JP4404658B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体発光素子を発光源とする半導体発光装置に関するものであり、詳しくは半導体発光素子から発せられた光を人体(目や皮膚等)に障害を与えない光に変えて放出する手段を有するアイセーフ対策を施した半導体発光装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device using a semiconductor light emitting element as a light source, and more particularly, means for emitting light emitted from the semiconductor light emitting element by changing it to light that does not cause damage to the human body (eyes, skin, etc.). The present invention relates to a semiconductor light emitting device having an eye-safe measure.
近年、半導体レーザの出現によってレーザが身近なものになってきており、例えば、ポインタなど一般の人の目に触れる機会が急激に増えてきている。またスーパールミネッセントダイオード(SLD)や発光ダイオード(LED)においては、発光波長領域の短波長化が進み、紫外〜可視〜赤外の波長領域に亘る光を発光するようになってきたと同時に、発光効率が向上して高輝度化が進み、鮮明な表示器の発光源やワイヤレスデータ転送の一方式としての光空間伝送の情報伝送媒体として利用されるようになってきた。 In recent years, with the advent of semiconductor lasers, lasers have become familiar, and, for example, the opportunity to touch the eyes of ordinary people such as pointers has increased rapidly. In addition, in super luminescent diodes (SLD) and light emitting diodes (LEDs), the emission wavelength region has been shortened, and at the same time light has been emitted over the ultraviolet to visible to infrared wavelength region, Luminous efficiency has been improved and brightness has been increased, and it has come to be used as a clear display light source and an information transmission medium for optical space transmission as one method of wireless data transfer.
一方、このような状況のなかで、光が人体(皮膚及び目)に及ぼす影響についての関心が高まっており、様々な安全確認試験に基づく「世界に共通の安全基準」として、レーザとLEDを包含する形で国際標準IEC60825−1 AMENDMENT2(2001)規格が制定されている。本規格では安全性評価の指標として製品のクラス分けが行われており、最も安全性の高いクラス1(どのような光学系(レンズや望遠鏡)で集光しても、目や皮膚に障害を与えない)に規定されれば、合理的に予知可能な運転条件下で安全であるレーザと認められる。従って、レーザ、SLD及びLEDの光を人体に触れる可能性のある用途に自由に使用するためにはこのクラス1に分類される必要がある。
On the other hand, in such a situation, there is an increasing interest in the effects of light on the human body (skin and eyes), and lasers and LEDs are used as “world-wide safety standards” based on various safety confirmation tests. The international standard IEC60825-1 AMENDENT2 (2001) standard has been established in a manner that includes it. In this standard, products are classified as indicators for safety evaluation, and the highest safety class 1 (even with any optical system (lens or telescope) that can cause damage to the eyes and skin). A laser that is safe under reasonably foreseeable operating conditions. Therefore, it is necessary to be classified into this
ここで、光と目(眼球)との関係について概略を説明する。発光源から発せられて人間の目に至った光は目の角膜と水晶体から構成されるレンズ系を通して発光源の像が網膜上に結像する。この像の大きさは発光源の大きさに依存し、発光源の発光面積が小さい場合はレンズ系で集光されて網膜に至った光は網膜上に微小スポットとして結像され、発光源の発光面積が大きい場合は網膜上に大きなスポットとして結像される。 Here, an outline of the relationship between light and eyes (eyeballs) will be described. The light emitted from the light source and reaching the human eye forms an image of the light source on the retina through a lens system composed of the cornea of the eye and the crystalline lens. The size of this image depends on the size of the light source. When the light emitting area of the light source is small, the light collected by the lens system and reaching the retina is imaged as a minute spot on the retina. When the light emitting area is large, it is imaged as a large spot on the retina.
アイセーフ波長領域(1400nm〜2600nm)の光は、光が眼内に入射した場合でも、光のエネルギーの大部分が眼球表面の水分(角膜)で吸収されて網膜まで達することがないため、目に対する安全性が高い。それに対し、アイセーフ波長領域以外の紫外領域の波長の光は途中で吸収されて網膜には達しないが角膜や結膜等への障害を引き起こす可能性がある。同様に、皮膚に対しても障害を与える可能性がある。また可視〜赤外領域に亘る波長の光は、網膜を損傷(具体的には生化学反応や熱損傷など)する可能性が高く、何れの場合においても単位面積あたりに吸収される光エネルギー(エネルギー密度)が大きいほど障害あるいは損傷を引き起こす可能性が高くなる。 The light in the eye-safe wavelength region (1400 nm to 2600 nm) does not reach the retina because most of the light energy is absorbed by the water (cornea) on the eyeball surface even when the light enters the eye. High safety. On the other hand, light having a wavelength in the ultraviolet region other than the eye-safe wavelength region is absorbed in the middle and does not reach the retina, but may cause damage to the cornea, conjunctiva and the like. Similarly, it can cause damage to the skin. In addition, light having a wavelength ranging from the visible to the infrared region has a high possibility of damaging the retina (specifically, biochemical reaction or thermal damage), and in any case, light energy absorbed per unit area ( The greater the energy density), the greater the possibility of causing damage or damage.
従って、アイセーブ波長領域以外の発光源から発せられる光のトータルエネルギーが同一であると仮定すると、光源径の大きさ(光放出面の面積)が小さくなるに伴って網膜上に結像されるスポットの大きさも小さくなり、その結果、局部的にエネルギー密度が大きくなって網膜の損傷につながる可能性が高い。 Therefore, assuming that the total energy of light emitted from light sources other than the eye save wavelength region is the same, the spot imaged on the retina as the light source diameter (light emitting surface area) decreases. As a result, there is a high possibility that the energy density is locally increased and the retina is damaged.
特に、光学系の設計において点光源とみなされるようなレーザ、SLD及びLEDの場合は、網膜上に結像されるスポットが著しく小さくなることによってエネルギー密度が極めて大きくなり、目に対する危険度が増大することになる。 In particular, in the case of lasers, SLDs, and LEDs that are regarded as point light sources in the design of optical systems, the energy density becomes extremely large because the spot imaged on the retina becomes extremely small, increasing the risk to the eyes. Will do.
このような問題点を解決するための一般的な方法として、光源径を大きくすることによって網膜上に結像されるスポットを大きくしてエネルギー密度を小さくし、高ネルギーを放射する光源であってもクラス1として安全性を確保できるような施策が講じられている。
As a general method for solving such problems, a light source that emits high energy by increasing the spot diameter formed on the retina by increasing the diameter of the light source to reduce the energy density. As a
具体的には、半導体レーザなどの点光源を封入するパッケージにおいて、発光源から発せられた光が外部に放出される部分を拡散板で構成して半導体レーザから発せられた光を拡散板内を導光させることによって拡散光として外部に放出させ、点光源を分散化光源として光源径の大きさを拡大させることによって網膜上に結像するスポットを大きくし、人に対する安全性を確保するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照。)。 Specifically, in a package enclosing a point light source such as a semiconductor laser, a portion where light emitted from a light source is emitted to the outside is configured by a diffusion plate, and the light emitted from the semiconductor laser is transmitted through the diffusion plate. As a diffused light is emitted to the outside by guiding the light, and a spot light source is used as a dispersed light source to increase the size of the light source diameter, thereby enlarging the spot imaged on the retina to ensure safety for humans (For example, refer to Patent Document 1).
また、ステムに搭載されたスーパールミネッセント光を発する点光源の略光軸上の放射方向に光拡散シートを配置し、発光源及び光拡散シートを透光性エポキシ樹脂で一体封止して光拡散シートの光出射方向に凸形状のレンズを形成したものがある。この場合、発光源から発せられて光拡散シートで拡散された拡散光をレンズによって所望する配光パターンで放出させ、光源径の大きさを拡大させてアイセーフに対する対策を講じると共に、必要な光エネルギーを確保できるように光学系を構成している(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、前者の従来の構造では、発光源から発せられて拡散板で拡散された拡散光はそのまま大気中に放出されて様々な方向に向かうことになり、設計及び製造において配光制御が困難であるばかりでなく略光軸上のエネルギー密度が極端に低下するために光空間伝送の情報伝送媒体としての利用に支障をきたすことになる。 However, in the former conventional structure, the diffused light emitted from the light source and diffused by the diffusion plate is directly emitted into the atmosphere and directed in various directions, making it difficult to control light distribution in design and manufacturing. Not only that, but the energy density substantially on the optical axis is extremely reduced, which hinders the use of the optical space transmission as an information transmission medium.
また、後者の構造では、発光源から発せられて光拡散シートで拡散された拡散光をレンズによって集光しているため、配光パターン及び略光軸上のエネルギー密度は利用に支障をきたさない程度には確保することができる。但し、前者同様に光拡散シートで拡散された拡散光のうちレンズの集光に寄与しない光も存在するため、大気中への光取り出し効率が不十分なものとなっている。 In the latter structure, the diffused light emitted from the light emitting source and diffused by the light diffusing sheet is collected by the lens, so the light distribution pattern and the energy density on the substantially optical axis do not hinder use. It can be secured to the extent. However, since there is also light that does not contribute to the condensing of the lens among the diffused light diffused by the light diffusion sheet as in the former, the light extraction efficiency into the atmosphere is insufficient.
さらに、発光源から発せられた光によって光拡散シートに形成された発光スポットが大きくなるに伴なってアイセーフに対する安全性の確保は確実な方向に向かうが、レンズによる集光効果を堅持するためにはレンズの曲率半径を大きくしていく必要があり、その結果半導体発光装置も大型化せざるを得なくなる。 Furthermore, as the light emission spot formed on the light diffusion sheet is increased by the light emitted from the light source, the safety for eye-safe is surely directed, but in order to maintain the light collection effect of the lens However, it is necessary to increase the radius of curvature of the lens, and as a result, the semiconductor light emitting device must be increased in size.
一方、発光スポットが小さいとレンズの曲率半径が小さくてもレンズの集光効果は得られるが光源径が小さいためにアイセーフの規定を満足しない可能性が高くなる。従って、光源径を極力小さくして小型化を図り、しかもアイセーフの規定を満足させながらレンズ効果を有効に機能させて所望する半導体発光装置を実現することが課題となる。 On the other hand, if the light emitting spot is small, the lens condensing effect can be obtained even if the radius of curvature of the lens is small. Therefore, it is a problem to realize a desired semiconductor light emitting device by miniaturizing the light source diameter as much as possible and effectively functioning the lens effect while satisfying the eye-safe regulations.
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、アイセーフ対策が万全で、光取りだし効率が良く、所望する配光特性が得られる小型化された半導体発光装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention was devised in view of the above problems, and the object of the present invention is to achieve a miniaturized semiconductor light-emitting device that is fully safe for eyes, has high light extraction efficiency, and provides desired light distribution characteristics. Is to provide.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載された発明は、半導体発光素子と、透光性部材からなり表面の一部に光拡散部を設けた導光体と、内周面が反射面の擂鉢形状の凹部を有して該凹部の底部中央部に貫通孔を設けた反射枠とを備えた半導体発光装置であって、前記内周面が基台に搭載された前記半導体発光素子の光軸に対して該半導体発光素子の発光方向に向かって開いた方向で且つ前記貫通孔が前記半導体発光素子の光軸上の位置になるように前記反射枠を前記半導体発光素子の発光方向の上方に配置し、前記光拡散部が前記凹部内にあって前記半導体発光素子の発光方向に位置するように前記導光体を前記凹部内の前記貫通孔上方に配置し、前記凹部内に透光性樹脂を充填したことを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the invention described in
また、本発明の請求項2に記載された発明は、請求項1において、前記基台と前記反射枠とが一体に形成されていることを特徴とするものである。
Moreover, the invention described in
また、本発明の請求項3に記載された発明は、請求項1または2の何れか1項において、前記光拡散部はシリコーン樹脂およびエポキシ樹脂のうちの1つにAl2O3およびSiO2のうちの何れか一方または両方を分散したものであることを特徴とするものである。
Further, in the invention described in
また、本発明の請求項4に記載された発明は、請求項1〜3の何れか1項において、前記半導体発光素子は、ピーク発光波長が200〜2000nmの範囲にあることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the semiconductor light emitting device has a peak emission wavelength in a range of 200 to 2000 nm. It is.
半導体発光素子から発せられた光が導光体内に入射してから大気中に放出されるまでの導光損失を少なくし、且つ導光体内に入射して光拡散部で散乱されて反射面に向かう光を反射面で反射させて透光性樹脂の光出射面に向けることによって光取り出し効率を向上させ、また導光体の光拡散部を小さくすることによって配光制御が容易な小型でアイセーフ対策が施された半導体発光装置を実現した。 Light guide loss from the time when the light emitted from the semiconductor light emitting element enters the light guide until it is emitted into the atmosphere is reduced, and the light is incident on the light guide and scattered by the light diffusing portion to be reflected on the reflecting surface. Light extraction efficiency is improved by reflecting the incoming light on the reflective surface and directing it toward the light exit surface of the translucent resin, and small and eye-safe for easy light distribution control by reducing the light diffusion part of the light guide A semiconductor light-emitting device with countermeasures was realized.
以下、この発明の好適な実施形態を図1〜図6を参照しながら、詳細に説明する(同一部分については同じ符号を付す)。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6 (the same parts are denoted by the same reference numerals). The embodiments described below are preferable specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention particularly limits the present invention in the following description. Unless stated to the effect, the present invention is not limited to these embodiments.
本発明を構成する基本要素は発光素子と導光体と反射枠である。発光素子はレーザ、スーパールミネッセントダイオード(SLD)及び発光ダイオード(LED)の半導体発光素子からなる群の中の1つの半導体発光素子を使用する。導光体はエポキシ樹脂、シリコーン樹脂及びガラスの透光性部材からなる群の中の1つの透光性部材からなり、光入射面及び光出射面を有して光出射面には光散乱手段が施されている。反射枠は内周面が反射面である擂鉢形状の凹部を有して凹部の底部中央部には貫通孔が設けられている。 The basic elements constituting the present invention are a light emitting element, a light guide, and a reflection frame. The light emitting element uses one semiconductor light emitting element in the group consisting of laser, super luminescent diode (SLD) and light emitting diode (LED) semiconductor light emitting elements. The light guide is made of one light transmissive member in the group consisting of epoxy resin, silicone resin and glass light transmissive member, and has a light incident surface and a light output surface, and a light scattering means on the light output surface. Is given. The reflection frame has a bowl-shaped recess whose inner peripheral surface is a reflection surface, and a through hole is provided at the center of the bottom of the recess.
そこで、本発明の実施形態を図1を参照して説明する。図1は本発明の半導体発光装置に係わる実施形態の概略断面図であり、基台であるステム1の一方の面には半導体発光素子2が搭載されたマウント台3が固定され、開口部を有する円筒形状のケース4が同じくステム1に固定されて前記マウント台3を包囲している。また、ステム1の他方の面には外部から半導体発光素子2に電力を供給するための複数のリード線5が導出されてパッケージ6が形成されている。
Therefore, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of a semiconductor light emitting device according to the present invention. A
そして、上記パッケージ6の円筒形状のケース4の上部(半導体発光素子が発する光の放射方向)には、内周面が反射面7の擂鉢形状の凹部8を有して該凹部の底部略中央部に貫通孔9を設けた反射枠10が配置され、凹部8内には透明部材からなる球形状の導光体12が光拡散部11を上方に向けて貫通孔9を塞ぐように配置されている。
The upper part of the cylindrical case 4 of the package 6 (radiation direction of light emitted from the semiconductor light emitting element) has a bowl-shaped concave part 8 whose inner peripheral surface is a reflecting
更に、反射枠10の擂鉢形状の凹部8内に透光性樹脂13が充填され、導光体12を埋設させると共に凸形状のレンズ14を形成している。
Furthermore, a
なお、実際はリード線5と半導体発光素子2に設けられた電極とは何らかの接続手段によって電気的な導通が図られるが、本図中では省略している。
Actually, the
ここで上記構成の半導体発光装置20の光学系について説明する。半導体発光素子2の点灯時の放熱機能を兼ねたマウント台3に搭載された半導体発光素子2から発せられた光は反射枠10の凹部8の底部中央部に設けられた貫通孔9を通って導光体12の光入射面15に至り、導光体12内に入射する。導光体12内に入射した光は導光体12内を導光されて導光体12の光出射面16に至る。
Here, the optical system of the semiconductor
導光体12の光出射面16は光拡散部11が形成されており、光出射面16に至った光は光拡散部11で散乱光となって光拡散部11と界面を形成する透光性樹脂13内に入射する。透光性樹脂13内に入射した散乱光の一部は透光性樹脂13内を導光されて透光性樹脂13のレンズ14内面に至り、レンズ14で集光されてレンズ14の光出射面17から大気18中に放出される。
The
一方、透光性樹脂13内に入射して透光性樹脂13内を導光されて反射枠10に設けられた擂鉢形状の反射面7に向かった散乱光は反射面7で反射されて透光性樹脂13のレンズ14方向に向かい、さらに透光性樹脂13内を導光されて透光性樹脂13のレンズ14内面に至り、レンズ14で集光されてレンズ14の光出射面17から大気18中に放出される。
On the other hand, the scattered light that enters the
従って、半導体発光素子2から発せられて透光性樹脂13のレンズ14の光出射面17から大気18中に放出される光は、半導体発光素子2から発せられて透光性樹脂13内を導光されて直接大気18中に放出される光路を辿る光と、半導体発光素子2から発せられて透光性樹脂13内の反射面7で反射されてさらに透光性樹脂13内を導光されて大気18中に放出される光路を辿る光とが混合されたものである。
Therefore, the light emitted from the semiconductor
ここで、反射枠の効果について図2及び図3で説明する。図2及び図3は半導体発光素子2から発せられた光が導光体12内に入射し、導光体12の光出射面16に形成された光拡散部11から出射して透光性樹脂13内に入射した散乱光の光路を示したものであり、図2は反射枠を設けない場合、図3は反射枠を設けた場合である。どちらの場合も光線L0〜L2の辿る光路は同一であるが、光線L3については図2の反射枠のない場合は透光性樹脂13内を導光されて半導体発光素子2の放射方向に対して垂直に近い方向に放出され、半導体発光装置として寄与しない無駄な光となる。一方、図3の反射枠10のある場合は光線L3は反射枠10の反射面7で反射されて半導体発光素子2のほぼ放射方向に向けられ、レンズ14の光出射面17から大気18中に放出されて有効な光として利用される。従って、反射枠10を設けることによって光の利用効率が高まり、集光性の良好な半導体発光素子を実現することができる。
Here, the effect of the reflection frame will be described with reference to FIGS. 2 and 3 show that light emitted from the semiconductor
なお、導光体の光出射面に形成する光拡散部は、シリコーン樹脂およびエポキシ樹脂のうちの1つに粒径が0.5〜10μmの範囲のAl2O3およびSiO2のうちの何れか一方または両方を分散した部材で光拡散膜を形成することで実現できる。また、化学エッチングやサンドブラスト等の手法によるシボ加工によって光出射面を凸凹模様の表面性状に形成することでも可能である。また、成形金型にシボ模様をつけて成形品の光出射面を凸凹模様の表面性状に形成する方法も考えられる。 In addition, the light diffusing part formed on the light emitting surface of the light guide body is any one of Al 2 O 3 and SiO 2 having a particle diameter of 0.5 to 10 μm in one of silicone resin and epoxy resin. It can be realized by forming a light diffusion film with a member in which either or both are dispersed. Further, it is also possible to form the light emitting surface into a surface texture with an uneven pattern by embossing by a method such as chemical etching or sand blasting. Another possible method is to form a light emitting surface of the molded product with a textured surface by applying a texture pattern to the molding die.
図4は本発明の半導体発光装置に係わる別の実施形態の概略断面図である。本実施形態の半導体発光装置は上述した実施形態と同様の構成を成しており、反射枠が半導体発光素子が搭載されるマウント台と一体に形成されていることだけが異なるのみで光学系は同一である。よって、詳細な説明は上述した実施形態と重複するのでここでは省略する。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention. The semiconductor light emitting device of this embodiment has the same configuration as that of the above embodiment, and the optical system is different only in that the reflection frame is formed integrally with the mount base on which the semiconductor light emitting element is mounted. Are the same. Therefore, the detailed description overlaps with the above-described embodiment, and is omitted here.
但し、本実施形態の場合は反射枠とマウント台とを一体に形成しているために部品点数が少なく、部品製造に係わる金型費や材料費の低減及び製品組み立てに係わる工数の低減によって製造コストを削減することができると同時に、反射枠に設けられた貫通孔の上方に配置する導光体と半導体発光素子との位置精度が高められるために所望する配光特性が容易に且つ高精度で得られることになり、光取り出し効率が高くて光学特性のばらつきが少ない製品に仕上げることができる。 However, in the case of this embodiment, since the reflecting frame and the mount base are integrally formed, the number of parts is small, and it is manufactured by reducing the mold cost and material cost related to parts manufacture and the man-hour related to product assembly. The cost can be reduced, and at the same time, the positional accuracy between the light guide and the semiconductor light emitting element disposed above the through hole provided in the reflection frame is increased, so that the desired light distribution characteristic is easily and highly accurate. Therefore, it can be finished into a product with high light extraction efficiency and little variation in optical characteristics.
図5は本発明の半導体発光装置に使用する導光体の別の形状を示したものである。(a)は光入射面15を略球形状にして半導体発光素子から発せられた光を導光体12内に取り込み、光出射面に形成された光拡散部11も略球形状にして立体的な光拡散部11から散乱光が出射するような形状になっており、光入射面15と光拡散部11を形成する両球形状の面は円錐形状の面で繋がっている。
FIG. 5 shows another shape of the light guide used in the semiconductor light emitting device of the present invention. (A) The
(b)は(a)と同様に光入射面15を略球形状にして半導体発光素子から発せられた光を導光体12内に取り込み、光出射面に形成された光拡散部11を略平面にして平面的な光拡散部11から散乱光が出射するような形状になっており、光入射面15を形成する球形状の面と光拡散部11を形成する平面は円錐形状の面で繋がっている。
(B) is similar to (a) in that the
(c)は(a)及び(b)と同様に光入射面15を略球形状にして半導体発光素子から発せられた光を導光体12内に取り込み、光出射面に形成された光拡散部11も略球形状にして立体的な光拡散部11から散乱光が出射するような形状になっており、光入射面15と光拡散部11を形成する両球形状の面は円筒形状の面で繋がっている。
(C) As in (a) and (b), the
なお、(a)、(b)および(c)の導光体12は導光体12の光拡散部11から出射する散乱光の配光を重視した形状となっている。
In addition, the
(d)は光入射面15を外部の一点を中心とする凹状の略球形状に形成されており、中心近傍に半導体発光素子を配置することによって半導体発光素子から発せられた光が導光体12の光入射面15で屈折されることなく効率的に導光体12内部に取り込まれ、略球形状の光拡散部11に到達して立体的な光拡散部11から散乱光が出射するような形状になっている。この導光体12は光取り出し効率の向上を狙った形状となっている。
(D), the
(e)は導光体12を略平板に形成し、一方の面を光入射面15とし他方の面を光拡散部11としたもので形状が単純で製造コストが最も安価なものである。この導光体12は簡単な構造で低コスト化を目論んだ形状となっている。
(E) has a
上記の(a)〜(e)の導光体の中のどれを採用するかは、所望する配光特性、反射枠及び導光体の製造コスト等の諸々の条件を加味して決定されるものである。なお、ここにあげた導光体は採用可能な形状の一部を示したものであって、必ずしもこれらに限定されるものではない。 Which one of the light guides (a) to (e) above is adopted is determined in consideration of various conditions such as desired light distribution characteristics, the manufacturing cost of the reflection frame and the light guide. Is. It should be noted that the light guides listed here show some of the shapes that can be employed, and are not necessarily limited thereto.
次に、本実施形態の半導体発光装置で得られた配光特性を図6で示す。これは透光性樹脂のレンズの形状を変えることによって得られた2つの例を示したもので(a)はレンズを狭角タイプにして集光度を強めたもの、(b)はレンズを広角タイプにして集光度を弱めたものである。測定方法は、半導体発光装置の放射方向の前方正面にホトセンサを配置し、半導体発光装置を少しずつ回転させながらホトセンサによって検出するものである。図中の横軸は半導体発光装置を回転したときの回転角度θx、縦軸はそのときの光度を最高光度を1として相対的に表した相対光度である。 Next, the light distribution characteristic obtained by the semiconductor light emitting device of this embodiment is shown in FIG. This shows two examples obtained by changing the shape of the lens of translucent resin. (A) is a narrow angle type lens with a higher light collecting degree, (b) is a wide angle lens. It is a type that reduces the light concentration. In the measurement method, a photo sensor is arranged in front of the semiconductor light emitting device in the radial direction, and the semiconductor light emitting device is detected by the photo sensor while being rotated little by little. In the figure, the horizontal axis represents the rotation angle θx when the semiconductor light-emitting device is rotated, and the vertical axis represents the relative luminous intensity represented relatively with the luminous intensity at that time as 1.
測定結果は、光度が最大光度の1/2になるような光の広がり角を半値全幅角とすると、(a)は配光特性が最高光度に対して急峻に立ち上がっており半値全幅角が約5°とレンズによる強い集光効果を示している。(b)は配光特性が最高光度に対してなだらかに立ち上がっており半値全幅角が約22°とレンズによる弱い集光効果を示している。なお、レンズ、導光体及び擂鉢形状の反射面の各形状を単独で変えることによって所望する配光特性を得ることができるが、複数の組み合わせの形状を変えることによっても配光制御をすることができる。 The measurement results are as follows. When the light spread angle at which the luminous intensity is ½ of the maximum luminous intensity is the full width at half maximum, (a) shows that the light distribution characteristic rises sharply with respect to the maximum luminous intensity, and the full width at half maximum is about A strong light condensing effect by the lens at 5 ° is shown. (B) shows that the light distribution characteristic rises gently with respect to the maximum luminous intensity, and the full width at half maximum is about 22 °, indicating a weak light condensing effect by the lens. In addition, it is possible to obtain the desired light distribution characteristics by changing each shape of the lens, the light guide, and the bowl-shaped reflecting surface independently, but it is also possible to control the light distribution by changing the shape of a plurality of combinations. Can do.
ここで、本発明の効果について説明する。まず、光半導体素子と導光体の光入射面を接近させて配置できる構成になっているために導光体の光入射面の開口を小さくでき、そのために導光体全体を小さくすることができる。よって、導光体の光出射面に形成された光拡散部を反射枠に設けられた内周面が反射面の擂鉢形状の凹部内に位置させることができる。これにより、半導体発光素子から発せられた光を導光体内に導入して反射枠に設けられた凹部内に位置する導光体の光出射面まで導光し、光出射面に形成された光拡散部から光拡散部と界面を形成する透光性樹脂内に散乱光として放出するようにしている。 Here, the effect of the present invention will be described. First, since the optical semiconductor element and the light incident surface of the light guide can be arranged close to each other, the opening of the light incident surface of the light guide can be reduced, and therefore the entire light guide can be reduced. it can. Therefore, the inner peripheral surface provided in the reflection frame of the light diffusion portion formed on the light emitting surface of the light guide can be positioned in the bowl-shaped recess of the reflection surface. As a result, light emitted from the semiconductor light emitting element is introduced into the light guide and guided to the light exit surface of the light guide located in the recess provided in the reflection frame, and the light formed on the light exit surface The light is emitted from the diffusing portion as scattered light into a translucent resin that forms an interface with the light diffusing portion.
従って、半導体発光素子から発せられた光が導光体に入射してから導光体の光出射面に形成された光拡散部から出射するまでは導光体内を導光されるためにこの間の導光損失がほとんどなく光伝達効率が非常に良好である。また、透光性樹脂内に入射した散乱光のうち直接透光性樹脂の出射面方向に向かわない光も反射面で反射されて透光性樹脂の光出射面に向かうようになるために導光体の光拡散面から散乱光として出射した光を効率良く透光性樹脂の光出射面に導くことができる。さらに、導光体の光拡散部で散乱光となって透光性樹脂の光出射面に向かう光は透光性樹脂内を導光されるためにこの間の導光損失もほとんどなく光伝達効率が非常に良好である。このように、導光体、擂鉢形状の反射面及び透光性樹脂の組み合わせによって半導体発光素子から発せられた光の取り出し効率の高い半導体発光装置を実現することができる。 Accordingly, since light emitted from the semiconductor light emitting element enters the light guide and is emitted from the light diffusion portion formed on the light exit surface of the light guide, the light is guided through the light guide. There is almost no light guiding loss, and the light transmission efficiency is very good. In addition, light scattered in the translucent resin that is not directed directly toward the light-emitting resin exit surface is also reflected by the reflective surface and is directed to the light exit surface of the translucent resin. Light emitted as scattered light from the light diffusion surface of the light body can be efficiently guided to the light emission surface of the translucent resin. Furthermore, since light that is scattered at the light diffusion portion of the light guide and travels toward the light exit surface of the translucent resin is guided through the translucent resin, there is almost no light guide loss between them, and the light transmission efficiency Is very good. Thus, a semiconductor light-emitting device with high extraction efficiency of light emitted from the semiconductor light-emitting element can be realized by a combination of the light guide, the mortar-shaped reflection surface, and the translucent resin.
同時に、半導体発光素子から発せられた光を導光体に形成された光拡散部で散乱光に変えているため、光源径を大きくしている。よって、アイセーフを十分に確保できると同時に光空間伝送等の光媒体を担う通信用素子としての機能を十分に果すものである。 At the same time, since the light emitted from the semiconductor light emitting element is changed to scattered light by the light diffusion portion formed in the light guide, the diameter of the light source is increased. Therefore, the eye-safe can be sufficiently secured, and at the same time, the function as a communication element that bears an optical medium such as optical space transmission is sufficiently fulfilled.
また、導光体の光出射面の拡散面を小さくすることにより、点光源に近似する光学設計が可能となるため透光性樹脂レンズでの配光制御の精度を比較的容易に高めることができ、配光ばらつきの少ない製品が得られることによって照明装置や表示装置の光源としての実用性を確保することが可能である。 Also, by reducing the diffusion surface of the light exit surface of the light guide, an optical design that approximates a point light source becomes possible, so that the accuracy of light distribution control with a translucent resin lens can be relatively easily increased. In addition, by obtaining a product with little light distribution variation, it is possible to ensure practicality as a light source for an illumination device or a display device.
更に、製造工程において特別に複雑な工程を設ける必要がないために製造コストを上昇させるような要因がなく、逆に部品点数を減らせる要素もあるために製造コストが安価で小型の半導体発光装置に仕上げることも可能である。といった多くの優れた効果を奏するものである。 Furthermore, there is no factor that increases the manufacturing cost because there is no need to provide a particularly complicated process in the manufacturing process, and there is also an element that can reduce the number of parts. It is also possible to finish. There are many excellent effects.
1 ステム
2 半導体発光素子
3 マウント台
4 ケース
5 リード線
6 パッケージ
7 反射面
8 凹部
9 貫通孔
10 反射枠
11 光拡散部
12 導光体
13 透光性樹脂
14 レンズ
15 光入射面
16 光出射面
17 光出射面
18 大気
20 半導体発光装置
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