JP2006352105A - 光送信デバイスおよびそれを用いた光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で且つ高出力半導体レーザを用いても人の眼に安全で高い光取り出し効率を得る。
【解決手段】光送信デバイス１１は、ＬＤチップ１２がマウントされたサブマウント１３等が挿入された直方体形状の金属あるいはプラスチックの型に、光散乱粒子を高濃度に且つ均一に混練されたゲル状あるいはゴム状の物質を注入し、熱硬化させて形成する。したがって、高コヒーレンスな高源を用いても、数μmオーダーであったＬＤチップ１２端面での光源径が数mmオーダーにまで拡大されてアイセーフティを満たすＰＡＲの標準偏差σ(＝０.０６)を得ることができる。さらに、ＬＤチップ１２からのレーザ光は金属製の反射面等によって反射されることないため、上記反射による吸収損失は殆ど無い。したがって、高い光取り出し効率を得ることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、光送信デバイスおよびそれを用いた光源装置に関する。

従来、表面実装型赤外線通信モジュールに使用される光送信デバイスとしては、ＬＥＤ(発光ダイオード)が広く用いられている。例えば、基板に設けられた裁頭円錐形状のざぐり(窪地)に上記ＬＥＤが配置されているもの(特開２００１‐３６１４８号公報(特許文献１))、あるいは、基板上に配置されたカップに形成された裁頭円錐形状のざぐりに上記ＬＥＤが配置されているもの(特開平１１‐８４１５号公報(特許文献２))等がある。上記特許文献１および特許文献２においては、上記ＬＥＤから放射された光は、上記ざぐり領域およびレンズ領域を通って空間に放出される。

上記ＬＥＤからの放射光は、数十nmの半値幅を有すると共にコヒーレンスが低い。したがって、人の目に入っても安全なアイセーフティを確保し易い。そのために、人が居る空間でも使用することができ、ＩrＤＡ(Infrared Data Association)規格に準ずる赤外線通信モジュール等に広く採用されている。

一方、光源にＬＤ(半導体レーザ)を用いた空間光通信は、ビル間等の人が存在しない場所において、長距離で且つ高速のデータリンクを実現可能にしている。レーザ光は、数nmの狭い半値幅でコヒーレンスが極めて高いため、ビーム放射角度を狭くすることができ、数kｍ〜数十kｍの距離での伝送を可能にしている。さらに、宇宙空間では、数万kｍ以上をＧbpsオーダーでの衛星間光通信が可能である。

上記ＬＤを用いることで、上記ＬＥＤを用いる場合に比して、（１）消費電力を約１/３に低減できる(発熱量の低減)、（２）変調速度を大幅に増大できる(ＬＥＤ：＜１００Ｍbps，ＬＤ：＞数Ｇbps)、（３）通信品質に関わるＳ/Ｎ(信号対雑音比)を改善できる等の利点を有する。

したがって、従来ＬＥＤが用いられてきたＩrＤＡ規格に準ずる光源をＬＤに置き替えて用いることができれば、従来よりも優れたシステムを構築できる可能性がある。しかしながら、レーザ光の高コヒーレンスのため、人が居る空間においてＬＤからのレーザ光をそのまま用いて通信を行うことは、アイセーフティの観点から難しい。つまり、人の目にレーザ光が入射した場合、網膜上で焦点を結ぶために光密度の極端に高いスポットが生じて目に損傷を与える恐れがあるためである。

そのため、比較的安価な近赤外波長域のＬＤをアイセーフ化してワイヤレス光通信に用いる試みが少なからず提案されている。しかしながら、比較的大掛かりな拡散板やビーム整形光学系を用いるものが多く、ＩrＤＡ準拠品並みの小型化や低価格化を実現するのは困難であるという問題がある。

また、特開２００３‐２５８３５３号公報(特許文献３)に開示された「光源装置およびそれを用いた光通信システム」においては、高出力ＬＤを光源素子として用いても人の目の安全を確保でき、高速であり且つ広範囲な通信エリアを有するワイヤレス光通信システムに適した小型の光源装置が開示されている。

上記特許文献３における光源装置は、図２１に示すように、ざぐり部２が設けられた樹脂基板１と、ざぐり部２内に配置されたＬＤ３と、ざぐり部２内に樹脂基板１の表面よりも盛り上がるように光散乱体が高濃度且つ均一に充填されてなる盛り上がり部４と、樹脂基板１上を平坦に覆うと共に盛り上がり部４上に凸レンズを形成するエポキシ樹脂モールドレンズ部５とで、概略構成されている。

上記ざぐり部２内から樹脂基板１の表面に掛けて配線パターン６が形成されている。そして、ざぐり部２の底面上における配線パターン６上には、ＬＤ３の下側接続端子が接続される。一方、ＬＤ３の上側接続端子には、樹脂基板１上に設けられた電極７がワイヤ８を介して接続されている。

上記構成において、上記ＬＤ３から出射された高コヒーレント光は、ざぐり部２内の盛り上がり部４を構成する光散乱体による多重散乱によって拡散し、概ね光軸９の方向に進む。ここで、ざぐり部２内の盛り上がり部４は、上記光散乱体とゲル状またはゴム状の物質とを注入し、熱または光によって硬化させて形成されている。したがって、概ね光軸９の方向に進んでざぐり部２の壁面(配線パターン６)で反射された光は、ゲル状またはゴム状の物質で満たされた盛り上がり部４を経て、エポキシ樹脂モールドレンズ部５を通過することになる。その結果、ゲル状またはゴム状の物質で満たされた盛り上がり部４内に光散乱体が高濃度に且つ均一に分散されている場合には、近視野像に生じる高コントラストのスペックルはある程度までは抑制することができる。

ここで、近視野像のスペックル量を見積もる指標として、近視野像の位置における光強度の対平均値比ＰＡＲ(Peak-to-Average Ratio)の標準偏差σを用いることができる。ゲル状またはゴム状の物質で満たされた盛り上がり部４においては静的光多重散乱を引き起こすため、近視野像の位置におけるＰＡＲの標準偏差σの値は０.０８(人の目に安全なアイセーフとなるレベル)以下となる。したがって、上記特許文献３によれば、人の目に安全なアイセーフとなるレベル以下まで、スペックルを抑えることができるのである。

しかしながら、上記特許文献３に開示された「光源装置」には、以下のような問題がある。

すなわち、赤外線通信モジュール用光源としては、数百mＷ以上の高出力が容易に得られ、安価に製造可能な端面発光タイプのＬＤが望ましい。このようなＬＤを、例えば上記特許文献３におけるＬＤ３として用いた場合には、レーザ光をざぐり部２の壁面(配線パターン６)で反射させて、方向を変換する必要がある。その際に、反射面でレーザ光が吸収されて、光送信デバイスからの光の取り出し効率が低下する可能性がある。また、上記反射面の面精度によってはスペックルが増大し、上記ＰＡＲの標準偏差σをアイセーフティのレベルに保つことができなくなる恐れもある。

また、上記ＬＤの動特性を生かしてデータ伝送速度を高速化する場合には、Ｓ/Ｎを増大させることが不可欠であり、光出力の増大が必要である。しかしながら、それに伴って発熱量が増大し、延いてはＬＤからの光出力の低下を招くことになる。光通信モジュールにおいては、できるだけ高効率で電気信号から光信号を得ることが必要であり、高速データ伝送から見ても、上述したような反射による吸収損失は望ましくない。

また、アイセーフティに必要な上記ＰＡＲの標準偏差σを実現するためには、上記光散乱体を含む盛り上がり部４におけるレーザ光の行路長が重要な要素となる。つまり、総ての光源装置に関して、ざぐり部２内のＬＤ３の位置と光散乱体を含む盛り上がり部４の高さとが略揃っていて、レーザ光の行路長が一定となっていることが要求される。しかしながら、図２１に示す構造の場合には、ポッティング等の手法によってざぐり部２内に光散乱剤を含む物質が落とされるため、光散乱体を含む物質の厚み、つまり行路長を正確に一定値に保つことが難しいのである。

また、上記ざぐり部２をドリル等を用いて作製する際に、樹脂基板１上でのざぐり位置が所望の箇所から１００μｍ程度ずれ、位置精度を確保することが難しい。そのために、ＬＤ３の位置ずれ、延いてはアイセーフに必要な光拡散領域の行路長にばらつきが生じてしまうという問題もある。
特開２００１‐３６１４８号公報 特開平１１‐８４１５号公報 特開２００３‐２５８３５３号公報

そこで、この発明の課題は、簡単な構成で且つ高出力半導体レーザを用いても人の眼に安全で高い光取り出し効率が得られる光送信デバイスおよびそれを用いた光源装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の光送信デバイスは、
半導体レーザ素子と、
上記半導体レーザ素子が実装されるマウントと、
上記半導体レーザ素子からこの半導体レーザ素子から放射されたレーザ光が外部空間に放射される箇所までの領域に配置されると共に、透過するレーザ光を散乱させる光散乱粒子を含む光散乱部材と
を備え、
上記半導体レーザ素子から上記外部空間との境界までにおける上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光軸は一直線状になっている
ことを特徴としている。

上記構成によれば、上記光散乱部材による光散乱機能によって、上記半導体レーザ素子からのレーザ光における光源径が拡大される。したがって、高出力の半導体レーザ素子を用いていても、アイセーフティを満たすための光強度のＰＡＲの標準偏差σ(＝０.０６)を簡単な構成で得ることができる。

さらに、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、反射体によって反射されることなく外部空間に放射される。したがって、上記反射による吸収損失が殆ど無く、高い光取り出し効率が得られる。

また、１実施の形態の光送信デバイスでは、
上記半導体レーザ素子の接続端子と電気的に接続された電極を備えている。

この実施の形態によれば、上記半導体レーザ素子,マウント,光散乱部材および電極を一体に形成することによって、光送信デバイスの小型モジュール化を図ることができ、汎用性を得ることができる。

また、１実施の形態の光送信デバイスでは、
上記マウントには、上記半導体レーザ素子における隣接する２つの面の少なくとも一部を接触させて、上記半導体レーザ素子における上記マウントに対する位置を固定する段差が設けられている。

この実施の形態によれば、上記半導体レーザ素子の点光源における上記マウントに対する位置を所定の位置に保つことができる。したがって、光送信デバイスの小型モジュール化を図った場合に、上記点光源における上記モジュール上の位置を揃えることが可能になる。

また、１実施の形態の光送信デバイスでは、
上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子,マウントおよび電極を覆うように形成されており、
上記光散乱部材における上記半導体レーザ素子の出射端面に対向する面は、上記半導体レーザ素子の点光源からの距離が所定距離である平面である。

この実施の形態によれば、上記半導体レーザ素子,マウント,光散乱部材および電極を一体に形成して、光送信デバイスの小型モジュール化を図ることができる。さらに、上記点光源から上記光散乱部材における上記半導体レーザ素子の出射端面に対向する面までの距離が一定であるため、アイセーフティに必要な行路長を正確に再現できる構造を得ることができる。

また、１実施の形態の光送信デバイスでは、
上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子,マウントおよび電極を覆うように形成されており、
上記光散乱部材における上記半導体レーザ素子の出射端面に対向する面は、凸形の曲面である。

この実施の形態によれば、上記半導体レーザ素子,マウント,光散乱部材および電極を一体に形成して、光送信デバイスの小型モジュール化を図ることができる。さらに、上記半導体レーザ素子の点光源から上記光散乱部材における出射端面に対向する面までの距離を一定にすることが可能になるため、アイセーフティに必要な行路長を正確に再現できる構造を得ることが可能となる。さらに、上記半導体レーザ素子の点光源から出射されたレーザ光の光路長を、何れの方向に対してもアイセーフに必要な最低限の行路長にすることが可能になる。さらに、上記光散乱部材にレンズとしての機能を持たせることができ、光の取り出し効率をより向上させることができる。

また、１実施の形態の光送信デバイスでは、
上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子,マウントおよび電極を覆うように形成されており、
上記光散乱部材を覆うと共に、上記光散乱部材の硬度よりも高い硬度を有する薄膜物質を備えている。

この実施の形態によれば、上記光散乱部材は、この光散乱部材の硬度よりも高い硬度を有する薄膜物質で覆われているので、上記薄膜物質で覆われた光散乱部材を金属あるいはプラスチックの型を用いて形成する場合には、離型剤を用いて上記型から外し易くすることができる。さらに、上記光散乱部材は、この光散乱部材の硬度よりも高い硬度を有する上記薄膜物質で覆われているため、ピンセットや生産装置等によって触れることができる箇所に制限が無く、取り扱いが容易である。

また、１実施の形態の光送信デバイスでは、
上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子,マウントおよび電極を覆うように形成されており、
上記光散乱部材を収納して空間に露出しないようにすると共に、上記光散乱部材の硬度よりも高い硬度を有する高硬度樹脂を備えている。

この実施の形態によれば、上記光散乱部材は、この光散乱部材の硬度よりも高い硬度を有する高硬度樹脂によって、空間に露出しないように収納されている。したがって、上記高硬度樹脂に収納された光散乱部材を金属あるいはプラスチックの型を用いて形成する場合には、離型剤を用いて上記型から外し易くすることができる。さらに、上記光散乱部材は、この光散乱部材の硬度よりも高い硬度を有する上記高硬度樹脂で収納されているために、ピンセットや生産装置等によって触れることができる箇所に制限が無く、取り扱いが容易である。

また、１実施の形態の光送信デバイスでは、
上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子,マウントおよび電極を覆うように形成されると共に、基板上に搭載されており、
上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が上記基板に対して垂直方向に放射されるように配置されている。

この実施の形態によれば、上記半導体レーザ素子,マウント,光散乱部材および電極を一体に形成して、光送信デバイスの小型モジュール化を図ることができる。さらに、上記モジュールを、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が上記基板に対して垂直方向に放射されるように配置して上記基板上に搭載することによって、上記レーザ光の放射方向が上記基板に対して垂直方向である光送信デバイスを簡単に得ることができる。

また、１実施の形態の光送信デバイスでは、
上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子,マウントおよび電極を覆うように形成されると共に、基板上に搭載されており、
上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が上記基板に対して平行な方向に放射されるように配置されている。

この実施の形態によれば、上記半導体レーザ素子,マウント,光散乱部材および電極を一体に形成して、光送信デバイスの小型モジュール化を図ることができる。さらに、上記モジュールを、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が上記基板に対して平行な方向に放射されるように配置して上記基板上に搭載することによって、上記レーザ光の放射方向が上記基板に対して平行方向である光送信デバイスを簡単に得ることができる。

また、この発明の光源装置は、
上記光送信デバイスと、
上記光散乱部材からこの光散乱部材から放射されたレーザ光が外部空間に放射される箇所までの領域に配置されると共に、レーザ光が透過するレンズ部と
を備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、上記高い光取り出し効率が得られる光送信デバイスを用いている。したがって、従来の光送信デバイスを用いた場合に比して、通信距離を大幅に伸ばすことができ、離れた場所の通信に適用できる光通信装置を提供できる。さらに、モジュール化を図ることができる光送信デバイスを用いているため、上記光散乱部材における上記半導体レーザ素子の点光源に対向する面までの距離を一定にして、アイセーフティに必要な行路長を正確に再現できる。

また、この発明の光送信デバイスは、
半導体レーザ素子と、
上記半導体レーザ素子が実装される実装部材と、
上記半導体レーザ素子からこの半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が外部空間に放射される箇所までの領域に、上記半導体レーザ素子の出射端面に接するように配置されると共に、ゲル状あるいはゴム状の物質でなる低硬度樹脂と、
少なくとも上記半導体レーザ素子及び上記低硬度樹脂を覆うように配置されると共に、上記低硬度樹脂よりも高い硬度を有する高硬度樹脂と
を備え、
上記実装部材は、上記半導体レーザ素子の出射端面の位置に隣接して第１の凹部を有しており、
上記低硬度樹脂は、上記第１の凹部内に充填されており、
上記半導体レーザ素子から上記外部空間との境界までにおける上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光軸は一直線状になっている
ことを特徴としている。

上記構成によれば、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、反射体によって反射されることなく外部空間に放射される。したがって、上記反射による吸収損失が殆ど無く、高い光取り出し効率が得られる。

さらに、上記実装部材における上記半導体レーザ素子の出射端面の位置に隣接して設けられた第１の凹部内に上記低硬度樹脂を充填するので、上記半導体レーザ素子の出射端面は上記低硬度樹脂によって覆われることになる。そのために、上記半導体レーザ素子に不要な応力が掛かることが無く、長期の信頼性が確保し易い。さらに、上述のように、上記低硬度樹脂を上記第１の凹部内にのみに配置することによって、上記半導体レーザ素子および上記低硬度樹脂を覆うような形状に、上記高硬度樹脂を形成することが可能になる。

また、この発明の光送信デバイスは、
半導体レーザ素子と、
上記半導体レーザ素子が実装される実装部材と、
上記半導体レーザ素子からこの半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が外部空間に放射される箇所までの領域に、少なくとも上記半導体レーザ素子を覆うように形成されると共に、ゲル状あるいはゴム状の物質でなる低硬度樹脂と、
上記半導体レーザ素子,上記実装部材および上記低硬度樹脂を収納すると共に、上記低硬度樹脂よりも高い硬度を有する第１の高硬度樹脂部と、
上記低硬度樹脂が空間に露出しないように形成されると共に、少なくとも主成分が上記第１の高硬度樹脂部と同じである第２の高硬度樹脂部と
を備え、
上記半導体レーザ素子から上記外部空間との境界までにおける上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光軸は一直線状になっている
ことを特徴としている。

上記構成によれば、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、反射体によって反射されることなく外部空間に放射される。したがって、上記反射による吸収損失が殆ど無く、高い光取り出し効率が得られる。

さらに、上記低硬度樹脂は上記半導体レーザ素子を覆うように形成されている。そのために、上記半導体レーザ素子に不要な応力が掛かることが無く、長期の信頼性が確保し易い。さらに、上記低硬度樹脂が空間に露出しないように上記第２の高硬度樹脂部を形成しているので、上記半導体レーザ素子が当該光送信デバイスの外形に対して位置ずれしなくなり、スペックル量や光取り出し効率を安定させることができる。

また、１実施の形態の光送信デバイスでは、
上記実装部材は、上記第１の凹部に連なって形成された第２の凹部を有しており、
上記半導体レーザ素子は、上記第２の凹部内に実装されている。

この実施の形態によれば、上記半導体レーザ素子の出射端面を、上記第１の凹部および上記第２の凹部内に充填された低硬度樹脂によって確実に覆うことが可能になる。

また、１実施の形態の光送信デバイスでは、
上記低硬度樹脂は、透過するレーザ光を散乱させる光散乱粒子を含んでいる。

この実施の形態によれば、上記低硬度樹脂に含まれる光散乱粒子による光散乱機能によって、上記半導体レーザ素子からのレーザ光における光源径が拡大される。したがって、高出力の半導体レーザ素子を用いていても、アイセーフティを満たすための光強度のＰＡＲの標準偏差σ(＝０.０６)を簡単な構成で得ることができる。

以上より明らかなように、この発明の光送信デバイスは、光散乱部材による光散乱機能によって、半導体レーザ素子からのレーザ光における光源径を拡大することができる。したがって、高出力の半導体レーザ素子を用いる場合でも、アイセーフティを満たすための光強度のＰＡＲの標準偏差σ(＝０.０６)を簡単な構成で得ることができる。さらに、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を、反射体によって反射されることなく外部空間に放射することができる。したがって、上記反射による吸収損失が殆ど無く、高い光取り出し効率を得ることができる。

したがって、この発明によれば、反射や無用な散乱による光損失を抑えつつ、十分にアイセーフティを確保できる小型で低コストな光送信デバイスを実現することができるのである。

また、上記光散乱部材を上記半導体レーザ素子,マウントおよび電極を覆うように形成し、上記光散乱部材における上記半導体レーザ素子の出射端面に対向する面を、上記半導体レーザ素子の点光源からの距離が所定距離である平面あるいは凸形の曲面とすれば、上記半導体レーザ素子,マウント,光散乱部材および電極を一体に形成して光送信デバイスの小型モジュール化を図ることができる。さらに、上記点光源から上記光散乱部材における上記半導体レーザ素子の出射端面に対向する面までの距離を一定にして、アイセーフティに必要な行路長を正確に再現することができる。

また、この発明の光源装置は、上記高い光取り出し効率が得られる光送信デバイスを用いているので、通信距離を大幅に伸ばすことができ、離れた場所の通信に適用できる光通信装置を提供できる。さらに、モジュール化を図ることができる光送信デバイスを用いているため、上記光散乱部材における上記半導体レーザ素子の点光源に対向する面までの距離を一定にして、アイセーフティに必要な行路長を正確に再現できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の光送信デバイスを搭載した光源装置における断面図である。また、図２は、図１に示す光源装置に搭載された光送信デバイスの斜視図である。

図１および図２に示すように、本光送信デバイス１１は概観が直方体を有している。そして、ＬＤチップ１２は、銅等で形成されたサブマウント１３上に、銀ペースト等の導電性の媒質によってダイボンド実装されている。ここで、サブマウント１３には、ＬＤチップ１２のサブマウント１３上における図１中上下方向の位置を正確に得るために、わずかな段差１３aが設けてある。そして、ＬＤチップ１２は、その側面と端面とを段差１３aを構成する二つ面に密着させて段差１３aに載置されている。尚、光源装置によっては、ＬＤチップ１２の位置ずれが少ない場合がある。そのような場合には、段差１３aは無くても良い。

上記ＬＤチップ１２における一方の接続端子は、上述したように、金属製のサブマウント１３に直接接続されている。これに対して、他方の接続端子は、金等のワイヤ１４を介して、サブマウント１３上の電極１５に接続されている。ここで、電極１５は、サブマウント１３の表面に形成された絶縁層１６上に、サブマウント１３と電気的に非接触な状態で接着されている。そして、サブマウント１３,ＬＤチップ１２,電極１５および絶縁層１６は、ゲル状あるいはゴム状の物質中に光散乱粒子が高濃度に且つ均一に混練されてなる光散乱部材１７によって覆われている。尚、光散乱部材１７は、全体として直方体の形状に整形されている。

このように直方体形状に形成された光送信デバイス１１は、ガラスエポキシ樹脂基板１８上に配置される。その際に、ＬＤチップ１２から出射されるレーザ光の光軸１９の方向が、図１に示すように、ガラスエポキシ樹脂基板１８の表面に対して垂直方向になるように配置する。そして、サブマウント１３はガラスエポキシ樹脂基板１８上の電極パターン２０に接続される一方、電極１５はガラスエポキシ樹脂基板１８上の電極パターン２１に接続される。こうして、光送信デバイス１１が搭載されたガラスエポキシ樹脂基板１８はエポキシ樹脂によって覆われ、さらに、トランスファーモールドによって光送信デバイス１１上に半球状のエポキシ樹脂モールドレンズ２２が形成される。

次に、上記光散乱部材１７についてさらに詳細に説明する。光散乱部材１７は、シリコーンゲルに光散乱粒子を高濃度に且つ均一に混練させたものである。形成方法は、熱硬化性の液状シリコーンに光散乱粒子を規定量混入し、混錬機で十分攪拌したものを、ＬＤチップ１２がマウントされたサブマウント１３等が挿入された直方体形状の金属あるいはプラスチックの型に注入して、ＬＤチップ１２およびサブマウント１３等と共に熱硬化させて形成する。尚、以上のようにして形成された光送信デバイス１１は、ガラスエポキシ樹脂基板１８に実装され、その後に、トランスファーモールドによってエポキシ樹脂モールドレンズ２２が形成されるのである。

上記シリコーンゲルでなる光散乱部材１７は、硬化剤の比率を高くすることによって、本光源装置を持ち運ぶ際に加わる外部からの力に対する耐性を向上させることができる。しかしながら、あまり硬度を上げ過ぎると、ＬＤチップ１２への応力が大きくなって破損の恐れが生じるため、適度な硬度に調節することが必要である。

以下、上記光送信デバイス１１における光散乱について説明する。光散乱部材１７において、シリコーンゲル(屈折率１.４０５)に対して高濃度に且つ均一に混練される光散乱粒子として、有機系スチレン粒子(平均粒径１μm、屈折率１.５９５)を用いている。したがって、ＬＤチップ１２から出射したレーザ光は、光散乱部材１７中の光散乱粒子によって複数回散乱されながら光散乱部材１７の上端に到達する。そして、その後、エポキシ樹脂モールドレンズ２２を経て本光源装置外に放射されるのである。

図２１に示す従来の光源装置の場合には、レーザ光は多数回の散乱と同時に配線パターン６による多数回の金属反射が行われるために、レーザ光の一部は金属で吸収されてしまう。これに対して、本実施の形態においては、金属による吸収がないため、光の取り出し効率を向上させることができるのである。

尚、本実施の形態においては、活性層における水平方向への指向半値角度が±８度であり、垂直方向への指向半値角度が±２５度であるＬＤチップ１２を用いている。また、ＬＤチップ１２の出射端面から光散乱部材１７の上端までの長さを０.４mmとし、上記スチレン粒子をシリコーンゲルに対して重量比７％で混合している。この場合、光散乱部材１７の上端面における光源径は約０.８mmに拡大され、エポキシ樹脂モールドレンズ２２のレンズゲインによって更に２倍程度に拡大される。これらによって、元々数μmオーダーであったＬＤチップ１２端面での光源径が数mmオーダーにまで拡大され、数mm角の小さな領域でアイセーフティを満たす上記ＰＡＲの標準偏差σ(＝０.０６)を得ることができるのである。

また、上記エポキシ樹脂モールドレンズ２２からの放射角度は、エポキシ樹脂モールドレンズ２２の形状を調整することで、所望の半値角度に設定することができる。また、用いるＬＤチップ１２の指向半値角度が変化する場合であっても、本実施の形態で得られる光源径には殆ど変化がないことが確認された。通常、約±５度〜±３０度の指向半値角度を有するＬＤチップ１２を用いる場合は、略同一の光源径を得ることができる。つまり、用いるＬＤチップ１２の指向半値角度もしくは指向半値角度のばらつきに依存せずに、十分なアイセーフティを得ることができるのである。

以上のごとく、本実施の形態においては、上記サブマウント１３上に実装されたＬＤチップ１２を光散乱部材１７で覆ってなる光送信デバイス１１を、ＬＤチップ１２からのレーザ光の光軸１９の方向がガラスエポキシ樹脂基板１８の表面に対して垂直方向になるようにガラスエポキシ樹脂基板１８上に搭載されている。したがって、ＬＤチップ１２からのレーザ光は、金属製の反射面等によって反射されることなく、エポキシ樹脂モールドレンズ２２に向かって放射される。そのため、上記反射による吸収損失は殆ど無い。

すなわち、本実施の形態によれば、高効率で電気信号から光信号を得ることができるため光出力を増大させ、Ｓ/Ｎを増大させることができる。したがって、データ伝送速度を高速化することが可能になる。

また、上記光送信デバイス１１は、上記ＬＤチップ１２がマウントされたサブマウント１３等が挿入された直方体形状の金属あるいはプラスチックの型に、光散乱粒子が高濃度に且つ均一に混練されたゲル状あるいはゴム状の物質を注入し、熱硬化させて形成する。したがって、総ての光送信デバイス１１に関して、ＬＤチップ１２の発光点から光散乱部材１７の上面までの高さを揃えることができる。さらに、ドリル等を用いて上記ざぐり部を形成する必要が無い。したがって、総ての光源装置に関して、エポキシ樹脂モールドレンズ２２の光軸に対するＬＤチップ１２の光軸の位置を揃えることができる。すなわち、総ての光源装置に関して、光拡散領域中におけるレーザ光の行路長を一定にすることができ、アイセーフティに必要な上記ＰＡＲの標準偏差σを容易に実現することができるのである。

尚、本実施の形態において、図２から分かるように、光送信デバイス１１の主に光軸１９の方向に光散乱部材１７が存在するが、光送信デバイス１１の全体が光散乱部材１７で覆われていても差し支えない。但し、光送信デバイス１１がガラスエポキシ樹脂基板１８と電気的に接続される電極パターン２０,２１の部分は、通電が阻害されないよう光散乱部材１７で覆わないようにする必要がある。

・第２実施の形態
図３は、本実施の形態の光送信デバイスを搭載した光源装置における断面図である。この光源装置は、搭載された光送信デバイス３１における光散乱部材を除いて上記第１実施の形態における光送信デバイス１１を搭載した光源装置と同一の構成を有している。

図３に示すように、ＬＤチップ３２,サブマウント３３,ワイヤ３４,電極３５,絶縁層３６,ガラスエポキシ樹脂基板３８,電極パターン４０,電極パターン４１およびエポキシ樹脂モールドレンズ４２は、図１に示す上記第１実施の形態の光源装置におけるＬＤチップ１２,サブマウント１３,ワイヤ１４,電極１５,絶縁層１６,ガラスエポキシ樹脂基板１８,電極パターン２０,電極パターン２１およびエポキシ樹脂モールドレンズ２２と同じであり、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態における光散乱部材３７は、上記光散乱粒子として、ＴiＯ₂微粒子(平均粒径０.８μm、屈折率２.７１)を用いた点において、図１に示す上記第１実施の形態の光源装置における光散乱部材１７とは異なる。また、その形状も、光散乱部材１７は直方体であるのに対して、光散乱部材３７は、直方体の上部が半球状に整形されている点において異なる。

本実施の形態においても上記第１実施の形態の場合と同様に、図３に示すように、上記構成の光送信デバイス３１を、上記ＬＤチップ３２からのレーザ光の光軸３９の方向がガラスエポキシ樹脂基板３８の表面に対して垂直方向になるように配置する。その際に、サブマウント３３はガラスエポキシ樹脂基板３８上の電極パターン４０に接続される一方、電極３５はガラスエポキシ樹脂基板３８上の電極パターン４１に接続される。こうして、光送信デバイス３１が搭載されたガラスエポキシ樹脂基板３８はエポキシ樹脂によって覆われ、さらに、トランスファーモールドによって光送信デバイス３１上に半球状のエポキシ樹脂モールドレンズ４２が形成される。

尚、上記光散乱部材３７の形成方法については、上記第１実施の形態の場合と同様であるため省略する。

以下、上記光送信デバイス３１における光散乱について説明する。本実施の形態の光散乱部材３７においては、シリコーンゲル(屈折率１.４０５)に対して高濃度に且つ均一に混練される光散乱粒子として、ＴiＯ₂微粒子(平均粒径０.８μm、屈折率２.７１)を用いている。そして、ＬＤチップ３２から出射したレーザ光は、光散乱部材３７中の光散乱粒子によって複数回散乱される。その場合、上記第１実施の形態の場合には、光送信デバイス１１は直方体形状となっているため、光軸１９からずれた領域においてはレーザ光が所望の散乱回数以上に散乱され、光軸１９の方向以外の方向にも多くのレーザ光が進む可能性がある。

これに対して、本実施の形態においては、上記光散乱部材３７の上部がＬＤチップ３２の点光源を中心とする半球に整形されている。そのため、ＬＤチップ３２の点光源から出射されたレーザ光に対して、何れの方向にもアイセーフに必要な同一の行路長となっている。さらに、その形状からレンズとしての効果が期待できるため、光の取り出し効率をより向上させることができる。

こうして、上記光散乱部材３７を通過したレーザ光は、その後、エポキシ樹脂モールドレンズ４２を経て本光源装置外に放射されるのである。尚、本実施の形態の場合にも、上記第１実施の形態の場合と同様に、図２１に示す従来の光源装置に比べて、金属による吸収がないため、光の取り出し効率を向上させることができるのである。

本実施の形態で用いた上記ＬＤチップ３２は、上記第１実施の形態の場合と同様に、活性層における水平方向への指向半値角度が±８度であり、垂直方向への指向半値角度が±２５度である。また、本実施の形態の場合にも、ＬＤチップ３２の出射端面から光散乱部材３７の上端までの長さを０.４mmとし、上記ＴiＯ₂微粒子をシリコーンゲルに対して重量比１２％で混合している。この場合、光散乱部材３７の上端面における光源径は約０.８mmに拡大され、エポキシ樹脂モールドレンズ４２のレンズゲインによって更に２倍程度に拡大される。これらによって、元々数μmオーダーであったＬＤチップ３２端面での光源径が数mmオーダーにまで拡大され、数mm角の小さな領域でアイセーフティを満たす上記ＰＡＲの標準偏差σ(＝００７)を得ることができるのである。

尚、放射角度制御については、上記第１実施の形態と同様であるため説明を省略する。

・第３実施の形態
図４は、本実施の形態の光送信デバイスを搭載した光源装置における断面図である。この光源装置は、上記第１実施の形態における光送信デバイス１１を、エポキシ樹脂等の硬化後の硬度が高い物質で覆った構造の光送信デバイス５１を有している。それ以外は、上記第１実施の形態と同様である。

図４において、ＬＤチップ５２,サブマウント５３,ワイヤ５４,電極５５,絶縁層５６,光散乱部材５７,ガラスエポキシ樹脂基板５８,電極パターン６０,電極パターン６１およびエポキシ樹脂モールドレンズ６２は、図１に示す上記第１実施の形態の光源装置におけるＬＤチップ１２,サブマウント１３,ワイヤ１４,電極１５,絶縁層１６,光散乱部材１７,ガラスエポキシ樹脂基板１８,電極パターン２０,電極パターン２１およびエポキシ樹脂モールドレンズ２２と同じであり、その詳細な説明は省略する。

以下、上記第１実施の形態とは異なる部分についてのみ説明する。すなわち、上記第１,第２実施の形態においては、光散乱部材１７,３７を、光散乱粒子が混練りされたゲル状あるいはゴム状の物質を金属あるいはプラスチックの型に注入して形成する。そして、こうして形成された光散乱部材１７,３７を、ガラスエポキシ樹脂基板１８,３８上に実装している。

これに対し、本実施の形態においては、先ず、エポキシ樹脂を金属あるいはプラスチックの型に薄く塗り、熱硬化させてエポキシ樹脂薄膜６３を形成する。次に、硬化したエポキシ樹脂薄膜６３が周囲に付いている状態の上記型内に、上記光散乱粒子が混練りされたゲル状あるいはゴム状の物質を流し込み、ＬＤチップ５２がマウントされたサブマウント５３を主体とする部品と共に熱硬化させることによって、光散乱部材５７を形成するのである。こうして、形成されたエポキシ樹脂薄膜６３で覆われた光散乱部材５７は、離型剤を用いて上記型から外し易くなるという利点がある。

また、上記光散乱部材５７を構成する上記ゲル状あるいはゴム状の物質は、エポキシ樹脂に比べて柔らかい。したがって、第１,第２実施の形態の場合ように、光散乱部材１７,３７が剥き出しの場合は、ピンセットや生産装置等によって剥き出し状態の光散乱部材１７,３７に触れることは、光散乱部材１７,３７の変形や破損の恐れがあるために難しい。これに対し、本実施の形態のように、光散乱部材５７をこの光散乱部材５７の硬度よりも高い硬度を有するエポキシ樹脂薄膜６３で覆ってなる光送信デバイス５１は、ピンセットや生産装置等によって触れることができる箇所に基本的には制限が無く、扱い易いという利点も得られるのである。

尚、本実施の形態においては、上記第１実施の形態における光送信デバイス１１をエポキシ樹脂薄膜６３で覆った構成を例に説明しているが、この発明は、これに限定されるものではない。例えば、第２実施の形態における光送信デバイス３１をエポキシ樹脂薄膜で覆った構成であっても差し支えない。

・第４実施の形態
図５は、本実施の形態の光送信デバイスを搭載した光源装置における断面図である。この光源装置は、上記第１実施の形態における光源装置に反射体を付加した構造を有している。それ以外は、上記第１実施の形態と同様である。

図５において、光送信デバイス７１,ＬＤチップ７２,サブマウント７３,ワイヤ７４,電極７５,絶縁層７６,光散乱部材７７,ガラスエポキシ樹脂基板７８,電極パターン８０,電極パターン８１およびエポキシ樹脂モールドレンズ８２は、図１に示す上記第１実施の形態の光源装置における光送信デバイス１１,ＬＤチップ１２,サブマウント１３,ワイヤ１４,電極１５,絶縁層１６,光散乱部材１７,ガラスエポキシ樹脂基板１８,電極パターン２０,電極パターン２１およびエポキシ樹脂モールドレンズ２２と同じであり、その詳細な説明は省略する。

以下、上記第１実施の形態とは異なる部分についてのみ説明する。すなわち、本実施の形態においては、エポキシ樹脂モールドレンズ８２とガラスエポキシ樹脂基板７８との間であって、光送信デバイス７１の周囲に、金属あるいは金属で覆われた樹脂で形成された反射体８３が配置されている。

この反射体８３は、上記エポキシ樹脂モールドレンズ８２の直径と略等しい直径の円柱を裁頭円錐の形状にくり抜いた形状を有しており、その中心軸を通る断面は、図５に示すように、２つの直角三角形が互いの斜辺を向き合わせて配置されたような形状を有している。尚、反射体８３は、全体が金属で形成されるか、樹脂で整形した後に少なくとも反射面(傾斜面)をめっき等によって金属で覆われて形成されている。

本実施の形態のごとく反射体８３を設けることは、上記第１実施の形態において述べたように、光軸７９の方向以外の箇所での散乱回数が多くなるため、散乱損失が生ずる可能性がある。そこで、本実施の形態においては、反射体８３は、エポキシ樹脂モールドレンズ８２の方向以外の方向へ拡散したレーザ光を通信に必要な本来の方向に向ける補助的な役割を担うようにしている。また、反射体８３をサブマウント７３と導通している電極パターン８０と接続させることによって、光送信デバイス７１の放熱性を改善でき、延いては光の取り出し効率向上に貢献することができる。

上記特許文献２に開示された「赤外線データ通信モジュール」においては、基板上に配置されたカップに形成された裁頭円錐形状のざぐり内にＬＥＤが配置されており、上記カップは反射体８３と類似している。しかしながら、上記ＬＥＤは光が横方向に出射するように配置されているため、一方の接続端子は当該ＬＥＤの上面に配置されることになる。また、上記カップには当該ＬＥＤの他方の接続端子が接続されている。そのために、当該ＬＥＤの上面に配置された上記一方の接続端子は、ワイヤによって上記カップの上部を迂回して上記カップの外に配置された回路基板に接続する必要がある。したがって、本実施の形態の反射体８３のように、上記カップの直径を、半球レンズ部の直径と略等しい直径にして高さを高くすることが困難なのである。

ある程度高くできたとしても、それに連れて上記ワイヤの長さが長くなる。そのため、上記ワイヤが長くなったことによる寄生インダクタンスが生じて、伝送速度の増大に対応することができなくなる。さらに、上記ワイヤが切れ易くなる等の信頼性の問題を生じる可能性もある。

一方、上記カップの高さが、上記特許文献２に開示されているように低い場合には、上記ＬＥＤからの光の一部が上記半球レンズ部から漏れて通信に必要な方向以外の方向にも進み、隣接する受光素子にも入射して受信信号の誤り率が増大し、光取り出し効率の低下を招く等の問題が発生する。

これに対して、本実施の形態における反射体８３は、エポキシ樹脂モールドレンズ８２の直径と略等しい直径の円柱を裁頭円錐の形状にくり抜いた形状を有している。したがって、反射体８３の頂部はエポキシ樹脂モールドレンズ８２の最外縁に達しており、ＬＤチップ７２からのレーザ光は総てエポキシ樹脂モールドレンズ８２に導かれることになり、受信信号の誤り率増大や光取り出し効率の低下を防止することができる。

さらに、上記ＬＤチップ７２における２つの接続端子は、光送信デバイス７１に設けられたサブマウント７３と電極７５とに光送信デバイス７１の内部で接続されている。そして、光送信デバイス７１のサブマウント７３と電極７５とは、反射体８３内において、ガラスエポキシ樹脂基板７８上の電極パターン８０,８１に直接接続されている。したがって、ＬＤチップ７２の一方接続端子と光送信デバイス７１の電極７５とを接続するワイヤ７４の長さを必要最小限にして、ワイヤ７４の長さに起因する寄生インダクタンスの増大を抑制して伝送速度の増大に対応することができる。さらに、ワイヤ７４を光散乱部材７７で封止することによって、ワイヤ７４の切断による信頼性の低下を無くすことができるのである。

・第５実施の形態
図６は、本実施の形態の光送信デバイスを搭載した光源装置における断面図である。この光源装置は、上記第３実施の形態における光送信デバイス５１がガラスエポキシ樹脂基板５８に対して垂直方向に光を出射させるのに対して、光送信デバイス９１はガラスエポキシ樹脂基板９８に対して平行な方向に光を出射させるようにしている。すなわち、ガラスエポキシ樹脂基板９８に対して平行方向に光を取り出す必要がある用途に適している。

図６において、ＬＤチップ９２,サブマウント９３,ワイヤ９４及び光散乱部材９７は、図１に示す上記第１実施の形態の光源装置におけるＬＤチップ１２,サブマウント１３,ワイヤ１４および光散乱部材１７と同じであり、エポキシ樹脂薄膜１０３は、図４に示す上記第３実施の形態におけるエポキシ樹脂薄膜６３と同じであり、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態における光送信デバイス９１は、上記第３実施の形態における光送信デバイス５１を横に倒した状態になっている。そして、電極９５は、サブマウント９３における反ＬＤチップ９２側の端面に設けられた絶縁層９６上に形成されている。サブマウント９３および電極９５は、ガラスエポキシ樹脂基板９８上の電極パターン１００および電極パターン１０１に接続されている。

上述したように、本実施の形態における光源装置に実装されている光送信デバイス９１は、上記第３実施の形態における光送信デバイス５１と同様に、エポキシ樹脂薄膜１０３で覆われている。但し、ガラスエポキシ樹脂基板９８との間で電気的接触を行うために、光送信デバイス９１における図６中下側の面はエポキシ樹脂薄膜１０３で覆わないようにしている。

さらに、本実施の形態においては、上記ガラスエポキシ樹脂基板９８に対して平行方向にレーザ光を出射させるために、ガラスエポキシ樹脂基板９８およびエポキシ樹脂モールドレンズ１０２を次のように構成している。すなわち、ガラスエポキシ樹脂基板９８は、光送信デバイス９１における光出射側の端面と同じ位置で切断されている。さらに、ガラスエポキシ樹脂基板９８の表面および光送信デバイス９１を、エポキシ樹脂によって平らに覆っている。そして、上記エポキシ樹脂およびガラスエポキシ樹脂基板９８の端面に、ＬＤチップ９２から出射されるレーザ光の光軸９９と一致する光軸を有する半球状のエポキシ樹脂モールドレンズ１０２が形成されている。

本実施の形態における光散乱部材９７には、上記第１実施の形態の場合と同じ母剤(シリコーンゲル)および光散乱粒子(スチレン)を用いている。したがって、アイセーフティの指標となる上記ＰＡＲの標準偏差σの値は、上記第１実施の形態の場合と同じ値が得られた。

この発明の光源装置は、本実施の形態のように、光送信デバイスの一部を変更するだけで所望の放射方向へ光を取り出すことが可能になる。したがって、非常に汎用性の高い光源装置であると言える。

・第６実施の形態
図７は、本実施の形態の光送信デバイスを搭載した光源装置における断面図である。この光源装置は、搭載されたサブマウントの位置ずれを防止するものである。

図７において、ＬＤチップ１１２,ワイヤ１１４,電極１１５,絶縁層１１６,ガラスエポキシ樹脂基板１１８,電極パターン１２０,電極パターン１２１およびエポキシ樹脂モールドレンズ１２２は、図１に示す上記第１実施の形態の光源装置におけるＬＤチップ１２,ワイヤ１４,電極１５,絶縁層１６,ガラスエポキシ樹脂基板１８,電極パターン２０,電極パターン２１およびエポキシ樹脂モールドレンズ２２と同じであり、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態におけるサブマウント１１３は、次のようにして形成される。すなわち、ガラスエポキシ樹脂基板１１８上に、樹脂系接着剤によって、厚さ１.０mmの銅板を張り合わせ、この銅板を角柱状にエッチングすることによって、高さ１.０mm,幅０.５mmおよび奥行０.５mmの角柱状のサブマウント１１３を形成するのである。次に、樹脂系接着剤によって、サブマウント１１３における図７中下側の表面上に、高さ０.４mm,幅０.２mmおよび奥行０.５mmの絶縁層１１６を張り付け、さらに、樹脂系接着剤によって、絶縁層１１６上に、高さ０.４mm,幅０.３mmおよび奥行０.５mmの電極１１５を張り合わせる。

そうした後、上記サブマウント１１３上にＬＤチップ１１２をマウントし、ワイヤ１１４を用いたワイヤボンディングによってＬＤチップ１１２と電極１１５とを接続する。次に、金属あるいはプラスチックによる直方体の型内に、上記第１実施の形態の場合と同様に、シリコーンゲルに対して高濃度に且つ均一に有機系スチレン粒子を混練したものを注入し、上記混練り材の中に、上述のごとくガラスエポキシ樹脂基板１１８に張り付けられたサブマウント１１３が、ＬＤチップ１１２,ワイヤ１１４,電極１１５および絶縁層１１６と共に挿入される。そして、熱硬化させることによって、光散乱部材１１７が整形されて光送信デバイス１１１が形成される。その後、トランスファーモールドによって、エポキシ樹脂モールドレンズ１２２が形成されるのである。

尚、上記サブマウント１１３はガラスエポキシ樹脂基板１１８上の電極パターン１２０に接続される一方、電極１１５はガラスエポキシ樹脂基板１１８上の電極パターン１２１に接続されている。

以上のごとく、本実施の形態におけるサブマウント１１３は、光散乱部材１１７で覆われるに先立って、予めガラスエポキシ樹脂基板１１８上の所望の位置に樹脂系接着剤によって張り付けられている。したがって、本実施の形態におけるサブマウント１１３のガラスエポキシ樹脂基板１１８に対する位置ずれを、上記第１実施の形態〜第５実施の形態の場合に比して無くすことができる。すなわち、本実施の形態によれば、ＬＤチップ１１２から出射されるレーザ光の光軸１１９とエポキシ樹脂モールドレンズ１２２の光軸とのずれをより少なくできるのである。

・第７実施の形態
本実施の形態は、上記第２実施の形態における光源装置を用いた光通信システムに関する。図８は、本実施の形態の光送信システムにおける断面図である。この光通信システムにおける光源装置は、上記第２実施の形態における光源装置と同じであるため、図３に示す光源装置と同じ部材には同じ番号を付している。

本光通信システムは、同じガラスエポキシ樹脂基板３８上に並列して形成された光源装置とＳi等を材料とする受光素子１３３と受光素子１３３上のエポキシ樹脂モールドレンズ１３４とを含む２組の発光・受光装置１３１,１３２で構成されている。その際に、一方の組の発光・受光装置１３１の光源装置における光送信デバイス３１は、他方の組の発光・受光装置１３２における受光素子１３３と対向しており、上記一方の組の発光・受光装置１３１における受光素子１３３は、上記他方の組の発光・受光装置１３２の光源装置における光送信デバイス３１と対向している。

図８において、上記一方の組の発光・受光装置１３１における光送信デバイス３１から出射された信号光は、対向する上記他方の組の発光・受光装置１３２における受光素子１３３で受光される。一方、上記他方の組の発光・受光装置１３２における光送信デバイス３１から出射された信号光は、対向する上記一方の組の発光・受光装置１３１における受光素子１３３で受光される。こうして、双方向に通信が行われる。

上記各実施の形態において示した光源装置を、本実施の形態における光通信システムに適用することによって、光通信システムの高効率化,低価格化,小型化を図ることが可能になる。また、特に、図２１に示す従来の光源装置に比して、光の取り出し効率に優れているため、伝送距離をより長くした光通信システムを構築することができる。

尚、本実施の形態における光通信システムでは、上記第２実施の形態における光源装置を用いた場合を例に説明した。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではなく、上記第１実施の形態,第３実施の形態〜第６実施の形態における光源装置を用いて構成しても一向に構わない。
・第８実施の形態
本の実施の形態は、上記第１実施の形態〜上記第６実施の形態における光送信デバイス１１,３１,５１,７１,９１,１１１と同様の光送信デバイスを実現するための方法に関する。

図１３および図１４は、本実施の形態における第１例の光送信デバイスを示す。また、図９〜図１２は、上記光送信デバイスの製造工程における基板あるいは光送信デバイスを示す。以下、図９〜図１４にしたがって、上記光送信デバイスの製造方法について説明する。

図９および図１０は、製造途中におけるガラスエポキシ樹脂基板１３５と、その上に実装された半導体レーザチップ１３６を示す。尚、図９は半導体レーザチップ１３６の実装面であり、図１０は上記実装面の裏面である。

上記ガラスエポキシ樹脂基板１３５には、予め、各デバイス毎に、貫通溝１３７と、この貫通溝１３７の位置に配置された半球状の凹部１３８とが、形成されている。図９に示すように、半導体レーザチップ１３６は、その基板側電極(以下、第１電極と言う)を下側にして、ガラスエポキシ樹脂基板１３５の表面に形成された第１電極パターン１３９上に実装される。そして、半導体レーザチップ１３６の上面に設けられた第２電極が、ワイヤ１４１を用いたワイヤボンディングによって第２電極パターン１４０に電気的に接続される。さらに、図１０に示すように、上記第１電極パターン１３９および第２電極パターン１４０は、ガラスエポキシ樹脂基板１３５に設けられた複数の貫通穴１４２,１４３を介して、基板裏面に電気的に接続される。尚、ガラスエポキシ樹脂基板１３５の裏面には、各電極パターン１３９,１４０毎にざぐり穴１４４が形成されている。ここで、図１０におけるガラスエポキシ樹脂基板１３５の裏面図は、図９におけるガラスエポキシ樹脂基板１３５の実装面図と、図上での位置を一致させて描いてあり、必ずしも実際の裏面の状態を表現されてはいない。

次に、図１１に示すように、上記ガラスエポキシ樹脂基板１３５を斜めに傾斜させた状態で、半球状の凹部１３８内にゲル状あるいはゴム状の低硬度のシリコン樹脂１４５をポッティングする。その際に、シリコン樹脂１４５の量を適宜調整することによって、図１１に示すように、半導体レーザチップ１３６の出射端面がシリコン樹脂１４５で覆われるようにする。そうした後に、ガラスエポキシ樹脂基板１３５の傾斜角度を維持したまま、シリコン樹脂１４５を熱硬化させる。尚、シリコン樹脂１４５には、光散乱材を混練しても差し支えない。

次に、図１２に示すように、上記半導体レーザチップ１３６およびシリコン樹脂１４５を覆うように、シリコン樹脂１４５よりも硬度が高いエポキシ系樹脂１４６をトランスファーモールドによって形成する。このエポキシ系樹脂１４６は、レーザ光に対して無散乱のエポキシ系樹脂である。但し、光散乱材が混錬されたエポキシ系樹脂を用いても差し支えない。

最後に、上記貫通溝１３７の中心を通るＡ‐Ａ'断面と、ざぐり穴１４４を横断するＢ‐Ｂ'断面とで、各デバイスをダイシングによって切り出すことによって、図１３および図１４に示すような光送信デバイス１４７を得るのである。尚、図１３は、レーザ光の出射側斜めから見たものである。図１４は、レーザ光出射側とは反対側を斜めから見たものである。レーザ光の光軸を矢印１４８で示している。

以上のように、予めガラスエポキシ樹脂基板１３５上に、貫通溝１３７を形成しておくことによってエポキシ系樹脂１４６が半導体レーザチップ１３６の出射端面を完全に覆った構造の光送信デバイスを得ることが可能となる。また、ガラスエポキシ樹脂基板１３５の裏面におけるレーザ出射側とは反対側の電極パターン１３９,１４０の位置には、予めざぐり穴１４４が形成されている。したがって、このざぐり穴１４４に接続された電極パターン１３９,１４０を介して半導体レーザチップ１３６に通電を行うことができるのである。

上記構成を有する光送信デバイス１４７は、空間に露出している部分が、エポキシ系樹脂１４６およびガラスエポキシ樹脂基板１３５のみであり、上記第１実施の形態〜上記第７実施の形態の場合のようにシリコン系樹脂が露出していない。シリコン系樹脂が露出している光送信デバイスでは、シリコン系樹脂が変形し易く、シリコン系樹脂に外力が加わることによってマウントが移動してしまい、光送信デバイスにおける半導体レーザチップの位置が変化してしまう場合が生ずる。これに対して、本実施の形態においてはシリコン系樹脂が露出していないため、上述の様なことは生じないのである。また、半導体レーザチップ１３６の出射端面は、半球状の凹部１３８に形成された低硬度のシリコン樹脂１４５で覆われている。そのため、半導体レーザチップ１３６に不要な応力が掛かることが無く、長期の信頼性が確保し易い。さらに、半球状の凹部１３８が存在することによって、一定量のシリコン樹脂１４５を半導体レーザチップ１３６の端面に付着させることが可能になる。

図１５は、上記構成を有する光送信デバイス１４７における実際の実装状態を示す。ガラスエポキシ樹脂基板１５１に設けられたざぐり穴１５２内には、正負２つの電極パターン１５３,１５４が形成されている。この電極パターン１５３,１５４と光送信デバイス１４７の第１電極パターン１３９および第２電極パターン１４０とが電気的接続されるように、半田あるいは導電性ペーストによって光送信デバイス１４７を固定する。その際に、光送信デバイス１４７のざぐり穴１４４の存在によって接着強度を増すことができる。

次に、上記ガラスエポキシ樹脂基板１５１に形成されたざぐり穴１５２内に、光散乱材を混練した光散乱樹脂１５５をポッティングによって流し込む。その際に、光散乱樹脂１５５の硬度は幾らでも差し支えない。最後に、エポキシ系樹脂を用いたトランスファーモールドによって、エポキシ樹脂モールドレンズ１５６が形成される。こうして、上記第１実施の形態〜上記第６実施の形態と同様の光源装置を得ることができるのである。

上記構成の光源装置においては、上記光散乱は光散乱樹脂１５５でなされるが、レーザ光の光軸は、半導体レーザチップ１３６からエポキシ樹脂モールドレンズ１５６の外部空間との境界に至るまで一直線状であり、途中に光反射部材は存在しない。そのために、高効率な光取出しを行うことができるのである。

以上のごとく、本実施の形態における第１例の光送信デバイス１４７では光は散乱されず、光送信デバイス１４７自体はアイセーフティを満たしてはいない。以下に示す第２例の光送信デバイスでは、この光送信デバイス自体がアイセーフティを満たすものである。

図１６は、本実施の形態における第２例の光送信デバイスの構成を示す。図１６に示すように、半導体レーザチップ１６１は、その出射端面が、ガラスエポキシ樹脂基板１６２上に一列に配置されると共に、開口部を有する１/４球状の凹部１６３を臨むように実装されている。また、電極パターン１６４,１６５は、夫々ガラスエポキシ樹脂基板１６２の裏面に回り込むように形成されている。このような半導体レーザチップ１６１が一列に配置されたガラスエポキシ樹脂基板１６２は、上記第１例において図９に示すガラスエポキシ樹脂基板１３５を切断して得ることができる。あるいは、モールド形成して得ることもできる。尚、１６６は、半導体レーザチップ１６１の上面に設けられた電極と電極パターン１６５とを電気的に接続するワイヤである。

上記半導体レーザチップ１６１は、上記第１例の場合と同様にして実装されるのであるが、本第２例では、ガラスエポキシ樹脂基板１６２上に形成された１/４球状の凹部１６３の箇所に開口部を有する１/４球状の凹部１６７が形成された導光部材１６８を接着して、１/４球状の凹部１６３を１/４球状の凹部１６７で塞ぐことによって、半導体レーザチップ１６１の出射端面近傍に、図１７に示すようなホーン状の空間１６９を形成する。こうして、半導体レーザチップ１６１からの出射光が通る空間をホーン状空間１６９で囲うのである。

そうした後、上記ガラスエポキシ樹脂基板１６２を垂直に立てた状態で、光散乱材が混練されたゲル状あるいはゴム状のシリコン系樹脂をホーン状空間１６９に流し込む。尚、導光部材１６８における半導体レーザチップ１６１の出射端面に対向する箇所には穴１６８aが設けてある。したがって、上記シリコン系樹脂は、半導体レーザチップ１６１の出射端面を塗らすものの、その粘性のために大部分はホーン状空間１６９内に止まることになる。その後、上記シリコン系樹脂を硬化させて、図１７に示すようにエポキシ系樹脂１７０をモールドによって形成し、各デバイスをダイシングによって切り出す。

こうして、光散乱領域を充分に含んだアイセーフ光送信デバイスを得ることができる。この光送信デバイスは、先の第１例の場合と同様に、空間にシリコン系樹脂が露出しておらず、外力が加わった場合でも光送信デバイスにおける半導体レーザチップ１６１の位置が変化することは無い。

ところで、上記第１例および上記第２例には、その製造方法上極めて重要な点がある。それは、光送信デバイスにおける光が出射する面は、ダイシングによって形成されてはいないことである。上記第１例で言えば、光送信デバイス１４７における出射端面はトランスファーモールドされており、ダイシングされるＡ‐Ａ'断面の位置とは異なっている。このように、加工精度が極めて悪く、光が出射する面に適していないダイシング面を、光出射面として用いないのである。

図１８は、本実施の形態における第３例の光送信デバイスの構成を示す。本第３例においては、より低価格な光送信デバイスを実現するために、リードフレームを用いた構造にしている。図１８において、２本のリードフレーム１７２,１７３のうち半導体レーザチップ１７１が実装されるリードフレーム１７２には、半導体レーザチップ１７１の実装部に１/４球状の凹部１７４が形成されている。このような１/４球状の凹部１７４の形成は通常のプレス加工によって行うことができる。１/４球状の凹部１７４の近傍には、１/４球状の凹部１７４を臨むように半導体レーザチップ１７１が実装され、半導体レーザチップ１７１の上面に設けられた電極と他方のリードフレーム１７３とがワイヤ１７５を用いたワイヤボンディングによって電気的に接続される。

次に、上記半導体レーザチップ１７１が実装されたリードフレーム１７２,１７３を、エポキシ樹脂で形成されると共に、光散乱材が混練されたゲル状あるいはゴム状のシリコン系樹脂１７７が入れられたカバーケース１７６内に、一定距離だけ浸入させて、半導体レーザチップ１７１の少なくとも出射端面がシリコン系樹脂１７７に浸かるようにする。そして、この状態でシリコン系樹脂１７７を硬化させ、最後にカバーケース１７６と同一の材料からなるエポキシ樹脂１７８をカバーケース１７６内に流し込んで熱硬化させる。

すなわち、本第３例においては、上記第１の高硬度樹脂部をカバーケース１７６で構成し、上記第２の高硬度樹脂部をエポキシ樹脂１７８で構成するのである。

こうして得られたリードフレーム型光送信デバイスは、リードフレーム１７２,１７３をカバーケース１７６に近接した位置で切断することによって、表面実装型デバイスとなる。あるいは、リードフレーム１７２,１７３を一定の長さを残して切断することによって、ソケット差込可能なフレーム型デバイスとして用いることが可能になる。この様な光送信デバイスは、リードフレームに限らず、リードフレーム形状に加工したガラスエポキシ樹脂基板あるいはセラミック基板等を用いても製造可能であることは言うまでもない。

以下、本実施の形態における第４例として、上記リードフレーム型光送信デバイスの他の例について説明する。本第４例は、予めリードフレームに上記第２例におけるホーン状空間を加工したものに関する。例えば、合わせ金型を用いてプレスすることによって、図１９に示すように、２本のリードフレーム１８１,１８２のうちの半導体レーザチップが実装されるリードフレーム１８１の先端部に、ホーン状空間１８３を形成することができる。

そして、上記第２例の場合のように、上記ホーン状空間１８３内に光散乱材が混練されたシリコン系樹脂を流し込んで光散乱領域を形成すれば、上記第３例における光散乱材が混練されたシリコン系樹脂１７７を形成する必要が無くなり、全体をエポキシ樹脂で覆うことが可能になる。上記第３例においては、カバーケース１７６内の底面付近のみに光散乱材が混練されたシリコン系樹脂１７７を流し込むのであるが、時として、カバーケース１７６の内面壁上部を塗らす場合がある。この様な場合には、カバーケース１７６とエポキシ樹脂１７８との接着性が極端に低下して、強度不良が起こる。しかしながら、本第４例によれば、この様な不都合は一切起こらないのである。

また、図２０に示すように、２本のリードフレーム１８５,１８６のうち半導体レーザチップが実装されるリードフレーム１８５には、上記半導体レーザチップの実装部に１/４球状の凹部１８７が形成されている。そして、上記半導体レーザチップが実装されるべき場所には、１/４球状の凹部１８７に連なる矩形状の凹部１８８が形成されている。このようにすれば、矩形状の凹部１８８内に上記半導体レーザチップを実装することによって、上記半導体レーザチップの出射端面を、１/４球状の凹部１８７および矩形状の凹部１８８内にポッティングされた低硬度樹脂によって確実に覆うことが可能になる。その場合、１/４球状の凹部１８７および矩形状の凹部１８８が形成されたリードフレーム１８５も、プレス加工により簡単に作製することができるのである。

本発明の光送信デバイスは、ＬＤチップを用いており、人が居る場所への設置が可能である。従って、これまで用いることができなかった光無線通信機器等に搭載することができ、ＬＥＤでは実現できなかった高速化,低消費電力化,高効率化,低価格化および小型化が可能になり、且つ、長距離での光通信に利用することができる。

この発明の光送信デバイスを搭載した光源装置における断面図である。 図１における光送信デバイスの斜視図である。 図１とは異なる光源装置における断面図である。 図１および図３とは異なる光源装置における断面図である。 図１,図３および図４とは異なる光源装置における断面図である。 図１,図３〜図５とは異なる光源装置における断面図である。 図１,図３〜図６とは異なる光源装置における断面図である。 図３に示す光源装置を用いた光送信システムにおける断面図である。 光送信デバイスの製造工程における基板の表面を示す図である。 図９に示す基板の裏面を示す図である。 図９に続く製造工程における光送信デバイスを示す図である。 図１１に続く製造工程における光送信デバイスを示す図である。 完成した光送信デバイスをレーザ光出射側から見た図である。 図１３における光送信デバイスをレーザ光出射側とは反対側から見た図である。 図１３および図１４に示す光送信デバイスにおける実際の実装状態を示す図である。 図１３および図１４とは異なる光送信デバイスの構成を示す図である。 図１６に示す光送信デバイスをエポキシ系樹脂でモールドした状態を示す図である。 図１３,図１４および図１６とは異なるリードフレーム型光送信デバイスの構成を示す図である。 リードフレーム型光送信デバイスに用いられるリードフレームの構成を示す図である。 図１９とは異なるリードフレームの構成を示す図である。 従来の光源装置における断面図である。

符号の説明

１１,３１,５１,７１,９１,１１１,１４７…光送信デバイス、
１２,３２,５２,７２,９２,１１２…ＬＤチップ、
１３,３３,５３,７３,９３,１１３…サブマウント、
１４,３４,５４,７４,９４,１１４,１４１,１６６,１７５…ワイヤ、
１５,３５,５５,７５,９５,１１５…電極、
１６,３６,５６,７６,９６,１１６…絶縁層、
１７,３７,５７,７７,９７,１１７…光散乱部材、
１８,３８,５８,７８,９８,１１８,１３５,１５１,１６２…ガラスエポキシ樹脂基板、
１９,３９,７９,９９,１１９,１４８…光軸、
２０,２１,４０,４１,６０,６１,８０,８１,１００,１０１,１２０
,１２１,１３９,１４０,１５３,１５４,１６４,１６５…電極パターン、
２２,４２,６２,８２,１０２,１２２,１３４,１５６…エポキシ樹脂モールドレンズ、
６３,１０３…エポキシ樹脂薄膜、
８３…反射体、
１３１,１３２…発光・受光装置、
１３３…受光素子、
１３６,１６１,１７１…半導体レーザチップ、
１３７…貫通溝、
１３８…半球状の凹部、
１４２,１４３…貫通穴、
１４４,１５２…ざぐり穴、
１４５…低硬度のシリコン樹脂、
１４６,１７０…エポキシ系樹脂、
１５５…光散乱樹脂、
１６３,１６７,１７４,１８７…１/４球状の凹部、
１６８…導光部材、
１６９,１８３…ホーン状空間、
１７２,１７３,１８１,１８２,１８５,１８６…リードフレーム、
１７６…カバーケース、
１７７…シリコン系樹脂、
１７８…エポキシ樹脂、
１８８…矩形状の凹部。

Claims (14)

1. 半導体レーザ素子と、
   上記半導体レーザ素子が実装されるマウントと、
   上記半導体レーザ素子からこの半導体レーザ素子から放射されたレーザ光が外部空間に放射される箇所までの領域に配置されると共に、透過するレーザ光を散乱させる光散乱粒子を含む光散乱部材と
   を備え、
   上記半導体レーザ素子から上記外部空間との境界までにおける上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光軸は一直線状になっている
   ことを特徴とする光送信デバイス。
2. 請求項１に記載の光送信デバイスにおいて、
   上記半導体レーザ素子の接続端子と電気的に接続された電極を備えた
   ことを特徴とする光送信デバイス。
3. 請求項１に記載の光送信デバイスにおいて、
   上記マウントには、上記半導体レーザ素子における隣接する２つの面の少なくとも一部を接触させて、上記半導体レーザ素子における上記マウントに対する位置を固定する段差が設けられている
   ことを特徴とする光送信デバイス。
4. 請求項２に記載の光送信デバイスにおいて、
   上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子,マウントおよび電極を覆うように形成されており、
   上記光散乱部材における上記半導体レーザ素子の出射端面に対向する面は、上記半導体レーザ素子の点光源からの距離が所定距離である平面である
   ことを特徴とする光送信デバイス。
5. 請求項２に記載の光送信デバイスにおいて、
   上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子,マウントおよび電極を覆うように形成されており、
   上記光散乱部材における上記半導体レーザ素子の出射端面に対向する面は、凸形の曲面である
   ことを特徴とする光送信デバイス。
   ことを特徴とする光送信デバイス。
6. 請求項１に記載の光送信デバイスにおいて、
   上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子,マウントおよび電極を覆うように形成されており、
   上記光散乱部材を覆うと共に、上記光散乱部材の硬度よりも高い硬度を有する薄膜物質を備えた
   ことを特徴とする光送信デバイス。
7. 請求項１に記載の光送信デバイスにおいて、
   上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子,マウントおよび電極を覆うように形成されており、
   上記光散乱部材を収納して空間に露出しないようにすると共に、上記光散乱部材の硬度よりも高い硬度を有する高硬度樹脂を備えた
   ことを特徴とする光送信デバイス。
8. 請求項１に記載の光送信デバイスにおいて、
   上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子,マウントおよび電極を覆うように形成されると共に、基板上に搭載されており、
   上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が上記基板に対して垂直方向に放射されるように配置されている
   ことを特徴とする光送信デバイス。
9. 請求項１に記載の光送信デバイスにおいて、
   上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子,マウントおよび電極を覆うように形成されると共に、基板上に搭載されており、
   上記光散乱部材は、上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が上記基板に対して平行な方向に放射されるように配置されている
   ことを特徴とする光送信デバイス。
10. 請求項７あるいは請求項８に記載の光送信デバイスと、
    上記光散乱部材からこの光散乱部材から放射されたレーザ光が外部空間に放射される箇所までの領域に配置されると共に、レーザ光が透過するレンズ部と
    を備えたことを特徴とする光源装置。
11. 半導体レーザ素子と、
    上記半導体レーザ素子が実装される実装部材と、
    上記半導体レーザ素子からこの半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が外部空間に放射される箇所までの領域に、上記半導体レーザ素子の出射端面に接するように配置されると共に、ゲル状あるいはゴム状の物質でなる低硬度樹脂と、
    少なくとも上記半導体レーザ素子及び上記低硬度樹脂を覆うように配置されると共に、上記低硬度樹脂よりも高い硬度を有する高硬度樹脂と
    を備え、
    上記実装部材は、上記半導体レーザ素子の出射端面の位置に隣接して第１の凹部を有しており、
    上記低硬度樹脂は、上記第１の凹部内に充填されており、
    上記半導体レーザ素子から上記外部空間との境界までにおける上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光軸は一直線状になっている
    ことを特徴とする光送信デバイス。
12. 半導体レーザ素子と、
    上記半導体レーザ素子が実装される実装部材と、
    上記半導体レーザ素子からこの半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が外部空間に放射される箇所までの領域に、少なくとも上記半導体レーザ素子を覆うように形成されると共に、ゲル状あるいはゴム状の物質でなる低硬度樹脂と、
    上記半導体レーザ素子,上記実装部材および上記低硬度樹脂を収納すると共に、上記低硬度樹脂よりも高い硬度を有する第１の高硬度樹脂部と、
    上記低硬度樹脂が空間に露出しないように形成されると共に、少なくとも主成分が上記第１の高硬度樹脂部と同じである第２の高硬度樹脂部と
    を備え、
    上記半導体レーザ素子から上記外部空間との境界までにおける上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光軸は一直線状になっている
    ことを特徴とする光送信デバイス。
13. 請求項１１に記載の光送信デバイスにおいて、
    上記実装部材は、上記第１の凹部に連なって形成された第２の凹部を有しており、
    上記半導体レーザ素子は、上記第２の凹部内に実装されている
    ことを特徴とする光送信デバイス。
14. 請求項１１あるいは請求項１２に記載の光送信デバイスにおいて、
    上記低硬度樹脂は、透過するレーザ光を散乱させる光散乱粒子を含んでいる
    ことを特徴とする光送信デバイス。
    

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