(57)【要約】光ファイバを伝送媒体として光信号を送信する光送信装置である。貫通孔を有する基板と、基板の裏面に搭載され発光部を有する発光素子とを備え、貫通孔は基板の裏面側から表面側へ向かって内径が大きくなる内壁を有し、発光素子は発光部が貫通孔内に露出するように配置され、発光部は貫通孔内に広がる放射光を基板の表面へ向けて放射し、貫通孔は放射光を基板の表面側へ通過させると共に内壁に照射された放射光を基板の表面側へ反射する光送信装置であり、放射角の広い光を有効に利用して結合効率の向上を図りつつ、装置の小型化、低価格化および放熱性の向上を図ることができる。
2004109814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する基板と、基板の裏面に搭載され発光部を有する発光素子とを備え、貫通孔は基板の裏面側から表面側へ向かって内径が大きくなる内壁を有し、発光素子は発光部が貫通孔内に露出するように配置され、発光部は貫通孔内に広がる放射光を基板の表面へ向けて放射し、貫通孔は放射光を基板の表面側へ通過させると共に内壁に照射された放射光を基板の表面側へ反射する光送信装置。
【請求項２】
基板は外部の電気回路と接続するためのリードフレームからなる請求項１に記載の光送信装置。
【請求項３】
発光素子は、発光部の周囲に形成される電極を備え、電極は基板の裏面に電気的に導通するように接合される請求項１に記載の光送信装置。
【請求項４】
貫通孔の内壁は、基板の裏面側に配される第１内壁と、基板の表面側に配される第２内壁とからなり、第１内壁は内径が基板の表面側へ向かって徐々に大きくなり、第２内壁は第１内壁の最大内径よりも大きい内径を有する請求項１に記載の光送信装置。
【請求項５】
貫通孔の内壁は凹面状に湾曲してなる請求項１に記載の光送信装置。
【請求項６】
基板は厚さが５０〜５００μｍである請求項１に記載の光送信装置。
【請求項７】
発光素子を基板との間で挟むように設けられる補助基板を更に備え、発光素子は発光部と対向する裏面に裏面電極を有し、裏面電極は、補助基板に電気的に導通するように接合される請求項１に記載の光送信装置。
【請求項８】
基板の裏面側に発光素子を封止するように封止樹脂体が更に設けられてなる請求項１に記載の光送信装置。
【請求項９】
封止樹脂体はその線膨張係数を下げ、熱伝導率を上げるためのフィラーが添加された樹脂からなる請求項８に記載の光送信装置。
【請求項１０】
貫通孔に充填され発光素子の発光面を覆う透明樹脂を更に備える請求項１に記載の光送信装置。
【請求項１１】
貫通孔に充填された透明樹脂により基板の貫通孔に対向するように接着されるレンズを更に備える請求項１０に記載の光送信装置。
【請求項１２】
透明樹脂の硬度がＪＩＳ−Ａ５０度以下である請求項１０に記載の光送信装置。
【請求項１３】
基板の表面側に貫通孔を埋めるように透光性樹脂体が更に設けられ、透光性樹脂体の一部に発光素子からの放射光を集光するレンズが形成されてなる請求項１に記載の光送信装置。
【請求項１４】
基板は表面側の一部に、透光性樹脂体の形成時に透光性樹脂を貫通孔へ流し易くするための樹脂注入溝が貫通孔へ通ずるように形成されてなる請求項１３に記載の光送信装置。
【請求項１５】
開口を有する基板と、基板に結合され貫通孔を有するサブマウントと、サブマウントの裏面に搭載され発光部を有する発光素子とを備え、貫通孔はサブマウントの裏面側から表面側へ向かって内径が大きくなる内壁を有し、発光素子は発光部が貫通孔内に露出するように配置され、発光部は貫通孔内に広がる放射光を基板の開口へ向けて放射し、貫通孔は放射光を基板の開口側へ通過させると共に内壁に照射された放射光を基板の開口側へ反射する光送信装置。
【請求項１６】
サブマウントと発光素子との線膨張係数の差を、基板と発光素子との線膨張係数の差より小さく設定した請求項１５に記載の光送信装置。
【請求項１７】
サブマウントがシリコンからなり、貫通孔はシリコンを異方性エッチングすることにより形成されてなる請求項１５に記載の光送信装置。
【請求項１８】
基板は外部の電気回路と接続するためのリードフレームからなる請求項１５に記載の光送信装置。
【請求項１９】
発光素子は、発光部の周囲に形成される電極を備え、電極はサブマウントの裏面に電気的に導通するように接合される請求項１５に記載の光送信装置。
【請求項２０】
貫通孔の内壁は、サブマウントの裏面側に配される第１内壁と、サブマウントの表面側に配される第２内壁とからなり、第１内壁は内径がサブマウントの表面側へ向かって徐々に大きくなり、第２内壁は第１内壁の最大内径よりも大きい内径を有する請求項１５に記載の光送信装置。
【請求項２１】
貫通孔の内壁は凹面状に湾曲してなる請求項１５に記載の光送信装置。
【請求項２２】
サブマウントは厚さが５０〜５００μｍである請求項１５に記載の光送信装置。
【請求項２３】
発光素子をサブマウントとの間で挟むように設けられる補助基板を更に備え、発光素子は発光部と対向する裏面に裏面電極を有し、裏面電極は、補助基板に電気的に導通するように接合される請求項１５に記載の光送信装置。
【請求項２４】
基板の裏面側にサブマウントおよび発光素子を封止するように封止樹脂体が更に設けられてなる請求項１５に記載の光送信装置。
【請求項２５】
封止樹脂体はその線膨張係数を下げ、熱伝導率を上げるためのフィラーが添加された樹脂からなる請求項２４に記載の光送信装置。
【請求項２６】
貫通孔および開口に充填され発光素子の発光面を覆う透明樹脂を更に備える請求項１５に記載の光送信装置。
【請求項２７】
貫通孔および開口に充填された透明樹脂により基板の開口に対向するように接着されるレンズを更に備える請求項２６に記載の光送信装置。
【請求項２８】
透明樹脂の硬度がＪＩＳ−Ａ５０度以下である請求項２６に記載の光送信装置。
【請求項２９】
基板の表面側に貫通孔及び開口を埋めるように透光性樹脂体が更に設けられ、透光性樹脂体の一部に発光素子からの放射光を集光するレンズが形成されてなる請求項１５に記載の光送信装置。
【請求項３０】
基板は表面側の一部に、透光性樹脂体の形成時に透光性樹脂を開口およびそれに通ずる貫通孔へ流し易くするための樹脂注入溝が開口へ通ずるように形成されてなる請求項２９に記載の光送信装置。
【請求項３１】
第１貫通孔を有する基板と、基板に結合され第２貫通孔を有するサブマウントと、サブマウントの裏面に搭載され発光部を有する発光素子とを備え、第１貫通孔および第２貫通孔は裏面側から表面側に向かって内径が大きくなる内壁をそれぞれ有し、発光素子は発光部が第２貫通孔内に露出するように配置され、発光部は第１貫通孔および第２貫通孔内に広がる放射光を基板の表面へ向けて放射し、第１貫通孔および第２貫通孔は放射光を基板の表面側へ通過させると共にそれぞれの内壁に照射された放射光を基板の表面側へ反射する光送信装置。
【請求項３２】
サブマウントと発光素子との線膨張係数の差を、基板と発光素子との線膨張係数の差より小さく設定した請求項３１に記載の光送信装置。
【請求項３３】
第１貫通孔の内壁と発光素子の光軸とのなす角度が、第２貫通孔の内壁と発光素子の光軸とのなす角度より小さく設定される請求項３１に記載の光送信装置。
【請求項３４】
サブマウントがシリコンからなり、貫通孔はシリコンを異方性エッチングすることにより形成されてなる請求項３１に記載の光送信装置。
【請求項３５】
発光素子は、発光部の周囲に形成される電極を備え、電極はサブマウントの裏面に電気的に導通するように接合される請求項３１に記載の光送信装置。
【請求項３６】
基板は外部の電気回路と接続するためのリードフレームからなる請求項３１に記載の光送信装置。
【請求項３７】
第１貫通孔の内壁は、基板の裏面側に配される第１内壁と、基板の表面側に配される第２内壁とからなり、第１内壁は内径が基板の表面側へ向かって徐々に大きくなり、第２内壁は第１内壁の最大内径よりも大きい内径を有する請求項３１に記載の光送信装置。
【請求項３８】
第２貫通孔の内壁は、サブマウントの裏面側に配される第１内壁と、サブマウントの表面側に配される第２内壁とからなり、第１内壁は内径がサブマウントの表面側へ向かって徐々に大きくなり、第２内壁は第１内壁の最大内径よりも大きい内径を有する請求項３１に記載の光送信装置。
【請求項３９】
第１貫通孔あるいは第２貫通孔の内壁は凹面状に湾曲してなる請求項３１に記載の光送信装置。
【請求項４０】
基板およびサブマウントは厚さがそれぞれ５０〜５００μｍである請求項３１に記載の光送信装置。
【請求項４１】
発光素子をサブマウントとの間で挟むように設けられる補助基板を更に備え、発光素子は発光部と対向する裏面に裏面電極を有し、裏面電極は、補助基板に電気的に導通するように接合される請求項３１に記載の光送信装置。
【請求項４２】
基板の裏面側にサブマウントおよび発光素子を封止するように封止樹脂体が更に設けられてなる請求項３１に記載の光送信装置。
【請求項４３】
封止樹脂体はその線膨張係数を下げ、熱伝導率を上げるためのフィラーが添加された樹脂からなる請求項４２に記載の光送信装置。
【請求項４４】
第１貫通孔および第２貫通孔に充填され発光素子の発光面を覆う透明樹脂を更に備える請求項３１に記載の光送信装置。
【請求項４５】
第１貫通孔および第２貫通孔に充填された透明樹脂により基板の第１貫通孔に対向するように接着されるレンズを更に備える請求項４４に記載の光送信装置。
【請求項４６】
透明樹脂の硬度がＪＩＳ−Ａ５０度以下である請求項４４に記載の光送信装置。
【請求項４７】
基板の表面側に第１貫通孔および第２貫通孔を埋めるように透光性樹脂体が更に設けられ、透光性樹脂体の一部に発光素子からの放射光を集光するレンズが形成されてなる請求項３１に記載の光送信装置。
【請求項４８】
基板は表面側の一部に、透光性樹脂体の形成時に透光性樹脂を第１貫通孔およびそれに通ずる第２貫通孔へ流し易くするための樹脂注入溝が第１貫通孔へ通ずるように形成されてなる請求項４７に記載の光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、光送信装置に関し、詳しくは、光ファイバを伝送媒体として光信号を送信する光送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来より、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）を用いた家庭内通信や自動車内通信等において、発光ダイオードを光源とし、マルチモード光ファイバを伝送媒体とする光送信装置が用いられている。ここで、この発明に関連する従来技術としては次のようなものが知られている。【０００３】（１）対向して配置された一対の導電性リードと、反射面を有し、前記導電性リードの一方の先端部に設けられた金属製容器と、この金属製容器の反射面内に配設され、一方の電極が前記導電性リードの一方に接続された光半導体素子と、この光半導体素子の他方の電極と前記導電性リードの他方とを接続する金属細線とを具備したことを特徴とする光半導体装置（例えば、特開昭５８−５６４８３号公報参照）。【０００４】（２）素子基台部上の発光素子ペレットからの光を透明体を通して導く光ファイバ結合用発光素子において、上記透明体は発光素子ペレットと対向する中央部が平盤状で周辺部が透明体の中心から遠ざかるにつれ肉厚が薄くなっていることを特徴とする光ファイバ結合用発光素子（例えば、特開昭５９−１８０５１５号公報参照）。【０００５】（３）ケースと、該ケース内に収納された発光素子と、該発光素子に外部から電力を供給するリード部と、前記ケースに設けられ且つ前記発光素子が発した光を案内する光ファイバを結合する結合部とを有し、前記発光素子が発した光を前記結合部に結合した前記光ファイバを介して放射する半導体発光装置において、前記発光素子の発光面側に前記発光素子と対向して凹面状反射面を設け、前記発光素子が発する光を前記凹面状反射面で反射した後に、前記結合部に結合された前記光ファイバの受光面に放射するように構成したことを特徴とする半導体発光装置（例えば、特開平１−２４１１８５号公報参照）。【０００６】（４）複数の発光源と少なくとも１つの受光素子により複数地点の測距を行う測距装置において、上記発光源は、リードフレーム上に形成された複数の段差部にそれぞれ半導体としての素片を取付けたものであることを特徴とする測距装置（例えば、特開平３−１８８３１２号公報参照）。【０００７】（５）回転放物面をその回転軸を含む面で分割し、その片側半分以下を鏡面とし、該放物面鏡の焦点近傍に射出光の中心光束が該放物面鏡に入射するように光源を配設したことを特徴とする投光装置（例えば、特開昭６２−１７７２１号公報参照）。【０００８】（６）発光素子から射出された光を、前記発光素子と対向する光ファイバの基端側の入光面に導く光結合装置において、前記発光素子と前記光ファイバとの間に配され、前記発光素子から射出された光を透過して前記光ファイバに集光する透過型集光手段と、前記透過型集光手段の側方に配され、前記発光素子から放射状に射出された光を反射して前記光ファイバに集光する反射面を有した反射型集光手段とを備え、前記反射型集光手段の前記反射面を、回転楕円面で構成して、その回転楕円面の一方の焦点に、前記発光素子を配すると共に、他方の焦点に前記光ファイバの入光面を配したことを特徴とする光結合装置（例えば、特開２００２−４０２９９号公報参照）。【０００９】（７）光通し穴をチップ取付座に設けた第１リードフレームに、ＬＥＤチップの発光面が第１リードフレームの光通し穴に対向するようＬＥＤチップをマウントし、ＬＥＤチップの裏面電極と、第２リードフレームとをワイヤボンディングし、ＬＥＤチップ、ボンディングワイヤ、第１リードフレーム、第２リードフレームの先端を含むように透明樹脂でモールドしたことを特徴とする発光ダイオード実装構造（例えば、特開昭６０−１２７８２号公報参照）。【００１０】  発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）と光ファイバとを結合させる一般的な光送信装置としては、例えば、図２１に示されるような、トランスファ成形を利用して作製されたものが知られている。【００１１】  図２１に示される光送信装置１０１は、リードフレーム１０５上に配置されたＬＥＤ１０３を樹脂モールド１０９で覆い、同樹脂モールド１０９で形成されたレンズ１０４によりＬＥＤ１０３から放射される光を集光し、光ファイバ１０２へ結合させるものである。
しかしながら、このような光送信装置ではＬＥＤ１０３から放射される光を光ファイバ１０２へ高効率で結合させることが困難であるという問題がある。【００１２】  この問題には、図２２に示されるＬＥＤの放射分布（ＦＦＰ：Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）が影響している。すなわち、ＬＥＤの放射分布は、一般にその放射強度がｃｏｓ関数で表わされるランバート分布となり、半導体レーザ等の光源と比較すると放射角度が広いという特徴がある。このため、例えば、図２１に示されるように、トランスファ成形を利用して作製された光学系では、ＬＥＤ１０３から出射される光のうち放射角の広い光をレンズ１０４に結合させることができず損失となる。【００１３】  このような現象に対する対策として、レンズ１０４をＬＥＤ１０３へ近づけることにより、放射角の広い光線をレンズ１０４に結合させることが考えられる。しかしながら、レンズ１０４をＬＥＤ１０３へ近づけると、ＬＥＤ１０３の電極をリードフレームへワイヤーボンディングするための厚み方向のスペースが確保できなくなるという問題が生じる。また、レンズ１０４の焦点距離を短く（すなわちレンズ１０４の曲率を小さく）設定する必要も生じる。このため、結局のところ、レンズ１０４をＬＥＤ１０３へ近づけることにより、光ファイバ１０２への結合効率を向上させることは困難である。【００１４】  一方、放射角の広い光を凹面形状のミラーによって反射させることにより、光路を変換し光の利用効率を向上させる方法が種々提案されている。
凹面形状のミラーを利用する一般的な光送信装置としては、例えば、図２３に示されるようなものが知られている。【００１５】  図２３に示される光送信装置２０１において、基板２０５はその一部に凹部を有し、凹部の内壁面は、底面側から上端側へ向かって内径が徐々に広くなる高反射率の凹面ミラー１０８とされている。ＬＥＤ１０３は、凹部の底面にＬＥＤ１０３の裏面側（発光面１０６とは逆側）が接合されて搭載されている。【００１６】  ＬＥＤ１０３の発光面１０６から出射される光のうち、放射角の広い光は凹面ミラー１０８で反射されて光ファイバ（図示せず）の端部方向に光路が変換されるため、放射角の広い光であっても有効に利用される。
しかしながら、凹面形状のミラーを用いる光送信装置では、結合効率の向上と、小型化および低価格化とを両立させることが困難である。【００１７】  すなわち、例えば、図２３に示される光送信装置２０１において、ＬＥＤ１０３を厚さ、幅共に３００μｍの立方体状、凹面ミラー１０８のテーパー角度θを６０°、凹部の底面側の内径をφ５００μｍとすると、ＬＥＤ１０３の発光面１０６の中心から放射される光のうち、放射角が４５°以上の光を凹面ミラー１０８により光路変換するためには、凹部の深さＴ０が約１．３ｍｍ、凹部の上端側の内径Ｒ０が２ｍｍそれぞれ必要となる。この結果、凹面ミラー１０８で光路変換された光を光ファイバに結合させるには、φ２ｍｍ以上のレンズにより集光する必要がある。【００１８】  放射光の立ち上げ面、すなわち凹面ミラー１０８の上端側の内径がφ２ｍｍ程度と大きいと、焦点距離の短いレンズにより集光を行った場合、光ファイバへの入射ＮＡが大きくなり、光ファイバに結合できない場合が生ずる恐れがある。一方、入射ＮＡを小さくするために焦点距離の長いレンズを使用した場合には、光ファイバを含めた光送信装置の小型化が困難になる。【００１９】  ここで、凹面ミラー１０８を湾曲した凹面状とすることにより、若干の小型化が可能となるが、図２１に示されるものと比べると大型化することは避けられない。さらには、凹面ミラー１０８の一部にＬＥＤ１０３の電極とワイヤーボンディングするためのスペースを形成する必要もあり、作製方法が複雑になるという問題や、送信効率の変動が大きくなり、光ファイバに結合する光量変動が大きくなるという問題もある。すなわち、凹面ミラー１０８の配置精度や形状精度により、光の方向が変化してしまうため、送信効率が変動してしまい、光ファイバに結合する光量変動が大きくなり、光通信のダイナミックレンジを大きくする必要が生ずる。また、基板２０５に凹面ミラー１０８を形成する必要があることから、価格が高くなるという問題もある。このように、凹面形状のミラーを用いる光送信装置では、結局、高い結合効率と、小型化および低価格化との両立を図ることが困難である。【００２０】  凹面形状のミラー以外にも、高い結合効率を得るために、放物面形状のミラーを用いるものや、レンズの側面にミラーを形成したものなどが知られているが、結局のところ、部品点数が増加するため、光送信装置の大型化および高価格化につながるという問題がある。【００２１】  一方、リードフレームにＬＥＤからの放射光を通過させる開口部を形成し、ＬＥＤの発光面側をリードフレームに接合し、発光面からの放射光を開口部を介して光ファイバへ結合させる光送信装置も知られている。つまり、このような光送信装置では、ＬＥＤがリードフレームの裏面側に配置されるため、レンズが配設されるリードフレームの表面側とは逆の裏面側でワイヤーボンディングを行うことができる。この結果、上述したようなワイヤーボンディングのためのスペースを考慮せずにレンズ（もしくは光ファイバ）をＬＥＤに近づけて配置でき、比較的、高い結合効率を得ることができる。
しかしながら、リードフレームに単に光出射部となる開口を形成するのみでは、放射角の大きい光をレンズに対して有効な角度で案内できないため、結局のところ、放射角の大きい光を利用することは困難である。【００２２】  ところで、光送信装置では、発光素子で発生した熱の放熱性も重要となる。放熱性が悪いと、発光素子のチップ自体の温度が上昇してしまうため、材料の耐熱性等の問題から、発光素子に流せる電流が制限される。したがって、使用できる環境が限定されてしまい、例えば、自動車内や工場内のように温度が高くなる環境で使用できなくなる。このため、ＬＥＤチップおよびその周辺での熱抵抗を低減する必要がある。熱抵抗を低減させる方法として、ＬＥＤチップを放熱性の高い材料で形成された基板上に実装すること等が知られているが、ＬＥＤチップ自体の熱抵抗は低減できないことや、高価格化・装置の大型化につながってしまうという問題がある。【００２３】  一方、図２１に示される従来の光送信装置１０１では、ＬＥＤ１０３の表面が樹脂モールド１０９で覆われているが、一般にＬＥＤ１０３と樹脂モールド１０９とは線膨張係数の差が大きいため、環境温度が変化した場合、ＬＥＤ１０３に大きな熱応力が発生するという問題もあった。例えば、赤色ＬＥＤで一般に使用されているＧａＡｓでは線膨張係数が約６ｐｐｍ／Ｋなのに対し、エポキシ樹脂等の透明な樹脂モールド材料の線膨張係数は６０〜６５ｐｐｍ／Ｋと約１桁大きい値となっている。このため、車載デバイス等で要求される広い温度環境下（例えば、−４０℃から１１０℃）では、ＬＥＤ１０３の発光面に大きな熱応力が発生し、発光状態が不安定となったり、ＬＥＤ１０３自体が破損したり、また、同様にボンディングワイヤーとエポキシ樹脂の線膨張係数の違いによりボンディングワイヤーが断線するという問題があり、高い信頼性を得ることが困難であった。
【発明の開示】
【００２４】  この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、高い結合効率と、小型化および低価格化を両立させることができ、さらには放熱性が高く、使用および保存温度範囲が広い光送信装置を提供するものである。
【００２５】  この発明は、貫通孔を有する基板と、基板の裏面に搭載され発光部を有する発光素子とを備え、貫通孔は基板の裏面側から表面側へ向かって内径が大きくなる内壁を有し、発光素子は発光部が貫通孔内に露出するように配置され、発光部は貫通孔内に広がる放射光を基板の表面へ向けて放射し、貫通孔は放射光を基板の表面側へ通過させると共に内壁に照射された放射光を基板の表面側へ反射する第１の光送信装置を提供するものである。
【００２６】  つまり、この発明による第１の光送信装置は、基板が貫通孔を有し、その貫通孔は裏面から表面へ向かって内径が大きくなる内壁を有するので、発光部から放射される放射光のうち放射角の広い光を貫通孔の内壁によって基板の表面側へ反射させることができる。このため、発光部から放射される放射光のうち、放射角の広い光も光ファイバ等への光結合に有効に利用できるようになり、結合効率の向上が図られる。
【００２７】  また、発光素子は発光部が貫通孔内に露出するように基板の裏面に配置されるので、発光素子の発光部と貫通孔の内壁とが近接することとなる。このため、放射角の広い光を基板の表面側へ反射させるのに必要となる貫通孔の深さを極力小さくでき、光送信装置の小型化が図られる。
【００２８】  また、基板に形成された貫通孔によって発光素子からの放射光を案内するので、本来は配線部品である基板を光学部品としても利用できることとなり、部品点数の削減と作製工程の簡易化により低価格化が図られる。
また、発光素子は発光部が貫通孔内に露出するように基板の裏面に配置されることから、熱の発生源である発光部と放熱媒体である基板との距離が近くなり、発光素子の放熱性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】  この発明による第１の光送信装置は、貫通孔を有する基板と、基板の裏面に搭載され発光部を有する発光素子とを備え、貫通孔は基板の裏面側から表面側へ向かって内径が大きくなる内壁を有し、発光素子は発光部が貫通孔内に露出するように配置され、発光部は貫通孔内に広がる放射光を基板の表面へ向けて放射し、貫通孔は放射光を基板の表面側へ通過させると共に内壁に照射された放射光を基板の表面側へ反射することを特徴とする。【００３０】  この発明において、放射光とは、ある放射角をもって発光部から放射される光を意味する。
この発明による第１の光送信装置において、基板は、外部の電気回路と接続するためのリードフレームからなっていてもよい。リードフレームとしては、例えば、後の実施形態１の項に記載のものを用いることができる。【００３１】  この発明による第１の光送信装置において、発光素子は、発光部の周囲に形成される電極を備え、電極は基板の裏面に電気的に導通するように接合されてもよい。
このような構成によれば、発光部の周囲に電極が設けられ、この電極が放熱媒体である基板の裏面に面接触するように接合されるので、発光部で発生した熱を速やかに基板に伝達でき、発光素子の放熱性がより一層向上する。【００３２】  この発明による第１の光送信装置において、貫通孔の内壁は、基板の裏面側に配される第１内壁と、基板の表面側に配される第２内壁とからなり、第１内壁は内径が基板の表面側へ向かって徐々に大きくなり、第２内壁は第１内壁の最大内径よりも大きい内径を有していてもよい。このような構成によれば、貫通孔の形成工程において、内径の大きい第２内壁を形成してから第１内壁を形成することができるため、貫通孔の加工性が改善される。また、厚さの厚い基板を採用できるようになることから、発光素子の放熱性も改善される。【００３３】  この発明による第１の光送信装置において、貫通孔の内壁は凹面状に湾曲していてもよい。このような構成によれば、発光素子から放射される光の放射角に係わりなく基板から略垂直方向に光が立ち上がるように光路変換し易くなり、より一層結合効率を高めることができる。【００３４】  この発明による第１の光送信装置において、基板は厚さが５０〜５００μｍであってもよい。このような構成によれば、光送信装置の小型化が図られる。なお、このような薄い基板を採用できるのは、前述のとおり、貫通孔の内壁を発光素子の発光部に近接させて配置することにより、放射角の広い光を基板の表面側へ反射させるのに必要となる貫通孔の深さを極力小さくできることによる。【００３５】  この発明による第１の光送信装置は、発光素子を基板との間で挟むように設けられる補助基板を更に備え、発光素子は発光部と対向する裏面に裏面電極を有し、裏面電極は補助基板に電気的に導通するように接合されていてもよい。このような構成によれば、発光素子の裏面電極が補助基板に面接触するように接合されるため、発光部で発生した熱が発光部側からだけでなく裏面側からも放熱されることとなり、発光素子の放熱性がより一層向上する。なお、補助基板としては、例えば、後の実施形態３の項に記載のものを用いることができる。
この発明による第１の光送信装置は、基板の裏面側に発光素子を封止するように封止樹脂体が更に設けられていてもよい。このような構成によれば、発光素子を外気から封止することができ、経時的な劣化を低減できる。【００３６】  封止樹脂体が設けられる上記構成において、封止樹脂体はその線膨張係数を下げ、熱伝導率を上げるためのフィラーが添加された樹脂からなっていてもよい。このような構成によれば、封止樹脂体を構成する樹脂にフィラーが添加されることにより、樹脂の線膨張係数や熱伝導率を容易に変化させることができ、発光素子に加わる熱応力の低減や、発光素子の放熱性の向上を図ることができる。また、封止樹脂体は、光学素子の光路以外の部分に形成されているため、光学的特性を損なうことなく、熱応力や放熱性の改善を図ることができる。【００３７】  この発明による第１の光送信装置は、貫通孔に充填され発光素子の発光面を覆う透明樹脂を更に備えてもよい。このような構成によれば、発光素子の発光面を透明樹脂によって覆うことにより、発光素子から取り出される光量を増加させることができる。その理由については後の実施形態１の項に記載の通りである。さらに、発光面を外気から封止することができ、経時的な劣化を低減できる。【００３８】  貫通孔に透明樹脂が充填される上記構成において、第１の光送信装置は、貫通孔に充填された透明樹脂により基板の貫通孔に対向されるように接着されるレンズを更に備えてもよい。
貫通孔に透明樹脂が充填される上記構成において、透明樹脂は硬度がＪＩＳ−Ａ５０度以下であることが好ましい。このような構成によれば、透明樹脂が弾性を備えるので、発光素子に生じる熱応力を低減することができ、広い温度範囲での使用が可能となる。また、レンズが設けられる場合には、レンズに生じる熱応力を低減することができ、広い温度範囲での使用が可能となる。【００３９】  この発明による第１の光送信装置は、基板の表面側に貫通孔を埋めるように透光性樹脂体が更に設けられ、透光性樹脂体の一部に発光素子からの放射光を集光するレンズが形成されていてもよい。このような構成によれば、発光素子から取り出される光量を増加させることができる。その理由については後の実施形態１の項に記載の通りである。
基板の表面側に透光性樹脂体を設けた構成において、基板は表面側の一部に透光性樹脂体の形成時に透光性樹脂を貫通孔へ流し易くするための樹脂注入溝が貫通孔へ通ずるように形成されていてもよい。【００４０】  この発明は、別の観点からみると、開口を有する基板と、基板に結合され貫通孔を有するサブマウントと、サブマウントの裏面に搭載され発光部を有する発光素子とを備え、貫通孔はサブマウントの裏面側から表面側へ向かって内径が大きくなる内壁を有し、発光素子は発光部が貫通孔内に露出するように配置され、発光部は貫通孔内に広がる放射光を基板の開口へ向けて放射し、貫通孔は放射光を基板の開口側へ通過させると共に内壁に照射された放射光を基板の開口側へ反射する第２の光送信装置を提供するものでもある。【００４１】  この発明による第２の光送信装置でも、基板に貫通孔を形成した第１の光送信装置で得られる効果と同様の効果が得られる。特に、サブマウントは、基板と異なり、発光素子を搭載できる程度の寸法があればよいため、用いる材料が少量で済む。このため、サブマウントに熱伝導性の高い高価な材料を用いても、価格に大きな影響を与えることはなく、むしろ、発光素子の放熱性をより一層向上させることができるという好ましい効果が得られる。【００４２】  この発明による第２の光送信装置において、サブマウントと発光素子との線膨張係数の差は、基板と発光素子との線膨張係数の差より小さく設定されてもよい。このような構成によれば、発光素子は、線膨張係数が近いサブマウントに設置されることとなり、発光素子に生じる熱応力が低減され、広い温度範囲での使用が可能となる。【００４３】  この発明による第２の光送信装置において、サブマウントはシリコンからなり、貫通孔はシリコンを異方性エッチングすることにより形成されていてもよい。このような構成によれば、面精度に優れた内壁を形成でき、優れた反射性能を有する内壁を得ることができる。
この発明による第２の光送信装置において、基板は外部の電気回路と接続するためのリードフレームからなっていてもよい。【００４４】  この発明による第２の光送信装置において、発光素子は発光部の周囲に形成される電極を備え、電極はサブマウントの裏面に電気的に導通するように接合されていてもよい。このような構成によれば、発光部の周囲に電極が設けられ、この電極が放熱媒体であるサブマウントの裏面に面接触するように接合されるので、発光部で発生した熱を速やかにサブマウントに伝達でき、発光素子の放熱性がより一層向上する。【００４５】  この発明による第２の光送信装置において、貫通孔の内壁は、サブマウントの裏面側に配される第１内壁と、サブマウントの表面側に配される第２内壁とからなり、第１内壁は内径がサブマウントの表面側へ向かって徐々に大きくなり、第２内壁は第１内壁の最大内径よりも大きい内径を有していてもよい。このような構成によれば、貫通孔の形成工程において、内径の大きい第２内壁を形成してから第１内壁を形成することができるため、貫通孔の加工性が改善される。また、厚さの厚いサブマウントを採用できるようになることから、発光素子の放熱性も改善される。【００４６】  この発明による第２の光送信装置において、貫通孔の内壁は凹面状に湾曲していてもよい。このような構成によれば、発光素子から放射される光の放射角に係わりなく基板から略垂直方向に光が立ち上がるように光路変換し易くなり、より一層結合効率を高めることができる。【００４７】  この発明による第２の光送信装置において、サブマウントは厚さが５０〜５００μｍであってもよい。このような構成によれば、光送信装置の小型化が図られる。このような薄いサブマウントを採用できる理由は、基板に貫通孔が形成された第１の光送信装置の場合と同様である。【００４８】  この発明による第２の光送信装置は、発光素子をサブマウントとの間で挟むように設けられる補助基板を更に備え、発光素子は発光部と対向する裏面に裏面電極を有し、裏面電極は、補助基板に電気的に導通するように接合されていてもよい。このような構成によれば、発光素子の裏面電極が補助基板に面接触するように接合されるため、発光部で発生した熱が発光部側からだけでなく裏面側からも放熱されることとなり、発光素子の放熱性がより一層向上する。【００４９】  この発明による第２の光送信装置は、基板の裏面側にサブマウントおよび発光素子を封止するように封止樹脂体が更に設けられていてもよい。このような構成によれば、発光素子およびサブマウントを外気から封止することができ、経時的な劣化を低減できる。【００５０】  封止樹脂体が設けられる上記構成において、封止樹脂体はその線膨張係数を下げ、熱伝導率を上げるためのフィラーが添加された樹脂からなっていてもよい。このような構成によれば、封止樹脂体を構成する樹脂にフィラーが添加されることにより、樹脂の線膨張係数や熱伝導率を容易に変化させることができ、発光素子やサブマウントに加わる熱応力の低減や、発光素子やサブマウントの放熱性の向上を図ることができる。また、封止樹脂体は、光学素子の光路以外の部分に形成されているため、光学的特性を損なうことなく熱応力や放熱��の改善を図ることができる。【００５１】  この発明による第２の光送信装置は、貫通孔および開口に充填され発光素子の発光面を覆う透明樹脂を更に備えてもよい。このような構成によれば、発光素子の発光面を透明樹脂によって覆うことにより、発光素子から取り出される光量を増加させることができる。その理由については後の実施形態１の項に記載の通りである。さらに、発光面を外気から封止することができ、経時的な劣化を低減できる。【００５２】  貫通孔および開口に透明樹脂が充填される上記構成において、第２の光送信装置は、貫通孔および開口に充填された透明樹脂により基板の開口に対向するように接着されるレンズを更に備えてもよい。
貫通孔および開口に透明樹脂が充填される上記構成において、透明樹脂は硬度がＪＩＳ−Ａ５０度以下であることが好ましい。このような構成によれば、透明樹脂が弾性を備えるので、発光素子に生じる熱応力を低減することができ、広い温度範囲での使用が可能となる。また、レンズが設けられる場合には、レンズに生じる熱応力を低減することができ、広い温度範囲での使用が可能となる。【００５３】  この発明による第２の光送信装置は、基板の表面側に貫通孔及び開口を埋めるように透光性樹脂体が更に設けられ、透光性樹脂体の一部に発光素子からの放射光を集光するレンズが形成されていてもよい。このような構成によれば、発光素子から取り出される光量を増加させることができる。その理由については後の実施形態１の項に記載の通りである。
基板の表面側に透光性樹脂体が設けられた構成において、基板は表面側の一部に、透光性樹脂体の形成時に透光性樹脂を開口およびそれに通ずる貫通孔へ流し易くするための樹脂注入溝が開口へ通ずるように形成されていてもよい。【００５４】  この発明は更に別の観点からみると、第１貫通孔を有する基板と、基板に結合され第２貫通孔を有するサブマウントと、サブマウントの裏面に搭載され発光部を有する発光素子とを備え、第１貫通孔および第２貫通孔は裏面側から表面側に向かって内径が大きくなる内壁をそれぞれ有し、発光素子は発光部が第２貫通孔内に露出するように配置され、発光部は第１貫通孔および第２貫通孔内に広がる放射光を基板の表面へ向けて放射し、第１貫通孔および第２貫通孔は放射光を基板の表面側へ通過させると共にそれぞれの内壁に照射された放射光を基板の表面側へ反射する第３の光送信装置を提供するものでもある。【００５５】  この発明による第３の光送信装置でも、基板のみに貫通孔を形成した第１の光送信装置やサブマウントのみに貫通孔を形成した第２の光送信装置で得られる効果と同様の効果が得られる。特に、２つの貫通孔を異なる形状とすることができるため、発光素子の放射パターンに合わせてそれぞれの貫通孔の形状を任意に選択することにより、より高い送信効率を得ることができるという効果が得られる。なお、この発明による第３の光送信装置において、第１貫通孔と第２貫通孔は連通し、第１貫通孔の内壁の最小内径は、第２貫通孔の最大内径と同じか若しくはそれよりも大きいことが好ましい。【００５６】  この発明による第３の光送信装置において、サブマウントと発光素子との線膨張係数の差は、基板と発光素子との線膨張係数の差より小さく設定されてもよい。このような構成によれば、発光素子は、線膨張係数が近いサブマウントに設置されることとなり、発光素子に生じる熱応力が低減され、広い温度範囲での使用が可能となる。【００５７】  この発明による第３の光送信装置において、第１貫通孔の内壁と発光素子の光軸とのなす角度は、第２貫通孔の内壁と発光素子の光軸とがなす角度より小さく設定されてもよい。このような構成によれば、発光素子から放射される光のうち、放射角の広い光は第２貫通孔の内壁に照射され、放射角の小さい光は第１貫通孔の内壁に照射されることから、第１貫通孔の内壁と発光素子の光軸とがなす角度を第２貫通孔の内壁と発光素子の光軸とがなす角度より小さく設定することで、発光素子から出射される放射角の広い光と放射角の狭い光の両方を発光素子の発光面に対して垂直に近い方向に光路変換することが可能となり、高い送信効率を得ることができる。【００５８】  この発明による第３の光送信装置において、サブマウントはシリコンからなり、貫通孔はシリコンを異方性エッチングすることにより形成されていてもよい。このような構成によれば、面精度に優れた内壁を形成でき、優れた反射性能を有する内壁を得ることができる。【００５９】  この発明による第３の光送信装置において、発光素子は、発光部の周囲に形成される電極を備え、電極はサブマウントの裏面に電気的に導通するように接合されてもよい。このような構成によれば、発光部の周囲に電極が設けられ、この電極が放熱媒体であるサブマウントの裏面に面接触するように接合されるので、発光部で発生した熱を速やかにサブマウントに伝達でき、発光素子の放熱性がより一層向上する。
この発明による第３の光送信装置において、基板は外部の電気回路と接続するためのリードフレームからなっていてもよい。【００６０】  この発明による第３の光送信装置において、第１貫通孔の内壁は、基板の裏面側に配される第１内壁と、基板の表面側に配される第２内壁とからなり、第１内壁は内径が基板の表面側へ向かって徐々に大きくなり、第２内壁は第１内壁の最大内径よりも大きい内径を有していてもよい。このような構成によれば、第１貫通孔の形成工程において、内径の大きい第２内壁を形成してから第１内壁を形成することができるため、第１貫通孔の加工性が改善される。また、厚さの厚い基板を採用できるようになることから、発光素子の放熱性も改善される。【００６１】  この発明による第３の光送信装置において、第２貫通孔の内壁は、サブマウントの裏面側に配される第１内壁と、サブマウントの表面側に配される第２内壁とからなり、第１内壁は内径がサブマウントの表面側に向かって徐々に大きくなり、第２内壁は第１内壁の最大内径よりも大きい内径を有していてもよい。このような構成によれば、第２貫通孔の形成工程において、内径の大きい第２内壁を形成してから第１内壁を形成することができるため、第２貫通孔の加工性が改善される。また、厚さの厚いサブマウントを採用できるようになることから、発光素子の放熱性も改善される。【００６２】  この発明による第３の光送信装置において、第１貫通孔あるいは第２貫通孔の内壁は凹面上に湾曲していてもよい。このような構成によれば、発光素子から放射される光の放射角に係わりなく基板から略垂直方向に光が立ち上がるように光路変換し易くなり、より一層結合効率を高めることができる。
この発明による第３の光送信装置において、基板およびサブマウントは厚さがそれぞれ５０〜５００μｍてあってもよい。このような構成によれば、光送信装置の小型化が図られる。このような薄いサブマウントや基板を採用できる理由は、基板に貫通孔が形成された第１の光送信装置の場合と同様である。【００６３】  この発明による第３の光送信装置において、発光素子をサブマウントとの間で挟むように設けられる補助基板を更に備え、発光素子は発光部と対向する裏面に裏面電極を有し、裏面電極は、補助基板に電気的に導通するように接合されてもよい。このような構成によれば、発光素子の裏面電極が補助基板に面接触するように接合されるため、発光部で発生した熱が発光部側からだけでなく裏面側からも放熱されることとなり、発光素子の放熱性がより一層向上する。【００６４】  この発明による第３の光送信装置は、基板の裏面側にサブマウントおよび発光素子を封止するように封止樹脂体が更に設けられていてもよい。このような構成によれば、発光素子およびサブマウントを外気から封止することができ、経時的な劣化を低減できる。【００６５】  封止樹脂体が設けられる上記構成において、封止樹脂体はその線膨張係数を下げ、熱伝導率を上げるためのフィラーが添加された樹脂からなっていてもよい。このような構成によれば、封止樹脂体を構成する樹脂にフィラーが添加されることにより、樹脂の線膨張係数や熱伝導率を容易に変化させることができ、発光素子やサブマウントに加わる熱応力の低減や、発光素子やサブマウントの放熱性の向上を図ることができる。また、封止樹脂体は、光学素子の光路以外の部分に形成されているため、光学的特性を損なうことなく、熱応力や放熱性の改善を図ることができる。【００６６】  この発明による第３の光送信装置は、第１貫通孔および第２貫通孔に充填され発光素子の発光面を覆う透明樹脂を更に備えてもよい。このような構成によれば、発光素子の発光面を透明樹脂によって覆うことにより、発光素子から取り出される光量を増加させることができる。その理由については後の実施形態１の項に記載の通りである。さらに、発光面を外気から封止することができ、経時的な劣化を低減できる。
透明樹脂が設けられる上記構成において、第３の光送信装置は、第１貫通孔および第２貫通孔に充填された透明樹脂により基板の第１貫通孔に対向するように接着されるレンズを更に備えてもよい。【００６７】  透明樹脂が設けられる上記構成において、透明樹脂は硬度がＪＩＳ−Ａ５０度以下であることが好ましい。このような構成によれば、透明樹脂が弾性を備えるので、発光素子に生じる熱応力を低減することができ、広い温度範囲での使用が可能となる。また、レンズが設けられる場合には、レンズに生じる熱応力を低減することができ、広い温度範囲での使用が可能となる。【００６８】  この発明による第３の光送信装置において、基板の表面側に第１貫通孔および第２貫通孔を埋めるように透光性樹脂体が更に設けられ、透光性樹脂体の一部に発光素子からの放射光を集光するレンズが形成されていてもよい。このような構成によれば、発光素子から取り出される光量を増加させることができる。その理由については後の実施形態１の項に記載の通りである。【００６９】  基板の表面側に透光性樹脂体が設けられた構成において、基板は表面側の一部に、透光性樹脂体の形成時に透光性樹脂を第１貫通孔およびそれに通ずる第２貫通孔へ流し易くするための樹脂注入溝が第１貫通孔へ通ずるように形成されていてもよい。
この発明は更に別の観点からみると、複数の光送信装置が互いに隣接するように並べられ、各光送信装置がこの発明による上述の光送信装置からなる照明装置を提供するものでもある。【００７０】  以下、この発明の実施形態について、図に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す複数の実施形態において同一の機能を有する部材には同じ符号を用いて説明する。
実施形態１
図１は、この発明の実施形態１による光送信装置の概略的な構成を示す説明図である。
光送信装置１は、発光素子３、レンズ４および発光素子３が配置されるリードフレーム（基板）５を備えている。【００７１】  リードフレーム５には発光素子３の発光面（発光部）６と対向する位置に貫通孔７が形成されている。貫通孔７は、発光素子３が搭載される裏面側から表面側へ向かって徐々にその内径が大きくなるテーパ形状となっている。このテーパ形状を有する貫通孔７の内壁をテーパミラー８と称する。【００７２】  発光素子３から放射される光のうち、放射角の狭い光は貫通孔７を通過してレンズ４に入射し、屈折されて光ファイバ２に結合する。一方、発光素子３から放射される光のうち、放射角の広い光はテーパミラー８で反射された後、レンズ４に入射し、屈折されて光ファイバ２に結合する。
したがって、発光素子３として放射角度の広いＬＥＤ等を使用した場合でも、発光素子３から出射される光を高効率で光ファイバ２に結合させることができる。【００７３】  発光素子３は発光面６がリードフレーム５の貫通孔７に対向するように位置合わせされ、例えば、銀ペースト等の導電性を有する接着剤や、金錫等の共晶によりリードフレーム５に接合されている。
すなわち発光素子３の発光面６側の電極（例えば、図３のｐ電極１５参照）とリードフレーム５とが導通している。リードフレーム５は図示しない回路基板と電気的に導通している。【００７４】  発光素子３は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等からなるモールド樹脂（透光性樹脂体）９により覆われており、このモールド樹脂９によりレンズ４が形成されている。
また、図示しないが、リードフレーム５には発光素子３以外に発光素子３を駆動するためのドライバＩＣ等が搭載されており、同様にモールド樹脂９により封止されている。【００７５】  発光素子３としてＬＥＤのように比較的放射角度の大きいものを使用する場合、図１に示したようにモールド樹脂９により覆われた構成が好ましい。
発光素子３から放射される光は、発光素子３の表面とその外部（空気やモールド樹脂９）との屈折率差により屈折されて放射される。このため、外部の屈折率が空気のように小さい場合よりモールド樹脂９に覆われている方が全反射を受ける角度が大きくなり、より多くの光量を取り出すことができる。【００７６】  例えば、外部の屈折率が１から１．５６になることにより、発光素子３から出射される光量は約２．４倍に増加する。よって、モールド樹脂９により発光素子３を覆うことにより、光の利用効率を向上させることができる。また、発光素子３やドライバＩＣ等を外気から封止することにより経時的な劣化を低減できるという効果もある。
発光素子３としては、面発光型の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いるのが好ましい。図２および図３に一般的なダブルヘテロ構造のＬＥＤを示す。【００７７】  図３に示されるように、ＧａＡｓ等からなるｎ型基板１０の下面にはｎ電極１１が形成されている。ｎ型基板１０の上にはｎ型クラッド層１２、活性層１３、ｐ型クラッド層１４、ｐ電極１５がこの順に形成されている。
図２および図３に示されるように、ｐ電極１５には発光面６となる開口部が形成されており、この発光面６から光が放射される。【００７８】  発光素子３の構造や材料は、要求される波長や特性により任意に選択される。以下の説明では、発光素子３として、図２および図３に示した構造のＬＥＤを用いることを前提とするが、もちろん、この発明はこの他の構造を持つ発光素子３にも対応できる。【００７９】  放射角の広い光をリードフレーム５の表面から立ち上げるために、リードフレーム５の貫通孔７にテーパミラー８を形成していることがこの発明の特徴の１つであり、テーパミラー８が、光送信装置１の小型化・低価格化を可能とするとともに、光送信効率の高効率化、光送信効率の変動の低減、発光素子３の放熱特性の改善に寄与している。以下、これらの効果について説明する。【００８０】  実施形態１による光送信装置１の大きさについて、図１、図４および図５に基づいて、図２３に示した従来の光送信装置２０１と比較して説明する。図４は図１に示される光送信装置１の要部拡大図、図５は、図１に示される実施形態１による光送信装置１の大きさと、図２３で示した従来の光送信装置２０１の大きさを同一図面上で比較する説明図である。なお、図５において、従来の光送信装置２０１は破線で表わされている。【００８１】  前述のように、図２３に示した従来の光送信装置２０１では、ＬＥＤ１０３を高さ、幅共に３００μｍの立方体状、凹面ミラー１０８のテーパー角度θを６０°、凹部の底面側の内径をφ５００μｍとすると、ＬＥＤ１０３の発光面１０６の中心から放射される光のうち、放射角が４５°以上の光を凹面ミラー１０８により光路変換するためには、凹部の深さＴ０が約１．３ｍｍ、凹部の上端側の内径Ｒ０が２ｍｍそれぞれ必要となる。【００８２】  一方、図１に示される実施形態１による光送信装置１において、貫通孔７の裏面側の内径を約φ１００μｍとし、その他の条件を図２３に示す従来のものと同条件として計算すると、図４に示すように、従来のものの凹部の深さＴ０（図２３参照）に相当するリードフレーム５の厚さＴ１は０．１２ｍｍ、従来のものの凹部の上端側の内径Ｒ０（図２３参照）に相当する貫通孔７の表面側の内径Ｒ１は約０．２４ｍｍとなり、従来例に比べ厚さ、大きさともに約１／１０程度に低減することができる。【００８３】  図５を参照すると明らかなように、実施形態１では貫通孔７の表面側の内径Ｒ１を０．２４ｍｍ程度に小さくできることから、光ファイバ２に集光するためのレンズ４（図１参照）の径も小さくすることが可能である。
このため、レンズ４の設計自由度が大きくなり、貫通孔７の表面側から立ち上がる光を高い結合効率で光ファイバ２へ結合させるうえで、理想的な性能を有するレンズ４を容易に得ることができる。
また、リードフレーム５の厚さは通常０．２５ｍｍ前後のものが使用されるため、図２１で示した従来のトランスファ成形による光送信装置１０１と同等の大きさの光送信装置１を得ることができる。【００８４】  一方、図２３示される従来の光送信装置２０１のように、凹部の上端側の内径Ｒ０がφ２ｍｍ程度と大きいと、焦点距離の短いレンズにより集光を行った場合には光ファイバへの入射ＮＡが大きくなり光ファイバに結合できない場合が生じたり、入射ＮＡを小さくするために焦点距離の長いレンズを使用した場合には光ファイバを含めた光送信装置の小型化が困難となるという問題があり、高い結合効率と小型化・低価格化の両立が困難となる。【００８５】  更には、凹面ミラー１０８の一部にＬＥＤ１０３の電極にワイヤーボンディングするためのスペースを形成する必要があり、作製工程が複雑になるという問題もある。
これに対し、この発明では発光面７にテーパミラー８を極めて近接させて配置し、更にテーパミラー８をリードフレーム５に形成していることから、光送信効率の高効率化や光送信装置１の小型化が可能となる。
すなわち、この発明によれば、従来は困難であった、光送信装置１の小型化と、発光素子３から光ファイバ２への結合効率の向上との両立が可能となる。【００８６】  実施形態１による光送信装置１において、貫通孔７はエッチングやプレス加工等により、リードフレーム５のパターニング加工の際に同時に形成することができるため、価格を増大させることなく低価格の光送信装置１が得られる。
なお、貫通孔７を加工する際に、発光素子３やレンズ４、光ファイバ２を位置合せするための基準孔（図示せず）を併せて形成することが好ましい。このような基準孔を光送信装置１の組み立て基準とし、貫通孔７、発光素子３、レンズ４、光ファイバ２を位置合せすることにより、高精度で組み立てを行うことができる。【００８７】  次に貫通孔７について説明する。リードフレーム５の貫通孔７の裏面側の内径は発光素子３の発光面６の径に対して、僅かに大きいか、或いは、僅かに小さく形成することが好ましい。大きく形成するか、或いは、小さく形成するかは、送信効率の向上と、送信効率の変動低減のどちらを優先するかにより決定される。【００８８】  送信効率の向上を優先するのであれば、貫通孔７の裏面側の内径は発光素子３の発光面６の径より、若干大きく形成することが好ましい。例えば、発光面６がφ７０μｍであった場合、貫通孔７の裏面側の内径は１００μｍ程度に設定される。すなわち、貫通孔７に対する発光素子３の配置位置がずれた場合でも、発光面６から出射される光がリードフレーム５によって蹴られることがなくなり、発光面６から放射される全光量を利用することができる。【００８９】  一方、送信効率の変動低減を優先するのであれば、貫通孔７の裏面側の内径は発光素子３の発光面６の径より、若干小さく形成することが好ましい。例えば、発光面６がφ７０μｍであった場合、貫通孔７の裏面側の内径は５０μｍ程度に設定される。すなわち、発光素子３の配置位置がずれた場合でも、貫通孔７を通過する光量の変動が少なくなるため、送信効率の変動を低減することができる。【００９０】  また、実施形態１による光送信装置１では、図２３に示される従来の光送信装置よりもテーパミラー８を発光面６に近接させて配置できることから、発光素子３の配置位置がずれても、光の立ち上げ位置の変動が少なくなり、しいてはレンズ４や光ファイバ２への結合効率の変動も低減される。
貫通孔７の形状としては、例えば、図６〜図１３に示すようなものを利用できる。【００９１】  図６および図７に示す貫通孔７は、図１に示したものと同様に、貫通孔７の断面において内壁面が直線状に表われるテーパミラー８を有している。
このように、断面において内壁面が直線状に表われるテーパミラー８は加工が容易であり、発光素子３から放射される光のうち放射角が広い光も確実に光路変換される。【００９２】  なお、発光素子３から出射される光の放射分布に対応するため、テーパ角度θ（図４参照）は４０°〜８０°程度が好ましく、使用する発光素子３の放射分布により最適なテーパ角度を選択するとよい。
また、図８および図９に示すように、貫通孔７の断面における内壁面が曲面形状となる（すなわち凹面状）テーパミラー８も好適に用いられる。【００９３】  例えば、断面における内壁面の表面が放物線状となるテーパミラー８を用い、放物線の焦点位置に発光面６を配置すれば、発光素子３から放射される光の放射角に係わりなくリードフレーム５に対して略垂直方向に光路変換することが可能となる。このような曲面形状は、例えば、リードフレーム５を片側からエッチング加工することにより得ることができる。【００９４】  更に、図１０および図１１に示すように、貫通孔７の内壁が、リードフレーム５の裏面側に配されるテーパミラー（第１内壁）８と、リードフレーム５の表面側に配される拡大孔（第２内壁）１７とからなり、テーパミラー８は内径がリードフレーム５の表面側へ向かって徐々に大きくなり、拡大孔１７はテーパミラー８の最大内径よりも大きい内径を有するものも好適に用いられる。【００９５】  図１０および図１１に示される貫通孔７において、拡大孔１７は発光素子３の放熱性の改善と、テーパミラー８の加工性の改善という効果を有する。
つまり、貫通孔７の裏面側の内径は前述のようにφ１００μｍ程度であるが、リードフレーム５の厚みがこの径よりも十分に厚い場合、貫通孔７の加工が困難となる。また、リードフレーム５は厚い方が発光素子３や発光素子３を駆動させるためのドライバＩＣの放熱性には有利である。【００９６】  このため、リードフレーム５の表面側に拡大孔１７を形成することにより、テーパミラー８の加工が容易になり、また、厚いリードフレーム５を利用できることから放熱性も改善することができる。なお、拡大孔１７は光の照射を受けないため、光学的な役割は有していない。
更にまた、図１２および図１３に示すように、リードフレーム５の表面側の一部に、貫通孔７へ通ずる樹脂注入溝１８が形成されたものも好適に用いられる。【００９７】  つまり、図１に示したように、モールド樹脂９によりモールド封止を行う場合、貫通孔７へ樹脂が流入しにくくなるという問題が生ずるが、樹脂注入溝１８を形成することにより、確実にモールド封止を行うことができる。なお、図１０および図１１に示した拡大孔１７にも樹脂注入溝１８と同様の効果がある。
更に、テーパミラー８での反射回数が１回となるように、リードフレーム５の厚さや、テーパ角度θを設定することが好ましい。複数回の反射を用いた、いわゆる光導波路や導光路等では、反射による損失が大きくなることや、長さ（リードフレーム５の厚さに相当する部分）が長くなり、装置の大型化につながる。
以上のように、この発明では貫通孔７の形状を種々変更できるが、貫通孔７の深さとしては、５０〜５００μｍに設定されることが好ましい。【００９８】  つまり、この発明ではテーパミラー８を発光面６に近接させて配置できることから、貫通孔７の深さが浅くても、放射角が広い光を光路変換させるうえで十分な効果が得られる。
また、リードフレーム５の表面又は裏面から貫通孔７を見た場合に、貫通孔７は必ずしも円形である必要はなく、楕円形や方形であってもよい。例えば、発光素子３の光放射分布に偏りがある場合等は、円形以外の形状とした方がよい。【００９９】  この発明では、前述の通り、発光素子３がリードフレーム５の裏面側に配置され、貫通孔７は、基本的にその断面形状がリードフレームの裏面側から表面側へ向かって内径が徐々に広くなるテーパ形状となっている。
また、貫通孔７の裏面側の内径は発光素子３のチップサイズより小さくなるように設定されている。貫通孔７を発光素子３のチップサイズより小さく形成するほど、発光素子３とリードフレーム５の接触面積が大きくなる。【０１００】  そして、発光素子３の発光面７側をリードフレーム５に配置することと、発光素子３とリードフレーム５との接触面積を大きくすることは発光素子３の放熱特性を向上させる上で重要である。
すなわち、発光素子３として図２および図３に示すＬＥＤを使用する場合、ＬＥＤのｎ型基板１０の熱抵抗が問題となる。【０１０１】  ＬＥＤの裏面側（ｎ電極１１側）から放熱する場合、活性層１３で発生した熱はｎ型基板１０、ｎ電極１１を介してリードフレーム５等の放熱性の高い材料で形成された部材に放熱される。
しかし、ｎ型基板１０は通常ＧａＡｓ等の熱抵抗の高い材料で形成されているため、ＬＥＤ自体の放熱特性が悪くなり、活性層１３の温度上昇につながる。【０１０２】  これに対し、この発明では、発光面７側がリードフレーム５に配置されるので、活性層１３で発生した熱をｐ型クラッド層１４、ｐ型電極１５を介してリードフレーム５に放熱することができる。例えば、ＧａＡｓの熱伝導率である４５Ｗ／ｍ・Ｋと比較すると、リードフレーム５（銅材）は約３６０Ｗ／ｍ・Ｋと熱伝導率が高い。さらには、ｐ型クラッド層１４、ｐ型電極１５はともに厚さ数μｍ程度であるため厚さ数１００μｍのｎ型基板１０を介して放熱する場合に比べ放熱特性を大幅に向上させることができる。【０１０３】  発光素子３とリードフレーム５との接合には、例えば、銀ペーストのように導電性の高い接着剤や、金錫等の共晶を使用することが好ましい。また、導電性の高い接着剤のなかでも、熱伝導性の高い材料や薄膜の材料と熱的なコンタクトが十分得られ、かつ、リードフレーム５と発光素子３との線膨張係数の差を吸収できるようなものがより好ましい。【０１０４】  なお、接着剤は発光素子３の発光面６に付着しないようにする必要がある。発光素子３の表面にあらかじめ、フォトリソグラフィー等の手法により、発光面６以外の部分に接着剤の薄膜を形成することにより、確実に接着剤が発光面６に付着しないようにすることができる。あるいは金錫等の共晶を用いる場合は、リードフレーム５の表面を金メッキし、発光素子３のｐ電極１５上に金錫膜を形成しておき、熱圧着することで接着してもよい。
以下、各構成部品について説明する。【０１０５】  光ファイバ２としては、例えば、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ）や石英ガラス光ファイバ（ＧＯＦ：Ｇｌａｓｓ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ）等のマルチモード光ファイバを用いることが好ましい。
ＰＯＦは、コアがＰＭＭＡ（ＰｏｌｙｍｅｔｈｙｌＭｅｔｈａＡｃｒｙｌａｔｅ）やポリカーボネート等の光透過性に優れたプラスチックからなり、クラッドが上記コアより屈折率の低いプラスチックで構成されている。【０１０６】  ＰＯＦは、ＧＯＦに比べそのコアの径を約２００μｍから約１ｍｍと大きくすることが容易であることから、光送信装置１との結合調整が容易であり、安価な光通信リンクを得ることができる。
また、コアが石英ガラスよりなり、クラッドがポリマーで構成されたＰＣＦ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｃｌａｄ  Ｆｉｂｅｒ）を用いても良い。【０１０７】  ＧＯＦはＰＯＦに比べると価格が高いが、伝送損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴がある。このため、ＧＯＦを伝送媒体とすることにより、より長距離の通信やより高速の通信を行える光通信リンクを得ることができる。
発光素子３としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等のように面発光タイプのものが用いられる。
発光素子３の波長としては、使用する光ファイバ２の伝送損失が少ない波長であることが好ましい。【０１０８】  例えば、光ファイバ２としてＰＯＦを用いる場合には波長６５０ｎｍ前後の発光素子３を用い、ＧＯＦを用いる場合には波長８５０ｎｍ前後の発光素子３を用いる。
リードフレーム５としては、銅やリン青銅のように熱伝導性の高い金属からなる薄板状の金属板に、エッチングやプレス、切削加工等により貫通孔７を形成し、高い反射率が得られるように表面に銀や金等によるメッキを施したものが用いられる。【０１０９】  ここでリードフレーム５とは、発光素子３やドライバＩＣ等の部品を搭載して支えるとともに、各部品へ電気を伝える役割を果たす薄板状の金属板を意味する。もちろん、リードフレーム５の代わりに、例えば、ステムやプリント基板等の各種の基板を用いることもできる。【０１１０】実施形態２
上述した実施形態１による光送信装置の変形例を、実施形態２として図１４に基づいて説明する。図１４はこの発明の実施形態２による光送信装置の概略的な構成を示す説明図である。
図１４に示されるように、実施形態２による光送信装置２１は、モールド樹脂９によりレンズ４を形成しておらず、モールド樹脂（封止樹脂体）９はリードフレーム５の発光素子３を搭載する裏面側のみを覆っている。発光素子３およびドライバＩＣ１９はモールド樹脂９により封止され外気から保護されている。発光素子３やドライバＩＣ１９はボンディングワイヤー３３により電気的に接続されている（実際には複数のボンディングワイヤー３３があるが、図面では省略している）。【０１１１】  レンズ４としては、ガラスやアクリル樹脂等を材料とするボールレンズを使用できる。レンズ４としてのボールレンズは、接着剤（透明樹脂）１６によりリードフレーム５の貫通孔７に位置合わせされたうえで配置されている。
接着剤１６は発光素子３の波長領域において透明な材料のものが使用され、貫通孔７は接着剤１６によって埋められ発光素子３の発光面６は接着剤１６によって覆われている。貫通孔７を接着剤１６で埋めることにより、前述したように空気中の場合より屈折率を大きくすることができ、発光素子３から取り出される光量を増加させることができる。【０１１２】  接着剤１６は弾性を有する材料であることが好ましい。リードフレーム５は銅等の金属で形成されており、一般に接着剤１６とは線膨張係数が大きく異なる。このため、環境温度が変化した場合、接着剤１６とリードフレーム５との界面や、発光素子３と接着剤１６との界面に大きな熱応力が発生し、接着剤１６が剥離しやすくなる。接着剤１６として、例えば、シリコーンのように弾性を有する（いわゆるヤング率が低い）材料を使用することにより、熱応力が緩和され、接着剤１６の剥離を防止することができる。接着剤１６の弾性としては、硬度がＪＩＳ−Ａで５０度以下であることが好ましい。あるいはヤング率が１０ＭＰａ以下であることが好ましい。【０１１３】  更に、レンズ４は弾性を有する接着剤１６により接着することが好ましい。レンズ４にも上述したのと同様に、環境温度の変化により熱応力が発生するが、接着剤１６が弾性を有するため、熱応力を緩和することができ、レンズ４の剥離を生じにくくすることができる。【０１１４】  また、モールド樹脂９は透明である必要がないため、例えば、熱伝導性の高い材料や線膨張係数が発光素子３やボンディングワイヤー３３の線膨張係数に近い材料、安価な材料を使用することができる。透明なモールド樹脂（エポキシ樹脂で一般に、線膨張係数６０〜６５ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率約０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）は、発光素子３（ＧａＡｓで線膨張係数６ｐｐｍ／Ｋ）やボンディングワイヤー（金で線膨張係数約１４ｐｐｍ／Ｋ）と比較して、線膨張係数が大きいため、発光素子３やボンディングワイヤー３３に大きな熱応力が発生する。このため、モールド用の樹脂にシリカ等の線膨張係数が低いフィラーを添加した樹脂を使用することが好ましい。このような樹脂としては、光学特性を必要としないＩＣのパッケージング等に一般に使用されている黒色の樹脂（線膨張係数１５〜２０ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率約０．７Ｗ／ｍ・Ｋ）を使用することができる。このような樹脂は広く使用されており、安価で入手することができる。本発明により、発光素子３およびボンディングワイヤー３３とモールド樹脂９との線膨張係数の差を大幅に低減できることから、発光素子３やボンディングワイヤー３３に生じる熱応力を低減できる。
同時にフィラーの添加により樹脂自体の熱伝導率も高くなることから、発光素子３やドライバＩＣ１９の放熱性も向上することができる。よって、光送信装置１のより一層の高機能化や高信頼性、低価格化が図られる。例えば、リードフレーム５とモールド樹脂９の線膨張係数の差に起因するワイヤーの断線等を防止することが可能となる。【０１１５】実施形態３
上述した実施形態１による光送信装置の変形例を、実施形態３として図１５に基づいて説明する。図１５はこの発明の実施形態３による光送信装置の要部拡大図である。
図１５に示されるように、実施形態３による光送信装置３１は、貫通孔７として図１０および図１１に示した形状のものを採用している。【０１１６】  発光素子から出射された光は拡大孔１７の内壁には照射されることなく、テーパミラー８により反射されてその光路が変換される。
このような構成では、前述したように、リードフレーム５の厚みを厚くすることができるので放熱性の向上を図ることができ、さらには、モールド樹脂（透光性樹脂体）９、あるいは接着剤（透明樹脂）１６が貫通孔７に流入しやすくなるという効果も得られる。
また、発光素子３は、発光面６と対向する裏面に設けられた電極（図３のｎ電極１１参照）が裏面電極基板（補助基板）２２に銀ペースト等の導電性を有する接着剤により接合されている。【０１１７】  リードフレーム５および裏面電極基板２２は、いずれも図示しない電気回路に電気的に結合され発光素子３のオン・オフが制御される。
裏面電極基板２２は例えば、アルミニウムや銅、りん青銅等の熱伝導性の良い金属で形成されている。【０１１８】  すなわち、発光素子３はワイヤー等の細い部材で電気的に接続されるのではなく、発光面６側の電極（図３のｐ電極１５参照）と裏面側の電極がリードフレーム５と裏面電極基板２２にそれぞれ面接触しているので、発光素子３で発生した熱を効率良く逃がすことができ、放熱性が極めて良くなっている。
なお、実施形態３においても、実施形態１と同様に貫通孔７および拡大孔１７を埋めるようにリードフレーム５の表面側にモールド樹脂（透光性樹脂体）を設けその一部に同材料によるレンズを一体に形成したり、実施形態２と同様に貫通孔７および拡大孔１７に接着剤（透明樹脂）を充填して発光素子３の発光面６を覆い、拡大孔１７と対向するようにレンズを接着したりすることができる。【０１１９】実施形態４
上述した実施形態１による光送信装置の変形例を、実施形態４として図１６に基づいて説明する。図１６はこの発明の実施形態４による光送信装置の要部拡大図である。
図１６に示されるように、実施形態４による光送信装置４１は、発光素子３がサブマウント２４を介して第２基板２５に配置されている。【０１２０】  サブマウント２４には、上述の実施形態１のリードフレーム５に形成されたものと同様の貫通孔７およびテーパミラー８が形成されており、発光素子３は発光面６が貫通孔７に対向するように位置合わせされたうえで、サブマウント２４の裏面上に配置されている。
第２基板２５にはサブマウント２４の貫通孔より大きい光出射口（開口）２６が形成されている。サブマウント２４の貫通孔と第２基板２５の光出射口は連通している。【０１２１】  サブマウント２４は上述したリードフレーム５と同様の効果を有し、テーパミラー８の作用により光送信効率を向上させることができる。
このような構成では、テーパミラー８が形成される部材、すなわちサブマウント２４の大きさを発光素子３より若干大きい程度に留めることができるため、仮に、サブマウント２４に高価な材料を使用したとしても、それが価格に大きく影響することはない。【０１２２】  つまり、価格を考慮することなく、サブマウント２４の材料を自由に選択でき、例えば、熱伝導性の高い材料や、加工性の良い材料を使用することにより、光送信装置４１の更なる高性能化、高機能化を容易に図ることができる。
サブマウント２４としては、例えば、単結晶シリコン基板を異方性エッチングにより加工したものを使用することが好ましい。【０１２３】  例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム）で単結晶シリコンの（１００）面をエッチングすることにより５４．７４°の角度をもった（１１１）面が、正確な角度をもった平滑面として得られる。
すなわち、リードフレーム５を加工して得られるテーパミラー８（図４参照）は、単結晶シリコンを加工して得られるテーパミラー８よりも加工精度や面精度において劣り、反射面としての性能も劣る。【０１２４】  このため、サブマウント２４として、高い加工精度が得られる単結晶シリコン等の材料を使用することにより、価格の増大を招くことなく高精度のテーパミラー８を得ることができるようになる。
サブマウント２４として単結晶シリコンを用いる場合、貫通孔７は四角錐状となる。サブマウント２４としては、Ｓｉ以外にＳｉＣやＡｌＮ等を用いることができる。【０１２５】  サブマウント２４が非導電性の材料である場合、発光素子３を搭載するサブマウント２４の裏面には、蒸着法等によりアルミニウム等の金属からなる電極（図示せず）を形成し、発光素子３の発光面６の周囲に形成されている電極（図３のｐ電極１５参照）と電気的に導通するように接合する。また、サブマウント２４は第２基板２５に電気的に導通するように接合されていてもよい。【０１２６】  サブマウント２４と発光素子３との線膨張係数の差は、第２基板２５と発光素子３との線膨張係数の差より小さく設定することが好ましい。一般に、銅等からなるリードフレーム５とＧａＡｓ等からなる発光素子３とはその線膨張係数の差が大きく、環境温度の変化により高い熱応力が発生し、発光素子３の発光状態が不安定になる場合がある。サブマウント２４として発光素子３との線膨張係数の差が小さい材料を選定することにより、この熱応力を低減することができ、広い温度で安定した性能を得ることができる。例えば、第２基板２５として銅（線膨張係数約１８ｐｐｍ／Ｋ）、発光素子３としてＧａＡｓ（線膨張係数６ｐｐｍ／Ｋ）を用いる場合、サブマウント２４としてＳｉ（線膨張係数約３ｐｐｍ／Ｋ）を用いることが好ましい。上述したように、Ｓｉは貫通孔７の加工も容易に行うことができる。【０１２７】  図１７にサブマウント２４の裏面側（発光素子を搭載する側）の一例を示している。貫通孔７の外周には金錫膜３４がパターニングされている。金錫膜３４は金に対し錫が２０〜３０ｗｔ％含まれるものである。一方、発光素子３のｐ電極１５（図２、図３参照）は金の薄膜で形成されており、貫通孔７と発光素子３の発光面６とを位置合わせして加圧しつつ加熱することにより、金錫膜３４とｐ電極１５とが金錫の共晶となり、発光素子３をサブマウント２４に接合することができる。図１７の破線部は発光素子３を表してしる。
第１電極３５は金錫膜３４と電気的に接合しており、第１電極３５と第２基板２５とがボンディングワイヤー３３により結合される。一方、第２電極３６は発光素子３の裏面側であるｎ電極１１とボンディングワイヤー３３により結合され、かつ、第２基板２５ともボンディングワイヤー３３により結合される。これにより、サブマウント２４を介して、発光素子３が第２基板２５と電気的に結合される。【０１２８】  なお、実施形態４においても、実施形態１と同様に光出射口２６と貫通孔７を埋めるように第２基板２５の表面側にモールド樹脂（透光性樹脂体）を設けその一部に同材料からなるレンズを一体に形成したり、実施形態２と同様に、光出射口２６と貫通孔７に接着剤を充填し、光出射口２６と対向するようにレンズを接着したりすることができる。【０１２９】実施形態５
上述した実施形態１による光送信装置１の変形例を、実施形態５として図１８に基づいて説明する。図１８はこの発明の実施形態５による光送信装置の概略的な構成を示す説明図である。
図１８に示されるように、実施形態５による光送信装置５１は、発光素子３がサブマウント２４を介して第３基板２７に配置されている。サブマウント２４には実施形態４で示したのと同様に第２貫通孔２９および第２ミラー３２が形成されている。一方、第３基板２７にも実施形態１で示したのと同様に第１貫通孔２８および第１ミラー３１が形成されている。発光素子３は発光面６が第２貫通孔２９に対向するように位置合わせされたうえで、サブマウント２４の裏面上に配置されている。サブマウント２４の第２貫通孔２９と第３基板２７の第１貫通孔２８とは連通している。【０１３０】  第１ミラー３１と第２ミラー３２の両方を用いることにより、ミラーの厚みを厚くでき、光路変換できる光が増えることから、光送信効率を向上させることができる。第１ミラー３１と第２ミラー３２とは異なる形状に形成することが好ましく、これにより、光送信効率をより向上させることができるとともに、発光素子３の光放射形状に合わせて任意にミラー形状を選択することができる。【０１３１】  一般には、発光素子３は図２２に示すように、放射角の広い光と放射角の狭い光の両方が含まれることから、第３基板２７の内壁（第１ミラー３１）と発光素子３の発光面６とがなすテーパ角度θ１を、サブマウント２４の内壁（第２ミラー３２）と発光素子３の発光面６とがなすテーパ角度θ２より大きく設定することが好ましい。【０１３２】  発光面６に近接した位置に配置される第２ミラー３２は、放射角が広い光が照射されるため、テーパ角度θ２を小さく設定し、放射角が狭い光が照射される第１ミラー３１は、テーパ角度θ１を大きく設定することで、各ミラーにより反射される光を発光素子３の光軸と平行に近い角度に変換することができ、光ファイバとの結合効率を高くすることができる。【０１３３】  第１ミラー３１のテーパ角度は７０°〜８５°、第２ミラー３２のテーパ角度は４０°〜７０°に設定することが好ましい。すなわち、第３基板２７とサブマウント２４の両方の貫通孔をミラーとして利用することにより、ミラー部の厚みが増し、広い放射角範囲の光の光路変換ができ、また、放射角の大小に合わせたミラー角度を選択できることから、高い利用効率を得ることが可能となる。【０１３４】  さらに、サブマウント２４を用いることにより、実施形態４で示したように、発光素子３に生じる熱応力を低減させる効果等がある。サブマウント２４としては実施形態４で示したのと同様にＳｉを用いることが好ましい。
なお、実施形態５においても、実施形態１と同様に第１貫通孔２８および第２貫通孔２９を埋めるように第３基板２７の表面側にモールド樹脂（透光性樹脂体）を設けその一部に同材料からなるレンズを一体に形成したり、実施形態２と同様に、第１貫通孔２８と第２貫通孔２９に接着剤を充填し、第１貫通孔２８と対向するようにレンズを接着したりすることができる。【０１３５】  以上のように、実施形態１〜５で示した光送信装置１，２１，３１，４１，５１は、リードフレーム５又はサブマウント２４に形成した貫通孔７、或いは、第３基板２７とサブマウント２４に形成した第１貫通孔２８および第２貫通孔２９によって発光素子３からの放射光を立ち上げることにより、高い光送信効率と良好な放熱特性を得るとともに、光通信装置の小型化と低価格化を図っている。実施形態１〜５で示した光送信装置１，２１，３１，４１，５１はこの発明の一例であり、発明の要旨を変更しない範囲で様々な変更を加えることができる。【０１３６】実施形態６
上述した実施形態１による光送信装置の応用例を、実施形態６として図１９に基づいて説明する。図１９はこの発明の実施形態６による照明装置の概略的な構成を示す説明図である。
図１９に示されるように、この発明の実施形態６による照明装置６１は、上述の実施形態１による光送信装置１（図１参照）を応用したものである。
図１９において、発光素子３ａ，３ｂ，３ｃは、それぞれ異なる波長の光を放射し、例えば、ＲＧＢ（赤、緑、青）の３色の光を放射する。【０１３７】  発光素子３ａ，３ｂ，３ｃから放射された光は、実施形態１で説明したように、テーパミラー８により光路を変換される。
これらの光線は、モールド樹脂９を通過して光散乱膜２０に照射され、光散乱膜２０において散乱し各色の光が混合して、例えば、白色等の光となって外部へ出射される。【０１３８】  実施形態１で説明したように、テーパミラー８を有するリードフレーム５を用いることにより、放射角が広いため通常は利用できない光を有効に利用でき、光利用効率の向上が図られる。
更に、前述のように放熱性が高いため発光素子３に流すことのできる電流量を増加させることができ、高輝度で、小型・低価格の照明装置６１を得ることができる。照明装置６１の用途により、発光素子３ａ，３ｂ，３ｃを１セットとし、複数セットを配置しても良い。【０１３９】実施形態７
上述した実施形態７による照明装置の変形例を、実施形態７として図２０に基づいて説明する。図２０はこの発明の実施形態７による照明装置の概略的な構成を示す説明図である。
図２０に示されるように、この発明の実施形態７による照明装置７１は、全ての発光素子３が、例えば、青色等の同一の波長の光を放射するように構成されている。【０１４０】  発光素子３から放射された光は、蛍光体２３に入射してその一部が黄色等の光に変換され、元の発光色と混色されて白色光等に変換される。
他の白色光を得る方法として、紫外光を出射する発光素子３を用い、ＲＧＢの蛍光体２３を通して出射させる等、従来より知られている方法を用いることができる。【０１４１】  実施形態７において、発光素子３は、図１９に示されるように複数個のチップを個別に配置するのではなく、例えば、同一のウエハー上に発光面６がアレイ状に配置されたものを使用することができる。
図示されないが、発光面６は図面に表われる幅方向だけでなく奥行き方向にも形成されており、数十〜数百の発光面６を有する発光素子３を用いることができる。すなわち、一つ一つのチップを個別に実装する必要がなくなるため、作製コストを低減することができ、小型化も図れる。【０１４２】  また、発光素子３は、発光面６と対向する裏面に設けられた電極（図３のｎ電極１１参照）が裏面電極基板２２に銀ペースト等の導電性を有する接着剤により接合されている。
リードフレーム５および裏面電極基板２２は、いずれも図示しない電気回路に電気的に結合され発光素子３のオン・オフが制御される。
裏面電極基板２２は例えば、アルミニウムや銅、りん青銅等の熱伝導性の良い金属で形成されている。【０１４３】  すなわち、発光素子３はワイヤー等の細い部材で電気的に接続されるのではなく、発光面６側の電極（図３のｐ電極１５参照）と裏面側の電極がリードフレーム５と裏面電極基板２２にそれぞれ面接触しているので、発光素子３で発生した熱を効率良く逃がすことができ、放熱性が極めて良くなっている。【０１４４】  以上のように、実施形態６および実施形態７で示した照明装置６１，７１は、リードフレーム５に形成した貫通孔７によって発光素子３からの放射光を立ち上げることにより、高い光利用効率と良好な放熱特性を得るとともに、小型化と低価格化を図っている。実施形態６および実施形態７で示した照明装置６１，７１はこの発明の一例であり、発明の要旨を変更しない範囲で様々な変更を加えることができる。この発明による照明装置６１，７１は、一般の照明機器の他に、液晶装置のバックライトや投光装置用の照明、車のヘッドライト、カメラのフラッシュ等にも広く応用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】  この発明によれば、次のような産業上の利用可能性が得られる。
（１）基板が貫通孔を有し、その貫通孔は裏面から表面へ向かって内径が大きくなる内壁を有するので、発光部から放射される放射光のうち放射角の広い光を貫通孔の内壁によって基板の表面側へ反射させることができ、結果として、放射角の広い光も光ファイバ等への光結合に有効に利用できるようになることから結合効率の向上が図られる。【０１４６】（２）発光素子は発光部が貫通孔内に露出するように基板の裏面に配置され、発光素子の発光部と貫通孔の内壁とが近接するので、放射角の広い光を基板の表面側へ反射させるのに必要となる貫通孔の深さを極力小さくでき、光送信装置の小型化が図られる。【０１４７】（３）基板に形成された貫通孔によって発光素子からの放射光を案内するので、本来は配線部品である基板を光学部品としても利用できることとなり、部品点数の削減と作製工程の簡易化により低価格化が図られる。【０１４８】（４）発光素子は発光部が貫通孔内に露出するように基板の裏面に配置されることから、熱の発生源である発光部と放熱媒体である基板との距離が近くなり、発光素子の放熱性が向上する。【０１４９】（５）発光素子やボンディングワイヤーを、フィラーの添加されたモールド樹脂により封止できることから発光素子やボンディングワイヤーに生じる熱応力を低減することができる。さらに、発光素子の発光面を弾性を有する樹脂により封止すること、発光素子を線膨張係数が近いサブマウントに実装することにより、発光素子に生じる熱応力を低減することができ、広い温度範囲の使用および保存が可能で高い信頼性を有する光送信装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】［図１］この発明の実施形態１による光送信装置の概略的な構成を示す説明図である。
［図２］図１に示される光送信装置に用いられる発光素子の平面図である。
［図３］図２に示される発光素子の断面図である。
［図４］図１に示される光送信装置の要部拡大図である。
［図５］実施形態１による光送信装置の大きさと、従来の光送信装置の大きさとを同一図面上で比較する説明図である。
［図６］図１に示される光送信装置のリードフレームに形成される貫通孔の平面図である。
［図７］図６に示される貫通孔の断面図である。
［図８］貫通孔の変形例を示す平面図である。
［図９］図８に示される貫通孔の断面図である。
［図１０］貫通孔の変形例を示す平面図である。
［図１１］図１０に示される貫通孔の断面図である。
［図１２］貫通孔の変形例を示す平面図である。
［図１３］図１２に示される貫通孔の断面図である。
［図１４］この発明の実施形態２による光送信装置の概略的な構成を示す説明図である。
［図１５］この発明の実施形態３による光送信装置の要部拡大図である。
［図１６］この発明の実施形態４による光送信装置の要部拡大図である。
［図１７］図１６で示されるサブマウントの裏面側の詳細図である。
［図１８］この発明の実施形態５による光送信装置の概略的な構成を示す説明図である。
［図１９］この発明の実施形態６による照明装置の概略的な構成を示す説明図である。
［図２０］この発明の実施形態７による照明装置の概略的な構成を示す説明図である。
［図２１］従来の光送信装置の概略的な構成を示す説明図である。
［図２２］ＬＥＤの放射分布の一例を示す説明図である。
［図２３］従来の光送信装置の概略的な構成を示す説明図である。
【図１】
2004109814.tif 000003
【図２】
2004109814.tif 000004
【図３】
2004109814.tif 000005
【図４】
2004109814.tif 000006
【図５】
2004109814.tif 000007
【図６】
2004109814.tif 000008
【図７】
2004109814.tif 000009
【図８】
2004109814.tif 000010
【図９】
2004109814.tif 000011
【図１０】
2004109814.tif 000012
【図１１】
2004109814.tif 000013
【図１２】
2004109814.tif 000014
【図１３】
2004109814.tif 000015
【図１４】
2004109814.tif 000016
【図１５】
2004109814.tif 000017
【図１６】
2004109814.tif 000018
【図１７】
2004109814.tif 000019
【図１８】
2004109814.tif 000020
【図１９】
2004109814.tif 000021
【図２０】
2004109814.tif 000022
【図２１】
2004109814.tif 000023
【図２２】
2004109814.tif 000024
【図２３】
2004109814.tif 000025
【国際調査報告】
2004109814.tif 000026
2004109814.tif 000027
2004109814.tif 000028