專利名稱：：附帶透鏡的發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及附帶透鏡的發(fā)光元件，特別涉及使光的取出效率提高的附帶透鏡的發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
：光打印機(jī)的寫入頭的光學(xué)系統(tǒng)，以將構(gòu)成LED陣列的各LED元件的光點(diǎn)的像通過(guò)透鏡陣列成像在感光鼓上來(lái)設(shè)計(jì)。就透鏡陣列而言，使用折射率分布型棒形(rod)透鏡陣列的情況居多。以往的用于光打印機(jī)的LED陣列、折射率分布型棒形透鏡陣列、感光鼓的代表性的結(jié)構(gòu)例示于圖1。10是LED，12是棒形透鏡陣列，14是感光鼓。對(duì)于透鏡陣列12的有效口徑角θ作為半角為17～20°的口徑角，LED10基本上以ランバ一シアン分布來(lái)發(fā)光，光的取出效率非常低。在以ランバ一シアン分布來(lái)發(fā)光的LED的發(fā)光中，通過(guò)透鏡陣列12傳遞到感光鼓14的光量不過(guò)大約3～5％。即，LED的發(fā)光量的95～97％不能利用，存在光取出效率低的問(wèn)題。為了提高光利用率，在LED發(fā)光部的正上方配置微透鏡陣列，通過(guò)盡量變窄LED發(fā)光的方向性，來(lái)增加入射到透鏡陣列的孔徑角內(nèi)的光線。但是，一般地，用于光濾波器的LED陣列的發(fā)光部，如圖2所示，電極20向發(fā)光部22的區(qū)域突出，將中央附近占用，其結(jié)果，如圖2所示，發(fā)光部22的區(qū)域的形狀形成大致U字的形狀。這種形狀在用圖3所示的普通的微透鏡陣列18將方向性變窄的情況下，期望利用虛線23所示的透鏡的光軸附近的光線，但透鏡的光軸附近正好與電極20的位置對(duì)應(yīng)，其結(jié)果，存在不能充分提高光取出效率的問(wèn)題。具備微透鏡陣列的LED陣列，公開在特開平9-109455號(hào)公報(bào)、特開2000-347317號(hào)公報(bào)、特開2001-36144號(hào)公報(bào)中，但沒有研討這些問(wèn)題，因而沒有涉及微透鏡的形狀。以上問(wèn)題，不僅是LED，而且在其他發(fā)光元件中也適用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供能夠提高光的取出效率的透鏡形狀。本發(fā)明的另一目的在于提供使光取出效率提高的帶有透鏡的發(fā)光元件。本發(fā)明的第1方案是一種附帶透鏡的發(fā)光元件，構(gòu)成一維狀地排列的發(fā)光元件陣列，它包括具有大致U字狀的發(fā)光部的發(fā)光元件；以及被設(shè)置在所述發(fā)光元件上，通過(guò)在所述一維的方向上并排設(shè)置的至少兩個(gè)柱面透鏡和半球狀透鏡的組合形成的大致U字狀的復(fù)合透鏡，所述復(fù)合透鏡由具有一定厚度的基體(base)部分、以及在其上部的表面上具有曲率的曲面部分構(gòu)成，在所述大致U字狀的發(fā)光部的所述一維的方向的寬度為p的情況下，所述復(fù)合透鏡的基體部分的厚度為0～0.71p，所述柱面透鏡或半球狀透鏡的曲率半徑為0.20p～0.47p，所述至少兩個(gè)柱面透鏡的中心間距離為0.35p～0.89p。本發(fā)明的第2方案是一種附帶透鏡的發(fā)光元件，構(gòu)成一維狀地排列的發(fā)光元件陣列，它包括具有大致U字狀的發(fā)光部的發(fā)光元件；以及被設(shè)置在所述發(fā)光元件上，由在所述一維的方向上并排設(shè)置的兩個(gè)半球狀透鏡和一個(gè)半球狀透鏡的組合形成的復(fù)合透鏡，所述復(fù)合透鏡由具有一定厚度的基體部分、以及在其上部的表面上具有曲率的曲面部分構(gòu)成，在所述大致U字狀的發(fā)光部的所述一維方向的寬度為p的情況下，所述復(fù)合透鏡的基體部分的厚度為0～0.71p，所述半球狀透鏡的曲率半徑為0.71p～1.18p，所述兩個(gè)半球狀透鏡的中心間距離為0.23p～1.64p。本發(fā)明的第3方案是一種附帶透鏡的發(fā)光元件，構(gòu)成一維狀地排列的發(fā)光元件陣列，它包括具有大致U字狀的發(fā)光部的發(fā)光元件；以及被設(shè)置在所述發(fā)光元件上，由在所述一維的方向上并排設(shè)置的兩個(gè)半球狀透鏡的組合形成的復(fù)合透鏡，所述復(fù)合透鏡由具有一定厚度的基體部分、以及在其上部的表面上具有曲率的曲面部分構(gòu)成，在所述大致U字狀的發(fā)光部的所述一維方向的寬度為p的情況下，所述復(fù)合透鏡的基體部分的厚度為0～0.71p，所述半球狀透鏡的曲率半徑為0.47p～1.18p，所述兩個(gè)半球狀透鏡的中心間距離為0.23p～1.17p。圖1是表示以往的用于光濾波器的LED陣列、折射率分布型棒狀透鏡陣列、感光鼓的代表性的結(jié)構(gòu)例的圖。圖2是表示發(fā)光部區(qū)域的形狀的圖。圖3是表示以往的使用了帶有透鏡的LED陣列的情況下的至感光鼓的光線狀態(tài)的圖。圖4是表示發(fā)光部的大小的圖。圖5A和圖5B是表示復(fù)合透鏡的截面的圖。圖6是表示一例復(fù)合透鏡的圖。圖7是表示另一例復(fù)合透鏡的圖。圖8是表示另一例復(fù)合透鏡的圖。圖9A、圖9B、圖9C、圖9D是表示發(fā)光部的其他形狀的圖。具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明的附帶透鏡的發(fā)光元件的一實(shí)施例，如圖4所示，在LED的大致U字形的發(fā)光部22上設(shè)置復(fù)合透鏡。發(fā)光部22以大致U字形為基礎(chǔ)，將圖4的X軸方向的長(zhǎng)度作為p進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。該X軸方向成為將該發(fā)光部作為陣列使用的情況下的陣列方向，即光點(diǎn)的掃描方向。電極20的中心和發(fā)光部22的中心位于Y軸方向的線上。再有，X軸、Y軸表示X-Y坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸。發(fā)光部22的Y軸方向的長(zhǎng)度為1.06p，電極20的寬度為0.35p。再有，這些值是實(shí)施例中使用的模型的值，不是限定值。下面說(shuō)明在以上那樣的大致U字形發(fā)光部22上設(shè)置的復(fù)合透鏡的形狀。再有，假設(shè)用樹脂來(lái)制作復(fù)合透鏡。本發(fā)明的復(fù)合透鏡的基本形狀，如圖5A、圖5B所示，距LED10的發(fā)光部表面(發(fā)光面)存在一定厚度的基體部分24，在其上存在半球狀或半圓柱狀的曲面部分26。圖5A表示存在兩個(gè)曲面部26的情況，圖5B表示在透鏡表面上曲面部分26之外存在平坦部28的情況。將上部曲面部分26的曲率半徑稱為‘曲率半徑r’。其中，如圖5B所示，透鏡表面上具有平坦部分的情況，意味著平坦部分以外的曲面部分的曲率半徑。設(shè)發(fā)光面的基體部分的厚度為‘基體厚度d’。以下，說(shuō)明有關(guān)本發(fā)明的復(fù)合透鏡的形狀。(a)大致U字形復(fù)合透鏡如圖6所示，對(duì)應(yīng)于大致U字形的發(fā)光部的形狀，直線部的各上面部分成為半圓柱狀的柱面透鏡30、32、34與半球狀透鏡(正確地為半球狀透鏡的一部分)36、38、40、42的組合。半球狀透鏡36、38構(gòu)成1/2部分，半球狀透鏡40、42構(gòu)成1/4部分。除了上述厚度方向的參數(shù)d以外，如圖所示，X軸方向上并排設(shè)置的一對(duì)柱面透鏡30、32的中心間距離w是重要的參數(shù)。(b)三透鏡復(fù)合型如圖7所示，對(duì)應(yīng)于大致U字狀發(fā)光部的形狀，三個(gè)半球狀透鏡(正確地為半球狀透鏡的一部分)44、46、48按比透鏡直徑短的中心間距離排列而形成復(fù)合透鏡。各半球狀透鏡為扇形。即，兩個(gè)半球狀透鏡46、48在X軸方向上并排設(shè)置，連接到這兩個(gè)半球狀透鏡46、48，配置一個(gè)半球狀透鏡44。與U字狀發(fā)光部的左右方向?qū)?yīng)的方向(X軸方向)的兩個(gè)透鏡46、48的中心間距離w是重要的形狀參數(shù)。(c)兩透鏡復(fù)合型如圖8所示，對(duì)應(yīng)于大致U字狀的發(fā)光部的形狀，將兩個(gè)半球狀透鏡(正確為半球狀透鏡的一部分)50、52以比透鏡直徑短的透鏡中心間距離w簡(jiǎn)單地排列在x軸方向上。以與U字狀發(fā)光部22的左右方向?qū)?yīng)的方向(X軸方向)的兩個(gè)透鏡的中心間的方向(Y軸方向)一致來(lái)進(jìn)行配置，這兩個(gè)透鏡中心間距離w是重要的形狀參數(shù)。接著，說(shuō)明有關(guān)透鏡形狀的最佳化。對(duì)于圖4的發(fā)光部形狀(作為實(shí)際尺寸的例子，p＝17μm)，使曲率半徑r和基體厚度d如各表所示二維地變化，與沒有透鏡的情況相比，求出光量增加的(大于等于1.01倍)范圍。此外，求出光量最大的透鏡形狀最佳值。此外，透鏡中心間距離w作為透鏡相對(duì)于透鏡的曲率半徑r能夠覆蓋發(fā)光部整個(gè)面的范圍來(lái)決定。如果在發(fā)光部22上產(chǎn)生沒有透鏡的部分，則導(dǎo)致光量降低。另一方面，LED陣列的發(fā)光部間的間距不比發(fā)光部的X軸方向的長(zhǎng)度p小。如果采用上述的復(fù)合透鏡，則不引起相鄰?fù)哥R間的干擾，發(fā)光部間間隔的變化不對(duì)光量增加產(chǎn)生影響。在實(shí)施例中發(fā)光部間間隔按1.25p來(lái)計(jì)算。首先，說(shuō)明關(guān)于圖6所示的大致U字形復(fù)合透鏡的情況。表1大致U字形復(fù)合透鏡對(duì)基體厚度d和曲率半徑r在表1的范圍內(nèi)變化時(shí)r光量、和沒有透鏡的情況下的光量之比(光量比)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量結(jié)果示于表2。在背景為灰色顯示的區(qū)域內(nèi)表示光量比大于等于1.01。表2大致U字形復(fù)合透鏡最佳條件的透鏡形狀(曲率半徑、基體厚度)和透鏡中心間距離為0.70p、樹脂折射率為1.55時(shí)的光量為沒有透鏡情況下的2.1倍。再有，在光量增加范圍內(nèi)，圖像的放大小于等于1.2倍。下面，說(shuō)明圖7所示的有關(guān)三透鏡型復(fù)合透鏡的情況。表3三透鏡型復(fù)合透鏡<tablesid="table2"num="002"><tablewidth="747">變化范圍光量增加范圍最佳值曲率半徑r基體厚度d透鏡中心間距離w樹脂的折射率0.24p～1.18p0～0.88p1.46～1.680.71p～1.18p0～0.71p0.23p～1.64p0.94p0.12p1.41p</table></tables>測(cè)量將基體厚度d和曲率半徑r在表3的范圍內(nèi)變化時(shí)的光量比。測(cè)量結(jié)果示于表4。在背景為灰色顯示的區(qū)域內(nèi)表示光量比大于等于1.01。表4三透鏡型復(fù)合透鏡最佳條件的透鏡形狀(曲率半徑、基體厚度)和透鏡中心間距離為1.41p、樹脂折射率為1.55時(shí)的光量為沒有透鏡情況下的1.1倍。再有，在光量增加范圍內(nèi)，圖像的放大小于等于1.2倍。下面，說(shuō)明圖8所示的兩透鏡型復(fù)合透鏡的情況。表5兩透鏡型復(fù)合透鏡測(cè)量將基體厚度d和曲率半徑r在表5的范圍內(nèi)變化時(shí)的光量比。測(cè)量結(jié)果示于表6。在背景為灰色顯示的區(qū)域內(nèi)表示光量比大于等于1.01。表6兩透鏡型復(fù)合透鏡最佳條件的透鏡形狀(曲率半徑、基體厚度)和透鏡中心間距離為0.94p、樹脂折射率為1.55時(shí)的光量為沒有透鏡情況下的2.0倍。上述光量增加范圍將圖4那樣的大致U字形狀的發(fā)光部作為基本形狀來(lái)求，但在發(fā)光部面積比該發(fā)光部形狀相對(duì)地縮小的情況下，透鏡形狀參數(shù)的上述各范圍內(nèi)的亮度比達(dá)到大于等于1.01倍。因此，例如在圖9所示的形狀的發(fā)光部的情況下，上述各數(shù)值范圍也有效。圖9A是將圖4的U字狀發(fā)光部的兩端為傾斜形狀的圖。圖9B是將圖4的U字狀發(fā)光部的角部為傾斜形狀的圖。圖9C是將圖4的U字狀發(fā)光部的外形為圓形狀的圖。圖9D是細(xì)致地表示圖4的U字狀發(fā)光部的圖。在以上的各實(shí)施例中，作為發(fā)光元件，舉例說(shuō)明了LED，但本發(fā)明不限定于LED，當(dāng)然可以適用于其他的發(fā)光元件。作為發(fā)光元件的其他例子，可列舉三端子發(fā)光晶閘管。權(quán)利要求1.一種附帶透鏡的發(fā)光元件，構(gòu)成一維狀地排列的發(fā)光元件陣列，該附帶透鏡的發(fā)光元件包括具有大致U字狀的發(fā)光部的發(fā)光元件；以及被設(shè)置在所述發(fā)光元件上，通過(guò)在所述一維的方向上并排設(shè)置的至少兩個(gè)柱面透鏡和半球狀透鏡的組合形成的大致U字狀的復(fù)合透鏡，所述復(fù)合透鏡由具有一定厚度的基體部分、以及在其上部的表面上具有曲率的曲面部分構(gòu)成，在所述大致U字狀的發(fā)光部的所述一維的方向的寬度為p的情況下，所述復(fù)合透鏡的基體部分的厚度為0～0.71p，所述柱面透鏡或半球狀透鏡的曲率半徑為0.20p～0.47p，所述至少兩個(gè)柱面透鏡的中心間距離為0.35p～0.89p。2.如權(quán)利要求1所述的附帶透鏡的發(fā)光元件，其中，所述復(fù)合透鏡的基體部的厚度為0.35p，所述柱面透鏡或半球狀透鏡的曲率半徑為0.27p，所述至少兩個(gè)柱面透鏡的中心間距離為0.70p。3.一種附帶透鏡的發(fā)光元件，構(gòu)成一維狀地排列的發(fā)光元件陣列，該附帶透鏡的發(fā)光元件包括具有大致U字狀的發(fā)光部的發(fā)光元件；以及被設(shè)置在所述發(fā)光元件上，由在所述一維的方向上并排設(shè)置的兩個(gè)半球狀透鏡和一個(gè)半球狀透鏡的組合形成的復(fù)合透鏡，所述復(fù)合透鏡由具有一定厚度的基體部分、以及在其上部的表面上具有曲率的曲面部分構(gòu)成，在所述大致U字狀的發(fā)光部的所述一維方向的寬度為p的情況下，所述復(fù)合透鏡的基體部分的厚度為0～0.71p，所述半球狀透鏡的曲率半徑為0.71p～1.18p，所述兩個(gè)半球狀透鏡的中心間距離為0.23p～1.64p。4.如權(quán)利要求3所述的附帶透鏡的發(fā)光元件，其中，所述復(fù)合透鏡的基體部的厚度為0.12p，所述半球狀透鏡的曲率半徑為0.94p，所述兩個(gè)半球狀透鏡的中心間距離為1.41p。5.一種附帶透鏡的發(fā)光元件，構(gòu)成一維狀地排列的發(fā)光元件陣列，該附帶透鏡的發(fā)光元件包括具有大致U字狀的發(fā)光部的發(fā)光元件；以及被設(shè)置在所述發(fā)光元件上，由在所述一維的方向上并排設(shè)置的兩個(gè)半球狀透鏡的組合形成的復(fù)合透鏡，所述復(fù)合透鏡由具有一定厚度的基體部分、以及在其上部的表面上具有曲率的曲面部分構(gòu)成，在所述大致U字狀的發(fā)光部的所述一維方向的寬度為p的情況下，所述復(fù)合透鏡的基體部分的厚度為0～0.71p，所述半球狀透鏡的曲率半徑為0.47p～1.18p，所述兩個(gè)半球狀透鏡的中心間距離為0.23p～1.17p。6.如權(quán)利要求5所述的附帶透鏡的發(fā)光元件，其中，所述復(fù)合透鏡的基體部的厚度為0.59p，所述半球狀透鏡的曲率半徑為0.94p，所述兩個(gè)半球狀透鏡的中心間距離為0.94p。全文摘要提供使光取出效率提高的附帶透鏡的發(fā)光元件。構(gòu)成一維狀地排列的發(fā)光元件陣列的附帶透鏡的發(fā)光元件包括具有大致U字狀的發(fā)光部的發(fā)光元件；以及被設(shè)置在發(fā)光元件上，通過(guò)在一維的方向上并排設(shè)置的至少兩個(gè)柱面透鏡和半球狀透鏡的組合形成的大致U字狀的復(fù)合透鏡，在大致U字狀的發(fā)光部的一維的方向的寬度為p的情況下，復(fù)合透鏡的基體部分的厚度為0～0.71p，柱面透鏡或半球狀透鏡的曲率半徑為0.20p～0.47p，至少兩個(gè)柱面透鏡的中心間距離為0.35p～0.89p。文檔編號(hào)H01L25/075GK1722483SQ20051008330公開日2006年1月18日申請(qǐng)日期2005年7月12日優(yōu)先權(quán)日2004年7月13日發(fā)明者橋本隆寬,永田秀史,浜中賢二郎申請(qǐng)人:日本板硝子株式會(huì)社