JP5381967B2

JP5381967B2 - フラッシュランプ及びフラッシュランプ発光装置

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Publication number: JP5381967B2
Application number: JP2010271139A
Authority: JP
Inventors: 岳彦横森
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: JP2012123919A

Description

この発明はフラッシュランプ及びフラッシュランプ発光装置に関するものであり、特に、ガラス基板上の非晶質シリコン膜を多結晶化するために用いられるフラッシュランプ及びフラッシュランプ発光装置に係わるものである。

従来、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの用途において、薄膜トランジスタ製造時にガラス基板上の非晶質シリコン膜を多結晶化するために、フラッシュランプが用いられている。
例えば、特開２００３−２０９０５４号公報（特許文献１）には、液晶ディスプレイ用として、スイッチング素子に多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられており、これを作製する際に例えば非晶質シリコンに光を照射して多結晶化することが記載されており、その光源としてフラッシュランプを利用することが開示されている。
また、特開２００９−１６４０８０号公報（特許文献２）には、フラッシュランプの具体的な構成と、このフラッシュランプを発光させるための給電装置が開示されている。

ところで、ガラス基板上の非晶質シリコンを多結晶化するとき、その多結晶シリコンの層が厚いとガラス基板が反ってしまうという問題が生じることがある。
この多結晶シリコンの層の厚さは、フラッシュランプのパルス幅によって決まり、例えばパルス幅が長いと非晶質シリコンの深いところまで温度上昇してしまい、その結果、厚い多結晶シリコンの層が形成されてしまう。この多結晶シリコンの層が厚くなるとガラス基板が反ってしまうので、フラッシュランプのパルス幅は短いほうが好ましい。

一方で、ガラス基板は年々大型化しており、これに併せてフラッシュランプの長尺化が望まれているが、フラッシュランプを長尺にしてしまうと、パルス幅が伸びてしまい、その結果前述したように、ガラス基板に反りが生じてしまうという不具合が生じている。

このように、フラッシュランプを長尺化するとパルス幅が伸びてしまう理由としては、フラッシュランプの長尺化に伴って必然的に、電極間の発光長も長くなってしまい、その結果、ランプインピーダンスが増え、パルス幅が伸びてしまうことにある。
このようなパルス幅の伸びを抑制しつつ、必要エネルギーを維持しながら発光するためには、充電電圧を上げ、コンデンサ容量を下げる方向が考えられるが、時定数の制約と大きな充電電圧とが必要となり、これを実現しようとすると非常に大掛かりな装置となってしまい現実的ではなかった。

しかして、特許文献２でも開示されているように、フラッシュランプの一般的な構造が図９に示されており、フラッシュランプ３０は、発光管３１の両端に電極３２、３３を有し、該発光管３１に沿ってトリガ電極３４が配設され、該トリガ電極３４はトリガ回路３５に接続されている。
上記の構成において、その一具体例をあげると、両電極３２、３３の電極間距離が５００ｍｍであり、必要なエネルギーが１２００Ｊであって、そのパルス幅を０．１ｍｓ以下にしようとすると、インダクタンス容量はＬ＝１０μＨとなり、コンデンサ容量が７０μＦである場合、その充電電圧は、５．９ｋＶと極めて大きな電圧が必要になる。

また、このような事情を鑑みて、フラッシュランプを長尺化することなしに、ガラス基板の大型化に対応することを考えると、図１０に示されるように、短尺のフラッシュランプを千鳥状に配置することが考えられる。
しかしながら、ガラス基板をフラッシュランプで照射する際には、ガラス基板をスキャニングしながら照射するわけではなく、一括照射しているため、ガラス基板上方にランプが存在しない領域Ｒがあると、この領域が影になってしまい、この影の領域では多結晶シリコンが形成できないといった不具合が生じる。

特開２００３−２０９０５４号公報特開２００９−１６４０８０号公報

この発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、両端に第１電極と第２電極が配置された長尺状の発光管よりなるフラッシュランプ及びフラッシュランプ発光装置において、フラッシュランプを長尺化しても、パルス幅の伸びを抑制しつつ、充電電圧を小さくすることができる構造のフラッシュランプ及びフラッシュランプ発光装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係るフラッシュランプは、両端に第１電極と第２電極が配置された発光管の中間部に、第３電極が配設されるとともに、これらの隣り合う全ての電極間で個別に且つ同時に閃光放電することを特徴とする。
また、少なくとも前記第３電極は、前記発光管から分岐して形成される枝管の内部に配置されていることを特徴とする。
また、前記第３電極は、その先端が前記発光管内から後退した位置に配置されることを特徴とする
また、前記第３電極は、前記発光管の長手方向に沿って複数個配置されていることを特徴とする
また、前記発光管及び前記枝管は石英ガラス材料より構成されるとともに、前記枝管と前記発光管とを溶着して形成したことを特徴とする。
また、前記発光管は透光性セラミックス材料より構成されるとともに、前記枝管と前記発光管とを接合して形成したことを特徴とする。
更には、両端に第１電極と第２電極が配置されるとともに、外部にトリガ電極を配置させた長尺状の発光管よりなるフラッシュランプと、このフラッシュランプを発光させる給電装置よりなるフラッシュランプ発光装置において、前記発光管の中間部には、第３電極が配設されるとともに、前記給電装置は、前記トリガ電極を作動させることにより、隣り合う電極間で個別に且つ同時に閃光放電することを特徴とする。
また、前記第３電極が複数備えられ、前記第１電極とこれに隣接する第３電極間の発光強度、および、第２電極とこれに隣接する第３電極間の発光強度を、第３電極間の発光強度よりも大きくしたことを特徴とする。

この発明のフラッシュランプによれば、両端に第１電極と第２電極が配置された発光管の中間部に第３電極を配設し、全ての隣り合う電極間で個別に且つ同時に閃光放電することにより、ランプの全長を長尺化しても、電極間距離を小さくしてパルス幅を小さくでき、充電電圧を小さくすることができるという効果を奏するものである。
また、前記第３電極を発光管から分岐した枝管内で後退した位置に配置することにより、該第３電極の下方におけるアークの領域を大きくでき、被照射物における照度均一性を高めることができる。
更には、前記第３電極を複数個設けることにより、隣接する電極間の距離は更に短くなり、電極間のインピーダンスを下げることができて、低い充電電圧であってもパルス幅が伸びることを抑制できる。
更には、前記ランプの両端部に位置する電極間の発光強度を、中間部の第３電極間の発光強度よりも大きくすることで、被照射物での照度均一性が良好になる。

本発明のフラッシュランプを備えた発光装置の概略図。本発明のフラッシュランプ発光装置の説明図。本発明の第２の実施例。本発明の第３の実施例。本発明の第４の実施例。本発明の第５の実施例。本発明の第６の実施例。本発明の第７の実施例。従来のフラッシュランプおよび発光装置。従来のフラッシュランプを千鳥配置した例。

図１は、本発明のフラッシュランプを複数本配置した発光装置の概略図であり、（Ａ）は側断面図、（Ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図である。
フラッシュランプ１は長尺の発光管２の両端部に第１電極３と第２電極４とが配置されており、発光管２の中間部には、これから分岐する枝管５が設けられている。該枝管５は発光管２内と連通していて、その内部には第３電極６が発光管２に向くように配置されており、その先端は発光管２内に臨んでいる。
このようなフラッシュランプ１が、図１（Ｂ）で示されるように、複数本並列配置されて、フラッシュランプ発光装置１０が構成されている。
フラッシュランプ１の上方には、反射鏡７が配置されており、下方のステージ８上に載置された被照射物（ワーク）Ｗに向けて閃光が照射される。

図２は、フラッシュランプ１と、トリガ回路１２とランプ点灯回路１３とからなる給電装置１１を示した説明図である。
フラッシュランプ１は図１のものと同様な構造である。また、給電装置１１に関しては、前記特許文献２のものと基本的には同様なものであり、ここでは詳細な説明は省略するが、第１電極３と第３電極５との間に第１のコンデンサ１４が設けられ、また、第２電極４と第３電極５との間に第２のコンデンサ１５が設けられている。
図２の実施例においては、第１電極３と第３電極６との電極間距離と、第２電極４と第３電極６との電極間距離とが同一距離であることから、前記第１のコンデンサ１４と第２のコンデンサ１５の容量も同一容量のものが採用される。
また、フラッシュランプ１の発光管２に沿ってトリガ電極１６が配置され、前記トリガ回路１２に接続されている。なお、第３電極６にはインダクタンス１８が接続されている。

本発明では、第１電極３と第２電極４との間に第３電極６を配置することで、ランプ点灯時にトリガ電極１６にトリガ電圧が印加されると、第１電極３と第３電極６との間と、第２電極４と第３電極６との間との両方で個別に且つ同時に閃光放電を起こさせることができる。
このように、本発明では、第１電極３と第２電極４との間に第３電極６を配置することで、電極間におけるインピーダンスを低下させ、充電電圧を高めなくてもパルス幅０．１ｍｓを実現することができる。

具体的な数値例を挙げて説明すると、例えば、図２に示すフラッシュランプ１においては、それぞれの電極間距離が２５０ｍｍであり、必要なエネルギーがそれぞれ６００Ｊ（計１２００Ｊ）であり、そのパルス幅を０．１ｍｓ以下にしようとすると、インダクタンス容量Ｌ＝１０μＨとなり、コンデンサ容量が１００μＦである場合、充電電圧は３．５ｋＶ必要になる。図２の発光管２の長さを図７の従来例のものと同一とした場合、同じパルス幅を実現しようとした場合に、本発明では充電電圧をより小さくすることができる。

また、本発明においては、図１０のように千鳥配置をする必要が無く、同一の発光管内に第１電極３と第２電極４、およびこれらの間に第３電極を配置しているので、アークＡが発光管２の全長に亘って形成され、ランプが長尺化しても被照射物に影ができることがなく、被照射物の被照射面を均一に照射することができる。
さらには、第１のコンデンサ１４の容量と第２のコンデンサ１５の容量との比率を、第１電極３と第３電極６の電極間距離と、第２電極４と第３電極６の電極間距離との比率と同じにすることで、第１電極３と第３電極６との間での閃光放電と、第２電極４と第３電極６との間での閃光放電のパルス幅を同じにできると共に、同じ照射エネルギーにすることができる。これにより、被照射物における多結晶シリコンの層を均一に形成することができる。

図３に第２の実施例が示されており、この実施例では、枝管５内の第３電極６の先端が発光管２から後退した位置になるように配置されたものである。
このような配置にするのは、上述の図１あるいは図２のように、第３電極６を発光管２に近づけて、その先端が該発光管内に臨むように配置すると、アーク放電Ａが第３電極６の下方で小さくなってしまい、被照射物（ワーク）Ｗにおいて照度均一性が損なわれる惧れがあるので、これを回避するためである。
図３に示すように、第３電極６が発光管２から後退した位置に配置されることで、該第３電極６の下方におけるアークＡの領域を大きくし、ワークＷにおける照度均一性を更に高めることができる。

図４は、第３の実施例の説明図であり、図１〜図３のものでは、第３電極６のみが枝管５内に配置されているのに対して、この実施例では、第１電極３および第２電極４を含めて全ての電極がそれぞれ枝管内に配置されている。
即ち、発光管２の両端に枝管５ａ、５ｂがそれぞれ設けられるとともに、その中間部近傍にも枝管５ｃが設けられていて、第１電極３は枝管５ａ内に、第２電極４は枝管５ｂ内に、そして第３電極６が枝管５ｃ内に、それぞれ配置されているものである。
こうすることによって、ランプの有効発光長が大きくとれることになり、換言すれば、有効発光長に対してランプ全長を小さくできる。

図５に本発明の第３の実施例が示されていて、この実施例では第３電極６が複数設けられているものである。
即ち、発光管２の長手方向の中間部に複数の枝管５ｃ、５ｄ、５ｅが設けられ、その内部にそれぞれ第３電極６ｃ、６ｄ、６ｅが配置されているものである。なお、この例では、第１電極２および第３電極３も、それぞれ発光管２の両端の枝管５ａ、５ｂ内に配置されているものが示されている。
このように第３電極６を複数設けることにより、隣接する電極間の距離が短くなるので、隣接する電極間のインピーダンスを下げることができ、低い充電電圧であってもパルス幅が伸びることがない。
なお、このように複数の第３電極を設ける場合であっても、隣接する電極間にそれぞれコンデンサ１７、１７が設けられており、隣接する電極間の距離を全て同じにすれば、前記コンデンサ１７の容量も全て同じものを採用できる。

ところで、図５のように、第３電極６が複数設けられたランプによって照射すると、被照射物面での照度において、ランプ中央部下方での照度に比べてランプ両端下方での照度が低くなって、被照射物上での照度分布の均一性が悪くなってしまうことがある。
これは、被照射物の中央部では、ランプ中央部での各第３電極６ｃ、６ｄ、６ｅ間での閃光放電が照射されるのに加えて、ランプ両端の第１電極３と第３電極間６ｃ、及び、第２電極４と第３電極間６ｅでの各閃光放電も照射されるのに対し、例えば第１電極３下方の被照射物の一端側においては、第１電極３と第３電極６ｃ間での閃光放電と、第３電極６ｃ、６ｄ間の閃光放電が照射されるものの、第１電極３の紙面左側からは照射される光が無いために生じる。
この不具合を解消するためには、ランプの両端部での発光強度を中央部よりも大きくしてあげればよい。

そのための具体的手段について例示すると以下の通りである。
図６において、この実施例では、第３電極が複数、より具体的には３つ、備えられ、第１電極および第２電極を含めて、各電極間の距離は一定であって、両端部に位置する電極間のコンデンサ容量を中間部の第３電極間のコンデンサ容量よりも大きくしたものである。
上記実施例において、ランプの両端に位置する第１電極３と、第２電極４、およびこれら電極３、４とは間にひとつ置いた第３電極６ｄに、それぞれインダクタンス１８、１８、１８が接続されている。そして、該インダクタンス１８の接続された電極３、４、５ｄは正極に、これらの間の第３電極６ｃ、６ｅは負極に接続される。
そして、ランプの端部に位置する第１電極３と第３電極６ｃとに直列接続されたコンデンサ１７ａの容量を、中間の第３電極６ｃと第３電極６ｄとに直列接続されたコンデンサ１７ｃの容量よりも大きくし、且つ、同様に端部に位置する第２電極４と第３電極６ｅとに直列接続されたコンデンサ１７ｂの容量を、中間部の第３電極６ｄと第３電極６ｅとに直列接続されたコンデンサ１７ｄの容量よりも大きくすることで、ランプ両端の発光強度をランプ中央部の発光強度に比べて大きくすることができ、被照射物の照射面においてその照度分布の均一性を良好にすることができる。
なお、上記実施例では、両端のコンデンサ１７ａとコンデンサ１７ｂの容量、および、中間のコンデンサ１７ｃとコンデンサ１７ｄの容量は、それぞれ同一にしてある。

上記実施例の具体例を挙げて説明する。
それぞれの電極間距離は同一であって１２５ｍｍであり、必要なエネルギーが第１電極３と第３電極６ｃとの間が３３０Ｊ、第２電極４と第３電極６ｅとの間が３３０Ｊ、各第３電極６ｃ、６ｄ、６ｅ間がそれぞれ３００Ｊであって、その合計が１２６０Ｊであり、そのパルス幅を０．１ｍｓ以下にしようとすると、インダクタンス１８の容量Ｌ＝１０μＨとなり、第１電極３と第３電極６ｃとに直列接続されたコンデンサ１７ａの容量を３００μＦ、第２電極４と第３電極６eとに直列接続されたコンデンサ１７ｂの容量を３００μＦ、各第３電極６ｃ、６ｄ、６ｅ間に直列接続されたコンデンサ１７ｃ、１７ｄの容量を２７０μＦとした場合、各電極間での充電電圧は１．５ＫＶ必要になる。

また他の方法として図７においては、各電極間のコンデンサ容量を同じにして、ランプ両端の電極間距離を小さくしたものが示されている。
即ち、第１電極３とこれに隣接する第３電極６ｃ間の距離Ｌ１、および、第２電極４とこれに隣接する第３電極６ｅ間の距離Ｌ１を、第３電極６ｃ、６ｄ、６ｅ間の距離Ｌ２よりも小さくする（Ｌ１＜Ｌ２）。
そして、各電極間のコンデンサ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの容量を同一なものとする。
このような構成とすることによって、電極間距離が短いほうが発光強度は大きくなるので、ランプ両端の電極間の発光強度を中央部の電極間よりも大きくすることができ、被照射物面での照度分布の均一性を良好にすることができる。

なお、ランプ両端の発光強度を大きくする手段として、上記２つの実施例を組み合わせた構成とすることもできる。即ち、ランプ両端部での電極間距離を小さくするとともに、その間のコンデンサ容量を中央部のコンデンサ容量よりも大きくすることにより達成できる。
また、第３電極は３つに限られず、それ以上であってもよい。

ところで、フラッシュランプにおいては、その発光管の材質として、石英ガラス（ＳｉＯ_２）やサファイア（単結晶アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）などを用いることが知られている。
発光管２および枝管５を石英ガラスで作製する場合は、枝管５を発光管２に溶着することにより形成できる。そして、端部の封止も発光管２や枝管５を加熱溶融して封着すればよい。
また、発光管３の材料をサファイアとする場合（第５の実施例）には、図８に示すように、枝管５、５はサファイア製の発光管２に対して封着ガラス２０によって接合すればよく、これら枝管５、５内にそれぞれ第３電極６、６が配置されている。また、発光管２の端部の封止部は、電極３、４が封止された封止部材２１を、同様に封着ガラス２０によって接合すればよい。

以上説明したように、本発明に係るフラッシュランプおよびフラッシュランプ発光装置によれば、両端に電極を備えた発光管の中間部に第３電極を配設し、全ての隣り合う電極間で個別に且つ同時に閃光放電することにより、ランプの全長を長尺化しても、電極間距離を小さくしてパルス幅を小さくでき、充電電圧を小さくすることができるという効果を奏するものである。
これにより、装置全体の大型化を回避できるものである。

１フラッシュランプ
２発光管
３第１電極
４第２電極
５枝管
５ａ〜５ｅ枝管
６第３電極
６ｃ〜６ｄ第３電極
７反射鏡
１０フラッシュランプ発光装置
１１給電装置
１２トリガ回路
１３点灯回路
１４、１５コンデンサ
１６トリガ電極
１７コンデンサ
１７ａ〜１７ｄコンデンサ
１８インダクタンス
２０封着ガラス
２１封止部材
Ａアーク
Ｗ被照射物（ワーク）

Claims

両端に第１電極と第２電極が配置されるとともに、外部にトリガ電極を配置させた長尺状の発光管よりなるフラッシュランプと、このフラッシュランプを発光させる給電装置よりなるフラッシュランプ発光装置において、
前記発光管の中間部には、第３電極が複数配設され、
前記給電装置は、前記トリガ電極を作動させることにより、隣り合う電極間で個別に且つ同時に閃光放電するとともに、前記第１電極とこれに隣接する第３電極間の発光強度、および、前記第２電極とこれに隣接する第３電極間の発光強度を、前記第３電極間の発光強度よりも大きくしたことを特徴とするフラッシュランプ発光装置。