KR20080098072A

KR20080098072A - 광투과 산란체 및 그 용도

Info

Publication number: KR20080098072A
Application number: KR1020087023122A
Authority: KR
Inventors: 신이치 사카타; 후미토 후루우치
Original assignee: 우베 고산 가부시키가이샤
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-11-06
Also published as: JPWO2007114493A1; TWI410665B; JP4775439B2; CN101410732B; EP2000829A2; KR100988317B1; TW200739118A; CN101410732A; EP2000829B1; EP2000829A9; US20090122409A1; EP2000829A4; WO2007114493A1

Abstract

본 발명은 내열성이 높고, 광의 흡수가 작으며, 광안정성이나 내열성이 높은 광산란체 및 이것을 이용한 백라이트 구조, 아이세이프 반도체 레이저 등을 제공한다. 단일금속 산화물 및 복합금속 산화물로부터 선택되는 적어도 2개 이상의 산화물상이 연속적으로 또한 3차원적으로 서로 얽혀져 형성되어 있는 응고체로 이루어지는 광투과 산란체, 그리고 상기 광산란체를 이용한 백라이트 구조, 아이세이프 반도체 레이저를 제공한다.

Description

광투과 산란체 및 그 용도{LIGHT TRANSMISSION SCATTERING MATERIAL AND ITS USE}

본 발명은 광학 부품으로서의 광투과 산란체와, 이것을 이용한 액정 디스플레이의 백라이트 구조 및 아이세이프(eye-safe) 반도체 레이저 등의 용도에 관한 것이다.

최근 광을 산란시키는 소자의 필요성이 높아지고 있다. 예컨대, 액정 디스플레이의 백라이트로서 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드를 사용하는 것이 검토되고 있지만, 백라이트로서 이용하기 위해서는, 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드의 광을 균일하게 혼합해야 한다. 이를 실현하기 위하여 광산란체가 이용된다. 보다 밝은 백라이트를 제작하기 위해, 광의 흡수가 작고, 광에 대한 내구성, 내열성에 뛰어난 광산란체가 요구되고 있다.[Leading Trends 해설: 「LED 백라이트가 텔레비젼의「색」을 바꾼다」(NIKKEI ELECTRONICS 2004. 12. 20, 57-62 페이지) 비특허문헌 1]

또한, 최근 백색 발광 다이오드의 연구 개발이 활발히 진행되고 있고, 그에 있어서는 청색 여기광과 형광체로부터의 황색 등의 발광을 균일하게 혼합하는 광산란 소자가 필요하다. 현 상태에서는, 수지에 광산란제를 분산시켜, 그곳에서의 산란을 이용하여 실현하고 있지만, 이에 있어서도, 보다 밝은 광을 얻기 위해서는 광 의 감쇠를 최소한으로 억제하여 광에 대한 내구성, 열에 대한 안정성이 우수한 광산란체가 요구되고 있다.

또한, 광산란 소자의 새로운 용도로서, 최근 개발이 진행되고 있는 초고속 통신용 아이세이프 반도체 레이저를 들 수 있다. 통신에 레이저광을 이용하면 고속변조가 가능해져 대용량 데이터의 순간 전송이 가능하게 되지만, 레이저광은 눈에 들어가면 매우 위험하기 때문에 그 응용이 장해(障害)가 되고 있다. 그래서, 레이저광을 산란하여 광의 파워를 분산시킴으로써 아이세이프 레이저를 실현하고 있다. 현 상태에서는, 수지에 광산란제를 혼합한 것으로 개발이 진행되고 있지만, 금후, 전술한 예와 같이, 광의 감쇠가 적고, 장기간의 내구성이 있는 광산란체가 요구된다고 생각된다. [카사이 외: 「초고속 IrDA(UFIR)용 아이세이프 반도체 레이저」(sharp 기보 제87호·2003년 12월, 15-20 페이지) 비특허 문헌 2]

이와 같이, 광을 산란하는 재료의 이용은 다방면에 걸쳐 시작되고 있다. 광을 산란하는 소재를 제작하는 것은 어려운 것이 아니다. 예컨대, 수지에 수지의 굴절율과는 다른 분말 등을 혼합하면, 그와 같은 소재를 얻을 수 있다. 그러나, 그와 같은 분말을 분산시킨 광산란 소자는, 광이 통과할 때에, 분말 표면의 결함에 의해 광의 흡수가 반복 발생하기 때문에 광의 감쇠가 커진다고 하는 문제가 있다. 또한, 소자에 수지를 이용하면 광에 대한 내구성, 안정성에 문제가 생길 우려가 있다. 이러한 문제의 해결에는 광의 흡수가 작고, 광안정성이나 내열성이 높은 광산란 재료가 요구된다.

본 발명의 목적은, 내열성이 높고, 광의 흡수가 작으며, 광안정성이나 내열 성이 높은 광산란체 및 이것을 이용한 백라이트 구조, 아이세이프 반도체 레이저 등을 제공하는 것이다.

본 발명자 등은, 단일금속 산화물 및 복합금속 산화물로부터 선택되는 적어도 굴절율이 다른 2개 이상의 산화물상이 연속적으로 또한 3차원적으로 서로 얽혀져 형성되어 있는 응고체로 이루어지는 세라믹스 복합체를 이용한 광산란체가, 광흡수가 적고, 광안정성, 내열성이 우수한 광산란 소자가 되는 것을 발견하여, 본 발명에 이르렀다.

즉, 본 발명은 하기를 제공한다.

(1) 단일금속 산화물 및 복합금속 산화물로부터 선택되는 적어도 굴절율이 다른 2개 이상의 산화물상이 연속적으로 또한 3차원적으로 서로 얽혀져 형성되어 있는 응고체로 이루어지는 광투과 산란체.

(2) 구성하는 상의 경계 부분에 비정질상을 갖지 않는 (1)에 기재한 광투과 산란체.

(3) 산화물상이 Al₂O₃와 Y₃Al₅O₁₂로 이루어지는 (1) 또는 (2)에 기재한 광투과 산란체.

(4) 일방향(一方向) 응고법에 의해 얻어지는 것인 (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재한 광투과 산란체.

(5) 가시광의 광투과율이 30％ 이상인 (1)∼(4) 중 어느 하나에 기재한 광투과 산란체.

(6) 판형인 (1)∼(5) 중 어느 하나에 기재한 광투과 산란체.

(7) 블록형인 (1)∼(5) 중 어느 하나에 기재한 광투과 산란체.

(8) 상기 굴절율차가 0.01 이상인 (1)∼(7) 중 어느 하나에 기재한 광투과 산란체.

(9) 액정 디스플레이의 백라이트로서 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드의 광을 혼합하기 위한 (1)∼(8) 중 어느 하나에 기재한 광투과 산란체.

(10) 아이세이프 반도체 레이저를 위하여 반도체 레이저광을 분산시키기 위한 (1)∼(8) 중 어느 하나에 기재한 광투과 산란체.

(11) (1)∼(10) 중 어느 하나에 기재한 광투과 산란체에 광을 입사시키고, 상기 광투과 산란체에 의해 산란된 산란광을 상기 광투과 산란체로부터 출사시켜, 상기 산란광을 이용하는 것을 특징으로 하는 광투과 산란체의 사용 방법.

(12) 상기 광투과 산란체를 액정 디스플레이의 백라이트로서 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드의 광을 혼합하기 위해 사용하는 (11)에 기재한 방법.

(13) 상기 광투과 산란체를 아이세이프 반도체 레이저를 위하여 반도체 레이저광을 분산시키기 위해 사용하는 (11)에 기재한 방법.

(14) 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드와, (9)에 기재한 광투과 산란체를 포함하는 액정 디스플레이의 백라이트 구조.

(15) 반도체 레이저와 (1)∼(8) 중 어느 하나에 기재한 광투과 산란체를 포함하는 아이세이프 반도체 레이저.

본 발명의 광산란체를 이용하면, 종래 이용되고 있는 수지를 이용한 광산란체에 비해, 광흡수가 적고, 광안정성이 우수하며, 내열성이 높은 광산란체 및 그것을 이용한 백라이트 구조, 아이세이프 반도체 레이저 등을 제작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 광투과 산란체의 조직 사진의 일례를 도시한다.

도 2a는 본 발명의 복합 세라믹스에 있어서의 계면의 투과형 전자현미경 사진의 일례를 도시하고, 도 2b는 소결체에 있어서의 계면의 투과형 전자현미경 사진의 일례를 도시한다.

도 3은 수지에 무기 분말을 분산시킨 광산란체의 단면을 도시한다.

도 4는 투과광을 측정하는 적분구를 이용한 측정 방법을 도시한다.

도 5는 도 4에 도시한 측정 방법에 의해 측정한 실시예 1 및 비교예 1, 2의 투과율을 도시한다.

도 6은 광산란의 측정 방법을 도시한다.

도 7은 도 6에 도시한 측정 방법에 의해 측정한 실시예 1 및 비교예 1, 2의 광속을 도시한다.

도 8은 본 발명의 광투과 산란체를 액정 패널의 백라이트의 혼색용에 이용한 예를 도시한다.

도 9는 본 발명의 광투과 산란체를 반도체 레이저와 조합한 아이세이프 반도체 레이저의 예를 도시한다.

본 발명의 광산란체는 단일금속 산화물 및 복합금속 산화물로부터 선택되는 적어도 굴절율이 다른 2개 이상의 산화물상이 연속적으로 또한 3차원적으로 서로 얽혀져 형성되어 있는 세라믹스 복합체로 이루어진다. 이러한 세라믹스 복합체의, 주사형전자현미경에 의한, 단면 조직 사진의 일례를 도 1에 도시한다. 검은 부분(어두운 부분)이 제1 결정상이고 회색의 부분(밝은 부분)이 제2 결정상이다. 이 2상(相)은 굴절율이 다르다. 그 때문에, 입사된 광은 제1 결정과 제2 결정의 계면에서 굴절, 반사를 일으킨다. 더구나 2상의 계면은 여러 방향으로 신장하고 있기 때문에, 광은 모든 각도에 방출되게 된다. 이러한 일이 세라믹스 복합체의 삼차원 조직에서 행해진다. 이 때문에 세라믹스 복합체는 우수한 광산란체가 된다. 이러한 성질은 유리나 수지와 같은 투명 물질의 표면에 요철을 형성하여 제작한 광산란체와는 본질적으로 다르다. 유리나 수지와 같은 광산란체는 표면에서의 광 산란을 이용하는 것이지만, 본 발명의 광산란체는 재료의 내부에 있더라도 광 산란을 행하고 있다.

상기 굴절율차는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 0.01 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05 이상, 보다 더는 0.07 이상, 특히 1.00 이상이다. 굴절율차가 클수록 광산란 효율이 높기 때문에 바람직하지만, 세라믹스 복합체에 있어서 실현되는 굴절율차가 상한치이다.

본 광산란체의 큰 특징의 하나로서, 광의 감쇠가 적은 것을 들 수 있다. 이 특성은 재료 중에 있어서 상기 산화물상의 계면의 특성이 크게 기여하는 것이라고 생각된다. 도 2a에 본 광산란체에 있어서의 2개의 결정상의 계면의 투과형 전자현 미경 사진의 일례를 도시한다. 비교를 위해, 도 2b에 동일한 조성을 갖는 소결체의 2개의 결정상의 계면(입계, 粒界)의 일례도 아울러 도시했다. 도 2b의 소결체의 사진에 있어서 중앙 부분의 흰 띠상(狀) 부분은 결정상의 입계이다. 결정 격자가 관찰되지 않기 때문에 원자가 흐트러진 비정질층인 것을 알 수 있다. 원자의 혼란에 의한 결함은 광 흡수의 원인이 되기 때문에, 이러한 층이 존재하는 것은 바람직하지 않다. 한편, 도 2a에 도시하는 본 발명의 광산란체인 세라믹스 복합체에서는 소결체에서 보여진 비정질층이 관찰되지 않는다. 더구나, 계면에서도 원자의 배열이 규칙적으로 배열되어 있기 때문에, 세라믹스 복합체의 계면은 소결체에 비하여 결함이 적다고 생각되며, 이 때문에 본 재료의 광 감쇠는 매우 적은 것이 된다.

한층 더한 특징으로서, 본 발명의 광산란체는 광산란체 내에서 광이 확산하기 쉬운 것을 들 수 있다. 이 특징도 2개 이상의 산화물상이 연속적으로 또한 3차원적으로 서로 얽혀져 있다는 세라믹스 복합체의 성질에 기인하고 있다. 즉, 본 발명의 광산란체는 결정상이 연속하고 있기 때문에, 입사한 광이 결정 내에서 도파되어 재료의 내부에서 확산한다는 특징이 있다. 이 특징 때문에, 예컨대, 분말을 분산시킨 수지로 제작한 광산란체에서는, 광이 조사되고 있는 부분으로부터 멀어지면 광이 급속히 감쇠하지만, 본 발명의 광산란체에서는 광의 조사 부분에서 떨어진 장소에서도 광이 도파하고, 광의 감쇠가 적다. 이것은 광의 조사면이 본 발명의 광산란체에 의해 넓어진다고 하는 효과를 가져와, 결과적으로 광의 넓이를 크게 할 수 있게 된다.

본 발명의 광산란체에 있어서의 매우 중요한 특징은, 2 이상의 산화물의 각 결정상이, 독립이 아닌 각 상이 불가분한 관계로서 일체화하고 있다는 것이다. 예컨대 Al₂O₃ 결정과 Y₃Al₅O₁₅ 결정으로 이루어지는 광산란체에서는, 단순히 2개의 결정이 존재하는 것이 아니라, Al₂O₃도 아니며 Y₃Al₅O₁₅도 아닌 조성을 갖는 1종류의 융액으로부터 동시에 Al₂O₃ 결정과 Y₃Al₅O₁₅ 결정이 결정화를 한 결과로서 2개의 결정이 존재하고 있는 것으로, 독립적으로 2개의 결정이 존재하는 경우와는 다르다. 이 때문에, 명확한 입계가 존재하지 않는 등의 특징을 가지고 있다. 이러한 광산란 소자는 단순한 Al₂O₃ 결정과 Y₃Al₅O₁₂ 결정이 혼재하고 있는 소결체와 같은 상태와는 본질적으로 다르다.

마지막으로, 수지에 무기 분말을 분산시킨 산란체와 비교를 행한다. 분말을 수지에 분산한 광산란체의 단면을 도 3에 도시한다. 이러한 광산란체에서는, 광이 분말의 표면에서 내부에 들어갈 때, 또는, 나올 때에 입자의 표면 결함에 의해 광이 흡수되어 버린다. 또한, 분말의 표면에서의 산란, 반사에 의해, 입자표면으로의 광의 출입이 다중으로 되기 때문에, 표면의 영향이 매우 커진다. 이와 같이, 분말과 같은 광산란제를 포함하는 수지에서는 광이 현저하게 감쇠한다. 또한, 수지를 이용한 광산란체의 경우, 자외 영역에서 수지에 의한 광의 흡수가 시작되기 때문에, 자외 영역에서는 광산란으로서 사용할 수 없다. 한편, 본 발명의 광산란체는 세라믹스로 구성되기 때문에, 적절한 조성계를 선택하면 자외 영역에서도 광산란체로서 이용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 광투과 산란체는, 굴절율이 다른 2개 이상의 결정상이 연속적이며 3차원적으로 서로 얽혀져 있기 때문에, 우수한 투광성을 가지고, 광산란이 큰 광산란체가 된다. 예컨대, 본 발명의 광투과 산란체는, 상기와 같이 광산란 특성을 가지면서, 가시광의 투과율이 30％ 이상, 특히 40％ 이상일 수 있고, 나아가서는 50％ 이상일 수도 있다.

(제작 방법)

본 발명의 광산란체는 원료금속 산화물을 융해 후, 응고하여 만들어진다. 예컨대, 소정 온도로 유지한 도가니에 담근 용융물을 냉각 온도를 제어하면서 냉각 응결시키는 간단한 방법으로 응고체를 얻을 수 있지만, 가장 바람직한 것은 일방향 응고법에 의한 것이다. 그 공정의 개략은 다음이다.

원료가 되는 금속 산화물을 원하는 성분 비율의 비율로 혼합하여, 혼합 분말을 조정한다. 혼합 방법에 대해서는 특별한 제한은 없고, 건식 혼합법 및 습식 혼합법 중 어느 것이나 채용할 수 있다. 이어서, 이 혼합 분말을 공지의 용융로, 예컨대, 아크 용융로를 이용하여 담근 원료가 용해하는 온도로 가열하여 용융시킨다.

얻어진 용융물은, 그대로 도가니에 담그어 일방향 응고시키거나, 혹은, 일단 응고시킨 후에 분쇄하여, 분쇄물을 도가니에 담그고, 재차 가열·용융시킨 후, 융액이 들어간 도가니를 용융로의 가열존에서 인출하여, 일방향 응고를 행한다. 융액의 일방향 응고는 상압하에도 가능하지만, 결정상의 결함이 적은 재료를 얻기 위해서는, 4000 Pa 이하의 압력 하에 행하는 것이 바람직하고, 0.13 Pa(10^-3Torr) 이하는 더욱 바람직하다.

도가니의 가열 영역에서의 인출 속도 즉, 융액의 응고 속도는, 융액 조성 및 용융 조건에 의해 적절한 값으로 설정하게 되지만, 통상 50 mm/시간 이하, 바람직하게는 1∼20 mm/시간이다.

일 방향으로 응고시키는 장치로서는, 수직 방향으로 설치된 원통형의 용기 내에 도가니가 상하 방향으로 이동 가능하게 수납되어 있고, 원통형 용기의 중앙부 외측에 가열용의 유도 코일이 부착되어 있으며, 용기 내 공간을 감압으로 하기 위한 진공 펌프가 설치되어 있는, 그 자체 공지의 장치를 사용할 수 있다.

얻어진 응고체에서 필요한 형상의 블록을 꺼내어, 광산란체로 한다.

응고체를 형성하는 산화물종에 대해서는, 여러 가지의 조합이 가능하지만, 금속의 산화물과 2종 이상의 금속의 산화물로부터 생성되는 복합산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 세라믹스가 적합하다. 금속의 산화물로서는, 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화지르코늄(ZrO₂), 산화마그네슘(MgO), 산화실리콘(SiO₂), 산화티탄(TiO₂), 산화바륨(BaO), 산화베릴리움(BeO), 산화칼슘(CaO), 산화크롬(Cr₂O₃) 및 희토류 원소산화물(La₂O₃, Y₂O₃, CeO₂, Pr₆O₁₁, Nd₂O₃, Sm₂O₃, Gd₂O₃, Eu₂O₃, Tb₄O₇, Dy₂O₃, Ho₂O₃, Er₂O₃, Tm₂O₃, Yb₂O₃, Lu₂O₃) 등이 있고, 이들로부터 생성되는 복합산화물로서는, 예컨대, LaAlO₃, CeAlO₃, PrAlO₃, NdAlO₃, SmAlO₃, EuAlO₃, GdAlO₃, DyAlO₃, ErAlO₃, Yb₄Al₂O₉, Y₃Al₅O₁₂, Er3Al₅O₁₂, 11Al₂O₃·La₂O₃, 11Al₂O₃·Nd₂O₃, 3Dy₂O₃·5Al₂O₃, 2Dy₂O₃·Al₂O₃, 11Al₂O₃·Pr₂O₃, EuAl₁₁O₁₈, 2Gd₂O₃·Al₂O₃, 11Al₂O₃·Sm₂O₃, Yb₃A1₅O₁₂, CeAl₁₁O₁₈, Er₄Al₂O₉를 들 수 있다.

이 중에서도, 특히 Al₂O₃와 희토류 원소산화물의 조합이 바람직하다. 광학적 특성이 우수할 뿐 만 아니라, 기계적 특성에도 우수한 재료를 부여하기 때문이다. 또한, 후술하는 바와 같이, 일방향 응고법에 의해, 각 결정상이 삼차원적, 연속적으로 얽힌 복합 재료를 얻기가 쉽기 때문이다. 특히, Al₂O₃와 Y₂O₃으로부터 제조되는 Al₂O₃와 Y₃Al₅O₁₂의 2상으로 이루어지는 복합 재료가 바람직하다.

본 광투과 산란체는 분말과 수지를 혼합한 광산란체에 있어서와 같은 분체 표면에서의 광의 산란이 없기 때문에, 광의 투과성이 높고 효율적으로 광을 산란할 수 있다. 또한, 본 광투과 산란체는 고융점의 세라믹 재료이기 때문에, 광적, 열적, 화학적인 안정성이 매우 높고, 수지 재료와 같은 내열성이나, 광에 의한 열화의 문제도 발생하지 않는다.

본 발명의 광투과 산란체는 각종 광투과 산란체를 이용하는 용도에 유용하다. 예컨대, 도 8을 참조하면, 광투과 산란체를 적색 발광 다이오드(22), 녹색 발광 다이오드(23), 청색 발광 다이오드(24)를 구비한 액정(25)의 백라이트의 혼색용 광산란체(21)로서 이용하여, 백라이트 구조(20)를 구성할 수 있다. 본 발명의 광산란체를 이용하면, 단결정이 얽힌 조직 내에서 광의 도파와 산란이 되풀이되고, 그 결과, 통상의 표면 산란을 이용한 확산판보다도 균일한 백색을 얻을 수 있다. 통상의 광확산판을 이용한 경우, 광원 바로 위쪽의 강한 광을 위해 불균일이 커지며, 이를 피하기 위하여 광속 제어를 위한 패턴을 인쇄한 투명 시트를 설치한다. 한편, 본 발명의 광산란체에서는, 가로 방향으로 도파가 크고 광의 불균일이 적어지기 때문에, 시트가 불필요하게 된다. 또한, 혼색이 효과적으로 행해지기 때문에, 광혼합을 위한 공간을 좁게 할 수 있고, 결과적으로 얇은 백라이트를 구성할 수 있다.

또한, 도 9를 참조하면, 광산란체(31)를 반도체 레이저(32)와 조합하여 아이세이프 반도체 레이저(30)를 구성할 수 있다. 입사한 레이저는 본 발명의 광산란체 내에서 가로 방향으로 광도파되어 넓어진다. 통상의 분말을 분산한 수지로서는 람베르트 배광이 되는 것에 비해, 본 발명의 광산란체를 이용하면 그 이상의 산란각으로 레이저광이 넓어지기 때문에, 결과적으로 보다 안정성이 높은 아이세이프 레이저가 실현된다. 더구나, 수지를 이용하지 않는 광산란체이기 때문에, 레이저와 같은 강한 광에 대한 내구성도 충분히 확보할 수 있다.

실시예

이하에서는, 구체적 예를 들어, 본 발명을 더욱 자세하게 설명한다.

실시예 1:

α-Al₂O₃ 분말(순도 99.99％)과 Y₂O₃ 분말(순도 99.999％)의 혼합비는, 몰(mole)비로 82:18을 칭량(稱量)하고, 이들 분말을 에탄올 내에서 볼 밀(ball mill)에 의해 16시간 습식 혼합한 후, 증발기(evaporator)를 이용하여 에탄올을 탈매하여 원료 분말을 얻었다. 원료 분말은 진공로 내에서 예비 용해하여 일방향 응고의 원료로 했다.

다음으로, 이 원료를 몰리브덴 도가니에 담그어, 일방향 응고 장치에 세트하 고, 1.33× 10^-3 Pa(10^-5 Torr)의 압력 하에 원료를 융해했다. 다음으로 동일한 분위기에 있어서 도가니를 5 mm/시간의 속도로 하강시켜 응고체를 얻었다. 얻어진 응고체는 반투명의 백색을 나타내고 있었다.

응고체의 응고 방향에 수직인 단면 조직을 도 1에 도시한다. 흰 부분이 Y₃Al₅O₁₂상, 검은 부분이 Al₂O₃상이다. 체적 분률은 Y₃Al₅O₁₂:Al₂O₃에서 55:45이다. Y₃Al₅O₁₂의 굴절율은 약 1.83, Al₂O₃의 굴절율은 약 1.77이기 때문에, 이 굴절율의 비에 따라 스넬의 법칙에 따른 광의 굴절이 발생한다. 또한 동시에 반사도 발생하여, 그 광은 별도의 계면에 동일하게 굴절과 반사를 하게 된다. 이러한 반복으로, 본 응고체 내에서 광이 넓어져 간다. 이것이 광산란체의 성질을 결정하게 된다.

응고체로부터, 응고 방향에 대해 수직인 방향으로 0.2 mm 두께의 판을 잘라내어, 광산란을 제작했다. 예비적으로, 이 광산란체를 광원의 앞에 둔 바, 광이 산란하고 있는 것이 육안으로 확인되었다. 다음으로 이 재료의 투과광의 강도를 도 4에 도시하는 적분구를 이용한 측정 방법에 의해 측정했다. 즉, 시료(1)를 투과한 광(2)을 적분구(3)를 통해 검출기(광 전자 배증관)(4)에 의해 검출했다.

측정 결과를 도 5에 도시한다. 도 5에는 비교예 2에 도시한 수지에 YAG 분말을 분산시킨 두께 0.2 mm의 판, 비교예 1에 도시한 실시예 1과 동일한 조성을 갖는 소결체의 두께 0.2 mm의 판의 투과율을 함께 도시했다. 본 발명의 광투과 산란체(세라믹스 복합체)의 투과율은 가시광 영역에서 거의 약 50％이고, 비교예 1의 소결체(약 21％)나 비교예 2의 분말 분산 수지(약 18％)에 비해, 투과율이 매우 좋은 것을 알 수 있었다. 또한, 비교예 2의 수지를 이용한 광산란체에서는 400 nm보다도 짧은 파장의 자외 영역에서는 흡수가 시작되는데 비해, 실시예 1의 광산란체에서는, 400 nm보다도 짧은 파장 영역에서도 충분한 광투과를 하기 때문에, 자외 영역에서도 광산란체로서 이용할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

또한, 이 광산란체의 특성을 조사했다. 측정 장치를 도 6에 도시한다. 차광판(12)을 설치한 3.0 mm 각의 광원(11)을 실시예 1의 0.2 mm 두께의 세라믹스 복합체(시료)(13)에 밀착시켜, 투과면에서의 광의 광속을 수평 방향으로 검출기(14)를 주사하여 조사했다. 결과를 도 7에 도시한다. 도 7에는, 비교를 위해, 비교예 1의 소결체, 비교예 2의 수지에 YAG 분말을 분산시킨 광산란체의 측정 결과도 함께 도시했다. 또한, 피크 형상의 비교를 할 수 있도록, 광원의 중앙부 바로 위쪽 광의 광속을 100으로 하여 규격화했다. 비교예 1, 비교예 2의 피크형상은 완전히 동일했다. 실시예 1의 광산란체는 모든 위치에 있어서, 비교예 1, 2보다도 큰 광속을 나타냈다. 특히, 광원을 떠나 처음으로부터의 광속의 감쇠가 작고, 실시예 1의 광산란체가 시료의 면 내에 광이 넓어지는 것이 확인할 수 있었다. 이 때문에, 실시예 1의 광산란체는, 비교예 1, 2의 광산란체보다도 우수한 광의 산란 효과를 갖는다. 또한, 비교예 1, 2는 규격화 피크의 형상이 완전히 동일한 것에 비해, 실시예 1의 피크 형상은 이들과는 다르다. 이것은, 실시예 1의 광산란체의 광 전파 양식이 비교예 1, 2의 광 전파 양식과 다른 것을 나타내고 있다. 이 다름은 광이 2상의 결정이 3차원적으로 복잡하게 얽힌 결정 내를 도파로적으로 전달하는 것에 기인하고 있다고 생각된다.

비교예 1:

실시예 1과 동일한 원료 분말을 흑연제의 다이스에 충전하고, 1.33 Pa(10^-2 Torr)의 분위기 하, 1700℃, 면 압력 50 MPa에서 2시간 가압 소결을 하여 소결체를 얻었다.

얻어진 소결체의 중앙부로부터, 실시예 1과 동일하게 0.2 mm 두께의 판을 잘라내어, 이 재료의 투과광을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정한 결과를 도 5에 도시한다. 광의 투과율은 약 20％였다.

다음으로, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 광의 산란 특성을 조사했다. 결과를 도 7에 도시한다.

비교예 2:

에폭시 수지와 시판의 YAG 분말을 체적에 있어서 87:13로 혼합하여, 150℃에서 10시간 경화시켜 분말을 분산시킨 수지의 덩어리를 제작했다. 이 덩어리로부터 실시예 1과 동일하게 두께 0.2 mm의 판을 잘라내어, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 투과광을 측정했다.

결과를 도 5에 도시한다. 광의 투과율은 약 20％였다.

다음으로, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 광의 산란 특성을 조사했다.

결과를 도 7에 도시한다.

실시예 2:

실시예 1의 광산란체를, 도 8에 도시된 바와 같이, 적색, 녹색, 청색의 발광 다이오드를 갖는 액정 백라이트의 혼색용 광산란체로서 이용하여, 균일한 백색을 얻을 수 있었다. 더구나, 비교예 1, 2의 광산란체를 이용한 경우와 비교해서, 매우 밝은 표시를 얻을 수 있었다. 본 발명의 백라이트 구조에서는, 종래의 광속 제어를 위한 패턴을 인쇄한 투명 시트를 생략하여 박형으로 할 수 있다.

실시예 3:

실시예 1의 광산란체를, 도 9에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저와 조합하여 아이세이프 반도체 레이저를 구성할 수 있었다. 비교예 1, 2의 광산란체를 이용한 경우에 비해 광효율이 높은 것이었다. 또한, 비교예 1, 2의 광산란체를 이용한 경우에 비해 산란 각도가 넓고 안전성도 높은 것이었다.

본 발명의 광투과 산란체는, 내열성이 높고, 광의 흡수가 작으며, 광안정성이나 내열성이 높은 광산란체이고, 백라이트 구조, 아이세이프 반도체 레이저 등으로서 유용하며, 산업상 이용가능성이 있다.

Claims

단일금속 산화물 및 복합금속 산화물로부터 선택되는 적어도 굴절율이 다른 2개 이상의 산화물상이 연속적으로 또한 3차원적으로 서로 얽혀져 형성되어 있는 응고체로 이루어지는 광투과 산란체.
제1항에 있어서, 구성하는 상의 경계 부분에 비정질상을 갖지 않는 광투과 산란체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 산화물상이 Al₂O₃와 Y₃Al₅O₁₂로 이루어지는 광투과 산란체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 일방향 응고법에 의해 얻어지는 광투과 산란체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 가시광의 광투과율이 30％ 이상인 것인, 광투과 산란체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 판형인 것인, 광투과 산란체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 블록형인 것인, 광투과 산란체.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 굴절율차가 0.01 이상인 것인 광투과 산란체.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 액정 디스플레이의 백라이트로서 적색, 녹색, 청색의 발광 다이오드의 광을 혼합하기 위한 것인, 광투과 산란체.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 아이세이프 반도체 레이저를 위해 반도체 레이저광을 분산시키기 위한 것인, 광투과 산란체.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재한 광투과 산란체에 광을 입사하고, 상기 광투과 산란체에 의해 산란된 산란광을 상기 광투과 산란체로부터 출사시켜, 상기 산란광을 이용하는 것을 특징으로 하는 광투과 산란체의 사용 방법.
제11항에 있어서, 상기 광투과 산란체를 액정 디스플레이의 백라이트로서 적색, 녹색, 청색의 발광 다이오드의 광을 혼합하기 위해 사용하는 것인 광투과 산란체의 사용 방법.
제11항에 있어서, 상기 광투과 산란체를 아이세이프 반도체 레이저를 위해 반도체 레이저광을 분산시키기 위해 사용하는 것인 광투과 산란체의 사용 방법.
적색, 녹색, 청색의 발광 다이오드와 제9항에 기재한 광투과 산란체를 포함하는 액정 디스플레이의 백라이트 구조.
반도체 레이저와, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재한 광투과 산란체를 포함하는 아이세이프 반도체 레이저.