KR20200041891A - 투명 밀봉 부재 - Google Patents

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히로유키 시바타
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

본 발명은 투명 밀봉 부재에 관한 것이다. 적어도 하나의 광학 소자(12)와, 상기 광학 소자(12)가 실장된 실장 기판(14)을 갖는 광학 부품(16)에 이용되고, 상기 실장 기판(14)과 함께 상기 광학 소자(12)를 수용하는 패키지(18)를 구성하는 석영 유리제의 투명 밀봉 부재(10)로서, 표면부(22)의 알루미늄 농도가 내부(24)의 알루미늄 농도보다 높다.

Description

투명 밀봉 부재
본 발명은, 예컨대 LED(발광 다이오드), LD(반도체 레이저) 등의 광학 부품에 이용되는 투명 밀봉 부재에 관한 것이다.
최근, 살균이나 정화 용도로 자외선을 출사하는 발광 소자(자외선 LED)를 이용하는 방식이 보급되고 있다. 자외선 LED 디바이스에는, 발광 소자를 외기나 수분으로부터 보호하기 위해, 투명 밀봉 부재가 필요하다. 이 투명 밀봉 부재에는 자외선에 대한 투과성이나 내구성의 관점에서 유리나 석영 유리가 사용된다.
일본 특허 제6068411호 공보 및 일본 특허 공표 제2009-532200호 공보에는, 자외선 LED를 이용한 물 정화 장치가 개시되어 있다. 일본 특허 제5243806호 공보에는 투광성의 판재와 반구형 렌즈가 일체가 된 투명 밀봉 부재가 개시되어 있다.
일반적으로, 오수 등의 액체 정화의 용도에 있어서는, 예컨대 단백질계나 유기계의 오염물질이 투명 밀봉 부재의 표면에 부착되는 경우가 있다. 이러한 경우, 광학 소자로부터 출사된 예컨대 자외선의 광량이 투명 밀봉 부재의 표면에서 감소하여, 자외선에 의한 살균 효과가 저하된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 과제를 고려하여 이루어진 것으로, 하기 효과를 발휘하는 투명 밀봉 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(a) 산소 결함에 의한 투과율의 저하를 억제할 수 있다.
(b) 단백질계나 유기계 등의 오염물질이 쉽게 부착되지 않아, 오염물질에 의한 살균 효과의 저하를 억제할 수 있다.
[1] 본 발명에 따른 투명 밀봉 부재는, 적어도 하나의 광학 소자와, 상기 광학 소자가 실장된 실장 기판을 갖는 광학 부품에 이용되고, 상기 실장 기판과 함께 상기 광학 소자를 수용하는 패키지를 구성하는 석영 유리제의 투명 밀봉 부재로서, 표면부의 알루미늄 농도가, 내부의 알루미늄 농도보다 높은 것을 특징으로 한다.
표면부의 알루미늄 농도를, 내부의 알루미늄 농도보다 높게 함으로써, 산소 결함에 의한 투과율의 저하를 억제할 수 있음과 더불어, 투명 밀봉 부재의 표면에 대한 유기물이나 미립자의 부착을 억제할 수 있다.
[2] 본 발명에 있어서, 상기 표면부의 알루미늄 농도를 A(ppm), 내부의 알루미늄 농도를 B(ppm)로 했을 때, 10≤A/B≤200인 것이 바람직하다.
[3] 본 발명에 있어서, 상기 표면부의 알루미늄 농도를 A(ppm), 내부의 알루미늄 농도를 B(ppm)로 했을 때, 15≤A/B≤60인 것이 바람직하다.
[4] 본 발명에 있어서, 상기 표면부의 알루미늄 농도가 500∼2000 ppm이고, 상기 내부의 알루미늄 농도가 10∼100 ppm인 것이 바람직하다.
[5] 본 발명에 있어서, 상기 표면부는 표면으로부터 깊이 0.05∼0.20 ㎛의 영역이며, 상기 내부는 표면으로부터 깊이 1∼5 ㎛의 영역이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 투명 밀봉 부재에 따르면, 하기 효과를 발휘한다.
(a) 산소 결함에 의한 투과율의 저하를 억제할 수 있다.
(b) 단백질계나 유기계 등의 오염물질이 쉽게 부착되지 않아, 오염물질에 의한 살균 효과의 저하를 억제할 수 있다.
도 1a는 본 실시형태에 따른 투명 밀봉 부재를 나타낸 종단면도이고, 도 1b는 투명 밀봉 부재가 밀봉되어 구성된 광학 부품의 일례를 나타낸 종단면도이다.
도 2는 투명 밀봉 부재의 표면부 및 내부를 나타낸 설명도이다.
도 3은 렌즈 형상을 갖는 투명 밀봉 부재가 밀봉되어 구성된 광학 부품의 일례를 나타낸 종단면도이다.
도 4는 실시예 1, 2 및 3 그리고 비교예 1, 2 및 3에 있어서의 제법, Al 농도(표면부 및 내부), 초기 전광선 투과율 및 침지 후의 전광선 투과율을 나타낸 표 1이다.
이하, 본 발명에 따른 투명 밀봉 부재의 실시형태 예를 도 1a∼도 4를 참조하면서 설명한다.
본 실시형태에 따른 투명 밀봉 부재(10)는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 예컨대 평판형으로 형성되어 있다. 투명 밀봉 부재(10)의 외형 형상은, 예컨대 원통형, 사각형, 다각통형 등이다. 투명 밀봉 부재(10)는 예컨대 석영 유리로 구성된다.
이 투명 밀봉 부재(10)는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 예컨대 자외광을 출사하는 적어도 하나의 광학 소자(12)와, 광학 소자(12)가 실장된 실장 기판(14)을 갖는 광학 부품(16)에 이용되고, 실장 기판(14)과 함께 광학 소자(12)를 수용하는 패키지(18)를 구성한다.
실장 기판(14)은, 상면 개구의 오목부(20)를 가지며, 오목부(20)의 바닥부에 광학 소자(12)가 실장된다. 투명 밀봉 부재(10)는, 실장 기판(14)의 오목부(20)의 상면 개구를 폐색하도록, 실장 기판(14)에 밀봉된다. 실장 기판(14)은 예컨대 AlN(질화알루미늄)으로 구성된다.
광학 소자(12)는, 도시하지 않지만, 예컨대 사파이어 기판 상에, 양자 우물 구조를 구비한 GaN계 결정층이 적층되어 구성되어 있다. 광학 소자(12)의 실장 방법으로는, 예컨대 광출사면(12a)을 투명 밀봉 부재(10)에 대면시켜 실장하는 소위 페이스업 실장을 채용할 수 있다. 즉, 광학 소자(12)로부터 도출된 단자(도시하지 않음)와, 실장 기판(14) 상에 형성된 회로 배선(도시하지 않음)을 예컨대 본딩 와이어(도시하지 않음)에 의해 전기적으로 접속할 수 있다. 물론, 광출사면(12a)을 실장 기판(14)에 대면시켜 실장하는 소위 플립 칩 실장도 바람직하게 채용할 수 있다.
투명 밀봉 부재(10)의 제법으로는, 분말 소결법을 바람직하게 채용할 수 있다. 예컨대 성형 몰드에 실리카 분체와 유기 화합물을 포함하는 성형 슬러리를 주입하여, 유기 화합물 상호의 화학 반응, 예컨대 분산매와 경화제 혹은 경화제 상호의 화학 반응에 의해 고화시킨 후, 성형 몰드로부터 이형(離型)한다. 그 후, 소성함으로써, 투명 밀봉 부재(10)를 제작할 수 있다.
투명 밀봉 부재(10)의 치수로는, 높이가 0.1∼10 ㎜, 외경(外徑)이 3.0∼10 ㎜이다. 또한, 광학 소자(12)의 치수로는, 두께가 0.005∼0.5 ㎜, 도시하지 않지만, 상면에서 본 세로의 치수가 0.5∼2.0 ㎜, 가로의 치수가 0.5∼2.0 ㎜이다.
그리고, 투명 밀봉 부재(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 표면부(22)의 알루미늄 농도(이하, Al 농도라고 기재함)가, 내부(24)의 Al 농도보다 높다. 여기서, 투명 밀봉 부재(10)의 표면부(22)는, 표면(26)으로부터 깊이 0.05∼0.20 ㎛의 영역(Za)을 나타내고, 내부(24)는, 표면(26)으로부터 깊이 1∼5 ㎛의 영역(Zb)을 나타낸다.
표면부(22)의 Al 농도는 500∼2000 ppm이며, 내부(24)의 Al 농도는 10∼100 ppm이다. 또한, 표면부(22)의 Al 농도를 A(ppm), 내부(24)의 Al 농도를 B(ppm)라고 했을 때, 10≤A/B≤200인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15≤A/B≤60이다.
이와 같이, 투명 밀봉 부재(10)는, 표면부(22)의 Al 농도를, 내부(24)의 Al 농도보다 높게 했기 때문에, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.
즉, 투명 밀봉 부재(10)의 내부(24)의 Al 농도가 높은 경우, 산소 결함이 증가하게 된다. 산소 결함은, 자외선을 흡수하기 때문에, 산소 결함에 의한 투과율의 저하를 억제하기 위해서도, 투명 밀봉 부재(10)의 내부(24)는 Al 농도가 낮은 편이 좋다.
일반적으로, 오수 등의 액체 정화의 용도에 있어서는, 예컨대 단백질계나 유기계의 오염물질이나 미립자가 투명 밀봉 부재(10)의 표면(26)에 부착되는 경우가 있다. 이러한 경우, 광학 소자(12)로부터 출사된 예컨대 자외선의 광량이 투명 밀봉 부재(10)의 표면(26)에서 감소되어, 자외선에 의한 살균 효과가 저하된다고 하는 문제가 있다. 특히, 투명 밀봉 부재(10)가 렌즈 형상 등의 복잡 형상을 갖고 있는 경우에는, 액체가 체류하기 쉬운 부분이 있기 때문에, 전술한 문제가 현저해진다.
투명 밀봉 부재(10)의 표면부(22)의 Al 농도가 높은 경우, 실리카(SiO2)를 구성하는 Si의 일부가 Al로 치환된다. Si(+4가)가 Al(+3가)로 치환되면, Al의 주위는 -1가가 된다. 즉, Al 치환 사이트는 마이너스로 대전된다. 즉, 투명 밀봉 부재(10)의 표면(26)은 마이너스로 대전되게 된다. 전술한 유기물이나 미립자는, 통상, 수중에서는 마이너스로 대전되고 있기 때문에, 마이너스로 대전되고 있는 투명 밀봉 부재(10)의 표면(26)에는 유기물이나 미립자가 쉽게 부착되지 않게 된다.
따라서, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 투명 밀봉 부재(10)가 렌즈 형상 등의 복잡 형상을 가지며, 부분적으로 액체가 체류하기 쉬운 부분이 있더라도, 투명 밀봉 부재(10)의 표면(26)에 대한 유기물이나 미립자의 부착을 억제할 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 투명 밀봉 부재(10)는, 실장 기판(14) 상에 실장된 광학 소자(12)를 주위에서 둘러싸도록 배치된 환형의 베어링대(30)와, 베어링대(30) 상에 일체로 형성된 렌즈체(32)를 갖는다. 투명 밀봉 부재(10)의 베어링대(30)에는, 하면 개구의 오목부(34)(수용 공간)가 형성되어 있다. 이 오목부(34)에 적어도 광학 소자(12)가 수용된다.
이와 같이, 표면부(22)의 Al 농도를, 내부(24)의 Al 농도보다 높게 함으로써, 산소 결함에 의한 투과율의 저하를 억제할 수 있음과 더불어, 투명 밀봉 부재(10)의 표면(26)에 대한 유기물이나 미립자의 부착을 억제할 수 있다.
[실시예]
다음에, 실시예 1∼3, 비교예 1∼3에 대해서, 투명 밀봉 부재(10)의 표면부(22) 및 내부(24)의 Al 농도에 의한 영향을 확인하였다.
[실시예 1]
실시예 1에 따른 투명 밀봉 부재(10)는, 도 1a에 도시된 투명 밀봉 부재(10)와 동일한 구성을 갖는다.
(투명 밀봉 부재의 제작)
실시예 1에 따른 투명 밀봉 부재(10)의 제조 방법은 이하와 같다. 즉, 원료 분말로서 평균 입경 0.5 ㎛의 실리카 분말 100 질량부, 분산제로서 카르복실산 공중합체 2 질량부, 분산매로서 말론산디메틸 49 질량부, 에틸렌글리콜 4 질량부, 경화제로서 4’4-디페닐메탄디이소시아네이트 4 질량부, 및 촉매로서 트리에틸아민 0.4 질량부를 혼합한 슬러리를 조제하였다. 실리카 분말의 Al 농도는 70 ppm이었다.
이 슬러리를 금속제의 금형 내에 실온으로 유입시키고, 실온에서 일정 시간 방치하였다. 계속해서, 금형으로부터 성형체를 이형하였다. 또한, 실온, 계속해서, 90℃의 각각의 온도에서 일정 시간 방치하여, 실리카 분말 건조체를 얻었다. 또한, 원료 분말의 평균 입경은, 호리바세이사쿠쇼 제조 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정 장치 LA-750을 이용하여 측정하였다.
제작한 실리카 분말 건조체를, 대기중 500℃에서 하소한 후, 5∼10 ℓ/min의 수소 가스를 도입하면서 1600∼1700℃에서 소성하고, 조밀화 및 투명화시켜 투명 밀봉 부재(10)를 제작하였다. 투명 밀봉 부재(10)의 외경은 1변이 3.5 ㎜인 사각형이며, 높이는 0.5 ㎜이다.
[실시예 2]
수소 가스량을 실시예 1보다 70% 줄인 점 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 2에 따른 투명 밀봉 부재(10)를 제작하였다.
[실시예 3]
실리카 분말의 Al 농도가 50 ppm이었던 것과, 수소 가스량을 실시예 1보다 50% 줄인 점 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 실시예 3에 따른 투명 밀봉 부재(10)를 제작하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일하게 하여 투명 밀봉 부재(10)를 제작한 후, 연마 가공에 의해 표면부(22)를 제거하여 비교예 1에 따른 투명 밀봉 부재(10)를 제작하였다.
[비교예 2]
용융 석영 유리를 연마 가공하여, 비교예 2에 따른 투명 밀봉 부재(10)를 제작하였다.
[비교예 3]
실리카 분말의 Al 농도가 1300 ppm이 되도록 알루미늄에틸레이트를 첨가하고, 실시예 3과 동일하게 하여 투명 밀봉 부재(10)를 제작한 후, 연마 가공에 의해 표면으로부터 깊이 1 ㎛의 영역을 제거하여 비교예 3에 따른 투명 밀봉 부재(10)를 제작하였다.
<평가 방법>
(표면부 및 내부의 Al 농도)
실시예 1∼3, 비교예 1∼3에 대해서, 표면부(22) 및 내부(24)의 Al 농도를 측정하였다. Al 농도의 측정은, 투명 밀봉 부재(10)의 표면(26)으로부터 SIMS(2차 이온 질량 분석법)로써 행하였다.
(전광선 투과율 및 침지 시험)
실시예 1∼3, 비교예 1∼3에 대해서, 침지 시험을 실시하기 전의 전광선 투과율을 초기 전광선 투과율로 하였다. 파장 280 ㎚의 자외광을 조사하여, 실시예 1∼3, 비교예 1∼3의 초기 전광선 투과율을 측정하였다. 전광선 투과율의 측정은, 니혼분코 제조의 분광 광도계를 이용하였다.
그 후, 정수장에서 취득한 원수가 유통하는 계 내에 실시예 1∼3, 비교예 1∼3을 침지 유지하고, 1개월 후에 상기 계에서 꺼내어, 전술과 동일하게 하여, 실시예 1∼3, 비교예 1∼3의 전광선 투과율을 측정하였다. 이것을 침지 후의 전광선 투과율로 하였다.
(평가 결과)
실시예 1∼3, 비교예 1∼3에 있어서의 표면부(22) 및 내부(24)의 Al 농도, 초기 전광선 투과율 및 침지 후의 전광선 투과율을 도 4의 표 1에 나타낸다.
(고찰)
우선, 실시예 1∼3은, 초기 전광선 투과율이 모두 91%로 높았다. 내부(24)의 Al 농도가 낮기 때문에, 산소 결함에 의한 투과율의 저하가 억제된 것으로 생각된다.
또한, 실시예 1∼3은, 침지 후의 전광선 투과율이 모두 72% 이상으로 높았다. 표면부(22)의 Al 농도가 높기 때문에, 투명 밀봉 부재(10)의 표면(26)에 대한 유기물이나 미립자의 부착이 억제된 것으로 생각된다.
한편, 비교예 1 및 2는 초기 전광선 투과율이 높았지만, 침지 후의 전광선 투과율이 낮았다. 이것은, 표면부(22)의 Al 농도가 낮기 때문에, 투명 밀봉 부재(10)의 표면(26)에 대한 유기물이나 미립자의 부착에 의해 침지 후의 전광선 투과율이 저하된 것으로 생각된다.
비교예 3은, 침지 후의 전광선 투과율이 높았지만, 초기 전광선 투과율이 낮았다. 이것은, 내부(24)의 Al 농도가 높았기 때문에, 투명 밀봉 부재(10)의 산소 결함에 의한 투과율의 저하가 원인이라고 생각된다.
또한, 본 발명에 따른 투명 밀봉 부재는, 전술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하는 일없이, 여러 가지 구성을 채용할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (5)

  1. 적어도 하나의 광학 소자(12)와, 상기 광학 소자(12)가 실장된 실장 기판(14)을 갖는 광학 부품(16)에 이용되고, 상기 실장 기판(14)과 함께 상기 광학 소자(12)를 수용하는 패키지(18)를 구성하는 석영 유리제의 투명 밀봉 부재(10)로서,
    표면부(22)의 알루미늄 농도가 내부(24)의 알루미늄 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 투명 밀봉 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면부(22)의 알루미늄 농도를 A(ppm), 내부(24)의 알루미늄 농도를 B(ppm)라고 했을 때,
    10≤A/B≤200인 것을 특징으로 하는 투명 밀봉 부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표면부(22)의 알루미늄 농도를 A(ppm), 내부(24)의 알루미늄 농도를 B(ppm)라고 했을 때,
    15≤A/B≤60인 것을 특징으로 하는 투명 밀봉 부재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 표면부(22)의 알루미늄 농도가 500∼2000 ppm이고,
    상기 내부(24)의 알루미늄의 농도가 10∼100 ppm인 것을 특징으로 하는 투명 밀봉 부재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면부(22)는 표면(26)으로부터 깊이 0.05∼0.20 ㎛의 영역(Za)을 나타내고,
    상기 내부(24)는 표면(26)으로부터 깊이 1∼5 ㎛의 영역(Zb)을 나타내는 것을 특징으로 하는 투명 밀봉 부재.
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