TW200949893A - Short arc type mercury lamp - Google Patents

Description

200949893 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種短弧型水銀燈，關於一種良好地放 射波長300〜350nm的紫外線的短弧型水銀燈❶ 【先前技術】 短弧型水銀燈是在半導體、液晶、濾色器等各種曝光 φ 工程被使用作爲光源’惟近年來，被要求曝光面積的大型 化或高產能化。 又，傳統上主要使用g線（436nm ) ，h線（404nm) - ，i線（365nm)的紫外線，惟近年來，爲了提高效率， * 被要求更短波長的紫外線，而有利用300〜350 nm的紫外 線的趨勢。 短弧型水銀燈是使用氫氧燃燒器加熱加工圓筒狀石英 玻璃，以形成大約紡錘形狀的燈的發光管。在其加熱加工 Q 之際’水或氫氣溶解於石英玻璃中。點亮燈中，發光管的 溫度會成爲500 °C以上的高溫，而該溶解之氫氣或水，甚 至於氧氣，作爲不純氣體被放出至發光管內，而對電弧的 發光特性有不良影響。 ' 此種不純氣體中，氧氣是被認爲會降低陰極性能而引 起閃爍等。作爲吸收不純氣體的吸氣劑，有在高溫下作用 的钽，眾知有將鉬線安裝於電極的短弧型水銀燈。這種技 術是記載於日本特開2000-149872號。 鉬線是良好地吸收氧氣者，抑制起因於不純氣體所發 -5- 200949893 生的發光管的透明消失或黑化，而可防止一直到燈壽命末 期爲止的紫外線放射強度的降低。 作爲吸氣材料的鉬，是與氧氣反應而形成氧化鉬，而 除去不純氣體者。另一方，對於氫氣，钽是點亮燈中作爲 高溫，則氫氣的溶解度變低，而有無法確實地除去氫氣者 〇 在最近，利用3 00〜3 50nm的紫外線的趨勢，而被要 @ 求增加此些的波長帶的放射強度。 依照發明人等的硏究，得到對於增強此些的照度，氫 氣體有某種影響，而妨礙該波長帶的發光的見解。 钽是在高溫領域中從發光管內除去氧氣的不純氣體者 ，而氧氣是與鉅產生不可逆性反應成爲氧化鉅，一旦吸收 的氧氣是不會再從鉅被放出。 另一方，氫氣是與钽產生可逆性反應者，鉬的溫度在 不足500 °C，則氫氣的溶解度高之故，因而吸收氫氣，惟 Q 鉬的溫度成爲600 °C以上，則氫氣的溶解度大幅地減少， 成爲溶解於钽的氫氣會相反地被放出。 結果，在點亮燈中，作爲吸氣劑的鉬的溫度變高，則 一旦被吸進發光管內的氫氣被放出，而該氫氣對電弧的發 光性有不良影響，會把3 00〜3 50nm附近的紫外線的放射 強度變小。 習知，將3 00〜3 50nm的紫外線以低貢獻率利用作爲 不足450nm的波長帶的一部分之故，因而即使氫氣從钽被 放出到放電空間，在各種曝光工程上也不會有問題。 -6 - 200949893 但是，近年來，爲了提高曝光工程的效率，逐漸成爲 強烈地要求增強3 00〜3 5 0nm的紫外線，而藉由從鉬所放 出的氫氣的影響，會減弱300〜3 5 0nm的紫外線的放射強 度，而在曝光半導體或液晶等之際，會發生降低產能的問 題。 一方面，作爲吸收存在於放電燈的發光管內的氫氣的 吸氣劑，眾知在高溫域中溶解度低的鉬或鎳等的容器內塡 充著氫氣溶解度高的釔或銷的吸氣劑。 然而，釔或锆緊密地被塡充於鉬等的容器內，而釔或 锆容易成爲高溫狀態，隨著成爲高溫會降低氫氣的溶解度 ，在點亮燈中，有無法確實地吸收氫氣的情形。 此種技術是被記載於日本特開昭50-80683號。 專利文獻1 :日本特開2000-149872號公報。 專利文獻2 :日本特開昭50-80683號公報。 【發明內容】 本發明是爲了解決此些問題而發明者，提供一種藉由 吸氣劑確實地吸收存在於發光管內的氧氣或氫氣的不純氣 體，而良好地放射波長300〜3 50nm的紫外線的短弧型水 銀燈。 申請專利範圍第1項所述的短弧型水銀燈，是在石英 玻璃製的發光管內，封入有稀有氣體與水銀，具有一對電 極的短弧型水銀燈，其特徵爲：在钽或鈮所構成的密閉容 器內，至少一起封入有釔、銷、釩的任一種與稀有氣體， 200949893 上述容器爲被安裝於上述電極。 申請專利範圍第2項所述的短弧型水銀燈， 專利範圍第1項所述的短弧型水銀燈中，尤其是 上述容器中的稀有氣體是至少包含氬、氪、氙的 其被封入的壓力P(Pa)是在室溫爲P270(Pa 特徵者。 申請專利範圍第3項所述的短弧型水銀燈， @ 專利範圍第2項所述的短弧型水銀燈中，尤其是 器是管子狀，上述容器內的釔、鍩、釩是粉體或 線狀，爲其特徵者。 申請專利範圍第4項所述的短弧型水銀燈， 專利範圍第2項所述的短弧型水銀燈中，尤其是 器是薄片狀，上述容器內的釔、鉻、釩是粉體或 線狀，爲其特徵者。 申請專利範圍第5項所述的短弧型水銀燈， ❹ 專利範圍第3項或第4項所述的短弧型水銀燈中 ，上述容器是被安裝於支撐陰極的內部引線，爲 〇 依照本發明的短弧型超高壓放電燈，在鉅或 的密閉容器內，至少一起封入有釔、鍩、釩的任 有氣體，容器爲被安裝於電極之故，因而以構成 或鈮確實地吸收氧化，而以容器內的釔、銷、釩 吸收氫氣，而可確實地除去存在於發光管內的不 抑制發光管的透明失去或黑化，而且良好地可 是在申請 被封入在 任一種， .)，爲其 是在申請 ，上述容 粒子狀或 是在申請 ，上述容 粒子狀或 是在申請 ，尤其是 其特徵者 鈮所構成 一種與稀 容器的鉬 確實地可 純氣體， 放射波長 -8- 200949893 3 00〜3 5 0nm的紫外線者。 又，被封入在容器中的稀有氣體是至少包含氬、氪、 氙的任一種，其被封入的壓力P(Pa)是在室溫爲P270 (Pa)之故，因而在容器內發生稀有氣體的對流，藉由該 稀有氣體的對流可將容器內的釔、鉻、釩的高溫部分的熱 運到低溫部分而降低高溫部分的溫度，又可將容器內的氫 氣的平衡蒸氣壓保持在低狀態，把釔、锆、釩的氫氣的溶 @ 解度成爲高狀態，確實地可吸收氫氣者。 又，容器是管子狀之故，因而可採用藉由線將容器捲 繞至電極而加以固定的簡單的安裝構造，而且容器內的釔 、鉻、釩是粉體或粒子狀或線狀之故，因而增加表面積而 可提高氫氣的吸收效率。而且，即使釔、鉻、釩爲點亮燈 中會膨脹而體積變化，也以粉體或粒子狀或線狀被封入在 容器內之故，因而以容器內的空間，可吸收其體積變化量 ，而不會損傷容器。 〇 又，容器是薄片狀之故，因而可採用藉由將容器本身 直接捲繞至電極而加以固定的簡單的安裝構造，而且容器 內的釔、錯、釩是粉體或粒子狀或線狀之故，因而增加表 面積而可提高氫氣的吸收效率。而且，即使釔、銷、釩爲 點亮燈中會膨脹而體積變化，也以粉體或粒子狀或線狀被 封入在容器內之故，因而以容器內的空間，可吸收其體積 變化量，而不會損傷容器。 又，容器安裝於溫度比陽極側還要低的陰極的內部引 線之故，因而可抑制容器內的釔、鉻、釩的溫度上昇。 -9- 200949893 【實施方式】 說明本發明的短弧型水銀燈。 如第1圖所示地，本發明的短弧型水銀燈（以下，也 稱爲燈），是一對電極2、3相對配置於石英玻璃製的發 光管1內，2是陰極，而3是陽極。 在發光管1內’作爲稀有氣體封入有氙氣體爲0.8 atm 〇 與水銀爲25mg/ em3，使用直流型定電力電源而對於燈以 輸入電力9kW、120A被點燈的燈。 第2圖是表示圖示於第1圖的燈的陰極側的斷面圖。 陰極2是被嵌入於內部引線21的前端，藉由內部引 線被支撐。 又，也有內部引線21與陰極2爲由1支構造物被切 出所製作的情形，此時，陰極2與內部引線21是一體構 造物。 〇 又’在支撐陰極2的內部引線21，安裝具有吸氣功能 的容器4。 如第3圖所示地，該容器4是由钽或鈮所成的管狀筒 管41所構成，該筒管41的兩端是經熔融被密封，使得筒 管41的內部空間成爲與外部完全地隔離的狀態。 該筒管41是氫氣透過性，外徑2mm，厚度〇.3mm， 長度250mm，而在內部封入有粒子狀的釔42與稀有氣體 。在筒管41內，除了釔以外，也可封入锆、釩，或封入 此些的混合物也可以。 -10- 200949893 又，被封入於筒管41內的釔、鉻、釩是具有吸收氫 氣的吸氣功能者，並不是無間隙地塡充於筒管41內者， 而是塡充成存在著某種程度的間隙。 釔42或锆、釩是與水銀反應而製作合金之故，因而 被封入於容器4的內部成爲與發光管1內的水銀反應。 一方面，構成容器4的鉬或鈮，是即使與發光管1內 的水銀接觸也不會反應者，作爲容器具有隔離釔與水銀的 ❹ 功能。 被封入於容器4內的稀有氣體，是氬、氪、氙的任一 種，或是此些的混合氣體。 此些稀有氣體是與被封入於容器4內的釔、銷、釩不 會反應作爲條件，而由氬、氪、氙所選擇者。 回到第2圖，來說明對於容器4之電極的安裝構造， 在內部引線21所延伸的方向沿著內部引線21配置複數個 直管狀容器4,在該實施例中沿著內部引線21配置兩件容 〇 器4，容器4對於內部引線21不會移動般地，將鎢線5捲 繞於容器4而固定於內部引線21。 以下，說明容器4的吸氣功能。 在點亮燈中，從發光管1作爲不純氣體，放出氫氣或 水、氧氣。 其中，氧氣是不管容器4的溫度，對鉅或鈮所構成的 筒管41產生不可逆性的反應而被除去。 一方面，在點亮燈中，被放射於發光管1內的氫氣， 是筒管41不足5 00 °C時，被吸收於筒管41。亦即，筒管 -11 - 200949893 41不足500 °C時，氫氣被吸收於構成筒管41的鉬或鈮。 但是，在點亮燈中，當筒管41成爲5 00 °C以上，則被 吸收於筒管41的氫氣是被再放出，而被放出的氫氣，是 成爲在筒管41內的釔42被吸收。 釔是對於氫氣具有可逆性的吸收特性者，惟即使成爲 1000 °c的高溫狀態，也具有比鉅還高約兩位程度的氫氣溶 解特性者。 II 容器4是成爲高溫狀態則內部的釔42也成爲高溫， 會使釔42的氫的溶解度大幅度地降低，又，容器4內的 平衡氫氣蒸氣壓變高，而會降低吸收氫氣的能力。 所以，在容器4內封入稀有氣體。藉由將稀有氣體封 入於容器4內，而將容器4內的釔42的高溫部分的熱藉 由稀有氣體的對流搬運至低溫部分而可降低高溫部分的溫 度，又，可將容器4內的氬氣的平衡蒸氣壓保持在低狀態 ，又可將釔對氫氣的溶解度作成高狀態，而可確實地吸收 ❹ 氫氣。 又，被封入於容器4內的稀有氣體是熱導率愈高的氣 體，有效率地可進行容器4內的釔的熱輸送，而氬氣最適 用。 以下，詳細地說明容器4內的稀有氣體的對流現象。 如第1圖，第2圖所示，將燈垂直點燈把陰極2成爲 下方時，被安裝於內部引線21的周圍的容器4，是在容器 4的內部引線2 1側的側面與其相反側的發光管的空間側的 側面之間產生溫度差。 -12- 200949893 容器4的內部引線21側的側面，是從內部引線21以 熱傳導傳送熱而成爲被加熱的狀態。一方面，容器4的發 光管的空間側的側面，是沿著發光管內面的下降流在燈底 部反轉’使成爲冷的氣體沿著內部引線21上昇，藉由該 上昇氣流，成爲被冷卻的狀態。 因此’容器4是成爲內部引線21側的側面成爲高溫 狀態’而發光管的空間側的側面成爲低溫狀態。 〇 結果’在容器4內，稀有氣體的對流產生在溫度高的 部分與溫度低的部分之間，而藉由該對流的影響，將容器 4內的釔42的高溫部分的熱運到低溫部分而可降低高溫部 分的溫度’又可將釔對氫氣的溶解度作成高狀態，並可將 容器4內的氫氣的平衡蒸氣壓保持在低狀態，而可確實地 吸收氫氣者。 又，即使垂直點燈使陰極成爲上方時，或是即使陰極 與陽極在水平狀態下點燈時，容器4的內部引線21側的 〇 側面，是從內部引線21以熱傳導傳送熱而成爲被加熱的 狀態，容器4的發光管的空間側的側面是利用對流成爲被 冷卻的狀態之故，因而在容器4內，產生溫度高的部分與 溫度低的部分，而在容器4內產生稀有氣體的對流，可將 容器4內的釔42的高溫部分的熱運到低溫部分而可降低 高溫部分的溫度，可將釔對於氫氣的溶解度作成高狀態， 又可將容器4內的氫氣的平衡蒸氣壓保持在低狀態，而可 確實地吸收氫氣者。 亦即，容器4是在內部封入有稀有氣體而即使成爲高 -13- 200949893 溫狀態，也可確實地吸收發光管內的氫氣、氧氣之故’因 而可抑制發光管的透明失去或黑化’而且可良好地放射波 長300〜350nm的紫外線者。 又，釔對於容器4的內容量的體積爲9 5 %以下’會在 容器4內良好地發生對流者。 被封入於容器4內的釔、锆、釩是粉體、粒狀、線狀 較佳。此爲釔、鉻、釩的表面積會增加，而氫氣的吸收速 Q 度會變高。 釔或锆，釩爲粉體或粒子狀時，粒徑爲不足1mm，而 線狀時，直徑爲不足1mm而長度爲不足500mm最佳。 此爲，如下述地，折彎加工容器4時，乃爲了將容器 4的加工特性作成良好。 第4圖是表示容器4對於內部引線的安裝構造的其他 實施例的說明圖，陰極側的斷面圖。 在該實施例中，將釔封入於內部的直線狀容器4捲繞 〇 於內部引線21的周圍，而將容器4安裝於內部引線的構 造。 又，容器4對於內部引線21不會移動般地，將鎢線5 捲繞於與陰極2相反側的容器4的端部近旁的內部引線21 〇 第5圖是表示容器4對於內部引線的安裝構造的其他 實施例的說明圖，陰極的立體圖。 如第5圖所示地，在該實施例中，釔被封入於內部的 薄片狀的容器4，是事先沿著內部引線21彎曲的方式被彎 -14- 200949893 曲加工者。 將該被彎曲加工的容器4安裝於內部 器4對於內部引線21不會朝軸方向移動ί 捲繞於與陰極2相反側的容器4的端部近 <實驗1 > 〇 以下，使用將具有吸氣功能的容器多 發明的短弧型水銀燈，及未安裝容器的tt 銀燈，進行將波長帶300nm〜3 5 0nm之帛 有關於波長加以積分的放射照度予以比較 本案發明的短弧型水銀燈的構造是與 燈同樣，而規格是如下述。

燈電流 .....1 0 〇 A

燈電力 .....8KW 〇 發光管1····最大外徑11 cm、最大d 發光管內封入物·氙氣體（0.8atm) 容器3..... 構成材料：鉬 內容積：l.Oem3 封入物：釔（2.5g)與 釔體積/容器內容積： 容器安裝位置•支擦陰極2的內部引 比較用的短弧型水銀燈的構造，是從 引線21，使得容 ij方式，將鎢線5 旁的內部引線21 裝於電極的本案 較用的短弧型水 的分光放射照度 的實驗。 表示於第1圖的 I 13 cm 與水銀（25mg/ 氬（〇.6atm) 5 6% 線21 上述的本案發明 -15- 200949893 的短弧型水銀燈，僅除掉容器的構造。 點亮各該燈，將比較經過400小時之後的放射照度的 資料表示於第6圖。 在第6圖中’將本案發明的短弧型水銀燈的放射照度 資料表示作爲A，而將比較用的短弧型水銀燈的放射照度 資料表示作爲B。 由第6圖可知，波長帶3 0 0nm〜3 5 0nm之間的分光放 ❹ 射照度，是本案發明的短弧型水銀燈與比較用的短弧型水 銀燈相比較可知較高。 在實測値中，波長帶300nm〜350nm之間的分光放射 照度，是本案發明的短弧型水銀燈與比較用的短弧型水銀 燈相比較，增大約1 5 %。 由該實驗1，可知本案發明的短弧型水銀燈是藉由被 封入於容器內的釔，確實地吸收氫氣，良好地放射波長 300nm〜350nm的紫外線。 ❹ <實驗2 > 以下，使用在上述實驗1所使用的本案發明的短弧型 水銀燈，變更被封入在容器內的氬的壓力，進行將經過 400小時後的波長帶300ηιη〜3 50nm之間的分光放射照度 求出有關於波長予以積分的放射照度的實驗。 又，該實驗2的放射照度，是將在實驗1所使用的比 較用的短弧型水銀燈的經過400小時後的波長帶300nm〜 3 50nm之間的分光放射照度有關於波長予以積分的放射照 -16- 200949893 度作爲1 00%，而以相對値表示者。 將結果表示於如下的表1。 〔表1〕 容器內的氬封入壓力（Pa) 放射照度（％) 比較燈 無容器 100 燈1 35 105 燈2 54 106 燈3 60 109 燈4 70 110 燈5 100 115 燈6 150 115 由表1，可知本案發明的短弧型水銀燈中，若容器內 的壓力爲70 ( Pa)以上，則放射照度成爲1 10%以上，與 未安裝容器的比較用的短弧型水銀燈相比較，增大1 0%以 上放射照度。 又，由該實驗2，可知本案發明的短弧型水銀燈是在 容器內良好地發生對流而可將容器內的氫氣的平衡蒸氣壓 保持在低狀態，而抑制所封入的釔的溫度上昇而氫氣的溶 解度成爲高狀態，確實地可吸收氫氣。 又，即使將被封入於容器內的稀有氣體變更成氬以外 ，的氪或氙’或是即使將被封入於容器內的氫氣吸收物變 更成锆或釩，若容器內的稀有氣體的壓力爲70 (Pa)以上 ，也可得到同樣的效果者。 【圖式簡單說明】 -17- 200949893 第1圖是表示本案發明的短弧型水銀燈的說明圖。 第2圖是表示本案發明的短弧型水銀燈的陰極側的斷 面圖。 第3圖是表示本案發明的短弧型水銀燈的容器的說明 圖。 第4圖是表示本案發明的其他實施例的短弧型水銀燈 的陰極側的斷面圖。 〇 第5圖是表示本案發明的其他實施例的短弧型水銀燈 的陰極側的斷面圖。 第6圖是表示本案發明的放射照度資料及比較用的短 弧型水銀燈的放射照度資料。 【主要元件符號說明】 1 :發光管 2 :陰極 © 3 :陽極 4 :容器 41 :筒管 42 :釔、鉻、釩 5 :鉬線 -18-

Claims (1)

1. 200949893 七、申請專利範圍： 1· 一種短弧型水銀燈，是在石英玻璃製的發光管內， 封入有稀有氣體與水銀，具有一對電極的短弧型水銀燈， 其特徵爲： 在鉅或鈮所構成的密閉容器內，至少一起封入有釔、 鍩、釩的任一種與稀有氣體， 上述容器爲被安裝於上述電極。 0 2 ·如申請專利範圍第1項所述的短弧型水銀燈，其中 被封入在上述容器中的稀有氣體是至少包含氬、氪、 氙的任一種，其被封入的壓力P(Pa)是在室溫爲pg70 (Pa) ° 3. 如申請專利範圍第2項所述的短弧型水銀燈，其中 上述容器是管子狀，上述容器內的釔、锆、釩是粉體 ❹ 或粒子狀或線狀。 4. 如申請專利範圍第2項所述的短弧型水銀燈，其中 上述容器是薄片狀，上述容器內的釔、鍩、釩是粉體 或粒子狀或線狀。 5·如申請專利範圍第3項或第4項所述的短弧型水銀 燈，其中， 容器是被安裝於支撐陰極的內部引線。 -19-