JP2018125368A - 紫外線発光装置及び紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接着（封止）温度を低下させた気密封止部材を有する紫外線（深紫外線）発光装置及び紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】ＬＴＣＣ基板１の凹部１ａ内のサブマウント６上に深紫外線ＬＥＤ素子５を搭載し、ＬＴＣＣ基板１の凹部１ａを覆うようにＬＴＣＣ基板１の上部に深紫外線透過窓部材１０を設ける。ＬＴＣＣ基板１の上部と深紫外線透過窓部材１０との間に気密封止部材としての三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１を設け、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１と深紫外線透過窓部材１０との間に反射層としての金属層１２を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は深紫外線発光装置を含む紫外線発光装置及び紫外線照射装置（深紫外線照射装置）に関する。

一般に、２１０〜３１０ｎｍの短波長領域の深紫外線を発する深紫外線発光装置は、消毒、殺菌、浄化等に用いられ、他方、３１０ｎｍ以上の長波長領域の紫外線を発する紫外線発光装置は、露光等に用いられる。

図１４は第１の従来の紫外線発光装置を示す断面図である（参照：特許文献１）。図１４において、紫外線発光装置１００は、凹部１０１ａが形成され、凹部１０１ａを囲む上部１０１ｂを有する基板１０１と、基板１０１の凹部１０１ａ内に設けられた紫外線発光ダイオード（ＬＥＤ）素子１０２と、基板１０１の凹部１０１ａを覆うように設けられた紫外線透過窓部材１０３と、基板１０１の上部１０１ｂと紫外線透過窓部材１０３との間に設けられた気密封止部材としての接着（封止）層１０４とによって構成される。接着層１０４は、たとえばＡｇペースト、紫外線接着剤、無鉛系低融点ガラス、アクリル樹脂、又はセラミック接着剤等を用いている（参照：特許文献１の段落００８６）。また、接着層１０４として有鉛系低融点ガラスたとえばフッ素含有Ｐｂ系又はＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３系低融点ガラスを用いることもできる（参照：特許文献２の段落００２５等）。図１４においては、紫外線ＬＥＤ素子１０２から発生した紫外線ＵＶ１は紫外線透過窓部材１０３を透過して外部へ出射される。他方、紫外線ＵＶ２は紫外線透過窓部材１０３内で反射し、接着層１０４に向かう。また、紫外線ＵＶ３は紫外線ＬＥＤ素子１０２から直接接着層１０４に向かう。

紫外線透過窓部材１０３の低温気密封止のための接着層１０４は、一般に、樹脂系材料とガラス系材料とに分けられる。樹脂系材料の接着（封止）温度は室温〜２５０℃と低い。また、フッ素含有有鉛系低融点ガラスの接着温度は３２０〜３６０℃と比較的低いが、フッ素が揮発し易く真空封止に適さず、かつ有害な鉛を含むので環境に適合しない。他方、他の低融点ガラスの接着温度は４００〜５００℃と高く、従って、低融点ガラスの接着温度の低温化は困難である（参照：非特許文献１の図４）。しかし、一般に、樹脂系材料よりもガラス系材料の方が気密封止性及び耐湿性に優れている。

図１５は第２の従来の紫外線発光装置を示す断面図である（参照：特許文献３）。図１５の紫外線発光装置２００においては、図１４の気密封止部材としての接着層１０４の代りに、基板１０１側に設けられた金属層２０１、紫外線透過窓部材１０３側に設けられた金属層２０２、及び金属層２０１、２０２間に設けられた金錫（ＡｕＳｎ）共晶接合層（又はＡｇＳｎ共晶接合層）２０３を設けてある（参照：特許文献３の段落００２６、００２７、００２８）。共晶接合層２０３は図１４の接着層１０４に比較して気密封止性が非常に優れている。

共晶接合層２０３の接着温度は２７０〜３２０℃であり、従って、樹脂系材料の接着温度の室温〜２５０℃より高いが、ガラス系材料の接着温度の３２０〜５００℃より低い。

特開２０１２−２２７５１１号公報 特開２００２−３３５１９号公報 特開２０１５−１８８７３号公報

立薗信一他：ＮＥＷ ＧＬＡＳＳ Ｖｏｌ．２０， Ｎｏ．１０３， ｐｐ．６２−６４， ２０１１ 立薗信一他：日立化成テクニカルレポート Ｎｏ．５２（２００９−１）， ｐｐ．２７−３０

図１４に示す第１の従来の紫外線発光装置１００においては、紫外線ＬＥＤ素子１０２からの紫外線ＵＶ２が紫外線透過窓部材１０３に入射後、紫外線透過窓部材１０３内で反射して接着層１０４を照射する。また、紫外線ＬＥＤ素子１０２からの紫外線ＵＶ３が接着層１０４を直接照射する。但し、接着層１０４の横方向面積が縦方向面積より大きいので、紫外線ＵＶ２の方が紫外線ＵＶ３より影響が大きい。このとき、接着層１０４が有機物を含む樹脂系材料の場合には、その有機物の結合種の一部が切断されて変質することがある。たとえば、図１６に示すように、紫外線によってエネルギー換算波長３１０ｎｍ以上の有機物の結合種が切断され、特に、２１０〜３１０ｎｍの深紫外線によってエネルギー換算波長２１０ｎｍ以上の有機物の多くの結合種が切断される。従って、接着層１０４が変質劣化し、この結果、クラックの発生、変色等によって接着層１０４の接着能力が低下して装置の信頼性が低下するという課題がある。

また、接着層１０４が樹脂系材料、ガラス系材料のいずれの場合でも、紫外線ＵＶ２、ＵＶ３が接着層１０４に吸収されることによって紫外線ＵＶ１による有効照射量が減少するという課題もある。たとえば、図１７の（Ａ）に示すごとく、図１４に示す第１の従来の紫外線発光装置１００を紫外線照射装置の処理ガス、処理水等の殺菌対象物を矢印のごとく流す紫外線透過ケーシング１１１の外側に配置すると共に、紫外線発光装置１００に対向して反射板１１２を配置すると、紫外線発光装置１００から発生した紫外線ＵＶは反射板１１２にて反射されて紫外線が再び紫外線発光装置１００に入射してやはり接着層１０４に吸収される。また、図１７の（Ｂ）、（Ｃ）に示すごとく、２つの紫外線発光装置１００を紫外線透過ケーシング１１１に対向して配置すると、一方の紫外線発光装置１００から発生した紫外線ＵＶは他方の紫外線発光装置１００に入射してやはり接着層１０４に吸収される。この結果、紫外線の有効照射量は減少する。

また、低融点ガラスよりなる接着層１０４の接着温度は、上述のごとく、一般に、３２０〜５００℃と高い。この接着温度は紫外線ＬＥＤ素子１０２を基板１０１にＡｕＳｎ（ＡｇＳｎ）共晶によって接合し又はバンプによるフリップチップ構造を接合する接合温度２６０〜３２０℃より高い。この結果、紫外線透過窓部材１０３の電気加熱炉による接着工程において、ＡｕＳｎ（ＡｇＳｎ）共晶又はバンプの再溶融、再硬化が起こり、応力による部材のはずれ、ボンディングワイヤの切断、ボイドの発生による熱抵抗の上昇等が起こるという課題がある。さらにまた、有鉛系低融点ガラスの場合、有毒性である。

他方、図１５に示す第２の従来の紫外線発光装置２００においては、紫外線ＬＥＤ素子１０２からの紫外線ＵＶ２が紫外線透過窓部材１０３に入射後、紫外線透過窓部材１０３内で反射して金属層２０２を照射し、紫外線ＵＶ２は金属層２０２によって反射されるので、有効照射量は減少しない。また、図１７の紫外線発光装置において図１５に示す第２の従来の紫外線発光装置を採用しても紫外線の有効照射量は減少しない。しかしながら、ＡｕＳｎ（ＡｇＳｎ）共晶接合層２０３の製造工程は製造コストの上昇を招き、この結果、紫外線発光装置２００の製造コストが高いという課題がある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る紫外線発光装置は、凹部が形成され、凹部を囲む上部を有する基板と、基板の凹部内に設けられた紫外線発光素子と、基板の凹部を覆うように基板の上部に設けられた紫外線透過窓部材と、基板の上部と紫外線透過窓部材との間に設けられた三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層と、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層と紫外線透過窓部材との間に設けられた反射層とを具備し、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層の三次元網目構造の隙間にイオン半径の大きい元素及び／又は低融点性元素が導入されているものである。これにより、紫外線通過窓部材内で反射して三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層に向う紫外線は反射層によって反射されると共に、気密封止部材としての三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層の接着温度は２６０〜３２０℃と低くなる。

また、本発明に係る紫外線照射装置は、処理ガス又は処理水を流すためのケーシングと、ケーシングの外面に設けられた上述の紫外線発光装置の少なくとも１つとを具備するものである。

本発明によれば、紫外線透過窓部材内で反射して三次元網目構造バナジウム系に向う紫外線は反射層によって反射され、また、外部から紫外線透過窓部材へ入射する紫外線も反射層によって反射されるので、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層は紫外線照射をほとんど受けず、従って、紫外線の有効照射量を増大できる。

さらに、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層はバナジウムイオンの価数制御によりガラス構造を層状から三次元網目構造へ変化させ、この三次元網目構造の隙間にイオン半径の大きい元素及び／又は低融点性元素を導入したものであり、これにより、接着温度を２６０〜３２０℃と低下できる（参照：非特許文献１、２）。この結果、紫外線透過窓部材の三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層による接着工程において、接着温度を紫外線発光素子の接合温度より低くすることにより紫外線発光素子の接合部のＡｕＳｎ（ＡｇＳｎ）共晶又はバンプの再溶融、再硬化を防止でき、応力による部材のはずれ、ボンディングワイヤの切断、ボイドの発生による熱拡散の上昇等を防止できる。さらにまた、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層は無鉛性であるので、環境に適合できる。

本発明に係る深紫外線発光装置の第１の実施の形態を示す上面図である。 図１の深紫外線発光装置のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１、図２の金属層の代りの深紫外線反射多層膜の断面図である。 本発明に係る深紫外線発光装置の第２の実施の形態を示す上面図である。 図４の深紫外線発光装置のＶ−Ｖ線断面図である。 図４、図５の深紫外線透過窓部材の変更例を示す断面図である。 図１、図２の（Ｃ）の深紫外線透過窓部材の製造方法を説明するための平面図である。 図６の（Ａ）、（Ｄ）の深紫外線透過窓部材の製造方法を説明するための平面図である。 本発明に係る深紫外線発光装置の第３の実施の形態を示す上面図である。 図９の深紫外線発光装置のＸ−Ｘ線断面図である。 本発明に係る深紫外線発光装置の第４の実施の形態を示す上面図である。 図１１の深紫外線発光装置のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。 図１２の深紫外線発光装置の変更例を示す断面図である。 第１の従来の紫外線発光装置を示す断面図である。 第２の従来の紫外線発光装置を示す断面図である。 有機物の主な結合種の分子結合エネルギーを示す表である。 図１４の紫外線発光装置が設けられた紫外線照射装置を示す図である。

図１は本発明に係る深紫外線発光装置の第１の実施の形態を示す上面図、図２は図１の深紫外線発光装置のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

図１、図２において、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）基板１は４層の基板１−１、１−２、１−３、１−４の積層よりなり、基板１−３、１−４によって基板１−２表面を底部とする凹部１ａの枠が形成される。

ＬＴＣＣ基板１の凹部１ａの基板１−１、１−２の上下には放熱パッド２−１、２−２、２−３が設けられ、放熱パッド２−１、２−２、２−３は金属ビア３−１、３−２によって結合される。この場合、下側の金属ビア３−１は直径０．３ｍｍと大きく、上側の金属ビア３−２は直径０．２５ｍｍと小さくしてあり、これにより、放熱効率を高くする。金属ビア３−１、３−２はＡｇ又はＡｇ合金よりなり、焼結を阻害しない範囲でＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ等を添加できる。

ＬＴＣＣ基板１の凹部１ａ（特許請求の範囲における第１の凹部に相当）を囲み上部をＬＴＣＣ基板１の上部を構成する基板１−３、１−４の下の基板１−１、１−２の上下には、電極パッド４−１ａ、４−１ｂ、配線パッド４−２ａ、４−２ｂ；４−３ａ、４−３ｂが設けられ、金属ビア（図示せず）によって電気的に接続される。尚、この金属ビアは金属ビア３−１、３−２と同一層よりなる。

たとえば６個の深紫外線ＬＥＤ素子５は波長２１０〜３１０ｎｍの領域の深紫外線を発生するものであり、たとえばその発光層はＡｌＧａＮ系材料で構成される。これらの深紫外線ＬＥＤ素子５はＡｕＳｎ共晶接合層又はバンプ（図示せず）を用いてサブマウント６に搭載される。このＡｕＳｎ共晶接合温度は後述の三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１の接着温度２６０〜３２０℃と同等又はより高い。たとえば、接合温度が３００℃であれば、電気加熱炉による気密封止工程での接着温度は２９０℃と少し低めに設定する。従って、電気加熱炉による気密封止工程で深紫外線ＬＥＤ素子５の共晶又はバンプの再溶融、再硬化はない。また、サブマウント６はＡｌＮ又は酸化シリコンを有するシリコンより構成され、放熱性能がよいＡｕＳｎ共晶接合層（図示せず）によって放熱パッド２−３に接合される。従って、深紫外線ＬＥＤ素子５から発生した熱はサブマウント６、放熱パッド２−３、金属ビア３−２、放熱パッド２−２、金属ビア３−１及び放熱パッド２−１を介して外部へ放熱される。また、サブマウントを用いず直接深紫外ＬＥＤ素子５をＬＴＣＣ基板１−２に接合することもできる。

深紫外線ＬＥＤ素子５はサブマウント６上の配線層６ａ、６ｂ間に電気的に接続され、配線層６ａ、６ｂはワイヤ７ａ、７ｂによって基板１−２上のワイヤボンディングパッド８ａ、８ｂに電気的に接続される。尚、ワイヤボンディングパッド８ａ、８ｂは電極パッド４−３ａ、４−３ｂの一部であり、配線パッド４−３ａ、４−３ｂ；４−２ａ、４−２ｂを介して電極パッド４−１ａ、４−１ｂに電気的に接続される。従って、深紫外線ＬＥＤ素子５は電極パッド４−１ａ、４−１ｂ間に電気的に接続されることになる。

ツェナダイオード素子９は深紫外線ＬＥＤ素子５を逆電圧から保護するためのものであり、深紫外線ＬＥＤ素子５に電気的に逆並列に接続される。つまり、ツェナダイオード素子９の一方の電極はＬＴＣＣ基板１の凹部１ａのサブマウント６が搭載されていない領域上の配線パッド４−３ｃ上に搭載され、ツェナダイオード素子９の他方の電極はワイヤ７ｃによってワイヤボンディングパッド８ｂに電気的に接続される。

尚、放熱パッド２−１、電極パッド４−１ａ、４−１ｂは同一層であり、放熱パッド２−２、配線パッド４−２ａ、４−２ｂは同一層であり、放熱パッド２−３、電極パッド４−３ａ、４−３ｂ、４−３ｃ、ワイヤボンディングパッド８ａ、８ｂは同一層である。

ＬＴＣＣ基板１の凹部１ａを覆うようにＬＴＣＣ基板１の上部つまり基板１−４上に平板状の深紫外線透過窓部材１０を設けてある。深紫外線透過窓部材１０の材料は、深紫外線を透過する材料、たとえば、石英ガラス、サファイヤ、ＭｇＯ、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、合成フューズドシリカ等である。

基板１−４と深紫外線透過窓部材１０との間に気密封止部材として三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１を設ける。三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１は、たとえば、Ｖａｎｅｅｔｅｃｔ（登録商標）として知られ（参照：非特許文献１）、還元剤によるバナジウムイオンのＶ^５＋→Ｖ^４＋とする価数制御によりガラス構造を層状から三次元網目構造へ変化させ、これにより、水分子の侵入を抑止し、さらにこの三次元網目構造の隙間にイオン半径の大きい元素及び／又は低融点性元素たとえばバリウムイオンを多数導入し、緻密化したものである。これにより、接着温度を２６０〜３２０℃と低下できると共に結晶化を防止できる（参照：非特許文献１、２）。

さらに、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１と深紫外線透過窓部材１０との間に、反射層として深紫外線に対して反射率が高い金属層１２を設ける。金属層１２は、たとえば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ等を含む単層又は複層よりなる。この場合、金属層１２を深紫外線透過部材１０上に予め形成し、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラスの粉末またはペーストを金属層１２及びＬＴＣＣ基板１の基板１−４のいずれか一方又は両方に塗布する。その後、電気加熱炉において、深紫外線ＬＥＤ素子５の接合温度より低い接着温度２６０〜３２０℃で金属層１２と基板１−４とを接着する。

このように、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１上に反射層としての金属層１２を設けているので、深紫外線透過窓部材１０内で反射した深紫外線は金属層１２によってさらに反射され、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１は深紫外線照射を受けない。この結果、深紫外線の有効照射量を増大できる。

また、図１、図２の金属層１２の代りに、反射層として図３に示す深紫外線反射多層膜１３を用いることができる。

図３において、深紫外線反射多層膜１３は、深紫外線を透過する誘電体層である高屈折率層１３１、低屈折率層１３２よりなる組１３−１、１３−２、…、１３−Ｎを積層することによって構成されている。各組１３−ｉ（ｉ＝１、２、…、Ｎ）は、所定の中心波長λ_ｉを有する深紫外線を光の干渉を利用して反射する。このときの反射条件は、
ｎ_１３１・ｄ_１３１＝ｎ_１３２・ｄ_１３２＝λ_ｉ／４
但し、ｎ_１３１は高屈折率層１３１の屈折率、
ｄ_１３１は高屈折率層１３１の厚さ、
ｎ_１３２は低屈折率層１３２の屈折率、
ｄ_１３２は低屈折率層１３２の厚さ
である。つまり、広い波長範囲の深紫外線を反射するためには、中心波長λ_ｉが少し異なる複数組１３−１、１３−２、…、１３−Ｎが必要となる。この場合、高屈折率層１３１と低屈折率層１３２との屈折率差が大きい程、反射できる深紫外線の波長間隔が大きくなるので、反射したい深紫外線の波長間隔に応じて高屈折率層１３１、低屈折率層１３２の材料を選択する。

たとえば、高屈折率層１３１を屈折率２．０のＨｆＯ_２層とし、低屈折率層１３２を屈折率１．５の酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層とする。また、ＨｆＯ_２層１３１、ＳｉＯ_２層１３２の組数Ｎを１５とし、さらに、１つのＨｆＯ_２層１３１を付加し、合計３１層積層し、この場合、ＨｆＯ_２層１３１の厚さｄ_１３１を徐々に異なる値とし、また、ＳｉＯ_２層１３２の厚さｄ_１３２を徐々に異なる値とする。このとき、深紫外線反射多層膜１３の上側の深紫外線透過窓部材１０もたとえば石英ガラスよりなる低屈折率であり、また、深紫外線反射多層膜１３の下側の三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１も低屈折率を有するので、深紫外線反射多層膜１３においては、始端及び終端は高屈折率のＨｆＯ_２層１３１とする。従って、Ｎ×２＋１＝３１層となる。尚、深紫外線反射多層膜１３の反射率は層数に応じて指数関数的に増加し、層数３１の深紫外線反射多層膜１３により、２６０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲で十分な深紫外線反射特性を得ることができる。

尚、高屈折率層１３１としては、ＨｆＯ_２の代りに、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３等の酸化物系材料を用いることもできる。また、低屈折率層１３２としては、ＳｉＯ_２の代りに、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２、ＢａＦ_２等の低屈折率材料を用いることもできる。

図４は本発明に係る深紫外線発光装置の第２の実施の形態を示す上面図、図５は図４の深紫外線発光装置のＶ−Ｖ線断面図である。

図４、図５においては、図１、図２の平板状の紫外線透過窓部材１０の代りに、凸部１０’ａを有する深紫外線透過窓部材１０’を設けてある。深紫外線透過窓部材１０’の凸部１０’ａはＬＴＣＣ基板１の凹部１ａに対応し、凹部１ａ内に嵌込められる。この場合、金属層１２’は基板１−４に対応した深紫外線透過窓部材１０’の領域に設けられるが、図５に示すごとく、深紫外線透過窓部材１０’の凸部１０’ａの垂直側壁Ｗ１にも設けられる。このとき、金属層１２’が必ずしも基板１−４に接触する必要性はないが、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１の側辺を覆っている。これにより、深紫外線透過窓部材１０’内で反射した深紫外線をさらに反射できる。このようにして、基板１−４に深紫外線透過窓部材１０’を三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１によって接合する際に、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１の一時的な粘度の低下があっても、深紫外線透過窓部材１０’の横方向のずれはその凸部１０’ａの垂直側壁Ｗ１によって抑制できる。

尚、図５の深紫外線透過窓部材１０’の凸部１０’ａの垂直側壁Ｗ１は垂直となっているが、図６の（Ａ）に示すごとく、メサ状側壁Ｗ２にしてもよく、また、図６の（Ｂ）に示すごとく、逆メサ状側壁Ｗ３にしてもよい。これにより、凸部１０’ａの側壁Ｗ２、Ｗ３に形成された金属層１２’によって深紫外線透過窓部材１０’内で反射した深紫外線をさらに反射できる。

また、図５、図６の（Ａ）、（Ｂ）の深紫外線透過窓部材１０’の凸部１０’ａには、図６の（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）に示すごとく、凹部１０’ｂ（特許請求の範囲における第２の凹部に相当）を設けることもできる。詳しくは、図６の（Ｃ）において、凸部１０’ａの垂直側壁Ｗ１の内側に垂直側壁Ｗ１’を設け、また、図６の（Ｄ）において、凸部１０’ａのメサ状側壁Ｗ２の内側にメサ状側壁Ｗ２’を設け、さらに、図６の（Ｅ）において、凸部１０’ａの逆メサ状側壁Ｗ３の内側に逆メサ状側壁Ｗ３’を設ける。これにより、深紫外線透過窓部材１０’内で反射されさらに金属層１２’によって反射される深紫外線を増大できるので、深紫外線透過窓部材１０’を出射する深紫外線が増加して有効照射量を増大できる。

図５、図６の（Ｃ）の深紫外線透過窓部材１０’の製造方法を図７を参照して説明する。初めに、平板状部材たとえば石英ガラスを準備する。次に、平板状部材に、ダイサー等を用いてハーフカットにより垂直側壁Ｗ１を有する溝Ｇを格子状に形成する。図６の（Ｃ）の場合には、さらに凹部１０’ｂを形成して垂直側壁Ｗ１’を形成する。最後に、溝Ｇの中心部Ｃをフルダイシングにより切断することで形成する。

また、図６の（Ａ）、（Ｄ）の深紫外線透過窓部材１０’の製造方法を図８を参照して説明する。初めに、平板状部材たとえば石英ガラスを準備する。次に、マスキングした平板状部材に、サンドブラストによりメサ状側壁Ｗ２を有する溝Ｇ’を格子状に形成する。図６の（Ｄ）の場合、さらに、凹部１０’ｂを形成してメサ状側壁Ｗ２’を形成する。メサ状側壁Ｗ２、Ｗ２’の角度たとえば７０°はサンドブラスト条件で決定される。最後に、溝Ｇ’の中心部Ｃ’をフルダイシングにより切断することにより、たとえば７０°程度のテーパ角を有する凸部１０’ａを形成する。

さらに、図６の（Ｂ）、（Ｅ）の深紫外線透過窓部材１０’の製造方法は、始めに、図８に示すメサ状側壁Ｗ２、Ｗ２’を有する第１の平板状部材を準備する。次に、第１の平板状部材を反転し第２の平板状部材に貼り合せる。貼り合せ方法としては、原子拡散接合（ＡＤＢ）や表面活性化接合（ＳＡＢ）を用いることができる。その後、第１の平板状部材の裏面を化学的機械的プロセス（ＣＭＰ）法又はフッ酸を用いた化学的エッチング法によって平坦化する。最後に、第１の平板状部材の溝Ｇ’の中心部Ｃ’をフルダイシングすることにより逆メサ状側壁Ｗ３、Ｗ３’を形成する。

尚、図４、図５の金属層１２’の代りに、図３に示す深紫外線反射多層膜１３を用いることもできる。

図９は本発明に係る深紫外線発光装置の第３の実施の形態を示す上面図、図１０は図９の深紫外線発光装置のＸ−Ｘ線断面図である。

図９、図１０においては、図１、図２のＬＴＣＣ基板１の基板１−４の外周部に段差１−４ａを設け、この段差１−４ａに三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１を塗布する。この段差１−４ａは、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１の熱応力を小さくするために、０．１〜０．２ｍｍとする。金属層１２は三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１を含めてＬＴＣＣ基板１の基板１−４全体の上に位置する。この場合、金属層１２を深紫外線透過窓部材１０上に予め形成し、他方、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラスの粉末またはペーストをＬＴＣＣ基板１の基板１−４の外周部段差に予め塗布し、電気加熱炉において深紫外線ＬＥＤ素子５の接合温度より低い接着温度で深紫外線透過窓部材１０の金属層１２をＬＴＣＣ基板１の基板１−４に三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１によって接着する。

このように、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１上に反射層としての金属層１２を設けているので、深紫外線透過窓部材１０内で反射した深紫外線は金属層１２によって反射され、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１は深紫外線照射を受けない。また、同時に深紫外線ＬＥＤ素子５からの直接の深紫外光はＬＴＣＣ基板１の基板１−４によって反射される。この結果、深紫外線の有効照射量を増大できる。

図１１は本発明に係る深紫外線発光装置の第４の実施の形態を示す上面図、図１２は図１１の深紫外線発光装置のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。

図１１、図１２においては、図１、図２のＬＴＣＣ基板１の基板１−４の凹部１−４ｂ（特許請求の範囲における第３の凹部に相当）を設け、この凹部１−４ｂに三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１を塗布する。この凹部１−４ｂは三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１の熱応力を小さくするために、０．１〜０．２ｍｍとする。金属層１２は三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１を含めてＬＴＣＣ基板１の基板１−４全体の上に位置する。この場合も、金属層１２を深紫外線透過窓部材１０上に予め形成し、他方、三次元網目構造バナジウム系低融点ガラスの粉末またはペーストをＬＴＣＣ基板１の基板１−４の凹部１−４ｂに予め塗布し、電気加熱炉において深紫外線ＬＥＤ素子５の接合温度より低い接着温度で深紫外線透過窓部材１０の金属層１２をＬＴＣＣ基板１の基板１−４に三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層１１によって接着する。

図１３は図１２の深紫外線発光装置の変更例を示す断面図である。

図１３においては、図１２の深紫外線透過窓部材１０の外周部の一部を予め面取りして面取り部１０ａとする。従って、深紫外線透過窓部材１０に予め形成される金属層１２は深紫外線透過窓部材１０の面取り部１０ａで上方へ曲る。この結果、深紫外線透過窓部材１０の外周部から漏れようとする深紫外光ＵＶ４は上方へ曲った金属層１２によって反射されて戻されることになる。従って、深紫外光の有効照射量を増大する。また、この深紫外線発光装置の横に配置される他の装置に、深紫外線透過窓部材１０の外周部から漏れる深紫外光を抑制できる。

尚、紫外線透過窓部材１０の外周部の一部を予め面取りし、その部分まで金属層１２を形成する図１３に示す変更例は、図１、図４、図９に示す第１、第２、第３の実施の形態にも適用できる。

また、上述の実施の形態は２１０〜３１０ｎｍの短波長領域の深紫外線発光装置に係るが、本発明は３１０ｎｍ以上の長波長領域の紫外線発光装置にも適用できる。この場合には、深紫外線ＬＥＤ素子５を紫外線ＬＥＤ素子に変更し、金属層１２として当該長波長領域における反射率が良好な材料を用いるか、又は深紫外線反射多層膜１３を紫外線の長波長領域に合わせた紫外線反射多層膜に変更する。

さらに、上述の実施の形態においては、基板材料としてＬＴＣＣを用いる場合を示したが、高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）やＡｌＮを用いることもできる。また、ＨＴＣＣやＡｌＮの場合には、金属ビア材料としてＷ、Ｍｏ、Ｃｕ及びそれらの合金を用いることができる。さらに、ＡｌＮの場合には、熱伝導率が大きいので、金属ビアを用いなくても良い。

さらにまた、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲のいかなる変更にも適用できる。

本発明の紫外線発光装置、特に、深紫外線発光装置は、殺菌効果が大きいので、浄水器、ウォータクーラ、ウォータサーバ、医療用純水器、加湿器、食器洗浄機、デンタルチェア等における水の殺菌浄化装置に利用できる。

１：ＬＴＣＣ基板
１−１、１−２、１−３、１−４：基板
１ａ：凹部
１−４ａ：段差
１−４ｂ：凹部
２−１、２−２、２−３：放熱パッド
３−１、３−２：金属ビア
４−１ａ、４−１ｂ：電極パッド
４−２ａ、４−２ｂ、４−３ａ、４−３ｂ、４−３ｃ：配線パッド
５：深紫外線ＬＥＤ素子
６：サブマウント
６ａ、６ｂ：配線層
７ａ、７ｂ：ワイヤ
８ａ、８ｂ：ワイヤボンディングパッド
９：ツェナダイオード素子
１０、１０’：深紫外線透過窓部材
１０ａ：面取り部
１０’ａ：凸部
１０’ｂ：凹部
１１：三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層
１２、１２’：金属層
１３：深紫外線反射多層膜
１００：紫外線発光装置
１０１：基板
１０１ａ：凹部
１０１ｂ：上部
１０２：紫外線ＬＥＤ素子
１０３：紫外線透過窓部材
１０４：接着層
１１１：ケーシング
１１２：反射板
２００：紫外線発光装置
２０１、２０２：金属層
２０３：ＡｕＳｎ（ＡｇＳｎ）共晶接合層
Ｗ１、Ｗ１’：垂直側壁
Ｗ２、Ｗ２’：メサ状側壁
Ｗ３、Ｗ３’：逆メサ状側壁

Claims (14)

1. 第１の凹部が形成され、該第１の凹部を囲む上部を有する基板と、
   前記基板の第１の凹部内に設けられた紫外線発光素子と、
   前記基板の第１の凹部を覆うように前記基板の上部に設けられた紫外線透過窓部材と、
   前記基板の上部と前記紫外線透過窓部材との間に設けられた三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層と、
   前記三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層と前記紫外線透過窓部材との間に設けられた反射層と
   を具備し、前記三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層の三次元網目構造の隙間にイオン半径の大きい元素及び／又は低融点性元素が導入されている紫外線発光装置。
2. 前記反射層は金属層を具備する請求項１に記載の紫外線発光装置。
3. 前記反射層は紫外線反射多層膜を具備する請求項１に記載の紫外線発光装置。
4. 前記紫外線透過窓部材は前記基板の第１の凹部に対応した凸部を有し、前記紫外線透過窓部材の凸部は前記基板の第１の凹部内に嵌込められた請求項１に記載の紫外線発光装置。
5. 前記反射層は前記紫外線透過窓部材の凸部の側壁にも設けられた請求項４に記載の紫外線発光装置。
6. 前記凸部の側壁は、垂直側壁、メサ状側壁及び逆メサ状側壁のいずれかである請求項５に記載の紫外線発光装置。
7. 前記紫外線透過窓部材の凸部に第２の凹部が形成された請求項４に記載の紫外線発光装置。
8. 前記第２の凹部の側壁は、垂直側壁、メサ状側壁及び逆メサ状側壁のいずれかである請求項７に記載の紫外線発光装置。
9. 前記三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層は前記基板の上部の外周部の段差に設けられた請求項１に記載の紫外線発光装置。
10. 前記三次元網目構造バナジウム系低融点ガラス層は前記基板の上部の第３の凹部に設けられた請求項１に記載の紫外線発光装置。
11. 前記紫外線透過窓部材の外周部の一端を面取り、該面取りした外周部にも前記反射層を設けた請求項１〜１０のいずれかに記載の紫外線発光装置。
12. 前記紫外線発光素子は深紫外線発光素子であり、前記紫外線透過窓部材は深紫外線透過窓部材である請求項１に記載の紫外線発光装置。
13. 前記紫外線発光素子は深紫外線発光素子であり、前記紫外線透過窓部材は深紫外線透過窓部材であり、
    前記反射層は深紫外線反射多層膜を具備する請求項１に記載の紫外線発光装置。
14. 処理ガス又は処理水を流すためのケーシングと、
    前記ケーシングの外面に設けられた請求項１〜１３のいずれかに記載の紫外線発光装置の少なくとも１つと
    を具備する紫外線照射装置。
    

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