带抗反射膜的合成石英玻璃基板、窗材料、光学元件封装用盖、光学元件封装和光照射装置的制作方法

带抗反射膜的合成石英玻璃基板、窗材料、光学元件封装用盖、光学元件封装和光照射装置
1.相关申请的交叉引用
2.根据35 u.s.c
§
119(a)，此非临时申请要求于2020年3月18日在日本提交的专利申请号2020
‑
047579的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种带抗反射膜的合成石英玻璃基板、窗材料、光学元件封装用盖、光学元件封装和光照射装置。


背景技术：

4.能够在深紫外区域发光的uv
‑
led已引起关注。led可以提取任何波长，并且已经开发了适合于用途的led。例如，已知265
‑
285nm的波长(其为uvc区域)是用于杀菌的有效波长，并且已经开发出发出该波长的光的uv
‑
led用于杀菌用途。然而，增加led芯片的输出并不容易，并且需要通过除了增加芯片输出之外的方法来改进光提取效率。
5.作为改进光提取效率的方法，例如，有通过在被布线(wired)于封装而没有用窗材料密封的状态下使用光学元件来防止由窗材料引起的光反射损失的方法。但是，考虑到许多元件通常在大气中使用的事实，一般通过使用窗材料来密封光学元件。特别地，期望将uv
‑
led用于水杀菌，并且为了在近潮湿环境使用电气元件，使用窗材料的气密密封是必不可少的。然后，从对于紫外区域的光的高透射率以及长期稳定性的观点出发，主要选择合成石英玻璃作为窗材料。
6.例如，专利文献1报道了如下方法：在制造深紫外发光装置时在密封其上设置有元件的载体的情况下，使用附加有由具有特定膜厚的薄膜形成的抗反射膜的窗材料。
7.此外，专利文献2报道了一种通过将作为窗材料的玻璃材料形成为透镜形状来改进光分布特性以改进光提取效率的方法。
8.引文列表
9.专利文献1：jp
‑
a2018
‑
109657
10.专利文献2：wo2019/039440


技术实现要素：

11.但是，在专利文献1中，没有明确记载在形成抗反射膜之前的基板的状态，并且有如下担心：在其中将薄膜层叠的抗反射膜的成膜中，透射率会在基板间波动，因为在基板和第一层之间的界面处得不到均匀的膜。此外，在以上述构成形成抗反射膜的情况下，认为在260nm或300nm的波长下不能实现高透射率，并且可应用的波长范围窄。
12.另外，专利文献2报道了一种从母材切出石英玻璃以形成形状的方法。但是，独立地且以相同的精度切出石英玻璃片是非常困难的，且不经济。此外，在通过使粉末烧结进行成型的方法中，在烧结时由诸如铸模的成型材料导致的金属杂质污染不可避免，并且推测
所获得的材料对于其中持续照射如深紫外区域的短波长的光的用途不具有长期可靠性。
13.鉴于上述情况做出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种带抗反射膜的合成石英玻璃基板、窗材料、光学元件封装用盖、光学元件封装和光照射装置，该合成石英玻璃基板长期稳定地用作具有用于短波长、特别是深紫外区域的光学元件的光学元件封装或光照射装置的窗材料，在宽的波长范围内不会随时间变化，并且能够获得高透射率。
14.作为为实现上述目的而进行的努力研究的结果，本发明人发现，通过在具有预定接触角的合成石英玻璃基板上形成由三种特定的薄膜组成的抗反射膜，能够获得在特别是紫外区域中的宽波长范围中具有优异的透射率的带抗反射膜的合成石英玻璃基板，从而完成了本发明。
15.因此，本发明提供下述带抗反射膜的合成石英玻璃基板、窗材料、光学元件封装用盖、光学元件封装和光照射装置。
16.[1]带抗反射膜的合成石英玻璃基板，包括：合成石英玻璃基板；和在该合成石英玻璃基板的主表面上形成的抗反射膜，其中，上述合成石英玻璃基板的主表面的通过jis r 3257:1999的静滴法(sessile drop method)测定的接触角在5度以内；上述抗反射膜包括在上述合成石英玻璃基板的主表面上依次层叠的含al2o3的第一层、含hfo2的第二层和含mgf2或sio2的第三层。
[0017]
[2]如[1]所述的带抗反射膜的合成石英玻璃基板，其中
[0018]
上述第一层至第三层的光学膜厚分别在以下范围内：
[0019]
0.20λ≤n1d1≤0.30λ；
[0020]
0.45λ≤n2d2≤0.55λ；和
[0021]
0.20λ≤n3d3≤0.30λ，
[0022]
其中，n是折射率，d是物理膜厚，n1d1至n3d3分别是上述第一层至第三层的光学膜厚，并且λ是透过上述带抗反射膜的合成石英玻璃基板的光的中心波长且选自255至300nm的范围。
[0023]
[3]如[1]或[2]所述的带抗反射膜的合成石英玻璃基板，其中，在通过利用原子力显微镜测定上述合成石英玻璃基板的主表面上的任意的1μm
×
1μm的区域而得到的高度直方图中，当将中值高度定义为d50、将距最高高度的0.1％的高度定义为d99.9时，满足d99.9
‑
d50＜5nm的关系式。
[0024]
[4]由[1]至[3]中任一项所述的带抗反射膜的合成石英玻璃基板制成的窗材料。
[0025]
[5]光学元件封装用盖，其在如[4]所述的窗材料的主表面的外周缘部上具有粘接层。
[0026]
[6]如[5]所述的光学元件封装用盖，其中，上述粘接层由树脂基粘接剂或金属基粘接剂形成。
[0027]
[7]光学元件封装，包括：箱形的容纳构件；在上述容纳构件中容纳的用于255至300nm的波长的光学元件；和覆盖上述容纳构件的开口部的光学元件封装用盖，其中将如[5]或[6]所述的光学元件封装用盖接合至上述容纳构件的开口部。
[0028]
[8]如[7]所述的光学元件封装，其中，上述光学元件是发光元件或光接收元件。
[0029]
[9]如[8]所述的光学元件封装，其中，上述光学元件是发光元件。
[0030]
[10]光照射装置，包括：具有发光端口的壳体；和在上述壳体中容纳的至少一个光
源，其中，上述光源是如[9]所述的光学元件封装。
[0031]
[11]如[10]所述的光照射装置，还包括覆盖上述发光端口的窗材料。
[0032]
[12]如[11]所述的光照射装置，其中，上述窗材料是如[4]所述的窗材料。
[0033]
发明的有益效果
[0034]
根据本发明，当将带抗反射膜的合成石英玻璃基板用作具有用于短波长、特别是深紫外区域的光学元件的光学元件封装的窗材料时，该基板长期稳定，在宽的波长范围内不会随时间变化，并且可以获得高透射率。
[0035]
此外，由于本发明的带抗反射膜的合成石英玻璃基板可以减少光的反射损失，因此即使对于如具有弱输出的uv
‑
led那样的发光元件，也可以期望改进从led发射的光的光提取效率。
附图说明
[0036]
图1为示出根据本发明的带抗反射膜的合成石英玻璃基板的一例的截面图；以及
[0037]
图2为示出使用根据本发明的带抗反射膜的合成石英玻璃基板作为窗材料的表面安装型光学元件封装的一例的截面图。
具体实施方式
[0038]
以下，详细描述本发明。
[0039]
带抗反射膜的合成石英玻璃基板
[0040]
图1示出本发明的带抗反射膜的合成石英玻璃基板的截面结构的一例。此处所示的带抗反射膜的合成石英玻璃基板1在合成石英玻璃基板100的一侧或两侧的主表面上具有通过依次层叠含al2o3的第一层110、含hfo2的第二层120和含mgf2或sio2的第三层130而形成的抗反射膜140。带具有这种结构的抗反射膜的合成石英玻璃基板1可以改进光透射率，特别是255至300nm的波长的光透射率。
[0041]
合成石英玻璃是一种非常稳定的物质。然而，例如，当在表面被有机物污染的状态下用具有255至300nm的波长的光照射合成石英玻璃时，有机物被分解或结构变化，并且可能降低基板的透射率。类似地，当在合成石英玻璃基板100的表面与构成抗反射膜140的薄膜之间的界面处存在有机物质时，有机物质由于短波长的光而分解或结构变化，并且基板的透射率可能降低。出于该原因，优选在作为合成石英玻璃基板100，仅将合成石英玻璃的硅烷醇基暴露在基板表面上的状态下、即在合成石英玻璃基板100的表面是亲水性的状态下形成抗反射膜。从该观点出发，在形成抗反射膜时，合成石英玻璃基板100要求具有的其主表面上的通过日本工业标准jis r 3257：1999的静滴法测定的接触角为5度以下，优选为3度以下。本发明使用合成石英玻璃基板100，从而能够得到具有即使在用例如具有255至300nm的波长的光连续照射时也不降低的光透射率，且长时间稳定的带抗反射膜的合成石英玻璃基板1。
[0042]
通过对合成石英玻璃锭进行成型、退火、切片、倒角、包敷(wrap)、用于使基板表面镜面精加工的抛光、和清洗来获得合成石英玻璃基板100。在此，作为抛光合成石英玻璃基板的方法，可以采用公知的方法，且该方法没有特别限定。在本发明中，可以通过双面抛光同时对两个面进行精加工，或者可以对每个面应用单面抛光以进行精加工。
9211
‑
1：2010所示的、被认为是抗反射膜的缺陷的点状缺陷、线状缺陷、面状缺陷和体积缺陷。然而，缺陷也可能由如上所述形成的合成石英玻璃基板的表面上的表面异物引起。在本发明中，由于合成石英玻璃基板100是通过利用原子力显微镜的测定而得到的高度直方图被控制了的表面，因此，例如，能够显著减少诸如膜剥离或膨胀(体积缺陷之一)的问题发生的概率。此外，即使在长期使用中，也期望可以消除由缺陷引起的危险因素，这有助于形成物理上稳定的膜。
[0050]
合成石英玻璃基板100的形状可以是板状、具有不平坦形状的球形或具有不平坦形状的非球形。为了简单地密封其中设置有光学元件的壳体，从经济性和操作容易性的观点出发，优选板状者。
[0051]
另一方面，为了有效率地提取从光学元件发射的光，可以选择球形或非球形表面，诸如具有基于光学计算设计的凹凸形状的单纯的平凸透镜形状、平凹透镜形状或凸弯月形透镜形状。
[0052]
可通过考虑来自发光元件的光的波长的衰减以及与窗材料的外侧(即光学元件封装的外侧)的压力(气压或水压)差来适当地选择合成石英玻璃基板100的厚度。当用于密封光学元件封装的用途时，即作为合成石英玻璃盖时，厚度优选为0.1mm以上，更优选为0.2mm以上，并且厚度的上限优选为5mm以下，更优选4mm以下。另一方面，当用于密封光照射装置的用途时，厚度优选为1mm以上，更优选为2mm以上，并且厚度的上限优选为50mm以下，更优选为45mm以下。
[0053]
接下来，描述抗反射膜140。
[0054]
抗反射膜140在合成石英玻璃基板100的整个主表面上具有从合成石英玻璃基板100侧开始依次层叠的含al2o3的第一层110、含hfo2的第二层120和含mgf2或sio2的第三层130。
[0055]
第一层110是直接形成在合成石英玻璃基板100上的薄膜。合成石英玻璃基板100具有1.4的折射率，并且抗反射膜140被设计为由三层薄膜组成。由此，作为条件，第一层110的薄膜所需的折射率大于合成石英玻璃基板的折射率，并且小于第二层的折射率。此外，对于第一层110的薄膜，选择对合成石英玻璃基板100具有高密合性并且在成膜期间几乎不变成不均匀膜的材料。此外，由于本发明的带抗反射膜的合成石英玻璃基板1意欲特别是在255至300nm的波长下使用，因此不优选选择吸收该波长范围内的光的物质。从以上观点出发，可以考虑al2o3(折射率：1.62)作为选自通常可得的材料的薄膜的候补，并且在本发明中，选择含al2o3的薄膜作为第一层110。予以说明，也考虑sio2(折射率：1.42)作为满足上述观点下的条件的物质。然而，考虑到合成石英玻璃基板100是具有极高纯度的sio2的非晶态，因此不适合形成相同类型的sio2膜作为第一层110。
[0056]
第二层120是抗反射膜140的中间层。具有单层或两层结构的抗反射膜通常具有窄的能够呈现出高透射率的波长范围且通常具有被分成两部分的高透射率区域(w类型)，并且很难实际使用。特别地，在深紫外线的波长区域中，该趋势显著。鉴于上述情况，通过将第二层120形成为缓和层，能够形成当在255至300nm的波长范围内使用时在整个范围内稳定地呈现出高透射率的抗反射膜140。在该情况下，由于在第一层110中选择了具有相对小的折射率的含al2o3的薄膜，因此期望第二层120由具有高折射率的物质形成。此外，由于不能选择吸收255至300nm的波长范围内的光的物质，因此期望选择含hfo2(折射率：2.20)的薄
膜作为第二层120。予以说明，作为具有高的折射率和耐紫外光性的膜，也可以考虑含zro2的薄膜作为候补。但是，zro2容易成为不均质的膜，存在诸如难以控制成膜条件、以及与第一层110或第三层130的密合性变差的担心。
[0057]
第三层130是抗反射膜140的最外层。对于最外层，选择具有降低反射率的特性的薄膜。即，要求由具有低折射率的物质制成。由于其上形成有抗反射膜140的基板是具有低折射率的合成石英玻璃基板100，因此，作为最外层的第三层130的折射率优选接近合成二氧化硅的折射率。此外，当在255至300nm的波长范围内使用基板时，由于不能选择吸收该波长范围内的光的物质，因此期望选择含mgf2(折射率：1.41)或sio2的薄膜作为第三层130。
[0058]
在选择含mgf2的薄膜作为第三层130的情况下，即使光学膜厚偏离设计目标值约
±
0.1λ，由于mgf2是具有稳定的低折射率特性的物质的事实，以及在本发明的抗反射膜140中第二层120被设计为减小光程长度的偏差，因此该薄膜也足以作为最外层所需的低折射率材料起作用。予以说明，mgf2是氟化物并且具有高吸湿性。例如，当在空气中长时间放置时，mgf2吸收空气中的水分，并且作为结果，第二层120和第三层130之间的密合性变差，并且可能产生部分分离(detachment)。在该情况下，空气的层进入发生分离的位置，并且有时不能获得如设计般的透过性。因此，通过在最外层形成含mgf2的薄膜而得到的带抗反射膜的合成石英玻璃基板1期望在诸如惰性气体环境或干燥空气环境等实施了湿度对策的环境中使用。
[0059]
当选择含sio2的薄膜作为第三层130时，尽管sio2具有反射率比mgf2稍高这样的特性，但是如果将光学膜厚控制在相对于设计目标值内的
±
0.05λ，则不发生大的问题。此外，由于sio2是氧化物，因此膜密度高于作为氟化物的mgf2，并且水分子不易进入薄膜内，因此改进了与膜耐受性(film resistance)相关的环境依赖性，例如耐湿性。因此，例如，当在潮湿环境中使用基板时，例如在建议作为深紫外led的使用用途的水杀菌模块用途中，期望选择含sio2的薄膜作为最后一层。
[0060]
抗反射膜140具有上述三层薄膜结构，并且通过控制各层的光学膜厚，例如可以改进对于具有255至300nm的波长的光的透射率。
[0061]
还有通过层叠多个具有极薄膜厚度的层来设计具有高透射率的膜的方法，该膜通常被称为等效膜(equivalent film)。但是，有时需要将物理膜厚控制在几纳米以内，并且如果通过真空气相沉积法等层叠薄膜，则有成膜失败的风险。
[0062]
在此，考虑到薄膜的上下界面处的反射，进入薄膜内的光在界面处重复自由端反射或固定端反射。在薄膜(折射率n)中，光的波长λ0为λ0/n，并且如果薄膜的光学膜厚nd为nd＝0.25
×
λ0，则理论上光的相位对齐。据此，可以通过将薄膜的光学膜厚设定为0.25
×
λ的整数倍来设计抗反射膜。
[0063]
另一方面，从在形成抗反射膜140时的监视精度、即膜厚控制的观点出发，各层的光学膜厚优选为0.75λ以下。如果光学膜厚比0.75λ厚，则在成膜期间容易发生诸如温度不均的问题，并且担心薄膜会变得不均匀。此外，由于需要一些高纯度和高价的靶材来形成构成抗反射层的薄膜，因此每层的光学膜厚越接近0.25λ，则越具有经济优势。
[0064]
由于抗反射膜140具有三层结构，因此从经济性和成膜时间的观点出发，n1d1≈n2d2≈n3d3≈0.25λ是最佳解决方案。这里，n表示折射率，d表示物理膜厚，n1d1至n3d3分别表示第一层110至第三层130的光学膜厚。λ表示透过带抗反射膜的合成石英玻璃基板的光的
中心波长且选自255至300nm的范围。
[0065]
此处，单层薄膜的特性矩阵由下式(1)表示：
[0066][0067]
其中，i是虚数单位(i2＝
‑
1)，n与上述相同。
[0068]
然后，三层薄膜的特性矩阵由下式(2)表示：
[0069][0070]
其中，n1至n3分别表示第一层至第三层的折射率，并且i与上述相同。
[0071]
在使用合成熔融二氧化硅作为基板的情况下，当通过将各层的光学膜厚设为0.25λ来进行特性矩阵m的设计时，要求第二层120的折射率n2为1.19的薄膜。但是，由于不存在能够形成折射率接近该折射率的薄膜的物质，因此，在上述条件下，无法得到在255至300nm的波长范围内呈现出高透射率的抗反射膜。
[0072]
根据以上结果，考虑不影响第二层120的折射率的膜设计作为改进措施，对于具有三层结构的薄膜的特性矩阵m，仅将与第二层120有关的部分设计为单位矩阵，即，n2d2＝0.5λ，因此反射率不受影响。此时，特性矩阵m由下式(3)表示：
[0073][0074]
其中n1、n3和i与上述相同。
[0075]
在本发明中，考虑到抗反射膜的透射率，构成第二层120的物质优选具有比第一层110和第三层130的物质更高的折射率。
[0076]
采用这种设计，考虑到薄膜界面处的相位差，抗反射膜140的反射率r由第一层110和第三层130的折射率值确定。当假设其中反射率r＝0的理想状态计算薄膜的特性矩阵时，仅需要寻找满足下式(4)表示的条件的薄膜：
[0077][0078]
其中，n0表示放置抗反射膜的环境的折射率，并且n
m
表示基板的折射率，n1和n3与上述相同。
[0079]
予以说明，在本发明中，由于假定光穿过带抗反射膜的合成石英基板1、并且然后逸出到大气中，因此可以将空气折射率1.00设为n0。当使用合成石英玻璃作为基板时，给定折射率n
m
＝1.4，如果形成含sio2或mgf2的薄膜作为具有降低第三层130上的反射率的特性的薄膜，给定n3≈1.42，因此得到n1≈1.69，并且能够使用含al2o3的薄膜，其具有约1.62的折射率并且是稳定的。
[0080]
此外，考虑到以下事实：即使假设反射率r＝0的理想状态进行成膜，光的透射率也根据薄膜的均匀性和界面的平坦度而变化，并且在纳米级控制薄膜的物理厚度是困难的；根据成膜条件，相对于由下式表示的中心光学膜厚，将上述各层的光学膜厚优选设计在
±
0.05λ的范围内，更优选在
±
0.03λ的范围内：
[0081]
n1d1＝n3d3＝0.25λ
[0082]
n2d2＝0.50λ
[0083]
其中，n、d、n1d1至n3d3和λ与上述相同。
[0084]
可以通过常规方法形成如上所述设计的各薄膜。例如，可以通过使用物理气相沉积法(诸如真空气相沉积法、rf溅射法或离子镀法)或化学气相沉积法来形成膜。从成膜精度的观点出发，优选使用真空气相沉积法，并且优选使用电子束法作为真空气相沉积法。
[0085]
可以通过使用上述成膜方法，在合成石英玻璃基板100的主面上形成第一层110至第三层130的各薄膜来得到带抗反射膜的合成石英玻璃基板1。这时，如图1所示，抗反射膜140可以形成在合成石英玻璃基板100的主表面的至少一面上。然而，根据用途、使用环境等，抗反射膜140可以形成在合成石英玻璃基板100的主表面的两面上(未图示)。
[0086]
由上可知，带抗反射膜的合成石英玻璃基板1的抗反射膜140中的第一层至第三层的光学膜厚的优选范围为：
[0087]
0.20λ≤n1d1≤0.30λ
[0088]
0.45λ≤n2d2≤0.55λ
[0089]
0.20λ≤n3d3≤0.30λ
[0090]
其中，n、d、n1d1至n3d3和λ与上述相同，
[0091]
更优选的范围是：
[0092]
0.22λ≤n1d1≤0.28λ
[0093]
0.47λ≤n2d2≤0.53λ
[0094]
0.22λ≤n3d3≤0.28λ
[0095]
其中，n、d、n1d1至n3d3和λ与上述相同。
[0096]
本发明的带抗反射膜的合成石英玻璃基板1特别在透过具有255至300nm的波长的光时能够适宜地使用。例如，在用于假设长时间使用的用途的uv
‑
led的情况下，能够长期稳定地改进光提取效率。
[0097]
窗材料
[0098]
带抗反射膜的合成石英玻璃基板1可以优选用作覆盖光学元件封装的容纳构件的开口部的窗材料(光学元件封装用盖)、覆盖发光装置的壳体的发光端口的窗材料等。特别地，带抗反射膜的合成石英玻璃基板1可以更优选地用作用于覆盖容纳构件的开放部的窗材料，在其中容纳有用于255至300nm的光学元件并且面对该元件的表面是开放的。
[0099]
光学元件封装用盖
[0100]
在窗材料的表面上，例如在窗材料的主表面的外周缘部上，即窗材料与容纳构件接触的部分上，光学元件封装用盖具有粘接剂的粘接层。
[0101]
在此，粘接剂没有特别限制，优选为树脂基粘接剂或金属基粘接剂。
[0102]
树脂基粘接剂由含有粘接剂树脂的树脂基糊剂形成，并且粘接剂树脂在结构上具有网状，并且可以形成三维结构。因此，树脂基粘接剂可以附着至合成石英玻璃基板，并且还可以附着至诸如陶瓷和金属板的许多材质。
[0103]
树脂基粘接剂的实例包括可紫外线固化粘接剂和有机硅基粘接剂。树脂类粘接剂的具体实例包括tb3114(由threebond holdings co.,ltd制造)和ker
‑
3000
‑
m2(由shin
‑
etsu chemical co.,ltd.制造)。
[0104]
另一方面，金属基粘接剂的实例包括含有选自金、银、铜、钯、锡、铋和碲中的一种
或多种的元素的粘接剂。金属元素可以在粘接剂中为块状的状态，也可以是被保护剂覆盖的纳米粒子的状态。此外，也可以使用包含具有焊料性质的焊料粉末的金属。
[0105]
构成金属基粘接剂的金属优选为选自包括金、银和铜中的一种或多种金属，包含该金属的合金，或该金属与另一种金属的混合物。在合金或混合物的情况下，选自包括金、银和铜中的一种或多种金属优选为金属纳米颗粒整体的80重量％以上。
[0106]
从易于处理的观点出发，金属纳米粒子的一次粒子的平均粒径(平均一次粒径)d
50
(体积平均中值粒径)优选为20nm以上，更优选为30nm以上，并且平均粒径的上限优选为90nm以下，更优选为80nm以下。可将通过动态光散射法测定的值应用于该粒径。
[0107]
作为焊料粉末，可以使用包含上述金属的市售产品，该焊料粉末的具体实例包括au
‑
sn焊料和sn
‑
bi焊料。
[0108]
作为涂布粘接剂的方法，可应用公知的方法，该方法的具体实例包括分配器涂布、丝网印刷和喷墨印刷。
[0109]
光学元件封装
[0110]
本发明的光学元件封装件包括：箱形的容纳构件(封装件载体)；容纳在该容纳构件中的用于255至300nm的波长的光学元件；以及覆盖容纳构件的开口部的光学元件封装用盖。将该光学元件封装用盖接合到容纳构件的开口部。
[0111]
图2示出本发明的光学元件封装的实例。在图2中，在光学元件封装2中，例如，光学元件250布置在形成为四方箱形的容纳构件(封装载体)240的底部的中央，设置在由带抗反射膜的合成石英玻璃制成的窗材料210的主表面的外周缘部上具有粘接层220的光学元件封装用盖230以覆盖封装载体240的上端开放部，并且将窗材料210以粘接层220介于二者之间的方式接合到封装载体240的上端面(框架部)。予以说明，图2示出了反射板260。此外，封装载体240可以在底部具有凹陷部(未图示)作为光学元件250的容纳部。
[0112]
作为封装载体240，可以使用公知的构件作为将光学元件250容纳在光学元件封装2中的构件。例如，可以使用由无机材料(诸如金属和陶瓷)和有机材料(诸如橡胶、弹性体和树脂)形成的构件。予以说明，在光学元件是后述的发光元件的情况下，当光学元件由于由元件产生的热而变成高温状态时，光学元件的发光效率可能降低。在这种情况下，封装载体240优选是由具有优异散热性的氧化铝基陶瓷或氮化铝基陶瓷制成，或者是通过使用金、铜等的金属镀层作为散热材料而形成的封装载体。此外，根据光学元件的用途、要容纳的光学元件的尺寸、窗材料的尺寸等来适当地选择封装载体240的尺寸。
[0113]
设置在封装载体240内部的光学元件250可以是发光元件或光接收元件。对于能够发射或接收具有300nm以下的波长的光的光学元件，本发明的光学元件封装2是特别优选的。光学元件的具体实例包括具有255至300nm的中心发射波长的发光元件、具有255至300nm的峰值灵敏度的波长的光接收元件等。
[0114]
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)、arf准分子激光器(波长193nm)、krf准分子激光器(波长248nm)、yag fhg(第四高频)激光(波长266nm)等。
[0115]
光接收元件的实例包括光电二极管。
[0116]
在封装载体240和窗材料210所包围的范围内，可以设置光学元件250，以及用于光学元件250与光学元件封装2之间的电导通的引线(未图示)，和其它构件(诸如用于提高光
提取效率的反射板260)。为了防止光学元件250的劣化，光学元件封装2的内部优选处于真空状态或填充有非活性气体(诸如氮气和氩气)的状态。
[0117]
本发明的光学元件封装体可以通过将本发明的光学元件封装用盖与其中容纳有光学元件的容纳构件(封装载体)接合而制造。此时，根据构成光学元件封装用盖的粘接层的粘接剂的种类，通过诸如加热或加压的适当手段进行封装载体和光学元件封装用盖之间的接合。
[0118]
光照射装置
[0119]
本发明的光照射装置包括具有发光端口的壳体和容纳在该壳体中的至少一个光源，并且光源是包括发光元件作为光学元件的光学元件封装。
[0120]
壳体的形状没有特别限制，只要壳体具有用于容纳光源和能够发射从光源发射的光的发光端口的空间即可。形状的具体实例包括圆筒形、中空的大致圆筒形、棱柱形和中空的大致棱柱形。考虑到外壳也也被紫外光照射的事实，作为形成外壳的材料，优选诸如不易因紫外光而劣化的sus的金属材料。
[0121]
作为光源，使用上述的本发明的光学元件封装。光源的具体实例包括被使用本发明的带抗反射膜的合成石英玻璃基板的光学元件封装用盖密封的紫外led表面安装型封装(uv
‑
led smd pkg)。uv
‑
led smd pkg具有宽范围的尺寸，例如3.5毫米见方和6.0毫米见方。结合在作为模块的壳体中的uv
‑
led smd pkg根据用途适当地选择。此外，带抗反射膜的合成石英玻璃盖的尺寸也追随uv
‑
led smd pkg的尺寸。
[0122]
仅需要在壳体中设置至少一个光源，并且可以根据发光装置的用途和目的适当地设定光源的数量。此外，光源的布置没有特别限制，并且可以根据用途和目的适当地设定。例如，当将光源用于需要一次性在大面积上方进行光照射的树脂固化用装置中时，将光源以平面状布置于面向发光端口的位置。此外，在需要耐压性的用途(诸如水杀菌用途)的情况下，例如，在由sus制成的圆筒形壳体中，将uv
‑
led smd pkg设置在面对作为密封玻璃的窗材料的位置处。
[0123]
光照射装置可进一步包括覆盖发光端口的窗材料。窗材料可以没有特别限制地使用，只要该窗材料透过从诸如合成石英玻璃基板的光学元件封装发射的光即可。在本发明的光照射装置中，通过用这种窗材料密封光学元件封装，可进一步减小外部环境对布置在uv
‑
led smd pkg中的光学元件的影响。此时，从改进从发光元件发出的短波长光的提取效率的观点出发，优选使用上述本发明的带抗反射膜的合成石英玻璃基板作为窗材料。带抗反射膜的合成石英玻璃基板可具有在一面或两面上形成的抗反射膜。然而，在预期流体将与合成石英玻璃基板的表面直接接触的用途(诸如水杀菌用途)中，抗反射膜可能由于与流体的摩擦而剥离。因此，从耐摩擦性的观点出发，优选将抗反射膜设计为仅形成在光源侧上的表面上。此外，光照射装置的窗材料可以用粘接剂接合，或者可以通过用凸缘等紧固来固定。
[0124]
予以说明，在诸如uv
‑
led那样使用高指向性的光设计光照射装置的情况下，可在uv
‑
led smd pkg和附着于发光端口的窗材料之间插入由合成石英玻璃制成的扩散板，以防止光不均匀地投射到要被光照射的物体上。
[0125]
实施例
[0126]
以下，参考实施例和比较例具体描述本发明。但是，本发明不受限于下述的实施
例。
[0127]
(1)带抗反射膜的玻璃基板的制作
[0128]
实施例1
[0129]
用进行行星运动的双面研磨机将切割的合成石英玻璃晶片基板(直径4英寸)包敷后，使用氧化铈基磨料(mitsui mining&smelting co.,ltd.制造的mirek e
‑
10)在进行行星运动的双面抛光机中进行镜面加工，获得了具有0.5mm厚度的双面镜面精加工了的合成石英玻璃晶片基板。对获得的合成石英玻璃晶片基板进行sc
‑
1清洗、漂洗和采用异丙醇的蒸气干燥，以清洁基板表面。
[0130]
根据日本工业标准jis r 3257：1999的静滴法，通过将水滴滴在该合成石英玻璃晶片基板上来测定基板主表面上的接触角，并且两面均为3.8度。此外，在合成石英玻璃晶片基板的主表面的中心附近，在一个测定点，用原子力显微镜以256像素见方的分辨率测定1μm
×
1μm的区域，并分析高度直方图分布。当将中值的高度定义为d50且将距最高值的0.1％的高度定义为d99.9时，d99.9
‑
d50的值为1.3nm，并且没有观察到残留磨料或异物的附着。
[0131]
使用合成石英玻璃晶片基板作为基板，通过真空气相沉积法从作为基板的基板侧依次形成第一层至第三层的薄膜。将抗反射膜形成在基板的主表面的两面。表1示出各薄膜的组成和光学膜厚。
[0132]
使用分光光度计(由agilent technologies制造的cary4000)测定所得的带抗反射膜的合成石英玻璃基板的垂直入射所致的透射率。表2示出各波长(λ)下的初始透射率。
[0133]
将带抗反射膜的合成石英玻璃基板在85℃
‑
85％rh的恒温恒湿环境中放置2400小时，同时用从30
‑
mw级uvc
‑
led发出的285nm的光照射，并且然后再次测定透射率。该透射率与初始状态下的透射率相同。此外，未观察到诸如抗反射膜中的分离的问题。
[0134]
实施例2
[0135]
除了如表1所示那样改变各层的组成和光学膜厚以外，以与实施例1相同的方式制造带抗反射膜的合成石英玻璃基板，并测定了透射率。表2示出各波长下的初始透射率。
[0136]
将带抗反射膜的合成石英玻璃基板在60℃
‑
90％rh的恒温恒湿环境中放置2400小时，同时用从30
‑
mw级uvc
‑
led发出的265nm的光照射，并且然后再次测定透射率。该透射率与初始状态下的透射率相同。此外，未观察到诸如抗反射膜中的分离的问题。
[0137]
实施例3
[0138]
除了如表1所示那样改变各层的组成和光学膜厚并且仅在基板的主表面的一面上形成抗反射膜之外，以与实施例1相同的方式制造带抗反射膜的合成石英玻璃基板，并测定了透射率。表2示出了各波长下的初始透射率。
[0139]
将带抗反射膜的合成石英玻璃基板在85℃
‑
85％rh的恒温恒湿环境中放置2400小时，同时用从30
‑
mw级uvc
‑
led发出的285nm的光照射，并且然后再次测定透射率。该透射率与初始状态下的透射率相同。此外，未观察到诸如抗反射膜中的分离的问题。
[0140]
实施例4
[0141]
抛光后，将以与实施例1相同方式抛光过的合成石英玻璃晶片基板用超纯水漂洗，并用异丙醇进行蒸气干燥。在评价基板的表面状态时，两面的接触角均为4.1度，并且d99.9
‑
d50的值为6.3nm。
[0142]
使用合成石英玻璃晶片基板作为基板，通过真空气相沉积法形成具有与实施例1相同构成的抗反射膜。表2示出各波长下的初始透射率。
[0143]
将带抗反射膜的合成石英玻璃基板在85℃
‑
85％rh的恒温恒湿环境中放置2400小时，同时用从30
‑
mw级uvc
‑
led发出的285nm的光照射，并且然后再次测定透射率。尽管与初始透射率相比降低了约1％至1.5％，但是透射率没有严重问题。此外，当用光学显微镜观察抗反射膜时，偶尔发现具有约10至100μm的直径的空隙。
[0144]
比较例1
[0145]
使用分光光度计(由agilent technologies制造的cary4000)测定具有0.5mm的厚度的合成石英玻璃晶片基板的垂直入射所致的透射率，该合成石英玻璃晶片基板除了没有形成抗反射膜以外与实施例1相同。表2示出各波长下的初始透射率。
[0146]
比较例2
[0147]
将以与实施例1相同的方式抛光和清洗后的合成石英玻璃基板放置在用于容纳具有4英寸直径的晶片的带槽的丙烯酸树脂壳体中并存储72小时。在评价基板的表面状态时，两面的接触角均为43度，并且d99.9
‑
d50的值为3.3nm。
[0148]
使用合成石英玻璃晶片基板作为基板，通过真空气相沉积法形成具有与实施例1相同构成的抗反射膜。表2示出各波长下的初始透射率。
[0149]
对于带抗反射膜的合成石英玻璃基板，通过sem观察抗反射膜的截面时，确认了在基板与第一层的界面处发生了分离，膜的密合性不完美。
[0150]
比较例3
[0151]
将以与实施例1相同的方式抛光和清洗后的合成石英玻璃基板放置在用于容纳具有4英寸直径的晶片的带槽的丙烯酸树脂壳体中并存储24小时。在评价基板的表面状态时，两面的接触角均为11度，并且d99.9
‑
d50的值为2.9nm。
[0152]
使用合成石英玻璃晶片基板作为基板，通过真空气相沉积法形成具有与实施例1相同构成的抗反射膜。表2示出各波长下的初始透射率。
[0153]
对于带抗反射膜的合成石英玻璃基板，通过sem观察抗反射膜的截面时，确认了在基板与第一层的界面处发生了分离，膜的密合性不完美。
[0154]
表1
[0155][0156]
表2
[0157][0158]
(2)由带抗反射膜的玻璃基板制成的光学元件封装用盖的制作
[0159]
实施例5
[0160]
在实施例1中制作的带抗反射膜的合成石英玻璃基板的主表面的外周缘部上，使用分配器涂布由33wt％的具有72nm的平均一次粒径d
50
的银纳米粒子和67wt％的sn
‑
bi焊料粉末(由mitsui mining&smelting co.,ltd.制造的st
‑
5)组成的金属基粘接剂，使得粘接层的线宽为0.3mm，以形成粘接层。之后，沿着粘接层的外周，将合成石英玻璃晶片基板分割并切成3.4mm见方，以获得包括合成石英玻璃的窗材料和由金属基粘接剂形成的粘接层的光学元件封装用盖。
[0161]
实施例6
[0162]
通过丝网印刷，将有机硅树脂粘接剂(由shin
‑
etsu chemical co.,ltd.制造的ker
‑
3000
‑
m2)涂布于实施例1中制作的带抗反射膜的合成石英玻璃基板的主表面的外周缘部上，使得线宽为0.5mm，并形成粘接层。之后，沿着粘接层的外周，将合成石英玻璃晶片基板分割并切成3.5mm见方，以获得包括合成石英玻璃的窗材料和由金属基粘接剂形成的粘接层的光学元件封装用盖。
[0163]
(3)使用带抗反射膜的玻璃基板作为窗材料的光学元件封装的制作
[0164]
实施例7
[0165]
用实施例5中制作的光学元件封装用盖密封布置在基于氮化铝的3.5mm见方表面安装型封装(smd pkg)载体上的285nm的30
‑
mw级的uv
‑
led，制作uv
‑
led smd pkg。予以说明，在smd pkg载体中，与带抗反射膜的合成石英玻璃盖的接合部的表面镀金。
[0166]
关于所制作的光学元件封装，通过美国军用标准mil
‑
std
‑
883method 1014所示的总泄漏测试(gross leak test)确认了没有泄漏。此外，在该标准所示的精细泄漏测试(fine leak test)中，氦泄漏率为5.8
×
10
‑8atm/cc sec。此外，当打开smd封装中的led并测定在285nm下的垂直入射所致的透射率时，透射率为98.4％。
[0167]
实施例8
[0168]
使用实施例6的光学元件封装用盖，以与实施例7相同的方式，通过与smd pkg接合来制作光学元件封装。当打开smd封装中的led并测定在265nm下的垂直入射所致的透射率时，透射率为98.4％。
[0169]
(4)光照射装置的制作
[0170]
实施例9
[0171]
在具有底壁和侧壁的由sus制成的圆筒形壳体的底表面上，将16个实施例6中制作的光学元件封装(四乘四布置)布置为平面状。将实施例1中制作的带抗反射膜的合成石英玻璃基板作为窗材料安装在壳体的上端开口部(发光端口：面对从uvc
‑
led发射的光的表面)上，使得其上形成有抗反射膜的表面在光源侧。通过用由sus制成的法兰夹在中间将窗材料固定于壳体。从安装在壳体内的uvc
‑
led发出的光的透射率为97.5％。
[0172]
根据以上结果，本发明的带抗反射膜的合成石英玻璃基板在255至300nm的波长区域中显示高透射率。此外，在恒定温度和湿度等的可靠性评估等中没有问题。因此，显示了本发明的带抗反射膜的合成石英玻璃基板能够优选用于需要高透射率或低反射率的许多领域。