具体实施方式

[光照射装置]

边参照图1边说明本发明的光照射装置的一个实施方式。以下所示的光照射装置原则上只不过是一个例子，能采取多种多样的形态。此外，本说明书所公开的各附图原则上用于示意性地图示。即，附图上的尺寸比与实际的尺寸比未必一致，另外，尺寸比在各附图间也未必一致。

关于以下的图，参照将光L1的取出方向设定为Z方向、将与Z方向正交的平面设定为XY平面的X-Y-Z坐标系来说明。更详细而言，将准分子灯3的管轴方向设定为X方向。于在表述方向之际区别正负的朝向的情况下，以“+Z方向”、“-Z方向”的方式标注正负的符号来记载，在不区别正负的朝向地表述方向的情况下，简记为“Z方向”。

图1是示意性地示出光照射装置的外观的立体图。如图1所示，光照射装置10具备在一个面形成有光取出面4(图1中以斜线填充的区域)的壳体2。在由壳体2围成的内部，沿着光取出面4配置有准分子灯3。在壳体2的内部，在隔着准分子灯3地与光取出面4相对向的位置(图1中的准分子灯3的-Z侧)设置有使由准分子灯3所放射的光反射的反射板(未图示出)。准分子灯3由电源5供电。

[准分子灯]

图2A是从+Z侧朝向-Z方向观察准分子灯3时的图，图2B是从-Y侧朝向+Y方向观察准分子灯3时的图。如图2B所示，准分子灯3是在长条状的放电容器1的内部封入有随后论述的气体3G。放电容器1由X方向两端部密封的中空的扁平管构成，优选由玻璃管(例如石英玻璃)构成。此处示出的准分子灯与上述的光照射装置同样地原则上只不过是一个例子，能采取多种多样的形态。

准分子灯3是在放电容器1的外表面(1a、1b)具备以隔着放电容器1地彼此相对向的方式设置的一对电极(6a、6b)。分别由供电线(7a，7b)向一对电极(6a、6b)供给电力。既可以对电极6a施加比对电极6b施加的电压低的电压，电极6a也可以电接地或接地。

若从电源5经由供电线(7a、7b)向电极(6a、6b)供给电力，则在隔着放电容器1的两电极(6a、6b)之间产生由介质阻挡放电产生的等离子体。等离子体对构成气体3G的原子进行激发而成为准分子状态，该原子在向基底状态过渡之际进行准分子发光。该准分子发光是呈现特有的发光波长的光。

如图2A所示，电极(6a、6b)均呈网状。因而，所生成的光通过网状的电极6a的网眼从放电容器1向+Z方向放射。在电极6b侧具有上述的反射板，利用该反射板来反射光而从放电容器1向+Z方向放射。向+Z方向放射的光从光取出面4以光L1取出(参照图1)。

[准分子发光]

说明准分子发光的机制的详细情况。准分子(Excimer)一般是指处于激发状态(能量较高的亚稳态)的多原子分子，作为该多原子分子，已知有激发态二聚体。激发态二聚体是通过下述的过程来生成的：构成两个原子的一个原子被由介质阻挡放电产生的等离子体激发或离子化、并且与另一个原子熔合并形成比较稳定的结合势能(亚稳态)。

关于激发态二聚体，例如已知有Xe₂＊(氙准分子。其中，＊表示处于激发状态)、Kr₂＊(氪准分子)、Ar₂＊(氩准分子)等稀有气体二聚体、KrF＊(氟化氪复合受激态)、ArF＊(氟化氩复合受激态)、KrCl＊(氯化氪复合受激态)、XeCl＊(氯化氙复合受激态)等稀有气体卤化物的复合受激态。

这些激发态二聚体是极不稳定的化合物，因此，以短时间恢复成能量较低的状态，离解而最终恢复成稳定的状态(基底状态)的原子。此时，所释放的能量(E)作为具有固有波长(ν)的光(准分子光；ν＝E/h)被放射出来(h：普朗克常数)。

在激发态二聚体是稀有气体卤化物的复合受激态的情况下，在放电容器中封入有作为稀有气体的第一气体和作为卤素气体的第二气体来作为发光气体。

在本发明中，第一气体由氪(Kr)或氙(Xe)形成，第二气体含有氯原子(Cl)或溴原子(Br)。因而，本发明的准分子灯形成KrCl＊(主要的峰波长：222nm)、KrBr＊(主要的峰波长：207nm)、XeCl＊(主要的峰波长：308nm)或XeBr＊(主要的峰波长：282nm)，放射出在特有的发光波长处具有峰的紫外线。

为了使本发明的准分子灯的照度提高，增加放电空间内的激发态二聚体即稀有气体卤化物的复合受激态是有效的。本发明人初始想到了为了增加激发态二聚体、增加构成激发态二聚体的发光气体(第一气体和第二气体)的量即提高发光气体的气压。

然而，弄清楚了如下事项：若提高发光气体的气压，则启动性易于恶化。启动性是从启动动作开始(向电极施加电压开始)到放射出恒定照度的光为止的时间的偏差量。若该时间的偏差量较小，则表示启动性优异，若该时间的偏差量较大，则表示启动性恶化。另外，若进一步提高发光气体的气压，则即使开始启动动作，也有时不点亮。考察为这是基于帕邢定律。

[缓冲气体]

根据上述状况，本发明人进一步反复进行了深入研究，结果想到了将不是发光气体的第三气体大量封入在放电容器。第三气体是在放电空间中难以形成激发态二聚体的缓冲气体。作为该缓冲气体，使用原子质量和原子的尺寸比构成发光气体的稀有气体(第一气体)的原子质量和原子的尺寸轻且小的稀有气体。

具体而言，第三气体是由从氩(Ar)、氖(Ne)以及氦(He)构成的组之中选择的至少一个的单独气体或混合气体。第三气体是与第一气体相同的稀有气体，但由于原子质量的不同，第三气体所带来的发光作用微小、或实质上没有发光作用。

带来由大量封入第三气体产生的作用的原理并不清楚，但如下这样地考察。通过封入缓冲气体，从而在不改变构成发光气体的第一气体和第二气体的分压比的情况下提高放电容器整体的气压。并且，第三气体具有下述的特征：具有比第一气体的激发能高的激发能，并且由于激发而长时间维持亚稳态。因此，考察到：通过封入第三气体来提高放电容器整体的气压，从而发光气体与激发后的构成第三气体的原子碰撞，促进发光气体的激发或离子化，其结果是，增加了发光气体的激发态二聚体，照度提高了。

也就是说，通过封入第三气体，从而激发或离子化后的原子与其他原子熔合的机会增加，激发态二聚体增加。由于激发态二聚体的增加，照度提高。另外，第三气体与发光气体相比，激发态二聚体的形成效果在向电极施加电压的初始阶段也较高，因此，封入有第三气体的准分子灯与未封入第三气体的准分子灯相比，启动性优异。

[照度]

缓冲气体的优选的分压、也就是缓冲气体的封入量根据发光气体(尤其是第一气体)的分压而改变。因此，准备多个可将发光气体封入在图3所示的中空的圆筒管11的内部的准分子灯9，准备了针对每个试样使第三气体的全气体分压P_b不同地封入、设定为固有分压比(P_b/P_lg)的准分子灯(试样编号1～试样编号9)。并且，使各试样编号的准分子灯点亮来计测了各试样的照度。表1中示出具有固有的第三气体的全气体分压或者第三气体相对于第一气体的分压比的各试样(准分子灯)的照度计测结果。

对图3中所示的准分子灯9的电极进行说明。在圆筒管11的外表面以与该外表面接触的方式配置有两个电极块(16a、16b)。两个电极块(16a、16b)与未图示出的供电线电连接，构成用于对准分子灯9供电的电极。若对该两个电极施加电压，则产生介质阻挡放电，放射准分子光。

在与准分子灯9的圆筒管11的外表面离开68mm的位置处安装照度传感器(优志旺电机株式会社制的VUV-S172)，使用照度计(优志旺电机株式会社制的UTI-250)来计测从准分子灯9所放射出的光，从而获得了照度。

全部试样的准分子灯是将第一气体的气体分压P_lg设定成8.0kPa，将第二气体的分压设定成0.067kPa。并且，在全部试样的准分子灯中封入有氪(Kr)作为第一气体、封入有氯气体(Cl₂)作为第二气体、封入有氖(Ne)作为第三气体。

表1

图4是就表1的各试样而言对分压比(P_b/P_lg)与照度(单位：mW/cm²)之间的关系进行作图而成的分布图。在该分布图中记载有基于所作图的点的近似线。该分布图中的图标附近的数字表示表1中的试样编号。根据试样编号1～试样编号3可知随着分压比(P_b/P_lg)的增加而照度提高了的情形。根据试样编号4～试样编号9可知即使使分压比(P_b/P_lg)增加、照度也并不怎么提高的情形。

基于图4，针对第三气体的全气体分压P_b相对于第一气体的气体分压P_lg的分压比(P_b/P_lg)设定成满足1.0≤P_b/P_lg(1)式。换言之，设定成第三气体的全气体分压P_b为第一气体的气体分压P_lg以上。

也就是说，将第三气体封入达到构成发光气体的稀有气体以上。由此，维持了4.0mW/cm²以上的照度水准。换言之，可以说能够形成下述的最佳的状态：封入在放电容器内的发光气体(稀有气体和卤素)的激发态二聚体易于形成。其中，第一气体的气体分压P_lg以上的第三气体的全气体分压P_b(即、分压比P_b/P_lg是1.0时的P_b的值)可以说成是具有下述的临界意义的值：能够获得与使分压比变化了的情况下的最大照度接近的照度。

另外，弄清楚了如下情况：随着照度的提高，光源的寿命(能够以规定以上的照度发光的时间)也提高。例如，虽然取决于发光气体的成分，但也确认到寿命提高到不含有第三气体的准分子灯的寿命的2倍～3倍程度的准分子灯。这被推测为：通过大量封入第三气体，从而防止了氯的消耗。认为其原因在于，通过增多第三气体的封入量，激发后的氯与第三气体碰撞的概率增加，使激发后的氯被冲入到放电容器的概率减少。由该倾向可知，随着第三气体的封入量增加，易于改善准分子灯的寿命。

[启动性]

第三气体与作为发光气体的第一气体相比，虽然易于良好地保持启动性，但第三气体的封入量也存在极限。表2中示出了下述的结果：准备针对每个试样使第三气体的全气体分压P_b不同而设定为固有分压比(P_b/P_lg)的准分子灯(试样编号11～试样编号23)、使各试样点亮来计测了各试样的启动性。针对表2中的启动性，将启动延迟时间处于5秒以内的情况标注为“A”，将启动延迟时间超过5秒而处于10秒以内的情况标注为“B”，将启动延迟时间超过10秒的情况标注为“C”。

全部试样的准分子灯是将第一气体的气体分压P_lg设定成8.0kPa，将第二气体的分压设定成0.067kPa。并且，在全部试样的准分子灯中封入有氪(Kr)作为第一气体、封入有氯气作为第二气体(Cl₂)、封入有氖(Ne)作为第三气体。此外，在启动性的计测实验时，未使用用于消除启动延迟的启动辅助光源等。

表2

根据表2，优选光照射装置的启动性是A或B。也就是说，满足P_b/P_lg≤18.0(2)式为佳。通过满足(2)式，能够防止准分子灯的启动性恶化或随着启动性恶化而产生的不点亮。

在P_b/P_lg比18.0大的情况下，考察到：第一气体的气体分压P_lg与第三气体的全气体分压P_b相比变得过少，第一气体的激发或离子化用的能量被缓冲气体(第三气体)过量抢夺而启动性恶化。

进一步优选光照射装置的启动性是A。也就是说，满足P_b/P_lg≤10.0(3)式为佳。通过满足(3)式，能够使启动性提高。

此外，即使启动性是C或B，也通过提高电极的施加电压、或者使用用于消除启动延迟的启动辅助光源等，从而存在能够使用该准分子灯的情况或提高启动性的情况。

上述的准分子灯3使用了由氪(Kr)形成的第一气体、由氯气体(Cl₂)形成的第二气体作为发光气体，因此，生成KrCl＊，放射出中心波长是222nm的光。该波长的光具备对人体无害、而具有杀菌作用等特长。

就第一气体而言，也可以使用氙气(Xe气体)来替代氪气(Kr气体)。就第二气体而言，例如，可以是溴气(Br₂气体)，也可以是氯化氢气体(HCl气体)。即使构成第一气体、第二气体的气体种与上述的气体种不同，也呈现出与上述的倾向同样的倾向。

第三气体也可以使用氩(Ar)、氖(Ne)、氦(He)中的任一个。即使设定为任一气体，其原子质量和原子的尺寸也比构成发光气体的作为稀有气体的第一气体的原子质量和原子的尺寸轻且小。

在将氩(Ar)用作第三气体的情况下，原子尺寸比氖(Ne)、氦(He)的原子尺寸大，因此，与激发后的氯之间的碰撞概率易于变高。因此，若将氩(Ar)用作第三气体，则更加易于改善寿命特性。

在将氖(Ne)用作第三气体的情况下，与使用氩(Ar)、氦(He)的情况相比，彭宁效应更加易于起作用。其原因在于，氖(Ne)的亚稳激发能比氪(Kr)、氙(Xe)的电离能量高，与氩(Ar)、氦(He)相比，更接近氪(Kr)、氙(Xe)。

在将氦(He)用作第三气体的情况下，与氩(Ar)、氖(Ne)相比，难以阻碍构成发光气体的稀有气体和卤素的激发状态。其原因在于，氦(He)的激发能比氩(Ar)、氖(Ne)的激发能高。

如以上这样，根据状况来选择第三气体的种类。另外，基于上述内容，也可以设定为第三气体是混合多个气体的混合气体的情况。

以上说明了准分子灯和光照射装置的实施方式的一个例子，但本发明并不被上述的实施方式有任何限定，能够在不脱离本发明的主旨的范围内内对上述的实施方式实施各种变更或改良。

例如，准分子灯也可以是上述的形状以外的形状、尺寸，在光照射装置中，灯箱、电极的结构也可以与上述的光照射装置10的对应结构不同。另外，也可以在准分子灯中以不大幅度妨碍准分子发光的程度含有上述的第一气体、第二气体以及第三气体以外的气体。

【符号的说明】

1 放电容器

2 壳体

3、9 准分子灯

4 光取出面

5 电源

6a、6b 电极

7a、7b 供电线

10 光照射装置

11 圆筒管

16a、16b 电极块

L1 光

P_lg 第一气体的气体分压

P_b 第三气体的全气体分压。