(57)【要約】【課題】配光角または入射角の制御が可能で、かつ装置の薄型化が容易な光装置を提供する。【解決手段】光装置は、リードと、発光素子と、前記発光素子を覆うように設けられ、前記放出光の光取り出し面を有する封止層と、を備える。前記光取り出し面は、前記放出光の光軸含む中心部と、前記中心部を取り囲む内側面と外側に向かう外側面とを含む第１の凸部と、前記内側面よりも下方でありかつ前記内側面と前記中心部と前記内側面との間に設けられた接続部と、を有する。前記接続部は、前記内側面の側および前記中心部の側の少なくともいずれかに丸み部を有する。前記外側面は、前記中心部の表面の傾斜角の平均値よりも大きい傾斜角の平均値を有しかつ前記放出光を屈折するか、または、前記内側面は、前記中心部の前記表面の傾斜角の平均値よりも大きい傾斜角の平均値を有しかつ前記放出光を屈折する。【選択図】図１
2012129235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードと、
前記リードの上に設けられ、放出光を放出可能な発光素子と、  
前記発光素子を覆うように設けられ、前記放出光の光取り出し面を有する封止層であって、前記光取り出し面は、前記放出光の光軸を含む中心部と、前記中心部を取り囲む内側面と外側に向かう外側面とを含む凸部と、前記内側面よりも下方でありかつ前記内側面と前記中心部との間に設けられた接続部と、を有する封止層と、
を備え、
前記接続部は、前記内側面の側および前記中心部の側の少なくともいずれかに丸み部を有し、
前記凸部の前記外側面は、前記中心部の表面の傾斜角の平均値よりも大きい傾斜角の平均値を有しかつ前記放出光を屈折するか、または、
前記凸部の前記内側面は、前記中心部の前記表面の傾斜角の平均値よりも大きい傾斜角の平均値を有しかつ前記放出光を屈折することを特徴とする光装置。
【請求項２】
前記接続部の丸み部の曲率半径は、１０μｍ以上、３００μｍ以下、であることを特徴とする請求項１記載の光装置。
【請求項３】
前記凸部の前記外側面は、上方に向かって凸となる曲面を含みかつ前記放出光を前記光軸の側に屈折することを特徴とする請求項１または２に記載の光装置。
【請求項４】
前記凸部の前記内側面は、上方に向かって凹となる曲面を含みかつ前記放出光を前記光軸と離れる側に屈折することを特徴とする請求項１または２に記載の光装置。
【請求項５】
リードと、
前記リードの上に設けられ、放出光を放出可能な発光素子と、
底面および側壁を有する凹部が設けられた成型体であって、前記底面には前記発光素子が露出した成型体と、
前記発光素子を覆うように前記凹部内に設けられ、前記放出光の光取り出し面を有する封止層であって、前記光取り出し面は、前記放出光の光軸を含む中心部と、前記中心部を取り囲む内側面と外側に向かう外側面とを含む第１の凸部と、前記内側面よりも下方でありかつ前記内側面と前記中心部との間に設けられた接続部と、前記凸部の外側でありかつ前記凸部の上端よりも下方に設けられた上端を有し、前記放出光のうち側方に向かい前記側壁で反射された光を上方に向かって屈折可能な周辺部と、を有する封止層と、
を備え、
前記接続部は、前記内側面の側および前記中心部の側の少なくともいずれかに丸み部を有し、
前記凸部の前記外側面は、前記中心部の表面の傾斜角の平均値よりも大きい傾斜角の平均値を有しかつ前記放出光を屈折するか、または、
前記凸部の前記内側面は、前記中心部の前記表面の傾斜角の平均値よりも大きい傾斜角の平均値を有しかつ前記放出光を屈折することを特徴とする光装置。
【請求項６】
リードと、
前記リードの上に設けられた受光素子と、  
前記受光素子を覆うように設けられ、前記受光素子への入射光の入射面を有する封止層であって、前記入射面は、前記入射光の光軸を含む中心部と、前記中心部を取り囲み前記中心部の側に設けられた内側面と外側に向かう外側面とを含む凸部と、前記内側面よりも下方かつ前記内側面と前記中心部との間に設けられた接続部と、を有する封止層と、
を備え、
前記接続部は、前記内側面の側および前記中心部の側の少なくともいずれかに丸み部を有し、
前記凸部の外側面は、前記中心部の表面の傾斜角の平均値よりも大きい傾斜角の平均値を有しかつ前記入射光を前記光軸の側に屈折することを特徴とする光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光装置の一例として、照明用の発光装置では、放出光の配光角を所定の範囲に制御することが要求される。例えば、スイッチ照明の場合、配光角を狭く絞り、光軸近傍での光度を高めることが要求される。また、光装置の他の一例として、受光装置でも、所定の入射角で入射した光を効率良く受光素子の受光領域に導くことが要求される。
【０００３】
発光素子や受光素子に凸または凹レンズを設けると、発光装置の配光角や受光装置の入射角の制御が容易となる。しかしながら、例えば、半球レンズなどを用いると、その高さが大きくなり、発光装置や受光装置の薄型化が困難となる。また、これらのレンズを発光装置や受光装置の表面に外付けする工程は、一貫した自動組立ラインに含めることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５３６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
配光角または入射角の制御が可能で、かつ装置の薄型化が容易な光装置を提供する。  
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態にかかる光装置は、リードと、前記リードの上に設けられ、放出光を放出可能な発光素子と、前記発光素子を覆うように設けられ、前記放出光の光取り出し面を有する封止層であって、前記光取り出し面は、前記放出光の光軸を含む中心部と、前記中心部を取り囲む内側面と外側に向かう外側面とを含む第１の凸部と、前記内側面よりも下方かつ前記内側面と前記中心部との間に設けられた接続部と、を有する封止層と、を備える。前記接続部は、前記内側面の側および前記中心部の側の少なくともいずれかに丸み部を有する。前記第１の凸部の前記外側面は、前記中心部の傾斜角の平均値よりも大きい傾斜角の平均値を有しかつ前記放出光を屈折するか、または、前記第１の凸部の前記内側面は、前記中心部の前記表面の傾斜角の平均値よりも大きい傾斜角の平均値を有しかつ前記放出光を屈折する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図１（ｃ）は光取り出し面を拡大した模式断面図、である。
【図２】図２（ａ）は本実施形態の光取り出し面の作用を説明する模式断面図、図２（ｂ）は球面の近似を表す模式断面図、である。
【図３】第１の実施形態にかかる発光装置の指向特性のグラフ図である。
【図４】図４（ａ）は第１の実施形態の変形例にかかる発光装置の模式平面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図４（ｃ）は光取り出し面を拡大した模式断面図、である。
【図５】本実施形態の光取り出し面の作用を説明する模式断面図である。
【図６】図６（ａ）は第２の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図６（ｂ）はその模式断面図、である。
【図７】図７（ａ）は第３の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図７（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った模式断面図、である。
【図８】図８（ａ）は第３の実施形態の作用を説明する模式断面図、図８（ｂ）はレンズの変形例の作用を説明する模式断面図、である。
【図９】第３の実施形態の変形例にかかる発光装置の作用を説明する模式図である。
【図１０】図１０（ａ）は第４の実施形態にかかる発光装置の部分模式断面図、図１０（ｂ）は凹レンズの模式断面図、図１０（ｃ）は指向特性のグラフ図、である。
【図１１】図１１（ａ）は第５の実施形態にかかる発光装置のレンズの模式断面図、図１１（ｂ）は分割前の組み合わせレンズの模式断面図、図１１（ｃ）は指向特性のグラフ図、である。
【図１２】図１２（ａ）は第６の実施形態にかかる受光装置のレンズの模式断面図、図１２（ｂ）は受光装置の模式断面図、である。
【図１３】図１３（ａ）は第７の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図１３（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った模式断面図、である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図１（ｃ）は光取り出し面を拡大した模式断面図、である。
発光装置は、樹脂やセラミックのような絶縁材からなる成型体１０、第１のリード１２、第２のリード１４、発光素子２０、封止層３９、およびボンディングワイヤ１５、を有する。
【０００９】
成型体１０には、凹部１０ａが設けられている。凹部１０ａの底面１０ｂには第１のリード１２の一方の端部、第２のリード１４の一方の端部がそれぞれ露出している。発光素子２０は、第１のリード１２の上に銀ペーストのような導電性接着剤や金属半田材などで接着されている。発光素子２０の上面に設けられた一方の電極２０ａは、ボンディングワイヤ１５により第２のリード１４と接続される。凹部１０ａ内には、発光素子２０を覆うようにシリコーン樹脂などからなる封止層３９が設けられる。なお、成型体１０が反射性フィラーを含む熱可塑性樹脂からなるものとすると、凹部１０ａの側壁１０ｃを光反射面とすることができる。
【００１０】
光取り出し面４４は、放出光の光軸４０を内部に含む中心部３０と、中心部３０を取り囲む第１の凸部３４と、中心部３０と第１の凸部３４との間に設けられ、上方に向かって凹となる曲面を含む第１の接続部３２と、を含む。第１の凸部３４は、中心部３０の側に設けられた内側面３４ａおよび外側に向かって設けられた外側面３４ｂを含む。また、本図において、接続部３２は、中心部３０と第１の凸部３４との間に挟まれ内側面３４よりも下方に設けられる。また、接続部３２は、中心部３０の表面３０ａの傾斜部と、第１の凸部３４の傾斜部と、を接続可能であり、上に向かって凹となる曲面を含んでいる。しかし、接続部３２の曲面はこれに限定されない。例えば、曲面は、内側面３４ａの側および中心部３０の側の少なくともいずれかに設けられた丸み部を有する凹みと、平面と、を有していてもよい。
【００１１】
中心部３０の表面３０ａは、平面または曲面とすることができる。図１では、中心部３０の表面３０ａは、上に向かって凸となる曲面を含む。中心部３０の上端および第１の凸部３４の上端が硬化後の封止層３９の上面４２内に含まれてもよいし、上面４２よりも下方でも良い。
【００１２】
また、中心部３０と第１の凸部３４との間に設けられ、例えば、上方に向かって凹となる曲面を含む第１の接続部３２の断面は、例えば１０〜３００μｍ程度の曲率半径ＲＲを有するものとする。レーザ光のようなコヒーレント光を集光したり、光取り出し効率を高めるためのフレネルレンズや回折格子では、凸部の間の接続部は急峻な切れ込みが必要とされる場合が多い。しかし、本実施形態では、インコヒーレントな放出光の屈折方向を変え配光角を制御するものであるから、接続部の切れ込みの急峻性を緩和することができる。
【００１３】
このような凸部および接続部を含む光取り出し面４４の形状は、レーザ光を走査することにより形成することができる。例えば、波長が１０.６μｍ近傍である炭酸ガスレーザ光を用いると、封止層３９の上面４２からの接続部の深さを、例えば３００μｍ程度とすることができる。硬化された樹脂層にレーザ光を照射すると、樹脂層が昇華または溶融、気化し所望の接続部形状とできる。
【００１４】
発明者らの実験によれば、中心部３０と第１の凸部３４との間の第１の接続部３２の曲率半径ＲＲや凸部の上端テーパー部の幅は、加工するレーザ光の波長以下に狭くすることが困難であることが判明した。このため、例えば炭酸ガスレーザ光を用いる場合、第１の接続部３２の丸み部の曲率半径ＲＲは、炭酸ガスレーザ光の波長である１０．６μｍ以上であることが好ましく、レーザ光の波長の３倍以上であることがより好ましい。
【００１５】
また、上面４２から、所定の深さまで封止層３９をレーザ光を用いて除去する場合、上端に平坦部３４ｃを残すようにすると加工が容易となる。一般に、凸部の先端テーパー部が細いと、バリなどを発生しやすいなど形状を安定化することが困難となり、配光角を変化させることがある。もし、平坦部３４ｃの両側に丸み部を設けると、第１の凸部３４を所望の形状とし、配光特性を安定に制御することができる。すなわち、第１の凸部３４の上端に、１０．６μｍ以上の丸み部を設けることが好ましく、その３倍以上とすることがより好ましい。
【００１６】
図２（ａ）は、本実施形態の発光装置の光取り出し面の作用を説明する模式断面図、図２（ｂ）は、球面の近似法を説明する模式断面図、である。
封止層３９の上に、封止層３９と同一材料からなる半球レンズ９０があるものとする。半球レンズ９０を、半球レンズ９０の片側をＤＶ１およびＤＶ２に垂直に２分割し、レンズ球面を発光中心２０ｂに向かって相似的に移動することを考える。すなわち、分割された半球レンズ９０、９１のそれぞれの球面による屈折方向が、移動前と平行になるように曲面を移動する。このようにすると、外側の分割領域ＤＶ１の球面の傾斜角の平均値βは、中心部３０の分割領域ＤＶ２の球面の傾斜角の平均値αよりも大きくなる。なお、傾斜角の平均値は、球面を含む曲面の上端と下端との中間の位置における曲面に接する面が上面４２と交差する角度として定義する。  
【００１７】
発光素子１０からの放出光はインコヒーレントであるから、分割された球面の領域の間で位相を揃える必要がない。もし、発光領域の発光中心２０ｂを相似の中心とすると、半球レンズ９０と相似である半球レンズを連続して配列できる。縮小された相似形の分割された球面による屈折方向は、半球レンズ９０の球面による屈折方向と平行にできる。すなわち、発光中心２０ｂを半球レンズの中心の位置よりも下方に設けると、放出光は発光中心２０ｂから放射状には放出されず、屈折方向を光軸４０に近づけ、配光角を制御することがより容易となる。なお、半球レンズの中心は、球レンズを中心を含む平面で２分割した場合に現れる円の中心と定義する。
【００１８】
分割され縮小された球面は、例えば、それぞれの球面の上端を揃えて配置することができる、または下面を揃えて配列してもよい。もし、上端を揃えるものとすると、封止層３９の硬化直後の上面４２からのレーザ加工除去領域が最小となるのでレンズ面形成の生産性が高まる。
【００１９】
図２に表す断面において、発光中心（相似の中心）２０ｂと、成型体１０の凹部１０ａの側壁（反射面）１０ｃの上限部と、を結ぶ直線に沿って相似形の半球レンズ９１、９２、を移動できる。第１の実施形態では、垂直に分割された球面に対応した半球レンズの縮小された球面を合成して所望のレンズを形成する。しかしながら、光軸４０に近い分割領域ＤＶ２の球面による屈折角は小さい。本図では、分割された球面レンズのうち、ＤＶ２の球面を縮小した半球レンズ９２の一部を、上端が封止層３９の硬化直後の上面４２に接する位置に設けて、中心部３０の上面３０ａとする。
【００２０】
また、断面において、仮想光線Ｌ１が上面４２と交差する点ＣＲ１を通る半球レンズ９１の領域ＤＶ２の球面を縮小した半球レンズ９２の球面を外側面３４ｂとする。半球レンズ９２から半球レンズ９１への移行部となる内側面を３４ａとする。本図のように移行部（内側面）を仮想光線Ｌ１の軌跡と一致させると、光損失を低減できる。
【００２１】
この結果、図１（ｂ）のように、放出光のうち中心部３０の面３０ａを出射した光Ｇ１は、光軸４０上の光を除いて光軸４０の側に屈折する。第１の凸部３４の外側面３４ｂを出射した光Ｇ２は、光軸４０の側に屈折する。もし、外側面が曲面の場合、曲面の傾斜角をその平均値で定義する。例えば、第１の凸部３４の外側面３４ｂの傾斜角の平均値βは、領域ＤＶ１の曲面と対応する半球レンズ９２の球面の接線が上面４２と平行な面となす角度の平均値と定義する。また、中心部３０の表面３０ａの傾斜角の平均値αは、表面３０ａの接線が上面４２と平行な面となす角度の平均値と定義する。なお外側面３４ａおよび表面３０ａはその断面において直線であれば、傾斜角はそれぞれに一定となる。
【００２２】
図２において、第１の凸部３４の外側面３４ｂの傾斜角の平均値αは、第２の凸部３６の外側面３６ｂの傾斜角の平均値βよりも小さい。第１の凸部３４の球面中心は、発光中心２０ｂよりも下方に位置するので、外側面３４ｂへの入射角がゼロにはならず、光は光軸４０の側に屈折する。すなわち、図１（ｂ）のように、外側面３４ｂにより屈折された光Ｇ２は、中心部３０の曲面３０ａにより屈折された光Ｇ１よりも大きく光軸４０側に向かって曲げられ、封止層３９は、集光レンズとして作用する。
【００２３】
成型体１０の凹部１０ａの側壁１０ｃが反射面として作用する場合、第１の凸部３４の外側に周辺部３８をさらに設けると、配光角の制御がより容易となる。発光素子２０の側面方向へ向かって放出された光は、傾斜角θの側壁１０ｃにより反射し、進行方向が変化する。反射光は、反射面（側壁１０ｃ）に関する発光中心２０ｂの対称点Ｓを発光点と仮想することができる。
【００２４】
側壁１０ｃの上端と、発光中心２０ｂと、の交差点を点Ｐとする。このとき、対称点Ｓを相似の中心とし、半球レンズ９０を縮小した半球レンズ９４の球面が断面において点Ｐを通るように周辺部３８を設ける。側壁１０ｃにより反射され、周辺部３８の曲面３８ａを出射した光Ｇ４は、光軸４０の側に屈折可能であり、配光角の制御をより容易にすることができる。この場合、中心部３０と第１の凸部３４との間に設けられられた第１の接続部３２も、光取り出し面４４を構成している。なお、レンズの曲面は、非球面であってもよい。また、それほど厳密な集光を期待しなくても良い場合、断面においてほぼ球面に相当する面の角度をもった直線となる曲面、またはその複数の曲面の組み合わせ（図２（ｂ））でもある程度の効果は期待できる。本実施形態は、縮小した相似形の球面３８ａによる屈折方向が、半球レンズ９０の球面による屈折方向と平行であることにより、配光角の制御が容易である。また、発光装置の薄型化が容易である。
【００２５】
封止層の上方に、別工程で形成した半球レンズを設ける光装置は、製造工程が複雑となり、かつ自動化が容易ではない。すなわち、発光素子の接着、ワイヤボンディングを行ったのち、液状封止樹脂を充填し加熱などにより一次硬化を行う。続いて、上下を反転し、液状樹脂が入ったキャスティング型のケース型に挿入固定し、加熱などにより硬化する。ケース型から抜き取ったのち（離型）、二次硬化を行うとレンズタイプ表面実装（ＳＭＤ：Surface Mounted Device)型発光装置が完成する。このように、位置決め、加熱装置への着脱、離型などの工程は、一貫自動化ラインには適さない。  
【００２６】
これに対して、本実施形態の発光装置は、位置決め、加熱装置への着脱、および離型などの工程を必要としない。自動化レーザ加工装置により、平坦な封止層の表面にレーザ光を走査しつつ照射する。レーザ光の照射時間は、例えば１秒以下とすることが容易であり、一貫自動化ラインに適している。この結果、量産性を高め価格低減が容易となる。  
【００２７】
なお、第１の接続部３２の曲率半径ＲＲは小さい方が光損失を低減できる。しかし、図１（ｃ）に表すように、丸み断面を有する接続部であっても、丸み部の曲率半径ＲＲが１０〜３００μｍの範囲であれば、接続部を出射した光の多くは取り出し可能である。また、発明者らの実験によれば、曲率半径ＲＲを３００μｍよりも大きくするとレンズ効果が弱くなることが判明した。すなわち、曲率半径ＲＲは３００μｍ以下としてよい。
【００２８】
図３は、第１の実施形態にかかる発光装置の指向特性のグラフ図である。  
半径方向は光度相対値、円周方向は光軸４０からの角度、である。実線で表す第１の実施形態では、半値全角が６０度と狭くでき、配光角が低減されている。これに対して、平坦表面を有する封止層（破線）では、半値全角が１２０度と２倍となっている。この結果、発光装置の光軸４０上の光度は、平坦表面を有する発光装置の略３．５倍に高めることができる。
【００２９】
レーザ加工では、急峻な接続部を形成することは困難であり、丸みを有する断面が形成される。図１は丸みの曲率半径ＲＲを５０μｍとした発光装置であるが、図３のように配光角の制御は十分に可能であった。また、例えばエキシマレーザ光を用いると、波長が２４８ｎｍと短いので、レーザ加工による丸みの曲率半径をより低減することが容易である。
【００３０】
本実施形態の発光装置は、放出光を放射状に広げず、スイッチ照明やスポット照明のように光軸４０の近傍において光度を高める用途に適している。発光素子２０が、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）を含むものとすると、緑〜赤色の波長範囲の光を放出可能となる。また、発光素子２０がＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）含むものとすると、紫外〜青色光を放出可能となる。この場合、封止層３９に蛍光体粒子を混合配置すると、白色光など混合光の配光角の制御が容易となる。
【００３１】
図４（ａ）は第１の実施形態の変形例にかかる発光装置の模式平面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図４（ｃ）は光取り出し面を拡大した模式断面図、である。
発光装置は、成型体１０、第１のリード１２、第２のリード１４、発光素子２０、封止層３９、およびボンディングワイヤ１５、を有する。
【００３２】
光取り出し面４４は、光軸４０を内部に含む中心部３０と、中心部３０を取り囲む第１の凸部３４と、第１の凸部３４を取り囲む第２の凸部３６と、中心部３０と第１の凸部３４との間に設けられた第１の接続部３２と、第１の凸部３４と第２の凸部３６との間に設けられた第２の接続部３５と、を含む。第１の凸部３４は、中心部３０の側に設けられた内側面３４ａおよび第２の凸部３６の側に設けられた外側面３４ｂを含む。第２の凸部３６は、第１の凸部３４を取り囲み第１の凸部３４の側に設けられた内側面３６ａおよび外側に向かった外側面３６ｂを含む。第１の凸部３４の外側面３４ｂと第２の凸部３６の内側面３６ａとの間に設けられた第２の接続部３５は、例えば、上方に向かって凹となる曲面を含む。または、第２の接続部３５は、第１の凸部３４の側および第２の凸部３６の側の少なくともいずれかに設けられた丸み部と、平坦な面と、を有してもよい。
【００３３】
第２の凸部３６の上端に平坦部３６ｃを残すと、レーザ加工が容易となる。また、平坦部３６ｃの両側に丸みを設けると、第２の凸部３６を所望の形状とし、配光特性を安定に制御することができる。すなわち、第２の凸部３６の上端に、１０．６μｍ以上の丸み部を設けることが好ましく、その３倍以上の丸みとすることがより好ましい。
【００３４】
中心部３０の表面３０ａは、平面または曲面とする。図４では、中心部３０の表面３０ａは、上に向かって凸となる曲面を含む。中心部３０、第１の凸部３４、および第２の凸部３６、の上端が硬化後の封止層３９の上面４２内にあってもよいし、上面４２より下方でも良い。
【００３５】
また、第１の凸部３４と第２の凸部３６との間に設けられた第２の接続部３５の丸み部の断面は、例えば１０〜３００μｍ程度の曲率半径ＲＲを有するものとする。
【００３６】
図５は、本実施形態の発光装置の光取り出し面の作用を説明する模式断面図である。
封止層３９の上に、封止層３９と同一材料からなる半球レンズ９０があるものとする。半球レンズ９０の片側につき、例えば、同心円状に垂直に７分割し、レンズ球面を発光中心２０ｂに儲けって相似的に移動することを考える。すなわち、分割された半球レンズ（ＤＶ１〜ＤＶ７）のそれぞれの球面による屈折方向が、移動前と平行になるように曲面を移動する。なお、外側の分割領域の球面の傾斜角は大きいので、凸部の高さが大きくなる。このため、本変形例では、ＤＶ１とＤＶ２の分割間隔を他の領域の半分とし、それぞれの高さを低減している。
【００３７】
図４に表す断面において、発光中心（相似の中心）２０ｂと、成型体１０の凹部１０ａの側壁（反射面）１０ｃの上端と、を結ぶ直線に沿って相似形の半球レンズ９１、９２、９３を移動できる。本変形例では、垂直に分割された球面に対応した半球レンズの縮小された球面を合成して所望のレンズを形成する。しかしながら、光軸４０に近い分割領域ＤＶ７の球面による屈折角は小さい。このため、本図では、分割された球面レンズのうち、ＤＶ３〜ＤＶ７までを一緒にした１つの球面を縮小した半球レンズ９３の一部を、上端が封止層３９の硬化直後の上面４２に接する位置に設けて、中心部３０の上面３０ａとする。
【００３８】
また、断面において、仮想光線Ｌ１が上面４２と交差する点ＣＲ１を通る半球レンズ９２の領域ＤＶ２の球面を縮小した半球レンズ９２の球面を３４ｂとする。半球レンズ９３から半球レンズ９２への移行部となる内側面を３４ａとする。  
【００３９】
さらに、仮想光線Ｌ２が上面４２と交差する点ＣＲ２を通る半球レンズ９１の領域ＤＶ１の球面を縮小した球面を３６ｂとする。半球レンズ９２から半球レンズ９１への移行部となる内側面を３６ａとする。この移行部を仮想光線Ｌ２の軌跡と一致させると、光の損失を低減できる。なお、半球レンズの分割数および分割間隔は、図４に限定されない。
【００４０】
この結果、図４（ｂ）のように、放出光のうち中心部３０の面３０ａを出射した光Ｇ１は、光軸４０の側に屈折する。第１の凸部３４の外側面３４ｂを出射した光Ｇ２は、光軸４０の側に屈折する。第２の凸部３６の外側面３６ｂを出射した光Ｇ３は、光軸４０の側に屈折する。第１の凸部３４の外側面３４ｂの傾斜角の平均値βは、領域ＤＶ２の曲面と対応する半球レンズ９２の球面の接線が上面４２と平行な面となす角度の平均値と定義する。また、第２の凸部３６の外側面３６ｂの傾斜角の平均値γは、領域ＤＶ１の曲面と対応する半球レンズ９１の球面の接線が上面４２と平行な面となす角度の平均値と定義する。
【００４１】
第１の凸部３４の外側面３４ｂの傾斜角の平均値βは、第２の凸部３６の外側面３６ｂの傾斜角の平均値γよりも小さい。このため、図４（ｂ）のように、第２の凸部３６の外側面３６ｂにより屈折された光Ｇ３は、第１の凸部３４の外側面３４ｂにより屈折された光Ｇ２よりも光軸４０に向かって大きく曲げられ、封止層３９は集光レンズとして作用する。
【００４２】
成型体１０の凹部１０ａの側壁１０ｃが反射面として作用する場合、第２の凸部３６の外側に周辺部３８をさらに設けると、配光角の制御がより容易となる。発光素子２０の側面方向へ向かって放出された光は、傾斜角θの側壁１０ｃにより反射し、進行方向が変化する。反射光は、反射面（側壁１０ｃ）に関する発光中心２０ｂの対称点Ｓを発光点と仮想することができる。
【００４３】
側壁１０ｃの上端と、発光中心２０ｂと、の交差点を点Ｐとする。このとき対称点Ｓを相似の中心とし、半球レンズ９０を縮小した半球レンズ９４の球面が断面においてＰ点を通る位置に周辺部３８を設ける。側壁１０ｃにより反射され、周辺部３８の曲面３８ａを出射した光Ｇ４は、光軸４０の側に屈折可能であり、配光角の制御をより容易にすることができる。この場合、第２の凸部３６と、周辺部３８と、の間に設けられられた第３の接続部３７も、光取り出し面４４を構成している。
【００４４】
なお、第１の接続部３２、第２の接続部３５、第３の接続部３７、などの曲率半径ＲＲは小さい方が光損失を低減できる。
【００４５】
図６（ａ）は第２の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
第２の実施形態では、発光中心２０ｂは、半球レンズ９０の中心９０ａよりも上方に位置する。このため、第１の凸部３４の外側面３４ｂへの入射角がゼロとなることはなく、光Ｇ２は光軸４０から離れる側に屈折される。また、中心部３０の表面３０ａにより屈折された光Ｇ１は、光軸４０から離れる方向に進む。さらに、第１の凸部３４の外側面３４ｂにより屈折された光Ｇ２は、中心部３０の表面３０ａにより屈折された光Ｇ１よりも外側に向かって大きく曲がる。しかし、封止層３９の上面４２が平坦である場合よりも、光の広がりを低減することができる。
【００４６】
図７（ａ）は第３の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図７（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った模式断面図、である。
第３の実施形態は一つのパッケージに複数の発光素子を組み込んだり、発光素子の発光面積が広い場合の光装置に適する形態である。図７（ａ）、（ｂ）では、移行部である内側面が光軸４０と平行で、外側面を屈折面とする構造で、各レンズ領域の大きさを任意に選ぶことができる。すなわち、大面積の発光素子を使用する場合や、発光素子を複数個並べて使用する場合などに、実効光源サイズを広げることが容易となる。
【００４７】
この場合、球面３４ｂと３６ａとの間の第２の接続部３５は、例えば、上に凹となる曲面を有している。接続部３５の断面における曲率半径ＲＲは、例えば１０〜３００μｍなどとすることができる。第３の実施形態では、平坦な封止層３９の上面を有する発光装置よりも、光取り出し効率を高めることができる。さらに光取り出し面４４の形状を変化することにより、配光角を制御することができる。
【００４８】
図８（ａ）は第３の実施形態の作用を説明する模式断面図、図８（ｂ）はその変形例の構造を説明する模式断面図、である。
ＤＶ２〜ＤＶ７までに分割された半球レンズの球面を硬化直後の封止層３９の上面４２よりも下方に配置する。図８（ａ）では、分割されたそれぞれの球面の上端が同一平面上にあるように配置する。また、図８（ｂ）では、分割領域ＤＶ４〜７に対応した球面を封止層３９の硬化直後の上面４２よりも下方となるように配置する。このように、分割された球面の位置を、封止層３９内で上下に変えることにより、配光角の制御範囲をより広げることができる。逆に外側に行くほど、凸部の位置を下げて、内側の凸部から出た光が再びその外側の凸部に入って屈折するのを軽減する構造も考えられる。
【００４９】
図９は、第３の実施形態の変形例にかかる発光装置の作用を説明する図である。
本図において、３つの発光素子２０の上方に第１の実施形態で用いた光取り出し面４４を設けるものとする。中央の発光素子２０から放出された光線は、元々の半球レンズの光線位置と良く一致する。しかし、両側の発光素子２０から最も多く放出される上方への光は、移行部とする内側面３４ａに当たり、破線で示す元々の半球レンズの球面への入射角とは異なる。このため、光源の面積が広い場合、元々の半球レンズちかい配光特性を実現するには、図４および図５に示したように移行部に当たる内側面が光軸方向と平行である方が、より好ましい。
【００５０】
図１０（ａ）は第４の実施形態にかかる発光装置の部分模式断面図、図１０（ｂ）は凹レンズの模式断面図、図１０（ｃ）は指向特性のグラフ図、である。
図７（ａ）において、封止層３９の表面に凹レンズが設けられている。図１０（ｂ）のように、凹レンズ９７はＤＶ１０〜ＤＶ１６に分割され、その曲面が硬化直後の封止層３９の上面４２よりも下方に移動される。  
【００５１】
もし、内側面が曲面の場合、曲面の傾斜角をその平均値で定義する。例えば、第１の凸部３４の内側面３４ａの傾斜角の平均値βは、内側面３４ａの接線が上面４２となす角度の平均値と定義する。また、中心部３０の表面３０ａの傾斜角の平均値αは、接線が上面４２となす角度の平均値と定義する。第１の凸部３４の内側面３４ａの傾斜角の平均値βは、中心部３０の表面３０ａの傾斜角の平均値αよりも大きい。このため、第１の凸部３４の内側面３４ａにより屈折された光Ｇ２は、中心部３０の表面３０ａにより屈折された光Ｇ１よりも光軸４０から離れる側に大きく曲げられ、封止層３９は発散レンズとして作用する。なお、分割された凹レンズの領域を相似形に縮小した曲面とすると、配光角の制御がより容易となる。
【００５２】
図１０（ｃ）のように、上面が平坦な封止層を有する発光装置の半値全角（破線）は１２０度である。他方、実線で表す第４の実施形態の半値全角は１３５度となり、配光角を広げ、広い範囲に光を放出可能である。
【００５３】
図１１（ａ）は第５の実施形態にかかる発光装置のレンズの模式断面図、図１１（ｂ）は分割前の組み合わせレンズの模式断面図、図１１（ｃ）は指向特性のグラフ図、である。
第５の実施形態に用いる分割前のレンズは、図１１（ｂ）のように、中心部３０で凹レンズ、周辺部で凸レンズ、として作用可能な組み合わせレンズ９８とする。例えば、中央部３０の凹部３０ａから出射した光、第１の凸部３４の内側面３４ａから出射した光、第２の凸部３６の内側面３６ａから出射した光、は、それぞれ光軸４０から離れるように外側に屈折する。このような組み合わせレンズを用いると、光軸４０の近傍の領域において光が広げられ、光軸４０から離れた領域により光が集光される。この結果、例えば、光軸４０から３０度以内の角度範囲において、光軸４０上の光度の９０％以上の光度を保つことができる。また、光取り出し面４４が、矩形または楕円形の場合、楕円レンズの曲面を分割して曲面を合成するとよい。
【００５４】
図１２（ａ）は第６の実施形態にかかる受光装置のレンズの模式断面図、図１２（ｂ）は受光装置の模式断面図、である。
受光装置は、成型体１０、第１のリード１２、第２のリード１４、受光素子２０、および封止層３９、を有する。
【００５５】
成型体１０には、凹部１０ａが設けられている。凹部１０ａの底面１０ｂには第１のリード１２の一方の端部、第２のリード１４の一方の端部がそれぞれ露出している。フォトダイオード、フォトトランジスタ、および受光ＩＣなどの受光素子２０は、第１のリード１２の上に導電性接着剤や金属半田材などで接着されている。凹部１０ａ内には、受光素子２０を覆うようにシリコーン樹脂などからなる封止層３９が設けられる。
【００５６】
封止層３９の表面に、図１２（ｂ）の断面を有する入射面４５をレーザ加工により形成する。この場合、第１の凸部３４の外側面３４ｂの傾斜角の平均値βが、中心部３０の表面３０ａの傾斜角の平均値αよりも大きい。このため、外側面３４ｂへ入射した入射光Ｒ２は、中心部３０の表面３０ａへ入射した入射光Ｒ１よりも光軸４０の側に大きく曲げられ、受光素子２０の受光感度を高めることが容易となる。
【００５７】
図１３（ａ）は第７の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図１３（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った模式断面図、である。
発光装置は、第１のリード１２、第２のリード１４、発光素子２０、および成型された樹脂からなる封止層３９を有する。発光素子２０は、第１のリード１２の上に導電性接着剤や金属半田材などで接着されている。封止層３９は、シリコーン樹脂などを用い、トランスファーモールド法などにより形成できる。中心部３０により屈折した光Ｇ１、第１の凸部３４により屈折した光Ｇ２、第２の凸部３６により屈折した光Ｇ３、は、光軸４０の側に屈折し、配光角が制御可能である。封止層３９の表面には光取り出し面４４が設けられており、配光角の制御が容易である。
【００５８】
本明細書に記載した曲面を具体的に実現する方法として、ある曲率半径を有する球面や、複数の異なる曲率半径を有する球面の組み合わせ、非球面の曲面が考えられる。また、図２（ｂ）に示すように、平面を組み合わせた複合平面でも実効的に同等な効果を得ることができる。
【００５９】
以上、第１〜第７の実施形態にかかる光装置およびそれらに付随した変形例は、発光素子からの放出光の配光角、または受光素子への入射光の入射角の制御が容易である。これらの光装置は薄型化が容易である。さらに、一貫した自動組立ラインとすることができ、発光装置および受光装置の価格低減が可能となる。
【００６０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１０成型体、１２  第１のリード、２０  光素子（発光素子、受光素子）、２０ａ  発光中心、３０  中心部、３２  第１の接続部、３４  第１の凸部、３４ａ  内側面、３４ｂ  外側面、３５  第２の接続部、３６  第２の凸部、３６ａ  内側面、３６ｂ  外側面、３８  周辺部、３９  封止層、４０  光軸、４２  （硬化直後の封止層の）上面、４４  光取り出し面、４５  入射面
【図１】
2012129235.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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