KR100697452B1 - 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프 - Google Patents

Abstract

외부 및 내부 전극을 갖는 기다란 유전성 배리어 방전 램프는 방전 용기의 램프 스탠드 단부에 배치되고 상기 램프 스탠드를 둘러싸는 관을 갖는다. 상기 관은 램프를 처리 챔버 내에 기밀 방식으로 설치하기 위해 밀봉부를 수용하는 기능을 한다. 외부 전극의 전력 공급부는 상기 언급한 관에 의해 램프 스탠드로부터 나온 내부 전극을 위한 전력 공급부로부터 분리된다. 이는 동작시 네거티브 압력 하의 처리 챔버 내에서 상이한 전위들로 공급되는 전력 공급부들 사이의 기생 방전을 효율적으로 방지할 수 있다.

Description

베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프{DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE LAMP WITH A BASE}

본 발명은 유전성 배리어 방전 램프에 관한 것이다.

본 명세서에서 사용된 "유전성 배리어 방전 램프"라는 용어는 유전성 임피디드 가스 방전에 기초한 전자기 복사 소스를 포함한다. 이 경우 복사 스펙트럼은 가시범위 및 UV(자외선)/VUV(진공 자외선)범위 뿐만 아니라 IR(적외선)범위를 모두 포함한다. 게다가, VUV 복사를 긴 파장의 복사, 예컨대 UVA 또는 가시 복사(광)으로 변환하기 위해 형광층이 제공될 수 있다.

유전성 배리어 방전 램프에 필요한 전제 조건은 당연히 적어도 하나의 소위 유전성 임피디드 전극이다. 유전성 임피디드 전극은 유전체에 의해 방전 용기의 내부 또는 방전 가스로부터 분리된다. 이러한 유전체(유전성 배리어)는 예컨대 전극을 덮는 유전층의 형태일 수 있거나, 전극이 방전 용기의 벽 외측에 배치된 경우에는 램프의 방전 용기 자체로 형성될 수 있다. 후자의 경우에는 이하에서 간단히 "외부 전극"이라고 부른다.

본 발명은 기본적으로 스트립 형태인 상기 언급한 타입의 적어도 하나의 외부 전극을 갖는 유전성 배리어 방전 램프에 관한 것이다. 게다가, 램프는 양 단부가 밀폐되어 있고 이온가능한 충전물을 둘러싸는 기다란 또는 관형 방전 용기를 포 함한다.

일반적으로 이온화 가능한 충전물은 예컨대 크세논과 같은 0족 기체 또는 가스 혼합물로 이루어진다. US 5 604 410호에 개시된 것과 같은 펄스 동작 방식에 의해 동작하는 가스 방전동안, 소위 엑시머(excimer)들이 형성된다. 엑시머들은 예컨대 Xe₂*와 같은 분자가 여기된 것으로서, 분자들이 원래의 자유로운 상태로 돌아올 때 전자기 복사를 방출한다. Xe₂*의 경우에 최대 분자 밴드 복사는 대략 172nm이다.

그 결과, 이러한 램프들은 예컨대 표면 세정, 광분해, 오존 생성, 금속화 및 UV 치료와 같은 처리 기술에서 UV/VUV 복사기로서 적합하다. 이를 위해, 램프를 저압 처리 가스 분위기 또는 진공에서 직접 동작시키는 것이 필요하다. 이 경우, 이러한 복사기들이 적합한 처리 챔버 내에 기밀 방식으로 설치되도록 적절한 예방 조치가 취해져야 한다.

US 6 060 828의 명세서에, 특히 도 5a 내지 5c에 에디슨 나사식 베이스를 갖는 일반 조명용 램프가 이미 개시되어 있다. 이러한 램프는 방전 용기 내에 나선형 전극을 갖는다. 게다가, 스트립 형태의 네 개의 전극들이 방전 용기의 외벽에 배치되어 있다.

EP-A 1 088 335에는 UV 조사에 적합하고 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프가 개시되어 있다. 비록 베이스가 포팅 컴파운드(potting compound)를 사용하여 램프의 핀치 풋(pinched foot)에 연결되고 저압 어플리케이션에 적합한 플랜지 를 갖지만, 이러한 구조는 높은 진공 어플리케이션에는 적합하지 않다. 또 다른 단점은 핀치 풋과 베이스 쉘(shell)의 원주형 내벽 사이의 공간 모두를 채우고자 하는 경우에 비교적 많은 양의 포팅 컴파운드가 필요하다는 것이다. 그러나, 만약 갭이 노출된 채 남겨진다면, 저압 어플리케이션의 경우에 핀치 풋 단부와 후속하는 밀봉부 사이의 영역은 저압 상태가 된다. 이 때 전력 공급선들 사이에 기생 가스 방전의 위험이 존재한다.

본 발명의 목적은 개선된 유전성 배리어 방전 램프를 제공하는 것이다. 또 다른 특징은 저압 환경에서 유전성 배리어 방전 램프를 사용할 수 있게 하는 것이다.

상기 목적은 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프에 의해 달성되는데, 상기 방전 램프는: 양 단부에서 밀봉되고 그 벽이 이온화 가능한 충전물을 둘러싸는 기다란 방전 용기, 적어도 하나가 상기 방전 용기 내에 배치된 내부 전극이고 적어도 하나가 상기 방전 용기의 벽 외측에 배치된 외부 전극인 전극들, 상기 적어도 하나의 내부 전극을 위한 전력 공급선 및 상기 적어도 하나의 내부 전극을 기밀 방식으로 상기 전력 공급선에 연결시키는 램프 풋(foot)을 포함하는 방전 램프로서, 상기 베이스는 상기 방전 용기의 램프 풋-측단부에 끼워지고 상기 램프 풋을 둘러싸는 관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히 개선된 사항들은 종속항에 개시되어 있다.

본 발명의 기본 사상은 램프 풋을 둘러싸는 관을 유전성 배리어 방전 램프 방전 용기의 램프 풋-측단부에 끼우는 것이다. 이에 의해 외부 및 내부 전극들을 위한 두 개의 전력 공급선들이 기밀 방식으로 분리될 수 있게 된다. 이는 위에서 언급한 저압에서 전력 공급선들 간의 기생 가스 방전을 방지할 수 있다.

방전 용기와 방전 용기에 끼워진 관이 서로 상이한 직경을 가질 수 있도록 하기 위하여, 적절한 전이(transition) 영역을 제공하는 것이 편리할 수 있다. 이 경우, 관은 원주형 부분과 원뿔형 부분을 가지며, 원뿔형 부분은 방전 용기를 원주형 부분에 연결한다.

본 발명에 따라서 램프를 기밀 방식으로 처리 챔버 내에 설치하기 위하여, 관은 편의적으로 밀봉 수단을 갖는다.

바람직한 실시예에서, 상기 밀봉 수단은 관 위에 끼워진 작은 플랜지 밀봉부에 의해 구현된다. 기본적으로는 종래 작은 진공 플랜지 밀봉부가 상기 목적에 적합하며, 이는 유리관용으로 적절한 방식으로 변형될 수 있다. 외부 전극을 위한 전력 공급선은 외부 전극 자체와 같은 도체 트랙형 구조물을 갖는다. 이러한 구조물은 두께가 겨우 수 마이크로미터이다. 이는 관의 외부에 배치된 외부 전극의 전력 공급선이 작은 진공 플랜지의 경우에 통상 밀봉부로서 사용되는 O링을 기밀 방식으로 통과할 수 있게 한다. 게다가, BNC - HT 타입과 같은 접속 플러그는 램프로부터 떨어져 면하는 관의 단부에 편의상 제공되며, 이러한 접속 플러그는 두 개의 전력 공급선에 연결된다. 이와 관련한 상세한 설명은 실시예에서 이루어진다.

선택적으로, 금속 진공 플랜지가 유리 전이 부재에 의해 관의 자유 단부에 연결되거나 또는 유리 플랜지가 직접 융합되어 관의 자유 단부에 연결될 수 있다.

게다가, 외부 전극을 위한 전력 공급선은 관의 외부에 반드시 도체 트랙 방식으로 배치될 필요는 없다.

외부 전극은 바람직하게 접지 전위에 연결되기 때문에, 외부 전극은 예컨대 적절한 콘택 스프링에 의해 금속 처리 챔버에 직접 연결되는 것이 바람직할 수 있다.

만약의 경우에, 상기 설명한 것처럼, 본 발명에 따른 램프가 밀봉 베이스를 이용하여 기밀 방식으로 처리 챔버 내에 설치된다면, 부착된 관은 공기압에 의해 둘러싸인 내부 전극의 전력 공급선을 처리 가스 분위기 또는 진공에 영향을 받는 외부 전극에 연결된 전력 공급선의 해당 부분으로부터 분리시킨다. 이는 동작시 상이한 전위 상태에 있는 전력 공급선들 사이에서의 처음에 언급한 기생 방전을 효율적으로 방지한다.

본 발명은 실시예를 참조로 하여 하기에서 더 상세히 설명된다.

도 1은 베이스를 가지며, (단면으로 도시된) 베이스 어댑터를 포함하는 본 발명에 따른 유전성 배리어 방전 램프에 대한 평면도이다.

도 1은 베이스를 갖는 본 발명에 따른 유전성 배리어 방전 램프를 개략적으로 도시한 것이다. 이 경우 상기 램프는 예컨대, 표면 세정, 광분해, 오존 발생, 금속화 또는 UV 치료를 위한 UV/VUV 복사기이다. 이러한 복사기는 대략 20 W의 전력 소모량을 갖도록 설계된다.

방전 램프(1)는 두께가 0.7 mm 내지 1.5 mm인 석영 유리로 만들어진 원주형 방전 용기(2)를 갖는다. 방전 용기(2)는 외부 직경이 대략 40 mm이고 길이가 대략 120 mm이다. 방전 용기(2)의 내부는 20 kPa의 압력에서 크세논으로 채워진다.

방전 용기(2)는 제 1 단부에서 돔 형태로 밀봉되어 있으며 돔의 중앙에서 배출 팁(3)을 갖는다. 배출 팁(3)과 마주하는 램프 풋의 영역에서는, 석영 관(4)이 방전 용기(2)에 융합되어 있다. 선택적으로, 상기 석영 관은 유리 용접에 의해 부착될 수도 있다. 석영 관(4)은 원뿔형 부분(5)과 원주형 부분(6)을 갖는다. 원뿔형 부분(5)은 관형 방전 용기(2)를 외부 직경이 대략 25 mm인 원주형 부분(6)에 연결시킨다. BNC - HT 타입의 접속 플러그(7)는 램프로부터 떨어져 면하는 석영 관(4)의 단부에 배치된다.

길이가 12 cm이고 폭이 대략 1 내지 1.5 mm이며 얇은 백금 스트립 형태인 여섯 개의 외부 전극(8a-8f)(외부 전극(8d-8f)은 도 1에서 볼 수 없음)은 등거리로 방전 용기(2)의 외부에 끼워지며 램프의 길이방향 축에 평행하다. 각각의 전극 스트립(8a-8f) 단부는 주변 백금 스트립(9, 10)에 의해 서로 연결되어 있다. 방전 용기(2)와 석영 관(4) 사이의 연결부에 바로 인접하여 부착된 하나의 백금 스트립(9)은 추가의 백금 스트립(11)에 연결된다. 이러한 추가의 백금 스트립(11)은 석영 관(4)의 외부로 연장하여 접속 플러그(7)에서 종료되며, 상기 접속 플러그(7)의 제 1 폴(pole)에 연결된다. 이러한 방식으로, 상기 백금 스트립(11)은 외부 전극(8a-8f)을 위한 전력 공급선으로서 작동한다.

(단면으로 도시된) ISO KF 40 타입의 수정된 베이스 어댑터(12)는 석영 관(4)의 원주형 부분(6)에 배치된다. 상기 베이스 어댑터는 작은 진공 플랜지(13) 및 상기 작은 진공 플랜지(13)에 나사식으로 고정된 내부 슬리브(14)를 포함한다. 내부 슬리브(14)는 금속 링(15)을 이용하여 O 링(16)이 작은 플랜지(13)의 경사부(17)로 향해 압박하도록 한다. 이로써 상기 O 링(16)은 석영 관(4)의 외부에 대해 밀봉부로서 작용한다. 추가의 O 링(18)이 내부 슬리브(14)의 나사홈이 없는(thread-free) 단부에 있는 내부 그루브(19)에 삽입된다. 이로 인해 램프(1)는 베이스 어댑터(12)에 응력없이 기밀 방식으로 장착된다. 작은 플랜지(13)의 밀봉 측부에 있는 환형 그루브(20)는 처리 챔버(도시안됨) 내에 설치하기 위해 O 링(도시안됨)을 갖는 그 자체로 공지된 중앙 링을 수용하는 기능을 갖는다.

배출 팁(3)과 마주하는 단부에서, 방전 용기(2)는 테이퍼링되고 핀치 밀봉부(21)를 형성한다. 핀치 밀봉부(21)는 몰리브덴 밀봉 필름(22)을 이용하여, 내부 전극(23)과 외부 전력 공급선(24) 사이가 기밀 방식으로 연결되도록 한다. 이러한 전력 공급선(24)은 접속 플러그(7)의 제 2 폴(도시안됨)에 연결된다.

내부 전극(23)은 방전 용기(2) 내의 중앙에 배치된 나선형 금속 와이어이다. 핀치 밀봉부(21)와 마주하는 코일 전극(23)의 단부는 배출 팁(3)에 고정된다. 금속 와이어와 코일은 직경이 각각 1 mm와 8 mm이다. 핀치, 즉 코일이 완전히 회전한 경로는 12 mm이다.

램프 동작시 전극이 동작하는 방식에 대해서는 상기 인용한 US 6 060 828호 특히, 도 5a 내지 5c와 관련한 설명에서 상세히 기재되어 있다.

Claims (13)

1. 양 단부에서 밀봉되고, 벽이 이온화가능한 충전물을 둘러싸는 기다란 방전 용기(2);

   적어도 하나가 상기 방전 용기(2) 내에 배치된 내부 전극(23)이고, 적어도 하나가 상기 방전 용기(2)의 벽의 외부에 배치된 외부 전극(8a-8f)인 전극들(8a-8f,23); 및

   상기 적어도 하나의 내부 전극(23)을 위한 전력 공급선(24)과, 상기 적어도 하나의 내부 전극(23)을 상기 전력 공급선(24)에 기밀 방식으로 연결하는 램프 풋(21)을 포함하는,

   베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프(1)로서,

   상기 베이스는 상기 방전 용기(2)의 램프 풋-측단부에 기밀 방식으로 끼워지며 상기 램프 풋(21)을 둘러싸는 관(4)을 포함하는 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 관(4)은 밀봉 수단(12)을 갖는 것을 특징으로 하는 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 밀봉 수단(12)은 진공 플랜지(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 진공 플랜지(13)는 상기 관 위로 끼워진 것을 특징으로 하는 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외부 전극(8a-8f)을 위한 전력 공급선(11)은 상기 관의 외측에 배치되고 상기 밀봉 수단(12)을 관통하는 것을 특징으로 하는 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 램프로부터 떨어져 면하는 상기 관(4)의 단부 상에 접속 플러그(7)를 가지며, 적어도 상기 내부 전극(23)을 위한 상기 전력 공급선(24)은 상기 접속 플러그(7)에 연결된 것을 특징으로 하는 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 접속 플러그(7)는 BNC - HT 타입인 것을 특징으로 하는 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 전극(들)(8a-8f)과 상기 외부 전극(들)을 위한 전력 공급선(11)은 도체 트랙형 구조물들을 갖는 것을 특징으로 하는 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 도체 트랙형 구조물들은 축방향으로 끼워지고 상기 방전 용기(2)의 외부에서 서로 이격된 두 개 이상의 스트립들(8a-8f,11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프.
10. 제 3 항에 있어서, 상기 진공 플랜지(13)는 상기 관과 동일한 재료로 만들어지고 상기 관의 자유 단부에 융합된 것을 특징으로 하는 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프.
11. 제 3 항에 있어서, 상기 진공 플랜지(13)는 금속으로 만들어지고 유리 전이 부재들에 의해 상기 관의 자유 단부에 융합된 것을 특징으로 하는 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프.
12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 전극(23)은 나선형이고 상기 방전 용기(2)에 관하여 축 방향으로 향한 것을 특징으로 하는 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프.
13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관(4)은 원주형 부분(6) 및 원뿔형 부분(5)을 가지며, 상기 원뿔형 부분(5)은 상기 방전 용기(2)를 상기 원주형 부분(6)에 연결하는 것을 특징으로 하는 베이스를 갖는 유전성 배리어 방전 램프.

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