KR20180015581A - 광학 소자 패키지용 창재, 광학 소자 패키지, 그들의 제조 방법 및 광학 소자용 패키지 - Google Patents
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Abstract
광학 소자가 내부에 수용되는 수용 부재의 광학 소자의 발광 방향 전방에 설치되는 창재이며, 표면 및 이면으로부터 선택되는 적어도 한쪽 면이 조면인 합성 석영 유리인 광학 소자 패키지용 창재.
창재를 투과하는 광, 특히, 발광 소자로부터 창재를 투과하여 출사되는 광을, 표면 및 이면의 양면이 경면 가공된 창재와 동일한 정도의 방사 다발량을 유지하면서, 출광면에서 광각으로 방사시킬 수 있는 광학 소자 패키지용 창재 및 이러한 창재를 구비하는 광학 소자용 패키지 및 광학 소자 패키지를 제공할 수 있다.
창재를 투과하는 광, 특히, 발광 소자로부터 창재를 투과하여 출사되는 광을, 표면 및 이면의 양면이 경면 가공된 창재와 동일한 정도의 방사 다발량을 유지하면서, 출광면에서 광각으로 방사시킬 수 있는 광학 소자 패키지용 창재 및 이러한 창재를 구비하는 광학 소자용 패키지 및 광학 소자 패키지를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 광학 소자용 패키지, 예를 들어 UV-LED, 단파장의 출력이 강한 레이저 광원 등, 특히 자외선 영역의 광을 발광하는 광학 소자에 사용되는 광학 소자 패키지용 창재, 해당 창재를 구비하는 광학 소자용 패키지, 해당 광학 소자용 패키지의 수용 부재 내부에 광학 소자를 구비하는 광학 소자 패키지 및 광학 소자 패키지용 창재 및 광학 소자 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.
LED를 패키징할 때에는, 광학 소자가 발광하는 광에 대해, 높은 투과성을 갖는 소재를 창재로서 사용하는 것이 필요하다. 종래, LED용 창재로서는, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 변성 아크릴 수지, 불포화 폴리에스테르 등의 투광성 수지가 사용되고 있다(특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2001-196644호 공보).
최근에는 수은 램프의 규제에 수반하여, 그의 대체로서, 짧은 파장, 특히 자외선 영역의 광을 발광하는 UV-LED가 주목받고 있다. LED는, 임의의 파장을 취출할 수 있다는 점에서, 용도에 따른 파장의 LED가 개발되고 있다. 예를 들어, 살균에 유효한 파장인 UV 영역의 265㎚의 파장의 광을 발광하는 UV-LED가, 살균 용도로 개발되고 있다. 그러나, 265㎚의 광학 소자가 안정적으로 공급되더라도, 광학 소자를 패키징 없이 사용하는 것은 어렵고, UV-LED로부터의 광의 취출 효율을 최대한 높여 패키징할 것이 요구되고 있다.
그로 인하여, UV-LED의 경우, 패키지용의 창재로서, 일반적으로 붕규산 유리 또는 석영 유리가 이용되고 있다(특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2006-269678호 공보). 그러나, 창재로서 투광성 수지와 붕규산 유리를 이용하는 경우에는, 가공하기 쉽지만, 자외선 투과성이 낮다는 단점이 있다. 한편, 창재로서 석영 유리를 사용하는 경우에는, 자외선 투과성은 우수하지만, 석영 유리의 높은 연화점에 의해, 가공성이 나쁘다는 단점이 있다. 또한, 어느 재료에서도, 광의 취출 효율을 높이기 위해서는, 표면의 경면 가공이 유효하지만, 경면 가공에 의해, 광의 지향성이 높은 광학 소자로부터의 광을, 창재에 의해 산란시킬 수 없기 때문에, 광을 산란시키기 위해서는, 별도, 광을 산란시키기 위한 확산판 필터 등의 부재가 필요했다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 광학 소자 패키지용 창재로서, 고투과율이며, 창재를 투과하는 광의 투과 효율, 특히, 발광 소자로부터의 광의 취출 효율을 저하시키지 않고, 발광 소자로부터의 광을 산란시켜 광각으로 배광할 수 있는 광학 소자 패키지용 창재, 해당 창재를 구비하는 광학 소자용 패키지, 해당 광학 소자용 패키지의 수용 부재 내부에 광학 소자를 구비하는 광학 소자 패키지 그리고 광학 소자 패키지용 창재 및 광학 소자 패키지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토한 결과, 광학 소자가 내부에 수용되는 수용 부재의 광학 소자의 발광 방향 전방에 설치되는 창재로서, 표면 및 이면으로부터 선택되는 적어도 한쪽 면이 조면, 특히, 표면 조도(Ra)가 0.1 내지 0.5㎛의 조면인 합성 석영 유리의 창재를 사용함으로써, 창재를 경면화하지 않아도, 합성 석영 유리의 고투과성을 살려, 고투과율이며, 창재를 투과하는 광의 투과 효율, 특히, 발광 소자로부터의 광의 취출 효율을 저하시키지 않고, 발광 소자로부터의 광을 산란시켜 광각으로 배광할 수 있음을 알아내었다. 또한, 이러한 광학 소자 패키지용 창재를, 평(平) 형상의 창재의 경우에는, 평판의 합성 석영 유리의 표면 및 이면으로부터 선택되는 적어도 한쪽 면을 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공하고, 또한, 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공된 면을 에칭하여 조면을 형성하는 것, 또한, 볼록 형상의 창재의 경우에는, 평판의 합성 석영 유리의 한쪽 면에 볼록 형상의 입체 마스크를 부착하고, 입체 마스크를 부착한 합성 석영 유리의 한쪽 면측을, 입체 마스크와 함께 샌드블라스트 가공함으로써, 합성 석영 유리에 입체 마스크의 볼록 형상을 전사하고, 또한, 샌드블라스트 가공된 면을 에칭하여 조면을 형성함으로써 제조할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 이루기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 이하의 광학 소자 패키지용 창재, 광학 소자용 패키지, 광학 소자 패키지 그리고 광학 소자 패키지용 창재 및 광학 소자 패키지의 제조 방법을 제공한다.
[1] 광학 소자가 내부에 수용되는 수용 부재의 상기 광학 소자의 발광 방향 전방에 설치되는 창재이며, 표면 및 이면으로부터 선택되는 적어도 한쪽 면이 조면인 합성 석영 유리인 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 창재.
[2] 상기 조면의 표면 조도(Ra)가 0.1 내지 0.5㎛인 [1] 기재의 광학 소자 패키지용 창재.
[3] 평 형상인 [1] 또는 [2] 기재의 광학 소자 패키지용 창재.
[4] 두께가 0.1 내지 5㎜인 [3] 기재의 광학 소자 패키지용 창재.
[5] 볼록 형상인 [1] 또는 [2] 기재의 광학 소자 패키지용 창재.
[6] 가장 얇은 부분의 두께가 0.1 내지 5㎜이며, 가장 두꺼운 부분의 두께가 0.4 내지 9.9㎜인 [5] 기재의 광학 소자 패키지용 창재.
[7] 볼록 형상이 부분 구형상 또는 부분 타원 구형상이며, 볼록 형상의 면 곡률 반경이 0.5 내지 30㎜인 [5] 또는 [6] 기재의 광학 소자 패키지용 창재.
[8] 광학 소자가 내부에 수용되는 수용 부재와, [3] 또는 [4] 기재의 평 형상의 창재를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 패키지.
[9] 광학 소자가 내부에 수용되는 수용 부재와, [5] 내지 [7] 중 어느 것에 기재의 볼록 형상의 창재를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 패키지.
[10] [8] 기재의 평 형상의 창재를 구비하는 광학 소자용 패키지의 수용 부재 내부에, 광학 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지.
[11] [9] 기재의 볼록 형상의 창재를 구비하는 광학 소자용 패키지의 수용 부재 내부에, 광학 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지.
[12] 상기 광학 소자가 발광 소자인 [10] 또는 [11] 기재의 광학 소자 패키지.
[13] 상기 광학 소자가 파장 300㎚ 이하의 광을 발광 가능한 소자인 [12] 기재의 광학 소자 패키지.
[14] [3] 또는 [4] 기재의 평 형상의 창재를 제조하는 방법이며,
평판의 합성 석영 유리의 표면 및 이면으로부터 선택되는 적어도 한쪽 면을 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공하는 공정 및
상기 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공된 면을 에칭하여 상기 조면을 형성하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 창재의 제조 방법.
[15] [5] 내지 [7] 중 어느 것에 기재된 볼록 형상의 창재를 제조하는 방법이며,
평판의 합성 석영 유리의 한쪽 면에 볼록 형상의 입체 마스크를 부착하는 공정,
상기 입체 마스크를 부착한 합성 석영 유리의 상기 한쪽 면측을, 상기 입체 마스크와 함께 샌드블라스트 가공함으로써, 상기 합성 석영 유리에 상기 입체 마스크의 볼록 형상을 전사하는 공정 및
상기 샌드블라스트 가공된 면을 에칭하여 상기 조면을 형성하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 창재의 제조 방법.
[16] [10] 기재의 평 형상의 창재를 구비하는 광학 소자 패키지를 제조하는 방법이며,
평판의 합성 석영 유리의 표면 및 이면으로부터 선택되는 적어도 한쪽 면을 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공하는 공정,
상기 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공된 면을 에칭하여 상기 조면을 형성하는 공정,
상기 수용 부재의 내부에 광학 소자를 실장하는 공정 및
상기 수용 부재와 창재를 일체화하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지의 제조 방법.
[17] [11] 기재의 볼록 형상 창재를 구비하는 광학 소자 패키지를 제조하는 방법이며,
평판의 합성 석영 유리의 한쪽 면에 볼록 형상의 입체 마스크를 부착하는 공정,
상기 입체 마스크를 부착한 합성 석영 유리의 상기 한쪽 면측을, 상기 입체 마스크와 함께 샌드블라스트 가공함으로써, 상기 합성 석영 유리에 상기 입체 마스크의 볼록 형상을 전사하는 공정,
상기 샌드블라스트 가공된 면을 에칭하여 상기 조면을 형성하는 공정,
상기 수용 부재의 내부에 광학 소자를 실장하는 공정 및
상기 수용 부재와 창재를 일체화하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지의 제조 방법.
[18] 상기 광학 소자가 발광 소자인 [16] 또는 [17] 기재의 광학 소자 패키지의 제조 방법.
[19] 상기 광학 소자가 파장 300㎚ 이하의 광을 발광 가능한 소자인 [18] 기재의 광학 소자 패키지의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 창재를 투과하는 광, 특히, 발광 소자로부터 창재를 투과하여 출사하는 광을, 표면 및 이면의 양면이 경면 가공된 창재와 동일한 정도의 방사 다발량을 유지하면서, 출광면으로부터 광각으로 방사시킬 수 있는 광학 소자 패키지용 창재 그리고 이러한 창재를 구비하는 광학 소자용 패키지 및 광학 소자 패키지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 평 형상의 광학 소자 패키지용 창재, 창재를 구비하는 광학 소자용 패키지 및 광학 소자 패키지의 일례를 나타내는 도면이며, (A)는 광학 소자 패키지용 창재의 사시도, (B)는 광학 소자가 수용되지 않은 상태의 광학 소자용 패키지의 단면도, (C)는 광학 소자가 수용되지 않은 상태의 광학 소자 패키지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 볼록 형상 광학 소자 패키지용 창재, 창재를 구비하는 광학 소자용 패키지 및 광학 소자 패키지의 일례를 나타내는 도면이며, (A)는 광학 소자 패키지용 창재의 사시도, (B)는 광학 소자용 패키지의 단면도, (C)는 광학 소자 패키지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 광학 소자 패키지용 창재의 제조에 적합한 샌드블라스트 가공의 방법을 설명하기 위한 개략 사시도이다.
도 4는 합성 석영 유리에 볼록 형상을 전사하는 방법의 일례를 설명하기 위한 개략 단면도이며, (A)는 원료 기판에 입체 마스크를 부착하여 샌드블라스트 가공을 하는 상태, (B)는 원료 기판에 볼록 형상이 전사된 상태를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 볼록 형상 광학 소자 패키지용 창재, 창재를 구비하는 광학 소자용 패키지 및 광학 소자 패키지의 일례를 나타내는 도면이며, (A)는 광학 소자 패키지용 창재의 사시도, (B)는 광학 소자용 패키지의 단면도, (C)는 광학 소자 패키지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 광학 소자 패키지용 창재의 제조에 적합한 샌드블라스트 가공의 방법을 설명하기 위한 개략 사시도이다.
도 4는 합성 석영 유리에 볼록 형상을 전사하는 방법의 일례를 설명하기 위한 개략 단면도이며, (A)는 원료 기판에 입체 마스크를 부착하여 샌드블라스트 가공을 하는 상태, (B)는 원료 기판에 볼록 형상이 전사된 상태를 나타낸다.
이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 광학 소자용 패키지는, 광학 소자를 수용하여 광학 소자를 보호함과 함께, 그의 취급을 용이하게 하기 위하여 사용되고, 광학 소자가 내부에 수용되는 수용 부재와, 수용 부재의 상기 광학 소자의 발광 방향 전방에 설치되는 합성 석영 유리의 창재(광학 소자 패키지용 창재)를 구비한다.
본 발명에 있어서, 창재는, 표면 및 이면으로부터 선택되는 적어도 한쪽 면(즉, 표면만, 이면만, 또는 양면)이 조면이다. 여기서, 표면 및 이면의 2면은, 예를 들어 광학 소자로부터 발광 또는 광학 소자가 수광하는 광이 창재를 투과할 때에 광이 교차하는 2면으로 할 수 있다. 본 발명의 창재는, 표면 및 이면으로부터 선택되는 적어도 한쪽 면이 조면임에도 불구하고, 표리 양면이 경면인 창재와 동등한 방사 다발량을 가짐과 함께, 광을 산란시킬 수 있기 때문에, 광각으로 광을 사출시킬 수 있다. 여기서, 조면은, 표면 조도(산술 평균 조도(Ra))가, 0.1㎛ 이상, 특히 0.2㎛ 이상이고, 0.5㎛ 이하, 특히 0.4㎛ 이하의 면으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 창재의 표면 및 이면으로부터 선택되는 한쪽 면만이 조면인 경우, 다른쪽 면은 경면으로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 경면이란, 표면 조도(산술 평균 조도(Ra))가 0.05㎛ 이하, 특히 0.03㎛ 이하의 면으로 하는 것이 바람직하다.
창재의 형상으로서는, 예를 들어 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같은 평 형상의 창재(11), 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같은 볼록 형상의 창재(12) 등을 들 수 있다. 평 형상의 창재는, 판상, 직방체 형상, 입방체 형상의 창재가 포함된다. 또한, 볼록 형상의 창재에는, 그의 일부 또는 전부에, 반구 형상 등의 부분 구형상, 반 타원 구형상 등의 부분 타원 구형상, 원추 형상, 원추대 형상, 각추 형상, 각추대 형상 등의 볼록 형상을 갖고 있는 것이 포함되며, 예를 들어 표면 및 이면의 한쪽이 볼록 형상일 수 있고, 다른쪽 면은, 볼록 형상이어도, 평 형상이어도, 오목 형상이어도 된다. 반구 형상 등의 부분 구형상, 반 타원 구형상 등의 부분 타원 구형상의 경우, 볼록 형상의 면 곡률 반경이 0.5 내지 30㎜인 것이 바람직하다.
창재 및 광학 소자용 패키지로서, 구체적으로는, 예를 들어 도 1의 (B)에 나타낸 바와 같은, 광학 소자가 내부에 수용되는 수용 부재(2)와, 평 형상의 창재(11)를 구비하는 광학 소자용 패키지(101), 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같은, 광학 소자가 내부에 수용되는 수용 부재(2)와, 볼록 형상의 창재(12)를 구비하는 광학 소자용 패키지(102) 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 광학 소자 패키지는 광학 소자용 패키지의 수용 부재 내부에, 광학 소자를 구비한다. 이 광학 소자 패키지는, 발광 소자를 구비하는 발광 소자 패키지, 수광 소자를 구비하는 수광 소자 패키지 중 어느 것일 수도 있지만, 발광 소자 패키지가 바람직하다.
발광 소자 패키지로서 구체적으로는, 예를 들어 도 1의 (B)에 나타내는 광학 소자용 패키지(101)를 사용한 경우는, 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같은, 광학 소자가 내부에 수용되는 수용 부재(2)와, 평 형상의 창재(11)를 구비하는 광학 소자용 패키지의 수용 부재(2) 내부의 면(이 경우는 저면) 상에 광학 소자(3)가, 방열재(21)를 통하여 적재되어 수용되어 있는 광학 소자 패키지(201), 도 2의 (B)에 나타내는 광학 소자용 패키지(102)를 사용한 경우는, 도 2의 (C)에 나타낸 바와 같은, 광학 소자가 내부에 수용되는 수용 부재(2)와, 볼록 형상의 창재(12)를 구비하는 광학 소자용 패키지의 수용 부재(2) 내부의 면(이 경우는 저면) 상에 광학 소자(3)가, 방열재(21)를 통하여 적재되어 수용되어 있는 광학 소자 패키지(202) 등을 들 수 있다.
수용 부재와 창재로 둘러싸인 범위에는, 광학 소자 외에, 광학 소자와 광학 소자용 패키지 외부의 전기적인 도통을 위한 리드 등의 다른 부재를 설치할 수 있고, 이들 광학 소자 및 다른 부재 이외의 부분은, 진공 상태, 공기 등의 기체가 충전된 상태, 투명한 고무, 엘라스토머, 수지 등의 고체의 밀봉재로 밀봉된 상태의 어느 것일 수 있지만, 광학 소자가 발하는 열의 방열성 등의 관점에서는, 고체의 밀봉재로 밀봉되지 않은 상태, 예를 들어 진공 상태, 또는 공기 등의 기체가 충전된 상태인 것이 바람직하다.
창재는, 수용 부재 내부를 밀폐할 수 있는 것이 바람직하며, 그의 사이즈는, 광학 소자의 용도, 수용되는 광학 소자, 수용 부재 사이즈 등에 의해 적절히 선택되지만, 밀폐성 확보의 관점에서, 수용 부재의 광학 소자 수용부의 개구부 사이즈와 동등 또는 약간 큰 것이 사용되며, 수평 형상이 사각인 경우에는 대각의 길이가, 수평 형상이 원형 또는 타원형인 경우에는 각각 직경 또는 최대 직경이, 1㎜ 이상, 특히 2㎜ 이상이고, 3㎝ 이하, 특히 2㎝ 이하인 것이 바람직하다.
창재의 두께는, 창재의 외측, 즉, 광학 소자용 패키지의 외측과의 압력(기압 또는 수압) 차에 의해, 적절하게 선택할 수 있다. 평 형상의 창재인 경우에는, 강도의 관점에서, 0.1㎜ 이상, 특히 0.2㎜ 이상이고, 5㎜ 이하, 특히 4㎜ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 볼록 형상의 창재의 경우에는, 강도의 관점에서, 가장 얇은 부분의 두께가, 0.1㎜ 이상, 특히 0.2㎜ 이상이고, 5㎜ 이하, 특히 4㎜ 이하인 것이 바람직하다. 한편, 볼록 형상의 창재의 가장 두꺼운 부분의 두께는, 0.4㎜ 이상 9.9㎜ 이하인 것이 바람직하다.
수용 부재는, 광학 소자용 패키지에 있어서, 광학 소자를 수용하는 부재로서 공지의 것을 사용할 수 있으며, 금속, 세라믹스 등의 무기 재료, 또는 고무, 엘라스토머, 수지 등의 유기 재료로 형성된, 광학 소자의 수용부로서의 오목 함몰부를 갖는 것이 사용되며, 그의 사이즈는, 광학 소자의 용도, 수용되는 광학 소자, 창재 사이즈 등에 의해 적절히 선택된다. 또한, 특히 LED에서 현저하지만, 광학 소자가 발하는 열에 의해, 광학 소자가 고온 상태가 되면, 광학 소자의 발광 효율이 저하되기 때문에, 수용 부재는, 방열성이 좋은 알루미나계 세라믹스, 질화 알루미나계 세라믹스 등으로 형성된 것, 그들에 금이나 구리 등의 금속 도금 등을 방열재로서 형성한 것 등이 바람직하다.
수용 부재 내부에 배치되는 광학 소자는, 발광 소자이거나, 수광 소자여도 되지만, 발광 소자인 것이 바람직하다. 본 발명의 창재, 창재를 구비하는 광학 소자용 패키지 및 광학 소자 패키지는, 특히, 파장 300㎚ 이하의 광을 발광 가능한 발광 소자에 있어서 바람직하고, 발광 소자로서 구체적으로는, UV-LED(예를 들어, 피크 파장이 250 내지 280㎚이며, 또한 파장 300㎚ 이하의 광을 포함하는 것), ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚), KrF 엑시머 레이저(파장 248㎚), YAG FHG(제4 고주파)레이저(파장 266㎚) 등을 들 수 있다.
본 발명의 창재는, 예를 들어 이하의 방법에 의해 제조할 수 있다. 원료 기판으로는, 평판의 기판, 예를 들어 대각 길이 100 내지 300㎜의 직사각형 또는 직경 100 내지 300㎜의 원형, 두께 0.5 내지 10㎜의 평판의 기판이 바람직하게 사용된다.
창재가 평 형상인 경우에는, 먼저, 원료 기판의 표면 및 이면으로부터 선택되는 한쪽 또는 양쪽 면을 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공한다. 랩 가공의 경우에는, 입도가, 바람직하게는 #800 내지 #1500(평균 입경 20 내지 12㎛), 더 바람직하게는 #1000 내지 #1200(평균 입경 18 내지 15㎛)의 지립(연마재)을 사용하여, 편면 연마 장치 또는 양면 연마 장치에 의해 편면 또는 양면 연마하고, 표면 조도가 소정의 범위의 조연마면, 예를 들어 산술 평균 조도(Ra)가, 0.08㎛ 이상, 특히 0.11㎛ 이상이고, 0.3㎛ 이하, 특히 0.27㎛ 이하인 조연마면을 형성할 수 있다. 랩 가공에서 사용하는 지립으로는, 특별히 제한은 없지만, 알루미나를 주성분으로 하는 지립이 바람직하다. 랩 가공의 경우, 편면만을 연마하여 그의 조연마면을 창재의 조면을 형성하는 면으로 하는 것, 편면씩 양면을 연마하여 그들의 조연마면의 한쪽 또는 양쪽을 창재의 조면을 형성하는 면으로 하는 것, 또는 양면을 동시에 연마하여 그들의 조연마면의 한쪽 또는 양쪽을 창재의 조면을 형성하는 면으로 하는 것이 가능하다.
한편, 샌드블라스트 가공의 경우에는, 입도가, 바람직하게는 #600 내지 #3000(평균 입경 30 내지 6㎛)의 지립을 사용하여, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 원료 기판(4)의 피연마면 상을, 샌드블라스트 노즐(5)이 수평 방향(X, Y 방향)으로 이동하는 장치에 의해, 편면을 연마하여 조연마면을 형성할 수 있다. 샌드블라스트 가공에서 사용하는 지립으로는, 특별히 제한은 없지만, 산화세륨, 산화규소, 산화알루미늄, 탄화규소 등의 지립이 바람직하다. 샌드블라스트 가공에서는, 예를 들어 샌드블라스트 노즐로부터 지립을 에어 기류와 함께 피연마면에 분사하여, 표면 조도가 소정의 범위의 조연마면, 예를 들어 산술 평균 조도(Ra)가, 0.1㎛ 이상, 특히 0.12㎛ 이상이고, 0.3㎛ 이하, 특히 0.28㎛ 이하인 조연마면을 형성할 수 있다. 이 경우, 얻어지는 조연마면이 소정의 표면 조도가 되도록, 샌드블라스트 노즐의 이동 방향 및 속도, 에어 압력 등을, 예를 들어 컴퓨터 제어에 의해 조절하면 된다. 샌드블라스트 가공의 경우, 편면만을 연마하여 그의 조연마면을 창재의 조면을 형성하는 면으로 하는 것, 또는 편면씩 양면을 연마하여 그들의 조연마면의 한쪽 또는 양쪽을 창재의 조면을 형성하는 면으로 하는 것이 가능하다.
창재가 볼록 형상인 경우에는, 먼저, 원료 기판의 표면 및 이면으로부터 선택되는 한쪽 면을 샌드블라스트 가공한다. 이 때, 평판의 합성 석영 유리의 한쪽 면에 볼록 형상의 입체 마스크를 부착하고, 입체 마스크를 부착한 합성 석영 유리의 한쪽 면측을, 입체 마스크와 함께 샌드블라스트 가공함으로써, 합성 석영 유리에 입체 마스크의 볼록 형상을 전사함과 함께, 편면을 연마하여 조연마면을 형성할 수 있다. 합성 석영 유리에 볼록 형상을 전사하는 방법으로서 구체적으로는, 예를 들어 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이, 원료 기판(4)의 한쪽 면에, 실리카계 접착제, 세라믹스 접착제, 시멘트 등의 취성 파괴하기 쉬운, 바꾸어 말하면, 탄성이 낮은 접착제에 의해 입체 마스크(6)를 부착하고, 샌드블라스트 노즐(5)로부터 지립을 에어 기류와 함께 피연마면에 분사하여 샌드블라스트 가공하는 방법을 들 수 있다. 입체 마스크를 사용함으로써, 입체 마스크가 없는 부분의 원료 기판은 즉시 연마가 개시된다. 한편, 입체 마스크는, 샌드블라스트 가공에 의해 서서히 깍여 나가, 입체 마스크가 얇은 부분으로부터 순서대로 소실하고, 입체 마스크가 소실한 부분으로부터 순서대로, 원료 기판에 대한 연마가 개시된다. 이와 같이, 입체 마스크의 두께의 차에 의해, 원료 기판의 가공 개시 시에 차를 발생시킴으로써, 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이, 원료 기판(4)에 볼록 형상을 전사할 수 있다. 입체 마스크의 소재는, 샌드블라스트 가공에 의해 연마하여 제거할 수 있는 재질이 것이면 특별히 제한되지 않지만, 세라믹스, 유리 등의 취성 소재가 바람직하다.
이 샌드블라스트 가공은, 입도가, 바람직하게는 #600 내지 #3000(평균 입경 30 내지 6㎛)의 지립을 사용하여, 예를 들어 평 형상의 창재의 샌드블라스트 가공과 마찬가지로, 원료 기판의 피연마면 상을, 샌드블라스트 노즐이 X, Y 방향으로 이동하는 장치에 의해, 합성 석영 유리에 입체 마스크의 볼록 형상을 전사함과 함께, 편면을 연마하여 조연마면을 형성할 수 있다. 샌드블라스트 가공에서 사용하는 지립으로서는, 특별히 제한은 없지만, 산화세륨, 산화규소, 산화알루미늄, 탄화규소 등의 지립이 바람직하다. 샌드블라스트 가공에서는, 예를 들어 샌드블라스트 노즐로부터 지립을 에어 기류와 함께 피연마면에 분사하여, 표면 조도가 소정의 범위의 조연마면, 예를 들어 산술 평균 조도(Ra)가, 0.1㎛ 이상, 특히 0.12㎛ 이상이고, 0.3㎛ 이하, 특히 0.28㎛ 이하인 조연마면을 형성할 수 있다. 이 경우, 얻어지는 조연마면이 소정의 표면 조도가 되도록, 샌드블라스트 노즐의 이동 방향 및 속도, 에어 압력 등을, 예를 들어 컴퓨터 제어에 의해 조절하면 된다. 한편, 다른쪽 면은, 그의 형상에 따라, 한쪽 면에 볼록 형상을 형성하기 전 또는 후, 바람직하게는 한쪽 면에 볼록 형상을 형성하기 전에, 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공할 수 있고, 다른쪽 면이 평면인 경우에는, 상술한 평 형상의 창재의 랩 가공 및 샌드블라스트 가공과 마찬가지의 방법으로 가공하여 피연마면을 형성할 수 있다.
원료 기판은, 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공 전 또는 후에, 혹은 후술하는 에칭 후에, 예를 들어 도 4의 (B)에 나타내는 경우와 같은 1매의 원료 기판으로부터 복수의 창재를 복수개 취하는 경우나, 소정 사이즈에 맞춰서 여분의 부분을 잘라내는 경우 등, 필요에 따라, 도 1의 (A)나 도 2의 (A)에 나타내는 것 같은 소정의 형상에, 워터젯을 이용한 가공, 탄산 레이저, YAG 레이저 등의 레이저광을 사용한 가공에 의해, 소정의 형상 및 크기로 절단할 수 있다. 예를 들어, 원료 기판에 레이저광을 조사하면서 직사각 형상 또는 원 형상으로 주사하여, 조사한 부분을 가공 제거하면, 수평 형상을 직사각 형상 또는 원형 형상으로 형성할 수 있다.
평 형상의 창재 및 볼록 형상의 창재 중 어느 경우도, 한쪽 면에서는 샌드블라스트 가공에 의해 피연마면을 형성하고, 다른쪽 면에서는 랩 가공에 의해 피연마면을 형성하는 방법을 사용할 수도 있다. 또한, 평 형상의 창재 및 볼록 형상의 창재 중 어느 경우도, 창재에서 조면으로 하지 않은 면은 경면으로 하는 것, 예를 들어 랩 가공 및 샌드블라스트 가공한 후에 경면으로 하는 것이 바람직하고, 경면은, 후술하는 에칭 가공 전 또는 후, 바람직하게는 에칭 가공 후에, 공지의 방법으로 경면 가공함으로써 형성할 수 있다.
다음에, 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공된 면, 즉, 형성된 조연마면을 에칭함으로써, 창재에 있어서의 조면을 형성한다. 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공 후의 표면은, 기계 가공된 상태의 매우 거친 상태가 되어 있고, 이 상태로는, 투광성이 나쁘고, 경면과 동등한 투광성을 얻을 수 없지만, 형성된 조연마면을, 더욱 에칭함으로써, 조연마면으로부터, 예를 들어 직경이 수㎛(예를 들어 2 내지 20㎛)인 미세한 오목 렌즈와 같은 오목부의 집합체가 형성된 조면을 얻을 수 있다. 이에 의해, 광의 산란이 가능한 데다, 출광면으로부터의 광의 에너지량, 즉 방사 다발량이, 양면이 경면인 창재와 동일한 정도의 창재를 얻을 수 있다. 평 형상의 창재의 경우에는, 표면에만, 이면에만, 또는 표면과 이면의 양면을 조면으로 할 수 있지만, 볼록 형상의 창재의 경우에는, 볼록 형상으로 한 한쪽 면에만, 또는 볼록 형상으로 한 한쪽 면과 다른쪽 면의 양면을 조면으로 하는 것이 바람직하다.
에칭은, 합성 석영 유리를 에칭할 수 있는 에칭액을 사용하고, 에칭액을, 조연마면에 접촉시키는 것, 예를 들어 원료 기판의 조연마면을 에칭액에 침지하는 등의 방법에 의해 실시하면 된다. 에칭액으로서는, 특별히 제한되지 않지만, 불화수소산 수용액이 바람직하다. 구체적으로는, 5 내지 25질량％의 불화수소산 수용액, 불화 암모늄 5 내지 40질량％와, 불화 수소 5 내지 25질량％의 혼합액인 버퍼드 불산 수용액 등을 사용할 수 있다. 에칭 조건은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 에칭 온도는, 통상 15 내지 23℃, 에칭 시간은, 통상 1 내지 10분간이다.
광학 소자 패키지는, 본 발명의 창재를, 예를 들어 상술한 방법에 의해 제조하고, 수용 부재의 내부, 예를 들어 수용 부재 내부의 저면 등의 면 상에 광학 소자를 실장하고, 또한, 수용 부재와 창재를, 예를 들어 접착하는 등의 방법에 의해 접합하고, 일체화함으로써 제조할 수 있다. 수용 부재와 창재의 일체화는, 수용 부재와 창재의 접촉 부분에서의 밀폐성이 중요하기 때문에, 예를 들어 창재의 접촉면에 크롬 등의 박막을 성막하고, 금 주석 합금 페이스트(예를 들어, 미쯔비시 마테리알(주)제 Au-22wt％Sn 등), 저융점 금속 유리(예를 들어, 히타치 가세이(주)제 VS-1302T 등), 무연 땜납(예를 들어, 센쥬 긴조쿠 고교(주)제 ECO SOLDIER M705) 등을, 스크린 인쇄 등으로 도포하여, 수용 부재와 창재를 접착하는 것이 바람직하다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 나타내서 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
슬라이스된 합성 석영 유리 웨이퍼 원료 기판(8인치φ, 두께 1㎜)을, 양면 연마 장치로, 입도가 #1000(평균 입경 18㎛)인 알루미나 지립을 사용하여, 표면 및 이면의 양면을 랩 가공하여, 양면에 조연마면을 형성했다.
다음에, 원료 기판의 양면을 10질량％ 불화수소산 수용액에, 20℃에서, 5분간 침지하여 에칭했다. 다음에, 한 변이 3.5mm인 정사각형으로 다이싱 장치로 절단하여, 두께 0.3㎜의 표면 및 이면의 양면이 조면인 평 형상의 광학 소자 패키지용 창재를 얻었다. 얻어진 창재의 표면의 표면 조도(Ra)는 0.25㎛, 이면의 표면 조도(Ra)는 0.25㎛였다.
다음에, 알루미나계 세라믹스의 수용 부재를 준비하고, 수용 부재 내부의 저면 상에 파장 285㎚의 광을 포함하는 자외광을 발광하는 발광 소자(LED)를 적재하여 수용하고, 창재의 수용 부재와 접착하는 부분에, 스퍼터 장치에 의해 크롬 막을 성막한 후, 금 주석 합금 페이스트(미쯔비시 마테리알(주)제, Au-22질량％ Sn)를 스크린 인쇄로 도포하여, 수용 부재와 창재를 접착하여 광학 소자 패키지를 얻었다.
얻어진 광학 소자 패키지의 발광 소자를 발광시켜, 그 발광 특성을 평가한 결과, 창재를 통하여 출력되는 광의 방사 다발량은 5mW이었다. 또한, 배광 특성을 평가한 결과, 1/2 빔 각은 120도였다.
[실시예 2]
슬라이스된 합성 석영 유리 웨이퍼 원료 기판(8인치φ, 두께 1㎜)을 사용하고, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 합성 석영 유리 웨이퍼 원료 기판의 표면 및 이면의 양면을 랩 가공하여, 양면에 조연마면을 형성한 후, 원료 기판의 양면을 에칭하여 조면으로 하고, 또한, 편면 연마 장치로 이면을 경면 가공했다. 다음에, 한 변이 3.5m인 정사각형으로 다이싱 장치로 절단하고, 두께 0.3㎜의 표면이 조면, 이면이 경면인 평 형상의 광학 소자 패키지용 창재를 얻었다. 얻어진 창재의 표면의 표면 조도(Ra)는 0.26㎛, 이면의 표면 조도(Ra)는 0.01㎛였다.
다음에, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 광학 소자 패키지를 얻고, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 발광 특성 및 배광 특성을 평가한 결과, 창재를 통하여 출력되는 광의 방사 다발량은 5mW, 1/2 빔 각은 120도였다.
[실시예 3]
슬라이스된 합성 석영 유리 웨이퍼 원료 기판(8인치φ, 두께 3㎜)을 사용하고, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 합성 석영 유리 웨이퍼 원료 기판의 표면 및 이면의 양면을 랩 가공하여, 양면에 조연마면을 형성했다. 다음에, 원료 기판 상에, 한 변이 3.5mm인 정사각형, 높이 2㎜의 알루미나 세라믹스의 각추 형상의 돌기가 종횡으로 배열된 입체 마스크를, 원료 기판의 한쪽 면에, 규산나트륨의 접착제로 부착하고, 입도가 #600(평균 입경 30㎛)인 알루미나 지립을 사용하여, 한쪽 면 측(입체 마스크 측)을, 입체 마스크와 함께 샌드블라스트 가공함으로써, 각추 형상을 합성 석영 유리 기판 상에 전사함과 함께, 연마하여 조연마면을 형성했다. 다음에, 각추 형상 부분을 중심으로 하는 한 변이 3.5mm인 정사각형으로 다이싱 장치로 절단했다.
다음으로, 원료 기판의 양면을 10질량％ 불화수소산 수용액에, 20℃에서, 5분간 침지하여 에칭을 행하고, 가장 얇은 부분의 두께가 0.25㎜, 가장 두꺼운 부분의 두께가 2㎜이며, 표면 및 이면의 양면이 조면인 볼록 형상의 광학 소자 패키지용 창재를 얻었다. 얻어진 창재의 표면의 표면 조도(Ra)는 0.27㎛, 이면의 표면 조도(Ra)는 0.27㎛였다.
다음에, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 광학 소자 패키지를 얻고, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 발광 특성 및 배광 특성을 평가한 결과, 창재를 통하여 출력되는 광의 방사 다발량은 5mW, 1/2 빔 각은 125도였다.
[실시예 4]
세라믹스판 상에 3.5㎜φ, 높이 2㎜의 알루미나 세라믹스의 반구 형상의 돌기가 종횡으로 배열된 입체 마스크를 사용하고, 반구 형상 부분을 중심으로 하는 3.5㎜φ에 탄산 레이저 장치로 절단한 것 이외는 실시예 3과 동일하게 하여, 가장 얇은 부분의 두께가 0.13㎜, 가장 두꺼운 부분의 두께가 2㎜이며, 표면 및 이면의 양면이 조면인 볼록 형상의 광학 소자 패키지용 창재를 얻었다. 얻어진 창재의 표면의 표면 조도(Ra)는 0.27㎛, 이면의 표면 조도(Ra)는 0.27㎛였다. 또한, 이 반구 형상의 창재의 볼록 형상 면 곡률 반경은 1.75㎜이다.
다음에, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 광학 소자 패키지를 얻고, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 발광 특성 및 배광 특성을 평가한 결과, 창재를 통하여 출력되는 광의 방사 다발량은 5mW, 1/2 빔 각은 140도였다.
[실시예 5]
세라믹스판 상에 3.5㎜φ, 높이 3㎜의 알루미나 세라믹스의 곡률 반경이 1.7㎜인 반구 형상의 돌기가 종횡으로 배열된 입체 마스크를 사용하고, 반구 형상 부분을 중심으로 하는 3.5㎜φ에 탄산 레이저 장치로 절단한 것 이외는 실시예 3과 동일하게 하여, 가장 얇은 부분의 두께가 0.25㎜, 가장 두꺼운 부분의 두께가 3㎜이며, 표면 및 이면의 양면이 조면인 볼록 형상인 광학 소자 패키지용 창재를 얻었다. 얻어진 창재의 표면의 표면 조도(Ra)는 0.27㎛, 이면의 표면 조도(Ra)는 0.27㎛였다. 또한, 이 반구 형상인 창재의 볼록 형상 면 곡률 반경은 1.75㎜이다.
다음에, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 광학 소자 패키지를 얻고, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 발광 특성 및 배광 특성을 평가한 결과, 창재를 통하여 출력되는 광의 방사 다발량은 5mW, 1/2 빔 각은 140도였다.
[비교예 1]
슬라이스된 합성 석영 유리 웨이퍼 원료 기판(8인치φ, 두께 1.2㎜)을 사용하고, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 합성 석영 유리 웨이퍼 원료 기판의 표면 및 이면의 양면을 랩 가공하여, 양면에 조연마면을 형성하고, 또한, 양면 연마 장치로 양면을 경면 가공했다. 다음에, 한 변이 3.5mm인 정사각형으로 다이싱 장치로 절단하고, 두께 1㎜의 표면 및 이면의 양면이 경면인 평 형상의 광학 소자 패키지용 창재를 얻었다. 얻어진 창재의 표면의 표면 조도(Ra)는 0.01㎛, 이면의 표면 조도(Ra)는 0.01㎛였다.
다음에, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 광학 소자 패키지를 얻고, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 발광 특성 및 배광 특성을 평가한 결과, 창재를 통하여 출력되는 광의 방사 다발량은 5mW, 1/2 빔 각은 105도였다.
표면 또는 이면의 한쪽 또는 양쪽 면이 조면인 창재를 구비하는 실시예의 광학 소자 패키지와, 표면 및 이면의 양면이 경면인 비교예의 광학 소자 패키지는, 양자의 방사 다발량은 동등했지만, 비교예에 비하여 실시예의 1/2 빔 각이 크고, 발광의 지향성이 저하되고 있어, 본 발명의 창재에 의해, 표면 및 이면의 양면이 경면 가공된 창재와 동일한 정도의 방사 다발량을 유지하면서, 광을 출광면으로부터 광각으로 방사시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
11, 12: 창재
2: 수용 부재
21: 방열재
3: 광학 소자
4: 원료 기판
5: 샌드블라스트 노즐
6: 입체 마스크
101, 102: 광학 소자용 패키지
201, 202: 광학 소자 패키지
2: 수용 부재
21: 방열재
3: 광학 소자
4: 원료 기판
5: 샌드블라스트 노즐
6: 입체 마스크
101, 102: 광학 소자용 패키지
201, 202: 광학 소자 패키지
Claims (19)
- 광학 소자가 내부에 수용되는 수용 부재의 상기 광학 소자의 발광 방향 전방에 설치되는 창재이며, 표면 및 이면으로부터 선택되는 적어도 한쪽 면이 조면인 합성 석영 유리인 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 창재.
- 제1항에 있어서, 상기 조면의 표면 조도(Ra)가 0.1 내지 0.5㎛인, 광학 소자 패키지용 창재.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 평 형상인, 광학 소자 패키지용 창재.
- 제3항에 있어서, 두께가 0.1 내지 5㎜인, 광학 소자 패키지용 창재.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 볼록 형상인, 광학 소자 패키지용 창재.
- 제5항에 있어서, 가장 얇은 부분의 두께가 0.1 내지 5㎜이며, 가장 두꺼운 부분의 두께가 0.4 내지 9.9㎜인, 광학 소자 패키지용 창재.
- 제5항에 있어서, 볼록 형상이 부분 구형상 또는 부분 타원 구형상이며, 볼록 형상의 면 곡률 반경이 0.5 내지 30㎜인, 광학 소자 패키지용 창재.
- 광학 소자가 내부에 수용되는 수용 부재와, 제3항에 기재된 평 형상의 창재를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 패키지.
- 광학 소자가 내부에 수용되는 수용 부재와, 제5항에 기재된 볼록 형상의 창재를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자용 패키지.
- 제8항에 있어서, 평 형상의 창재를 구비하는 광학 소자용 패키지의 수용 부재 내부에, 광학 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지.
- 제9항에 있어서, 볼록 형상의 창재를 구비하는 광학 소자용 패키지의 수용 부재 내부에, 광학 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지.
- 제10항에 있어서, 상기 광학 소자가 발광 소자인, 광학 소자 패키지.
- 제12항에 있어서, 상기 광학 소자가 파장 300㎚ 이하의 광을 발광 가능한 소자인, 광학 소자 패키지.
- 제3항에 기재된 평 형상의 창재를 제조하는 방법이며,
평판의 합성 석영 유리의 표면 및 이면으로부터 선택되는 적어도 한쪽 면을 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공하는 공정 및
상기 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공된 면을 에칭하여 상기 조면을 형성하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 창재의 제조 방법. - 제5항에 기재된 볼록 형상의 창재를 제조하는 방법이며,
평판의 합성 석영 유리의 한쪽 면에 볼록 형상의 입체 마스크를 부착하는 공정,
상기 입체 마스크를 부착한 합성 석영 유리의 상기 한쪽 면측을, 상기 입체 마스크와 함께 샌드블라스트 가공함으로써, 상기 합성 석영 유리에 상기 입체 마스크의 볼록 형상을 전사하는 공정 및
상기 샌드블라스트 가공된 면을 에칭하여 상기 조면을 형성하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 창재의 제조 방법. - 제10항에 기재된 평 형상의 창재를 구비하는 광학 소자 패키지를 제조하는 방법이며,
평판의 합성 석영 유리의 표면 및 이면으로부터 선택되는 적어도 한쪽 면을 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공하는 공정,
상기 랩 가공 또는 샌드블라스트 가공된 면을 에칭하여 상기 조면을 형성하는 공정,
상기 수용 부재의 내부에 광학 소자를 실장하는 공정 및
상기 수용 부재와 창재를 일체화하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지의 제조 방법. - 제11항에 기재된 볼록 형상 창재를 구비하는 광학 소자 패키지를 제조하는 방법이며,
평판의 합성 석영 유리의 한쪽 면에 볼록 형상의 입체 마스크를 부착하는 공정,
상기 입체 마스크를 부착한 합성 석영 유리의 상기 한쪽 면측을, 상기 입체 마스크와 함께 샌드블라스트 가공함으로써, 상기 합성 석영 유리에 상기 입체 마스크의 볼록 형상을 전사하는 공정,
상기 샌드블라스트 가공된 면을 에칭하여 상기 조면을 형성하는 공정,
상기 수용 부재의 내부에 광학 소자를 실장하는 공정 및
상기 수용 부재와 창재를 일체화하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지의 제조 방법. - 제16항에 있어서, 상기 광학 소자가 발광 소자인, 광학 소자 패키지의 제조 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 광학 소자가 파장 300㎚ 이하의 광을 발광 가능한 소자인, 광학 소자 패키지의 제조 방법.
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