CN116111024A - 用于光学元件的窗材料、用于光学元件封装的盖、光学元件封装和光学装置 - Google Patents

用于光学元件的窗材料、用于光学元件封装的盖、光学元件封装和光学装置 Download PDF

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安藤雅郎
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Abstract

本发明涉及用于光学元件的窗材料、用于光学元件封装的盖、光学元件封装和光学装置。本发明的用于光学元件的窗材料由合成石英玻璃形成，所述合成石英玻璃能够经受成型加工，可以以低成本制造和具有平板形状。即使所述用于光学元件的窗材料具有平板形状，例如在用表面安装型封装(SMD PKG)密封的UV‑LED例如UVC‑LED的窗材料中，当通过窗材料时可有效地收集从光学元件发射的光，特别是具有光分布角的光，并且可实现等同于具有透镜形状例如常规的凸面形状的窗材料的光收集。此外，还可实现没有例如朗伯反射的照射不均匀的光分布。

Description

用于光学元件的窗材料、用于光学元件封装的盖、光学元件封装和光学装置
技术领域
本发明涉及用于光学元件的窗材料和适合于光学元件封装的用于光学元件封装的盖和需要控制光分布性质的光学装置。本发明还涉及在其中密封光学元件例如紫外线发射二极管的光学元件封装，和光学装置。
背景技术
近些年，在灭活病毒例如冠状病毒和水消毒的应用中，已经研究了能够发射具有紫外区域的光的元件，即紫外发光二极管(UV-LED)，作为受环境法规限制的元件例如汞灯的替代。其中，能够发射深紫外(UV-C)区域中的光的元件，即深紫外发光二极管(UVC-LED)已经引起了注意。例如，通过倒装芯片法(flip chip method)安装UV-LED，因为光不能从当堆叠形成元件的层时作为基板的蓝宝石基板等透过并取出。因此，该元件是发射具有光分布角的光并且通常不发射具有高方向性的光例如激光束的元件。从改进光提取效率和消除光的照度不均匀性的观点来看，需要一种能够控制光分布性质的方法。
目前，如果将通常用于白色LED等的树脂成型并密封成透镜形状，则具有高输出的UV-LED引起树脂由元件发射的短波长光而劣化的问题。因此，考虑到最优选选择用对短波长光具有良好透射率的合成石英作为窗材料密封的表面安装型封装(SMD PKG)作为UV-LED封装，并且基于SMD PKG控制光分布性质。
例如，JP-A 2019-220507(专利文献1)公开了发光装置。发光装置包括多个圆柱透镜以便相对于照度表面获得从具有紫外区域的发光二极管发射的光的均匀性。JP-A 2020-025089(专利文献2)公开包括深紫外LED元件的LED装置。在LED装置中，通过使用结晶氟树脂和硅树脂的组合和对于主要用光照射的部分使用耐短波长光的结晶氟树脂形成光学部件(透镜型部件)，并改进光提取效率同时控制光分布。
引用列表
专利文献1：JP-A 2019-220507
专利文献2：JP-A 2020-025089
发明概述
然而，使用JP-A 2019-220507(专利文献1)中描述的圆柱透镜需要高级的光学计算。如果使用圆柱透镜，SMD PKG在Z方向(高度方向)上的尺寸提高。因此，当考虑了通过使用光学元件提供光学元件封装或通过使用所述光学元件封装提供光学装置(光学元件模块)时，所述光学元件封装和所述光学装置(光学元件模块)尺寸提高，这在它们的设计中是不利的。此外，能够长时间稳定取出具有紫外区域的光的窗材料的实例包括合成石英玻璃，但是将合成石英玻璃加工成透镜形状提高了成本。
对于JP-A 2020-025089(专利文献2)中描述的透镜型部件使用结晶氟树脂的方法从具有紫外区域的光的透过率、由紫外光引起的树脂的劣化和确保气密性的角度，难以说其对长时间使用的物体例如LED具有高耐久性。
考虑到以上情况提出了本发明，并且本发明的目的是提供用于光学元件的窗材料，其由合成石英玻璃作为对具有紫外区域的光具有高耐久性的材料形成，能够经受成型加工，可以以低成本制造并具有平板形状，和包括所述用于光学元件的窗材料的用于光学元件封装的盖，并特别地提供可有效地收集从具有光分布角的光源发射的光而没有透镜形状例如凸面形状并具有平板形状的用于光学元件的窗材料，和包括所述用于光学元件的窗材料的用于光学元件封装的盖。本发明的另一目的是提供使用用于光学元件封装的盖密封光学元件的光学元件封装，和包括所述用于光学元件的窗材料的光学装置。
作为解决以上问题的大量研究的结果，本发明人发现了将光透过的主表面的微观形状成形为具有基于几何产品规格(GPS)的预定表面性质的粗糙表面，由此可通过窗材料有效收集具有光分布角的光，所述窗材料能够经受成型加工并可低成本制造，具有平板形状并由合成石英玻璃形成，并完成了本发明。
因此，本发明提供以下的用于光学元件的窗材料、用于光学元件封装的盖、光学元件封装和光学装置。
1.窗材料，用于容纳发射或接收光的光学元件的光学元件封装，或用于包括容纳发射或接收光的光学元件的光学元件封装的光学装置，
其中：
所述用于光学元件的窗材料
由合成石英玻璃形成，
具有平板形状，和
包括透过光的主表面，至少一个所述主表面是粗糙表面；且
在作为粗糙表面的所述主表面中，负载面积率(areal material ratio)为10％的轮廓表面(scale-limited surface)的谷部空隙体积(Vvv)和负载面积率为80％的轮廓表面的峰部材料体积(Vmp)的总值为1.7×104μm3或更大，所述负载面积率根据JIS B 0681-2:2018限定。
2.根据1所述的用于光学元件的窗材料，其中所述窗材料具有0.1至3mm的厚度。
3.根据1或2所述的用于光学元件的窗材料，其中作为粗糙表面的所述主表面具有0.1至0.5μm的表面粗糙度(Ra)。
4.用于光学元件封装的盖，包含：
根据1至3中任一项所述的用于光学元件的窗材料；和
在所述用于光学元件的窗材料的所述主表面之一的一部分上层叠的粘合剂层。
5.根据4所述的用于光学元件封装的盖，
其中构成所述粘合剂层的粘合剂是选自树脂系粘合剂和金属系粘合剂的至少一种。
6.根据4或5所述的用于光学元件封装的盖，其中所述粘合剂层处于半固化状态(B阶段)。
7.光学元件封装，包含：
光学元件；在其中安装所述光学元件的壳体部件；根据1至3中任一项所述的用于光学元件的窗材料；和粘合层，
其中：
在光通过的位置提供所述用于光学元件的窗材料；且所述光学元件容纳在所述壳体部件中以使所述壳体部件和所述用于光学元件的窗材料通过介于其间的粘合层彼此接合而密封。
8.根据7所述的光学元件封装，其中所述光学元件是发射具有220至600nm的波长的光的发光元件或接收所述光的收光元件。
9.根据7或8所述的光学元件封装，其中所述光学元件是发射具有150度或更小的光分布角的光的发光元件。
10.根据7-9中任一项所述的光学元件封装，其中：所述光学元件是发光元件；且所述发光元件和所述用于光学元件的窗材料之间的最短距离为0.5至10mm。
11.光学装置，包含：
在其中安装发光元件的光学元件封装；和根据1至3中任一项所述的用于光学元件的窗材料，其中
在光通过的位置提供所述用于光学元件的窗材料。
12.根据11所述的光学装置，其中所述光学元件是发射具有220至600nm的波长的光的光学元件或接收光的收光元件。
13.根据11或12所述的光学装置，其中所述光学元件是发射具有150度或更小的光分布角的光的发光元件。
14.根据11至13中任一项所述的光学装置，其中：所述光学元件是发光元件；且所述光学元件封装和所述用于光学元件的窗材料之间的最短距离为0.5至10mm。
发明有益效果
本发明的光学元件的窗材料由合成石英玻璃形成，所述合成石英玻璃能够经受成型加工，可低成本制造和具有平板形状。即使光学元件的窗材料具有平板形状，例如在表面安装型封装(SMD PKG)上密封的UV-LED例如UVC-LED的窗材料中，当通过窗材料时可有效地收集从光学元件发射的光，特别是具有光分布角的光，并且可实现等同于具有透镜形状例如常规的凸面形状的窗材料的光收集。此外，还可实现没有例如朗伯反射的照射不均匀的光分布。
在使用本发明的光学元件的窗材料的光学元件封装或光学装置中，可使体积小于使用具有透镜形状例如凸面形状的常规窗材料的光学元件封装或光学装置的体积，并因此可预期使用UV-LED等的光学元件封装或光学装置(光学元件模块)的小型化和成本减少，且设计光学装置(光学元件模块)的自由度也高。
附图简要描述
图1是说明本发明的光学元件封装的实例的横截面图；
图2是实施例1的光学元件封装的光分布的三维分布图；
图3是实施例2的光学元件封装的光分布的三维分布图；
图4是实施例3的光学元件封装的光分布的三维分布图；和
图5是比较例1的光学元件封装的光分布的三维分布图。
优选实施方案描述
下文中，详细地描述本发明。
本发明的用于光学元件的窗材料适用于容纳发射或接收光的光学元件的光学元件封装，并且是在光学元件封装内部和外部之间光进入和离开的部分提供的窗材料。在光学元件封装中，光学元件容纳在壳体部件中并采用用于光学元件的窗材料密封。本发明的光学元件的窗材料适用于包括容纳发射或接收光的光学元件的光学元件封装的光学装置，并且是在光学装置内部和外部之间光进入和离开的部分提供的窗材料。
本发明的用于光学元件的窗材料由合成石英玻璃形成。本发明的用于光学元件的窗材料具有平板形状。在本发明中，平板形状不是例如使凸表面收集光的凸透镜的形状。例如，光透过的用于光学元件的窗材料的两个主表面优选是基本上平坦的，并且特别地，光透过的光学元件的窗材料的两个主表面优选是基本上平行的。如果本发明的用于光学元件的窗材料具有平板形状，则可考虑壳体部件的尺寸、用于光学元件的窗材料的机械强度和当用于光学元件的窗材料用作光学元件封装或光学装置时用于光学元件的窗材料的机械强度等来适当选择光学元件的窗材料的尺寸和厚度。此外，可考虑光的波长相对于光学元件的衰减和窗材料的内部和外部之间即光学元件封装的内部和外部之间的压力差(例如光学元件封装的内部和外部之间的大气压差)来适当选择本发明的用于光学元件的窗材料的厚度。更具体地，窗材料的厚度优选0.1mm或更大、更优选0.2mm或更大且优选3mm或更小、更优选2mm或更小。
在本发明中，光透过的用于光学元件的窗材料的主表面中的至少一个是粗糙表面以便散射主表面上的光。这个粗糙表面是具有基于几何产品规格(GPS)的预定表面性质的粗糙表面。在本发明中，预定表面性质的特征在于负载面积率为10％的轮廓表面的谷部空隙体积(Vvv)和负载面积率为80％的轮廓表面的峰部材料体积(Vmp)的总值为1.7×104μm3或更大，所述负载面积率根据JIS B 0681-2:2018限定。当用于光学元件的窗材料具有这样的表面性质时，即使在平坦的表面中仍获得具有高的光收集特性的光分布特性。当Vvv和Vmp的总值小于1.7×104μm3时，光透过的用于光学元件的窗材料的主表面的不规则大。因此，主表面上散射的光的量小，且作为直线光通过窗材料的光的量大。不能充分收集具有光分布角的光，这使得难以从具有光分布角的光获得光收集类型辐射通量例如朗伯反射。可通过三维表面形状测量机等来测量用于光学元件的窗材料的表面性质。
在本发明中，用于光学元件的窗材料的作为粗糙表面的主表面优选具有0.1μm或更大且优选0.5μm或更小、更优选0.4μm或更小的表面粗糙度(Ra)。如果作为粗糙表面的主表面的表面粗糙度(Ra)在这样的范围内，则能够减小由于用于光学元件的窗材料的主表面上的反射损失的增加所致产生成为杂散光的光的缺陷，和由于在主表面上反射的光的降低和通过窗材料透射的平行光的比率的增加所致不能充分地收集光的可能性。
本发明的用于光学元件的窗材料由合成石英玻璃形成。并且可例如通过以下方法制造由合成石英玻璃制成的光学元件的窗材料。首先，合成石英玻璃锭经受机加工例如成型、退火、切片、斜切、或磨削以获得具有机加工表面作为粗糙表面的基板。在制造具有两个粗糙表面的光学元件的窗材料的情况下，该方法可通过清洁步骤进行到之后描述的化学蚀刻(表面处理)步骤。同时，在制造在一侧上具有粗糙表面的窗材料的情况下，将另一表面进一步研磨为镜面表面，并该方法通过清洁步骤进行到之后描述的化学蚀刻(表面处理)步骤。可通过一旦镜面抛光一个表面或两个表面则通过喷砂等使一个表面或两个表面再次粗糙化来获得粗糙表面。
接下来，使通过机加工获得的基板经受化学蚀刻(表面处理)。更具体地，将具有通过机加工获得的粗糙表面的基板的主表面化学蚀刻以调节粗糙表面的表面性质。可通过适当选择蚀刻溶液类型和蚀刻溶液中的浸渍时间来调节表面性质。作为蚀刻溶液，合适地使用氢氟酸或缓冲氢氟酸。作为蚀刻溶液，合适地使用具有优选1质量％或更大、更优选3质量％或更大、仍更优选5质量％或更大且优选20质量％或更小、更优选15质量％或更小的浓度的蚀刻溶液。当浓度低于以上范围时，蚀刻速率低，这可需要长时间来获得预定的表面性质，导致降低的生产率。同时，当浓度高于以上范围时，蚀刻速率高，这可使得进行精确控制从而获得预定的表面性质困难。
化学蚀刻可为将待处理的基板浸渍在蚀刻溶液中的方法，或将蚀刻溶液倾倒至待处理的基板的方法。处理可为一次处理多个片材的成批处理或逐一处理多个片材的单片处理。处理时间由于蚀刻溶液而适当设置在优选15分钟或更长、优选100或分钟或更短和更优选80分钟或更短的范围内。当处理时间短于以上范围时，使用高浓度的蚀刻溶液以便获得预定的表面性质，这可使得进行精确控制从而获得预定的表面性质困难。同时，当处理时间长于以上范围时，溶解的玻璃组分再附着，这可引起缺陷。这种缺陷可在将待处理的基板浸渍在蚀刻溶液中的方法中特别明显。生产率也可变差。在化学蚀刻之后，可冲洗(用水清洗)基板，并干燥以获得用于光学元件的窗材料。可使用例如LED模块测角光度计(由Instrument Systems,Inc.制造的LEDGON)来评价获得的用于光学元件的窗材料的光分布特性。
本发明的用于光学元件封装的盖包括：光学元件的窗材料；和在用于光学元件的窗材料的主表面之一的一部分例如窗材料的主表面的外围边缘部分作为与壳体材料接触的窗材料的部分上层叠的粘合剂层。用于光学元件封装的盖适用于密封光学元件封装，所述光学元件封装容纳需要具有气密性的光学元件例如UV-LED。如果使用用于光学元件封装的盖，可构造包括光学元件和其中容纳光学元件的壳体部件的光学元件封装，其中窗材料和壳体部件通过用于光学元件封装的盖的粘合剂结合，并且光学元件气密密封在壳体部件内部。
粘合剂层没有特别限制，但是优选由选自树脂系粘合剂和金属系粘合剂的至少一种粘合剂形成。树脂系粘合剂由含有树脂的糊剂组成，并且特别地，含有环氧树脂或硅树脂等的粘合剂可结合合成石英玻璃，因为具有三维结构的网络在结合之后(固化之后)形成的粘合剂层中形成，并可结合许多材料例如陶瓷和金属板。树脂系粘合剂的实例包括紫外固化型和硅树脂型粘合剂，和这些粘合剂的实例包括TB3114(由ThreeBond Co.,Ltd.制造)和KER-3000-M2(由Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造)。树脂系粘合剂可通过已知方法施加至用于光学元件的窗材料上以形成粘合剂层。
同时，金属系粘合剂的实例包括低温焊接材料例如Au-Sn和Zn-Sn，使用金属纳米颗粒例如纳米银颗粒的烧结材料和它们的融合体。作为使用低温焊接材料或金属纳米颗粒的烧结材料的粘合剂，可使用可商购得到的产品。在低温焊接材料和金属纳米颗粒的融合体的情况下，其实例包括通过混合至少一种选自已知为低温焊接材料的Sn-Bi焊料、Sn-Zn-Bi焊料和Sn-Zn焊料与具有100nm或更小的平均一次颗粒直径的纳米银颗粒作为主要组分，并向混合物进一步添加至少一种或多种选自锌、锆、碲、锑和铟的金属元素获得的粘合剂。可在用于光学元件的窗材料上结合之前(固化之前)通过例如分配器、丝网印刷或喷墨印刷的已知施加方法施加糊状的金属系粘合剂来形成粘合剂层。可根据需要将粘合剂层预加热至半固化状态(B阶段)。
本发明的光学元件封装包括光学元件作为发光元件或收光元件、在其中安装光学元件的壳体部件、用于光学元件的窗材料和粘合层。在本发明的光学元件封装中，在光通过的位置提供用于光学元件的窗材料。在光学元件封装中，将光学元件容纳在壳体部件中，并接合壳体部件和用于光学元件的窗材料并用介于其间的粘合层密封。在光学元件封装中，光学元件的窗材料和粘合层可为用于光学元件封装的盖的光学元件的窗材料和通过固化用于光学元件封装的盖的粘合剂层形成的粘合层。
在本发明的光学元件封装中，壳体部件是部分开放的。在容纳光学元件之后，接合壳体部件和用于光学元件的窗材料，并采用用于光学元件的窗材料与介于其间的粘合层密封壳体部件的开放部分。本发明的光学元件封装的具体实例包括光学元件封装10，其中用于光学元件的窗材料1和容纳光学元件4的壳体部件3用介于其间的粘合层2气密密封，如图1中显示。在图1中，附图标记5表示反射板。
壳体部件内部安装的光学元件可为发光元件或收光元件。由发光元件发射的光的波长和由收光元件接收的光的波长都优选为220nm或更大且优选600nm或更小。发光元件的实例包括使用氮化铝镓(AlGaN)的UV-LED(中心波长：260至300nm)、蓝光发射元件(波长：440至490nm)、绿光发射元件(波长：490至580nm)和黄光发射元件(波长：550至600nm)，并且特别地表面发射元件是合适的。
作为壳体部件，可使用作为容纳光学元件封装中的光学元件的部件的已知部件，并合适地使用具有凹下部分作为光学元件的壳体部分并由金属、无机材料例如陶瓷或有机材料例如橡胶、弹性体或树脂形成的部件。根据光学元件的用途、待容纳的光学元件的尺寸和窗材料的尺寸等来适当设置壳体部件的尺寸。特别地，在LED中，如果光学元件由于光学元件产生的热而处于高温状态，则明显降低光学元件的发光效率。因此，壳体部件适合由具有良好散热的氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷等形成，或通过用金属例如金或铜镀覆这些形成为散热部件。
从发光元件发射的光的照度随着照射距离提高而降低。光学元件，特别是发光元件和用于光学元件的窗材料之间的最短距离优选0.5mm或更大、更优选1mm或更大且优选10mm或更小、更优选8mm或更小，因为在光学装置(光学元件模块)的设计中需要小型化。
除了光学元件以外，可在光学元件封装内部(由壳体部件和窗材料围绕的部分)提供其它部件例如光学元件和光学元件封装外部之间的导电引线和用于改进光提取效率的反射器(反射板)。在光学元件封装中，除了光学元件和其它部件的部分可处于真空状态，用空气或气体例如不活泼气体(例如氮气)填充的状态或用固体例如透明橡胶、弹性体或树脂填充的状态。然而，从通过光学元件产生的热的散热角度，该部分优选为真空状态或填充有气体的状态。
本发明的光学装置包括其中安装光学元件作为发光元件或收光元件的光学元件封装和用于光学元件的窗材料。在本发明的光学装置中，在光通过的位置提供用于光学元件的窗材料。因此，可控制光学装置的光分布。光学装置的实例包括以下：包括一个或多个光学元件封装例如表面安装型封装的光学装置，和包括两个或更多个排列的光学元件封装的光学装置(常称作光学元件模块的光学装置)。光学装置可为发光装置或收光装置，并且发光装置例如光照射装置是特别合适的。作为发光装置，紫外LED(UV-LED)例如深紫外LED的表面安装型封装(SMD PKG)是合适的。
即使在使用反射器等的SMD PKG中存在一个发光光源，发射的光也不是点发射光而是伪表面发射光，并且是具有光分布角度的光。例如，当UV-LED中常使用的发光元件通过倒装芯片法芯片结合时，除了光具有光分布角度的事实之外经常发生照度不均匀。当需要光的均匀照射时，例如光树脂固化，难以设计光学装置从而设置具有这样光分布特性的光学元件封装以均匀照射大面积。具有低输出的光学元件封装使得有必要缩短距待照射物体的距离。
作为在本发明的光学装置中，通过在光在光学元件封装中通过的位置提供具有主表面作为粗糙表面从而具有预定的表面性质的本发明的用于光学元件的窗材料，可消除照度不均匀从而即使小输出也高效地发射光。在本发明的光学装置中，可以结合或可以不结合用于光学元件的窗材料。当固定用于光学元件的窗材料时，也可使用凸缘等可分离地固定用于光学元件的窗材料。在本发明的光学装置中的光学元件封装中使用的用于光学元件的窗材料可为具有主表面作为粗糙表面从而具有预定表面性质的本发明的用于光学元件的窗材料，或可为其它窗材料。
因为需要光学装置(光学元件模块)的设计小型化，所以光学元件封装，特别是其中光学元件是发光元件的光学元件封装和用于光学元件的窗材料之间的最短距离优选0.5mm或更大、更优选1mm或更大且优选10mm或更小、更优选8mm或更小。
本发明的用于光学元件的窗材料、用于光学元件封装的盖、光学元件封装和光学装置对于光学元件例如发射或接收具有400nm或更小波长的紫外光，特别是具有280nm或更小波长的深紫外光的发光元件或收光元件全部特别有效。本发明的用于光学元件的窗材料、用于光学元件封装的盖、光学元件封装和光学装置对于发射具有150度或更小的光分布角的光的发光元件全部特别有效。
实施例
下文中，以下使用实施例和比较例具体地描述本发明，但是本发明不限于以下实施例。
实施例1
用进行行星运动的双侧研磨机研磨经切片的合成石英玻璃基板，以获得具有0.5mm厚度且包括两个主表面作为粗糙表面的合成石英玻璃晶片基板。接下来，将获得的合成石英玻璃基板浸没在8质量％缓冲氢氟酸中60分钟，用水冲洗并干燥以获得具有平板形状的用于光学元件的窗材料。
评价所获得的用于光学元件的窗材料的作为粗糙表面的主表面的表面品质。使用白光干涉仪(由Zygo Corporation制造的Nexview)测量负载面积率为10％的轮廓表面的谷部空隙体积(Vvv)和负载面积率为80％的轮廓表面的峰部材料体积(Vmp)。根据JIS B0681-2:2018限定负载面积率。结果是，对于两个主表面(粗糙表面)而言体积的总值(Vvv+Vmp)为1.91×104μm3。测量所获得的用于光学元件的窗材料的作为粗糙表面的主表面的表面粗糙度(Ra)，并且两个主表面都为0.41μm。
接下来，通过丝网印刷将金属系粘合剂施涂至主表面的外围边缘部分作为与待接合至所获得的用于光学元件的窗材料的壳体部件的部分，使得线宽度为0.25mm，从而形成粘合剂层，由此获得用于光学元件封装的盖。作为金属系粘合剂，使用含有具有平均一次颗粒尺寸为50nm的具有银芯的纳米银颗粒(作为主要组分)、铋、锡和铟的金属系粘合剂。
接下来，使用氮化铝作为基础材料的3.5mm方形表面安装型封装(SMD PKG)载体(壳体部件)的上部分用以上获得的用于光学元件封装的盖密封，以获得表面安装型封装(SMD PKG)。在表面安装型封装载体中，安装具有265nm的波长和120度的初始光分布角的50mW等级UVC-LED元件(光学元件)。作为SMD PKG载体，使用通过将待与合成石英玻璃盖结合的部分(与粘合剂层接触的表面)镀金获得的一个。打开所获得的SMD PKG(光学元件封装)中的LED，并使用LED模块测角光度计(由Instrument Systems,Inc.制造的LEDGON)来测量光分布角。结果是，光分布角为70度。在图2中显示光分布特性(光分布的三维分布图)。在这种情况下，光分布接近朗伯反射而没有来自作为LED的原始光分布的蝙蝠式光分布的照射不均匀，并且改变了光分布特性。
实施例2
以与实施例1中相同的方式获得合成石英玻璃晶片基板。接下来，将获得的合成石英玻璃基板浸没在10质量％缓冲氢氟酸中15分钟，用水冲洗并干燥以获得具有平板形状的用于光学元件的窗材料。
以与实施例1中相同方式评价所获得的用于光学元件的窗材料的作为粗糙表面的主表面的表面品质。结果是，对于两个主表面(粗糙表面)而言体积的总值(Vvv+Vmp)为7.02×104μm3。测量所获得的用于光学元件的窗材料的作为粗糙表面的主表面的表面粗糙度(Ra)，并且两个主表面都为1.02μm。
接下来，如实施例1中相同的表面安装型封装(SMD PKG)载体(壳体部件)的上部分用通过与实施例1中相同的方法获得的用于光学元件封装的盖密封，以获得表面安装型封装(SMD PKG)。在表面安装型封装载体中，安装具有280nm的波长和130度的初始光分布角的50mW等级UVC-LED元件(光学元件)。当打开所获得的SMD PKG(光学元件封装)中的LED并以与实施例1中相同的方式测量光分布角时，光分布角为48度。在图3中显示光分布特性(光分布的三维分布图)。在这种情况下，光分布比实施例1中的情况更接近朗伯反射而没有来自LED的原始蝙蝠式光分布的照射不均匀，并且改变光分布特性。
实施例3
用进行行星运动的双侧研磨机研磨并进一步用进行行星运动的单侧磨光机镜面化加工经切片的合成石英玻璃基板，以获得具有0.8mm厚度且包括一个主表面作为粗糙表面和另一主表面作为镜面表面的合成石英玻璃晶片基板。接下来，将获得的合成石英玻璃基板浸没在5质量％缓冲氢氟酸中30分钟，用水冲洗并干燥以获得具有平板形状的用于光学元件的窗材料。
以与实施例1中相同方式评价所获得的用于光学元件的窗材料的作为粗糙表面的主表面的表面品质。结果是，主表面(粗糙表面)的体积的总值(Vvv+Vmp)为2.05×104μm3。测量所获得的用于光学元件的窗材料的作为粗糙表面的主表面的表面粗糙度(Ra)，并且主表面(粗糙表面)为0.39μm。
接下来，与实施例1的相同的表面安装型封装(SMD PKG)载体(壳体部件)的上部分用以与实施例1中相同的方式获得的用于光学元件封装的盖密封，以获得表面安装型封装(SMD PKG)。在表面安装型封装载体中，安装与实施例1相同的UVC-LED元件(光学元件)。当打开所获得的SMD PKG(光学元件封装)中的LED并以与实施例1中相同的方式测量光分布角时，光分布角为60度。在图4中显示光分布特性(光分布的三维分布图)。在这种情况下，光分布接近朗伯反射而没有来自作为LED的原始光分布的蝙蝠式光分布的照射不均匀，并且改变了光分布特性。
比较例1
以与实施例1中相同的方式获得合成石英玻璃晶片基板。接下来，将获得的合成石英玻璃基板浸没在10质量％缓冲氢氟酸中180分钟，用水冲洗并干燥以获得具有平板形状的用于光学元件的窗材料。
以与实施例1中相同的方式评价所获得的用于光学元件的窗材料的作为粗糙表面的主表面的表面品质。结果是，对于两个主表面(粗糙表面)而言体积的总值(Vvv+Vmp)为1.38×104μm3。测量所获得的用于光学元件的窗材料的作为粗糙表面的主表面的表面粗糙度(Ra)，并且两个主表面都为0.36μm。
接下来，与实施例1的相同的表面安装型封装(SMD PKG)载体(壳体部件)的上部分用以与实施例1中相同的方式获得的用于光学元件封装的盖密封，以获得表面安装型封装(SMD PKG)。在表面安装型封装载体中，安装与实施例1相同的UVC-LED元件(光学元件)。当打开所获得的SMD PKG(光学元件封装)中的LED并以与实施例1中相同的方式测量光分布角时，光分布角保持为120度。在图5中显示光分布特性(光分布的三维分布图)。在这种情况下，光分布保持接近倒装芯片型UVC-LED SMD PKG特有的蝙蝠式光分布，并在光分布特性中没有观察到改变。
实施例4
在距深紫外LED模块上SMD PKG的窗材料4mm的位置安装以与实施例2中相同的方式获得的用于光学元件的窗材料从而构成光学装置(发光装置)。在深紫外LED模块中，以3×3行排列容纳具有285nm波长和130度的初始光分布角的30mW等级UVC-LED元件的3.5mm方形表面安装型封装(SMD PKG)(由Nikkiso Co.,Ltd.制造的VPS-171)。
当打开所获得的光学装置中的LED并以与实施例1中相同的方式测量光分布角时，光分布角为48度。

Claims (14)

1.窗材料，用于容纳发射或接收光的光学元件的光学元件封装，或用于包括容纳发射或接收光的光学元件的光学元件封装的光学装置，
其中：
所述用于光学元件的窗材料
由合成石英玻璃形成，
具有平板形状，和
包括透过光的主表面，至少一个所述主表面是粗糙表面；且
在作为粗糙表面的所述主表面中，负载面积率为10％的轮廓表面的谷部空隙体积(Vvv)和负载面积率为80％的轮廓表面的峰部材料体积(Vmp)的总值为1.7×104μm3或更大，所述负载面积率根据JIS B0681-2:2018限定。
2.根据权利要求1所述的用于光学元件的窗材料，其中所述窗材料具有0.1至3mm的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的用于光学元件的窗材料，其中作为粗糙表面的所述主表面具有0.1至0.5μm的表面粗糙度(Ra)。
4.用于光学元件封装的盖，包含：
根据权利要求1至3中任一项所述的用于光学元件的窗材料；和
在所述用于光学元件的窗材料的所述主表面之一的一部分上层叠的粘合剂层。
5.根据权利要求4所述的用于光学元件封装的盖，
其中构成所述粘合剂层的粘合剂是选自树脂系粘合剂和金属系粘合剂的至少一种。
6.根据权利要求4或5所述的用于光学元件封装的盖，其中所述粘合剂层处于半固化状态(B阶段)。
7.光学元件封装，包含：
光学元件；
在其中安装所述光学元件的壳体部件；
根据权利要求1至3中任一项所述的用于光学元件的窗材料；和
粘合层，
其中：
在光通过的位置提供所述用于光学元件的窗材料；和
所述光学元件容纳在所述壳体部件中以使所述壳体部件和所述用于光学元件的窗材料通过介于其间的粘合层彼此接合而密封。
8.根据权利要求7所述的光学元件封装，其中所述光学元件是发射具有220至600nm的波长的光的发光元件或接收所述光的收光元件。
9.根据权利要求7或8所述的光学元件封装，
其中所述光学元件是发射具有150度或更小的光分布角的光的发光元件。
10.根据权利要求7或8所述的光学元件封装，
其中：
所述光学元件是发光元件；且
所述发光元件和所述用于光学元件的窗材料之间的最短距离为0.5至10mm。
11.光学装置，包含：在其中安装发光元件的光学元件封装；和
根据权利要求1至3中任一项所述的用于光学元件的窗材料，
其中在光通过的位置提供所述用于光学元件的窗材料。
12.根据权利要求11所述的光学装置，其中所述光学元件是发射具有220至600nm的波长的光的光学元件或接收所述光的收光元件。
13.根据权利要求11或12所述的光学装置，
其中所述光学元件是发射具有150度或更小的光分布角的光的发光元件。
14.根据权利要求11或12所述的光学装置，
其中：
所述光学元件是发光元件；且
所述光学元件封装和所述用于光学元件的窗材料之间的最短距离为0.5至10mm。
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