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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024112491
(43)【公開日】2024-08-21
(54)【発明の名称】紫外線発光装置
(51)【国際特許分類】
H01L 33/48 20100101AFI20240814BHJP
G02B 5/26 20060101ALI20240814BHJP
G02B 5/28 20060101ALI20240814BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20240814BHJP
H01L 33/50 20100101ALI20240814BHJP
【ＦＩ】
H01L33/48
G02B5/26
G02B5/28
H01L33/32
H01L33/50
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023017538
(22)【出願日】2023-02-08
(71)【出願人】
【識別番号】000000033
【氏名又は名称】旭化成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 恒輔
(72)【発明者】
【氏名】奥秋 裕介
(72)【発明者】
【氏名】小林 敬嗣
(72)【発明者】
【氏名】李 太起
【テーマコード（参考）】
2H148
5F142
5F241
【Ｆターム（参考）】
2H148FA05
2H148FA18
2H148FA22
2H148FA24
2H148GA04
2H148GA12
2H148GA24
2H148GA33
2H148GA36
5F142AA22
5F142DB02
5F142DB40
5F142GA31
5F142HA01
5F241CA04
5F241CA05
5F241CA13
5F241CA40
5F241CA65
5F241CA66
5F241CB11
5F241CB36
5F241FF16
(57)【要約】
【課題】 光源にＬＥＤを用いた紫外線発光装置において、所望の波長の光を効率よく外部へ放射させる。
【解決手段】 紫外線発光装置は、ピーク波長が２５０ｎｍより短い波長帯の光を発する発光ダイオードと、発光ダイオードと対向して配置されたフィルタと、を備え、フィルタは、発光ダイオードのフィルタと対向する面の中心における面法線と、発光ダイオードのフィルタと対向する面の中心からフィルタに向かって伸びる直線との為す角度をθとしたときに、θ＞０°において波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を反射する。
【選択図】図２
【解決手段】 紫外線発光装置は、ピーク波長が２５０ｎｍより短い波長帯の光を発する発光ダイオードと、発光ダイオードと対向して配置されたフィルタと、を備え、フィルタは、発光ダイオードのフィルタと対向する面の中心における面法線と、発光ダイオードのフィルタと対向する面の中心からフィルタに向かって伸びる直線との為す角度をθとしたときに、θ＞０°において波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を反射する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ピーク波長が２５０ｎｍより短い波長帯の光を発する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードと対向して配置されたフィルタと、
を備え、
前記フィルタは、前記発光ダイオードの前記フィルタと対向する面の中心における面法線と、前記発光ダイオードの前記フィルタと対向する面の前記中心から前記フィルタに向かって伸びる直線との為す角度をθとしたときに、θ＞０°において波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を反射する
紫外線発光装置。
前記発光ダイオードと対向して配置されたフィルタと、
を備え、
前記フィルタは、前記発光ダイオードの前記フィルタと対向する面の中心における面法線と、前記発光ダイオードの前記フィルタと対向する面の前記中心から前記フィルタに向かって伸びる直線との為す角度をθとしたときに、θ＞０°において波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を反射する
紫外線発光装置。
【請求項2】
前記発光ダイオードから発せられる光は、２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長の光を含む
請求項１に記載の紫外線発光装置。
請求項１に記載の紫外線発光装置。
【請求項3】
前記フィルタにおける、前記角度θで入射した波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光の透過率は、１０％以下である
請求項１に記載の紫外線発光装置。
請求項１に記載の紫外線発光装置。
【請求項4】
前記フィルタにおける、前記角度θで入射した波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光の反射率は、９０％超である
請求項１に記載の紫外線発光装置。
請求項１に記載の紫外線発光装置。
【請求項5】
前記フィルタは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、Ｔａ２Ｏ５の材料の中から複数種類が周期的に積層された誘電体多層膜を有している
請求項１に記載の紫外線発光装置。
請求項１に記載の紫外線発光装置。
【請求項6】
前記フィルタは、ＳｉＯ２層とＨｆＯ２層とが順に積層されて形成されており、
前記ＳｉＯ２層の厚さは３４ｎｍ超である
請求項５に記載の紫外線発光装置。
前記ＳｉＯ２層の厚さは３４ｎｍ超である
請求項５に記載の紫外線発光装置。
【請求項7】
前記発光ダイオードは、パッケージに収容されており、
前記フィルタは、前記パッケージの一部であり、前記発光ダイオードからの光を透過する窓材と接するように設けられている
請求項１に記載の紫外線発光装置。
前記フィルタは、前記パッケージの一部であり、前記発光ダイオードからの光を透過する窓材と接するように設けられている
請求項１に記載の紫外線発光装置。
【請求項8】
前記発光ダイオードを収容するパッケージを収容する外装体を備え、
前記フィルタは、前記外装体の一部であり、前記発光ダイオードからの光を透過する窓材と接するように設けられている
請求項１に記載の紫外線発光装置。
前記フィルタは、前記外装体の一部であり、前記発光ダイオードからの光を透過する窓材と接するように設けられている
請求項１に記載の紫外線発光装置。
【請求項9】
ピーク波長が２５０ｎｍより短い波長帯の光を発する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードと対向して配置されたフィルタと、
を備え、
前記フィルタは、前記発光ダイオードの前記フィルタと対向する面の中心における面法線と交差する前記フィルタ上の点を中心として、外側に向かって連続的又は段階的に光学特性が異なる
紫外線発光装置。
前記発光ダイオードと対向して配置されたフィルタと、
を備え、
前記フィルタは、前記発光ダイオードの前記フィルタと対向する面の中心における面法線と交差する前記フィルタ上の点を中心として、外側に向かって連続的又は段階的に光学特性が異なる
紫外線発光装置。
【請求項10】
前記フィルタは、ＳｉＯ２層とＨｆＯ２層とが順に積層されて形成されており、
前記中心から外側に向かって連続的又は段階的に前記ＳｉＯ２層の膜厚が変化している
請求項９に記載の紫外線発光装置。
前記中心から外側に向かって連続的又は段階的に前記ＳｉＯ２層の膜厚が変化している
請求項９に記載の紫外線発光装置。
【請求項11】
前記フィルタは、前記中心から外側に向かって連続的又は段階的に前記ＳｉＯ２層の膜厚が厚くなっている
請求項１０に記載の紫外線発光装置。
請求項１０に記載の紫外線発光装置。
【請求項12】
前記フィルタは、第一フィルタと第二フィルタとを有し、
前記第一フィルタは、前記発光ダイオードから発せられる光の入射角度がθ１となる位置に配置され、所定の波長の光を反射し、
前記第二フィルタは、前記発光ダイオードから発せられる光の入射角度がθ２となり、かつ前記入射角度θ２が前記入射角度θ１よりも大きくなる位置に配置され、前記所定の波長の光を反射する
請求項１又は９に記載の紫外線発光装置。
前記第一フィルタは、前記発光ダイオードから発せられる光の入射角度がθ１となる位置に配置され、所定の波長の光を反射し、
前記第二フィルタは、前記発光ダイオードから発せられる光の入射角度がθ２となり、かつ前記入射角度θ２が前記入射角度θ１よりも大きくなる位置に配置され、前記所定の波長の光を反射する
請求項１又は９に記載の紫外線発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、紫外線発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
エキシマランプ光源とフィルタとを組み合わせることで、所望の波長帯のみを放射させる発光装置が開示されている（特許文献１）。先行文献１に記載の発光装置では、フィルタを用いることで人体に有害な波長の光が放射されることを抑制し、人体への有害性が低い波長の光のみを外部へ放射させて、ウイルスを不活化させている。ここでのフィルタは、フィルタ面に対して垂直に入射する光の透過率に対して設計がされている。
また、人体に有害な波長を含む波長帯の光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ：Light-Emitting Diode）を光源として用いた発光装置も開示されている（特許文献２）。このＬＥＤも、特許文献１に開示されたフィルタを組み合わせれば人体への有害性が低い所望の波長帯の光を放射することが出来ると考える。
また、人体に有害な波長を含む波長帯の光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ：Light-Emitting Diode）を光源として用いた発光装置も開示されている（特許文献２）。このＬＥＤも、特許文献１に開示されたフィルタを組み合わせれば人体への有害性が低い所望の波長帯の光を放射することが出来ると考える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１２／１２２２１０号明細書
【特許文献2】特開２０２２－１１７２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
発明者らが鋭意検討を行った結果、人体に有害な波長を含む波長帯光を発するＬＥＤは、ＬＥＤ中心から対向するフィルタ面へ向かう面法線方向への放射強度より、角度を付けた放射方向の方が、強度が強くなることが分かった。しかしながら、上述したフィルタは、このようなＬＥＤの特性を活かすフィルタとして設計されていなかった。
【0005】
上述した課題を解決するために、本開示は、光源にＬＥＤを用いた紫外線発光装置において、所望の波長の光を効率よく外部へ放射させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決するために、本開示の一態様に係る紫外線発光装置は、ピーク波長が２５０ｎｍより短い波長帯の光を発する発光ダイオードと、発光ダイオードと対向して配置されたフィルタと、を備え、フィルタは、発光ダイオードのフィルタと対向する面の中心における面法線と、発光ダイオードのフィルタと対向する面の中心からフィルタに向かって伸びる直線との為す角度をθとしたときに、θ＞０°において波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を反射する。
【0007】
また、本開示の他の態様に係る紫外線発光装置は、ピーク波長が２５０ｎｍより短い波長帯の光を発する発光ダイオードと、発光ダイオードと対向して配置されたフィルタと、を備え、フィルタは、発光ダイオードのフィルタと対向する面の中心における面法線と交差するフィルタ上の点を中心として、外側に向かって連続的又は段階的に光学特性が異なっている。
【発明の効果】
【0008】
本開示の紫外線発光装置によれば、光源にＬＥＤを用いた紫外線発光装置において、所望の波長の光を効率よく外部へ放射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の第一実施形態に係る紫外線発光装置の一構成例を示す模式図である。
【図2】本開示の第一実施形態に係る紫外線発光装置の一構成例を示す断面図である。
【図3】ピーク波長２２９ｎｍの発光ダイオードの角度ごとの発光スペクトルを示すグラフである。
【図4】ピーク波長２２９ｎｍの光の発光角度ごとの強度を示すグラフである。
【図5】本開示の第一実施形態に係る発光ダイオードの発光強度の測定方法を示す概略図である。
【図6】本開示の第一実施形態に係る紫外線発光装置の発光ダイオードの一構成例を示す断面図である。
【図7】本開示の第一実施形態に係る紫外線発光装置の第一の構成例を示す断面図である。
【図8】本開示の第一実施形態に係る紫外線発光装置の第二の構成例を示す断面図である。
【図9】本開示の第二実施形態に係る紫外線発光装置の一構成例を示す断面図である。
【図10】本開示の第二実施形態に係る紫外線発光装置の第一の構成例を示す断面図である。
【図11A】本開示の第二実施形態に係る紫外線発光装置の第一の構成の変形例を示す断面図である。
【図11B】本開示の第二実施形態に係る紫外線発光装置の第一の構成の変形例を示す断面図である。
【図12】本開示の第二実施形態に係る紫外線発光装置の第一の構成の変形例を示す断面図である。
【図13A】本開示の第二実施形態に係る紫外線発光装置の第二の構成の一例を示す断面図である。
【図13B】本開示の第二実施形態に係る紫外線発光装置の第二の構成の他の例を示す断面図である。
【図14】本開示の第二実施形態に係る紫外線発光装置の第三の構成の一例を示す断面図である。
【図15】本開示の第二実施形態に係る紫外線発光装置の第三の構成の他の例を示す断面図である。
【図16A】本開示の実施例１のフィルタを用いた場合の角度θごとの光の透過率とＬＥＤが発する光の波長との関係を示す透過率スペクトル図である。
【図16B】本開示の実施例２のフィルタを用いた場合の角度θごとの光の透過率とＬＥＤが発する光の波長との関係を示す透過率スペクトル図である。
【図16C】本開示の実施例３のフィルタを用いた場合の角度θごとの光の透過率とＬＥＤが発する光の波長との関係を示す透過率スペクトル図である。
【図16D】本開示の比較例１のフィルタを用いた場合の角度θごとの光の透過率とＬＥＤが発する光の波長との関係を示す透過率スペクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施形態を通じて本開示に係る紫外線発光装置を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明に限定されない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0011】
１．第一実施形態
以下、本開示の第一実施形態に係る紫外線発光装置１について、図１から図８を参照して説明する。
本実施形態の紫外線発光装置１は、図１に示すように、発光ダイオード１０と、フィルタ３０とを備えている。図１は、紫外線発光装置１の構成を概略的に示す概略図であり、図２は、紫外線発光装置１の発光ダイオード１０及びフィルタ３０の配置関係を側面視で示す側面図である。
図２に示すように、フィルタ３０は、発光ダイオード１０と対向して配置されている。フィルタ３０は、発光ダイオード１０のフィルタ３０と対向する光出射面１０ａの所定位置における面法線Ｌ１と、発光ダイオード１０の光出射面１０ａの所定位置からフィルタ３０に向かって伸びる直線Ｌ２との為す角度をθとしたときに、θ＞０°の位置において波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を反射する。
以下、本開示の第一実施形態に係る紫外線発光装置１について、図１から図８を参照して説明する。
本実施形態の紫外線発光装置１は、図１に示すように、発光ダイオード１０と、フィルタ３０とを備えている。図１は、紫外線発光装置１の構成を概略的に示す概略図であり、図２は、紫外線発光装置１の発光ダイオード１０及びフィルタ３０の配置関係を側面視で示す側面図である。
図２に示すように、フィルタ３０は、発光ダイオード１０と対向して配置されている。フィルタ３０は、発光ダイオード１０のフィルタ３０と対向する光出射面１０ａの所定位置における面法線Ｌ１と、発光ダイオード１０の光出射面１０ａの所定位置からフィルタ３０に向かって伸びる直線Ｌ２との為す角度をθとしたときに、θ＞０°の位置において波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を反射する。
【0012】
（１．１）紫外線発光装置の基本構成
以下、紫外線発光装置１を構成する発光ダイオード１０、フィルタ３０について詳細に説明する。
以下、紫外線発光装置１を構成する発光ダイオード１０、フィルタ３０について詳細に説明する。
【0013】
＜フィルタ＞
図２に示すように、フィルタ３０は、発光ダイオード１０のフィルタ３０と対向する面（光出射面）１０ａの中心（例えば図２中の点Ｐ）における面法線Ｌ１と、光出射面１０ａの中心からフィルタ３０の任意の点（例えば図２中の点Ｑ）に向かって伸びる直線Ｌ２との為す角度をθとしたときに、θ＞０°の位置（すなわち点Ｑの位置）において波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の波長帯の光を反射する。ここで、図２中、面法線Ｌ１は発光ダイオード１０の光出射面１０ａに対して垂直な方向に伸びる垂線として示されている。
図２に示すように、フィルタ３０は、発光ダイオード１０のフィルタ３０と対向する面（光出射面）１０ａの中心（例えば図２中の点Ｐ）における面法線Ｌ１と、光出射面１０ａの中心からフィルタ３０の任意の点（例えば図２中の点Ｑ）に向かって伸びる直線Ｌ２との為す角度をθとしたときに、θ＞０°の位置（すなわち点Ｑの位置）において波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の波長帯の光を反射する。ここで、図２中、面法線Ｌ１は発光ダイオード１０の光出射面１０ａに対して垂直な方向に伸びる垂線として示されている。
【0014】
このとき、「光出射面（発光ダイオードのフィルタと対向する面）の中心」とは、発光ダイオード１０のチップが四角形であれば、チップ上の光出射面における頂点を結んだ対角線の交点を指し、円形又は楕円形であれば、円形又は楕円形の中心を指し、多角形であれば、光出射面の面積を２分割する任意の直線同士の交点と定義する。図２中、光出射面１０ａの中心として、発光基準点Ｐを示している。
また、「反射」とは必ずしも透過率０％である必要は無く、少なくとも指定された波長範囲全域で所定の角度で入射する光の透過率が１０％以下であれば「反射している」こととする。また、「透過」とは必ずしも透過率１００％である必要は無く、少なくとも指定された波長範囲全域で所定の角度で入射する光の透過率が１０％を越えるならば「透過している」こととする。
さらに、「波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の波長帯の光」は、人体へ照射すると波長２４０ｎｍ未満の紫外線光と比較して紅斑ができやすいなどの観点から、人体に相対的に有害な光であると言える。なお、２５０ｎｍより長い波長帯の光は波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の波長帯の光よりも更に人体に対して有害な光である。人体に対して有害な波長２４０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長帯の光は、米国産業衛生専門家会議（ＡＣＧＩＨ）が提唱している紫外線の肌に対しての照射上限照度（ＴＬＶ）（Ｊ／ｍ２）が著しく低い光である。
また、「反射」とは必ずしも透過率０％である必要は無く、少なくとも指定された波長範囲全域で所定の角度で入射する光の透過率が１０％以下であれば「反射している」こととする。また、「透過」とは必ずしも透過率１００％である必要は無く、少なくとも指定された波長範囲全域で所定の角度で入射する光の透過率が１０％を越えるならば「透過している」こととする。
さらに、「波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の波長帯の光」は、人体へ照射すると波長２４０ｎｍ未満の紫外線光と比較して紅斑ができやすいなどの観点から、人体に相対的に有害な光であると言える。なお、２５０ｎｍより長い波長帯の光は波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の波長帯の光よりも更に人体に対して有害な光である。人体に対して有害な波長２４０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長帯の光は、米国産業衛生専門家会議（ＡＣＧＩＨ）が提唱している紫外線の肌に対しての照射上限照度（ＴＬＶ）（Ｊ／ｍ２）が著しく低い光である。
【0015】
ここで、「波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を反射する」とは、波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光に対する反射率が９０％超であることを意味する。すなわち、本実施形態の紫外線発光装置１は、フィルタ３０によって波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を装置内部に反射し、波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光以外の光を装置外部に透過させる。
フィルタ３０は、少なくとも波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を反射させれば良く、波長２４０ｎｍ未満及び２５０ｎｍ超の光の一部を反射させてもよい。
フィルタ３０は、少なくとも波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を反射させれば良く、波長２４０ｎｍ未満及び２５０ｎｍ超の光の一部を反射させてもよい。
【0016】
上述したフィルタ３０における光の反射率は、光出射面１０ａの中心における面法線Ｌ１と、光出射面１０ａの中心からフィルタ３０に向かって伸びる直線Ｌ２との為す角度θ（図１参照）が０°より大きい範囲における光の反射率である。また、フィルタ３０における光の反射率は、角度θが１５°以上６０°以下の範囲における光の反射率であることが好ましく、１５°以上４５°以下の範囲における光の反射率であることがより好ましい。フィルタ３０において角度θの範囲における光の反射率を規定することにより、光の透過スペクトルが光の入射強度により変化するフィルタ３０を、発光ダイオード１０の角度ごとの発光特性に応じてより適切に設計することができる。このため、フィルタ３０を有する紫外線発光装置１は、人体に有害な光の装置外への出射を適切に抑制することができる。
フィルタ３０における光の反射率を規定する好ましい範囲について、以下詳細に説明する。
フィルタ３０における光の反射率を規定する好ましい範囲について、以下詳細に説明する。
【0017】
図３に、ピーク波長２２９ｎｍの発光ダイオード１０の角度ごとの発光スペクトル（つまり、配光分布）を示す。図３では、断面視における測定角度が０°（断面視において発光ダイオード１０の光出射面１０ａに対して垂直な方向からの測定）の場合を点線、１５°の場合を一点鎖線、３５°の場合を二点鎖線、６０°の場合を実線で示している。また、図４に、ピーク波長２２９ｎｍの光の発光角度ごとの強度を示す。図４に示す「強度」は、全波長域での発光強度を積分した強度である。ここで、図４では、発光ダイオード１０における光出射面１０ａの形状が異なる２つの発光ダイオード１０の発光スペクトルの例を示している。具体的には、発光ダイオード１０における光出射面１０ａが平坦面の場合の発光角度ごとの強度を実線、六角錐状の突起部を有する表面形状である場合の発光角度ごとの強度を点線で示している。図３に示す発光ダイオード１０における角度ごとの発光スペクトル及び図４に示す角度ごとの強度は、図５に示すように、発光ダイオード１０からの光を所定の角度から矢印で示す方向に向かって測定することで得られる。
【0018】
図４に示す通り、ピーク波長２２９ｎｍの光を発する発光ダイオード１０では、光出射面１０ａが平坦面である場合には断面視において、発光ダイオード１０の光出射面１０ａに対して垂直な方向（０°）よりも、１５°以上６０°以下の範囲の方が強い強度で光が放射される。また、発光ダイオード１０では、光出射面１０ａが六角錐状の突起部を有する表面形状である場合には断面視において、発光ダイオード１０の光出射面１０ａに対して１５°以上４５°以下の範囲の方がさらに強い強度で光が放射される。図２に示す通り、ピーク波長２２９ｎｍの光を発する発光ダイオード１０では、光出射面１０ａが平坦面である場合には断面視において発光ダイオード１０の光出射面１０ａに対して３５°の場合に特に強い強度で光が放射される。図２に示す通り、ピーク波長２２９ｎｍの光を発する発光ダイオード１０では、光出射面１０ａが六角錐状の突起部を有する表面形状である場合には断面視において発光ダイオード１０の光出射面１０ａに対して３０°の場合に特に強い強度で光が放射される。
【0019】
さらに、発光ダイオード１０は、実際には、光出射面１０ａに対して垂直な方向（０°）に伸びる垂線Ｌ３（図５参照）を軸とした回転方向にも光を放射する。このため、図４に示す発光強度を回転積分強度に変換すると、０°方向への発光強度に対する上述の角度ごとの発光強度は、図４で示す強度から算出される０°方向への発光強度に対する上述の角度ごとの発光強度の差以上に大きくなる。つまり、冒頭で述べた特定波長（例えば波長２４０ｎｍ以上）の光の透過を制御するフィルタ３０を設計するときには、光出射面１０ａに対して０°より大きい範囲における放射光に対して透過する光の波長を制御する設計にすることが好ましい。また、フィルタ３０は、光出射面１０ａに対して好ましくは１５°以上６０°以下、さらに好ましくは１５°以上４５°以下の範囲における放射光に対して透過する光の波長を制御する設計にすることが好ましい。
【0020】
なお、発光ダイオード１０の放射分布は一般的にはθ＝０°において強度が最も高くなるが、ピーク波長が２５０ｎｍより短くなると、図４に示す通りθ＝０°よりもθ＞０°の方が強度が高くなる傾向があることが知られている。これは、ピーク波長が２５０ｎｍより短い発光ダイオード１０（紫外線発光ダイオード）において、材料として＋ｃ面に成長させるＡｌＧａＮの混晶を用いる場合にほぼ限られており、かつこの電気から光へのエネルギー変換を行う発光層においてＡｌＧａＮ混晶のＡｌ組成比率を０．５以上に高くすることで、材料特性により薄膜垂直方向（θ＝０°）よりもθ＞０°の発光が強くなることが知られているためである。つまり、θ＞０°での発光が強くなることは、波長２５０ｎｍより短い発光ダイオード１０で特異的に見られ、波長２５０ｎｍ以上の発光ダイオード１０では見られない現象である。
【0021】
フィルタ３０によって反射される光の波長λ［ｎｍ］は、フィルタ３０の構成を変化させることにより調整することができる。例えば、反射される光の波長λ［ｎｍ］は、フィルタ３０を構成する誘電体多層膜（詳細は後述する）の材料、膜厚、誘電体多層膜の各層の積層構成等により調整することができる。
【0022】
フィルタ３０としては、石英ガラス上にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、Ｔａ２Ｏ５などの材料の中から複数種類を周期的に積層させた誘電体多層膜を形成した構成であっても良い。なかでも、フィルタ３０は、屈折率差が大きく、広い波長域で発光を制御できるＳｉＯ２とＨｆＯ２とを石英基板上に周期的に積層させた誘電体多層膜を形成した構成とすることが好ましい。例えば、フィルタ３０は、石英ガラス上にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の薄膜を積層した誘電体多層膜を有していても良く、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２の薄膜を積層した誘電体多層膜を有していても良い。
【0023】
本実施形態のフィルタ３０は、例えば、誘電体膜であるＳｉＯ２層とＨｆＯ２層とが順に積層された誘電体多層膜である。フィルタ３０は、例えばＳｉＯ２層とＨｆＯ２層とが積層された積層膜が複数層（例えば積層膜１０層、合計２０層）重ねて形成されることが好ましい。この場合、積層膜の積層数は、反射率を高める観点から合計１０層以上が好ましく、また成膜時間を短くしてコストを低減する観点から合計５０層以下が好ましい。
なお、薄膜の膜厚は、薄膜積層方向と垂直な断面を分割及び研磨あるいは集束イオンビーム加工し、その断面を透過電子顕微鏡観察することによって測長する。
なお、薄膜の膜厚は、薄膜積層方向と垂直な断面を分割及び研磨あるいは集束イオンビーム加工し、その断面を透過電子顕微鏡観察することによって測長する。
【0024】
このとき、ＳｉＯ２層の厚さは特に限定されないが、上述するθ＞０°、特に角度θが１５°以上６０°以下、さらに特にθが１５°以上４５°以下において波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を反射する設計となる膜厚の組み合わせが好ましい。例えば、ＨｆＯ２が３４ｎｍの時、ＳｉＯ２は３４ｎｍ超であり、３６ｎｍ以上４５ｎｍ以下であることが好ましく、３６ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることがより好ましい。これにより、角度θが０°超の範囲におけるフィルタ３０のカットオフ波長の下限値（カットオフ下限波長）を２４０ｎｍとすることができる。なお、参考として、ＳｉＯ２層の膜厚を変えることで、フィルタ３０の点Ｑの位置での光の透過率を変化させることが出来る。
【0025】
また、フィルタ３０は、発光ダイオード１０のフィルタ３０と対向する光出射面１０ａの中心（図２中の点Ｐ）における面法線Ｌ１と交差する前記フィルタ３０上の点（図２中の点Ｆ）を中心として、外側に向かって連続的又は段階的に光学特性が異なっていてもよい。このような構成とするために、フィルタ３０は、例えば、誘電体膜であるＳｉＯ２層とＨｆＯ２層とが順に積層されて形成されており、中心である点Ｆからフィルタ３０の外側に向かって連続的又は段階的にＳｉＯ２層の膜厚が変化していてもよい。より具体的には、フィルタ３０は、中心である点Ｆからフィルタ３０の外側に向かって連続的又は段階的にＳｉＯ２層の膜厚が厚くなっていてもよい。
【0026】
フィルタ３０が紫外線発光装置１から取り外し可能な場合、フィルタ３０の反射率は反射率測定装置を用いて発光ダイオード１０からの光の反射率を測定した値と定義する。フィルタ３０が紫外線発光装置１から取り外しが不可能であり、かつフィルタ３０が誘電体多層膜であるときには、反射率は、誘電体多層膜での光の吸収率が０％であると仮定して材料の屈折率と膜厚の値から計算した値と定義する。この場合、誘電体多層膜における材料特定及び組成は、エネルギー分散型Ｘ線分析（Energy dispersive X-ray spectrometry：ＥＤＸ）で実施する。具体的には、各層の積層方向と垂直な断面を、分割及び研磨あるいは集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）加工により露出させる。続いて、その断面を透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）を用いて観察することで各層の配置を明確化し、点分析が可能なエネルギー分散型Ｘ線分析（Energy dispersive X-ray spectrometry：ＥＤＸ）で同定する。
【0027】
フィルタ３０の光出射面１０ａの形状は平面形状であることが好ましいが、本開示の効果を得ることが可能であれば曲面形状でも良い。フィルタ３０の光出射面１０ａが平面形状である場合、製作の容易性から、フィルタ３０の厚み方向から見た形状は裁断の容易性から四角形であることが好ましい。
【0028】
また、フィルタの搬送時では、フィルタの基材の一面のみに搬送機構が接触し、フィルタ形成面には搬送機構が接触しない。このため、フィルタ３０のフィルタ形成面へのパーティクルの付着を低減することが出来るため歩留まりが向上し、製造コストを低減できる。さらに、紫外線発光装置１においてフィルタ３０のフィルタ面を外界に向けない配置を取ることが出来る。このため、紫外線発光装置１の使用時における外界からの大気やほこりのフィルタ３０への接触や、フィルタ３０へ手で触れることによる指紋や手垢の付着を抑制することができる。また、これら接触や付着によりフィルタ３０が傷付くことを抑制できる。このため、これら接触、付着、傷付きによりフィルタ３０が反射する光の波長がずれ、反射率の低下、それによる紫外線発光装置１の性能の低下を防ぐことが出来る。
【0029】
［発光ダイオード］
本開示の発光ダイオード１０は、ピーク波長が２５０ｎｍより短い波長帯の光を発する。このような発光ダイオード１０としては、例えば紫外線ＬＥＤ（Light-Emitting Diode：発光ダイオード）を用いることが出来る。本開示において、発光ダイオード１０が紫外線ＬＥＤである場合、紫外線ＬＥＤが点光源であることから、フィルタ３０への光の入射角度を設計しやすい点で好ましい。特に、発光ダイオード１０は、殺菌効果の高い波長２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長の光を含む光を発する紫外線ＬＥＤであることが好ましい。ここで、人体に有害な波長成分の波長には諸説あり、例えば２２０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の場合もあれば、２２０ｎｍ以上２３５ｎｍ以下の場合もある。本開示では諸説に対して広く適用できるように、波長２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の紫外線光が好ましいと定義する。また、紫外線ＬＥＤは波長が長いほど発光効率が高いため、発光ダイオード１０は、波長２２５ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長の光を含む光を発する紫外線ＬＥＤであることがさらに好ましい。
本開示の発光ダイオード１０は、ピーク波長が２５０ｎｍより短い波長帯の光を発する。このような発光ダイオード１０としては、例えば紫外線ＬＥＤ（Light-Emitting Diode：発光ダイオード）を用いることが出来る。本開示において、発光ダイオード１０が紫外線ＬＥＤである場合、紫外線ＬＥＤが点光源であることから、フィルタ３０への光の入射角度を設計しやすい点で好ましい。特に、発光ダイオード１０は、殺菌効果の高い波長２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長の光を含む光を発する紫外線ＬＥＤであることが好ましい。ここで、人体に有害な波長成分の波長には諸説あり、例えば２２０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の場合もあれば、２２０ｎｍ以上２３５ｎｍ以下の場合もある。本開示では諸説に対して広く適用できるように、波長２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の紫外線光が好ましいと定義する。また、紫外線ＬＥＤは波長が長いほど発光効率が高いため、発光ダイオード１０は、波長２２５ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長の光を含む光を発する紫外線ＬＥＤであることがさらに好ましい。
【0030】
発光ダイオード１０である紫外線ＬＥＤ１０Ａの構成について説明する。
図６に示すように、紫外線ＬＥＤ１０Ａは、基板１１と、基板の第一主面１１Ａの上方に設けられた発光層１３と、発光層１３を上下から挟む第一導電型半導体層１２及び第二導電型半導体層１４とを含む。基板１１の第一主面１１Ａの反対側の面である第二主面１１Ｂは、光の取り出し面となっている。紫外線ＬＥＤ１０Ａは第一導電型半導体層１２に接する第一電極１６と、第二導電型半導体層１４に接する第二電極１７とを含む。紫外線ＬＥＤ１０Ａは、樹脂等で封止された形態や、サブマウント基板に実装された形態なども含む。紫外線ＬＥＤ１０Ａは配線された回路上に搭載されていても良い。紫外線ＬＥＤ１０Ａはアレイとなっていても良い。紫外線ＬＥＤ１０Ａは離散して複数配置されていても、接触して複数配置されていても良い。
以下、紫外線ＬＥＤ１０Ａの各層について詳細に説明する。
図６に示すように、紫外線ＬＥＤ１０Ａは、基板１１と、基板の第一主面１１Ａの上方に設けられた発光層１３と、発光層１３を上下から挟む第一導電型半導体層１２及び第二導電型半導体層１４とを含む。基板１１の第一主面１１Ａの反対側の面である第二主面１１Ｂは、光の取り出し面となっている。紫外線ＬＥＤ１０Ａは第一導電型半導体層１２に接する第一電極１６と、第二導電型半導体層１４に接する第二電極１７とを含む。紫外線ＬＥＤ１０Ａは、樹脂等で封止された形態や、サブマウント基板に実装された形態なども含む。紫外線ＬＥＤ１０Ａは配線された回路上に搭載されていても良い。紫外線ＬＥＤ１０Ａはアレイとなっていても良い。紫外線ＬＥＤ１０Ａは離散して複数配置されていても、接触して複数配置されていても良い。
以下、紫外線ＬＥＤ１０Ａの各層について詳細に説明する。
【0031】
＜基板＞
基板１１は、第一主面１１Ａ上に発光層１３を含む積層薄膜１５を配置可能であればよく、形状は特に制限されない。基板１１は、発光層１３から発せられる光を透過する材料で形成されており、基板１１の発光層１３と反対側の第二主面１１Ｂの方向に光を放射させる。
紫外線域の発光材料であるＡｌＧａＮで構成される発光層１３を含む積層薄膜１５を配置する観点から、基板１１はサファイア基板又は窒化アルミニウム基板であることが好ましい。窒化アルミニウム基板は単結晶の窒化アルミニウム基板であることが好ましい。
基板１１は、第一主面１１Ａ上に発光層１３を含む積層薄膜１５を配置可能であればよく、形状は特に制限されない。基板１１は、発光層１３から発せられる光を透過する材料で形成されており、基板１１の発光層１３と反対側の第二主面１１Ｂの方向に光を放射させる。
紫外線域の発光材料であるＡｌＧａＮで構成される発光層１３を含む積層薄膜１５を配置する観点から、基板１１はサファイア基板又は窒化アルミニウム基板であることが好ましい。窒化アルミニウム基板は単結晶の窒化アルミニウム基板であることが好ましい。
【0032】
また、基板１１の第一主面１１Ａ以外の表面には、保護膜（不図示）を配置しても良い。保護膜の材料としては、二酸化ケイ素や窒化ケイ素を用いることができるが、これら材料に限られない。基板１１の第一主面１１Ａ以外の表面に保護膜を配置することにより、所望の波長の光の発光効率や取り出し効率の低減を防止することができる。これは、以下の理由による。
【0033】
基板１１の第一主面１１Ａ以外が外界に露出している場合、基板１１がサファイア基板であると、紫外線ＬＥＤ１０Ａの発熱により基板１１が外界の水等と反応して基板１１の露出面に水酸化膜が形成される場合がある。また、基板１１が窒化アルミニウム基板であると、紫外線ＬＥＤ１０Ａの発熱により基板１１が外界の酸素と反応して酸化膜が形成される場合がある。これらの膜（水酸化膜又は酸化膜）は、発光スペクトルの中心波長を含む光を減衰させたり、反射させたりして、所望の波長の光の発光効率を低減、すなわち出力を低下させてしまう。これらの膜は、形成時に外界の二酸化炭素若しくは基板１１中に不純物として混入している炭素、又は紫外線ＬＥＤ１０Ａのパッケージで使用されている樹脂由来の炭素を含むことがある。これにより、各膜のバンドギャップエネルギーが発光エネルギーよりも大きいとしても、不純物由来の光の吸収が起こり、光の減衰が起こる。
【0034】
また、基板１１の第一主面１１Ａに屈折率の異なる層が形成されると、光の入射時に基板１１と屈折率の異なる層との界面で反射が起こる。特に、例えば基板１１として窒化アルミニウム基板を用い、基板１１の第一主面１１Ａに酸化アルミニウム層のような基板１１よりも低屈折率の材料が形成されると、より強く入射光の反射が起こり、基板の第二主面１１Ｂから外界に所望の波長範囲の光が取り出せなくなる。これらを防止する観点から、基板１１の表面に保護膜を配置することが好ましい。
【0035】
基板１１の転位密度は、１０７ｃｍ－２未満であることが好ましく、特に１０５ｃｍ－２未満であればより好ましい。基板１１の第一主面１１Ａ上に積層される積層薄膜１５の転位密度低減の観点から、基板１１の第一主面１１Ａの二乗平均平方根（ＲＭＳ：Root Mean Square）高さ（二乗平均平方根高さＲｑ）は、１０μｍ×１０μｍの面積に対して約１ｎｍ未満であることが好ましい。また、薄膜表面を平坦かつ均一に形成するために、基板１１の第二主面１１Ｂの二乗平均平方根（ＲＭＳ）高さは、１０μｍ×１０μｍの面積に対して約１０ｎｍ未満であることが好ましい。
【0036】
本実施形態に係る紫外線ＬＥＤ１０Ａの基板１１は、第二主面１１Ｂに凸形状または凹形状の構造である凸部または凹部を有していても良い。
凸部は、円錐、角錐、半球形、錐台など多様な凸形状や・多様な密度で設けられてよい。基板１１がＡｌＮで構成されている際に、安定した結晶面により物理的耐性、化学的耐性の高い凸形状を実現する観点から、凸部は、側面が（１０－１－１）面で構成された角錐形を含むことが好ましい。この観点から、凸部は、六方晶の結晶構造の安定面を反映した六角錐又は六角錐台形状であることがさらに好ましい。この凸部は、複数個形成されていてもよい。凸部が複数個形成されている場合、凸部は一つの形状で形成されていても良く、複数の形状が混在していても良い。
凸部は、円錐、角錐、半球形、錐台など多様な凸形状や・多様な密度で設けられてよい。基板１１がＡｌＮで構成されている際に、安定した結晶面により物理的耐性、化学的耐性の高い凸形状を実現する観点から、凸部は、側面が（１０－１－１）面で構成された角錐形を含むことが好ましい。この観点から、凸部は、六方晶の結晶構造の安定面を反映した六角錐又は六角錐台形状であることがさらに好ましい。この凸部は、複数個形成されていてもよい。凸部が複数個形成されている場合、凸部は一つの形状で形成されていても良く、複数の形状が混在していても良い。
【0037】
凹部は、円錐、角錐、半球形、錐台など多様な形状でへこむ凹形状や多様な密度で設けられてよい。基板１１がＡｌＮで構成されている際に、安定した結晶面により物理的耐性、化学的耐性の高い凹形状を実現する観点から、凹部は、側面が（１０－１－１）面で構成された角錐形に凹む形状を含むことが好ましい。この観点から、凹部は、六方晶の結晶構造の安定面を反映した六角錐又は六角錐台形状がさらに好ましい。この凹部は、複数個形成されていてもよい。凹部が複数個形成されている場合、凹部は一つの形状で形成されていてもよく、複数の形状が混在していても良い。
【0038】
凸部及び凹部の大きさは特に制限されないが、高さが０．０１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上３μｍ以下であることがより好ましい。凸部及び凹部の大きさは、倍率２００００倍の電子線走査顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で凸部又は凹部の表面を観察したときの画像から測定することが可能である。
本実施形態において、基板１１の第二主面１１Ｂ上に凹凸構造を有することにより、本開示の紫外線発光装置１の発光強度を高めることが出来る。
上述の実施形態で作製したピーク波長２３０ｎｍの紫外線ＬＥＤ１０Ａは、波長２１０ｎｍから波長２６０ｎｍの波長域での発光を示した。
本実施形態において、基板１１の第二主面１１Ｂ上に凹凸構造を有することにより、本開示の紫外線発光装置１の発光強度を高めることが出来る。
上述の実施形態で作製したピーク波長２３０ｎｍの紫外線ＬＥＤ１０Ａは、波長２１０ｎｍから波長２６０ｎｍの波長域での発光を示した。
【0039】
＜積層薄膜＞
積層薄膜１５は、発光層１３を含み、基板１１の第一主面１１Ａ上に配置されていれば特に制限されない。
積層薄膜１５は、発光効率向上の観点から、発光層１３を挟むように第一導電型半導体層１２と第二導電型半導体層１４とを更に備えることが好ましい場合がある。ここで、「第一導電型」「第二導電型」は、互いに異なる導電性を示す半導体であることを意味し、一方がｎ型導電性の場合、他方はｐ型導電性となる。一般的には発光層１３と基板１１との間がｎ型半導体層であるが、本実施形態はこれに制限されない。
積層薄膜はＡｌ，Ｇａ，Ｎの混晶であるＡｌＧａＮを用いることが好ましく、さらにＡｌＧａＮを＋ｃ面に積層させることが好ましい。
積層薄膜１５は、発光層１３を含み、基板１１の第一主面１１Ａ上に配置されていれば特に制限されない。
積層薄膜１５は、発光効率向上の観点から、発光層１３を挟むように第一導電型半導体層１２と第二導電型半導体層１４とを更に備えることが好ましい場合がある。ここで、「第一導電型」「第二導電型」は、互いに異なる導電性を示す半導体であることを意味し、一方がｎ型導電性の場合、他方はｐ型導電性となる。一般的には発光層１３と基板１１との間がｎ型半導体層であるが、本実施形態はこれに制限されない。
積層薄膜はＡｌ，Ｇａ，Ｎの混晶であるＡｌＧａＮを用いることが好ましく、さらにＡｌＧａＮを＋ｃ面に積層させることが好ましい。
【0040】
第一導電型半導体層１２、発光層１３及び第二導電型半導体層１４以外の層としては、例えば、発光層１３と、第一導電型半導体層１２及び第二導電型半導体層１４の少なくとも一方との間に、電子又は正孔をブロックする層が備えられていてもよい。
また、積層薄膜１５の結晶性向上の観点から、積層薄膜１５の基板１１と接する側の面にバッファ層（不図示）を更に備えることが好ましい場合がある。
また、発光層１３に効率的に電力を供給する観点から、第一導電型半導体層１２と接する第一電極１６と、第二導電型半導体層１４と接する第二電極１７とを備えていても良い。
また、積層薄膜１５の結晶性向上の観点から、積層薄膜１５の基板１１と接する側の面にバッファ層（不図示）を更に備えることが好ましい場合がある。
また、発光層１３に効率的に電力を供給する観点から、第一導電型半導体層１２と接する第一電極１６と、第二導電型半導体層１４と接する第二電極１７とを備えていても良い。
【0041】
また、積層薄膜１５は、一部に発光層１３を含んだ凸部形状のメサ構造２０であってもよい。図３では、第一導電型半導体層１２の一部と、発光層１３と、第二導電型半導体層１４とによりメサ構造２０が構成されている。
積層薄膜１５は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシー）法による装置、あるいはスパッタ装置で形成することが可能であるが、高品質な薄膜を成長させることが出来る観点からＭＯＣＶＤ装置で成長させることが好ましい。メサ構造２０を有する積層薄膜１５は、上述したＭＯＣＶＤ法等により積層薄膜１５を構成する薄膜層を形成した後に、所望の領域をエッチングすることで形成することができる。
積層薄膜１５は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシー）法による装置、あるいはスパッタ装置で形成することが可能であるが、高品質な薄膜を成長させることが出来る観点からＭＯＣＶＤ装置で成長させることが好ましい。メサ構造２０を有する積層薄膜１５は、上述したＭＯＣＶＤ法等により積層薄膜１５を構成する薄膜層を形成した後に、所望の領域をエッチングすることで形成することができる。
【0042】
（発光層）
発光層１３は、発光層１３に電力が印加された時に発光層１３のバンドギャップに応じた光を発する。本実施形態の紫外線ＬＥＤ１０Ａにおける発光層１３は、発光スペクトルのピーク波長が紫外線域であれば特に制限されない。ここで、発光スペクトルが複数のピークを有する場合、紫外線の波長領域の中で発光強度が最も大きいピークの波長を紫外線ＬＥＤ１０Ａの発光波長として定義する。
発光層１３は、発光層１３に電力が印加された時に発光層１３のバンドギャップに応じた光を発する。本実施形態の紫外線ＬＥＤ１０Ａにおける発光層１３は、発光スペクトルのピーク波長が紫外線域であれば特に制限されない。ここで、発光スペクトルが複数のピークを有する場合、紫外線の波長領域の中で発光強度が最も大きいピークの波長を紫外線ＬＥＤ１０Ａの発光波長として定義する。
【0043】
発光層１３の具体的構造の一例としては、量子井戸構造が挙げられる。例えば、組成比が異なる（バンドギャップが異なる）ＡｌＧａＮ層を積層した量子井戸構造が採用可能である。より好ましくは組成比が異なる（バンドギャップが異なる）ＡｌＧａＮ層を多層積層した多重量子井戸が採用可能である。より具体的な構造としては、組成がＡｌ０．８３Ｇａ０．１７Ｎの井戸層（厚さ１ｎｍ）３層と、組成がＡｌ０．９Ｇａ０．１Ｎの障壁層（厚さ５ｎｍ）２層を交互に積層した３重量子井戸構造が挙げられる。
【0044】
（第一導電型半導体層）
第一導電型半導体層１２としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの単結晶及び混晶が挙げられ、またこれらの組み合わせ（多層）であっても良い。基板１１が窒化アルミニウム基板の場合、格子定数の差が小さいＡｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）比率が０．８以上のＡｌＧａＮが第一導電型半導体層１２として好ましい。
図３に示すように、第一導電型半導体層１２は、第一導電型半導体層１２の一部が除去されることにより形成された第一積層領域１２Ａと、第一積層領域１２Ａ上に位置してメサ構造２０を構成する第二積層領域１２Ｂとを有している。
第一導電型半導体層１２を構成する第一導電型半導体がｎ型半導体である場合、第一導電型半導体として例えばＳｉを１×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされたＡｌＧａＮを用いることができる。また、第一導電型半導体として、極性を有する混晶半導体の混晶組成比率を連続的に変化させる分極ドーピング法によりｎ型化したＡｌＧａＮを用いても良い。
第一導電型半導体層１２としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの単結晶及び混晶が挙げられ、またこれらの組み合わせ（多層）であっても良い。基板１１が窒化アルミニウム基板の場合、格子定数の差が小さいＡｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）比率が０．８以上のＡｌＧａＮが第一導電型半導体層１２として好ましい。
図３に示すように、第一導電型半導体層１２は、第一導電型半導体層１２の一部が除去されることにより形成された第一積層領域１２Ａと、第一積層領域１２Ａ上に位置してメサ構造２０を構成する第二積層領域１２Ｂとを有している。
第一導電型半導体層１２を構成する第一導電型半導体がｎ型半導体である場合、第一導電型半導体として例えばＳｉを１×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされたＡｌＧａＮを用いることができる。また、第一導電型半導体として、極性を有する混晶半導体の混晶組成比率を連続的に変化させる分極ドーピング法によりｎ型化したＡｌＧａＮを用いても良い。
【0045】
第一導電型半導体層１２を構成する第一導電型半導体がｐ型半導体である場合、第一導電型半導体として例えばＭｇが３×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされたＡｌＧａＮを用いることができる。また、第一導電型半導体として、極性を有する混晶半導体の混晶組成比率を連続的に変化させる分極ドーピング法によりｐ型化したＡｌＧａＮを用いても良い。２４０ｎｍ未満のピーク波長を有する光を発光する発光層１３に効率良くキャリアを輸送する観点から、第一導電型半導体としてＡｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）比率が０．８以上のＡｌＧａＮを用いることが好ましい。
【0046】
（第二導電型半導体層）
第二導電型半導体層１４としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの単結晶及び混晶が挙げられ、これらの組み合わせ（多層）であっても良い。
第二導電型半導体層１４を構成する第二導電型半導体がｎ型半導体である場合、第二導電型半導体として例えばＳｉを１×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされたＡｌＧａＮを用いることができる。また、第二導電型半導体として、極性を有する混晶半導体の混晶組成比率を連続的に変化させる分極ドーピング法によりｎ型化したＡｌＧａＮを用いても良い。
第二導電型半導体層１４としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの単結晶及び混晶が挙げられ、これらの組み合わせ（多層）であっても良い。
第二導電型半導体層１４を構成する第二導電型半導体がｎ型半導体である場合、第二導電型半導体として例えばＳｉを１×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされたＡｌＧａＮを用いることができる。また、第二導電型半導体として、極性を有する混晶半導体の混晶組成比率を連続的に変化させる分極ドーピング法によりｎ型化したＡｌＧａＮを用いても良い。
【0047】
第二導電型半導体層１４を構成する第二導電型半導体がｐ型半導体である場合、第二導電型半導体として例えばＭｇが３×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされたＡｌＧａＮを用いることができる。第二導電型半導体がｐ型半導体である場合、第二電極１７とのコンタクト抵抗を下げる観点から、第二導電型半導体層１４はＡｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）比率が基板１１から離れる方向に連続的又は段階的に小さくなるＡｌＧａＮ傾斜組成を有していても良い。また、発光効率を低減させる電子やホールの動きを抑制する観点から、第二導電型半導体層１４の発光層１３側にバンドギャップの大きいバリア層（不図示）を有していても良い。また、第二電極１７との接触抵抗を低減する観点から、第二導電型半導体層１４の第二電極１７側に不純物が多量にドーピングされたコンタクト層（不図示）を有していても良い。
【0048】
＜電極＞
第一電極１６及び第二電極１７は、接触する積層薄膜１５等の半導体層とオーミック接続となる材料で形成されることが好ましい。
第一電極１６及び第二電極１７のうち、ｎ型半導体層と接する電極を構成する材料としては、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ若しくはその合金、又はＩＴＯ等が挙げられ、アルミニウムとニッケルとを含む材料がコンタクト抵抗低減の観点からより好ましい。
第一電極１６及び第二電極１７のうち、ｐ型半導体層と接する電極を構成する材料としては、例えばＮｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ及びその合金、又はＩＴＯ等が挙げられる。ｐ型半導体層が窒化物半導体層の場合、窒化物半導体層と接する電極を構成する材料は、窒化物半導体層とのコンタクト抵抗が小さいＮｉ、Ａｕ若しくはこれらの合金、又はＩＴＯが好ましい。
第一電極１６及び第二電極１７は、半導体層との接続のために、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ等の金属層が連続して形成された構成としても良い。第一電極１６及び第二電極１７は、導電性の高いＡｕが用いられることが望ましい場合がある。また、半導体層との密着性向上のため、半導体層との界面にＴｉで形成された金属層をさらに有していても良い。
第一電極１６及び第二電極１７は、接触する積層薄膜１５等の半導体層とオーミック接続となる材料で形成されることが好ましい。
第一電極１６及び第二電極１７のうち、ｎ型半導体層と接する電極を構成する材料としては、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ若しくはその合金、又はＩＴＯ等が挙げられ、アルミニウムとニッケルとを含む材料がコンタクト抵抗低減の観点からより好ましい。
第一電極１６及び第二電極１７のうち、ｐ型半導体層と接する電極を構成する材料としては、例えばＮｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ及びその合金、又はＩＴＯ等が挙げられる。ｐ型半導体層が窒化物半導体層の場合、窒化物半導体層と接する電極を構成する材料は、窒化物半導体層とのコンタクト抵抗が小さいＮｉ、Ａｕ若しくはこれらの合金、又はＩＴＯが好ましい。
第一電極１６及び第二電極１７は、半導体層との接続のために、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ等の金属層が連続して形成された構成としても良い。第一電極１６及び第二電極１７は、導電性の高いＡｕが用いられることが望ましい場合がある。また、半導体層との密着性向上のため、半導体層との界面にＴｉで形成された金属層をさらに有していても良い。
【0049】
（１．２）紫外線発光装置の構成例
以下、紫外線発光装置１の具体的な構成について説明する。紫外線発光装置１の発光ダイオード１０が紫外線ＬＥＤ１０Ａである場合、フィルタ３０は、紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージや、紫外線発光装置１の外装体の一部に設けられていれば良い。以下、紫外線発光装置１の構成例を説明する。
以下、紫外線発光装置１の具体的な構成について説明する。紫外線発光装置１の発光ダイオード１０が紫外線ＬＥＤ１０Ａである場合、フィルタ３０は、紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージや、紫外線発光装置１の外装体の一部に設けられていれば良い。以下、紫外線発光装置１の構成例を説明する。
【0050】
（１．２．１）第一の構成例
図７を参照して、紫外線発光装置１の第一の構成例を説明する。図７に示す紫外線発光装置１では、フィルタ３０が紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部に設けられている。図７は、フィルタ３０が紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部であり、紫外線ＬＥＤ１０Ａからの光を透過する窓材１１１と接するように設けられた紫外線発光装置１の構成例である。
図７を参照して、紫外線発光装置１の第一の構成例を説明する。図７に示す紫外線発光装置１では、フィルタ３０が紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部に設けられている。図７は、フィルタ３０が紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部であり、紫外線ＬＥＤ１０Ａからの光を透過する窓材１１１と接するように設けられた紫外線発光装置１の構成例である。
【0051】
上述したように、フィルタ３０は、紫外線ＬＥＤ１０Ａが発する光がフィルタ３０を通過して紫外線発光装置１の外部に出射されるように配置される。これは、例えば図７に示すように、四角形の窓材１１１の全面にフィルタ３０が形成されることで実現できる。
なお、図７では、フィルタ３０が窓材１１１の紫外線ＬＥＤ１０Ａ側の面に設けられているがこのような構成に限られない。例えば、フィルタ３０は、窓材１１１の紫外線ＬＥＤ１０Ａと反対側の面に設けられていてもよい。
なお、図７では、フィルタ３０が窓材１１１の紫外線ＬＥＤ１０Ａ側の面に設けられているがこのような構成に限られない。例えば、フィルタ３０は、窓材１１１の紫外線ＬＥＤ１０Ａと反対側の面に設けられていてもよい。
【0052】
（１．２．２）第二の構成例
図８を参照して、紫外線発光装置１の第二の構成例を説明する。図８に示す紫外線発光装置１では、フィルタ３０が、紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容する紫外線発光装置１の外装体１２０の一部である窓材１２１と接するように設けられている。図８は、フィルタ３０が外装体１２０の一部であり、紫外線ＬＥＤ１０Ａからの光を透過する窓材１１１と接するように設けられた紫外線発光装置１の構成例である。
図８を参照して、紫外線発光装置１の第二の構成例を説明する。図８に示す紫外線発光装置１では、フィルタ３０が、紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容する紫外線発光装置１の外装体１２０の一部である窓材１２１と接するように設けられている。図８は、フィルタ３０が外装体１２０の一部であり、紫外線ＬＥＤ１０Ａからの光を透過する窓材１１１と接するように設けられた紫外線発光装置１の構成例である。
【0053】
上述したように、フィルタ３０は、紫外線ＬＥＤ１０Ａが発する光がフィルタ３０を通過して紫外線発光装置１の外部に出射されるように配置される。これは、例えば図８に示すように、四角形の窓材１２１の全面にフィルタ３０が形成されることで実現できる。
なお、図８では、フィルタ３０が窓材１２１の紫外線ＬＥＤ１０Ａ側の面に設けられているがこのような構成に限られない。例えば、フィルタ３０は、窓材１２１の紫外線ＬＥＤ１０Ａと反対側の面に設けられていてもよい。
なお、図８では、フィルタ３０が窓材１２１の紫外線ＬＥＤ１０Ａ側の面に設けられているがこのような構成に限られない。例えば、フィルタ３０は、窓材１２１の紫外線ＬＥＤ１０Ａと反対側の面に設けられていてもよい。
【0054】
【0055】
（２．１）紫外線発光装置の基本構成
図９は、紫外線発光装置２における発光ダイオード１０及びフィルタ３０の配置関係を側面視で示す側面図である。本実施形態に係る紫外線発光装置２では、フィルタ３０が複数のフィルタで構成されていていてもよい。紫外線発光装置２では、フィルタ３０が第一フィルタ３１と、第二フィルタ３２とを有する場合について説明する。この場合、第一フィルタ３１は、第二フィルタ３２よりも光源に近い位置に配置されている。第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とは構造が異なっている。以下、第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２について説明する。発光ダイオード１０は、上述した発光ダイオード１０と同様の構成であるため説明を省略する。
図９は、紫外線発光装置２における発光ダイオード１０及びフィルタ３０の配置関係を側面視で示す側面図である。本実施形態に係る紫外線発光装置２では、フィルタ３０が複数のフィルタで構成されていていてもよい。紫外線発光装置２では、フィルタ３０が第一フィルタ３１と、第二フィルタ３２とを有する場合について説明する。この場合、第一フィルタ３１は、第二フィルタ３２よりも光源に近い位置に配置されている。第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とは構造が異なっている。以下、第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２について説明する。発光ダイオード１０は、上述した発光ダイオード１０と同様の構成であるため説明を省略する。
【0056】
＜第一フィルタ及び第二フィルタ＞
図９に示すように、第一フィルタ３１は、発光ダイオード１０と対向して配置されている。第一フィルタ３１は、発光ダイオード１０の第一フィルタ３１と対向する光出射面１０ａの所定位置における面法線Ｌ１と、発光ダイオード１０の光出射面１０ａの所定位置からフィルタ３０に向かって伸びる直線Ｌ２との為す角度をθとしたときに、θ＞０°の位置において波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を反射する。ここで、図２に示す本開示の実施形態では、面法線Ｌ１がフィルタ３０の中心である点Ｆに向かって伸びる例について示しているが、この限りではない。図９では、発光ダイオード１０の光出射面１０ａの所定位置における面法線Ｌ１が、第一フィルタ３１の中心以外の点Ｆ１に向かって伸びる場合を示している。
図９に示すように、第一フィルタ３１は、発光ダイオード１０と対向して配置されている。第一フィルタ３１は、発光ダイオード１０の第一フィルタ３１と対向する光出射面１０ａの所定位置における面法線Ｌ１と、発光ダイオード１０の光出射面１０ａの所定位置からフィルタ３０に向かって伸びる直線Ｌ２との為す角度をθとしたときに、θ＞０°の位置において波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光を反射する。ここで、図２に示す本開示の実施形態では、面法線Ｌ１がフィルタ３０の中心である点Ｆに向かって伸びる例について示しているが、この限りではない。図９では、発光ダイオード１０の光出射面１０ａの所定位置における面法線Ｌ１が、第一フィルタ３１の中心以外の点Ｆ１に向かって伸びる場合を示している。
【0057】
また、図９に示すように、第一フィルタ３１は、第一フィルタ３１の中心（図９中の点Ｏ１）において発光ダイオード１０からの光の入射角度がθ１となるように配置されている。また、図９に示すように、第二フィルタ３２は、第二フィルタ３２の中心（図９中の点Ｏ２）において発光ダイオード１０からの光の入射角度がθ２(＞θ１）となるように配置されている。
第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２によって反射される光の波長λ［ｎｍ］は、第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２の構成を変化させることにより調整することができる。例えば、反射される光の波長λ［ｎｍ］は、上述したように、第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２を構成する誘電体多層膜の材料、膜厚、誘電体多層膜の各層の積層構成等により調整することができる。つまり、第二フィルタ３２を本発明で述べる光源である発光ダイオード１０からの放射に対して最適な波長制御が出来る設計として、第一フィルタ３１を第二フィルタ３２とは異なる設計としても良い。
第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２によって反射される光の波長λ［ｎｍ］は、第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２の構成を変化させることにより調整することができる。例えば、反射される光の波長λ［ｎｍ］は、上述したように、第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２を構成する誘電体多層膜の材料、膜厚、誘電体多層膜の各層の積層構成等により調整することができる。つまり、第二フィルタ３２を本発明で述べる光源である発光ダイオード１０からの放射に対して最適な波長制御が出来る設計として、第一フィルタ３１を第二フィルタ３２とは異なる設計としても良い。
【0058】
第一フィルタ３１は、発光ダイオード１０から発せられる光が第一フィルタ３１に入射する角度θ１が、発光ダイオード１０から発せられる光が第二フィルタ３２に入射する角度θ２より小さくなるように配置される。角度θ１が角度θ２より０°以上９０°未満の範囲で小さければ、光源に発光ダイオード１０を用いた紫外線発光装置２において、所望の波長の光を効率よく外部へ放射させることができる効果に加えて、紫外線発光装置２の使用を継続しても、所望の波長の光が外部へ放射されてしまうことを抑制する事が可能となる。また、この中でも角度θ１が角度θ２より０°超６０°未満の範囲で小さいことが好ましく、０°超４５°未満であることがより好ましく、０°超１５°未満の範囲で小さいことがさらに好ましい。
また、角度θ２の好ましい角度は１５°以上９０°未満であり、より好ましくは３０°以上９０°未満であり、さらに好ましくは４５°以上９０°未満である。角度θ１および角度θ２がこれらの範囲を満たすことにより、第一フィルタ３１および第二フィルタ３２を小型化することが出来、製造コストを低減できる。
また、角度θ２の好ましい角度は１５°以上９０°未満であり、より好ましくは３０°以上９０°未満であり、さらに好ましくは４５°以上９０°未満である。角度θ１および角度θ２がこれらの範囲を満たすことにより、第一フィルタ３１および第二フィルタ３２を小型化することが出来、製造コストを低減できる。
【0059】
ここで、発光ダイオード１０から発せられる光の一部が第一フィルタ３１と第二フィルタ３２との両方を通過する場合がある。第一フィルタ３１と第二フィルタ３２との両方を通過する光線の内の２本の組み合わせの中には、角度θ１が角度θ２より大きくなる組み合わせが存在する。本開示における角度θ１および角度θ２は、第一フィルタ３１および第二フィルタ３２の両方を通過する光線において定義してはならない。すなわち、角度θ１は、第一フィルタ３１を通過して第二フィルタ３２を通過しない光線において定義し、角度θ２は、第二フィルタ３２を通過して第一フィルタ３１を通過しない光線において定義することとする。
【0060】
ここで、第一フィルタ３１への入射角度θ１は、図９に示すように、発光ダイオード１０上の発光基準点Ｐ及び第一フィルタ３１上の任意の点Ｏ１を結んだ直線ＰＯ１と、点Ｏ１を通り第一フィルタ３１のフィルタ面と直交する線Ｖ１とが為す角度で示される。ここで、発光基準点Ｐは、発光ダイオード１０の第一フィルタ３１と対向する面のうちの任意の発光箇所である。また、点Ｏ１は、第一フィルタ３１の発光ダイオード１０と対向する面のうち、フィルタ特性を有する箇所の任意の点である。
【0061】
また、同様に、第二フィルタ３２への入射角度θ２は、図９に示すように、発光ダイオード１０上の発光基準点Ｐ及び第二フィルタ３２上の任意の点Ｏ２を結んだ直線ＰＯ２と、点Ｏ２を通り第二フィルタ３２のフィルタ面と直交する線Ｖ２とが為す角度で示される。ここで、点Ｏ２は、第二フィルタ３２の発光ダイオード１０と対向する面のうち、フィルタ特性を有する箇所の任意の点である。
【0062】
なお、発光ダイオード１０と第一フィルタ３１又は第二フィルタ３２とを結ぶ直線ＰＯ１又は直線ＰＯ２上に光線を遮る障害物がある場合、直線ＰＯ１又は直線ＰＯ２は、第一フィルタ３１への入射角度θ１又は第二フィルタへの入射角度θ２を定義するための直線には含めない。すなわち、直線ＰＯ１又は直線ＰＯ２は、直線ＰＯ１又は直線ＰＯ２が障害物と接しないように発光基準点Ｐ及び点Ｏ１又は点Ｏ２の位置が調整された直線である。すなわち、直線ＰＯ１又はＰＯ２上に障害物がある場合、発光基準点Ｐを発光ダイオード１０の発光面上の他の位置に移動させるか、又は第一フィルタ３１上の任意の点Ｏ１又は第二フィルタ３２上の任意の点Ｏ２をフィルタ面の他の位置に移動させて直線ＰＯ１又はＰＯ２上に障害物がない状態とする。
入射角度θ１およびθ２は発光基準点Ｐおよび点Ｏ１、Ｏ２の選び方により一意には定まらず幅を持つ。第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２は、いずれかの入射角度θ１、θ２の組み合わせにおいてθ２＞θ１を満たすように配置される。好ましくは、第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２は、入射角度θ２の最小最大平均値（θ２ａｖｒ：（θ２の最大値＋θ２の最小値）／２）＞入射角度θ１の最小最大平均値（θ１ａｖｒ：（θ１の最大値＋θ１の最小値）／２）を満たすように配置され、より好ましくは、入射角度θ２の最小値（θ２ｍｉｎ）＞θ１の最大値（θｍａｘ）を満たすように配置される。
入射角度θ１およびθ２は発光基準点Ｐおよび点Ｏ１、Ｏ２の選び方により一意には定まらず幅を持つ。第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２は、いずれかの入射角度θ１、θ２の組み合わせにおいてθ２＞θ１を満たすように配置される。好ましくは、第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２は、入射角度θ２の最小最大平均値（θ２ａｖｒ：（θ２の最大値＋θ２の最小値）／２）＞入射角度θ１の最小最大平均値（θ１ａｖｒ：（θ１の最大値＋θ１の最小値）／２）を満たすように配置され、より好ましくは、入射角度θ２の最小値（θ２ｍｉｎ）＞θ１の最大値（θｍａｘ）を満たすように配置される。
【0063】
第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とを発光ダイオード１０からの光の光軸上に重ならないように配置することにより、第一フィルタ３１を通過する深紫外線の一部又は全部が、第二フィルタ３２を通過することなく外部へ放射される。同様に、上述した配置の場合、第二フィルタ３２を通過する深紫外線の一部又は全部が、第一フィルタ３１を通過することなく外部へ放射される。この構造により、深紫外線の一部又は全部が、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２との両方を通過することを抑制することができる。このため、深紫外線が第一フィルタ３１と第二フィルタ３２との両方を通過する構造と比較して紫外線発光装置２の発光出力の低下を防ぎ、高出力化することが可能となる。また、第一フィルタ３１、第二フィルタ３２には製造バラつきが生じる。第一フィルタ３１、第二フィルタ３２を通過する場合、この製造バラつきに起因して深紫外線の波長の減衰度合いにもバラつきが生じる。しかしながら、深紫外線の一部又は全部が第一フィルタ３１と第二フィルタ３２との両方を通過することを抑制することで、深紫外線の波長の減衰度合いのバラつきを抑制することが出来る。これは、例えば第一フィルタ３１の製造バラつきにより例えば膜厚が変化することで本来第二フィルタ３２が透過させなければならない波長を反射させてしまうことを抑制することが出来る。あるいは第二フィルタ３２の製造バラつきにより例えば膜厚が変化することで本来第一フィルタ３１が透過させなければならない波長を反射させてしまうことを抑制することが出来る。これにより、紫外線発光装置２の歩留まりの高い安定した生産が可能となり、製造コストを低減することが出来る。
【0064】
第一フィルタ３１、第二フィルタ３２としては、石英ガラス上にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、Ｔａ２Ｏ５などの材料の中から複数種類を周期的に積層させた誘電体多層膜を形成した構成であっても良い。なかでも、第一フィルタ３１、第二フィルタ３２は、屈折率差が大きく、広い波長域で発光を制御できるＳｉＯ２とＨｆＯ２とを石英基板上に周期的に積層させた誘電体多層膜を形成した構成とすることが好ましい。第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とで石英ガラス上に積層される材料が異なっていても良い。例えば、第一フィルタ３１は、石英ガラス上にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の薄膜を積層した誘電体多層膜、第二フィルタ３２はＳｉＯ２、ＨｆＯ２の薄膜を積層した誘電体多層膜を有していても良い。各々のフィルタの誘電体多層膜を異なる材料で形成する場合には、各々のフィルタを別々の工程で並行して同じ作業時間内で作ることが出来るため、フィルタ製造装置を複数有している場合には作業効率が高い。
【0065】
第一フィルタ３１の誘電体多層膜と第二フィルタ３２の誘電体多層膜とが同じ材質の組み合わせで形成されている場合、第二フィルタ３２の誘電体多層膜の各層の膜厚は、第一フィルタ３１の誘電体多層膜の各層の膜厚より小さくても良い。本構造の場合はフィルタ成膜装置内の構造を工夫することにより、一度に第一フィルタ３１の誘電体多層膜及び第二フィルタ３２の誘電体多層膜の両方を成膜することが出来るため、製造コストを低減することが出来る。
【0066】
具体的には、例えばスパッタリング装置において、成膜材料と第一フィルタ３１の基板（例えば石英基板）との距離が、成膜材料と第二フィルタ３２の基板との距離よりも近くなるように各フィルタの基板を配置する。これにより、第二フィルタ３２に成膜される誘電体多層膜の膜厚を第一フィルタ３１に成膜される誘電体多層膜の膜厚より薄く（小さく）することが出来る。あるいは、スパッタリング装置に導入するガスの入り口を、第二フィルタ３２を形成する領域の近くに配置してもよい。これにより、薄膜の成膜がガスに阻害されることで第二フィルタ３２の誘電体多層膜の膜厚を第一フィルタ３１の誘電体多層膜の膜厚より薄く（小さく）出来る。
【0067】
あるいは、第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２の基板の内、誘電体多層膜を形成する面とは別の面からヒーター等により加熱を行い、その熱分布を第一フィルタ３１が形成される領域と第二フィルタ３２が形成される領域とで区分してもよい。成膜時の基板の温度を変えることで、第二フィルタ３２に成膜される薄膜の膜厚を第一フィルタ３１に成膜される膜厚より薄く（小さく）出来る。この技術を用いることで、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２を同時に形成できる。なお、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とが繋がっている（一体に形成されている）場合でも、誘電体多層膜の膜厚が異なることによりそれぞれの領域で反射する光の波長が変わる。このため、本開示においては、誘電体多層膜の膜厚が異なる領域が存在すれば、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とが形成されていると見做す。
また、薄膜の膜厚は、薄膜積層方向と垂直な断面を分割及び研磨あるいは集束イオンビーム加工し、その断面を透過電子顕微鏡観察することによって測長する。
また、薄膜の膜厚は、薄膜積層方向と垂直な断面を分割及び研磨あるいは集束イオンビーム加工し、その断面を透過電子顕微鏡観察することによって測長する。
【0068】
第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２の形状は、平面形状であることが好ましいが、本開示の効果を得ることが可能であれば曲面形状でも良い。第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２が平面形状である場合、製作の容易性から、第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２の厚み方向から見た形状は裁断の容易性から四角形であることが好ましい。第一フィルタ３１の発光ダイオード１０側の面と第二フィルタ３２の発光ダイオード１０側の面とは同一平面上に存在しても良く、異なる平面上に存在しても良い。第一フィルタ３１の発光ダイオード１０側の面と第二フィルタ３２の発光ダイオード１０側の面とが同一平面上に存在している場合は、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とが同一基材上に異なる誘電体多層膜が形成されて構成されていると特に効果が高い。このような構成の場合、誘電体多層膜の成膜工程において、第一チャンバで第一フィルタ３１を形成した後、外部へ取り出すこと無くそのまま第二チャンバへフィルタの基材（例えば石英基板）を平行移動させて第二フィルタ３２を形成することが出来る。このため、第一フィルタ及び第二フィルタの製造コストを低減できる。
【0069】
また、搬送時にフィルタの基材の一面のみに搬送機構が接触し、フィルタ形成面には搬送機構が接触しない。このため、第一フィルタ３１および第二フィルタ３２のフィルタ形成面へのパーティクルの付着を低減することが出来るため歩留まりが向上し、製造コストを低減できる。さらに、紫外線発光装置２において第一フィルタ３１のフィルタ面、第二フィルタ３２のフィルタ面を外界に向けない配置を取ることが出来る。このため、紫外線発光装置２の使用時における外界からの大気やほこりの第一フィルタ３１、第二フィルタ３２への接触や、第一フィルタ３１、第二フィルタ３２へ手で触れることによる指紋や手垢の付着を抑制することができる。また、これら接触や付着により第一フィルタ３１、第二フィルタ３２が傷付くことを抑制できる。このため、これら接触、付着、傷付きにより第一フィルタ３１、第二フィルタ３２が反射する光の波長がずれ、反射率の低下、それによる紫外線発光装置２の性能の低下を防ぐことが出来る。
【0070】
第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とが別々のフィルタである（一体に形成されていない）場合、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とを、複数の装置で同じ作業時間内に並行して別々に作製できる。このため、フィルタ製造時間を短縮することにより製造コストを低減できる。また、第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２の光源からの距離をそれぞれ自由に設計できるため、紫外線発光装置の光学設計における自由度が高まる。
なお、紫外線発光装置２は、少なくとも第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２を備えていれば良く、その他のフィルタが備えられていても良い。
なお、紫外線発光装置２は、少なくとも第一フィルタ３１及び第二フィルタ３２を備えていれば良く、その他のフィルタが備えられていても良い。
【0071】
（２．２）紫外線発光装置の構成例
以下、紫外線発光装置２の具体的な構成について説明する。紫外線発光装置２の発光ダイオード１０が紫外線ＬＥＤ１０Ａである場合、紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部に第一フィルタ３１の少なくとも一方が設けられていても良い。以下、紫外線発光装置２の構成例を説明する。
以下、紫外線発光装置２の具体的な構成について説明する。紫外線発光装置２の発光ダイオード１０が紫外線ＬＥＤ１０Ａである場合、紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部に第一フィルタ３１の少なくとも一方が設けられていても良い。以下、紫外線発光装置２の構成例を説明する。
【0072】
（２．２．１）第一の構成例
図１０を参照して、紫外線発光装置２の第一の構成例を説明する。図１０に示すように、第一フィルタ３１は、紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部に設けられていても良い。図１０は、第一フィルタ３１が紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部であり、紫外線ＬＥＤ１０Ａからの光を透過する窓材１１１と接するように設けられた紫外線発光装置２の構成例である。
図１０を参照して、紫外線発光装置２の第一の構成例を説明する。図１０に示すように、第一フィルタ３１は、紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部に設けられていても良い。図１０は、第一フィルタ３１が紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部であり、紫外線ＬＥＤ１０Ａからの光を透過する窓材１１１と接するように設けられた紫外線発光装置２の構成例である。
【0073】
上述したように、第一フィルタ３１は、第一フィルタ３１を通過する紫外線が第二フィルタ３２を通過しないように配置される。これは、例えば図１０に示すように、四角形の窓材１１１の一面上の中心付近の局所領域に第一フィルタ３１が形成され、同一面上の第一フィルタ３１が形成されていない領域に第二フィルタ３２が形成されることで実現できる。
【0074】
この際、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、紫外線ＬＥＤ１０Ａから発せられる光の光軸を基準として第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とが一部重なる領域があっても良い。第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とが一部重なる領域がある場合、各フィルタの形成時の製造バラつきにより第一フィルタ３１と第二フィルタ３２との間に隙間３３が出来ることを抑制することができる。これにより、紫外線ＬＥＤ１０Ａからの光が第一フィルタ３１のどちらも通過しない領域が生じることを防ぐことが出来る。これは、特に好ましく無い波長の光が紫外線発光装置２の外部へ放射されることを防ぐ必要のある、計測器用途の光源として利用する場合や、人体への有害性の低い殺菌光源として利用する場合に効果が高い。
【0075】
また、図１２に示すように、第一フィルタ３１は、互いに隙間３３を空けて形成されていても良い。
第一フィルタ３１が隙間３３を空けて形成されている場合、第一フィルタ３１の平面方向の位置に関する製造バラつきの許容量を大きくすることが出来る。これにより、紫外線発光装置２の製造工程および検査工程を簡素化でき、また歩留まりも向上するため製造コストを低減することが出来る。さらに、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２の重複領域において光が第一フィルタ３１と第二フィルタ３２との両方を通過することによる発光出力の低下を防ぎ、高出力の紫外線発光装置を実現できる。
なお、第一フィルタ３１は窓材１１１の内部に配置されて、窓材１１１から露出しない構成とされていても良い。
第一フィルタ３１が隙間３３を空けて形成されている場合、第一フィルタ３１の平面方向の位置に関する製造バラつきの許容量を大きくすることが出来る。これにより、紫外線発光装置２の製造工程および検査工程を簡素化でき、また歩留まりも向上するため製造コストを低減することが出来る。さらに、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２の重複領域において光が第一フィルタ３１と第二フィルタ３２との両方を通過することによる発光出力の低下を防ぎ、高出力の紫外線発光装置を実現できる。
なお、第一フィルタ３１は窓材１１１の内部に配置されて、窓材１１１から露出しない構成とされていても良い。
【0076】
（２．２．２）第二の構成例
図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して、紫外線発光装置２の第二の構成例を説明する。図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、第二の構成例の紫外線発光装置２では、第一フィルタ３１が紫外線ＬＥＤ１０Ａのパッケージの一部に設けられている。また、第一フィルタ３１は、四角形の窓材１１１の一方の面の中心付近の局所領域に形成され、第二フィルタ３２は、窓材１１１の他方の面の第一フィルタ３１が形成されていない領域に形成されている。この際、紫外線ＬＥＤ１０Ａから発せられる光の光軸を基準として、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とが一部重なる領域があっても良く、重なる領域が無くても良い。また、紫外線ＬＥＤ１０Ａから発せられる光の光軸が、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とのいずれも通過しない領域があっても良い。
図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して、紫外線発光装置２の第二の構成例を説明する。図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、第二の構成例の紫外線発光装置２では、第一フィルタ３１が紫外線ＬＥＤ１０Ａのパッケージの一部に設けられている。また、第一フィルタ３１は、四角形の窓材１１１の一方の面の中心付近の局所領域に形成され、第二フィルタ３２は、窓材１１１の他方の面の第一フィルタ３１が形成されていない領域に形成されている。この際、紫外線ＬＥＤ１０Ａから発せられる光の光軸を基準として、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とが一部重なる領域があっても良く、重なる領域が無くても良い。また、紫外線ＬＥＤ１０Ａから発せられる光の光軸が、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とのいずれも通過しない領域があっても良い。
【0077】
（２．２．３）第三の構成例
図１４及び図１５を参照して、紫外線発光装置２の第三の構成例を説明する。図１４及び図１５に示すように、第二の構成例の紫外線発光装置２では、紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部に第一フィルタ３１と第二フィルタ３２のいずれか一方が設けられている。
図１４及び図１５を参照して、紫外線発光装置２の第三の構成例を説明する。図１４及び図１５に示すように、第二の構成例の紫外線発光装置２では、紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部に第一フィルタ３１と第二フィルタ３２のいずれか一方が設けられている。
【0078】
図１４は、第一フィルタ３１が紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部である窓材１１１と接するように設けられた紫外線発光装置２の構成例である。図１４に示す構成例では、紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０が、紫外線発光装置２の外装体１２０に収容されている。そして、もう一方のフィルタである第二フィルタ３２が、紫外線ＬＥＤ１０Ａの外部、すなわち紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容する紫外線発光装置２の外装体１２０の一部である窓材１２１と接するように設けられている。
【0079】
図１５は、第二フィルタ３２が紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容するパッケージ１１０の一部である窓材１１１と接するように設けられた紫外線発光装置２の構成例である。図１５に示す構成例では、もう一方のフィルタである第一フィルタ３１が、紫外線ＬＥＤ１０Ａの外部、すなわち紫外線ＬＥＤ１０Ａを収容する紫外線発光装置２の外装体１２０の一部である窓材１２１と接するように設けられている。
図１４及び図１５のいずれかの構成の場合も、紫外線ＬＥＤ１０Ａから発される光の光軸を基準として、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とが一部重なる領域があっても良く、重なる領域が無くても良く、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とのどちらも通過しない領域があっても良い。
図１４及び図１５のいずれかの構成の場合も、紫外線ＬＥＤ１０Ａから発される光の光軸を基準として、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とが一部重なる領域があっても良く、重なる領域が無くても良く、第一フィルタ３１と第二フィルタ３２とのどちらも通過しない領域があっても良い。
【0080】
図１４及び図１５のいずれかの構成の場合、例えば紫外線ＬＥＤ１０Ａの紫外線を放射する窓材１１１及び紫外線発光装置２の窓材１２１が、石英ガラス上に誘電体多層膜を積層した構造であっても良い。また、窓材１１１及び窓材１２１として石英ガラスの両面上に別々の誘電体多層膜を積層しても良い。さらに、窓材１１１及び窓材１２１の内部に第一フィルタ３１のいずれかが配置されて、第一フィルタ３１が窓材１１１及び窓材１２１から露出しない構成とされていても良い。
【実施例0081】
以下、実施例及び比較例により、本開示にかかる発明をより具体的に説明する。なお、本開示に係る窒化物半導体発光素子は、以下に示す実施例に限定されるものではない。
【0082】
＜実施例１＞
実施例１では、ＳｉＯ２層とＨｆＯ２層との積層膜を１０層（合計２０層）重ねて形成し、ＳｉＯ２層の厚さを３６ｎｍ、ＨｆＯ２層の厚さを３４ｎｍとした誘電体多層膜をフィルタとして用いた。
このようなフィルタに発光ダイオードの光を照射し、光の波長ごとのフィルタの光の透過率を角度θごとに測定した。発光ダイオードとしては、実施形態で説明した構成を有する発光ダイオードを用いた。
図１６Ａに、実施例１のフィルタを用いた場合の角度θごとの光の透過率とＬＥＤ（紫外線ＬＥＤ）が発する光の波長との関係を示す透過率スペクトル図示す。なお、図１６Ａには、角度θが０°（点線）、１５°（破線）、３５°（一点鎖線）及び６０°（二点鎖線）である場合の透過率スペクトルが示されている。
実施例１では、ＳｉＯ２層とＨｆＯ２層との積層膜を１０層（合計２０層）重ねて形成し、ＳｉＯ２層の厚さを３６ｎｍ、ＨｆＯ２層の厚さを３４ｎｍとした誘電体多層膜をフィルタとして用いた。
このようなフィルタに発光ダイオードの光を照射し、光の波長ごとのフィルタの光の透過率を角度θごとに測定した。発光ダイオードとしては、実施形態で説明した構成を有する発光ダイオードを用いた。
図１６Ａに、実施例１のフィルタを用いた場合の角度θごとの光の透過率とＬＥＤ（紫外線ＬＥＤ）が発する光の波長との関係を示す透過率スペクトル図示す。なお、図１６Ａには、角度θが０°（点線）、１５°（破線）、３５°（一点鎖線）及び６０°（二点鎖線）である場合の透過率スペクトルが示されている。
【0083】
図１６Ａは、光をフィルタの光出射面の面法線方向から入射（θ＝０°）させた際の透過率の波長依存性を示すグラフである。ここで、図１６Ａのグラフは、光学薄膜設計シミュレーションソフト（Thin Film View verＳｉＯｎ３.２.５、ナリー・ソフトウェア社製）を用いた際のシミュレーション結果である。
【0084】
ＳｉＯ２層を３６ｎｍで設計した実施例１のフィルタを用いた場合、角度０°では波長２４２ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の光の透過が抑制され、透過率がほぼ０％となった。また、実施例１のフィルタを用いた場合、角度１５°では波長２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下、角度３５°では波長２３５ｎｍ以上２６５ｎｍ以下、角度６０°では波長２３０ｎｍ以上２４５ｎｍ以下の光の透過が抑制された。
【0085】
ピーク波長が２５０ｎｍより短い波長帯の光を発するＬＥＤを用いた場合、ＬＥＤから照射される光は概ね波長２５０ｎｍ程度まではスペクトルの裾がある。このため、実施例１のフィルタは、発光強度の強い角度１５°からの光に対しては人体への有害性が高い光のみを反射する適切なフィルタとして機能している。また、実施例１のフィルタは、発光強度の強い角度３５°からの光に対しては、人体への有害性が高い光の透過を抑制するが、波長２３５ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の人体への有害性が低く、かつウイルス不活化に有効な実用光も遮断してしまい、ウイルス不活化の効率が低下してしまう。さらに、実施例１のフィルタは、発光強度の強い角度６０°からの光に対しては、波長２４５ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の人体への有害性が高い光を透過し、また２３０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の実用光も遮断してしまうため、ウイルス不活化の効率が低下してしまう。
【0086】
つまり、角度３５°以上角度６０°以下の範囲の放射強度の強いＬＥＤを光源として用いた場合、波長２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の範囲において、角度６０°では波長２３０ｎｍ以上２４０ｎｍの領域で発光強度が低下し、ウイルス不活化に有効な実用光の一部が遮断されてしまう。
一方、角度１５°以上角度３５°以下の範囲の放射強度の強いＬＥＤを光源として用いた場合、波長２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の範囲において、角度３５°では波長２３５ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の領域のみで僅かに透過が抑制されるものの、波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍの有害光の外部への放射が抑制できる。
一方、角度１５°以上角度３５°以下の範囲の放射強度の強いＬＥＤを光源として用いた場合、波長２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の範囲において、角度３５°では波長２３５ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の領域のみで僅かに透過が抑制されるものの、波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍの有害光の外部への放射が抑制できる。
【0087】
＜実施例２＞
実施例２は、フィルタのＳｉＯ２層の厚さを４０ｎｍとした以外は実施例１と同様にして形成したフィルタを用いた。
図１６Ｂに、実施例２のフィルタを用いた場合の透過率を示す。透過率は、実施例１と同様のシミュレーション結果である。
ＳｉＯ２層を４０ｎｍで設計した実施例２のフィルタを用いた場合、角度０°では２５５ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長の光の透過が抑制され、透過率がほぼ０％となった。また、実施例２のフィルタを用いた場合、角度１５°では波長２４８ｎｍ以上２８５ｎｍ以下、角度３５°では波長２４０ｎｍ以上２７５ｎｍ以下、角度６０°では波長２３９ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光の透過が抑制された。
実施例２は、フィルタのＳｉＯ２層の厚さを４０ｎｍとした以外は実施例１と同様にして形成したフィルタを用いた。
図１６Ｂに、実施例２のフィルタを用いた場合の透過率を示す。透過率は、実施例１と同様のシミュレーション結果である。
ＳｉＯ２層を４０ｎｍで設計した実施例２のフィルタを用いた場合、角度０°では２５５ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長の光の透過が抑制され、透過率がほぼ０％となった。また、実施例２のフィルタを用いた場合、角度１５°では波長２４８ｎｍ以上２８５ｎｍ以下、角度３５°では波長２４０ｎｍ以上２７５ｎｍ以下、角度６０°では波長２３９ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光の透過が抑制された。
【0088】
ピーク波長が２５０ｎｍより短い波長帯の光を発するＬＥＤを用いた場合、ＬＥＤから照射される光は概ね波長２５０ｎｍ程度まではスペクトルの裾がある。このため、実施例２のフィルタは、発光強度の強い角度１５°からの光に対しては波長２４０ｎｍ以上２４８ｎｍ以下の有害光を透過する。また、実施例２のフィルタは、発光強度の強い角度３５°からの光に対しては有害光の透過を抑制し、実用光を透過する適切なフィルタとして機能している。さらに、実施例２のフィルタは、発光強度の強い角度６０°からの光に対しては、有害光の透過を抑制し、波長２３９ｎｍ以上２４０ｎｍの実用光を僅かに遮断するため、ウイルス不活化の効率が僅かに低下する。
つまり、角度３５°以上角度６０°以下の範囲の放射強度の強いＬＥＤを光源として用いた場合、波長２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の範囲において発光強度の低下が生じるが、波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の有害光の外部への透過を抑制できる。
一方、角度１５°以上角度３５°以下の範囲の放射強度の強いＬＥＤを光源として用いた場合、波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の有害光の一部がフィルタを透過して外部へ放射される場合ある。
また図１６Ｃに、ＳｉＯ２層の厚さが４５ｎｍのフィルタを用いた場合の透過率を示す。透過率は、実施例１と同様のシミュレーション結果である。
つまり、角度３５°以上角度６０°以下の範囲の放射強度の強いＬＥＤを光源として用いた場合、波長２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の範囲において発光強度の低下が生じるが、波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の有害光の外部への透過を抑制できる。
一方、角度１５°以上角度３５°以下の範囲の放射強度の強いＬＥＤを光源として用いた場合、波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の有害光の一部がフィルタを透過して外部へ放射される場合ある。
また図１６Ｃに、ＳｉＯ２層の厚さが４５ｎｍのフィルタを用いた場合の透過率を示す。透過率は、実施例１と同様のシミュレーション結果である。
【0089】
＜比較例１＞
比較例１は、フィルタのＳｉＯ２層の厚さを３４ｎｍとした以外は実施例１と同様にして形成したフィルタを用いた。
図１６Ｄに、比較例１のフィルタを用いた場合の透過率を示す。透過率は、実施例１と同様のシミュレーション結果である。
ＳｉＯ２層を３４ｎｍで設計した比較例１のフィルタを用いた場合、角度０°では波長２４０ｎｍ以上２７５ｎｍ以下の光の透過が抑制され、透過率がほぼ０％となった。また、比較例１のフィルタを用いた場合、角度１５°では波長２３９ｎｍ以上２７０ｎｍ以下、角度３５°では波長２３０ｎｍ以上２６０ｎｍ以下、角度６０°では波長２２８ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の光の透過が抑制された。
比較例１は、フィルタのＳｉＯ２層の厚さを３４ｎｍとした以外は実施例１と同様にして形成したフィルタを用いた。
図１６Ｄに、比較例１のフィルタを用いた場合の透過率を示す。透過率は、実施例１と同様のシミュレーション結果である。
ＳｉＯ２層を３４ｎｍで設計した比較例１のフィルタを用いた場合、角度０°では波長２４０ｎｍ以上２７５ｎｍ以下の光の透過が抑制され、透過率がほぼ０％となった。また、比較例１のフィルタを用いた場合、角度１５°では波長２３９ｎｍ以上２７０ｎｍ以下、角度３５°では波長２３０ｎｍ以上２６０ｎｍ以下、角度６０°では波長２２８ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の光の透過が抑制された。
【0090】
ピーク波長が２５０ｎｍより短い波長帯の光を発するＬＥＤを用いた場合、ＬＥＤから照射される光には波長２５０ｎｍまではスペクトルの裾がある。このため、比較例１のフィルタは、発光強度の強い角度６０°からの光に対しては人体に有害な有害光を透過させ、有害光が外部へ放射されてしまう。また、使用したいウイルス不活化に有効な実用光である波長２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の光が広角では放射抑制されて、発光強度が低下しウイルス不活化の効率が低下してしまう。つまり、放射強度の強いＬＥＤを光源として用いた場合は、角度１５°以上角度３５°以下の領域においては波長２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の光の発光強度が弱くなる問題が生じ、角度３５°以上角度６０°以下の領域においては有害光が外部へ放射されてしまう問題がある。
【0091】
このように、ＬＥＤ発光の配光分布に応じて、有害光を除去しかつ高いウイルス不活化効果を得るには、角度θが１５°以上６０°以下の放射に対して最適なフィルタを設計する必要がある。なお、ピーク波長が２５０ｎｍより短い波長帯の光を発するＬＥＤを用いる場合には、フィルタを構成するＳｉＯ２層は厚さ４０ｎｍが最適設計となる。この場合、角度θが０°での透過率を基に設計する従来のフィルタとは、求めるフィルタの特性が異なり構造も異なる。
【0092】
具体的な一例では、角度０°での透過率を基に設計する従来のフィルタでは、ＳｉＯ２層は３４ｎｍを選定した厚さ３４ｎｍのＳｉＯ２層と厚さ３４ｎｍのＨｆＯ２層との積層膜を１０周期重ねて形成したフィルタが設計される。一方、発光強度の強い角度１５°以上６０°以下の領域において有害光である波長２４０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の光の放射を抑制するには、厚さ４０ｎｍのＳｉＯ２層と/厚さ３４ｎｍのＨｆＯ２層との積層膜を１０周期重ねて形成したフィルタを設計することが好ましい。
【0093】
以上から、角度１５°以上角度６０°以下の領域においては、フィルタを構成するＳｉＯ２層の膜厚を３６ｎｍ以上４５ｎｍとすることが好ましく、角度１５°では３６ｎｍ、角度３５°では４０ｎｍ、角度６０°では４５ｎｍとすることが好ましいことがわかった。
【0094】
以上、本開示を実施の形態を用いて説明したが、本開示の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本開示の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【0095】
１，２ 紫外線発光装置
１０ 発光ダイオード
１０Ａ 紫外線ＬＥＤ
１１ 基板
１１Ａ 第一主面
１１Ｂ 第二主面
１２ 第一導電型半導体層
１２Ａ 第一積層領域
１２Ｂ 第二積層領域
１３ 発光層
１４ 第二導電型半導体層
１５ 積層薄膜
１６ 第一電極
１７ 第二電極
２０ メサ構造
３０ フィルタ
３１ 第一フィルタ
３２ 第二フィルタ
１１０ パッケージ
１１１，１２１ 窓材
１２０ 外装体
１０ 発光ダイオード
１０Ａ 紫外線ＬＥＤ
１１ 基板
１１Ａ 第一主面
１１Ｂ 第二主面
１２ 第一導電型半導体層
１２Ａ 第一積層領域
１２Ｂ 第二積層領域
１３ 発光層
１４ 第二導電型半導体層
１５ 積層薄膜
１６ 第一電極
１７ 第二電極
２０ メサ構造
３０ フィルタ
３１ 第一フィルタ
３２ 第二フィルタ
１１０ パッケージ
１１１，１２１ 窓材
１２０ 外装体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図16D】