(57)【要約】【課題】低消費電力でコリメート光を射出する発光装置を提供すること。【解決手段】発光装置は、凹部を有する基板と、基板の凹部内に実装されると共に、上面及び側面を有する発光素子と、レンズ部を上面側に有すると共に、発光素子を封止する封止樹脂と、を備える。凹部は、底部から上方に向かって開口の大きさを拡げる斜面を有する。発光素子の上面の中心又は重心から発せられた上面発光は、レンズ部によって平行化される。発光素子の側面から発せられた側面発光は、基板の斜面によって上方に転向される。封止樹脂を通過した上面発光と側面発光は平行化されている。【選択図】図２
2013201226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する基板と、
前記基板の前記凹部内に実装されると共に、上面及び側面を有する発光素子と、
レンズ部を上面側に有すると共に、前記発光素子を封止する封止樹脂と、を備え、
前記凹部は、底部から上方に向かって開口の大きさを拡げる斜面を有し、
前記発光素子の前記上面の中心又は重心から発せられた上面発光は、前記レンズ部によって平行化され、
前記発光素子の前記側面から発せられた側面発光は、前記基板の前記斜面によって上方に転向され、
前記封止樹脂を通過した前記上面発光と前記側面発光は平行化されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記発光素子の前記側面が鉛直方向に沿って延在している場合、
前記側面発光は、前記発光素子の前記側面から水平方向に発せられた光であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光素子の前記側面が鉛直方向に沿って延在している場合、
前記側面から水平方向に発光された前記側面発光は、前記基板の前記斜面及び前記封止樹脂の前記平面部を通過することによって鉛直方向に進行することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
水平面に対する前記斜面の角度をθとし、
水平面に対する前記平面部の角度をφとし、
前記封止樹脂の屈折率をｎ１とし、
前記封止樹脂の外部媒質の屈折率をｎ２とする場合、
以下の式１が満たされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光装置。
［式１］
2013201226.tif 000007
【請求項５】
水平面に対する前記斜面の角度が４５°であり、
水平面に対する前記平面部の角度が０°であることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記発光素子の前記側面の下端から発せられた前記側面発光は、前記レンズ部を通過しないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記斜面によって転向された前記側面発光は、前記レンズ部を通らないことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記封止樹脂は、前記レンズ部の周囲に形成された平面部を上面側に有し、
前記斜面によって転向された前記側面発光は前記平面部を通過することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項９】
前記凹部は、前記斜面によって取り囲まれている底面をさらに有し、
前記発光素子は前記底面に実装され、
上面からの平面投影において、前記封止樹脂の前記レンズ部の輪郭は前記底面の輪郭内に存在することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記封止樹脂の前記レンズ部は、回転楕円体の一部であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記発光素子の前記上面の前記中心又は重心は、前記回転楕円体の基礎となる楕円の焦点のうち基板側の焦点の位置に存在することを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記底面の大きさをｄ１とし、
前記楕円の短半径をａとし、
前記楕円の長半径をｂとし、
レンズ部の厚さをｔとする場合、
以下の式２が満たされていることを特徴とする請求項１１に記載の発光装置。
［式２］
2013201226.tif 000008
【請求項１３】
前記底面の大きさをｄ１とし、
レンズ部の厚さをｔとし、
前記発光素子の前記上面の前記中心又は重心から前記レンズ部の頂点までの距離をＬとし、
前記封止樹脂の屈折率をｎ１とし、
前記封止樹脂の外部媒質の屈折率をｎ２とする場合、
以下の式３が満たされていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の発光装置。
［式３］
2013201226.tif 000009
【請求項１４】
少なくとも前記基板の前記斜面上に反射膜をさらに備え、
前記側面発光は、前記反射膜による反射によって転向されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記封止樹脂は、前記レンズ部の周囲に形成された平面部を上面側に有し、
前記平面部は少なくとも１つの段差を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１６】
前記発光素子の前記側面の下端と前記基板の前記斜面との間隔は０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１７】
前記発光素子が発する光の波長を含む光を検出可能な受光素子をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１８】
前記受光素子は、前記封止樹脂から出射された光のうち、被検出体によって反射された光の一部を受光することを特徴とする請求項１７に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子がパッケージ化された発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近接センサ等においては、発光素子が樹脂に封止されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のフォトリフレクタ装置は、平面が略長方形形状をし、その上面に所定の導電パターンを、下面に外部接続用電極を形成し、上下電極をスルーホール電極を介して接続する回路基板と、該回路基板の上面側に、発光素子及び受光素子を実装し、該発光素子及び受光素子を保護する保護手段を有し、両素子間に光干渉防止機能を具備し、回路基板上の所定位置に金属系反射枠を搭載し、該金属系反射枠に形成された逆円錐形状の凹部底面に発光素子を実装すると共に、回路基板上の所定位置に受光素子が、発光素子と一対になるように配置・実装し、該発光素子と受光素子を覆うように透光性の熱硬化系樹脂で樹脂封止すると共に、両素子を取り囲むように光干渉防止機能を具備した樹脂枠を配設している。
【０００４】
特許文献２に記載の光学式近接センサは、電気信号を光信号に変換して出力する発光素子と、光信号を電気信号に変換する受光素子と、これら発光素子及び受光素子が実装された基板と、発光素子及び受光素子を個々に樹脂封止する複数の１次モールド樹脂部と、これら１次モールド樹脂部表面を覆い、可視光又は赤外光を遮光する２次モールド樹脂部又は鉄材等のシールドケースとから構成され、１次モールド樹脂部のうち発光素子の発光部を覆う部位及び受光素子の受光部を覆う部位にレンズ形状の凸部が形成されてなる。
【０００５】
特許文献３に記載の赤外線データ通信モジュールは、赤外線発光素子、赤外線受光素子、およびＩＣチップを備えており、かつこれらは基板に搭載されて封止樹脂により覆われており、上記基板には、グランド接続された金属層によって内面が覆われた凹部が形成されており、かつこの凹部内に、上記発光素子が配されている。
【０００６】
特許文献４に記載の発光ダイオードにおいては、発光素子を基板上にマウントすると共に、ワイヤーボンディングし、これらの部分を光透過性の樹脂によりモールドし、該樹脂モールドの上部中央部に凸レンズ部を形成し、該凸レンズ部を囲うようにして平行光線取出部を一体に形成し、該平行光線取出部の側面外周を発光素子から放射される側面方向の光束を全反射する放物曲面に形成してあり、凸レンズ部は回転楕円形状であり、放物曲面は発光素子を焦点とする回転放物面である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３１７８７８号公報
【特許文献２】特開２０１０−３４１８９号公報
【特許文献３】特開２００５−１９１１８９号公報
【特許文献４】特開昭６１−１４７５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以下の分析は、本発明の観点から与えられる。
【０００９】
発光ダイオード（ＬＥＤ；Light-Emitting Diode）等の発光素子は、通常、直方体形状を有している。この場合、発光素子は、上面、下面（底面）及び４つの側面の計６面を有することになる。発光素子を動作させると、発光素子の下面を支持面（載置面）とした場合、他の５面から発光することになる。このとき、１面当たりの発光強度（放射束）は上面も側面も同程度である。そして、各面からの発光は、完全拡散光源（ランバーシアン分布）に近い、非常に広い指向性を有する。例えば、発光面から４５°傾斜した光線の強度は、発光面に垂直な光線の強度の約７０％であり、発光面から６０°傾斜した光線の強度は、発光面に垂直な光線の強度の約５０％である。
【００１０】
特許文献１に記載のフォトリフレクタ装置において、発光素子の上面は透光性の樹脂で覆われているだけである。したがって、発光素子の上面から発せられた光は、その広い指向性のために広い範囲に拡散してしまい、発光を効率よく利用することができない。また、ある強度をもって対象物へ照射するためには高い出力が必要となる。
【００１１】
一方、特許文献２に記載の光学式近接センサにおいては、発光素子の上面以外の周囲は、遮光性の２次モールド樹脂部又はシールドケースで覆われている。この場合、発光素子の側面から発せられた光は、２次モールド樹脂部又はシールドケースで吸収されてしまうことになる。したがって、５面からの発光のうち４面からの発光が無駄に消費されていることになる。
【００１２】
特許文献３に記載の赤外線データ通信モジュールにおいては、封止樹脂は、赤外線発光素子及び凹部を覆うようなレンズを有する。このレンズは、発光素子の上面から発せられた赤外線のみならず、側面から発せられ、凹部の金属層によって上方に向けて反射された光も集光する。しかしながら、この構成から得られる光は、コリメート光（平行光）にならず、より遠方に効率よく照射することができなくなると共に、発光素子からの距離に応じて放射照度が減衰しなくなる。また、発光装置の小型化を実現することができなくなる。
【００１３】
図１５に、特許文献３に示されているような発光装置の概略断面図を示す。また、図１６に、図１５に示す発光装置の放射照度の減衰曲線を示す。発光装置９００は、凹部９０１ａを有する基板９０１と、凹部９０１ａに形成された反射膜９０２と、凹部９０１ａにおいて反射膜９０２上に搭載された発光素子９０３と、凸レンズ９０４ａを有すると共に、発光素子９０３を封止する封止樹脂９０４と、を備える。レンズ９０４ａは、発光素子９０３及び凹部９０１ａを覆うように形成されている。レンズ９０４ａの光軸の中心は、発光素子９０３の上面の中心からの光軸と合致させてある。発光素子９０３を動作させると、発光素子９０３の側面からの光９０５は、凹部９０１ａの内壁上の反射膜９０２によって上方方向に反射される。このとき、反射膜９０２によって反射された光９０５は、コリメートされているものとする。しかしながら、コリメートされた光９０５は、レンズ９０４ａの光軸の中心とは外れた位置に、光軸と平行にレンズ９０４ａに入射する。レンズ９０４ａを通過した光は、収束点Ｚで収束する。このため、図１６に示すように、光９０５は収束点Ｚに集光されるため、収束点Ｚの放射照度が高くなることになる。すなわち、発光素子９０３からの距離と放射照度とは、比例的に対応しなくなる。したがって、発光装置９００において、発光素子９０３からの光９０５はコリメートされないので、効率よく遠方に照射することができない。また、ある一定の距離において放射照度が高くなるので、発光装置９００を近接センサに適用すると誤検出が起きやすくなってしまう。
【００１４】
また、発光装置９００においては、レンズ９０４ａは、少なくとも凹部９０１ａを覆うことができる大きさにする必要があるので、その分レンズ９０４ａの厚さも厚くなってしまう。このため、発光装置９００の薄型化を図ることができない。
【００１５】
特許文献４に記載の発光ダイオードにおいては、レンズと反射面は樹脂モールドで一体的に形成されている。この発光ダイオードの小型化を図る場合には、反射面を小さくして反射面と発光素子との間隔を小さくする必要がある。しかしながら、発光素子の指向性が広いと、反射面は、発光素子の光を全反射することができなくなる。
【００１６】
図１７に、特許文献４に示されているような構成を有する発光装置の概略断面図を示す。発光装置８００は、基板８０１と、基板８０１に搭載された発光素子８０２と、反射面８０３ａを有する封止樹脂８０３（レンズは不図示）と、を備える。発光装置８００において、小型化を図るために、発光素子８０２の側面と反射面８０３ａ間の間隔Ｄを短くすると、反射面８０３ａに、発光素子８０２の側面からの広角の光を全反射するような角度をつけることは不可能である。すなわち、発光素子８０２の側面からの光のうち、反射面８０３ａに対してその入射角が臨界角未満の光８０４は、反射されずに封止樹脂８０３の外へ抜けてしまう。したがって、発光装置８００においては、小型化を図ることができず、また、発光素子８０２の発光の高効率で利用することができない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１視点によれば、凹部を有する基板と、基板の凹部内に実装されると共に、上面及び側面を有する発光素子と、レンズ部を上面側に有すると共に、発光素子を封止する封止樹脂と、を備える発光装置が提供される。凹部は、底部から上方に向かって開口の大きさを拡げる斜面を有する。発光素子の上面の中心又は重心から発せられた上面発光は、レンズ部によって平行化される。発光素子の側面から発せられた側面発光は、基板の斜面によって上方に転向される。封止樹脂を通過した上面発光と側面発光は平行化されている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、以下の効果のうち少なくとも１つを有する。
【００１９】
本発明によれば、発光素子の上面及び側面から発せられた光を平行化することができる。これにより、発光の利用効率を高めることができ、発光装置の消費電力を抑えることができる。
【００２０】
本発明によれば、発光素子の側面からの発行をレンズ部で収束させないので、より遠方まで照射させることができる。また、近接センサ等において誤動作を抑制することができる。
【００２１】
本発明によれば、封止樹脂において突出するレンズ部を小さくかつ薄くするので、発光装置の小型化及び薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発光装置の概略平面図。
【図２】図１におけるII−II線に沿った概略断面図。
【図３】図２に、説明のための符号を付記した概略断面図。
【図４】図１に、発光素子からの光線を図示した概略断面図。
【図５】図１に示す発光装置による放射照度曲線。
【図６】コリメート状態を確認する方法を説明するための概略図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る発光装置の概略断面図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る発光装置の概略断面図。
【図９】図８に、説明のための符号を付記した概略断面図。
【図１０】図８に、発光素子からの光線を図示した概略断面図。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る発光装置の概略断面図。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る発光装置の概略平面図。
【図１３】図１２におけるXII−XII線に沿った概略断面図。
【図１４】第５実施形態に係る発光装置の動作を説明するための概略断面図
【図１５】本発明が解決しようとする課題を説明するための発光装置の概略断面図。
【図１６】図１５に示す発光装置による放射照度曲線。
【図１７】本発明が解決しようとする課題を説明するための発光装置の概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
上記各視点の好ましい形態を以下に記載する。
【００２４】
上記第１視点の好ましい形態によれば、発光素子の側面が鉛直方向に沿って延在している場合、側面発光は、発光素子の側面から水平方向に発せられた光である。
【００２５】
上記第１視点の好ましい形態によれば、発光素子の側面が鉛直方向に沿って延在している場合、側面から水平方向に発光された側面発光は、基板の斜面及び封止樹脂の平面部を通過することによって鉛直方向に進行する。
【００２６】
上記第１視点の好ましい形態によれば、水平面に対する斜面の角度をθとし、水平面に対する平面部の角度をφとし、封止樹脂の屈折率をｎ１とし、封止樹脂の外部媒質の屈折率をｎ２とする場合、以下の式４が満たされている。
【００２７】
上記第１視点の好ましい形態によれば、水平面に対する斜面の角度が４５°である。水平面に対する平面部の角度が０°である。
【００２８】
上記第１視点の好ましい形態によれば、発光素子の側面の下端から発せられた側面発光は、レンズ部を通過しない。
【００２９】
上記第１視点の好ましい形態によれば、斜面によって転向された側面発光は、レンズ部を通らない。
【００３０】
上記第１視点の好ましい形態によれば、封止樹脂は、レンズ部の周囲に形成された平面部を上面側に有する。斜面によって転向された側面発光は平面部を通過する。
【００３１】
上記第１視点の好ましい形態によれば、凹部は、斜面によって取り囲まれている底面をさらに有する。発光素子は底面に実装される。上面からの平面投影において、封止樹脂のレンズ部の輪郭は底面の輪郭内に存在する。
【００３２】
上記第１視点の好ましい形態によれば、封止樹脂のレンズ部は、回転楕円体の一部である。
【００３３】
上記第１視点の好ましい形態によれば、発光素子の上面の中心又は重心は、回転楕円体の基礎となる楕円の焦点のうち基板側の焦点の位置に存在する。
【００３４】
上記第１視点の好ましい形態によれば、底面の大きさをｄ１とし、楕円の短半径をａとし、楕円の長半径をｂとし、レンズ部の厚さをｔとする場合、以下の式１が満たされている。
【００３５】
上記第１視点の好ましい形態によれば、底面の大きさをｄ１とし、レンズ部の厚さをｔとし、発光素子の上面の中心又は重心からレンズ部の頂点までの距離をＬとし、封止樹脂の屈折率をｎ１とし、封止樹脂の外部媒質の屈折率をｎ２とする場合、以下の式２が満たされている。
【００３６】
上記第１視点の好ましい形態によれば、発光装置は、少なくとも基板の斜面上に反射膜をさらに備える。側面発光は、反射膜による反射によって転向される。
【００３７】
上記第１視点の好ましい形態によれば、封止樹脂は、レンズ部の周囲に形成された平面部を上面側に有する。平面部は少なくとも１つの段差を有する。
【００３８】
上記第１視点の好ましい形態によれば、発光素子の側面の下端と基板の斜面との間隔は０．５ｍｍ以下である。
【００３９】
上記第１視点の好ましい形態によれば、発光装置は、発光素子が発する光の波長を含む光を検出可能な受光素子をさらに備える。
【００４０】
上記第１視点の好ましい形態によれば、受光素子は、封止樹脂から出射された光のうち、被検出体によって反射された光の一部を受光する。
【００４１】
本発明の第１実施形態に係る発光装置について説明する。図１に、本発明の第１実施形態に係る発光装置の概略平面図を示す。図２に、図１におけるII−II線に沿った概略断面図を示す。図３に、図２に示す概略断面図に、説明のための符号を付記した概略断面図を示す。図１において、図２に示されている反射膜の図示は省略してある。各図面において、それぞれ直交するＸ軸、Ｙ軸及びＸ軸を図示してある。図２〜図４において、Ｘ軸は水平方向を規定し、Ｚ軸は鉛直方向を規定している。以下の説明において、図面参照符号は発明の理解のために付記しているものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
【００４２】
発光装置１００は、所望の光を発光する発光素子１０２と、配線層や電極（不図示）を有し、発光素子１０２を実装する基板１０１と、発光素子１０２を封止すると共に、コリメート光の形成に寄与する封止樹脂１０３と、基板１０１上に形成され、発光素子１０２が発した光を上方へ反射する反射膜１０４と、を備える。
【００４３】
基板１０１は、底面１０１ａ及び斜面１０１ｂで構成される凹部を有する。図面上、底面１０１ａ及び上面１０１ｃはＸＹ面に平行に延在している。発光素子１０２は、底面１０１ａ上に実装され、ボンディングワイヤ（不図示）等で基板１０１の電極（不図示）と電気的に接続されている。発光素子１０２は、底面１０１ａの中心に配置されると好ましい。例えば、底面１０１ａの平面形状が円形である場合、底面１０１ａの中心と、発光素子１０２の下面の中心又は重心とを合致させる。底面１０１ａは、平面には限定されず、所望の態様で発光素子１０２を配置可能な形態であればよい。
【００４４】
発光素子１０２としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ；Light-Emitting Diode）を使用することができる。発光素子１０２は、例えば、直方体形状を有する。図面上、発光素子１０２の上面１０２ａ及び下面は、ＸＹ平面に平行に延在し、側面１０２ｂはＸＺ平面又はＹＺ平面に平行に延在している。発光素子１０２の発光波長域は、発光装置１００の用途に応じて適宜設定することができる。例えば、発光装置１００を近接センサに用いる場合、発光素子１０２の波長域は、不可視領域であり、かつ汎用材料が使用可能であると好ましいので、７５０ｎｍ〜１２００ｎｍであると好ましく、８００ｎｍ〜１１００ｎｍであるとより好ましく、９００ｎｍ〜１０００ｎｍであるとさらに好ましい。
【００４５】
反射膜１０４は少なくとも斜面１０１ｂ上に形成される。図２に示す形態においては、反射膜１０４は、凹部の底面１０１ａから基板１０１の上面１０１ｃ上にかけて連続的に延在している。反射膜１０４の材料は、発光素子１０２が発する光に対して反射率が高い材料であればいずれでもよく、反射膜１０４の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等を使用することができる。基板１０１の斜面１０１ｂの表面が十分な反射性能を有しているのであれば、反射膜を設けなくともよい。
【００４６】
基板１０１の斜面１０１ｂは、凹部の開口面が底面１０１ａから上方に向けて大きくなるように形成されている。凹部の斜面１０１ｂ上の反射膜１０４は、発光素子１０２の側面１０２ｂから発光された側面発光の一部をコリメート光となるように上方に反射する。斜面１０１ｂのＺＸ平面での断面形状は直線であると好ましい。斜面１０１ｂのＺＸ平面での断面形状を曲線とすると加工コストが高くなるので、斜面１０１ｂのＺＸ平面での断面形状を直線とすることにより基板１０１の加工コストの増大を抑制することができる。
【００４７】
凹部の深さ（底面１０１ａと上面１０１ｃとの間隔）ｄ０は、発光素子１０２の高さｈより大きいと好ましい。深さｄ０が発光素子１０２の高さｈ以下であると、斜面１０１ｂが発光素子１０２の側面１０２ｂの発光を十分に受光することができず、発光装置１００の発光効率が低下してしまうからである。また、発光素子１０２の側面１０２ｂからの発光を封止樹脂１０３によって反射させる場合には、光が反射されずに封止樹脂１０３外部へ抜けてしまうことがあるが、基板１０１の斜面１０１ｂないしその上の反射膜１０４によって反射させれば、光の抜けを防止することができ、より効率よく光照射させることができる。
【００４８】
封止樹脂１０３は、発光素子１０２を封止し、少なくとも底面１０１ａ及び斜面１０１ｂ上を被覆している。封止樹脂１０３は、発光素子１０２が発光する光に対して透明性を有する。発光素子１０２が赤外光を発する場合、封止樹脂１０３の材料としては、例えば、エポキシ系樹脂やシリコン樹脂を使用することができる。
【００４９】
封止樹脂１０３は、その上面に、レンズ部１０３ａ及び平面部１０３ｂを有する。レンズ部１０３ａは凸レンズ状になっており、発光素子１０２の上面１０２ａから発せられた上面発光１１１を封止樹脂１０３から出る際にコリメート光とする。平面部１０３ｂは、レンズ部１０３ａの周囲に形成されており、斜面１０１ｂの反射膜１０４からの光をコリメート光として透過させる。図２及び図３に示す形態においては、平面部１０３ｂは、レンズ部１０３ａより低い位置（基板１０１側）に形成されている。平面部１０３ｂは、レンズ部１０３ａより高い位置（放射方向側）に形成することも可能であるが、発光素子１０２とレンズ部１０３ａとの距離を同じに設定するのであれば、平面部１０３ｂをレンズ部１０３ａより低くしたほうが発光装置１００を小型化かつ薄型化させることができる。
【００５０】
レンズ部１０３ａの形状は、コリメート光を形成するレンズとするため、回転楕円体の一部の形状と合致すると好ましい。レンズ部１０３ａは、例えば、発光素子１０２の上面１０２ａの中心又は重心Ｏを通る上面１０２ａの法線と重複する長軸Ｆを有する楕円Ｅについて、長軸Ｆ回りに回転させてできる回転楕円体の一部である。図面上、長軸ＦはＺ軸と平行になっている。この場合、発光素子１０２の上面１０２ａからの発光を効率よくレンズ部１０３ａに入射させてコリメート光とするため、発光素子１０２の上面１０２ａの中心又は重心Ｏの位置は、レンズ部１０３ａの頂点である楕円Ｅの長軸端Ｐから遠い方にある楕円Ｅの焦点の位置と合致させると好ましい。発光素子１０２とレンズ部１０３ａの軸ずれが発生した場合には、レンズ部１０３ａの形状を回転楕円体以外の非球面形状とすることにより、収差による正面光の利用率低下を緩和することもできる。
【００５１】
基板１０１の底面１０１ａ又は発光素子１０２の下面の延長面（図面上、ＸＹ面）に対する斜面１０１ｂの角度θは、発光素子１０２の側面１０２ｂから発せられた光を上方に向かうコリメート光とするような角度とする。発光素子１０２の側面１０２ｂからの発光が平行化されるかどうかは、斜面１０１ｂの角度θ、封止樹脂１０３の平面部１０３ｂの向き（角度）及び発光素子１０２の側面１０２ｂの向き（角度）に応じて決定される。例えば、斜面１０１ｂが平面であり、凹部の底面１０１ａ及び発光素子１０２の下面がＸＹ面方向（水平方向）に延在し（Ｚ軸方向に垂直に面し）、発光素子１０２の側面１０２ｂがＺ軸方向（鉛直方向）沿って延在し（ＸＹ面に垂直に面し）、封止樹脂１０３の平面部１０３ｂがＸＹ平面（水平方向）に平行に延在している場合、斜面１０１ｂの角度θは、４４°〜４６°であると好ましく、より好ましくは４５°である。なお、反射膜１０４が存在する場合、斜面１０１ｂ上の反射膜１０４面も平面であり、斜面１０１ｂと反射膜１０４面とは平行であることを前提とする。
【００５２】
底面１０１ａとレンズ部１０３ａの頂点Ｐとの距離（ｈ＋Ｌ）は、好ましくは０．３ｍｍ〜３ｍｍ、より好ましくは０．３ｍｍ〜１ｍｍ、さらに好ましくは０．３ｍｍ〜０．７５ｍｍである。０．３ｍｍ未満であると、発光素子１０２がＬＥＤである場合、その上面の配線と干渉するおそれが生ずる。また、３ｍｍを超えると、発光装置１００を搭載する製品に対して悪影響が生ずる。
【００５３】
斜面１０１ｂ上の反射膜１０４によって平行化された側面発光１１２は、レンズ部１０３ａを通らないようにする。例えば、発光素子１０２の側面１０２ｂからＸ軸方向（水平方向）に発せられ、角度θが４５°の斜面１０１ｂ上の反射膜１０４によって反射された光（コリメート光）は、封止樹脂１０３のＸ軸に平行な平面部１０３ｂを通るようにする。例えば、基板１０１の底面１０１ａの大きさ（底面１０１ａの平面形状が円形である場合には直径）ｄ１は、レンズ部１０３ａの平面的な大きさ（レンズ部１０３ａと平面部１０３ｂの境界によって形成される図形の大きさ、レンズ部１０３ａの平面形状が円形である場合には直径）ｄ２以上であり、図１に示すような平面投影においてレンズ部１０３ａの輪郭は底面１０１ａの輪郭内に包含されると好ましい。レンズ部１０３ａの平面形状と底面１０１ａの平面形状が円形である場合、同心円となると好ましい。この場合、発光素子１０２の側面１０２ｂの下端点ＱからＸ軸方向（図面上、水平方向）に発せられた光は、斜面１０１ｂによってＺ軸方向（好ましくは鉛直方向）に転向されても、平面部１０３ｂを通過することができ、レンズ部１０３ａを通ることがない。図５、本発明の発光装置による放射照度曲線を示す。本発明の発光装置１００においては、側面発光１１２がレンズ部１０３ａによって収束されないので、図５の放射照度曲線には、図１５に示すようなレンズ部１０３ａによって形成される収束点Ｚの形成を抑制することができる。例えば、本発明の発光装置１００によれば、放射照度は、発光素子１０２からの距離の２乗に反比例するように減衰する。これにより、本発明の発光装置１００によれば、発光素子１０２の側面１０２ｂから発せられた光を効率よく利用することができ、発光装置１００の消費電力を低減させることができる。また、側面発光１１２をレンズ部１０３ａにより収束させないので、側面発光１１２をより遠方に照射することができる。また、レンズ部１０３ａをより小さくすることになるので、発光装置１００の小型化及び薄型化も図ることができる。
【００５４】
ここで、レンズ部１０３ａが回転楕円体の一部の形状を有し、発光素子１０２の上面１０２ａの中心又は重心Ｏが当該回転楕円体の基礎となる楕円の焦点と一致している場合、発光素子１０２の側面１０２ｂからＸＹ面方向に平行に出射された光をコリメート光とするためには、底面１０１ａの大きさ、幅又は直径ｄ１と、その他のパラメータとは、下記式１又は下記式２の関係を満たすと好ましい。式１及び式２において示されているパラメータは、楕円Ｅの短半径ａ及び長半径ｂ、レンズ部１０３ａの厚さ（平面部１０３ｂからのレンズ部１０３ａの高さ）ｔ、発光素子１０２の上面１０２ａの中心又は重心Ｏからレンズ部１０３ａの頂点Ｐまでの距離Ｌ、封止樹脂１０３の屈折率ｎ１、並びに封止樹脂１０３外部の媒質の屈折率ｎ２である。下記式１及び下記式２は、楕円の幾何学的関係を基に、０＜ｔ≦ｂ＝ｎ１／（ｎ１＋ｎ２）及びｄ１≧ｄ２を満たす関係を求めたものである。ここでは、長軸Ｆと発光素子１０２の上面１０２ａの法線とが重複していることを前提としている。下記式１又は下記式２を満たすことにより、斜面１０１ｂ上の反射膜１０４によって上方に反射された光は、レンズ部１０３ａを通過することなく、封止樹脂１０３を通過するので、コリメート光を維持することができる。また、レンズ部１０３ａの大きさを小さくすることができ、発光装置１００を小型化・薄型化させることができる。
【００５５】
［式１］
2013201226.tif 000003
【００５６】
［式２］
2013201226.tif 000004
【００５７】
発光素子１０２の側面の下端点と斜面１０１ｂとの距離ｄ３は、例えば、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であると好ましく、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であるとより好ましい。距離ｄ３が０．０５ｍｍ未満であると、発光素子１０２のより高度な実装精度が要求され、発光素子１０２の位置ずれが生じた場合に発光素子１０２が斜面１０１ｂ上に乗り上げてしまう可能性が高くなってしまう。距離ｄ３が０．５ｍｍより大きいと、発光素子１０２の側面１０２ｂからの出射光のうち斜面１０１ｂに入射しない光が増え、発光装置１００の発光効率が低下してしまう。また、封止樹脂によって反射させようとした場合、発光素子１０２と封止樹脂との距離が０．５ｍｍ以下になると、封止樹脂によって反射されずに封止樹脂を抜けてしまう光が存在することになるが、本発明によれば、発光素子１０２と斜面１０１ｂとの距離を接近させても光が抜けてしまうことは無い。
【００５８】
次に、コリメート光を発光する動作について説明する。図４に、図１の概略断面図に、発光素子からの光線を図示した概略断面図を示す。図４において、反射膜の図示は省略してある。発光素子１０２の上面１０２ａの中心を通る上面１０２ａの法線と、レンズ部１０３ａの頂点を通るレンズ部１０３ａの楕円の長軸Ｆとは重なり合っている。また、発光素子１０２は直方体であり、発光素子１０２の上面１０２ａ、基板１０１の底面１０１ａ及び封止樹脂１０３の平面部１０３ｂはＸＹ面方向（図面上、水平方向）に延在しており、発光素子１０２の側面１０２ｂ及び長軸ＦはＺ軸方向（図面上、鉛直方向）に延在しているものとする。発光素子１０２の上面１０２ａ（特に中心Ｏ）から上方に向かって、ある一定の指向性をもって拡散させて発せられた上面発光１１１は、レンズ部１０３ａを通過することによって平行化される。一方、発光素子１０２の側面１０２ｂからＸＹ平面に平行に発せられた側面発光１１２は、斜面１０１ｂ又は反射膜によってＺ軸方向（図面上、鉛直方向）に転向される。この側面発光（転向光）１１２は、斜面１０１ｂ又は反射膜によって転向された時点において、側面発光同士において平行化されていると共に、レンズ部１０３ａによって平行化された上面発光とも平行化される。そして、側面発光１１２は、レンズ部１０３ａを通ることなく、平面部１０３ｂを通って、すなわち外部媒質への入射角が９０°で封止樹脂１０３外部へ発光される。レンズ部１０３ａを通らないので、側面発光の平行性は損なわれない。すなわち、図示しているように、発光素子１０２の上面１０２ａの中心から発せられた上面発光１１１と、側面１０２ｂから水平方向に発せられた側面発光１１２は、いずれもＺ軸方向（鉛直方向）に平行状態で進行することになる。これにより、発光素子１０２から発せられる光を効率よく遠方に照射することができ、発光装置１００の省電力化を測ることができる。
【００５９】
次に、本発明の発光装置においてコリメート状態を確認する方法について説明する。図６に、コリメート状態を確認する方法を説明するための概略図を示す。本発明の発光装置１００から発光された上面発光１１１のコリメート状態、側面発光１１２のコリメート状態、並びに上面発光１１１及び側面発光１１２の合成光線のコリメート状態を確認するためには、ある間隔の２箇所において、光軸６００に垂直な面におけるビーム径を観測し、当該２箇所のビーム径の差を算出する。そして、２箇所のビーム径から光線の広がり角又は収束角（ビーム角）αを算出する。ビーム角αは以下の式３で算出することができる。ｄ１１は発光装置１００からの距離ｄ１３における光軸６００に垂直な第１面６０１において測定した第１ビーム径である。ｄ１２は、第１面６０１からの距離ｄ１４における光軸６００に垂直な第２面６０２において測定した第２ビーム径である。すなわち、ｄ１４は、第１ビーム径ｄ１１の測定箇所である第１面６０１と第２ビーム径ｄ１２の測定箇所である第２面６０２の光軸６００方向の距離である。本発明における「コリメート光」や「平行」は、距離ｄ１３が１０ｍｍ及びｄ１４が１００ｍｍのとき、ビーム角αが−５°以上５°以下の範囲を含むものとする。ビーム角αが０のとき、発光はコリメート光ないし平行光線となる。
【００６０】
［式３］
2013201226.tif 000005
【００６１】
次に、本発明の第２実施形態に係る発光装置について説明する。図７に、本発明の第２実施形態に係る発光装置の概略断面図を示す。図７において、第１実施形態と同じ要素には同じ符号を付してある。第１実施形態においては、封止樹脂の平面部に段差は存在していないが、第２実施形態に係る発光装置２００においては、封止樹脂２０３の上面２０３ｂには、少なくとも１つの段差２０３ｃが形成されている。
【００６２】
段差２０３ｃは、コリメート光を維持可能であると好ましい。例えば、図７においては、段差２０３ｃは、Ｚ軸方向（図面上、鉛直方向）に立ち上がっており、平面は全体としてＸＹ平面（図面上、水平方向）に平行になっている。これにより、反射膜１０４によって上方に反射された発光素子１０２の側面１０２ｂからの光において平行性を維持することができる。
【００６３】
第２実施形態におけるその他の形態は、第１実施形態と同様である。
【００６４】
次に、本発明の第３実施形態に係る発光装置について説明する。図８に、本発明の第３実施形態に係る発光装置の概略断面図を示す。図９に、図８に示す概略断面図に、説明のための符号を付記した概略断面図を示す。図１０に示す概略断面図に、発光素子からの光線を図示した概略断面図を示す。図８〜図１０において、第１実施形態と同じ要素には同じ符号を付してある。第１実施形態においては、封止樹脂の平面部は、基板の底面や発光素子の上面と平行、すなわちＸＹ平面と平行であったが、第３実施形態に係る発光装置３００においては、封止樹脂３０３の平面部３０３ｂは、基板１０１の底面１０１ａや発光素子１０２の上面１０２ａ、すなわちＸＹ平面に対して平行になっていない。図８〜図１０に示す形態においては、平面部３０３ｂは、レンズ部３０３ａから基板１０１に向かって、レンズ部３０３ａを頂点とする山の斜面となるように傾いている。すなわち、平面部３０３ｂは、外方に面するように傾斜している。このとき、図８の角度φは正の値となる。また、平面部３０３ｂは、図８〜図１０に示す形態とは異なり、谷の斜面（すり鉢状）となるように傾いていてもよい（不図示）。すなわち、平面部３０３ｂは、内方に面するように傾斜していてもよい。このとき、図８の角度φは負の値となる。
【００６５】
発光素子１０２の上面１０２ａの中心から発せられた上面発光３１１は、第１実施形態と同様にして、レンズ部３０３ａによってＺ軸に平行なコリメート光とされているとする。このとき、発光素子１０２の側面１０２ｂからＸＹ平面に平行に発せられた側面発光３１２を、当該コリメート光と平行にするため（Ｚ軸に平行にする）には、基板１０１の斜面１０１ｂの角度θは４５°と異なる値とする。そして、封止樹脂３０３の平面部３０３ｂの傾きは、光が封止樹脂３０３から外部媒質へ入射したときにＺ軸と平行となるような角度とする。ここで、平面部３０３ｂのＸＹ平面に対する角度φは、下記式４を満たすと好ましい。ｎ１は封止樹脂１０３の屈折率であり、ｎ２は封止樹脂３０３外部の媒質の屈折率ｎ２である。式４は、封止樹脂３０３の平面部３０３ｂから外部媒質への入射角をｉ、屈折角をｔとしたとき、封止樹脂３０３からの出射光がＺ軸と平行となる条件であるｔ＝φから算出される。
【００６６】
［式４］
2013201226.tif 000006
【００６７】
本実施形態においては、上面発光３１１は、レンズ部３０３ａによってＺ軸（図面上、鉛直方向）に平行に平行化される。側面発光３１２は、斜面１０１ｂ又は反射膜１０４によって転向された後、封止樹脂３０３の平面部３０３ｂによって屈折されることによってＺ軸（図面上、鉛直方向）に平行に平行化される。これにより、上面発光３１１及び側面発光３１２は、共にＺ軸方向に進行するコリメート光となる。
【００６８】
第３実施形態におけるその他の形態は、第１実施形態と同様である。
【００６９】
次に、本発明の第４実施形態に係る発光装置について説明する。図１１に、本発明の第４実施形態に係る発光装置の概略断面図を示す。図１１において、第１実施形態と同じ要素には同じ符号を付してある。第３実施形態においては、封止樹脂の平面部に段差は存在していないが、第４実施形態に係る発光装置４００においては、封止樹脂４０３の平面部４０３ｂには、少なくとも１つの段差４０３ｃが形成されている。
【００７０】
段差４０３ｃは、コリメート光を維持可能であると好ましい。例えば、図１１においては、段差４０３ｃ以外の平面部４０３ｂは、同一角度で傾斜している。すなわち、発光素子１０２の側面１０２ｂからＸＹ平面に平行に射出され、斜面１０１ｂ又は反射膜１０４によって反射された光は、平面部４０３ｂを通過することにより、Ｚ軸に平行となる。
【００７１】
第４実施形態におけるその他の形態は、第３実施形態と同様である。
【００７２】
次に、本発明の第５実施形態に係る発光装置について説明する。図１２に、本発明の第５実施形態に係る発光装置の概略平面図を示す。図１３に、図１２におけるXII−XII線に沿った概略断面図を示す。第５実施形態における発光装置は、第１〜第４実施形態に係る発光装置に加えてさらに受光素子を有するものである。図１２及び図１３においては、第１実施形態に係る発光装置を示す。図１２においては、図１３に示されている反射膜５０４は図示されていない。また、図１２においては、遮光樹脂５０６にハッチングを付してある。
【００７３】
発光装置５００は、所望の光を発光する発光素子５０２と、発光素子５０２の発光の波長域を含む光を検知可能な受光素子５０７と、配線層や電極（不図示）を有し、発光素子５０２及び受光素子５０７を実装する基板５０１と、基板５０１上に形成され、発光素子５０２が発した光を上方へ反射する反射膜５０４と、発光素子５０２及び受光素子５０７を封止する封止樹脂５０３と、封止樹脂５０３を取り囲み、発光素子５０２の発光の波長域の光を遮光する遮光樹脂５０６と、を備える。
【００７４】
基板５０１、発光素子５０２、封止樹脂５０３及び反射膜５０４の形態は、第１〜第４実施形態のうちの１つと同様とすることができる。すなわち、発光装置５００の発光機構は、第１〜第４実施形態のうちの１つと同様である。
【００７５】
発光素子５０２が例えば赤外光を発光する場合、遮光樹脂５０６は、例えば、可視光・赤外光をカットする添加剤を樹脂に含有させて形成することができる。
【００７６】
受光素子５０７は、発光素子５０２と同じ基板面側に、発光素子５０２に隣接して配置されている。基板５０１とボンディングワイヤ等（不図示）で電気的に接続されている。受光素子５０７としては、例えば、フォトトランジスタ、フォトダイオード等を使用することができる。
【００７７】
次に、発光装置５００の動作について説明する。図１４に、第５実施形態に係る発光装置の動作を説明するための概略断面図を示す。発光装置５００は、例えば、被検出体の存在又はその位置を光学式により検出する近接センサとして動作させることができる。第１〜第４実施形態において説明したように、封止樹脂５０３を透過した光は、コリメート光５０８を含む。コリメート光５０８は、被検出体５１０に衝突すると、被検出体５１０によって拡散反射される。そして、この反射光５０９の一部は、受光素子５０７に入射される。コリメート光５０８及び反射光５０９の放射照度は、反射光５０９の放射照度が発光装置５００と被検出体５１０との距離に依存しないと仮定すると、理想的には、発光素子５０２からの距離の２乗に反比例して減衰する。そこで、所定の放射照度以上の光を検知できるように受光素子５０７の光の検知閾値を予め設定しておく。この場合、発光装置５００と被検出体５１０との距離が所定の距離範囲にあると、反射光５０９の一部は、当該閾値を超える放射照度で受光素子５０７に入射することになる。これにより受光素子５０７は反射光５０９を検知し、発光装置５００は被検出体５１０の存在を検知することになる。
【００７８】
発光装置における放射照度曲線において、図１６に示すような収束点Ｚが存在すると、受光素子５０７の検知閾値を設定しても、コリメート光５０８及び反射光５０９の放射照度は理想的な曲線で減衰しないので、反射光５０９も被検出体５１０との距離に応じて減衰しない。したがって、例えば、発光が収束点Ｚの領域で被検出体５１０と衝突すると、反射光５０９の放射照度は想定の範囲外となり、近接センサは誤検知するおそれがある。一方、本発明によれば、図５に示すように、放射照度曲線には収束点が存在せず、理想的な曲線で減衰するので、被検出体５１０との距離に応じた放射照度の反射光５０９を検知することができる。したがって、近接センサにおける誤検知の発生を抑制することができる。
【００７９】
第５実施形態におけるその他の形態は、第１〜第４実施形態と同様である。
【００８０】
本発明の発光装置は、上記実施形態に基づいて説明されているが、上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）に対し種々の変形、変更及び改良を含むことができることはいうまでもない。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ・置換ないし選択が可能である。
【００８１】
本発明のさらなる課題、目的及び展開形態は、請求の範囲を含む本発明の全開示事項からも明らかにされる。
【符号の説明】
【００８２】
１００，２００，３００，４００，５００          発光装置
１０１，５０１          基板
１０１ａ，５０１ａ        底面
１０１ｂ，５０１ｂ        斜面
１０１ｃ        上面
１０２，５０２          発光素子
１０２ａ        上面
１０２ｂ        側面
１０３，２０３，３０３，４０３，５０３          封止樹脂
１０３ａ，２０３ａ，３０３ａ，４０３ａ，５０３ａ        レンズ部
１０３ｂ，２０３ｂ，３０３ｂ，４０３ｂ，５０３ｂ        平面部
１０４，５０４          反射膜
１１１，３１１        上面発光
１１２，３１２        側面発光
２０３ｂ        上面
２０３ｃ，４０３ｃ        段差
５０６        遮光樹脂
５０７        受光素子
５０８        コリメート光
５０９        反射光
５１０        被検出体
６００        光軸
６０１        第１面
６０２        第２面
８００，９００          発光装置
８０１，９０１          基板
８０２，９０３          発光素子
８０３          封止樹脂
８０３ａ        反射面
８０４          封止樹脂外へ抜ける光
９０１ａ        凹部
９０２          反射膜
９０４          封止樹脂
９０４ａ        レンズ
９０５          光
【図１】
2013201226.tif 000010
【図２】
2013201226.tif 000011
【図３】
2013201226.tif 000012
【図４】
2013201226.tif 000013
【図５】
2013201226.tif 000014
【図６】
2013201226.tif 000015
【図７】
2013201226.tif 000016
【図８】
2013201226.tif 000017
【図９】
2013201226.tif 000018
【図１０】
2013201226.tif 000019
【図１１】
2013201226.tif 000020
【図１２】
2013201226.tif 000021
【図１３】
2013201226.tif 000022
【図１４】
2013201226.tif 000023
【図１５】
2013201226.tif 000024
【図１６】
2013201226.tif 000025
【図１７】
2013201226.tif 000026