JP6623968B2 - 光学素子パッケージ用窓材、光学素子パッケージ、それらの製造方法、及び光学素子用パッケージ - Google Patents

光学素子パッケージ用窓材、光学素子パッケージ、それらの製造方法、及び光学素子用パッケージ Download PDF

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Description

本発明は、光学素子用パッケージ、例えば、ＵＶ−ＬＥＤ、短波長の出力の強いレーザー光源など、特に、紫外線領域の光を発光する光学素子に用いられる光学素子パッケージ用窓材、該窓材を備える光学素子用パッケージ、該光学素子用パッケージの収容部材内部に光学素子を備える光学素子パッケージ、並びに光学素子パッケージ用窓材及び光学素子パッケージの製造方法に関する。
ＬＥＤをパッケージングする際には、光学素子が発光する光に対して、高い透過性を有する素材を窓材として用いることが必要である。従来、ＬＥＤ用窓材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性アクリル樹脂、不飽和ポリエステルなどの透光性樹脂が用いられている（特許文献１：特開２００１−１９６６４４号公報）。
近年、水銀ランプの規制に伴い、その代替として、短い波長、特に紫外線領域の光を発光するＵＶ−ＬＥＤが注目されている。ＬＥＤは、任意の波長を取り出すことができることから、用途に応じた波長のＬＥＤが開発されている。例えば、殺菌に有効な波長であるＵＶ領域の２６５ｎｍの波長の光を発光するＵＶ−ＬＥＤが、殺菌用途として開発されている。しかし、２６５ｎｍの光学素子が安定的に供給されたとしても、光学素子をパッケージングなしで使用することは難しく、ＵＶ−ＬＥＤからの光の取り出し効率を可能な限り高めて、パッケージングすることが求められている。
そのため、ＵＶ−ＬＥＤの場合、パッケージ用の窓材として、一般に、ホウ珪酸ガラス又は石英ガラスが用いられている（特許文献２：特開２００６−２６９６７８号公報）。しかし、窓材として透光性樹脂やホウ珪酸ガラスを用いる場合には、加工はしやすいが、紫外線透過性が低いという欠点がある。一方、窓材として石英ガラスを用いる場合には、紫外線透過性は優れるものの、石英ガラスの高い軟化点により、加工性が悪いという欠点がある。また、いずれの材料においても、光の取り出し効率を高めるためには、表面の鏡面加工が有効であるが、鏡面加工により、光の指向性が高い光学素子からの光を、窓材により散乱させることができないため、光を散乱させるためには、別途、光を散乱させるための拡散板フィルターなどの部材が必要であった。
特開２００１−１９６６４４号公報 特開２００６−２６９６７８号公報
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光学素子パッケージ用窓材として、高透過率であり、窓材を透過する光の透過効率、特に、発光素子からの光の取り出し効率を低下させることなく、発光素子からの光を散乱させて広角に配光することができる光学素子パッケージ用窓材、該窓材を備える光学素子用パッケージ、該光学素子用パッケージの収容部材内部に光学素子を備える光学素子パッケージ、並びに光学素子パッケージ用窓材及び光学素子パッケージの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、光学素子が内部に収容される収容部材の光学素子の発光方向前方に設けられる窓材として、表面及び裏面から選ばれる少なくとも一方の面が粗面、特に、表面粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．５μｍの粗面である合成石英ガラスの窓材を用いることにより、窓材を鏡面化せずとも、合成石英ガラスの高透過性を生かして、高透過率であり、窓材を透過する光の透過効率、特に、発光素子からの光の取り出し効率を低下させることなく、発光素子からの光を散乱させて広角に配光することができることを見出した。更に、このような光学素子パッケージ用窓材を、平形状の窓材の場合は、平板の合成石英ガラスの表面及び裏面から選ばれる少なくとも一方の面をラップ加工又はサンドブラスト加工し、更に、ラップ加工又はサンドブラスト加工された面をエッチングして粗面を形成すること、また、凸形状の窓材の場合は、平板の合成石英ガラスの一方の面に凸形状の立体マスクを貼り付け、立体マスクを貼り付けた合成石英ガラスの一方の面側を、立体マスクと共にサンドブラスト加工することにより、合成石英ガラスに立体マスクの凸形状を転写し、更に、サンドブラスト加工された面をエッチングして粗面を形成することにより製造できることを見出し、本発明をなすに至った。
従って、本発明は、以下の光学素子パッケージ用窓材、光学素子用パッケージ、光学素子パッケージ、並びに光学素子パッケージ用窓材及び光学素子パッケージの製造方法を提供する。
［１］ 光学素子が内部に収容される収容部材の上記光学素子の発光方向前方に設けられる部分球形状又は部分楕円球形状の凸形状の窓材であって、凸形状の面の曲率半径が０．５〜３０ｍｍであり、表面及び裏面から選ばれる少なくとも一方の面が、径が２〜２０μｍの凹レンズ様の凹部の集合体が形成された粗面である合成石英ガラスであることを特徴とする光学素子パッケージ用窓材。
［２］ 上記粗面の表面粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．５μｍである［１］記載の光学素子パッケージ用窓材。
［３］ 上記粗面の表面粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．３μｍである［２］記載の光学素子パッケージ用窓材。
［４］ 最も薄い部分の厚みが０．１〜５ｍｍであり、最も厚い部分の厚みが０．４〜９．９ｍｍである［１］〜［３］のいずれかに記載の光学素子パッケージ用窓材。
［５］ 光学素子が内部に収容される収容部材と、［１］〜［４］のいずれかに記載の凸形状の窓材とを備えることを特徴とする光学素子用パッケージ。
［６］ ［５］記載の凸形状の窓材を備える光学素子用パッケージの収容部材内部に、光学素子を備えることを特徴とする光学素子パッケージ。
［７］ 上記光学素子が発光素子である［６］記載の光学素子パッケージ。
［８］ 上記光学素子が、波長３００ｎｍ以下の光を発光可能な素子である［７］記載の光学素子パッケージ。
［９］ ［１］〜［４］のいずれかに記載の凸形状の窓材を製造する方法であって、
平板の合成石英ガラスの一方の面にセラミックス材料又はガラス材料で形成された凸形状の立体マスクを貼り付ける工程、
上記立体マスクを貼り付けた合成石英ガラスの上記一方の面側を、上記立体マスクと共にサンドブラスト加工することにより、上記合成石英ガラスに上記立体マスクの凸形状を転写する工程、及び
上記サンドブラスト加工された面をエッチングして上記粗面を形成する工程
を含むことを特徴とする光学素子パッケージ用窓材の製造方法。
［１０］ ［６］記載の凸形状の窓材を備える光学素子パッケージを製造する方法であって、
平板の合成石英ガラスの一方の面にセラミックス材料又はガラス材料で形成された凸形状の立体マスクを貼り付ける工程、
上記立体マスクを貼り付けた合成石英ガラスの上記一方の面側を、上記立体マスクと共にサンドブラスト加工することにより、上記合成石英ガラスに上記立体マスクの凸形状を転写する工程、
上記サンドブラスト加工された面をエッチングして上記粗面を形成する工程、
上記収容部材の内部に光学素子を実装する工程、及び
上記収容部材と窓材とを一体化する工程
を含むことを特徴とする光学素子パッケージの製造方法。
［１１］ 上記光学素子が発光素子である［１０］記載の光学素子パッケージの製造方法。
［１２］ 上記光学素子が、波長３００ｎｍ以下の光を発光可能な素子である［１１］記載の光学素子パッケージの製造方法。
本発明によれば、窓材を透過する光、特に、発光素子から窓材を透過して出射する光を、表面及び裏面の両面が鏡面加工された窓材と同程度の放射束量を維持しつつ、出光面から広角に放射させることができる光学素子パッケージ用窓材、並びにこのような窓材を備える光学素子用パッケージ及び光学素子パッケージを提供することができる。
本発明の平形状の光学素子パッケージ用窓材、窓材を備える光学素子用パッケージ及び光学素子パッケージの一例を示す図であり、（Ａ）は光学素子パッケージ用窓材の斜視図、（Ｂ）は光学素子が収容されていない状態の光学素子用パッケージの断面図、（Ｃ）は光学素子が収容されている状態の光学素子パッケージの断面図である。 本発明の凸形状の光学素子パッケージ用窓材、窓材を備える光学素子用パッケージ及び光学素子パッケージの一例を示す図であり、（Ａ）は光学素子パッケージ用窓材の斜視図、（Ｂ）は光学素子用パッケージの断面図、（Ｃ）は光学素子パッケージの断面図である。 本発明の光学素子パッケージ用窓材の製造に好適なサンドブラスト加工の方法を説明するための概略斜視図である。 合成石英ガラスに凸形状を転写する方法の一例を説明するための概略断面図であり、（Ａ）は原料基板に立体マスクを貼り付けてサンドブラスト加工をする状態、（Ｂ）は原料基板に凸形状が転写された状態を示す。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の光学素子用パッケージは、光学素子を収容して光学素子を保護すると共に、その取り扱いを容易にするために用いられ、光学素子が内部に収容される収容部材と、収容部材の上記光学素子の発光方向前方に設けられる合成石英ガラスの窓材（光学素子パッケージ用窓材）とを備える。
本発明において、窓材は、表面及び裏面から選ばれる少なくとも一方の面（即ち、表面のみ、裏面のみ、又は両面）が粗面である。ここで、表面及び裏面の２面は、例えば、光学素子から発光又は光学素子が受光する光が窓材を透過するときに光が交差する２面とすることができる。本発明の窓材は、表面及び裏面から選ばれる少なくとも一方の面が粗面であるにもかかわらず、表裏両面が鏡面である窓材と同等の放射束量を有すると共に、光を散乱させることができるため、広角に光を射出させることができる。ここで、粗面は、表面粗さ（算術平均粗さ（Ｒａ））が、０．１μｍ以上、特に０．２μｍ以上で、０．５μｍ以下、特に０．４μｍ以下の面とすることが好ましい。また、窓材の表面及び裏面から選ばれる一方の面のみが粗面である場合、他方の面は鏡面とすることが好ましい。ここで、鏡面とは、表面粗さ（算術平均粗さ（Ｒａ））が０．０５μｍ以下、特に０．０３μｍ以下の面とすることが好ましい。
窓材の形状としては、例えば、図１（Ａ）に示されるような平形状の窓材１１、図２（Ａ）に示されるような凸形状の窓材１２などが挙げられる。平形状の窓材は、板状、直方体形状、立方体形状の窓材が含まれる。また、凸形状の窓材には、その一部又は全部に、半球形状などの部分球形状、半楕円球形状などの部分楕円球形状、円錐形状、円錐台形状、角錐形状、角錐台形状などの凸形状を有しているものが含まれ、例えば、表面及び裏面の一方が凸形状であればよく、他方の面は、凸形状でも、平形状でも、凹形状でもよい。半球形状などの部分球形状、半楕円球形状などの部分楕円球形状の場合、凸形状の面の曲率半径が０．５〜３０ｍｍであることが好ましい。
窓材及び光学素子用パッケージとして、具体的には、例えば、図１（Ｂ）に示されるような、光学素子が内部に収容される収容部材２と、平形状の窓材１１とを備える光学素子用パッケージ１０１、図２（Ｂ）に示されるような、光学素子が内部に収容される収容部材２と、凸形状の窓材１２とを備える光学素子用パッケージ１０２などが挙げられる。
また、本発明の光学素子パッケージは光学素子用パッケージの収容部材内部に、光学素子を備える。この光学素子パッケージは、発光素子を備える発光素子パッケージ、受光素子を備える受光素子パッケージのいずれでもよいが、発光素子パッケージが好ましい。
発光素子パッケージとして具体的には、例えば、図１（Ｂ）に示される光学素子用パッケージ１０１を用いた場合は、図１（Ｃ）に示されるような、光学素子が内部に収容される収容部材２と、平形状の窓材１１とを備える光学素子用パッケージの収容部材２内部の面（この場合は底面）上に、光学素子３が、放熱材２１を介して載置されて収容されている光学素子パッケージ２０１、図２（Ｂ）に示される光学素子用パッケージ１０２を用いた場合は、図２（Ｃ）に示されるような、光学素子が内部に収容される収容部材２と、凸形状の窓材１２とを備える光学素子用パッケージの収容部材２内部の面（この場合は底面）上に、光学素子３が、放熱材２１を介して載置されて収容されている光学素子パッケージ２０２などが挙げられる。
収容部材と窓材とで囲まれた範囲には、光学素子の他に、光学素子と光学素子用パッケージの外部との電気的な導通のためのリードなどの他の部材を設けることができ、これら光学素子及び他の部材以外の部分は、真空状態、空気などの気体が充填された状態、透明なゴム、エラストマー、樹脂などの固体の封止材で封止された状態のいずれでもよいが、光学素子が発する熱の放熱性などの観点からは、固体の封止材で封止されていない状態、例えば、真空状態、又は空気などの気体が充填された状態であることが好適である。
窓材は、収容部材内部を密閉できるものが好ましく、そのサイズは、光学素子の用途、収容される光学素子、収容部材のサイズなどにより適宜選択されるが、密閉性確保の観点から、収容部材の光学素子収容部の開口部のサイズと同等又は若干大きいものが用いられ、水平形状が四角の場合は対角の長さが、水平形状が円形又は楕円形の場合は各々直径又は最大径が、１ｍｍ以上、特に２ｍｍ以上で、３ｃｍ以下、特に２ｃｍ以下のものが好ましい。
窓材の厚みは、窓材の外側、即ち、光学素子用パッケージの外側との圧力（気圧又は水圧）差により、適宜選択することができる。平形状の窓材の場合は、強度の観点から、０．１ｍｍ以上、特に０．２ｍｍ以上で、５ｍｍ以下、特に４ｍｍ以下であることが好ましい。また、凸形状の窓材の場合は、強度の観点から、最も薄い部分の厚みが、０．１ｍｍ以上、特に０．２ｍｍ以上で、５ｍｍ以下、特に４ｍｍ以下であることが好ましい。一方。凸形状の窓材の最も厚い部分の厚みは、０．４ｍｍ以上９．９ｍｍ以下であることが好ましい。
収容部材は、光学素子用パッケージにおいて、光学素子を収容する部材として公知のものを用いることができ、金属、セラミックスなどの無機材料、又はゴム、エラストマー、樹脂などの有機材料で形成された、光学素子の収容部としての凹陥部を有するものが用いられ、そのサイズは、光学素子の用途、収容される光学素子、窓材のサイズなどにより適宜選択される。また、特にＬＥＤにおいて顕著であるが、光学素子が発する熱により、光学素子が高温状態になると、光学素子の発光効率が低下するため、収容部材は、放熱性の良いアルミナ系セラミックス、窒化アルミナ系セラミックスなどで形成されたもの、それらに金や銅などの金属メッキなどを放熱材として形成したものなどが好適である。
収容部材内部に配置される光学素子は、発光素子であっても、受光素子であってもよいが、発光素子であることが好ましい。本発明の窓材、窓材を備える光学素子用パッケージ及び光学素子パッケージは、特に、波長３００ｎｍ以下の光を発光可能な発光素子において好適であり、発光素子として具体的には、ＵＶ−ＬＥＤ（例えば、ピーク波長が２５０〜２８０ｎｍであり、かつ波長３００ｎｍ以下の光を含むもの）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＹＡＧ ＦＨＧ（第４高周波）レーザー（波長２６６ｎｍ）などが挙げられる。
本発明の窓材は、例えば以下の方法により製造することができる。原料基板としては、平板の基板、例えば、対角長１００〜３００ｍｍの矩形又は直径１００〜３００ｍｍの円形、厚み０．５〜１０ｍｍの平板の基板が好適に用いられる。
窓材が平形状の場合は、まず、原料基板の表面及び裏面から選ばれる一方又は双方の面をラップ加工又はサンドブラスト加工する。ラップ加工の場合は、粒度が、好ましくは＃８００〜＃１５００（平均粒径２０〜１２μｍ）、より好ましくは＃１０００〜＃１２００（平均粒径１８〜１５μｍ）の砥粒（研磨材）を用いて、片面研磨装置又は両面研磨装置により片面又は両面研磨して、表面粗さが所定の範囲の粗研磨面、例えば、算術平均粗さ（Ｒａ）が、０．０８μｍ以上、特に０．１１μｍ以上で、０．３μｍ以下、特に０．２７μｍ以下の粗研磨面を形成することができる。ラップ加工において使用する砥粒としては、特に制限はないが、アルミナを主成分とする砥粒が好適である。ラップ加工の場合、片面のみを研磨してその粗研磨面を窓材の粗面を形成する面とする、片面ずつ両面を研磨して、それらの粗研磨面の一方又は双方を窓材の粗面を形成する面とする、又は両面を同時に研磨して、それらの粗研磨面の一方又は双方を窓材の粗面を形成する面とすることができる。
一方、サンドブラスト加工の場合は、粒度が、好ましくは＃６００〜＃３０００（平均粒径３０〜６μｍ）の砥粒を用いて、例えば、図３に示されるように、原料基板４の被研磨面上を、サンドブラストノズル５が水平方向（Ｘ、Ｙ方向）に移動する装置により、片面を研磨して、粗研磨面を形成することができる。サンドブラスト加工において使用する砥粒としては、特に制限はないが、酸化セリウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、炭化珪素などの砥粒が好適である。サンドブラスト加工では、例えば、サンドブラストノズルから、砥粒を、エアー気流と共に被研磨面に噴射して、表面粗さが所定の範囲の粗研磨面、例えば、算術平均粗さ（Ｒａ）が、０．１μｍ以上、特に０．１２μｍ以上で、０．３μｍ以下、特に０．２８μｍ以下の粗研磨面を形成することができる。この場合、得られる粗研磨面が所定の表面粗さとなるように、サンドブラストノズルの移動方向及び速度、エアー圧力などを、例えばコンピュータ制御により調節すればよい。サンドブラスト加工の場合、片面のみを研磨してその粗研磨面を窓材の粗面を形成する面とする、又は片面ずつ両面を研磨して、それらの粗研磨面の一方又は双方を窓材の粗面を形成する面とすることができる。
窓材が凸形状の場合は、まず、原料基板の表面及び裏面から選ばれる一方の面をサンドブラスト加工する。この際、平板の合成石英ガラスの一方の面に凸形状の立体マスクを貼り付け、立体マスクを貼り付けた合成石英ガラスの一方の面側を、立体マスクと共にサンドブラスト加工することにより、合成石英ガラスに立体マスクの凸形状を転写すると共に、片面を研磨して、粗研磨面を形成することができる。合成石英ガラスに凸形状を転写する方法として具体的には、例えば、図４（Ａ）に示されるように、原料基板４の一方の面に、シリカ系接着剤、セラミックス接着剤、セメントなどの脆性破壊しやすい、換言すれば、弾性が低い接着剤により立体マスク６を貼り付け、サンドブラストノズル５から、砥粒を、エアー気流と共に被研磨面に噴射して、サンドブラスト加工する方法が挙げられる。立体マスクを用いることにより、立体マスクのない部分の原料基板は直ちに研磨が開始される。一方、立体マスクは、サンドブラスト加工によって徐々に削られていき、立体マスクの薄い部分から順に消失し、立体マスクが消失した部分から順に、原料基板への研磨が開始される。このように、立体マスクの厚みの差により、原料基板の加工開始時に差を生じさせることにより、図４（Ｂ）に示されるように、原料基板４に凸形状を転写することができる。立体マスクの素材は、サンドブラスト加工により研磨して除去することができる材質のものであれば特に制限されないが、セラミックス、ガラスなどの脆性素材が好ましい。
このサンドブラスト加工は、粒度が、好ましくは＃６００〜＃３０００（平均粒径３０〜６μｍ）の砥粒を用いて、例えば、平形状の窓材のサンドブラスト加工と同様に、原料基板の被研磨面上を、サンドブラストノズルがＸ、Ｙ方向に移動する装置により、合成石英ガラスに立体マスクの凸形状を転写すると共に、片面を研磨して、粗研磨面を形成することができる。サンドブラスト加工において使用する砥粒としては、特に制限はないが、酸化セリウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、炭化珪素などの砥粒が好適である。サンドブラスト加工では、例えば、サンドブラストノズルから、砥粒を、エアー気流と共に被研磨面に噴射して、表面粗さが所定の範囲の粗研磨面、例えば、算術平均粗さ（Ｒａ）が、０．１μｍ以上、特に０．１２μｍ以上で、０．３μｍ以下、特に０．２８μｍ以下の粗研磨面を形成することができる。この場合、得られる粗研磨面が所定の表面粗さとなるように、サンドブラストノズルの移動方向及び速度、エアー圧力などを、例えばコンピュータ制御により調節すればよい。一方、他方の面は、その形状に応じて、一方の面に凸形状を形成する前又は後、好ましくは一方の面に凸形状を形成する前に、ラップ加工又はサンドブラスト加工することができ、他方の面が平面の場合は、上述した平形状の窓材のラップ加工及びサンドブラスト加工と同様の方法で加工して、被研磨面を形成することができる。
原料基板は、ラップ加工又はサンドブラスト加工の前又は後に、或いは後述するエッチングの後に、例えば、図４（Ｂ）に示される場合のような一枚の原料基板から複数の窓材を多数個取りする場合や、所定のサイズに合わせて余分な部分を切り落とす場合など、必要に応じて、図１（Ａ）や図２（Ａ）に示されるような所定の形状に、ウォータージェットを用いた加工、炭酸レーザー、ＹＡＧレーザーなどのレーザー光を用いた加工により、所定の形状及びサイズに切断することができる。例えば、原料基板にレーザー光を照射しながら矩形状又は円形状に走査して、照射した部分を加工除去すれば、水平形状を矩形状又は円形状に形成することができる。
平形状の窓材及び凸形状の窓材のいずれの場合も、一方の面ではサンドブラスト加工により被研磨面を形成し、他方の面ではラップ加工により被研磨面を形成する方法を用いてもよい。また、平形状の窓材及び凸形状の窓材のいずれの場合も、窓材における粗面としない面は鏡面とすること、例えば、ラップ加工及びサンドブラスト加工した後に鏡面とすることが好ましく、鏡面は、後述するエッチング加工の前又は後、好ましくはエッチング加工の後に、公知の方法で鏡面加工することにより形成することができる。
次に、ラップ加工又はサンドブラスト加工された面、即ち、形成された粗研磨面をエッチングすることにより、窓材における粗面を形成する。ラップ加工又はサンドブラスト加工後の表面は、機械加工されたままの極めて粗い状態となっており、このままでは、透光性が悪く、鏡面と同等の透光性を得ることができないが、形成された粗研磨面を、更にエッチングすることにより、粗研磨面から、例えば、径が数μｍ（例えば２〜２０μｍ）の微細な凹レンズのような凹部の集合体が形成された粗面を得ることができる。これにより、光の散乱が可能である上、出光面からの光のエネルギー量、即ち放射束量が、両面が鏡面の窓材と同程度の窓材を得ることができる。平形状の窓材の場合は、表面のみ、裏面のみ、又は表面と裏面との両面を粗面とすることができるが、凸形状の窓材の場合は、凸形状とした一方の面のみ、又は凸形状とした一方の面と、他方の面との両面を粗面とすることが好ましい。
エッチングは、合成石英ガラスをエッチングできるエッチング液を用い、エッチング液を、粗研磨面に接触させること、例えば、原料基板の粗研磨面をエッチング液に浸漬するなどの方法により実施すればよい。エッチング液としては、特に制限されないが、フッ化水素酸水溶液が好ましい。具体的には、５〜２５質量％のフッ化水素酸水溶液、フッ化アンモニウム５〜４０質量％と、フッ化水素５〜２５質量％との混合液であるバッファードフッ酸水溶液などを用いることができる。エッチング条件は、特に制限されるものではないが、エッチング温度は、通常１５〜２３℃、エッチング時間は、通常１〜１０分間である。
光学素子パッケージは、本発明の窓材を、例えば、上述した方法により製造し、収容部材の内部、例えば、収容部材内部の底面などの面上に光学素子を実装し、更に、収容部材と窓材とを、例えば、接着するなどの方法により貼り合わせて、一体化することにより製造することができる。収容部材と窓材との一体化は、収容部材と窓材との接触部分における密閉性が重要であるため、例えば、窓材の接触面にクロムなどの薄膜を成膜し、金錫合金ペースト（例えば、三菱マテリアル（株）製 Ａｕ−２２ｗｔ％Ｓｎなど）、低融点金属ガラス（例えば、日立化成（株）製 ＶＳ−１３０２Ｔなど）、鉛フリーはんだ（例えば、千住金属工業（株）製 ＥＣＯ ＳＯＬＤＩＥＲ Ｍ７０５）などを、スクリーン印刷などにて塗布して、収容部材と窓材とを接着することが好ましい。
以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
［実施例１］
スライスされた合成石英ガラスウェーハ原料基板（８インチφ、厚み１ｍｍ）を、両面研磨装置で、粒度が＃１０００（平均粒径１８μｍ）のアルミナ砥粒を用いて、表面及び裏面の両面をラップ加工して、両面に粗研磨面を形成した。
次に、原料基板の両面を１０質量％フッ化水素酸水溶液に、２０℃で、５分間浸漬してエッチングした。次に、３．５ｍｍ角にダイシング装置で切断して、厚み０．３ｍｍの表面及び裏面の両面が粗面である平形状の光学素子パッケージ用窓材を得た。得られた窓材の表面の表面粗さ（Ｒａ）は０．２５μｍ、裏面の表面粗さ（Ｒａ）は０．２５μｍであった。
次に、アルミナ系セラミックスの収容部材を準備し、収容部材内部の底面上に、波長２８５ｎｍの光を含む紫外光を発光する発光素子（ＬＥＤ）を載置して収容し、窓材の収容部材と接着する部分に、スパッタ装置によりクロム膜を成膜した後、金錫合金ペースト（三菱マテリアル（株）製、Ａｕ−２２質量％Ｓｎ）をスクリーン印刷にて塗布し、収容部材と窓材とを接着して光学素子パッケージを得た。
得られた光学素子パッケージの発光素子を発光させて、その発光特性を評価したところ、窓材を通して出力される光の放射束量は５ｍＷであった。また、配光特性を評価したところ、１／２ビーム角は１２０度であった。
［実施例２］
スライスされた合成石英ガラスウェーハ原料基板（８インチφ、厚み１ｍｍ）を用い、実施例１と同様の方法で、合成石英ガラスウェーハ原料基板の表面及び裏面の両面をラップ加工して、両面に粗研磨面を形成した後、原料基板の両面をエッチングして粗面とし、更に、片面研磨装置で裏面を鏡面加工した。次に、３．５ｍｍ角にダイシング装置で切断して、厚み０．３ｍｍの表面が粗面、裏面が鏡面である平形状の光学素子パッケージ用窓材を得た。得られた窓材の表面の表面粗さ（Ｒａ）は０．２６μｍ、裏面の表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍであった。
次に、実施例１と同様の方法で光学素子パッケージを得、実施例１と同様の方法で発光特性及び配光特性を評価したところ、窓材を通して出力される光の放射束量は５ｍＷ、１／２ビーム角は１２０度であった。
［実施例３］
スライスされた合成石英ガラスウェーハ原料基板（８インチφ、厚み３ｍｍ）を用い、実施例１と同様の方法で、合成石英ガラスウェーハ原料基板の表面及び裏面の両面をラップ加工して、両面に粗研磨面を形成した。次に、原料基板上に、３．５ｍｍ角、高さ２ｍｍのアルミナセラミックスの角錐形状の突起が縦横に配列した立体マスクを、原料基板の一方の面に、珪酸ナトリウムの接着剤で貼り付け、粒度が＃６００（平均粒径３０μｍ）のアルミナ砥粒を用いて、一方の面側（立体マスク側）を、立体マスクと共にサンドブラスト加工することにより、角錐形状を合成石英ガラス基板上に転写すると共に、研磨して、粗研磨面を形成した。次に、角錐形状部分を中心とする３．５ｍｍ角にダイシング装置で切断した。
次に、原料基板の両面を１０質量％フッ化水素酸水溶液に、２０℃で、５分間浸漬してエッチングを行い、最も薄い部分の厚みが０．２５ｍｍ、最も厚い部分の厚みが２ｍｍであり、表面及び裏面の両面が粗面である凸形状の光学素子パッケージ用窓材を得た。得られた窓材の表面の表面粗さ（Ｒａ）は０．２７μｍ、裏面の表面粗さ（Ｒａ）は０．２７μｍであった。
次に、実施例１と同様の方法で光学素子パッケージを得、実施例１と同様の方法で発光特性及び配光特性を評価したところ、窓材を通して出力される光の放射束量は５ｍＷ、１／２ビーム角は１２５度であった。
［実施例４］
セラミックス板上に、３．５ｍｍφ、高さ２ｍｍのアルミナセラミックスの半球形状の突起が縦横に配列した立体マスクを用い、半球形状部分を中心とする３．５ｍｍφに炭酸レーザー装置で切断した以外は実施例３と同様にして、最も薄い部分の厚みが０．１３ｍｍ、最も厚い部分の厚みが２ｍｍであり、表面及び裏面の両面が粗面である凸形状の光学素子パッケージ用窓材を得た。得られた窓材の表面の表面粗さ（Ｒａ）は０．２７μｍ、裏面の表面粗さ（Ｒａ）は０．２７μｍであった。また、この半球形状の窓材の凸形状の面の曲率半径は１．７５ｍｍである。
次に、実施例１と同様の方法で光学素子パッケージを得、実施例１と同様の方法で発光特性及び配光特性を評価したところ、窓材を通して出力される光の放射束量は５ｍＷ、１／２ビーム角は１４０度であった。
［実施例５］
セラミックス板上に、３．５ｍｍφ、高さ３ｍｍのアルミナセラミックスの曲率半径が１．７ｍｍの半球形状の突起が縦横に配列した立体マスクを用い、半球形状部分を中心とする３．５ｍｍφに炭酸レーザー装置で切断した以外は実施例３と同様にして、最も薄い部分の厚みが０．２５ｍｍ、最も厚い部分の厚みが３ｍｍであり、表面及び裏面の両面が粗面である凸形状の光学素子パッケージ用窓材を得た。得られた窓材の表面の表面粗さ（Ｒａ）は０．２７μｍ、裏面の表面粗さ（Ｒａ）は０．２７μｍであった。また、この半球形状の窓材の凸形状の面の曲率半径は１．７５ｍｍである。
次に、実施例１と同様の方法で光学素子パッケージを得、実施例１と同様の方法で発光特性及び配光特性を評価したところ、窓材を通して出力される光の放射束量は５ｍＷ、１／２ビーム角は１４０度であった。
［比較例１］
スライスされた合成石英ガラスウェーハ原料基板（８インチφ、厚み１．２ｍｍ）を用い、実施例１と同様の方法で、合成石英ガラスウェーハ原料基板の表面及び裏面の両面をラップ加工して、両面に粗研磨面を形成し、更に、両面研磨装置で両面を鏡面加工した。次に、３．５ｍｍ角にダイシング装置で切断して、厚み１ｍｍの表面及び裏面の両面が鏡面である平形状の光学素子パッケージ用窓材を得た。得られた窓材の表面の表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍ、裏面の表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍであった。
次に、実施例１と同様の方法で光学素子パッケージを得、実施例１と同様の方法で発光特性及び配光特性を評価したところ、窓材を通して出力される光の放射束量は５ｍＷ、１／２ビーム角は１０５度であった。
表面又は裏面の一方又は双方の面が粗面である窓材を備える実施例の光学素子パッケージと、表面及び裏面の両面が鏡面である比較例の光学素子パッケージとは、両者の放射束量は同等であったが、比較例に比べて実施例の１／２ビーム角が大きく、発光の指向性が低下しており、本発明の窓材により、表面及び裏面の両面が鏡面加工された窓材と同程度の放射束量を維持しつつ、光を出光面から広角に放射させることができることがわかる。
１１、１２ 窓材
２ 収容部材
２１ 放熱材
３ 光学素子
４ 原料基板
５ サンドブラストノズル
６ 立体マスク
１０１、１０２ 光学素子用パッケージ
２０１、２０２ 光学素子パッケージ

Claims (12)

  1. 光学素子が内部に収容される収容部材の上記光学素子の発光方向前方に設けられる部分球形状又は部分楕円球形状の凸形状の窓材であって、凸形状の面の曲率半径が０．５〜３０ｍｍであり、表面及び裏面から選ばれる少なくとも一方の面が、径が２〜２０μｍの凹レンズ様の凹部の集合体が形成された粗面である合成石英ガラスであることを特徴とする光学素子パッケージ用窓材。
  2. 上記粗面の表面粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．５μｍである請求項１記載の光学素子パッケージ用窓材。
  3. 上記粗面の表面粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．３μｍである請求項２記載の光学素子パッケージ用窓材。
  4. 最も薄い部分の厚みが０．１〜５ｍｍであり、最も厚い部分の厚みが０．４〜９．９ｍｍである請求項１乃至３のいずれか１項記載の光学素子パッケージ用窓材。
  5. 光学素子が内部に収容される収容部材と、請求項１〜４のいずれか１項記載の凸形状の窓材とを備えることを特徴とする光学素子用パッケージ。
  6. 請求項５記載の凸形状の窓材を備える光学素子用パッケージの収容部材内部に、光学素子を備えることを特徴とする光学素子パッケージ。
  7. 上記光学素子が発光素子である請求項６記載の光学素子パッケージ。
  8. 上記光学素子が、波長３００ｎｍ以下の光を発光可能な素子である請求項７記載の光学素子パッケージ。
  9. 請求項１〜４のいずれか１項記載の凸形状の窓材を製造する方法であって、
    平板の合成石英ガラスの一方の面にセラミックス材料又はガラス材料で形成された凸形状の立体マスクを貼り付ける工程、
    上記立体マスクを貼り付けた合成石英ガラスの上記一方の面側を、上記立体マスクと共にサンドブラスト加工することにより、上記合成石英ガラスに上記立体マスクの凸形状を転写する工程、及び
    上記サンドブラスト加工された面をエッチングして上記粗面を形成する工程
    を含むことを特徴とする光学素子パッケージ用窓材の製造方法。
  10. 請求項６記載の凸形状の窓材を備える光学素子パッケージを製造する方法であって、
    平板の合成石英ガラスの一方の面にセラミックス材料又はガラス材料で形成された凸形状の立体マスクを貼り付ける工程、
    上記立体マスクを貼り付けた合成石英ガラスの上記一方の面側を、上記立体マスクと共にサンドブラスト加工することにより、上記合成石英ガラスに上記立体マスクの凸形状を転写する工程、
    上記サンドブラスト加工された面をエッチングして上記粗面を形成する工程、
    上記収容部材の内部に光学素子を実装する工程、及び
    上記収容部材と窓材とを一体化する工程
    を含むことを特徴とする光学素子パッケージの製造方法。
  11. 上記光学素子が発光素子である請求項１０記載の光学素子パッケージの製造方法。
  12. 上記光学素子が、波長３００ｎｍ以下の光を発光可能な素子である請求項１１記載の光学素子パッケージの製造方法。
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