JPH07226190A - 誘電体バリア放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 光出力が安定で、放射輝度の高く、放射照度
が均一で、かつ高効率の誘電体バリア放電ランプを提供
する。 【構成】 誘電率がＥ₁ で厚さがＤ₁ である第一の誘電
体４と、該第一の誘電体の第一の面の方に設けられた第
一の電極３と、該第一の誘電体の第二の面と対向してか
つ隙間を有して設けられた第二の電極２と、該第二の電
極の表面上もしくは隙間を有して設けられた、誘電率が
Ｅ₂ で厚さがＤ₂ である第二の誘電体５と、該第一の誘
電体と第二の誘電体の間の放電空間に充填された、誘電
体バリア放電によってエキシマ分子を生成する放電用ガ
スとからなる誘電体バリア放電ランプにおいて、厚みＤ
₂ を、０．１μｍ以上から（０．１×Ｄ₁ ×Ｅ₂ ）／Ｅ
₁ 以下の範囲に規定し、第二の誘電体は膜状もしくは網
状で全体として筒状に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、光化学反応用
の紫外線光源として使用される放電ランプの一種で、誘
電体バリア放電によってエキシマ分子を形成し、該エキ
シマ分子から放射される光を利用するいわゆる誘電体バ
リア放電ランプの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関連した技術としては、例え
ば、日本国公開特許公報平２ー７３５３号があり、そこ
には、放電容器にエキシマ分子を形成する放電用ガスを
充填し、誘電体バリア放電（別名オゾナイザ放電あるい
は無声放電。電気学会発行改定新版「放電ハンドブッ
ク」平成１年６月再販７刷発行第２６３ページ参照）に
よってエキシマ分子を形成せしめ、該エキシマ分子から
放射される光を取り出す放射器、すなわち誘電体バリア
放電ランプについて記載されており、該放電容器は円筒
状であり、該放電容器の少なくとも一部は該誘電体バリ
ア放電の誘電体を兼ねており、該誘電体の少なくとも一
部は該エキシマ分子から放射される光に対して光透過性
であり、該光透過性誘電体の少なくとも一部に導電性網
状電極が設けられた誘電体バリア放電ランプ構造が記載
されている。また、該誘電体バリア放電の放電路に平行
して設けられた光取りだし窓を有する誘電体バリア放電
ランプ装置、すなわち放電路に直角な方向に光を取り出
す誘電体バリア放電ランプ装置については、米国特許第
２９４３２２５号に記載されている。上記のような誘電
体バリア放電ランプは、従来の低圧水銀放電ランプや高
圧アーク放電ランプには無い種々の特長を有しているた
め有用である。さらに、放電路に平行して設けられた光
取りだし窓を有するため、誘電体バリア放電ランプの光
取りだし窓に垂直な方向の寸法を大きくすることによっ
て、放射輝度を増大させることが出来るという特長も有
している。しかし、上記のような誘電体バリア放電ラン
プは、光出力が不十分で、かつ照射面における照度分布
が不均一で、さらに効率が必ずしも十分ではないという
問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、光出
力が十分に大きく、放射輝度の高く、放射照度が均一
で、かつ高効率の誘電体バリア放電ランプを提供するこ
とである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、誘電率
がＥ₁ で厚さがＤ₁ である第一の誘電体と、該第一の誘
電体の第一の面の方に設けられた第一の電極と、該第一
の誘電体の第二の面と対向してかつ隙間を有して設けら
れた第二の電極と、該第二の電極の表面上もしくは隙間
を有して設けられた、誘電率がＥ₂ で厚さがＤ₂ である
第二の誘電体と、該第一の誘電体と第二の誘電体の間の
放電空間に充填された、誘電体バリア放電によってエキ
シマ分子を生成する放電用ガスとからなる誘電体バリア
放電ランプにおいて、厚みＤ₂ を０．１μｍ以上から
（０．１×Ｄ₁ ×Ｅ₂ ）／Ｅ₁ 以下の範囲に規定するこ
とによって達成される。ここで、第二の誘電体は、第二
の電極の表面上を覆う膜状もしくは網状で全体として筒
状に形成するのが一番良い。

【０００５】具体的には、少なくとも誘電率がＥ₁ で厚
さがＤ₁ である第一の誘電体と、該第一の誘電体の第一
の面上に設けられた第一の電極と、該第一の誘電体の第
二の面と対向して、隙間を有して設けられた第二の電極
と、該第二の電極を覆っている誘電率がＥ₂ で厚さがＤ
₂ である第二の誘電体と、該第一の誘電体と第二の誘電
体の間の放電空間に充填された誘電体バリア放電によっ
てエキシマ分子を形成する放電用ガスとからなる誘電体
バリア放電ランプにおいて、第二の誘電体の厚みＤ₂ を
０．１μｍ以上から（０．１×Ｄ₁ ×Ｅ₂ ）／Ｅ₁ 以下
の範囲に構成することによって達成される。該第一の誘
電体が概略中空円筒状であり、かつ、該エキシマ分子か
ら放出されたエキシマ光を放電路と直角方向に取り出す
ように構成すること、さらには、該第一の誘電体は放電
容器の一部を兼ねており、該第二の電極は、細長い金属
棒であり、該中空円筒状である第一の誘電体の一端に同
軸に、気密に取り付けられており、第一の誘電体の他端
に円板状の光取り出し窓部材を設けた構成にすること、
また、該第一の誘電体の内径を、該細長い金属電極を覆
っている第二の誘電体の外径の５倍から４０倍の範囲に
すること、あるいは、該光取り出し窓部材の外面に、該
第一の電極と電気的に接続された光透過性の電極を設け
た構成にすることによって、本発明の目的はよりいっそ
う達成される。また、該第二の電極が中空円筒状の金属
管で、放電容器の一部を兼ねており、該第一の電極は細
長い金属棒であり、該第一の誘電体は細長い管状であ
り、該細長い金属棒からなる第一の電極と該細長い管状
である第一の誘電体は、該中空円筒状である第二の電極
の一端に同軸に、第二の電極と電気的に絶縁されて、気
密に取り付けられており、該中空円筒状である第二の電
極の他端に円板状の光取り出し窓部材を設けた構成にす
ること、さらに、該中空円筒状である第二の電極を膜状
もしくは網状におおう全体として筒状の第二の誘電体の
内径を、該細長い管状である第一の誘電体の外径の５倍
から４０倍の範囲にすること、また、該光取り出し窓部
材の外面に、該第二の電極と電気的に接続された光透過
性の電極を設けた構成にすることによって、本発明の目
的はよりいっそう達成される。

【０００６】

【作用】数十トール以上の中気圧アーク放電ランプや高
圧放電アークランプなどの通常のアーク放電においては
放電空間に放電プラズマが一条だけ存在し、電極面上に
は一個の小さな電極輝点が生じている。すなわち、電極
の面積を大きくしても、実質的に電極としての役割をし
ている部分は非常に小さい部分である。一方、該放電ハ
ンドブックに記載されているように、誘電体バリア放電
においては、その放電路に誘電体が挿入されているの
で、この誘電体が放電プラズマが一条に収斂するのを阻
止するので、放電空間に多条の放電プラズマが存在し、
電極の広い面積にわたって多数の電極輝点が均一に存在
することになる。誘電体バリア放電ランプにおいてエキ
シマ光が高効率で放出される原因の一つは、上記した多
条の放電プラズマの存在である。放電路に誘電体が挿入
されている場合における放電空間への電力の注入は、大
雑把には、放電空間に印加される電圧、すなわち、放電
維持電圧と、該誘電体における電圧降下の比に、すなわ
ち、放電プラズマのインピーダンスと誘電体のインピー
ダンスの比にほぼ比例する。

【０００７】放電空間を挟んで二枚の誘電体が存在する
構成の誘電体バリア放電ランプにおいては、放電プラズ
マが一条に収斂するのを阻止する効果が大きいので、多
条の放電プラズマが安定に存在し、その結果、安定な光
出力が得られるが、一方、誘電体が二枚存在するので、
放電空間に電力が注入されにくく、その結果、光出力が
十分に得られないという欠点が生じる。これに対して、
一枚の誘電体だけを有する誘電体バリア放電ランプ、す
なわち、一つの電極が放電ガスに接している構造の誘電
体バリア放電ランプにおいては、放電空間への電力注入
が容易になるという利点が生じるが、一方、放電プラズ
マが一条に収斂するのを阻止する効果が小さいので、一
時的に、放電ガスに接している金属電極上の一点に放電
が集中して、その結果、放電が不安定で光出力が不安定
になったり、エキシマ光の放射効率が低下したり、ある
いは、放電が集中した金属電極部分が損耗するなどの不
利点が生じる。

【０００８】本発明者等は、少なくとも第一の誘電体
と、該第一の誘電体の第一の面に設けられた第一の電極
と、該第一の誘電体の第二の面と対向して、隙間を有し
て設けられた第二の電極と、該第二の電極を覆っている
第二の誘電体と、該第一の誘電体と第二の誘電体の間の
放電空間に誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形
成する放電用ガスである、アルゴン、クリプトン、キセ
ノン、もしくは希ガスとハロゲンの混合ガスを充填した
誘電体バリア放電ランプにおいて、第二の誘電体の厚み
Ｄ₂ を種々に変えて、放電プラズマが一条に収斂するの
を阻止する効果について詳細な検討を行った。その結
果、該第二の誘電体の厚みＤ₂ を０．１μｍ以上に構成
すると、放電プラズマが一条に収斂する確率が著しく減
少する事を発見した。特に、アルゴン、クリプトン、キ
セノン、もしくは希ガスとハロゲンの混合ガスの圧力が
１０ｋＰａ以上から２００ｋＰａ以下の範囲において放
電プラズマが一条に収斂するのを阻止する効果が大き
く、２０ｋＰａ以上から１００ｋＰａ以下の範囲におい
て放電プラズマが一条に収斂するのを阻止する効果が著
しく大きくなった。

【０００９】厚さが比較的うすく、誘電率がＥで厚さが
Ｄである誘電体を電極で挟んだ構造のコンデサの静電容
量は、大雑把にＥ／Ｄに比例する。また、複数個のコン
デンサを直列に接続した場合における一つのコンデンサ
に印加される電圧は、該コンデンサの静電容量に比例す
る。少なくとも誘電率がＥ₁ で厚さがＤ₁ である第一の
誘電体と、該第一の誘電体の第一の面に設けられた第一
の電極と、該第一の誘電体の第二の面と対向して、隙間
を有して設けられた第二の電極と、該第二の電極を覆っ
ている誘電率がＥ₂ で厚さがＤ₂ である第二の誘電体
と、該第一の誘電体と第二の誘電体の間の放電空間に充
填された誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成
する放電用ガスとからなる誘電体バリア放電ランプにお
いて、第二の誘電体の厚みＤ₂ を（０．１×Ｄ₁ ×
Ｅ₂ ）／Ｅ₁ 以下にすると、第二の誘電体に印加される
電圧は第一の誘電体に印加される電圧の約１０％以下に
減少し、その結果、放電空間に注入される電力は増大す
る。即ち、電力の注入に関しては、実用的には、第一の
誘電体だけが存在する構成の誘電体バリア放電ランプの
場合に限り無く近い状態になる。

【００１０】少なくとも誘電率がＥ₁ で厚さがＤ₁ であ
る第一の誘電体と、該第一の誘電体の第一の面に設けら
れた第一の電極と、該第一の誘電体の第二の面と対向し
て、隙間を有して設けられた第二の電極と、該第二の電
極を覆っている誘電率がＥ₂で厚さがＤ₂ である第二の
誘電体と、該第一の誘電体と第二の誘電体の間の放電空
間に充填された誘電体バリア放電によってエキシマ分子
を形成する放電用ガスとからなる誘電体バリア放電ラン
プにおいて、第二の誘電体の厚みＤ₂ を０．１μｍ以上
から（０．１×Ｄ₁ ×Ｅ₂ ）Ｅ₁ 以下の範囲に構成する
と、放電プラズマが一条に収斂するのが阻止され、か
つ、放電空間に注入される電力が増大するので、光出力
が大きく、かつ安定である誘電体バリア放電ランプを得
ることが出来る。

【００１１】誘電体バリア放電ランプにおいて、該誘電
体バリア放電の放電路に平行して光取りだし窓部材を設
けること、すなわち放電路に直角な方向に光を取り出す
ことの目的は、誘電体バリア放電ランプの光取りだし窓
部材に垂直な方向の寸法を大きくすることによってプラ
ズマ厚みを増し、その結果によって放射輝度を増大させ
ることである。上記した効果は、自己吸収の非常に小さ
いエキシマ光を放出するエキシマランプにおいてのみ得
られるもので、従来の低圧水銀放電ランプや高圧アーク
放電ランプにおいては得られないものである。しかし、
上記のような誘電体バリア放電ランプは、光出力が不十
分で、かつ照射面における照度分布が不均一で、さらに
効率が必ずしも十分ではないという問題があった。

【００１２】以下、従来の誘電体バリア放電ランプの概
略図である図５を使用して、上記した問題点を説明す
る。放電容器８は石英ガラス製で、内側管９、外側管１
０を同軸に配置して中空円筒状にしたものである。外側
管１０の外面および内側管９の外面にはアルミニウムの
蒸着によって形成した光反射膜を兼ねた電極１２，１１
が設けられている。放電容器８の一端には、合成石英ガ
ラスから成る環状の光取り出し窓部材４１が、外側管１
０および内側管９に溶着して設けられている。誘電体バ
リア放電は、該「放電ハンドブック」に記載されている
ように、プラズマの直径が非常に小さく、かつ、放電の
持続時間が非常に短い微小な放電プラズマ（以後これを
マイクロプラズマと記す）の多数の集まりである。放電
容器８に、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形
成する放電用ガスを充填し、交流電源２２によって電極
１１，１２に電圧を印加すると、マイクロプラズマ２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが安定に発生し、光取り出
し窓部材４１からエキシマ光が放出される。しかし、図
５から明らかなように、ランプの中心軸付近においてエ
キシマ光が放出されないため、エキシマ光の照度分布は
中心部が抜け落ち、光ビームの形状は光取り出し窓部材
４１に類似の環状になる。すなわち、照度分布が不均一
になる。内側管９の直径を小さくすると、上記の照度分
布の不均一性は改善されるが、内側管９の放電空間に面
した表面積が小さくなるため、放電空間への電力注入量
が減少し、その結果、光出力が低下するという欠点が生
じてしまう。

【００１３】少なくとも誘電率がＥ₁ で厚さがＤ₁ であ
る第一の誘電体と、該第一の誘電体の第一の面に設けら
れた第一の電極と、該第一の誘電体の第二の面と対向し
て、隙間を有して設けられた第二の電極と、該第二の電
極を覆っている誘電率がＥ₂で厚さがＤ₂ である第二の
誘電体と、該第一の誘電体と第二の誘電体の間の放電空
間に充填された誘電体バリア放電によってエキシマ分子
を形成する放電用ガスとからなる誘電体バリア放電ラン
プにおいて、第二の誘電体の厚みＤ₂ を０．１μｍ以上
から（０．１×Ｄ₁ ×Ｅ₂ ）／Ｅ₁ 以下の範囲に構成
し、かつ、該第一の誘電体が概略中空円筒状であり、か
つ、該エキシマ分子から放出されたエキシマ光を放電路
と直角方向に取り出すように構成すると、該第二の誘電
体に相当する内側管９の直径を小さくしても十分に電力
を注入することが可能になるので、従って、光出力が大
きく、かつ、照度分布が均一である誘電体バリア放電ラ
ンプを得ることが出来る。

【００１４】また、該第一の誘電体は放電容器の一部を
兼ねており、該第二の電極は、細長い金属棒であり、該
中空円筒状である第一の誘電体の一端に同軸に、気密に
取り付けられており、第一の誘電体の他端に円板状の光
取り出し窓部材を設けた構成にすると、放電ランプがコ
ンパクトになり、光出力が大きく、照度分布が均一で、
かつ、光出力がより安定である誘電体バリア放電ランプ
が得られる。光出力が安定になる機構は、以下のようで
ある。我々は、放電路に平行して設けられた光取りだし
窓部材を有する誘電体バリア放電ランプの光出力の安定
性および発光効率について詳細に検討した結果、光出力
の時間的なゆらぎおよび発光効率が、光取りだし窓部材
近傍の電極の構成によって大幅に変わることを実験的に
発見した。

【００１５】以下、図５および本発明の実施例ランプの
説明図である図２を使用して説明する。放電容器８に、
誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成する放電
用ガスを充填し、交流電源２２によって電極１１，１２
に電圧を印加すると、マイクロプラズマ２０ａ，２０
ｂ，２０ｃ，２０ｄが安定に発生する。また、同時に、
光取り出し窓部材４１の表面に沿って沿面放電プラズマ
７が不規則に発生する。このために、光出力が不安定に
なる。さらに、光取り出し窓部材４１から得られる放射
輝度に対しては、マイクロプラズマ２０ａ，２０ｂ，２
０ｃ，２０ｄの陽光柱の他に、誘電体９の内面に発生し
ている沿面放電状プラズマ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２
１ｄからの放射光が大きく寄与しており、従って、該内
側管９に近接した光取りだし窓部材の内周部分４１ａの
透過率か小さくなると、発光効率が極端に低下する事が
判明した。

【００１６】図２において、第一の誘電体である中空円
筒状の誘電体管４の一端に第二の電極として細長い金属
電極２を気密に取り付け、該金属電極２を厚みＤ₂ を
０．１μｍ以上から（０．１×Ｄ₁ ×Ｅ₂ ）／Ｅ₁ 以下
の範囲にした第二の誘電体５で覆い、該誘電体管４の他
の一端には円板状の光取り出し窓部材４１を設け、該誘
電体管４が該誘電体バリア放電用の誘電体と放電容器の
一部を兼ねた構成にすると、図５のランプのように該内
側管と該光取り出し窓部材４１を接続する必要がないの
で、該内側管と該光取り出し窓部材の接続加工、例えば
溶着、接着などに伴う該光取り出し窓部材の透過率の低
下が少なく、特に、第二の誘電体５の表面付近からの放
射光が特に通過する場所である該光取り出し窓部材４１
の中心部分４１ｂの透過率低下が少なく、かつ、金属電
極２の直径は容易に小さくできるので、従って光の取り
出し効率が高く、照度が均一で、高効率の誘電体バリア
放電ランプが得られる。また、従来のランプを示す図５
の様な構成のランプにおいては、電極１２、誘電体１
０、光取り出し窓部材４１、誘電体９、電極１１の経路
で、光取り出し窓部材４１の内面に沿面放電が生じる
が、本発明の特徴ある構成では、光取り出し窓部材４１
付近において、光取り出し窓部材４１と金属電極２が放
電空間１５を通して対向しているため、上記した沿面放
電が発生せず、従って光出力の安定した誘電体バリア放
電ランプが得られる。

【００１７】さらに、高放射輝度を得るためには、該光
取り出し窓部材４１の直前の空間１５ａで安定に放電さ
せる事が必要であるが、そのためには、例えば図５のラ
ンプにおいて、電極の端部１１０，１２０を光取り出し
窓部材４１に接近させる必要がある。しかし、図５のよ
うな従来のランプでは、電極１２、光取り出し窓部材４
１の外面、電極１１の経路で、光取り出し窓部材４１の
外面に沿面放電が生じる。他方、本発明の特徴ある構成
では、光取り出し窓部材４１付近において、該誘電体管
４の外面に設けられた外側電極３と金属電極２は光取り
出し窓部材４１の外面を介して連続されていないので、
外側電極３を光取り出し窓部材４１に接近させても光取
り出し窓部材４１外面に沿面放電が発生せず、従って、
光出力が安定で、安全性の高い誘電体バリア放電ランプ
が得られる。

【００１８】該第一の誘電体の内径が、該細長い金属電
極を覆っている第二の誘電体の外径の５倍未満において
は、照度分布の不均一が無視できななり、また、該細長
い金属電極を覆っている第二の誘電体の外径の４０倍を
越えた領域においては、電極面積のアンバランスにより
放電が不安定になると言う欠点が生じた。即ち、該中空
円筒状の誘電体管の内径を、該細長い金属電極を覆って
いる第二の誘電体の外径の５から４０倍の範囲にするこ
とにより、光出力が安定で、照度分布が均一な誘電体バ
リア放電ランプが得られる。

【００１９】該光取り出し窓部材の外面に、該第一の誘
電体の外面に設けられた第一の電極と電気的に接続され
た光透過性の電極を設けた構成にすると、該第二の電極
の先端と該光取り出し窓部材４１の間に存在する空間１
５ａにおいて、より強くかつ安定な放電が発生するの
で、より高輝度で、安定な誘電体バリア放電ランプが得
られる。さらに、該外側電極と電気的に接続された光透
過性の電極によって、電磁雑音電波の放射が防止される
ので、より、安全な誘電体バリア放電ランプが得られ
る。

【００２０】該第二の電極が中空円筒状の金属管で、放
電容器の一部を兼ねており、該第二の電極を厚みＤ₂ を
０．１μｍ以上から（０．１×Ｄ₁ ×Ｅ₂ ）／Ｅ₁ 以下
の範囲にした第二の誘電体５で覆い、該第一の電極は細
長い金属棒であり、該第一の誘電体は細長い管状であ
り、該細長い金属棒からなる第一の電極と該細長い管状
である第一の誘電体は、該中空円筒状である第二の電極
の一端に同軸に、第二の電極と電気的に絶縁されて、気
密に取り付けられており、該中空円筒状である第二の電
極の他端に円板状の光取り出し窓部材を設けた構成にす
ると、放電容器が金属管なので、金属は誘電体に比較し
熱伝導率が大きく、第二の電極である放電容器を冷却す
ることによって放電ガスを効率よく冷却することが出
来、その結果、エキシマの生成効率が増大するので、上
記した本発明の利点に加えて、さらに高い発光効率の誘
電体バリア放電ランプが得られる。

【００２１】第二の電極である該金属管を覆っている第
二の誘電体の内径が、第一の電極である細長い金属棒を
覆っている第一の誘電体の外径の５倍未満においては、
照度分布の不均一が無視できなくなり、また、該細長い
金属棒を覆っている第一の誘電体の外径の４０倍を越え
た領域においては、電極面積のアンバランスにより放電
が不安定になると言う欠点が生じた。即ち、該第二の電
極である該金属管を覆っている第二の誘電体の内径を、
該細長い第一の金属電極を覆っている第一の誘電体の外
径の５から４０倍の範囲にすることにより、光出力が安
定で、照度分布が均一な誘電体バリア放電ランプが得ら
れる。

【００２２】上記の金属管を第二の電極とする構造のラ
ンプにおいて、該光取り出し窓部材の外面に、該第二の
電極と電気的に接続された光透過性の電極を設けた構成
にすると、該第一の電極の先端と該光取り出し窓部材の
間に存在する空間１５ａにおいて、より強くかつ安定な
放電が発生するので、より高輝度で、安定な誘電体バリ
ア放電ランプが得られる。さらに、該第一の電極である
外側電極と電気的に接続された光透過性の電極によっ
て、電磁雑音電波の放射が防止されるので、より、安全
な誘電体バリア放電ランプが得られる。

【００２３】

【実施例】本発明の第一の実施例である誘電体バリア放
電ランプの概略図を図１に示す。第一の誘電体である中
空円筒状の誘電体管４は、外径１５ｍｍ、肉厚Ｄ₁ が１
ｍｍ、全長約１５０ｍｍの石英ガラス製で、その外面に
は第一の電極としてアルミニウム蒸着膜からなる外側電
極３が設けられている。第二の電極である直径１ｍｍの
タングステン棒からなる内側電極２が、該誘電体管４と
同軸に設けられている。内側電極２は、第二の誘電体５
で覆われている。第二の誘電体５は、ゾル・ゲル法で形
成した酸化シリコンで、厚みＤ₂ は０．６μｍである。
酸化シリコンの誘電率は、石英ガラスとほぼ同一で、
３．８であるので、（０．１×Ｄ₁ ×Ｅ₂ ）／Ｅ₁ は
０．１ｍｍになる。すなわち、該第二の誘電体５の厚み
０．６μｍは、本発明の範囲内にある。

【００２４】内側電極２を誘電体管４に取り付ける方法
は、まず、タングステンの熱膨張係数に近い熱膨張係数
を有するガラスを該タングステン棒からなる内側電極２
に溶着させ、その上に石英ガラスとタングステンの熱膨
張係数の中間程度の熱膨張係数を有するガラスを溶着さ
せ、最後に石英ガラスからなる誘電体管４の一端に溶着
させる方法、いわゆるグレーデットシール法を使用し
た。４ａは、そのグレーデットシール部分を示す。誘電
体管４の他端４ｂは開放しており、光取り出し口４ｃを
形成している。上記のような放電ランプを、被照射試料
と一緒に試料処理容器を兼ねた放電容器に収納し、放電
容器内に放電用ガスとしてアルゴンを３００トールを封
入した。この様子を図６に示す。図６において、１００
は、試料処理容器、１０１は、図１に示すランプの概
観、１０２は被照射試料を示す。電極２，３の間に電源
２２によって交流電圧を印加したところ、放電空間１５
に十分な放電電力が注入され、かつ、放電プラズマが一
条に収斂することがないので安定な誘電体バリア放電が
発生し、光取り出し口４ｃからアルゴンのエキシマ光で
ある１６７ｎｍに中心波長を有する真空紫外線が、高出
力で、かつ安定に放出できる誘電体バリア放電ランプを
得ることが出来た。光取り出し口４ｃには窓部材がない
ので、光の取り出し効率が高くなり、従って、放射輝度
が高く、照度分布が均一である誘電体バリア放電ランプ
を得ることが出来た。

【００２５】本発明の第二の実施例の該誘電体バリア放
電ランプを、図２に示す。本実施例のランプの構造は、
第一の実施例における光取り出し口４ｃの部分に円板状
の合成石英ガラスからなる光取り出し窓部材４１を設
け、第二の誘電体５として厚さＤ₂ が０．２μｍの酸化
タンタルの皮膜を設けた構造である。酸化タンタルの誘
電率は、約２５であるので、（０．１×Ｄ₁ ×Ｅ₂ ）／
Ｅ₁ は０．６６ｍｍになる。すなわち、該第二の誘電体
３３の厚み０．２μｍは、本発明の範囲内にある。ま
た、誘電体管４は合成石英ガラスであり、放電容器を兼
ねており、さらに、第一の電極であるアルミニウム蒸着
膜からなる外側電極３は、その一端が光取り出し窓部材
４１の直近まで延長されており、かつ、誘電体バリア放
電ランプの電極と光反射板を兼用している。図示してい
ないが、該アルミニウム電極を機械的に、化学的に保護
するために、該外側電極３を窒化ほう素の保護皮膜で被
覆した。また、放電用ガスは、２５０トールのキセノン
である。高周波高電圧の電源２２を使用して該誘電体バ
リア放電ランプを点灯したところ、先ず第一に、十分な
放電電力が注入でき、従って、均一な照度分布で十分な
光出力が得られ、第二に、光取り出し窓部材４１が円板
状のため光の取り出し効率が高く、従って高効率がえら
れ、第三に該外側電極３が光取り出し窓部材４１に接す
るまで延長して設けられているのにもかかわらず、光取
り出し窓部材４１の内側および外側において沿面放電が
発生せず、かつ、放電プラズマが一条に収斂することが
ないので安定な誘電体バリア放電が発生し、従って、光
出力が安定であり、かつ、放射輝度が増大した。上記の
結果、１７２ｎｍに中心波長を有する真空紫外線が高効
率で放射され、放射輝度が高く、光出力が安定で、しか
も安全性の高い誘電体バリア放電ランプを得ることが出
来た。

【００２６】本発明の第三の実施例の該誘電体バリア放
電ランプを、図３に示す。この実施例においては、第二
の電極として金属管１６が放電容器を兼ねており、その
構造は、内径２０ｍｍ、肉厚２．５ｍｍ、全長約１５０
ｍｍのアルミニウム管製で、図示していないが光の反射
率を増すためにその内面にはアルミニウム蒸着膜が設け
られている。該アルミニウム蒸着膜の上に第二の誘電体
５として厚さＤ₂ が０．５μｍの酸化アルミニウムを設
けた。第一の電極として直径１ｍｍのタングステン棒か
らなる金属棒１７を設け、該第一の電極を厚さＤ₁ が
０．５ｍｍの石英ガラスからなる第一の誘電体１８で覆
った。気密シールには前記と同様、グレイデットシール
方法が利用できる。したがって第一の誘電体１８の外径
は約２ｍｍである。該第一の誘電体１８を、石英ガラス
の鍔６を使用して、該第二の電極である金属管１６に接
続する。したがって、金属棒１７は、電気的に絶縁し
て、同軸に、かつ気密に、金属管１６の一端に取り付け
られている。また、金属管１６の他端には、合成石英ガ
ラスからなる円板状光取り出し窓部材４１を取り付け
た。該金属管１６に対する該石英ガラスの鍔６および円
板状光取り出し窓部材４１の気密取り付けの方法は、図
示していないが、該金属管１６と石英ガラスの鍔６およ
び円板状光取り出し窓部材４１の間にインジウムを主成
分とした金属を介在させる方法、いわゆるメタライズに
よる方法によった。このいわゆるインジウムシール法
は、古くは、例えば実公昭４４─１８２３に紹介されて
いるランプ類で実用化されたものである。該放電容器に
放電用ガスとしてキセノンガスを２５０トールを封入
し、高周波高電圧の電源２２を使用して該誘電体バリア
放電ランプを点灯したところ、先ず第一に、十分な放電
電力が注入でき、従って、均一な照度分布で十分な光出
力が得られ、第二に、光取り出し窓部材４１が円板状の
ため光の取り出し効率が高く、従って高効率がえられ、
第三に該放電容器が金属であるため放電ガスを効果的に
冷却することが出来るので高効率が得られ、従って、１
７２ｎｍに中心波長を有する真空紫外線が高効率で放射
され、放射輝度が高い誘電体バリア放電ランプを得るこ
とが出来た。

【００２７】本発明の第四の実施例の該誘電体バリア放
電ランプを、図４に示す。本実施例のランプの構造は、
第二の実施例のランプ構造に加えて、該光取り出し窓部
材４１の外面に、該第一の電極３と電気的に接続された
光透過性の電極として金属網電極１９を設けた構造であ
る。さらに、放電用ガスとして、キセノンと塩素の混合
ガスを封入した。この実施例においては、第二の電極２
の先端と該光取り出し窓部材４１の間に存在する空間１
５ａで放電が安定に発生するので、３０８ｎｍに中心波
長を有する紫外線が高効率で放射され、より高輝度で、
安定な誘電体バリア放電ランプが得られる。さらに、金
属網電極１９によって、電磁雑音電波の放射が防止され
るので、より、安全な誘電体バリア放電ランプが得られ
る。

【００２８】

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、光出
力が安定で、放射輝度の高く、高効率で、放射照度が均
一である誘電体バリア放電ランプを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の誘電体バリア放電ランプの実施例の説
明図である。

【図２】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施例
の説明図である。

【図３】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施例
の説明図である。

【図４】本発明の誘電体バリア放電ランプの他の実施例
の説明図である。

【図５】従来の誘電体バリア放電ランプの説明図であ
る。

【図６】図１に示すランプの使用方法の一例の説明図で
ある。

【符号の説明】

２ 第二の電極 ３ 第一の電極 ４ 第一の誘電体 ５ 第二の誘電体 ６ 鍔 ７ 沿面放電 ８ 放電容器 ９ 内側管 １０ 外側管 １１，１２ 電極 １５ 放電空間 １６ 第２の電極としての金属管 １７ 第１の電極としての金属棒 １８ 第１の誘電体 １９ 金属網電極 ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ マイクロプラ
ズマ ４１ 光取り出し窓部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 安夫 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内 (72)発明者 菱沼 宣是 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内 (72)発明者 相浦 良徳 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内 (72)発明者 朝比奈 隆 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電率がＥ₁ で厚さがＤ₁ である第一の
   誘電体と、該第一の誘電体の第一の面の方に設けられた
   第一の電極と、該第一の誘電体の第二の面と対向してか
   つ隙間を有して設けられた第二の電極と、該第二の電極
   の表面上もしくは隙間を有して設けられた、誘電率がＥ
   ₂ で厚さがＤ₂ である第二の誘電体と、該第一の誘電体
   と第二の誘電体の間の放電空間に充填された、誘電体バ
   リア放電によってエキシマ分子を生成する放電用ガスと
   からなる誘電体バリア放電ランプにおいて、 厚みＤ₂ を、０．１μｍ以上から（０．１×Ｄ₁ ×
   Ｅ₂ ）／Ｅ₁ 以下の範囲に規定したことを特徴とした誘
   電体バリア放電ランプ。
2. 【請求項２】 第二の誘電体が、第二の電極の表面上を
   覆う膜状もしくは網状で全体として筒状に形成されてな
   ることを特徴とした請求項１に記載の誘電体バリア放電
   ランプ。
3. 【請求項３】 該第一の誘電体が概略中空円筒状であ
   り、かつ、該エキシマ分子から放出されたエキシマ光を
   放電路と直角方向に取り出すように構成したことを特徴
   とした請求項２に記載の誘電体バリア放電ランプ。
4. 【請求項４】 該第一の誘電体は放電容器の全部もしく
   は一部を兼ねており、該第二の電極は、細長い金属棒か
   らなり、前記容器の一端に同軸に、気密に取り付けられ
   ており、前記容器の他端に円板状の光取り出し窓部材を
   設けた構成にしたことを特徴とした請求項３に記載の誘
   電体バリア放電ランプ。
5. 【請求項５】 該第一の誘電体の内径を、第二の誘電体
   の外径の５倍から４０倍の範囲に規定したことを特徴と
   した請求項４に記載の誘電体バリア放電ランプ。
6. 【請求項６】 該光取り出し窓部材の外面に、該第一の
   電極と電気的に接続された光透過性の電極を設けたこと
   を特徴とした請求項４に記載の誘電体バリア放電ラン
   プ。
7. 【請求項７】 該第二の電極が、中空円筒状の金属管か
   らなり、放電容器の全部もしくは一部を兼ねており、該
   第一の電極は細長い金属棒であり、該第一の誘電体は細
   長い管状であり、該細長い金属棒からなる第一の電極と
   該細長い管状である第一の誘電体は、前記放電容器の一
   端に、同軸にかつ第二の電極と電気的に絶縁されて気密
   に取り付けられており、前記放電容器の他端に円板状の
   光取り出し窓部材を設けたことを特徴とした請求項２に
   記載の誘電体バリア放電ランプ。
8. 【請求項８】 第二の誘電体の内径を、第一の誘電体の
   外径の５倍から４０倍の範囲に規定したことを特徴とし
   た請求項７に記載の誘電体バリア放電ランプ。
9. 【請求項９】 該光取り出し窓部材の外面に、該第二の
   電極と電気的に接続された光透過性の電極を設けたこと
   を特徴とした請求項７に記載の誘電体バリア放電ラン
   プ。