專利名稱：光學裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及光學裝置。
技術(shù)背景
作為光學裝置的一例，在照明用的發(fā)光裝置中，要求將放出光的配光角(light distribution angle)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。例如，在開關(guān)照明的情況下，要求使配光角縮小得較窄、提高光軸附近的發(fā)光強度(luminous intensity)。此外，作為光學裝置的另一例，在受光裝置中也要求將以規(guī)定的入射角入射的光高效地向受光元件的受光區(qū)域引導。
若在發(fā)光元件、受光元件中設置凸透鏡(convex lens)或凹透鏡(concave lens)， 則容易控制發(fā)光裝置的配光角、受光裝置的入射角。但是，例如，若采用半球透鏡等，則其高度增大，發(fā)光裝置、受光裝置的薄型化困難。此外，將這些透鏡外置于發(fā)光裝置、受光裝置的表面的工序難以包含在連續(xù)的自動裝配線中。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式，提供一種能夠控制配光角或入射角、并且裝置的薄型化容易的光學裝置。
本發(fā)明的實施方式的光學裝置，具備引線；發(fā)光元件，設在上述引線之上，能夠發(fā)出放出光；以及封固層，該封固層以覆蓋上述發(fā)光元件的方式而被設置，并具有上述放出光的光取出面；上述光取出面具有中心部、第一凸部(protruding portion)和連接部，該中心部包含上述放出光的光軸，該第一凸部包含將上述中心部包圍的內(nèi)側(cè)面和朝向外側(cè)的外側(cè)面，該連接部位于上述內(nèi)側(cè)面的下方，且設在上述內(nèi)側(cè)面與上述中心部之間。上述連接部具有圓形部，該圓形部位于上述內(nèi)側(cè)面一側(cè)及上述中心部一側(cè)中的至少任一側(cè)。上述第一凸部的上述外側(cè)面具有比上述中心部的傾斜角的平均值大的傾斜角的平均值并使上述放出光發(fā)生折射，或者，上述第一凸部的上述內(nèi)側(cè)面具有比上述中心部的上述表面的傾斜角的平均值大的傾斜角的平均值并使上述放出光發(fā)生折射。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，能夠提供可控制配光角或入射角、且裝置的薄型化容易的光學裝置。


圖1 (a)是第一實施方式的發(fā)光裝置的平面示意圖，圖1 (b)是沿A-A線的截面示意圖，圖1(c)是將光取出面放大后的截面示意圖。
圖2(a)是說明本實施方式的光取出面的作用的截面示意圖，圖2(b)是表示球面近似法的截面示意圖。
圖3是第一實施方式的發(fā)光裝置的指向特性的圖。
圖4(a)是第一實施方式的變形例的發(fā)光裝置的平面示意圖，圖4(b)是沿A-A線的截面示意圖，圖4(c)是將光取出面放大后的截面示意圖。
圖5是說明本實施方式的光取出面的作用的截面示意圖。
圖6(a)是第二實施方式的發(fā)光裝置的平面示意圖，圖6(b)是其截面示意圖。
圖7 (a)是第三實施方式的發(fā)光裝置的平面示意圖，圖7(b)是沿B-B線的截面示意圖。
圖8(a)是說明第三實施方式的作用的截面示意圖，圖8(b)是說明透鏡的變形例的作用的截面示意圖。
圖9是說明第三實施方式的變形例的發(fā)光裝置的作用的示意圖。
圖10(a)是第四實施方式的發(fā)光裝置的局部截面示意圖，圖10(b)是凹透鏡的截面示意圖，圖10(c)是指向特性的圖。
圖11 (a)是第五實施方式的發(fā)光裝置的透鏡的截面示意圖，圖11 (b)是分割前的組合透鏡(combination lens)的截面示意圖，圖11 (c)是指向特性的圖。
圖12(a)是第六實施方式的受光裝置的透鏡的截面示意圖，圖12(b)是受光裝置的截面示意圖。
圖13(a)是第七實施方式的發(fā)光裝置的平面示意圖，圖13(b)是沿C-C線的截面示意圖。
具體實施方式
下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。
圖1 (a)是第一實施方式的發(fā)光裝置的平面示意圖，圖1 (b)是沿A-A線的截面示意圖，圖1(c)是將光取出面放大后的截面示意圖。
發(fā)光裝置，具有由樹脂、陶瓷這樣的絕緣材料構(gòu)成的成型體10 ；第一引線12 ；第二引線14;發(fā)光元件20 ；封固層39 ；以及接合線15 (bonding wire)。
在成型體10設有凹部10a。在凹部IOa的底面10b，分別露出第一引線12的一個端部、第二引線14的一個端部。發(fā)光元件20通過銀膏那樣的導電性接合劑、金屬焊料等而被接合在第一引線12之上。設置在發(fā)光元件20的上表面的一個電極20a通過接合線15 而與第二引線14連接。在凹部IOa內(nèi)，以覆蓋發(fā)光元件20的方式設有由硅樹脂等構(gòu)成的封固層39。另外，若通過含有反射性填料的熱塑性樹脂來構(gòu)成成型體10，則能夠?qū)疾縄Oa 的側(cè)壁IOc作為光反射面。
光取出面44包含中心部30，在內(nèi)部包含放出光的光軸40 ；第一凸部34，包圍中心部30 ；以及第一連接部32，設置在中心部30與第一凸部34之間，包含向上方凹的曲面。 第一凸部34包含內(nèi)側(cè)面3 及外側(cè)面34b，該內(nèi)側(cè)面3 設置在中心部30 —側(cè)，該外側(cè)面 34b朝向外側(cè)而設置。此外，本圖中，連接部32夾在中心部30和第一凸部34之間并設置于內(nèi)側(cè)面3 的下方。此外，連接部32能夠?qū)⒅行牟?0的表面30a的傾斜部、與第一凸部34 的傾斜部進行連接，包含向上凹的曲面。但是，連接部32的曲面不限于此。例如，曲面可以具有含有圓形部的凹陷、和平面，該圓形部設置在內(nèi)側(cè)面3 —側(cè)及中心部30 —側(cè)中的至少任一側(cè)。
中心部30的表面30a能夠做成平面或曲面。圖1中，中心部30的表面30a包含向上凸的曲面。中心部30的上端及第一凸部34的上端既可以包含在硬化后的封固層39 的上表面42內(nèi)，也可以在上表面42的下方。
此外，在中心部30和第一凸部34之間設置的、例如含有向上方凹的曲面的第一連接部32的截面，采用具有例如10 300 μ m左右的曲率半徑RR的結(jié)構(gòu)。在用于將如激光那樣的相干光聚光、提高光取出效率的菲涅耳透鏡、衍射光柵中，凸部之間的連接部通常需要陡峭的切口。但是，本實施方式中，改變非相干的放出光的折射方向而控制配光角，因此， 能夠緩和連接部的切口的陡峭性。
包含這樣的凸部及連接部的光取出面44的形狀能夠通過掃描激光而形成。例如， 若采用波長為10. 6 μ m附近的二氧化碳激光，則能夠使距封固層39的上表面42的連接部的深度為例如300 μ m左右。若向硬化后的樹脂層照射激光，則樹脂層升華或溶融、氣化，能夠?qū)崿F(xiàn)希望的連接部形狀。
根據(jù)發(fā)明者們的實驗可知，中心部30與第一凸部34之間的第一連接部32的曲率半徑RR、凸部的上端錐部的寬度難以縮小為進行加工的激光的波長以下。因此，例如在采用二氧化碳激光的情況下，優(yōu)選為，第一連接部32的圓形部的曲率半徑RR在二氧化碳激光的波長即10. 6μπι以上，更優(yōu)選的是，在激光的波長的3倍以上。
此外，利用激光從上表面42將封固層39去除直到規(guī)定深度的情況下，若在上端留有平坦部34c，則加工將變得容易。通常，若凸部的前端錐部細，則容易產(chǎn)生毛刺(〃U ) 等，存在難以使形狀穩(wěn)定化、使配光角變化的情況。若在平坦部34c的兩側(cè)設置圓形部，則能夠?qū)⒌谝煌共?4做成希望的形狀并穩(wěn)定地控制配光特性。即，優(yōu)選在第一凸部34的上端設置10. 6 μ m以上的圓形部，在這3倍以上則更為優(yōu)選。
圖2(a)是說明本實施方式的發(fā)光裝置的光取出面的作用的截面示意圖，圖2(b) 是說明球面近似法的截面示意圖。
在封固層39上方，具有由與封固層39相同的材料構(gòu)成的半球透鏡90?？紤]將半球透鏡90的一側(cè)垂直地2分割為DVl及DV2、使透鏡球面朝向發(fā)光中心20b相似地移動半球透鏡90的情況。S卩，移動曲面，以使得分割后的半球透鏡90、91各自的球面所引起的折射方向與移動前平行。這樣，外側(cè)的分割區(qū)域DVl的球面的傾斜角的平均值β變得比中心部30的分割區(qū)域DV2的球面的傾斜角的平均值α大。另外，傾斜角的平均值定義為下述的面與上表面42交差的角度，該面為與包含球面的曲面的在上端與下端之間的中間位置上的曲面相切的面
由于來自發(fā)光元件20的放出光非相干，因此在分割后的球面的區(qū)域之間不必使相位一致。如果將發(fā)光區(qū)域的發(fā)光中心20b作為相似的中心，則能夠連續(xù)排列與半球透鏡 90相似的半球透鏡?？s小了的相似形的分割后的球面引起的折射方向能夠與半球透鏡90 的球面引起的折射方向平行。即，若將發(fā)光中心20b設在半球透鏡的中心位置的下方，則放出光不從發(fā)光中心20b呈放射狀放出，使折射方向接近光軸40，對配光角的控制更加容易。 另外，半球透鏡的中心定義為，用包含中心的平面對球透鏡進行了 2分割的情況下出現(xiàn)的圓的中心。
被分割并縮小了的球面例如能夠使各自的球面的上端對齊而配置，或者也可以使下表面對齊而排列。如果使上端對齊，則從封固層39剛剛硬化后的上表面42的激光加工去除區(qū)域最小，因此提高了透鏡面形成的生產(chǎn)性。
在圖2所示的截面中，能夠沿著將發(fā)光中心(相似的中心)20b、與成型體10的凹部IOa的側(cè)壁(反射面)IOc的上限部連結(jié)起來的直線而移動相似形的半球透鏡91、92。第一實施方式中，對與被垂直分割后的球面對應的半球透鏡的被縮小了的球面進行合成，形成希望的透鏡。但是，接近光軸40的分割區(qū)域DV2的球面引起的折射角小。在該圖中，分割后的球面透鏡中，將使DV2的球面縮小了的半球透鏡92的一部分設置在上端與封固層39 剛剛硬化后的上表面42相切的位置，作為中心部30的上表面30a。
此外，在截面中，將經(jīng)過假想光線Ll與上表面42交差的點CRl的、半球透鏡91的區(qū)域DVl的球面縮小后的半球透鏡91的球面作為外側(cè)面34b。將成為從半球透鏡92向半球透鏡91的轉(zhuǎn)移部的內(nèi)側(cè)面設為34a。若如本圖那樣使轉(zhuǎn)移部(內(nèi)側(cè)面)與假想光線Ll 的軌跡一致，則能夠降低光損失(optical loss)。
結(jié)果，如圖1(b)那樣，放出光中的從中心部30的面30a出射的光Gl，除了光軸40 上的光以外而向光軸40側(cè)折射。從第一凸部34的外側(cè)面34b出射的光G2向光軸40側(cè)折射。在外側(cè)面為曲面的情況下，將曲面的傾斜角以其平均值來定義。例如，第一凸部34的外側(cè)面34b的傾斜角的平均值β定義為，下述切線與平行于上表面42的面所成的角度的平均值，該切線是與區(qū)域DVl的曲面對應的半球透鏡92的球面的切線。此外，中心部30的表面30a的傾斜角的平均值α定義為，表面30a的切線與平行于上表面42的面所成的角度的平均值。另外，若外側(cè)面3 及表面30a在其截面中為直線，則傾斜角分別成為固定。
圖2中，中心部30的表面30a的傾斜角的平均值α小于第一凸部34的外側(cè)面 34b的傾斜角的平均值β。第一凸部34的球面中心位于發(fā)光中心20b的上方，因此對外側(cè)面34b的入射角不會成為零，光向光軸40側(cè)折射。S卩，如圖1 (b)所示，被外側(cè)面34b折射的光G2與被中心部30的曲面30a折射的光Gl相比更大地彎向光軸40側(cè)，封固層39用作聚光透鏡。
成型體10的凹部IOa的側(cè)壁IOc用作反射面的情況下，若在第一凸部34的外側(cè)進一步設置周邊部38，則更容易控制配光角。朝向發(fā)光元件20的側(cè)面方向而放出的光由于傾斜角0的側(cè)壁IOc而發(fā)生反射，行進方向變化。關(guān)于反射光，能夠?qū)⑴c反射面(側(cè)壁IOc) 有關(guān)的發(fā)光中心20b的對稱點S假想為發(fā)光點。
對側(cè)壁IOc的上端與發(fā)光中心20b進行連結(jié)的直線、與半球透鏡91的球面之間的交差點被設為點P。這時，將對稱點S作為相似的中心，以將半球透鏡90縮小了的半球透鏡 94的球面在截面中通過點P的方式設置周邊部38。由側(cè)壁IOc反射并從周邊部38的曲面 38a出射的光G4能夠向光軸40側(cè)折射，能夠更容易地控制配光角。該情況下，設置在中心部30與第一凸部34之間的第一連接部32也構(gòu)成光取出面44。本圖中，縮小后的相似形的球面38a引起的折射方向平行于半球透鏡90的球面引起的折射方向，從而容易控制配光角。此外，容易實現(xiàn)發(fā)光裝置的薄型化。另外，在不怎么期待嚴密的聚光(converging)的情況下，在截面中具有大致與球面相當?shù)拿娴慕嵌鹊闹本€的曲面、或者該多個曲面的組合 (圖2(b))也能夠得到某種程度的效果。該情況下，中心部30的曲面與第一凸部34的外側(cè)面34b的曲面也可以不是相似形。例如，可以是，中心部30包含向上方凸起的球面的一部分，第一凸部34的外側(cè)面34b包含將向上方凸起的曲線的一部分繞光軸40旋轉(zhuǎn)而生成的曲面。
在封固層的上方設置由其他工序形成的半球透鏡的光學裝置，其制造工序復雜， 且不容易實現(xiàn)自動化。即，進行發(fā)光元件的接合、引線接合之后，通過對液狀封固樹脂進行充填并加熱等而進行一次硬化。接著，將上下反轉(zhuǎn)，插入固定到液狀樹脂進入了的鑄型 (casting type)的殼體模具(case mold)中，通過加熱等而硬化。從殼體模具中抽取出后 (離模)，若進行二次硬化，則透鏡型表面安裝(SMD =Surface Mounted Device)型發(fā)光裝置完成。這樣，定位、向加熱裝置的裝拆、離模等工序不適合連續(xù)自動化線。
對此，本實施方式的發(fā)光裝置不需要定位、向加熱裝置的裝拆、以及離模等工序。 通過自動化激光加工裝置，將激光掃描并照射到平坦的封固層的表面。容易將激光的照射時間設置為例如1秒以下，適合連續(xù)自動化線。結(jié)果，容易實現(xiàn)批量生產(chǎn)性的提高和價格的降低。
另外，第一連接部32的曲率半徑RR小時能夠降低光損失。但是，如圖1(c)所示， 即使是具有圓形部截面的連接部，若圓形部的曲率半徑RR在10 300 μ m的范圍內(nèi)，則能夠取出從連接部出射的大部分光。此外，根據(jù)發(fā)明者們的實驗，已判明，若使曲率半徑RR大于300 μ m,則透鏡效果減弱。即，可以使曲率半徑RR在300 μ m以下。
圖3是第一實施方式的發(fā)光裝置的指向特性的圖。
半徑方向是發(fā)光強度相對值，圓周方向是相對于光軸40的角度。以實線所表示的第一實施方式中，半極大處全寬度(full width at half maximum)能夠為較窄的60度，配光角降低。對此，在具有平坦表面的封固層(虛線)，半極大處全寬度為2倍即120度。結(jié)果，發(fā)光裝置的光軸40上的發(fā)光強度能夠提高為具有平坦表面的發(fā)光裝置的約3. 5倍。
激光加工中，難以形成陡峭的連接部，而形成具有圓形部的截面。圖1是圓形部的曲率半徑RR為50 μ m的發(fā)光裝置，如圖3所示，能夠充分實現(xiàn)配光角的控制。此外，若使用例如準分子激光，則波長為較短的M8nm，因此，能夠更容易地降低由激光加工引起的圓形部的曲率半徑。
本實施方式的發(fā)光裝置，不將放出光擴大為放射狀，如開關(guān)照明、局部照明(spot illumination)那樣適于在光軸40附近提高發(fā)光強度的用途。若發(fā)光元件20含有 Inx(AlyGa1^y) ^xP(0彡χ彡1，0彡y彡1)，則能放出綠色 紅色的波長范圍的光。此外，若發(fā)光元件20含有hxAly(iai_x_yN(0彡χ彡1，0彡y彡l，x+y彡1)，則能放出紫外光 藍色光。 該情況下，若在封固層39中混合配置熒光體粒子，則容易控制白色光等混合光的配光角。
圖4(a)是第一實施方式的變形例的發(fā)光裝置的平面示意圖，圖4(b)是沿A-A線的截面示意圖，圖4(c)是擴大了光取出面的截面示意圖。
發(fā)光裝置具有成型體10、第一引線12、第二引線14、發(fā)光元件20、封固層39以及接合線15。
光取出面44包含中心部30，在內(nèi)部含有光軸40 ；第一凸部34，包圍中心部30 ； 第二凸部36，包圍第一凸部34 ；第一連接部32，設在中心部30與第一凸部34之間；以及第二連接部35，設在第一凸部34與第二凸部36之間。第一凸部34包含內(nèi)側(cè)面3 及外側(cè)面 Mb，該內(nèi)側(cè)面3 設在中心部30 —側(cè)，該外側(cè)面34b設在第二凸部36 —側(cè)。第二凸部36 包含內(nèi)側(cè)面36a及外側(cè)面36b，該內(nèi)側(cè)面36a包圍第一凸部34而設在第一凸部34 —側(cè)，該外側(cè)面36b朝向外側(cè)。在第一凸部34的外側(cè)面34b與第二凸部36的內(nèi)側(cè)面36a之間設置的第二連接部35含有例如向上方凹的曲面?；蛘撸部梢允?，第二連接部35具有圓形部和平坦的面，該圓形部設在第一凸部34 —側(cè)及第ニ凸部36 —側(cè)中的至少任ー側(cè)。若在第二凸部36的上端留有平坦部36c，則激光加工將變得容易。此外，若在平坦部36c的兩側(cè)設置圓形部，則能夠?qū)⒌诙共?6做成希望的形狀，穩(wěn)定地控制配光特性。 即，在第二凸部36的上端，優(yōu)選設置10. 6 μ m以上的圓形部，更優(yōu)選設置其3倍以上的圓形部。將中心部30的表面30a做成平面或曲面。圖4中，中心部30的表面30a包含向上凸的曲面。中心部30的上端、第一凸部34的上端及第ニ凸部36的上端也可以位于硬化后的封固層39的上表面42內(nèi)，也可以位于上表面42的下方。此外，在第一凸部34和第二凸部36之間設置的第二連接部35的圓形部的截面例如具有10 300 μ m左右的曲率半徑RR。圖5是說明本實施方式的發(fā)光裝置的光取出面的作用的截面示意圖。在封固層39之上存在由與封固層39相同的材料構(gòu)成的半球透鏡90。考慮對半球透鏡90的ー側(cè)例如按同心圓狀來垂直地進行7分割、使透鏡球面朝向發(fā)光中心20b相似地移動。即，移動曲面以使得分割后的半球透鏡(DVl DV7)各自的球面所引起的折射方向與移動前平行。另外，由于外側(cè)的分割區(qū)域的球面的傾斜角大，所以凸部的高度増大。因此，本變形例中，使DVl與DV2的分割間隔為其他區(qū)域的一半，降低各自的高度。圖5所示的截面中，能夠沿著將發(fā)光中心(相似的中心)20b、與成型體10的凹部 IOa的側(cè)壁(反射面)IOc的上端連結(jié)起來的直線而移動相似形的半球透鏡91，92，93。本變形例中，對與被垂直分割后的球面對應的半球透鏡的被縮小了的球面進行合成，形成希望的透鏡。但是，光軸40附件的分割區(qū)域DV7的球面所引起的折射角小。因此，本圖中，將半球透鏡93的一部分設置在其上端與封固層39剛剛硬化后的上表面42相切的位置，作為中心部30的上表面30a，該半球透鏡93是對以被分割后的球面透鏡中的DV3 DV7為一體的1個球面進行縮小而得到的。此外，在截面中，將對半球透鏡92的區(qū)域DV2的球面進行縮小而得到的半球透鏡 92的球面設為34b，該半球透鏡92經(jīng)過假想光線Ll與上表面42相交差的點CRl。將作為從半球透鏡93朝向半球透鏡92的轉(zhuǎn)移部的內(nèi)側(cè)面設為34a。進而，將經(jīng)過假想光線L2與上表面42相交差的點CR2的、半球透鏡91的區(qū)域DVl 的球面縮小而得到的球面設為36b。將作為從半球透鏡92朝向半球透鏡91的轉(zhuǎn)移部的內(nèi)側(cè)面設為36a。若使該轉(zhuǎn)移部與假想光線L2的軌跡一致，則能夠降低光的損失。另外，半球透鏡的分割數(shù)以及分割間隔不限于圖4。結(jié)果，如圖4(b)所示，放出光中的、從中心部30的面30a出射的光Gl向光軸40 ー側(cè)折射。從第一凸部34的外側(cè)面34b出射的光G2向光軸40側(cè)折射。從第二凸部36的外側(cè)面36b出射的光G3向光軸40側(cè)折射。第一凸部34的外側(cè)面34b的傾斜角的平均值 β定義為下述切線與平行于上表面42的面所成的角度的平均值，其中該切線是與區(qū)域DV2 的曲面對應的半球透鏡92的球面的切線。此外，第二凸部36的外側(cè)面36b的傾斜角的平均值、定義為下述切線與平行于上表面42的面所成角度的平均值，其中該切線是與區(qū)域 DVl的曲面對應的半球透鏡91的球面的切線。第一凸部34的外側(cè)面34b的傾斜角的平均值β小于第二凸部36的外側(cè)面36b的傾斜角的平均值Y。因此，如圖4(b)所示，被第二凸部36的外側(cè)面36b折射的光G3與被第一凸部；34的外側(cè)面34b折射的光G2相比而較大地彎向光軸40，封固層39作為聚光透鏡^converging lens)而發(fā)揮作用。成型體10的凹部IOa的側(cè)壁IOc作為反射面而發(fā)揮作用的情況下，若在第二凸部 36的外側(cè)進ー步設置周邊部38，則配光角的控制將變得更容易。朝向發(fā)光元件20的側(cè)面方向而放出的光被傾斜角θ的側(cè)壁IOc反射，行進方向變化。關(guān)于反射光，能夠?qū)⑴c反射面(側(cè)壁IOc)有關(guān)的發(fā)光中20b的對稱點S假想為發(fā)光點。將側(cè)壁IOc的上端與發(fā)光中心20b連結(jié)起來的直線、與半球透鏡91的球面之間的交差點被設為點P。此時以對稱點S作為相似的中心，在將半球透鏡90縮小后的半球透鏡 94的球面在截面中經(jīng)過P點的位置，設置周邊部38。被側(cè)壁IOc反射并從周邊部38的曲面38a出射的光G4能夠向光軸40側(cè)折射，能夠更容易地控制配光角。該情況下，在第二凸部36與周邊部38之間設置的第三連接部37也構(gòu)成光取出面44。另外，第一連接部32、第二連接部35、第三連接部37等的曲率半徑RR小時能夠降低光損失。圖6 (a)是第二實施方式的發(fā)光裝置的平面示意圖，圖6(b)是沿A-A線的截面示意圖。第二實施方式中，發(fā)光中心20b位于半球透鏡90的中心90a的上方。因此，朝向第一凸部34的外側(cè)面34b的入射角不會為零，光G2向從光軸40離開的ー側(cè)折射。此外， 被中心部30的表面30a折射的光Gl向從光軸40離開的方向前迸。并且，被第一凸部34 的外側(cè)面34b折射的光G2與被中心部30的表面30a折射的光Gl相比而較大地彎向外側(cè)。 但是，與封固層39的上表面42平坦的情況相比，能夠降低光的闊度。圖7 (a)是第三實施方式的發(fā)光裝置的平面示意圖，圖7(b)是沿B_B線的截面示意圖。第三實施方式適用于在一個封裝中組裝多個發(fā)光元件、發(fā)光元件的發(fā)光面積大的情況下的光學裝置。圖7(a)、圖7(b)中，采用作為轉(zhuǎn)移部的內(nèi)側(cè)面與光軸40平行、將外側(cè)面作為折射面的結(jié)構(gòu)，能夠任意選擇各透鏡區(qū)域的大小。即，在使用大面積發(fā)光元件的情況及將發(fā)光元件排列多個來使用的情況下等，能夠容易地擴大有效光源大小。該情況下，球面34b與36a之間的第二連接部35具有例如向上凹的曲面。連接部 35的截面中的曲率半徑RR能夠設為例如10 300 μ m等。第三實施方式中，與具有平坦的封固層39的上表面的發(fā)光裝置相比，能夠提高光取出效率。進而，通過改變光取出面44的形狀，能夠控制配光角。圖8(a)是說明第三實施方式的作用的截面示意圖，圖8(b)是說明其變形例的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。將被分割為DV2 DV7的半球透鏡的球面配置在剛剛硬化后的封固層39的上表面42的下方。圖8(a)中，以使分割后的各個球面的上端位于同一平面上的方式進行配置。 此外，圖8(b)中，以使與分割區(qū)域DV4 7對應的球面位于封固層39剛剛硬化后的上表面 42下方的方式進行配置。這樣，使分割后的球面的位置在封固層39內(nèi)上下改變，從而能夠更加擴大配光角的控制范圍。相反地，也可以考慮以下結(jié)構(gòu)，即向外側(cè)地降低凸部的位置， 減輕從內(nèi)側(cè)的凸部發(fā)出的光再次進入該外側(cè)的凸部而折射的情況。
圖9是說明第三實施方式的變形例的光學裝置的作用的圖。本圖中，在3個發(fā)光元件20的上方設置第一實施方式所采用的光取出面44。從中央的發(fā)光元件20放出的光線與原先的半球透鏡的光線位置一致性良好。但是，從兩側(cè)的發(fā)光元件20最大量地放出的朝向上方的光到達作為轉(zhuǎn)移部的內(nèi)側(cè)面34a，與朝向虛線所示的原先的半球透鏡的球面的入射角不同。因此，光源的面積大的情況下，為了實現(xiàn)與原先的半球透鏡相近的配光特性，如圖7及圖8所示，優(yōu)選為，相當于轉(zhuǎn)移部的內(nèi)側(cè)面與光軸方向平行。圖10(a)是第四實施方式的發(fā)光裝置的局部截面示意圖，圖10(b)是凹透鏡的截面示意圖，圖10(c)是指向特性的圖。圖10(a)中，在封固層39的表面設有凹透鏡。如圖10(b)所示，凹透鏡97被分割為DVlO DV16，其曲面向剛剛硬化后的封固層39的上表面42的下方移動。內(nèi)側(cè)面為曲面的情況下，將曲面的傾斜角以其平均值來定義。例如，第一凸部34 的內(nèi)側(cè)面Ma的傾斜角的平均值β定義為，內(nèi)側(cè)面34a的切線與上表面42所成角度的平均值。此外，中心部30的表面30a的傾斜角的平均值α定義為，切線與上面42所成角度的平均值。第一凸部；34的內(nèi)側(cè)面34a的傾斜角的平均值β大于中心部30的表面30a的傾斜角的平均值α。因此，被第一凸部;34的內(nèi)側(cè)面3 折射的光G2與被中心部30的表面 30a折射的光Gl相比而較大地彎向從光軸40離開的ー側(cè)，封固層39作為發(fā)散透鏡而發(fā)揮作用。另外，若做成將被分割后的凹透鏡的區(qū)域按相似形縮小了的曲面，則配光角的控制將變得更容易。如圖10(c)所示，具有上表面平坦的封固層的發(fā)光裝置的半極大處全寬度(虛線) 是120度。另ー方面，實線所示的第四實施方式的半極大處全寬度是135度，能夠擴大配光角、以大范圍放出光。圖11 (a)是第五實施方式的發(fā)光裝置的透鏡的截面示意圖，圖11 (b)是分割前的組合透鏡的截面示意圖，圖11(c)是指向特性的圖。第五實施方式采用的分割前的透鏡如圖11 (b)所示是組合透鏡98，中心部30可用作凹透鏡，周邊部可用作凸透鏡。例如，從中央部30的凹部30a出射的光、從第一凸部34 的內(nèi)側(cè)面Ma出射的光、從第二凸部36的內(nèi)側(cè)面36a出射的光分別以從光軸40離開的方式向外側(cè)折射。若采用這樣的組合透鏡，則光在光軸40附近區(qū)域發(fā)生擴散，并且光利用從光軸40離開的區(qū)域而被聚光。結(jié)果，例如，距光軸40在30度以內(nèi)的角度范圍中，能夠保持光軸40上的發(fā)光強度的90%以上的發(fā)光強度。此外，光取出面44是矩形或橢圓形的情況下，可以將橢圓透鏡的曲面分割而合成曲面。圖12(a)是第六實施方式的受光裝置的透鏡的截面示意圖，圖12(b)是受光裝置的截面示意圖。受光裝置具有成型體10、第一引線12、第二引線14、受光元件20以及封固層39。成型體10中設有凹部10a。在凹部IOa的底面10b，分別露出第一引線12的ー個端部和第二引線14的ー個端部。光電ニ極管、光電晶體管以及受光IC等受光元件20通過導電性接合剤、金屬焊料等而接合在第一引線12之上。在凹部IOa內(nèi)，以覆蓋受光元件20 的方式設有由硅樹脂等構(gòu)成的封固層39。在封固層39的表面，通過激光加工而形成具有圖12(b)的截面的入射面45。該情
11況下，第一凸部；34的外側(cè)面34b的傾斜角的平均值β大于中心部30的表面30a的傾斜角的平均值α。因此，向外側(cè)面34b入射的入射光R2與向中心部30的表面30a入射的入射光Rl相比而較大地彎向光軸40側(cè)，容易提高受光元件20的受光靈敏度。圖13(a)是第七實施方式的發(fā)光裝置的平面示意圖，圖13 (b)是沿C-C線的截面示意圖。發(fā)光裝置具有第一引線12、第二引線14、發(fā)光元件20以及由成型的樹脂構(gòu)成的封固層39。發(fā)光元件20通過導電性接合剤、金屬焊料等而接合在第一引線12之上。封固層 39采用硅樹脂等，能夠通過傳遞模塑(transfer molding)法等而形成。被中心部30折射的光G1、被第一凸部34折射的光G2、被第二凸部36折射的光G3向光軸40側(cè)折射，能夠?qū)崿F(xiàn)配光角的控制。在封固層39的表面設有光取出面44，容易控制配光角。作為實現(xiàn)本說明書記載的曲面的具體方法，可以考慮具有某曲率半徑的球面、具有多個不同曲率半徑的球面的組合、非球面的曲面。此外，如圖2(b)所示，將平面組合而得到的復合平面也能夠得到實質(zhì)等同的效果。以上，第一 第七實施方式的光學裝置以及付隨于它們的變形例能夠容易地控制來自發(fā)光元件的放出光的配光角、或朝向受光元件的入射光的入射角。這些光學裝置容易實現(xiàn)薄型化。進而，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的自動裝配線，從而能夠降低發(fā)光裝置及受光裝置的價格?；趯嵤├f明了本發(fā)明，但這些實施例只是例示，并不用來限定本發(fā)明。這些實施方式能夠用其他各種方式來實施，在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，可以對這些實施方式進行各種省略、替代及變更，它們都落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，通過隨附的權(quán)利要求及其等同替代方式來限定。
權(quán)利要求
1.一種光學裝置，其特征在于，具備引線；光學元件，設置于上述引線之上；以及封固層，該封固層以覆蓋上述光學元件的方式而被設置，上述封固層的上表面具有中心部、凸部和連接部，該中心部包含上述光學元件的光軸，該凸部包含將上述中心部包圍的內(nèi)側(cè)面和朝向外側(cè)的外側(cè)面，該連接部位于上述內(nèi)側(cè)面的下方并設在上述內(nèi)側(cè)面和上述中心部之間，上述連接部具有圓形部，該圓形部位于上述內(nèi)側(cè)面一側(cè)及上述中心部一側(cè)中的至少任一側(cè)，上述凸部的上述外側(cè)面具有比上述中心部的表面的傾斜角的平均值大的傾斜角的平均值。
2.如權(quán)利要求1所述的光學裝置，其特征在于，上述光學元件是發(fā)光元件，能夠使放出光通過上述封固層的上述上表面而放出。
3.如權(quán)利要求2所述的光學裝置，其特征在于，上述中心部包含向上方凸的第一曲面的一部分，上述凸部的上述外側(cè)面包含第二曲面的一部分，該第二曲面是以上述發(fā)光元件的發(fā)光中心為相似中心、將上述第一曲面相似地放大而得到的曲面。
4.如權(quán)利要求3所述的光學裝置，其特征在于，上述第一曲面及上述第二曲面分別是半球，與上述第二曲面的上述半球的中心的位置相比，上述第一曲面的上述半球的中心的位置接近上述發(fā)光中心。
5.如權(quán)利要求3所述的光學裝置，其特征在于，上述第一曲面及上述第二曲面分別是半球，與上述第二曲面的上述半球的中心的位置相比，上述第一曲面的上述半球的中心的位置遠離上述發(fā)光中心。
6.如權(quán)利要求2所述的光學裝置，其特征在于，上述中心部包含向上方凸的第一曲面的一部分，上述凸部的上述外側(cè)面是第二曲面，該第二曲面通過將向上方凸的曲線的一部分繞上述光軸旋轉(zhuǎn)而生成。
7.如權(quán)利要求2所述的光學裝置，其特征在于，上述凸部的上述外側(cè)面包含向上方凸的曲面，并且使上述放出光向上述光軸側(cè)折射。
8.如權(quán)利要求2所述的光學裝置，其特征在于，上述封固層含有熒光體粒子。
9.如權(quán)利要求1所述的光學裝置，其特征在于，上述連接部的上述圓形部的曲率半徑在10 μ m以上且300 μ m以下。
10.如權(quán)利要求1所述的光學裝置，其特征在于，該光學裝置還具備設有凹部的成型體，該凹部具有底面及側(cè)壁，在上述底面露出上述光學元件。
11.如權(quán)利要求1所述的光學裝置，其特征在于，上述光學元件是受光元件，能夠通過上述封固層的上述上表面而接受入射光。
12.如權(quán)利要求1所述的光學裝置，其特征在于， 上述凸部包含實質(zhì)平坦的上表面。
13.如權(quán)利要求1所述的光學裝置，其特征在于， 上述中心部包含實質(zhì)平坦的上表面。
14.一種光學裝置，其特征在于， 具備引線；光學元件，設置在上述引線之上；以及封固層，該封固層以覆蓋上述光學元件的方式而被設置，上述封固層的上表面具有中心部、凸部和連接部，該中心部包含上述光學元件的光軸，該凸部包含將上述中心部包圍的內(nèi)側(cè)面和朝向外側(cè)的外側(cè)面，該連接部位于上述內(nèi)側(cè)面的下方并設在上述內(nèi)側(cè)面和上述中心部之間，上述連接部具有圓形部，該圓形部位于上述內(nèi)側(cè)面一側(cè)及上述中心部一側(cè)中的至少任一側(cè)，上述凸部的上述內(nèi)側(cè)面具有比上述中心部的表面的傾斜角的平均值大的傾斜角的平均值。
15.如權(quán)利要求14所述的光學裝置，其特征在于，上述光學元件是發(fā)光元件，能夠使放出光通過上述封固層的上述上表面而放出。
16.如權(quán)利要求15所述的光學裝置，其特征在于，上述凸部的上述內(nèi)側(cè)面包含向上方凹的曲面，并且使上述放出光向遠離上述光軸的一側(cè)折射。
17.如權(quán)利要求15所述的光學裝置，其特征在于， 上述封固層含有熒光體粒子。
18.如權(quán)利要求14所述的光學裝置，其特征在于，上述連接部的上述圓形部的曲率半徑是10 μ m以上且300 μ m以下。
19.如權(quán)利要求14所述的光學裝置，其特征在于， 上述凸部包含實質(zhì)平坦的上表面。
20.如權(quán)利要求14所述的光學裝置，其特征在于， 上述中心部包含實質(zhì)平坦的上表面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學裝置，具備引線，發(fā)光元件，以及以覆蓋上述發(fā)光元件的方式而設置、具有上述放出光的光取出面的封固層。上述光取出面具有中心部，包含上述放出光的光軸；第一凸部，包含包圍上述中心部的內(nèi)側(cè)面和朝向外側(cè)的外側(cè)面；以及連接部，位于上述內(nèi)側(cè)面的下方，并且設置在上述內(nèi)側(cè)面、上述中心部與上述內(nèi)側(cè)面之間。上述連接部具有圓形部，該圓形部位于上述內(nèi)側(cè)面一側(cè)及上述中心部一側(cè)中的至少任一側(cè)。上述外側(cè)面具有比上述中心部的表面的傾斜角的平均值大的傾斜角的平均值，并使上述放出光進行折射，或者，上述內(nèi)側(cè)面具有比上述中心部的上述表面的傾斜角的平均值大的傾斜角的平均值，并使上述放出光進行折射。
文檔編號H01L33/54GK102544330SQ20111026554
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者有泉喜夫, 武澤初男 申請人:株式會社東芝