JP2014127636A

JP2014127636A - 発光装置およびその製造方法

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Publication number: JP2014127636A
Application number: JP2012284707A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kinoshita; 悟志木下
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP6197288B2

Abstract

【課題】そこで、本願発明は金型を用いずに形成した所定の形状の蛍光体含有層とレンズとを備えた発光装置、および金型を用いずに所定の形状の蛍光体含有層とレンズとを形成する発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】基板と、該基板上に配置された発光素子と、該基板上に配置され、上面から下面に貫通する開口を有し、該開口の内部に前記発光素子を収容する樹脂枠体と、前記樹脂枠体の前記開口の内部で前記発光素子を覆い、外周の一部が前記開口の側面に接触し、前記樹脂枠体の前記上面よりも上方に突出した凸形状を有し、蛍光体を含有する樹脂層と、前前記基板から離間して配置された樹脂レンズであって、前記樹脂層を覆い、底面の一部が前記樹脂枠体の前記上面と接触し、前記底面と反対方向に突出した凸形状を有する樹脂レンズと、を含む発光装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ電球およびスポットライト等を含む照明器具ならびにバックライト等として利用可能な発光装置およびその製造方法に関し、とりわけ、発光素子と蛍光体含有樹脂層と樹脂レンズとを有する発光装置およびその製造方法に関する。

一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）およびレーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）等の発光素子を用いた発光装置は、小型で電力効率がよく、鮮やかな色を発光することで知られている。この発光装置に用いられる発光素子は半導体素子等を用いることができるため、球切れ等の心配が少なく、また振動やオン・オフ点灯の繰り返しに対して高い耐久性を有するため、発光装置の寿命が長いという特徴がある。これに加えて初期駆動特性に優れるという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、発光素子を用いる発光装置は、照明器具、ディスプレイ等の各種の光源として広く利用されている。

これらの発光素子の発する光のスペクトルは、一般的に、狭い波長範囲にピークを有している。これに対して、照明器具等に用いる照明装置の発する光には、色の見え方を重視する用途によっては演色性が高いものが求められており、例えば白色光のように相対的に広いスペクトルを有することが求められている。
このため、このような用途において、発光素子を用いた多くの発光装置は、例えば緑色蛍光体および赤色蛍光体のように１種類またはそれ以上の蛍光体を含む蛍光体含有層を有している。そして、これら蛍光体は発光素子からの光を吸収し異なる波長（異なる色）に変換した光を発する。この結果、発光素子から発光され蛍光体に吸収されずに蛍光体含有層を通過した光と、蛍光体により変換されて蛍光体含有層から出た光と光とが混合されることで広いスペクトルの光を得ている。
また、多くの発光装置では、蛍光体含有層から出てきた光を所望の方向に向けるためにレンズ、とりわけ凸レンズを蛍光体含有層の外側に設けている。

これらの発光装置では、発光素子からの発光が進行する方向により、蛍光体含有層を通過する距離が異なると、蛍光体により変換される光の量が異なることから色むらの原因となる。そこで、蛍光体層は、例えばその上面を凸面とする等の所定の形状を有する必要がある。このため、従来から、金型を用いて所定形状の凹部を有する樹脂パッケージを成形し、この凹部の底面に発光素子を配置した後、この凹部に蛍光体を含有する樹脂をポッティングして、例えば上面が凸面である所定形状の蛍光体含有層を得ている。

またレンズについても、従来から金型を用いて、そのキャビティに溶融樹脂を供給し、これを硬化させることで所望の形状を得ている。

しかし、上述のように、近年、発光素子を用いた発光装置が多く用いられるようになるとともに、発光装置に要求される形状も多彩となっている。そのため、形状が変わる度に新たな金型を準備する必要があるという問題、または新たな金型の導入を避けるために、既存の金型で得られる形状で代用するため、最適な形状と異なったものしか得られないという問題があった。

このような問題を軽減する方法として、例えば特許文献１に示されるように、基板の上に堰止樹脂を形成して、堰止樹脂の上面と蛍光体を含有する流動状態の封止樹脂との間の表面張力により封止樹脂の流れを堰き止めて、そのまま封止樹脂を硬化させることにより、金型を用いずに凸面を有する蛍光体含有層を得る方法が知られている。

特開２０１０−３９９４号公報

しかし、特許文献１のような方法を用いても、蛍光体含有層の外側に例えば凸面を有する等の所望の形状のレンズを形成する際には、金型が必要となる問題が依然として残っている。

そこで、本願発明は金型を用いずに形成した所定の形状の蛍光体含有層とレンズとを備えた発光装置、および金型を用いずに所定の形状の蛍光体含有層とレンズとを形成する発光装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の態様の１つは、基板と、該基板上に配置された発光素子と、該基板上に配置され、上面から下面に貫通する開口を有し、該開口の内部に前記発光素子を収容する樹脂枠体と、前記樹脂枠体の前記開口の内部で前記発光素子を覆い、外周の一部が前記開口の側面に接触し、前記樹脂枠体の前記上面よりも上方に突出した凸形状を有し、蛍光体を含有する樹脂層と、前記基板から離間して配置された樹脂レンズであって、前記樹脂層を覆い、底面の一部が前記樹脂枠体の前記上面と接触し、前記底面と反対方向に突出した凸形状を有する樹脂レンズと、を含む発光装置である。

本発明の別の態様は、１）基板上に、発光素子と、上面から下面に貫通する開口を有し、該開口の内部に前記発光素子を収容する樹脂枠体と、を形成する工程と、２）前記開口の内部に蛍光体を含む溶融樹脂を供給し、該溶融樹脂を硬化させることにより、前記発光素子を覆い、外周の一部が前記樹脂枠体の前記開口の側面に接触し、前記樹脂枠体の前記上面よりも上方に突出した凸形状を有する樹脂層を形成する工程と、３）前記樹脂層を覆い、かつ前記樹脂枠体の上面と接触するように溶融樹脂を供給し、該溶融樹脂の上面が自由表面の状態で該溶融樹脂を硬化させることにより、凸形状を有し、かつ前記基板から離間した樹脂レンズを形成する工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法である。

本願発明に係る発光装置は、金型を用いずに形成した所定形状の蛍光体含有層とレンズとを有している。また、本願発明に係る発光装置の製造方法では金型を用いずに所定形状の蛍光体含有層とレンズとを形成することができる。

図１（ａ）は、本願発明に係る発光装置１００の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿った断面を示す断面図である。図２は、発光装置１００の変形例である発光装置１００Ａの断面図である。図３は、発光装置１００の別の変形例である発光装置１００Ｂの断面図である。図４（ａ）は、本願発明に係る発光装置１００の製造プロセス、とりわけ基板２の上に発光素子４と樹脂枠体６とを配置した状態を示す上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿った断面を示す断面図である。図５（ａ）は、本願発明に係る発光装置１００の製造プロセス、とりわけ基板２の上に発光素子４と樹脂枠体６とを配置した後、樹脂枠体６の開口１６の内部に蛍光体８を含有する樹脂層１０を形成した状態を示す上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿った断面を示す断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。

本願発明の発明者らは鋭意検討した結果、基板上に配置され、上面から下面に貫通する開口を有し、開口の内部に基板上に配置された発光素子を収容する樹脂枠体を用いることで金型を用いずに蛍光体含有樹脂層とレンズとを形成できる本発明に至ったものである。
詳細は後述するが、本願発明では、蛍光体を含有する溶融樹脂を樹脂枠体の開口に供給し、開口の側面により溶融樹脂の外周を規制しながら、溶融樹脂を樹脂枠体の上面よりも上方に突出した凸形状を有する所定の形状とした後、溶融樹脂を硬化させることで蛍光体含有樹脂層を形成している。さらに、蛍光体含有樹脂層を覆い、かつ前記樹脂枠体の上面と接触するように溶融樹脂を供給することで、溶融樹脂と樹脂枠体の上面との間に表面張力を作用させ、自由表面である溶融樹脂の上面を所望の凸形状としてから、溶融樹脂を硬化させることにより、基板と接触していない（基板から離間した）樹脂レンズを形成している。

１．発光装置１００
図１（ａ）は、本願発明に係る発光装置１００の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿った断面を示す断面図である。なお、図１（ａ）では発光装置１００の内部構造の理解を容易にするために、樹脂層（蛍光体含有樹脂層）１０と樹脂レンズ１２の記載を省略している。
なお、本明細書では、図１（ａ）と図１（ｂ）を併せて図１という場合がある。同様に、図４（ａ）と図４（ｂ）を併せて図４という場合があり、図５（ａ）と図５（ｂ）を併せて図５という場合がある。
以下に発光装置１００の構成を説明する。

発光装置１００は、基板２と、基板２上に配置された発光素子４と、基板２上に配置された樹脂枠体６を有している。樹脂枠体６は、その上面から下面に貫通する開口１６を有しており、発光素子４は、開口１６の内部に収容されている。すなわち、樹脂枠体６は、発光素子４を取り囲んでいる。
発光装置１００は、また、樹脂枠体６の開口１６の内部で、発光素子４を覆い、樹脂枠体６の上面よりも上方に突出した（すなわち、樹脂枠体の上面を超えて突出している）凸形状を有する樹脂層（蛍光体含有樹脂層）１０と、基板２から離間し（基板２に接触せずに）、樹脂層１０を覆い、底面の一部が前記樹脂枠体の上面と接触している樹脂レンズ１２とを有している。

基板２の上に配置された発光素子４は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。図１に示す実施形態では、９つの発光素子４が配置されているが、用途、得ようとする出力、発光装置の寸法等に応じて、１つ以上の任意の数の発光素子４を配置してよい。また、複数の発光素子を配置する場合、配置の形態は、格子状に縦横に整列して配置する（例えば、図１の形態）、一列に配置する、千鳥に配置する等の規則的な配置を行ってもよく、またランダムに配置してもよい。

発光素子４のｐ電極とｎ電極は、それぞれ、図示しないボンディングワイヤーを介して、基板２の表面に形成された図示しない配線パターンに接続されている。これにより発光素子４は、発光装置１００の外部に設けた電源（不図示）と電気的に接続され、所望の波長の光を発光する。
なお、発光素子４を電源と電気的に接続する方法は、これに限定されるものでなく、例えば、ｐ電極とｎ電極の一方を発光素子４の底面に設けて配線パターンと直接接続する等、既知の任意の発光素子の給電方法（電圧印加方法）を用いてよい。

基板２の上に配置された樹脂枠体６は樹脂より成る。そして、その上面（図１の実施形態では、ＸＹ面に平行な２つの面のうちＺ方向にある面）から下面（図１の実施形態では、ＸＹ面に平行な２つの面のうち−Ｚ方向にある面）に貫通する開口１６を有し、開口１６の内部に発光素子４が収容されている。
換言すれば基板２の主面に垂直な方向（図１ではＺ方向）から平面視した場合、樹脂枠体６は発光素子４の周囲を途切れることなく取り囲んでいる（図１の実施形態では発光素子４と接触することなく取り囲んでいる）。

図１に示す実施形態では、開口１６の断面形状（基板２の主面に平行な断面（ＸＹ面）での形状）は、円形であるが、これに限定されるものではなく、４角形もしくは５角形のような多角形または楕円のような任意の形状であってよい。

図１に示す実施形態では、樹脂枠体６の上面は、基板２の主面と平行（ＸＹ面と平行）な平面となっているが、これに限定されるものではなく、例えば、曲面または基板２の主面に対して４５°以下の角度を有する平面のような、任意の形態であってよい。
また、図１に示す実施形態では、開口１６の側面は基板２の主面および樹脂枠体６の上面に対して垂直となっているが、これに限定されるものでなく、開口１６の側面は、基板２の主面および樹脂枠体６の上面に対して任意の角度を有してよい。

図２は、発光装置１００の変形例である発光装置１００Ａの断面図である。発光装置１００Ａの樹脂枠体６Ａは、その底面を除く外周が曲面となっている。すなわち、樹脂枠体６Ａでは、上面と外周側面との境界が明確でなく、外周は側面から上面に連続的に変化している（または、外周の側面と上面とが一体的に形成されている）。詳細を後述するように、溶融樹脂を樹脂枠体６Ａの上部（上面）に接触させ、溶融樹脂と樹脂枠体６Ａの上面との間に作用する表面張力を用いて、樹脂レンズ１２Ａの凸形状を形成できる限りは、樹脂枠体６Ａは、どのような形態の曲面を有してもよい。
なお、発光装置１００Ａの各部分の構成について、樹脂枠体６Ａおよび樹脂レンズ１２Ａも含め、特段の記述のない事項については、発光装置１００の対応する部分の構成と同じであってよい。

図１に示す実施形態では、樹脂枠体６の外周側面（図１（ｂ）において、樹脂枠体６の最も外側に位置し、Ｚ方向に延在している面）は基板２の主面および樹脂枠体６の上面に対して垂直となっている。
これに限定されるものでなく、主面および樹脂枠体６の上面に対して任意の角度を有してよい。また、図２に示すような曲面であってもよい。

樹脂層１０は、蛍光体８を含有する樹脂より成る。樹脂層１０は、樹脂枠体６の開口１６の内部（図１（ａ）に示すように、基板２の主面に垂直な方向（図１のＺ方向）から平面視した場合の樹脂枠体６の開口１６内部）で発光素子４を覆っている。このため、発光素子４の発光の一部は、蛍光体８により吸収され、より波長の長い光に変換される。蛍光体８は、発光装置１００の用途等に応じて、詳細を後述するように、１種類の蛍光体であってもよく、また２種類以上の蛍光体であってもよい。また、発光素子４の発光の別の一部は、蛍光体８に吸収されることなく樹脂層１０を通過する。

樹脂層１０の外周の一部は、樹脂枠体６の開口１６の側面と接触している。より詳細には、樹脂層１０の外周のうち、樹脂層１０の下部、すなわち基板２の近い部分（基板２の直上部分）の外周部が開口１６の側面と接触している。
これは、樹脂層１０を形成するときに、開口１６の内部に溶融樹脂をポッティングすることにより、樹脂層１０の外周を規制しながら形成したためである。

樹脂層１０は樹脂枠体６の上面よりも上方に突出した（上面を超えて突出している）凸形状を有している。換言すれば、樹脂層１０は、基板２から離れる方向（Ｚ方向）に突出した凸形状を有し、その高さ（図１のＺ方向の長さ）が、樹脂枠体６の高さよりも高くなっている。
樹脂層１０がこのような形状を有することで発光装置１００は色むらの発生を低減できる。

蛍光体含有樹脂層（樹脂層）の高さが樹脂枠体６の高さと同じかあるいは低い場合、発光素子４から発光された光は、進行方向により蛍光体に吸収されて波長の長い光に変換される割合が大きく異なる。すなわち、発光素子４から基板２に垂直な方向（図１のＺ方向）に進む光は、樹脂層１０内を進む距離が短いため、蛍光体８に当たり吸収される確率が低くなる。一方、発光素子４の発光の内、基板２に垂直な方向から大きく傾いた方向（例えば、Ｚ方向からＸ方向に６０°傾いた方向）に進む光は、樹脂層１０の中をより長い距離進むため、蛍光体８に当たり吸収される確率が高くなる。

これに対して、本願発明に係る樹脂層１０では、樹脂層１０が樹脂枠体６の上面よりも上方に突出した凸形状を有していない場合と比べて、発光素子４から基板２に垂直な方向に進む光の樹脂層１０内部を進む光の距離が長くなるため、発光素子４から基板２に垂直な方向に進む光と、基板２に垂直な方向から大きく傾いた方向に進む光とで樹脂層１０の内部を通る距離の差が小さい。このため、光の進む方向が異なっても波長の長い光に変換される割合がそれ程変わらず、従って色むらの発生を抑制できる。

なお、色むら抑制の効果をより確実に得るために、樹脂層１０の高さ（Ｚ方向の長さ）は、樹脂層１０の幅（図１（ａ）のように、基板２に垂直な方向から平面した際の樹脂層１０の長さの最大値）の５０％前後が好ましい。

樹脂レンズ１２は、発光素子４の発光および蛍光体８により変換された光を透過可能な樹脂より成り、好ましくは、これらの光に対して透明な樹脂から成る。
樹脂レンズ１２は、樹脂層１０を覆っている。このため、樹脂層１０を通過した光（発光素子４から発光され、そのまま樹脂層１０を通過した光および蛍光体８により波長を変換された光）のほとんどが樹脂レンズ１２に進入する。そして、樹脂レンズ１２の内部で所定の向きに屈折して、樹脂レンズ１２の外側に出て行く。
樹脂レンズ１２は、基板２と接触していない。樹脂レンズ１２が基板２に接触していると（例えば、樹脂枠体６の外周に沿って、樹脂レンズの外周が下方に延在することによって基板２と接触している場合）、樹脂層１０から樹脂レンズ１２に侵入した光の一部が、樹脂レンズ１２から外部に出ることなく基板２の表面に到達し、基板２により吸収されてしまう。これに対して、本発明発光装置１００では、樹脂レンズ１２は、基板２と接触していないため、樹脂レンズ１２に侵入した光が樹脂レンズ１２の外部に出ることなく基板２の表面に達することが無いため、より高い光取り出し効率を得ることができる。

樹脂レンズ１２は、その底面の一部が樹脂枠体６の上面と接触している。
さらに図１に示す発光装置１００では、基板２に垂直な断面（図１ではＸＺ面に平行な断面）において、樹脂レンズ１２の外周部の横方向（図１ではＸ方向）の位置が、樹脂枠体６の外周部の横方向の位置と比べてと同じ（例えば、樹脂レンズ１２の底面の外周と樹脂枠体６の上面の外周とが一致している場合）かまたは内側（例えば、樹脂レンズ１２の底面の外周が樹脂枠体６の上面の外周より内側に位置している場合）に位置している。

しかし、このような構成に限定されるものではない。
図３は、発光装置１００の別の変形例である発光装置１００Ｂの断面図である。発光装置１００Ｂでは、基板２に垂直な断面（図３のＸＺ面に平行な断面）において、樹脂レンズ１２Ｂの外周部の横方向（図３ではＸ方向）の位置が、樹脂枠体６の外周部の横方向の位置と比べて外側に位置している（図３では、樹脂レンズ１２Ｂの外周部の横方向の位置が、前記樹脂枠体６の外周部の横方向の位置と比べて距離Ｌ１だけ外側に位置している）。このような構成を有することで、同じ樹脂枠体６の直径を用いた場合であっても、樹脂レンズ１２Ｂのレンズ径を、発光装置１００の樹脂レンズ１２のレンズ径より大きくでき、この結果、光取り出し効率をより高くすることができる。
なお、発光装置１００Ｂの各部分の構成について、樹脂レンズ１２Ｂも含め、特段の記述のない事項については、発光装置１００の対応する部分の構成と同じであってよい。

なお、樹脂レンズ１２および樹脂レンズ１２Ｂの構成は、詳細を後述するように、樹脂レンズ１２または１２Ｂを形成するときに、溶融樹脂を樹脂層１０と樹脂枠体６の上面とに配置することにより得ることができる。とりわけ、樹脂枠体６の上面に溶融樹脂を配置することで、樹脂枠体６の上面と溶融樹脂との間に表面張力を作用させ、溶融樹脂をレンズとして機能する凸形状（樹脂枠体の上面と接触している底面と反対方向（図１のＺ方向）に突出した凸形状）とすることができる。
なお、基板２に垂直な断面における、樹脂レンズ（樹脂レンズ１２または１２Ｂ）の外周部の横方向位置は、例えば、樹脂枠体６の上面に配置する溶融樹脂の量を調整することにより調整することが可能である。

次に、発光装置１００の動作を説明する。
発光素子４の発光は、樹脂層１０の中を進んでいく。そして、蛍光体８に吸収されることなく樹脂層１０の外周に達する光と、蛍光体８に吸収される光とがある。蛍光体８に吸収された光は、蛍光体８により、より波長の長い光に変換される。この蛍光体８が発する波長変換された光も樹脂層１０の外周に達する。

樹脂層１０の外周に達した、波長変換されていない光と波長変換された光の両方のほとんどは、凸レンズとして機能する樹脂レンズ１２の内部に進入する。そして、樹脂レンズ１２により所定量屈折した光は、樹脂レンズ１２の外側に出て行く。
この結果、樹脂レンズ１２の外側では、波長が変わることなく達した発光素子４の発光と、蛍光体８により波長変換された光とが混合した、所望の波長分布を有する光を得ることができる。

２．発光装置１００の製造方法
次に発光装置１００の製造方法を説明する。
図４（ａ）は、本願発明に係る発光装置１００の製造プロセス、とりわけ基板２の上に発光素子４と樹脂枠体６とを配置した状態を示す上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿った断面を示す断面図である。

基板２の上に、発光素子４と、樹脂枠体６とを配置する。
発光素子４は、基板２の上に、フリップチップ実装されていてもよいし、フェイスアップ実装されていてもよい。
フリップチップ実装される場合には、発光素子４のｐ側電極及びｎ側電極は、一対の接合部材を介して基板２に設けられた一対の配線パターンにそれぞれ接続される。接合部材としては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ａｕ−Ｓｎ系等のはんだ、Ａｕ等の金属のバンプ等を用いることができる。
フェイスアップ実装される場合には、発光素子４は、樹脂などの絶縁性接合部材、上述の導電性の接合部材によって基板２上（配線パターン上）に固定され、ワイヤによって配線パターンに電気的に接続される。発光素子４の基板が導電性の場合は、上述の接合部材によって電気的に接続される。

樹脂枠体６は、金型を用いずに形成することが好ましい。金型を用いずに樹脂枠体６を得る方法として、溶融樹脂を基板上に配置し、金型等で拘束することなく溶融樹脂を硬化させる方法、すなわち、基板上に配置した溶融樹脂が、基板２と接触する下面以外の部分（例えば、上面および／または側面）に自由表面を形成した状態で硬化させる方法を用いてよい。
なお、本明細書において用語「自由表面」は、液体（すなわち溶融樹脂）が容器または金型等の固体と接しておらず、周囲の気体（空気等）と接触している表面をいう。

このような自由表面を形成する方法として所謂、樹脂描画法を用いることができる。
樹脂描画法では、所定の樹脂を溶融状態で内部に保持するシリンジ（注射器）を準備し、シリンジ内部にピストンを押し込む等によりシリンジの先端に取り付けた貫通孔を有するニードル（注射針）から溶融樹脂を排出させる。そして、シリンジを移動させることで、基板の主面に垂直な方向（図４ではＺ方向）から平面視した場合、溶融樹脂が発光素子４の周囲を途切れることなく取り囲むように（すなわち、開口１６（貫通孔）を形成するように）所定の位置に、溶融樹脂を配置できる。その後、基板２の上に配置した、溶融樹脂を例えば、加熱または紫外線照射等により硬化させて樹脂枠体６を得ることができる。
用いる樹脂は、溶融状態（溶融樹脂）を形成可能でかつ、得られた溶融樹脂を硬化可能な樹脂であれば任意の樹脂を用いてよい。好ましい樹脂として、シリコーン系樹脂、フェノール樹脂、ＢＴレジン、ＰＰＡ、およびエポキシ系樹脂を例示できる。また、これらの母体となる樹脂に、発光素子４からの光を吸収しにくく、かつ母体となる樹脂に対して屈折率差の大きい反射部材（例えばＴｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，ＭｇＯ）等の粉末を分散することで、効率よく光を反射させることができる。

樹脂枠体６の高さ（図４のＺ方向の高さ）および幅（図４（ａ）のように、基板２に垂直な方向から平面した状態での幅）は、シリンジから排出する樹脂の量（例えば、シリンジを移動させる距離あたりの樹脂の量）、溶融樹脂の粘度等の特性、シリンジからの塗布回数等を調整することにより所望の値とすることができる。
得ようとする発光装置の寸法等にもよるが、樹脂枠体６の好ましい高さは、例えば、低ければ低いほど良い。これは樹脂枠体６が低いほど、樹脂枠体６に遮られる光の量が低くなり、光取り出し効率が高くなるからである。同様に、得ようとする発光装置の寸法等にもよるが、樹脂枠体６の好ましい幅（樹脂部分の幅）は、例えば大きければ、大きいほど良い。詳細を後述するように、樹脂枠体６と、樹脂レンズ１２を形成するための溶融樹脂との間に作用する表面張力をより確実に大きくできるとともに、樹脂レンズ１２による光取り出し効率を向上できるからである。

また、樹脂枠体６の上面を平面にするために、シリンジを用いて溶融樹脂を基板２に配置した後、溶融樹脂を硬化させる前に、ブレード等の治具を用いて、溶融樹脂の上面を平坦にしてもよい。
あるいは、基板２の上に配置された溶融樹脂の表面に平板を押し当てて、溶融樹脂の上面を拘束した状態（側面は自由表面）で溶融樹脂を硬化させた後、平板を除去して上面が平面である樹脂枠体６を得てもよい。

樹脂枠体６の上面は、詳細を後述する樹脂レンズ１２を形成するための溶融樹脂との間に生ずる表面張力を大きくするために、濡れ性を低下させるコーティング層を有してよい。このようなコーティング層としてＡｌ_２Ｏ_３を例示できる。
同様に、樹脂枠体６の開口１６の側面は、詳細を後述する樹脂層１０を形成するための溶融樹脂との間に生ずる表面張力を大きくするために、濡れ性を低下させるコーティング層を有してよい。このようなコーティング層としてＡｌ_２Ｏ_３を例示できる。

次に、樹脂層１０を形成する方法を説明する。
図５（ａ）は、本願発明に係る発光装置１００の製造プロセス、とりわけ基板２の上に発光素子４と樹脂枠体６とを配置した後、樹脂枠体６の開口１６の内部に蛍光体８を含有する樹脂層１０を形成した状態を示す上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿った断面を示す断面図である。

蛍光体８を含有した溶融樹脂を準備する。用いる樹脂は、溶融状態（溶融樹脂）を形成可能で、得られた溶融樹脂を硬化可能であり、かつ透光性を有する樹脂であれば任意の樹脂を用いてよい。好ましい樹脂として、シリコーン系樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂、エポキシ系樹脂およびこれらの樹脂を少なくとも１種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂を例示できる。また、これの樹脂に、必要に応じて、光拡散剤、フィラー等を含有させることもできる。
蛍光体８については、詳細を後述する。

得られた、蛍光体８を含有した溶融樹脂を樹脂枠体６の開口１６に供給する、所謂、ポッティングを行う。溶融樹脂は、その液面が樹脂枠体６の上面を超えるように供給する。
開口１６に供給された溶融樹脂は、樹脂枠体６の上面より下（図５の−Ｚ方向）の部分では、開口１６の側面と接触している。そして、樹脂枠体６の上面より上（図５のＺ方向）の部分では、開口１６と溶融樹脂との間に作用する表面張力および溶融樹脂の自由表面に作用する表面張力により、溶融樹脂は、樹脂枠体６の上面とは、ほとんど接触することなく、上方向（図５のＺ方向）に突起した凸形状を形成する。
そして、溶融樹脂を例えば、加熱または紫外線照射等により硬化させて樹脂層１０を得ることができる。

次に樹脂レンズ１２の形成方法を説明する。
樹脂レンズとして、使用可能な溶融樹脂を準備する。用いる溶融樹脂は、硬化可能で樹脂レンズとして使用可能であれば任意の樹脂を用いてよい。好ましい樹脂として、シリコーン系樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂、エポキシ系樹脂およびこれらの樹脂を少なくとも１種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂を例示できる。

準備した溶融樹脂を、例えば、シリンジを用いて、樹脂層１０と樹脂枠体６の上面とを覆うように供給する。
この際、得られる樹脂レンズ１２がレンズとして所望の機能を果たすことができる形状となるのに十分な量の溶融樹脂を供給する。
このことは、樹脂枠体６の上面にも十分な量の樹脂が供給されることを意味する。この際に溶融樹脂には、表面張力が働く。
すなわち、樹脂枠体６の上面と溶融樹脂との間に作用する表面張力のために、溶融樹脂が樹脂枠体６の端部から基板２の方向にこぼれ落ちるのが防止され、溶融樹脂は、樹脂枠体６の上面で上方（図１のＺ方向）に厚さを増していく。そして、厚さを増した溶融樹脂は、自らの表面張力により丸くなろうとする。そのため、上方に突出した凸形状の自由表面を形成できる。図２に示す発光装置１００Ａおよび図３に示す発光装置１００Ｂについても同様である。

なお、溶融樹脂が樹脂枠体６に対して適切な範囲の濡れ性を有する場合は、溶融樹脂が樹脂枠体６の上面全体と接触した状態で、表面張力により、樹脂枠体６の上面を越えて突出した自由表面を形成できる。樹脂レンズ１２が、樹脂枠体６の上面全体と接触して形成されると、光学特性に優れる形状を容易に得ることができるため好ましい。これは、発光装置１００Ｂの樹脂レンズ１２Ｂについても同じである。
一方、発光装置１００Ａの場合は、樹脂枠体６Ａの外周が上述したように上面と側面との境界が明確でない曲面より成ることから、溶融樹脂（すなわち、形成された樹脂レンズ１２Ｂ）が基板２と接触しないように、この曲面の一部のみと接触した状態で、表面張力により、樹脂枠体６の上面を越えて突出した自由表面を形成する。このような場合であっても、溶融樹脂が樹脂枠体６Ａに対して適切な範囲の濡れ性を有する場合は、光学特性に優れた形状を有する樹脂レンズ１２Ａを得ることができる。

そして、溶融樹脂を例えば、加熱または紫外線照射等により硬化させることにより樹脂レンズ１２を得ることができる。
以上に説明した方法により、何れの工程においても金型を用いることなく発光装置１００を得ることができる。

３．発光素子４および蛍光体８
（１）発光素子４
発光素子４は、電圧を印加することで自発発光する、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体素子であってよい。
発光素子４としては、ＬＥＤを用いるのが好ましく、発光装置１００の用途に応じて任意の発光波長のものを選択することができる。例えば、青色（波長（ピーク波長、以下同じ）４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの光）、緑色（波長４９０ｎｍ〜５７０ｎｍの光）の発光素子４としては、窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等を用いることができる。また、赤色（波長５８０ｎｍ〜８００ｎｍの光）の発光素子３としては、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等を用いることができる。

ここで、本発明においては、樹脂層１０は、蛍光体８を含有するため、蛍光体８を効率良く励起できる短波長の発光が可能な窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることが好ましい。発光素子４として例えば青色ＬＥＤを用いることが好ましい。ただし、発光素子４の成分組成や発光色、サイズ等は上記に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。また、発光素子４は、可視光領域の光だけではなく、紫外線や赤外線を出力する素子であってもよい。

（２）蛍光体８
上述のように、樹脂層１０は蛍光体８を含有している。
蛍光体８は、１種類または２種類以上の既知の任意の蛍光体であってよい。
１種類の蛍光体を用いる場合、赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体の何れかを用いることを例示できる。
２種類以上の蛍光体を用いる場合、具体的な組み合わせの例として、赤色蛍光体と、緑色蛍光体および黄色蛍光体の少なくとも一方とを用いてよい。

蛍光体として、例えば、Ｅｕ，Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される、窒化物系蛍光体を用いることができる。
赤色蛍光体として、例えば、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：ＥｕのようなＳＣＡＳＮ系蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ_３：ＥｕのようなＣＡＳＮ系蛍光体、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、Ｅｕ賦活されたαサイアロン系蛍光体を用いることができる。
黄色蛍光体としては、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）を用いることができる。また、例えば、ＹＡＧ系蛍光体において、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、Ｔｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：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。その他、Ｅｕ賦活されたシリケート系蛍光体などであってもよい。
緑色蛍光体としては、例えば、Ｃａ_８ＭｇＳｉ_４Ｏ_１６Ｃｌ_２：Ｅｕのようなクロロシリケート系蛍光体、Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚ：Ｅｕのようなβサイアロン系蛍光体を用いることができる。
他の蛍光体として、Ｅｕ，Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される、酸窒化物系蛍光体を用いることもできる。
なお、本願明細書でいう赤色蛍光体とは、光を吸収して変換して発する光の発光波長（ピーク波長）が５８０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内にある蛍光体を意味し、緑色蛍光体とは、発光波長が４９０ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲内にある蛍光体を意味し、黄色蛍光体とは、発光波長が５１０ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲内にある蛍光体を意味する。

なお、発光装置１００が白色光を発光することを目的とする場合、好ましい実施形態として、発光素子４としてピーク波長が４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの間にある青色ＬＥＤを用い、蛍光体８として赤色蛍光体と、緑色蛍光体および黄色蛍光体の少なくとも一方とを用いることを例示できる。

２基板
４発光素子
６樹脂枠体
８蛍光体
１０樹脂層
１２樹脂レンズ
１６開口
１００発光装置

Claims

基板と、
該基板上に配置された発光素子と、
該基板上に配置され、上面から下面に貫通する開口を有し、該開口の内部に前記発光素子を収容する樹脂枠体と、
前記樹脂枠体の前記開口の内部で前記発光素子を覆い、外周の一部が前記開口の側面に接触し、前記樹脂枠体の前記上面よりも上方に突出した凸形状を有し、蛍光体を含有する樹脂層と、
前記基板から離間して配置された樹脂レンズであって、前記樹脂層を覆い、底面の一部が前記樹脂枠体の前記上面と接触し、前記底面と反対方向に突出した凸形状を有する樹脂レンズと、
を含む発光装置。
前記樹脂レンズの底面の外周と前記樹脂枠体の上面の外周とが一致することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記樹脂層が、２種類以上の蛍光体を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
１）基板上に、発光素子と、上面から下面に貫通する開口を有し、該開口の内部に前記発光素子を収容する樹脂枠体と、を形成する工程と、
２）前記開口の内部に蛍光体を含む溶融樹脂を供給し、該溶融樹脂を硬化させることにより、前記発光素子を覆い、外周の一部が前記樹脂枠体の前記開口の側面に接触し、前記樹脂枠体の前記上面よりも上方に突出した凸形状を有する樹脂層を形成する工程と、
３）前記樹脂層を覆い、かつ前記樹脂枠体の上面と接触するように溶融樹脂を供給し、該溶融樹脂の上面が自由表面の状態で該溶融樹脂を硬化させることにより、凸形状を有し、かつ前記基板から離間した樹脂レンズを形成する工程と、
を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
前記工程１）において、前記基板上に配置した、自由表面を有する溶融樹脂を硬化させることにより、前記樹脂枠体を形成することを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
前記工程３）において、前記溶融樹脂を前記樹脂枠体の上面の外側端部まで供給することを特徴とする請求項４または５に記載の製造方法。
前記工程２）において、前記蛍光体が２種類以上の蛍光体から成ることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の製造方法。