KR20010012617A - 무전극 방전에너지 공급장치 및 무전극 방전램프장치 - Google Patents

무전극 방전에너지 공급장치 및 무전극 방전램프장치 Download PDF

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KR20010012617A
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Abstract

고주파에 의해 표면파를 여기하는 표면파 선로(11)를 갖고, 표면파 선로(11)는 주기적 구조의 주름(14)을 갖는 도전성 재료로 이루어지며, 또 표면파 선로(11)의 근방에 생기는 표면파에 의해 무전극방전에 필요한 에너지를 무전극방전관(12)에 공급하는 무전극 방전에너지 공급장치를 이용함으로써, 비교적 균일한 고주파 에너지를 평면형상 또는 선형상의 방전공간에 인가할 수 있어 보다 균일한 방전을 일으킬 수 있다.

Description

무전극 방전에너지 공급장치 및 무전극 방전램프장치{ELECTRODELESS DISCHARGE ENERGY SUPPLY APPARATUS AND ELECTRODELESS DISCHARGE LAMP DEVICE}
고주파 무전극 방전램프는 유전극 아크방전램프에 비해 전자에너지를 충전물에 결합시키기 쉽고, 방전발광을 위한 충전물에서 수은을 줄이는 것이 가능하며, 또 고발광효율화를 기대할 수 있다는 뛰어난 이점을 갖는다. 또 방전공간 내부에 전극을 가지지 않기 때문에 전극증발에 의한 밸브내벽의 흑화가 발생하지 않는다. 이에 따라 램프수명을 대폭 늘리는 것이 가능해진다. 이들의 특징으로부터 고주파 무전극 방전램프는 차세대의 방전 램프로서 최근 연구개발이 활발하게 행해지고 있다.
종래 무전극방전에 필요한 고주파에너지를 공급하기 위한 수단으로서는 일본국 특개소 59-86153호 공보에 기재된 공동(空洞)공진기가 알려져 있다.
도 14에 일본국 특개소 59-86153호 공보「휘도가 높은 출력을 생기게 하기 위한 마이크로파 발생식 무전극 램프」에 개시된 종래의 공동공진기에 의한 무전극 방전에너지 공급장치를 이용한 무전극 방전램프장치의 구조를 나타낸다.
석영유리 등의 광투과성 부재의 내부에 희가스나 금속 등의 방전매체를 봉입한 무전극방전램프(131)는 금속도체로 된 공동공진기(132) 내부에 배치된다. 마그네트론 등의 발진기로부터 발생한 고주파에너지는 도파관 등을 통하여 전파되고, 고주파 결합슬롯(133)에 의해 공동공진기(132)에 결합된다. 공동공진기(132) 내부에 공진정재파가 생기고, 그 공진정재파의 에너지에 의해 무전극 방전램프(131) 내부에 방전플라즈마가 생긴다. 무전극 방전램프로부터 생긴 방사광은 개구부(134)에 설치된 금속망을 통해 외부로 인출되는 구성으로 되어 있다.
이 종래의 무전극 방전에너지 공급장치 및 무전극 방전램프장치에 있어서는 공동공진기를 에너지공급장치로서 이용하고 있기 때문에 공동공진기 내에는 관내파장에 근거하는 전계강도의 분포가 생긴다. 예를 들면 공업용 주파수대로서 널리 이용되고 있는 2.45GHz의 고주파에서는 자유공간파장이 12cm 정도이다. 따라서 이러한 종래의 장치를 이용하여 반파장의 길이(약 6cm)보다 넓은 방전영역에 방전을 일으키고자 하면 방전영역내의 장소에 따라 전계강도의 강도가 크게 다르다. 그 때문에 방전영역내의 장소에 따라 방전강도에 편차가 생겨 균일한 방전이 얻어지지 않는다는 문제점이 있었다. 그 때문에 이러한 종래의 장치는 인가하는 고주파 파장에 비해 넓은 방전영역에서 균일한 방전이 요구되는, 평면광원이나 선광원과 같은 응용분야에는 적합하지 않았다.
무전극 방전에너지 공급장치에 있어서는 인가하는 고주파 파장보다 넓은 방전영역에서도 편차없이 방전을 일으킬 수 있고, 원하는 방전영역에 대하여 균일한 전계를 인가할 수 있는 무전극 방전에너지 공급장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 무전극방전에 필요한 고주파 에너지를 공급하기 위한 무전극 방전에너지 공급장치 및 그것을 이용한 무전극 방전램프장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 평판주름형 표면파 선로를 이용한 무전극 방전에너지 공급장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 평판주름형 표면파 선로를 이용한 무전극 방전램프장치의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 평판주름형 표면파 선로를 이용한 무전극 방전에너지 공급장치의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 평판주름형 표면파 선로를 이용한 무전극 방전에너지 공급장치를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 스터브형 표면파 선로를 이용한 무전극 방전에너지 공급장치를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 인터디지털형 표면파 선로를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 평판나선형 표면파 선로를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 관한 인터디지털형 표면파 선로를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 인터디지털형 표면파 선로상에 무전극방전관을 설치한 경우의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 관한 평판나선형 표면파 선로를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 관한 반원통주름형 표면파 선로를 이용한 무전극 방전에너지 공급장치를 도시한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 반원통주름형 표면파 선로를 이용한 무전극 방전에너지 공급장치의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 관한 원통나선형 표면파 선로를 이용한 무전극 방전에너지 공급장치를 도시한 사시도이다.
도 14는 종래의 공동공진기를 이용한 무전극 방전에너지 공급장치를 도시한 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11, 21 : 평판주름형 표면파 선로
12, 22, 42, 102, 112, 131 : 무전극 방전관
51 : 스터브형 표면파 선로
61, 81 : 인터디지털형 표면파 선로
72, 91 : 평판나선형 표면파 선로
83, 93 : 유전체기판
101, 111 : 반원통주름형 표면파 선로
121 : 원통나선형 표면파 선로
본 발명은 종래의 에너지공급장치의 이와 같은 과제를 고려하여 종래의 공동공진기에 비해 인가하는 고주파 파장에 비해 넓은 방전영역에서 보다 균일한 방전을 일으킬 수 있는 무전극 방전에너지 공급장치 및 그것을 이용한 무전극방전 램프장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1의 발명은 소정의 주기적 구조를 가지며, 고주파에 의해 표면파를 여기하는 여기수단을 구비하고,
상기 여기된 표면파에 의해 무전극방전에 필요한 에너지를 공급하는 무전극 방전에너지 공급장치이다.
또 제 2의 본 발명은 상기 여기수단은 도전성을 갖고 있고, 실질적으로 평판형상의 표면파 선로이고,
상기 에너지로서 공급되는 표면파는 상기 표면파 선로의 근방에 발생하는 표면파인 상기 제 1의 본 발명의 무전극 방전에너지 공급장치이다.
청구항 5의 발명은 상기 여기수단은 (1) 유전성재료를 이용한 평판형상기판과, (2) 상기 기판상에 도전성 재료를 이용하여 형성된 표면파 선로를 구비하며,
상기 에너지로서 공급되는 표면파는 상기 표면파 선로의 근방에 발생하는 표면파인 상기 제 1의 본 발명의 무전극 방전에너지 공급장치이다.
청구항 9의 발명은 상기 여기수단은 도전성을 갖고, 실질적으로 원통형상 또는 반원통형상의 표면파 선로이고,
상기 에너지로서 공급되는 표면파는 상기 표면파 선로의 근방에 발생하는 표면파인 상기 제 1의 본 발명의 무전극 방전에너지 공급장치이다.
이로 인하여 예를 들면 보다 균일한 고주파전계를 평면형상 또는 선형상의 방전공간에 인가할 수 있다.
청구항 15의 발명은 고주파에너지를 발생하는 고주파 발진수단과,
상기 발생된 고주파에너지를 전파시키는 고주파 전파수단과,
상기 본 발명의 어느 한 항 기재의 무전극 방전에너지 공급장치와,
상기 전파되어 온 고주파에너지를 상기 무전극 방전에너지 공급장치에 결합시키는 고주파 결합수단과,
상기 무전극 방전에너지 공급장치에 의해 발생된 표면파에 의해 방전하는 무전극 방전램프를 구비한 무전극 방전램프장치이다.
이로 인하여 예를 들면 인가하는 고주파의 파장보다 넓은 방전영역에서, 보다 균일한 휘도분포의 평면형상 또는 선형상의 광원을 실현할 수 있게 된다.
또 본 명세서에서의「고주파」란 1MHz∼100GHz의 주파수의 전자파를 가리킨다. 특히 주파수범위가 300MHz∼30GHz의「마이크로파」주파수에서 본 발명은 적절한 효과를 얻을 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 도 1부터 도 10을 이용하여 설명하기로 한다.
( 제 1 실시예 )
도 1은 평판형상의 주름형 표면파 선로를 이용한 무전극 방전에너지 공급장치의 사시도를 도시하며, 11이 평판주름형 표면파 선로이다. 평판주름형 표면파 선로 (11)는 동이나 알루미늄 금속 등의 도전성 재료로 된 평판(13)상에 같은 도전성 재료로 된 복수의 주름(14)이 대략 수직으로 주기적으로 설치된 주기적 구조로 되어 있다.
평판주름형 표면파 선로(11)의 이와 같은 주기적 구조에 있어서는 결합안테나(도 2의 부호 26 참조)로부터 원하는 주파수의 고주파에너지가 인가되었을 때, 각 주름(14)의 상단부(14a) 및 그 근방에 평판(13)과 평행하고 또 주름(14)과 수직방향(도 1 중 부호 A를 붙인 화살표방향)으로 표면파가 여기되어 전파해 가도록 각부의 치수가 설계되어 있다.
이 평판주름형 표면파 선로(11)의 상단부 근방에 희가스나 금속 등의 방전매체를 봉입한 평판형상의 무전극방전관(12)을 설치함으로써 주름상단부(14a)에 생기는 표면파의 전계에 의해 평면형상의 무전극방전을 일으킬 수 있다. 또 이러한 방전은 봉입된 방전매체의 종류나 봉입조건 등에 의해 무전극방전관(12)의 내부전체에서 발생시킬 수도 있고, 또는 무전극방전관(12) 내부의 안쪽, 표면파 선로(11)의 근방에서 발생시킬 수도 있다. 또 무전극방전관(12)은 석영유리 등으로 형성되어 있다.
도 2는 도 1에 도시한 평판주름형 표면파 선로에 의한 무전극 방전에너지 공급장치를 이용한 무전극 방전램프장치의 횡단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 마그네트론 등의 고주파발진수단(23)으로부터 발진한 고주파에너지는 도파관이나 동축 등의 고주파전파수단(24)을 통하여 전파하고, 루프안테나 등의 고주파결합수단(26)에 의해 평판주름형 표면파 선로(21)에 결합된다. 평판주름형 표면파 선로(21)에 여기된 표면파의 전계는 무전극 방전램프(22)에 결합되고, 무전극방전에 필요한 에너지를 공급한다. 무전극 방전램프(22)로부터 생긴 방사광은 금속망으로 된 광투과성의 고주파 누설방지수단(25)을 통해 인출된다. 평판주름형 표면파 선로에서는 도 1의 평판부(13)가 방사광투과부와 반대측으로의 고주파 누설방지수단을 겸하고 있다. 이로 인하여 무전극 방전램프(22) 내부에 무전극방전을 얻을 수 있어 비교적 균일한 휘도분포의 평면형상 광원을 실현할 수 있다.
다음으로 이상의 평판주름형 표면파 선로(11)의 전계강도분포에 대하여 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 주기적 구조의 주기간격을 L, 주름(14)끼리의 간격을 d, 주름(14)의 높이를 h로 한다. 또 도 3에 도시된 바와 같이 x-y-z 좌표계를 이용하여 주름(14)의 상단부(14a)의 위치를 y=0으로 한다. 또 x축은 지면에 대하여 앞에서 안쪽으로 향하는 방향을 정방향으로 한다. 또 설명을 간단히 하기 위해 평판주름형 표면파 선로(11)는 전기저항이 없는 이상적 도체재료로 형성되어 있는 것으로 한다.
어떤 주름(14)과 주름(14) 사이에 고주파전압 V를 인가하였을 때, z방향으로 표면파로서 전파해 가는 고주파전계를 x방향으로 전계가 똑같은 TM모드에서 생각하면 z 방향의 전계 EZ는 다음의 수학식 1과 같이 나타낸다.
이와 같이 전계는 z방향으로 주기적으로 방향을 바꾸고, 주름상단부(14a)로부터 y방향을 향해 떨어짐에 따라 지수함수적으로 감소하는 분포를 갖고 있다. 또 βn은 제 n공간 고조파의 위상정수이고, 고유값 n은 파수 k를 이용하면 다음의 수학식 2와 같이 나타낸다.
또 y=b의 위치에 도전성의 실드(도 2에 도시된 고주파 누설방지수단(25)에 해당)가 설치된 구조의 경우, 제 n공간 고조파의 z방향의 전계 EZ는 다음의 수학식 3과 같이 나타낸다.
이러한 실드(25)를 설치한 경우, y방향의 전계의 분포가 변화하지만, 표면파는 실드(25)를 설치하지 않는 경우와 마찬가지로 z방향으로 전파하여 간다.
또 방전이 생긴 경우에는 방전 플라즈마의 임피던스 성분도 영향을 주어 더욱 복잡하게 전파된다. 전원측에서 보아 충분한 임피던스 정합을 얻기 위해서는 실험적으로 최적의 치수값을 결정해 가는 것이 바람직하다.
또 여기에서는 무전극방전관으로서 단일의 방전공간을 갖는 평판상의 무전극 방전램프를 도시하였지만, 무전극방전관의 형상이 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 도 4에 도시된 바와 같이 평판주름형 표면파 선로(11)의 상단부 근방에 복수의 원주형상 무전극방전관(42)을 평면형상으로 나열한 구성을 이용해도 마찬가지로 표면파에 의해 대략 평면형상의 무전극방전을 얻을 수 있다.
또 고주파에 의해 표면파를 여기하는 표면파 선로는 이상 설명한 평판주름 형 표면파 선로에 한정되는 것이 아니다. 도 5 내지 도 7에 그 밖의 표면파 선로의 예를 도시한다.
도 5는 스터브형 표면파 선로(51)의 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 스터브형 표면파 선로(51)는 도전성 재료로 된 평판 (52) 상에, 동일한 도전성 재료로 된 복수의 막대형상부재(스터브)(53)가 주기적으로 설치된 구조이다. 스터브(53)의 상단부에 표면파가 여기되어 전파해가도록 주기적 구조의 치수를 적절히 설계하면, 스터브(53) 상단부 근방에 무전극 방전관을 설치함으로써 마찬가지로 평면형상의 무전극방전을 실현할 수 있다. 또 도 5에서는 막대형상부재로서 원주형상의 것을 도시하고 있지만, 막대형상평판 등 다른 형태에 서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 6은 인터디지털형 표면파 선로(61)의 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이 인터디지털형 표면파 선로(61)는 모두 도전성 재료로 된 주기적으로 설치된 빗형상의 평판(61a, 61b)이 교대로 조합된 구성이다. 상기 주기적 구조의 치수를 적절히 설계하면 개방단부(62a, 62b)에 고주파전압을 인가함으로써 조합된 빗형상부재 사이에 고주파전계가 전파되어 표면파가 여기된다. 따라서 인터디지털형 표면파 선로(61)가 이루는 평면의 근방에 무전극방전관을 설치함으로써 도 1의 경우와 마찬가지로 평면형상의 무전극방전을 실현할 수 있다.
도 7은 평판나선형 표면파 선로(72)의 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 도전성 재료로 된 띠형상의 평판(71)이 주기적으로 지그재그형상으로 연속된 구조를 갖고 있고, 주기적 구조의 치수를 적절히 설계하면 이웃하는 띠형상의 평판 사이에 전계를 생기게 하면서 표면파가 여기되어 전파된다. 따라서 평판나선형 표면파 선로(72)가 이루는 평면의 근방에 무전극방전관을 설치함으로써 도 1의 경우와 마찬가지로 평면형상의 무전극방전을 실현할 수 있다.
( 제 2 실시예 )
이상 설명한 제 1 실시예에서는 표면파 선로를 도전성 재료만으로 구성한 예를 나타내었으나, 본 실시예에서는 유전성재료로 된 기판상에 도전성 재료로 표면파 선로가 형성된 구성의 예를 나타낸다.
도 8은 인터디지털형 표면파 선로(81)를 유전성재료로 된 기판(83) 상에 설치한 구성의 사시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이 인터디지털형 표면파 선로(81)는 유전성재료로 된 기판(83) 상에 모두 도전성 재료로 된 주기적으로 나열된 빗형상의 평판(81a, 81b)이 교대로 조합된 형상으로서 설치된다. 상기 주기적 구조의 치수를 적절히 설계하면 개방단부(82a, 82b)에 고주파전압을 인가함으로써 도 6에 도시된 도전성 재료만으로 된 인터디지털형 표면파 선로(61)와 마찬가지로, 조합된 빗형상부재(81a, 81b) 사이에 고주파전계가 전파되어 표면파를 여기한다. 따라서 인터디지털형 표면파 선로(81)가 이루는 평면 근방에 무전극방전관을 설치함으로써 상기 실시예와 마찬가지로 평면형상의 무전극방전을 실현할 수 있다.
또 도 9는 인터디지털형 표면파 선로(81) 상에 무전극방전관(12)을 설치한 경우의 사시도이다. 고주파전파수단인 동축선(90)의 중심도체(심선)가 개방단부 (82a)에, 또 외부도체가 개방단부(82b)에 각각 땜납 등에 의해 전기적으로 접합되어 있다. 이로 인하여 동축선(90)에 의해 전파하여 온 고주파에너지는 인터디지털형 표면파 선로(81)에 결합되어 표면파를 여기한다.
이와 같이 기판상에 표면파 선로를 설치하는 구성을 이용함으로써 도체재료만으로 표면파 선로를 만드는 경우에 비해 비교적 얇은 표면파 선로라도 충분한 강도를 얻을 수 있다. 따라서 비교적 소전력으로 방전을 일으키는 경우에는 본 실시예쪽이 적합하다고 할 수있다.
또 이상의 설명에서는 표면파 선로를 인터디지털형으로 구성한 예로 설명하였으나, 그 밖의 표면파 선로에 대해서도 마찬가지로 실시가능하다. 도 10은 평판나선형 표면파 선로를 유전성재료로 된 기판상에 설치한 구성의 사시도이다. 유전성재료로 된 기판(93) 상에 도전성 재료로 된 띠형상의 평판(91a, 91b)이 주기적으로 직사각형상으로 연속된 형상으로 설치된다. 주기적 구조의 치수를 적절히 설계하면 개방단부(92a, 92b)에 고주파전압을 인가함으로써 도 7에 도시된 도전성 재료만으로 된 평판나선형 표면파 선로와 마찬가지로 이웃하는 띠형상의 평판 사이에 고주파전계가 전파되어 표면파를 여기할 수 있다. 따라서 평판나선형 표면파 선로(91)가 이루는 평면의 근방에 무전극방전관을 설치함으로써 마찬가지로 평면형상의 무전극방전을 실현할 수 있다.
또 본 실시예에 나타낸 표면파 선로(81)를 유전성재료로 된 기판(83)의 표면에 설치한 구성에 있어서, 기판(83)의 이면을 도체로 덮은 양면기판을 이용하는 구성으로 해도 된다. 이 경우 기판(83)의 이면에 설치한 도체면과, 표면파 선로(81)의 부분에 의해 마이크로 스트립선로가 구성된다. 이러한 구성으로 하면, 널리 이용되는 마이크로 스트립선로의 설계파라미터나 파장의 전기적 길이의 데이터 등을 이용할 수 있어 표면파 선로의 설계가 용이하게 된다.
( 제 3 실시예 )
이상 설명한 제 1과 제 2 실시예에서는 표면파 선로 및 무전극방전관을 평판형상으로 구성한 예를 나타내었지만 본 실시예에서는 반원통형상으로 표면파 선로가 형성된 구성의 예를 나타낸다.
도 11은 반원통형상의 주름형 표면파 선로를 이용한 무전극 방전에너지 공급장치의 사시도를 도시한다.
도 11에 도시된 바와 같이 101에 도시된 반원통주름형 표면파 선로는 무전극방전관(102)으로부터의 방사광을 반원통의 회전축(106)과 수직방향으로 인출하기 위해 반원통형상으로 되어 있다. 반원통주름형 표면파 선로(101)는 제 1 실시예에 나타낸 평판형 표면파 선로와 마찬가지로 동이나 알루미늄이라는 금속 등의 도전성 재료로 형성되어 있다. 또 반원통주름형 표면파 선로(101)는 반원통(103)의 안쪽에 같은 도전성 재료로 된 주름(104)이 대략 수직으로 또 일정한 간격을 두고 주기적으로 설치된다.
반원통주름형 표면파 선로(101)의 이와 같은 주기적 구조에 있어서는 결합안테나(105)에 의해 원하는 주파수의 고주파에너지가 인가되었을 때 각 주름(104)의 상단부 및 그 근방에 반원통의 회전축(106)과 평행하고, 또 주름(104)과 수직방향(도 11 중 부호 A를 붙인 화살표방향)으로 표면파가 여기되어 전파해 가도록 각부의 치수가 설계되어 있다.
이 반원통주름형 표면파 선로(101)의 중앙부 근방에 희가스나 금속 등의 방전매체를 봉입한 원통형의 무전극방전관(102)을 설치함으로써 주름(104)의 상단중앙부 근방에 생기는 표면파의 전계에 의해 선형상의 무전극방전을 일으킬 수 있다.
무전극방전관(102)으로부터 생긴 방사광은 반원통(103)의 개방부로부터 방사되지만, 반원통(103)의 안쪽을 반사면으로 함으로써 보다 효율적으로 방사광을 이용할 수 있게 된다.
도 12에 도 11의 변형예로서, 반사면을 추가로 포함한 반원통주름형 표면파 선로 (111)의 단면도를 도시한다.
도 12에 도시된 바와 같이 반원통주름형 표면파 선로(111)는 반원통부(113)와 주름(114)으로부터 표면파 선로를 형성하고 있다. 여기에서 반원통(113)의 안쪽은 연마된 알루미늄 등의 광반사성 부재로 된 제 1 광반사수단(도 11의 반원통 (103)의 내벽면에 상당하는 부분) 및 제 2 광반사수단(115)으로 구성되어 있다. 제 2 광반사수단(115)은 고주파 누설방지기능을 겸비하고 있다. 무전극방전관(112)으로부터 생긴 방사광은 고주파 누설방지수단인 금속망(116)을 통해 외부로 인출된다. 제 1과 제 2 광반사수단의 단면은 쌍방이 일체로 되어 원하는 광학특성을 얻기 위한 곡선형상을 이루고 있다. 반원통부(113)는 대략 반원통형상으로 되어 있으면 되고, 예를 들면 직선상에 집중한 광특성이 요구되는 경우는 단면이 타원곡선형상인 것이 바람직하다. 또 평행광선이 요구될 때는 포물선형상으로 하면 된다.
또 본 실시예에서는 표면파 선로로서, 대략 반원통형상을 갖는 반원통주름 형 표면파 선로를 이용한 예로 나타내었지만, 방사광의 인출방향을 원통의 축방향으로 설정하는 경우에는 표면파 선로로서 반원통이 아니라 완전히 닫힌 원통형상으로 할 수 있다. 그 경우에는 원통의 한쪽 또는 양쪽 단부의 적어도 일부에 방사광을 인출하기 위한 광투과부를 설치하면 된다.
또 상기 실시예에서는 표면파 선로로서 반원통주름형 표면파 선로를 이용한 예로 나타내었으나, 이것에 한정되지 않고 예를 들면 도 13의 121에 도시된 바와 같은 선형상부재가 나선형으로 연속된 원통나선형 표면파 선로의 안쪽에 무전극방전관을 배치하는 구성으로 해도 된다. 이에 따라 상기 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 출원의 표면파 선로는 여러가지 형상으로 구성할 수 있는 것과 아울러, 무전극방전을 일으키기 위한 에너지공급장치로서 이용한 점이 특징이다. 또 종래부터 알려져 있는 표면파 선로는 전자빔제어를 위한 진행파관이나 필터 등에 이용되고 있고, 많은 연구논문이나 참고서가 출판되어 있다.
그러나 상술한 바와 같이 표면파 선로를 무전극방전 에너지공급장치로서 이용하여 평면형상 혹은 선형상으로 비교적 균일한 무전극방전을 실현할 수 있는 본 발명의 구성은 종래의 표면파 선로가 이용되는 방법과는 전혀 다른 것이다.
또 원하는 주파수대에 알맞는 표면파 선로를 설계하기 위해 상술한 표면파에 관한 선행연구의 서적 등을 참고로 하는 것은 유용한 일이다.
또 이상 설명한 실시예에서는 표면파 선로를 이용한 무전극 방전에너지 공급장치를 무전극 방전램프장치에 이용하는 예만을 설명했지만, 본 발명의 무전극 방전에너지 공급장치의 응용은 무전극 방전램프장치에만 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 반도체의 플라즈마 프로세스장치와 같은 광범위하게 균일한 플라즈마가 요구되는 용도나, 플라즈마 레이저와 같은 선형상으로 긴 균일한 플라즈마가 요구되는 용도에도 본 발명은 유용한 것이다.
이상 설명한 것에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명은 인가하는 고주파 파장에 비해 넓은 방전영역에서 보다 균일한 방전을 일으킬 수 있다는 장점을 갖는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 예를 들면 고주파에 의해 표면파를 여기하는 표면파 선로를 갖고, 그 표면파 선로는 주기적 구조의 주름을 갖는 도전성 재료로 이루어지며, 또 그 표면파 선로의 근방에 생기는 표면파에 의해 무전극방전에 필요한 에너지를 무전극방전관에 공급하는 무전극 방전에너지 공급장치를 이용함으로써 비교적 균일한 고주파에너지를 평면형상 또는 선형상의 방전공간에 인가할 수 있다.

Claims (16)

  1. 소정의 주기적 구조를 가지며, 고주파에 의해 표면파를 여기하는 여기수단을 구비하고,
    상기 여기된 표면파에 의해 무전극방전에 필요한 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 여기수단은 도전성을 갖고 있고, 실질적으로 평판형상의 표면파 선로이고,
    상기 에너지로서 공급되는 표면파는 상기 표면파 선로의 근방에 발생하는 표면파인 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 표면파 선로는 도전성 재료로 된 평판상에 도전성 재료로 된 주름이 실질적으로 수직으로 또한 소정의 간격을 두고 주기적으로 설치된 평판주름형 표면파 선로인 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 표면파 선로는 도전성 재료로 된 평판상에 도전성 재료로 된 막대형상부재가 실질적으로 수직으로 또한 소정의 간격을 두고 주기적으로 설치된 스터브형 표면파 선로인 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 여기수단은 (1) 유전성재료를 이용한 평판형상기판과, (2) 상기 기판상에 도전성 재료를 이용하여 형성된 표면파 선로를 구비하며,
    상기 에너지로서 공급되는 표면파는 상기 표면파 선로의 근방에 발생하는 표면파인 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 기판의 상기 표면파 선로가 형성된 면과 반대측의 면은 도전성 재료로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  7. 제 2항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 표면파 선로는 적어도 2개의 빗형상의 도전성 평판이 서로 교차하는 형태로 설치되는 인터디지털형 표면파 선로인 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  8. 제 2항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 표면파 선로는 띠형상의 도전성 평판이 지그재그형상으로 연속된 평판나선형 표면파 선로인 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 여기수단은 도전성을 갖고, 실질적으로 원통형상 또는 반원통형상의 표면파 선로이고,
    상기 에너지로서 공급되는 표면파는 상기 표면파 선로의 근방에 발생하는 표면파인 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 무전극방전을 가두기 위해 이용하는 무전극방전관의 길이방향이 상기 원통형상의 표면파 선로의 축방향과 실질적으로 평행인 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 표면파 선로의 적어도 일부가 광투과성 부재로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  12. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면파 선로의 안쪽의 적어도 일부가 광반사성 부재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  13. 제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면파 선로는 도전성의 반원통형상 부위의 안쪽에 도전성 주름이 실질적으로 수직으로 또한 소정의 간격을 두고 주기적으로 설치된 반원통주름형 표면파 선로인 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  14. 제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면파 선로는 도전성의 선형상부재가 나선형으로 연속된 원통나선형 표면파 선로인 것을 특징으로 하는 무전극 방전에너지 공급장치.
  15. 고주파에너지를 발생하는 고주파 발진수단과,
    상기 발생된 고주파에너지를 전파시키는 고주파 전파수단과,
    제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항 기재의 무전극 방전에너지 공급장치와,
    상기 전파되어 온 고주파에너지를 상기 무전극 방전에너지 공급장치에 결합시키는 고주파 결합수단과,
    상기 무전극 방전에너지 공급장치에 의해 발생된 표면파에 의해 방전하는 무전극 방전램프를 구비하는 것을 특징으로 하는 무전극 방전램프장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 무전극 방전에너지 공급장치로부터 고주파에너지가 누설되는 것을 방지하기 위한 도전성의 고주파 누설방지수단을 갖고,
    상기 고주파 누설방지수단은 적어도 상기 무전극 방전에너지 공급장치와 상기 무전극 방전램프를 내포하고, 또 상기 고주파 누설방지수단의 적어도 일부는 광투과성 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 무전극 방전램프장치.
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