WO2023162440A1 - 紫外光照射装置 - Google Patents

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WO2023162440A1
WO2023162440A1 PCT/JP2022/047195 JP2022047195W WO2023162440A1 WO 2023162440 A1 WO2023162440 A1 WO 2023162440A1 JP 2022047195 W JP2022047195 W JP 2022047195W WO 2023162440 A1 WO2023162440 A1 WO 2023162440A1
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WO
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light
ultraviolet light
solid
irradiation device
phosphor
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/047195
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English (en)
French (fr)
Inventor
稔 至極
繁樹 藤澤
Original Assignee
ウシオ電機株式会社
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements

Definitions

  • the present invention relates to an ultraviolet light irradiation device.
  • Patent Document 1 when ultraviolet light is incident on a partial region of a cover that does not transmit ultraviolet light, or a partial region on a substrate that does not have a light emitting element, which constitutes a part of the housing of the ultraviolet light irradiation device A method is known in which visible light is used to confirm that ultraviolet light is being emitted from an ultraviolet light irradiation device by arranging a phosphor that emits visible light.
  • the ultraviolet light irradiation device of the present invention includes a solid-state light source that emits ultraviolet light including light belonging to a first wavelength band with a wavelength of 190 nm or more and less than 240 nm and light belonging to a second wavelength band of wavelengths of 240 nm or more and 280 nm or less.
  • a substrate disposed on the main surface, and a housing containing the solid-state light source and having a light extraction unit for extracting the ultraviolet light to the outside; a phosphor arranged at a position where the return light of the ultraviolet light is incident, and emitting visible light when the return light is incident; An optical filter that does not transmit the light belonging to the second wavelength band and transmits the light belonging to the first wavelength band and the visible light out of the ultraviolet light.
  • the ultraviolet light emitted by the solid-state light source includes "light belonging to a first wavelength band with a wavelength of 190 nm or more and less than 240 nm, and light belonging to a second wavelength band of 240 nm or more and 280 nm or less".
  • "Light belonging to the first wavelength band with a wavelength of 190 nm or more and less than 240 nm” has the effect of sterilizing irradiated objects (including inactivating viruses; the same shall apply hereinafter), and is extremely low in toxicity to the human body. have the property
  • "light belonging to the second wavelength band with a wavelength of 240 nm or more and 280 nm or less” is ultraviolet light that is feared to be harmful to the human body.
  • the expression "light belonging to the wavelength band” means that the light emits light at least part of the wavelengths included in the wavelength band, and has an emission spectrum over the entire wavelength band. It doesn't have to be.
  • the light belonging to the first wavelength band may be called “beneficial light”.
  • the light belonging to the second wavelength band may be called “harmful light”.
  • the ultraviolet light irradiation device is provided with an optical filter that does not transmit the light belonging to the second wavelength band but transmits the light belonging to the first wavelength band.
  • manned space means a space that a person can enter regardless of whether or not there is actually a person there.
  • Manned spaces include spaces within buildings such as, for example, homes, businesses, schools, hospitals or theaters, or spaces within vehicles such as, for example, automobiles, buses, trains or airplanes.
  • the manned space may be outdoors.
  • visible light is light that belongs to the wavelength band of 380 to 780 nm, which is visible to humans.
  • the “return light” refers to light that travels from the light emitting position of the solid-state light source to the outside of the housing and returns after being reflected by an optical filter, or to reduce the incident angle of the light entering the optical filter. is the light that returns after being reflected by the incident surface or reflecting surface of the transmission optical system. Therefore, even if the returned light is used to cause the phosphor to emit light, the utilization efficiency of the ultraviolet light is less likely to be affected.
  • the optical filter is arranged in the light extraction part, and a transmissive optical system is arranged between the solid-state light source and the optical filter to reduce an incident angle of the ultraviolet light and the visible light to the optical filter. I don't mind. Light belonging to the first wavelength band can easily pass through the optical filter, and the ultraviolet light irradiation efficiency can be improved.
  • the transmission optical system may include a lens array in which a plurality of small lenses are arranged, and each of the small lenses may be arranged to face each of the plurality of solid-state light sources in a one-to-one correspondence.
  • the phosphor may be arranged continuously in a region other than the plurality of solid-state light sources on the main surface.
  • the phosphor may be arranged so as to be in contact with the outer edge of the solid-state light source.
  • Each of the phosphors may have a frame shape surrounding each of the plurality of solid-state light sources. This makes it possible to strongly illuminate the outer edge of the region irradiated with the ultraviolet light, thereby enhancing the visibility of the outer edge. In particular, in the case of a frame shape contacting the outer edge of the solid-state light source, it becomes easy to determine the individual lighting state of each solid-state light source.
  • the phosphors may be dispersedly arranged on the main surface so as to face each of the small lenses. This makes it possible not only to confirm whether or not the ultraviolet light is being irradiated but also to visually recognize the position where the ultraviolet light is being irradiated.
  • Each of the phosphors may be arranged so that the plurality of solid-state light sources and the plurality of phosphors are mixed. As a result, the entire region irradiated with ultraviolet light can be illuminated with visible light, so that the visibility of the irradiated region can be improved.
  • the region formed by the plurality of phosphors may surround the region formed by the plurality of solid-state light sources.
  • the phosphors and the solid-state light sources may be alternately arranged.
  • the phosphor may have an excitation spectrum in which the lowest intensity of excitation light in the second wavelength band is higher than the lowest intensity of excitation light in the first wavelength band.
  • the light in the second wavelength band can be effectively used to increase the intensity of the excitation light.
  • the phosphor may be a LaPO 4 :Ce, Tb based phosphor.
  • the phosphor may be composed of two or more phosphors.
  • the solid-state light source may be an LED.
  • FIG. 4 is a diagram showing a substrate with solid-state light sources arranged on its principal surface; 2 is an enlarged view of the E1 region of FIG. 1; FIG. 4 is a graph showing transmission spectra of optical filters for different incident angles; It is a figure which shows the light distribution curve of the ultraviolet light and visible light which are emitted from an ultraviolet light irradiation apparatus. It is a figure which shows an example of the excitation spectrum of fluorescent substance (LAP). It is a figure which shows the modification of 1st embodiment of an ultraviolet light irradiation apparatus. It is a figure which shows 2nd embodiment of an ultraviolet light irradiation apparatus.
  • LAP excitation spectrum of fluorescent substance
  • FIG. 3rd embodiment of an ultraviolet light irradiation apparatus It is a figure which shows the board
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the ultraviolet light irradiation device 10 along the XZ plane.
  • the ultraviolet light irradiation device 10 includes a substrate 2 on which at least one solid-state light source 1 is arranged, a frame 3 surrounding the substrate 2, a phosphor 5, and useful light emitted by the solid-state light source 1. and an optical filter 7 that prevents transmission of emitted harmful light.
  • the emission surface of the solid-state light source 1 and the main surface of the substrate 2 on which the solid-state light source 1 is arranged are arranged parallel to the XY plane.
  • the substrate 2 and the frame 3 form a housing 4 that houses the solid-state light source 1 . That is, the substrate 2 functions as part of the housing 4 .
  • the ultraviolet light irradiation device may include the substrate 2 that does not function as the housing 4 separately from the housing 4 .
  • a light extraction part 6 for extracting the light emitted by the solid-state light source 1 to the outside of the housing 4 is an area where the housing 4 opens to the outside.
  • An optical filter 7 is arranged in the light extraction section 6 .
  • a bundle of rays F1 transmitted through the optical filter 7 (a collection of rays having a radiant intensity equal to or greater than 1/2 of the ray exhibiting the maximum radiant intensity among the rays emitted from the solid-state light sources 1) travels in the +Z direction. It emits in the D1 direction along, and sterilizes the manned space.
  • the optical filter 7 is disposed in the light extraction portion 6 ” means that the optical filter 7 is placed in the light extraction portion 6 (the area where the housing 4 opens) so that the light extracted from the light extraction portion 6 passes through the optical filter 7 . ) is placed so as to block the In this specification, the inside surrounded by the housing 4 composed of the substrate 2 and the frame 3 and the optical filter 7 is sometimes referred to as the inside of the housing 4 . Note that the location of the optical filter 7 is not limited to the position described above. For example, the optical filter 7 may be arranged so as to be incorporated in the solid-state light source 1 , or the optical filter 7 may be arranged so as to be in contact with the solid-state light source 1 .
  • the optical filter 7 has a function of not transmitting light belonging to the second wavelength band of 240 nm or more and 280 nm or less, but reflecting (or absorbing part of the light).
  • the optical filter 7 preferably does not transmit the entire second wavelength band and reflects (or partially absorbs) the second wavelength band.
  • the optical filter 7 is composed of a dielectric multilayer film in which dielectric films having different refractive indices are alternately laminated on a substrate serving as a base material. Light belonging to a specific wavelength band does not pass through the dielectric multilayer film and is reflected by the dielectric multilayer film.
  • Dielectric multilayer films include, for example, HfO 2 layers and SiO 2 layers alternately laminated, and SiO 2 layers and Al 2 O 3 layers alternately laminated.
  • a dielectric multilayer film layer in which HfO 2 layers and SiO 2 layers are alternately laminated has a higher wavelength selectivity than a dielectric multilayer film layer in which SiO 2 layers and Al 2 O 3 layers are alternately laminated. The number of layers can be reduced. Therefore, the transmittance of the selected ultraviolet light can be increased.
  • the base material is preferably a material that is transparent to ultraviolet light and visible light, such as quartz glass.
  • FIG. 2 is a diagram showing the substrate 2 with the solid-state light source 1 arranged on its main surface.
  • a plurality of solid-state light sources 1 are arranged at regular intervals in the X and Y directions on the main surface of the substrate 2 on the +Z side.
  • nine solid-state light sources 1 are shown in FIG. 2, the solid-state light source 1 may have ten or more solid-state light sources 1, may be less than nine, and may have at least one. .
  • the solid-state light source 1 emits light in the +Z direction.
  • the solid-state light source 1 emits light belonging to a first wavelength band of 190 nm or more and less than 240 nm and light belonging to a second wavelength band of 240 nm or more and 280 nm or less.
  • the solid-state light source 1 may be, for example, an LED having an emission wavelength spectrum in which the emission wavelength showing the maximum intensity is 235 nm, or may be an LED having another emission wavelength spectrum.
  • other solid-state light sources such as LDs and organic ELs may be used.
  • the term "solid-state light source” is a concept that includes LEDs, LDs, and organic ELs, and does not include electric bulbs and lamps (for example, mercury lamps or excimer lamps).
  • the phosphor 5 (hatched area in FIG. 2) is a kind of wavelength conversion element that emits visible light when excited by the ultraviolet light emitted from the solid-state light source 1 .
  • a specific material for the phosphor 5 will be described later.
  • Phosphors 5 are continuously arranged in a region other than the solid-state light sources 1 on the main surface of the substrate 2 on which the solid-state light sources 1 are arranged.
  • the state in which they are continuously arranged represents a state in which a plurality of phosphors 5 are connected to each other to form one phosphor.
  • the state in which the phosphors 5 are dispersed represents a state in which the plurality of phosphors 5 are not connected to each other.
  • the phosphor 5 is arranged on the main surface of the substrate 2 on which the solid-state light source 1 is arranged so as to be in contact with the outer edge of the solid-state light source 1. 5 may be arranged away from the outer edge of the solid-state light source 1 .
  • the phosphor 5 is laminated in the form of a thin film over the entire area except for the solid-state light source 1 .
  • a thin-film phosphor 5 may be formed, for example, by screen-printing a paste containing the phosphor 5 on the substrate 2, or by applying a slurry containing the phosphor 5 and firing it.
  • the light emitted from the solid-state light source 1 is in the +Z direction.
  • the phosphor 5 is arranged on the substrate 2 in a region other than the solid-state light source 1 , and is arranged at a position where the light emitted by the solid-state light source 1 is unlikely to be directly incident on the phosphor 5 .
  • a gap may be provided between the solid-state light source 1 and the phosphor 5 , or a light blocking member may be arranged between the solid-state light source 1 and the phosphor 5 . Since the light from the solid-state light source 1 does not directly enter the phosphor 5 , the light emitted by the solid-state light source 1 can be emitted toward the manned space without being consumed by the phosphor 5 . Therefore, the utilization efficiency of ultraviolet light is less likely to decrease.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the E1 area in FIG.
  • a ray L0 represents an example of a ray of harmful light belonging to the second wavelength band emitted by the solid-state light source 1 .
  • the light beam L0 is reflected by the optical filter 7 and becomes return light toward the phosphor 5 .
  • the harmful light is reflected by the optical filter 7 regardless of the incident angle with respect to the optical filter 7 and becomes return light toward the phosphor 5 .
  • Both the ray L1 and the ray L2 are examples of beneficial light rays emitted by the solid-state light source 1 and belonging to the first wavelength band.
  • the incident angles ( ⁇ 1, ⁇ 2) are represented by the angles formed between the light beams (L1, L2) incident on the optical filter and the normal 7N to the incident surface of the optical filter 7.
  • FIG. The light ray L1 is a low-angle light ray with a small angle of incidence on the optical filter 7, while the light ray L2 is a high-angle light ray with a large angle of incidence on the optical filter 7.
  • the transmittance of useful light through the optical filter 7 depends on the angle of incidence. In FIG. 3, the low-angle ray L1 passes through the optical filter 7, while the high-angle ray L2 does not pass through the optical filter 7 and is reflected to return to the phosphor 5. It shows how it becomes.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the transmittance spectrum of the optical filter 7 for each incident angle when ultraviolet light is incident on the optical filter 7.
  • FIG. 4 From the transmittance of less than 240 nm in FIG. 4, it can be seen that the transmittance decreases as the incident angle ⁇ (deg) increases, even for light with the same wavelength.
  • harmful light belonging to the second wavelength band and useful light having a high angle of incidence ⁇ with respect to the optical filter 7 belonging to the first wavelength band travel from the optical filter 7 toward the phosphor 5. It becomes return light.
  • the phosphor 5 When the returned light is incident on the phosphor 5, the phosphor 5 is excited and emits visible light.
  • the optical filter 7 has a high transmittance with respect to visible light, and even if the incident angle of the visible light with respect to the optical filter 7 is large, the return light is less likely to occur. Therefore, the optical filter 7 is less likely to restrict visible light emitted from the phosphor 5 .
  • FIG. 5 is a diagram showing light distribution curves of ultraviolet light (beneficial light) emitted from the ultraviolet light irradiation device 10 and visible light.
  • the light distribution curve for ultraviolet light is labeled UV
  • the light distribution curve for visible light is labeled VIS.
  • a line connecting 0 degrees and 180 degrees is a line parallel to the output surface of the optical filter 7 in the ultraviolet light irradiation device 10 .
  • a line extending in the direction of 90 degrees from the ultraviolet light irradiation device 10 overlaps with the normal to the output surface of the optical filter 7 and is a line along the optical axis of the output light.
  • Ultraviolet light (beneficial light) has a high ratio of light components with small incident angles. Therefore, the luminous intensity distribution UV of the ultraviolet light emitted from the optical filter 7 has a small luminous intensity distribution angle and directivity in the optical axis direction.
  • the visible light VIS has small incident angle dependency of transmittance in the optical filter 7 . Therefore, the visible light VIS has a nearly circular light distribution according to Lambert's cosine law, and the directivity of the visible light VIS is small.
  • the luminous intensity distribution curve VIS of visible light becomes wider than the luminous intensity distribution curve UV of ultraviolet light.
  • the luminous intensity distribution angle at which the radiant intensity is half the peak intensity is around 53 degrees in the luminous intensity distribution curve VIS for visible light, whereas the distribution angle for ultraviolet light is approximately 53 degrees.
  • the light curve UV is around 17 degrees, and the light distribution curve VIS of visible light has a wider light distribution angle than the light distribution curve UV of ultraviolet light.
  • the visible light emitted from the phosphor 5 can be used as normal illumination light.
  • a LaPO 4 :Ce,Tb-based (LAP) phosphor is used as the phosphor 5 .
  • the LAP emits green light when ultraviolet light is incident on it.
  • FIG. 6 shows the excitation spectrum of the phosphor 5 of this embodiment.
  • the lowest value P1 of the relative intensity of the excitation light in the second wavelength band WB2 with a wavelength of 240 nm or more and 280 nm or less is the lowest value of the relative intensity of the excitation light in the first wavelength band WB1 with a wavelength of 190 nm or more and less than 240 nm. It can be seen that it is higher than the value P2. This is one of the indices indicating that the luminous efficiency for harmful light is higher than the luminous efficiency for useful light.
  • the excitation spectrum shown in FIG. 6 is an example of LAP, and the excitation spectrum differs depending on the component ratio of Ce or Tb constituting the phosphor 5 and the like.
  • the phosphor 5 is not limited to LAP. Phosphors of other colors (for example, BaMgAl 10 O 17 :Eu blue phosphor or (Y,Gd)BO 3 :Eu red phosphor) may be used, and two or more phosphors may be used. good. For example, it may be a PDP phosphor in which three wavelengths of green, red, and blue are mixed, or a phosphor used in a white fluorescent lamp for illumination, such as calcium halophosphate.
  • Phosphors of other colors for example, BaMgAl 10 O 17 :Eu blue phosphor or (Y,Gd)BO 3 :Eu red phosphor
  • two or more phosphors may be used. good.
  • it may be a PDP phosphor in which three wavelengths of green, red, and blue are mixed, or a phosphor used in a white fluorescent lamp for illumination, such as calcium halophosphate.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the ultraviolet light irradiation device 20 along the XZ plane.
  • the description will focus on the portions different from the above-described ultraviolet light irradiation device 10, and the items that are not described have the same configuration as the above-described ultraviolet light irradiation device 10.
  • Other embodiments and modifications thereof, which will be described later, will also be described with a focus on different parts.
  • the phosphor 5 is provided not only on the substrate 2 but also on the inner wall surface of the frame 3 and the inner surface of the optical filter 7 .
  • the inner wall surface of the frame 3 on which the phosphor 5 is arranged and the inner surface of the optical filter 7 are located outside the ray bundle F2.
  • a bundle of rays F2 represents a group of rays having a radiant intensity equal to or greater than 1/2 of the ray showing the maximum radiant intensity among the rays emitted from each solid-state light source 1.
  • FIG. The light emitted by the solid-state light source 1 is less likely to be directly incident on the phosphor 5 located outside the ray bundle F2.
  • the return light reflected by the optical filter 7 enters the inner wall surface of the frame 3 and the phosphor 5 arranged on the inner surface of the optical filter 7 .
  • the phosphor 5 By increasing the formation area of the phosphor 5 in this way, stronger visible light can be emitted from the phosphor 5 .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the ultraviolet light irradiation device 30 along the XZ plane.
  • the optical filter 7 is arranged in the light extraction part 6, and a transmission optical system is provided between the solid-state light source 1 and the optical filter 7 to reduce the incident angle of the ultraviolet light and the visible light to the optical filter 7. system is placed.
  • a transmissive optical system consists of at least one optical lens. In this embodiment, one lens array 15 in which a plurality of small lenses are arranged is used as the transmission optical system, but it does not have to be a lens array, and a plurality of lenses may be used. .
  • Each of the plurality of small lenses constituting the lens array 15 is arranged to face each of the plurality of solid-state light sources 1 in a one-to-one correspondence.
  • Each small lens deflects the light beam F2 from each solid-state light source 1 so as to approach parallel light, thereby reducing the incident angle of the light beam entering the optical filter 7 . This makes it easier for useful light to pass through the optical filter 7, thereby improving the ultraviolet light irradiation efficiency.
  • part of the ultraviolet light emitted from the solid-state light source 1 is reflected not only by the optical filter 7 but also by the entrance surface or exit surface of the lens array 15 . Therefore, the ultraviolet light reflected by the entrance surface or the exit surface of the lens array 15 becomes return light that causes the phosphor 5 to emit light.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the ultraviolet light irradiation device 40 along the XZ plane.
  • the ultraviolet light irradiation device 40 has an optical filter 7 arranged in the light extraction part 6, and a plurality of small lenses are arranged between the solid-state light source 1 and the optical filter 7, as in the second embodiment.
  • One lens array 15 is arranged.
  • FIG. 10 is a diagram showing the substrate 22 used in the ultraviolet light irradiation device 40 and having the solid-state light source 1 arranged on its main surface.
  • a plurality of solid-state light sources 1 are arranged in the X direction and the Y direction on the main surface of the substrate 22 on the +Z side.
  • the phosphors 5 (hatched areas in FIG. 10) are dispersedly arranged, and each of the dispersed phosphors 5 has a frame shape surrounding each solid-state light source 1 .
  • the visible light emitted by the frame-shaped phosphor 5 is refracted by the small lenses that make up the lens array 15 in the same way as the ultraviolet light emitted from each solid-state light source 1, and is brought closer to parallel light.
  • the phosphor 5 is arranged on the main surface of the substrate 2 on which the solid-state light source 1 is arranged so as to be in contact with the outer edge of the solid-state light source 1 . This makes it easier to determine the lighting state of each solid-state light source.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relative light intensity distribution of the ultraviolet light (beneficial light) UV of the ultraviolet light irradiation device and the visible light VIS on the surface to be irradiated which is 200 mm away from the optical filter 7 in the +Z direction.
  • the horizontal axis represents the distance from the optical axis position (position 0 mm) of the emitted light.
  • the vertical axis is the relative value of the light intensity when the maximum light intensity is set to 1. This relative light intensity distribution is obtained by simulation.
  • the relative intensity of the ultraviolet light UV decreases from +20 mm to +50 mm, and decreases from -20 mm to -50 mm.
  • the irradiated region of the ultraviolet light UV where the relative light intensity is 0.5 or more is ⁇ 35 mm to +35 mm.
  • the visible light VIS emitted by the frame-shaped phosphor 5 surrounding the solid-state light source 1 is between +30 mm and +50 mm and -30 mm to -50 mm near the outer edge of the region irradiated with the ultraviolet light UV.
  • the light intensity of the visible light VIS increases.
  • the visible light VIS is irradiated onto the surface to be irradiated so as to form the outer edge of the region to be irradiated with the ultraviolet light UV.
  • the visible light VIS can be used to visually recognize the position irradiated with the ultraviolet light.
  • the phosphors 5 (hatched areas in FIG. 12) are distributed on the substrate 32 .
  • the phosphor 5 has a shape and size similar to those of the solid-state light source 1 .
  • a plurality of solid-state light sources 1 and a plurality of phosphors 5 are mixedly arranged on the substrate 32 .
  • a region 5 a composed of a plurality of phosphors 5 surrounds a region 1 a composed of a plurality of solid-state light sources 1 .
  • FIG. 13 is a diagram showing the relative light intensity distribution of the ultraviolet light (beneficial light) UV and visible light VIS of the ultraviolet light irradiation device 40 using the substrate 32 on the surface to be irradiated which is 200 mm away from the optical filter 7 in the +Z direction. is.
  • the horizontal axis represents the distance from the optical axis position (position 0 mm) of the emitted light.
  • the vertical axis is the relative value of the light intensity when the maximum light intensity is set to 1. This relative light intensity distribution is obtained by simulation.
  • the area irradiated with visible light VIS roughly matches the area irradiated with ultraviolet light UV.
  • the area where the visible light VIS can be seen can be said to be the irradiated area of the ultraviolet light UV. That is, also in this modification, by using visible light, it is possible not only to confirm whether or not ultraviolet light is being emitted, but also to visually recognize a position irradiated with ultraviolet light, which is invisible to the naked eye. Since the irradiation area of visible light and the irradiation area of ultraviolet light generally overlap, a person can intuitively understand the irradiation area of ultraviolet light.
  • the relative light intensity distribution of FIG. 13 is obtained not only with the substrate 32 shown in FIG. can also be obtained using
  • the lens array 15 may be removed from the ultraviolet light irradiation device 40 of the third embodiment or the modification of the third embodiment.
  • phosphors may also be arranged in an ultraviolet light irradiation device using a light source other than a solid-state light source (for example, a mercury lamp or an excimer lamp). good too. That is, for an ultraviolet light irradiation device whose light source is not specified, a light source that emits ultraviolet light including light belonging to a first wavelength band having a wavelength of 190 nm or more and less than 240 nm and light belonging to a second wavelength band having a wavelength of 240 nm or more and 280 nm or less.
  • a light source that emits ultraviolet light including light belonging to a first wavelength band having a wavelength of 190 nm or more and less than 240 nm and light belonging to a second wavelength band having a wavelength of 240 nm or more and 280 nm or less.
  • a housing that houses the light source and has a light extraction part for extracting the ultraviolet light to the outside, and a fluorescence that is disposed at a position where the return light of the ultraviolet light is incident and emits visible light when the return light is incident. and an optical filter that does not transmit the light belonging to the second wavelength band and transmits the light belonging to the first wavelength band and the visible light out of the ultraviolet light. It may be an irradiation device.
  • the phosphor be arranged at a position where the ultraviolet light emitted from the light source does not directly enter but the return light enters.
  • the "returned light” refers to the light that travels from the light emitting position of the light source to the outside of the housing and returns after being reflected by an optical filter, or the transmitted light that reduces the incident angle to the optical filter. Light that is reflected back from the incident or reflective surface of the system.
  • the configuration of the ultraviolet light irradiation device using the solid-state light source described above can also be applied to an ultraviolet light irradiation device using a light source other than the solid-state light source.
  • FIG. 15 shows an ultraviolet light irradiation device 50 using an excimer lamp 11 .
  • the ultraviolet light irradiation device 50 includes a cylindrical excimer lamp 11 extending in the Y direction (for example, a KrCl excimer lamp having a main emission peak wavelength of 222 nm), a housing 4, an electrode block 19, a phosphor 5, and an optical filter. 7 and a diffusion plate 13 for diffusing ultraviolet light.
  • the electrode block 19 functions not only as an electrode of the excimer lamp 11 but also as a reflecting mirror that reflects part of the ultraviolet light emitted from the excimer lamp 11 .
  • the phosphor 5 is arranged on the surface of the electrode block 19 at a position where it is not used as a reflecting mirror (that is, a position where the light from the excimer lamp 11 does not directly enter). Return light from the optical filter 7 is incident on the phosphor 5 .
  • a transmission optical system may be arranged in the ultraviolet light irradiation device 50 . In that case, for example, a lens array with cylindrical small lenses can be used as the transmission optical system.
  • Reference Signs List 1 Solid-state light source 2, 22, 32, 42: Substrate 3: Frame 4: Housing 5: Phosphor 6: Light extraction unit 7: Optical filter 10, 20, 30, 40, 50: Ultraviolet light irradiation device 11: Excimer lamp 13: diffusion plate 15: lens array 19: electrode block

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Abstract

紫外光を効果的に出射し、かつ、紫外光照射装置から紫外光が照射されているか否かを確認できる、紫外光照射装置を提供できる。　紫外光照射装置は、波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の第一波長帯域に属する光、及び波長が２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の第二波長帯域に属する光を含む、紫外光を発光する固体光源を、主面上に配置した基板と、前記固体光源を収容し、前記紫外光を外へ取り出す光取出し部を有する筐体と、前記紫外光の戻り光が入射する位置に配置され、前記戻り光が入射すると可視光を出射する蛍光体と、前記紫外光のうち、前記第二波長帯域に属する光を透過せず、前記第一波長帯域に属する光と前記可視光を透過する光学フィルタと、を含む。

Description

紫外光照射装置
　本発明は、紫外光照射装置に関する。
　従来から、殺菌を目的として紫外光を照射する、紫外光照射装置が知られている。紫外光は肉眼で認識できないため、紫外光照射装置から紫外光が照射されているか否かを確認することが難しい。そこで、特許文献１では、紫外光照射装置の筐体の一部を構成する、紫外光を透過しないカバーの一部領域、または基板上の発光素子がない一部領域に、紫外光が入射すると可視光を出射する蛍光体を配置することにより、紫外光照射装置から紫外光が照射されていることを、可視光で確認する方法が知られている。
特開２０２０－１６７１４７号公報
　特許文献１の紫外光照射装置では、本来であれば殺菌のために筐体の外部に向けて照射するべき紫外光の一部を、蛍光体が配置された位置に向けて照射せねばならず、紫外光の利用効率が低下する。そこで、紫外光照射装置から紫外光が照射されているか否かを確認でき、かつ、紫外光の利用効率の高い紫外光照射装置を提供することを目的とする。
　本発明の紫外光照射装置は、波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の第一波長帯域に属する光、及び波長が２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の第二波長帯域に属する光を含む、紫外光を発光する固体光源を、主面上に配置した基板と、
　前記固体光源を収容し、前記紫外光を外へ取り出す光取出し部を有する筐体と、
　前記紫外光の戻り光が入射する位置に配置され、前記戻り光が入射すると可視光を出射する蛍光体と、
　前記紫外光のうち、前記第二波長帯域に属する光を透過せず、前記第一波長帯域に属する光と前記可視光を透過する光学フィルタと、を備える。
　はじめに、固体光源が発光する紫外光は、「波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の第一波長帯域に属する光、及び波長が２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の第二波長帯域に属する光」を含んでいる。「波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の第一波長帯域に属する光」は、被照射物を殺菌する（ウイルスの不活化することを含む。以下同じ。）効果を有するとともに、人体への有害性が極めて低い性質を有する。他方、「波長が２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の第二波長帯域に属する光」は、人体への有害性が懸念される紫外光である。
　本明細書において、「波長帯域に属する光」という表現は、この光が、当該波長帯域に含まれる少なくとも一部の波長において発光していればよく、当該波長帯域の全域で発光スペクトルを有しなくてもよい。本明細書において、前記第一波長帯域に属する光を、「有益光」と呼ぶことがある。以降、前記第二波長帯域に属する光を、「有害光」と呼ぶことがある。
　紫外光照射装置は、前記第二波長帯域に属する光を透過せず、前記第一波長帯域に属する光を透過する光学フィルタを設ける。これにより、固体光源が発光する有益光を有人空間に到達させるとともに、固体光源が発光する有害光を光学フィルタによって反射させて、有害光が有人空間に到達しないようにする。
　本明細書において、「有人空間」とは、実際に人がいるか否かは問わず、人が立ち入ることのできる空間を意味する。有人空間には、例えば、住宅、事業所、学校、病院もしくは劇場などの建物内の空間、又は、例えば、自動車、バス、電車もしくは飛行機などの乗り物内の空間を含む。有人空間は屋外でも構わない。
　紫外光照射装置を提供することは、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標３「あらゆる年齢の全ての人々が健康的な生活を確保し、福祉を促進する」に対応し、また、ターゲット３．３「２０３０年までに、エイズ、結核、マラリア及び顧みられない熱帯病といった伝染病を根絶するとともに、肝炎、水系感染症及びその他の感染症に対処する」に大きく貢献するものである。
　紫外光照射装置には、光取出し部から取り出されない紫外光の戻り光が存在する。鋭意研究の結果、本発明者は、戻り光を活用して蛍光体を発光させることを着想した。戻り光を蛍光体に入射させて可視光を得て、この可視光により固体光源が発光しているか否かを確認する。本明細書において、「可視光」は、人間が視認可能な、波長が３８０～７８０ｎｍの波長帯域に属する光である。
　詳細は後述するが、「戻り光」とは、固体光源の発光位置から筐体の外へ向かう光が光学フィルタで反射されて戻る光か、または、光学フィルタに入射する入射角を小さくするための透過光学系の入射面又は反射面で反射されて戻る光である。それゆえ、戻り光を使用して蛍光体を発光させても、紫外光の利用効率に影響を与えにくい。
　前記光取出し部に前記光学フィルタが配置され、前記固体光源と前記光学フィルタとの間に、前記紫外光及び前記可視光が前記光学フィルタに入射する入射角を小さくする透過光学系が配置されていても構わない。第一波長帯域に属する光が光学フィルタを透過しやすくなり、紫外光照射効率が向上する。
　複数の前記固体光源が前記主面上に配列されており、
　前記透過光学系は、複数の小レンズが配列されるレンズアレイを含み、前記小レンズの各々は、前記複数の固体光源の各々に一対一で対向配置されていても構わない。
　前記蛍光体は、前記主面上の前記複数の前記固体光源を除く領域に、連続して配置されても構わない。
　前記蛍光体は、前記固体光源の外縁に接するように配置されても構わない。
　前記蛍光体の各々は、前記複数の前記固体光源の各々を囲む枠形状であっても構わない。これにより、紫外光が照射される領域の外縁を強く照明できるため、外縁の視認性を高められる。特に、前記固体光源の外縁に接するような枠形状である場合には、各固体光源の個々の点灯状態を判別し易くなる。
　前記蛍光体は、前記小レンズの各々に対向するように、前記主面上に分散して配置されても構わない。これにより、紫外光が照射されているか否かの確認のみならず、紫外光が照射される位置を可視光で視認できる。
　前記蛍光体の各々は、前記複数の固体光源と複数の前記蛍光体とが混在するように、配列されても構わない。これにより、紫外光が照射される領域の全部を可視光で照明できるため、照射領域の視認性を高められる。
　前記複数の固体光源と複数の前記蛍光体とが混在して配列されるとき、複数の蛍光体で構成される領域が、複数の前記固体光源で構成される領域を囲んでも構わない。または、前記蛍光体と前記固体光源とが交互に配置されても構わない。
　前記蛍光体は、前記第二波長帯域における励起光の最低強度が前記第一波長帯域における励起光の最低強度より高い励起スペクトルを有しても構わない。第二波長帯域の光を効果的に利用して、励起光の強度を高めることができる。
　前記蛍光体はＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ系蛍光体であっても構わない。
　前記蛍光体は二種以上の蛍光体から構成されても構わない。
　前記固体光源はＬＥＤであっても構わない。
　紫外光を効果的に出射し、かつ、紫外光照射装置から紫外光が照射されているか否かを確認できる、紫外光照射装置を提供できる。
紫外光照射装置の第一実施形態を示す図である。 固体光源を主面上に配置した基板を示す図である。 図１のＥ１領域の拡大図である。 光学フィルタの透過スペクトルを入射角別に示すグラフである。 紫外光照射装置から出射する紫外光と可視光の配光曲線を示す図である。 蛍光体（ＬＡＰ）の励起スペクトルの一例を示す図である。 紫外光照射装置の第一実施形態の変形例を示す図である。 紫外光照射装置の第二実施形態を示す図である。 紫外光照射装置の第三実施形態を示す図である。 第三実施形態の、固体光源を配置した基板を示す図である。 第三実施形態の、紫外光と可視光の相対光強度分布を示す図である。 第三実施形態の、固体光源を配置した基板の変形例を示す図である。 第三実施形態の変形例の、紫外光と可視光の相対光強度分布を示す図である。 第三実施形態の、固体光源を配置した基板の変形例を示す図である。 固体光源ではない光源を使用した紫外光照射装置を示す図である。
　紫外光照射装置の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。なお、グラフを除く各図面は模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比と一致しておらず、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。
　以下において、図面の一部はＸＹＺ座標系を参照しながら説明される。本明細書において、正負の向きを区別して方向を表現する場合には、例えば、「＋Ｘ方向」、「－Ｘ方向」のように、正負の符号を付して記載される。正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、例えば「Ｘ方向」のように、正負の符号を付すことなく記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｘ方向」と記載されている場合には、「＋Ｘ方向」と「－Ｘ方向」の双方が含まれる。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。以下に述べる実施形態では、紫外光照射装置からの出射光の光軸上の光線が進行する方向を、「＋Ｚ方向」として表す。
＜第一実施形態＞
［紫外光照射装置］
　図１を参照しながら、紫外光照射装置の第一実施形態を説明する。図１は、紫外光照射装置１０のＸＺ平面に沿う断面図である。紫外光照射装置１０は、少なくとも一つの固体光源１を配置した基板２と、基板２を囲む枠体３と、蛍光体５と、固体光源１が発光する有益光を透過し、固体光源１が発光する有害光の透過を妨げる光学フィルタ７と、を有する。
　本実施形態において、固体光源１の出射面、及び固体光源１の配置された基板２の主面は、ＸＹ平面に平行に配置されている。そして、基板２は、枠体３とともに、固体光源１を収容する筐体４を構成する。すなわち、基板２が、筐体４の一部として機能する。なお、変形例として、紫外光照射装置は、筐体４として機能しない基板２を、筐体４とは別に備えても構わない。
　固体光源１で発光した光を筐体４の外へ取り出す光取出し部６は、筐体４が外に開く領域である。光学フィルタ７が光取出し部６に配置される。光学フィルタ７を透過した光線束Ｆ１（各固体光源１から出射する光線のうち最大放射強度を示す光線の１／２以上の放射強度を有する光線で構成される光線の集まり）が、＋Ｚ方向に沿うＤ１方向に出射し、有人空間を殺菌する。
　「光学フィルタ７が光取出し部６に配置される」とは、光取出し部６より取り出される光が光学フィルタ７を透過するように、光学フィルタ７が光取出し部６（筐体４が開く領域）を塞ぐように配置されることを表す。本明細書では、基板２及び枠体３で構成される筐体４、並びに光学フィルタ７で囲まれた内部を、筐体４の内部と呼ぶことがある。なお、光学フィルタ７の配置場所は上述した位置に限らない。例えば、光学フィルタ７を固体光源１に組み込むように配置してもよく、光学フィルタ７を固体光源１に接するように配置してもよい。
　光学フィルタ７は、波長が２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の第二波長帯域に属する光を透過せず、反射する（又は、光の一部を吸収する）機能を有する。光学フィルタ７は、第二波長帯域の全域を透過せず、反射（又は一部を吸収）するとよい。
　光学フィルタ７は、母材となる基板上に屈折率の異なる誘電体膜を交互に積層した誘電体多層膜で構成される。特定波長帯域に属する光は誘電体多層膜を貫通せず、誘電体多層膜で反射される。誘電体多層膜として、例えば、ＨｆＯ２層及びＳｉＯ２層が交互に積層されたもの、並びに、ＳｉＯ２層及びＡｌ２Ｏ３層が交互に積層されたものがある。ＨｆＯ２層及びＳｉＯ２層が交互に積層された誘電体多層膜層は、ＳｉＯ２層及びＡｌ２Ｏ３層が交互に積層された誘電多層膜層よりも、同じ波長選択特性を得るための層数を少なくすることができる。よって、選択した紫外光の透過率を高めることができる。母材は、紫外光及び可視光に対して透過性を示す材料、例えば石英ガラスであるとよい。
　図２は、固体光源１を主面上に配置した基板２を示す図である。図２に示されるように、複数の固体光源１が、基板２の＋Ｚ側の主面上でＸ方向とＹ方向に一定間隔で配列されている。図２では９個の固体光源１を示しているが、固体光源１は、１０個以上の固体光源１を有していてもよく、９個未満でもよく、少なくとも一つ有しているとよい。固体光源１は、＋Ｚ方向に光を出射する。
　固体光源１は、波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の第一波長帯域に属する光と、波長が２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の第二波長帯域に属する光と、を出射する。固体光源１は、例えば、最大強度を示す発光波長が２３５ｎｍの発光波長スペクトルを有するＬＥＤでもよいし、他の発光波長スペクトルを有するＬＥＤでもよい。また、ＬＥＤではなく、他の固体光源、例えば、ＬＤや有機ＥＬなどを使用してもよい。なお、本明細書において、「固体光源」という用語は、ＬＥＤ、ＬＤ及び有機ＥＬを含み、電球及びランプ（例えば、水銀ランプ又はエキシマランプ）を含まない概念である。
［蛍光体の配置］
　蛍光体５（図２におけるハッチング領域）は、固体光源１より発光される紫外光によって励起されて、可視光を発光する波長変換素子の一種である。蛍光体５の具体的な材料については後述する。蛍光体５が、基板２の固体光源１が配置される主面上の、固体光源１を除く領域に、連続して配置されている。連続して配置された状態とは、複数の蛍光体５が互いに繋がって一つの蛍光体を構成しているような状態を表す。なお、後述する他の実施形態で示される、蛍光体５が分散された状態とは、複数の蛍光体５が互いに繋がっていない状態を表す。また、図１及び図２に示す実施形態において、蛍光体５は、基板２の固体光源１が配置される主面上の、固体光源１の外縁に接するように配置されているが、蛍光体５は、固体光源１の外縁から離れるように配置されても構わない。
　本実施形態では、蛍光体５が、固体光源１を除く領域の全体に薄膜状に積層されている。斯かる薄膜状の蛍光体５は、例えば、基板２上に蛍光体５を含むペーストをスクリーン印刷して形成されてもよく、蛍光体５を含むスラリーを塗布して焼成してもよい。
　固体光源１から出射する光は＋Ｚ方向である。蛍光体５は、基板２上の固体光源１を除く領域に配置されており、固体光源１で発光した光が蛍光体５に直接入射しにくい位置に配置されている。固体光源１と蛍光体５との間に隙間があってもよいし、固体光源１と蛍光体５の間に遮光部材を配置してもよい。固体光源１からの光が蛍光体５に直接入射しないことは、固体光源１で発光した光を、蛍光体５で消費せず、有人空間に向けて照射できる。よって、紫外光の利用効率が低下しにくい。
　図３は、図１のＥ１領域の拡大図である。図３を参照しながら、固体光源１で発光した光の戻り光について説明する。光線Ｌ０は、固体光源１で発光した、第二波長帯域に属する有害光の光線の一例を表す。光線Ｌ０は光学フィルタ７で反射して、蛍光体５に向かう戻り光となる。詳細は後述するが、有害光は、光学フィルタ７に対する入射角にかかわらず、光学フィルタ７で反射されて、蛍光体５へ向かう戻り光となる。
　光線Ｌ１と光線Ｌ２は、いずれも、固体光源１で発光した、第一波長帯域に属する有益光の光線の一例を示す。入射角（θ１，θ２）は、光学フィルタに入射する光線（Ｌ１，Ｌ２）と、光学フィルタ７の入射面に対する法線７Ｎとの間になす角で表される。光線Ｌ１は、光学フィルタ７に対する入射角の小さい低角度光線であるのに対し、光線Ｌ２は、光学フィルタ７に対する入射角の大きい高角度光線である。つまり、入射角θ２は、入射角θ１より大きい。有益光が光学フィルタ７を透過する透過率は、入射角の角度に依存する。図３では、低角度光線である光線Ｌ１が光学フィルタ７を透過するのに対し、高角度光線である光線Ｌ２は、光学フィルタ７を透過せずに反射されて、蛍光体５に向かう戻り光となる様子を示している。
　図４は、光学フィルタ７の透過率スペクトルの一例を、紫外光が光学フィルタ７に対して入射する際の入射角別に示すグラフである。図４の２４０ｎｍ未満の透過率から、同じ波長の光線であっても、入射角θ（ｄｅｇ）が大きくなるほど透過率が低下する様子がわかる。
　まとめると、本実施形態では、第二波長帯域に属する有害光、及び第一波長帯域に属する光学フィルタ７に対する入射角θの大きな高角度成分の有益光が、光学フィルタ７から蛍光体５に向かう戻り光となる。そして、戻り光が蛍光体５に入射すると、蛍光体５が励起されて可視光を出射する。なお、光学フィルタ７は、可視光に対して高い透過率を有し、可視光線の光学フィルタ７に対する入射角が大きくなっても、戻り光となることは少ない。よって、光学フィルタ７は、蛍光体５から出射される可視光に制限を与えにくい。
［蛍光体を使用した発光確認］
　図５は、紫外光照射装置１０から出射する紫外光（有益光）と可視光の配光曲線を示す図である。図５において、紫外光の配光曲線にはＵＶと付され、可視光の配光曲線にはＶＩＳと付されている。０度と１８０度を結ぶ線は、紫外光照射装置１０における光学フィルタ７の出射面と平行な線である。紫外光照射装置１０から９０度方向に延びる線は、光学フィルタ７の出射面に対する法線と重なり、出射光の光軸に沿う線である。紫外光（有益光）は、入射角の小さい光成分の比率が高まる。よって、光学フィルタ７を出射する紫外光の配光分布ＵＶは配光角が小さく、光軸方向に指向性を有する光となる。
　可視光ＶＩＳは、光学フィルタ７における透過率の入射角依存性が小さい。そのため、可視光ＶＩＳは、ランベルトの余弦則に従う円形に近い配光分布となり、可視光ＶＩＳの指向性は小さい。
　これより、可視光の配光曲線ＶＩＳが紫外光の配光曲線ＵＶよりも広くなる。図５に示されるように、具体的には、放射強度がピーク強度に対して半値となる配光角度は、可視光の配光曲線ＶＩＳでは５３度付近であるのに対し、紫外光の配光曲線ＵＶは１７度付近となり、可視光の配光曲線ＶＩＳの方が、紫外光の配光曲線ＵＶよりも広い配光角度となる。そうすると、紫外光の被照射領域に入らなくても、可視光が出射されているかを認識することで、紫外光が出射しているか否かを知ることができる。これにより、紫外光照射装置の動作確認を簡単にできる。また、蛍光体５から出射する可視光を、通常の照明光として利用できる。
［蛍光体の材料］
　本実施形態では、蛍光体５として、ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ系（ＬＡＰ）の蛍光体を使用している。ＬＡＰは、紫外光が入射すると緑色の光を出射する。
　図６は、本実施形態の蛍光体５の励起スペクトルを示す。相対強度が高いほど、当該波長における光を多く吸収し、可視光に変換する。図６を見ると、波長が２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の第二波長帯域ＷＢ２における励起光の相対強度の最低値Ｐ１が、波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の第一波長帯域ＷＢ１における励起光の相対強度の最低値Ｐ２より高いことがわかる。これは、有害光による発光効率が、有益光の発光効率より高い蛍光体であることを示す指標のひとつである。光学フィルタ７からの戻り光は有害光を多く含むため、有害光に対して発光しやすい蛍光体５を使用すると、戻り光からより多くの可視光を出射できる。なお、図６に示される励起スペクトルは、ＬＡＰの一例であり、励起スペクトルは蛍光体５を構成するＣｅ又はＴｂの成分比等によって異なる。
　蛍光体５はＬＡＰに限定されない。他の色の蛍光体（例えば、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕの青色蛍光体、又は、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕの赤色蛍光体）でもよく、二種以上の蛍光体を使用してもよい。例えば、緑色、赤色及び青色の３波長を混合したＰＤＰ用蛍光体でもよく、ハロリン酸カルシウムのような照明用白色蛍光灯に使用される蛍光体でもよい。
［変形例］
　図７を参照しながら、第一実施形態の変形例を説明する。図７は、紫外光照射装置２０のＸＺ平面に沿う断面図である。なお、以下に説明する事項以外については、上述した紫外光照射装置１０と異なる部分を中心に説明し、説明していない事項は、上述した紫外光照射装置１０と同様の構成である。後述する他の実施形態及びその変形例についても同様に、異なる部分を中心に説明する。
　紫外光照射装置２０では、蛍光体５は、基板２上に設けられるだけでなく、枠体３の内壁面と、光学フィルタ７の内側面に設けられている。蛍光体５が配置される枠体３の内壁面、及び光学フィルタ７の内側面は、光線束Ｆ２の外に位置している。光線束Ｆ２は、各固体光源１から出射する光線のうち最大放射強度を示す光線の１／２以上の放射強度を有する光線で構成される光線の集まりを表す。固体光源１で発光した光は、光線束Ｆ２の外に位置している蛍光体５に直接入射しにくい。しかしながら、光学フィルタ７で反射した戻り光は、枠体３の内壁面、及び光学フィルタ７の内側面に配置された蛍光体５に入射する。このようにして蛍光体５の形成領域を増やすことで、蛍光体５から、より強い可視光を出射できる。
＜第二実施形態＞
　図８を参照しながら、紫外光照射装置の第二実施形態を説明する。図８は、紫外光照射装置３０のＸＺ平面に沿う断面図である。紫外光照射装置３０は、光取出し部６に光学フィルタ７が配置され、固体光源１と光学フィルタ７との間に、紫外光及び可視光が光学フィルタ７に入射する入射角を小さくする透過光学系が配置されている。透過光学系は、少なくとも一つの光学レンズから構成される。本実施形態では、透過光学系として、複数の小レンズが配列された、一つのレンズアレイ１５が使用されるが、レンズアレイでなくても構わないし、複数枚のレンズを使用しても構わない。
　レンズアレイ１５を構成する複数の小レンズの各々は、複数の固体光源１の各々に一対一で対向配置される。各小レンズは、各固体光源１からの光線束Ｆ２を平行光に近づけるように偏向することで、光学フィルタ７に入射する光線の入射角を小さくできる。これにより有益光が光学フィルタ７を透過しやすくなり、紫外光照射効率が向上する。さらに、本実施形態では、固体光源１から出射した紫外光の一部が、光学フィルタ７だけでなく、レンズアレイ１５の入射面又は出射面においても反射する。よって、レンズアレイ１５の入射面又は出射面で反射した紫外光が、蛍光体５を発光させる戻り光となる。
＜第三実施形態＞
　図９を参照しながら、紫外光照射装置の第三実施形態を説明する。図９は、紫外光照射装置４０のＸＺ平面に沿う断面図である。紫外光照射装置４０は、光取出し部６に光学フィルタ７が配置され、固体光源１と光学フィルタ７との間には、第二実施形態と同様に、複数の小レンズが配列された、一つのレンズアレイ１５が配置されている。
　図１０は、紫外光照射装置４０に使用される、固体光源１を主面上に配置した基板２２を示す図である。複数の固体光源１が、基板２２の＋Ｚ側の主面上でＸ方向とＹ方向に配列されている。そして、蛍光体５（図１０におけるハッチング領域）は、分散して配置されており、かつ、分散して配置された蛍光体５の各々は、各固体光源１を囲む枠形状を呈する。枠形状の蛍光体５で発光された可視光は、各固体光源１から出射する紫外光と同様に、レンズアレイ１５を構成する各小レンズで屈折し、平行光に近づけられる。
　特に、図９及び図１０では、蛍光体５は、基板２の固体光源１が配置される主面上の、固体光源１の外縁に接するように配置されている。これにより、各固体光源の個々の点灯状態を判別し易くなる。
　図１１を参照しながら、基板２２を有する紫外光照射装置４０の効果を説明する。図１１は、光学フィルタ７から＋Ｚ方向に２００ｍｍ離れた被照射面における、紫外光照射装置の紫外光（有益光）ＵＶと、可視光ＶＩＳの相対光強度分布を示す図である。横軸は、出射光の光軸位置（位置０ｍｍ）からの距離を表す。縦軸は最大光強度を１とした場合の光強度の相対値である。この相対光強度分布は、シミュレーションにより求められる。
　図１１をみると、紫外光ＵＶは、＋２０ｍｍから＋５０ｍｍに向かうにつれて相対強度が低下し、－２０ｍｍから－５０ｍｍに向かうにつれて相対強度が低下している。相対光強度が０．５以上の光強度となる、紫外光ＵＶの被照射領域は、－３５ｍｍ～＋３５ｍｍである。
　これに対し、固体光源１を囲む枠形状の蛍光体５により発光される可視光ＶＩＳは、紫外光ＵＶの被照射領域の外縁付近である、＋３０ｍｍ～＋５０ｍｍの間、及び、－３０ｍｍ～－５０ｍｍの間で可視光ＶＩＳの光強度が高くなる。そうすると、可視光ＶＩＳは、紫外光ＵＶの被照射領域の外縁を形成するように、被照射面に照射される。これにより、可視光ＶＩＳを使用して、紫外光の被照射位置を視認できる。つまり、本実施形態では、可視光を使用することにより、紫外光が出射しているか否かの確認のみならず、肉眼で視認できない紫外光の被照射位置を視認できる。特に、紫外光が照射される領域と照射されない領域の境界である被照射領域の外縁付近が強く照明されるため、被照射領域の外縁の視認性が高い。
［変形例］
　第三実施形態の変形例を説明する。当該変形例では基板３２（図１２参照）を使用している。基板３２を除く紫外光照射装置４０の構成は、第三実施形態と同様である。
　図１２に示されるように、基板３２上において、蛍光体５（図１２におけるハッチング領域）は分散配置されている。蛍光体５は固体光源１と似た形状及び大きさをしている。そして、複数の固体光源１と複数の蛍光体５とが、基板３２上で混在して配列されている。複数の蛍光体５で構成される領域５ａが、複数の固体光源１で構成される領域１ａを囲んでいる。
　図１３は、光学フィルタ７から＋Ｚ方向に２００ｍｍ離れた被照射面における、基板３２を使用した紫外光照射装置４０の紫外光（有益光）ＵＶと、可視光ＶＩＳの相対光強度分布を示す図である。横軸は、出射光の光軸位置（位置０ｍｍ）からの距離を表す。縦軸は最大光強度を１とした場合の光強度の相対値である。この相対光強度分布は、シミュレーションにより求められる。
　図１３では、可視光ＶＩＳの被照射領域が、紫外光ＵＶの被照射領域に概ね一致している。つまり、基板３２を使用すると、可視光ＶＩＳが視認できる領域が、紫外光ＵＶの被照射領域といえる。つまり、本変形例においても、可視光を使用することにより、紫外光が出射しているか否かの確認のみならず、肉眼で視認できない紫外光の被照射位置を、可視光で視認できる。可視光の照射領域が紫外光の照射領域と概ね重なるため、人は紫外光の照射領域を直感的に理解できる。
　図１３の相対光強度分布は、図１２に示される基板３２でのみ得られるものではなく、例えば、図１４のように、蛍光体５と固体光源１とが交互に配置される形態の基板４２を使用しても得られる。
　以上で、紫外光照射装置の各実施形態及びその変形例を説明した。本発明は上記した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態又は変形例を組み合わせたり、上記の実施形態に種々の変更又は改良を加えたりできる。例えば、第三実施形態又は第三実施形態の変形例の紫外光照射装置４０から、レンズアレイ１５（透過光学系）を取り除いてもよい。
　また、紫外光照射装置として、固体光源を使用する例を説明したが、固体光源ではない光源（例えば、水銀ランプ、又はエキシマランプ）を使用した紫外光照射装置にも、蛍光体を配置してもよい。すなわち、光源の特定されない紫外光照射装置について、波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の第一波長帯域に属する光、及び波長が２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の第二波長帯域に属する光を含む紫外光を発光する光源と、前記光源を収容し、前記紫外光を外へ取り出す光取出し部を有する筐体と、前記紫外光の戻り光が入射する位置に配置され、前記戻り光が入射すると可視光を出射する蛍光体と、前記紫外光のうち、前記第二波長帯域に属する光を透過せず、前記第一波長帯域に属する光と前記可視光を透過する光学フィルタと、を備えることを特徴とする紫外光照射装置であってもよい。
　前段落の紫外光照射装置の構成において、蛍光体は、光源から放射された紫外光が直接入射せず、戻り光が入射する位置に配置されることが望ましい。上述のとおり、「戻り光」とは、光源の発光位置から筐体の外へ向かう光が光学フィルタで反射されて戻る光か、または、光学フィルタに入射する入射角を小さくするための透過光学系の入射面又は反射面で反射されて戻る光である。特に、光学フィルタで反射される有害光が「戻り光」として入射される位置に、蛍光体を配置することが望ましい。また、上述した固体光源を使用した紫外光照射装置の構成は、固体光源ではない光源を使用した紫外光照射装置にも適用
できる。
　図１５では、エキシマランプ１１を使用した紫外光照射装置５０を示している。紫外光照射装置５０は、Ｙ方向に延びる円筒状のエキシマランプ１１（例えば、主たる発光ピーク波長が２２２ｎｍのＫｒＣｌエキシマランプ）と、筐体４と、電極ブロック１９と、蛍光体５と、光学フィルタ７と、紫外光を拡散する拡散板１３とを備える。電極ブロック１９は、エキシマランプ１１の電極として機能するだけでなく、エキシマランプ１１から出射した紫外光の一部を反射する反射鏡として機能する。そして、蛍光体５は、電極ブロック１９が、反射鏡として使用されない位置（すなわち、エキシマランプ１１からの光が直接入射しない位置）の表面に配置されている。蛍光体５には、光学フィルタ７からの戻り光が入射する。なお、紫外光照射装置５０に透過光学系を配置してもよい。その場合には、透過光学系として、例えば、小レンズがシリンドリカルタイプのレンズアレイを使用できる。
１　　　：固体光源
２，２２，３２，４２：基板
３　　　：枠体
４　　　：筐体
５　　　：蛍光体
６　　　：光取出し部
７　　　：光学フィルタ
１０，２０，３０，４０，５０：紫外光照射装置
１１　　：エキシマランプ
１３　　：拡散板
１５　　：レンズアレイ
１９　　：電極ブロック
 

Claims (14)

  1. 　波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の第一波長帯域に属する光、及び波長が２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の第二波長帯域に属する光を含む紫外光を発光する固体光源を、主面上に配置した基板と、
    　前記固体光源を収容し、前記紫外光を外へ取り出す光取出し部を有する筐体と、
    　前記紫外光の戻り光が入射する位置に配置され、前記戻り光が入射すると可視光を出射する蛍光体と、
    　前記紫外光のうち、前記第二波長帯域に属する光を透過せず、前記第一波長帯域に属する光と前記可視光を透過する光学フィルタと、を備えることを特徴とする、紫外光照射装置。
  2. 　前記光取出し部に前記光学フィルタが配置され、前記固体光源と前記光学フィルタとの間に、前記紫外光及び前記可視光が前記光学フィルタに入射する入射角を小さくする透過光学系が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の紫外光照射装置。
  3. 　複数の前記固体光源が前記主面上に配列されており、
    　前記透過光学系は、複数の小レンズが配列されるレンズアレイを含み、前記小レンズの各々は、前記複数の固体光源の各々に一対一で対向配置されることを特徴とする、請求項２に記載の紫外光照射装置。
  4. 　前記蛍光体は、前記主面上の前記複数の前記固体光源を除く領域に、連続して配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の紫外光照射装置。
  5. 　前記蛍光体は、前記固体光源の外縁に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の紫外光照射装置。
  6. 　前記蛍光体の各々は、前記複数の前記固体光源の各々を囲む枠形状であることを特徴とする、請求項５に記載の紫外光照射装置。
  7. 　前記蛍光体は、前記小レンズの各々に対向するように、前記主面上に分散して配置されることを特徴とする、請求項３に記載の紫外光照射装置。
  8. 　前記蛍光体の各々は、前記複数の固体光源と複数の前記蛍光体とが混在するように、配列されていることを特徴とする、請求項７に記載の紫外光照射装置。
  9. 　複数の蛍光体で構成される領域が、複数の前記固体光源で構成される領域を囲むことを特徴とする、請求項８に記載の紫外光照射装置。
  10. 　前記蛍光体と前記固体光源とが交互に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の紫外光照射装置。
  11. 　前記蛍光体は、前記第二波長帯域における励起光の最低強度が前記第一波長帯域における励起光の最低強度より高い励起スペクトルを有することを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。
  12. 　前記蛍光体はＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ系蛍光体であることを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。
  13. 　前記蛍光体は二種以上の蛍光体から構成されることを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。
  14. 　前記固体光源はＬＥＤであることを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。
     
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003332620A (ja) * 2002-05-08 2003-11-21 Mitsubishi Cable Ind Ltd 発光装置、ＧａＮ系半導体発光素子、およびそれらを用いた照明装置
JP2013042079A (ja) * 2011-08-19 2013-02-28 Sharp Corp 半導体発光装置
JP2015176999A (ja) * 2014-03-14 2015-10-05 シャープ株式会社 半導体発光装置
JP2018525848A (ja) * 2015-07-30 2018-09-06 バイタル バイオ、 インコーポレイテッド 単一ダイオード殺菌

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003332620A (ja) * 2002-05-08 2003-11-21 Mitsubishi Cable Ind Ltd 発光装置、ＧａＮ系半導体発光素子、およびそれらを用いた照明装置
JP2013042079A (ja) * 2011-08-19 2013-02-28 Sharp Corp 半導体発光装置
JP2015176999A (ja) * 2014-03-14 2015-10-05 シャープ株式会社 半導体発光装置
JP2018525848A (ja) * 2015-07-30 2018-09-06 バイタル バイオ、 インコーポレイテッド 単一ダイオード殺菌

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