JP7239804B2 - レンズ及び発光装置並びにそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態に係るレンズを用いた発光装置を中央で切断した状態を模式的に示す斜視断面図である。図2は、第1実施形態に係るレンズの構成を模式的に示す平面図である。図3は、第1実施形態に係るレンズを中央で断面にした構成を模式的に示す断面図であり、図2のIII-III線における断面図である。図4は、第1実施形態に係る発光装置を中央で断面にした構成を模式的に示す断面図である。
発光装置100は、発光素子51と、レンズ1と、を備える。また、発光装置100は、さらに、発光素子51が載置される基板52を備える。
はじめに、レンズ1について説明する。
レンズ1は、カバー部2と、遮光部3と、を備えている。
レンズ1のカバー部2は、レンズ部21と、レンズ部21の外周に設けられた接続部22と、接続部22の外周に設けられた鍔部23と、を有し、レンズ部21と接続部22と鍔部23とを熱硬化性の第1樹脂で連続して形成している。また、レンズ1の遮光部3は、接続部22の外側を覆い、第1樹脂よりも光吸収率又は光反射率が高い熱硬化性の第2樹脂で形成している。このレンズ1は、一例として携帯電話等のフラッシュレンズに使用されている。
カバー部2は、レンズ部21と鍔部23と接続部22とを熱硬化性の第1樹脂で連続して形成している。また、カバー部2は、レンズ部21と接続部22とで凹部4を形成し、鍔部23は凹部4から外向き方向に設けられている。
また、鍔部23は、接続部22の下端部から外側に張り出した長さが200~3000μmであることが好ましい。これにより、鍔部23と基板52との接合や固定が安定する。また、鍔部23に接着剤を塗布して、基板52と接合することが容易にできる。
遮光部3は、接続部22の外側面22a及び鍔部23の上面23aを覆う部材で、第1樹脂よりも光吸収率又は光反射率が高い熱硬化性の第2樹脂で形成している。
遮光部3は、接続部22及び鍔部23の形状に沿って、均一な厚みで形成された部材である。具体的には、遮光部3は、その断面形状が接続部22の外側面22a及び鍔部23の上面23aの形状に沿った形状であり、一例としてL字状に屈曲した形状となる。また、遮光部3は、遮光部3の厚み、すなわち、接続部22と直交する方向、又は、鍔部23と直交する方向での厚みは、200μm~3000μmであることが好ましい。これにより、接続部22の外側面22a、及び、鍔部23の上面23aが、光を透過することなく確実に遮光部3で覆われる。遮光部3は、接着材を用いることなく、接続部22の外側面22a及び鍔部23の上面23aに設けられている。接着材を用いていないため、接着材の劣化や剥離、光吸収が生じない。
次に、発光装置100について説明する。
発光装置100は、発光素子51と、レンズ1と、好ましくは基板52と、を備え、レンズ1のレンズ部21は、発光素子51からの光を透過する位置に設けられている。また、発光装置100は、さらに透光性部材53を備えてもよい。発光装置100は、遮光部3で覆われたレンズ1を備えることよって、遮光部3で発光素子51からの光が吸収又は反射されるため、レンズ1の側方への光漏れが低減できる。なお、レンズ1については、前記と同様であるので、説明を省略する。
発光素子51は、少なくとも窒化物半導体積層体を備えることが好ましい。窒化物半導体積層体は、第1半導体層(例えば、n型半導体層)、発光層、第2半導体層(例えば、p型半導体層)がこの順に積層されており、発光に寄与する積層体である。窒化物半導体積層体の厚みは、30μm程度以下が好ましい。
第1半導体層、発光層及び第2半導体層の種類、材料は特に限定されるものではなく、例えば、III-V族化合物半導体、II-VI族化合物半導体等、種々の半導体が挙げられる。具体的には、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等の窒化物系の半導体材料が挙げられ、InN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等を用いることができる。各層の膜厚及び層構造は、当該分野で公知のものを利用することができる。発光素子51の形状は、通常四角形であるが、円形、楕円形、三角形、六角形等の多角形であってもよい。
発光素子51は、その上面がスプレー法等によって形成された透光性部材53で覆われていることが好ましい。透光性部材53は、発光素子51を、外力、埃、水分等から保護すると共に、発光素子51の耐熱性、耐候性、耐光性を良好なものとするために設けられている。透光性部材53は、発光層から出射される光の60%以上を透過するものが好ましい。このような部材は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、これらの変性樹脂又はこれらの樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂等などによって形成することができる。具体的には、エポキシ/変性エポキシ樹脂、シリコーン/変性シリコーン/ハイブリッドシリコーン樹脂等が挙げられる。
透光性部材53は、充填材(例えば、拡散剤、着色剤等)を含んでいてもよい。例えば、シリカ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、ガラス、蛍光体の結晶又は焼結体、蛍光体と無機物の結合材との焼結体等が挙げられる。
基板52は、発光素子51が載置されるもので、従来公知のサファイア、スピネル、SiC等からなる基材に配線パターンが形成されたものが用いられる。
また、発光素子51は、基板52にフリップチップ実装されているものが好ましい。発光素子51は、基板52上に1つのみ載置してもよいし、複数でもよい。複数の発光素子51が載置される場合、その配置は不規則でもよく、行列など規則的又は周期的に配置されてもよい。複数の発光素子51は、直列、並列、直並列又は並直列のいずれの接続形態でもよい。
レンズ1は、レンズ部21が発光素子51からの光を透過する位置に設けられている。レンズ1は、レンズ部21が発光素子51と対向して、鍔部23により基板52に設置される。これにより、基板52上で発光素子51にレンズ部21が対向してレンズ1が配置され、発光素子51からの光が鍔部23を介してレンズ1の側方へ漏れるのを低減できる。
次に、レンズの製造方法について説明する。
図5は、第1実施形態に係るレンズの製造方法の手順を示すフローチャートである。図6Aは、第1実施形態に係るレンズの製造方法において、カバーブランクを作製する工程を模式的に示す断面図である。図6Bは、第1実施形態に係るレンズの製造方法において、第1金型を取り外す工程を模式的に示す断面図である。図6Cは、第1実施形態に係るレンズの製造方法において、カバーブランクを第2金型内に配置してレンズブランクを作製する工程を模式的に示す断面図である。図6Dは、第1実施形態に係るレンズの製造方法において、レンズブランクを切断してレンズを作製する工程を模式的に示す断面図である。
なお、図6A~図6Dでは、複数のレンズを一度に製造するものであるが、1つのレンズの部分を説明し、隣り合う他のレンズの部分は説明を省略している。
なお、各部材の材質や配置等については、前記したレンズ1の説明で述べた通りであるので、ここでは、適宜、説明を省略する。
カバーブランクを作製する工程S1は、熱硬化性の第1樹脂を第1金型内に注入し硬化して、レンズ部21とレンズ部21の外周に設けられた接続部22と接続部22の外周に設けられた鍔部23とを有し、レンズ部21と鍔部23と接続部22とを連続して形成しているカバー部2を複数有するカバーブランク20を作製する工程である。
第1金型を取り外す工程S2は、カバーブランク20を作製後、第1金型の一部又は全部を取り外す工程である。ここでは、第1金型の一部である上型61を取り外し、作製したカバーブランク20を下型62で保持することとする。
カバーブランクを第2金型内に配置する工程S3は、カバーブランク20を保持した下型62の上に、第1金型と同様にトランスファー成形で用いられる別の上型71を配置する工程である。ここでは、第2金型として、上型71及び下型62が用いられる。
レンズブランクを作製する工程S4は、第1樹脂よりも光吸収率又は光反射率が高い熱硬化性の第2樹脂を第2金型内に注入し硬化して、隣り合うカバー部2の間に遮光部3が形成されたレンズブランク10を作製する工程である。
レンズを作製する工程S5は、レンズブランク10を個片化してレンズ1を作製する工程である。すなわち、この工程S5は、第2金型の全部を取り外してレンズブランク10を取り出し、取り出したレンズブランク10を、隣り合うカバー部2の間に形成された遮光部3の中央で切断する。そして、遮光部3で個片化し切断することで、レンズブランク10が個片化して、接続部22の外側が遮光部3で覆われたレンズ1を作製する工程である。
次に、発光装置100の製造方法について説明する。発光装置100の製造方法については図示しないが、発光装置100の構成を示す図1及び図4を参照して説明する。
発光装置100の製造方法は、レンズを準備する工程と、設置した発光素子にレンズを配置する工程と、を行う。
なお、レンズを準備する工程については、前記のレンズの製造方法と同様であるので、説明を省略する。
レンズを配置する工程は、レンズ部21が発光素子51からの光を透過するようにレンズ1を配置する工程である。この工程では、レンズ部21と接続部22とで鍔部23の内側に形成した凹部4の内部に発光素子51、好ましくは基板52に載置された発光素子51が位置するようにレンズ1を配置する。ここで、発光素子51は、透光性部材53で覆われたものであってもよい。
次に、第2実施形態について図7を参照して説明する。
図7は、第2実施形態に係るレンズを用いた発光装置を中央で断面にした構成を模式的に示す断面図である。なお、すでに説明した構成は、同じ符号を付して説明を省略する。
[レンズ及び発光装置]
レンズ1A及び発光装置100Aについて説明する。
第2実施形態に係るレンズ1A及び発光装置100Aは、このような肉厚の遮光部3Aを有することによって、光漏れをさらに低減できる。
次に、レンズ1Aの製造方法について説明する。
図8Aは、第2実施形態に係るレンズの製造方法において、カバーブランクを第2金型内に配置してレンズブランクを作製する工程を模式的に示す断面図である。図8Bは、第2実施形態に係るレンズの製造方法において、レンズブランクを切断してレンズを作製する工程を模式的に示す断面図である。
次に、発光装置100Aの製造方法について説明する。
発光装置100Aの製造方法は、レンズ1Aを準備する工程と、発光素子51を配置する工程と、を有し、この順で行う。レンズ1Aを用いる以外の事項については、第1実施形態に係る発光装置100の製造方法と同様である。
次に、第3実施形態について、図9を参照して説明する。
図9は、第3実施形態に係るレンズを用いた発光装置を中央で断面にした構成を模式的に示す断面図である。なお、すでに説明した構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
[レンズ及び発光装置]
レンズ1B及び発光装置100Bについて説明する。
第3実施形態に係るレンズ1B及び発光装置100Bは、このような肉厚の外側端面23bを覆う遮光部3Bを有することによって、遮光部3Bでの光漏れをさらに低減できる。
次に、レンズ1Bの製造方法について説明する。
図10は、第3実施形態に係るレンズの製造方法の手順を示すフローチャートである。図11Aは、第3実施形態に係るレンズの製造方法において、カバーブランクを作製する工程を模式的に示す断面図である。図11Bは、第3実施形態に係るレンズの製造方法において、カバーブランクを切断する工程を模式的に示す断面図である。図11Cは、第3実施形態に係るレンズの製造方法において、切断したカバーブランクを第2金型内に配置してレンズブランクを作製する工程を模式的に示す断面図である。図11Dは、第3実施形態に係るレンズの製造方法において、レンズブランクを切断してレンズを作製する工程を模式的に示す断面図である。
なお、各部材の材質や配置等については、前記したレンズ1Bの説明で述べた通りであるので、ここでは、適宜、説明を省略する。
カバーブランクを作製する工程S11は、熱硬化性の第1樹脂を第1金型内に注入し硬化して、レンズ部21とレンズ部21の外周に設けられた接続する接続部22と接続部22の外周に設けられた鍔部23とを有し、レンズ部21と鍔部23と接続部22とを連続して形成しているカバー部2を複数有するカバーブランク20を作製する工程である。
第1金型を取り外す工程S12は、カバーブランク20を作製後、第1金型を取り外す工程である。ここでは、第1金型の全部(上型61及び下型62)を取り外す。
カバーブランクを切断する工程S13は、カバーブランク20を隣り合うカバー部2の間に形成された鍔部23で切断して、個片化したカバーブランク20Aを作製する。カバーブランク20の切断には、従来公知のブレード等の切断工具91を用いて行う。そして、作製されるカバーブランク20Aの鍔部23の長さが200μm~3000μmとなるように、切断工具91の切断幅を適宜調整することが好ましい。
カバーブランクを第2金型内に配置する工程S14は、切断されたカバーブランク20(個片化したカバーブランク20A)を第1金型と同様にトランスファー成形で用いられる別の上型81A及び下型82Aに配置する工程である。
レンズブランクを作製する工程S15は、第1樹脂よりも光吸収率又は光反射率が高い熱硬化性の第2樹脂を第2金型内に注入し硬化して、隣り合うカバー部2の間に遮光部3が形成されたレンズブランク10Bを作製する工程である。
レンズを作製する工程S16は、レンズブランク10Bを個片化してレンズ1Bを作製する工程である。すなわち、この工程S16は、第2金型の全部を取り外してレンズブランク10Bを取り出し、取り出したレンズブランク10Bを、隣り合うカバー部2の間に形成された遮光部3Bの中央で切断する。そして、遮光部3Bで個片化し切断することで、接続部22の外側が遮光部3Bで覆われ、かつ、鍔部23の外側端面23bも遮光部3で覆われたレンズ1Bを作製する工程である。
次に、発光装置100Bの製造方法について説明する。
発光装置100Bの製造方法は、レンズを準備する工程と、発光装置を配置する工程と、を有し、この順で行う。レンズ1Bを用いる以外の事項については、第1実施形態に係る発光装置100の製造方法と同様である。
図12に示すように、レンズ1C及び発光装置100Cは、レンズ部21の構成として、外側或いは内側の片面(図面では光入射面21a)のみに複数の突状部21cを有する片凸レンズのフレネルレンズであっても構わない。レンズ部21は、光入射面21aが複数の突状部21cを有し、光出射面21bが発光素子51の発光面に対して水平に配置できるように、平坦又は略平坦であることが好ましい。なお、光出射面21bは、シボ加工、マット加工等によって突状部21cの高さよりも低い微細な凹凸を有する面であってもよい。これにより、出射する光を均一に拡散することができる。図12は、第4実施形態に係るレンズを用いた発光装置を中央で断面にした構成を模式的示す断面図である。もちろん、複眼レンズであっても、レンズ部21の外側或いは内側の片面のみに複数の突状部21cを有する構成としてもよい。レンズ1C及び発光装置100Cのようにレンズ部21の片面のみに複数の突状部21cを有する構成とすることで、外側面に凹凸部がない分、高さ方向を小さくすることができる。
図13に示すように、レンズ1Dは、接続部22がレンズ部21の水平面側に形成され、その接続部22の下方に鍔部23が形成される構成としてもよい。また、発光装置100Dは、レンズ1Dと、発光素子51が載置された基板52とが、予め基板52に設けられた反射材料等からなる介在部材54を介して接合されている構成としてもよい。図13は、第5実施形態に係るレンズを用いた発光装置を中央で断面にした構成を模式的示す断面図である。
レンズ1Dでは、接続部22の外側と鍔部23の上面を遮光部3で覆っている。そして、レンズ1D及び発光装置100Dでは、レンズ部21と接続部22とで凹部を形成せず、介在部材54により凹部4aを形成している。
レンズ1Dでは、鍔部23の下面を基板52に介在部材54を介して接合することで、基板52に載置した発光素子51にレンズ部21が対面するように配置される。
発光装置100Dでは、介在部材54の高さにより、基板52に載置した発光素子51がレンズ1Dのレンズ部21から離隔するように形成されている。
レンズ1D及び発光装置100Dでは、鍔部23の外側及び介在部材54の外側を遮光部3で覆うようにしてもよい。
2 カバー部
3、3A、3B 遮光部
4 凹部
10、10A、10B レンズブランク
20、20A カバーブランク
21 レンズ部
21a 光入射面
21b 光出射面
21c 突状部
22 接続部
22a 外側面
23 鍔部
23a 上面
23b 外側端面
51 発光素子
52 基板
53 透光性部材
61、71、81、81A 上型
62、82A 下型
91 切断工具
100、100A、100B 発光装置
Claims (22)
- レンズ部と前記レンズ部の外周に設けられた接続部と前記接続部の外周に設けられた鍔部とを有し、前記レンズ部と前記接続部とで凹部を形成し、前記鍔部は前記凹部から外向き方向に設けられ、前記レンズ部と前記鍔部と前記接続部とを熱硬化性の第1樹脂で連続して形成しているカバー部と、
前記接続部の外側及び前記鍔部の上面を覆い、前記第1樹脂よりも光吸収率又は光反射率が高い熱硬化性の第2樹脂で形成している遮光部と、を備え、
前記鍔部の外側端面が前記遮光部で覆われているレンズ。 - レンズ部と前記レンズ部の外周に設けられた接続部と前記接続部の外周に設けられた鍔部とを有し、前記レンズ部と前記鍔部と前記接続部とを熱硬化性の第1樹脂で連続して形成し、前記鍔部の厚みが5μm~30μmであるカバー部と、
前記接続部の外側及び前記鍔部の上面を覆い、前記第1樹脂よりも光吸収率又は光反射率が高い熱硬化性の第2樹脂で形成している遮光部と、を備え、
前記レンズ部と前記接続部とで凹部を形成し、前記鍔部は前記凹部から外向き方向に設けられているレンズ。 - 反射材料からなる介在部材を介して基板に配置されるレンズであって、
レンズ部と前記レンズ部の外周に設けられた接続部と前記接続部の外周に設けられた鍔部とを有し、前記レンズ部と前記鍔部と前記接続部とを熱硬化性の第1樹脂で連続して形成し、前記鍔部の厚みが5μm~30μmであるカバー部と、
前記接続部の外側及び前記鍔部の上面を覆い、前記第1樹脂よりも光吸収率又は光反射率が高い熱硬化性の第2樹脂で形成している遮光部と、を備え、
前記鍔部に接合される前記介在部材と前記レンズ部及び前記接続部とで凹部を形成しているレンズ。 - 前記凹部の内底面に前記レンズ部を形成している請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のレンズ。
- 前記鍔部の外側端面が前記遮光部で覆われている請求項2乃至請求項4のいずれか一項に記載のレンズ。
- 前記第1樹脂及び前記第2樹脂の少なくとも一方はシリコーン樹脂である請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のレンズ。
- 前記レンズ部はフレネルレンズである請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のレンズ。
- 前記鍔部の長さは200μm~3000μmである請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のレンズ。
- 前記遮光部の厚みは200μm~3000μmである請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載のレンズ。
- 前記鍔部は前記レンズ部の外周全部を囲む請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載のレンズ。
- 発光素子と、
レンズ部と前記レンズ部の外周に設けられた接続部と前記接続部の外周に設けられた鍔部とを有し、前記レンズ部と前記接続部とで凹部を形成し、前記鍔部は前記凹部から外向き方向に設けられ、前記レンズ部と前記鍔部と前記接続部とを熱硬化性の第1樹脂で連続して形成しているカバー部と、前記接続部の外側及び前記鍔部の上面を覆い、前記第1樹脂よりも光吸収率又は光反射率が高い熱硬化性の第2樹脂で形成している遮光部とを有し、前記鍔部の外側端面が前記遮光部で覆われているレンズと、を備え、
前記レンズ部は、前記発光素子からの光を透過する位置に設けられている発光装置。 - 発光素子と、
レンズ部と前記レンズ部の外周に設けられた接続部と前記接続部の外周に設けられた鍔部とを有し、前記レンズ部と前記鍔部と前記接続部とを熱硬化性の第1樹脂で連続して形成し、前記鍔部の厚みが5μm~30μmであるカバー部と、前記接続部の外側及び前記鍔部の上面を覆い、前記第1樹脂よりも光吸収率又は光反射率が高い熱硬化性の第2樹脂で形成している遮光部とを有し、前記レンズ部と前記接続部とで凹部を形成し、前記鍔部は前記凹部から外向き方向に設けられているレンズと、を備え、
前記レンズ部は、前記発光素子からの光を透過する位置に設けられている発光装置。 - 前記発光装置は、前記発光素子が載置される基板をさらに備え、
前記レンズ部を、前記発光素子に対向するように、前記鍔部が前記基板に設置される請求項11又は請求項12に記載の発光装置。 - 前記発光素子と、前記レンズ部及び前記接続部とは離隔している請求項11乃至請求項13のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記接続部よりも前記レンズ部の側に前記発光素子が近くなるように前記接続部が形成されている請求項14に記載の発光装置。
- 熱硬化性の第1樹脂を第1金型内に注入し硬化して、レンズ部と前記レンズ部の外周に設けられた接続部と前記接続部の外周に設けられた鍔部とを有し、前記レンズ部と前記接続部とで凹部を形成し、前記鍔部は前記凹部から外向き方向に設けられ、前記レンズ部と前記鍔部と前記接続部とを連続して形成し、前記鍔部の厚みが5μm~30μmであるカバー部を複数有するカバーブランクを作製する工程と、
前記カバーブランクを作製後、前記第1金型の一部又は全部を取り外す工程と、
前記カバーブランクを第2金型内に配置する工程と、
前記第1樹脂よりも光吸収率又は光反射率が高い熱硬化性の第2樹脂を前記第2金型内に注入し硬化して、隣り合う前記カバー部の間に遮光部が形成されたレンズブランクを作製する工程と、
前記レンズブランクを取り出し、取り出した前記レンズブランクを、隣り合う前記カバー部の間に形成された前記遮光部で切断し、前記接続部の外側が前記遮光部で覆われたレンズを作製する工程と、
を含むレンズの製造方法。 - 熱硬化性の第1樹脂を第1金型内に注入し硬化して、レンズ部と前記レンズ部の外周に設けられた接続部と前記接続部の外周に設けられた鍔部とを有し、前記レンズ部と前記鍔部と前記接続部とを連続して形成しているカバー部を複数有するカバーブランクを作製する工程と、
前記カバーブランクを作製後、前記第1金型を取り外す工程と、
前記カバーブランクを、隣り合う前記カバー部の間に形成された前記鍔部で切断する工程と、
切断された前記カバーブランクを第2金型内に配置する工程と、
前記第1樹脂よりも光吸収率又は光反射率が高い熱硬化性の第2樹脂を前記第2金型内に注入し硬化して、隣り合う前記カバー部の間に遮光部が形成されたレンズブランクを作製する工程と、
前記レンズブランクを取り出し、取り出した前記レンズブランクを、隣り合う前記カバー部の間に形成された前記遮光部で切断し、前記接続部の外側が前記遮光部で覆われ、かつ、前記鍔部の外側端面も前記遮光部で覆われたレンズを作製する工程と、を含み、
前記カバーブランクを作製する工程において、前記レンズ部と前記接続部とで凹部を形成し、前記鍔部は前記凹部から外向き方向に設けられるレンズの製造方法。 - 前記カバーブランクを作製する工程において、前記鍔部の厚みが5μm~30μmである請求項17に記載のレンズの製造方法。
- 請求項16乃至請求項18のいずれか一項に記載のレンズの製造方法を用いてレンズを準備する工程と、
前記レンズ部が発光素子からの光を透過するように前記レンズを配置する工程と、
を含む発光装置の製造方法。 - 前記レンズを配置する工程において、基板に前記発光素子を載置した後に前記鍔部を前記基板に接続する請求項19に記載の発光装置の製造方法。
- 前記レンズを配置する工程において、前記接続部及び前記レンズ部と前記発光素子が離隔するように前記レンズを配置する請求項19又は請求項20に記載の発光装置の製造方法。
- 前記レンズを配置する工程において、前記接続部よりも前記レンズ部の側に前記発光素子が近くなるように前記レンズを配置する請求項21に記載の発光装置の製造方法。
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