(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024095357
(43)【公開日】2024-07-10
(54)【発明の名称】光学ガラスおよび紫外線発光装置
(51)【国際特許分類】
C03C 3/068 20060101AFI20240703BHJP
C03C 3/15 20060101ALI20240703BHJP
C03C 3/155 20060101ALI20240703BHJP
H01L 33/58 20100101ALI20240703BHJP
【ＦＩ】
C03C3/068
C03C3/15
C03C3/155
H01L33/58
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022212585
(22)【出願日】2022-12-28
(71)【出願人】
【識別番号】000000044
【氏名又は名称】ＡＧＣ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】白井 大地
(72)【発明者】
【氏名】白鳥 誠
【テーマコード（参考）】
4G062
5F142
【Ｆターム（参考）】
4G062AA04
4G062BB01
4G062BB08
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4G062MM02
4G062NN02
4G062NN03
4G062NN16
4G062NN30
5F142DB12
5F142GA31
(57)【要約】
【課題】紫外線透過率に優れ、低熱膨張であり、かつ高屈折率である光学ガラスを提供することを目的とする。
【解決手段】厚み１．０ｍｍに換算したときの、波長２７０ｎｍにおける光の透過率が５０％以上であり、５０～４００℃の範囲における平均熱膨張係数が４．４～７．２ｐｐｍ／℃であり、屈折率ｎｄが１．５５以上であり、アッベ数νｄが５０～６０である、光学ガラス。
【選択図】なし
【解決手段】厚み１．０ｍｍに換算したときの、波長２７０ｎｍにおける光の透過率が５０％以上であり、５０～４００℃の範囲における平均熱膨張係数が４．４～７．２ｐｐｍ／℃であり、屈折率ｎｄが１．５５以上であり、アッベ数νｄが５０～６０である、光学ガラス。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
厚み１．０ｍｍに換算したときの、波長２７０ｎｍにおける光の透過率が５０％以上であり、
５０～４００℃の範囲における平均熱膨張係数が４．４～７．２ｐｐｍ／℃であり、
屈折率ｎｄが１．５５以上であり、
アッベ数νｄが５０～６０である、光学ガラス。
５０～４００℃の範囲における平均熱膨張係数が４．４～７．２ｐｐｍ／℃であり、
屈折率ｎｄが１．５５以上であり、
アッベ数νｄが５０～６０である、光学ガラス。
【請求項2】
酸化物基準のモル％表示で、
Ｂ２Ｏ３：４０～８０％、
ＳｉＯ２：０～２５％、
Ａｌ２Ｏ３：０～３０％、
Ｌａ２Ｏ３：３～２７％、
ＺｒＯ２：０～１０％、
Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３：７３％以上、
Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２：８％以上
を含有する、請求項１に記載の光学ガラス。
Ｂ２Ｏ３：４０～８０％、
ＳｉＯ２：０～２５％、
Ａｌ２Ｏ３：０～３０％、
Ｌａ２Ｏ３：３～２７％、
ＺｒＯ２：０～１０％、
Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３：７３％以上、
Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２：８％以上
を含有する、請求項１に記載の光学ガラス。
【請求項3】
Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｔｂ２Ｏ３、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３及びＰｂＯのいずれも実質的に含有しない、請求項１または２に記載の光学ガラス。
【請求項4】
アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない、請求項１または２に記載の光学ガラス。
【請求項5】
アルカリ土類金属酸化物およびＺｎＯを実質的に含有しない、請求項１または２に記載の光学ガラス。
【請求項6】
Ｆｅの含有量が５質量ｐｐｍ以下である、請求項１または２に記載の光学ガラス。
【請求項7】
ソラリゼーション評価での波長４５０ｎｍにおける分光透過率の劣化量が３％以下である、請求項１または２に記載の光学ガラス。
【請求項8】
ガラス転移温度が６００℃以上である、請求項１または２に記載の光学ガラス。
【請求項9】
基板と、前記基板の一方の主面に備えられる請求項１または２に記載の光学ガラスと、前記基板のもう一方の主面に備えられる発光層と、を含む紫外線発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学ガラスおよび紫外線発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、紫外線発光装置における光源として、環境保全等の観点から、従来の水銀ランプに代えて、半導体発光素子の紫外線ＬＥＤ素子（発光ダイオード素子）が注目されている。特に発光波長２００ｎｍ～２８０ｎｍ程度の深紫外ＬＥＤ素子は、例えば、ウイルスや病原菌の殺菌などに利用できる。
【0003】
紫外線ＬＥＤ素子の基板には、サファイアまたは窒化アルミニウムが用いられ、窒化アルミニウム基板はサファイア基板よりも低波長の光を高出力で取り出すことが可能である。
【0004】
紫外線ＬＥＤ素子は、ＬＥＤ素子の発光層で発生した光がＬＥＤ素子の内部にて反射することにより損失が発生するため、ＬＥＤ素子の外部への光の取出し効率が低いことがあげられる。これに対して、特許文献１では、半導体発光素子上に樹脂層を介して無機ガラスを設ける技術が開示されている。
【0005】
ＬＥＤ素子上に光学ガラスを設ける場合には、光の取出し効率を向上させる観点から、優れた紫外透過性および基板と近い屈折率を有し、また継続使用による剥がれを抑制する耐久性の観点から基板と近い熱膨張を有するガラスが必要となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０２２－１１７１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、熱膨張と屈折率はトレードオフの関係であるため、低熱膨張と高屈折率を両立させることは技術的な難易度が高く、加えて優れた紫外透過性を示すガラスを実現することは困難であった。
【0008】
また、特許文献１に記載の技術では、無機ガラスの屈折率がサファイア基板に近い１．７４であるが、熱膨張係数については言及されていない。
【0009】
本発明は、このような背景に基づいてなされたものであり、紫外線透過率に優れ、高屈折率であり、かつ低熱膨張である光学ガラスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、以下の構成を有する光学ガラス、および該光学ガラスを備える紫外線発光装置を提供する。
［１］厚み１．０ｍｍに換算したときの、波長２７０ｎｍにおける光の透過率が５０％以上であり、
５０～４００℃の範囲における平均熱膨張係数が４．４～７．２ｐｐｍ／℃であり、
屈折率ｎｄが１．５５以上であり、
アッベ数νｄが５０～６０である、光学ガラス。
［２］酸化物基準のモル％表示で、
Ｂ２Ｏ３：４０～８０％、
ＳｉＯ２：０～２５％、
Ａｌ２Ｏ３：０～３０％、
Ｌａ２Ｏ３：３～２７％、
ＺｒＯ２：０～１０％、
Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３：７３％以上、
Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２：８％以上
を含有する、［１］に記載の光学ガラス。
［３］Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｔｂ２Ｏ３、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３及びＰｂＯのいずれも実質的に含有しない、［１］または［２］に記載の光学ガラス。
［４］アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない、［１］または［２］に記載の光学ガラス。
［５］アルカリ土類金属酸化物およびＺｎＯを実質的に含有しない、［１］または［２］に記載の光学ガラス。
［６］Ｆｅの含有量が５質量ｐｐｍ以下である、［１］または［２］に記載の光学ガラス。
［７］ソラリゼーション評価での波長４５０ｎｍにおける分光透過率の劣化量が３％以下である、［１］または［２］に記載の光学ガラス。
［８］ガラス転移温度が６００℃以上である、［１］または［２］に記載の光学ガラス。
［９］基板と、前記基板の一方の主面に備えられる［１］または［２］に記載の光学ガラスと、前記基板のもう一方の主面に備えられる発光層と、を含む紫外線発光装置。
［１］厚み１．０ｍｍに換算したときの、波長２７０ｎｍにおける光の透過率が５０％以上であり、
５０～４００℃の範囲における平均熱膨張係数が４．４～７．２ｐｐｍ／℃であり、
屈折率ｎｄが１．５５以上であり、
アッベ数νｄが５０～６０である、光学ガラス。
［２］酸化物基準のモル％表示で、
Ｂ２Ｏ３：４０～８０％、
ＳｉＯ２：０～２５％、
Ａｌ２Ｏ３：０～３０％、
Ｌａ２Ｏ３：３～２７％、
ＺｒＯ２：０～１０％、
Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３：７３％以上、
Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２：８％以上
を含有する、［１］に記載の光学ガラス。
［３］Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｔｂ２Ｏ３、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３及びＰｂＯのいずれも実質的に含有しない、［１］または［２］に記載の光学ガラス。
［４］アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない、［１］または［２］に記載の光学ガラス。
［５］アルカリ土類金属酸化物およびＺｎＯを実質的に含有しない、［１］または［２］に記載の光学ガラス。
［６］Ｆｅの含有量が５質量ｐｐｍ以下である、［１］または［２］に記載の光学ガラス。
［７］ソラリゼーション評価での波長４５０ｎｍにおける分光透過率の劣化量が３％以下である、［１］または［２］に記載の光学ガラス。
［８］ガラス転移温度が６００℃以上である、［１］または［２］に記載の光学ガラス。
［９］基板と、前記基板の一方の主面に備えられる［１］または［２］に記載の光学ガラスと、前記基板のもう一方の主面に備えられる発光層と、を含む紫外線発光装置。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、紫外線透過率に優れ、高屈折率であり、かつ低熱膨張である光学ガラスを提供できる。また、該光学ガラスを備える紫外線発光装置を提供できる。
本発明の光学ガラスは、上記の特性を有するため、窒化アルミニウム基板を有する紫外線発光装置にも好適に用い得る。
本発明の光学ガラスは、上記の特性を有するため、窒化アルミニウム基板を有する紫外線発光装置にも好適に用い得る。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
また、数値範囲を示す「～」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
また、数値範囲を示す「～」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
【0014】
＜光学ガラス＞
本実施形態の光学ガラスは、厚み１．０ｍｍに換算したときの、波長２７０ｎｍにおける光の透過率が５０％以上である。波長２７０ｎｍにおける光の透過率が５０％以上であることで、紫外領域、特に深紫外領域の波長の光に対して優れた透過性を示す。波長２７０ｎｍにおける光の透過率は、６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましく、７５％以上がさらに好ましく、８０％以上が特に好ましい。また、波長２７０ｎｍにおける光の透過率の上限は特に限定されないが、例えば、８８％以下である。
本実施形態の光学ガラスは、厚み１．０ｍｍに換算したときの、波長２７０ｎｍにおける光の透過率が５０％以上である。波長２７０ｎｍにおける光の透過率が５０％以上であることで、紫外領域、特に深紫外領域の波長の光に対して優れた透過性を示す。波長２７０ｎｍにおける光の透過率は、６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましく、７５％以上がさらに好ましく、８０％以上が特に好ましい。また、波長２７０ｎｍにおける光の透過率の上限は特に限定されないが、例えば、８８％以下である。
【0015】
なお、透過率は紫外可視分光光度計によって測定できる。
【0016】
本実施形態の光学ガラスは、５０～４００℃の範囲における平均熱膨張係数が４．４～７．２ｐｐｍ／℃である。５０～４００℃の範囲における平均熱膨張係数が上記範囲内であれば、本実施形態の光学ガラスを紫外線発光装置に用いた時に、光学ガラスとＬＥＤ素子との接合面における剥がれを抑制でき、継続使用時における耐久性を向上できる。特に、基板が窒化アルミニウムである紫外線発光装置に対しても好適に用い得る。５０～４００℃の範囲における平均熱膨張係数は、下限値については、４．６ｐｐｍ／℃以上が好ましい。また、上限値については、７．０ｐｐｍ／℃以下が好ましく、６．５ｐｐｍ／℃以下がより好ましく、６．３ｐｐｍ／℃以下がさらに好ましい。
【0017】
平均熱膨張係数は、示差熱膨張計（例えば、Ｒｉｇａｋｕ製、Ｔｈｅｒｍｏ ｐｌｕｓ ＥＶＯ２）を用いて測定できる。
【0018】
本実施形態の光学ガラスは、屈折率ｎｄが１．５５以上である。光学ガラスの屈折率ｎｄを紫外線発光装置の基板の屈折率に近づけることで、本実施形態の光学ガラスを紫外線発光装置に用いた時に、ＬＥＤ素子から発光した光がＬＥＤ素子の内部で反射することによる損失の発生を抑制できる。
本実施形態においては、光学ガラスの屈折率ｎｄが１．５５以上であれば、例えば、窒化アルミニウム基板（屈折率：１．９～２．２）を備える紫外線発光装置に用いる場合であっても、上記損失の発生を十分に抑制でき、光の取り出し効率が向上する。屈折率ｎｄは１．６０以上がより好ましく、１．６５以上がさらに好ましい。また、屈折率ｎｄの上限は、通常２．００以下である。
屈折率ｎｄは、屈折率計を用いて測定でき、詳しくは後述する実施例に記載の方法にて測定できる。
本実施形態においては、光学ガラスの屈折率ｎｄが１．５５以上であれば、例えば、窒化アルミニウム基板（屈折率：１．９～２．２）を備える紫外線発光装置に用いる場合であっても、上記損失の発生を十分に抑制でき、光の取り出し効率が向上する。屈折率ｎｄは１．６０以上がより好ましく、１．６５以上がさらに好ましい。また、屈折率ｎｄの上限は、通常２．００以下である。
屈折率ｎｄは、屈折率計を用いて測定でき、詳しくは後述する実施例に記載の方法にて測定できる。
【0019】
本実施形態の光学ガラスは、アッベ数νｄが５０～６０である。アッベ数νｄを５０～６０とすることで、光の分散が抑えられ、光を均一な出力で取り出すことができる。アッベ数νｄは、５１以上が好ましく、５３以上がより好ましい。アッベ数νｄは、５８以下が好ましく、５７以下がより好ましい。
アッベ数νｄは、屈折率計を用いて測定でき、詳しくは後述する実施例に記載の方法にて測定できる。
アッベ数νｄは、屈折率計を用いて測定でき、詳しくは後述する実施例に記載の方法にて測定できる。
【0020】
本実施形態の光学ガラスの、ソラリゼーション評価での波長４５０ｎｍにおける分光透過率の劣化量は、３％以下であることが好ましい。分光透過率の劣化量が３％以下であることにより、長期使用においても安定した光の取り出し効率を維持できる。分光透過率の劣化量は、より好ましくは２％以下、さらに好ましくは１．５％以下である。
なお、本明細書において「ソラリゼーション評価での波長４５０ｎｍにおける分光透過率の劣化量」とは、ガラスに紫外線を照射した場合の４５０ｎｍにおける分光透過率の劣化量を表す。具体的には、両面研磨した厚さ１ｍｍの光学ガラスを４００Ｗの高圧水銀ランプから２０ｃｍの位置に対向配置し、１２０時間照射した前後の透過率をそれぞれ測定して求められる。
なお、本明細書において「ソラリゼーション評価での波長４５０ｎｍにおける分光透過率の劣化量」とは、ガラスに紫外線を照射した場合の４５０ｎｍにおける分光透過率の劣化量を表す。具体的には、両面研磨した厚さ１ｍｍの光学ガラスを４００Ｗの高圧水銀ランプから２０ｃｍの位置に対向配置し、１２０時間照射した前後の透過率をそれぞれ測定して求められる。
【0021】
本実施形態の光学ガラスのガラス転移温度は、６００℃以上であることが好ましい。ガラス転移温度が６００℃以上であれば、ＬＥＤ基板とレンズ加熱接合時にレンズに歪みを生じさせることなく接合できる。ガラス転移温度の上限は特に限定されないが、例えば、８００℃以下である。
【0022】
また、本実施形態の光学ガラスの形状は特に限定されないが、例えば板状、レンズ、レンズアレイ、回折格子、回折光学素子、グレーティングセルズアレイが挙げられる。特に、本実施形態の光学ガラスを紫外線発光装置に用いる場合は、光学ガラスの形状は、球状や半球状、非球面の凸レンズ形状であることが好ましく、半球状がより好ましい。
【0023】
（ガラス組成）
次に、本発明の光学ガラスが含有し得る各成分の組成範囲の一実施形態について詳細に説明する。なお、各成分の組成範囲について、％またはｐｐｍと記載する場合、特にことわりがない限りは、それぞれ酸化物基準のモル％、質量ｐｐｍを意味する。また、各成分について「実質的に含有しない」とは、原料等から混入する不可避的不純物以外には含有しないこと、すなわち、意図的に含有させないことを意味する。
次に、本発明の光学ガラスが含有し得る各成分の組成範囲の一実施形態について詳細に説明する。なお、各成分の組成範囲について、％またはｐｐｍと記載する場合、特にことわりがない限りは、それぞれ酸化物基準のモル％、質量ｐｐｍを意味する。また、各成分について「実質的に含有しない」とは、原料等から混入する不可避的不純物以外には含有しないこと、すなわち、意図的に含有させないことを意味する。
【0024】
本実施形態の光学ガラスにおける上記特性を満たす組成としては、例えば、酸化物基準のモル％表示で、
Ｂ２Ｏ３：４０～８０％、
ＳｉＯ２：０～２５％、
Ａｌ２Ｏ３：０～３０％、
Ｌａ２Ｏ３：３～２７％、
ＺｒＯ２：０～１０％、
Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３：７３％以上、
Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２：８％以上
を含有する。
Ｂ２Ｏ３：４０～８０％、
ＳｉＯ２：０～２５％、
Ａｌ２Ｏ３：０～３０％、
Ｌａ２Ｏ３：３～２７％、
ＺｒＯ２：０～１０％、
Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３：７３％以上、
Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２：８％以上
を含有する。
【0025】
Ｂ２Ｏ３はガラスの網目構造を形成する成分である。本実施形態の光学ガラスは、Ｂ２Ｏ３を４０～８０％含有することが好ましい。Ｂ２Ｏ３の含有量が４０％以上であれば、ガラスが安定化し、さらに平均熱膨張係数が大きくなることを抑制できる。Ｂ２Ｏ３の含有量は、より好ましくは４５％以上である。また、Ｂ２Ｏ３の含有量が８０％以下であれば、ガラスの失透を抑制できる。Ｂ２Ｏ３の含有量は、より好ましくは７５％以下であり、さらに好ましくは７０％以下であり、特に好ましくは６５％以下であり、最も好ましくは６０％以下である。
【0026】
ＳｉＯ２はガラスの網目構造を形成する成分である。そのため、本実施形態の光学ガラスは、ＳｉＯ２を０～２５％含有することが好ましい。ＳｉＯ２を含有することで、ガラスが安定化し、さらに平均熱膨張係数が大きくなることを抑制できる。ＳｉＯ２を含有する場合、その含有量は、好ましくは５％以上であり、より好ましくは１０％以上であり、さらに好ましくは１３％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量が２５％以下であれば、屈折率の低下を抑制し、さらにガラスの溶解温度を下げることができる。ＳｉＯ２の含有量は、より好ましくは２０％以下であり、さらに好ましくは１５％以下である。
【0027】
Ａｌ２Ｏ３はガラスの網目構造を形成する成分である。そのため、本実施形態の光学ガラスは、Ａｌ２Ｏ３を０～３０％含有することが好ましい。Ａｌ２Ｏ３を含有することで、ガラスが安定化し、さらに平均熱膨張係数が大きくなることを抑制できる。加えて、ガラスの化学的耐久性を向上させる。Ａｌ２Ｏ３を含有する場合、その含有量は、好ましくは５％以上であり、より好ましくは１０％以上であり、さらに好ましくは１５％以上であり、特に好ましくは２０％以上であり、最も好ましくは２５％以上である。また、Ａｌ２Ｏ３の含有量が３０％以下であれば、ガラスが失透することを抑制できる
【0028】
Ｌａ２Ｏ３は、ガラスの屈折率を増大させ、平均熱膨張係数を増大させる成分である。そのため、本実施形態の光学ガラスは、Ｌａ２Ｏ３を３～２７％含有することが好ましい。Ｌａ２Ｏ３の含有量が３％以上であれば、ガラスの屈折率を増大できる。Ｌａ２Ｏ３の含有量は、より好ましくは５％以上であり、さらに好ましくは８％以上であり、特に好ましくは１０％以上である。また、Ｌａ２Ｏ３の含有量が２７％以下であれば、平均熱膨張係数が大きくなりすぎることを抑制できる。Ｌａ２Ｏ３の含有量は、より好ましくは２４％以下であり、さらに好ましくは２０％以下である。
【0029】
ＺｒＯ２は、ガラスの平均熱膨張係数を抑えつつ、屈折率を増大させる成分である。そのため、本実施形態の光学ガラスは、ＺｒＯ２を０～１０％含有することが好ましい。ＺｒＯ２を含有する場合、その含有量は、好ましくは２％以上であり、より好ましくは５％以上である。また、ＺｒＯ２の含有量が１０％以下であれば、ガラスの失透を抑制できる。ＺｒＯ２の含有量は、より好ましくは８．５％以下、さらに好ましくは７％以下である。
【0030】
また、本実施形態の光学ガラスは、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の含有量の合計（Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）が７３％以上であることが好ましい。Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３が７３％以上であることにより、平均熱膨張係数が大きくなりすぎることを抑制できる。Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３は７５％以上がより好ましく、７６％以上がさらに好ましく、７８％以上が特に好ましく、８０％以上が最も好ましい。また、ガラスの失透を抑制する観点から、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３は９５％以下が好ましく、９２％以下がより好ましく、９０％以下が特に好ましい。
【0031】
本実施形態の光学ガラスは、Ｌａ２Ｏ３およびＺｒＯ２の含有量の合計（Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２）が８％以上であることが好ましい。Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２が８％以上であることにより、ガラスの屈折率を十分に大きくできる。Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２は１０％以上がより好ましく、１５％以上がさらに好ましく、１７％以上が特に好ましい。また、失透性の観点から、Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２は２５％以下が好ましく、２０％以下がより好ましい。
【0032】
また、本実施形態の光学ガラスは、Ｙ２Ｏ３を０～５％含有することが好ましい。Ｙ２Ｏ３は、平均熱膨張係数を増加させるが、屈折率を増大させる成分である。Ｙ２Ｏ３を含有する場合、その含有量は、より好ましくは３％以下である。
【0033】
本実施形態の光学ガラスは、Ｔａ２Ｏ５を０～１０％含有することが好ましい。Ｔａ２Ｏ５は、紫外線を吸収するが、平均熱膨張係数の増加を抑制する成分であるため、紫外透過性に影響がない範囲で添加することができる。Ｔａ２Ｏ５を含有する場合、その含有量は、好ましくは５％以下であり、より好ましくは２．５％以下ある。
【0034】
本実施形態の光学ガラスは、ＨｆＯ２を０～２０％含有することが好ましい。ＨｆＯ２は、紫外線を吸収するが、屈折率を増大させる成分であるため、紫外透過性に影響がない範囲で添加することができる。ＨｆＯ２を含有する場合、その含有量は、より好ましくは７％以下であり、さらに好ましくは５％以下である。
【0035】
本実施形態の光学ガラスは、Ｌａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５およびＨｆＯ２の含有量の合計（Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ５＋ＨｆＯ２）が８％以上であることが好ましい。Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ５＋ＨｆＯ２が８％以上であることにより、ガラスの屈折率を十分に大きくできる。Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ５＋ＨｆＯ２は１０％以上がより好ましく、１３％以上がさらに好ましく、１５％以上が特に好ましい。また、失透性の観点から、Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ５＋ＨｆＯ２は２５％以下が好ましい。
【0036】
本実施形態の光学ガラスは、Ｐｔを１００ｐｐｍ以下含有してもよい。Ｐｔはガラスの紫外線透過率を低下させる作用があるが、Ｐｔの含有量が１００ｐｐｍ以下であれば、紫外線透過率の低下を十分に抑制できる。Ｐｔの含有量は８０ｐｐｍ以下がより好ましく、６０ｐｐｍ以下がさらに好ましく、４０ｐｐｍ以下が特に好ましく、２０ｐｐｍ以下が最も好ましい。
Ｐｔの含有量は、ＩＣＰ質量分析法にて分析できる。
Ｐｔの含有量は、ＩＣＰ質量分析法にて分析できる。
【0037】
本実施形態のガラスはＦｅを５ｐｐｍ以下含有してもよい。Ｆｅはガラスの紫外線透過率を低下させる作用があり、図１に示すように、Ｆｅの含有量の増加に伴い、光学ガラスの厚み１．０ｍｍに換算したときの波長２７０ｎｍの光の透過率が低下する。しかしながら、ガラス原料や製造プロセスから、Ｆｅの混入を完全に回避することは困難である。本実施形態の光学ガラスにおいて、Ｆｅの含有量が５ｐｐｍ以下であれば、紫外線透過率の低下を十分に抑制できる。Ｆｅの含有量は３ｐｐｍ以下がより好ましく、２ｐｐｍ以下がさらに好ましく、１ｐｐｍ以下が特に好ましい。なお、ガラス中において鉄成分は、Ｆｅ３＋又はＦｅ２＋の価数となってガラス中に存在するが、本明細書においてＦｅとは、ガラス中に含まれている鉄成分をＦｅとして算出した全鉄含有量である。
Ｆｅの含有量は、光学ガラスの原料として高純度原料を使用する、プラスチック製の保存容器・治具にて原料を管理することで低減できる。
Ｆｅの含有量は、ＩＣＰ質量分析法にて分析できる。
Ｆｅの含有量は、光学ガラスの原料として高純度原料を使用する、プラスチック製の保存容器・治具にて原料を管理することで低減できる。
Ｆｅの含有量は、ＩＣＰ質量分析法にて分析できる。
【0038】
本実施形態の光学ガラスは、ＳｎＯ２またはＳｎＯ、もしくはその両方を含有してもよい。ＳｎＯ２およびＳｎＯは還元剤として作用し、紫外領域の光を吸収するＦｅ３＋量を制御でき、紫外線透過率を向上できる。ＳｎＯおよびＳｎＯ２の含有量の合計は、上記したガラス組成を１００％としたときに、外割りで３％以下が好ましく、１％以下がより好ましく、０．５％以下が特に好ましい。Ｆｅ３＋量の制御は、原料に還元剤（例えば、ＳｎＯやＳｎＯ２など）を添加してガラス融液の酸化還元度を制御する、原料の溶解を還元雰囲気下（例えば窒素雰囲気下）にて行う、などにより調整できる。
【0039】
本実施形態の光学ガラスは、任意成分として上記以外の成分（以下、「その他の成分」ともいう）を１％を超えない範囲で含んでいてもよい。その他の成分としては、清澄剤の添加で含有し得るものなどであり、例えば、ＳＯ３、Ｃｌなどが挙げられる。その他の成分の含有量の合計は、紫外線吸収の観点から、好ましくは０．３％以下である。
【0040】
本実施形態の光学ガラスは、紫外領域の光を吸収する成分を含有しないことが好ましい。具体的には、本実施形態の光学ガラスは、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｔｂ２Ｏ３、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３及びＰｂＯのいずれも実質的に含有しないことが好ましい。本実施形態において上記の成分のいずれも実質的に含有しないとは、例えば、上記成分の含有量の合計が、０．１％以下であることを意味する。
【0041】
本実施形態の光学ガラスは、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しないことが好ましい。ここで、アルカリ金属酸化物とは、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、およびＣｓ２Ｏの５つを意味する。本実施形態の光学ガラスは、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しないことで、平均熱膨張係数の増加を抑制できる。本実施形態においてアルカリ金属酸化物を実質的に含有しないとは、例えば、アルカリ金属酸化物の含有量の合計（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、およびＣｓ２Ｏの含有量の合計）が、０．１％以下であることを意味する。
【0042】
本実施形態の光学ガラスは、アルカリ土類金属酸化物およびＺｎＯを実質的に含有しないことが好ましい。ここで、アルカリ土類金属酸化物とは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯの４つを意味する。本実施形態の光学ガラスは、アルカリ土類金属酸化物およびＺｎＯを実質的に含有しないことで、平均熱膨張係数の増加を抑制できる。本実施形態においてアルカリ土類金属酸化物およびＺｎＯを実質的に含有しないとは、例えば、アルカリ土類金属酸化物およびＺｎＯの含有量の合計（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｎＯの含有量の合計）が、０．１％以下であることを意味する。
【0043】
＜光学ガラスの製造方法＞
本実施形態の光学ガラスは、例えば、溶融急冷法によって作製できる。溶融急冷法とは、原料を加熱することで溶融状態とし、その後、急冷することで非晶質ガラスを得る方法である。具体的には例えば、以下の工程を含む。まず上記組成範囲になるように原料を秤量、混合する（混合工程）。この原料混合物を白金ルツボに収容し、電気炉内において１３００～１４００℃の温度で加熱し、原料を溶解する（溶解工程）。十分に撹拌・清澄した後、金型内に鋳込み、所定の形状に成形する（成形工程）。
本実施形態の光学ガラスは、例えば、溶融急冷法によって作製できる。溶融急冷法とは、原料を加熱することで溶融状態とし、その後、急冷することで非晶質ガラスを得る方法である。具体的には例えば、以下の工程を含む。まず上記組成範囲になるように原料を秤量、混合する（混合工程）。この原料混合物を白金ルツボに収容し、電気炉内において１３００～１４００℃の温度で加熱し、原料を溶解する（溶解工程）。十分に撹拌・清澄した後、金型内に鋳込み、所定の形状に成形する（成形工程）。
【0044】
上記溶解工程において、原料を１４００℃以下で加熱することが好ましい。加熱の温度が１４００℃以下であれば、白金ルツボからの白金の溶出を抑制できる。また、均質化の観点から、加熱する温度は、１２００℃以上が好ましい。また、加熱時間は、特に制限されないが、白金の溶出を抑制する観点から、例えば１～１２０時間の範囲内であることが好ましい。
原料の加熱方法としては、例えば電気炉を用いる方法が挙げられる。
原料の加熱方法としては、例えば電気炉を用いる方法が挙げられる。
【0045】
また、光学ガラス中にＦｅが含まれる場合、Ｆｅはガラス中でＦｅ２＋もしくはＦｅ３＋として存在する。Ｆｅ２＋は波長８００～１４００ｎｍの光を吸収するが、Ｆｅ３＋は波長２００～３００ｎｍの光を吸収する。したがって、紫外線透過率を向上させる観点から、ガラス中においてＦｅはＦｅ２＋の状態で存在することが好ましい。よって、溶解工程は還元雰囲気下で行うことが好ましい。還元雰囲気としては、具体的には窒素雰囲気が挙げられる。
【0046】
＜用途＞
本実施形態の光学ガラスは、発光層を備える紫外線発光装置に用いられることが好ましい。紫外線発光装置１０の構成としては、例えば、図１に示すように、基板２と、前記基板２の一方の主面に備えられる本実施形態の光学ガラス１と、前記基板２のもう一方の主面に備えられる発光層３と、を有する。
本実施形態の光学ガラスは、発光層を備える紫外線発光装置に用いられることが好ましい。紫外線発光装置１０の構成としては、例えば、図１に示すように、基板２と、前記基板２の一方の主面に備えられる本実施形態の光学ガラス１と、前記基板２のもう一方の主面に備えられる発光層３と、を有する。
【0047】
発光層としては、例えば、波長域２５０～４００ｎｍにピーク波長を有する半導体発光素子の紫外線ＬＥＤ素子が挙げられる。
また、基板としては、例えば、窒化アルミニウム基板、サファイア基板が挙げられる。中でも、低波長の光を高出力で取り出すことが可能である点から、窒化アルミニウム基板が好ましい。
基板の平均熱膨張係数は、例えば４．５～７．０ｐｐｍ／℃である。また、基板の屈折率ｎｄは、例えば１．７６～２．２である。本実施形態の光学ガラスは、基板の発光層が設けられていない主面に接合される。
また、基板としては、例えば、窒化アルミニウム基板、サファイア基板が挙げられる。中でも、低波長の光を高出力で取り出すことが可能である点から、窒化アルミニウム基板が好ましい。
基板の平均熱膨張係数は、例えば４．５～７．０ｐｐｍ／℃である。また、基板の屈折率ｎｄは、例えば１．７６～２．２である。本実施形態の光学ガラスは、基板の発光層が設けられていない主面に接合される。
【0048】
基板に本実施形態の光学ガラスを接合する場合、本実施形態の光学ガラスは半球レンズ等の形状であることが好ましい。半球レンズの形状であることで、発光素子から放出される光が光学ガラスを通り紫外線発光装置外へ出射される。本実施形態の光学ガラスは、優れた紫外線透過率を有し、屈折率が大きいため、発光層から放出される光の損失が抑えられ、光の取出し効率が向上する。さらに窒化アルミニウム基板に近い熱膨張係数を有するため、継続使用におけるレンズの剥がれを抑制できる。
【0049】
また、紫外線発光装置は、上記した光学ガラス、基板（第１基板とする）、及び発光層に加え、コンタクト層、第２基板等を備えていてもよい。例えば、紫外線発光装置は、第２基板、コンタクト層、発光層、第１基板、本実施形態の光学ガラスをこの順に積層して形成される。
【0050】
以上説明したように、本明細書には以下の構成が開示されている。
＜１＞厚み１．０ｍｍに換算したときの、波長２７０ｎｍにおける光の透過率が５０％以上であり、
５０～４００℃の範囲における平均熱膨張係数が４．４～７．２ｐｐｍ／℃であり、
屈折率ｎｄが１．５５以上であり、
アッベ数νｄが５０～６０である、光学ガラス。
＜２＞酸化物基準のモル％表示で、
Ｂ２Ｏ３：４０～８０％、
ＳｉＯ２：０～２５％、
Ａｌ２Ｏ３：０～３０％、
Ｌａ２Ｏ３：３～２７％、
ＺｒＯ２：０～１０％、
Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３：７３％以上、
Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２：８％以上
を含有する、＜１＞に記載の光学ガラス。
＜３＞Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｔｂ２Ｏ３、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｅｕ2Ｏ３及びＰｂＯのいずれも実質的に含有しない、＜１＞または＜２＞に記載の光学ガラス。
＜４＞アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない、＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の光学ガラス。
＜５＞アルカリ土類金属酸化物およびＺｎＯを実質的に含有しない、＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の光学ガラス。
＜６＞Ｆｅの含有量が５質量ｐｐｍ以下である、＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載の光学ガラス。
＜７＞ソラリゼーション評価での波長４５０ｎｍにおける分光透過率の劣化量が３％以下である、＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載の光学ガラス。
＜８＞ガラス転移温度が６００℃以上である、＜１＞～＜７＞のいずれか１つに記載の光学ガラス。
＜９＞基板と、前記基板の一方の主面に備えられる＜１＞～＜８＞のいずれか１つに記載の光学ガラスと、前記基板のもう一方の主面に備えられる発光層と、を含む紫外線発光装置。
＜１＞厚み１．０ｍｍに換算したときの、波長２７０ｎｍにおける光の透過率が５０％以上であり、
５０～４００℃の範囲における平均熱膨張係数が４．４～７．２ｐｐｍ／℃であり、
屈折率ｎｄが１．５５以上であり、
アッベ数νｄが５０～６０である、光学ガラス。
＜２＞酸化物基準のモル％表示で、
Ｂ２Ｏ３：４０～８０％、
ＳｉＯ２：０～２５％、
Ａｌ２Ｏ３：０～３０％、
Ｌａ２Ｏ３：３～２７％、
ＺｒＯ２：０～１０％、
Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３：７３％以上、
Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２：８％以上
を含有する、＜１＞に記載の光学ガラス。
＜３＞Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｔｂ２Ｏ３、ＭｏＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｅｕ2Ｏ３及びＰｂＯのいずれも実質的に含有しない、＜１＞または＜２＞に記載の光学ガラス。
＜４＞アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない、＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の光学ガラス。
＜５＞アルカリ土類金属酸化物およびＺｎＯを実質的に含有しない、＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の光学ガラス。
＜６＞Ｆｅの含有量が５質量ｐｐｍ以下である、＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載の光学ガラス。
＜７＞ソラリゼーション評価での波長４５０ｎｍにおける分光透過率の劣化量が３％以下である、＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載の光学ガラス。
＜８＞ガラス転移温度が６００℃以上である、＜１＞～＜７＞のいずれか１つに記載の光学ガラス。
＜９＞基板と、前記基板の一方の主面に備えられる＜１＞～＜８＞のいずれか１つに記載の光学ガラスと、前記基板のもう一方の主面に備えられる発光層と、を含む紫外線発光装置。
【実施例0051】
以下、実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
なお、以下の例において、例１～２３は実施例、例２４～２８は比較例である。
なお、以下の例において、例１～２３は実施例、例２４～２８は比較例である。
【0052】
［光学ガラスの作製］
表１、２に示す化学組成（酸化物基準のモル％）となるように原料を秤量した。原料は、いずれも、各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、フッ化物、水酸化物、メタリン酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度原料を選定して使用した。
なお、表中のＳｎＯ２の値は、ＳｎＯ２を除いた成分の合計１００モル％に対して外割りで添加した量（モル％）である。
表１、２に示す化学組成（酸化物基準のモル％）となるように原料を秤量した。原料は、いずれも、各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、フッ化物、水酸化物、メタリン酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度原料を選定して使用した。
なお、表中のＳｎＯ２の値は、ＳｎＯ２を除いた成分の合計１００モル％に対して外割りで添加した量（モル％）である。
【0053】
秤量した原料を均一に混合し、内容積約３００ｍＬの白金ルツボ内に入れて、電気炉内で、約１４００℃で約２時間溶融、清澄、撹拌後、縦５０ｍｍ×横１００ｍｍの長方形のモールドに鋳込み後、約１℃／分で徐冷して厚み３０ｍｍのサンプルとした。
なお、電気炉内の雰囲気（溶解雰囲気）は、表１に示す通り、大気雰囲気または窒素（Ｎ２）雰囲気とした。
なお、電気炉内の雰囲気（溶解雰囲気）は、表１に示す通り、大気雰囲気または窒素（Ｎ２）雰囲気とした。
【0054】
上記で得られた各サンプルについて、下記の評価を行い、結果を下記表１～２に示した。なお、表中の空欄は未測定を示す。また、表中の［－］はガラスが失透したため未測定であることを示す。
【0055】
＜透過率＞
分光光度計（日本分光社製、Ｖ－５７０）を用いて波長３００～２５００ｎｍの透過率を測定し、厚み１．０ｍｍの値となるように換算を行った。換算された透過率から、波長２７０ｎｍの光の透過率を求めた。
分光光度計（日本分光社製、Ｖ－５７０）を用いて波長３００～２５００ｎｍの透過率を測定し、厚み１．０ｍｍの値となるように換算を行った。換算された透過率から、波長２７０ｎｍの光の透過率を求めた。
【0056】
＜平均熱膨張係数（ＣＴＥ）＞
ガラスを一辺が５ｍｍ、高さが２０ｍｍの角柱形状に加工し、示差熱膨張計（Ｒｉｇａｋｕ製、Ｔｈｅｒｍｏ ｐｌｕｓ ＥＶＯ２）を用いて昇温速度１０℃／ｍｉｎにて５０～４００℃の範囲における熱膨張係数を測定した。
ガラスを一辺が５ｍｍ、高さが２０ｍｍの角柱形状に加工し、示差熱膨張計（Ｒｉｇａｋｕ製、Ｔｈｅｒｍｏ ｐｌｕｓ ＥＶＯ２）を用いて昇温速度１０℃／ｍｉｎにて５０～４００℃の範囲における熱膨張係数を測定した。
【0057】
＜ガラス転移温度（Ｔｇ）＞
ガラスを一辺が５ｍｍ、高さが２０ｍｍの角柱形状に加工し、示差熱膨張計（Ｒｉｇａｋｕ製、Ｔｈｅｒｍｏ ｐｌｕｓ ＥＶＯ２）を用いて昇温速度１０℃／ｍｉｎにて測定した値（℃）とした。
ガラスを一辺が５ｍｍ、高さが２０ｍｍの角柱形状に加工し、示差熱膨張計（Ｒｉｇａｋｕ製、Ｔｈｅｒｍｏ ｐｌｕｓ ＥＶＯ２）を用いて昇温速度１０℃／ｍｉｎにて測定した値（℃）とした。
【0058】
＜屈折率（ｎｄ）＞
ガラスを一辺が３０ｍｍ、厚さが１０ｍｍの四角形状プリズムに加工し、屈折率計（Ｋａｌｎｅｗ社製、機器名：ＫＰＲ－２０００）により測定した。
ガラスを一辺が３０ｍｍ、厚さが１０ｍｍの四角形状プリズムに加工し、屈折率計（Ｋａｌｎｅｗ社製、機器名：ＫＰＲ－２０００）により測定した。
【0059】
＜アッベ数（νｄ）＞
上記屈折率測定に使用したサンプルを用いて、νｄ＝（ｎｄ－１）／（ｎＦ－ｎＣ）により算出した。ｎｄはヘリウムｄ線、ｎＦは水素Ｆ線、およびｎＣは水素Ｃ線に対する屈折率である。これらの屈折率も上記した屈折率計を使用して測定した。
上記屈折率測定に使用したサンプルを用いて、νｄ＝（ｎｄ－１）／（ｎＦ－ｎＣ）により算出した。ｎｄはヘリウムｄ線、ｎＦは水素Ｆ線、およびｎＣは水素Ｃ線に対する屈折率である。これらの屈折率も上記した屈折率計を使用して測定した。
【0060】
＜ソラリゼーション評価＞
両面研磨して厚さ１ｍｍのガラス板とし、４００Ｗの高圧水銀ランプから２０ｃｍの位置に対向配置し、１２０時間照射した前後の透過率をそれぞれ測定した際の分光透過率の劣化量を測定した。
両面研磨して厚さ１ｍｍのガラス板とし、４００Ｗの高圧水銀ランプから２０ｃｍの位置に対向配置し、１２０時間照射した前後の透過率をそれぞれ測定した際の分光透過率の劣化量を測定した。
【0061】
【表1】
【0062】
【表2】
【0063】
実施例である例１～例２３の光学ガラスは、比較例である例２４～２８と比して、紫外線透過率に優れ、低熱膨張であり、かつ高屈折率であることがわかった。
一方、比較例である例２４、２５は光学ガラスが失透したため、測定ができなかった。また、比較例である例２６は、波長２７０ｎｍにおける透過率が５０％未満であった。また比較例である例２７は、平均熱膨張係数が７．２ｐｐｍ／℃超であり、さらに、アッベ数が５０未満であった。また、比較例である例２７は、平均熱膨張係数が４．４ｐｐｍ／℃未満であり、屈折率が１．５５未満であり、さらに、アッベ数が６０超であった。
一方、比較例である例２４、２５は光学ガラスが失透したため、測定ができなかった。また、比較例である例２６は、波長２７０ｎｍにおける透過率が５０％未満であった。また比較例である例２７は、平均熱膨張係数が７．２ｐｐｍ／℃超であり、さらに、アッベ数が５０未満であった。また、比較例である例２７は、平均熱膨張係数が４．４ｐｐｍ／℃未満であり、屈折率が１．５５未満であり、さらに、アッベ数が６０超であった。
【図1】
【図2】