(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、波長２５４ｎｍの紫外光のビームを発生できる安価な装置を提供することである。【解決手段】両側に石英板２ａ、２ｂが取り付けられた細長いセラミックチューブ１に希ガス６と水銀７を封入し、両端に取り付けられた円筒電極８ａ、８ｂの間で高周波放電を起こすことで、広がり角の小さな波長２５４ｎｍの紫外ビームＵＶ２が発生する。【選択図】        図１
2006260934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなる細管とその細管の少なくとも一方の端部を紫外光に対して高い透過率を有する光学部材で封じた放電用容器と、前記容器に封入された水銀及び希ガスと、前記細管の両端に配した一対の電極と、前記一対の電極間で１ｋＨｚ以上の周波数の交流電圧を印加して放電させ紫外光ビームを発生させることを特徴とする紫外ビーム発生装置。
【請求項２】
前記光学部材は、前記細管の両端部に配置されていることを特徴とする請求項１記載の紫外ビーム発生装置。
【請求項３】
前記光学部材を通して放射される紫外光を前記細管の光軸方向に反射する紫外光に対して高い反射率を有するミラーが前記光学部材の近くに配置されていることを特徴とする請求項２記載の紫外ビーム発生装置。
【請求項４】
前記紫外光の波長は水銀スペクトルの２５４ｎｍであることを特徴とする請求項１，２、又は３記載の紫外ビーム発生装置。
【請求項５】
前記光学部材は、石英であることを特徴とする請求項１又は４記載の紫外ビーム発生装置。
【請求項６】
前記一対の電極のうち少なくとも一方は前記細管の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１又は４記載の紫外ビーム発生装置。
【請求項７】
前記一対の電極の両方が前記細管の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１又は４記載の紫外ビーム発生装置。
【請求項８】
前記細管は、セラミック材料で形成されていること特徴とする請求項１又は４記載の紫外ビーム発生装置。
【請求項９】
前記細管は、石英管又はガラス管で形成されていることを特徴とする請求項１又は４記載の紫外ビーム発生装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１つの請求項に記載の紫外ビーム発生装置と、蛍光体を載置する試料受け容器と、前記紫外ビーム発生措置からの紫外光を前記蛍光体に照射する手段と、前記蛍光体から発光する蛍光を受光する受光部とを有する蛍光体特性評価システム。
【請求項１１】
前記受光部と前記蛍光体との間に前記蛍光体からの発光スペクトルのうちピーク値近傍のスペクトルに対して高い透過率を有するバンドパスフィルタが配置されていることを特徴とする請求項１０記載の蛍光体特性評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体材料の特性評価等で使用される紫外光のビームを発生させる装置、及び紫外ビーム発生装置を用いた蛍光体の特性を評価するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶テレビのバックライトなどに用いられる蛍光ランプでは、色再現性に優れた三原色の波長で発光できる蛍光体が望まれており、そのために様々な蛍光体が開発され続けている。蛍光体における最も重要な特性の一つとして、励起光源である水銀ランプから発光する波長２５４ｎｍの紫外光に対する発光効率が挙げられる。この発光効率を正確に測定するために、波長２５４ｎｍの光源が必要であるが、蛍光ランプ用の水銀ランプ自体を用いることは、以下の理由から困難であった。
【０００３】
蛍光ランプ用の水銀ランプは、通常、細長い円柱状の放電管を用いてあり、発光する紫外光はその円柱の放電管から四方八方に広がって進む。従って、蛍光体の発光効率等の測定のため、拡散する紫外光の一部を照射させようとすると、照射できる紫外光のパワーが著しく低下してしまう。また、照射させた蛍光体等からの反射光も、広く拡散してしまうため、反射光のパワーを正確に測定することは困難であった。
【０００４】
そこで、従来は、同じ水銀ランプでも、高圧水銀ランプがおもに利用されていた。高圧水銀ランプでは、ランプ中に高圧にキセノン等の希ガスを詰めて、２、３ミリの短い電極間隔でアーク放電を起こすものである。その結果、ほぼ点光源になるため、その発光点を焦点とした放物面鏡によって、ほぼ平行なビームを形成できる。したがって、蛍光体等のサンプルに対して照射させ、その反射光を測定することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、高圧水銀ランプを用いて紫外ビームを形成する従来の装置では、電源まで含めた装置自体が大きくなり、かつ高価な放物面鏡が必要になることが問題であった。
【０００６】
一方、紫外光ビームを得る他の手段として、平行ビームであるレーザ光装置がある。波長２５４ｎｍに近いものとして、例えば、ＫｒＦエキシマレーザの波長２４８ｎｍ、ＹＡＧレーザの第４高調波である波長２６６ｎｍ、あるいは波長５１０．６ｎｍで発振する銅蒸気レーザの第２高調波の波長２５５．３ｎｍなどがある。しかしこれらのレーザ装置は数百万円から数千万円と高価であり、さらにエキシマレーザでは有害なガスを用いるため、安全設備の導入も考慮するとさらに高価になってしまう。また、銅蒸気レーザでは、銅を蒸気にするために放電管内で約１５００度に加熱する必要があり、そのためレーザ装置を立ち上げる際に、３０分程度も掛かることも問題であった。そのため、比較的安価で直ぐに利用できるレーザとしては、ＹＡＧレーザの第４高調波であるが、波長は２６６ｎｍであり、波長２５４ｎｍとは１２ｎｍもずれてしまい、蛍光体等の特性評価には利用できなかった。
【０００７】
以上のように、従来、水銀ランプから発光する波長２５４ｎｍの紫外光と同じ波長のビームを発生できる安価な装置がないことが問題であった。
【０００８】
本発明の目的は、紫外光のビームを発生できる安価な紫外ビーム発生装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、紫外ビーム発生装置を用い蛍光体特性評価システムを安価に提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、水銀と希ガスが封入された絶縁材料から成る細長い管の片側あるいは両側を、紫外光に対して高く透過するガラスで封じ、かつ前記細長い管の両端に一対の電極を配置し、かつ前記一対の電極の内、少なくとも一方は、前記細長い管の周囲に配置し、かつ前記一対の電極間で１ｋＨｚ以上の高周波の交流電圧を印加できる構造を特徴とした紫外ビーム発生装置が得られる。交流電圧は正弦波の電圧だけでなく周期的に繰り返されるパルス電圧をも含む。
【００１１】
本発明によれば、また、紫外ビーム発生装置と、蛍光体を載置する試料受け容器と、前記紫外ビーム発生装置からの紫外光を前記蛍光体に照射する手段と、前記蛍光体から発光する蛍光を受光する受光部とを有する蛍光体特性評価システムが得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、前記交流電圧を印加することで、前記絶縁材料から成る細長い管の内部の水銀が加熱され、水銀ランプと同様に紫外光を発光する。そこで、前記細長い管の片側あるいは両側を、紫外光に対して高く透過するガラスで封じることで、管の軸方向に紫外光を取り出すことができ、これは前記細い管の内径と長さの比で表される角度以内の狭い角で放射されるビームになる。また前記細長い管の両端に印加する電圧を、１ｋＨｚ以上の高周波とすることで、電極間隔が１ｍ程度に長くなっても放電を起こすことができ、紫外ビームを発生できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態による紫外ビーム発生装置１００の構造を示す断面図である。紫外ビーム発生装置１００の構成としては、セラミックチューブ１の両側にそれぞれ波長２５４ｎｍの光に対して高い透過率を有する石英板２ａ、２ｂが融着によって取り付けられており、また、ガス注入管３と排気管４も融着によって取り付けられている。ガス注入管３と排気管４には、それぞれバルブ５ａ、５ｂが取り付けられている。バルブ５ａ、５ｂを閉じると、セラミックチューブ１の内部が密閉されるようになっている。
【００１５】
装置を動作させる前の準備として、バルブ５ｂを開いて、セラミックチューブ１内を真空排気し、バルブ５ｂを閉じ、バルブ５ａを開いて、セラミックチューブ１内にアルゴンとネオンの混合ガスを注入してからバルブ５ａを閉じる。また、セラミックチューブ１内にはあらかじめ水銀７を微量に流し込んでおく。なお、アルゴンとネオンの混合比としては、１０対９０程度が好ましく、全圧は８キロパスカル前後が好ましい。
【００１６】
一方、セラミックチューブ１の両側には、それぞれ円筒電極８ａ、８ｂが巻かれており、これはそれぞれ配線９ａ、９ｂによって高周波電源１０に繋がっている。高周波電源１０は、ここでは約５０ｋＨｚの周波数で約１０００ボルトの電圧を発生できるものが用いられている。周波数に関しては、セラミックチューブ１が長く、円筒電極８ａ、８ｂの間隔が長い程、高くする必要があるが、５０ｋＨｚ程度であれば、円筒電極８ａ、８ｂの間隔が１ｍ程度であっても放電を起こすことができる。
【００１７】
高周波電源１０によって、一対の円筒電極８ａ、８ｂの間で高周波放電を起こすと、セラミックチューブ１内部に置かれた液状の水銀７が、放電の熱によって温度上昇し、セラミックチューブ１内に適度な水銀蒸気が満たされる。その結果、低圧水銀ランプと同様に、波長２５４ｎｍを中心とした紫外光が、セラミックチューブ１内で四方八方に発生する。ところが、本発明の紫外ビーム発生装置１００では、波長２５４ｎｍに対して不透明なセラミックチューブ１を用いているため、紫外光は、セラミックチューブ１の両端にある石英板２ａ、２ｂから左右方向のみに放出される。ただし、図で左側の石英板２ａから放射された紫外ビームＵＶ１は、アルミミラー１１によって反射して、再びセラミックチューブ１に入射する。一方、石英板２ｂから図で右方向に放射される紫外ビームＵＶ２は、４５度の斜めに配置された石英板２ｃを通過して、紫外ビームＵＶ３として外部に取り出され、これが紫外ビームとして利用できるものである。
【００１８】
また、紫外ビーム発生装置１００では、石英板２ｃの表面で反射した一部の紫外ビームＵＶ４は、光検出器１２に当たり、平均パワーがモニターされる。光検出器１２で検知された紫外ビームＵＶ４のパワーの値は、信号線１３によって、高周波電源１０にフィードバックされる。したがって、高周波電源１０では、紫外ビームＵＶ４が常時一定のパワーになるように、円筒電極８ａ、８ｂ間に印加する電圧を自動調整している。
【００１９】
以上のように、紫外ビーム発生装置１００では、細長いセラミックチューブ１の片側の端から紫外ビームＵＶ２が取り出されるため、指向性の高いビームになる。利用できる紫外ビームＵＶ３の広がり角は、セラミックチューブ１の内径と長さの比によってほぼ決められる。本実施例では、セラミックチューブ１の内径が２ｍｍ、長さが７００ｍｍになっており、その結果、紫外ビームＵＶ３の広がり角は約３ミリラジアンと小さく、ほぼ平行ビームのように利用できる。しかも装置全体は、通常の低圧水銀ランプと同様な構造であるため、安価に構成できる。
【００２０】
なお、セラミックチューブ１の代わりにガラス管や石英管など、絶縁性のチューブなら何を用いてもよいが、石英板２ａ、２ｂと融着しやすい材質が好ましく、その点では熱膨張率が同じ石英管が適する。ただし、本実施例で、石英チューブでなく、セラミックチューブを用いた理由としては、石英より安価に入手でき、石英より割れにくいからである。また、セラミックでは紫外光を透過させないため、ビームとして利用しない紫外光を外部に漏らさない点で、安全面から使い易い。さらに、紫外光を強く吸収するセラミックチューブ自体が、紫外光で加熱され、内部の水銀を蒸発させやすい点も特長になっている。
【００２１】
また、本実施例の紫外ビーム発生装置１００では、図で左側から取り出される紫外ビームＵＶ１も波長２５４ｎｍにおいてに高い反射率を有するアルミミラー１１で反射させて、セラミックチューブ１に再度入射させるため、右側から放出される紫外ビームＵＶ２のパワーは、アルミミラー１１が無い場合の２倍近くになる。しかし場合によっては、セラミックチューブ１の左側には、円筒電極８ａではなく、通常の低圧水銀ランプと同じように、管の内部に配置する棒電極を用いてもよい。その場合、右側から取り出される紫外ビームＵＶ２のパワーは低くなるが、アルミミラー１１が不要となり、装置が安価に構成できる。
【００２２】
次に、本発明の他の実施例として、蛍光体特性評価システム２００に関して図２を用いて説明する。図２は蛍光体特性評価システム２００の構成図である。蛍光体特性評価システム２００は、蛍光体における波長２５４ｎｍの励起光に対する発光効率を測定するためのシステムである。波長２５４ｎｍの紫外光源として、図１に示された本発明の紫外ビーム発生装置１００が用いられている。ほぼ平行紫外ビームＵＶ３は、ミラー２１で反射して、容器２２内に注入された蛍光体２３の表面に当たり、ここで反射して、レンズ２４を通過し、パワーメータ受光部２５に入射する。パワーメータ２５の前面にはバンドパスフィルタ２６が取り付けられている。このバンドパスフィルタ２６は、測定する蛍光体２３の発光スペクトルのピーク値周辺のみを高く透過する特性になっており、それ以外の波長の光がパワーメータ受光部２５に当たることを防いでいる。パワーメータ受光部２５からの信号は信号線２７によって、パワーメータ２８に伝えられる。
【００２３】
以上のように本発明の蛍光体特性評価システム２００では、紫外光源として、本発明の紫外ビーム発生装置１００を用いたことで、システム全体が安価に構成できるようになった。
【００２４】
本発明に係る紫外ビーム発生装置は、安価に紫外のビームを発生できるため、蛍光体の特性評価のみならず、一般家庭での水虫治療器具や殺菌装置としても利用できる。
【００２５】
また、上記実施例では、本発明の紫外ビーム発生装置は水銀スペクトルの内、波長２５４ｎｍの紫外光について示したが、水銀スペクトルのうち波長３５６ｎｍを中心とした紫外ビームを発生させることもできる。その場合、交流電圧として正弦波状の電圧ではなくデユーテイ（１周期における電圧が印加されているオン時間の割合を意味する）が２０％以下の電圧を印加してパルス放電を行えばよい。このような低デユーデイのパルス放電を行うと、波長２５４ｎｍよりも３６５ｎｍの紫外光がより発生することが知られており、この種の放電を行うことにより波長３５６ｎｍの紫外ビームを発生できる。この波長の紫外光は、ｉ線レジストにパターン露光するような露光システムの光源としても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態による紫外ビーム発生装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態による蛍光体特性評価システムの構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    セラミックチューブ
２ａ、２ｂ    石英板
３    ガス注入管
４    排気管
５ａ、５ｂ    バルブ
６    希ガス
７    水銀
８ａ、８ｂ    円筒電極
９ａ、９ｂ    配線
１０    高周波電源
１１    アルミミラー
１２    光検出器
１３    信号線
２１    ミラー
２２    容器
２３    蛍光体
２４    レンズ
２５    パワーメータ受光部
２６    バンドパスフィルタ
２７    信号線
２８    パワーメータ
１００    紫外ビーム発生装置
２００    蛍光体特性評価システム
ＵＶ１、ＵＶ２、ＵＶ３、ＵＶ４    波長２５４ｎｍの紫外ビーム
【図１】
2006260934.tif 000003
【図２】
2006260934.tif 000004