JP2010157637A - 波長変換焼結体及びこれを用いた発光装置、並びに波長変換焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】色ムラが低減された高輝度な発光を実現できる波長変換焼結体及びこれを用いた発光装置、並びに波長変換焼結体の製造方法を提供する。
【解決手段】波長変換焼結体は、無機物と蛍光体との焼結体で、第１及び第２の主面を備えた板状の波長変換焼結体であって、前記波長変換焼結体は、少なくとも前記第１の主面に複数の凹部が設けられた表層と、前記表層より内側の中央層とを有し、前記波長変換焼結体中の蛍光体粒子は、前記表層より前記中央層に多く分布している。これにより表面を不規則な凹凸形状とでき、光拡散性を高められる結果、波長変換光を加工面で十分に拡散させることができるため、発光面の略全域で混色率を実質上均等とした発光を得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光領域の略全域にわたって色ムラの低減された光を発光可能な波長変換焼結体及びこれを備えた発光装置、並びに波長変換焼結体の製造方法に関する。

従来、光源から放出される出射光と、この出射光に励起されて光源色と異なる色相の光を放出できる波長変換部材とを組み合わせることで、光の混色の原理により、多様な発光色を放出可能な発光装置が開発されている。さらに光源として発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）やレーザーダイオード（Laser Diode：ＬＤ）等の半導体発光素子を利用した発光装置では、照明として注目を集め、さらなる出力の向上や光分布域における均一な発光色が要求される。特に上記照明を車のヘッドライトなどの投光器や投光照明として採用する場合、ムラの無い配光が重要となる。

このため、波長変換部材を用いる場合の色ムラの問題について、その部材表面に凹凸加工を施すことで、観察角度による光の色合いの変化を抑制した技術が特許文献１に記載されている。例えば図１５の断面図に示す半導体発光装置８０１は、第１の光Ｌを発光するＬＥＤ８０５と、この第１の光Ｌの一部を第１の光よりも長波長の第２の光に変換する蛍光板８０７とを備える。また蛍光板８０７は、第１の光Ｌを受ける光入射面８０２、及び第２の光及び第１の光Ｌを出射する光出射面８０３を備えており、この蛍光板８０７の光入射面８０２及び光出射面８０３が凹凸形状に形成されている。そしてＬＥＤ８０５から出射された第１の光Ｌは、蛍光板８０７に設けられた該凹凸形状での屈折により、蛍光板８０７から拡散して出射される。この結果、観察角度の全域にわたって第１の光の強度の割合を均等に分布させ、発光部位における光の色合いの変化を抑えることができる。さらに特許文献２では、波長変換用の板部材における光出射面側のみに凹凸を設けた発光装置が開示されている。
特開２００５−２６８３２３号公報 特開２００７−１０９９４６号公報 特開２００２−３０５３２８号公報

しかしながら、これら波長変換部材の凹凸加工は、加工表面に変質層やひずみを生む虞があり加工信頼性が低く、また複雑な形状の加工面を得ることが困難であった。

そこで本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、光の分布領域における輝度ムラあるいは色ムラを低減するため、波長変換焼結体の表面でもって光を有効に分散可能な凹凸面を容易に形成できることを新規に見出した。さらに、この拡散性を高めた凹凸面を有する波長変換焼結体内において、蛍光体粒子を特定の配置状態とすることにより、凹凸面上における光を一層分散させ、この結果光成分の混色率を略均等とできる。このように本発明の目的は、光の分布領域で色ムラを低減し高輝度な光を発光可能な波長変換焼結体及びこれを用いた発光装置、並びに波長変換焼結体の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の波長変換焼結体の製造方法は、無機物粉末と蛍光体粉末とを混合し焼結させて焼結体を得る第１の工程と、前記焼結体をエッチングして、前記焼結体の表面に複数の凹部を形成する第２の工程とを含む。

また本発明の第２の波長変換焼結体の製造方法によれば、前記エッチングが、ウエットエッチングとできる。

さらに本発明の第３の波長変換焼結体の製造方法によれば、前記第２の工程において、前記焼結体中の蛍光体粒子を、前記焼結体中の無機物粒子より優先的に溶解させることができる。

さらにまた本発明の第４の波長変換焼結体の製造方法によれば、前記第２の工程前に、前記焼結体を研磨する第３の工程を含むことができる。

さらにまた本発明の第５の波長変換焼結体の製造方法によれば、前記凹部を不規則な形状を有するようにできる。

さらにまた本発明の第６の波長変換焼結体の製造方法によれば、前記凹部を、前記焼結体中の蛍光体粒子が溶解した形状を有するようにできる。

さらにまた本発明の第７の波長変換焼結体によれば、無機物と蛍光体との焼結体であり、かつ第１及び第２の主面を備えた板状の形状を有する波長変換焼結体であって、前記波長変換焼結体は、少なくとも前記第１の主面に複数の凹部が設けられた表層と、前記表層より内側の中央層と、を有し、前記波長変換焼結体中に含まれる蛍光体粒子を、前記表層より前記中央層に多く分布させることができる。

さらにまた本発明の第８の発光装置によれば、上記の波長変換焼結体と、発光素子とを備える発光装置であって、前記第１の主面を、前記発光素子から出射された光を受光する受光面、又は該受光した光を放出する発光面とすることができる。

さらにまた本発明の第９の発光装置によれば、前記第２の主面は前記中央層が露出された平滑面であって、前記第２の主面側に前記発光素子を配置させており、前記第１の主面を前記発光面とすることができる。

また、本発明の第１０の発光装置によれば、一の波長変換焼結体の第２の主面側に複数の発光素子を配置させ、前記第１の主面を前記発光面とすることができる。

本発明の波長変換焼結体は表層が多孔質状であって、表面は不規則な凹凸形状に加工されている。これにより波長変換した二次光を、該加工面にて有効に反射あるいは屈折させて不規則方向に散乱させることができ、光の指向性が緩和される。すなわち発光面上での光分布の偏在を低減させて、輝度ムラ及び色ムラを解消できる。特に無機物粒子を露出させる構造、つまり蛍光体粒子を加工面から離間して配置させることで、蛍光体粒子による波長変換光が発光面上で際立って発光するのを回避できる。すなわち、該波長変換光を加工面で十分に拡散させることができるため、発光面の略全域で混色率を実質上均等とした発光を得られる。この結果、従来であれば色ムラにより削減される虞のあった発光域においても、有効に利用できるため光取り出し効率を高められる。また、蛍光体粒子を表面に露出させないことにより、蛍光体粒子の劣化を抑制することができる。

また、本発明の波長変換焼結体の製造方法によれば、ウエットエッチングによって化学的に波長変換焼結体の一部を溶解させる。つまり材料成分の溶解レート差により、波長変換焼結体の浸食領域を選択して、空隙の形成と蛍光体粒子の配置位置を容易に制御できる。さらに、応力を加えることなく焼結体における粒子の結合領域を切断させることができ、実質的に無歪加工で粒子の外面形状を露出させることができる。この結果複雑な形状の空隙を形成でき、光、特に二次光の散乱性を一層高めることができる。つまり波長変換焼結体の表面に不規則な凹凸部を形成することと、蛍光体粒子を所定の配置とすることの双方を略同時にかつ容易に満足できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。但し、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための波長変換焼結体及びこれを用いた発光装置、並びに波長変換焼結体の製造方法を例示するものであって、本発明は、波長変換焼結体及びこれを用いた発光装置、並びに波長変換焼結体の製造方法を以下のものに特定しない。特に実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。また、本明細書において、層上などでいう「上」とは、必ずしも上面に接触して形成される場合に限られず、離間して上方に形成される場合も含んでおり、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。尚、本明細書において、被覆部材を封止部材として記載している場合もある。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る波長変換焼結体５００の概略断面図である。波長変換焼結体５００は、無機物粒子５０４と、光の波長を変換可能な蛍光体粒子１２とを含有する。図１の波長変換焼結体５００の例では、無機物粒子５０４の原料としての無機物粉末と、蛍光体粒子１２の原料としての蛍光体粉末を混合して焼結させ、焼結体とした。

波長変換焼結体５００において、外部に露出する表層近傍は凹凸状に形成されている。この凹凸を構成する凹部５０３は、深さや内面の形状が一様ではなく、すなわち不規則とする。また表層における凹凸形成領域では、無機物粒子５０４の粒子間に空隙を生じるように積層されており、つまり多孔質状に加工された表層５０５を構成する。そして表層５０５の最表面では、この空隙の少なくとも一部が外部に連通しており、すなわち開口した凹みを形成して上記波長変換焼結体５００の凹部５０３を構成している。

凹部５０３は、焼結体の材料成分の粒子、特に蛍光体粒子が抜脱したような形状であって、つまり凹部５０３の内面形状の少なくとも一部が、焼結体の材料成分における粒子の表面形状に略沿うか、あるいは焼結体の材料成分の粒子の表面形状と相似関係を満たす。具体的に、表層５０５の凹部５０３の内面は少なくとも一部が丸みを帯びており、さらに、この凹みと蛍光体１２の球状粒子の外面の少なくとも一部とが嵌着可能であるか、あるいは凹みの内面形状の少なくとも一部が蛍光体粒子１２の表面形状を拡大または縮小した形状に略一致可能としている。

さらに波長変換焼結体５００の表層では、蛍光体粒子１２の分布域上を無機物粒子５０４が被覆しており、この無機物粒子５０４の被覆領域が表層５０５を構成して外部に露出している。また表層５０５は複数の細孔を備えており、したがって表層５０５から離間した中央層５０６では蛍光体粒子が表層５０５よりも多く分布している。言い換えると、中央層５０６では表層５０５よりも空隙率が低い。図１の例では、波長変換焼結体５００における蛍光体粒子１２の含有率を５重量％以上として、波長変換光の光量を好適な範囲に調節している。また蛍光体粒子１２は、表層５０５において中央層５０６よりも少なくなる状態に分布され、中央層では略均等に拡散した状態に配置される。また、本明細書において「空隙率」とは、波長変換焼結体の全容積に対する、その中に含まれるすきまの容積の割合を意味する。尚、成型時に空隙を有する焼結体の場合には、主に観察断面における蛍光体粒子の密度が、表層側が中央層側に比べて低くし、例えば０．１倍以下、好ましくは０．０１倍以下に低くした透過領域を設け、更には表層に密度がほぼ０の蛍光体非含有の透過領域を設ける。

また波長変換焼結体５００は、光を受光あるいは放出可能な第１の主面５０１と、この第１の主面５０１と対向する第２の主面５０２とを備え、形状として好ましくは板状とする。図１の例では便宜上、第１の主面５０１と第２の主面５０２とを、それぞれ発光面及び受光面と区別した。

また図２は、波長変換焼結体５００の概略断面図であって、これを透過する光の進行具合を模式的に図示した説明図である。図１と同様の機能を有する部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。具体的に図２（ａ）は表面研磨、又は加工された波長変換焼結体６００を示し、また図２（ｂ）は実施の形態１の波長変換焼結体５００を示し、それぞれ蛍光体粒子１２が略均等に分散して配置されている。ただ、図２（ａ）の例では表層５０５に蛍光体粒子を含有しており、さらに蛍光体粒子の一部は発光面６０１に露出される。一方、図２（ｂ）の例では、表層５０５における蛍光体粒子１２の分布が制限されており、つまり無機物粒子５０４が蛍光体粒子１２上を被覆して、この被覆領域でもって発光面５０１を構成する。したがって、好ましくは、蛍光体粒子１２は発光面５０１から離間して配置されて外部に露出されない。すなわち、それぞれの発光面６０１、５０１から、蛍光体粒子１２の分布領域の上端までの深さをｄ１、ｄ２とすれば、ｄ１＜ｄ２の関係を満たし、研磨粗さが小さくなるほどｄ１≒０となり、図２（ｂ）の波長変換焼結体５００では蛍光体が発光観測面から奥まって配置される。このように、蛍光体粒子の分布が低い、すなわち無機物粒子が多く分布する透過領域でもって、離間、被覆領域を形成するもので、その透過領域中の蛍光体を少なくするほど、その離間、被覆効果を高められる。

そして発光面５０１、６０１と対向する受光面５０２、６０２側より入光した一次光の一部は、蛍光体粒子１２へと進行して波長変換され二次光となる。ここで図２（ａ）の例では、蛍光体粒子１２が波長変換焼結体６００の発光面６０１あるいはその近傍に配置されるため、二次光が発光面６０１の凹凸部に進行しないこと、また露出された蛍光体粒子から直接的に外部へと放出されることから、十分に散乱、拡散されない。この結果、二次光が発光面上で集中して発光され、つまり発光観測面である発光面６０１上で一次光と二次光とが十分に混色されず、色ムラが発生しやすい傾向にある。

一方、実施の形態１の波長変換焼結体５００では、蛍光体１２が発光面５０１から深さｄ２分だけ下方に位置しており、したがって二次光が発光面５０１に到達するまでの光路を稼ぐことができ、二次光が発光面での凹凸形状、更には透過領域によって十分に散乱、拡散される。これにより二次光の色相が発光面５０１上で際立つことなく、略一様な混色光を得られる。特に、発光面５０１から、蛍光体粒子１２の分布領域の上端までの深さｄ２を、波長変換焼結体５００の総膜厚の５％ないし４０％とすることで、上記、凹凸面による、更には透過領域による波長変換光の光拡散性を有効に高められる。深さｄ２が５％よりも小さければ、散乱性が弱く、つまり図２（ａ）の波長変換焼結体６００に近似する。一方、４０％よりも大きければ、混色光における二次光の比率が微小となって所望の混色光を得られない。また、表層５０５に蛍光体粒子１２を実質的に含有していないため、蛍光体粒子１２の最上分布領域までの深さｄ２は、発光面５０１から最も離間された位置に形成された空隙までの深さに略相当する。尚、凹凸領域は、透過領域の一部として図示しているが、全部で有っても良く、例えば透過領域の２０〜８０％とする。

（波長変換焼結体の製造方法）
波長変換焼結体は、蛍光体粉末と無機物粉末との混合物を、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ法）を用いて無機物粉末を溶融し、その後、冷却することにより製造することができる。ＳＰＳ法は、蛍光体粉末と無機物粉末との粉体混合物に対して低電圧でパルス状大電流を投入し、火花放電現象により瞬時に発生する放電プラズマの高エネルギーにより無機物粉末を溶融させるものである。実施の形態１では無機物としての酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）と、蛍光体としてのＹＡＧの各粉末を混練して、ＳＰＳ法により焼結体を作製する。この焼結方法と空隙が少なく、発光装置の光変換部材に優れた特性のものが得られるが、その他の焼結方法でもよい。

ＳＰＳ法の焼結体の断面は、例えばＳＥＭ像の図４に示すようなものが得られる。図中、白みを帯びた粒状部がＹＡＧ相であり、このＹＡＧ相を被覆する母材部がアルミナ相（Ａｌ₂Ｏ₃）である。図より、アルミナ相にＹＡＧ相が略一様に分散されて配置されていることがわかる。製造時の条件により、図に観るような母相中（無機物粒子）に蛍光体の相（蛍光体粒子）が二相構造の形態の他に、各粒子が凝集したような粒状の形態など、種々の形態とすることができ、好ましくは空隙の少ない相構造とする。

この焼結体を所定の厚みでスライスし、さらに表面を適宜研磨した後、ウエットエッチング処理でもって凹凸加工を施す。ここで、本明細書において、「研磨」とは研削も同等とし、それにより平滑面化される場合も粗面化される場合も含む広義の意味で用いるが、特に特定的な記載がない限りは、平滑面化する研磨を指す。実施の形態１では研磨条件を以下とする。♯８００のダイヤモンド砥石で、砥石回転数８０ｒｐｍ、ワーク回転数８０ｒｐｍ、圧力１．７ＭＰａとして研磨を行い、最終的な波長変換焼結体の厚みを１５０μｍとする。また、エッチングは、燐酸と硫酸（３６：７４）の混合液を３００℃に加熱して、その液中で５分間エッチングを行い、その後水洗する。これにより、焼結体における粉体粒子間の結合域が優先的に溶解し再び粒状化される。同時に、材料成分のエッチングレートの差によって、材料成分を選択的に溶解させ、残存する基体側の表面に空隙を形成する。具体的には、ＹＡＧは２００℃の燐酸硫酸（３６：７４）の混合液にも溶解され、一方Ａｌ₂Ｏ₃は約２６０℃から溶解が始まる。好ましくは、上記エッチング溶液の温度を２８０℃〜３０５℃の範囲に設定する。Ａｌ₂Ｏ₃よりＹＡＧのエッチングレートが早いので、ＹＡＧが優先的に溶解するとともに、表面にＡｌ₂Ｏ₃が露出する。また表層ではＹＡＧの粒子の欠損によって空隙が生じ、その一部は外部に連通した凹部を構成する。

上記加工は焼結体のいずれの面に施してもよく、例えば第１の主面または第２の主面のいずれか片面加工、あるいは両面加工とできる。つまり、一方の主面に凹凸加工が施され、他方の主面が研磨面、平滑面である片面加工でもよい。この結果、後述する波長変換焼結体を光源と組み合わせた発光装置において、上述の図２で説明したように、発光面側に加工を施すことで配光色度ムラを低減できる。また、波長変換焼結体の加工面を光源と隣接する側、つまり受光面側とすることで、光透過部材中を伝搬する光を発光面側へ好適に散乱して反射させるため発光装置の出射光における輝度ムラを低減できる。また、受光面側に凹凸領域、無機物領域が設けられることで、発光素子との結合などにおいて、その入射口付近に、光散乱、変換光の発光源となる波長変換部材の粒子が少なく、さらには不存在であることで、それによる発光素子への戻り光の量、受光面側に向かう光の量が減少し、光透過部材への入射効率を高め、ひいては発光面からの出射効率を高めることができる。また凹凸領域により、発光素子との接着部材、封止部材との密着性が向上する。一方、受光面側の凹凸領域、無機物領域は上述したように光取り出し効率を高めるため、発光素子側、封止部材への光の漏れ出し量が多くなる場合がある。さらに波長変換焼結体の受光面及び発光面の両面を加工面とすることで、上記各加工面で配光色度ムラ及び色度ムラを低減できる。一方で、凹凸部を両面に設けると、その加工の組み合わせにより、光変換焼結体中への光閉じ込め率、受光面側からの光出射率が高くなる場合があり、所望の特性に応じて、適宜、片面に加工及びその無機物・凹凸領域の調整、又は両面に略同じ、異なる凹凸部の加工及びその各領域の調整を施す。

また、ＳＰＳ法のＹＡＧ粒子（粒径）等の条件とエッチング処理後の空隙との相関性について、エッチング後の表面状態は、エッチングの処理時間や焼結後の結晶状態、結晶の大きさ、粒径に依存する。例えば粒径を小さくすれば配光色度を一層改善でき好ましい。以下に、凹凸の加工条件を種々とした例を比較検討した比較例及び実施例を示す。該比較例及び実施例において特に製造方法を記載していない場合は、上記記載の製造方法と同様とする。

（実施例１、実施例２、実施例３）
以下に示す実施例１ないし３において、本発明における波長変換焼結体の表面加工方法と加工表面状態及び断面状態との相関性を調査する。すなわちエッチング前の前処理条件（Ａ〜Ｃ）の違いによって実施例１、２、３とし、さらに各実施例に対して種々のエッチング処理条件（ａ〜ｅ）を施した際のエッチング面及びその断面の状態を比較検討する。

まず、Ａｌ₂Ｏ₃とＹＡＧ（１０重量％）をＳＰＳ法により焼結した後、この焼結体をスライスして、１４００℃でカーボン焼き処理を施す。以降、この板状のＹＡＧ−Ａｌ₂Ｏ₃焼結体を「ＹＡＧ焼結板」と称する。そして、このＹＡＧ焼結板に対し、エッチングの前に施される前処理を、研磨（Ａ）−実施例１、ブラスト（Ｂ）−実施例２、前処理なし（Ｃ）−実施例３の３種類とする。またエッチング溶液は燐酸（３６％）／硫酸（７４％）の混酸溶液とし、各エッチング条件を、２６０℃−１分（ａ）、３００℃−１．５分（ｂ）、３００℃−３分（ｃ）、３００℃−６分（ｄ）、３００℃−１２分（ｅ）とする。なお、ＹＡＧ焼結板の割れを防止する目的で、実際は上記条件の前後に２００℃−１ｍｉｎのエッチング処理を入れているが、記述は省略している。

これらエッチング前処理（Ａ〜Ｃ）とエッチング処理（ａ〜ｅ）の組合せによる表面状態をＳＥＭ観察し、その結果を図３に示す。図３より研磨の有無で、エッチングが短時間であれば凹部の深さに違いがでるが、エッチングが長時間であれば、エッチング処理時間と加工表面状態との間に相関性がないと考えられる。このことから、エッチング時間を３分以上とすることが、エッチング前の面状態の依存がなくなるので好ましいと言える。さらに見方を変えれば、焼結体表面が平滑面であるより粗面である、あるいは微細な空隙や孔を有しているほうが、エッチング溶液が焼結体内に浸透しやすく、同じ加工表面状態になるまでのエッチング処理時間を短くすることができる。

さらに、実施例１の前処理−研磨（Ａ）におけるエッチング無し、上記（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の条件での加工、並びに無加工（実施例３の前処理なし（Ｃ）におけるエッチング無し）のＹＡＧ焼結板について、断面状態をＳＥＭ観察し、その結果を、加工表面状態の拡大像とともに図４に示す。図４に観るように、ウエットエッチング処理により、ＹＡＧ焼結板の表層において、ＹＡＧ粒子が優先的に溶解され、Ａｌ₂Ｏ₃無機物母材が残って不規則な凹凸が形成されていることが理解できる。

（実施の形態２）
また、実施の形態１の波長変換焼結体５００を光源と組み合わせて、所望の波長光を出射可能な発光装置を実施の形態２として、以下にこれを詳述する。図５は、実施の形態２に係る発光装置１の概略断面図であり、この発光装置１は、発光素子１０と、この発光素子１０より出射される光を透過する光透過部材１５と、光透過部材１５の一部を被覆する被覆部材２６とから主に構成される。発光素子１０は、配線基板９上に導電部材２４を介して搭載され、さらに発光素子１０の上方には光透過部材１５が光学的に接続されている。図５の例では電極面４が配線基板９と対向させて、配線（不図示）と電気的に接続し、すなわち成長基板５側が光透過部材１５に近接するようフェイスダウン実装されており、矢印に示すように、成長基板５側から光透過部材１５に接合して主に光が取り出される。

また光透過部材１５は、発光素子１０より出射される光の少なくとも一部を波長変換可能な波長変換部材によって構成されており、具体的には実施の形態１の波長変換焼結体５００とする。これにより、発光素子１０からの出射光が、その一部を波長変換部材でもって波長変換された二次光と加色混合されて、発光装置より所望の波長光を放出できる。さらに、表面に上記凹凸加工と蛍光体粒子の配置位置を備えた波長変換焼結体５００を介すれば、発光面１５ａ上で一次光と二次光とを十分に拡散できるため、略均等な混色率を実現して色ムラの低減された放出光とできる。特に、一の光透過部材１５に複数の光源を光学的に接続する場合、光透過部材１５を波長変換焼結体５００とすることで、光の拡散性がより高まるため、光源間の色ムラが緩和され均一な発光が得られ、また指向性の高い光源であっても発光面上で有効に拡散させることができ、拡散フィルター等別個の部材の設置を省略でき好ましい。したがって、以下の説明中における「光透過部材」は、「波長変換焼結体」に適用できる。

光透過部材１５は、発光素子１０からの光を受光する受光面１５ｂと、受光した光を放出する面であって発光装置１の外面を構成する発光面１５ａとを有し、さらにこの発光面１５ａと略直交する面であって厚さ方向と平行な側面１５ｃを備える。また、光透過部材１５は、その一部を被覆部材２６でもって被覆され、外部へ光を放出する発光面１５ａを被覆部材２６から露出させている。好適には、被覆部材２６の表出面を、発光面１５ａに対して略同一面、あるいは発光面１５ａから受光面１５ｂ側に後退した外表面とすることで、窓部である光透過部材１５の発光面１５ａから出射される光が、被覆部材２６により遮光されることを回避できる。

また、被覆部材２６は、光を反射可能な光反射性部材２を含有しており、かつ少なくとも光透過部材の側面１５ｃを被覆している。これにより、以下の作用、効果を得られる。第一に、側面１５ｃ領域から光が漏れ出すのを回避できる。第二に、発光面１５ａからの発光と比較して、無視できないほどの色味差を有する光が、側面１５ｃ側より外方へ放出するのを抑止して、全体の発光色における色ムラの発生を低減できる。第三に、側面１５ｃ方向へと進行した光を光取り出し方向側へと反射して、さらに外部への発光領域を制限することで、放出される光の指向性を高めるとともに、発光面１５ａにおける輝度を高められる。

また、被覆部材２６は、光透過部材１５における側面１５ｃに加えて、受光面１５ｂの一部をも被覆する。具体的には、図５に示すように、光透過部材１５と配線基板９との間に被覆部材２６を充填させ、発光素子１０の周囲、すなわち受光面１５ｂにおける発光素子１０との対向域を除く領域が被覆部材２６でもって封止される形態となる。この構成により、光透過部材の受光面１５ｂにおいて、発光素子１０と光透過部材１５との光学的な接続領域と、被覆部材２６の被覆領域とが設けられ、この光学的接続領域に限定して発光素子１０の一次光を光透過部材１５側へと高効率に導光できる。また、被覆領域の被覆部材２６でもって、光透過部材の受光面１５ｂ側へと進行した光を光取り出し側へと反射させることができる。また、光透過部材１５の受光面１５ｂ側に上記表層５０５を有する場合、該表層５０５における凹部５０３に被覆部材２６を含浸させることが好ましい。これにより光透過部材１５と発光素子１０とを安定して光結合できるとともに、受光面１５ｂの界面を構成する両域の屈折率差を低減して、光透過部材１５への入光率を高められる。ひいては光取り出し効率を向上させて、全体の放出光の出力向上を図れる。

以下に、本発明における光変換部材及び焼結体、発光装置１の各部材及び構造について説明する。

（発光素子）
発光素子１０は公知のもの、具体的には半導体発光素子を利用でき、ＬＥＤやＬＤ等が挙げられる。ＧａＮ系半導体は、蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能であるため好ましい。以下ではＧａＮ系半導体の発光素子を用いて説明する。また、それに限定されずに、ＺｎＳｅ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＡｌＩｎＧａＰ系などの半導体でも良い。

図６は、発光素子１０の一例を示す概略断面図であり、発光素子１０の構造について説明する。発光素子１０は、対向する一対の主面のうち、一の主面側である成長基板５上に、半導体構造１１として、一般式がＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）からなる窒化物半導体層を積層して形成されている。半導体構造１１は、下層側から順に、第１の窒化物半導体層６（ｎ型層）、活性層８、第２の窒化物半導体層７（ｐ型層）を積層する。井戸層の組成はＩｎＧａＮが可視光・近紫外域に好適に用いられる。また、井戸層にＡｌを含ませることで、ＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍより短い波長を得ることができる。活性層から放出する光の波長は、発光素子の目的、用途等に応じて３６０ｎｍ〜６５０ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍの波長とできる。また、第１の窒化物半導体層６及び第２の窒化物半導体層７には、電気的に接続される第１の電極３Ａ及び第２の電極３Ｂを各々備える。なお、各電極（特に、第２の電極３Ｂ）は透光性導電層１３を介して形成してもよい。そして、各電極の所定の表面のみを露出し、他の部分は絶縁性の保護膜１４で被覆される。

ここで、半導体層に設けられる電極は、一方の主面側に正負一対の電極が設けられる構造が好ましいが、それに限定されず半導体層の各主面に対向して各々電極が設けられる構造でも良い。さらに、発光素子の実装形態についても、例えば同一面側に正負電極を有する素子構造では、その電極形成面側を主光取出し面とするフェイスアップ実装とできる他、電極形成面と対向する成長基板側を主光取出し面とするフリップチップ実装も採用できる。以下に半導体発光素子１０の各構成要素を具体的に説明する。

（成長基板）
成長基板５は、半導体層１１をエピタキシャル成長させる基板で、窒化物半導体においては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネルが好ましい。ＧａＮやＡｌＮ等の窒化物半導体基板も好適である。また、成長基板５を半導体層１１形成後に除去してもよい。透光性基板であっても基板を除去することで、光取り出し効率、出力を向上させることができる。さらに、成長基板５を除去後、露出した半導体層に別の導電性基板や透光性基板を形成、接着することもでき、それが光透過部材１５であってもよい。

（透光性導電層及び電極）
透光性導電層１３は、好ましくはＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物とする。具体的には、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂等、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎの酸化物を含む透光性導電層１３、好ましくはＩＴＯを使用する。露出したｐ型半導体層７のほぼ全面に導電層が形成されることにより、電流をｐ型半導体層７全体に均一に広げることができる。また、パッド電極から透光性導電層１３を露出させてそこから光を取り出す構造とすることもできる。電極３Ａ、３Ｂは、透光性導電層上かそれを設けずに、半導体構造上に接して形成される。例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｌのいずれかの金属またはこれらの合金やそれらの組み合わせから成る。また、発光素子１０と外部電極とを電気的に接続させるパッド電極として機能させても良い。例えば、金属電極層表面にＡｕバンプのような導電部材２４、あるいは共晶金属層を配置し、導電部材を介して対向する外部電極と電気的に接続させる。また電極層を形成した後、外部領域との接続領域を除いて半導体発光素子１０のほぼ全面に絶縁性の保護膜１４を形成でき、各電極における露出領域を得る。保護膜１４にはＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ポリイミド等が利用できる。さらに、透光性導電層１３の上に誘電体多層膜、金属反射膜等の光反射構造を設けることで電極形成面側を光反射側とできる。また、透光性導電層を介さずにＡｇやＡｌ等の光反射性電極を半導体層に設けた電極構造とすることもできる。

（配線基板）
一方、図５の発光装置１において、上記の発光素子１０が実装される配線基板９は、少なくとも表面が素子の電極と接続される配線を形成したものが利用できる。基板の材料は、ＡｌＮの単結晶、多結晶などの結晶性基板、さらに焼結基板、他の材料としてアルミナ等のセラミック、ガラス、Ｓｉ等の半金属あるいは金属基板、またそれらの表面にＡｌＮ薄膜層が形成された基板等、積層体、複合体が使用できる。金属基板、金属性基板、セラミック基板は放熱性が高いため、好ましい。また、配線基板に限らず、例えば、電極形成面側を主な発光側とする発光素子において、配線のない基板にフェイスアップ実装して素子の電極を装置の電極にワイヤ接続する形態でも良い。

（光透過部材、波長変換焼結体）
図５の光透過部材１５は、発光面１５ａからの平面視において発光素子１０を内包するように構成される。言い換えると、図５に示すように、光透過部材１５の側面１５ｃが、発光素子１０の側面を構成する端面３３よりも外方に突出している。これにより、光学的に接続された発光素子１０からの出射光を、発光素子１０の上面より幅広な受光面１５ｂでもって直接的に受光できるため光束の損失が少ない。

光透過部材１５は、通過する光の少なくとも一部を波長変換可能な波長変換部材を有する透光性部材からなることが好ましい。具体的には、上記蛍光体と透光性の無機物の焼結体の他に、ガラス板に光変換部材を備えたもの、あるいは光変換部材の蛍光体結晶若しくはその相を有する単結晶体、多結晶体、アモルファス体、セラミック体、あるいは蛍光体結晶粒子による、それと適宜付加された透光性部材との凝集体、多孔質性材料がある。また、付加的にそれらに透光性部材、例えば透光性樹脂を混入、含浸したもの、あるいは蛍光体粒子を含有する透光性部材、例えば透光性樹脂の成形体等から構成される。

また、光透過部材１５の形状は特に限定されないが、板状とすることで、面状に構成される発光素子１０の出射面との結合効率が良く、光透過部材１５の主面とが略平行になるよう容易に位置合わせできる。加えて、光透過部材１５の厚みを略一定とすることで、構成される波長変換部材の偏在を抑止でき、この結果、通過する光の波長変換量を略均一として混色の割合を安定させ、発光面１５ａの部位における色ムラを抑止できる。一方で、光透過部材１５の発光面、受光面は、平坦面に限らず、全体、一部に曲面を有する形態の他、凹凸面などの面状の形態、さらには光を集光、分散するための形状、例えばレンズ状、などのような光学的な形状、とすることもでき、該光透過部材上に結合してそのような光学部材を設けることもでき、光の配向性を制御した発光装置とすることもできる。

発光装置１において、波長変換部材若しくはその機能を備えた光透過部材は、複数備えても良く、例えば、上記光変換部材が２種類以上の蛍光体を混合させたものがある。その他に、互いに異なる波長の波長変換部材を複数有する光透過部材、あるいはその機能を備えた光透過部材を複数有してもよく、例えば複数の光透過部材の積層体が挙げられる。更に、一の波長変換部材若しくはその機能を備えた光透過部材と、それとは別に、発光装置の光取り出し窓部上、あるいはそこから光源までの装置内における光路上、例えば光透過部材と発光素子との間、その結合部材中、発光素子と被覆部材との間に、光変換部材を有する光変換部を設けることもできる。

無機物粒子と蛍光体粒子とは、上述したように、エッチング処理により、レート差を利用して、優先的、選択的に蛍光体粒子を除去して、表層側に無機物領域、凹凸領域を設けるものであるため、両者をそのような関係のものを選択することが好ましい。また、光透過部材中での光の拡散においても、両者の屈折率差に応じて、その特性が変化するため、所望の関係の材料を選択することが好ましい。具体的には、同一材料系であれば、各組成比、原料比の調製等で、それらを適宜調製できるため好ましく、例えば、ＹＡＧ（ＬＡＧ）のアルミン酸塩の蛍光体であればアルミニウム酸化物、珪酸塩、ケイ素化合物の蛍光体であれば珪酸塩蛍光体の他、窒化ケイ素蛍光体などを選択できる。また、焼結体においても成形体の結晶が発光装置に優れたものとなり好ましい。以下に、波長変換部材、蛍光体及び無機物の粉末、粒子について説明する。

波長変換部材は、青色発光素子と好適に組み合わせて白色発光とでき、波長変換部材に用いられる代表的な蛍光体としては、ガーネット構造のセリウムで付括されたＹＡＧ系蛍光体（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）及びＬＡＧ系蛍光体（ルテチウム・アルミニウム・ガーネット）が挙げられ、特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）等が好ましい。またＹＡＧ、ＬＡＧ、ＢＡＭ、ＢＡＭ：Ｍｎ、（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｚｎ：Ｃｕ、ＣＣＡ、ＳＣＡ、ＳＣＥＳＮ、ＳＥＳＮ、ＣＥＳＮ、ＣＡＳＢＮ及びＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕからなる群から選択される少なくとも１種を含む蛍光体が使用できる。波長変換部材は、光透過部材の他に、例えば光透過部材と発光素子との間、その結合部材中、発光素子と被覆部材との間、にも設けることもできる。光透過部材、波長変換部材及び焼結体も同様に発光装置中に配置できる。黄〜赤色発光を有する窒化物系蛍光体等を用いて赤味成分を増し、平均演色評価数Ｒａの高い照明や電球色ＬＥＤ等を実現することもできる。具体的には、発光素子の発光波長に合わせてＣＩＥの色度図上の色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。その他に、近紫外〜可視光を黄色〜赤色域に変換する窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、珪酸塩蛍光体を用いることができる。例えば、Ｌ₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ（Ｌはアルカリ土類金属）、特に（Ｓｒ_xＭａｅ_1-x）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ（ＭａｅはＣａ、Ｂａなどのアルカリ土類金属）などが挙げられる。窒化物系蛍光体、オキシナイトライド（酸窒化物）蛍光体としては、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕなどがあり、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体としては、一般式ＬＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ、一般式Ｌ_xＳｉ_yＮ_(2/3x+4/3y)：Ｅｕ若しくはＬ_xＳｉ_yＯ_zＮ_{(2/3x+4/3y-2/3z)}：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか）で表される。

（無機物材料及び粉末）
上述した焼結体、光透過部材及び波長変換部材の成形体は、無機物粒子を含有し、明細書において「無機物粉末」は成形体として複合化される前の原料として使用される状態を意味し、「無機物」及び「無機物粒子」は蛍光物質成形体として複合化された後の状態を意味し、蛍光体、光変換部材も同様である。無機物粉末は蛍光体粉末を保持するために用いられ、上述の通り、多相状態の焼結体では母材として機能しうる。また、発光素子から出射された光の一部又は蛍光体から放出された光の一部が透過するものであれば特に限定されない。具体的には、無機物粉末・粒子はガラス、セラミックスなどである。また、無機部材粉末は、軟化点が比較的低く、安価であることからガラスが好ましい。

無機物粉末として、一般的な透明誘電体無機材料を用いることができる。具体的には、ホウケイ酸ガラス、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニオビウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ケイ素、フッ化マグネシウムなどがあげられるが、放熱性および光取り出し効率を考慮すると、酸化アルミニウムを用いることが好ましい。また、焼結体原料の無機物粉末は、混合する蛍光体の少なくとも１種の蛍光体組成、前記蛍光体の結晶系とほぼ同一の組成、または前記蛍光体の結晶系のうち、少なくとも１つを有していることが好ましい。これにより、放電プラズマ焼結過程における蛍光体と無機物との溶融拡散もしくは熱拡散により蛍光体の変換効率が低下することを抑制することができる。また、蛍光体と無機物との界面を、組成的、結晶的にほぼ連続とすることができることから、蛍光体と無機物との接合界面における光の損失を低減させることができる。無機物粉末としてガラス粉末を用いることができる。ガラス粉末３１は成形体にしたとき、発光素子からの光を透過するとともに、蛍光体を保持するものであれば良い。ガラス粉末の大きさは特に限定されず数ｎｍ〜数ｍｍのものを使用することができる。

また、光透過部材の波長変換機能として、発光素子の光とその変換光の混色光による発光装置の他に、例えば発光素子の紫外光による変換光、若しくは複数の変換光による混色光のように、発光素子の一次光から変換された二次光を出射する発光装置とすることもできる。

（被覆部材・封止部材）
封止部材２６の基材となる樹脂の材料は透光性であれば特に限定されず、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物等を使用することが好ましいが、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の透光性を有する絶縁樹脂組成物を用いることができる。また、これらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等、耐候性に優れた封止部材も利用できる。さらに、ガラス、シリカゲル等の耐光性に優れた無機物を用いることもできる。さらにまた、封止部材の発光面側を所望の形状にすることによってレンズ効果を持たせることができ、発光素子チップからの発光を集束させることができる。

また、実施の形態２において封止部材２６は、上記樹脂中に光反射性部材２を含有してなる。光反射性部材を含有することで、封止部材２６の反射率が高まり、更に好適には透光性の粒子による反射のため、光吸収、損失が低くした被覆部材とできる。すなわち発光素子１０からの出射光は、発光素子１０の周囲近傍を被覆する被覆部材２６でもって反射されて、発光素子１０側あるいは光透過部材１５側へと導光される。

封止部材、被覆部材２６中に含有される光反射性部材２は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉからなる群から選択される１種の酸化物、若しくはＡｌＮ、ＭｇＦの少なくとも１種であり、具体的にはＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＦ、ＡｌＮ、ＳｉＯ₂よりなる群から選択される少なくとも１種であり、上記被覆部材２６中、特に透光性樹脂中に含有される光反射性部材、特にその透光性の粒子としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌからなる群から選択される１種の酸化物であることで、材料の透光性及び反射性、基材との屈折率差を高められ、好ましい。光反射率、漏れ出し距離は、光反射性部材の含有率、充てん率により調節し、例えば、２０重量％以上、肉厚２０μｍ以上とするのが好適である。このような透光性樹脂中に透光性粒子を混入した被覆部材の他、光反射部材の焼結体、凝集体などの多孔質性材料の成形体でも良く、ゾル・ゲル法による成形体でも良く、それらに樹脂を含浸させたものでも良い。

（添加部材）
また、被覆・封止部材２６、光透過部材１５には、光反射性部材２、光変換部材の他、粘度増量剤等、使用用途に応じて適切な部材を添加することができ、これによって所望の発光色、それら部材若しくは装置表面の色、例えば外光に対するコントラストを高めるために被覆部材の外表面を黒色に着色するなど、指向特性を有する発光装置が得られる。同様に外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を持たせたフィルター材として各種着色剤を添加させることもできる。

（接着材）
発光素子１０と光透過部材１５との界面には接着材１７が介在されており、これにより双方の部材を固着する。この接着材１７は、発光素子１０からの出射光を光透過部材１５側へと有効に導光でき、双方の部材を光学的に連結できる材質が好ましい。その材料としては上記各部材に用いられる樹脂材料が挙げられ、一例としてシリコーン樹脂などの透光性接着材料を用いる。また、発光素子１０と光透過部材１５との固着には、熱圧着による結晶接合等も採用できる。

（発光装置の製造方法）
図５に示される発光装置１の製造方法の一例を以下に説明する。まず、配線基板９上、又は発光素子１０に、フリップチップ実装するパターンに従い、導電部材２４であるバンプを形成する。次にこの導電部材２４を介して発光素子１０をフリップチップ実装する。この例ではサブマウント基板９上で、一の発光装置に対応する領域に、各々１個のＬＥＤチップを並べて実装しているが、チップの搭載個数は発光面、光透過部材の大きさに応じて適宜変更できる。発光素子１０を複数とすることで、総光束量を増やし、出射光の輝度が高められる。また、キャビティ構造を有する実装基板を用いて、このキャビティ内に発光素子１０を実装する形態でもよい。

次に、発光素子１０の裏面側（サファイア基板裏面あるいはＬＬＯで基板除去した場合であれば窒化物半導体露出面）に、接着材１７であるシリコーン樹脂を塗布して、光透過部材１５を積層する。その後シリコーン樹脂１７を熱硬化して、発光素子１０と光透過部材１５とを接着する。

さらに発光素子１０の周辺に所定の大きさ、形状の枠体を立設させる。ここで枠体やキャビティの高さを光透過部材１５より低くして設けてもよい。そして、発光素子１０の周囲に立設された枠体内、又はキャビティ内に、光透過部材１５の側面を被覆するように封止部材２６を構成する樹脂をポッティング（滴下）する。この際、封止部材２６の表面が、光透過部材１５の表面に沿うように、すなわち双方の表面が略同一面状に位置する、あるいは光透過部材１５の表面より低位置に後退するようにする。そして樹脂である封止部材２６を硬化後、枠体を外して所定の位置における破線部）でもってダイシングを行い、サブマウント基板サイズに切り出して発光装置を得る。なお、発光装置の機械的強度に配慮し、枠体が設けられた状態で発光装置としてもよい。

ただ、発光素子１０の周囲を被覆する封止部材２６の配置方法は特に限定されない。例えば、スクリーン印刷やトランスファーモールドにより設けることもできる。また、発光素子は発光装置の所定の載置部に直接実装される形態、すなわちサブマウントを備えなくても良い。また、上記個々に切り出されたサブマウント基板、若しくは、それにレンズ等を接着、封止されたものを、発光装置とすることもできる。

以下に、光透過部材と発光素子との配置、重ね合わせの形態について、その他の形態を説明する。光透過部材１５の発光素子１０に対する位置合わせにおいて、光透過部材１５の側面１５ｃが、発光素子１０の端面３３と略同一面上に位置しており、すなわち双方の側面が略面一に構成されてもよい。これにより、上記図６の形態における光透過部材の素子外方に突出した部分、すなわちその外縁部で、発光素子からの光量が不足してその部分において色ムラが発生しやすくなるのを防止できる。ただし、本明細書でいう「略同一面」とは、上述した機能上で実質的に同一面であれば良い。さらに、光透過部材１５が発光素子１０の一部のみを積層し、すなわち光透過部材１５の側面１５ｃが、発光素子１０の端面３３よりも内側に位置してもよい。発光領域を絞り、発光素子に比して発光面を小さくすることで、より一層、混色の割合を略一定とできるため、さらに色ムラの低減された放出光とできる。また、発光領域を低減することで相対的な輝度を高められる。このような光源の大きさを発光素子及びその実装領域に比して小さくする形態として、その他に、光透過部材上に、その一部が開口する開口部材を設ける構造、例えば上記封止部材を発光面の一部が覆うように設けた構造、とすることもできる。

（実施の形態３）
図７は実施の形態３に係る発光装置２０の概略断面図である。実施の形態３では、実施の形態２と比較して、封止部材２６ｂが発光素子１０の端面３３側の外方のみを被覆しており、然るに発光素子表面において上記光透過部材と光学的に接続する接続部と、基板との電気的、物理的な接続部と、から露出された露出部が被覆されずに離間され、複数載置された発光素子１０の互いの離間領域に充填されず空隙が形成される。具体的に、発光素子１０の端面３３側には、この端面３３と略平行かつ離間されて封止部材２６ｂが位置し、すなわち発光素子１０は、上下方向を光透過部材１５と配線基板９によって、また左右方向を封止部材２６ｂによって周囲を取り囲まれて構成される。この時、受光面、発光素子の一部が封止部材で被覆されて、残部で離間される形態でも良い。そして各包囲部材を境界とする内部空間が形成され、発光素子１０の周辺近傍は、空洞が設けられる。このように被覆部材が光透過部材の受光面側の領域、発光素子を包囲する包囲体として形成される形態であること、包囲体内部に発光素子から離間されることにより形成される内部領域を備えることが好ましい。この時、包囲体は、図示するように、包囲体の窓部として光透過部材、その発光面を備えた外筐体、更には発光面が出射方向の前面に設けられる外筐体として形成されることが好ましい。これにより、光透過部材（受光面）、発光素子と内部空間の空洞との界面で光反射がなされ、封止部材の光吸収による損失を低減できる。この時、好適には、その界面の屈折率差を高くするように、内部空間が気密封止などで、素子と空気・気体との露出部を形成することが好ましい。また、複数の発光素子が一の光透過部材に光学的に接続する場合には、その素子間についても同様に空隙を有することが好ましい。これは、光透過部材の受光面において、素子との光学的接続領域と、内部空間に充填された光透過部材に接続する充填部材接続領域とを備え、素子からの発光が、直接、光学的接続領域に入光される経路に加えて、上記充填部材に取り出され、その充填部材接続領域から入光されることで、素子より大きな発光面が形成できる。加えて、封止部材２６ｂの形状が簡易であるため、封止部材２６ｂを別個に製作し、これを光透過部材１５側に接続して発光装置２０を得ることもできる。また、離間領域を有する発光装置では、その領域内の光を反射するように、離間領域を囲むように上記光反射性部材を付加的に設けて、その表面で反射させる構造とでき、例えば、配線基板上に被覆層として設けることもできる。

（実施の形態４）
実施の形態１の波長変換焼結体５００を光透過部材１５として適用することができる。図８は、実施の形態４に係る発光装置３０の概略断面図である。この発光装置３０は、発光素子１０と、この発光素子１０を収容する凹部（キャビティ）３０２を備え、且つリード電極３０３ａ、３０３ｂが設けられた実装基体３０１と、実装基体３０１の凹部３０２上方に嵌め込まれて固定された光透過部材１５と、を備えている。そして、実装基体３０１の凹部３０２底面には接合部材３０４を用いて発光素子１０がフェイスアップ実装されており、さらに発光素子１０の正負電極（不図示）とリード電極３０３ａ、３０３ｂとは電気的接続部材を用いてワイヤ接続されている。発光装置３０において、発光素子１０及び光透過部材１５は、実施の形態１ないし３に記載したものと同様のものを用いることができるので、詳述は省略する。以下に、本発明における発光装置３０の他の各部材及び構造について説明する。

（実装基体）
実装基体３０１は、発光素子１０を凹部３０２内に載置されるとともに外部との電気的接続が可能なリード電極３０３ａ、３０３ｂを有する支持体である。絶縁性を有し、熱伝導性に優れ、熱膨張率の小さいもの、さらに半導体発光素子からの光や、外光などが透過しにくい部材が好ましい。なお、発光素子１０の数や大きさに合わせて複数の凹部、開口部を有するものでもよい。接合部材３０４は、実装基体３０１やリード電極３０３ａ、３０３ｂに発光素子１０を載置させるための接着剤であり、載置する発光素子１０の基板によって導電性又は絶縁性を選択することができる。例えば、絶縁性基板の場合、接合部材３０４は絶縁性でも導電性でも用いることができ、ｎ型ＧａＮ基板などの導電性基板の場合は、導電性部材を用いてリード電極上に実装して導通させることができる。さらに、接合部材３０４が透光性の場合は、その中に波長変換部材を含有させ、光変換させる構造をとることもできる。

凹部３０２は、底面と底面の外周縁から上方の開口まで立ち上げられるとともに該開口側ほど外拡がりとなる平坦なテーパー面（傾斜面）を有する側面とからなり、発光素子１０からの光を効率よく反射させる構造になっている。また、凹部３０２の内面にＡｇやＡｌなどの金属膜の反射層を設けてもよい。凹部３０２の内部空間は、実施の形態３のように、気密封止などで空気や気体が存在してもよく、一方凹部３０２底面に発光素子１０を実装した後、凹部３０２内に樹脂などの被覆部材（封止部材）を充填してもよい。また所望に応じてその被覆部材に着色剤、光拡散剤、フィラー、波長変換部材などを含有させることもできる。リード電極３０３ａ、３０３ｂは、実施の形態２，３の配線基板の配線構造と同様であり、実装基体３０１外部から発光素子１０に電力を供給させるために用いられる。そのため実装基体３０１上に設けられた導電性を有するパターンやリードフレームを利用したものなど種々のものが挙げられる。

本実施の形態のように、光透過部材１５、すなわち波長変換焼結体５００と発光素子１０との光学的に接続されれば、両者を物理的に離間させて配置してもよい。例えば、上記実装基体が導電性を有し、その実装基体と上記リード電極が一体にされたリードフレームやステムであってもよく、そして発光素子１０をＬＤとし、キャップの窓部等に波長変換焼結体５００を配置してレーザ光を照射し、該波長変換焼結体５００で混色光を散乱させて外部に取り出す発光装置とすることもできる。

（比較例１ないし比較例３、実施例４）
実施の形態２における発光装置について、実施の形態１の光変換焼結体を光透過部材に用いて、以下の比較例及び実施例の各発光装置を作製し、配光及び輝度に係る配光特性の優位性を確認する。比較例１〜３、実施例４は光透過部材のみが相違しており、他の構造については同一である。具体的に比較例１の光透過部材には、表面に凹凸加工が施されておらず、一方実施例４では対向する両面に上記凹凸加工が施された表層を備える波長変換焼結体５００を採用した。また比較例２、比較例３の光透過部材は、材料成分の焼結体ではなく、印刷法にて蛍光体層を形成した。

さらに詳細には、実施例４の発光装置は、図５に示すように一の光透過部材１５と、約１ｍｍ×１ｍｍの略正方形のＬＥＤチップ（発光波長４５５ｎｍ）を２個搭載しており、封止部材２６でもって光透過部材１５および発光素子１０の一部を被覆している。光透過部材１５は、ＹＡＧ（中心波長５７７ｎｍ）濃度２０％の焼結体からスライスして板状のＹＡＧ焼結板とし、このＹＡＧ焼結板の両面を研磨後、この両面に対して燐酸硫酸溶液による３００℃で５分間エッチング処理する。そのＹＡＧ焼結板をダイシングで切り出し、波長変換焼結体の発光面１５ａ、およびこの発光面１５ａと対向する受光面１５ｂは約１．１ｍｍ×２．２ｍｍより構成される矩形状であり、さらに厚みは１１６μｍとする。また、封止部材２６は、ＴｉＯ₂粒子を含有するシリコーン樹脂であって、図５に示すように、発光装置１の光取り出し側における平面視において、発光面１５ａの周辺領域、具体的には光透過部材１５の側面１５ｃを被覆し、かつ発光面１５ａの面状に沿うように成形されている。すなわち、発光装置１は、発光面１５ａを主発光面とし、その周囲を封止部材２６で被覆することにより、この被覆領域からの外方への発光を抑止している。さらに光透過部材１５は、受光面１５ｂにおいて、発光素子１０との光学的接続領域を被覆しており、さらに配線基板９と光透過部材１５との間を充填することで、発光素子１０の側面および実装側をも被覆している。

一方、比較例１の光透過部材は、実施例４と同様の焼結体をスライスしたＹＡＧ焼結板であるが、研磨後のエッチング処理を省略して、厚みは１２０μｍとして、他は同じ寸法の光透過部材とする。また、比較例２及び比較例３の発光装置は、フェイスダウン実装したＬＥＤの周囲（上面及び側面）に、印刷法でＹＡＧ蛍光体層を形成し、比較例２は平均粒径が約１１μｍのＹＡＧを、また比較例３は平均粒径が５μｍのＹＡＧを使用する。これら比較例１ないし比較例３、実施例４の各発光装置において、発光面１５ａの中心を通り直交する２方向、つまり水平面側及び垂直面側から放出される配光特性を比較検討する。具体的には図９（ａ）に示すように発光面の長手方向を９０°とし、これに直交する方向を０°として、各配光特性のグラフを図９（ｂ）、図９（ｃ）にそれぞれ示す。

図９（ｂ）、（ｃ）より、実施例４における両面加工のＹＡＧ焼結板を具備する発光装置が、２方向からの配光において最も色度ムラが少なく、発光面の中央部から端部にかけて色度が略一定となっている。凹凸加工を施していない比較例１ないし比較例３の発光装置では、高角度ほど蛍光体色が強くなる傾向が強調されており、さらに印刷法による光透過部材では、観測方向により色ムラの程度が著しく相違する。つまり、比較例では高角度域で集光した二次光が、発光面の周辺域に分布して中央域との色ムラを誘発するため、この高角度に相当する発光領域を除去するか、あるいは拡散シートなど別部材の搭載により全体光の色ムラを回避する必要性があり、出力の低減あるいは装置の複雑化を招く。一方、実施例４の発光装置であれば、凹凸面による光の分散効果が顕著に表れており、発光面のほぼ全域にわたって良好な配光特性を備える。したがって発光面の一部除去による光損出を回避して相対的に高出力、高輝度とできる。

また比較例１（加工無し）及び実施例４（両面加工）に係る発光面の輝度、及び国際照明委員会（ＣＩＥ）のｘｙｚ表色系に準拠した色度（ｘ値、ｙ値）の観測結果を図１０（比較例１を図１０（ａ）、実施例４を図１０（ｂ））に示す。図１０より、実施例４ではコントラストが低く表示されており、すなわち両面加工によって発光面の略全域に輝度ムラが低減された発光が実現されていることを示す。特に、比較例１では発光面の中央域に並列されたそれぞれのＬＥＤの直上に集光しており、ＬＥＤからの光軸から離間した領域では輝度が低く、かつ色ムラが顕著である。一方、実施例４ではこれを回避して、光源の配置域が認識できないほど十分に光が拡散されており、発光面の略全域にわたって輝度および色相が一定している。つまり加工面が優れた拡散性を発揮して、別個の拡散部材を具備せずとも配光内を輝度ムラ及び色ムラを低減できる。

（実施例Ａ−ａないし実施例Ｃ−ｄ）
次に、ＹＡＧ焼結板の加工状態の相違による出射光の光束を比較する。具体的には、上記実施例１ないし実施例３に記載の各条件の波長変換焼結体（図３参照）をそれぞれ搭載する他は実施例４と同様の発光装置を作製し、出力光の光束を測定する。また、エッチング前処理（Ａ〜Ｃ）とエッチング処理（ａ〜ｅ）の各条件における組合せと実施例の名称を表すように、実施例の名称を「実施例＋エッチング前の処理方法（Ａ〜Ｃ）＋エッチング処理条件（ａ〜ｅ）」として示す。例えば、ＹＡＧ板を研磨（Ａ）するのみでエッチング無しのものを実施例Ａとし、また別の例では、ＹＡＧ板を研磨（Ａ）した後、２６０℃−１分（ａ）の条件でエッチングのものを実施例Ａ−ａと表記する。また焼結体形成後にブラスト（Ｂ）した後、３００℃−１．５分（ｂ）条件でエッチングした場合は、実施例Ｂ−ｂと表記する。図１１は各比較例、実施例の光束を示す。

さらに上記各実施例の発光装置における一次光の変換効率を評価した。具体的には、光源であるＬＥＤをパッケージにフェイスダウン実装してそのＬＥＤの出力（ｍＷ）を測定し、次に各条件のＹＡＧ焼結板を搭載して上記実施例４と同様に発光装置を作製し、その放出光の光束（ｌｍ）を測定する。これらの測定値に基づいて、放出光の光束（ｌｍ）をＬＥＤの出力（ｍＷ）で割り、一次光から全体光への変換効率を算出する。各条件により得られる結果を図１２に示す。図１１、図１２に示すように、表面加工の有無による出力低下を略回避できる。つまり上述のように、発光面の略全域で均一な輝度及び色度を備えた発光とできるため、後の二次利用性での光損出をなくして全放出光を余すところなく利用でき、相対的に高輝度な単位光とできる。汎用性が高まる。

また、波長変換焼結体５００のエッチング前処理を研磨（Ａ）に限定し、エッチング条件を上記ａ〜ｅとした実施例Ａ−ａないし実施例Ａ−ｆの各発光装置において、配光色度（ｙ値）を比較した。結果を図１３のグラフに示す。さらにエッチング前処理を前処理なし（Ｃ）とした場合の、エッチング条件の変化による配光色度ｙを検討し、この結果を図１４に示す。図１３、図１４に示すように、研磨のみあるいは前処理なしでエッチング無しの条件では高角領域（グラフの横軸の両端部）でｙ値の上昇が著しい。つまり発光面での周囲と中央域での色ムラの発生を意味する。一方、エッチング時間が長いほど高角領域における上昇が抑制され、高角領域から低角領域にわたる発光面全域で配光色度ｙの値が略一様であり、安定していることが理解できる。

本発明の発光装置及びその製造方法は、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、バックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できる。

実施の形態１に係る波長変換焼結体の概略断面図である。 図２（ａ）は従来の波長変換焼結体に係る概略断面図を、また図２（ｂ）は実施の形態１の波長変換焼結体に係る概略断面図をそれぞれ示す。 実施例１ないし実施例３の各波長変換焼結体に係る表面状態の比較表である。 加工条件による波長変換焼結体の表面状態及び断面状態の相違を示す比較表である。 実施の形態２に係る発光装置の概略断面図である。 実施の形態２に係る発光素子の概略断面図である。 実施の形態３に係る発光装置の概略断面図である。 実施の形態４に係る発光装置の概略図である。 比較例及び実施例の配光特性を示す。 比較例及び実施例の輝度特性を示す。 実施例の光束を示すグラフである。 実施例の変換効率を示す。 実施例の配光色度ｙを示す。 実施例の配光色度ｙを示す。 従来の半導体発光装置を示す断面図である。

符号の説明

１、２０、３０…発光装置
２…光反射性部材
３Ａ…第１の電極（ｎ型パッド電極）
３Ｂ…第２の電極（ｐ型パッド電極）
４…電極面
５…成長基板（サファイア基板）
６…第１の窒化物半導体層（ｎ型半導体層）
７…第２の窒化物半導体層（ｐ型半導体層）
８…発光層（活性層）
９…配線基板（サブマウント）
１０…発光素子
１１…半導体構造
１２…蛍光体粒子
１３…透光性導電層（透光性電極、ＩＴＯ）
１４…保護膜
１５…光透過部材
１５ａ…発光面
１５ｂ…受光面
１５ｃ…側面
１７…接着材（シリコーン樹脂）
２４…導電部材
２６、２６ｂ…被覆部材（封止部材、樹脂）
３３…端面
３０１…実装基体
３０２…凹部（キャビティ）
３０３ａ、３０３ｂ…リード電極
３０４…接合部材
５００、６００…波長変換焼結体
５０１、６０１…第１の主面（発光面）
５０２、６０２…第２の主面（受光面）
５０３…凹部
５０４…無機物粒子
５０５…表層
５０６…中央層
８０１…発光装置
８０２…入射面
８０３…光出射面
８０５…ＬＥＤ
８０７…蛍光板
ｄ１、ｄ２…深さ
Ｌ…第１の光

Claims (10)

1. 無機物粉末と蛍光体粉末とを混合し焼結させて焼結体を得る第１の工程と、
   前記焼結体をエッチングして、前記焼結体の表面に複数の凹部を形成する第２の工程と、
   を含むことを特徴とする波長変換焼結体の製造方法。
2. 前記エッチングが、ウエットエッチングであることを特徴とする請求項１に記載の波長変換焼結体の製造方法。
3. 前記第２の工程において、前記焼結体中の蛍光体粒子を、前記焼結体中の無機物粒子よりも優先的に溶解させることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換焼結体の製造方法。
4. 前記第２の工程の前に、前記焼結体を研磨する第３の工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長変換焼結体の製造方法。
5. 前記凹部が不規則な形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の波長変換焼結体の製造方法。
6. 前記凹部は、前記焼結体中の蛍光体粒子が溶解した形状を有することを特徴とする請求項３に記載の波長変換焼結体の製造方法。
7. 無機物と蛍光体との焼結体であり、かつ第１及び第２の主面を備えた板状の形状を有する波長変換焼結体であって、
   前記波長変換焼結体は、
   少なくとも前記第１の主面に複数の凹部が設けられた表層と、
   前記表層より内側の中央層と、
   を有し、
   前記波長変換焼結体中に含まれる蛍光体粒子を、前記表層より前記中央層に多く分布させていることを特徴とする波長変換焼結体。
8. 請求項７に記載の波長変換焼結体と、
   発光素子と、
   を備える発光装置であって、
   前記第１の主面を、前記発光素子から出射された光を受光する受光面、又は該受光した光を放出する発光面とすることを特徴とする発光装置。
9. 前記第２の主面は前記中央層が露出された平滑面であって、
   前記第２の主面側に前記発光素子が配置されており、
   前記第１の主面を前記発光面とすることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
10. 一の波長変換焼結体の第２の主面側に複数の発光素子が配置されており、
    前記第１の主面を前記発光面とすることを特徴とする請求項８又は９に記載の発光装置。