JP2010212045A - ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＳＡ用途に最適な光源を提供するために、モノマーを重合させるために必要となる波長３００−３８０ｎｍの波長域の紫外光を効率良く放射するランプを提供する。
【解決手段】クリプトンガスとヨウ素ガスとを含む放電ガスが封入された放電容器１と、前記放電容器の内部に形成された放電空間を挟んで対向するように配置された一対の電極５，６とを備え、励起ヨウ素分子を形成することによって波長３４２ｎｍの紫外光を放射するランプであって、前記放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度が０．０４〜０．９％であると共に、前記放電空間に印加される電界強度をＥ（ｋＶ／ｃｍ）、前記希ガスの分圧をｐ１（ｋＰａ）、前記ヨウ素ガスの分圧をｐ２（ｋＰａ）としたとき、次式の関係が成立することを特徴とするランプ。Ｅ／ｐ１≧（６．６×ｐ２＋１２４）×ｅｘｐ（−０．００９３×ｐ１）
【選択図】図１

Description

この発明は、クリプトンガス、アルゴンガスの一種類以上から選択される希ガスとヨウ素ガスとを含む放電ガスを使用して励起ヨウ素分子を形成することによって放射される紫外光を放射するランプに関する。

液晶ディスプレイの製造工程においては、液晶の画素を構成する際に液晶にモノマーを混入させ、液晶分子を傾斜させた状態でモノマーを重合させることによって液晶分子の傾斜方向を固定させる技術（ＰＳＡ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が用いられている。ＰＳＡについて開示する特許文献１によれば、モノマーを重合させるための光源として、液晶に与えるダメージが少ないこと、モノマーの感度、液晶用ガラスの透過率等を考慮して、モノマーに対して例えば波長３００−３８０ｎｍの紫外光を照射することが好ましいとされている（特許文献１の段落０２３７）。

モノマーを重合させるために必要とされる波長３００−３８０ｎｍの紫外光を放射する紫外線光源としては種々のものが知られているが、現状ではＰＳＡ用途に最適な光源については検討が重ねられている段階である。例えば、水銀を放電媒体として波長３６５ｎｍの紫外光を主として放射する水銀ランプ、金属ハロゲン化物を放電媒体とするメタルハライドランプ等がＰＳＡ用途の光源の候補とされている。しかしながら、水銀ランプは、複数の水銀ランプを搭載して紫外線照射装置を構成しようとした場合に紫外線照射装置が大型化するといった問題があり、また、水銀を放電媒体とするために環境への負荷が大きいといったデメリットがある。メタルハライドランプは投入電力に比して放射される紫外線の出力が低いというエネルギー効率の面で問題があり、また、ハロゲン化金属を放電媒体とするために環境への悪影響を無視できない。

一方、互いに対向して配置される誘電体材料よりなる一対の壁部と一対の壁部の端部に接続された封止用壁部とで構成される放電容器を備え、放電容器の内部に形成された放電空間内に、希ガス、ハロゲンガス、またはこれらの混合ガスを充填して、前記壁部を介して交流電圧またはパルス電圧を印加することにより紫外線を放電容器外部に放射するランプが知られている。この種のランプは、複数のランプを搭載して紫外線照射装置を構成しようとした場合に紫外線照射装置を比較的小型化することができると共に、投入電力に比して放射される紫外線の出力が高いためにエネルギー効率に優れ、しかも、キセノンガス、クリプトンガス等の希ガスを放電媒体として使用するので環境への負荷が小さい、という実用的な面でメリットが大きいため、ＰＳＡ用の光源として有望視されている。

このようなランプは、従来より主として液晶基板等の被処理物の表面に対して真空紫外線を照射することによって被処理物の表面改質をするための光源として使用されているが、ＰＳＡ用途においてモノマーを重合させるために必要とされる波長３００−３８０ｎｍの波長域の紫外光の出力が不十分であった。

特開２００３−１４９６４７号

以上から本発明は、ＰＳＡ用途に最適な光源を提供するために、モノマーを重合させるために必要となる波長３００−３８０ｎｍの波長域の紫外光を効率良く放射するランプを提供することを目的とする。

本発明は、（１）クリプトンガス、アルゴンガスから選択される１種類以上の希ガスとヨウ素ガスとを含む放電ガスが封入された放電容器と、前記放電容器の内部に形成された放電空間を挟んで対向するように配置された一対の電極とを備え、励起ヨウ素分子を形成することによって波長３４２ｎｍの紫外光を放射するランプであって、前記放電空間には、前記放電空間の全体にわたって放電が発生しているような状態の拡散放電と、前記拡散放電に比べて空間的に収縮した帯状の形状を有するフィラメント放電との双方が混在して発生することを特徴とするランプ。

本発明は、（２）クリプトンガスとヨウ素ガスとを含む放電ガスが封入された放電容器と、前記放電容器の内部に形成された放電空間を挟んで対向するように配置された一対の電極とを備え、励起ヨウ素分子を形成することによって波長３４２ｎｍの紫外光を放射するランプであって、前記放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度が０．０４〜０．９％であると共に、前記放電空間に印加される電界強度をＥ（ｋＶ／ｃｍ）、前記希ガスの分圧をｐ１（ｋＰａ）、前記ヨウ素ガスの分圧をｐ２（ｋＰａ）としたとき、次式の関係が成立することを特徴とするランプ。
Ｅ／ｐ１≧（６．６×ｐ２＋１２４）×ｅｘｐ（−０．００９３×ｐ１）

本発明は、（３）アルゴンガスとヨウ素ガスとを含む放電ガスが封入された放電容器と、前記放電容器の内部に形成された放電空間を挟んで対向するように配置された一対の電極とを備え、励起ヨウ素分子を形成することによって波長３４２ｎｍの紫外光を放射するランプであって、前記放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度が０．０４〜０．９％であると共に、前記放電空間に印加される電界強度をＥ（ｋＶ／ｃｍ）、前記希ガスの分圧をｐ１（ｋＰａ）、前記ヨウ素ガスの分圧をｐ２（ｋＰａ）としたとき、次式の関係が成立することを特徴とする。
Ｅ／ｐ１≧（２３６×ｐ２＋１５９８）×ｐ１^{−０．８３}

本発明は、（４）クリプトンガスおよびアルゴンガスを混合した混合ガス並びにヨウ素ガスを含む放電ガスが封入された放電容器と、前記放電容器の内部に形成された放電空間を挟んで対向するように配置された一対の電極とを備え、励起ヨウ素分子を形成することによって波長３４２ｎｍの紫外光を放射するランプであって、前記放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度が０．０４〜０．９％であると共に、前記放電空間に印加される電界強度をＥ（ｋＶ／ｃｍ）、前記希ガスの分圧をｐ１（ｋＰａ）、前記ヨウ素ガスの分圧をｐ２（ｋＰａ）としたとき、次式の関係が成立することを特徴とする。
Ｅ／ｐ１≧（１３３７×ｐ２^{０．０１７７}）×ｐ１^{−０．７４}

本発明は、（１）−（４）において、前記放電ガスの全圧が１００ｋＰａ以上であることを特徴とする。

本発明は、（１）−（４）において、前記ランプに供給される点灯周波数が１〜１２０ｋＨｚであることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、放電空間には前記放電空間の全体にわたって放電が発生しているような状態の拡散放電と、前記拡散放電に比べて空間的に収縮した帯状の形状を有するフィラメント放電との双方が混在して発生するため、励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊から放射される波長３４２ｎｍのヨウ素分子発光が効率良く放出されることから、ＰＳＡ用途においてモノマーを重合させるために必要とされる波長域の紫外光の出力を向上させることができる。

請求項２ないし請求項４の発明によれば、放電容器内に封入された放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度および放電空間に印加される電界強度を所定の関係が成立するように最適化したことによって、波長３４２ｎｍのヨウ素分子発光を放射する励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊が放電容器の内部空間に効率良く形成されるため、ＰＳＡ用途においてモノマーを重合させるために必要とされる波長域の紫外光の出力を向上させることができる。

請求項５の発明によれば、放電容器内に封入された放電ガスの全圧が１００ｋＰａ以上とされていることによって、励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊が放電空間に形成され易くなるため、ピーク波長が３４２ｎｍのヨウ素分子発光が効率良く放射されることになって、ＰＳＡ用途においてモノマーを重合させるために必要とされる波長域の紫外光の出力をより高いものとすることができる。

請求項６の発明によれば、ランプに供給される点灯周波数が１〜１２０ｋＨｚであるため、励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊が分解されることなく、また、単位時間当たりの発光回数が極端に短いということがないため、波長３４２ｎｍのヨウ素分子発光が効率良く放射されることになって、ＰＳＡ用途においてモノマーを重合させるために必要とされる波長域の紫外光の出力をより高いものとすることができる。

本発明のランプの構成の概略を示す斜視図である。 図１に示すＡ−Ａ線断面図である。 実験１を行うために使用した実験装置の構成の概略を示す概念図である。 ヨウ素ガスの濃度とヨウ素分子発光強度との関係を示す図である。 換算電界Ｅ／ｐ１とヨウ素分子発光強度との関係を示す図である。 表１に示す臨界換算電界強度Ｅ／ｐ１の数値を希ガスの分圧ｐ１の関数として近似するための近似方法を説明する図である。 拡散放電とフィラメント放電の双方が混在して発生した放電空間の様子を模式的に示す。 フィラメント放電が単独で発生した放電空間の様子を模式的に示す。

図１は、本発明のランプの構成の概略を示す斜視図である。図２は図１に示すＡ−Ａ線断面図である。ランプ１０は、例えば石英ガラスなどの誘電体材料によって図２に示すように断面が方形状となるように構成された放電容器１を備える。放電容器１の内部には、クリプトン、アルゴンの何れか１種類以上の希ガスとヨウ素ガスとを主として含む放電ガスが封入されている。放電容器１は、放電容器の長手方向の両端近傍の内部に封止部材２を配置して放電容器１と封止部材２とを溶着することによって、放電ガスが外部に漏れ出ることのないように気密に封止される。また、放電容器１の上下の壁面３、４のそれぞれの外表面には、メッシュ状の一対の電極５、６が、放電容器１の内部に形成された放電空間Ｓおよび放電容器１を構成する誘電体材料を挟んで対向するように設けられている。電極５、６は、所定のメッシュ状パターンが形成されるように例えば蒸着などによって形成されている。さらに、放電容器１の内部には、例えばＳｉＯ_２を主成分として含む紫外線反射膜７が光出射方向側の壁面３と反対側の壁面４に形成されており、放電空間Ｓ内で発生した紫外線が紫外線反射膜７によって光出射方向に反射されて光出射方向側に位置する壁面３から出射するようになっている。

このような構成のランプは、一対の電極５、６間に例えば１〜１２０ｋＨｚの交流電圧またはパルス電圧を供給することにより、放電空間Ｓに面する内壁面において、放電空間の全体にわたって放電が発生しているような状態の拡散放電と、前記拡散放電に比べて空間的に収縮した帯状の形状を有するフィラメント放電との双方が混在して発生する。

このような放電により、放電容器に封入されたヨウ素Ｉの正イオンＩ^＋および陰イオンＩ⁻は、ヨウ素以外のアルゴン、クリプトンのうちから選択される１種類以上の原子又は分子と次式のようにして反応することによって、励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊を形成する。以下の化学式に示すＭは、ヨウ素、クリプトンおよびアルゴンの原子または分子である。

〔化学式１〕
Ｉ^＋ ＋ Ｉ⁻ ＋ Ｍ → Ｉ_２ ^＊ ＋ Ｍ

励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊は、放電ガスに含まれるヨウ素イオンＩ^＋およびＩ⁻が放電ガスに含まれるヨウ素、クリプトンおよびアルゴンの原子または分子と衝突を繰り返すことによって放電空間に形成され、ピーク波長が３４２ｎｍのヨウ素分子発光を放射する。

励起ヨウ素分子を形成する基となるヨウ素イオンは、準安定励起原子のエネルギーによりヨウ素が電離されるぺニング効果と呼ばれる反応が主な要因となって生成する。このぺニング効果は、クリプトンおよびアルゴンの準安定励起原子のエネルギーがヨウ素原子の電離エネルギーよりもわずかに高いことによって発生する。参考までに、準安定励起原子のエネルギーは、クリプトンが１０．５ｅＶ、アルゴンが１１．５、１１．７ｅＶであり、ヨウ素原子の電離エネルギーは１０．４ｅＶである。したがって、クリプトン、アルゴンから選択される一種類以上の希ガスとヨウ素ガスとを含む放電ガスを放電容器に封入すれば、放電空間においてヨウ素イオンがより多く生成され、多数の励起ヨウ素分子が形成されることになるので、波長３４２ｎｍのヨウ素分子発光の出力が向上するものと期待される。

放電ガスは、クリプトン、アルゴン以外のその他の希ガスを含んでいても良いが、クリプトンやアルゴンといった希ガスの分圧に比してこれら以外の希ガスの分圧が高くなると、上記したぺニング効果を弱めることになるため、その他の希ガスの分圧の割合が高くなり過ぎないように注意することが必要である。例えば、クリプトン、アルゴン以外のその他の希ガスの分圧は、クリプトン、アルゴンの分圧の１０％以下とすることが好ましい。

ここで、励起ヨウ素分子から放射される波長３４２ｎｍのヨウ素分子発光の出力は、本発明者が検討したところ、（１）放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度と、（２）放電空間に印加される電界の強度と、に特に関係することが判明した。（１）のヨウ素の濃度は、ヨウ素ガスの分圧ｐ２を放電ガスの全圧で割ることにより算出される。放電ガスの全圧はクリプトン、アルゴンのうちの一種類以上から選択される希ガスの分圧ｐ１に近似される。なお、（２）の電界の強度は、クリプトン、アルゴンのうちの一種類以上から選択される希ガスの分圧ｐ１と、ヨウ素Ｉの分圧ｐ２とに依存する。以下、波長３４２ｎｍの励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊の発光強度を高めるために必要となる、放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度および放電空間に印加される電界強度の条件を定めるために行った実験について説明する。実験では以下の実施例１〜３に係るランプを使用した。

実施例１のランプは、肉厚２ｍｍの石英ガラスにより、全長２００ｍｍ、幅４２ｍｍ、高さ１４ｍｍ、放電ギャップ１０ｍｍとなるように構成され、全長１３０ｍｍ、幅３２ｍｍの金によって形成される電極を備える。放電容器には、クリプトンガスおよびヨウ素ガスを含む放電ガスを封入した。

実施例２のランプは、肉厚２ｍｍの石英ガラスにより、全長２００ｍｍ、幅４２ｍｍ、高さ１４ｍｍ、放電ギャップ１０ｍｍとなるように構成され、全長１３０ｍｍ、幅３２ｍｍの金によって形成される電極を備える。放電容器には、アルゴンガスおよびヨウ素ガスを含む放電ガスを封入した。

実施例３のランプは、肉厚２ｍｍの石英ガラスにより、全長２００ｍｍ、幅４２ｍｍ、高さ１４ｍｍ、放電ギャップ１０ｍｍとなるように構成され、全長１３０ｍｍ、幅３２ｍｍの金によって形成される電極を備える。放電容器には、クリプトンガスおよびアルゴンガスが１：１の混合比で混合された希ガスの混合ガス並びにヨウ素ガスを含む放電ガスを封入した。

（実験１）
実験１は放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度の最適範囲を調べるために行った。実験１は、各実施例１〜３に係るランプのそれぞれについて放電ガスの全圧を１２０ｋＰａで統一し、ヨウ素ガスの濃度が０．０１〜２％の範囲内で互いに異なる７種類のランプを各実施例１〜３毎に個別に準備した。つまり、実験１は、各実施例１〜３のそれぞれについて７種類ずつ合計２１種類のランプを使用した。

図３は、実験１を行うために使用した実験装置の構成の概略を示す概念図である。２２はアルミニウム製のランプハウス、２３はセラミックス製の支持台、２４は受光部である。受光部２４はファイバーにより不図示の分光器本体に接続されている。ランプ１をランプハウス２２の内部に配置された支持台２３の上に固定すると共に、受光部２４をランプ１の表面から５ｍｍ離した位置にランプ１と対向するように配置し、ランプハウス２２の内部雰囲気を窒素ガスで置換する。実施例１〜３のランプのそれぞれについて、一対の電極５、６に交流電圧（矩形波）を印加することによって放電空間に放電を発生させ、メッシュ状の電極５の隙間から放射される波長３４２ｎｍのヨウ素分子発光の発光強度を測定する。

実験１の結果を図４に示す。図４は、縦軸がヨウ素分子発光強度の規格データを示し、横軸が放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度（％）を示す。同図に示すように、実施例１、２、３の何れについても、ヨウ素濃度を０．０４〜０．９％の範囲としたものは、ヨウ素濃度が当該範囲外のものと比べて励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊の発光強度が格段に高くなった。

（実験２）
実験２は、放電ガスの全圧およびヨウ素ガスの分圧をそれぞれ一定としたときに、ピーク波長が３４２ｎｍのヨウ素分子Ｉ_２ ^＊の発光強度を高めるために必要とされる換算電界強度の下限値（以下、臨界換算電界強度ともいう）を調べた。換算電界強度とは、電界強度Ｅを希ガスの分圧ｐ１で割った数値である。

各実施例１〜３に係るランプは、それぞれ放電ガスの全圧（希ガスの分圧ｐ１およびヨウ素ガスの分圧ｐ２の合計）を１２０ｋＰａ、ヨウ素ガスの分圧ｐ２を０．１４ｋＰａとした。

実施例１〜３に係るランプについて、各々異なる７通りの換算電界強度となるように点灯駆動させ、実験１と同様に波長３４２ｎｍのヨウ素分子発光の発光強度を測定した。つまり、実験２では、各実施例１〜３に係るランプについて各々７通りずつ合計２１通りのヨウ素分子発光強度のデータを測定した。

放電空間に印加される電界強度Ｅは、数式１〜３のようにして算出される。Ｖは印加電圧、Ｃ_ｇａｐは単位長さあたりの放電空間の静電容量、Ｃ_{ｇｌａｓｓ}は単位長さあたりの誘電体の静電容量、ｄ_ｇａｐは放電ギャップ、ｄ_{ｇｌａｓｓ}は誘電体の厚み、ε_ｇａｐは放電空間の誘電率、ε_{ｇｌａｓｓ}は誘電体の誘電率、Ｗは電極幅である。なお、ε_ｇａｐ≒ε_０であり、ε_{ｇｌａｓｓ}≒３．７×ε_０である。ε_０は、真空の誘電率：８．８５×１０^−１２（Ｆ／ｍ）である。

〔数式１〕
Ｅ＝Ｖ／ｄ_ｇａｐ×１／Ｃ_ｇａｐ／（２／Ｃ_{ｇｌａｓｓ}＋１／Ｃ_ｇａｐ）

〔数式２〕
Ｃ_ｇａｐ＝ε_ｇａｐ×Ｗ／ｄ_ｇａｐ

〔数式３〕
Ｃ_{ｇｌａｓｓ}＝ε_{ｇｌａｓｓ}×Ｗ／ｄ_{ｇｌａｓｓ}

実験２の結果を図５に示す。図５は縦軸がヨウ素分子発光の強度の規格データ、横軸が換算電界強度である。換算電界強度は、基本的には電界強度Ｅを放電ガスの圧力（希ガスの分圧ｐ１およびヨウ素ガスの分圧ｐ２の合計）で割って得られるＥ／（ｐ１＋ｐ２）と示されるが、ヨウ素ガスの分圧ｐ２が希ガスの分圧ｐ１に比べて遥かに小さいため、電界強度Ｅを希ガスの分圧ｐ１で割って得られるＥ／ｐ１と近似した。

図５に示す実験結果から以下のことが明らかとなった。実施例１のランプは、点灯駆動時の換算電界強度Ｅ／ｐ１を４０．８以上とすることにより換算電界強度Ｅ／ｐ１を４０．８未満としたときに比べてヨウ素分子発光強度が格段に高くなることが確認された。実施例２のランプは、点灯駆動時の換算電界強度Ｅ／ｐ１を３０．７以上とすることにより、換算電界強度Ｅ／ｐ１を３０．７未満としたときに比べてヨウ素分子発光強度が格段に高くなることが確認された。実施例３のランプは、点灯駆動時の換算電界強度Ｅ／ｐ１を３７．５以上とすることにより換算電界強度Ｅ／ｐ１を３７．５未満としたときに比べてヨウ素分子発光強度が格段に高くなることが確認された。

実験２により、臨界換算電界強度は、希ガスの分圧ｐ１が１２０ｋＰａ、ヨウ素ガスの分圧が０．１４ｋＰａとした場合において、それぞれ、実施例１のランプが４０．８、実施例２のランプが３０．７、実施例３のランプ３７．５であることが確認された。

（実験３）
実験３は、放電ガスに含まれる希ガスの全圧およびヨウ素ガスの分圧を各々変えて、実験２の如くピーク波長が３４２ｎｍの励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊の発光強度を高めるために必要とされる換算電界強度Ｅ／ｐ１の下限値（即ち、臨界換算電界強度）を調べた。

実験３では、希ガスの分圧ｐ１およびヨウ素ガスの分圧ｐ２が互いに異なるランプを各実施例１〜３毎に２０種類ずつ計６０種類使用した。希ガスの分圧ｐ１は４０〜１３３ｋＰａの範囲、ヨウ素ガスの分圧ｐ２は０．０５〜１．０９ｋＰａの範囲とされている。

実験３は、各実施例１〜３に係る合計６０種類のランプのそれぞれについて、実験２の如く換算電界強度Ｅ／ｐ１の値を種々変えて点灯駆動させ、波長３４２ｎｍのヨウ素分子発光の強度を実験１と同様に測定することによって、臨界換算電界強度Ｅ／ｐ１を調べた。実験３の結果を表１に示す。

表１は、各実施例１〜３に係る合計６０種類のランプのそれぞれについて測定した臨界換算電界強度Ｅ／ｐ１の数値をまとめたものである。表２は、表１に示す各実施例１〜３に係るランプの臨界換算電界強度Ｅ／ｐ１を、ヨウ素ガスの分圧ｐ２毎に希ガスの分圧ｐ１の関数として近似した近似式をまとめたものである。

参考までに、表２に示す各近似式の求め方に関し説明を補足する。図６は、表１に示す臨界換算電界強度Ｅ／ｐ１の数値を希ガスの分圧ｐ１の関数として近似するための近似方法を説明する図である。同図において、縦軸は臨界換算電界強度Ｅ／ｐ１、横軸は希ガスの分圧ｐ１である。同図では、便宜のため、表１に示す臨界換算電界強度のうち、ヨウ素の分圧ｐ２が０．１４ｋＰａである縦列のみについて各実施例１〜３に係るランプ毎に個別にプロットした。

図６に示す５つの菱形のプロットは、表１の実施例１の欄における、ヨウ素の分圧ｐ２が０．１４ｋＰａであると共に希ガスの分圧ｐ１がそれぞれ４０ｋＰａ、６７ｋＰａ、９３ｋＰａ、１２０ｋＰａ、１３３ｋＰａである５つの臨界換算電界強度の数値データを表す。図６に示す菱形の各プロットを結んだ曲線は、表２の実施例１の欄の上から２行目に示すように希ガスの分圧ｐ１の関数として近似される。

図６に示す５つの正方形のプロットは、表１の実施例２の欄における、ヨウ素の分圧ｐ２が０．１４ｋＰａであると共に希ガスの分圧ｐ１がそれぞれ４０ｋＰａ、６７ｋＰａ、９３ｋＰａ、１２０ｋＰａ、１３３ｋＰａである５つの臨界換算電界強度の数値データを表す。図６に示す正方形の各プロットを結んだ曲線は、表２の実施例２の欄の上から２行目に示すように希ガスの分圧ｐ１の関数として近似される。

図６に示す５つの三角形のプロットは、表１の実施例３の欄における、ヨウ素の分圧ｐ２が０．１４ｋＰａであると共に希ガスの分圧ｐ１がそれぞれ４０ｋＰａ、６７ｋＰａ、９３ｋＰａ、１２０ｋＰａ、１３３ｋＰａである５つの臨界換算電界強度の数値データを表す。図６に示す三角形の各プロットを結んだ曲線は、表２の実施例３の欄の上から２行目に示すように希ガスの分圧ｐ１の関数として近似される。

図６に示すように、各実施例１〜３に係るランプの臨界換算電界強度Ｅ／ｐ１と希ガス分圧ｐ１との関係を示す曲線グラフは、同図の紙面において、下方側から実施例２、実施例３、実施例１の順に並んで配置される。実施例３の曲線グラフは実施例１の曲線グラフと実施例２の曲線グラフの概ね中間に位置している。

表２に示すその他の近似式は、上記のようにして、ヨウ素の分圧０．０５ｋＰａ、０．１４ｋＰａ、０．５７ｋＰａ、１．０９ｋＰａのそれぞれについて、各実施例１〜３に係るランプ毎に近似を行うことにより得られた希ガスの分圧ｐ１の関数である。

さらに、表２に示す各実施例１〜３に係るランプの臨界換算電界強度Ｅ／ｐ１の近似式は、希ガスの分圧ｐ１およびヨウ素ガスの分圧ｐ２の関数として、以下のように近似することができる。

＜実施例１＞
〔数式４〕
Ｅ／ｐ１＝（６．６×ｐ２＋１２４）×ｅｘｐ（−０．００９３×ｐ１）

＜実施例２＞
〔数式５〕
Ｅ／ｐ１＝（２３６×ｐ２＋１５９８）×ｐ１^{−０．８３}

＜実施例３＞
〔数式６〕
Ｅ／ｐ１＝（１３３７×ｐ２^{０．０１７７}）×ｐ１^{−０．７４}

数式４〜６に示す臨界換算電界強度Ｅ／ｐ１は、前述したとおり、励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊の発光強度を高めるために必要とされる下限値である。したがって、各実施例１〜３に係るランプは、以下の関係式が成立するように、臨界換算電界強度Ｅ／ｐ１、放電ガスに含まれる希ガスの分圧ｐ１およびヨウ素ガスの分圧ｐ２をそれぞれ適宜設定することにより、励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊から放射される波長３４２ｎｍの発光強度を格段に高いものとすることができる。

＜実施例１＞
〔数式７〕
Ｅ／ｐ１≧（６．６×ｐ２＋１２４）×ｅｘｐ（−０．００９３×ｐ１）

＜実施例２＞
〔数式８〕
Ｅ／ｐ１≧（２３６×ｐ２＋１５９８）×ｐ１^{−０．８３}

＜実施例３＞
〔数式９〕
Ｅ／ｐ１≧（１３３７×ｐ２^{０．０１７７}）×ｐ１^{−０．７４}

このように、本発明の各実施例１〜３に係るランプは、（１）放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度が最適な範囲とされていると共に、（２）換算電界強度Ｅ／ｐ１が臨界換算電界強度以上となる条件で点灯駆動されるため、ヨウ素発光分子Ｉ_２ ^＊から放射されるピーク波長が３４２ｎｍの紫外光の放射強度を従来のランプよりも格段に高めることができる。この理由は、定かでないが例えば次のように考えられる。

ヨウ素ガスの濃度が０．０４〜０．９％の範囲内であると共に換算電界強度Ｅ／ｐ１が数式７〜９に示す関係を満たす各実施例１〜３に係るランプにおいては、放電空間の全体にわたって放電が発生しているような状態の拡散放電と拡散放電に比べて空間的に収縮した帯状の形状を有するフィラメント放電との双方が放電空間において混在して発生することが実験３によって確認された。図７は、拡散放電とフィラメント放電の双方が混在して発生した放電空間の様子を模式的に示す。同図のＫが拡散放電、Ｆがフィラメント放電である。フィラメント放電が発生すると、空間的に収縮した形状であるために拡散放電に比べて電流密度が高いことから、多数のヨウ素イオンＩ^＋、Ｉ⁻が放電空間に存在するものと考えられる。そのため、放電空間において励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊が形成され易くなるため、励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊から放射されるピーク波長が３４２ｎｍのヨウ素分子発光の放射強度が高くなるものと考えられる。

これに対し、ヨウ素ガスの濃度が０．０４〜０．９％の範囲外であると共に換算電界強度Ｅ／ｐ１が数式７〜９の関係を満たさない各実施例１〜３に係るランプにおいては、フィラメント放電のみが放電空間に発生することが実験３によって確認された。図８はフィラメント放電が単独で発生した放電空間の様子を模式的に示す。同図のＦがフィラメント放電である。このようなランプにおいては、放電空間において放電が局所的にしか形成されないために、励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊から放射されるピーク波長が３４２ｎｍのヨウ素分子発光の放射強度が低下するものと考えられる。

ピーク波長が３４２ｎｍのヨウ素分子発光は、前述したように、ヨウ素イオンＩ^＋およびＩ⁻がクリプトン、アルゴンといった希ガスに衝突することによって形成される励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊から放射される。つまり、励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊は、放電ガスに含まれる希ガスの原子又は分子を多くすることにより形成され易くなる。したがって、放電ガスの全圧（希ガスの分圧ｐ１＋ヨウ素ガスの分圧ｐ２との合計）を高くすることによって、ヨウ素イオンＩ^＋およびＩ⁻に衝突する希ガスの原子又は分子が増えて励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊が形成され易くなるため、ピーク波長が３４２ｎｍのヨウ素分子発光の強度を高めることができる。本発明の各実施例１〜３に係るランプは、放電ガスの全圧（ｐ１＋ｐ２）を１００ｋＰａ以上とすることが好ましい。

なお、本発明の各実施例１〜３に係るランプは、放電ガスの温度が高すぎると、ピーク波長３４２ｎｍのヨウ素分子発光を放射する励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊が分解して元のヨウ素イオンＩ^＋若しくはＩ⁻に戻ってしまうといった特性を有するため、放電ガスの温度を最適に維持することが好ましい。各実施例１〜３に係るランプは、放電ガスの温度を最適に維持するため、１〜１２０ｋＨｚの交流電圧またはパルス電圧を供給することによって点灯駆動することが好ましい。ランプに供給する交流電圧またはパルス電圧の周波数が１２０ｋＨｚを超える場合は、放電ガスの温度が高くなりすぎて励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊が分解し易くなるので、ピーク波長３４２ｎｍのヨウ素分子発光の強度が低下する、といった弊害がある。また、交流電圧またはパルス電圧の周波数が１ｋＨｚを下回る場合は、単位時間当たりの発光回数が少なくなるので、ピーク波長３４２ｎｍのヨウ素分子発光の強度が低下する、といった弊害がある。

１０ ランプ
１ 放電容器
２ 封止部材
３、４ 壁面
５、６ 電極
７ 紫外線反射膜

Claims (6)

1. クリプトンガス、アルゴンガスから選択される１種類以上の希ガスとヨウ素ガスとを含む放電ガスが封入された放電容器と、前記放電容器の内部に形成された放電空間を挟んで対向するように配置された一対の電極とを備え、励起ヨウ素分子を形成することによって波長３４２ｎｍの紫外光を放射するランプであって、
   前記放電空間には、前記放電空間の全体にわたって放電が発生しているような状態の拡散放電と、前記拡散放電に比べて空間的に収縮した帯状の形状を有するフィラメント放電との双方が混在して発生することを特徴とするランプ。
2. クリプトンガスとヨウ素ガスとを含む放電ガスが封入された放電容器と、前記放電容器の内部に形成された放電空間を挟んで対向するように配置された一対の電極とを備え、励起ヨウ素分子を形成することによって波長３４２ｎｍの紫外光を放射するランプであって、
   前記放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度が０．０４〜０．９％であると共に、前記放電空間に印加される電界強度をＥ（ｋＶ／ｃｍ）、前記希ガスの分圧をｐ１（ｋＰａ）、前記ヨウ素ガスの分圧をｐ２（ｋＰａ）としたとき、次式の関係が成立することを特徴とするランプ。
   Ｅ／ｐ１≧（６．６×ｐ２＋１２４）×ｅｘｐ（−０．００９３×ｐ１）
3. アルゴンガスとヨウ素ガスとを含む放電ガスが封入された放電容器と、前記放電容器の内部に形成された放電空間を挟んで対向するように配置された一対の電極とを備え、励起ヨウ素分子を形成することによって波長３４２ｎｍの紫外光を放射するランプであって、
   前記放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度が０．０４〜０．９％であると共に、前記放電空間に印加される電界強度をＥ（ｋＶ／ｃｍ）、前記希ガスの分圧をｐ１（ｋＰａ）、前記ヨウ素ガスの分圧をｐ２（ｋＰａ）としたとき、次式の関係が成立することを特徴とするランプ。
   Ｅ／ｐ１≧（２３６×ｐ２＋１５９８）×ｐ１^{−０．８３}
4. クリプトンガスおよびアルゴンガスを混合した混合ガス並びにヨウ素ガスを含む放電ガスが封入された放電容器と、前記放電容器の内部に形成された放電空間を挟んで対向するように配置された一対の電極とを備え、励起ヨウ素分子を形成することによって波長３４２ｎｍの紫外光を放射するランプであって、
   前記放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度が０．０４〜０．９％であると共に、前記放電空間に印加される電界強度をＥ（ｋＶ／ｃｍ）、前記希ガスの分圧をｐ１（ｋＰａ）、前記ヨウ素ガスの分圧をｐ２（ｋＰａ）としたとき、次式の関係が成立することを特徴とするランプ。
   Ｅ／ｐ１≧（１３３７×ｐ２^{０．０１７７}）×ｐ１^{−０．７４}
5. 前記放電ガスの全圧が１００ｋＰａ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４記載のランプ。
6. 前記ランプに供給される点灯周波数が１〜１２０ｋＨｚであることを特徴とする請求項１ないし請求項４記載のランプ。

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