DE112018003564T5

DE112018003564T5 - Transparentes einkapselungselement

Info

Publication number: DE112018003564T5
Application number: DE112018003564.6T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Kikuchi; Hiroyuki Shibata; Tatsuya Hishiki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2020-03-26
Also published as: CN110892536A; US20200149691A1; JP6949116B2; KR20200027950A; JPWO2019012743A1; US10865948B2; WO2019012743A1

Abstract

Diese Erfindung betrifft ein transparentes Einkapselungselement. Dieses transparente Einkapselungselement ist mit kleinen Vertiefungen (22) mindestens in der Oberfläche (10a) des Elements versehen, von dem Licht von einem optischen Element (12) emittiert wird. Die durchschnittliche Breite (W) der kleinen Vertiefungen (22) beträgt 0,1 µm bis 2,0 µm, die durchschnittliche Tiefe (H) der kleinen Vertiefungen (22) beträgt 5 nm bis 50 nm, und die durchschnittliche Häufigkeit des Vorliegens der kleinen Vertiefungen (22) beträgt 100000 bis 3000000 Vertiefungen pro 1 mm.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein transparentes Einkapselungselement, das mit einer optischen Komponente, wie z.B. einer LED (lichtemittierenden Diode), einem LD (Halbleiterlaser) oder dergleichen, verwendet wird.
Stand der Technik
In letzter Zeit werden Verfahren des Verwendens eines lichtemittierenden Elements (Ultraviolett-LED), das Ultraviolettstrahlen für die Zwecke des Sterilisierens und Reinigens emittiert, üblich. In einer solchen Ultraviolett-LED-Vorrichtung ist ein transparentes Einkapselungselement erforderlich, um das lichtemittierende Element vor der Außenluft und Feuchtigkeit zu schützen. Im Hinblick auf die Durchlässigkeit für Ultraviolettstrahlen und die Dauerbeständigkeit wird Glas oder Quarzglas als transparentes Einkapselungselement verwendet.
In dem japanischen Patent Nr. 6068411 und dem japanischen offengelegten Patent mit der Veröffentlichungsnummer 2009-532200 (PCT) ist eine Wasserreinigungsvorrichtung unter Verwendung einer Ultraviolett-LED offenbart. In dem japanischen Patent Nr. 5243806 ist ein transparentes Einkapselungselement offenbart, in dem ein lichtdurchlässiges Plattenmaterial und eine halbkugelförmige Linse zusammen in einer integrierten Weise ausgebildet sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Im Allgemeinen gibt es in Anwendungen zum Reinigen von Flüssigkeiten, wie z.B. verunreinigtem Wasser und dergleichen, Fälle, bei denen verunreinigende Materialien, wie z.B. Mikroorganismen, Huminsubstanzen und Proteine, an der Oberfläche des transparenten Einkapselungselements haften können. In solchen Fällen ist ein Verschmutzungsproblem bekannt, bei dem z.B. die Menge von Ultraviolettlicht, das von dem optischen Element emittiert wird, an der Oberfläche des transparenten Einkapselungselements abnimmt und der Sterilisierungseffekt aufgrund des Ultraviolettlichts abnimmt.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des vorstehend genannten Problems gemacht und hat die Aufgabe, ein transparentes Einkapselungselement bereitzustellen, bei dem mittels kleiner Vertiefungen, die auf der Oberfläche bereitgestellt sind, ein Effekt bereitgestellt werden kann, bei dem verunreinigende Materialien mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit anhaften und leicht abgelöst werden können, und es möglich ist, eine Verminderung des Sterilisierungseffekts aufgrund der Verschmutzung zu unterdrücken.
[1] Ein transparentes Einkapselungselement gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Verwendung mit einer optischen Komponente angepasst, die mindestens ein optisches Element und ein Montagesubstrat aufweist, auf dem das optische Element montiert ist, und das zusammen mit dem Montagesubstrat ein Gehäuse bildet, in dem das optische Element aufgenommen ist, wobei das transparente Einkapselungselement kleine Vertiefungen auf mindestens einer Oberfläche umfasst, von der Licht von dem optischen Element emittiert wird, die durchschnittliche Breite der jeweiligen kleinen Vertiefungen größer als oder gleich 0,1 µm und kleiner als oder gleich 2,0 µm ist, und die durchschnittliche Tiefe der jeweiligen kleinen Vertiefungen größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm ist, und die durchschnittliche Häufigkeit des Vorliegens der kleinen Vertiefungen größer als oder gleich 100000 und kleiner als oder gleich 3 Millionen pro 1 mm² ist.
Im Allgemeinen gibt es in Anwendungen zum Reinigen von Flüssigkeiten, wie z.B. verunreinigtem Wasser und dergleichen, Fälle, bei denen verunreinigende Materialien, wie z.B. Mikroorganismen, Huminsubstanzen und Proteine, an der Oberfläche des transparenten Einkapselungselements haften können. In solchen Fällen ist ein Verschmutzungsproblem bekannt, bei dem z.B. die Menge von Ultraviolettlicht, das von dem optischen Element emittiert wird, an der Oberfläche des transparenten Einkapselungselements abnimmt und der Sterilisierungseffekt aufgrund des Ultraviolettlichts abnimmt.
Da die vorliegende Erfindung die kleinen Vertiefungen auf mindestens der Oberfläche aufweist, von der Licht von dem optischen Element emittiert wird, liegen auf den kleinen Vertiefungen der Oberfläche Wasserströme entlang der kleinen Vertiefungen vor und ferner ist aufgrund der Konfiguration der kleinen Vertiefungen die Kontaktfläche mit dem Verschmutzungsmaterial vermindert. Folglich wird es für das Verschmutzungsmaterial schwierig, auf der Oberfläche des transparenten Einkapselungselements zu verbleiben. Insbesondere kann eine Verminderung der Menge des Lichts aufgrund der vorstehend genannten Verschmutzung unterdrückt werden.
[2] In der vorliegenden Erfindung ist das Material des transparenten Einkapselungselements vorzugsweise Quarzglas.
[3] In der vorliegenden Erfindung beträgt die Oberflächenrauheit Ra von mindestens der Oberfläche, von der Licht von dem optischen Element emittiert wird, vorzugsweise 0,01 bis 0,05 µm.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann gemäß dem transparenten Einkapselungselement gemäß der vorliegenden Erfindung mittels der kleinen Vertiefungen, die auf der Oberfläche bereitgestellt sind, ein Effekt bereitgestellt werden, bei dem verunreinigende Materialien mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit haften und leicht abgelöst werden, und es möglich ist, eine Verminderung des Sterilisierungseffekts aufgrund einer Verschmutzung zu unterdrücken.
Figurenliste

1A ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein transparentes Einkapselungselement gemäß einer vorliegenden Ausführungsform zeigt;
1B ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine optische Komponente zeigt, die durch ein transparentes Einkapselungselement ausgebildet ist, das einkapselnd darauf angeordnet ist;
2 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch kleine Vertiefungen zeigt, die auf einer Oberfläche des transparenten Einkapselungselements ausgebildet sind;
3A ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für die maximale Breite eines Öffnungsabschnitts einer kleinen Vertiefung zeigt;
3B ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für eine Breite in einer festgelegten Richtung, die im Vorhinein eingestellt wird, in dem Öffnungsabschnitt der kleinen Vertiefung zeigt;
4A ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für die maximale Tiefe der kleinen Vertiefung zeigt;
4B ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für die maximale Tiefe einer Ebene zeigt, die durch Schneiden der kleinen Vertiefung entlang einer vorgegebenen festgelegten Richtung erhalten wird;
5 ist ein erläuterndes Diagramm, das Beispiele für drei Linien zum Erfassen von drei Linienprofilen in Bezug auf einen Prüfzielbereich einer Probe 1 zeigt;
6A, 6B und 6C sind Graphen, die Beispiele für drei Linienprofile zeigen, die von den Linien L1 bis L3 des einen Prüfzielbereichs der Probe 1 erfasst worden sind;
7 ist eine Tabelle 1, die ein Herstellungsverfahren, die Brenntemperatur, die Größe der kleinen Vertiefungen, die Anzahl der kleinen Vertiefungen und die Oberflächenrauheit in beispielhaften Ausführungsformen 1, 2 und 3 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 zeigt;
8 ist eine Tabelle 2, die ein Herstellungsverfahren, die Brenntemperatur, die lineare Anfangsdurchlässigkeit und die Beibehaltungsrate der linearen Anfangsdurchlässigkeit in den beispielhaften Ausführungsformen 1, 2 und 3 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 zeigt;
9A ist eine erläuternde Ansicht, die Wirkungen eines transparenten Einkapselungselements zeigt, das in Bezug auf ein Verschmutzungsmaterial gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 angewandt worden ist;
9B ist eine erläuternde Ansicht, die Wirkungen eines transparenten Einkapselungselements zeigt, das in Bezug auf ein Verschmutzungsmaterial gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 angewandt worden ist; und
9C ist eine erläuternde Ansicht, die Wirkungen des transparenten Einkapselungselements zeigt, das in Bezug auf ein Verschmutzungsmaterial gemäß den beispielhaften Ausführungsformen 1 bis 3 angewandt worden ist.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen eines transparenten Einkapselungselements gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Bezug auf die 1A bis 9C dargestellt und beschrieben.
Wie es in der 1A gezeigt ist, ist das transparente Einkapselungselement 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform z.B. in einer flachen, plattenartigen Form ausgebildet. Eine äußere Form des transparenten Einkapselungselements 10 ist z.B. eine zylindrische Form, eine viereckige Form, eine polygonale Röhrenform oder dergleichen. Das transparente Einkapselungselement 10 ist z.B. aus Quarzglas ausgebildet.
Wie es in der 1B gezeigt ist, wird das transparente Einkapselungselement 10 mit einer optischen Komponente 16 verwendet, die mindestens ein optisches Element 12, das z.B. Ultraviolettlicht emittiert, und ein Montagesubstrat 14 aufweist, auf dem das optische Element 12 montiert ist, und ein Gehäuse 18 bildet, in dem das optische Element 12 zusammen mit dem Montagesubstrat 14 aufgenommen ist.
Das Montagesubstrat 14 umfasst einen konkaven Abschnitt 20 mit einer oberen Oberflächenöffnung und das optische Element 12 ist auf einem unteren Teil des konkaven Abschnitts 20 montiert. Das transparente Einkapselungselement 10 ist auf dem Montagesubstrat 14 derart einkapselnd angeordnet, dass die obere Oberflächenöffnung des konkaven Abschnitts 20 des Montagesubstrats 14 geschlossen ist. Das Montagesubstrat 14 ist z.B. aus AIN (Aluminiumnitrid) ausgebildet.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird das optische Element 12 z.B. durch Laminieren einer kristallinen Schicht auf GaN-Basis mit einer Quantenmuldenstruktur auf einem Saphirsubstrat (Wärmeausdehnungskoeffizient: 7,7 × 10^-6/°C) ausgebildet. Als Verfahren zum Montieren des optischen Elements 12 kann ein Montageverfahren mit der aktiven Seite nach oben (ein sogenanntes „face-up“-Montageverfahren) eingesetzt werden, bei dem die lichtemittierende Oberfläche 12a so montiert wird, dass sie auf das transparente Einkapselungselement 10 gerichtet ist. Insbesondere sind z.B. Anschlüsse (nicht gezeigt), die von dem optischen Element 12 herausgeführt werden, und Schaltkreisdrähte (nicht gezeigt), die auf dem Montagesubstrat 14 ausgebildet sind, durch Bonddrähte (nicht gezeigt) elektrisch verbunden. Selbstverständlich kann in einer vorteilhaften Weise auch eine sogenannte Flip-Chip-Montage verwendet werden, bei der die lichtemittierende Oberfläche 12a so montiert ist, dass sie auf das Montagesubstrat 14 gerichtet ist.
Darüber hinaus weist, wie es in der 2 gezeigt ist, das transparente Einkapselungselement 10 eine große Zahl von kleinen Vertiefungen (nachstehend als kleine Vertiefungen 22 bezeichnet) auf mindestens der Oberfläche auf, von der das Ultraviolettlicht von dem optischen Element 12 (vgl. die 1B) emittiert wird. Die durchschnittliche Breite W der jeweiligen kleinen Vertiefungen 22 ist größer als oder gleich 0,1 µm und kleiner als oder gleich 2,0 µm, und die durchschnittliche Tiefe H der jeweiligen kleinen Vertiefungen 22 ist größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm. Ferner ist die durchschnittliche Häufigkeit des Vorliegens der kleinen Vertiefungen 22 größer als oder gleich 100000 und kleiner als oder gleich 3 Millionen pro 1 mm². Die Oberflächenrauheit Ra der Oberfläche 10a (vgl. die 1B), von der das Ultraviolettlicht emittiert wird, beträgt 0,01 bis 0,05 µm.
Die durchschnittliche Breite W der kleinen Vertiefungen 22 kann durch Messen von Breiten, die z.B. durch die folgenden Ausdrücke (A) und (B) angegeben sind, für eine Mehrzahl der kleinen Vertiefungen 22 als Messziele und dann Dividieren der Gesamtsumme der gemessenen Breiten durch die Anzahl der kleinen Vertiefungen 22, die gemessen worden sind, bestimmt werden. Darüber hinaus gibt die minimale Breite der kleinen Vertiefungen 22 die geringste Breite von den gemessenen Breiten der Mehrzahl von kleinen Vertiefungen 22 an und die maximale Breite der kleinen Vertiefungen 22 gibt die größte Breite von den gemessenen Breiten der Mehrzahl von kleinen Vertiefungen 22 an.

(A) Die maximale Breite Wa an dem Öffnungsabschnitt der jeweiligen kleinen Vertiefungen 22 (vgl. die 3A).
(B) Eine Breite Wc in einer vorgegebenen spezifischen Richtung D an dem Öffnungsabschnitt der jeweiligen kleinen Vertiefungen 22 (vgl. die 3B).

Die durchschnittliche Tiefe H der kleinen Vertiefungen 22 kann durch Messen der Tiefen, die z.B. durch die folgenden Ausdrücke (a) und (b) angegeben sind, für eine Mehrzahl der kleinen Vertiefungen 22 als Messziele und dann Dividieren der Gesamtsumme der gemessenen Tiefen durch die Anzahl der kleinen Vertiefungen 22, die gemessen worden sind, bestimmt werden. Darüber hinaus gibt die minimale Tiefe der kleinen Vertiefungen 22 die geringste Tiefe von den gemessenen Tiefen der Mehrzahl von kleinen Vertiefungen 22 an und die maximale Tiefe der kleinen Vertiefungen 22 gibt die größte Tiefe von den gemessenen Tiefen der Mehrzahl von kleinen Vertiefungen 22 an.

(a) Die maximale Tiefe Ha der jeweiligen kleinen Vertiefungen 22 (vgl. die 4A).
(b) Die maximale Tiefe Hb einer Oberfläche S, die durch Schneiden der jeweiligen kleinen Vertiefungen entlang der vorgegebenen festgelegten Richtung D erhalten wird (vgl. die 4B).

Als Verfahren zur Herstellung des ersten transparenten Einkapselungselements 10 mit einer solchen Form kann vorzugsweise ein Pulversinterverfahren eingesetzt werden. Beispielsweise wird eine Formaufschlämmung, die Siliziumoxidpulver und organische Verbindungen enthält, in ein Formwerkzeug gegossen und durch eine chemische Reaktion der organischen Verbindungen, wie z.B. einer chemischen Reaktion zwischen einem Dispersionsmedium und einem Aushärtungsmittel oder zwischen Aushärtungsmitteln, erstarren gelassen und danach wird das erstarrte Produkt aus dem Formwerkzeug entnommen. Dann kann das transparente Einkapselungselement 10 durch Brennen hergestellt werden.
Bezüglich der Abmessungen des transparenten Einkapselungselements 10 beträgt dessen Höhe 0,1 bis 10 mm und dessen Außendurchmesser beträgt 3,0 bis 10 mm. Darüber hinaus beträgt bezüglich der Abmessungen des optischen Elements 12 dessen Dicke 0,005 bis 0,5 mm und obwohl dies nicht gezeigt ist, beträgt eine vertikale Abmessung betrachtet von der oberen Oberfläche 0,5 bis 2,0 mm und eine horizontale Abmessung beträgt 0,5 bis 2,0 mm.
[Beispielhafte Ausführungsformen]
Als nächstes wurde der Einfluss aufgrund einer Verschmutzung in Bezug auf die beispielhaften Ausführungsformen 1 bis 3 und die Vergleichsbeispiele 1 und 2 bestätigt.
[Beispielhafte Ausführungsform 1 (Probe 1)]
Das transparente Einkapselungselement gemäß der beispielhaften Ausführungsform 1 (Probe 1) weist einen Aufbau auf, der demjenigen des transparenten Einkapselungselements 10, das in der 1A gezeigt ist, ähnlich ist.
(Herstellung des transparenten Einkapselungselements)
Das Verfahren zur Herstellung des transparenten Einkapselungselements gemäß der Probe 1 ist derart, wie es nachstehend beschrieben ist. Insbesondere wurde eine Aufschlämmung durch Mischen von 100 Massenteilen eines Siliziumoxidpulvers mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 µm als Ausgangsmaterialpulver, 2 Massenteilen eines Carbonsäurecopolymers als Dispergiermittel, 49 Massenteilen Dimethylmalonat als Dispergiermedium, 4 Massenteilen Ethylenglykol, 4 Massenteilen 4',4-Diphenylmethandiisocyanat als Aushärtungsmittel und 0,4 Massenteilen Triethylamin als Katalysator hergestellt.
Die Aufschlämmung wurde bei Raumtemperatur in ein Metallformwerkzeug gegossen und für einen festgelegten Zeitraum bei Raumtemperatur belassen. Anschließend wurde der Formkörper aus dem Formwerkzeug entnommen. Ferner wurde der Formkörper bei Raumtemperatur und dann bei einer Temperatur von 90 °C für einen bestimmten Zeitraum stehengelassen, so dass ein getrockneter Siliziumoxidpulverkörper erhalten wurde. Darüber hinaus wurde die durchschnittliche Teilchengröße des Ausgangsmaterialpulvers mit einem Laserbeugung/streuung-Teilchengrößenverteilungsmessgerät LA-750, hergestellt von Horiba, Ltd., gemessen.
Der so hergestellte getrocknete Siliziumoxidpulverkörper wurde bei 500 °C in der Luft kalziniert und dann bei 1600 °C bis 1700 °C in einer Wasserstoffatmosphäre gebrannt, wodurch er verdichtet und transparent gemacht wurde, so dass das transparente Einkapselungselement erzeugt wurde. Das transparente Einkapselungselement 10 wies eine äußere Form von 3,5 mm² und eine Höhe von 0,5 mm auf.
[Beispielhafte Ausführungsform 2 (Probe 2)]
Das transparente Einkapselungselement gemäß der beispielhaften Ausführungsform 2 (Probe 2) wurde in der gleichen Weise wie in der Probe 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der hergestellte getrocknete Siliziumoxidpulverkörper bei 500 °C in der Luft kalziniert wurde und danach in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur gebrannt wurde, die um 10 °C niedriger war als diejenige der Probe 1.
[Beispielhafte Ausführungsform 3 (Probe 3)]
Das transparente Einkapselungselement gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3 (Probe 3) wurde in der gleichen Weise wie in der Probe 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der hergestellte getrocknete Siliziumoxidpulverkörper bei 500 °C in der Luft kalziniert wurde und danach in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur gebrannt wurde, die um 20 °C niedriger war als diejenige der Probe 1.
[Vergleichsbeispiel 1 (Probe 4)]
Das transparente Einkapselungselement gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 (Probe 4) wurde in der gleichen Weise wie in der Probe 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der hergestellte getrocknete Siliziumoxidpulverkörper bei 500 °C in der Luft kalziniert wurde und danach in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur gebrannt wurde, die um 190 °C niedriger war als diejenige der Probe 1.
[Vergleichsbeispiel 2 (Probe 5)]
Das transparente Einkapselungselement gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 (Probe 5) wurde durch Durchführen eines Poliervorgangs mit Quarzglas hergestellt.
<Bewertungsverfahren>
(Konfiguration von Vertiefungen)
Für jede der Proben wurden fünf AFM-Oberflächenbilder unter Verwendung einer AFM (Rasterkraftmikroskopie) erhalten. Drei Linienprofile wurden von jedem der AFM-Oberflächenbilder erhalten und beliebige zwanzig Vertiefungen wurden von den Linienprofilen entnommen. Insbesondere wurden für jede der Proben (20 Einzelfälle/1 AFM-Oberflächenbild) × 5 AFM-Oberflächenbilder = 100 kleine Vertiefungen 22 entnommen. Dann wurden für jede der Proben die minimale Breite, die maximale Breite und die durchschnittliche Breite zusammen mit der minimalen Tiefe, der maximalen Tiefe und der durchschnittlichen Tiefe von 100 kleinen Vertiefungen 22 erhalten.
In der 5 sind Beispiele für drei Linien L1, L2 und L3 zum Zweck des Erfassens von drei Linienprofilen bezüglich eines Prüfzielbereichs Z für einen Fall der Probe 1 gezeigt. In den 6A bis 6C sind die erfassten drei Linienprofile gezeigt.
(Häufigkeit, mit der kleine Vertiefungen 22 auftreten)
Für jede der Proben wurden fünf AFM-Oberflächenbilder erhalten. In Bezug auf jedes der AFM-Oberflächenbilder wurde die Anzahl von kleinen Vertiefungen 22 in vier beliebig eingestellten Prüfzielbereichen Z gezählt, und die jeweiligen Zählwerte wurden in eine Anzahl von einzelnen Vertiefungen pro 1 mm² umgerechnet. Dann wurden für jede der Proben die maximale Anzahl, die minimale Anzahl und die durchschnittliche Anzahl der kleinen Vertiefungen 22 erhalten. Darüber hinaus betrug die Größe der Prüfzielbereiche Z von 5 bis 50 µm² und ein Bereich, in dem mindestens fünf der kleinen Vertiefungen 22 vorlagen, wurde ausgewählt.
(Oberflächenrauheit)
Die Oberflächenrauheit Ra wurde unter Verwendung der AFM-Oberflächenbilder gemessen.
(Lineare Durchlässigkeit und Eintauchtest)
In Bezug auf jede der Proben wurde die lineare Durchlässigkeit vor der Ausführung eines Eintauchtests als lineare Anfangsdurchlässigkeit LTa festgelegt. Die Proben wurden mit Ultraviolettlicht mit einer Wellenlänge von 300 nm bestrahlt und die linearen Anfangsdurchlässigkeiten LTa der Proben wurden gemessen. Die linearen Durchlässigkeiten wurden mit einem Spektrophotometer gemessen, das von JASCO Corporation hergestellt worden ist.
Danach wurden die Proben in ein(em) System eingetaucht und gehalten, durch das Rohwasser, das von einer Wasserreinigungsanlage erhalten worden ist, umgewälzt worden ist. Nach einem Monat wurden die Proben aus dem System entnommen und die linearen Durchlässigkeiten der Proben wurden in der gleichen Weise gemessen, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Die gemessenen Werte wurden als lineare Durchlässigkeit LTb nach dem Eintauchtest betrachtet.
Danach wurden die Proben, nachdem sie dem Eintauchtest unterzogen worden sind, in einen Becher eingebracht, der lonenaustauschwasser enthielt, und nachdem ein Reinigen der Proben durch Bestrahlen der Proben mit 10 W-Ultraschallwellen für eine Minute durchgeführt worden ist, wurden die linearen Durchlässigkeiten der Proben in der gleichen Weise gemessen, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Die gemessenen Werte wurden als lineare Durchlässigkeit LTc nach dem Reinigen betrachtet.
(Beibehaltungsraten der linearen Anfangsdurchlässigkeit)
Für jede der jeweiligen Proben wurden die folgenden Berechnungen durchgeführt und zwei Beibehaltungsraten der linearen Anfangsdurchlässigkeit und insbesondere eine Beibehaltungsrate der linearen Anfangsdurchlässigkeit Rrb nach dem Eintauchtest und eine Beibehaltungsrate der linearen Anfangsdurchlässigkeit Rrc nach dem Reinigen wurden bestimmt. $Rrb = (LTb/LTa) \times 100 (%)$
$Rrc = (LTc/LTa) \times 100 (%)$
(Bewertungsergebnisse)
Die Tabelle 1 von 7 zeigt die maximale Breite und die minimale Breite der kleinen Vertiefungen 22, den maximalen Wert und den minimalen Wert der Anzahl der kleinen Vertiefungen 22 und die Oberflächenrauheit Ra in den beispielhaften Ausführungsformen 1, 2 und 3 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2.
Darüber hinaus ist in der Tabelle 1 von 7 im Vergleichsbeispiel 2, da die Oberfläche als Ganzes eine flache Oberfläche war (deren Oberflächenrauheit Ra betrug 0,002), die Anzahl von kleinen Vertiefungen 22 als„-“ angegeben.
In der Tabelle 2 von 8 sind die Beibehaltungsraten Rrb der linearen Anfangsdurchlässigkeit nach dem Eintauchtest und die Beibehaltungsraten Rrc der linearen Anfangsdurchlässigkeit nach dem Reinigen in den Beispielen 1, 2 und 3 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 gezeigt.
(Erwägungen)
Erstens war im Vergleichsbeispiel 2 die lineare Anfangsdurchlässigkeit LTa größer als oder gleich 90 % und kleiner als 95 %. Die Beibehaltungsrate Rrb nach dem Eintauchtest betrug jedoch 22 % und die Beibehaltungsrate Rrc nach dem Reinigen betrug 35 %, was extrem niedrig war. In diesem Fall ist, wie es in der 9A gezeigt ist, da die Oberfläche 100a des transparenten Einkapselungselements 100 von Vergleichsbeispiel 2 flach ist, die Strömung des Rohwassers an der Grenzfläche eine laminare Strömung. Daher wird davon ausgegangen, dass, da ein Verschmutzungsmaterial 102, wie z.B. ein Mikroorganismus, eine Huminsubstanz oder dergleichen, leicht an der Oberfläche 100a ankommt und leicht auf dieser verbleibt sowie ferner leicht daran anhaftet, die Verminderung der Durchlässigkeit nach dem Eintauchtest groß war. Ferner wird auch im Hinblick auf einen Wiederherstellungseffekt als Ergebnis eines Reinigens, da die Oberfläche 100a flach ist, und aufgrund der Tatsache, dass der Bereich, bei dem das Verschmutzungsmaterial 102 mit der Oberfläche 100a in Kontakt ist, groß ist und die Absorptionskraft groß ist, davon ausgegangen, dass es für das Verschmutzungsmaterial 102 schwierig war, von der Oberfläche 100a abgelöst zu werden, und die Wiederherstellung der linearen Durchlässigkeit gering war.
Im Vergleichsbeispiel 1 betrug die lineare Anfangsdurchlässigkeit LTa weniger als 20 % und war folglich niedrig. Es wird davon ausgegangen, dass dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass, wie es in der 9B gezeigt ist, da die Brenntemperatur niedrig ist, große Vertiefungen 104 mit einer Größe in der Größenordnung von mehreren µm, welche die Teilchengröße von SiO₂-Teilchen wiedergibt, auf der Oberfläche 100a verbleiben und folglich Licht gestreut wird und eine geringe lineare Durchlässigkeit vorliegt.
Ferner wies im Vergleichsbeispiel 1, obwohl es eine Verbesserung bezüglich des Vergleichsbeispiels 2 darstellt, die Beibehaltungsrate Rrb nach dem Eintauchtest einen niedrigen Wert von 40 % auf, und die Beibehaltungsrate Rrc nach dem Reinigen wies einen niedrigen Wert von 40 % auf. Es wird davon ausgegangen, dass dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass, wie es in der 9B gezeigt ist, obwohl nicht so stark wie im Vergleichsbeispiel 2, das Verschmutzungsmaterial 102, wie z.B. ein Mikroorganismus, eine Huminsubstanz oder dergleichen, leicht auf der Oberfläche der Vertiefungen 104 mit einer Größe in der Größenordnung von mehreren µm verbleibt, und da ferner das Anhaften desselben erleichtert wird, war die Verminderung der Durchlässigkeit nach dem Eintauchtest groß. Ferner wird auch bezüglich des Wiederherstellungseffekts als Ergebnis eines Reinigens aufgrund der Tatsache, dass der Bereich, bei dem das Verschmutzungsmaterial 102 mit der Oberfläche der Vertiefungen 104 in Kontakt ist, groß ist und die Absorptionskraft groß ist, davon ausgegangen, dass ein Ablösen des Verschmutzungsmaterials 102 schwierig ist und die Wiederherstellung der linearen Durchlässigkeit gering war.
Im Gegensatz dazu betrug die lineare Anfangsdurchlässigkeit LTa in den beispielhaften Ausführungsformen 1 bis 3 80 % bis 90 %, was nicht so hoch war wie diejenige des Vergleichsbeispiels 2, aber dennoch hoch war. Es wird davon ausgegangen, dass dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass, da die Brenntemperatur hoch ist, eine Glättung von großen Vertiefungen mit einer Größe in der Größenordnung von mehreren µm fortgeschritten ist und gleichzeitig eine große Anzahl der kleinen Vertiefungen 22 auf der gesamten Oberfläche erschien, und der Streueffekt gering wurde. Folglich liegt eine hohe Durchlässigkeit vor.
Ferner wies die Beibehaltungsrate Rrb nach dem Eintauchtest in den beispielhaften Ausführungsformen 1 bis 3 einen hohen Wert von 72 % bis 73 % auf, und die Beibehaltungsrate Rrc nach dem Reinigen wies einen hohen Wert von 90 % bis 95 % auf. Es wird davon ausgegangen, dass dies mindestens auf die folgenden zwei Punkte (a) und (b) zurückzuführen ist, nämlich dass das Verschmutzungsmaterial 102 nicht leicht auf der Oberfläche 10a verbleibt und die Abnahme der Durchlässigkeit nach dem Eintauchtest gering ist. Ferner wird gemäß demselben Mechanismus angenommen, dass die Wiederherstellung der linearen Durchlässigkeit als Ergebnis des Reinigens ebenfalls groß war.

(a) Wie es in der 9C gezeigt ist, ist die Strömung des Rohwassers aufgrund der großen Anzahl von kleinen Vertiefungen 22, die auf der Oberfläche 10a in den Beispielen 1 bis 3 ausgebildet sind, turbulent.
(b) Aufgrund der Struktur, welche die kleinen Vertiefungen 22 aufweist, wird die Kontaktfläche des Verschmutzungsmaterials 102 vermindert.

Das transparente Einkapselungselement gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und es ist selbstverständlich, das hier verschiedene Konfigurationen eingesetzt werden können, ohne von dem Wesen und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6068411 [0003]
JP 5243806 [0003]

Claims

Transparentes Einkapselungselement (10), das zur Verwendung mit einer optischen Komponente (16) angepasst ist, die mindestens ein optisches Element (12) und ein Montagesubstrat (14) aufweist, auf dem das optische Element (12) montiert ist, und das zusammen mit dem Montagesubstrat (14) ein Gehäuse (18) bildet, in dem das optische Element (12) aufgenommen ist; wobei das transparente Einkapselungselement (10) kleine Vertiefungen (22) auf mindestens einer Oberfläche (10a) umfasst, von der Licht von dem optischen Element (12) emittiert wird; die durchschnittliche Breite (W) der jeweiligen kleinen Vertiefungen (22) größer als oder gleich 0,1 µm und kleiner als oder gleich 2,0 µm ist, und die durchschnittliche Tiefe (H) der jeweiligen kleinen Vertiefungen (22) größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm ist; und die durchschnittliche Häufigkeit des Vorliegens der kleinen Vertiefungen (22) größer als oder gleich 100000 und kleiner als oder gleich 3 Millionen pro 1 mm² ist.
Transparentes Einkapselungselement (10) nach Anspruch 1, bei dem das Material des transparenten Einkapselungselements (10) Quarzglas ist.
Transparentes Einkapselungselement (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Oberflächenrauheit Ra von mindestens einer Oberfläche (10a), von der Licht von dem optischen Element (12) emittiert wird, 0,01 bis 0,05 µm beträgt.