TW201126568A - Short-arc type discharge lamp - Google Patents

Description

.201126568 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於短弧型放電燈，尤其係關於適用於半導 體或液晶之製造領域等之曝光用光源或放映機之背光用光 源的短弧型放電燈。 【先前技術】 〇 短弧型放電燈係由於在發光管內相對向配置的一對電 極的前端距離較短而接近於點光源，因此藉由與光學系加 以組合而作爲曝光裝置用或放映機之背光用光源加以利用 0 專利文獻1係揭示習知技術之短弧型放電燈。根據該 文獻，已指出因氙短弧燈中作爲發光氣體的氙氣、水銀蒸 氣短弧燈中作爲緩衝氣體的氙氣、氪氣及氬氣所造成的準 分子發光，會引起在石英玻璃製放電容器的內面產生白濁 〇 的問題。此外，根據該文獻，以如上所示之問題的對策而 言’記載有：規定由該放電容器之紫外線放射發散度成爲 最大的部分的內面起200μιη之範圍的平均OH基濃度爲 7.8χ 1 0 24個/m3以上，而且由內面起深度20μιη之範圍的平 均ΟΗ基濃度爲1.5xl〇25個/m3以上、1·2χ 1 02 6個/m3以下 的內容。 但是，如上所示在發光管含有OH基，其在發光空間 內作爲Ηβ進行擴散，在發光管內擴散的H20係藉由來自 弧光的熱而被熱分解爲氧與氫。根據發明人等精心硏究的 -5- 201126568 結果，發現如上所示在發光管內生成的氫會使照度的安定 度降低。照度安定度的降低係由於弧光晃動，使對於光學 系統之光的入射量或入射角度分布產生變化。晃動的周期 雖依光學系統而異，但是會發生照度變動大致在數毫秒至 數秒之間變大的所謂閃爍。該照度安定度的降低在畫像投 影裝置中，會成爲畫面閃爍而造成問題，在曝光裝置則會 引起曝光不均的問題。 此外，在專利文獻2係揭示將用以吸收被放出至發光 管內之氫的集氫器配置在發光管內的內容。第10圖（a)係 顯示該文獻所記載之放電燈的槪略構成圖，第10圖（b)係 顯示第1 〇圖（a)所示之放電燈所配備之集氫器的剖面構造 圖。 第1 0圖（a)所示之放電燈係具備有：燈泡1 〇 1、電極 102、103、密封部104、金屬箔1〇5。106爲集氫器、107爲 石英棒、108爲石英筒。集氫器1〇6係如第10圖（b)所示， 圓筒狀之由釔所構成的集氫器材料109被密封在由钽等金 屬所構成之包含有底圓筒110與蓋部111的金屬外皮112的 內部。藉由使有底圓筒1 1 0的凸緣部1 1 0 A與蓋部1 1 1作阻 抗熔接’而將金屬外皮1 1 2的內部予以密封。集氫器1 06係 如第10圖（a)所示’收納有集氫器ι〇6的石英筒1〇8被固定 在燈泡101，藉由將設在石英筒1〇8的石英棒107的另一端 熔接在燈泡1 〇 1而固定在燈泡1 〇 1。燈泡1 0 1內的氣係通過 钽等具氫透過性的有底圓筒1 1 〇而侵入至內部，被集氫器 材料1 09所吸附。集氫器材料1 09係被密封在由有底圓筒 -6 - 201126568 110及蓋部111所構成的金屬外皮112的內部，因此防止集 氫器材料109與發光空間內的其他物質起反應，可效率佳 地吸附氫。 但是，該放電燈係將集氫器106安裝在燈泡101的構造 ，因此會有集氫器106與作爲燈泡101之構成成分的氧化矽 起反應的情形。藉此會有燈泡1 0 1失透明而導致照度降低 、或引起燈泡101破裂之虞。 0 此外，在專利文獻3係揭示一種將雜質氣體吸附構件 藉由熔接等而接著在電極的短弧放電燈。第11圖（a)、（b) 係分別記載於該文獻的陰極前端部的主要部位正面剖面圖 及俯視圖，電極201係在除了圓錐狀部分202以外的平行部 分，形成有具有直徑小於直徑d的細徑部2〇3。細徑部203 與線圈204之間的空處係被配設有由銷箔所構成的筒狀集 氣器205，利用熔接等適當的接著手段而被固定在細徑部 203 ° 〇 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利第2891997號 [專利文獻2]日本特公昭57-21835號 [專利文獻3 ]日本專利3 3 8 0 6 1 5號 【發明內容】 (發明所欲解決之課題） 本案發明人等係針對在將集氫器配設在發光管內時， 201126568 將第10圖所示之集氬器材料109的金屬外皮112，如專利文 獻3所示般’熔接在電極而予以固定的方法加以檢討。該 方法雖然發現對上述燈泡的失透明及破裂極爲有效，但是 當將金屬外皮熔接在電極時，預測出在熔接中會在金屬外 皮空出孔穴而使集氫器材料露出於發光管內，集氫器材料 與被封入在發光管內的水銀等發光物質起反應，而會使集 氫器材料的氫吸收功能降低。 本發明之目的在鑑於上述問題點，提供一種短弧型放 電燈，其係在發光管內的電極配備將吸收氫的集氫器予以 密閉’並且透過氫的中空容器的短弧型放電燈中，使前述 集氫器不會固定在電極而予以配備。 (解決課題之手段） 本發明爲了解決上述課題，請求項1所記載之發明係 一種短弧型放電燈’係在發光管內，將由本體部及與該本 體部連設的軸部所構成的一對電極彼此相對向配置，設置 在透過氫的中空容器內封入吸收氫的集氣器材料而成的集 氫器，該短弧型放電燈的特徵爲：在前述軸部安裝有供載 置前述集氫器的罩殼。 請求項2所所記載之發明係在請求項1之短弧型放電燈 中，前述罩殼係具有用以使氫氣在該罩殻內流通的開口。 請求項3所記載之發明係在請求項1之短弧型放電燈中 ，前述罩殻被形成爲線圏狀。 請求項4所記載之發明係在請求項1至請求項3中任一 201126568 項之短弧型放電燈中’那述中空容器係形成爲大致c子狀 ’被捲裝在前述軸部。 請求項5所記載之發明係在請求項4之短弧型放電燈中 ，當將前述軸部的直徑設爲D2(mm) '前述大致C字狀 的中空容器的內徑設爲D1 ( mm )時，滿足下述數式（1) 的關係： ζ) 數式（1 ) D 卜D2 > 0.005 ( mm )。 (發明之效果） 藉由本發明之短弧型放電燈，在電極的軸部附設用以 載置由將吸收氫的集氣器材料予以密閉，並且透過氫的中 空容器所構成的集氫器的罩殼，配置在該罩殼內的集氫器 未被固定在電極的軸部。因此，防止被密閉在中空容器內 的集氣器材料露出於發光管內，而防止集氣器材料與被封 Q 入在發光管內的發光物質起反應，因此在放電燈亮燈時被 放出至發光管內的氫會被集氣器材料確實吸收，而可防止 放電燈的照度安定度降低。 【實施方式】 使用第1圖〜第5圖’說明本案發明之第1實施形態。 第1圖係顯示本實施形態之揭示一部分之發光管內部 的短弧型放電燈1的構成的斜視圖。 如該圖所示’短弧型放電燈1係具備有：發光管n、 -9 - 201126568 及在其兩端接連的密封管部12人與123。在發光管11的內 部，陰極13的本體部13 A與陽極14的本體部14八彼此相向 配置，並且在放電空間S被封入有發光物質。至少封入水 銀作爲發光物質，封入氙、氬、氪之至少i種作爲緩衝氣 體。此外，亦可封入氙、氬、氪之至少丨種以上作爲發光 物質。陰極13係藉由軸部ι3Β及比其更爲大徑的本體部 13A所構成。在軸部13B，係在罩殻^內載置有在透過氫 的中空容器內密閉吸收氫的集氣器材料而成的集氫器。此 外’陽極1 4係藉由軸部1 4B及比其更爲大徑的本體部〗4 a 所構成。 第2圖係顯不將被固定在第1圖所示陰極13之軸部13B 周圍之在內部載置有集氫器23的罩殼I5的一部分作切口的 構成的斜視圖。 如該圖所示’在罩殻1 5內，例如由具有大致C字形狀 的中空容器16所構成的集氫器23被載置於未圖示的軸部 13B周圍。其中’安裝罩殼15的場所若爲電極部（本體部 與軸部）即可，並非限定於陰極側的軸部。 第3圖（a)係顯不將吸附氫的集氣器材料17予以密閉， 並且藉由使氫透過的金屬所構成的直管狀中空容器18的構 成的斜視圖，第3圖（b)係由第3圖（a)的A-A觀看的剖面圖 ，第3圖（c)係由第3圖（a)的B-B觀看的剖面圖。 如該等圖所示，兩端的密封部1 8 A、1 8B係藉由將構 成中空容器18的直管部18C的兩端進行壓接加工，或藉由 進行熔著或熔接，而予以氣密式密閉。藉此，將中空容器 -10" 201126568 1 8內的集氣器材料1 7與放電空間隔離，防止與放電空間內 的氣體直接接觸，並且使集氣器材料17不會漏洩至中空容 器18的外部。其中，中空容器18並不一定必須在其兩端形 成密封部，亦可形成爲例如使用有底筒狀的構件而僅將一 端側作密封的構造。 第2圖所示之具有大致C字形狀的中空容器16係藉由將 第3圖（b)所示之中空容器1 8的兩端朝紙面的上側或下側進 f) 行彎曲加工而形成爲C字形狀者。 第4圖係顯示在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，安 裝有載置有由將集氣器材料17予以密閉，並且透過氫的中 空容器16所構成的集氫器的罩殼15之構成的剖面圖。 如該圖所示，罩殻1 5係形成有用以以上下揷入電極軸 部1 3 B的開口 1 5 1 A、1 5 1 B的圓筒狀容器，藉由例如鎢、鉬 、钽等材料所構成。在罩殼15係使由被捲裝在軸部13B的 線圈狀線材所構成的一對防落構件1 9 A、1 9 B以上下包夾 Ο 罩殼15的方式作配置，而被固定在軸部13B。罩殼15係上 方側的開口 1 5 1 A的直徑大於軸部1 3 B的直徑，通過開口 151A而被放出至發光管η內的氫氣會被導引至罩殼15內 。由中空容器16所構成的集氫器23不會有被熔接在軸部 1 3 Β的情形，而在被捲裝在軸部】3 β周圍的狀態下被載置 於罩殼15內，藉由罩殻15的底板152防止落下。 此外，如第4圖所示，由釔等吸收氫的材料所構成的 集氣器材料17係被密封在由钽等使氫透過的金屬所構成的 大致C字狀的中空容器16內。中空容器16係由使氫透過’ -11 - 201126568 但難以與水銀起反應的金屬所構成，例如由鉅或鈮所構成 。鉬及鈮可爲單體，亦可爲與其他物質的化合物。藉由該 等物質所構成的中空容器1 6係效率佳地使氫透過，並且防 止集氣器材料17與尤其水銀等放電媒體起反應，而且可去 除發生在發光管11內的氫等不純氣體。集氣器材料17爲例 如釔或銷。釔或锆等物質的氫吸留力佳。釔及鉻可爲單體 ，亦可爲與其他物質的化合物。 接著，若針對軸部1 3 B的直徑與形成爲大致C字狀的 中空容器1 6的內徑的關係加以說明，當將軸部1 3 B的直徑 設爲D2(mm)，將大致C字狀的中空容器16的內徑設爲 D1 (mm)時，滿足以下數式（1)的關係。 數式（1) D 1-D2 > 0.005 ( mm ) 亦即，若軸部1 3 B的直徑D 2與中空容器1 6的內徑D 1滿 足上述數式（1)的關係時，係在軸部13B與中空容器16之 間介在有間隙。因此，藉由該間隙，在短弧型放電燈1亮 燈時，軸部1 3 B呈高溫化的情形下，阻礙熱由軸部1 3 B流 入至中空容器1 6。結果，抑制集氣器材料1 7高溫化，不會 有損及集氣器材料1 7之氫吸收功能的情形。 第5圖係顯示製作中空容器16的內徑D1與軸部13B的 直徑D2彼此不同之7種短弧型放電燈，將（D1-D2)與照 度變動率（照度安定度）的關係進行實驗後的結果的表。 在此，實驗所使用的短弧型放電燈係如以下規格者。 -12- 201126568 發光管內容積爲lxl(T3m3、氙封入量爲8xl04Pa、水銀封 入量爲35mg/ cc、電極間距離爲l=<l〇_2m、陰極側軸部外 徑爲約8mm。 此外，實驗所使用的集氫器23的相關規格如以下所示 。由內含將由作爲氫吸留物質之釔所構成的集氣器材料1 7 予以密封之大致C形狀的鉬中空容器16的罩殼15所構成， 作爲集氣器材料17之釔的量爲l.Og，鉅中空容器16的尺寸 () 係壁厚0.1 5 mm，大致C形狀的鉅中空容器1 6的內徑爲約 8mm，外徑爲13.5mm，高度爲12mm，罩殼15的尺寸係內 徑14mm、外徑16mm、內高度14mm、外高度16mm，材質· 係藉由Φ 1的純鎢而形成爲覆蓋形狀者。 如該表所示，中空容器16的內徑D1爲Φ7.950〜 Φ 8.3 05mm >軸部13B的直徑D2的直徑爲φ 7.945〜 Φ 8 _ 0 5 0 mm。 此外，藉由實驗所計算出的照度變動率（照度安定度 〇 )的計算方法如以下所示。首先，將短弧型放電燈安裝在 曝光裝置，在其光罩（遮罩）面設置照度計，接著在亮燈 至短弧型放電燈的照度成爲安定爲止之後，測定出一定時 間（例如在1秒鐘內測定1 〇〇點）期間的照度。將所測定出 的照度的最大値與最小値的差除以平均値，另外再乘上 1 〇〇，藉此計算出照度變動率（％ )。 如該表之實驗結果所示，可知當中空容器16的內徑 D1大於軸部13B的直徑D2時，即使該差値爲0.00 5，亦可 將變動率抑制爲較低。亦即，藉由未密接，集氣器材料i 7 -13- 201126568 的溫度下降，氫吸收量增加之故。其中，若中空容器16的 內徑D1小於軸部13B的直徑D2時的差値係設爲〇 〇5〇以下 。在D 1 - D 2爲負的情形下，藉由中空容器〗6所具有的彈性 而被安裝在軸部。若D1-D2的値大於〇.〇5〇，則在超過彈性 界限的軸部13B無法放入中空容器16之故。 藉由本實施形態之短弧型放電燈，由構成發光管11的 發光管構成構件被放出至發光管內的氫會流入至罩殼15內 ’透過集氫器23的中空容器16，藉由被密封在中空容器16 內的集氣器材料1 7所吸收，因此可防止照度安定度降低。 而且，集氫器23係中空容器I6不會被熔接在軸部13B而被 載置於罩殼15內，因此不會使集氣器材料17露出於發光管 內，而不會發生發光管11失透明、破裂等不良情形，可在 軸部13B周圍附設將集氣器材料17予以密閉的中空容器16 〇 使用第1圖及第6圖，說明本案發明之第2實施形態。 第ό圖係顯示在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，取 代罩殻1 5 ’而安裝有載置有由將集氣器材料〗7予以密閉， 並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器23的罩殻20之構 成的剖面圖。 如第6圖所示’罩殼20係在上壁部201A、下壁部201B 的各個形成有開口 202A、202B，下壁部201B的開口 202B 的開口端被熔接在軸部13B，藉此被固定在軸部13B。被 設在上壁部201A的開口 202A的直徑，係以被放出在發光 管11內的氫可通過的方式，比軸部13B的直徑爲更大。由 -14* 201126568 密閉有集氣器材料17的中空容器16所構成的集氫器23係不 會有被熔接在軸部1 3 B的情形，而在被捲裝在軸部〗3 B周 圍的狀態下被載置於罩殼20內。被放出至發光管n內的氫 氣係通過罩殻20的上壁部201A的開口 202A而被導引至罩 殼20內’透過中空容器16而被集氣器材料17所吸收。 使用第1圖及第7圖’說明本案發明之第3實施形態。 第7圖係顯示在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，取 〇 代罩殻15 ’而安裝有載置有由將集氣器材料17予以密閉， 並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器23的罩殼21之構 成的剖面圖。 如第7圖所示’罩殼21係藉由分別被設在上壁部211A 、下壁部211B的開口 212A、212B的開口端被熔接在軸部 i3B’而被固定在軸部13B。在下壁部211B係形成有用以 將被放出在發光管11內的氫氣導引至罩殻21內的環狀開口 213。由密閉有集氣器材料17的中空容器16所構成的集氫 〇 器23並不會有被熔接在軸部13B的情形，而在被捲裝在軸 部13B周圍的狀態下被載置於罩殼μ內。被放出在發光管 U內的氫氣係通過罩殼21的下壁部211B的開口 213而被導 引至罩殼21內’透過中空容器16，而被集氣器材料17吸收 〇 使用第1圖及第8圖’說明本案發明之第4實施形態。 第8圖（a)係顯不在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍， 取代罩殼15 ’而安裝有載置有由將集氣器材料17予以密閉 ’並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器23的罩殼22之 -15- 201126568 構成的斜視圖，第8圖（b )係揭示罩殻2 2之一部分的斜視圖 〇 如第8圖（a)、（b)所示，罩殼22係以包圍軸部13B的方 式將線材彼此稠密捲繞’藉此形成爲線圈狀，藉由將上端 部221A及下端部221B熔接在軸部13B而被固定在軸部13B 。在該罩殼22的內部，由密閉有集氣器材料17的中空容器 16所構成的集氫器23在被捲裝在軸部13B周圍的狀態下予 以載置。被放出在發光管11內的氫氣係通過構成罩殻22的 線材的間隙而被導引至罩殼22內，透過中空容器16，而被 集氣器材料17吸收。 使用第1圖及第9圖，說明本案發明之第5實施形態。 第9圖係在第1圖所示.陰極13之軸部13B周圍，各中空 容器與第3圖所示者相同，安裝有載置有由複數個直管狀 中空容器16(1)…16 (η)所構成的集氫器23的罩殼15的 構成，揭示罩殼1 5之一部分的斜視圖。 如第9圖所示，在第4圖所示之罩殼I5內，在軸部13Β 的周圍載置有由複數個直管狀中空容器16(1)〜16(η) 所構成的集氫器23。被放出至發光管11內的氫氣係通過罩 殼15的開口 151Α而被導引至罩殼15內，透過中空容器16 (1 )…1 6 ( η )，被各中空容器內的集氣器材料〗7所吸收 。其中，罩殼並非限定於第4圖所示之形狀的罩殼，亦可 使用第6圖〜第8圖所示之罩殼。 【圖式簡單說明】 -16- 201126568 第1圖係顯示第1實施形態之揭示一部分之發光管內部 的短弧型放電燈1的構成的斜視圖。 第2圖係揭示被固定在第1圖所示陰極13之軸部13B周 圍之在內部載置有集氫器23的罩殼15的一部分的斜視圖。 第3圖係顯示將吸附氫的集氣器材料1 7予以密閉，並 且藉由使氫透過的金屬所構成的直管狀中空容器18的構成 的斜視圖、由A - A觀看的剖面圖、及由B - B觀看的剖面圖 〇 。 第4圖係顯示在第1圖所示陰極13之軸部13B周圍，安 裝有載置有由將集氣器材料17予以密閉，並且透過氫的中 空容器16所構成的集氫器的罩殼15之構成的剖面圖。 第5圖係顯示將中空容器16的內徑D1與軸部13B的直 徑D2彼此不同之7種短弧型放電燈中的（D1-D2)與照度 變動率（照度安定度）的關係進行實驗後的結果的表。 第6圖係關於第2實施形態，在第1圖所示陰極13之軸 Q 部13B周圍，取代罩殼15，而安裝有載置有由將集氣器材 料17予以密閉，並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器 23的罩殼20之構成的剖面圖。 第7圖係關於第3實施形態，在第1圖所示陰極13之軸 部13B周圍’取代罩殼15，而安裝有載置有由將集氣器材 料17予以密閉，並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器 23的罩殼21之構成的剖面圖。 第8圖係關於第4實施形態，在第1圖所示陰極1 3之軸 部13B周圍，取代罩殼IS，而安裝有載置有由將集氣器材 -17- 201126568 料17予以密閉，並且透過氫的中空容器16所構成的集氫器 2 3的罩殼2 2之構成的斜視圖、及揭示罩殼2 2之一部分的斜 視圖。 第9圖係關於第5實施形態，在第1圖所示陰極1 3之軸 部13B周圍，安裝有載置有由複數個直管狀中空容器16(1 )…16 (η)所構成的集氫器23的罩殻15的構成，揭示覃 殼1 5之一部分的斜視圖。 第1 〇圖係顯示引用文獻2所記載之放電燈之槪略構成 及放電燈所具備之集氫器之剖面構造圖。 第1 1圖係專利文獻3所記載之陰極前端部的主要部位 正面剖面圖及俯視圖。 【主要元件符號說明】 I :短弧型放電燈 II :發光管 12Α、12Β :密封管部 13 :陰極 13Α :本體部 1 3 Β :軸部 14 :陽極 14Α :本體部 14Β :軸部 15 :罩殼 16 :中空容器 -18- 201126568 16 ( 1 )…16 ( η ):中空容器 1 7 :集氣器材料 18 :中空容器 1 8 A、1 8 B :密封部 1 8 C :直管部 19A、19B :防落構件 20 :罩殼 21 :罩殻 22 :罩殼 23 :集氫器 1 5 1 A、1 5 1 B :開口 152： 底板 20 1 A :上壁部 20 1 B :下壁部 202 A 、202Β ：開口 ) 21 ΙΑ :上壁部 2 1 1 Β :下壁部 2 1 2 A 、212Β :開口 2 13： 開口 22 1 A :上端部 22 1 Β :下端部 101 ： 燈泡 102、 103 :電極 104 ： 密封部 -19- 201126568 1 〇 5 :金屬箔 106 :集氫器 107 :石英棒 108 :石英筒 109 :集氫器材料 1 10 :有底圓筒 1 1 0Α :凸緣部 1 1 1 :蓋部 1 1 2 :金屬外皮 201 :電極 202 :圓錐狀部分 2 0 3 :細徑部 204 :線圈 205 :集氣器 d :直徑 S :放電空間 -20-

Claims (1)

1. 201126568 七、申請專利範圍： 1. 一種短弧型放電燈’係在發光管內，將由本體部及 與其連設的軸部所構成的一對電極彼此相對向配置，設置 一在透過氫的中空容器內封入吸收氫的集氣器材料而成的 集氫器，該短弧型放電燈的特徵爲： 在前述軸部安裝有供載置前述集氫器的罩殻。 2 ·如申請專利範圍第1項之短弧型放電燈，其中，前 〇 述罩殻係具有用以使氫氣在該罩殼內流通的開口。 3 ·如申請專利範圍第丨項之短弧型放電燈，其中，前 述罩殻被形成爲線圏狀。 4·如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之短弧型放 電燈’其中，前述中空容器係形成爲大致C字狀，被捲裝 在前述軸部。 5 ·如申請專利範圍第4項之短弧型放電燈，其中，當 將前述軸部的直徑設爲D2 ( mm )、前述大致C字狀的中空 〇 容器的內徑設爲Dl( mm)時，滿足下述數式（1)的關係 數式（1) Dl-D2>0.005 (mm)。 -21 -