Dielektrische Barriere-Entladungslampe in koaxialer Doppelrohranordnung mit Getter

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer dielektrischen Barriere- Entladungslampe mit einem Entladungsgefäß in koaxialer Doppelrohranordnung, d.h. ein Innenrohr ist koaxial innerhalb eines Außenrohrs angeordnet. Dabei sind Innenrohr und Außenrohr miteinander verbunden und bilden das gasdichte Entladungsgefäß. Der vom Entladungsgefäß umschlossene Entladungsraum erstreckt sich also zwischen Innen- und Außenrohr und ist mit einem Entladungsmedium gefüllt, das typischerweise ein oder mehrere Edelgase, beispielsweise Xenon enthält.

Diese Art von Entladungslampen weist typischerweise eine erste Elektrode auf, die innerhalb des Innenrohrs ange- ordnet ist und eine zweite Elektrode, die auf der Außenseite des Außenrohrs angeordnet ist. Beide Elektroden befinden sich somit außerhalb des Entladungsgefäßes. Es handelt sich also um eine zweiseitig dielektrisch behinderte Entladung.

In einer dielektrischen Barriere-Entladung mit z.B. dem Edelgas Xenon als Entladungsmedium werden unter anderem Xenon-Excimere (Xe2*) erzeugt, die bei der Rückkehr vom angeregten Zustand in den Grundzustand elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich um ca. 172 nm emit- tieren. Verunreinigungen, z.B. Sauerstoff oder Wasserstoff, im Entladungsmedium verringern die Effizienz der Nutzstrahlungserzeugung. Zum einen geht ein Teil der elektrischen Anregungsleistung in die unerwünschte Anre- gung der atomaren und/oder molekularen Bestandteile der Verunreinigungen. Zum anderen bewirken die Verunreinigungen, dass ein Teil der Excimere strahlungslos in den Grundzustand zurückkehrt.

Anwendung findet dieser Lampentyp insbesondere für die UV-Bestrahlung in der Prozesstechnik, beispielsweise für die Oberflächenreinigung und -aktivierung, Photolytik, Ozonerzeugung, Trinkwasserreinigung, Metallisierung, und UV-Curing. In diesem Zusammenhang ist auch die Bezeich- nung Strahler oder UV-Strahler gebräuchlich.

Stand der Technik

Die Schrift EP 0 607 960 Al offenbart eine dielektrische Barriere-Entladungslampe in koaxialer Doppelrohranordnung. Zum Binden von Verunreinigungen ist ein Gettermate- rial entweder in einer einseitigen Verlängerung des ring- spaltförmigen Entladungsraumes angeordnet (Fig. 1 - 3), einem flachen, kreisförmigen Fortsatz des Entladungsgefäßes (Fig. 4) oder in einem separaten Gefäß (Fig. 5), das mit dem Entladungsraum verbunden ist. In jedem Fall sind Maßnahmen vorgesehen, um zu verhindern, dass das Getter- material unbeabsichtigt in den Entladungsraum gelangt, beispielsweise indem der Getterraum vom Entladungsraum über einen verengten Gefäßabschnitt verbunden ist. Problematisch ist allerdings, dass sich aufgrund der räumlichen Nähe des Getterraums zum Entladungsraum parasitäre Entladungen im Bereich des Getterraums ausbilden können. Die parasitären Entladungen verschlechtern nämlich die Effizienz des Strahlers. Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine dielektrische Barriere-Entladungslampe in koaxialer Doppelrohranordnung mit verbesserter Anordnung eines Getterma- terials bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine dielektrische Barriere-Entladungslampe in koaxialer Doppelrohranordnung mit einem Entladungsgefäß, das ein Außenrohr und ein Innenrohr umfasst, wobei das Innenrohr koaxial innerhalb des Außenrohrs angeordnet ist, das Innenrohr und das Au- ßenrohr gasdicht miteinander verbunden sind, wodurch zwischen Innen- und Außenrohr ein mit einem Entladungsmedium gefüllter Entladungsraum gebildet ist, einer Außenelektrode, die auf der Außenseite des Außenrohrs angeordnet ist, einer Innenelektrode, die innerhalb des Innenrohrs angeordnet ist, einem Gettermaterial, das mit dem Entladungsmedium in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr kürzer als das Außenrohr ist, das Innenrohr und das Außenrohr an ihrem jeweiligen einen Ende miteinander gasdicht verbunden sind, das Außenrohr an seinem anderen Ende gasdicht verschlossen ist, das in das Außenrohr hineinragende Innenrohr Folgendes umfasst: einen ersten Rohrabschnitt - das Innenelektrodenrohr -, in dem die Innenelektrode angeordnet ist, einen zweiten Rohrabschnitt - das Getterrohr -, in dem das Gettermate- rial angeordnet ist, eine Trennwand, die die beiden Rohrabschnitte gasdicht voneinander trennt.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass der Getterraum auf einen achsnahen Bereich beschränkt ist, d.h. nicht in der Verlängerung des ringspaltförmigen Entladungsraums angeordnet ist. Zu diesem Zweck schließt sich erfindungsgemäß ein für die Aufnahme des Gettermate- rials vorgesehenes Getterrohr an das für die Aufnahme der Innenelektrode vorgesehene Innenelektrodenrohr koaxial an, ist von diesem aber durch eine Trennwand gasdicht getrennt. Dadurch ist der Weg vom Gettermaterial zu den Au- ßenelektroden relativ lang. Durch den langen Weg zwischen Gettermaterial und Elektroden werden parasitäre Entladungen vermieden oder zumindest deutlich reduziert. Durch die Trennwand zwischen Getterrohr und Innenelektrodenrohr ist der durch das Getterrohr gebildete Getterraum und folglich auch der mit dem Getterraum über die Getterroh- röffnung in Verbindung stehende Entladungsraum nach Außen gasdicht abgeschlossen.

Das Getterrohr kann dadurch ausgebildet sein, dass das Innenrohr über die Länge der Innenelektrode hinaus ver- längert ist. Dabei ist der für die Aufnahme des Getterma- terials vorgesehene Rohrabschnitt vom Rest des Innenrohrs mittels einer separat eingesetzten und eingeschweißten Trennwand gasdicht getrennt. Mit anderen Worten sind in diesem Fall das den Getterraum bildende Getterrohr und das die Innenelektrode aufnehmende Innenelektrodenrohr funktional unterschiedliche und durch die Trennwand getrennte Abschnitte des selben einteiligen Innenrohrs.

Alternativ kann das Getterrohr durch ein separates Rohr ausgebildet sein, das sich an das in das Außenrohr hin- einragende Ende des Innenelektrodenrohrs anschließt, d.h. das Innenrohr umfasst in diesem Fall zwei separate Rohr- teile: nämlich das Innenelektrodenrohr und das Getter- rohr. Die die beiden Rohrteile gasdicht trennende Trennwand ist durch ein entsprechendes gasdicht verschlossenes Ende einer der beiden Rohrteile ausgebildet. D.h. die Trennwand ist beispielsweise durch das gasdicht verschlossene Ende des Innenelektrodenrohrs (8) ausgebildet, an das das Getterrohr angesetzt und damit gasdicht verbunden wird. Es kann aber auch umgekehrt erst das Getterrohr an einem Ende verschlossen und dann mit diesem ver- schlossenen Ende an das offene Ende des Innenelektrodenrohrs angesetzt und verbunden werden.

Außerdem können der Durchmesser des Innenelektrodenrohrs und der Durchmesser des Getterrohrs gleich oder unterschiedlich sein. Zur sicheren Anordnung des Gettermateri- als kann es auch vorteilhaft sein, das Getterrohr in Richtung Öffnung zu verjüngen.

Die Länge des Getterrohrs in Achsrichtung ist so abgestimmt, dass eine ausreichende Menge Gettermaterial aufgenommen werden kann. Andererseits sollte das Getterrohr nicht zu lang sein, da sonst der strahlende Abschnitt - dieser erstreckt sich nur auf den Bereich mit der Innenelektrode - bezogen auf die Gesamtlänge des Strahlers zu sehr reduziert wird. In der Praxis haben sich, je nach Gesamtlänge des Strahlers, für das Getterrohr Längen im Bereich zwischen ca. 0,5 cm und 5 cm als geeignet erwiesen .

Das Gettermaterial kann beispielsweise zumindest auf einen Teil der Innenfläche des Getterrohrs aufgebracht sein, z.B. indem Barium aufgedampft ist. Das Gettermate- rial kann aber auch in anderer Weise im Getterrohr ange- ordnet sein, beispielsweise in Streifenform im Getterrohr eingeklemmt oder ähnliches. Neben Barium kommen auch andere geeignete Gettermaterialien in Betracht, beispielsweise poröse oder pulverige Oxide, Nitride und Carbide sowie Titan, Tantal, Aluminium, Zirkonium und Kombinationen davon.

Um den für die Wirkung des Gettermaterials notwendigen Austausch des Entladungsmediums zwischen Entladungsraum und axialem Getterraum zu fördern, ist vorzugsweise der Durchmesser der Öffnung des Getterrohrs gleich groß oder größer als der die Schlagweite der Entladung definierende Abstand zwischen der Außenseite des Innenrohrs und der Innenseite des Außenrohrs.

Außerdem kann es insbesondere bei langen Rohren zur Un- terdrückung von Schwingungen sowie zur Stabilisierung des Innenrohrs vorteilhaft sein, das freie Ende des Innenrohrs, beispielsweise im Bereich des Getterrohrs, mit einem geeigneten Mittel, z.B. einer passenden Haltescheibe zwischen Innen- und Außenrohr abzustützen. Um den Aus- tausch des Entladungsmediums und folglich die Getterwir- kung nicht zu beeinträchtigen, muss die Haltescheibe aber entsprechende Öffnungen, beispielsweise Bohrungen, Schlitze oder ähnliches aufweisen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungs- beispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Fig. Ia eine Längsschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen dielektrischen Barriere-Entladungslampe, Fig. Ib eine Querschnittsdarstellung der Lampe aus Fig. Ia entlang der Schnittlinie AB.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figuren Ia, Ib zeigen in stark schematisierter Darstellung einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt längs der Schnittlinie AB eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen dielelektrischen Barriere-Entladungslampe 1. Das längliche Entladungsgefäß der Lampe 1 besteht aus ei- nem Außenrohr 2 und einem Innenrohr 3 in koaxialer Doppelrohranordnung, wodurch die Längsachse L des Entladungsgefäßes definiert ist. Die typische Länge des Außenrohrs 2 beträgt je nach Anwendung zwischen ca. 10 und 250 cm. Das Außenrohr 2 hat einen typischen Außendurch- messer von 44 mm und eine Wandstärke von 2 mm. Das Innenrohr 3 hat einen typischen Außendurchmesser von 20 mm und eine Wandstärke von 1 mm. Beide Rohre 2, 3 bestehen aus UV-Strahlung durchlässigem Quarzglas. Außerdem ist das Entladungsgefäß an seinen beiden Stirnseiten derart ver- schlössen, dass ein länglicher, ringspaltförmiger Entladungsraum 4 gebildet ist. Zu diesem Zweck weist das Entladungsgefäß an einem Ende einen geeignet geformten, ringartigen Gefäßabschnitt 5 auf, der dort die korrespondierenden Enden von Innen- und Außenrohr verbindet. An seinem anderen Ende ist das Entladungsgefäß mit einem kreisförmigen Gefäßabschnitt 6 verschlossen, der sich dort an das entsprechende Ende des Außenrohrs 2 anschließt. Außerdem ist dort ein Pumprohr (nicht dargestellt) angesetzt, mit dessen Hilfe der Entladungsraum 4 zunächst evakuiert und anschließend mit 15 kPa Xenon als Entladungsmedium gefüllt wird. Danach wird das Pumprohr abgeschmolzen. Das Innenrohr 3 endet im Abstand a von ca. 1 cm vor dem kreisförmigen Gefäßabschnitt 6 am Ende des Außenrohrs 2. Das Innenrohr 3 besteht aus einem ersten funktionalen Abschnitt, der zur Aufnahme einer Innenelektrode 7 dient, dem Innenelektrodenrohr 8. An dieses Innenelektrodenrohr 8 schließt sich ein zweiter funktionaler Abschnitt an, der zur Aufnahme eines Gettermateri- als 9 dient, dem Getterrohr 10. Innenelektrodenrohr 8 und Getterrohr 10 sind durch eine Trennwand 11 getrennt. Diese Trennwand 11 schließt außerdem das Entladungsgefäß in diesem Bereich des Innenrohrs 3 gasdicht ab. Auf der anderen Seite ist das Getterrohr 10 offen, so dass das Ent- ladungsmedium aus dem Entladungsraum 4 in das Getterrohr 10 gelangen und mit dem Gettermaterial 9 in Kontakt kommen kann. Das Gettermaterial 9 besteht aus Barium und ist auf die Innenseite des Getterrohrs 10 einschließlich der zugewandten Seite der Trennwand 11 aufgedampft. Die Länge d des Getterrohrs 10 beträgt ca. 1 cm. Der Innendurchmesser D beträgt ca. 18 mm und ist damit größer als die durch den Abstand zwischen der Außenseite des Innenrohrs 3 und der Innenseite des Außenrohrs 2 definierte Schlagweite G, die ca. 10 mm beträgt. Auf der Außenseite der Wand des Außenrohrs 2 ist ein Drahtnetz 12 aufgezogen, das die Außenelektrode der Lampe 1 bildet. Die Innenelektrode 7 ist als geschlitztes Metallrohr ausgebildet und besteht aus einem 0,1 mm dicken Metallblech, vorzugsweise VA-Blech.

Insbesondere bei relativ langen Rohren kann es zur Vermeidungen von Schwingungen des Innenrohrs vorgesehen sein, das Innenrohr, bevorzugt im Bereich des Getter- rohrs, mit Hilfe einer passenden Haltescheibe abzustützen (nicht dargestellt) . Dazu weist die Haltescheibe eine zentrische Bohrung auf, damit sie auf das Innenrohr passt. Der Außendurchmesser der Haltescheibe ist außerdem so bemessen, dass die Haltescheibe gerade zwischen Innen- und Außenrohr passt. Um den Austausch des Entladungsmediums zwischen Entladungsraum und Getterraum und folglich die Getterwirkung nicht zu beeinträchtigen, ist die HaI- tescheibe mit geeigneten Öffnungen, beispielsweise Bohrungen, Schlitzen etc. versehen.

Zum Einbau in eine Prozesskammer kann der Strahler zumindest an einem Ende, vorzugsweise an dem Ende mit der Get- terkammer, oder auch an beiden Enden jeweils mit einem Sockel versehen sein (nicht dargestellt) .