TWI809171B - 金屬鹵化物燈以及紫外線照射裝置 - Google Patents

金屬鹵化物燈以及紫外線照射裝置 Download PDF

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Abstract

本發明既抑制劣化，又確保所需的照度特性。實施方式的金屬鹵化物燈包括發光管與電極。在發光管中，封入有鹵素、鐵及鉈。電極被設在發光管的內部。鉈相對於鐵的封入量以品質比計為0.2以上且0.3以下。

Description

金屬鹵化物燈以及紫外線照射裝置
本發明的實施方式涉及一種金屬鹵化物燈(metal halide lamp)以及紫外線照射裝置。
例如，在半導體的曝光工序或紫外線(ultraviolet，UV)油墨(ink)或UV塗料的乾燥工序、樹脂的固化工序等中，為了通過紫外線來進行光化學反應，使用金屬鹵化物燈來作為發出紫外線的光源。
[現有技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平6-275234號公報
在金屬鹵化物燈中，有時會因發光管黑化而劣化，導致發光管的紫外線透射率下降。而且，若為了抑制發光管的黑化而變更封入發光管內部的金屬或鹵素(halogen)等封入物的成分，則有時發光強度會下降，從而得不到所需的照度。這樣，在既要抑制劣化，又要確保所需的照度特性方面，存在改善的餘地。
本發明所要解決的問題在於提供一種既能抑制劣化，又 能確保所需的照度特性的金屬鹵化物燈以及紫外線照射裝置。
實施方式的金屬鹵化物燈包括發光管與電極。在發光管中，封入有鹵素、鐵及鉈(thallium)。電極被設在發光管的內部。鉈相對於鐵的封入量以品質比計為0.2以上且0.3以下。
根據本發明，既能抑制劣化，又能確保所需的照度特性。
10:金屬鹵化物燈
11:發光管
11a:空間
12:密封部
13:燈頭構件
14:電極
15:金屬箔
16:內部引線
17:外部引線
20:安裝部
30:燈具
31:遮風板
32:排氣口
100:紫外線照射裝置
L1:規定間隔、發光長
L2:全長
圖1是實施方式的紫外線照射裝置的側面圖。
圖2是表示對相對於碘化鉈封入量的365nm相對照度進行比較的結果的圖。
圖3是表示對應於每種碘化鉈封入量而對發光管溫度與365nm相對照度的關係進行比較的結果的圖。
圖4是表示對應於每種發光管表面溫度而對使碘化鉈封入量發生變化時的分光分佈進行比較的結果的圖。
圖5是表示對應於每種發光管表面溫度而對使碘化鉈封入量發生變化時的分光分佈進行比較的結果的圖。
圖6是表示對應於每種發光管表面溫度而對使碘化鉈封入量發生變化時的分光分佈進行比較的結果的圖。
圖7是表示對各測定點的發光管表面溫度進行比較的結果的圖。
圖8是表示對應於每種碘化鉈封入量而對各測定點的UV-35照度進行比較的結果的圖。
圖9是表示對應於每種碘化鉈封入量而對均勻度進行比較的結果的圖。
以下說明的實施方式的金屬鹵化物燈10包括發光管11與電極14。在發光管11中，封入有鹵素、鐵及鉈。電極14被設在發光管11的內部。鉈相對於鐵的封入量以品質比計為0.2以上且0.3以下。
而且，以下說明的實施方式的鉈的封入量以發光管11的每單位容積1[cm3]計為0.0050[mg]以上且0.0076[mg]以下。
而且，以下說明的實施方式的鉈是作為以發光管11的每單位容積1[cm3]計為0.008[mg]以上且0.012[mg]以下的碘化鉈而封入發光管11的內部。
而且，以下說明的實施方式的鐵的封入量以發光管11的每單位容積1[cm3]計為0.010[mg]以上且0.040[mg]以下。
而且，以下說明的實施方式的金屬鹵化物燈10中，從發光管11照射的光的均勻度為5[%]以下。
而且，以下說明的實施方式的金屬鹵化物燈10中，發光管11的管軸方向的相對照度為90[%]以上。
而且，以下說明的實施方式的金屬鹵化物燈10中，點亮中的發光管11的表面溫度為760[℃]以上且850[℃]以下。
而且，以下說明的實施方式的紫外線照射裝置100包括金屬鹵化物燈10與安裝部20。安裝部20安裝金屬鹵化物燈10。
以下，基於附圖來說明本發明的實施方式。另外，以下所示的各實施方式並不限定本發明所公開的技術。而且，以下所示的各實施方式及各變形例能夠在不矛盾的範圍內適當組合。而且，各實施方式的說明中，對於同一結構標注同一符號並適當省略後文的說明。
[實施方式]
首先，使用圖1來說明實施方式的金屬鹵化物燈及紫外線照射裝置的結構例。圖1是實施方式的紫外線照射裝置的側面圖。圖1所示的紫外線照射裝置100具有金屬鹵化物燈10與燈具30。燈具30具有安裝部20、遮風板31與排氣口32，且例如構成為，使紫外線照射裝置100設置於天花板等規定位置。圖1所示的紫外線照射裝置100例如能夠用於半導體的曝光工序、或者紫外線固化型油墨或紫外線固化塗料的乾燥工序、紫外線固化型樹脂的固化工序等借助紫外線進行光化學反應的工序中。
安裝部20可裝卸地安裝金屬鹵化物燈10。安裝部20具有未圖示的保持構件，所述保持構件保持金屬鹵化物燈10所具有的後述的燈頭構件13。保持構件是由具有導電性的金屬材料所形成，與未圖示的電源裝置電連接。保持構件經由後述的外部引線17來對金屬鹵化物燈10供給電力。而且，為了提高燈頭構件13的散熱性，保持構件也可由導熱率高的材料所形成。
遮風板31被配置於安裝部20的上方，通過使因金屬鹵化物燈10的發熱而受熱的空氣逸散至排氣口32側，從而抑制伴隨金屬鹵化物燈10的過熱引起的、後述的發光管11的黑化。遮風板31以沿著金屬鹵化物燈10的管軸方向的方式而配置有多個。
排氣口32是設在燈具30上部的開口。排氣口32連接於未圖示的外部的排氣鼓風機(blower)。排氣口32將因點亮中的金屬鹵化物燈10的發熱而受熱的空氣從安裝部20強制性地排出，由此，能夠抑制因金屬鹵化物燈10的過熱引起的問題。
各遮風板31相對於金屬鹵化物燈10的角度或排氣口32是配置成，點亮中的金屬鹵化物燈10所具有的發光管11的表面溫度處於規定範圍，例如760[℃]以上且850[℃]以下。而且，也可在夾著金屬鹵化物燈10而與遮風板31及排氣口32相對的位置設置風扇(fan)，以朝向金屬鹵化物燈10送氣。另外，遮風板31及排氣口32是對安裝於安裝部20的金屬鹵化物燈10進行冷卻的冷卻機構的一例，也可未必為圖示的結構。
(金屬鹵化物燈的結構)
如圖1所示，實施方式的金屬鹵化物燈10包括發光管11、密封部12、燈頭構件13、電極14、金屬箔15、內部引線16與外部引線17。
發光管11形成為管狀，由設在管軸方向兩端的密封部12予以密封。發光管11例如為石英玻璃，使紫外線透過。而且，發光管11在內部具有空間11a，在空間11a內，至少封入有金屬鹵 化物(metal halide)、鐵與水銀。作為封入空間11a內的金屬鹵化物，例如使用碘化鉈(TlI)。若將蒸汽壓比鐵高的鉈封入發光管11的內部，則具有下述效果，即：在金屬鹵化物燈10的點亮中，在發光管11的內壁附近蒸氣化的鉈起到緩衝材的作用，以抑制鐵向發光管11的附著或滲入。另外，作為封入空間11a內的金屬鹵化物的鹵素，例如也可使用氯、溴等。另外，關於封入空間11a內的封入物的成分或封入量的詳細將後述。
密封部12通過收縮(shrink)密封而形成為圓柱狀。另外，密封部12也可通過箍縮(pinch)密封而形成為板狀。
燈頭構件13是以對在發光管11的管軸方向兩端部形成的密封部12的外周進行覆蓋的方式而分別配置，支撐發光管11。
電極14是以在管軸方向上以規定間隔L1彼此相對的方式而配置在空間11a的內部。電極14為內部引線16的一端部，內部引線16的另一端與金屬箔15電連接。電極14例如為包含作為電子放射性物質的氧化釷的鍍釷鎢(thoriated tungsten)。內部引線16例如是由與電極14相同的鍍釷鎢而一體地形成。另外，電極14或內部引線16並不限定於所述，例如內部引線16也可與電極14獨立地構成，例如也可為在鎢中摻雜(dope)有鉀或矽的摻雜鎢。
金屬箔15的一端與內部引線16連接，另一端與外部引線17連接。金屬箔15被分別嵌設於密封部12的內部。金屬箔15例如為鉬箔。
外部引線17連接金屬箔15與外部的未圖示的電源裝置。外部引線17例如為鉬棒。外部引線17的一端分別連接於金屬箔15，另一端露出至發光管11的外部。外部引線17的另一端經由未圖示的連接器而與未圖示的纜線(cable)電連接。即，實施方式的金屬鹵化物燈10對應於經由與外部的未圖示的電源裝置連接的連接器、纜線、外部引線17、金屬箔15、內部引線16而從電源裝置供給至電極14的電力來放電，以放射紫外光。
(發光管中的鐵及鉈的封入量)
圖2是表示對相對於碘化鉈封入量的365nm相對照度進行比較的結果的圖。另外，作為金屬鹵化物燈10，使用發光管徑26[mm]、壁厚1.5[mm]、發光長L1(參照圖1)1200[mm]、全長L2(參照圖1)1300[mm]者。而且，只要未特別說明，則在圖3以後的說明中，也分別使用相同的金屬鹵化物燈10。
而且，對於封入有以空間11a的每單位容積1[cm3]計為0.025[mg]的鐵，進而封入有以空間11a的每單位容積1[cm3]計為0.004[mg]、0.008[mg]、0.012[mg]、0.018[mg]的碘化鉈的金屬鹵化物燈10，在發光管11的表面溫度800[℃]時分別測定以燈功率18000[Wrms]點亮時的波長365[nm]下的照度，將TlI0.004[mg/cm3]時的實測值作為100[%]而進行標準化。此處，所謂“發光管11的表面溫度”，是指如下所述的值，即，基於通過燈點亮中的管內蒸氣的對流而放電弧柱位於上側的情況，對發光管上表面的管壁溫度進行測定所得的值。發光管上表面的管壁溫度例如是通過K 熱電偶而測定。而且，照度是在從位於發光管11的管軸方向中央的發光管11的表面朝發光管11的徑方向隔開1[m]的位置配置作為被照射體的感測器(ORC製作所制：UV-SD35-M10)，使用照度計(ORC製作所制：UV-M03A)而測定。
如圖2所示，在碘化鉈封入量為0.018[mg/cm3]的情況下，相對強度低至90[%]，無法確保所需的照度特性。與此相對，在碘化鉈封入量為0.012[mg/cm3]以下的金屬鹵化物燈10中，相對強度呈現95[%]以上的高的值。即，表示了：通過將碘化鉈封入量設為0.012[mg/cm3]以下，能夠確保所需的照度特性。
圖3是表示對應於每種碘化鉈封入量而對發光管溫度與365nm相對照度的關係進行比較的結果的圖。圖3是對於封入有以空間11a的每單位容積1[cm3]計為0.025[mg]的鐵，進而分別封入有以空間11a的每單位容積1[cm3]計為0.012[mg]、0.008[mg]、0.004[mg]的碘化鉈的金屬鹵化物燈10，在發光管11的表面溫度765[℃]、773[℃]、780[℃]、800[℃]時，分別測定以燈功率18000[Wrms]點亮時的波長365[nm]下的照度，並將發光管11的表面溫度800[℃]時的實測值作為100[%]來進行標準化，並圖示者。
如圖3所示，伴隨發光管11的表面溫度的下降，照度也下降。尤其，在封入有0.004[mg/cm3]的碘化鉈的金屬鹵化物燈10中，發光管11的表面溫度765[℃]時的照度下降至85[%]左右(85.8[%])。
接下來，使用圖4~圖6來說明鉈的封入量對於鐵的發光 強度的影響。圖4~圖6是表示對應於每種發光管表面溫度而對使碘化鉈封入量發生變化時的分光分佈進行比較的結果的圖。與圖2、圖3同樣，在發光管11的表面溫度800[℃]、765[℃]時，分別測定將鐵的封入量固定為0.025[mg/cm3]，另一方面，將碘化鉈封入量設為0.012[mg/cm3](圖4)、0.008[mg/cm3](圖5)、0.004[mg/cm3](圖6)的金屬鹵化物燈10的分光分佈。另外，關於分光分佈，是對於使用在從位於發光管11的管軸方向中央的發光管11的表面朝發光管11的徑方向隔開1[m]的位置處配置的MCPD-9800(大塚電子股份有限公司制)而測定出的實測值，將鐵的發光輝線即375[nm]的光譜值設為100[%]來進行標準化，進而，將在碘化鉈封入量0.004[mg/cm3]、發光管11的表面溫度800[℃]的條件下測定出的照度值作為基準來乘以各光譜資料，以進行標準化並予以圖示，由此使得能夠與圖4~圖6所示的照度值直接進行比較。
如圖5、圖6所示，在碘化鉈封入量為0.008[mg/cm3]、0.004[mg/cm3]的情況下，維持了主發光即來源於鐵的輝線(波長375[nm]、383[nm])的相對強度高的狀態。尤其，在碘化鉈封入量為0.004[mg/cm3]的情況下，碘化鉈封入量不足，難以抑制發光管11的黑化。另一方面，如圖4所示，在碘化鉈封入量為0.012[mg/cm3]的情況下，與來源於鉈的輝線(波長353[nm]、378[nm])的相對強度相比，來源於鐵的輝線的相對強度較低。這樣，若碘化鉈封入量過度增加，則鐵的發光效率下降，成為紫外光發光強度指標的365[nm]照度下降。所述鐵的發光效率的下降在 發光管11的表面溫度高的800[℃]時變得更為顯著。
接下來，使用圖7~圖9來說明鉈的封入量對於從發光管照射的光的均勻度的影響。圖7是表示對各測定點的發光管的表面溫度進行比較的結果的圖。圖8是表示對應於每種碘化鉈封入量而對各測定點的UV-35照度進行比較的結果的圖。另外，圖7中，是對將鐵的封入量及碘化鉈的封入量分別設為0.025[mg/cm3]、0.012[mg/cm3]者進行測定。而且，圖8中，分別製作將鐵的封入量固定為0.025[mg/cm3]，另一方面，將碘化鉈封入量設為0.012[mg/cm3]、0.008[mg/cm3]、0.004[mg/cm3]的金屬鹵化物燈10，並進行測定。
圖7、圖8中，對於“測定點[mm]”，是將發光長L1=1200[mm]的發光管11的管軸方向的中央規定為600[mm]，將沿著發光管11的管軸方向隔開300[mm]的部位分別規定為300[mm]、900[mm]。而且，圖8中，所謂“UV-35照度”，是指使用在波長310[nm]~700[nm]處具備靈敏度曲線的感測器(ORC製作所制：UV-SD35-M10)、照度計(ORC製作所制：UV-M03A)而測定所得的值。並且，在圖7中，圖示了各測定點(300[mm]、600[mm]、900[mm])處的表面溫度，在圖8中，對於在從圖7中的各測定點朝發光管11的徑方向隔開1[m]的位置分別配置作為被照射體的感測器(ORC製作所制：UV-SD35-M10)，並使用照度計(ORC製作所制：UV-M03A)而測定出的UV-35照度的值，將測定點600[mm]處的值作為100[%]來進行標準化並予以圖示。
如圖7所示可知，發光管11的表面溫度在中央部分(600[mm])為最高，且隨著從中央部分朝管軸方向遠離而變低。而且，在圖7所示的示例中，測定點300[mm]、900[mm]處的發光管11的表面溫度根據環境條件而不同，如圖8所示，追隨於所述表面溫度的不同，UV-35照度也不同。尤其可知，在碘化鉈封入量為0.004[mg/cm3]的情況下，發光管11的表面溫度對UV-35照度的影響變得顯著。
圖9是表示對應於每種碘化鉈封入量而對均勻度進行比較的結果的圖。圖9中，“均勻度[%]”是作為(最大照度-最小照度)/(最大照度+最小照度)×100而算出。若舉碘化鉈封入量為0.004[mg/cm3]的情況為例，則為(100-85.8)/(100+85.8)=7.64[%]。
從發光管11照射的光的均勻度是成為對紫外光相對於被照射面的照射不均進行判定的指標的值，可設定為5[%]以下。
而且，作為用於對紫外光相對於被照射面的照射不均進行判定的其他指標，可使用發光管11的管軸方向的相對照度。此處，所謂“發光管11的管軸方向的相對照度”，是指如圖8所示，將發光管11的管軸方向的中央(600[mm])的值作為100[%]而對UV-35照度的值進行標準化時的、各測定點處的相對照度的最小值。發光管11的管軸方向的相對照度為90[%]以上的金屬鹵化物燈10中，紫外光相對於被照射面的照射不均少，可以說適合於實際使用。
基於所述的多個實驗結果，得到下述結果，即，在金屬 鹵化物燈10中，理想的是，封入發光管11內部的碘化鉈以發光管11的每單位容積1[cm3]計為0.008[mg]以上且0.012[mg]以下。通過像這樣向發光管11的內部封入適量的碘化鉈，既能抑制劣化，又能確保所需的照度特性。
另外，所述實施方式中，表示了封入有碘化鉈作為金屬鹵化物的示例，但並不限於此，只要封入以發光管11的每單位容積1[cm3]計為0.005[mg]以上且0.0076[mg]以下的鉈即可。
而且，所述實施方式中，將鐵的封入量固定為0.025[mg/cm3]而進行了說明，但並不限於此，只要封入以發光管11的每單位容積1[cm3]計為0.010[mg]以上且0.040[mg]以下的鐵即可。此時，通過將鉈相對於鐵的封入量以品質比計設為0.2以上且0.3以下，既能抑制劣化，又能確保所需的照度特性。
如上所述，實施方式的金屬鹵化物燈10包括發光管11與電極14。在發光管11中，封入有鹵素、鐵及鉈。電極14被設在發光管11的內部。鉈相對於鐵的封入量以品質比計為0.2以上且0.3以下。由此，既能抑制發光管11的劣化，又能確保所需的照度特性。
而且，實施方式的金屬鹵化物燈10中，從發光管11照射的光的均勻度為5[%]以下。由此，能夠減少紫外光相對於被照射面的照射不均。
而且，實施方式的金屬鹵化物燈10中，發光管11的管軸方向的相對照度為90[%]以上。由此，能夠減少紫外光相對於被 照射面的照射不均。
而且，實施方式的金屬鹵化物燈10中，點亮中的發光管11的表面溫度為760[℃]以上且850[℃]以下。由此，能夠減少紫外光相對於被照射面的照射不均。
而且，實施方式的紫外線照射裝置100包括金屬鹵化物燈10與安裝部20。安裝部20安裝金屬鹵化物燈10。由此，既能抑制發光管11的劣化，又能確保所需的照度特性。進而，能夠減少紫外光相對於被照射面的照射不均。
對本發明的實施方式進行了說明，但實施方式僅為例示，並不意圖限定發明的範圍。這些實施方式能夠以其他的各種形態來實施，能夠在不脫離發明主旨的範圍內進行各種省略、替換、變更。這些實施方式或其變形包含在發明的範圍或主旨中，同樣包含在權利要求書所記載的發明及其均等的範圍內。
10:金屬鹵化物燈
11:發光管
11a:空間
12:密封部
13:燈頭構件
14:電極
15:金屬箔
16:內部引線
17:外部引線
20:安裝部
30:燈具
31:遮風板
32:排氣口
100:紫外線照射裝置
L1:規定間隔、發光長
L2:全長

Claims (8)

  1. 一種金屬鹵化物燈，其包括：發光管，封入有鹵素、水銀及金屬；以及電極，被設在所述發光管的內部，所述金屬僅由鐵以及鉈組成，所述鉈相對於所述鐵的封入量以品質比計為0.2以上且0.3以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的金屬鹵化物燈，其中所述鉈的封入量以所述發光管的每單位容積1[cm3]計為0.005[mg]以上且0.0076[mg]以下。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的金屬鹵化物燈，其中所述鉈是作為以所述發光管的每單位容積1[cm3]計為0.008[mg]以上且0.012[mg]以下的碘化鉈而封入所述發光管的內部。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的金屬鹵化物燈，其中所述鐵的封入量以所述發光管的每單位容積1[cm3]計為0.010[mg]以上且0.040[mg]以下。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的金屬鹵化物燈，其中從所述發光管照射的光的均勻度為5[%]以下。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的金屬鹵化物燈，其中 所述發光管的管軸方向的相對照度為90[%]以上。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的金屬鹵化物燈，其中點亮中的所述發光管的表面溫度為760[℃]以上且850[℃]以下。
  8. 一種紫外線照射裝置，其包括：申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的金屬鹵化物燈；以及安裝部，安裝所述金屬鹵化物燈。
TW108129389A 2018-12-27 2019-08-19 金屬鹵化物燈以及紫外線照射裝置 TWI809171B (zh)

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