(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電容器（４）と、
該放電容器内に配置された少なくとも１つの電極（２２，２４）と
を有する放電ランプ（１）であって、
前記電極（２２）には少なくとも部分的に、マトリクス層と、該マトリクス層の中に含有されている粒子とから成る粒子コンポジットコーティング（３２）が設けられており、
前記マトリクス層の材料の吸光率ｋは６００ｎｍと２μｍとの間のスペクトル領域において０．１より小さく、
前記粒子の材料の吸光率ｋは６００ｎｍと２μｍとの間のスペクトル領域において０．１より大きく、
前記マトリクス層の厚さは１μｍと１ｍｍとの間の範囲にあり、
前記粒子コンポジットコーティング内の前記粒子の体積割合は２％と５０％との間の範囲にあり、
前記粒子の粒度は２０ｎｍと前記マトリクス層の厚さとの間の範囲にある、
ことを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
前記マトリクス層の材料の吸光率ｋは４００ｎｍと８μｍとの間のスペクトル領域において０．０１より小さい、請求項１記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記マトリクス層は、酸化物、炭化物、窒化物、フッ化物のグループのうちの１つ又は複数の要素から成る、請求項１又は２記載の放電ランプ。
【請求項４】
前記マトリクス層は、ＺｒＯ２、ＭｇＦ２、ＳｉＣ、ＡｌＮのグループのうちの１つ又は複数の要素から成る、請求項３記載の放電ランプ。
【請求項５】
前記マトリクス層にはＹ２Ｏ３及び／又はＭｇＯが添加されている、請求項４記載の放電ランプ。
【請求項６】
前記粒子は金属でできている、請求項１から５のいずれか１項記載の放電ランプ。
【請求項７】
前記金属粒子はタングステンでできている、請求項６記載の放電ランプ。
【請求項８】
ランプ動作中にプラズマアークの形態で放射される放射が直接当たる、アノードの領域はコーティングされていない、請求項１から７のいずれか１項記載の放電ランプ。
【請求項９】
前記放電ランプはショートアーク放電ランプである、請求項１から８のいずれか１項記載の放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電容器と、該放電容器内に配置された電極とを備えた放電ランプ、特にショートアーク放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
放電ランプを動作させる際には、その電極間に、電磁放射を放射するプラズマ放電アークが発生する。これらの電極が大抵はタングステンでできているのは、タングステンが非常な高温になって初めて溶融する長持ちのする物質であるためである。とりわけ、電極が強く負荷されるショートアークランプの場合に、高い電極温度が生じる。高い電極温度が生じた後、電極頂部で電極材料が蒸発し、この電極材料がランプバルブの内壁に堆積し、これによって、バルブが黒化してしまう。この黒化は、点灯時間中放射強度の不所望な低下を必然的に引き起こしてしまう。
【０００３】
とりわけ、半導体のリソグラフィでの構造化の際に、放射強度が低下して露光時間が長くなり、それに伴い製造期間が長くなってしまう。極端な場合にはランプを予定より早く交換する必要が出てくるかもしれない。
【０００４】
各物質の蒸気圧は温度が上昇すると共に指数関数的に上昇するから、電極のピーク温度を低下させることによって蒸気圧ひいては電極頂部の材料のすり減りが効果的に軽減され、それに伴い結局バルブの黒化も低減することができる。このような温度の低下は電極の放射を向上させるコーティングによって達成することができる。
【０００５】
ＷＯ００／０８６７２からは、レニウム又は他の高融点材料の樹枝状層が用いられる、高圧放電ランプの電極が公知である。この樹枝状層とは、大抵は滑らかな表面上に針状に多数成長することによって形成されるナノ構造であると理解されたい。このような樹枝状層の表面は、暗灰色から黒色に見え、０．８を超える放射率を実現する。これによって、動作温度はアノードの台形部（Plateau）において、コーティングされていないアノードに比べて約５００Ｋだけ低下させることができる。このような樹枝状層は、作製するのに手間がかかり、それに付随してコストが高くなる点で不利である。このような樹枝状層をＣＶＤ技術又はＰＶＤ技術によって析出するのはコストがかかる。また、このようなアノードコーティングを有する高負荷のランプの点灯時間のテストの結果は、耐用期間の間に、樹枝状針状構造は最初の形態を失い、それに伴いアノードも最初の良好な放射率を失うというものであった。
【０００６】
発明の開示
本発明の課題は、放電ランプの電極を改善することによってランプの耐用年数が延長された放電ランプを提供することである。別の側面は、ランプから放射される有効放射、つまりランプのタイプに応じた紫外線放射（ＵＶ）又は可視光の劣化を低減することである。
【０００７】
前記課題は、放電容器と、この放電容器内に配置された少なくとも１つの電極とを有する放電ランプであって、その電極には少なくとも部分的に、マトリクス層と、このマトリクス層中に含有されている粒子とから成る粒子コンポジットコーティングが設けられており、マトリクス層の材料の吸光率ｋは６００ｎｍと２μｍとの間のスペクトル領域において０．１より小さく、粒子の材料の吸光率ｋは６００ｎｍと２μｍとの間のスペクトル領域において０．１より大きいことによって解決される。
【０００８】
特に有利な実施形態は従属請求項から明らかとなる。
【０００９】
現在の技術知識によれば、粒子の島が赤外スペクトル領域において広範囲に及ぶ透過性のマトリクス層に分布されており、このマトリクス層は粗い表面であるとみなされる。この結果として結局−所望のように（wie angestrebt）−高い放射率が得られる。
【００１０】
粒子は特別な粒度構成を有する必要はない。有利には、平均粒度はマトリクス層厚より小さい。また、粒子は、可視スペクトル領域又は赤外スペクトル領域において非透過性の材料でできている。厳密に言えば、粒子の材料の吸光率ｋは６００ｎｍと２μｍとの間のスペクトル領域において０．１より大きくすべきである。また、粒子の融点は可能な限り高くすべきであり、有利には２０００℃より高く、特に有利には２５００℃より高くすべきである。とりわけ、粒子は金属、有利にはタングステンでできている。
【００１１】
マトリクス層は、可視スペクトル領域及び赤外スペクトル領域において透過性の材料でできている。厳密に言えば、マトリクス層の材料の吸光率ｋは、有利には６００ｎｍと２μｍとの間のスペクトル領域において０．１より小さくするべき、特に有利には４００ｎｍと８μｍとの間のスペクトル領域において０．０１より小さくするべきである。また、マトリクス材料の融点は可能な限り高くすべきであり、有利には２０００℃より高く、特に有利には２５００℃より高くすべきである。適切な材料クラスは、特に酸化物であり、フッ化物であり、炭化物であり及び窒化物である。酸化物、フッ化物、炭化物乃至は窒化物とは、例えばＺｒＯ２、ＭｇＦ２、ＳｉＣ乃至はＡｌＮである。ＺｒＯ２は酸化マトリクス層に特に適していることがわかっている。というのは、高い機械的安定性に高い透過性が伴っているからである。ＺｒＯ２は、層厚が十分にあり温度が十分に高い場合に放射率０．８５を有する。したがって、このようなＺｒＯ２層の場合の放射率は、焼結されたタングステン粉末を有するアノード表面の放射率に比べて非常に大きい。このアノード表面の放射率は、最大で０．６が測定される。層厚が低減されることによって放射率も低下する。というのは、ＺｒＯ２層が赤外線放射に対してだんだんと透過になりそれに伴い下にある基体の表面特性が支配的となるためである。また、多孔性金属層のように、含有されている金属粒子が作用し、放射率は約１０００と２５００℃との間の温度において１．０に達する。このマトリクスは金属構造に安定性を与える。このことは、Ｙ２Ｏ３及び／又はＭｇＯを添加することによってさらに高めることができる。代替的に、マトリクス層を成すのに、ＺｒＯ２の代わりにＹ２Ｏ３乃至はＭｇＯのみを用いてもよい。
【００１２】
有利には、マトリクス層の厚さは１μｍと１ｍｍとの間の範囲にある、特に有利には１０μｍと３００μｍとの間の範囲にある。金属粒子の粒度は２０ｎｍとマトリクス層の厚さとの間の範囲にある。適切には、この金属粒子の体積割合は２％と５０％との間、有利には５％と３０％との間、特に有利には５％と１５％との間の範囲にある。
【００１３】
本発明による層は焼結することによりコスト上有利に作製することができる。この場合、個々の成分を電極体上に塗布する前に混合していてもよいし、別々に塗布してもよい。
【００１４】
焼結するために、金属粉末及びセラミック粉末を焼結するための通常の（一般に市販されている）バインダ溶液を用いることができる。これらの粉末はバインダと撹拌され塗布される。引き続いて、バインダを除去するため及び粉末を焼結するために電極が熱せられる。この場合、熱せられる温度を焼結温度より高くすることによって、層マトリクスの材料を溶融させることができる。
【００１５】
有利には、ランプ動作中にプラズマアークの形態で放射される放射が直接当たる、電極の領域をマトリクス層でコーティングしない。というのは、プラズマ領域におけるコーティングが場合によって損傷する可能性があるためである。
【００１６】
次に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるコーティングされているアノードを有するショートアークランプを示した図
【００１８】
発明の有利な実施形態
次に、本発明をキセノンショートアークランプ（OSRAM XBO（米国特許庁で登録されている））に基づいて詳細に説明する。このキセノンショートアークランプの場合、放電アークが高圧下の純粋なキセノンガス（又は混合ガス）の雰囲気中で生じる。ＸＢＯランプは、例えばクラシックフィルム及びデジタルフィルムを映写する際に使用される。
【００１９】
図１には、ショートアーク技術による、ＤＣ動作のために設けられた、両側にソケットを有する高圧放電ランプ１が概略的に示されている。高圧放電ランプ１は、放電空間６を有する石英ガラス製放電容器４と、放電容器４に配置された密閉された２つの対蹠点にあるバルブ軸８，１０とを有している。バルブ軸８，１０の自由端部には、図示されていないソケットケースをそれぞれ設けることができる。放電空間６内には、バルブ軸８，１０内に延在する２つの電極システム１４，１６が突き出ており、電極システム１４，１６の間で、ランプ動作中ガス放電（アーク）が生じる。放電容器４の放電空間６内にはキセノンガスが充填されて封入されており、一般にランプが冷えているとき（Kaltdruck）の圧力は１ｂａｒである。
【００２０】
図示されている実施例によれば、両側の電極システム１４，１６は、電流をガイドすべき棒状の電極ホルダ１８，２０と、この電極ホルダ１８，２０にはんだ付けされた放電容器側のアノード２２乃至はカソード２４とをそれぞれ有している。図１によれば、右側に配置されたカソード２４は高温を発生させるために円すい状に形成されており、熱放射及び電界放射（リチャードソン方程式）に基づいて規定のアークの出発点及び十分な電子流が保証される。
【００２１】
熱的に強く負荷されるアノード２２はシリンダ形状に形成されている。熱的な放射出力を改善するために、アノード２２とは反対側のカソード乃至は動作中にプラズマアークに面している前端面３１を除いた表面３０には、ＺｒＯ２マトリクス層と、その中に含有されているタングステン粒子とから成る粒子コンポジットコーティング３２が設けられている。このために、１０vol％のタングステンと９０vol％のＺｒＯ２とから成る粉末混合物が焼結されている。粒子コンポジットコーティング３２は、アノード２２の、一般的にアノード全体に亘る平均的な動作温度が１５００℃である場合に約０．９５の放射率εを有しており、これによって例えば上記処理がなされていない、放射率εが０．２５であるアノードに比べて非常に高い放射を有するようになる。これによって、放電ランプ１の熱的な負荷が一層低減される結果となる。
【００２２】
放射率εに対する、ＺｒＯ２マトリクスを有する粒子コンポジットコーティングのタングステン量の影響を測定したところ、タングステンが約１０vol％のときに最大値となった。この場合、その放射率εは１０００と２５００℃との間の温度においてほとんど１である。
【００２３】
上述したように、本発明をキセノンショートアークランプの例で説明したが、本発明の有利な効果は同じように水銀蒸気ショートアークランプ（OSRAM HBO（米国特許庁で登録されている））でも実現することができる。この水銀蒸気ショートアークランプの場合、放電媒体は水銀蒸気並びに１つ又は複数の希ガスである。ＨＢＯランプは電気機械器具産業において、例えばマイクロチップ及びＬＣＤの製造において用いられる。
【００２４】
上述したように、本発明は直流電流（ＤＣ）で動作する放電ランプの例で記載されているが、本発明はＤＣ放電ランプに限定されるものではなく、その有利な効果は交流電流（ＡＣ）放電ランプでもみられるのである。
【図１】
0005559313.tif 000002