CN111383905B - 金属卤化物灯以及紫外线照射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种既抑制劣化，又确保所需的照度特性的金属卤化物灯以及紫外线照射装置。实施方式的金属卤化物灯包括发光管与电极。在发光管中，封入有卤素、铁及铊。电极被设在发光管的内部。铊相对于铁的封入量以质量比计为0.2以上且0.3以下。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及一种金属卤化物灯(metal halide lamp)以及紫外线照射装置。
背景技术
例如，在半导体的曝光工序或紫外线(ultraviolet，UV)油墨(ink)或UV涂料的干燥工序、树脂的固化工序等中，为了通过紫外线来进行光化学反应，使用金属卤化物灯来作为发出紫外线的光源。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开平6-275234号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
在金属卤化物灯中，有时会因发光管黑化而劣化，导致发光管的紫外线透射率下降。而且，若为了抑制发光管的黑化而变更封入发光管内部的金属或卤素(halogen)等封入物的成分，则有时发光强度会下降，从而得不到所需的照度。这样，在既要抑制劣化，又要确保所需的照度特性方面，存在改善的余地。
本发明所要解决的问题在于提供一种既能抑制劣化，又能确保所需的照度特性的金属卤化物灯以及紫外线照射装置。
[解决问题的技术手段]
实施方式的金属卤化物灯包括发光管与电极。在发光管中，封入有卤素、铁及铊(thallium)。电极被设在发光管的内部。铊相对于铁的封入量以质量比计为0.2以上且0.3以下。
[发明的效果]
根据本发明，既能抑制劣化，又能确保所需的照度特性。
附图说明
图1是实施方式的紫外线照射装置的侧面图。
图2是表示对相对于碘化铊封入量的365nm相对照度进行比较的结果的图。
图3是表示对应于每种碘化铊封入量而对发光管温度与365nm相对照度的关系进行比较的结果的图。
图4是表示对应于每种发光管表面温度而对使碘化铊封入量发生变化时的分光分布进行比较的结果的图。
图5是表示对应于每种发光管表面温度而对使碘化铊封入量发生变化时的分光分布进行比较的结果的图。
图6是表示对应于每种发光管表面温度而对使碘化铊封入量发生变化时的分光分布进行比较的结果的图。
图7是表示对各测定点的发光管表面温度进行比较的结果的图。
图8是表示对应于每种碘化铊封入量而对各测定点的UV-35照度进行比较的结果的图。
图9是表示对应于每种碘化铊封入量而对均匀度进行比较的结果的图。
[符号的说明]
10：金属卤化物灯
11：发光管
11a：空间
12：密封部
13：灯头构件
14：电极
15：金属箔
16：内部引线
17：外部引线
20：安装部
30：灯具
31：遮风板
32：排气口
100：紫外线照射装置
L1：规定间隔、发光长
L2：全长
具体实施方式
以下说明的实施方式的金属卤化物灯10包括发光管11与电极14。在发光管11中，封入有卤素、铁及铊。电极14被设在发光管11的内部。铊相对于铁的封入量以质量比计为0.2以上且0.3以下。
而且，以下说明的实施方式的铊的封入量以发光管11的每单位容积1[cm3]计为0.0050[mg]以上且0.0076[mg]以下。
而且，以下说明的实施方式的铊是作为以发光管11的每单位容积1[cm3]计为0.008[mg]以上且0.012[mg]以下的碘化铊而封入发光管11的内部。
而且，以下说明的实施方式的铁的封入量以发光管11的每单位容积1[cm3]计为0.010[mg]以上且0.040[mg]以下。
而且，以下说明的实施方式的金属卤化物灯10中，从发光管11照射的光的均匀度为5[％]以下。
而且，以下说明的实施方式的金属卤化物灯10中，发光管11的管轴方向的相对照度为90[％]以上。
而且，以下说明的实施方式的金属卤化物灯10中，点亮中的发光管11的表面温度为760[℃]以上且850[℃]以下。
而且，以下说明的实施方式的紫外线照射装置100包括金属卤化物灯10与安装部20。安装部20安装金属卤化物灯10。
以下，基于附图来说明本发明的实施方式。另外，以下所示的各实施方式并不限定本发明所公开的技术。而且，以下所示的各实施方式及各变形例能够在不矛盾的范围内适当组合。而且，各实施方式的说明中，对于同一结构标注同一符号并适当省略后文的说明。
[实施方式]
首先，使用图1来说明实施方式的金属卤化物灯及紫外线照射装置的结构例。图1是实施方式的紫外线照射装置的侧面图。图1所示的紫外线照射装置100具有金属卤化物灯10与灯具30。灯具30具有安装部20、遮风板31与排气口32，且例如构成为，使紫外线照射装置100设置于天花板等规定位置。图1所示的紫外线照射装置100例如能够用于半导体的曝光工序、或者紫外线固化型油墨或紫外线固化涂料的干燥工序、紫外线固化型树脂的固化工序等借助紫外线进行光化学反应的工序中。
安装部20可装卸地安装金属卤化物灯10。安装部20具有未图示的保持构件，所述保持构件保持金属卤化物灯10所具有的后述的灯头构件13。保持构件是由具有导电性的金属材料所形成，与未图示的电源装置电连接。保持构件经由后述的外部导线17来对金属卤化物灯10供给电力。而且，为了提高灯头构件13的散热性，保持构件也可由导热率高的材料所形成。
遮风板31被配置于安装部20的上方，通过使因金属卤化物灯10的发热而受热的空气逸散至排气口32侧，从而抑制伴随金属卤化物灯10的过热引起的、后述的发光管11的黑化。遮风板31以沿着金属卤化物灯10的管轴方向的方式而配置有多个。
排气口32是设在灯具30上部的开口。排气口32连接于未图示的外部的排气鼓风机(blower)。排气口32将因点亮中的金属卤化物灯10的发热而受热的空气从安装部20强制性地排出，由此，能够抑制因金属卤化物灯10的过热引起的问题。
各遮风板31相对于金属卤化物灯10的角度或排气口32是配置成，点亮中的金属卤化物灯10所具有的发光管11的表面温度处于规定范围，例如760[℃]以上且850[℃]以下。而且，也可在夹着金属卤化物灯10而与遮风板31及排气口32相对的位置设置风扇(fan)，以朝向金属卤化物灯10送气。另外，遮风板31及排气口32是对安装于安装部20的金属卤化物灯10进行冷却的冷却机构的一例，也可未必为图示的结构。
(金属卤化物灯的结构)
如图1所示，实施方式的金属卤化物灯10包括发光管11、密封部12、灯头构件13、电极14、金属箔15、内部引线16与外部引线17。
发光管11形成为管状，由设在管轴方向两端的密封部12予以密封。发光管11例如为石英玻璃，使紫外线透过。而且，发光管11在内部具有空间11a，在空间11a内，至少封入有金属卤化物(metal halide)、铁与水银。作为封入空间11a内的金属卤化物，例如使用碘化铊(TlI)。若将蒸汽压比铁高的铊封入发光管11的内部，则具有下述效果，即：在金属卤化物灯10的点亮中，在发光管11的内壁附近蒸气化的铊起到缓冲材的作用，以抑制铁向发光管11的附着或渗入。另外，作为封入空间11a内的金属卤化物的卤素，例如也可使用氯、溴等。另外，关于封入空间11a内的封入物的成分或封入量的详细将后述。
密封部12通过收缩(shrink)密封而形成为圆柱状。另外，密封部12也可通过箍缩(pinch)密封而形成为板状。
灯头构件13是以对在发光管11的管轴方向两端部形成的密封部12的外周进行覆盖的方式而分别配置，支撑发光管11。
电极14是以在管轴方向上以规定间隔L1彼此相对的方式而配置在空间11a的内部。电极14为内部引线16的一端部，内部引线16的另一端与金属箔15电连接。电极14例如为包含作为电子放射性物质的氧化钍的镀钍钨(thoriated tungsten)。内部引线16例如是由与电极14相同的镀钍钨而一体地形成。另外，电极14或内部导线16并不限定于所述，例如内部导线16也可与电极14独立地构成，例如也可为在钨中掺杂(dope)有钾或硅的掺杂钨。
金属箔15的一端与内部引线16连接，另一端与外部引线17连接。金属箔15被分别嵌设于密封部12的内部。金属箔15例如为钼箔。
外部引线17连接金属箔15与外部的未图示的电源装置。外部引线17例如为钼棒。外部引线17的一端分别连接于金属箔15，另一端露出至发光管11的外部。外部引线17的另一端经由未图示的连接器而与未图示的缆线(cable)电连接。即，实施方式的金属卤化物灯10对应于经由与外部的未图示的电源装置连接的连接器、缆线、外部引线17、金属箔15、内部引线16而从电源装置供给至电极14的电力来放电，以放射紫外光。
(发光管中的铁及铊的封入量)
图2是表示对相对于碘化铊封入量的365nm相对照度进行比较的结果的图。另外，作为金属卤化物灯10，使用发光管径26[mm]、壁厚1.5[mm]、发光长L1(参照图1)1200[mm]、全长L2(参照图1)1300[mm]者。而且，只要未特别说明，则在图3以后的说明中，也分别使用相同的金属卤化物灯10。
而且，对于封入有以空间11a的每单位容积1[cm3]计为0.025[mg]的铁，进而封入有以空间11a的每单位容积1[cm3]计为0.004[mg]、0.008[mg]、0.012[mg]、0.018[mg]的碘化铊的金属卤化物灯10，在发光管11的表面温度800[℃]时分别测定以灯功率18000[Wrms]点亮时的波长365[nm]下的照度，将TlI 0.004[mg/cm3]时的实测值作为100[％]而进行标准化。此处，所谓“发光管11的表面温度”，是指如下所述的值，即，基于通过灯点亮中的管内蒸气的对流而放电弧柱位于上侧的情况，对发光管上表面的管壁温度进行测定所得的值。发光管上表面的管壁温度例如是通过K热电偶而测定。而且，照度是在从位于发光管11的管轴方向中央的发光管11的表面朝发光管11的径方向隔开1[m]的位置配置作为被照射体的传感器(ORC制作所制：UV-SD35-M10)，使用照度计(ORC制作所制：UV-M03A)而测定。
如图2所示，在碘化铊封入量为0.018[mg/cm3]的情况下，相对强度低至90[％]，无法确保所需的照度特性。与此相对，在碘化铊封入量为0.012[mg/cm3]以下的金属卤化物灯10中，相对强度呈现95[％]以上的高的值。即，表示了：通过将碘化铊封入量设为0.012[mg/cm3]以下，能够确保所需的照度特性。
图3是表示对应于每种碘化铊封入量而对发光管温度与365nm相对照度的关系进行比较的结果的图。图3是对于封入有以空间11a的每单位容积1[cm3]计为0.025[mg]的铁，进而分别封入有以空间11a的每单位容积1[cm3]计为0.012[mg]、0.008[mg]、0.004[mg]的碘化铊的金属卤化物灯10，在发光管11的表面温度765[℃]、773[℃]、780[℃]、800[℃]时，分别测定以灯功率18000[Wrms]点亮时的波长365[nm]下的照度，并将发光管11的表面温度800[℃]时的实测值作为100[％]来进行标准化，并图示者。
如图3所示，伴随发光管11的表面温度的下降，照度也下降。尤其，在封入有0.004[mg/cm3]的碘化铊的金属卤化物灯10中，发光管11的表面温度765[℃]时的照度下降至85[％]左右(85.8[％])。
接下来，使用图4～图6来说明铊的封入量对于铁的发光强度的影响。图4～图6是表示对应于每种发光管表面温度而对使碘化铊封入量发生变化时的分光分布进行比较的结果的图。与图2、图3同样，在发光管11的表面温度800[℃]、765[℃]时，分别测定将铁的封入量固定为0.025[mg/cm3]，另一方面，将碘化铊封入量设为0.012[mg/cm3](图4)、0.008[mg/cm3](图5)、0.004[mg/cm3](图6)的金属卤化物灯10的分光分布。另外，关于分光分布，是对于使用在从位于发光管11的管轴方向中央的发光管11的表面朝发光管11的径方向隔开1[m]的位置处配置的MCPD-9800(大塚电子股份有限公司制)而测定出的实测值，将铁的发光辉线即375[nm]的光谱值设为100[％]来进行标准化，进而，将在碘化铊封入量0.004[mg/cm3]、发光管11的表面温度800[℃]的条件下测定出的照度值作为基准来乘以各光谱数据，以进行标准化并予以图示，由此使得能够与图4～图6所示的照度值直接进行比较。
如图5、图6所示，在碘化铊封入量为0.008[mg/cm3]、0.004[mg/cm3]的情况下，维持了主发光即来源于铁的辉线(波长375[nm]、383[nm])的相对强度高的状态。尤其，在碘化铊封入量为0.004[mg/cm3]的情况下，碘化铊封入量不足，难以抑制发光管11的黑化。另一方面，如图4所示，在碘化铊封入量为0.012[mg/cm3]的情况下，与来源于铊的辉线(波长353[nm]、378[nm])的相对强度相比，来源于铁的辉线的相对强度较低。这样，若碘化铊封入量过度增加，则铁的发光效率下降，成为紫外光发光强度指标的365[nm]照度下降。所述铁的发光效率的下降在发光管11的表面温度高的800[℃]时变得更为显著。
接下来，使用图7～图9来说明铊的封入量对于从发光管照射的光的均匀度的影响。图7是表示对各测定点的发光管的表面温度进行比较的结果的图。图8是表示对应于每种碘化铊封入量而对各测定点的UV-35照度进行比较的结果的图。另外，图7中，是对将铁的封入量及碘化铊的封入量分别设为0.025[mg/cm3]、0.012[mg/cm3]者进行测定。而且，图8中，分别制作将铁的封入量固定为0.025[mg/cm3]，另一方面，将碘化铊封入量设为0.012[mg/cm3]、0.008[mg/cm3]、0.004[mg/cm3]的金属卤化物灯10，并进行测定。
图7、图8中，对于“测定点[mm]”，是将发光长L1＝1200[mm]的发光管11的管轴方向的中央规定为600[mm]，将沿着发光管11的管轴方向隔开300[mm]的部位分别规定为300[mm]、900[mm]。而且，图8中，所谓“UV-35照度”，是指使用在波长310[nm]～700[nm]处具备灵敏度曲线的传感器(ORC制作所制：UV-SD35-M10)、照度计(ORC制作所制：UV-M03A)而测定所得的值。并且，在图7中，图示了各测定点(300[mm]、600[mm]、900[mm])处的表面温度，在图8中，对于在从图7中的各测定点朝发光管11的径方向隔开1[m]的位置分别配置作为被照射体的传感器(ORC制作所制：UV-SD35-M10)，并使用照度计(ORC制作所制：UV-M03A)而测定出的UV-35照度的值，将测定点600[mm]处的值作为100[％]来进行标准化并予以图示。
如图7所示可知，发光管11的表面温度在中央部分(600[mm])为最高，且随着从中央部分朝管轴方向远离而变低。而且，在图7所示的示例中，测定点300[mm]、900[mm]处的发光管11的表面温度根据环境条件而不同，如图8所示，追随于所述表面温度的不同，UV-35照度也不同。尤其可知，在碘化铊封入量为0.004[mg/cm3]的情况下，发光管11的表面温度对UV-35照度的影响变得显著。
图9是表示对应于每种碘化铊封入量而对均匀度进行比较的结果的图。图9中，“均匀度[％]”是作为(最大照度-最小照度)/(最大照度+最小照度)×100而算出。若举碘化铊封入量为0.004[mg/cm3]的情况为例，则为(100-85.8)/(100+85.8)＝7.64[％]。
从发光管11照射的光的均匀度是成为对紫外光相对于被照射面的照射不均进行判定的指标的值，可设定为5[％]以下。
而且，作为用于对紫外光相对于被照射面的照射不均进行判定的其他指标，可使用发光管11的管轴方向的相对照度。此处，所谓“发光管11的管轴方向的相对照度”，是指如图8所示，将发光管11的管轴方向的中央(600[mm])的值作为100[％]而对UV-35照度的值进行标准化时的、各测定点处的相对照度的最小值。发光管11的管轴方向的相对照度为90[％]以上的金属卤化物灯10中，紫外光相对于被照射面的照射不均少，可以说适合于实际使用。
基于所述的多个实验结果，得到下述结果，即，在金属卤化物灯10中，理想的是，封入发光管11内部的碘化铊以发光管11的每单位容积1[cm3]计为0.008[mg]以上且0.012[mg]以下。通过像这样向发光管11的内部封入适量的碘化铊，既能抑制劣化，又能确保所需的照度特性。
另外，所述实施方式中，表示了封入有碘化铊作为金属卤化物的示例，但并不限于此，只要封入以发光管11的每单位容积1[cm3]计为0.005[mg]以上且0.0076[mg]以下的铊即可。
而且，所述实施方式中，将铁的封入量固定为0.025[mg/cm3]而进行了说明，但并不限于此，只要封入以发光管11的每单位容积1[cm3]计为0.010[mg]以上且0.040[mg]以下的铁即可。此时，通过将铊相对于铁的封入量以质量比计设为0.2以上且0.3以下，既能抑制劣化，又能确保所需的照度特性。
如上所述，实施方式的金属卤化物灯10包括发光管11与电极14。在发光管11中，封入有卤素、铁及铊。电极14被设在发光管11的内部。铊相对于铁的封入量以质量比计为0.2以上且0.3以下。由此，既能抑制发光管11的劣化，又能确保所需的照度特性。
而且，实施方式的金属卤化物灯10中，从发光管11照射的光的均匀度为5[％]以下。由此，能够减少紫外光相对于被照射面的照射不均。
而且，实施方式的金属卤化物灯10中，发光管11的管轴方向的相对照度为90[％]以上。由此，能够减少紫外光相对于被照射面的照射不均。
而且，实施方式的金属卤化物灯10中，点亮中的发光管11的表面温度为760[℃]以上且850[℃]以下。由此，能够减少紫外光相对于被照射面的照射不均。
而且，实施方式的紫外线照射装置100包括金属卤化物灯10与安装部20。安装部20安装金属卤化物灯10。由此，既能抑制发光管11的劣化，又能确保所需的照度特性。进而，能够减少紫外光相对于被照射面的照射不均。
对本发明的实施方式进行了说明，但实施方式仅为例示，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他的各种方式来实施，能够在不脱离发明主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的范围或主旨中，同样包含在权利要求所记载的发明及其均等的范围内。
Claims (8)
1.一种金属卤化物灯，其包括：
发光管，封入有卤素、水银及金属；以及
电极，被设在所述发光管的内部，
所述金属仅由铁及铊组成，
所述铊相对于所述铁的封入量以质量比计为0.2以上且0.3以下。
2.根据权利要求1所述的金属卤化物灯，其中
所述铊的封入量以所述发光管的每单位容积1cm3计为0.005mg以上且0.0076mg以下。
3.根据权利要求1或2所述的金属卤化物灯，其中
所述铊是作为以所述发光管的每单位容积1cm3计为0.008mg以上且0.012mg以下的碘化铊而封入所述发光管的内部。
4.根据权利要求1或2所述的金属卤化物灯，其中
所述铁的封入量以所述发光管的每单位容积1cm3计为0.010mg以上且0.040mg以下。
5.根据权利要求1或2所述的金属卤化物灯，其中
从所述发光管照射的光的均匀度为5％以下。
6.根据权利要求1或2所述的金属卤化物灯，其中
所述发光管的管轴方向的相对照度为90％以上。
7.根据权利要求1或2所述的金属卤化物灯，其中
点亮中的所述发光管的表面温度为760℃以上且850℃以下。
8.一种紫外线照射装置，其包括：
权利要求1至7中任一项所述的金属卤化物灯；以及
安装部，安装所述金属卤化物灯。
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