TWI399783B - Short arc discharge lamp - Google Patents

Description

短弧型放電燈

本發明係關於短弧型放電燈，尤其係關於適用於半導體或液晶之製造領域等之曝光用光源或放映機之背光用光源的短弧型放電燈。

短弧型放電燈係由於在發光管內相對向配置的一對電極的前端距離較短而接近於點光源，因此藉由與光學系加以組合而作為曝光裝置用或放映機之背光用光源加以利用。

專利文獻1係揭示習知技術之短弧型放電燈。根據該文獻，已指出因氙短弧燈中作為發光氣體的氙氣、水銀蒸氣短弧燈中作為緩衝氣體的氙氣、氪氣及氬氣所造成的準分子發光，會引起在石英玻璃製放電容器的內面產生白濁的問題。此外，根據該文獻，以如上所示之問題的對策而言，記載有：規定由該放電容器之紫外線放射發散度成為最大的部分的內面起200μm之範圍的平均OH基濃度為7.8×10²⁴ 個/m³ 以上，而且由內面起深度20μm之範圍的平均OH基濃度為1.5×10²⁵ 個/m³ 以上、1.2×10²⁶ 個/m³ 以下的內容。

但是，如上所示在發光管含有OH基，其在發光空間內作為H₂ O進行擴散，在發光管內擴散的H₂ O係藉由來自弧光的熱而被熱分解為氧與氫。根據發明人等精心硏究的結果，發現如上所示在發光管內生成的氫會使照度的安定度降低。照度安定度的降低係由於弧光晃動，使對於光學系統之光的入射量或入射角度分布產生變化。晃動的周期雖依光學系統而異，但是會發生照度變動大致在數毫秒至數秒之間變大的所謂閃爍。該照度安定度的降低在畫像投影裝置中，會成為畫面閃爍而造成問題，在曝光裝置則會引起曝光不均的問題。

此外，在專利文獻2係揭示將用以吸收被放出至發光管內之氫的集氫器配置在發光管內的內容。第10圖(a)係顯示該文獻所記載之放電燈的概略構成圖，第10圖(b)係顯示第10圖(a)所示之放電燈所配備之集氫器的剖面構造圖。

第10圖(a)所示之放電燈係具備有：燈泡101、電極102、103、密封部104、金屬箔105。106為集氫器、107為石英棒、108為石英筒。集氫器106係如第10圖(b)所示，圓筒狀之由釔所構成的集氫器材料109被密封在由鉭等金屬所構成之包含有底圓筒110與蓋部111的金屬外皮112的內部。藉由使有底圓筒110的凸緣部110A與蓋部111作阻抗熔接，而將金屬外皮112的內部予以密封。集氫器106係如第10圖(a)所示，收納有集氫器106的石英筒108被固定在燈泡101，藉由將設在石英筒108的石英棒107的另一端熔接在燈泡101而固定在燈泡101。燈泡101內的氫係通過鉭等具氫透過性的有底圓筒110而侵入至內部，被集氫器材料109所吸附。集氫器材料109係被密封在由有底圓筒110及蓋部111所構成的金屬外皮112的內部，因此防止集氫器材料109與發光空間內的其他物質起反應，可效率佳地吸附氫。

但是，該放電燈係將集氫器106安裝在燈泡101的構造，因此會有集氫器106與作為燈泡101之構成成分的氧化矽起反應的情形。藉此會有燈泡101失透明而導致照度降低、或引起燈泡101破裂之虞。

此外，在專利文獻3係揭示一種將雜質氣體吸附構件藉由熔接等而接著在電極的短弧放電燈。第11圖(a)、(b)係分別記載於該文獻的陰極前端部的主要部位正面剖面圖及俯視圖，電極201係在除了圓錐狀部分202以外的平行部分，形成有具有直徑小於直徑d的細徑部203。細徑部203與線圈204之間的空處係被配設有由鋯箔所構成的筒狀集氣器205，利用熔接等適當的接著手段而被固定在細徑部203。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第2891997號

[專利文獻2]日本特公昭57-21835號

[專利文獻3]日本專利3380615號

本案發明人等係針對在將集氫器配設在發光管內時，將第10圖所示之集氫器材料109的金屬外皮112，如專利文獻3所示般，熔接在電極而予以固定的方法加以檢討。該方法雖然發現對上述燈泡的失透明及破裂極為有效，但是當將金屬外皮熔接在電極時，預測出在熔接中會在金屬外皮空出孔穴而使集氫器材料露出於發光管內，集氫器材料與被封入在發光管內的水銀等發光物質起反應，而會使集氫器材料的氫吸收功能降低。

本發明之目的在鑑於上述問題點，提供一種短弧型放電燈，其係在發光管內的電極配備將吸收氫的集氫器予以密閉，並且透過氫的中空容器的短弧型放電燈中，使前述集氫器不會固定在電極而予以配備。

本發明為了解決上述課題，請求項1所記載之發明係一種短弧型放電燈，係在發光管內，將由本體部及與該本體部連設的軸部所構成的一對電極彼此相對向配置，設置在透過氫的中空容器內封入吸收氫的集氣器材料而成的集氫器，該短弧型放電燈的特徵為：在前述軸部安裝有供載置前述集氫器的罩殼。

請求項2所所記載之發明係在請求項1之短弧型放電燈中，前述罩殼係具有用以使氫氣在該罩殼內流通的開口。

請求項3所記載之發明係在請求項1之短弧型放電燈中，前述罩殼被形成為線圈狀。

請求項4所記載之發明係在請求項1至請求項3中任一項之短弧型放電燈中，前述中空容器係形成為大致C字狀，被捲裝在前述軸部。

請求項5所記載之發明係在請求項4之短弧型放電燈中，當將前述軸部的直徑設為D2(mm)、前述大致C字狀的中空容器的內徑設為D1(mm)時，滿足下述數式(1)的關係：

數式(1)　D1-D2＞0.005(mm)。

藉由本發明之短弧型放電燈，在電極的軸部附設用以載置由將吸收氫的集氣器材料予以密閉，並且透過氫的中空容器所構成的集氫器的罩殼，配置在該罩殼內的集氫器未被固定在電極的軸部。因此，防止被密閉在中空容器內的集氣器材料露出於發光管內，而防止集氣器材料與被封入在發光管內的發光物質起反應，因此在放電燈亮燈時被放出至發光管內的氫會被集氣器材料確實吸收，而可防止放電燈的照度安定度降低。

使用第1圖～第5圖，說明本案發明之第1實施形態。

第1圖係顯示本實施形態之揭示一部分之發光管內部的短弧型放電燈1的構成的斜視圖。

如該圖所示，短弧型放電燈1係具備有：發光管11、及在其兩端接連的密封管部12A與12B。在發光管11的內部，陰極13的本體部13A與陽極14的本體部14A彼此相向配置，並且在放電空間S被封入有發光物質。至少封入水銀作為發光物質，封入氙、氬、氪之至少1種作為緩衝氣體。此外，亦可封入氙、氬、氪之至少1種以上作為發光物質。陰極13係藉由軸部13B及比其更為大徑的本體部13A所構成。在軸部13B，係在罩殼15內載置有在透過氫的中空容器內密閉吸收氫的集氣器材料而成的集氫器。此外，陽極14係藉由軸部14B及比其更為大徑的本體部14A所構成。

第2圖係顯示將被固定在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍之在內部載置有集氫器23的罩殼15的一部分作切口的構成的斜視圖。

如該圖所示，在罩殼15內，例如由具有大致C字形狀的中空容器16所構成的集氫器23被載置於未圖示的軸部13B周圍。其中，安裝罩殼15的場所若為電極部(本體部與軸部)即可，並非限定於陰極側的軸部。

第3圖(a)係顯示將吸附氫的集氣器材料17予以密閉，並且藉由使氫透過的金屬所構成的直管狀中空容器18的構成的斜視圖，第3圖(b)係由第3圖(a)的A-A觀看的剖面圖，第3圖(c)係由第3圖(a)的B-B觀看的剖面圖。

如該等圖所示，兩端的密封部18A、18B係藉由將構成中空容器18的直管部18C的兩端進行壓接加工，或藉由進行熔著或熔接，而予以氣密式密閉。藉此，將中空容器18內的集氣器材料17與放電空間隔離，防止與放電空間內的氣體直接接觸，並且使集氣器材料17不會漏洩至中空容器18的外部。其中，中空容器18並不一定必須在其兩端形成密封部，亦可形成為例如使用有底筒狀的構件而僅將一端側作密封的構造。

第2圖所示之具有大致C字形狀的中空容器16係藉由將第3圖(b)所示之中空容器18的兩端朝紙面的上側或下側進行彎曲加工而形成為C字形狀者。

第4圖係顯示在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，安裝有載置有由將集氣器材料17予以密閉，並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器的罩殼15之構成的剖面圖。

如該圖所示，罩殼15係形成有用以以上下插入電極軸部13B的開口151A、151B的圓筒狀容器，藉由例如鎢、鉬、鉭等材料所構成。在罩殼15係使由被捲裝在軸部13B的線圈狀線材所構成的一對防落構件19A、19B以上下包夾罩殼15的方式作配置，而被固定在軸部13B。罩殼15係上方側的開口151A的直徑大於軸部13B的直徑，通過開口151A而被放出至發光管11內的氫氣會被導引至罩殼15內。由中空容器16所構成的集氫器23不會有被熔接在軸部13B的情形，而在被捲裝在軸部13B周圍的狀態下被載置於罩殼15內，藉由罩殼15的底板152防止落下。

此外，如第4圖所示，由釔等吸收氫的材料所構成的集氣器材料17係被密封在由鉭等使氫透過的金屬所構成的大致C字狀的中空容器16內。中空容器16係由使氫透過，但難以與水銀起反應的金屬所構成，例如由鉭或鈮所構成。鉭及鈮可為單體，亦可為與其他物質的化合物。藉由該等物質所構成的中空容器16係效率佳地使氫透過，並且防止集氣器材料17與尤其水銀等放電媒體起反應，而且可去除發生在發光管11內的氫等不純氣體。集氣器材料17為例如釔或鋯。釔或鋯等物質的氫吸留力佳。釔及鋯可為單體，亦可為與其他物質的化合物。

接著，若針對軸部13B的直徑與形成為大致C字狀的中空容器16的內徑的關係加以說明，當將軸部13B的直徑設為D2(mm)，將大致C字狀的中空容器16的內徑設為D1(mm)時，滿足以下數式(1)的關係。

數式(1)　D1-D2＞0.005(mm)

亦即，若軸部13B的直徑D2與中空容器16的內徑D1滿足上述數式(1)的關係時，係在軸部13B與中空容器16之間介在有間隙。因此，藉由該間隙，在短弧型放電燈1亮燈時，軸部13B呈高溫化的情形下，阻礙熱由軸部13B流入至中空容器16。結果，抑制集氣器材料17高溫化，不會有損及集氣器材料17之氫吸收功能的情形。

第5圖係顯示製作中空容器16的內徑D1與軸部13B的直徑D2彼此不同之7種短弧型放電燈，將(D1-D2)與照度變動率(照度安定度)的關係進行實驗後的結果的表。

在此，實驗所使用的短弧型放電燈係如以下規格者。發光管內容積為1×10^-3 m³ 、氙封入量為8×10⁴ Pa、水銀封入量為35mg/cc、電極間距離為1×10^-2 m、陰極側軸部外徑為約8mm。

此外，實驗所使用的集氫器23的相關規格如以下所示。由內含將由作為氫吸留物質之釔所構成的集氣器材料17予以密封之大致C形狀的鉭中空容器16的罩殼15所構成，作為集氣器材料17之釔的量為1.0g，鉭中空容器16的尺寸係壁厚0.15mm，大致C形狀的鉭中空容器16的內徑為約8mm，外徑為13.5mm，高度為12mm，罩殼15的尺寸係內徑14mm、外徑16mm、內高度14mm、外高度16mm，材質係藉由Φ 1的純鎢而形成為覆蓋形狀者。

如該表所示，中空容器16的內徑D1為Φ 7.950～Φ 8.305mm，軸部13B的直徑D2的直徑為Φ 7.945～Φ 8.050mm。

此外，藉由實驗所計算出的照度變動率(照度安定度)的計算方法如以下所示。首先，將短弧型放電燈安裝在曝光裝置，在其光罩(遮罩)面設置照度計，接著在亮燈至短弧型放電燈的照度成為安定為止之後，測定出一定時間(例如在1秒鐘內測定100點)期間的照度。將所測定出的照度的最大值與最小值的差除以平均值，另外再乘上100，藉此計算出照度變動率(%)。

如該表之實驗結果所示，可知當中空容器16的內徑D1大於軸部13B的直徑D2時，即使該差值為0.005，亦可將變動率抑制為較低。亦即，藉由未密接，集氣器材料17的溫度下降，氫吸收量增加之故。其中，若中空容器16的內徑D1小於軸部13B的直徑D2時的差值係設為0.050以下。在D1-D2為負的情形下，藉由中空容器16所具有的彈性而被安裝在軸部。若D1-D2的值大於0.050，則在超過彈性界限的軸部13B無法放入中空容器16之故。

藉由本實施形態之短弧型放電燈，由構成發光管11的發光管構成構件被放出至發光管內的氫會流入至罩殼15內，透過集氫器23的中空容器16，藉由被密封在中空容器16內的集氣器材料17所吸收，因此可防止照度安定度降低。而且，集氫器23係中空容器16不會被熔接在軸部13B而被載置於罩殼15內，因此不會使集氣器材料17露出於發光管內，而不會發生發光管11失透明、破裂等不良情形，可在軸部13B周圍附設將集氣器材料17予以密閉的中空容器16。

使用第1圖及第6圖，說明本案發明之第2實施形態。

第6圖係顯示在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，取代罩殼15，而安裝有載置有由將集氣器材料17予以密閉，並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器23的罩殼20之構成的剖面圖。

如第6圖所示，罩殼20係在上壁部201A、下壁部201B的各個形成有開口202A、202B，下壁部201B的開口202B的開口端被熔接在軸部13B，藉此被固定在軸部13B。被設在上壁部201A的開口202A的直徑，係以被放出在發光管11內的氫可通過的方式，比軸部13B的直徑為更大。由密閉有集氣器材料17的中空容器16所構成的集氫器23係不會有被熔接在軸部13B的情形，而在被捲裝在軸部13B周圍的狀態下被載置於罩殼20內。被放出至發光管11內的氫氣係通過罩殼20的上壁部201A的開口202A而被導引至罩殼20內，透過中空容器16而被集氣器材料17所吸收。

使用第1圖及第7圖，說明本案發明之第3實施形態。

第7圖係顯示在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，取代罩殼15，而安裝有載置有由將集氣器材料17予以密閉，並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器23的罩殼21之構成的剖面圖。

如第7圖所示，罩殼21係藉由分別被設在上壁部211A、下壁部211B的開口212A、212B的開口端被熔接在軸部13B，而被固定在軸部13B。在下壁部211B係形成有用以將被放出在發光管11內的氫氣導引至罩殼21內的環狀開口213。由密閉有集氣器材料17的中空容器16所構成的集氫器23並不會有被熔接在軸部13B的情形，而在被捲裝在軸部13B周圍的狀態下被載置於罩殼21內。被放出在發光管11內的氫氣係通過罩殼21的下壁部211B的開口213而被導引至罩殼21內，透過中空容器16，而被集氣器材料17吸收。

使用第1圖及第8圖，說明本案發明之第4實施形態。

第8圖(a)係顯示在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，取代罩殼15，而安裝有載置有由將集氣器材料17予以密閉，並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器23的罩殼22之構成的斜視圖，第8圖(b)係揭示罩殼22之一部分的斜視圖。

如第8圖(a)、(b)所示，罩殼22係以包圍軸部13B的方式將線材彼此稠密捲繞，藉此形成為線圈狀，藉由將上端部221A及下端部221B熔接在軸部13B而被固定在軸部13B。在該罩殼22的內部，由密閉有集氣器材料17的中空容器16所構成的集氫器23在被捲裝在軸部13B周圍的狀態下予以載置。被放出在發光管11內的氫氣係通過構成罩殼22的線材的間隙而被導引至罩殼22內，透過中空容器16，而被集氣器材料17吸收。

使用第1圖及第9圖，說明本案發明之第5實施形態。

第9圖係在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，各中空容器與第3圖所示者相同，安裝有載置有由複數個直管狀中空容器16(1)…16(n)所構成的集氫器23的罩殼15的構成，揭示罩殼15之一部分的斜視圖。

如第9圖所示，在第4圖所示之罩殼15內，在軸部13B的周圍載置有由複數個直管狀中空容器16(1)…16(n)所構成的集氫器23。被放出至發光管11內的氫氣係通過罩殼15的開口151A而被導引至罩殼15內，透過中空容器16(1)…16(n)，被各中空容器內的集氣器材料17所吸收。其中，罩殼並非限定於第4圖所示之形狀的罩殼，亦可使用第6圖～第8圖所示之罩殼。

1．．．短弧型放電燈

11．．．發光管

12A、12B．．．密封管部

13．．．陰極

13A．．．本體部

13B．．．軸部

14．．．陽極

14A．．．本體部

14B．．．軸部

15．．．罩殼

16．．．中空容器

16(1)…16(n)．．．中空容器

17．．．集氣器材料

18．．．中空容器

18A、18B．．．密封部

18C．．．直管部

19A、19B．．．防落構件

20．．．罩殼

21．．．罩殼

22．．．罩殼

23．．．集氫器

151A、151B．．．開口

152．．．底板

201A．．．上壁部

201B．．．下壁部

202A、202B．．．開口

211A．．．上壁部

211B．．．下壁部

212A、212B．．．開口

213．．．開口

221A．．．上端部

221B．．．下端部

101．．．燈泡

102、103．．．電極

104．．．密封部

105．．．金屬箔

106．．．集氫器

107．．．石英棒

108．．．石英筒

109．．．集氫器材料

110．．．有底圓筒

110A．．．凸緣部

111．．．蓋部

112．．．金屬外皮

201．．．電極

202．．．圓錐狀部分

203．．．細徑部

204．．．線圈

205．．．集氣器

d．．．直徑

S．．．放電空間

第1圖係顯示第1實施形態之揭示一部分之發光管內部的短弧型放電燈1的構成的斜視圖。

第2圖係揭示被固定在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍之在內部載置有集氫器23的罩殼15的一部分的斜視圖。

第3圖係顯示將吸附氫的集氣器材料17予以密閉，並且藉由使氫透過的金屬所構成的直管狀中空容器18的構成的斜視圖、由A-A觀看的剖面圖、及由B-B觀看的剖面圖。

第4圖係顯示在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，安裝有載置有由將集氣器材料17予以密閉，並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器的罩殼15之構成的剖面圖。

第5圖係顯示將中空容器16的內徑D1與軸部13B的直徑D2彼此不同之7種短弧型放電燈中的(D1-D2)與照度變動率(照度安定度)的關係進行實驗後的結果的表。

第6圖係關於第2實施形態，在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，取代罩殼15，而安裝有載置有由將集氣器材料17予以密閉，並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器23的罩殼20之構成的剖面圖。

第7圖係關於第3實施形態，在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，取代罩殼15，而安裝有載置有由將集氣器材料17予以密閉，並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器23的罩殼21之構成的剖面圖。

第8圖係關於第4實施形態，在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，取代罩殼15，而安裝有載置有由將集氣器材料17予以密閉，並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器23的罩殼22之構成的斜視圖、及揭示罩殼22之一部分的斜視圖。

第9圖係關於第5實施形態，在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，安裝有載置有由複數個直管狀中空容器16(1)…16(n)所構成的集氫器23的罩殼15的構成，揭示罩殼15之一部分的斜視圖。

第10圖係顯示引用文獻2所記載之放電燈之概略構成及放電燈所具備之集氫器之剖面構造圖。

第11圖係專利文獻3所記載之陰極前端部的主要部位正面剖面圖及俯視圖。

1．．．短弧型放電燈

11．．．發光管

12A、12B．．．密封管部

13．．．陰極

13A．．．本體部

13B．．．軸部

14．．．陽極

14A．．．本體部

14B．．．軸部

15．．．罩殼

S．．．放電空間

Claims (4)

1. 一種短弧型放電燈，係在發光管內，將由本體部及與其連設的軸部所構成的一對電極彼此相對向配置，設置一在透過氫的中空容器內封入吸收氫的集氣器材料而成的集氫器，該短弧型放電燈的特徵為：在前述軸部安裝有供載置前述集氫器的罩殼，在前述軸部與前述中空容器之間介在有間隙。
2. 如申請專利範圍第1項之短弧型放電燈，其中，前述罩殼係具有用以使氫氣在該罩殼內流通的開口。
3. 如申請專利範圍第1項之短弧型放電燈，其中，前述罩殼被形成為線圈狀。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之短弧型放電燈，其中，前述中空容器係形成為大致C字狀，被捲裝在前述軸部。