(57)【要約】【課題】            波長３２０〜３５０ｎｍの光照射が必要なプロセスに好適で、余分なフィルタ部材を必要とせずに紫外線照射可能なメタルハライドランプを提供する。【解決手段】        ３２０〜３５０ｎｍの波長域の紫外線を照射するメタルハライドランプであって、発光管内に希ガスとハロゲン化インジウムとが封入され、該発光管は、チタン、セリウム、スズ、及びバナジウムの酸化物が少なくとも１種以上添加された石英ガラス製部材から構成され、前記ランプ点灯時の光透過率が、波長３００ｎｍ以下で１０％未満で、波長３２５ｎｍで２０％以上３０％以下、波長３５０ｎｍで５０％以上７０％以下、波長４００ｎｍ以上で９０％以上であり、かつ波長３２０〜３７０ｎｍでは波長が長波長側へ向かうにつれて光透過率が単調に増加する分光透過率特性を有し、前記ハロゲン化インジウムの封入密度は０．０５〜０．２ｍｇ／ｃｍ３である。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３２０〜３５０ｎｍの波長域の紫外線を照射するメタルハライドランプであって、
発光管内に希ガスと水銀とハロゲン化インジウムとが封入され、
該発光管は、チタン、セリウム、スズ、及びバナジウムの酸化物が少なくとも１種以上添加された石英ガラス製部材から構成され、前記ランプの点灯時に、波長３００ｎｍ以下の光の透過率は１０％未満で光は実質的に透過せず、波長３２５ｎｍでの光透過率が２０％以上３０％以下であり、かつ波長３５０ｎｍでの光透過率が５０％以上７０％以下であり、波長４００ｎｍ以上の光は９０％以上透過し、かつ波長３２０〜３７０ｎｍの範囲では波長が長波長側へ向かうにつれて光透過率が単調に増加する分光透過率特性を有し、
前記ハロゲン化インジウムの封入密度は０．０５〜０．２ｍｇ／ｃｍ３であることを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記ハロゲン化インジウムを構成するハロゲン元素がヨウ素（Ｉ）または臭素（Ｂｒ）であることを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ。
【請求項３】
発光管内に希ガスと水銀と、封入密度が０．０５〜０．２ｍｇ／ｃｍ３であるハロゲン化インジウムとが封入されたメタルハライドランプと、該発光管の外周を、該発光管との間に通水可能に間隙を有して囲繞する水冷ジャケットとを少なくとも備える紫外線照射装置であって、
前記水冷ジャケットは、チタン、セリウム、スズ、及びバナジウムの酸化物が少なくとも１種以上添加された石英ガラス製部材から構成され、温度２０〜３０℃の時に、波長３００ｎｍ以下の光の透過率は５％未満で光は実質的に透過せず、波長３２０ｎｍでの光透過率が１０％以上２０％以下であり、波長３４０ｎｍでの光透過率が５０％以上６０％以下であり、かつ波長３６０ｎｍでの光透過率が７０％以上８５％以下であり、波長４００ｎｍ以上の光は９０％以上透過し、かつ波長３２０〜３６０ｎｍの範囲では波長が長波長側へ向かうにつれて光透過率が単調に増加する分光透過率特性を有することを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項４】
前記発光管内に封入する前記ハロゲン化インジウムを構成するハロゲン元素がヨウ素（Ｉ）または臭素（Ｂｒ）であることを特徴とする請求項３に記載の紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３２０〜３５０ｎｍの波長領域の紫外線照射が求められるプロセスに特に適したメタルハライドランプ及び紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年液晶パネル製造プロセスなどにおいて、プロセスの短縮、高機能化などにより従来の波長３６５ｎｍを中心とする紫外線よりもエネルギーの大きい短波長側の発光が求められるようになってきている。特に、液晶配向制御工程においては、材料物質の化学反応に必要な光の波長域は３２０〜３５０ｎｍと狭く、それ以外の波長域の光は極力抑制することが要求される。
【０００３】
そうしたプロセスに対して、従来からメタルハライドランプが用いられ、このランプを搭載した紫外線照射装置が使われてきたが、従来のメタルハライドランプでは、３２０〜３５０ｎｍの波長域の発光強度が十分ではなく、また不要な波長域の光をカットするために高価なフィルタガラスを使用しているため、性能、コストの両面で顧客要求を満たすことができないという問題があった。
【０００４】
なお、紫外線照射のためのメタルハライドランプは、通常、動作時に高温となるため、水冷ジャケットで覆う必要のある時は、内部に希ガスと発光金属を含む化合物が封入された発光管の外周に、透光性部材で構成したジャケットを配置し、ジャケット内部に通水して発光管の水冷が行なわれている。
【０００５】
ところで、従来主流であった鉄のハロゲン化物、あるいは鉄と他の金属のハロゲン化物を封入したメタルハライドランプは、例えば特許文献１の図５に示されているように、鉄（Ｆｅ）に帰属される波長３５０〜４００ｎｍの領域における発光が主であり、その領域の短波長側に隣接する上記所要波長領域の発光成分は極めて乏しいという欠点があった。
【０００６】
一方、発光領域をこれよりも更に短波長側へ移す試みも行われていて、例えば、特許文献２には、波長３００〜３４０ｎｍにおける発光強度を高めるために、発光金属として亜鉛（Ｚｎ）を選択し、発光管内にそのハロゲン化物を封入して製造したメタルハライドランプが開示されている。しかしながら、このランプでは、３００〜３１５ｎｍの波長域にも強い発光成分があり（特許文献２の図２参照）、３２０〜３５０ｎｍの波長域の光が求められるプロセスにとっては、幾分短波長の発光成分が強すぎて、適切であるとは言えなかった。
【０００７】
そこで、他の金属の発光スペクトルを調査すると、３２０〜３５０ｎｍの波長領域で効率よく発光する金属として、インジウム（Ｉｎ）を挙げることができる（特許文献３の図３参照）。しかしながら、インジウムを用いた場合でも、３１５ｎｍ付近の波長域に比較的強い発光は生じるため、メタルハライドランプ発光管や水冷ジャケットの他に、この不要な波長域の光をカットする何らかのフィルタ部材を必要とする欠点は解消していなかった。
【０００８】
そこで、この不要な発光成分をカットするために、この波長領域の光を吸収する特性を持つチタン等の金属酸化物が少量添加された石英ガラス製発光管を使用する構成を採用する方策が考えられる。あるいは、構成部材である水冷ジャケットを、チタン等の金属酸化物が少量添加された石英ガラス製円筒で構成する方策が考えられる。これらいずれの方策を採る場合も、余分な構成部材は必要とならない。本発明者は、発光管あるいは水冷ジャケットがこうした構成要件を備えるという条件下で、発光管に封入するインジウム化合物の封入密度と３２０〜３５０ｎｍの波長域の積分分光放射照度との相関性を検討して、本発明を創出するに至った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１３４７１０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６７４０３号公報
【特許文献３】特開２００９−０６４７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、波長３２０ｎｍ以下の光が制限され３２０〜３５０ｎｍの領域の光の照射が必要とされるプロセスに好適に用いることができると共に、余分なフィルタ部材は別途設置することなく、被照射物に紫外線照射することができるメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【００１１】
また本発明は、波長３２０ｎｍ以下の光が制限され３２０〜３５０ｎｍの領域の光の照射が必要とされるプロセスに好適に用いることができると共に、余分なフィルタ部材は別途設置することなく、被照射物に紫外線照射することができる紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のメタルハライドランプは、３２０〜３５０ｎｍの波長域の紫外線を照射するメタルハライドランプであって、発光管内に希ガスとハロゲン化インジウムとが封入され、
該発光管は、チタン、セリウム、スズ、及びバナジウムの酸化物が少なくとも１種以上添加された石英ガラス製部材から構成され、前記ランプの点灯時に、波長３００ｎｍ以下の光の透過率は１０％未満で光は実質的に透過せず、波長３２５ｎｍでの光透過率が２０％以上３０％以下であり、かつ波長３５０ｎｍでの光透過率が５０％以上７０％以下であり、波長４００ｎｍ以上の光は９０％以上透過し、かつ波長３２０〜３７０ｎｍの範囲では波長が長波長側へ向かうにつれて光透過率が単調に増加する分光透過率特性を有し、前記ハロゲン化インジウムの封入密度は０．０５〜０．２ｍｇ／ｃｍ３であることを特徴とする。
【００１３】
また本発明のメタルハライドランプは、前記ハロゲン化インジウムを構成するハロゲン元素がヨウ素（Ｉ）または臭素（Ｂｒ）であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の紫外線照射装置は、発光管内に希ガスと水銀と、封入密度が０．０５〜０．２ｍｇ／ｃｍ３であるハロゲン化インジウムとが封入されたメタルハライドランプと、該発光管の外周を、該発光管との間に通水可能に間隙を有して囲繞する水冷ジャケットとを少なくとも備える紫外線照射装置であって、前記水冷ジャケットは、チタン、セリウム、スズ、及びバナジウムの酸化物が少なくとも１種以上添加された石英ガラス製部材から構成され、温度２０〜３０℃の時に、波長３００ｎｍ以下の光の透過率は５％未満で光は実質的に透過せず、波長３２０ｎｍでの光透過率が１０％以上２０％以下であり、波長３４０ｎｍでの光透過率が５０％以上６０％以下であり、かつ波長３６０ｎｍでの光透過率が７０％以上８５％以下であり、波長４００ｎｍ以上の光は９０％以上透過し、かつ波長３２０〜３６０ｎｍの範囲では波長が長波長側へ向かうにつれて光透過率が単調に増加する分光透過率特性を有することを特徴とする。
【００１５】
また本発明の紫外線照射装置は、前記発光管内に封入する前記ハロゲン化インジウムを構成するハロゲン元素がヨウ素（Ｉ）または臭素（Ｂｒ）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ハロゲン化インジウムを所定封入密度で封入した発光管について、波長３００〜４００ｎｍにかけての紫外線領域の光透過率が所定条件に規定されているので、発光管は所望の３２０〜３５０ｎｍの領域にほぼ匹敵する波長領域にのみ適度な強さの発光帯が出現する発光分光分布を有する光を放射することが出来、従って、余分なフィルタ部材を用いることなく、効率よく紫外線照射を行うことが可能なメタルハライドランプを提供することが出来る。
【００１７】
本発明によれば、メタルハライドランプの発光管にハロゲン化インジウムが所定封入密度で封入され、該発光管の外周を囲繞する水冷ジャケットについて、波長３００〜４００ｎｍにかけての紫外線領域の光透過率が所定条件に規定されているので、発光管から水冷ジャケットを透過して放射される光は、所望の３２０〜３５０ｎｍの領域にほぼ匹敵する波長領域にのみ適度な強さの発光帯が出現する発光分光分布を有する光を放射することが出来、従って、余分なフィルタ部材を用いることなく、効率よく紫外線照射を行うことが可能な紫外線照射装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態のメタルハライドランプの外観図である。
【図２】ドープド石英ガラスの分光透過率特性を示す図である。
【図３】本発明の実施形態のメタルハライドランプの発光分光分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
［実施例１］
図１は本発明の実施の形態のメタルハライドランプの外観図である。メタルハライドランプ１は、発光管封体２と、その両端に管軸上で対向配設された一対の電極３、３と、一対の口金４、４と、一対のリード線５、５、などから構成される。発光管封体２内には、希ガスと、水銀と、金属ハロゲン化物が所定量封入される。
【００２１】
まず本発明のメタルハライドランプの発光管、または本発明の紫外線ランプ装置に用いられる水冷ジャケットの分光透過率特性について説明する。この発光管または水冷ジャケットの材料は、チタン等の金属酸化物が少量添加された、いわゆるドープド石英ガラスであり、近紫外域における分光透過率曲線の位置、すなわち吸収端の位置が温度上昇とともに長波長側へシフトする温度依存性が知られている。
【００２２】
そこで、ドープド石英ガラスの分光透過率特性を測定した。
まずチタン等の金属化合物を０．１ｐｐｍオーダーで含有するドープド石英ガラス（厚さ１．５ｍｍ）について測定すると、図２に示す通りとなり、破線で示す室温下での特性は、ランプ点灯時の発光管外表面温度である８００℃においては、実線で示す特性へシフトした。５０％透過率点で見た場合、長波長側へ約２５ｎｍのシフトであった。室温下では約２９０〜３５０ｎｍに、８００℃の高温下では約３００〜４００ｎｍの範囲にそれぞれ光透過率が大きく変化する領域があり、その変化はいずれも波長の増加と共に光透過率が単調に増加する形態を取っていた。
【００２３】
８００℃での光透過率は、波長３００ｎｍ以下では１０％未満で実質的に光が透過せず、波長３２５ｎｍでは２０％以上３０％以下であり、かつ波長３５０ｎｍでは５０％以上７０％以下であり、波長４００ｎｍ以上の光は９０％以上透過する特性を示した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
そこで、発光管封体２の材料として用いるドープド石英ガラス（肉厚１．５ｍｍ）が、室温下と８００℃程度の高温下でそれぞれ図２に示す分光透過率特性を有するものを使用してメタルハライドランプを試作した。本発明に基づく試作ランプＡ、Ｂ、Ｃは、発光管封体２内に臭化インジウム（ＩｎＢｒ）を封入し、その封入量は封入密度でそれぞれ、０．０５ｍｇ／ｃｍ３、０．１ｍｇ／ｃｍ３、０．２ｍｇ／ｃｍ３の３通りとした。共通仕様として、発光管封体２内にアルゴンと水銀を適量封入し、ランプ電力を３．０ｋＷ、ランプ負荷を１２０Ｗ／ｃｍとした。
【００２６】
［比較例］
比較対象は、従来から知られている、鉄系ハロゲン化物を封入したメタルハライドランプ（比較ランプＸ）及びヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）を封入したメタルハライドランプ（比較ランプＹ）を採用した。
【００２７】
すなわち、比較ランプＸは、発光管内の封入物が、ヨウ化鉄（ＦｅＩ２）と臭化鉄（ＦｅＢｒ２）とから成る鉄系ハロゲン化物と、金属鉄とであり、両者の合計の封入密度は０．１６ｍｇ／ｃｍ３とした。その他に微量のヨウ化タリウム（ＴｌＩ）と適量のアルゴン及び水銀を封入した。発光管封体の材料は、何も微量成分がドープされていない純粋な石英ガラスである。これ以外のランプ仕様は、上記説明の試作ランプと同じである。
【００２８】
一方、比較ランプＹは、発光管内にヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）（封入密度０．２ｍｇ／ｃｍ３）と、適量のアルゴン及び水銀とが封入され、それ以外の仕様は比較ランプＸと同じである。
【００２９】
試作ランプＡ、Ｂ、Ｃ、及び比較ランプＸ、Ｙについて、波長３００〜４００ｎｍの領域の発光分光分布を測定したところ、図３に示す通りになった（縦軸は放射照度）。
すなわち、比較ランプＸでは、波長３５０〜４００ｎｍの領域に波長３６５ｎｍ付近をピークとする比較的幅広い発光帯があるが、波長３２０〜３５０ｎｍの領域には殆ど有力な発光ピークがなかった。また、比較ランプＹでは、波長３６５ｎｍ付近をピークとする強い発光帯の他、波長３３０〜３４０ｎｍの領域に“二こぶ型”の発光帯が出現したが、ピークはいずれも急峻で、ピークの前後での裾野の広がりは見られなかった。３１５ｎｍ付近にも比較的強い発光ピークが見られた。
【００３０】
これに対して、試作ランプＡ、Ｂ、Ｃではいずれも、波長３２５ｎｍ付近にピークを有する“山型”の発光帯があり、しかもこの発光帯の長波長側は、波長の増加に対してすぐには強度が下がらず、緩やかに強度が低下し波長３４０ｎｍを超えるあたりまである程度高さを維持して裾野が広がる形態を示していた。一方、３２０ｎｍ以下、３５０ｎｍ以上の波長領域には特に強い発光ピークは見られず、波長３１５ｎｍ付近の発光も低く抑えられていた。つまり、試作ランプＡ、Ｂ、Ｃでは、発光分光分布において、波長３２０〜３５０ｎｍという必要とされる領域にほぼ匹敵する波長領域にのみ適度な強さで発光帯が出現していた。
【００３１】
なお、発光分光分布の測定は、発光管の外周に何も装着せずにランプを裸点灯させ分光光度計を用いて行なった。
【００３２】
そして、３２０〜３５０ｎｍの波長域の積分分光放射照度を比較すると、この波長域における比較ランプＸの積分分光放射照度を基準（１００％）とする相対値で、表１に示すような結果を得た。すなわち、臭化インジウムの封入量が０．０５〜０．２ｍｇ／ｃｍ３の範囲であれば、積分分光放射照度がいずれも１２０％以上であり、比較ランプＸに比べて有意差で高い値を示した。ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）を封入した比較ランプＹの場合は、同波長域における積分分光放射照度は９３％であり、比較ランプＸよりも更に低かった。
【００３３】
この波長域における積分分光放射照度が、試作ランプの場合、Ａ、Ｂ、Ｃいずれについても比較ランプよりも高い理由は、波長３２５ｎｍ付近の発光ピークの高さよりもむしろ発光ピークの長波長側に広がる発光帯の裾野が寄与していると考えられる。図３に示されているように、発光ピークの高さと裾野の高さとの関係は、発光ピークが高いものは裾野が低く（試作ランプＣ）、発光ピークが低くても裾野はある程度の高さを維持している（試作ランプＡ）という関係にあり、同波長域における試作ランプの積分分光放射照度が比較ランプよりも高いレベルにあった。
【００３４】
逆に、臭化インジウムの封入量が０．０５ｍｇ／ｃｍ３未満であるか又は０．２ｍｇ／ｃｍ３を超える場合には、結果の詳細は省略するが、上記波長域の積分分光放射照度が、比較ランプに比べていずれもほぼ同等で有意差がないか又は若干下回っていた。この理由は、臭化インジウムの封入量が０．０５ｍｇ／ｃｍ３未満の場合は、インジウム（Ｉｎ）の発光が十分でない為であり、０．２ｍｇ／ｃｍ３を超える場合は、インジウム（Ｉｎ）原子の自己吸収により３２０〜３５０ｎｍの波長域の短波長側の発光効率が低下する為である、と考えられる。
【００３５】
次に、こうして作製した試作ランプを光源として紫外線照射装置に搭載し、これら試作ランプの実用上の効果を評価した。紫外線照射装置搭載時は、ランプ発光管の外周に水冷ジャケットが配置され、水冷ジャケットと発光管の間の隙間に通水して発光管の水冷が行われている。この水冷ジャケットは、微量の金属化合物を含まない純粋な石英ガラスから構成される。発光管表面はランプ動作時に絶えず水冷されており、また、発光管からの光の放射は、水冷ジャケットを介して行われる。
【００３６】
本発明に基づく試作ランプＡ、Ｂ、Ｃを光源として搭載した紫外線照射装置を液晶配向制御工程に用いたところ、比較ランプＸ、Ｙを使用した場合に比べ、液晶配向制御工程に係る作業時間を２０％程度短縮することができ、液晶配向を効率的に行うことができた。一方、臭化インジウムの封入量が０．０５ｍｇ／ｃｍ３未満であるか又は０．２ｍｇ／ｃｍ３を超える場合には、液晶配向制御工程に係る時間は短縮できず、改善には繋がらなかった。
【００３７】
［実施例２］
前記説明の実施例１の場合は、発光管材料として用いるドープド石英ガラスは、室温下で図２中の破線で示す特性を有するものを採用すればよい。すると、ランプ点灯時に、発光管表面が８００℃程度の高温となり、発光管自身が所望の分光透過特性を備えるフィルタ部材となる。
【００３８】
ここまでは、ドープド石英ガラスが発光管材料として用いられる場合について説明してきたが、本発明では、ドープド石英ガラスを、発光管封体外周を囲繞する水冷ジャケットに用いてもよい。その場合、発光管材料には純粋石英ガラスを用い、一方、水冷ジャケット（厚さ２．０ｍｍ）には、室温下、すなわち２０〜３０℃で図２中の一点鎖線で示す特性を有するドープド石英ガラスを採用する。紫外線照射装置を構成する場合、発光管と水冷ジャケット以外の構成要素（発光管内封入物、他）は、発光管にドープド石英ガラスを用いた装置の場合と同じとする。
【００３９】
図２中の一点鎖線で示す水冷ジャケットの分光透過率特性は、波長３００ｎｍ以下では５％未満で光は実質的に透過せず、波長３２０ｎｍでは１０％以上２０％以下であり、波長３４０ｎｍでは５０％以上６０％以下であり、かつ波長３６０ｎｍでは７０％以上８５％以下であり、波長４００ｎｍ以上の光は９０％以上透過し、かつ波長３２０〜３６０ｎｍの領域で、波長が長波長側へ向かうにつれて光透過率が単調に増加する形態を取った。
【００４０】
この分光透過率特性を有するドープド石英ガラスを材料とする水冷ジャケットを装着した純粋石英ガラス製ランプ発光管からの放射光の発光分光分布は、ドープド石英ガラスを材料とする発光管の外周が純粋石英ガラスを材料とする水冷ジャケットで囲繞されている前記説明の実施例１の場合とほとんど有意差はなかった。
【００４１】
この実施例２における試作ランプを光源として搭載した紫外線照射装置を液晶配向制御工程に用いたところ、従来例と比較した液晶配向制御工程における作業時間短縮の程度は実施例１と同様であって、配向制御を効率的に行なうことができた。
【００４２】
以上説明したように、発光管又は水冷ジャケットのいずれか一方にドープド石英ガラスを用いて波長３２０〜３５０ｎｍの領域における光透過率特性に制限を加えることによって、ハロゲン化インジウムを封入したメタルハライドランプからの放射光の発光分光分布を、液晶配向制御等に最適な特性とすることができる。この為、本発明に基づくメタルハライドランプ及び本発明に基づいて構成される紫外線照射装置においては、余分なフィルタ部材を必要としない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、波長３２０〜３５０ｎｍの領域の紫外線照射が求められるプロセスに提供する紫外線ランプ、並びにその紫外線ランプを搭載した紫外線照射装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…メタルハライドランプ
２…発光管
３…電極
４…ベース
５…リード線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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