(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子（１１）と、前記半導体発光素子（１１）を載置する円形の載置面（１９）と、前記載置面（１９）の外縁（１９ｃ）から上方に起立して前記半導体発光素子（１１）の側方を包囲し、前記半導体発光素子（１１）の放射光（ｉ）を反射する反射面（２０）とを有し、光ファイバ又は光導波路に放射光を入射する通信用の半導体発光装置（１０）であって、
前記反射面（２０）は、前記載置面（１９）の中心を通り該載置面（１９）に直交する平面上の平面曲線（２１）を、該載置面（１９）の中心を通る線を回転軸（１７）にして回転させた、上に向かって内径が常に大きくなる回転面であり、
前記平面曲線（２１）は、前記外縁（１９ｃ）上にある下端点（Ａ）から該下端点（Ａ）より上方にある中間点（Ｂ）まで延びる第一曲線（２２）と、前記中間点（Ｂ）から該中間点（Ｂ）より上方にあり、前記反射面（２０）の上端である上端点（Ｃ）まで延びる第二曲線（２７）とからなり、
前記回転軸（１７）の垂線と前記下端点（Ａ）から中間点（Ｂ）まで延びる第一直線（２３）との交差角度のうちで劣角の角度θ１が、５６．６１°≦θ１≦７４．６３°であり、
前記第一直線（２３）から前記第一曲線（２２）まで延びる、前記第一直線（２３）の最長の第一垂線（２４）の長さＩ１（但し、Ｉ１は、前記第一垂線が前記第一直線より上方に延びる場合は負の値をとり、前記第一垂線が前記第一直線より下方に延びる場合は正の値をとる）を、前記第一直線（２３）の長さＳ１で割った値が、−０．０１１≦Ｉ１／Ｓ１≦０．１１０であり、
前記回転軸（１７）の垂線と、前記中間点（Ｂ）から上端点（Ｃ）まで延びる第二直線（２８）との交差角度のうちで劣角の角度θ２が、６３．７４°≦θ２≦６６．３０°であり、
前記第二直線（２８）から前記第二曲線（２７）まで延びる、前記第二直線（２８）の最長の第二垂線（２９）の長さＩ２（但し、Ｉ２は、前記第二垂線が前記第二直線より上方に延びる場合は負の値をとり、前記第二垂線が前記第二直線より下方に延びる場合は正の値をとる）を、前記第二直線（２８）の長さＳ２で割った値が、０．０４１≦Ｉ２／Ｓ２≦０．０７８であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
半導体発光素子（１１）は、平面視で略正方形の且つ側面視で長方形の板状である請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記載置面（１９）から前記中間点（Ｂ）までの高さＨ２が前記載置面（１９）から前記半導体発光素子（１１）の上端（１１ａ）までの高さＨ３の０．７〜１．２５倍である請求項１又は２記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ素子等の半導体発光素子を用いた半導体発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射光を光ファイバや光導波路に入射して用いる通信用ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）装置は、光ファイバや光導波路へと導入されない光の割合が低く、光ファイバや光導波路へ導入された光の挿入損失が低いものが求められている。
通信用ＬＥＤ装置としては、例えば、緑色発光のＬＥＤ素子を平坦なリードフレームに実装し、パッケージ前面にレンズを設けることで集光して結合効率を高めているものがある。
しかし、ＬＥＤ素子からの放射光は、全方向に拡がるため、レンズにすら入らない光がある。このため、ＬＥＤ素子の放射光のうち、光ファイバや光導波路に入らない光の割合（結合損失）が大きくなっている。また、指向性が低いことが、光ファイバや光導波路に導入された光の挿入損失が大きくなる原因になっている。なお、一般的な表示用ＬＥＤについても指向性が低く、同様の問題がある。
【０００３】
そこで、結合損失を小さくする複合型結合鏡として、特許文献１には、放物線と、その放物線を焦点を中心として回転移動させて得られる曲線とを、放物線の対称軸を回転軸として回転させて得られる面を回転鏡面にしたものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６２７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の複合型結合鏡では、ＬＥＤ素子の側面から放出された放射光を開口へと導き難いことから、光ファイバや光導波路等への結合損失を十分に小さくすることが難しいと考えられる。
【０００６】
そこで、本発明は、光ファイバや光導波路等への結合損失を小さくした半導体発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子を載置する円形の載置面と、前記載置面の外縁から上方に起立して前記半導体発光素子の側方を包囲し、前記半導体発光素子の放射光を反射する反射面とを有し、光ファイバ又は光導波路に放射光を入射する通信用の半導体発光装置であって、前記反射面は、前記載置面の中心を通り該載置面に直交する平面上の平面曲線を、該載置面の中心を通る線を回転軸にして回転させた、上に向かって内径が常に大きくなる回転面であり、前記平面曲線は、前記外縁上にある下端点から該下端点より上方にある中間点まで延びる第一曲線と、前記中間点から該中間点より上方にあり、前記反射面の上端である上端点まで延びる第二曲線とからなり、前記回転軸の垂線と前記下端点から中間点まで延びる第一直線との交差角度のうちで劣角の角度θ１が、５６．６１°≦θ１≦７４．６３°であり、前記第一直線から前記第一曲線まで延びる、前記第一直線の最長の第一垂線の長さＩ１（但し、Ｉ１は、前記第一垂線が前記第一直線より上方に延びる場合は負の値をとり、前記第一垂線が前記第一直線より下方に延びる場合は正の値をとる）を、前記第一直線の長さＳ１で割った値が、−０．０１１≦Ｉ１／Ｓ１≦０．１１０であり、前記回転軸の垂線と、前記中間点から上端点まで延びる第二直線との交差角度のうちで劣角の角度θ２が、６３．７４°≦θ２≦６６．３０°であり、前記第二直線から前記第二曲線まで延びる、前記第二直線の最長の第二垂線の長さＩ２（但し、Ｉ２は、前記第二垂線が前記第二直線より上方に延びる場合は負の値をとり、前記第二垂線が前記第二直線より下方に延びる場合は正の値をとる）を、前記第二直線の長さＳ２で割った値が、０．０４１≦Ｉ２／Ｓ２≦０．０７８であることを特徴とする。
【０００８】
半導体発光素子としては、特に限定されないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子、レーザダイオード素子等が例示できる。
半導体発光素子は、平面視で略正方形の且つ側面視で長方形の板状であるものを例示できる。
半導体発光素子の大きさは、特に限定されないが、厚さが０．０１〜０．３ｍｍであることが好ましい。厚さが０．０１ｍｍ未満では半導体発光素子の強度が低く取扱いし難くなる。一方、０．３ｍｍを超えると半導体発光装置そのものが大きくなりすぎてしまう。
【０００９】
半導体発光素子から平面曲線の下端点までの最小距離は、特に限定されないが、０．０１〜０．０５ｍｍであることが好ましい。この最小距離が０．０１ｍｍ未満では半導体発光素子を載置面にセットし難くなる。一方、０．０５ｍｍを超えると結合損失が大きくなる。より好ましくは、０．０２〜０．０４ｍｍである。
【００１０】
載置面から平面曲線の中間点までの高さは、特に限定されないが、載置面から半導体発光素子の上端までの高さの０．７〜１．２５倍であることが好ましい。０．７倍未満では、平面曲線の第一曲線部の回転面で反射されない半導体発光素子の放射光（主に、半導体発光素子の側面からの放射光）が多くなり、指向性が低くなる。一方、１．２５倍を超えると、第二曲線が短くなるため平面曲線の第二曲線部の回転面が小さくなり、指向性が低くなる。
【００１１】
載置面から平面曲線の上端点までの高さは、特に限定されないが、半導体発光装置に用いるリードフレームをプレス加工して載置面及び反射面を形成する場合には、０．５〜１ｍｍであることが好ましい。０．５ｍｍ未満では指向性が得られ難くなる。一方、１ｍｍを超えると載置面や反射面が変形し易くなる。
【００１２】
半導体発光装置の用途は、上記のとおり、光ファイバや光導波路に放射光を入射する通信用ＬＥＤ発光装置等の通信用半導体発光装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光ファイバや光導波路等への結合損失を小さく（例えば、結合損失が４ｄＢ以下）した半導体発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例のＬＥＤ発光装置の平面図である。
【図２】同ＬＥＤ発光装置の凹部付近を拡大した平面図及び断面図である。
【図３】同ＬＥＤ発光装置の反射面の平面曲線の説明図である。
【図４】同ＬＥＤ発光装置の使用状態の断面模式図である。
【図５】実施例及び比較例の平面曲線の図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１５】
本発明の実施例のＬＥＤ発光装置１０について、図１〜図５を用いて説明する。
【００１６】
ＬＥＤ発光装置１０は、ＬＥＤ素子１１と、銀メッキが表面に施された銅合金からなり、ＬＥＤ素子１１が上面に載置されているリードフレーム１２と、透明な樹脂を成形してなり、リードフレーム１２の一部とＬＥＤ素子１１とを覆っている封止材１５とを備えている。
【００１７】
リードフレーム１２は、プレス加工により上面に凹部１８が形成されている。凹部１８の底面１９は略円形状の平面である。この底面１９が、ＬＥＤ素子１１が載置される載置面である。凹部１８の側面２０は、底面１９の中心を通りこの底面１９に直交する平面上の平面曲線２１を、底面１９の中心を通る、底面１９の垂線を回転軸１７にして回転させた、上に向かって内径が常に大きくなる回転面である。この側面２０が、ＬＥＤ素子１１の放射光ｉを反射する反射面である。
【００１８】
平面曲線２１は、底面１９の中心を通り底面１９に直交する平面で凹部１８を切断したときに断面に現れる底面１９の外縁１９ｃから凹部１８の上端まで延びる曲線であり、底面１９より上方に位置する中間点Ｂより下側の第一曲線２２と、この中間点Ｂより上側の第二曲線２７とからなっている。
【００１９】
ＬＥＤ素子１１は、略正方形の板状で発光面を上に向けて、底面１９の略中央に載置されている。また、ＬＥＤ素子１１の放射光ｉは、底面１９の外縁１９ｃから上方に起立してＬＥＤ素子１１の側方を包囲している凹部１８の側面２０によって反射され、凹部１８の開口へと導かれる。
【００２０】
ここで、凹部１８の形状が異なる３種類の実施例のＬＥＤ発光装置１０を作成し、それぞれの結合損失を測定した。また、凹部の形状が異なる３種類の比較例のＬＥＤ発光装置を作成し、それらの結合損失も測定した。実施例及び比較例の凹部形状と結合損失の測定値とを次の表１に示す。また、それぞれの平面曲線を図５に示す。なお、ＬＥＤ素子１１は、高さが０．１ｍｍで、底面の角１１ｂと凹部１８の底面１９の外縁１９ｃとの最小間隔が０．０３ｍｍのものを用いた。
【００２１】
【表１】
0005724757.tif 000002
【００２２】
表１のそれぞれの値について詳述すると、Ｃ点高さＨ１は、底面１９から平面曲線２１の上端点Ｃ（凹部１８の開口）までの高さ、即ち、凹部１８の深さであり、Ｂ点高さＨ２は底面１９から平面曲線２１の中間点Ｂまでの高さであり、チップ高さＨ３は底面１９からＬＥＤ素子１１の上面１１ａまでの高さである。また、底面半径Ｒは円形状の底面１９の半径であり、間隙ＧはＬＥＤ素子１１の底面の角１１ｂから平面曲線２１の下端点Ａまでの最短の距離である。
【００２３】
θ１は平面曲線２１の下端点Ａから中間点Ｂまで延びる第一直線２３と回転軸１７の垂線との交差角度のうちで劣角の角度である。また、Ｓ１は第一直線２３の長さであり、Ｉ１は第一直線２３から第一曲線２２まで延びる、第一直線２３の垂線のうちで最長の線である第一垂線２４の長さであり、Ｉ１／Ｓ１はＩ１の値をＳ１の値で割った値である。但し、Ｉ１は、第一垂線２４が第一直線２３より上方に延びる場合、即ち、第一曲線２２が上に凸の曲線の場合は負の値をとり、第一垂線２４が第一直線２３より下方に延びる場合、即ち、第一曲線２２が下に凸の曲線の場合は正の値をとる。
【００２４】
θ２は平面曲線２１の中間点Ｂから上端点Ｃまで延びる第二直線２８と回転軸１７の垂線との交差角度のうちで劣角の角度である。また、Ｓ２は第二直線２８の長さであり、Ｉ２は第二直線２８から第二曲線２７まで延びる、第二直線２８の垂線のうちで最長の線である第二垂線２９の長さであり、Ｉ２／Ｓ２はＩ２の値をＳ２の値で割った値である。但し、Ｉ２は、第二垂線２９が第二直線２８より上方に延びる場合、即ち、第二曲線２７が上に凸の曲線の場合は負の値をとり、第二垂線２９が第二直線２８より下方に延びる場合、即ち、第二曲線２７が下に凸の曲線の場合は正の値をとる。
【００２５】
結合損失は、図４に示すように、封止材１５の厚さを０．２ｍｍにしたＬＥＤ発光装置１０に、ＢＫ７のガラス板３２（厚さ０．１ｍｍ）を介在させて、光ファイバ３０（外径１．２０ｍｍ、コア３１の直径０．９８ｍｍ、）を接続したときに、ＬＥＤ素子１１の放射光ｉのうち、光ファイバ３０に入らないものの割合を測定して求めた。
【００２６】
表１に示すように、実施例１〜３は、結合損失が３．６ｄＢ以下となり、小さくなった。また、挿入損失が低減できた。一方、Ｉ１／Ｓ１の値が０．１４２である比較例１及びθ１が９０°である比較例２、３は、結合損失が４．１ｄＢ以上であった。
【００２７】
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
【符号の説明】
【００２８】
１０    ＬＥＤ発光装置
１１    ＬＥＤ素子
１１ａ  上面
１７    回転軸
１９    底面
１９ｃ  外縁
２０    側面
２１    平面曲線
２２    第一曲線
２３    第一直線
２４    第一垂線
２７    第二曲線
２８    第二直線
２９    第二垂線
Ａ    下端点
Ｂ    中間点
Ｃ    上端点
ｉ    放射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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