CN106057633A

CN106057633A - 紫外光发光元件

Info

Publication number: CN106057633A
Application number: CN201610082509.4A
Authority: CN
Inventors: 头川武央; 佐佐木良树; 长尾宣明
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2016-10-26
Also published as: US20160300705A1; US9691600B2; JP2016201353A

Abstract

本发明提供一种能够以简单的构成而从两侧的面放出紫外光的紫外光发光元件。紫外光发光元件(1)包括：第1基体(10)，其具有第1主面，且透过紫外光；第2基体(11)，其具有与第1基体(10)的第1主面相对置的第2主面以及在第2主面相反侧的第3主面，且透过紫外光；气体，其填充于第1基体(10)和第2基体(11)之间的空间(12)；多个电极(20)，其位于第1基体(10)的第1主面上；电介质层(30)，其以覆盖多个电极(20)的方式位于第1基体(10)的第1主面上的包含多个电极(20)所处的区域的第1区域(92)，而且不位于第1基体(10)的第1主面上的与第1区域(92)不同的第2区域(93)；以及发光层(40)，其位于第2区域(93)或者第2基体(11)的第2主面或者第3主面上，且通过气体中的多个电极(20)间的放电而发出紫外光。

Description

紫外光发光元件

技术领域

本发明涉及一种紫外光发光元件。

背景技术

波长大约为200nm～350nm的深紫外光在杀菌、净水、光刻、照明等各种各样的领域加以利用。以前，作为深紫外光的光源，使水银产生辉光放电的水银灯得到广泛使用。但是，从环境负荷的角度考虑，例如像欧洲的WEEE&RoHS指令那样的对水银等环境有害物质的限制变得严格。因此，希望开发用于代替水银灯的光源。另外，水银灯由于为点发光，因而在利用于需要大面积且强度均匀的光的光刻等的情况下，也存在需要复杂的光源设计等问题。

作为不使用水银的深紫外光的光源，例如可以列举出能够发出深紫外光的DUV-LED(Deep Ultra Violet-Light Emitting Diode)。或者，作为深紫外光的光源，可以列举出通过阻挡放电使氯化氪(KrCl)等放电气体激发而取出深紫外光的准分子灯。

另外，作为不使用水银的深紫外光的光源，还有由阻挡放电和荧光体组合而成的深紫外光发光元件：其通过阻挡放电使氙(Xe)等稀有气体激发而产生真空紫外光，并将该真空紫外光照射于荧光体上，由此取出深紫外光(例如参照专利文献1)。具体地说，专利文献1公开了一种面发光的发出紫外光的发光元件：其在基板上设置有多个电极，在设置了发出紫外光的荧光体的放电空间内，通过在电极上施加交流电压而使其放电。这样的由阻挡放电和荧光体组合而成的深紫外光发光元件由于放电在局部发生，因而形状的自由度较高，有可能不需要复杂的光源设计，从而具有优势。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2009-505365号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在上述以前的深紫外光发光元件中，存在的问题是只能从单侧的面放出紫外光。

于是，本发明的目的在于：提供一种能够以简单的构成而从两侧的面放出紫外光的紫外光发光元件。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，本发明的一实施方式涉及一种紫外光发光元件，其包括：第1基体，其具有第1主面，且透过紫外光；第2基体，其具有与所述第1基体的所述第1主面相对置的第2主面以及在所述第2主面相反侧的第3主面，且透过所述紫外光；气体，其填充于所述第1基体和所述第2基体之间的空间；多个电极，其位于所述第1基体的所述第1主面上；电介质层，其以覆盖所述多个电极的方式位于所述第1基体的所述第1主面上的包含所述多个电极所处的区域的第1区域，而且不位于所述第1基体的所述第1主面上的与所述第1区域不同的第2区域；以及发光层，其位于所述第2区域或者所述第2基体的所述第2主面或者第3主面上，且通过所述气体中的所述多个电极间的放电而发出所述紫外光。

发明的效果

根据本发明，以简单的构成便可以从两侧的面放出紫外光。

附图说明

图1是表示实施方式的紫外光发光元件的构成的剖视图。

图2是表示实施方式的紫外光发光元件的电极构造的俯视图。

图3是表示制造实施方式的紫外光发光元件时使用的功能加热炉的概要的示意图。

图4是表示实施方式的功能加热炉的温度轮廓的一个例子的图。

图5是表示实施方式的密封工序的气体及其流动的图。

图6是表示发光层所使用的每一种发光材料的发光强度的图。

图7是表示实施方式以及比较例的紫外光发光元件的特性的评价结果的图。

具体实施方式

(本发明的概要)

首先，就本发明的紫外光发光元件的概要进行说明。

当将深紫外光发光元件使用于水和空气的杀菌用途时，通过在中央设置深紫外光发光元件，可以高效率地对周围的水和空气进行杀菌。因此，紫外光优选从基板两侧的面放出。

然而，在以前的深紫外光发光元件中，由于深紫外光是波长非常短的光，因而深紫外光被覆盖电极的电介质层所吸收。因此，在以前的深紫外光发光元件中，存在的课题是难以从基板的两侧放出。特别地，在MgO粉末所发出的、接近真空紫外光的于250nm以下具有峰值的深紫外光中，大部分的光被电介质层吸收，因而该课题变得显著。

例如，作为抑制电介质层的吸收的手段，可以考虑使用SiO₂等即使对紫外光、透射率也充分高的材料。然而，SiO₂由于熔点非常高，不能通过涂布烧成来形成，因而需要使用溅射等真空工艺法来成膜。这样一来，在将SiO₂等即使对紫外光、透射率也充分高的材料用作电介质层的情况下，存在工艺成本升高的问题。

于是，本发明的目的在于：解决上述以前的课题，提供一种不会提高制造成本以及材料成本，以简易的构成便可以从两侧的面放出紫外光的紫外光发光元件。

由此，在发光层和第1基体之间、以及发光层和第2基体之间，没有设置吸收紫外光的电介质层。因此，可以抑制发光层所发出的紫外光被电介质层所吸收。因此，根据本实施方式的紫外光发光元件，可以高效率地从两侧放出紫外光。

另外，例如所述发光层也可以不位于所述电介质层上。

由此，由于发光层不位于电介质层上，因而放电特性由电介质层的二次电子放出特性决定。电介质层与发光层相比，二次电子放出特性的变化更小，所以能够抑制因连续点灯产生的放电强度的降低。

另外，例如也可以进一步具有薄膜，所述薄膜位于所述电介质层上，含有氧化镁、氧化钙、氧化钡以及氧化锶之中的至少1种。

由此，通过设置薄膜即保护层，可以减小因连续点灯产生的二次电子放出特性的变化，从而可以抑制放电强度的降低。

另外，例如所述发光层也可以含有发出所述紫外光的粉末状氧化镁。

由此，例如氧化镁由于是二次电子放出特性较高的材料，因而可以降低放电开始电压。另外，氧化镁由于是耐离子碰撞较高的材料，因而可以抑制由与放电相伴的离子碰撞引起的发光层的变质。

另外，例如所述发光层也可以进一步含有卤素原子。

由此，通过在粉末状氧化镁中含有卤素原子，可以增强紫外光的发光。

另外，例如所述卤素原子也可以为氟。

由此，通过在粉末状氧化镁中含有氟，可以增强紫外光的发光。

另外，例如所述第1基体以及所述第2基体也可以由蓝宝石形成。

由此，蓝宝石由于紫外光的透射率较高，因而可以从第1基体以及第2基体的两侧高效率地放出紫外光。

另外，例如所述规定的气体也可以含有氖和氙。

由此，氖和氙的混合气体通过放电而放出大约147nm的激发光。因此，例如MgO粉末由于以大约150nm的激发光高效率地发光，因而可以提高发光强度。

另外，例如所述紫外光的峰值波长也可以存在于200nm～300nm的范围。

由此，在杀菌、净水、光刻等中可以特别有效地利用紫外光发光元件。

另外，例如所述发光层具有位于所述第2区域、且与所述第1基体相对置的第4面；所述电介质层具有与所述第1基体相对置的第5面；所述第4面以及第5面也可以实质上位于一个假想的平面上。另外，所述第1基体以及第2基体也可以作为主成分含有可透过所述紫外光的材料。在此，所谓“作为主成分含有”，是指含有全部的50重量％以上。

以下参照附图，就实施方式进行具体的说明。

此外，以下说明的实施方式均示出了概括的或者具体的例子。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以及连接形态、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，在以下的实施方式的构成要素中，对于在表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。

另外，各图为示意图，未必是严格的图示。另外，在各图中，对于相同的构成部件标注相同的符号。

另外，在本说明书中，“上方”或者“上”、以及“下方”或者“下”这样的术语并不是指绝对的空间认识中的上方向(垂直上方)以及下方向(垂直下方)，而是以层叠结构的层叠顺序为基础，作为由相对的位置关系规定的术语使用。具体地说，将与第1基体的主面正交、且从第1基体朝向第2基体的方向设定为“上方”或者“上”，将其相反方向设定为“下方”或者“下”。另外，“上方”或者“上”、以及“下方”或者“下”这样的术语不仅适用于2个构成要素相互隔开间隔而配置的、且2个构成要素并不接触的情况，而且也适用于2个构成要素相互紧密接触而配置的、且2个构成要素相接触的情况。

(实施方式)

[1.构成]

[1-1.概要]

以下使用图1，就本发明的实施方式的紫外光发光元件的构成进行说明。图1是表示本实施方式的紫外光发光元件1的构成的剖视图。

紫外光发光元件1是将阻挡放电和荧光体组合而成的紫外光发光元件。在本实施方式中，紫外光发光元件1如图1所示，具有第1基体10、第2基体11、多个电极20、电介质层30、发光层40、保护层50、发光层60、密封材70以及排气管(exhaust tube)81。

在紫外光发光元件1中，经由密封材70而将第1基体10和第2基体11接合在一起，从而形成放电空间12。在第1基体10上，配设有施加用于产生放电90的电压的多个电极20，并以覆盖电极20的方式层叠有电介质层30。在电介质层30上，形成有保护电介质层30免受离子碰撞的保护层50。另外，在多个电极20之间的区域，形成有发出紫外光的发光层40。另外，在第2基体11的放电侧，形成有发光层60。

发光层40以及60所发出的紫外光不仅向第2基体11侧放出，而且从第1基体10侧向元件外部放出(该图中的紫外光91)。紫外光91具体地说，是峰值波长存在于200nm～350nm的范围的深紫外光。例如，紫外光91的峰值波长存在于200nm～300nm的范围。

下面就紫外光发光元件1所具有的各构成要素进行详细的说明。

[1-2.基体]

第1基体10以及第2基体11处于主面彼此之间相互对置的位置。第1基体10和第2基体11相隔规定的距离而配置。例如，规定的距离为1mm。在本实施方式中，第1基体10以及第2基体11各自为平板。例如，第1基体10的形状以及大小与第2基体11的形状以及大小大致相同。

第1基体10的外周部分通过密封材70等而与第2基体11的外周部分被气密密封。由此，在第1基体10和第2基体11之间形成放电空间12。在放电空间12内填充有规定的气体。具体地说，在放电空间12内，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。在本实施方式中，例如，在放电空间12内填充有包含氖和氙的气体。

第1基体10和第2基体11含有可透过紫外光的材料作为主成分。具体地说，第1基体10和第2基体11由可透过深紫外光的材料形成，因而可以将在发光层40以及60产生的深紫外光取出到元件外部。作为可透过深紫外光的材料，例如可以使用容易透过深紫外光的特殊玻璃、石英玻璃(SiO₂)、氟化镁(MgF₂)、氟化钙(CaF₂)、氟化锂(LiF)或者蓝宝石玻璃(Al₂O₃)等。

在本实施方式中，第1基体10以及第2基体11为了将在发光层40以及60产生的深紫外光取出到外部，由可透过深紫外光的蓝宝石形成。由此，如图1所示，在第1基体10和第2基体11的两侧放出紫外光91。另外，例如，作为第1基体10以及第2基体11，在使用通常热膨胀系数的玻璃、或者使用热膨胀系数接近于形成为保护层50的MgO薄膜等的蓝宝石的情况下，可以抑制保护层50以及密封材70的开裂和龟裂的发生。

[1-3.电极]

多个电极20位于电介质层30和第1基体10之间。具体地说，多个电极20位于第1基体10的主面上。该主面是第1基体10所具有的主面，是第2基体11侧即放电空间12侧的表面(上表面)。

多个电极20被电介质层30所覆盖。在本实施方式中，多个电极20处于与第1基体10的主面接触的位置，但并不局限于此。在多个电极20和第1基体10的主面之间，也可以设置绝缘膜等缓冲层。

如图1所示，多个电极20各自具有一对电极即第1电极21和第2电极22。对第1电极21和第2电极22施加相互不同的电压。

图2是表示本实施方式的紫外光发光元件1的电极20的构造的俯视图。如图2所示，多个电极20例如以带状(或者规定宽度的线状)的2个电极为一对而各自平行地多对配置。具体地说，平行的2个带状的第1电极21与平行的2个带状的第2电极22交互配置。多个第1电极21在一个端部相互电连接在一起，以便分别施加相同电位的电压。具体地说，多个第1电极21形成为梳状。对于多个第2电极22也同样。

作为电极20所使用的材料，可以列举出Ag厚膜、Al薄膜、Cr/Cu/Cr层叠薄膜等金属薄膜。多个电极20的膜厚例如为几μm。另外，相邻的第1电极21和第2电极22之间的距离例如大约为0.1mm～几mm。

通过驱动电路(未图示)对电极20施加矩形波或者正弦波等交流波形。一般地说，通过对一对中的第1电极21施加相位与向第2电极22施加的电压的相位相反的电压，便可以获得强的发光。另外，例如即使对第1电极21施加矩形波电压，并使第2电极22接地，也可以进行放电。此外，电极20也可以未必是2个为一对。为了变更放电区域或者为了使开始放电的电压下降，电极20也可以由3个以上的带状电极构成。

[1-4.电介质层]

电介质层30位于第1基体10和第2基体11之间。在本实施方式中，电介质层30以覆盖多个电极20的方式位于第1区域92，而且并不位于第2区域93。具体地说，电介质层30被设置为与第1基体10的主面接触而覆盖多个电极20。也就是说，电介质层30不是形成于第1基体10的整个主面上，而是形成为例如岛状。

第1区域92是第1基体10的主面上的包含多个电极20所处的区域在内的区域。具体地说，第1区域92是包含多个电极20和多个电极20各自附近在内的区域。例如，如图2所示，第1区域92俯视看来的形状为相隔规定的间隔而平行配置的多个带状。

第2区域93是在第1基体10的主面上与第1区域92不同的区域。具体地说，第2区域93是第1电极21和第2电极22之间的区域。例如，如图2所示，第2区域93俯视看来的形状为相隔规定的间隔而平行配置的多个带状。

此外，在图1所示的例子中，汇集2个第2电极22而用电介质层30覆盖，但本发明并不局限于此。电介质层30也可以将多个第1电极21以及多个第2电极22各自一个一个地覆盖。此时，例如电介质层30也能够以仅覆盖多个电极20的上表面的方式形成。也就是说，第1区域92俯视看来的形状也可以与多个电极20俯视看来的形状一致。通过减小第1区域92并增大第2区域93，可以增大发光层40俯视看来的面积。因此，可以提高紫外光发光元件1的发光强度。

电介质层30是采用丝网印刷法等进行涂布而以大约30μm的膜厚形成例如以氧化铅(PbO)、氧化铋(Bi₂O₃)或者氧化磷(PO₄)为主成分的低熔点玻璃。由于在电介质层30的作用下，电极20被绝缘材料所覆盖，因而放电的形态成为阻挡放电。阻挡放电由于不会使离子直接曝露于电极20上，因而因连续点灯产生的发光强度随时间的变化较小，从而适于连续点灯时间较长的杀菌器件和光刻等的用途。另外，电介质层30的膜厚由于对放电空间12的电场强度产生影响，因而可以根据元件的尺寸(例如第1基体10以及第2基体11的大小)和所要求的特性而进行适当的设计变更。

[1-5.发光层]

发光层40位于第2区域93而发出紫外光。在本实施方式中，发光层40被设置为与第1基体10的主面接触。如图1所示，发光层40在第1基体10侧的面(下表面)和电介质层30在第1基体10侧的面(下表面)大致处于同一平面内。也就是说，发光层40和电介质层30形成于同一层。

另外，在本实施方式中，发光层40并不位于电介质层30上。具体地说，发光层40并不位于第1区域92。也就是说，如图1所示，保护层50(在没有设置保护层50的情况下为电介质层30)在放电空间12露出。例如，发光层40在第2基体11侧的面(上表面)和保护层50在第2基体11侧的面(上表面)大致处于同一平面内。发光层40的膜厚例如为20μm～30μm。

发光层60位于第2基体11的主面上而发出紫外光。此外，该主面是第2基体11所具有的主面，是第1基体10侧即放电空间12侧的表面(下表面)。通过在第2基体11上也设置发光层，可以提高发光强度。发光层60的膜厚例如为30μm以下。

此外，发光层60也可以位于第2基体11的主面的相反侧。也就是说，发光层60也可以设置于紫外光发光元件1的放电空间12的外侧。此外，在将粉末状MgO用作发光层60的情况下，粉末状MgO由于具有在大气中容易碳酸盐化的性质，因而优选形成于放电空间12内的放电面侧。

发光层40以及发光层60所使用的材料从发光效率和制作工艺的容易程度的角度考虑，可以使用发出紫外光的荧光体。作为这些荧光体，可以使用对稀土类发光中心进行了掺杂的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。或者，作为荧光体，可以使用以结晶中的缺陷或者带隙发光的MgO、ZnO、AlN、金刚石、BN等。

在本实施方式中，发光层40以及发光层60含有发出紫外光的粉末状氧化镁(MgO)。发光层40以及发光层60也可以进一步含有卤素原子。卤素原子例如为氟(F)。

发光层40以及发光层60通过多个电极20间在填充于放电空间12内的气体中的放电而发光。具体地说，发光层40以及发光层60通过因放电而产生的激发光照射在所含有的荧光体上，从而使荧光体发出紫外光。例如，发光层40以及发光层60发出在200nm～300nm的范围存在峰值波长的紫外光(深紫外光)。此外，激发光例如为真空紫外光或者深紫外光。

[1-6.保护层]

保护层50是位于电介质层30上的薄膜。保护层50具有使形成放电的电压(即放电开始电压)下降的作用、和保护电介质层30以及电极20免受与放电相伴的离子碰撞的作用。

保护层50是含有氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化钡(BaO)以及氧化锶(SrO)之中的至少1种的薄膜。保护层50也可以是含有MgO、CaO、BaO以及SrO的2种以上的混合相薄膜。特别地，薄膜MgO由于具有较高的耐离子碰撞性，因而可以得到放电强度随时间的降低非常小的紫外光发光元件。保护层50的厚度例如为1μm。

此外，保护层50和发光层40分别含有MgO作为主成分，但膜质各自不同。也就是说，发光层40例如含有粉末状MgO，缺陷能级较多，膜质较差。因此，发光层40容易放出电子，可以发出紫外光。另一方面，保护层50例如由薄膜MgO形成，因而膜质比发光层40好。

[1-7.密封材]

密封材70使第1基体10和第2基体11相隔规定的距离而进行固定。密封材70沿着第1基体10的外周以及第2基体11的外周而设置为环状。由环状的密封材70、第1基体10、第2基体11围成的空间为放电空间12。

作为密封材70，例如可以使用以Bi₂O₃或者V₂O₅为主成分的玻璃料(frit)。作为以Bi₂O₃为主成分的玻璃料，例如可以使用在Bi₂O₃-B₂O₃-RO-MO系(这里R为Ba、Sr、Ca、Mg之中的任一种，M为Cu、Sb、Fe之中的任一种)的玻璃材料中添加由Al₂O₃、SiO₂、堇青石等氧化物构成的填料而成的玻璃料。另外，作为以V₂O₅为主成分的玻璃料，例如可以使用在V₂O₅-BaO-TeO-WO系玻璃材料中添加由Al₂O₃、SiO₂、堇青石等氧化物构成的填料而成的玻璃料。

[1-8.排气管]

排气管81是将放电空间12内的气体排出时和将放电气体封入放电空间12时使用的管。对排气管81进行加热密封，以便在封入后使放电气体不会泄漏到元件外部。排气管81例如为玻璃管等。

排气管81使用密封材82而与第1基体10或者第2基体11接合在一起。在第1基体10或者第2基体11的接合排气管81的部分设置有贯通孔80。经由贯通孔80以及排气管81，可以从外部封入放电气体，或者将放电空间12内的气体排出到外部。密封材82例如由与密封材70相同的材料形成。

也可以设置多个贯通孔80和多个排气管81。例如，可以将多个贯通孔80以及多个排气管81分别利用于排气和封入各自的工序。

[2.工作]

在此，就本实施方式的紫外光发光元件1的工作进行说明。

在多个电极20中，向邻接的一对第1电极21和第2电极22施加相位相反的矩形波或者正弦波的电压。也就是说，向第1电极21施加的电压的相位与向第2电极22施加的电压的相位相反。由此，在第1电极21和第2电极22之间产生非常高的电场，从而在放电空间12内含有的放电气体中产生放电。此外，图1示意表示了在放电空间12内的放电90。

放电气体中含有的Xe或者KrCl通过与放电相伴的激发而发出真空紫外光或者深紫外光的激发光。通过将激发光照射在发光层40以及发光层60上，便由发光层40以及发光层60发出深紫外光。

另外，第1基体10以及第2基体11由可透过紫外光的材料形成。在本实施方式中，第1基体10以及第2基体11由可透过深紫外光的蓝宝石玻璃形成。因此，由发光层40发出的深紫外光分别透过第1基体10以及第2基体11而向元件之外放出。也就是说，如图1所示，紫外光发光元件1向两侧放出紫外光91。

[3.制造方法]

[3-1.概要]

接着，就本实施方式的紫外光发光元件1的制造方法进行说明。

首先，在第1基体10上形成多个电极20。多个电极20可以通过使用曝光工艺、印刷工艺或者蒸镀工艺等公知的形成法而进行金属膜的布图来形成。

接着，采用模具涂布法(die coating method)等仅在第1基体10的主面上的第1区域92涂布电介质浆料而形成电介质浆料(即电介质材料)层，以便覆盖在第1基体10的主面上形成的多个电极20。电介质浆料例如在第2区域93没有涂布，仅在第1区域92涂布成岛状。在此，作为仅在第1区域92涂布浆料的方法，可以使用能够仅在第1区域92进行涂布这一图案的印网掩模等。此外，电介质浆料为浆料状的电介质材料，例如为含有玻璃粉末等电介质材料、粘结剂以及溶剂的涂料。

在涂布电介质浆料之后，通过放置规定的时间，使涂布的电介质浆料的表面流平而成为平坦的表面。然后，通过对电介质浆料层进行烧成固化，便形成覆盖多个电极20的电介质层30。

接着，在电介质层30上形成保护层50。保护层50例如采用以MgO、CaO、SrO或者BaO的单独材料的粒料(pellet)或者将这些材料混合而成的粒料为原料的薄膜成膜方法来形成。作为薄膜成膜方法，可以利用电子束蒸镀法、溅射法、离子镀法等公知的方法。作为一个例子，可以认为在溅射法中1Pa为实际上取得的压力的上限，在作为蒸镀法的一个例子的电子束蒸镀法中0.1Pa为实际上取得的压力的上限。

此外，保护层50也可以不形成。

接着，在第2区域93形成发光层40。例如，发光层40通过仅在第2区域93涂布含有发光材料的浆料，然后进行干燥和烧成来形成。此外，发光材料例如含有卤素原子和粉末状氧化镁。此外，作为仅在第2区域93涂布浆料的方法，可以使用能够仅在第2区域93进行涂布这一图案的印网掩模等。

另外，与发光层40的形成同样，在第2基体11上形成发光层60。此外，发光层60的厚度以在面内均匀为宜。此时，发光层60的厚度例如比发光层40的膜厚更小。由此，可以削减发光层40所发出的紫外光被发光层60所吸收的量。

接着，在第1基体10以及第2基体11的至少一方上涂布密封材料。在本实施方式中，密封材料沿着第1基体10的外周而涂布成环状。此外，密封材料例如为浆料状玻璃料。然后，为了除去密封材料的树脂成分等，在350℃左右的温度下进行煅烧。由此，便形成煅烧过的密封材70。

接着，贴附制作的第1基体10和第2基体11而进行密封。下面使用图3，首先就密封工序中使用的功能加热炉进行说明。

[3-2.功能加热炉]

图3是表示制造本实施方式的紫外光发光元件1时使用的功能加热炉100的概要的示意图。

功能加热炉100是在密封工序中使用的加热炉。功能加热炉100可以在密封工序中进行气体的供给和排气。

功能加热炉100如图3所示，在内部装备了具有加热器111的加热炉112。示出了在加热炉112的内部，于第2基体11之上重合第1基体10的情况。在第1基体10上，设置有煅烧过的密封材70、和排气管81a以及81b。第1基体10和第2基体11例如通过夹子等固定机构(未图示)进行固定。同样，第1基体10和排气管81a以及81b通过固定机构(未图示)进行固定。此外，排气管81a以及81b经由设置在第1基体10上的贯通孔80a以及80b而与放电空间12连通。

图3所示，配管113与排气管81a连接。配管113经由阀121而与设置在加热炉112外部的干燥气体供给装置131进行连接。在配管113上设置有气体放气阀122。

在排气管81b上连接有配管114。配管114经由阀123而与设置在加热炉112外部的排气装置132进行连接。另外，配管114经由阀124而与设置在加热炉112外部的放电气体供给装置133进行连接。再者，配管114经由阀125也与配管113进行连接。另外，在配管114上设置有压力计126。

[3-3.密封工序]

接着，使用图4以及图5就密封工序进行说明。

图4是表示本实施方式的功能加热炉100的温度轮廓的一个例子的图。图5是表示本实施方式的密封工序的气体及其流动的图。

密封工序包括粘接工序、排气工序以及放电气体供给工序。密封工序为了说明的方便，如图4所示，从功能加热炉100的温度的角度考虑，被分割为第1期间～第5期间共5个期间。

第1期间是将功能加热炉100的温度从室温上升至软化点(即软化点温度)的期间。第2期间是将功能加热炉100的温度从软化点上升至密封温度的期间。第3期间是将功能加热炉100的温度在密封温度以上的温度下保持一定时间后，降低至软化点的期间。第1期间～第3期间与粘接工序相当。第4期间是在软化点温度附近或者比其稍低的温度下保持一定时间后，降低至室温的期间。第4期间与排气工序相当。第5期间是在降低至室温后的期间。第5期间与放电气体供给工序相当。

在此，所谓软化点，是指密封材料发生软化的温度，例如Bi₂O₃系密封材料的软化点温度为430℃左右。

另外，所谓密封温度，是指第1基体10和第2基体11通过密封材料、且第1基体10和排气管81通过密封材料而处于密闭状态的温度。本实施方式的密封温度例如为490℃左右。此外，密封温度例如可以采用如下的方法预先确认。

例如，首先，使第1基体10和第2基体11重合，关闭阀121、124以及125，并仅打开阀123。然后，通过排气装置132并经由排气管81b而排出元件内部(即放电空间12内)的气体，同时打开加热器111而使加热炉112内部的温度上升。于是，在某一温度下由压力计126确认的元件内部的压力呈阶梯状减少(decreases stepwise)，而且即使关闭阀123，元件内部的压力也不会大大上升。此时的温度为将元件密封的密封温度。

在此，使用图5就密封工序的详细情况进行说明。图5(a)～(e)分别表示图4所示的第1期间～第5期间的元件内部(放电空间12内)的气体及其气体的流动。

＜粘接工序＞

首先，对第1基体10和第2基体11进行定位而使其重合。然后，如图5(a)所示，打开阀121和阀125而使干燥气体经由两方的贯通孔80吹入元件内部，同时打开加热器111而使加热炉112内部的温度上升至密封材70的软化点温度(第1期间)。

此时，吹入元件内部的干燥气体190如图5(a)所示，从第2基体11与密封材70之间的间隙向元件外部漏出。

此外，作为干燥气体，例如可以使用露点为-45℃以下的干燥氮气。干燥气体的流量例如为5L/min。

接着，在加热炉112内部的温度达到密封用玻璃料的软化点温度以上时，如图5(b)所示，关闭阀125，同时调节阀121而使干燥氮气的流量为第1期间的一半以下(例如2L/min)。然后，打开气体放气阀122，使得元件内部的压力比加热炉112内部的压力稍稍上浮。然后，使加热炉112内部的温度上升至密封温度(第2期间)。

接着，在加热炉112内部的温度到达密封温度以上的温度、密封材70发生熔融、从而进行第1基体10和第2基体11的密封、以及第1基体10和排气管81的接合时，如图5(c)所示，使排气装置132工作并调整阀123，从而使元件内部的压力成为微小的负压(例如8.0×10⁴Pa)。这样一来，由排气管81a供给干燥氮气，同时由排气管81b使干燥氮气排出，由此使元件内部的压力保持为微小的负压，而且在元件内部使干燥氮气持续流动。

然后，控制加热器111而使加热炉112内部的温度在密封温度以上的温度下维持大约30分钟。在此期间熔融的密封材70稍稍流动，元件内部的压力保持为微小的负压。因此，第1基体10和第2基体11被密封，而且第1基体10和排气管81高精度地粘接在一起。然后，关闭加热器111而使加热炉112的温度下降至软化点以下的温度(第3期间)。

＜排气工序＞

排气工序是使元件内部的气体排出的工序。在加热炉112内部的温度达到软化点温度以下时，如图5(d)所示，关闭阀121并打开阀123以及阀125，从而由多个贯通孔80通过排气管81而对元件内部进行排气。然后，控制加热器111而使加热炉112内部的温度保持规定的时间，同时继续进行排气。然后，关闭加热器111而使加热炉112内部的温度降低至室温。在此期间也继续进行排气(第4期间)。

＜放电气体供给工序＞

放电气体供给工序是向进行了真空排气的元件内部供给以Ne和Xe等为主成分的放电气体的工序。在加热炉112内部的温度降低至室温后，如图5(e)所示，关闭阀123，并打开阀124以及阀125，从而由排气管81通过多个贯通孔80而向放电空间12供给放电气体，使其达到规定的压力(第5期间)。

这样一来，便可以制造本实施方式的紫外光发光元件1。

[4.效果等]

下面就本实施方式的紫外光发光元件1说明其特征以及效果。

在电介质层使用低熔点玻璃的紫外光发光元件中，存在的课题是使发光层产生的深紫外光高效率地从两方的构造物侧放出深紫外光。这是因为在深紫外光中，大部分的光被电介质层吸收，所以从形成有电介质的构造物侧放出的深紫外光减小。

作为该课题的解决方法，本实施方式的紫外光发光元件1具有：第1基体10；多个电极20，其位于第1基体10的主面上；电介质层30，其以覆盖多个电极20的方式位于第1基体10的主面上的包含多个电极20所处的区域的第1区域92，而且不位于第1基体10的主面上的与第1区域92不同的第2区域93；第2基体11，其处于与第1基体10的主面相对置的位置；以及发光层40，其位于第2区域93，并发出紫外光。第1基体10以及第2基体11含有可透过紫外光的材料作为主成分，在第1基体10和第2基体11之间的放电空间12内填充有规定的气体，发光层40通过多个电极20间在气体中的放电而发出紫外光。

由此，在发光层40和第1基体10之间、以及发光层40和第2基体11之间，没有设置吸收紫外光的电介质层30。因此，可以抑制发光层40所发出的紫外光被电介质层30所吸收。因此，根据本实施方式的紫外光发光元件1，可以高效率地从两侧放出紫外光。

此外，在本实施方式中，紫外光发光元件1的放电开始电压强烈地受到位于多个电极20的正上方方向的电介质层30的二次电子放出特性的影响。因此，如图1所示，在电介质层30上设置二次电子放出特性较高的保护层50是非常有效的。作为保护层50，优选使用具有较高的二次电子放出特性和耐离子碰撞性的材料。例如，薄膜MgO由于具有稳定且较高的耐离子碰撞性，因而可以得到放电强度随时间的变化非常小、且发光强度较高的紫外光发光元件。

在此，图6示出了对稀土类发光中心进行了掺杂的荧光体材料即YBO₃：Gd和在230nm附近具有发光的粉末状MgO的发光光谱的一个例子。

如图6所示，粉末状MgO(以下记载为“MgO粉末”)由于发出在230nm附近具有峰值的深紫外光，因而能够作为发光层40的材料使用。再者，MgO是二次电子放出特性较高的材料，因而可以实现比发光层40使用对稀土类发光中心进行了掺杂的荧光体材料时较低的放电开始电压。再者，MgO由于耐离子碰撞较高，因而可以认为发光层40因离子碰撞引起的变质也较小。因此，可以认为在紫外光发光元件1中，发光层40使用MgO粉末是非常有效的。

另外，通过使MgO粉末含有卤素原子，可以增强深紫外光的发光强度。因此，含有卤素原子的MgO粉末在深紫外光方面具有强的发光，因而适合于本实施方式的紫外光发光元件1。

另外，通过使保护层50含有氟，可以降低放电开始电压。因此，如图6所示，通过使MgO粉末含有作为卤素原子的氟，可以增大发光层40的发光强度。

MgO粉末(发光层40)所含有的卤素原子或者从MgO粉末(发光层40)向保护层50移动的卤素原子可以通过X射线光电子能谱方法(XPS)或者高频电感耦合等离子体(ICP)发射光谱分析法进行测定。

作为填充于放电空间12内的气体，如上所述，可以列举出Ne、KrCl、N₂、CO、Xe等。此时，在发光层40使用MgO粉末的情况下，Ne和Xe的混合气体是合适的。MgO粉末由于是带隙宽的材料，因而以150nm附近的激发光最高效率地发光。在放电气体使用KrCl或者Xe单质的情况下，激发光的波长长于172nm的波长的比例增多。另一方面，在Ne和Xe的混合气体中，由于147nm的激发光的比例较高，因而可以有效地促进MgO粉末的激发。

在使用粉末状材料作为发光层40的情况下，膜的附着力成为较大的问题。因此，也可以在形成发光层40的面(例如第1基体10的主面)上设置凹凸，以便容易维持成为发光层40材料的粉末的膜形状。由此，可以提高发光层40和保护层50的附着力。对于发光层60也同样。因此，例如通过在第2基体11的主面(放电空间12侧)上设置凹凸，可以提高发光层60和第2基体11的附着力。

[5.实施例]

以下，试制上述实施方式的紫外光发光元件1和比较例的紫外光发光元件，并就进行特性比较的结果加以说明。

试制的紫外光发光元件的电极构造如图2所示。也就是说，交错地形成2个梳型的电极。在多个电极20上，采用电阻加热蒸镀来形成Ag。第1电极21和第2电极22的间隔为6mm，各自的电极宽度设定为1mm。

另外，第1基体10和第2基体11使用可透过深紫外光的蓝宝石玻璃，各自在放电空间12侧设置发光层40或者60。此时，蓝宝石玻璃只是对单面(外侧的主面)进行研磨，将形成发光层40或者60的放电空间12侧的主面设定为未研磨面。由此，使发光层40或者60的膜的附着力得以提高。

在放电空间12内，封入10kPa的Ne(95％)和Xe(5％)的混合气体作为放电气体。

电介质层30上的保护层50是采用电子束真空蒸镀法以1μm的厚度将MgO成膜。保护层50使用蒸镀掩模，仅在电介质层30的形成区域即第1区域92形成。

此外，向多个电极20施加的电压为30kHz的矩形波交流电压。对第1电极21以及第2电极22分别施加相位相反的矩形波电压。

作为放电开始电压的测定方法，首先，将向电极施加的矩形波电压上升至950V，从而使紫外光发光元件发光。然后，使电压下降至0V而将整个元件暂且关掉后，再度使电压上升而使放电在整个放电空间12扩展，将此时的电压作为放电开始电压而进行测定。

另外，发光强度用与在整个面上形成有电介质层的紫外光发光元件的发光强度的相对值来表示。关于发光强度，采用多通道光谱仪(Hamamatsu Photonics生产：C10027-01)对紫外光发光元件的可透过紫外光的构造物(例如第1基体10或者第2基体11)上的最表面进行测定，并对发光的波长区域进行积分而使其数值化。例如，在发光层使用MgO粉末的情况下，由于在230nm附近具有发光峰值，因而通过对200nm～280nm的发光强度进行积分而求出。此外，相对值是将以前的紫外光发光元件即比较例1的刚试制后不久的发光强度设定为100时的值。

另外，从紫外光发光元件放出的紫外光在第1基体10和第2基体11两方放出。因此，通过进行两方的测定并加以合计，便求出整个紫外光发光元件的发光强度。

图7是表示本实施方式以及比较例的紫外光发光元件的特性的评价结果的图。

如图7所示，试制了比较例1以及比较例2。在比较例1以及比较例2中，在第1基体10的整个主面(即第1区域92和第2区域93两方)上形成了电介质层30。比较例1以及比较例2的电介质层30的厚度为20μm。

再者，在电介质层30的上表面(即第2基体11侧的面)的整个面上，形成了发光层40。作为发光层40以及60所使用的材料，比较例1使用YBO₃：Gd，比较例2使用在200nm～300nm的范围存在峰值波长的MgO粉末。发光层40以及60的膜厚各自为20μm。此外，采用XPS已经确认：发光层40以及60所使用的MgO粉末含有作为卤素原子的氟。

实施例1是本实施方式的紫外光发光元件，除了仅在第1区域92形成电介质层30以外，具有与比较例1相同的构成。形成的电介质层30由于完全覆盖电极20，因而使用宽度在左右比电极20的形成时所使用的掩模形状宽0.5mm这一形状的印网掩模来形成电介质层30。由此，在电极20上形成比电极宽度左右宽0.5mm的电介质层30。所形成的电介质层30的膜厚为20μm。

实施例2是本实施方式的紫外光发光元件，除了仅在第1区域92形成电介质层30以外，具有与比较例2相同的构成。此外，电介质层30的形状与实施例1相同。

如图7所示，可知通过仅在第1区域92形成电介质层30，可以提高1～3成左右的发光强度。另外，还可知与将YBO₃：Gd用作发光层40以及60的情况相比，通过将含有氟的MgO粉末用作发光层40以及60，使放电开始电压下降。

另外，可知通过设置保护层50，也可以提高1～3成左右的发光强度。

(其它实施方式)

以上基于实施方式而就1个或者多个方式的紫外光发光元件进行了说明，但本发明并不局限于这些实施方式。只要不脱离本发明的主旨，对本实施方式施加本领域技术人员想出的各种变形而成的方式、以及将不同实施方式的构成要素组合而构筑的方式也包含在本发明的范围内。

例如，在上述的实施方式中，在发光层40的下层使用MgO薄膜作为保护层50，但本发明并不局限于此。也可以使用CaO、BaO、SrO或者它们的混合相层之中的任一种以代替MgO。即使在保护层50为这些薄膜的情况下，也可以实现较高的电子放出特性，所以能够抑制因连续点灯产生的发光强度随时间的降低。

另外，在上述的实施方式中，在第2基体11上以例如5μm的膜厚形成有发光层60，但本发明并不局限于此。在第2基体11上即使不设置发光层60，也可以抑制因连续点灯产生的发光强度随时间的降低。

另外，在上述的实施方式中，将含有作为卤素原子的氟的MgO粉末用作发光层的材料，但也可以含有例如Cl之类的除氟以外的卤素原子。或者，发光层也可以不含有卤素原子。即使在此情况下，如图7所示，MgO粉末也可以发出在200nm～300nm的范围具有峰值的紫外光。

另外，在上述的实施方式中，第2基体11使用单面研磨的蓝宝石玻璃而在发光层60的形成面设置有凹凸，但本发明并不局限于此。例如，也可以采用喷砂等进行加工，从而给第2基体11的表面赋予凹凸。

另外，在上述的实施方式中，放电气体使用Ne和Xe的混合气体，但本发明并不局限于此，也可以使用Xe的单质气体或者F₂等其它气体。

另外，在上述的实施方式中，示出了发光层40仅在第2区域93形成的例子，但本发明并不局限于此。发光层40也可以在第1区域92形成。例如，发光层40也可以在保护层50上(在不设置保护层50时为电介质层30上)形成。在此情况下，在发光层40所发出的紫外光中，向电介质层30侧射出的紫外光被电介质层30吸收，但向放电空间12侧射出的紫外光透过发光层60以及第2基体11而向元件外部放出。因此，可以提高紫外光发光元件1的发光强度。

另外，例如在上述的实施方式中，保护层50以只覆盖电介质层30的方式仅在第1区域92的形成，但本发明并不局限于此。保护层50不仅可以在第1区域92形成，而且也可以在第2区域93形成。例如，保护层50也可以在设置于第2区域93的发光层40和第1基体10之间形成。

另外，在上述的实施方式中，示出了第1基体10以及第2基体11均为平板即紫外光发光元件呈面板状的例子，但本发明并不局限于此。第1基体10以及第2基体11各自的主面也可以是弯曲的弯曲板。例如，第1基体10以及第2基体11各自也可以是筒体。具体地说，也可以是第2基体11的内径比第1基体10的外径小，第1基体10配置于第2基体11的内部。由此，例如可以沿着第2基体11的侧面而全方位地射出紫外光。

另外，上述的各实施方式可以在权利要求书或者其等同置换的范围进行各种的变更、置换、附加、省略等。

产业上的可利用性

本发明可以实现因连续点灯产生的发光强度随时间的降低较小的紫外光发光元件，例如可以在杀菌、净水、光刻、照明等中加以利用。

符号说明：

1 紫外光发光元件 10 第1基体

11 第2基体 12 放电空间

20 电极 21 第1电极

22 第2电极 30 电介质层

40、60 发光层 50 保护层

70、82 密封材 80、80a、80b 贯通孔

81、81a、81b 排气管 90 放电

91 紫外光 92 第1区域

93 第2区域 100 功能加热炉

111 加热器 112 加热炉

113、114 配管 121、123、124、125 阀

122 气体放气阀 126 压力计

131 干燥气体供给装置 132 排气装置

133 放电气体供给装置 190 干燥气体

Claims

1.一种紫外光发光元件，其包括：

第1基体，其具有第1主面，且透过紫外光；

第2基体，其具有与所述第1基体的所述第1主面相对置的第2主面以及在所述第2主面相反侧的第3主面，且透过所述紫外光；

气体，其填充于所述第1基体和所述第2基体之间的空间；

多个电极，其位于所述第1基体的所述第1主面上；

电介质层，其以覆盖所述多个电极的方式位于所述第1基体的所述第1主面上的包含所述多个电极所处的区域的第1区域，而且不位于所述第1基体的所述第1主面上的与所述第1区域不同的第2区域；以及

发光层，其位于所述第2区域或者所述第2基体的所述第2主面或者第3主面上，且通过所述气体中的所述多个电极间的放电而发出所述紫外光。

2.根据权利要求1所述的紫外光发光元件，其中，所述发光层并不位于所述电介质层上。

3.根据权利要求1所述的紫外光发光元件，其中，所述紫外光发光元件进一步具有薄膜；所述薄膜位于所述电介质层上，含有氧化镁、氧化钙、氧化钡以及氧化锶之中的至少1种。

4.根据权利要求1所述的紫外光发光元件，其中，所述发光层含有发出所述紫外光的粉末状氧化镁。

5.根据权利要求4所述的紫外光发光元件，其中，所述发光层进一步含有卤素原子。

6.根据权利要求5所述的紫外光发光元件，其中，所述卤素原子为氟。

7.根据权利要求1所述的紫外光发光元件，其中，所述第1基体以及所述第2基体由蓝宝石形成。

8.根据权利要求1所述的紫外光发光元件，其中，所述规定的气体含有氖和氙。

9.根据权利要求1所述的紫外光发光元件，其中，所述紫外光的峰值波长存在于200nm～300nm的范围。

10.根据权利要求1所述的紫外光发光元件，其中，

所述发光层具有位于所述第2区域、且与所述第1基体相对置的第4面；

所述电介质层具有与所述第1基体相对置的第5面；

所述第4面以及第5面实质上位于一个假想的平面上。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的紫外光发光元件，其中，所述第1基体以及第2基体含有透过所述紫外光的材料作为主成分。