JP4900011B2 - 放電ランプ - Google Patents
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Description
また、前記シリカ粒子の粒径は、前記シリカ粒子以外の前記紫外線散乱粒子の粒径より小さいことを特徴とする。
また、前記放電容器の表面に前記シリカ粒子の粒径より大きく、前記シリカ粒子以外の前記紫外線散乱粒子の粒径より小さい幅の溝が形成されていることを特徴とする。
また、前記紫外線散乱反射膜の表面に、シリカ粒子より反射率が高い紫外線散乱粒子よりなる反射膜表面層が形成されていることを特徴とする。
また、前記紫外線散乱反射膜は放電空間に曝される放電容器の表面に設けられていることを特徴とする。
放電ランプ1は、全体が管状の放電容器2から構成されており、放電用ガスが充填された直管部21と、その両端に直管部21を気密する封止部22が形成される。放電容器2は、真空紫外光を良好に透過する誘電体材料として、合成シリカガラスから構成される。
放電容器2の内部には、内側電極3が放電容器2の略中心を伸びるように配置され、放電容器2の外面には外側電極4が密着するように配置される。内側電極3は、例えばタングステンの線材から構成され、コイル状に形成されたコイル部と、このコイル部の両端に繋がる直線部とを有する。内側電極3は、封止部22において、それぞれ金属箔5に接合されて、さらに金属箔5には外部リード6が接合されている。
直管部21の内部に形成される放電空間には、誘電体材料を介在する放電によってエキシマ分子を形成するとともに、このエキシマ分子から真空紫外光を放射する放電用ガスとして、例えばキセノンガスや、アルゴンと塩素とを混合したガスなどが封入される。内側電極3および外側電極4に点灯電力が供給され、誘電体材料である放電容器2および内側管7を介在させて両電極間に放電が生成され、放電用ガスにエキシマ発光が生じる。放電用ガスとしてキセノンガスを用いた場合には、波長172nmにピークを有する真空紫外線が放出され、放電用ガスとしてアルゴンと塩素とを混合したガスを用いた場合には、波長175nmにピークを有する真空紫外線が放出される。
すなわち、先ず、シリカ粒子を含む紫外線散乱粒子を、例えばアクリル系樹脂などの可塑剤および分散剤などを溶剤に混合してペースト状にする。表面に離型処理が施されたフィルム状のポリエチレンテレフタレート(PET)などの有機フィルム構造体の表面に、ペーストを一定の厚みで流延し、溶剤を乾燥させてフィルム状成形体としたグリーンシートが形成される。次に、このグリーンシートを有機フィルム構造体から剥がし、放電容器2の表面に接着した後、焼成させることで紫外線散乱反射膜8が形成される。
また、ディッピングと呼ばれる方法を用いても紫外線散乱反射膜8を形成することができる。この場合、溶剤にシリカ粒子を含む紫外線散乱粒子を混ぜて溶液を形成し、その溶液が放電容器2の内部を満たすように吸い上げて、溶液を戻すことにより、放電容器2の表面に付着させる。その後、乾燥、焼成することで紫外線散乱反射膜8が形成される。
また、ゾルゲル法と呼ばれる方法を用いても紫外線散乱反射膜8を形成することができる。この場合、ナノオーダサイズのシリカ粒子を含有したゾルゲル液に酸化アルミニウムを投入し、懸濁液を形成し、その溶液を放電容器2の内面に流して紫外線反射膜8を形成される。
放電容器2の放電空間に金属を入れられないため、紫外線散乱反射膜8は、不純ガスを排出せず、放電に耐えられるセラミックより形成される。紫外線散乱反射膜8は、シリカ粒子81を含む紫外線散乱粒子80により構成される。一般に、線膨張係数の値が等しいまたは近似するものは、接着しやすいという性質がある。シリカ粒子81は、放電容器2と線膨張係数の値が等しく、放電容器2との接着力を高めるために、放電容器2と同質のシリカ粒子から構成される。また、シリカ粒子以外の紫外線散乱粒子82は、シリカ粒子より紫外線の反射率が高いセラミック材料から構成され、例えば、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化バリウム、フッ化ランタン、フッ化セリウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウムのいずれか一種以上の粒子から構成される。紫外線散乱反射膜8は、シリカ粒子81が紫外線散乱粒子82のうち30重量%以上含有していることが好ましい。
セラミック性の紫外線散乱粒子80が並んでいる紫外線散乱反射膜8が表面に形成された放電容器2に、例えば波長172nmの真空紫外光が照射されると、真空紫外光は屈折し、一部は反射し、また一部は微小粒子の内部に透過される。微小粒子の内部を透過する光は、一部吸収されるが多くは透過し、再び微小粒子の内部から出射するときに屈折する。このような屈折を繰り返すことにより、真空紫外光は入射した方向とは逆方向に散乱され、これが反射光となる。
また、接着部分83でのシリカ粒子81の析出は、粒子が自然に移動することによって得られる効果のため、1点のみならず複数の位置で接着部分83を観察して確かめることが好ましい。図3は、放電容器2の内表面に紫外線散乱反射膜8が設けられた状態を示す斜視図である。紫外線散乱反射膜8が設けられた領域の長辺面に沿って、図3では放電容器2の軸方向に沿って、測定ライン85を設定する。測定ライン85上において等間隔に10点、好ましくは20点以上について拡大投影像を写して接着部分83を観察する。観察した全ての拡大投影像のうち90%以上の拡大投影像において接着部分83にシリカのみが存在すれば、「接着部分において、主にシリカ粒子が存在する」とみなす。
この構成を以下に示す
(放電容器)材質:シリカガラス
(紫外線散乱反射膜)反射率:約75%
(シリカ粒子)材質:シリカ、粒径:0.1μm〜0.5μm、中心径:0.3μm、含有比:60重量%
(シリカ粒子以外の紫外線散乱粒子)材質:酸化アルミニウム、粒径:0.5μm〜5.0μm、中心径:3μm、含有比:40重量%
放電容器2の表面に沿って、シリカ粒子81の半径の長さ0.15μmだけ離間した範囲となる接着部分83において、シリカ粒子81のみが存在した。
紫外線散乱反射膜8におけるシリカ粒子81とシリカ粒子以外の紫外線散乱粒子82の含有比は6対4であるのに対し、接着部分83においてはシリカ粒子81のみが放電容器2に接触している。紫外線散乱反射膜8を焼成する際に溶媒等は焼失するため、接着部分83にはシリカ粒子81のみが存在する。このように、シリカ粒子81の粒径をシリカ粒子以外の紫外線散乱粒子82の粒径の10分の1以下と小さくすることが好ましく、それにより、シリカ粒子以外の紫外線散乱粒子82の間にシリカ粒子81が入り込み、紫外線散乱反射膜8の含有比にかかわらず、接着部分83においてシリカ粒子81のみが存在する。このように構成することにより、接着部分83のシリカ粒子81が放電容器2のシリカガラスに強く結着するため、シリカ粒子81の粒径は、シリカ粒子以外の紫外線散乱粒子82の粒径より小さい方がよく、紫外線散乱反射膜8が放電容器2からもろく剥がれることを防止できる。さらに、紫外線の反射率の高いシリカ粒子以外の紫外線散乱粒子82を多く含有する紫外線散乱反射膜8を放電容器2の表面に形成できるので、エキシマ発光が生じる放電空間に曝される紫外線散乱反射膜8の表面における反射効率を高め、紫外線を効率よく利用することができる。
なお、溶剤に紫外線散乱粒子82を混ぜて懸濁液として放電容器2に塗布する場合には、複数の材料の紫外線散乱粒子82を混合すると、シリカ粒子81に比べて比重が重たい紫外線散乱粒子82は塗布工程で重力によって下がり、放電容器2との接着部分83に多く存在する可能性がある。このように紫外線散乱反射膜8が形成されると、放電容器2から剥がれることがある。したがって、紫外線散乱反射膜8に含有される紫外線散乱粒子82の主成分は、シリカ粒子81であることが好ましい。
紫外線散乱反射膜8が設けられている放電容器2の表面に、シリカ粒子以外の紫外線散乱粒子82の粒径より小さく、シリカ粒子81の粒径より大きい幅の溝24が形成されている。溝24の幅がシリカ粒子以外の紫外線散乱粒子82の粒径より小さいので、溝24の中にはシリカ粒子81しか入り込めず、溝24を形成する放電容器2の表面にはシリカ粒子81のみが接触する。このような溝24を設けることによっても、接着部分83におけるシリカ粒子81の存在率を高めることができる。このように構成することにより、紫外線散乱反射膜8が放電容器2からもろく剥がれることを防止する。さらに、反射率の高いシリカ粒子以外の紫外線散乱粒子82を多く含有する紫外線散乱反射膜8を放電容器2の表面に形成できるので、エキシマ発光が生じる放電空間に曝される紫外線散乱反射膜8の表面における反射効率を高め、紫外線を効率よく利用することができる。
紫外線散乱反射膜8を二層に分けて形成することにより、接着部分83におけるシリカ粒子81の存在比率を高めることもできる。例えば、シリカ粒子81を60重量%以上含む第1の紫外線散乱反射膜8aをグリーンシートにより形成し、その上に紫外線散乱粒子82を60重量%以上含む第2の紫外線散乱反射膜8bをディッピングにより形成する場合である。第1の紫外線散乱反射膜8aのシリカ粒子81の膜表面の隙間に、第2の紫外線散乱反射膜8bの紫外線散乱粒子82が入り込み、第1の紫外線散乱反射膜8aと第2の紫外線散乱反射膜8bが接合される。このように構成することにより、シリカ粒子81を多く含有する第1の紫外線散乱反射膜8aが接着部分83におけるシリカ粒子81の存在比率を高め、放電容器2から紫外線散乱反射膜8がもろく剥がれることを防止する。さらに、反射率の高い紫外線散乱粒子82を多く含有する第2の紫外線散乱反射膜8bがエキシマ発光の生じる放電空間に曝される表面に形成されるので、紫外線散乱反射膜8の反射率を高め、紫外線を効率よく利用することができる。
第1の紫外線散乱反射膜8aと第2の紫外線散乱反射膜8bの二層により構成される紫外線散乱反射膜8の表面上に、シリカ粒子81より反射率が高い紫外線散乱粒子82よりなる反射膜表面層9を形成し、紫外線の反射率をさらに高めることもできる。放電容器2の表面と接する接着部分83において、シリカ粒子81を主成分とする第1の紫外線散乱反射膜8aを形成し、放電空間側にいくにつれてシリカ粒子81以外の紫外線散乱粒子82の含有比が多い第2の紫外線散乱反射膜8bを形成し、エキシマ発光が生じる放電空間に曝される表面においては、シリカ粒子81より反射率の高い紫外線散乱粒子82よりなる反射膜表面層9を形成する多重構造とする。シリカ粒子81の含有比が階層状となる多重構造にすることにより、第1の紫外線散乱反射膜8aが放電容器2の表面からもろく剥がれることを防止し、第2の紫外線散乱反射膜8bや反射膜表面層9との接合面で剥がれることを防止すると共に、エキシマ発光が生じる放電空間に曝される表面における反射効率を高め、紫外線を効率よく利用することができる。また、紫外線散乱反射膜8が1層しか形成されていなくても、その表面上に反射膜表面層9を剥がれることなく形成できるときは、紫外線散乱反射膜8を階層状に形成せずに反射膜表面層9を形成し、二層構造とすることもできる。
〔実施例1〕
図8に示す放電ランプ1は、合成シリカガラスよりなる断面長方形の放電容器2を備えてなり、この放電容器2の互いに対向する外表面に金属よりなる一対の外側電極4が放電容器2の管軸方向に延びるよう配設されている。放電容器内には、放電用ガスであるキセノンガスが充填され、例えばバリウムよりなるゲッター11が配置される。また、放電容器外には、排気管10が構成される。放電容器2の表面には、紫外線散乱反射膜8が設けられている。また、放電容器2の外表面に外側電極4が形成されてない任意の一面に、紫外線散乱反射膜8が形成されないことによる光出射窓23が形成されている。
この放電ランプ1の構成を以下に示す。
(放電容器)材質:シリカガラス、全長:150mm、縦方向寸法:34mm、横方向寸法:14mm、肉厚:2mm
(紫外線散乱反射膜)形成方法:グリーンシート、厚み:100μm
(シリカ粒子)材質:シリカ、粒径:0.1μm〜0.5μm、中心径:0.3μm、含有比:60重量%
(シリカ粒子以外の紫外線散乱粒子)材質:酸化アルミニウム、粒径:0.5μm〜5.0μm、中心径:3.0μm、含有比:40重量%
この紫外線散乱反射膜8の接着部分を観察すると、シリカ粒子のみが存在した。このため、紫外線散乱反射膜8は剥がれることなく放電容器2に剥がれることなく形成された。この放電ランプ1を、放電空間の体積1cm3あたりの入力電圧が約1Wとなる条件で点灯した。このときの照度は、紫外線散乱反射膜8を設けていない放電ランプに比べて、約2倍となった。
また、紫外線散乱反射膜を、ディッピングにより膜厚30μmで形成した場合にも、同様の効果を有することを確認した。
図9に示す放電ランプ1の放電容器2の外側管の内表面に、紫外線散乱反射膜8を形成した。また、放電用ガスとしてアルゴンを放電空間に封入し、波長126nmのアルゴンエキシマ光の発光を行った。この放電ランプの構成を以下に示す。
(紫外線散乱反射膜)形成方法:グリーンシート、厚み:100μm、焼成:900℃
(シリカ粒子)材質:シリカ、粒径:0.1μm〜0.5μm、中心径:0.3μm、含有比:68重量%
(シリカ粒子以外の紫外線散乱粒子)材質:フッ化マグネシウム、粒径:10μm〜50μm、中心径:30μm、含有比:32重量%
この紫外線散乱反射膜8の接着部分を観測すると、シリカ粒子のみが存在した。このため、紫外線散乱反射膜8は剥がれることなく放電容器2に結着した。この放電ランプ1を、放電空間の体積1cm3あたりの入力電圧が約1Wとなる条件で点灯した。このときの照度は、紫外線散乱反射膜8を設けていない放電ランプに比べて、約1.1倍となった。
実施例1と同様の放電ランプ1に、紫外線散乱反射膜を二層構造にして形成した。この放電ランプの構成を以下に示す。
(第1の紫外線散乱反射膜)形成方法:グリーンシート、厚み:50μm
(シリカ粒子)材質:シリカ、粒径:0.1μm〜0.5μm、中心径:0.3μm、含有比:80重量%
(シリカ粒子以外の紫外線散乱粒子)材質:酸化アルミニウム、粒径:0.2μm〜0.8μm、中心径:0.5μm、含有比:20重量%
(第2の紫外線散乱反射膜)形成方法:グリーンシート、厚み:50μm
(シリカ粒子)材質:シリカ、粒径:0.1μm〜0.5μm、中心径:0.3μm、含有比:20重量%
(シリカ粒子以外の紫外線散乱粒子)材質:酸化アルミニウム、粒径:0.2μm〜0.8μm、中心径:0.5μm、含有比:80重量%
放電容器2の表面に第1の紫外線散乱反射膜8aを形成し、第1の紫外線散乱反射膜8aの上に第2の紫外線散乱反射膜8bを形成し、この二層構造のグリーンシートを1150℃で焼成することで紫外線散乱反射膜8が形成される。
二層構造であるため、接着部分においてはシリカ粒子が多く存在するため、紫外線散乱反射膜は剥がれることなく放電容器に固着した。また、第1の紫外線散乱反射膜と第2の紫外線散乱反射膜との境界では、第1の紫外線散乱反射膜のシリカ粒子からなる凹凸が形成されており、この隙間に第2の紫外線散乱反射膜の紫外線散乱粒子が入り込むことで二層が剥がれることなく形成された。
実施例3の紫外線散乱反射膜が二層構造に形成された放電ランプ1に、反射膜表面層を形成した。この放電ランプの構成を以下に示す。
(反射膜表面層)形成方法:グリーンシート、厚み:50μm、反射率83%
(紫外線散乱粒子)材質:酸化アルミニウム、粒径:0.2μm〜0.8μm、中心径:0.5μm
実施例2と同様に、紫外線散乱反射膜は剥がれることなく放電容器に固着し、第2の紫外線散乱反射膜はシリカ粒子以外の紫外線散乱粒子を多く含有するので、反射膜表面層との接合面で剥がれることがない。また、反射膜表面層はシリカ粒子より反射率が高い紫外線散乱粒子よりなるので、エキシマ発光が生じる放電空間に曝される表面における反射効率を高め、紫外線を効率よく利用することができた。
なお、上記の実施例1〜4では、粒径0.1μm〜0.5μmのシリカ粒子を用いているが、紫外線反射膜の紫外線散乱粒子として使用できるシリカ粒子は、粒径に限定されず、粒径1μm以上のシリカ粒子を紫外線散乱粒子として用いることもできる。
2 放電容器
3 内側電極
4 外側電極
8 紫外線散乱反射膜
80 紫外線散乱粒子
81 シリカ粒子
82 シリカ粒子以外の紫外線散乱粒子
83 接着部分
Claims (5)
- シリカガラスよりなる放電容器の表面にシリカ粒子を含む紫外線散乱粒子により形成された紫外線散乱反射膜が設けられたエキシマ発光する放電ランプにおいて、
前記シリカ粒子以外の紫外線散乱粒子は、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、酸化マグネシウムのいずれか1種以上の物質を含むものであり、
前記シリカ粒子は、前記紫外線散乱粒子のうち、30重量%以上含有されており、
前記紫外線散乱反射膜は、接着部分において、主に前記シリカ粒子が存在することを特徴とする放電ランプ。 - 前記シリカ粒子の粒径は、前記シリカ粒子以外の前記紫外線散乱粒子の粒径より小さいことを特徴とする請求項1に記載の放電ランプ。
- 前記放電容器の表面に前記シリカ粒子の粒径より大きく、前記シリカ粒子以外の前記紫外線散乱粒子の粒径より小さい幅の溝が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の放電ランプ。
- 前記紫外線散乱反射膜の表面に、シリカ粒子より反射率が高い紫外線散乱粒子よりなる反射膜表面層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の放電ランプ。
- 前記紫外線散乱反射膜は放電空間に曝される放電容器の表面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の放電ランプ。
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