(57)【要約】ファラデー箱を半透明な共振器（１）に設ける方法であって、前記共振器がマイクロ波で励起可能な材料を含む内部空間（２）を有し、前記内部空間内の発光プラズマを駆動するために前記共振器及び前記ファラデー箱内部のマイクロ波共振に適合するように構成されており、・前記半透明な共振器に導電性材料を蒸着する工程と、・不要な箇所の前記導電性材料が露出したままになるように、前記導電性材料上にフォトレジスト材料を適用し、パターン形成し、現像する工程と、・必要な箇所の前記導電性材料から、不要な箇所の前記導電性材料及び前記フォトレジスト材料を除去し、ファラデー箱となる導電性材料の細線網（１１）を残す工程と、・前記導電性材料のファラデー箱上に保護材料層を蒸着する工程と、からなるファラデー箱を半透明な共振器（１）に設ける方法が提供される。【選択図】図１
2013519973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー箱を半透明な共振器に設ける方法であって、前記共振器がマイクロ波で励起可能な材料を含む内部空間を有し、前記内部空間内の発光プラズマを駆動するために前記共振器及び前記ファラデー箱内部のマイクロ波共振に適合するように構成されており、
・前記半透明な共振器に導電性材料を蒸着する工程と、
・不要な箇所の前記導電性材料が露出したままになるように、前記導電性材料上にフォトレジスト材料を適用し、パターン形成し、現像する工程と、
・必要な箇所の前記導電性材料から、不要な箇所の前記導電性材料及び前記フォトレジスト材料を除去し、ファラデー箱となる導電性材料の細線網を残す工程と、
・前記導電性材料のファラデー箱上に保護材料層を蒸着する工程と、
からなるファラデー箱を半透明な共振器に設ける方法。
【請求項２】
前記導電性材料が、励起可能な材料を励起するときに用いられるマイクロ波の表皮深さの少なくとも二倍の厚さに蒸着され、好ましくは、前記表皮深さの三倍以上の厚さに蒸着されることを特徴とする請求項１記載のファラデー箱を半透明な共振器に設ける方法。
【請求項３】
前記導電性材料が、スパッタリング又は電子ビーム蒸着によって真空蒸着されることを特徴とする請求項１又は２記載のファラデー箱を半透明な共振器に設ける方法。
【請求項４】
前記保護材料が、スパッタリング又は電子ビーム蒸着によって真空蒸着されることを特徴とする請求項１又は２記載のファラデー箱を半透明な共振器に設ける方法。
【請求項５】
前記導電性材料が、高導電性金属、好ましくは銅であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のファラデー箱を半透明な共振器に設ける方法。
【請求項６】
前記保護材料が前記共振器と同一材料からなり、好ましくは、石英すなわち二酸化ケイ素又は一酸化ケイ素からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のファラデー箱を半透明な共振器に設ける方法。
【請求項７】
連続形成又は細線網の一端として形成された前記導電性材料のリングが前記保護材料によって覆われないままであり、固定リングが前記露出した導電性材料にはんだ付け又はろう付けされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のファラデー箱を半透明な共振器に設ける方法。
【請求項８】
前記共振器の後面上に、好ましくは、前記ファラデー箱の連続拡張を形成する反射性材料が蒸着されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のファラデー箱を半透明な共振器に設ける方法。
【請求項９】
前記後面上に蒸着された前記反射性材料が前記細線網と同一の材料からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のファラデー箱を半透明な共振器に設ける方法。
【請求項１０】
前記後面上に蒸着された前記反射性材料が異なる材料好ましくはアルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のファラデー箱を半透明な共振器に設ける方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波で駆動されるランプ光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を発生させるために、カプセルの中で放電させることはよく知られている。
【０００３】
典型的な例としてナトリウムランプや蛍光灯などがある。後者は紫外線を発生する水銀蒸気を用いている。この水銀蒸気が蛍光性粉末を励起させて発光させている。これらはタングステン・フィラメントのランプよりも消費電力１ワット当たりの光束の点では高効率である。しかしながら、これらの照明器具はカプセル内に電極が必要となる点で劣っている。これらは放電に必要な電流を流すために劣化し、最終的には効率も低下する。
【０００４】
国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００２０１８号（以下「２０１８ランプ」という）、ランプ用バルブに関する国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００５／００５０８０号、マイクロ波で駆動されるランプの整合回路に関する国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００７／００１９３５号に示すとおり、我々は無電極バルブ型ランプを開発してきた。これらはすべて、バルブ内の発光プラズマを励起させるためのマイクロ波エネルギーを使用して無電極で駆動されるランプに関するものである。マイクロ波のエネルギーをバルブに供給するために電波の使用を伴う以前の提案は、例えばフュージョン・ライティング社の米国特許番号５，３３４，９１３号によって成し遂げられている。もし、電波の導波器が使用されると、導波器の物理的な大きさは、空気中のマイクロ波の波長分の１であるので、ランプは大型になってしまう。例えばこのような光は街灯に使用しても問題はないが、多くの機器に対して適さなくなってしまう。そのため、前記２０１８ランプは誘電性の導波器を使用しているが、これは実質的に２．４ＧＨｚの駆動周波数で波長を減らしている。このランプは背面投射型テレビのような家庭用電気機器に適している。
【０００５】
国際公開番号ＷＯ２００９／０６３２０５として国際公開されている、我々の国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００８／００３８２９では、マイクロ波で駆動される光源であって、前記光源が、
・中に密閉された内部空間を有するプラズマのルツボであって、そこから出てくる光に対して半透明な材料からなる固体のプラズマのルツボと、
・前記プラズマのルツボを取り囲むファラデー箱であって、前記プラズマのルツボから出てくる光を少なくとも部分的に透過しつつ、マイクロ波を閉じ込めているファラデー箱と、
・前記密閉された内部空間において、その内部で発光プラズマを生成するために充填された、マイクロ波のエネルギーによって励起可能な充填材と、
・前記充填材にプラズマを誘導するマイクロ波エネルギーを伝送するために前記プラズマのルツボの中に設けられたアンテナであって、前記アンテナが、
・マイクロ波エネルギー源と結合するために前記プラズマのルツボの外側に伸びているアンテナ接続部
を有しているようなアンテナと、
を有しており、前記密閉された内部空間のプラズマからの光が前記プラズマのルツボを通過可能であり、そこから前記箱を介して放射されるように配置されたことを特徴とする光源、について開示している。
【０００６】
この出願において用いられているように、「半透明」とは半透明とされている物の材料が透明または半透明であることを意味し、「プラズマのルツボ」とはプラズマを閉じ込めた密封体を意味し、内部空間の充填材がアンテナからのマイクロ波エネルギーによって励起された時はその内部空間内を意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００６／１２９１０２号
【特許文献２】国際公開第２００６／０７０１９０号
【特許文献３】国際公開第２００７／１３８２７６号
【特許文献４】米国特許第５３３４９１３号明細書
【特許文献５】国際公開第２００９／０６３２０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、マイクロ波エネルギーによって駆動される光源の半透明なルツボその他の共振器にファラデー箱を設ける改良された方法を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明によれば、ファラデー箱を半透明な共振器に設ける方法であって、前記共振器がマイクロ波で励起可能な材料を含む内部空間を有し、前記内部空間内の発光プラズマを駆動するために前記共振器及び前記ファラデー箱内部のマイクロ波共振に適合するように構成されており、
・前記半透明な共振器に導電性材料を蒸着する工程と、
・不要な箇所の前記導電性材料が露出したままになるように、前記導電性材料上にフォトレジスト材料を適用し、パターン形成し、現像する工程と、
・必要な箇所の前記導電性材料から、不要な箇所の前記導電性材料及び前記フォトレジスト材料を除去し、ファラデー箱となる導電性材料の細線網を残す工程と、
・前記導電性材料のファラデー箱上に保護材料層を蒸着する工程と、
からなるファラデー箱を半透明な共振器に設ける方法が提供される。
【００１０】
通常、蒸着した導電性材料は、半透明な共振器を励起するときに用いられるマイクロ波の表皮深さの少なくとも二倍の厚さになり、好ましくは、表皮深さの三倍以上の厚さとなる。
【００１１】
便宜上、導電性材料と保護材料は、スパッタリング又は電子ビーム蒸着によって真空蒸着される。導電性材料は、好ましくは銅などの高導電性金属であり、保護材料は好ましくは共振器と同じ材料からなり、便宜上、石英すなわち二酸化ケイ素、あるいは一酸化ケイ素からなる。
【００１２】
半透明な共振器を固定するために、（連続形成又は細線網の一端として形成された）導電性材料のリングは、保護材料によってカバーされないままであり、この固定用リングは、露出した導電性材料にろう付けもしくはハンダ付けされる。
【００１３】
プラズマからの光を前方へ導くために、便宜上、共振器の後面上には、ファラデー箱の連続拡張を形成する反射性材料が蒸着される。これは、細線網と同じ材料で形成することもできるが、好ましくは導電性接触する場合であっても異なる材料で形成する。便宜上、この反射性材料はアルミニウムである。
【００１４】
ここで、本発明の理解のために、本発明の特定の実施形態について添付図面を参照しながら記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のファラデー箱を設けた半透明のルツボの斜視図である。
【図２】固定リングを示すルツボの後側角部の部分断面図である。
【図３】ファラデー箱上にスパッタリング形成された保護層を示すファラデー箱の部分断面図である。
【図４】ルツボの前面及び側壁のスパッタリング時に使用するルツボ保持具の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、添付図面の図１〜３を参照すると、半透明のルツボ１は石英材料からなり、直径４９ｍｍで長さ２０ｍｍの円筒形状である。ルツボ１は中央に長さ２０ｍｍで直径６ｍｍの内部空間２を有している。ルツボ１の直径はわずか３ｍｍまで減じることもできる。長さ５ｍｍで直径１０ｍｍの蓋体３は、ルツボの前面４で内部空間を閉じている。金属ハロゲン化物及び希ガスの充填材が内部空間の中に封入される。アンテナ用ボア５は、ルツボの後面６から提供され、中央の内部空間に隣接して、そこに突出している。
【００１７】
ルツボは、銅線の六角形の網１１（半径方向に厚さ２ミクロン、幅５０ミクロン）で形成されたファラデー箱を有しており、その円筒面７を覆っている。この網１１は、ルツボの前面４上に突き出し、ちょうど蓋体３の所まで延びている。平坦な銅線１２は、前面４と円筒面７の間の角部の周囲まで延びており、銅バンド１３は、後面６に隣接する円筒側壁の周囲まで延びている。黄銅製の固定用リング１４は、銅バンド１３に銀でろう付けされる。後面は、アルミニウム層１５で覆われており、銅バンド１３及びファラデー箱の残部に電気的に接触する。このアルミニウムの内側は、アルミニウム層１５の反射性を高めた反射性の層３１である。石英材料からなる保護層１５は、銅の網１１を覆っている。
【００１８】
ここで、充填されたプラズマルツボにファラデー箱を設ける方法について述べる。実際には、複数のルツボが、まとめて処理されることに留意すべきである。説明を簡単にするために、以下の説明では単一のルツボのみとする。
１．ルツボは、金属の蒸着のために標準のガラス洗浄によって洗浄される。
２．ルツボは、いくつかの表面から水蒸気を除去するために、クリーンオーブンで４５０℃まで加熱される。
３．ルツボは、すぐに、好ましくは熱いうちに、スパッタリング真空チャンバー内に入れられる。ルツボの背面のコーティングのために、ルツボは、アルミニウムのスパッタリングのターゲットの方へ向けられ、その背面を固定される。前面及び円筒側面のコーティングのために、例えば図４のように、ルツボは保持具２０に対して斜めに設けられる。これは、個々の保持具２３を保管する４５°に傾いたボア２２を有する固定部材２１を有している。これらは、残留した封着チューブ２５によってルツボを保持できるチャック２４を有している。チャック２４を備えているのは、封着するように部材２１まで延びたシャフト２８上に設けられた補完的なギア２７とかみ合うかさ歯車２６である。シャフトの回転はルツボを回転させ、後述のスパッタリングのために、その前面及び側壁が均一に露出する。
４．スパッタリングの前に、まず、１３．５６ＭＨｚの無線周波数エネルギーが、ルツボを保持する絶縁された保持具に供給される。これは、１０秒オーダーの時間であり、原子層のスパッタリングによってルツボを洗浄することとなる。また、これは、ルツボ表面から粒子状の異物や水蒸気を取り除くこととなる。
５．後面が露出した状態のルツボと共に、予備の多層光学コーティング３１がルツボの後面に適用され、４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で高い反射性となる。
６．ルツボが操作され、銅のスパッタ電極に４５°の角度で面するように設けられる。無線周波数が供給され、蒸着処理が開始することとなる。蒸着速度は、１分当たり１ミクロンオーダーであるので、３ミクロンの層の蒸着には３分間の動作となる。網が必要となる場所すなわち前面及び側壁に銅３２が蒸着される。十分な蒸着３３が電気的接触の角部の周りの後面上に移動する。
７．ルツボは、再び操作され、その後、無線周波数がアルミニウムのスパッタ電極に供給され、アルミニウムコーティング１５が銅製の縁３３を含む後面に供給され、電気的接触
する。アルミニウムコーティングが（１）ファラデー箱の完成、（２）ルツボを励起するマイクロ波源への熱伝達を減少させるためのルツボの前方外側への赤外線の反射、という２つの機能をさらに有していることに留意すべきである。
８．ルツボは、最終蒸着の後に取り外され、フォトレジストが供給される。ルツボの出力側の前面は、スピンコーターによって供給されたフォトレジストを有することとなる。フォトレジストの塊が中央に注がれ、その後、ルツボは高速回転する。これは、その面全体に非常に薄くて均一な層を残す。残りのフォトレジストが角部及び円筒側壁上に滴ることはなく、後面は依然としてレジストでコーティングされないままである。ルツボはその後、回転技術によって供給された薄い層の上部を何も流れることがないように注意して、特別な保持具に差し込まれ、フォトレジストの容器にちょうど上の角部まで沈められる。フォトレジストが非常に高い表面張力を有し、簡単には流れ出さないので、この作業は難しくはない。レジストが角部に位置するように、一度、ルツボがカップ内の位置に下げられると、その後は、ゆっくりと低速で取り外される。取り外す速度は、フォトレジストの厚さを決定する。レジストの均一な厚さ又は紫外線レーザー光源がレジストを十分な深さに露光させないと欠陥の要因となることに留意すべきである。
９．ルツボで覆われたフォトレジストは、その後、８０℃で１０分間、暗いクリーンオーブンの中で焼かれる。
１０．フォトレジストは、その後、露光の準備に入る。レーザー検流計システムは、ルツボ上に網パターンを書き込むために使用される。ルツボは、回転真空固定具上に載置され、後面のアルミニウムコーティング面によって保持される。その後、レーザー検流計システムは、一区分を書き込んでから一定角度回転させ、次の一区分を書き込むという方法によって、円筒側壁に網パターンを書き込む。現在は６回転を必要とする。これは、システムの更新によって改良することができ、レーザー検流計がｚ軸方向に移動し、回転がパターンを書き込むためにシータ回転を覆う。これは、もっと早くなる。円筒側壁が書き込まれるのに対し、追加の検流計システムは前面パターンを書き込む。線が角部で一致して連続するように、側壁及び前面のパターンは調整される。側壁及び前面が側壁から前面にかけて連続するように追加の保険として細い線を描くことができる。
１１．一度露光したフォトレジストは、速やかにＫＴＦＲ現像溶液の中で現像される。これは２分間かかる。露光しなかったフォトレジストは、高圧の脱イオン水で洗い流される。ルツボは、速やかに、アルコールに漬けて、乾燥した窒素ガスで吹き付け乾燥しなければならない。フォトレジストは、もはや感光性ではなくなる。
１２．フォトレジストは、クリーンオーブンの中で、１００℃で２０分間焼かれる。
１３．焼いた後のフォトレジストは、フォトレジストがない所でパターンをエッチングする準備に入る。銅は、速やかに塩化鉄などの通常の銅のエッチング液でエッチングされる。いくつかの撹拌は、エッチングの均一化に有利である。この処理は、３０秒オーダーの時間がかかる。これらのすべての処理が一括した処理であり、多数のルツボが一度に処理されることが思い出される。エッチング後のルツボは、脱イオン水で洗い流される。
１４．ルツボは、その後、乾燥した窒素ガスを吹き付けされ、フォトレジスト除去液の中に２分間漬け込まれる。繰り返しになるが、撹拌が有効である。除去液から取り出した後、ルツボは熱い泡湯で洗浄され、脱イオン水で洗浄される。最終的にはイソプロピルアルコールで超音波洗浄され、クリーンな乾燥した窒素ガスで乾燥させる。
１５．洗浄すると、ルツボは１２０℃で焼かれ、スパッタリングチャンバーの中に再び搭載される。繰り返しになるが、残存しているフォトレジストを除去するために逆スパッタリングが用いられ、ルツボに水分や粒子状材料が無い状態が確保される。その後、３ミクロンの二酸化ケイ素の厚い層がルツボ上にスパッタされ、銅の網及びアルミニウムの後面反射器を覆う。チャンバールツボの保持具は、小さな銅の細長い一片が露出した状態で、後面反射器の後の角部の周りで小さなリング１３を隠している。
１６．その後、取付リング１４は、この露出したリングにはんだ付けされ、又はろう付けされ、取り付けとルツボへの電気的接続のために用いられる。ＭｇＦからなる１/４波長の反射防止層は、２〜３％出力の追加を得るために二酸化ケイ素の上に蒸着させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2013519973.tif 000008
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