JP2018190771A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光面における色むらを低減することができる発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】光取り出し面を有する発光素子、該発光素子の光取り出し面に接し、前記発光素子の光取り出し面を内包する第１下面と、前記第１下面に対向し、前記第１下面より大きい面積を有する上面と、前記上面に連続する第１側面と、前記第１側面よりも内側に位置し、前記第１下面に連続する第２側面と、前記第１側面及び前記第２側面に連続する第２下面とを有する透光性部材、前記発光素子の側面の少なくとも一部と、前記透光性部材の第２側面及び第２下面の少なくとも一部とを覆う導光部材、前記透光性部材の第１側面及び前記導光部材の側面を被覆する被覆部材を備える発光装置。
【選択図】図１Ｂ

Description

本開示は、発光装置及びその製造方法に関する。
従来から、発光素子の上面に、透明材料層を介して板状光学層を搭載した発光装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
この板状発光層は、発光面積を小さくすることで、光取り出し効率の向上を図っている。
特開２０１２−４３０３号公報
しかし、発光素子の上面より大きい下面を有する板状光学層の利用では、発光素子の光取出し面とその外周部分との間において、光分布が均一にならず、発光むらが生じやすい。
本開示は、発光面における色むらを低減することができる発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本願は、以下の発明を含む。
（１）光取り出し面を有する発光素子、
該発光素子の光取り出し面に接し、前記発光素子の光取り出し面を内包する第１下面と、前記第１下面に対向し、前記第１下面より大きい面積を有する上面と、前記上面に連続する第１側面と、前記第１側面よりも内側に位置し、前記第１下面に連続する第２側面と、前記第１側面及び前記第２側面に連続する第２下面とを有する透光性部材、
前記発光素子の側面の少なくとも一部と、前記透光性部材の第２側面及び第２下面の少なくとも一部とを覆う導光部材、
前記透光性部材の第１側面及び前記導光部材の側面を被覆する被覆部材を備える発光装置。
（２）透光性基板上に複数の発光素子を接合し、
前記透光性基板上に前記複数の発光素子それぞれの外周を取り囲む少なくとも１つの溝を形成し、
前記溝内及び前記複数の発光素子それぞれの外周側面を連続して被覆する少なくとも１つの導光部材を配置し、
前記複数の発光素子間における前記透光性基板を分離し、１つの透光性基板に少なくとも１つの発光素子が接合された発光装置を得ることを含む発光装置の製造方法。
本発明の実施形態の発光装置によれば、発光面における色むらを低減することができる発光装置及びその製造方法を提供することができる。
本願の一実施形態の発光装置の構成を模式的に示す概略平面図である。 図１ＡのＩＢ−ＩＢ線断面図である。 図１Ｂの要部の拡大図である。 図１Ａの発光装置の製造方法を模式的に示す概略断面工程図である。 図１Ａの発光装置の製造方法を模式的に示す概略断面工程図である。 図１Ａの発光装置の製造方法を模式的に示す概略断面工程図である。 図１Ａの発光装置の製造方法を模式的に示す概略断面工程図である。 図２Ｂにおける概略平面図である。
以下、本発明に係る実施形態の一例となる発光装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。以下の説明において参照する図面は、本発明を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係等が誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、以下の説明では、同一の名称及び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こととする。
〔発光装置〕
この実施形態の発光装置は、図１Ａ〜１Ｃに示すように、発光素子１１と、発光素子１１の上方に配置される透光性部材１２と、発光素子１１の側面および透光性部材１２の下面を被覆する導光部材１３と、導光部材１３および透光性部材１２の側面を被覆する被覆部材１４とを備える。このような発光装置１０は、例えば、一般照明用光源、車載用光源として利用できる。
この発光装置１０では、透光性部材１２が、後述するように、発光素子側に位置する下面に、発光素子の光取り出し面と接する凸部を備える。言い換えると、透光性部材１２は、上面からの高さが異なる２つの下面を有し、これにより、発光素子１１の光取出し面の外周部（つまり平面視において発光素子１１より外側に位置する領域）に中央部（つまり平面視において発光素子１１と重なる領域）よりも厚みの薄い透光性部材１２を配置することができる。透光性部材１２がこのような構成を有することにより、透光性部材１２の上面を発光面とする発光装置１０における発光面の発光むらを効果的に低減することができる。
透光性部材１２の凸部(つまり平面視において発光素子１１と重なる領域)においては、透光性部材１２が発光素子１１に接して配置されることにより、発光素子１１から出射される光が、従来、発光素子１１と透光性部材１２との間に介在していた他部材（例えば、接着剤等）を介さずに入射されるため、他部材の介在による光吸収、光反射を回避することができ、光の取出し効率を向上させることができる。これに対し、透光性部材１２の下面の凸部以外の領域（つまり平面視において発光素子１１より外側に位置する領域）は、発光素子１１からの出射光は主に導光部材１３を介して入射される。このため、この領域の透光性部材１２の厚みを薄くすることで、透光性部材１２の上面における中央部と外周部における輝度差を抑制することができる。特に透光性部材１２が後述する蛍光体を含有する場合には、外周部における色むらを効果的に抑制することができる。
（発光素子１１）
発光素子１１は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層と発光層とからなる半導体層を有する発光ダイオードを用いることが好ましく、目的及び用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。発光素子１１は、半導体層の一面側を主な光取出し面とする。例えば、青色（波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの光）、緑色（波長４９０ｎｍ〜５７０ｎｍの光）の発光素子１１としては、ＺｎＳｅ、窒化物系半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰ等の半導体層を用いたものが挙げられる。また、赤色（波長６２０ｎｍ〜７５０ｎｍの光）の発光素子１１としては、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等の半導体層を用いたもの等が挙げられる。なお、後述するように、蛍光体を用いた発光装置１０とする場合には、その蛍光体を効率よく励起できる短波長の発光が可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることが好ましい。発光素子１１の成分組成、発光色、大きさ等は、目的及び用途に応じて適宜選択することができる。
発光素子１１は、半導体層に接続された一対の電極を備える。一対の電極は、半導体層の異なる面に配置されていてもよいが、半導体層の同一面側に配置されていることが好ましい。これにより、発光素子１１を基板１５上にフリップチップ実装することができる。一対の電極が形成された面を下面として基板１５上にフリップチップ実装した場合、下面と反対側の上面が発光素子１１の主な光取り出し面となる。
発光素子１１は、円形、楕円形、正方形又は六角形等の多角形等種々の平面形状を採ることができるが、正方形、長方形等の矩形又は正六角形であることが好ましい。その大きさは、用いる用途、得ようとする性能等によって適宜設定することができる。
発光素子１１の光取出し面には、後述するように、透光性部材１２が接して配置される。透光性部材１２は、後述するように、接着剤等を介さずに直接接合され、固定されていることが好ましい。そのために、発光素子１１の光取出し面は、平滑であることが好ましい。例えば、表面粗さＲａが１．０ｎｍ以下であることがより好ましく、０．３ｎｍ以下であることがさらに好ましい。ここでの表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３による「算術平均粗さＲａ」として表される値を指す。
（透光性部材１２）
透光性部材１２は、発光素子１１の光取り出し面に接して配置されている。
透光性部材１２は、発光素子側に対向する下面に凸部を備える。言い換えると、透光性部材１２は、第１下面１２Ｂ１と、上面１２Ａと、第１側面１２Ｓ１と、第２側面１２Ｓ２と、第２下面１２Ｂ２とを有する。具体的には、透光性部材１２は、発光素子１１の光取り出し面に接する第１下面１２Ｂ１と、第1下面１２Ｂ１と反対側の面となる上面１２Ａと、上面１２Ａに連なる第１側面１２Ｓ１と、第1側面よりも内側に位置する第２側面１２Ｓ２と、第1側面１２Ｓ１と第２側面１２Ｓ２との間に位置する第２下面１２Ｂ２とを有する。透光性部材１２の第１下面１２Ｂ１から上面１２Ａまでの高さは、第２下面１２Ｂ２から上面１２Ａまでの高さよりも高い。
透光性部材１２の上面１２Ａと第１下面１２Ｂ１とは、互いに対向する面であり、互いに平行に対向する面であることがより好ましい。
透光性部材１２の第１下面１２Ｂ１は、発光素子１１の光取り出し面に接する面であり、後述するように、接着剤等を介さずに直接接合され、固定されていることが好ましい。これによって、従来から用いられている接着剤等による光吸収や光反射を回避することができ、発光素子から出射される光を、接着剤等の影響を受けることなく透光性部材１２に入射させることができ、透光性部材１２の上面を発光面とする発光装置１０における光の取出し効率の向上を図ることができる。
第１下面１２Ｂ１は、後述する種々の接合法によって発光素子１１の光取り出し面と直接接合されている。そのために、第１下面１２Ｂ１は、平滑であり、例えば、Ｒａが１．０ｎｍ以下であることが好ましく、０．３ｎｍ以下であることがより好ましい。
第１下面１２Ｂ１は、発光素子１１の光取り出し面（つまり発光素子１１の上面）と同等の大きさでもよいが、発光素子１１の光取り出し面を内包するように、発光素子１１の光取り出し面よりも若干大きいことが好ましい。例えば、第１下面１２Ｂ１は、発光素子１１の光取出し面の１００〜１２０％の面積を有することが好ましい。第１下面１２Ｂ１は、その外縁の一部又は全部が、発光素子１１の光取出し面の外縁よりも外側に配置されていることが好ましく、その外縁の全部が外側に配置されていることがより好ましい。また、第１下面１２Ｂ１は、その中心が、発光素子１１の光取出し面の中心と略一致するように配置されていることが好ましい。さらに、第１下面１２Ｂ１は、発光素子１１と同様に、種々の平面形状を採ることができるが、正方形、長方形等の矩形又は正六角形であることが好ましく、発光素子１１の光取出し面の形状と同じ又は相似であることがより好ましい。
例えば、第１下面１２Ｂ１の外縁と発光素子１１の光取出し面の外縁との距離Ｗ２は、１０〜５０μｍが挙げられ、１０〜４０μｍが好ましく、１５〜３０μｍがより好ましい。このように、透光性部材１２の第１下面１２Ｂ１が、発光素子１１の光取り出し面から露出する領域を有することにより、発光素子の光取り出し面から透光性部材１２の上面１２Ａの外縁に向かって斜め方向に向かう光の経路が確保できる。つまり、断面視において、透光性部材１２の上面端部と発光素子１１の光取り出し面端部を結ぶ直線経路が確保できる程度の距離Ｗ２とすることが好ましい。
透光性部材の上面１２Ａは発光装置１０の発光面として、発光装置１０の外面（例えば上面）の一部を構成する面である。上面１２Ａは、第１下面１２Ｂ１に対向する面であり、第１下面１２Ｂ１より大きい面積を有する。例えば、上面１２Ａは、第１下面１２Ｂ１の１００％より大であり、１５０％以下の面積を有することが好ましい。上面１２Ａは、その中心が、第１下面１２Ｂ１の中心と一致するように配置されていることが好ましい。また、上面１２Ａは、発光素子１１の光取出し面より大であり、その面積の１７０％以下の面積を有することが好ましい。上面１２Ａは、その中心が、発光素子１１の光取出し面の中心と略一致するように配置されていることが好ましい。
上面１２Ａは、発光素子１１と同様に、種々の平面形状を採ることができるが、正方形、長方形等の矩形又は正六角形であることが好ましく、発光分布の観点から発光素子１１の光取出し面の形状と相似であることがより好ましい。
上面１２Ａは、表面に微細な凹凸が形成されていてもよい。このような凹凸によって、上面１２Ａからの出射光の散乱を促進させて上面１２Ａからの光取り出し効率を高めることができる。
透光性部材１２の第１側面１２Ｓ１は、上面１２Ａに連続する透光性部材１２の側面である。第１側面１２Ｓ１は、上面１２Ａに対して略垂直な面であることが好ましいが、下面側に向かって若干の狭まる、広がる形状又は双方を有する形状を有していてもよい。例えば、その程度は、９０±１０度程度が許容される。また、それらの連結部分は、丸みを帯びていてもよく、第１側面１２Ｓ１が、曲面又は曲面を含む面であってもよい。
第１側面１２Ｓ１は、その表面が平滑であってもよいし、微細な凹凸を有していてもよい。
第１側面１２Ｓ１の高さ、言い換えると、上面１２Ａから、後述する第２下面１２Ｂ２までの高さＴ１は、透光性部材１２の全高さＴの２／１０〜８／１０が挙げられ、３／１０〜７／１０が好ましく、３／１０〜６／１０がより好ましく、３／１０〜５／１０がさらに好ましい。具体的には、３０〜２００μｍが挙げられ、４０〜１８０μｍが好ましく、５０〜１６５μｍがより好ましい。このような高さとすることにより製造工程における透光性部材１２の機械的強度が確保できる。また、第１側面１２Ｓ１が後述する被覆部材１４で被覆された発光装置１０において、発光部と非発光部との輝度差をより明確にすることができる。
第２側面１２Ｓ２は、第１側面１２Ｓ１よりも透光性部材１２の内側に位置し、第１下面１２Ｂ１に連続する透光性部材１２の側面である。
第２側面１２Ｓ２は、第１下面１２Ｂ１に対して略垂直な面であることが好ましいが、上面側に向かって若干の狭まる又は広がる形状を有していてもよい。例えば、その程度は、９０±１０度程度が許容される。また、それらの連結部分は、丸みを帯びていてもよく、第２側面１２Ｓ２が、曲面又は曲面を含む面であってもよい。
第２側面１２Ｓ２の高さ、言い換えると、第１下面１２Ｂ１から、後述する第２下面１２Ｂ２までの高さＴ２は、透光性部材１２の全高さＴの２／１０〜８／１０が挙げられ、３／１０〜７／１０が好ましく、３／１０〜６／１０よりが好ましく、３／１０〜５／１０がさらに好ましい。具体的には、３０〜２００μｍが挙げられ、４０〜１８０μｍが好ましく、５０〜１６５μｍがより好ましい。このような高さとすることにより、製造工程における機械的強度を確保することができる。
第２側面１２Ｓ２は、その表面が平滑であってもよいし、微細な凹凸を有していてもよい。
なお、第２側面１２Ｓ２の加工形態によっては、第２側面１２Ｓ２と、後述する第２下面１２Ｂ２との境界が明確に存在せずに、連結した形態、例えば、両者が曲面となって連続したような形態となることがある。この場合の曲面は、内側に凹、外側に凸の形態が包含される。このような形態は、透光性部材１２の外周において、その中央部よりも厚さが薄い部分が存在する限り、第２側面１２Ｓ２として包含される。
第２下面１２Ｂ２は、第１側面１２Ｓ１及び第２側面１２Ｓ２の双方に連続する面であり、第１下面１２Ｂ１の外周の一部又は全部に配置される。
第２下面１２Ｂ２の幅Ｗ１は、例えば、発光素子１１の一辺の長さの２．５〜７．５％程度が挙げられる。別の観点から、例えば、幅Ｗ１は、１０〜２００μｍが挙げられ、２０〜１００μｍが好ましく、５０〜７５μｍがより好ましい。これにより、後述する導光部材１３の形状と相まって、透光性部材１２の外縁部における発光むらを抑制することが可能となる。ここで、幅Ｗ１は、第１側面１２Ｓ１から第２側面１２Ｓ２までの距離、より具体的には第１側面１２Ｓ１の最外側から、第２側面１２Ｓ２の最外側の距離を意味する。なお、第２下面１２Ｂ２の幅Ｗ１は、第１下面１２Ｂ１の外周において、一定の幅Ｗ１であることが好ましいが、部分的に幅広又は幅狭の部位が存在してもよい。
透光性部材１２は、例えば、樹脂成形体や、セラミックス、ガラス等の無機物によって形成することができる。ここで、透光性とは、透光性部材の母材の透過率において発光素子から出射される光の６０％以上を透過すればよく、７０％以上を透過するものが好ましく、８０％以上を透過するものがより好ましい。
透光性部材１２は、蛍光体を含有するものが好ましい。蛍光体を含有する透光性部材１２としては、例えば蛍光体の焼結体や、樹脂、ガラス、セラミックス、他の無機材料に蛍光体を含有させたものが挙げられる。蛍光体としては、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）、窒化物系蛍光体、酸窒化物蛍光体、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ系蛍光体（ＫＳＦ蛍光体）、硫化物系蛍光体等の当該分野で公知のものを適宜使用することができる。これらの蛍光体を、所望の色調に適した組み合わせ及び／又は配合比で用いて、演色性や色再現性を調整することができる。透光性部材１２が蛍光体を含有することにより、透光性部材１２上面から外部に出射される光は、発光素子１１からの出射光と、蛍光体により波長変換された光との混色光となる。そのため、例えば、発光素子１１から出射された青色光と、その青色光の一部が蛍光体により波長変換された黄色光とを混色させることにより、白色系の光を発する発光装置１０を得ることができる。
ＹＡＧ系蛍光体は、青色発光素子と好適に組み合わせて白色系の混色光を発光させることができる代表的な蛍光体である。ＹＡＧ系蛍光体としては、例えば（Ｒｅ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、ただしＲｅはＹ、Ｇｄ及びＬａからなる群から選択される少なくとも一種の元素である）等を用いることができる。
ＹＡＧ系蛍光体を用いて白色に発光可能な発光装置とする場合、透光性部材１２に含まれる蛍光体の濃度は、白色に発光可能となるように適宜設定することができ、例えば、５ｗｔ％〜５０ｗｔ％が挙げられる。
また、発光素子１１に青色発光素子を用い、蛍光体にＹＡＧ系蛍光体と、赤色成分の多い窒化物系蛍光体とを用いることにより、アンバー色を発光させることもできる。アンバー色とは、ＪＩＳ規格Ｚ８１１０における黄色のうちの長波長領域と黄赤の短波長領域とからなる領域、安全色彩のＪＩＳ規格Ｚ９１０１による黄色の領域と黄赤の短波長領域に挟まれた領域の色度範囲が該当する。例えば、ドミナント波長として、５８０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に位置する領域のことである。アンバー色を発光させる蛍光体は、光交換効率が低いものが多く、所望の色調を得るためには蛍光体濃度を高くすることが好ましい。また、蛍光体の発熱が他の蛍光体に比べて大きいという問題もある一方、透光性部材１２の蛍光体濃度を高くし、かつ厚さを薄くすることにより、アンバー色を発光させる蛍光体を好適に用いることができる。
窒化物系蛍光体は、例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、（Ｓｒ、Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ等で表される。
透光性部材１２には、いわゆるナノクリスタル、量子ドットと称される発光物質を用いてもよい。このような材料としては、半導体材料、例えば、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族又はＩＶ−ＶＩ族の半導体、具体的には、ＣｄＳｅ、コアシェル型のＣｄＳＸＳｅ１−Ｘ／ＺｎＳ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ等のナノサイズの高分散粒子を挙げることができる。このような蛍光体は、例えば、粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは１ｎｍ〜２０ｎｍ程度のものを挙げることができる。このような透光性部材１２を用いることにより、内部散乱を抑制することができ、色変換された光の散乱を抑制し、光の透過率をより一層向上させることができる。
透光性部材１２は、１種類の部材によって単層で形成してもよく、２種類以上の部材を混合して単層で形成してもよく、単層を２層以上積層してもよい。
また、透光性部材１２には、必要に応じて光拡散部材を含有させてもよい。透光性部材１２の蛍光体濃度を高くすると色むらが発生し易くなるが、透光性部材１２に光拡散材を含有させることにより、色むら、さらには輝度むらを抑制することができる。光拡散材としては、例えば、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等が挙げられる。
透光性部材１２の厚さＴは、製造工程における機械的強度が低下せず、透光性部材１２に十分な機械的強度を付与することができる厚さであればよく、例えば５０μｍ以上とすることが好ましい。また加工のしやすさを考慮すると例えば３００μｍ以下とすることが好ましい。これらを考慮した透光性部材１２の厚さＴとしては、例えば、５０μｍ〜３００μｍが挙げられ、７０μｍ〜３００μｍが好ましく、１００μｍ〜２００μｍがより好ましい。
（導光部材１３）
導光部材１３は、発光素子１１の側面の少なくとも一部を被覆する。また、導光部材１３は、透光性部材１２の第２側面及び第２下面の少なくとも一部を被覆する。言い換えると、導光部材１３は、発光素子１１の側面及び透光性部材１２の凸部の側面を被覆する。透光性部材１２の第１下面１２Ｂ１が、発光素子１１の光取出し面よりも大きい場合には、発光素子１１の光取出し面と接していない第１下面１２Ｂ１も被覆されている。透光性部材１２の第１側面１２Ｓ１は導光部材１３に被覆されないことが好ましい。導光部材１３が透光性部材１２の第１側面１２Ｓ１を被覆しないことにより、つまり、導光部材１３を発光装置１０の発光面から離間させることにより、導光部材１３からの外部への漏れ光を抑制することができる。これにより、発光装置１０の発光面を透光性部材１２の上面１２Ａに限定することができる。
導光部材１３は、図１Ｃに示すように、発光素子１１の側面から透光性部材１２の第２下面１２Ｂ２まで延在して配置される。発光素子１１の側面を覆う導光部材１３の厚さ（つまり平面方向における導光部材１３の幅）は、透光性部材１２（つまり発光装置１０の上面側）に近づくほど厚くなる。そして、その厚さが発光素子１１の下面方向に向かって小さくなる断面視略三角形状に形成されていることが好ましい。導光部材１３の発光素子１１の側面等に対面する面と反対側の側面１３ａは、発光素子１１の外周を囲む平面であってもよいし、内側に凹、外側に凸の曲面であってもよい。また、透光性部材１２の第２側面１２Ｓ２を覆う導光部材１３は、第２側面１２Ｓ２の全高さ方向に亘って略同じ厚さで配置されていることが好ましい。
導光部材１３がこのような側面形状を有することにより、発光素子１１からの出射光が透光性部材１２の上面１２Ａと同等の平面積に広がってから、透光性部材１２の第２下面１２Ｂ２に入射される。このため、発光素子１１からの出射光が透光性部材１２の第２下面１２Ｂ２の端部にまで到達しやすくなるため、透光性部材１２の上面１２Ａにおける発光むらが抑制される。
導光部材１３は、発光素子１１の側面を覆う導光部材１３の最大厚さが、第２下面１２Ｂ２の幅Ｗ１と、第１下面１２Ｂ１の外縁と発光素子１１の光取出し面の外縁との距離Ｗ２との合計長さ（つまり発光素子１１の側面から透光性部材１２の第１側面１２Ｓ１までの距離）以下であり、透光性部材１２の第２下面１２Ｂ２の幅Ｗ１以上とすることが好ましい。
第２下面１２Ｂ２に接する導光部材１３の外縁部は、第２下面１２Ｂ２の外縁の内側に存在してもよいが、第２下面１２Ｂ２の外縁と略一致していることが好ましい。
発光素子１１の側面と接する導光部材１３の下端部は、発光素子１１の下端より上側に存在、または発光素子１１の下端と一致していることが好ましい。
導光部材１３は、例えば、発光素子１１の側面の全部と、透光性部材１２の第２側面及び第２下面の全部と、発光素子１１の光取出し面と接していない第１下面１２Ｂ１の全部を被覆することが好ましい。これによって、発光素子１１の側面からの出射光を、導光部材１３と後述する被覆部材１４との界面で反射させて透光性部材１２内に入射させ、また、透光性部材１２の第２側面１２Ｓ２から出射する光を導光部材１３と後述する被覆部材１４との界面で反射させて透光性部材１２内に入射させて、その結果、透光性部材１２の上面からの光取り出し効率を向上させることができる。
導光部材１３は、発光素子１１からの出射光を透光性部材１２に導光することができる透光性材料によって形成することが好ましい。このような材料としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の有機樹脂が挙げられる。なかでも、シリコーン樹脂が好ましい。この材料は、上述したような光拡散材を含有していてもよい。
上述したように、導光部材１３が発光素子１１の側面及び透光性部材１２の下面を連続して被覆することにより、発光素子１１と透光性部材１２との連結をより強固なものとすることができる。
（被覆部材１４）
被覆部材１４は、透光性部材１２の第１側面１２Ｓ１及び導光部材１３の側面１３ａを被覆する。被覆部材１４は、発光素子１１において、発光素子１１の側面の一部が導光部材１３から露出する際には、被覆部材１４は導光部材１３から露出する発光素子１１の側面を被覆する。これにより、発光素子１１から出射する光の略全てを透光性部材１２に入射させることができる。
後述するように、発光素子１１等が基板１５上に搭載されている場合には、被覆部材１４は、透光性部材１２、導光部材１３及び発光素子１１の側面に加えて、発光素子１１の下面と基板１５との間、基板１５上にも配置されていることが好ましい。
被覆部材１４としては、絶縁材料を用いることが好ましく、例えば、樹脂材料を用いることができる。樹脂材料としては、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、フェノール樹脂、ＢＴレジン及びＰＰＡの１種以上を含む樹脂又はハイブリッド樹脂等が挙げられる。なかでも、耐熱性、電気絶縁性に優れ、柔軟性のあるシリコーン樹脂が好ましい。また、被覆部材１４は光反射性を有することが好ましい。光反射性を有する被覆部材１４は、上述した絶縁材料からなる母材に光反射物質を含有させることで形成することができる。光反射物質としては、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、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、ムライト等が挙げられる。なかでも酸化チタンは、水分等に対して比較的安定でかつ高屈折率であるため好ましい。さらに、被覆部材１４として、光反射性と放熱性に優れた絶縁材料として、セラミックスを用いてもよい。セラミックスとしては、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムや窒化ホウ素等が挙げられる。
（基板１５）
発光素子１１は、任意に、基板１５上に搭載されていてもよい。基板１５は、発光素子１１を、被覆部材１４等とともに一体的に支持することができる。また、基板１５は、発光装置１０を電気的に外部と接続する。このため、基板１５の表面には、外部の電源と発光素子とを電気的に接続するための配線パターンが形成されており、その配線パターン上に発光素子等が実装されていることが好ましい。
発光素子１１の基板１５への実装に接合部材を用いる場合、接合部材としては、Ａｕあるいはその合金等からなるバンプ、共晶ハンダ（Ａｕ−Ｓｎ）、Ｐｂ−Ｓｎ、鉛フリーハンダ等が挙げられる。
基板１５は絶縁性材料を用いることが好ましく、かつ、発光素子１１からの光及び外光を透過しにくい材料を用いることが好ましい。例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト等のセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン、ポリフタルアミド等の樹脂材料が挙げられる。また、絶縁性材料と金属部材との複合材料を用いてもよい。基板１５の材料として樹脂を用いる場合、必要に応じてガラス繊維、酸化ケイ素、酸化チタン、アルミナ等の無機フィラーを樹脂に混合してもよい。これにより、機械的強度の向上、熱膨張率の低減、光反射率の向上を図ることができる。基板１５は、目的及び用途に応じて任意の厚さに設定することができる。
基板１５上には、発光素子１１等のほか、被覆部材１４を保持するための枠体１６等が配置されていてもよい。
（電子部品）
この実施形態の発光装置１０は、発光素子１１とは別に、その発光素子１１に隣接して他の電子部品を備えていてもよい。電子部品としては、発光装置１０の発光を目的としない部品であり、発光素子を制御するためのトランジスタ、規定電圧以上の電圧が印加されると通電状態になるツェナーダイオード等の保護素子等が挙げられる。保護素子は、発光素子１１のｐ電極とｎ電極に対して逆並列となるように、それぞれ電気的に接続されている。これにより、発光素子１１のｐｎ両電極間の電圧がツェナー電圧以上となることを防止することができ、過大な電圧が印加されることによる発光素子１１の素子破壊や性能劣化の発生を適切に防止することができる。
これらの電子部品は、被覆部材１４に埋設されて配置されることが好ましい。
このような構成の発光装置１０では、発光素子１１の光取出し面上に配置された透光性部材１２と、導光部材１３とによって、発光素子１１から出射された光の略全てを効率的に透光性部材１２に入射させることができる。
特に、透光性部材１２に蛍光体が含有されている場合には、発光素子１１とオーバーラップしない透光性部材１２の外周部分の厚さを薄くすることにより、発光面（つまり透光性部材１２の上面）の端部の特定の色の成分、例えば、ＹＡＧを用いた場合の黄色成分を減少させることができる。これによって、正面輝度を向上させることができると同時に、発光面の外周部にリング状の色むらが生じることを効果的に低減することができる。
〔発光装置の製造方法〕
この実施形態の発光装置の製造方法は、
透光性基板２２上に複数の発光素子１１を接合し（図２Ａ）、
透光性基板２２上に、複数の発光素子１１それぞれの外周を取り囲む少なくとも１つの溝２３を形成し（図２Ｂ）、
溝２３内及び複数の発光素子１１それぞれの外周側面を連続して被覆する少なくとも１つの導光部材１３を配置し（図２Ｃ）、
複数の発光素子１１間における透光性基板２２を分離し、１つの透光性部材１２に少なくとも１つの発光素子１１が接合された発光装置を得る（図２Ｄ）ことを含む。
（Ａ：発光素子１１の接合）
図２Ａに示すように、透光性基板２２上に複数の発光素子１１を接合する。
透光性基板２２上に複数の発光素子１１を接合する方法としては、当該分野で公知の方法が挙げられる。なかでも、常温接合を利用することが好ましい。常温接合は、例えば、１０〜４０℃の温度条件下、好ましくは１５〜２５℃室温で、透光性基板２２と発光素子１１とを貼り合わせる接合技術である。例えば、接合面を真空中で表面処理し、活性化することにより、接着剤、熱、圧力等を加えずに２つの接合面を接合する表面活性化接合、接合面に超高真空中で微細結晶膜を形成し、それらの薄膜を真空中で重ね合わせることで、接合面同士を接合する原子拡散接合等が挙げられる。さらに、原子層堆積法を利用して接合面に水酸基含有膜を形成し、接合面同士を張り合わせる水酸基接合等を利用してもよい。これらの方法は、例えば、ＷＯ２０１１／１２６０００号パンフレット、特開２０１５−２９０７９号公報、特開２０１４−２３２８６６号公報等に記載の方法を利用することができる。
常温接合では、接合面を空気中又は真空中で表面処理等する。例えば、真空中で、接合面に付着している酸化膜、汚れ等を、アルゴンなどのイオン又はプラズマ等を照射して除去する。この場合のエネルギー、時間等は、適宜調整することができる。このような処理によって、結合手をもった原子が接合面で露出し、他の原子との接合力が大きな、非常に活性な状態を形成することができる。これによって、接合面同士を接触させることにより、瞬時に結合力が働き、接合面同士を強固に接合させることができる。また、原子レベルでの接合であるため、接着剤等による接着に比較して強度が高く、耐久性に優れた接合を行うことができる。このような接合では、加熱による熱歪、熱応力が発生しないために、安定な接合を実現することができる。
常温接合を効果的に行うために、透光性基板２２及び発光素子１１との互いに接合する接合面は、高い平滑性を有していることが好ましい。具体的には、接合面の算術平均粗さＲａが１．０ｎｍ以下であることが好ましく、０．３ｎｍ以下とすることがより好ましい。接合面をこのような表面粗さにする方法は、機械的研磨、化学的研磨、化学的機械研磨等、公知の方法のいずれでもよい。
複数の発光素子１１は、図３に示したように、透光性基板２２上に規則的（例えば行列状）に配置することが好ましい。またこの際の隣接する発光素子１１間は等距離で配列することがより好ましい。隣接する発光素子１１間の距離は、得ようとする透光性部材１２の各部の大きさを考慮して設定され、例えば、１００〜５００μｍの間隔が挙げられる。
透光性基板２２は、上述した透光性部材１２を構成する材料によって形成された平板状の基板である。ここでの接合面は、上述したように非常に平滑とするものであるが、接合面以外の面は、平滑でなくてもよく、凹凸等を有していてもよい。
（Ｂ：溝２３の形成）
図２Ｂ及び図３に示したように、透光性基板２２上に、複数の発光素子１１それぞれの外周を取り囲む溝２３を形成する。
溝２３は、各発光素子１１に対応する透光性部材１２を区画するためのものである。複数の発光素子１１が透光性基板２２上に行列状に配置されている場合、例えば溝２３は平面視で格子状に形成することができる。溝２３は、所定幅のブレードを用いて形成される。ここでのブレードの幅は、得ようとする溝２３の形状等を考慮して、適宜設定することができる。例えば、２０〜２００μｍの幅のものが挙げられ、５０〜１８０μｍの幅のものが好ましく、１００〜１５０μｍの幅のものがより好ましい。溝２３は、隣接する発光素子１１間に亘って形成することが好ましい。なかでも、発光素子１１の外縁に沿って、発光素子１１の側面に近接する位置までの幅の溝を形成することが好ましい。この際、図３に示すように、溝２３を発光素子１１から離間して形成することにより、例えば複数の発光素子を透光性基板２２上に行列配置する際に位置精度のばらつきが生じても、溝を形成するためのブレードと発光素子とが接触しないため、発光素子の損傷の発生を抑制することができる。また、このように溝２３と発光素子１１とを離間させることにより、透光性部材１２に発光素子の上面を内包する大きさの第１下面を形成することができる。
溝の深さは、上述した第２側面１２Ｓ２の高さＴ２（図１Ｃ参照）に相当するものであり、透光性部材の１２総厚さＴの３／１０〜７／１０であることが好ましい。
なお、溝は、ブレードを用いた溝形成以外に、例えば、レーザー光を用いて透光性基板の表面に溝を形成してもよいし、フォトリソグラフィ及びエッチング法を利用して、透光性基板の表面に溝を形成してもよい。
（Ｃ：導光部材１３の配置）
図２Ｃに示すように、溝２３内及び複数の発光素子１１それぞれの外周側面を連続して被覆する導光部材１３を配置する。
導光部材１３は、上述した材料を、例えば、ポッティング、印刷等によって形成することができる。導光部材１３は、発光素子１１間でその表面形状が凹形となるように形成することが好ましい。ポッティングにより形成する場合、このような表面形状は、用いる材料の量及び／又は粘度を調整することにより適宜制御することができる。例えば導光部材１３を形成する樹脂材料を溝２３内に滴下することにより、表面張力によって、発光素子１１の側面に這い上がり、発光素子の側面の一部又は全部を、導光部材１３によって被覆することができる。
（Ｄ：透光性基板２２の分離）
図２Ｄに示すように、複数の発光素子１１間における透光性基板２２を分離する。これにより、１つの透光性部材１２に１つの発光素子１１が接合された発光装置を得ることができる。
透光性基板２２の分離は、発光素子１１間で、透光性基板２２と導光部材１３とを分離することにより行うことができる。ここでの分離は、例えば、所定幅のブレードを用いて、溝２３の中心を通るように、透光性基板２２を分割する方法を利用することができる。ここで用いるブレードは、溝２３を形成するために用いたブレードよりも、幅狭のものを用いる。ブレードの幅は、例えば、３０μｍ〜１００μｍの幅のものが挙げられる。これにより、図１Ａ〜１Ｃに示したように、透光性部材１２の第１下面１２Ｂ１を、上面１２Ａよりも、５０〜７５μｍ小さく形成することができる。
なお、分離は、ブレードを用いる代わりに、レーザー光等を用いてもよい。
その後、得られた発光装置（つまり透光性部材１２及び導光部材１３を備えた発光素子１１）を、図１Ａ及び１Ｂに示したように、基板１５上の配線パターン上に実装してもよい。発光素子１１の実装方法としては、フリップチップ実装を用いることが好ましい。
また、得られた発光装置（つまり透光性部材１２及び導光部材１３を備えた発光素子１１）を、任意に基板１５上に実装し、その後、被覆部材１４を透光性部材１２及び導光部材１３の周囲及び任意に基板１５上に配置する。
被覆部材１４は、例えば、基板１５に対して上下方向又は水平方向等に可動させることができる樹脂吐出装置等を用いて形成することができる。
このような発光装置の製造方法によれば、特に、発光素子を透光性基板上に配置した後に溝を形成することにより透光性部材の厚みを制御、つまり、凸部あるいは第１下面と、上面と、第１側面と、第２側面と、第２下面とを有する形状に、複数の発光装置間でばらつきを抑えて高精度に製造することができる。さらに、導光部材の形状を、その材料の量を調整することにより確実に制御することができ、適所に適切な形状で配置することが可能となる。これによって、光取出し効率の良好な複数の発光装置を、簡便かつ高精度に効率的に製造することができる。
１０ 発光装置
１１ 発光素子
１２ 透光性部材
１２Ａ 上面
１２Ｂ１ 第１下面
１２Ｂ２ 第２下面
１２Ｓ１ 第１側面
１２Ｓ２ 第２側面
１３ 導光部材
１３ａ 側面
１４ 被覆部材
１５ 基板
１６ 枠体
２２ 透光性基板
２３ 溝

Claims (14)

  1. 光取り出し面を有する発光素子、
    該発光素子の光取り出し面に接し、前記発光素子の光取り出し面を内包する第１下面と、前記第１下面に対向し、前記第１下面より大きい面積を有する上面と、前記上面に連続する第１側面と、前記第１側面よりも内側に位置し、前記第１下面に連続する第２側面と、前記第１側面及び前記第２側面に連続する第２下面とを有する透光性部材、
    前記発光素子の側面の少なくとも一部と、前記透光性部材の第２側面及び第２下面の少なくとも一部とを覆う導光部材、
    前記透光性部材の第１側面及び前記導光部材の側面を被覆する被覆部材を備える発光装置。
  2. 前記被覆部材は、前記導光部材から露出する前記発光素子の側面を被覆する請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記透光性部材の前記第１下面から前記第２下面までの厚さは、前記透光性部材の総厚さの３／１０〜７／１０である請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記発光素子の側面を覆う前記導光部材は、断面視において、前記透光性部材に近い側が厚く配置されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
  5. 前記透光性部材の第２側面を覆う前記導光部材は、断面視において、同じ厚さで配置されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光装置。
  6. 前記透光性部材は、蛍光体を含有する請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置。
  7. 光取り出し面を有する発光素子、
    該発光素子の光取り出し面に接して配置され、前記発光素子側に凸部を備える透光性部材、
    前記発光素子の側面及び前記透光性部材の凸部の側面を覆う導光部材、
    前記透光性部材の側面及び前記導光部材の側面を被覆する被覆部材を備える発光装置。
  8. 透光性基板上に複数の発光素子を接合し、
    前記透光性基板上に前記複数の発光素子それぞれの外周を取り囲む少なくとも１つの溝を形成し、
    前記溝内及び前記複数の発光素子それぞれの外周側面を連続して被覆する少なくとも１つの導光部材を配置し、
    前記複数の発光素子間における前記透光性基板を分離し、１つの透光性部材に少なくとも１つの発光素子が接合された発光装置を得ることを含む発光装置の製造方法。
  9. 前記複数の発光素子を、前記透光性基板上に行列状に配置する請求項８に記載の発光装置の製造方法。
  10. 前記溝を、平面視で格子状に形成する請求項８又は９に記載の発光装置の製造方法。
  11. 前記溝を、前記透光性基板の厚さの３／１０〜７／１０の深さで形成する請求項８〜９のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
  12. 前記透光性基板の接合面の表面粗さ及び前記発光素子の接合面の表面粗さを、１．０ｎｍ以下とする請求項８〜１１のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
  13. 前記導光部材の表面形状を、前記発光素子間で凹形を形成するように配置する請求項８〜１２のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
  14. 前記透光性基板の分離を、前記発光素子間で、前記透光性基板と前記導光部材とを分離することにより行う請求項８〜１３のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
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