WO2021070347A1 - 発光装置および殺菌装置 - Google Patents

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WO2021070347A1
WO2021070347A1 PCT/JP2019/040118 JP2019040118W WO2021070347A1 WO 2021070347 A1 WO2021070347 A1 WO 2021070347A1 JP 2019040118 W JP2019040118 W JP 2019040118W WO 2021070347 A1 WO2021070347 A1 WO 2021070347A1
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WO
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light
deep ultraviolet
ultraviolet light
flow path
control member
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PCT/JP2019/040118
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French (fr)
Inventor
孝吉 菅沼
中村　真人
Original Assignee
株式会社エンプラス
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/08—Radiation
    • A61L2/10—Ultraviolet radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device and a sterilizing device.
  • the light emitted from the light emitting diode has been mainly visible light and ultraviolet light.
  • LEDs have become able to emit light having a lower wavelength.
  • the LED can also emit ultraviolet A line (UVA, wavelength; 315 to 400 nm), ultraviolet B line (UVB, wavelength; 280 to 315 nm), and ultraviolet C line (UVC, wavelength; 200 to 280 nm).
  • UVA ultraviolet A line
  • UVB ultraviolet B line
  • UVC ultraviolet C line
  • deuterium lamps, mercury xenon lamps, and high-pressure mercury lamps have been used as light sources for emitting these lights. Since these light sources have a wide wavelength band, the light emitted from these light sources contains a large amount of light having a wavelength other than the wavelength to be used.
  • most of the electric power input to the light source is converted into heat without being used for light emission. Therefore, the energy conversion efficiency of these light sources is about 3 to 8%.
  • the LED that emits only UVC has a narrow wavelength band and emits light by utilizing the interband transition of the quantum well by the new compound semiconductor, so that the energy conversion efficiency is high to some extent.
  • the energy conversion efficiency of the LED that emits UVC is not high enough, but it has already reached 8% and is expected to be even higher.
  • the DNA of an organism has an absorption spectrum centered on 260 nm, and the proteins constituting the organism have an absorption spectrum centered on 280 nm. Therefore, LEDs that emit UVC, which is deep ultraviolet light, are expected to be applied not only to solidification of UV-curable adhesives but also to sterilization of bacteria and viruses.
  • UVC unlike ultraviolet light near the visible region such as UVA, UVC has higher photon energy due to its shorter wavelength. Therefore, the material that allows UVC to pass through is limited to synthetic quartz glass, fluororesins such as PTFE, PFA, and Teflon (registered trademark), and silicone resins (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 describes a light emitting module having a semiconductor light emitting element that emits deep ultraviolet light, a liquid that seals the semiconductor light emitting element, and a package that houses the semiconductor light emitting element and the liquid. Further, Patent Document 1 also describes a light emitting module of a second comparative example in which a semiconductor light emitting element is sealed using a fluorosilicone resin cured instead of a liquid.
  • Known methods for processing synthetic quartz glass include polishing with a grindstone and dry etching. Polishing is expensive and the shapes that can be processed are limited. In dry etching, the etching speed is slow, and it is extremely difficult to process a deep lens shape or the like. In addition, the fluororesin is relatively expensive in terms of cost among the resins, and white turbidity due to crystallization is likely to occur during molding, and a transparent material that does not scatter when made into a thick lens or plate is formed. Is difficult.
  • Patent Document 1 describes that in the light emitting module of the second comparative example using the fluorosilicone resin cured as the encapsulant, the light output decreases as the operating time becomes longer. .. It is explained that this is because the cured silicone resin is deteriorated by deep ultraviolet light and the transmittance of the silicone resin is lowered. As described above, conventionally, it has been considered that the cured silicone resin is not suitable for application to a luminous flux control member for controlling the light distribution of deep ultraviolet light.
  • an object of the present invention is to provide a light emitting device and a sterilizing device having a luminous flux control member which can be manufactured at low cost and has excellent transmittance for deep ultraviolet light.
  • the light emitting device is formed of a light source that emits deep ultraviolet light and a material having a property of increasing the transmittance of the deep ultraviolet light by being irradiated with the deep ultraviolet light. It has a light flux control member for controlling the light distribution of light.
  • the sterilizer according to the present invention is a sterilizer for sterilizing a fluid by irradiating deep ultraviolet light, and is for irradiating a flow path tube for flowing a fluid and deep ultraviolet light into the flow path tube. , And a light emitting device according to the present invention.
  • the present invention it is possible to provide a light emitting device and a sterilizing device that can be manufactured at low cost and have a luminous flux control member having excellent transmittance for deep ultraviolet light.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a sterilizer according to an embodiment of the present invention.
  • 2A to 2D are views showing the configuration of the luminous flux control member.
  • 3A to 3D are diagrams showing the configuration of the reflector.
  • 4A and 4B are graphs showing transmission spectra when each resin plate is irradiated with light having a predetermined wavelength.
  • 5A and 5B are graphs showing the transmission spectra of each resin plate after being irradiated with deep ultraviolet light for a predetermined time.
  • FIG. 6 is a graph showing the transmission spectrum of each resin plate after being irradiated with deep ultraviolet light for a predetermined time.
  • 7A and 7B are graphs showing changes in the refractive index and changes in the absorption coefficient.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a sterilizer 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the sterilizer 100 includes a light source 110, a luminous flux control member 120, a reflector 130, and a flow path tube 140 having a processing flow path 155.
  • the light source 110, the luminous flux control member 120, and the reflector 130 function as an irradiation device 300.
  • the light source 110 emits deep ultraviolet light toward the processing flow path 155.
  • the type of the light source 110 is not particularly limited as long as it can emit deep ultraviolet light.
  • deep ultraviolet light means light having a main wavelength band in the range of 250 to 300 nm.
  • Examples of the light source 110 include a light emitting diode (LED), a mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, and a laser diode (LD).
  • the center wavelength or peak wavelength of the deep ultraviolet light emitted from the light source 110 is preferably about 265 nm.
  • the wavelength of deep ultraviolet light emitted from the light source 110 is preferably about 255 to 275 nm.
  • the light source 110 is a light emitting diode having a center wavelength of 265 nm.
  • the light source (light emitting diode) 110 is arranged on one surface of the substrate 111.
  • the other surface of the substrate 111 is attached to the central portion of the substrate 112.
  • a reflector 130 is arranged around the substrate 111 arranged on the substrate 112.
  • FIG. 2A to 2D are views showing the configuration of the luminous flux control member 120.
  • 2A is a plan view of the luminous flux control member 120
  • FIG. 2B is a bottom view
  • FIG. 2C is a side view
  • FIG. 2D is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 2A. ..
  • the luminous flux control member 120 collects a part of the deep ultraviolet light emitted from the light source 110 (the deep ultraviolet light having a small emission angle) toward the processing flow path 155. Further, the luminous flux control member 120 is a part of the deep ultraviolet light emitted from the light source 110 (deep ultraviolet light having a large emission angle) and is reflected by the reflecting surface 131 (see FIG. 3). Deep ultraviolet light is focused toward the processing flow path 155. As shown in FIGS. 2A to 2D, the luminous flux control member 120 is a plano-convex lens or a biconvex lens having a convex lens surface 121 and a flange 122.
  • the luminous flux control member 120 is made of a material having a property of increasing the transmittance of deep ultraviolet light when it is irradiated with deep ultraviolet light. Examples of such materials include silicone resins as described below. In the present embodiment, the luminous flux control member 120 is an injection-molded product of silicone resin.
  • the convex lens surface 121 is arranged on the flow path tube 140 side or the light source 110 side. That is, the convex lens surface 121 may be arranged on the flow path tube 140 side, the light source 110 side, or both the flow path tube 140 side and the light source 110 side. Good.
  • the luminous flux control member 120 is a plano-convex lens in which the convex lens surface 121 is arranged only on the flow path tube 140 side.
  • the plane on the light source 110 side of the light flux control member 120 functions as an incident surface on which deep ultraviolet light emitted from the light source 110 is incident, and the convex lens surface 121 on the flow path tube 140 side of the light flux control member 120 is inside the light flux control member 120. It functions as an exit surface for the advanced deep ultraviolet light to be emitted.
  • the convex lens surface 121 is circularly symmetric with the first central axis CA1 as the rotation axis.
  • the convex lens surface 121 is formed so that the diameter in the cross section perpendicular to the first central axis CA1 becomes smaller from the light source 110 side toward the flow path tube 140 side.
  • the optical axis OA of the light source 110 and the first central axis CA1 of the luminous flux control member 120 coincide with each other.
  • the flange 122 is arranged around the convex lens surface 121.
  • the flange 122 not only simplifies the handling of the luminous flux control member 120, but also functions as an installation portion on the reflector 130.
  • the deep ultraviolet light emitted from the light source 110 a part of the deep ultraviolet light is incident on the plane on the light source 110 side, and when it is emitted from the convex lens surface 121, the flow path tube 140 It is refracted toward.
  • FIG. 3A to 3D are diagrams showing the configuration of the reflector 130.
  • 3A is a plan view of the reflector 130
  • FIG. 3B is a bottom view
  • FIG. 3C is a side view
  • FIG. 3D is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 3A.
  • the reflector 130 reflects a part of the deep ultraviolet light emitted from the light source 110 (deep ultraviolet light having a large emission angle) toward the processing flow path 155. As shown in FIGS. 3A to 3D, the reflector 130 has a reflecting surface 131, a first recess 132, and a second recess 133.
  • the reflecting surface 131 reflects the deep ultraviolet light emitted from the light source 110 and directly arriving toward the processing flow path 155.
  • the reflecting surface 131 is circularly symmetric with the second central axis CA2 as the rotation axis. Further, it is preferable that the optical axis OA of the light source 110, the first central axis CA1 of the luminous flux control member 120, and the second central axis CA2 of the reflector 130 coincide with each other.
  • the shape of the reflecting surface 131 in the cross section including the second central axis CA2 is not particularly limited.
  • the shape of the reflecting surface 131 in the cross section including the second central axis CA2 may be a straight line or a curved shape concave with respect to the second central axis CA2.
  • the shape of the reflecting surface 131 in the cross section including the second central axis CA2 is linear.
  • the first recess 132 is formed on the surface of the reflector 130 on the light source 110 side.
  • the central portion of the bottom of the first recess 132 communicates with one end of the space surrounded by the reflective surface 131.
  • the light source (light emitting diode) 110 and the substrate 111 are housed in the first recess 132.
  • the second recess 133 is formed on the surface of the reflector 130 on the flow path tube 140 side.
  • the central portion of the bottom of the second recess 133 communicates with the other end of the space surrounded by the reflective surface 131.
  • the luminous flux control member 120 is installed in the second recess 133.
  • the light source 110 and the substrate 111 are housed in the first recess 132, and the light source (light emitting diode) 110 is surrounded by the reflecting surface 131.
  • the flow path pipe 140 is a pipe through which a fluid to be sterilized flows.
  • the flow path tube 140 is made of a material that is not easily deformed or damaged by the pressure of the fluid flowing through the processing flow path 155.
  • the flow path pipe 140 has an inflow flow path 151 inside, and includes an inflow pipe 141, a flow path pipe main body 142, an outflow pipe 143, and an incident window 144.
  • the inflow pipe 141 is used to introduce a fluid that is sterilized by irradiation with deep ultraviolet light into the treatment flow path 155.
  • the inflow pipe 141 has an inflow flow path 151 inside.
  • the upstream end of the inflow pipe 141 is an inflow port 152 for allowing the fluid to flow into the inflow flow path 151.
  • the downstream end of the inflow pipe 141 communicates with the pipe wall of the upstream end of the flow path pipe main body 142.
  • the inflow pipe 141 is connected to a fluid supply device or the like (not shown) via the inflow port 152, and guides the fluid from the fluid supply device to the processing flow path 155.
  • the inflow port 152 may have a shape into which a hose for guiding the fluid to the inflow flow path 151 can be fitted.
  • the flow path tube main body 142 has a processing flow path 155 inside that flows from one end side to the other end side.
  • the shape of the flow path tube main body 142 is not particularly limited as long as the fluid can flow. Further, the shape of the processing flow path 155 may be linear or curved. In the present embodiment, the shape of the processing flow path 155 is linear. Further, the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the flow direction of the fluid in the processing flow path 155 is not particularly limited. The cross-sectional shape may be circular or polygonal. In the present embodiment, the cross-sectional shape of the processing flow path 155 in the direction perpendicular to the flow direction is circular.
  • optical axis OA of the light source 110, the first central axis CA1 of the luminous flux control member 120, the second central axis CA2 of the reflector 130, and the axis A of the flow path tube main body 142 (processing flow path 155) coincide with each other. Is preferable.
  • the flow path tube main body 142 is preferably formed of a material having a high reflectance of deep ultraviolet light.
  • the material of the flow path tube main body 142 include mirror-polished aluminum (Al) and polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • the material of the flow path tube main body 142 is preferably PTFE from the viewpoint of being chemically stable and having a high reflectance of deep ultraviolet light.
  • the thickness and length of the flow path tube main body 142 are not particularly limited as long as the fluid can be sufficiently sterilized by irradiation with deep ultraviolet light.
  • the inner diameter of the flow path tube main body 142 is 5 cm or less
  • the flow path length of the flow path tube main body 142 is 2 cm or more and 30 cm or less.
  • the incident window 144 is arranged at the downstream end of the flow path tube main body 142.
  • the outflow pipe 143 is used to let the sterilized fluid flow out from the treatment flow path 155.
  • the outflow pipe 143 has an outflow flow path 156 inside.
  • the upstream end of the outflow pipe 143 is open near the downstream end of the flow path pipe main body 142.
  • the downstream end of the outflow pipe 143 is an outflow port 157 for guiding to a liquid storage device or the like (not shown).
  • the outlet 157 is connected to the liquid storage device and guides the fluid from the processing flow path 155 to the liquid storage device or the like.
  • the outlet 157 may have a shape into which a hose for guiding the fluid to the liquid storage device can be fitted.
  • the incident window 144 transmits deep ultraviolet light emitted from the light source 110 and collected by the luminous flux control member 120 and the reflector 130 into the flow path tube 140 (flow path tube main body 142).
  • the position where the incident window 144 is arranged is not particularly limited as long as the above-mentioned function can be exhibited.
  • the incident window 144 is arranged at the downstream end of the flow path tube main body 142.
  • the incident window 144 has a transparent plate holding portion 161, a transparent plate 162, and a fixing lid 163.
  • the transparent plate holding portion 161 and the fixing lid 163 may have screw holes for inserting screws for joining them.
  • the transparent plate holding portion 161 has an outer wall portion 164, a third recess 165, and a fourth recess 166.
  • the outer wall portion 164 is formed by integrally forming the flow path pipe main body 142.
  • the outer wall portion 164 may have a size and strength capable of fixing the transparent plate 162.
  • the third recess 165 is a recess for arranging the transparent plate 162.
  • the shape of the third recess 165 is not particularly limited as long as it has a shape complementary to the transparent plate 162.
  • the shape of the transparent plate 162 is a rectangular plate
  • the shape of the third recess 165 is a concave portion having a rectangular shape in a plan view.
  • the shape of the transparent plate 162 is a circular plate shape
  • the shape of the third recess 165 is a concave portion having a circular shape in a plan view.
  • a fourth recess 166 is formed in the central portion of the bottom of the third recess 165.
  • the fourth recess 166 relaxes (slows down) the flow velocity of the fluid flowing through the processing flow path, and alleviates the impact of the liquid on the transparent plate 162.
  • the depth of the fourth recess 166 may be such that the fluid flowing through the processing flow path 155 can sufficiently spread in the fourth recess 166.
  • the fixing lid 163 is a plate-shaped member that fixes the transparent plate 162 from the outside.
  • An ultraviolet light transmitting hole 167 is formed in the central portion of the fixed lid 163.
  • the ultraviolet light transmission hole 167 transmits deep ultraviolet light emitted from the light source 110.
  • the transmitted deep ultraviolet light reaches the processing flow path 155 via the transparent plate 162.
  • the ultraviolet light transmission hole From the viewpoint of reducing the distance between the luminous flux control member 120 and the transparent plate 162 and suppressing the loss of the amount of light while the deep ultraviolet light emitted from the luminous flux control member 120 propagates in the air, the ultraviolet light transmission hole. It is preferable that the 167 has a shape capable of accommodating the convex lens surface 121 of the luminous flux control member 120 inside.
  • the transparent plate 162 is made of any material capable of transmitting deep ultraviolet light. Further, the inner surface of the transparent plate 162 functions as a part of the outer circumference of the processing flow path 155, and prevents the fluid from flowing out from one end of the flow path tube main body 142. Examples of the material of the transparent plate 162 include a material having a high transmittance to deep ultraviolet light, such as quartz (SiO 2 ), sapphire (Al 2 O 3), and an amorphous fluororesin. Further, the material of the transparent plate 162 may be the same material as that of the luminous flux control member 120.
  • the fluid introduced into the processing flow path 155 from the inflow port 152 via the inflow flow path 151 is irradiated with deep ultraviolet light emitted from the light source 110 while flowing through the treatment flow path 155, and is sterilized. Ru. After that, the sterilized fluid is discharged from the outflow port 157 via the outflow flow path 156.
  • the fluid may be a substance that can flow through the treatment flow path 155 to be sterilized.
  • the fluid is water.
  • fluids include tap water such as drinking water and agricultural water, and sewage such as wastewater from factories.
  • the flow velocity of the fluid may be such that it is sufficiently sterilized by irradiation with deep ultraviolet light while flowing through the treatment flow path 155.
  • the output of the light source 110 is 30 mW / light and one light, and the fluid is a liquid, the flow velocity of the fluid is 10 L / min or less.
  • the material of the luminous flux control member 120 is not particularly limited as long as the transmittance of the deep ultraviolet light increases as the deep ultraviolet light is irradiated.
  • examples of such materials include polyorganosiloxane (silicone resin) having a Si—O—Si siloxane bond in the main skeleton, which is the main chain (see Chemical formula 1).
  • R is a monovalent unsaturated group or a substituted hydrocarbon group that does not contain an aliphatic unsaturated group.
  • R include a hydroxy group; an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a pentyl group, a butyl group, a pentyl group and a hexyl group; an aryl group such as a phenyl group, a trill group and a xsilyl group; a chloromethyl group.
  • 3-Chloropropyl group, 3-trifluoropropyl group and other substituted hydrocarbon groups are included.
  • R may be one type or a plurality of types.
  • R is preferably a methyl group.
  • n and m are natural numbers and indicate the number of repetitions of random polymerization or block polymerization.
  • n + m + 2 which is obtained by adding the number of terminal groups 2 to n and m, indicates the average degree of polymerization.
  • silicone resins examples include LSR7080HP, LSR7060 (Momentive), and MS-1001 (Toray Silicone Co., Ltd.). Since these silicone resins are thermosetting resins that are cured by heat treatment, they are also known as liquid silicone rubbers for injection molding. These silicone resins are relatively elastic, and elements such as lenses and flat optical windows can be easily manufactured by a thermosetting process.
  • FIG. 4A is a graph showing a transmission spectrum when each resin plate is irradiated with light having a wavelength of 200 to 2000 nm.
  • FIG. 4B is a graph showing a transmission spectrum when each resin plate is irradiated with light having a wavelength of 200 to 400 nm.
  • the horizontal axis of FIGS. 4A and 4B indicates the wavelength (nm), and the vertical axis indicates the light transmittance (%).
  • the solid line shows the result of LRS7060.
  • the dashed line shows the result of LSR7080HP.
  • the alternate long and short dash line shows the result of MS-1001.
  • the resin plate transmits light over the entire visible light region having a wavelength of 400 to 700 nm.
  • the resin plate made of LSR7080HP transmits only about 55% of light having a wavelength of 260 nm. Further, it can be seen that the resin plate made of LSR7060 transmits about 79% of light having a wavelength of 260 nm. Further, it can be seen that the resin plate made of MS-1001 transmits about 65% of light having a wavelength of 260 nm.
  • each silicone resin plate was irradiated with light having an illuminance of about 2 mm W / cm 2 and a wavelength of 255 to 275 nm.
  • the light source an LED having a spectrum having a central wavelength of 265 nm and having a characteristic of emitting light having an irradiance of 2.0 mW / cm 2 at a distance of 1.2 mm from the light source was used.
  • the irradiation time was 20 hours, 40 hours, 140 hours, and 210 hours.
  • the illuminance was measured using an illuminance meter (UIT-250 (light receiving unit UVD-S254 separate type); manufactured by Ushio, Inc.).
  • FIG. 5A is a graph showing a transmission spectrum when a resin plate made of LSR7080HP is irradiated with light having a wavelength of 200 to 400 nm.
  • FIG. 5B is a graph showing a transmission spectrum when a resin plate made of LSR7080HP is irradiated with light having a wavelength of 200 to 400 nm.
  • FIG. 6 is a graph showing a transmission spectrum when a resin plate made of MS-1001 is irradiated with light having a wavelength of 200 to 400 nm.
  • FIGS. 5A, 5B and 6 indicates the wavelength (nm), and the vertical axis indicates the light transmittance (%).
  • the solid lines in FIGS. 5A, B and 6 show the results when not irradiated with deep ultraviolet light, the dotted lines show the results after irradiation with deep ultraviolet light for 20 hours, and the broken lines show the results after 20 hours of irradiation.
  • the result after irradiation with ultraviolet light for 40 hours is shown, the alternate long and short dash line shows the result after irradiation with deep ultraviolet light for 140 hours, and the alternate long and short dash line shows the result after irradiation with deep ultraviolet light for 210 hours. The result is shown.
  • FIGS. 5A, 5B and 6 it can be seen that when each resin plate is irradiated with deep ultraviolet light, the transmittance of the deep ultraviolet light increases. Specifically, as shown in FIGS. 5A and 6, in the resin plate made of LSR7080HP and the resin plate made of MS-1001, the transmittance of deep ultraviolet light gradually increases as the deep ultraviolet light is irradiated. You can see that it will be higher. Further, as shown in FIG. 5B, in the resin plate made of LSR7060, the transmittance of deep ultraviolet light increased by about 8% by irradiating with deep ultraviolet light for 20 hours (144J), but it increased more than that. There wasn't.
  • Deep ultraviolet light with a wavelength of 200 to 300 nm is considered to break the Si—O bond of the siloxane bond that constitutes the main chain of the silicone resin (organopolysiloxane). As a result, it is considered that the transmittance of deep ultraviolet light increases as the siloxane bond decreases.
  • the refractive index of the surface of the resin plate can be expressed as a complex refractive index by the following equation (1).
  • the resin plate As the resin plate, a resin plate made of LSR7080HP with a thickness of 1 mm was used. The refractive index and absorption constant before and after irradiation with deep ultraviolet light were measured with an ellipsometer M-200 (JA Woolam Japan Co., Ltd.) in a wavelength range of 200 to 900 nm.
  • FIG. 7A is a graph showing the measurement result of the refractive index
  • FIG. 7B is a graph showing the measurement result of the absorption constant.
  • the horizontal axis of FIG. 7A represents the wavelength (nm)
  • the vertical axis represents the refractive index
  • the horizontal axis of FIG. 7B indicates the wavelength (nm)
  • the vertical axis indicates the absorption constant.
  • the solid lines in FIGS. 7A and 7B show the results before irradiation with deep ultraviolet light
  • the dotted lines show the results after irradiation with deep ultraviolet light for 100 hours
  • the alternate long and short dash line shows the results after irradiation with deep ultraviolet light of 500.
  • the results after time irradiation are shown.
  • Table 1 shows changes in the refractive index and absorption constant at a wavelength of 250 nm or 270 nm when irradiated with deep ultraviolet light having a central wavelength of 265 nm.
  • a light emitting element that changes the light emitting spectrum in the visible light region by irradiating the organic polysiloxane with laser light having a wavelength of 190 to 266 nm is disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-222397).
  • the transmission spectrum of the polysiloxane forming the light emitting element is changed by setting the environment for irradiating the laser light to a different environment such as in vacuum or oxygen, so that the light emitting element can be exposed to the visible light region.
  • the emission spectrum is changed.
  • the silicone resin as described above is also used as a package encapsulant for electric elements.
  • silicone resin has been used as a package encapsulant for visible light LEDs as the market for white LEDs has grown in recent years. It is considered that this is because the silicone resin satisfies the heat resistance, weather resistance, and adhesion required for the sealing material of the electric element. Further, the sealing material for the visible light LED is required to have a high transmittance in the visible light region and a high refractive index.
  • Silicone resins are known to be able to control various parameters such as hardness, elasticity, water repellency, high temperature resistance, and electrical insulation by replacing these side chains and terminal groups with various groups.
  • the silicone resin can take various forms from liquid to solid, such as silicone oil and silicone rubber. Silicone resins have a wide range of fields of use due to their good controllability, and are applied to various members such as hard coat materials, paints, optical materials, cosmetics, LED encapsulants, lubricants, and adhesives. ing.
  • the transmittance of the luminous flux control member 120 is increased by irradiating with deep ultraviolet light, so that the sterilization effect is high on the fluid flowing through the processing flow path. Can be obtained.
  • the sterilizer according to the present invention is useful as, for example, a sterilizer for sterilizing clean water, agricultural fluids, and the like.
  • Sterilizer 110 Light source 120 Luminous flux control member 130 Reflector 140 Flow tube 111 Substrate 112 Base 121 Convex lens surface 122 Flange 131 Reflection surface 132 First recess 133 Second recess 141 Inflow tube 142 Flow tube body 143 Outflow tube 144 Incident window 151 Inflow flow path 152 Inflow port 155 Processing flow path 156 Outflow flow path 157 Outflow port 161 Transparent plate holding part 162 Transparent plate 163 Fixed lid 164 Outer wall part 165 Third recess 166 Fourth recess 167 Ultraviolet light transmission hole 300 Irradiation device CA center axis CA1 1st central axis CA2 2nd central axis OA optical axis

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Abstract

安価に製造可能であり、かつ深紫外光に対する透過率に優れる光束制御部材を有する発光装置を提供すること。発光装置は、深紫外光を発光する光源と、前記深紫外光が照射されることにより、前記深紫外光の透過率が上昇する性質を有する材料によって形成された、前記深紫外光の配光を制御するための光束制御部材と、を有する。

Description

発光装置および殺菌装置
　本発明は、発光装置および殺菌装置に関する。
　従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）から出射される光は、可視光および紫外光が中心であった。しかしながら、近年、ＬＥＤは、より低波長の光を出射できるようになりつつある。たとえば、ＬＥＤは、紫外線Ａ線（ＵＶＡ、波長；３１５～４００ｎｍ）、紫外線Ｂ線（ＵＶＢ、波長；２８０～３１５ｎｍ）、紫外線Ｃ線（ＵＶＣ、波長；２００～２８０ｎｍ）も出射できる。従来、これらの光を出射するための光源として、重水素ランプ、水銀キセノンランプ、高圧水銀ランプが使用されてきた。これらの光源は、波長帯域が広いため、これらの光源から出射された光は、使用したい波長以外の波長の光を多く含んでいる。また、光源に入力した電力の大半は、発光に使われることなく熱に変換されてしまう。よって、これらの光源のエネルギー変換効率は、３～８％程度である。
　一方、ＵＶＣのみを出射するＬＥＤは、波長帯域が狭く、新化合物半導体による量子井戸のバンド間遷移を利用して発光しているため、エネルギー変換効率がある程度高い。ＵＶＣを出射するＬＥＤのエネルギー変換効率は、十分に高いとまでは言えないが、すでに８％を達成しており、さらに高くなることが期待されている。
　一般に、生物のＤＮＡは、２６０ｎｍを中心とする吸収スペクトルを有しており、生物を構成するタンパク質は、２８０ｎｍを中心とする吸収スペクトルを有している。よって、深紫外光であるＵＶＣを出射するＬＥＤは、ＵＶ硬化型の接着剤の固化だけでなく、菌やウィルスの殺菌などへの応用も期待されている。
　また、ＵＶＣは、ＵＶＡなどの可視領域に近い紫外光とは異なり、波長が短い分だけ光子のエネルギーが高い。よって、ＵＶＣを透過させる材料は、合成石英ガラスや、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、テフロン（登録商標）などのフッ素系樹脂、シリコーン樹脂などに限られている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１には、深紫外光を出射する半導体発光素子と、半導体発光素子を封止する液体と、半導体発光素子および液体を収容するパッケージと、を有する発光モジュールが記載されている。また、特許文献１には、液体に代えて硬化させたフルオロ系シリコーン樹脂を用いて半導体発光素子を封止した、第２の比較例の発光モジュールも記載されている。
特開２０１６－２０７７５４号公報
　合成石英ガラスを加工する方法としては、砥石による研磨加工やドライエッチング法などが知られている。研磨加工では、コストが高く、加工できる形状にも限りがある。ドライエッチングでは、エッチングスピードが遅く、深さのあるレンズ形状などの加工は著しく困難である。また、フッ素系樹脂は、樹脂の中ではコスト的に比較的に高価であり、成形時に結晶化に伴う白濁化が発生しやすく、厚いレンズや板材にしたときに散乱のない透過材料を形成するのが困難である。
　また、特許文献１には、封止材として硬化させたフルオロ系シリコーン樹脂を用いた第２の比較例の発光モジュールでは、動作時間が長くなることにより光出力が低下することが記載されている。これは、硬化させたシリコーン樹脂が深紫外光により劣化し、シリコーン樹脂の透過率が低下したためであると説明されている。このように、従来は、硬化させたシリコーン樹脂は、深紫外光の配光を制御する光束制御部材への適用には向いていないと考えられていた。
　そこで、本発明は、安価に製造可能であり、かつ深紫外光に対する透過率に優れる光束制御部材を有する発光装置および殺菌装置を提供することをその目的とする。
　本発明に係る発光装置は、深紫外光を発光する光源と、前記深紫外光が照射されることにより、前記深紫外光の透過率が上昇する性質を有する材料によって形成された、前記深紫外光の配光を制御するための光束制御部材と、を有する。
　本発明に係る殺菌装置は、深紫外光を照射して流体を殺菌するための殺菌装置であって、流体を流すための流路管と、前記流路管内に深紫外光を照射するための、本発明に係る発光装置と、を有する。
　本発明によれば、安価に製造可能であり、かつ深紫外光に対する透過率に優れる光束制御部材を有する発光装置および殺菌装置を提供できる。
図１は、本発明の一実施の形態に係る殺菌装置の断面図である。 図２Ａ～Ｄは、光束制御部材の構成を示す図である。 図３Ａ～Ｄは、リフレクターの構成を示す図である。 図４Ａ、Ｂは、各樹脂板に所定の波長の光を照射したときの透過スペクトルを示すグラフである。 図５Ａ、Ｂは、深紫外光を所定時間照射した後の各樹脂板の透過スペクトルを示すグラフである。 図６は、深紫外光を所定時間照射した後の各樹脂板の透過スペクトルを示すグラフである。 図７Ａ、Ｂは、屈折率の変化と、吸収係数の変化とを示すグラフである。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　［殺菌装置の構成］
　図１は、本発明の一実施の形態に係る殺菌装置１００の断面図である。
　図１に示されるように、殺菌装置１００は、光源１１０と、光束制御部材１２０と、リフレクター１３０と、処理流路１５５を有する流路管１４０とを有する。光源１１０と、光束制御部材１２０と、リフレクター１３０とは、照射装置３００として機能する。
　（光源）
　光源１１０は、処理流路１５５に向けて深紫外光を出射する。光源１１０の種類は、深紫外光を出射できれば特に限定されない。ここで、「深紫外光」とは、主たる波長帯域が２５０～３００ｎｍの範囲の光を意味する。光源１１０の例には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、レーザーダイオード（ＬＤ）が含まれる。光源１１０から出射される深紫外光の中心波長またはピーク波長は、２６５ｎｍ程度が好ましい。また、光源１１０から発光される深紫外光の波長は、２５５～２７５ｎｍ程度が好ましい。本実施の形態では、光源１１０は、中心波長が２６５ｎｍの発光ダイオードである。
　本実施の形態では、光源（発光ダイオード）１１０は、基板１１１の一方の面上に配置される。基板１１１は、基板１１１の他方の面が基体１１２の中央部分に取り付けられる。基体１１２に配置された基板１１１の周囲には、リフレクター１３０が配置される。
　（光束制御部材の構成）
　図２Ａ～Ｄは、光束制御部材１２０の構成を示す図である。図２Ａは、光束制御部材１２０の平面図であり、図２Ｂは、底面図であり、図２Ｃは、側面図であり、図２Ｄは、図２Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
　光束制御部材１２０は、光源１１０から出射された深紫外光のうち、一部の深紫外光（出射角度が小さい深紫外光）を処理流路１５５に向けて集光させる。また、光束制御部材１２０は、光源１１０から出射された深紫外光のうち、一部の深紫外光（出射角度が大きい深紫外光）であって、反射面１３１（図３参照）で反射した深紫外光を処理流路１５５に向けて集光させる。図２Ａ～Ｄに示されるように、光束制御部材１２０は、凸レンズ面１２１と、フランジ１２２とを有する平凸レンズまたは両凸レンズである。この後説明するように、光束制御部材１２０は、深紫外光が照射されることにより、深紫外光の透過率が上昇する性質を有する材料によって形成されている。このような材料の例には、後述するようなシリコーン樹脂が含まれる。本実施の形態では、光束制御部材１２０は、シリコーン樹脂の射出成形品である。
　凸レンズ面１２１は、流路管１４０側または光源１１０側に配置されている。すなわち、凸レンズ面１２１は、流路管１４０側に配置されていてもよいし、光源１１０側に配置されていてもよいし、流路管１４０側および光源１１０側の両方に配置されていてもよい。本実施の形態では、光束制御部材１２０は、流路管１４０側のみに凸レンズ面１２１が配置されている平凸レンズである。光束制御部材１２０の光源１１０側の平面は光源１１０から出射した深紫外光が入射する入射面として機能し、光束制御部材１２０の流路管１４０側の凸レンズ面１２１は光束制御部材１２０の内部を進行した深紫外光が出射するための出射面として機能する。
　本実施の形態では、凸レンズ面１２１は、第１中心軸ＣＡ１を回転軸とした円対称である。第１中心軸ＣＡ１を含む断面において、凸レンズ面１２１は、光源１１０側から流路管１４０側に向かうにしたがって、第１中心軸ＣＡ１に垂直な断面における径が小さくなるように形成されている。また、光源１１０の光軸ＯＡと、光束制御部材１２０の第１中心軸ＣＡ１とは、一致していることが好ましい。
　フランジ１２２は、凸レンズ面１２１の周囲に配置されている。フランジ１２２は、光束制御部材１２０の取り扱いを簡単にする他に、リフレクター１３０への設置部としても機能する。
　本実施の形態では、光源１１０から出射された深紫外光のうち、一部の深紫外光は、光源１１０側の平面で入射して、凸レンズ面１２１から出射されるときに、流路管１４０に向けて屈折させられる。
　（リフレクター）
　図３Ａ～Ｄは、リフレクター１３０の構成を示す図である。図３Ａは、リフレクター１３０の平面図であり、図３Ｂは、底面図であり、図３Ｃは、側面図であり、図３Ｄは、図３Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
　リフレクター１３０は、光源１１０から出射された深紫外光のうち、一部の深紫外光（出射角度が大きな深紫外光）を処理流路１５５に向けて反射させる。図３Ａ～Ｄに示されるように、リフレクター１３０は、反射面１３１と、第１凹部１３２と、第２凹部１３３とを有する。
　反射面１３１は、光源１１０から出射され、直接到達した深紫外光を処理流路１５５に向けて反射させる。反射面１３１は、第２中心軸ＣＡ２を回転軸とした円対称である。また、光源１１０の光軸ＯＡと、光束制御部材１２０の第１中心軸ＣＡ１と、リフレクター１３０の第２中心軸ＣＡ２とは、一致していることが好ましい。
　第２中心軸ＣＡ２を含む断面における反射面１３１の形状は、特に限定されない。第２中心軸ＣＡ２を含む断面における反射面１３１の形状は、直線状でもよいし、第２中心軸ＣＡ２に対して凹の曲線状でもよい。本実施の形態では、第２中心軸ＣＡ２を含む断面における反射面１３１の形状は、直線状である。
　第１凹部１３２は、リフレクター１３０の光源１１０側の面に形成されている。第１凹部１３２の底部の中央部分は、反射面１３１に囲まれた空間の一方の端部に連通している。殺菌装置１００において、第１凹部１３２内には、光源（発光ダイオード）１１０および基板１１１が収容される。
　第２凹部１３３は、リフレクター１３０の流路管１４０側の面に形成されている。第２凹部１３３の底部の中央部分は、反射面１３１に囲まれた空間の他方の端部に連通している。殺菌装置１００において、第２凹部１３３には、光束制御部材１２０が設置される。
　リフレクター１３０を基体１１２に配置すると、光源１１０および基板１１１が第１凹部１３２に収容されるとともに、光源（発光ダイオード）１１０が反射面１３１により取り囲まれる。
　（流路管）
　流路管１４０は、殺菌処理される流体が流れる管である。流路管１４０は、処理流路１５５を流通する流体の圧力によって変形または破損しにくい材料で形成される。流路管１４０は、内部に流入流路１５１を有し、流入管１４１と、流路管本体１４２と、流出管１４３と、入射窓１４４と、を含む。
　流入管１４１は、深紫外光の照射により殺菌処理される流体を処理流路１５５に導入するために用いられる。流入管１４１は、内部に流入流路１５１を有する。流入管１４１の上流側端部は、流体を流入流路１５１に流入させるための流入口１５２である。流入管１４１の下流側端部は、流路管本体１４２の上流側端部の管壁に連通している。流入管１４１は、流入口１５２を介して図外の流体供給装置などに接続され、流体供給装置からの流体を処理流路１５５に導く。流入口１５２は、流体を流入流路１５１に導くためのホースを嵌め込み可能な形状を有してもよい。
　流路管本体１４２は、一方の端部側から他方の端部側に向けて流れる処理流路１５５を内部に有する。流路管本体１４２の形状は、流体が流れることができれば特に限定されない。また、処理流路１５５の形状は、直線状でもよいし、曲線状でもよい。本実施の形態では、処理流路１５５の形状は、直線状である。また、処理流路１５５の流体が流れる方向に垂直な方向の断面形状も特に限定されない。当該断面形状は、円形でもよいし、多角形でもよい。本実施の形態では、処理流路１５５の流体が流れる方向に垂直な方向の断面形状は、円形である。また、光源１１０の光軸ＯＡと、光束制御部材１２０の第１中心軸ＣＡ１と、リフレクター１３０の第２中心軸ＣＡ２と、流路管本体１４２（処理流路１５５）の軸Ａは、一致していることが好ましい。
　流路管本体１４２は、深紫外光の反射率が高い材料から形成されていることが好ましい。流路管本体１４２の材料の例には、鏡面研磨されたアルミニウム（Ａｌ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が含まれる。なお、流路管本体１４２の材料は、化学的に安定しかつ深紫外光の反射率も高い観点から、ＰＴＦＥが好ましい。流路管本体１４２が深紫外光の反射率が高い材料から形成されると、光源１１０から出射される深紫外光の利用効率を高くできる。
　流路管本体１４２の太さおよび長さは、深紫外光の照射により流体を十分に殺菌処理できれば特に限定されない。たとえば、光源１１０の光出力が３０ｍＷ／灯で１灯の場合、流路管本体１４２の内径は５ｃｍ以下であり、流路管本体１４２の流路長は２ｃｍ以上３０ｃｍ以下である。本実施の形態では、流路管本体１４２の下流側の端部には入射窓１４４が配置されている。
　流出管１４３は、殺菌処理された流体を処理流路１５５から流出させるために用いられる。流出管１４３は、内部に流出流路１５６を有する。流出管１４３の上流側端部は、流路管本体１４２の下流側端部近傍に開口している。流出管１４３の下流側端部は、図外の液体貯留装置などに導くための流出口１５７である。流出口１５７は、液体貯蔵装置に接続され、処理流路１５５からの流体を液体貯蔵装置などに導く。流出口１５７は、流体を液体貯留装置に導くためのホースを嵌め込み可能な形状を有してもよい。
　入射窓１４４は、光源１１０から出射され、光束制御部材１２０およびリフレクター１３０により集光された深紫外光を流路管１４０（流路管本体１４２）内に透過させる。入射窓１４４が配置される位置は、前述の機能を発揮できれば、特に限定されない。本実施の形態では、入射窓１４４は、流路管本体１４２の下流側の端部に配置されている。入射窓１４４は、透明板保持部１６１と、透明板１６２と、固定蓋１６３とを有する。透明板保持部１６１および固定蓋１６３は、これらを接合するためのネジを挿入するネジ孔などを有してもよい。
　透明板保持部１６１は、外壁部１６４と、第３凹部１６５と、第４凹部１６６とを有する。
　外壁部１６４は、流路管本体１４２を一体として形成されている。外壁部１６４は、透明板１６２を固定できる大きさおよび強度を有すればよい。
　第３凹部１６５は、透明板１６２を配置するための凹部である。第３凹部１６５の形状は、透明板１６２と相補的な形状であれば、特に限定されない。たとえば、透明板１６２の形状が矩形の板状であれば、第３凹部１６５の形状は、平面視形状が矩形の凹部である。また、透明板１６２の形状が円形の板状であれば、第３凹部１６５の形状は、平面視形状が円形の凹部である。第３凹部１６５の底部の中央部分には、第４凹部１６６が形成されている。
　第４凹部１６６は、処理流路を流通してきた流体の流速を緩和して（遅くして）、液体による透明板１６２への衝撃を緩和する。第４凹部１６６の深さは、処理流路１５５を流通してきた流体が十分に第４凹部１６６中に広がることができる深さであればよい。
　固定蓋１６３は、透明板１６２を外側から固定する板状の部材である。固定蓋１６３の中央部分には、紫外光透過孔１６７が形成されている。固定蓋１６３を外壁部１６４に固定することで、外壁部１６４および固定蓋１６３の間に透明板１６２が固定される。
　紫外光透過孔１６７は、光源１１０から出射された深紫外光を透過させる。透過した深紫外光は、透明板１６２を介して、処理流路１５５に到達する。光束制御部材１２０と透明板１６２との間の距離を近づけて、光束制御部材１２０から出射された深紫外光が空気中を伝播する間での光量の損失を抑制する観点から、紫外光透過孔１６７は、光束制御部材１２０の凸レンズ面１２１を内部に収容できる形状であることが好ましい。
　透明板１６２は、深紫外光を透過可能な任意の材料で形成される。また、透明板１６２の内面は、処理流路１５５の外周の一部として機能し、流路管本体１４２の一方の端部から流体が外部に流れ出ることを防止する。透明板１６２の材料の例には、石英（ＳｉＯ２）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）および非晶質のフッ素系樹脂などの、深紫外光に対する透過率が高い材料が含まれる。また、透明板１６２の材料は、光束制御部材１２０と同じ材料であってもよい。
　（殺菌装置の動作）
　流入口１５２から流入流路１５１を経由して処理流路１５５に導入された流体は、処理流路１５５を流れている間に、光源１１０から出射された深紫外光を照射され、殺菌処理される。その後、殺菌処理された流体は、流出流路１５６を経由して流出口１５７から排出される。
　流体は、殺菌処理を行うべき処理流路１５５を流れ得る物質であればよい。たとえば、流体は水である。また、流体の例には、飲用水や農業用水などの上水、工場などからの排水などの下水が含まれる。
　流体の流速は、処理流路１５５を流れる間の深紫外光の照射によって十分に殺菌される速さであればよい。たとえば、光源１１０の出力が３０ｍＷ／灯で１灯で、流体が液体の場合、流体の流速は１０Ｌ／ｍｉｎ以下である。
　［光束制御部材の材料］
　次に、光束制御部材１２０の材料について説明する。光束制御部材１２０の材料は、深紫外光を照射するにつれて、深紫外光の透過率が上昇するものであれば特に限定されない。そのような材料の例には、主鎖である主骨格にＳｉ－Ｏ－Ｓｉのシロキサン結合を有するポリオルガノシロキサン（シリコーン樹脂）が含まれる（化１参照）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
　Ｒは、脂肪族不飽和基を含まない１価の非置換基または置換炭化水素基である。Ｒの例には、ヒドロキシ基；メチル基、エチル基、プロピル基、ペンチル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などのアルキル基；フェニル基、トリル基、キシリル基などのアリール基；クロロメチル基、３－クロロプロピル基、３－トリフルオロプロピル基などの置換炭化水素基が含まれる。Ｒは、１種類でもよいし、複数種類でもよい。また、Ｒの大部分は、メチル基が好ましい。ここで、ｎ、ｍは、自然数であり、ランダム重合またはブロック重合したそれぞれの繰り返しの数を示している。ｎおよびｍに末端基の数２を加えたｎ＋ｍ＋２は、平均重合度を示す。
　このようなシリコーン樹脂の例には、ＬＳＲ７０８０ＨＰ、ＬＳＲ７０６０（モメンティブ社）、ＭＳ－１００１（東レシリコーン株式会社）が含まれる。これらのシリコーン樹脂は、加熱処理で硬化される熱硬化樹脂であるため、射出成形用の液状シリコーンゴムとしても知られている。これらのシリコーン樹脂は、比較的弾力性に富み、熱硬化プロセスにより容易にレンズや平板状の光学窓などの素子を製造できる。
　ここで、上記３種類のシリコーン樹脂の光の透過特性について調べた。
　熱硬化成形法により、各シリコーン樹脂の厚さ１ｍｍの樹脂板を作製した。各樹脂板に波長２００～２０００ｎｍの光を照射し、透過スペクトルを測定した。図４Ａは、各樹脂板に波長２００～２０００ｎｍの光を照射したときの透過スペクトルを示すグラフである。図４Ｂは、各樹脂板に波長２００～４００ｎｍの光を照射したときの透過スペクトルを示すグラフである。図４Ａ、Ｂの横軸は、波長（ｎｍ）を示しており、縦軸は、光の透過率（％）を示している。図４Ａ、Ｂにおいて、実線は、ＬＲＳ７０６０の結果を示している。破線は、ＬＳＲ７０８０ＨＰの結果を示している。一点鎖線は、ＭＳ－１００１の結果を示している。
　図４Ａに示されるように、３種類のシリコーン樹脂のいずれにおいても、樹脂板は、波長４００～７００ｎｍの可視光領域全域にわたって、光を透過させることがわかる。
　また、図４Ｂに示されるように、ＬＳＲ７０８０ＨＰ製の樹脂板は、波長２６０ｎｍの光を５５％程度しか透過させないことがわかる。また、ＬＳＲ７０６０製の樹脂板は、波長２６０ｎｍの光を約７９％透過させることがわかる。また、ＭＳ－１００１製の樹脂板は、波長２６０ｎｍの光を約６５％透過させることがわかる。
　次いで、各シリコーン樹脂製の樹脂板に対して、照度約２ｍｍＷ／ｃｍ２、波長２５５～２７５ｎｍの光を照射した。光源として、中心波長２６５ｎｍのスペクトルを持ち、光源から１．２ｍｍの距離において放射照度２．０ｍＷ／ｃｍ２の光を放出する特性を有するＬＥＤを使用した。照射時間は、２０時間、４０時間、１４０時間、２１０時間とした。また、照度は、照度計（ＵＩＴ－２５０（受光部ＵＶＤ－Ｓ２５４セパレート型）；ウシオ電機株式会社製）を用いて測定した。
　深紫外光を所定時間照射した後の各シリコーン樹脂製の樹脂板に対して、波長２００～２０００ｎｍの光を照射し、透過スペクトルを測定した。図５Ａは、ＬＳＲ７０８０ＨＰ製の樹脂板に波長２００～４００ｎｍの光を照射したときの透過スペクトルを示すグラフである。図５Ｂは、ＬＳＲ７０８０ＨＰ製の樹脂板に波長２００～４００ｎｍの光を照射したときの透過スペクトルを示すグラフである。図６は、ＭＳ－１００１製の樹脂板に波長２００～４００ｎｍの光を照射したときの透過スペクトルを示すグラフである。図５Ａ、Ｂおよび図６の横軸は、波長（ｎｍ）を示しており、縦軸は、光の透過率（％）を示している。図５Ａ、Ｂおよび図６の実線は、深紫外光を照射していないときの結果を示しており、点線は、深紫外光を２０時間照射した後の結果を示しており、破線は、深紫外光を４０時間照射した後の結果を示しており、一点鎖線は、深紫外光を１４０時間照射した後の結果を示しており、二点鎖線は、深紫外光を２１０時間照射した後の結果を示している。
　図５Ａ、Ｂおよび図６に示されるように、各樹脂板は、深紫外光を照射すると、深紫外光の透過率が高くなることがわかる。具体的には、図５Ａおよび図６に示されるように、ＬＳＲ７０８０ＨＰ製の樹脂板と、ＭＳ－１００１製の樹脂板とでは、深紫外光を照射するにつれて、深紫外光の透過率が徐々に高くなることがわかる。また、図５Ｂに示されるように、ＬＳＲ７０６０製の樹脂板では、深紫外光を２０時間照射（１４４Ｊ）することで、深紫外光の透過率が約８％上昇したが、それ以上は上昇しなかった。
　このように、今回使用した３種類のシリコーン樹脂では、深紫外光を長時間照射することで、深紫外光の透過率が上昇することが分かった。
　波長２００～３００ｎｍの深紫外光は、シリコーン樹脂（オルガノポリシロキサン）の主鎖を構成するシロキサン結合のＳｉ－Ｏの結合を切断すると考えられる。これにより、シロキサン結合が減少するにつれて、深紫外光の透過率が上昇すると考えられる。
　ここで、深紫外光を照射することによる樹脂板表面の屈折率の変化と、吸収定数の変化とについて調べた。樹脂板表面の屈折率は、複素屈折率として、以下の式（１）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　樹脂板として、ＬＳＲ７０８０ＨＰ製の厚さ１ｍｍの樹脂板を使用した。深紫外光を照射する前後の屈折率および吸収定数は、エリプソーメータＭ－２００（ジェー・エー・ウーラム・ジャパン株式会社）で、波長２００～９００ｎｍの範囲で測定した。
　図７Ａは、屈折率の測定結果を示すグラフであり、図７Ｂは、吸収定数の測定結果を示すグラフである。図７Ａの横軸は、波長（ｎｍ）を示しており、縦軸は、屈折率を示している。図７Ｂの横軸は、波長（ｎｍ）を示しており、縦軸は、吸収定数を示している。図７Ａ、Ｂの実線は、深紫外光を照射する前の結果を示しており、点線は、深紫外光を１００時間照射した後の結果を示しており、一点鎖線は、深紫外光を５００時間照射した後の結果を示している。
　また、中心波長２６５ｎｍの深紫外光を照射したときの波長２５０ｎｍまたは２７０ｎｍの屈折率および吸収定数の変化を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　図７Ａ、Ｂおよび表１に示されるように、深紫外光を１００時間照射した場合、樹脂板の吸収定数が半分程度まで大きく低下したが、屈折率は０.１％程度しか増加しなかった。一方、深紫外光を照射してから１００時間経過後から照射５００時間までの間では、吸収定数は僅かに増加したが、屈折率は０.５％程度減少した。結果として、５００時間の深紫外光の照射により、屈折率は０.３％減少して、吸収定数は約３３％減少した。このように、深紫外光を長時間照射することで、屈折率および吸収定数のいずれもが変化することがわかる。
　ここで、波長１９０～２６６ｎｍのレーザー光を有機ポリシロキサンに照射することで、可視光領域での発光スペクトルを変化させる発光素子が開示されている（特開２０１０－２２２３９７号公報）。この発光素子では、レーザー光を照射する環境を真空中あるいは酸素中などの異なる環境にすることによって、発光素子を形成するポリシロキサンの透過スペクトルを変化させることで、発光素子の可視光領域での発光スペクトルを変化させている。
　本実施の形態で使用したＬＳＲ７０８０ＨＰに対して、深紫外光を長時間照射した場合における可視光（波長３５０～７００ｎｍ）の透過スペクトルは、ほぼ変化していない。また、ＬＳＲ７０８０ＨＰは、可視光領域全体において色を示していない。よって、特開２０１０－２２２３９７号公報に記載の現象と、本実施の形態に記載した現象とは、異なる現象であることがわかる。なお、この現象は、他のシリコーン樹脂（ＬＳＲ７０６０、ＭＳ－１００１）でも同様の結果であった。
　上記したようなシリコーン樹脂は、電気素子のパッケージ封止材としても使用されている。特に、シリコーン樹脂は、近年白色ＬＥＤの市場が大きくなるにつれて、可視光ＬＥＤのパッケージ封止材として使用されている。これは、電気素子の封止材に要求される特性の耐熱性、耐候性、密着性をシリコーン樹脂が満たしているからだと考えられる。さらに、可視光ＬＥＤの封止材には、可視光領域での高い透過率や、高い屈折率も要求される。
　シリコーン樹脂は、これらの側鎖や末端基を様々な基で置き換えることにより、硬度や弾力性、発水性、耐高温性、電気絶縁性などの様々なパラメータを制御できることが知られている。また、シリコーン樹脂は、シリコーンオイル、シリコーンゴムなどのように液体から固体までのさまざまな形態をとることもできる。シリコーン樹脂は、このような制御性の良さなどから使用される分野の範囲は広く、ハードコート材、塗料、光学材料、化粧品、ＬＥＤ封止材、潤滑剤、接着剤など様々な部材へ応用されている。
　［効果］
　以上のように、実施の形態に係る殺菌装置１００によれば、深紫外光を照射することにより、光束制御部材１２０の透過率が上昇するため、処理流路を流れる流体に対して高い殺菌効果を得ることができる。
　本発明に係る殺菌装置は、例えば、上水や農業用の流体などを殺菌するための殺菌装置として有用である。
　１００　殺菌装置
　１１０　光源
　１２０　光束制御部材
　１３０　リフレクター
　１４０　流路管
　１１１　基板
　１１２　基体
　１２１　凸レンズ面
　１２２　フランジ
　１３１　反射面
　１３２　第１凹部
　１３３　第２凹部
　１４１　流入管
　１４２　流路管本体
　１４３　流出管
　１４４　入射窓
　１５１　流入流路
　１５２　流入口
　１５５　処理流路
　１５６　流出流路
　１５７　流出口
　１６１　透明板保持部
　１６２　透明板
　１６３　固定蓋
　１６４　外壁部
　１６５　第３凹部
　１６６　第４凹部
　１６７　紫外光透過孔
　３００　照射装置
　ＣＡ　中心軸
　ＣＡ１　第１中心軸
　ＣＡ２　第２中心軸
　ＯＡ　光軸

Claims (5)

  1. 　深紫外光を発光する光源と、
    　前記深紫外光が照射されることにより、前記深紫外光の透過率が上昇する性質を有する材料によって形成された、前記深紫外光の配光を制御するための光束制御部材と、
    　を有する、発光装置。
  2. 　前記材料は、シリコーン樹脂である、請求項１に記載の発光装置。
  3. 　前記深紫外光の主たる波長帯域は、２５０～３００ｎｍである、請求項１または請求項２に記載の発光装置。
  4. 　前記深紫外光の中心波長は、２５５～２７５ｎｍである、請求項１～３のいずれか一項に記載の発光装置。
  5. 　深紫外光を照射して流体を殺菌するための殺菌装置であって、
    　流体を流すための流路管と、
    　前記流路管内に深紫外光を照射するための、請求項１～４のいずれか一項に記載の発光装置と、
    　を有する、殺菌装置。
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