JP4743634B2 - 面発光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、可視光線又は紫外線を放射して光触媒を励起し、有害物の分解や殺菌を行う機能を持つ面発光体を用いた面発光デバイス、及びこれを用いたろ過フィルタ、光アシスト型セラミックフィルタに関する。

従来の空気清浄機等の光触媒を利用した有害物分解装置は、ＴｉＯ₂等の光触媒機能を持つ材料を多孔体に担持させたものに、水銀灯等から放射される紫外線を照射して光触媒を励起している。しかしこの場合は、水銀灯等を別に設置しなければならないため、たとえば、空気清浄機の場合は全体の装置サイズが大きくなってしまう。

これに対し、面発光体を光源として光触媒を励起する方法が考えられている（特許文献１参照）。これは、短波長可視光〜紫外線発光する無機ＥＬ発光体シートを光源として光触媒を励起するものである。例えば、シートを２枚重ね、その間に存在する流体中の有害成分を光触媒作用により分解除去するものである。しかし、この構造では、多量の流体を処理するためには、積層枚数を多くして流路を多く作らなければならず、装置自体が非常に大きなものとなってしまう。

また、近年、耐熱性が高く、高強度、高透過性セラミックフィルタの必要性が高まっている。このようなセラミックフィルタは例えば食品、薬品分野などにおいて使用されている。従来この分野では、有機膜が使用されてきたが、セラミックスには有機膜にはない優れた耐熱性、耐圧性、耐薬品性、高い分離能を持ち、有機膜を代替しつつある。さらに、セラミックフィルタは触媒担体や微生物培養担体などのバイオリアクターなどとしても使用されている。

一般に用いられているセラミックフィルタは、複数の流路が断面に垂直に形成されたレンコン状の断面を持ち、流路の内壁にろ過層が形成されている。実際にろ過に必要な細孔径の小さなろ過層部分の厚さを薄くすることにより透過性能を上げるように設計されている。すなわち、ろ過を行うろ過層とろ過層を支持する支持体からなる構造にしている。断面の直径が３０ｍｍ程度、長さが５００〜１０００ｍｍ程度のセラミックフィルタがよく用いられている。全体の気孔率は３５〜４０％程度であり、ろ過層の細孔径は０．００５〜１μｍ程度、中間層および支持体の細孔径は、それぞれ２〜３μｍ、１０〜２０μｍ程度である。ろ過層と中間層の総厚は百数十μｍ程度である。流路に導入された原液はろ過層でろ過され、清澄液が中間層と支持体を通って、セラミックフィルタの側面から排出される。
しかし、このようなセラミックフィルタは、被捕集物サイズと細孔径の関係による物理的なろ過しかできない。

これらの方法に対して、発光体と電極自体を多孔体構造にして、流体がこれを透過する時に、多孔体自体が紫外線を放射して、多孔体内に担持された光触媒が有機物を分解、あるいは細菌やウィルス等を殺菌する機能を持つセラミックフィルタが発明されている（特許文献２参照）。発光体は半導体粒子を若干焼結させることで得られる。

しかしこの方法では、以下のような問題がある。
（１）多孔質発光層の細孔径や気孔率の制御には高度の技術を要する。特に、高い透過性が要求される空気清浄等に用いる場合は、細孔径や気孔率を大きくする必要があり、粒径の大きな半導体粒子を用いる必要があるが、粒径を大きくすると焼結性が低下する。また、粉末を焼結する方法では気孔率の高い発光層が得にくい。
（２）多孔体表面にスパッタや蒸着で電極を形成しているので、コストが高くなる。
（３）多孔質発光層内部を液体、特に導電性の高い液体を透過させる場合には、多孔質発光層を構成する粒子、および電極等を完全に絶縁しないと、電界が効率的に印加できない場合があるが、この絶縁処理には高度な技術を必要とする。特に構成粒子サイズが小さくなるとさらに高度な技術が必要でコストもかかる。
特開２００３−２０００４３号公報 国際公開第０４／００６９６９号パンフレット

本発明は、紫外線ランプや紫外線ＬＥＤなどの外部紫外線光源を用いなくても触媒反応を効率よく起こすことができ、さらに、外部光源では処理できない紫外線の吸収が激しい汚濁流体の場合でも効率よく触媒反応を起こすことができる面発光デバイスを提供することを目的とする。さらに、発光層の絶縁処理を容易に行うことができ、高度の技術を必要とせず、コストをかけずに得ることができる面発光デバイスを提供することを目的とする。
また、容易に低コストで作製でき、有機物を分解、あるいは細菌やウィルス等を殺菌する機能を持つセラミックフィルタを提供することを目的とする。

上記課題を解決する方法として発明者は、独自の構造を持つ面発光デバイス及びセラミックフィルタを発明した。即ち、本発明は以下の（１）〜（２１）の構成よりなる。
（１） エレクトロルミネッセンスにより可視光線又は紫外線を放射する機能を持つ発光層が格子状に配置されてなる面発光体を有し、前記面発光体の格子の隙間が面発光体の面と垂直方向の流体の流路を形成しており、前記面発光体の上面及び／又は下面に前記面発光体の発する光によって触媒作用を行う光触媒を有する多孔体層が配置されていることを特徴とする面発光デバイス
（２） 前記流路に光触媒を有する多孔体が充填されていることを特徴とする前記（１）に記載の面発光デバイス。

（３） 前記面発光体が、電極部分を除き外部と電気的に絶縁されていることを特徴とする前記（１）〜（２）のいずれかに記載の面発光デバイス。

（４） 放射された可視光線又は紫外線が流路に集中することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の面発光デバイス。
（５） 前記面発光体の発光層が、可視光線及び／又は紫外線を反射する部材で挟まれていることを特徴とする前記（４）に記載の面発光デバイス。
（６） 前記面発光体の面全体に対する流路の占める面積（流路面積比）が３０〜７０％であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の面発光デバイス。

（７） 前記面発光体の発光スペクトルのピーク波長が５４０ｎｍ以下であることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の面発光デバイス。
（８） 前記面発光体の発光スペクトルのピーク波長が４６０ｎｍ以下であることを特徴とする前記（７）に記載の面発光デバイス。
（９） 前記面発光体の発光スペクトルのピーク波長が４００ｎｍ以下であることを特徴とする前記（８）に記載の面発光デバイス。

（１０）前記面発光体として無機ＥＬデバイス又は有機ＥＬデバイスを用いることを特徴とする前記（１）〜（９）のいずれかに記載の面発光デバイス。

（１１） 前記無機ＥＬデバイスに用いられる蛍光体が、一般式がＺｎ_{（１−ｘ）}Ａ_ｘＳ：Ｃｕ，Ｄ（式中のＡは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａの群から選ばれる少なくとも１種の２Ａ族元素、Ｄは、３Ｂ族または７Ｂ族元素から選ばれる少なくとも１種であり、０＜ｘ＜１である）であり、Ｂｌｕｅ−Ｃｕ型発光機能を持つ蛍光体を含むことを特徴とする前記（１０）に記載の面発光デバイス。
（１２） 前記無機ＥＬデバイスに用いられる蛍光体が、一般式がＺｎ_{（１−ｘ）}Ａ_ｘＳ：Ａｇ，Ｄ（式中のＡは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａの群から選ばれる少なくとも１種の２Ａ族元素、Ｄは、３Ｂ族または７Ｂ族元素から選ばれる少なくとも１種であり、０＜ｘ＜１である）であり、Ｂｌｕｅ−Ｃｕ型発光機能を持つ蛍光体を含むことを特徴とする前記（１０）に記載の面発光デバイス。

（１３） 前記光触媒を有する多孔体層が、発泡金属、発泡セラミックス、又は樹脂織布であることを特徴とする前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の面発光デバイス。
（１４） 前記光触媒を有する多孔体層がセラミックフィルタであることを特徴とする前記（１）〜（１３）のいずれかに記載の面発光デバイス。
（１５） 前記セラミックフィルタが複数の流路を有し、この流路が面発光体デバイスの流路と連通することを特徴とする前記（１４）に記載の面発光デバイス。

（１６） 前記光触媒を有する多孔体層の平均細孔径が５００μｍ以下であることを特徴とする前記（１）〜（１５）のいずれかに記載の面発光デバイス。
（１７） 前記面発光体と多孔体層が繰り返し積層されていることを特徴とする前記（１）〜（１６）のいずれかに記載の面発光デバイス。

（１８） 前記（１）〜（１７）のいずれかに記載の面発光デバイスを用いたろ過フィルタ。
（１９） 前記（１８）に記載のろ過フィルタを用いた空気清浄機又はエアコンディショナー用フィルタ。
（２０）前記光触媒を有する多孔体が、発泡金属、発泡セラミックス、又は樹脂織布であることを特徴とする前記（２）に記載の面発光デバイス。
（２１）前記光触媒を有する多孔体の平均細孔径が５００μｍ以下であることを特徴とする前記（２）又は（２０）に記載の面発光デバイス。

本発明の面発光デバイスは、可視光線又は紫外線を放射する面発光体で光触媒を励起させることができる面発光デバイスである。本発明の面発光デバイスを汚濁流体中に設置して作動させることにより、紫外線ランプや紫外線ＬＥＤなどの外部紫外線光源を用いなくても触媒反応を効率よく起こすことができる。特に、外部光源では処理できない紫外線の吸収が激しい汚濁流体の場合でも効率よく触媒反応を起こすことができるようになる。
また、本発明の面発光デバイスは、面発光体に流体の流路となる複数の貫通孔が形成されているので発光層の中を流体が通過することがなく、特別なコストをかけずに発光層の絶縁処理を行うことができる。

本発明の面発光デバイスを用いた触媒反応容器は、有機物の分解・細菌等の殺菌が可能なため、大気中の汚染物質となるＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯガス、ディーゼルパティキュレート、花粉、埃、ダニ等の分解除去、下水中に含まれる有機化合物の分解除去、一般の細菌、ウィルス等の殺菌光源、化学プラントで発生する有害ガスの分解、臭い成分の分解、超純水製造装置における殺菌光源等、様々な分野に応用できる。また、自動車排ガス処理用ハニカム材、空気清浄機用・エアコンディショナー用フィルタ、下水濾過フィルタ、各種浄水器、温泉の殺菌、防虫剤にも応用可能である。

また、本発明の光アシスト型セラミックフィルタを用いることにより、物理的なサイズによる通常のろ過と、ろ過では捕集することができないより小さな有機物や細菌・ウィルス等を光触媒機能により分解することができる。また、本発明の光アシスト型セラミックフィルタは、容易に、低コストで作製することができる。

本発明の面発光デバイスの構造の一例を示す図である。(ａ)は側面図であり、（ｂ）は斜視図である。 本発明の面発光デバイスの他の構造例を示す図である。 本発明に用いる無機ＥＬデバイスの構造の一例を示す図である。 本発明に用いる無機ＥＬデバイスの他の構造例を示す図である。 本発明の面発光デバイスの他の構造例を示す図である。 本発明の光アシスト型セラミックフィルタの構造例を示す図である。 実施例における面発光デバイスの製造工程を示す図である。 実施例の面発光デバイスの評価方法の説明図である。 比較例の面発光デバイスの評価方法の説明図である。

本発明の面発光デバイスの基本構造の１つは、可視光線又は紫外線を放射する機能を持つ面発光体と、その上面及び／又は下面に形成された光触媒を有する多孔体層を有し、面発光体の面と垂直方向に流体の流路となる複数の貫通孔が形成されている。可視光線又は紫外線を放射する機能を持つ面発光体として、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）シートと呼ばれる発光シートが好ましく用いられる。

本発明の面発光デバイスの具体的構造の一例（第一の構造）を図１に示す。図１において、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は斜視図である。
図１の面発光デバイスは、複数の短冊状の発光層が一定の隙間間隔を置いて並べられた面発光体の上面及び下面に光触媒を有する多孔体層が配置されている。被処理流体は一方の多孔体層の面から流入し、面発光体の隙間を通り、反対側の多孔体層を通って排出される。面発光体から放出された可視光線又は紫外線は、面発光体の直上面及び直下面にある多孔体層の面に垂直に入射されるが、多孔体層内部で反射を繰り返すために、光は多孔体層全体に均一に広がって行き、光触媒を励起することができる。一方の面の多孔体層を通った流体は、面発光体の隙間を通り、最終的にもう一面の多孔体層を通って清澄流体として排出される。面発光体の上面又は下面全体の面積に対する面発光体の隙間が占める面積（ここでは流路面積比と呼ぶ）は、高いほど流体の透過特性が向上するが、逆に発光部分の面積が低下して光触媒を有する多孔体へ均一に光が照射されない、または輝度が低下する。目安としては流路面積比は全体の３０％〜７０％が好ましい。

また、この時、面発光体は、図１に示すように、電極部分を除き、外部と電気的に絶縁されていることが好ましい。このようにすることにより、導電性の高いあらゆる液体に対しても使用できるデバイスとなる。
このとき、貫通孔を形成した断面も電気的に絶縁されている。断面を封止する方法としては、貫通孔を形成したＥＬシートを一旦作製し、貫通孔部に液状樹脂を流し込んで乾燥させた後、電気的に絶縁を保ちつつ、再度樹脂部に貫通孔を形成するなどの方法もある。
本発明の面発光デバイスは、発光層の中を流体が通過しない（そのために流体の流路となる複数の貫通孔が形成されている）ので特別なコストをかけずに絶縁処理を行うことができる。さらに、貫通孔が開いていることにより、発光時に発生する熱を貫通孔を通して速やかに排出できるという利点もある。

本発明の面発光デバイスの第二の構造は、図２に示すように、発光層が格子状に配置された構造である。
短冊状の発光層の場合は、複数の発光層毎に電圧印加のための複数組のリード線を形成しなければならないが、格子状の場合、基本的にリード線は１組で済むのでコスト低減に効果がある。格子構造の場合は、光がより均一に多孔体内部へ導かれるため好ましい構造である。この場合、流路となる格子のサイズは５ｍｍ以下が好ましい。流路の形は限定されず、方形でも円形でも構わない。
尚、予め複数の円形の穴が開いた、ディスプレイやバックライトとしての使用を目的としたＥＬシートも市販されているので、これを利用してもよい。

一方、本発明では、面発光体の構造を制御することにより、発光層から放射される光を流路に集中させることもできる。
発光層の上下面（多孔体層を設ける面）を可視光線や紫外線を透過しないで反射する金属材料等の部材で挟むと、発光層からの光はこれら部材で反射を繰り返し、閉じ込められた状態になり、上下面には放出されないで発光層の断面（流路側の面）を経て、流路に集中した後、流路から外部へ放出されることになる。すなわち、このような構造にすると、流路のみが発光するデバイスにすることができる。このような構造は、例えば面発光体として用いる無機ＥＬデバイスの電極を可視光線や紫外線を透過しないで反射する金属材料とすることにより容易に可能である。

面発光体の上下に光触媒を有する多孔体層を配置したデバイスにおいて、流体が通過するのは、主として流路の直上の多孔体層の部分であることは明白であり、この部分に光を集光させることで、最も効率の高い光触媒性能を発揮させることができる。このような集光構造の場合は、面発光体の上下のみならず、形成した流路の部分にも光触媒を有する多孔体を埋め込むことにより、発光源と光触媒の距離が最近接状態になるので、光の減衰を防止できる利点がある。尚、このような構造の場合、流路となる格子のサイズは５ｍｍ以下である必要がない。これは、光が流路に集中するためである。

このような構造とすることにより、流路の発光層の断面に直接接触している光触媒には可視光線又は紫外線が空間を介在することなく照射されることになる。光触媒には次の課題がある。すなわち、光触媒が汚れの激しい状態に置かれた時、光触媒表面に汚れが厚く付着してしまい、外部光源の光が光触媒に届かなくなって光触媒機能が停止するという課題がある。上記のように、本発明の流路に光触媒を有する多孔体を装填した面発光デバイスは、流路の発光層の断面に直接接触している光触媒には可視光線又は紫外線が空間を介在することなく照射され続けることになるので、この問題は解決できることになる。
流路に充填する光触媒を有する多孔体としては、多孔体に光触媒を担持したものであってもよいし、粒子状の光触媒を充填して多孔体としたものであってもよい。

また、波長が２５４ｎｍ付近の紫外線を発生させれば、光触媒がなくても、通常の水銀ランプと同様の殺菌作用を持つろ過フィルタとして機能させることができる。

本発明に用いるエレクトロルミネッセンスの第一の構造は、一般に分散型ＥＬと呼ばれるもので、発光層は、可視光線又は紫外線を放射する機能を持つ蛍光体が誘電体中に分散した構造からなる。
第二の構造は、薄膜型ＥＬと呼ばれるもので、膜厚が１μｍ以下の薄膜発光層が絶縁層により挟まれた構造からなるもので、発光層は樹脂を含まず蛍光体のみから構成される。
薄膜型ＥＬは発光輝度が高いので照射できる光量が多く光触媒を励起できる効率が高いという特徴があるが、発光効率が１ ｌｍ／Ｗ以下と低いため消費電力が大きい、かつ、高価な気相合成装置が必要である等の欠点がある。一方、分散型ＥＬは、輝度は低いものの発光効率が１０ ｌｍ／Ｗを超える場合もあり消費電力が小さく、かつ粉末を塗布するプロセスを用いるので製造コストが大幅に低いという利点がある。

面発光体としては、有機ＥＬデバイス又は無機ＥＬデバイスを用いることができるが、耐紫外線性等、耐久性に優れる点で無機ＥＬデバイスが好ましい。
一般に、無機ＥＬデバイスは、ＺｎＳ等の蛍光体粒子を誘電体樹脂中に分散した構造の発光層と、ＢａＴｉＯ₃等の高誘電率セラミックスを誘電体樹脂に分散させた構造の絶縁層を主構造として構成され、発光層が絶縁層に挟まれた構造からなり、絶縁層に電極が形成されている。

本発明に用いる無機ＥＬデバイスの構造例を図３に示す。図３（ａ）は発光層の下面のみに絶縁層を有するものであり、図３（ｂ）は、発光層の上下面に絶縁層を有するものである。本発明においては、表面、および裏面電極を共に透明導電膜で形成することができる。すなわち、面発光体の上下面に紫外線により発光する光触媒を有する多孔体層を配置する場合は、表面および裏面電極を共に透明導電膜で形成する。また樹脂基材、保護層樹脂は面発光体が発する波長の光に対して透光性があり、かつ電気絶縁性を有している。
発光波長が紫外線になると、樹脂が紫外線を透過しにくくなる。通常使われるポリエチレンテレフタート（ＰＥＴ）樹脂は、波長３６０ｎｍ以下の紫外線を透過しにくいので、発光波長がこれを下回る場合には、紫外線透過樹脂を用いると好ましい。紫外線透過樹脂としては、例えば、三菱レイヨン製のアクリライトなどがある。また、発光波長が短いほど樹脂の劣化が進行しやすいので、この場合は樹脂を用いず、全ての構成部材を無機材料にすることもできる利点がある。

また、表面及び裏面電極として透明導電膜の代わりに、可視光線や紫外線を透過しないで反射する金属材料等を用いる（図４参照）と、発光層からの光はこれらの電極で反射を繰り返し、閉じ込められた状態になり、上下面には放出されないで発光層の断面を経て、流路に集中した後、流路から外部へ放出されることになる。この場合、表面及び裏面側の保護層樹脂は面発光体が発する波長の光に対して透光性を有する必要はないが、少なくとも断面側の保護層樹脂には透光性が必要であり、電気絶縁性を有している。

エレクトロルミネッセンスに用いる蛍光体は種類を問わない。例えば、以下の蛍光体を用いることができる。
面発光体の発光波長が５４０ｎｍ以下にピーク波長を持つ場合、可視光応答型の光触媒を励起することができる。無機ＥＬデバイスの場合、この波長の光を発光可能な蛍光体としては、ＺｎＳにＣｕ、Ｃｌ、Ａｌなどをドーピングしたものが発光効率が高いので好ましい。これらの蛍光体は、４５０〜５４０ｎｍ付近にピーク波長を持つ、青色〜緑色発光を示し、可視光応答型光触媒を励起することができるが、４６０ｎｍ以下にピーク波長を持つ光のほうが効率良く光触媒を励起できるので好ましい。

また、一般式がＺｎ_(１−ｘ)Ａ_ｘＳ：Ｃｕ，Ｄ（式中のＡは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａの群から選ばれる少なくとも１種の２Ａ族元素、Ｄは、３Ｂ族または７Ｂ族元素から選ばれる少なくとも１種であり、０＜ｘ＜１である）であり、Ｂｌｕｅ−Ｃｕ型発光機能を持つ蛍光体を含有したものも好ましく用いることができる。Ｄとしては、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｌ、Ｆ等が挙げられるが、原料コストの点でＡｌ、Ｃｌが好ましい。ｘとしては、０．２５≦ｘ≦０．６が好ましい。

Ｂｌｕｅ−Ｃｕ型発光を以下に説明する。例えば、一般的にはＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ蛍光体は、ドーピングされたＣｕがＺｎの位置を置換し、同時にＣｌがＳの位置を置換する。発光波長は５３０ｎｍ近傍の緑色を示すことから、Ｇｒｅｅｎ−Ｃｕ型発光と呼ばれる。一方、ＣｕがＺｎ位置を置換するのと同時に、ＺｎＳの結晶格子の隙間に侵入すると、短波長の４６０ｎｍ近傍のＢｌｕｅ−Ｃｕ型発光と呼ばれる発光が起こる。Ｃｕをドーピングする場合、添加したＣｕの一部は導電性の高いＣｕ_２Ｓとして蛍光体内部に残存し、この蛍光体を用いたＥＬデバイスに交流電界を印加した時、導電性のＣｕ_２Ｓの周囲において電界集中が起こる等の理由でＥＬ発光が起こる。この発光の発光波長は、蛍光体の母体となる半導体のバンドギャップに依存し、バンドギャップが大きいほど短波長の発光が起こる。よって、Ｂｌｕｅ−Ｃｕ型発光を利用すると、例えば、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ，Ａｌ（４５０〜４６０ｎｍ）やＺｎ_０．８Ｍｇ_０．２Ｓ：Ｃｕ，Ｃｌ，Ａｌ（４１０〜４３０ｎｍ）が使用できる。

蛍光体は、光のピーク波長が４００ｎｍ未満、さらに好ましくは３００〜３７５ｎｍの範囲にある紫外発光蛍光体であることが特に好ましい。この場合、最も光触媒性能が高いアナターゼ型ＴｉＯ_２光触媒を励起することができる。
紫外線発光する蛍光体としては、ＺｎＳにＡｇ、Ｃｌ、Ａｌがドーピングされたもの等が候補となる。特にＺｎＳを第一の主成分とし、第二成分としてＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体（ＭｇＳ、ＣａＳ、ＳｒＳ、ＢｅＳ、ＢａＳ等）を一部含む、又は含まない半導体中に、アクセプタ準位を形成するＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｎ、Ａｓ、Ｐ及びＳｂの少なくとも一種と、ドナー準位を形成するＣｌ、Ａｌ、Ｉ、Ｆ及びＢｒの少なくとも一種を含む蛍光体は、発光効率が高いので好ましい。

また、一般式がＺｎ_{（１−ｘ）}Ａ_ｘＳ：Ａｇ，Ｄ（式中のＡは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａの群から選ばれる少なくとも１種の２Ａ族元素、Ｄは、３Ｂ族または７Ｂ族元素から選ばれる少なくとも１種であり、０＜ｘ＜１である）であり、Ｂｌｕｅ−Ｃｕ型発光機能を持つ蛍光体も好ましく用いることができる。Ｄとしては、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｌ、Ｆ等が挙げられるが、原料コストの点からＡｌ、Ｃｌが好ましい。ｘとしては、０．２５≦ｘ≦０．６が好ましい。

この蛍光体の発光のメカニズムはＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌの場合と全く同じであり、Ａｇをドーピングした場合でもＢｌｕｅ−Ｃｕ型発光と呼ばれる。例えば、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ，Ａｌ（３９９ｎｍ）やＺｎ_０．８Ｍｇ_０．２Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ，Ａｌ（３６９ｎｍ）が使用できる。Ａｇ系の場合、Ｃｕ系と同様にＡｇ_２Ｓが形成されるが、導電性が低いために、電界集中等が起こらないのでＥＬ発光しない。よって、Ａｇ系の場合は、作製した蛍光体に別の手段でＣｕ_２Ｓ相またはその他の導電性材料を複合させればＥＬ発光させることができる。

その他の候補材料としては、ＺｎＦ₂：Ｇｄがあり、３１１ｎｍに強い輝線スペクトルを持つ紫外線を放射する。Ｇｄと一緒にＰｒをドーピングすると発光輝度はさらに向上する。その他、硫化カルシウムは電子線励起でよく光る蛍光体として知られているが、ＣａＳ：Ｇｄ，Ｆ（３１５ｎｍで発光）、ＣａＳ：Ｃｕ（４００ｎｍで発光）、ＣａＳ：Ａｇ，Ｋ（３８８ｎｍで発光）などもある。また、大気中での化学的安定性に課題はあるものの、酸化カルシウムも電子線でよく光る蛍光体であり、ＣａＯ：Ｆ（３３５ｎｍで発光）、ＣａＯ：Ｃｕ（３９０ｎｍで発光）、ＣａＯ：Ｚｎ，Ｆ（３２４−３４０ｎｍで発光）などもある。

また、通常のエレクトロルミネッセンス素子では、発光させるための閾値電圧の目安は１×１０⁴〜１×１０⁶Ｖ／ｃｍ程度であるが、発光粒子を高誘電率材で覆った構造にすることにより、閾値電圧を低下させることもできる。
発光波長は３５０ｎｍ以下になると光触媒を最も効率よく励起できるので好ましい。

誘電体には樹脂やセラミックスが用いられる。発光波長が３６０ｎｍを超える可視光線を放射するものでは、通常のＥＬデバイスと同じ樹脂を使ってかまわない。誘電体樹脂としては、シアノレジン(信越化学製)などがある。しかし、それより短い波長に対しては、誘電体樹脂を使うと長期間の使用により樹脂が劣化する場合があるので、樹脂の代わりに誘電体セラミックスを用いるほうが好ましい。誘電体セラミックスとしては、誘電率の高いＢａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃等様々な材料が考えられる。

絶縁層としては、樹脂中に誘電体セラミックスが分散したもの、又は誘電体セラミックス単独が用いられる。

面発光体の発光ピーク波長が５４０ｎｍ以下の場合、可視光応答型の光触媒を励起することができる。可視光対応型の光触媒としては、ＴｉＯ₂：Ｓ、ＴｉＯ₂：Ｎ等が好ましい。
発光ピーク波長が４００ｎｍ以下の場合は、最も光触媒性能が高いアナターゼ型ＴｉＯ₂光触媒を励起することができる。光触媒は主として結晶系がアナターゼ型ＴｉＯ₂が好ましいが、他の結晶系であるルチル型やブロッカイト型でも構わない。

多孔体層及び多孔体としては、貫通孔が形成されていればどんな材料でも用いることができるが、発泡金属、発泡セラミックス、樹脂織布等が好ましい。これらの材料は気孔率が高く、透過性能に優れる。これらの材料に光触媒を担持すればよい。光触媒を有する多孔体内部に均一に光を導くためには、屈折率の高い材料からなる多孔体がより好ましい。例えば、屈折率の高い酸化チタン自体を多孔体とする方法もある。多孔体層及び多孔体の細孔径は、小さい方が多孔体内部で反射を繰り返すので好ましい。目安としては平均細孔径が５００μｍ以下である。多孔体の細孔径は、水銀ポロシメータ等により測定することができる。細孔径の下限は特にないが、細孔径が低下するほど流体の透過抵抗が高くなるので、目安としては０．００５μｍ程度である。
多孔体にはゾルゲル法等により光触媒が担持されるので、多孔体の比表面積が大きいほど光触媒効果が高くなり好ましい。

多孔体層を薄型とすることにより薄型面発光デバイスとすることができる。
本発明の面発光デバイスはろ過フィルタとして用いることができ、ろ過フィルタを空気清浄機のフィルタ、又はエアコンディショナー用のフィルタ等に用いる場合には、デバイス全体が薄いほど好ましく、目安としては、ＥＬシートの厚さが１ｍｍ以下、触媒機能を持つ多孔体層の厚さが、１ｍｍ以下、全体（ＥＬシートと光触媒を担持した多孔体の和）が３ｍｍ以下である。

また、多孔体層としてセラミックフィルタを用いることもできる。多孔体層としてセラミックフィルタを用いた場合の具体的構造例を図５に示す。図５（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は原液の流れ方向と平行となる面の断面図である。
基本構造は、クロスフローろ過により主として液体を浄化するセラミックフィルタと、セラミックフィルタの流路と面発光体の流路が連通する、好ましくはセラミックフィルタの断面形状と同じ断面形状の貫通穴を持つ面発光体シートを積層させた物である。図５の構造例では、光触媒は、セラミックフィルタの流路の内壁に光触媒層として形成されている。
この場合も、面発光体の構造を制御することにより、発光層から放射される光を流路に集中させることができる。流路に照射された光は、流路の内壁、すなわち、ろ過層の表面に形成された光触媒層での吸収と反射を繰り返しながら流路全体に広がり、順次、光触媒を励起していく。

面発光体の発光層から放射される光を流路に集中させる方法は、上述のように、無機ＥＬシートを用いた場合は、発光層の上下面（セラミックフィルタを設ける面）を可視光線や紫外線を透過や吸収しないで反射する金属材料等の部材で挟むと、発光層からの光はこれら部材で反射を繰り返し、閉じ込められた状態になり、上下面には放出されないで発光層の断面（流路側の面）を経て、流路に集中する。無機ＥＬデバイスでは、上下の電極をアルミや金等の金属材料とすることにより容易に作製できる。

光触媒層の形成手法は、例えば、酸化チタン粒子を分散させた液体を、本セラミックフィルタで濾過して、ろ過層表面に酸化チタン粒子の堆積層を形成した後、粒子同士が適度に焼結するように加熱焼成すればよい。また、酸化チタンに焼成後に転化するチタンのアルコキシド液の粘度を調整して同様にろ過し、その後焼成してもよい。セラミックフィルタのろ過層を酸化チタンで形成してもよい。

光触媒を流路の内壁ではなく、支持体に担持させてもかまわない。この場合、面発光体は、流路に集光させずに、面発光体の上下方向に放射されるように、例えば、無機ＥＬの場合は、電極をインジウム・スズ系酸化物（ＩＴＯ）やＺｎＯ等の透明導電膜にすればよい。この場合の光触媒の担持方法としては、酸化チタンに焼成後に転化するチタンのアルコキシド液の粘度を調整した液体に支持体を浸漬し、引き上げた後、焼成するなどの方法で形成できる。

また本発明の面発光デバイスは、面発光体と多孔体層が繰り返し積層された積層構造とすることもできる。
本発明の面発光デバイスを、ろ過フィルタとして用いた場合、例えば、空気中に浮遊する粒子など比較的大きなものは光触媒を有する多孔体の表面で物理的に捕集され、小さな粒子は光触媒を有する多孔体内部を透過する過程で光触媒により分解される。従って、面発光体と多孔体層の積層構造が繰り返されるほど信頼性の高いフィルタとなるが、逆に透過性能が低下するという欠点もある。

次に、本発明の光アシスト型セラミックフィルタについて説明する。
本発明の光アシスト型セラミックフィルタは、クロスフローろ過により、主として液体を浄化するセラミックフィルタである。クロスフローろ過とは、原液を循環させながら、原液の流れと垂直方向に透過液を回収するろ過の形態を言う。
本発明の光アシスト型セラミックフィルタの第一の構造の具体的構造例の一つを図６に示す。
基本構造は、流路が断面に垂直であるセラミックフィルタと面発光体シートと、光触媒シート（光触媒層）からなる。セラミックフィルタはろ過を行うろ過層と、中間層、支持体から構成されている。光触媒シートはセラミックフィルタの断面形状に合わせて、セラミックフィルタの側面に巻かれている。さらにその表面に面発光体シートが巻かれている。なお、本発明においてセラミックフィルタの断面とは、原液の流れ方向に対し垂直となる断面をいい、側面とは筒状のセラミックフィルタの表面の底面以外の面をいう。

ろ過層を通った清澄流体がセラミックフィルタの側面から排出され、光触媒シートに含浸される。面発光体から放射された光は光触媒シート中の光触媒を励起して光触媒効果を発現させ、ろ過では捕集または分解できなかった清澄流体中の有機物や細菌、ウィルス等を分解または殺菌する。
分解・殺菌処理された後の流体は、光触媒シートの内部を面内方向に沿ってセラミックフィルタの端部から回収される。ここで、面発光体の面と垂直方向（セラミックフィルタの側面と垂直方向）に、面発光体シートに複数の貫通孔が形成されている場合は、分解・殺菌処理された流体は、この複数の貫通孔を通って外部に排出させることもできるため、貫通孔がない場合に比べて回収量を高くすることができる。逆に言うと、セラミックフィルタの透過性能を高くする場合は、面発光体シートに貫通孔を形成することが必須となる。
貫通孔を有する面発光体シートとしては本発明の貫通孔を有する面発光デバイスを用いることができる。

光触媒シートは、樹脂や金属またはセラミック多孔体の表面に光触媒粉末が担持されたものや、光触媒の膜をコーティングしたものが用いられる。光触媒をセラミックフィルタの側面にコーティングしても構わない。光触媒としては酸化チタンが一般的である。従って、面発光体の発光波長としては、光触媒を励起できる波長帯の光が必要である。可視光応答型光触媒の場合は、４６０ｎｍ以下にピーク波長を持つ光が好ましい。４６０ｎｍを越えても、光触媒性能は発現する場合があるが、性能は低くなる。紫外線応答型光触媒であるアナターゼ型酸化チタンの場合は、４００ｎｍ以下にピーク波長を持つ光が好ましい。一般的には、光触媒作用は紫外線応答型のほうが高い性能を発揮する。

光アシストセラミックフィルタの場合、面発光体は、セラミックフィルタの側面に巻く必要があるので、フレキシブルに折り曲げができなければならないので、有機ＥＬや無機ＥＬ等のシートが好ましい。面発光体の面と垂直方向に複数の貫通孔を形成した構造の面発光体を低コストで作製するためには、分散型無機ＥＬが好ましい。分散型無機ＥＬとは、蛍光体を誘電体樹脂中に分散させた発光層を、樹脂製の基板シート上にスクリーン印刷やドクターブレードなどの手法で形成したもので、発光層の上下に形成した電極に交流電界を印加することで発光させるものである。無機ＥＬは水分に強いので好ましい。有機ＥＬでは紫外線を放射することは困難であるが、可視光では、無機ＥＬより輝度が高いものが得やすいという利点がある。有機ＥＬは水分に弱いので水中で使用した場合、寿命が短いという問題がある。

面発光体としては有機ＥＬまたは無機ＥＬデバイスを用いることができるが、ピーク波長が４００ｎｍ以下の紫外発光する場合は、耐紫外線性等、耐久性に優れた無機ＥＬが好ましい。一般に、無機ＥＬ面発光体は、上述のように、ＺｎＳ等の蛍光体粒子を誘電体樹脂中に分散した構造の発光層と、ＢａＴｉＯ_３等の高誘電率セラミックスを誘電体樹脂に分散させた構造の絶縁層を主構造として構成され、絶縁層に電極が形成されている。発光波長が紫外線になると、樹脂の劣化が進行しやすいので、この場合は樹脂を用いず、全ての構成部材を無機材料にすることもできる利点がある。但し、樹脂の劣化は主として３５０ｎｍ以下の波長の紫外線で起きることが多いので、この範囲の紫外線を含まない場合は、樹脂を使っても構わない。

面発光体の構造を制御することにより、発光層から放射される光を光触媒シート側に集中させることができる。例えば無機ＥＬデバイスでは外部に面した電極をアルミニウムや金等の金属材料とすることにより、内部（発光層側）にのみ光が放射される構造とすることができる。

面発光体の蛍光体としては、上記面発光デバイスで用いた蛍光体と同様の蛍光体を用いることができる。

本発明の光アシスト型セラミックフィルタはクロスフローろ過により、主として液体を浄化するが、気体をろ過しても構わない。クロスフローろ過とは、原液を循環させながら、原液の流れと垂直方向に透過液を回収するろ過の形態を言う。本発明の光アシスト型セラミックフィルタを用いると、物理的なろ過だけでは捕集できなかった細菌や有機物等を光触媒作用により分解または殺菌することができる。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
実施例（１）
１．準備
（保護層樹脂）
１００×１００ｍｍサイズ、厚さ１００μｍの透明樹脂シート(商品名：アクリライトＳ、品番＃０００、三菱レイヨン製)を用意した。このシートには、予め各種サイズの格子状の穴を４ｍｍ間隔(ピッチ)で開けておいた。
（絶縁層）
ＢａＴｉＯ₃：平均粒径０．２μｍ
樹脂：信越化学製（商品名：シアノレジン）
（蛍光体）
ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ粉末 平均粒径３μｍ 発光ピーク波長：５３３ｎｍ（緑色）
ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、Ａｌ粉末 平均粒径３μｍ
発光ピーク波長：４５０ｎｍ（青色）
ＺｎＳ：Ａｇ、Ｃｌ粉末 平均粒径３μｍ 発光ピーク波長：３８０ｎｍ（紫外線）
（多孔体）
１２０×１２０ｍｍサイズ、厚さ０．１ｍｍ、表１記載の各種平均細孔径を持つ気孔率５０％のＳｉＣ多孔体を用いた。
（光触媒）
アナターゼ型ＴｉＯ₂ 平均粒径０．０３μｍ（市販）
ＴｉＯ₂：Ｓ 平均粒径０．０３μｍ
チオウレア（ＣＨ₄Ｎ₂Ｓ）粉末とＴｉ（ＯＣ₃Ｈ₇）₄をエタノール中で混合し、白色のスラリー状になるまで減圧濃縮した。その後、５８８℃で２ｈｒ大気中で焼成して粉末を得た。Ｓのドーピング量は、酸素に対して２ａｔ％とした。

２．工程
以下の工程にしたがって、図７に示すように面発光デバイスを作製した。
（１）電極１形成
上記保護層樹脂（図７（ａ））にスパッタリング法で、アルミニウムを、線幅が５０μｍの格子状に厚さ０．１μｍコーティングし、電極リード線を接着した。（図７（ｂ））
次に、格子状シート全面に透明導電膜（ＩＴＯ）を０．１μｍコーティングした。（図７（ｃ））

（２）内部絶縁層の形成
上記樹脂（信越化学製（商品名：シアノレジン））をシクロヘキサノンに対して２５ｖｏｌ％になるように分散して溶解させた後、ＢａＴｉＯ₃粉末を分散させて（２５ｖｏｌ％）スラリーを作製した。電極上にスクリーン印刷により厚さ３０μｍの塗布層を形成した。（図７（ｄ））
（３）発光層の形成
樹脂(シアノレジン)をシクロヘキサノンに対して２５ｖｏｌ％になるように分散して溶解させたものを準備した。この溶液に上記蛍光体粉末をＡｒガス中で分散処理した（２５ｖｏｌ％）スラリーを作製した。スクリーン印刷により、内部絶縁層表面に厚さ６０μｍの塗布層を形成した。（図７（ｅ））

（４）電極２の形成
電極１と同様に発光層表面に透明導電膜をコーティングし、電極リード線を接着した。（図７（ｆ））
（５）封止
（１）で用いた保護層樹脂と同じ形状のシートを積層して、熱圧着させて完全に封止した。（図７（ｇ））その後、エポキシ樹脂を貫通孔の断面部に塗布した。

（６）光触媒の担持
光触媒粒子をアルコールに分散させた液を用意し、ＳｉＣ多孔体を浸漬後、０．００３ｍ／ｓの速度で引き上げ、３００℃で０．５ｈｒ大気中で加熱して、ＳｉＣ多孔体の細孔壁に光触媒粒子をコーティングした。これを１０回繰り返した。
（７）積層
光触媒を担持したＳｉＣ多孔体を面発光体シートの上下面に配置し、端部をねじ止めし、ろ過フィルタを得た。

３．評価
（１）光触媒反応実験
ダイオキシンの一種である２，３'，４，４'，５−Ｐｅ−ＣＢを水に溶解させて、濃度が５５ｐｇ／Ｌの溶液を３．０Ｌ調製した。この時、水を意図的に着色するために、予め墨汁液を水の５％添加して濁度の高い液体としたものも調整した。得られた液体、及び上記作製したろ過フィルタを図８に示すように装置に設置した。
得られた液体を流速０．３Ｌ／ｍｉｎで循環させながら、電極間に表１記載の各種電圧、周波数の交流電界を印加した。ダイオキシンが完全に分解するまでの時間を最大で１００ｈｒまで測定した。

比較例として、表１に示す光触媒を担持したＳｉＣ多孔体のみを図９に示すように装置に設置し、上下に、発光波長３６０ｎｍ、出力５ｍＷの紫外ＬＥＤランプを、距離５０ｍｍで照射しながら、実施例と同じく光触媒反応実験を行った。
結果を表１に示す。

本発明の面発光デバイスを用いたろ過フィルタは、外部光源方式よりも分解時間が短かった。これは、外部光源方式では放射された光は、濁度の高い液体中で吸収されやすいためにＴｉＯ₂多孔体の極表面しか励起できないためと考えられる。
一方、本発明の面発光デバイスを用いたろ過フィルタでは、放射された光はＴｉＯ₂多孔体層内部で散乱を繰り返しながら全体に行きわたって均一に触媒機能が働くために、分解時間が短い。

実施例（２）
１．準備
（保護層樹脂）
１００×１００ｍｍサイズ、厚さ１００μｍの透明樹脂シート(商品名：アクリライトＳ、品番＃０００、三菱レイヨン製)を用意した。このシートには、予め一辺が１ｍｍサイズの格子状の穴を１ｍｍ間隔で開けておいた。
（絶縁層）
ＢａＴｉＯ₃：平均粒径０．２μｍ
樹脂：信越化学製（商品名：シアノレジン）
（蛍光体）
ＺｎＳ：Ａｇ、Ｃｌ粉末 平均粒径３μｍ 発光ピーク波長：３８０ｎｍ（紫外線）
ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＭｇＳ：Ａｇ、Ｃｌ粉末
平均粒径３μｍ 発光ピーク波長：３６６ｎｍ（紫外線）
ＺｎＦ₂：Ｇｄ、Ｐｒ、Ｃｕ粉末
平均粒径３μｍ 発光ピーク波長：３１１ｎｍ（紫外線）
（光触媒）
アナターゼ型ＴｉＯ₂ 平均粒径０．０３μｍ（市販）

２．工程
以下の工程にしたがって、実施例（１）に準じて面発光デバイスを作製した。
（１）電極１形成
上記保護層樹脂にスパッタリング法でアルミニウムを０．１μｍコーティングし、電極リード線を接着した。

（２）内部絶縁層の形成
上記樹脂（信越化学製（商品名：シアノレジン））をシクロヘキサノンに対して２５ｖｏｌ％になるように分散して溶解させた後、ＢａＴｉＯ₃粉末を分散させて（２５ｖｏｌ％）スラリーを作製した。電極上にスクリーン印刷により厚さ３０μｍの塗布層を形成した。
（３）発光層の形成
樹脂（シアノレジン）をシクロヘキサノンに対して２５ｖｏｌ％になるように分散して溶解させたものを準備した。この溶液に上記蛍光体粉末をＡｒガス中で分散処理した（２５ｖｏｌ％）スラリーを作製した。スクリーン印刷により、内部絶縁層表面に厚さ６０μｍの塗布層を形成した。

（４）電極２の形成
電極１と同様に発光層表面にアルミニウムをコーティングし、電極リード線を接着した。
（５）封止
（１）で用いた保護層樹脂と同じ形状のシートを積層して、熱圧着させて完全に封止した。
（６）光触媒の担持
光触媒粒子を乾式プレスで直径１ｍｍ、厚さ３００μｍに成形して、気孔率６５％の多孔体とした。これを穴部（流路）に樹脂製接着剤を用いて装填、固定化した。

３．評価
（１）光触媒反応実験
ホルムアルデヒドを空気中に分散させて、濃度が０．５ｐｐｍの汚染空気を３．０Ｌ調製した。得られた汚染空気、及び上記作製したろ過フィルタを実施例（１）と同様な装置に設置した。
得られた汚染空気を流速０．３Ｌ／ｍｉｎで循環させながら、電極間に表２記載の各種電圧、周波数の交流電界を印加した。ホルムアルデヒド濃度がゼロになるまでの時間を測定した。

比較例として、光触媒粒子を乾式プレスで直径１００ｍｍ、厚さ３００μｍに成形して、気孔率６５％の多孔体のシートを作製した。この光触媒シートの上下に、発光波長３６０ｎｍ、出力５ｍＷの紫外ＬＥＤランプを、距離５０ｍｍで照射しながら同じく光触媒反応実験を行った。
結果を表２に示す。

本発明の面発光デバイスを用いたろ過フィルタは、光触媒装填前には穴部のみが発光することを目視で確認した。
本発明のろ過フィルタはＬＥＤを用いた時よりも分解時間が短かった。これは外部光源の光が、光触媒シート表面で反射され易く、光触媒を効率よく励起できないこと、および光源が離れていることによる光の減衰のためと考えられる。一方、本発明の面発光デバイスを用いたろ過フィルタは、光が穴部に集中すること、光源が充填した光触媒と接触していること、および光源と光触媒が極めて接近しているために減衰がほとんどないことにより、分解効率が高いと考えられる。
このように、本発明のろ過フィルタは外部光源が不要のため、薄型フィルタとして設置スペースが小さくて済む。

実施例（３）
光触媒を流路に充填しない以外は実施例（２）と同じようにろ過フィルタを作製し、以下の多孔体層を積層した。
（多孔質樹脂シート）
１００×１００ｍｍ、厚さ１００μｍのフッ素樹脂製多孔質膜(気孔率９５％)を準備した。
（光触媒）
アナターゼ型ＴｉＯ₂ 平均粒径０．０３μｍ（市販）
光触媒を濃度３０ｖｏｌ％でエタノールに分散させた縣濁液を調製し、この液中に多孔質樹脂シートを浸漬後、引き上げて室温で乾燥させた。これを１０回繰り返して作製した光触媒担持シートを、作製した穴あきＥＬシートの上下に積層させた。

（光触媒反応実験）
トルエンを空気中に分散させて、濃度が５００ｐｐｍの汚染空気を３．０Ｌ調製した。得られた汚染空気、及び上記作製したろ過フィルタを図８に示すように装置に設置した。
得られた汚染空気を流速０．３Ｌ／ｍｉｎで循環させながら、電極間に表３記載の各種電圧、周波数の交流電界を印加した。トルエン濃度がゼロになるまでの時間を測定した。

比較例として、同上の光触媒を担持したシートを２枚重ねたものに対して、上下に、発光波長３６０ｎｍ、出力５ｍＷの紫外ＬＥＤランプを、距離５０ｍｍで照射しながら同じく光触媒反応実験を行った。
結果を表３に示す。

本発明品はＬＥＤを用いた時よりも分解時間が短かった。本実施例のように、光触媒を担持している光触媒シートの気孔率が高い場合は、外部光源の光でも光触媒シートの内部まで届きやすくなるために、実施例（１）や実施例（２）ほどは分解性能に差が生じなかったが、本発明の面発光デバイスを用いたろ過フィルタの優位性が確認できた。ＬＥＤ光源は光放射に指向性があるため、光触媒シートに均一に照射されないためと考えられる。
このように、本発明のろ過フィルタは外部光源が不要のため、薄型フィルタとして設置スペースが小さくて済む。

実施例（４）
（１）セラミックフィルタ
日本碍子製、直径３０ｍｍの断面に直径３ｍｍの穴が３７個あいた多層（三層）フィルタ、長さ５００ｍｍ、気孔率は３５％であった。このフィルタは粒径０．２μｍの粒子を１００％分離できた。このセラミックフィルタを長さ３０ｍｍに切断したものを１６本用意した。
（２）光触媒コーティング
可視光応答型酸化チタン粉末（平均粒径６０ｎｍ）を含むゾル（住友化学製）、またはアナターゼ型酸化チタン粉末（平均粒径６０ｎｍテイカ製）の原料液をセラミックフィルタでろ過して、流路の内壁に、厚さ１０μｍの酸化チタン層を形成後、大気中５００℃で１ｈ焼成して固着させた。
（３）面発光体
１．樹脂シート
９５×５００ｍｍ、厚さ１００μｍの紫外線透過樹脂シート（三菱レイヨン製＃０００）を用意した。
２．絶縁層
ＢａＴｉＯ_３：平均粒径０．２μｍ
樹脂：信越化学製（商品名：シアノレジン）

３．蛍光体
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ粉末 平均粒径３μｍ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ，Ａｌ粉末 平均粒径３μｍ
ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＭｇＳ：Ｃｕ，Ｃｌ，Ａｌ粉末 平均粒径３μｍ
ＺｎＳ−４０ｍｏｌ％ＭｇＳ：Ｃｕ，Ｃｌ，Ａｌ粉末 平均粒径３μｍ
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ粉末 平均粒径３μｍ
ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＭｇＳ：Ａｇ，Ｃｌ粉末 平均粒径３μｍ
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＭｇＳ：Ａｇ，Ｃｌについては、これらの蛍光体表面にＣｕ_２Ｓをコーティングしたものを用いた。
４．裏面電極形成
樹脂シートにスパッタリング法でＡｌ電極膜を０．４μｍコーティングした後、Ａｌ膜に電極リード線を接着した。

５．絶縁層の形成
樹脂をシクロヘキサノンに対して２５ｖｏｌ％になるように分散して溶解させた後、ＢａＴｉＯ_３粉末を分散させて（２５ｖｏｌ％）スラリーを作製した。ＩＴＯ電極上にスクリーン印刷により厚さ３０μｍの塗布層を形成した。
６．発光層の形成
樹脂をシクロヘキサノンに対して２５ｖｏｌ％になるように分散して溶解させたものを準備した。この溶液に蛍光体粉末をＡｒガス中で分散処理した（２５ｖｏｌ％）スラリーを作製した。スクリーン印刷により、絶縁層表面に厚さ６０μｍの塗布層を形成した。

７．表面電極形成と封止
樹脂シートにスパッタリング法でＡｌ電極膜を０．２μｍコーティングした後、Ａｌ電極膜に電極リード線を接着した。
このシートのＡｌ電極側と発光層を重ねて、１２０℃で熱圧着させて封止して、面発光シートを得た。
８．穴開け加工
こうして作製した各種ＥＬシートを、（１）のセラミックフィルタの断面と同じサイズ、構造にパンチング加工して作製し、１７枚用意した。

（４）組み立て
長さ３０ｍｍのセラミックフィルタの断面に、穴あきＥＬシートを交互に重ねて、長さが約４８０ｍｍの積層型セラミックフィルタを作製した。

（５）ろ過試験
１．懸濁液調製
平均粒径０．５μｍのアルミナ粒子１０ｍｇを１０リットルの水に分散させた後、トリクロロエチレンを添加して、１ｐｐｍになるように調整した。
２．ろ過
クロスフローろ過装置にフィルタをセットし、ＥＬシートの電極間に５００Ｖ、５ｋＨｚの交流電界を印加しながら、膜間差圧１ｋｇ／ｃｍ^２でろ過させた。セラミックフィルタのみで電界を印加しない場合も試験した。
３．評価
ろ過後のアルミナ粒子濃度を吸光光度計で測定した。ろ過後のトリクロロエチレン（ＴＣＥ）濃度をガスクロマトグラフにより分析した。
結果を表４に示す。

セラミックフィルタと面発光体を積層し、光触媒をセラミックフィルタの流路の内壁に固着させることにより、光触媒の面積が光触媒シートと面発光体を巻いたセラミックフィルタよりも大きくなるため、ＴＣＥの分解効率が高くなる。

実施例（５）
（１）セラミックフィルタ
日本碍子製、直径３０ｍｍの断面に直径３ｍｍの穴が３７個あいた多層（三層）フィルタ、長さ５００ｍｍ、気孔率は３５％であった。このフィルタは粒径０．２μｍの粒子を１００％分離できた。

（２）光触媒シート
幅９５ｍｍ×長さ５００ｍｍの気孔率が９０％のポリエチレンシートを用意した。可視光応答型酸化チタン粉末（平均粒径６０ｎｍ）を含むゾル（住友化学製）、またはアナターゼ型酸化チタン粉末（平均粒径６０ｎｍテイカ製）を含むゾルに浸漬後、引き上げて、室温で２４時間乾燥させて樹脂表面に光触媒をコーティングした。

（３）面発光体
１．樹脂シート
９５×５００ｍｍ、厚さ１００μｍの紫外線透過樹脂シート（三菱レイヨン製＃０００）を用意した。
２．絶縁層
ＢａＴｉＯ_３：平均粒径０．２μｍ
樹脂：信越化学製（商品名：シアノレジン）

３．蛍光体
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ粉末 平均粒径３μｍ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ，Ａｌ粉末 平均粒径３μｍ
ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＭｇＳ：Ｃｕ，Ｃｌ，Ａｌ粉末 平均粒径３μｍ
ＺｎＳ−４０ｍｏｌ％ＭｇＳ：Ｃｕ，Ｃｌ，Ａｌ粉末 平均粒径３μｍ
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ粉末 平均粒径３μｍ
ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＭｇＳ：Ａｇ，Ｃｌ粉末 平均粒径３μｍ
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＭｇＳ：Ａｇ，Ｃｌについては、これらの蛍光体表面にＣｕ_２Ｓをコーティングしたものを用いた。
４．裏面電極形成
樹脂シートにスパッタリング法でＡｌ電極膜を０．４μｍコーティングした後、Ａｌ膜に電極リード線を接着した。

５．絶縁層の形成
樹脂をシクロヘキサノンに対して２５ｖｏｌ％になるように分散して溶解させた後、ＢａＴｉＯ_３粉末を分散させて（２５ｖｏｌ％）スラリーを作製した。ＩＴＯ電極上にスクリーン印刷により厚さ３０μｍの塗布層を形成した。
６．発光層の形成
樹脂をシクロヘキサノンに対して２５ｖｏｌ％になるように分散して溶解させたものを準備した。この溶液に蛍光体粉末をＡｒガス中で分散処理した（２５ｖｏｌ％）スラリーを作製した。スクリーン印刷により、絶縁層表面に厚さ６０μｍの塗布層を形成した。

７．表面電極形成と封止
樹脂シートにスパッタリング法で透明導電膜（ＩＴＯ膜）を０．２μｍコーティングした後、ＩＴＯ電極膜に電極リード線を接着した。
このシートのＩＴＯ電極側と発光層を重ねて、１２０℃で熱圧着させて封止して、面発光シートを得た。
８．穴開け加工
パンチング加工機を用いてシート面に直径３ｍｍの穴を、３ｍｍピッチで開けた。その後、穴の断面を接着剤でシールした。

（４）組み立て
セラミックフィルタ側面に、光触媒シートを巻き、さらにその上から面発光体を巻いた。
（５）ろ過試験
１．懸濁液調製
平均粒径０．５μｍのアルミナ粒子１０ｍｇを１０リットルの水に分散させた後、トリクロロエチレンを添加して、１ｐｐｍになるように調整した。
２．ろ過
クロスフローろ過装置にフィルタをセットし、ＥＬシートの電極間に５００Ｖ、５ｋＨｚの交流電界を印加しながら、膜間差圧１ｋｇ／ｃｍ^２でろ過させた。セラミックフィルタのみで電界を印加しない場合も試験した。
３．評価
ろ過後のアルミナ粒子濃度を吸光光度計で測定した。ろ過後のトリクロロエチレン（ＴＣＥ）濃度をガスクロマトグラフにより分析した。
結果を表５に示す。

光触媒シートと面発光体を巻くことにより、ろ過機能のみならず、ＴＣＥの分解も可能になった。可視光応答型光触媒を使った場合は、発光波長が短くなるほど分解が進んだ。これは、光のエネルギーが高くなったためと考えられる。発光ピーク波長が４００ｎｍ以下の紫外線を放射するＥＬシートと可視光応答型光触媒の組み合わせでは、分解性能はそれほど高くなかった。これは、ＥＬシートの発光強度（可視光強度と紫外線強度の総和）自体が低かったためと考えられる。

一方、アナターゼ型光触媒を用いた場合は、紫外発光ＥＬシートで高い分解性能を示した。これは、アナターゼ型光触媒の性能が可視光応答型よりも高いために、ＥＬシートの発光強度（可視光強度と紫外線強度の総和）自体が低くても、相対的に高い光触媒性能が発現したためと考えられる。

本発明の面発光デバイスは、ろ過フィルタとして用いることもできる。この場合、流体中に浮遊する粒子等の内、触媒機能を持つ多孔体の細孔径よりも大きなものが捕集されることになる。本発明の面発光デバイスは極めて薄い構造にすることができるため、各種用途の内、空気清浄などのフィルタとして用いると効果が大きい。例えば、エアコンディショナー等の空気吸い込み口に設置するなどすると、エアコンディショナーに空気清浄機能を付与することができる。
本発明の面発光デバイスは貫通孔が開いているために熱の放出機能が高いので、高電圧や高周波数を印加して発光させた場合でも熱による面発光体の劣化が起こりにくいという特徴がある。
本発明の面発光デバイスは、空気等の気体を透過させながらディスプレイ用途に用いることもできる。この場合も発熱を防止できるので寿命の長いディスプレイになる。

本発明の面発光デバイスは、大気中の汚染物質となるＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯガス、ディーゼルパティキュレート、花粉、埃、ダニ等の分解除去、下水中に含まれる有機化合物の分解除去、一般の細菌、ウィルス等の殺菌、化学プラントで発生する有害ガスの分解、臭い成分の分解等、様々な分野に応用できる。また、製品種としては、上記分野のあらゆるフィルタに展開でき、空気清浄、下水濾過、各種浄水器、防虫剤などにも応用可能である。
ＥＬディスプレイ、携帯電話などのバックライト用光源、デジタルカメラ用のデジタルフォトプリンターに用いるトナーの固着用光源、紫外線硬化性樹脂を硬化させるための光源、光触媒を担持した医療用カテーテルの消毒用光源に用いることができる。
可視光線を発光する残光性のある蛍光体と組み合わせると、昼間は交流電界で発光し、夜間は電源なしでも発光しつづけるディスプレイまたはフィルタとしても使える。
また、昆虫が３６５ｎｍを中心とした波長の紫外線に好んで集まる特性を利用すると、シート状集虫パネルとして用いることもでき、マラリア防止などに有効である。

本発明の光アシスト型セラミックフィルタは、可視光線または紫外線を放射する面発光体で光触媒を励起させることができ、有機物を分解、あるいは細菌やウィルス等を殺菌する機能を持つセラミックフィルタである。透明度の低い液体中に設置して作動させることにより、紫外線ランプや紫外線ＬＥＤなどの外部紫外線光源を用いなくても触媒反応を効率よく起こすことができる。特に、外部光源では処理できない紫外線の吸収が激しい透明度の低い液体中の場合でも効率よく触媒反応を起こすことができるようになる。

本発明の光アシスト型セラミックフィルタは液体を対象として用いるのが一般的であるが、気体を対象としても機能を発揮させることができる。例えば、大気中に煤塵やディーゼルパティキュレートと同時にＮＯｘ、ＳＯｘなどの有害ガスが含まれる場合、煤塵やディーゼルパティキュレートをろ過機能により捕集し、ＮＯｘガス等を光触媒機能で分解することもできる。この他、花粉、埃、ダニ等の分解除去、下水中に含まれる有機化合物の分解除去、一般の細菌、ウィルス等の殺菌、化学プラントで発生する有害ガスの分解、臭い成分の分解等、様々な分野に応用できる。また、製品種としては、上記分野のあらゆるフィルタに展開でき、空気清浄、下水濾過、各種浄水器、防虫剤などにも応用可能である。

Claims (21)

1. エレクトロルミネッセンスにより可視光線又は紫外線を放射する機能を持つ発光層が格子状に配置されてなる面発光体を有し、前記面発光体の格子の隙間が面発光体の面と垂直方向の流体の流路を形成しており、前記面発光体の上面及び／又は下面に前記面発光体の発する光によって触媒作用を行う光触媒を有する多孔体層が配置されていることを特徴とする面発光デバイス。
2. 前記流路に光触媒を有する多孔体が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の面発光デバイス。
3. 前記面発光体が、電極部分を除き外部と電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光デバイス。
4. 放射された可視光線又は紫外線が流路に集中することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の面発光デバイス。
5. 前記面発光体の発光層が、可視光線及び／又は紫外線を反射する部材で挟まれていることを特徴とする請求項４に記載の面発光デバイス。
6. 前記面発光体の面全体に対する流路の占める面積（流路面積比）が３０〜７０％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の面発光デバイス。
7. 前記面発光体の発光スペクトルのピーク波長が５４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の面発光デバイス。
8. 前記面発光体の発光スペクトルのピーク波長が４６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の面発光デバイス。
9. 前記面発光体の発光スペクトルのピーク波長が４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の面発光デバイス。
10. 前記面発光体として無機ＥＬデバイス又は有機ＥＬデバイスを用いることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の面発光デバイス。
11. 前記無機ＥＬデバイスに用いられる蛍光体が、一般式がＺｎ_{（１−ｘ）}Ａ_ｘＳ：Ｃｕ，Ｄ（式中のＡは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａの群から選ばれる少なくとも１種の２Ａ族元素、Ｄは、３Ｂ族または７Ｂ族元素から選ばれる少なくとも１種であり、０＜ｘ＜１である）であり、Ｂｌｕｅ−Ｃｕ型発光機能を持つ蛍光体を含むことを特徴とする請求項１０に記載の面発光デバイス。
12. 前記無機ＥＬデバイスに用いられる蛍光体が、一般式がＺｎ_{（１−ｘ）}Ａ_ｘＳ：Ａｇ，Ｄ（式中のＡは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａの群から選ばれる少なくとも１種の２Ａ族元素、Ｄは、３Ｂ族または７Ｂ族元素から選ばれる少なくとも１種であり、０＜ｘ＜１である）であり、Ｂｌｕｅ−Ｃｕ型発光機能を持つ蛍光体を含むことを特徴とする請求項１０に記載の面発光デバイス。
13. 前記光触媒を有する多孔体層が、発泡金属、発泡セラミックス、又は樹脂織布であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の面発光デバイス。
14. 前記光触媒を有する多孔体層がセラミックフィルタであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の面発光デバイス。
15. 前記セラミックフィルタが複数の流路を有し、この流路が面発光体デバイスの流路と連通することを特徴とする請求項１４に記載の面発光デバイス。
16. 前記光触媒を有する多孔体層の平均細孔径が５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の面発光デバイス。
17. 前記面発光体と多孔体層が繰り返し積層されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の面発光デバイス。
18. 請求項１〜１７のいずれかに記載の面発光デバイスを用いたろ過フィルタ。
19. 請求項１８に記載のろ過フィルタを用いた空気清浄機又はエアコンディショナー用フィルタ。
20. 前記光触媒を有する多孔体が、発泡金属、発泡セラミックス、又は樹脂織布であることを特徴とする請求項２に記載の面発光デバイス。
21. 前記光触媒を有する多孔体の平均細孔径が５００μｍ以下であることを特徴とする請求項２又は請求項２０に記載の面発光デバイス。

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