JP2015128085A - 半導体発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子の発光面積を効果的に広げることができる発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る発光装置は、基板と、前記基板上に実装された発光素子と、前記発光素子の上面に載置された透光性部材と、前記発光素子及び前記透光性部材を封止する封止部材と、を含み、前記透光性部材は、蛍光体を含有しない板状の部材であり、上面視において前記発光素子より大きく、前記封止部材は、前記発光素子の発光を反射する光反射性部材から成り、前記発光素子の側面を覆っている第１封止部材と、前記発光素子の発光を異なる波長の光に変換するための蛍光体を含有し、前記第１透光性部材の少なくとも上面を覆っている第２封止部材と、を含むことを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、半導体発光装置に関する。
基板上に実装された発光素子の上面に、蛍光体を分散させた板状透光性部材を載置した発光素子が知られている（例えば特許文献１〜２）。これらの発光装置では、例えば、発光素子として青色発光素子と、透光性部材中の蛍光体として、青色光を黄色光に波長変換できる黄色蛍光体とを組み合わせている。発光素子からの青色光は、一部は蛍光体により黄色光に変換され、残りは青色光のまま透光性部材を通過することにより、黄色光と青色光との混色による白色光が得られる。このように、所望の色を発する発光素子と所望の１以上の蛍光体とを組み合わせて、例えば白色のように所望の色を発光する発光装置が得られる。
特開２０１２−４３０３号公報 特開２０１０−１９２６２９号公報
特許文献１〜２に記載の発光装置では、発光面（発光装置の上面）から観察したとき、透光性部材は発光素子より大きい面積を有している。発光素子から透光性部材に入射された光は、透光性部材内を伝播して透光性部材の上面全体から出射されるため、発光面から観察したときに、発光素子の発光面積が実質的に拡大したように見える。
しかしながら、特許文献１〜２のような発光装置では、透光性部材の中央（発光素子の直上）部に比べて縁部の明るさが十分ではなく、発光素子の発光面積が実質的には十分広がらない場合があった。そこで、本発明は、発光素子の発光面積を効果的に広げることができる発光装置を提供することを目的とする。
発明者らは、透光性部材に蛍光体が含まれていることにより、透光性部材の縁部まで発光が広がりにくいことを見いだした。そこで、本発明に係る発光装置は、
基板と、
前記基板上に実装された発光素子と、
前記発光素子の上面に載置された透光性部材と、
前記発光素子及び前記透光性部材を封止する封止部材と、を含み、
前記透光性部材は、蛍光体を含有しない板状の部材であり、上面視において前記発光素子より大きく、
前記封止部材は、
前記発光素子の発光を反射する光反射性部材から成り、前記発光素子の側面を覆っている第１封止部材と、
前記発光素子の発光を異なる波長の光に変換するための蛍光体を含有し、前記第１透光性部材の少なくとも上面を覆っている第２封止部材と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、蛍光体は第２封止部材内に含まれているため、透光性部材に蛍光体を含有させる必要がない。よって、透光性部材の縁部まで発光が広がって、発光素子の実質的な発光面積を効果的に広げることができる。
実施の形態１に係る発光装置の概略上面図である。 実施の形態１に係る発光装置の概略断面図である。 実施の形態１に係る発光装置の効果を説明する概略断面図であり、（ａ）は本実施の形態に係る発光素子、（ｂ）は従来の発光素子を示す。 実施の形態１に係る発光装置の変形例の概略断面図である。 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に係る発光装置の変形例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上面図である。 実施の形態３に係る発光装置の概略断面図である。 実施例２の実験結果を示すグラフである（ａ，ｂ）。 実施例２の実験結果を示すグラフである（ａ，ｂ）。 実施例２の実験結果を示すグラフである（ａ，ｂ）。 実施例２の実験結果を示すグラフである（ａ，ｂ）。 実施例２の実験結果を示すグラフである（ａ，ｂ）。 実施例２の実験結果を示すグラフである（ａ，ｂ）。 実施例２の実験結果を示すグラフである（ａ，ｂ）。
以下、図面に基づいて本発明の実施の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。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限定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。
＜実施の形態１＞
図１〜図２に示すように、本実施の形態に係る発光装置１１は、基板３０と側壁３１とから成るハウジング３２と、ハウジング３２の凹部３３内において基板３０の上面３０ａに実装された発光素子６０と、発光素子６０の上面６１に載置された板状の透光性部材４０とを含んでいる。透光性部材４０と発光素子６０との間の接合は、例えば、圧着、焼結、接着剤による接着、低融点ガラスによる接着などで行うことができる。本実施の形態に係る発光装置１１では、透光性部材４０と発光素子とは透光性の接着剤層７０によって固定されている。
凹部３３内の発光素子６０及び透光性部材４０は、２層から成る封止部材５０によって封止される。本実施の形態では、特許文献１〜２とは異なり、透光性部材４０の上面４１の全面が封止部材５０によって覆われている。
透光性部材４０が、上面視において、発光素子６０よりも外側に延在していることにより、外側に延在した部分（外延部４５）の面積分だけ、実質的な発光面積を拡大することができる。また、透光性部材４０が発光素子６０よりも大きく、上面視したときに発光素子６０が透光性部材４０によって完全に覆われているのが好ましい。特に、発光素子６０の全周にわたって透光性部材４０の縁部が発光素子６０よりも外側に位置しているとより好ましい。
以下に、実質的な発光面積を拡大する効果について詳しく説明する。
透光性部材４０を備えていない発光装置１００（図３（ｂ））を上面から観察すると、発光素子６０の上面６１そのものが発光していると認識される。つまり、発光面積は、発光素子６０の面積となる。
一方、本発明のように、発光素子６０の上面６１に透光性部材４０を載置すると、発光素子６０の上面６１から出射された発光は透光性部材４０に入射する。発光は、透光性部材４０を横方向（ｘｙ平面方向）に伝播して透光性部材４０全体に広がった後に、透光性部材４０の上面４１の全体から出射される。そのため、発光装置１１を上面から観察すると、透光性部材４０全体が発光しているように見える。つまり、実質的な発光面積は、透光性部材４０の面積となる。
また透光性部材４０は蛍光体を含まないため、透光性部材４０内を発光が伝播する際に蛍光体８１が発光を散乱又は吸収することがない。そのため、透光性部材４０の全体に発光を広げることができる。
このように、発光素子６０上に、発光素子６０の上面６１よりも大面積で且つ蛍光体８１を含有していない透光性部材４０を載置するだけで、実質的な発光面積を効果的に広げることができる。
なお、透光性部材４０は蛍光体を実質的には含まないが、製造工程中の混入等により微量の蛍光体を含むことはあり得る。本発明の効果との関係から、透光性部材４０に微量の蛍光体が含まれていたとしても、実質的な発光面積を効果的に広げる効果を著しく低下させることはないため、許容される。
本実施の形態では、封止部材５０は２つの層５１、５２から成る。下側の層５１は、光反射性部材から成る第１封止部材（光反射層）５１であり、上側の層５２は、発光素子２０の発光を異なる波長の光に変換するための蛍光体８１を含有する第２封止部材（蛍光体含有層）５２である。
光反射層５１は、発光素子６０の側面６３を覆っている。本明細書において、「覆っている」とは、発光素子６０の側面６３に光反射層５１が直接接触して覆っている形態だけでなく、側面６３と光反射層５１との間に別部材が配置されている形態（例えば、図２のように、側面６３と光反射層５１との間に接着剤層７０が配置されている形態）も含んでいる。
光反射層５１で発光素子６０の側面６３を覆うことにより、側面６３から出射される発光を光反射層５１によって反射して、発光素子からの発光の大部分を透光性部材４０に導入することができる。
光反射層５１は、さらに基板３０の上面３０ａを覆っていてもよい。蛍光体含有層５２中の蛍光体８１によって散乱されて基板３０方向に向かった発光を光反射層５１で反射して、上方向（図２のｚ方向）から取り出すことができる。
また、光反射層５１は、さらに側壁３１の内面３１ｂを覆っていてもよい。蛍光体含有層５２中の蛍光体８１によって散乱されて側壁３１方向に向かった発光を光反射層５１で反射して、上方向（図２のｚ方向）から取り出すことができる。
特に、基板３０及び側壁３１をセラミックから形成した場合、基板３０及び側壁３１を発光が透過しやすい傾向がある。そこで、基板３０の上面３０ａ及び側壁３１の内面３１ｂを光反射層５１で覆って、発光を効果的に反射することにより、上方向からの光取出し効率を向上することができる。
図２のように、光反射層５１は、さらに透光性部材４０の側面４３を覆っていてもよい。これにより、透光性部材４０内に入射した発光が側面４３から出射されることは殆どなく、発光の大部分を透光性部材４０の上面から出射させることができる。これにより、色むらの低減においては有利になり得る。
封止部材５０の上側の層を構成する蛍光体含有層５２は、少なくとも透光性部材４０の上面４１を覆っている。これにより、透光性部材４０の上面４１から出射される光を、蛍光体含有層５２内の蛍光体８１によって波長変換することができる。
なお、蛍光体含有層５２に含有される蛍光体８１は、例えば、蛍光体含有層５２の全体に蛍光体８１が分散されていてもよい。
第２封止部材は透光性部材４０の上面を覆うように形成された蛍光体層であっても良い。この場合、蛍光体層を形成する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、スプレー法、電着法、静電塗装法を用いることができる。あるいは樹脂に蛍光体を分散させた材料から成る蛍光体シート、蛍光体含有ガラス板等を、透光性部材４０に接着してもよい。蛍光体としては、後述する当該分野で公知のものを使用することができる。
本発明においては、透光性部材４０が実質的に蛍光体を含まないので、まず、発光素子６０からの発光を、透光性部材４０内で伝播して実質的な発光面積（発光素子からの発光の発光面積）を広くし、その後に広い発光面積から出射された発光が蛍光体含有層５２を通過するので、色むらの少ない発光を広い面積で発光させることができる。
そして、発光素子６０から出射される光束が同じままに発光面積を広げるので、単位面積当たりの光束が少なくなり、当該単位面積上の蛍光体含有層５２の厚さ方向における総蛍光体量を低減することができる。これにより、発光が蛍光体含有層５２を通過しやすくなり、発光装置１１の光取出し効率を向上することができる。
この光取出し効率の向上効果について、図３を参照しながら詳細に説明する。
本実施の形態において、所定の発光色（例えば白色）の発光装置を製造するためには、発光素子からの発光の光束に合わせて、蛍光体含有層５２中における蛍光体８１の量を適宜調節する必要がある。具体的には、発光の出射面における単位面積を通過する発光の光束が増加すると、それに伴って、当該単位面積上から蛍光体含有層５２の厚さ方向に存在する蛍光体８１の総量を増加させる必要がある。蛍光体８１は、発光の通過を阻害する要因としても機能しうるので、蛍光体８１の総量が増加すれば、蛍光体含有層５２を通過できる発光量が減り、発光装置１１の光取出し効率が低下する。
透光性部材４０を載置した本発明に係る発光装置１１（図３（ａ））と、透光性部材４０を載置していない従来の発光装置１００（図３（ｂ））の模式断面図を参照しながら、上記理論のイメージを説明する。なお、図３では、上記理論を理解しやすくするために、光束ＬＦを矢印で示し、蛍光体含有層５２を透過する光束ＬＦの本数や、蛍光体含有層５２中の蛍光体８１の濃度等を誇張して図示している。
本発明に係る発光装置１１では、発光素子６０からの発光は透光性部材４０に入射し、透光性部材４０内を伝播して、透光性部材４０の上面４１全体から出射される（図３（ａ））。一方、従来の発光装置１００では、発光素子６０からの発光は、発光素子６０の上面６１からそのまま出射される（図３（ｂ））。
いずれの発光装置においても、発光素子６０から出射される光束は等しいので、発光素子６０から蛍光体含有層５２への出射面の面積（これを「蛍光体励起面積」と称する）が大きいほど、蛍光体励起面積当たりの光束ＬＦ（光束ＬＦの密度）は小さくなる。図３（ａ）の発光装置１１では、蛍光体励起面積は、透光性部材４０の上面４１の面積であり、図３（ｂ）の発光装置１００では、発光素子６０の上面６１の面積である。図からも分かるように、透光性部材４０の上面４１の面積は、発光素子６０の上面６１の面積よりも、外延部４５（ｘｙ平面において、発光装置１１よりも外側に延在した部分）の分だけ広い。よって、図３（ａ）の発光装置１１のほうが、図３（ｂ）の発光装置１００よりも、光束ＬＦの密度が低い（図３では、隣接する光束ＬＦの間隔が広いほど、光束ＬＦの密度が低いことを意味している）。
そして、発光装置の発光色を同等にするためには、光束ＬＦの密度が高いほど、蛍光体励起面積の単位面積において蛍光体含有層５２内でその厚さ方向に存在する蛍光体８１の総量を、増加させる必要がある。そのため、図３（ｂ）の発光装置１００における蛍光体８１の当該総量は多くなり、光束ＬＦは蛍光体含有層５２を通過しにくくなり、発光装置１００の光取出し効率が低下する。
これに対して、図３（ａ）の発光装置１１では、光束ＬＦの密度が低いので、蛍光体含有層５２中における蛍光体８１の上記総量を少なくすることができる。そのため、図３（ａ）の発光装置１１では、光束ＬＦは蛍光体含有層５２を通過しやすくなり。発光装置１００の光取出し効率を向上することができる。
次に、図２を参照しながら、本実施の形態に係る発光装置１１の製造方法について説明する。製造方法は、少なくとも以下の４工程を含む。なお、これらの工程番号は、この順番で行うことを意味するものではなく、工程２と工程３は入れ替えることもできる。
・工程１）：基板の上面に発光素子を実装する工程
・工程２）：前記発光素子の上面に、上面視において前記発光素子より大きい板状の透光性部材を載置する工程
・工程３）：前記発光素子の発光を反射する光反射性部材から成る第１封止部材により、前記発光素子の側面を覆う工程
・工程４）：前記工程２）及び３）の後に、前記発光素子の発光を異なる波長の光に変換するための蛍光体を含有する第２封止部材により、前記透光性部材の少なくとも上面を覆う工程
各工程の詳細について、以下に説明する。
＜工程１．発光素子６０の実装＞
外部電極３７等の導体配線を形成した基板３０を準備し、その上面３０ａに側壁３１を固定して、凹部３３を備えたハウジング３２を形成する。なお、ハウジング３２は、あらかじめ基板３０と側壁３１とが一体に成型されたものを用いることもできる。
凹部３３の底面（基板３０の上面３０ａ）に、発光素子６０を実装する。このとき、基板３０に設けられた導体配線に発光素子６０の電極を適宜接続することにより、外部電極３７から発光素子６０に通電することができる。
＜工程２．透光性部材４０の載置＞
発光素子６０の上面６１の面積より大きい透光性部材４０を準備し、発光素子６０の上面６１に載置する。このとき、接着剤によって発光素子６０と透光性部材４０とを固定するのが好ましい。接着剤は、発光素子６０の上面６１と透光性部材４０の下面４２との間のみならず、発光素子６０の側面６３と透光性部材４０の外延部４５の下面４５ｂまで覆ってもよい。接着剤を硬化することにより、透光性の接着剤層７０が形成される。
透光性部材４０は、発光素子６０の上面６１を完全に覆うように載置されているので、発光素子６０の上面６１から出射される発光を透光性部材４０に効率よく導入することができる。
＜工程３．光反射層５１の形成＞
光反射層５１は、反射性物質を添加した樹脂材料（反射性樹脂）から形成することができる。硬化前の液状樹脂材料に反射性物質を添加した後に、ハウジング３２の側壁３１と透光性部材４０との隙間に滴下する。滴下された液状樹脂材料は、最初に基板３０の上面３０ａに接触し、その後に表面張力によって、側壁３１の内面３１ｂ、接着剤層７０の表面（すなわち、間接的に発光素子６０の側面６３）、及び透光性部材４０の側面４３を這い上がって、それらの面を覆う。このようにして、図２のような断面形状の光反射層５１を容易に形成することができる。
最後に、液状樹脂材料を硬化させて、光反射層５１を形成する。
＜工程４．蛍光体含有層５２の形成＞
蛍光体含有層５２は、蛍光体８１を添加した樹脂材料（蛍光体含有樹脂）から形成することができる。硬化前の液状樹脂材料に蛍光体８１を添加した後に、透光性部材４０の上面４１に滴下する。滴下された液状樹脂材料は、透光性部材４０の上面４１から光反射層５１の上面まで広がって、凹部３３内に充填される。
最後に、液状樹脂材料を硬化させて、蛍光体含有層５２を形成する。
このようにして、本実施の形態に係る発光装置１１を得ることができる。
（変形例）
図４は、本実施の形態の変形例に係る発光装置１１’である。図２に示した発光装置１１とは、蛍光体含有層５２内に含有されている蛍光体８１の分散状態が異なっている。具体的には、本変形例に係る発光装置１１’では、蛍光体含有層５２内において、蛍光体８１が透光性部材４０の上面４１、及び蛍光体含有層５２と光反射層５１との界面５５上に堆積している。蛍光体含有層５２の中で、蛍光体８１が堆積している範囲を蛍光体層８０とする。なお、本明細書中での堆積とは、底の方に沈んでいるという意味であり、蛍光体８１は、蛍光体含有層５２の中で堆積して蛍光体が密に存在する蛍光体層８０を形成している。
蛍光体８１が堆積していると、透光性部材４０の上面４１から蛍光体含有層５２に向かって出射された発光は、上面４１に堆積した蛍光体層８０を通過する間に、発光の一部が波長変換される。蛍光体層８０内では蛍光体８１が密に存在しているので、（蛍光体８１が疎に存在する場合に比べて）発光が蛍光体８１に衝突する確率が高くなる。つまり、蛍光体含有層５２に含まれる蛍光体８１の量が同じであれば、蛍光体含有層５２の全体に蛍光体８１を分散した形態（図２の発光装置１１）に比べて、蛍光体含有層５２の下側に蛍光体８１を堆積した形態（図４の発光装置１１’）のほうが、発光を波長変換する率（波長変換率）が高くなる。よって、蛍光体８１を堆積した発光装置１１’のほうが、蛍光体８１を分散した発光装置１１に比べて、所望の色度を達成するのに必要な蛍光体８１の添加量を少なくすることができる。
変形例に係る発光装置１１’を製造するためには、発光装置１１の製造方法の工程４を一部変更する。他の工程１〜３については発光装置１１と同様である。
工程４において、液状樹脂材料を硬化させる前に、液状樹脂材料内の蛍光体８１を沈降させ、蛍光体８１を、透光性部材４０の上面４１及び光反射層５１の上面に堆積させる。蛍光体８１が堆積した後に、液状樹脂材料を硬化させる。
このようにして、本変形例に係る発光装置１１’を得ることができる。
＜実施の形態２＞
本実施の形態に係る発光装置は、透光性部材４０の側面４３を覆う封止部材５０が、光反射層５１から蛍光体含有層５２に変更された点で、実施の形態１に係る発光装置１１と大きく異なる。また、発光素子６０の側面６３が、光反射層５１によって直接覆われている点でも、実施の形態１に係る発光装置１１と異なる。その他の構成については、実施の形態１に係る発光装置１１と同様である。
以下に、実施の形態１に係る発光装置１１と異なる点を中心に説明する。
図５に示すように、本実施の形態に係る発光装置１２は、透光性部材４０の側面４３が、封止部材５０の蛍光体含有層５２によって覆われている。よって、透光性部材４０中で広がった光は、透光性部材４０の上面４１のみならず、透光性部材４０の側面４３からも出射される。側面４３から出射した発光によって、実質的な発光面積をさらに広げることができる。
また、従来の白色発光装置では、発光装置の周囲が黄色く見える現象（イエローリング）が起こりやすく、発光装置の色むらの原因となっていた。このイエローリングは、発光素子から上方向に進行する青色光が蛍光体によって散乱されて、発光素子周囲にある蛍光体を光らせることによって生じると考えられる。本実施の形態の発光装置１２では、従来の発光装置では青色光が届かなかった発光装置の周辺領域に、透光性部材４０の側面４３から出射された青色光が届くので、イエローリングの発生を抑えることができる。
本実施の形態では、さらに、透光性部材４０の外延部４５の下面４５ｂの少なくとも一部（好ましくは全部）が封止部材５０の蛍光体含有層５２によって覆われている。よって、透光性部材４０中で広がった発光は、外延部４５の下面４５ｂからも出射される。ここで、基板３０の上面３０ａが光反射層５１で覆われていることにより、外延部４５の下面４５ｂから下向きに出射した発光を、上向きに反射することができるので、発光装置１２の光取出し効率を向上させることができる。また、外延部４５の下面４５ｂからも出射される発光も、イエローリングの緩和に寄与しうる。
透光性部材４０の側面４３の面積が増加すると、側面４３からの青色光の出射量が増加するので、イエローリングの緩和効果が高まる。このことから、透光性部材４０の厚さが厚いほど好ましい。その一方で、透光性部材４０の厚さが薄いほど、発光装置の高さを抑制できるので好ましい。透光性部材４０の厚さは、０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍであるのが好ましく、発光装置の薄型化を図りつつ、光取出し効率の向上効果及びイエローリングに緩和効果を得ることができる。
次に、図５を参照しながら、本実施の形態に係る発光装置１２の製造方法について説明する。実施の形態１と異なるのは、透光性部材４０の載置（工程２）より前に、光反射層５１を形成（工程３）する点である。
＜工程１．発光素子６０の実装＞
実施の形態１の工程１と同様に、ハウジング３２を形成し、発光素子６０を実装する。
＜工程３．光反射層５１の形成＞
実施の形態１の工程３同様に、光反射層５１は、反射性物質を添加した樹脂材料（反射性樹脂）から形成することができる。硬化前の液状樹脂材料に反射性物質を添加した後に、ハウジング３２の側壁３１と発光素子６０との隙間に滴下する。滴下された液状樹脂材料は、最初に基板３０の上面３０ａに接触し、その後に表面張力によって、側壁３１の内面３１ｂ、及び発光素子６０の側面６３を這い上がって、それらの面を覆う。このようにして、図５のような断面形状の光反射層５１を容易に形成することができる。
最後に、液状樹脂材料を硬化させて、光反射層５１を形成する。
＜工程２．透光性部材４０の載置＞
発光素子６０の上面６１の面積より大きい透光性部材４０を準備し、透光性部材４０の上面４１に載置する。接着剤は、発光素子６０の上面６１と透光性部材４０の下面４２との間のみならず、透光性部材４０の外延部４５の下面４５ｂまで覆ってもよい。実施の形態１とは異なり、発光素子６０の側面６３は既に光反射層５１で覆われているので、発光素子６０の側面６３が接着剤で覆われることはない。接着剤を硬化することにより、透光性の接着剤層７０が形成される。
＜工程４．蛍光体含有層５２の形成＞
実施の形態１の工程４と同様に、蛍光体含有層５２は、蛍光体８１を添加した樹脂材料（蛍光体含有樹脂）から形成することができる。硬化前の液状樹脂材料に蛍光体８１を添加した後に、透光性部材４０の上面４１に滴下する。滴下された液状樹脂材料は、透光性部材４０の上面４１から、透光性部材４０の側面４３、外延部４５の下面４５ｂ、及び光反射層５１の上面まで広がって、凹部３３内に充填される。
最後に、液状樹脂材料を硬化させて、蛍光体含有層５２を形成する。
このようにして、本実施の形態に係る発光装置１２を得ることができる。
（変形例）
図６は、本実施の形態の変形例に係る発光装置１２’である。発光装置１２’では、蛍光体含有層５２内において、蛍光体８１が透光性部材４０の上面４１、及び蛍光体含有層５２と光反射層５１との界面５５上に堆積している。ここで、外延部４５の下側には蛍光体８１が堆積せず、蛍光体層８０は図６に示すようなプロファイルとなる。蛍光体層８０が外延部４５直下に実質的に延在しないことにより、外延部４５の下面４５ｂから下向きに出射された発光の多くは、蛍光体層８０に衝突せずに（つまり、蛍光体層８０内の蛍光体８１によって散乱されることなく）、光反射層５１によって反射される。ここで、光反射層５１の上面（界面５５）の断面形状は、外向きかつ上向きの湾曲面になっている。このような形状は、例えば、光反射層５１の形成時に、反射性樹脂が発光素子６０の側面６３を這い上がることにより得られる。よって、外延部４５の下面４５ｂから下向きに出射された発光は、湾曲した光反射層５１の上面によって外向きかつ上向きに反射されるので、透光性部材４０に戻ることなく、発光装置１２’の外側に取り出すことが可能となる。
また、実施の形態１の変形例と同様に、蛍光体８１を堆積することにより、蛍光体８１を分散した発光装置１２に比べて、好適な変換率を達成するのに必要な蛍光体８１の添加量を少なくすることができる。
変形例に係る発光装置１２’を製造するためには、発光装置１２の製造方法の工程４を一部変更する。他の工程１〜３については発光装置１２と同様である。
工程４において、液状樹脂材料を硬化させる前に、液状樹脂材料内の蛍光体８１を沈降させ、蛍光体８１を、透光性部材４０の上面４１及び光反射層５１の上面に堆積させる。蛍光体８１が堆積した後に、液状樹脂材料を硬化させる。
このようにして、本変形例に係る発光装置１２’を得ることができる。
＜実施の形態３＞
図７〜図８に示すように、本実施の形態に係る発光装置１３は、いわゆるチップ・オン・ボード（ＣＯＢ）と呼ばれるタイプの発光装置である。
発光装置１３は、基板３０と、基板３０の上面３０ａに実装された複数の発光素子６０（図７では３個×６個）と、発光素子６０の上面６１に載置された板状の透光性部材４０とを含んでいる。透光性部材４０は複数の発光素子６０を覆っており、透光性部材４０と発光素子６０との間は、透光性の接着剤層７０によって固定することができる。基板３０の上面３０ａにはさらに、複数の発光素子６０及び透光性部材４０を囲むように枠体３５が設けられている。枠体３５の内側では、発光素子６０及び透光性部材４０は２層から成る封止部材５０によって封止される。
この実施の形態に係る発光装置１３では、実施の形態１〜２と同様に、面積の大きい透光性部材４０を用いることによって実質的な発光面積が広がる効果と、蛍光体８１の使用量が抑制されることによって光取出し効率を向上できる効果を奏する。さらに、本実施の形態では、ＣＯＢタイプの発光装置ならではの課題を解決することができる。以下に詳細に説明する。
複数の発光素子を載置したＣＯＢタイプの発光装置では、複数の発光素子が間隔をあけて配列されているため、点灯時にも、各発光素子が分離して配置されているのを視認し得る。そのような発光装置は、均一照明が望ましい照明用途においては好ましくない。そこで、従来は封止樹脂に拡散剤を添加して、個々の発光素子として視認しにくくしていた。しかしながら、拡散剤を添加すると、光取出し効率が低下する問題があった。
本実施の形態では、複数の発光素子６０を覆う透光性部材４０を設けることにより、各発光素子６０からの発光を１枚の透光性部材４０内の全体に広げることができるので、個々の発光素子として視認しにくくすることができる。また、封止樹脂に拡散剤を添加しなくてよいので、光取出し効率を低下させることも少ない。
このように、本実施の形態によれば、ＣＯＢ型発光装置において、個々の発光素子を視認しにくくして全体に均一発光しうる発光装置であって、光取出し効率が改善されたものを提供することができる。
次に図８を参照しながら、本実施の形態に係る発光装置１３の製造方法について説明する。本実施の形態では、工程１の後に、新たな「工程５」を新たに含む点で大きく異なる。
＜工程１．発光素子の実装＞
外部電極３７等の導体配線を形成した基板３０を準備し、基板３０の上面３０ａに複数の発光素子６０を実装する。このとき、基板３０に設けられた導体配線に発光素子６０の電極を適宜接続することにより、外部電極３７から発光素子６０に通電することができる。
＜工程５．枠体３５の形成＞
枠体３５は、樹脂材料から形成することができ、特に、反射性物質を添加した反射性樹脂から形成するのが好ましい。硬化前のペースト状樹脂材料に反射性物質を添加した後、ペースト状樹脂材料を排出することのできる器具（例えば注射器のような分配装置）を用いて、基板３０上に枠体３５の形状を描く。
最後に、ペースト状樹脂材料を硬化させて、枠体３５を形成する。この方法によれば、金型を使用せずに枠体３５を形成することができる。
枠体３５は１つのみに限らず、複数形成してもよい。例えば、後述する蛍光体層を形成するための樹脂枠を別途設けることもできる。複数形成する場合は、複数の枠体が上下に重なるように形成しても良いし、平面視で１枠目を囲むように複数設けても良い。
＜工程３．光反射層５１の形成＞
実施の形態１〜２の工程３と同様に、光反射層５１は、反射性物質を添加した樹脂材料（反射性樹脂）から形成することができる。硬化前の液状樹脂材料に反射性物質を添加した後に、枠体３５と発光素子６０との隙間に滴下する。滴下された液状樹脂材料は、最初に基板３０の上面３０ａに接触し、その後に表面張力によって、枠体３５の内面３５ｂ、及び発光素子６０の側面６３を這い上がって、それらの面を覆う。このようにして、図８のような断面形状の光反射層５１を容易に形成することができる。
最後に、液状樹脂材料を硬化させて、光反射層５１を形成する。
＜工程２．透光性部材４０の載置＞
複数の発光素子６０を覆うことのできる寸法の透光性部材４０を準備し、複数の発光素子６０の上面６１に、それらを覆うように載置する。このとき、接着剤によって発光素子６０と透光性部材４０とを固定するのが好ましい。接着剤を硬化することにより、透光性の接着剤層７０が形成される。
透光性部材４０は、複数の透光性部材４０の上面４１を完全に覆うように載置されているので、各発光素子６０の上面６１から出射される発光を１枚の透光性部材４０に効率よく導入することができる。
＜４．蛍光体含有層５２の形成＞
実施の形態１〜２の工程４と同様に、蛍光体含有層５２は、蛍光体８１を添加した樹脂材料（蛍光体含有樹脂）から形成することができる。硬化前の液状樹脂材料に蛍光体８１を添加した後に、透光性部材４０の上面４１に滴下する。滴下された液状樹脂材料は、透光性部材４０の上面４１から、透光性部材４０の側面４３、外延部４５の下面４５ｂ、及び光反射層５１の上面まで広がって、凹部３３内に充填される。
なお、液状樹脂材料は、表面張力によって盛り上がった状態となるように形成してもよい。これにより、枠体３５の高さが低くても、透光性部材４０の上面４１を蛍光体含有層５２で覆うことができる。
最後に、液状樹脂材料を硬化させて、蛍光体含有層５２を形成する。なお、図８に示すような発光装置１３は、実施の形態１〜２の変形例と同様に、蛍光体８１が堆積した形態であるので、液状樹脂材料を硬化させる前に、液状樹脂材料内の蛍光体８１を沈降させる。これにより、蛍光体８１を、透光性部材４０の上面４１及び光反射層５１の上面に堆積させることができる。蛍光体８１が堆積した後に、液状樹脂材料を硬化させる。
このようにして、本実施の形態に係る発光装置１３を得ることができる。
蛍光体含有層を形成する前に、蛍光体含有層を形成するための枠体を別途設けてもよい。例えば、光反射層を形成するための枠体と、蛍光体含有層を形成するための枠体を別途設けることにより、枠体内面への光反射層の這い上がり高さや、蛍光体含有層の表面形状などを、適宜調整することができる。
また、第１封止樹脂（光反射層）と枠体を一体で形成し、第１封止樹脂を蛍光体含有層を形成するための枠体とすることもできる。
以下に、実施の形態１〜３の発光装置１１〜１３の各構成部材に適した材料を説明する。
（基板３０）
基板３０は、例えば、樹脂材料（例えば、ガラスエポキシ樹脂などのエポキシ系樹脂）、セラミックス（ＨＴＣＣ、ＬＴＣＣ）などの絶縁性材料、絶縁性材料と金属部材との複合材料等から形成することができる。特に、耐熱性および耐候性の高いセラミックス材料が好ましい。セラミックス材料の具体例としては、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどが挙げられる。
（側壁３１）
本願発明では、基板３０の上面３０ａに固定された側壁３１を含むことにより、ハウジング３２を形成することができる。側壁３１に好適な材料としては、基板３０と同様の絶縁材料を用いることができ、例えば、樹脂材料（例えば、ガラスエポキシ樹脂などのエポキシ系樹脂）、セラミックス材料などの絶縁性材料や、金属等の導電性材料を絶縁性材料で被覆した複合材料が挙げられる。なお、側壁３１に導体配線が接触しない場合には、金属等の導電材料から形成することもできる。
（枠体３５）
枠体３５は、シリコーン樹脂（例えばジメチルシリコーン樹脂）、エポキシ樹脂等の樹脂材料から形成することができる。また、樹脂材料にフィラーを添加して、樹脂材料の物理的又は機械的特性を向上させることができる。例えば、樹脂材料に酸化チタンを添加することにより、枠体３５の光の反射率を高めることができる。
（発光素子６０）
発光素子６０としては、半導体発光素子（例えばＬＥＤ）を用いることができる。半導体発光素子は、発光素子用基板の上に、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等の半導体層を積層した積層構造体から構成されている。
（透光性部材４０）
透光性部材４０は、発光素子６０の発光を伝播するための板状部材であり、発光に対して透明な材料から形成される。特許文献１〜２とは異なり、透光性部材４０は、蛍光体８１を含有しない。透光性部材４０に好適な材料としては、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどのガラス材料、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの透光性樹脂、サファイアなどが挙げられる。
（光反射層５１）
封止部材５０を構成する光反射層５１は、光反射率の高い反射性材料から形成することができる。反射性材料としては、反射性物質を添加した樹脂材料が好ましく、本願の実施の形態１〜３で開示したような形態の光反射層５１を形成するのが容易である。
樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、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を好適に用いることができる。
反射性物質は、発光素子６０からの発光（例えば青色発光）と蛍光体８１による波長変換後の光（例えば黄色蛍光）のいずれに対しても高い反射率を有する材料であって、樹脂材料中に分散可能なものが好ましい。反射性物質としては、例えば、酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライトなどを好適に用いることができる。
（蛍光体含有層５２）
封止部材５０を構成する蛍光体含有層５２は、蛍光体８１を含有した透光性材料から形成することができる。透光性材料としては、蛍光体８１を添加した樹脂材料が好ましく、本願の実施の形態１〜３で開示したような形態の蛍光体含有層５２を形成するのが容易である。
樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、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を好適に用いることができる。
（蛍光体８１）
蛍光体８１としては、発光素子６０からの発光を吸収して、異なる波長の光に波長変換するものが選択される。蛍光体は、当該分野で公知のものを使用することができる。例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬＡＧ）、ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム（ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）系蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート（（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４）系蛍光体、βサイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ系やＳＣＡＳＮ系蛍光体等の窒化物系蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ）、硫化物系蛍光体などが挙げられる。これにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光（例えば、白色系）を出射する発光装置、紫外光の一次光に励起されて可視波長の二次光を出射する発光装置とすることができる。
蛍光体は、複数の種類の蛍光体を組み合わせて用いても良い。所望の色調に適した組み合わせや配合比で用いて、演色性や色再現性を調整することもできる。例えば、透光性部材４０の上面を覆う蛍光体と、第２封止部材と前記第１封止部材との界面上に堆積している蛍光体とで、違う種類の蛍光体を用いてもよい。
（接着剤層７０）
接着剤層７０は、発光素子６０の発光に対して透明である材料から形成される。接着剤層７０は、例えばエポキシまたはシリコーンのような樹脂系接着剤から形成することができる。
＜光束の測定＞
本発明に係る発光素子の光取出し効率の向上を観察するために、発光素子の光束を測定した。
測定用の発光装置としては、図４に示す発光装置１１’（試料１ａ〜１ｃ）と、図６に示すに示す発光装置１２（試料２ａ〜２ｃ）とを準備した。なお、比較用として、透光性部材４０を備えていない発光装置（比較試料３ａ）も準備した。
各試料では、発光素子６０として窒化物半導体系の青色発光素子（１辺０．８ｍｍの正方形）を用いた。透光性部材４０は、板状のガラスから形成し、寸法は縦１．０ｍｍ×横１．０ｍｍ×厚さ０．０５〜１．４５ｍｍであった。各試料に使用した透光性部材４０の具体的な厚さは表１に示す。光反射層５１は、シリコーン樹脂に酸化チタンを添加した反射性材料（酸化チタン濃度３０ｗｔ％）から形成した。蛍光体含有層５２は、蛍光体８１としてＹＡＧ蛍光体を用いた。なお、蛍光体含有層５２中における蛍光体の濃度は、発光装置を正面から観察したときの中心点における発光色が白色（色度表示で（ｘ，ｙ）≒（０．３，０．３））となるように調節された。
各々調製した試料に３５０ｍＡの電流を通電して発光させて、光束を測定した。光束の測定値（ｌｍ）と、比較試料３ａの光束を１００％としたときの相対値（％）とを表１に示す。
Figure 2015128085
透光性部材４０を備えた試料１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃでは、透光性部材４０を備えていない比較試料３ａに比べて、約９％〜１７％の光束の増加が確認された。特に、試料２ａ〜２ｃでは、光束が１１〜１７％も増加しており、透光性部材４０の厚さが厚いほど、光束が増加する傾向が確認された。
これらの結果から、発光素子の上に、発光素子よりも大きい透光性部材４０を載置することにより、光束が増加し、光取出し効率を向上できることがわかった。
また、透光性部材４０の側面４３が光反射層５１で覆われていない試料２ａ〜２ｃのほうが、側面４３が光反射層５１で覆われている試料よりも光束が増加し、光取出し効率を改善する効果が高いことがわかる。特に、透光性部材４０の厚さが厚くなると（つまり、側面４３の面積が増加すると）光束がさらに増加し、光取出し効率が改善する効果が顕著になることもわかる。このことから、側面４３から出射される発光量を増加することにより、発光装置の光取出し効率を向上できることがわかった。
＜発光色の角度依存性の測定＞
白色の発光装置の発光色について、測定方向との関係（角度依存性）を調べた。測定は、実施例１と同じ試料を使用した。
各試料に３５０ｍＡの電流を通電して発光させて、測定方向を変えながら発光色を測定した。測定方向は、発光装置の光軸Ｃ（ｚ軸と平行で、発光装置の上面視中央点を通る軸のこと。図２参照）からの角度θで規定した。また、測定に際しては、ｘ−ｚ平面内において角度θを変えた測定（ｘｚ面測定）と、ｙ−ｚ平面内において角度θを変えた測定（ｙｚ面測定）を行った。
発光色の評価には、ＣＩＥ表色系に基づくｘ値、ｙ値を用いた。θ＝０°における発光色の色度（白色）を基準値とし、各測定値について基準値のずれ（Δｘ、Δｙ）で発光色を評価した。Δｘ、Δｙと発光色とは、次のような関係性がある。まず、Δｘ、Δｙが小さいほど白色光に近い。Δｘ、Δｙが共に正の値の場合は黄色にシフトしている。そして、Δｘ、Δｙが共に負の値の場合は青色にシフトしている。
各試料の測定結果を図９〜図１５に示す。図から分かるように、ｘｚ面測定とｙｚ面測定におけるΔｘ、Δｙの最大値はほぼ等しかったので、測定結果の検討においては、ｘｚ面測定の結果を用いることとする。また、各グラフとも、θ＝０°〜９０°のグラフと、θ＝０°〜−９０°のグラフは、縦軸に対して略線対称となっているので、θ＝０°〜９０°の範囲のグラフのみを検討する。さらに、角度θ＝８０°〜９０°は、発光装置を略真横（ｘ軸方向又はｙ軸方向）から観察したものであり、実際の照明用途において視認されることは殆どないので、θ＝０°〜＋８０°の範囲における発光色のみを評価の対象とした。
表２には、以下の事項を記載した。
（１）各試料のΔｘ、Δｙの最大値（つまり、θ＝８０°におけるΔｘ、Δｙ）
（２）Δｘ、Δｙの最大値について、比較試料３ａのΔｘ、Δｙを１００％としたときの相対値（％）
（３）相対値の評価は、１００％では変化がなく（つまり、発光色の角度依存性の改善は見られず）、６０％〜９９％であると改善が見られるので好ましく、０％〜６０％であると、著しく改善されるので、最も好ましい。
Figure 2015128085
（比較試料３ａについて）
図１５に示すように、比較試料３ａは、０≦θ≦１５°ではΔｘ、Δｙともほぼ０であった。θ＞１５°でΔｘ、Δｙとも増加し、θ＝８０°ではΔｘ＝０．０２５、Δｙ＝０．０５０（黄色がかった白色光）であった。
（試料１ａ〜１ｃについて）
図９に示すように、試料１ａは、比較試料３ａとほぼ同じ結果であった。
図１０に示すように、試料１ｂは、０≦θ≦１０°ではΔｘ、Δｙともほぼ０であった。θ＞１０°でΔｘ、Δｙとも増加し、θ＝８０°ではΔｘ＝０．０２５、Δｙ＝０．０５０（黄色がかった白色光）であった。
図１１に示すように、試料１ｃは、０≦θ≦１０°ではΔｘ、Δｙともほぼ０であった。θ＞１０°でΔｘ、Δｙとも増加し、θ＝８０°ではΔｘ＝０．０２０、Δｙ＝０．０４０（僅かに黄色がかった白色光）となった。
（試料２ａ〜２ｃについて）
図１２に示すように、試料２ａは、０≦θ≦１５°ではΔｘ、Δｙともほぼ０であった。θ＞１５°でΔｘ、Δｙとも増加し、θ＝８０°ではΔｘ＝０．０１５、Δｙ＝０．０２５（ごく僅かに黄色がかっているが、略白色光と見なせる）となった。
図１３に示すように、試料２ｂは、０≦θ≦１５°ではΔｘ、Δｙともほぼ０であった。θ＞１５°でΔｘ、Δｙとも増加し、θ＝８０°ではΔｘ＝０．００７、Δｙ＝０．０２０（純粋な白色光）となった。
図１４に示すように、試料２ｃは、０≦θ≦３０°ではΔｘ、Δｙともほぼ０であった。θ＞３０°でΔｘ、Δｙとも増加し、θ＝８０°ではΔｘ＝０．００５、Δｙ＝０．０１０（純粋な白色光）となった。
表２の評価から、発光色の角度依存性について、試料１ａ〜１ｂは比較試料３ａと同様であり、試料１ｃは僅かに改善され、試料１ａ〜１ｃは顕著に改善されたことがわかる。
まとめると、透光性部材４０を備えた試料１ａ〜１ｃは、透光性部材４０を備えていない比較試料３ａと比べて、発光色の角度依存性の改善は殆ど認められなかった。透光性部材４０を発光素子６０に載置するだけでは、発光色の角度依存性が改善できないとものと推測される。
しかしながら、透光性部材４０を載置した上で、その側面４３を光反射層５１で覆っていない試料２ａ〜２ｃは、比較試料３ａに比べて、発光色の角度依存性が大幅に改善された。特に、透光性部材４０の厚さが厚くなると（つまり、側面４３の面積が増加すると）発光色の角度依存性がさらに抑制され、視認方向に拘わらずほぼ白色光になることがわかる。このことから、透光性部材４０の側面４３から発光を取り出すことにより、発光色の角度依存性を効果的に改善できることがわかった。
以上、本発明に係るいくつかの実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。
１１、１１’、１２、１２’、１３ 発光装置
３０ 基板３０
３１ 側壁
３２ ハウジング
３５ 枠体
４０ 透光性部材
４５ 透光性部材の外延部
５０ 封止部材
５１ 第１封止部材（光反射層）
５２ 第２封止部材（蛍光体含有層）
６０ 発光素子
８１ 蛍光体

Claims (7)

  1. 基板と、
    前記基板上に実装された発光素子と、
    前記発光素子の上面に載置された透光性部材と、
    前記発光素子及び前記透光性部材を封止する封止部材と、を含み、
    前記透光性部材は、蛍光体を含有しない板状の部材であり、上面視において前記発光素子より大きく、
    前記封止部材は、
    前記発光素子の発光を反射する光反射性部材から成り、前記発光素子の側面を覆っている第１封止部材と、
    前記発光素子の発光を異なる波長の光に変換するための蛍光体を含有し、前記透光性部材の少なくとも上面を覆っている第２封止部材と、を含むことを特徴とする発光装置。
  2. 前記第２封止部材が、さらに前記透光性部材の側面を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記透光性部材は、上面視において前記発光素子より外側に延在した外延部の下面の少なくとも一部が、前記第２封止部材により覆われており、
    前記基板の上面が第１封止部材で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記第２封止部材は樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
  5. 前記第１封止部材が、さらに前記基板の上面を覆っており、
    前記蛍光体は、前記第２封止部材内において、前記透光性部材の上面、及び前記第２封止部材と前記第１封止部材との界面上に堆積していることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
  6. 発光装置の製造方法であって、
    １）基板の上面に発光素子を実装する工程と
    ２）前記発光素子の上面に、上面視において前記発光素子より大きい板状の透光性部材を載置する工程と、
    ３）前記発光素子の発光を反射する光反射性部材から成る第１封止部材により、前記発光素子の側面を覆う工程と、
    ４）前記工程２）及び３）の後に、前記発光素子の発光を異なる波長の光に変換するための蛍光体を含有する第２封止部材により、前記透光性部材の少なくとも上面を覆う工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
  7. 前記第１封止部材は樹脂材料から成り、
    前記３）工程は、
    硬化前の液状樹脂材料を滴下する過程と、
    前記液状樹脂材料を硬化して前記第１封止部材を形成する過程と、を含み、
    前記２）工程より前に、前記３）工程を行うことを特徴とする請求項６に記載の発光装置の製造方法。
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