JP2005135863A - 誘電体バリア放電ランプおよび光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 照射ムラを低減し、かつランプの被照射体との距離を全体的に近づける。
【解決手段】 管軸の両側にほぼ平行に配置された、ほぼ平面状の第１の外壁１ａ１および第２の外壁１ａ２を含み、内部に放電媒体が封入された管状容器１と、この管状容器１の少なくも前記第１の外壁１ａ１の壁面を除く、前記第２の外壁１ａ２の壁面に沿って設けられた外部電極４と、前記管状容器１内に前記管軸に沿って配置された導電性部材５と、この導電性部材５に接続され、前記管状容器１の内壁に沿って配置された複数の内部電極６とを具備し、点灯時、前記管状容器１内の前記第２の外壁１ａ２の壁面に沿って、ほぼ平面状の放電発光部が形成されることを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
【選択図】 図２

Description

本発明は、誘電体バリア放電ランプおよび誘電体バリア放電ランプを用いた光照射装置に関するものである。

誘電体バリア放電ランプは、誘電体内に封入されたキセノンなどの希ガス、またはキセノン、クリプトンなどの希ガスおよび塩素などの混合ガスを誘電体バリア放電させることによって紫外線を発生させるランプであり、たとえば液晶基板のドライ洗浄などに使用される。

従来の誘電体バリア放電ランプを図１１を参照して説明する。図１１は従来の誘電体バリア放電ランプの拡大断面図である。ランプ本体１０１は、その断面が円形状であるような管状の誘電体である。そのランプ本体１０１内の空間の中心部には、その軸方向に設けられた内部電極１０２と、その内部電極１０２に一端が電気的かつ物理的に接続され、他端はランプ本体１０１の内周面に近接する導電性アンカー１０３が、ランプ本体１０１の管軸方向に等間隔を開けて配置されている。また、ランプ本体１０１の外周面には、その一部を面接触して保持し、かつ内部電極１０２および導電性アンカー１０３と対向し外部電極として作用する導電性保持部１０４を備えている。

（たとえば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１９７１５２号公報

しかし、上記のような誘電体バリア放電ランプは、ランプ本体１０１の軸方向に垂直の断面が円形状であるために、一方向に均一に光を照射することはできなかった。そのため、例えば板状の被照射体に照射したときに照射ムラが発生していた。

また、誘電体バリア放電ランプから照射される紫外線は、空気中の酸素に吸収されるため、ランプと被照射体との距離が遠ければ遠いほど照射効率が悪くなった。したがって、紫外線を照射する面をできる限り被照射体に近づけたいが、従来のようにランプ本体１０１の断面が円形のランプではどのように近づけても、ランプと被照射体との距離が最も近づく部分からランプの円周方向に向かうにつれて、その距離が離れてしまっていた。

従って、本発明は、上記課題を解決することができる誘電体バリア放電ランプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の誘電体バリア放電ランプは、管軸の両側にほぼ平行に配置された、ほぼ平面状の第１の外壁および第２の外壁を含み、内部に放電媒体が封入された管状容器と、この管状容器の少なくも前記第１の外壁の壁面を除く、前記第２の外壁の壁面に沿って設けられた外部電極と、前記管状容器内に前記管軸に沿って配置された導電性部材と、この導電性部材に接続され、前記管状容器の内壁に沿って配置された複数の内部電極とを具備し、点灯時、前記管状容器内の前記第２の外壁の壁面に沿って、ほぼ平面状の放電発光部が形成されることを特徴とする。

したがって、本発明によれば、一方向に均一に近い照射ができるため、被照射体に対して照射ムラの少ない照射ができる。

また、被照射体に対面するランプの照射面がほぼ平坦であるため、その平坦な照射面と被照射体との距離を、従来のランプにおいて最も近づけることができる距離と同じ距離でほぼ一定に保つことができる。したがって、照射面から酸素に吸収される紫外線が少なくなり、効率の良い照射が可能になる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の第1の実施の形態を図1乃至図５を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である誘電体バリア放電ランプの全体図である。

第1の実施の形態の誘電体バリア放電ランプは、管状容器１、金属箔２、リード線３、外部電極４、導電性部材５、内部電極６からなる。

管状容器１は、例えば石英ガラスなどの紫外線透過性の材料からなり、封体部１ａ、封止部１ｂから構成される。

封体部１ａは、第１の外壁１ａ１、第２の外壁１ａ２、および側外壁１ａ３からなる。第１の外壁１ａ１は、光を照射する側となる平面状の面である。第２の外壁１ａ２は、第１の外壁１ａ１とほぼ平行に配置された放電する側となる平面状の面である。側外壁１ａ３は、第１、第２の外壁１ａ１、１ａ２を接続する弧状の面である。ここで、第１の実施の形態のランプの断面形状は、互いに平行な平坦面とそれらの面につながる弧状の面との組合せの形状であるが、図３に示すように断面がほぼ四角形の形状でもよく、つまり、第１の外壁１ａ１、および第２の外壁１ａ２に相当する壁面がほぼ平面状であれば、側外壁１ａ３の形状はどんな形状でも良い。

封体部１ａに封入される放電媒体となるエキシマ生成ガスは、例えば、アルゴン（Ａｒ），クリプトン（Ｋｒ），キセノン（Ｘｅ）などの希ガス、またはハロゲン化物などを混ぜた混合ガスを用いることができる。これらのガスの封入圧は特に制限されないが、封入圧が高くなると紫外線出力が増大し、また、始動電圧、点灯電圧も上昇するので適当な圧力範囲、例えば１０〜７０ｋＰａが適当である。

これらの放電媒体は、チップ１ａ４から排気、封入することで管状容器１に封入している。また、チップ１ａ４は照射の妨げになるので、なるべく妨げにならないランプの側面側に形成するのがよい。

封止部１ｂは、封体部１ａと同一の材料からなり、平面の型などで圧力をかけることで形成される。この封止部１ｂには、例えばモリブデンのような金属箔２が封止され、管内を気密に保つ役割をしている。この金属箔２の一端にはリード線３が接続され、外部に導出している。

外部電極４は、ステンレスなどの紫外線に対して耐候性のある板状の材料からなり、管状容器１の第２の外壁１ａ２、および第２の外壁１ａ２から第１の外壁１ａ１に続く両方の側外壁１ａ３のほぼ中間部まで外周面に沿って配設される。なお、外部電極４は、容器の外壁に対して約半周を覆うが、第１の実施の形態や、図３のようにほぼ四角形の形状である場合は、図４のように少なくとも放電する側の平面状の面である第１の外壁１ａ２に設けるだけでも良い。また、この外部電極４は板状に限らずメッシュ状でもよい。

導電性部材５は、タングステン、モリブデンまたはニッケルなどの耐火性の金属なら、どの材料を用いてもよいが、ここでは仕事関数が相対的小さいために始動電圧が低くなるタングステンを用いている。この導電性部材５は、例えばコイル状のものであり、管状容器１のほぼ中心部に管軸に沿って配設され、金属箔２の他端に接続される。しかし、導電性部材５の形状はコイル状に限らず、棒状、線状、板状などの形状でもよい。

内部電極６は、普通、導電性部材５と同じ材料であるタングステンが使用され、一端を導電性部材５に電気的、物理的に接続され、他端は封体部１ａの内周面に沿って配設される。さらに、同様のものが複数、管軸方向に等間隔で配置される。ここで、誘電体バリア放電のほとんどが、外部電極４と内部電極６が外壁を挟んで対になった電極間で発生するため、図５のように内部電極６は少なくとも外部電極４が管状容器１を覆う位置まで外部電極４に対向して内壁に沿って設けるだけでもよい。

誘電体バリア放電ランプにおける放電は、管状容器１の内外面に配設された外部電極４と内部電極６が対になっている間で発生する。ここで、導電性部材５と外部電極４の間でも放電が発生するが、外部電極４と内部電極６との電極間距離に比べかなり距離があり、電極間距離が長ければ長いほど放電に高い電力が必要となるためこの放電は無視をしている。

したがって、第１の実施の形態では、第２の外壁１ａ２、および側外壁１ａ３の約半面の内部電極６と外部電極４の間で放電が起きるため、第２の外壁１ａ２では面放電７のようになり、第１の外壁１ａ１から照射される。また、側外壁１ａ３での放電は対向するそれぞれの外部電極４が形成されていない側外壁１ａ３から照射されるため、全ての放電は図２の矢印方向に照射される。これにより、少なくとも第１の外壁１ａ１から一方向にほぼ均一に照射することができる。

図６は、誘電体バリア放電ランプと板状の被照射体との距離を説明する軸方向に垂直な断面図である。（ａ）は従来、（ｂ）は第１の実施の形態の誘電体バリア放電ランプの場合を示している。図（ａ）のような従来のランプでは、被照射体８にランプを近づけた時、ある一点のみが距離Δで接近する。その点から周方向に位置が変わるにつれて被照射体８との距離がΔ’、Δ’’のように離れていく。

それに比べて、図（ｂ）の第１の実施の形態のランプでは、平面状の第１の外壁１ａ１を被照射体８と対面するように配置し、ランプが被照射体８に最も接近する距離を図（ａ）と同じΔにした場合、被照射体８と第１の外壁１ａ１とは常に距離Δを保つことができ、側外壁１ａ３からは従来のランプ同様、距離がΔ’、Δ’’と離れていくことになる。したがって、従来のランプよりも多くの部分を被照射体８に近づけることができる。

ここで、紫外線はその波長が短くなるほど短い距離で酸素に吸収されるようになる。たとえば、１７２ｎｍの波長の紫外線の場合では、照射距離が約３ｍｍであると約２５％の照射程度になってしまい、照射距離が約１０ｍｍになるとほとんど０の照射になってしまう。そのため、第１の実施の形態のように被照射体８との距離を近く保てるということは、誘電体バリア放電ランプにおいて効率よく照射するために重要なことである.
（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態である誘電体バリア放電ランプの軸方向の断面図である。この第２の実施の形態の各部について、図２の第１の実施の形態の誘電体バリア放電ランプの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、その断面が楕円形状となっている点である。

この断面が楕円形状であるようなランプにおいては、第１の実施の形態のような側外壁１ａ３はないと考えられ、ほぼ平面状の第１、第２の外壁１ａ１、１ａ２で構成されている。ここで、第２の実施の形態での「ほぼ平面状」とは、管状容器１の封体部１ａの短尺内径Ｒと長尺内径ＬによるＲ／Ｌが１／２以下である場合を含んでいる。

第２の実施の形態においても、ほぼ平面状の第２の外壁１ａ２の周壁面に、対になって配設されている内部電極６と外部電極４によってほぼ平面状の放電が発生するため、第１の外壁１ａ１から一方向にほぼ均一の照射をすることができる。

また、第１の外壁１ａ１の最も平坦な部分を被照射体に向けて配置すると、その最も被照射体に接近する第１の外壁１ａ１の部分から軸方向断面の周方向に向かうにつれて、少しずつ被照射体から距離が離れていく程度に抑えることができる。

本発明は以上の構成に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

（第３の実施の形態）
図８は、本発明の誘電体バリア放電ランプを用いた光照射装置の断面図である。この第３の実施の形態の各部について、第１、第２の実施の形態の誘電体バリア放電ランプの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

第３の実施の形態の光照射装置は、第１の実施の形態の誘電体バリア放電ランプ、ランプ保持部９、高周波電源からなる。

ランプ保持部９は、熱伝導が優れたアルミニウムなどの材料からなるが、その他にステンレスやニッケルなどでもよい。このランプ保持部９は、保持するランプの放電面側の形状をした溝９ａを有しており、誘電体バリア放電ランプが溝９ａに嵌ることになる。このような溝９ａを平行方向に複数作成し、ランプを複数本並列に保持する。ここで、このランプを保持する間隔は狭いほど被照射体への照射が均一になる。また、ランプ間のランプ保持部９にＶ字や弧状の反射鏡を設けると、ランプの側面から照射された紫外線を効率良く被照射体８に照射することができる。

ここで、ランプ保持部９、およびそれに保持された誘電体バリア放電ランプは装置の点灯により熱が発生してしまう。それらの熱を冷ますために冷却手段として、図９のランプ保持部９の内部に設けられているような水路１０が形成される。水路１０は図９（ａ）のようにランプの第２の外壁１ａ２の上辺りに形成したり、（ｂ）のようにランプ間に作成することができる。この水路１０には、冷却水が流され、ランプやランプ保持部９を冷却するがその水の量は多ければ多いほどその効果は高くなる。

高周波電源は、例えば１００ＭＨｚ、３ｋＶｒｍｓ程度の交流を印加する電源である。ランプとの接続方法は、外部電極４と導電性部材５とを接続、さらに外部電極４側をアース電位とする。

図１０は、光照射装置の被照射体への照射を示す断面図である。（ａ）は従来のランプ、（ｂ）は第１の実施の形態のランプを用いた光照射装置である。（ａ）、（ｂ）ともランプの直径は同じものであり、さらに隣り合うランプ間距離は同じにしている。また、被照射体８への照射は、ランプと被照射体８の接触による割れ等を防ぐため、現在約３ｍｍの距離をおいて行っている。（ａ）、（ｂ）それぞれの被照射体８とランプとの距離などは第１の実施の形態で述べたためここでの説明は省略する。

次に、それぞれの光照射装置での被照射体８への照射の強さを図１１を用いて説明する。図１１（ａ）、（ｂ）のグラフは、図１０の（ａ）、（ｂ）とそれぞれ対応しており、横軸方向はランプの位置、縦軸方向はその位置に対する照射強さを示している。図１１（ａ）の場合では、照射の距離が一定ではなく、最も接近する部分から周方向に行くにつれて距離が離れていくので、図１２（ａ）のように位置によって正弦波のような照射強さの分布になる。図１１（ｂ）の場合では、平面状の照射面からは一方向にほぼ均一な照射ができるためムラのない照射になり、その面から周方向にいくと少しずつ照射は弱くなる。

これらを比べると、位置によって照射強さの変動が少ない図１０（ｂ）のほうが照射のムラが少ないと言える。また、（ａ）、（ｂ）は同じランプ間だが、ちょうどランプ間の中間に相当する被照射体８の部分ではランプとの距離が離れるために照射が最も弱くなるが、（ｂ）のほうがその部分にランプが近くなるために、図１１においてその照度強さが（ａ）よりも大きくなる。このように最大と最小の照射強さの差が少ないと言う点でも照射ムラが少ないと言える。

また、図１０において、第１の実施例のようなランプであるとランプ保持部９のランプが嵌る溝９ａの深さが円形のものより深くなくて済むので、装置の厚さを薄くすることができる。

本発明による誘電体バリア放電ランプの第１の実施の形態の側面図。 図１に示す誘電体バリア放電ランプのＡ−Ａ方向の断面図。 第１の実施の形態に類似するランプの断面形状の例。 図１に示す誘電体バリア放電ランプにおける外部電極のその他の配設の例。 図１に示す誘電体バリア放電ランプにおける内部電極のその他の配設の例。 誘電体バリア放電ランプと板状の被照射体との距離を説明する軸方向に垂直な断面図 本発明による誘電体バリア放電ランプの第２の実施の形態の軸方向の断面図。 本発明の誘電体バリア放電ランプを用いた光照射装置の断面図。 ランプ保持部の内部に設けられている水路を示す断面図。 光照射装置の被照射体への照射を示す断面図。 図１０に示す光照射装置の被照射体への照射ムラを示す図。 従来の誘電体バリア放電ランプ。

符号の説明

１ 管状容器
１ａ 封体部
１ａ１ 第１の外壁
１ａ２ 第２の外壁
１ａ３ 側外壁
１ａ４ チップ
１ｂ 封止部
２ 金属箔
３ リード線
４ 外部電極
５ 導電性部材
６ 内部電極
７ 面放電
８ 被照射体
９ ランプ保持部
９ａ 溝
１０ 水路

Claims (4)

1. 管軸の両側にほぼ平行に配置された、ほぼ平面状の第１の外壁および第２の外壁を含み、内部に放電媒体が封入された管状容器と、この管状容器の少なくも前記第１の外壁の壁面を除く、前記第２の外壁の壁面に沿って設けられた外部電極と、前記管状容器内に前記管軸に沿って配置された導電性部材と、この導電性部材に接続され、前記管状容器の内壁に沿って配置された複数の内部電極とを具備し、点灯時、前記管状容器内の前記第２の外壁の壁面に沿って、ほぼ平面状の放電発光部が形成されることを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
2. 前記内部電極は少なくとも前記外部電極が前記管状容器を覆う位置まで前記外部電極に対向して内壁に沿って配設されていることを特徴とする請求項１記載の誘電体バリア放電ランプ。
3. 前記第１の壁面を被照射体に対向するように配置された請求項１記載の誘電体バリア放電ランプと、
   この誘電体バリア放電ランプを、前記第２の壁面側において保持するランプ保持部と、
   前記誘電体バリア放電ランプに高周波高電圧を印加する電力供給手段とを備えることを特徴とする光照射装置。
4. 前記ランプ保持部が冷却手段を有することを特徴とする請求項３記載の光照射装置。

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