專利名稱：燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種通過使用包含氣體碘和選自氪氣、氬氣的一種以上的稀有氣體 的放電氣體來形成激發(fā)碘分子從而放射紫外光的燈。
背景技術：
在液晶顯示器的制造工序中，采用了下述技術在構成液晶的像素時，向液晶中混 入單體，通過在使液晶分子傾斜的狀態(tài)下使單體聚合從而固定液晶分子的傾斜方向的技術 (PSA =Polymer SustainedAlignment，聚合物穩(wěn)定配向)。根據(jù)對PSA進行公開的專利文獻 1，作為用于使單體聚合的光源，考慮到對液晶的損傷小、單體的靈敏度、液晶用玻璃的透過 率等，優(yōu)選對單體照射例如波長在300-380nm的紫外光(專利文獻1的段落0237)。作為放射出使單體聚合所需的波長在300-380nm的紫外光的紫外線光源，已知有 各種光源，而當前處于集中研究最適用于PSA用途的光源的階段。例如，存在有以水銀為放 射介質(zhì)并主要放射波長為365nm的紫外光的水銀燈、以及以金屬鹵化物為放電介質(zhì)的金屬 鹵化物燈等作為PSA用途的光源的候補。然而，水銀燈在搭載多個水銀燈以構成紫外線照 射裝置時存在著紫外線照射裝置大型化的問題，此外，由于以水銀作為放電介質(zhì)，因此存在 對環(huán)境的負擔較大的缺點。而金屬鹵化物燈則存在與輸入電力相比所放射的紫外線的輸出 低的能量效率方面的問題，此外，由于是以鹵化金屬作為放電介質(zhì)，因此對環(huán)境的惡劣影響 無法忽視。另一方面，已知有如下的燈其具有由相對配置的電介質(zhì)材料構成的一對壁部和 連接在一對壁部的端部的封固用壁部構成的放電容器，在形成于放電容器內(nèi)部的放電空間 內(nèi)，填充稀有氣體、鹵素氣體、或者這些的混合氣體，并經(jīng)由所述壁部施加交流電壓或者脈 沖電壓，從而向放電容器外部放射紫外線。該種燈在搭載多個燈以構成紫外線照射裝置時 能夠使紫外線照射裝置比較小型化，并且由于與輸入電力相比，所放射的紫外線的輸出較 高，因此能量效率高，而且，由于使用氙氣、氪氣等稀有氣體作為放電介質(zhì)，因此對環(huán)境的負 擔較小，由于有上述實用方面的優(yōu)點，因此有望作為PSA用光源。該種燈以往主要是作為通過對液晶基板等被處理物的表面照射真空紫外線從而 使被處理物的表面改質(zhì)的光源來使用，然而在PSA用途中用于使單體聚合所需的波長在 300-380nm的波長范圍內(nèi)的紫外光的輸出并不足夠。專利文獻1 日本特開2003-149647號公報
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述內(nèi)容，本發(fā)明為了提供最適于PSA用途的光源，其目的在于提供一種燈， 其能夠高效地放射出用于使單體聚合所需的波長在300-380nm的波長區(qū)域的紫外光。本發(fā)明為(1) 一種燈，其具有放電容器和一對電極，所述放電容器中封入有包含 氣體碘和選自氪氣、氬氣的一種以上的稀有氣體的放電氣體，所述一對電極隔著形成在所 述放電容器的內(nèi)部的放電空間相對地進行配置，該燈通過形成激發(fā)碘分子而放射波長為342nm的紫外光，其特征在于，在所述放電空間中混合發(fā)生以下兩種放電處于在所述放電 空間整體中發(fā)生放電的狀態(tài)的擴散放電；以及具有與所述擴散放電相比空間性地收縮了的 帶狀形狀的燈絲放電。本發(fā)明為(2) —種燈，其具有放電容器和一對電極，所述放電容器中封入有包含 氣體碘和氪氣的放電氣體，所述一對電極隔著形成在所述放電容器的內(nèi)部的放電空間相對 地進行配置，該燈通過形成激發(fā)碘分子而放射波長為342nm的紫外光，其特征在于，所述放 電氣體中包含的氣體碘的濃度為0. 04 0. 9%，并且在設施加到所述放電空間的電場強度 為E (kV/cm)，所述稀有氣體的分壓為pi (kPa)，所述氣體碘的分壓為p2 (kPa)時，下式的關 系成立:E/pl ≥(6. 6Xp2+124) X exp (-0. 0093Xpi)。本發(fā)明為(3) —種燈，其具有放電容器和一對電極，所述放電容器中封入有包含 氣體碘和氬氣的放電氣體，所述一對電極隔著形成在所述放電容器的內(nèi)部的放電空間相對 地進行配置，該燈通過形成激發(fā)碘分子而放射波長為342nm的紫外光，其特征在于，所述放 電氣體中包含的氣體碘的濃度為0. 04 0. 9%，并且在設施加到所述放電空間的電場強度 為E (kV/cm)，所述稀有氣體的分壓為pi (kPa)，所述氣體碘的分壓為p2 (kPa)時，下式的關 系成立:E/pl ≥(236Xp2+1598) Xpr0 83o本發(fā)明為(4) 一種燈，其具有放電容器和一對電極，所述放電容器中封入有包含 氣體碘以及由氪氣和氬氣混合成的混合氣體的放電氣體，所述一對電極隔著形成在所述放 電容器的內(nèi)部的放電空間相對地進行配置，該燈通過形成激發(fā)碘分子而放射波長為342nm 的紫外光，其特征在于，所述放電氣體中包含的氣體碘的濃度為0. 04 0. 9%，并且在設施 加到所述放電空間的電場強度為E(kV/cm)，所述稀有氣體的分壓為pi (kPa)，所述氣體碘 的分壓為p2(kPa)時，下式的關系成立:E/pl≥(1337Xp20 0177) Xpr0 74o本發(fā)明為在(1)-(4)中，所述放電氣體的總壓為IOOkPa以上。本發(fā)明為在⑴-⑷中，供給到所述燈的點燈頻率為1 120kHz。根據(jù)第一方面的發(fā)明，在放電空間中混合發(fā)生以下兩種放電處于在所述放電空 間整體中發(fā)生放電的狀態(tài)的擴散放的以及具有與所述擴散放電相比空間性地收縮了的帶 狀形狀的燈絲放電，由此，由于激發(fā)碘分子I/放射出的波長為342nm的氣體碘分子光高效 地放出，因此能夠提高在PSA用途中用于使單體聚合所需的波長區(qū)域中的紫外光的輸出。根據(jù)第二方面至第四方面的發(fā)明，通過使封入到放電容器內(nèi)的放電氣體所含有的 氣體碘的濃度以及施加到放電空間的電場強度成立預定的關系而形成為最優(yōu)化，從而能夠 在放電容器的內(nèi)部空間中高效地形成放射波長為342nm的氣體碘分子光的激發(fā)碘分子I/， 因此能夠提高在PSA用途中用于使單體聚合所需的波長區(qū)域的紫外光的輸出。根據(jù)第五方面的發(fā)明，通過使封入到放電容器內(nèi)的放電氣體的總壓在IOOkPa以 上，從而容易在放電空間中形成激發(fā)碘分子I/，由此，由于高效地放射出峰值波長為342nm 的氣體碘分子光，因此能夠進一步提高在PSA用途中用于使單體聚合所需的波長區(qū)域的紫 外光的輸出。根據(jù)第六方面的發(fā)明，由于供給到燈的點燈頻率在1 120kHz，因此激發(fā)碘分子 I/不會分解，此外，由于單位時間內(nèi)的發(fā)光次數(shù)極短，因此能夠高效地放射出波長為342nm 的氣體碘分子光，能夠進一步提高在PSA用途中用于使單體聚合所需的波長區(qū)域的紫外光 的輸出。
圖1是示出本發(fā)明的燈結構的概要的立體圖。圖2是沿圖1所示的A-A線的剖視圖。圖3是示出用于進行實驗1而使用的實驗裝置的結構的概要的概念圖。圖4是示出氣體碘的濃度與氣體碘分子光強度的關系的圖。圖5是示出換算電場E/pl與氣體碘分子光強度的關系的圖。圖6是用于說明將表1所示的臨界換算電場強度E/pl的數(shù)值近似為稀有氣體的 分壓Pl的函數(shù)的近似方法的圖。圖7示意性地示出了混合發(fā)生擴散放電和燈絲放電雙方的放電空間的形態(tài)。圖8示意性地示出了單獨發(fā)生燈絲放電的放電空間的形態(tài)。
具體實施例方式圖1是示出本發(fā)明的燈結構的概要的立體圖。圖2是沿圖1所示的A-A線的剖視 圖。燈10具有由例如石英玻璃等電介質(zhì)材料形成為如圖2所示的剖面為方形形狀而構成的 放電容器1。在放電容器1的內(nèi)部封入有放電氣體，所述放電氣體主要含有氣體碘以及氪、 氬中的任意一種以上的稀有氣體。放電容器1在放電容器長邊方向的兩端附近的內(nèi)部配置 封固部件2，并通過熔接放電容器1和封固部件2，從而將它們氣密地封固以使放電氣體不 會漏出到外部。此外，在放電容器1的上下壁面3、4各自的外表面上設有網(wǎng)狀的一對電極 5、6，所述一對電極5、6隔著形成于放電容器1內(nèi)部的放電空間S和構成放電容器1的電介 質(zhì)材料相對地進行設置。電極5、6通過例如蒸鍍等而形成為預定的網(wǎng)狀圖案。進而，在放 電容器1的內(nèi)部，在光射出方向側的壁面3的相反側的壁面4上形成有例如以SiO2為主要 成分的紫外線反射膜7，在放電空間S內(nèi)產(chǎn)生的紫外線通過紫外線反射膜7被反射到光射出 方向，并從位于光射出方向側的壁面3射出。如此構成的燈通過在一對電極5、6之間供給例如1 120kHz的交流電壓或者脈 沖電壓，從而在面對放電空間S的內(nèi)壁面上混合發(fā)生以下兩種放電擴散放電，其處于在放 電空間整體中發(fā)生放電的狀態(tài)；以及燈絲放電，其具有與所述擴散放電相比空間性地收縮 了的帶狀形狀。通過所述放電，被封入到放電容器中的碘I的正離子I+和負離子Γ通過與從碘以 外的氬、氪中選擇的一種以上的原子或者分子如下述式子進行反應，從而形成激發(fā)碘分子 ΙΛ下面的化學式中示出的M為碘、氪和氬的原子或者分子?；瘜W式1I'+I+Μ — Ι2*+Μ通過使放電氣體中含有的碘離子I+和Γ與放電氣體中含有的碘、氪和氬的原子或 者分子重復碰撞從而在放電空間中形成激發(fā)碘分子I/，并放射出峰值波長為342nm的碘分 子光。作為形成激發(fā)碘分子的基礎的碘離子的主要生成要素為通過準穩(wěn)定激發(fā)原子 的能量使碘電離的、被稱作彭寧效應的反應。該彭寧效應通過使氪和氬的準穩(wěn)定勵起原子 的能量比碘原子的電離能量稍高而發(fā)生。作為參考，就準穩(wěn)定勵起原子的能量來說，氪為10. 5eV、氬為ll.5Ul.7eV，而碘原子的電離能量為10. 4eV。因此，將含有從氪、氬中選擇一 種以上的稀有氣體和氣體碘的放電氣體封入到放電容器中的話，能夠更多地在放電空間中 生成碘離子，并形成大量的激發(fā)碘分子，因此能夠期待波長為342nm的碘分子光的輸出的提尚。放電氣體也可以包含除了氪、氬以外的其他稀有氣體，然而如果其他稀有氣體的 分壓比氪或氬這兩種稀有氣體的分壓高的話，上述彭寧效應會減弱，因此需要注意不要使 其他稀有氣體的分壓的比例過高。例如，氪、氬以外的其他稀有氣體的分壓優(yōu)選在氪、氬的 分壓的10%以下。在此，經(jīng)過本發(fā)明者的研究明確了 由激發(fā)碘分子放射出的波長為342nm的碘分 子光的輸出與⑴放電氣體中含有的氣體碘的濃度、以及⑵施加到放電空間的電場的強 度特別有關。(1)中的碘濃度通過氣體碘的分壓P2占放電氣體總壓的比例而算出。放電氣 體的總壓近似于從氪、氬中選擇的一種以上的稀有氣體的分壓pl。另外，(2)中的電場強度 依賴于從氪、氬中選擇的一種以上的稀有氣體的分壓Pl和碘I的分壓P2。以下，對為了確 定用于提高波長為342nm的激發(fā)碘分子I/的發(fā)光強度所需的、放電氣體中含有的氣體碘的 濃度和施加到放電空間的電場強度的條件而進行的實驗進行說明。在實驗中使用了以下的 實施例1 3所述的燈。實施例1實施例1的燈由壁厚為2mm的石英玻璃構成為全長200mm、寬42mm、高14mm、放電 間隙10mm，并具有由全長130mm、寬32mm的金形成的電極。在放電容器中封入含有氪氣和 氣體碘的放電氣體。實施例2實施例2的燈由壁厚為2mm的石英玻璃構成為全長200mm、寬42mm、高14mm、放電 間隙10mm，并具有由全長130mm、寬32mm的金形成的電極。在放電容器中封入含有氬氣和 氣體碘的放電氣體。實施例3實施例3的燈由壁厚為2mm的石英玻璃構成為全長200mm、寬42mm、高14mm、放電 間隙10mm，并具有由全長130mm、寬32mm的金形成的電極。在放電容器中封入含有氣體碘 以及由氪氣和氬氣以11的混合比混合的稀有氣體的混合氣體的放電氣體。實驗1實驗1是為了調(diào)查放電氣體中含有的氣體碘的濃度的最佳范圍而進行的。在實驗 1中，對于各實施例1 3所述的燈分別將放電氣體的總壓統(tǒng)一為120kPa，并且各實施例 1 3分別準備了氣體碘濃度在0. 01 2%范圍內(nèi)各不相同的七種燈。S卩，實驗1使用了 各實施例1 3的每一例的各7種燈，共計21種燈。圖3是示出用于進行實驗1而使用的實驗裝置的結構的概要的概念圖。22為鋁 制的燈箱，23為陶瓷制的支撐座，24為受光部。受光部24通過光纖與未圖示的分光器主體 連接。在將燈1固定到配置于燈箱22內(nèi)部的支撐座23上，并且將受光部24在距離燈1的 表面5mm的位置上與燈1相對地進行配置，將燈箱22的內(nèi)部環(huán)境以氮氣置換。對于實施例 1 3的燈，分別對一對電極5、6施加交流電壓(矩形波)從而在放電空間中產(chǎn)生放電，并 測定從網(wǎng)狀電極5的間隙中放射出的波長為342nm的碘分子光的發(fā)光強度。
實驗1的結果如圖4所示。在圖4中，縱軸示出了碘分子發(fā)光強度的標準數(shù)據(jù)，橫 軸示出了放電氣體中含有的氣體碘的濃度(％)。如該圖所示，對于實施例1、2、3中的任意 一個，均為當?shù)鉂舛仍?. 04 0. 9%范圍中的燈比碘濃度在該范圍以外的燈的激發(fā)碘分子 I；的發(fā)光強度顯著升高。實驗2 實驗2調(diào)查了在放電氣體的總壓和氣體碘的分壓分別固定時，為了提高峰值波長 為342nm的碘分子I/的發(fā)光強度所需的換算電場強度的下限值(以下也稱作臨界換算電 場強度)。換算電場強度指的是電場強度E除以稀有氣體的分壓pi所得的數(shù)值。在各實施例1 3所述的燈中，各放電氣體的總壓(稀有氣體的分壓Pl和氣體碘 的分壓P2的總計值)為120kPa，各氣體碘的分壓p2為0. 14kPa。對于實施例1 3所述的燈，分別以七種不同的換算電場強度進行點燈驅(qū)動，并與 實驗1同樣地對波長為342nm的碘分子光的發(fā)光強度進行了測定。即，在實驗2中，對各實 施例1 3所述的燈進行了各7次共計21次的碘分子發(fā)光強度的數(shù)據(jù)測定。施加到放電空間中的電場強度E通過算式1 3計算出來。V為施加電壓，Cgap為 單位長度內(nèi)放電空間的靜電容量，Cglass為單位長度內(nèi)電介質(zhì)的靜電容量，dgap為放電間隙， dglass為電介質(zhì)的厚度，^gap為放電空間的介電常數(shù)，^glass為電介質(zhì)的介電常數(shù)，W為電極 寬度。另夕卜，ε gap ^ ε ο, ￡glass 3.7Χ εο。ε 0為真空的介電常數(shù)8· 85Χ 10_12 (F/m)。式 1 E = V/dgap X 1/C 卿 / (2/Cglass+l/C卿)式2C卿=ε 卿XW/d卿式3Cglass= ε giassXW/dglass實驗2的結果如圖5所示。圖5中縱軸為碘分子發(fā)光強度的標準數(shù)據(jù)，橫軸為換 算電場強度。換算電場強度基本為電場強度E除以放電氣體的壓力(稀有氣體的分壓pi 與氣體碘的分壓P2的總計)得到的E/(pl+p2)，然而由于氣體碘的分壓p2遠小于稀有氣體 的分壓Pl，因此近似為電場強度E除以稀有氣體的分壓pi得到的E/pl。根據(jù)圖5所示的實驗結果可以明確以下內(nèi)容。確認了實施例1的燈在點燈驅(qū)動時 的換算電場強度E/pl為40. 8以上時比換算電場強度E/pl小于40. 8時碘分子發(fā)光強度顯 著升高。確認了實施例2的燈在點燈驅(qū)動時換算電場強度E/pl為30. 7以上時比換算電場 強度E/pl小于30. 7時碘分子發(fā)光強度顯著升高。確認了實施例3的燈在點燈驅(qū)動時換算 電場強度E/pl為37. 5以上時比換算電場強度E/pl小于37. 5時碘分子發(fā)光強度顯著升高。根據(jù)實驗2，在稀有氣體的分壓pl為120kPa，氣體碘的分壓為0. 14kPa的情況下， 實施例1的燈的臨界換算電場強度為40. 8，實施例2的燈的臨界換算電場強度為30. 7，實 施例3的燈的臨界換算電場強度為37. 5。實驗3實驗3分別改變放電氣體中含有的稀有氣體的總壓和氣體碘的分壓，從而調(diào)查了 如實驗2所述，為了提高峰值波長為342nm的激發(fā)碘分子I/的發(fā)光強度所需的換算電場強 度E/pl的下限值(即，臨界換算電場強度)。
在實驗3中，對于實施例1 3分別使用了 20種稀有氣體的分壓pi和氣體碘的 分壓p2各自不同的燈共計60種。稀有氣體的分壓pi在40 133kPa的范圍內(nèi)，氣體碘的 分壓p2在0. 05 1. 09kPa的范圍內(nèi)。實驗3分別對各實施例1 3所述的共計60種燈如實驗2所述地改變換算電場 強度E/pl的值進行點燈驅(qū)動，并通過與實驗1同樣地對波長為342nm的碘分子光的強度進 行測定，從而調(diào)查了臨界換算電場強度E/pl。實驗3的結果表1所示。表 權利要求
一種燈，其具有放電容器和一對電極，所述放電容器中封入有包含氣體碘和選自氪氣、氬氣的一種以上的稀有氣體的放電氣體，所述一對電極隔著形成在所述放電容器的內(nèi)部的放電空間相對地進行配置，該燈通過形成激發(fā)碘分子而放射波長為342nm的紫外光，其特征在于，在所述放電空間中混合發(fā)生以下兩種放電處于在所述放電空間整體中發(fā)生放電的狀態(tài)的擴散放電；以及具有與所述擴散放電相比空間性地收縮了的帶狀形狀的燈絲放電。
2.一種燈，其具有放電容器和一對電極，所述放電容器中封入有包含氣體碘和氪氣的 放電氣體，所述一對電極隔著形成在所述放電容器的內(nèi)部的放電空間相對地進行配置，該 燈通過形成激發(fā)碘分子而放射波長為342nm的紫外光，其特征在于，所述放電氣體中包含的氣體碘的濃度為0. 04 0. 9%，并且在設施加到所述放電空間 的電場強度為E，所述稀有氣體的分壓為pl，所述氣體碘的分壓為p2，其中所述電場強度E 的單位為kV/cm，所述分壓pl和所述分壓p2的單位為kPa時，下式的關系成立E/pl(6. 6Xp2+124) Xexp (-0. 0093Xpl)。
3.一種燈，其具有放電容器和一對電極，所述放電容器中封入有包含氣體碘和氬氣的 放電氣體，所述一對電極隔著形成在所述放電容器的內(nèi)部的放電空間相對地進行配置，該 燈通過形成激發(fā)碘分子而放射波長為342nm的紫外光，其特征在于，所述放電氣體中包含的氣體碘的濃度為0. 04 0. 9%，并且在設施加到所述放電空間 的電場強度為E，所述稀有氣體的分壓為pl，所述氣體碘的分壓為p2，其中所述電場強度E 的單位為kV/cm，所述分壓pl和所述分壓p2的單位為kPa時，下式的關系成立E/pl 彡(236Χρ2+1598) ΧρΓ0·83。
4.一種燈，其具有放電容器和一對電極，所述放電容器中封入有包含氣體碘以及由氪 氣和氬氣混合成的混合氣體的放電氣體，所述一對電極隔著形成在所述放電容器的內(nèi)部的 放電空間相對地進行配置，該燈通過形成激發(fā)碘分子而放射波長為342nm的紫外光，其特 征在于，所述放電氣體中包含的氣體碘的濃度為0. 04 0. 9%，并且在設施加到所述放電空間 的電場強度為E，所述稀有氣體的分壓為pl，所述氣體碘的分壓為p2，其中所述電場強度E 的單位為kV/cm，所述分壓pl和所述分壓p2的單位為kPa時，下式的關系成立E/pl (1337Xp20 0177) Xpr0 74o
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的燈，其特征在于，所述放電氣體的總壓為IOOkPa以上。
6.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的燈，其特征在于，供給到所述燈的點燈頻率為1 120kHz。
全文摘要
本發(fā)明為了提供最適于PSA用途的光源，目的在于提供一種燈，能夠高效地放射出用于使單體聚合所需的波長在300-380nm的波長區(qū)域的紫外光。所述燈具有放電容器和一對電極，所述放電容器中封入有包含氣體碘和氪氣的放電氣體，所述一對電極隔著形成在所述放電容器的內(nèi)部的放電空間相對地進行配置，該燈通過形成激發(fā)碘分子而放射波長為342nm的紫外光，其特征在于，所述放電氣體中包含的氣體碘的濃度為0.04～0.9％，并且在設施加到所述放電空間的電場強度為E(kV/cm)，所述稀有氣體的分壓為p1(kPa)，所述氣體碘的分壓為p2(kPa)時，下式的關系成立E/p1≥(6.6×p2+124)×exp(-0.0093×p1)。
文檔編號H01J65/04GK101958224SQ20101012669
公開日2011年1月26日 申請日期2010年2月24日 優(yōu)先權日2009年3月10日
發(fā)明者松澤聰司, 森本幸裕 申請人:優(yōu)志旺電機株式會社