CN107689412A - 用于光学装置封装体的窗构件，光学装置封装体，制造方法和光学装置可安装封装体 - Google Patents

用于光学装置封装体的窗构件，光学装置封装体，制造方法和光学装置可安装封装体 Download PDF

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Abstract

一种光学装置封装体，其包括容纳座，容纳在其中的光学装置和在该光学装置的发光方向上被设置于该容纳座之前的窗构件。该窗构件是具有其中至少一个是粗糙表面的前表面和后表面的合成石英玻璃构件。

Description

用于光学装置封装体的窗构件，光学装置封装体，制造方法和 光学装置可安装封装体
技术领域
本发明涉及窗构件；包括该窗构件的光学装置可安装封装体；光学装置安装在容纳座中的光学装置封装体；以及制备该窗构件和该光学装置封装体的方法；所述窗构件用于光学装置例如UV-LED，具有增加的短波长光等的输出的激光光源，特别是能够发射UV带光的光学装置的封装体。
背景领域
在容纳座和窗构件被用于封装LED时，窗构件必须由对于LED发射的光具有高透明性的材料制成。在现有技术中，光透射性树脂例如环氧树脂，有机硅树脂，改性丙烯酸系树脂和不饱和聚酯树脂被用作LED的窗构件(参见专利文献1)。
随着最近对水银灯使用的管控，能够发射短波光、特别是UV带光的UV-LED被认为是有前景的替代物。尽管LED可以产生任意波长的光，但开发用于特定应用的波长的LED。例如已知的是在UV区的波长265nm对灭菌有效。开发了用于发射波长265nm光的UV-LED用于灭菌应用。甚至当经常提供265nm的光学装置时，也难以使用没有封装体的光学装置。因此需要封装该UV-LED，同时使得来自UV-LED的光提取效率最大化。
在UV-LED的封装中，硼硅酸盐玻璃和石英玻璃通常用作窗构件(参见专利文献2)。当光透射性树脂和硼硅酸盐玻璃用作窗构件时，存在易操作的优点，但是具有低UV透射率的缺点。当石英玻璃用作窗构件时，存在着高UV透射率的优点，但是由于石英玻璃的高软化点具有难以操作的缺点。对于全部这些材料，它们表面的镜面精加工对于增强光提取效率是有效的。但是一旦将该窗构件镜面精加工，该窗构件就不能将来自特点为定向发射的光学装置的光散射。对于光散射目的来说，分开的构件例如扩散滤光片是必需的。
引用文献列表
专利文献1：JP-A2001-196644
专利文献2：JP-A2006-269678
发明内容
本发明的目的是提供用于光学装置封装体的窗构件，其具有高透光率，该窗构件能够散射来自于发光装置的光以实现宽角度的光分布，而不降低光通过该窗构件的透射效率，特别是来自于发光装置的光的提取效率。另一目的是提供包括窗构件的光学装置可安装封装体，，具有在容纳座内的光学装置的光学装置封装体，和制备该光学装置可安装封装体和光学装置封装体的方法。
本发明涉及光学装置封装体，其包括容纳座，容纳在其中的具有发光方向的光学装置，和在该发光方向上被设置于该容纳座之前的窗构件。本发明人已经发现当将具有前表面和后表面(其至少一个是粗糙表面，特别是具有0.1-0.5μm的表面粗糙度(Ra))的合成石英玻璃构件用作窗构件时，该窗构件由于合成石英玻璃的高透射而提供了高透射率，无需对窗构件镜面精加工，并且能够散射来自发光装置的光以实现宽角度的光分布，而不降低通过该窗构件的光的透射效率，特别是来自发光装置的光的提取效率。用于光学装置封装体的窗构件可以通过如下制备：当该窗构件是平面形状时，将平面形状合成石英玻璃构件的前表面和后表面中的至少一个研磨或者喷砂、并且将该经研磨或者喷砂的表面蚀刻成粗糙表面；或者当该窗构件是凸面形状时，将凸面形状的立体掩模连接到平面形状合成石英玻璃构件的一个表面、将与掩模一起的合成石英玻璃的所述一个表面喷砂以将该掩模的凸面形状转印到该合成石英玻璃、并且将经喷砂的表面蚀刻成粗糙表面。本发明是基于这些发现来预测的。
因此在一方面，本发明提供待与容纳座组合的窗构件，该容纳座其中容纳了具有发光方向的光学装置，该窗构件在所述发光方向上被设置于该容纳座之前，
该窗构件是具有其中至少一个是粗糙表面的前表面和后表面的合成石英玻璃的构件。
具体地，该粗糙表面具有0.1-0.5μm的表面粗糙度(Ra)。
在一种优选的实施方案中，该窗构件是平面形状。该窗构件具有0.1-5mm的厚度。
在另一优选的实施方案中，该窗构件是凸面形状。该窗构件包括具有厚度0.1-5mm的最薄部分和具有厚度0.4-9.9mm的最厚部分。该凸面形状优选是部分球形或者部分椭球形状，该凸面形状表面具有0.5-30mm的曲率半径。
在另一方面，本发明提供：光学装置可安装封装体，其包括用于在其中容纳光学装置的容纳座，和上述定义的平面形状窗构件；或者光学装置可安装封装体，其包括用于在其中容纳光学装置的容纳座，和上述定义的凸面形状窗构件。
在另一方面，本发明提供：光学装置封装体，其包括具有平面形状窗构件的光学装置可安装封装体，和容纳在容纳座中的光学装置；或者光学装置封装体，其包括具有凸面形状窗构件的光学装置可安装封装体，和容纳在容纳座中的光学装置。
典型地，该光学装置是发光装置，更优选能够发射波长300nm以下的光。
仍在另一方面，本发明提供制备上述定义的用于光学装置封装体的平面形状窗构件的方法，其包括步骤：
将平面形状合成石英玻璃构件的前表面和后表面中的至少一个研磨或者喷砂，和
将该经研磨或者喷砂的表面蚀刻成粗糙表面。
还在另一方面，本发明提供制备上述定义的用于光学装置封装体的凸面形状窗构件的方法，其包括步骤：
将凸面形状的立体掩模连接到平面形状的合成石英玻璃构件的一个表面，
将与掩模一起的合成石英玻璃的所述一个表面喷砂以将掩模的凸面形状转印到该合成石英玻璃，和
将该经喷砂的表面蚀刻成粗糙表面。
还在另一方面，本发明提供制备包括平面形状窗构件的光学装置封装体的方法，该方法包括步骤：
将平面形状合成石英玻璃构件的前表面和后表面中的至少一个研磨或者喷砂，和
将该经研磨或者喷砂的表面蚀刻成粗糙表面以产生该窗构件，
将光学装置安装在容纳座内，和
将该窗构件与该容纳座一体化。
还在另一方面，本发明提供制备包括凸面形状窗构件的光学装置封装体的方法，该方法包括步骤：
将凸面形状的立体掩模连接到平面形状合成石英玻璃构件的一个表面，
将与掩模一起的合成石英玻璃的所述一个表面喷砂以将掩模的凸面形状转印到该合成石英玻璃，
将该经喷砂的表面蚀刻成粗糙表面以产生该窗构件，
将光学装置安装在容纳座内，和
将该窗构件与该容纳座一体化。
典型地，该光学装置是发光装置，更优选能够发射波长300nm以下的光。
本发明的有利效果
该窗构件可以从出射表面在宽角度内辐照由该窗构件所透射的光，特别是来源于发光装置和由该窗构件所透射的出射光，同时保持与具有均镜面精加工的前表面和后表面二者的常规窗构件基本相同的辐照通量。还可得到包括所述窗构件的光学装置可安装封装体和光学装置封装体。
附图说明
图1(A)，1(B)和1(C)显示本发明一种实施方案中的窗构件，光学装置可安装封装体和光学装置封装体。图1(A)是平面形状的窗构件的透视图，图1(B)是没有容纳光学装置的光学装置可安装封装体的横截面图，图1(C)是容纳光学装置的光学装置封装体的横截面图。
图2(A)，2(B)和2(C)显示本发明另一实施方案的窗构件、光学装置可安装封装体和光学装置封装体，图2(A)是凸面形状窗构件的透视图，图2(B)是该光学装置可安装封装体的横截面图，图2(C)是该光学装置封装体的横截面图。
图3是显示窗构件制备方法中的喷砂步骤的示意性透视图。
图4(A)和4(B)是横截面图，用于显示将凸面形状转印到合成石英玻璃的步骤，图4(A)显示喷砂其连接有立体掩模的起始基底的步骤，图4(B)显示转印到基底的凸面形状。
具体实施方式
本发明的光学装置可安装封装体用于容纳和保护光学装置和使得该光学装置容易操作，并且包括用于在其中容纳该光学装置的容纳座和在该光学装置的发光方向上设置于容纳座之前的合成石英玻璃的窗构件。
该窗构件具有其中至少一个是粗糙表面的前表面和后表面。即，仅仅前表面是粗糙表面，仅仅后表面是粗糙表面，或者前表面和后表面都是粗糙表面。这两个表面，前表面和后表面指的是这样两个表面，使用其时，当经光学装置发射的光或者待由该光学装置接收的光通过该窗构件透射时，光交叉。虽然前表面和后表面的至少一个是粗糙表面，但是该窗构件具有等价于具有为镜面表面并且起到散射光的作用以使光在宽角度内从其中出射的前表面和后表面二者的窗构件的辐照通量。本文使用的术语“粗糙表面”指的是具有表面粗糙度、特别是算术平均粗糙度Ra优选至少0.1μm、更优选至少0.2μm和优选0.5μm以下、更优选0.4μm以下的表面。在窗构件的前表面和后表面中的仅一个是粗糙表面时，另一表面优选是镜面表面。本文使用的术语“镜面表面”指的是具有表面粗糙度、特别是算术平均粗糙度Ra优选0.05μm以下、特别是0.03μm以下的表面。
关于该窗构件的形状，示例图1(A)中所示的平面形状的窗构件11和图2(A)中所示的凸面形状的窗构件12。平面形状的窗构件包括平板、长方体和立方体形状的窗构件。凸面形状的窗构件包括部分或者整体具有部分球形形状例如半球形，部分椭球形如半椭球形，或者凸面形状例如圆锥、截顶圆锥、棱锥体或者截顶棱锥体形状的窗构件。例如只要窗构件的前表面和后表面之一是凸面形状，而另一表面可以是凸面，平面或者凹面形状即可。在窗构件是部分球形形状(例如半球形形状)或者部分椭球形状(例如半椭球形状)的情况中，该凸面形状表面优选具有0.5-30mm的曲率半径。
该窗构件和光学装置可安装封装体的实施方案包括例如：如图1(B)中所示的、包括用于在其中容纳光学装置的容纳座2和平面形状窗构件11的光学装置可安装封装体101，与如图2(B)中所示的、包括用于在其中容纳光学装置的容纳座2和凸面形状窗构件12的光学装置可安装封装体102。
本发明进一步提供光学装置封装体，其包括将光学装置容纳在容纳座中的光学装置可安装封装体。该光学装置封装体可以是具有发光装置的发光装置封装体或者具有受光装置的受光装置封装体，并且发光装置封装体是优选的。
发光装置封装体的实施方案包括例如：在使用图1(B)中的光学装置可安装封装体101的情况中，发光装置封装体201包括：包括用于在其中容纳光学装置的容纳座2和平面形状窗构件11的光学装置可安装封装体，和经由散热片21置于容纳座2的内表面(图中的底部)上的光学装置3，如图1(C)所示；以及在使用图2(B)的光学装置可安装封装体102的情况中，发光装置封装体202包括：包括用于在其中容纳光学装置的容纳座2和凸面形状窗构件12的光学装置可安装封装体，和经由散热片21置于容纳座2的内表面(图中的底部)上的光学装置3，如图2(C)所示。
容纳座和窗构件限定腔室，在该腔室中不仅可以设置光学装置，而且可以设置其他构件例如用于提供光学装置和封装体外部之间的电导通的引线。其余腔室可以保持在真空，填充有气体例如空气，或者用透明的固体密封剂例如橡胶、弹性体或者树脂密封。从消散来自于光学装置的热的方面来说，优选的是所述腔室保持在真空或者用气体例如空气填充，而非用固体密封剂密封。
该窗构件优选用于致密封闭容纳座腔室。依据该光学装置的特定应用和要容纳的光学装置和其他构件的尺寸，适当选择该窗构件的尺寸。从致密密封的方面来说，优选的是窗构件的尺寸等于或者稍大于容纳座的光学装置容纳腔的开口尺寸。具体地，当该窗构件的平面形状是矩形时对角线的长度或者当该窗构件的平面形状是圆形或者椭圆形时直径或最大直径优选是至少1mm、更优选至少2mm和30mm以下、更优选20mm以下。
依据窗构件外部、即该光学装置可安装封装体的外部的压力(气动或者水力压力)差，适当选择该窗构件的厚度。在平面形状窗构件的情况中，从强度方面来说，优选厚度是至少0.1mm、更优选至少0.2mm且5mm以下、更优选4mm以下。在凸面形状的窗构件的情况中，从强度方面来说，优选最薄部分的厚度是至少0.1mm、更优选至少0.2mm且5mm以下、更优选4mm以下，和最厚部分的厚度是至少0.4mm且9.9mm以下。
容纳座可以是光学装置可安装封装体中用于在其中容纳光学装置的任何公知的容纳座。可以使用任何由无机材料例如金属和陶瓷或者有机材料例如橡胶、弹性体和树脂制成并且具有用于容纳光学装置的凹槽或者腔室的容纳座。依据光学装置的特定应用与要容纳的光学装置和窗构件的尺寸，适当选择容纳座的尺寸。如果光学装置由于它本身的热释放而达到高温态(如LED中突出的)，则该光学装置损失它的发射效率。在这样的情形中，该容纳座优选由散热陶瓷材料例如氧化铝和氧化铝氮化物基陶瓷材料制成，其任选地涂覆有金属镀层例如金或者铜作为传热层。
要置于容纳座腔室中的光学装置可以是发光装置或者受光装置，并且优选发光装置。该窗构件、包括该窗构件的光学装置可安装封装体和根据本发明不同实施方案的光学装置封装体优选与能够发射波长300nm或更短的光的发光装置一起使用。发光装置的例子包括UV-LED(例如包括波长300nm或者更短的光，并且峰值波长是250-280nm)，ArF准分子激光器(波长193nm)，Kr准分子激光器(波长248nm)，YAG和FHG(第四代谐波)激光器(波长266nm)。
该窗构件可以例如通过以下方法制备。起始基底优选选自平面基底，例如对角线长度100-300mm的矩形基底和直径100-300mm的圆形基底，二者具有厚度0.5-10mm。
在该窗构件是平面形状的情况中，将起始基底的前表面和后表面中的一个或两个研磨或者喷砂。在研磨的情况中，一个或者两个表面通过单面或者双面研磨机，使用具有#800-#1500(平均粒度20-12μm)、更优选#1000-#1200(平均粒度18-15μm)的粒子尺寸的研磨剂粒子被研磨，产生粗糙抛光的表面，其具有在预定范围的表面粗糙度，例如算术平均粗糙度(Ra)至少0.08μm、特别是至少0.11μm且0.3μm以下，特别是0.27μm以下。虽然对于用于研磨的研磨剂粒子没有特别限制，但是优选氧化铝系研磨剂粒子。在研磨的情况中，仅仅研磨一个表面，并且由此粗糙抛光的表面在要形成窗构件的粗糙表面那侧；或者两个表面被逐一研磨，并且粗糙的抛光表面中的一个或两个在要形成窗构件的粗糙表面那侧；或者两个表面同时被研磨，并且粗糙抛光的表面中的一个或两个在要形成窗构件的粗糙表面那侧。
在喷砂的情况中，如图3所示，例如要抛光的起始基底4的一个表面通过使用具有#600-#3000(平均粒度30-6μm)的粒子尺寸的研磨剂粒子并且在水平X和Y方向上移动工具的喷砂喷嘴5而抛光，由此形成粗糙抛光的表面。尽管对于用于喷砂的研磨剂粒子没有特别限制，但是优选氧化铈、氧化硅、氧化铝和碳化硅的研磨剂粒子。在喷砂的情况中，将携带研磨剂粒子的空气流从喷砂喷嘴注射到待抛光的表面，产生粗糙抛光的表面，其具有在预定范围的表面粗糙度，例如算术平均粗糙度(Ra)为至少0.1μm，特别为至少0.12μm和0.3μm以下，特别为0.28μm以下。在这种情况中，喷砂喷嘴的移动方向和速度、以及空气压力例如通过计算机控制调节，以使得所形成的粗糙抛光的表面可以具有预定的表面粗糙度。在喷砂的情况中，仅仅抛光一个表面，并且该粗糙抛光的表面在要形成窗构件的粗糙表面那侧；或者两个表面被逐一抛光，并且该粗糙抛光的表面中的一个或两个在要形成窗构件的粗糙表面那侧。
在该窗构件是凸面形状时，首先喷砂起始基底的前表面和后表面中的一个。此时，将凸面形状的立体掩模连接到合成石英玻璃板的一个表面，并且将带有立体掩模的玻璃板的所述一个表面与该立体掩模一起喷砂，由此将立体掩模的凸面形状转印到玻璃板并将所述一个表面抛光成粗糙抛光的表面。以下说明将凸面形状转印到合成石英玻璃的手段。如图4(A)所示，例如在将携带有研磨剂粒子的空气流从喷砂喷嘴5注射到待抛光表面而完成喷砂之前，用容易脆裂或者低弹性粘结剂例如二氧化硅系粘结剂、陶瓷粘结剂或者水泥将立体掩模6连接到起始基底4的一个表面。使用立体掩模意味着抛光立即开始于起始基底没有被立体掩模覆盖的部分。另一方面，立体掩模通过喷砂而逐渐被研磨，该立体掩模从薄部分开始依序消失，并且在起始基底上的抛光从立体掩模的消失部分依序开始。以此方式，起始基底加工的开始根据立体掩模的厚度差而不同，由此将凸面形状转印到起始基底4，如图4(B)所示。对于制成立体掩模的材料没有特别限制，只要该材料能通过喷砂磨耗掉即可。其中，脆性材料例如陶瓷和玻璃是优选的。
喷砂可以通过如下进行，使用优选具有#600-#3000(平均粒度30-6μm)的粒子尺寸的研磨剂粒子，并且如平面形状窗构件的喷砂那样，运行工具以使喷砂喷嘴在待抛光的起始基底表面上在X和Y方向移动，由此将立体掩模的凸面形状转印到合成石英玻璃，并且将一个表面抛光成粗糙抛光的表面。尽管对于用于喷砂的研磨剂粒子没有特别限制，但是优选氧化铈、氧化硅、氧化铝和碳化硅研磨剂粒子。在喷砂的情况中，将携带研磨剂粒子的空气流从喷砂喷嘴注射到待抛光的表面，产生粗糙抛光的具有在预定范围的表面粗糙度的表面，例如算术平均粗糙度(Ra)是至少0.1μm、特别是至少0.12μm且0.3μm以下，特别是0.28μm以下。在这种情况中，喷砂喷嘴的移动方向和速度，和空气压力例如通过计算机控制调节，以使得所形成的粗糙抛光的表面可以具有预定的表面粗糙度。同时，在一个表面设定为凸面形状之前或之后，优选在一个表面设定为凸面形状之前，可以将另一表面根据其形状研磨或者喷砂。在另一表面是平面时，这个表面可以通过与平面形状的窗构件的研磨和喷砂相同的方法加工，由此形成抛光表面。
在研磨或者喷砂之前或之后，或者在蚀刻(后面描述)之后，当多个窗构件是从单个起始基底切下时(如图4(B)所示)，或者切下额外的部分符合预定尺寸时，如果需要，该起始基底可以通过用水喷射器加工或者用激光例如CO2激光或者YAG激光加工切割成预定的形状和尺寸，例如图1(A)或者图2(A)所示的预定形状。例如通过将激光照射到起始基底，以矩形或圆形图案扫描所述光，和除去照射的部分，可以将水平形状加工成矩形或者圆形形状。
无关于该窗构件是平面形状还是凸面形状，可以使用将一个表面喷砂成抛光表面和将另一表面研磨成抛光表面的方法。还无关于该窗构件是平面还是凸面形状，窗构件中不变成粗糙表面的表面可以是镜面表面，例如将该表面优选在研磨或者喷砂之后转化成镜面表面。镜面表面可以在蚀刻(后面描述)之前或之后，优选在蚀刻之后，通过镜面精加工，以公知的方式形成。
接着，将该研磨的或者喷砂的表面即由此形成的粗糙抛光的表面进行蚀刻，从而在窗构件中产生粗糙表面。该表面在研磨或者喷砂之后为经加工的非常粗糙的状态，并且本身是透光性差，未能为镜面表面提供等价的光透射率。通过进一步蚀刻由此形成的粗糙抛光的表面，该粗糙抛光的表面可以转化成分布着像微观凹透镜的具有几微米、特别是2-20μm直径的凹窝群的粗糙表面。获得了能够光散射并且具有来自于出射表面的光能量、即与其表面是两个镜面表面的窗构件大致相等的辐照通量的窗构件。在平面形状的窗构件的情况中，仅仅前表面，仅仅后表面或者前表面和后表面二者可以是粗糙表面；在凸面形状的窗构件的情况中，仅仅一个凸面形状的表面或者一个凸面形状的表面且另一表面优选是粗糙表面。
蚀刻可以通过如下进行，使用能够蚀刻合成石英玻璃的蚀刻剂(液体)并且使蚀刻剂与粗糙抛光的表面接触，例如将起始基底的粗糙抛光的表面浸入蚀刻剂中。虽然对于此处所用的蚀刻剂没有特别的限制，但是优选的是氢氟酸水溶液。例子包括5-25wt％的氢氟酸水溶液和其是5-40wt％氟化铵和5-25wt％氟化氢的混合物的缓冲的氢氟酸水溶液。虽然对于蚀刻条件没有特别限制，但是蚀刻温度典型地是15-23℃和蚀刻时间典型地是1-10分钟。
该光学装置封装体可以如下来制备：典型地通过上述方法提供窗构件，将光学装置安装在容纳座的腔室中，典型地安装在容纳座腔室的底部，和将该窗构件连接、典型地通过粘结剂接合到容纳座，由此一体化它们。对于窗构件到容纳座的一体化，该窗构件和容纳座之间的接触面积的紧密性是关键的。因此在优选的工序中，铬等的薄膜沉积在窗构件的接触面积上，并且在将窗构件接合到容纳座上之前，将金-锡合金糊(例如Au-22wt％Sn，Mitsubishi Materials Co.，Ltd.)，低熔融金属玻璃(例如VS-1302T，Hitachi ChemicalCo.，Ltd.)或者无铅焊料(例如ECO M705，Senju Metal Industry Co.，Ltd.)典型地通过丝网印刷施用到其上。
实施例
下面给出的本发明实施例是为了说明，而非限制。
实施例1
将经划片的起始合成石英玻璃基底(直径8英寸＝20.32cm，厚度1mm)用双面研磨机用#1000(平均粒度18μm)的粒子尺寸的氧化铝研磨剂在前表面和后表面二者上研磨，直到前表面和后表面都变成粗糙抛光的表面。
然后将该起始基底在两个表面上通过在20℃将它浸入10wt％氢氟酸水溶液中5分钟而蚀刻。然后将该基底用划片机切成3.5mm正方形片，产生平面形状的窗构件，它的前表面和后表面都是粗糙表面，并且具有厚度0.3mm。该窗构件具有在前表面上的表面粗糙度(Ra)0.25μm和在后表面上的表面粗糙度(Ra)0.25μm。
提供了具有腔室的氧化铝系陶瓷材料的容纳座。将能够发射包括波长285nm的光的UV光的发光装置(LED)置于该容纳座底部上，并且容纳在容纳座腔室中。为了将窗构件的周边部分结合到容纳座，通过溅射沉积铬膜，并且通过丝网印刷施用金-锡合金糊(Au-22wt％Sn，Mitsubishi Material Co.，Ltd.)。将该窗构件结合到容纳座，完成光学装置封装体。
将所述封装体中的发光装置燃烧以评价发射特性。从该窗构件发出的光具有5mW的辐照通量。发光强度分布分析给出了120°的半波束角度。
实施例2
将经划片的起始合成石英玻璃基底(直径8英寸，厚度1mm)如实施例1那样在前表面和后表面二者上研磨，直到前表面和后表面都变成粗糙抛光的表面。然后将该基底如实施例1那样在两个表面上蚀刻。将后表面用单面抛光机抛光成镜面表面。然后将该基底用划片机切成3.5mm正方形片，产生其前表面是粗糙表面、后表面是镜面表面并且具有厚度0.3mm的平面形状的窗构件。该窗构件具有在前表面上的表面粗糙度(Ra)0.26μm和在后表面上的表面粗糙度(Ra)0.01μm。
如实施例1那样，完成光学装置封装体。如实施例1那样，评价发射特性和发光强度分布。从该窗构件发出的光具有5mW的辐照通量和120°的半波束角度。
实施例3
将经划片的起始合成石英玻璃基底(直径8英寸，厚度3mm)如实施例1那样在前表面和后表面二者上研磨，直到前表面和后表面都变成粗糙抛光的表面。在用#600(平均粒度30μm)的粒子尺寸的氧化铝研磨剂将与立体掩模一起的一个表面喷砂之前，将设置有3.5mm正方形和2mm高度的氧化铝陶瓷的棱锥体凸起的矩阵的立体掩模用硅酸钠粘结剂连接到起始基底的一个表面上，由此将该棱锥体形状转印到基底和将该表面抛光成粗糙抛光的表面。然后使用划片机，将该基底切割成每个与棱锥体形状部分对齐的3.5mm正方形片。
然后将该基底在两个表面上通过如下蚀刻：在20℃将它浸入10wt％氢氟酸水溶液中5分钟，产生其前表面和后表面都是粗糙表面并且包括具有厚度0.25mm的最薄部分和具有厚度2mm的最厚部分的凸面形状的窗构件。该窗构件具有在前表面的表面粗糙度(Ra)0.27μm和在后表面的表面粗糙度(Ra)0.27μm。
如实施例1那样，完成光学装置封装体。如实施例1那样，评价发射特性和发光强度分布。从该窗构件发出的光具有5mW的辐照通量，并且具有125°的半波束角度。
实施例4
将石英玻璃基底如实施例3那样加工，除了使用在陶瓷板上设置有3.5mm直径和2mm高度的氧化铝陶瓷的半球形凸起的矩阵的立体掩模，并且通过CO2激光工具将该基底切成每个与半球形形状部分对齐的直径3.5mm的片之外。获得了其前表面和后表面都是粗糙表面，并且包括具有厚度0.13mm的最薄部分和具有厚度2mm的最厚部分的凸面形状的窗构件。该窗构件具有在前表面的表面粗糙度(Ra)0.27μm和在后表面的表面粗糙度(Ra)0.27μm。半球形窗构件的凸面形状表面具有1.75mm的曲率半径。
如实施例1那样，完成光学装置封装体。如实施例1那样，评价发射特性和发光强度分布。从该窗构件发出的光具有5mW的辐照通量和140°的半波束角度。
实施例5
将石英玻璃基底如实施例3那样加工，除了使用在陶瓷板上设置有直径3.5mm、高度3mm和曲率半径1.7mm的氧化铝陶瓷的半球形凸起的矩阵的立体掩模，并且通过CO2激光工具将该基底切成每个与半球形形状部分对齐的直径3.5mm的片之外。获得了其前表面和后表面都是粗糙表面并且包括具有厚度0.25mm的最薄部分和具有厚度3mm的最厚部分的凸面形状的窗构件。该窗构件具有在前表面的表面粗糙度(Ra)0.27μm和在后表面的表面粗糙度(Ra)0.27μm。半球形窗构件的凸面形状表面具有1.75mm的曲率半径。
如实施例1那样，完成光学装置封装体。如实施例1那样，评价发射特性和发光强度分布。从该窗构件发出的光具有5mW的辐照通量和140°的半波束角度。
对比例1
将经划片的起始合成石英玻璃基底(直径8英寸，厚度1.2mm)如实施例1那样在前表面和后表面二者上研磨，直到前表面和后表面都变成粗糙抛光的表面。然后将该基底的前表面和后表面用双面抛光机抛光成镜面表面。将该基底然后用划片机切割成3.5mm正方形片，产生了其前表面和后表面是镜面表面并且厚度是1mm的平面形状的窗构件。该窗构件具有在前表面的表面粗糙度(Ra)0.01μm和在后表面的表面粗糙度(Ra)0.01μm。
如实施例1那样，完成光学装置封装体。如实施例1那样，评价发射特性和发光强度分布。来自该窗构件的光输出具有5mW的辐照通量和105°的半波束角度。
包括其中前表面和后表面中的一个或两个是粗糙的窗构件的实施例中的光学装置封装体与包括其中前表面和后表面都是镜面表面的窗构件的对比例中的光学装置封装体的对比表明：它们的辐照通量相等，但是实施例的半波束角度大于对比例，表明发光的方向性降低。根据本发明的窗构件在宽的角度内发射来自出射表面的光，同时保持与前表面和后表面都被镜面精加工的对比窗构件基本相同的辐照通量。

Claims (19)

1.待与容纳座组合的窗构件，该容纳座在其中容纳具有发光方向的光学装置，该窗构件在发光方向上被设置于该容纳座之前，
该窗构件为具有其中至少一个是粗糙表面的前表面和后表面的合成石英玻璃构件。
2.权利要求1的窗构件，其中该粗糙表面具有0.1-0.5μm的表面粗糙度(Ra)。
3.权利要求1的窗构件，其是平面形状。
4.权利要求3的窗构件，其具有0.1-5mm的厚度。
5.权利要求1的窗构件，其是凸面形状。
6.权利要求5的窗构件，其包括具有厚度0.1-5mm的最薄部分和具有厚度0.4-9.9mm的最厚部分。
7.权利要求5的窗构件，其中该凸面形状是部分球形或者部分椭球形状，该凸面形状表面具有0.5-30mm的曲率半径。
8.光学装置可安装封装体，其包括用于在其中容纳光学装置的容纳座，和权利要求3的平面形状窗构件。
9.光学装置可安装封装体，其包括用于在其中容纳光学装置的容纳座，和权利要求5的凸面形状窗构件。
10.光学装置封装体，其包括具有平面形状窗构件的权利要求8的封装体，和容纳在容纳座中的光学装置。
11.光学装置封装体，其包括具有凸面形状窗构件的权利要求9的封装体，和容纳在容纳座中的光学装置。
12.权利要求10的光学装置封装体，其中该光学装置是发光装置。
13.权利要求12的光学装置封装体，其中该光学装置发射波长300nm以下的光。
14.制备用于光学装置封装体的权利要求3的平面形状窗构件的方法，其包括步骤：
将平面形状合成石英玻璃构件的前表面和后表面中的至少一个研磨或者喷砂，和
将经研磨的或者喷砂的表面蚀刻成粗糙表面。
15.制备用于光学装置封装体的权利要求5的凸面形状窗构件的方法，其包括步骤：
将凸面形状的立体掩模连接到平面形状合成石英玻璃构件的一个表面上，
将与掩模一起的合成石英玻璃的所述一个表面喷砂，以将掩模的凸面形状转印到该合成石英玻璃，和
将经喷砂的表面蚀刻成粗糙表面。
16.制备包括权利要求10的平面形状窗构件的光学装置封装体的方法，所述方法包括步骤：
将平面形状合成石英玻璃构件的前表面和后表面中的至少一个研磨或者喷砂，和
将经研磨或者喷砂的表面蚀刻成粗糙表面，以产生该窗构件，
将光学装置安装在容纳座内，和
将该窗构件与该容纳座一体化。
17.制备光学装置封装体的方法，所述光学装置封装体包括权利要求11的凸面形状窗构件，所述方法包括步骤：
将凸面形状的立体掩模连接到平面形状合成石英玻璃构件的一个表面上，
将与掩模一起的合成石英玻璃的所述一个表面喷砂，以将掩模的凸面形状转印到该合成石英玻璃，
将经喷砂的表面蚀刻成粗糙表面，以产生该窗构件，
将光学装置安装在容纳座内，和
将该窗构件与该容纳座一体化。
18.权利要求16的方法，其中该光学装置是发光装置。
19.权利要求18的方法，其中该光学装置发射波长300nm以下的光。
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