KR102229693B1 - 엑시머 램프 및 그 제조 방법 - Google Patents

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이즈미 세리자와
토모히코 혼다
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가부시키가이샤 오크세이사쿠쇼
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Abstract

내측 전극과 내관과의 열팽창 계수의 차에 기인하여 내관이 파손되는 것을 방지한 엑시머 램프를 제공한다. 유저통상(有底筒狀)의 내관(50)과, 상기 내관(50)과의 사이에 밀폐된 방전 공간(60)을 형성하는 외관(40)을 가지고, 상기 방전 공간(60) 내에 방전 가스를 봉입한 유전체로 이루어진 발광관(20); 상기 발광관(20)의 외관(40)의 외주면 측에 배치된 외측 전극(30); 및 상기 내관(50) 내에 삽입 배치된 내측 전극(31);을 구비한 엑시머 램프(10)에 있어서, 상기 내관(50)의 내주면과 내측 전극(31)의 외주면과의 사이에, 유전체 배리어 방전에 의해 상기 내측 전극(31)이 열팽창 했을 때, 상기 내측 전극(31)이 내관(50)에 응력을 미치는 것을 억제하고, 또한, 상기 방전 공간(60)의 크기와 방전 전압의 크기를 감안하여 상기 방전 공간(60)에서의 유전체 배리어 방전을 확보하는 단면적의 완충 공간(70)을 형성한 엑시머 램프(10).

Description

엑시머 램프 및 그 제조 방법{EXCIMER LAMP AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은, 유전체 배리어(barrier) 방전 혹은 용량 결합형 고주파 방전에 의해 방전 발광하는 엑시머 램프 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
엑시머 램프는, 석영, 세라믹스 등의 엑시머 광을 투과하는 유전체로부터 밀폐된 방전 공간을 가지는 발광관을 형성하고, 상기 방전 공간 내에 크세논 등의 희가스나, 희가스와 할로겐 가스를 혼합시킨 혼합 가스를 방전 가스로서 봉입하고 있다. 방전 공간의 내외에 배치한 내부 전극과 외부 전극과의 사이에 수kV의 고전압을 인가하면, 방전 공간에서 유전체 배리어 방전 혹은 용량 결합형 고주파 방전(이하, 유전체 배리어 방전)이 생겨, 엑시머 광이 발광관 외부로 방사된다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
대형의 엑시머 램프는, 발광관이나 전극의 형상이나 구조에 큰 자유도가 있었다. 한편, 본 출원인이 개발 중인 소형의 엑시머 램프는, 발광관의 지름이 8~20(mm) 정도이며, 유저통상(有底筒狀)의 내관과, 상기 내관과의 사이에 밀폐된 방전 공간을 형성하는 외관에 의해 발광관을 구성하고, 방전 공간 내에 방전 가스를 봉입하고 있다. 그리고, 발광관의 외관의 외주면 측에 배치된 외측 전극과 내관 내에 삽입 배치된 내측 전극과의 사이에 고전압(이하, 인가 전압)을 인가 함으로써 방전 공간에서 유전체 배리어 방전을 일으킨다. 이와 같은 구조의 엑시머 램프는, 외관과 유저통상의 내관으로 발광관이 구성되므로, 발광관의 제조가 용이하고, 또한 내측 전극이 내관 내에 삽입되는 봉상(棒狀)(주상(柱狀))이므로 전극의 제작 및 전극과 램프의 고정이 용이하다라는 이점이 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허공개공보 평6-275242호 특허 문헌 2: 일본 특허공개공보 2013-69533호
그러나, 엑시머 램프에서는, 전극 간에 인가 전압이 인가되어 방전 공간에 유전체 배리어 방전이 생기면(엑시머 램프가 점등하면) 전극이 가열(혹은 과열)된다. 특히, 상술한 것 같은 내측 전극이 봉상(예를 들면, 원주상(圓柱狀))인 경우, 가열된 내측 전극의 열팽창에 의해 내관에 지름 방향의 응력이 더해져, 그 응력의 영향으로 내관에 왜곡이 발생해 파손될 우려가 있다. 본 출원인의 출원과 관련되는 특허 문헌 2는, 내측 전극과 내관의 사이에서 코로나 방전을 발생시키도록, 상기 내측 전극과 내관과의 사이에 공간을 확보하는 것을 제안하고 있어, 양자의 접촉에 의한 문제점은 전혀 의식되고 있지 않다.
본 발명은, 이상의 엑시머 램프, 특히 소형의 엑시머 램프에 대한 문제 의식에 근거해, 내측 전극과 내관과의 열팽창 계수의 차에 기인하여 내관이 파손되지 않고, 또한 자외선을 효율적으로 방사시킬 수 있는 소형 엑시머 램프 및 그 제조 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 유저통상(有底筒狀)의 내관과, 상기 내관과의 사이에 밀폐된 방전 공간을 형성하는 외관을 가지고, 상기 방전 공간 내에 방전 가스를 봉입한 유전체로 이루어진 발광관; 상기 발광관의 외관의 외주면 측에 배치된 외측 전극; 및 상기 내관 내에 삽입 배치된 내측 전극;을 구비하고, 상기 외측 전극과 내측 전극의 사이에 방전 전압을 인가하는 것에 의해 상기 방전 공간에서 유전체 배리어 방전 혹은 용량 결합형 고주파 방전을 일으키는 엑시머 램프에 있어서, 상기 내관의 내주면과 내측 전극의 외주면과의 사이에, 상기 유전체 배리어 방전 혹은 용량 결합형 고주파 방전에 의해 상기 내측 전극이 열팽창 했을 때, 상기 내측 전극이 내관에 응력을 미치는 것을 억제하고, 또한, 상기 방전 공간의 크기와 상기 방전 전압의 크기를 감안해 상기 방전 공간에서의 유전체 배리어 방전 혹은 용량 결합형 고주파 방전을 확보하는 단면적의 완충 공간을 형성한 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 엑시머 램프는, 바람직한 일실시 형태에서는, 상기 내관의 저부와는 반대측의 단부와, 상기 내관에 삽입된 상기 내측 전극과의 사이의 틈새가 보관 유지부에 의해 봉지되어 있고, 상기 내관의 저부 내면과 상기 내측 전극의 선단부와의 사이에는, 상기 완충 공간에 연통하는 축단 공간이 형성되어 있다.
상기 완충 공간의 발광관 축선과 직교하는 방향의 단면적은, 하기 식의 범위인 것이 바람직하다.
0.05×G≤H≤0.1932×V×J
단, H는 완충 공간의 단면적(mm2), G는 내측 전극의 단면적(mm2), V는 인가 전압(kV), J는 방전 공간의 단면적(mm2)을 나타낸다.
상기 내관의 저부와 외관과는 서로 접촉시킬 수 있다.
본 발명의 엑시머 램프는, 구체적으로는, 상기 외관의 외경이 8~20 mm이며, 상기 외측 전극과 내측 전극 간의 인가 전압이 2~8 kV인 엑시머 램프에 적용하면 바람직하다.
본 발명은, 엑시머 램프의 제조 방법의 양태에서는, 적어도 일단부가 개방된 유전체로 이루어진 통상의 외관 소재를 준비하는 스텝; 유전체로 이루어진 유저통상 내관 소재를 준비하는 스텝; 상기 외관 소재의 상기 일단 개방부로부터 상기 내관 소재를 그 저부를 전방으로 하여 삽입하는 스텝; 상기 외관 소재와 내관 소재의 사이에 방전 공간을 형성하고, 상기 방전 공간 내에 방전 가스를 봉입해 상기 방전 공간을 밀폐하는 스텝; 및 상기 내관 소재 내에, 상기 내관 소재의 내주면과의 사이에 완충 공간을 형성하는 외경의 내측 전극을 삽입 배치하고, 상기 외관 소재의 외주면에 외측 전극을 배치하는 스텝;을 가지는 것을 특징으로 하고 있다.
제조 방법의 바람직한 일양태에서는, 상기 내관 소재의 저부와 반대측의 단부와 내측 전극과의 사이의 틈새를 봉지하는 스텝을 더 가진다.
본 발명에 의하면, 소형 엑시머 램프에서, 내측 전극의 열팽창에 기인해 발광관을 파손시키지 않고, 또한, 방전 공간에서의 유전체 배리어 방전의 발생을 보증해 자외선을 효율적으로 방사시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 엑시머 램프의 제1 실시 형태를 나타내는, 엑시머 램프의 축선을 통과하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ부 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 엑시머 램프의 제2 실시 형태를 나타내는, 도 1에 대응하는 단면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도이다.
도 6의 (A) 내지 (D)는, 본 발명에 의한 엑시머 램프의 제조 방법의 일실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 엑시머 램프의 완충 공간의 단면적, 방전 공간의 단면적, 인가 전압 및 자외선 방사량의 관계의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조해 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 특허 문헌 2에 기재된 엑시머 램프는, 내측 전극의 주위에서 대기로 도입해, 상기 내측 전극과 발광관과의 사이에서 코로나 방전을 일으키는 오존 생성용의 램프이지만, 본 실시 형태는, 오존을 생성하지 않고, 유전체 배리어 방전에 의한 자외선만을 유효하게 활용하는 자외선 방사용의 램프의 파손을 억제한 것이다.
도 1 내지 도 3은, 본 발명에 의한 소형 엑시머 램프(10)의 제1 실시 형태를 나타내고 있다.
소형 엑시머 램프(10)는, 석영 유리, 세라믹스 등의 투광성의 유전체로 이루어진 발광관(20)과, 외측 전극(30)과, 주상(柱狀)의 내측 전극(31)을 구비한 방전 램프이며, 자외선 조사 등을 실시하는 장치에 설치되어 있다. 본 실시 형태의 발광관(20)(외관(40))의 직경은 8~20(mm)이다.
발광관(20)은, 외관(40)과, 외관(40) 내에 배치된 내관(50)과의 사이에 밀폐 공간(이하, 방전 공간)(60)을 가지고 있다. 이 실시 형태에서는, 외관(40) 및 내관(50)은 함께, 일단(도 1의 우단)이 닫혀진 저부(42)와 저부(52)를 가지는 유저통상(有底筒狀) 관형상(管形狀)(단면 대략 U자 형상)을 이루고, 동(同) 저부(42)와 저부(52)가 접촉하고 있다. 외관(40)의 타단부(41)는, 내관(50)의 외주부에 일체적으로 연결되고(용융 접착되고), 외관(40)과 외관(50)의 사이에, 단면 도너츠 상(狀)의 방전 공간(60)을 구성한다. 이 방전 공간(60)에는, Xe 등의 희가스, 혹은 희가스와 할로겐 가스와의 혼합 가스가 방전 가스로서 봉입된다. 또한, 내관(50)의 저부(52)와 외관(40)의 저부(42)는, 비접촉이어도 무방하다.
도시 예에서는, 외관(40) 및 내관(50)은, 도 2와 같이 단면 동심원 형상을 이루고 있지만, 양자 간에 밀폐된 방전 공간(60)을 형성할 수 있는 형상이면, 타원 형상 등 비원형 단면이어도 무방하다.
외측 전극(30)은, 외관(40)의 외주면을 따라 배치된 것으로, 방전 공간으로부터 방출되는 엑시머 광을 외부로 투과 또는 반사시키도록, 예를 들면 대상(帶狀), 막상(膜狀), 또는 선상(線狀) 등을 이루고 있다. 이 외측 전극(30)은 외관(40)의 외주면과 밀착되어 있어도 무방하고, 일정한 거리를 가지고 있어도 무방하다. 또한, 외측 전극(30)은 외관(40)의 외주면의 적어도 일부에 설치되어 있으면 좋다.
내측 전극(31)은, 예를 들면 직경이 0.7~4.0(mm)의 범위인 원주상(圓柱狀)을 이루고 있다. 한편, 내관(50)의 저부(52)의 내측에는, 도 3에서 분명해진 것처럼, 내측 전극(31)이 내관(50) 내에 동축상(同軸狀)으로 배치되어 있다. 도시 실시 형태에서는, 내관(50)에는 선단을 향해 지름을 서서히 줄이는 테이퍼면(50T)이 형성되어 있고, 원주상의 내측 전극(31)의 선단 외주 엣지(31R)가 이 테이퍼면(50T)에 당접하는 것으로, 내측 전극(31)이 내관(50) 내에 동축상으로 배치되어 있다. 내관(50)의 저부(52)와 반대측의 단부와 내측 전극(31)과는, 양자 간의 환상(環狀)의 공간에 삽입한 보관 유지부(80)에 의해 일체로서 보관 유지되어 있고, 내측 전극(31)의 외주면(32)과 내관(50)의 내주면(51)과의 사이에, 내관(50)과 동심상(同心狀)의 완충 공간(70)이 형성되어 있다. 또한, 내측 전극(31)의 선단부와 내관(50)의 저부(52)와의 사이에는, 이 완충 공간(70)에 연통하는 축단 공간(71)이 형성되어 있다. 보관 유지부(80)는 접착제나 수축 튜브에 의해 구성할 수 있다. 또한, 내측 전극(31)의 선단 외주 엣지(31R)와 테이퍼면(50T)과의 당접 관계에 상관없이, 보관 유지부(80)에 의해 내측 전극(31)과 내관(50)이 동축이 되도록 배치하는 것도 가능하다.
외측 전극(30)과 내측 전극(31)은, 교류 전원부(81)에 접속되어 있다. 교류 전원부(81)를 통해 외측 전극(30)과 내측 전극(31)의 사이에 인가 전압으로서 수kV의 고주파 고전압이 인가되면, 동시에 유전체인 외관(40)과 내관(50)의 사이에 유전체 배리어 방전이 생긴다. 방전 공간(60)에는 방전 가스로서 희가스 또는 희가스와 할로겐의 혼합 가스가 봉입되고 있기 때문에, 유전체 배리어 방전에 의해 자외광, 즉 희가스 및 할로겐에 따른 파장의 광이 방전 공간(60) 내에서 생긴다. 그 결과, 자외광이 발광관(20)으로부터 방사된다. 또한, 본 실시 형태는 오존의 생성, 및 그에 따른 오존의 방출을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 예를 들면 보관 유지부(80)에 의해 완충 공간(70)을 밀폐하는 것으로 완충 공간(70)에서 발생한 오존의 방출을 방지할 수 있다. 또한, 밀폐된 완충 공간(70) 내에 산소가 존재하지 않도록, 예를 들면 불활성 가스 등을 봉입해, 오존의 발생을 방지해도 무방하다.
완충 공간(70)의 크기(단면적)는, 다음과 같이 정해져 있다.
우선, 이 완충 공간(70)의 크기가 제로(zero)이면(즉, 내측 전극(31)과 내관(50)의 내주면(51)이 밀착되어 있으면), 내관(50)(즉, 발광관(20))이 파손될 우려가 있다. 엑시머 램프 점등 시에는, 내측 전극(31)의 온도는 수백 도까지 온도가 상승하는 경우가 있어, 내측 전극(31)의 외경과 내관(50)의 내경이 거의 동일하여, 내측 전극(31)의 외주면(32)과 내관(50)의 내주면(51)이 밀착되어 있으면, 내측 전극(31)의 열팽창에 의해 내관(50)에 지름 방향의 응력이 더해진다. 이 응력은, 예를 들면, 내관(50)의 저부(52)로 집중되고, 그 결과 엑시머 램프 파손의 요인 중 하나가 된다고 추측된다. 예를 들면, 내측 전극(31)이 주상(柱狀)의 금속으로 이루어지고, 발광관(20)이 석영 유리로 이루어지면, 양자의 선팽창 계수는, 내측 전극(31)이 더 크다.
본 실시 형태에서는, 완충 공간(70)의 최소 단면적(완충 공간 단면적 하한치; Hmin)을, 내관(50)에 내측 전극(31)의 열팽창에 기인하는 이러한 응력 집중이 생기지 않도록 정하고 있다. 본 발명자들은, 인가 전압이 2~8(kV)의 범위 내에서, 램프 지름 방향 단면에서의 완충 공간(70)의 단면적 H와, 내측 전극(31)의 단면적 G의 관계로부터, 내관(50)의 파손이 생기지 않는 완충 공간의 단면적의 하한을 정할 수 있음을 경험적으로 찾아냈다. 구체적으로는, 인가 전압이 2~8(kV)인 경우, 완충 공간 단면적 하한치(Hmin)는 이하의 식(1)로 구해지는 것을 알 수 있다.
(1) Hmin = 0.05×G
단, Hmin는 완충 공간 단면적 하한치(mm2), G는 내측 전극의 단면적(mm2)을 나타낸다.
한편, 완충 공간(70)의 최대 단면적(완충 공간 단면적 상한치; Hmax)은, 내측 전극(31)의 단면적, 방전 공간(60)의 단면적, 및 외측 전극(30)과 내측 전극(31)의 사이에 인가되는 인가 전압에 따라, 방전 공간(60)에서의 유전체 배리어 방전의 발생을 확보하는 단면적으로 한다. 이 최대 단면적은, 달리 말하면, 완충 공간(70)이 존재하는 것에 의한 방전 공간(60)에서의 유전체 배리어 방전의 감소(에 따른 자외선 방사량의 감소)를 억제하는 단면적이다. 엑시머 램프는, 그 발광 원리상, 내측 전극(31)의 외주면(32)이 내관(50)의 내주면(51)에 접촉하고 있지 않으면, 지름 방향 정전 용량이 작아지고, 전계(電界)도 약해진다. 전계가 약해지면 유전체 배리어 방전이 감소하고, 자외선의 방사량도 감소한다. 또한, 인가 전압을 인가했을 때, 내측 전극(31)과 내관(50)의 사이에 현저한 불평등 전계가 생겨, 스트리머 코로나 방전(Streamer Corona Discharge)이 완충 공간(70)에 발생하는 경우도 있다. 스트리머 코로나 방전이 발생하면, 방전 공간(60)에서의 유전체 배리어 방전을 방해할 수 있어, 자외선의 방사량이 감소한다.
본 발명자들은, 자외선의 방사량의 감소량은, 유전체 배리어 방전이 발생하는 방전 공간의 크기, 유전체 배리어 방전을 방해하는 요인이 되는 완충 공간의 크기, 및 인가 전압의 크기에 의해 변화하는 것, 그리고, 방전 공간(60)에서의 유전체 배리어 방전을 유의(有意)하게 감소시키지 않는 완충 공간(70)의 단면적의 최대치(완충 공간 단면적 상한치　Hmax)는, 인가 전압 V가 2~8(kV)일 때, 이하의 식(2)로 구해지는 것을 경험적으로 찾아냈다.
(2) Hmax = 0.1932×V×J
단, Hmax는 완충 공간 단면적 상한치(mm2), J는 방전 공간의 단면적(mm2), V는 인가 전압(kV)을 나타낸다.
덧붙여, 도 1 내지 도 3의 실시 형태에서는, 내측 전극(31)의 선단부와 내관(50)의 저부(52)와의 사이에 단부 공간(71)이 형성되어 있다. 이와 같이 단부 공간(71)을 형성하면, 내관 저부(52)가 받는 내측 전극(31)의 열팽창에 의한 축방향의 응력을 억제할 수 있다. 게다가, 램프 지름 방향의 응력이 집중하기 쉬운 내관 저부(52)는, 단부 공간(71)을 가지는 것으로 램프 지름 방향의 응력에 대해서도 내성을 가질 수 있고, 완충 공간(70)과 더불어, 내관의 파손을 보다 더 방지할 수 있다. 무엇보다도, 단부 공간(71)은 생략하는(내측 전극(31)과 내관 저부(52)를 밀착시키는) 양태, 혹은 역으로, 내측 전극(31)의 선단부와 내관(50)의 저부(52)를 완전히 이간시키는 양태도 가능하다.
도 4, 도 5는, 본 발명에 의한 소형 엑시머 램프(10)의 제2 실시 형태를 나타내고 있다.
이 실시 형태에서는, 내관(50)의 축선과 주상의 내측 전극(31)의 축선과는 일치하고 있지 않으며, 내측 전극(31)이 내관(50)의 내경 내의 한편에 치우쳐 배치되어 있다. 즉, 내측 전극(31)의 외주면(32)은 내관(50)의 내주면(51)의 일부(53)와 접촉하고 있고, 내관(50)의 내주면(51)과 내측 전극(31)의 외주면(32)과의 사이의 완충 공간(70)은, 내관(50)(내측 전극(31))과는 동축상으로 되어 있지 않다. 또한, 내측 전극(31)의 선단부는, 내관(50)의 저부(52)와 비접촉이다.
이 제2 실시 형태의 소형 엑시머 램프(10)를 점등시키면, 내측 전극(31)과 접촉하고 있는 내표면(53)은, 내측 전극(31)의 열팽창에 의한 응력의 영향을 받지만, 내측 전극(31)은 열팽창에 의해 완충 공간(70)을 가지는 방향으로 이동한다. 완충성(탄성)을 가지는 보관 유지부(80)는, 이 내측 전극(31)의 이동을 가능하게 한다. 따라서, 내측 전극(31)이 내표면(53)과 접촉하고 있어도, 소정의 단면적의 완충 공간을 가지고 있으면 좋다. 또한, 도 4, 도 5의 실시 형태에서는, 내측 전극(31)의 축선과 내관(50)의 축선이 평행이지만, 평행이 아니어도 양자 간에 완충 공간(70)이 형성되면 무방하다.
이와 같이, 내측 전극(31)의 축선과 내관(50)의 축선이 불일치여도, 방전 발광에는 실질적인 악영향은 없다. 즉, 내측 전극(31)의 축선과 내관(50)의 축선이 불일치이면, 내측 전극(31)과 외측 전극(30)과의 거리가 램프 주방향으로 불균일이 되어, 지름 방향 정전 용량도 주방향을 따라 불균일이 된다. 상대적으로 정전 용량이 큰 부분에서는, 통상(通常) 전계(電界)가 상대적으로 강해지기 때문에, 유전체 배리어 방전이 생긴다. 그 때문에, 상대적으로 정전 용량이 작은 다른 전극 부분에서 축적된 전하는, 그 유전체 배리어 방전이 생기고 있는 전극 간 부분으로 이동한다. 그 결과, 방전 공간(60) 내의 특정의 공간 영역에 유전체 배리어 방전이 생긴다. 자외선 방사는 그 방전 발생 개소(個所)를 중심으로 발광하고, 인가 전압의 인가에 의해 전극 간 전체에 걸쳐 축적되는 전하는 유전체 배리어 방전에 그대로 유효하게 이용되기 때문에, 광 강도가 있는 자외광을 얻을 수 있다. 이러한 엑시머 램프는, 공급 전력이 작은 경우에도, 그 방사 방향을 정하는 것에 따라 충분한 강도로 발광하는 것이 가능하다.
도 6은, 본 발명에 의한 엑시머 램프의 제조 방법의 일실시 형태를 나타내고 있다.
도 6(A)에 도시한 것처럼, 유전체로 이루어진 내관 소재(50X)는, 선단 저부(52)가 닫힌 유저통상 재(材)이며, 같은 유전체로 이루어진 외관 소재(40X)는, 일단(一端) 개방부(44)가 개방되고, 타단부(他端部)에 소경(小經)의 배기부(43)를 구비한 통상 재이다. 이상의 내관 소재(50X)는, 선단 저부(52)를 전방으로 하여, 일단 개방부(44)로부터 외관 소재(40X) 내로 삽입되고, 저부(52)를 배기부(43) 근방에 위치시킨다.
이 상태에서, 외관 소재(40X)의 일단 개방부(44)를 가열 용융하여, 내관 소재(50X)의 외주에 용착 접속해, 외관(40)과의 일단 접속부(41)를 구성한다(동 도(B)). 게다가, 배기부(43)로부터 방전 공간(60)이 되는 공간의 공기(기체)를 배기하고, 상기 방전 공간(60) 내에 방전 가스를 봉입한 후(방전 공간(60) 내의 공기를 방전 가스로 치환한 후), 상기 배기부(43)를 연화 용융(용착)시켜 저부(52)를 형성한다. 이 저부(52)는, 내관 소재(50X)(내관(50))의 저부(42)와 접촉된다(동 도(C)).
다음으로, 내관 소재(50X) 내에 봉상(棒狀) 내측 전극(31)을 삽입하고, 그 선단부를 저부(42)에 접촉시켜, 저부(42)의 반대측의 단부 내관 소재(50X)와 내측 전극(31) 사이의 환상(環狀)의 틈새를 봉지재(보관 유지재)(80)로 보관 유지한다. 또한, 완충 공간(70)을 밀봉해도 무방하다(동 도(D)). 내측 전극(31)의 외경은, 내관 소재(50X)의 내주면(51)과의 사이에 상술한 크기(단면적)의 완충 공간(70)을 형성하는 외경이다. 또한, 외관(40)의 외측에 외측 전극(30)을 배치한다(동 도(D)).
외관 소재(40X)의 배기부(43)는, 동축통상(同軸筒狀)으로 형성하는 대신에, 구멍(孔)으로서 형성해도 무방하다.
본 엑시머 램프(10)에서는, 방전 공간(60)에 봉입하는 가스를 선택하는 것에 의해 발광 파장을 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 아르곤과 불소의 혼합 가스를 봉입해, 파장 193 nm의 광을 방사시키는 것이 가능하다. 또한, 외관 소재(40X) 및 내관 소재(50X)의 유리의 취화(embrittlement) 보호, 유리와 봉입 가스의 반응을 방지하기 위해, 외관 및 내관에 알루미나막, 티타니아막, 마그네시아막 등의 보호막을 형성해도 무방하다. 봉입 가스에 할로겐을 포함하는 경우, 불화 마그네슘막을 형성해도 무방하다.
<실시예>
이하에서는 상기 (1)식을 만족하는 방전 엑시머 램프(10)에 대해, 실시예를 이용해 설명한다.
엑시머 램프(10)의 축 직교 단면에서의 완충 공간(70)의 단면적을 내측 전극(31)의 단면적에 대해 변동시켜, 점등에 따라 내관(50)의 파손 유무를 측정하는 실험을 실시했다. 그 실험의 구체적인 예를 설명한다.
내측 전극(31)의 단면적을 3.14(mm2)(반경 1 mm, 일정)로 하고, 완충 공간(70)의 단면적을 0.04~0.21(mm2)까지 변동시킨 발광관(20)을 가지는 엑시머 램프를 샘플군 1~6으로 하고, 인가 전압을 2~8(kV)로서 점등시켜, 내관(50)의 파손 유무를 관찰했다. 이하의 표 1은 그 결과이다.
Figure 112016037366343-pct00001
표 1로부터, 완충 공간(70)의 단면적(mm2)이 내측 전극(31)의 단면적(mm2)의 약 4%인 샘플 1은, 내관(50)의 파손이 인정된 것에 대해, 동 단면적비가 5%를 넘은 샘플 2 내지 6의 내관(50)에는 파손이 인정되지 않았다. 즉, 내관(50)에 파손이 생기지 않는 완충 공간(70)의 단면적(mm2)과 내측 전극(31)의 단면적(mm2)의 관계성은, 완충 공간(70)의 단면적(mm2)이 내측 전극(31)의 단면적(mm2)의 5% 이상인 것이 명백하다. 또한, 내측 전극(31)의 단면적이 0.38~12.5(mm2)의 사이에서도, 완충 공간(70)의 단면적(mm2)과 내측 전극(31)의 단면적(mm2)의 관계성은 같은 결과가 도출되었다.
다음으로, 상기 (2)식을 만족하는 방전 엑시머 램프에 대해, 실시예를 이용해 설명한다.
방전 공간(60)에서의 자외선의 방사를 확보하는 완충 공간(70)의 단면적 H의 크기는, 방전 공간(60)의 크기가 커지면, 상대적으로 커진다. 또한, 인가 전압이 높아져도 자외선 방사량이 커지므로, 상대적으로 완충 공간(70)의 단면적 H의 크기도 커진다고 추측된다. 그래서, 인가 전압 V(kV), 완충 공간(70)의 단면적 H(mm2), 및 방전 공간(60)의 단면적 J(mm2)을 각각 변동시킨 경우의 자외선 방사량의 감소량 측정 실험을 실시했다.
실험 샘플로서, 내측 전극(31)의 단면적 G를 일정하게 하고, 완충 공간(70)의 단면적 H(mm2), 인가 전압 V(kV), 및 방전 공간(60)의 단면적 J(mm2)을 각각 변동시킨 엑시머 램프를 제작하고, 각각의 엑시머 램프의 자외선 방사량을 측정한다. 또한, 각 실험 엑시머 램프의 자외선 방사량의 비교 대상으로서, 인가 전압 V 및 방전 공간(60)의 단면적 J는 각 실험 엑시머 램프와 동일하게 하고, 완충 공간(70)의 단면적 H만 완충 공간 단면적 하한치로 한 비교 엑시머 램프를 제작하고, 자외선 방사량을 측정하여, 실험 엑시머 램프의 자외선 방사량과 비교 엑시머 램프의 자외선 방사량을 각각 비교했다. 구체적인 예로서 내측 전극(31)의 단면적 G를 12.57(mm2)로 한 경우의 실험 결과를 도 7에 나타낸다.
도 7로부터, 자외선 방사량의 감소를 억제할 수 있는 완충 공간(60)의 단면적 H의 최대치(완충 공간 단면적 상한치; Hmax)는 식(2)로 구해지는 것은 명백하다. 그리고, 내측 전극(31)의 단면적 G가 0.3~13(mm2), 인가 전압 V가 2~8(kV), 방전 공간(60)의 단면적 J가 8.5~300.5(mm2)인 범위에서도, 완충 공간 단면적 상한치; Hmax와 내측 전극(31)의 단면적 G, 인가 전압 V, 및 방전 공간(60)의 단면적 J의 관계성은 거의 같은 결과가 도출되었다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명에 의하면, 내측 전극과 내관과의 열팽창 계수의 차에 기인하여 내관이 파손되지 않고, 자외선을 효율적으로 방사시킬 수 있는 엑시머 램프를 제공할 수 있다.
10: 소형 엑시머 램프
20: 발광관
30: 외측 전극
31: 내측 전극
32: 내측 전극 외주면
40: 외관
40X: 외관 소재
42: 외관 저부
43: 배기관
44: 외관 단부
50: 내관
50X: 내관 소재
51: 내관 내주면
52: 내관 저부
53: 내관 내주면과 내측 전극 외주면과의 접촉 부분
60: 방전 공간
70: 완충 공간
71: 축단 공간(완충 공간)
80: 보관 유지부
81: 교류 전원부

Claims (7)

  1. 유저통상(有底筒狀)의 내관과, 상기 내관과의 사이에 밀폐된 방전 공간을 형성하는 외관을 가지고, 상기 방전 공간 내에 방전 가스를 봉입한 유전체로 이루어진 발광관;
    상기 발광관의 외관의 외주면 측에 배치된 외측 전극; 및
    상기 내관 내에 삽입 배치된 봉상(棒狀)의 내측 전극;
    을 구비하고,
    상기 외측 전극과 내측 전극의 사이에 방전 전압을 인가하는 것에 의해 상기 방전 공간에서 유전체 배리어 방전 혹은 용량 결합형 고주파 방전을 일으키는 엑시머 램프에 있어서,
    상기 내관의 내주면과 내측 전극의 외주면과의 사이에, 상기 유전체 배리어 방전 혹은 용량 결합형 고주파 방전에 의해 상기 내측 전극이 열팽창 했을 때, 상기 내측 전극이 내관에 응력을 미치는 것을 억제하고, 또한, 상기 방전 공간의 발광관의 축선과 직교하는 방향의 단면적과 상기 방전 전압의 크기를 감안해 상기 방전 공간에서의 유전체 배리어 방전 혹은 용량 결합형 고주파 방전을 확보하는 상기 발광관 축선과 직교하는 방향의 단면적의 완충 공간이 형성되어 있는 것,
    상기 내관의 저부 내면과 상기 내측 전극의 선단부와의 사이에, 상기 완충 공간에 연통하는 축단 공간이 형성되어 있는 것, 및
    상기 내관의 저부와는 반대측의 단부와, 상기 내관에 삽입된 상기 내측 전극과의 사이의 틈새가 보관 유지부에 의해 봉지되어 있는 것
    을 특징으로 하는 엑시머 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 완충 공간의 발광관 축선과 직교하는 방향의 단면 형상은 환상(環狀) 인 엑시머 램프.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내관의 저부와 외관은 서로 접촉하고 있는 엑시머 램프.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 외관의 외경은, 8~20 mm이며, 상기 외측 전극과 내측 전극 간의 인가 전압은, 2~8 kV인 엑시머 램프.
  5. 제1항 또는 제2항에 기재된 엑시머 램프의 제조 방법에 있어서,
    적어도 일단부가 개방된 유전체로 이루어진 통상의 외관 소재를 준비하는 스텝;
    유전체로 이루어진 유저통상의 내관 소재를 준비하는 스텝;
    상기 내관 소재에 삽입 배치되었을 때에 상기 내관 소재의 내주면과의 사이에 완충 공간을 형성하는 외경의 봉상의 내측 전극을 준비하는 스텝;
    상기 외관 소재의 일단 개방부로부터, 상기 내관 소재를, 그 저부를 전방으로 하여 삽입하는 스텝;
    상기 외관 소재와 내관 소재의 사이에 방전 공간을 형성하고, 상기 방전 공간 내에 방전 가스를 봉입해 상기 방전 공간을 밀폐하는 스텝;
    상기 내관 소재 내에 상기 내측 전극을 삽입 배치하고, 상기 내관 소재의 내주면과 상기 내측 전극의 외주면과의 사이에 상기 완충 공간을 형성하고, 상기 내관 소재의 저부 내면과 상기 내측 전극의 선단부와의 사이에 상기 완충 공간에 연통하는 축단 공간을 형성하는 스텝;
    상기 외관 소재의 외주면에 외측 전극을 배치하는 스텝; 및
    상기 내관 소재의 저부와 반대측의 단부와 내측 전극과의 사이의 틈새를 봉지하는 스텝
    을 가지는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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