フィールドエミッション紫外線ランプ
光触媒活性化用の長寿命発光型のフィールドエミッション紫外線ランプを実現することを目的として、」平面状の陰極側ガラス基板１上に、複数の直線状の陰極導体３を平行に配置する。陰極導体３の陽極側表面には、グラファイトの炭素被膜８をＣＶＤ法により形成する。陽極側ガラス基板２を、陰極側ガラス基板１に対向して配置し、各陰極導体３に対応して設けた溝部７、陽極導体５を設け、陽極導体５上に紫外線を発生する蛍光体５を塗布する。陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを、真空容器に収容する。炭素皮膜８を形成した複数の直線状の陰極導体３を平行に配置したので、ランプ寿命を長くしながら、発光面を平面状にでき、光触媒の活性化用に最適なフィールドエミッション紫外線ランプが実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、フィールドエミッション紫外線ランプに関し、特に、光触媒の活性化に用いる平面発光型のフィールドエミッション紫外線ランプに関する。
【背景技術】
従来、光触媒の活性化用光源としては、水銀灯などが使用されている。水銀灯から放射された紫外線が光触媒層に照射されると、光触媒層が活性化される。水銀灯は、使用後に適切に処理しないと環境に害を及ぼすので、水銀を使用しない紫外線ランプも利用されている。キセノンなどの希ガスが放射する真空紫外線によって励起されて、３００〜４００ｎｍの波長範囲の近紫外線を発光する蛍光ランプがある。紫外線を発生する蛍光体には、ＹＰＯ４：Ｃｅ，Ｃｅ（Ｍｇ，Ｂａ）Ａｌ１１Ｏ１９、ＬａＰＯ４：Ｃｅ、ＢａＳｉ２Ｏ５：Ｐｂ、ＳｒＢ４Ｏ７：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）３Ｓｉ２Ｏ７：Ｐｂ２＋、ＢａＳｉ２Ｏ５：Ｐｂ２＋、ＹＰＯ４：Ｃｅ３＋などが利用される。
従来の紫外線ランプの例を簡単に説明する。特許文献１に開示された紫外線発光蛍光ランプは、紫外発光物質を使用して近紫外線強度を向上した光触媒に好適する紫外線発光蛍光ランプである。酸素化合物からなる母体中に、発光中心であるガドリニウムとプラセオジムからなる発光に関与する希土類元素をドープして、紫外発光物質とする。ソーダガラス管からなる透光性気密容器の内壁面に、紫外発光物質（ＹＢＯ３：Ｇｄ，Ｐｒなど）からなる蛍光体層を形成し、ガラス管内に電極とキセノンガスを封入する。ガラス管の外表面には、アナターゼ結晶型のＴｉＯ２からなる光触媒層を形成する。冷陰極に高周波電圧を印加して放電を発生させ、キセノンから１７２ｎｍの真空紫外線を放射させると、蛍光体層は近紫外線を効率良く放射する。光触媒層は、近紫外線により光触媒作用を呈する。
特許文献２に開示された光触媒用紫外線放電管は、光触媒が活性化される波長３００〜４５０ｎｍの紫外線を効率よく照射することができる紫外線照射ランプである。紫外線透過ガラスからなる紫外線放電管の外周面に、光触媒を活性化させる波長が４５０ｎｍ以下の紫外線を発光する蛍光体を被着したものである。紫外線を発光する蛍光体としては、特許文献３に開示されたものなどがある。
一方、フィールドエミッションランプの陰極に、ＣＶＤ法により炭素皮膜を形成して、発光効率のよい長寿命のランプを製造する方法が、非特許文献１〜３のように公知である。しかし、紫外線を発生するフィールドエミッションランプは実現していない。
【特許文献１】特開２００１−１７２６２４号公報
【特許文献２】特開２００２−１６７２３５号公報
【特許文献３】特開平１０−２０４４３０号公報
【非特許文献１】Ａ．Ｎ．Ｏｂｒａｚｔｓｏｖ，ｅｔ ａｌ．；”Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｃａｒｂｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２１５，（２００３）２１４−２２１．
【非特許文献２】Ａ．Ｎ．Ｏｂｒａｚｔｓｏｖ，ｅｔ ａｌ．；”ＣＶＤ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｌｍｓ”，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３５（２００２）３５７−３６２．
【非特許文献３】Ａ．Ｎ．Ｏｂｒａｚｔｓｏｖ，ｅｔ ａｌ．；”Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｌｍｓ：ｉｎ−ｓｉｔｕ ｐｌａｓｍａ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ”，Ｃａｒｂｏｎ ４１（２００３），８３６−８３９．
しかし、従来の紫外線ランプでは、光触媒の活性化に利用できる寿命の長い平面発光ランプを実現できないことや小型化が困難であるといった問題があった。本発明は、上記従来の問題を解決して、光触媒活性化用の長寿命の平面型フィールドエミッション紫外線ランプを実現することを目的とする。
【発明の開示】
上記の課題を解決するために、本発明では、フィールドエミッション紫外線ランプを、平面状の可視光紫外光透過性の陰極側基板と、陰極側基板上に平行に配置された複数の直線状の陰極導体と、陰極側基板に対向して配置され、各陰極導体に対応する溝部を有する陽極側絶縁性基板と、溝部に設けられた陽極導体と、陽極導体上に塗布された紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体と、陰極側基板と陽極側絶縁性基板とを収容する真空容器とを具備する構成とした。また、陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜をＣＶＤ法により形成する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例１におけるフィールドエミッション紫外線ランプの斜視図と一部断面図、
第２図は、本発明の実施例１におけるフィールドエミッション紫外線ランプの断面図、
第３図は、本発明の実施例１におけるフィールドエミッション紫外線ランプの平面図、
第４図は、本発明の実施例２におけるフィールドエミッション紫外線ランプの断面図、
第５図は、本発明の実施例３における光触媒装置の断面図、
第６図は、本発明の実施例４における光触媒装置の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、第１図〜第６図を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
本発明の実施例１は、平面状の可視光紫外光透過性の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置し、陰極側ガラス基板に対向して配置した陽極側ガラス基板に、各陰極導体に対応する溝部を設け、溝部に陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体を塗布し、陰極側ガラス基板と陽極側ガラス基板とを真空容器に収容したフィールドエミッション紫外線ランプである。
本発明の実施例１におけるフィールドエミッション紫外線ランプの構成と製法を説明する。第１図は、本発明の実施例１におけるフィールドエミッション紫外線ランプの斜視図と一部断面図である。第２図は、フィールドエミッション紫外線ランプの断面図である。第３図は、フィールドエミッション紫外線ランプの平面図である。これらは模式的な概念図であり、各部の比率などは、実際とは異なる。
第１図〜第３図において、陰極側ガラス基板１は、紫外線が放射される側にある平面状の基板であり、可視光紫外光透過性すなわち可視光線から紫外線にわたる領域の光を透過するガラス基板である。陽極側ガラス基板２は、溝部を有する絶縁性基板である。陽極側ガラス基板２を、陰極側ガラス基板１に対向して配置する。実施例１では、陰極側基板と陽極側基板としてガラス基板を用いているが、材質は必ずしもガラスでなくてもよい。陰極側基板は、光触媒の活性化に適する青から近紫外線の範囲の光に対して透明で、紫外線で劣化しない絶縁体であればよい。陽極側基板は、紫外線で劣化しない絶縁体であればよく、例えばセラミックス基板を用いることもできる。
陰極導体３は、陰極側ガラス基板１上に平行に配列された直線状の電極である。陽極導体４は、溝部に蒸着された電極である。蛍光体５は、陽極導体上に塗布された紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体である。真空容器６は、陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを収容する容器である。溝部７は、陽極を設けるために陽極側ガラス基板２に形成された溝である。炭素皮膜８は、電子放出効率を高めるために、陰極導体上にＣＶＤ法により形成された炭素皮膜である。
平面状の陰極側ガラス基板１上に、複数の直線状のＮｉの陰極導体３を平行に等間隔で配列する。陰極導体３は、Ｎｉの他にＦｅやＣｕ等を使うこともできる。陰極導体３の太さを、溝部７のサイズに対して十分細くして、紫外線がむら無く放射されるようにする。輝度を一様にするために、散光板や偏光板を使ってもよい。陰極導体３の陽極側表面には、グラファイトの炭素皮膜８をＣＶＤ法により形成する。炭素皮膜８の厚さは、２〜３μｍである。ＣＶＤ法の条件を適切に制御することで、陰極導体３上の炭素皮膜８の電子放出点の密度を、１０７／ｃｍ２にすることができる。ＣＶＤ法によりグラファイト皮膜を形成する方法については、非特許文献１〜３などを参照されたい。
各陰極導体３に対応する溝部７を、陽極側ガラス基板２に設ける。溝部７に、ＡｌまたはＩＴＯ皮膜を蒸着して形成した陽極導体４を設ける。陽極導体４の厚さは１〜２μｍである。陽極導体４は、Ａｌの場合は反射板の役目も兼ねている。広い波長領域の光を反射させるためには、透明電極の下に誘電体多層膜を用いると効果的である。陽極導体４上に、紫外線発光体結晶フィルムである蛍光体５を形成する。紫外線発光体結晶フィルムは、電子線などを照射することにより紫外線を発生する蛍光体や半導体の結晶を塗布してフィルム状に形成したものであり、フィールドエミッションのカソードを使用して、３．０Ｖ以上の電圧を印加することにより放出される電子で発光可能であり、従来の紫外線ランプより、はるかに低い電圧で十分である。紫外線を発生する蛍光体や半導体としては、周知のものから条件に適合するものを選択すればよい。
陰極導体３と陽極導体４との電極間距離は、紫外線発光体結晶フィルムが０．２〜０．５ｍｍほどあるので、０．５〜１．０ｍｍ程度とする。したがって、溝部７のサイズもこれと同程度となる。陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを密着させて、真空容器６に収容する。真空容器６を使わず、陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを直接溶着して、真空にして封じてもよい。真空度は１０−１〜１０−５ｔｏｒｒである。全体の大きさは、約１０ｍｍ×１０ｍｍ程度から、約１ｍ×１ｍ程度まで大きくできる。
上記のように構成された本発明の実施例１におけるフィールドエミッション紫外線ランプの動作を説明する。陰極導体３と陽極導体４との間に単極性のパルス電圧を印加する。電圧は５〜５００Ｖで、電流は約１ｍＡである。電圧は、１０ｋＶ程度まで高くすることも可能である。周波数は１〜５ｋＨｚである。パルス幅は、３〜８μｓｅｃである。放電開始電圧は、１Ｖ／μｍである。陰極の電流密度は、１００ｍＡ／ｃｍ２（１０Ｖ／μｍのとき）である。点灯用電源の基本的構成は、従来のフィールドエミッションランプ用のものと同じでよい。点灯用電源は、陰極導体３と陽極導体４の１組あるいは複数組ごとに別々に設けてもよいし、全ての組に共通に１つにしてもよい。
陰極導体３と陽極導体４との間に電圧を印加すると、陰極導体３上の炭素皮膜から電界放出により冷陰極電子が飛び出し、蛍光体５に当たり、紫外線を発生する。蛍光体５から出た光は、陰極側ガラス基板１から直接出射するとともに、陽極導体４や導体下部の誘電体多層膜で反射されて陰極側ガラス基板１から出射する。輝度は、約２０万ｃｄ／ｍ２である。発光効率は約３０％である。ランプの寿命は約５万時間である。このようにして、発光面を平面状にしながら、フィールドエミッション紫外線ランプの寿命を長くできる。
陰極側ガラス基板１の外側に光触媒層を形成して、紫外線ランプと光触媒を一体に構成することができる。この場合は、陽極導体４は、反射板となるＡｌなどを用いる。光量を増加させるためには、広い波長領域に対応する誘電体多層膜を透明電極の下に配置すると効果的である。陽極導体４としてＩＴＯ皮膜を用いれば、陽極側ガラス基板２の外側に光触媒層を形成して、紫外線ランプと光触媒を一体に構成することができる。ランプのいずれの面から紫外線を出す場合も、ランプと別体の面に光触媒が塗布されている場合は、光触媒層のない紫外線発光ランプで紫外線を照射すればよい。
上記のように、本発明の実施例１では、フィールドエミッション紫外線ランプを、平面状の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置し、陰極側ガラス基板に対向して配置した陽極側ガラス基板に、各陰極導体に対応する溝部を設け、溝部に陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生する蛍光体を塗布し、陰極側ガラス基板と陽極側ガラス基板とを真空容器に収容する構成としたので、光触媒活性化用の長寿命平面紫外線ランプを実現できる。
【実施例２】
本発明の実施例２は、平面状の陰極側ガラス基板上のほぼ全面に陰極導体を設け、その後、グラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成し、陰極側ガラス基板に対向して配置した可視光紫外光透過性の陽極側ガラス基板上のほぼ全面に陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生する蛍光体を設け、陰極側ガラス基板と陽極側ガラス基板とを真空容器に収容したフィールドエミッション紫外線ランプである。
第４図は、本発明の実施例２におけるフィールドエミッション紫外線ランプの断面図である。これらは模式的な概念図であり、各部の比率などは、実際とは異なる。第４図において、陰極側ガラス基板１は、紫外線が放射されない側の平面状の絶縁性基板である。陽極側ガラス基板２は、紫外線が放射される側にある平面状の基板であり、可視光紫外光透過性すなわち可視光線から紫外線にわたる領域の光を透過するガラス基板である。陽極側ガラス基板２を、陰極側ガラス基板１に対向して配置する。実施例２では、陰極側基板と陽極側基板としてガラス基板を用いているが、材質は必ずしもガラスでなくてもよい。
陰極導体３は、陰極側ガラス基板１上のほぼ全面に設けられたＡｌ電極である。陽極導体４は、陽極側ガラス基板２上のほぼ全面に設けられた透明電極である。蛍光体５は、陽極導体上に設けられた紫外線を発生する蛍光体または半導体である。真空容器６は、陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを収容する容器である。炭素皮膜８は、電子放出効率を高めるために、陰極導体上にＣＶＤ法により形成された炭素皮膜である。
平面状の陰極側ガラス基板１上のほぼ全面に、Ａｌの陰極導体３を蒸着法などにより設ける。陰極導体３の陽極側表面には、グラファイトの炭素皮膜８をＣＶＤ法により形成する。炭素皮膜８の厚さは、２〜３μｍである。ＣＶＤ法の条件を適切に制御することで、陰極導体３上の炭素皮膜８の電子放出点の密度を、１０７／ｃｍ２にすることができる。ＣＶＤ法によりグラファイト皮膜を形成する方法については、非特許文献１〜３などを参照されたい。
陽極側ガラス基板２上のほぼ全面に透明導電性皮膜を蒸着して、陽極導体４を形成する。陽極導体４の厚さは１〜２μｍである。陽極導体４上に、紫外線発光体結晶フィルムである蛍光体５を形成する。紫外線発光体結晶フィルムは、紫外線を発生する蛍光体や半導体の結晶を塗布してフィルム状に形成したものであり、３．０ｅＶ以上の励起光または励起電子線で紫外線を発光する。フィールドエミッションのカソードを使用して、３．０Ｖ以上の電圧を印加することにより発光可能であり、従来の紫外線ランプよりはるかに低い電圧で十分である。
陰極導体３と陽極導体４との電極間距離は、紫外線発光体結晶フィルムが０．２〜０．５ｍｍほどあるので、０．５〜１．０ｍｍ程度とする。陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを密着させて、真空容器６に収容する。真空容器６を使わず、陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを直接溶着して、真空にして封じてもよい。真空度は１０−１〜１０−５ｔｏｒｒである。全体の大きさは、約１０ｍｍ×１０ｍｍ程度であるが、約１ｍ×１ｍ程度まで大きくできる。サイズを大きくする場合は、必要に応じて、陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２との間隔を維持するためのボスまたはリブを設ける。
上記のように構成された本発明の実施例２におけるフィールドエミッション紫外線ランプの基本的動作は、実施例１と同じである。陰極導体３と陽極導体４との間に電圧を印加すると、陰極導体３上の炭素皮膜から電界放出により冷陰極電子が飛び出し、蛍光体５に当たり、紫外線を発生する。蛍光体５から出た光は、陽極側ガラス基板２から出射する。
上記のように、本発明の実施例２では、フィールドエミッション紫外線ランプを、平面状の陰極側ガラス基板上のほぼ全面に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した陰極導体を設け、陰極側ガラス基板に対向して配置した陽極側ガラス基板上のほぼ全面に陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生する蛍光体を設け、陰極側ガラス基板と陽極側ガラス基板とを真空容器に収容する構成としたので、光触媒活性化用の長寿命平面紫外線ランプを実現できる。
従来の紫外線発光ランプは、ガスを用いた発光を利用するものに限られていたので、平面発光体は実現できなかったが、本発明のような平面発光体を作ることにより、光触媒の使用できる場所や応用範囲を広げることができる。例えば、光（太陽光）の入らない冷蔵庫の中や、病院や家庭やレストランなどでも、光触媒を効率的に利用できるようになる。こうした屋内の殺菌や消臭や脱臭に利用でき、その反応の速度を、紫外線の強さを変えることで、ある程度コントロールすることができる。
【実施例３】
本発明の実施例３は、平面状の可視光紫外光透過性の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置するとともに、陰極側ガラス基板の外側のディンプル部に光触媒を塗布し、陰極側ガラス基板に対向して配置した陽極側ガラス基板に、各陰極導体に対応する溝部を設け、溝部に透明陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生するアルミナ蛍光体を塗布し、陽極導体下に誘電体多層膜を設けた光触媒装置である。
第５図は、本発明の実施例３における光触媒装置の断面図である。第５図において、陰極側ガラス基板１は、紫外線が放射される側にある平面状の基板であり、可視光線から紫外線にわたる領域の光を透過するガラス基板である。陽極側ガラス基板２は、溝部を有する絶縁性基板である。実施例３では、陰極側基板と陽極側基板としてガラス基板を用いているが、材質は必ずしもガラスでなくてもよい。蛍光体５は、陽極導体上に塗布された紫外線を発生するアルミナ蛍光体である。これは、アルミナＡｌ２Ｏ３にアルミン酸塩などを混合した周知の蛍光体であるが、ここでは簡単のために単にアルミナ蛍光体と呼ぶことにする。励起電圧と発光波長などの目的と条件に応じて、最適のアルミナ蛍光体を選択すればよい。蛍光体５は、電子線で励起されて紫外線の蛍光を発生するＧａＮなどの半導体でもよい。
誘電体多層膜９は、光の反射効率を高めるための膜である。光触媒１０は、紫外線による消臭作用などを有するチタニアＴｉＯ２である。ディンプル部１１は、光触媒１０の表面積を広くするための窪みである。陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを直接溶着して、真空にして封じる。その他の構成は、実施例１と同様である。
光触媒物質の表面積を増やすために、上部透明基板（陰極側ガラス基板１）にディンプル構造を設けている。色々な波長の光を反射させるため、誘電体多層膜９を、透明陽極電極（陽極導体４）の下に配置している。陽極導体４には、必ずしも透明電極（ＩＴＯ）を使用しなくてもよい。陽極導体４としてアルミニウムを用いて、アルミニウムの上にアルミナ蛍光体層を形成してもよい。
上記のように構成された本発明の実施例３における光触媒装置のランプ部の基本的動作は、実施例１と同じである。陰極導体３と陽極導体４との間に電圧を印加すると、陰極導体３上の炭素皮膜から電界放出により冷陰極電子が飛び出し、蛍光体５に当たり、紫外線を発生する。蛍光体５から出た紫外線は、光触媒１０に当たる。蛍光体５から出て陽極導体４を透過した紫外線は、誘電体多層膜９により反射されて、光触媒１０に当たる。光触媒１０のチタニアＴｉＯ２は、紫外線により消臭作用などを行う。
上記のように、本発明の実施例３では、光触媒装置を、平面状の可視光紫外光透過性の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置するとともに、陰極側ガラス基板の外側のディンプル部に光触媒を塗布し、陰極側ガラス基板に対向して配置した陽極側ガラス基板に、各陰極導体に対応する溝部を設け、溝部に透明陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生するアルミナ蛍光体を塗布し、陽極導体下に誘電体多層膜を設けた構成としたので、長寿命の薄い平面状光触媒装置を実現できる。
【実施例４】
本発明の実施例４は、平面状の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置し、陰極導体に対応する溝型形状の可視光紫外光透過性の陽極側ガラス基板を、陰極側ガラス基板に対向して配置し、内側に透明陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生するアルミナ蛍光体を塗布し、陽極側ガラス基板の外側のディンプル部に光触媒を塗布した光触媒装置である。
第６図は、本発明の実施例４における光触媒装置の断面図である。第６図において、陰極側ガラス基板１は、平面状の絶縁性基板である。陽極側ガラス基板２は、紫外線が放射される側にある溝型形状の基板であり、可視光線から紫外線にわたる領域の光を透過するガラス基板である。実施例４では、陰極側基板と陽極側基板としてガラス基板を用いているが、材質は必ずしもガラスでなくてもよい。陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを直接溶着して、真空にして封じる。その他の構成は、実施例３と同様である。
実施例３の光触媒装置と大きく異なるのは、電子線の方向と放射される光の方向が同じである点である。つまり、第５図の逆構造である。この場合、直接光が透明電極を通って抜けていくので、誘電体多層膜は必要ない。構造が簡単である分、逃げる光があるので、光量は実施例３の光触媒装置に比べて落ちる可能性がある。蛍光体５としてＧａＮを利用することもできる。ＧａＮの蛍光のピーク波長は３６０ｎｍである。ＧａＮは半導体であり、そのまま陽極として使用できるので、陽極導体４として必ずしも透明電極（ＩＴＯ）を使用しなくてもよい。
上記のように構成された本発明の実施例４における光触媒装置の基本的動作は、実施例３と同じである。陰極導体３と陽極導体４との間に電圧を印加すると、陰極導体３上の炭素皮膜から電界放出により冷陰極電子が飛び出し、蛍光体５に当たり、紫外線を発生する。蛍光体５から出て陽極導体４を透過した紫外線は、光触媒１０に当たる。光触媒１０のチタニアＴｉＯ２は、紫外線により消臭作用などを行う。
上記のように、本発明の実施例４では、光触媒装置を、平面状の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置し、陰極導体に対応する溝型形状の可視紫外光透過性の陽極側ガラス基板を、陰極側ガラス基板に対向して配置し、内側に透明陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生するアルミナ蛍光体を塗布し、陽極側ガラス基板の外側のディンプル部に光触媒を塗布した構成としたので、長寿命の薄い平面状光触媒装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
本発明では、上記のように構成したことにより、光触媒の活性化用に最適な寿命の長い平面発光型のフィールドエミッション紫外線ランプを実現できる。小型化されたことにより、太陽光の届かない様々な狭小スペースに本ランプを導入することができ、光触媒の用途を広げることができる。
本発明のフィールドエミッション紫外線ランプは、光触媒の活性化用光源として最適である。また、汎用の紫外線光源としても利用できる。本発明の光触媒装置は、消臭用や殺菌用などの用途に最適である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【技術分野】
本発明は、フィールドエミッション紫外線ランプに関し、特に、光触媒の活性化に用いる平面発光型のフィールドエミッション紫外線ランプに関する。
【背景技術】
従来、光触媒の活性化用光源としては、水銀灯などが使用されている。水銀灯から放射された紫外線が光触媒層に照射されると、光触媒層が活性化される。水銀灯は、使用後に適切に処理しないと環境に害を及ぼすので、水銀を使用しない紫外線ランプも利用されている。キセノンなどの希ガスが放射する真空紫外線によって励起されて、３００〜４００ｎｍの波長範囲の近紫外線を発光する蛍光ランプがある。紫外線を発生する蛍光体には、ＹＰＯ４：Ｃｅ，Ｃｅ（Ｍｇ，Ｂａ）Ａｌ１１Ｏ１９、ＬａＰＯ４：Ｃｅ、ＢａＳｉ２Ｏ５：Ｐｂ、ＳｒＢ４Ｏ７：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）３Ｓｉ２Ｏ７：Ｐｂ２＋、ＢａＳｉ２Ｏ５：Ｐｂ２＋、ＹＰＯ４：Ｃｅ３＋などが利用される。
従来の紫外線ランプの例を簡単に説明する。特許文献１に開示された紫外線発光蛍光ランプは、紫外発光物質を使用して近紫外線強度を向上した光触媒に好適する紫外線発光蛍光ランプである。酸素化合物からなる母体中に、発光中心であるガドリニウムとプラセオジムからなる発光に関与する希土類元素をドープして、紫外発光物質とする。ソーダガラス管からなる透光性気密容器の内壁面に、紫外発光物質（ＹＢＯ３：Ｇｄ，Ｐｒなど）からなる蛍光体層を形成し、ガラス管内に電極とキセノンガスを封入する。ガラス管の外表面には、アナターゼ結晶型のＴｉＯ２からなる光触媒層を形成する。冷陰極に高周波電圧を印加して放電を発生させ、キセノンから１７２ｎｍの真空紫外線を放射させると、蛍光体層は近紫外線を効率良く放射する。光触媒層は、近紫外線により光触媒作用を呈する。
特許文献２に開示された光触媒用紫外線放電管は、光触媒が活性化される波長３００〜４５０ｎｍの紫外線を効率よく照射することができる紫外線照射ランプである。紫外線透過ガラスからなる紫外線放電管の外周面に、光触媒を活性化させる波長が４５０ｎｍ以下の紫外線を発光する蛍光体を被着したものである。紫外線を発光する蛍光体としては、特許文献３に開示されたものなどがある。
一方、フィールドエミッションランプの陰極に、ＣＶＤ法により炭素皮膜を形成して、発光効率のよい長寿命のランプを製造する方法が、非特許文献１〜３のように公知である。しかし、紫外線を発生するフィールドエミッションランプは実現していない。
【特許文献１】特開２００１−１７２６２４号公報
【特許文献２】特開２００２−１６７２３５号公報
【特許文献３】特開平１０−２０４４３０号公報
【非特許文献１】Ａ．Ｎ．Ｏｂｒａｚｔｓｏｖ，ｅｔ ａｌ．；”Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｃａｒｂｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２１５，（２００３）２１４−２２１．
【非特許文献２】Ａ．Ｎ．Ｏｂｒａｚｔｓｏｖ，ｅｔ ａｌ．；”ＣＶＤ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｌｍｓ”，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３５（２００２）３５７−３６２．
【非特許文献３】Ａ．Ｎ．Ｏｂｒａｚｔｓｏｖ，ｅｔ ａｌ．；”Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｌｍｓ：ｉｎ−ｓｉｔｕ ｐｌａｓｍａ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ”，Ｃａｒｂｏｎ ４１（２００３），８３６−８３９．
しかし、従来の紫外線ランプでは、光触媒の活性化に利用できる寿命の長い平面発光ランプを実現できないことや小型化が困難であるといった問題があった。本発明は、上記従来の問題を解決して、光触媒活性化用の長寿命の平面型フィールドエミッション紫外線ランプを実現することを目的とする。
【発明の開示】
上記の課題を解決するために、本発明では、フィールドエミッション紫外線ランプを、平面状の可視光紫外光透過性の陰極側基板と、陰極側基板上に平行に配置された複数の直線状の陰極導体と、陰極側基板に対向して配置され、各陰極導体に対応する溝部を有する陽極側絶縁性基板と、溝部に設けられた陽極導体と、陽極導体上に塗布された紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体と、陰極側基板と陽極側絶縁性基板とを収容する真空容器とを具備する構成とした。また、陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜をＣＶＤ法により形成する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例１におけるフィールドエミッション紫外線ランプの斜視図と一部断面図、
第２図は、本発明の実施例１におけるフィールドエミッション紫外線ランプの断面図、
第３図は、本発明の実施例１におけるフィールドエミッション紫外線ランプの平面図、
第４図は、本発明の実施例２におけるフィールドエミッション紫外線ランプの断面図、
第５図は、本発明の実施例３における光触媒装置の断面図、
第６図は、本発明の実施例４における光触媒装置の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、第１図〜第６図を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
本発明の実施例１は、平面状の可視光紫外光透過性の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置し、陰極側ガラス基板に対向して配置した陽極側ガラス基板に、各陰極導体に対応する溝部を設け、溝部に陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体を塗布し、陰極側ガラス基板と陽極側ガラス基板とを真空容器に収容したフィールドエミッション紫外線ランプである。
本発明の実施例１におけるフィールドエミッション紫外線ランプの構成と製法を説明する。第１図は、本発明の実施例１におけるフィールドエミッション紫外線ランプの斜視図と一部断面図である。第２図は、フィールドエミッション紫外線ランプの断面図である。第３図は、フィールドエミッション紫外線ランプの平面図である。これらは模式的な概念図であり、各部の比率などは、実際とは異なる。
第１図〜第３図において、陰極側ガラス基板１は、紫外線が放射される側にある平面状の基板であり、可視光紫外光透過性すなわち可視光線から紫外線にわたる領域の光を透過するガラス基板である。陽極側ガラス基板２は、溝部を有する絶縁性基板である。陽極側ガラス基板２を、陰極側ガラス基板１に対向して配置する。実施例１では、陰極側基板と陽極側基板としてガラス基板を用いているが、材質は必ずしもガラスでなくてもよい。陰極側基板は、光触媒の活性化に適する青から近紫外線の範囲の光に対して透明で、紫外線で劣化しない絶縁体であればよい。陽極側基板は、紫外線で劣化しない絶縁体であればよく、例えばセラミックス基板を用いることもできる。
陰極導体３は、陰極側ガラス基板１上に平行に配列された直線状の電極である。陽極導体４は、溝部に蒸着された電極である。蛍光体５は、陽極導体上に塗布された紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体である。真空容器６は、陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを収容する容器である。溝部７は、陽極を設けるために陽極側ガラス基板２に形成された溝である。炭素皮膜８は、電子放出効率を高めるために、陰極導体上にＣＶＤ法により形成された炭素皮膜である。
平面状の陰極側ガラス基板１上に、複数の直線状のＮｉの陰極導体３を平行に等間隔で配列する。陰極導体３は、Ｎｉの他にＦｅやＣｕ等を使うこともできる。陰極導体３の太さを、溝部７のサイズに対して十分細くして、紫外線がむら無く放射されるようにする。輝度を一様にするために、散光板や偏光板を使ってもよい。陰極導体３の陽極側表面には、グラファイトの炭素皮膜８をＣＶＤ法により形成する。炭素皮膜８の厚さは、２〜３μｍである。ＣＶＤ法の条件を適切に制御することで、陰極導体３上の炭素皮膜８の電子放出点の密度を、１０７／ｃｍ２にすることができる。ＣＶＤ法によりグラファイト皮膜を形成する方法については、非特許文献１〜３などを参照されたい。
各陰極導体３に対応する溝部７を、陽極側ガラス基板２に設ける。溝部７に、ＡｌまたはＩＴＯ皮膜を蒸着して形成した陽極導体４を設ける。陽極導体４の厚さは１〜２μｍである。陽極導体４は、Ａｌの場合は反射板の役目も兼ねている。広い波長領域の光を反射させるためには、透明電極の下に誘電体多層膜を用いると効果的である。陽極導体４上に、紫外線発光体結晶フィルムである蛍光体５を形成する。紫外線発光体結晶フィルムは、電子線などを照射することにより紫外線を発生する蛍光体や半導体の結晶を塗布してフィルム状に形成したものであり、フィールドエミッションのカソードを使用して、３．０Ｖ以上の電圧を印加することにより放出される電子で発光可能であり、従来の紫外線ランプより、はるかに低い電圧で十分である。紫外線を発生する蛍光体や半導体としては、周知のものから条件に適合するものを選択すればよい。
陰極導体３と陽極導体４との電極間距離は、紫外線発光体結晶フィルムが０．２〜０．５ｍｍほどあるので、０．５〜１．０ｍｍ程度とする。したがって、溝部７のサイズもこれと同程度となる。陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを密着させて、真空容器６に収容する。真空容器６を使わず、陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを直接溶着して、真空にして封じてもよい。真空度は１０−１〜１０−５ｔｏｒｒである。全体の大きさは、約１０ｍｍ×１０ｍｍ程度から、約１ｍ×１ｍ程度まで大きくできる。
上記のように構成された本発明の実施例１におけるフィールドエミッション紫外線ランプの動作を説明する。陰極導体３と陽極導体４との間に単極性のパルス電圧を印加する。電圧は５〜５００Ｖで、電流は約１ｍＡである。電圧は、１０ｋＶ程度まで高くすることも可能である。周波数は１〜５ｋＨｚである。パルス幅は、３〜８μｓｅｃである。放電開始電圧は、１Ｖ／μｍである。陰極の電流密度は、１００ｍＡ／ｃｍ２（１０Ｖ／μｍのとき）である。点灯用電源の基本的構成は、従来のフィールドエミッションランプ用のものと同じでよい。点灯用電源は、陰極導体３と陽極導体４の１組あるいは複数組ごとに別々に設けてもよいし、全ての組に共通に１つにしてもよい。
陰極導体３と陽極導体４との間に電圧を印加すると、陰極導体３上の炭素皮膜から電界放出により冷陰極電子が飛び出し、蛍光体５に当たり、紫外線を発生する。蛍光体５から出た光は、陰極側ガラス基板１から直接出射するとともに、陽極導体４や導体下部の誘電体多層膜で反射されて陰極側ガラス基板１から出射する。輝度は、約２０万ｃｄ／ｍ２である。発光効率は約３０％である。ランプの寿命は約５万時間である。このようにして、発光面を平面状にしながら、フィールドエミッション紫外線ランプの寿命を長くできる。
陰極側ガラス基板１の外側に光触媒層を形成して、紫外線ランプと光触媒を一体に構成することができる。この場合は、陽極導体４は、反射板となるＡｌなどを用いる。光量を増加させるためには、広い波長領域に対応する誘電体多層膜を透明電極の下に配置すると効果的である。陽極導体４としてＩＴＯ皮膜を用いれば、陽極側ガラス基板２の外側に光触媒層を形成して、紫外線ランプと光触媒を一体に構成することができる。ランプのいずれの面から紫外線を出す場合も、ランプと別体の面に光触媒が塗布されている場合は、光触媒層のない紫外線発光ランプで紫外線を照射すればよい。
上記のように、本発明の実施例１では、フィールドエミッション紫外線ランプを、平面状の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置し、陰極側ガラス基板に対向して配置した陽極側ガラス基板に、各陰極導体に対応する溝部を設け、溝部に陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生する蛍光体を塗布し、陰極側ガラス基板と陽極側ガラス基板とを真空容器に収容する構成としたので、光触媒活性化用の長寿命平面紫外線ランプを実現できる。
【実施例２】
本発明の実施例２は、平面状の陰極側ガラス基板上のほぼ全面に陰極導体を設け、その後、グラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成し、陰極側ガラス基板に対向して配置した可視光紫外光透過性の陽極側ガラス基板上のほぼ全面に陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生する蛍光体を設け、陰極側ガラス基板と陽極側ガラス基板とを真空容器に収容したフィールドエミッション紫外線ランプである。
第４図は、本発明の実施例２におけるフィールドエミッション紫外線ランプの断面図である。これらは模式的な概念図であり、各部の比率などは、実際とは異なる。第４図において、陰極側ガラス基板１は、紫外線が放射されない側の平面状の絶縁性基板である。陽極側ガラス基板２は、紫外線が放射される側にある平面状の基板であり、可視光紫外光透過性すなわち可視光線から紫外線にわたる領域の光を透過するガラス基板である。陽極側ガラス基板２を、陰極側ガラス基板１に対向して配置する。実施例２では、陰極側基板と陽極側基板としてガラス基板を用いているが、材質は必ずしもガラスでなくてもよい。
陰極導体３は、陰極側ガラス基板１上のほぼ全面に設けられたＡｌ電極である。陽極導体４は、陽極側ガラス基板２上のほぼ全面に設けられた透明電極である。蛍光体５は、陽極導体上に設けられた紫外線を発生する蛍光体または半導体である。真空容器６は、陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを収容する容器である。炭素皮膜８は、電子放出効率を高めるために、陰極導体上にＣＶＤ法により形成された炭素皮膜である。
平面状の陰極側ガラス基板１上のほぼ全面に、Ａｌの陰極導体３を蒸着法などにより設ける。陰極導体３の陽極側表面には、グラファイトの炭素皮膜８をＣＶＤ法により形成する。炭素皮膜８の厚さは、２〜３μｍである。ＣＶＤ法の条件を適切に制御することで、陰極導体３上の炭素皮膜８の電子放出点の密度を、１０７／ｃｍ２にすることができる。ＣＶＤ法によりグラファイト皮膜を形成する方法については、非特許文献１〜３などを参照されたい。
陽極側ガラス基板２上のほぼ全面に透明導電性皮膜を蒸着して、陽極導体４を形成する。陽極導体４の厚さは１〜２μｍである。陽極導体４上に、紫外線発光体結晶フィルムである蛍光体５を形成する。紫外線発光体結晶フィルムは、紫外線を発生する蛍光体や半導体の結晶を塗布してフィルム状に形成したものであり、３．０ｅＶ以上の励起光または励起電子線で紫外線を発光する。フィールドエミッションのカソードを使用して、３．０Ｖ以上の電圧を印加することにより発光可能であり、従来の紫外線ランプよりはるかに低い電圧で十分である。
陰極導体３と陽極導体４との電極間距離は、紫外線発光体結晶フィルムが０．２〜０．５ｍｍほどあるので、０．５〜１．０ｍｍ程度とする。陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを密着させて、真空容器６に収容する。真空容器６を使わず、陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを直接溶着して、真空にして封じてもよい。真空度は１０−１〜１０−５ｔｏｒｒである。全体の大きさは、約１０ｍｍ×１０ｍｍ程度であるが、約１ｍ×１ｍ程度まで大きくできる。サイズを大きくする場合は、必要に応じて、陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２との間隔を維持するためのボスまたはリブを設ける。
上記のように構成された本発明の実施例２におけるフィールドエミッション紫外線ランプの基本的動作は、実施例１と同じである。陰極導体３と陽極導体４との間に電圧を印加すると、陰極導体３上の炭素皮膜から電界放出により冷陰極電子が飛び出し、蛍光体５に当たり、紫外線を発生する。蛍光体５から出た光は、陽極側ガラス基板２から出射する。
上記のように、本発明の実施例２では、フィールドエミッション紫外線ランプを、平面状の陰極側ガラス基板上のほぼ全面に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した陰極導体を設け、陰極側ガラス基板に対向して配置した陽極側ガラス基板上のほぼ全面に陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生する蛍光体を設け、陰極側ガラス基板と陽極側ガラス基板とを真空容器に収容する構成としたので、光触媒活性化用の長寿命平面紫外線ランプを実現できる。
従来の紫外線発光ランプは、ガスを用いた発光を利用するものに限られていたので、平面発光体は実現できなかったが、本発明のような平面発光体を作ることにより、光触媒の使用できる場所や応用範囲を広げることができる。例えば、光（太陽光）の入らない冷蔵庫の中や、病院や家庭やレストランなどでも、光触媒を効率的に利用できるようになる。こうした屋内の殺菌や消臭や脱臭に利用でき、その反応の速度を、紫外線の強さを変えることで、ある程度コントロールすることができる。
【実施例３】
本発明の実施例３は、平面状の可視光紫外光透過性の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置するとともに、陰極側ガラス基板の外側のディンプル部に光触媒を塗布し、陰極側ガラス基板に対向して配置した陽極側ガラス基板に、各陰極導体に対応する溝部を設け、溝部に透明陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生するアルミナ蛍光体を塗布し、陽極導体下に誘電体多層膜を設けた光触媒装置である。
第５図は、本発明の実施例３における光触媒装置の断面図である。第５図において、陰極側ガラス基板１は、紫外線が放射される側にある平面状の基板であり、可視光線から紫外線にわたる領域の光を透過するガラス基板である。陽極側ガラス基板２は、溝部を有する絶縁性基板である。実施例３では、陰極側基板と陽極側基板としてガラス基板を用いているが、材質は必ずしもガラスでなくてもよい。蛍光体５は、陽極導体上に塗布された紫外線を発生するアルミナ蛍光体である。これは、アルミナＡｌ２Ｏ３にアルミン酸塩などを混合した周知の蛍光体であるが、ここでは簡単のために単にアルミナ蛍光体と呼ぶことにする。励起電圧と発光波長などの目的と条件に応じて、最適のアルミナ蛍光体を選択すればよい。蛍光体５は、電子線で励起されて紫外線の蛍光を発生するＧａＮなどの半導体でもよい。
誘電体多層膜９は、光の反射効率を高めるための膜である。光触媒１０は、紫外線による消臭作用などを有するチタニアＴｉＯ２である。ディンプル部１１は、光触媒１０の表面積を広くするための窪みである。陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを直接溶着して、真空にして封じる。その他の構成は、実施例１と同様である。
光触媒物質の表面積を増やすために、上部透明基板（陰極側ガラス基板１）にディンプル構造を設けている。色々な波長の光を反射させるため、誘電体多層膜９を、透明陽極電極（陽極導体４）の下に配置している。陽極導体４には、必ずしも透明電極（ＩＴＯ）を使用しなくてもよい。陽極導体４としてアルミニウムを用いて、アルミニウムの上にアルミナ蛍光体層を形成してもよい。
上記のように構成された本発明の実施例３における光触媒装置のランプ部の基本的動作は、実施例１と同じである。陰極導体３と陽極導体４との間に電圧を印加すると、陰極導体３上の炭素皮膜から電界放出により冷陰極電子が飛び出し、蛍光体５に当たり、紫外線を発生する。蛍光体５から出た紫外線は、光触媒１０に当たる。蛍光体５から出て陽極導体４を透過した紫外線は、誘電体多層膜９により反射されて、光触媒１０に当たる。光触媒１０のチタニアＴｉＯ２は、紫外線により消臭作用などを行う。
上記のように、本発明の実施例３では、光触媒装置を、平面状の可視光紫外光透過性の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置するとともに、陰極側ガラス基板の外側のディンプル部に光触媒を塗布し、陰極側ガラス基板に対向して配置した陽極側ガラス基板に、各陰極導体に対応する溝部を設け、溝部に透明陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生するアルミナ蛍光体を塗布し、陽極導体下に誘電体多層膜を設けた構成としたので、長寿命の薄い平面状光触媒装置を実現できる。
【実施例４】
本発明の実施例４は、平面状の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置し、陰極導体に対応する溝型形状の可視光紫外光透過性の陽極側ガラス基板を、陰極側ガラス基板に対向して配置し、内側に透明陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生するアルミナ蛍光体を塗布し、陽極側ガラス基板の外側のディンプル部に光触媒を塗布した光触媒装置である。
第６図は、本発明の実施例４における光触媒装置の断面図である。第６図において、陰極側ガラス基板１は、平面状の絶縁性基板である。陽極側ガラス基板２は、紫外線が放射される側にある溝型形状の基板であり、可視光線から紫外線にわたる領域の光を透過するガラス基板である。実施例４では、陰極側基板と陽極側基板としてガラス基板を用いているが、材質は必ずしもガラスでなくてもよい。陰極側ガラス基板１と陽極側ガラス基板２とを直接溶着して、真空にして封じる。その他の構成は、実施例３と同様である。
実施例３の光触媒装置と大きく異なるのは、電子線の方向と放射される光の方向が同じである点である。つまり、第５図の逆構造である。この場合、直接光が透明電極を通って抜けていくので、誘電体多層膜は必要ない。構造が簡単である分、逃げる光があるので、光量は実施例３の光触媒装置に比べて落ちる可能性がある。蛍光体５としてＧａＮを利用することもできる。ＧａＮの蛍光のピーク波長は３６０ｎｍである。ＧａＮは半導体であり、そのまま陽極として使用できるので、陽極導体４として必ずしも透明電極（ＩＴＯ）を使用しなくてもよい。
上記のように構成された本発明の実施例４における光触媒装置の基本的動作は、実施例３と同じである。陰極導体３と陽極導体４との間に電圧を印加すると、陰極導体３上の炭素皮膜から電界放出により冷陰極電子が飛び出し、蛍光体５に当たり、紫外線を発生する。蛍光体５から出て陽極導体４を透過した紫外線は、光触媒１０に当たる。光触媒１０のチタニアＴｉＯ２は、紫外線により消臭作用などを行う。
上記のように、本発明の実施例４では、光触媒装置を、平面状の陰極側ガラス基板上に、陽極側表面にグラファイト皮膜をＣＶＤ法により形成した複数の直線状の陰極導体を平行に配置し、陰極導体に対応する溝型形状の可視紫外光透過性の陽極側ガラス基板を、陰極側ガラス基板に対向して配置し、内側に透明陽極導体を設け、陽極導体上に紫外線を発生するアルミナ蛍光体を塗布し、陽極側ガラス基板の外側のディンプル部に光触媒を塗布した構成としたので、長寿命の薄い平面状光触媒装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
本発明では、上記のように構成したことにより、光触媒の活性化用に最適な寿命の長い平面発光型のフィールドエミッション紫外線ランプを実現できる。小型化されたことにより、太陽光の届かない様々な狭小スペースに本ランプを導入することができ、光触媒の用途を広げることができる。
本発明のフィールドエミッション紫外線ランプは、光触媒の活性化用光源として最適である。また、汎用の紫外線光源としても利用できる。本発明の光触媒装置は、消臭用や殺菌用などの用途に最適である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の可視光紫外光透過性の陰極側基板と、前記陰極側基板上に平行に配置された複数の直線状の陰極導体と、前記陰極側基板に対向して配置され、前記各陰極導体に対応する溝部を有する陽極側絶縁性基板と、前記溝部に設けられた陽極導体と、前記陽極導体上に塗布された紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体と、前記陰極側基板と前記陽極側絶縁性基板とを収容する真空容器とを具備することを特徴とするフィールドエミッション紫外線ランプ。
【請求項２】
平面状の陰極側絶縁性基板と、前記陰極側基板上のほぼ全面に設けられた陰極導体と、前記陰極側基板に対向して配置された可視光紫外光透過性の陽極側基板と、前記陽極側基板上のほぼ全面に設けられた可視光紫外光透過性の陽極導体と、前記陽極導体上に設けられ紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体と、前記陰極側絶縁性基板と前記陽極側基板とを収容する真空容器とを具備することを特徴とするフィールドエミッション紫外線ランプ。
【請求項３】
前記陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜を形成したことを特徴とする請求項１または２記載のフィールドエミッション紫外線ランプ。
【請求項４】
請求項３記載のフィールドエミッション紫外線ランプを製造する製造方法において、前記陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜をＣＶＤ法により形成することを特徴とするフィールドエミッション紫外線ランプの製造方法。
【請求項５】
平面状の可視光紫外光透過性の陰極側基板と、前記陰極側基板の外側のディンプル部に塗布された光触媒と、前記陰極側基板の内側に平行に配置された複数の直線状の陰極導体と、前記陰極側基板に対向して配置され、前記各陰極導体に対応する溝部を有する陽極側絶縁性基板と、前記溝部に設けられた誘電体多層膜と、前記誘電体多層膜上に設けられた陽極導体と、前記陽極導体上に塗布された紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体とを具備することを特徴とする光触媒装置。
【請求項６】
平面状の陰極側絶縁性基板と、前記陰極側絶縁性基板の内側に平行に配置された複数の直線状の陰極導体と、前記陰極導体に対向して配置された溝型形状の可視光紫外光透過性の陽極側基板と、前記陽極側基板の外側のディンプル部に塗布された光触媒と、前記陽極側基板の内側に設けられた透明陽極導体と、前記透明陽極導体上に塗布された紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体とを具備することを特徴とする光触媒装置。
【請求項１】
平面状の可視光紫外光透過性の陰極側基板と、前記陰極側基板上に平行に配置された複数の直線状の陰極導体と、前記陰極側基板に対向して配置され、前記各陰極導体に対応する溝部を有する陽極側絶縁性基板と、前記溝部に設けられた陽極導体と、前記陽極導体上に塗布された紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体と、前記陰極側基板と前記陽極側絶縁性基板とを収容する真空容器とを具備することを特徴とするフィールドエミッション紫外線ランプ。
【請求項２】
平面状の陰極側絶縁性基板と、前記陰極側基板上のほぼ全面に設けられた陰極導体と、前記陰極側基板に対向して配置された可視光紫外光透過性の陽極側基板と、前記陽極側基板上のほぼ全面に設けられた可視光紫外光透過性の陽極導体と、前記陽極導体上に設けられ紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体と、前記陰極側絶縁性基板と前記陽極側基板とを収容する真空容器とを具備することを特徴とするフィールドエミッション紫外線ランプ。
【請求項３】
前記陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜を形成したことを特徴とする請求項１または２記載のフィールドエミッション紫外線ランプ。
【請求項４】
請求項３記載のフィールドエミッション紫外線ランプを製造する製造方法において、前記陰極導体の陽極側表面に炭素皮膜をＣＶＤ法により形成することを特徴とするフィールドエミッション紫外線ランプの製造方法。
【請求項５】
平面状の可視光紫外光透過性の陰極側基板と、前記陰極側基板の外側のディンプル部に塗布された光触媒と、前記陰極側基板の内側に平行に配置された複数の直線状の陰極導体と、前記陰極側基板に対向して配置され、前記各陰極導体に対応する溝部を有する陽極側絶縁性基板と、前記溝部に設けられた誘電体多層膜と、前記誘電体多層膜上に設けられた陽極導体と、前記陽極導体上に塗布された紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体とを具備することを特徴とする光触媒装置。
【請求項６】
平面状の陰極側絶縁性基板と、前記陰極側絶縁性基板の内側に平行に配置された複数の直線状の陰極導体と、前記陰極導体に対向して配置された溝型形状の可視光紫外光透過性の陽極側基板と、前記陽極側基板の外側のディンプル部に塗布された光触媒と、前記陽極側基板の内側に設けられた透明陽極導体と、前記透明陽極導体上に塗布された紫外線を発生する蛍光体あるいは半導体とを具備することを特徴とする光触媒装置。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４８２９４
【国際公開日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【発行日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１０５６７（Ｐ２００５−５１０５６７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１４４７１
【国際出願日】平成１５年１１月１３日（２００３．１１．１３）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【出願人】（５００５０２７４９）株式会社ジャパンコミュニケーション (2)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【発行日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１４４７１
【国際出願日】平成１５年１１月１３日（２００３．１１．１３）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【出願人】（５００５０２７４９）株式会社ジャパンコミュニケーション (2)
【Ｆターム（参考）】
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