JP6210399B2 - 光源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光を発する光源装置に関する。
赤外線を発する光源としては、例えば下記の特許文献１に記載されたものが知られている。この赤外線光源は、メンブレンとしての薄膜部に、通電により発熱する抵抗体を設け、当該抵抗体上に、カーボンブラック、金、白金、クロム、及び炭化珪素等の高放射性膜を形成している。
特開２００５−１４０５９４号公報
上述した赤外線光源において、高放射性膜のパターニングは、レジストで作ったパターンに金属を蒸着して、後でレジストを取り去るというリフトオフなどを用いているため、微細加工に向いていない。
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、赤外線の放射効率を向上させ且つ微細加工ができる放射膜を有する光源装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様に係る光源装置は、基板上に設けられ、メンブレンとして機能する薄膜部と、前記薄膜部に含まれ、通電することにより発熱して赤外線を発するヒータ部と、前記ヒータ部上に設けられ、前記ヒータ部により発せられた赤外線を放射するＣｒＮ膜のみからなる放射膜とを備えることを特徴とする。
本発明の第２の態様に係る光源装置は、基板上に設けられ、メンブレンとして機能する薄膜部と、前記薄膜部に含まれ、通電することにより発熱して赤外線を発するヒータ部と、前記ヒータ部上に設けられ、前記ヒータ部により発せられた赤外線を放射するセラミック系材料からなる放射膜とを備え、下面に薄膜部が露出した溝部によって前記放射膜を分割していることを特徴とする。
本発明の第３の態様に係る光源装置は、基板上に設けられ、メンブレンとして機能する薄膜部と、前記薄膜部に含まれ、通電することにより発熱して赤外線を発するヒータ部と、前記ヒータ部上に設けられ、前記ヒータ部により発せられた赤外線を放射するセラミック系材料からなる放射膜とを備え、溝部によって前記放射膜を分割していることを特徴とする。
本発明によれば、ヒータ部上にセラミック系材料からなる放射膜を設けたので、ヒータ部の赤外線の放射効率を向上させることができる。また、本発明によれば、ヒータ部をセラミック系材料から構成したので、赤外線の放射効率を向上させ且つ微細加工ができる放射膜を有する光源装置を提供できる。
本発明の実施形態として示すＭＥＭＳ光源素子の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の実施形態として示すＭＥＭＳ光源素子の他の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の実施形態として示すＭＥＭＳ光源素子の他の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の実施形態として示すＭＥＭＳ光源素子の他の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の実施形態として示すＭＥＭＳ光源素子の他の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明の実施形態として示す光源装置としてのＭＥＭＳ光源素子は、例えば図１に示すように構成されている。図１（ａ）はＭＥＭＳ光源素子の上面図であり、図１（ｂ）はＭＥＭＳ光源素子の断面図である。
ＭＥＭＳ光源素子は、基板１、ガラス膜２、中空部３、電極４、ヒータ部５、放射膜６を有する。ＭＥＭＳ光源素子は、基板１上に設けられ、中空部３の上部にメンブレンとして機能する薄膜部７を有している。薄膜部７は、ガラス膜２及びヒータ部５を含む。
基板１は、例えばシリコンからなる半導体基板である。基板１は、薄膜部７を形成する領域に対応して中空部３が設けられる。この中空部３は、基板１の上面に向かうほど開口面積が大きく形成されている。この中空部３によって、薄膜部７は、基板１に対して浮いた状態に形成される。薄膜部７は、中空部３上の領域が、他の部位と比べて膜厚が薄くなる。したがって、薄膜部７は、基板１と熱分離しており、ヒータ部５を効率よく発熱させることができる。
ガラス膜２は、基板１上に形成される。ガラス膜２には、中空部３の開口に対応した領域に、電極４及びヒータ部５が形成される。なお、ガラス膜２に代えて、他の絶縁膜を形成してもよい。
電極４は、導電率が高いアルミニウム等の金属材料からなる。電極４は、ヒータ部５の双方の端部に対応して形成される。電極４は、図示しない電源と接続され、赤外線の発光時に電圧が印加される。
ヒータ部５は、例えば多結晶シリコン膜からなる抵抗体である。ヒータ部５は、ガラス膜２のうち、中空部３に対応する領域に形成されている。ヒータ部５は、所定幅の折り返し構造を有している。なお、ヒータ部５の形状は、フィラメント状など、任意の形状であってもよい。ヒータ部５は、電極４を介して通電されることによって発熱すると共に赤外線を発光する。
放射膜６は、セラミック系材料からなる。放射膜６は、例えば、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン（Diamond-like Carbon））が望ましい。セラミック系材料、特にＤＬＣは、その膜厚に応じて、０．４〜０．９５の放射率を有する。更に、放射膜６は、ＣｒＮ（窒化クロム）、ＴｉＮ（窒化チタン）であってもよい。また、ＣｒＮ（窒化クロム）、ＴｉＮ（窒化チタン）は黒色にするために成膜条件を調整することが望ましい。
以上のように、このＭＥＭＳ光源素子によれば、ヒータ部５上にセラミック系材料からなる放射膜６を設けたので、ヒータ部５の赤外線の放射効率を向上させることができる。また、このＭＥＭＳ光源素子によれば、ヒータ部５をセラミック系材料から構成したので、赤外線の放射効率を向上させ且つ微細加工ができる放射膜を有する光源装置を提供できる。
すなわち、ＭＥＭＳ光源素子において、ガラス膜２、電極４、ヒータ部５は、ＣＶＤ法によって製造でき、放射膜６も、ＣＶＤ法によって製造できる。したがって、このＭＥＭＳ光源素子によれば、他の部位と同じ製造プロセスによって放射膜６を製造できる。また、このＭＥＭＳ光源素子によれば、放射膜６に対して微細加工ができ、後述するように放射膜６の形状を任意なものとできる。更に述べると、カーボンブラックのようにスクリーン印刷をしたり、金、白金、クロムのようにスパッタリング、蒸着によって放射膜６を形成する必要がない。
なお、放射膜６としての金属を使用した場合には、当該金属の線膨張係数がガラス膜２より大きくなる。したがって、ヒータ部５の通電時に、放射膜６とガラス膜２との間の熱応力が大きくなり、メンブレンとしての薄膜部７が反り返って破断する恐れがある。しかし、本実施形態としてのＭＥＭＳ光源素子によれば、セラミック系材料を放射膜６として使用しているために、メンブレンとしての薄膜部７に発生する応力を抑制できる。
他の実施形態として示すＭＥＭＳ光源素子は、図２に示すようなものであってもよい。図２（ａ）はＭＥＭＳ光源素子の上面図であり、図２（ｂ）はＭＥＭＳ光源素子の断面図である。このＭＥＭＳ光源素子は、図２（ｂ）のように、放射膜６の赤外線放射面が凹凸６ａを有するものとなっている。この凹凸６ａは、放射膜６の赤外線放射面の面積を広くするために形成されている。この凹凸６ａは、ドライエッチングなどの公知の微細加工技術を応用して形成することができる。この凹凸６ａは、規則的なものであってもよく、表面加工処理によって不規則なものであってもよい。このようなＭＥＭＳ光源素子は、放射膜６の表面積を大きくして、ヒータ部５からの赤外線の放射率を更に高くすることができる。
更に他の実施形態として示すＭＥＭＳ光源素子は、図３に示すように、薄膜部７に含まれヒータ部５が形成される絶縁基板としてのガラス膜２の膜厚よりも、ヒータ部５の膜厚を薄くしてもよい。図３（ａ）はＭＥＭＳ光源素子の上面図であり、図３（ｂ）はＭＥＭＳ光源素子の断面図である。このようなＭＥＭＳ光源素子において、ヒータ部５の膜厚は、当該ヒータ部５の放射率を考慮して、ガラス膜２よりも薄くすることが望ましい。これにより、ＭＥＭＳ光源素子は、ヒータ部５が発熱したときにおける放射膜６の熱膨張によりヒータ部５及びガラス膜２に加わる応力を緩和できる。
更に他の実施形態として示すＭＥＭＳ光源素子は、図４及び図５に示すように、放射膜６の赤外線放射面に格子状の溝部６ｂ、６ｃが形成されていてもよい。この溝部６ｂ、６ｃは、ドライエッチングなどの公知の微細加工技術を応用して形成することができる。
図４（ａ）はＭＥＭＳ光源素子の上面図であり、図４（ｂ）はＭＥＭＳ光源素子の断面図である。図４によれば、溝部６ｂの深さが、放射膜６の膜厚よりも浅くなっている。これにより、ＭＥＭＳ光源素子によれば、溝部６ｂによって放射膜６の表面積を増やして放射率を高くすることができる。また、ＭＥＭＳ光源素子によれば、溝部６ｂによって放射膜６によって生ずる応力が緩和できる。
図５（ａ）はＭＥＭＳ光源素子の上面図であり、図５（ｂ）はＭＥＭＳ光源素子の断面図である。図５によれば、溝部６ｃによって放射膜６を分割している。これにより、ＭＥＭＳ光源素子によれば、溝部６ｃによって放射膜６の表面積を増やして放射率を高くすることができる。また、ＭＥＭＳ光源素子によれば、溝部６ｃによって放射膜６が熱膨張しても、分割された溝部６ｃ間で応力が緩和できる。
なお、図４及び図５に示したＭＥＭＳ光源素子によれば、ヒータ部５と放射膜６との間に保護膜を形成してもよい。
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
１ 基板
２ ガラス膜
３ 中空部
４ 電極
５ ヒータ部
６ 放射膜
７ 薄膜部

Claims (2)

  1. 基板上に設けられ、メンブレンとして機能する薄膜部と、
    前記薄膜部に含まれ、通電することにより発熱して赤外線を発するヒータ部と、
    前記ヒータ部上に設けられ、前記ヒータ部により発せられた赤外線を放射するＣｒＮ膜のみからなる放射膜と
    を備えることを特徴とする光源装置。
  2. 基板上に設けられ、メンブレンとして機能する薄膜部と、
    前記薄膜部に含まれ、通電することにより発熱して赤外線を発するヒータ部と、
    前記ヒータ部上に設けられ、前記ヒータ部により発せられた赤外線を放射するセラミッ
    ク系材料からなる放射膜と
    を備え、
    下面に薄膜部が露出した溝部によって前記放射膜を分割していることを特徴とする光源装置。
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