KR20210027013A - 메탈할라이드 램프 및 자외선 조사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열화를 억제하면서 필요로 하는 조도 특성을 확보하는 것으로, 실시 형태의 메탈할라이드 램프는 발광관과 전극을 구비하고, 발광관에는 희가스, 수은, 철, 요오드화탈륨 및 요오드화마그네슘이 봉입되어 있으며, 전극은 발광관의 내부에 설치되고, 요오드화탈륨의 봉입량 A[㎎] 및 요오드화마그네슘의 봉입량 B[㎎]는 2.00≤A/B≤3.33의 관계를 만족한다.

Description

메탈할라이드 램프 및 자외선 조사 장치 {METAL HALIDE LAMP AND ULTRAVIOLET IRRADIATION APPARATUS}

본 발명의 실시 형태는 메탈할라이드 램프 및 자외선 조사 장치에 관한 것이다.

예를 들어 반도체의 노광 공정이나, UV(ultraviolet) 잉크나 UV 도료의 건조 공정, 수지의 경화 공정 등에서는, 자외선에 의해 광 화학 반응을 실시하기 위해, 자외선을 발하는 광원으로서 메탈할라이드 램프가 사용되고 있다.

일본 공개 특허 제2014-26845호 공보

메탈할라이드 램프에 있어서는 발광관이 흑화됨으로써 열화되고, 발광관의 자외선 투과율이 저하되는 경우가 있다. 또한, 발광관의 흑화를 억제하기 위해 발광관의 내부에 봉입되는 금속이나 할로겐 등의 봉입물의 조성을 변경하면 발광 강도가 저하되어, 필요로 하는 조도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 이와 같이, 열화를 억제하면서 필요로 하는 조도 특성을 확보하게 하는 점에서 개선의 여지가 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열화를 억제하면서 필요로 하는 조도 특성을 확보할 수 있는 메탈할라이드 램프 및 자외선 조사 장치를 제공하는 것이다.

실시 형태의 메탈할라이드 램프는 발광관과 전극을 구비한다. 발광관에는 희가스, 수은, 철, 요오드화탈륨 및 요오드화마그네슘이 봉입되어 있다. 전극은 발광관의 내부에 설치된다. 요오드화탈륨의 봉입량 A[㎎] 및 요오드화마그네슘의 봉입량 B[㎎]는 2.00≤A/B≤3.33의 관계를 만족한다.

본 발명에 따르면 열화를 억제하면서 필요로 하는 조도 특성을 확보할 수 있다.

도 1은 실시 형태에 관한 메탈할라이드 램프를 도시한 모식도이다.
도 2는 봉입 성분 및 봉입량과 조도 특성의 관계를 비교한 결과를 도시한 도면이다.
도 3은 봉입 성분 및 봉입량을 비교한 도면이다.
도 4는 상대 강도를 비교한 결과를 도시한 도면이다.

이하에서 설명하는 실시 형태에 관한 메탈할라이드 램프(5)는 발광관(6)과 전극(7)을 구비한다. 발광관(6)에는 희가스, 수은, 철, 요오드화탈륨 및 요오드화마그네슘이 봉입되어 있다. 전극(7)은 발광관(6)의 내부에 설치된다. 요오드화탈륨의 봉입량 A[㎎] 및 요오드화마그네슘의 봉입량 B[㎎]는 2.00≤A/B≤3.33의 관계를 만족한다.

또한, 이하에서 설명하는 실시 형태에 관한 요오드화탈륨의 봉입량 A[㎎] 및 발광관(6)에 봉입된 할로겐량 C[㎎]는 0.12≤A/C≤0.20의 관계를 만족한다.

또한, 이하에서 설명하는 실시 형태에 관한 자외선 조사 장치(1)는 메탈할라이드 램프(5)와 장착부(3)를 구비한다. 장착부(3)는 메탈할라이드 램프(5)를 장착한다.

이하에, 본 발명에 관한 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 이하에 도시한 실시 형태는 본 발명이 개시하는 기술을 한정하는 것은 아니다.

[실시 형태]

이하, 실시 형태에 관한 메탈할라이드 램프에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 실시 형태에 관한 메탈할라이드 램프를 도시한 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 실시 형태의 메탈할라이드 램프(5)는 예를 들어 자외선 조사 장치(1)가 구비하는 장착부(3)에 장착되어, 예를 들어 잉크나 도료, 접착제 등의 피조사체로 조사광을 조사하기 위해 사용된다.

장착부(3)는 메탈할라이드 램프(5)를 유지하는 한 쌍의 유지 부재(4)를 갖고 있고, 한 쌍의 유지 부재(4)에 의해 메탈할라이드 램프(5)가 갖는 후술하는 한 쌍의 구금 부재(13)를 유지하는 도시하지 않는 유지 부재를 갖는다. 유지 부재는 도전성을 갖는 금속 재료에 의해 형성되어 있고, 도시하지 않은 전원 장치와 전기적으로 접속되어 있다. 유지 부재는 후술하는 외부 리드선(14)을 통하여 메탈할라이드 램프(5)에 전력을 공급한다. 또한, 유지 부재는 구금 부재(13)의 방열성을 높이기 위해, 열 전도율이 높은 재료에 의해 형성되어도 된다.

(메탈할라이드 램프의 구성)

도 1에 도시한 바와 같이, 실시 형태에 관한 메탈할라이드 램프(5)는 발광관(6), 전극(7), 밀봉부(11), 보온막(12), 구금 부재(13) 및 외부 리드선(14)을 구비한다.

발광관(6)은 관 형상으로 형성되어 있고, 관축 방향의 양단에 설치된 밀봉부(11)로 밀봉되어 있다. 발광관(6)은 예를 들어 석영 유리이고, 자외선을 투과한다. 또한, 발광관(6)은 내부에 방전 공간(6a)을 갖고, 방전 공간(6a)에는 적어도 메탈할라이드(금속 할로겐화물)와 철과 수은이 봉입된다. 방전 공간(6a)에 봉입되는 메탈할라이드로서는 적어도 요오드화탈륨(TlI), 요오드화마그네슘(MgI₂)을 포함한다. 철보다 증기압이 높은 탈륨을 발광관(6)의 내부에 봉입하면, 메탈할라이드 램프(5)의 점등 중에 발광관(6)의 내벽 근방에 증기화된 탈륨이 완충재의 역할을 수행하고, 발광관(6)으로의 철의 부착이나 박힘을 억제하는 효과가 있다. 또한, 방전 공간(6a)에 봉입되는 메탈할라이드의 할로겐으로서, 예를 들어 염소, 브롬 등이 사용되어도 된다. 또한, 방전 공간(6a)에 봉입되는 봉입 성분이나 봉입량에 대한 상세한 내용은 후술한다.

전극(7)은 발광관(6)의 방전 공간(6a)의 양단에 각각 설치되어 있다. 전극(7)은 도시하지 않지만, 전극축과, 코일을 갖는다. 전극축은, 일단부측이 방전 공간(6a)측을 향하고 있고, 일단부가 방전 공간(6a) 내에 설치되어 있다. 전극축의 타단부는 후술하는 금속박에 용접되어 접합되어 있다. 코일은 전극축의 일단부의 외주면에 권회되어 있고, 방전 공간(6a) 내에 배치되어 있다. 전극축 및 코일은 텅스텐을 주성분으로 하는 금속재료, 예를 들어 토륨 텅스텐(Thoriated Tungsten)에 의해 형성되어 있다.

밀봉부(11)는 발광관(6)의 양단부에 형성되어 있어, 방전 공간(6a)을 밀봉한다. 밀봉부(11)는 발광관(6)의 양단부가 열 수축(직경 축소)되어 밀봉된, 소위 슈링크 실에 의해 형성된 원기둥 형상의 슈링크 실부이다. 또한, 밀봉부(11)는 핀치 실에 의해 판 형상으로 형성되어도 된다.

보온막(12)은 발광관(6)의 양단부의 외주면에, 방전 공간(6a)의 양단으로부터 밀봉부(11)의 외주면에 걸쳐 설치되어 있다. 보온막(12)은 예를 들어 산화지르코늄(ZrO₂) 등에 의해 형성되어 있고, 발광관(6)의 방전 공간(6a)의 양단을 보온한다.

도시하지 않지만, 밀봉부(11)의 내부에는 금속박이 매립되어 있다. 금속박은 일단이 전극축의 타단부와 접속되고, 타단이 밀봉부(11)의 내부에 매립된 내부 리드선(도시하지 않음)의 일단부와 접속된다. 금속박은 예를 들어, 직사각형 형상의 몰리브덴박이다. 내부 리드선은 예를 들어 몰리브덴봉이다.

구금 부재(13)는 발광관(6)의 관축 방향의 양단부에 형성된 밀봉부(11)의 외주를 덮도록 각각 배치되어, 발광관(6)을 지지한다. 구금 부재(13)는 예를 들어, 접착제에 의해 발광관(6)의 밀봉부(11)에 접합되어 있다.

외부 리드선(14)은 발광관(6)의 외부에 배치되어 있다. 외부 리드선(14)은 일단이 밀봉부(11)로부터 인출된 내부 리드선의 타단부에 접속되어 있다. 외부 리드선(14)의 일단부와 내부 리드선의 타단부는, 예를 들어 용접에 의해 형성된 접속부(도시하지 않음)를 통하여 접속되어 있다. 그리고, 메탈할라이드 램프(5)는 자외선 조사 장치(1)의 장착부(3)에 장착되었을 때, 장착부(3)에 설치된 한 쌍의 유지 부재(4)에 의해 구금 부재(13)가 유지되고, 외부 리드선(14)이 전원부(도시하지 않음)에 접속된다.

(요오드화탈륨의 봉입량 및 요오드화마그네슘의 봉입량)

도 2는 봉입 성분 및 봉입량과 가사 시간의 관계를 비교한 결과를 도시한 도면이다. 또한, 도 2에 도시한 실험예 1-1 내지 실험예 1-5에서는 메탈할라이드 램프(5)로서, 발광관(6)의 외경 26.0[㎜], 발광관(6)의 내경 22.5[㎜], 방전 공간(6a)의 용적 440[cc], 전극(7)간의 거리 1095[㎜], 전극(7)을 구성하는 토륨 텅스텐제의 전극축의 선직경 3.0[㎜]인 것을 사용했다. 또한, 도 3 이후에서 설명하는 실험예 2-1 내지 실험예 2-5에서도 실험예 1-1 내지 실험예 1-5와 동일한 메탈할라이드 램프(5)를 각각 사용하는 것으로 한다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이 실험예 1-1 내지 실험예 1-5에서는 발광관(6)의 방전 공간(6a)에 봉입되는 봉입 가스로서, 희가스의 일종인 제논의 가스압과, 요오드화수은, 브롬화수은, 요오드화마그네슘, 철 및 수은의 봉입량을 각각 일정하게 한 메탈할라이드 램프(5)를 각각 제작했다.

한편 도 2에 도시한 바와 같이, 실험예 1-1 내지 실험예 1-5에서는 방전 공간(6a)에 봉입시키는 요오드화탈륨의 봉입량 A[㎎]와, 요오드화마그네슘의 봉입량 B[㎎]에 대한 요오드화탈륨의 봉입량 A[㎎]의 비(A[㎎]/B[㎎])를 다르게 하여 점등 시험을 실시하고, 열화의 억제 효과의 유무를 확인했다.

점등 시험은 발광관(6)의 관축 방향의 중앙에 위치하는 발광관(6)의 표면으로부터 발광관(6)의 직경 방향으로 1[m] 떨어진 위치에, 330~380[㎚]에 피크 감도를 갖는 조도계(오크 세이사쿠쇼 제조: UV-M03A 조도계 헤드: UV-SD35)를 배치하고, 입력 밀도 80[W/㎝]로 연속 점등시킨 메탈할라이드 램프(5)의 조도를 1시간마다 각각 측정했다. 메탈할라이드 램프(5)의 점등 개시시(점등 시간이 제로)의 조도를 기준으로 하는 조도 유지율이 70% 미만이 될 때까지 저하되었을 때의 경과 시간을 「가사(可使) 시간」으로 하여 도 2에 도시했다.

도 2에 도시한 바와 같이, A[㎎]/B[㎎]가 1.33인 경우, 가사 시간이 2250[Hr]에 그쳐, 필요로 하는 조도 특성을 확보할 수 없다. 이에 비하여, A[㎎]/B[㎎]가 2.00 이상인 경우에는 메탈할라이드 램프(5)의 가사 시간이 모두 3000[Hr]을 초과하고 있다. 즉, A[㎎]/B[㎎]를 2.00 이상으로 함으로써, 열화의 억제 효과가 얻어지는 것을 나타내고 있다.

(요오드화탈륨의 봉입량 및 요오드화마그네슘의 봉입량)

도 3은 봉입 성분 및 봉입량을 비교한 도면이다. 도 4는 상대 강도를 비교한 결과를 도시한 도면이다. 또한, 도 3, 도 4에 도시한 실험예 2-1 내지 실험예 2-5에서는 각각, 실험예 1-1 내지 실험예 1-5에서 사용한 것과 동일한 메탈할라이드 램프(5)를 사용했다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이 실험예 2-1 내지 실험예 2-5에서는 발광관(6)의 방전 공간(6a)에 봉입되는 봉입 가스로서, 희가스의 일종인 제논의 가스압과, 요오드화수은, 브롬화수은, 요오드화마그네슘, 철 및 수은의 봉입량을 각각 일정하게 한 메탈할라이드 램프(5)를 각각 제작했다.

한편, 도 3에 도시한 바와 같이 실험예 2-1 내지 실험예 2-5에서는 방전 공간(6a)에 봉입시키는 요오드화탈륨의 봉입량 A[㎎], 요오드화마그네슘의 봉입량 B[㎎]에 대한 요오드화탈륨의 봉입량 A[㎎]의 비(A[㎎]/B[㎎]), 방전 공간(6a)에 봉입된 할로겐량 C[㎎]에 대한 요오드화탈륨의 봉입량 A[㎎]의 비(A[㎎]/C[㎎])를 각각 다르게 하여 점등 시험을 실시하고, 필요로 하는 조도 특성의 유무를 확인했다.

점등 시험은 발광관(6)의 관축 방향의 중앙에 위치하는 발광관(6)의 표면으로부터 발광관(6)의 직경 방향으로 1[m] 떨어진 위치에, 330~380[㎚]에 피크 감도를 갖는 조도계(오크 세이사쿠쇼 제조: UV-M03A 조도계 헤드: UV-SD35)를 배치하고, 입력 밀도 80[W/㎝]로 점등시킨 메탈할라이드 램프(5)의 점등 개시 직후의 조도를 각각 측정했다. 도 4에서는 실험예 2-1에서 제작한 메탈할라이드 램프(5)의 조도를 기준으로 하는 상대 강도로서 각각 나타냈다.

도 4에 도시한 바와 같이, A[㎎]/C[㎎]가 0.12 이상 0.20 이하인 경우에는, A[㎎]/C[㎎]가 0.08인 경우와 비교하여 상대 강도가 높다. 한편, A[㎎]/C[㎎]가 0.23인 경우에는, A[㎎]/C[㎎]가 0.08인 경우와 비교하여, 상대 강도가 낮다. 즉, A[㎎]/C[㎎]가 0.12 이상 0.20 이하로 함으로써, 초기 조도를 높게 할 수 있어, 필요로 하는 조도 특성을 확보할 수 있는 것을 나타내고 있다.

또한, 상기한 실시 형태에서는 메탈할라이드 램프(5)의 형상을 고정하여 설명했지만, 이에 한정되지 않고 용도에 따라서 적절히 변경할 수 있다.

또한, 상기한 실시 형태에서는 일정량의 요오드화수은이나 브롬화수은을 방전 공간(6a)에 봉입한 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고 적어도 A[㎎]/B[㎎]가 요오드화탈륨 및 요오드화마그네슘이 봉입되어 있으면 된다. 즉, 도 2 또는 도 3에 도시된 것과는 다른 봉입 성분을, 도 2 또는 도 3에 도시한 봉입 성분과는 별도로, 혹은 도 2 또는 도 3에 도시한 봉입 성분의 일부를 대신하여 봉입시켜도 된다.

또한, 상기한 실시 형태에서는 봉입 가스의 가스압이나 철의 봉입량을 고정하여 설명했지만, 이에 한정되지 않고 원하는 성능에 따라서 봉입량을 조정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 실시 형태에 관한 메탈할라이드 램프(5)는 발광관(6)과 전극(7)을 구비한다. 발광관(6)에는 희가스, 수은, 철, 요오드화탈륨 및 요오드화마그네슘이 봉입되어 있다. 전극(7)은 발광관(6)의 내부에 설치된다. 요오드화탈륨의 봉입량 A[㎎] 및 요오드화마그네슘의 봉입량 B[㎎]는 2.00≤A/B≤3.33의 관계를 만족한다. 이에 의해, 발광관(6)의 열화를 억제하면서 필요로 하는 조도 특성을 확보하게 할 수 있다.

또한, 실시 형태에 관한 요오드화탈륨의 봉입량 A[㎎] 및 발광관(6)에 봉입된 할로겐량 C[㎎]는 0.12≤A/C≤0.20의 관계를 만족한다. 이에 의해, 발광관(6)의 열화를 억제하면서 필요로 하는 조도 특성을 확보하게 할 수 있다.

또한, 이하에서 설명하는 실시 형태에 관한 자외선 조사 장치(1)는 메탈할라이드 램프(5)와 장착부(3)를 구비한다. 장착부(3)는 메탈할라이드 램프(5)를 장착한다. 이에 의해, 발광관(6)의 열화를 억제하면서 필요로 하는 조도 특성을 확보하게 할 수 있다.

본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 실시 형태는 예로서 제시한 것이고 발명의 범위를 한정하려는 의도는 없다. 이들 실시 형태는 그 밖의 여러가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 생략, 치환, 변경을 실시할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 동일하게 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함되는 것이다.

1: 자외선 조사 장치 5: 메탈할라이드 램프
6: 발광관 6a: 방전 공간
7: 전극 11: 밀봉부
12: 보온막

Claims (3)

1. 희가스, 수은, 철, 요오드화탈륨 및 요오드화마그네슘이 봉입된 발광관; 및
   상기 발광관의 내부에 설치되는 전극;
   을 구비하고,
   요오드화탈륨의 봉입량 A[㎎] 및 요오드화마그네슘의 봉입량 B[㎎]는 2.00≤A/B≤3.33의 관계를 만족하는, 메탈할라이드 램프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 요오드화탈륨의 봉입량 A[㎎] 및 상기 발광관에 봉입된 할로겐량 C[㎎]는 0.12≤A/C≤0.20의 관계를 만족하는, 메탈할라이드 램프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 메탈할라이드 램프; 및
   상기 메탈할라이드 램프를 장착하는 장착부;
   를 구비하는, 자외선 조사 장치.

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