JP2007005733A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光を発光するための発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting device for emitting light.
従来、この種の発光装置として、例えば、特許文献1に開示されているような窒化ガリウム系化合物半導体発光素子(発光装置)がある。上記従来の発光装置4は、図14に示すように、サファイア基板(光学部品)40と、発光部41とを備えている。上記発光部41は、n型GaN層(n型半導体層)410及びp型GaN層(p型半導体層)411の積層からなり、サファイア基板40と接合している。また、n型GaN層410及びp型GaN層411のそれぞれには、電極412が設けられている。このような従来の発光装置4では、発光部41から放射された光が、サファイア基板40を透過して、外部である大気に出射する。
Conventionally, as this type of light emitting device, for example, there is a gallium nitride compound semiconductor light emitting element (light emitting device) as disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. 14, the conventional light emitting device 4 includes a sapphire substrate (optical component) 40 and a
また、非特許文献1には、光学部品として大きな半球を用いると、光を取り出すことができる旨が記載されている。
しかしながら、上記従来の発光装置は、光学部品の屈折率が大気の屈折率より大きいので、光学部品と大気との界面の多くの部分において、発光部からの光が全反射を繰り返して多重反射し、上記光の取り出し効率が低下するという問題があった。ここで、光学部品を備えないで、発光部からの光を大気に直接出射させる発光装置が考えられるが、発光部の屈折率も大気の屈折率より大きいので、発光部と大気との界面で全反射を繰り返して多重反射する部分が発生し、光の取り出し効率が低下するという問題を解決することができない。また、非特許文献1のような光学部品を用いたとしても、どれくらいの大きさの半球が必要であるかが不明であり、大型になってしまうという問題があった。 However, in the conventional light emitting device described above, since the refractive index of the optical component is larger than the refractive index of the atmosphere, the light from the light emitting unit repeatedly undergoes total reflection and multiple reflections at many portions of the interface between the optical component and the atmosphere. There is a problem that the light extraction efficiency is lowered. Here, a light-emitting device that directly emits light from the light-emitting unit to the atmosphere without an optical component is conceivable. However, since the refractive index of the light-emitting unit is also larger than the refractive index of the air, The problem that multiple reflection occurs due to repeated total reflection and the light extraction efficiency decreases cannot be solved. Further, even when an optical component such as Non-Patent Document 1 is used, it is unclear how large a hemisphere is necessary, and there is a problem that the size becomes large.
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、小型化を図りながら、発光部からの光を高効率で取り出すことができる発光装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a light emitting device capable of extracting light from the light emitting portion with high efficiency while achieving downsizing. .
請求項1に記載の発明は、一の面から光を放射する発光部を備えるとともに、前記発光部の一の面と接合し前記発光部からの光が入射する入射面、及び前記入射面から入射した前記発光部からの光が出射する出射面を有する光学部品を備え、前記出射面が、前記発光部の発光領域の周縁にあって距離が最大になる一対の端点を焦点とし、前記焦点のそれぞれと前記出射面上の点とを結ぶ2つの直線のなす角を、前記出射面内外の屈折率比に基づく臨界角の2倍以下とする略楕円球面を含むことを特徴とする。 The invention according to claim 1 includes a light emitting unit that emits light from one surface, an incident surface that is bonded to one surface of the light emitting unit and receives light from the light emitting unit, and the incident surface. An optical component having an exit surface from which incident light from the light emitting section exits, wherein the exit surface is located at a peripheral edge of the light emitting region of the light emitting section and has a maximum distance as a focal point; And an approximately ellipsoidal surface in which an angle formed by two straight lines connecting each of the above and a point on the exit surface is not more than twice a critical angle based on a refractive index ratio inside and outside the exit surface.
この構成では、光学部品において、必要最低限のサイズで、発光部からの光が全反射することを低減することができるので、小型化を図りながら、発光部からの光を高効率で取り出すことができる。 With this configuration, it is possible to reduce the total reflection of the light from the light emitting unit with the minimum required size in the optical component, so that the light from the light emitting unit can be extracted with high efficiency while reducing the size. Can do.
請求項2に記載の発明は、一の面から光を放射する発光部を備えるとともに、前記発光部の一の面と接合し前記発光部からの光が入射する入射面、及び前記入射面から入射した前記発光部からの光が出射する出射面を有する光学部品を備え、前記出射面が、前記発光部の発光領域の周縁にあって距離が最大になる一対の端点を焦点とし、前記焦点間の距離2L、前記出射面内の屈折率n1、前記出射面外の屈折率n2、及び前記出射面内外の屈折率比に基づく臨界角θcにより、長径aを、a≧(n1/n2)×Lとし、短径bを、b≧(n1/n2)×L×cosθcとする略楕円球面を含むことを特徴とする。
The invention according to
この構成では、光学部品において、必要最低限のサイズで、発光部からの光が全反射することを低減することができるので、小型化を図りながら、発光部からの光を高効率で取り出すことができる。 With this configuration, it is possible to reduce the total reflection of the light from the light emitting unit with the minimum required size in the optical component, so that the light from the light emitting unit can be extracted with high efficiency while reducing the size. Can do.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記発光部が、1乃至複数の発光素子からなり、前記1乃至複数の発光素子のそれぞれの発光領域を平面状に配置することを特徴とする。この構成では、発光部が1乃至複数の発光素子からなる場合であっても、発光部からの光を効率よく取り出すことができる。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明であって、前記発光部を複数連接して備えるとともに、前記発光部のそれぞれに対応する前記光学部品を、前記略楕円球面が連接するように備えることを特徴とする。この構成では、光学部品において、入射面の垂直方向の大きさを小さくすることができる。 Invention of Claim 4 is invention in any one of Claims 1-3, Comprising: While providing the said light emission part in multiple connection, the said optical component corresponding to each of the said light emission part is said, A substantially elliptic spherical surface is provided so as to be connected. With this configuration, the size of the incident surface in the vertical direction can be reduced in the optical component.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記光学部品が、前記出射面に微小凹凸部を有することを特徴とする。この構成では、光学部品の出射面でのフレネルロスを低減することができるので、発光部からの光をさらに効率よく取り出すことができる。 The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the optical component has a minute uneven portion on the exit surface. In this configuration, since the Fresnel loss at the exit surface of the optical component can be reduced, the light from the light emitting unit can be extracted more efficiently.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記光学部品が、前記入射面に、前記発光部を収納する凹部を有することを特徴とする。この構成では、発光部の側面も光学部品で覆うことができるので、発光部の側面からの光も効率よく取り出すことができる。 The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the optical component has a recess for accommodating the light emitting part on the incident surface. In this configuration, the side surface of the light emitting unit can be covered with the optical component, so that light from the side surface of the light emitting unit can also be extracted efficiently.
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の発明において、前記略楕円球面が、複数の平面の組み合わせにより近似されて設けられることを特徴とする。この構成では、光学部品の出射面を容易に形成することができる。 The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the substantially elliptic spherical surface is provided by being approximated by a combination of a plurality of planes. With this configuration, the emission surface of the optical component can be easily formed.
請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれかに記載の発明において、前記光学部品が、前記入射面の周縁から、前記入射面の垂直方向において外側に傾斜して延設される側面を有することを特徴とする。この構成では、発光部の一の面と略平行方向の光を、全反射させて上記一の面の垂直方向に変換して取り出すことができるので、上記垂直方向の明るさを向上させることができる。 The invention according to an eighth aspect is the invention according to any one of the first to seventh aspects, wherein the optical component is inclined and extended outward from a peripheral edge of the incident surface in a direction perpendicular to the incident surface. It has the side which has. In this configuration, light in a direction substantially parallel to one surface of the light emitting unit can be totally reflected and converted into the vertical direction of the one surface to be extracted, so that the brightness in the vertical direction can be improved. it can.
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の発明において、前記側面が、前記入射面に直交する垂線に対して前記臨界角以上の角度で外側に傾斜することを特徴とする。この構成では、発光部の一の面と略平行方向の光を、光学部品の側面でより全反射させることができるので、発光部からの光をより効率よく取り出すことができる。 The invention according to claim 9 is the invention according to claim 8, wherein the side surface is inclined outward at an angle equal to or greater than the critical angle with respect to a perpendicular perpendicular to the incident surface. In this configuration, light in a direction substantially parallel to one surface of the light emitting unit can be totally reflected by the side surface of the optical component, so that light from the light emitting unit can be extracted more efficiently.
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の発明において、前記角度が、45度以上であることを特徴とする。この構成では、発光部の一の面と略平行方向の光を、光学部品の側面でさらに全反射させることができるので、発光部からの光をさらに効率よく取り出すことができる。 The invention according to claim 10 is the invention according to claim 9, wherein the angle is 45 degrees or more. In this configuration, light in a direction substantially parallel to one surface of the light emitting unit can be further totally reflected by the side surface of the optical component, so that light from the light emitting unit can be extracted more efficiently.
請求項11に記載の発明は、請求項1〜10のいずれかに記載の発明において、前記光学部品が、前記入射面のうち前記発光部と接合しない部分に、前記出射面で反射した光が反射する反射部を有することを特徴とする。この構成では、光学部品の出射面でフレネル反射した光を反射部で反射させて出射面から出射させることができるので、発光部からの光をさらに効率よく取り出すことができる。
The invention according to
請求項12に記載の発明は、請求項1〜11のいずれかに記載の発明において、前記発光部が、半導体であり、前記光学部品が、前記発光部の成長基板であることを特徴とする。この構成では、発光部と光学部品との界面で全反射する成分を低減することができるので、より効率よく光を取り出すことができる。 The invention according to claim 12 is the invention according to any one of claims 1 to 11, wherein the light emitting part is a semiconductor, and the optical component is a growth substrate of the light emitting part. . With this configuration, it is possible to reduce the component that is totally reflected at the interface between the light emitting unit and the optical component, so that light can be extracted more efficiently.
請求項13に記載の発明は、請求項1〜11のいずれかに記載の発明において、前記光学部品が、半導体であることを特徴とする。この構成では、発光部が半導体である場合、発光部と光学部品との界面で全反射する成分を低減することができるので、より効率よく光を取り出すことができる。また、発光部と光学部品とを一体にして容易に形成することができる。 The invention according to claim 13 is the invention according to any one of claims 1 to 11, wherein the optical component is a semiconductor. In this configuration, when the light emitting unit is a semiconductor, it is possible to reduce the components that are totally reflected at the interface between the light emitting unit and the optical component, and thus it is possible to extract light more efficiently. Further, the light emitting portion and the optical component can be easily formed integrally.
請求項14に記載の発明は、請求項1〜11のいずれかに記載の発明において、前記光学部品が、樹脂、ガラス及びサファイアガラスの少なくとも1つであることを特徴とする。この構成では、光学部品を容易に形成することができる。 The invention according to claim 14 is the invention according to any one of claims 1 to 11, wherein the optical component is at least one of resin, glass, and sapphire glass. With this configuration, the optical component can be easily formed.
請求項15に記載の発明は、請求項14に記載の発明において、前記光学部品が、樹脂であり、ナノインプリント法により形成されるものであることを特徴とする。この構成では、光学部品を精度よく形成することができる。 The invention according to claim 15 is the invention according to claim 14, wherein the optical component is a resin and is formed by a nanoimprint method. With this configuration, the optical component can be formed with high accuracy.
本発明によれば、小型化を図りながら、発光部からの光を高効率で取り出すことができる。 According to the present invention, light from the light emitting unit can be extracted with high efficiency while achieving downsizing.
(実施形態1)
本発明の実施形態1について図1,2を用いて説明する。図1は、実施形態1の発光装置の構成を示す断面図である。図2は、実施形態1の発光部の構成を示す外観斜視図である。
(Embodiment 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light emitting device according to the first embodiment. FIG. 2 is an external perspective view showing the configuration of the light emitting unit of the first embodiment.
先ず、実施形態1の基本的な構成について説明する。実施形態1の発光装置1は、図1に示すように、発光部2と、光学部品3とを備えている。
First, the basic configuration of the first embodiment will be described. The light-emitting device 1 of Embodiment 1 is provided with the
発光部2は、図2に示すように、略長方形状に形成され、屈折率が大気より大きい発光素子であり、上面20側から下面21側に向けて順にn型半導体層及びp型半導体層(図示せず)を積層している。n型半導体層及びp型半導体層のそれぞれには、下面21側に電極(図示せず)が設けられている。上記発光部2は、上記n型半導体層とp型半導体層の界面から光を発生させて、上面20から光学部品3(図1参照)に光を放射する。同時に、発光部2は、側面22,22,23,23からも、大気である外部に光を放射する。ここで、発光部2の発光領域の周縁にあって距離が最大になるのは一対の端点A,Bであって、上記端点A,Bを結ぶ距離は2Lである。なお、発光部2は、略長方形状に形成されるものに限定されず、例えば略正方形状又は略円状に形成されるものであってもよい。
As shown in FIG. 2, the
光学部品3は、図1に示すように、透明性を有する基板であり、入射面30及び出射面31を備え、入射面30において、発光部2の上面20と接合している。上記光学部品3は、例えばサファイア(Al2O3)、ガラス(SiO2)、炭化珪素(SiC)などの発光部2の成長基板材料により形成されるものである。このような光学部品3は、発光部2からの光が入射面30から入射し、入射面30から入射した光が出射面31から大気に出射する。
As shown in FIG. 1, the
上記出射面31は、入射面30と接合している発光部2の端点A,Bを焦点とする略楕円球面である。上記端点A,Bのそれぞれと出射面31上の任意の点Pとを結ぶ2つの直線AP,BPのなす角を角θ1とすると、法線PNは、角θ1を略2等分にする。つまり、発光部2の端点A,Bから放射された光の入射角θiは、角θ1の2分の1になる。ここで、入射角θiの大きさが最大となる最大入射角θimaxは、発光部2の端点A,Bからの光が点Qに到達する場合である。出射面31は、端点A,Bのそれぞれと点Qとを結ぶ2つの直線AQ,BQのなす角θ2を臨界角θcの2倍以下としている。上記臨界角θcは、光学部品3(出射面31内)の屈折率n1、及び大気(出射面31外)の屈折率n2の比に基づいて決められる角度であり、θc=arcsin(n2/n1)である。なお、光学部品3の屈折率n1は、サファイアの場合では1.768、ガラスの場合では1.47〜1.8である。一方、大気の屈折率n2は1である。上記より、最大入射角θimaxは角θ2の2分の1であるので、最大入射角θimaxを臨界角θc以下にすることができる。よって、発光部2の上面20から光学部品3に放射された全ての光の入射角を臨界角θc以下にすることができる。
The
また、出射面31において、端点A,B間の距離2L(図2参照)、屈折率n1,n2及び臨界角θcにより、短径bは、b≧L/tanθc=(n1/n2)×L×cosθcとなる。さらに、出射面31上の点Qと2つの端点A,Bとの距離の和はAQ+QB=2AQ=2aとなるので、長径aは、a=(L2+b2)1/2≧L×(1+1/tan2θc)1/2=(n1/n2)×Lとなる。上記より、出射面31は、上記長径a及び短径bを有する略楕円球面となる。また、短径bが長径a以下であるので、光学部品3は、入射面30の垂直方向の大きさを小さくすることができる。
In addition, on the
次に、実施形態1の光学部品3が上記無機絶縁体である場合の作製方法について一例を説明する。先ず、サファイア基板に発光部2積層する。続いて、上記サファイア基板を光学部品3として略楕円球状に形成する。
Next, an example of a manufacturing method in the case where the
続いて、実施形態1の発光装置1において発光部2から放射された光の光路について説明する。先ず、発光部2の上面20から放射された光は、入射面30から光学部品3に入射する。続いて、光学部品3に入射した光は、光学部品3内を透過し、入射角θiで出射面31に到達する。入射角θiが臨界角θc以下であるので、出射面31に到達した光のほとんどは、全反射することなく大気に出射する。上記より、発光部2の上面20からの光に対して、全反射やフレネルロスを低減することができる。
Next, an optical path of light emitted from the
以上、実施形態1によれば、光学部品3において、必要最低限のサイズで、発光部2からの光が全反射することを低減することができるので、小型化を図りながら、発光部2からの光を高効率で取り出すことができる。また、発光部2が半導体層であり、光学部品3が透明成長基板(ただし、光学部品3の透明成長基板と発光部2の半導体層の屈折率差が小さい場合はこの限りではない。)であるので、発光部2と光学部品3との界面で全反射する成分を低減することができ、より効率よく光を取り出すことができる。
As described above, according to the first embodiment, in the
なお、実施形態1の変形例として、光学部品の出射面から出射する光の透過率が垂直入射時(θi=0)の80〜90%となる角度を擬似臨界角として、臨界角に代えて用いてもよい。このようにすると、発光部からの光をさらに効率よく取り出すことができる。 As a modification of the first embodiment, an angle at which the transmittance of the light emitted from the emission surface of the optical component is 80 to 90% at the time of vertical incidence (θi = 0) is set as a pseudo-critical angle, and the critical angle is substituted. It may be used. If it does in this way, the light from a light emission part can be taken out still more efficiently.
また、出射面は、略楕円球面であることに限定されるものではなく、長径と短径とが略等しい略球面であってもよい。このようにしても、実施形態1と同様の効果を得ることができる。 Further, the exit surface is not limited to a substantially elliptical spherical surface, and may be a substantially spherical surface having a major axis and a minor axis that are substantially equal. Even if it does in this way, the effect similar to Embodiment 1 can be acquired.
(実施形態2)
本発明の実施形態2について図3,4を用いて説明する。図3は、実施形態2の発光装置の構成を示す断面図である。図4は、実施形態2の発光部の構成を示す外観斜視図である。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light emitting device according to the second embodiment. FIG. 4 is an external perspective view showing the configuration of the light emitting unit of the second embodiment.
実施形態2の発光装置1aは、図3に示すように、光学部品3を、実施形態1の発光装置1(図1参照)と同様に備えているが、実施形態1の発光装置1にはない以下に記載の特徴部分がある。
As shown in FIG. 3, the light emitting device 1a of the second embodiment includes the
発光装置1aは、実施形態1の発光部2に代えて、図4に示すような発光部2aを備えている。発光部2aは、複数(例えば6つ)の発光素子24,25,26・・・から構成されている。複数の発光素子24,25,26・・・は、それぞれ予め決められた距離だけ離隔し、それぞれの発光領域を平面状に配置して備えられている。ここで、複数の発光素子24,25,26・・・の発光領域の周縁にあって距離が最大になるのは、発光素子24の端点Cと発光素子25の端点Dであって、上記一対の端点C,Dを結ぶ距離は2Lである。なお、発光部2aは、上記以外の点において、実施形態1の発光部2(図2参照)と同様である。
The light emitting device 1a includes a
実施形態2の光学部品3の出射面31は、図3に示すように、上記端点C,Dを焦点とする略楕円球面である。なお、実施形態2の光学部品3は、上記以外の点において、実施形態1の光学部品(図1参照)と同様である。
As shown in FIG. 3, the
以上、実施形態2のように、発光部2aが複数の発光素子24,25,26・・・からなる場合であっても、発光部2aからの光を効率よく取り出すことができる。
As described above, even when the
(実施形態3)
本発明の実施形態3について図5を用いて説明する。図5(a)は、実施形態3の発光装置の全体構成を示す断面図である。図5(b)は、実施形態3の発光装置の要部構成を示す断面図である。
(Embodiment 3)
実施形態3の発光装置1bは、図5(a)に示すように、複数の発光部2b・・・を連接して備えているとともに、発光部2bのそれぞれに対応する複数の光学部品3a・・・を、略楕円球面が連接するように備えている。
As shown in FIG. 5A, the
各発光部2bは、図5(b)に示すように、実施形態1の発光部2(図1参照)と同様のものである。ここで、発光部2bの発光領域の周縁にあって距離が最大になるのは一対の端点E,Fである。
Each
一方、各光学部品3aは、実施形態1の光学部品3(図1参照)と同様のものである。上記各光学部品3aの出射面31aは、入射面30aと接合している発光部2bの端点E,Fを焦点とする略楕円球面である。
On the other hand, each
以上、実施形態3によれば、実施形態1と同様の効果を得ることができるとともに、各発光部2b毎の端点を焦点とする略楕円球面に構成されるので、各光学部品3aにおいて、入射面30aの垂直方向(図5(a)の上下方向)の大きさを小さくすることができる。また、入射面30aの垂直方向において、各光学部品3aの加工前の厚みが薄い場合でも加工することができる。さらに、大きな形状加工を行うことがないので、各光学部品3aが半導体やサファイアである場合でも容易に加工することができる。
As described above, according to the third embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the
(実施形態4)
本発明の実施形態4について図6(a)を用いて説明する。図6(a)は、実施形態4の発光装置の構成を示す断面図である。
(Embodiment 4)
Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a cross-sectional view showing the configuration of the light emitting device of the fourth embodiment.
実施形態4の発光装置1cは、図6(a)に示すように、発光部2を、実施形態1の発光装置1(図1参照)と同様に備えているが、実施形態1の発光装置1にはない以下に記載の特徴部分がある。
As shown in FIG. 6A, the
発光装置1cは、実施形態1の光学部品3に代えて、図6(a)に示すような光学部品3bを備えている。光学部品3bの出射面31bは、略楕円球面(図6(a)の点線)に複数の微小凹凸部310・・・を、発光部2から放射された光の波長の約4分の1以下の間隔で有しているものである。なお、光学部品3bは、上記以外の点において、実施形態1の光学部品3(図1参照)と同様である。
The
以上、実施形態4によれば、実施形態1と同様の効果を得ることができるとともに、光学部品3bの出射面31bでのフレネルロスを低減することができるので、発光部2からの光をさらに効率よく取り出すことができる。
As described above, according to the fourth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the Fresnel loss at the
なお、実施形態4の変形例として、図6(b)に示すように、複数の発光部2b・・・を連接して備えているとともに、発光部2bのそれぞれに対応する複数の光学部品3c・・・を、出射面31cが連接するように備えている発光装置1dにおいて、各光学部品3cの出射面31cが、略楕円球面(図6(b)の点線)に複数の微小凹凸部310a・・・を、発光部2bから放射された光の波長の約4分の1以下の間隔で有しているものであってもよい。このような構成であっても、実施形態4と同様の効果を得ることができる。
As a modification of the fourth embodiment, as shown in FIG. 6B, a plurality of light emitting
(実施形態5)
本発明の実施形態5について説明する。
(Embodiment 5)
Embodiment 5 of the present invention will be described.
実施形態5の発光装置は、実施形態4の発光装置1c(図6(a)参照)と同様の構成である。実施形態5の光学部品は、例えばPMMA、メタクリル樹脂などの樹脂を用いてナノインプリント法により形成されるものである。ナノインプリント法とは、ナノレベルの微小凹凸がある型(モールド)を樹脂にプレスすることにより、型の形状を樹脂に転写する方法である。実施形態5において、上記型(図示せず)は、樹脂との接触面を、複数の微小凹凸部が形成される略楕円球面にしている。
The light emitting device of Embodiment 5 has the same configuration as the
次に、実施形態5の光学部品において、熱ナノインプリント法による形成方法について説明する。先ず、樹脂及び型(図示せず)を、樹脂のガラス転移温度以上に加熱して、上記樹脂を軟化させる。続いて、型を樹脂に接触させて高圧力で一定時間プレスする。最後に、樹脂及び型を上記ガラス転移温度以下に冷却し、樹脂が固まった後に、上記型を樹脂から離脱させる。上記のようにして、出射面に微小凹凸部を有する光学部品を形成することができる。なお、光学部品を熱ナノインプリント法により形成することに限定されず、UV−ナノインプリント法又は室温ナノインプリント法により形成してもよい。 Next, a method for forming the optical component of Embodiment 5 by a thermal nanoimprint method will be described. First, a resin and a mold (not shown) are heated above the glass transition temperature of the resin to soften the resin. Subsequently, the mold is brought into contact with the resin and pressed at a high pressure for a certain time. Finally, the resin and mold are cooled below the glass transition temperature, and after the resin has hardened, the mold is detached from the resin. As described above, it is possible to form an optical component having a minute uneven portion on the exit surface. The optical component is not limited to being formed by a thermal nanoimprint method, and may be formed by a UV-nanoimprint method or a room temperature nanoimprint method.
以上、実施形態5によれば、実施形態4と同様の効果を得ることができるとともに、ナノインプリント法により、光学部品を精度よく形成することができる。 As described above, according to the fifth embodiment, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained, and the optical component can be formed with high accuracy by the nanoimprint method.
なお、実施形態5の変形例として、実施形態5の光学部品の形状に限定されるものでなく、他の実施形態における光学部品の形状であってもよい。このような光学部品の形状であっても、実施形態5と同様に、光学部品を精度よく形成することができる。 In addition, as a modification of Embodiment 5, it is not limited to the shape of the optical component of Embodiment 5, but may be the shape of the optical component in other embodiments. Even in such a shape of the optical component, the optical component can be formed with high accuracy as in the fifth embodiment.
(実施形態6)
本発明の実施形態6について図7を用いて説明する。図7は、実施形態6の発光装置の構成を示す断面図である。
(Embodiment 6)
Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light emitting device according to the sixth embodiment.
実施形態6の発光装置1eは、図7に示すように、発光部2を、実施形態1の発光装置1(図1参照)と同様に備えているが、実施形態1の発光装置1にはない以下に記載の特徴部分がある。
As shown in FIG. 7, the light emitting device 1e of the sixth embodiment includes the
発光装置1eは、実施形態1の光学部品3に代えて、図7に示すような光学部品3dを備えている。光学部品3dは、入射面30dの垂直方向の長さが、実施形態1の光学部品3(図1参照)より発光部2の厚みdだけ長くなっている。上記光学部品3dは、入射面30dの中央付近に、発光部2の厚みdと同じ深さの凹部300を有している。上記凹部300には、発光部2が収納されている。なお、光学部品3dは、上記以外の点において、実施形態1の光学部品3(図1参照)と同様である。
The light emitting device 1e includes an
次に、実施形態6の発光装置1eにおいて発光部2から放射された光の光路について説明する。発光部2の上面20から放射された光は、実施形態1と同様の光路である。また、発光部2の側面22,22,23から放射された光も、光学部品3d内を透過し、出射面31dから大気に出射する。上記より、発光部2の側面22,22,23からの光に対しても、全反射やフレネルロスを低減することができる。
Next, an optical path of light emitted from the
以上、実施形態6によれば、実施形態1と同様の効果を得ることができるとともに、発光部2の側面22,22,23も光学部品3で覆うことができるので、発光部2の側面22,22,23からの光も効率よく取り出すことができる。
As described above, according to the sixth embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the side surfaces 22, 22, and 23 of the
(実施形態7)
本発明の実施形態7について図8を用いて説明する。図8は、実施形態7の発光装置の構成を示す断面図である。
(Embodiment 7)
Embodiment 7 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light emitting device according to the seventh embodiment.
実施形態7の発光装置1fは、図8に示すように、発光部2を、実施形態1の発光装置1(図1参照)と同様に備えているが、実施形態1の発光装置1にはない以下に記載の特徴部分がある。
As shown in FIG. 8, the
発光装置1fは、実施形態1の光学部品3に代えて、図8に示すような光学部品3eを備えている。光学部品3eの出射面31eは、略楕円球面を、複数の平面311・・・の組み合わせにより多角形に近似して設けられているものである。なお、光学部品3eは、上記以外の点において、実施形態1の光学部品3(図1参照)と同様である。
The light-emitting
以上、実施形態7によれば、実施形態1と同様の効果を得ることができるとともに、光学部品3eの出射面31eを容易に形成することができる。
As described above, according to the seventh embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the
(実施形態8)
本発明の実施形態8について図9(a)を用いて説明する。図9(a)は、実施形態8の発光装置の構成を示す断面図である。
(Embodiment 8)
Embodiment 8 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9A is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light emitting device of the eighth embodiment.
実施形態8の発光装置1gは、図9(a)に示すように、発光部2を、実施形態1の発光装置1(図1参照)と同様に備えているが、実施形態1の発光装置1にはない以下に記載の特徴部分がある。
As shown in FIG. 9A, the
発光装置1gは、実施形態1の光学部品3に代えて、図9(a)に示すような光学部品3fを備えている。光学部品3fは、入射面30fの周縁301,301から、入射面30fの垂直方向において外側(図9(a)の左右方向)に傾斜して延設される側面32,32を有している。また、光学部品3fの出射面31fは、略楕円球面312の周囲に、側面32,32から延設される平行面313,313を含んでいる。平行面313,313は、入射面30fと平行である。なお、実施形態8の光学部品3fは、上記以外の点において、実施形態1の光学部品3(図1参照)と同様である。
The
次に、実施形態8の発光装置1gにおいて発光部2から放射された光の光路について説明する。先ず、発光部2の上面20から放射された光は、入射面30fから光学部品3に入射する。続いて、光学部品3に入射した光は、光学部品3内を透過し、出射面31f又は側面32,32に到達する。側面32,32に到達した光は、全反射し、入射面30fの略平行方向(図9(a)の左右方向)から略垂直方向(図9(a)の上下方向)に方向が変換される。方向が変換された光は、出射面31fの平行面313,313から大気に出射する。上記より、発光部2の上面20と略平行方向の光を側面32,32で全反射させて上面20の略垂直方向に方向を変換することができる。なお、出射面31fに到達した光は、実施形態1と同様に、大気に出射する。
Next, an optical path of light emitted from the
以上、実施形態8によれば、実施形態1と同様の効果を得ることができるとともに、発光部2の上面20と略平行方向(図9(a)の左右方向)の光を、全反射させて上面20の略垂直方向(図9(a)の上下方向)に変換して取り出すことができるので、垂直方向の明るさを向上させることができる。
As described above, according to the eighth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and light in a direction substantially parallel to the
なお、実施形態8の変形例として、図9(b)に示すような光学部品3gを備える発光装置1hにしてもよい。このようにしても実施形態8と同様の効果を得ることができる。
As a modification of the eighth embodiment, a light emitting device 1h including an
(実施形態9)
本発明の実施形態9について図10を用いて説明する。図10は、実施形態9の発光装置の構成を示す断面図である。
(Embodiment 9)
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light emitting device according to the ninth embodiment.
実施形態9の発光装置1iは、図10に示すように、発光部2を、実施形態8の発光装置1g(図9(a)参照)と同様に備えているが、実施形態8の発光装置1gにはない以下に記載の特徴部分がある。
As shown in FIG. 10, the light emitting device 1 i of the ninth embodiment includes the
発光装置1iは、実施形態8の光学部品3fに代えて、図10に示すような光学部品3hを備えている。光学部品3hの側面32aは、入射面30hに直交する垂線(図10の点線)に対して、臨界角θc以上の大きさである角θ3で外側に傾斜している。上記角θ3は、45度以上の大きさであることが好ましい。発光部2の端点Aから放射された光の光路と側面32aとがなす角θ4は、(π/2−θc)以上になる。なお、光学部品3hは、上記以外の点において、実施形態8の光学部品3f(図9(a)参照)と同様である。
The light emitting device 1i includes an
以上、実施形態9によれば、発光部2の上面20と略平行方向の光を、光学部品3hの側面32aでさらに全反射させることができるので、発光部2からの光をさらに効率よく取り出すことができる。
As described above, according to the ninth embodiment, the light substantially parallel to the
(実施形態10)
本発明の実施形態10について図11(a)を用いて説明する。図11(a)は、実施形態10の発光装置の構成を示す断面図である。
(Embodiment 10)
A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11A is a cross-sectional view showing the configuration of the light emitting device of the tenth embodiment.
実施形態10の発光装置1jは、図11(a)に示すように、発光部2を、実施形態8の発光装置1g(図9(a)参照)と同様に備えているが、実施形態8の発光装置1gにはない以下に記載の特徴部分がある。
As shown in FIG. 11A, the light emitting device 1j according to the tenth embodiment includes the
発光装置1jは、実施形態8の光学部品3fに代えて、図11(a)に示すような光学部品3iを備えている。光学部品3iの側面32aは、入射面30iに直交する垂線(図10の点線)に対して、45度以上の大きさである角θ3で外側に傾斜している。また、光学部品3iの出射面31iは、略楕円球面312の周囲に、側面32b,32bから延設される平面314,314を含んでいる。平面314,314は、略楕円球面312との境界点Mにおいて、略楕円球面312の接線方向に設けられている。なお、光学部品3iは、上記以外の点において、実施形態8の光学部品3f(図9(a)参照)と同様である。
The light emitting device 1j includes an optical component 3i as shown in FIG. 11A instead of the
以上、実施形態10によれば、発光部2の上面20と略平行方向の光を、光学部品3iの側面32bでさらに全反射させることができるので、実施形態8と同程度に発光部2からの光の取り出し効率を得ることができるとともに、平面314,314により、実施形態8の平行面313,313(図9(a)参照)で起こる下方への全反射成分を低減することができるので、より上方光束を向上することができる。
As described above, according to the tenth embodiment, light substantially parallel to the
なお、実施形態10の変形例として、角θ3を制御するのではなく、角θ5を制御してもよい。このようにしても、実施形態10と同様の効果を得ることができる。 As a modification of the tenth embodiment, the angle θ5 may be controlled instead of controlling the angle θ3. Even if it does in this way, the effect similar to Embodiment 10 can be acquired.
また、実施形態10の他の変形例として、図11(b)に示すような発光装置1mにしてもよい。発光装置1mの光学部品3lは、入射面30lの中央付近に、発光部2の厚みdと同じ深さの凹部300を有している。このような構成にしても、実施形態10と同様の効果を得ることができる。
Further, as another modification of the embodiment 10, a
(実施形態11)
本発明の実施形態11について図12を用いて説明する。図12は、実施形態11の発光装置の構成を示す断面図である。
(Embodiment 11)
An eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light emitting device according to the eleventh embodiment.
実施形態11の発光装置1kは、図12に示すように、発光部2を、実施形態1の発光装置1(図1参照)と同様に備えているが、実施形態1の発光装置1にはない以下に記載の特徴部分がある。
As shown in FIG. 12, the
発光装置1kは、実施形態1の光学部品3に代えて、図12に示すような光学部品31jを備えている。光学部品3jは、入射面30jのうち発光部2と接合しない部分303,303に反射部33,33を有している。反射部33は、例えば金などが、蒸着などにより形成されているものであり、高反射率を有し、出射面31jでフレネル反射した光が反射する。なお、実施形態11の光学部品3jは、上記以外の点において、実施形態1の光学部品3(図1参照)と同様である。
The
以上、実施形態11によれば、実施形態1と同様の効果を得ることができるとともに、光学部品3jの出射面31jでフレネル反射した光を反射部33で反射させて出射面31jから出射させることができるので、発光部2からの光をさらに効率よく取り出すことができる。
As described above, according to the eleventh embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and the light reflected by the Fresnel at the
(実施形態12)
本発明の実施形態12について図13を用いて説明する。図13は、実施形態12の発光装置の構成を示す断面図である。
Embodiment 12
A twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the light emitting device according to the twelfth embodiment.
実施形態12の発光装置1lは、図13に示すように、発光部2を、実施形態1の発光装置1(図1参照)と同様に備えているが、実施形態1の発光装置1にはない以下に記載の特徴部分がある。
As shown in FIG. 13, the
発光装置1lは、実施形態1の光学部品3に代えて、図13に示すような光学部品3kを備えている。光学部品3kの入射面30kは、発光部2と同じ大きさである。また、光学部品3kの出射面31kは、略楕円球面315及び平面316を含んでいる。上記光学部品3kは、略直方体状に形成されたもの(図13の点線参照)から、発光部2の端点A,Bから出射面31kに放射された光の入射角θiが臨界角θcを超える部分のみを、表面が略楕円球面315になるように削り取っている。一方、入射角θiが臨界角θc以下の部分を平面316としている。上記より、略楕円球面315と平面316との境界において、入射角θiは臨界角θcと等しくなる。なお、光学部品3kは、上記以外の点において、実施形態1の光学部品3(図1参照)と同様である。
The
以上、実施形態12によれば、実施形態1と同様の効果を得ることができるとともに、光学部品3kの加工を少なくすることができるので、容易に形成することができる。また、光学部品3kの左右方向の幅を発光部2と等しくすることができるので、小型化をさらに図ることができる。
As described above, according to the twelfth embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and since the processing of the
(実施形態13)
本発明の実施形態13について説明する。
(Embodiment 13)
A thirteenth embodiment of the present invention will be described.
実施形態13の発光装置1は、図1に示すように、発光部2と、光学部品3とを、実施形態1の発光装置と同様に備えているが、実施形態1の発光装置にはない以下に記載の特徴部分がある。
As shown in FIG. 1, the light emitting device 1 according to the thirteenth embodiment includes the
実施形態13の発光装置1において、光学部品3は、例えばGaN、GaAs、GaP、SiCなど、発光部2と同じ半導体により形成されるものである。光学部品3の屈折率n1は、GaNの場合では2.5、GaAsの場合では3.3〜3.8、GaPの場合では3.31、SiCの場合では2.7〜4.1である。なお、実施形態13の光学部品3は、上記以外の点において、実施形態1の光学部品と同様である。
In the light emitting device 1 according to the thirteenth embodiment, the
次に、実施形態13の光学部品3の作製方法について一例を説明する。先ず、サファイア基板に、光学部品3に相当する半導体層、及び発光部2に相当する半導体層を順に積層する。続いて、上記半導体層をサファイア基板から剥離する。最後に、光学部品3に相当する半導体層を加工して、略楕円球面の出射面31を形成する。
Next, an example of a method for producing the
以上、実施形態13によれば、発光部2と光学部品3とがともに半導体層であるので、発光部2と光学部品3との界面で全反射する成分を低減することができ、より効率よく光を取り出すことができる。また、発光部2と光学部品3とを一体にして容易に形成することができる。
As described above, according to the thirteenth embodiment, since both the
(実施形態14)
本発明の実施形態14について説明する。
(Embodiment 14)
A fourteenth embodiment of the present invention will be described.
実施形態14の発光装置1は、図1に示すように、発光部2と、光学部品3とを、実施形態1の発光装置と同様に備えているが、実施形態1の発光装置にはない以下に記載の特徴部分がある。
As shown in FIG. 1, the light-emitting device 1 according to the fourteenth embodiment includes the light-emitting
実施形態14の発光装置1において、光学部品3は、基部(図示せず)と、基部の周囲に設けられる周囲部(図示せず)とを備える。基部は、例えば、サファイア、ガラスなどの発光部2の成長基板、又はGaN、GaAs、GaP、SiCなどの半導体などである。一方、周囲部は、例えば樹脂、ガラスなどであり、光学部品3の出射面31を略楕円球面にする。なお、実施形態14の光学部品3は、上記以外の点において、実施形態1の光学部品と同様である。
In the light emitting device 1 according to the fourteenth embodiment, the
次に、実施形態14の光学部品3の作製方法について一例を説明する。先ず、上記サファイア又は半導体の基部(図示せず)に発光部2を積層する。続いて、上記基部に周囲部(図示せず)として樹脂を設け、上記樹脂により略楕円球面の出射面31を形成する。
Next, an example of a method for producing the
以上、実施形態14によれば、光学部品3において、成長基板や半導体などの基部(図示せず)に加工を施すことができない場合であっても、樹脂、ガラスなどの周囲部(図示せず)により略楕円球面の出射面を形成することができるので、実施形態1と同様に効率よく光を取り出すことができる。
As described above, according to the fourteenth embodiment, even in the case where the
(実施形態15)
本発明の実施形態15について説明する。
(Embodiment 15)
Embodiment 15 of the present invention will be described.
実施形態15の発光装置1は、図1に示すように、発光部2と、光学部品3とを、実施形態1の発光装置と同様に備えているが、実施形態1の発光装置にはない以下に記載の特徴部分がある。
As shown in FIG. 1, the light emitting device 1 according to the fifteenth embodiment includes the
実施形態15の発光装置1において、発光部2は、成長基板上に積層された半導体であり、光学部品3は、樹脂、ガラス又はサファイアガラスなどの高屈折率材料(屈折率n=1.5〜1.8程度)であり、発光部2の形成後に、設けられるものである。なお、実施形態15の光学部品3は、上記材料に限定されるものではなく、用途に応じて適宜選択されるものであってよい。また、実施形態15の光学部品3は、上記以外の点において、実施形態1の光学部品と同様である。
In the light emitting device 1 of the fifteenth embodiment, the
以上、実施形態15によれば、光学部品3を容易に形成することができる。
As described above, according to the fifteenth embodiment, the
なお、実施形態1〜4,6〜12,14,15のいずれかの変形例として、発光部が、有機ELであってもよい。このような構成にしても、実施形態1〜4,6〜12,14,15のいずれかと同様の効果を得ることができる。 As a modification of any of Embodiments 1 to 4, 6 to 12, 14, and 15, the light emitting unit may be an organic EL. Even if it is such a structure, the effect similar to any of Embodiment 1-4, 6-12, 14, 15 can be acquired.
2 発光部
20 上面
3 光学部品
30 入射面
31 出射面
A,B 端点
θ2 角
θi 入射角
θimax 最大入射角
2
Claims (15)
前記発光部の一の面と接合し前記発光部からの光が入射する入射面、及び前記入射面から入射した前記発光部からの光が出射する出射面を有する光学部品を備え、
前記出射面が、前記発光部の発光領域の周縁にあって距離が最大になる一対の端点を焦点とし、前記焦点のそれぞれと前記出射面上の点とを結ぶ2つの直線のなす角を、前記出射面内外の屈折率比に基づく臨界角の2倍以下とする略楕円球面を含む
ことを特徴とする発光装置。 With a light emitting part that emits light from one surface,
An optical component having an incident surface that is bonded to one surface of the light emitting unit and receives light from the light emitting unit, and an output surface from which light from the light emitting unit incident from the incident surface is emitted,
The exit surface is located at the periphery of the light emitting region of the light emitting section and has a pair of end points where the distance is the maximum, and an angle formed by two straight lines connecting each of the focal points and the point on the exit surface, A light emitting device comprising: a substantially elliptical spherical surface having a critical angle that is not more than twice the critical angle based on the refractive index ratio inside and outside the emitting surface.
前記発光部の一の面と接合し前記発光部からの光が入射する入射面、及び前記入射面から入射した前記発光部からの光が出射する出射面を有する光学部品を備え、
前記出射面が、前記発光部の発光領域の周縁にあって距離が最大になる一対の端点を焦点とし、前記焦点間の距離2L、前記出射面内の屈折率n1、前記出射面外の屈折率n2、及び前記出射面内外の屈折率比に基づく臨界角θcにより、長径aを、a≧(n1/n2)×Lとし、短径bを、b≧(n1/n2)×L×cosθcとする略楕円球面を含む
ことを特徴とする発光装置。 With a light emitting part that emits light from one surface,
An optical component having an incident surface that is bonded to one surface of the light emitting unit and receives light from the light emitting unit, and an output surface from which light from the light emitting unit incident from the incident surface is emitted,
The exit surface is located at the periphery of the light emitting region of the light emitting section and has a pair of end points with the maximum distance as a focal point. The distance 2L between the focal points, the refractive index n1 within the exit surface, and the refraction outside the exit surface. The major axis a is set as a ≧ (n1 / n2) × L and the minor axis b is set as b ≧ (n1 / n2) × L × cos θc based on the refractive index n2 and the critical angle θc based on the refractive index ratio inside and outside the exit surface. A light emitting device characterized by including a substantially elliptic spherical surface.
前記発光部のそれぞれに対応する前記光学部品を、前記略楕円球面が連接するように備える
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の発光装置。 A plurality of the light emitting units are connected and provided,
The light-emitting device according to claim 1, wherein the optical component corresponding to each of the light-emitting portions is provided so that the substantially elliptic spherical surfaces are connected.
前記光学部品が、前記発光部の成長基板である
ことを特徴とする請求項1〜11のいずれか記載の発光装置。 The light emitting unit is a semiconductor;
The light emitting device according to claim 1, wherein the optical component is a growth substrate of the light emitting unit.
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