CN111052420A - 光学部件及透明密封部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学部件及透明密封部件。光学部件(10)具有：至少一个光学元件(12)；以及封装(14)，容纳有光学元件(12)。封装(14)具有：安装基板(16)，安装有光学元件(12)；透明密封部件(20)，接合在安装基板(16)上；以及凹部(26)，包围安装在安装基板(16)上的光学元件(12)；以及折射率匹配剂(28)，填充在凹部(26)内。封装(14)具有从凹部(26)与外部连通的至少一个槽(30)。

Description

光学部件及透明密封部件
技术领域
本发明涉及光学部件及用于光学部件的透明密封部件，例如涉及适用于LED(发光二极管)、LD(半导体激光)等的光学部件及透明密封部件。
背景技术
近年来，在杀菌或净化用途中使用射出紫外线的发光元件(紫外线LED)的方式正在普及。在紫外线LED器件中，为了保护发光元件不受外部气体或水分影响，需要透明密封部件。从对紫外线的透过性或耐久性的观点出发，该透明密封部件使用玻璃或石英玻璃。
在日本特开2014-216532号公报中公开了一种半导体发光元件封装，具有：非透光性基板，在其上表面安装有半导体发光元件；以及透光性保护材料，具有向下开口的凹部、且包围半导体发光元件。
在日本特开2017-011200公报中公开了一种半导体发光元件封装，具有：放射紫外光的发光元件；安装有该发光元件的基体；以及透光性保护部件，覆盖发光元件且使紫外光透过，并且在由该基体和该透光性保护部件形成的区域(凹部)收纳该发光元件。
发明内容
然而，如果透光性保护材料的折射率与凹部的折射率大不相同，则从半导体发光元件射出的光有可能被透光性保护材料的表面反射。因此，考虑在凹部内填充折射率匹配剂，该折射率匹配剂具有透光性保护材料的折射率和凹部的折射率之间的折射率。但是，在组装半导体发光元件封装时，在折射率匹配剂中混入气泡，存在不能充分发挥折射率匹配剂带来的效果(抑制表面反射)的问题。
本发明是考虑到这样的课题而完成的，其目的在于提供一种光学部件及透明密封部件，能够抑制气泡混入折射率匹配剂中，能够实现折射率匹配剂带来的效果(抑制表面反射)，能够提高光学部件的性能。
[1]第一本发明涉及的光学部件具有：至少一个光学元件；以及封装，容纳有所述光学元件，所述封装具有：安装基板，安装有所述光学元件；透明密封部件，接合在所述安装基板上；以及凹部，包围安装在所述安装基板上的所述光学元件；以及折射率匹配剂，填充在所述凹部内，所述封装具有从所述凹部与外部连通的至少一个槽。另外，所述凹部可以设置在所述透明密封部件上，也可以设置在所述安装基板上。
如果透光性保护材料的折射率与凹部(光学元件的容纳空间)的折射率大不相同，则从光学元件射出的光有可能被透光性保护材料的表面反射。因此，在本发明中，在凹部内填充有折射率匹配剂。折射率匹配剂具有透明密封部件的折射率和凹部(光学元件的容纳空间)的折射率之间的折射率。并且，本发明在封装上设有从凹部与外部连通的至少一个槽。
在组装光学部件时，例如在透明密封部件的凹部内填充折射率匹配剂。然后，将安装有光学元件的安装基板与透明密封部件接合。在该情况下，以将光学元件埋入在填充有折射率匹配剂的凹部内的方式进行接合。在该接合时，折射率匹配剂的一部分通过槽排出到外部，并且气泡也排出到外部。
即，在本发明中，能够抑制气泡混入折射率匹配剂中，能够实现折射率匹配剂带来的效果(抑制表面反射)，并且能够提高光学部件的性能。
[2]在第一本发明中，也可以是在所述透明密封部件中与所述安装基板接合的部分形成有所述槽。
[3]在第一本发明中，也可以是在所述安装基板中至少与所述透明密封部件接合的部分形成有所述槽。
[4]在第一本发明中，也可以是具有多个所述槽，多个所述槽形成为放射状。由此，在透明密封部件与安装基板接合时，折射率匹配剂的一部分容易通过槽向外部排出，气泡也容易向外部排出。
[5]在第一本发明中，也可以是在所述透明密封部件与所述安装基板接合的部分中，所述凹部的周围形成有与所述凹部连通的台阶。在透明密封部件与安装基板接合时，台阶成为将气泡导向槽的通道，气泡顺利地向外部排出。
[6]在第一本发明中，优选当将所述透明密封部件与所述安装基板接合的部分相对于所述光学部件的底面的投影面积设为A、将所述槽相对于所述光学部件的底面的投影面积设为B时，(B/A)×100为5％以上且30％以下。
如果槽的投影面积过大，则透明密封部件与安装基板的粘接强度变小，透明密封部件容易从安装基板脱离。相反，如果槽的投影面积过小，则在透明密封部件与安装基板接合时，气泡难以从槽中排出。因此，(B/A)×100优选为5％以上且30％以下。
[7]在第一本发明中，优选所述槽的高度小于所述光学元件的厚度。如果槽的高度过大，则在光学元件的周围残留气泡。因此，优选槽的高度比光学元件的厚度小。另外，如果槽的高度过小，则在透明密封部件与安装基板接合时，气泡难以从槽中排出。槽的高度优选为50～600μm。
[8]在第一本发明中，优选所述透明密封部件由石英玻璃或光学玻璃构成，所述折射率匹配剂为硅树脂或氟树脂。
[9]第二本发明涉及的透明密封部件使用于光学部件，所述光学部件具有：至少一个光学元件；安装基板，安装有所述光学元件；以及凹部，包围安装在所述安装基板上的所述光学元件，所述透明密封部件与所述安装基板一起构成容纳所述光学元件的封装，所述透明密封部件在所述凹部中填充有折射率匹配剂的状态下接合于所述安装基板，在所述透明密封部件的与所述安装基板接合的部分具有从所述凹部与外部连通的至少一个槽。
[10]在第二本发明中，也可以是具有多个所述槽，多个所述槽形成为放射状。
[11]在第二本发明中，也可以是在所述透明密封部件的与所述安装基板接合的部分中，所述凹部的周围形成有与所述凹部连通的台阶。
[12]在第二本发明中，优选当将所述透明密封部件的与所述安装基板接合的部分相对于所述光学部件的底面的投影面积设为A、将所述槽相对于所述光学部件的底面的投影面积设为B时，(B/A)×100为5％以上且30％以下。
[13]在第二本发明中，优选所述槽的高度小于所述光学元件的厚度。
[14]在第二本发明中，优选所述透明密封部件由石英玻璃或光学玻璃构成，所述折射率匹配剂为硅树脂或氟树脂。
如上所述，根据本发明涉及的光学部件和透明密封部件，能够抑制气泡混入折射率匹配剂中，能够实现折射率匹配剂带来的效果(抑制表面反射)，能够提高光学部件的性能。
附图说明
图1是表示本实施方式涉及的光学部件的结构的纵截面图。
图2A～图2F是表示在透明密封部件的台座上放射状地形成多个槽的例子的俯视图。
图3A是表示比较例1涉及的光学部件的结构的纵截面图，图3B是表示比较例2涉及的光学部件的结构的纵截面图。
图4A是表示在比较例2涉及的光学部件中在凹部的开口朝向上方的状态下在凹部内填充折射率匹配剂的状态的工序图，图4B是表示以堵塞凹部的开口的方式使光学元件朝下地将安装基板接合于透明密封部件的状态的工序图。
图5A是表示在本实施方式的光学部件中在凹部的开口朝向上方的状态下在凹部内填充折射率匹配剂的状态的工序图，图5B是表示以堵塞凹部的开口的方式使光学元件朝下地将安装基板接合于透明密封部件的状态的工序图。
图6A是表示第一变形例涉及的光学部件(第一光学部件)的结构的纵截面图，图6B是表示第一光学部件的透明密封部件的底面(接合面)侧的立体图。
图7是表示第二变形例涉及的光学部件(第二光学部件)的结构的纵截面图。
图8是表示第三变形例涉及的光学部件(第三光学部件)的结构的纵截面图。
图9是表示第四变形例涉及的光学部件(第四光学部件)的结构的纵截面图。
图10A是表示第五变形例涉及的光学部件(第五光学部件)的结构的立体图，图10B是表示第五光学部件的透明密封部件的底面(接合面)的俯视图。
图11A是表示第六变形例涉及的光学部件(第六光学部件)的结构的立体图，图11B是表示第六光学部件的安装基板的上表面(接合面)的俯视图。
具体实施方式
以下，参照图1～图11B对本发明涉及的光学部件及透明密封部件的实施方式的例子进行说明。
如图1所示，本实施方式涉及的光学部件10具有：射出紫外光的至少一个光学元件12；以及容纳光学元件12的封装14。封装14具有：安装光学元件12的安装基板16；以及经由例如有机系的粘接层18接合在安装基板16上的透明密封部件20。安装基板16例如由AlN(氮化铝)构成。透明密封部件20例如由石英玻璃或光学玻璃构成。作为粘接层18，可以优选使用环氧系粘接剂、硅酮系粘接剂、聚氨酯系粘接剂等。
如上所述，光学元件12安装在安装基板16上。光学元件12虽然未图示，但例如通过在蓝宝石基板(热膨胀系数：7.7×10-6/℃)上层叠具备量子阱结构的GaN系结晶层而构成。作为光学元件12的安装方法，例如采用使光射出面12a与透明密封部件20相对地安装的所谓面朝上安装。即，将从光学元件12导出的端子(未图示)和形成在安装基板16上的电路布线(未图示)例如通过接合线(未图示)电连接。
透明密封部件20具有：以从周围包围安装在安装基板16上的光学元件12的方式配置的环状的台座22；以及一体地形成在台座22上的透镜体24。另外，在透明密封部件20的台座22上形成有下表面开口的凹部26(容纳空间)。在该凹部26中至少容纳有光学元件12。
透镜体24的底面的平面形状例如为圆形，台座22的外形形状例如为正方形。当然，可以使透镜体24的底面的平面形状为椭圆形状、轨道形状等，也可以使台座22的外形形状为圆形状、长方形、三角形、六边形等多边形。
这种形状的透明密封部件20的制法有(a)从块状母材的切出加工、(b)高温模制成形、(c)粉末烧结等。
切出加工是从透明密封部件20的块状母材进行切出加工，如图1所示，制作透明密封部件20。高温模制成形是在高温下使材料流入模具，或者预先在模具中放入材料片，在高温下使其变形为模具状，如图1所示，制作透明密封部件20。
粉末烧结例如是在成形模具中浇铸含有二氧化硅粉体和有机化合物的成形浆料，通过有机化合物相互的化学反应、例如分散介质与固化剂或固化剂相互的化学反应使其固化后，从成形模具脱模，制作透明密封部件20的前体。然后，烧制前体，如图1所示，制作透明密封部件20。
作为透明密封部件20的尺寸，透明密封部件20的高度ha为0.5～10mm，台座22的外径Da为3.0～10mm，台座22的高度hb为0.2～1mm。透镜体24的底部的最大长度Lm为2.0～10mm，最大高度hm为0.5～10mm，作为纵横比(hm/Lm)，可以举出0.3～1.0等。
并且，在该光学部件10中，在透明密封部件20的凹部26内填充折射率匹配剂28(液状)，并且在透明密封部件20中的与安装基板16接合的部分形成有多个槽30。
在使用石英玻璃或光学玻璃作为透明密封部件20的构成材料的情况下，作为折射率匹配剂28，可以优选采用氟树脂或硅树脂等。另外，空气折射率为1，石英玻璃的折射率为1.57(波长185nm)～1.47(波长399nm)，氟树脂的折射率为1.36(波长238nm)～1.35(波长407nm)，硅树脂的折射率为1.41(波长238nm)～1.57(波长589nm)。
多个槽30例如如图2A～图2C所示，形成为放射状。图2A表示将2个槽30a、30b形成在一条直线上的例子，图2B表示将4个槽30a～30d分别形成在正交的两条直线上的例子。图2C表示将4个槽30a～30d分别形成在2个对角线上的例子。当然，槽30的个数或放射状的方向(槽30的形成方向)等可以根据透明密封部件20的大小或形状等适当选定。
在上述例子中，虽然将凹部26的平面形状设为矩形，但除此之外，如图2D～图2F所示，也可以将凹部26的平面形状设为圆形。在这种情况下，也可以放射状地形成多个槽30。当然，可以将台座22的外形形状设为圆形，将凹部的平面形状设为矩形，也可以将台座22的外形形状及凹部的外形形状均设为圆形，将凹部的平面形状设为矩形。
在此，对于光学部件10的效果，一边与比较例1及比较例2进行对比，一边进行说明。
首先，如图3A所示，比较例1涉及的光学部件100a具有与光学部件10大致相同的结构，但在透明密封部件20上未形成槽30，另外，在透明密封部件20的凹部26内没有填充折射率匹配剂28。即，成为空气层32。因此，透明密封部件20中的透镜体24的折射率与凹部26内的空气层32的折射率大不相同，从光学元件12射出的光由透明密封部件20进行表面反射。表面反射造成的损失约为10％。
接着，如图3B所示，比较例2涉及的光学部件100b，在透明密封部件20上没有形成槽30，但在透明密封部件20的凹部26内填充有折射率匹配剂28。但是，在组装光学部件100b时产生气泡34混入的问题。
即，如图4A所示，在凹部26的开口朝向上方的状态下，在凹部26内填充折射率匹配剂28。然后，如图4B所示，以堵塞凹部26的开口的方式使光学元件12朝下地将安装基板16接合于透明密封部件20。在该接合时，混入了气泡34。因此，例如如图3B所示，在使用光学部件100b时，当气泡34在光路上移动时，不能充分发挥折射率匹配剂28带来的效果(抑制表面反射)。
与此相对，如图1所示，本实施方式涉及的光学部件10，在透明密封部件20的凹部26内填充折射率匹配剂28，并且，在透明密封部件20中的与安装基板16接合的部分形成有多个槽30。
该光学部件10的组装与上述比较例2同样地，如图5A所示，在凹部26的开口朝向上方的状态下，在凹部26内填充折射率匹配剂28。然后，如图5B所示，以堵塞凹部26的开口的方式使光学元件12朝下地将安装基板16接合于透明密封部件20。特别是，在该光学部件10中，在上述接合时，折射率匹配剂28的一部分(光学元件12的体积量)通过槽30排出到外部，并且，气泡34也向外部排出。
即，在光学部件10中，如图1所示，能够抑制气泡34混入折射率匹配剂28中，能够实现折射率匹配剂28带来的效果(抑制表面反射)，且能够提高光学部件10的性能。
另外，如图2A～图2F等所示，光学部件10呈放射状地形成有多个槽30。由此，在透明密封部件20与安装基板16接合时，折射率匹配剂28的一部分容易通过槽30排出到外部，也能够容易地进行气泡34向外部排出。
在透明密封部件20中，在将与安装基板16接合的部分相对于光学部件10的底面(安装基板16的底面)的投影面积设为A，将槽30相对于光学部件10的底面的投影面积设为B时，优选(B/A)×100为5％以上且30％以下。另外，投影面积A是指未形成槽30时的与安装基板16接合的部分的面积。
如果槽30的投影面积B过大，则透明密封部件20与安装基板16的粘接强度变小，透明密封部件20有可能容易从安装基板16脱离。相反，如果槽30的投影面积B过小，则在透明密封部件20与安装基板16接合时，气泡34有可能难以从槽30中排出。因此，如上所述，(B/A)×100优选为5％以上且30％以下。
如图1所示，槽30的高度hc(最大深度)优选小于光学元件12的厚度hd。如果槽30的高度hc过大，则在光学元件12的周围残留气泡34(参照图3B)。另外，如果槽30的高度hc过小，则在透明密封部件20与安装基板16接合时，气泡34难以从槽30排出。在将光学元件12的厚度hd设为100～1000μm时，槽30的高度hc优选为50～600μm。
接着，参照图6A～图11B对光学部件10的几个变形例进行说明。
首先，第一光学部件10A具有与上述光学部件10大致相同的结构，但在以下方面有所不同，即：如图6A及图6B所示，在透明密封部件20的与安装基板16接合的部分中，在凹部26的周围形成有与凹部26连通的框状的台阶40。
在这种情况下，在透明密封部件20与安装基板16接合时，台阶40成为将气泡34导向槽30的通道，气泡34顺利地向外部排出。
接着，第二光学部件10B具有与上述光学部件10大致相同的结构，但在以下方面有所不同：如图7所示，在安装基板16中至少与透明密封部件20接合的部分形成有槽30。即，在透明密封部件20上不存在槽30，在安装基板16上形成槽30这一点上不同。从安装基板16的上表面16a中的安装光学元件12的部分到安装基板16的外周形成有多个槽30。在该情况下，也优选将多个槽30形成为放射状(参照图2A～图2F)。
在该第二光学部件10B中，在以将光学元件12埋入填充有折射率匹配剂28的凹部26内的方式接合透明密封部件20和安装基板16时，折射率匹配剂28的一部分通过形成在安装基板16上的槽30排出到外部，并且气泡34也排出到外部。
接着，第三光学部件10C具有与上述光学部件10大致相同的结构，但如图8所示，在以下方面有所不同。即，透明密封部件20由透镜体24和外形形状为例如矩形、圆形等的台座44一体形成。容纳光学元件12的凹部42不是形成在透明密封部件20的台座44上，而是形成在安装基板16上。即，安装基板16具有上表面开口的凹部42，在凹部42的底部安装有光学元件12。并且，在安装基板16的框状的上端部形成有多个槽30。在该情况下，也优选将多个槽30形成为放射状。
在第三光学部件10C中，在以将光学元件12埋入填充有折射率匹配剂28的凹部42内的方式接合透明密封部件20和安装基板16时，折射率匹配剂28的一部分通过形成在安装基板16上的槽30排出到外部，并且气泡34也排出到外部。
接着，第四光学部件10D具有与上述第三光学部件10C大致相同的结构，但如图9所示，在台座22的下表面的中央部形成有鼓出部46这一点上有所不同。从平面看鼓出部46的面积比安装基板16的凹部42的开口面积小。在该情况下，与第三光学部件10C相比，折射率匹配剂28向外侧横向移动与鼓出部46体积相应的量，因此气泡34也容易向外侧移动，能够将气泡34顺畅地排出到外部。
接着，第五光学部件10E如图10A及图10B所示，在上述多个光学部件10排列成阵列状这一点上有所不同。
透明密封部件20通过在一个台座22上例如呈矩阵状地一体排列多个透镜体24而构成。在台座22上分别与透镜体24对应地形成有凹部26(参照图10B)。并且，在台座22中与安装基板16接合的部分形成有多个槽30。
多个槽30除了与透明密封部件20的凹部26连通的多个第一槽30a之外，还具有将第一槽30a之间连通的多个第二槽30b。第一槽30a及第二槽30b分别形成至台座22的外周。
假如在没有形成第二槽30b的情况下，在透明密封部件20中阵列中央部附近的第1槽30a中流动的剩余的折射率匹配剂28的排出方向相互干涉，折射率匹配剂28的流动会停滞。其结果，气泡34容易残留在流动停滞的部分的凹部26中。
因此，通过设置第二槽30b，在第一槽30a中流动的剩余的折射率匹配剂28通过第二槽30b从各透明密封部件20的凹部26排出，因此能够抑制气泡34混入凹部26。
接着，如图11A及图11B所示，第六光学部件10F具有与上述第五光学部件10E大致相同的结构，但例如在多个第三光学部件10C(参照图8)排列成阵列状这一点上有所不同。
透明密封部件20通过在一个台座22上例如呈矩阵状地一体排列多个透镜体24而构成。在安装基板16上分别与透镜体24对应地形成有凹部42(参照图11B)。并且，在安装基板16中与透明密封部件20的台座22接合的部分形成有多个槽30。
在该情况下，多个槽30除了具有与安装基板16的凹部42连通的多个第一槽30a之外，还具有将第一槽30a之间连通的多个第二槽30b。第一槽30a及第二槽30b分别形成至安装基板16的外周。
因此，在该第六光学部件10F中，由于也设置有第二槽30b，因此在第一槽30a中流动的剩余的折射率匹配剂28通过第二槽30b从安装基板16的各凹部42排出，因此能够抑制气泡34混入各凹部42。
另外，本发明涉及的光学部件及透明密封部件不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的情况下，当然可以采用各种结构。

Claims (14)

1.一种光学部件，其特征在于，具有：
至少一个光学元件(12)；以及
封装(14)，容纳有所述光学元件(12)，
所述封装(14)具有：
安装基板(16)，安装有所述光学元件(12)；
透明密封部件(20)，接合在所述安装基板(16)上；以及
凹部(26)，包围安装在所述安装基板(16)上的所述光学元件(12)；以及
折射率匹配剂(28)，填充在所述凹部(26)内，
所述封装(14)具有从所述凹部(26)与外部连通的至少一个槽(30)。
2.根据权利要求1所述的光学部件，其特征在于，
在所述透明密封部件(20)中与所述安装基板(16)接合的部分形成有所述槽(30)。
3.根据权利要求1或2所述的光学部件，其特征在于，
在所述安装基板(16)中至少与所述透明密封部件(20)接合的部分形成有所述槽(30)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学部件，其特征在于，
具有多个所述槽(30)，
多个所述槽(30)形成为放射状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学部件，其特征在于，
在所述透明密封部件(20)与所述安装基板(16)接合的部分中，在所述凹部(26)的周围形成有与所述凹部(26)连通的台阶(40)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学部件，其特征在于，
当将所述透明密封部件(20)与所述安装基板(16)接合的部分相对于所述光学部件(10)的底面的投影面积设为A、将所述槽(30)相对于所述光学部件(10)的底面的投影面积设为B时，(B/A)×100为5％以上且30％以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学部件，其特征在于，
所述槽(30)的高度(hc)小于所述光学元件(12)的厚度(hd)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学部件，其特征在于，
所述透明密封部件(20)由石英玻璃或光学玻璃构成，所述折射率匹配剂(28)为硅树脂或氟树脂。
9.一种透明密封部件(20)，使用于光学部件(10)，所述光学部件(10)具有：至少一个光学元件(12)；安装基板(16)，安装有所述光学元件(12)；以及凹部(26)，包围安装在所述安装基板(16)上的所述光学元件(12)，所述透明密封部件(20)与所述安装基板(16)一起构成容纳所述光学元件(12)的封装(14)，
所述透明密封部件(20)在所述凹部(26)中填充有折射率匹配剂(28)的状态下接合于所述安装基板(16)，
在所述透明密封部件(20)的与所述安装基板(16)接合的部分具有从所述凹部(26)与外部连通的至少一个槽(30)。
10.根据权利要求9所述的透明密封部件，其特征在于，
具有多个所述槽(30)，
多个所述槽(30)形成为放射状。
11.根据权利要求9或10所述的透明密封部件，其特征在于，
在所述透明密封部件的与所述安装基板(16)接合的部分中，在所述凹部(26)的周围形成有与所述凹部(26)连通的台阶(40)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的透明密封部件，其特征在于，
当将所述透明密封部件的与所述安装基板(16)接合的部分相对于所述光学部件(10)的底面的投影面积设为A、将所述槽(30)相对于所述光学部件(10)的底面的投影面积设为B时，(B/A)×100为5％以上且30％以下。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的透明密封部件，其特征在于，
所述槽(30)的高度(hc)小于所述光学元件(12)的厚度(hd)。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的透明密封部件，其特征在于，
所述透明密封部件(20)由石英玻璃或光学玻璃构成，所述折射率匹配剂(28)为硅树脂或氟树脂。
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