JPWO2011078181A1 - Dielectric barrier discharge lamp and ultraviolet irradiation apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
真空紫外線を照射するための誘電体バリア放電ランプにおいて、放電管に飛来する飛散物の付着及びその固化を低減するするために、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、前面ガラスを備えずかつ平坦な面を有する下壁板を通して真空紫外線を下方に照射することを特徴とする放電管(1)と、この放電管の内部に電極(2、3)とを備えた半開放型の誘電体バリア放電ランプにおいて、 この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面を、紫外線を少なくとも50%以上遮光する遮光部材(4a)で構成する。In a dielectric barrier discharge lamp for irradiating vacuum ultraviolet rays, a discharge gas for excimer light emission is enclosed inside to reduce the adhesion and solidification of scattered substances flying to the discharge tube, and the front glass is sealed. A semi-open type comprising a discharge tube (1) characterized by irradiating vacuum ultraviolet rays downward through a lower wall plate having no flat surface and an electrode (2, 3) inside the discharge tube In this dielectric barrier discharge lamp, the wall surface of the discharge tube located on the long side surface around the lower wall plate is constituted by a light shielding member (4a) that shields at least 50% of ultraviolet rays.
Description
本発明は、真空紫外線を照射するための誘電体バリア放電ランプ、特に放電管の形状が照射側に平坦な面を有する誘電体バリア放電ランプ及びこれを用いた半開放型の紫外線照射装置に関する。 The present invention relates to a dielectric barrier discharge lamp for irradiating vacuum ultraviolet rays, and more particularly to a dielectric barrier discharge lamp having a discharge tube having a flat surface on the irradiation side and a semi-open type ultraviolet irradiation device using the same.
近年、放電管の形状が照射側に平坦な面を有する誘電体バリア放電ランプが知られている(特許文献1、2、3等)。その特徴は、照射光の面内均一性がよく、放電管と照射対象物の間に高価な前面ガラス(特許文献2、図8の窓部102に相当)を設ける必要が無いことである。そのため、所定の電源装置に接続することにより低コストで紫外線照射装置を製造でき、照射対象物に直接真空紫外線を照射できる利点がある(特許文献3)。このような前面ガラスの無い、照射対象物に直接真空紫外線を照射できるタイプを半開放型の紫外線照射装置という。この種の誘電体バリア放電ランプは前面ガラスが無いために放電管を収納するランプハウス内の気流等によって種々の飛散物が放電管に付着しやすく、その管壁に付着する結晶化(固化)した付着物(以下、「固化付着物」又は「白粉」という。)によって放電管にダメージを与えるという問題がある。放電管の外壁に付着した付着物は定期的に拭き取って除去することも可能であるが、長時間紫外線に曝されてある程度固化が進むと除去できなくなる。 In recent years, dielectric barrier discharge lamps having a discharge tube with a flat surface on the irradiation side are known (
放電管に飛来する飛散物の付着は有機系のHMDS(ヘキサメチレンジシラザン)などの、「有機ケイ素化合物」であると考えられる。放電管に付着する白粉は、放電管からの紫外光によって有機ケイ素化合物がシロキサン前駆体に分解されて放電管の外周表面に堆積するために生じ、その白粉が光と熱により酸化及び脱水反応によって重合反応が進み、強固なガラス質の付着膜を形成するものと推察される。白粉の付着は放電管の性能を著しく劣化させる原因となる。また、放電管に付着した白粉が照射装置内の放電管背面或いは側面から流される窒素ガス等によって脱落すれば、放電管がワーク(被照射対象物)の汚染源にもなりうる。 It is thought that the adhering of scattered matter flying to the discharge tube is an “organosilicon compound” such as organic HMDS (hexamethylene disilazane). The white powder adhering to the discharge tube is generated because the organosilicon compound is decomposed into a siloxane precursor by ultraviolet light from the discharge tube and deposited on the outer peripheral surface of the discharge tube, and the white powder is oxidized and dehydrated by light and heat. It is inferred that the polymerization reaction proceeds and a strong glassy adhesion film is formed. The adhesion of white powder causes the performance of the discharge tube to deteriorate significantly. Moreover, if the white powder adhering to the discharge tube falls off by nitrogen gas or the like flowing from the back surface or the side surface of the discharge tube in the irradiation device, the discharge tube can also be a source of contamination of the workpiece (object to be irradiated).
特許文献1は、前後を極めて長尺な形状に形成した誘電体バリア放電ランプの放電容器内の前後端壁板や左右側壁板の内面に「真空紫外線保護層」を形成することによって、前後端壁板の劣化を抑えられることを開示している(第10〜11段落等)。この真空紫外線保護層は、少なくとも真空紫外線を吸収するか反射するもので構成される(第20段落等)。
本発明者らは紫外線の遮光率に対する固化付着物の膜厚の関係を調べたところ、遮光率がある一定値以上において有意にその膜厚が減少する条件を見いだした。まず、固化付着物の膜厚の測定方法について説明する。図11は、測定装置の概略図である。測定装置60は、定盤62と、放電管固定台63と、マイクロメーター固定台64と、マイクロメーター65とを備えている。そして、測定装置60は、放電管固定台63及びマイクロメーター固定台64を定盤62に、マイクロメーター65をマイクロメーター固定台64に、放電管61を放電管固定台63にそれぞれ固定して、測定位置がずれないようになっている。マイクロメーター65は、MITUTOYO社製(型名:M810−50)を用いた。固化付着物の膜厚は、測定装置60を用いて、まず、付着物の無い点灯前の放電管61の幅を測定し、次に、放電管61を平均照度100mW/cm2で点灯して所定時間(10時間、100時間、1000時間)後に放電管61の幅を測定し、最後に、放電管61の点灯前の幅と点灯後の幅との差を求めることにより得た。図6は、紫外線の遮光率に対する固化付着物の膜厚の関係を表すグラフである。横軸は紫外線の遮光率をとり、縦軸は遮光率を0〜100%まで変化させたときの固化(ガラス化)した固化付着物の膜厚[μm]を表している。ここで、照射時間1000時間は、固化が飽和すると考えられる十分な時間である。照射時間10時間、100時間、1000時間の3つのグラフを比較すると、いずれも紫外線遮光率がある程度高くなると急激に固化付着物の膜厚が減少していることが分かる。The present inventors examined the relationship between the film thickness of the solidified deposit and the ultraviolet light shielding rate, and found that the film thickness significantly decreased when the light shielding rate was above a certain value. First, a method for measuring the thickness of the solidified deposit will be described. FIG. 11 is a schematic diagram of a measuring apparatus. The
すなわち、放電管に飛来する飛散物の付着及びその固化を減らすために最も効果的な方法は、放電管に飛散物が付着しても、そこからなるべく固化が進行しないよう遮光することであるという知見が導かれる。この知見によれば、例えば、アルミナ微粒子或いはシリカ・アルミナ混合微粒子などは紫外光を拡散反射する材料として知られ、誘電体バリア放電ランプの反射膜として用いられる例が知られているが、紫外線を十分に遮光することはできない。そのため、遮光が不完全となり、付着した飛散物の固化が進行し、放電管にダメージを与える原因となる。特に、長尺方向(前後方向)の長側面に位置する壁面では、歪みが集中しやすい。 In other words, the most effective method for reducing the adhesion and solidification of flying objects flying on the discharge tube is to shield the discharge tube from solidification as much as possible even if it adheres to the discharge tube. Find knowledge. According to this knowledge, for example, alumina fine particles or silica / alumina mixed fine particles are known as materials that diffusely reflect ultraviolet light, and examples of use as a reflective film of a dielectric barrier discharge lamp are known. It cannot be shielded enough. Therefore, the light shielding is incomplete, the adhering scattered matter is solidified, and the discharge tube is damaged. In particular, distortion tends to concentrate on the wall surface located on the long side surface in the longitudinal direction (front-rear direction).
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、真空紫外線を照射するための誘電体バリア放電ランプにおいて、飛来する飛散物の放電管への長側面に位置する壁面への付着の抑制及び固化付着物量を減らすことを技術的課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and in a dielectric barrier discharge lamp for irradiating vacuum ultraviolet light, suppression of adhering to the wall surface located on the long side surface of the flying scattered matter to the discharge tube and solidification Reducing the amount of deposits is a technical issue.
本発明に係る誘電体バリア放電ランプは、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、平坦な面を有する下壁板を通して紫外線を下方に照射する放電管と、この放電管の外部の少なくとも一方に電極を備えた誘電体バリア放電ランプにおいて、
この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面が、紫外線を少なくとも50%以上遮光する遮光部材で構成されたことを特徴とする。図6の結果より、固化付着物は紫外線遮光率が約50%を超えたあたりから減少を始めていることが分かる。A dielectric barrier discharge lamp according to the present invention includes a discharge tube that encloses a discharge gas for excimer light emission and irradiates ultraviolet rays downward through a lower wall plate having a flat surface, and an external portion of the discharge tube. In a dielectric barrier discharge lamp having an electrode on at least one side,
The wall surface located on the long side surface around the lower wall plate in the discharge tube is constituted by a light shielding member that shields at least 50% of ultraviolet rays. From the result of FIG. 6, it can be seen that the solidified deposit starts to decrease when the ultraviolet light shielding rate exceeds about 50%.
本発明に係る誘電体バリア放電ランプによれば、遮光部材で構成した放電管の壁面に飛来する飛散物の付着が抑えられ、かつ固化することを防止することができる。特に、下壁板の周囲の長側面(或いは短側面を含む四側面)に位置する壁面を遮光部材で構成することにより、放電管の照射面に対する側面や上面に飛来する飛散物の付着やその固化が抑えられ、放電管の寿命を向上させることができる。必要により上壁板も同様の遮光部材で構成してもよい。真空紫外線を照射する放電管は、その壁面に飛散物を多く付着するため、大きな効果を期待できる。 According to the dielectric barrier discharge lamp according to the present invention, it is possible to suppress the adhering of scattered matter flying on the wall surface of the discharge tube constituted by the light shielding member and to prevent the solidification. In particular, by constructing the wall surface located on the long side surface (or the four side surfaces including the short side surface) around the lower wall plate with a light shielding member, adhesion of scattered matter flying on the side surface or the upper surface with respect to the irradiation surface of the discharge tube or its Solidification is suppressed and the life of the discharge tube can be improved. If necessary, the upper wall plate may be made of the same light shielding member. Since a discharge tube that irradiates vacuum ultraviolet rays attaches a lot of scattered matter to the wall surface, a great effect can be expected.
なお、「下壁板を通して紫外線を下方に照射する放電管」とは、本発明を実施するうえで前提となる放電管の形状を規定したものであり、例えば、「前後に最長であり上下が最短になると共にこの上下で向かい合うほぼ平坦な上下壁板が互いにほぼ平行な形状を有する略方形箱形のもの」、或いは、「細長の円筒において外周壁の円弧の一部を潰して平坦化したようなアーチ状の曲面部と、この曲面部における円弧の両端縁を繋ぐ平板状の平坦部とを備えたもの」など、いずれも前面ガラスの代わりとなる平坦部を有する下壁板を有し、かつその下壁板を通して紫外線が照射されるものが該当する。 The “discharge tube that irradiates ultraviolet rays downward through the lower wall plate” defines the shape of the discharge tube, which is a prerequisite for carrying out the present invention. This is the shortest and almost flat top and bottom wall plates facing each other up and down, which are almost in the shape of a rectangular box having a shape substantially parallel to each other, or “in an elongated cylinder, a part of the arc of the outer peripheral wall is crushed and flattened. Such as an arch-shaped curved surface portion and a flat plate-shaped flat portion that connects both end edges of the arc in the curved surface portion, etc., all have a lower wall plate having a flat portion instead of the front glass. And what is irradiated with ultraviolet rays through the lower wall board corresponds.
放電管の壁面を構成する遮光部材の遮光率は高いほど好ましく、70%以上、例えば90%以上の遮光率とすれば固化した固化付着物の相対膜厚を飛散物の固化を遮光率0の場合で1000時間照射した場合の5%以下にまで抑えることができる。 The light blocking ratio of the light blocking member constituting the wall of the discharge tube is preferably as high as possible. If the light blocking ratio is 70% or more, for example, 90% or more, the solidified deposits have a relative film thickness to reduce the solidification of the scattered matter. In some cases, it can be suppressed to 5% or less of 1000 hours of irradiation.
ここで、膜厚tの膜を透過した光の出力強度Iは、入力強度I0、吸収係数α、膜厚tを用いて、
I=I0・e−αt ・・・・・(式1)
(但し、eは自然対数の底)
と表される。透過率はI/I0と表されるので、遮光率は(1−I/I0)と求められる。Here, the output intensity I of the light transmitted through the film having the film thickness t is obtained by using the input intensity I 0 , the absorption coefficient α, and the film thickness t.
I = I 0 · e −αt (Formula 1)
(However, e is the base of natural logarithm)
It is expressed. Since the transmittance is expressed as I / I 0 , the light shielding rate is calculated as (1−I / I 0 ).
一般に「遮光」とは、光を遮断するということ意味するので、「反射」や「吸収」、又は「屈折」によって「遮光」を実現する場合は起こりうる。しかし、本発明においては、結果的に真空紫外線を遮光率50%以上(より好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上)遮断できるものでなければ飛散物の付着やその固化を防止するという効果を得ることはできない点に留意すべきである。また、「遮光部材」とは、光を遮断する部材のことであり、1種類の材料で構成されていてもよいし、2種類以上の材料で構成されていてもよい。 In general, “light shielding” means that light is blocked, so that “light shielding” can be realized by “reflection”, “absorption”, or “refraction”. However, in the present invention, as a result, if the vacuum ultraviolet ray can not be blocked by 50% or more (more preferably 70% or more, more preferably 90% or more), the adhesion of scattered matter and its solidification can be prevented. It should be noted that no effect can be obtained. Further, the “light shielding member” is a member that blocks light, and may be composed of one kind of material or may be composed of two or more kinds of materials.
また、本発明に係る誘電体バリア放電ランプは、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、平坦な面を有する下壁板を通して紫外線を下方に照射する放電管と、この放電管の外部の少なくとも一方に電極を備えた誘電体バリア放電ランプにおいて、
この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面が、当該ランプの点灯時に、前記壁面から放電管の外部に放射される紫外線の平均照度が50mW/cm2以下となるように遮光する遮光部材で構成されていることを特徴とする。図6の結果より、固化付着物は紫外線遮光率が約50%を超えたあたり、つまり、放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が50mW/cm2以下となったあたりから減少を始めていることが分かる。つまり、放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が50mW/cm2以下となったあたりから減少を始めていることが分かる。より好ましくは、放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が30mW/cm2以下となるように点灯することが望ましく、さらに好ましくは、10mW/cm2以下となるように遮光する遮光部材で構成されているとよい。なお、平均照度とは、放電管の表面照度を5箇所測定した際の平均値である。後述するように、側壁面の平均照度は、下壁板の平均照度と側壁面の遮光率に基づいて算出することができる。In addition, a dielectric barrier discharge lamp according to the present invention includes a discharge tube that encloses a discharge gas for excimer light emission, and irradiates ultraviolet rays downward through a lower wall plate having a flat surface. In a dielectric barrier discharge lamp having an electrode on at least one of the outside,
The wall surface located on the long side surface around the lower wall plate in the discharge tube is shielded so that the average illuminance of ultraviolet rays radiated from the wall surface to the outside of the discharge tube is 50 mW / cm 2 or less when the lamp is turned on. It is characterized by comprising a light shielding member. From the results shown in FIG. 6, the solidified deposits decreased after the ultraviolet light shielding rate exceeded about 50%, that is, when the average illuminance of ultraviolet rays radiated to the outside of the discharge tube became 50 mW / cm 2 or less. You can see that it is starting. In other words, it can be seen that the decrease starts when the average illuminance of ultraviolet rays radiated to the outside of the discharge tube becomes 50 mW / cm 2 or less. More preferably, it is desirable to turn on the light so that the average illuminance of ultraviolet rays radiated to the outside of the discharge tube is 30 mW / cm 2 or less, and more preferably, the light shielding member shields light so that it becomes 10 mW / cm 2 or less. It is good to be composed of. The average illuminance is an average value when the surface illuminance of the discharge tube is measured at five locations. As will be described later, the average illuminance of the side wall surface can be calculated based on the average illuminance of the lower wall plate and the light shielding rate of the side wall surface.
本発明に係る誘電体バリア放電ランプの点灯方法は、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、平坦な面を有する下壁板を通して紫外線を下方に照射する放電管と、この放電管の外部の少なくとも一方に電極を備えた誘電体バリア放電ランプの点灯方法であって、
この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面から放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が50mW/cm2以下であることを特徴とする。図6の結果より、固化付着物は紫外線遮光率が約50%を超えたあたり、つまり、放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が50mW/cm2以下となったあたりから減少を始めていることが分かる。より好ましくは、放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が30mW/cm2以下となるように点灯することが望ましく、さらに好ましくは、10mW/cm 2以下となるように点灯することが望ましい。 A dielectric barrier discharge lamp lighting method according to the present invention includes: a discharge tube in which discharge gas for excimer light emission is enclosed; and an ultraviolet ray is irradiated downward through a lower wall plate having a flat surface; A method of lighting a dielectric barrier discharge lamp comprising an electrode on at least one of the outside of
The average illuminance of ultraviolet rays emitted from the wall surface located on the long side surface around the lower wall plate in the discharge tube to the outside of the discharge tube is 50 mW / cm.2It is characterized by the following. From the result of FIG. 6, the solidified deposit has an ultraviolet light shielding rate of about 50%, that is, the average illuminance of ultraviolet light emitted to the outside of the discharge tube is 50 mW / cm.2It can be seen that the decline has begun from around the following. More preferably, the average illuminance of ultraviolet rays emitted to the outside of the discharge tube is 30 mW / cm.2It is desirable to light up so as to be below, more preferably 10 mW / cm 2It is desirable to light up so that
被照射対象物に照射する光の照度が小さくてもよい場合、また、下壁板から照射された光を集光した後に被照射対象物に照射する場合、放電ランプ全体としての照度を低くすることで、下壁板の周囲の長側面に位置する壁面から放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度を50mW/cm2以下とすることができる。また、放電ランプ全体としての照度を低くすることに加え、下壁板の周囲の長側面に位置する壁面を遮光部材で構成することによって、下壁板の周囲の長側面に位置する壁面から放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が50mW/cm2以下となるように点灯してもよい。When the illuminance of light irradiating the object to be irradiated may be small, or when irradiating the object to be irradiated after collecting the light irradiated from the lower wall plate, the illuminance of the entire discharge lamp is lowered. Thus, the average illuminance of ultraviolet rays emitted from the wall surface located on the long side surface around the lower wall plate to the outside of the discharge tube can be set to 50 mW / cm 2 or less. In addition to lowering the illuminance of the entire discharge lamp, the wall surface located on the long side surface around the lower wall plate is made of a light shielding member, so that the discharge from the wall surface located on the long side surface around the lower wall plate can be achieved. You may light up so that the average illumination intensity of the ultraviolet-ray radiated | emitted outside the pipe | tube may be 50 mW / cm < 2 > or less.
本発明に係る誘電体バリア放電ランプにおいて、遮光部材として、透明部材と遮光膜とを含む部材を用いることができる。遮光膜は透明部材を通して外部に照射される紫外線を遮光できる位置に配置されていればよく、例えば、透明部材の表面に遮光膜を形成した構成とすればよい。透明部材には、合成石英板や溶融石英板などを用いることができる。放電管全体を合成石英板などの同一の透明部材で構成した後に、この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面に対して、遮光膜を形成するのが好ましいが、下壁板と透明部材が必ずしも同一の部材である必要は無い。このように、遮光部材を透明部材と遮光膜とで構成することで、放電管の強度等の物理的性質は透明部材側に、紫外線に対する遮光性は遮光膜側により、容易に調整することができる。 In the dielectric barrier discharge lamp according to the present invention, a member including a transparent member and a light shielding film can be used as the light shielding member. The light shielding film only needs to be disposed at a position where the ultraviolet rays irradiated to the outside through the transparent member can be shielded. For example, the light shielding film may be formed on the surface of the transparent member. A synthetic quartz plate or a fused quartz plate can be used as the transparent member. After the entire discharge tube is made of the same transparent member such as a synthetic quartz plate, a light shielding film is preferably formed on the wall surface of the discharge tube located on the long side surface around the lower wall plate. The plate and the transparent member are not necessarily the same member. Thus, by configuring the light shielding member with the transparent member and the light shielding film, the physical properties such as the strength of the discharge tube can be easily adjusted on the transparent member side, and the light shielding property against ultraviolet rays can be easily adjusted on the light shielding film side. it can.
さらに、この透明部材として、紫外線遮光性を有する酸化物の微粒子を溶剤に混濁させたスラリー(混濁液)の焼成物を用いることができる。この遮光膜は、放電管の内側に形成してもよく、外側に形成してもよい。この微粒子の一次粒子径は、3μm以下であることが好ましい。粒子径の小さな微粒子を遮光膜の材料に用いることで、粒子径の大きなものを用いた場合に比べて、粒子間の空間が少ない、粒子が密に並んだ遮光膜を形成することができる。その結果、紫外線が粒子間の空間を通り抜ける確率が減少するため、容易に紫外線遮光率を上げることができる。さらに、遮光率全体の遮光率のむらを減らすことができる。 Further, as the transparent member, a fired product of a slurry (turbid liquid) in which fine particles of oxide having ultraviolet light shielding properties are turbid in a solvent can be used. This light shielding film may be formed inside the discharge tube or outside. The primary particle diameter of the fine particles is preferably 3 μm or less. By using fine particles having a small particle size as the material of the light shielding film, it is possible to form a light shielding film in which particles are closely arranged and the space between the particles is small compared to the case where a material having a large particle size is used. As a result, since the probability that ultraviolet rays pass through the space between the particles decreases, the ultraviolet light shielding rate can be easily increased. Furthermore, the unevenness of the light shielding rate of the entire light shielding rate can be reduced.
溶剤には、アルコール類(エタノール、イソプロピルアルコール、n−ブタノールなど)、キシレン、トルエンなどを用いることができる。また、超微粒子を溶剤中に分散させるために、ポリカルボン酸部分アルキルエステル系、ポリエーテル系、多価アルコールエステル系などの界面活性剤を添加するとよい。 As the solvent, alcohols (ethanol, isopropyl alcohol, n-butanol, etc.), xylene, toluene and the like can be used. In order to disperse the ultrafine particles in the solvent, a surfactant such as a polycarboxylic acid partial alkyl ester, a polyether, or a polyhydric alcohol ester may be added.
また、好ましくは、酸化物の微粒子の一次粒子径は、10〜100nmであるとよい。微粒子の粒子径が100nmより大きいと、スラリー中の分散性が悪くなり、不均一な遮光膜となるおそれがある。さらに、粒子間の空間が広がるため、紫外線遮光率が低下してしまう。また、微粒子の粒子径が10nmより小さいと、粒子の表面エネルギーが高く、粒子同士が凝集してスラリー中に沈殿してしまうためである。 Preferably, the primary particle diameter of the oxide fine particles is 10 to 100 nm. If the particle diameter of the fine particles is larger than 100 nm, the dispersibility in the slurry is deteriorated, which may result in a non-uniform light shielding film. Furthermore, since the space between the particles is widened, the ultraviolet light shielding rate is lowered. Further, if the particle diameter of the fine particles is smaller than 10 nm, the surface energy of the particles is high, and the particles aggregate and precipitate in the slurry.
さらに、好ましくは、酸化物の微粒子は、酸化イットリウム(Y2O3)を主成分とするとよい。酸化イットリウムは、紫外線吸収性を有し、かつ絶縁体である。そのため、放電管の内側に遮光膜を設ける場合は、紫外線遮光性を有するとともに、放電中に放電管内で異常放電を起こさない遮光膜を形成することができ、放電管の外側に遮光膜を設ける場合は、放電管の外部に備えられた電極との電気的な接触を気にしなくて良い。酸化イットリウムの他に、酸化亜鉛(ZnO)や、酸化チタン(TiO2)をシリカ(SiO2)でコーティングしたものを主成分とする超微粒子を使用してもよい。これらの材料は、キセノンガスを放電ガスとした際の172nmを中心波長とする真空紫外光に対して、有用である。More preferably, the oxide fine particles are mainly composed of yttrium oxide (Y 2 O 3 ). Yttrium oxide has ultraviolet absorptivity and is an insulator. Therefore, when providing a light shielding film inside the discharge tube, it is possible to form a light shielding film that has ultraviolet light shielding properties and does not cause abnormal discharge in the discharge tube during discharge, and provides a light shielding film outside the discharge tube. In this case, it is not necessary to worry about the electrical contact with the electrode provided outside the discharge tube. In addition to yttrium oxide, ultrafine particles mainly composed of zinc oxide (ZnO) or titanium oxide (TiO 2 ) coated with silica (SiO 2 ) may be used. These materials are useful for vacuum ultraviolet light having a center wavelength of 172 nm when xenon gas is used as the discharge gas.
また、本発明に係る誘電体バリア放電ランプに用いる遮光膜が、主として紫外線吸収性によって遮光をすると好ましい。なぜなら、遮光膜を薄くすることができるからである。紫外線反射性は紫外線吸収性に比べると、膜厚に対する依存性が高い。そのため、紫外線反射性を有する遮光膜によって遮光率を50%以上にするためには、紫外線吸収性を有する遮光膜を用いた場合に比べて、より厚膜である必要がある。特に、遮光率を70%以上、90%以上とした際、その差は顕著である。下壁板の周囲の長側面に位置する壁面に厚膜の遮光膜を形成した場合、放電管の保温効果が上がる結果、ランプ点灯時に放電管内の温度が上昇し、発光効率が低下してしまう。さらに、厚い膜となるほど、透明部材と遮光膜との熱膨張率の差により、ランプ点灯時に遮光膜に亀裂が入りやすくなる。そのため、好ましくは遮光膜の膜厚が10μm以下であるとよい。なお、ここで示す「主として紫外線吸収性によって遮光をする」とは、「反射」や「屈折」による遮光率に比べて、「吸収」による遮光率の方が大きい場合のことである。主として紫外線吸収性によって遮光する材料として、例えば、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ジルコニウム(ZrO2)などが挙げられ、また、これらを複合材料としたものを用いてもよい。Further, it is preferable that the light shielding film used in the dielectric barrier discharge lamp according to the present invention shields light mainly by ultraviolet absorption. This is because the light shielding film can be made thin. The ultraviolet reflectivity is more dependent on the film thickness than the ultraviolet absorptivity. For this reason, in order to increase the light shielding rate to 50% or more with a light-shielding film having ultraviolet reflectivity, it is necessary to make the film thicker than when a light-shielding film having ultraviolet absorptivity is used. In particular, when the light shielding rate is 70% or more and 90% or more, the difference is remarkable. When a thick light-shielding film is formed on the long side wall around the lower wall plate, the heat retention effect of the discharge tube is increased, resulting in an increase in the temperature in the discharge tube when the lamp is turned on and a decrease in luminous efficiency. . Furthermore, the thicker the film, the easier it is for the light-shielding film to crack when the lamp is lit due to the difference in thermal expansion coefficient between the transparent member and the light-shielding film. Therefore, the thickness of the light shielding film is preferably 10 μm or less. Here, “mainly shielding light by ultraviolet absorption” means that the light shielding rate by “absorption” is larger than the light shielding rate by “reflection” or “refraction”. Examples of the material that shields light mainly by ultraviolet absorptivity include yttrium oxide (Y 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), zirconium oxide (ZrO 2 ), and the like. Also good.
また、下壁板を合成石英板で構成する一方、下壁板の周囲の四側面(前後方向及び左右方向の両側壁面)或いは上壁板を溶融石英板で構成してもよい。溶融石英板は、合成石英に比べて不純物を多く含んでいるため、通常、真空紫外線に対する遮光率が70%以上であり、さらに、加熱することで合成石英との溶着も容易であるため、遮光部材として適している。 Further, the lower wall plate may be composed of a synthetic quartz plate, while the four side surfaces (both side walls in the front-rear direction and the left-right direction) around the lower wall plate or the upper wall plate may be composed of a fused quartz plate. Since a fused quartz plate contains more impurities than synthetic quartz, the shielding rate against vacuum ultraviolet rays is usually 70% or more, and since it can be easily welded to synthetic quartz by heating, Suitable as a member.
或いは、発光管自体は全体を合成石英板で構成するが、下壁板の周囲の四側面(前後方向及び左右方向の両側壁面)或いは上壁板の表面を例えば遮光率70%以上になるまで粗面化してもよい。粗面化とは鏡面状態の壁面と比べて表面粗さを大きくすることであり、フッ酸などを接触することにより化学的に浸食させて表面を粗面化する方法と、サンドブラストなど微粒子を吹き付けることにより物理的に鏡面状態を失わせて表面を粗面化する方法がある。 Alternatively, the arc tube itself is composed entirely of a synthetic quartz plate, but the four side surfaces around the lower wall plate (both side walls in the front-rear direction and the left-right direction) or the surface of the upper wall plate until the light shielding rate becomes 70% or more, for example You may roughen. Roughening is to increase the surface roughness compared to a mirror-finished wall. The surface is chemically eroded by contact with hydrofluoric acid or the like, and fine particles such as sandblast are sprayed. There is a method of roughening the surface by physically losing the specular state.
本発明に係る誘電体バリア放電ランプは、エキシマ発光を生じさせるための電力を出力する電源装置と、前記電源装置からの電力を供給するためのリード線とを用いることで、紫外線照射装置とすることができる。このような紫外線照射装置によって、被照射面に有機ケイ素化合物の層が形成されている被照射対象物を照射する場合、大気中にもともと浮遊している有機ケイ素化合物に加えて、被照射対象物からも有機ケイ素化合物が飛来するため、放電管の壁面に飛散物がより飛来しやすくなる。そのため、被照射面の一部に有機ケイ素化合物の層が形成された被照射対照物を用いる場合、飛散物の付着の抑制や固化防止作用が顕著となる。なお、有機ケイ素化合物は、被照射対象物に対してレジストを施す場合に、被照射対象物とレジストとの密着性を向上させるための中間層として用いられることがある。 The dielectric barrier discharge lamp according to the present invention is an ultraviolet irradiation device by using a power supply device that outputs electric power for generating excimer light emission and a lead wire for supplying electric power from the power supply device. be able to. When irradiating an irradiated object having an organosilicon compound layer formed on the surface to be irradiated by such an ultraviolet irradiation device, in addition to the organic silicon compound originally suspended in the air, the irradiated object Since the organosilicon compound also comes from, the scattered matter is more likely to fly to the wall surface of the discharge tube. Therefore, when using the irradiated control object in which the layer of the organosilicon compound is formed on a part of the irradiated surface, the effect of suppressing the adhesion of the scattered material and the solidification preventing action become remarkable. The organosilicon compound may be used as an intermediate layer for improving the adhesion between the irradiated object and the resist when the resist is applied to the irradiated object.
本発明に係る誘電体バリア放電ランプによると、この放電管における下壁板の周囲の長側面或いは四側面に位置する壁面が、紫外線を少なくとも50%以上遮光する遮光部材で構成されるため、遮光部材で構成した放電管の壁面に飛来する飛散物の付着が抑えられ、かつ固化することを防止することができる。 According to the dielectric barrier discharge lamp of the present invention, the wall surface located on the long side surface or the four side surfaces around the lower wall plate in the discharge tube is composed of a light shielding member that shields at least 50% of ultraviolet rays. It is possible to suppress the adhering of scattered matter flying on the wall surface of the discharge tube constituted by the members and prevent solidification.
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。同一又は同類の部材には同一の符号を用いるか又は添字のみ異ならせて表示するものとし、重複した説明を省略しているが、各実施形態の記載は本発明の技術的思想を理解するために合目的的に解釈され、実施形態の記載に限定解釈されるべきものではない。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals are used for the same or similar members, or only the subscripts are displayed differently, and duplicated descriptions are omitted. However, the description of each embodiment is for understanding the technical idea of the present invention. Should not be construed as limited to the description of the embodiments.
(第1の実施形態)
図1及び図2は、本発明の第1の実施形態を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺な中央部を省略した斜視図である。図2(a)は、図1の放電管1aを長尺の中心軸で切断して側面方向から見た断面図である。図2(b)は、誘電体バリア放電ランプの長尺方向の断面図、すなわち図2(a)のA−A線断面図、図2(c)は、図2(a)のB−B線断面図である。(First embodiment)
1 and 2 show a first embodiment of the present invention and are perspective views in which a long central portion of a dielectric barrier discharge lamp is omitted. FIG. 2A is a cross-sectional view of the
この誘電体バリア放電ランプの放電管1は略方形箱形で長尺な合成石英製ガラス製の角管1aの両端開口部に、この角管1aの横断面とほぼ同じ形状の合成石英ガラス製の前後端壁板1b、1bをそれぞれ溶着して塞ぐことにより形成される。内部にはキセノンガスが封入されている。角管1aは、横断面の上下方向の高さが十数mmであり、左右方向の幅が数十mmの方形の管であって、前後方向の長さは例えば1m以上となる。従って、この角管1aは、上下で向かい合う平坦な上下壁板と左右方向で向かい合う平坦な左右側壁板とで構成される。この角管1aの両端開口部に溶着される前後端壁板1b、1bには、事前にそれぞれチップ管1c、1cが突設されている。各チップ管1cは、前後端壁板1bの外面からさらに外側に突出するように溶着された溶融石英ガラス製の管材であり、管内がこの前後端壁板1bのほぼ中央部に予め形成された開口孔に通じるように設けられている。この放電容器1は、角管1aの両端開口部に前後端壁板1b、1bを溶着する前又は後に、この角管1aの上下壁板の外面に電極2,3の金属薄膜が成膜される。電極2は、誘電体バリア放電ランプが放射する真空紫外線の強度を検査するためのセンサ用の未塗膜部を除けば、角管1aの上壁板の上面のほぼ全面を覆うように成膜される。また、電極3は、この角管1aの下壁板の下面のほぼ全面に網目状のパターンで成膜される。 A
この放電管1における下壁板の周囲の四側面に位置する四方の内壁面には、酸化イットリウム(Y2O3)を含むスラリーを焼成して得られる紫外線遮光膜4aが設けられている。この膜は、172nmの真空紫外線を遮光することができるものであり、遮光率は膜厚によって調整することができる。そして、電源装置に接続することで紫外線照射装置を構成し、リード線を介して電極に所定の電力を印加することで誘電体バリア放電ランプが点灯し、この平坦な下壁板を通して図2(a)、(b)の矢印の方向へ、図2(c)では紙面垂直下方に、172nmの真空紫外線が照射される。Ultraviolet
図3(a)及び(b)は、いずれも図1及び図2に示す誘電体バリア放電ランプの放電管1における下壁板の周囲の四側面に位置する内壁面に、紫外線遮光膜を形成する様子を示している。まず、角管1aを図のように側面が下になるように傾けてチップ管1cから酸化イットリウム(Y2O3)を含むスラリーを注入し、乾燥させる。この作業を両側面及び前後端壁板について実施した後、500℃で30分間焼成する。その後、チップ管1cから排気して放電用ガス(例えばキセノンガス)を注入し、内部に放電用ガスを充填する。そして、双方のチップ管1cの先端部を溶融封止させて内部を密閉する。その後、電極用の金属を蒸着してパターニングし、最後にフッ化マグネシウム(MgF2)を蒸着することで電極を保護するためのコーティング膜を形成し、放電管が完成する。なお、一次粒子径が33nmである酸化イットリウムを10重量%含む、YAP10WT%−X480(CIKナノテック製)を原液とし、この原液をn−ブタノールで希釈したものをスラリーとして使用する。希釈の程度を変えることで、紫外線遮光膜の遮光率を変化させることができる。3 (a) and 3 (b), an ultraviolet light shielding film is formed on the inner wall surface located on the four side surfaces around the lower wall plate in the
−実験−
ここで、上述した製造方法に従って酸化イットリウムの膜厚のみが異なる6種類の放電管を試作して、その管壁に付着する固化した固化付着物(白粉)の付着量と固化の程度を調べた。実験条件は以下の通りである。
(1)供試ランプ
A.試作ランプ1・・・側面紫外線遮光膜(酸化イットリウム)形成
遮光率99%(希釈なし)
下壁板からの平均照度101mW/cm2
側壁面からの平均照度1mW/cm2
B.試作ランプ2・・・側面紫外線遮光膜(酸化イットリウム)形成
遮光率90%(4倍希釈)
下壁板からの平均照度98mW/cm2
側壁面からの平均照度10mW/cm2
C.試作ランプ3・・・側面紫外線遮光膜(酸化イットリウム)形成
遮光率71%(6倍希釈)
下壁板からの平均照度101mW/cm2
側壁面からの平均照度29mW/cm2
D.試作ランプ4・・・側面紫外線遮光膜(酸化イットリウム)形成
遮光率56%(10倍希釈)
下壁板からの平均照度107mW/cm2
側壁面からの平均照度47mW/cm2
E.試作ランプ5・・・側面紫外線遮光膜(酸化イットリウム)形成
遮光率30%(20倍希釈)
下壁板からの平均照度104mW/cm2
側壁面からの平均照度73mW/cm2
F.従来品 ・・・遮光率0%
下壁板からの平均照度109mW/cm2
側壁面からの平均照度109mW/cm2
(2)電源:ランプ印加ピーク電圧3.8kV,駆動周波数70kHz(概略矩形波)-Experiment-
Here, six types of discharge tubes differing only in the film thickness of yttrium oxide according to the manufacturing method described above were prototyped, and the amount of solidified deposit (white powder) adhering to the tube wall and the degree of solidification were examined. . The experimental conditions are as follows.
(1) Test lamp
Light blocking rate 99% (no dilution)
Average illuminance from the lower wall plate of 101 mW / cm 2
Average illuminance from side wall surface 1 mW / cm 2
Light shielding rate 90% (4 times dilution)
Average illuminance from the lower wall plate of 98 mW / cm 2
Average illuminance from the side wall surface 10 mW / cm 2
Light blocking ratio 71% (6 times dilution)
Average illuminance from the lower wall plate of 101 mW / cm 2
Average illuminance from the side wall of 29 mW / cm 2
Average illuminance from lower wall plate 107mW / cm 2
Average illumination from the side wall surface 47 mW / cm 2
Average illuminance from the lower wall plate of 104 mW / cm 2
Average illuminance from the side wall surface 73 mW / cm 2
F. Conventional product ・ ・ ・
Average illuminance from lower wall plate 109mW / cm 2
Average illuminance from the side wall surface of 109 mW / cm 2
(2) Power source: lamp applied peak voltage 3.8 kV, driving frequency 70 kHz (generally rectangular wave)
(3)照射器具:
図10は、実験装置の概略図を示す。なお、矢印は、流体の流れ方向を示す。図10に示すように、照射器具50は、容器56内に、上記6種類のいずれか1つの供試ランプ54を、ダミー基板53とパンチングメタル板55との間に配置し、バブリング容器51からHMDSを含有する窒素ガスを、容器56の横側から空気A1、A2をそれぞれ流入し、照射後の排気ガスEを排出するように構成している。バブリング容器51は、HMDS52を内部に貯留している。HMDSを含有する窒素ガスは、そのHMDS52の内部にノズルで窒素ガスN(N2)を流入させて得、配管を介して照射器具50に流入させる。このとき、HMDSの含有量は、バブリング容器51の温度を20℃の一定に保った状態で、HMDS52内を通過させる窒素ガスの気泡の大きさと、その気泡の上昇距離、つまり、窒素ガスがHMDS52に流入するノズルの先端から液面までの距離とにより調整する。HMDS52は、窒素ガスNの流入量に伴って減少するため、実験が終了するまで適宜補給する。
(4)HMDS:常時供給
(5)Total窒素量:50L/min
(6)点灯時間:1000時間(3) Irradiation equipment:
FIG. 10 shows a schematic diagram of the experimental apparatus. The arrows indicate the direction of fluid flow. As shown in FIG. 10, the
(4) HMDS: Always supply (5) Total nitrogen amount: 50 L / min
(6) Lighting time: 1000 hours
(7)照度測定:
紫外線照度計(UIT150/VUV−S172、ウシオ電機製)にて、放電管の下壁板の表面照度を5箇所測定し、その平均値を平均照度とする。その際、測定箇所は、一対の電極が対向する領域(放電空間に相当する領域)を長尺方向に5等分し、その中央付近とする。従って、測定箇所はおおむね等間隔に設定されている。
また、ここでは、側壁面の平均照度は、下壁板の平均照度と側壁面の遮光率(1−I/I0)とを用いて算出する。側壁面の遮光率が(1−I/I0)で表されるとき、側壁面の透過率がI/I0であるため、下壁板の平均照度Eと側壁面の透過率I/I0とを乗ずることによって、側壁面の平均照度が求まる。(7) Illuminance measurement:
The ultraviolet illuminance meter (UIT150 / VUV-S172, manufactured by USHIO INC.) Measures the surface illuminance of the lower wall plate of the discharge tube at five locations, and sets the average value as the average illuminance. At that time, the measurement location is a region in which the pair of electrodes face each other (a region corresponding to the discharge space) is equally divided into five in the longitudinal direction, and is near the center. Accordingly, the measurement points are set at approximately equal intervals.
Here, the average illuminance of the side wall surface is calculated using the average illuminance of the lower wall plate and the light shielding rate (1-I / I 0 ) of the side wall surface. When the light shielding rate of the side wall surface is represented by (1−I / I 0 ), the transmittance of the side wall surface is I / I 0 , so the average illuminance E of the lower wall plate and the transmittance I / I of the side wall surface By multiplying by 0 , the average illuminance of the side wall surface is obtained.
−結果−
表1は、1000時間後の実験結果を示している。側面の紫外線を90%遮光した試作ランプ2は白粉付着量が少なく、そのときのガラス化膜厚が15μmであり、ガラス化(固化)がわずかに見られた。側面の紫外線を71%遮光した試作ランプ3も白粉付着量が少なかったが、そのときのガラス化膜厚が69μmであり、ガラス化が少し見られた。側面の紫外線を56%遮光した試作ランプ4は白粉付着量が試作ランプ3よりも多めであり、そのときのガラス化膜厚が159μmであった。これらに対し、側面の紫外線を30%遮光した試作ランプ5は、白粉付着量が試作ランプ4よりも多く、そのときのガラス化膜厚が306μmであった。また、側面の紫外線を遮光しなかった従来のランプは、白粉付着量が非常に多く、そのときのガラス化膜厚が300μmであった。これらの事実から、以下のことが明らかとなった。
1.側面の遮光は白粉付着量を低下する効果がある。
2.側面の56%以上の遮光は、ガラス化(固化)防止効果がある。傾向からみて、50%以上で効果があると認められる。71%以上で顕著であり、90%以上でさらに顕著である。この結果は図6のグラフともよく一致するものである。-Result-
Table 1 shows the experimental results after 1000 hours. The
1. The side shading has the effect of reducing the amount of white powder attached.
2. Shading of 56% or more of the side surface has an effect of preventing vitrification (solidification). In view of the tendency, it is recognized that the effect is effective at 50% or more. It is remarkable at 71% or more, and more remarkable at 90% or more. This result is in good agreement with the graph of FIG.
このように、放電管の側面に有機ケイ素化合物が付着しても、紫外線を遮光することでそこからなるべく化学反応が進行しないようにして、強固なガラス質の付着物を抑えることができる。付着物そのものの量が少なくなるのは、側面近傍の空間中で白粉そのものができにくいことによるものと考えられる。 Thus, even if an organosilicon compound adheres to the side surface of the discharge tube, it is possible to prevent strong glassy deposits by preventing the chemical reaction from proceeding as much as possible by shielding ultraviolet rays. It is considered that the amount of the adhered material itself is reduced because white powder itself is difficult to form in the space near the side surface.
(第2の実施形態)
図4(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態及びその変形例を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺方向の断面図である。第1の実施形態では下壁板の周囲の四側面に位置する内壁面に遮光膜を設けた態様を説明したが、この図に示すように、放電管の外周に紫外線遮光膜4bを設けてもよい。なお、図示は省略するが前後端面にも遮光膜が設けられている。遮光膜として、金属酸化物の焼結体を用いる場合は、電極形成工程の前に遮光膜の塗布・乾燥・焼成工程を実施することが好ましい。電極パターン形成後に焼成工程を行うと電極を劣化させるなどの不都合が生じるおそれがあるためである。但し、熱処理工程が不要であれば、電極形成後に放電管の側面部に遮光膜を形成してもよい。放電管の内部に遮光膜を形成する場合よりも製造工程の自由度が増し、遮光膜の材料選択の幅も広がると考えられる。(Second Embodiment)
FIGS. 4A and 4B show a second embodiment of the present invention and its modification, and are sectional views in the longitudinal direction of a dielectric barrier discharge lamp. In the first embodiment, the mode in which the light shielding film is provided on the inner wall surface located on the four side surfaces around the lower wall plate has been described. However, as shown in this figure, the ultraviolet
−変形例−
或いは、図4(b)に示すように、下壁板の周囲の四側面に位置する内壁面自体を遮光部材で構成し、上下壁板と溶着或いはガラスフリットなどにより、接着してもよい。この場合、下壁板を合成石英板で構成する一方、下壁板の周囲の四側面(前後方向及び左右方向の両側壁面)或いは上壁板を溶融石英板4cで構成してもよい。溶融石英は天然石英(天然シリカ)を溶融して板状に固化したものであり、不純物を多く含むため真空紫外線に対して通常遮光率70%以上の高い遮光率を有し、かつ加熱することで合成石英との溶着も容易であるからである。遮光部材として、天然石英に変えて、セラミック板を用いても同等の効果が得られる。この場合、合成石英と溶着することはできないため、接合剤としてガラスフリットを用いることができる。-Modification-
Alternatively, as shown in FIG. 4 (b), the inner wall surface itself located on the four side surfaces around the lower wall plate may be formed of a light shielding member and bonded to the upper and lower wall plates by welding or glass frit. In this case, the lower wall plate may be composed of a synthetic quartz plate, while the four side surfaces (both wall surfaces in the front-rear direction and the left-right direction) around the lower wall plate or the upper wall plate may be composed of a fused
このような構成とすることにより、放電管の側面に有機ケイ素化合物が付着しても、紫外線を遮光することにより、そこからなるべく化学反応が進行しないようにして、強固なガラス質の付着物の形成を抑えることができる。 By adopting such a configuration, even if an organosilicon compound adheres to the side surface of the discharge tube, the chemical reaction does not proceed as much as possible by shielding ultraviolet rays so that a strong vitreous deposit can be formed. Formation can be suppressed.
(第3の実施形態)
図5は、本発明の第3の実施形態を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺な中央部を省略した斜視図である。図5(a)は、図1の放電管1aを長尺の中心軸で切断して側面方向から見た断面図である。図5(b)は、誘電体バリア放電ランプの長尺方向の断面図、すなわち図5(a)のA−A線断面図、図5(c)は、図2(a)のB−B線断面図である。(Third embodiment)
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention, and is a perspective view in which a long central portion of a dielectric barrier discharge lamp is omitted. FIG. 5A is a cross-sectional view of the
第3の実施形態では、発光管自体は全体を合成石英板で構成するが、平坦な下壁板の周囲の四側面(前後方向及び左右方向の両側壁面)或いは上壁板の表面を例えば遮光率70%以上になるまで粗面化する。粗面化とは鏡面状態の壁面の表面粗さを大きくすることであり、粗面化の方法としては、例えば、フッ酸を接触することにより化学的に浸食させて表面を粗面化する方法と、サンドブラストなど微粒子を吹き付けることにより物理的に鏡面状態を失わせて表面を粗面化する方法等がある。 In the third embodiment, the arc tube itself is composed entirely of a synthetic quartz plate. However, the four side surfaces (both side walls in the front-rear direction and the left-right direction) around the flat lower wall plate or the surface of the upper wall plate are shielded, for example. The surface is roughened until the rate reaches 70% or more. Roughening is to increase the surface roughness of the mirror-like wall surface. As a roughening method, for example, a method of roughening the surface by chemically eroding by contact with hydrofluoric acid. And a method of roughening the surface by physically losing the specular state by spraying fine particles such as sandblast.
図5(a)に示すように、下壁板の周囲の四側面(前後方向及び左右方向の両側壁面)に紫外線遮光作用を有する粗面4dが形成される。フッ酸を接触する方法は、第1の実施形態において上述したスラリーの注入工程と同様に、チップ管1cから放電管内にフッ酸を注入し、下壁板の周囲の四側面(前後方向及び左右方向の両側壁面)或いは上壁板をフッ酸で溶解させ、表面を粗面化すればよい。このようにしても、側面部から真空紫外線が露出しなくなり、放電管の側面に有機ケイ素化合物が付着しても、紫外線を遮光することでそこからなるべく化学反応が進行しないようにすることで強固なガラス質の付着物を抑えることができる。 As shown in FIG. 5A,
紫外線遮光作用を有する粗面4dの形成には、フッ酸を用いた化学的な処理に代えて、サンドブラストを吹き付けることで物理的な処理を用いてもよい。 For the formation of the
(第4の実施形態)
以上の第1〜第3の実施形態では、いずれも放電管の形状がいずれも略方形箱形で長尺な角管を持つ誘電体バリア放電ランプとこれを用いた紫外線照射装置について説明してきたが、本発明は、このような形状に限らず、前面ガラスを備えずかつ平坦な面を有する下壁板を通して真空紫外線を下方に照射することを特徴とする半開放型の紫外線照射装置であれば全て適用可能である。第4の実施形態では本発明の他の実施形態について説明する。(Fourth embodiment)
In the above first to third embodiments, a dielectric barrier discharge lamp having a long rectangular tube with a substantially rectangular box shape and an ultraviolet irradiation device using the same has been described. However, the present invention is not limited to such a shape, and may be a semi-open type ultraviolet irradiation device that irradiates vacuum ultraviolet rays downward through a lower wall plate having no flat glass and having a flat surface. All are applicable. In the fourth embodiment, another embodiment of the present invention will be described.
図7及び図8は、図7は紫外線照射装置の側断面図を示し、図8は、図7の紫外線照射装置の放電管の長さ方向に垂直な面における断面図を示している。図7に示す紫外線照射装置10は、バリア放電ランプ11と交流電源装置22とがリード線20、21を介して接続されてなる。バリア放電ランプ11の放電管12は外管部13と内管部14とからなる二重管構造となっており、外管部13と外管部13の内部に挿入された内管部14とを備えている。 7 and 8 are side sectional views of the ultraviolet irradiation device, and FIG. 8 is a sectional view in a plane perpendicular to the length direction of the discharge tube of the ultraviolet irradiation device of FIG. The
図8に示すように、外管部13は、細長の円筒において外周壁の円弧の一部を潰して平坦化したようなアーチ状の曲面部15と、この曲面部15における円弧の両端縁を繋ぐ平板状の平坦部16(下壁板)とを備えている。この平坦部16を通して真空紫外線を照射する。曲面部15と平坦部16とが接合する角部分15Aには丸みが付けられている。一方、内管部14は、外管部13よりも径の小さい円筒状であり、平坦部16の内壁面上において側方向の中心位置に配されている外管部13と内管部14とは、両端で互いに接合されており、両者に囲まれた放電空間17内にはキセノンガスなどの放電用ガスが封入されている。 As shown in FIG. 8, the
この放電管12の外部には電極18、19が設けられている。これら一対の電極のうち上部電極18は、外管部13におおける曲面部の外壁面に固着された金属膜からなる。なお、上部電極18の材質としては、紫外線を反射するものを使用することが好ましい。このような材質のものとしては、例えばアルミニウムを使用することができる。上部電極18の膜厚は、反射率が高い方が好ましく、少なくとも70%以上、より好ましくは90%以上遮光して外部に紫外線を透過させない膜厚であることが好ましい。一方、下部電極19はニッケル線からなり、内管部14の内部にほぼ全長にわたって差し込まれている。下部電極19は、上部電極18上の各点から等距離の位置に設けられている。これらの電極18、19にリード線20、21の一端部が接続され、これらのリード線20、21の他端部は交流電源装置に接続されている。
図8(a)に示すように、この外管部13における平坦部16の周囲の四側面に位置する四方の内壁面には、酸化イットリウム(Y2O3)を含むスラリーを焼成して得られる紫外線遮光膜4eが設けられている。この膜は、172nmの真空紫外線を遮光することができるものであり、遮光率は膜厚によって調整することができる。As shown in FIG. 8 (a), slurry containing yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is fired on the four inner wall surfaces located on the four side surfaces around the
紫外線遮光膜4eは、少なくとも50%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上遮光する遮光部材で構成されることが好ましい。また、図8に例示するように、紫外線反射膜としての機能を兼ねる上部電極18の端部18Aと一部オーバーラップするように紫外線遮光膜を設けることが好ましい。このようにすれば、外管部13の外部に漏れ出る紫外線を紫外線反射膜4eによって確実に遮光することができ、外管部13の表面に飛散物が付着しても、そこからなるべく固化が進行しないようすることができる。この点は以下の変形例1及び2においても同様である。 The ultraviolet
−変形例1−
図8(b)は、図8(a)に示す第4の実施形態のバリア放電ランプの第1の変形例を示している。この図に示すように、このバリア放電ランプ30は、放電管31の構造が、内管部の無い単管構造となっており、上部電極34は放電管31のアーチ状の曲面部32上に設けられ、下部電極35が平坦部33(下壁板)に設けられている。この平坦部33の周囲の四側面に位置する四方の内壁面には、酸化イットリウム(Y2O3)を含むスラリーを焼成して得られる紫外線遮光膜4fが設けられている。この膜は、172nmの真空紫外線を遮光することができるものであり、遮光率は膜厚によって調整することができる。-Modification 1-
FIG. 8B shows a first modification of the barrier discharge lamp of the fourth embodiment shown in FIG. As shown in this figure, the
−変形例2−
図9は、図8(a)に示す第4の実施形態のバリア放電ランプの第2の変形例を示している。この図に示すように、このバリア放電ランプ40は、放電管41の構造が、外管部42と内管部43とからなる二重管構造となっており、上部電極47は放電管41のアーチ状の曲面部44上に設けられ、下部電極48は内管部14の内部にほぼ全長にわたって差し込まれている。下部電極48は、上部電極47上の各点から等距離の位置に設けられている。これらの電極47、48にリード線20、21の一端部が接続され、これらのリード線20、21の他端部は交流電源装置に接続されている。また、放電管41の平坦部45(下壁板)における、外管部の外側表面には、ほぼ全面にわたって、補助電極49が設けられている。この補助電極49が、一対の電極47、48間での主放電を補助する。補助電極49は放電管41の内側から放射される光をできるだけ遮らないようにメッシュ状に形成され、放電管41の長さ方向の全長にわたって設けられる。-Modification 2-
FIG. 9 shows a second modification of the barrier discharge lamp of the fourth embodiment shown in FIG. As shown in this figure, in this
そして、平坦部45の周囲の四側面に位置する四方の内壁面には、酸化イットリウム(Y2O3)を含むスラリーを焼成して得られる紫外線遮光膜4gが設けられている。この膜は、172nmの真空紫外線を遮光することができるものであり、遮光率は膜厚によって調整することができる。The four inner wall surfaces positioned on the four side surfaces around the
以上のように、本発明に係る誘電体バリア放電ランプは前面ガラスを必要としない半開放型の紫外線照射装置であれば、厳密な意味での略方形箱形の放電管に限られず、断面がアーチ状の放電管にも適用可能である。さらにこの場合、放電管の構造が、二重管構造、単管構造を問わず、二重管構造の場合、補助電極が設けられていてもよい。 As described above, the dielectric barrier discharge lamp according to the present invention is not limited to a strictly rectangular box-shaped discharge tube in a strict sense, as long as it is a semi-open type ultraviolet irradiation device that does not require a front glass. It can also be applied to arcuate discharge tubes. Furthermore, in this case, an auxiliary electrode may be provided in the case of a double tube structure regardless of whether the structure of the discharge tube is a double tube structure or a single tube structure.
本発明に係る誘電体バリア放電ランプは前面ガラスを必要としない略方形箱形の誘電体バリア放電ランプであるため製造コストを抑えることができるだけでなく、長尺方向(前後方向)の両側壁面に歪みが集中することを防止して放電管の寿命を伸ばすことができる点で、産業上の利用可能性は大きい。 Since the dielectric barrier discharge lamp according to the present invention is a substantially rectangular box-shaped dielectric barrier discharge lamp that does not require a front glass, not only can the manufacturing cost be reduced, but also on both side walls in the longitudinal direction (front-rear direction). Industrial applicability is great in that the strain can be prevented from being concentrated and the life of the discharge tube can be extended.
1 放電管
2 上部電極
3 下部電極
4 遮光部材
4a 紫外線遮光膜
4b 紫外線遮光膜
4c 溶融石英板
4d 紫外線遮光作用を有する粗面
4e〜4g 紫外線遮光膜
10 紫外線照射装置
11、30、40 バリア放電ランプ
12、31、41 放電管
13、42 外管部
14、43 内管部
15、32 アーチ状の曲面部
16、33、45 平坦部
17 放電空間
18、34、47 上部電極
19、35、48 下部電極
20、21 リード線
22 交流電源装置
49 補助電極
50 照射器具
51 バブリング容器
52 HMDS(ヘキサメチレンジシラザン)
53 ダミー基板(SUS)
54 供試ランプ
55 パンチングメタル板
60 測定装置
61 放電管
62 定盤
63 放電管固定台
64 マイクロメーター固定台
65 マイクロメーター
A1、A2 空気
N 窒素ガス
E 排気ガスDESCRIPTION OF
53 Dummy substrate (SUS)
54
Claims (20)
この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面が、紫外線を少なくとも50%以上遮光する遮光部材で構成されたことを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。Dielectric barrier discharge with discharge gas for excimer light emission inside, a discharge tube that irradiates ultraviolet rays downward through a lower wall plate having a flat surface, and an electrode on at least one outside of the discharge tube In the ramp,
A dielectric barrier discharge lamp characterized in that a wall surface located on a long side surface around a lower wall plate in the discharge tube is composed of a light shielding member that shields at least 50% of ultraviolet rays.
この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面が、当該ランプの点灯時に、前記壁面から放電管の外部に放射される紫外線の平均照度が50mW/cm2以下となるように遮光する遮光部材で構成されたことを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。Dielectric barrier discharge with discharge gas for excimer light emission inside, a discharge tube that irradiates ultraviolet rays downward through a lower wall plate having a flat surface, and an electrode on at least one outside of the discharge tube In the ramp,
The wall surface located on the long side surface around the lower wall plate in the discharge tube is shielded so that the average illuminance of ultraviolet rays radiated from the wall surface to the outside of the discharge tube is 50 mW / cm 2 or less when the lamp is turned on. A dielectric barrier discharge lamp comprising a light shielding member.
この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する側面から放電管の外部に放射される紫外線の平均照度が、50mW/cm2以下であることを特徴とする誘電体バリア放電ランプの点灯方法。Dielectric barrier discharge with discharge gas for excimer light emission inside, a discharge tube that irradiates ultraviolet rays downward through a lower wall plate having a flat surface, and an electrode on at least one outside of the discharge tube In the lighting method of the lamp,
Lighting of a dielectric barrier discharge lamp characterized in that the average illuminance of ultraviolet rays radiated to the outside of the discharge tube from the side surface located on the long side surface around the lower wall plate of the discharge tube is 50 mW / cm 2 or less Method.
前記下壁板の周囲の四側面の前後方向及び左右方向の両側壁面がフッ酸により粗面化された粗面化膜であることを特徴とする請求項1又は4に記載の誘電体バリア放電ランプ。A roughening film having roughened front and rear side walls on the four side surfaces around the lower wall plate, the roughening film being front and rear on the four side surfaces around the lower wall plate. Both side walls in the direction and left and right direction are made of synthetic quartz,
5. The dielectric barrier discharge according to claim 1, wherein the front and rear side surfaces and the left and right side wall surfaces of the four side surfaces around the lower wall plate are roughened films roughened with hydrofluoric acid. lamp.
前記ランプ内でエキシマ発光を生じさせるための電力を出力する電源装置と、前記電源装置からの電力を供給するためのリード線とを備えた紫外線照射装置。The dielectric barrier discharge lamp according to claim 1 or 4,
An ultraviolet irradiation device comprising: a power supply device that outputs electric power for generating excimer light emission in the lamp; and a lead wire for supplying electric power from the power supply device.
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