TW201227797A - Short arc type discharge lamp - Google Patents

Description

201227797 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於短弧型放電燈，特別是用於半導體或液 晶製造領域之曝光用光源或投影機的背光用光源之短弧型 放電燈。 【先前技術】 短弧型放電燈因其發光管內相對向配置的一對電極彼 此之前端距離短，接近點光源之發光形式，故一直以來皆 與光學系統結合，用於曝光裝置或投影機之背光用光源。 日本特開平1 0- 1 8 8 890號公報（專利文獻1 )中揭示了 習知之短弧型放電燈。 圖13中揭示了該種習知之短弧型放電燈，其中短弧型 放電燈之發光管20，具備了位於中央而形成略呈球狀之發 光部21，及該兩端之封止部22。在發光部21內，有鎢等構 成之陰極23與陽極24採相對向配置而彼此相對，同時內部 之發光空間S當中封入了水銀、氙氣等發光物質。 連接設置前述陰極23及陽極24之電極軸，藉由未圖示 之金屬箔而被封止於兩邊之封止部22。 然而近年來，用於半導體或液晶面板製造工程之前述 短弧型放電燈，如日本特開2000- 1 8 1 075號公報（專利文 獻2 )中所見，爲求省電，並非總是以固定的電力來點燈 ，而是僅在曝光時以額定電力來點燈（一般點燈模式）， 當於基板移動中等待命情況時，則以較前述額定電力更小 -5- 201227797 之下限電力來點燈（待命點燈模式）。以下稱這樣的點燈 方式爲「額定-待命點燈」（full/standby )。 舉例來說，曝光時以額定電力使其點燈0.1 ~10秒，待 命時則以較額定電力更小的待命電力使其點燈0.1〜100秒 ，如此反覆。 但是，放電燈於點燈、熄燈時，或如前述額定-待命 點燈情形下輸入電力改變時，因從弧流入陽極之熱流束產 生變化，故陽極溫度亦會改變，致使陽極產生內部應力。 此時如圖14所示，陽極24前端面當中直接與弧相對之 前端中央部3 0，會是溫度變化最劇烈的部分，其熱膨脹也 會增大。相對地，該中央部30周邊之周邊環狀部3 1，較前 述中央部3 0而言溫度變化較爲緩和，其熱膨脹也較小。 是故，前端中央部30熱膨脹較大，便會受到熱膨脹較 小的周邊環狀部31給予壓縮應力，結果導致中央部變形而 自前端面突出。 此一突出即使於額定點燈情形下陽極前端溫度趨於穩 定之後，也會留下形狀，無法完全回復原本的樣子。再者 ，尤其是於額定-待命點燈時，此一變形會反覆發生，突 出會逐漸累積而變得肥大。 如此一來，放電會集中於變得肥大的突出部，使得該 突出部異常過熱，電極物質便會蒸發而附著於發光管內壁 ，導致該發光管內壁黑化，引發照度急遽降低的問題。 〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕 -6- 201227797 [專利文獻1]日本特開平10_188890號公報 [專利文獻2]日本特開2000_ 1 8 1 075號公報 【發明內容】 〔發明所欲解決之課題） 本發明所欲解決之課題，乃是鑑於前述習知技術之問 題點’特別針對採用額定-待命點燈方式之短弧型放電燈 ，提供一種新的短弧型放電燈，其具有之陽極構造能夠緩 和陽極前端所產生之熱應力、防止陽極前端之.中央部分突 出變形、並且防止黑化。 〔用以解決課題之手段〕 爲解決前述課題，本發明之短弧型放電燈，係於陽極 之前端中央部形成有開口，於前述開口內插入有插入體， 前述陽極開口的內表面或插入體的外表面之至少其中一者 ，形成有溝槽或凹部，藉由將前述插入體與前述陽極開口 內接合，使得前述陽極內形成空隙。 此外，前述插入體的外表面形成有複數個環狀溝槽。 此外，前述插入體的外表面形成有螺旋狀溝槽。 此外，前述插入體的外表面於圓周方向及軸方向形成 有點狀凹部。 此外，前述插入體是由環狀插入體，及插入前述環狀 插入體的開口內之棒狀插入體所構成。 201227797 〔發明之功效〕 本發明之短弧型放電燈，是沿著陽極前端面的前端中 央部及其周邊環狀部之邊界區域，於軸方向形成空隙；如 此一來，特別是在額定-待命點燈等情形時，即使陽極前 端部的溫度產生變化，前端中央部之熱變形也會鑽入該空 隙內而被吸收，可防止此前端中央部變形而朝前方突出， 故該前端中央部不會受到異常加熱，從而能避免發光管提 早黑化。 【實施方式】 圖1中，陽極1之前端面2當中直接與弧相對之前端中 央部2a、及構成該中央部2a周邊部分之周邊環狀部2b，沿 著兩者之邊界區域R，於軸方向形成有複數個空隙10。 在此實施例中，該空隙10是由個別的圓環狀（亦即甜 甜圈狀）之空隙11所構成，該圓環狀空隙11於軸方向每隔 一段距離散布著。 圖2揭示了形成此一空隙1〇之手段。 陽極1的前端面2之前端中央部2 a係由鎢等材料所構成 ’其前端形成有開放性之開口 3。另一方面，插入體4與陽 極1同樣是由鎢等材料所構成，且形成對應於前述開口 3之 形狀’而其外周更形成有於圓周方向延伸之複數個環狀溝 槽5。 一般而言，爲使前述開口 3及插入體4的壓入作業較爲 容易，其形狀以先端大致較細的推拔狀爲佳。 -8 - 201227797 將此插入體4壓入開口 3之中’並以適當手段將兩者接 合。如此一來’陽極1便如圖1所示’沿著中央部2a與周邊 環狀部2b之邊界區域R形成圓環狀空隙11°此一圓環狀空 隙11各自獨立，於軸方向複數個散布著’其整體構成空隙 10 ° 圖3揭示了形成圖1之空隙1 0的其他手段。在此形態中 ，陽極1的開口 3之內周面形成有於圓周方向延伸之環狀溝 槽6 〇 將此開口 3與插入體4壓入接合，便能得到圖1所示之 陽極構造。 另外，環狀溝槽5、6未必只能形成於插入體4與開口 3 的其中一者，兩者皆形成亦可。 圖4揭示了插入體4之其他形態，在此，插入體4於其 外周形成有螺旋狀溝槽7。透過將此插入體4壓入接合於陽 極1之中，該陽極便會形成螺旋狀之空隙。（未圖示） 圖5揭示了另一實施例，在此，插入體4之外周於圓周 方向及軸方向形成有點狀凹部8。透過將此插入體4插入並 接合於陽極1的開口 3，陽極前端當中，沿著前端中央部與 周邊環狀部的邊界區域之圓周方向，以及延伸於軸方向皆 會形成點狀空隙。（未圖示） 此外，上述實施例中所示之插入體4雖是由單一構件 所構成，但以兩個以上的構件組成亦可。圖6揭示該種實 施例。 該圖中’插入體4係由環狀插入體4a、及插入其開口 -9 - 201227797 3 a之棒狀插入體4b所組成，而環狀插入體4a與棒狀插入體 4b之外周分別形成有圓周方向之溝槽5a、5b。 而將它們組合成爲插入體4之後，再插入並接合於陽 極1的開口 3之內。插入體4與陽極1接合時，先將環狀插入 體4 a與棒狀插入體4b兩者組合，並於插入陽極1的開口 3內 之狀態下一次予以接合，如此作業效率較佳。 如此一來，陽極1之前端會於圓周方向呈同心圓狀形 成雙重空隙》 接下來，揭示陽極3與插入體4之接合方法的具體例子 如下。 圖7所示者乃是以圖2之情形爲例。圖7中如（A )所示 ，陽極本體1之前端中央形成有開口 3，同時插入體4之外 周於圓周方向延伸形成環狀溝槽5。 接著如（B )所示，將此插入體4壓入陽極1的開口 3之 中。在兩者間施以電漿放電而使兩者接合，便如（C)所 示，陽極前端分布於軸方向會形成複數之圓環狀空隙11。 其後，再經由切削加工來形成陽極之前端形狀。 前述利用電漿放電進行接合之裝置例如圖8所示。 於陽極本體1內插入有插入體4之狀態下，將加壓裝置 15以隔著碳板16的方式設置完成。使加壓裝置15所處的腔 室內形成真空狀態，並對工件（陽極與插入體）持續施加 一定之荷重（2kN以上）。 接下來，施加足以引發電漿放電之脈衝電壓（脈衝頻 率15〜999ms、電流峰値40〜800A、電壓峰値3~30V)且持 -10- 201227797 續一定時間（30〜60sec )，開始通電。 將工件之嵌合部份進行加熱（1 5〇〇〜23 00。(：）使其產 生熱膨脹’嵌合部會開始熱變形，當工件的高度縮短至所 需量（0.5mm)後，停止通電。 令其冷卻後，解除腔室內之真空狀態，並取出工件。 如此一來，陽極1之開口 3與插入體4之界面即接合完 成。 此外，陽極1與插入體4之接合方法，除前述電漿放電 接合以外’尙可如圖9之（A) 、（B)所示，以摩擦壓接 之方式來實行。 如該圖所示，令陽極本體1或插入體4之其中一者，又 或者令兩者一面旋轉一面壓入。其後同前述方法，將陽極 1之前端以切削加工方式使成爲適當之前端形狀。 以此方式形成的陽極前端形狀，其剖面相片如圖1 0所 示。 在此相片中，左側爲陽極1之部分剖面，可看出其係 由相對而言粒徑較大之鎢材料所構成。右側則爲插入體4 之剖面，可看出其係由相對而言粒徑較小之鎢材料所構成 〇 陽極1與插入體4之邊界區域，是由前述溝槽5所構成 之圓環狀微小空隙1 1群體，沿兩者之邊界分布於軸方向所 形成’其整體構成空隙1 0。每個微小空隙之寬度，在此例 中爲直徑0.05〜0.20mm。 此外，前述空隙1 0所形成之區域，亦即陽極前端面2 -11 - 201227797 當中直接對應於弧的前端中央部2a、及其與外周的周邊環 狀部2b之間的邊界區域R，它們應該形成在前端面2的什麼 位置，是由放電燈之規格所決定，例如封入氣體種類、氣 體壓力、輸入電力、額定-待命點燈條件等。 圖1 1及圖1 2揭示實驗結果。 實驗所準備之本發明放電燈，其具備之陽極乃具有空 隙，而如圖1 4比較例之放電燈則具備習知之陽極。 各自之放電燈於發光管內封入有2.2mg/cm3的水銀及 略一大氣壓之氙氣，且額定電力爲4.3 kW。 以此些放電燈進行額定-待命點燈，亦即反覆以額定 電力（4.3 kW )進行6秒之額定點燈，及以一半之額定電力 (2.1 5kW)進行26秒之待命點燈，從而進行點燈壽命實驗 〇 圖11之折線圖揭示了點燈持續時間及陽極前端長出之 突起長度（前端突起長度）之間的關係。 而圖12之折線圖則揭示了點燈持續時間及i線（波長 爲3 65nm之紫外線）之照度維持率之間的關係。此外，照 度維持率之表示方式，係訂定點燈開始時之照度爲1，而 持續一段時間後之照度則爲其百分比。 從此些折線圖中可以得知，比較例隨著點燈時間的經 過，其長出前端突起之速度較快，經過750小時後已超過 1.3mm，而照度維持率也掉落至85 %。 相對的，本發明之放電燈於同樣經過7 5 0小時後，照 度維持率尙能維持在將近1 00% ;甚至經過1 500小時後，前 -12- 201227797 端突起還能抑制在0.75mm以下，而照度維持率也還保持 90%以上的水準。 綜上所說明的，本發明之短弧型放電燈，在採用額 定-待命點燈方式之情形下，即使陽極之前端中央部分受 到加熱而產生熱膨脹，因爲其與沿周邊環狀部之邊界區域 形成有空隙，該膨脹部分會鑽入該空隙內而被吸收，使得 該前端中央部不會從陽極前端面局部突出，從而防止該部 分異常過熱而蒸發，達到良好之效果。 藉此，便能製造出長時間點燈下仍有高照度維持率之 放電燈。 【圖式簡單說明】 [圖1]本發明之短弧型放電燈中第1實施例之陽極前端 部重要部位剖面圖。 [圖2]製造圖1之陽極構造方法的第1形態說明圖。 [圖3 ]製造圖1之陽極構造方法的第2形態說明圖。 [圖4]第2實施例中用以製造陽極構造之插入體說明圖 〇 [圖5]第3實施例中製造陽極構造方法之說明圖。 [圖6]第4實施例中製造陽極構造方法之說明圖。 [圖7]插入體與陽極之接合方法說明圖。 [圖8]用以實施圖7之接合方法的裝置之說明圖^ [圖9]其他接合方法之說明圖。 [圖1〇]接合部分之擴大剖面相片。 -13- 201227797 [圖π]證明本發明功效之前端突起長度圖表。 [圖12]證明本發明功效之照度維持率圖表。 [圖1 3 ]習知技術之全體圖。 [圖14]圖13之部分說明圖。 【主要元件符號說明】 1 .陽極 2 :前端面 2a :前端中央部 2b :周邊環狀部 3 :開口 4 :插入體 5 ：(插入體）環狀溝槽 5a :環狀插入體 5b :棒狀插入體 6 ：(開口）環狀溝槽 7 :螺旋狀溝槽 8 :點狀凹部 1 0 :空隙 1 1 :圓環狀空隙 -14-

Claims (1)

1. 201227797 七、申請專利範圍： 1. 一種短弧型放電燈，係於發光管內相對向配置有一 對陽極與陰極之短弧型放電燈，其特徵爲： 前述陽極之前端中央部形成有開α，於前述開口內插 入有插入體； 前述陽極開口的內表面或插入體的外表面之至少其中 —者，形成有溝槽或凹部； 藉由將前述插入體與前述陽極開口內接合，使得前述 陽極內形成空隙。 2 ·如申請專利範圍第1項之短弧型放電燈，其中，前 述插入體的外表面形成有複數個環狀溝槽。 3. 如申請專利範圍第1項之短弧型放電燈，其中，前 述插入體的外表面形成有螺旋狀溝槽。 4. 如申請專利範圍第1項之短弧型放電燈’其中，前 述插入體的外表面於圓周方向及軸方向形成有複數點狀凹 部。 5 .如申請專利範圍第1項之短弧型放電燈’其中’前 述插入體是由環狀插入體，及插入前述環狀插入體的開口 內之棒狀插入體所構成。 -15-