JP2001267637A - 発光装置 - Google Patents

発光装置

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JP2001267637A
JP2001267637A JP2000071623A JP2000071623A JP2001267637A JP 2001267637 A JP2001267637 A JP 2001267637A JP 2000071623 A JP2000071623 A JP 2000071623A JP 2000071623 A JP2000071623 A JP 2000071623A JP 2001267637 A JP2001267637 A JP 2001267637A
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Takayoshi Ishikawa
隆祥 石川
Suguru Horinouchi
英 堀之内
Yasuhiro Koike
康博 小池
Shigeru Koshibe
茂 越部
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Nippon Aleph Corp
Horinouchi Suguru
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Nippon Aleph Corp
Horinouchi Suguru
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    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
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Abstract

(57)【要約】 【課題】LED素子からの出射光を大幅に有効利用する
発光装置、特に光通信用として有用なNAの小さな信号
光を出射する発光装置を提案する。 【解決手段】発光ダイオード素子を横向きに搭載し、発
光ダイオード素子から発する光を反射面で囲まれた導光
路を介在させ外部に出射する発光装置。導光路は外側か
ら発光ダイオード素子側に向けて先細りとなる形状を有
し、発光ダイオード素子が導光路内部に格納されている
ことが好ましい。導光体の内部は光透過体で充填されて
いることが好ましく、その特性は硬さがJIS(A型)
70度以下、屈折率が1.30から1.60の範囲内に
あることが好ましい。光透過体は、シリコーン系樹脂、
アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、エラストマー系樹
脂、及びこれら樹脂の誘導体から選ばれた1種であるこ
とが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード素
子(LED素子)を光源とする発光装置の構造に係わ
り、LED素子より光を有効に出射する技術であり、特
に光通信用の出射角(NA)の小さな信号光を効率よく
発光する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバを用いた発信システムは、発
光装置と光ファイバをレンズを介在させ信号光を伝送す
るものである。発光装置としては、LED素子を樹脂又
は金属で封止した光半導体装置(LED装置)が良く知
られている。
【0003】このような光伝送システムにおける発信性
能は発光装置の出射光に大きく影響される。現在のLE
D装置は出射光のNAが大きいだけでなく、LED素子
が発する光が有効に利用され難い構造となっている。こ
れは、光を遮る電極面を出射側に向け、LED素子を回
路基板やリードフレーム類(回路基板類)に搭載するこ
とが大きな原因と考えられる。LED素子より発した光
の中で最も好ましい光、出射方向に向かう光が電極によ
り反射されるためである。
【0004】本発明者は、この出射方向に向かう光を無
駄なく活かす構造を提案するものである。又、本発明者
は、反射面で囲まれた導光路を介在させる光接合構造を
提案している(特開平10−221574)。
【0005】即ち、LED素子からの発光を効率良く出
射する検討を鋭意行ったところ、LED素子の電極側面
を回路基板類に搭載(横向き搭載)し、反射面で囲まれ
た導光路を有する導光体を介在させる構造が最も有効で
あることを見い出したものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、LED素子
を用いる発光装置の出射効率を大幅に改善する技術であ
り、特に光通信用として有用なNAの小さな信号光を出
射する発光装置を提案するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、LED素子を
回路基板類に横向き搭載し、反射面で囲まれた導光路を
有する導光体を介在させ外部に光を出射する発光装置で
ある。LED素子の電極側面から発する光を有効に利用
する構造の発光装置である。
【0008】請求項2は、導光路が外側から発光ダイオ
ード素子側に向けて先細りとなる形状、放物線状、円錐
状、及び角錐状等を有しており、発光ダイオード素子が
導光路内部に格納されていることを特徴とする発光装置
である。
【0009】導光路の内部を適切な特性を持つ光透過体
で充填することにより接続性能を高めることができる。
請求項3は光透過体の硬さがJIS(A型)70度以下
であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の
発光装置、請求項4は光透過体の屈折率が1.30から
1.60の範囲内にあることを特徴とする請求項1から
請求項3のいずれか1項に記載の発光装置である。
【0010】請求項5は、光透過体がシリコーン系樹
脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、エラストマー系
樹脂、及びこれら樹脂の誘導体から選ばれた1種である
ことを特徴とする請求項3又は請求項4のいずれか1項
に記載の発光装置である。
【0011】LED素子からの信号光を効率良く伝送す
るためには、信号光の漏れをなくし信号光を有効に出射
することが重要である。つまり、信号光の反射をできる
だけ少なくし出射することが重要である。このために
は、LED素子を横向き搭載し反射面で囲まれた導光路
を介在させる構造が必要となる。現在のLED装置は電
極面が出射側にあり光を遮る役割をしている。即ち、L
ED素子の電極側面を出射側に向け、横向き搭載する構
造が必要となる。又、LED素子から出射方向以外に発
した光を反射させる導光路を介在させることも必要であ
る。
【0012】LED素子からの光を有効に出射させるた
めの導光路形状は、外側から発光ダイオード素子側に向
けて先細りとなる形状、放物線状、円錐状、及び角錐状
等が好ましい。これにより、NAの小さい出射光を得る
ことができる。又、光伝送損失よりLED素子と反射面
の距離は最短であることが好ましい。即ち、導光路のL
ED素子側寸法をLED素子格納可能な最小寸法にする
(最大寸法をLED素子寸法よりほんの少し大きくす
る)ことが好ましい。
【0013】導光体の材質は半導体用途で使用可能なも
のならば何でも良い。樹脂、金属、及びセラミック等を
挙げることができるが、工業性を考えると樹脂製が最も
一般的である。導光路形状の加工法としては種々の方法
があり、成型、切削及び打ち抜き等がある。又、反射加
工も光の散乱を生じない精度なら何でも良く、メッキ、
PVD(蒸着、スパッタ等)及びCVD等の加工方法を
挙げることができる。例えば、樹脂成型品にメッキし導
光体を製造することができる。
【0014】発光装置のパッケージング形態としては、
金属封止、セラミック封止及び樹脂封止等があるが、最
も汎用性があるのは樹脂封止である。又、光通信用とし
て光ファイバとの光接合を考えると接続損失の小さい樹
脂封止が好ましい。即ち、導光路内部を適切な特性を有
する光透過体で充填することが好ましい。
【0015】光透過体にはLED素子を環境より守るこ
と(機密性及び信頼性)、外部の圧力及び湿気等より保
護することが要求される。LED素子は圧力及び温湿度
の変動に対して敏感であるため、光透過体は応力を緩和
するとともにLED素子を水侵入より守る機能が求めら
れる。即ち、光透過体には適度の柔軟性が要求され、そ
の硬さはJIS(A型)で70度以下が好ましい。硬す
ぎると応力緩和性能が低下する。
【0016】光透過体の屈折率は1.30から1.60
の範囲が好ましい。光透過体の屈折率は光通信で使用さ
れる光ファイバに合わせることが好ましい。現在および
今後、使用される光ファイバの屈折率は下限値がフッ素
樹脂系の1.35、上限値がメチルメタアクリレート樹
脂系の1.55と考えられる。光透過体と光ファイバの
屈折率差は±0.2以内が良く、差が大きすぎると反射
等による光伝送損失を招く。
【0017】光透過体の樹脂としては、光透過性に優
れ、硬さを調節でき、半導体分野又は光学分野で実績の
あるものが好ましい。シリコーン系樹脂、アクリル系樹
脂、エポキシ系樹脂、熱可塑性エラストマー系樹脂、及
びこれら樹脂の誘導体の1種類を選択することが良い。
尚、市販品は信越化学工業、東芝シリコーン、東亞合
成、日本化薬、旭化成等の製品カタログより選択するこ
とができる。
【0018】図1は、本発明による発光装置の一例であ
る。(1)は断面図であり、(2)は出射光側から見た
図である。LED素子11が回路基板14にリード線1
5にて電気接続されている。即ち、LED素子は横向き
搭載されている。これにより電極面は出射方向に対して
垂直となり出射方向の光を遮ることはない。導光体10
の導光路は反射面12で囲まれており、内部には光透過
体13が充填されている。
【0019】図2は、本発明による発光装置の別の一例
(断面図)である。導光路の形状が図1と異なり曲面に
なっている。20は導光体、21はLED素子、22は
反射面、23は光透過体、24は回路基板、25はリー
ド線である。
【0020】図3は、従来の樹脂封止型LED装置の一
例である。LED素子31が回路基板34に金線38に
て電気接続されている。LED素子は光の出射面に電極
50を向けて基板に搭載されている。つまり、電極は出
射光を塞ぎ反射する役割をする。36は封止樹脂であり
出射面はレンズ形状37に加工されている。
【0021】図4は、従来の金属封止型LED装置の別
の一例である。41はLED素子、44は回路基板、4
8は金線、49は反射板、40はガラス窓、50は電極
である。LED装置の中には乾燥空気が入っている。
【0022】
【実施形態】本発明の実施形態を説明する。本発明は、
LED素子を横向きに搭載し、反射面で囲まれた導光路
を介在させ、外部に出射する発光装置である。導光路は
発光ダイオード素子側に向けて先細りとなる形状、発光
ダイオード素子を導光路内に格納する構造が好ましい。
導光路内部には適切な硬さ及び屈折率を有する光透過体
を充填することが好ましい。光透過体は半導体で使用実
績があり高品質なものが良い。以下、実施例及び比較例
にて具体的に説明する。
【0023】
【実施例】東芝製のLED素子を回路基板に横向きに搭
載し、円錐状の反射面を有する導光路の中に格納した。
導光路には、高耐湿低応力エポキシ樹脂(OP−K5
4、日本化薬製)を低圧移送成形にて充填し硬化させ
た。これにより図1の構造を有する本発明の発光装置を
製造した。本発光装置の出力試験をしたところ、同素子
の金属封止LED装置(市販品、図4)の代表値に比べ
出力損失及びNAとも小さな数値が測定された。特にN
Aは30%程度小さくなった。
【0024】尚、導光体は、外枠をポリカーボネート樹
脂の射出成形で作り、次にその内部を金属メッキにより
反射面とする方法により製造した。
【0025】
【比較例】実施例と同じLED素子をエポキシ樹脂で封
止し市販品類似の汎用LED装置を作った。この装置の
構造は図3と同じで成形時に出射面にレンズ形状が加工
されている。この装置を実施例同様に出力試験したとこ
ろ、出力損失及びNAとも実施例よりかなり大きな数値
を示した。これは、LED素子からの光が出射面以外に
漏れること、電極により反射されるためである。
【0026】尚、比較例で使用した樹脂は日東電工製の
NT−8500であり、透明性に関しては実施例で使用
した樹脂と同レベルであった。又、実施例と同様に低圧
移送成形にて樹脂封止した。
【0027】
【発明の効果】本発明は、出射効率を大幅に改善したL
ED発光装置、特に光通信用として有用なNAの小さな
信号光を出射する発光装置を提案するものである。本発
明により汎用の発光装置が実用化でき、インターネット
通信等の普及に大きく貢献するものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の発光装置の一例を示す図である。
【図2】 本発明の発光装置の一例を示す図である。
【図3】 従来型の発光装置の一例を示す図である。
【図4】 従来型の発光装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
10、20 導光体 11、21、31、41 LED素子 12、22 導光路の反射面 13、23 光透過体 14、24、34、44 回路基板 15、25 リード線 36 封止樹脂 37 同上レンズ形状加工部分 38、48 金線 49 反射板 40 ガラス窓
フロントページの続き (72)発明者 石川 隆祥 神奈川県横浜市鶴見区駒岡一丁目28番52号 株式会社日本アレフ内 (72)発明者 堀之内 英 神奈川県横浜市鶴見区獅子ケ谷一丁目46番 1号 (72)発明者 小池 康博 神奈川県横浜市青葉区市ケ尾町534番地23 (72)発明者 越部 茂 神奈川県横浜市港北区富士塚二丁目28番22 号 Fターム(参考) 5F041 AA06 AA34 DA07 DA20 DA44 DA45 DA46 DA57 DA81 EE23 EE25 FF14

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発光ダイオード素子から発する光を反射面
    で囲まれた導光路有する導光体を介在させ外部に出射す
    る装置で、発光ダイオード素子の電極側面を回路基板類
    に搭載することを特徴とする発光装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、導光路が外側から発光
    ダイオード素子側に向けて先細りとなる形状、放物線
    状、円錐状、及び角錐状等を有しており、発光ダイオー
    ド素子が導光路内部に格納されていることを特徴とする
    発光装置。
  3. 【請求項3】導光路の内部が光透過体で充填されてお
    り、該硬さがJIS(A型)70度以下であることを特
    徴とする請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
  4. 【請求項4】導光路の内部が光透過体で充填されてお
    り、該屈折率が1.30から1.60の範囲内にあるこ
    とを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に
    記載の発光装置。
  5. 【請求項5】光透過体が、シリコーン系樹脂、アクリル
    系樹脂、エポキシ系樹脂、エラストマー系樹脂、及びこ
    れら樹脂の誘導体から選ばれた1種であることを特徴と
    する請求項3又は請求項4に記載の発光装置。
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