TWI451472B - Ultraviolet radiation device - Google Patents

Description

紫外線照射裝置

本發明係有關於一種主要是產業用的紫外線照射裝置，特別是有關於一種使用介電質屏蔽放電準分子燈等的裝置。

使用於上述產業用的紫外線照射裝置光源之一有例如專利文獻1所記載的具有172nm發光波長的氙氣準分子燈，為液晶面板用基板的乾洗淨等所經常使用。準分子燈係經常使用雙重燈管構造的燈，發光部沿軸方向延伸成管狀。在基板洗淨時，被照射對象物的基板係以既定的速度在輸送器上移動，至少在基板的稍微上方，在與輸送器流動方向正交的方向上設置燈。由於一口氣照射被照射對象物的寬度全體，同時以既定的速度移動基板，所以可對基板全體作均一的處理。

另一方面，在半導體處理的領域中，在各製程中，也多半使用紫外光進行半導體晶圓表面的加工、改質等。因此，配合各工程而使用波長172nm的氙氣準分子發光、波長222nm的氪與氯的準分子發光、或者是水銀共鳴線的254nm等的紫外光。

在如此的紫外光燈中，放電方式經常使用介電質屏蔽放電，在專利文獻2中，記載著介電質屏蔽放電的紫外線照射裝置。在專利文獻2中，為了減低介電質屏蔽放電所引起的電磁雜訊電波，並提高安全性，在燈殼內設置升壓元件，另一方面將商用頻率轉換成高頻的頻率轉換器係收納於其他的殼體中。

專利文獻1日本專利第3170952號公報

專利文獻2日本專利第2775698號公報

上述專利文獻2的介電質屏蔽放電燈裝置基本上具有降低介電質屏蔽放電所引起的電磁雜訊電波的效果。但根據申請人進行的更詳細的實驗，確認了產生由以上述專利文獻2的方法所無法解決的問題。

在習知的雙重管方式的燈中，其將內側電極形成於內側管的內側表面，將外部電極形成於外側管的外側表面。當在雙方的電極間施加數kV的高頻電壓時，在內側管與外側管之間的放電空間裏產生介電質屏蔽放電。由於在電極間施加數kV的高電壓，因此每次在兩電極間極性反轉時會產生的激烈的電磁雜訊。

介電質屏蔽放電，當施加電壓時的電壓起升速度越快，發光效率越好。因此，為了進行快速起升的矩形波驅動，使用FET等的切換元件將直流電壓轉換成交流矩形波，而將驅動電壓施加於燈上。

但是，根據申請人的詳細的實驗，瞭解了燈點亮時發生數個重要問題。藉由使電壓快速起升，在該瞬間，放電係瞬間且短時間連續產生，並且電壓變化越大，隨著產生的放電的電磁雜訊也越大。

根據實驗，切換電路與燈的距離偏離時，會有無法得到高發光效率裝置的問題此乃推測為當被加上中途的導電線、框體及纜線的外覆材、與接地電位之間的容量成分的影響時，最終施加於燈的電壓波形會產生變化。除此之外還有下述問題。藉由交流矩形波電壓流過導電線，電磁雜訊電波通過導電線而放射至外部，會妨礙對框體內部的控制電路。而且，電磁雜訊電波通過電源線而傳遞至商用線路。

在上述雙重管燈中，內側電極位於外側電極之內，由於外側電極為一般的接地電位，在放電部分產生的電磁雜訊電波也容易被遮蔽。另一方面，在準分子燈中也有單管式燈，在該單管燈中，沿著燈管的軸方向，在燈管的外面形成帶狀的一對電極，在電極之間施加高電壓。然而，在單管燈中，由於兩電極都形成於外面，在放電部分產生的電磁雜訊電波無法被遮蔽而放射至周邊空間。因此，在介電質屏蔽放電燈中(特別是單管式燈)，必須要有應付電磁雜訊的對策。

本發明的紫外線照射裝置，對被照射物照射紫外線，包括：放電燈，由介電質屏蔽放電而放射準分子光之紫外線；燈殼，收納放電燈，並具有供紫外線穿透至外部的窗部；以及電源，點亮放電燈，其中在燈殼內或燈殼附近，設有將成為電源的一部份的直流電壓轉換成高頻率的切換元件，以及將成為電源的一部份的低電壓升高至高電壓的升壓機構。例如，在上述燈殼之外，設置低頻率低壓交流電源或低壓直流電源。

於此，設置於燈殼的附近表示實質上與設置於燈殼內部得到同等效果之位置，例如為僅容納放電燈的燈殼與容納切換元件、升壓元件的框體鄰接設置的構造。又，也包含在燈殼內設置隔板，分別容納於獨自的殼體的構造。

放電燈，例如在單管的軸的兩側設置帶狀的電極，而對電極對施加略呈矩形波的交流電壓。與雙管式的放電燈相比，容易放射至外部的電磁雜訊也確實由上述構造而被屏蔽。將燈殼連接至低壓直流電源時，升壓機構由例如變壓器所構成。又，在低頻交流電源時，升壓機構由例如科克羅夫特電路所構成。

根據本發明，即使由略呈矩形波的高頻波、高電壓而點亮放電燈，也可確實防止電磁雜訊的產生，而實現可靠度高的紫外線照射裝置。又由於施加電壓夠高，可實現放射照度高的紫外線照射裝置。特別是，由於即使在單管的放電燈中也可以防止雜訊發生，因此可提供比較小型的廉價的紫外線照射裝置。

以下，參照圖式說明本發明的實施形態。

第1圖為第一實施形態的紫外線照射裝置的示意圖。

紫外線照射裝置具有由金屬製框體所構成的燈殼10。在燈殼10的內部，設有放電燈12。放電燈12為合成石英製的介電質屏蔽放電燈，形成雙重圓筒形的構造。即，構成介電質屏蔽的內側管與外側管(未圖示)係同軸配置，中空圓筒狀的放電空間形成於其間。

在外側管的外面，設有透光的導電性網的電極(未圖示)，在內側管的內側設有薄膜電極(未圖示)。在放電空間中封入稀有氣體的單體或稀有氣體與鹵素氣體的混合氣體。做為燈殼10的一部份的照射窗14係由石英板構成，設於與放電燈12相向的位置上。

在燈殼10的外部，配置有具備電源控制電路的低壓直流電源20。另一方面，在燈殼10內部，設有放電燈12之同時也設有由FET等所構成的切換電路16與升壓變壓器18。低壓直流電源20係經由纜線22而與燈殼10內的切換電路16連接，藉此電源供電。

切換電路16係將低壓直流電源20所供給的低壓直流電壓的波形轉換成高頻的交流矩形波。例如，切換電路16包括4個切換元件所構成的全橋式轉換器(full bridge circuit)以及由2個切換元件所構成的推挽式轉換器(push pull circuit)。而且，也可以組合一個切換元件與升壓變壓器而構成馳返式換流器(flyback inverter)。

升壓變壓器18係將經由纜線17從切換電路16輸送的交流矩形波電壓升壓至數kV。然後，升壓後的高頻電壓經由纜線15施加於放電燈12。在放電燈12中，由介電質屏蔽放電而產生準分子光，由此，紫外線通過照射窗14而放射至外部。

由於在放電燈12中施加電壓時的電壓變化越大發光效率越好，切換電路16將直流電壓盡可能地轉換成起升速度快或電壓變化大的矩形波交流電壓。結果，雖然在施加電壓時產生激烈的電磁雜訊電波，由於做為電源機構的一部份的切換電路16、升壓變壓器18設置於燈殼10內部，搭載於升壓變壓器18、纜線15等的電磁雜訊電波被屏蔽，而可防止放射、傳遞至燈殼外部。

又，由於切換電路16設於燈殼10內部，交流矩形波電壓不會流過位於燈殼10外部的纜線22。因此，電磁雜訊不會搭載於導電線上而漏出，可防止通過電源線而傳遞至商用線路。而且，由於切換電路16與放電燈12的距離近，朝放電燈12施加的電壓波形穩定，發光效率提升。

而且也可構成為，在低壓直流電源20內部設有控制切換電路16的控制電路，藉由將控制訊號發送至切換電路16而進行調光控制。藉由提高頻率，可實現進一步的高頻驅動而得到高照度。

接著，使用第2圖說明第二實施形態的紫外線照射裝置。在第二實施形態中，設置交流電源之同時，設置單管式的放電燈。除了此特徵以外的構造，實質上與第一實施形態相同。

第2圖為第二實施形態的紫外線照射裝置的示意圖。

紫外線照射裝置具有燈殼30，在燈殼30的內部設有放電燈32、科克羅夫特電路36、以及切換電路38。在燈殼30的外部設有低壓交流電源40，經由纜線42而連接於科克羅夫特電路36。

放電燈32為產生介電質屏蔽放電的單管式燈，其於石英製的燈容器外面，沿著容器的軸方向形成帶狀的一對電極(未圖示)。科克羅夫特電路36係由二極體與電容器構成，其具有升壓機構及整流電路的功能。切換電路38具有控制電路39，由控制電路39調整矩形波。

由低壓交流電源40經由纜線42將商用電力供給至燈殼30的科克羅夫特電路36。科克羅夫特電路36係將交流電壓轉換成直流的高電壓，經由纜線37輸送至切換電路38。切換電路38係將直流高電壓轉換成交流矩形波的高頻電壓。當急速起升並波形未崩潰的矩形波電壓經由纜線35施加於放電燈32的電極時，紫外光通過照射窗34而放射至外部。而且，切換電路38串聯複數個FET，藉由同時進行ON-OFF而可實現耐高電壓的動作。

即使在第二實施形態中，由於施加高頻的矩形波電壓於燈32，放電區域變多，而實現放射輸出大的穩定的點燈動作，而可進行發光效率佳的紫外線照射。又，即使在單管的放電燈32中，也可以與第一實施形態同樣地屏蔽電磁雜訊，可防止雜訊電波朝燈殼外部放射。

在第一、第二實施形態中，雖然低壓的直流或交流電源設置於燈殼外部，不過將低壓電源配置於燈殼內部亦可。又，放電燈與切換電路及升壓變壓器等的電路機構之間作分隔，將該等電路機構收納於別的殼體中，與放電燈接近排列亦可。又，容納升壓變壓器等的電路機構的框體設置於僅容納放電燈的燈殼附近，用較短的纜線連接亦可。

不將商用電源的頻率不變只進行升壓，將低頻交流電壓供給至燈殼內亦可。此時，在燈殼內，由全波整流電路轉換成直流電壓，由切換電路轉換成高頻的矩形波電壓後，藉由升壓機構升壓亦可。

介電質屏蔽放電燈的種類並不限於第一、第二實施形態，例如也可以是封入氙氣與氯氣的混合氣體而放出308nm的紫外光的燈。此時燈容器可使用硬質玻璃。

10、30．．．燈殼

12、32．．．放電燈

14、34．．．照射窗

15、17．．．纜線

16、38．．．切換電路

18．．．升壓變壓器

20．．．低壓直流電源

22．．．纜線

36．．．科克羅夫特電路

37．．．纜線

39．．．控制電路

40．．．低壓交流電源

第1圖為第一實施形態的紫外線照射裝置的示意圖。

第2圖為第二實施形態的紫外線照射裝置的示意圖。

10．．．燈殼

12．．．放電燈

14．．．照射窗

15、17．．．纜線

16．．．切換電路

18．．．升壓變壓器

20．．．低壓直流電源

22．．．纜線

Claims (5)

1. 一種紫外線照射裝置，對被照射物照射紫外線，包括：放電燈，由介電質屏蔽放電而放射準分子光；燈殼，收納上述放電燈，並具有供紫外線穿透至外部的窗部；以及電源，點亮上述放電燈，其中，在上述燈殼之外設置有作為上述電源的一部份的低壓直流電源，在上述燈殼內或上述燈殼附近，設有將成為上述電源的一部份的切換元件以及升壓機構，上述切換元件透過連接至上述低壓直流電源將上述低壓直流電源所傳送的低壓直流電壓轉換為高頻交流電壓，上述升壓機構透過連接至上述切換元件將上述高頻交流電壓升壓，且上述升壓機構將升壓後的高頻交流電壓施加至上述放電燈。
2. 一種紫外線照射裝置，對被照射物照射紫外線，包括：放電燈，由介電質屏蔽放電而放射準分子光；燈殼，收納上述放電燈，並具有供紫外線穿透至外部的窗部；以及電源，點亮上述放電燈，其中在上述燈殼之外設置有作為上述電源的一部分的低頻率低壓交流電源，在上述燈殼內或上述燈殼附近，設有將成為上述電源的一部份的升壓機構以及切換元件，上述升壓機構透過連接至上述低頻率低壓交流電源將上述低頻率低壓交流電源所傳送的交流 電壓轉換為直流高電壓，上述切換元件透過連接至上述升壓機構將上述升壓機構所傳送的直流高電壓轉換為交流矩形波的高頻電壓，且上述切換元件將交流矩形波的高頻電壓施加至上述放電燈。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之紫外線照射裝置，其中上述放電燈在單管的軸的兩側設置帶狀的電極對，而對上述電極對施加略呈矩形波的交流電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之紫外線照射裝置，其中上述升壓機構為變壓器(transformer)。
5. 如申請專利範圍第2項所述之紫外線照射裝置，其中上述升壓機構為科克羅夫特電路(Cockcroft circuit)。