JP4371642B2 - 放電ランプの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電ランプの製造方法に関する。放電ランプは、通常、ガス状の放電媒体を収納する放電容器を備えている。それ故、放電ランプの製造方法は、必然的にこの放電容器に封入ガスを封入しこの放電容器を閉塞する工程を含む。
【０００２】
この明細書において、放電ランプは閉塞後少なくとも殆ど完成されているということを前提としており、それ故その製造方法は放電容器の閉塞でもって少なくともほぼ完了したものとみなされる。しかしながら、このことは、実質的に完成した放電ランプが放電容器の閉塞後になお例えば電極を備え、反射膜を被着し、取付け装置に接続され或いは他の方法でさらに加工されることを除外するものでないことは当然である。しかしながら、請求項の意味での製造方法は放電容器の閉塞でもって実現されたものとして見なすこととする。
【０００３】
【従来の技術】
通常、放電ランプの放電容器は排気管或いは他の接続部を備え、これらを介して放電容器が排気され、封入ガスを封入される。これらの接続部は通常溶着によって閉塞され、しかる後突き出ている部分が破断或いは切断される。
【０００４】
本発明は、特に、誘電体バリア放電用に設計されている放電ランプ、なかんずくいわゆる平面放射器を指向している。平面放射器において放電容器は平面であり、その厚さに比して比較的大形に形成され、ほぼ面平行な２つの板を備えている。これらの板は当然に言葉の厳格な意味での平面である必要はなく、むしろ構造化され得る。平面放射器は特にディスプレイやモニタのバックライトとして重要である。
【０００５】
この技術的範囲において、放電容器をいわゆる真空炉内で排気し封入する製造方法は公知である。真空炉は真空化可能かつ加熱可能なチャンバである。排気によって、従来の排気管による方法の場合のように、望ましくないガス及び吸着質を除去して、出来上がった放電ランプの封入ガスをできるだけ純粋に保持する。
【０００６】
排気管および同様な手段は放電ランプの配置構成に対して制約を伴う。真空炉における方法は真空炉が技術的に高度であるのでコストもかかり、その他に比較的時間もかかる。
【０００７】
なお、平面放射器の放電容器の構造上の詳細については本件出願人の以下に挙げる特許文献１及び特許文献２を参照されたい。
【０００８】
【特許文献１】
国際公開第０２／２７７６１号パンフレット
【特許文献２】
国際公開第０２／２７７５９号パンフレット
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、放電容器の封入及び閉塞の工程の点で改善された放電ランプの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、放電ランプの放電容器が封入ガスを封入され、その後閉塞される放電ランプの製造方法において、
放電ランプが、２つのほぼ面平行な板を有する放電容器を備えた平面放射器であり、
まだ開放している放電容器をチャンバ内に導入し、チャンバ内には放電容器を導入する際にもまたその導入の後に続く工程の際にもほぼ標準圧力が支配し、
放電容器への封入ガスの封入を、封入ガスを含みほぼ標準圧力が支配しているチャンバ内で行い、
チャンバは、放電容器の両板間の接着材が軟化して両板間の気密な接着結合が作られるまで、電気加熱装置によって加熱され、
チャンバの真空化（排気）が行われないことによって解決される。
【００１１】
本発明は、適当に構成されたチャンバ内で行われる封入及び閉塞工程が排気管或いは同様な装置による方法に較べて優れているという認識に基づいている。この方法は特にかなり大きな個数の放電容器を同時に加工することを可能にする。その他に、排気管を通しての排気及び封入工程に及び排気管の閉塞のための最適な放電容器構造に対する周辺条件もない。その代わりに放電容器の構成が殆ど自由であり、ただ閉塞のために互いに接続される放電容器部分の取扱い或いはさもなければ閉塞のために必要な工程に配慮せねばならない。
【００１２】
他方、本発明は、真空炉がその装置コストに関しても、また加工時間に対しても無用な費用を要するということもその出発点としている。
【００１３】
本発明においては、放電容器に対する封入ガスが標準圧力、即ちほぼ大気圧で存在しているチャンバが使用される。このチャンバはそれ故真空化可能である必要はない。その代わりに、望ましくない残留ガスがチャンバを洗浄することによって或いは閘門等を通しての放電容器の導入によって除去される。炉の高真空密封、負圧に対して必要な厚い従って熱慣性の大きいチャンバ壁及び真空化工程を省略することによって、この製造方法は著しく低廉化され、短縮される。チャンバ壁は大きな面部分で、従って好ましくは最高でも８ｍｍ、なおよくは最高５ｍｍ、そして最適には最高２ｍｍの厚さである。その場合当然プロファイル構造が発生する。
【００１４】
特に、チャンバは加熱可能、即ち一般的な意味で炉として構成される。この加熱により吸着質及び放電容器の特定成分に含まれている不純物が追い出され、その上、以下になお詳しく説明するような他のプロセス工程を開始できる。特にこの加熱は放電容器の閉塞のために必要である。チャンバは好ましくは完全に加熱可能である。
【００１５】
チャンバは開放されていてもよい、即ち完全に密封される必要はない。チャンバは例えば常にガス流が通過するようにし、不純物がチャンバの残っている開口から侵入するのを抑制しもしくはチャンバ内の封入ガスに対するこのような不純物の割合を充分に小さくすることができる。
【００１６】
しかしながら、本発明は、チャンバが閉鎖可能或いは放電容器の封入工程及び閉塞の際に閉鎖される場合にも実現されることを明瞭に表明しておきたい。
【００１７】
本発明の１つの良好な構成例において放電容器はチャンバを通して搬送装置で通過搬送され、その際放電容器はチャンバ内で当然に停止することができる。真空炉において真空室は被加工物の取外し及び再装填のために規則的に面倒な方法で開放されねばならず、その際、通常は、既に封入され閉塞された放電容器のための、真空炉内に配置されているホルダーが、まだ閉塞されていない放電容器を備えたホルダーと交換される。本発明においてはチャンバの真空化をしないことによって、即ち高真空密封手段を省略することによって、チャンバを通して放電容器を簡単に、場合によっては連続的に或いは準連続的に搬送することが可能になる。
【００１８】
特に、チャンバは、１つの統一的な搬送装置によっても運転できる、部分的に或いは全体的に自動化された生産ラインに組み込むことができる。
【００１９】
なお、以下になお詳しく説明する、封入及び閉塞の前の工程は、それぞれ特定の工程に構造的及び／又はガス雰囲気及び温度に関して整合している多数のチャンバで行うことができる。
【００２０】
有機不純物、例えばいわゆるガラスろう或いは蛍光体及び反射層における結合材を排除するために、放電容器は封入前に酸素を含む雰囲気、例えば空気中で加熱するのがよい。その場合、この雰囲気は追い出された不純物を搬送するために連続的な流れとされる。
【００２１】
さらに、放電容器は封入前に及び必要に応じて酸素を含む雰囲気での加熱後に不活性ガスで洗浄される。その他に、混合ガスが封入の際に本来の放電ガス、即ち放電時の光放出を技術的に利用されるガス（これは放電混合ガスでもある）の他に、その他のガス、特に希ガスを含むことができる。好ましくは、放電ガスはキセノンである。添加される希ガスは例えばネオン及び／又はヘリウムとすることができる。特に放電ガスの他に、放電ガスに関してペニング効果を示し、即ち固有の励起を介して放電ガスのイオン化を促進する他のガスが存在することができる。このガスは、放電ガスがキセノンの場合にネオンである。さらに、放電ガスの、場合によってはペニングガスの所定の求められる分圧において望ましい全圧を得るための緩衝ガスを添加することができる。その場合、分圧及び全圧は封入の際に、それらが放電ランプの期待される点灯温度において求める値に達するように常に調整されねばならない。放電ガスであるキセノンについて特に（室温に関する）分圧は８０〜３５０ミリバール、好ましくは９０〜２１０ミリバール、特に好適には１００〜１６０ミリバールに選ばれる。
【００２２】
さらに、希ガスを含む封入ガスが封入のために使用されるチャンバには、コスト的に高価な希ガスの少なくとも一部を再び使用できるようにするために、希ガスの凍結分離及び／又は捕捉装置を接続することが行われる。希ガス凍結分離装置を余り大きく設計する必要がないようにし、或いはこのような凍結分離装置の故障の際に希ガスの消費を制限するために、希ガスの流れは放電容器の閉塞後直ちに停止されるのがよい。その場合、コスト的に有利な他のガス雰囲気或いはガス流に切り替えることもできる。このガスとしては好ましくは空気である。
【００２３】
全体として、熱応力を最小にするために、そしてできるだけ均一な温度分布と正確な温度調節のために、チャンバ内に流入するガスはほぼこの時点で存在する放電容器温度を持つようにされる。このことは、温度偏差が、実際の放電容器温度に応じて、できるだけ＋／−１００Ｋ、好ましくは＋／−５０Ｋより大きくないようにすることを意味する。
【００２４】
複数の特殊なチャンバを通過させる搬送装置を備えた本発明の前述の実施例の他に、放電容器を加熱、洗浄、封入及び閉塞するための必要な工程を同一のチャンバで行う特に単純な構成も可能である。この構成は必ずしも搬送装置を必要としない。それ故、この構成は、おそらく連続的に運転されるのではなく、むしろ一つ一つ装填され取出される。
【００２５】
このようなチャンバでは、真空炉の場合のように、チャンバ部分を互いに分離して、チャンバ内部に装填及びそれから取出すことが必要である。特に、その場合、チャンバを閉鎖した際互いに接するチャンバ部分の範囲に真空通路を備え、これを通してこの接触面がチャンバの開放及び閉鎖の際に吸引される。この吸引は、第一には、チャンバ内部から不純物を遠ざけ（真空掃除機とほぼ同じ）、第二には、これによりチャンバ部分を他の部分に押付け、第三には、これにより効果的な封止機能が得られる。この真空通路は、即ち、外部から侵入する不純物を、それがチャンバ内部に達する前に抜き取る。他方、チャンバ内部に存在するガスの対向流を発生させ、さらに不純物の侵入を阻止する。真空通路はこのために同様に希ガス捕捉装置或いはその凍結分離装置に接続することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下において、２つの実施例で本発明を詳しく説明する。
誘電体バリア放電用として設計され、放電容器が蓋板と底板とからなる平面放射器が、図１に第一の実施例として模式的に示された製造設備において以下のように製造される。図１はその製造設備を概略断面で示し、紙面の水平線はベルト搬送装置１における平面放射器の放電容器の搬送方向に一致している。ベルト搬送装置１は、それぞれ異なる任務のために設けられている、３つの直後に続く互いに分離されたチャンバ２，３，４を通過する。
【００２７】
搬送装置１上には、平面放射器の例えば５つの搬送中の放電容器が示され、その中の右側の４つはまだ閉塞されていない状態にある。図１は、これらの平面放射器の各々上側にあり枠体を含む蓋板が下側にある底板からやや持ち上がっていることを示している。これは、公知の図示されていない方法で、これらの両板間の充分な間隔を作るＳＦ６ガラス片を介挿することによって行われる。左側の放電容器は、図で説明されるプロセスが既に完全に終わって、閉塞されている。搬送装置は右から左に向かって搬送している。
【００２８】
平面放射器の放電容器の構造上の詳細については本件出願人の上記特許文献１及び特許文献２を参照されたい。この関連に対してただ重要なことは、右側４つのランプの放電容器がそれぞれ開放しており、左側の放電容器は閉塞されていることである。
【００２９】
図１に示されるように、放電容器５は先ず第一のチャンバ２内に搬送される。このチャンバ２は、放電容器５がチャンバ２内に進入し、これから退出できる程度に開放されている。なおこのために閉塞装置は操作される必要はない。もちろん、閉塞装置を設けることもできる。いずれにしても、チャンバ２内では標準の大気圧が支配している。
【００３０】
チャンバ２には図において上部に示されている入口通路８から電気加熱装置６により予熱された乾燥空気が流入する。同時にチャンバ２は内部空間のための電気加熱装置７を備えているので、放電容器５はチャンバ２において乾燥高温空気で洗流され、加熱される。空気は酸素を含むので、このプロセスにより放電容器内部の最初の洗浄の他に放電容器における特に結合剤も追い出される。使用された空気は図において下の方に示された出口開口９から流出する。
【００３１】
このプロセスの後、放電容器５は次の第二のチャンバ３内に進む。このチャンバ３は、構造的にほぼ第一のチャンバ２と一致するが、しかしながらこの例では搬送方向にやや短く設計されている。このチャンバ３において放電容器、特に放電容器の内部は不活性ガス、ここではネオン（Ｎｅ）で洗流される。このネオンは、原理的に前述の構成に相当し電気加熱装置１１を備えた入口開口１０を通して導入され、出口開口１２を通して導出される。チャンバ３自体は加熱装置１８により加熱可能である。このチャンバ３は入口側チャンバ２と汚染に対して鋭敏なチャンバ４の間の閘門機能を持っている。
【００３２】
放電容器５は次に搬送装置１によってさらに第三のチャンバ４内に搬送される。このチャンバ４も入口開口１３及び出口開口１４を備え、その他においても前述のチャンバにほぼ一致している。入口開口１３は電気加熱装置１５を備え、さらにチャンバ４は内部室用の電気加熱装置１６を備えている。
【００３３】
このチャンバ４において放電容器は先ず例えば５１，２体積％のＨｅ、１２，８体積％のＮｅ及び３６体積％のＸｅの混合ガスで洗われ、標準圧力で封入される。この混合ガスは電気加熱装置１５によって予熱され、さらに放電容器５の温度は内部加熱装置１６によって最終的に５３０℃になるまで上昇する。この温度で上部の蓋板を高く保持しているＳＦ６部分が軟化して、この部分が沈む。同時に蓋板に設けられている枠体を底板で閉塞するためのガラスろう（メーカーＤＭＣ²社の型番５０１０１８）が軟化するので、これにより両板間の気密な接着結合が作られる。これにより封入ガスは両板間で放電容器５内に閉じ込められ、しかる後放電容器５はチャンバ４から送り出され、必要に応じてさらに加工される。
【００３４】
他の閉塞温度、例えば４７０℃が使用されるときは、放電ランプの点灯温度（約５０℃）における同一のキセノン分圧を得るために、他の比率、例えば５３，４％のＨｅ、１３，３％のＮｅ及び３３，３％のＸｅの混合ガスが使用されねばならない。
【００３５】
チャンバ４の出口開口１４は希ガス凍結分離装置１７に連通し、そこでこのチャンバにおいて混合ガスとして使用された希ガスが再び回収される。運転終了の際にこのチャンバ４内では乾燥した空気に切替えられる。不連続のロット生産の場合にはこの切り替えはそれぞれの閉塞後その都度行われる。
【００３６】
全体として、放電容器はチャンバ２からチャンバ４まで含めて高温に保持され、その温度はチャンバ４において初めて両板が互いに結合される高温に上げられる。その都度のガス雰囲気は電気加熱により、ほぼ、即ち約２０Ｋまで正確に、放電容器５のそれぞれの温度に適合した温度にされて、温度分布を均等にかつ放電容器５を熱応力なしに保持する。なおチャンバ４には放電容器５をゆっくりかつ均等に冷却するためにさらに別のチャンバを接続することができるが、ここでは図示されていない。
【００３７】
全てのチャンバ２，３，４は標準圧力で動作し、周囲に対して本来の意味では密封されていない。その場合、チャンバ３における閘門機能により吸引される。もちろん、その都度使用されたガス雰囲気が開口を通して放電容器５のために過度に大きな損失を生じるのを回避することに努力される。これは特にチャンバ４について言える。必要に応じて開口の蓋或いはその他の閉鎖装置を設け、これを放電容器５の通過の度に開放し、その後再び閉鎖することもできる。
【００３８】
図２は、図１で説明されたプロセスをただ１つのチャンバ１９において行う設備の原理図を示す。このチャンバ１９には適当なガス及び混合ガスが図１と同様に供給され、排出されるもので、チャンバ１９及びガス供給に対する加熱装置も設けられている。プロセス工程はこの場合もちろん同一のチャンバ１９内で順次行われ、このチャンバ１９は各プロセス工程間で適当に洗われ、ガス交換を行う。
【００３９】
従って、チャンバ１９は搬送装置を備える必要はなく、むしろその都度１つずつ装填され、取出される。このために上部のチャンバカバー２０は下部のチャンバ部分２１から持ち上げられる。なお、このチャンバカバー２０と下部のチャンバ部分２１は図２において単に模式的にかつ部分的にしか示されていない。チャンバ１９の配置構成は個々には加工される放電容器の配置構成及び装填量に整合される。
【００４０】
この第二の実施例において重要なのは、図２において、上部のチャンバカバー２０と下部のチャンバ部分２１との間の接触面２３に負荷される真空通路２２である。これによりカバー２０は下部のチャンバ部分２１に押し付けられる。
【００４１】
さらに、真空通路２２は、チャンバ内部（図２の右側）から接触面２３に沿って真空通路２２まで残流を発生させ、これによりチャンバ内部への不純物（ガス状或いは他の状態）の侵入を妨げることにより、真空掃除機とほぼ同じ清浄機能を持っている。外部から接触面に沿って侵入する不純物は、その他に、真空通路２２で捕捉され、排出される。
【００４２】
さらに、真空通路は特に最初の開放の際に及びチャンバ１９の閉鎖の最終工程で接触面２３及びその周囲から微粒子を除去する作用を持っている。従って、この真空通路２２は閉鎖装置、密封装置及び不純物阻止の機能を併せ持ったものである。
【００４３】
チャンバ１９としては、図１のチャンバ２，３，４と同様に、薄い壁厚を使用することができる。チャンバは負圧によって負荷されないからである。特に、チャンバ１９の大面積部分が１，５ｍｍの大きさの壁厚にされると好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による放電ランプの製造設備の第一の実施例を示す概略図
【図２】本発明による放電ランプの製造設備の第二の実施例の原理図
【符号の説明】
１ 搬送装置
２，３，４ チャンバ
５ 放電容器
６，７ 電気加熱装置
８ 入口通路
９ 出口開口
１０ 入口開口
１１ 電気加熱装置
１２ 出口開口
１３ 入口開口
１４ 出口開口
１５，１６ 電気加熱装置
１７ 凍結分離装置
１８ 電気加熱装置
１９ チャンバ
２０ 上部のチャンバカバー
２１ 下部のチャンバ部分
２２ 真空通路
２３ 接触面

Claims (13)

1. 放電ランプの放電容器（５）が封入ガスを封入され、その後閉塞される放電ランプの製造方法において、
   放電ランプが、２つのほぼ面平行な板を有する放電容器（５）を備えた平面放射器であり、
   まだ開放している放電容器（５）をチャンバ（４，１９）内に導入し、チャンバ（４，１９）内には放電容器（５）を導入する際にもまたその導入の後に続く工程の際にもほぼ標準圧力が支配し、
   放電容器（５）への封入ガスの封入を、封入ガスを含みほぼ標準圧力が支配しているチャンバ（４，１９）内で行い、
   チャンバ（４，１９）は、放電容器（５）の両板間の接着材が軟化して両板間の気密な接着結合が作られるまで、電気加熱装置（１６）によって加熱され、
   チャンバ（４，１９）の真空化が行われないことを特徴とする放電ランプの製造方法。
2. チャンバ（４）内を放電容器（５）が搬送装置（１）上の載せられて通過することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 放電容器（５）がそれぞれ１つの製造工程に個々に整合した複数のチャンバ（２，３，４）を通過することを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 放電容器（５）が封入前に酸素を含む雰囲気内で加熱されることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
5. 放電容器（５）が酸素を含む雰囲気で加熱され、その加熱後に不活性ガスで洗流され、その洗流後に放電容器（５）が封入ガスを封入されることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
6. 放電容器（５）が発光のための放電ガスの他に内圧を高めるための緩衝ガスを含む封入ガスを封入されることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
7. 放電容器（５）が発光のための放電ガスの他に放電ガスに関してペニング効果を持つ希ガスを含む封入ガスを封入されることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
8. 発光のための放電ガスがキセノンであり、放電容器（５）が室温において８０〜３５０ミリバールの範囲のキセノン分圧を含むような分圧でキセノンを封入されることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
9. 発光のための放電ガスを含みチャンバ（４）内に供給される封入ガス及びその封入ガスの供給後にチャンバ（４）内に供給されるガスが、その際存在する放電容器温度にほぼ一致する温度で流入することを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
10. チャンバ（４，１９）の少なくとも大部分が８ｍｍ或いはそれ以下の壁厚を持っていることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
11. 放電容器（５）が同一のチャンバ（１９）内で加熱、洗浄、封入及び閉塞されることを特徴とする請求項１，２，５乃至１０の１つに記載の方法。
12. チャンバ（１９）がチャンバ部分（２１）とこのチャンバ部分（２１）の上に載せられるチャンバカバー（２０）とから構成され、チャンバカバー（２０）とチャンバ部分（２１）との間の接触面（２３）の領域におけるチャンバ部分（２１）に真空通路（２２）が形成されており、チャンバ（１９）内に放電容器（５）が導入され、真空通路（２２）によりチャンバカバー（２０）がチャンバ部分（２１）に押し付けられることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 放電ランプが誘電体バリア放電用に設計されていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の方法。

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