KR102330935B1

KR102330935B1 - 자외선ｓｍｄ형 ｌｅｄ소자의 기밀봉지용 석영유리 부재 및 자외선ｌｅｄ용 석영유리 부재의 제조방법

Info

Publication number: KR102330935B1
Application number: KR1020217014098A
Authority: KR
Inventors: 아키라 후지노키; 히로유키 니시무라; 아키라 사토; 유야 요코사와; 타츠야 모리
Original assignee: 신에쯔 세끼에이 가부시키가이샤
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2021-12-01
Also published as: WO2017208855A1; KR102337364B1; EP3467885A1; US11757075B2; EP3467885A4; CN109314165B; KR20190013775A; US20210226105A1; KR20210057220A; TW201815699A; CN109314165A; TWI737738B; US20220115570A1

Abstract

파장 범위가 200nm 이상 350nm 이하의 자외선을 방사하는 자외선LED를 실장한 표면실장형패키지(SMD)의 기밀봉지 및 투과창재료에 적합하게 사용되는 자외선 SMD형 LED소자의 기밀봉지용 석영 유리 부재를 제공한다. 기밀봉지용 석영 유리 부재가 내부에 경계가 없고 균질하게 일체형성된 석영 유리 기체로 구성되고, 상기 석영 유리 기체가 SMD형 LED소자에 상대하는 내측의 제1면과 상기 제1면에 대응하는 외측의 제2면을 갖고, 상기 제1면의 외주부에 상기 용기 외주 접합 평면과 접합하기 위한 기체접합평면을 형성함과 동시에 상기 제1면에 대응하는 외측의 제2면에 상기 자외선 SMD형 LED소자로부터의 방사광을 가공하는 렌즈모양 돌출부를 형성하도록 하였다.

Description

자외선ＳＭＤ형 ＬＥＤ소자의 기밀봉지용 석영유리 부재 및 자외선ＬＥＤ용 석영유리 부재의 제조방법{SILICA GLASS MEMBER FOR HERMETIC SEALING OF ULTRAVIOLET SMD LED ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING QUARTS GLASS MEMBER FOR ULTRAVIOLET LED}

본 발명은, 첫째로, 파장 범위가 200nm 이상 350nm 이하의 자외선을 방사하는 자외선 LED의 기밀봉지에 사용되는 석영유리 부재에 관하여, 더욱 상세하게는 파장 범위가 200nm 이상 350nm 이하의 자외선을 방사하는 자외선 LED를 실장한 표면실장형 패키지(통상 SMD(Surface Mount Device)라고 한다)의 기밀봉지 및 투과창 재료에 적합하게 사용되는 석영유리 부재에 관한 것이다. 본 발명은, 둘째로, 파장 200nm에서 400nm의 자외선LED 용 석영유리 부재의 제조방법에 관한 것이다.

깊은 자외선 파장대에서 발광하는 자외선 LED는 바이러스의 살균이나 음료수, 공기 정화, 수지 경화, 환경 오염 물질의 분해, 식품 분야, 각종 의료 기기 등, 폭 넓은 분야에 그 응용이 기대되고 있다.　

기존의 깊은 자외선 광원으로는 수은 램프 등의 가스 광원이 이용되고 있었지만, 가스 광원은 수명이 짧고 발광 파장이 가스의 휘선에만 한정되어, 수은 등의 인체 · 환경에 유해한 물질을 포함하고, 또한 광원의 크기, 소비 전력도 매우 크므로 그 이용 범위는 제한되어 있으며, 대체기술 실현에 대한 요청이 높아지고 있었다. 이러한 배경 하에, 무수은, 낮은 환경 부하에 소형, 고출력인 자외선 LED의 개발이 강하게 요구되어, 질화물계 반도체(AlGaN)를 이용한 자외선 LED의 개발이 활발해지고 있다.

자외선 LED는 200nm에서 400nm의 파장의 빛이며, 지금까지 가시광 LED로 사용되어 온 실리콘수지제 렌즈에서는 수지의 열화 혹은 빛이 투과하지 않는다는 문제가 있었다.

또한, 자외선 LED 소자에서의 광취출 효율이 매우 낮다는 문제도 있고, 창재료 또는 렌즈 재료에도 빛의 흡수가 최대한 적은 재료가 요구되어, 석영유리제 광학 부재의 사용이 검토되어 왔다 (특허 문헌 1 및 2).

그러나, 석영유리제의 창판에서는 빛이 확산되어 원하는 빛의 강도를 얻지 못하고, 또한 반구형의 렌즈는 패키지에의 실장이 어렵다는 문제가 있었다.

한편, 고정밀도의 치수 형상에서 석영유리 부재를 제조하는 방법으로 사출성형법이 있다 (특허 문헌 9 및 11).

이 방법은 성형체를 탈지 및 순화 후 소성함으로써 투명 석영유리체를 얻을 수 있지만, 염소 혹은 염화수소에 의한 순화 처리로 파장 약 250nm(5.0eV)에 산소결핍 결함에 의한 빛의 흡수 띠가 생겨버리는 문제가 있었다 (비 특허 문헌 1).

또한, 유리화 후의 산소를 포함하는 분위기, 혹은 수증기를 포함하는 분위기에 의한 산소결핍 결함의 복구를 행하는 방법이 제안되고 있지만, 그 효과가 석영유리 표면에 한정되는 것이나 고온에서의 처리를 요한다는 것에서 불순물 오염의 영향에 의해 투과율이 저하될 우려가 있었다 (특허 문헌 18 및 19).

또한 근래에 반도체 발광 소자(LED)의 단파장화가 급속히 진행되고 있다. 그 중에서도 비교적 파장이 긴 자외선(통상 UVA라고 불리고, 파장 범위는 380nm ~ 315nm)을 발광 영역으로 하는 자외선 LED는, 자외선 경화수지의 경화 용도로 이미 실용화 단계에 들어가 있다.

현재, UVA보다 더 짧은 파장의 UVB(파장 범위는 315nm ~ 280nm), UVC (파장 범위는 280nm ~ 200nm)는 열심히 개발이 진행되고 있는 단계이지만, 특별히 파장 260nm 부근의 자외선은 살균선이라고 불려, 강렬한 살균 작용이 있기 때문에 염가의 수살균이나 공기살균 수단으로 조기 실용화가 요구되고 있다.

UVA와 UVB, UVC 사이에는 기술적으로 큰 장애가 있는 것으로 알려져 있다. 하나는 기판재료, 다른 하나는 투과재료이다. UVA는 사파이어 기판(Al₂O₃)상에 형성되는데, UVB, UVC는 격자 정수의 정합성에 의해 AlN기판이 필요하게 된다.

한편, UVA의 자외선은 실리콘이나 테프론(등록상표) 등, 자외선 투과성이 높은 유기수지를 이용하여 창문이나 렌즈를 형성하는 것이 가능하지만, UVB, UVC의 자외선에 대해서는 이러한 유기 재료에서의 광투과성이 부족하고, 동시에 자외선에 대한 내구성도 불충분하다. 또한 UVA, LED에 자주 사용되는 자외선 투과성이 양호한 붕규산계의 유리 재료도 광투과성(붕규산 유리라 해도 파장 350nm이하의 자외선을 거의 투과하지 않는다)과 내구성의 문제로 사용할 수 없다.

이 때문에 UVBLED, UVCLED 용의 창재나 렌즈 재료는 유일하게 석영 유리가 이용되고 있다(특허 문헌 1 및 2). 석영 유리는 자외선에 대한 투과성이 높고, 내구성도 높기 때문에 UVBLED, UVCLED용의 창재나 렌즈 재료로서는 충분한 특성을 가지고 있지만, 창 재료나 렌즈 재료로서 적합한 광투과성이 높은 평활한 면을 구성하기 위해서는 연마가 필요하기 때문에, 평면과 구면이 혼재하는 듯한 부재임과 동시에 평활한 면을 일체로 구성하는 것은 불가능하다. 예를 들어, 본 발명에서 제안하는 외주부가 평면이고 중앙측 내부에 돌출 구면상의 구조체를 형성하는 경우에는, 평면 모양의 석영유리 판재와 반구 모양 렌즈를 각각 독립적으로 작성, 연마하여 이들을 접착하지 않으면 안 된다.

그러나 UVBLED, UVCLED용의 부재로 보았을 경우, 이 파장 영역에서 충분한 투과성과 내구성을 갖는 접착제는 거의 존재하지 않는다.

또한, 자외선 LED 뿐만 아니라 LED의 실장은 포탄형 패키지와 SMD형 패키지로 분류된다. LED 소자는 매우 취약한 반도체 소자이기 때문에 대기 중의 수분 등에 의한 열화를 방지할 목적으로 밀봉된 환경에서 유지될 필요가 있다. 포탄형 패키지는 LED의 주변 공간을 수지에 의해서 봉지한 패키지이고, 염가의 LED패키지로서 널리 보급되어 있다.

한편, SMD 패키지는 오목형의 패인 부분에 LED소자를 실장하고 바닥면 및 측벽면을 반사체로 구성해, 윗면을 기밀봉지용의 창재로 밀착봉지한 구조이다(특허 문헌 3).

더욱이, LED소자 하나로는 출력이 부족한 경우, 하나의 패키지에 복수의 소자를 배치한 멀티 타입의 패키지도 보급되기 시작하고 있다.

[특허문헌１]특개２０１５－１３３５０５호 공보 [특허문헌２]특개２０１５－１７９７３４호 공보 [특허문헌３]특개２００９－９９７５９호 공보 [특허문헌４]ＷＯ２００６－８５５９１호 공보 [특허문헌５]특개２００６－２３２５８２호 공보 [특허문헌６]특개２００６－２４８７９８호 공보 [특허문헌７] 특개２００６－２９０６６６호 공보 [특허문헌８] 특개２００６－３１５９１０호 공보 [특허문헌９] 특개２００６－３２１６９１호 공보 [특허문헌１０]특개２０１４－１５３８９호 공보 [특허문헌１１]특허 제４４４６４４８호 공보 [특허문헌１２]특허 제４４８４７４８호 공보 [특허문헌１３]특허 제４４９８１７３호 공보 [특허문헌１４]특허 제4 5 ３９８５０호 공보 [특허문헌１５]특허 제５１７７９４４호 공보 [특허문헌１６]특허 제５５１２０８４호 공보 [특허문헌１７]특허 제５８３０５０２호 공보 [특허문헌１８]특개 ２００８－１９５５９０ [특허문헌１９]특개 ２００９－２０３１４４

[비특허문헌１] H.Imai et al.(1988) Two types of oxygen-deficient centers insynthetic silica glass. Physical Review B. Vol.38, No.17, pp.12772-12775

본 발명은, 첫째로, 파장 범위가 200nm이상 350nm이하의 자외선을 방사하는 자외선 LED의 기밀봉지에 사용되는 석영유리 부재, 특히, 파장 범위가 200nm이상 350nm이하의 자외선을 방사하는 자외선 LED를 실장한 표면 실장형 패키지(통상 SMD, Surface Mount Device)의 기밀봉지 및 투과창재료에 적합하게 사용되는 자외선 SMD형 LED소자의 기밀봉지용 석영유리 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 둘째로, 본 발명은 산소결핍 결함의 복구를 행하고, 파장 약250nm의 광흡수가 개선되어, 파장 200nm부터 400nm에서 구조 결함에 의한 흡수가 없는 자외선 LED용 석영유리 부재를 얻을 수 있도록 한, 자외선 LED용 석영유리 부재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기밀봉지용 석영 유리 부재는, 파장 범위가 250nm이상 350nm의 빛을 방사함과 동시에 외주부에 형성된 용기 외주 접합 평면을 갖는 기밀봉지용기내에 재치 되는 자외선 SMD형 LED소자의 기밀봉지용 석영 유리 부재이고, 상기 기밀봉지용 석영 유리 부재가 내부에 경계가 없이 균질하게 일체 형성된 석영 유리 기체로 구성되어, 상기 석영 유리 기체가 상기 SMD형 LED소자에 상대하는 내측의 제 1면과 상기 제 1면에 대응하는 외측의 제 2면을 갖고, 상기 제 1면의 외주부에 상기 용기 외주 접합 평면과 접합하기 위한 기체 접합 평면을 형성함과 동시에 상기 제 1면에 대응하는 외측의 제 2면에 상기 자외선 SMD형 LED소자로부터의 방사광을 가공하는 렌즈 모양 돌출부를 형성하는 것을 특징으로 한다

상기 렌즈모양 돌출부는 복수개 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제 1면에 형성된 접합 평면의 면 정밀도가 1μm 이하, 면 거칠기가 Ra 값으로 0.1μm 이하이고, 제 2면의 렌즈 모양 돌출부의 면 거칠기가 Ra 값으로 0.2μm 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 기밀봉지용 석영 유리 부재에 있어서는, 두께 3mm에서의 내부 투과율이 파장 300nm이상 400nm이하의 자외선에 대해서 95 %이상, 99 %이하 임과 동시에 파장 245nm이상 300nm미만의 자외선에 대해서 92 %이상 99 %이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 기밀봉지용 석영 유리 부재에 있어서는, 내포되는 거품의 지름이 50μm이하이고, 부피 0.1cm³에 포함되는 거품의 단면적 합계가 1 × 10^-3mm²이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 기밀봉지용 석영 유리 부재에 있어서는, 두께 3mm에서의 적분구를 사용하여 측정되는 파장 350nm, 300nm, 250nm의 자외선에 대한 내부 투과율과 통상 측정에서의 파장 350nm, 300nm, 250nm의 자외선에 대한 내부 투과율의 차이가 각각 0.5 % 이내 인 것이 바람직하다.

본 발명의 기밀봉지용 석영 유리 부재에 있어서는 함유되는 OH기 농도가 0.1ppm이상 20ppm이하인 것이 바람직하다.

적분구에 의한 투과율 측정에 대해 설명한다. 거품이나 입상 구조에 의한 내부 산란이 존재하는 석영 유리의 투과율 측정에 있어서, 통상의 광학계에 의한 투과율 측정 장치에서는 내부 흡수와 산란 손실을 구별할 수 없기 때문에 산란 손실은 흡수로 계측되어 버린다. 한편으로 자외선에 대응한 적분구를 갖는 투과율 측정 장치에서는 산란광도 광검출기에 도입하는 것이 가능하므로, 산란 손실을 제외한 흡수량을 계측하는 것이 가능하게 된다. 즉, 적분구를 사용한 투과율 측정에 의한 내부 투과율은 산란 손실을 포함하지 않는 것으로 생각하기 때문에, 통상의 투과율 측정에 의한 내부 투과율과 비교하는 것에 의해 산란 손실의 추정이 가능하게 된다. 구체적으로는 통상의 투과율 측정에 의한 내부 투과율(=내부 흡수+산란 손실)-적분구 측정에 의한 내부 투과율(내부 흡수)=산란 손실이 된다. 실제로는 적분구 측정에 의해서도 산란 손실을 전부 잡을 수 있는 것이 아니기 때문에, 산란 손실 1부가 계측되고 있다고 생각하는 것이 타당하지만, 이 비교를 행하는 것으로 산란 손실의 강도를 규정하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 기밀봉지용 석영 유리 부재는, UVB, UVC의 자외선을 방사하는 LED용의 투명 창 재료 및 또는 렌즈 재료에 적합한 석영 유리이고, 본래 따로 잘라내서, 연마가공되어 있던 창 재료, 렌즈 재료가 일체로 구성되어있는 것으로 염가에 공급할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 이 때, 렌즈 부분이 1매의 봉지용 석영 유리 부재에 복수개가 동시에 형성되어 있는 것에 의해, 한층 더 비용 효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

구체적인 수단으로, 합성 석영 유리의 분체를 바인더와 혼합, 혼련하고, 이 혼합물을 필요한 형상을 성형하기 위한 형내에 가압 성형하여 얻어진 그린체를 열처리, 투명화 하는 것으로 일체적이면서도 균질하게 소정의 형상으로 구성된 복잡한 형상을 갖는 본 발명의 기밀봉지용 석영 유리 성형체를 얻을 수 있다.

본래, UVB, UVC와 같은 파장이 짧은 자외선의 창 재료, 렌즈 재료를, 석영 유리 분체를 출발 물질로서, 형 성형에 의해 구성하기 위해서는 몇 가지 요건을 충족할 필요가 있다. 즉, 필요한 투과율, 광내구성, 성형성을 얻기 위해서 출발 물질인 석영 유리 가루의 순도와 입도가 적절하게 제어되고 있을 것, 성형형의 내면 마무리가 나중에 연마가 불필요하도록 충분히 평활일 것, 탈지, 성형 공정에서 발생하는 석영 유리의 구조 결함이 충분히 억제 · 치유되어 있을 것, 분체끼리의 틈새 또는 용존가스가 충분히 제거된 결과, 거품이 적고 불필요한 산란광을 발하지 않는 것이다.

형 성형에 의한 석영 부재의 일체 성형에 관해서는, 렌즈부를 복수 및 동시에 형성할 수 있다는 제법상의 큰 이점이 존재한다. 특히 근래의 LED 패키지에 있어서는 고출력화의 목적으로 복수의 LED를 재치한 패키지가 증가하고 있지만, 이 경우 개별 LED와 렌즈 부분의 위치 관계가 정확하게 조정되어 있는지가 중요하다.

본 발명에서는 창 재료와 렌즈모양 돌출 부분이 일체로 형성된 상태로 제조되는 결과, 각각의 렌즈 부분의 위치는 형으로서 디자인된 위치의 전사로 결정되기 때문에 매우 정확하게 결정될 수 있다는 유리함이 있다. 석영 부재의 형 성형으로는 가압 성형 외에 사출 성형, 트랜스퍼 성형, 슬립 캐스팅법 등이 알려져 있다(특허 문헌 4 ~ 17).

본 발명의 자외선 LED용 석영 유리 부재의 제조 방법은, 석영 가루와 바인더 성분을 혼합하고 성형해서 소정 형상의 성형체를 얻는 성형 공정, 상기 성형체를 각종 가스에 의해 가열 처리를 행하는 열처리 공정 및 상기 열처리 공정 후 열처리된 성형체를 투명 유리화하는 유리화 공정을 포함하는 자외선 LED용 석영 유리 부재의 제조 방법이고, 상기 열처리 공정이 산소를 포함하는 분위기에 의한 1,000 ℃이하에서의 유기물의 탈지공정, 상기 탈지공정 후 염화수소를 포함하는 분위기에 의한 1,200 ℃이하에서의 금속 불순물의 순화 공정 및 상기 순화 공정 후, 산화성 분위기에 의한 1,150 ℃이하에서의 파장 약 250nm의 산소결핍 결함의 복구를 촉진하는 공정인 자외선 LED용 석영 유리 부재의 제조 방법이다.

상기 성형 공정이 금형에 의한 성형 공정인 것이 바람직하다.

상기 산화성 분위기가 산소 및/또는 수증기를 포함하는 분위기인 것이 바람직하다.

상기 유리화 공정이 1,700℃이하에서 행해지는 것이 바람직하다.

상기 석영 가루에 적어도 1 종류 이상의 구모양 석영을 포함하고, 석영 가루의 Al 농도가 70ppm이하인 것이 바람직하다.

상기 유리화 공정 후에 수소 분위기에 의한 가열 처리를 행하는 것이 바람직하다.

상기 자외선 LED가 방출하는 자외선의 파장이 200nm ~ 400nm인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 첫째로, 파장 범위가 200nm이상 350nm이하의 자외선을 방사하는 자외선 LED의 기밀봉지에 사용되는 석영 유리 부재, 특히 파장 범위가 200nm이상 350nm이하의 자외선을 방사하는 자외선 LED를 실장한 표면 실장형 패키지(SMD)의 기밀봉지 및 투과창재료에 적합하게 사용되는 자외선 SMD형 LED소자의 기밀봉지용 석영 유리 부재를 제공할 수 있다는 현저하고 큰 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 둘째로, 산소결핍 결함의 복구를 하고, 파장 약 250nm의 광흡수가 개선되어, 파장 200nm에서 400nm에서의 구조 결함에 의한 흡수가 없는 자외선 LED용 석영 유리 부재를 얻을 수 있도록 한, 자외선 LED 용 석영 유리 부재의 제조 방법을 제공할 수 있다는 현저하고 큰 효과가 있다.

도 １은본 발명에 관계하는 기밀봉지용 석영 유리 부재에 의해서 자외선 SMD형 LED소자를 봉지하는 경우의 하나의 실시예를 나타낸 단면 설명도이다.
도 2는 도1에 나타낸 기밀봉지용 석영 유리 부재의 평면 설명도이다.
도 3은 도1에 나타낸 기밀봉지용 석영 유리 부재의 적시 사시 설명도이다.
도 4는 본 발명에 관계하는 기밀봉지용 석영 유리 부재의 다른 실시예를 나타낸 단면 설명도이다.
도 5는 본 발명에 관계하는 기밀봉지용 석영 유리 부재의 다른 실시 예를 나타낸 설명도이다.
도 6은 실시예 1에서 작성된 석영 유리 부재의 투과율의 측정 결과를 석영 유리의 이론 투과율과 함께 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 1에서 작성된 석영 유리 부재의 적분구를 사용하는 투과율의 측정 결과를 통상 측정에 의한 측정 결과와 함께 나타낸 그래프이다.
도 8은 비교예 1에서 접착제 A ~ E를 사용하여 작성된 석영 유리 부재의 투과율의 측정 결과를 실시예1의 석영 유리 부재의 투과율과 함께 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예 2에서 얻어진 자외선 LED 용 석영 유리 부재의 파장 200nm에서 400nm의 투과율 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 비교예2에서 얻어진 석영 유리 부재의 파장 200nm에서 400nm의 투과율 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

이하의 첨부 도면에 기초해서 본 발명의 실시예를 설명하지만, 이들은 예시적으로 나타내는 것으로, 본 발명의 기술 사상에서 벗어나지 않는 한 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.

본 발명의 기밀봉지용 석영 유리 부재의 하나의 실시예를 이하에서 설명한다. 도 1 ~ 도 3은 본 발명에 관계하는 기밀봉지용 석영 유리 부재(10)에 의해 자외선 SMD형 LED소자(12)를 봉지하는 경우의 한 실시예를 나타내는 설명도면으로, 도 1은 단면 설명도, 도 2는 평면 설명도, 및 도 3은 적시 사시 설명도이다. 도 1에서 부호 14는 기밀봉지용기이고, 바닥벽(16) 및 측벽(18)을 가지며, 개구부(20)를 통해 윗쪽으로 개구하는 구성으로 되어 있다. 상기 기밀봉지용기(14)의 측벽(18)의 상단 외주부(22)의 윗면은 평면으로 된 용기외주접합평면(22a)으로 되어있다. 상기 자외선 SMD형 LED소자(12)는 상기 바닥벽(16)의 윗면에 재치된다. 도1 ~ 도 2의 도시예에서는 2개의 자외선 SMD형 LED소자(12)가 재치되는 예가 보여지고 있지만, 2 개 이상을 설치하는 것이 가능하고, 예를 들어, 4개나 6개를 설치할 수도 있다.

또한, 본 발명의 기밀봉지용 석영 유리(10)는 기밀봉지용기(14)의 개구부(20)를 봉지 할 수 있는 것이면 좋고, 치수적으로는 특별한 제한은 없지만, 예를 들어, 도 1 및 도 2에 나타낸 예로 말하자면, 도 2에 보여지는 기밀봉지용 석영 유리 부재(10)의 폭 W: 3.5mm, 기밀봉지용 석영 유리 부재(10)의 길이 L: 7mm, 렌즈 모양 돌출부(28)의 직경d: 3mm, 및 도 1에 보여지는 기체접합평면(24a) 부분의 두께 t: 1mm라는 치수로 설정된다.

상기 기밀봉지용 석영 유리 부재(10)는 내부에 경계가 없이 균질하게 일체 형성된 석영 유리 기체(10A)로 구성되고, 파장 범위가 250nm 이상 350nm의 빛을 방사하는 것이다. 상기 석영 유리 기체(10A)는 상기 SMD형 LED소자(12)에 맞서는 내측의 제1면(24)과 상기 제1면(24)에 대응하는 외측의 제2면(26)을 갖고 있다. 상기 제1면(24)의 외주부에는 상기 용기외주접합평면(22a)과 접합하기 위한 기체접합평면(24a)이 형성되어 있다. 한편, 상기 제1면(24)에 대응하는 외측의 제2면(26)에는 상기 자외선 SMD형 LED소자(12)에서의 방사광을 가공하는 렌즈 모양 돌출부(28)가 형성되어 있다. 도 1의 도시예에서는 상기 기밀봉지용기(14) 내에 2개의 자외선 SMD형 LED소자(12)가 재치 되어 있는 것에 대응하여 2개의 렌즈 모양 돌출부(28)가 접속평탄부(30)를 통해서 병렬 상태로 형성되어 있는 예가 보여지고 있다.

상기한 구성에 의해 그 작용을 설명한다. 2개의 자외선 SMD형 LED소자(12)가 바닥벽(16) 상에 재치 되어있는 상기 기밀봉지용기(14)에 대하여 그 용기 외주접합평면(22a)와 상기 기체접합평면(24a)을 접합시킨 상태에서 상기 기밀봉지용기(14)에 상기 기밀봉지용 석영 유리 부재(10)를 덮는 것에 의해 상기 기밀봉지용기(14) 안을 기밀 밀봉 상태로 하고, 자외선 SMD형 LED소자(12)의 방사광을 양호한 광추출 효율로 가공하는 것이다.

상기 석영 유리 기체(10A)의 형상으로는, 도 1 ~ 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1면(24)의 전체를 평면으로 하고, 제2면(26)에는 반구체 모양의 렌즈 모양 돌출부(28)로 할 수 있지만, 이 형상에 한정되는 것이 아니라, 상기 자외선 SMD형 LED소자(12)의 방사광을 가공할 수 있는 형상이면 다른 형상을 채용하는 것도 가능하다.

상기 석영 유리 기체(10A)의 기타 형상의 예를 도 4 및 도 5에 나타내었다. 도 4에 보인 예에서는, 2개의 렌즈모양 돌출부(28)는 내부에 중공부(32)를 설치한 반구체 모양으로 형성되어 있다. 도 5에 보인 예에서는, 2개의 렌즈모양 돌출부(28)는, 제2면(26)에는 도 1과 같이 반구체 모양의 렌즈모양 돌출부(28)를 형성하고, 한편 제1면에는 2개의 반구체 모양의 렌즈모양 돌출부(28)에 대응해서 타원체 모양의 수하팽대부(34)를 형성하고 있다. 도 4 및 도 5의 형상의 석영 유리 기체(10A)에 의한 기밀봉지용 석영 유리(10)를 사용하여 자외선 SMD형 LED소자(12)를 재치한 상기 기밀봉지용기(14)를 기밀밀봉 상태로 하는 경우에도 도 1~도 3의 예의 경우와 같이 자외선 SMD형 LED소자(12)의 방사광을 양호한 광추출 효율로 가공할 수 있다.

본 발명의 자외선 LED용 석영 유리 부재의 제조 방법의 하나의 실시예를 이하에 설명한다. 본 발명의 제조 방법에서는 금속 불순물의 제거를 목적으로 한 순화 처리에 사용하는 염소계가스에 의해 산소결핍 결함이 생성되지만, 그것을 복구하기 위해서 산화성의 분위기에 의한 열처리를 실행하는 것으로, 산소결핍 결함의 복구를 하고, 파장 약 250nm의 광흡수가 개선되어, 파장 200nm에서 400nm의 구조 결함에 의한 흡수가 없는 자외선 LED용 석영 유리 부재를 얻을 수 있다. 상기 산화성 분위기로는 산소 및/또는 수증기를 포함한 분위기를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 자외선 LED용 광학 부재로서 사용하기 위한 필요 특성인 투과율이나 거품, 표면형상 등, 벌크의 석영 유리를 연삭 가공에 의해 작성한 석영 유리와 동등 이상의 특성이 필요하게 되지만, 이하의 방법에 의해 자외선 LED용 광학 부재에 적합하게 사용되는 석영 유리를 얻을 수 있다.

성형 공정에서는 석영 가루와 바인더 성분을 혼합 후에 탈포 처리를 동반하는 혼련을 한 원료를 금형에 의해 성형 할 수 있다. 열처리 공정에서는 산소를 포함하는 분위기에 의한 1,000℃ 이하에서 탈지 공정, 염화수소를 포함하는 분위기에서의 1,200℃ 이하에서의 금속 불순물의 순화 공정, 산화성 분위기에서의 1,150℃ 이하에서의 산소결핍 결함의 파장 약 250nm의 복구 공정을 실시한다. 열처리 공정 후의 유리화 공정은 1,700℃ 이하에서 행하는 것이 바람직하다. 주원료인 석영 가루 중의 Al 농도가 70ppm 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 유리화 공정 후에 수소 분위기에 의한 가열 처리를 함으로써 자외선 LED용 광학 부재에 적합하게 사용되는 석영 유리를 얻을 수 있다.

원료의 탈포 처리는 유리화 공정 시의 거품 발생을 억제하는 효과가 있다.

상기 바인더 성분으로는, 예를 들면, 셀룰로오스계(메틸셀룰로오스, 카르복시 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸알코올), 한천, 비닐계(폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈), 전분계(디알데히드전분, 덱스트린, 폴리유산), 아크릴계(폴리아크릴산나트륨, 메타크릴산메틸), 식물성 점성 물질 등이 있고, 폴리비닐알코올 또는 메틸셀룰로오스가 바람직하다.

탈지 공정은, 그 온도가 1,000℃를 초과해 버리면, 이 공정 중에 결정화가 진행해 버려서, 후 공정에서는 다시 투명 유리화하는 것이 곤란하게 된다. 그 때문에, 탈지 공정은, 1,000℃ 이하 400℃ 이상, 보다 바람직하게는 1,000℃ 이하 600℃ 이상에서 행하는 것이 바람직하다.

순화 공정은 그 온도가 고온 일수록 효과적이지만, 1,200℃를 초과해 버리면 성형체의 수축이 진행되어, 다음 공정에서의 산소 및 또는 수증기를 포함한 분위기에서의 처리에서, 성형체 속까지 가스가 침투하기 어렵게 되고, 산소결핍 결함의 복구 효과가 작아져 버린다. 그 때문에, 순화 공정은, 1,200℃ 이하 800℃ 이상, 보다 바람직하게는, 1,200℃ 이하 1,000℃ 이상에서 행하는 것이 바람직하다.

산소결핍 결함의 복구를 촉진하는 공정은, 그 온도가 1,150℃를 초과해 버리면, 역시나 결정화의 진행이 쉬워지게 되고, 투명 유리화하는 것이 곤란하게 된다. 그 때문에, 산소결핍 결함의 복구를 촉진하는 공정은 1,150℃ 이하 800℃ 이상, 보다 바람직하게는, 1,100℃ 이하 950℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

주원료인 석영 가루 중이나 각종 첨가물 중에 불순물로서 금속계 원소가 포함되어 있으면 각종 열처리에서 결정화가 촉진되고, 특히, 열처리 온도가 고온 일수록 결정화 속도가 빨라진다 것으로 알려져 있으며, 본 발명에서는 석영 가루 중에 70ppm을 넘는 Al농도가 존재하면 투명한 유리체를 얻을 수 없고, 백색 불투명하게 결정화 한 것으로 되어 버리기 때문에, 석영 가루의 Al농도가 70ppm 이하인 것이 바람직하다.

성형 공정은 금형에 의해 실시하는 것으로, 종래의 연삭 및 연마 가공보다도 대량으로 더욱 저렴하게 작성하는 것이 가능하게 되어, 자외선 LED의 보급에 크게 공헌 할 수 있게 된다. 성형 방법은 사출 성형, 프레스 성형, 트랜스퍼 성형 등을 적합하게 사용할 수 있다.

또한 유리 부재를 수소 분위기에 의해 열처리를 실시하는 것으로, 유리 중에 수소 분자를 함유 할 수 있으며, 자외선 LED를 통해 나오는 빛에 의해 유리 중에 구조 결함이 생겨도 그것을 복구하는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 자외선 LED용 석영 유리 부재의 제조 방법을 사용함으로써, 본 발명의 기밀봉지용 석영 유리 부재를 적합하게 제조 할 수 있다.

[실시예]

이하에 본 발명에 대해서 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것이 아님은 말할 것도 없다.

(실시예１）

（괴토형성）(Formation of Plastic Matter)

직경 1.2μm의 구모양 합성 석영 가루(상품명 아드마화인 SO-E3)과 직경 2μm의 구모양 합성 석영 가루(상품명 아드마화인 SO-E5)을 중량비 1:1로 혼합 한 혼합 가루 79 중량부와 7.8중량% 메토로즈(상품명 SM-4000) 수용액 20중량부, 1중량부의 윤활제(상품명 유니루부 50MB-2)를 혼합 한 후, 3개의 롤밀로 혼련한 괴토를 형성했다. 여기서 말하는 괴토는 석영 유리 가루의 혼련물로 슬러리보다 점도가 높고, 점토 정도의 경도와 소성을 갖는 상태의 것을 말한다.

(탈포 조작)

형성한 괴토는 감압 하에서 더욱 혼련하는 것으로 탈포된다. 구체적으로는, 예를 들면, 미야자키철공소 제혼련 압출 성형기를 사용하여 0.1MPa의 감압 하, 혼련 압출을 하는 것으로, 소결 후의 거품 발생을 필요한 정도까지 저감할 수 있다.

（금형에 의한 성형）

탈포 처리를 실시한 괴토를 금속형 안에 120MPa의 가압으로 사출 성형하고, 소정의 형상을 갖는 성형체를 얻었다. 여기서, 금속형에 관해, 평면 부위 씰부분의 표면 거칠기는 Ra 값으로 0.1μm 이하, 바람직하게는 0.05μm 이하로 마무리 되어있을 필요가 있다. 마찬가지로 렌즈 모양 돌기 부분의 표면 거칠기도 Ra 값으로 0.1μm 이하, 바람직하게는 0.05μm 이하로 마무리 되어있을 필요가 있다. 또한 형형상으로 봉지용평면부는 기밀봉지를 실현하기 위해, 매우 평탄하다는 것을 충족할 필요가 있지만, 금형의 경우라면 통상의 가공 정밀도라도 충분한 평탄성을 실현할 수 있다.

(풍건)

취출한 성형체 (이하 그린체)는 클린도 10,000 정도의 청정한 분위기로 실온에서 12시간 정도 풍건했다.

（분위기 열처리)

건조 후의 그린체를 바닥이 평탄한 석영 유리 용기에 넣고, 용기마다 석영 유리제의 로심관을 갖는 수평형 관로 내에서 분위기·온도를 바꾸어 열처리를 실시했다.

(탈지)

로내 온도를 실온에서 20℃/분의 승온 속도로 800℃까지 승온하고 유지했다. 승온 시의 분위기는 질소 100%이다. 800℃로 로내 온도가 안정화 된 후, 질소를 정지하고, 산소를 농도 100%로 흘리면서 1시간 유지했다. 이것에 의해, 그린체에 포함되는 메토로즈 등의 유기물을 완전히 산화 제거했다.

（순화)

산소 분위기에 의한 탈지 처리 종료 후, 산소를 질소 100%로 전환, 다시 승온 속도 20℃/분으로 로내 온도를 1,200℃까지 승온, 유지했다. 질소를 100% 염화수소로 전환, 1시간 염화수소에 의한 순화 처리를 실시했다. 순화 처리에 의해 석영 유리 중의 알칼리 금속, 철, 구리 등의 금속 불순물 농도가 저감된다. 한편으로, 염화수소 가스는 석영 유리 중의 Si-OH와 반응하여 Si-Cl 결합을 생성하기 위해, 순화 처리 후의 그린체를 그대로 소결하면 2Si-Cl ⇒ Si = Si + Cl₂의 반응이 생긴다. Si = Si 결합은 산소결손 결함이라 불리는 구조 결함으로 파장 245nm에 흡수를 가지는 동시에 자외선에 대한 내성이 매우 약하고, 본 발명의 목적에는 적합하지 않기 때문에, 이를 치유 할 필요가 생긴다.

(산화)

순화 처리 후, 분위기 가스인 염화수소를 100% 질소로 전환, 20℃/분의 강온속도로 1,050℃까지 로온을 강온하고, 1,050℃로 유지했다. 또한, 로온이 1,050℃가 된 것을 확인하고 질소를 100% 산소로 전환, 1시간 유지했다. 처리 후, 산소를 질소로 대체, 실온까지 냉각, 취출했다.

(소결)

취출한 그린체는 평활한 카본판 위에 돌출부를 위로하여 정렬하고, 진공로 중에 설치했다. 진공 챔버 안을 진공 (1 × 10^-2Pa)로 배기 후, 20℃/분의 승온 속도로 1,650℃까지 승온하고, 1,650℃에서 질소에 의해 진공 파괴(상압 10MPa)하면서 20분간 유지 후 통전을 끄고 로냉각을 했다. 10시간 후에 꺼내서, 목적으로 하는 LED기밀봉지용 석영 유리 부재를 얻었다.

(평가)

(1) 표면 거칠기 데이터 (씰부 및 렌즈부의 표면 거칠기 데이터)

씰부(기체 접합 평면) 및 돌출부의 표면 거칠기를 미쓰토요 표면 거칠기 측정기로 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 어느 부위의 표면 거칠기도 소정의 범위 내에 있는 것을 확인했다. 또한, 표 1에는 3곳의 측정 지점(n)에서의 측정 결과를 나타낸다.

부위		Ra (μm)	측정길이	속도
씰부	n=3	0.139	2 mm	0.5 mm/초
		0.133
		0.167
	Average	0.146
	Max	0.167
	Min	0.133
돌출부	n=3	0.376	0.5 mm	0.1 mm/초
		0.327
		0.244
	Average	0.316
	Max	0.376
	Min	0.244

(2) 투과율 데이터 렌즈 형상에서는 투과율 측정을 할 수 없기 때문에, 실시예 1과 똑같은 재료 및 제조 방법으로 20mm×20mm×2mm의 투명 평판을 작성하고 통상의 투과율 측정(측정 장치: 퍼킨엘머사제 UV / VIS / NIR SPECTROMETER LAMBDA 900)을 실시하고, 그 결과를 표 2 및 도 6(겉보기 투과율 및 이론 투과율의 그래프 표시)에 나타냈다. 파장 300nm 이상 400nm 이하의 자외선에 대한 내부 투과율 및 파장 245nm 이상 300nm 미만의 자외선에 대한 내부 투과율에 대해서는 겉보기 투과율에서 아래 계산 식에 의해 구하고, 표 2에 나타냈다. 어떤 내부 투과율도 소정의 범위 내에 있는 것을 확인했다.

내부 투과율: 표 2에 나타낸 각 파장에서의 석영 유리의 이론 투과율 TT %(표면과 뒷면에 의한 반사 손실을 100%에서 뺀 값)을 사용하여, 두께 3mm의 겉보기 투과율 AT %에 대해, (AT / TT) × 100으로부터 구한다.

실시예 1에서 산출한 투과율의 수치범위

파장 (nm)	실시예1 이론 투과율 (%)	실시예1 겉보기 투과율 (%)	실시예1 내부 투과율 (%)
400	92.9	90.2	97.1
350	92.7	89.6	96.6
300	92.5	88.7	96.0
250	92.0	87.2	94.8
245	91.9	87.1	94.7

적분구에 의한 투과율 측정: 측정 장치: 퍼킨엘머사제 UV / VIS / NIR SPECTROMETER LAMBDA 900 적분구: MODEL # 150MM RSA ASSY를 사용하여 측정. 그 결과를 표 3 및 도 7에 통상의 투과율 측정 결과와 함께 보이고, 또한 양자의 차분을 산출하여 표3에 나타냈다. 표3에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 차분은 소정의 범위 내에 있는 것을 확인했다.

	통상 측정(%)	적분구 측정(%)	차분 (%)
파장345nm ~ 355nm의 평균치	89.56	89.89	0.33
파장295nm ~ 305nm의 평균치	88.73	89.07	0.34
파장245nm ~ 255nm의 평균치	87.21	87.63	0.41

(3) 거품지름 및 개수의 계측: 렌즈 형상에서는 투과율 측정을 할 수 없기 때문에, 실시예 1과 완전히 똑같은 재료 및 제조 방법으로 20mm×20mm×2mm의 투명 평판을 작성하고 이를 더욱 분할, 연마하여 10mm×10mm×1mm의 투명 평판(부피 0.1cm³)를 3개 작성했다. 이들에 대해 현미경으로 배율 100배에서 거품 지름과 개수를 계측했다. 최종적으로 거품의 단면적을 부피 0.1cm³당으로 환산했다. 계측 결과를 표 4에 나타낸다. 거품 지름50μm 이상의 거품은 관찰되지 않았다. 면적의 계산 방법은 거품 계층의 최대치를 직경으로 한(예를 들어, 20 ~ 30μm 은 직경 30μm로 계산). 이러한 거품 단면적의 석영 유리를 사용하는 것으로, 충분히 산란 강도가 억제 된 SMD패키지용 기밀봉지용 석영 유리 부재로 사용할 수 있는 것을 확인했다.

시료 번호	거품 지름 (μm)	갯수	계층별 품 단면적 (mm²)	총 거품 단면적 (mm²)
1	~ 10	3	3.93E-05	9.03E-04
	10 ~ 20	1	1.57E-04
	20 ~ 30	0	3.53E-04
	30 ~ 40	1	6.28E-04
	40 ~ 50	0	9.82E-04
2	~10	5	1.96E-04	7.07E-04
	10 ~ 20	1	1.57E-04
	20 ~ 30	1	3.53E-04
	30 ~ 40	0	0.00E+00
	40 ~ 50	0	0.00E+00
3	~10	4	1.57E-04	4.71E-04
	10 ~ 20	2	3.14E-04
	20 ~ 30	0	0.00E+00
	30 ~ 40	0	0.00E+00
	40 ~ 50	0	0.00E+00

(4) OH기농도: 실시예 1과 똑같은 재료 및 제조 방법으로 20mm×20mm×2mm의 석영 유리 시료의 OH기농도를 적외선 분광 광도계로 측정한 바, 함유 된 OH기농도가 1.3ppm인 것이 밝혀졌다. 또한, 실시예 1의 산소 처리 시, 산소를 물로 버블링에 의하여 가습한 바, OH기농도가 4.6ppm의 석영 유리체를 얻었다. 이들 시료에 대해 파장 254nm의 자외선을 조사한 바, 형광은 인정되지 않고, UVLED용 SMD패키지용 기밀봉지용 석영 유리 부재로서 적합한 것이 밝혀졌다.(비교예 １）

평면 모양의 석영 유리 판재와 반구 모양 렌즈를 각각 독립적으로 작성, 연마해서 이들을 하기하는 접착제 A ~ E를 사용해서 접착하여 실시예 1과 똑같은 형상의 석영 유리 부재를 작성하여 투과율 측정을 실시하고, 그 결과를 도 8에 나타냈다. 도 8에는 비교를 위해 실시예1의 석영 유리 부재의 투과율을 함께 표시했다. 도 8에서 알 수 있듯이 접착제에 의해 접합한 석영 유리 부재의 모두가 UVB(파장 범위는 315nm~280nm), UVC(파장 범위는 280nm~200nm)에 대해 충분한 투과성을 가지고 있지 않다는 것이 밝혀졌다.

접착제 A ~ E는 다음과 같다.

접착제 A: 세메다인(주)제 염비수지계 접착제 AR066(염화비닐관 접착용)

접착제 B: 신에츠화학공업(주)제 열경화성 실리콘계 접착제 KE1886(전기 전자 봉지용 고무 등)

접착제 C: 칸토화학(주)제 물유리계 접착제 37271-01(세라믹, 유리 접착용)

접착제 D: 코니시(주)제 합성고무계 접착제 # 14331(피혁, 합성 고무, 우레탄폼 접착용)

접착제 E: 세메다인(주)제 아크릴 변성계 접착제 AX-033(금속, 유리, 고무 접착용)

（실시예 ２）

（성형 공정)

평균입경 1.0μm((주) 애드마텍스제 아드마화인 SO-E3)과 평균입경 2.0μm((주) 애드마텍스제 아드마화인 SO-E5)을 중량비 1:1로 혼합 한 혼합 가루 79중량부와 7.8% 메틸셀룰로오스(신에츠화학공업(주)제 메토로즈 SM-4000) 수용액 20중량부, 1중량부의 윤활제(니찌유(주)제 유니루부 50MB-2)를 혼합한 후, 3개의 롤밀로 혼련하고, 진공압출성형기를 사용하여 탈포를 실행하여 0.1MPa의 감압 하에서, 혼련압출을 실시했다.

탈포 처리를 실시한 석영 가루 및 바인더의 혼합물을 금속형 안에서 120MPa의 가압으로 사출성형하여 소정의 형상을 갖는 성형체를 얻었다. 여기서, 금속 형에 관해서, 면내의 면 거칠기는 Ra값으로 0.1μm 이하, 바람직하게는 0.05μm 이하로 마무리되어 있을 필요가 있다.

이렇게 해서 작성한 성형체를 클린도 10,000정도의 청정한 분위기로 실온에서 12시간 정도 풍건했다.

(열처리 공정)

건조 후의 성형체를 바닥이 평탄한 석영 유리 용기에 넣고 용기마다 석영 유리제의 로심관을 갖는 수평관모양 로내에서 분위기·온도를 바꾸어서 열처리를 실시했다. 열처리 공정에서는 하기 (a) ~ (c)의 공정을 행했다.

(a) : (탈지 공정)

로내 온도를 실온에서 20℃/분의 승온 속도로 800℃까지 승온하고 유지했다. 승온 시의 분위기는 질소 100%이다. 800℃로 로내 온도가 안정된 후, 질소를 정지하고 산소를 100%로 흘리면서 1시간 유지했다. 이에 의해 성형체에 포함되는 메토로즈 등의 유기물을 완전히 산화 제거하였다.

(b) : (순화 공정)

산소 분위기에 의한 탈지 처리 종료 후, 산소를 질소 100%로 전환, 다시 승온 속도 20℃/분으로 로내 온도를 1,200℃까지 승온하고 유지했다. 질소를 100% 염화수소로 전환, 1시간 염화수소에 의한 순화 처리를 실행했다. 순화 처리에 의해 석영 유리 중의 알칼리 금속, 구리, 철 등의 금속 불순물 농도가 저감된다. 한편 염화수소는 석영 유리 중의 Si-OH와 반응하여 Si-Cl결합을 생성하기 위해, 순화 처리 후의 성형체는 그대로 유리화하면 2Si-Cl ⇒ Si = Si + Cl₂의 반응이 발생한다. Si = Si결합은 산소결핍 결함이라는 구조 결함으로 파장 약 250nm에 흡수를 가짐과 동시에 자외선에 대한 내성이 매우 약하고, 본 발명의 목적에는 맞지 않기 때문에, 이를 치유 할 필요가 생긴다.

(c) : (산소결핍 결함의 복구를 촉진하는 공정)

순화 처리 후, 분위기 가스인 염화수소를 질소 100%로 전환, 20℃/분의 강온 속도로 1,050℃까지 강온하고 유지했다. 질소를 산소 100%로 전환, 1시간 산소에 의한 석영 유리 중의 산소결핍 결함의 복구 처리를 행했다. 처리 후, 산소를 질소 100%로 전환하여, 실온까지 냉각하여 취출했다.

(유리화 공정)

취출한 성형체는 평활한 카본판 위에 나란히 하고, 진공로 중에 설치했다. 진공 챔버 안을 진공도 1×10^-2Pa로 배기 후, 20℃/분의 승온 속도로 1,650℃까지 승온하고, 1,650℃에 도달한 후 질소에 의해 진공 파괴하여 0.1MPa로 가압하면서 10분간 유지하고, 그 후 통전을 끄고 로냉했다. 10시간 후에 취출, 목적으로하는 자외선 LED용 석영 유리 부재를 얻었다.

（평가)

각 물성치는 다음의 측정 방법을 따랐다.

(1) Al 농도

얻어진 석영 유리 부재를 불화수소산으로 분해하고, ICP발광분광분석법에 의해 측정을 행했다.

(2) 외관

얻어진 석영 유리 부재를 육안으로 관찰을 행했다. 투명한 석영 유리의 경우에는 "양호", 결정화(실투)에 의해 불투명해진 것은 "결정화", 육안으로 확인 가능한 거품을 함유하고 있는 것은 "거품"이라고 했다.

(3) 파장 250nm의 흡수

20×20×2mm의 평판을 작성하고, UV-VIS 분광광도계로 파장 200nm부터 400nm의 범위에서 측정하여 파장 250nm의 흡수의 유무를 확인했다. 파장 250nm의 흡수가 없는 것에는 "없음", 흡수가 있는 것에는 "있음", 결정화하여 측정할 수 없었던 것에는 "측정 불능"이라고 했다.

각종 조건 및 측정 결과에 대해서는 표 5에 정리하여 나타냈다. 실시예2에서 얻어진 자외선 LED용 석영 유리 부재의 파장 200nm부터 400nm의 투과율 측정 결과를 도 9에 나타낸다.

（실시예 ３）

산소결핍 결함 복구 처리의 온도를 1,050℃로 하고, 30℃로 유지한 순수를 산소를 커리어로 한 버블링법으로 수증기를 포함하는 분위기로 한 것 이외에는, 실시예 2와 동일하게 행하고 자외선 LED용 석영 유리 부재를 얻었다.

（실시예 ４）

실시예 2에서 얻은 자외선 LED용 석영 유리 부재에 대해서, 400℃, 0.8MP의 수소 분위기 중에서 수소 처리(수소 분위기에 의한 가열 처리)를 행하여, 유리 중에 수소 분자를 도입했다. 이렇게 하여 자외선 LED용 석영 유리 부재를 얻었다.

(실시예 5)

평균 입경 0.25μm((주)애드마텍스제 아드마화인 SO-E1), 평균 입경 1.0μm((주) 애드마텍스제 아드마화인 SO-E3), 평균 입경 2.0μm((주) 애드마텍스제 아드마화인 SO-E5)을 중량비 1:1:2로 혼합한 혼합 가루를 원료로 한 것 이외에는 실시예2와 똑같은 처리를 행하여 자외선 LED용 석영 유리 부재를 얻었다.

(비교예 2)

산소결핍 결함의 복구를 촉진하는 공정을 행하지 않았던 것 이외에는 실시예 2와 똑같이 하여 석영 유리 부재를 얻었다. 비교예 2에서 얻어진 석영 유리 부재의 파장 200nm부터 400nm의 투과율 측정 결과를 도 10에 나타냈다.

(비교예 ３）

열처리 공정에서 탈지 공정의 탈지 온도를 1,100℃로 한 것 이외에는 실시예 2와 똑같이 처리하였다. 열처리 공정 후의 상태가 실시예 2의 샘플과 특별하게 변하지 않았기 때문에, 유리화를 실시했지만, 결정화에 의해 불투명이 되어버렸다.

(비교예 ４）

열처리 공정에서 순화 공정의 순화 온도를 1,350℃로 한 것 이외에는 실시예 2와 똑같이 처리하였다. 열처리 공정 후의 소결체의 부피가 약간 수축하고 있었지만, 그대로 유리화를 실시한 결과, 매우 미세한 거품이 다수 혼입해 버렸다.

(비교예 ５）

　열처리 공정에서 산소결핍 결함의 복구를 촉진하는 공정의 산소결함 복구 온도를 1,200℃로 한 것 이외에는 실시예 2와 똑같이 처리하였다. 열처리 후의 상태가 실시예 2의 샘플과 특별하게 변하지 않았기 때문에, 유리화를 실시했지만, 결정화에 의해 불투명이 되어 버렸다.

(비교예６）

비교예 2에서 얻은 유리 부재를 산소 분위기에서 1,100℃, 10시간 유지했다. 얻어진 샘플의 투과율을 측정한 바, 파장 250nm의 흡수는 약간 개선해 있었지만, 열처리에 의한 오염의 영향으로 200nm부터 400nm의 전역의 투과율이 저하해 버렸다.

		실시예2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5	비교예 6
탈지	온도 (°C)	800	800	800	800	800	1,100	800	800	800
탈지	분위기	산소	산소	산소	산소	산소	산소	산소	산소	산소
순화	온도 (°C)	1,200	1,200	1,200	1,200	1,200	1,200	1,350	1,200	1,200
순화	분위기	염화수소	염화수소	염화수소	염화수소	염화수소	염화수소	염화수소	염화수소	염화수소
결함 복구	온도 (°C)	1,050	1,050	1,050	1,050	없음	1,050	1,050	1,200	없음
결함 복구	분위기	산소	수증기+산소	산소	산소	없음	산소	산소	산소	없음
유리화	온도 (°C)	1,650	1,650	1,650	1,650	1,650	1,650	1,650	1,650	1,650
유리화	분위기	진공	진공	진공	진공	진공	진공	진공	진공	진공
석영 유리의 AI농도(ppm)		50	50	50	70	50	50	50	50	50
유리화 후의 산소 처리		없음	없음	없음	없음	없음	없음	없음	없음	있음
수소 처리		없음	없음	있음	없음	없음	없음	없음	없음	없음
외관		양호	양호	양호	양호	양호	결정화	거품	결정화	양호
파장 250 nm의 흡수		없음	없음	없음	없음	있음	측정불능	있음	측정불능	있음

10 : 기밀봉지용 석영 유리 부재, 10A : 석영 유리 기체,
14 : 기밀봉지용기, 16 : 바닥벽,
18 : 측벽, 20 : 개구부,
22 : 상단외주부, 22a : 용기 외주 접합 평면,
24 : 제1면, 24a : 기체접합평면,
26 : 제2면, 28 : 렌즈 모양 돌출부,
30 : 접속평탄부, 32 : 중공부,
34 : 수하팽대부

Claims

석영 가루와 바인더 성분을 혼합하고 성형하여 소정 형상의 성형체를 얻는 성형 공정,
상기 성형체를 각종 가스에 의한 가열 처리를 행하는 열처리 공정, 및
상기 열처리 공정 후, 열처리된 성형체를 투명 유리화하는 유리화 공정을 포함하고,
상기 열처리 공정은,
산소를 포함하는 분위기에 의한 1,000℃ 이하에서의 유기물의 탈지 공정,
상기 탈지 공정 후, 염화수소를 포함하는 분위기에 의한 1,200℃ 이하에서의 금속 불순물의 순화 공정, 및
상기 순화 공정 후, 산화성 분위기에 의한 950℃ 이상 1,100℃ 이하에서의 파장 200nm 부터 400nm에서의 구조 결함에 의한 흡수가 없도록 산소결핍 결함의 복구를 촉진하는 공정이며,
상기 자외선 LED가 방출하는 자외선의 파장이 200nm~400nm인 자외선 LED용 석영 유리 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 성형 공정이 금형에 의한 성형 공정인 것을 특징으로 하는 자외선 LED용 석영 유리 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 산화성 분위기가 산소 및/또는 수증기를 포함하는 분위기인 것을 특징으로 하는 자외선 LED용 석영 유리 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 유리화 공정이 1,700℃이하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 자외선 LED용 석영 유리 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 석영 가루에 적어도 1종류 이상의 구모양 석영을 포함하고, 석영 가루의 Al농도가 70ppm이하인 것을 특징으로 하는 자외선 LED용 석영 유리 부재의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 유리화 공정 후에 수소 분위기에 의한 가열 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 자외선 LED용 석영 유리 부재의 제조 방법.
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