KR102587480B1

KR102587480B1 - 자외선 조사 장치

Info

Publication number: KR102587480B1
Application number: KR1020217009092A
Authority: KR
Inventors: 히데아키 야규
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2019-10-07
Filing date: 2020-10-05
Publication date: 2023-10-11
Also published as: EP3852130A4; JP6940033B1; KR20210049890A; JPWO2021070780A1; EP4210087A1; EP3852130C0; CN112930579A; KR102636974B1; US20220409755A1; EP3852130B1; TW202123977A; CN112930579B; CN117334557A; WO2021070780A1; EP3852130A1; KR20230136705A

Abstract

인체에 대해서 미치는 영향의 정도가 억제된, 소형의 자외선 조사 장치를 제공한다. 자외선 조사 장치는, 적어도 하나의 면에 광취출면이 형성된 램프 하우스와, 램프 하우스 내에 수용되고, 주된 발광 파장이 190nm 이상, 225nm 이하인 제1 파장대에 속하는 자외선을 발하는 엑시머 램프와, 엑시머 램프의 발광관의 외표면에 접촉하여 배치된 제1 전극 및 제2 전극과, 광취출면에 배치되어 제1 파장대의 자외선을 실질적으로 투과하고 파장 240nm 이상, 300nm 이하의 자외선을 실질적으로 반사하는 광학 필터와, 엑시머 램프의 발광관의 관축 방향에서 볼 때 당해 발광관의 외측에 위치함과 더불어 광취출면에 대해서 경사진 면이며 제1 파장대의 자외선에 대해서 반사성을 나타내는 반사면을 구비한다.

Description

자외선 조사 장치

본 발명은, 자외선 조사 장치에 관한 것이다.

종래, DNA는, 파장 260nm 부근에 가장 높은 흡수 특성을 나타내는 것이 알려져 있다. 또, 저압 수은 램프는, 파장 254nm 부근에 높은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 이로 인해, 종래, 저압 수은 램프로부터의 자외선을 조사하여 살균을 행하는 기술이 널리 이용되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

그러나, 파장 254nm 근방의 광은, 인체에 조사되면 악영향을 미칠 우려가 있다. 하기 특허문헌 2에는, 의료 현장에 있어서 파장 207nm 이상, 220nm 이하의 자외선을 이용함으로써, 인체에 대한 리스크를 회피하면서 살균 처리를 행하는 기술이 개시되어 있다.

일본국 특허공개 2011-048968호 공보 일본국 특허 제6025756호 공보

그러나, 상기 특허문헌 2는, 파장 207nm 이상, 220nm 이하의 자외선이 의료 현장에 있어서의 살균 처리에 이용 가능한 것을 언급할 뿐이며, 비의료 현장에 있어서 일반 소비자가 범용적으로 살균 처리를 행하는 것에 대해서는 상정되어 있지 않다. 예를 들어, 일반 소비자가, 가정 내에 있어서 화장실, 부엌, 욕실, 구두 안이라고 하는, 비교적 균이 번식하기 쉽다고 생각되는 장소에 대해서 살균 처리를 행하려면, 용이하게 운반할 수 있을 정도의 크기인 것이나, 인체에 대한 영향이 최소한으로 억제되어 있는 것이라고 하는, 조건이 부과된다.

그러나, 현시점에 있어서, 상기와 같은 조건을 충족하는, 살균 용도에 적절한 자외선 조사 장치는 제안되어 있지 않은 것이 실정이다.

본 발명은, 상기의 과제를 감안하여, 인체에 대해서 미치는 영향의 정도가 억제된, 소형의 자외선 조사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 자외선 조사 장치는,

적어도 하나의 면에 광취출(取出)면이 형성된 램프 하우스와,

상기 램프 하우스 내에 있어서 상기 광취출면에 대해서 제1 방향으로 이격한 위치에 수용되고, 주된 발광 파장이 190nm 이상, 225nm 이하에 속하는 제1 파장대에 속하는 자외선을 발하는 엑시머 램프와,

상기 엑시머 램프의 발광관의 외표면에 접촉하여 배치된 제1 전극과,

상기 제1 전극에 대해서 상기 엑시머 램프의 관축에 평행한 제2 방향으로 이격한 위치에 있어서, 상기 엑시머 램프의 발광관의 외표면에 접촉하여 배치된 제2 전극과,

상기 광취출면에 배치되고, 상기 제1 파장대의 자외선을 실질적으로 투과하며, 파장 240nm 이상, 300nm 이하의 자외선을 실질적으로 투과하지 않는 광학 필터와,

상기 제2 방향에서 볼 때, 상기 엑시머 램프의 발광관의 외측에 위치함과 더불어 상기 광취출면에 대해서 경사진 면이며, 상기 제1 파장대의 자외선에 대해서 반사성을 나타내는 반사면을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 명세서에 있어서 「주된 발광 파장」이란, 어느 파장 λ에 대해서 ±10nm의 파장역 Z(λ)를 발광 스펙트럼 상에서 규정한 경우에 있어서, 발광 스펙트럼 내에 있어서의 전체 적분 강도에 대해서 40% 이상의 적분 강도를 나타내는 파장역 Z(λi)에 있어서의, 파장 λi를 가리킨다. 예를 들어 KrCl, KrBr, ArF를 포함하는 발광 가스가 봉입되어 있는 엑시머 램프 등과 같이, 반값폭이 매우 좁고, 또한, 특정 파장에 있어서만 광강도를 나타내는 광원에 있어서는, 통상은, 상대 강도가 가장 높은 파장(주된 피크 파장)을, 주된 발광 파장으로 해도 상관없다.

본 명세서에 있어서, 광학 필터가 「자외선을 실질적으로 투과한다」란, 광학 필터를 투과한 자외선의 강도가, 광학 필터에 입사된 자외선의 강도에 대해서 60% 이상인 것을 의미한다. 또, 본 명세서에 있어서, 「자외선을 실질적으로 투과하지 않는다」란, 광학 필터를 투과한 자외선의 강도가, 광학 필터에 입사된 자외선의 강도에 대해서 20% 미만인 것을 의미한다.

또한, 광학 필터는, 파장 240nm 이상 300nm 이하의 자외선을 실질적으로 반사하는 것으로 해도 상관없다. 여기서, 본 명세서에 있어서, 「자외선을 실질적으로 반사한다」란, 광학 필터를 반사한 자외선의 강도가, 광학 필터에 입사된 자외선의 강도에 대해서 80% 이상인 것을 의미한다.

실제로는, 광학 필터에 대해서 입사되는 자외선의 입사각에 따라, 광학 필터에 있어서의 자외선의 투과율이나 반사율이 변화한다. 여기서, 엑시머 램프로부터 출사되는 자외선은, 일정한 발산각을 갖고 진행하지만, 진행하는 모든 광선 중 광출사면에 대해서 0° 근방의 각도로 진행하는 광선의 강도가 가장 강하고, 발산각이 0°로부터 멀어짐에 따라 강도가 저하한다. 이로 인해, 입사각이 20° 이내로 광학 필터에 입사된 자외선의 강도에 대해서 60% 이상의 투과율을 나타내는 광학 필터는, 상기 자외선을 실질적으로 투과하는 것으로 취급해도 상관없다. 마찬가지로, 입사각이 20° 이내로 광학 필터에 입사된 자외선의 강도에 대해서 20% 미만의 투과율을 나타내는 광학 필터는, 상기 자외선을 실질적으로 투과하지 않는 것으로 취급해도 상관없다. 마찬가지로, 입사각이 20° 이내로 광학 필터에 입사된 자외선의 강도에 대해서 90% 이상의 반사율을 나타내는 광학 필터는, 상기 자외선을 실질적으로 반사하는 것으로 취급해도 상관없다.

상기 자외선 조사 장치는, 엑시머 램프의 발광관의 외표면에 접촉한, 제1 전극과 제2 전극을 구비한다. 이들 전극은, 각각, 엑시머 램프의 관축 방향으로 이격한 위치에 있어서, 엑시머 램프의 발광관의 외표면과 접촉한다. 이로 인해, 엑시머 램프는, 단순한 직관형의 구조에 의해서 방전이 가능해지기 때문에, 종래의 엑시머 램프로서 일반적으로 이용되고 있던, 동심원형상으로 관체가 이중으로 설치되어 내측관과 외측관의 사이에 발광 가스가 봉입되는 구조, 이른바 「이중관 구조」의 채용을 필요로 하지 않는다.

일례로서, 상기 자외선 조사 장치가 구비하는 엑시머 램프의 발광관의 크기는, 관축 방향(제2 방향)에 따른 길이가 15mm 이상, 200mm 이하이며, 외경이 2mm 이상, 16mm 이하이다.

주된 발광 파장이 제1 파장대에 속하는 자외선을 발하는 엑시머 램프에 있어서도, 매우 작은 강도이지만, 인체에 영향을 미칠 우려가 있는 파장대(파장 240nm 이상, 300nm 이하)의 자외선이 출사될 수 있다. 도 1은, 발광 가스에 KrCl을 포함하여 이루어지는 엑시머 램프(주된 피크 파장이 222nm 근방)의 발광 스펙트럼의 일례를 도시한 도면이다.

도 1에 의하면, 극히 적지만 240nm 이상의 파장대에 있어서도, 광출력이 확인된다. 또한, 발광 가스로서 KrCl을 포함하는 엑시머 램프에 한정하지 않고, 발광 가스로서 KrBr을 포함하는 엑시머 램프(주된 피크 파장이 207nm)나, 발광 가스로서 ArF를 포함하는 엑시머 램프(주된 피크 파장이 193nm) 등, 주된 발광 파장이 제1 파장대에 속하는 자외선을 발하는 다른 엑시머 램프에 있어서도, 마찬가지로 파장 240nm 이상, 300nm 이하의 자외선이 출사될 수 있다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 자외선 조사 장치는, 제1 파장대의 자외선을 실질적으로 투과하고, 파장 240nm 이상, 300nm 이하의 자외선을 실질적으로 반사하는 광학 필터가, 광취출면 측에 배치되어 있다. 이로 인해, 엑시머 램프로부터 출사된 자외선에 포함되는, 파장 240nm 이상, 300nm 이하의 성분에 대해서는, 광학 필터에 있어서 실질적으로 반사되기 때문에, 자외선 조사 장치의 외부로 취출되는 양은 저하한다. 즉, 이러한 광학 필터를 설치함으로써, (애초에 광출력이 작은 파장대의 성분인데) 추가로 외부로 취출되는 광량이 삭감되기 때문에, 인체에 대한 영향이 더욱 억제된다.

그런데, 상술한 바와 같이, 광학 필터에 대해서 입사되는 자외선의 입사각에 따라, 광학 필터에 있어서의 자외선의 투과율이나 반사율은 변화한다. 자외선 조사 장치로부터 취출되는 것이 상정되어 있는 제1 파장대의 자외선에 있어서도, 광학 필터에 대한 입사각이 매우 커지면, 투과율이 저하하고 반사율이 증가한다. 이로 인해, 엑시머 램프로부터 출사된 제1 파장대의 자외선 중, 광학 필터에 대해서 비교적 큰 입사각(예를 들어 30° 이상)으로 입사된 자외선에 대해서는, 그 일부가 광학 필터에서 반사되어 엑시머 램프 측으로 되돌려진다. 이 결과, 자외선 조사 장치의 외부로는 취출되지 않아, 광학 필터를 설치하지 않는 경우에 비해, 광취출 효율이 일정 정도 저하해 버린다.

또, 반사광의 일부가 램프 하우스의 하우징(케이싱)에 조사되어, 램프 하우스가 열화할 우려가 있다.

이에 비해, 본 발명에 따른 자외선 조사 장치는, 상기 제2 방향, 즉 엑시머 램프의 발광관의 관축 방향에서 볼 때, 당해 발광관의 외측에 위치함과 더불어 광취출면에 대해서 경사진, 자외선에 대한 반사성을 나타내는 반사면을 구비한다. 엑시머 램프로부터 출사된 자외선은, 소정의 발산각을 갖고 광학 필터를 향해 진행한다. 여기서, 큰 발산각을 갖고 진행한 자외선은, 반사면에 입사되면, 반사면에서 반사되어 진행 방향이 변환된다. 반사면은, 광취출면에 대해서 경사진 면으로 구성되어 있기 때문에, 반사면에서 반사된 후, 광학 필터에 입사될 때의 입사각이 감소한다.

이 결과, 광학 필터를 투과하는 자외선의 비율이 상승하고, 자외선 조사 장치로부터 취출되는 제1 파장대의 자외선의 출력이 증가함과 더불어, 램프 하우스의 열화의 정도를 억제하는 효과가 얻어진다.

또한, 「광학 필터가 광취출면에 배치된다」란, 광학 필터가 광취출면에 대해서 완전히 일체화되어 배치되어 있는 경우 외에, 광학 필터가 광취출면에 대해서 제1 방향으로 미소한 거리(예를 들어 수mm~수십mm)만큼 이격한 위치에 배치되어 있는 경우를 포함한다.

상기 제1 전극을 구성하는 제1 전극 블록과, 상기 제2 전극을 구성하는 제2 전극 블록을 구비하고,

상기 제1 전극 블록 및 상기 제2 전극 블록 중 적어도 한쪽은, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 직교하는 제3 방향으로 상기 엑시머 램프로부터 떨어진 위치에 있어서, 상기 반사면을 구성하는 테이퍼면을 갖는 것으로 해도 상관없다.

즉, 상기 반사면을 구성하는 상기 테이퍼면은, 상기 제1 전극 블록 또는 상기 제2 전극 블록의 일부분인 것으로 해도 상관없다. 이 경우에 있어서, 상기 제1 전극 블록 및 상기 제2 전극 블록은, 둘 다 제1 파장대의 자외선에 대해서 반사성을 나타내는 재료(Al, Al 합금, 스테인리스 등)로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 전극 블록 및 상기 제2 전극 블록의 쌍방이, 상기 테이퍼면을 갖는 것이 보다 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 엑시머 램프로부터 큰 발산각을 갖고 진행한 제1 파장대의 자외선을, 쌍방의 전극 블록에서 반사할 수 있기 때문에, 광학 필터에 대한 입사각을 저하시킬 수 있는 광량이 증가한다. 이로써, 광취출 효율을 더욱 향상시킬 수 있음과 더불어, 램프 하우스의 열화의 정도를 억제하는 효과가 높아진다.

상기 자외선 조사 장치는,

상기 제3 방향으로 이격하여 배치된 복수의 상기 엑시머 램프를 갖고,

상기 제1 전극 블록 및 상기 제2 전극 블록은, 복수의 상기 엑시머 램프 각각의 발광관의 외표면에 접촉하면서, 복수의 상기 엑시머 램프에 걸치듯이 배치되고,

상기 테이퍼면은, 상기 제2 방향에서 봤을 때에, 적어도 상기 제3 방향으로 인접하는 복수의 상기 엑시머 램프에 끼인 위치에 형성되어 있는 것으로 해도 상관없다.

상기 테이퍼면의 일부분은, 상기 제1 방향에 관하여, 상기 엑시머 램프보다 상기 광취출면 측에 위치하고 있는 것으로 해도 상관없다. 이러한 구성에 의하면, 만일 테이퍼면이 존재하지 않으면 광학 필터를 투과하는 비율(투과율)이 낮은 입사각으로 광학 필터에 입사되어야 할 자외선을, 테이퍼면에서 반사시켜 광학 필터를 투과하는 비율이 높은 입사각으로 광학 필터에 입사할 수 있는 광량을, 보다 향상시킬 수 있다.

상기 테이퍼면은, 상기 제2 방향에서 봤을 때에, 상기 제1 방향과의 이루는 각도가 10° 이상, 50° 이하인 것이 바람직하고, 20° 이상, 40° 이하인 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 의하면, 인체에 대해서 미치는 영향의 정도가 억제된, 소형의 자외선 조사 장치가 실현된다.

도 1은 발광 가스에 KrCl이 포함되는 엑시머 램프의 발광 스펙트럼의 일례이다.
도 2는 자외선 조사 장치의 외관을 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2로부터, 자외선 조사 장치의 램프 하우스의 본체 케이싱부와 덮개부를 분해한 사시도이다.
도 4는 자외선 조사 장치가 구비하는 전극 블록과 엑시머 램프의 구조를 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4로부터 시점을 변경한 사시도이다.
도 6은 도 5로부터 엑시머 램프의 도시를 생략하고, 전극 블록의 구조를 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 7은 엑시머 램프를 Z방향에서 봤을 때의 모식적인 평면도이다.
도 8은 광학 필터의 투과 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 9는 광학 필터에 대한 자외선의 입사각을 설명하기 위한 모식적인 도면이다.
도 10은 광학 필터의 반사 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 11은 테이퍼면이 형성되어 있지 않은 제1 전극 블록을 자외선 조사 장치가 구비한 경우의, 자외선의 진행 모습을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 12는 테이퍼면이 형성되어 있는 제1 전극 블록을 자외선 조사 장치가 구비한 경우의, 자외선의 진행 모습을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 13은 테이퍼각을 설명하기 위한 모식적인 도면이다.
도 14는 전극 블록에 설치된 테이퍼면의 테이퍼각(φ)과, 자외선 조사 장치로부터 취출되는 자외선의 조도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는 테이퍼면의 테이퍼각(φ)의 대소에 의한 자외선에 대한 영향을 설명하기 위한 모식적인 도면이다.
도 16a는 다른 실시 형태의 자외선 조사 장치의 모식적인 구성을, 도 12를 따라서 표시한 도면이다.
도 16b는 도 16a에 도시한 자외선 조사 장치가 구비하는 반사 부재의 구조를 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 17은 다른 실시 형태의 자외선 조사 장치의 모식적인 구성을, 도 12를 따라서 표시한 도면이다.

본 발명에 따른 자외선 조사 장치의 실시 형태에 대해, 적당히 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 각 도면은, 모식적으로 도시된 것이며, 도면 상의 치수비와 실제의 치수비는 반드시 일치하고 있지는 않다. 또, 각 도면간에 있어서도, 치수비는 반드시 일치하고 있지는 않다.

도 2는, 자외선 조사 장치의 외관을 모식적으로 도시한 사시도이다. 도 3은, 도 2로부터, 자외선 조사 장치(1)의 램프 하우스(2)의 본체 케이싱부(2a)와 덮개부(2b)를 분해한 사시도이다.

이하의 각 도면에서는, 자외선(L1)의 취출 방향을 X방향으로 하고, X방향과 직교하는 평면을 YZ평면으로 한, X-Y-Z좌표계를 참조하여 설명된다. 보다 상세하게는, 도 3 이하의 도면을 참조하여 후술되는 바와 같이, 엑시머 램프(3)의 관축 방향을 Y방향으로 하고, X방향 및 Y방향과 직교하는 방향을 Z방향으로 한다. X방향이 「제1 방향」에 대응하고, Y방향이 「제2 방향」에 대응하며, Z방향이 「제3 방향」에 대응한다.

또, 이하의 설명에서는, 방향을 표현할 때에 양음의 방향을 구별하는 경우에는, 「＋X방향」, 「－X방향」과 같이, 양음의 부호를 붙여 기재된다. 또, 양음의 방향을 구별하지 않고 방향을 표현하는 경우에는, 단순히 「X방향」으로 기재된다. 즉, 본 명세서에 있어서, 단순히 「X방향」으로 기재되어 있는 경우에는, 「＋X방향」과 「－X방향」의 쌍방이 포함된다. Y방향 및 Z방향에 대해서도 동일하다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 자외선 조사 장치(1)는, 한쪽의 면에 광취출면(10)이 형성된 램프 하우스(2)를 구비한다. 램프 하우스(2)는, 본체 케이싱부(2a)와 덮개부(2b)를 구비하고, 본체 케이싱부(2a) 내에는, 엑시머 램프(3)와, 전극 블록(11, 12)이 수용되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 램프 하우스(2) 내에 4개의 엑시머 램프(3)(3a, 3b, 3c, 3d)가 수용되어 있는 경우를 예로 들어 설명하는데(도 4 참조), 엑시머 램프(3)의 개수는 1개여도 상관없고, 2개, 3개 또는 5개 이상이어도 상관없다. 전극 블록(11, 12)은, 각 엑시머 램프(3)에 대해서 급전하기 위한 전극을 구성한다.

본 실시 형태에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 덮개부(2b)의 광취출면(10)을 구성하는 영역에, 광학 필터(21)가 설치되어 있다. 광학 필터(21)의 특성에 대해서는, 후술된다.

도 4 및 도 5는, 도 3으로부터 본체 케이싱부(2a)의 도시를 생략하고, 전극 블록(11, 12)과 엑시머 램프(3)(3a, 3b, 3c, 3d)만을 도시한 사시도이다. 도 4와 도 5는, 보는 각도만이 상이하다. 또, 도 6은, 도 5로부터 추가로 엑시머 램프(3)의 도시를 생략한 사시도이다.

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 자외선 조사 장치(1)는, Z방향으로 이격하여 배치된 4개의 엑시머 램프(3)(3a, 3b, 3c, 3d)를 구비한다. 또, 각각의 엑시머 램프(3)의 발광관의 외표면에 접촉하듯이, 2개의 전극 블록(11, 12)이 배치되어 있다. 이하에서는, 적당히 전극 블록(11)을 「제1 전극 블록(11)」으로 칭하고, 전극 블록(12)을 「제2 전극 블록(12)」으로 칭한다. 또한, 제1 전극 블록(11)은 「제1 전극」에 대응하고, 제2 전극 블록(12)은 「제2 전극」에 대응한다.

제1 전극 블록(11)과 제2 전극 블록(12)이란, Y방향으로 이격한 위치에 배치되어 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 전극 블록(11)은, 엑시머 램프(3)의 발광관의 외표면이 나타내는 곡면을 따르는 형상을 나타내고 엑시머 램프(3)가 재치(載置)되는 재치 영역(11a)과, 엑시머 램프(3)에 대해서 Z방향으로 떨어진 위치에 형성되고, YZ평면에 대해서 경사진 테이퍼면(11b)을 갖고 구성된다. 마찬가지로, 제2 전극 블록(12)에 대해서도, 재치 영역(12a)과 테이퍼면(12b)을 갖는다.

또한, 제1 전극 블록(11)과 제2 전극 블록(12)은, 도전성의 재료로 이루어지고, 바람직하게는, 제1 파장대의 자외선(L1)에 대한 반사성을 나타내는 재료로 이루어진다. 일례로서, 제1 전극 블록(11)과 제2 전극 블록(12)은, 둘 다, Al, Al 합금, 스테인리스 등으로 구성된다.

도 7은, 엑시머 램프(3)와, 전극 블록(11, 12)의 위치 관계를 모식적으로 도시한 도면이며, 엑시머 램프(3)를 ＋Z방향에서 봤을 때의 모식적인 평면도에 대응한다. 또한, 도 7에서는, 4개의 엑시머 램프(3)(3a, 3b, 3c, 3d) 중, 가장 -Z측에 위치하고 있는 엑시머 램프(3a)만이 도시되어 있고, 다른 엑시머 램프(3b, 3c, 3d)의 도시가 생략되어 있는데, 상술한 바와 같이, 엑시머 램프(3b, 3c, 3d)에 대해서도 ＋Z방향으로 늘어놓아져 있다.

엑시머 램프(3)는 Y방향을 관축 방향으로 한 발광관을 갖고, Y방향으로 이격한 위치에 있어서, 엑시머 램프(3)의 발광관의 외표면이 각 전극 블록(11, 12)에 대해서 접촉하고 있다. 엑시머 램프(3)의 발광관에는, 발광 가스(3G)가 봉입되어 있다. 각 전극 블록(11, 12)의 사이에, 예를 들어 10kHz~5MHz 정도의 고주파의 교류 전압이 인가되면, 엑시머 램프(3)의 발광관을 통해 발광 가스(3G)에 대해서 상기 전압이 인가된다. 이때, 발광 가스(3G)가 봉입되어 있는 방전 공간 내에서 방전 플라즈마가 발생하여, 발광 가스(3G)의 원자가 여기되어 엑시머 상태가 되고, 이 원자가 기저 상태로 이행할 때에 엑시머 발광이 발생한다.

발광 가스(3G)는, 엑시머 발광시에, 주된 발광 파장이 190nm 이상, 225nm 이하인 제1 파장대에 속하는 자외선(L1)을 출사하는 재료로 이루어진다. 일례로서, 발광 가스(3G)로는, KrCl, KrBr, ArF가 포함된다. 또한, 상기의 가스종에 더해, 아르곤(Ar), 네온(Ne) 등의 불활성 가스가 혼합되어 있어도 상관없다.

예를 들어, 발광 가스(3G)에 KrCl이 포함되는 경우에는, 엑시머 램프(3)로부터 주된 피크 파장이 222nm 근방인 자외선(L1)이 출사된다. 발광 가스(3G)에 KrBr이 포함되는 경우에는, 엑시머 램프(3)로부터는, 주된 피크 파장이 207nm 근방인 자외선(L1)이 출사된다. 발광 가스(3G)에 ArF가 포함되는 경우에는, 엑시머 램프(3)로부터는, 주된 피크 파장이 193nm 근방인 자외선(L1)이 출사된다. 발광 가스(3G)에 KrCl이 포함되는, 엑시머 램프(3)로부터 출사되는 자외선(L1)의 스펙트럼에 대해서는, 도 1을 참조하여 상술한 바와 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 발광 가스(3G)에 KrCl이 포함되는 경우, 자외선(L1)의 스펙트럼에는, 거의 주된 피크 파장인 222nm 근방에 광출력이 집중되어 있는데, 인체에 대한 영향이 염려되는 240nm 이상의 파장대에 대해서도, 극히 적지만 광출력이 인정된다. 이로 인해, 광취출면(10)을 구성하는 영역에, 이러한 파장대의 광성분을 차단하는 목적으로 광학 필터(21)가 설치되어 있다.

도 8은, 광학 필터(21)의 투과 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프이며, 광학 필터(21)에 대해서 입사한 광의 강도와, 광학 필터(21)로부터 출사된 광의 강도의 비율을 파장마다 측정한 것이다. 또한, 도 8에서는, 자외선(L1)이 광학 필터(21)에 대해서 입사할 때의 입사각(θ)별로, 투과 스펙트럼이 나타나 있다. 여기서, 입사각(θ)은, 도 9에 도시한 바와 같이, 광학 필터(21)의 입사면에 대한 법선(21N)과, 광학 필터(21)의 입사면에 입사되는 자외선(L1)의 각도로 정의된다.

도 8에 도시한 특성을 갖는 광학 필터(21)는, 엑시머 램프(3)의 발광 가스(3G)가 KrCl을 포함하는 경우, 즉, 엑시머 램프(3)가 주된 피크 파장 222nm의 자외선(L1)을 발하는 경우를 상정하여 설계된 것이다. 즉, 이 광학 필터(21)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 파장 222nm 근방, 보다 상세하게는 218nm 이상, 226nm 이하의 파장대의 자외선(L1)을 실질적으로 투과하면서, 240nm 이상 300nm 이하의 자외선(L1)을 실질적으로 투과하지 않는다. 광학 필터(21)는, 엑시머 램프(3)로부터 출사되는 자외선(L1) 중, 주된 피크 파장 근방의 파장 성분의 자외선(L1)을 실질적으로 투과시키면서, 240nm 이상 300nm 이하의 자외선(L1)을 실질적으로 투과시키지 않도록 설계되는 것으로 해도 상관없다.

도 8에 도시한 광학 필터(21)에 의하면, 240nm 이상 300nm 이하의 자외선(L1)은 입사각(θ)이 0°~40°의 범위 내에 있어서는, 5% 이하의 투과율을 나타내고, 입사각(θ)이 50°인 경우에도 10% 이하의 투과율을 나타낸다.

이와 같이, 입사되는 자외선(L1)의 파장에 따라서 상이한 투과율을 나타내는 광학 필터(21)는, 굴절률이 상이한 복수의 유전체 다층막으로 실현된다. 한편, 이러한 굴절률이 상이한 복수의 유전체 다층막으로 광학 필터(21)를 구성한 경우, 광학 필터(21)에 대한 자외선(L1)의 입사각(θ)에 따라, 투과율이 불가피적으로 변화해 버린다. 이 결과, 도 8에 도시한 바와 같이, 주된 피크 파장(이 예에서는 222nm) 근방의 성분에 대해서도, 자외선(L1)의 광학 필터(21)에 대한 입사각(θ)에 따라서는, 투과율이 저하해 버린다. 예를 들어, 도 8에 의하면, 입사각(θ)이 40° 이상인 경우, 222nm 근방의 자외선(L1)에 대한 투과율은 20%를 밑돈다.

또한, 자외선(L1) 중, 광학 필터(21)를 투과하지 않았던 자외선(L1)의 일부는, 광학 필터(21)에서 반사된다. 도 10은, 광학 필터(21)의 반사 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프이며, 광학 필터(21)에 대해서 입사한 광의 강도와, 광학 필터(21)에서 반사된 광의 강도의 비율을 파장마다 측정한 것이다. 단, 발광부와 수광부를 같은 광축 상에 배치할 수 없기 때문에, 도 10의 그래프에 있어서 입사각(θ)이 0°인 경우의 데이터는 도시되어 있지 않다.

도 10에 도시한 광학 필터(21)에 의하면, 240nm 이상 300nm 이하의 자외선(L1)은 입사각(θ)이 10° 이상, 40° 이하의 범위 내에 있어서는 95% 이상의 반사율을 나타내고, 입사각(θ)이 50°인 경우에도 90% 이상의 반사율을 나타낸다.

다음으로, 전극 블록(11, 12)이 테이퍼면(11b, 12b)을 갖는 효과에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 도 11은, 제1 전극 블록(11)을 대신하여, 테이퍼면이 형성되어 있지 않은 제1 전극 블록(111)을 구비한 경우의, 엑시머 램프(3)로부터 출사되어 광학 필터(21)를 향하는 자외선(L1)의 진행의 모습을 모식적으로 도시한 도면이다. 도 11에서는, 각 엑시머 램프(3)로부터 출사되는 자외선(L1) 중, 엑시머 램프(3c)로부터 출사되는 자외선(L1)이, 대표적으로 도시되어 있다.

각 엑시머 램프(3)로부터 출사되는 자외선(L1)은, 소정의 발산각을 갖고 광학 필터(21)를 향해 진행한다. 이로 인해, 자외선(L1) 중, 광학 필터(21)에 대한 입사각이 비교적 작은 자외선(L1b, L1c)에 관하여는, 주된 피크 파장 근방의 성분이 광학 필터(21)를 실질적으로 투과한다. 그러나, 광학 필터(21)에 대한 입사각이 비교적 큰 자외선(L1a)에 대해서는, 주된 피크 파장 근방의 성분이어도, 일정 정도의 비율의 자외선(L1a)이 광학 필터(21)에서 반사되어 버린다. 이로 인해, 각 엑시머 램프(3)로부터 출사되는 자외선(L1) 중, 취출하고 싶은 파장대인 주된 피크 파장 근방의 성분의 일부가, 외부로 취출할 수 없다고 하는 현상이 발생한다.

이에 비해, 본 실시 형태와 같이, 제1 전극 블록(11)이 테이퍼면(11b)을 구비함으로써, 도 12에 도시한 바와 같이, 비교적 큰 발산각을 갖고 진행한 자외선(L1a)은, 테이퍼면(11b)에서 반사되어 진행 방향을 변경한다. 이 결과, 자외선(L1a)이 광학 필터(21)에 입사할 때의 입사각이 도 11의 경우보다 작아지고, 광학 필터(21)를 투과하는 광량이 증가한다. 이 결과, 각 엑시머 램프(3)로부터 출사된, 주된 피크 파장 근방의 자외선(L1)이, 자외선 조사 장치(1)의 외부로 취출시키는 광량이 향상된다. 반대로, 광학 필터(21)에서 반사되어 엑시머 램프(3) 측으로 진행하는 복귀광의 광량이 감소하여, 램프 하우스(2)의 열화의 진행이 억제된다.

또한, 도 12에서는, 제1 전극 블록(11)을 예로 들어 설명했는데, 동일한 이유에 의해, 제2 전극 블록(12)에 대해서도 테이퍼면(12b)을 가짐으로써, 주된 피크 파장 근방의 자외선(L1)을 자외선 조사 장치(1)의 외부로 취출할 수 있는 광량이 향상한다. 즉, 테이퍼면(11b, 12b)이 「반사면」에 대응한다.

[실시예]

전극 블록(11, 12)의 테이퍼면(11a, 11b)의 테이퍼각이, 자외선 조사 장치(1)로부터 취출되는 자외선(L1)의 조도에 미치는 영향을 검증했다.

(공통 조건)

관축 방향(Y방향)이 길이 70mm, 외경φ 6mm의 관체에, 발광 가스(3G)로서, Kr, Cl₂, Ar, 및 Ne의 혼합 가스를 봉입한 엑시머 램프(3)를, 4개 준비했다. 그리고, 이들 4개의 엑시머 램프(3)를, Y방향으로 7mm 이격하여 배치된, Al제의 전극 블록(11, 12)에 접촉시켰다. 또한, 각 엑시머 램프(3)들의 Z방향에 따른 이격 거리는, 14mm가 되었다.

상기 조건하에서, 피크 피크값 4kV, 주파수 70kHz의 교류 전압을, 전극 블록(11, 12) 간에 인가하여, 각 엑시머 램프(3)에 대해서 유전체 배리어 방전을 발생시키고, 광취출면(10)으로부터 ＋X방향으로 20mm 떨어진, 4개의 엑시머 램프(3)의 중앙의 위치에 있어서의 조도를 조도계로 측정했다. 또한, 광취출면(10)에는, 도 8에 도시한 투과 스펙트럼을 갖는 광학 필터(21)가 설치되어 있었다.

전극 블록(11, 12)은, 도 13에 도시한 테이퍼각(φ)을 상이하게 한, 복수 종류의 것이 준비되고, 각각의 전극 블록(11, 12)을 이용하여 동일하게 조도가 측정되었다. 또한, 테이퍼각(φ)을 상이하게 할 때에는, 테이퍼면(11b, 12b)의 엑시머 램프(3)에 대한 X방향의 돌출 거리를 조정함으로써, 각 엑시머 램프(3)간의 이격 거리를 7mm로 일정하게 했다.

또한, 비교를 위해서, 테이퍼각(φ)이 0°, 즉 도 11에 도시한 전극 블록(111)과 마찬가지로, 테이퍼면(11b, 12b)을 구비하지 않는 전극 블록을, 전극 블록(11, 12)을 대신하여 배치한 경우의 조도도, 동일한 방법으로 측정되었다.

이 결과를 표 1 및 도 14에 나타낸다. 또한, 표 1 및 도 14에서는, 테이퍼면(11b, 12b)을 구비하지 않는 전극 블록을 이용한 경우의 조도에 대한 상대 조도의 값이, 테이퍼각(φ)마다 나타나 있다. 또, 테이퍼각(φ)은, XY평면에 대한 테이퍼면(11b, 12b)의 경사 각도이며, 표 1 및 도 14에서는, 반시계 방향으로 경사져 있는 경우(양의 테이퍼각)와, 시계 방향으로 경사져 있는 경우(음의 테이퍼각)를 같은 값으로 하고 있다.

[표 1]

표 1 및 도 14에 의하면, 테이퍼각(φ)이 70° 이하인 경우에 있어서, 테이퍼각(φ)에 관계없이, 테이퍼면(11b, 12b)을 구비한 전극 블록(11, 12)을 이용하는 경우가, 테이퍼면(11b, 12b)을 구비하지 않는 전극 블록을 이용한 경우보다, 높은 조도가 실현되고 있는 것을 안다.

특히, 테이퍼각(φ)이 10° 이상, 50° 이하인 경우에는, 테이퍼면(11b, 12b)을 구비하지 않는 전극 블록을 이용한 경우와 비교하여, 3% 이상의 조도가 실현되고 있다. 또한, 테이퍼각(φ)이 20° 이상, 40° 이하인 경우에는, 테이퍼면(11b, 12b)을 구비하지 않는 전극 블록을 이용한 경우와 비교하여, 10% 이상의 조도가 실현되고 있다.

도 15는, 테이퍼면(11b)의 테이퍼각(φ)의 대소에 의한 자외선(L1)에 대한 영향을 설명하기 위한 모식적인 도면이며, 테이퍼각(φ)이 20° 이상, 40° 이하인 테이퍼면(11b1), 테이퍼각(φ)이 50° 이상인 테이퍼면(11b2), 테이퍼각(φ)이 10° 이하인 테이퍼면(11b3)을 모두 같은 도면에 병기한 것이다.

테이퍼면(11b)의 테이퍼각(φ)이 50° 이상인 경우(테이퍼면(11b2)), 엑시머 램프(3)로부터 출사되는 자외선(L1) 중, 테이퍼면(11b, 12b)에서 반사되어 진행 방향이 변화하는 자외선(L1)은, 매우 발산 각도가 큰 것에 한정된다. 즉, 테이퍼면(11b, 12b)에 입사되지 않고 직진하여, 그대로 광학 필터(21)에 입사되는 자외선(L1) 중, 입사각(θ)이 비교적 큰 성분이 여전히 존재하는 결과(자외선(L1a)), 이 자외선(L1a)이 광학 필터(21)를 투과하지 않고 취출할 수 없음으로써, 테이퍼면(11b)의 테이퍼각(φ)이 50° 이상인 경우에는 테이퍼각(φ)이 50° 미만인 경우에 비해서, 조도가 충분히 높아진 것이라고 생각된다.

도 15에 의하면, 제1 전극 블록(11)이 테이퍼면(11b1)을 갖고 있으면, 자외선(L1a)은 이 테이퍼면(11b1)에서 반사되어 진행 방향이 변화하고, 광학 필터(21)에 대해서 비교적 작은 입사각(θ)으로 입사된다. 이로써, 자외선(L1a)은 광학 필터(21)를 투과하여 외부로 취출된다. 이에 비해, 제1 전극 블록(11)이 테이퍼면(11b2)을 갖고 있으면, 자외선(L1a)은 이 테이퍼면(11b2)에는 입사되지 않기 때문에, 그대로 직진하는 결과, 광학 필터(21)에 대해서 비교적 큰 입사각(θ)으로 입사되고, 상술한 바와 같이, 광학 필터(21)에 있어서 반사되어 버린다.

한편, 테이퍼면(11b)의 테이퍼각(φ)이 10° 미만인 경우(테이퍼면(11b3)), 만일 테이퍼면(11b3)이 존재하지 않아 직진하고 있었다고 해도 광학 필터(21)를 투과할 정도의 작은 입사각으로 광학 필터(21)에 대해서 입사하고 있던 자외선(L1b)이, 테이퍼면(11b3)에 입사될 가능성이 있다. 도 15에 의하면, 제1 전극 블록(11)이 테이퍼면(11b1)을 갖고 있으면, 자외선(L1b)은 이 테이퍼면(11b1)에 입사되는 일 없이 직진하여, 그대로 광학 필터(21)에 대해서 비교적 작은 입사각(θ)으로 입사된다. 이에 비해, 제1 전극 블록(11)이 테이퍼면(11b3)을 갖고 있으면, 자외선(L1b)은 이 테이퍼면(11b3)에서 반사하여 진행 방향이 변화한다. 이 자외선(L1b)은, 광학 필터(21)에 대해서 비교적 작은 입사각(θ)으로 입사되기 때문에, 그대로 외부로 취출되는데, 상술한 바와 같이, 원래 테이퍼면(11b1)에서 반사할 필요가 없는 자외선(L1)을 반사해 버리게 되는 결과, 테이퍼면(11b3)에서 일부의 자외선(L1)이 흡수되는 결과, 테이퍼면(11b1)을 구비하는 경우에 비해서 광취출 효율이 저하한다.

[다른 실시 형태]

이하, 다른 실시 형태에 대해 설명한다.

〈1〉상기 실시 형태에서는, 제1 전극 블록(11)은, XY평면에 대해서, 반시계방향으로 경사져 있는 테이퍼면(11b)과, 시계 방향으로 경사져 있는 테이퍼면(11b)의 쌍방을 갖고 있는 경우에 대해 설명했다(도 13 참조). 그러나, 본 발명은, 제1 전극 블록(11)이, XY평면에 대해서, 반시계 방향이나 시계 방향 중 어느 한쪽으로만 경사져 있는 테이퍼면(11b)을 갖고 있는 경우를 배제하지 않는다. 제2 전극 블록(12)에 대해서도 동일하다.

〈2〉자외선 조사 장치(1)가 복수 개의 엑시머 램프(3)를 구비한 경우에 있어서, 2개 이상의 엑시머 램프(3)의 X방향에 관한 배치 위치가 변위되어 있어도 상관없다.

〈3〉상술한 실시 형태에서는, 제1 전극 블록(11)과 제2 전극 블록(12)은, Y방향으로 이격하여 배치되어 있는 것으로 설명했다. 그러나, 제1 전극 블록(11)과 제2 전극 블록(12)이 절연성 부재를 개재하여 연결되어 있어도 상관없다.

〈4〉상기 실시 형태에서는, 테이퍼면(11b, 12b)이, 각각 전극 블록(11, 12)의 일부분인 것으로 설명했다. 그러나, 테이퍼면(11b, 12b)이, 전극 블록(11, 12)의 구성 재료와는 별개의, 제1 파장대에 속하는 자외선(L1)에 대한 반사성을 나타내는 반사 부재로 구성되어 있어도 상관없다.

〈5〉상기 실시 형태에서는, 테이퍼면(11b, 12b)의 일부가 엑시머 램프(3)보다 ＋X방향으로 돌출되어 있는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 테이퍼면(11b, 12b)의 ＋X방향에 따른 단부가, 엑시머 램프(3)의 ＋X측에 따른 단부보다, －X측에 위치하고 있는 경우에도, 테이퍼면(11b, 12b)을 갖지 않는 전극 블록에 비하면, 광취출 효율을 높일 수 있다.

〈6〉상기 실시 형태에서는, 반사면을 구성하는 테이퍼면(11b, 12b)이 전극 블록(11, 12)의 일부분인 경우에 대해 설명했다. 그러나, 도 12를 참조하여 상술한 바와 같이, 반사면은, 각 엑시머 램프(3)로부터 출사하여 비교적 큰 발산각을 갖고 진행한 자외선(L1a)을 반사시켜, 광학 필터(21)에 입사할 때의 입사각을 작게 하는 기능을 발휘하는 한, 반드시 전극 블록(11, 12)의 일부분일 필요는 없다.

예를 들어, 도 16a에 도시한 바와 같이, 전극 블록(11)과는 별체의 반사 부재(30)를 구비하고, 이 반사 부재(30)의 일부의 면이, 반사면(31)을 구성하는 것으로 해도 상관없다. 도 16b는, 반사 부재(30)의 일례를 모식적으로 도시한 사시도이다. 반사 부재(30)는, 일부에 개구(32)를 갖고 있고, 그 개구(32)의 -X측의 위치에 반사면(31)이 형성되어 있다. 개구(32)에 대해서 -X방향으로 대향하는 위치에 엑시머 램프(3)가 배치됨으로써, 엑시머 램프(3)로부터의 자외선(L1)은, 개구(32)를 통해서 외부로 취출된다. 그때, 발산각이 비교적 큰 자외선(L1a)에 대해서는, 반사 부재(30)의 반사면(31)에서 반사되어 진행 방향이 변경됨으로써, 도 12를 참조하여 상술한 바와 마찬가지로, 광학 필터(21)에 입사할 때의 입사각이 작아진다.

또한, 이 경우에 있어서는, 각 전극은 블록 형상이 아니어도 상관없다. 즉, 도 17에 도시한 바와 같이, 엑시머 램프(3)의 발광관의 외측면에, 스크린 인쇄 등에 의해서 형성된 금속막에 의해서 전극(11, 12)이 형성되어도 상관없다. 또한, 도 17에서는, 도시의 형편상, 전극(11)만이 도시되어 있다. 또한, 각 엑시머 램프(3a, 3b, 3c, 3d)의 발광관의 외측면에 설치된 전극(11)들, 및 전극(12)들을 각각 전기적으로 접속하기 위해서, 각 전극(11)들, 및 각 전극(12)들이 도전 부재(61)에 의해서 연락되어 있는 것으로 해도 상관없다.

1：자외선 조사 장치 2：램프 하우스
2a：본체 케이싱부 2b：덮개부
3：엑시머 램프 3a, 3b, 3c, 3d：엑시머 램프
3G：발광 가스 10：광취출면
11：제1 전극 블록 11a：재치 영역
11b：테이퍼면 12：제2 전극 블록
12a：재치 영역 12b：테이퍼면
21：광학 필터 30：반사 부재
31：반사면 32：개구
61：도전 부재 111：테이퍼면이 없는 전극 블록
L1：자외선

Claims

적어도 하나의 면에 광취출(取出)면이 형성된 램프 하우스와,
상기 램프 하우스 내에 있어서 상기 광취출면에 대해서 제1 방향으로 이격한 위치에 수용되고, 주된 발광 파장이 190nm 이상, 225nm 이하에 속하는 제1 파장대에 속하는 자외선을 발하는 엑시머 램프와,
상기 엑시머 램프의 발광관의 외표면에 접촉하여 배치된 제1 전극 블록과,
상기 제1 전극 블록에 대해서 상기 엑시머 램프의 관축에 평행한 제2 방향으로 이격한 위치에 있어서, 상기 엑시머 램프의 발광관의 외표면에 접촉하여 배치된 제2 전극 블록과,
상기 광취출면에 배치되고, 상기 제1 파장대의 자외선을 실질적으로 투과하는 한편, 파장 240nm 이상, 300nm 이하의 자외선을 실질적으로 투과하지 않는 광학 필터를 구비하고,
상기 제1 전극 블록 및 상기 제2 전극 블록 중 적어도 한쪽은, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 직교하는 제3 방향으로 상기 엑시머 램프로부터 떨어진 위치에 있어서, 상기 광취출면에 대해서 경사진 테이퍼면을 갖고, 상기 테이퍼면은, 상기 제1 파장대의 자외선에 대해서 반사성을 나타내는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제3 방향으로 이격하여 배치된 복수의 상기 엑시머 램프를 갖고,
상기 제1 전극 블록 및 상기 제2 전극 블록은, 복수의 상기 엑시머 램프 각각의 발광관의 외표면에 접촉하면서, 복수의 상기 엑시머 램프에 걸치듯이 배치되고,
상기 테이퍼면은, 상기 제2 방향에서 봤을 때에, 적어도 상기 제3 방향으로 인접하는 복수의 상기 엑시머 램프에 끼인 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 테이퍼면의 일부분이, 상기 제1 방향에 관하여, 상기 엑시머 램프보다 상기 광취출면 측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 테이퍼면은, 상기 제2 방향에서 봤을 때에, 상기 제1 방향과의 이루는 각도가 10° 이상, 50° 이하인 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 제1 전극 블록 및 상기 제2 전극 블록의 쌍방이 상기 테이퍼면을 갖는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 제1 전극 블록 및 상기 제2 전극 블록은, Al, Al 합금, 또는 스테인리스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 엑시머 램프는, KrCl 또는 KrBr을 포함하는 발광 가스가 봉입되어 있는 것을 특징으로 하는 자외선 조사 장치.