JP2002134793A - 光素子用光学デバイス - Google Patents

光素子用光学デバイス

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JP2002134793A
JP2002134793A JP2000327682A JP2000327682A JP2002134793A JP 2002134793 A JP2002134793 A JP 2002134793A JP 2000327682 A JP2000327682 A JP 2000327682A JP 2000327682 A JP2000327682 A JP 2000327682A JP 2002134793 A JP2002134793 A JP 2002134793A
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resin
optical
optical element
light emitting
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Shigetome Yasuda
成留 安田
Yukari Terakawa
裕佳里 寺川
Hayami Hosokawa
速美 細川
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Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本願出願人は、凹の曲面を有した光反射部材
と、光反射部材の中央近辺に発光素子や受光素子を置い
て凹部をモールド樹脂で封止した光素子用光学デバイス
を提案したが、この光素子用光学デバイスにおいては、
前面に封止に用いた樹脂で凸レンズが形成されているた
め、この部分に埃、ゴミ、水滴等が堆積し、指向特性が
変化したり、またその部分だけ厚みがあるため、他のレ
ンズや拡散板等の光学素子を配置して制御する場合、場
所的な制約となり、出射方向の外径が大きくなってい
た。 【解決手段】 上記した光素子用光学デバイスにおい
て、光出射面に凸部を設けずに平面形状とし、かつ、光
反射部材側を覆った第１の樹脂とは異なった屈折率の第
２の樹脂を用いて直接出射領域を形成し、この第２の樹
脂の屈折率が前記光反射部材側を覆った第１の樹脂より
大きい場合は光出射面から見て光素子側を凸に、逆に小
さい場合は同じく光出射面から見て光素子側を凹になる
ようにして従来の光素子用光学デバイスと同様の効果を
得られるようにした。

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
（ＬＥＤ）や半導体レーザー（ＬＤ）などの発光素子か
ら出射する光、またはフォトダイオードなどの受光素子
へ入射する光を、効率よく利用できるようにした光素子
用光学デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本願出願人は特願平１１−３４１３４４
号において、図１３に断面図を示したように、発光ダイ
オード（ＬＥＤ）や半導体レーザー（ＬＤ）などの発光
素子チップ（以下発光素子と略称する）１を受け皿部２
に載置してダイボンドしたリードフレーム３、ボンディ
ングワイヤ４で発光素子１と接続された他方のリードフ
レーム５、その回りに設けられた光反射部材６などを有
し、光出射側中央部に球面レンズ状、非球面レンズ状、
放物面状などの凸レンズ形状をした直接出射領域７、及
びこの直接出射領域７を囲むように平面状に全反射領域
８を形成するようモールド樹脂９で封止した光素子用光
学デバイスを用いた発光デバイスを提案した。
【０００３】この図１３に示した発光デバイスにおい
て、発光素子１は直接出射領域７の焦点、またはその近
傍に置かれているため、発光素子１から出て直接出射領
域７に向った光はほぼ平行光化され、経路１０に示した
ように直接モールド樹脂９の前面から前方へ出射され
る。一方直接出射領域７と全反射領域８との境界方向と
発光素子１の光軸とのなす角度αを、モールド樹脂９と
空気との間の全反射の臨界角と等しいか、それよりも大
きく設定してあるため、発光素子１から出射された光の
うち、経路１１に示した全反射領域８に向った光は、モ
ールド樹脂９の空気との界面で全反射され、さらに光反
射部材６で反射されてほぼ平行光となって全反射領域８
から前方へ出射する。
【０００４】そのためこの発光デバイスにおいては、発
光素子１から出た光のほとんどが有効光として直接出射
領域７と全反射領域８とから出射され、非常に効率の良
い発光デバイスを得ることができる。なお、この図１３
の例では光反射部材６の中心に発光素子１を置く場合を
示したが、発光素子１の代わりにフォトダイオードや光
電変換素子などの受光素子を置き、前方から入射してき
た光を受光素子に受光させるよう構成すると、効率のよ
い受光デバイスが構成できる。また、発光素子１や受光
素子を封止せずに光反射部材６とモールド樹脂で直接出
射領域７と全反射領域８を形成し、発光素子や受光素子
と組み合わせる光素子用光学デバイスとすると、いろい
ろな素子と容易に組み合わせて効率の良い光素子を構成
できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この図
１３に示したような光素子用光学デバイスを用いた光学
デバイスにおいては、直接出射領域７が前記したように
凸レンズ形状をしているため、この部分に埃、ゴミ、水
滴等が堆積し、指向特性が変化したり、またその部分だ
け厚みがあるため、他のレンズや拡散板等の光学素子を
配置して制御する場合、場所的な制約となり、出射方向
の外径が大きくなる。
【０００６】このような点に鑑み本発明は、高効率で、
光の指向特性の設計自由度を失わずに光出射面を平坦に
して見栄えを良くし、それによって埃、ゴミ、水滴等が
堆積せず、かつ、光の出射方向、または入射方向の外径
を小さくして機器の小型化を図ると共に、他の光学部品
と組み合わせる場合にも場所的制約を低減できる光素子
用光学デバイスを提供することが課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明においては、光出射面に凸部を設けずに平面形状
とし、かつ、前記光反射部材側を覆った第１の樹脂とは
異なった屈折率の第２の樹脂を用いて直接出射領域を形
成し、この第２の樹脂の屈折率が前記光反射部材側を覆
った第１の樹脂より大きい場合は光出射面から見て光素
子側を凸に、逆に小さい場合は同じく光出射面から見て
光素子側を凹になるようにして前記特願平１１−３４１
３４４号で提案した光素子用光学デバイスと同様の効果
を得られるようにした。
【０００８】そのため、請求項１に記載したように、光
素子から外部に至る出射光、あるいは外部から光素子に
至る入射光の光路を制御する光素子用光学デバイスであ
って、光反射部材と、前記光反射部材の少なくとも光反
射面を覆い、前記光素子前方の所定領域を外れた光を樹
脂界面でほぼ全反射させる全反射領域を形成させるべく
樹脂を配置した樹脂部材とからなり、前記光素子前方の
所定領域を外れた光の、前記光素子と光素子用光学デバ
イスの外部とを結ぶ光経路が、前記樹脂界面と、前記光
反射部材の各々で、少なくとも１回以上反射する経路を
経由するように前記樹脂界面、あるいは前記光反射部材
の配置が定められ、かつ前記樹脂部材は少なくとも２つ
以上の異なる屈折率を有する樹脂を用いた多層構造を有
することを特徴とする。
【０００９】このように光反射部材の少なくとも光反射
面を覆う樹脂に、少なくとも２つ以上の異なる屈折率を
有する樹脂を用いた多層構造とすることで、この多層構
造部分に光を平行光化して出射する働きを持たせること
ができ、光出射側に凸部のない光素子用光学デバイスを
作ることができる。そのため、光出射面が平坦で見栄え
が良い上に、埃、ゴミ、水滴等が堆積せず、光の出射方
向、または入射方向の外径を小さくして機器の小型化を
図ることが可能になると共に、他の光学部品と組み合わ
せる場合にも場所的制約を低減できるなどの効果が得ら
れる。
【００１０】従って樹脂部材を多層構造とすることで光
出射側は、請求項２に記載したように、前記樹脂部材の
前記光反射部材に対抗する面が、平面となるように構
成、することが可能となり、さらに請求項３に記載した
ように、前記樹脂部材の前記光反射部材に対抗する面
が、同一の屈折率の樹脂で覆われている、ようにするこ
とで、多層構造とした部分が剥離したりすることを防止
できる。
【００１１】そして、上記した光を平行光化して出射す
る働きを持たせるため、請求項４、または５に記載した
ように、前記光反射部材を覆う樹脂よりも、屈折率の大
きな樹脂によって、光反射部材側へ凸部を設けたことを
特徴とする。及び、前記光反射部材を覆う樹脂よりも、
屈折率の小さな樹脂によって、光反射部材側に凹部を設
けたことを特徴とする。
【００１２】このように、光反射部材を覆う樹脂とは屈
折率の異なる樹脂で、光反射部材側に凸部、または凹部
を構成することにより、この多層構造部に前記した光を
平行光化して出射する働きを持たせることができ、凸部
を設けずに前方に光を出射できる構造が容易に得られ
る。
【００１３】なお、このように構成した光素子用光学デ
バイスを用いることで、請求項６、または請求項７に記
載したように、前記光素子として、発光素子を用い、該
発光素子を封止するか、または配置できるようにし、及
び、前記光素子として、受光素子を用い、該受光素子を
封止するか、または配置できるようにすることで、凸部
を設けずに効率よく出射、または入射する光を利用でき
るデバイスを作ることができる。しかも、光の出射、ま
たは入射面が平坦で見栄えが良い上に、埃、ゴミ、水滴
等が堆積せず、光の出射方向、または入射方向の外径を
小さくして機器の小型化を図ることが可能になると共
に、他の光学部品と組み合わせる場合にも場所的制約を
低減できるなどの効果が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の
形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、そ
の相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの
発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる
説明例に過ぎない。
【００１５】図１は、本発明における第１の実施形態の
光素子用光学デバイスを用いた発光デバイスの概略断面
図であり、前記図１３で示した従来例と同一の構成要素
には同一番号を付した。図中１は発光素子、２は発光素
子１を載置してダイボンドする受け皿部、３はリードフ
レーム、４は発光素子１と他方のリードフレーム５を結
ぶボンディングワイヤ、５は他方のリードフレーム、６
は光反射部材、７は直接出射領域、８は全反射領域、９
はこれら発光素子１やリードフレーム３、５、光反射部
材６側を覆う第１のモールド樹脂、２０は例えば第１の
モールド樹脂がエポキシ樹脂の場合、それより屈折率が
大きいポリカーボネート樹脂などの第２の樹脂を充填層
として使い、発光素子１側を二層構造、或いは多層構造
として球面レンズ状、非球面レンズ状、放物面状などの
凸レンズ状に形成したレンズ部、２２、２３は発光素子
１からの光の経路である。
【００１６】このように、光反射部材側を覆う第１の樹
脂よりレンズ部２０に用いた第２の樹脂の屈折率を大き
くすると、発光素子１から出てレンズ部２０への経路２
２に向った光は、第１の樹脂９と第２の樹脂で構成した
レンズ部２０の界面で屈折し、ほぼ平行光化されて直接
出射領域７から出射する。一方、直接出射領域７に形成
したレンズ部２０の周囲には、この直接出射領域７を囲
むように全反射領域８が形成され、かつ、発光素子１か
ら見て直接出射領域７と全反射領域８との境界方向と発
光素子１の光軸とのなす角度が、モールド樹脂９と空気
との間の全反射の臨界角と等しいか、それよりも大きく
設定されている。そのため、発光素子１から出て経路２
３の全反射領域８に向った光は、モールド樹脂９の空気
との界面で全反射され、さらに光反射部材６で反射され
てほぼ平行光となって全反射領域８から前方へ出射す
る。
【００１７】そのため、この図１から明らかなように、
光の出射面は凸部を設けずに平面形状としたにもかかわ
らず、前記図１３で説明した従来の光素子用光学デバイ
スと全く同様、高効率で、光の指向特性の設計自由度を
失わないデバイスを得ることができる。しかもこの図１
の光素子用光学デバイスは、光出射面が平坦で見栄えが
良い上に、埃、ゴミ、水滴等が堆積せず、光の出射方
向、または入射方向の外径を小さくして機器の小型化を
図ることが可能になると共に、他の光学部品と組み合わ
せる場合にも場所的制約を低減できるなどの効果が得ら
れる。
【００１８】図２は、本発明における第２の実施形態の
光素子用光学デバイスを用いた発光デバイスの概略断面
図であり、前記図１と同一の構成要素には同一番号を付
した。なおこの第２の実施形態においても、第１のモー
ルド樹脂がエポキシ樹脂の場合、第２の樹脂にはそれよ
り屈折率が大きいポリカーボネート樹脂などで二層構造
とする。
【００１９】図中１は発光素子、２は発光素子１を載置
してダイボンドする受け皿部、３はリードフレーム、４
は発光素子１と他方のリードフレーム５を結ぶボンディ
ングワイヤ、５は他方のリードフレーム、６は光反射部
材、７は直接出射領域、８は全反射領域、９はこれら発
光素子１やリードフレーム３、５、光反射部材６等を封
止する第１のモールド樹脂、２０は前記したように第１
の樹脂より屈折率の小さな第２の樹脂２１で構成したレ
ンズ部で、発光素子１の前方に二層構造として凸レンズ
を構成してある。
【００２０】図１に示した実施形態においては、光出射
面の中央部の直接出射領域７のみに第２の樹脂によりレ
ンズ部２０を形成したが、このようにすると第１の樹脂
と第２の樹脂の接触面積が少なく、第２の樹脂で形成し
たレンズ部２０が剥離しやすい。そのため図２に示した
第２の実施形態においては、光の出射面前面、すなわち
レンズ部２０で構成した直接出射領域７と全反射領域８
をこの第２の樹脂２１で覆ったものである。なおこの全
反射領域８を覆った第２の樹脂２１の厚さは、あまり厚
くした場合、第２の樹脂２１の上面で反射する光と、下
面で反射する光の反射角の違いが無視できなくなり、出
射光の制御が困難となるため、反射角の違いがほぼ無視
できる厚さ、例えば、０．５ｍｍ程度以下が好ましい。
なお、直接出射領域７と全反射領域８との境界方向と発
光素子１の光軸とのなす角度が、モールド樹脂９と空気
との間の全反射の臨界角と等しいか、それよりも大きく
設定することは前記第１の実施形態の場合と同じであ
る。
【００２１】このようにすることにより、発光素子１か
ら出て直接出射領域７の第２の樹脂２１で形成されたレ
ンズ部２０に経路２２で向った光は、第１の樹脂９と第
２の樹脂２１の界面で屈折し、ほぼ平行光化されて直接
出射領域７から出射する。一方、発光素子１から出て経
路２４の全反射領域８に向った光の1部は、モールド樹
脂９と全反射領域８を覆った第２の樹脂２１の界面から
入射して一度屈折され、さらに空気との界面側で全反射
され、再度第２の樹脂２１とモールド樹脂９との界面で
屈折された後光反射部材６で反射され、全反射領域８か
ら前方へ出射する。別の1部は、第1の樹脂９と第２の樹
脂２１の界面で反射された後光反射部材６で反射され、
全反射領域８から前方へ出射する。ここで前述のように
第２の樹脂の厚さを、第２の樹脂２１の空気との界面側
で反射する光と、第1の樹脂９と第２の樹脂２１の界面
で反射する光の反射角の違いがほぼ無視できる厚さにす
ると、発光素子１から出て経路２４の全反射領域８に向
った光ほぼ平行光となって全反射領域８から前方へ出射
する。
【００２２】このようにすることで、図１に示した第１
の実施形態の場合と全く同様、光出射面が平坦で見栄え
が良い上に、埃、ゴミ、水滴等が堆積せず、光の出射方
向、または入射方向の外径を小さくして機器の小型化を
図ることが可能になると共に、他の光学部品と組み合わ
せる場合にも場所的制約を低減でき、かつ、第２の樹脂
２１で構成したレンズ部２０が剥離しにくいデバイスが
得られる。
【００２３】なお、発光素子１から出射する光に広指向
性を持たせたい場合は、図１、図２に示した実施形態に
おいて、第２の樹脂２０、２１における屈折率を第１の
樹脂の屈折率よりも小さなものとすることで、発光素子
１から出射してレンズ部２０に入射した光は拡散する方
向に屈折し、広指向性の発光デバイスを容易に得ること
ができる。また、以上説明してきた発光デバイスを作成
する場合、図２に示した第２の実施形態においては、レ
ンズ部２０と全反射領域８を構成する第２の樹脂２１の
部分を先に成形し、その後第１の樹脂９の部分を成形す
ることで、第２の樹脂で成形した部分の位置合わせが容
易になり、安定した光学特性が得られる。
【００２４】図３は、本発明における第３の実施形態の
光素子用光学デバイスを用いた発光デバイスの概略断面
図であり、前記図１、図２と同一の構成要素には同一番
号を付した。図１、図２に示した実施形態においては、
第１の樹脂９よりレンズ部２０に用いた第２の樹脂の屈
折率を大きくしたが、この第３の実施形態においては、
第１のモールド樹脂としてエポキシ樹脂使う点は同じで
あるが、第２の樹脂としてＰＭＭＡやＴＰＸ（ポリ４−
メチルペンテン−１）のように、第１の樹脂より屈折率
の小さな樹脂を充填層として使い、二層構造を構成して
いる。
【００２５】図中１は発光素子、２は発光素子１を載置
してダイボンドする受け皿部、３はリードフレーム、４
は発光素子１と他方のリードフレーム５を結ぶボンディ
ングワイヤ、５は他方のリードフレーム、６は光反射部
材、７は直接出射領域、８は全反射領域、９はこれら発
光素子１やリードフレーム３、５、光反射部材６等を封
止する第１のモールド樹脂、３０は前記したように第１
の樹脂より屈折率の小さな第２の樹脂３０で構成した充
填層で、発光素子１の前方の直接出射領域７の部分に凹
レンズ部３１を形成している。なお、直接出射領域７と
全反射領域８との境界方向と発光素子１の光軸とのなす
角度が、モールド樹脂９と空気との間の全反射の臨界角
と等しいか、それよりも大きく設定することは前記第１
の実施形態の場合と同じである。
【００２６】このようにすると、発光素子１から出て直
接出射領域７に形成した凹レンズ部３１の経路３２へ向
った光は、第１の樹脂９と第２の樹脂３０で構成した凹
レンズ部３１の界面で屈折し、ほぼ平行光化されて直接
出射領域７から出射する。一方、発光素子１から出て経
路３３の全反射領域８に向った光は、一部が第１の樹脂
９と第２の樹脂３０との界面で反射されて経路３４を通
って光反射部材６で反射され、一部が経路３５で第２の
樹脂３０に入射して屈折し、第２の樹脂３０と空気との
界面で全反射され、さらに第２の樹脂３０と第１の樹脂
９との界面で屈折して光反射部材６で反射され、ほぼ平
行光となって全反射領域８から前方へ出射する。
【００２７】従って、前記第１、第２の実施形態と同様
光出射面が平坦で見栄えが良い上に、埃、ゴミ、水滴等
が堆積せず、光の出射方向、または入射方向の外径を小
さくして機器の小型化を図ることが可能になると共に、
他の光学部品と組み合わせる場合にも場所的制約を低減
でき、かつ、第２の樹脂で構成したレンズ部２０が剥離
しにくいデバイスが得られる。なお、凹レンズ部３１の
光軸に近い部分は、第２の樹脂を非常に薄く作ったり、
もしくは樹脂がなくても同様な効果を得ることができ
る。
【００２８】図４は、本発明における第４の実施形態の
光素子用光学デバイスを用いた発光デバイスの概略断面
図であり、前記図３と同一の構成要素には同一番号を付
した。この第４の実施形態においても、第３の実施形態
と同様第１のモールド樹脂としてエポキシ樹脂を、第２
の樹脂としてＰＭＭＡやＴＰＸ（ポリ４−メチルペンテ
ン−１）のように第１の樹脂より屈折率の小さな樹脂を
充填層として使う。
【００２９】前記図３に示した第３の実施形態において
は、第２の樹脂で凹レンズ部３１を構成するため、全反
射領域８の部分における第２の樹脂の厚さが、レンズ部
３１の厚さ分必要になる。そのため、発光素子１から出
て図３における経路３３に向った光のうち、第２の樹脂
３０に入射した光は、前記したように一部が経路３５で
第２の樹脂３０に入射して屈折し、第２の樹脂３０と空
気との界面で全反射され、さらに第２の樹脂３０と第１
の樹脂９との界面で屈折して光反射部材６で反射され
る。そのため、発光素子１から出て全反射領域８の方向
へ向った光のうち、第２の樹脂の中に入った光は、光素
子用光学デバイスの端面方向に出射され、利用効率が低
下する。
【００３０】そのため、この図４に示した第４の実施形
態においては、図３における凹レンズ部３１をフレネル
レンズ部３６で構成した。このようにすることで、第２
のモールド樹脂部３０は薄くなり、発光素子１を出て全
反射領域８の経路３７に向った光は、この第２の樹脂３
０の内部に入っても光素子用光学デバイスの端面方向に
集まることなく、効率よく全反射領域８から出射され
る。
【００３１】従って、第３の実施例で問題になった全反
射領域８の方向へ向った光が発光デバイスの端面方向に
出射されて利用効率が低下する点が解消され、前記第
１、第２、第３の実施形態と同様光出射面が平坦で見栄
えが良い上に、埃、ゴミ、水滴等が堆積せず、光の出射
方向、または入射方向の外径を小さくして機器の小型化
を図ることが可能になると共に、他の光学部品と組み合
わせる場合にも場所的制約を低減でき、かつ、第２の樹
脂で構成したレンズ部２０が剥離しにくいデバイスが得
られる。なお、レンズ部３６の光軸に近い部分は、第２
の樹脂を非常に薄く作ったり、もしくは樹脂がなくても
同様な効果を得ることができる。
【００３２】なお、直接出射領域７と全反射領域８との
境界方向と発光素子１の光軸とのなす角度が、モールド
樹脂９と空気との間の全反射の臨界角と等しいか、それ
よりも大きく設定することは前記第１の実施形態の場合
と同じである。
【００３３】また、発光素子１から出射する光に広指向
性を持たせたい場合は、この図３、図４に示した実施形
態において、第２の樹脂における屈折率を第１の樹脂の
屈折率よりも大きなものとすることで、発光素子１から
出射してレンズ部３１、３６に入射した光は拡散する方
向に屈折し、広指向性の発光デバイスを容易に得ること
ができる。また、図２に示した第２の実施形態の場合と
同様この第３、第４の実施形態のデバイスを作成する場
合は、レンズ部３１、３６と全反射領域８を構成する第
２の樹脂部分を先に成形し、その後第１の樹脂部分を成
形することで、第２の樹脂で成形した部分の位置合わせ
が容易になり、安定した光学特性が得られる。
【００３４】図５は、本発明における第５の実施形態の
光素子用光学デバイスを用いた発光デバイスであり、
（Ａ）は概略断面図、（Ｂ）は樹脂界面で全反射しない
で空気中に射出する光の説明図、（Ｃ）は第２の樹脂で
作成したレンズ部の拡大図である。この第５の実施形態
においても、第３、第４の実施形態と同様第１のモール
ド樹脂としてエポキシ樹脂を、第２の樹脂としてＴＰＸ
（ポリ４−メチルペンテン−１）のように第１の樹脂よ
り屈折率の小さな樹脂を使う。
【００３５】この第５の実施例において、前記図１から
図４と同一の構成要素には同一番号を付し、１は発光素
子、２は発光素子１を載置してダイボンドする受け皿
部、３はリードフレーム、４は発光素子１と他方のリー
ドフレーム５を結ぶボンディングワイヤ、５は他方のリ
ードフレーム、６は光反射部材、７は直接出射領域、８
は全反射領域、９はこれら発光素子１やリードフレーム
３、５、光反射部材６等を封止する第１のモールド樹
脂、５０は前記したように第１の樹脂より屈折率の小さ
な第２の樹脂で、図から明らかなように発光素子１の前
方に凸状とした中心に凹レンズ部５１を形成してあり、
この凹レンズ部５１が直接出射領域７となっている。５
２、５３、５４は光の経路である。
【００３６】前記第３と第４の実施形態において、第１
の樹脂９をエポキシ樹脂、第２の樹脂５０をＴＰＸ（ポ
リ４−メチルペンテン−１）とした場合、エポキシ樹脂
の屈折率ｎ１は１．５５で全反射の臨界角は４０．２度
であり、この角度より小さい角度で全反射領域８に向か
う光は、図５（Ｂ）のように全反射できずに空気中に透
過してしまう。ところが、第２の樹脂であるＴＰＸの屈
折率ｎ２は１．４７で、第１の樹脂との屈折率の差は
０．０８となり、それほど大きくないので直接出射領域
７から光を前方に出射できる範囲は狭くなる。そのた
め、第１の樹脂９をエポキシ樹脂、第２の樹脂５０をＴ
ＰＸとした場合、前記第３と第４の実施形態においては
全反射できずに空気中に透過してしまう光が出てくる。
【００３７】そのためこの第５の実施形態においては、
図５（Ｃ）に詳細を示したように第２の樹脂５０で凸部
を作ると共に中心に直接出射領域７に対応した凹レンズ
部５１を作り、発光素子１から出て凹レンズ部５１に向
かう図５（Ａ）の経路５２の光は、図３や図４に示した
第３や第４の実施形態の場合と同様第１の樹脂９と第２
の樹脂５０で構成した凹レンズ部５１の界面で屈折し、
ほぼ平行光化されて直接出射領域７から出射するように
し、この凹レンズ部５１を外れる角度θで凸部５０に向
かう経路５３の光は、この第１の樹脂９と第２の樹脂５
０の界面で屈折して臨界角より大きな角度θ’で第２の
樹脂５０と空気の界面に向い、ここで全反射されて光反
射部材６から前方に平行光化されて出射される。そのた
め、凹レンズ部５１を外れた全ての光が樹脂と空気の界
面で全反射され、光の利用効率が高くなる。
【００３８】なお、以上の第１から第５の実施形態説明
では、発光素子１から出た光を光反射部材６によって前
方に直進させるよう説明したが、例えば斜めに光を出し
たい場合は、発光素子１の位置を光軸からずらすと共に
反射面をこのずらし量に応じて光が斜めに出るように設
計するだけで可能になり、光の指向性を自由に設計でき
る。また以上の説明では発光素子の場合を説明したが、
発光素子１の位置に受光素子を置いた場合、光の進路が
逆になるだけで、光の入射面が平坦な高効率の受光素子
が得られる。また以上の説明では、光素子用光学デバイ
スに発光素子１を封止した場合を説明してきたが、光反
射部材と第１の樹脂、及びレンズ部や全反射領域を形成
する第２の樹脂などで構成した光素子用光学デバイス単
独で用いうることはもちろんである。
【００３９】図６は、本発明の図２に示した第２の実施
形態における光素子用光学デバイスを用いた発光デバイ
スの成形方法を説明するための図である。図中３と５は
リードフレームで、リードフレーム３には図２で説明し
たように、発光素子１とそれをリードフレーム５と接続
するボンディングワイヤ４が接続されるがこれらは省略
してある。６は光反射部材、９は第１の樹脂、２１は、
図２における第２の樹脂であらかじめ成形した光出射面
を形成するレンズ部とその周りの全反射領域を形成する
部材、６０は成形型である。
【００４０】まず最初に、Ａで成形型６０に第２の樹脂
２１であらかじめ成形した光出射面を形成するレンズ部
とその周りの全反射領域を形成した部材を投入する。次
にＢで、これも予め用意した光反射部材６を投入する。
そしてＣで封止のための第１の樹脂９を注入し、Ｄで発
光素子１やボンディングワイヤ４等をつけたリードフレ
ーム３、５を投入して熱硬化処理を行う。
【００４１】このように、光出射面を形成するレンズ部
２０とその周りの全反射領域８を第２の樹脂２１であら
かじめ成形した部材を用意し、それを成形型６０に投入
して第１の樹脂９で封止することにより、レンズ部２０
を正確に位置決めすることができ、光素子用光学デバイ
スの成形が容易にできる。また、前記した斜めに光を射
出させる場合やその他の設計変更時には、光反射部材６
と、第２の樹脂２１であらかじめ成形した光出射面を形
成するレンズ部２０とその周りの全反射領域８で構成し
た部材とを設計変更するだけで容易に行うことができ、
成形型６０の変更を要しない。
【００４２】図７は、本発明の図２に示した第２の実施
形態による光素子用光学デバイスを用いた発光デバイス
の、他の成形方法を説明するための図である。図６に示
した成形方法は、予め第２の樹脂で光出射面を形成する
レンズ部２０とその周りの全反射領域８の部材を用意す
る必要があったが、この図７に示す方法ではそれが不要
となる。
【００４３】図中３と５はリードフレームで、リードフ
レーム３には図２で説明したように、発光素子１とそれ
をリードフレーム５と接続するボンディングワイヤ４が
接続されるがこれらは省略してある。６は光反射部材、
９は第１の樹脂、７０は成形型、７１は光出射面を形成
するレンズ部２０とその周りの全反射領域８を形成する
ための型、７２は第２の樹脂である。
【００４４】まず最初にＡで、光反射部材６、リードフ
レーム３、５、図示していない発光素子１やボンディン
グワイヤ４等を、光出射面を形成するレンズ部２０とそ
の周りの全反射領域８を形成するための型の部分７１を
残してエポキシ樹脂のような第１の樹脂９で成形する。
ついでＢで成形型７０に第２の樹脂７２を注入し、Ｃに
おいてＡで成形した第１の樹脂を成形型７０に入れる
と、Ｂで注入した第２の樹脂が型の部分７１に沿って広
がるから、Ｄにおいて熱硬化を実施すると発光デバイス
が完成する。
【００４５】このようにすることにより、図６に示した
方法に比し、光出射面を形成するレンズ部２０とその周
りの全反射領域８を第２の樹脂２１であらかじめ成形し
た部材を用意する必要がなく、レンズ部２０を正確に位
置決めしながら光素子用光学デバイスの成形が容易にで
きる。また、前記した斜めに光を射出させる場合やその
他の設計変更時には、光反射部材６と、第２の樹脂を成
形する型の部分７１をそれに合わせて形成することで容
易に行うことができ、成形型７０の変更を要しない。
【００４６】図８は、本発明における第６の実施形態の
光素子用光学デバイスを用いた発光デバイスであり、こ
の第６の実施形態においても前記図１から図５と同一の
構成要素には同一番号を付した。１は発光素子、２は発
光素子１を載置してダイボンドする受け皿部、３はリー
ドフレーム、４は発光素子１と他方のリードフレーム５
を結ぶボンディングワイヤ、５は他方のリードフレー
ム、６は光反射部材、７は直接出射領域、８は全反射領
域、９はこれら発光素子１やリードフレーム３、５、光
反射部材６等を封止する第１のモールド樹脂、８０は第
１の樹脂９より屈折率の大きな第２の樹脂で、発光素子
１側を凸とした円錐形状に構成してある。８１、８２、
８３、８４は光の経路である。
【００４７】そして、この第２の樹脂８０で構成した円
錐形状部分は、発光素子１から出てこの第２の樹脂８０
に向った経路８１の光が、第１の樹脂９と第２の樹脂８
０の界面で屈折して経路８２から出射する成分と、この
界面で反射して経路８３で光反射部材６方向へ向かい、
光反射部材６で反射されて第１の樹脂界面から出射する
２つの成分が生じるように、この第１の樹脂９と第２の
樹脂８０との界面の角度を設定する。
【００４８】このようにすることにより、直接出射領域
７に形成した第２の樹脂８０で反射される経路８３の光
も光反射部材６を介して前面に出射させることが可能と
なり、光の利用効率が向上する。また、第１の樹脂９と
第２の樹脂８０との界面の角度を調節することにより、
経路８２で直接出射する光と、経路８３で光反射部材６
で反射してから出射する光の割合を調節することが可能
となるので、出射面での輝度のばらつきや、見た目の明
るさ、出射光の指向性などを調節することが可能とな
る。
【００４９】なお、この第６の実施形態の説明では、発
光素子１から出た光を光反射部材６によって前方に直進
させるよう説明したが、例えば斜めに光を出したい場合
は、発光素子１の位置を光軸からずらすと共に光反射部
材の反射面をこのずらし量に応じて光が斜めに出るよう
に設計するだけで可能になり、光の指向性を自由に設計
できる。また以上の説明では発光素子の場合を説明した
が、発光素子１の位置に受光素子を置いた場合、光の進
路が逆になるだけで、光の入射面が平坦な高効率の受光
素子が得られる。また以上の説明では、光素子用光学デ
バイスに発光素子１を封止した場合を説明してきたが、
光反射部材と第１の樹脂、及び円錐形状部を形成する第
２の樹脂などで構成した光素子用光学デバイス単独で用
いうることはもちろんである。
【００５０】以上説明してきた実施形態においては、本
発明になる光素子用光学デバイスを構成する第１のモー
ルド樹脂で発光素子１を封止する場合を説明してきた
が、本発明はこういった一体型に成形するだけでなく、
光反射部材とレンズ部を光学デバイスとして独立した発
光素子や受光素子と組み合わせて使うことも可能であ
る。この場合の実施形態を示したのが図９と図１０であ
る。この図９と図１０において、前記図１から図５と同
様な構成要素には同一番号を付した。
【００５１】図中９０は上記したような光素子用光学デ
バイスで、６は光反射部材、７は直接出射領域、８は全
反射領域、９は第１のモールド樹脂、９１は第１の樹脂
より屈折率が大きい第２のモールド樹脂であり、第１の
モールド樹脂９には、発光素子９２、受光面９４を持つ
フォトダイオードや光電変換素子などの受光素子９３を
実装するための窪み部分９５が設けられている。
【００５２】このように光素子用光学デバイスを構成す
ることにより、窪み部分９５には市販されている表面実
装タイプの発光素子や、フォトダイオードや光電変換素
子などの受光素子を組み合わせることができ、例えば図
９に示した発光素子を組み合わせた場合、発光素子９２
から出た光は前記したように直接出射領域７、全反射領
域８から出射されるいずれの光も平行光化され、非常の
効率がよい発光デバイスが得られる。また、図１０に示
した受光素子９３を組み合わせた場合は、図から明らか
なように、発光デバイスにおける直接出射領域７から入
射した光は、第２の樹脂と第１の樹脂の境界で屈折され
て受光素子９３の受光面９４に向かい、同じく発光デバ
イスにおける全反射領域８から入射した光は、光反射部
材６で反射されて第２の樹脂で全反射して受光素子９３
の受光面９４に向かう。そのため、光素子用光学デバイ
ス９０の前面から入射した光を集めることができるか
ら、高効率の受光素子が構成できる。
【００５３】またこの光素子用光学デバイスは、図から
明らかなように、非常に薄型に構成でき、しかも、構成
部品が樹脂と反射部材のみとなるため、比較的安価に、
かつ、短期日で製作が可能となる。また、図９のように
発光素子と組み合わせた場合、大面積で発光させられる
発光面積の変換素子として用いることができ、また光学
レンズとしてみた場合、高ＮＡの光学レンズとして機能
させることができる。また、光出射面、または光入射面
が平坦で見栄えが良い上に、埃、ゴミ、水滴等が堆積せ
ず、光の出射方向、または入射方向の外径を小さくして
機器の小型化を図ることも可能になる。なお、この図
９、図１０に示した実施形態は、前記図２に示した第２
の実施形態による光素子用光学デバイスの場合を例にと
って説明したが、図１、図３、図４、図５、図８等に示
した第１、第３、第４、第５、第６の実施形態として示
した光素子用光学デバイスを用いても良いことはもちろ
んである。
【００５４】図１１と図１２は、以上述べてきたような
光素子用光学デバイスを、他の光学部材と組み合わせた
応用例であり、図１１に示したものは、図２に示したよ
うな発光デバイスの前面に拡散板を配置したもの、図１
２に示したものは、同じく図２に示したような発光デバ
イスの前面に導光板を配置したものである。
【００５５】図１１において、１００は前記図２に示し
たような発光デバイス、１０１は曇りガラス、拡散板、
拡散レンズなど、光を拡散する部材で、発光デバイス１
００から出た光は全て平行光化されて拡散板１０１に達
するから、強力で効果的な拡散光が得られる。また、本
発明になる光素子用光学デバイスは、従来例として示し
た図１３のものに較べ、前面に凸部がないから発光デバ
イス１００と拡散板１０１の距離を近づけることがで
き、場所的制約を低減できる。そのため、自動車のハイ
マウントストップランプ、検査カメラの照明など、発光
デバイス１００の前面に拡散板や拡散レンズなどを配置
するものでは、設置場所を選ぶことなく有効に利用でき
る。
【００５６】また、図１２において、１０２は前記図２
に示したような発光デバイス、１０３は導光板で、電気
製品等の表示部では、基板上に実装されている発光デバ
イスから表示部までの距離があり、このように導光板を
介して光を導く例が多い。この場合も発光デバイス１０
２から出た光はほぼ平行光化されて導光板１０３に導か
れ、かつ、導光板と発光デバイス１０２の間は凸部のよ
うに間を隔てるものがなく、近接して構成できるから、
漏れ光が少なく、高効率に光を導光することが可能とな
る。
【００５７】
【発明の効果】以上記載の如く本発明によれば、凸部を
設けずに前方に光を出射できる光素子用光学デバイスを
作ることができ、そのため、光出射面が平坦で見栄えが
良い上に、埃、ゴミ、水滴等が堆積せず、光の出射方
向、または入射方向の外径を小さくして機器の小型化を
図ることが可能になると共に、他の光学部品と組み合わ
せる場合にも場所的制約を低減できるなどの効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における第１の実施形態に係る要部構
成を示す概略断面図である。
【図２】 本発明における第２の実施形態に係る要部構
成を示す概略断面図である。
【図３】 本発明における第３の実施形態に係る要部構
成を示す概略断面図である。
【図４】 本発明における第４の実施形態に係る要部構
成を示す概略断面図である。
【図５】 本発明における第５の実施形態に係る要部構
成を示す概略断面図である。
【図６】 本発明における第２の実施形態における光素
子用光学デバイスを用いた発光デバイスの成形方法を説
明するための図である。
【図７】 本発明における発光デバイスの成形方法の他
の方法を説明するための図である。
【図８】 本発明における第６の実施形態に係る要部構
成を示す概略断面図である。
【図９】 本発明における光素子用光学デバイスを、独
立した発光素子と組み合わせた場合の説明図である。
【図１０】 本発明における光素子用光学デバイスを、
独立した受光素子と組み合わせた場合の説明図である。
【図１１】 本発明における光素子用光学デバイスを、
他の光学部材と組み合わせた場合の説明図である。
【図１２】 本発明における光素子用光学デバイスを、
他の光学部材と組み合わせた場合の説明図である。
【図１３】 従来の光素子用光学デバイスの説明図であ
る。
【符号の説明】
１ 発光素子 ２ 受け皿部 ３ リードフレーム ４ ボンディングワイヤ ５ 他方のリードフレーム ６ 光反射部材 ７ 直接出射領域 ８ 全反射領域 ９ モールド樹脂 ２０ レンズ部 ２１ 第２の樹脂 ２２、２３、２４ 発光素子１からの光の経路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細川 速美 京都市下京区塩小路通堀川東入南不動堂町 801番地 オムロン株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 DA18 DA25 DA57 DA58 DA78 EE11 EE23 5F073 AB27 AB29 FA27 FA28 FA29 5F088 AA01 BA16 HA09 JA06 JA09 JA12

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光素子から外部に至る出射光、あるいは
    外部から光素子に至る入射光の光路を制御する光素子用
    光学デバイスであって、 光反射部材と、前記光反射部材の少なくとも光反射面を
    覆い、前記光素子前方の所定領域を外れた光を樹脂界面
    でほぼ全反射させる全反射領域を形成させるべく樹脂を
    配置した樹脂部材とからなり、前記光素子前方の所定領
    域を外れた光の、前記光素子と光素子用光学デバイスの
    外部とを結ぶ光経路が、前記樹脂界面と、前記光反射部
    材の各々で、少なくとも１回以上反射する経路を経由す
    るように前記樹脂界面、あるいは前記光反射部材の配置
    が定められ、 かつ前記樹脂部材は少なくとも２つ以上の異なる屈折率
    を有する樹脂を用いた多層構造を有することを特徴とす
    る、光素子用光学デバイス。
  2. 【請求項２】 前記樹脂部材の前記光反射部材に対抗す
    る面が、平面となるように構成したことを特徴とする、
    請求項１に記載の光素子用光学デバイス。
  3. 【請求項３】 前記樹脂部材の前記光反射部材に対抗す
    る面が、同一の屈折率の樹脂で覆われていることを特徴
    とする、請求項１、または２に記載の光素子用光学デバ
    イス。
  4. 【請求項４】 前記光反射部材を覆う樹脂よりも、屈折
    率の大きな樹脂によって、光反射部材側へ凸部を設けた
    ことを特徴とする請求項１から３に記載の光素子用光学
    デバイス。
  5. 【請求項５】 前記光反射部材を覆う樹脂よりも、屈折
    率の小さな樹脂によって、光反射部材側に凹部を設けた
    ことを特徴とする請求項１から３に記載の光素子用光学
    デバイス。
  6. 【請求項６】 前記光素子として、発光素子を用い、該
    発光素子を封止するか、または配置できるようにしたこ
    とを特徴とする請求項１から５に記載の光素子用光学デ
    バイス。
  7. 【請求項７】 前記光素子として、受光素子を用い、該
    受光素子を封止するか、または配置できるようにしたこ
    とを特徴とする請求項１から５に記載の光素子用光学デ
    バイス。
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