(57)【要約】【課題】簡単な構成で両側の面から紫外光を放出することができる紫外光発光素子を提供する。【解決手段】紫外光発光素子１は、第１の主面を有し、紫外光を透過する第１の基体１０と、第１の基体１０の第１の主面に対向する第２の主面および第２の主面の反対側の第３の主面を有し、紫外光を透過する第２の基体１１と、第１の基体１０と第２の基体１１との間の放電空間１２に充填されたガスと、第１の基体１０の第１の主面上に位置する複数の電極２０と、第１の基体１０の第１の主面上において複数の電極２０が位置する領域を含む第１の領域９２に、複数の電極２０を覆うように位置し、かつ、第１の基体１０の第１の主面上において第１の領域９２と異なる第２の領域９３には位置しない誘電体層３０と、第２の領域９３、又は、第２の基体１１の第２若しくは第３の主面に位置し、ガス中における複数の電極２０間の放電によって紫外光を発する発光層４０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面を有し、紫外光を透過する第１の基体と、
前記第１の基体の前記第１の主面に対向する第２の主面および前記第２の主面の反対側の第３の主面を有し、前記紫外光を透過する第２の基体と、
前記第１の基体と前記第２の基体との間の空間に充填されたガスと、
前記第１の基体の前記第１の主面上に位置する複数の電極と、
前記第１の基体の前記第１の主面上において前記複数の電極が位置する領域を含む第１の領域に、前記複数の電極を覆うように位置し、かつ、前記第１の基体の前記第１の主面上において前記第１の領域とは異なる第２の領域には位置しない誘電体層と、
前記第２の領域、又は、前記第２の基体の前記第２若しくは第３の主面に位置し、前記ガス中における前記複数の電極間の放電によって前記紫外光を発する発光層とを備えた
紫外光発光素子。
【請求項２】
前記発光層は、前記誘電体層上には位置しない
請求項１に記載の紫外光発光素子。
【請求項３】
さらに、
前記誘電体層上に位置し、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム及び酸化ストロンチウムの少なくとも１つを含有する薄膜を備える
請求項１又は２に記載の紫外光発光素子。
【請求項４】
前記発光層は、前記紫外光を発する粉末状の酸化マグネシウムを含有する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の紫外光発光素子。
【請求項５】
前記発光層は、さらに、ハロゲン原子を含有する
請求項４に記載の紫外光発光素子。
【請求項６】
前記ハロゲン原子は、フッ素である
請求項５に記載の紫外光発光素子。
【請求項７】
前記第１の基体及び前記第２の基体は、サファイアから形成される
請求項１〜６のいずれか１項に記載の紫外光発光素子。
【請求項８】
前記ガスは、ネオン及びキセノンを含む
請求項１〜７のいずれか１項に記載の紫外光発光素子。
【請求項９】
前記紫外光のピーク波長は、２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲に存在する
請求項１〜８のいずれか１項に記載の紫外光発光素子。
【請求項１０】
前記発光層は、前記第２の領域に位置し、かつ、前記第１の基体に対向する第４の面を有し、
前記誘電体層は、前記第１の基体に対向する第５の面を有し、
前記第４および第５の面は、一つの仮想的な平面上に実質的に位置する
請求項１〜９のいずれか１項に記載の紫外光発光素子。
【請求項１１】
前記第１および第２の基体は、前記紫外光を透過する材料を主成分として含む
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の紫外光発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、紫外光発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長が約２００ｎｍ〜３５０ｎｍである深紫外光は、殺菌、浄水、リソグラフ、照明などの様々な分野で利用されている。従来、深紫外光の光源としては、水銀をグロー放電させる水銀ランプが広く使われている。しかし、環境負荷の観点から、例えば欧州のＷＥＥＥ＆ＲｏＨＳ指令のような、水銀などの環境有害物質に対する規制が厳しくなっている。このため、水銀ランプに代わる光源の開発が望まれている。また、水銀ランプは点発光であるため、大面積で均一な強度の光を必要とするリソグラフなどに利用する場合、複雑な光源設計が必要となるなどの問題もある。
【０００３】
水銀を用いない深紫外光の光源としては、例えば、深紫外光を発するＤＵＶ−ＬＥＤ（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ−Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が挙げられる。あるいは、深紫外光の光源としては、塩化クリプトン（ＫｒＣｌ）等の放電ガスをバリア放電により励起させて深紫外光を取り出すエキシマランプが挙げられる。
【０００４】
また、水銀を用いない深紫外光の光源としては、キセノン（Ｘｅ）等の希ガスをバリア放電により励起させて発生させた真空紫外光を蛍光体に照射することで深紫外光を取り出す、バリア放電と蛍光体とを組み合わせた深紫外光発光素子もある（例えば、特許文献１参照）。具体的には、特許文献１は、基板に複数の電極を設け、紫外光を発光する蛍光体を設けた放電空間内で、電極に交流電圧を印加することで放電させ、面発光の紫外光を発する発光素子を開示している。このようなバリア放電と蛍光体とを組み合わせた深紫外光発光素子は、放電が局所的に発生するため形状の自由度が高く、複雑な光源設計が不要となる可能性があり優位性を持つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５０５３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の深紫外光発光素子では、片側の面からしか紫外光を放出することができないという問題がある。
【０００７】
そこで、本開示は、簡単な構成で両側の面から紫外光を放出することができる紫外光発光素子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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る紫外光発光素子は、第１の主面を有し、紫外光を透過する第１の基体と、前記第１の基体の前記第１の主面に対向する第２の主面および前記第２の主面の反対側の第３の主面を有し、前記紫外光を透過する第２の基体と、前記第１の基体と前記第２の基体との間の空間に充填されたガスと、前記第１の基体の前記第１の主面上に位置する複数の電極と、前記第１の基体の前記第１の主面上において前記複数の電極が位置する領域を含む第１の領域に、前記複数の電極を覆うように位置し、かつ、前記第１の基体の前記第１の主面上において前記第１の領域とは異なる第２の領域には位置しない誘電体層と、前記第２の領域、又は、前記第２の基体の前記第２若しくは第３の主面に位置し、前記ガス中における前記複数の電極間の放電によって前記紫外光を発する発光層とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、簡単な構成で両側の面から紫外光を放出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る紫外光発光素子の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態に係る紫外光発光素子の電極の構造を示す平面図である。
【図３】実施の形態に係る紫外光発光素子を製造する際に用いる機能的加熱炉の概要を示す模式図である。
【図４】実施の形態に係る機能的加熱炉の温度プロファイルの一例を示す図である。
【図５】実施の形態に係る封着工程のガス及びその流れを示す図である。
【図６】発光層に用いる発光材料毎の発光強度を示すグラフである。
【図７】実施の形態及び比較例に係る紫外光発光素子の特性の評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本開示の概要）
まず、本開示に係る紫外光発光素子の概要について説明する。
【００１２】
深紫外光発光素子を水や空気の殺菌用途に用いる場合、深紫外光発光素子を中央に設置することで、周囲の水や空気を効率良く殺菌することができる。このため、紫外光は、基板の両側の面から放出されることが好ましい。
【００１３】
しかしながら、従来の深紫外光発光素子では、深紫外光が非常に短波長の光であるため、電極を被覆する誘電体層で深紫外光が吸収されてしまう。このため、従来の深紫外光発光素子には、基板の両側から放出させることは困難であるという課題がある。特に、ＭｇＯ粉末が発するような、真空紫外光に近い２５０ｎｍ以下にピークを持つ深紫外光においては、ほとんどの光が誘電体層で吸収されるため、この課題が顕著となっている。
【００１４】
例えば、誘電体層での吸収を抑制する手段として、ＳｉＯ２などの、紫外光でも十分に透過率の高い材料を使用することが考えられる。しかしながら、ＳｉＯ２は融点が非常に高いため、塗布し焼成して形成することができないので、スパッタ等の真空プロセス法を用いて成膜する必要がある。このように、ＳｉＯ２などの、紫外光でも十分に透過率の高い材料を誘電体層に用いた場合、プロセスコストが高くなるという問題がある。
【００１５】
そこで、本開示は、上記従来の課題を解決するものであり、製造コスト及び材料コストを高めることなく、簡易な構成で両側の面から紫外光を放出することができる紫外光発光素子を提供することを目的とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る紫外光発光素子は、第１の主面を有し、紫外光を透過する第１の基体と、前記第１の基体の前記第１の主面に対向する第２の主面および前記第２の主面の反対側の第３の主面を有し、前記紫外光を透過する第２の基体と、前記第１の基体と前記第２の基体との間の空間に充填されたガスと、前記第１の基体の前記第１の主面上に位置する複数の電極と、前記第１の基体の前記第１の主面上において前記複数の電極が位置する領域を含む第１の領域に、前記複数の電極を覆うように位置し、かつ、前記第１の基体の前記第１の主面上において前記第１の領域とは異なる第２の領域には位置しない誘電体層と、前記第２の領域、又は、前記第２の基体の前記第２若しくは第３の主面に位置し、前記ガス中における前記複数の電極間の放電によって前記紫外光を発する発光層とを備える。
【００１７】
これにより、発光層と第１の基体との間、及び、発光層と第２の基体との間には、紫外光を吸収する誘電体層が設けられていない。したがって、発光層が発する紫外光が、誘電体層で吸収されるのを抑制することができる。よって、本実施の形態に係る紫外光発光素子によれば、紫外光を効率良く両側から放出することができる。
【００１８】
また、例えば、前記発光層は、前記誘電体層上には位置しなくてもよい。
【００１９】
これにより、誘電体層上に発光層が位置しないので、誘電体層の二次電子放出特性によって放電特性が決まる。誘電体層は発光層よりも二次電子放出特性の変化が小さいので、連続点灯による放電強度の低下を抑制することができる。
【００２０】
また、例えば、さらに、前記誘電体層上に位置し、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム及び酸化ストロンチウムの少なくとも１つを含有する薄膜を備えてもよい。
【００２１】
これにより、薄膜である保護層を設けることで、連続点灯による二次電子放出特性の変化を小さくすることができ、放電強度の低下を抑制することができる。
【００２２】
また、例えば、前記発光層は、前記紫外光を発する粉末状の酸化マグネシウムを含有してもよい。
【００２３】
これにより、例えば、酸化マグネシウムは二次電子放出特性が高い材料であるので、放電開始電圧を低くすることができる。また、酸化マグネシウムは耐イオン衝撃が高い材料であるので、放電に伴うイオン衝撃による発光層の変質を抑制することができる。
【００２４】
また、例えば、前記発光層は、さらに、ハロゲン原子を含有してもよい。
【００２５】
これにより、粉末状の酸化マグネシウムにハロゲン原子を含有させることで、紫外光の発光を強くすることができる。
【００２６】
また、例えば、前記ハロゲン原子は、フッ素であってもよい。
【００２７】
これにより、粉末状の酸化マグネシウムにフッ素を含有させることで、紫外光の発光を強くすることができる。
【００２８】
また、例えば、前記第１の基体及び前記第２の基体は、サファイアから形成されてもよい。
【００２９】
これにより、サファイアは紫外光の透過率が高いので、第１の基体及び第２の基体の両側から効率良く紫外光を放出することができる。
【００３０】
また、例えば、前記ガスは、ネオン及びキセノンを含んでもよい。
【００３１】
これにより、ネオン及びキセノンの混合ガスは放電により約１４７ｎｍの励起光を放出する。このため、例えば、ＭｇＯ粉末は約１５０ｎｍの励起光で効率良く発光するので、発光強度を高めることができる。
【００３２】
また、例えば、前記紫外光のピーク波長は、２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲に存在してもよい。
【００３３】
これにより、紫外光発光素子を殺菌、浄水、リソグラフなどに特に有効に利用することができる。
【００３４】
また、例えば、前記発光層は、前記第２の領域に位置し、かつ、前記第１の基体に対向する第４の面を有し、前記誘電体層は、前記第１の基体に対向する第５の面を有し、前記第４および第５の面は、一つの仮想的な平面上に実質的に位置していてもよい。また、前記第１および第２の基体は、前記紫外光を透過する材料を主成分として含んでいてもよい。ここで、「主成分として含む」とは、全体の５０重量％以上含むことをいう。
【００３５】
以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３６】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３７】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
【００３８】
また、本明細書において、「上方」又は「上」及び「下方」又は「下」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。具体的には、第１の基体の主面に直交する方向であって、第１の基体から第２の基体に向かう方向を「上方」又は「上」とし、その反対方向を「下方」又は「下」とする。また、「上方」又は「上」及び「下方」又は「下」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素が接触しない場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接触する場合にも適用される。
【００３９】
（実施の形態）
［１．構成］
［１−１．概要］
以下、本開示の実施の形態に係る紫外光発光素子の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る紫外光発光素子１の構成を示す断面図である。
【００４０】
紫外光発光素子１は、バリア放電と蛍光体とを組み合わせた紫外光発光素子である。本実施の形態では、紫外光発光素子１は、図１に示すように、第１の基体１０と、第２の基体１１と、複数の電極２０と、誘電体層３０と、発光層４０と、保護層５０と、発光層６０と、封着材７０と、チップ管８１とを備える。
【００４１】
紫外光発光素子１では、第１の基体１０と第２の基体１１とを封着材７０を介して接合することで、放電空間１２を形成している。第１の基体１０には、放電９０を発生させるための電圧を印加する複数の電極２０が配設され、電極２０を覆うように誘電体層３０が積層されている。誘電体層３０上には、イオン衝撃から誘電体層３０を保護する保護層５０が形成されている。また、複数の電極２０の間の領域には、紫外光を発する発光層４０が形成されている。また、第２の基体１１の放電側には、発光層６０が形成されている。
【００４２】
発光層４０及び６０が発した紫外光は、第２の基体１１側だけではなく、第１の基体１０側から素子外部に放出される（同図中の紫外光９１）。紫外光９１は、具体的には、ピーク波長が２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲に存在する深紫外光である。例えば、紫外光９１のピーク波長は、２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲に存在する。
【００４３】
以下では、紫外光発光素子１が備える各構成要素について、詳細に説明する。
【００４４】
［１−２．基体］
第１の基体１０及び第２の基体１１は、主面同士が互いに対向して位置する。第１の基体１０と第２の基体１１とは、所定の距離、離間させて配置される。例えば、所定の距離は、１ｍｍである。本実施の形態では、第１の基体１０及び第２の基体１１はそれぞれ、平板である。例えば、第１の基体１０の形状及び大きさは、第２の基体１１の形状及び大きさと略同じである。
【００４５】
第１の基体１０の外周部分は、封着材７０などによって、第２の基体１１の外周部分に気密封着されている。これにより、第１の基体１０と第２の基体１１との間には、放電空間１２が形成される。放電空間１２には、所定のガスが充填されている。具体的には、放電空間１２は、キセノン（Ｘｅ）、塩化クリプトン（ＫｒＣｌ）、フッ素（Ｆ２）、ネオン（Ｎｅ）、ヘリウム（Ｈｅ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素（Ｎ２）などの放電ガスが所定の圧力で封入されている。本実施の形態では、例えば、放電空間１２には、ネオン及びキセノンを含むガスが充填されている。
【００４６】
第１の基体１０と第２の基体１１とは、紫外光を透過する材料を主成分として含む。具体的には、第１の基体１０と第２の基体１１とは、深紫外光を透過する材料から形成されるので、発光層４０及び６０で発生した深紫外光を素子外部に取り出すことができる。深紫外光を透過する材料としては、例えば、深紫外光を透過しやすい特殊ガラス、石英ガラス（ＳｉＯ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、又は、サファイアガラス（Ａｌ２Ｏ３）などを用いることができる。
【００４７】
本実施の形態では、第１の基体１０及び第２の基体１１は、発光層４０及び６０で発生した深紫外光を外部に取り出すため、深紫外光を透過するサファイアから形成される。これにより、図１に示すように、第１の基体１０と第２の基体１１との両側に紫外光９１が放出される。また、例えば、第１の基体１０及び第２の基体１１として、熱膨張係数が一般的なガラス、又は、保護層５０として形成されるＭｇＯ薄膜などに熱膨張係数が近いサファイアを用いた場合、保護層５０及び封着材７０の割れ及び亀裂の発生を抑制することができる。
【００４８】
［１−３．電極］
複数の電極２０は、誘電体層３０と第１の基体１０との間に位置する。具体的には、複数の電極２０は、第１の基体１０の主面上に位置する。当該主面は、第１の基体１０が有する主面であって、第２の基体１１側、すなわち、放電空間１２側の面（上面）である。
【００４９】
複数の電極２０は、誘電体層３０に覆われている。本実施の形態では、複数の電極２０は、第１の基体１０の主面に接触して位置するが、これに限らない。複数の電極２０と第１の基体１０の主面との間には、絶縁膜などのバッファ層が設けられてもよい。
【００５０】
図１に示すように、複数の電極２０の各々は、一対の電極である第１の電極２１及び第２の電極２２を備える。第１の電極２１及び第２の電極２２には、互いに異なる電圧が印加される。
【００５１】
図２は、本実施の形態に係る紫外光発光素子１の電極２０の構造を示す平面図である。図２に示すように、複数の電極２０は、例えば、帯状（又は所定幅の線状）の２本の電極を一対として平行にそれぞれ複数対配置されている。具体的には、平行な２本の帯状の第１の電極２１と、平行な２本の帯状の第２の電極２２とが、交互に配置されている。複数の第１の電極２１は、それぞれ同じ電位の電圧が印加されるように、一方の端部で互いに電気的に接続されている。具体的には、複数の第１の電極２１は、櫛状に形成されている。複数の第２の電極２２についても同様である。
【００５２】
電極２０に用いる材料としては、Ａｇ厚膜、Ａｌ薄膜、Ｃｒ／Ｃｕ／Ｃｒ積層薄膜などの金属薄膜が挙げられる。複数の電極２０の膜厚は、例えば、数μｍである。また、隣り合う第１の電極２１と第２の電極２２との間の距離は、例えば、約０．１ｍｍ〜数ｍｍである。
【００５３】
電極２０には、駆動回路（図示せず）によって、矩形波又は正弦波等の交流波形が印加される。一般的には、一対の第１の電極２１に対して、第２の電極２２に印加する電圧の位相と反対の位相の電圧を印加することで、強い発光を得ることができる。また、例えば、第１の電極２１に矩形波の電圧を印加し、第２の電極２２を接地させることでも放電が可能である。なお、電極２０は必ず２本で一対でなくてもよい。放電領域を変更するため、又は、放電が開始される電圧を下げるために、電極２０は、３本以上の帯状電極で構成してもよい。
【００５４】
［１−４．誘電体層］
誘電体層３０は、第１の基体１０と第２の基体１１との間に位置する。本実施の形態では、誘電体層３０は、第１の領域９２に複数の電極２０を覆うように位置し、かつ、第２の領域９３には位置しない。具体的には、誘電体層３０は、第１の基体１０の主面に接触して、複数の電極２０を覆うように設けられる。つまり、誘電体層３０は、第１の基体１０の主面の全面には形成されずに、例えば、島状に形成される。
【００５５】
第１の領域９２は、第１の基体１０の主面上において複数の電極２０が位置する領域を含む領域である。具体的には、第１の領域９２は、複数の電極２０と、複数の電極２０の各々の近傍とを含む領域である。例えば、図２に示すように、第１の領域９２の平面視形状は、所定の間隔を空けて平行に配置された複数の帯状である。
【００５６】
第２の領域９３は、第１の基体１０の主面上において第１の領域９２とは異なる領域である。具体的には、第２の領域９３は、第１の電極２１と第２の電極２２との間の領域である。例えば、図２に示すように、第２の領域９３の平面視形状は、所定の間隔を空けて平行に配置された複数の帯状である。
【００５７】
なお、図１に示す例では、２本の第２の電極２２をまとめて誘電体層３０で覆っているが、これに限らない。誘電体層３０は、複数の第１の電極２１及び複数の第２の電極２２の各々を、１本ずつ覆ってもよい。このとき、例えば、誘電体層３０は、複数の電極２０の上面のみを覆うように形成されてもよい。すなわち、第１の領域９２の平面視形状は、複数の電極２０の平面視形状と一致してもよい。第１の領域９２を小さく、かつ、第２の領域９３を大きくすることで、発光層４０の平面視における面積を大きくすることができる。したがって、紫外光発光素子１の発光強度を高めることができる。
【００５８】
誘電体層３０は、例えば、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）又は酸化燐（ＰＯ４）を主成分とする低融点ガラスがスクリーン印刷法等により塗布されることで、約３０μｍの膜厚で形成される。誘電体層３０により、電極２０は絶縁材料で被覆されるため、放電の形態はバリア放電となる。バリア放電は、電極２０にイオンが直接曝されないため、連続点灯による経時的な発光強度の変化が小さく、連続点灯時間の長い殺菌デバイスやリソグラフなどへの用途に適している。また、誘電体層３０の膜厚は、放電空間１２に与える電界強度に影響するため、素子のサイズ（例えば、第１の基体１０及び第２の基体１１の大きさ）や求める特性に応じて適宜設計変更することができる。
【００５９】
［１−５．発光層］
発光層４０は、第２の領域９３に位置し、紫外光を発する。本実施の形態では、発光層４０は、第１の基体１０の主面に接触して設けられている。図１に示すように、発光層４０の第１の基体１０側の面（下面）と、誘電体層３０の第１の基体１０側の面（下面）とは、略面一である。すなわち、発光層４０と誘電体層３０とは、同層に形成されている。
【００６０】
また、本実施の形態では、発光層４０は、誘電体層３０上には位置しない。具体的には、発光層４０は、第１の領域９２には位置しない。すなわち、図１に示すように、保護層５０（保護層５０が設けられていない場合、誘電体層３０）が放電空間１２に露出している。例えば、発光層４０の第２の基体１１側の面（上面）と、保護層５０の第２の基体１１側の面（上面）とは、略面一である。発光層４０の膜厚は、例えば、２０μｍ〜３０μｍである。
【００６１】
発光層６０は、第２の基体１１の主面に位置し、紫外光を発する。なお、当該主面は、第２の基体１１が有する主面であって、第１の基体１０側、すなわち、放電空間１２側の面（下面）である。第２の基体１１にも発光層を設けることで、発光強度を高めることができる。発光層６０の膜厚は、例えば、３０μｍ以下である。
【００６２】
なお、発光層６０は、第２の基体１１の主面の反対側に位置してもよい。すなわち、発光層６０は、紫外光発光素子１の放電空間１２の外側に設けてもよい。なお、発光層６０として粉末状のＭｇＯを用いる場合、粉末状のＭｇＯは大気中で炭酸化しやすい性質を持つため、放電空間１２内の放電面側に形成した方が望ましい。
【００６３】
発光層４０及び発光層６０に用いる材料は、発光効率と作製プロセスの容易さとの観点から、紫外光を発光する蛍光体が使用される。これらの蛍光体としては、希土類の発光中心をドープしたＹＰＯ４：Ｐｒ、ＹＰＯ４：Ｎｄ、ＬａＰＯ４：Ｐｒ、ＬａＰＯ４：Ｎｄ、ＹＦ３：Ｃｅ、ＳｒＢ６Ｏ１０：Ｃｅ、ＹＯＢｒ：Ｐｒ、ＬｉＳｒＡｌＦ６：Ｃｅ、ＬｉＣａＡｌＦ６：Ｃｅ、ＬａＦ３：Ｃｅ、Ｌｉ６Ｙ（ＢＯ３）３：Ｐｒ、ＢａＹ２Ｆ８：Ｎｄ、ＹＯＣｌ：Ｐｒ、ＹＦ３：Ｎｄ、ＬｉＹＦ４：Ｎｄ、ＢａＹ２Ｆ８：Ｐｒ、Ｋ２ＹＦ５：Ｐｒ、ＬａＦ３：Ｎｄを用いることができる。あるいは、蛍光体としては、結晶中の欠陥若しくはバンドギャップで発光するＭｇＯ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ダイヤモンド、ＢＮ等を用いることができる。
【００６４】
本実施の形態では、発光層４０及び発光層６０は、紫外光を発する粉末状の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含有する。発光層４０及び発光層６０は、さらに、ハロゲン原子を含有してもよい。ハロゲン原子は、例えば、フッ素（Ｆ）である。
【００６５】
発光層４０及び発光層６０は、放電空間１２に充填されたガス中における複数の電極２０間の放電によって発光する。具体的には、発光層４０及び発光層６０は、放電によって発生する励起光が、含有する蛍光体に照射されることで、蛍光体が紫外光を発光する。例えば、発光層４０及び発光層６０は、２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲にピーク波長が存在する紫外光（深紫外光）を発光する。なお、励起光は、例えば、真空紫外光又は深紫外光である。
【００６６】
［１−６．保護層］
保護層５０は、誘電体層３０上に位置する薄膜である。保護層５０は、放電が形成される電圧（すなわち、放電開始電圧）を下げる働きと、放電に伴うイオン衝撃から誘電体層３０及び電極２０を保護する働きとを持つ。
【００６７】
保護層５０は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）及び酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）の少なくとも１つを含有する薄膜である。保護層５０は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ及びＳｒＯの２以上を含有する混相薄膜でもよい。特に、薄膜のＭｇＯは、高い耐イオン衝撃性を持つことから、経時的な放電強度の低下が非常に小さい紫外光発光素子を得ることができる。保護層５０の厚さは、例えば、１μｍである。
【００６８】
なお、保護層５０と発光層４０とはそれぞれ、ＭｇＯを主成分として含有するが、それぞれは、膜質が異なっている。つまり、発光層４０は、例えば、粉末状のＭｇＯを含有し、欠陥準位が多く、膜質が悪い。このため、発光層４０は、電子を放出しやすく、紫外光を発光することができる。一方で、保護層５０は、例えば、薄膜のＭｇＯで形成されるので、発光層４０より膜質が良い。
【００６９】
［１−７．封着材］
封着材７０は、第１の基体１０と第２の基体１１とを所定の距離、離間させて固定する。封着材７０は、第１の基体１０の外周及び第２の基体１１の外周に沿って環状に設けられる。環状の封着材７０と、第１の基体１０と、第２の基体１１とによって囲まれた空間が、放電空間１２である。
【００７０】
封着材７０としては、例えば、Ｂｉ２Ｏ３又はＶ２Ｏ５を主成分としたフリットを用いることができる。Ｂｉ２Ｏ３を主成分とするフリットとしては、例えば、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ−ＭＯ系（ここでＲは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇのいずれかであり、Ｍは、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｆｅのいずれかである）のガラス材料に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、コージライト等の酸化物からなるフィラーを加えたものを用いることができる。また、Ｖ２Ｏ５を主成分とするフリットとしては、例えば、Ｖ２Ｏ５−ＢａＯ−ＴｅＯ−ＷＯ系のガラス材料に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、コージライトなどの酸化物からなるフィラーを加えたものを用いることができる。
【００７１】
［１−８．チップ管］
チップ管８１は、放電空間１２内のガスを排気する際と放電空間１２に放電ガスを封入する際とに使用される管である。チップ管８１は、封入後に放電ガスが素子外部に漏れないように、加熱されて封止されている。チップ管８１は、例えば、ガラス管などである。
【００７２】
チップ管８１は、第１の基体１０又は第２の基体１１に封着材８２を用いて接合する。第１の基体１０又は第２の基体１１は、チップ管８１が接合される部分に、貫通孔８０が設けられている。貫通孔８０及びチップ管８１を介して、外部から放電ガスを封入し、あるいは、放電空間１２内のガスを外部に排気することができる。封着材８２は、例えば、封着材７０と同じ材料で形成される。
【００７３】
複数の貫通孔８０及び複数のチップ管８１が設けられてもよい。例えば、複数の貫通孔８０及び複数のチップ管８１の各々を、排気及び封入の各々の工程に利用することができる。
【００７４】
［２．動作］
ここで、本実施の形態に係る紫外光発光素子１の動作を説明する。
【００７５】
複数の電極２０では、隣接する一対の第１の電極２１及び第２の電極２２に、位相が相反する矩形波又は正弦波の電圧を印加する。すなわち、第１の電極２１に印加される電圧の位相と第２の電極２２に印加される電圧の位相は逆になる。これにより、第１の電極２１及び第２の電極２２間には非常に高い電界が生じ、放電空間１２に含有する放電ガス中で放電が発生する。なお、図１には、放電空間１２内での放電９０を模式的に示している。
【００７６】
放電ガスに含まれるＸｅ又はＫｒＣｌは、放電に伴う励起によって真空紫外光又は深紫外光の励起光を発生させる。励起光が発光層４０及び発光層６０に照射されることで、発光層４０及び発光層６０から深紫外光を発する。
【００７７】
また、第１の基体１０及び第２の基体１１は、紫外光を透過する材料から形成されている。本実施の形態では、第１の基体１０及び第２の基体１１が深紫外光を透過するサファイアガラスから形成されている。このため、発光層４０から発した深紫外光は、第１の基体１０及び第２の基体１１の各々を透過して素子の外に放出される。つまり、図１に示すように、紫外光発光素子１は、紫外光９１を両側に放出する。
【００７８】
［３．製造方法］
［３−１．概要］
次に、本実施の形態に係る紫外光発光素子１の製造方法について説明する。
【００７９】
まず、第１の基体１０に複数の電極２０を形成する。複数の電極２０は、露光プロセス、印刷プロセス又は蒸着プロセスなどの公知の形成法を用いて金属膜のパターニングを行うことで形成される。
【００８０】
次に、第１の基体１０の主面上に形成した複数の電極２０を覆うように、第１の基体１０の主面上の第１の領域９２のみに誘電体ペーストをダイコート法などにより塗布して誘電体ペースト（すなわち、誘電体材料）層を形成する。誘電体ペーストは、例えば、第２の領域９３には塗布されず、第１の領域９２のみに島状に塗布される。ここで、第１の領域９２のみにペーストを塗布する方法としては、第１の領域９２のみに塗布可能なパターンのスクリーンマスク等を用いることができる。なお、誘電体ペーストは、ペースト状の誘電体材料であり、例えば、ガラス粉末などの誘電体材料、バインダ及び溶剤を含む塗料である。
【００８１】
誘電体ペーストを塗布した後、所定の時間放置することによって、塗布された誘電体ペーストの表面がレベリングされて平坦な表面になる。その後、誘電体ペースト層を焼成固化することにより、複数の電極２０を覆う誘電体層３０が形成される。
【００８２】
次に、誘電体層３０上に保護層５０を形成する。保護層５０は、例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ若しくはＢａＯの単独材料のペレット、又は、それらの材料を混合したペレットを原料とした薄膜成膜方法によって形成される。薄膜成膜方法としては、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの公知の方法を利用できる。一例として、スパッタリング法では１Ｐａ、蒸着法の一例である電子ビーム蒸着法では０．１Ｐａが実際上取り得る圧力の上限と考えられる。
【００８３】
なお、保護層５０は形成されなくてもよい。
【００８４】
次に、第２の領域９３に発光層４０を形成する。例えば、発光層４０は、発光材料を含むペーストを第２の領域９３のみに塗布し、乾燥と焼成とを行うことで形成される。なお、発光材料は、例えば、ハロゲン原子と、粉末状の酸化マグネシウムとを含有する。なお、第２の領域９３のみにペーストを塗布する方法としては、第２の領域９３のみに塗布可能なパターンのスクリーンマスク等を用いることができる。
【００８５】
また、第２の基体１１には、発光層４０の形成と同様にして、発光層６０を形成する。なお、発光層６０の厚さは、面内で均一でよい。このとき、発光層６０の厚さは、例えば、発光層４０の膜厚よりも小さい。これにより、発光層４０が発した紫外光が発光層６０で吸収される量を削減することができる。
【００８６】
次に、第１の基体１０及び第２の基体１１の少なくとも一方に封着材料を塗布する。本実施の形態では、封着材料は、第１の基体１０の外周に沿って環状に塗布される。なお、封着材料は、例えば、ペースト状のフリットである。その後、封着材料の樹脂成分等を除去するために３５０℃程度の温度で仮焼成する。これにより、仮焼成された封着材７０が形成される。
【００８７】
次に、作製した第１の基体１０と第２の基体１１とを貼り付けて封着する。以下では、まず、封着工程で用いる機能的加熱炉について図３を用いて説明する。
【００８８】
［３−２．機能的加熱炉］
図３は、本実施の形態に係る紫外光発光素子１を製造する際に用いる機能的加熱炉１００の概要を示す模式図である。
【００８９】
機能的加熱炉１００は、封着工程において用いられる加熱炉である。機能的加熱炉１００は、封着工程においてガスの供給及び排気を行うことができる。
【００９０】
機能的加熱炉１００は、図３に示すように、内部にヒータ１１１を有する加熱炉１１２を備える。加熱炉１１２の内部には、第２の基体１１の上に、第１の基体１０が重ね合わされている様子を示している。第１の基体１０には、仮焼成された封着材７０と、チップ管８１ａ及び８１ｂとが設けられている。第１の基体１０と第２の基体１１とは、例えばクリップ等の固定手段（図示せず）によって固定されている。同様に、第１の基体１０とチップ管８１ａ及び８１ｂとは、固定手段（図示せず）によって固定されている。なお、チップ管８１ａ及び８１ｂは、第１の基体１０に設けられた貫通孔８０ａ及び８０ｂを介して、放電空間１２に連通している。
【００９１】
図３に示すように、チップ管８１ａには、配管１１３が接続されている。配管１１３は、加熱炉１１２の外部に設けられた乾燥ガス供給装置１３１に、バルブ１２１を介して接続されている。配管１１３には、ガス逃がし弁１２２が設けられている。
【００９２】
チップ管８１ｂには、配管１１４が接続されている。配管１１４は、加熱炉１１２の外部に設けられた排気装置１３２に、バルブ１２３を介して接続されている。また、配管１１４は、加熱炉１１２の外部に設けられた放電ガス供給装置１３３に、バルブ１２４を介して接続されている。さらに、配管１１４は、バルブ１２５を介して配管１１３にも接続されている。また、配管１１４には、圧力計１２６が設けられている。
【００９３】
［３−３．封着工程］
続いて、封着工程について、図４及び図５を用いて説明する。
【００９４】
図４は、本実施の形態に係る機能的加熱炉１００の温度プロファイルの一例を示す図である。図５は、本実施の形態に係る封着工程のガス及びその流れを示す図である。
【００９５】
封着工程は、接着工程、排気工程及び放電ガス供給工程を含んでいる。封着工程は、説明の便宜上、図４に示すように、機能的加熱炉１００の温度の観点から第１の期間〜第５の期間の５つの期間に分割される。
【００９６】
第１の期間は、機能的加熱炉１００の温度を室温から軟化点（すなわち、軟化点温度）まで上昇させる期間である。第２の期間は、機能的加熱炉１００の温度を軟化点から封着温度まで上昇させる期間である。第３の期間は、機能的加熱炉１００の温度を封着温度以上の温度で一定時間保持した後、軟化点まで低下させる期間である。第１の期間〜第３の期間が、接着工程に相当する。第４の期間は、軟化点温度付近又はそれよりやや低い温度で一定時間保持した後、室温まで低下させる期間である。第４の期間が、排気工程に相当する。第５の期間は、室温まで低下した後の期間である。第５の期間が、放電ガス供給工程に相当する。
【００９７】
ここで、軟化点とは、封着材料が軟化する温度を指し、例えばＢｉ２Ｏ３系の封着材料の軟化点温度は、４３０℃程度である。
【００９８】
また、封着温度とは、第１の基体１０と第２の基体１１とが封着材料により、また、第１の基体１０とチップ管８１とが封着材料により、密閉される状態となる温度である。本実施の形態における封着温度は、例えば４９０℃程度である。なお、封着温度は、例えば、以下のようにして予め確認することができる。
【００９９】
例えば、まず、第１の基体１０と第２の基体１１とを重ね合わせ、バルブ１２１、１２４及び１２５を閉じ、かつ、バルブ１２３のみを開く。そして、排気装置１３２によってチップ管８１ｂを介して素子内部（すなわち、放電空間１２内）のガスを排気しながら、ヒータ１１１をオンにして加熱炉１１２内部の温度を上昇させる。すると、ある温度で圧力計１２６において確認される素子内部の圧力がステップ状に減少し、かつ、バルブ１２３を閉じても素子内部の圧力が大きく上昇しなくなる。このときの温度が、素子が密封される封着温度である。
【０１００】
ここで、図５を用いて封着工程の詳細について説明する。図５の（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、図４に示す第１の期間〜第５の期間における素子内部（放電空間１２内）のガス及びそのガスの流れを示している。
【０１０１】
＜接着工程＞
まず、第１の基体１０と第２の基体１１とを位置決めして重ね合わせる。そして、図５の（ａ）に示すように、バルブ１２１とバルブ１２５とを開いて、乾燥ガスを両方の貫通孔８０を介して素子内部に吹き込みながら、ヒータ１１１をオンにして加熱炉１１２内部の温度を封着材７０の軟化点温度まで上昇させる（第１の期間）。
【０１０２】
このとき、素子内部に吹き込まれた乾燥ガス１９０は、図５の（ａ）に示すように、第２の基体１１と封着材７０との隙間から素子外部へ漏れ出る。
【０１０３】
なお、乾燥ガスとしては、例えば、露点が−４５℃以下の乾燥窒素ガスを用いることができる。乾燥ガスの流量は、例えば、５Ｌ／ｍｉｎである。
【０１０４】
次に、加熱炉１１２内部の温度が封着用フリットの軟化点温度以上になると、図５の（ｂ）に示すように、バルブ１２５を閉じるとともにバルブ１２１を調節して乾燥窒素ガスの流量を第１の期間の半分以下（例えば、２Ｌ／ｍｉｎ）にする。そして、ガス逃がし弁１２２を開いて、素子内部の圧力が、加熱炉１１２内部の圧力よりも僅かに揚圧となるようにする。そして、加熱炉１１２内部の温度を封着温度まで上昇させる（第２の期間）。
【０１０５】
次に、加熱炉１１２内部の温度が封着温度以上の温度に到達し、封着材７０が溶融し、第１の基体１０と第２の基体１１との封着、及び、第１の基体１０とチップ管８１との接合が行われると、図５の（ｃ）に示すように、排気装置１３２を動作させバルブ１２３を調整して、素子内部の圧力を僅かに陰圧（例えば８．０×１０４Ｐａ）にする。このようにして、チップ管８１ａからは乾燥窒素ガスを供給するとともに、チップ管８１ｂから乾燥窒素ガスを排気することによって、素子内部の圧力を僅かに陰圧に保ちつつ、素子内部に乾燥窒素ガスを流し続ける。
【０１０６】
そして、ヒータ１１１を制御して加熱炉１１２内部の温度を封着温度以上の温度に約３０分維持する。この間に溶融した封着材７０が僅かに流動し、素子内部の圧力が僅かに陰圧に保たれている。よって、第１の基体１０と第２の基体１１とが封着され、且つ、第１の基体１０とチップ管８１とが精度良く接着される。その後、ヒータ１１１をオフにして加熱炉１１２の温度を軟化点以下の温度まで下げる（第３の期間）。
【０１０７】
＜排気工程＞
排気工程は、素子内部のガスを排気する工程である。加熱炉１１２内部の温度が軟化点温度以下になると、図５の（ｄ）に示すように、バルブ１２１を閉じ、バルブ１２３及びバルブ１２５を開いて、複数の貫通孔８０からチップ管８１を通して素子内部を排気する。そして、ヒータ１１１を制御して加熱炉１１２内部の温度を所定の時間保持しながら、排気を継続して行う。その後、ヒータ１１１をオフにして加熱炉１１２内部の温度を室温まで低下させる。この間も排気を継続して行う（第４の期間）。
【０１０８】
＜放電ガス供給工程＞
放電ガス供給工程は、真空排気された素子内部にＮｅ及びＸｅ等を主成分とする放電ガスを供給する工程である。加熱炉１１２内部の温度が室温まで低下した後、図５の（ｅ）に示すように、バルブ１２３を閉じ、バルブ１２４及びバルブ１２５を開いて、チップ管８１から複数の貫通孔８０を通して放電空間１２に放電ガスを所定の圧力となるように供給する（第５の期間）。
【０１０９】
以上のようにして、本実施の形態に係る紫外光発光素子１を製造することができる。
【０１１０】
［４．効果など］
以下では、本実施の形態に係る紫外光発光素子１について、その特徴及び効果を説明する。
【０１１１】
誘電体層に低融点ガラスを用いた紫外光発光素子においては、発光層で発生した深紫外光を高効率に両方の構造物側から深紫外光を放出することが困難であるといった課題がある。これは、深紫外光がほとんどの光が誘電体層で吸収されるため、誘電体を形成した構造物側からの放出される深紫外光が小さくなるためである。
【０１１２】
この課題の解決法として、本実施の形態に係る紫外光発光素子１は、第１の基体１０と、第１の基体１０の主面上に位置する複数の電極２０と、第１の基体１０の主面上において複数の電極２０が位置する領域を含む第１の領域９２に、複数の電極２０を覆うように位置し、かつ、第１の基体１０の主面上において第１の領域９２とは異なる第２の領域９３には位置しない誘電体層３０と、第１の基体１０の主面に対向して位置する第２の基体１１と、第２の領域９３に位置し、紫外光を発する発光層４０とを備える。第１の基体１０及び第２の基体１１は、紫外光を透過する材料を主成分として含み、第１の基体１０と第２の基体１１との間の放電空間１２には、所定のガスが充填され、発光層４０は、ガス中における複数の電極２０間の放電によって紫外光を発する。
【０１１３】
これにより、発光層４０と第１の基体１０との間、及び、発光層４０と第２の基体１１との間には、紫外光を吸収する誘電体層３０が設けられていない。したがって、発光層４０が発する紫外光が、誘電体層３０で吸収されるのを抑制することができる。よって、本実施の形態に係る紫外光発光素子１によれば、紫外光を効率良く両側から放出することができる。
【０１１４】
なお、本実施の形態において、紫外光発光素子１の放電開始電圧は、複数の電極２０の直上方向に位置する誘電体層３０の二次電子放出特性の影響を強く受ける。このため、図１に示すように、誘電体層３０上に二次電子放出特性の高い保護層５０を設けることは、非常に有効である。保護層５０としては、高い二次電子放出特性と耐イオン衝撃性とを持つ材料を用いることが好ましい。例えば、薄膜のＭｇＯは、安定で高い耐イオン衝撃性を持つことから、経時的な放電強度の変化が非常に小さく、発光強度の高い紫外光発光素子を得ることができる。
【０１１５】
ここで、図６に、希土類の発光中心をドープした蛍光体材料であるＹＢＯ３：Ｇｄと２３０ｎｍ付近に発光を持つ粉末状のＭｇＯとの発光スペクトルの一例を示す。
【０１１６】
図６に示すように、粉末状のＭｇＯ（以下、「ＭｇＯ粉末」と記載）は、２３０ｎｍ付近にピークを持つ深紫外光を発するため、発光層４０の材料として用いることが可能である。さらに、ＭｇＯは二次電子放出特性が高い材料であるため、希土類の発光中心をドープした蛍光体材料を発光層４０に用いる場合より低い放電開始電圧を実現することができる。さらに、ＭｇＯは耐イオン衝撃が高いため、イオン衝撃による発光層４０の変質も小さいと考えられる。このため、紫外光発光素子１において、発光層４０にＭｇＯ粉末を用いることは非常に有効であると考えられる。
【０１１７】
また、ＭｇＯ粉末にハロゲン原子を含有させることで、深紫外光の発光強度を強くすることできる。このため、ハロゲン原子を含有したＭｇＯ粉末は、深紫外光に強い発光を持つため、本実施の形態に係る紫外光発光素子１に適している。
【０１１８】
また、保護層５０にフッ素を含有させることで、放電開始電圧を低下させることができる。したがって、図６に示すように、ＭｇＯ粉末にハロゲン原子であるフッ素を含有させることで、発光層４０の発光強度を大きくすることができる。
【０１１９】
ＭｇＯ粉末（発光層４０）が含有するハロゲン原子、又は、ＭｇＯ粉末（発光層４０）から保護層５０に移動したハロゲン原子は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）又は高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析法によって測定することができる。
【０１２０】
放電空間１２に充填されるガスとしては、上述したように、Ｎｅ、ＫｒＣｌ、Ｎ２、ＣＯ、Ｘｅ等が挙げられる。このとき、発光層４０にＭｇＯ粉末を用いた場合は、ＮｅとＸｅとの混合ガスが適している。ＭｇＯ粉末は、バンドギャップが広い材料であるため、１５０ｎｍ付近の励起光で最も効率良く発光する。ＫｒＣｌ又はＸｅ単体の放電ガスを用いた場合、励起光の波長は１７２ｎｍよりも長い波長の割合が多くなる。一方、ＮｅとＸｅとの混合ガスにおいては、１４７ｎｍの励起光の割合が高いため、ＭｇＯ粉末の励起を効果的に促進することができる。
【０１２１】
発光層４０として粉末状の材料を用いる場合、膜の密着性が大きな問題となる。このため、発光層４０を形成する面（例えば、第１の基体１０の主面）には、発光層４０の材料となる粉末の膜形状が維持し易いように、凹凸を設けてもよい。これにより、発光層４０と保護層５０との密着性を高めることができる。発光層６０についても同様である。よって、例えば、第２の基体１１の主面（放電空間１２側）に凹凸を設けることで、発光層６０と第２の基体１１との密着性を高めることができる。
【０１２２】
［５．実施例］
以下では、上述した実施の形態に係る紫外光発光素子１と比較例の紫外光発光素子とを試作し、特性の比較を行った結果について説明する。
【０１２３】
試作した紫外光発光素子の電極構造は、図２に示す通りである。すなわち、２つの櫛型の電極を入れ違いとなるように形成した。複数の電極２０は、Ａｇを抵抗加熱蒸着により形成した。第１の電極２１と第２の電極２２との間隔は６ｍｍであり、各々の電極幅は１ｍｍとした。
【０１２４】
また、第１の基体１０と第２の基体１１とには、深紫外光を透過するサファイアガラスを用い、それぞれ放電空間１２側に発光層４０又は６０を設けた。このとき、サファイアガラスは、片面（外側の主面）のみ研磨しており、発光層４０又は６０を形成する放電空間１２側の主面を未研磨面とした。これにより、発光層４０又は６０の膜の密着性を向上させている。
【０１２５】
放電空間１２には、放電ガスとして、Ｎｅ（９５％）とＸｅ（５％）との混合ガスを１０ｋＰａ封入した。
【０１２６】
誘電体層３０上の保護層５０は、ＭｇＯを電子ビーム真空蒸着法にて１μｍの厚さで成膜した。保護層５０は、蒸着マスクを用いて、誘電体層３０の形成領域、すなわち、第１の領域９２のみに形成した。
【０１２７】
なお、複数の電極２０に印加する電圧は、３０ｋＨｚの矩形波の交流電圧である。第１の電極２１及び第２の電極２２には、それぞれ相反する位相の矩形波の電圧を印加した。
【０１２８】
放電開始電圧の測定方法としては、まず、電極に印加する矩形波の電圧を９５０Ｖまで上げ、紫外光発光素子を発光させる。その後、０Ｖまで電圧を下げて素子全体を一旦消した後、再度電圧を上げて放電空間１２の全体に放電が広がった電圧を放電開始電圧として測定した。
【０１２９】
また、発光強度は、全面に誘電体層が形成されている紫外光発光素子の発光強度との相対値で表している。発光強度は、紫外光発光素子の紫外光を透過する構造物（例えば、第１の基体１０又は第２の基体１１）上の最表面をマルチチャンネル分光器（浜松ホトニクス製：Ｃ１００２７−０１）にて測定し、発光している波長領域を積分することで数値化を行った。例えば、ＭｇＯ粉末を発光層に用いた場合、２３０ｎｍ付近に発光ピークを持つため、２００ｎｍ〜２８０ｎｍの発光強度を積分することで求めた。なお、相対値は、従来の紫外光発光素子である比較例１の試作直後の発光強度を１００とした時の値である。
【０１３０】
また、紫外光発光素子から放出される紫外光は、第１の基体１０と第２の基体１１との両方に放出される。このため、両方の測定を行って合計することで、紫外光発光素子全体の発光強度を求めた。
【０１３１】
図７は、本実施の形態及び比較例に係る紫外光発光素子の特性の評価結果を示す図である。
【０１３２】
図７に示すように、比較例１及び比較例２を試作した。比較例１及び比較例２では、第１の基体１０の主面全面（すなわち、第１の領域９２及び第２の領域９３の両方）に、誘電体層３０を形成した。比較例１及び比較例２の誘電体層３０の厚さは、２０μｍである。
【０１３３】
さらに、誘電体層３０の上面（すなわち、第２の基体１１側の面）の全面に、発光層４０を形成した。発光層４０及び６０に用いる材料は、比較例１にＹＢＯ３：Ｇｄを、比較例２に２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲にピーク波長が存在するＭｇＯ粉末を用いた。発光層４０及び６０の膜厚はそれぞれ、２０μｍである。なお、発光層４０及び６０に用いたＭｇＯ粉末は、ハロゲン原子であるフッ素が含まれていることをＸＰＳにて確認している。
【０１３４】
実施例１は、本実施の形態に係る紫外光発光素子であり、第１の領域９２のみに誘電体層３０を形成した以外は、比較例１と同じ構成である。形成した誘電体層３０は、電極２０を完全に被覆するため、電極２０の形成時に用いたマスク形状よりも幅が左右に０．５ｍｍ広い形状のスクリーンマスクを用いて誘電体層３０を形成した。これにより、電極幅よりも左右０．５ｍｍ広い誘電体層３０を電極２０上に形成した。誘電体層３０の膜厚は、２０μｍで形成した。
【０１３５】
実施例２は、本実施の形態に係る紫外光発光素子であり、第１の領域９２のみに誘電体層３０を形成した以外は、比較例２と同じ構成である。なお、誘電体層３０の形状は、実施例１と同じである。
【０１３６】
図７に示すように、第１の領域９２のみに誘電体層３０を形成することで１〜３割程度発光強度が向上することが分かった。また、フッ素を含んだＭｇＯ粉末を発光層４０及び６０に用いることで、ＹＢＯ３：Ｇｄを発光層４０及び６０に用いる場合よりも、放電開始電圧が下がることも分かった。
【０１３７】
また、保護層５０を設けることでも、１〜３割程度発光強度が向上することが分かった。
【０１３８】
（他の実施の形態）
以上、１つ又は複数の態様に係る紫外光発光素子について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
【０１３９】
例えば、上記の実施の形態において、発光層４０の下層に保護層５０としてＭｇＯ薄膜を用いたが、これに限らない。ＭｇＯの代わりに、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ又はこれらの混相層のいずれかを用いてもよい。保護層５０がこれらの薄膜である場合でも、高い電子放出特性を実現することができるため、連続点灯による経時的な発光強度の低下を抑制することができる。
【０１４０】
また、上記の実施の形態において、第２の基体１１に例えば５μｍの膜厚で発光層６０を形成したが、これに限らない。第２の基体１１に発光層６０を設けなくても連続点灯による経時的な発光強度の低下を抑制することができる。
【０１４１】
また、上記の実施の形態において、発光層の材料としてハロゲン原子であるフッ素が含まれているＭｇＯ粉末を用いたが、例えばＣｌのようなフッ素以外のハロゲン原子を含有してもよい。あるいは、発光層は、ハロゲン原子を含まなくてもよい。この場合でも、図７に示すように、ＭｇＯ粉末は、２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲にピークを持つ紫外光を発することができる。
【０１４２】
また、上記の実施の形態において、第２の基体１１に片面研磨のサファイアガラスを用いることで発光層６０の形成面に凹凸を設けたが、これに限らない。例えば、サンドブラスト等で第２の基体１１の表面に凹凸が付くように加工してもよい。
【０１４３】
また、上記の実施の形態において、放電ガスにＮｅとＸｅとの混合ガスを用いたが、これに限らず、Ｘｅの単体ガス又はＦ２等他のガスを用いてもよい。
【０１４４】
また、上記の実施の形態において、発光層４０が第２の領域９３のみに形成されている例について示したが、これに限らない。発光層４０は、第１の領域９２にも形成されてもよい。例えば、発光層４０は、保護層５０上（保護層５０が設けられていない場合は、誘電体層３０上）に形成されてもよい。この場合、発光層４０が発した紫外光のうち、誘電体層３０側に出射される紫外光は誘電体層３０に吸収されるが、放電空間１２側に出射される紫外光は、発光層６０及び第２の基体１１を透過して素子外部に放出される。したがって、紫外光発光素子１の発光強度を高めることができる。
【０１４５】
また、例えば、上記の実施の形態において、保護層５０が誘電体層３０のみを覆うように第１の領域９２のみに形成したが、これに限らない。保護層５０は、第１の領域９２だけでなく、第２の領域９３にも形成してもよい。例えば、保護層５０は、第２の領域９３に設けられる発光層４０と第１の基体１０との間に形成されてもよい。
【０１４６】
また、上記の実施の形態において、第１の基体１０及び第２の基体１１が共に平板である、すなわち、紫外光発光素子がパネル状である例について示したが、これに限らない。第１の基体１０及び第２の基体１１の各々は、主面が湾曲した湾曲板でもよい。例えば、第１の基体１０及び第２の基体１１の各々は、筒体でもよい。具体的には、第２の基体１１の内径が第１の基体１０の外径より小さく、第１の基体１０が第２の基体１１の内部に配置されてもよい。これにより、例えば、第２の基体１１の側面に沿って全方位に紫外光を出射することができる。
【０１４７】
また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本開示は、連続点灯による経時的な発光強度の低下が小さい紫外光発光素子を実現でき、例えば、殺菌、浄水、リソグラフ、照明などに利用することができる。
【符号の説明】
【０１４９】
１  紫外光発光素子
１０  第１の基体
１１  第２の基体
１２  放電空間
２０  電極
２１  第１の電極
２２  第２の電極
３０  誘電体層
４０、６０  発光層
５０  保護層
７０、８２  封着材
８０、８０ａ、８０ｂ  貫通孔
８１、８１ａ、８１ｂ  チップ管
９０  放電
９１  紫外光
９２  第１の領域
９３  第２の領域
１００  機能的加熱炉
１１１  ヒータ
１１２  加熱炉
１１３、１１４  配管
１２１、１２３、１２４、１２５  バルブ
１２２  ガス逃がし弁
１２６  圧力計
１３１  乾燥ガス供給装置
１３２  排気装置
１３３  放電ガス供給装置
１９０  乾燥ガス
【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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【図７】
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