TWI559358B - An excimer lamp and its lighting method and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

準分子燈及其點燈方法和製造方法

本發明係有關於利用介電質放電來發光的準分子燈，且特別有關於準分子燈的電極構造。

在準分子燈中，會在石英玻璃組成的發光管的內側配置內側電極，在發光管的外周面配置外側電極。然後，在內側電極與外側電極之間形成的放電空間封入Xe等惰性氣體。供給高頻脈衝信號使介電質放電發生於放電空間，準分子光透過管壁往燈管外部放射(例如，參照專利文獻1)。

為了得到光輸出的空間均一性與時間安定性，外側電極會緊密黏著於發光燈的外側。例如，將具有燈軸方向伸縮性的圓筒狀電極網安裝於放電燈中，消除電極與發光燈間的空隙使放電安定化(參照專利文獻2)。

[先行技術文獻]

專利文獻1：特開2004-265717號公報

專利文獻2：特開平07-014554號公報

根據準分子燈的設置環境，有時難以確保提供較大的電力。在只能使用小電力的電源裝置的情況下，無法以充分的光強度發光。

因此，需要一種能夠抑制供電電力且具有高發光效率的準分子燈。

本發明的準分子燈具有發光管、配置於發光管外側的外側電極、配置於發光管內側的內側電極，外側電極被形成為包圍發光管，也就是包覆發光管的構造。

準分子燈可以適用單管式、雙重管式等、或可以適用任意發光管配置構造。例如在單管式的情況下，內側電極能同軸配置於發光管的內側，外側電極則可配置於發光管的外表面，其使得紫外光通過管壁放射至燈管外的構造即可。外側電極可例如以沿著軸方向延伸的網狀電極構造包覆發光管全體。

本發明中，內側電極與外側電極間的徑方向靜電容量 沿著圓周方向並不均一，介電質放電發生在靜電容量相對較大的電極間的部分。在此，「徑方向靜電容量」是指從燈軸中心往徑方向的電極間的靜電容量，也就是在該電極間的部分施加電壓產生靜電結合，電流流至放電空間為止所能蓄積的電荷量。

外側電極沿著圓周方向的靜電容量不同，在靜電容量相對較大的電極部分，通常電場相對較強，因此會發生介電質放電。而在靜電容量相對較小的其他電極部分所蓄積的電荷會往發生介電質放電的電極間的部分移動。

結果，放電空間內的特定空間領域發生介電質放電。紫外線放射會以該放電發生部位為中心來發光，因為電壓施加而蓄積於全體電極間的電荷可直接有效地利用於介電質放電，因此能獲得具有足夠光強度的準分子光。

這種準分子燈在供給電力小的情況下也能藉由固定放射方向來發出充分強度的光。例如，可將具有既定頻率的交流電壓施加於內側電極與外側電極間來做為點燈方法，在每次極性切換時使介電質放電部分地發生。

考慮使介電質放電穩定地發生在固定的部位，電極的配置的方式，例如，可以使內側電極與外側電極間的靜電容量隨著遠離介電質放電發生的電極部分而減小。此時的靜電容量的變化可以是連續的或階段的。連續地或階段地減小靜定容量可使電場容易集中於放電空間內的相同空間領域。

做為沿著外側電極的圓周方向產生不同的靜電容量的 或不同的徑方向的電場強度的構造，可以使存在於電極間的介電質的介電係數維持一定而藉由改變電極間的距離，來達成沿著圓周方向變化電場強度的構造。

例如，可以透過圓筒狀發光管配置兩側的電極，使內側電極與外側電極間的徑方向距離不均一。在徑方向距離間隔相對較短的電極間部分，介電質放電會集中發生於電場集中的部位。

做為電極間的距離不均一的構造，可以使一方的電極位置相對於另一方電極沿著圓周方向變化。例如，可以形成一種外側電極的剖面形狀，使距離內側電極的徑方向距離間隔有較短的部分與較長的部分。藉此能夠將成為非放電領域的絕緣空間領域部分地形成於發光管與外側電極之間。

為了使電場集中讓放電穩定，例如，可使徑方向距離間隔隨著離開介電質放電發生的電極部分而增長的方式來配置外側電極。

將外側電極安裝於發光管外部的構造中，可將外側電極與發光管間的接觸部做為靜電容量最大的電極部分。在這個情況下，可藉由在發光管與外側電極的非接觸部之間形成絕緣空間領域來構成非放電領域。

特別是，外側電極採用在接觸部被發光管支持的構造的話，就不需要另外設置外側電極的支持部。另一方面，外側電極採用不與發光管接觸的構造的情況下，可以另外設置外側電極的支持部。在這個情況下，可將有不接觸但 靠近發光管的接近部、以及比接近部具有相對較小的靜電容量的非接近部做為電極部份。成為接近部的部分會發生介電質放電，成為非接近部的部分會形成非放電領域。

外側電極的形狀可以是具有軸對稱的剖面形狀。藉此，可使準分子光往相互相反的方向放射，使整體的光的放射方向較為寬闊。在此的「對稱形狀」包括旋轉對稱、線對稱、點對稱任一者。

例如，外側電極的剖面可以是圓形、橢圓等的扁平形、或包括三角形、矩形的多角形。此時，可以使外側電極配合放電管的剖面形狀，全體地或部分地接觸或接近發光管的外周面。

本發明的準分子燈的製造方法包括在發光管的外側表面安裝可伸縮於軸方向及徑方向的圓筒狀網狀電極；以及形成網狀電極，使網狀電極的剖面形狀為具有不與發光管接觸的部分的扁平形狀或多角形狀。

根據本發明的準分子燈，能夠提高發光效率。

以下參照圖式說明本發明的實施例。

第1圖係由側面觀看實施例1的準分子燈的概略剖面圖。第2圖係沿著第1圖的II-II軸方向觀看準分子燈的概略剖面圖。

準分子燈10為包括石英玻璃組成的發光管20、外側電極30、內側電極40的單管式準分子燈。發光管20內密 封的放電空間50會封入惰性氣體、或惰性氣體與鹵素氣體的混合氣體。

圓柱狀的內側電極40同軸地設置於圓筒狀的發光管20內。因此，內側電極40與發光管20間的徑方向距離，無論是對發光管20的內周面20I或外周面20H來說，沿著圓周方向上都是均一的。

外側電極30為金屬製的網狀電極，形成金屬線圈反覆繞圓周方向的筒狀的平面編織構造。如第2圖所示，外側電極30的剖面為橢圓狀，外側電極30僅在發光管20的接觸部S1、S2與發光管20接觸並被支持。除此之外的電極部分則不與發光管20接觸。

外側電極30由在軸方向、徑方向與圓周方向分別具有伸縮性的圓筒狀網構造電極變形而成。具體來說，將網狀電極安裝於發光管20後，再將外側電極30往軸方向拉伸。藉此，發光管20被外側電極30覆蓋整個軸方向的全體。然後再將外側電極30中相對的2個部分朝徑方向拉開，形成橢圓狀的外側電極30。

因為外側電極30為網狀，所以在外側電極30與發光管20之間相對的位置，存在著非密封的絕緣空間60A、60B。由軸方向觀之，絕緣空間60A、60B的剖面領域，也就是外側電極30的剖面形狀，是相對於通過接觸部S1、S2的直線L對稱的。

因此，若沿著外側電極30的圓周方向前進，發光管20與外側電極30之間的徑方向距離會越遠離接觸部S1、 S2而越大。位於垂直於直線L的長軸線上的電極部分K1、K2會成為距離發光管20有最大徑方向距離的位置。

外側電極30與內側電極40連接至供電裝置70。供電裝置70將商用電源等的交流電源轉換為既定的電壓值，供給交流電壓給準分子燈10。在此，是供給具有既定的頻率的10W以下的交流電力。因為電壓的施加使放電空間50發生介電質放電，產生準分子。而為紫外光的準分子光通過發光管20的壁面及外側電極30的網隙，朝燈的外部發射。點燈時，燈周邊溫度可維持在35℃左右。

第3圖係顯示點燈時的放電狀態的準分子燈的概略剖面圖。第4圖係顯示電燈時的電荷積蓄狀態圖。以下將利用第3、4圖來說明準分子燈的放電。

若在外側電極30與內側電極40間施加電壓，發光管20內的放電空間50會發生介電質放電。此時，在內側電極40與外側電極30間的徑方向距離最短的外側電極30的接觸部S1、S2及其附近，發生介電質放電。第4圖顯示外側電極30在負極狀態時的電荷蓄積狀態。

另一方面，在外側電極30的接觸部S1、S2及其附近以外的部分，不會發生介電質放電。蓄積於此非接觸電極部分的正電荷移動至外側電極30的接觸部S1、S2。因此，電荷被利用於在電場集中的接觸部S1、S2附近發生的介電質放電。結果，紫外光(準分子光)以接觸部S1、S2做為中心，朝徑方向集中地放射。

在第4圖中，將施加電壓的內側電極與外側電極之間 的蓄積電荷狀態用電容來類比。供給電壓為交流電壓，極性會因應頻率交替地切換。

外側電極30的接觸部S1、S2與其他非接觸部不同，因為沒有設置絕緣空間，因此徑方向的靜電容量相對較大。在此，徑方向的靜電容量表示由軸C沿著徑方向的電極間的靜電容量。在第4圖中，將接觸部S1、S2的靜電容量以A表示，將非接觸部分的電極部分的靜電容量以B表示。

因為在接觸部S1、S2的相對靜電容量大，所以電場在接觸部S1、S2也相對增強。結果，因為電壓的施加，僅接觸部S1、S2及其附近發生絕緣破壞而進行介電質放電。如此一來，沒有發生絕緣破壞，也就是沒有放電的非接觸部分所蓄積的電荷會移動至接觸部S1、S2。

因此，因電壓施加而蓄基於外側電極30全體的電荷，在放電時往接觸部S1、S2集中，在非接觸部分的電極間不會發生介電質放電。即使極性切換，介電質放電的位置仍會集中至接觸部S1、S2。

如上述，在發光管20與外側電極30之間對稱地形成空氣氣氛的絕緣空間60A、60B，使絕緣空間60A、60B做為非放電領域而作用，紫外光不只由軸C朝向接觸部S1、S2，也會放射至絕緣空間60A、60B。而蓄意設置不與發光管20接觸的電極部分，使接觸部S1、S2及其附近以外不產生多餘的放電，能夠減小供給電力並朝向特定方向發射充分光強度的紫外光。

在如上所述的本實施例的準分子燈10中，在發光管20的內部配置內側電極40，在發光管20的外部配置網狀構造的外側電極30。外側電極30在接觸部S1、S2與發光管20接觸，並形成橢圓的剖面形狀，使發光管20與外部電極30之間形成有絕緣空間(非放電領域)60A、60B。

接著，使用第5圖說明實施例2的準分子燈。實施例2中，外側電極的剖面被形成為角柱狀。其餘的構造則與實施例1相同。

第5圖係實施例2的準分子燈的概略剖面圖。

準分子燈100具有發光管120、外側電極130、內側電極140。圓柱狀的內側電極140同軸地配置在圓筒狀的發光管120內。而內側電極140與發光管120之間形成有放電空間150。

外側電極130為剖面矩形的網狀電極，與發光管120在接觸部S1~S4接觸並被支持。結果，外側電極130與發光管120之間形成絕緣空間160。外側電極130的接觸部S1~S4比起其他非接觸部分，與內側電極之間的距離間隔相對較短。

因此，點燈時外側電極130的接觸部S1~S4及其附近與內側電極140之間，集中地發生介電質放電。而蓄積於中間夾有絕緣空間160的外側電極130的非接觸部分的電荷則移動至接觸部S1~S4，被利用於放電。

接著，使用第6圖說明實施例3的準分子燈。實施例3中，發光管的剖面配合外側電極被形成為橢圓狀。其餘 的構造則與實施例1相同。

第6圖係實施例3的準分子燈的概略剖面圖。

準分子燈200具有發光管220、外側電極230、內側電極240。發光管220的內面220I具有配合內側電極240的圓剖面形狀。另一方面，發光管220的外面220H具有配合外側電極230的橢圓剖面形狀。因此外側電極230與發光管220的全體緊密貼合，其間並未形成有絕緣空間。

外側電極230中與內側電極240的距離間隔最短的電極部分T1、T2比起其他電極部分靜電容量大。因此，內側電極240與外側電極230的電極部分T1、T2間會集中地發生介電質放電。從放電空間250至外側電極230為止的空間領域全被發光管220填滿，介電質放電較為穩定。

外側電極的剖面形狀也可以是圓、矩形、橢圓以外的形狀，例如是扁平形狀、多角形狀。只是，剖面形狀應被設定為，必須使內側電極與外側電極間的距離、或靜電容量沿著圓周方向變化。另外，外側電極也可以是以平面編織構造為代表的可伸縮網狀構造以外的電極構造。也可以用變形以外的方法來形成外側電極形狀。

另外，本發明不限定於外側電極與發光管直接接觸並固定的構造，也可使用其他支持構件來配置外側電極。例如，可離開發光管既定的距離配置外側電極。

內側電極也可以是露出至放電空間的構造以外的電極構造。例如，在單管式準分子燈的情況下，內側電極的全部或一部分可以做成被石英玻璃等的介電質包覆的構造。 另外，也可以像在外管與內管間形成放電空間的雙重管式準分子燈一樣，沿著內管的內側面配置內側電極。另一方面，關於發光管的形狀，其內面、外面以及剖面形狀可分別設計成任意的形狀。

10、100、200‧‧‧準分子燈

20、120、220‧‧‧發光管

20I、220I‧‧‧內周面

20H、220H‧‧‧外周面

30、130、230‧‧‧外側電極

40、140、240‧‧‧內側電極

50、150、250‧‧‧放電空間

60A、60B、160‧‧‧絕緣空間

70‧‧‧供電裝置

C‧‧‧軸

K1、K2‧‧‧電極部分

L‧‧‧直線

S1、S2、S3、S4‧‧‧接觸部

T1、T2‧‧‧電極部分

第1圖係由側面觀看實施例1的準分子燈的概略剖面圖。

第2圖係沿著第1圖的II-II軸方向觀看準分子燈的概略剖面圖。

第3圖係顯示點燈時的放電狀態的準分子燈的概略剖面圖。

第4圖係顯示電燈時的電荷積蓄狀態圖。

第5圖係實施例2的準分子燈的概略剖面圖。

第6圖係實施例3的準分子燈的概略剖面圖。

10‧‧‧準分子燈

20‧‧‧發光管

20I‧‧‧內周面

20H‧‧‧外周面

30‧‧‧外側電極

40‧‧‧內側電極

50‧‧‧放電空間

60A、60B‧‧‧絕緣空間

C‧‧‧軸

K1、K2‧‧‧電極部分

L‧‧‧直線

S1、S2‧‧‧接觸部

Claims (11)

1. 一種準分子燈，包括：發光管；外側電極，沿著軸方向配置於該發光管的外側，並包圍該發光管；內側電極，配置於該發光管的內側，其中該內側電極與該外側電極之間的徑方向靜電容量沿著圓周方向並不均一，且介電質放電發生在靜電容量相對較大的電極間的部分，其中該內側電極與該外側電極間的徑方向距離沿著圓周方向並不均一，且介電質放電發生在距離相對較短的電極間的部分，其中該外側電極具有與該發光管接觸的接觸部、以及不與該發光管接觸的非接觸部，在該發光管與該外側電極的非接觸部之間形成有非放電領域。
2. 如申請專利範圍第1項所述之準分子燈，其中該內側電極與該外側電極之間的徑方向靜電容量隨著遠離介電質放電發生的電極部分而減小。
3. 如申請專利範圍第1項所述之準分子燈，其中該內側電極與該外側電極間產生的電場沿著圓周方向並不均一，且介電質放電發生在電場相對較強的電極間的部分。
4. 如申請專利範圍第1項所述之準分子燈，其中該內側電極與該外側電極之間的距離隨著遠離介電質放電發生的電極部分而增長。
5. 如申請專利範圍第1項所述之準分子燈，其中該外 側電極在該接觸部被該發光管支持。
6. 一種準分子燈，包括：發光管；外側電極，沿著軸方向配置於該發光管的外側，並包圍該發光管；內側電極，配置於該發光管的內側，其中該內側電極與該外側電極之間的徑方向靜電容量沿著圓周方向並不均一，且介電質放電發生在靜電容量相對較大的電極間的部分，其中該內側電極與該外側電極間的徑方向距離沿著圓周方向並不均一，且介電質放電發生在距離相對較短的電極間的部分，其中該外側電極具有接近但不接觸該發光管的接近部、以及比該接近部相對靜電容量小的非接近部，在該發光管與該外側電極的非接近部之間形成有非放電領域。
7. 如申請專利範圍第1或6項所述之準分子燈，其中該外側電極具有軸對稱的剖面形狀。
8. 如申請專利範圍第1或6項所述之準分子燈，其中該外側電極具有圓形、扁平形、或多角形的剖面。
9. 如申請專利範圍第1或6項所述之準分子燈，其中該外側電極為包圍該發光管的網狀電極。
10. 一種準分子燈的點燈方法，用以點亮如申請專利範圍第1或6項所述之準分子燈，包括：將既定頻率的交流電壓施加於該內側電極與該外側電極之間。
11. 一種準分子燈的製造方法，包括：在發光管的外側表面安裝可伸縮於軸方向及徑方向的圓筒狀網狀電極；以及形成該網狀電極，使該網狀電極的剖面形狀為具有不與該發光管接觸的部分的扁平形狀或多角形狀。