JP2000077752A

JP2000077752A - 光触媒励起装置

Info

Publication number: JP2000077752A
Application number: JP10242403A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Mizuno; 真一水野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2000-03-14
Also published as: US6324329B1; EP0982071B1; EP0982071A1; DE69921915T2; DE69921915D1

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、光源からの光パワーを有効に利用
して、光触媒作用を安定且つ高効率に発揮させると共
に、使用範囲の制限を招く光源の独立した設置スペース
を不要とし、紫外光等の照射による人体ヘの悪影響を防
止することができる光触媒励起装置を提供することを目
的とする。【解決手段】不透明なセラミック基板２２上に、光触
媒の励起光の波長よりも厚いバッファ層２４、ＰＭＭＡ
光導波路層２６、光触媒の励起光の波長よりも薄い非酸
化性樹脂からなるバッファ層２８、及びアナターゼ型の
ＴｉＯ₂光触媒層３０が順に積層され、このＴｉＯ₂光
触媒層３０上に、ＧａＮ半導体レーザ３２、コリメータ
レンズ３４、及びプリズム３６が設置されている。Ｇａ
Ｎ半導体レーザ３２から出射された光触媒の励起光がＰ
ＭＭＡ光導波路層２６内に入射されて伝搬する際、その
漏洩光がＴｉＯ₂光触媒層３０を裏面全体から照射す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒励起装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から光の照射によって触媒作用を発
揮する光触媒材料として、二酸化チタン、酸化タングス
テン、酸化バナジウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、
硫化亜鉛、酸化錫が知られているが、その優れた酸化分
解機能、防汚機能、親水機能などから、近年特に二酸化
チタン（ＴｉＯ₂）が注目されている。このような光触
媒材料を用いた光触媒励起装置は、その用途に応じて種
々の構造をとるが、一般には、図６に示されるように、
例えばタイル、ガラス、プラスチック等からなる基板８
０上に、ＴｉＯ₂光触媒層８２を形成し、その上方から
例えば紫外線等の光触媒の励起光８４が照射されるよう
になっている。

【０００３】そして、ＴｉＯ₂光触媒層８２が光触媒の
励起光８４によって照射されると、光電効果によって電
子が励起され、電子と正孔（ホール）が発生し、ＴｉＯ
₂光触媒層８２表面に移動する。電子は空気中の酸素を
還元してスーパーオキサイドイオン（Ｏ₂ ^-）に変え、
正孔は表面の水分（吸着水）を分解して水酸基ラジカル
（・ＯＨ）に変える。これらのスーパーオキサイドイオ
ンと水酸基ラジカルは活性酸素種と呼ばれ、強力な酸化
作用を示す。

【０００４】このため、ＴｉＯ₂光触媒層８２に有機系
の汚れが付着すると、スーパーオキサイドイオンが有機
化合物の炭素を奪い、水酸基ラジカルが有機化合物の水
素を奪って分解する。このようにバラバラになった炭素
と水素はそれぞれ酸化されて二酸化炭素と水に変化す
る。こうして、有機物の酸化分解機能、防汚機能が発揮
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の光触媒励起
装置においては、ＴｉＯ₂光触媒層８２を照射する光触
媒の励起光８４として、例えば紫外線を含む太陽光や室
内光、又は専用の人工光源から出射された紫外線等が使
用される。このように、いずれの場合も光触媒励起装置
の外部に分離して配置された光源が使用されているた
め、光源とＴｉＯ₂光触媒層８２との間に存在する空気
や水などの媒質によって光触媒の励起光８４が光吸収さ
れたり、光散乱されたりして、ＴｉＯ₂光触媒層８２に
到達するまでに光触媒の励起光８４が減衰してしまう恐
れがある。従って、光源からの光パワーを有効に利用す
ることができないという問題があった。

【０００６】また、例えば光触媒の励起光８４として太
陽光を利用する場合、屋外においては天候によって太陽
光の照射強度が大きく左右され、屋内においては太陽光
が遮蔽されるか又は減少することから、ＴｉＯ₂光触媒
層８２における光触媒作用が安定して発揮されないとい
う問題があった。

【０００７】また、例えば光触媒の励起光８４の光源と
して蛍光ランプのような指向性のない光源を使用する場
合には、ＴｉＯ₂光触媒層８２を照射しないで散逸して
しまう光があるため、光源からの光パワーを有効に利用
することができないという問題があった。他方、半導体
レーザやＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオー
ド）のように指向性の高い光源を使用する場合において
も、光源の照射領域とＴｉＯ₂光触媒層８２の設置位置
とが一致しないときは、ＴｉＯ₂光触媒層８２以外の領
域に光源からの照射光が散逸してしまうために、やはり
光源からの光パワーを有効に利用することができないと
いう問題があった。

【０００８】また、例えば光触媒の励起光８４の光源と
して紫外光源を使用する場合には、ＴｉＯ₂光触媒層８
２以外に向かう紫外光が眼や皮膚等を照射する恐れがあ
り、人体ヘの影響、特に皮膚癌の発生原因となることが
心配される。特に、テレビのブラウン管面や自動車のフ
ロントガラスやのように人が見たり近くに居る時間が長
いものに光触媒励起装置を用いる場合には、このような
危険性は看過することができない深刻な問題となる。

【０００９】また、例えば光触媒の励起光８４の光源と
して専用の人工光源を使用する場合には、この光源を独
立して設置するスペースが必要となるため、光触媒励起
装置の使用範囲が制限されるばかりではなく、美感を損
なう恐れがある。

【００１０】また、一般にＴｉＯ₂光触媒層８２はその
厚さが厚い方が触媒の活性度は高いとされるが、光触媒
の励起光８４としてＴｉＯ₂光触媒層８２の光吸収が大
きい波長の光を用いて照射する場合には、ＴｉＯ₂光触
媒層８２の表面から浅い部分で吸収されてしまうため
に、深い部分まで均一に励起することができない。ま
た、光触媒の励起光８４としてＴｉＯ₂光触媒層８２の
光吸収が小さい波長の光を用いて照射する場合には、Ｔ
ｉＯ₂光触媒層８２の表面から深い部分まで均一に励起
することができるものの、光吸収が小さいために励起効
率が低くなる。従って、いずれの場合においても、Ｔｉ
Ｏ₂光触媒層８２の活性度を高めるためにその厚さを十
分に厚くしても、その厚くしたことを効率的に活用する
ことができないという問題があった。

【００１１】そこで本発明は、上記問題点を鑑みてなさ
れたものであり、光源からの光パワーを有効に利用し
て、光触媒作用を安定かつ高効率に発揮させると共に、
使用範囲の制限を招く光源の独立した設置スペースを不
要とし、紫外光等の照射による人体ヘの悪影響を防止す
ることができる光触媒励起装置を提供することを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題は、以下の本発
明に係る光触媒励起装置により達成される。即ち、請求
項１に係る光触媒励起装置は、基板と、この基板上に形
成された光導波路層と、この光導波路層内に光触媒の励
起光を出射する光源と、光導波路層上に形成された光触
媒層とを有し、光源から出射された光触媒の励起光が光
導波路層内を伝搬する際に、光導波路層からの漏洩光に
よって光触媒層が活性化される光触媒励起装置であっ
て、光源が光導波路層の端面に密着して設置されている
ことを特徴とする。このように請求項１に係る光触媒励
起装置においては、基板上に光導波路層が形成され、こ
の光導波路層上に光触媒層が形成されていることによ
り、基板として光触媒の励起光を透過し且つ表面が光触
媒の励起光の波長のオーダーで平滑なものを用いれば、
基板と光導波路層と光触媒層と光触媒層とからなる積層
構造と更に光触媒層に接する空気層によって多モードの
４層構造ステップ型スラブ光導波路とみなされることか
ら、光源から光導波路層内に入射された光触媒の励起光
は光導波路層内を伝搬すると共に、その際に光導波路層
から漏洩して光触媒層を裏面全体から照射し、更にその
照射光は光触媒層内を長い距離にわたって透過していく
ため、光触媒層はその全体において高効率に活性化され
る。

【００１３】また、光源が光導波路層の端面に密着して
設置されていることにより、光源から出射された光触媒
の励起光は無駄なく光導波路層内に入射されると共に、
光源と光触媒層との間に空気や水などの媒質が存在せ
ず、こうした媒質による光吸収や光散乱のために生じる
光量ロスもないために、光源からの光パワーが極めて有
効に利用される。また、光触媒の励起光が伝搬する光導
波路層の材料として、光触媒の励起光の光吸収の小さな
ものを選択すれば、この光導波路層における光吸収によ
る光量ロスも低減される。

【００１４】また、光触媒の励起光として太陽光を利用
する場合のように外部環境によって左右されることはな
く、光触媒層における光触媒作用が安定して発揮され
る。

【００１５】また、光触媒の励起光として紫外光を使用
する場合であっても、光源から光導波路層を経て光触媒
層に至る過程は光触媒の励起光が装置内に閉じ込められ
る構造となっており、光触媒層の表面に付着した塵など
による散乱光以外には励起光が外部に漏れることはなく
なるため、たとえテレビのブラウン管面や自動車のフロ
ントガラスやのように人が見たり近くに居る時間が長い
ものに光触媒励起装置を用いても、人体に悪影響を及ぼ
し、特に皮膚癌の発生原因となるという心配はなくな
る。

【００１６】また、光源は光導波路層の端面に密着して
設置され、装置としては基板や光触媒層等と一体になっ
ていることから、光源を独立して設置するスペースが不
必要となり、装置全体としても小型化されるため、光触
媒励起装置の使用範囲が拡大されると共に、美感を損な
う恐れも殆どなくなる。

【００１７】また、請求項２に係る光触媒励起装置は、
基板と、この基板上に形成された光導波路層と、この光
導波路層内に光触媒の励起光を出射する光源と、光導波
路層上に形成された光触媒層とを有し、光源から出射さ
れた光触媒の励起光が光導波路層内を伝搬する際に、光
導波路層からの漏洩光によって光触媒層が活性化される
光触媒励起装置であって、光源が光触媒層上に設置され
ており、この光源から出射された光触媒の励起光が光源
に隣接して光触媒層上に設置されているプリズムを介し
て光導波路層内に入射されることを特徴とする。このよ
うに請求項２に係る光触媒励起装置においては、基板上
に光導波路層及び光触媒層が順に積層されていることに
より、上記請求項１に係る光触媒励起装置の場合と同様
に、基板として光触媒の励起光を透過し且つ表面が光触
媒の励起光の波長のオーダーで平滑なものを用いれば、
光源から光導波路層内に入射された光触媒の励起光が光
導波路層内を伝搬すると共に、その際に光導波路層から
漏洩して光触媒層を裏面全体から照射し、更にその照射
光は光触媒層内を長い距離にわたって透過していくた
め、光触媒層はその全体において高効率に活性化され
る。

【００１８】また、光源が光触媒層上に設置されてお
り、この光源から出射された光触媒の励起光が光源に隣
接して光触媒層上に設置されているプリズムを介して光
導波路層内に入射されることにより、上記請求項１に係
る光触媒励起装置の場合と同様に、光源から出射された
光触媒の励起光は無駄なく光導波路層内に入射されると
共に、光源と光触媒層との間に光吸収や光散乱の原因と
なる空気や水などの媒質が殆ど存在せず、光導波路層の
材料として光触媒の励起光の光吸収の小さなものを選択
することが可能なため、光源からの光パワーが極めて有
効に利用され、また太陽光の場合のように外部環境によ
って左右されることはないため、光触媒層における光触
媒作用が安定して発揮され、また紫外光などの励起光が
外部に漏れることは殆どないため、人体ヘの悪影響の心
配はなく、また光源を独立して設置するスペースが不必
要となり、装置の小型化も図れるため、光触媒励起装置
の使用範囲が拡大され、美感を損なう恐れも殆どなくな
る。

【００１９】また、請求項３に係る光触媒励起装置は、
基板と、この基板上に形成された光導波路層と、この光
導波路層内に光触媒の励起光を出射する光源と、光導波
路層上に形成された光触媒層とを有し、光源から出射さ
れた光触媒の励起光が光導波路層内を伝搬する際に、光
導波路層からの漏洩光によって光触媒層が活性化される
光触媒励起装置であって、光源が基板の端面にプリズム
を介して密着して設置されており、光源から出射された
光触媒の励起光がプリズムを介して光導波路層内に入射
されることを特徴とする。このように請求項３に係る光
触媒励起装置においては、基板上に光導波路層及び光触
媒層が順に積層されていることにより、上記請求項１に
係る光触媒励起装置の場合と同様に、基板として光触媒
の励起光を透過し且つ表面が光触媒の励起光の波長のオ
ーダーで平滑なものを用いれば、光源から光導波路層内
に入射された光触媒の励起光が光導波路層内を伝搬する
と共に、その際に光導波路層から漏洩して光触媒層を裏
面全体から照射し、更にその照射光は光触媒層内を長い
距離にわたって透過していくため、光触媒層はその全体
において高効率に活性化される。

【００２０】また、光源が基板の端面にプリズムを介し
て密着して設置されており、光源から出射された光触媒
の励起光がプリズムを介して光導波路層内に入射される
ことにより、上記請求項１に係る光触媒励起装置の場合
と同様に、光源から出射された光触媒の励起光は無駄な
く光導波路層内に入射されると共に、光源と光触媒層と
の間に光吸収や光散乱の原因となる空気や水などの媒質
が存在せず、光導波路層の材料として光触媒の励起光の
光吸収の小さなものを選択することが可能なため、光源
からの光パワーが極めて有効に利用され、また太陽光の
場合のように外部環境によって左右されることはないた
め、光触媒層における光触媒作用が安定して発揮され、
また紫外光などの光触媒の励起光が外部に漏れることは
ないため、人体ヘの悪影響の心配はなく、また光源を独
立して設置するスペースが不必要となり、装置の小型化
も図れるため、光触媒励起装置の使用範囲が拡大され、
美感を損なう恐れも殆どなくなる。

【００２１】また、請求項４に係る光触媒励起装置は、
上記請求項２又は３に係る光触媒励起装置において、基
板、光導波路層、又は光触媒層にグレーティングが形成
されており、光源から出射された光触媒の励起光がこの
グレーティングによって回折されて光導波路層内に入射
される構成とすることにより、光源から出射された光触
媒の励起光が光触媒層上方から光触媒層を通過して光導
波路層内に入射される場合であっても、基板の端面から
基板を通過して光導波路層内に入射される場合であって
も、容易に且つ安定的に光源からの光触媒の励起光が光
導波路層内に導入される。なお、ここで、「基板、光導
波路層、又は光触媒層にグレーティングが形成され」と
は、これらの各層自体にグレーティングが形成されてい
る場合とこれらの各層の界面にグレーティングが形成さ
れている場合の両方が含まれているものとする。

【００２２】また、請求項５に係る光触媒励起装置は、
上記請求項１〜３のいずれかに係る光触媒励起装置にお
いて、光源が半導体レーザ又は発光ダイオードである構
成とすることにより、半導体レーザ又は発光ダイオード
からは指向性の高い光が出射されると共に、こうした光
源の設置位置及びその設置方向を入射対象となる光導波
路層に対して高精度に調整することが可能であるため、
光触媒の励起光が光導波路層内に容易に且つ安定して効
率的に入射され、その光パワーが有効に利用される。し
かも、このとき、光触媒の励起光を光導波路層内に集中
して伝搬させ、その漏洩光によって光触媒層を照射する
ことから、従来のように光触媒層の表面に直接に照射す
る場合と比較して照明強度が強くなるため、半導体レー
ザや発光ダイオードのように光パワーの小さい光源であ
っても、光導波路層は高効率に活性化される。

【００２３】また、請求項６に係る光触媒励起装置は、
基板と、この基板上に形成された光導波路層と、この光
導波路層内に光触媒の励起光を出射する光源と、光導波
路層上に形成された光触媒層とを有し、光源から出射さ
れた光触媒の励起光が光導波路層内を伝搬する際に、光
導波路層からの漏洩光によって光触媒層が活性化される
光触媒励起装置であって、光触媒の励起光を透過し且つ
光導波路層よりも屈折率の小さい第１のバッファ層が、
基板と光導波路層との間に介在していることを特徴とす
る。このように請求項６に係る光触媒励起装置によれ
ば、光触媒の励起光を透過し且つ光導波路層よりも屈折
率の小さい第１のバッファ層が基板と光導波路層との間
に介在していることにより、たとえ基板が光触媒の励起
光を透過しない不透明なものであっても、また基板の表
面が光触媒の励起光の波長のオーダーで平滑でない場合
であっても、この第１のバッファ層と光導波路層と光触
媒層とからなる積層構造と更に光触媒層に接する空気層
によって多モードの４層構造ステップ型スラブ光導波路
とみなされることから、光源から光導波路層内に入射さ
れた光触媒の励起光は光導波路層内を伝搬すると共に、
その際に光導波路層から漏洩して光触媒層を裏面全体か
ら照射し、更にその照射光は光触媒層内を長い距離にわ
たって透過していくため、光触媒層はその全体において
高効率に活性化される。

【００２４】また、請求項７に係る光触媒励起装置は、
上記請求項６に係る光触媒励起装置において、基板、第
１のバッファ層、光導波路層、又は光触媒層にグレーテ
ィングが形成されており、光源から出射された光触媒の
励起光がこのグレーティングによって回折されて光導波
路層内に入射される構成とすることにより、光源から出
射された光触媒の励起光が光触媒層上方から光触媒層を
通過して光導波路層内に入射される場合であっても、基
板の端面から基板を通過して光導波路層内に入射される
場合であっても、光触媒の励起光が容易に且つ安定的に
光導波路層内に導入される。なお、ここで、「基板、第
１のバッファ層、光導波路層、又は光触媒層にグレーテ
ィングが形成され」とは、これらの各層自体にグレーテ
ィングが形成されている場合とこれらの各層の界面にグ
レーティングが形成されている場合の両方が含まれてい
るものとする。

【００２５】また、請求項８に係る光触媒励起装置は、
基板と、この基板上に形成された光導波路層と、この光
導波路層内に光触媒の励起光を出射する光源と、光導波
路層上に形成された光触媒層とを有し、光源から出射さ
れた光触媒の励起光が光導波路層内を伝搬する際に、光
導波路層からの漏洩光によって光触媒層が活性化される
光触媒励起装置であって、光触媒の励起光を透過する非
酸化性材料からなる第２のバッファ層が、光導波路層と
光触媒層との間に介在していることを特徴とする。この
ように請求項８に係る光触媒励起装置によれば、光触媒
の励起光を透過する非酸化性材料からなる第２のバッフ
ァ層が光導波路層と光触媒層との間に介在していること
により、たとえ光触媒層として例えばＴｉＯ₂光触媒層
のように酸化力が著しく大きいものを用いる場合であっ
ても、光触媒層によって光導波路層が酸化されることが
防止されるため、光触媒励起装置の劣化が防止され、そ
のライフタイムが長くなる。

【００２６】また、請求項９に係る光触媒励起装置は、
上記請求項８に係る光触媒励起装置において、基板、光
導波路層、第２のバッファ層、又は光触媒層にグレーテ
ィングが形成されており、光源から出射された光触媒の
励起光がこのグレーティングによって回折されて光導波
路層内に入射される構成とすることにより、光源から出
射された光触媒の励起光が光触媒層上方から光触媒層を
通過して光導波路層内に入射される場合であっても、基
板の端面から基板を通過して光導波路層内に入射される
場合であっても、光源からの光触媒の励起光が容易に且
つ安定的に光導波路層内に導入される。なお、ここで、
「基板、光導波路層、第２のバッファ層、又は光触媒層
にグレーティングが形成され」とは、これらの各層自体
にグレーティングが形成されている場合とこれらの各層
の界面にグレーティングが形成されている場合の両方が
含まれているものとする。

【００２７】また、請求項１０に係る光触媒励起装置
は、基板と、この基板上に形成された光導波路層と、こ
の光導波路層内に光触媒の励起光を出射する光源と、光
導波路層上に形成された光触媒層とを有し、光源から出
射された光触媒の励起光が光導波路層内を伝搬する際
に、光導波路層からの漏洩光によって光触媒層が活性化
される光触媒励起装置であって、光触媒の励起光を透過
し、光触媒の励起光の波長より薄いか又は同程度の厚さ
をもち、且つ前記光導波路層よりも屈折率の小さい第３
のバッファ層が、光導波路層と光触媒層との間に介在し
ていることを特徴とする。このように請求項１０に係る
光触媒励起装置によれば、光触媒の励起光を透過し光触
媒の励起光の波長より薄いか又は同程度の厚さをもつ第
３のバッファ層が光導波路層と光触媒層との間に介在し
ていることにより、この第３のバッファ層が光導波路層
よりも屈折率の小さい場合であっても、光導波路層内を
伝搬する光触媒の励起光が光導波路層と第３のバッファ
層との境界面で全反射されることなく、光導波路層から
第３のバッファ層を介して光触媒層に入射されると共
に、その際に光触媒の励起光の光強度が低下するため、
光触媒層における光吸収が小さくなるため、大面積で厚
さの厚い光触媒層であっても、光触媒層全体が均一に活
性化される。

【００２８】しかも、このとき、第３のバッファ層の屈
折率が光導波路層の屈折率よりも小さいことから、第３
のバッファ層を介して光触媒層に入射される光触媒の励
起光の光強度が第３のバッファ層の厚さによって容易に
制御されるために、大面積で厚さの厚い光触媒層全体を
均一に活性化する最適な厚さを選択することが可能にな
る。

【００２９】また、請求項１１に係る光触媒励起装置
は、上記請求項１０に係る光触媒励起装置において、基
板、光導波路層、第３のバッファ層、又は光触媒層にグ
レーティングが形成されており、光源から出射された光
触媒の励起光がこのグレーティングによって回折されて
前記光導波路層内に入射される構成とすることにより、
光源から出射された光触媒の励起光が光触媒層上方から
光触媒層を通過して光導波路層内に入射される場合であ
っても、基板の端面から基板を通過して光導波路層内に
入射される場合であっても、光源からの光触媒の励起光
が容易に且つ安定的に光導波路層内に導入される。な
お、ここで、「基板、光導波路層、第３のバッファ層、
又は光触媒層にグレーティングが形成され」とは、これ
らの各層自体にグレーティングが形成されている場合と
これらの各層の界面にグレーティングが形成されている
場合の両方が含まれているものとする。

【００３０】また、請求項１２に係る光触媒励起装置
は、上記請求項１〜３、６、８、及び１０のいずれかに
係る光触媒励起装置において、光導波路層の厚さが光触
媒層の厚さより厚い構成とすることにより、厚さが相対
的に厚い光導波路層内を伝搬する光触媒の励起光の光量
が相対的に大きくなる一方において、厚さが相対的に薄
い光触媒層に入射される光触媒の励起光の光量が相対的
に小さくなるため、光触媒層における光吸収が小さくな
り、大面積で厚さの厚い光触媒層であっても、光触媒層
全体が均一に活性化される。

【００３１】また、請求項１３に係る光触媒励起装置
は、上記請求項１〜３、６、８、及び１０のいずれかに
係る光触媒励起装置において、光源が出射する光触媒の
励起光の波長が光触媒層のバンドギャップに相当する吸
収端付近の波長である構成とすることにより、光触媒層
に入射される光触媒の励起光の光触媒層における光吸収
が小さくなるため、大面積で厚さの厚い光触媒層であっ
ても、光触媒層全体が均一に活性化される。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施の形態を説明する。（第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態に係
る光触媒励起装置を示す断面図である。図１に示される
ように、本実施形態に係る光触媒励起装置１０において
は、透明な合成石英基板１２上に、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路
層１４が形成されており、更にこのＴａ₂Ｏ₅光導波路
層１４上に、アナターゼ型のＴｉＯ₂光触媒層１６が形
成されている。また、光源としてのＧａＮ半導体レーザ
１８が、その射出開口をＴａ₂Ｏ₅光導波路層１４の端
面に密着して設置されている。

【００３３】ここで、合成石英基板１２の屈折率は１．
５、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層１４の屈折率は１．９〜２．
２、ＴｉＯ₂光触媒層１６の屈折率は２．５である。こ
のため、これら合成石英基板１２とＴａ₂Ｏ₅光導波路
層１４とＴｉＯ₂光触媒層１６とからなる積層構造と更
にこのＴｉＯ₂光触媒層１６に接する空気層とによって
４層構造ステップ型スラブ光導波路とみなすことができ
る。

【００３４】また、ＴｉＯ₂光触媒層１６は、その厚さ
を薄くすると活性度が低下することから、厚くする方が
望ましい。しかし、ゾルゲル法により成膜したＴｉＯ₂
光触媒層１６は超微粒子が堆積されたものであるため、
余り厚くすると光散乱が大きくなり光損失が大きくな
る。従って、ＴｉＯ₂光触媒層１６の厚さは、光散乱を
無視できる程度に厚くする。

【００３５】また、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層１４の厚さ
は、ＴｉＯ₂光触媒層１６の厚さよりも厚くする。この
ことにより、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層１４内に光触媒の励
起光を伝搬させる場合に、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層１４に
おける光量が相対的に大きくなる一方において、ＴｉＯ
₂光触媒層１６に入射される光触媒の励起光の光量が相
対的に小さくなる。

【００３６】なお、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層１２は、ＣＶ
Ｄ（Chemical Vapor Deposition ）法やスパッタ法を用
いた製膜によって形成する。また、ＴｉＯ₂光触媒層１
６は、ゾルゲル法等を用いた製膜によって形成する。

【００３７】次に、図１に示される光触媒励起装置１０
の動作を説明する。Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層１４の端面に
密着して設置されているＧａＮ半導体レーザ１８から、
ＴｉＯ₂光触媒層１６のバンドギャップに相当する吸収
端付近の波長の光、即ち約４００ｎｍの波長の光を光触
媒の励起光として出射し、その射出開口に密着している
Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層１４に入射する。このＧａＮ半導
体レーザ１８からＴａ₂Ｏ₅光導波路層１４に入射され
た波長約４００ｎｍの光触媒の励起光は、全体が４層構
造ステップ型スラブ光導波路とみなされるＴａ₂Ｏ₅光
導波路層１４内を、図１中に矢印で示される方向に伝搬
する。

【００３８】Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層１４に入射された光
触媒の励起光の伝搬をより具体的に説明すると、次のよ
うになる。即ち、この光触媒の励起光は、ＴｉＯ₂光触
媒層と外部の空気層の境界面およびＴａ₂Ｏ₅光導波路
層と合成石英基板の境界面において全反射を繰り返しな
がら、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層１４内を進行する。また、
このＴａ₂Ｏ₅光導波路層１４内を伝搬する光触媒の励
起光は、光吸収等による減衰を無視すれば原理的には減
衰がなく、十分に遠くまで透過することが可能である。
そして、その際のＴａ₂Ｏ₅光導波路層１４からの漏洩
光がＴｉＯ₂光触媒層１６に入射する。即ち、ＴｉＯ₂
光触媒層１６は、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層１４に接する裏
面全体から波長約４００ｎｍの光触媒の励起光によって
照射されることになる。こうして、裏面全体から光触媒
の励起光によって照射されたＴｉＯ₂光触媒層１６は、
この光触媒の励起光を吸収して活性化され、光触媒作用
により有機物の酸化分解機能や防汚機能等を発揮する。

【００３９】以上のように本実施形態によれば、ＴｉＯ
₂光触媒層１６がＴａ₂Ｏ₅光導波路層１４内を伝搬す
る際に漏洩する光触媒の励起光によって裏面全体から照
射されることにより、光触媒の励起光はＴｉＯ₂光触媒
層１６内を長い距離にわたって透過していくため、Ｔｉ
Ｏ₂光触媒層１６をその全体において高効率に活性化す
ることができる。

【００４０】なお、このとき、光触媒の励起光がＴｉＯ
₂光触媒層１６内を透過していく距離は、従来のように
光触媒の励起光が上方からＴｉＯ₂光触媒層１６にほぼ
垂直に照射する場合と比較すると桁違いに長くなり、Ｔ
ｉＯ₂光触媒層１６における光吸収も大きくなるため、
従来の場合の光触媒の励起光の波長では光吸収が大きく
なり過ぎて、大面積の場合のＴｉＯ₂光触媒層１６を十
分に活性化することができない恐れがある。しかし、本
実施形態においては、次の２つのことによってこの問題
に対処している。

【００４１】即ち、その１つは、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層
１４の厚さをＴｉＯ₂光触媒層１６の厚さよりも厚くす
ることにより、ＴｉＯ₂光触媒層１６に入射される光触
媒の励起光の光量を相対的に小さくしているため、Ｔｉ
Ｏ₂光触媒層１６における光吸収が小さくなり、大面積
で厚さの厚いＴｉＯ₂光触媒層１６であっても、その全
体を均一且つ高効率に活性化することが可能になる。ま
た、他の１つは、ＧａＮ半導体レーザ１８から出射する
光触媒の励起光の波長を約４００ｎｍに、即ちＴｉＯ₂
光触媒層１６のバンドギャップに相当する吸収端付近の
波長に設定していることにより、ＴｉＯ₂光触媒層１６
における光吸収が小さくなり、大面積で厚さの厚いＴｉ
Ｏ₂光触媒層１６であっても、その全体を均一且つ高効
率に活性化することが可能になる。

【００４２】また、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層１４はその膜
厚に反比倒して伝搬光の強度が増大する特徴があること
から、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層１４を介してＴｉＯ₂光触
媒層１６に入射される光触媒の励起光の光強度は、同じ
光量で従来のようにＴｉＯ_２光触媒層１６にほぼ垂直に
入射される場合よりも強くなるため、ＧａＮ半導体レー
ザ１８のような出力の小さい光源であっても大面積で厚
さの厚いＴｉＯ_２光触媒層１６を十分に活性化するこ
とが可能になる。

【００４３】また、このＧａＮ半導体レーザ１８がＴａ
₂Ｏ₅光導波路層１４の端面に密着して設置されている
ことにより、ＧａＮ半導体レーザ１８から出射された指
向性の高い光触媒の励起光は無駄なくＴａ₂Ｏ₅光導波
路層１４内に入射されると共に、ＧａＮ半導体レーザ１
８とＴａ₂Ｏ₅光導波路層１４との間には空気や水など
の光吸収や光散乱を生じる媒質が存在しないため、こう
した光吸収や光散乱による光量ロスもなく、ＧａＮ半導
体レーザ１８からの光パワーを極めて有効に利用するこ
とができる。

【００４４】同時に、光触媒の励起光として太陽光を利
用する場合のように外部環境によって左右されることは
なく、ＴｉＯ₂光触媒層１６における光触媒作用を安定
して発揮することができる。また、ＧａＮ半導体レーザ
１８からＴａ₂Ｏ₅光導波路層１４を経てＴｉＯ₂光触
媒層１６に至る過程は光触媒の励起光が装置内に閉じ込
められる構造となっているため、ＴｉＯ₂光触媒層１６
の表面に付着した塵などによる散乱光以外には光触媒の
励起光が外部に漏れることはなくなるため、たとえテレ
ビのブラウン管面や自動車のフロントガラスやのように
人が見たり近くに居る時間が長いものに本実施形態に係
る光触媒励起装置１０を用いても、人体に悪影響を及ぼ
し、特に皮膚癌の発生原因となるという心配はなくな
る。

【００４５】また、光源としてのＧａＮ半導体レーザ１
８がＴａ₂Ｏ₅光導波路層１４の端面に密着して設置さ
れることにより、例えばテレビのブラウン管面や自動車
のフロントガラスの枠に埋め込むことが可能になり、光
触媒励起装置１０としては独立して光源を設置するため
のスペースが不必要となって目立たなくなるため、光触
媒励起装置１０が小型化されてその使用範囲を拡大する
ことが可能になると共に、美感を損なう恐れも殆どなく
なる。

【００４６】（第２の実施形態）図２は本発明の第２の
実施形態に係る光触媒励起装置を示す断面図である。図
２に示されるように、本実施形態に係る光触媒励起装置
２０においては、表面が光触媒の励起光の波長のオーダ
ーで平滑でない不透明なセラミック基板２２上に、光触
媒の励起光を透過するパーフルオロ化合物、例えばテト
ラフルオロエチレンとＰＤＤ（パーフルオロ−２、２−
ジメチル−１、３−ジオキソール）との重合体（デュポ
ン社製の商品名「テフロンＡＦ」）からなるバッファ層
２４が、光触媒の励起光の波長よりも十分に厚く形成さ
れている。こうして、不透明なセラミック基板２２の表
面が平滑でなくとも、その上に塗布された透明なバッフ
ァ層２４によって平滑な表面が形成されている。

【００４７】また、このバッファ層２４上には、ＰＭＭ
Ａ（ポリメチルメタクリレート）からなるＰＭＭＡ光導
波路層２６が形成されており、このＰＭＭＡ光導波路層
２６上には、光触媒の励起光を透過する非酸化性樹脂か
らなるバッファ層２８が、光触媒の励起光の波長よりも
十分に薄く形成されている。また、このバッファ層２８
上には、アナターゼ型のＴｉＯ₂光触媒層３０が形成さ
れている。

【００４８】なお、このバッファ層２８の材料となる非
酸化性樹脂としては、フッ素系樹脂やシリコーン系樹脂
がある。フッ素系樹脂の例としてはバッファ層２４と同
じテトラフルオロエチレンとＰＤＤとの重合体がある。
シリコーン系樹脂としては、例えばオルガノシラン系
（テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシランを主
成分とする）樹脂がある。

【００４９】また、光源としてのＧａＮ半導体レーザ３
２が、ＴｉＯ₂光触媒層３０上に設置されている。ま
た、このＧａＮ半導体レーザ３２の射出開口に密着し
て、コリメータレンズ３４がＴｉＯ₂光触媒層３０上に
設置されている。更に、このコリメータレンズ３４に隣
接して、例えばルチル型ＴｉＯ₂結晶やＧａＮ結晶から
なるプリズム３６がＴｉＯ₂光触媒層３０上に設置され
ている。

【００５０】ここで、バッファ層２４の屈折率はＰＭＭ
Ａ光導波路層２６の屈折率より小さく、ＰＭＭＡ光導波
路層２６の屈折率は１．５であり、バッファ層２８の屈
折率もＰＭＭＡ光導波路層２６の屈折率より小さく、Ｔ
ｉＯ₂光触媒層３０の屈折率は２．５である。このた
め、これらバッファ層２４とＰＭＭＡ光導波路層２６と
バッファ層２８とＴｉＯ₂光触媒層３０とからなる積層
構造と更にこのＴｉＯ₂光触媒層３０に接する空気層と
によって多モードの５層構造ステップ型スラブ光導波路
とみなすことができる。

【００５１】また、上記第１の実施形態の場合と同様
に、ＴｉＯ₂光触媒層３０の厚さは、光散乱を無視でき
る程度に厚くする。また、ＰＭＭＡ光導波路層２６の厚
さは、ＴｉＯ₂光触媒層３０の厚さよりも厚くする。

【００５２】なお、バッファ層２４は、パーフルオロ化
合物を溶融して塗布するか、又は溶剤を用いて溶液状に
して塗布した後に、自然乾燥、及びベーキング処理を行
って形成する。また、ＰＭＭＡ光導波路層２６は、ＰＭ
ＭＡを溶融して塗布するか、又は溶剤を用いて溶液状に
して塗布した後に、自然乾燥、及びベーキング処理を行
って形成する。また、バッファ層２８は、例えばオルガ
ノシラン系樹脂を塗布した後に、温度７０〜８０℃にお
いて熱硬化することによって形成する。また、ＴｉＯ₂
光触媒層３０は、ＴｉＯ₂粒子を接着するバインダとし
て例えばシリコーン系樹脂を使用し、バッファ層２８の
場合と同様に、このシリコーン系樹脂を塗布した後に、
温度７０〜８０℃において熱硬化することによって形成
する。ここで、各膜の塗布は、例えばディップコーティ
ング法やスピンコーティング法、キャスティング法、ラ
ミネーション法などによって行う。

【００５３】次に、図２に示される光触媒励起装置２０
の動作を説明する。ＴｉＯ₂光触媒層３０上に設置され
ているＧａＮ半導体レーザ３２の射出開口から、ＴｉＯ
₂光触媒層３０のバンドギャップに相当する吸収端付近
の波長の光、即ち約４００ｎｍの波長の光を光触媒の励
起光として出射し、コリメータレンズ３４によって平行
光束にした後、プリズム３６に入射する。このプリズム
３６は、例えばルチル型ＴｉＯ₂結晶やＧａＮ結晶から
なり、その屈折率が２．７であることから、プリズム３
６に入射された光触媒の励起光は、図２中の矢印で示さ
れるように屈折され、ＴｉＯ₂光触媒層３０及びバッフ
ァ層２８を通過して、ＰＭＭＡ光導波路層２６内に入射
される。

【００５４】そして、このＰＭＭＡ光導波路層２６内に
入射された波長約４００ｎｍの光触媒の励起光は、全体
が５層構造ステップ型スラブ光導波路とみなされるＰＭ
ＭＡ光導波路層２６内を伝搬する。即ち、光触媒の励起
光は、ＴｉＯ₂光触媒層と外部の空気層の境界面および
ＰＭＭＡ光導波路層とバッファ層との境界面において全
反射を繰り返しながら、Ｔａ₂Ｏ₅光導波路層１４内を
進行する。ここで、セラミック基板２２とＰＭＭＡ光導
波路層２６との間に介在するバッファ層２４は、その厚
さが光触媒の励起光の波長よりも十分に厚く、平滑な表
面を有しているため、ＰＭＭＡ光導波路層２６との境界
面において光触媒の励起光を全反射する。また、ＰＭＭ
Ａ光導波路層２６とＴｉＯ₂光触媒層３０との間に介在
するバッファ層２８は、その厚さが光触媒の励起光の波
長よりも十分に薄いため、その屈折率がＰＭＭＡ光導波
路層２６の屈折率より小さくても、ＰＭＭＡ光導波路層
２６との境界面において光触媒の励起光を全反射するこ
となく、光触媒の励起光を通過させる。

【００５５】このように光触媒の励起光がＰＭＭＡ光導
波路層２６内を伝搬する際に、その漏洩光がＴｉＯ₂光
触媒層３０に入射する。即ち、ＴｉＯ₂光触媒層３０
は、バッファ層２８を介してＰＭＭＡ光導波路層２６に
接する裏面全体から波長約４００ｎｍの光触媒の励起光
によって照射されることになる。なお、ＴｉＯ₂光触媒
層３０に入射された光触媒の励起光は、ＴｉＯ₂光触媒
層３０と外部の空気層との境界面において全反射され
て、再びＴｉＯ₂光触媒層３０を透過していく。こうし
て、裏面全体から光触媒の励起光によって照射されたＴ
ｉＯ₂光触媒層３０は、この光触媒の励起光を吸収して
活性化され、光触媒作用により有機物の酸化分解機能や
防汚機能等を発揮する。

【００５６】以上のように本実施形態によれば、ＴｉＯ
₂光触媒層３０がＰＭＭＡ光導波路層２６内を伝搬する
際に漏洩する光触媒の励起光によって裏面全体から照射
されることにより、光触媒の励起光はＰＭＭＡ光導波路
層２６内を長い距離にわたって透過していくため、Ｔｉ
Ｏ₂光触媒層３０をその全体において高効率に活性化す
ることができる。しかも、このとき、ＰＭＭＡ光導波路
層２６を介してＴｉＯ₂光触媒層３０に入射される光触
媒の励起光の光強度は、同じ光量で従来のようにＴｉＯ
₂光触媒層３０にほぼ垂直に入射される場合よりも強く
なるため、ＧａＮ半導体レーザ３２のような出力の小さ
い光源であっても大面積で厚さの厚いＴｉＯ₂光触媒層
３０であっても十分に活性化することが可能になる。

【００５７】また、光触媒の励起光を透過し且つＰＭＭ
Ａ光導波路層２６よりも屈折率の小さいバッファ層２４
がセラミック基板２２とＰＭＭＡ光導波路層２６との間
に光触媒の励起光の波長よりも十分に厚く形成され、Ｐ
ＭＭＡ光導波路層２６との間に平滑な境界面を形成して
いることにより、このバッファ層２４やＰＭＭＡ光導波
路層２６を含む積層構造がステップ型スラブ光導波路と
みなされ、ＰＭＭＡ光導波路層２６内に入射された光触
媒の励起光をＰＭＭＡ光導波路層２６内に伝搬させるこ
とができるため、セラミック基板２２のように光触媒の
励起光を透過しない不透明なものであっても、その表面
が光触媒の励起光の波長のオーダーで平滑でないもので
あっても、基板として使用することが可能になる。

【００５８】また、非酸化性樹脂からなるバッファ層２
８がＰＭＭＡ光導波路層２６とＴｉＯ₂光触媒層３０と
の間に介在していることにより、酸化力が著しく大きい
ＴｉＯ₂光触媒層３０によってＰＭＭＡ光導波路層２６
が酸化されることを防止することができるため、光触媒
励起装置２０の劣化を防止して、そのライフタイムを長
くすることができる。

【００５９】また、このバッファ層２８は、その屈折率
がＰＭＭＡ光導波路層２６の屈折率よりも小さいため、
その厚さを制御することにより、ＰＭＭＡ光導波路層２
６からこのバッファ層２８を介してＴｉＯ₂光触媒層３
０に入射される光触媒の励起光の光強度、即ち照射強度
を容易に調節することが可能になる。例えばバッファ層
２８の厚さを厚くする程ＴｉＯ₂光触媒層３０に入射さ
れる光触媒の励起光の光強度が低下して、ＴｉＯ₂光触
媒層３０における光吸収が小さくなるため、大面積で厚
さの厚いＴｉＯ₂光触媒層３０であってもその全体を均
一に活性化することができる。従って、光触媒の励起光
の波長よりも薄い範囲においてバッファ層２８の厚さを
制御することにより、大面積で厚さの厚いＴｉＯ₂光触
媒層３０全体を均一に活性化する最適条件を選択するこ
とができる。

【００６０】また、上記第１の実施形態の場合と同様
に、ＰＭＭＡ光導波路層２６の厚さをＴｉＯ₂光触媒層
３０の厚さよりも厚くすることにより、また、ＧａＮ半
導体レーザ３２から出射する光触媒の励起光の波長を約
４００ｎｍに、即ちＴｉＯ₂光触媒層３０のバンドギャ
ップに相当する吸収端付近の波長に設することにより、
ＴｉＯ₂光触媒層３０における光吸収を小さくし、大面
積で厚さの厚いＴｉＯ₂光触媒層３０であっても、その
全体を均一且つ高効率に活性化することを可能にしてい
る。

【００６１】また、ＧａＮ半導体レーザ３２、コリメー
タレンズ３４、及びプリズム３６が互いに隣接してＴｉ
Ｏ₂光触媒層３０上に設置されていることにより、Ｇａ
Ｎ半導体レーザ３２から出射された指向性の高い光触媒
の励起光は無駄なくＰＭＭＡ光導波路層２６内に入射さ
れると共に、その間に空気や水などの光吸収や光散乱を
生じる媒質が殆ど存在しないため、こうした光吸収や光
散乱による光量ロスも殆どなく、ＧａＮ半導体レーザ３
２からの光パワーを極めて有効に利用することができ
る。

【００６２】同時に、上記第１の実施形態の場合と同様
に、光触媒の励起光として太陽光を利用する場合のよう
に外部環境によって左右されることはなく、ＴｉＯ₂光
触媒層３０における光触媒作用を安定して発揮すること
ができる。また、ＧａＮ半導体レーザ３２からＰＭＭＡ
光導波路層２６を経てＴｉＯ₂光触媒層３０に至る過程
において光触媒の励起光が装置外に放射されることは殆
どないため、たとえテレビのブラウン管面や自動車のフ
ロントガラスやのように人が見たり近くに居る時間が長
いものに本実施形態に係る光触媒励起装置２０を用いて
も、人体ヘの悪影響、特に皮膚癌の発生原因となるとい
う心配はなくなる。また、ＧａＮ半導体レーザ３２等が
ＴｉＯ₂光触媒層３０上に設置されていることにより、
光触媒励起装置２０としては独立して光源を設置するた
めのスペースが不必要となって目立たなくなるため、光
触媒励起装置２０が小型化されてその使用範囲を拡大す
ることが可能になると共に、美感を損なう恐れも殆どな
くなる。

【００６３】（第３の実施形態）図３は本発明の第３の
実施形態に係る光触媒励起装置を示す断面図である。な
お、上記図２に示した光触媒励起装置２０の構成要素と
同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。図
３に示されるように、本実施形態に係る光触媒励起装置
４０においては、上記第２の実施形態に係る光触媒励起
装置２０におけるＰＭＭＡ光導波路層２６の代わりに、
例えばフッ化ポリイミドからなるポリイミド光導波路層
が形成されており、これに伴ってバッファ層２８が除去
されている点に特徴がある。即ち、表面が光触媒の励起
光の波長のオーダーで平滑でない不透明なセラミック基
板２２上に、光触媒の励起光を透過するパーフルオロ化
合物からなるバッファ層２４が光触媒の励起光の波長よ
りも十分に厚く形成され、平滑な表面を形成している。

【００６４】また、このバッファ層２４上には、ポリイ
ミド光導波路層４２が形成されており、このポリイミド
光導波路層４２上には、光触媒の励起光を透過する非酸
化性樹脂からなるバッファ層２８が、光触媒の励起光の
波長よりも十分に薄く形成されている。また、このバッ
ファ層２４上には、アナターゼ型のＴｉＯ₂光触媒層３
０が形成されている。また、光源としてのＧａＮ半導体
レーザ３２が、ＴｉＯ₂光触媒層３０上に設置され、ま
たこのＧａＮ半導体レーザ３２の射出開口に密着して、
コリメータレンズ３４がＴｉＯ₂光触媒層３０上に設置
され、更にこのコリメータレンズ３４に隣接して、プリ
ズム３６がＴｉＯ₂光触媒層３０上に設置されている。

【００６５】ここで、バッファ層２４の屈折率はＰＭＭ
Ａ光導波路層２６の屈折率より小さく、ポリイミド光導
波路層４２の屈折率は１．７であり、ＴｉＯ₂光触媒層
３０の屈折率は２．５である。このため、これらバッフ
ァ層２４とポリイミド光導波路層４２とＴｉＯ₂光触媒
層３０とからなる積層構造と更にこのＴｉＯ₂光触媒層
３０に接する空気層とによって多モードの４層構造ステ
ップ型スラブ光導波路とみなすことができる。

【００６６】次に、図３に示される光触媒励起装置４０
の動作を説明する。ＴｉＯ₂光触媒層３０上に設置され
ているＧａＮ半導体レーザ３２の射出開口から、ＴｉＯ
₂光触媒層３０のバンドギャップに相当する吸収端付近
の波長の光、即ち約４００ｎｍの波長の光を光触媒の励
起光として出射し、コリメータレンズ３４によって平行
光束にした後、プリズム３６に入射する。このプリズム
３６に入射された光触媒の励起光は、図３中の矢印で示
されるように屈折され、ＴｉＯ₂光触媒層３０を通過し
て、ポリイミド光導波路層４２内に入射される。

【００６７】そして、このポリイミド光導波路層４２内
に入射された波長約４００ｎｍの光触媒の励起光は、全
体が多モードの４層構造ステップ型スラブ光導波路とみ
なされるポリイミド光導波路層４２内を伝搬する。即
ち、光触媒の励起光は、ポリイミド光導波路層４２を上
下に挟むＴｉＯ₂光触媒層３０とバッファ層２４との２
つ境界面において全反射を繰り返しながら、Ｔａ₂Ｏ₅
光導波路層１４内を進行する。

【００６８】このように光触媒の励起光がポリイミド光
導波路層４２内を伝搬する際に、その漏洩光がＴｉＯ₂
光触媒層３０に入射する。即ち、ＴｉＯ₂光触媒層３０
は、ポリイミド光導波路層４２に接する裏面全体から波
長約４００ｎｍの光触媒の励起光によって照射されるこ
とになる。なお、ＴｉＯ₂光触媒層３０に入射された光
触媒の励起光は、ＴｉＯ₂光触媒層３０と外部の空気層
との境界面において全反射されて、再びＴｉＯ₂光触媒
層３０を透過していく。こうして、裏面全体から光触媒
の励起光によって照射されたＴｉＯ₂光触媒層３０は、
この光触媒の励起光を吸収して活性化され、光触媒作用
により有機物の酸化分解機能や防汚機能等を発揮する。

【００６９】以上のように本実施形態によれば、上記第
２の実施形態におけるＰＭＭＡ光導波路層２６の代わり
にポリイミド光導波路層４２が形成されており、ＴｉＯ
₂光触媒層３０上に設置されているＧａＮ半導体レーザ
３２から出射された光触媒の励起光がポリイミド光導波
路層４２内を伝搬する際の漏洩光によってＴｉＯ₂光触
媒層３０がその裏面全体から照射されることにより、上
記第２の実施形態の場合と同様の効果を奏することがで
きる。

【００７０】また、上記第２の実施形態におけるＰＭＭ
Ａ光導波路層２６の耐熱温度が約８０℃と低く、高温処
理に耐えられないのに対して、ポリイミド光導波路層４
２の耐熱温度はそれよりも高い約３００℃であることか
ら、高温処理にも耐えることができ、且つ不燃性である
ために、ＴｉＯ₂光触媒層３０によって酸化分解される
ことがない。従って、上記第２の実施形態におけるバッ
ファ層２８なしにポリイミド光導波路層４２上に直接に
ＴｉＯ₂光触媒層３０を形成することが可能になるた
め、本実施形態に係る光触媒励起装置４０の構造及びそ
の製造方法を簡略化することができる。また、ポリイミ
ド光導波路層４２上にＴｉＯ₂光触媒層３０を形成する
際、高温処理が可能になることから、ＴｉＯ₂光触媒層
３０を高強度に付着することができるため、光触媒励起
装置４０の信頼性を向上させることができる。

【００７１】（第４の実施形態）図４は本発明の第４の
実施形態に係る光触媒励起装置を示す断面図である。な
お、上記図２に示した光触媒励起装置２０の構成要素と
同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。図
４に示されるように、本実施形態に係る光触媒励起装置
５０においては、透明な合成石英基板５２上に、ＰＭＭ
Ａ光導波路層２６が形成されており、このＰＭＭＡ光導
波路層２６上には、光触媒の励起光を透過する非酸化性
樹脂からなるバッファ層２８が、光触媒の励起光の波長
よりも十分に薄く形成されている。また、このバッファ
層２８上には、アナターゼ型のＴｉＯ₂光触媒層３０が
形成されている。そして、これらのバッファ層２８とＴ
ｉＯ₂光触媒層３０との境界面の一部には、ブレーズグ
レーティング５４が形成されている。

【００７２】また、光源としてのＬＥＤ５６がその射出
開口をコリメータレンズ５８に密着させて設置されてお
り、また、このコリメータレンズ５８がプリズム６０に
密着して設置されており、更に、このプリズム６０が合
成石英基板５２の端面に密着して設置されている。

【００７３】ここで、合成石英基板５２の屈折率は１．
５であり、ＰＭＭＡ光導波路層２６の屈折率は１．５で
あり、バッファ層２８の屈折率はＰＭＭＡ光導波路層２
６の屈折率より小さく、ＴｉＯ₂光触媒層３０の屈折率
は２．５である。このため、これら合成石英基板５２と
ＰＭＭＡ光導波路層２６とバッファ層２８とＴｉＯ₂光
触媒層３０とからなる積層構造と更にこのＴｉＯ₂光触
媒層３０に接する空気層とによって多モードの５層構造
ステップ型スラブ光導波路とみなすことができる。

【００７４】また、ブレーズグレーティング５４のピッ
チは、ＬＥＤ５６から出射された光触媒の励起光がＰＭ
ＭＡ光導波路層２６側から入射される際に、その入射光
がブレーズグレーティング５４によって回折されてＴｉ
Ｏ₂光触媒層３０に入射した後にＴｉＯ₂光触媒層３０
と空気層との境界面において全反射されること、及びこ
の全反射された光触媒の励起光が再びブレーズグレーテ
ィング５４に入射し回折されて、ＰＭＭＡ光導波路層２
６内に入射した後にＰＭＭＡ光導波路層２６と合成石英
基板５２との境界面において全反射されることの２つの
条件を満足するものとする。

【００７５】なお、ブレーズグレーティング５４は、Ｐ
ＭＭＡ光導波路層２６を硬化させる前に、バッファ層２
８表面に所定のピッチの凹凸形状を有する型を押し付け
て形成する。

【００７６】次に、図４に示される光触媒励起装置５０
の動作を説明する。コリメータレンズ５８及びプリズム
６０を介して合成石英基板５２の端面に設置されている
ＬＥＤ５６の射出開口から、ＴｉＯ₂光触媒層３０のバ
ンドギャップに相当する吸収端付近の波長の光、即ち約
４００ｎｍの波長の光を光触媒の励起光として出射し、
コリメータレンズ５８によって平行光束にした後、プリ
ズム６０、合成石英基板５２、ＰＭＭＡ光導波路層２
６、及びバッファ層２８を通過して、バッファ層２８と
ＴｉＯ₂光触媒層３０との境界面の一部に形成されてい
るブレーズグレーティング５４に入射する。

【００７７】そして、このブレーズグレーティング５４
に入射された波長約４００ｎｍの光触媒の励起光は、ブ
レーズグレーティング５４によって回折されてＴｉＯ₂
光触媒層３０に入射し、ＴｉＯ₂光触媒層３０と空気層
との境界面において全反射される。この全反射された光
触媒の励起光は、再びブレーズグレーティング５４に入
射し、回折されて、ＰＭＭＡ光導波路層２６内に入射
し、全体が多モードの５層構造ステップ型スラブ光導波
路とみなされるＰＭＭＡ光導波路層２６内を伝搬する。
即ち、光触媒の励起光は、ＰＭＭＡ光導波路層２６を上
下に挟むＴｉＯ₂光触媒層３０と合成石英基板５２との
２つ境界面において全反射を繰り返しながら、Ｔａ₂Ｏ
₅光導波路層１４内を進行する。

【００７８】このとき、ＰＭＭＡ光導波路層２６とＴｉ
Ｏ₂光触媒層３０との間に介在するバッファ層２８は、
その厚さが光触媒の励起光の波長よりも十分に薄いた
め、その屈折率がＰＭＭＡ光導波路層２６の屈折率より
小さくても、ＰＭＭＡ光導波路層２６との境界面におい
て光触媒の励起光を全反射することなく、光触媒の励起
光を通過させる。

【００７９】このように光触媒の励起光がＰＭＭＡ光導
波路層２６内を伝搬する際に、その漏洩光がＴｉＯ₂光
触媒層３０に入射する。即ち、ＴｉＯ₂光触媒層３０
は、バッファ層２８を介してＰＭＭＡ光導波路層２６に
接する裏面全体から波長約４００ｎｍの光触媒の励起光
によって照射されることになる。なお、ＴｉＯ₂光触媒
層３０に入射された光触媒の励起光は、ＴｉＯ₂光触媒
層３０と外部の空気層との境界面において全反射され
て、再びＴｉＯ₂光触媒層３０を透過していく。こうし
て、裏面全体から光触媒の励起光によって照射されたＴ
ｉＯ₂光触媒層３０は、この光触媒の励起光を吸収して
活性化され、光触媒作用により有機物の酸化分解機能や
防汚機能等を発揮する。

【００８０】以上のように本実施形態によれば、上記第
２の実施形態の場合と同様に、ＰＭＭＡ光導波路層２６
内を伝搬する際に漏洩する光触媒の励起光によってＴｉ
Ｏ₂光触媒層３０がその裏面全体から照射されることに
より、上記第２の実施形態の場合と同様の効果を奏する
ことができる。また、このとき、バッファ層２８とＴｉ
Ｏ₂光触媒層３０との境界面の一部にブレーズグレーテ
ィング５４が形成されていることにより、ＬＥＤ５６が
プリズム６０等を介して合成石英基板５２の端面に設置
されている場合であっても、ＬＥＤ５６から出射された
光触媒の励起光はプリズム６０を介し更に合成石英基板
５２等を通過してブレーズグレーティング５４に入射さ
れ、このグレーティング５４によって回折されてＴｉＯ
₂光触媒層３０内に入射されるため、容易に且つ安定的
に光触媒の励起光をＴｉＯ₂光触媒層３０内に導入し
て、伝搬させることができる。

【００８１】なお、本実施形態においては、バッファ層
２８とＴｉＯ₂光触媒層３０との境界面の一部にブレー
ズグレーティング５４が形成されているが、この代わり
に、ＰＭＭＡ光導波路層２６とバッファ層２８との境界
面の一部又は合成石英基板５２とＰＭＭＡ光導波路層２
６との境界面の一部にブレーズグレーティングを形成し
てもよい。また、ブレーズグレーティング６２の代わり
にブラッググレーティングを用いてもよい。そして、こ
の場合のブラッググレーティングは、合成石英基板５
２、ＰＭＭＡ光導波路層２６、バッファ層２、及びＴｉ
Ｏ₂光触媒層３０のいずれに形成してもよい。

【００８２】また、本実施形態においては、コリメータ
レンズ５８及びプリズム６０を介して合成石英基板５２
の端面に設置されているＬＥＤ５６から光触媒の励起光
を出射し、合成石英基板５２等を通過してブレーズグレ
ーティング５４に入射しているが、上記第２及び第３の
実施形態の場合のように、ＬＥＤをコリメータレンズや
プリズムと共にＴｉＯ₂光触媒層３０上に設置し、ＬＥ
Ｄから出射した光触媒の励起光をＴｉＯ₂光触媒層３０
の上方からＴｉＯ₂光触媒層３０を通過させてブレーズ
グレーティング５４に入射してもよい。

【００８３】（第５の実施形態）図５は本発明の第５の
実施形態に係る光触媒励起装置を示す断面図である。な
お、上記図３及び図４に示した光触媒励起装置３０、４
０の構成要素と同一の要素には同一の符号を付して説明
を省略する。図５に示されるように、本実施形態に係る
光触媒励起装置７０においては、上記第４の実施形態に
係る光触媒励起装置４０におけるＰＭＭＡ光導波路層２
６の代わりに、例えばフッ化ポリイミドからなるポリイ
ミド光導波路層が形成されており、これに伴ってバッフ
ァ層２８が除去されている点に特徴がある。

【００８４】即ち、透明な合成石英基板５２上に、ポリ
イミド光導波路層４２が形成されており、このポリイミ
ド光導波路層４２上には、アナターゼ型のＴｉＯ₂光触
媒層３０が形成されている。そして、これらのポリイミ
ド光導波路層４２とＴｉＯ₂光触媒層３０との境界面の
一部には、ブレーズグレーティング７２が形成されてい
る。また、光源としてのＬＥＤ５６がその射出開口をコ
リメータレンズ５８に密着させて設置されており、ま
た、このコリメータレンズ５８がプリズム６０に密着し
て設置されており、更に、このプリズム６０が合成石英
基板５２の端面に密着して設置されている。

【００８５】ここで、合成石英基板５２の屈折率は１．
５であり、ポリイミド光導波路層４２の屈折率は１．７
であり、ＴｉＯ₂光触媒層３０の屈折率は２．５であ
る。このため、これら合成石英基板５２とポリイミド光
導波路層４２とＴｉＯ₂光触媒層３０とからなる積層構
造と更にこのＴｉＯ₂光触媒層３０に接する空気層とに
よって４層構造ステップ型スラブ光導波路とみなすこと
ができる。

【００８６】また、ブレーズグレーティング７２のピッ
チは、ＬＥＤ５６から出射された光触媒の励起光がポリ
イミド光導波路層４２側から入射される際に、その入射
光がブレーズグレーティング７２によって回折されてＴ
ｉＯ₂光触媒層３０に入射した後にＴｉＯ₂光触媒層３
０と空気層との境界面において全反射されること、及び
この全反射された光触媒の励起光が再びブレーズグレー
ティング７２に入射し回折されて、ポリイミド光導波路
層４２内に入射した後にポリイミド光導波路層４２と合
成石英基板５２との境界面において全反射されることの
２つの条件を満足するものとする。

【００８７】なお、ブレーズグレーティング７２は、ポ
リイミド光導波路層４２を硬化させる前に、ポリイミド
光導波路層４２の表面に所定のピッチの凹凸形状を有す
る型を押し付けて形成する。

【００８８】次に、図５に示される光触媒励起装置７０
の動作を説明する。コリメータレンズ５８及びプリズム
６０を介して合成石英基板５２の端面に設置されている
ＬＥＤ５６の射出開口から、ＴｉＯ₂光触媒層３０のバ
ンドギャップに相当する吸収端付近の波長の光、即ち約
４００ｎｍの波長の光を光触媒の励起光として出射し、
コリメータレンズ５８によって平行光束にした後、プリ
ズム６０、合成石英基板５２、及びポリイミド光導波路
層４２を通過して、ポリイミド光導波路層４２とＴｉＯ
₂光触媒層３０との境界面の一部に形成されているブレ
ーズグレーティング７２に入射する。

【００８９】そして、このブレーズグレーティング７２
に入射された波長約４００ｎｍの光触媒の励起光は、ブ
レーズグレーティング７２によって回折されてポリイミ
ド光導波路層４２内に入射され、全体が多モードの４層
構造ステップ型スラブ光導波路とみなされるポリイミド
光導波路層４２内を伝搬する。即ち、光触媒の励起光
は、ポリイミド光導波路層４２を上下に挟むＴｉＯ₂光
触媒層３０と合成石英基板５２との２つ境界面において
全反射を繰り返しながら、ポリイミド光導波路層４２内
を進行する。

【００９０】このように光触媒の励起光がポリイミド光
導波路層４２内を伝搬する際に、その漏洩光がＴｉＯ₂
光触媒層３０に入射する。即ち、ＴｉＯ₂光触媒層３０
は、ポリイミド光導波路層４２に接する裏面全体から波
長約４００ｎｍの光触媒の励起光によって照射されるこ
とになる。なお、ＴｉＯ₂光触媒層３０に入射された光
触媒の励起光は、ＴｉＯ₂光触媒層３０と外部の空気層
との境界面において全反射されて、再びＴｉＯ₂光触媒
層３０を透過していく。こうして、裏面全体から光触媒
の励起光によって照射されたＴｉＯ₂光触媒層３０は、
この光触媒の励起光を吸収して活性化され、光触媒作用
により有機物の酸化分解機能や防汚機能等を発揮する。

【００９１】以上のように本実施形態によれば、上記第
４の実施形態におけるＰＭＭＡ光導波路層２６の代わり
に、耐熱温度が高くて高温処理に耐えることができ、且
つ不燃性であるポリイミド光導波路層４２が形成されて
おり、このポリイミド光導波路層４２内を伝搬する際に
漏洩する光触媒の励起光によってＴｉＯ₂光触媒層３０
がその裏面全体から照射されることにより、上記第３の
実施形態の場合と同様の効果を奏することができる。ま
た、このとき、ポリイミド光導波路層４２とＴｉＯ₂光
触媒層３０との境界面の一部にブレーズグレーティング
７２が形成されていることにより、上記第４の実施形態
の場合と同様に、容易に且つ安定的に光触媒の励起光を
ＴｉＯ₂光触媒層３０内に導入して、伝搬させることが
できる。

【００９２】なお、本実施形態においては、ポリイミド
光導波路層４２とＴｉＯ₂光触媒層３０との境界面の一
部にブレーズグレーティング７２が形成されているが、
その代わりに、合成石英基板５２とポリイミド光導波路
層４２との境界面の一部にブレーズグレーティングを形
成してもよい。また、ブレーズグレーティング７２の代
わりにブラッググレーティングを用いてもよい。その場
合、ブラッググレーティングは、合成石英基板５２、ポ
リイミド光導波路層４２、及びＴｉＯ₂光触媒層３０の
いずれに形成してもよい。

【００９３】また、本実施形態においては、コリメータ
レンズ５８及びプリズム６０を介して合成石英基板５２
の端面に設置されているＬＥＤ５６から光触媒の励起光
を出射し、合成石英基板５２等を通過してブレーズグレ
ーティング７２に入射しているが、上記第２及び第３の
実施形態の場合のように、ＬＥＤをコリメータレンズや
プリズムと共にＴｉＯ₂光触媒層３０上に設置し、ＬＥ
Ｄから出射した光触媒の励起光をＴｉＯ₂光触媒層３０
の上方からＴｉＯ₂光触媒層３０を通過させてブレーズ
グレーティング７２に入射してもよい。

【００９４】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明に係
る光触媒励起装置によれば、次のような効果を奏するこ
とができる。即ち、請求項１に係る光触媒励起装置によ
れば、基板上に光導波路層及び光触媒層が順に積層さ
れ、光導波路層の端面に密着して光源が設置されている
ことにより、光源から光導波路層内に入射された光触媒
の励起光が光導波路層内を伝搬する際の漏洩光によって
光触媒層全体を高効率に活性化すると共に、その際に光
源から出射された光触媒の励起光は無駄なく光導波路層
内に入射され、空気や水などの媒質による光吸収や光散
乱のために生じる光量ロスもないために、光源からの光
パワーを極めて有効に利用することができる。また、太
陽光を利用する場合のように外部環境によって左右され
ることもないため、光触媒層における光触媒作用を安定
して発揮することができる。また、紫外光を使用する場
合であっても、装置の外に漏れることはないため、人体
ヘの影響、特に皮膚癌の発生原因となることを防止する
ことができる。また、光源を独立して設置するスペース
が不必要となるため、光触媒励起装置の使用範囲を拡大
することができると共に、美感を損なうことを防止する
ことができる。

【００９５】また、請求項２に係る光触媒励起装置によ
れば、基板上に光導波路層及び光触媒層が順に積層さ
れ、光触媒層上に設置された光源から出射された光が光
源に隣接して光触媒層上に設置されているプリズムを介
して光導波路層内に入射されることにより、光源から光
導波路層内に入射された光触媒の励起光が光導波路層内
を伝搬する際の漏洩光によって光触媒層全体を高効率に
活性化すると共に、その際に光源から出射された光触媒
の励起光は無駄なく光導波路層内に入射され、空気や水
などの媒質による光吸収や光散乱のために生じる光量ロ
スも殆どないために、光源からの光パワーを極めて有効
に利用することができる。また、太陽光を利用する場合
のように外部環境によって左右されることもないため、
光触媒層における光触媒作用を安定して発揮することが
できる。また、紫外光を使用する場合であっても、装置
の外に漏れることは殆どないため、人体ヘの影響、特に
皮膚癌の発生原因となることを防止することができる。
また、光源を独立して設置するスペースが不必要となる
ため、光触媒励起装置の使用範囲を拡大することができ
ると共に、美感を損なうことを防止することができる。

【００９６】また、請求項３に係る光触媒励起装置によ
れば、基板上に光導波路層及び光触媒層が順に積層さ
れ、基板の端面にプリズムを介して密着して設置された
光源から出射された光がプリズムを介して光導波路層内
に入射されることにより、光源から光導波路層内に入射
された光触媒の励起光が光導波路層内を伝搬する際の漏
洩光によって光触媒層全体を高効率に活性化すると共
に、その際に光源から出射された光触媒の励起光は無駄
なく光導波路層内に入射され、空気や水などの媒質によ
る光吸収や光散乱のために生じる光量ロスもないため
に、光源からの光パワーを極めて有効に利用することが
できる。また、太陽光を利用する場合のように外部環境
によって左右されることもないため、光触媒層における
光触媒作用を安定して発揮することができる。また、紫
外光を使用する場合であっても、装置の外に漏れること
はないため、人体ヘの影響、特に皮膚癌の発生原因とな
ることを防止することができる。また、光源を独立して
設置するスペースが不必要となるため、光触媒励起装置
の使用範囲を拡大することができると共に、美感を損な
うことを防止することができる。

【００９７】また、請求項４に係る光触媒励起装置によ
れば、基板、光導波路層、又は光触媒層にグレーティン
グが形成され、光源から出射された光がこのグレーティ
ングによって回折されて光導波路層内に入射されること
により、光触媒層上に設置された光源から出射された光
が光触媒層上方から光触媒層を通過して光導波路層内に
入射される場合であっても、基板の端面にプリズムを介
して密着して設置された光源から出射された光がプリズ
ムを介し基板を通過して光導波路層内に入射される場合
であっても、容易に且つ安定的に光源からの光触媒の励
起光を光導波路層内に導入することができる。

【００９８】また、請求項５に係る光触媒励起装置によ
れば、光源が半導体レーザ又は発光ダイオードであるこ
とにより、指向性の高い光を出射することができると共
に、こうした光源の設置位置及びその設置方向を入射対
象である光導波路層に対して高精度に調整することが可
能であるため、光触媒の励起光を光導波路層内に容易に
且つ安定して効率的に入射し、その光パワーを有効に利
用することができる。しかも、このとき、光触媒の励起
光を光導波路層内に集中して伝搬させ、その漏洩光によ
って光触媒層を照射することから、照明強度が強くなる
ため、半導体レーザや発光ダイオードのように光パワー
の小さい光源であっても、光導波路層を高効率に活性化
することができる。

【００９９】また、請求項６に係る光触媒励起装置によ
れば、光触媒の励起光を透過し且つ光導波路層よりも屈
折率の小さい第１のバッファ層が基板と光導波路層との
間に介在していることにより、たとえ基板が光触媒の励
起光を透過しない不透明なものであっても、また基板の
表面が光触媒の励起光の波長のオーダーで平滑でない場
合であっても、この第１のバッファ層と光導波路層と光
触媒層と光触媒層とからなる積層構造と更に光触媒層に
接する空気層によって多モードの４層構造ステップ型ス
ラブ光導波路とみなされることから、光源から光導波路
層内に入射された光触媒の励起光を光導波路層内に伝搬
させることができると共に、その際に光導波路層から漏
洩して光触媒層を裏面全体から照射することによって光
触媒層全体を高効率に活性化することができる。

【０１００】また、請求項７に係る光触媒励起装置によ
れば、基板、第１のバッファ層、光導波路層、又は光触
媒層にグレーティングが形成されており、光源から出射
された光がこのグレーティングによって回折されて光導
波路層内に入射されることにより、光源から出射された
光触媒の励起光が光触媒層上方から光触媒層を通過して
光導波路層内に入射される場合であっても、基板の端面
から基板を通過して光導波路層内に入射される場合であ
っても、光源からの光触媒の励起光を容易に且つ安定的
に光導波路層内に導入することができる。

【０１０１】また、請求項８に係る光触媒励起装置によ
れば、光触媒の励起光を透過する非酸化性材料からなる
第２のバッファ層が光導波路層と光触媒層との間に介在
していることにより、たとえ光触媒層として酸化力が著
しく大きいものを用いる場合であっても、光触媒層によ
って光導波路層が酸化されることを防止することができ
るため、光触媒励起装置の劣化を防止して、そのライフ
タイムを長くすることができる。

【０１０２】また、請求項９に係る光触媒励起装置によ
れば、基板、光導波路層、第２のバッファ層、又は光触
媒層にグレーティングが形成されており、光源から出射
された光がこのグレーティングによって回折されて光導
波路層内に入射されることにより、光源から出射された
光触媒の励起光が光触媒層上方から光触媒層を通過して
光導波路層内に入射される場合であっても、基板の端面
から基板を通過して光導波路層内に入射される場合であ
っても、光源からの光触媒の励起光を容易に且つ安定的
に光導波路層内に導入することができる。

【０１０３】また、請求項１０に係る光触媒励起装置に
よれば、光触媒の励起光を透過し、光触媒の励起光の波
長より薄いか又は同程度の厚さをもち、且つ前記光導波
路層よりも屈折率の小さい第３のバッファ層が光導波路
層と光触媒層との間に介在していることにより、光導波
路層内を伝搬する光触媒の励起光が光導波路層と第３の
バッファ層との境界面で全反射されることなく第３のバ
ッファ層を介して光触媒層に入射することができると共
に、その際に光触媒の励起光の光強度が低下して、光触
媒層における光吸収が小さくなるため、大面積で厚い光
触媒層であっても、光触媒層全体を均一に活性化するこ
とができる。しかも、第３のバッファ層の厚さによって
第３のバッファ層を介して光触媒層に入射される光触媒
の励起光の光強度を容易に制御することが可能になるた
め、大面積で厚い光触媒層全体を均一に活性化する最適
条件を選択することができる。

【０１０４】また、請求項１１に係る光触媒励起装置に
よれば、基板、光導波路層、第３のバッファ層、又は光
触媒層にグレーティングが形成されており、光源から出
射された光がこのグレーティングによって回折されて前
記光導波路層内に入射されることにより、光源から出射
された光触媒の励起光が光触媒層上方から光触媒層を通
過して光導波路層内に入射される場合であっても、基板
の端面から基板を通過して光導波路層内に入射される場
合であっても、光源からの光触媒の励起光が容易に且つ
安定的に光導波路層内に導入することができる。

【０１０５】また、請求項１２に係る光触媒励起装置に
よれば、光導波路層の厚さが光触媒層の厚さより厚いこ
とにより、厚い光導波路層内を伝搬する光触媒の励起光
の光量が相対的に大きくなる反面、光触媒層に入射され
る光触媒の励起光の光量が相対的に小さくなるため、光
触媒層における光吸収が小さくなり、大面積で厚い光触
媒層であっても、光触媒層全体を均一に活性化すること
ができる。

【０１０６】また、請求項１３に係る光触媒励起装置に
よれば、光源が出射する光触媒の励起光の波長が光触媒
層のバンドギャップに相当する吸収端付近の波長である
ことにより、光触媒層に入射される光触媒の励起光の光
触媒層における光吸収が小さくなるため、大面積で厚い
光触媒層であっても、光触媒層全体を均一に活性化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る光触媒励起装置
を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る光触媒励起装置
を示す断面図である。

【図３】本発明の第３の実施形態に係る光触媒励起装置
を示す断面図である。

【図４】本発明の第４の実施形態に係る光触媒励起装置
を示す断面図である。

【図５】本発明の第５の実施形態に係る光触媒励起装置
を示す断面図である。

【図６】従来の光触媒励起装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…光触媒励起装置、１２…合成石英基板、１４…Ｔ
ａ₂Ｏ₅光導波路層、１６…ＴｉＯ₂光触媒層、１８…
ＧａＮ半導体レーザ、２０…光触媒励起装置、２２…セ
ラミック基板、２４…バッファ層、２６…ＰＭＭＡ光導
波路層、２８…バッファ層、３０…ＴｉＯ₂光触媒層、
３２…ＧａＮ半導体レーザ、３４…コリメータレンズ、
３６…プリズム、４０…光触媒励起装置、４２…ポリイ
ミド光導波路層、５０…光触媒励起装置、５２…合成石
英基板、５４…ブレーズグレーティング、５６…ＬＥ
Ｄ、５８…コリメータレンズ、６０…プリズム、７０…
光触媒励起装置、７２…ブレーズグレーティング、８０
…基板、８２…ＴｉＯ₂光触媒層、８４…光触媒の励起
光。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に形成された光導波
路層と、前記光導波路層内に光触媒の励起光を出射する
光源と、前記光導波路層上に形成された光触媒層と、を
有し、前記光源から出射された光触媒の励起光が前記光
導波路層内を伝搬する際に、前記光導波路層からの漏洩
光によって前記光触媒層が活性化される光触媒励起装置
であって、前記光源が、前記光導波路層の端面に密着して設置され
ていることを特徴とする光触媒励起装置。
【請求項２】基板と、前記基板上に形成された光導波
路層と、前記光導波路層内に光触媒の励起光を出射する
光源と、前記光導波路層上に形成された光触媒層と、を
有し、前記光源から出射された光触媒の励起光が前記光
導波路層内を伝搬する際に、前記光導波路層からの漏洩
光によって前記光触媒層が活性化される光触媒励起装置
であって、前記光源が、前記光触媒層上に設置されており、前記光
源から出射された光触媒の励起光が、前記光源に隣接し
て前記光触媒層上に設置されているプリズムを介して前
記光導波路層内に入射されることを特徴とする光触媒励
起装置。
【請求項３】基板と、前記基板上に形成された光導波
路層と、前記光導波路層内に光触媒の励起光を出射する
光源と、前記光導波路層上に形成された光触媒層と、を
有し、前記光源から出射された光触媒の励起光が前記光
導波路層内を伝搬する際に、前記光導波路層からの漏洩
光によって前記光触媒層が活性化される光触媒励起装置
であって、前記光源が、前記基板の端面にプリズムを介して密着し
て設置されており、前記光源から出射された光触媒の励
起光が、前記プリズムを介して前記光導波路層内に入射
されることを特徴とする光触媒励起装置。
【請求項４】請求項２又は３に記載の光触媒励起装置
において、前記基板、前記光導波路層、又は前記光触媒層に、グレ
ーティングが形成されており、前記光源から出射された
光触媒の励起光が、前記グレーティングによって回折さ
れて前記光導波路層内に入射されることを特徴とする光
触媒励起装置。
【請求項５】請求項１、２、及び３のいずれかに記載
の光触媒励起装置において、前記光源が、半導体レーザ又は発光ダイオードであるこ
とを特徴とする光触媒励起装置。
【請求項６】基板と、前記基板上に形成された光導波
路層と、前記光導波路層内に光触媒の励起光を出射する
光源と、前記光導波路層上に形成された光触媒層と、を
有し、前記光源から出射された光触媒の励起光が前記光
導波路層内を伝搬する際に、前記光導波路層からの漏洩
光によって前記光触媒層が活性化される光触媒励起装置
であって、光触媒の励起光を透過し且つ前記光導波路層よりも屈折
率の小さい第１のバッファ層が、前記基板と前記光導波
路層との間に介在していることを特徴とする光触媒励起
装置。
【請求項７】請求項６記載の光触媒励起装置におい
て、前記基板、前記第１のバッファ層、前記光導波路層、又
は前記光触媒層に、グレーティングが形成されており、
前記光源から出射された光触媒の励起光が、前記グレー
ティングによって回折されて前記光導波路層内に入射さ
れることを特徴とする光触媒励起装置。
【請求項８】基板と、前記基板上に形成された光導波
路層と、前記光導波路層内に光触媒の励起光を出射する
光源と、前記光導波路層上に形成された光触媒層と、を
有し、前記光源から出射された光触媒の励起光が前記光
導波路層内を伝搬する際に、前記光導波路層からの漏洩
光によって前記光触媒層が活性化される光触媒励起装置
であって、光触媒の励起光を透過する非酸化性材料からなる第２の
バッファ層が、前記光導波路層と前記光触媒層との間に
介在していることを特徴とする光触媒励起装置。
【請求項９】請求項８記載の光触媒励起装置におい
て、前記基板、前記光導波路層、前記第２のバッファ層、又
は前記光触媒層に、グレーティングが形成されており、
前記光源から出射された光触媒の励起光が、前記グレー
ティングによって回折されて前記光導波路層内に入射さ
れることを特徴とする光触媒励起装置。
【請求項１０】基板と、前記基板上に形成された光導
波路層と、前記光導波路層内に光触媒の励起光を出射す
る光源と、前記光導波路層上に形成された光触媒層と、
を有し、前記光源から出射された光触媒の励起光が前記
光導波路層内を伝搬する際に、前記光導波路層からの漏
洩光によって前記光触媒層が活性化される光触媒励起装
置であって、光触媒の励起光を透過し、光触媒の励起光の波長より薄
いか又は同程度の厚さをもち、且つ前記光導波路層より
も屈折率の小さい第３のバッファ層が、前記光導波路層
と前記光触媒層との間に介在していることを特徴とする
光触媒励起装置。
【請求項１１】請求項１０記載の光触媒励起装置にお
いて、前記基板、前記光導波路層、前記第３のバッファ層、又
は前記光触媒層に、グレーティングが形成されており、
前記光源から出射された光触媒の励起光が、前記グレー
ティングによって回折されて前記光導波路層内に入射さ
れることを特徴とする光触媒励起装置。
【請求項１２】請求項１、２、３、６、８、及び１０
のいずれかに記載の光触媒励起装置において、前記光導波路層の厚さが、前記光触媒層の厚さより厚い
ことを特徴とする光触媒励起装置。
【請求項１３】請求項１、２、３、６、８、及び１０
のいずれかに記載の光触媒励起装置において、前記光源が出射する光触媒の励起光の波長が、前記光触
媒層のバンドギャップに相当する吸収端付近の波長であ
ることを特徴とする光触媒励起装置。