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WO2024176782A1 - 遠紫外線照射装置 - Google Patents

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Publication number
WO2024176782A1
WO2024176782A1 PCT/JP2024/003538 JP2024003538W WO2024176782A1 WO 2024176782 A1 WO2024176782 A1 WO 2024176782A1 JP 2024003538 W JP2024003538 W JP 2024003538W WO 2024176782 A1 WO2024176782 A1 WO 2024176782A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
far
uvled
irradiation device
ultraviolet ray
reflector
Prior art date
Application number
PCT/JP2024/003538
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
秀樹 平山
行雄 鹿嶋
哲利 前田
恵理子 松浦
恭 祝迫
裕之 大神
健吾 毛利
Original Assignee
国立研究開発法人理化学研究所
日本タングステン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立研究開発法人理化学研究所, 日本タングステン株式会社 filed Critical 国立研究開発法人理化学研究所
Publication of WO2024176782A1 publication Critical patent/WO2024176782A1/ja

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/858—Means for heat extraction or cooling

Definitions

  • This disclosure relates to a far-ultraviolet ray irradiation device that irradiates far-ultraviolet rays.
  • Ultraviolet rays with a wavelength range of 220 to 240 nm are sometimes called far-UV or far-UVC light.
  • This wavelength range, and especially far-UV rays with a wavelength range of 220 to 230 nm have been confirmed to have a high ability to inactivate viruses, including the SARS-CoV-2 virus, and at the same time, it has been confirmed that even when irradiated on human cells, the light is attenuated before reaching the cell nucleus, and has little effect on the human body. For this reason, far-UV rays are attracting attention as a wavelength range that can combine virus inactivation ability with safety.
  • UVLED elements have been developed as solid-state light emitting devices that use nitride semiconductors.
  • UVLED elements that emit ultraviolet light with wavelengths of about 300 nm or shorter (deep ultraviolet light) are fabricated by epitaxially growing nitride semiconductors AlGaN or InAlGaN.
  • AlGaN a mixed crystal of AlN and GaN
  • a band gap is achieved that corresponds to a wavelength range of roughly 210 nm (AlN) to 360 nm (GaN) depending on the ratio of AlN.
  • AlN 210 nm
  • GaN 360 nm
  • the band gap also changes depending on the ratio of AlN in the mixed crystal of InN, AlN, and GaN.
  • the luminous efficiency of UVLEDs is particularly low for far-ultraviolet rays with wavelengths of 220 to 240 nm in the ultraviolet range, and to the inventor's knowledge, no far-ultraviolet irradiation device using UVLED elements with a practical output is known.
  • This disclosure contributes to the promotion of public health by utilizing far-ultraviolet rays, by providing a practical configuration for a far-ultraviolet irradiation device.
  • the inventors themselves created UVLED elements in the far-ultraviolet wavelength range and sought to find a practical configuration for a far-ultraviolet irradiation device using these elements. They then discovered a specific configuration and completed the invention related to this application.
  • a far-ultraviolet ray irradiation device in which a module including ultraviolet light emitting diode (UVLED) elements that contain AlGaN-based crystals or InAlGaN-based crystals and emit far-ultraviolet rays with a wavelength of 220 nm to 240 nm, and lenses that are arranged in the radiation path of the far-ultraviolet rays corresponding to each UVLED element and that are transparent at the wavelength, is arranged at each element site of a plurality of element sites arranged in a planar array with the radiation direction facing the normal direction of the planar array.
  • UVLED ultraviolet light emitting diode
  • a far-ultraviolet ray irradiation device in another embodiment, includes ultraviolet light emitting diode (UVLED) elements that contain AlGaN-based crystals or InAlGaN-based crystals and emit far-ultraviolet rays with wavelengths between 220 nm and 240 nm, and are arranged at each element site of a plurality of element sites that form a planar array with the radiation direction facing the normal direction of the planar array, and a reflector that has a reflective surface that is reflective at the wavelengths, and is oriented so that the reflective surface reflects far-ultraviolet rays in a direction inclined from the normal direction of the UVLED elements in the radiation direction.
  • UVLED ultraviolet light emitting diode
  • far-UV refers to ultraviolet light having a wavelength in a vacuum range of 220 to 240 nm.
  • an ultraviolet light-emitting diode “emits far-UV light” of a certain wavelength, it means that the ultraviolet light-emitting diode, which generally operates with an emission spectrum that is not necessarily a single wavelength, has a main wavelength in the wavelength range of 220 to 240 nm and emits the wavelength.
  • This wavelength is typically intended to be the peak wavelength of a single-peak emission spectrum.
  • the description of a wavelength range does not mean that the wavelength range should include the entire emission spectrum or that there is zero emission outside of that wavelength range.
  • An element site is a spatial position at which a UVLED element is disposed or a spatial position that serves as an index of the position of a UVLED element.
  • the element site may be arranged in a planar shape.
  • a planar arrangement refers to a spatial arrangement that is assumed to have a surface that can be called a plane and that extends along that surface.
  • the element sites in this planar arrangement are typically arranged in a lattice pattern, such as a square lattice or a triangular lattice.
  • the element sites in this disclosure may include any other arrangement, such as an arrangement in which the elements are arranged on multiple circumferences forming concentric circles.
  • the far-ultraviolet irradiator is sometimes called a panel, focusing on the planar arrangement of the LED elements. Furthermore, in the explanation of this application, the device structure and function may be explained using technical terms that are adapted or borrowed from the fields of electronic devices and physics that deal with visible light and ultraviolet light. For this reason, even in explanations of electromagnetic waves in the ultraviolet range (ultraviolet light) that are not visible light, terms such as “luminescence” and “luminous efficiency”, as well as “optical -", “light rays", “light”, and “photo -” may be used to explain the operation and radiation phenomenon of the far-ultraviolet irradiator and LEDs (light-emitting diodes).
  • the far-ultraviolet ray irradiation device provided in any of the aspects of the present disclosure can irradiate far-ultraviolet rays with a higher output than conventional devices.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a main part of a lens-equipped irradiation device which is one form of a far-ultraviolet ray irradiation device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main portion of a lens-equipped irradiation device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the arrangement of a base substrate and a UVLED element disposed at an element site in the lens-equipped irradiation device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4A-B are cross-sectional views showing the arrangement of a base substrate, a UV LED element, and a lens placed at an element site 10 in a lens-equipped irradiation device according to an embodiment of the present disclosure, showing a cap lens (FIG. 4A) and a hemispherical lens (FIG. 4B).
  • FIG. 5 is a graph showing the actual measurement results of the difference in radiation angle distribution with and without a lens.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of a main part of a reflector-equipped irradiation device of a far-ultraviolet irradiating device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a main part of a reflector-equipped irradiation device of a far-ultraviolet irradiating device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of an irradiation device with a reflector according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating the effect of a reflector on far ultraviolet light emitted by a UVLED element in an irradiation device with a reflector according to an embodiment of the present disclosure, using a parabola cut by a plane passing through the center of rotation of an ideal paraboloid of revolution.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating the effect of a reflector on far ultraviolet light emitted by a UVLED element in an irradiation device with a reflector according to an embodiment of the present disclosure, using a parabola cut by a plane passing through the center of rotation of an ideal paraboloid of revolution.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating the effect of a reflector on far-ultraviolet rays emitted by a UVLED element in an irradiation device with a reflector according to an embodiment of the present disclosure, using an ellipse cut by a plane passing through the center of rotation of an ideal ellipsoid of revolution.
  • FIG. 10 shows an emission spectrum measured from a UV LED element that can be used in the irradiation device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a specific configuration of a thermally conductive substrate employed in the irradiation device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a graph showing the current-light output characteristics measured for the UVLED element 2 fabricated for an example of an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the irradiation arrangement of wells of a well plate and UVLED elements in an infectivity titer evaluation test that was preliminarily performed for demonstrating an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a graph showing the infectivity titer actually measured versus the irradiation dose in an infectivity titer evaluation test that was preliminarily performed for the demonstration of an embodiment of the present disclosure.
  • 15A-B are graphs showing the emission characteristics before and after forming a UV reflective layer in an irradiation device according to an example embodiment of the present disclosure, the current output characteristic (FIG. 15A) and the current efficiency characteristic (FIG. 15B).
  • 16A-C are photographs showing the exterior of an example of an embodiment device employing a lens according to the present disclosure, including an overall image (FIG. 16A), a base substrate on which a UVLED element is mounted (FIG. 16B), and the UVLED element encapsulated by a lens (FIG. 16C).
  • 17A-C are photographs showing the exterior of an example of an embodiment device employing a reflector according to the present disclosure, including an overall view (FIG.
  • FIG. 17A an overall view of a thermally conductive substrate on which a UVLED element is mounted
  • FIG. 17B an overall view of a thermally conductive substrate on which a UVLED element is mounted
  • FIG. 17C an enlarged view of the overall view.
  • 17D-E are photographs showing the appearance of an example of an embodiment device employing a reflector according to the present disclosure, in which FIG. 17D is a photograph showing the overall image (FIG. 17A) from above, and FIG. 17E is a photograph showing the overall image (FIG. 17A) from above when emitting light.
  • the far-ultraviolet ray irradiation device will be described below.
  • an embodiment of a far-ultraviolet ray irradiation device that uses ultraviolet light emitting diodes (UVLEDs) that irradiate far-ultraviolet rays with wavelengths of 220 to 240 nm will be described.
  • UVLEDs ultraviolet light emitting diodes
  • common parts or elements are given common reference symbols.
  • the elements of each embodiment are not necessarily shown to scale.
  • UVLEDs ultraviolet light-emitting diodes
  • the current EQE is about 1% for UVLEDs that emit far-ultraviolet rays with wavelengths of 220 to 240 nm, and the output of a single element is about 1.1 mW (CW operation) and 2.7 mW (pulse operation) for those emitting at 230 nm.
  • the EQE is about 1/20 and the output is about 1/100.
  • UVLEDs with wavelengths of 220 to 240 nm have currently achieved an element life of about 800 hours, and in this respect, practical use is coming into view.
  • the amount of irradiation of far-ultraviolet rays with a wavelength of 222 nm required to inactivate the SARS-CoV-2 virus by 99.9% is about 2 to 3 mJ/cm2.
  • a light source with an output of approximately 100 mW is required.
  • an irradiation device integrating approximately 40 LEDs and operating them simultaneously is required.
  • This disclosure provides a specific configuration for constructing an irradiation device using multiple UVLEDs that emit far-ultraviolet rays.
  • One of them employs a lens, and the other employs a reflector.
  • Far-ultraviolet ray irradiation device employing a lens
  • the far-ultraviolet ray irradiation device of each embodiment of the present disclosure generally has a plurality of element sites, and a UVLED element is disposed at each element site. One of them is such that a module including a UVLED element and a lens is disposed at each element site.
  • This type of far-ultraviolet ray irradiation device is called a lens-equipped irradiation device.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the schematic configuration of the main parts of a lens-equipped irradiation device 100, which is one form of far-ultraviolet irradiation device of this embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the main parts of the lens-equipped irradiation device 100
  • FIG. 3 is a perspective view showing the arrangement of the base substrate 4 and UVLED element 2 arranged on the element site 10
  • FIGS. 4A-B are cross-sectional views showing the arrangement of the base substrate 4, UVLED element 2, and lens 6 arranged on the element site 10.
  • a plurality of element sites 10 are arranged in a planar array.
  • a module 1 is arranged on each element site 10.
  • Each module 1 includes a UVLED element 2 and a lens 6.
  • the UVLED element 2 includes an AlGaN crystal or an InAlGaN crystal and emits far-ultraviolet rays with a wavelength of 220 nm to 240 nm.
  • the lens 6 is arranged corresponding to the UVLED element 2. A part of the lens 6 is located in the radiation path of the far-ultraviolet rays, and transmits the far-ultraviolet rays with the wavelength emitted by the UVLED element 2.
  • Typical materials for the lens 6 are synthetic quartz and sapphire. These materials allow the lens 6 to have a refractive power while showing a high transmittance even in the short-wavelength ultraviolet range including 220 nm. A typical lens 6 has a positive refractive power.
  • the module 1 is provided with a radiation angle distribution.
  • the radiation angle distribution of the module 1 is typically determined by the geometrical optical arrangement of the UVLED element 2 and the lens 6 that constitute the module 1 itself.
  • the radiation angle distribution refers to the radiation intensity of ultraviolet light in each direction.
  • the radiation direction is a direction that represents the radiation direction of the ultraviolet light emitted.
  • the UVLED element 2 it is the front of the UVLED element 2 that faces the half space from which the ultraviolet light is emitted.
  • the UVLED element 2 and the module 1 are arranged with their front facing the normal direction of the flat object to which they are attached (for example, the base substrate 4 or the heat conductive base material 8 described later) or the normal direction of the planar array.
  • the module 1 has its radiation direction facing the normal direction 90 of the planar array of the element site 10.
  • the lens 6 is used to change the radiation angle distribution of the far ultraviolet light that has passed through each lens 6, for example, by refracting the far ultraviolet light emitted from the UVLED element 2.
  • lens 6 has an integral power in the inclination ranges of 15 degrees, 20 degrees, and 30 degrees from the normal direction of 90 degrees that is at least 15%, 20%, and 35% of the integral power in all directions, respectively.
  • the module 1 may further include a base substrate 4.
  • the UVLED element 2 is mounted on the base substrate 4 with its radiation surface 2a facing the normal direction 90 and electrically connected to the base substrate 4.
  • the radiation surface 2a of the UVLED element 2 may be the surface of the sapphire substrate on which the AlGaN-based crystals or InAlGaN-based crystals are not formed.
  • the base substrate 4 has a pattern for necessary conduction (not shown).
  • the base substrate 4 is individualized and one can be adopted for one UVLED element 2 or one lens 6.
  • each UVLED element 2 is placed on the base substrate 4, and the cap lens 6A seals each UVLED element 2 together with the base substrate 4. This makes the UVLED element 2 less susceptible to external influences, making it easier to extend the life of the lens-equipped irradiation device 100.
  • the lens 6B is a hemispherical lens as shown in FIG. 4B, it is advantageous to be able to use a small-diameter lens.
  • the base substrate 4 is generally an insulator, and necessary electrodes are formed thereon. This base substrate 4 also serves as a thermal conductor.
  • the base substrate 4 is preferably a ceramic substrate.
  • the base substrate 4 may also be one having a structure in which a recess is formed in the center and the UVLED element 2 is housed inside the recess.
  • Figure 5 is a graph showing the actual measured difference in radiation angle distribution with and without a lens.
  • the reference angle of 0° is the normal direction of 90°, that is, the front direction of the UVLED element 2. Each curve was measured at different angles and plotted as a relative ratio to the maximum radiation intensity.
  • the lens used was a UVLED cover lens manufactured by Nippon Gaishi Corporation. When using only the UVLED element 2 without a lens (w/o lens), the radiation angle distribution had maximum intensity in the half space on the front side of the UVLED element 2, in a direction tilted about 40° from the front direction, and the intensity was actually weaker near the front (0°). In contrast, the radiation angle distribution of the module with a lens (with lens) has intensity concentrated near the front.
  • the ratio of the radiation power within 30 degrees forward (the normal direction 90 is the front and the inclination angle from there is within 15 degrees (within 30 degrees forward) - the same applies hereinafter in this application) is expressed numerically with the total radiation power being 100%, and the ratios are 5.7% and 16.3% for those without a lens and those with a lens, respectively. Therefore, the lens works to shape the radiation angle distribution so that the UV rays emitted by the UVLED element 2 alone with divergence are concentrated in the front direction.
  • Another aspect of the far-ultraviolet ray irradiation device of the present embodiment is a device in which a UVLED element is disposed at each element site and further includes a reflector.
  • This aspect of the far-ultraviolet ray irradiation device is generally called an irradiation device with a reflector.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of a main part of the reflector-equipped irradiation device 200, 200E (described later) of the far-ultraviolet ray irradiation device according to the embodiment of the present disclosure
  • Fig. 7 is a cross-sectional view of a main part of the reflector-equipped irradiation device 20.
  • Fig. 8 is an explanatory diagram illustrating the action of a reflector on far-ultraviolet rays emitted by an LED element by using a parabola cut by a plane passing through the center of rotation of an ideal paraboloid of revolution.
  • the UVLED element 2 is arranged on the heat-conductive substrate 8 at each element site of the multiple element sites 10 arranged in a planar array, with the radiation direction facing the normal direction 90 of the planar array.
  • the reflector-equipped irradiation device 200 further includes a reflector 20.
  • FIG. 6 in order to show the structure, only the reflective surface 20 of the reflector 20 is shown, and the part hidden by the reflector 20 is shown in perspective.
  • the reflector 20 has a reflective surface 22 that is reflective to far-ultraviolet rays of the wavelength emitted by the UVLED element 2.
  • the reflective surface 22 has a shape such that each part of the reflective surface 22 reflects far-ultraviolet rays in a direction inclined from the normal direction 90, which is the radiation direction of the UVLED element 2, so that the far-ultraviolet rays are generally oriented toward the normal direction 90.
  • a typical reflector 20 is an approximately parabolic mirror whose reflective surface 22 surrounds the multiple element sites 10. A paraboloid of revolution is defined as the surface swept by a parabola drawn on a plane when the parabola is rotated around its axis.
  • the material of the reflective surface 22 of the reflector 20 is typically a metal such as aluminum, and is appropriately selected from materials that have sufficient reflectivity for far infrared rays as required. If the reflective surface 22 arranged on the inner surface of the reflector 20 exhibits appropriate reflective characteristics, the reflector 20 can perform its intended reflective function even if other parts of the reflector 20 are made of a different material.
  • Figure 7 shows light directed toward the normal direction 90 for some UVLED elements 2 of the reflector-equipped irradiation device 200, and light that is inclined from there toward the upper right direction on the paper and is reflected by the reflecting surface 22 of the reflector 20. If the reflecting surface 22 has a high reflectance for far-ultraviolet rays, the reflecting surface 22 of the reflector 20 will direct the light directed toward a direction that is less likely to contribute to irradiation so that it approaches the normal direction 90. In other words, the reflector 20 serves to concentrate the ultraviolet rays emitted by the UVLED element 2 alone with divergence in the front direction. In this way, the reflector-equipped irradiation device 200 can be expected to shape the radiation angle distribution. Although the use of the reflector 20 can cause reflection losses, the practicality of the reflector-equipped irradiation device 200 will be improved by optimizing the radiation direction.
  • the reflector 20 shapes the radiation angle distribution of the far-ultraviolet rays emitted from the UVLED element 2 and passing through the outlet opening 24 of the reflector 20.
  • the reflector 20 sets the integral power in a tilt range within 15 degrees (within 30 degrees forward) from the normal direction of 90 to 15% or more of the integral power in all directions, and the integral power in a tilt range within 30 degrees to 35% or more of the integral power in all directions.
  • the UVLED element 2 is also placed at point P1, which is offset from the focus in a direction perpendicular to the axis of the parabola.
  • the radiation emitted from such a UVLED element 2 is not completely directed to the normal direction 90. Nevertheless, the radiation can be converted to a direction close to the normal direction 90 to a sufficient degree for practical use by reflection by the reflecting surface 22. This is a typical reflection effect of the reflecting surface 22, and is the principle by which the radiation angle distribution is shaped by the reflector 20.
  • the UVLED elements 2 arranged in a planar manner in the reflector-equipped irradiation device 200 of this embodiment are arranged at a location other than the focal point of an ideal paraboloid of revolution, and such UVLED elements 2 are also subject to the radiation angle distribution shaping effect of the reflector 20.
  • the reflector-equipped irradiation device 200 there is also radiation that does not enter the reflecting surface 22 of the reflector 20 and exits directly from the exit opening 24.
  • the shape of the reflector 20 does not necessarily have to be an ideal paraboloid of revolution. Even so, the shaping effect of the radiation angle distribution by the reflector 20 enhances the practicality of the reflector-equipped irradiation device 200.
  • Any approximate paraboloid of revolution is included in the useful shapes of the reflector 20. For example, pseudo-paraboloids of revolution that mimic a paraboloid of revolution by connecting a large number of segmented conical side shapes, and polygon-like pseudo-paraboloids of revolution that connect segmented planes divided in a wire frame shape are also useful for the reflector-equipped irradiation device 200.
  • a reflector whose shape is intentionally changed from an ideal paraboloid of revolution can be advantageous for purposes such as suppressing the in-plane distribution to achieve a uniform irradiance or limiting the irradiation range of far-ultraviolet rays to increase the radiation intensity.
  • An example of this is an ellipsoid of revolution.
  • the reflector-equipped irradiation device 200E employing a reflector with a near-spheroidal surface differs from the reflector-equipped irradiation device 200 in that it employs a reflector 20E with a near-spheroidal surface instead of the reflector 20 with a near-parabolic surface of the reflector-equipped irradiation device 200, as shown in FIG. 6.
  • the reflecting surface 22E of the reflector 20E has a shape (nearly spheroidal surface) that is approximated to a spheroidal surface with a long axis facing the normal direction 90, which is the front surface.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating the action of the reflector on the far-ultraviolet rays emitted by the UVLED element 2 in the reflector-equipped irradiation device 200E, using an ellipse cut by a plane passing through the center of rotation.
  • a spheroid with a long axis is defined as the surface swept by an ellipse when the axis of the ellipse drawn on a plane, i.e., the straight line connecting the two foci of the ellipse, is rotated as the axis of rotation.
  • Point Q0 is one focus of the spheroidal surface.
  • the radiation emitted by the UVLED element 2 placed at this position is reflected by the reflecting surface 22E and converges to the other focal point.
  • the plane that includes the focal point on the converging side and crosses the axis is called plane F.
  • the element sites 10 since the element sites 10 have a planar arrangement, at least some of the UVLED elements 2 are not placed at the focal point, and the light from them is not converged to the other focal point. In other words, the radiation from a point (point Q1) that is shifted from point Q0 does not converge completely on plane F.
  • the light emitted from point Q1 has a smaller angle after reflection than before reflection by the reflecting surface 22E.
  • a shaping effect of the radiation angle distribution that brings the diverging light closer to the normal direction 90 can be expected.
  • a spheroid of revolution can also be expected to have a converging effect in comparison with a paraboloid of revolution (FIG. 8). From these, by adopting the reflecting surface 22E which is an approximately spheroid of revolution, it is possible to expect both the effect of shaping the radiation angle distribution and the effect of increasing the irradiance.
  • the reflector-equipped irradiation device 200E which adopts the reflector 20E.
  • the above-mentioned numerical limitations of the relative radiation intensity and the explanation of the case where the reflector 20 is an approximately paraboloid of revolution and the case where the shape is not geometrically ideal also apply to the reflecting surface 22E which is an ideal spheroid of revolution or a simulation of an spheroid of revolution.
  • the actual radiation spectrum of the UVLED element 2 serving as the light source may include not only the necessary wavelength range of 220 to 240 nm, but also radiation in the wavelength range of 240 to 280 nm (so-called sterilization wavelength).
  • Figure 10 shows the emission spectrum of the UVLED element 2 actually measured by the inventor. This is a good spectrum, with a main peak observed in the range of 220 to 240 nm.
  • the intensity of the sub-peak in the range of 240 to 280 nm is about 1/200 of the main peak in the range of 220 to 240 nm.
  • it is preferable to use a filter in this embodiment. Reducing radiation at germicidal wavelengths of 240 to 280 nm using a filter is advantageous because it utilizes the inherent advantage of far-ultraviolet rays being harmless to the human body.
  • a suitable position for providing a filter is any position through which ultraviolet rays pass.
  • a short-wavelength passing filter layer made of a dielectric multilayer film can be formed on the outermost surface of the cover lens 6A, that is, the outer surface 62 or the inner surface 64.
  • the dielectric multilayer film also called a dichroic filter, is typically formed by alternately laminating AlN and SiO 2 , which are dielectrics that are transparent to far ultraviolet rays. It is easy for a person skilled in the art to form a dielectric multilayer film by adjusting the thickness of each of AlN and SiO 2 so that the blocking wavelength range by reflection is in the range that includes approximately 240 nm to 280 nm.
  • the transmittance of an actual dielectric multilayer film from 220 nm to 240 nm is sufficiently high, the shortest wavelength that can be completely blocked is slightly higher than 240 nm.
  • Other examples of materials that are transparent to far infrared rays are MgF 2 and Al 2 O 3 .
  • FIG. 3 Another suitable location for a filter in the lens-equipped irradiation device 100 or reflector-equipped irradiation device 200, 200E is the radiation surface 2a (Fig. 3), which is the light-emitting surface of the UVLED element 2.
  • the UVLED element 2 uses a sapphire substrate and an emitting layer is formed from AlGaN or InAlGaN crystals, this is the surface opposite to the crystal growth surface of the sapphire substrate.
  • This surface is the emission surface that contributes most to the ultraviolet light emitted by the UVLED element 2, so it is advantageous to provide a filter layer such as a dielectric multilayer film on this surface.
  • Another suitable position for providing a filter is, for example, forming a transmission filter so as to block the exit side opening 24 of the reflector-equipped irradiation device 200 (FIG. 7).
  • the exit side opening 24 shown in FIG. SS0 is formed as a multilayer film of the above-mentioned AlN and SiO2 alternately on one side of a substrate made of a material that allows far ultraviolet rays to pass, such as sapphire or synthetic quartz.
  • a filter is placed at a position closer to the UVLED element 2 than the exit side opening 24 of the reflector-equipped irradiation device 200, for example, at a position closer to the element side opening 26 near the UVLED element 2, a similar effect can be achieved with a smaller diameter transmission filter.
  • thermally conductive substrate and heat dissipation mechanism Since there is room for improvement in the light emission efficiency of the current UVLED elements 2 that operate with far-infrared rays, in the above-mentioned lens-equipped irradiation device 100 and reflector-equipped irradiation device 200, 200E that simultaneously operate multiple UVLED elements 2 to obtain the required output, a considerable amount of the input power becomes heat. The increase in temperature itself reduces the light emission efficiency of the UVLED elements 2 and also has a negative effect on the lifespan. It is preferable that the far-ultraviolet irradiation device of the present disclosure is equipped with a mechanism for increasing the efficiency of heat dissipation.
  • the element sites 10 are arranged in a planar array along the element mounting surface (one surface) 82 of the heat-conductive substrate 8.
  • the UVLED elements 2 are arranged so that their radiation direction faces the normal direction of the element mounting surface 82.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a specific configuration of the heat-conductive substrate 8 used in the irradiation device of the embodiment of the present disclosure, and shows one element site 10 using an irradiation device with a lens as an example.
  • the UVLED element 2 is placed on the element mounting surface 82 of the heat-conductive substrate 8 via the base substrate 4 as necessary.
  • the lens 6 is attached to the base substrate 4 as necessary.
  • the heat-conductive substrate 8 is made of a material (e.g., copper) that has high thermal conductivity.
  • a metal layer 52 for driving the UVLED element 2 is formed via an electrical insulation layer 72 for electrical insulation.
  • an electrical insulation layer 74 is formed above the metal layer 52.
  • the metal layer 52 forms drive patterns 52a and 52b for securing a power path for driving the UVLED element 2 by its own pattern
  • the electrical insulation layer 74 forms drive patterns 52a and 52b by its openings 74a and 74b.
  • Conductive connections 56a, 56b are formed on the driving patterns 52a, 52b, for example, by solder.
  • the driving patterns 52a, 52b and the conductive connections 56a, 56b are intended to secure a power path, but at the same time they also serve as a path for transmitting heat from the UVLED element 2.
  • a heat transfer section 86 is preferably also adopted as a configuration for further improving heat dissipation.
  • openings 72a, 74c are provided in the electrical insulating layers 72, 74 as shown in FIG. 11.
  • the openings 72a, 74c are made to overlap with each other, exposing the heat-conductive substrate 8 and enabling direct thermal contact.
  • the metal layer 52 is formed on the conductive substrate 8 via the electrical insulating layer 72 for ease of joining (not shown).
  • the heat transfer section 86 has a heat transfer connection section 58 formed, for example, by solder, so that heat from the UVLED element 2 is efficiently transferred to the conductive substrate 8 via the base substrate 4 (if present). Therefore, the metal layer 52, by its own pattern, and the electrical insulating layers 74, 72, by their openings 74c, 72a, also serve as heat transfer patterns that establish a heat transfer path for heat dissipation of the UVLED element 2. In this way, it is advantageous to adopt the heat transfer section 86 as a typical configuration for reducing the thermal resistance of heat conduction.
  • the heat-conductive substrate 8 is itself made of a material with high thermal conductivity, such as copper.
  • a material with high thermal conductivity is used for the heat-conductive substrate 8
  • excess heat generated from the individual UVLED elements 2 is efficiently dissipated, which helps to lower the temperature of the UVLED elements 2 during operation.
  • heat problems that adversely affect the light-emitting efficiency of the UVLED elements 2 are reduced, and this also contributes to improving the lifespan of the UVLED elements 2.
  • the UVLED elements 2 can be mounted directly on the heat-conductive substrate 8. Even in this configuration, it is useful to employ drive patterns and heat transfer patterns with dimensions and positions adjusted accordingly.
  • the lens-equipped irradiation device 100 (e.g., FIG. 1) and reflector-equipped irradiation device 200, 200E (FIG. 7) of this embodiment are preferably further provided with a heat dissipation member that is in thermal contact with the other surface 84 of the thermally conductive substrate 8 described above.
  • the heat dissipation member is typically a heat sink 32 made of metal and an air-cooled fan 34 for assisting the heat dissipation of the heat sink (FIGS. 2 and 7).
  • the air-cooled fan 34 assists in heat dissipation by forcing air toward the heat dissipation fins of the heat sink 32 (white arrows in FIG. 2 and FIG. 7) or in the opposite direction.
  • the driving patterns 52a, 52b of the heat conductive substrate 8 in the lens-equipped irradiation device 100 and reflector-equipped irradiation device 200, 200E of this embodiment are typically formed by patterning the metal layer 52 so as to realize a suitable arrangement of multiple element sites 10 on the heat conductive substrate 8 element mounting surface 82 of the heat conductive substrate 8, assuming mounting by conductive connections 56a, 56b, etc. Electrically, a circuit is formed including additional components (e.g., constant current diodes) as necessary. The most typical circuit is a series of UVLED elements including multiple UVLED elements 2 connected in series, and the series are further connected in parallel to each other.
  • the lens-equipped irradiation device 100 and the reflector-equipped irradiation device 200, 200E of this embodiment are additionally devised to eliminate inefficiencies that may occur in actual irradiation devices.
  • One example is the adoption of a UV reflection layer that exhibits high reflectance against far-ultraviolet rays.
  • Patent Document 1 Patent No. 6770322 discloses an ultraviolet reflection film that exhibits high reflectance in a wide ultraviolet range (wavelengths of 200 to 350 nm) and can be formed by coating. Looking at the range of the planar arrangement of the element site 10, the area ratio occupied by the UVLED element 2 is only a part.
  • the far-ultraviolet rays emitted by the UVLED element 2 are generally not easily reflected by many substances, and the far-ultraviolet rays that enter a position where there is no UVLED element 2 do not usually contribute to irradiation. Therefore, if a UV reflection layer is formed at a position where there is no UVLED element 2, even if the far-ultraviolet rays once generated by the UVLED element 2 enter there for some reason, they can be reflected and contribute to irradiation.
  • the UV reflective layer which shows a high reflectance to far ultraviolet rays, at any position of the planar arrangement except the surface of the UVLED element 2.
  • the UV reflective layer is arranged on the surface on the side on which the UVLED element 2 is placed, among both sides of the base substrate 4.
  • FIG. 3 shows an example in which the UV reflective layer 42 is arranged at a position on the base substrate 4 where the UVLED element 2 is not present. If the UV reflective layer 42 is a reflective film formed by coating, it is easy to form the UV reflective layer 42.
  • FIG. 12 is a graph of the current-light output characteristics measured for a sample of the UVLED element 2 produced for the example of the embodiment of the present disclosure.
  • the device was actually flip-chip mounted on the base substrate 4 and sealed with a cap lens 6A (FIG. 4A).
  • operation at 1.1 mW (CW operation) and 2.7 mW (pulse operation) was confirmed.
  • the emission spectrum of the same sample is shown in Figure 10, and it was confirmed that far ultraviolet light with a wavelength of 230 nm was actually generated.
  • the virus sample was SARS-CoV-2/JP/HiroC77/2021 strain (Delta strain) (Delta, B.1.617.2-like, GenBank/DDBJ/EMBL accession number: OL468586, GISAID accession ID: EPI_ISL_6316561, freeze-thawed once, 1.5 x 10 8 TCID50/ml, serum-free).
  • the cells were VeroE6/TMPRSS2 cells (JCRB1819), and a 96-well plate (Falcon, flat-bottomed for cell culture) was used.
  • the reagent was cell culture medium DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium, Fujifilm Wako Pure Chemical).
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the wells of the well plate and the irradiation arrangement of the UVLED element 2 in this infectivity evaluation test.
  • FIG. 14 is a graph showing the infectivity measured against the irradiation amount in this infectivity evaluation test. The infectivity was measured for three samples, initial, 30, and 45 mJ/cm 2.
  • the dotted line is a straight line in semi-logarithmic display fitted from the actual measurement.
  • the irradiation amount of 230 nm ultraviolet light required for 99.9% inactivation was 30 mJ/cm 2. This value was 15 times the value in the literature (2 mJ/cm 2 ). The reason for this is thought to be the absorption of ultraviolet light in the culture solution.
  • FIGS 15A-B are graphs showing the light emission characteristics before and after forming a UV reflective layer in an irradiation device of an example of an embodiment of the present disclosure, and are the current output characteristics (Figure 15A) and the current efficiency characteristics ( Figure 15B).
  • Example 1 Irradiation device with lens
  • an irradiation device with lens 100 was actually manufactured.
  • the UVLED element 2 used was the one described above in Section 7-1, and a module 1 was made using a cover lens 6A and a base substrate 4. A plurality of these modules 1 were mounted to manufacture an example of the irradiation device with lens 100, and the output was measured.
  • Figures 16A to 16C are external photographs of an example of an example device using a lens 6, including an overall image (Figure 16A), a base substrate 4 on which a UVLED element 2 is mounted ( Figure 16B), and a device in which the UVLED element 2 is sealed with a lens 6 ( Figure 16C).
  • Example 2 Irradiation device with reflector
  • the UVLED element 2 used was the one described above in section 7-1. However, neither a lens nor a base substrate was used, and the UVLED element 2 was flip-chip mounted on the heat-conductive substrate 8.
  • the UVLED elements 2 were mounted as densely as possible in the central portion. Specifically, 80 UVLED element 2 chips (size: 1.2 mm x 1.3 mm, 1.1 mW output) were arranged in a square lattice pattern in a planar array within a circular boundary with a spacing of 2 mm.
  • a reflector 20 having a pseudo parabolic surface on the inner surface with a conical surface connected thereto was produced by machining an aluminum block, and attached to have the configuration shown in FIG. 6.
  • the inner diameter of the opening of the reflector 20 was 72 mm.
  • the UVLED elements 2 were arranged in an integrated arrangement centered on the focus of an ideal paraboloid of revolution simulated by the reflector 20. This aims to realize a radiation pattern close to parallel light by concentrating the radiation angle through the effect of the reflector 20.
  • a total output of 88 mW was obtained. Note that a typical target output can be 100 mW as described above in Section 1.
  • the in-plane distribution of irradiance when moved away in the normal direction 90 was able to obtain a radiation characteristic in which the radiation radius is 2 times or less at a distance of 10 cm from the exit side opening 24.
  • the radiation radius is the distance measured from the central axis at which the light intensity is 20% of the light intensity at the center.
  • the distance in the normal direction 90 from the exit side opening 24 to the element side opening 26 can be preferably 20 cm or less, more preferably 15 cm or less.
  • 17A-E are photographs of the appearance of an example of an embodiment device using a reflector of the present disclosure, including an overall view (FIG. 17A), an overall view of a heat-conductive substrate on which a UVLED element is mounted (FIG.
  • FIG. 17B an enlarged view
  • FIG. 17C a photograph of FIG. 17A seen from above
  • FIG. 17E a photograph of the top view when emitting light (the state of light emission including LED light and reflected light)
  • the LED emits light mainly in the far ultraviolet range, but it also emits weak visible light, so the visible light was photographed.
  • the use of the base substrate 4 described in the module 1 is optional from the viewpoint of the shaping of the radiation angle distribution.
  • the base substrate 4 has the effect of preventing the direct influence of the outside world on the atmosphere during storage and operation when the UVLED element 2 is sealed with the lens 6 and facilitates the mounting of the UVLED element 2.
  • the influence of the base substrate 4 affects the heat dissipation characteristics in the current situation where the luminous efficiency of the UVLED element 2 is insufficient.
  • the arrangement period of the module 1 is optional. For example, it is effective to arrange the module 1 including the base substrate 4 and the lens 6 at a period of 2 to 5 mm.
  • the number of integrated UVLED elements 2 is optional. The number of integrated elements is determined according to the required irradiance. For example, it is useful to integrate 5 to 200 UVLED elements 2, and necessary heat dissipation measures are taken according to the number of integrated elements and their spatial density. It is useful to provide a UV reflective layer 42 on the base substrate 4 as described above in Section 6.
  • the material of the thermally conductive base material 8 can be any material that has high thermal conductivity and is easy to process.
  • metal materials such as aluminum (including alloys), semiconductors such as silicon substrates, ceramics, insulators (e.g. diamond), etc. can be used.
  • the lens material is required to have high transmittance at 220-230 nm, and can be, for example, synthetic quartz or sapphire.
  • the radiation angle distribution obtained as a result of the shaping action of the radiation angle distribution is preferably 15% or more integral power at 30 degrees forward, more preferably 40% or more.
  • a cap lens 6A (FIG. 4A) useful for sealing or a hemispherical lens 6B (FIG. 4B) with a larger refraction degree (power) and a smaller size can be used.
  • the hemispherical lens 6B can be expected to have a stronger radiation angle distribution shaping action than the cap lens 6A.
  • the lens 6 can be directly bonded to the UVLED element 2 instead of the base substrate 4, and for example, a hemispherical lens can be bonded to the radiation surface (substrate surface) of the UVLED element 2.
  • the inner diameter of the element-side opening 26 of the reflector 20 is assumed to be 5 mm to 50 mm
  • the ratio of the inner diameter of the element-side opening 26 to the inner diameter of the exit-side opening 24 is assumed to be 1:2 to 1:10
  • the inner diameter of the element-side opening 26 to the height of the parabolic mirror is assumed to be 1:1 to 1:10.
  • the center of the element-side opening 26 becomes the focal point.
  • the plane including the centers of the multiple UVLED elements 2 that form the planar array of the element site 10 is arranged so as to include this focal point.
  • the number of UVLED elements 2 arranged in this planar array is not particularly limited, but for example, 1 to 300 elements are assumed, and the period of the array of the UVLED elements 2 is assumed to be 1 to 4 mm.
  • the reflecting surfaces 22, 22E of the reflectors 20, 20E preferably have a high ultraviolet reflectance, for example, 80% or more.
  • the material of the reflectors 20, 20E is Al or an Al alloy.
  • the reflectors 20, 20E may be made of any material, and the reflecting surfaces 22, 22E may be coated. This coating is preferably Al or an Al alloy.
  • the reflector 20 does not necessarily have to be an ideal paraboloid of revolution, and any shape that can be approximated as a paraboloid of revolution may be adopted.
  • the reflector 20E is adopted instead of the reflector 20.
  • the integrated power within a range of an inclination of 15 degrees or less (within 30 degrees forward) from the normal direction 90 is 15% or more of the integrated power in all directions, and more preferably 40% or more.
  • ultraviolet rays with a germicidal wavelength can be output at approximately 1/200 (approximately 10 mW). In that case, forced air cooling is essential.
  • the thermally conductive substrate 8 can be 40 mm square and 2 mm thick, and the UVLED element 2 can be in the form of a 1.2 x 1.3 (FC91) chip. In this case, normal reflow soldering can be used. Of course, even if the output is reduced to, for example, 100 mW, sufficient practicality is expected.
  • the far-ultraviolet ray irradiation device disclosed herein can be used in any equipment that has it as an ultraviolet ray emission source.
  • Lens-equipped irradiation device far ultraviolet irradiation device 200, 200E Irradiation device with reflector (far ultraviolet irradiation device) 10 Element site 1 Module 2 Ultraviolet light emitting diode element (UVLED element) 2a Radiation surface 20, 20E Reflector 22, 22E Reflection surface 24 Exit side opening 26 Element side opening 32 Heat sink 34 Air-cooling fan 4 Base substrate 42 UV reflection layer 52 Metal layer 52a, 52b Drive pattern) 56a, 56b, conductive connection portion (solder) 58 Heat transfer connection part 6 Lens 6A Cover lens 6B Hemispherical lens 62, 64 Outer surface, inner surface 72, 74 Electrical insulation layer 8 Heat transfer base material 82 Element mounting surface (one surface) 84 Other surface 86 Heat transfer portion 90 Normal direction

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Abstract

出力を増強した遠紫外線照射装置を実現するために、本開示の実施形態では、レンズ付照射装置１００が提供される。レンズ付照射装置は、ＡｌＧａＮ系結晶またはＩｎＡｌＧａＮ系結晶を含み２２０ｎｍ～２４０ｎｍのいずれかの波長の遠紫外線を発する紫外発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）素子と、各ＵＶＬＥＤ素子に対応させて遠紫外線の放射経路に配置され、波長において透過性を示すレンズ６とを含むモジュール１が、平面状配列をなす複数の素子サイト１０の各素子サイトに平面状配列の法線方向９０に放射方向を向けて配置されている。本開示の実施形態では、平面状配列をなす複数の素子サイトに配置されているＵＶＬＥＤ素子と、反射面がＵＶＬＥＤ素子の放射方向から傾斜した方向の遠紫外線を放射方向に反射する反射器とを備えている反射器付照射装置も提供される。

Description

遠紫外線照射装置
　本開示は遠紫外線を照射する遠紫外線照射装置に関する。
　紫外線のうち２２０～２４０ｎｍの波長域のものは遠紫外線（ｆａｒ－ＵＶまたはｆａｒ－ＵＶＣ　ｌｉｇｈｔ）と呼ばれることがある。この波長域や、とりわけ２２０～２３０ｎｍの波長域の遠紫外線は、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルスを含むウイルスに対する高い不活化能力が確認されており、同時に、ヒトの細胞に照射されても細胞核に到達するまでに減衰し人体への影響が小さいことが確認されている。このため、遠紫外線はウイルス不活化能力と安全性とを両立できる波長域として注目されている。
　窒化物半導体を利用する固体発光デバイスとして紫外発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）素子が開発されている。例えば約３００ｎｍまたはそれより短い波長の紫外線（深紫外線）を放射するＵＶＬＥＤ素子は窒化物半導体ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮをエピタキシャル成長させて作製される。ＡｌＮとＧａＮの混晶であるＡｌＧａＮではＡｌＮの比率に応じて、概して２１０ｎｍ（ＡｌＮ）～３６０ｎｍ（ＧａＮ）の波長帯に対応するバンドギャップが実現する。ＩｎＡｌＧａＮにおいてもＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮの混晶におけるＡｌＮの比率によりバンドギャップが変化する。原理的側面だけに着目すれば、２１０ｎｍ～３６０ｎｍの波長域に含まれる紫外線を発する発光素子を作製することは不可能ではない。しかし、ＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤの現在の最高の外部量子効率（ＥＱＥ）は発光波長２７５ｎｍにおいて２０％程度となるものの、遠紫外線の２３０ｎｍ前後の波長となるとＥＱＥは最も高いものでも１％程度に留まるのが実情である。
特許第６７７０３２２号公報
Manuela Buonanno et al., "Far-UVC light (222 nm) efficiently and safely inactivates airborne human coronaviruses",  Scientific Reports, 10: 10285 (2020), DOI: 10.1038/s41598-020-67211-2
　紫外域のうち２２０～２４０ｎｍの波長の遠紫外線ではＵＶＬＥＤの発光効率がとりわけ低く、実用的な出力をもつＵＶＬＥＤ素子の遠紫外線照射装置は発明者が知る限り知られていない。本開示は、遠紫外線照射装置のための実用的な構成を提供することにより、遠紫外線を活用する公衆衛生の増進に貢献する。
　本発明者らは、遠紫外線の波長域のＵＶＬＥＤ素子を自ら作製し、これを用いる遠紫外線照射装置の実用的な構成を探求した。そして、その具体的な構成を見いだし、本出願に係る発明を完成させた。
　すなわち、本開示のある実施態様では、ＡｌＧａＮ系結晶またはＩｎＡｌＧａＮ系結晶を含み２２０ｎｍ～２４０ｎｍのいずれかの波長の遠紫外線を発する紫外発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）素子と、各ＵＶＬＥＤ素子に対応させて前記遠紫外線の放射経路に配置され、前記波長において透過性を示すレンズとを含むモジュールが、平面状配列をなす複数の素子サイトの各素子サイトに該平面状配列の法線方向に放射方向を向けて配置されている遠紫外線照射装置が提供される。
　また、本開示の別の実施態様では、平面状配列をなす複数の素子サイトの各素子サイトに該平面状配列の法線方向に放射方向を向けて配置されている、ＡｌＧａＮ系結晶またはＩｎＡｌＧａＮ系結晶を含み２２０ｎｍ～２４０ｎｍのいずれかの波長の遠紫外線を発する紫外発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）素子と、前記波長において反射性を示す反射面をもち、該反射面が前記ＵＶＬＥＤ素子の前記法線方向から傾斜した方向の遠紫外線を該放射方向に反射するよう向けられている反射器とを備える遠紫外線照射装置も提供される。
　本出願において遠紫外線（ｆａｒ－ＵＶまたはｆａｒ－ＵＶＣ　ｌｉｇｈｔ）とは、真空中の波長が２２０～２４０ｎｍの波長範囲の紫外線をいう。紫外発光ダイオードがある波長の「遠紫外線を発する」とは、一般的には必ずしも単一波長ではない発光スペクトルで発光動作する紫外発光ダイオードの主要な波長が２２０～２４０ｎｍの波長範囲にあり、当該波長を発することをいう。この波長は、典型的には単一ピークの発光スペクトルのピーク波長が意図される。ただし、波長範囲が記述されていることが、その波長範囲が発光スペクトルのすべてを包含すべきことや、その波長範囲以外の発光がゼロであることを意味していない。素子サイトは、ＵＶＬＥＤ素子が配置される空間位置や、ＵＶＬＥＤ素子の位置の指標となる空間位置である。この素子サイトは、本開示では平面状配列をなすことがある。ここで平板状配列とは、平面といいうる面を想定し、その面に沿って広がりをもつ空間的な配列を指している。この平板状配列における素子サイトは、正方格子や三角格子といった格子状に配列されているものが典型である。しかし、本開示における素子サイトは、これら以外の任意の配置を含むことができ、例えば、同心円をなす多数の円周に配置される配置といったものも含まれうる。遠紫外線照射装置は、ＬＥＤ素子の平板状配列に着目してパネルと呼ばれることもある。さらに本出願の説明には、可視光や紫外線を対象とする電子デバイスや物理学の分野から転用または借用される技術用語を用いてデバイス構造や機能を説明することがある。このため、可視光ではない紫外域の電磁波（紫外線）に関する説明であっても、遠紫外線照射装置やＬＥＤ（発光ダイオード）についての動作や放射現象を説明する目的で「発光」や「発光効率」との用語、さらに「光学（的）－」（optical -）、「光線」（light rays）、「光」（light）、「光－」（photo -）などの用語を用いる場合がある。
　本開示のいずれかの態様において提供される遠紫外線照射装置では従来よりも高い出力で遠紫外線の照射を行うことができる。
図１は、本開示の実施形態の遠紫外線照射装置の一形態であるレンズ付照射装置の要部の概略構成を示す斜視図である。 図２は、本開示の実施形態のレンズ付照射装置の要部の断面図である。 図３は、本開示の実施形態のレンズ付照射装置において素子サイトに配置される台座基板とＵＶＬＥＤ素子の配置を示す斜視図である。 図４Ａ－Ｂは、本開示の実施形態のレンズ付照射装置において素子サイト１０に配置される台座基板とＵＶＬＥＤ素子とレンズとの配置を示す断面図であり、かぶせレンズのもの（図４Ａ）と半球レンズのもの（図４Ｂ）である。 図５は、レンズの有無による放射角分布の違いを実測したグラフである。 図６は、本開示の実施形態の遠紫外線照射装置の反射器付照射装置の要部の概略構成を示す斜視図である。 図７は、本開示の実施形態の反射器付照射装置の要部の断面図である。 図８は、本開示の実施形態の反射器付照射装置において、ＵＶＬＥＤ素子が放つ遠紫外線に対する反射器の作用を、理想的な回転放物面の回転中心を通る平面で切断した放物線により例示して説明する説明図である。 図９は、本開示の実施形態の反射器付照射装置において、ＵＶＬＥＤ素子が放つ遠紫外線に対する反射器の作用を、理想的な回転楕円面の回転中心を通る平面で切断した楕円により例示して説明する説明図である。 図１０は、本開示の実施形態の照射装置に採用されうるＵＶＬＥＤ素子の実測での発光スペクトルである。 図１１は、本開示の実施形態の照射装置に採用される熱伝達性基材の具体的構成を示す断面図である。 図１２は、本開示の実施形態の実施例のために作製したＵＶＬＥＤ素子２にて測定した電流－光出力特性のグラフである。 図１３は、本開示の実施形態の実証のために予備的に行われた感染価評価試験におけるウェルプレートのウェルとＵＶＬＥＤ素子の照射配置を示す断面図である。 図１４は、本開示の実施形態の実証のために予備的に行われた感染価評価試験において照射量に対し実測された感染価を示すグラフである。 図１５Ａ－Ｂは、本開示の実施形態の実施例の照射装置におけるＵＶ反射層を形成した前後の発光特性を示すグラフであり、電流出力特性（図１５Ａ）と電流効率特性（図１５Ｂ）である。 図１６Ａ－Ｃは、本開示のレンズを採用した実施例装置のある作製例の外観写真であり、その全体像（図１６Ａ）、ならびにＵＶＬＥＤ素子を実装した台座基板（図１６Ｂ）、およびレンズによりＵＶＬＥＤ素子を封止したもの（図１６Ｃ）である。 図１７Ａ－Ｃは、本開示の反射器を採用した実施例装置のある作製例の外観写真であり、その全体像（図１７Ａ）、ならびにＵＶＬＥＤ素子を実装した熱伝達性基材の全景（図１７Ｂ）、およびその拡大したもの（図１７Ｃ）である。 図１７Ｄ－Ｅは、本開示の反射器を採用した実施例装置のある作製例の外観写真であり、全体像（図１７Ａ）を上面からみた写真（図１７Ｄ）、および発光しているときの上面から見た写真（図１７Ｅ）である。
　以下、本開示に係る遠紫外線照射装置について説明する。本実施形態では、２２０～２４０ｎｍの波長の遠紫外線を照射する紫外発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）を利用する遠紫外線照射装置の実施態様を説明する。当該説明に際し特に言及がない限り、共通する部分または要素には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。
１．着想
　紫外発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）の開発は進展しつつあるが、２２０～２４０ｎｍの波長の遠紫外線を照射するものの現状ではＥＱＥが１％程度であり、単一の素子の出力は２３０ｎｍ発光のもので１．１ｍＷ（ＣＷ動作）、２．７ｍＷ（パルス動作）程度である。この効率や出力をより長い殺菌波長（２８０ｎｍ）のＵＶＬＥＤと比べると、ＥＱＥで約１／２０程度、出力で約１／１００程度である。ただし、２２０～２４０ｎｍのＵＶＬＥＤでは現時点で８００時間程度の素子寿命を達成しており、この点では実用も視野に入りつつある。ところで、非特許文献１によれば、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルスを９９．９％不活化するために必要な波長２２２ｎｍの遠紫外線の照射量は２～３ｍＪ／ｃｍ2程度である。この照射量を、光源から２．５ｍ離れ約２．２ｍ×２．１ｍの楕円の形状を持つ照射範囲で４分間で達成しようとすると１００ｍＷ程度の出力の光源が必要となる。２３０ｎｍ発光のＵＶＬＥＤの現状のものを利用してこの出力を達成するには４０個程度集積して同時に動作させる照射装置が必要である。
　ここで、ＵＶＬＥＤを集積した照射装置を作製するには、遠紫外線特有の事情もある。波長が短い遠紫外線に対して多くの物質が示す反射率や透過率は、より長い波長の紫外線や可視光との比較において通常小さくなる。このことが意味するのは、照射される遠紫外線には可能な限り直接の照射が求められることである。一般に照明装置において、物体表面での反射や散乱、または何らかの透過体を利用した透過は、可視光や紫外でも長い波長については有効となりうる。しかし、遠紫外線ではそのような効果は期待しにくい。反射や透過は、反射率や透過率が十分に調査された物体に限り選択的に許容されるというのが遠紫外線特有の事情である。
　本開示では、遠紫外線を放つＵＶＬＥＤを複数利用し照射装置を構成する具体的構成が提供される。その一つがレンズを採用するものであり、もう一つが反射器を採用するものである。
２．レンズを採用する遠紫外線照射装置
　本開示の各実施形態の遠紫外線照射装置は、概して複数の素子サイトを持ち、各素子サイトにＵＶＬＥＤ素子を配置するものである。そのうちの１つが、ＵＶＬＥＤ素子とレンズとを含むモジュールが、各素子サイトに配置されているようなものである。この態様の遠紫外線照射装置を、レンズ付照射装置と呼ぶ。
　図１は、本実施形態の遠紫外線照射装置の一形態であるレンズ付照射装置１００の要部の概略構成を示す斜視図であり、図２は、レンズ付照射装置１００の要部の断面図、図３は素子サイト１０に配置される台座基板４とＵＶＬＥＤ素子２の配置を示す斜視図、図４Ａ－Ｂは素子サイト１０に配置される台座基板４とＵＶＬＥＤ素子２とレンズ６との配置を示す断面図である。
　図１に示すように、典型的な構成のレンズ付照射装置１００では、複数の素子サイト１０が平面状配列をなすように設けられている。その各素子サイト１０には、モジュール１が配置されている。各モジュール１は、ＵＶＬＥＤ素子２とレンズ６とを備えている。ＵＶＬＥＤ素子２は、ＡｌＧａＮ系結晶またはＩｎＡｌＧａＮ系結晶を含み２２０ｎｍ～２４０ｎｍのいずれかの波長の遠紫外線を発する。レンズ６は、ＵＶＬＥＤ素子２に対応させて配置されている。レンズ６は、その一部が遠紫外線の放射経路に位置しており、ＵＶＬＥＤ素子２が発する波長の遠紫外線を透過させる。レンズ６の典型的な材質は、合成石英や、サファイアである。これらの材質によって、レンズ６は、２２０ｎｍを含む短波長の紫外域においても高い透過率を示しつつ屈折力をもつ。典型的なレンズ６は正の屈折力（パワー）をもつ。
　モジュール１には放射角分布が規定される。モジュール１の放射角分布は、典型的にはそれ自体を構成するＵＶＬＥＤ素子２とレンズ６との幾何光学的配置により決定される。なお、放射角分布は、紫外線が方向別に示す放射強度を指している。放射方向とは、放射される紫外線の放射方向を代表するような方向である。ＵＶＬＥＤ素子２であれば、紫外線が放射される半空間を向くＵＶＬＥＤ素子２の正面である。ＵＶＬＥＤ素子２やモジュール１は、取り付けられる平板状物体（例えば後述する台座基板４または熱伝達性基材８）の法線方向や、平面状配列の法線方向にその正面をむけて配置される。モジュール１は、素子サイト１０の平面状配列の法線方向９０に放射方向を向けている。レンズ６は、例えばＵＶＬＥＤ素子２から放たれた遠紫外線を屈折させることにより、各レンズ６を通過した遠紫外線の放射角分布を変化させるために採用される。好ましくは、レンズ６は、法線方向９０から１５度、２０度、３０度以内の傾斜範囲における積分パワーを全方向の積分パワーのそれぞれ１５％、２０％、３５％以上とするものである。
　モジュール１は、台座基板４をさらに備えていることがある。図３に示されるように、ＵＶＬＥＤ素子２は、その放射面２ａを法線方向９０に向けて台座基板４に電気的接続を確保して搭載される。なお、ＵＶＬＥＤ素子２の放射面２ａは、ＵＶＬＥＤ素子２がサファイア基板を利用しＡｌＧａＮ系結晶またはＩｎＡｌＧａＮ系結晶を成長させて製造されるものでは、サファイア基板の両面のうち、ＡｌＧａＮ系結晶またはＩｎＡｌＧａＮ系結晶が形成されていない側の面とすることができる。台座基板４には、必要な導通のためのパターンが形成されている（図示しない）。また、図４Ａ、４Ｂに示すように、レンズ６がかぶせレンズ６Ａであるか半球レンズ６Ｂであるかにかかわらず、この台座基板４は個別化されており、一つのＵＶＬＥＤ素子２または一つのレンズ６に対応して一つが採用されうる。レンズ６がかぶせレンズ６Ａである態様において、各ＵＶＬＥＤ素子２が台座基板４に載置され、かぶせレンズ６Ａが台座基板４とともに各ＵＶＬＥＤ素子２を封止している。これにより、ＵＶＬＥＤ素子２が外界からの影響を受けにくくなってレンズ付照射装置１００の長寿命化が容易になる。また、図４Ｂに示すように半球レンズ６Ｂであれば、小径のレンズを採用することができて有利である。ＵＶＬＥＤ素子２の発光動作に役立つよう、台座基板４は概して絶縁体であり、必要な電極がそこに形成されている。この台座基板４は熱伝導も担う。このための台座基板４は好ましくはセラミック基板とされる。なお、図示しないが台座基板４は、凹みを中央にもちその凹みの内部にＵＶＬＥＤ素子２を収容するような構造のものも採用することができる。
　図５は、レンズの有無による放射角分布の違いを実測したグラフである。基準とする０°の表示は法線方向９０つまりＵＶＬＥＤ素子２の正面方向である。各曲線は、角度を変化させて放射強度を測定し、それを最大値に対する相対比で描いたものであり、レンズは日本碍子株式会社製のＵＶＬＥＤ用のかぶせレンズを使用した。レンズを採用しないＵＶＬＥＤ素子２単体の条件（w/o lens）では、放射角分布は、ＵＶＬＥＤ素子２の正面側の半空間において、正面方向から４０°程度傾斜した方向が最大強度となり、正面（０°）付近はむしろ強度が弱くなっていた。それに対し、レンズを採用したモジュールの放射角分布（with lens）では、正面付近に集中した強度をもつようになっている。前方３０度（法線方向９０を正面としそこからの傾斜角にて１５度以内（前方３０度以内）の傾斜範囲。本出願において以下同じ）内の放射パワーの比率を全放射パワーを１００％として数値により示すと、レンズがないものおよびあるものの順に５．７％および１６．３％であった。このため、レンズはＵＶＬＥＤ素子２単体では発散性をともなって放射される紫外線を正面方向に集中させるような放射角分布を整形するよう作用している。レンズを採用すると屈折率差による反射損失や材質が吸収することによる吸収損失が生じうるが、遠紫外線のためのＵＶＬＥＤ素子２では、放射角分布を整形する作用の利点がそれを上回り、レンズ付照射装置１００の実用性を高めることとなる。
３．反射器を採用する遠紫外線照射装置
　本実施形態の遠紫外線照射装置の別の１つの態様が、各素子サイトにＵＶＬＥＤ素子が配置され、さらに反射器を備えるものである。この態様の遠紫外線照射装置を概して反射器付照射装置と呼ぶ。
３－１．略回転放物面の反射器
　図６は本開示の実施形態の遠紫外線照射装置の反射器付照射装置２００、２００Ｅ（後述）の要部の概略構成を示す斜視図であり、図７は反射器付照射装置２０の要部断面図である。また、図８はＬＥＤ素子が放つ遠紫外線に対する反射器の作用を、理想的な回転放物面の回転中心を通る平面で切断した放物線により例示して説明する説明図である。
　図６に示すように、反射器付照射装置２００では、ＵＶＬＥＤ素子２が、平面状配列をなす複数の素子サイト１０の各素子サイトに、平面状配列の法線方向９０に放射方向を向けて、熱伝達性基材８に配置されている。反射器付照射装置２００には、反射器２０がさらに備わっている。図６では、構造を示すために反射器２０は反射面２０のみを示し、反射器２０により隠れる部分を透視して示している。反射器２０は、ＵＶＬＥＤ素子２が放つ波長の遠紫外線に反射性を示す反射面２２をもつ。反射面２２は、その各部が、ＵＶＬＥＤ素子２の放射方向である法線方向９０から傾斜した方向の遠紫外線を概して法線方向９０に向くような向きとなるよう反射する形状をもつ。典型的な反射器２０は、反射面２２が複数の素子サイト１０を取り巻く略回転放物面鏡とされている。なお、回転放物面（paraboloid）は、平面に描いた放物線をその軸を回転軸として回転させたときに、その放物線が掃く面として定義される。反射器２０の反射面２２の材質は、典型的にはアルミニウム等の金属であり、必要に応じて遠赤外線に対して十分な反射率をもつ物質から適宜選択される。反射器２０の内側面に配置される反射面２２が適切な反射特性を示せば、反射器２０の他の部分が異なる材質であっても目的通りに反射機能を発揮することができる。
　図７には、反射器付照射装置２００のいくつかのＵＶＬＥＤ素子２について、法線方向９０に向かう光と、そこから傾斜して紙面上右上方向に向かい反射器２０の反射面２２により反射される光とが描かれている。反射面２２が遠紫外線に対して高い反射率を示す場合には、反射器２０の反射面２２により、照射に寄与しにくい方向に向かう光も法線方向９０方向に近づいた向きとなるように向けられる。つまり、反射器２０はＵＶＬＥＤ素子２単体で発散性をともなって放射される紫外線を正面方向に集中させる作用を果たしている。こうして、反射器付照射装置２００では放射角分布の整形作用が期待できる。なお、反射器２０を採用すると反射損失が生じうるが、放射方向が適切になることによって反射器付照射装置２００の実用性が高まることとなる。
　反射器付照射装置２００において、反射器２０は、ＵＶＬＥＤ素子２から放たれて反射器２０の出口側開口２４を通過した遠紫外線の放射角分布を整形する。好ましくは、反射器２０は、法線方向９０から１５度以内（前方３０度以内）の傾斜範囲における積分パワーを全方向の積分パワーの１５％以上、３０度以内の傾斜範囲における積分パワーを全方向の積分パワーの３５％以上とするものである。
　図８に示すように、反射面が理想的な回転放物面であったとしても、平面状配列にされているすべてのＵＶＬＥＤ素子２を同回転放物面の焦点位置に配置することはできない。幾何学で知られているように、反射面２２が理想的な回転放物面である場合には、同回転放物面は、その回転放物面の回転中心軸を通る平面と交差し放物線を描く。その放物線は軸上の１点を焦点としてもつ。この焦点に配置されうるＵＶＬＥＤ素子２は高々１つである。図８においては、点Ｐ０が焦点であり、そこから発した放射は反射面２２に入射すれば法線方向９０の向きに変換される。しかしこの点Ｐ０に以外にも、放物線の軸に垂直な向きに焦点からずれている点Ｐ１にもＵＶＬＥＤ素子２を配置することとなる。このようなＵＶＬＥＤ素子２から発した放射は完全に法線方向９０の向きに向くわけではない。それでも、反射面２２による反射によって実用上十分な程度に法線方向９０に近い向きに放射の向きを変換することができる。これが反射面２２の典型的な反射作用であり、放射角分布が反射器２０により整形される原理である。つまり、本実施形態の反射器付照射装置２００において平面状配列をなしているＵＶＬＥＤ素子２の少なくともいくつかは、理想的な回転放物面にとっての焦点以外に配置され、そのようなＵＶＬＥＤ素子２も反射器２０による放射角分布の整形作用をうける。なお、反射器付照射装置２００では、反射器２０の反射面２２に入射せず出口側開口２４からそのまま出射する放射も存在する。
　これらの事情から、本実施形態の平面状配列をなす素子サイト１０をもつ反射器付照射装置２００では、反射器２０の形状は必ずしも理想的な回転放物面でなくともかまわない。そうであっても、反射器２０による放射角分布の整形作用が反射器付照射装置２００の実用性を高めるからである。なお、任意の略回転放物面であれば有用な反射器２０の形状に含まれる。例えば区分された円錐側面形状を多数接続することにより回転放物面を模擬する擬似的な回転放物面や、ワイヤーフレーム状に区切られた区分平面を繋いだポリゴン様の擬似的な回転放物面といったものも反射器付照射装置２００のために有用である。
　なお、理想的な回転放物面から意図的に相異させた反射面を積極的に採用する理由も存在する。例えば、対象物（図示しない）の位置において遠紫外線の照射される面積当たりの強度（放射照度）が面内分布を示すような場合には、面内分布を抑制して均一な放射照度としたり、遠紫外線の照射範囲を限定して放射強度を高めたり、といった目的においては、理想的な回転放物面から意図的に形状を変更した反射器が有利ともなり得る。その例が回転楕円面である。
３－２．略回転楕円面の反射器
　略回転楕円面の反射器を採用する反射器付照射装置２００Ｅは、図６に示すように、反射器付照射装置２００の略回転放物面の反射器２０に代えて略回転楕円面の反射器２０Ｅを採用する点において相異している。反射器２０Ｅの反射面２２Ｅは、正面となる法線方向９０に長軸を向けた長軸をもつ回転楕円面に近似される形状（略回転楕円面）となっている。図９は、反射器付照射装置２００Ｅにおいて、ＵＶＬＥＤ素子２が放つ遠紫外線に対する反射器の作用を、その回転中心を通る平面で切断した楕円により例示して説明する説明図である。長軸をもつ回転楕円面（spheroid）は、平面に描いた楕円の軸すなわち楕円の２つの焦点を結ぶ直線を回転軸として回転させたとき、その楕円が掃く面として定義される。理想的な回転楕円面では、一方の焦点から発した光は他方の焦点に到達する。点Ｑ０は、回転楕円面の１つの焦点である。この位置に置かれたＵＶＬＥＤ素子２が放った放射は、反射面２２Ｅによる反射によって、もう一方の焦点に収束する。収束する側の焦点を含み軸を横切る平面を平面Ｆとする。ここで、反射器付照射装置２００について説明したのと同様に、素子サイト１０が平面状配列をもつことから、少なくともいくつかのＵＶＬＥＤ素子２は焦点に配置されず、そこからの光がもう一方の焦点に集光するわけではない。つまり、点Ｑ０からずれている点（点Ｑ１）からの放射は、平面Ｆ上では完全には収束しない。しかし、光線が法線方向９０となす角度をみると、点Ｑ１から出た光は、反射面２２Ｅの反射前に比べて反射後はより小さい角度をもつ。つまり、回転楕円面であっても、発散する光を法線方向９０に近づけるような放射角分布の整形作用は期待できる。また、回転楕円面では、回転放物面（図８）との対比において、集光作用も期待できる。これらから、略回転楕円面である反射面２２Ｅを採用することにより、放射角分布を整形することと、放射照度を高める効果との両方を期待することができる。このように、反射器２０Ｅを採用する反射器付照射装置２００Ｅでは高い実用性を期待することができる。なお、反射器２０が略回転放物面である場合について上述した相対放射強度の数値限定および幾何学的に理想的な形状でない場合の説明は、反射面２２Ｅのために理想的な回転楕円面や回転楕円面を模擬したものについても適用される。
４．遠紫外線照射装置にて抑制されるべき波長域
　上述したレンズ付照射装置１００、反射器付照射装置２００、２００Ｅにおいて、光源となるＵＶＬＥＤ素子２の現実の放射スペクトルは、必要な２２０～２４０ｎｍの波長域のみならず、２４０～２８０ｎｍ（いわゆる殺菌波長）の波長域での放射も含みうる。図１０は、発明者が作製したＵＶＬＥＤ素子２の実測での発光スペクトルである。これは、２２０～２４０ｎｍのメインピークが観察されており良好なスペクトルといえる。しかし、２４０～２８０ｎｍのサブピークの強度は２２０～２４０ｎｍのメインピークの１／２００程度となっている。遠紫外線照射装置の実用性を高めるには、殺菌波長である２４０～２８０ｎｍの波長域を効果的に抑制することが好ましい。このため、本実施形態では、フィルターが利用されると好ましい。フィルターにより２４０～２８０ｎｍの殺菌波長での放射が低減されれば本来の遠紫外線の人体への無害という利点が生かされるため有利である。また、もしフィルターによって殺菌波長が十分に抑制されるのであれば、ＵＶＬＥＤ素子２の開発において、２４０～２８０ｎｍの殺菌波長の不要な放射を抑制する必要性が少なくなり、ＵＶＬＥＤ素子２の開発が容易になる観点でも有利といえる。フィルターを設けるのに適する位置は、紫外線が通過する任意の位置である。
　レンズ付照射装置１００には、図４Ａに示すように、例えば誘電体多層膜による短波長通過タイプのフィルター層がかぶせレンズ６Ａの最表面すなわち外表面６２または内表面６４に形成されうる。ここで、ダイクロイックフィルターとも呼ばれる誘電体多層膜は、典型的には遠紫外線について透過性をもつ誘電体であるＡｌＮとＳｉＯ2を交番して積層することにより形成される。反射による阻止波長域が２４０ｎｍ～２８０ｎｍを概ね含むような範囲となるようにＡｌＮとＳｉＯ2それぞれの厚みを調節して誘電体多層膜を形成することは当業者には容易である。なお、現実の誘電体多層膜で２２０ｎｍ～２４０ｎｍの透過率を十分に高くした場合、完全に阻止できる最短の波長は２４０ｎｍよりもわずかに高くなる。遠赤外線に透過性をもつ材質の他の例は、ＭｇＦ2、Ａｌ2Ｏ3である。
　レンズ付照射装置１００や反射器付照射装置２００、２００Ｅにおいてフィルターを設ける位置として適する別の例が、ＵＶＬＥＤ素子２の発光面となる放射面２ａ（図３）であり、特にＵＶＬＥＤ素子２がサファイア基板を利用してＡｌＧａＮやＩｎＡｌＧａＮ系結晶による発光層が形成されるものでは、そのサファイア基板の結晶成長される面とは逆の表面である。この表面は、ＵＶＬＥＤ素子２において放射される紫外線のもっとも寄与が大きい出射面となるため、その面に誘電体多層膜等のフィルター層を設けることは有利である。
　それ以外にフィルターを設けるのに適する位置は、例えば反射器付照射装置２００（図７）の出口側開口２４を塞ぐように透過型フィルターとして形成することができる。図ＳＳ０に示している出口側開口２４には、例えばサファイアや合成石英といった遠紫外線が透過できる材質の基板の一方の面に、上述したＡｌＮとＳｉＯ2を交番した多層膜として形成される。また、反射器付照射装置２００の出口側開口２４よりもＵＶＬＥＤ素子２に近い位置、例えばＵＶＬＥＤ素子２付近で素子側開口２６に近い位置にそのようなフィルターを配置すれば、より小径の透過型フィルターにより同様の効果を達成することができる。
５．熱伝達性基材と放熱機構
　遠赤外線で動作する現状のＵＶＬＥＤ素子２の発光効率には改善の余地があることから、必要な出力のために複数のＵＶＬＥＤ素子２を同時に動作させる上述したレンズ付照射装置１００、反射器付照射装置２００、２００Ｅでは、投入される電力のうち相当程度が熱になる。温度上昇はそれ自体がＵＶＬＥＤ素子２の発光効率を低下させ、寿命にも悪影響を与える。本開示の遠紫外線照射装置では放熱を効率化させる機構を装備することが好ましい。
　図２、図７に示すように、レンズ付照射装置１００、反射器付照射装置２００には、素子サイト１０が、熱伝達性基材８の素子搭載面（一の面）８２に沿って配列されて平面状配列をなしていると好ましい。この場合、ＵＶＬＥＤ素子２が素子搭載面８２の法線方向に放射方向を向けるよう配置されている。
　図１１は、本開示の実施形態の照射装置に採用される熱伝達性基材８の具体的構成を示す断面図であり、レンズ付照射装置を例にして１つの素子サイト１０について示す。熱伝達性基材８の素子搭載面８２に必要に応じ台座基板４を介してＵＶＬＥＤ素子２が配置される。必要に応じレンズ６が台座基板４に取り付けられる。熱伝達性基材８はそれ自体が熱伝導性の高い材質（例えば銅）により作製される。熱伝達性基材８の素子搭載面８２には、ＵＶＬＥＤ素子２を駆動するための金属層５２が、電気的な絶縁のための電気絶縁層７２を介して形成されている。さらに、金属層５２の上方には電気絶縁層７４が形成されている。金属層５２はそれ自体のパターンによって、また電気絶縁層７４はその開口７４ａ、７４ｂによって、ＵＶＬＥＤ素子２を駆動する電力経路を確保するための駆動用パターン５２ａ、５２ｂを形成している。駆動用パターン５２ａ、５２ｂには、導通接続部５６ａ、５６ｂが、例えばハンダ等により形成される。なお、この駆動用パターン５２ａ、５２ｂおよび導通接続部５６ａ、５６ｂは、電力経路を確保するためのものであるが、同時にＵＶＬＥＤ素子２からの熱を伝える経路ともなる。
　本開示の実施形態の照射装置では、好ましくは、さらに放熱を良好にする構成として伝熱部８６も採用される。その伝熱部８６には、例えば、図１１に示すように電気絶縁層７２、７４に開口７２ａ、７４ｃが設けられている。この開口７２ａ、７４ｃは相互に重なるようにされて熱伝達性基材８が露出していて直接熱接触可能となっている。別の例では、接合の簡易さのために伝達性基材８に金属層５２が電気絶縁層７２を介して形成されていることも好ましい（図示しない）。いずれにしても、その伝熱部８６では、例えばハンダによる伝熱接続部５８が形成されており、ＵＶＬＥＤ素子２からの熱が台座基板４（存在する場合）を介して伝達性基材８に効率良く伝達される。したがって、金属層５２はそれ自体のパターンによって、また電気絶縁層７４、７２は、その開口７４ｃ、７２ａによって、ＵＶＬＥＤ素子２の放熱のための熱伝達経路を確立する伝熱用パターンともなっている。このように、熱伝導の熱抵抗を低下させる典型的な構成として伝熱部８６を採用することが有利である。
　熱伝達性基材８は、それ自体が例えば銅などの熱伝導率が高い材質で作製されている。高い熱伝導率の材質が熱伝達性基材８に採用されていると、個別のＵＶＬＥＤ素子２から生じた余剰の熱は効率良く放熱され、ＵＶＬＥＤ素子２の動作時の温度低下に役立つ。結果、ＵＶＬＥＤ素子２の発光効率に悪影響を及ぼす熱の問題が軽減され、またＵＶＬＥＤ素子２の寿命の改善にも寄与する。なお、台座基板４を採用しない場合には、ＵＶＬＥＤ素子２を直接熱伝達性基材８に搭載するよう実装することができる。その構成であっても、それに応じて寸法や位置を調整した駆動用パターンや伝熱用パターンを採用する事は有用である。
　本実施形態のレンズ付照射装置１００（例えば図１）、反射器付照射装置２００、２００Ｅ（図７）には、上述した熱伝達性基材８の他の面８４に熱的に接触する放熱部材をさらに備えるとさらに好ましい。放熱部材は、金属で作製されたヒートシンク３２とそのヒートシンクの放熱を補助するための空冷ファン３４が典型的なものである（図２、図７）。空冷ファン３４は、ヒートシンク３２の放熱フィンに向けて（図２、図７の白抜き矢印）、あるいはその逆の向きに強制送風して放熱を補助する。
　本実施形態のレンズ付照射装置１００、反射器付照射装置２００、２００Ｅにおける熱伝達性基材８の駆動用パターン５２ａ、５２ｂは、典型的には、熱伝達性基材８の熱伝達性基材８素子搭載面８２において導通接続部５６ａ、５６ｂ等による実装を前提に、複数の素子サイト１０を適切な配置で実現するように金属層５２をパターニングしたものである。また、電気的には、必要に応じて追加部品（例えば定電流ダイオード）を含む回路が形成されている。最も典型的な回路は、複数のＵＶＬＥＤ素子２を含むＵＶＬＥＤ素子の直列接続の系列となっていて、その系列をさらに互いに並列接続するようなものである。
６．ＵＶ反射膜によるＵＶ増強
　本実施形態のレンズ付照射装置１００、反射器付照射装置２００、２００Ｅには、現実の照射装置において生じうる非効率さを解消するための追加の工夫がなされることも好ましい。その一例が、遠紫外線に対し高い反射率を示すＵＶ反射層の採用である。例えば特許文献１（特許第６７７０３２２号）には、広い紫外域（波長２００～３５０ｎｍ）において高い反射率を示し塗布により形成可能な紫外線反射膜が開示されている。素子サイト１０の平面状配列の範囲をみると、ＵＶＬＥＤ素子２が占める面積割合は一部に過ぎない。ＵＶＬＥＤ素子２が放った遠紫外線は、一般には多くの物質において反射されにくく、ＵＶＬＥＤ素子２のない位置に入射した遠紫外線は通常は照射に寄与することはない。そこでＵＶＬＥＤ素子２のない位置にＵＶ反射層を形成すれば、ＵＶＬＥＤ素子２で一旦生成された遠紫外線が何らかの理由でそこに入射したとしても、反射させて照射に寄与させうる。つまり、本実施形態のレンズ付照射装置１００、反射器付照射装置２００、２００Ｅにおいては、遠紫外線に対し高い反射率を示すＵＶ反射層を、平面状配列のうちのＵＶＬＥＤ素子２の表面を除くいずれかの位置に配置することが好ましい。本実施形態のレンズ付照射装置１００、反射器付照射装置２００、２００Ｅにおいては、さらに好ましくは、ＵＶ反射層が、台座基板４の両面のうち、ＵＶＬＥＤ素子２が載置された側の表面に配置されていると好ましい。台座基板４はＵＶＬＥＤ素子２を直接載置するため、ＵＶＬＥＤ素子２から本来の放射方向ではない方向に放射された遠紫外線が比較的強い強度で入射する。図３には、ＵＶ反射層４２を台座基板４のＵＶＬＥＤ素子２のない位置に配置した例を示している。ＵＶ反射層４２が、塗布されて形成された反射膜であれば、ＵＶ反射層４２の形成が容易である。
７．実験による確認
７－１．ＵＶＬＥＤ素子によるウイルス不活化
　本実施形態の遠紫外線照射装置の効果を実証するため、作製したＵＶＬＥＤ素子２を利用して、予備実験を実施した。具体的には、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルスの不活化能力に与える遠紫外線の影響調査を、ＴＣＩＤ５０法に従って実施した。機器は、発明者作製のＵＶ２３０照射キットである。そこに採用されたＵＶＬＥＤ素子２は、ＡｌＧａＮ系結晶またはＩｎＡｌＧａＮ系結晶により発明者が作製した。さらにレンズ６のために、ＵＶ－ＬＥＤ用石英レンズ（日本碍子株式会社、日本国愛知県名古屋市）を採用した。図１２は、本開示の実施形態の実施例のために作製したＵＶＬＥＤ素子２のサンプルにて測定した電流－光出力特性のグラフである。このサンプルでは、実際に台座基板４にフリップチップ実装しかぶせレンズ６Ａ（図４Ａ）により封止した。その結果、１．１ｍＷ（ＣＷ動作）、２．７ｍＷ（パルス動作）での動作が確認された。なお同サンプルにて発光スペクトルを測定したものが図１０であり、遠紫外線として２３０ｎｍの波長が実際に生成されることが確認されている。
　感染価の評価試験について、ウイルス試料は、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２／ＪＰ／ＨｉｒｏＣ７７／２０２１株（デルタ株）（Delta, B.1.617.2-like, GenBank/DDBJ/EMBL accession number: OL468586,GISAID accession ID: EPI_ISL_6316561、凍結融解１回、１．５×１０8　ＴＣＩＤ５０／ｍｌ、血清不含）。細胞は、ＶｅｒｏＥ６／ＴＭＰＲＳＳ２細胞（ＪＣＲＢ１８１９）とし、９６ウェルプレート（Ｆａｌｃｏｎ社製、細胞培養用平底）を利用した。試薬は、細胞培養液ＤＭＥＭ（Dulbecco's Modified Eagle Medium、富士フィルム和光純薬）とした。ウイルス試料を細胞培養液に懸濁して使用した。フェノールレッドにより着色されていた。実験方法は、９６ウェルプレートにウイルス液を加え、ＵＶ光を所定の時間照射し、ウイルス液をチューブに回収して凍結した。後日、この凍結試料を溶解しＴＣＩＤ５０法で感染価を評価した。図１３は、本感染価評価試験におけるウェルプレートのウェルとＵＶＬＥＤ素子２の照射配置を示す断面図である。また、図１４は、本感染価評価試験において照射量に対し実測された感染価を示すグラフである。感染価は初期、３０、４５ｍＪ／ｃｍ2の３サンプルで実測された。点線は実測からフィッティングされる片対数表示での直線である。実測では９９．９％不活化に要する２３０ｎｍ紫外線の照射量は３０ｍＪ／ｃｍ2であった。この値は、文献値（２ｍＪ／ｃｍ2）の１５倍の値であった。この理由として、培養液での紫外線の吸収が考えられる。
７－２．ＵＶ反射層の効果実証
　本実施形態にて好ましい構成として説明したＵＶ反射層４２の効果について確認した。ＵＶ反射層４２は、セラミック微粒子を含有する塗布乾燥タイプのものであり、台座基板４の電極部分を除くセラミック露出部分に塗布した。なお、このＵＶ反射層４２は、動作時の温度に影響されないことを別途確認している。図１５Ａ－Ｂは、本開示の実施形態の実施例の照射装置におけるＵＶ反射層を形成した前後の発光特性を示すグラフであり、電流出力特性（図１５Ａ）と電流効率特性（図１５Ｂ）である。それぞれにおいて、ＵＶ反射層を形成しないもの（w/o reflective layer）と形成したもの（w/ reflective layer）が描かれている。このように、ＵＶ反射層４２による出力値およびＥＱＥの改善効果は、１．２倍程度と確認された。また、ＵＶＬＥＤ素子２を駆動するための電気的動作にＵＶ反射層４２が特段影響しないことも確認された。
７－３．実施例１：レンズ付照射装置
　本実施形態の実施例として、レンズ付照射装置１００を実際に作製した。採用したＵＶＬＥＤ素子２は７－１節にて上述したものであり、かぶせレンズ６Ａ付、台座基板４を利用したモジュール１とした。このモジュール１を複数実装することによりレンズ付照射装置１００の実施例装置を作製し、出力を実測した。図１６Ａ～Ｃは、レンズ６を採用した実施例装置のある作製例の外観写真であり、その全体像（図１６Ａ）、ＵＶＬＥＤ素子２を実装した台座基板４（図１６Ｂ）、およびレンズ６によりＵＶＬＥＤ素子２を封止したもの（図１６Ｃ）である。その結果、最大出力０．３５ｍＷの２３０ｎｍ発光のＵＶＬＥＤ素子を４２個実装するものでは、１５ｍＷの出力が確認され、１．１ｍＷの２３０ｎｍ発光のＵＶＬＥＤ素子を２５個搭載するものでは、２８ｍＷの出力が確認された。さらに、かぶせレンズ６Ａを採用したものにおいて法線方向９０からの傾斜範囲を変更してその傾斜範囲内での積分パワーを計測し全方向のものと比較したところ、傾斜範囲が１５度（前方３０度）、２０度、２５度、３０度以内とき、全方向に対し順に１６．３％、２５．３％、３１．７％、３８．３％であった。
７－４．実施例２：反射器付照射装置
　本実施形態の実施例として、反射器付照射装置２００を実際に作製した。採用したＵＶＬＥＤ素子２は、７－１節にて上述したものである。ただし、レンズも台座基板も採用せず、熱伝達性基材８にＵＶＬＥＤ素子２をフリップチップ実装した。ＵＶＬＥＤ素子２の配置は、中心部分に、可能な限り高密度に実装した。具体的には、８０個のＵＶＬＥＤ素子２のチップ（サイズ：１．２ｍｍ×１．３ｍｍ、１．１ｍＷ出力）を２ｍｍの間隔、円境界内の平面状配列に正方格子状に配置した。また、円錐面を接続した擬似的な放物面を内側面にもつ反射器２０をアルミニウムブロックの機械加工により作製し、図６の構成となるように取り付けた。反射器２０の開口部内径は７２ｍｍであった。ＵＶＬＥＤ素子２の配列は、反射器２０によって模擬されている理想的な回転放物面の焦点を中心とするよう集積した配置とした。これにより、反射器２０の効果によって、放射角度が集中され平行光に近い放射パターンを実現しようとした。実際に作製した反射器付照射装置２００の実施例装置では、合計８８ｍＷの出力が得られた。なお、典型的な目標の出力は、第１節にて上述したとおり１００ｍＷとすることができる。さらに、法線方向９０に離れたときの放射照度の面内分布は、出口側開口２４から１０ｃｍ離れて放射半径が２倍以下となる放射特性を得ることができた。なお、放射半径とは、光強度が中心の光強度の２０％となる、中心軸から測定された距離である。この時、出口側開口２４から素子側開口２６までの法線方向９０の距離は好ましくは２０ｃｍ以下にすることができ、さらに好ましくは１５ｃｍ以下にすることができる。図１７Ａ－Ｅは、本開示の反射器を採用した実施例装置のある作製例の外観写真であり、その全体像（図１７Ａ）、ならびにＵＶＬＥＤ素子を実装した熱伝達性基材の全景（図１７Ｂ）、およびその拡大したもの（図１７Ｃ）、図１７Ａを上面から見た写真（図１７Ｄ）、発光しているときの上面からの写真（ＬＥＤ光と反射光を含む発光の様子）（図１７Ｅ）である。ＬＥＤの発光波長は主に遠紫外であるが、可視光も弱く発光するためその可視光が撮影されている。
８．変形例
　上述した本開示の遠紫外線照射装置は、さらなる変形が可能である。
８－１．レンズ付照射装置および反射器付照射装置に共通する変形例
　まず、上述したレンズ付照射装置１００、反射器付照射装置２００、２００Ｅのいずれにも適用される変形例について説明する。モジュール１において説明した台座基板４の使用有無は放射角分布の整形作用の観点では任意である。台座基板４は、むしろＵＶＬＥＤ素子２の実装の容易さやレンズ６を用いて封止した場合に保管や動作時の雰囲気に外界の影響が直接影響することを防止する作用をもつ。台座基板４の影響は、ＵＶＬＥＤ素子２の発光効率が不充分な現状では放熱特性に影響する。このため、第５節で図１１に関連して説明した放熱のための工夫を必要に応じて採用する事が好ましい。モジュール１の配置周期は、任意である。例えば台座基板４とレンズ６を含むモジュール１を周期２～５ｍｍで配置することが有効である。ＵＶＬＥＤ素子２の集積個数は任意である。集積個数は、必要な放射照度に応じて決定され、例えば、ＵＶＬＥＤ素子２を５～２００個集積することが有用であり、集積個数やその空間的な密度に対応して必要な放熱対策を行う。台座基板４には、第６節にて上述したとおりＵＶ反射層４２を配置することが有用である。また台座基板を用いない場合にも、ＵＶＬＥＤ素子２近傍のＵＶＬＥＤ素子２が配置されていない表面にＵＶ反射層４２を設けることは有用である。熱伝達性基材８の材質は、熱伝導度が高く加工が容易な任意の材質を採用することができる。上述した銅に加え、アルミニウム（合金を含む）といった金属材や、シリコン基板などの半導体、さらにセラミックや絶縁体（例えばダイヤモンド）などを採用することができる。
８－２．レンズ付照射装置の変形例
　次に、主としてレンズ付照射装置１００に適用される変形例について説明する。レンズ６は、種々のものを採用することができる。レンズの材質は２２０－２３０ｎｍにおいて透過率が高いことが要求され、例えば合成石英やサファイアとすることができる。放射角分布の整形作用の結果得られる放射角分布については、前方３０度に、積分パワーが１５％以上とすると好ましく、さらに好ましくは４０％以上とする。このために、レンズ６のためには、封止に役立つかぶせレンズ６Ａ（図４Ａ）や屈折度（パワー）がより大きくサイズが小さい半球レンズ６Ｂ（図４Ｂ）を用いることができる。半球レンズ６Ｂには、かぶせレンズ６Ａよりも強い放射角分布の成形作用を期待することができる。レンズ６は、台座基板４ではなくＵＶＬＥＤ素子２に直接接合することもでき、例えばＵＶＬＥＤ素子２の放射面（基板表面）に半球レンズを接合することもできる。
８－３．反射器付照射装置の変形例
　次に、主として反射器付照射装置２００、２００Ｅに適用される変形例について説明する。略回転放物面である反射器２０のサイズを規定するためには、素子側開口２６の内径、出口側開口２４の内径、回転軸方向全長、が目安となる。具体的には、反射器２０の素子側開口２６の内径、５ｍｍ～５０ｍｍが想定され、素子側開口２６の内径と出口側開口２４の内径の比は１：２～１：１０が想定され、素子側開口２６の内径と方物面鏡の高さは１：１～１：１０が想定されている。反射器２０を採用する構成では、素子側開口２６の中心が焦点となる。素子サイト１０の平面状配列をなしている複数のＵＶＬＥＤ素子２の中心が含まれる平面がこの焦点を含むように配置される。この平面状配列に並べるＵＶＬＥＤ素子２の数は特に制限されないが、例えば１～３００個が想定され、ＵＶＬＥＤ素子２の配列の周期は１～４ｍｍが想定されている。反射器２０、反射器２０Ｅの反射面２２、２２Ｅの紫外反射率は高い方が好ましく、例えば８０％以上であると好ましい。このため、反射器２０、反射器２０Ｅの材質は、ＡｌもしくはＡｌ合金とされる。ただし、反射面２２、２２Ｅが十分な反射率であれば構わないため、反射器２０、反射器２０Ｅを任意の材質で作製し、反射面２２、２２Ｅにコーティングをする構成とすることもできる。このコーティングは、ＡｌまたはＡｌ合金が好ましい。上述したように、反射器２０は必ずしも理想的な回転放物面とすることは要さず、回転放物面を模擬したり、近似的に回転放物面と言いうる任意の形状を採用することができる。反射器２０に代え反射器２０Ｅを採用する場合も、同様である。反射器２０の放射角分布の整形作用の結果得られる放射角分布については、法線方向９０から傾斜が１５度以内（前方３０度以内）の範囲の積分パワーを全方向の積分パワーの１５％以上とすると好ましく、さらに好ましくは４０％以上とする。
８－４．実用的な遠紫外線照射装置
　最後に、ＵＶＬＥＤ素子２の発光効率が現状の水準であることを想定した場合に視野に入る最も実用的な遠紫外線照射装置の構成について説明する。ＵＶＬＥＤ素子２を１００個程度実装し、例えばアルミニウムを反射面２２にコーティングした略回転放物面の反射器２０を採用する。その際の出力は２００ｍＷ（波長２３０ｎｍ）程度となる。法線方向９０からの傾斜が１５度以内（前方３０度以内）の積分パワーを全方向の積分パワーの２０～５０％の積分パワーとする放射特性が得られる。なお、殺菌波長（２７５ｎｍ）の紫外線が１／２００程度（１０ｍＷ程度）出力されうる。その場合には強制空冷が必須となる。このような構成であれば、比較的安価で実用性の高い構成となりうる。熱伝達性基材８は、４０ｍｍ角、２ｍｍ厚として、ＵＶＬＥＤ素子２は、１．２ｘ１．３（ＦＣ９１）チップの形態とすることができる。この場合には、通常のリフローハンダ接続で対応可能である。もちろん、出力をより少なくして、例えば１００ｍＷとしても十分な実用性が見込める。
９．まとめ
　以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。上述の各実施形態および構成例は、発明を説明するために記載されたものであり、本出願の発明の範囲は、請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。また、各実施形態の他の組合せを含む本開示の範囲内に存在する変形例もまた請求の範囲に含まれるものである。
　本開示の遠紫外線照射装置は、それを紫外線の放出源として備える任意の機器に利用される。
　１００　レンズ付照射装置（遠紫外線照射装置）
　２００、２００Ｅ　反射器付照射装置（遠紫外線照射装置）
　１０　素子サイト
　１　モジュール
　２　　紫外発光ダイオード素子（ＵＶＬＥＤ素子）
　２ａ　放射面
　２０、２０Ｅ　反射器
　２２、２２Ｅ　反射面
　２４　出口側開口
　２６　素子側開口
　３２　ヒートシンク
　３４　空冷ファン
　４　台座基板
　４２　ＵＶ反射層
　５２　金属層
　５２ａ、５２ｂ　駆動用パターン）
　５６ａ、５６ｂ、導通接続部（ハンダ）
　５８　伝熱接続部
　６　レンズ
　６Ａ　かぶせレンズ
　６Ｂ　半球レンズ
　６２、６４　外表面、内表面
　７２、７４　電気絶縁層
　８　熱伝達性基材
　８２　素子搭載面（一の面）
　８４　他の面
　８６　伝熱部
　９０　法線方向

Claims (20)

  1. 　ＡｌＧａＮ系結晶またはＩｎＡｌＧａＮ系結晶を含み２２０ｎｍ～２４０ｎｍのいずれかの波長の遠紫外線を発する紫外発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）素子と、
    　各ＵＶＬＥＤ素子に対応させて前記遠紫外線の放射経路に配置され、前記波長において透過性を示すレンズと
    　を含むモジュールが、平面状配列をなす複数の素子サイトの各素子サイトに該平面状配列の法線方向に放射方向を向けて配置されている
    　遠紫外線照射装置。
  2. 　前記レンズは、前記ＵＶＬＥＤ素子から放たれて各レンズを通過した前記遠紫外線の放射角分布を、前記法線方向から１５度以内の傾斜範囲における積分パワーを全方向の積分パワーの１５％以上とするものである
    　請求項１に記載の遠紫外線照射装置。
  3. 　前記レンズは、前記ＵＶＬＥＤ素子から放たれて各レンズを通過した前記遠紫外線の放射角分布を、前記法線方向から３０度以内の傾斜範囲における積分パワーを全方向の積分パワーの３５％以上とするものである
    　請求項１に記載の遠紫外線照射装置。
  4. 　前記モジュールが個別化された台座基板をさらに備えており、
    　各ＵＶＬＥＤ素子が該台座基板に載置され、前記レンズが該台座基板とともに各ＵＶＬＥＤ素子を封止している
    　請求項１に記載の遠紫外線照射装置。
  5. 　前記台座基板がセラミック基板である
    　請求項４に記載の遠紫外線照射装置。
  6. 　平面状配列をなす複数の素子サイトの各素子サイトに該平面状配列の法線方向に放射方向を向けて配置されている、ＡｌＧａＮ系結晶またはＩｎＡｌＧａＮ系結晶を含み２２０ｎｍ～２４０ｎｍのいずれかの波長の遠紫外線を発する紫外発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）素子と、
    　前記波長において反射性を示す反射面をもち、該反射面が前記ＵＶＬＥＤ素子の前記法線方向から傾斜した方向の遠紫外線を該放射方向に反射するよう向けられている反射器と
    　を備える遠紫外線照射装置。
  7. 　前記反射器は、前記反射面が前記複数の素子サイトを取り巻く略回転放物面または略回転楕円面をなしている
    　請求項６に記載の遠紫外線照射装置。
  8. 　前記反射器は、前記ＵＶＬＥＤ素子から放たれて該反射器の出口側開口を通過した前記遠紫外線の放射角分布を、前記法線方向から１５度以内の傾斜範囲における積分パワーを全方向の積分パワーの１５％以上とするものである
    　請求項７に記載の遠紫外線照射装置。
  9. 　前記反射器は、前記ＵＶＬＥＤ素子から放たれて該反射器の出口側開口を通過した前記遠紫外線の放射角分布を、前記法線方向から３０度以内の傾斜範囲における積分パワーを全方向の積分パワーの３５％以上とするものである
    　請求項７に記載の遠紫外線照射装置。
  10. 　２４０ｎｍを越す最短波長から２８０ｎｍを含む波長域の紫外線の外部への放射を抑制または阻止し、前記遠紫外線の外部への放射を許容するフィルター部をさらに備える
    　請求項１または請求項６に記載の遠紫外線照射装置。
  11. 　前記フィルター部が、前記ＵＶＬＥＤ素子の表面の少なくとも一部に配置された誘電体多層膜である
    　請求項８に記載の遠紫外線照射装置。
  12. 　前記複数の素子サイトが、熱伝達性基材の一の面に沿って配列されて前記平面状配列をなしており、
    　前記ＵＶＬＥＤ素子が該一の面の法線方向に前記放射方向を向けるよう配置されている
    　請求項１または請求項６に記載の遠紫外線照射装置。
  13. 　前記熱伝達性基材が前記一の面に接して電気絶縁層と金属層とをこの順に備えている金属基材であり、
    　該電気絶縁層が、該金属層と該金属基材との間の導通を絶縁しており、
    　該電気絶縁層および該金属層が、前記ＵＶＬＥＤ素子を駆動する電力経路を確立する駆動用パターンをなしている
    　請求項１２に記載の遠紫外線照射装置。
  14. 　前記駆動用パターンが、複数の前記ＵＶＬＥＤ素子を含むＵＶＬＥＤ素子の直列接続の系列を、さらに互いに並列接続するものである
    　請求項１３に記載の遠紫外線照射装置。
  15. 　前記電気絶縁層および前記金属層が、前記ＵＶＬＥＤ素子の放熱のための熱伝達経路を確立する伝熱用パターンをさらになしている
    　請求項１３に記載の遠紫外線照射装置。
  16. 　前記伝熱用パターンが、前記電気絶縁層および前記金属層のいずれも形成されておらず前記金属基材が露出されている伝熱部を各ＵＶＬＥＤ素子に対応させて備えるものである
    　請求項１５に記載の遠紫外線照射装置。
  17. 　前記熱伝達性基材の他の面に熱的に接触する放熱部材をさらに備える
    　請求項１２に記載の遠紫外線照射装置。
  18. 　前記遠紫外線に対し高い反射率を示すＵＶ反射層が、前記平面状配列のうちの前記ＵＶＬＥＤ素子の表面を除くいずれかの位置に配置されている
    　請求項１または請求項６に記載の遠紫外線照射装置。
  19. 　前記ＵＶ反射層が、塗布されて形成された反射膜である
    　請求項１８に記載の遠紫外線照射装置。
  20. 　前記遠紫外線に対し高い反射率を示すＵＶ反射層が、前記台座基板の両面のうち、前記ＵＶＬＥＤ素子が載置された側の表面に配置されている
    　請求項４に記載の遠紫外線照射装置。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5857767A (en) * 1996-09-23 1999-01-12 Relume Corporation Thermal management system for L.E.D. arrays
WO2009031240A1 (ja) * 2007-09-07 2009-03-12 Phoenix Electric Co., Ltd. 自発光型の発光装置
JP2016111085A (ja) * 2014-12-03 2016-06-20 株式会社トクヤマ 紫外発光素子パッケージ
JP2016157640A (ja) * 2015-02-25 2016-09-01 三菱化学株式会社 照明装置及び光学レンズ
KR20190133497A (ko) * 2018-05-23 2019-12-03 엘지이노텍 주식회사 광학렌즈 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지
KR20200090068A (ko) * 2019-01-18 2020-07-28 엘지이노텍 주식회사 자외선 조사 유닛 및 이를 갖는 조사 장치
WO2022209840A1 (ja) * 2021-03-30 2022-10-06 株式会社朝日ラバー 紫外線反射材、その製造方法、及びそれの原材料組成物
WO2023013374A1 (ja) * 2021-08-03 2023-02-09 国立研究開発法人理化学研究所 紫外発光ダイオードおよびそれを備える電気機器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5857767A (en) * 1996-09-23 1999-01-12 Relume Corporation Thermal management system for L.E.D. arrays
WO2009031240A1 (ja) * 2007-09-07 2009-03-12 Phoenix Electric Co., Ltd. 自発光型の発光装置
JP2016111085A (ja) * 2014-12-03 2016-06-20 株式会社トクヤマ 紫外発光素子パッケージ
JP2016157640A (ja) * 2015-02-25 2016-09-01 三菱化学株式会社 照明装置及び光学レンズ
KR20190133497A (ko) * 2018-05-23 2019-12-03 엘지이노텍 주식회사 광학렌즈 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지
KR20200090068A (ko) * 2019-01-18 2020-07-28 엘지이노텍 주식회사 자외선 조사 유닛 및 이를 갖는 조사 장치
WO2022209840A1 (ja) * 2021-03-30 2022-10-06 株式会社朝日ラバー 紫外線反射材、その製造方法、及びそれの原材料組成物
WO2023013374A1 (ja) * 2021-08-03 2023-02-09 国立研究開発法人理化学研究所 紫外発光ダイオードおよびそれを備える電気機器

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