TWI692459B - 紫外線透射玻璃 - Google Patents

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Abstract

一種紫外線透射玻璃，以氧化物基準之莫耳百分率表示，含有SiO2：55~80%、B2O3：12~27%、R2O(R表示選自於由Li、Na及K所構成群組中之鹼金屬)：合計4~20%、Al2O3：0~3.5%、R'O(R'表示選自於由Mg、Ca、Sr及Ba所構成群組中之鹼土類金屬)：合計0~5%、ZnO：0~5%、ZrO2：0~10%，並且，就板厚0.5mm下之分光透射率而言，波長254nm之透射率為70%以上。
本發明提供一種紫外線尤其是深紫外光之透射率高的玻璃。

Description

紫外線透射玻璃 發明領域
本發明係關於在紫外區波長之光下透射率高的紫外線透射玻璃。
發明背景
作為紫外線之發光光源，低壓水銀燈及高壓水銀燈自以往便廣為周知。近年，小型且低成本的紫外線LED(紫外線發光二極體)相當普及，於水殺菌裝置、紫外線硬化型樹脂之硬化裝置、紫外線感測器等各種用途上的利用漸增。
就可在具備這些紫外線光源之裝置上作使用的玻璃而言，以往有可使紫外線有效率地透射的石英玻璃。然而，石英玻璃有高製造成本的問題。
此外，石英玻璃以外之可使紫外線有效率地透射的玻璃有周知的磷酸鹽玻璃及硼矽酸玻璃(例如參照專利文獻1、2)。
然而，該等玻璃在波長400nm以下之光尤其是波長200~280nm之光(以下有時會稱作深紫外光)下的透射率很低，有待改善。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開昭62-27346號公報
專利文獻2：日本特開昭60-46946號公報
發明概要
本發明目的在於提供一種紫外線尤其是深紫外光之透射率高的玻璃。
本發明人精闢研討的結果發現，將玻璃組成設定在特定範圍內可獲得深紫外光之透射率高的玻璃。
即，本發明之紫外線透射玻璃的特徵在於：以氧化物基準之莫耳百分率表示，含有SiO2：55~80%、B2O3：12~27%、R2O(R表示選自於由Li、Na及K所構成群組中之至少1種鹼金屬)：合計4~20%、Al2O3：0~3.5%、R'O(R'表示選自於由Mg、Ca、Sr及Ba所構成群組中之至少1種鹼土類金屬)：合計0~5%、ZnO：0~5%、ZrO2：0~10%，並且，就板厚0.5mm下之分光透射率而言，波長254nm之透射率為70%以上。
又，本發明之紫外線透射玻璃的特徵在於：以氧化物基準之莫耳百分率表示，含有SiO2：55~80%、B2O3：12~27%、R2O(R表示選自於由Li、Na及K所構成群組中之至少1種鹼金屬)：合計4~20%、Al2O3：0~ 3.5%、R'O(R'表示選自於由Mg、Ca、Sr及Ba所構成群組中之至少1種鹼土類金屬)：合計0~5%、ZnO：0~5%、Ta2O5：0~5%，並且，就板厚0.5mm下之分光透射率而言，波長254nm之透射率為70%以上。
本發明之紫外線透射玻璃宜含有Ta2O5：0.01~2%。
此外，本發明之紫外線透射玻璃實質上不含Al2O3為佳。
又，本發明之紫外線透射玻璃實質上不含R'O(R'表示選自Mg、Ca、Sr及Ba所構成群組中之鹼土類金屬)為佳。
又，本發明之紫外線透射玻璃可更含有Fe2O3：0.00005~0.01%及/或TiO2：0.0001~0.02%。
又，本發明之紫外線透射玻璃實質上不含Cr2O3、NiO、CuO、CeO2、V2O5、WO3、MoO3、MnO2、CoO中之任一者為佳。
又，本發明之紫外線透射玻璃實質上不含Cl為佳。
又，本發明之紫外線透射玻璃就其對波長250~1200nm之光的平均反射率而言，表面平均反射率比內部平均反射率低3%以上為佳。
又，本發明之紫外線透射玻璃表面之SiO2含量比內部高且表面之B2O3含量比內部低為佳。
又，本發明之紫外線透射玻璃在紫外線照射試 驗中，以下式求得之波長254nm的透射率劣化度宜為10%以下。
劣化度(%)=[(T0-T1)/T0]×100
(式中，T0為兩面經光學研磨且厚0.5mm之玻璃基板在波長254nm下的初始透射率，T1係以5mW/cm2之強度對前述玻璃基板照射100小時波長254nm之紫外線後在波長254nm下的透射率)。
又，本發明之紫外線透射玻璃就板厚0.5mm下之分光透射率而言，波長365nm之透射率為80%以上為佳。
又，本發明之紫外線透射玻璃在0~300℃之溫度範圍內的平均熱膨脹係數宜為30×10-7~90×10-7/℃。
根據本發明，可獲得紫外線尤其是深紫外光之透射率高的玻璃。
圖1係顯示例5之玻璃及例2之玻璃在波長250m~1200nm之光下玻璃表面之反射率(實測值)的圖表。
用以實施發明之形態
以下針對用以實施本發明之形態加以說明。
本發明之紫外線透射玻璃以氧化物基準之莫耳百分率表示，含有SiO2：55~80%、B2O3：12~27%、R2O(R表示選自於由Li、Na及K所構成群組中之至少1種鹼 金屬)：合計4~20%、Al2O3：0~3.5%、R'O(R'表示選自於由Mg、Ca、Sr及Ba所構成群組中之至少1種鹼土類金屬)：合計0~5%、ZnO：0~5%及ZrO2：0~10%。
此外，本發明之紫外線透射玻璃以氧化物基準之莫耳百分率表示，含有SiO2：55~80%、B2O3：12~27%、R2O：合計4~20%、Al2O3：0~3.5%、R'O：合計0~5%、ZnO：0~5%及Ta2O5：0~5%。
以下說明構成本發明之紫外線透射玻璃之各成分。另外，以下各成分之說明中，符號「%」在未特別聲明之前提下表示「莫耳%」。
SiO2為構成玻璃骨架的必要成分。低於55%時，作為玻璃的穩定性會降低或耐候性降低。SiO2含量宜為55.5%以上，較宜為56%以上。SiO2含量超過80%時，玻璃之黏性會增大且熔融性顯著降低。SiO2含量宜為77%以下，典型為75%以下。
Al2O3係使玻璃之耐候性提升的成分。含有Al2O3時，超過3.5%玻璃之黏性便會提高而難有均質的熔融。Al2O3含量宜為3.3%以下，典型為3%以下。不含Al2O3最佳。
在本發明中，宜實質上不含Al2O3的理由如下。
玻璃的深紫外光透射率仰仗玻璃之非交聯氧量而定，非交聯氧量一多，深紫外光之透射率便低。而且，Al2O3係減少玻璃之非交聯氧量的成分，以往認為含有Al2O3可獲得深紫外光之透射率高的玻璃。然而，本發明人等在改 變Al2O3或其他玻璃組成條件進行試驗時，發現了一項顛覆以往技術常識的新見解：極力減少Al2O3含量，最好是不含Al2O3，可獲得深紫外光之透射率高的玻璃。其機制詳細尚不明確，吾等以為其理由如下。
一般說來Al2O3係伴隨玻璃中之鹼金屬成分形成玻璃之網目結構，而結果會減少非交聯氧。然而吾人認為，由於玻璃為非晶狀態，所以會發生玻璃結構的變動(fluctuation)。即，使Al2O3增加雖然在平均上非交聯氧量有減少之傾向，但另一方面也無法否認可能會因為非晶狀態特有結構的變動，讓不形成網目結構之Al成分以修飾氧化物(結構缺陷)存在的比例增加。這種因為不形成網目結構之Al成分所造成的結構缺陷被認為會形成吸收紫外區之光的吸收帶，而降低紫外線透射能。
另外，本發明中所謂實質上不含特定成分意指故意不添加，但不排除從原料等無法避免地混入且不影響期望特性之程度的含有。
B2O3係提升深紫外光之透射率的必要成分。低於12%時，對於深紫外光之透射率提升恐無法獲得有意的效果。B2O3含量宜為13%以上，典型為14%以上。B2O3含量超過27%時，恐因揮散產生條紋(striae)，降低成品率。B2O3含量宜為26%以下，典型為25%以下。
R2O(R表示選自於由Li、Na及K所構成群組中之至少1種鹼金屬)係提升玻璃熔融性的必要成分。Σ R2O(ΣR2O係指Li2O、Na2O及K2O之含量合計)低於4%時，熔融性 差。Σ R2O宜為4.5%以上，典型為5%以上。Σ R2O超過20%時，耐候性會降低。Σ R2O宜為18%以下，典型為16%以下。
R'O(R'表示選自於由Mg、Ca、Sr及Ba所構成群組中之至少1種鹼土類金屬)係提升熔融性的成分，雖非必要但可因應需求含有。含有R'O時，Σ R'O(ΣR'O意指MgO、CaO、SrO及BaO之含量的合計量)如果超過5%，耐候性會降低。Σ R'O之含量宜為4%以下，典型為3%以下。R'O因原料中含有較多會成為深紫外光透射率降低原因的Fe2O3或TiO2，所以實質上不含為佳。
ZnO係提升玻璃之耐候性並減低紫外線照射試驗下之劣化度的成分，可因應需求含有。含有ZnO時，其含量若超過5%，玻璃之失透特性會惡化。ZnO含量宜為4.5%以下，典型為4%以下。
ZrO2係提升玻璃之耐候性並減低紫外線照射試驗下之劣化度的成分，雖非必要但可按需求含有。含有ZrO2時，ZrO2含量若超過10%，有玻璃熔融性惡化之虞。ZrO2含量宜為9%以下，典型為8%以下。
Ta2O5係提升玻璃之耐候性並減低紫外線照射試驗下之劣化度亦即抑制玻璃因紫外線而著色的成分，雖非必要但可按需求含有。含有Ta2O5時，其含量若超過5%，有熔融性惡化之虞。又，低於0.01%時將無法充分獲得抑制玻璃因紫外線而著色的效果。Ta2O5含量宜為0.01%以上，較宜為0.03%以上，尤宜為0.05%以上。此外，含有 Ta2O5時，其含量宜為3%以下，較宜為2%以下。
如ZrO2或Ta2O5這等作為減低紫外線照射試驗下之劣化度的成分、亦即可抑制玻璃因紫外線而著色的成分，在可獲得抑制紫外線造成著色之效果的範圍內以及可獲得期望之紫外光透射率的範圍內，亦可含有SnO2、Sb2O5、Ag2O、Nb2O5。含有該等時，可含有其中任一種，亦可含有複數種。
Fe2O3係一種存在於玻璃中就會吸收深紫外光而使透射率降低的成分。然而，想完全避免其從玻璃原料或製造過程混入極為困難。因此，可在0.00005~0.01%之範圍內含有。Fe2O3含量低於0.00005%時，是使用經過精製之高成本的玻璃原料等，玻璃製造成本會變高，故不適宜。Fe2O3含量典型為0.0001%以上。Fe2O3含量超過0.01%時，深紫外光之透射率會變得太低，故不宜。Fe2O3含量宜為0.0065%以下，典型為0.005%以下。
TiO2與Fe2O3同樣是存在於玻璃中就會吸收深紫外光而使透射率降低的成分。然而，想完全避免其從玻璃原料或製造過程混入極為困難。因此，可在0.0001~0.02%之範圍內含有。TiO2含量低於0.0001%時，是使用經過精製之高成本地玻璃原料等，玻璃製造成本會變高，故不適宜。TiO2含量典型為0.0003%以上。TiO2含量超過0.02%時，深紫外光之透射率會變得太低，故不宜。TiO2含量宜為0.015%以下，典型為0.01%以下。
Cr2O3、NiO、CuO、CeO2、V2O5、WO3、 MoO3、MnO2及CoO皆係存在於玻璃中就會吸收深紫外光而使透射率降低的成分。因此，玻璃中實質上不含該等成分為宜。
Cl有特別使後述紫外線照射試驗之波長365nm下的劣化度增大之虞，故以玻璃中實質上不含為宜。
除此以外，本發明之玻璃在清澄之目的下亦可含有氟成分或SO3。
本發明之紫外線透射玻璃就板厚0.5mm下之分光透射率而言，波長254nm之透射率為70%以上。藉由將具備這種光學特性之紫外線透射玻璃應用在活用深紫外光的裝置上，可讓裝置作有效率地運用。就板厚0.5mm下之分光透射率而言，波長254nm之透射率若低於70%，便無法讓裝置作有效率地運用，故不宜。在波長254nm下之透射率宜為72%以上，較宜為75%以上，尤宜為80%以上。
本發明之紫外線透射玻璃就板厚0.5mm下之分光透射率而言，波長365nm之透射率可為80%以上。藉由將具備這種光學特性之紫外線透射玻璃應用在活用波長365nm之紫外光的裝置上，可讓裝置作有效率地運用。就板厚0.5mm下之分光透射率而言，波長365nm之透射率若低於80%，便無法讓裝置作有效率地運用，故不宜。在波長365nm下之透射率宜為82%以上，較宜為85%以上，尤宜為90%以上。
本發明之紫外線透射玻璃就其對波長250~1200nm之光的平均反射率而言，表面平均反射率比內部平均反 射率低3%以上為佳。在玻璃組成中，Al2O3含量少時，將玻璃予以研磨加工或洗淨便可使玻璃表面改質，且有玻璃表面之折射率比玻璃內部之折射率低的傾向。所以，比起玻璃內部(玻璃未經改質的部分)之反射率，玻璃表面之反射率變得較低，其結果可提升波長250~1200nm之光的透射率。玻璃表面平均反射率與玻璃內部平均反射率之差低於3%時，則無法期待前述效果。
本發明之紫外線透射玻璃以玻璃表面的SiO2含量比玻璃內部高、且玻璃表面的B2O3含量比玻璃內部低為佳。SiO2之折射率比其他玻璃成分低。所以，使玻璃表面的SiO2含量比玻璃內部高，可使玻璃表面之折射率比玻璃內部之折射率低。此外，B2O3在玻璃中形成環(ring)結構並以簇體(cluster)存在，因此容易從玻璃表面脫離，有助於提高玻璃表面的SiO2含量。利用這種玻璃，可獲得就其對波長250~1200nm之光的平均反射率而言玻璃表面平均反射率比玻璃內部平均反射率低3%以上的紫外線透射玻璃。另外，玻璃內部係指光透射方向上的玻璃中心部。
本發明之紫外線透射玻璃以可抑制紫外線中途曝光(solarization；因暴露於紫外線所造成的玻璃著色)者為佳。具體上，在以下紫外線照射試驗中，波長254nm的透射率劣化度宜為10%以下。
在紫外線照射試驗中，將玻璃試樣裁切成一邊為30mm的四方形板狀且兩面經光學研磨加工以使厚度成為0.5mm，對所作成的試料使用物理化學用高壓水銀燈，在 波長254nm之紫外線照射強度約5mW/cm2之條件下照射紫外線100小時。並且，測定波長254nm下之透射率(T1)作為相較於紫外線照射前在波長254nm下之初始透射率(T0)的下降率，並以下式求出劣化度。
劣化度(%)=[(T0-T1)/T0]×100
此外，本發明之紫外線透射玻璃在以與前述紫外線照射試驗相同條件下照射紫外線時，波長365nm的透射率劣化度為10%以下為佳。另外，波長365nm的透射率劣化度係以下式求得之值。
劣化度(%)=[(T2-T3)/T2]×100
在此，T3係使用物理化學用高壓水銀燈，在波長254nm之紫外線照射強度約5mW/cm2的條件下照射紫外線100小時後波長365nm下的透射率，T2係前述紫外線照射前之波長365nm下的初始透射率。
本發明之紫外線透射玻璃在0~300℃之溫度範圍內的平均熱膨脹係數宜為30×10-7~90×10-7/℃。將紫外線透射玻璃使用在例如紫外線光源裝置時，為了將光源予以氣密封，會將紫外線透射玻璃貼附在封包材上。紫外線光源會伴隨發光而溫度上升，所以紫外線透射玻璃與封包材之熱膨脹係數差一大，恐發生剝離或破損而無法維持氣密狀態。考慮到耐熱性，封包材係使用由玻璃、結晶化玻璃、陶瓷、氧化鋁等材質所構成者，為了縮小該等封包材與紫外線透射玻璃之熱膨脹係數差，紫外線透射玻璃以0~300℃溫度範圍內的平均熱膨脹係數宜為30×10-7~ 90×10-7/℃。紫外線透射玻璃的平均熱膨脹係數若在前述範圍外，與封包材之熱膨脹係數差變大，使用在紫外線光源裝置時便有前述的疑慮。
此外，紫外線透射玻璃與和該紫外線透射玻璃接合之構件的0~300℃溫度範圍內的平均熱膨脹係數之差在20×10-7/℃以下為佳，10×10-7/℃以下較佳，5×10-7/℃以下最佳。
另外，在本發明中熱膨脹係數係使用示差膨脹計測得。在升溫速度10℃/分下加熱，算出0~300℃下的平均線膨脹係數。
本發明之紫外線透射玻璃以實質上不具螢光性(螢光發光性)為佳。另外，實質上不具螢光性的玻璃係指以下說明之螢光強度(任意單位)不超過3.5×102的玻璃。即，雖以完全不發出螢光的玻璃最佳，但實際上不可能製造出完全不發出螢光的玻璃。所以，雖然會發出些許的螢光但其螢光強度(在波長600nm~800nm下之螢光強度的最大值(任意單位))不超過3.5×102之螢光強度非常低的玻璃稱為實質上不具螢光性的玻璃。
在本發明中，玻璃之螢光強度係使用以下裝置測定。利用顯微拉曼光譜儀對寬40mm、高40mm、厚0.5mm之玻璃板(試料)照射波長532nm之激發光，並使從試料發出之螢光透過可除去激發光之反射或散射光之光學濾器由分光器(日本分光公司製、FP-8500)接收，藉以測定評估微弱的螢光。然後，評估所得螢光數據而獲得螢光強 度。在此，從試料發出之螢光係在波長532nm之激發光從玻璃表面侵入至深度約20μm為止之範圍中所產生者。此外，分光器係以不直接接收已透射試料之激發光的方式配置在與激發光正交之方向上。
本發明之紫外線透射玻璃的前述螢光強度(在波長600nm~800nm下之螢光強度的最大值，任意單位)在3.5×102以下為佳。藉由作成此種玻璃，例如在以細胞觀察下之可見光作為激發光的螢光測定中，來自玻璃的發光很少，可抑制背景光等雜訊。所以，就算細胞之螢光發光很微弱，也無需使用帶通濾波器等即可進行觀察。紫外線透射玻璃之螢光強度在3×102以下較佳，2×102以下更佳。
接下來，說明本發明之紫外光透射玻璃的製造方法。
首先準備用以構成期望組成之各成分的玻璃原料。本發明中使用之玻璃原料亦可使用氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、氟化物、氯化物等任意形態之化合物。
接著，以可形成具有期望組成之玻璃的方式將該等原料予以調合並投入熔融槽內。熔融槽係選自鉑族金屬、鉑族金屬之合金、耐火物之材料的容器。在本發明中，鉑族金屬與其合金之容器係選自於由鉑(Pt)、銥(Ir)、鈀(Pd)、銠(Rh)及該等之合金所構成群組中之金屬或合金所構成的容器，在高溫熔融下很耐用。
將在前述熔融槽中被熔解之玻璃以配置在下游 側之脫泡槽或攪拌槽除去氣泡及條紋，藉此可獲得玻璃缺陷少且經均質化的高品質玻璃。透過噴嘴等使上述玻璃流出至模具中進行澆鑄成型，或經由轉出(roll-out)呈板狀拉出而成形為預定形狀。對已徐冷之玻璃施行切片、研磨加工等而獲得預定形狀的玻璃。
本發明之紫外線透射玻璃很適合使用在利用紫外線光源的裝置(例如UV-LED、UV雷射等)，以及以UV剝離為前提之半導體晶圓製造用的支撐基板及發光管等。前述裝置可舉如紫外線硬化型樹脂組成物之硬化裝置及紫外線感測器之光源覆蓋玻璃、水殺菌裝置等，惟不受該等限定。此外，本發明之紫外線透射玻璃不限於板狀，亦可為管狀或成形體等因應用途以適當形狀作使用。
以UV-LED元件為例，係成為光源之UV-LED晶片設置在以樹脂、金屬、陶瓷等基材構成之封包的凹部或平面上並形成電連接。而且，使用具UV透射性之透明材料作為光射出側窗材，且光射出側窗材與基材為氣密密封之結構。UV-LED元件會在UV發光的同時也產生發熱，所以在基材與透明材料之熱膨脹係數有大幅的差異時，會在基材與透明材料之接合部分發生破裂或裂痕，使製品可靠性顯著降低。
但，藉由使用本發明之熱膨脹係數業經控制的紫外線高透射玻璃作為透明材料，可改善與基材之熱膨脹係數的差異且具有良好的耐候性，因此可提供即使長期使用也不會使可見區之透射率降低且少有製品破裂或裂痕發生的 UV-LED元件。
以UV感測器為例，係對於UV波長具感度的感光件晶片設置在以樹脂、金屬、陶瓷等基材構成之封包的凹部或平面上並形成電連接。而且，使用具UV透射性之透明材料作為光射入側窗材，且光射入側窗材與基材為氣密密封之結構。在此，基材與透明材料之熱膨脹係數一旦有大幅的差異，便會於各構件引起破裂或裂痕發生，使製品可靠性顯著降低。
但，藉由使用本發明之熱膨脹係數業經控制的紫外線高透射玻璃作為透明材料，可改善與基材之熱膨脹係數的差異且具有良好的耐候性，因此可提供即使長期使用也不會使可見區之透射率降低且少有製品破裂或裂痕發生的UV感測器。
以UV雷射元件為例，係成為光源之UV雷射設置在以金屬或AlN等陶瓷等之基材構成之封包的凹部或平面上並形成電連接。而且，使用具UV透射性之透明材料作為光射出側窗材，且光射出側窗材與基材為氣密密封之結構。UV雷射元件在UV發光的同時也會引起發熱，基材與透明材料之熱膨脹係數一旦有大幅的差異，便會在基材與透明材料之接合部分產生破裂或裂痕，使製品可靠性顯著降低。
但，藉由使用本發明之熱膨脹係數業經控制的紫外線高透射玻璃作為透明材料，可改善與基材之熱膨脹係數的差異且具有良好的耐候性，所以可提供即使長期使用也不 會使可見區之透射率降低且少有製品破裂或裂痕發生的UV雷射元件。
以水殺菌為例，使用的光源係將UV-LED呈線狀配列之基板密封在具UV透射性之玻璃管中者。在此，使用將本發明之玻璃予以管成形者作為玻璃管，可提供一深紫外光之透射率高且殺菌性高的管狀UV-LED光源。
此外，於水殺菌使用的光源係在浸漬於水中之狀態或與水接觸之狀態下作使用，所以，因從光源發出之熱而被加熱的管內表面與跟水接觸之管外表面可能會有很大的溫度差。所以，若從防止因熱震(heat shock)造成玻璃管破損的觀點來看，構成管之玻璃的熱膨脹係數宜低，本發明之玻璃在此點上亦相當適宜。
在此用途使用本發明之玻璃時，0~300℃之溫度範圍內的平均熱膨脹係數在70×10-7/℃以下為佳，60×10-7/℃以下較佳，50×10-7/℃以下更佳。
此外，於水殺菌可利用一種在多數個玻璃板間安裝有UV-LED呈線狀配列之UV-LED陣列的光源。在此，使用將本發明之玻璃予以板成形者作為玻璃板，可提供一深紫外光之透射率高且殺菌性高的板狀UV-LED陣列。
以紫外光之發光管為例，可使用玻璃管中安裝有紫外線光源者。在此，使用將本發明之玻璃予以管成形者作為玻璃管，可提供一深紫外光之透射率高的發光管。
又以半導體晶圓之製造步驟為例，係於矽(Si)之背面研磨(back grind)用途等利用了支撐基板。利用支撐基 板使矽基板進一步薄膜化有益於行動電話或數位AV機器及IC卡等對於晶片之小型化及薄型化的要求。現今，對於使用在半導體晶圓之背面研磨用途等的支撐基板多採用再生Si基板，背面研磨後的剝離方法限定為熱處理或物理處理，因此抱有處理時間變長、成品率也很差等課題。
藉由使用本發明之可控制熱膨脹係數的UV高透射玻璃作為支撐基板，便可解決前述課題。即，使用已使熱膨脹係數符合矽之所需的玻璃基板作為支撐基板，藉由紫外線硬化樹脂(具有紫外吸收性結構的化合物)等與矽基板貼合後再進行背面研磨加工。接著，於背面研磨後曝露在高強度的紫外線下，使前述紫外線硬化樹脂之接著性降低，支撐基板便可輕易且迅速剝離。此外，處理時間也變短，亦有助於成品率提升。
此外，本發明之紫外線透射玻璃很適合使用在細胞培養容器或用以觀察、測定細胞之構件(生物體分析用器具)。在細胞培養領域中，觀察細胞之手法可採用使螢光蛋白質在期望之細胞中顯現或是導入螢光色素以觀察該螢光之手法。本發明之紫外線透射玻璃因為玻璃本身所發出的螢光很小，所以作為容器或構件使用時可發出的螢光很小，可以高精度測出從細胞發出的微弱螢光。此種容器或構件可列舉蓋玻片、載玻片、細胞培養用器皿、井盤(well plate)、微量盤(microplate)、細胞培養容器、分析晶片(生物晶片、微化學晶片)、微通道元件等，惟不限於該等。
實施例
以下根據實施例來說明本發明。例1~例22及例24~例41為本發明之實施例，例23為比較例。各例中使用之試料係以下述方式作成。
首先，以形成表1~表4中記載之玻璃組成的方式調合將玻璃原料後，使用鉑坩堝在以矽化鉬作為發熱體之電爐上在1300~1650℃之溫度下將該玻璃原料調合物進行5小時熔融‧攪拌‧清澄。於鑄鐵模具中將該熔融物澆鑄成形，進行徐冷後獲得800g之玻璃試料(玻璃塊)。接著，對該玻璃塊施行切片、研磨加工等而獲得預定形狀(25mm×25mm×0.5mm)的玻璃板。
針對製得之玻璃塊及玻璃板實施下述各測定：波長254nm之光對於板厚0.5mm之透射率、波長365nm之光對於板厚0.5mm之透射率、紫外線照射試驗中之波長254nm、波長365nm之透射率劣化度、0~300℃之溫度範圍內的平均熱膨脹係數。將該等結果顯示於表1~表4中之下方欄位。此外，測定結果呈現符號「-」者表示未測定。
Figure 105116295-A0202-12-0019-1
Figure 105116295-A0202-12-0020-2
Figure 105116295-A0202-12-0021-3
Figure 105116295-A0202-12-0022-4
玻璃之透射率係藉由紫外光-可見光-近紅外光分光光度計(日本分光公司製、型號：V-570)測出。
紫外線照射試驗之透射率劣化度係針對兩面經光學研磨加工以使厚度成為0.5mm之預定形狀(25mm×25mm×0.5mm)的玻璃，利用紫外光-可見光-近紅外光分光光度計(日本分光公司製、型號：V-570)測定波長254nm及波長365nm之透射率。接著使用物理化學用高壓水銀燈(東芝公司製、型號：H-400P)，在波長254nm之紫外線照射強度約5mW/cm2之條件下照射100小時紫外線後，再次測定前述玻璃之透射率。並且，比較紫外線照射前後之波長254nm及波長365nm的透射率變化。
另外，各波長之劣化度(%)(=[(紫外線照射前之透射率-紫外線照射後之透射率)/紫外線照射前之透射率]×100)為10%以上時評估為「有變化」，低於10%則評估為「無變化」。實施例之例1~例22及例24~例41之玻璃在紫外線照射前後的透射率變化皆很少。
熱膨脹係數係測定玻璃在0℃與300℃下之伸長率差，從該等長度之變化量算出0~300℃下的平均線膨脹係數。
具體的測定方法如下。將測定對象之玻璃加工成圓形截面的玻璃棒(長度：100mm、外徑：4~6mm)。接著，以石英製夾持具保持玻璃，在0℃下保持30分鐘後，以微測儀(micro-gauge)測定長度。再來將玻璃放入300℃之電爐內保持30分鐘後，以微測儀測定長度。從測得之玻璃在0 ℃與300℃下之伸長率差算出熱膨脹係數。此外，針對鉑製之棒(長：100mm、外徑：4.5mm、熱膨脹係數：92.6×10-7/℃)亦同樣地進行利用0℃與300℃之伸長率差的熱膨脹係數測定，鉑製之棒的熱膨脹係數偏離92.6×10-7/℃時，以偏移量對玻璃之熱膨脹係數的測定結果進行補正。
例1~例22及例24~例41之各玻璃中，波長254nm對於板厚0.5mm的透射率為70%以上，且波長365nm對於板厚0.5mm的透射率為80%以上，可知具有高度的紫外線透射率。另一方面，在例23之玻璃，波長254nm對於板厚0.5mm的透射率低於70%，紫外線透射率很低。
接下來，針對實施例之玻璃將對波長250~1200nm之光的玻璃內部平均反射率與玻璃表面平均反射率進行比較。
具體上，就例2及例5之玻璃利用螢光X射線分析(XRF裝置(Rigaku Corporation製、裝置名：ZSX Primus2))分析玻璃表面之組成。接著，將玻璃在中心部切斷，以濕式分析法分析板厚方向中心部(內部)之組成。玻璃表面及內部之組成分析結果顯示於表5。又，測定玻璃內部之折射率，以求出從其計算所得的反射率。還有，求出例5之玻璃在各波長的實測反射率。該等結果顯示於表6。
此外，表6中，nd表示d線(波長587.6nm)之折射率，nC表示C線(波長656.3nm)之折射率，nF表示F線(波長486.1nm)之折射率。
Figure 105116295-A0202-12-0025-5
Figure 105116295-A0202-12-0025-6
如表6所示，在例5之玻璃，實測值所示玻璃表面之反射率比從玻璃內部之折射率計算出的反射率低。所以，如表1所示，波長254nm之透射率超過85%，非常高。此認為是因為，如表5所示，SiO2含量在玻璃表面比玻璃內部高，B2O3含量則是玻璃表面比玻璃內部低，所以玻璃表面成為低折射率層，而讓波長250m~1200nm之光的平均反射率降低。於圖1顯示例5之玻璃及例2之玻璃的玻璃 表面在波長250m~1200nm光下的反射率(實測值)。例2之玻璃的玻璃表面並非低折射率層，所以反射率比例5之玻璃高。此外，例8之玻璃在波長254nm下之透射率超過85%，非常高，所以吾等認為其與例5之玻璃同樣是玻璃表面亦為低折射率層。
接下來，針對實施例之玻璃確認，當溫度變化發生時，是否可維持玻璃與接合構件之接著狀態。如表7所示，使用具備既定熱膨脹係數(0~300℃之溫度範圍內的平均線膨脹係數)之接合構件與玻料(glass frit)，將實施例及比較例之各玻璃予以接著。接著，在玻璃與接合構件相互接著之狀態下投入500℃之電爐內加熱30分鐘後，從電爐取出並在常溫氣體環境下急速冷卻。然後檢視玻璃與接合構件之接著狀態，確認有無玻璃破裂。玻璃產生破裂者評估為「×」，未產生破裂者則評估為「○」。
Figure 105116295-A0202-12-0026-7
如表7所示，玻璃與接合構件之平均熱膨脹係數的差異一大，兩者間發生溫度變化時，便會於玻璃發生破裂。相對於此，玻璃之平均熱膨脹係數在30×10-7~90×10-7/℃之範圍內且玻璃與接合構件之平均熱膨脹係數差在20×10-7/℃以下時，兩者間產生溫度變化時不會於玻璃發生破裂。
接著，針對實施例(例15、例29、例41)及比較例之玻璃測定螢光特性並加以評估。比較例係使用Schott公司製D263M(商品名)。
測定係以下述方法進行。即，利用顯微拉曼光譜儀對試料照射波長532nm之激發光，並使從試料發出之螢光透過可除去激發光之反射或散射光的光學濾器由分光器接收。並且，測定螢光強度與波長之關係。此外，分光器係以不直接接收已透射試料之激發光之方式配置在與激發光正交之方向上。根據各玻璃之螢光強度與波長的測定數據，以波長600~800nm下之螢光強度最大值作為螢光特性之指標。將螢光特性之評估結果以及在波長600~800nm下螢光強度顯示出最大值的波長一同顯示於表8。
Figure 105116295-A0202-12-0027-8
由表8可知，實施例之紫外線透射玻璃與比較例 之玻璃(D263M)相較下，螢光性較低。因此，本發明之紫外線透射玻璃可適當使用在供應螢光測定之細胞培養容器或用以觀察、測定細胞的構件(生物體分析用器具)。
產業上之可利用性
根據本發明，可獲得紫外線尤其是深紫外透射率高的玻璃。

Claims (12)

  1. 一種紫外線透射玻璃，其特徵在於：以氧化物基準之莫耳百分率表示，含有：SiO2：55~80%、B2O3：12~27%、R2O(R表示選自於由Li、Na及K所構成群組中之至少1種鹼金屬)：合計4~20%、Al2O3：0~3.5%、R'O(R'表示選自於由Mg、Ca、Sr及Ba所構成群組中之至少1種鹼土類金屬)：合計0~5%、ZnO：0~5%、ZrO2：0~10%、Fe2O3：0.00005~0.01%、TiO2：0.0001~0.02%；並且，就板厚0.5mm下之分光透射率而言，波長254nm之透射率為70%以上。
  2. 一種紫外線透射玻璃，其特徵在於：以氧化物基準之莫耳百分率表示，含有：SiO2：55~80%、B2O3：12~27%、R2O(R表示選自於由Li、Na及K所構成群組中之至少1種鹼金屬)：合計4~20%、Al2O3：0~3.5%、 R'O(R'表示選自於由Mg、Ca、Sr及Ba所構成群組中之至少1種鹼土類金屬)：合計0~5%、ZnO：0~5%、Ta2O5：0~5%、Fe2O3：0.00005~0.01%、TiO2：0.0001~0.02%；並且，就板厚0.5mm下之分光透射率而言，其波長254nm的透射率為70%以上。
  3. 如請求項1或2之紫外線透射玻璃，其含有Ta2O5：0.01~2%。
  4. 如請求項1或2之紫外線透射玻璃，其實質上不含Al2O3。
  5. 如請求項1或2之紫外線透射玻璃，其實質上不含R'O(R'表示選自Mg、Ca、Sr及Ba所構成群組中之鹼土類金屬)。
  6. 如請求項1或2之紫外線透射玻璃，其實質上不含Cr2O3、NiO、CuO、CeO2、V2O5、WO3、MoO3、MnO2、CoO中之任一者。
  7. 如請求項1或2之紫外線透射玻璃，其實質上不含Cl。
  8. 如請求項1或2之紫外線透射玻璃，就其對波長250~1200nm之光的平均反射率而言，表面平均反射率比內部平均反射率低3%以上。
  9. 如請求項1或2之紫外線透射玻璃，其表面之SiO2含量比內部高，且表面之B2O3含量比內部低。
  10. 如請求項1或2之紫外線透射玻璃，其在紫外線照射試驗中，以下式求得之波長254nm的透射率劣化度為10%以 下；劣化度(%)=[(T0-T1)/T0]×100(式中，T0為兩面經光學研磨且厚0.5mm之玻璃基板在波長254nm下的初始透射率；T1係以5mW/cm2之強度對前述玻璃基板照射100小時波長254nm之紫外線後在波長254nm下的透射率)。
  11. 如請求項1或2之紫外線透射玻璃，就板厚0.5mm下之分光透射率而言，波長365nm之透射率為80%以上。
  12. 如請求項1或2之紫外線透射玻璃，其在0~300℃之溫度範圍內的平均熱膨脹係數為30×10-7~90×10-7/℃。
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