CN1765003A - 辐射体及具有该辐射体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明的辐射体(1)，是将热变换成电磁波后从表面辐射的辐射体，在表面的至少一部分区域，形成多个微腔谐振器(2)，微腔谐振器2的表面，由含有与碳结合的钨的层形成。

Description

辐射体及具有该辐射体的装置

技术领域

本发明涉及具有提高特定波长域的辐射率的微腔谐振器(micro cavity)结构的辐射体。

背景技术

作为照明光源而广泛普及的白炽灯泡，具有作为热辐射体(thermalradiator)而发挥作用的灯丝。热辐射体是利用热辐射(thermal radiation)而发出电磁波的辐射源，而热辐射是将物体的原子或分子加热后产生的辐射(电磁波辐射)。热辐射能取决于物体的温度，具有连续的频谱。下面，为简单起见，将热辐射体称作“辐射体”。

白炽灯泡演色性(光源的色调效果)优异，采用简单的使用器具就能发光。但因为是利用灯丝发热后辐射，所以可见波长区的辐射较少，只占总体的10％左右(动作温度例如是2600K时)。更具体地说，红外辐射的能量密度在辐射总能量密度中所占的比率达70％，占支配地位。另外，由白炽灯泡内的封入气体造成的热传递及对流造成的热损失，也有20％左右。因此，白炽灯泡的可见辐射效率低，只有15lm/w左右。于是，人们正在积极寻找通过抑制占辐射体辐射的电磁波总体的70％的红外辐射，来提高可见光辐射效率的途径。

专利文献1记述了表面形成细小的波导管(以下称作“空腔谐振器”)的辐射体。该辐射体，只传播比由空腔谐振器的形状及尺寸规定的所定的波长短的波长的电磁线，能够抑制红外辐射。根据该专利文献1记述，空腔谐振器不传播其内径2倍以上的波长的电磁线，所以当空腔谐振器的内径为350nm、空腔谐振器彼此之间存在的壁厚为150nm时，波长比700nm长的光子，就只能由壁部辐射，而不能由空腔谐振器阵列传播波长为700nm以上的红外区电磁线。

采用上述的设计尺寸时，空腔谐振器的阵列所占的面积，成为不形成空腔谐振器时的表面积的50％。据专利文献1称：比700nm长的波长的全辐射光束，与同一温度中的钨相比，约被抑制为十分之一，在2100K的动作温度中，可见光辐射效率提高到现有技术的6倍左右。

【专利文献1：美国专利第5079473号说明书】

热平衡状态中的热辐射的频谱，遵循普郎克辐射定律，与温度密切相关。图1是表示黑体辐射与温度的关系的曲线图。曲线图的纵轴是黑体的分光辐射亮度BλΔλ[单位：W·cm-2str-1](Δλ＝10nm)，横轴是辐射的波长[单位：μm]。白炽灯泡的动作温度，例如是1600k时，从其灯丝辐射的光的分光亮度分布，在曲线图中用带“1600K”的曲线表示。根据该曲线可知：峰值在波长2μm左右，红外的辐射比率很高。

由图1可以看出：辐射体的温度从1200K上升到2000K后，在可见区的辐射提高了3位数以上，但红外区的辐射却几乎没有变化。由此可知：为了效率良好地获得可见辐射，最好将动作温度设定在2000K以上。特别是将辐射体作为照明光源利用时，如果动作温度低于2000K，红色就要增大，效果不理想。因此，辐射体由能够经受2000K以上的高温动作的钨等高熔点材料形成。

本发明人在钨的表面形成空腔谐振器矩阵，进行了各种试验，结果观察到如下耐人寻味的现象：在形成一个个尺寸在1μm以下的细小的空腔谐振器矩阵的钨中，在1200K左右的温度中，在短时间内空腔谐振器矩阵就被破坏了。如前所述，白炽灯泡的灯丝需要在2000K以上的高温中动作，而且白炽灯泡的寿命要求很长。为了抑制红外区域的辐射，将空腔谐振器矩阵的结构微小化成超微的尺寸时，由于表面结构消失，所以不能将这种辐射体在白炽灯泡及在高温中动作的其它装置中应用。

发明内容

本发明就是针对上述情况研制的，其目的在于：提供在表面排列的空腔谐振器具有1μm以下的细小结构时，能够在高温中稳定动作的辐射体。

另外，本发明的另一个目的，是提供具有所述的辐射体，能够有效地辐射可见光的白炽灯泡。

另外，本发明的又一个目的，是提供具有所述的辐射体的照明装置以外的装置及辐射体的制造方法。

本发明的辐射体，是将热变换成电磁波，从表面辐射的辐射体，在所述表面的至少一部分区域，形成多个微腔谐振器；所述区域具有包含钨及碳的层。

在理想的实施方式中，包含钨及碳的所述层，含有与碳结合的钨。

在理想的实施方式中，所述多个微腔谐振器，在所述至少一部分区域中形成矩阵。

在理想的实施方式中，所述多个微腔谐振器的每一个，由内径为1μm以下、深度比内径大的凹部形成。

在理想的实施方式中，所述多个微腔谐振器以2μm以下间距，周期性地排列。

在理想的实施方式中，所述多个微腔谐振器由排列的多个柱状部件的间隙构成。

在理想的实施方式中，所述辐射体，主要具有由钨形成的本体。

在理想的实施方式中，所述辐射体，主要由钨碳化物形成。

在理想的实施方式中，所述辐射体的动作温度在2000K以上。

本发明的装置，包括：上述某个辐射体；将所述辐射体与大气隔断的容器；向所述辐射体供给能量，使所述辐射体辐射电磁波的能量供给单元。

本发明的热电变换装置，包括：上述某个辐射体，将所述辐射体与大气隔断的容器，接收所述辐射体辐射的电磁波、变换成电能的变换器；向所述辐射体供给能量，使所述辐射体辐射电磁波。

采用本发明的辐射体的制造方法，是将热变换成电磁波，从表面辐射的辐射体的制造方法，包括：准备钨部件的工序；在所述钨部件的表面中的至少一部分的区域形成多个微腔谐振器的工序；将所述钨部件的所述表面中的所述区域至少一部分炭化的工序。

采用本发明的辐射体的制造方法，是将热变换成电磁波，从表面辐射的辐射体的制造方法，包括：准备至少一部分表面具有包含钨及碳的层的部件的工序；在所述部件的表面中的至少一部分的区域形成多个微腔谐振器的工序。

在理想的实施方式中，包含钨及碳的所述层，含有与碳结合的钨。

在理想的实施方式中，形成所述多个微腔谐振器的工序，采用激光照射或喷砂进行。

采用本发明的辐射体的制造方法，是将热变换成电磁波，从表面辐射的辐射体的制造方法，包括：准备至少一部分表面具有包含钨及碳的层的多个线材的工序；将所述多个线材结成束，从而在所述多个线材的间隙中形成多个微腔谐振器的工序。

在理想的实施方式中，包含钨及碳的所述层，含有与碳结合的钨。

采用本发明后，在钨的表面区域导入碳后，能够提高微腔谐振器结构的热稳定性，所以能够实现表面的细小结构在高温中也不会被破坏地保持、抑制具有所定波长以上的波长的辐射的高辐射效率的辐射体。另外，采用具有这种辐射体的本发明的白炽灯泡后，能够实现将热能有效地变换成可见光的辐射照明器具。

另外，采用本发明后，由于能够提高特定波长域中的辐射效率，所以在照明光源以外的装置中应用，也能发挥优异的效果。

附图说明

图1是表示黑体辐射的分光辐射亮度的曲线图。

图2是表示采用本发明的辐射体的第1实施方式的图形。

图3(a)～(e)是示意性地表示微腔谐振器与钨化合物层的各种关系的的剖面图。

图4是表示渗碳处理后的钨表面的扫描电子显微镜照片。

图5是表示用XPS(X射线光电子分光法)进行测量的结果的曲线图。

图6(a)及(b)分别是比较示例加热前的表面SEM照片及加热后的表面SEM照片，(c)及(d)分别是本实施方式涉及的辐射体1加热前的表面SEM照片及加热后的表面SEM照片。

图7是表示有关钨的氧化反应的饱和氧浓度(分压)的曲线图。

图8是表示高熔点材料的氧化反应中的吉布斯(Gibbs)自由能的曲线图。

图9是表示钨(W)和钨碳化物(WC)的辐射率的曲线图。

图10是对钨及钨碳化物的每一个示意性地表示出微腔谐振器损坏温度和熔点的图形。

图11是表示具有本发明的实施方式涉及的辐射体1的白炽灯泡的结构示例的图形。

图12是表示利用渗碳处理形成的电极的图形。

图13是表示采用本发明的热电变换装置的实施方式的图形。

具体实施方式

下面，参照附图，讲述本发明的辐射体的理想的实施方式。

(第1实施方式)

首先，参照图2。图2是结构性地示出本实施方式中的辐射体1的表面的俯视图。在图2中，用虚线围住的矩形部分，是将辐射体1的一部分表面扩大后的示意图。

本实施方式的辐射体1，作为整体，具有宽0.1mm、长10mm、厚0.05mm的带状，主要由钨构成。在辐射体1的表面，形成直径0.7μm、深度为1.2μm的圆柱形状的空腔谐振器2的阵列。这些空腔谐振器2，分别在平行于辐射面的面内，具有1μm以下的尺寸，所以在本说明书中，称作“微腔谐振器”。

在本实施方式中，这种微腔谐振器2，在辐射体1的表面中，大致周期性地排列着，其排列的间距(相邻的两个空腔谐振器的中心轴间的距离)设定为1.4μm。

这种微腔谐振器2，可以使用各种细微加工技术后形成。在本实施方式中，使用脉冲激光的照射来制造。这种使用脉冲激光在被处理对象的表面形成细小的凹部的方法，例如在特开2001-314989号公报等中记述着。在本实施方式中，例如照射具有0.1mJ的脉冲能量的脉冲宽度100飞秒的激光后进行细微加工。为了形成一个微腔谐振器2而反复进行数十次到数千数这种激光脉冲的照射。

将应该激光加工的辐射体1，搭载到X-Y载物台上，与该X-Y载物台的动作同步地照射激光，从而可以形成图2所示的微腔谐振器的矩阵。高精度地控制X-Y载物台的动作，可以任意设定矩阵的排列图案。在本实施方式中，将微腔谐振器2以大致一定的间距，周期性地排列。但也可以改变微腔谐振器2的密度的疏密，按照辐射体1的位置赋予不同的辐射特性。微腔谐振器2的内径及深度，可以通过调节激光脉冲照射能量密度、束点直径、照射次数等，赋予任意的大小。

此外，为了同时形成多个微腔谐振器，还可以使用在半导体制造领域及MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)中广泛采用的光刻蚀术及腐蚀技术。

在本实施方式的辐射体1中，最显著的特点是：在辐射体1的辐射面中，从表面到深度约2μm的区域(表面区域)，由包含钨和碳的层形成。正如后文所详述的那样，在该包含钨和碳的层中，至少一部分钨与其它元素(例如碳等)化学性地结合，所以在本说明书中，将该层称作“钨化合物层”。

在本实施方式中，为了形成上述钨化合物层，对钨的表面进行渗碳处理。渗碳处理是将金属等的表面碳化的处理，开发出了各种方法。例如：等离子体渗碳，将炉体·隔热材料作为阳极，将被处理对象作为阴极，在包含含有氩、氢的甲烷及丙烷等碳化氢类气体的稀有气体保护气中，给两极间外加高压的直流电压，使其产生库仑放电。在库仑放电时产生的等离子体中的各种电化学性的作用下，碳化氢类气体等的离子作用于被处理对象的表面，进行渗碳。与其它的渗碳技术相比，该技术具有使被处理对象的表面活性化及清洁·还原的效果。在理想的实施方式中，将渗碳处理温度设定为500～2000℃(例如1100℃)、渗碳处理时间设定为4～48小时(例如8小时)。通过调节渗碳处理的条件，可以控制形成的钨化合物层的厚度。为了提高热稳定性，一般认为钨化合物层只要大致有数nm以上的厚度就足够。

形成上述钨化合物层的方法，不限于渗碳处理，还可以采用通过碳离子注入及固相扩散，向钨中导入碳等化合物构成元素的方法。

在本实施方式中，由于在钨的表面形成微腔谐振器2的阵列后进行渗碳处理，所以能够增大被处理对象的表面积，有效地将钨碳化。但是，也可以对钨进行渗碳处理后，再形成微腔谐振器2的阵列。这时，可以形成具有厚度比形成的微腔谐振器2的深度小的化合物层。因为即使只在表面部分薄薄地形成化合物层，也能使微腔谐振器2的阵列结构热稳定化。

图3(a)～(e)，示意性地表示微腔谐振器2与钨化合物层22的各种关系的的剖面图。图3(a)，在钨21的表面形成厚度比微腔谐振器2的深度小的钨化合物层22。在图3(b)的示例中，形成比图3(a)所示的情况更薄的钨化合物层22。图3(c)示出相当于在钨22的表面，形成钨化合物层22后，再形成微腔谐振器时的结构。在微腔谐振器2的底面及侧面，不存在钨化合物层22，但这时微腔谐振器的结构也有很好的热稳定性。在钨22的表面形成的微腔谐振器结构在比较低的温度中损坏的原因，有可能是起因于通电加热时钨原子的迁移活跃等。为了抑制这种原子迁移，最好在微腔谐振器结构的整个表面形成不易产生迁移的化合物层。但也可以只在结构的稳定性最容易受损的边缘部位形成钨化合物层。

图3(d)示出只在微腔谐振器2的侧面形成钨化合物层22的结构。在这种结构中，可以通过例如对图3(b)的结构的表面进行物理性的腐蚀，薄薄地除去平行于主面的面后获得。该钨化合物层22，由于在微腔谐振器的边缘部位23中也存在，所以尽管从整体上说，化合物层的形成面积较小，但却有可能足以使微腔谐振器的结构稳定。

此外，图3(e)示出由钨化合物层22构成广大的包括微腔谐振器在内的整个区域的示例。这种结构，还可以取代对钨的表面长时间进行渗碳处理，而将通过烧结等制作的钨碳化物等钨化合物直接作为辐射体1的材料使用。这时，成为准备加工成适当大小及形状的钨碳化物部件后，再在其表面形成微腔谐振器的阵列。

图4是表示上述渗碳处理后钨表面附近的断面的扫描型电子显微镜(SEM)照片。在图4中，为了使断面层的结构清晰，在试料表面上隔着Pt-Pd层堆积了碳层(C堆积)。

由图4可知：渗碳处理后形成的层不象钨那样清晰地显示出多结晶结构，被认为是由非晶质相或微结晶相构成。在图4的试料中，渗碳处理后形成的层的厚度是1.8μm左右。

图5是表示用XPS(X射线光电子分光法)进行测量的结果的曲线图。曲线图的纵轴，是在真空中向试料照射X射线后，从试料表面辐射出来的光电子(钨的4f电子)的强度(计数值)；横轴表示结合能(Binding Energy)。测量使用Physical Electronics公司制的分析装置(ESCA5400HC)。作为X射线的阳极，使用Monochromated-A1Kα(14Kev：200W)，分析区域是直径0.6mm的圆。

由上述测量结果可知：渗碳处理后形成的层(渗碳处理层)中的钨的4f电子结合能，与钨单体的结晶中的值相比，显示出化学移位。另外，根据其它测量结果，能够确认渗碳处理层中的碳的浓度比钨内部中的碳的浓度高。由此可以认为渗碳处理层中的钨的至少一部分与其它元素(碳)化学性的结合后形成了化合物。

根据以上的测量结果，在本说明书中，将渗碳处理后在钨的表面形成的层，称作“钨化合物层”。这并不意味着该层所含的钨原子都与碳结合后形成了化合物的层，而是广义地表示含有碳及钨的层中至少一部分处于化学性结合的状态。

准备本实施方式的辐射体1和表面未经过渗碳处理的辐射体(比较示例)，在约10^-6torr的真空中，以2000K加热10分钟。图6(a)及(b)分别是比较示例加热前的表面SEM照片及加热后的表面SEM照片。图6(c)及(d)分别是本实施方式涉及的辐射体1加热前的表面SEM照片及加热后的表面SEM照片。图6(c)及(d)所示的辐射体1的表面，由上述钨化合物层形成。

由图6可知：本实施方式涉及的辐射体1的微腔谐振器结构，在加热试验后也丝毫没有变化。而在比较示例中，微腔谐振器结构被破坏，达到成为不见其踪影的状态。

钨的蒸发数流速，与保护气体的压力密切相关，真空度越高，越容易引起蒸发。实际上，将本实施方式涉及的辐射体1用作白炽灯泡的灯丝时，是将灯丝例如配置在1atm的惰性气体保护气中。为了估计这时的寿命，根据扩散方程式进行计算后可知：微腔谐振器矩阵能够在约10^-6torr的真空中，在2000K下稳定地维持10分钟，就相当于将该灯丝配置在1atm的惰性气体保护气中时，能够在2000K下稳定地维持大约9700小时。所以采用具有本实施方式涉及的辐射体1的白炽灯泡后，对于利用现有技术的钨丝时的寿命1000小时而言，可望获得其10倍的10000小时的寿命。

此外，本发明人研究后查明：象比较示例那样，在钨丝的表面形成微腔谐振器结构时，该微腔谐振器结构在1200K左右的低温中也熔解、消失。钨的熔点，如《金属数据手册》(第3修订版·日本金属学会编·发行：丸善(株))等所记述的那样，是3653.15K。因此，不能认为钨的空腔谐振器结构在1200K左右的温度中熔解。

本发明人认为：作为一种可能，是由于钨的表面形成的细小的微腔谐振器的矩阵结构被薄薄地氧化，从而使表面层的熔点大大下降。

图7是表示有关钨的氧化反应的饱和氧浓度(分压)的计算结果的曲线图。该曲线图的纵轴是压力(分压)，横轴是温度。在曲线图中，例如：WO(s)及WO2(s)，示出固体状态中的钨氧化物与分压温度的关系。另外，WO(g)及WO2(g)，示出气体状态中的钨氧化物与分压温度的关系。

由图7可知：钨的氧化物中，在室温左右的低温中，由微量的氧进行钨的氧化反应。这样，可以认为：即使为了从钨的表面除去氧而进行了氢还原反应，但如果再将钨表面暴露到大气中后，其表面也容易被氧化。

可以认为现有技术的普通白炽灯泡利用的钨丝，在制造阶段暴露在室温的大气中时，其表面形成薄薄的氧化层。这种氧化层，由于灯泡一发光就立即被蒸发，使底层的钨出现到表面，所以可以推测对特性不产生坏影响。

可是，象本发明这样，在表面设置微小的微腔谐振器矩阵结构后，状况就大不相同。就是说，钨表面的微腔谐振器矩阵在室温下暴露到大气中氧化时，在灯泡发亮时，微腔谐振器结构本身就消失了。

图8是表示高熔点材料的氧化反应中的吉布斯自由能的曲线图。图8示出各种材料的耐氧化性。

由图8所示的化学反应式可知：要使钨碳化物成为氧化钨，需要先使钨碳化物氧化，从而分解成钨及CO，然后再使钨氧化这样2个阶段的反应连续发生。另外，如图8所示，使钨碳化物氧化，从而分解成钨及CO的反应，与由钨生成氧化钨的反应相比，不容易发生。

由此可知，与钼及铌、钨相比，钨碳化物不容易被氧化。作为具有这种性质的材料，除了钨碳化物以外，还可以想到碳化钽。

这样，考虑到与钨相比钨碳化物不容易被氧化后，本发明中的渗碳处理后形成的钨化合物层也具有与钨相比不容易被氧化的性质，这有可能使微腔谐振器的结构热稳定化。

但是，本发明中的化合物层不必具有和处于松散状态的钨碳化物相同的性质。根据上述的分析结果，本发明的渗碳处理后在钨的表面形成的层，显示出钨与其它元素化学性地结合，而且该层中的碳以比钨中高的浓度存在。根据以上情况，虽然钨和碳的化学性的结合是明摆着的，但其组合比率却未能确认，所以不能将该化合物层断定为“钨碳化物”。但是，可以认为具有和钨碳化物同样的性质，至少局部形成钨碳化物的可能性很大。因此，上述的钨化合物，虽然是典型的钨碳化物，但却不局限于钨碳化物。

如上所述，不易被氧化的材料——钨碳化物，却没有作为白炽灯泡的灯丝使用。其理由之一是：钨碳化物的熔点，比钨的熔点低数百K左右，另一个理由则是在钨和钨碳化物之间存在的辐射率的差异。

下面，参照图9，讲述辐射率的差异。

图9是测量钨和钨碳化物的红外区中的辐射率的结果的一个示例的曲线图，由图9可知：与钨(W)相比，钨碳化物(WC)在红外区的辐射强。例如，在波长2.5μm中的钨的辐射率是20％，而在同一波长中的钨碳化物的辐射率却是70％。其结果，可见光在钨碳化物辐射的整体中所占的比率很低。因此，用钨碳化物制作灯丝后，与钨丝相比，可见区中的发光效率显著下降，作为灯泡无论如何也不能利用。

从白炽灯泡的研制历史上看，在白炽灯泡刚刚问世之际，使用采用熔点低而且红外辐射率高的碳灯丝的灯泡(爱迪生灯泡)。但是随后碳灯丝就被熔点更高的钨灯丝替代。根据这种发展轨迹，就产生出如下的技术常识：不应该将熔点比钨低而且红外辐射率高的材料——钨碳化物用于灯丝等辐射体。

与此不同，本发明的辐射体反而使用在可见区中的辐射效率相对较低的钨碳化物。因为在其表面具有细小的微腔谐振器结构，所以能够充分抑制红外辐射，可以充分地将钨碳化物本来显示的很高的红外辐射率抑制到较低的水平。

另外，为了提高辐射效率，也往往使用与钨灯丝时相比较低的动作温度。

此外，经过钨的渗碳处理能够抑制微腔谐振器的高温损坏。考虑到钨碳化物的熔点远比钨的熔点低后，这是业内人士难以预料的意外的现象。

图10是对钨及钨碳化物的每一个示意性地表示出其熔点及微腔谐振器损坏温度的图形。由该图可知：与钨的熔点(约3650K)相比，钨碳化物(WC)的熔点(约3175K)比较低(《金属数据手册》第3修订版·日本金属学会编·发行：丸善(株))。尽管如此，进行了渗碳处理的微腔谐振器结构的损坏温度却是2400K左右。该温度与钨的微腔谐振器的损坏温度(1900K左右)相比相当高，是由钨碳化物的熔点无论如何也预测不到的高值。

接着，参照图11讲述具有本发明的辐射体的照明装置的实施方式。图11是表示具有上述辐射体1的白炽灯泡的结构示例的图形。

该白炽灯泡具有：发出辐射光的辐射体(灯丝)1，将辐射体1与大气隔开的透光性的灯泡12，支承与辐射体1连接的电极的灯座13，通过电极与辐射体1电连接、向辐射体1供给来自商用电源的电力的灯头14。最好向灯泡12的内部封入氩气等，抑制灯丝的蒸发。

采用图示的白炽灯泡后，由于辐射体1具有如前所述的热稳定的微腔谐振器结构，所以在2000K的动作温度下也能长时间的连续辐射红外区辐射较少的分光分布。

此外，在现有技术中，在一部分表面设置通过渗碳处理形成的层(渗碳层)的钨的电极，已广为人知(例如特开平9-111387号及特开平9-111388号公报)。图12是示意性的表示这种电极的结构示例的图形。图12所示的钨电极30，将0.2～15m的圆棒状的钨的一端削成圆锥形的尖状后，具有只将其前端部切断成0.2～0.8mm的形状。在该钨电极30中含有钍，从前端辐射电子。在钨电极30中的圆锥状的部分中，对除去辐射电子的前端部之外的区域进行渗碳处理。进行渗碳处理的理由，在于抑制钍在钨电极的结晶粒界扩散后向电极的外部消失。这时，可以认为渗碳处理后形成的渗碳层，熔点是比钨低的W2C，所以在钨电极30中温度比较低的部分(除了产生电子辐射的高温的前端部之外的区域)形成。

这样，虽然早就知道为了产生电场/释放热电子而对钨电极的一部分进行渗碳处理。但却没有报告谈及对象灯丝那样必须在高温中使用的部件进行渗碳处理。

此外，为了抑制所定波长以上的辐射，可以使用上述方法以外的方法，在辐射体表面形成微小的凹凸结构，使一个个微小的凹部(凹部的平均尺寸：1μm以下)作为微腔谐振器发挥作用。例如，可以采用喷砂处理加工表面后，也能在辐射体的表面形成作为微腔谐振器发挥作用的凹部。这时，采用本发明后，由于能够抑制辐射体的表面因氧化而造成的热稳定性下降，能够在高温中长时间辐射，所以非常适合在白炽灯泡的灯丝等中应用。

这样，采用本发明后，在2000K以上的高温中也能稳定地保持表面形成的细小结构。这种效果，变不局限于在辐射体的表面形成凹部时，在采用MEMS等细微加工技术形成更复杂的细微结构时也能应用。例如：可以通过排列、层叠细小的网格状部件，以光的波长程度的间隔形成晶格结构，在辐射体的辐射面上实现光缝隙结晶结构。在本发明中，由钨碳化物构成这种细微结构的部件的表面或整体。这样，可以使选择的波长区的辐射效率得提高的细微结构，在高温中也长时间动作。

此外，本发明的辐射体，在国际公开手册WO03/058676A2中公布的三维性的钨结构中也能应用。就是说，本发明可以广泛地解决现有技术中使用钨这种熔点极高的材料以提高耐热性的部件今后日益细微化时出现的“细微结构损坏”这个大问题。

(第2实施方式)

下面，作为利用了采用本发明的辐射体的照明装置以外的装置，讲述热电变换装置的实施方式。

图13是这种热电变换装置的结构的示意图。图示的装置，包括：本发明的吸收太阳光(电磁波)、辐射特定波长的电磁波的辐射体40，将该辐射体40与大气隔开的容器(未图示)，接收辐射体40辐射的电磁波后将其变换成电能的变换器(例如光电动势电池)44。在图13的示例中，在辐射体40和变换器44之间，可任意选择配置断开不需要的波长区的滤波器42。

辐射体40具有主要由钨形成的本体部分，在其表面形成微腔谐振器或光缝隙结晶结构的细微结构。在辐射体40的表面中，在形成提高上述特定波长区的辐射效率的细微结构(微腔谐振器等)的部分，与第1实施方式一样，形成包含钨及碳的层。这样，辐射体40利用其表面形成的细微结构，选择性地辐射特定波长的电磁波。而该特定波长则被选择成能使变换器44有效吸收电磁波的波长。

采用将太阳光聚光等方法，照射辐射体40，向辐射体40供给能量后，由被加热成高温(例如2000K以上)的辐射体40辐射特定波长区的电磁波。通过滤波器42做媒介接收这种电磁波辐射的变换器44，可以有效地将其变换成电能。

在通常的太阳光中，大量含有采用变换器44进行变换的效率低的波长区的电磁波。但采用本发明的辐射体40(及滤波器42)后，因为能将变换效率高的波长区的电磁波供给变换器44，所以提高了光-热-电变换***中的整体的变换效率。这种热电变换装置，利用光以外的能量将辐射体40加热也能生成电能，所以可以在光-热-电变换***以外的发电装置中利用，

此外，使用具有这种波长选择性的辐射体的热电能动势发电***，在专利第347283号说明书等中记述着。但在该专利说明书中只记述着使用钨材料的辐射体，对细微的结构在加热后损坏的情况却只字未提。

采用本实施方式后，由于利用含有钨及碳的层提高了辐射体40的表面的微腔谐振器或光缝隙结晶结构的热稳定性，所以能够长期较高地维持发电***的可靠性，同时还能使辐射体40在更高的温度中动作，从而还能与发电***的高输出化柔软地对应。其结果，本实施方式的装置，作为利用太阳光的发电***，能够对地球环境保护做出很大的贡献。

本发明的辐射体，由于在其表面具有提高辐射效率的细微加工结构物，而且由含有碳及钨的层形成该细微加工结构物的表面，所以作为高效率灯泡等一般照明用的辐射体，大有用处。另外，采用本发明的白炽灯泡，在要求使用节能灯的店铺等处，可以受人欢迎地得到应用。进而，还能够在要求在高温中稳定动作的各种装置中的将特定波长区的辐射率有效地变换成其它能量的装置中广泛应用。

Claims (17)

1、一种辐射体，是将热变换成电磁波，从表面辐射的辐射体，

在所述表面的至少一部分区域，形成有多个微腔谐振器；

所述区域具有包含钨及碳的层。

2、如权利要求1所述的辐射体，其特征在于：包含钨及碳的所述层，含有与碳结合的钨。

3、如权利要求1所述的辐射体，其特征在于：所述多个微腔谐振器，在所述至少一部分区域中形成矩阵。

4、如权利要求1所述的辐射体，其特征在于：所述多个微腔谐振器的每一个，由内径为1μm以下、深度比内径大的凹部形成。

5、如权利要求1所述的辐射体，其特征在于：所述多个微腔谐振器以2μm以下间距，周期性地排列。

6、如权利要求1所述的辐射体，其特征在于：所述多个微腔谐振器由排列的多个柱状部件的间隙构成。

7、如权利要求1所述的辐射体，其特征在于：所述辐射体，主要具有由钨形成的本体。

8、如权利要求1所述的辐射体，其特征在于：所述辐射体，主要由钨碳化物形成。

9、如权利要求1～8的任一项所述的辐射体，其特征在于：所述辐射体的动作温度在2000K以上。

10、一种装置，包括：权利要求1～9的任一项所述的辐射体；

将所述辐射体与大气隔断的容器；以及

向所述辐射体供给能量，使所述辐射体辐射电磁波的能量供给单元。

11、一种热电变换装置，包括：权利要求1～9的任一项所述的辐射体；

将所述辐射体与大气隔断的容器；以及

接收所述辐射体辐射的电磁波、变换成电能的变换器，

向所述辐射体供给能量，使所述辐射体辐射电磁波。

12、一种辐射体的制造方法，是将热变换成电磁波，从表面辐射的辐射体的制造方法，包括：

准备钨部件的工序；

在所述钨部件的表面中的至少一部分区域，形成多个微腔谐振器的工序；以及

将所述钨部件的所述表面中的所述区域的至少一部分碳化的工序。

13、一种辐射体的制造方法，是将热变换成电磁波，从表面辐射的辐射体的制造方法，包括：

准备至少一部分表面具有包含钨及碳的层的部件的工序；

在所述部件的表面中的至少一部分区域，形成多个微腔谐振器的工序。

14、如权利要求13所述的辐射体的制造方法，其特征在于：包含钨及碳的所述层，含有与碳结合的钨。

15、如权利要求12或13所述的辐射体的制造方法，其特征在于：形成所述多个微腔谐振器的工序，采用激光照射或喷砂进行。

16、一种辐射体的制造方法，是将热变换成电磁波，从表面辐射的辐射体的制造方法，包括：

准备在表面的至少一部分具有包含钨及碳的层的多个线材的工序；和

将所述多个线材结成束，从而在所述多个线材的间隙中形成多个微腔谐振器的工序。

17、如权利要求16所述的辐射体的制造方法，其特征在于：包含钨及碳的所述层，含有与碳结合的钨。

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