(57)【要約】【課題】安価で構成が簡単で、組み立て修復の容易な発光効率のよい真空紫外光源デバイスを得ること。【解決手段】内部に紫外線を放出する放電ガスを封入した厚み５０〜７０μｍの紫外線透過ガラスの細管から成る少なくとも１本の発光管を備える発光構造体と、紫外線耐性を有する絶縁基板の一面に放電間隙を構成する隙間を挟んで両側に延びる少なくとも１対の放電電極を配置した電極構造体とから成り、前記電極構造体の上に前記発光構造体を前記発光管が前記隙間を横切る方向に載置した構成を特徴とする真空紫外光源装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射面側を厚み１００μｍ以下の紫外線透過ガラスで構成し、内部に紫外線を放射する放電ガスを封入したガラス外囲器を主体してなる発光構造体と、絶縁基板上に放電間隙を構成する隙間を挟んで両側に延びる少なくとも１対の放電電極を配置した電極構造体とからなり、前記電極構造体の上に前記発光構造体を当該発光構造体の放電ガス封入空間が前記隙間を横切る方向に配置してなることを特徴とする紫外光源装置。
【請求項２】
前記ガラス外囲器が厚さ１ｍｍにおいて波長２５０ｎｍの紫外光に対し８０％以上の透過率を有するフッ素含有の硼珪酸系ガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の紫外光源装置。
【請求項３】
前記放電ガスが希ガスとハロゲンの単体ガス或いは合成ガスからなり、放電により真空紫外線を放出することを特徴とする請求項１または２に記載の紫外光源装置。
【請求項４】
前記放電ガスがネオンとキセノンの混合ガスであり、放電によりキセノンの発する真空紫外線を放射することを特徴とする請求項１または２記載の紫外光源装置。
【請求項５】
前記ガラス外囲器の照射面側の厚みが５０μｍ〜１００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１、２、３及び４の何れか１項に記載の紫外光源装置。
【請求項６】
前記発光構造体が、厚み５０μｍ〜１００μｍの紫外線透過ガラスから成る細管形態の外囲器からなる発光管を主体として成ることを特徴とする請求項１，２、３、４及び５項の何れか１項に記載の紫外光源装置。
【請求項７】
前記発光構造体が、複数本の発光管を平行に配置して発光管アレイの構成を有し、前記電極構造体が、前記複数本の発光管に共通の電極対を有してなることを特徴とする請求項６記載の紫外光源装置。
【請求項８】
前記ガラス外囲器が、厚み５０〜１００μｍの紫外線透過ガラスから成る前面側基板と、間に支持スペーサを挟んで気密に対向配置された背面側基板とから成る平面パネル構成を有することを特徴とする請求項１、２、３、４及び５の何れか１項に記載の紫外光源装置。
【請求項９】
前記ガラス外囲器の背面側が紫外線カット層で支持されて成ることを特徴とする請求項１−８の何れか１項に記載の紫外光源装置。
【請求項１０】
前記ガラス外囲器の内部底面に紫外線不透過層を設けてなることを特徴とする請求項１−８の何れか１項に記載の紫外光源装置。
【請求項１１】
前記紫外線不透過層が、酸化マグネシュウムの粉末からなる厚さ１μｍ以下の層であることを特徴とする請求項１０記載の紫外光源装置。
【請求項１２】
厚さ１ｍｍにおける波長２５０ｎｍの紫外線に対する透過率が８０％以上の硼珪酸系ガラスで構成した肉厚２００μｍ以下のガラス細管からなり、内部に紫外線を放射する放電ガスを封入した少なくとも１本の発光管を備える発光構造体と、絶縁基板の一面に放電間隙を構成する隙間を挟んで両側に延びる少なくとも１対の放電電極を配置した電極構造体とからなり、前記電極構造体の上に前記発光構造体を前記発光管が前記隙間を横切る方向に載置した構成を特徴とする紫外光源装置。
【請求項１３】
前記発光構造体が、複数本の発光管を平行に配置した発光管アレイ構成を有し、かつ、前記電極構造体が、前記複数本の発光管に対して共通の放電電極対を有することを特徴とする請求項１２記載の紫外光源装置。
【請求項１４】
厚さ１ｍｍにおいて波長２５０ｎｍの紫外線に対する８０％以上の透過率を有するフッ素を含有した硼珪酸系の紫外線透過ガラスから成る管状母材を、１００〜５０μｍの肉厚を有し、長径寸法５ｍｍ以下の扁平楕円断面を有するガラス細管にリドロウし、該ガラス細管内に紫外線を放射する放電ガスを密封して発光管を製作し、該発光管を、放電間隙を構成する隙間を挟んで両側に延びる少なくとの１対の放電電極を備えた電極構造体の上に当該発光管が前記隙間を横切る方向に重ねて配置する工程を含んだ紫外光源装置の製造方法。
【請求項１５】
前記ガラス細管に放電ガスを密封するに先立って、当該ガラス細管の発光面に対向する底部内面に酸化マグネシュウムの粉末からなる紫外線不透過層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１４記載の紫外光源装置の製造方法。
【請求項１６】
内部に紫外線を放射する放電ガスを封入したガラス外囲器を主体してなる発光構造体と、絶縁基板上に放電間隙を構成する隙間を挟んで両側に延びる少なくとも１対の放電電極を配置した電極構造体とからなり、前記電極構造体の上に前記発光構造体を当該発光構造体の放電ガス封入空間が前記隙間を横切る方向に配置した構成のガス放電を利用した光源装置において、前記ガラス外囲器を、厚さ１ｍｍにおいて波長２５０ｎｍの紫外線に対する透過率が８０％以上の硼珪酸系ガラスからなる肉厚１００μｍ以下のガラス細管で構成したことを特徴とする真空紫外線発光用の紫外光源装置。
【請求項１７】
前記ガラス細管の前記電極構造体と対向する底部内面に酸化マグネシュウムの紫外線不透過層を形成したことを特徴とする請求項１６記載の紫外光源装置。
【請求項１８】
前記発光構造体が、前記ガラス細管からなる発光管を該発光管よりも高い寸法の間隙部材を隣接発光管の間に挟んで複数本平行に配置した発光管アレイ構成を有し、かつ、前記電極構造体が、前記複数本の発光管に対して共通の放電電極対を有することを特徴とする請求項１６または１７記載の紫外光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス放電を利用した紫外光源装置に関し、特にガス放電に伴う真空紫外線を発光する新しい紫外光源デバイスとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガス放電を利用した紫外光源装置として、高圧水銀ランプやエキシマ放電ランプなどがよく知られている。また、紫外発光蛍光体を用いた細管構成の外部電極型ガス放電デバイスが新しい紫外光源装置として最近提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。また、紫外光源用の紫外線透過ガラスも提案されてきている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２２５０７０号公開特許公報（紫光技研）
【特許文献２】特開２０１７−０２７９１２号公開特許公報（紫光技研）
【特許文献３】特開２０１５−１９３５２１号公開特許公報（日本電気硝子）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来の高圧水銀ランプやハロゲンランプは、発生した紫外線を透過させるために高価な石英ガラス外囲器を必要とする問題がある。また、石英ガラスは軟化点が高く加工が難しいという難点がある。一方、特許文献１や２に開示された紫外光源装置は、内部に紫外線蛍光体層を形成した細長い硼珪酸ガラスチューブを主体とした構成を有し、デバイス設計の自由度が高く、かつ安価に製造できる特徴を持つ。しかしながら、ガス放電に伴う真空紫外線を直接放射できる安価な光源デバイスは未だ実現していない。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、波長１００〜２００ｎｍの真空紫外線を放射する安価で、構成の簡単な外部電極型のガス放電を利用する紫外光源装置の提供を目的とするものである。また本発明は、上記特許文献３に開示された硼珪酸系の紫外線透過ガラスからの知見に基づいた新しい真空紫外光源デバイスの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
簡単に述べると本発明は、内部に紫外線を放射する放電ガスを封入した照射面側の厚さが１００μm以下の薄い紫外線透過ガラスから成る外囲器を主体とする発光構造体と、該発光構体に対して交番駆動電圧を印加する電極構造体とを互いに独立のパーツとして構成し、両者を容量結合する形で重ね合わせた新しい形式の真空紫外線発光用の光源装置を提供するものである。
【０００７】
即ち、本発明者等は、特許文献１及び２に開示された紫外蛍光体を利用する細管構成の紫外光源装置における開発の経験から、ガラス細管の肉厚を薄くすることで市販の硼素珪酸ガラスであってもＵＶ−Ｃ帯域（波長２５０〜２７０ｎｍ）の紫外線に対して７０％以上の十分な透過率が得られることを確認し、この波長領域における深紫外光源デバイスの実用化を達成した。しかしながら従来の硼珪酸ガラスでは肉厚を薄くしても１００〜２００ｎｍの真空紫外線の透過率は２０％以下であり外囲器外への真空紫外線の放出は困難であった。一方特許文献３において、厚さ１ｍｍでも波長２００ｎｍにおける透過率が５０％以上という上記とは異なる硼珪酸系紫外線透過ガラスの存在を知覚した。しかし、透過率が５０％に満たないガラス外囲器では紫外光源装置、特に真空紫外光源デバイスの商品化には不向きである。
【０００８】
かくして本発明は、肉厚１ｍｍにおいて波長２５０ｎｍの紫外線に対する透過率が８０％以上ある一方、波長２００ｎｍの紫外線に対しては透過率が７０％以下となる硼珪酸系紫外線透過ガラスを、厚さ１００μｍ以下、特に好ましくは７０μｍ〜５０μｍの範囲まで薄くして外囲器を構成した放電デバイスにおいて、内部に封入したガスの放電に伴う波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を実用化の目安となる７０％以上の透過率で直接取り出すことに成功したものである。発光構造体の主体となるガラス外囲器の形状は、断面が扁平楕円形や円形、方形の細管形態であってもよいし、或いは平面パネル形態であってもよい。ガラスの肉厚が極めて薄く機械的強度が弱いので、従来の放電ランプのように電極を外囲器に直接形成するのは困難であるところ、本発明の光源デバイスでは電極構造体をガラス外囲器を主体とした発光構造体とは独立した構成としているので、電極形成のための機械的強度の心配は不要となる。
【０００９】
電極構造体に設ける電極対は、紫外線耐性を有する絶縁基板の上に放電間隙となる隙間を挟んで両側に延びる電極対のパターンをもって設けられる。発光構体がガラス細管で構成される場合、発光構造体と電極構造体とは当該発光管の長手方向が前記電極対間の隙間を横切る方向となるよう重ねて配置される。電極対を支持する絶縁基板としては、ガラス、セラミック、或いは紫外線耐性を有する樹脂を選択して用いるのが望ましい。また真空紫外線は強力な酸化機能を有し、背面側への放出は光源デバイスの一部構成部材として用いられる有機材料の樹脂等を分解するので好ましくない。背面側への真空紫外線の漏洩を防ぐため、発光構造体と電極構造体との間に紫外線カット層を設けるのが好ましい。発光管の底部内面に酸化マグネシュウム（ＭｇＯ）粉末等からなる紫外線不透過膜を形成して紫外線カット層とすることもできる。
【００１０】
対となる長い電極間に正弦波形またはランプ波形等の交番駆動電圧を印加した際、電圧の上昇に伴って電極近接端間で最初に発生するトリガ放電が種火となり、その後、漸次電極の長手方向に向けて放電が拡張して発光部全長に亘る効率的な紫外発光が得られる。
【００１１】
更に具体的に述べると、本発明の第1の特徴は、内部に放電ガスを封入した厚み１００μｍ以下の紫外線透過ガラスからなる管状ガラス外囲器を主体とする発光構造体と、紫外線耐性を有する絶縁基板上に放電間隙を構成する隙間を隔てて両側に延びる少なくとも１対の放電電極を配置した電極構造体とから成り、該電極構造体の上に前記発光構造体を前記管状ガラス外囲器の長手方向が前記電極対間の隙間を横切る方向に重ねて配置した構成にある。
【００１２】
また本発明の第２の特徴は、厚み１００μｍ以下の前面側紫外線透過ガラスシートと、背面側ガラスシートとの間に放電ガスを封入したパネル状ガラス外囲器を主体としてなる紫外線発光部と、紫外線耐性を有する絶縁基板上に放電間隙となる隙間を挟んで両側に延びる少なくとも一対の電極を配置した電極基板とからなり、該電極基板の上に、前記パネル状ガラス外囲器の背面側ガラスシートが対向し、内部のガス放電空間が前記電極対間の隙間を横切るよう当該パネル状ガラス外囲器を重ねて配置した構成にある。
【００１３】
真空紫外線の放出面となるガラスとしては、前述のように厚さ１００μｍ以下好ましくは７０μｍ〜５０μｍとなるよう線引き加工またはフロート加工した硼珪酸系の紫外線透過ガラスが好適に用いられる。他方、上記第１の特徴に従う細管構成の紫外線発光装置においては、細管の強度を保つ観点から細管断面の長径寸法を５ｍｍ以下好ましくは２ｍｍ程度とし、ガラスの厚さは５０μｍ以上好ましくは７０μｍ程度が適当である。細管構成の場合、発光管の長さは要求される光源の大きさに応じて数ｃｍ若しくはそれ以上の寸法で適宜きめられる。
【００１４】
また、本発明によれば、上記ガラス細管構成の紫外線発光管を複数本平行に配列した発光造構体と、各発光管に共通の電極対を備えた電極構造体とを重ねてフレキシブルな紫外面光源デバイスを構成することができる。発光波長の異なる複数の発光管を組み合わせて配列することでマルチバンドの面光源デバイスを構成してもよい。或いはガラス細管内に紫外線励起の蛍光体層を設けた発光管を組み合わせて真空紫外線及びそれとは波長の異なる蛍光発光紫外線を発光するブロードバンドの紫外面光源デバイスを構成してもよい。
【００１５】
更に本発明の第３の特徴によれば、厚さ１ｍｍにおいて波長２５０ｎｍの紫外線に対する８０％以上の透過率を有する硼珪酸系の紫外線透過ガラスから成る管状母材を、１００〜５０μｍの肉厚を有し、長径寸法５ｍｍ以下の扁平楕円断面を有する細管にリドロウし、該細管に紫外線を放射する放電ガスを密封して発光管を製作し、該発光管を、放電間隙を構成する隙間を挟んで両側に延びる少なくとの１対の放電電極を備えた電極構体の上に重ねて配置する工程を含んだ紫外光源装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発光構体の主体となる紫外線透過ガラスの細管外囲器（発光管）又はパネル外囲器（発光パネル）は、それ自体では電極を持たないので、厚さ１００μｍ以下の薄いガラス外囲器でも十分に機械的強度を保つことができる。また、発光構造体と電極構造体とが独立に構成されており、しかも、発光構造体のガラス外囲を電極構造体の対となる電極間隙を横切る方向に置くだけで放電間隙長が自動的に定まるので、組み立ては勿論、発光部の破損や劣化に伴う交換・修復が極めて容易となり、全体として安価で高効率の真空紫外線発光装置を提供することができる。ガラス外囲器を構成する硼珪酸系の紫外線透過ガラスは石英ガラスよりも格段に安価に入手でき、しかも加工が容易である。
【００１７】
また、複数本の紫外発光管を並べることにより或いはパネル外囲器を構成することにより容易に大面積で高出力の真空紫外平面光源を構成することができるので、水銀レスの深紫外光源として殺菌・滅菌用途、露光用途など応用範囲を大幅に拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による紫外光源装置の基本的構成を実施形態１として示す縦断面図と横断面図である。
【図２】従来の硼珪酸系ガラス（パイレックス：商品名）の透過率特性を示す線図である。
【図３】新しい硼珪酸系紫外線透過ガラスの透過率特性を示す線図である。
【図４】実施形態１の紫外光源装置における発光スペクトルを示す線図。
【図５】本発明による実施形態２としての発光管アレイ型の紫外面光源の構成を示す模式的斜視図と変形例の模式的断面図である。
【図６】本発明による実施形態３としての平面パネル型紫外面光源の構成を示す平面図と縦横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施形態１）
図１(a)、（ｂ）は、本発明によるガス放電を利用した紫外光源装置の基本的構成を実施形態１として示す縦断面図と横断面図である。本発明の紫外光源装置は、それぞれ独立したパーツ構成を有する発光構造体（assembly）１０と電極構造体（assembly）２０とからなる。
【００２０】
発光構造体１０は、内部にネオン（Ne）とキセノン（Xe）を混合した放電ガスを封入して両端を気密封着した紫外線透過ガラスの細管１１からなる発光管１２を主体として構成される。発光管１２は、熱伝導性の良好なシリコーン樹脂のような粘着剤１７（図１（ｂ））により離脱可能な接着状態で紫外線カットフィルム１３の上に配置されている。本発明の特徴として、この発光構造体１０は、管内にも管外にも電極を持たない細長いガラス管が主体である。なお、放電ガスとしてはNe＋Xeガスに限らず、Ｘe、Ａr、Ｋr等の希ガスや窒素やネオン等との混合ガス、或いはＫrＦのようなフッ化物等、放電により真空紫外線を発生する種々のガスを用いることができる。
【００２１】
ガラス細管１１は、酸化珪素(SiO2)と酸化硼素(B2O3)を主成分とし、微量のフッ素を添加した透明な硼珪酸系紫外線透過ガラスのパイプ状母材を、図１(b)の横断面図に示すような肉厚が７０μｍで、長径２ｍｍ、短径１ｍｍの扁平楕円断面形状を有する細管となるようにリドロウ(線引き)して形成してある。
【００２２】
先に参照した特許文献３で提案されたフッ素含有の硼珪酸系紫外線透過ガラスにおいては、資料番号３のガラスに見られるように、厚さ１ｍｍでも波長２００ｎｍの紫外線に対して略５０％の透過率が得られ、波長２５０ｎｍの紫外線に対しては８０％以上の透過率を得ることが可能となっている。本発明者等は、代表的な硼珪酸系ガラスであるパイレックス（登録商標）の厚さ１ｍｍにおける透過率曲線と、同ガラスの厚みを７０μｍに薄くした時の透過率曲線との関係から、後述するように硼珪酸系紫外線透過ガラスの厚みを７０μｍまで薄くした場合の紫外線透過率を推定した。この結果、肉厚を７０μｍとした場合、波長１５０ｎｍにおいて８０％以上の透過率が得られ、肉厚１００μｍ以下で実用的な目安である７０％以上の透過率が得られるであろうことを確信した。
【００２３】
即ち、従来の代表的硼珪酸ガラス（パイレックス）の厚さ１ｍｍにおける透過率は、図２の特性曲線（Ｂ）に示すような双曲線特性を有している。またこのガラスの厚み０．０７ｍｍ（７０μｍ）における透過率は同じく図２の特性曲線（Ａ）のような双曲線特性を有し、厚み１ｍｍの場合の特性曲線（Ａ）よりほぼ６０ｎｍ相当短波長側にシフトした相似特性を呈していることが分かる。しかしながらこの通常の硼珪酸ガラスでは厚さを７０μｍまで薄くしても波長２００ｎｍ以下の真空紫外域の深紫外線に対しては透過率が２０％以下しかなく、光源デバイスの外囲器としては使えない。
【００２４】
ここにおいて本発明者等は、上記図２に示した硼珪酸系ガラスの厚みの変化に対する透過率特性の相似的なシフト形態に着目して次のような仮説をたてて実証を試みた。
【００２５】
特許文献３に開示された紫外線透過ガラスは波長２００ｎｍ以上の透過率しか示されていないが、その特性曲線の変化具合は、上記図２に示した従来の代表的硼珪酸ガラスの透過率特性曲線の変化具合と良く似ていることが分かる。ここで図２の特性曲線（Ｂ）が実質的に双曲線を描いているものとして、これを近似して、透過率Ｆを次の双曲線関数の式（１）で表した。
【００２６】
F = ［tanh (X-X0)(m×10)-3］×Y0/2 ・・・・・・（１）
ここでＸは波長、Ｘ0は透過率０の最大波長、Ｙ0は透過波長が長くなるところの最大透過率、ｍは透過率曲線の中央略直線部の傾きを示す。
【００２７】
かくして特許文献３の図３に開示された厚み１ｍｍの紫外線透過ガラスの２００ｎｍ以下の波長域における透過率を上記の双曲線関数式で近似相関して描くと、図３の特性曲線（Ｄ）のようになる。従って、これを従来の硼珪酸ガラスの厚みの変更（１ｍｍから０．０７ｍｍ）に伴う透過率の変化に準じて短波長側に６０ｎｍシフトすると、同図の曲線(Ｃ)のようになり、波長１５０ｎｍにおいて８０％以上の透過率が得られることが分かる。
【００２８】
以上の推定に基づいて本発明者等は、硼珪酸系紫外線透過ガラスの管状母材を入手し、リドロウして上述したような長さ８ｃｍのガス入り発光管１２を作成し、紫外線カットフィルム１３の上に、粘着剤１７(図１（ｂ）)により粘着配置して発光管構造体１０を構成した。発光管１２の中にはネオン（Ｎe）に１０％のキセノン（Ｘe）を添加した混合ガスを全圧０．７気圧で封入した。背面側への真空紫外線の放出を防いで支持基板を兼ねる紫外線カットフィルム１３には、「スコッチティント（登録商標）」の商品名で販売されている薄い多層ポリエステルシートを用いることができる。
【００２９】
他方、図1の構成において、発光構造体１０とは独立したパーツを構成する電極構造体２０は、例えば、カプトンテープ(登録商標)のようなポリイミド樹脂製の絶縁基板２１の上にギャップ寸法Ｄｇの間隙部Ｇを開けて配置された一対の細長い電極２３Ｘと２４Ｙを有してなる。説明の便宜上、一方の電極２３ＸをＸ電極と称し、他方の電極２４ＹをＹ電極と称する。カプトンテープは十分な紫外線耐性を有するので好適であるが、用途によってはポリカーボネイトの硬質基板を用いてもよい。
【００３０】
電極構造体２０の上に発光構造体１０が載置された状態で、対となる長電極の互いに隣接する近接端がトリガ電極部２３aと２４aを構成し、間隙部Ｇのギャップ寸法Ｄｇに対応した発光管１２内のガス空間にトリガ放電部１５が形成される。また、トリガ電極部２３aと２４aから両側に離間する方向に延びる延長部が主電極部２３b、２４bを構成し、主電極部２３ｂと２４ｂの対応ガス空間１６が主ガス放電部となる。
【００３１】
Ｘ電極２３ＸとＹ電極２４Ｙは、紫外線耐性を有する絶縁基板２１上に貼り付けた銅箔、アルミ箔等の金属導体箔でもよいし、蒸着法や印刷法などで直接形成した導電膜をパターニングして構成してもよい。
【００３２】
発光構造体１０が、電極構造体２０の上に載置されることにより、この発明のガス放電発光装置が完成する。細長い発光管１２は、電極構造体２０におけるＸ，Ｙ電極２３Ｘ、２４Ｙに沿って間隙部Ｇを横切る（跨ぐ）方向に置かれるだけで動作可能となる。
【００３３】
発光構造体１０と電極構造体２０との間では厳密な位置合わせは必要ないが、載置状態を安定に保つために図示しない粘着手段または機械的クランプ手段が適宜設けられる。ギャップ寸法ＤｇとＸ，Ｙ電極２３Ｘ、２４Ｙの有効長さを合わせた範囲が有効発光領域となる。
【００３４】
本発明者等は、図1に示した外部電極型のガス放電発光デバイスでもある紫外光源装置において、封入ガスに含まれるＸeからの１７２ｎｍの真空紫外線の放出を確認すべく、発光管１２の内部底面に予め中心波長２５８ｎｍの紫外線を放射する紫外線蛍光体層１４を形成した。駆動時において、ガス放電に伴う真空紫外線で励起されて発光する蛍光体層１４からの矢印２２（図１（ｂ））方向の発光を観測できれば、発光管内部で真空紫外線が発生していることは確かである。また同時に真空紫外域を含む発光波長のスペクトルを観測することで１７２ｎｍの真空紫外線の放出を確認することが可能となる。
【００３５】
図１に示したガス放電発光デバイス、即ち紫外光源装置の駆動は、先に参照した先行特許文献２に開示された駆動技術と同じであり、対となるＸ電極２３ＸとＹ電極２４Ｙとの間にインバータ電源を接続し、周波数４０ＫＨzの正弦波電圧を印加して行われる。正弦波電圧がトリガ電極部２３aと２４a間の放電開始電圧を超えたところでトリガ放電部１５でトリガ放電が起こり、印加正弦波電圧の上昇に伴ってその放電が壁電荷の蓄積を伴いながら主電極部２３b、２４bの長手方向に拡張して行くことになる。そしてこの放電動作は正弦波電圧の極性が反転する毎に繰り返される。
【００３６】
図４は、上記実施形態１のガス放電デバイスを駆動した時の発光スペクトルを従来のデバイスと比較して示す線図である。曲線（Ｆ）で示すスペクトルは、従来の硼珪酸ガラス（登録商標：パイレックス）の肉厚を７０μｍとした細管内に中心波長２５８ｎｍで発光する紫外線蛍光体層を形成したデバイスの発光特性を示す。他方の曲線（Ｅ）は新たに入手した硼珪酸系紫外線透過ガラスの肉厚を７０μｍとした細管内に同じく中心波長２５８ｎｍで発光する紫外線蛍光体層を形成した実施形態１のデバイスの発光特性を示す。
【００３７】
この図４から、従来の硼珪酸系ガラスを使用した発光管では、ごく僅かに真空紫外域の発光が見られるものの、光源としての利用は無理であることが分かる。他方、紫外線透過ガラスを使用した本発明の発光管においては、曲線（Ｅ）から明らかなように、放電時にＸeの発する波長１７２ｎｍの真空紫外線が蛍光体層１４からの２５８ｎｍの発光強度の半分程度の強度で管外に放出されていることが分かる。
【００３８】
つまり、一般的な硼珪酸ガラスの厚みと透過率との関係を、紫外線透過ガラスに当てはめて推定した真空紫外域での透過率が、図４で実証できたわけである。かくしてこれまで石英ガラス以外では無理とされていた真空紫外光源を安価な硼珪酸系ガラスの外囲器で実現することが可能となる。本発明者等の実験によれば、紫外線透過ガラスであっても実用的な８０％以上の透過率で２００ｎｍ以下の深紫外線を透過できるのは２００μｍの厚みが限界であり、透過率８０％の実用限界壁は、厚み２００μｍにおいて波長１９４ｎｍ、厚み１００μｍにおいての波長１８０ｎｍと観測されている。
【００３９】
なお、深紫外域における透過率はガラスの厚みが薄い程良くなるが、７０μｍほどの薄いガラスの外囲器でガス放電デバイスを製作することは、電極一体化が基本の従来の光源デバイスの発想からは機械的強度の観点から容易に思い及ばないところであり、この点にこそ、リドロウで薄肉化の容易なチューブ構成の発光構体を採用し、かつ発光構造体と電極構造体とを独立した組み立て体として構成するようにした本発明のユニークな特徴がある。
【００４０】
（実施形態２：発光管アレイ型真空紫外面光源デバイス）
図５(a）は本発明の実施形態２としての発光管アレイ型の真空紫外面光源デバイスの模式的斜視図である。図１に示した紫外線透過ガラスの発光管１２をその長手方向と交差する方向に複数本平行に並べてアレイ構成の面光源デバイス４が作られる。
【００４１】
発光管アレイ形態の発光管アレイ構造体１を構成する複数本の発光管１２は、図１に示したが図５では便宜上図示省略した耐熱性を有する薄い（数１０μm）紫外線カットフィルム１３の上に前述のようにシリコーン樹脂のような熱伝導性の良好な粘着剤１７により離脱可能な粘着状態で配置されている。隣接する発光管１２の相互間には面光源デバイス４にフレキシビリティを付与するため同じ幅寸法又は部分的に異なる幅寸法の隙間が設けられている。
【００４２】
他方、発光管アレイ構造体１の下には、例えば、ポリイミド系樹脂から成るフレキシブルな絶縁基板２１とその上に形成した電極対２３Ｘ、２４Ｙとから成る電極構造体２０が粘着(非接着)状態で設けられている。
【００４３】
電極造構体２０の電極対は、発光管アレイ構造体１を構成する各発光管１２の底部背面に対向して、共通の間隙部Ｇを挟んで両側に広がる帯状のＸ電極２３ＸとＹ電極２４Ｙとからなる。
【００４４】
即ち、Ｘ電極２３ＸとＹ電極２４Ｙとは、全体としては各発光管１２の長手方向と交差する方向に延びる共通の電極パターンを有するが、個々の発光管１０に対しては当該発光管内に初期放電を発生させる０．１〜１０ｍｍ程度の間隙部Ｇを挟んで長手方向の両側に対称的に延びる長電極対の構成を持つ。Ｘ電極２３Ｘ、Ｙ電極２４Ｙの発光管長手方向における長さは間隙部Ｇの幅の５〜１０倍またはそれ以上となる。
【００４５】
因に、発光管１０を長径２ｍｍ、短径１ｍｍの扁平楕円断面を持つ長さ８cmのガラス細管で構成し、これを１ｍｍ間隔で２０本配列して図５に示したような発光管アレイ構造体１を構成した場合、Ｘ電極２３ＸとＹ電極２４Ｙは、３ｍｍの間隙幅の間隙部Ｇの両側にそれぞれ３８．５ｍｍの幅を持って各発光管１０と交差する方向に延びるパターンで設けられる。
【００４６】
この結果、８×６＝４８cm2の発光面の背面側は、間隙部Ｇの間隙幅に対応した０．３×６＝１．８cm2の隙間を除いて全て電極面でカバーされた形となる。発光面積に対する電極のカバー率は９６％に相当する。
【００４７】
Ｘ電極２３ＸとＹ電極２４Ｙは、紫外線耐性を有する絶縁基板２１の上に銀ペースト等の導電性インクを印刷して直接形成してもよいし、あらかじめ整形した銅やアルミ等の金属導体箔を粘着または接着して構成してもよい。勿論、絶縁基板２１の上に形成した導電体層をパターニングして電極対を構成することもできる。
【００４８】
駆動に際しては、Ｘ電極２３ＸとＹ電極２４Ｙの間にインバータ電源を接続し、正弦波又はランプ波のような立ち上がりの傾斜した交番駆動電圧を印加することで、発光管アレイ面から効率よく真空紫外線を放射することができる。この場合、交番電圧の印加を所定のバースト周期で断続的に行うようにし、印加時間と非印加時間のデューティ比を調整することで紫外線の発光強度を調整することができる。
【００４９】
図５(b)は、上記発光管アレイ型面光源デバイスの変形例を模式的に示す断面図である。この発光管アレイ構造体においては、発光管１２よりも高さ寸法の高い補強部材としてのガラスロッド１２０がアレイ構造体の両サイドを含めて発光管と交互に配列され、発光管１２の発光面がガラスロッド１２０の頂面より下に位置するように構成されている。この構成により、紫外線照射面に異物等が触れた場合においても薄いガラス細管の発光管に直接外力が及ぶ危険を避けることができる。勿論前記補強部材はガラスロッドに限らず、耐紫外線材料の樹脂等を適宜選択して用いることができるし、その断面形状も円形の他、楕円形や長方形など適宜選択できる。またこの補強部材１２０は、両サイド以外は発光管１本毎の交互配列に限らず複数本おきに配置してもよい。更に補強部材の頂面で支持される形で照射面全体を図示しない紫外線透過シートでカバーしてもよい。
【００５０】
（実施形態３：平面パネル型真空紫外光源デバイス）
本発明の紫外光源装置は、上記のようなガス放電発光管１０を複数本配列した発光管アレイ構成を有するものの他、パネル構成としたものでも良い。図６(a)、(b)及び(c)はそのようなパネル構成の面光源デバイス４０を説明するための透視平面図と縦横の断面図である。
【００５１】
この光源デバイス４０の構成は、図５に示した発光管アレイ構造体１を一つのパネル外囲器１００で置き換えた構成と実質的に変わらない。図６においてパネル外囲器１００は、前面基板１０１と背面基板１０２を備え、それらの間に密封されたガス封入空間１０３を形成している。ガス空間１０３はスペーサ機能を持つガラスロッド１０４、又は背面基板１０２の上に同様の配置パターンで予め形成したリブ（図示せず）で複数のストライプ状放電チャネルに仕切られ、周辺も同様のガラスロッドを介して封着されている。またガラスロッド１０４は中央でトリガ放電間隙Ｇに対応した隙間を持って両サイドに分割され、その分割部共通空間に連通して排気パイプ１０５が設けられている。
【００５２】
前面基板１０１は、実施形態１の発光管を構成するガラスと同様、厚さ１００μｍ以下の薄い硼珪酸系紫外線透過ガラスで作られる。背面基板１０２も同材質の硼珪酸系のマイクロシートガラスで作られても良いが、前面基板のような紫外線透過性能は要求されないので、むしろ紫外線カットガラスで構成するのが好ましい。スペーサ機能を有するガラスロッドは放電空間の基板間隔を規定すると共に、薄い前面基板の機械的強度を補強する役目を持つ。
【００５３】
背面基板１０２の裏側には電極対１０６Ｘ、１０６Ｙを挟む形でガラス又はセラミックの支持基板１０８が熱伝導性の良好な粘着剤で取り付けられている。電極対１０６Ｘ、１０６Ｙは支持基板１０８の上に予め形成しておくのが好ましい。この支持基板１０８は、薄い前面基板１０１と背面基板１０２とから成るパネル状ガラス外囲器を支える役目を有するほか、電極基板や放熱板としての役目も持つ。また実施形態１の場合と同様、パネル外囲器の背面基板１０２と電極支持基板１０８の間に図示省略した薄い背面側への真空紫外線の放射を防ぐ紫外線カットフィルムを介在させても良い。
【００５４】
上記パネル構成の紫外面光源デバイス４０も、先に説明した発光管アレイ構成の面光源デバイス１０と同様に駆動することができる。なお電極対１０６Ｘ、１０６Ｙとしては、必ならずしも図示したような共通のベタパターンである必要はなく、スペーサ１０４で仕切られたストライプ状の各ガス放電チャネルに対応してそれぞれの長手方向に延びるストライプ状の電極パターンとして形成し、両端部でそれぞれ共通接続するようにしても良い。
【００５５】
（その他の変形例）
真空紫外線は、封入された放電ガス固有の波長で放射され、その強度は分圧に依存する。深紫外域の真空紫外線を得るための好ましいガスはキセノン（Ｘe）であり、キセノンは波長１４７ｎｍと１７２ｎｍの真空紫外線を放射する。またクリプトン（Ｋr）を混合した放電ガスは波長１５３ｎｍの真空紫外線を放射する。この他にも、アルゴンガス（Ａr）等の希ガスや塩素（Ｃl）、フッ素（Ｆ）等のハロゲン、及びその合成ガス封入して放電をさせるとそれぞれのガスに固有の真空紫外線を発生させることができる。因みにAr2では１２６ｎｍ、Ｋr2では１４６ｎｍ、ＫrＣlでは２２２ｎｍ、ＸeＣlでは３０８ｎｍの真空紫外線を放射することができる。このような真空紫外線は、従来は安価な構成で外囲器外に取り出すことが難しく、もっぱら外囲器内部に形成した蛍光体層の励起にのみ利用されていた。本発明においては、この真空紫外線を安価な構成で外囲器外に取り出して利用できるほか、同時に蛍光体の励起にも利用することができる。
【００５６】
即ち、先に述べたように、本発明の発光管１２（図１、図５）や、発光パネル１００（図６）の内部底面に特許文献１に開示されたようなＵＶ−Ｃ波長域の紫外線蛍光体層１４を形成した構成を採ることにより、例えば、キセノンからの波長１７２ｎｍの真空紫外線と蛍光体層からの２５８ｎｍの紫外線を放出することができる。ここで真空紫外線は空気中に放出されると酸素を分解してオゾン（Ｏ3）を発生する性質がある。従って、例えばこのような深紫外域におけるマルチ波長の光源デバイスを殺菌室に配置して被殺菌物体に照射するようにすれば、直進する２５８ｎｍの紫外線による殺菌効果と、空気と一緒に被殺菌物体の背後まで回り込むオゾンによる殺菌効果を共に利用することが可能となる。
【００５７】
また、発光管アレイ型の面光源を構成する場合、真空紫外線専用の発光管の他に蛍光体層１４を用いた紫外域または可視域の発光管を任意の本数比で組み合わせて配列することにより、応用分野に応じた発光エネルギーの分布設計を行うことが可能となる。この場合、発光波長の異なる発光管同士に対しては、対応する電極組み立て体の電極対パターンを発光管の長手方向に延長させて絶縁基板上で適宜共通化させることにより発光波長の選択駆動を行わせることができる。或は発光管毎の電極対を個別に、または複数本の組にして導出し、間引き駆動や発光エリアの選択駆動を行わせることもできる。
【００５８】
なお、上記のような薄い紫外線透過ガラスを用いて可視及び紫外域を含めたマルチ波長の光源デバイスを構成する場合には、可視または紫外蛍光体層１４を設けた発光管からもそれらの発光波長の透過率が向上してより強い発光が得られるが、当然真空紫外線も同時に放出されることになる。しかし真空紫外線発光と、その他の可視や紫外線とを選択的に切り換えて照射する構成においては、蛍光体を利用する発光管からの真空紫外線の放出は防ぐのが望ましい。この場合には可視または紫外蛍光体層を設けた発光管の底面側に対向する前面側内面に利用波長に対しては透明なフィルタ機能を有する真空紫外線のカット層を設けるのが好ましい。真空紫外線に対する内面カット層の一例として酸化マグネシュウム（ＭｇＯ）または酸化アルミニューム（Ａｌ2Ｏ3）や二酸化珪素（ＳiＯ2）の膜を用いることができる。
【００５９】
また背面側への紫外線の放出をカットする紫外線カットフィルム１３に代えて、或いはそれに加えて発光管１２または発光パネル１００の照射面と対向する底部内面に紫外線に対する吸収または反射機能を有する厚さ１μｍ以下の紫外線不透過層を設けることも可能である。前記紫外線不透過層の一例としては、発光管１２の底部内面に設けた蛍光体層１４を利用しても良いし、或いは蛍光体層１４に代えて酸化マグネシュウム（ＭｇＯ）粉末等からなる紫外線不透過層を設けてもよい。ＭｇＯ層は、発光管の背面側への真空紫外線の漏出を防ぐとともに、放電電圧を低減する効果や、ガラス内面をイオン衝撃から保護する効果を得ることができる。ガラス細管１１の発光面側に対向する内部底面側にこのようなＭｇＯの紫外線不透過層を形成するには、例えば特開２０１３−１３４９５０号公開公報記載の技術を、前面側と背面側を反対にして利用することができる。
【００６０】
以上の説明から明らかなように、本発明は、発光面側を厚さ１００μｍ以下の薄い紫外線透過ガラスで構成した、それ自体では電極を持たないガス封入外囲器を主体とて成る発光組み立て体と、前記ガス封入外囲器に駆動電圧を印加する電極組み立て体とをそれぞれ独立のパーツとして構成し、両者を重ね合わせて真空紫外線の発光装置としたことを特徴とする。このような真空紫外線の光源デバイスの発明は、新しい硼珪酸系紫外線透過ガラスの出現が契機となったものの、当業者の予測を超えたものである。
【００６１】
本発明の紫外線発光装置においては、電極を持たないシンプルな発光管を部品として用意しておくだけで、発光管の破損や劣化に際して低いコストで容易に交換対応することができる。また本発明を用いることにより、水銀レスで面積当たりの発光強度の高い平面状の真空紫外線発光を効率よく得ることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０：発光構造体
１１：ガラス細管
１２：発光管
１３：紫外線カットフィルム
１４：蛍光体層
２０：電極構造体
２１：絶縁基板
２３：Ｘ電極
２４：Ｙ電極
１：発光管アレイ構造体
１００：パネル外囲器
１２０：ガラスロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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