JP6326412B2

JP6326412B2 - 紫外線発光素子用窓材及びその製造方法

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Description

本発明は、３００ｎｍ以下の波長の紫外線を発する発光ダイオードやレーザーダイオード、放電灯等の紫外線発光素子からの紫外線の透過性が良好な紫外線発光素子用窓材及びその製造方法に関する。

紫外線は、その波長の長さにより用途がわかれており、特に、２８０ｎｍ以下の波長域の光はＵＶ−Ｃと呼ばれ、殺菌力が強いことから、殺菌や除菌等に用いられている（特開２００８−０９１６２３号公報参照）。

紫外線を発する光源の一つとして、紫外線発光素子が挙げられ、その紫外線発光素子には素子の保護のため、窓材として透光性の材料にて覆われている。紫外線発光素子用の透光性材料としては、ガラス材が用いられており、生産性、コスト、強度の観点から高シリカガラス（石英）等が使用されている（特開２０００−３４９３４８号公報参照）。

また、紫外線発光素子は温度が上昇すると、破損、劣化を生じるので、効率よく放熱することが発光効率向上の課題となっている（特開２００２−２８９９２５号公報参照）。

上述したように、紫外線発光素子用窓材として石英が用いられているが、石英は熱伝導率が約１Ｗ／ｍ・Ｋと低い。従って、効率よく放熱することができず、紫外線発光素子の温度の上昇による破損、劣化が生じやすいという懸念がある。

また、石英は、波長が短くなるに従い、前方全光線透過率が減少していく。特に、３００ｎｍ以下で顕著である。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、熱伝導率が高く、しかも、３００ｎｍ以下の紫外線に対して高い透過率を確保することができ、紫外線発光素子に用いて好適な紫外線発光素子用窓材及びその製造方法を提供することを目的とする。

［１］第１の本発明に係る紫外線発光素子用窓材は、３００ｎｍ以下の波長の紫外線を発する紫外線発光素子の少なくとも紫外線出射側に設置される紫外線発光素子用窓材において、透光性アルミナからなり、表面の平均粒径が６〜６０μｍであることを特徴とする。

［２］第１の本発明において、厚みが２．０ｍｍ以下の板状を有し、一方の面と、該一方の面に対向する他方の面とを有する基板にて構成されていてもよい。上述の厚みは１．５ｍｍ以下でもよく、１．０ｍｍ以下でもよい。好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．３ｍｍ以下である。

［３］この場合、前記基板の一方の面が紫外線の出射側の面であり、少なくとも前記一方の面の面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下であってもよい。

［４］あるいは、前記他方の面が紫外線の入射側の面であり、少なくとも前記他方の面の面粗度がＲａ＝０．２μｍ以上であってもよい。好ましくは０．２〜０．６μｍである。

［５］あるいは、前記基板の前記一方の面の面粗度と、前記他方の面の面粗度が異なることが好ましい。

［６］この場合、前記一方の面が紫外線の出射側の面であり、前記他方の面が紫外線の入射側の面であり、前記一方の面の面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下、前記他方の面の面粗度がＲａ＝０．２μｍ以上であってもよく、好ましくは０．２〜０．６μｍである。

［７］第２の本発明に係る紫外線発光素子用窓材の製造方法は、上述した第１の本発明に係る紫外線発光素子用窓材を製造するための紫外線発光素子用窓材の製造方法であって、透光性アルミナからなり、一方の面と該一方の面と対向する他方の面を有する基板を、ゲルキャスト法あるいはテープ成形法にて作製する工程を有することを特徴とする。

［８］第２の本発明において、前記基板の前記一方の面の面粗度と、前記他方の面の面粗度とを異ならせてもよい。この場合、基板の一方の面又は他方の面を鏡面研磨したり、あるいは、基板の一方の面又は他方の面を研削処理すること等が挙げられる。その他、ゲルキャスト法あるいはテープ成形法にて、後に基板となる成形体を作製し、その後、成形体の一方の面と他方の面にそれぞれ種類の異なるセッターを接触させて焼成すること等も挙げられる。

［９］第２の本発明において、さらに、少なくとも前記基板の前記一方の面を、面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下まで鏡面研磨を実施する工程を有してもよい。

［１０］あるいは、さらに、少なくとも前記基板の前記他方の面の面粗度を大きくする処理を行ってもよい。この処理は、少なくとも前記基板の前記他方の面を、研削処理することが挙げられる。その他、成形体の焼成の際に、成形体の一方の面と他方の面にそれぞれ種類の異なるセッターを接触させて焼成することが挙げられる。例えば他方の面に接触するセッターとして、一方の面に接触するセッターよりも表面粗さが大きいセッターを使用することで、基板の他方の面の面粗度を大きくしてもよい。

［１１］あるいは、前記基板の前記一方の面を、面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下まで鏡面研磨を実施する工程を有し、さらに、前記基板の前記他方の面の面粗度を大きくする処理を行ってもよい。この処理は、少なくとも前記基板の前記他方の面を、研削処理することが挙げられる。その他、成形体の焼成の際に、他方の面に接触するセッターとして、一方の面に接触するセッターよりも表面粗さが大きいセッターを使用することで、基板の他方の面の面粗度を大きくしてもよい。その後、基板の一方の面を、面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下まで鏡面研磨を実施する。

本発明に係る紫外線発光素子用窓材によれば、３００ｎｍ以下の紫外線に対して高い透過率を確保することができ、紫外線発光素子に用いて好適な窓材とすることができる。しかも、透光性アルミナ基板は、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高いため、紫外線発光素子の駆動によって発生する熱を効率よく放熱することができ、紫外線発光素子での温度の上昇による破損、劣化を回避することが可能となる。

また、本発明に係る紫外線発光素子用窓材の製造方法によれば、３００ｎｍ以下の紫外線に対して高い透過率を確保することができ、しかも、紫外線発光素子の駆動によって発生する熱を効率よく放熱することができる窓材を容易に作製することができる。

図１は本実施の形態に係る紫外線発光素子用窓材を示す断面図である。図２Ａは紫外線発光素子用窓材の第１製造方法を示す工程図であり、図２Ｂは第２製造方法を示す工程図である。図３Ａは紫外線発光素子用窓材の第３製造方法を示す工程図であり、図３Ｂは第４製造方法を示す工程図である。図４Ａは紫外線発光素子用窓材の第５製造方法を示す工程図であり、図４Ｂは第６製造方法を示す工程図である。図５は紫外線発光素子用窓材の第７製造方法を示す工程図である。図６は実施例１〜６、比較例１〜３において、前方全光線透過率の評価方法を示す説明図である。

以下、本発明に係る紫外線発光素子用窓材及びその製造方法の実施の形態例を図１〜図６を参照しながら説明する。なお、本明細書において数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。

本実施の形態に係る紫外線発光素子用窓材（以下、単に窓材１０と記す）は、図１に示すように、３００ｎｍ以下の波長の紫外線を発する図示しない紫外線発光素子からの紫外線１２を高い透過率で透過する。

この窓材１０は、アルミナ基板（透光性アルミナ基板１４）にて構成されている。

透光性アルミナ基板１４は、紫外線１２が出射する側の面（出射側面１６ａ：一方の面）と、該出射側面１６ａと対向し、紫外線１２が入射する側の面（入射側面１６ｂ：他方の面）とを有し、厚みｔが０．３ｍｍ以下の板状に構成されている。各板面の平面形状は、紫外線発光素子が実装されるケースの形状に応じて、例えば三角形状、長方形状、正方形状、円形状、楕円形状、多角形状等が挙げられる。

透光性アルミナ基板１４の表面の平均粒径は、６〜６０μｍであることが好ましく、さらに好ましくは６〜２０μｍである。表面の平均粒径の測定方法は次のようにして行った。すなわち、表面の任意の箇所を光学顕微鏡によって２００倍に拡大して観察し、０．７ｍｍの線分上に位置する結晶数を数えた。そして、０．７に４/πを掛けた値をこの結晶数で割った値を平均粒径とした。

特に、本実施の形態では、透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａの面粗度と、入射側面１６ｂの面粗度とが異なる。具体的には、出射側面１６ａの面粗度がＲａ（算術平均粗さ）＝０．０３μｍ以下であり、入射側面１６ｂの面粗度がＲａ＝０．２μｍ以上、好ましくは０．２〜０．６μｍである。その他、出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂの各面粗度がＲａ＝０．２μｍ以上、好ましくは０．２〜０．６μｍであって、出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂの各面粗度が異なっていてもよい。

透光性アルミナ基板１４の作製方法は、特に限定されないが、ドクターブレード法（テープ成形法）、押し出し法、ゲルキャスト法等、任意の方法であってよい。好ましくは、ゲルキャスト法あるいはテープ成形法を用い、特に好ましくはゲルキャスト法を用いて透光性アルミナ基板１４を作製する。

好適な実施の形態においては、アルミナ粉末を含む原料粉末（セラミック粉末）、分散媒及びゲル化剤を含むスラリーを型に注型し、このスラリーをゲル化させることによって成形体を得る。この成形体を焼結することで、透光性アルミナ基板１４を得る（特開２００１−３３５３７１号公報参照）。

特に好ましくは、純度９９．９％以上（好ましくは９９．９５％以上）の高純度アルミナ粉末に対して、１５０〜１０００ｐｐｍの助剤を添加した原料を用いる。このような高純度アルミナ粉末としては、大明化学工業株式会社製の高純度アルミナ粉体を例示することができる。助剤としては、酸化マグネシウムが好ましいが、ＺｒＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｓｃ₂Ｏ₃も例示することができる。

ゲルキャスト法は、以下の方法が挙げられる。

（１）無機物粉体と共に、ゲル化剤となるポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプレポリマーを、分散剤と共に分散媒中に分散してスラリーを調製する。その後、スラリーを型に注型後、架橋剤により三次元的に架橋してゲル化させることにより、スラリーを固化させる。

（２）反応性官能基を有する有機分散媒とゲル化剤とを化学結合させることにより、スラリーを固化させる。この方法は、本出願人の特開２００１−３３５３７１号公報に記載されている方法である。

ここで、本実施の形態に係る窓材１０（透光性アルミナ基板１４）のいくつかの製造方法（第１製造方法〜第７製造方法）について図２Ａ〜図５の工程図を参照しながら説明する。

第１製造方法は、先ず、図２ＡのステップＳ１において、アルミナ粉末を含む原料粉末、分散媒及びゲル化剤を含むスラリーを型内に注型した後、スラリーを硬化してアルミナ成形体を作製する。あるいは、スラリーをドクターブレードを用いてテープ状に成形し、硬化してアルミナ成形体を作製する。

その後、ステップＳ２において、アルミナ成形体を焼成して、厚みが０．３ｍｍ以下の透光性アルミナ基板１４、すなわち、窓材１０を得る。

第２製造方法は、先ず、図２ＢのステップＳ１０１において、上述したステップＳ１と同様にして、アルミナ成形体を作製する。

ステップＳ１０２において、アルミナ成形体を焼成して、厚みが０．３ｍｍを超える透光性アルミナ基板１４を作製する。

その後、ステップＳ１０３において、透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａのみを、面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下まで鏡面研磨して、厚みが０．３ｍｍ以下の透光性アルミナ基板１４、すなわち、窓材１０を得る。

第３製造方法は、先ず、図３ＡのステップＳ２０１において、上述したステップＳ１と同様にして、アルミナ成形体を作製する。

ステップＳ２０２において、アルミナ成形体を焼成して、厚みが０．３ｍｍを超える透光性アルミナ基板１４を作製する。

その後、ステップＳ２０３において、透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａのみを、面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下まで鏡面研磨し、透光性アルミナ基板１４の入射側面１６ｂのみを、面粗度がＲａ＝０．２〜０．６μｍとなるまで研削処理して、厚さが０．３ｍｍ以下の透光性アルミナ基板１４、すなわち、窓材１０を得る。

透光性アルミナ基板１４の入射側面１６ｂを研削処理する代わりに以下の方法を採用してもよい。すなわち、ステップＳ２０２においてアルミナ成形体を焼成する際に、アルミナ成形体の他方の面（入射側面となる面）に接触するセッターとして、一方の面（出射側面となる面）に接触するセッターよりも表面粗さが大きいセッターを使用する。これにより、焼成後における透光性アルミナ基板１４の入射側面１６ｂの面粗度をＲａ＝０．２〜０．６μｍにする。そして、透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａのみを、面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下まで鏡面研磨する。

第４製造方法は、先ず、図３ＢのステップＳ３０１において、上述したステップＳ１と同様にして、アルミナ成形体を作製する。

ステップＳ３０２において、アルミナ成形体を焼成して、厚みが０．３ｍｍを超える透光性アルミナ基板１４を作製する。

その後、ステップＳ３０３において、透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂを、共に面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下まで鏡面研磨して、厚さが０．３ｍｍ以下の透光性アルミナ基板１４、すなわち、窓材１０を得る。

第５製造方法は、先ず、図４ＡのステップＳ４０１において、上述したステップＳ１と同様にして、アルミナ成形体を作製する。

ステップＳ４０２において、アルミナ成形体を焼成して、厚みが０．３ｍｍを超える透光性アルミナ基板１４を作製する。

その後、ステップＳ４０３において、透光性アルミナ基板１４の入射側面１６ｂのみを、面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下まで鏡面研磨して、厚みが０．３ｍｍ以下の透光性アルミナ基板１４、すなわち、窓材１０を得る。

第６製造方法は、先ず、図４ＢのステップＳ５０１において、上述したステップＳ１と同様にして、アルミナ成形体を作製する。

ステップＳ５０２において、アルミナ成形体を焼成して、厚みが０．３ｍｍを超える透光性アルミナ基板１４を作製する。

その後、ステップＳ５０３において、透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂを、共に面粗度がＲａ＝０．２〜０．６μｍとなるまで研削処理して、厚さが０．３ｍｍ以下の透光性アルミナ基板１４、すなわち、窓材１０を得る。

透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂを研削処理する代わりに以下の方法を採用してもよい。すなわち、ステップＳ５０２においてアルミナ成形体を焼成する際に、アルミナ成形体の一方の面及び他方の面に接触するセッターとして、表面粗さが大きいセッターを使用する。種類の異なるセッターを使用してもよい。これにより、焼成後における透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂの面粗度をそれぞれＲａ＝０．２〜０．６μｍにする。出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂの面粗度は同じでもよいし、異なってもよい。

第７製造方法は、先ず、図５のステップＳ６０１において、上述したステップＳ１と同様にして、アルミナ成形体を作製する。

ステップＳ６０２において、アルミナ成形体を焼成して、厚みが０．３ｍｍを超える透光性アルミナ基板１４を作製する。

その後、ステップＳ６０３において、透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａを、面粗度がＲａ＝０．２〜０．６μｍとなるまで研削処理して、厚さが０．３ｍｍ以下の透光性アルミナ基板１４、すなわち、窓材１０を得る。

透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａを研削処理する代わりに以下の方法を採用してもよい。すなわち、ステップＳ６０２においてアルミナ成形体を焼成する際に、アルミナ成形体の一方の面（出射側面となる面）に接触するセッターとして、他方の面（入射側面となる面）に接触するセッターよりも表面粗さが大きいセッターを使用する。これにより、焼成後における透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａの面粗度をＲａ＝０．２μｍ以上、好ましくは０．２〜０．６μｍにする。

このように、本実施の形態に係る窓材１０においては、透光性アルミナ基板１４を用い、表面の平均粒径を６〜６０μｍ、より好ましくは、６〜２０μｍとした。これにより、３００ｎｍ以下の紫外線に対して高い透過率を確保することができ、紫外線発光素子に用いて好適な窓材とすることができる。しかも、透光性アルミナ基板１４は、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高い。そのため、紫外線発光素子の駆動によって発生する熱を効率よく放熱することができ、紫外線発光素子での温度の上昇による破損、劣化を回避することが可能となる。

透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａの面粗度はＲａ＝０．０３μｍ以下でもよいし、Ｒａ＝０．２μｍ以上、好ましくは０．２〜０．６μｍでもよい。同様に、入射側面１６ｂの面粗度はＲａ＝０．０３μｍ以下でもよいし、Ｒａ＝０．２μｍ以上、好ましくは０．２〜０．６μｍでもよい。

特に、好ましくは、透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａの面粗度はＲａ＝０．０３μｍ以下であり、入射側面１６ｂの面粗度はＲａ＝０．２〜０．６μｍである。

実施例１〜６、比較例１〜３について、面粗度の測定及び透過率の評価を行った。実施例１〜６、比較例１〜３の内訳並びに評価結果は後述する表１〜表３に示す。

＜面粗度＞
測定試料（実施例１〜６、比較例１〜３）の出射側面及び入射側面の面粗度をレーザ顕微鏡（株式会社キーエンス製：ＶＫ−９７００）で倍率５００倍にて測定した。

＜透過率の評価＞
透過率の評価は、前方全光線透過率を用いた。具体的には、測定波長２００〜２８０ｎｍでの透過率の平均値と、特定波長２１０ｎｍでの透過率とをそれぞれ評価値とした。評価値選定の理由は、ＵＶ−Ｃが波長２８０ｎｍ以下の光であること、波長２００ｎｍ以下の光は、通常、大気中で吸収されるため、装置の測定限界であること等である。さらに、本実施例においては、波長が短いほど効果が顕著なため、特定波長として２１０ｎｍを挙げ、この特定波長２１０ｎｍでの透過率も評価値とした。

［前方全光線透過率］
前方全光線透過率は、図６に示すように、光源２０と検出器２２とを有する分光光度計２８（日立ハイテク製、Ｕ−４１００）を用いて測定した。光源２０と検出器２２との間に１つの貫通孔２４（直径３ｍｍ）を有するスリット板２６を設置した。スリット板２６のうち、検出器２２に対向する面に貫通孔２４を塞ぐように測定試料（実施例１〜６、比較例１〜３）を固定した。このとき、測定試料の入射側面をスリット板２６に固定した。すなわち、入射側面を光源２０側、出射側面を検出器２２側に向けて固定した。分光光度計２８の測定波長は１７５〜２６００ｎｍであるが、光源２０として波長２００〜２８０ｎｍの紫外線１２を出射する光源を用いた。

光源２０から波長２００〜２８０ｎｍの紫外線１２をスリット板２６に固定した測定試料の入射側面に入射させ、測定試料を通過して出射側面から放射される紫外線１２を検出器２２によって検出する。

前方全光線透過率は、測定試料を通過する紫外線１２の強度（Ｉ）と、測定試料を固定せずに測定したときの紫外線１２の強度（Ｉ₀）の比率（＝Ｉ／Ｉ₀）より算出した。

（実施例１）
図２Ａに示す第１製造方法に従って、セラミック粉末、分散媒及びゲル化剤を含むスラリーを型に注型し、このスラリーをゲル化させることによってアルミナ成形体を得、このアルミナ成形体を焼結させて実施例１に係る透光性アルミナ基板１４を得た。

具体的には、純度９９．９９％以上、ＢＥＴ表面積９〜１５ｍ²／ｇ、タップ密度０．９〜１．０ｇ／ｃｍ³の高純度アルミナ粉末に対して、５００ｐｐｍの酸化マグネシウム粉末を添加した。この原料粉末をゲルキャスト法によって成形した。この粉末１００重量部、分散媒（マロン酸ジメチル）４０重量部、ゲル化剤（４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート変成物）８重量部、反応触媒（トリエチルアミン）０．１〜０．３重量部、ノニオン系分散剤を混合した。

２０℃で、分散媒に前記原料粉末及び分散剤を添加して分散し、次いで、ゲル化剤を添加して分散し、最後に、反応触媒を添加することにより、スラリーを作製した。このスラリーを型内に注型し、２時間放置してゲル化させた。ゲル化したアルミナ成形体を型から取り出し、６０〜１００℃で乾燥した。次いで、成形体を１１００℃で２時間脱脂し、水素雰囲気中で焼成した。

この透光性アルミナ基板１４の厚さｔは０．３ｍｍ、表面の平均粒径は２０μｍであった。また、出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂの面粗度は共にＲａ＝０．３μｍであった。

そして、透光性アルミナ基板１４の前方全光線透過率を測定したところ、２００〜２８０ｎｍの波長領域で透過率の平均は８９％、２１０ｎｍの波長では９０％であった。

（実施例２）
アルミナ粉末の平均粒径（あるいは焼成温度、あるいは焼成時間）を異ならせたこと以外は、上述した実施例１と同様の製法で実施例２に係る透光性アルミナ基板１４を作製した。この透光性アルミナ基板１４の厚さｔは０．３ｍｍ、表面の平均粒径は１２μｍであった。また、出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂの面粗度は共にＲａ＝０．２μｍであった。そして、前方全光線透過率を測定したところ、２００〜２８０ｎｍの波長領域で透過率の平均は９０％、２１０ｎｍの波長では９５％であった。

（実施例３）
図２Ｂに示す第２製造方法に従って実施例３に係る透光性アルミナ基板１４を得た。先ず、上述した実施例１と同様の製法で、厚さが０．５ｍｍの透光性アルミナ基板１４を作製した。その後、この透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａのみに鏡面研磨を実施し、厚さ０．３ｍｍの実施例３に係る透光性アルミナ基板１４を得た。鏡面研磨前の透光性アルミナ基板１４の表面の平均粒径は２０μｍであり、出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂの面粗度は共にＲａ＝０．３μｍであった。鏡面研磨を実施した後における透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａの面粗度はＲａ＝０．０３μｍであった。そして、前方全光線透過率を測定したところ、２００〜２８０ｎｍの波長領域で透過率の平均は９１％、２１０ｎｍの波長では９６％であった。

（実施例４）
図３Ａに示す第３製造方法に従って実施例４に係る透光性アルミナ基板１４を得た。具体的には、先ず、上述した実施例１と同様の製法で、厚さが０．５ｍｍの透光性アルミナ基板１４を作製した。その後、この透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａのみに鏡面研磨を実施し、入射側面１６ｂのみを砥石で研削処理（表面を荒らす処理：粗面処理）を行って、厚さ０．３ｍｍの実施例４に係る透光性アルミナ基板１４を得た。鏡面研磨及び粗面処理を実施する前の透光性アルミナ基板１４の表面の平均粒径は２０μｍであった。鏡面研磨及び粗面処理を実施した後における透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａの面粗度はＲａ＝０．０３μｍ、入射側面１６ｂの面粗度はＲａ＝０．６μｍであった。そして、前方全光線透過率を測定したところ、２００〜２８０ｎｍの波長領域で透過率の平均は９２％、２１０ｎｍの波長では９７％であった。

（実施例５）
図３Ｂに示す第４製造方法に従って実施例５に係る透光性アルミナ基板１４を得た。具体的には、先ず、上述した実施例１と同様の製法で、厚さが０．５ｍｍの透光性アルミナ基板１４を作製した。その後、この透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂにそれぞれ鏡面研磨を実施して、厚さ０．３ｍｍの実施例５に係る透光性アルミナ基板１４を得た。鏡面研磨を実施する前の透光性アルミナ基板１４の表面の平均粒径は２０μｍであった。鏡面研磨を実施した後における透光性アルミナ基板１４の出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂの面粗度は共にＲａ＝０．０３μｍであった。そして、前方全光線透過率を測定したところ、２００〜２８０ｎｍの波長領域で透過率の平均は８３％、２１０ｎｍの波長では８４％であった。

（実施例６）
図４Ａに示す第５製造方法に従って実施例６に係る透光性アルミナ基板１４を得た。具体的には、先ず、上述した実施例１と同様の製法で、厚さが０．５ｍｍの透光性アルミナ基板１４を作製した。その後、実施例３とは反対に、透光性アルミナ基板１４の入射側面１６ｂのみに鏡面研磨を実施し、厚さ０．３ｍｍの実施例６に係る透光性アルミナ基板１４を得た。鏡面研磨前の透光性アルミナ基板１４の表面の平均粒径は２０μｍであり、出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂの面粗度は共にＲａ＝０．３μｍであった。鏡面研磨を実施した後における透光性アルミナ基板１４の入射側面１６ｂの面粗度はＲａ＝０．０３μｍであった。そして、前方全光線透過率を測定したところ、２００〜２８０ｎｍの波長領域で透過率の平均は８７％、２１０ｎｍの波長では９１％であった。

（比較例１）
直径２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの石英基板の前方全光線透過率を測定したところ、２００〜２８０ｎｍの波長領域で透過率の平均は８８％、２１０ｎｍの波長では８６％であった。

（比較例２）
アルミナ粉末の平均粒径（あるいは焼成温度、あるいは焼成時間）を異ならせたこと以外は、上述した実施例１と同様の製法で比較例２に係る透光性アルミナ基板１４を作製した。この透光性アルミナ基板１４の厚さｔは０．３ｍｍ、表面の平均粒径は５μｍであり、出射側面１６ａ及び入射側面１６ｂの面粗度は共にＲａ＝０．１μｍであった。そして、前方全光線透過率を測定したところ、２００〜２８０ｎｍの波長領域で透過率の平均は６７％、２１０ｎｍの波長では６８％であった。

（比較例３）
アルミナ粉末の平均粒径（あるいは焼成温度、あるいは焼成時間）を異ならせたこと以外は、上述した実施例１と同様の製法で比較例３に係る透光性アルミナ基板１４を作製した。この透光性アルミナ基板１４の厚さｔは０．３ｍｍ、表面の平均粒径は６５μｍであった。焼成後の透光性アルミナ基板１４を確認したところ、クラックの発生が見られた。従って、面粗度並びに前方全光線透過率は測定できなかった。

表１〜表３から、窓材１０は、材質が透光性アルミナからなり、表面の平均粒径が６〜６０μｍであることが好ましいことがわかる。比較例１の石英は、前方全光線透過率の評価が実施例５よりも良好となっているが、熱伝導率が約１Ｗ／ｍ・Ｋと低いため、効率よく放熱することができず、紫外線発光素子の温度の上昇による破損、劣化が生じやすいという懸念がある。

好ましい評価結果を得られた実施例１〜６のうち、実施例１、２及び５の結果から、透光性アルミナ基板の出射側面及び入射側面の面粗度が同じ場合は、出射側面及び入射側面に対して鏡面研磨を行わないことが好ましいことがわかる。

また、実施例３及び４の評価結果が良好であることから、透光性アルミナ基板の出射側面の面粗度と入射側面の面粗度が異なっていることがさらに好ましく、特に、出射側面の面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下、入射側面の面粗度がＲａ＝０．２〜０．６μｍであることが好ましいことがわかる。

なお、本発明に係る紫外線発光素子用窓材及びその製造方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims

３００ｎｍ以下の波長の紫外線（１２）を発する紫外線発光素子の少なくとも紫外線出射側に設置される紫外線発光素子用窓材において、
透光性アルミナからなり、
表面の平均粒径が６〜６０μｍであり、
一方の面（１６ａ）と、該一方の面（１６ａ）に対向する他方の面（１６ｂ）とを有し、
前記一方の面（１６ａ）及び前記他方の面（１６ｂ）の面粗度が０．６μｍ以下であることを特徴とする紫外線発光素子用窓材。
請求項１記載の紫外線発光素子用窓材において、
厚み（ｔ）が２．０ｍｍ以下の板状を有し、前記一方の面（１６ａ）と前記他方の面（１６ｂ）とを有する基板（１４）にて構成されていることを特徴とする紫外線発光素子用窓材。
請求項１又は２記載の紫外線発光素子用窓材において、
前記一方の面（１６ａ）が前記紫外線（１２）の出射側の面であり、
少なくとも前記一方の面（１６ａ）の面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下であることを特徴とする紫外線発光素子用窓材。
請求項１又は２記載の紫外線発光素子用窓材において、
前記他方の面（１６ｂ）が前記紫外線（１２）の入射側の面であり、
少なくとも前記他方の面（１６ｂ）の面粗度がＲａ＝０．２μｍ以上であることを特徴とする紫外線発光素子用窓材。
請求項１又は２記載の紫外線発光素子用窓材において、
前記一方の面（１６ａ）の面粗度と、前記他方の面（１６ｂ）の面粗度が異なることを特徴とする紫外線発光素子用窓材。
請求項５記載の紫外線発光素子用窓材において、
前記一方の面（１６ａ）が前記紫外線（１２）の出射側の面であり、
前記他方の面（１６ｂ）が前記紫外線（１２）の入射側の面であり、
前記一方の面（１６ａ）の面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下、
前記他方の面（１６ｂ）の面粗度がＲａ＝０．２μｍ以上であることを特徴とする紫外線発光素子用窓材。
請求項１記載の紫外線発光素子用窓材を製造するための紫外線発光素子用窓材の製造方法であって、
透光性アルミナからなり、前記一方の面（１６ａ）と前記他方の面（１６ｂ）を有する基板（１４）を、ゲルキャスト法あるいはテープ成形法にて作製する工程を有することを特徴とする紫外線発光素子用窓材の製造方法。
請求項７記載の紫外線発光素子用窓材の製造方法において、
前記一方の面（１６ａ）の面粗度と、前記他方の面（１６ｂ）の面粗度とを異ならせることを特徴とする紫外線発光素子用窓材の製造方法。
請求項７記載の紫外線発光素子用窓材の製造方法において、
さらに、少なくとも前記一方の面（１６ａ）を、面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下まで鏡面研磨を実施する工程を有することを特徴とする紫外線発光素子用窓材の製造方法。
請求項７記載の紫外線発光素子用窓材の製造方法において、
さらに、少なくとも前記他方の面（１６ｂ）の面粗度を大きくする処理を行うことを特徴とする紫外線発光素子用窓材の製造方法。
請求項７記載の紫外線発光素子用窓材の製造方法において、
前記一方の面（１６ａ）を、面粗度がＲａ＝０．０３μｍ以下まで鏡面研磨を実施する工程を有し、
さらに、前記他方の面（１６ｂ）の面粗度を大きくする処理を行うことを特徴とする紫外線発光素子用窓材の製造方法。