JP2012156442A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光取り出し効率の高い発光装置を提供する。
【解決手段】基体１０と、基体１０上に設けられた導電部材２０aと、導電部材２０ａ上に載置された発光素子３０と、発光素子３０の上部に透光性部材５０と、を備え、透光性部材５０の表面はレンズ状に形成されており、導電部材２０ａの表面において、透光性部材５０のレンズ状に形成された部分を平面透視したとき、発光素子３０が載置された領域以外の領域が、絶縁性のフィラー４０により被覆されることで光反射層が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源等に利用可能な発光装置に関する。
近年、様々な電子部品が提案され、また実用化されており、これらに求められる性能も高くなっている。特に、電子部品には、厳しい使用環境下でも長時間性能を維持することが求められている。発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）をはじめとする発光装置も同様で、一般照明分野、車載照明分野等で求められる性能は日増しに高まっており、更なる高出力（高輝度）化、高信頼性が要求されている。さらに、これらの特性を満たしつつ、低価格で供給することも要求されている。
一般に、発光装置は、半導体発光素子（以下、発光素子ともいう）や保護素子等の電子部品が搭載される基材と、それら電子部品に電力を供給するための導電部材とを有している。また、さらに外部環境から電子部品を保護するための封止部材を有している。
ここで、光の取り出し効率を高め、より高出力の発光装置とするために、基材や導電部材、封止部材等の材料による光の吸収損失を抑える事が有効である。
そのため、例えば、特許文献１や特許文献２では、基材の表面に反射性の樹脂層を設けて光の吸収損失を抑えて、光の取り出し効率を高めることが提案されている。
一方、光取り出し効率を高めるために、光取り出し面側に半球状の凸状のレンズを設けた発光装置も知られている（例えば、特許文献３、４）。
特開２００７−２８１２６０号公報 特開２００４−０５５６３２号公報 国際特許公開ＷＯ２００９−１４５２９８号公報 特開２００６−１４０１９７号公報
しかし、特許文献１に記載の方法では、高反射性フィルムをモールド成形し、基材に被着させており、最も光を反射させたい発光素子近傍をズレなく被覆することは困難である。さらに、高反射を得るため、樹脂中に含有させる高反射性粉体材料の添加量を増やすと、樹脂の成形性が低下することも記載されている（引用文献１の段落００２２）。
また、特許文献２では、光反射性フィラーを含有させた樹脂を充填して反射層を形成しているが、樹脂が塗れ広がる程度の光反射性フィラーの添加量では、反射できずに透過して基材で吸収されてしまう光も多く、光取り出し効率が十分であるとは言えない。
これらの発光装置に特許文献３、４のような凸状のレンズを設けたとしても、基材や導電部材で吸収損失される光は外部に取り出すことができないため、レンズによる光取り出し効率の向上の効果を十分に発揮できているとはいえず、更なる光取り出し効率の向上が求められている。
本発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、その表面がレンズ状に形成された透光性部材を有する発光装置であって、光取り出し効率の高い発光装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、基体と、前記基体上に設けられた導電部材と、前記導電部材上に載置された発光素子と、前記発光素子の上部に透光性部材と、を備え、前記透光性部材の表面はレンズ状に形成されており、前記導電部材の表面において、前記透光性部材のレンズ状に形成された部分を平面透視したとき、前記発光素子が載置された領域以外の領域が、絶縁性のフィラーにより被覆されることで光反射層が形成されていることを特徴とする。
前記導電部材の表面から前記発光素子の側面に沿って、前記絶縁性のフィラーが被覆されていることが好ましい。
前記レンズ状とされた部分の外側において、前記導電部材が前記フィラーから露出した領域を有することが好ましい。
前記導電部材上であって前記発光素子の周囲に配される枠体を有し、前記枠体内に蛍光体含有樹脂が充填されていることが好ましい。
前記フィラーには、樹脂材料が含浸されていることが好ましい。
前記フィラーの屈折率は、前記樹脂材料の屈折率より高いことが好ましい。
前記透光性部材の屈折率は、前記樹脂材料の屈折率より高いことが好ましい。
前記枠体に保護素子が埋め込まれていることが好ましい。
本発明に係る支持体および発光装置によれば、基材及び導電部材で吸収されていた光を効率良く反射させて取り出し、レンズ状の透光性部材を介して外部に取り出すことで、光取り出し効率の高い発光装置を得ることができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光装置の模式的断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る発光装置の模式的平面図である。 図３は、本発明に係る発光装置に用いられる発光素子の一例を示す図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係る発光装置の模式的断面図である。 図５は、本発明の第３実施形態に係る発光装置の模式的断面図である。 図６は、本発明の第１実施形態に係る発光装置の製造工程を示す図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係る発光装置の製造工程を示す図である。
以下、本発明に係る支持体及び発光装置の形態について、図面を参照しながら説明する。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、原則として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。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光装置１００を示す断面図である。図２は、図１の発光装置を示す平面図であり、図２中のＡ−Ａ’線断面が、図１で示されている。
本実施形態における発光装置１００は、主として基体１０と、導電部材２０と、発光素子３０と、絶縁性のフィラー４０と、透光性部材５０とを有して形成されている。透光性部材５０の表面は、レンズ状に形成されており、上方に凸形状とされている。
基体１０は、平板状であり、図２に示すように、平面視長方形の形状をしている。その主面には、長手方向に正負に分離された、一対の導電部材２０が設けられている。導電部材２０には、分離した正負の導電部材を跨ぐように、導電性の接合部材６０を介して発光素子３０が載置されている。発光素子３０の上部には、透光性部材５０が形成されており、透光性部材５０の凸状とされた部分の直下にあたる部分であって、導電部材２０の表面において、透光性部材５０のレンズ状に形成された部分を平面透視したとき、発光素子３０が載置された領域以外の領域が、絶縁性のフィラー４０により被覆されている。なお、平面視において半球状の凸形状とされた透光性部材５０の略中央は、基体１０の略中央と一致している。
このような構成によれば、基体１０上に形成された導電部材２０の表面に絶縁性のフィラー４０が被覆され、光反射層を形成しているため、基板１０方向に向かう光を、フィラー４０により反射させることができる。これにより、導電部材２０には反射率の高い特定の材料を必ずしも用いる必要がなく、劣化や腐食がおこりにくい安定した部材を用いることができる。また、例え導電部材が劣化したり腐食したりした場合であっても、導電部材２０の表面がフィラー４０で被覆されているため、発光装置の光取り出し効率が低下することを抑制することができる。
ここで、「導電部材２０の表面が、フィラー４０により被覆されることで光反射層が形成される」とは、実質的にフィラー４０により形成された層によって光が反射されて外部に取り出されることを意味しており、実質的に導電部材２０の表面により光が反射されることとは異なる。
また、樹脂に光反射部材（絶縁性のフィラー等）を含有させて、その樹脂層を光反射層として用いるのではなく、フィラー４０を積み重ねて層とすることで、密度の高い光反射層とすることができ、５μｍ〜２０μｍ程度の薄い層であったとしても、光の透過が極めて少ない光反射層とすることができる。
ただし、本実施形態は、フィラー４０からなる光反射層において、フィラー４０の隙間に、樹脂材料が含浸されていることを排除するものではない。
さらに、本実施形態においては、凸状のレンズ形状とされている部分の下部は、発光素子が搭載されている部分を除いて絶縁性のフィラー４０が被覆されている。ここで、フィラー４０は少なくとも導電性部材２０の表面を覆っていれば良いが、図１に示すように、さらに導電部材と導電部材の隙間Ｇを被覆していることが好ましい。導電部材２０は、少なくとも正極と負極の一対に分離する必要があるため、基体１０の表面に離間して設けられる。この隙間Ｇにおいてもフィラー４０を被覆することで、離間Ｇから光が漏れることを抑制し、フィラー４０で光を反射させることができる。このように隙間Ｇにもフィラーを被覆することで、透光性部材５０の凸状とされた部分を平面透視したとき、発光素子３０が載置された領域以外の領域が、全て絶縁性のフィラー４０により被覆されることとなる。つまり、発光素子３０の載置された領域以外はフィラー４０からなる光反射層が形成されている。
なお、この隙間Ｇの幅は、２００μｍ以下とするのが好ましい。隙間Ｇの幅が２００μｍ以下であると、フィラー４０が隙間を被覆し易くなる。また、隙間Ｇの幅を１００μｍ以下とすることで、フィラー４０をより被覆しやすくなり、より好ましい。また、下限については、限定されるものではないが、電極同士の接触を防止する観点から、３０μｍ以上が好ましい。
このように構成することにより、発光素子３０から出射されて導電部材２０側に進む光が反射されて外部に取り出されるため、光取り出し効率を向上させることができる。さらに、透光性部材５０の表面を凸状のレンズ形状としているので、透光性部材５０の外側で大気との屈折率差により全反射されて導電部材２０側に戻る光がなるべく出ないようにされている。本実施形態の発光装置では、実装基板２０の表面の殆どが絶縁性フィラーで覆われていることにより、光の出射角度によって全反射されて導電部材２０側に戻る光も再度反射させ、外部に取り出すことができるため、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
以下、発光装置１００の各構成について詳細に説明する。
（基体１０）
基体１０は、その上に発光素子３０を載置する導電部材２０が設けられる部材である。
基体１０の材料としては、絶縁性部材が好ましく、ある程度の強度を有するものが好ましい。より具体的には、セラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）等の樹脂が挙げられる。なかでも、耐熱性及び耐光性に優れたセラミックスからなることが好ましい。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ムライト、フォルステライト、ガラスセラミックス、窒化物系（例えば、ＡｌＮ）、炭化物系（例えば、ＳｉＣ）等が挙げられる。なかでも、アルミナからなる又はアルミナを主成分とするセラミックスが好ましい。
なお、基体１０の材料に樹脂を用いる場合は、ガラス繊維や、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の無機フィラーを樹脂に混合し、機械的強度の向上、熱膨張率の低減、光反射率の向上等を図ることもできる。また、金属部材に絶縁部分を形成しているものであってもよい。
（導電部材２０）
導電部材２０は、発光素子３０の電極と電気的に接続され、外部からの電流（電力）を供給するための部材である。すなわち、外部から通電させるための電極またはその一部としての役割を担うものである。通常、正と負の少なくとも２つに離間して形成される。これにより、図１に示すような隙間Ｇが形成される。
導電部材２０は、発光素子３０の載置面となる、基体１０の少なくとも上面に形成される。導電部材２０の材料は、基体１０の絶縁部材として用いられる材料や製造方法等によって適宜選択することができる。例えば、基体１０の材料としてセラミックを用いる場合は、導電部材２０の材料は、セラミックスシートの焼成温度にも耐え得る高融点を有する材料が好ましく、例えば、タングステン、モリブデンのような高融点の金属を用いるのが好ましい。さらに、その上に鍍金等により、別の金属材料を被覆してもよい。
また、基体１０の絶縁部材の材料としてガラスエポキシ樹脂等を用いる場合は、導電部材２０の材料は、加工し易い材料が好ましく、また、射出成型されたエポキシ樹脂を用いる場合には、導電部材２０の材料は、打ち抜き加工、エッチング加工、屈曲加工等の加工がし易く、かつ、比較的大きい機械的強度を有する部材が好ましい。具体例としては、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属、または、鉄−ニッケル合金、りん青銅、鉄入り銅、モリブデン等の金属層やリードフレーム等が挙げられる。また、その表面を、さらに金属材料で被覆してもよい。この材料は特に限定されないが、例えば、銀のみ、あるいは、銀と、銅、金、アルミニウム、ロジウム等との合金、または、これら、銀や各合金を用いた多層膜等を用いることができる。また、金属材料の形成方法は、鍍金法の他にスパッタ法や蒸着法等を用いることができる。なお、本実施形態においては、導電部材２０の表面に、後述する絶縁性のフィラー４０を被覆することから、最表面に反射性に優れる材料（例えば銀）を用いなくても、光取り出し効率の低下が抑制される。
（発光素子３０）
基体１０に搭載される発光素子３０は、特に限定されず、公知のものを利用できるが、本実施形態においては、発光素子３０として発光ダイオードを用いるのが好ましい。
発光素子３０は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、ＺｎＳｅや窒化物系半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰを用いたものを用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。
蛍光体を有する発光装置とする場合には、その蛍光体を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。同一面側に正負の電極を有するものであってもよいし、異なる面に正負の電極を有するものであってもよい。
本実施形態の発光素子３０は、図３（ａ）に示すように、基板１と、基板１の上に積層された半導体層２を有する。この半導体層２には、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層が形成されており、ｎ型半導体層にｎ型電極３が形成されており、ｐ型半導体層にはｐ型電極４が形成されている。基板１は、サファイア基板であり、透光性である。
これらの発光素子の電極は、図１及び図３（ｂ）に示すように、接合部材６０を介して基体１０の表面の導電部材２０にフリップチップ実装されており、電極の形成された面と対向する面、すなわち基板１側を光取り出し面としている。発光素子３０は、正と負の導電部材２０に跨るように載置されて接合されている。この発光素子３０の実装方法は、例えば、半田ペーストを用いた実装や、バンプによる実装が用いられる。なお、図３に示す発光素子３０を、他の図面では更に簡略化して示す。
接合部材６０としては、導電性の部材であり、具体的にはＡｕ含有合金、Ａｇ含有合金、Ｐｄ含有合金、Ｉｎ含有合金、Ｐｂ−Ｐｄ含有合金、Ａｕ−Ｇａ含有合金、Ａｕ−Ｓｎ含有合金、Ｓｎ含有合金、Ａｕ−Ｇｅ含有合金、Ａｕ−Ｓｉ含有合金、Ａｌ含有合金、Ｃｕ−Ｉｎ含有合金、金属とフラックスの混合物等を挙げることができる。
なお、絶縁性基板１側を基体（導電部材）に接合する場合は、接合部材６０には必ずしも導電性の部材を用いる必要はなく、絶縁性のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂（樹脂組成物）を用いることができる。
また、接合部材６０としては、液状、ペースト状、固体状（シート状、ブロック状、粉末状）のものを用いることができ、組成や基体１０の形状等に応じて、適宜選択することができる。また、これらの接合部材６０は単一部材で形成してもよく、あるいは、数種のものを組み合わせて用いてもよい。
なお、成長用基板１は除去してもよく、例えば、研磨、ＬＬＯ（Laser Lift Off）等で除去することができる。なお、このような成長用基板はサファイア基板に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
また、発光素子３０の半導体層２は、図３に示すように絶縁性の保護膜５で被覆されていることが好ましい。この際に、発光素子３０の側面の一部においては、半導体層２が保護膜５から露出されていることが好ましい。これは、後述する電着塗装等で、発光素子３０の側面にフィラー４０を付着させるためである。
（透光性部材５０）
発光素子３０の上方には、透光性部材５０が形成されている。透光性部材５０は、発光素子３０からの光を効率よく取り出すことが可能なようにその表面が凸形状とされており、透光性部材５０の外側で大気との屈折率差により全反射されて導電部材２０側に戻る光がなるべく出ないように設計されている。レンズの曲率は、所望の配光や、発光素子３０の配置等によって、適宜選択、設計される。
なお、本明細書中において、「透光性部材のうちレンズ状に成形された部分」とは、レンズの光軸を含み、かつ、レンズの最大曲率が現れる断面から見た際に、レンズの端同士を結ぶ直線と透光性部材表面の間の領域を指す。例えば、図２においてはＬで示される線内の、凸状とされた部分のことを指している。
透光性部材５０の材料は、発光素子からの光を透過する材料であれば、特に限定されない。例えば、エポキシ、シリコーン、変性シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル、ポリカーボネイト、ポリイミド等を用いることができる。さらに、樹脂以外にガラスを用いることもできる。透光性部材５０中に、フィラーや拡散剤が分散されていてもよい。
透光性樹脂からなる透光性部材５０は、例えば、トランスファーモールド、圧縮成形、射出成形などの方法を用いて成形することができる。
（フィラー４０）
フィラー４０は、導電部材２０の表面を被覆するものであり、光の取り出し効率の低下を抑制する役割を担う。本実施形態においては、図１に示すように、基体１０の表面に設けられた導電部材２０の表面のうち、透光性部材５０のレンズ状に形成された部分の下部であって、発光素子３０が載置された領域以外の領域がフィラー４０により被覆される。
フィラー４０としては、白色のフィラーであれば、光がより反射され易くなり、光の取り出し効率の向上を図ることができる。また、フィラー４０としては、無機化合物を用いるのが好ましい。ここでの白色とは、フィラー自体が透明であった場合でもフィラーの周りの材料と屈折率差がある場合に散乱で白色に見えるものも含む。
ここで、フィラー４０の反射率は、発光波長の光に対して５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。このようにすれば、発光装置１００の光の取り出し効率が向上する。
このような無機化合物のフィラー４０に含有される材料としては、具体的には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＯＨ）3、ＭｇＣＯ3、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｇＯ、Ｍｇ（ＯＨ）2、ＳｒＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＴａＯ２、ＨｆＯ、ＳｅＯ、Ｙ２Ｏ３等の酸化物、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ等の窒化物、ＭｇＦ２等のフッ化物等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。あるいは、これらを積層させるようにしてもよい。
また、フィラー４０の粒径は、１ｎｍ〜１０μｍ程度が好ましい。フィラー４０の粒径をこの範囲とすることで、被覆するのに適度な粒径であるため、フィラー４０の被覆が容易となる。なお、フィラー４０の粒径は、好ましくは、１００ｎｍ〜５μｍ、さらに好ましくは２００ｎｍ〜２μｍである。また、フィラーの形状は、球形でも鱗片形状でもよい。
また、フィラー４０は、屈折率が高い方が、後で含浸させる透光性部材との屈折率差を設けやすく、光散乱性が増して反射率が向上する。
なお、発光素子３０と、透光性部材５０との間に、任意でさらに別の透光性部材や樹脂材料を有していてもよい。つまり、その表面がレンズ状に形成された透光性部材５０を少なくとも有していれば、その下部に別の透光性部材の層を有していてもよい。これらの透光性部材は、発光素子３０からの光を透過可能な透光性を有する。具体的材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等を挙げることができる。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、フィラー、蛍光体等を含有させることもできる。例えば、フィラー４０に樹脂材料を含浸させることで、導電性部材２０との密着性を高めることができる。ここで含浸とは、樹脂材料がフィラー４０の隙間に入り込んでいることを意味する。
また、蛍光体を含有させて発光素子３０の近傍に配置することにより、発光素子からの光を波長変換することができる。
（その他の部材）
本実施形態の発光装置は、その目的に応じて、その他の部材を備えていてもよい。例えば、発光素子３０の他に、ツェナーダイオードの役割を担う保護素子を有していてもよい。また、接合部材６０の他に、ワイヤを有して、ワイヤにより電気的な接続を取る構成としてもよい。
（製造方法）
次に、本実施形態に係る発光装置１００の製造方法について図面を参照しながら説明する。図６は、発光装置１００の製造工程を示す断面図であり、また、図６（ａ）〜図６（ｆ）は、発光装置１００の製造工程を時系列で示しており、基本的に、図６（ａ）〜図６（ｆ）の順で製造される。
本発明に係る発光装置１００の製造方法は、導電部材形成工程と、ダイボンディング工程と、フィラー被覆工程と、レンズ形成工程と、を具備する。以下、各工程について説明する。
＜導電部材形成工程＞
導電部材形成工程は、基体１０上に導電部材２０を形成する工程である。また、導電部材２０を基体１０の裏面等にも形成させる場合は、この工程により行う。すなわち、この工程は、基体１０の少なくとも上面に、導電部材２０を設ける工程である。
導電部材２０は、例えば、セラミックからなる基体１０を用いる場合、未焼成のセラミックスグリーンシートの段階で、タングステン、モリブデンのような高融点金属の微粒子を含む導体ペーストを所定のパターンに塗布したものを焼成することにより得ることができる。あるいは、あらかじめ焼成されたセラミックス材料に、導電部材２０を形成することもでき、例えば、真空蒸着、スパッタリング、鍍金などの方法で形成することができる。
また、ガラスエポキシ樹脂からなる基体１０を用いる場合は、硝子クロス入りエポキシ樹脂やエポキシ樹脂を半硬化させたプリプレグに銅板を貼り付けて熱硬化させ、その後、フォトリソグラフィ法を用いて銅等の金属部材を所定の形状にパターニングすることにより、導電部材２０を形成することができる。鍍金等の方法により、導電部材を形成することもできる。
また、射出成形等で形成した基体１０を用いる場合は、基体から露出させたリードフレームを導電部材２０とすることができる。
＜ダイボンディング工程＞
ダイボンディング工程は、図６（ａ）に示すように、基体１０上に形成された導電部材２０上に発光素子３０を載置して接合する工程である。
ダイボンディング工程は、基体１０上に、発光素子３０を載置する発光素子載置工程と、発光素子３０を載置した後、加熱により、発光素子３０を接合する加熱工程と、からなる。
［発光素子載置工程］
発光素子載置工程は、基体１０上に、接合部材６０を介して、発光素子３０を載置する工程である。接合部材６０は、例えば、ロジン（松脂）若しくは熱硬化性樹脂を含み、さらに必要に応じて、粘度調整のための溶剤や各種添加剤、有機酸などの活性剤を含有させてもよい。さらには金属（例えば粉末状）を含有させても良い。
発光素子３０は、接合部材６０により、基体１０上の導電部材２０と接合する。なお、発光素子３０の裏面には、予め、フラックスを塗布しておいてもよい。
ここで、接合部材６０は、導電部材２０を介して発光素子３０との間に介在するように設ければよいため、導電部材２０上のうち、発光素子３０を載置する領域に設けてもよく、発光素子３０側に設けてもよい。あるいは、その両方に設けてもよい。
以下、発光素子３０の接合方法について説明する。
液状またはペースト状の接合部材６０を導電部材２０上に設ける場合、粘度等に応じてポッティング法、印刷法、転写法等の方法から適宜選択することができる。そして、接合部材６０を設けた箇所に発光素子３０を載置する。この発光素子３０の接合面には電極が形成されており、この電極と導電部材２０とは電気的に接続されることになる。なお、固体状の接合部材６０を用いる場合も、固体状の接合部材６０を載置した後、液状またはペースト状の接合部材６０を用いる場合と同じ要領で、導電部材２０上に発光素子３０を載置することができる。また、固体状やペースト状の接合部材６０は、加熱等により一度溶融させることで、発光素子３０を導電部材２０上の所望の位置に固定させてもよい。
接合部材６０の量としては、発光素子３０が接合された後に、発光素子３０の接合面積と同等か、それ以上の面積となるように調整することが好ましい。複数の発光素子を液状又はペースト状の樹脂組成物を用いて載置する場合は、液状又はペースト状の樹脂組成物の表面張力等により発光素子が動いて所定の位置からずれてしまうことを防ぐため、各発光素子３０を独立した接合部材で接合することが好ましい。なお、接合部材の厚みは接合部材の種類によって適した厚みが異なるため、また、発光素子を載置した際に押し潰されて横方向に広がる場合や、基材の凹凸に追従する場合等を考慮して調整する。
［加熱工程］
加熱工程は、発光素子３０を載置した後に、接合部材６０を加熱し、発光素子３０を導電部材２０上に接合する工程である。
発光素子の絶縁性基板を導電部材２０に接合する場合には、接合部材６０は絶縁性部材であってもよく、加熱工程における加熱は、接合部材６０の少なくとも一部が揮発する温度よりも高い温度で行う。また、接合部材６０が熱硬化性樹脂を含有する場合は、熱硬化性樹脂の硬化が起こる温度以上に加熱することが好ましい。このようにすることで、発光素子３０を熱硬化性樹脂で接着固定することができる。
また、接合部材６０として、例えばロジンを含有する樹脂組成物と、低融点の金属とを用いた場合において、導電部材２０上に、この低融点の金属が載置されている場合、この低融点の金属が溶融する温度以上に加熱することが好ましい。
ここで、特に接合部材６０がロジンを含有し、発光素子側に金属が設けられている場合、例えば、サファイア基板を用いた窒化ガリウム系半導体素子のサファイア面に金属膜を形成している場合や、シリコン基板を用いた窒化ガリウム系半導体素子のシリコン面に金属膜を形成している場合などは、加熱によって接合部材中のロジン成分の働きと、金属同士が相互拡散しようとする現象によって、絶縁部材が除去されつつ導電部材と金属膜との金属結合が形成できる。これにより、より強固に発光素子を固定でき、また、導通も可能となる。
また、加熱工程において、前記加熱に続けて、さらに洗浄工程を行うことができる。
例えば、接合部材６０に樹脂組成物を用いた場合、加熱により樹脂組成物の一部を揮発によって消失させた後に、残留した樹脂組成物を、さらに洗浄等によって除去してもよい（残留接合部材洗浄工程）。特に、樹脂組成物がロジン含有の場合には、加熱後に洗浄するのが好ましい。洗浄液としては、グリコールエーテル系有機溶剤等を用いるのが好ましい。
＜保護素子接合工程＞
保護素子接合工程は、任意に、導電部材２０又は基体１０上に保護素子を載置して接合する工程である。なお、ワイヤボンディング可能な金属部材を介して接合してもよい。発光素子載置工程と同時（発光素子の載置前又は載置後）に行うことが好ましい。
＜ワイヤボンディング工程＞
ワイヤボンディング工程は、任意に、保護素子上部にある電極端子と導電部材２０の電極となる部位とをワイヤで接続する工程である。ワイヤの接続方法は、特に限定されるものではなく、通常用いられる方法で行えばよい。また、発光素子３０の上面に電極を有して電気的接続を取る場合にも、ワイヤを用いて電気的に接続する。
＜フィラー被覆工程＞
フィラー被覆工程は、導電部材２０の表面のうち、後に透光性部材５０を配置した際に、レンズ状に形成された部分の下方に位置する場所に、フィラー４０を被覆する工程である。なお、発光素子３０が搭載されている領域は除くものとする。
この工程により、発光素子３０を接合部材６０により載置した後に、基体１０上の導電部材２０の表面を被覆する。
このフィラー被覆工程において、図３（ｂ）に示すように、発光素子３０のうち、発光素子３０の側面の一部、特に導電部材２０の表面から発光素子３０の側面に沿って、フィラー４０が被覆されていることが好ましい。これにより、発光素子３０からの発光が、発光素子の下部に回り込むことを防ぐことができ、光出力の低下を抑制することができる。このとき、発光素子３０へのフィラー４０の被覆について着目した場合、発光素子３０を構成する透光性の基板１や半導体層２において、基板１の側面の全てや上面が反射部材で被覆されると、フィラーによる光の吸収により、光取り出し効率が低下する。そのため、基板１の側面の少なくとも一部及び上面を露出し、かつ、半導体層２の側面を被覆するようにフィラー４０を形成することが好ましい。
フィラー４０を被覆する方法としては、電解鍍金法、静電塗装、電着法等の成膜方法を用いることができる。電解鍍金法、静電塗装、電着法等により形成することにより、選択的にフィラーを被覆することができる。これにより、フィルム等を発光素子近傍に被着させるような従来のものとは異なり、発光素子近傍をズレなく被覆することができるため、好ましい。
フィラー被覆工程は、例えば、フィラーを含む溶液中に、発光素子３０が載置された基体１０を配置させる工程と、その溶液中における電気泳動により、フィラーを導電部材２０上に堆積させる工程と、を具備することで形成される。
このようなフィラーを堆積させる方法は、溶液中において、基体１０と対向配置される電極を配置し、この電極に電圧を印加することにより、溶液中で帯電されたフィラーを電気泳動させることで導電性の領域にフィラー４０を堆積させるものである。フィラーを堆積させない領域には、絶縁性の部材としたり、マスク等を施したりしておく。このとき、発光素子３０であって、保護膜５が形成されている領域には、フィラー４０が付着されない場合もあるが、堆積条件や時間により、図３（ｂ）に示すように、導電部材２０の表面から発光素子３０の側面に沿ってフィラー４０が被覆されるようにすることで、半導体層２側に形成された保護膜をも被覆するように形成することが好ましい。
さらに、同様に、このフィラー被覆工程において、図１に示すように、導電部材と導電部材の隙間Ｇも被覆するのが好ましい。
ここで、堆積したフィラー４０の厚みは、堆積条件や時間により適宜調整することができ、少なくとも５μｍ以上の厚みであることが好ましい。更に好ましくは１０μｍ以上の厚みが好ましい。
フィラーの反射率の高い材料を用いて形成することで、堆積したフィラー４０により、光反射層が形成される。
＜導電部材マスク工程＞
導電部材２０の一部を、外部電極として用いる場合には、該当部分がフィラー４０や透光性部材５０で被覆されることがないように、マスクで覆うなどの方法でフィラーの電着をすることが好ましい。導電部材２０のうち、図２及び図６（ｂ）に示すように発光装置の両端に位置する２０ａの部分にマスク４５を配置してこの部分にはフィラー４０が被覆されないようにして、図６（ｃ）に示すように、導電部材の露出している部分にフィラー４０を被覆する。これにより、レンズ状とされた部分の外側に、外部電極を形成することができる。
フィラー４０は、含浸される樹脂材料に対して、５０体積％よりも多く含有することが好ましく、さらに６５体積％以上含有していることが好ましい。また、別の観点から、樹脂材料を含浸させた後のフィラーが堆積された部分の断面観察において、断面積の５０％以上にフィラー４０が露出されていることが好ましく、６５％より多いことがさらに好ましい。
樹脂材料にフィラーを含有させ、それを塗布するような場合は、樹脂材料に対して６５体積％より多くフィラーを含有させると、成形性が低下する。また、６５体積％以下の場合であっても、樹脂量の制御が困難であり、さらに、所定量の樹脂を、所望の箇所に適切に配置することも困難である。しかしながら、本実施の形態の製造方法によれば、フィラー４０を高密度に被覆することが可能であり、その厚みも薄くすることが可能である。
なお、上述したフィラー４０の電着による形成工程の後、フィラー４０以外の部材を電着により形成してもよい。
電着用の電解液には、フィラーを分散させた混合液を用いる。この電解液には、その中を帯電されたフィラーが静電気力を受けて移動することができるものであれば特に材料は限定されない。
例えば、電解液にフィラーを溶解させる酸やアルカリ、例えば、アルカリ土類金属のイオン（Ｍｇ２＋など）を含んだ硝酸を含有させたりすることができる。
また、電解液には金属アルコキシドを含有されてもよい。具体的には、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｙ、Ｐｂあるいはアルカリ土類金属から選択される元素を構成元素として含む有機金属材料である。電解液に含まれる材料としては、その他にも、金属アルコレート、あるいは金属アルコキサイドと有機溶剤とを所定の割合で混合してなるゾル中にフィラーを分散させた混合液を電解液とすることもできる。
その他にも、電解液はイソプロピルアルコールを母液とする溶液に、有機溶剤としてアセトン、有機金属材料としてアルミナゾルおよびフィラーを含有させた混合溶液とすることができる。
フィラー４０を形成した後、フィラーの隙間部に樹脂材料を含浸させることが好ましい。樹脂材料は、フィラーを覆う部材として透光性部材５０の部材とは異なる部材で形成してもよいし、レンズ状に形成された透光性部材５０を樹脂材料で形成することで、透光性部材５０の材料自体をフィラーに含浸させてもよい。これにより、フィラーと透光性部材５０との密着力を向上させることができる。
なお、フィラー４０の屈折率は、フィラー４０を含浸させる樹脂材料の屈折率よりも高くすることが好ましい。フィラー４０と樹脂材料との屈折率差を大きく取ることにより、光の散乱効果が向上して、高い反射率を得ることができる。
＜透光性部材（レンズ）形成工程＞
透光性部材形成工程は、基体１０上に、その表面をレンズ状とした透光性部材５０を形成する工程である。この工程により、発光素子３０及びフィラー被覆領域の上部を、レンズ状に形成された部分で被覆する。ここでは、図６（ｄ）を参照しながら、圧縮成形を例に説明する。
まず、基体１０を上金型５２にセットする。下金型５４として、透光性部材５０の表面のレンズ形状に対応したキャビティを有する金型を用い、キャビティに透光性樹脂５０ａを充填する。その後、上下の金型を合わせて加圧することで、図６（ｅ）に示すように半球状の透光性部材５０を形成する。なお、このような圧縮成形をすることにより、図６（ｅ）や（ｆ）に示すように凸状のレンズの周縁部にレンズ形成樹脂の薄い層が形成されることがある。この薄い樹脂層が存在する部分には、図２にも示すようにフィラー４０が被覆されていることが好ましい。薄い樹脂層を伝播する光を、効率よく反射させて外部に取り出すためである。
本実施形態において、発光装置１００の電極２０ａは、基体１０の上面側に設けられている。電極２０ａは、導電部材２０の一部であり、導電部材の端部をフィラー４０及び透光性部材５０から露出させることにより電極２０ａとしている。
＜マスク剥離工程及び切断工程＞
最後に、透光性部材５０の形成工程終了後に、マスク４５を剥離し、電極２０ａを露出させ、基体１０を切断して、隣り合う発光装置１００を裁断することで、発光装置１００を形成する。このようにして作製された発光装置は、図１及び図２に示すように、上面に電極２０ａを有しており、透光性部材５０の下部であって、発光素子３０が載置されていない領域がフィラー４０により被覆されることで、光取り出し効率に優れた発光装置とすることができる。
以上、本実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
すなわち、前記に示す発光装置の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は、発光装置を前記の形態に限定するものではない。また、特許請求の範囲に示される部材等を、実施の形態の部材に特定するものではない。特に、実施の形態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。
＜第２実施形態＞
本実施形態では、発光素子の周囲に蛍光体を配置させる例について説明する。その他の事項は、第１実施形態と同様である。
図４に示すように、発光素子３０から離間した、導電部材２０の表面に、枠体７０を配置する。枠体７０は、蛍光体含有樹脂をその枠内に充填し、発光素子３０からの光を波長変換するために機能する。
（枠体７０）
枠体７０は、光反射機能を持つ部材であることが好ましい。光吸収が少なく、光や熱に強い絶縁材料が好ましい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等を挙げることができる。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、フィラー、蛍光体等を含有させることができる。
枠体７０の形状としては、発光素子３０を囲むように形成されていればよく、例えば発光素子と相似形状、四角形、円形等が挙げられる。枠体７０は、発光素子の周囲に形成され、蛍光体含有樹脂８０を堰き止めるダムとして用いられる。このため、樹脂枠は、少なくとも発光素子よりも高く形成する必要がある。複数の発光素子を搭載する場合、これらの発光素子全てを１つの枠内に囲んで形成することが好ましい。このように、蛍光体含有樹脂８０を堰き止めるダムを有することにより、発光点を小さくして色むらを改善したり、光学系（レンズ等）との相性を高めたりすることができる。
枠体７０は、樹脂吐出装置を用いて形成することができる。枠体の幅は、発光装置のサイズの増大を抑制するため、ある程度小さくすることが求められる。このため、枠の材料としては、比較的粘度の高い樹脂を用いることが好ましい。
なお、枠体７０は、樹脂を吐出して形成する以外にも、テフロン（登録商標）や、フッ素ゴムなどの樹脂製シートの一方の面に粘着剤が塗布されたものを用いて貼り付けて形成してもよい。
（蛍光体含有樹脂８０）
蛍光体含有樹脂８０は、枠体７０と基体１０の上面とで形成される凹部内に充填され、少なくとも発光素子３０を被覆する。
樹脂中に含有させる蛍光体としては、例えば、窒化物系半導体を半導体層とする半導体発光素子からの光を吸収し、異なる波長の光に波長変換するものであればよい。
蛍光部材は、例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される、窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体を用いることができる。より具体的には、大別して下記（１）〜（３）にそれぞれ記載された中から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。
（１）Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活される、アルカリ土類ハロゲンアパタイト、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン、アルカリ土類金属アルミン酸塩、アルカリ土類金属硫化物、アルカリ土類金属チオガレート、アルカリ土類金属窒化ケイ素、ゲルマン酸塩等の蛍光体
（２）Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される、希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩、アルカリ土類金属希土類ケイ酸塩等の蛍光体
（３）Ｅｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される、有機または有機錯体等の蛍光体
中でも、前記（２）のＣｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体であるＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系蛍光体が好ましい。ＹＡＧ系蛍光体は、次の（２１）〜（２４）などの組成式で表される。
（２１）Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ
（２２）（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ
（２３）Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ
（２４）（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ
また、例えば、Ｙの一部または全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換してもよい。具体的には、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ等でもよい。さらに、前記した蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。
蛍光体を含有させる樹脂としては、発光素子３０からの光を透過可能な透光性を有するものが好ましい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等を挙げることができる。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、フィラー等を含有させることもできる。なお、この蛍光体含有樹脂８０は、単一の部材で形成することもできるし、あるいは、２層以上の複数の層として形成することもできる。また、その充填量は、枠体７０と基体１０の上面とで形成される凹部内に載置される発光素子３０が被覆される量であればよい。なお、蛍光体含有樹脂８０にレンズ機能をもたせる場合には、蛍光体含有樹脂８０の表面を盛り上がらせて砲弾型形状や凸レンズ形状としてもよい。
このような樹脂は、フィラー被覆工程の後で枠体７０内に充填することができる。
なお、枠体７０の外形は、平面透視したとき、透光性部材のレンズ状に形成された部分の中に収まっていることが好ましい。つまり、枠体７０で囲まれた発光部を、レンズ径に対してより小さくすることで、レンズと空気層との界面に入射する光線の入射角を小さくすることができる。これにより界面での表面反射成分を少なくすることができ、光の取り出し効率が向上する。
また、枠体７０を挟んで、枠体７０の外部にも、フィラー４０からなる光反射層を有している。これにより、レンズと空気層との界面で反射して、発光素子方面に戻ってきた光も、反射率の高いフィラー４０の層で反射することができ、光損失をより少なくすることができる。
（製造方法）
図７に、第２実施形態に係る発光装置の製造方法を示す。
なお、下記に述べる点以外の部分については、第１実施形態と同様であるため、適宜説明を省略する。
＜枠体形成工程＞
図７（ａ）に示すように、第１実施形態と同様に発光素子３０を載置した後、図７（ｂ）に示すように、枠体７０を形成する。
この枠体７０を形成する工程は、先に述べた第１実施形態における製造方法において、ダイボンディング工程とフィラー被覆工程との間に行うことが好ましい。基体１０と枠体７０との密着性を強固にするためである。保護素子を設ける場合には、枠体７０の内部に保護素子を埋め込むようにして枠体７０を形成してもよい。これにより、保護素子に光が吸収されることを抑制することができる。
なお、フィラーを被覆した後に枠体７０を形成してもよい。
＜蛍光体樹脂充填工程＞
図７（ｃ）、図７（ｄ）に示すように、実施形態１と同様にマスク４５を配置し、導電部材の露出している部分にフィラー４０を被覆した後、図７（ｅ）に示すように枠体７０内に蛍光体含有樹脂８０を充填する。
その後の工程については、図７（ｆ）、図７（ｇ）で圧縮成形により透光性部材５０によりレンズを形成し、図７（ｈ）で個片化することにより、実施形態１と同様に発光装置２００を得ることができる。
＜第３実施形態＞
本実施形態では、フィラーに含浸させる樹脂材料と、レンズ状に形成される透光性部材とを異なる材料として形成する例について説明する。その他の事項は、第１実施形態と同様である。
図５に示すように、本実施形態において、フィラー４０は樹脂材料９０で含浸されており、さらにその上を透光性部材５０で被覆している。
（樹脂材料９０）
樹脂材料９０は、フィラー４０の隙間を埋める樹脂である。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等を挙げることができる。
樹脂材料９０は、その上に形成される透光性部材５０よりも屈折率を低くすることが好ましい。これにより、透光性部材５０から樹脂材料９０に向かう光において、屈折率差に対応する臨界角以上の入射角を持つ光は全反射され、光吸収損失を低減させ、さらなる高出力化を図ることができる。
なお、第２実施形態のように、蛍光体含有樹脂８０をさらに有していても良い。この場合、枠体内においては、基板側から樹脂材料、蛍光体含有樹脂、透光性部材、の順に配置されることとなり、言い換えると樹脂材料９０と透光性部材５０の間に蛍光体含有樹脂８０が配置されることとなる。
このとき、樹脂材料９０、蛍光体含有樹脂８０、透光性部材５０の屈折率は、樹脂材料９０≦蛍光体含有樹脂８０≦透光性部材５０とすることが好ましい。発光素子３０や蛍光体は一般的に樹脂材料より屈折率が高い。このため発光素子３０や蛍光体から効率よく光を取り出すためには樹脂の屈折率を出来るだけ高くする事が好ましい。また、屈折率が高い材料から低い材料に光が入射する場合、入射角が大きくなるに従い界面での反射率が高くなり、ある一定角以上で全反射をおこす。これらの関係より、基体１０側には光が出来るだけ漏れないように樹脂材料９０の屈折率は蛍光体含有樹脂８０の屈折率に対して小さくする事が望ましい。
また、光取り出し面側では出来るだけ界面反射を少なくしたいため、屈折率差のある界面への入射角を出来るだけ小さくすることが好ましい。しかし、蛍光体含有樹脂層８０では光が蛍光体で散乱されるため入射角の制御が出来ない。従って蛍光体含有樹脂８０と透光性部材５０で屈折率差を小さくすることが好ましい。
なお、空気／透光性部材５０界面への光の入射角に関しては、透光性部材５０の形状を蛍光体含有樹脂層を中心とする曲率をもたせる事で空気／透光性部材５０界面への光の入射角を小さくする事ができる。
一方、枠体外においては、基板側から樹脂材料、透光性部材、の順に配置される。
本発明に係る発光装置は、導電部材をはじめ、その他の導体部による光の吸収と透過を抑制することができるため、発光素子からの光を効率よく取り出すことができ、光取り出し効率を向上させることができる。そして、各本発明に係る支持体及びそれを用いた発光装置は、各種表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源、さらには、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、プロジェクタ装置等にも利用することができる。
１００、２００、３００ 発光装置
１０ 基体
２０ 導電部材
２０ａ 外部電極
３０ 発光素子
４０ フィラー
５０ 透光性部材
５０ａ 透光性樹脂
６０ 接合部材
Ｇ 隙間
１ 基板
２ 半導体層
３ ｎ型電極
４ ｐ型電極
５ 保護膜
７０ 枠体
８０ 蛍光体含有樹脂
９０ 樹脂材料
４５ マスク
５２ 上金型
５４ 下金型

Claims (8)

  1. 基体と、
    前記基体上に設けられた導電部材と、
    前記導電部材上に載置された発光素子と、
    前記発光素子の上部に透光性部材と、を備え、
    前記透光性部材の表面はレンズ状に形成されており、
    前記導電部材の表面において、前記透光性部材のレンズ状に形成された部分を平面透視したとき、前記発光素子が載置された領域以外の領域が、絶縁性のフィラーにより被覆されることで光反射層が形成されていることを特徴とする発光装置。
  2. 前記導電部材の表面から前記発光素子の側面に沿って、前記絶縁性のフィラーが被覆されている請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記レンズ状とされた部分の外側において、前記導電部材が前記フィラーから露出した領域を有する請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 前記導電部材上であって前記発光素子の周囲に配される枠体を有し、前記枠体内に蛍光体含有樹脂が充填されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
  5. 前記フィラーには、樹脂材料が含浸されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。
  6. 前記フィラーの屈折率は、前記樹脂材料の屈折率より高い請求項５に記載の発光装置。
  7. 前記透光性部材の屈折率は、前記樹脂材料の屈折率より高い請求項５又は６のいずれか１項に記載の発光装置。
  8. 前記枠体に保護素子が埋め込まれている請求項４乃至７のいずれか１項に記載の発光装置。
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