TWI449082B - Excimer lamp - Google Patents
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Description
本發明係關於藉由使用含有氪氣、碘氣及氙氣的放電氣體作為放電媒體,以效率佳地放射300~380nm之波長範圍之紫外光的準分子燈。
在液晶顯示器之製造工程中,已使用一種在構成液晶之像素時使單體混入液晶,在使液晶分子呈傾斜的狀態下使單體聚合,藉此使液晶分子的傾斜方向固定的技術(PSA:Polymer Sustained Alignment)。藉由針對PSA所揭示的專利文獻1,以用以使單體聚合的光源而言,考慮到對液晶所造成的損害較少、單體的感度、液晶用玻璃的透過率等,以對單體照射例如波長300-380nm的紫外光為佳(專利文獻1的段落0237)。
以放射用以使單體聚合所需之波長300-380nm的紫外光的紫外線光源而言,已知有各式各樣,但目前乃為針對最適於PSA用途的光源反覆研究的階段。例如,將水銀作為放電媒體而主要放射波長365nm之紫外光的水銀燈、將金屬鹵化物作為放電媒體的金屬鹵素燈等成為PSA用途之光源的候補。
但是,水銀燈在欲裝載複數水銀燈來構成紫外線照射裝置時,會有紫外線照射裝置大型化的問題,此外,會有為了將水銀作為放電媒體而對環境所造成的負荷較大的缺點。金屬鹵素燈係在與投入電力相比,所放射的紫外線的輸出較低的能量效率方面存有問題,此外無法忽視為了將鹵化金屬作為放電媒體而對環境所造成的不良影響。
準分子燈在欲裝載複數準分子燈來構成紫外線照射裝置時,可使紫外線照射裝置較為小型化,並且與投入電力相比,所放射的紫外線的輸出較高,故能量效率較佳,而且由於使用氙氣、氪氣等稀有氣體作為放電媒體,因此對環境造成的負荷較小等在實用性方面具有較大優點,因此有希望作為PSA用光源加以使用。
準分子燈自以往以來主要作為藉由對液晶基板等被處理物的表面照射真空紫外線以進行被處理物之表面改質的光源而加以使用,但是在PSA用途中用以使單體聚合所需的波長300-380nm的波長範圍的紫外光的輸出並不足夠。
[專利文獻1]日本特開2003-149647號
基於以上,本發明的目的在提供一種準分子燈,其效率佳地放射用以使單體聚合所需的波長300-380nm之波長範圍的紫外光,俾以提供最適於PSA用途的光源。
為了解決上述課題,請求項1所記載之準分子燈係具備有:被封入有含有氪氣、碘氣及氙氣之放電氣體的放電容器;及以夾持被形成於前述放電容器內部的放電空間而相對向的方式作配置的一對電極的準分子燈,在前述放電空間發生:碘的準分子I2 *
所發出之峰值波長為342nm附近的發光、及氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
所發出之峰值波長為320nm附近的發光等雙方。
請求項2所記載之準分子燈係具備有:被封入有含有氪氣、碘氣及氙氣之放電氣體的放電容器;及以夾持被形成於前述放電容器內部的放電空間而相對向的方式作配置的一對電極,前述氙氣的濃度為0.05~2.0%。
請求項3所記載之準分子燈係在請求項2所記載之準分子燈中,前述氙氣的濃度為0.2~2.0%。
請求項4所記載之準分子燈係在請求項1或請求項2所記載之準分子燈中,前述放電氣體的全壓為40~133kPa。
藉由請求項1之發明之準分子燈,封入含有氪氣、碘氣及氙氣的放電氣體作為放電媒體,藉此在前述放電空間發生:碘的準分子I2 *
所發出之峰值波長為342nm附近的發光、及氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
所發出之峰值波長為320nm附近的發光等雙方,因此可使在PSA用途中使單體聚合所需之300~380nm之波長範圍的紫外光輸出提升。
藉由請求項2之發明之準分子燈,封入含有氪氣、碘氣及氙氣的放電氣體作為放電媒體,氙氣的濃度被規定為0.05~2.0%,因此可使在PSA用途中使單體聚合所需之300~380nm之波長範圍的紫外光輸出提升。
藉由請求項3之發明之準分子燈,在請求項2之準分子燈中,前述氙氣的濃度被規定為0.2~2.0%,因此可使在PSA用途中使單體聚合所需之300~380nm之波長範圍的紫外光輸出更加提升。
藉由請求項4之發明之準分子燈,在請求項1或請求項2所記載之準分子燈中,放電氣體的全壓被設為40~133kPa,因此可使在PSA用途中使單體聚合所需之300~380nm之波長範圍的紫外光輸出提升。
第1圖係顯示本發明之準分子燈之概略構成的斜視圖。第2圖係第1圖所示的A-A線剖面圖。準分子燈10係具備有藉由例如石英玻璃等介電質材料,如第2圖所示,構成為剖面呈方形狀的放電容器1。在放電容器1的內部被封入有主要含有氪氣、碘氣及氙氣的放電氣體。
放電容器1係在放電容器之長邊方向之兩端附近的內部配置密封構件2而將放電容器1與密封構件2熔接,藉此以放電氣體不會漏出至外部的方式予以氣密式密封。此外,在放電容器1之上下壁面3、4之各自的外表面,以夾著形成在放電容器1內部的放電空間S及構成放電容器1的介電質材料而相對向的方式設有網目狀的一對電極5、6。電極5、6係以形成有預定的網目狀圖案的方式藉由例如蒸鍍等所形成。
此外,在放電容器1的內部,在與光出射方向側的壁面3呈相反側的壁面4形成有例如含有SiO2
作為主成分的紫外線反射膜7,在放電空間S內所發生的紫外線藉由紫外線反射膜7而朝光出射方向反射,由位於光出射方向側的壁面3射出。
如上所示之構成之準分子燈係在一對電極5、6間供給例如1~120kHz之正弦波的高頻,藉此在面向放電空間S的內壁面發生無數針鬚般的無聲放電,藉由如上所示之無聲放電,形成為宛如放電空間S全體均等放電的狀態。
藉由如上所示之放電,被封入在放電容器的碘I的正離子I+
及陰離子I-
係如下述[化1]所示,藉由與放電氣體所含有之碘以外的氪原子或分子M起反應來形成碘的準分子I2 *
,並且碘的準分子I2 *
係如下述[化2]所示,反覆進行電離的反應。
I+
+I-
+M→I2 *
+M
I2 *
→I+
+I-
以上述[化1]所示形成在放電空間的碘的準分子I2 *
係放射出峰值波長為342nm的碘分子發光。成為形成碘的準分子I2 *
之基礎的碘離子I+
及I-
係藉由發生因準安定激發原子的能量而使碘被電離之被稱為潘寧效應(Penning Effect)的反應而生成。
該潘寧效應係基於氪的準安定激發原子的能量比碘原子的電離能量稍微高而發生。為供參考,準安定激發原子的能量係氪為9.9~10.5eV,碘原子的電離能量為10.4eV。因此,若將含有氪氣與碘氣的放電氣體封入放電容器,則在放電空間生成較多的碘離子I+
及I-
,而形成多數的碘的準分子I2 *
。
此外,被封入在放電容器的氙Xe與碘I係以下述[化3]所示加以結合,藉此形成氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
,並且氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
係如下述[化4]所示反覆進行分離的反應。
2Xe+I2
→2XeI*
2XeI*
→2Xe+I2
如上述[化3]所示所形成之氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
係放射峰值波長位於320nm附近的紫外光。
亦即,在放電空間S係同時發出:由碘的準分子I2 *
所放射之峰值波長位於342nm附近的紫外光、由氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
所放射之峰值波長位於320nm附近的紫外光。
其中,為了形成如上所述之碘的準分子I2 *
、氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
,較佳為將1~120kHz之正弦波高頻施加至準分子燈而以脈衝電流使其亮燈驅動。正弦波的頻率過高時,考慮到未形成準分子放電之所謂的休止期間會變短,由此會沒有形成碘的準分子I2 *
及氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
之時間上的餘裕,峰值波長分別位於342nm、320nm附近的紫外光發光強度會降低。另一方面,正弦波的頻率過低時,考慮到由於平均單位時間的發光次數變少,因此峰值波長分別位於342nm、320nm附近的紫外光發光強度會降低。
碘的準分子I2 *
係與碘離子I+
、I-
發生衝撞的氪Kr的原子或分子愈多則愈易於形成。氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
係放電氣體所含碘I、氙Xe的原子或分子較多時即易於形成。因此,當加高被封入在準分子燈的放電氣體的全壓時,變得易於形成碘的準分子I2 *
及氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
,使峰值波長為320nm附近及342nm附近的紫外光的發光強度提升。具體而言,以將放電氣體的全壓設為40~133kPa為佳。
在此,在本發明之準分子燈中,氙Xe的濃度被規定為0.05~2.0%。氙Xe的濃度係以氙氣相對放電氣體之全壓的分壓加以表示。亦即,氙氣的濃度係藉由將氙氣的分壓除以氪氣的分壓、碘氣的分壓及氙氣的分壓的合計所得。
因此,無須使由碘的準分子I2 *
所放射之峰值波長位於342nm附近的紫外光的輸出降低,即可提高由氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
所放射之峰值波長位於320nm附近的紫外光的輸出。因此,在PSA用途中成為所需之300-380nm之波長範圍的紫外光的輸出會提升,因此可充分供給用以使單體聚合所需的光能量。
以下針對為了決定封入至本發明之準分子燈的放電氣體所含氙氣的濃度所進行的實驗1至3加以說明。在實驗1至3中,係使用分別按照以下實施例1至3所示規格所製作出之第1及2圖所示構成之準分子燈。
實驗1係使用以氙氣的濃度為彼此不同的方式以下列規格所製作的複數準分子燈。
‧放電容器係具備有剖面呈方形狀的角筒形狀,全長200mm、寬幅32mm、高度14mm、放電間隙10mm、玻璃的厚度2mm。
‧電極係藉由將金進行網版印刷而形成,全長130mm、寬幅32mm、厚度5μm。
‧放電氣體係含有氪氣、碘氣及氙氣,全壓為120kPa。
‧碘氣的濃度共通為0.11%。
‧氙氣的濃度在0~5%的範圍內彼此不同。
‧亮燈頻率為70kHz。
實驗1係使實施例1之各準分子燈分別亮燈而針對各準分子燈調查出300-350nm之波長範圍之紫外光之發光頻譜的形狀變化。
第3圖係顯示將放電氣體所含氙Xe的濃度在0~5%的範圍內作各種變更時之準分子燈的發光頻譜。在第3圖中,縱軸為將Xe濃度1%時之波長342nm之紫外光的發光強度設為1時的發光強度的規格值,橫軸為波長(nm)。
如第3圖所示,在放電氣體未含有氙Xe時(Xe:0%),由氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
所放射之峰值波長位於320nm附近之紫外光的發光強度較低,另一方面,在放電氣體過剩含有氙Xe時(Xe:5%),由碘的準分子I2 *
所放射之峰值波長為342nm附近之紫外光的發光強度會降低。
相對於此,如第3圖所示,當氙Xe的濃度為0.05~2.0%時,由碘準分子I2 *
所放射之峰值波長為342nm附近的紫外光的發光強度較高,可提高由氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
所放射之峰值波長位於320nm附近的紫外光的發光強度。
尤其,當氙Xe的濃度為0.2~2.0%時,可提高由氙Xe與碘I的化合物的準分子XeI*
、碘準分子I2 *
分別所放射之峰值波長位於320nm、342nm附近之紫外光的發光強度。
實驗2係使用按每個放電氣體所含碘氣的各濃度,以氙氣的濃度為彼此不同的方式以下列規格所製作的複數準分子燈。
‧放電容器具備有剖面呈方形狀的角筒形狀,全長125mm、寬幅32mm、高度14mm、放電間隙10mm、玻璃的厚度2mm。
‧電極係藉由將金進行網版印刷所形成,全長130mm、寬幅32mm、厚度5μm。
‧放電氣體係含有氪氣、碘氣及氙氣,全壓為120kPa。
‧碘氣的濃度分別為0.04%、0.11%、0.91%。
‧氙氣的濃度在0.05~5%的範圍內彼此不同。
‧亮燈頻率為70kHz。
實驗2係使各準分子燈亮燈而測定出300-350nm之波長範圍之紫外光的積算照度。在實驗2中,係針對碘的濃度對氙Xe的最適濃度所造成的影響加以調查。
第4圖係顯示按每個碘的各濃度,將放電氣體所含氙Xe的濃度在0.05~5%的範圍內作各種變更時之300-350nm之波長範圍之紫外光的積算照度。在第4圖中,縱軸為將I2
濃度0.11%且Xe濃度1%時之波長342nm之紫外光的發光強度設為1時的規格值,橫軸為氙Xe的濃度。縱軸的積算照度為將氙Xe的濃度為1%時之300-350nm之波長範圍之紫外光的積算照度設為1時的規格值。
如第4圖所示,確認出:無關於碘I的濃度,當放電氣體所含氙Xe的濃度為5.0%時,300-350nm之波長範圍之紫外光的積算照度較低,相對於此,放電氣體所含氙Xe的濃度為0.05~2%時,300-350nm之波長範圍之紫外光的積算照度較高。
此外,由第4圖所示結果確認出:當放電氣體所含氙Xe的濃度為0.2~2%時,無關於碘I的濃度,300-350nm之波長範圍之紫外光的積算照度會特別高。
實驗3係使用按每個放電氣體的各全壓,以氙氣的濃度為彼此不同的方式以下列規格所製作的複數準分子燈。
‧放電容器具備有剖面呈方形狀的角筒形狀,全長125mm、寬幅32mm、高度14mm、放電間隙10mm、玻璃的厚度2mm。
‧電極係藉由將金進行網版印刷所形成,全長130mm、寬幅32mm、厚度5μm。
‧放電氣體係含有氪氣、碘氣及氙氣,全壓為93、120kPa。
‧碘氣的濃度共通為0.11%。
‧氙氣的濃度在0.01~5%的範圍內彼此不同。
‧亮燈頻率為70kHz。
實驗3係使各準分子燈亮燈而測定出300-350nm之波長範圍之紫外光的積算照度。在實驗3中,係針對放電氣體的全壓對氙Xe的最適濃度所造成的影響加以調查。
第5圖係顯示按每個放電氣體的各全壓,將放電氣體所含氙Xe的濃度在0.01~5%的範圍內作各種變更時之300-350nm之波長範圍之紫外光的積算照度。在第5圖中,縱軸為將全壓120kPa、Xe濃度1%時之300-350nm之波長範圍之紫外光的積算照度設為1時的規格值,橫軸為氙的濃度。
如第5圖所示,確認出:無關於放電氣體的全壓,若放電氣體所含氙Xe的濃度為0.01%及5%時,300-350nm之波長範圍之紫外光的積算照度較低,相對於此,若放電氣體所含氙Xe的濃度為0.05~2%時,300-350nm之波長範圍之紫外光的積算照度則較高。
此外,由第5圖所示結果確認出,若放電氣體所含氙Xe的濃度為0.2~2%時,無關於放電氣體的全壓,300-350nm之波長範圍之紫外光的積算照度特別高。
根據以上實驗結果確認出:在本發明之準分子燈中,藉由將放電氣體所含氙Xe的濃度規定在0.05~2%的範圍內、尤佳為0.2~2%的範圍內,則無關於碘1的濃度及放電氣體的全壓,可提高300-350nm之波長範圍之紫外光的發光強度。
1...放電容器
2...密封構件
3、4...壁面
5、6...電極
7...紫外線反射膜
10...準分子燈
第1圖係顯示本發明之準分子燈之概略構成的管軸方向剖面圖。
第2圖係第1圖所示之A-A線剖面圖。
第3圖係顯示實驗1之結果的曲線圖。
第4圖係顯示實驗2之結果的曲線圖。
第5圖係顯示實驗3之結果的曲線圖。
Claims (3)
- 一種準分子燈,係具備有:被封入有含有氪氣、碘氣及氙氣之放電氣體的放電容器;及以夾持被形成於前述放電容器內部的放電空間而相對向的方式作配置的一對電極的準分子燈,其特徵為:藉由將氙氣的分壓除以氪氣的分壓、碘氣的分壓及氙氣的分壓的合計所得的前述氙氣的濃度為0.05~2.0%。
- 如申請專利範圍第1項之準分子燈,其中,前述氙氣的濃度為0.2~2.0%。
- 如申請專利範圍第1項之準分子燈,其中,前述放電氣體的全壓為40~133kPa。
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