KR20210077784A - 엑시머 램프 광원 장치 - Google Patents

Abstract

관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식의, 구조가 단순한 램프 밸브를 채용함으로써, 저비용을 실현하고, 또한 선상의 방전의 발생을 회피한 엑시머 램프 광원 장치를 제공한다.
엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 공간을 내포하고, 관체의 양단이 기밀 봉지된 형상을 가지며, 방전 공간에 접하는 면의 적어도 일부에, 방전을 일으키기 쉽게 하는 용이방전 물질층이 형성되어 있는 램프 밸브의, 방전 공간에 방전을 유기시켜, 램프 밸브의 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하기 위한 한 쌍의 외부 전극을 가지고, 방전에 의해 방전 공간에 있어서 UV광을 발생시키는 엑시머 램프와, 엑시머 램프에 고전압 교류를 인가하기 위해, 외부 전극이 접속되는 2차측 권선을 구비한 트랜스를 가지는 인버터를 구비하는 엑시머 램프 광원 장치이며, 인버터는, 선상의 방전을 일으키는 전력보다 낮은 전력을 엑시머 램프에 공급한다.

Description

엑시머 램프 광원 장치

본 발명은, 예를 들면, UV 오존 세정, UV 오존 탈취, UV 표면 개질, UV 경화, UV 살균 등의 분야에 있어서 이용 가능한 UV(자외역의)광을 발생시키거나, 혹은 발생한 UV광을 다른 파장으로 변환하여, 그것을 조사하는 장치를 구성할 때에 적합한 광원인 엑시머 램프와, 그것을 점등하는 인버터로 이루어지는 엑시머 램프 광원 장치에 관한 것이다.

엑시머 램프 광원 장치에 관하여는, 예를 들면, 본 발명의 출원인에 의한 일본 특허 제2854250호나 일본 특허 제3296284호, 일본 특허 제3353684호, 일본 특허 제3355976호, 일본 특허 제3521731호의 공보 등에 기재되어 있는 것 같이, 엑시머 램프를 강력하게 구동하여, 극한까지의 고효율의 UV 발광을 얻기 위한 기술 개발이 행해져 왔지만, 그 동기는, 주로 공장 등에서 사용할 수 있는 업무용의 장치로의 응용을 염두에 두고 있었다.

이와 관련하여, 관형상의 엑시머 램프의 경우, 일본 특허 제3355976호의 도 1의 (a)나 (c)에 기재된 바과 같이, 관축에 직각인 방향(즉 관의 직경 방향이나 반경 방향)으로 전류를 흐르게 하는 것이 주류이다.

한편, 이들과는 대조적으로, 일반 가정 등에 있어서, 예를 들면 UV 살균이나 UV 탈취 등에 이용하는 UV광원은, 비교적 소규모의 광원 장치이며, 그 때문에 극한까지의 고효율은 요구되지 않지만, 대신에 가급적 저비용으로 실현되는 것이 요구되는 경우가 있어, 이와 같은 용도에 대해서는, 앞서 말한 문헌에 기재된 것과 같은 기술은, 반드시 최적이라고는 할 수 없었다.

엑시머 램프와 같은 외부 전극을 이용하는 램프의 경우, 가장 저비용으로의 실현이 가능한 램프는, 단순한 원통형상의 유리의 관체에 대해, 방전 매질을 충전한 후, 양쪽의 관단을 기밀 봉지(封止)하여 램프 밸브로 하고, 봉지한 양쪽의 관단부 부근에 링형상, 또는 캡형상의 도체로 이루어지는 외부 전극을 설치하고, 유리관의 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식의 것(이후, 「관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식」이란, 이 형식을 가리킨다)이다.

이 형식의 램프가 저비용인 이유는, 램프 밸브의 구조가 단순하기 때문이다. 그 때문에, 이 형식의 램프가, 이전부터 매우 다수 제안되고 있다.

일례를 들면, 일본 특허공개 2003-100482호, 일본 특허공개 2004-022209호, 일본 특허공개 2004-079270호, 일본 특허공개 2004-146351호, 일본 특허공개 2004-179059호, 일본 특허공개 2005-011710호, 일본 특허공개 2005-267908호, 일본 특허공개 2006-019100호, 일본 특허공개 2006-085983호, 일본 특허공개 2007-053117호 등등의 각 공보에 기재된 기술이 있으나, 이 형식의 것은, 거의 모두, 방전 매질로서 실질적으로 수은을 포함하는 것 뿐이다(수은을 포함하지 않는 것을 배제하지 않는 것도 있지만, 실시예에는 수은을 포함하는 것 만이 게재되어 있다).

이 형식의 램프가 수은 램프만 있는 것에는 이유가 있으며, 그것은, 유리관의 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 것의 경우는, 관축에 직각인 방향으로 흐르게 하는 것보다, 방전 경로가 길어지는 경향이 있으므로, 수은 증기를 포함하게 함으로써 전류를 흐르기 쉽게 할 수(페닝 효과) 있어야만, 필요한 인가 전압의 높이를 실용 범위로 할 수 있기 때문이다.

그러나, 유해한 수은을 포함하는 광원을, 상기한 바와 같은 가정용의, 예를 들면 식품이나 음료, 의료 등을 취급하는 기기에 사용하는 것은 적당하지 않다.

한편, 엑시머 램프에 있어서는, 방전용 가스로서, 희가스, 혹은 희가스와 할로겐의 혼합 가스가 이용되며, 수은을 포함하지 않도록 할 수 있기 때문에, 용도에 알맞는 램프 밸브로서의 필요한 길이를 가지고, 인가 전압을 실용적인 범위로 억제하면서, 상기한 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식의 램프를 실현하려고 한다면, 충전하는 가스압을 매우 낮게 할 필요가 있고, 그렇게 하면 UV 발광의 효율이 저하되어 버리는 문제가 있다.

그러나, 상기한 바와 같이, 극한까지의 고효율을 요구하지 않는 가정용 등의 비교적 소형의, 즉 램프 밸브의 길이를 비교적 짧게 할 수 있는 기기에서의 사용을 전제로 하면, 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식의 엑시머 램프에도 실용성을 찾아낼 수 있다.

그래서, 본 발명의 발명자들은, 상기한 일본 특허공개 2005-267908호 공보에 기재된 것과 같은 램프 밸브 구조를 가지는, 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식의 엑시머 램프(단, 일본 특허공개 2005-267908호 공보에 기재된 형광체막이나 산화 마그네슘막, 수은은 포함하지 않음)를, 예비 시험용 램프로서 작성했다.

그 구성은, 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치의 기술에 관련한 개념의 개략도인 도 14와 같다.

작성한 엑시머 램프(Y＇)는, 램프 밸브(Yt＇)와, 그 양단의 기밀 봉지부(Ys＇)에 의해 둘러싸인 방전 공간(Yg＇)에, 적당한 압력으로 크세논 가스를 충전하고, 띠형상 금속판을 감음으로써 형성한 외부 전극(Ye1＇, Ye2＇)을 배치하여 구성했다.

단, 일본 특허 제3149780호 공보에 기재된 것과 같이, 램프 밸브의 내면의 일부에 도전성 물질을 설치함으로써, 방전을 개시시키기 위한 인가 전압을 낮추는 것이 가능하다는 지견에 의거하여, 램프 밸브의 한쪽의 단부의 내면에, 이(易)방전 물질층으로서의 카본 페이스트막 형성 영역을 형성했다.

또한, 도 14에 있어서는, 묘화 요소가 겹쳐 시인하기 어려워지는 것을 피하기 위해, 카본 페이스트막 형성 영역의 도시는 생략되어 있다.

그리고, 상기 외부 전극(Ye1＇, Ye2＇)에 고전압 교류를 발생시키는 인버터를 접속하고 상기 예비 시험용 램프를 점등하여, 발생하는 UV광의 강도를 측정한 바, 기대한 실용 강도에 훨씬 더 미치지 않고, 램프로의 투입 전력에 대한 UV 발광 효율이 현저하게 낮은 것이 판명되었다.

그 원인을 찾기 위해, 상기 예비 시험용 램프의 방전 상태를 관찰하면, 당초의 예상에서는, 도 14의 (a)에 기재한 바와 같은, 램프 밸브 내의 방전 공간에 있어서의, 링형상의 2개소의 외부 전극으로 둘러싸이는 공간과, 그 사이에 위치하는 체적 전체에서 균일적으로 발생하는 방전인 확산 방전(Gd＇)이 발생한다고 생각하고 있던 것이, 도 14의 (b)에 기재한 바와 같은, 가는 선상의 방전인 협의 수축 방전(Gs＇)이 발생하고 있었다. 단, 이 용어 「협의 수축 방전」에 대해서는 후술한다.

이 램프는, UV 응용을 목적으로 한 것이며, 일반 조명 용도의 것은 아니기 때문에, 선상의 협의 수축 방전(Gs＇)이 발생하는 것 자체에 문제는 없다.

그러나, 이 협의 수축 방전(Gs＇)과, UV 발광 효율이 현저하게 낮은 것에 인과 관계가 있다면, 협의 수축 방전(Gs＇)의 발생을 회피하여, 확산 방전(Gd＇)을 확실히 발생시킬 수 있도록 해야 한다.

이와 관련하여, 상기 협의 수축 방전(Gs＇)의 방전로의 형상은 다양하며, 구불구불한 형상인 경우도 있는가 하면, 직선에 가까운 형상인 경우도 있었으나, 주로 1개의 휘선으로서 시인되었다.

또한, 협의 수축 방전이 발생하고 있을 때에도, 상기 램프 밸브(Yt＇)의 내측 영역 중, 상기 외부 전극(Ye1＇, Ye2＇)에 의해 외측이 둘러 싸여 있는 부분 공간에는 확산 방전이 발생하고 있었다.

또, 어디서부터 어디까지가 협의 수축 방전(Gs＇)의 방전로인지의 경계점이 반드시 명확한 것은 아니지만, 상기 협의 수축 방전(Gs＇)의 단부는, 상기 외부 전극(Ye1＇, Ye2＇)에 의해 외측이 둘러 싸여 있는 부분에 대향하는 상기 램프 밸브(Yt＇)의 내면에, 거의 접하고 있는 것처럼 보였다.

이 때, 양극의 상기 외부 전극(Ye1＇, Ye2＇)의 사이에 있어서의 상기 방전 공간(Yg＇)에서는, 협의 수축 방전(Gs＇)의 방전로는, 상기 램프 밸브(Yt＇)의 내면에 접하지 않은 것이 많아, 따라서 협의 수축 방전(Gs＇)은 연면 방전에 의한 것은 아니다.

여기서, 용어 「협의 수축 방전」에 대해서 설명한다.

후술하는 선행 기술 문헌의 대부분에 있어서도, 「수축 방전」이라는 표현이 나타나는데, 여기서 말하고 있는 가는 선상의 방전과는 특징이 상이하다.

그 때문에, 혼란을 피할 목적으로, 여기서 말하고 있는 가는 선상의 방전을, 그들과 구별하여, 협의(狹義) 수축 방전이라고 부르기로 했다.

본 명세서에 있어서는, 「협의 수축 방전」이란, 즉,

관체의 양단이 기밀 봉지된 램프 밸브에 있어서의, 방전 공간에 접하는 면에 용이방전 물질층이 형성되며, 내부 전극을 가지지 않고, 한 쌍의 외부 전극을 가지는 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식의 엑시머 램프에 있어서, 주로, 외부 전극의 한쪽이 근접 또는 접하는 램프 밸브의 부분에 대향하는 램프 밸브의 내면의 부분의 근방으로부터, 외부 전극의 다른쪽이 근접 또는 접하는 램프 밸브의 부분에 대향하는 램프 밸브의 내면의 부분의 근방에 이르는, 1개의 선상의 방전로로 이루어지는 형태를 가지는 방전

을 가리키는 것이라고 정의한다.

여기서, 「주로」라고 표기한 이유는, 지금 말한 1개의 선상의 방전로로 이루어지는 형태를 가지는 방전 이외에도, 매우 드물기는 하지만, 외부 전극 대향 내면부(상기한, 외부 전극이 근접 또는 접하는 램프 밸브의 부분에 대향하는 램프 밸브의 내면의 부분의 근방을, 이후 이와 같이 생략하여 기재한다)의 한쪽으로부터 다른쪽으로, 복수개의 선상의 방전로로 이루어지는 형태를 가지는 방전이 되는 경우, 혹은, 외부 전극 대향 내면부의 한쪽 중 떨어진 2개소로부터 선상의 방전로가 방전 공간으로 연장되어, 도중부터 2개의 선상의 방전로가 1개로 합류하여, 전체적으로 Y자형상이 되는 경우, 또, 외부 전극 대향 내면부의 한쪽으로부터 방전 공간의 도중의 개소까지 선상의 방전로가 나타나며, 그 개소로부터 다른쪽의 외부 전극 대향 내면부까지는 확산 방전이 되는 경우, 등이 있기 때문이다.

본 발명에서는, 이와 같은 드물게 나타나는 형태의 선상의 방전로를 가지는 것도 포함하여 협의 수축 방전이라고 칭한다.

엑시머 램프에 있어서의 수축 방전을 언급한 문헌으로서, WO2005/057611호, 일본 특허공개 2005-174632호, 일본 특허공개 2006-351541호, 일본 특허공개 2008-243521호, 일본 특허공개 2008-262805호 공보에는, 내부 전극과 외부 전극을 가지는 유전체 배리어 방전 형광 램프에서, 크세논 등의 희가스를 방전 매질로 하는 것이 기재되어 있으나, 내부 전극의 근방에서 수축 방전이 발생하는 것을 용인한 후, 그 위치가 시간적으로 변화하는 것에 기인하여 발생하는, (조명용 형광 램프로서 유해한) 램프의 밝기의 깜박거림을 방지하기 위해, 수축 방전을 고정하는 기술의 제안이 이루어져 있다.

일본 특허공개 2006-079830호 공보에는, 내부 전극과 외부 전극을 가지는 유전체 배리어 방전 형광 램프에서, 크세논 등의 희가스를 방전 매질로 하는 것이 기재되어 있으나, 전극을 복수개로 분할함으로써, 수축 방전의 발생을 억제하는 기술의 제안이 이루어져 있다.

WO2008/038527호 공보에는, 내부 전극과 외부 전극을 가지는 유전체 배리어 방전 형광 램프에서, 크세논을 주체로 한 희가스를 방전 매질로 하는 것이 기재되어 있으나, 이 문헌에는, 인가 전압을 높게 하면, 내부 전극의 근방에서 수축 방전 상태가 된다는 기술이 있다.

일본 특허공개 2005-327659호 공보에는, 내부 전극과 외부 전극을 가지는 유전체 배리어 방전 형광 램프에서, 크세논을 주체로 한 희가스를 방전 매질로 하는 것이 기재되어 있으나, 이 문헌에는, 전류가 많을 수록 수축 방전은 발생하기 쉬워진다는 기술이 있다.

일본 특허공개 2006-338897호 공보에는, 내부 전극과 외부 전극을 가지는 유전체 배리어 방전 형광 램프에서, 크세논을 주체로 한 희가스를 방전 매질로 하는 것이 기재되어 있으나, 이 문헌에는, 인가 전압을 높게 하면 내부 전극 부근에서 수축 방전 상태로 천이한다는, 및 인버터의 동작 주파수는 낮을 수록 내부 전극 근방에서의 수축 방전이 발생하기 어려워진다는 기술이 있다.

일본 특허공개 2000-223079호 공보에는, 관형상의 램프 밸브의 길이 방향으로 연장되는 한 쌍의 띠형상의 외부 전극을 가지거나, 또는, 관형상의 램프 밸브의 중심축에 위치하는 선상의 내부 전극과 띠형상의 외부 전극을 가지는, 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식이 아니라, 전류를 관축에 직각인 방향으로 흐르게 하는 형식의 유전체 배리어 방전 형광 램프에서, 크세논을 주체로 한 희가스를 방전 매질로 하는 것이 기재되어 있으나, 이 문헌에는, 크세논 가스의 가스압을 높게 하면 방전이 수축하는 현상이 발생하고, 이 수축에 의해 수염형상의 방전이 무수히 발생한다는 기술이 있다.

일본 특허공개 2014-030763호 공보에는, 관형상의 램프 밸브의 길이 방향으로 연장되는 한 쌍의 띠형상의 외부 전극을 가지고, 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식이 아니라, 전류를 관축에 직각인 방향으로 흐르게 하는 형식의, 크세논과 요오드를 방전 매질로 하는 엑시머 램프가 기재되어 있으나, 이 문헌에서는, 요오드 분압을 일정하게 하고 크세논 분압을 높여 갈 때, 12kV보다 낮은 저압 영역에서는 확산 방전이 발생했지만, 그것보다 높게 하면 복수의 필라멘트 방전이 발생한다는 기술이 있다.

이상에 있어서 말한 엑시머 램프에 있어서의 수축 방전을 언급한 문헌은, 내부 전극과 외부 전극을 가지는 형식의 램프에 대한 것이 대부분이며, 수축 방전의 발생 위치에 대해서 기재가 있는 것은, 모두 내부 전극 부근에서 발생한다고 되어 있고, 또, 수축 방전의 갯수에 관한 정보는 없으며, 따라서, 내부 전극을 가지지 않는 상기 엑시머 램프(Y＇)에 있어서의, 갯수가 주로 1개 뿐인 협의 수축 방전(Gs＇)에는 해당하지 않는다.

내부 전극을 가지지 않는, 외부 전극 만의 램프에 관한 정보는, 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식이 아니라, 전류를 관축에 직각인 방향으로 흐르게 하는 형식의 램프에 대한 것 뿐이며, 게다가, 「수염형상의 방전이 무수히 발생」, 「복수의 필라멘트 방전이 발생」한다고 되어 있어, 상기 엑시머 램프(Y＇)에 있어서의, 갯수가 주로 1개 뿐인 협의 수축 방전(Gs＇)에는 해당하지 않는다.

따라서, 본 발명에 있어서 관심이 있는, 외부 전극 만을 가지고, 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식의 엑시머 램프에 있어서의, 상기 협의 수축 방전(Gs＇)에 해당하는 수축 방전에 관한 정보는 전무하다.

또, 상술한 바와 같이, 외부 전극 만을 가지고, 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식의 램프에 관한 정보는, 수은을 포함하는 것 뿐이다.

일본 특허 제2854250호 공보 일본 특허 제3296284호 공보 일본 특허 제3353684호 공보 일본 특허 제3355976호 공보 일본 특허 제3521731호 공보 일본 특허공개 2003-100482호 공보 일본 특허공개 2004-022209호 공보 일본 특허공개 2004-079270호 공보 일본 특허공개 2004-146351호 공보 일본 특허공개 2004-179059호 공보 일본 특허공개 2005-011710호 공보 일본 특허공개 2005-267908호 공보 일본 특허공개 2006-019100호 공보 일본 특허공개 2006-085983호 공보 일본 특허공개 2007-053117호 공보 일본 특허 제3149780호 공보 WO2005/057611호 공보 일본 특허공개 2005-174632호 공보 일본 특허공개 2006-351541호 공보 일본 특허공개 2008-243521호 공보 일본 특허공개 2008-262805호 공보 일본 특허공개 2006-079830호 공보 WO2008/038527호 공보 일본 특허공개 2005-327659호 공보 일본 특허공개 2006-338897호 공보 일본 특허공개 2000-223079호 공보 일본 특허공개 2014-030763호 공보 일본 특허공개 평09-180685호 공보 일본 특허공개 평11-354079호 공보

본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 내부 전극을 가지지 않고, 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식의, 구조가 단순한 램프 밸브를 채용함으로써, 저비용을 실현하고, 또한 협의 수축 방전의 발생을 회피한 엑시머 램프 광원 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 있어서의 제1의 발명의 엑시머 램프 광원 장치는, 크세논 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 공간(Yg)을 내포하고, 관체의 양단이 기밀 봉지된 형상을 가지며, 상기 방전 공간(Yg)에 접하는 면의 적어도 일부에, 방전을 일으키기 쉽게 하는 용이방전 물질층(Yo)이 형성되어 있는 램프 밸브(Yt)의, 상기 방전 공간(Yg)에 방전을 유기(誘起)시켜, 상기 램프 밸브(Yt)의 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하기 위한 한 쌍의 외부 전극(Ye1, Ye2)을 가지고, 상기한 방전에 의해 상기 방전 공간(Yg)에 있어서 UV광을 발생시키는 엑시머 램프(Y)와,

상기 엑시머 램프(Y)에 고전압 교류를 인가하기 위해, 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)이 접속되는 2차측 권선(Ls)을 구비한 트랜스(Tf)를 가지는 인버터(Ui)를 구비하는 엑시머 램프 광원 장치로서,

상기 인버터(Ui)는,

협의 수축 방전인,

주로, 상기 외부 전극(Ye1, Ye2) 중 한쪽이 근접 또는 접하는 상기 램프 밸브(Yt)의 부분에 대향하는 상기 램프 밸브(Yt)의 내면의 부분의 근방으로부터, 상기 외부 전극(Ye1, Ye2) 중 다른 쪽이 근접 또는 접하는 상기 램프 밸브(Yt)의 부분에 대향하는 상기 램프 밸브(Yt)의 내면의 부분의 근방에 이르는, 1개의 선상의 방전로로 이루어지는 형태를 가지는 방전

을 일으키는 전력보다 작은 전력을 상기 엑시머 램프(Y)에 공급함으로써, 협의 수축 방전이 아닌 방전 상태에서 상기 엑시머 램프(Y)를 점등시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서의 제2의 발명의 엑시머 램프 광원 장치는, 상기 램프 밸브(Yt)의 외면을 따라 측정한, 상기한 한 쌍의 외부 전극(Ye1, Ye2) 각각의 사이의 거리의 최소치인 전극간 거리(Le)의 값은, 상기 전극간 거리(Le)에 따라 정해지는 상기 협의 수축 방전을 일으키는 전력의 최소치가, 상기 전극간 거리(Le)를 증가시켰을 때에 증가하거나, 또는 증가가 포화하는, 상기 전극간 거리(Le)의 영역 중에서 선택된 값인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서의 제3의 발명의 엑시머 램프 광원 장치는, 통상 가동 시의 램프 투입 전력치에 대한 협의 수축 방전을 일으키는 전력치의 비가, 105%~120%인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서의 제4의 발명의 엑시머 램프 점등 방법은, 크세논 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 공간(Yg)을 내포하고, 관체의 양단이 기밀 봉지된 형상을 가지며, 상기 방전 공간(Yg)에 접하는 면의 적어도 일부에, 방전을 일으키기 쉽게 하는 용이방전 물질층(Yo)이 형성되어 있는 램프 밸브(Yt)의, 상기 방전 공간(Yg)에 방전을 유기시켜, 상기 램프 밸브(Yt)의 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하기 위한 한 쌍의 외부 전극(Ye1, Ye2)을 가지고, 상기한 방전에 의해 상기 방전 공간(Yg)에 있어서 UV광을 발생시키는 엑시머 램프(Y)와,

상기 엑시머 램프(Y)에 고전압 교류를 인가하기 위해, 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)이 접속되는 2차측 권선(Ls)을 구비한 트랜스(Tf)를 가지는 인버터(Ui)

를 구비하는 엑시머 램프 광원 장치에 있어서의 엑시머 램프 점등 방법으로서,

상기 인버터(Ui)는,

협의 수축 방전인,

주로, 상기 외부 전극(Ye1, Ye2) 중 한쪽이 근접 또는 접하는 상기 램프 밸브(Yt)의 부분에 대향하는 상기 램프 밸브(Yt)의 내면의 부분의 근방으로부터, 상기 외부 전극(Ye1, Ye2) 중 다른 쪽이 근접 또는 접하는 상기 램프 밸브(Yt)의 부분에 대향하는 상기 램프 밸브(Yt)의 내면의 부분의 근방에 이르는, 1개의 선상의 방전로로 이루어지는 형태를 가지는 방전

을 일으키는 전력보다 작은 전력을 상기 엑시머 램프(Y)에 공급함으로써, 협의 수축 방전이 아닌 방전 상태에서 상기 엑시머 램프(Y)를 점등시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서의 제5의 발명의 엑시머 램프 점등 방법은, 통상 가동 시의 램프 투입 전력치에 대한 협의 수축 방전을 일으키는 전력치의 비가, 105%~120%인 것을 특징으로 하는 것이다.

내부 전극을 가지지 않고, 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식의, 구조가 단순한 램프 밸브를 채용함으로써, 저비용을 실현하고, 또한 협의 수축 방전의 발생을 회피한 엑시머 램프 광원 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치의 일부를 간략화하여 나타내는 모식도를 표시한다.
도 2는 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치의 일부를 간략화하여 나타내는 모식도를 표시한다.
도 3은 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치에 관련한 실험 데이터를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치에 관련한 실험 데이터를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치에 관련한 실험 데이터를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치에 관련한 실험 데이터를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치에 관련한 실험 데이터를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치의 기술에 관련한 개념의 개략도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치를 간략화하여 나타내는 모식도를 표시한다.
도 10은 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치를 간략화하여 나타내는 모식도를 표시한다.
도 11은 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치를 간략화하여 나타내는 모식도를 표시한다.
도 12는 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치를 간략화하여 나타내는 모식도를 표시한다.
도 13은 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치를 간략화하여 나타내는 모식도를 표시한다.
도 14는 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치의 기술에 관련한 개념의 개략도를 나타낸다.

본 발명의 엑시머 램프 광원 장치의 일부를 간략화하여 나타내는 모식도를 표시하는 도 1을 참조하여, 그 엑시머 램프(Y)의 구성에 대해서 설명한다.

본 도면의 엑시머 램프(Y)는, 램프 밸브(Yt)가, 원통형의 관체를 기본으로 하여 작성되는 경우를 상정하여 예시하고 있다.

이 도면의 (a)는, 상기 램프 밸브(Yt)의 축이 종이면에 수직인 경우의 단면을 나타내고, 이 도면의 (b)는, 상기 램프 밸브(Yt)의 축이 종이면에 포함되는 경우의 단면을 나타낸다.

단, 본 발명은, 전자의 단면 형상이 원형인 것에 한정되지 않는다.

상기 엑시머 램프(Y)의 상기 램프 밸브(Yt)는, 방전 공간(Yg)을 내포하도록, 관체의 양단이 기밀 봉지부(Ys)에 의해 닫혀져 구성되고, 상기 방전 공간(Yg)에는, 크세논 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된다.

또한, 상기 기밀 봉지부(Ys)는, 축에 수직인 평면 형상을 나타내는 것을 예시했으나, 예를 들면 반구형상으로, 외측을 향하여 부풀어 오른 형상을 나타내도록 해도 상관없다.

상기 램프 밸브(Yt)의 외면에는, 축 방향으로 이격하여, 한 쌍의 외부 전극(Ye1, Ye2)이 설치된다.

본 도면에서는, 금속판을 바퀴형상으로 감아 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)을 구성하는 경우를 예시했으나, 금속선을 1회 이상 권회하거나, 은페이스트 등의 금속 페이스트를 도포하고 소성하여 고체화하거나 금속 증착막에 의해 구성해도 된다.

또, 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)은, 본 도면의 (a)와 같은, 축에 수직인 단면에 있어서, 원형 등의 닫힌 도형이 되는 것에 한정되지 않고, 예를 들면, C자형상을 나타내는 것이어도 상관없다.

또한, 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)의 한쪽 또는 양쪽이, 상기 기밀 봉지부(Ys)의 외면의 일부나 전부를 덮도록 해도 된다.

또, 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치는, 후술하는 도 9, 도 10, 도 11, 도 12, 도 13에 기재된 것과 같은, 고전압 교류를 발생시키는 인버터(Ui)를 구비하고 있으며, 그 인버터(Ui)의 트랜스(Tf)의 2차측 권선(Ls)이, 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)에 접속됨으로써, 상기 램프 밸브(Yt)의 상기 방전 공간(Yg)에 방전이 유기되어, 상기 램프 밸브(Yt)의 관축 방향으로 방전 전류가 흘러, 상기 방전 공간(Yg)에 있어서 UV광을 발생시킬 수 있다.

또한, 도 1에는, 상기 인버터(Ui)를 접속하기 위해 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)에 설치되는 경우가 있는, 리드선 등의 전기적 접속 부재는 도시를 생략하고 있다.

또, 상기 방전 공간(Yg)에 접하는 면의 적어도 일부에는, 방전을 일으키기 쉽게 하는 용이방전 물질층(Yo)이 형성되어 있다.

여기서, 용이방전 물질(또는 용이전자 방출 물질)로서는, 일본 특허 제3149780호 공보에 기재된 것과 같이, 상기한 카본이나 금속, 산화 주석, 산화 인듐 등의 도전성 물질을 이용 가능하다.

또한, 일본 특허공개 평09-180685호나 일본 특허공개 평11-354079호 공보에 기재된 것과 같이, 상기 램프 밸브를 구성하는 관체의 일함수보다 작은 일함수를 가지는 물질, 예를 들면 산화 마그네슘(MgO)이나 산화 란탄(La2O3), 산화 세륨(CeO2), 산화 이트륨(Y2O3), 산화 지르코늄(ZrO2), 붕화 란탄(LaB6)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 금속 화합물 등도 이용 가능하다.

도 1에서는, 외면에 상기 외부 전극(Ye1)이 접하고 있는 상기 램프 밸브(Yt)의 부분의 내면의 일부분에 상기 용이방전 물질층(Yo)이 형성되는 것을 그리고 있다.

마찬가지로, 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치의 일부를 간략화하여 나타내는 모식도를 표시하는 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 축 둘레의 360도에 대응하는 상기 램프 밸브(Yt)의 내면에 상기 용이방전 물질층(Yo)이 형성되도록 해도 되고, 이 경우, 외면에 상기 외부 전극(Ye1)이 접하지 않은 상기 램프 밸브(Yt)의 부분의 내면에까지 상기 용이방전 물질층(Yo)이 형성되도록 해도 된다.

또, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 상기 기밀 봉지부(Ys)의 내면측에까지 상기 용이방전 물질층(Yo)이 형성되도록 해도 된다.

또한, 도 1, 도 2에서는, 상기 외부 전극(Ye1)이 있는 측에 상기 용이방전 물질층(Yo)이 형성되는 것을 예시했으나, 상기 외부 전극(Ye2)이 있는 측에도 상기 용이방전 물질층(Yo)이 형성되도록 해도 된다.

앞에서, 도 14를 참조하여, 예비 시험용 램프에 관한 점등 실험에 대해서 서술했으나, 이하에 있어서, 점등 실험을 한층 더 행한 결과에 대해서 서술한다.

실험에 제공한 상기 엑시머 램프(Y)의 제원 및 실험 조건은 이하와 같다.

[실험 조건 1]

램프 밸브：합성 석영관, 외경 10mm, 두께 0.5mm, 카본 도포

전극간 거리(Le)：20mm

방전 가스, 압력：Ne/Xe=70%/30%, 12kPa(전체압)

주파수：16~45kHz

PP 램프 전압：3.3, 3.9, 4.5kV

1주기 에너지：12, 15, 18μJ

인버터：플라이 백 방식

또한, 여기에 기재한 「카본 도포」란, 도 1에 나타낸 바와 같은 형상을 가지는 상기 용이방전 물질층(Yo)으로서, 카본 페이스트막 형성 영역을 형성한 것을 나타낸다.

단, 상기 조건에 기재된 PP 램프 전압이란, 램프 인가 전압의 피크·피크치를 가리키며, 이후 이 약칭을 이용한다.

램프 점등을 위한 인버터(Ui)는, 후술하는 상기 방식의 것을 사용하여, 램프 인가 전압에 있어서의, 방전에 관련된 부분의 펄스의 파형, 즉 PP 램프 전압을 불변으로 유지한 채로, 인버터의 동작 주파수, 즉 펄스 발생 빈도를 변화시킴으로써, 램프로의 투입 전력(P)을 변화시키면서, 램프 점등 시동의 시행 실험을 행하고, 1회의 점등 시동으로 확산 방전이 발생하는 확률 Ψ(p)을 측정하는 것을, 상기 3종류의 PP 램프 전압에 대해서 실시했다.

단, 상기 인버터(Ui)는, 점등 초기에 있어서 PP 램프 전압을 서서히 상승시키는, 소위 소프트 스타트적인 제어를 특별히 행하지 않는, 단순한 구조의 것이며, 따라서, 점등 초기의 단시간 동안에 소기의 PP 램프 전압이 실현되고 있다.

또한, PP 램프 전압을 불변으로 유지한다는 것은, 1개의 펄스 파형에 의해 램프에 투입되는 에너지를 불변으로 유지하는 것을 의미하는데, 상기 조건에 기재된 1주기 에너지는, 상기 3종류의 PP 램프 전압 각각에 대응하는 1개의 펄스 파형에 의해 램프에 투입되는 에너지를 나타낸다.

상기한 실험 조건에 있어서의 1주기 에너지는, 상기한 방전 가스, 압력에 대한 상기한 PP 램프 전압 전체에 있어서 확산 방전이 발생하는 주파수인 규정 주파수 30kHz 하에서, VQ 리사주법(오조나이저 핸드북 코로나사(쇼와 35년) p.232 혹은, 전기 학회 기술 보고 제830호, (2001년) p.71을 참조)에 의해 측정했다.

그리고, 이 1주기 에너지의 값에, 점등 시의 실제의 주파수의 값을 곱한 값에 의해, 램프 투입 전력을 산출할 수 있다.

실험의 결과를, 횡축에 램프 투입 전력(P), 종축에 확산 방전의 발생 확률 Ψ(p)을 취하고, 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치에 관련한 실험 데이터를 표시하는 도 3에 나타낸다.

도면을 보면, 바로, 램프 투입 전력이 높을 수록 확산 방전의 발생 확률이 저하되는 것을 지적할 수 있다.

여기서 주의해야 할 점은, 횡축의 램프 투입 전력(P)은, 상기한, 규정 주파수 30kHz에 있어서의 확산 방전 시의 1주기 에너지의 값에, 점등 시의 실제의 주파수의 값을 곱한 값에 의해 표기한 것이다.

그 때문에, 이 계산에 의해 구한 램프 투입 전력은, 그 점등 조건에서 확산 방전이 발생하고 있는 경우에는, 실제로 램프에 투입되고 있는 전력과 동일하지만, 협의 수축 방전이 발생하고 있는 경우에는, 실제로 램프에 투입되고 있는 전력과 동일하다고는 할 수 없다.

실제, 상기한 실험 조건 1 중, 다음 하나의 조건

주파수：33kHz

PP 램프 전압：3.9kV

에 있어서는, 확산 방전 또는 협의 수축 방전 중 어느 한쪽이 확률적으로 발생하지만, VQ 리사주법에 의한, 확산 방전시 및 협의 수축 방전시 각각에 있어서의 램프 투입 전력의 측정 결과는 다음과 같이 되었다.

램프 투입 전력：확산 방전시 0.47W, 협의 수축 방전시 0.34W

즉, 인버터가 완전히 동일한 동작을 행하고 있어도, 협의 수축 방전이 발생한 경우는, 확산 방전이 발생하고 있는 상태보다, 실제의 램프 투입 전력이 작아지는 것이다.

이와 관련하여, 협의 수축 방전 상태에서는, 발생하는 UV광의 강도가 기대한 실용 강도에 훨씬 더 미치지 않는 것을 앞에서 서술했으나, 그 주요인은, 램프 투입 전력의 저하에 있는 것이 아니라, 램프로의 투입 전력에 대한 UV 발광 효율의 현저한 저하에 있다.

또, 확산 방전과 협의 수축 방전의 관계에 관한 이해를 높이기 위해, 다음과 같은 실험을 행했다.

PP 램프 전압을 일정하게 유지하면서, 확산 방전이 발생하고 있는 상태로부터, 주파수를 서서히 올림으로써 전력을 서서히 늘려 가면, 어느 주파수 이상에서는 협의 수축 방전이 되지만, 확산 방전으로부터 협의 수축 방전으로 천이한 주파수, 즉 협의 수축 방전 천이 주파수를 기록해 두고, 다음에, 협의 수축 방전이 발생하고 있는 상태로부터, 주파수를 서서히 낮춤으로써 전력을 서서히 줄여 가면, 어느 주파수 이하에서는 확산 방전이 되지만, 협의 수축 방전으로부터 확산 방전으로 천이한 주파수, 즉 확산 방전 회복 주파수를 기록해 비교하면, 확산 방전 회복 주파수 쪽이 협의 수축 방전 천이 주파수보다 유의(有意)하게 낮은 것을 알 수 있었다.

즉, 확산 방전과 협의 수축 방전 간의 이행에는, 히스테리시스가 수반하는 것이 판명되었다.

즉, 도 3의 결과를 얻은 실험에 있어서, 점등 초기부터 협의 수축 방전이 발생한 것처럼 보이는 경우에도, 방전 개시 직후의 단시간은 확산 방전이 발생하고 있고, 그 기간에 램프에 투입되는 전력, 즉 협의 수축 방전 발생 직전 전력이, 협의 수축 방전을 일으키는 전력치, 자세하게 말하면, 확산 방전으로부터 협의 수축 방전으로의 천이를 일으키게 하는 전력치, 즉 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)에 이르러, 그 결과, 협의 수축 방전이 발생한 것이라고 이해할 수 있다.

따라서, 도 3의 횡축의 램프 투입 전력(P)은, 지금 말한 협의 수축 방전 발생 직전 전력을 포함하는, 광의의 확산 방전 시의 램프 투입 전력을 나타낸다고 해석함으로써, 정상 방전 상태의 전력이 작은 협의 수축 방전에 빠지는 경우도 포함하여 도 3은 올바른 그래프인 것이라고 할 수 있다.

또한, 앞에서, 협의 수축 방전이 되는 경우도, 방전 개시 직후의 단시간은 확산 방전이 발생하고 있고, 그 후, 램프 투입 전력이 작은 협의 수축 방전이 발생했다는 것을 서술했으나, 정말로 방전 개시 직후의 단시간은 확산 방전이 발생하고 있다면, 램프 전압과 램프 전류의 파형을 오실로스코프로 관찰하면, 그것을 알 수 있을 것이라고 생각할지도 모르지만, 실제 그것을 시행한 바, 그것을 확인할 수는 없었다.

이유는, 같은 점등 조건에서 확산 방전 또는 협의 수축 방전 중 어느 한쪽이 확률적으로 발생하는 경우의 관측에서, 확산 방전시와 협의 수축 방전시에서는, 램프 전압과 램프 전류의 피크·피크치에는 차이가 거의 보이지 않기 때문에, 램프 전압과 램프 전류의 포락선 파형이 보이는 조건의 관측에서는, 확산 방전과 협의 수축 방전의 파형적 구별을 할 수 없기 때문이다.

램프 전압 파형과 램프 전류 파형의 위상차 정보를, 마찬가지로 파형으로서 표시시키는 관측을 실시하면, 그것을 확인할 수 있다고 생각되지만, 실시하지 않았다.

또, 도면을 보면, 바로, 1주기 에너지, 즉 PP 램프 전압을 높게 할수록, 확산 방전의 발생 확률을 높게 하기 쉬운 것을 지적할 수 있다.

상기한 바와 같이, 선행 기술 문헌의 WO2008/038527호 공보 및 일본 특허공개 2006-338897호 공보에, 인가 전압을 높게 하면 내부 전극의 근방에서 수축 방전 상태가 된다는 기술이 있으나, 본 실험 결과는, 그것과는 반대의 경향을 나타내고 있어, 원래 본 실험의 램프는 내부 전극을 가지지 않기 때문에, 이 문헌에 기재되어 있는 수축 방전과, 지금의 관심사인 협의 수축 방전은, 물리 현상이 상이한 것임을 알 수 있다.

여기서, 이 도면에 관하여 설명을 보충한다.

하나의 1주기 에너지에 주목하면, 램프 투입 전력이 낮은 조건에서 높은 조건으로 변화함에 따라서, 확산 방전의 발생 확률이 100%였던 것이 0%로, 직선적으로 변화하고 있도록 그리고 있지만, 이것은, 정확한 변화의 모습이, 실제로 직선적인 것을 의미하는 것이 아니라, 실험적으로 확산 방전의 발생 확률이 100%가 되는 램프 투입 전력의 상한치가 존재하고, 그것보다 램프 투입 전력을 높게 해 가면, 확산 방전의 발생 확률이 저하되어 가, 이윽고 0%가 되는 것으로 이해했으면 한다.

실제, 이 실험에서는, 확산 방전의 발생 확률이, 100%가 되는 램프 투입 전력치, 및 0%가 되는 램프 투입 전력치의 확정에 주력했다.

그들 값의 중간의 램프 투입 전력치에서는, 5회 정도의 점등의 시행을 행했으나, 같은 값으로 램프 점등 시동의 시행을 행해도, 확산 방전이 발생하는지 아닌지는, 완전히 확률적이었다.

또한, 100%에서 0%로의 변화의 모습을 정확하게 측정하지 않았던 이유는, 정확한 측정을 위해서는, 매우 다수회의 램프 점등 시동의 시행이 필요한데, 만일, 그것을 정확하게 측정할 수 있었다고 해도, 실용상의 이익이 없기 때문이다.

그런데, 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치의 상기 엑시머 램프(Y)와 같은 외부 전극형 방전 램프의 경우, 램프 투입 전력은, 1주기의 전압 파형 중의, 최고 전압과 최저 전압의 차, 즉 PP 램프 전압과, 주파수에, 거의 독립적으로, 정상관적으로 의존하며, 특히 주파수에 관하여 말하면, 램프 투입 전력은, 주파수에 비례한다.

도 3은, 상기한 바와 같이, 어느 PP 램프 전압에 주목하여, 그것을 불변으로 유지한 채로, 주파수를 변화시킴으로써, 램프 투입 전력(P)을 변화시켰을 때의 확산 방전의 발생 확률 Ψ(p)에 대한 영향을 그래프화한 것이다.

반대로, 어느 주파수에 주목하여, 그것을 불변으로 유지한 채로, PP 램프 전압을 변화시킴으로써, 램프 투입 전력(P)을 변화시켰을 때의 확산 방전의 발생 확률 Ψ(p)에 대한 영향은, 이 도면으로부터는 알 수 없다.

그 때문에, 실제로 그것을 그래프화한 것을, 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치에 관련한 실험 데이터를 표시하는 도 4에 나타낸다.

도 3과 도 4는, 작성에 이용한 원(元) 데이터는 같으나, 도 4의 작성 시에는, 램프 투입 전력에 상관 없이, 확산 방전의 발생 확률이, 모두 100%, 또는 모두 0%인 주파수의 데이터는 제외하고 있다.

도 4로부터도 램프 투입 전력이 높을 수록 확산 방전의 발생 확률이 저하되는 것을 지적할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 100%에서 0%로의 변화의 모습의 정확한 측정을 위해서는, 매우 다수회의 램프 점등 시동의 시행이 필요한데, 실제로는 소수회의 시행 밖에 행하지 않았기 때문에, 본 도면으로부터도, 램프 투입 전력(P)의 증가에 대해, 확산 방전의 발생 확률 Ψ(p)이 우하향하게 되는 것을 확인할 수 있었다고 이해하는 것에 그쳐야 할 것이다.

이하에 있어서, 점등 실험을 한층 더 행한 결과에 대해서 서술한다.

실험에 제공한 상기 엑시머 램프(Y)의 제원 및 실험 조건은 이하와 같다.

[실험 조건 2]

램프 밸브：합성 석영관, 외경 10mm, 두께 0.5mm, 카본 도포

전극간 거리(Le)：20mm

방전 가스：Ne/Xe=70%/30%

가스 압력：8.0, 11, 12, 13kPa(전체압)

주파수：20~45kHz

PP 램프 전압：3.9kV

인버터：플라이 백 방식

램프 점등을 위한 인버터(Ui)는, 상기와 마찬가지로, 후술하는 상기 방식의 것을 사용하여, 램프 인가 전압에 있어서의, 방전에 관련된 부분의 펄스의 파형, 즉 PP 램프 전압을 불변으로 유지한 채로, 인버터의 동작 주파수, 즉 펄스 발생 빈도를 변화시킴으로써, 램프로의 투입 전력(P)을 변화시키면서, 램프 점등 시동의 시행 실험을 행하고, 1회의 점등 시동으로 확산 방전이 발생하는 확률 Ψ(p)을 측정하는 것을, 상기 4종류의 가스 압력에 대해서 실시했다.

실험의 결과를, 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치에 관련한 실험 데이터를 표시하는 도 5에 나타낸다.

상기와 마찬가지로, 본 도면에 있어서도, 횡축의 램프 투입 전력(P)은, 어느 규정 주파수에 있어서의 확산 방전 시의 1주기 에너지의 값에, 점등 시의 실제의 주파수의 값을 곱한 값에 의해 표기하고 있다.

도면을 보면, 바로, 램프 투입 전력이 높을 수록 확산 방전의 발생 확률이 저하되는 것을 지적할 수 있는 점은 상기와 같지만, 또한, 가스 압력을 높게 할수록, 확산 방전의 발생 확률을 높게 하기 쉬운 것을 지적할 수 있다.

상기한 바와 같이, 선행 기술 문헌의 일본 특허공개 2000-223079호 공보에, 크세논 가스의 가스압을 높게 하면 방전이 수축한다는 기술이 있으나, 본 실험 결과는, 그것과는 반대의 경향을 나타내고 있어, 이 문헌에 기재되어 있는 수축 방전과, 지금의 관심사인 협의 수축 방전은, 물리 현상이 상이한 것임을 알 수 있다.

이하에 있어서, 점등 실험을 한층 더 행한 결과에 대해서 서술한다.

실험에 제공한 상기 엑시머 램프(Y)의 제원 및 실험 조건은 이하와 같다.

[실험 조건 3]

램프 밸브：합성 석영관, 외경 10mm, 두께 0.5mm, 카본 도포

전극간 거리(Le)：20mm

방전 가스, 압력：Xe100%, 3.3, 6.7kPa

주파수：16~53kHz

PP 램프 전압：3.3, 3.9, 4.5kV

인버터：플라이 백 방식

램프 점등을 위한 인버터(Ui)는, 상기와 마찬가지로, 후술하는 상기 방식의 것을 사용하여, 램프 인가 전압에 있어서의, 방전에 관련된 부분의 펄스의 파형, 즉 PP 램프 전압을 불변으로 유지한 채로, 인버터의 동작 주파수, 즉 펄스 발생 빈도를 변화시킴으로써, 램프로의 투입 전력(P)을 변화시키면서, 램프 점등 시동의 시행 실험을 행하고, 1회의 점등 시동으로 확산 방전이 발생하는 확률 Ψ(p)을 측정하는 것을, 상기 3종류의 PP 램프 전압과 2종류의 가스 압력에 대해서 실시했다.

지금까지 말한 실험에서는, 방전 가스로서, 버퍼 가스로서의 네온을 크세논에 더한 혼합 가스를 이용하고 있었지만, 이 실험에서는, 크세논 만을 방전 가스로서, 이용한 램프에 대해서 조사했다.

실험의 결과는, 도 3이나 도 5의 것과 동일한, 램프 투입 전력이 높을 수록 확산 방전의 발생 확률이 저하되는 경향을 나타냈다(단, 도시를 생략).

이하에 있어서, 점등 실험을 한층 더 행한 결과에 대해서 서술한다.

실험에 제공한 상기 엑시머 램프(Y)의 제원 및 실험 조건은 이하와 같다.

[실험 조건 4]

램프 밸브：합성 석영관, 외경 10mm, 두께 0.5mm, 카본 도포

전극간 거리(Le)：20mm

방전 가스：Ne/Xe=70%/30%

가스 압력：8.0, 12kPa(전체압)

주파수：10~65kHz

PP 램프 전압：3.9kV

인버터：푸시 풀 방식

램프 점등을 위한 인버터(Ui)는, 지금까지 말한 실험과 상이한, 후술하는 상기 방식의 것을 사용하여, 램프 인가 전압에 있어서의, 방전에 관련된 부분의 펄스의 파형, 즉 PP 램프 전압을 불변으로 유지한 채로, 인버터의 동작 주파수, 즉 펄스 발생 빈도를 변화시킴으로써, 램프로의 투입 전력(P)을 변화시키면서, 램프 점등 시동의 시행 실험을 행하고, 1회의 점등 시동으로 확산 방전이 발생하는 확률 Ψ(p)을 측정하는 것을, 상기 2종류의 가스 압력에 대해서 실시했다.

실험의 결과는, 도 5의 것과 동일한, 램프 투입 전력이 높을 수록 확산 방전의 발생 확률이 저하되는 경향을 나타냈다(단, 도시를 생략).

이상에서 서술한 실험 결과로부터, 관체의 양단이 기밀 봉지된 상기 램프 밸브(Yt)에 있어서의, 상기 방전 공간(Yg)에 접하는 면에 상기 용이방전 물질층(Yo)이 형성되며, 내부 전극을 가지지 않고, 한 쌍의 외부 전극(Ye1, Ye2)을 가지는 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식의 상기 엑시머 램프(Y)에 있어서는, 램프 투입 전력이 높을 수록 확산 방전의 발생 확률이 저하되고, 상기한 협의 수축 방전이 발생하기 쉬운 경향이 존재하는 것이 판명되었다.

그리고 실험 조건인, PP 램프 전압, 인버터 주파수, 가스 압력, 가스 조성(주방전 가스인 크세논과 버퍼 가스의 혼합비), 인버터 회로 형식(구동 파형)의 각 파라미터의 변화도, 램프 투입 전력과 확산 방전의 발생 확률의 관련성에 다소 영향을 미치지만, 확산 방전의 발생 확률에 대한 지배적 제어 요인은, 램프 투입 전력임이 틀림 없다는 것을 확인할 수 있었다.

상기한 바와 같이, 협의 수축 방전이 발생하고 있는 상태에서는, 램프로의 투입 전력에 대한 UV 발광 효율이 현저하게 낮기 때문에, 협의 수축 방전이 발생하는 전력보다 낮은 전력이 램프에 공급되도록 함으로써, 협의 수축 방전의 발생을 회피하여, UV 발광 효율이 낮은 방전 상태에 빠지지 않도록 할 수 있다.

지금까지 말한 다양한 점등 실험은, 전극간 거리(Le)가 모두 20mm였다.

이하에 있어서는, 복수의 방전 가스 조건에서 전극간 거리(Le)를 변화시킨 실험에 대해서 서술한다.

실험에 제공한 상기 엑시머 램프(Y)의 제원 및 실험 조건은 이하와 같다.

[실험 조건 5]

램프 밸브：합성 석영관, 외경 10mm, 두께 0.5mm, 백금 페이스트

전극간 거리(Le)：10, 15, 20, 25, 30, 35, 40mm

방전 가스：(1) Ne/Xe=70%/30% 전체압：9.1kPa

〃(2) 〃 70%/30% 〃 12kPa

〃(3) 〃 70%/30% 〃 16kPa

〃(4) 〃 95%/5% 〃 40kPa

〃(5) 〃 95%/5% 〃 53kPa

PP 램프 전압：3.9kV

인버터：플라이 백 방식

본 실험의 상기 램프 밸브(Yt)는, 상술한 실험 조건 1~실험 조건 4과 동일한, 도 1의 형태의 것이지만, 백금 페이스트를 도포하고 형성한 상기 용이방전 물질층(Yo)측의 상기 외부 전극(Ye1)을 고정하고, 반대측의 상기 외부 전극(Ye2)을 상기 램프 밸브(Yt)의 원통면을 따라 슬라이드 이동시킴으로써, 상기 전극간 거리(Le)를 변화시켰다.

램프 점등을 위한 인버터(Ui)는, 후술하는 상기 방식의 것을 사용하여, 램프 인가 전압에 있어서의, 방전에 관련된 부분의 펄스의 파형, 즉 PP 램프 전압을 불변으로 유지한 채로, 인버터의 동작 주파수, 즉 펄스 발생 빈도가 낮은 조건으로부터 서서히 높게 해 가는 것을, 협의 수축 방전의 발생에 이르기까지 반복하고, 그 때의 전력치, 즉 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)를 측정하는 것을, 상기 5종류의 방전 가스 조건 (1), (2), (3), (4), (5)에 대해서 실시했다.

실험의 결과를, 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치에 관련한 실험 데이터를 표시하는 도 6에 나타낸다.

또, 이 실험 결과의 그래프 종축의 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)를, 방전 공간의 체적으로 나눗셈하여, 단위 체적당 전력치인 협의 수축 방전 발생 문턱 전력 밀도치(Dpt)로 변환한 결과를, 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치에 관련한 실험 데이터를 표시하는 도 7에 나타낸다.

또한, 방전 공간의 체적이란, 상기 전극간 거리(Le)와 상기 외부 전극(Ye1)의 폭과 상기 외부 전극(Ye2)의 폭의 합에, 상기 램프 밸브(Yt)의 내부 공간의 축에 수직인 단면의 단면적을 곱한 값을 가리킨다.

도 7을 먼저 고찰하면, 각 방전 가스 조건의 그래프의 좌단의 개소에, 평탄적인 부분을 볼 수 있으나, 이와 같은 평탄적 부분에 대해서는, 단위 체적당 전력치가 같으면 방전 현상에는 변화가 없을 것이라는 보통의 생각으로 보면 이해할 수 있다.

그러나, 협의 수축 방전 발생 문턱 전력 밀도치(Dpt)는, 전극간 거리를 늘림에 따라, 급격하게 저하되고 있다.

이것은, 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하는 형식의 엑시머 램프의 경우, 방전 전류 방향(관축 방향)을 길이 방향으로 본, 「방전 공간의 가늘고 긴」 정도가, 어느 한계치를 넘으면, 상기한, 단위 체적당 전력치가 같으면 방전 형상에는 변화가 없다는 생각이 파탄하여, 협의 수축 방전 상태에 극히 빠지기 쉬워지는 것에 의한 것으로 추측된다.

한편, 도 6에 있어서는, 전극간 거리의 최단 개소로부터 긴 쪽으로 봐 가면, 많은 방전 가스 조건에 있어서, 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)는, 우상향으로 커지고, 이윽고 극대를 맞이하여, 그것을 지나면 우하향이 되어 있다.

또한, 실측한 범위의 관계에서, 극대를 맞이하지 않은 방전 가스 조건도 있지만, 도 7을 보면, 전극간 거리를 더 늘리면 우하향이 되는 것은 분명하다.

단, 램프 밸브의 형상 치수나 방전 가스 조건을 어떻게 설정하면, 극대가 전극간 거리의 어떤 개소에 나타나는지를 정량적으로 예측하는 것은, 현시점에서는 불가능하다.

따라서, 상기 협의 수축 방전을 일으키는 전력의 최소치에 대한, 상기 전극간 거리(Le)를 변화시켰을 때의 극대치를 부여하는 상기 전극간 거리(Le)의 값 이하의 전극간 거리의 영역, 즉, 그래프가 수평 또는 우상향하는 영역은, 상기 램프 밸브(Yt)의 단면적, 가스 조성, 가스 압력에 대한 규정의 조건 하에서, 가급적 많은 전력을 투입하고 싶다는 요망에 대해서는, 특별히 유리한 영역이라고 할 수 있다.

또한, 지금 말한, 상기 협의 수축 방전을 일으키는 전력의 최소치에 대한, 상기 전극간 거리(Le)를 변화시켰을 때의 극대치를 부여하는 상기 전극간 거리(Le)의 값 이하의 전극간 거리의 영역이란, 극대를 관찰하고 있지 않는 경우도 포함하고, 보다 일반적으로 바꾸어 말하면, 상기 협의 수축 방전을 일으키는 전력의 최소치가, 상기 전극간 거리(Le)를 증가시켰을 때에 증가하거나, 또는 증가가 포화하는, 상기 전극간 거리(Le)의 영역이라고 할 수 있다.

여기서, 그래프의 극대 부근의 수평 영역 뿐만이 아니라, 그 좌측의 우상향하는 영역도 포함시키는 것은, 상기한 바와 같이, 극대가 전극간 거리의 어떤 개소에 나타날지가 해명되어 있지 않아, 따라서, 그 위치의 엄밀한 컨트롤이 불가능하기 때문에, 램프의 제조 편차나 제조 후의 램프의 특성의 변화, 환경 조건의 변화 등에 따라, 극대 위치가 오른쪽이나 왼쪽으로 다소 이동할 것이 예상되며, 그와 같은 이동이 발생한 경우에도, 협의 수축 방전 상태에 빠질 위험성에 대해 안전한 영역으로서 선택 가능 범위에 포함시켜야 하기 때문이다.

우상향하는 영역이 안전한 이유에 대해서, 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치의 기술에 관련한 개념의 개략도를 표시하는 도 8을 참조하여 설명한다.

본 도면은, 도 6 중 하나의 방전 가스 조건에 대한 전극간 거리(Le)와 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)의 관계를, 연속 곡선으로서 개념적으로 표현한 것으로, 횡축 및 종축의 양은 도 6과 같다.

우선, 설계 시에 기대한 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치는, 실선으로 그린 문턱 전력 곡선(F0)과 같으며, 그 때의 극대의 위치는, 중앙의 극대 위치(P0)였다고 한다.

여기서, 어떠한 요인에 의해, 극대의 위치가, 전극간 거리가 큰 쪽으로 이동하여, 우측의 극대 위치(P1)로 옮겨졌다고 한다.

이와 같은 일이 일어나는 것은, 방전 공간의 가늘고 긴 것에 대한 허용량이 증가했기 때문이며, 그 결과, 극대 위치(P1)에 있어서의 방전 공간의 체적이 증가하기 때문에, 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)도 증가하여, 파선으로 그린 문턱 전력 곡선(F1)과 같이 된다.

이 때, 원래의 상기 문턱 전력 곡선(F0)의 상기 극대 위치(P0)보다 좌측의 전극간 거리의 영역에 있어서의, 상기 문턱 전력 곡선(F1)의 모습은, 상기 문턱 전력 곡선(F0)의 모습과 거의 변화는 없다.

왜냐하면, 이 전극간 거리의 영역은, 변화의 전후 모두, 방전 공간의 가늘고 긴 것에 대한 허용 범위 내에 있기 때문이다.

다음으로, 어떠한 요인에 의해, 극대의 위치가 전극간 거리가 작은 쪽으로 이동하여, 좌측의 극대 위치(P2)로 옮겨졌다고 한다.

이와 같은 일이 일어나는 것은, 방전 공간의 가늘고 긴 것에 대한 허용량이 감소했기 때문이며, 그 결과, 극대 위치(P2)에 있어서의 방전 공간의 체적이 감소하기 때문에, 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)도 감소하여, 파선으로 그린 문턱 전력 곡선(F2)과 같이 된다.

이 때, 이동한 상기 문턱 전력 곡선(F2)의 상기 극대 위치(P2) 근방을 제외한, 그것보다 좌측의 전극간 거리의 영역에 있어서의, 상기 문턱 전력 곡선(F2)의 모습은, 원래의 상기 문턱 전력 곡선(F0)의 모습과 거의 변화는 없다.

왜냐하면, 이 전극간 거리의 영역은, 변화의 전후 모두, 방전 공간의 가늘고 긴 것에 대한 허용 범위 내에 있기 때문이다.

따라서, 설정 전극간 거리를, 원래의 상기 문턱 전력 곡선(F0)에 있어서의 우하향이 되는 영역으로부터 선택한 경우는, 극대 위치가 오른쪽으로 이동하는 분(分)에 대해서는 문제 없지만, 극대 위치가 왼쪽으로 이동한 경우는, 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)가 감소하기 때문에, 협의 수축 방전 상태에 빠지는 위험성이 있다.

한편, 설정 전극간 거리를, 원래의 상기 문턱 전력 곡선(F0)에 있어서의 우상향하는 영역으로부터 선택한 경우는, 극대 위치가 오른쪽으로 이동해도 왼쪽으로 이동해도, 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)가 감소하지 않기 때문에, 협의 수축 방전 상태에 빠지는 위험성에 대해 안전하다는 것을 알 수 있다.

지금 말한 안전한 영역의 선택 지침에 따른다면, 상기한 실험 조건 5에 기재된 방전 가스 조건의 램프를 제품으로서 제조한다고 한 경우, 전극간 거리는, 방전 가스 조건 (3), (5)라면 20mm 근방 또는 그것 이하, (2)라면 25mm 근방 또는 그것 이하, (4)라면 30mm 근방 또는 그것 이하의 영역을 선택하는 것이 좋은 것을 알 수 있다.

(1)의 경우는, 극대의 위치는, 실험을 행한 전극간 거리의 범위 밖일지도 모르지만, 적어도 40mm 이하의 영역은 선택 가능하다.

또한, 도 3~도 5에서는 그래프의 종축을 확산 방전의 발생 확률 Ψ(p)로 표시한 바와 같이, 확산 방전과 협의 수축 방전의 발생 조건의 경계 근방에서는, 확산 방전 또는 협의 수축 방전 중 어느 한쪽이 확률적으로 발생한다.

도 6의 결과를 얻기 위한 측정 실험에서는, 측정 작업량에 관한 제약 때문에, 상기한 바와 같이, 펄스 발생 빈도가 낮은 조건으로부터 서서히 높게 해 가는 것을, 협의 수축 방전의 발생에 이르기까지 반복하고, 그 때의 전력치, 즉 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)를 측정하는 방식으로 했기 때문에, 확률적 요소는 보이지 않지만, 실제로는 측정 편차가 존재한다.

따라서, 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)의 극대를 부여하는 상기 전극간 거리(Le)의 값에 불확정성이 수반하는 것은 불가피하기 때문에, 극대치의 위치를 특정할 수 없는 경우도 일어날 수 있다.

이 문제를 피하기 위해, 실측된 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)에 대해, 이동 평균 처리를 실시하여, 그래프의 요철을 고르게 한 후 극대치의 위치를 특정하면 된다.

혹은, 실측된 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)의 극대치와의 차이가, 예를 들면 5% 이하, 혹은 도 3과 도 5에 있어서 확산 방전의 발생 확률 Ψ(p)이 100%에서 0%로 변화하기 위한 램프 투입 전력(P)의 변화폭의 대표치인, 10% 이하인 측정치는, 극대치와 같은 것으로 보도록(수평 영역에 포함시킨다) 처리해도 된다.

상술한 점등 실험에 관하여 서술한 바와 같이, 상기한 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)는, 실험 시의 파라미터인 1주기 에너지나 가스 압력에 따라 변화한다.

또한 당연히, 램프의 형상 치수나 버퍼 가스의 종류, 크세논과의 혼합비 등의 파라미터에 따라서도 변화한다.

따라서, 이들 파라미터를 적당히 설정함으로써, 소기의 UV광 강도가 실현되는 램프 투입 전력이며, 통상 가동 시의 램프 투입 전력치, 즉 가동시 투입 전력치(Pw)와, 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)의 관계가, 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)가 가동시 투입 전력치(Pw)보다 조금 큰 정도, 예를 들면, 협의 수축 방전 발생 문턱 전력치(Pt)가, 가동시 투입 전력치(Pw)의 105%, 혹은 110%나 120%가 되도록 할 수 있다.

본 엑시머 램프 광원 장치를 이와 같이 구성함으로써, 상기 인버터(Ui)의 조정이, 램프 투입 전력의 과잉을 일으키는 방향으로 벗어난 경우에는, 방전 형태가 협의 수축 방전이 되고, 그 결과, 상기 엑시머 램프(Y)로부터 방사되는 UV광 강도가 저하되기 때문에, 엑시머 램프 광원 장치로서의 기능은 할 수 없게 되지만, 특히 인체에 대한 과잉한 UV광 방사능 노출이나 오존의 과잉 발생이 미연에 회피되어, 안전성이 확보되는 이점이 있다.

여기서, 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치를 간략화하여 나타내는 모식도인, 도 9, 도 10, 도 11, 도 12, 도 13을 참조하여, 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치를 구성하기 위해 이용 가능한, 일례로서의, 각종의 형식의 인버터(Ui)에 대해서 설명한다.

본 발명의 인버터(Ui)는, 상기 엑시머 램프(Y)에 있어서 협의 수축 방전이 발생하는 전력보다 낮은 전력이 램프에 공급되도록 하는, 즉, 램프 투입 전력을 설정할 수 있을 필요가 있지만, 상기한 바와 같이, 외부 전극형 방전 램프의 경우, 램프 투입 전력은, 1주기의 전압 파형 중의, 최고 전압과 최저 전압의 차, 즉 PP 램프 전압과, 주파수에, 거의 독립적으로, 정상관적으로 의존하며, 특히 주파수에 관하여 말하면, 램프 투입 전력은, 주파수에 비례하기 때문에, 이후에 있어서 설명하는 DC전원(Mx)의 출력 전압의 설정이나, 트랜스(Tf)의 1차 2차 권선의 권수(捲數)비의 설정, 게이트 신호 생성 회로(Uf)의 파라미터 조정 등에 의한 인버터(Ui) 동작 주파수의 설정에 의해 실현 가능하다.

당연히, 여기서 말하지 않았던 형식의 인버터여도, 램프 투입 전력을 설정할 수 있으며, 엑시머 램프의 방전 공간에 소기의 방전을 일으키게 하는 것이 가능한 것은, 본 발명의 엑시머 램프 광원 장치의 인버터로서 이용할 수 있다.

도 9에 그려져 있는 인버터(Ui)는, 하프 브릿지 방식으로 불리는 형식으로, 트랜스(Tf)의 1차측 권선(Lp)을, FET 등의 2개의 스위치 소자(Qu, Qv)로 교호로 구동하는 것이다.

상기 트랜스(Tf)의 2차측 권선(Ls)은, 상기 1차측 권선(Lp)에 대한 적당한 권수비를 가지고 있으며, 그 양단에 상기 엑시머 램프(Y)의 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)이 접속된다.

상기 스위치 소자(Qu, Qv)는 직렬 접속되고, 또 콘덴서(Cu, Cv)도 직렬 접속되어, 이들 2개의 직렬 접속물이 병렬 접속된 것의 양단에, DC전원(Mx)의 전압이 인가된다.

상기 1차측 권선(Lp)의 양단은, 2개의 상기 스위치 소자(Qu, Qv)의 접속 노드와, 2개의 상기 콘덴서(Cu, Cv)의 접속 노드에 각각 접속된다.

상기 스위치 소자(Qu, Qv)는, 게이트 신호 생성 회로(Uf)에 의해 생성된, 교호로 액티브하게 되는 게이트 신호(Shu, Shv)에 의해, 게이트 구동 회로(Gu, Gv)를 통하여 제어된다.

상기 게이트 신호 생성 회로(Uf)는, 상기 스위치 소자(Qu, Qv)의 각각이 교호로 온 상태와 오프 상태를 반복하도록 상기 게이트 신호(Shu, Shv)를 생성한다. 단, 온 상태의 전환 시에는, 데드 타임으로 불리는, 상기 스위치 소자(Qu, Qv)의 양쪽이 오프 상태가 되는 기간이 삽입된다.

지금 말한 본 도면의 인버터(Ui)의 구성과 동작에 의해, 상기 엑시머 램프(Y)의 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)에는 고전압 교류가 인가되어, 상기 방전 공간(Yg)에 방전이 발생한다.

도 10에 그려져 있는 인버터(Ui)는, 풀 브릿지 방식으로 불리는 형식으로, 트랜스(Tf)의 1차측 권선(Lp)을, 4개의 스위치 소자(Qu, Qv, Qu＇, Qv＇)로 구동함으로써, 이들 스위치 소자는, 앞에서 말한 하프 브릿지의 것과 동일하게 동작하는 게이트 신호 생성 회로(Uf)로부터의 게이트 신호(Shu, Shv)에 의해, 게이트 구동 회로(Gu, Gv, Gu＇, Gv＇)를 통하여 제어되고, 상기 스위치 소자(Qu, Qv＇)가 온 상태일 때는 상기 스위치 소자(Qv, Qu＇)는 오프 상태가 되고, 상기 스위치 소자(Qv, Qu＇)가 온 상태일 때는 상기 스위치 소자(Qv, Qu＇)는 오프 상태가 되도록 동작한다.

지금 말한 본 도면의 인버터(Ui)의 구성과 동작에 의해, 상기 엑시머 램프(Y)의 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)에는 고전압 교류가 인가되어, 상기 방전 공간(Yg)에 방전이 발생한다.

도 11에 그려져 있는 인버터(Ui)는, 푸시 풀 방식으로 불리는 형식으로, 트랜스(Tf)의 2개의 1차측 권선(Lpu, Lpv)을, 앞에서 말한 하프 브릿지의 것과 동일하게 동작하는 게이트 신호 생성 회로(Uf)로부터의 게이트 신호(Shu, Shv)에 의해, 게이트 구동 회로(Gu, Gv)를 통하여 제어되는, 2개의 스위치 소자(Qu, Qv)로 교호로 구동하는 것이다.

지금 말한 본 도면의 인버터(Ui)의 구성과 동작에 의해, 상기 엑시머 램프(Y)의 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)에는 고전압 교류가 인가되어, 상기 방전 공간(Yg)에 방전이 발생한다.

이상에서 말한 도 9, 도 10, 도 11의 상기 인버터(Ui)에 의해 상기 외부 전극(Ye1＇, Ye2＇)에 인가되는 전압 파형은, 구형파를 기본으로 하는 파형에 대해, 극성 반전 직후의 오버 슛이나, 오버 슛 후의 링잉, 다음 극성 반전 전의 데드 타임 기간에서의 전압의 완화 등등의, 이상(理想) 개념으로서의 구형파로부터의 요란(搖亂)을 포함하는 파형이 된다.

도 12에 그려져 있는 인버터(Ui)는, 플라이 백 방식으로 불리는 형식으로, 트랜스(Tf)의 1개의 1차측 권선(Lp)을, 게이트 신호 생성 회로(Uf)로부터의 게이트 신호(Shu)에 의해, 게이트 구동 회로(Gu)를 통하여 제어되는, 1개의 스위치 소자(Qu)의 온 상태와 오프 상태의 반복에 의해 구동하는 것이다.

그 스위치 소자(Qu)가 온 상태인 기간에 있어서, 상기 1차측 권선(Lp)에 흐르는 여자 전류에 기초한 자기 에너지를 상기 트랜스(Tf)의 코어에 축적하고, 상기 스위치 소자(Qu)가 오프 상태가 되었을 때에, 축적한 자기 에너지를 2차측 권선(Ls)에 있어서 전기 에너지로서 해방함으로써, 상기 엑시머 램프(Y)의 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)에는 고전압 교류가 인가되어, 상기 방전 공간(Yg)에 방전이 발생한다.

단, 이 경우의 고전압 교류의 파형은, 상기 스위치 소자(Qu)의 오프 직후에, 전압의 절대치가 상승하여 피크를 맞이하고 하강하는, 단펄스적 파형이 된다.

상기 스위치 소자(Qu)의 온 상태 기간의 듀티 사이클비에 따라서는, 상기한 단펄스적 파형에 후속하는 링잉이 나타나는 경우가 있다.

도 13에 그려져 있는 인버터(Ui)는, 콜렉터 공진 방식(속칭으로 로이어 방식)으로 불리는 형식으로, 트랜스(Tf)의, 직렬 접속된 2개의 1차측 권선(Lpu, Lpv)을, 바이폴러 트랜지스터(혹은 FET 등)의 2개의 스위치 소자(Qu, Qv)로 교호로 구동하는 것이다.

상기 1차측 권선(Lpu, Lpv)의 직렬 접속물의 양단에는 공진 콘덴서(Crp)의 양단을 접속하여 공진 회로를 구성하고, 또, 상기 1차측 권선(Lpu, Lpv)의 직렬 접속 노드에는 DC전원(Mx)의 플러스 단자로부터의 출력 전압을, 공급 전류를 안정화시키기 위한 초크 코일을 통하여 공급하고, 상기 DC전원(Mx)에는, 전원 전압을 안정화시키기 위한 평활 콘덴서(Cx)를 접속하고 있다.

상기 스위치 소자(Qu, Qv) 각각의 베이스에는, 베이스 저항(Ru, Rv)을 통하여 상기한 DC전원(Mx)의 플러스 단자로부터의 전류 공급 경로를 형성해 두어, 상기 트랜스(Tf)에 설치한 귀환 권선(Lxy)의 양단을 상기 스위치 소자(Qu, Qv) 각각의 베이스에 접속하고 있다.

이와 같이 회로를 구성한 것에 의해 상기 스위치 소자(Qu, Qv)가 온 상태와 오프 상태를 교호로 상보적으로 반복하여, 상기 1차측 권선(Lpu, Lpv)에 흐르는 전류를 교호로 반전시키는 자려(自勵) 발진을 행하기 때문에, 상기 엑시머 램프(Y)의 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)에는 고전압 교류가 인가되어, 상기 방전 공간(Yg)에 방전이 발생한다.

단, 상기한 바와 같이 공진 회로가 구성되어 있기 때문에, 이 경우의 고전압 교류의 파형은, 정현파적인 특징을 가지는 것이 된다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은, UV 오존 세정, UV 오존 탈취, UV 표면 개질, UV 경화, UV 살균 등의 분야에 있어서 이용 가능한 UV광을 발생시키고, 혹은 발생한 UV광을 다른 파장으로 변환하여, 그것을 조사하는 장치를 구성할 때에 적합한 광원인 엑시머 램프와, 그것을 점등하는 인버터로 이루어지는 엑시머 램프 광원 장치를 설계·제조하는 산업에 있어서 이용 가능하다.

Crp 공진 콘덴서 Cu 콘덴서
Cv 콘덴서 Cx 평활 콘덴서
F0 문턱 전력 곡선 F1 문턱 전력 곡선
F2 문턱 전력 곡선 Gd＇ 확산 방전
Gs＇ 협의 수축 방전 Gu 게이트 구동 회로
Gu＇ 게이트 구동 회로 Gv 게이트 구동 회로
Gv＇ 게이트 구동 회로 Le 전극간 거리
Lp 1차측 권선 Lpu 1차측 권선
Lpv 1차측 권선 Ls 2차측 권선
Lxy 귀환 코일 Mx DC 전원
P0 극대 위치 P1 극대 위치
P2 극대 위치 Qu 스위치 소자
Qu＇ 스위치 소자 Qv 스위치 소자
Qv＇ 스위치 소자 Ru 베이스 저항
Rv 베이스 저항 Shu 게이트 신호
Shv 게이트 신호 Tf 트랜스
Uf 게이트 신호 생성 회로 Ui 인버터
Y 엑시머 램프 Y＇ 엑시머 램프
Ye1 외부 전극 Ye1＇ 외부 전극
Ye2 외부 전극 Ye2＇ 외부 전극
Yg 방전 공간 Yg＇ 방전 공간
Yo 용이방전 물질층 Ys 기밀 봉지부
Ys＇ 기밀 봉지부 Yt 램프 밸브
Yt＇ 램프 밸브

Claims (5)

1. 크세논 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 공간(Yg)을 내포하고, 관체의 양단이 기밀 봉지(封止)된 형상을 가지며, 상기 방전 공간(Yg)에 접하는 면의 적어도 일부에, 방전을 일으키기 쉽게 하는 용이방전 물질층(Yo)이 형성되어 있는 램프 밸브(Yt)의, 상기 방전 공간(Yg)에 방전을 유기(誘起)시켜, 상기 램프 밸브(Yt)의 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하기 위한 한 쌍의 외부 전극(Ye1, Ye2)을 가지고, 상기한 방전에 의해 상기 방전 공간(Yg)에 있어서 UV광을 발생시키는 엑시머 램프(Y)와,
   상기 엑시머 램프(Y)에 고전압 교류를 인가하기 위해, 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)이 접속되는 2차측 권선(Ls)을 구비한 트랜스(Tf)를 가지는 인버터(Ui)
   를 구비하는 엑시머 램프 광원 장치로서,
   상기 인버터(Ui)는,
   협의(狹義) 수축 방전인,
   주로,
   상기 외부 전극(Ye1, Ye2) 중 한쪽이 근접 또는 접하는 상기 램프 밸브(Yt)의 부분에 대향하는 상기 램프 밸브(Yt)의 내면의 부분의 근방으로부터, 상기 외부 전극(Ye1, Ye2) 중 다른 쪽이 근접 또는 접하는 상기 램프 밸브(Yt)의 부분에 대향하는 상기 램프 밸브(Yt)의 내면의 부분의 근방에 이르는, 1개의 선상의 방전로로 이루어지는 형태를 가지는 방전
   을 일으키는 전력보다 작은 전력을 상기 엑시머 램프(Y)에 공급함으로써, 협의 수축 방전이 아닌 방전 상태에서 상기 엑시머 램프(Y)를 점등시키는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 광원 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 램프 밸브(Yt)의 외면을 따라 측정한, 상기한 한 쌍의 외부 전극(Ye1, Ye2) 각각의 사이의 거리의 최소치인 전극간 거리(Le)의 값은, 상기 전극간 거리(Le)에 따라 정해지는 상기 협의 수축 방전을 일으키는 전력의 최소치가, 상기 전극간 거리(Le)를 증가시켰을 때에 증가하거나, 또는 증가가 포화하는, 상기 전극간 거리(Le)의 영역 중에서 선택된 값인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 광원 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   통상 가동 시의 램프 투입 전력치에 대한 협의 수축 방전을 일으키는 전력치의 비가, 105%~120%인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 광원 장치.
4. 크세논 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 공간(Yg)을 내포하고, 관체의 양단이 기밀 봉지된 형상을 가지며, 상기 방전 공간(Yg)에 접하는 면의 적어도 일부에, 방전을 일으키기 쉽게 하는 용이방전 물질층(Yo)이 형성되어 있는 램프 밸브(Yt)의, 상기 방전 공간(Yg)에 방전을 유기시켜, 상기 램프 밸브(Yt)의 관축 방향으로 방전 전류를 흐르게 하기 위한 한 쌍의 외부 전극(Ye1, Ye2)을 가지고, 상기한 방전에 의해 상기 방전 공간(Yg)에 있어서 UV광을 발생시키는 엑시머 램프(Y)와,
   상기 엑시머 램프(Y)에 고전압 교류를 인가하기 위해, 상기 외부 전극(Ye1, Ye2)이 접속되는 2차측 권선(Ls)을 구비한 트랜스(Tf)를 가지는 인버터(Ui)
   를 구비하는 엑시머 램프 광원 장치에 있어서의 엑시머 램프 점등 방법으로서,
   상기 인버터(Ui)는,
   협의 수축 방전인,
   주로,
   상기 외부 전극(Ye1, Ye2) 중 한쪽이 근접 또는 접하는 상기 램프 밸브(Yt)의 부분에 대향하는 상기 램프 밸브(Yt)의 내면의 부분의 근방으로부터, 상기 외부 전극(Ye1, Ye2) 중 다른 쪽이 근접 또는 접하는 상기 램프 밸브(Yt)의 부분에 대향하는 상기 램프 밸브(Yt)의 내면의 부분의 근방에 이르는, 1개의 선상의 방전로로 이루어지는 형태를 가지는 방전
   을 일으키는 전력보다 작은 전력을 상기 엑시머 램프(Y)에 공급함으로써, 협의 수축 방전이 아닌 방전 상태에서 상기 엑시머 램프(Y)를 점등시키는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 점등 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   통상 가동 시의 램프 투입 전력치에 대한 협의 수축 방전을 일으키는 전력치의 비가, 105%~120%인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 점등 방법.

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