(57)【要約】【課題】真空紫外光と深紫外光との各々の光量又は光量比を、容易かつ正確に制御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の主面上に位置し、複数の電極２０を覆う誘電体層３０と、第１の基体１０の主面に対向して位置し、真空紫外光及び深紫外光を透過する第２の基体１１と、誘電体層３０上又は第２の基体１１の放電空間１２の側の面上に位置し、放電空間１２で発生した真空紫外光を励起光として受けて、深紫外光を発光する発光層４０と、を備え、主面に直交する所定の断面において発光層４０を断面視した場合に、発光層４０が形成された第１の領域４１と、発光層４０が形成されていない第２の領域４２とが、交互に位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基体と、
前記第１の基体の主面上に位置する複数の電極と、
前記第１の基体の前記主面上に位置し、前記複数の電極を覆う誘電体層と、
前記第１の基体の前記主面に対向して位置し、真空紫外光及び深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の基体との間に密閉された放電空間が設けられるように、前記第１の基体と前記第２の基体とを接合し、前記第１の基体及び前記第２の基体とともに前記放電空間を封じる封着材と、
前記誘電体層上又は前記第２の基体の前記放電空間の側の面上に位置し、前記放電空間で発生した前記真空紫外光を励起光として受けて、前記深紫外光を発光する発光層と、を備え、
前記主面に直交する所定の断面において前記発光層を断面視した場合に、当該発光層が形成された第１の領域と、当該発光層が形成されていない第２の領域とが、交互に位置している、
紫外光発光素子。
【請求項２】
前記発光層は、平面視において、ストライプ状、格子状又はドットパターン状に形成されている、
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からなる群から選ばれる少なくとも１つの材料を含む薄膜から成る保護層を備える、
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、ピーク波長が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲に含まれる光を発する酸化マグネシウムの粉体を含む、
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】
前記酸化マグネシウムの前記粉体は、ハロゲン原子を含む、
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】
前記放電空間には、ネオン及びキセノンを含むガスが充填されており、
前記発光層は、前記ガス中に生じる前記複数の電極間の放電によって、前記深紫外光を発光する、
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】
前記第２の基体は、サファイアである、
請求項１〜７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、真空紫外光及び深紫外光を発する紫外光発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長が３５０ｎｍ以下の紫外光は、１０ｎｍ〜２００ｎｍの真空紫外光と、２００ｎｍ〜３５０ｎｍの深紫外光とに分類される。真空紫外光は、光子のエネルギー強度が高いために物質の分解、又は、オゾンなどの活性ガスの生成などに用いられる。ただし、真空紫外光は、空気によって吸収されやすい。このため、真空紫外光を対象物へ照射するためには、雰囲気を制御し、対象物と光源とを密着させる必要がある。
【０００３】
一方で、深紫外光は、真空紫外光よりもエネルギー強度は低いが、空気によってほとんど吸収されない。このために、雰囲気の制御などが不要であり、殺菌、基板洗浄、リソグラフなどで用いられている。
【０００４】
真空紫外光と深紫外光との両方の波長を出す光源としては、重水素ランプ、石英管を用いた低圧水銀ランプ、又はエキシマランプが挙げられる。また、希ガスを放電により励起させて発生する真空紫外光を蛍光体に照射することで、蛍光体から深紫外光を放出する光源も知られている（例えば、特許文献１を参照）。具体的には、特許文献１に記載の光源では、石英ガラスからなる発光管の中に、深紫外光を発する蛍光体と真空紫外領域に反射特性を有する反射体とを混合した混合層が形成されている。発光管内でのエキシマ発光により生成された真空紫外光の一部が蛍光体によって深紫外光に変換される。これにより、当該光源は、真空紫外光と深紫外光との両方の波長の紫外光を放射している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２１８７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、真空紫外光と深紫外光との各々の光量又は光量比を、容易かつ正確に制御することができる紫外光発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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の基体と、前記第１の基体の主面上に位置する複数の電極と、前記第１の基体の前記主面上に位置し、前記複数の電極を覆う誘電体層と、前記第１の基体の前記主面に対向して位置し、真空紫外光及び深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の基体との間に密閉された放電空間が設けられるように、前記第１の基体と前記第２の基体とを接合し、前記第１の基体及び前記第２の基体とともに前記放電空間を封じる封着材と、前記誘電体層上又は前記第２の基体の前記放電空間の側の面上に位置し、前記放電空間で発生した前記真空紫外光を励起光として受けて、前記深紫外光を発光する発光層と、を備え、前記主面に直交する所定の断面において前記発光層を断面視した場合に、当該発光層が形成された第１の領域と、当該発光層が形成されていない第２の領域とが、交互に位置している。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係る紫外光発光素子によれば、真空紫外光と深紫外光との各々の光量又は光量比を、容易かつ正確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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３Ａ】実施の形態に係る発光層の平面視形状の一例を示す平面図である。
【図３Ｂ】実施の形態に係る発光層の平面視形状の別の一例を示す平面図である。
【図３Ｃ】実施の形態に係る発光層の平面視形状の別の一例を示す平面図である。
【図４】実施の形態に係る発光層の面積比と、真空紫外光及び深紫外光の各々のピーク強度との関係を示すグラフである。
【図５】実施の形態に係る駆動電圧の周波数と、真空紫外光及び深紫外光のピーク強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本開示の基礎となった知見）
本発明者らは、特許文献１に開示された従来の光源においては、以下の課題が生じることを見出した。
【００１１】
上述したエキシマランプなどの、真空紫外光及び深紫外光の両方の紫外光を放電で発生させる光源は、印加する電圧、放電ガスの圧力及び種類によって、真空紫外光及び深紫外光の各々の光量又は光量比が決定される。このため、真空紫外光及び深紫外光の各々の光量又は光量比を正確に制御することが非常に困難である。また、放電が不安定であることから、経過時間又はランプの温度などによっても、各々の光量又は光量比が大きく変化する。
【００１２】
また、例えば特許文献１に示すような、発光管内での放電による真空紫外光と蛍光体による深紫外光とを出射する光源においては、蛍光体と反射体との混合比を変更する必要があるため、真空紫外光及び深紫外光の各々の光量又は光量比を、容易かつ正確に制御することは困難である。
【００１３】
（本開示の概要）
本開示は、上記従来の課題を解決するものであり、真空紫外光と深紫外光との各々の光量又は光量比を、容易かつ正確に制御することができる紫外光発光素子を提供する。
【００１４】
本開示の一態様に係る紫外光発光素子は、第１の基体と、前記第１の基体の主面上に位置する複数の電極と、前記第１の基体の前記主面上に位置し、前記複数の電極を覆う誘電体層と、前記第１の基体の前記主面に対向して位置し、真空紫外光及び深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の基体との間に密閉された放電空間が設けられるように、前記第１の基体と前記第２の基体とを接合し、前記第１の基体及び前記第２の基体とともに前記放電空間を封じる封着材と、前記誘電体層上又は前記第２の基体の前記放電空間の側の面上に位置し、前記放電空間で発生した前記真空紫外光を励起光として受けて、前記深紫外光を発光する発光層と、を備え、前記主面に直交する所定の断面において前記発光層を断面視した場合に、当該発光層が形成された第１の領域と、当該発光層が形成されていない第２の領域とが、交互に位置している。
【００１５】
これにより、深紫外光の光量は発光層により決定されるため、放電ガスにより真空紫外光と深紫外光とを発生させる光源よりも深紫外光の光量の制御が容易になる。また、例えば、第１の基体側に発光層を形成した後、第１の基体と第２の基体とを組み合わせて放電空間を形成できるため、発光層を複雑なパターンで正確に形成することが可能となる。例えば、発光層を格子状に印刷法で形成することで、線幅及び格子の間隔などを所望の長さで容易に形成することができる。このため、真空紫外光と深紫外光との各々の光量及び光量比を容易かつ正確に制御することが可能となる。
【００１６】
また、本態様に係る紫外光発光素子は、複数の電極を覆う誘電体を備えるので、バリア放電を放電空間内で起こすことができる。バリア放電は、電極に矩形波の電圧を印加し、微小な放電を繰り返すことで発生する。このため、矩形波の周波数を変更することで光量を容易に制御できる。また、放電開始直後から安定した放電が得られるため、真空紫外光と深紫外光との各々の光量又は光量比を一定に出力することが可能になる。また、電圧を印加する電極を選択することで、領域に分けて放電制御が可能であるため、発光層の有無の領域を作り、さらに各領域を分けて放電させることで、真空紫外光と深紫外光の光量や光量比を連続点灯中でも自由に制御が可能となる。
【００１７】
ここで、真空紫外光と深紫外光との２つの波長域の紫外光を両方同時に放射する光源（紫外光発光素子）の利点を以下に述べる。例えば、オゾン処理にこの光源を用いた場合、真空紫外光でオゾンを発生させ、発生したオゾンを深紫外光で分解することができる。このとき、オゾンよりも反応性が高いヒドロキシラジカルが生成される。よって、オゾンのみを生成して対象物と反応させる場合よりも、生成したオゾンを深紫外光による分解によってヒドロキシラジカルを生成させた方が強い反応を得ることができる。
【００１８】
また、２つの波長域の紫外光を両方同時に照射する紫外光発光素子を殺菌用途に用いる場合、深紫外光によるＤＮＡ（デオキシリボ核酸）の破壊による不活化効果と、真空紫外光で生成される活性ガスによるタンパク質の分解及び変質効果との両方の効果を得ることができる。このため、強い殺菌力を得ることができる。
【００１９】
真空紫外光と深紫外光との各々の光量又は光量比は、それぞれの環境又は用途に応じて処理効果が最大になるように決める方がよい。例えば、オゾンを生成して対象物を処理する場合、オゾンが人体に有害であることから、オゾンを生成する真空紫外光の光量とオゾンを分解する深紫外光の光量との比を制御することで、オゾンの許容値以下となるように制御することが望ましい。また、殺菌に用いる場合、ＤＮＡの破壊による不活性化だけでは、光回復する菌が存在するために、真空紫外光が有効である。ただし、真空紫外光は空気で吸収されるため、処理する環境又は光源からの距離によって最適な真空紫外光の光量と深紫外光の光量との比は変化する。
【００２０】
また、例えば、前記発光層は、平面視において、ストライプ状、格子状又はドットパターン状に形成されていてもよい。
【００２１】
これにより、例えば、発光層の面内分布を略均一にすることができ、真空紫外光と深紫外光の光量比が一定の紫外光を面内で略均一に放射することができる。
【００２２】
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からなる群から選ばれる少なくとも１つの材料を含む薄膜から成る保護層を備えてもよい。
【００２３】
このように、紫外光発光素子が保護層を備えるので、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。
【００２４】
また、例えば、前記発光層は、ピーク波長が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲に含まれる光を発する酸化マグネシウムの粉体（以下、ＭｇＯ粉末と記載する場合がある）を含んでもよい。
【００２５】
ＭｇＯ粉末は、合成方法によっては深紫外光を得ることができることが知られている。また、ＭｇＯの帯電性は非常に高いことが分かっている。このため、本態様に係る紫外光発光素子では、発光層がＭｇＯ粉末を含むので、放電特性の悪化を抑制することができる。また、ＭｇＯ粉末が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長の光（すなわち、深紫外光）を発するので、紫外光発光素子を殺菌、浄水、リソグラフなどに有効に利用することができる。
【００２６】
また、例えば、発光層が粉体を含むので、印刷法により発光層を容易に形成することができる。このため、複雑なパターンでも正確に発光層を形成することができるので、光出射面に対する発光層の面積比を制御することで、真空紫外光と深紫外光との各々の光量又は光量比を正確に制御することができる。
【００２７】
また、例えば、前記酸化マグネシウムの前記粉体は、ハロゲン原子を含んでもよい。
【００２８】
これにより、発光層が発する深紫外光の発光強度を高めることができる。
【００２９】
また、例えば、前記ハロゲン原子は、フッ素であってもよい。
【００３０】
これにより、発光層が発する深紫外光の発光強度を高めることができる。
【００３１】
また、例えば、前記放電空間には、ネオン及びキセノンを含むガスが充填されており、前記発光層は、前記ガス中に生じる前記複数の電極間の放電によって、前記深紫外光を発光してもよい。
【００３２】
ネオン及びキセノンの混合ガスは、放電によりピーク波長が約１４７ｎｍの励起光を放出する。例えば、ＭｇＯ粉末は、約１５０ｎｍの励起光で効率良く発光するので、本態様に係る紫外光発光素子によれば、発光層が発する深紫外光の発光強度を高めることができる。
【００３３】
また、例えば、前記第２の基体は、サファイアであってもよい。
【００３４】
これにより、サファイアの熱膨張係数はガラスと近いため、第１の基体として、例えば安価で加工しやすいガラスを用いても、ガラスフリットなどの封着材によって容易に第１の基体と第２の基体とを接着することが可能となる。したがって、放電空間の密閉性を高めることができ、安価で信頼性の高い紫外光発光素子を提供することができる。
【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（すなわち、鉛直上方）及び下方向（すなわち、鉛直下方）を指すものではない。これらの用語は、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である。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、バリア放電による発光と蛍光体による発光（蛍光）とを組み合わせた紫外光光源の一例である。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】
具体的には、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が印加される複数の電極２０が配設され、複数の電極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上の放電空間１２側の主面には、イオン衝撃から誘電体層３０を保護する保護層５０が設けられている。保護層５０上には、紫外光を発する発光層４０が設けられている。
【００４２】
発光層４０及び発光層６０が発した深紫外光と、放電９０で生じた真空紫外光とは、第２の基体１１側から紫外光発光素子１の外部に放射される（同図中の深紫外光９１と真空紫外光９２）。深紫外光（ＤＵＶ）とは、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紫外光である。また、真空紫外光（ＶＵＶ）は、ピーク波長が１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲に存在する紫外光である。
【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。本実施の形態では、第２の基体１１は、発光層４０に対向して位置する。具体的には、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及び第２の基体１１の各々の形状及び大きさは、略同じである。
【００４５】
第１の基体１０と第２の基体１１とは、封着材７０などによって、各々の外周部分が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、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２の基体１１は、発光層４０及び発光層６０で発生した深紫外光と、放電９０で生じた真空紫外光とを紫外光発光素子１の外部に取り出すため、深紫外光及び真空紫外光を透過する材料から構成される。深紫外光及び真空紫外光を透過する材料としては、例えば、深紫外光及び真空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。これらの材料は、第１の基体１０及び第２の基体１１の両方に用いてもよい。第２の基体１１にサファイアガラスなど用いる場合、第１の基体１０の材料としては、例えば、一般的な高歪点ガラスを用いることができる。
【００４７】
本実施の形態では、第２の基体１１は、サファイアから構成される。また、第１の基体１０は、一般的な低融点高歪点ガラスを用いている。第１の基体１０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。なお、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の複数の電極２０の構造を示す平面図である。図２に示すように、帯状（所定幅の線状）の第１の電極２１及び第２の電極２２が一対となって、複数対が配置されている。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、Ｉ−Ｉ線に沿った方向に交互に配置されている。複数の第１の電極２１の各々は、同じ電位の電圧が印加されるように、一方の端部で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、矩形波又は正弦波など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及び第２の電極２２の各々に位相が反対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く、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複数本を一対として構成してもよい。
【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の基体１０の主面上に位置し、複数の電極２０を覆う。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。
【００５５】
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などにより、約３０μｍの膜厚で形成される。誘電体層３０（すなわち、絶縁材料）によって電極２０は被覆されるため、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又は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。
【００５６】
本実施の形態では、誘電体層３０は、図１に示すように、複数の電極２０の全てを一括して覆っているが、これに限定されない。誘電体層３０は、複数の電極２０の各々を個別に覆ってもよく、あるいは、複数をまとめて覆ってもよい。
【００５７】
［１−５．発光層］
発光層４０と発光層６０とは、放電空間１２で発生した真空紫外光を励起光として受けて、深紫外光を発する発光層である。発光層４０は、誘電体層３０上に位置している。発光層６０は、第２の基体１１の放電空間１２側の面上に位置している。
【００５８】
例えば、発光層４０及び発光層６０は、２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲にピーク波長が存在する深紫外光を発光する。本実施の形態では、発光層４０及び発光層６０の膜厚（第１の基体１０の主面、第２の基体１１の主面に垂直方向の厚み）は、例えば、約２０μｍ以上約３０μｍ以下であるが、特に限定されない。
【００５９】
発光層４０及び発光層６０に用いる材料としては、発光効率と作製プロセスの容易さとの観点から、深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、希土類などの発光中心となる元素をドープした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などを用いることができる。
【００６０】
本実施の形態では、発光層４０及び発光層６０は、ピーク波長が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲に含まれる深紫外光を発する酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉体（粉末状のＭｇＯ）を用いる。具体的には、発光層４０及び発光層６０は、さらに、ハロゲン原子を含有する。特許文献２（特開２０１０−８０４４０号公報）では、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉体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が強くなることが開示されている。このため、ハロゲン原子が含有した酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉体から発せられる深紫外光の発光強度が高いため、本実施の形態における紫外光発光素子１に適している。ハロゲン原子は、例えば、フッ素（Ｆ）である。
【００６１】
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生じる複数の電極２０間の放電９０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９０によって発生する真空紫外光が、発光層４０及び６０の蛍光体に励起光として照射されることで、蛍光体が励起されて深紫外光を発光する。
【００６２】
発光層４０は、図１に示すように、断面視した場合に、発光層４０が形成された第１の領域４１と、発光層４０が形成されていない第２の領域４２とが交互に位置している。具体的には、第１の領域４１と第２の領域４２とが、第１の基体１０の主面に平行な方向（図１における横方向）に交互に位置している。なお、図１は、第１の基体１０の主面に直交する所定の断面を示している。例えば、図１は、図２に示すＩ−Ｉ線における断面で、複数の電極２０に直交する断面を示している。
【００６３】
第２の領域４２には発光層４０が形成されていないので、平面視した場合に、誘電体層３０が放電空間１２に露出する。本実施の形態では、発光層４０と誘電体層３０との間に保護層５０が設けられているので、保護層５０が放電空間１２に露出する。なお、平面視とは、第１の基体１０の主面に直交する方向に対象物（ここでは、発光層４０）を見た場合を意味する。
【００６４】
同様に、発光層６０は、断面視した場合に、発光層６０が形成された第１の領域６１と、発光層６０が形成されていない第２の領域６２とが交互に位置している。第２の領域６２には発光層６０が形成されていないので、第２の基体１１が放電空間１２に露出する。
【００６５】
具体的には、本実施の形態に係る発光層４０及び発光層６０は、平面視において、ストライプ状、格子状（メッシュ状）又はドットパターン状に形成されている。これにより、発光層４０又は発光層６０が形成されていない部分（第２の領域４２及び６２）、すなわち、誘電体層３０（具体的には保護層５０）又は第２の基体１１が露出した部分を真空紫外光が透過する。これにより、紫外光発光素子１の外部に真空紫外光が放射される。
【００６６】
ここで、平面視における露出部分の面積により、真空紫外光が透過する光量が変化するため、発光層と露出部分との面積比を変更することで、真空紫外光の光量を制御することができる。
【００６７】
本実施の形態に係る発光層４０又は発光層６０の具体的な形状と、真空紫外光の透過率との関係については、後で詳しく説明する。
【００６８】
［１−６．保護層］
保護層５０は、発光層４０と誘電体層３０との間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（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。
【００６９】
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）からなる群から選ばれる少なくとも１つの材料を含む薄膜である。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、薄膜のＭｇＯを保護層５０として用いることで、紫外光発光素子１の経時的な放電強度の低下を非常に小さくすることができる。保護層５０の厚さは、例えば、１μｍである。
【００７０】
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、欠陥準位が多くて膜質が悪い。このため、発光層４０は、電子を放出しやすく、深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。これにより、発光層４０を通過するイオンなどから誘電体層３０を保護することができる。
【００７１】
［１−７．封着材］
封着材７０は、第１の基体１０と第２の基体１１との間に密閉された放電空間１２が設けられるように、第１の基体１０と第２の基体１１とを接合し、第１の基体１０及び第２の基体１１とともに放電空間１２を封じる。具体的には、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及び第２の基体１１の各々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。
【００７２】
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、コージライトなどの酸化物から形成され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形成されるフィラーを加えたものを用いることができる。
【００７３】
［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紫外光発光素子１の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。
【００７４】
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には、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。なお、封着材８２は、例えば、封着材７０と同じ材料で形成される。
【００７５】
なお、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。
【００７６】
［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。
【００７７】
駆動回路（図示せず）は、隣接する一対の第１の電極２１及び第２の電極２２の各々に、位相が相反する矩形波又は正弦波の交流電圧を印加する。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を放電させる。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。
【００７８】
放電ガスに含まれるＸｅは、放電に伴う励起によって真空紫外光を発生させる。真空紫外光が発光層４０に照射されることで、発光層４０の蛍光体が励起されて発光層４０から深紫外光を発することができる。
【００７９】
また、第２の基体１１は、真空紫外光及び深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２の基体１１は、真空紫外光及び深紫外光を透過するサファイアガラスで構成されている。
【００８０】
このため、発光層４０と発光層６０とから発した深紫外光と、放電９０で生じた真空紫外光とは、第２の基体１１を透過して紫外光発光素子１の外部に放出される。つまり、図１に示すように、紫外光発光素子１は、深紫外光９１と真空紫外光９２とを外部に放出する。
【００８１】
［３．製造方法］
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。
【００８２】
まず、第１の基体１０の主面上に複数の電極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。
【００８３】
次に、第２の基体１１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（誘電体材料）層を形成する。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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。なお、保護層５０は形成されなくてもよい。
【００８６】
次に、保護層５０上と第２の基体１１上とに、発光層４０と発光層６０とをそれぞれ形成する。なお、保護層５０が形成されない場合、誘電体層３０上に発光層４０を形成する。本実施の形態では、発光層４０及び発光層６０はそれぞれ、発光材料を含むペーストを、ストライプ状、格子状（メッシュ状）又はドットパターン状などの任意の形状にパターン印刷し、乾燥と焼成とを行うことで形成される。
【００８７】
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などを除去するために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。
【００８８】
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。具体的には、第１の基体１０と第２の基体１１との間に、ネオン及びキセノンを含む放電ガスを充填しながら封着材７０を形成して第１の基体１０と第２の基体１１とを封着する。これにより、第１の基体１０と第２の基体１１との間に、放電ガスが充填された放電空間１２が設けられる。
【００８９】
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。
【００９０】
［４．発光層の平面視形状］
続いて、本実施の形態に係る発光層４０の平面視形状について説明する。なお、本実施の形態では、発光層６０の平面視形状は、例えば、発光層４０の平面視形状と同じであるので、以下では説明を省略する。
【００９１】
［４−１．格子状］
図３Ａは、本実施の形態に係る発光層４０の平面視形状の一例を示す平面図である。具体的には、図３Ａは、発光層４０の一例として、格子状の発光層４０ａを示している。なお、図３Ａに示すＩ−Ｉ線における断面が、図１に示す断面に相当する。
【００９２】
発光層４０ａは、線幅及び格子の間隔が均一な格子状の発光層である。ここでは、発光層４０ａの線幅をｄ１、かつ、格子の間隔をｄ２とする。
【００９３】
図３Ａに示すように、発光層４０ａが形成された第１の領域４１ａは、発光層４０ａの平面視形状と同じ線幅ｄ１の格子状の領域である。発光層４０ａが形成されていない第２の領域４２ａは、格子の間の領域であり、例えば、一辺がｄ２の正方形が行列状に配置された領域である。図３Ａに示すように、Ｉ−Ｉ線に沿った方向において、第１の領域４１ａと第２の領域４２ａとは、交互に位置している。
【００９４】
本実施の形態では、平面視において、光出射面に対する発光層４０ａが占める面積の割合（以降、発光層４０ａの面積比と記載する）に応じて、深紫外光と真空紫外光との光量比が制御される。発光層４０ａの面積比は、図３Ａに示す例では、１−ｄ２２／（ｄ１＋ｄ２）２で示される。なお、光出射面は、平面視における放電空間１２の面積に近似される。
【００９５】
具体的には、第１の領域４１ａ（発光層４０ａ）の面積が大きくなる程、深紫外光の光量が大きくなり、第２の領域４２ａの面積が小さくなるので、真空紫外光の光量が小さくなる。第２の領域４２ａの面積が大きくなる程、真空紫外光の光量が大きくなり、第１の領域４１ａの面積が小さくなるので、深紫外光の光量が小さくなる。なお、具体的にサンプルを試作して評価した結果を後で説明する。
【００９６】
例えば、発光層４０ａの線幅ｄ１及び格子の間隔ｄ２を制御することで、発光層４０ａの面積比を制御することができる。発光層４０ａの線幅ｄ１を太くする、又は、格子の間隔ｄ２を短くすることで、発光層４０ａの面積比を大きくすることができる。発光層４０ａの線幅ｄ１を細くする、又は、格子の間隔ｄ２を長くすることで、発光層４０ａの面積比を小さくすることができる。
【００９７】
なお、図３Ａでは、線幅及び格子の間隔が均一な発光層４０ａを示したが、発光層４０は、これに限定されない。線幅及び格子の間隔は、互いに異なっていてもよい。また、発光層４０ａの形状は、三角格子状又は斜め格子状でもよく、第２の領域４２ａの形状が三角形又は平行四辺形などでもよい。
【００９８】
［４−２．ストライプ状］
図３Ｂは、本実施の形態に係る発光層４０の平面視形状の別の一例を示す平面図である。具体的には、図３Ｂは、発光層４０の一例として、ストライプ状の発光層４０ｂを示している。なお、図３Ｂに示すＩ−Ｉ線における断面が、図１に示す断面に相当する。ここでは、発光層４０ｂの線幅をｄ１、かつ、線の間隔をｄ２とする。
【００９９】
図３Ｂに示すように、発光層４０ｂが形成された第１の領域４１ｂは、線幅ｄ１のストライプ状の領域である。発光層４０ｂが形成されていない第２の領域４２ｂは、線幅ｄ２のストライプ状の領域である。図３Ｂに示すように、Ｉ−Ｉ線に沿った方向において、第１の領域４１ｂと第２の領域４２ｂとは、交互に位置している。図３Ｂに示す例では、発光層４０ｂの面積比は、ｄ１／（ｄ１＋ｄ２）で示される。
【０１００】
例えば、発光層４０ｂの線幅ｄ１及び線の間隔ｄ２を制御することで、発光層４０ｂの面積比を制御することができる。発光層４０ｂの線幅ｄ１を太くする、又は、線の間隔ｄ２を短くすることで、発光層４０ｂの面積比を大きくすることができる。発光層４０ｂの線幅ｄ１を細くする、又は、線の間隔ｄ２を長くすることで、発光層４０ｂの面積比を小さくすることができる。
【０１０１】
なお、図３Ｂでは、線幅及び間隔が均一な発光層４０ｂを示したが、発光層４０は、これに限定されない。線幅及び間隔は、互いに異なっていてもよい。また、発光層４０を構成する複数の帯が平行でなくてもよい。複数の帯は、直線状でなくてもよく、波線などの曲線でもよい。
【０１０２】
また、第１の領域４１ｂ及び第２の領域４２ｂの配置は、複数の電極２０には依存しない。すなわち、第１の領域４１ｂ及び第２の領域４２ｂは、電極２０の延びる方向に平行でもよく、交差（例えば直交）してもよい。第１の領域４１ｂの線幅ｄ１及び第２の領域４２ｂの線幅ｄ２は、電極２０の幅及び間隔の一方に一致してもよく、異なってもよい。
【０１０３】
［４−３．ドットパターン状］
図３Ｃは、本実施の形態に係る発光層４０の平面視形状の別の一例を示す平面図である。具体的には、図３Ｃは、発光層４０の一例として、ドットパターン状の発光層４０ｃを示している。なお、図３Ｃに示すＩ−Ｉ線における断面が、図１に示す断面に相当する。ここでは、発光層４０ｃの略円形のドットの径をｄ１、かつ、ドットの間隔（隣接するドットの中心同士の距離）をｄ２とする。
【０１０４】
図３Ｃに示すように、発光層４０ｃが形成された第１の領域４１ｃは、径がｄ１の複数の略円が行列状に配置された領域である。第２の領域４２ｃは、光出射面のうち、行列状に配置された複数の略円（第１の領域４１ｃ）を除いた領域である。図３Ｃに示すように、Ｉ−Ｉ線に沿った方向において、第１の領域４１ｃと第２の領域４２ｃとは、交互に位置している。図３Ｃに示す例では、発光層４０ｃの面積比は、π（ｄ１／２）２／ｄ２２で示される。
【０１０５】
例えば、発光層４０ｃのドットの径ｄ１及びドットの間隔ｄ２を制御することで、発光層４０ｃの面積比を制御することができる。発光層４０ｃのドットの径ｄ１を大きくする、又は、ドットの間隔ｄ２を短くすることで、発光層４０ｃの面積比を大きくすることができる。また、発光層４０ｃのドットの径ｄ１を小さくする、又は、ドットの間隔ｄ２を長くすることで、発光層４０ｃの面積比を小さくすることができる。なお、ドットの間隔ｄ２は、単位面積当たりのドットの個数によって制御される。したがって、例えば、単位面積当たりのドットの個数を増やす、すなわち、ドットを密に配置することで、発光層４０ｃの面積比を大きくすることができる。
【０１０６】
なお、図３Ｃでは、ドットが略円形である例について示したが、これに限らない。ドットは、正方形や長方形などの矩形、菱形などでもよい。また、ドットの径及び間隔が略均一でなく、互いに異なっていてもよい。
【０１０７】
本実施の形態では、図３Ａ〜図３Ｃに示す３つの発光層４０の平面視形状の例について示したが、これらは一例に過ぎず、発光層４０の平面視形状はこれらに限定されない。例えば、発光層４０は、平面視において、螺旋状若しくは放射状、又は、その他の幾何学模様状に形成されてもよい。あるいは、規則性を有しないランダムなパターンで形成されてもよい。
【０１０８】
［５．実施例］
以下では、上述した実施の形態の紫外光発光素子１を試作し、深紫外光の光量と真空紫外光の光量との比較を行った結果について説明する。
【０１０９】
試作した紫外光発光素子１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、具体的には、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、及び、各々の電極幅は共に、１ｍｍとした。
【０１１０】
また、第１の基体１０としては市販されている高歪点ガラスを用い、第２の基体１１としては真空紫外光及び深紫外光を透過するサファイアガラスを用いた。
【０１１１】
第１の基体１０に設けられた誘電体層３０上と第２の基体１１の主面上とにそれぞれ、発光層４０と発光層６０とを設けた。発光層４０及び発光層６０の材料は、２３０ｎｍに発光ピークを持つＭｇＯ粉末を用いた。発光層４０及び発光層６０の平面視形状は、図３Ａに示すように格子状（メッシュ状）である。発光層４０及び発光層６０の各々は、印刷法により形成した。発光層４０及び発光層６０の各々を形成する線幅ｄ１を０．５ｍｍで固定した。一方で、形成する間隔ｄ２は、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲で適宜選択した。
【０１１２】
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６０ｋＰａ封入した。
【０１１３】
測定した紫外光発光素子１の特性は、真空紫外領域まで測定できる分光器（ＭｃＰｈｅｒｓｏｎ製：２３４／３０２）とＣＣＤ（Ａｎｄｏｒ製：ｉＤｕｓ４１６）とにて、Ｘｅの放電による真空紫外領域発光である１４７ｎｍのピーク強度と、発光層４０及び発光層６０に含まれるＭｇＯ粉体の２３０ｎｍのピーク強度とを測定した。また、光源に印加する周波数を１５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚに変更した際の各ピーク強度の変化を確認した。
【０１１４】
実施例１は、本実施の形態に係る紫外光発光素子１であり、形成する発光層４０及び発光層６０の各々において、間隔ｄ２を０．５ｍｍにした。実施例１に係る発光層４０及び発光層６０の各々の面積比は、７５％である。
【０１１５】
なお、本実施の形態では、発光層４０及び発光層６０の形状及び大きさは略同じであるので、実施例１に係る紫外光発光素子１における発光層の面積比は、同様に７５％である。実施例２及び実施例３についても同様である。
【０１１６】
実施例２は、本実施の形態に係る紫外光発光素子１であり、形成する発光層４０及び発光層６０の各々において、間隔ｄ２を１ｍｍにした。実施例２に係る発光層の面積比は、５６％である。
【０１１７】
実施例３は、本実施の形態に係る紫外光発光素子１であり、形成する発光層４０及び発光層６０の各々において、間隔ｄ２を２ｍｍにした。実施例３に係る発光層の面積比は、３６％である。
【０１１８】
図４は、本実施の形態に係る発光層の面積比と、真空紫外光（ＶＵＶ）及び深紫外光（ＤＵＶ）のピーク強度との関係を示すグラフである。具体的には、図４は、実施例１〜３の各々に係る紫外光発光素子１における紫外光のピーク強度の測定結果を示している。図４において、横軸は、発光層の面積比を示しており、縦軸は、真空紫外光及び深紫外光の各々のピーク強度を示している。実施例２（面積比５６％）及び実施例３（面積比３６％）のピーク強度の高さは、実施例１（面積比７５％）のピーク強度の高さで規格化している。
【０１１９】
図４から、発光層の面積比を変更することで、真空紫外光と深紫外光との各々の光量を変化させることができることが分かる。具体的には、発光層の格子のパターン（線幅又は間隔）を変更し、発光層の面積比を変えることで、真空紫外光と深紫外光との強度の各々が、面積比に対して略直線に変化していることが分かる。
【０１２０】
したがって、面積比を調整することで、紫外光発光素子１は、適切な光量の真空紫外光及び深紫外光を出射させることができる。具体的には、線幅及び間隔などを制御することで、真空紫外光及び深紫外光の光量比を精度良く制御することができる。
【０１２１】
図５は、本実施の形態に係る駆動電圧の周波数と、真空紫外光及び深紫外光のピーク強度との関係を示すグラフである。具体的には、図５は、実施例１に係る紫外光発光素子１における真空紫外光及び深紫外光のピーク強度の、駆動電圧の周波数依存性を示している。図５において、横軸は、駆動電圧の周波数を示しており、縦軸は、真空紫外光及び深紫外光のピーク強度を示している。周波数が３０ｋＨｚ及び４５ｋＨｚのピーク強度は、周波数が１５ｋＨｚのピーク強度で規格化して示している。
【０１２２】
図５から、駆動電圧の周波数を高くすることで、真空紫外光及び深紫外光の両方のピーク強度が大きくなることが分かる。図５に示す範囲では、ピーク強度は、周波数に略比例している。したがって、周波数を制御することで、真空紫外光及び深紫外光のピーク強度を精度良く制御することができる。
【０１２３】
以上のことから、本実施の形態は、真空紫外光と深紫外光との光量比を、発光層の形状を変更することで精度良く変更可能である。さらに、駆動電圧の周波数を変更することで真空紫外光と深紫外光との各々の光量も変更できることが分かった。なお、発光層は、各基体の接合前に印刷により形成しているため、容易かつ正確に形状を制御可能することができる。したがって、本実施の形態に係る紫外光発光素子１によれば、真空紫外光と深紫外光との各々の光量又は光量比を、容易かつ正確に制御することができる。
【０１２４】
（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。本開示の趣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。
【０１２５】
例えば、上記の実施の形態では、紫外光発光素子１が発光層４０及び発光層６０を備える例について示したが、これに限らない。紫外光発光素子１は、発光層４０及び発光層６０のいずれか一方のみを備えてもよい。例えば、紫外光発光素子１が発光層６０を備えない場合、紫外光が取り出される第２の基体１１に発光層６０が形成されないため、効率良く紫外光を取り出すことが可能となる。
【０１２６】
また、発光層４０及び発光層６０のいずれか一方は、全面に均一な膜厚で形成されていてもよい。また、発光層４０及び発光層６０の各々の形状は異なっていてもよく、例えば、発光層４０がストライプ状に形成され、発光層６０がドットパターン状に形成されてもよい。
【０１２７】
また、例えば、発光層４０又は発光層６０は、放電空間１２内に設けられていなくてもよい。例えば、発光層６０は、第２の基体１１の、放電空間１２とは反対側の面に設けられてもよい。このとき、発光層４０又は発光層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。このため、上記の実施の形態で示したように、発光層６０は、第２の基体１１の放電空間１２側の面に形成した方が望ましい。
【０１２８】
また、例えば、上記の実施の形態では、発光層４０及び発光層６０としてＭｇＯの粉体を用いたが、ＭｇＯ粉末以外の蛍光体を用いてもよく、粉体ではなく、ＡｌＧａＮ多層膜のような板状の発光体でもよい。なお、粉体の場合、発光層の形成に印刷を用いることができるため、容易に形成できるといった利点がある。
【０１２９】
また、例えば、放電を形成する電極２０が設けられた第１の基体１０側に発光層４０を形成した場合、放電を促進させる壁電荷が保持しにくくなるため、放電電圧が上昇する傾向がある。しかし、ＭｇＯ粉体は帯電性が高く、高い電荷保持特性を持つため、第１の基体１０側にＭｇＯ粉体から形成される発光層４０を形成しても放電電圧の上昇を抑制することができる。
【０１３０】
また、例えば、複数の電極２０の各々を、発光層４０が形成された第１の領域４１と発光層４０が形成されていない第２の領域４２の下方に選択的に配置してもよい。これにより各領域の放電強度を制御し、真空紫外光と深紫外光との各々の強度を直接制御してもよい。
【０１３１】
また、例えば、上記の実施の形態では、第２の基体１１としてサファイアガラスを用いたが、これに限らず、フッ化マグネシウムなどの真空紫外光及び深紫外光を透過する材料を用いてもよい。
【０１３２】
また、例えば、上記の実施の形態では、第１の基体１０に複数の電極２０と誘電体層３０とを設けた面方向のバリア放電を用いたが、これに限らず、基体の外部から電界を印加して放電ガスを放電させてもよい。あるいは、第１の基体１０と第２の基体１１との両方に電極を設け、対向方向に放電させてもよい。
【０１３３】
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】
【０１３４】
本開示は、真空紫外光と深紫外光との各々の光量及び光量比を容易かつ正確に制御することができる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】
【０１３５】
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、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、６０  発光層
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、６１  第１の領域
４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、６２  第２の領域
５０  保護層
７０、８２  封着材
８０  貫通孔
８１  チップ管
９０  放電
９１  深紫外光
９２  真空紫外光
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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