JP2008077909A - Dielectrics barrier discharge lamp device and ultraviolet irradiation device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の誘電体バリア放電ランプを備えた誘電体バリア放電ランプ装置およびこれを用いた紫外線照射装置に関する。 The present invention relates to a dielectric barrier discharge lamp device including a plurality of dielectric barrier discharge lamps and an ultraviolet irradiation device using the dielectric barrier discharge lamp device.
キセノンなどの希ガスまたは希ガスのハロゲン化物などを無声放電すなわち誘電体バリア放電を行わせて、固有の単色に近い放射を発生させるエキシマ放電ランプすなわち誘電体バリア放電ランプは、数多くの文献に記載されて従来から知られている。誘電体バリア放電においては、パルス状の電流が流れる。このパルス状の電流は、高速の電子流を持ち、かつ休止期間が多いため、キセノンなどの紫外線を出す物質を一時的に分子状態(エキシマ状態)に結合させ、それが基底状態に戻るときに再吸収の少ない短波長紫外線を効率よく放出する。なお、キセノンの場合、172nmを中心波長とする半値幅の広い分子発光を行う。波長172nmの紫外線は、そのエネルギーが低圧水銀ランプから得られる波長185nmや254nmの紫外線より大きいとともに、分解したい有機化合物の結合エネルギーより大きい。このため、波長172nmの紫外線を照射することによって、上記有機化合物の結合を切断し、分解して除去することができる。さらに、波長172nmの紫外線照射を大気雰囲気中で行うことにより、大気中の酸素が分解して活性酸素を生成し、結合が切断された有機化合物が活性酸素と反応して、炭酸ガス(CO2)や水(H2O)などを生成させるので、有機化合物の除去が容易になる。したがって、誘電体バリア放電ランプは、紫外線光源として甚だ効果的である。 Excimer discharge lamps, that is, dielectric barrier discharge lamps that generate silent near-monochromatic radiation by causing silent discharge, that is, dielectric barrier discharge, of rare gases such as xenon or rare gas halides are described in many literatures. It has been known for some time. In the dielectric barrier discharge, a pulsed current flows. Since this pulsed current has a high-speed electron flow and a long rest period, a substance that emits ultraviolet rays, such as xenon, temporarily binds to the molecular state (excimer state) and returns to the ground state. Efficiently emits short-wavelength ultraviolet light with little reabsorption. In the case of xenon, molecular light emission having a wide half-value width with a center wavelength of 172 nm is performed. The ultraviolet light having a wavelength of 172 nm has a larger energy than the ultraviolet light having a wavelength of 185 nm or 254 nm obtained from a low-pressure mercury lamp, and is larger than the binding energy of the organic compound to be decomposed. For this reason, by irradiating ultraviolet rays with a wavelength of 172 nm, the bond of the organic compound can be cut, decomposed and removed. Furthermore, by performing ultraviolet irradiation with a wavelength of 172 nm in the atmosphere, oxygen in the atmosphere is decomposed to generate active oxygen, and the organic compound whose bond is broken reacts with the active oxygen to generate carbon dioxide (CO 2). ), Water (H 2 O), and the like are generated, so that the organic compound can be easily removed. Therefore, the dielectric barrier discharge lamp is extremely effective as an ultraviolet light source.
誘電体バリア放電ランプとして、細長い管状の気密容器を用いて誘電体バリア放電を行う誘電体バリア放電ランプが知られている(特許文献1参照。)。特許文献1に記載されている誘電体バリア放電ランプは、細長い気密容器、この気密容器内の軸方向に延在する内部電極および気密容器内に封入されたエキシマ生成ガスを備えた発光管を形成し、冷却機能を有するとともに気密容器の外面の一部が嵌合するように凹窪させたアルミニウム製の灯体を外部電極として気密容器の外面に当接して、気密容器の管軸方向に沿って一様な誘電体バリア放電を生起させるとともに、発光管から発生する熱を速やかに放散させて発光効率を高い状態に維持するように構成されている。また、外部電極と気密容器とを互いに密接させるために、両者を圧接するように構成している。
As a dielectric barrier discharge lamp, a dielectric barrier discharge lamp that performs dielectric barrier discharge using an elongated tubular hermetic container is known (see Patent Document 1). The dielectric barrier discharge lamp described in
上述した従来のこの種の誘電体バリア放電ランプを用いて紫外線照射を行う場合、被照射物の大面積化に伴ってさらに長尺な誘電体バリア放電ランプが開発され、その有効長が1mを超えるものが用いられるようになった。このような長尺の誘電体バリア放電ランプを用いると、例えば大面積液晶基板のアッシング、感光性樹脂の硬化および殺菌など多様な工業的応用が可能になる。 When ultraviolet irradiation is performed using the above-described conventional dielectric barrier discharge lamp of this type, a longer dielectric barrier discharge lamp has been developed with an increase in the area of the irradiated object, and its effective length is 1 m. More than that came to be used. When such a long dielectric barrier discharge lamp is used, various industrial applications such as ashing of a large-area liquid crystal substrate, curing and sterilization of a photosensitive resin are possible.
ところが、特許文献1に記載された誘電体バリア放電ランプは、気密容器を誘電体とする誘電体バリア放電を生起させるために、内部電極との間に高周波電圧を印加する外部電極を気密容器の外面に密接して配設する必要がある。外部電極を省略できればランプ構造が大幅に簡素化される。
However, the dielectric barrier discharge lamp described in
本発明は、外部電極を不要にしてランプ構造の簡素化を図った誘電体バリア放電ランプ装置およびこれを備えた紫外線照射装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a dielectric barrier discharge lamp device that eliminates the need for external electrodes and simplifies the lamp structure, and an ultraviolet irradiation device that includes the dielectric barrier discharge lamp device.
本発明の誘電体バリア放電ランプ装置は、紫外線透過性の材料からなる細長い管状をなす気密容器、気密容器内に封入されたエキシマ生成ガス、気密容器内にその管軸方向のほぼ全長にわたって配設された長い内部電極を備え、互いに密接して隣接する複数の誘電体バリヤ放電ランプと;複数の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極間に電圧を印加する高周波点灯回路と;を具備し、互いに密接して隣接する複数の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極間に印加された電圧によってそれぞれ一方の誘電体バリヤ放電ランプから見て他方の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極が外部電極として機能して気密容器内に誘電体バリヤ放電が生起することを特徴としている。 The dielectric barrier discharge lamp apparatus according to the present invention is an airtight container having an elongated tubular shape made of an ultraviolet light transmissive material, an excimer generating gas sealed in the airtight container, and disposed in the airtight container over almost the entire length in the tube axis direction. A plurality of dielectric barrier discharge lamps that are closely adjacent to each other, and a high-frequency lighting circuit that applies a voltage between the internal electrodes of the plurality of dielectric barrier discharge lamps. The internal electrodes of the other dielectric barrier discharge lamp function as external electrodes when viewed from one of the dielectric barrier discharge lamps by the voltage applied between the internal electrodes of a plurality of adjacent dielectric barrier discharge lamps. It is characterized in that dielectric barrier discharge occurs in the container.
本発明によれば、隣接する複数の誘電体バリア放電ランプの他方の内部電極が一方の誘電体バリア放電ランプの外部電極として作用するので、別設の外部電極を省略して、ランプ構造の簡素化を図った誘電体バリア放電ランプ装置およびこれを備えた紫外線照射装置を提供することができる。 According to the present invention, the other internal electrode of the plurality of adjacent dielectric barrier discharge lamps acts as the external electrode of one dielectric barrier discharge lamp, so that the separate external electrode is omitted and the lamp structure is simplified. It is possible to provide a dielectric barrier discharge lamp device and an ultraviolet irradiation device including the same.
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1ないし図3は、本発明の誘電体バリア放電ランプ装置を実施するための第1の形態を示し、図1は誘電体バリア放電ランプ装置の回路ブロック図、図2は隣接する複数の誘電体バリア放電ランプの概略断面図、図3は単一の誘電体バリア放電ランプを示す一部切欠正面図である。 1 to 3 show a first embodiment for implementing a dielectric barrier discharge lamp device according to the present invention, FIG. 1 is a circuit block diagram of the dielectric barrier discharge lamp device, and FIG. 2 is a plurality of adjacent dielectrics. FIG. 3 is a partially cutaway front view showing a single dielectric barrier discharge lamp.
本形態において、誘電体バリア放電ランプ装置は、複数、例えば一対の誘電体バリア放電ランプ10および高周波点灯回路HFCを備えている
<誘電体バリア放電ランプ10について> 誘電体バリア放電ランプ10は、気密容器1、エキシマ形成ガスおよび内部電極を具備している。また、付随的な構造として、給電部3A、3Bを備えている。なお、気密容器1、エキシマ形成ガス、内部電極2および給電部3A、3Bは、予め組み立てられて一体化されている。
In this embodiment, the dielectric barrier discharge lamp apparatus includes a plurality of, for example, a pair of dielectric
(気密容器1について) 気密容器1は、紫外線透過性の材料からなり、細長い放電空間1aが内部に形成されている。紫外線透過性の材料としては、一般的に合成石英ガラスを用いて製作される。しかし、本発明においては、利用しようとする波長の紫外線に対して透過性を有していればどのような材料で構成してもよい。
(Regarding the airtight container 1) The
また、気密容器1は、複数の誘電体バリア放電ランプ10を管軸方向に沿って互いに隣接して並列に配置して使用するために、隣接方向には直線性に優れた直管であるのが好ましいが、多少湾曲していても差し支えない。実際上、細長い管を形成する際に多少の湾曲が生じやすく、例えば全長約1200mmに対して最大1mm程度以下の湾曲が形成され得る。しかし、この程度の湾曲は許容される。なお、隣接方向に対して直角な方向においては、隣接関係にある複数の誘電体バリア放電ランプ10が同一形状である限り湾曲していてもよい。また、気密容器1は、内部に筒状の放電空間が形成される2重管構造であってもよい。
Further, since the
(エキシマ生成ガスについて) エキシマ生成ガスとしては、キセノン(Xe)、クリプトン(Kr)、アルゴン(Ar)またはヘリウム(He)などの希ガスの一種または複数種の混合あるいは希ガスハロゲン化物、例えばXeCl、KrClなどを用いることができる。なお、希ガスハロゲン化物を封入する場合、希ガスとフッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)などのハロゲンを封入して、気密容器1の内部でハロゲン化物が生成さしれるようにてもよい。また、エキシマ生成ガスに加えてエキシマを生成しないガス、例えばネオン(Ne)などを混合することも場合によっては許容される。
(Excimer production gas) As the excimer production gas, one or a mixture of rare gases such as xenon (Xe), krypton (Kr), argon (Ar) or helium (He), or a rare gas halide such as XeCl is used. , KrCl, or the like can be used. When the rare gas halide is enclosed, the rare gas and a halogen such as fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br) or iodine (I) are enclosed, and the halide is contained inside the
(内部電極2について) 内部電極2は、隣接する誘電体バリア放電ランプ10の内部電極2と対向するように配設されることで、内部電極2を内包する気密容器1の壁面を挟んで隣接する誘電体バリア放電ランプ10の外部電極として作用する。しかし、内部電極2は、気密容器1の放電空間1a内に露出するように封入されている態様および例えば気密容器1の内側において放電空間1aの外部に配設された態様のいずれでもよい。後者の態様の場合、例えば気密容器1が2重管構造であり、内部電極2は、気密容器1の中心軸側に形成された筒状の壁面に沿って配設される。したがって、本発明において、内部電極2とは、気密容器1を外部から見た場合に相対的に気密容器1の内側に配設される電極であることを意味すると理解すべきである。
(Regarding Internal Electrode 2) The
以上の説明から理解できるように、本発明において、内部電極2は、気密容器1の内部に、その管軸方向のほぼ全長すなわちランプの有効長の全体にわたって誘電体バリア放電を生起するように配設された電極、好ましくは管軸方向に長い電極であれば、その余はどのような構成であってもよい。
As can be understood from the above description, in the present invention, the
図2および図3に示す内部電極2の好適な構成例について説明する。すなわち、この内部電極2は、多数の独立したメッシュ状部分2bが気密容器1の軸方向に分散配置され、かつ、周囲にそれぞれ空隙を介して配設された構成のメッシュ状をなしているとともに、連結部分2aを介して接続して一体化された構造となっていて、気密容器1の内部に挿入された状態で配設される構成を備えている。このような内部電極2を用いることにより、紫外線発生量を相対的に多くすることができる。なお、メッシュ状部分2bは、周方向に対して連続していてもよいし、分断していてもよい。
A preferred configuration example of the
したがって、本発明において、内部電極2がメッシュ状をなしている場合、そのメッシュ状部分2bは、具体的には例えばリング状、スパイラル状またはコイル状あるいは網目状などをなしていることが許容される。なお、図2および図3に示すように、図示形態においては、リング状のメッシュ状部分2bが管軸方向に複数分散しており、各メッシュ状部分2bを気密容器1の中心軸に位置するコイル状に巻回して形成された連結部2aが所定の間隔で連結している。
Therefore, in the present invention, when the
次に、内部電極2が石英ガラスからなる気密容器1の内部に配設される場合の支持構造および給電構造について説明する。内部電極2を気密容器1内に封着するには、図3に示すように、封着金属箔1b1を用いた封着構造を採用することができる。すなわち、内部電極2の連結部分2aの両端を引き延ばして形成された直線状の端部2cを封着金属箔1b1に溶接などにより接続して、内部電極2を気密容器1内に挿入してから、端部の石英ガラスを加熱して軟化状態にして封着金属箔1b1の上からピンチシールする。そうすれば、気密容器1の端部に封止部1bが形成されて内部電極2が所定の位置に支持される。
Next, a support structure and a power feeding structure when the
(給電部3A、3Bについて) 給電部3A、3Bは、内部電極2に対して誘電体バリア放電に必要な電流を供給するための給電端を構成するものである。そして、給電部3A、3Bは、それぞれ棒状をなしていて、内端が気密容器1の両端に形成された封止部1bに埋設されたモリブデン箔1b1に溶接され、基端が気密容器1の両端に形成された封止部1bから外部の管軸方向へ突出している。また、給電部3A、3Bは、後述する高周波点灯回路HFCの出力端される。なお、給電部3A、3Bいずれか一方または両方を高周波点灯回路HFCに接続することができる。
(
(複数の誘電体バリア放電ランプ10の隣接態様について) 複数の誘電体バリア放電ランプ10は、図2に示すようにそれぞれの気密容器1、1が密接するように隣接される。この場合、それぞれの内部電極2のメッシュ状部分2bが互いに正対してもよいし、しなくてもよい。なお、給電部3A、3Bが扁平で、その幅が気密容器1の主要部の外径より大きくなっている場合には、図3に示す給電部3A、3Bの扁平面が概ね対向するように配置すれば気密容器1、1の密接の邪魔になることはない。
(Regarding Adjacent Form of Plural Dielectric Barrier Discharge Lamps 10) As shown in FIG. 2, the plural dielectric
本発明において、誘電体バリア放電ランプの数は、複数であればよく、2灯に限定されるものではない。例えば、3灯の場合には1灯を共有して2灯の組を2つ作る。そして、それぞれの組を高周波点灯回路に接続する。したがって、この場合には高周波点灯回路11を2つ用いる。
In the present invention, the number of dielectric barrier discharge lamps is not limited to two as long as it is plural. For example, in the case of three lights, one light is shared and two sets of two lights are made. Then, each set is connected to a high frequency lighting circuit. Therefore, in this case, two high-
<高周波点灯回路11について> 高周波点灯回路11は、隣接する複数の誘電体バリア放電ランプ10の一方(以下、10Aとする。)の内部電極2と他方(以下、10Bとする。)の内部電極2との間に高周波電圧を印加して、両誘電体バリア放電ランプ10A、10Bを同時に付勢して点灯する。なお、本発明において、上述から理解できるように高周波点灯回路11の数は1つまたは複数用いられる。
<Regarding the High
本形態において、高周波点灯回路11は、例えば整流化直流電源RDC、電源スイッチSWおよびインバータINVを主体として構成されており、その高周波出力は、その一端がコンデンサC1を介して一方の誘電体バリア放電ランプ10Aの内部電極2に、他方が直接他方の誘電体バリア放電ランプ10Bの内部電極2に、それぞれ印加される。なお、コンデンサC1は、高周波点灯回路11から供給されるランプ電流を調整する目的で接続することができるが、必須構成要素ではない。
In the present embodiment, the high-
整流化直流電源RDCは、交流電源ACから供給される交流電圧を整流して直流電圧を出力する。なお、所望により平滑化回路を付加することができる。 The rectified DC power supply RDC rectifies an AC voltage supplied from the AC power supply AC and outputs a DC voltage. A smoothing circuit can be added if desired.
電源スイッチSWは、誘電体バリア放電ランプ10A、10Bを点滅するための手段であり、その挿入部位は特段限定されないが、図示形態においては整流化直流電源RDCとインバータINVとの間に挿入されている。
The power switch SW is a means for blinking the dielectric
インバータINVは、直流電圧を高周波交流電圧に変換する手段であり、回路形式などは特段限定されないが、例えば並列インバータにより構成される。 The inverter INV is means for converting a DC voltage into a high-frequency AC voltage, and the circuit format and the like are not particularly limited. For example, the inverter INV is configured by a parallel inverter.
高周波点灯回路11の出力端は、図1に示すようにその一方がコンデンサC1を介して誘電体バリア放電ランプ10Aの内部電極2に接続される。他方の出力端は、誘電体バリア放電ランプ10Bの内部電極2に接続される。
One end of the output terminal of the high-
<誘電体バリア放電ランプ装置の動作> 本形態の誘電体バリア放電ランプ装置においては、高周波点灯回路11の電源スイッチSWを投入すると、インバータINVが作動して高周波電圧が発生する。そして、高周波点灯回路11から出力される高周波電圧は、隣接する複数の誘電体バリア放電ランプ10A、10Bのそれぞれの内部電極2、2の間に印加される。その結果、図1において誘電体バリア放電ランプ10Aでは誘電体バリア放電ランプ10Bの内部電極2が外部電極として作用してその気密容器1の内部に誘電体バリア放電が生起する。また、同様に図1において誘電体バリア放電ランプ10Bでは誘電体バリア放電ランプ10Aの内部電極2が外部電極として作用してその気密容器1の内部に誘電体バリア放電が生起する。
<Operation of Dielectric Barrier Discharge Lamp Device> In the dielectric barrier discharge lamp device of the present embodiment, when the power switch SW of the high
複数の誘電体バリア放電ランプ10A、10Bが点灯すると、誘電体バリア放電によってキセノンのエキシマにより172nmを中心波長とする真空紫外光を放射する。真空紫外光は、気密容器1の壁面を透過して外部へ導出されるので、これをそれぞれの目的に応じて利用することができる。
When the plurality of dielectric
図4は、本発明の誘電体バリア放電ランプ装置を実施するための第2の形態を示す回路ブロック図である。本形態は、誘電体バリア放電ランプ10を3灯(以下、10A、10B、10Cとする。)、高周波点灯回路11を2つ(以下、11A、11Bとする。)用いている点および高周波点灯回路11A、11Bからの給電端の配置において第1の形態と相違している。
FIG. 4 is a circuit block diagram showing a second mode for carrying out the dielectric barrier discharge lamp device of the present invention. In this embodiment, three dielectric barrier discharge lamps 10 (hereinafter referred to as 10A, 10B, and 10C) and two high-frequency lighting circuits 11 (hereinafter referred to as 11A and 11B) are used, and high-frequency lighting is used. The arrangement of the power feeding ends from the
すなわち、高周波点灯回路11Aは、その出力端の一方が誘電体バリア放電ランプ10Aの内部電極2にコンデンサC1を介して接続し、他方の出力端が誘電体バリア放電ランプ10Aに隣接する誘電体バリア放電ランプ10Bの内部電極2に直接接続する。高周波点灯回路11Bは、その出力端の一方が誘電体バリア放電ランプ10Cの内部電極2にコンデンサC2を介して接続し、他方の出力端が隣接する誘電体バリア放電ランプ10Bの内部電極2に直接接続する。なお、高周波点灯回路11A、11Bの他方の出力端は同電位に維持される。また、誘電体バリア放電ランプ10の一方の給電部3Bは、外部に露出しないように絶縁体で被覆するか、気密容器1から露出しないようにこれを形成しないのが好ましい。
That is, the high
そうして、誘電体バリア放電ランプ10A、10Bがそれぞれの内部電極2、2を互いに外部電極としても作用させて高周波点灯回路11Aにより点灯し、誘電体バリア放電ランプ10C、10Bがそれぞれの内部電極2、2を互いに外部電極としても作用させて高周波点灯回路11Bにより点灯する。
Then, the dielectric
その他の構成として、所望により複数の誘電体バリア放電ランプ10から放射される紫外線をワークに対して照射する際の紫外線照度を高めたり、紫外線照度分布を均一化したりするために、反射体を配設することができる。また、誘電体バリア放電ランプ10の点灯により発生する熱を除去するために、水冷式など所望方式の冷却装置を配設することができる。
As another configuration, a reflector is arranged in order to increase the ultraviolet illuminance when irradiating the workpiece with ultraviolet rays radiated from a plurality of dielectric
図5は、本発明の紫外線照射装置を実施するための一形態としての紫外線洗浄装置を示す正面断面図である。図において、図1ないし図3と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。紫外線照射装置は、紫外線照射装置本体21、高周波点灯回路11および複数の誘電体バリア放電ランプ10を具備している。
FIG. 5 is a front cross-sectional view showing an ultraviolet cleaning device as an embodiment for carrying out the ultraviolet irradiation device of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIGS. The ultraviolet irradiation device includes an ultraviolet irradiation device
本発明において、紫外線照射装置は、誘電体バリア放電ランプ10から発生する紫外線を利用するあらゆる装置を意味する。例えば、光洗浄装置、光硬化装置および光乾燥装置などである。また、紫外線照射装置本体21は、紫外線照射装置から誘電体バリア放電ランプ装置の隣接する複数の誘電体バリア放電ランプ10および高周波発生回路11を除外した残余の部分により構成される。
In the present invention, the ultraviolet irradiation device means any device that uses ultraviolet rays generated from the dielectric
1…気密容器、1a…放電空間、1b…封止部、1b1…封着金属箔、2…内部電極、2a…連結部、2b…メッシュ状部分、2c…端部、3A、3B…給電部、10、10A、10B…誘電体バリア放電ランプ、11…高周波点灯回路、INV…インバータ、RDC…整流化直流電源、SW…スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
複数の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極間に電圧を印加する高周波点灯回路と;
を具備し、互いに密接して隣接する複数の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極間に印加された電圧によってそれぞれ一方の誘電体バリヤ放電ランプから見て他方の誘電体バリヤ放電ランプの内部電極が外部電極として機能して気密容器内に誘電体バリヤ放電が生起することを特徴とする誘電体バリヤ放電ランプ装置。 It is equipped with an airtight container having an elongated tubular shape made of an ultraviolet light transmissive material, an excimer generating gas sealed in the airtight container, and a long internal electrode disposed in the airtight container over almost the entire length in the tube axis direction. A plurality of adjacent dielectric barrier discharge lamps;
A high frequency lighting circuit for applying a voltage between internal electrodes of a plurality of dielectric barrier discharge lamps;
The internal electrodes of the other dielectric barrier discharge lamp are externally viewed from one of the dielectric barrier discharge lamps by the voltage applied between the internal electrodes of the plurality of dielectric barrier discharge lamps closely adjacent to each other. A dielectric barrier discharge lamp device, wherein the dielectric barrier discharge lamp functions as an electrode and causes dielectric barrier discharge in an airtight container.
紫外線照射装置本体に配設された請求項1記載の誘電体バリヤ放電ランプ装置と;
を具備していることを特徴とする紫外線照射装置。 An ultraviolet irradiation device body;
The dielectric barrier discharge lamp device according to claim 1, wherein the dielectric barrier discharge lamp device is disposed in a main body of the ultraviolet irradiation device;
An ultraviolet irradiation device comprising:
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JP2017062971A (en) * | 2015-09-25 | 2017-03-30 | ウシオ電機株式会社 | Excimer discharge unit |
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