WO2014088011A1

WO2014088011A1 - 透明部材および発光モジュール

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Publication number: WO2014088011A1
Application number: PCT/JP2013/082502
Authority: WO
Inventors: 信彰井川; 泰夫林; 暢子満居; 諭司竹田; 真府川
Original assignee: 旭硝子株式会社
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-06-12
Also published as: JP6179525B2; JPWO2014088011A1; US20150267892A1

Abstract

　表面に凹部を有し、該表面にはフッ素原子が存在することを特徴とする透明部材。

Description

透明部材および発光モジュール

　本発明は、透明部材に関し、特に、発光モジュール等に適用され得る透明部材に関する。

　近年、長寿命で低消費電力の光源として、ＬＥＤなどの発光素子を有する発光モジュールが開発されている。

　一般に、発光モジュールは、例えば、ＬＥＤのような半導体製の発光素子、波長変換部材、および透明部材を備える。波長変換部材は、蛍光体を有し、発光素子から放射される光を波長変換して、別の波長の光を放射する役割を有する。透明部材は、光を外部に出射する出射面としての役割を有する。

　このような発光モジュールが作動する際には、まず発光素子から第１の波長の光が放射される。発光素子から生じた光は、波長変換部材に入射される。波長変換部材に入射された第１の波長の光は、一部がここで波長変換され、これにより第２の波長の光が生じる。波長変換部材によって変換されなかった第１の波長の光と、第２の波長の光とが合成されて、所望の波長の光が形成される。この光が透明部材の側から出射されることにより、発光モジュールの外部に、所望の波長の光を出射させることができる。

　ここで、発光素子および／または波長変換部材から放射される光が発光モジュール内で全反射（内部反射）すると、透明部材を介して外部に出射される光の量が減り、発光モジュールの輝度が低下してしまう。このため、発光モジュールにおいては、光の内部反射を抑制して、光取り出し効率を高めることが重要な課題となっている。

　このような観点から、これまで、取り出し効率を高めることを目的として、様々な構成の発光モジュールが開示されている。例えば、特許文献１には、透明部材の表面に複数の突起を形成することにより、発光モジュールの光取り出し効率を高めることが開示されている。

特開２０１０－２１９１６３号公報

　前述のように、特許文献１には、透明部材の表面に複数の突起を形成することにより、発光モジュールの光取り出し効率を高めることが記載されている。

　しかしながら、発光モジュールにおける光取り出し効率の向上に対しては、今もなお強い要望がある。

　本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、発光モジュール等に使用された際に、光取り出し効率を高めることが可能な透明部材を提供することを目的とする。

　本発明では、表面に凹部を有し、該表面にはフッ素原子が存在することを特徴とする透明部材が提供される。

　ここで、本発明による透明部材において、前記表面に対する前記凹部の面積比は、５％～１００％の範囲であっても良い。

　また、本発明による透明部材において、前記凹部は、平均最大寸法Ｒが２０ｎｍ～２０００ｎｍの範囲であっても良い。

　また、本発明による透明部材において、前記凹部の平均最大寸法Ｒに対する前記凹部の平均深さｄの比をアスペクト比Ａ（Ａ＝ｄ／Ｒ）とした場合、前記アスペクト比Ａは、０．１～３．０の範囲であっても良い。

　また、本発明による透明部材において、前記フッ素原子の濃度は、前記表面からの深さ方向とともに減少しても良い。

　また、本発明による透明部材において、前記表面における前記フッ素原子の濃度は、０．１ｗｔ％以上であっても良い。

　また、本発明による透明部材において、前記凹部は、略半球状の形状を有しても良い。

　さらに、本発明では、発光素子と、波長変換部材と、透明部材と、を備え、前記透明部材は、前述のような特徴を有する透明部材である、発光モジュールが提供される。

　本発明では、光取り出し効率を高めることが可能な透明部材を提供することができる。

本発明の一実施例による透明部材を概略的に示した断面図である。本発明の一実施例による透明部材の凹部の断面形態の一例を模式的に示した図である。本発明の一実施例による透明部材の表面における、フッ素原子濃度の深さ方向のプロファイルを示したグラフである。本発明の一実施例による透明部材の製造方法のフローの一例を模式的に示した図である。高温ＨＦ処理装置の一構成例を模式的に示した図である。発光モジュールの一構成例を概略的に示した断面図である。別の発光モジュールの一構成例を概略的に示した断面図である。例１に係るガラス板の処理表面の表面ＳＥＭ写真の一例を示した図である。例１に係るガラス板の処理表面の断面ＳＥＭ写真の一例を示した図である。

　以下、図面を参照して、本発明について詳しく説明する。

　（本発明の一実施例による透明部材）
　図１には、本発明の一実施例による透明部材の断面を概略的に示す。

　図１に示すように、本発明の一実施例による透明部材１１０は、第１の表面１１５および第２の表面１２０を有する。

　透明部材１１０の第１の表面１１５には、複数の凹部１３０が形成されており、隣接する凹部同士の間には、平坦部１４０が存在する。

　なお、図１に示した透明部材１１０の断面形態は、単なる一例に過ぎないことに留意する必要がある。例えば、凹部１３０の数は、一つ以上である限り特に限られない。また、凹部１３０の断面形態は、必ずしも図１に示したような「半球状」である必要はない。また、例えば、第１の表面１１５における凹部１３０の数が多い場合には、平坦部１４０がほとんど観察されない場合もある。

　また、図１からは明らかではないが、透明部材１１０の第１の表面１１５には、フッ素原子（Ｆ）が含有されている。

　フッ素原子（Ｆ）の存在態様は、特に限られないが、例えば、フッ素原子（Ｆ）は、透明部材１１０の第１の表面１１５から、透明部材１１０の内部方向に向かって徐々に減少するようなプロファイルで分布しても良い。

　ここで、透明部材１１０の第２の表面１２０から入射した光が、透明部材１１０の内部を通過し、透明部材１１０の第１の表面１１５から出射される場合について考える。

　透明部材１１０は、第１の表面１１５に凹部１３０を有する。この凹部１３０の存在により、透明部材１１０の内部を進行する光は、透明部材１１０の第１の表面１１５において各方向に散乱される。このため、透明部材１１０の内部で全反射される光の量が減少する。

　また、透明部材１１０は、第１の表面１１５にフッ素原子（Ｆ）を含有する。フッ素原子（Ｆ）の屈折率は、約１．３前後である。また、透明部材１１０がガラス、樹脂またはプラスチック等で構成されると仮定すると、この透明部材１１０は、通常約１．５程度の屈折率を有する。

　もし、透明部材１１０の第１の表面１１５にフッ素原子（Ｆ）が存在しない場合、透明部材１１０の第２の表面１２０から入射した光は、透明部材１１０から出射される際に、透明部材１１０の第１の表面１１５／空気の界面、すなわち屈折率１．５／１．０の界面を通過することになる。この界面における屈折率の変化幅は、比較的大きい。このため、光がこの界面に入射した際に、光の一部に反射が生じ得る。

　一方、透明部材１１０の第１の表面１１５にフッ素原子（Ｆ）が存在する場合、透明部材１１０の第２の表面１２０から入射した光は、透明部材１１０から出射される際に、透明部材１１０のフッ素原子（Ｆ）を含む第１の表面１１５／空気の界面、すなわち屈折率１．３／１．０の界面を通過することになる。この界面では、第１の表面１１５がフッ素原子（Ｆ）を含まない場合に比べて、屈折率の急激な変化が有意に抑制されている。特に、フッ素原子（Ｆ）の濃度が、透明部材１１０の第１の表面１１５から、透明部材１１０の内部方向に向かって徐々に減少するようなプロファイルを有する場合、この屈折率の変動抑制効果は、よりいっそう高められる。

　このため、透明部材１１０では、第１の表面１１５／空気の界面で反射される光の量を有意に低減することができ、第１の表面１１５からより多くの光を出射させることができる。

　以上のように、透明部材１１０では、第１の表面１１５が凹部を有し、フッ素原子（Ｆ）を含むという特徴により、透明部材１１０を、例えば発光モジュールに適用した場合、透明部材１１０を介して、発光モジュールから出射される光の取り出し効率を有意に高めることが可能になる。

　（本発明の一実施例による透明部材の詳細について）
　次に、図面を参照して、図１に示したような本発明の一実施例による透明部材１１０の仕様等について、より詳細に説明する。

　透明部材１１０は、透明な部材で構成される限り、その材質は、特に限られない。透明部材１１０は、例えば、ガラス、樹脂、またはプラスチック等で構成されても良い。透明部材１１０は、ガラス物品であっても良い。

　なお、本願において、「透明」とは、全光線透過率が５０％以上の状態を意味する。

　透明部材１１０がガラスで構成される場合、その組成は、特に限られない。ガラスは、例えば、ソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボレートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラス、または無アルカリガラスで構成されても良い。あるいは、ガラスは、
（ｉ）モル％で表示した組成で、ＳｉＯ_２を５０～８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を０．１～２５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏを３～３０％、ＭｇＯを０～２５％、ＣａＯを０～２５％およびＺｒＯ_２を０～５％を含むガラス；
（ｉｉ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ_２を５０～７４％、Ａｌ_２Ｏ_３を１～１０％、Ｎａ_２Ｏを６～１４％、Ｋ_２Ｏを３～１１％、ＭｇＯを２～１５％、ＣａＯを０～６％およびＺｒＯ_２を０～５％含有し、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量の合計が７５％以下、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計が１２～２５％、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計が７～１５％であるガラス；
（ｉｉｉ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ_２を６８～８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を４～１０％、Ｎａ_２Ｏを５～１５％、Ｋ_２Ｏを０～１％、ＭｇＯを４～１５％およびＺｒＯ_２を０～１％含有するガラス；または
（ｉｖ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ_２を６７～７５％、Ａｌ_２Ｏ_３を０～４％、Ｎａ_２Ｏを７～１５％、Ｋ_２Ｏを１～９％、ＭｇＯを６～１４％およびＺｒＯ_２を０～１．５％含有し、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量の合計が７１～７５％、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計が１２～２０％であり、ＣａＯを含有する場合、その含有量が１％未満であるガラス；　
であっても良い。

　また、透明部材１１０は、板状または箔状の形状であっても良い。板状または箔状の透明部材１１０の厚さは、例えば、０．１ｍｍ～２ｍｍの範囲であっても良く、０．５ｍｍ～１ｍｍの範囲であっても良い。

　透明部材１１０の第１の表面１１５に形成される凹部１３０の形態は、特に限られない。

　例えば、凹部１３０において、開口の形態（凹部１３０を第１の表面１１５の上部から見たときの形態）は、特に限られず、開口は、略円形、略楕円形、または略矩形状であっても良い。

　また、凹部１３０は、断面が略半球状であっても良い。ここで、「略半球状」とは、球または楕円球を正確に半分に切断した形態の他、略球または略楕円球を、中心を通らないように切断することにより得られる形態も含まれる。

　図２には、透明部材１１０の第１の表面１１５に形成される凹部１３０の断面形態の一例を模式的に示す。

　図２に示すように、本願では、凹部１３０の開口の寸法をＲとし、凹部１３０の深さをｄとする。なお、開口の寸法Ｒは、開口の最大寸法を表す。例えば、開口が略円形の場合、Ｒは円の直径であり、開口が略楕円形の場合、Ｒは長軸の長さであり、開口が略矩形状（略台形形状を含む）の場合、Ｒは、最大の対角線長さである。従って、以降寸法Ｒを、「最大寸法」Ｒと称する。

　また、最大寸法Ｒに対する深さｄの比を、アスペクト比Ａ（Ａ＝ｄ／Ｒ）として規定する。

　ここで、凹部１３０の平均最大寸法Ｒは、例えば、２０ｎｍ～２０００ｎｍの範囲であり、５０ｎｍ～８００ｎｍの範囲であることが好ましく、１００ｎｍ～６００ｎｍの範囲であることがより好ましい。また、凹部１３０の平均深さｄは、例えば、２０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲であり、３５ｎｍ～２００ｎｍの範囲であることが好ましい。さらに、凹部１３０のアスペクト比Ａは、例えば、０．１～３．０の範囲の範囲であり、０．２～０．７の範囲であることが好ましく、０．３～０．６の範囲がより好ましい。

　また、第１の表面１１５における凹部１３０の面積率Ｓは、例えば、５％～１００％の範囲の範囲であり、３０％以上であることが好ましい。４０％以上であっても良く、５０％以上であっても良い。ここで、面積率Ｓは、第１の表面１１５の所定の面積の領域に占める凹部１３０の面積の割合（％表示）を意味する。従って、面積率Ｓ＝１００％とは、図１における平坦部１４０が、実質的に存在しないことを意味する。

　前述のように、透明部材１１０の第１の表面１１５には、フッ素原子（Ｆ）が含有されている。

　第１の表面１１５におけるフッ素原子（Ｆ）の含有量は、例えば、０．１ｗｔ％～０．４ｗｔ％の範囲であっても良く、０．２ｗｔ％～０．３ｗｔ％であっても良い。なお、このような表面のフッ素原子（Ｆ）の含有量は、例えば、蛍光Ｘ線分析法により測定することができる。

　なお、フッ素原子（Ｆ）は、有意な濃度で表面に存在する限り、その態様は特に限られない。例えば、フッ素原子（Ｆ）は、深さ方向において、いかなる態様で存在していても良い。

　図３には、透明部材１１０の第１の表面１１５におけるフッ素原子（Ｆ）濃度の深さ方向プロファイルの一例を示す。このグラフは、透明部材１１０の第１の表面１１５におけるＳＩＭＳ分析によって得られたものである。

　図３の例では、フッ素原子（Ｆ）は、透明部材１１０の第１の表面１１５から、深さ約１０μｍの範囲まで、徐々に減少するようなプロファイルで分布していることがわかる。ちなみに、この透明部材の場合、最表面におけるフッ素原子（Ｆ）の含有量は、約０．２ｗｔ％である。

　ただし、フッ素原子（Ｆ）濃度の深さ方向プロファイルは、このような態様に限られるものではなく、フッ素原子（Ｆ）は、例えば、ある深さ領域において、一定の濃度で存在していても良い。

　（透明部材の製造方法について）
　次に、前述のような特徴を有する本発明の透明部材の製造方法の一例について説明する。

　なお、ここでは、透明部材がガラス板で構成される場合を例に、透明部材の製造方法の一例について説明する。

　図４には、本発明の一実施例による透明部材の製造方法のフローを示す。

　図４に示すように、本発明の一実施例による透明部材の製造方法は、
　高温のガラス板を、フッ素原子含有気体または液体に暴露するステップ（ステップＳ１１０）と、
　フッ酸溶液中で、前記ガラス板をエッチング処理するステップ（ステップＳ１２０）と、
　を有する。

　以下、各工程について説明する。

　（ステップＳ１１０）（第１の処理）
　まず、ガラス板が準備される。また、高温環境下で、このガラス板をフッ素原子含有気体または液体に暴露する処理が実施される。このステップＳ１１０は、ガラス板の表面に、フッ素原子（Ｆ）を含有させるために実施される。また、このステップＳ１１０により、ガラス板の表面に、ｎｍオーダーの微細な凹部が形成される。

　準備するガラス板の組成は、特に限られず、ガラス板は、ソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボレートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラス、または無アルカリガラスで構成されても良い。

　また、ガラス板の製造方法は、特に限定されず、フロート法、ダウンドロー法（例えば、フュージョン法など）、またはプレス法など、各種方法が適用できる。

　また、フッ素原子含有気体または液体は、例えば、フッ化水素（ＨＦ）（ガスまたは液体）、フロン（例えば、クロロフルオロカーボン、フルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、およびハロン）、フッ化水素酸、フッ素単体、トリフルオロ酢酸、四フッ化炭素、四フッ化ケイ素、五フッ化リン、三フッ化リン、三フッ化ホウ素、三フッ化窒素、および三フッ化塩素などから選定されても良い。

　このステップＳ１１０の実施形態としては、様々な態様が存在する。

　ガラス板の温度は、例えば、ガラス転移温度をＴｇとしたとき、（Ｔｇ－２００）℃～（Ｔｇ＋３００）℃の範囲とすることが好ましく、（Ｔｇ－２００）℃～（Ｔｇ＋２５０）℃の範囲がより好ましい。ガラス板の温度は、例えば、５００℃～１０００℃の範囲であっても良い。

　ここでは、一例として、ガラス板を、フッ化水素（ＨＦ）ガスを含む処理ガス（以下、単に「処理ガス」と称する）に暴露することにより、ガラス板の表面に、フッ素（Ｆ）を含有させる方法について説明する（以下、この方法（工程）を、「高温ＨＦ処理方法（工程）」と称する）。

　この高温ＨＦ処理方法では、高温のガラス板が処理ガスに暴露されるため、比較的容易に、ガラスの表面にフッ素原子（Ｆ）を含有させることができる。

　図５には、高温ＨＦ処理装置の一構成例を示す。

　図５に示すように、この処理装置２００は、ガラス板２５０に処理ガスを供給するインジェクタ２１０を備える。ガラス板２５０は、水平に（矢印Ｆ１の方向に）搬送される。インジェクタ２１０は、ガラス板２５０の上方に配置される。

　インジェクタ２１０は、処理ガスの流通路となる複数のスリット２１５、２２０、および２２５を有する。すなわち、インジェクタ２１０は、中央部分に鉛直方向（Ｚ方向）に沿って設けられた第１のスリット２１５と、該第１のスリットを取り囲むように、鉛直方向（Ｚ方向）に沿って設けられた第２のスリット２２０と、該第２のスリット２２０を取り囲むように、鉛直方向（Ｚ方向）に沿って設けられた第３のスリット２２５とを備える。

　第１のスリット２１５の一端（上部）は、フッ化水素ガス源（図示されていない）とキャリアガス源(図示されていない)とに接続されており、第１のスリット２１５の他端（下部）は、ガラス板２５０の方に配向される。同様に、第２のスリット２２０の一端（上部）は、希釈ガス源（図示されていない）に接続されており、第２のスリット２２０の他端（下部）は、ガラス板２５０の方に配向される。第３のスリット２２５の一端（上部）は、排気系（図示されていない）に接続されており、第３のスリット２２５の他端（下部）は、ガラス板２５０の方に配向される。

　なお、インジェクタ２１０の底面とガラス板２５０の間の距離は、５０ｍｍ以下であることが好ましい。この距離を５０ｍｍ以下とすることにより、処理ガスが未利用のまま、大気中に拡散することが抑制され、所望の量の処理ガスを確実にガラス板２５０の表面に到達させることができる。一方、ガラス板２５０との距離が短すぎると、ガラス板２５０とインジェクタ２１０が接触する可能性が高まる。

　このように構成された処理装置２００を使用して、ガラス板２５０の処理を実施する場合、まず、フッ化水素ガス源（図示されていない）から、第１のスリット２１５を介して、矢印Ｆ２の方向に、フッ化水素ガスが供給される。また、希釈ガス源（図示されていない）から、第２のスリット２２０を介して、矢印Ｆ３の方向に、窒素等の希釈ガスが供給される。なお、第１のスリット２１５には、フッ化水素ガスに加えて、窒素などのキャリアガスを同時に供給しても良い。

　ここで、ガラス板２５０は、矢印Ｆ１の方向に移動している。このため、ガラス板２５０がインジェクタ２１０の下側を通過する際に、ガラス板２５０は、第１のスリット２１５および第２のスリット２２０から供給された処理ガスに接触する。これにより、ガラス板２５０の表面が処理される。

　なお、ガラス板２５０の表面に供給された処理ガスは、矢印Ｆ４に沿って水平方向（Ｘ方向）に移動してガラス板２５０の処理に使用された後、矢印Ｆ５のように移動して、排気系に接続された第３のスリット２２５を介して、処理装置２００の外部に排出される。

　ここで、ガラス板２５０への処理ガスの供給速度（流速）や、ガラス板２５０のインジェクタ２１０の通過時間は、特に限られない。処理ガスの供給速度は、例えば、１０ｃｍ／秒～２００ｃｍ／秒の範囲であっても良く、５０ｃｍ／秒～１００ｃｍ／秒の範囲であっても良い。また、ガラス板２５０のインジェクタ２１０の通過時間（図５の距離Ｔを通過する時間）は、１秒～１２０秒の範囲であり、４秒～６０秒の範囲であることが好ましく、４秒～３０秒の範囲であることがより好ましい。

　このように、処理装置２００を使用することにより、搬送状態のガラス板２５０に対して、処理ガスによる処理を実施することができる。

　なお、図５に示した処理装置２００は、単なる一例に過ぎず、その他の装置を使用して、フッ化水素ガスを含む処理ガスによるガラス板の高温ＨＦ処理を実施しても良い。

　また、高温ＨＦ処理方法以外の方法で、高温環境下で、ガラス板に対して、フッ素原子含有気体または液体に暴露する処理が実施されても良い。

　（ステップＳ１２０）（第２の処理）
　次に、前述のステップＳ１１０の処理が完了したガラス板に対して、エッチング溶液によるエッチング処理が実施される。エッチング処理は、ガラス板の極表面部分を除去し、前述のステップＳ１１０で形成された凹部の形状を整えるために実施される。

　エッチング処理は、例えば、ガラス板をエッチング溶液中に浸漬することにより実施される。

　この場合、エッチング溶液は、フッ酸（ＨＦ）を含む。フッ酸の濃度は、これに限られるものではないが、例えば、０．００１ｗｔ％～２５ｗｔ％の範囲であり、０．０１ｗｔ％～１０ｗｔ％の範囲であることが好ましく、０．１ｗｔ％～２ｗｔ％の範囲であることが好ましい。エッチング液に含まれるフッ酸濃度は、ガラスのエッチング速度に影響し、フッ酸濃度が高いほどエッチング速度が上昇する。

　エッチング溶液は、さらに、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＲｂＯＨ、およびＣｓＯＨ等の共塩基性の液体を含んでも良い。

　エッチング溶液の量は、特に限られないが、ガラス板に対して十分な量のエッチング溶液を使用することが好ましい。例えば、ガラス板の表面積５０ｃｍ^２当たり、２５ｍｌ以上の溶液を用いても良い。

　エッチング処理時間、すなわちガラス板のエッチング溶液中の浸漬時間は、ガラス板の寸法によっても変化するが、例えば１秒～６０秒程度である。エッチング処理時間は、プロセス効率の点で、１０秒～５分程度が好ましく、２０秒～３分程度がより好ましい。

　エッチング処理中に、ガラス板に超音波による振動を加えても良い。あるいは、エッチング溶液をバブリングしたり撹拌させた状態で、ガラス板をエッチングしても良い。

　エッチング温度は、例えば、１０℃～５０℃程度であり、１５℃～２５℃の範囲であることが好ましい。エッチング処理は、室温（２５℃）で実施しても良い。

　エッチング処理が完了した後、ガラス板は、エッチング溶液から取り出され、例えば、水洗等により、エッチング溶液が速やかに除去される。その後、ガラス板は、乾燥処理される。

　以上のような工程を経て、例えば、図１に示したような、表面に凹部を有し、該表面にフッ素原子が含有されたガラス製の透明部材を製造することができる。

　なお、以上説明した本発明による透明部材の製造方法は、単なる一例に過ぎず、透明部材は、その他の方法で製造されても良い。例えば、前述の製造方法において、ステップＳ１２０、すなわちエッチング溶液によるエッチング処理は、省略しても良い。

　（透明部材の適用例について）
　次に、図面を参照して、本発明による透明部材の適用例について説明する。

　図６には、例えば光源等に使用される、発光モジュールの構成を概略的に示す。

　図６に示すように、発光モジュール３００は、例えばＬＥＤのような半導体製の発光素子３１０が配置された基板３２０、封止材３３０、および透明部材３４０を有する。

　基板３２０の発光素子３１０が設置された側には、さらに側壁３２５が設置されている。側壁３２５は、内表面に反射性の部材を有し、あるいは少なくとも内表面が反射性の部材で構成される。

　封止材３３０は、樹脂マトリクス中に、蛍光体のような波長変換部材３３５を分散させることにより構成される。封止材３３０は、発光素子３１０を完全に被覆するようにして、基板３２０および側壁３２５で形成された空間に充填される。

　透明部材３４０は、第１の表面３４５および第２の表面３４７を有する。透明部材３４０は、第２の表面３４７の側が封止材３３０と接するようにして、封止材３３０の上部に配置される。発光モジュール３００において、透明部材３４０の側が、光取り出し側となる。

　ここで、透明部材３４０は、前述のような特徴を有する本発明の一実施例による透明部材（例えば、図１に示した透明部材１１０）で構成される。より具体的には、透明部材３４０の第１の表面３４５には、複数の凹部（図示されていない）が形成されているとともに、フッ素原子（Ｆ）が含有されている。

　このような発光モジュール３００において、動作の際には、発光素子３１０から第１の波長を有する第１の光が放射される。この第１の光は、封止材３３０中に含まれる波長変換部材３３５により、第２の波長を有する第２の光に変換される。発光モジュール３００の内部で発生した第１の光および第２の光は、透明部材３４０の側（図Ａの上方）に向かって進行する。なお、発光モジュール３００の側面には、反射性の側壁３２５が配置されている。このため、発光モジュール３００の内部で発生した第１の光および第２の光が、側部から外部に出射されることはない。

　ここで、発光モジュール３００において、透明部材３４０が存在しない場合、第１の光および第２の光は、封止材３３０／空気界面を通過して、外部に出射される。この界面では、屈折率は、封止材３３０を構成する樹脂マトリクスの屈折率（約１．５）から、空気の屈折率（１．０）まで変化する。従って、この界面を通る第１の光および第２の光は、比較的大きな屈折率の変動を受ける。このため、これらの光の一部に内部反射が生じ、第１の光および第２の光を十分に取り出すことができなくなる可能性がある。

　しかしながら、発光モジュール３００は、透明部材３４０を有し、この透明部材３４０は、前述のような特徴を有する本発明の一実施例による透明部材で構成される。

　この場合、第１の光および第２の光は、透明部材３４０から出射される際に、透明部材３４０のフッ素原子（Ｆ）を含む第１の表面３４５／空気の界面、すなわち屈折率１．３／１．０の界面を通過することになる。この界面では、屈折率の急激な変化が有意に抑制されている。このため、発光モジュール３００では、透明部材３４０の第１の表面３４５／空気の界面で反射される光の量を有意に低減することができ、透明部材３４０の第１の表面３４５から、より多くの光を出射させることができる。

　また、透明部材３４０の第１の表面３４５には、微細な凹部が形成されており、第１および第２の光は、透明部材３４０の第１の表面３４５において各方向に散乱される。このため、発光モジュール３００の内部で全反射される光の量を低減することができる。

　このような効果により、発光モジュール３００では、光取り出し効率を有意に高めることが可能になる。

　図７には、発光モジュールの別の構成を概略的に示す。

　図７に示すように、この発光モジュール４００は、ＬＥＤのような発光素子４１０が配置された基板４２０、波長変換部材４３５、および透明部材４４０を有する。発光モジュール４００は、透明部材４４０の側が光取り出し面となる。

　波長変換部材４３５は、蛍光体を含み、発光素子４１０から放射される第１の波長を有する第１の光を、第２の波長を有する第２の光に変換することができる。

　ここで、透明部材４４０は、前述のような特徴を有する本発明の一実施例による透明部材（例えば、図１に示した透明部材１１０）で構成される。より具体的には、透明部材４４０の第１の表面４４５には、複数の凹部（図示されていない）が形成されているとともに、フッ素原子（Ｆ）が含有されている。

　このような透明部材４４０を備える発光モジュール４００においても、前述のような効果により、透明部材４４０の側からの光取り出し効率を有意に高めることが可能になることは明らかであろう。

　次に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の説明において、例１～例１３は、実施例であり、例１４は、比較例である。

　（例１）
　前述の図４に示した方法、すなわちステップＳ１１０（第１の処理）およびステップＳ１２０（第２の処理）を実施することにより、透明部材としてのガラス板（以下、「例１に係るガラス板」と称する）を製造した。

　なお、第１の処理は、前述の高温ＨＦ処理方法により実施した。また、処理ガスによるガラス板の処理には、前述の図５に示した処理装置２００を使用した。

　使用ガラス板は、モル％表示で、６４．３％のＳｉＯ_２、８．０％のＡｌ_２Ｏ_３、１２．５％のＮａ_２Ｏ、４．０％のＫ_２Ｏ、１０．５％のＭｇＯ、０．１％のＣａＯ、０．１％のＳｒＯ、０．１％のＢａＯ、および０．５％のＺｒＯ_２を含む。

　処理ガスには、窒素ガスとフッ化水素ガスの混合ガスを使用した。処理ガス中のフッ化水素ガスの濃度は、１．２ｖｏｌ％とした。処理ガスの供給速度は、６０ｃｍ／秒とした。処理温度（処理の際のガラス板温度）は、７５０℃とした。また、処理時間（ガラス板のインジェクタの通過時間）は、３秒とした。

　次に、第２の処理として、得られたガラス板（約５０ｍｍ×約５０ｍｍ×約０．７ｍｍ）を、フッ酸溶液でエッチング処理した。フッ酸溶液中のフッ酸濃度は、１ｗｔ％である。また、エッチング時間は、３０秒とし、フッ酸溶液の温度は、２５℃とした。エッチング処理は、フッ酸溶液およびガラス板を静止させた状態で実施した。

　ガラス板をフッ酸溶液中に完全に浸漬し、３０秒経過後、ガラス板を取り出し、水洗、乾燥した。

　これにより、例１に係るガラス板が得られた。

　（例２～例１３）
　例１と同様の方法により、例２～例１３に係るガラス板を製作した。ただし、例２～例１３では、第１の処理における条件の一部、および／または第２の処理における条件の一部を、例１で使用した条件と変更した。

　例１～例１３に係るガラス板の製造条件を、まとめて表１に示した。

　なお、表１に示されていない条件は、例１～例１３において、同一とした。

　（例１４）
　フロート法で製造されたガラス板に対して、第１の処理を行わず、第２の処理のみを実施し、例１４に係るガラス板を作成した。

　なお、このガラス板の組成は、例１～例１３において使用したガラス板と同様である。また、第２の処理の条件は、例２の場合と同じ条件とした。

　前述の表１には、例１４に係るガラス板の製造条件を示した。

　（評価）
　次に、例１～例１４に係るガラス板を用いて、以下に示す各種評価を実施した。

　（凹部の評価）
　電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）を用いて各ガラス板の表面および断面を観察した。なお、例１～例１３に係るガラス板において、観察対象表面は、第１の処理の際に、処理ガスが吹き付けられた処理面（以下、「処理表面」と称する）とした。一方、例１４に係るガラス板では、両表面の間で処理の差はないため、一方の表面を観察対象表面とした。以降、例１４に係るガラス板の場合も、観察対象表面を「処理表面」と称する。

　図８には、参考のため、例１に係るガラス板の処理表面の表面ＳＥＭ写真の一例を示す。また、図９には、参考のため、例１に係るガラス板の処理表面の断面ＳＥＭ写真の一例を示す。

　これらの写真から、例１に係るガラス板の処理表面には、略半球状の凹部が多数形成されていることがわかる。例２～例１３に係るガラス板の処理表面においても、このような凹部が多数観察された。なお、凹部の数は、第１の処理における処理温度が低いほど、多くなる傾向にあった。また、凹部の開口の最大寸法Ｒおよび凹部の深さｄは、第２の処理におけるフッ酸濃度が高く、処理時間が長くなるほど、増大する傾向にあった。

　これに対して、例１４に係るガラス板の処理表面には、凹部は認められなかった。

　各ガラス板の処理表面の観察結果から、処理表面に形成された凹部開口の最大寸法Ｒ、凹部の深さｄ、アスペクト比Ａ（Ａ＝ｄ／Ｒ）、および凹部の面積比Ｓを測定した。

　なお、凹部開口の最大寸法Ｒおよび凹部の深さｄは、各凹部において得られた値を平均して算出した。また、凹部の面積比Ｓは、各ガラス板の処理表面における凹部開口の占める割合から算定した。具体的には、以下の手順で凹部の面積比Ｓを求めた：まず、ＳＥＭにより、ガラス板の処理表面の任意の３μｍ四方の領域に存在する凹部の数、および凹部開口の寸法を測定する。次に、得られたこれらの値から、測定領域全体に対する凹部の占める面積を計算し、これを凹部の面積比Ｓとした。

　結果を前述の表１の評価結果の欄（凹部開口の最大寸法Ｒ、凹部の深さｄ、アスペクト比Ａ、および面積比Ｓの欄）にまとめて示した。なお、例１４に係るガラス板では、処理表面に凹部が観察されなかったため、表１では、評価結果を「－」（面積比Ｓは０）で表記した。

　（フッ素濃度分析）
　次に、例１～例１４に係るガラス板を用いて、処理表面のフッ素濃度を分析した。フッ素濃度は、蛍光Ｘ線分析装置（ＺＳＸ　ＰｒｉｍｕｓＩＩ；Ｒｉｇａｋｕ社製）により測定した。

　各ガラス板において得られた結果を、前述の表１の評価結果の欄（表面Ｆ濃度の欄）にまとめて示した。

　この結果から、例１～例１３に係るガラス板の処理表面には、少なくとも０．１４ｗｔ％以上のフッ素原子が含有されていることが確認された。一方、例１４に係るガラス板では、フッ素原子の濃度は、検出限界値以下であった。

　例１～例１３に係るガラス板の処理表面を約５０μｍ程度研磨してから、同様の測定を実施した。その結果、いずれのガラス板においても、研磨表面には、フッ素原子が含まれていないことが確認された（フッ素原子濃度は、検出限界以下であった）。この結果から、例１～例１３に係るガラス板において、フッ素原子は、処理表面の表面近傍にのみ含有されていることがわかった。

　（光取り出し効率測定）
　次に、例１～例１４に係るガラス板を用いて発光モジュールを作製し、該発光モジュールを用いて、光取り出し効率の測定を実施した。

　作製した発光モジュールは、前述の図６に示した構成を有する。ここで、発光モジュールのうち、透明部材以外の部分には、市販の青色ＬＥＤチップのパッケージ（Ｐｌａｔｉｎｕｍ　Ｄｒａｇｏｎ　Ｂｌｕｅ；ＯＳＲＡＭ社製）を使用した。このパッケージは、不透明セラミック基板に取り付けられた発光素子（青色ＬＥＤ素子）、内面に反射膜を有するセラミック製側壁、ならびに側壁および基板で囲まれた空間に充填された、発光素子を被覆する樹脂層を有する。

　透明部材には、例１～例１４に係るガラス板を使用した。ガラス板は、グリセリンを介して、処理表面が外側となるようにして、パッケージの上部に配置した。

　なお、図６とは異なり、作製した発光モジュールにおいて、樹脂層に波長変換素子は含まれていない。従って、この発光モジュールでは、青色の光を測定対象として、光取り出し効率を測定した。

　以下、例１～例１４に係るガラス板を用いて作製した発光モジュールを、それぞれ、例１～例１４に係る発光モジュールと称する。なお、比較のため、例１４に係るガラス板と同様の組成を有し、第１および第２の処理のいずれも実施していないガラス板を透明部材として使用し、同様の構成の発光モジュール（参照モジュール）を作製した。

　光取り出し効率の測定には、６インチの積分球を備えるＬＥＤ全光束測定装置（スペクトラコープ社製）を使用した。この装置により、各発光モジュールの発光素子の２端子間に３５０ｍＡの電流を印加した状態で、透明部材の側から出射される光の量を測定し、青色ＬＥＤから出射される光の量に対する、透明部材を介することによって増加した光の量の向上率を光取り出し効率として定義した。

　なお、各発光モジュールの光取り出し効率は、参照モジュールにおいて得られた光取り出し効率の値をベース（１．０）とし、規格化して示した。

　各ガラス板において得られた光取り出し効率の測定結果を、前述の表１の評価結果の欄（光取り出し効率の欄）にまとめて示した。

　この結果から、例１～例１３に係る発光モジュールにおける光取り出し効率は、参照モジュールにおいて得られた値の１．２５倍～１．７５倍まで向上することがわかった。一方、例１４に係る発光モジュールにおける光取り出し効率は、参照モジュールにおいて得られた値とほとんど変わらないことがわかった。

　このように、処理表面に凹部を有し、フッ素原子が含有された例１～例１３に係るガラス板では、処理表面に凹部を有さず、フッ素原子を含まない例１４に係るガラス板に比べて、光取り出し効率が有意に向上することが確認された。

　本発明は、例えば、透明部材を有する発光モジュール等に利用することができる。

　本願は２０１２年１２月７日に出願した日本国特許出願２０１２－２６７７５１号に基づく優先権を主張するものであり同日本国出願の全内容を本願に参照により援用する。

　１１０　　　透明部材
　１１５　　　第１の表面
　１２０　　　第２の表面
　１３０　　　凹部
　１４０　　　平坦部
　２００　　　処理装置
　２１０　　　インジェクタ
　２１５、２２０、２２５　スリット
　２５０　　　ガラス板
　３００　　　発光モジュール
　３１０　　　発光素子
　３２０　　　基板
　３２５　　　側壁
　３３０　　　封止材
　３３５　　　波長変換部材
　３４０　　　透明部材
　３４５　　　第１の表面
　３４７　　　第２の表面
　４００　　　発光モジュール
　４１０　　　発光素子
　４２０　　　基板
　４３５　　　波長変換部材
　４４０　　　透明部材
　４４５　　　第１の表面

Claims

　表面に凹部を有し、該表面にはフッ素原子が存在することを特徴とする透明部材。
　前記表面に対する前記凹部の面積比は、５％～１００％の範囲である、請求項１に記載の透明部材。
　前記凹部は、平均最大寸法Ｒが２０ｎｍ～２０００ｎｍの範囲である、請求項１または２に記載の透明部材。
　前記凹部の平均最大寸法Ｒに対する前記凹部の平均深さｄの比をアスペクト比Ａ（Ａ＝ｄ／Ｒ）とした場合、前記アスペクト比Ａは、０．１～３．０の範囲である、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の透明部材。
　前記フッ素原子の濃度は、前記表面からの深さ方向とともに減少する、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の透明部材。
　前記表面における前記フッ素原子の濃度は、０．１ｗｔ％以上である、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の透明部材。
　前記凹部は、略半球状の形状を有する、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の透明部材。
　発光素子と、波長変換部材と、透明部材と、を備え、
　前記透明部材は、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の透明部材である、発光モジュール。