紫外光照射装置 |
|||||||
| 申请号 | CN201610161502.1 | 申请日 | 2016-03-21 | 公开(公告)号 | CN106169316A | 公开(公告)日 | 2016-11-30 |
| 申请人 | 松下知识产权经营株式会社; | 发明人 | 长尾宣明; 头川武央; 佐佐木良树; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种能够高效地 对流 体照射紫外光的紫外光照射装置。其为对 流体 照射紫外光(12)的紫外光照射装置(30)，其具备深紫外光发光元件(31)、紫外光 滤波器 (32)以及旋流结构体(33)。深紫外光发光元件(31)为向上方发出深紫外光的元件，其具有接受在放电空间(10)内产生的激发光而发出紫外光的 发光层 (4)。紫外光滤波器(32)吸收或反射 波长 为200nm以下的光的80％以上。旋流结构体(33)具有使从外部流入的流体旋转的筒状结构体(14)和按照使在筒状结构体(14)旋转的流体流出到外部的方式导向的锥状结构体(13)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种紫外光照射装置，其具备： |
||||||
| 说明书全文 | 紫外光照射装置技术领域背景技术[0003] 以往，作为紫外光的光源，广泛使用使水银辉光放电的水银灯(参照专利文献1)。根据专利文献1，利用从水银灯发出的波长为254nm的深紫外光，能够在不损害光学系统的情况下将附着于曝光装置的掩模等的碳污染有效地分解并除去。 [0004] 现有技术文献 [0005] 专利文献 [0006] 专利文献1：日本特开2012-146712号公报 发明内容[0007] 发明所要解决的技术问题 [0008] 本发明提供一种能够高效地对流体照射紫外光的紫外光照射装置。 [0009] 用于解决问题的手段 [0010] 本发明的一个方式的紫外光照射装置具备：具有主面的第1基体；位于上述第1基体的上述主面的多个电极；覆盖上述多个电极的电介质层；与上述电介质层相向配置且包含透过紫外光的材料的第2基体；以在上述第1基体与上述第2基体之间形成密闭的放电空间的方式将上述第1基体与上述第2基体接合、并将上述放电空间与上述第1基体以及上述第2基体一起封住的密封材料；位于上述电介质层的上方和/或上述第2基体的上述放电空间侧的面的上方、并接受在上述放电空间内产生的激发光而发出紫外光的发光层；和设置在上述第2基体的与上述放电空间侧相反侧的面的上方的反应槽。上述反应槽具备：筒状结构体、将从上述反应槽的外部流入的流体导向上述筒状结构体的内部的导入通路、和将从上述筒状结构体的内部流出的流体导向上述反应槽的外部的导出通路。将上述筒状结构体的内部的底面的内切圆的直径设为ha、将上述筒状结构体的内部的高度设为hc时，ha/hc为5以上且10以下。 [0011] 发明的效果 [0013] 图1是表示实施方式1的紫外光照射装置的构成的示意截面图。 [0014] 图2是表示图1所示的旋流结构体的结构的图。 [0015] 图3是表示用于制造图1所示的深紫外光发光元件的密封-排气用加热炉的概要的示意图。 [0016] 图4是表示图3所示的密封-排气用加热炉的温度分布的一个例子的图。 [0017] 图5是表示利用图3所示的密封-排气用加热炉进行的密封工序中的放电空间中的气体以及该气体的流动的图。 [0019] 图7是表示实施方式1的变形例的紫外光照射装置的构成的示意截面图。 [0020] 图8是表示水银灯的发光光谱的图。 [0021] 图9是表示实施方式2的紫外光照射装置的构成的示意截面图。 [0022] 图10是表示图9所示的反应槽的结构的图。 [0023] 图11是表示实施方式3的紫外光照射装置的构成的示意截面图。 [0024] 图12是表示发光层的透过率、反射率以及膜厚的关系的图表。 [0025] 符号说明 [0026] 2 第1基体 [0027] 3、3a 第2基体 [0028] 4、41、42、43 发光层 [0029] 5 保护层 [0030] 6 电介质层 [0031] 7 电极 [0032] 8 密封材料 [0033] 9、9a、9b 排气管 [0034] 10 放电空间 [0035] 11、11a、11b 贯通孔 [0036] 12 紫外光(更特定而言为深紫外光) [0037] 13 锥状结构体 [0038] 13a 盖 [0039] 14 筒状结构体 [0040] 15 流入口 [0041] 15a 流入通路 [0042] 16 流出口 [0043] 16a 流出通路 [0044] 17 曲面壁 [0045] 30、30a、90、201 紫外光照射装置 [0046] 31、31a、31b 深紫外光发光元件 [0047] 32 紫外光滤波器 [0048] 33 旋流结构体 [0049] 33a 反应槽 [0050] 51 加热器 [0051] 52 加热炉 [0052] 53、54 配管 [0054] 62 排气阀 [0055] 66 压力计 [0056] 71 干燥气体供给装置 [0057] 72 排气装置 [0058] 73 放电气体供给装置 [0059] 100 密封-排气用加热炉 [0060] 200 干燥气体 具体实施方式[0061] (作为本发明的基础的见解) [0062] 首先，对于作为本发明的基础的见解进行说明。从环境负荷的观点考虑，例如欧洲的WEEE&RoHS指令那样对水银等环境有害物质的限制变得严格。因此，希望开发紫外光的光源来替代水银灯。 [0063] 图8表示水银灯的发光光谱。从图8可知，水银灯的发光光谱可以看到185nm附近的波长的发光，这是产生臭氧的原因。这样，使用水银灯的紫外光照射装置不仅利用紫外光，而且并用由臭氧产生的杀菌以及分解作用进行利用。因此，要想抑制臭氧的发生，可以考虑抑制水银灯的输出功率，但此时存在由紫外光产生的杀菌以及分解能力会降低的问题。 [0064] 另外，在以往的紫外光照射装置中，还有不能高效地对流体照射紫外光的问题。这是由于大多情况下难以在作为照射紫外光的对象的流体的流路中安装紫外光照射装置，或者即使在流路中安装了紫外光照射装置的情况下，也难以确保对流体均等地仅照射所需时间的紫外光。 [0065] 以下，一边参照附图一边说明实施方式的紫外光照射装置。此外，以下说明的实施方式都是概括性地或具体地表示本发明的优选的一个具体例子。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、步骤、步骤的顺序等为一个例子，并不是限定本发明的主旨。另外，以下的实施方式的构成要素中，对于表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素来说，作为构成更优选的形态的任意的构成要素来说明。另外，即使为不同的附图，对于相同的构成要素也标注相同的符号，不进行重复说明。 [0066] (实施方式1) [0067] 图1是表示实施方式1的紫外光照射装置30的结构的示意截面图。紫外光照射装置30为对流体(液体或气体)照射紫外光(更特定而言为深紫外光)12的装置，其具备深紫外光发光元件31、设置在深紫外光发光元件31之上的紫外光滤波器32以及设置在紫外光滤波器 32之上的旋流结构体33。 [0068] 深紫外光发光元件31为向上方(即设置有紫外光滤波器32及旋流结构体33的方向)发出紫外光(更特定而言为深紫外光)的元件。深紫外光发光元件31作为主要的构成要素具有：第1基体2、位于第1基体2的主面的多个电极7、覆盖多个电极7的电介质层6、与电介质层6相向配置并包含透过紫外光的材料的第2基体3、和以在第1基体2与第2基体3之间形成密闭的放电空间10的方式将第1基体2与第2基体3接合并将放电空间10与第1基体2以及 第2基体3一起封住的密封材料8。进而，深紫外光发光元件31具有位于电介质层6的放电空间10侧的面的上方和/或第2基体3的放电空间10侧的面的上方并接受在放电空间10内产生的激发光而发出紫外光的发光层4。 [0069] 紫外光滤波器32为设置在第2基体3与旋流结构体33之间、吸收或反射波长为200nm以下的光的80％以上的滤波器。 [0070] 旋流结构体33为形成照射紫外光12的流路的结构物，其具有：设置在第2基体3的与放电空间10侧相反侧的面的上方且使从外部流入的流体旋转的筒状结构体14、和按照使在筒状结构体14中旋转的流体流出到外部的方式导向的锥状结构体13。 [0071] 通过这样的构成，波长为200nm以下的光得到抑制的紫外光(更特定而言为深紫外光)12被照射到旋流结构体33内的流体，因此与水银灯不同，可对流体照射臭氧的发生被抑制的紫外光(更特定而言为深紫外光)。进而，在旋流结构体33中，由于流体一边旋转一边接受紫外光，所以能够高效地接受紫外光，有机物的分解反应的实际有效的反应时间增加，有机物高效率地被分解。 [0072] 以下，对于深紫外光发光元件31、紫外光滤波器32以及旋流结构体33更详细地进行说明。 [0073] [深紫外光发光元件31] [0074] 深紫外光发光元件31作为整体具有方筒结构(例如长度为5～10cm、宽度为5～10cm、高度为3～5cm)，具有介由密封材料8将第1基体2与第2基体3接合的构成。在第1基体2上配设有为了在放电空间10内发生放电而用于施加电压的多个电极7，以覆盖电极7的方式层叠有电介质层6。在电介质层6上的放电空间10侧形成有保护电介质层6不受离子冲击的保护层5、和发出深紫外光的发光层4。此外，保护层5作为构成要素并不是必需的，也可以不形成。 [0075] 第1基体2和第2基体3通过密封材料8等将外周部气密密封。在通过气密密封所形成的放电空间10中以规定的压力封入有氙(Xe)、氯化氪(KrCl)、氟(F2)、氖(Ne)、氦(He)、一氧化碳(CO)、氮(N2)等放电气体。 [0076] 此外，在发光层4使用后述的氧化镁(MgO)的粉末的情况下，作为放电气体，适用氖(Ne)和氙(Xe)的混合气体。由于氧化镁(MgO)的粉末为带隙宽的材料，因此以波长在150nm附近的激发光最有效地发光。在使用氯化氪(KrCl)、氙(Xe)单质的放电气体的情况下，对于激发光的波长来说，比172nm长的波长的比例增多。另一方面，在氖(Ne)和氙(Xe)的混合气体中，由于波长为147nm的激发光的比例高，因此在发光层4使用氧化镁(MgO)的粉末的深紫外光发光元件中，优选使用氖(Ne)和氙(Xe)的混合气体作为放电气体。 [0077] 对于第2基体3来说，为了将在发光层4内产生的深紫外光导出到深紫外光发光元件31的外部(这里为上方)，由透过深紫外光的材料构成。作为透过深紫外光的材料，可以列举出容易透过紫外光的特殊玻璃、石英玻璃(SiO2)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)、氟化锂(LiF)、蓝宝石玻璃(Al2O3)等。这些材料中，可以使用热膨胀系数与通常的玻璃、保护层5所用的MgO薄膜或CaO薄膜接近的蓝宝石作为透过深紫外光的材料。在使用蓝宝石作为第2基体3的材料的情况下，能够防止保护层5和密封材料8的断裂或龟裂。 [0078] 作为另一方的第1基体2的材料，可以是与第2基体3相同的材料，但也可以使用通常的高应变点玻璃。 [0079] 从发光效率和制作过程的容易性的观点考虑，发光层4所用的材料使用发出深紫外光的荧光体。作为荧光体，有掺杂了稀土类的发光中心的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或以晶体中的缺陷或带隙发光的MgO、ZnO、AlN、金刚石、BN等。 [0080] 特别是氧化镁(MgO)的粉末，如专利文献2(日本特开2010-80440号公报)所公开的那样，在波长为200nm到300nm之间具有发光强度的峰，具体而言，发出在波长为230nm附近具有峰的深紫外光，因此优选作为发光层4的材料。进而，氧化镁(MgO)为二次电子放出特性高的材料，因此通过发光层4使用掺杂有稀土类的发光中心的荧光体材料，能够实现低的放电开始电压。进而，由于氧化镁(MgO)耐离子冲击高，所以可以认为由于离子冲击造成的发光层4的变质也小。因此，可以认为在深紫外光发光元件31中，发光层4使用氧化镁(MgO)的粉末是非常有效的。 [0081] 此外，在使用粉末的膜作为发光层4的情况下，膜的密合性成为问题。因此，为了使成为发光层4的材料的粉末的膜形状容易维持，可以在形成发光层4的面上设置凹凸。由此，能够提高发光层4与基体(第1基体2及第2基体3)的密合性。 [0082] 另外，发光层4形成在覆盖电极7的介质层6上、或者形成在电介质层6上所形成的保护层5上。然而，为了提高放电强度，不仅在第1基体2，也可以在第2基体3的放电空间10侧、与放电空间10的相反侧(第2基体3与紫外光滤波器32之间)形成。 [0083] 在发光层4的下层也可以设置由薄膜的氧化镁层(MgO)、氧化钙层(CaO)、氧化钡层(BaO)、氧化锶层(SrO)或它们的混相层等构成的保护层5。特别是由于薄膜的氧化镁(MgO)具有高的耐离子冲击性，所以通过用作保护层5，能够得到经时的放电强度的降低非常小的深紫外光发光元件。 [0084] 电介质层6是以氧化铅(PbO)、氧化铋(Bi2O3)或氧化磷(PO4)为主成分的低熔点玻璃通过丝网印刷法等以约30μm的膜厚形成的层。这里，主成分是指电介质层6的材料整体的50重量％以上的成分。通过电介质层6，电极7成为被绝缘材料被覆的构成，放电的形态成为电介质阻挡放电。电介质阻挡放电由于电极7不直接暴露于离子，所以由连续点灯引起的经时的发光强度的变化小，适合于连续点灯时间长的杀菌设备或光刻中的用途。另外，电介质层6的膜厚影响对放电空间10施加的电场强度，因此能够根据深紫外光发光元件31的尺寸和所要求的特性来进行变更。 [0085] 此外，也可以仅在电极7上形成电介质层6。由此，能够抑制被电介质层6吸收的深紫外光，能够高效地将由发光层4发生的深紫外光放出到深紫外光发光元件31的外部。作为以仅在电极7上形成电介质层6的方式将电介质层6布图的方法，可以列举出使用仅涂布电极区域的图案的丝网掩模等、在电极上将以低熔点玻璃为主成分的糊料进行图案涂布后进行烧成的方法。 [0086] 电极7由在第1基体2的主面中将2个带状(长条状)的电极作为1对平行地分别配置有多对的电极的集合构成。作为电极7使用的材料，可以列举出Ag厚膜、Al薄膜、Cr/Cu/Cr叠层薄膜等。对各对电极7施加矩形波或正弦波等交流波形。通常对1对电极分别施加相位相反的电压，因此能够得到强的发光。另外，即使对1对之中的1个电极7施加矩形波的电压，使另一个电极7接地，也能够放电。电极7并不是必须以2个为1对，为了放电空间10的位置、形状的变更或降低开始放电的电压，有时也以多个为1对来构成。 [0087] 密封材料8使用以Bi2O3、V2O5为主成分的玻璃料。作为以Bi2O3为主成分的玻璃料，例如可以列举使用在Bi2O3-B2O3-RO-MO系(这里R为Ba、Sr、Ca、Mg中的任意一种，M为Cu、Sb、Fe中的任意一种)的玻璃材料中加入由Al2O3、SiO2、堇青石等氧化物构成的填料而得到的物质的材料。另外，作为以V2O5为主成分的玻璃料，例如能够使用在V2O5-BaO-TeO-WO系的玻璃材料中加入由Al2O3、SiO2、堇青石等氧化物构成的填料而得到的物质。 [0088] 排气管(exhaust tube)9为利用密封材料8与第1基体2或第2基体3(这里仅为第1基体2)接合的管。另外，在接合的基体(这里为第1基体2)上以能够封入放电气体的方式设置贯通孔11。排气管9在对放电空间10排气时和在放电空间10中封入放电气体时使用，在封入放电气体后，以放电气体不从放电空间10泄露的方式将前端加热而封闭。此外，根据排气和封入的工序也有设置多个排气管9的情况。 [0089] 根据如上所述构成的深紫外光发光元件31，通过对电极7施加电压，紫外光(更特定而言为深紫外光)12从发光层4向着上方(紫外光滤波器32)发出。即，对于电极7来说，对相邻的1对中的各个电极施加相位相反的矩形波或正弦波的电压，由此，在2个电极间产生非常高的电场，填充在放电空间10中的放电气体放电。放电气体所含的氙(Xe)或氯化氪(KrCl)通过伴随放电的激发，产生真空紫外光或深紫外光的激发光，通过该激发光照射到发光层4，从发光层4发出紫外光(更特定而言为深紫外光)12。来自发光层4的紫外光透过第 2基体3。 [0090] [紫外光滤波器32] [0091] 紫外光滤波器32为设置在深紫外光发光元件31之上、吸收或反射波长为200nm以下的光的80％以上的滤波器。在本实施方式中，紫外光滤波器32在俯视(从图的上方看下方时)时具有与深紫外光发光元件31(或者为第2基体3)大致相同的外形，以在深紫外光发光元件31(更严格来说为第2基体3)之上重叠的方式，使用与密封材料8相同的材料(密封材 料)等与深紫外光发光元件31接合。 [0092] 作为该紫外光滤波器32的材料，通过使用含有钛的玻璃，能够使200nm以下的波长非常短的紫外光衰减，使臭氧的发生降低。 [0093] [旋流结构体33] [0094] 旋流结构体33为形成从深紫外光发光元件31透过了紫外光滤波器32的紫外光12所照射的流路的结构物，其设置在紫外光滤波器32之上，例如由金属(不锈钢或铝等)构成。 旋流结构体33具有使从外部流入的流体旋转的筒状结构体14、和按照使在筒状结构体14旋转的流体流出到外部的方式导向的锥状结构体13。 [0095] 图2是表示图1所示的旋流结构体33的结构的图，图2的(a)是从上方观察(即俯视)时的旋流结构体33的外观图，图2的(b)是对用包含图1的2b-2b’线的面(即与纸面垂直的面)将旋流结构体33切断得到的切断面进行俯视得到的图。 [0096] 筒状结构体14在俯视时与深紫外光发光元件31以及紫外光滤波器32具有大致相同的外形，以在紫外光滤波器32之上重叠的方式，使用与密封材料8相同的材料(即密封材料)等与紫外光滤波器32接合，在本实施方式中，具有下表面(即底面)以及上表面开放的方筒结构。在筒状结构体14上设置有用于将流体导入内部的流入口15及在4个角部(即四角)设置有用于防止由流体的涡流导致的滞留的曲面的内壁(即曲面壁17)。如图1及图2所示，流入口15由贯通筒状结构体14的侧面的管构成。曲面壁17由覆盖4个角的内壁的弯曲的板体构成。 [0097] 锥状结构体13在俯视时与深紫外光发光元件31以及紫外光滤波器32具有的大致相同的外形，以在筒状结构体14之上重叠的方式通过焊接等与筒状结构体14接合，在本实施方式中，具有下表面(即底面)开放的四角锥结构。在锥状结构体13的顶点设置有用于将流体排出到外部的流出口16。 [0098] 通过这样的旋流结构体33，在深紫外光发光元件31的上方(更严格来说在紫外光滤波器32之上)形成使进行杀菌、分解洗涤的空气或水等流体通过的流路，通过使流体在旋流结构体33内停留的滞留时间增加，能够使实际有效的紫外光照射时间增加。由此，能够以较少的紫外光的输出功率(量)高效地进行杀菌、分解洗涤。此外，由于流路成为旋流结构，所以能够使流体在旋流结构体33的滞留时间与没有形成流路时相比增加1位数以上。 [0099] 如果将筒状结构体14的底面的内切圆的直径设为ha、将高度设为hc，则其长径比ha/hc为5以上且30以下，优选为6以上且20以下，更优选为7以上且10以下。另外，筒状结构体14的高度hc为2mm以上且30mm以下，优选为4mm以上且20mm以下，更优选为5mm以上且10mm以下。通过将筒状结构体14的高度hc设为2mm以上，能够充分确保流体的流量，提高处理效率。另外，通过将筒状结构体14的高度hc设为30mm以下，即使在筒状结构体14的上部也能够充分减小深紫外光的衰减而进行杀菌。另外，通过将长径比ha/hc设为5以上，能够缩短从深紫外光发光元件31到流体的距离，因此即使在圆锥部13的顶点附近也能够减小深紫外光的衰减而进行杀菌。另外，通过将长径比ha/hc设为30以下，能够产生旋流结构特有的旋转流，均匀地对流体照射来自面发光的深紫外光发光元件31的紫外线，高效地对流体进行杀菌。 [0100] 接着，说明如上构成的本实施方式的紫外光照射装置30的制造方法。 [0102] 接着，以覆盖在第1基体2上形成的电极7的方式，通过模涂法等在第1基体2上涂布电介质糊料来形成电介质糊料(电介质材料)层。在涂布电介质糊料后，放置规定的时间，由此，涂布后的电介质糊料层的表面流平成为平坦的表面。之后，通过将电介质糊料层烧成固化，形成覆盖电极7的电介质层6。此外，电介质糊料例如为包含玻璃粉末等电介质材料、粘合剂及溶剂的涂料。 [0103] 接着，在电介质层6之上设置发光层4。发光层4通过将包含发光材料的糊料涂布在任意的区域、进行干燥和烧成来形成。 [0104] 在第2基体3上，以比在第1基体2上形成的发光层的膜厚更薄的膜厚形成发光层4。形成方法可以与第1基体2的发光层4的形成方法相同。 [0105] 另外，根据需要，在电介质层6与发光层4之间形成保护层5。保护层5具有降低形成放电的电压(放电开始电压)的作用、和保护电介质层6或电极7不受伴随放电的离子冲击的作用。通常的保护层5通过以氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化锶(SrO)及氧化钡(BaO)的单独材料的颗粒或将这些材料混合得到的颗粒作为原料的薄膜成膜方法来形成。作为薄膜成膜方法，能够应用电子束蒸镀法、溅射法、离子镀法等公知的方法。作为一个例子，在溅射法时可以认为1Pa是实际上能够获得的压力的上限，作为蒸镀法的一个例子的电子束蒸镀法时可以认为0.1Pa是实际上能够获得的压力的上限。 [0106] 接着，在第1基体2或第2基体3的至少一方上涂布密封材料8，然后，为了除去密封材料的树脂成分等，在350℃左右的温度下预烧成。 [0107] 接着，将如上操作制作的第1基体2与第2基体3贴合并密封。 [0108] 对在这里的密封工序中使用的密封-排气用加热炉进行说明。图3是表示制造实施方式1的深紫外光发光元件31的密封-排气用加热炉100的概要的示意图。 [0109] 密封-排气用加热炉100具备在内部具有加热器51的加热炉52。表示了在图3的加热炉52的内部、在第2基体3之上重叠了具有预烧成后的密封材料8以及排气管9(这里为多个排气管9a、9b)的第1基体2的样子。 [0110] 第1基体2与第2基体3、第1基体2与排气管9a、9b分别为通过例如夹具等固定手段(未图示)而固定的状态。 [0111] 在排气管9a处连接配管53，配管53介由阀门61与设置在加热炉52的外部的干燥气体供给装置71连接。在配管53上设置有排气阀62。 [0112] 在排气管9b处连接配管54，配管54介由阀门63与设置在加热炉52的外部的排气装置72连接。另外，配管54介由阀门64与设置在加热炉52的外部的放电气体供给装置73连接。进而配管54介由阀门65还与配管53连接。而且在配管54上设置有压力计66。 [0113] 图4是表示图3所示的密封-排气用加热炉100的温度分布的一个例子的图。 [0114] 密封工序以及其之后的排气工序、放电气体供给工序的概况的详细情况依序在以下进行说明，但为了方便说明，从温度的观点考虑，将密封工序和及其之后的排气工序、放电气体供给工序分为以下的5个期间。 [0115] 即为：从室温上升到软化点的期间(期间1)、从软化点上升到密封温度的期间(期间2)、在密封温度以上的温度下保持一定时间后降低到软化点的期间(期间3)(以上为密封工序)、在软化点温度附近或比其略低的温度下保持一定时间后降低到室温的期间(期间4：排气工序)、以及降低到室温后的期间(期间5：放电气体供给工序)。 [0116] 这里，软化点是指密封材料8软化的温度。例如氧化铋(Bi2O3)系的密封材料的软化点温度为430℃左右。 [0117] 另外，密封温度是指第1基体2与第2基体3通过密封材料8成为密闭的状态的温度，并且是指第1基体2与排气管9通过密封材料(未图示)成为密闭的状态的温度。本实施方式的密封温度例如为490℃左右。此外，上述的密封温度能够如下操作来预先确认。 [0118] 即，将第1基体2与第2基体3重合，关闭阀门61、64、65，仅打开阀门63，一边利用排气装置72介由排气管9b对放电空间10排气，一边使加热器51为开的状态使加热炉52内部的温度上升。这样，在某个温度下在压力计66中所确认的放电空间10的压力以阶梯状减少，且即使关闭阀门63，放电空间10的压力也不大幅上升。此时的温度为放电空间10被密封的密封温度。 [0119] 这里，使用图5对密封工序的详细情况进行说明。图5的(a)～图5的(e)分别为表示上述的期间1～期间5中的放电空间10的气体及其流向的图。 [0120] 首先，将第1基体2和第2基体3位置确定并重合。然后如图5的(a)所示，打开阀门61和阀门65，一边将干燥气体从两方的贯通孔11(11a及11b)吹入放电空间10，一边打开加热器51使加热炉52内部的温度上升到密封材料8的软化点温度。 [0121] 此时，被吹入放电空间10的干燥气体如图示的干燥气体200那样，成为经由第1基体2或第2基体3与在其上形成的密封材料8之间的间隙从放电空间10漏出到外部的状态。 [0122] 此外，作为干燥气体，使用露点为-45℃以下的干燥氮气，其流量一般为5L/min(期间1)。 [0123] 接着，如果加热炉52内部的温度为密封用玻璃料的软化点温度以上，则如图5的(b)所示，将阀门65关闭的同时调节阀门61，使干燥气体的流量为期间1中的流量的一半以下的2L/min。然后打开排气阀62，使放电空间10的压力相比于加热炉52内部的压力略微呈正压。然后使加热炉52内部的温度上升到密封温度(期间2)。 [0124] 接着，加热炉52内部的温度达到密封温度以上的温度，密封材料8熔融，进行第1基体2与第2基体3的密封以及第1基体2与排气管9a、9b的接合，则如图5的(c)所示，使排气装置72工作，调整阀门63，使放电空间10的压力略微呈负压，例如为8.0×104Pa。这样操作，从排气管9a供给干燥气体的同时从排气管9b排放干燥气体，由此一边将放电空间10的压力保持为略微负压，一边对放电空间10持续流动干燥的氮气。 [0125] 然后控制加热器51将加热炉52内部的温度保持在密封温度以上的温度约30分钟。在此期间熔融的密封材料略微流动，放电空间10的压力被保持在略微负压，因此能够高精度地进行第1基体2与第2基体3的密封、以及第1基体2与排气管9a、9b的接合。然后，使加热器51为关闭状态，使加热炉52的温度下降到软化点以下的温度(期间3)。 [0126] (排气工序) [0127] 排气工序为排放放电空间10的气体的工序。如果加热炉52内部的温度达到软化点温度以下，则如图5的(d)所示，关闭阀门61，打开阀门63以及阀门65，从多个贯通孔11(11a及11b)通过排气管9a、9b对放电空间10进行排气。然后一边控制加热器51保持加热炉52内部的温度规定的时间，一边继续进行排气。然后，使加热器51为关闭状态，使加热炉52内部的温度降低到室温。在此期间也继续进行排气(期间4)。 [0128] (放电气体供给工序) [0129] 放电气体供给工序是对真空排气后的放电空间10供给以氖(Ne)及氙(Xe)等为主成分的放电气体的工序。将加热炉52内部的温度降低到室温后，如图5的(e)所示，关闭阀门 63，打开阀门64以及阀门65，按照达到规定的压力的方式从排气管9a、9b通过多个贯通孔11(11a及11b)供给放电气体。然后，加热与排气管9a、9b的前端(分别为配管53、54)连接的部位进行封闭。 [0130] 如上操作，将具备规定的构成部件的第1基体2与第2基体3进行固定，将其周围用密封材料8密封，在放电空间10中封入包含氙(Xe)和氖(Ne)等的放电气体，完成深紫外光发光元件31。 [0131] 最后，在完成的深紫外光发光元件31之上，使用与密封材料8相同的材料(密封材料)等接合紫外光滤波器32，进而在紫外光滤波器32之上，使用与密封材料8相同的材料(密封材料)等接合旋流结构体33。 [0132] 通过上述工序，完成紫外光照射装置30。 [0133] 实施例 [0134] 接着，试制根据以上的实施方式1构成的紫外光照射装置30和比较例的深紫外光发光元件，进行比较特性的实验，因此作为实施例进行说明。试制的紫外光照射装置的制作方法如上所述。 [0135] 试制的紫外光照射装置的结构如图1所示。第2基体3使用透过深紫外光的蓝宝石玻璃，在第2基体3的放电空间10侧的面上设置发光层4。蓝宝石玻璃仅单面进行研磨，将形成发光层4的第2基体3的放电空间10侧的面设为未研磨面，由此使发光层4的膜对第2基体3的密合性提高。 [0136] 在第2基体3的蓝宝石玻璃上配置含钛玻璃作为紫外光滤波器32，再在其上部设置旋流结构体33作为流路。 [0137] 在深紫外光发光元件31的放电空间10中将Ne95％和Xe5％的混合气体以10kPa封入作为放电气体。 [0138] 关于电介质层6上的保护层5，将氧化镁(MgO)用电子束真空蒸镀法以1μm的厚度制膜。 [0139] 对电极7施加的电压使用30kHz的矩形波。对1对电极7分别施加相反相位的矩形波的电压。作为测定方法，首先，将施加于电极7的矩形波的电压提高至950V，使深紫外光发光元件31发光。然后，将电压下降至0V，暂时使深紫外光发光元件31整体的发光消失，再次提高电压，测定放电扩展到放电空间10整体的电压作为放电开始电压。 [0140] 发光光谱在配置旋流结构体33之前，用多通道分光器(浜松Photonics制C10027-01)测定第2基体3上的最表面，以无紫外光滤波器32的情况和有紫外光滤波器32的情况进行比较。图6表示无紫外光滤波器32的情况和有紫外光滤波器32的情况的发光光谱的比较图。可知：可以在230nm附近观察到来自氧化镁(MgO)的深紫外光的发光，通过进入紫外光滤波器32，从而200nm附近的发光强度降低。 [0141] 为了测定紫外光照射装置的有机物分解能力并进行比较，在流路或旋流结构体33中流通气体量为12升/min的含臭气成分的空气(被处理气体)，实施除臭试验。臭气成分的浓度设为硫化氢为10ppm、甲硫醇为0.5ppm以及氨为2ppm。臭氧浓度在不流通臭气成分的空白的条件下，在无滤波器时为30ppm。 [0142] 表1表示本实施例中试制的4种紫外光照射装置的构成(比较例1、2、实施例1、2)。 [0143] [表1] [0144] 紫外光滤波器 旋流结构体 曲面壁 比较例1 无 无 无 比较例2 有 无 无 实施例1 有 有 无 实施例2 有 有 有 [0145] 表2表示本实验中所得到的各紫外光照射装置的排气口处的臭气成分的分解率。 [0146] [表2] [0147] 硫化氢 甲硫醇 氨 臭氧 比较例1 76％ 78％ 45％ 22ppm 比较例2 7％ 8％ 4％ 3ppm 实施例1 91％ 94％ 60％ 1ppm 实施例2 96％ 98％ 64％ 0ppm [0148] 从表2可知，相对于没有紫外光滤波器的比较例1，具备紫外光滤波器的比较例2的排气口处的臭氧的浓度降低1位数，但伴随与此，臭气成分的分解率也降低约1位数。另一方面可知，在实施例1中，虽然相对于比较例1，排气口处的臭氧的浓度减少到20分之1，但是臭气的分解率提高2成左右，分解反应进行。此外，在筒状结构体的四角的内壁设置有曲面壁的实施例2中，虽然在排气口处没有观察到臭氧的存在，但是硫化氢和甲硫醇几乎完全被分解，氨也被分解60％以上，分解率大幅提高。可以认为这是由于旋流流路内的壁面处的空气阻力被降低，旋转流的转动力矩增加，因此旋流流路内的滞留时间增加，反应被促进。 [0149] 从以上的结果可知，通过使用本实施方式的实施例1以及2的构成，能够实现在抑制对人体有害的臭氧的发生的同时、分解臭气成分的效果非常高的紫外光照射装置。 [0150] 此外，在上述实施方式1的紫外光照射装置30中，作为分别的结构物的第2基体3与紫外光滤波器32贴合，但它们也可以一体地形成。 [0151] 图7是表示第2基体与紫外光滤波器一体地形成的实施方式1的变形例的紫外光照射装置30a的结构的示意截面图。紫外光照射装置30a在具备具有作为紫外光滤波器的功能的第2基体3a来代替上述实施方式1的第2基体3和紫外光滤波器32的方面，与上述实施方式 1的紫外光照射装置30不同。即，本变形例的深紫外光发光元件31a具备第2基体3a。关于其他构成要素，与上述实施方式1的紫外光照射装置30相同。本变形例的第2基体3a为发挥作为上述实施方式1中的第2基体3和紫外光滤波器的作用的结构物。即，第2基体3a为吸收或反射波长为200nm以下的光的80％以上并且容易透过深紫外光的结构物。第2基体3a由含有钛、且容易透过紫外光的特殊玻璃、石英玻璃(SiO2)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)氟化锂(LiF)、蓝宝石玻璃(Al2O3)等形成。 [0152] 通过这样的变形例，第2基体与紫外光滤波器被一体化，发挥与上述实施方式1的紫外光照射装置30相同的效果，且可以实现具有更简易结构的紫外光照射装置30a。 [0153] (实施方式2) [0154] 图9是表示实施方式2的紫外光照射装置90的构成的示意截面图。在上述的实施方式1及其变形例中，旋流结构体33作为用于对从外部流入的流体照射紫外线的反应槽使用。实施方式2的紫外光照射装置90在具备反应槽33a来代替旋流结构体33的方面，与实施方式 1的紫外光照射装置30不同。实施方式2的紫外光照射装置90的其他构成与实施方式1相同。 在本实施方式中，对于与实施方式1同样的部分标注相同的符号，有省略其说明的情况。 [0155] 反应槽33a为了对从外部流入的流体照射紫外线，具备筒状结构体14、流入通路15a、流出通路16a和盖13a。筒状结构体14的上表面被盖13a封住。盖13a可以与筒状结构体 14一体地形成。筒状结构体14的下表面被紫外光滤波器32封住。流入通路15a以及流出通路 16a由贯通筒状结构体14的侧面的管构成。流入通路15a将从反应槽33a的外部流入的流体导向筒状结构体14的内部。流出通路16a将从筒状结构体14的内部流出的流体导向反应槽 33a的外部。通过该构成，从外部流入的流体在筒状结构体14内部滞留充分的时间。对滞留的流体、介由紫外光滤波器32照射紫外线。为了照射更长时间紫外线，也可以将流入通路 15a以及流出通路16a配置在筒状结构体14的体对角处(参照图9以及10)。 [0156] (实施方式3) [0157] 以下，利用图11对本发明的实施方式3的紫外光发光元件201的构成进行说明。图11是表示本实施方式的紫外光发光元件201的构成的截面图。在本实施方式中，对于与实施方式1同样的部分标注相同的符号，有省略其详细说明的情况。 [0158] 本实施方式的紫外光发光元件201与实施方式1的紫外光发光元件30的不同点为：位于包括电极7的正上方的区域的至少一部分的区域46的第1发光层41的膜厚比位于与区 域46不同的区域47的第2发光层42的膜厚更薄。例如，第1发光层41的膜厚低于10μm，第2发光层42的膜厚约为20μm～30μm。在第2基板3上也可以有第3发光层43。 [0159] 以下，对于本实施方式的紫外光发光元件201说明其特征及效果。在电极的正上方向设置有发光层的紫外光发光元件中，存在使其连续点灯时发光强度经时地降低的课题。本发明的发明者们新发现该课题的主要原因在于以下两者同时发生，这两者为由于放电发生的离子冲击而电极的正上方向的发光层的发光强度降低，以及电极的正上方向的发光层的二次电子放出特性变化而放电强度变小。 [0160] 作为该课题的解决方法，本实施方式的紫外光发光元件201具备：具有第1主面以及第1主面的相反侧的第2主面的第1基体2、与第1基体2的第1主面相向配置的第2基体3、位于第1基体2的第1主面上的多个电极7、位于第1基体2的第1主面上且覆盖多个电极7的电介质层6、位于电介质层6上保护电介质层6的保护层5、和发出紫外光的第1～第3发光层41、42及43。第1发光层41位于在保护层5上包括多个电极7的正上方的区域的至少一部分的区域46。第2发光层42位于在保护层5上与区域46不同的区域47。第1发光层41比第2发光层42薄。 由此，第1及第2发光层41及42在放电空间10侧形成凹凸形状。第3发光层43位于第2基体3的第1基体2侧的表面。在第1基体2与第2基体3之间的放电空间10中填充规定的气体，第1～第 3发光层40、41及42通过气体中的多个电极7间的放电而发出紫外光。 [0161] 由此，由于多个电极7的正上方的区域中的第1发光层41薄，所以能够减小紫外光发光元件31b整体的发光强度中多个电极7的正上方的区域的发光强度所占的比例。因此，即使多个电极7的正上方的区域中的第1发光层41的发光强度经时地降低，也能够减小对紫外光发光元件31b整体的发光强度的影响。即，能够抑制紫外光发光元件31b中紫外光的发光强度的经时降低。 [0162] 另外，由于多个电极7的正上方的区域中的第1发光层41薄，所以电介质层6或保护层5上的被发光层被覆的被覆率下降。因此，放电开始电压容易受到位于发光层41的下层的电介质层6或保护层5的二次电子放出特性的影响。与第1发光层41相比，电介质层6或保护层5的二次电子放出特性的经时变化更小。因此，由于连续点灯带来的二次电子放出特性的变化也小，从而还能够抑制放电强度的降低。 [0163] 另外，在本实施方式中，在多个电极7的正上方的区域，由于发光层41薄，所以容易受到第1发光层41的下层的二次电子放出特性的影响。因此，如图11所示，在第1发光层41之下设置保护层5是非常有效的。作为保护层5，可以使用具有高的二次电子放出特性和耐离子冲击性的材料。例如，薄膜的MgO稳定且具有高的耐离子冲击性，因此能够得到经时的放电强度的变化非常小、发光强度高的紫外光发光元件。 [0164] 另外，在使用粉末的发光材料作为第1发光层41的情况下，多个电极7的正上方向的区域中的第1发光层41的膜厚也可以低于10μm。图12是表示在发光层40使用粉末状的MgO时的透过率与反射率的膜厚依赖性的图表。如图12所示可知，如果膜厚低于10μm，则透过率急剧变高。因此，在第1发光层41为10μm以下的膜厚时，在第1发光层41的表面发生的紫外光的一部分透过到电极7侧，在电介质层6开始吸收。因此，能够进一步减小紫外光发光元件31b发出的紫外光的强度中的多个电极7的正上方向的区域的发光强度所占的比例。 [0165] 第1及第2发光层41及42能够使用掩模制作。详细而言，首先，在保护层5整体上的制作与第1发光层41相同膜厚的发光层。接着，在第1区域46形成掩模，在第2区域47制成第2发光层42，然后将掩模除去。 [0166] 上述中虽然设置了保护层5，但保护层5并不是必需的，可以省略。另外，在图11中，第1区域46的俯视与多个电极7的俯视一致，但第1区域46可以为比多个电极7更宽的范围，也可以为更窄的范围。另外，也可以不在第1区域46设置第1发光层41，而使保护层5或电介质层6露出至放电空间10。由此，能够进一步抑制紫外光发光元件31b的紫外光的发光强度的经时降低。另外，也可以第2区域47不被电介质层6以及保护层5覆盖，而与第1基板2直接接触地设置第2发光层42。由此，在第1基体2透过紫外光的情况下，能够从紫外光发光元件31b的两面射出紫外光。此时，紫外光照射装置201还可以在第1基体2的第2主面上具备旋流结构体33以及紫外光滤波器32。 [0167] 以上，基于实施方式1～3以及变形例说明了一个或多个方式的紫外光照射装置，但本发明并不限定于这些实施方式1～3以及变形例。只要不脱离本发明的主旨，在本实施方式或变形例中实施本领域技术人员想到的各种变形后的方式、和组合构筑不同的实施方式以及变形例中的构成要素的方式也可以包括在一个或多个方式的范围内。例如，实施方式2以及3的紫外光照射装置90以及201可以分别具备实施方式1的变形例的第2基体3a来代替第2基体3以及紫外光滤波器32。另外，实施方式2的紫外光照射装置90可以具备实施方式3的深紫外光发光元件31b来代替深紫外光发光元件31。 [0168] 另外，例如，在上述实施方式1～3以及变形例中放电气体使用了氖(Ne)和氙(Xe)的混合气体，但不限于此，也可以使用氙(Xe)的单质气体或氯化氪(KrCl)等其他的卤素稀有气体。 [0169] 另外，在上述实施方式1～3中，紫外光滤波器32并不是必需的构成要素，紫外光照射装置中也可以不具备紫外光滤波器32。上述实施方式中，作为紫外光的光源，使用通过放电空间10中产生的激发光而发出深紫外光的发光层4。因此，即使是不具备紫外光滤波器32的紫外光照射装置，也如图6的“无紫外光滤波器”的图表所示，与水银灯相比可抑制185nm附近的波长的发光，因此可以抑制对人体有害的臭氧的发生。即，在上述实施方式的紫外光照射装置中，即使不具备紫外光滤波器，也可以实现与使用水银灯的装置相比抑制臭氧的发生且能够高效地对流体照射紫外光的紫外光照射装置。 [0170] 另外，在上述实施方式1～3以及变形例中，筒状结构体14及其内部为四棱柱状，且其俯视为正方形状。但是，筒状结构体14及其内部的形状不限定于此。例如，也可以筒状结构体14及其内部为四棱柱状，其俯视为长方形状或其他的四边形状。另外，筒状结构体14及其内部也可以为其他的多棱柱状，其俯视为其他的多边形状。另外，筒状结构体14及其内部可以为圆柱状，其俯视为圆形状或椭圆形状。在该说明书中多边形为具有三个以上的边的形状。另外，该说明书中正方形状、长方形状、四边形状以及多边形状包括角部为曲线的正方形、长方形、四边形以及多边形。另外，在该说明书中，四棱柱状以及多棱柱状包括角部为曲面的四棱柱以及多棱柱。 [0171] 产业上的可利用性 [0172] 本发明作为紫外光照射装置、特别是作为抑制臭氧的发生且能够高效地对流体照射紫外光的紫外光照射装置、例如作为用深紫外光分解有机物的处理装置、具体而言作为用于杀菌、除臭、洗涤、净水、光刻、照明等用途的处理装置是有用的。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈