KR20100138937A - 자외선 발생 장치 및 그것을 이용한 조명 장치 - Google Patents

Abstract

<과제> 다극 자장 중의 다상 교류 방전 플라스마를 자외선 발생 광원에 응용하고, 수은이나 희소 가스 이외의 일반적인 분자성 가스를 이용하여 고휘도이고 고효율인 자외선을 발생시킨다.
<해결 수단> 평면 용기(3) 내를 진공 배기하고, 방전 발광에 이용하는 분자성 가스 1Torr 이하를 봉입 혹은 유입한다. 다음에, 12매의 분할 전극(1)에 1kW 이하의 12상 교류 전원을 접속하여 방전 전기 에너지를 공급한다. 이에 의해 차폐층(2)에 덮인 분할 전극(1)의 표면을 따라 안정된 교류 글로우 방전에 의한 플라스마(P)가 발생된다. 방전의 결과로 자외선을 포함하는 분자성 가스 특유의 파장을 가지는 광이 방사되어 광 취출창(32)으로부터 밖으로 취출된다.

Description

자외선 발생 장치 및 그것을 이용한 조명 장치{ULTRAVIOLET GENERATION DEVICE AND LIGHTING DEVICE USING SAME}

본 발명은 고밀도의 약전리 저온 플라스마를 효율적으로 안정되게 발생하는 새로운 방전 기술을 이용한 무수은의 자외선 발생 장치 및 그 자외선을 조명에 적용한 조명 장치에 관한 것이다.

수소, 크세논이나 크립톤의 방전 가스로부터 얻어지는 자외·진공 자외선은, 광화학 공학, 반도체 제조 프로세스, 식품·의약 살균, 및 형광체의 여기에 의해 가시광으로 변환되어 조명 장치 등의 여러 가지 분야에 널리 사용되고 있다. 그러나, 수은은 지구 환경에 유해한 물질로 그 사용이 억제되고 있다. 한편, 크세논이나 크립톤 가스는 희소 물질로 그 이용에는 한계가 있다. 그 때문에 수은이나 희가스 이외의 일반적인 분자성 가스를 방전 기체로 사용한 자외·진공 자외선 발생 장치 및 조명 장치의 개발이 필요하게 되어 있다.

일반적으로 단원자로 이루어지는 수은이나 크세논 가스 중의 저압의 글로우 방전(glow discharge)에서는 방사되는 광의 스펙트럼은 불연속이고 방전 기체 특유의 파장을 가지는 선스펙트럼으로 된다. 이것은 전자로 여기된 원자가 완화하는 경우에 특정의 에너지 상태의 준위 사이를 천이하고, 이에 수반하여 광을 방사하기 때문이다.

한편, 2개 이상의 원자로 이루어지는 분자성 가스에 있어서의 저압 글로우 방전에서는 방사되는 광의 스펙트럼은 연속으로 된다. 이것은 전자 여기 에너지 상태에 분자간의 진동 및 회전 여기 상태가 더해지고, 에너지 준위 사이의 천이가 연속으로 되기 때문이다. 따라서, 분자성 가스로부터 효율적으로 자외선 방사를 얻기 위해서는 적당한 에너지 천이 상태를 가지는 분자성 가스를 여러 가지 선택할 필요가 있다.

또, 글로우 방전 플라스마에 있어서 분자성 가스를 충분한 강도로 효과적으로 여기하기 위해서는 고출력·고효율의 플라스마 발생 장치가 필요하다.

본 출원인은, 일본국 특허공개 1996-330079호 공보에 개시된 저비용으로 대용량의 방전(약전리 저온 플라스마)을 안정되게 발생할 수 있는 저주파 교류 전원으로서 위상이 배열(제어·조정)된 복수개의 교류 출력으로 이루어지는 위상 제어 다출력형 교류 전원 장치를 먼저 출원하고, 또한 이 전원을 이용하여 일본국 특허 제3772192호 공보에 개시된 방전을 효율적으로 발생시키기 위한 전극과, 일보국 특허 제3742866호 공보에 개시된 자장의 구성 방법을 출원하였다. 전극의 구성 방법은, 전극을 열전도성이 좋은 절연 시트를 통해 냉각된 장치 내벽에 밀착 고정하는 방법이고, 자장의 구성 방법은, 장치 외벽에 복수의 자석을 부착하여 전극 표면 부근에 플라스마의 유출을 억제하는 다극 자장을 형성하는 방법이다.

본 출원인은, 또한 일본국 특허 제3472229호 공보에 개시된 위상 제어 다상 교류 전원을 이용하여 방전을 효율적으로 발생시키는 벽밀착 전극과 다극 자장을 사용함으로써, 에너지 절약 효과가 높은 고출력·고효율의 방전형 조명 장치를 출원하고 있다.

일본국 특허공개 1996-330079호 공보 일본국 특허 제3772192호 공보 일본국 특허 제3742866호 공보 일본국 특허 제3472229호 공보

본 발명은 다극 자장 중의 다상 교류 방전 플라스마를 자외선 발생 광원에 응용하고, 지구 환경에 유해한 수은을 이용하지 않고 분자성 가스를 이용하여 고휘도이고 고효율인 자외선을 발생시키는 것을 목적으로 이루어진 것이다.

그 때문에 본 발명은 약전리 저온 플라스마로 분자성 가스의 방전 기체를 여기하여 자외선을 발생하는 것에 있어서, 방전 기체가 일산화질소와 희석 가스의 혼합 가스인 것을 가장 주요한 특징으로 한다.

이하에 관련 문헌을 나타낸다.

(1) 일본국 특허공개 1981-6364, 「질소/산소 봉입물을 가지는 저압 중공 음극 램프」, 마이클 쬐흐바우어(독일연방공화국) 외,

(2) 일본국 특허공개 2002-304970, 위상 제어 다전극형 교류 방전 광원, 마츠모토 카즈노리

(3) 제5회 응용물리학회 강연 예고집 p.247, 2008/3

(4) 시즈오카대학 대학원 전자과학연구과 연구 보고(29)

또, 이들 관련 문헌에 기재는 없지만, 일산화질소 가스 NO가 150㎚~230㎚에 걸친 자외선 영역에 있어서, γ스펙트럼으로 불리는 흡수 혹은 발광 스펙트럼(분자 포텐셜(potential) 곡선)을 가지는 것은 종래로부터 알려져 있다.

관련 문헌 (1)은 NO 가스만을 이용하여 방전에 의해 자외선을 방사시키는 경우로, 봉입되어 있는 NO 가스가 방전에 의해 해리하여 조성이 변하므로, 그것을 막을 방법이 제안되어 있다. 또, 금속 전극이 노출이 되어 있고, NO로부터 해리한 산소가 금속 전극과 반응하여 금속 전극이 없어져 버리는 것을 방지하기 위해, 금속 전극을 산화물 금속으로 피복하여 방전관 내부에 삽입하는 것이 기재되어 있다.

관련 문헌 (4)는 일산화질소 NO 그 자체를 이용하지 않고서, 질소 N₂와 산소 O₂의 혼합 가스에 있어서의 방전을 이용하는 방법이다. 즉, 방전에 의해 질소 분자 및 산소 분자를 각각 질소 원자 N 및 산소 원자 O로 해리하고, 일산화질소 NO를 합성하는 방법이다.

한편, 관련 문헌 (2) 및 문헌 (3)은 본 발명자 등의 출원 및 발표이고, 본 발명에 사용하는 전원에 관한 문헌이지만 본 발명에 관련되는 것은 개시되어 있지 않다.

본 발명의 특징은, 일산화질소 NO에 질소를 혼합함으로써, 처음으로 NO로부터의 실용 레벨의 강도로 효과적 자외선을 방사시킬 수가 있는 점이다. 이러한 본 발명은 상기 관련 문헌 (1)~(4)와는 완전히 다르다.

본 발명은, 방전 기체에 일산화질소와 희석 가스의 혼합 가스를 이용하므로, 저전력에서도 강한 자외선이 얻어지고, 이것을 형광 물질에 조사함으로써 고휘도이고 고효율인 무수은의 조명 장치를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명을 실시한 자외선 발생 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명을 실시한 자외선 발생 장치의 전원 접속도이다.
도 3은 3종류의 분자성 가스에 의한 발광 스펙트럼의 변화를 나타내는 도이다.
도 4는 질소에 대한 일산화질소의 농도에 의한 자외선 강도의 변화를 나타내는 도이다.
도 5는 자장의 유무에 있어서의 압력에 의한 자외선 발광 분포를 나타내는 도이다.
도 6은 2종류의 분자성 가스에 의한 발광 스펙트럼의 변화를 나타내는 도이다.
도 7은 수소에 대한 일산화탄소의 농도에 의한 자외선 강도의 변화를 나타내는 도이다.
도 8은 멀티 레이스·이중 빗살무늬형 자장의 구성도이다.
도 9는 멀티 레이스·이중 빗살무늬형 자장에 있어서의 압력에 의한 발광 분포를 나타내는 도이다.
도 10은 일산화질소의 포텐셜(potential) 곡선도이다.
도 11은 주요 원자의 준안정 준위를 나타낸다.
도 12는 주요 분자의 준안정 준위를 나타낸다.
도 13은 2종류의 분자성 가스에 의한 발광 스펙트럼의 변화를 나타내는 도로, 상도는 관련 문헌 (4)에 나타내는 공기를 모의한 질소·산소 혼합 가스의 경우를 나타내고, 또 하도는 Ar로 희석한 일산화질소 가스의 경우를 각각 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 설명한다.

도 1에 본 발명을 실시한 조명 장치의 단면도를 나타낸다.

조명 장치는 12매의 시트 형상의 분할 전극(1)을 약간의 간극(a)을 두어 차폐층(barrier layer)(2) 중에 묻고, 평면 용기(3)의 저면의 기판(31)에 밀착 고정한다.

기판(31)의 대향면은 내측을 형광체(b)(미도시)로 피막한 광 취출창(32)으로 덮고, 평면 용기(3)를 밀폐하여 저압 방전실을 형성한다.

분할 전극(1)은 가능한 한 면적을 크게 하여 기판(31) 전체를 덮도록 배치한다.

차폐층(2)은 예를 들면 석영 유리나 질화붕소와 같은 전기 절연성과 열전도성이 양호한 재질의 것을 사용하여 절연체층을 형성한다.

기판(31)의 외측은 서로 이웃하는 극성을 반대로 하여 배열한 12+1개의 막대 모양의 자석(4)을 간극(a)을 따라 밀착하여 고정한다. 자석(4)의 화살표는 자극의 방향을 나타낸다. 이에 의해 자력선이 분할 전극(1)의 표면을 덮도록 다극 자장을 형성한다.

자석(4)을 부착한 기판(31)의 외측은 자기 실드판(magnetic shield plate)(5)으로 덮어 자력선을 외부로 발산시키지 않고서 내부에 집중시킨다.

다극 자장의 자석(4)은 영구자석 대신에 전자 코일을 이용해도 좋다.

혹은, 러버 마그넷(rubber magnet) 등의 시트(sheet) 형상의 자석(4)을 차폐층(2)과 기판(31)의 사이에 끼워 넣거나 기판(31)의 외측에 붙여 다극 자장을 형성해도 좋다. 이에 의해 자석(4)의 두께가 얇아지는 만큼 조명 장치의 형상을 얇고 콤팩트(compact)하게 형성할 수 있다.

여기서, 자석(4)과 분할 전극(1)의 위치 관계는 임의이지만, 도 1에서는 자석(4)을 분할 전극(1)과 분할 전극(1)의 간극(a)의 바로 뒤에 두는 경우를 나타낸다. 이 때, 다극 자장은 분할 전극(1)의 표면이 자력선으로 덮여지도록 형성되므로, 플라스마 P가 분할 전극(1)의 표면 근방에 효과적으로 갇힌다. 이와 같이 표면의 얇은 층에 플라스마 P를 가두면 분자성 가스의 여기가 높아져 그 얇은 층으로부터 강한 자외선을 방사할 수 있다.

12매의 분할 전극(1)에는, 도 2에 나타내듯이, 분할 전극(1)의 일단에 부착한 급전 단자(11)을 통해 위상이 1/12 주기씩 어긋나 있어 진폭이 같은 크기의 12상 교류 전원(6)을 접속한다.

12상 교류 전원(6)은 주파수나 진폭 및 위상(파형을 포함)이 제어된 저주파 교류 전원을 별모양으로 결선하여 구성하고, 전원 전체는 절연 트랜스포머(transformer) 등에 의해 부유 전위 그 자체로 해 두고, 방전을 분할 전극(1) 사이에만 발생시킨다.

전원의 상수는 4상 이상이면 상수가 증가함에 따라 전위 분포의 균일한 모양의 영역, 즉 전계의 균일한 모양의 영역은 증가하지만, 12상 이상으로 되면 그 증가 경향이 포화되기 때문에 12상이 실용적인 범주이다.

본 발명을 실시한 조명 장치는 이상과 같은 구성으로, 평면 용기(3) 내를 배기 장치(미도시)에 의해 진공 배기하고, 방전 발광에 이용하는 분자성 가스 1Torr 이하를 봉입 혹은 유입한다.

이 분자성 가스가 즉 방전 기체로서, 본 발명에서는 일산화질소와 희석 가스의 혼합 가스를 이용한다. 희석 가스로서는 화학적으로 안정된 가스로 일산화질소의 여기 준위 약 6eV보다 조금 높은 준안정 준위를 가지는 가스를 이용한다.

구체적으로는 질소 가스가 최적이다. 그 이유는 질소 가스가 300㎚ 이하의 자외선을 방사하는 일산화질소의 여기 에너지보다 조금 높은 에너지 준위에 준안정 상태를 가지는 것에 의한다.

도 10에 일산화질소의 포텐셜 곡선도를 나타내지만, 본 발명에 있어서의 자외선은 분광 기호로 A²Σ⁺로 나타내지는 에너지 준위로부터, X²Π_r로 나타내지는 준위가지 일산화질소의 전자 상태가 천이할 때에 방사된다. 이 동안의 에너지 차는 거의 6eV로, 파장 약 200㎚를 가지는 광자의 에너지에 대응한다.

도 11 및 12에 주요 분자 및 원자의 준안정 준위를 나타낸다. 질소 분자 N₂에는 A³Σ_u라고 하는 준안정 준위가 존재하고, 그 에너지는 6.17eV이고, 그 수명은 1.3~2.6초로 길고, 통상의 수명이 10^-12초 정도인데 비해 매우 긴 것이 밝혀진다. 또, 질소 분자의 분자량은 28, 일산화질소의 분자량은 30으로 같은 무게를 가지기 때문에, 이 2개가 충돌했을 경우에는, 에너지의 수수가 효율적으로 이루어진다. 즉 준안정 상태 A³Σ_u에 있는 N₂가 6.17eV의 에너지를 가지고, 기저 상태에 있는 NO에 충돌했을 경우, NO는 에너지 6eV를 가지는 A²Σ⁺로 되는 준위로 효율적으로 여기되게 된다. 이 레벨로부터 기저 상태에 천이할 때, 약 200㎚ 부근에 자외선이 방사되게 된다.

질소 가스의 교체에 같은 준안정 준위를 가지는 Ar 가스로 희석했을 경우, 도 13의 하도에 나타내듯이, 순수 NO의 경우와 자외선 방사 강도는 그다지 변하지 않는다. 이것은 아르곤의 준안정 준위의 에너지 레벨이 약 12eV로 높고, 비록 NO를 6eV로 여기해도, 나머지의 대략 6eV가 쓸데없게 되기 때문이고, 또, 원자량도 40으로 NO의 30보다 1.3배나 큰 것이 요인이다.

질소 가스 및 Ar 가스 외에 크세논 가스가 있다. 크세논 Xe는 일산화질소의 여기 준위 약 6eV보다 조금 높은 에너지 준위 8.32eV에 준안정 준위가 있기 때문에 질소 가스와 거의 동등의 효과를 기대할 수 있다. 그러나 Xe는 원자량이 131로 일산화질소의 분자량 30보다 크게 무겁다. 따라서, 양자를 비교했을 경우, 질소 분자 가스(분자량 28)의 쪽이 크세논 가스보다 가볍기 때문에 희석 가스에는 적합하다고 말할 수 있다.

또, 도 13의 상도에는 관련 문헌 (4)에 나타난 종래 기술의 공기를 모의한 질소·산소 혼합 가스를 이용하였을 경우의 본 발명자 등의 데이터를 나타낸다. 지금부터 분명하게 되듯이 공기를 모의했을 경우의 NO로부터의 방사는 매우 작은 것을 알 수 있다. 이 원인은 혼입한 산소가 일산화질소 NO를 보다 안정된 이산화질소 NO₂로 간단하게 변화시켜 버려 NO의 절대량이 큰 폭으로 적게 되는데 기인한다. 즉, 질소 분자 가스에 일산화질소를 조금 혼입시켰을 경우에만 NO로부터 실용적인 강도로 자외선이 방사되고, 이것은 본 발명에 의해 처음으로 분명하게 되었다.

일산화질소의 희석 가스로서 질소가 유효한 이유는 주된 봉입 가스인 질소 분자는 방전에 의해 일산화질소 분자로부터 해리한 산소와 즉시 재결합되기 때문에 일산화질소 가스의 방전에 의한 조성 변화가 회피되고, 그 결과 안정되고 강한 자외선이 얻어지게 된다.

분자성 가스로서 지금까지 여러 가지 화합물이 연구·시험되어 왔다. 특히, 상온이나 조금 가열하여 기체 상태로 되는 탄소 C, 질소 N, 산소 O, 유황 S, 셀레늄 Se, 텔루륨 Te 등의 화합물이 시도되어 왔지만, 큰 문제점은 방전 상태에 있어서 화합물이 해리하여 장치 내에 고형의 다른 화합물이 발생하여 분자성 가스의 조성이 초기 상태와는 변화하여 버리거나, 광 취출창이 흐려져 버린다고 하는 것이 큰 문제점이었다.

그리고, 12매의 분할 전극(1)에 1kW 이하의 위상 제어 12상 출력 교류 전원을 접속하여 방전 전기 에너지를 공급한다.

이에 의해, 도 1에 나타내듯이, 차폐층(2)에 덮인 분할 전극(1)의 표면을 따라 안정된 교류 글로우 방전에 의한 플라스마 P가 발생한다.

12매의 분할 전극(1)에 12상의 교류 전압을 인가하면, 방전은 1주기의 동안에 분할 전극(1) 사이를 1회전하므로, 1초 동안에 방전이 인가 주파수만큼 회전한다. 이 때문에 어느 시각에 있어도 어느 쪽인가의 분할 전극(1) 사이에 방전이 일어나고, 저주파의 교류 방전에도 관계없이 고주파 점등과 같은 연속 방전이 발생한다. 방전의 결과 발생한 플라스마 P는 다극 자장에 의해 좁고 얇은 영역에 갇혀 전기적으로 중성인 분자성 가스(중성 가스)의 플라스마에 의한 충돌 여기가 번성하게 되어 여기 중성 가스로부터의 발광 밀도와 발광 효율이 높아진다.

이러한 연속 방전의 결과로 자외선을 포함하는 분자성 가스 특유의 파장을 가지는 광이 전극 전체에 걸쳐서 안정되고 또한 공간적으로 균일하게 방사된다. 이 자외선이 광 취출창(32)의 내측에 도포된 형광체(b)에 의해 가시광선으로 변환된다. 플라스마 영역이 얇고 발광층의 두께가 얇기 때문에 광은 재흡수되지 않고 고휘도로 된다.

분할 전극의 치수나 배치는 도 1에 한정되지 않는다. 또 교류 전원의 상수도 12에 한정되지 않는다. 분할 전극의 치수, 배치나 교류 전원의 상수 또 그 전력의 크기는 자외선의 방사가 피조사물에 최적으로 되도록 적당하게 조정된다.

발생한 자외선은 형광 물질에 맞닿아 가시광선으로 변환하여 조명 장치로 하는 것 외에 가열에 의한 변성을 기피하는 식품이나 의약품의 살균에 이용할 수 있고, 또 광화학 반응에 응용할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예(실험 결과)에 대해서 설명한다.

실험은, 본 발명의 조명 장치에 30w 이하, 40㎑의 인버터식 12상 교류 전원(6)을 접속하고, 진공 배기한 같은 장치에 하기 3종류의 분자성 가스 0.17~0.3Torr를 넣어 행하였다.

방전 발광 스펙트럼은 광섬유식 다채널 분광기로 계측하였다.

도 3에 3종류의 분자성 가스에 있어서의 다극 자장 중의 방전 발광 스펙트럼을 나타낸다.

도 3(a), (b) 및 (c)는 분자성 가스로서 각각 질소, 일산화질소 및 질소 희석(90%) 일산화질소(10%) 가스를 이용하였을 경우의 스펙트럼이다. 여기서, 세로축은 표준 광원에서 교정된 분광 방사속 밀도[㎼/㎝²/㎚]이다.

도 3(a)의 질소 가스의 경우, 종래 보고되고 있듯이 300㎚~380㎚의 파장 영역으로부터의 자외선 방사가 관측되었다.

도 3(b), (c)의 일산화질소 가스의 경우, 이 실험은 본 출원인에 의하여 처음으로 시도되었지만, 200㎚~380㎚의 파장 영역으로부터의 자외선 방사가 관측되었다.

또한, 도 4에 나타내듯이, 일산화질소를 질소로 희석하고, 일산화질소 농도가 10% 정도일 때, 이 영역으로부터의 자외선 방사가 가장 커지는 것을 알았다.

여기서, 도 4의 세로축은 방사속 밀도[㎼/㎝²], 가로축은 일산화질소 농도 NO/N₂+NO[%]이다.

이 도 4로부터 방사속 밀도는 질소 희석 일산화질소 가스의 일산화질소 농도가 5~50%의 범위 내일 때 크고, 이 범위 외일 때 작은 것을 알았다. 이것은 일산화질소 농도가 5% 미만이면 자외선 발광의 주체인 일산화질소 분자의 수가 부족하기 때문이고, 반대로 50%를 초과하면 희석 가스인 질소 분자로부터 일산화질소가 효과적으로 여기되기 어려워지기 때문이라고 생각된다.

도 5에 3종류의 분자성 가스에 있어서의 압력에 대한 분광 방사속 밀도를 자외선 영역(200㎚~380㎚)에서 적분하여 구한 방사속 밀도를 나타낸다. 여기서, ● 표시의 데이터는 질소 분자, ▲ 표시의 데이터는 일산화질소 및 ■ 표시의 데이터는 질소 희석 일산화질소(10%)인 경우의 방사속 밀도이다. 또, 파선으로 연결된 □ 표시의 데이터는 자장 없음에 있어서의 질소 희석 일산화질소(10%)인 경우의 그것이다.

자장 없음의 경우, 압력이 내려가도 거의 변화가 없었다.

한편, 다극 자장 중의 경우, 압력이 내려감에 따라 자외선 발광 강도가 증대하였다.

이것은 압력이 내려가면 플라스마-중성 가스 충돌이 감소하고, 자장에 의한 플라스마 가둠 효과가 강해지기 때문이다. 여기서, 도 3, 도 4 및 도 5에 있어서의 다극 자장은 멀티 레이스형(multi-race-type)의 다극 자장이다.

질소 희석 일산화질소 혼합 가스의 압력이 0.3Torr에 있어서의 자외선 방사 밀도의 크기는 같은 장치에 있어서 수은을 이용하였을 경우에 관측된 값보다 1.5배나 커졌다.

일산화질소의 희석 가스로서 아르곤 가스를 시도했지만 자외선의 방사는 질소 희석의 경우보다 작았다.

도 6에 2종류의 분자성 가스에 있어서의 다극 자장 중의 방전 발광 스펙트럼을 나타낸다.

도 6(a), (b)는 분자성 가스로서 각각 수소, 수소 희석(90%) 일산화탄소(10%) 가스를 이용하였을 경우의 스펙트럼이다. 여기서, 가스 압력은 0.3Torr이고, 세로축은 표준 광원에서 교정된 분광 방사속 밀도[μW/㎝²/㎚]이다.

도 6(a)의 수소 가스, 도 6(b)의 수소 희석 일산화탄소 가스 모두 약 300㎚ 이하의 단파장 영역으로부터의 자외선 방사가 관측되었다. 여기서, 일산화탄소 가스로부터 200㎚ 이하에 강한 진공 자외선이 방사되는 것이 일반적으로 알려져 있으므로, 본 실험에서도 이 영역의 자외선이 방사되고 있다고 생각된다. 실험에 있어서 200㎚ 이하의 스펙트럼을 관측할 수 없는 이유는 실험에서 사용한 도 1에 나타내는 광 취출창은 진공 자외선이 투과할 수 없는 석영창이고, 또 이용한 분광기는 진공 자외선을 계측할 수 없기 때문이다.

도 7에 나타내듯이, 일산화탄소를 수소로 희석하여 일산화탄소 농도가 10% 정도일 때, 이 영역으로부터의 자외선 방사가 가장 커지는 것을 알았다.

여기서, 도 7의 세로축은 방사속 밀도[μW/㎝²], 가로축은 일산화탄소 농도 CO/H₂+CO[%]이다. 여기서, 도 6 및 도 7에 있어서의 다극 자장은 이중 빗살무늬형의 다극 자장이다.

도 7로부터 방사속 밀도는 수소 희석 일산화탄소 가스의 일산화탄소 농도가1~15%의 범위 내일 때 크고, 이 범위 외일 때 작은 것을 알았다. 이것은 일산화탄소 농도가 1% 미만이면 자외·진공 자외선 발광의 주체인 일산화탄소 분자의 수가 부족하기 때문이고, 반대로 15%를 초과하면 희석 가스인 수소 분자로부터 일산화탄소가 효과적으로 여기되기 어려워지기 때문이라고 생각된다.

일산화탄소 가스의 경우, 갈색의 탄소막이 광 취출창(32)에 발생하였지만, 분자성 가스에 수소 희석 일산화탄소 가스를 이용함으로써 일산화탄소가 해리하여 발생하는 탄소막의 형성이 억제되었다.

또한, 다극 자장의 구성을 변경하여, 도 8(a)에 나타내듯이, 막대 모양의 자석(4)의 S극·N극을 레이스 트랙(race track) 형상으로 배치한 멀티 레이스형 자장과, 도 8(b)에 나타내듯이, 2조의 빗살무늬의 이빨을 서로 맞물린 것 같은 형태로 배치한 이중 빗살무늬형 자장의 비교 실험을 실시하였다. 여기에서는, 질소 가스를 이용하였을 경우의 데이터만 나타낸다.

도 9에 나타내듯이, 압력이 내려감에 따라 자외·가시 영역 모두 발광 강도가 증가하고, 도 9(a)에 나타내는 멀티 레이스형 자장의 쪽이, 도 9(b)에 나타내는 이중 빗살무늬형 자장에서 발광 강도가 수배 강해졌다. 여기서, 도 9에 있어서의 ■ 표시 및 □ 표시의 데이터는 자외선 영역의 방사속 밀도이고, 분광 방사속 밀도를 파장 200㎚~380㎚의 범위에서 적분하여 구한 것이다. 또, 이 도에 있어서의 ● 표시 및 ○ 표시의 데이터는 가시 영역의 그것이고, 분광 방사속 밀도를 파장 380㎚~780㎚의 범위에서 적분한 것이다. 또한, 도 9에 있어서의 실선은 다극 자장 중의 경우이고 파선은 자장 없음의 경우이다.

1 분할 전극 2 차폐층(barrier layer)
3 평면 용기 31 기판
32 광 취출창 4 자석(magnet)
5 자기 실드판(magnetic shield plate)
6 12상 교류 전원
a 간극 b 형광체(미도시)
P 플라스마(plasma)

Claims (7)

1. 약전리 저온 플라스마에 의해 방전 기체를 여기하여 자외선을 발생하는 것에 있어서,
   상기 방전 기체가 일산화질소와 희석 가스의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 자외선 발생 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 희석 가스가 화학적으로 안정된 가스인 것을 특징으로 하는 자외선 발생 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 희석 가스가 일산화질소의 여기 준위보다 높은 준안정 준위를 가지는 가스인 것을 특징으로 하는 자외선 발생 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 희석 가스가 질소 가스인 것을 특징으로 하는 자외선 발생 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 혼합 가스의 일산화질소 농도가 5~50%인 것을 특징으로 하는 자외선 발생 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 약전리 저온 플라스마를 발생하는 플라스마 발생 장치가,
   평면 기판 상에 약간의 간극을 두어 깔아 채운 n매의 시트 형상의 분할 전극과,
   상기 분할 전극의 표면을 자력선으로 덮도록 다극 자장을 형성하는 자석과,
   상기 분할 전극에 위상이 1/n주기씩 어긋나고 진폭이 같은 크기의 방전 전기 에너지를 공급하는 위상 제어 n상 교류 전원으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선 발생 장치.
7. 상기 자외선을 형광 물질에 맞닿게 하여 가시광선으로 변환하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.

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