过氙气的分压强除以氪气的分压强、气体碘的分压强以及氙气的分压强的合计值而得到的所述氙气的浓度为0.05～2.0%，放射出波长为320nm及波长为342nm的紫外光。

2.根据权利要求1所述的准分子灯，其特征在于，

所述氙气的浓度为0.2～2.0%。

3.根据权利要求1所述的准分子灯，其特征在于，

所述放电气体的整体压强为40～133kPa。