JP2019040895A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】より光取り出し効率を向上させることが可能となる発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】発光素子と、該発光素子の上面に配置され、前記発光素子の上面よりも大きな面積の下面を有する波長変換部材と、前記発光素子の側面から前記波長変換部材の下面まで延在して設けられる第１導光部材と、前記波長変換部材の上面に配置され、前記波長変換部材の上面よりも小さな面積の下面を有する透光性部材と、前記波長変換部材の上面から前記透光性部材の側面まで延在して設けられる第２導光部材とを備える発光装置。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、発光装置に関する。
従来から、発光素子の上面に発光素子の発光面積より小さい発光面を有する導光部材を配置して、光の出射面積を小さく絞った発光装置が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
特開２０１３−１１０１９９号公報 国際公開第２０１０／０４４２４０号
しかし、特許文献１および２に記載された発光装置では、発光素子からの光は、波長変換部材を通過しながら光の出射面積が絞られるため、発光装置の光出射面に到達するまでに、波長変換部材中で光散乱を繰り返し、光取り出し効率が低下するおそれがある。
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、より光取り出し効率を向上させた発光装置を提供することを目的とする。
本願は、以下の発明を含む。
発光素子と、
該発光素子の上面に配置され、前記発光素子の上面よりも大きな面積の下面を有する波長変換部材と、
前記発光素子の側面から前記波長変換部材の下面まで延在して設けられる第1導光部材と、
前記波長変換部材の上面に配置され、前記波長変換部材の上面よりも小さな面積の下面を有する透光性部材と、
前記波長変換部材の上面から前記透光性部材の側面まで延在して設けられる第２導光部材とを備える発光装置。
本発明の実施形態の発光装置によれば、より光取り出し効率を向上させることが可能となる。
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。 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断面図である。 図１Ｂの要部の拡大図である。 本願の別の実施形態の発光装置の構成を模式的に示す概略断面図である。
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１０は、図１に示すように、発光素子１１と、発光素子１１の上面１１Ａに配置され、発光素子１１の上面１１Ａよりも大きな面積の下面１２Ｂを有する波長変換部材１２と、発光素子１１の側面から波長変換部材１２の下面まで延在して設けられる第１導光部材１３と、波長変換部材１２の上面１２Ａに配置され、波長変換部材１２の上面１２Ａよりも小さな面積の下面１４Ｂを有する透光性部材１４と、波長変換部材１２の上面１２Ａから透光性部材１４の側面まで延在して設けられる第２導光部材１５とを備える。透光性部材１４の上面１４Ａは発光装置１０の他の構成部材から露出し、発光装置１０の主な光取り出し面となる。このような発光装置１０は、例えば、照明用装置、車載用発光装置等の光源として利用できる。
この発光装置１０では、第１導光部材１３が、平面視において発光素子１１の外縁から発光素子１１よりも外側に延在する波長変換部材の下面外縁まで延在して設けられている。これにより、発光素子１１から出射された光は、発光面積を広げながら波長変換部材１２の下面１２Ｂへと入射される。また、第２導光部材１５は、平面視において透光性部材１４の外縁から透光性部材１４よりも外側に延在する波長変換部材１２の上面外縁まで延在して設けられている。これにより、波長変換部材１２の上面から出射された光は、発光面積を絞りながら外部へ出射させることができる。
このような発光装置によれば、発光素子から出射された光を効率よく波長変換することができるとともに、波長変換された光の出射面積をより狭い範囲に定めることができ、高輝度の光を効率的に取り出すことができる。
（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上面１１Ａ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等を用いることができる。なかでも、波長変換部材に含まれる蛍光体等の波長変換物質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１７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１７上にフリップチップ実装する場合、下面と反対側の上面１１Ａが発光素子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は、後述するように、その上面１１Ａ側に波長変換部材１２が配置される。波長変換部材１２は、例えば透光性の接着剤等によって発光素子１１の上面１１Ａに固定することができる。また波長変換部材１２と発光素子１１とは、接着剤を介さずに直接接合されていてもよい。
１つの発光装置において、発光素子は１つであってもよいし、図２に示すように、２以上の複数であってもよい。
（波長変換部材１２）
波長変換部材１２は、発光素子１１の上面１１Ａに配置される。波長変換部材１２は、種々の接合法によって発光素子１１の上面に配置し、固定することができる。上述したように、波長変換部材１２は、発光素子１１の上面１１Ａに、接着剤等を介して固定されていてもよいが、接着剤等を介さずに固定されていてもよい。接着剤を介さずに直接接合される場合は、発光素子から出射される光を、接着剤等にさえぎられることなく波長変換部材１２に入射させることができ、光の取出し効率の向上を図ることができる。
接着剤としては、後述する第１及び第２導光部材を構成する透光性の樹脂と同様の材料が挙げられる。
波長変換部材１２の下面１２Ｂは、発光素子１１の上面１１Ａよりも大きな面積を有する。波長変換部材１２の下面１２Ｂの面積は、例えば、発光素子１１の上面１１Ａよりも１０％以上大きな面積を有するものが挙げられる。
波長変換部材１２の平面形状は、円形、楕円形、正方形又は六角形等の多角形等種々とすることができる。なかでも、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の平面形状と略相似形であることがより好ましい。
波長変換部材１２の下面１２Ｂは、発光素子１１の上面１１Ａをその内側に含むように、配置される。例えば、平面視において、波長変換部材１２の下面１２Ｂは、その外縁の一部又は全部が、発光素子１１の上面１１Ａ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。言い換えると、発光素子１１は、平面視において、その外縁が波長変換部材１２の下面１２Ｂの外縁よりも内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から出射された光を効率よく波長変換部材１２に入射させることができる。また、下面１２Ｂは、その中心が、発光素子１１の上面１１Ａ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。
波長変換部材１２は、下面１２Ｂと、下面１２Ｂに対向する上面１２Ａと、下面１２Ｂと上面１２Ａに連なる側面とを有する。上面１２Ａと下面１２Ｂとは、それぞれ略同じ面積を有し、互いに略平行であることが好ましい。さらに、上面１２Ａと下面１２Ｂとの間の側面は、上面１２Ａおよび下面１２Ｂに略垂直であることが好ましい。これにより、後述する第１導光部材１３及び／又は第２導光部材１５の側面への濡れ広がりを抑制することができる。
波長変換部材１２は、発光素子１１が発する発光波長の少なくとも一部を異なる波長の光に変換可能な蛍光体を備える。波長変換部材１２としては、例えば、蛍光体の焼結体や、樹脂、ガラス、セラミックス等に蛍光体が含有されて板状に成形されたものを用いることが好ましい。蛍光体としては、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・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ）、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＬＡＧ：Ｃｅ）、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の珪酸カルシウム系蛍光体（ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2：Ｅｕ）、ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体（例えば（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ）、βサイアロン系蛍光体（例えばＳｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ8−ｚ：Ｅｕ（０＜Ｚ＜４．２）、ＣＡＳＮ系蛍光体、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、量子ドット蛍光体等が挙げられる。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、演色性及び／又は色再現性を調整することができる。
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。
白色に発光可能な発光装置とする場合、波長変換部材１２に含まれる蛍光体の種類、濃度によって白色に発光可能となるように適宜設定することができる。白色に発光可能な発光装置とする場合、波長変換部材１２に含有される蛍光体の濃度は、例えば、５％〜５０％が挙げられる。
また、発光素子１１に青色発光素子を用い、蛍光体に赤色成分の多い窒化物系半導体を用いることにより、赤色を発光する発光装置を得ることができる。さらに、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。赤色またはアンバー色を発光する発光装置とする場合、波長変換部材に含有される蛍光体の濃度は、例えば６０質量％〜８０質量％程度である。
波長変換部材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、波長変換部材１２には、必要に応じて光拡散部材を含有させてもよい。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。
波長変換部材１２の厚さＴは、放熱性及び光取出し効率等の観点から薄い程好ましい。また、波長変換部材１２の厚さＴは、製造工程における機械的強度が低下せず、波長変換部材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ることが好ましい。これらを考慮して、例えば、２０μｍ〜３００μｍが挙げられ、５０μｍ〜２００μｍが好ましく、５０μｍ〜１５０μｍがより好ましい。波長変換部材１２は、所望の発光色を得るために必要な波長変換物質を含む限り、放熱性及び光取出し効率等の観点からは薄い程好ましいが、波長変換部材作成時の加工精度等を考慮して、上述した厚さにすることが好ましい。
波長変換部材１２の厚みＴは、後述する透光性部材の厚みよりも薄いことが好ましい。これにより透光性部材で被覆されない波長変換部材１２の上面から、後述する被覆部材を介して発光面側に漏れ伝わる光を低減することが可能となり、発光部と非発光部との差が明確な発光装置とすることができる。
１つの発光装置において、波長変換部材は１つであってもよいし、複数であってもよい。また、１つの発光装置において複数の発光素子がある場合、図２に示すように、複数の発光素子に対して波長変換部材は１つであってもよいし、各発光素子がそれぞれ１つずつの波長変換部材を備えていてもよい。
なお、複数の発光素子に１つの波長変換部材が配置される場合、上述した面積、外縁の位置、後述する距離Ｗ２、Ｗ３及びＷ１等は、複数の発光素子それぞれの外縁を囲む面積に対するもの、複数の発光素子全ての外縁を囲む縁の位置に対するもの、これらに対する距離等に対応させることができる。
（第１導光部材１３）
第１導光部材１３は、発光素子１１の側面から波長変換部材１２の下面１２Ｂまで延在して設けられる。第１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。第１導光部材１３は、発光素子１１の側面の高さ方向における全てを被覆してもよい。つまり、第１導光部材１３の最下端は、発光素子１１の側面の最下端と一致していてもよい。これによって、発光素子１１の側面からの出射光を、第１導光部材１３と後述する被覆部材１６との界面で反射させて波長変換部材１２に入射させることができる。
また、第１導光部材１３は、波長変換部材１２の下面１２Ｂの全てを被覆することが好ましい。つまり、平面視における第１導光部材１３の外縁は、波長変換部材１２の下面１２Ｂの外縁と一致することが好ましい。第１導光部材１３は、波長変換部材１２の側面を被覆してもよいが、被覆しないことが好ましい。
発光素子１１の側面を被覆する第１導光部材１３の厚みは、上方（つまり波長変換部材１２に近づく方向）ほど厚く、下方（つまり波長変換部材から遠ざかる方向）ほど薄くなる。第１導光部材１３の発光素子１１の側面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、内側に凹または凸の曲面であってもよい。
発光素子１１の側面を被覆する第１導光部材１３の最大厚さは、波長変換部材１２の下面１２Ｂの外縁と発光素子１１の上面１１Ａの外縁との距離Ｗ２と一致することが好ましい。
第１導光部材１３は、発光素子１１からの出射光を波長変換部材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。具体的には、第１導光部材１３は、取り扱い及び加工が容易であることから、樹脂材料を用いることが好ましい。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、フェノール樹脂、フッ素樹脂の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。第１導光部材１３は、上述したような光拡散材を含有していてもよい。
なお、第１導光部材１３は、発光素子１１と波長変換部材１２とを接合するための接着剤として用いてもよい。この場合、発光素子１１の上面と波長変換部材１２の下面との間にも第１導光部材１３が配置される。
（透光性部材１４）
透光性部材１４は、波長変換部材１２の上面１２Ａに配置され、波長変換部材１２の上面１２Ａよりも小さな面積の下面１４Ｂを有する。透光性部材１４の下面１４Ｂの面積は、例えば、波長変換部材１２の上面１２Ａの９０％以下の面積を有するものが挙げられる。
また、透光性部材１４は、上面１４Ａの面積が発光素子１１の上面１１Ａの面積と同じまたはそれより小さいことが好ましい。透光性部材１４の上面１４Ａの面積は、例えば、発光素子１１の上面１１Ａ以下の面積を有するものが挙げられ、９０％以下の面積が好ましく、８５％以下の面積がより好ましい。また、５０％以上の面積、４０％以上又は３０％以上の面積であることがさらに好ましい。このように透光性部材１４の上面１４Ａの面積を発光素子１１の上面１１Ａよりも、より小さな面積とすることで、発光装置１０の発光面積が絞られて、より高輝度な発光装置とすることができる。
透光性部材１４の平面形状は、円形、楕円形、正方形、長方形又は六角形等の多角形等種々とすることができる。なかでも、発光むら抑制の観点からは、波長変換部材１２の上面１２Ａと略相似形であることが好ましい。また、発光装置を光学系レンズと組み合わせて用いる際には、発光装置の発光面となる透光性部材１４の上面形状は、円形または円形に近い多角形であることが好ましい。
透光性部材１４の下面１４Ｂは、発光素子１１の上面１１Ａ及び波長変換部材１２の上面１２Ａをその内側に含むように、配置されることが好ましい。例えば、平面視において、下面１４Ｂは、その外縁の一部又は全部が、発光素子１１の上面１１Ａの外縁よりも内側に配置されていることが好ましく、その外縁の全部が内側に配置されていることがより好ましい。また、下面１４Ｂは、その外縁の一部又は全部が、波長変換部材１２の上面１２Ａの外縁よりも内側に配置されていることが好ましく、その外縁の全部が内側に配置されていることがより好ましい。
透光性部材１４は、平面視において、その外縁が発光素子１１の上面１１Ａの外縁と略一致または外縁よりも内側に配置されていることが好ましい。また、透光性部材１４の下面１４Ｂは、その中心が、発光素子１１の上面１１Ａ及び波長変換部材１２の上面１２Ａ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、透光性部材１４の下面１４Ｂは、発光素子１１等と同様に、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の上面１１Ａの略相似形であることがより好ましい。
例えば、断面視における、透光性部材１４の下面１４Ｂの外縁と発光素子１１の上面１１Ａの外縁との距離Ｗ３は、０μｍ〜１００μｍが挙げられ、１０μｍ〜６０μｍが好ましく、４０μｍ〜６０μｍがより好ましい。これにより、発光面側から見た際に、透光性部材１４の下面１４Ｂの全てを発光素子１１で包含することが可能となるため、光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。さらに、透光性部材１４の下面１４Ｂの外縁と波長変換部材１２の上面１２Ａの外縁との距離Ｗ１は、５０μｍ〜２００μｍ程度が好ましい。
透光性部材１４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樹脂成形体、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、サファイアガラス等のガラス、無機物等の透光性材料によって形成することができる。なかでも、透光性部材１４はガラス材料を用いることが好ましい。透光性部材１４は、発光装置１０の外表面を構成するため、透光性部材１４にガラス材料を用いることで、発光面を絞った高輝度な発光装置とした際にも、光出射面が劣化しにくい。また、ガラス材料は樹脂材料と比べて表面の粘着性が低いため、発光面へのごみの付着を抑制するとともに、発光装置の運搬、保管時に用いるキャリアテープ等への発光面のくっつき等を抑制することができる。なお、ここでの透光性とは、発光素子から出射される光の少なくとも６０％以上、好ましくは８０％以上を透過し得る性質を指す。
また、透光性部材１４は、熱伝導率が、発光素子を構成する材料の熱伝導率よりも小さいものが好ましい。具体的には、ＧａＮの熱伝導率が１．３〜２．０Ｗ／ｃｍ・ｋ、ＧａＰの熱伝導率が１．１Ｗ／ｃｍ・ｋ、であり、ＩｎＰの熱伝導率が０．６８Ｗ／ｃｍ・ｋであるため、発光素子の種類に応じて、例えば、これらの値よりも熱伝導率が小さいものがより好ましい。これにより、波長変換部材からの発熱を、発光素子を介して基板側に優先的に放熱することができる。
透光性部材１４は、１種類の材料によって単層で形成してもよく、２種類以上の材料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１４には、必要に応じて上述した光拡散材を含有させてもよい。
１つの発光装置において、透光性部材は１つであってもよいし、複数であってもよい。また、１つの発光装置において複数の発光素子及び／又は波長変換部材がある場合、図２に示すように、複数の発光素子及び／又は波長変換部材に対して透光性部材は１つであってもよいし、各発光素子及び／又は波長変換部材がそれぞれ１つずつの透光性部材を備えていてもよい。
なお、複数の発光素子及び／又は波長変換部材に１つの透光性部材が配置される場合、上述した面積、外縁の位置、距離Ｗ３及びＷ１等は、複数の発光素子及び／又は波長変換部材それぞれの外縁を囲む面積に対するもの、複数の発光素子群及び／又は波長変換部材群の外縁を囲む縁の位置に対するもの、これらに対する距離等に対応させることができる。
（第２導光部材１５）
第２導光部材１５は、波長変換部材１２の上面１２Ａから透光性部材１４の側面まで延在して設けられている。第２導光部材１５は、透光性部材１４の側面の少なくとも一部を被覆しており、その全部を被覆してもよい。つまり、第２導光部材１５の最上端は、透光性部材１４の側面の最上端と一致していてもよい。これによって、波長変換部材１２からの出射光を、第２導光部材１５と後述する被覆部材１６との界面で反射させて波長変換部材１２内又は透光性部材１４内に入射させることができ、その結果、出射光を効率的に絞ることができ、輝度を向上させることができる。
また、第２導光部材１５は、波長変換部材１２の上面１２Ａの少なくとも一部を被覆するが、その全部を被覆することが好ましい。つまり、第２導光部材１５の最外縁は、波長変換部材１２の上面１２Ａの外縁と一致することが好ましい。第２導光部材１５は、波長変換部材１２の側面及び／又は下面を被覆してもよいが、被覆しないことが好ましい。また、第２導光部材１５は、透光性部材の上面を被覆してもよいが、被覆しないことが好ましい。
透光性部材１４の側面を被覆する第２導光部材１５の厚みは、下方（つまり波長変換部材１２に近づく方向）ほど厚く、上方（つまり波長変換部材１２から遠ざかる方向）ほど薄くなる。第２導光部材１５の透光性部材１４等に対面する面と反対側の側面１５ａは、透光性部材１４の外周を囲む平面であってもよいし、外側（つまり後述する被覆部材側）に凹または凸の曲面であってもよいが、外側に凹の曲面であることが好ましい。これにより、後述する被覆部材１６を波長変換部材１２の上面１２Ａの上方に配置した際の厚みを大きくすることが可能となり、発光装置１０の発光面側において、透光性部材１４の上面１４Ａの外周を取り囲む被覆部材からの光漏れが抑制され、より高輝度な発光装置とすることができる。
第２導光部材１５は、波長変換部材１２から出射した光を透光性部材１４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、第１導光部材１３と同様の材料によって形成することができる。
なお、第２導光部材１５は、波長変換部材１２と透光性部材１４とを固定するための接着剤として用いることができる。この場合、波長変換部材１２の上面と透光性部材１４の下面との間にも第２導光部材１５が配置される。
第１導光部材１３と第２導光部材１５は同じ樹脂材料を用いることが好ましい。同じ樹脂材料を用いることにより製造時の作業効率を向上させることができる。また、透光性部材１４の下面１４Ｂの外縁と波長変換部材１２の上面１２Ａの外縁との距離Ｗ１と、波長変換部材１２の下面１２Ｂの外縁と発光素子１１の上面１１Ａの外縁との距離Ｗ２との差が大きい場合には、第２導光部材１５の粘度を第１導光部材１３の粘度よりも低く調整することが好ましい。これにより、第２導光部材１５が波長変換部材１２の上面で広がりやすくなるため、波長変換部材１２の上面全体を被覆することができる。なお、樹脂材料の粘度は、例えば、樹脂材料中に含有させるフィラーの量により調整することができる。
（被覆部材１６）
この実施形態における発光装置１０は、さらに、第１導光部材１３及び第２導光部材１５の側面等を覆う被覆部材１６を備えることが好ましい。
被覆部材１６は、発光素子１１の側面、波長変換部材１２の側面、第１導光部材１３の側面１３ａ、透光性部材１４の側面、第２導光部材１５の側面１５ａを被覆する。被覆部材１６は、図１Ａに示すように、第１導光部材１３から露出する発光素子１１の側面、第２導光部材１５から露出する透光性部材１４の側面、波長変換部材１２の上面１１Ａ、発光素子１１の下面及び電極の全ても被覆されることが好ましい。これにより、発光素子１１から出射する光の略全てを波長変換部材１２、さらに透光性部材１４に入射させることができる。
後述するように、発光素子１１が基板１７上に実装されている場合には、被覆部材１６は、さらに、発光素子１１の下面と基板１７との間、基板１７上にも配置されていることが好ましい。
被覆部材１６は、発光素子１１から出射される光を反射することができる材料から形成されることが好ましい。具体的には、上述した第１導光部材１３と同様の樹脂材料に、光反射性物質を含有させることにより形成することができる。光反射性物質としては、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、酸化イットリウム、イットリア安定化ジルコニア、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。
被覆部材１６は、例えば、射出成型、ポッティング成型、印刷法、モールド法、圧縮成型などで成形することができる。
（基板１７）
発光素子１１は、任意に、基板１７上に搭載されていてもよい。基板１７は、発光素子１１を、被覆部材１６等とともに一体的に支持することができる。基板１７の表面には、例えば、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いる。その配線パターン上に、発光素子が、例えば接合部材を介して実装される。発光素子１１は、その形態に応じて、基板にフリップチップ実装又はフェイスアップ実装されていてもよいが、フリップチップ実装されていることが好ましい。
接合部材としては、Ａｕ又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１７は、発光素子１１からの光及び外光を透過しにくい絶縁性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１７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１７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１７上には、発光素子１１等のほか、被覆部材１６を囲う枠体及び／又は被覆部材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１８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。これらの電子部品１８は、被覆部材１６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、発光素子から出射された光は、平面積がより広い波長変換部材１２を通過した後で、第２導光部材１５及び透光性部材１４により発光面積が絞られて、発光装置１０の発光面となる透光性部材１４の上面１４Ａから外部へ出射される。
つまり、波長変換する領域と発光面積を絞る領域とを分けることにより、波長変換部材１２中を通過する光の距離を短くして、波長変換物質による光散乱の影響を最小限に抑えることができる。これにより、光取り出し効率を向上させることができるとともに、より高輝度な発光装置１０とすることができる。
〔発光装置の製造方法〕
上述した発光装置は、例えば、以下の製造方法により製造することができる。
製造方法Ａ：
発光素子の上面に、発光素子の上面よりも大きい面積の下面を有する波長変換部材を、第１導光部材を形成する未硬化の樹脂材料を介して接合するとともに、第１導光部材を発光素子の側面から波長変換部材の下面まで延在するように配置し、
発光素子と接合された波長変換部材の上面に、波長変換部材の上面よりも小さい面積の下面を有する透光性部材を、第２導光部材を形成する未硬化の樹脂材料を介して接合するとともに、第２導光部材を波長変換部材の上面から透光性部材の側面まで延在するように配置する。
製造方法Ｂ：
発光素子の上面に、発光素子の上面よりも大きい面積の下面を有する波長変換部材を直接接合し、
発光素子の側面から波長変換部材の下面まで延在するように第１導光部材を配置し、
発光素子と接合された波長変換部材の上面に、波長変換部材の上面よりも小さい面積の下面を有する透光性部材を、第２導光部材を形成する未硬化の樹脂材料を介して接合するとともに、第２導光部材を波長変換部材の上面から透光性部材の側面まで延在するように配置する。
製造方法Ｃ：
下面面積が発光素子の上面よりも大きい波長変換部材を準備し、
波長変換部材の上面に、波長変換部材の上面よりも小さい面積の下面を有する透光性部材を直接接合し、
波長変換部材の上面から透光性部材の側面まで延在するように第２導光部材を配置し、
発光素子の上面に、上面に透光性部材が接合された波長変換部材を、第１導光部材を形成する未硬化の樹脂材料を介して接合するとともに、第１導光部材を発光素子の側面から波長変換部材の下面まで延在するように配置する。
製造方法Ｄ：
発光素子の上面に、発光素子の上面よりも大きい面積の下面を有する波長変換部材を直接接合し、
波長変換部材の上面に、波長変換部材の上面よりも小さい面積の下面を有する透光性部材を直接接合し、
発光素子の側面から波長変換部材の下面まで延在するように第１導光部材を配置し、
波長変換部材の上面から透光性部材の側面まで延在するように第２導光部材を配置する。
上述した製造方法のいずれの場合においても、任意の段階で、発光素子１１を基板１７上に配置する工程、
第１導光部材１３及び第２導光部材１５を配置した後の任意の段階で、被覆部材を配置する工程を行うことが好ましい。
上述した各製造方法におけるそれぞれの工程は、以下の方法等で行うことができる。
（発光素子１１又は透光性部材１４の波長変換部材１２への接合）
発光素子１１及び／又は透光性部材１４と波長変換部材１２とを直接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。
例えば、圧着、焼結等を用いてもよいし、常温接合を利用してもよい。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、表面活性化接合、水酸基接合、原子拡散接合が利用できる。表面活性化接合は、接合面を真空中で処理することで化学結合しやすい表面状態として接合面同士を結合する方法である。水酸基接合は、例えば原子層堆積法などにより接合面に水酸基を形成し、それぞれの接合面の水酸基同士を結合させる方法である。原子拡散接合は、それぞれの接合面に１原子層相当の膜厚の金属膜を形成し、真空中や不活性ガス雰囲気でそれぞれの接合面を接触させることで金属原子同士を結合させる方法である。このような直接接合法を用いることにより、常温に近い環境下で発光素子１１と波長変換部材１２とを一体化することができる。
（第１導光部材１３及び第２導光部材１５の配置）
第１導光部材１３及び第２導光部材１５は、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。なかでも上述した未硬化の樹脂材料を用いて、ポッティングにより形成することが好ましい。第１導光部材１３及び第２導光部材１５は、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。このような表面形状は、ポッティングにより容易に得られる。用いる未硬化の樹脂材料の量及び／又は粘度を調整することにより凹形状または凸形状に適宜制御することができる。樹脂材料には粘度を調整するためのフィラーを含有してもよい。第１導光部材１３及び第２導光部材１５として、樹脂材料を用いることにより、表面張力によって、発光素子１１又は透光性部材１４の側面に這い上がり、発光素子又は透光性部材の側面の一部又は全部を、第１導光部材１３又は第２導光部材１５によって被覆することができる。
（基板１７への実装）
発光素子１１は、基板１７上に実装することが好ましい。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。発光素子１１上への波長変換部材等の配置は、発光素子を基板に実装した後に行ってもよいし、発光素子を基板に実装する前に行ってもよい。
（被覆部材１６の配置）
波長変換部材１２、第１導光部材１３、第２導光部材１５の側面を覆う被覆部材１６を配置する。具体的には、被覆部材１６は、被覆部材１６を形成する未硬化の樹脂材料１６Ａを、発光素子１１の周囲及び任意に基板１７上に配置することで形成される。
被覆部材を形成する未硬化の樹脂材料１６Ａは、例えば、基板１７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。被覆部材１６は、例えば、金型を用いて成型することもできる。
実施形態１：発光装置
この実施形態１の発光装置１０は、図１Ａに示すように、発光素子１１と、波長変換部材１２と、第１導光部材１３と、透光性部材１４と、第２導光部材１５とを備える。発光素子１１は、配線層を有する基板１７に搭載されており、発光素子１１の周囲、発光素子１１と基板１７との間、基板１７上に、被覆部材１６が配置されている。
発光素子１１は、平面形状が０．８×０．８ｍｍの略正方形、高さが０．１５ｍｍのＬＥＤチップであり、同一面側に正負一対の電極を備えている。
基板１７は、窒化アルミニウムからなり、少なくともその上面に配線層を有する。配線層上には、発光素子１１が、金バンプを介して、フリップチップ実装されている。
発光素子１１の上には、波長変換部材１２として、平面形状が０．９×０．９ｍｍの略正方形、高さが１１０μｍのＹＡＧセラミックが、平面視において、その中心を、発光素子１１の中心と略一致するように配置されている。ここでのＹＡＧセラミックはアルミナにＹＡＧ系蛍光体を含有させて焼結したものであり、発光素子１１の上に第１導光部材を介して接合されている。
第１導光部材１３は、発光素子１１の側面から波長変換部材１２の下面まで延在して設けられている。つまり、第１導光部材１３は、波長変換部材の下面の少なくとも一部と接触するように配置されている。第１導光部材１３は、その上端が波長変換部材１２の下面に接し、下端は、発光素子１１の側面に接している。また、第１導光部材１３の外側の端部は、波長変換部材１２の下面の外縁と略一致しており、発光素子１１の側面に沿って、基板１７に近づくにつれて薄くなっている。発光素子１１の側面に対向する第１導光部材の側面は、外側に凹の曲面で構成されている。第１導光部材１３はシリコーン樹脂であり、粘度を調整するためのフィラーとしてシリカを含有している。第１導光部材１３は、発光素子１１と波長変換部材１２の接合部材としても用いられ、発光素子１１と波長変換部材１２との間にも介在している。
波長変換部材１２の上面１２Ａには、透光性部材１４として、平面形状が０．７６×０．７６ｍｍの略正方形、高さが１００μｍの透明ガラスが、平面視において、その中心を、発光素子１１及び波長変換部材１２の中心と略一致するように配置されている。ここでの透明ガラスは、ホウ珪酸ガラスであり、発光素子１１の上に第２導光部材を介して接合されている。
第２導光部材１５は、波長変換部材１２の上面から透光性部材１４の側面まで延在して設けられている。第２導光部材１５は、その下端が波長変換部材１２の上面に接し、上端は、透光性部材１４の側面に接している。また、波長変換部材１２の上面では、第２導光部材１５の外側の端部は、波長変換部材１２の外縁と一致しており、透光性部材１４の側面において、上面１４Ａに近づくにつれて薄くなっている。透光性部材１４の側面に対向する第２導光部材の側面は、内側に凹の曲面で構成されている。第２導光部材１５はシリコーン樹脂であり、粘度を調整するためのフィラーとしてシリカを含有している。第２導光部材１５は、波長変換部材１２と透光性部材１４の接合部材としても用いられ、波長変換部材１２と透光性部材１４との間にも介在している。
発光素子１１は、平面視において、その外縁が、波長変換部材の外縁よりも内側に配置されている。
透光性部材１４は、上面の面積が、発光素子１１及び波長変換部材１２の上面の面積より小さく、平面視において、その外縁が、発光素子及び波長変換部材の外縁よりも内側に配置されている。
波長変換部材の厚みは、透光性部材の厚みよりも薄い。
また、透光性部材として用いるホウ珪酸ガラスでの熱伝導率は、発光素子を構成する材料であるサファイアの熱伝導率よりも小さい。
このような発光装置１０は、例えば、上述した製造方法Ａによって形成することができる。
比較のために、上述した発光装置１０から、以下の表に示す構成を変えた以外、同様の構成の発光装置Ｒ、Ｘ、Ｙ、Ｚをそれぞれ作製した。発光素子と波長変換部材、波長変換部材と透光性部材との接合部材にはそれぞれ第１導光部材、第２導光部材を使用した。このため、発光素子と波長変換部材との間には第１導光部材が、波長変換部材と透光性部材の間には第２導光部材が、それぞれ介在している。このため、発光装置Ｒ、Ｘについては、第２導光部材の透光性部材の側面への若干の濡れ広がりが想定される。
なお、発光装置１０、Ｒ、Ｘ、Ｙ、Ｚの波長変換部材に含まれる波長変換物質には同じ種類の蛍光体を用い、蛍光体の含有量はそれぞれの発光装置の色度が同程度となるように調整されている。
上述した発光装置１０と、比較のための発光装置Ｒ、Ｘ、Ｙ、Ｚとにおいて、１０００ｍＡの電流を印加して、光束を測定したところ、発光装置１０は、発光装置Ｒ、Ｘ、Ｙ、Ｚのすべてと比較して、以下のとおり光束が向上することが確認された。なお、発光装置Ｒ、Ｘにおける第２導光部材１５の（極小）とは、波長変換部材と透光性部材との間には接着剤が介在するが、透光性部材の外縁より外側に位置する波長変換部材の上面の殆ど（具体的には９０％以上）が接着剤から露出していることを意味する。
上述したように、この発光装置１０では、発光素子１１から出射された光は、第１導光部材１３により平面積が広がった状態で波長変換部材１２へ入射するため、波長変換部材１２の下面１２Ｂに入射する単位面積ごとの光束が少なくなる。これにより、波長変換部材１２の厚み方向における単位面積上の波長変換物質の含有量を少なくすることができるため、波長変換部材１２自体の厚みを薄くすることができる。つまり、波長変換部材１２中を通過する光の距離が短いために、波長変換部材１２中における余分な光散乱が抑えられ、光取り出し効率を向上させることができる。さらに、波長変換部材１２を通過することで得られた所望の発光色の光は、第２導光部材１５及び透光性部材１４により平面積が絞られて、透光性部材１４の上面１４Ａから外部へ出射される。ここで、出射面積が徐々に狭められていく途中には波長変換物質は実質的に含まれないため、発光装置の発光面となる透光性部材１４の上面１４Ａに到達するまでに、波長変換物質等による光散乱等によって吸収される光が低減され、より光取り出し効率に優れた発光装置とすることができる。
実施形態２：発光装置
この実施形態２の発光装置２０は、図２に示すように、２つの発光素子２１と、２つの発光素子を同時に被覆する波長変換部材２２と、各発光素子２１のそれぞれの側面に配置された第１導光部材２３と、波長変換部材２２の上に設けられた１つの透光性部材２４と、透光性部材２４の側面に設けられた第２導光部材２５とを備える。２つの発光素子２１は、それぞれ、配線層を有する基板２７上に、平面視において全体として矩形状になるように配置されている。実施形態２の発光装置２０は、発光素子２１を複数備える点、隣接する発光素子２１間に、第１導光部材２３、被覆部材２６が配置されている点以外、発光装置１０と実質的に同様の構成を備える。
このように複数の発光素子を備える発光装置２０は、発光装置１０と同様の効果を有する。
特に、発光素子を複数備えることにより、より一層高輝度な発光装置とすることができる。また、複数の発光素子の対向する側面それぞれが第１導光部材２３で被覆されていることにより、隣接する発光素子間における色むら及び輝度むらを抑制することができる。この際、第１導光部材２３は基板側に凹の側面を有することが好ましい。このような形状により、発光素子側面からの光を第１導光部材２３の外面で、適度な反射面を形成し、反射光を波長変換部材２２へと効率よく導光させることができる。
平面視において、各発光素子２１を囲む第１導光部材２３の最外縁は、１つの波長変換部材２２の外縁よりも内側に配置されている。
透光性部材２４は、上面２４Ａ及び下面２４Ｂの面積が、波長変換部材２２の上面２２Ａの面積より小さく、平面視において、透光性部材２４の外縁が、２つの発光素子２１の上面２１Ａを囲む最外縁及び波長変換部材２２の上面２２Ａの外縁よりも内側に配置されている。
波長変換部材２２の厚みは、透光性部材２４の厚みよりも薄い。
１０、２０ 発光装置
１１、２１ 発光素子
１１Ａ、２１Ａ 上面
１２、２２ 波長変換部材
１２Ａ、２２Ａ 上面
１２Ｂ、２２Ｂ 下面
１３、２３ 第１導光部材
１３ａ 側面
１４、２４ 透光性部材
１４Ａ、２４Ａ 上面
１４Ｂ、２４Ｂ 下面
１５、２５ 第２導光部材
１５ａ 側面
１６、２６ 被覆部材
１６Ａ 樹脂材料
１７、２７ 基板
１８ 電子部品

Claims (13)

  1. 発光素子と、
    該発光素子の上面に配置され、前記発光素子の上面よりも大きな面積の下面を有する波長変換部材と、
    前記発光素子の側面から前記波長変換部材の下面まで延在して設けられる第１導光部材と、
    前記波長変換部材の上面に配置され、前記波長変換部材の上面よりも小さな面積の下面を有する透光性部材と、
    前記波長変換部材の上面から前記透光性部材の側面まで延在して設けられる第２導光部材とを備える発光装置。
  2. 前記透光性部材は、上面の面積が前記発光素子の上面の面積より小さい請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記透光性部材は、平面視において、その外縁が前記発光素子の外縁よりも内側に配置されている請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記発光素子は、平面視において、その外縁が前記波長変換部材の外縁よりも内側に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. さらに、前記波長変換部材、前記第１導光部材及び前記第２導光部材の側面を覆う被覆部材を備える請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光装置。
  6. 前記発光素子は複数であり、
    前記複数の発光素子に対して、１つの前記波長変換部材が配置されている請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置。
  7. さらに、前記発光素子を実装する基板を備えており、
    前記発光素子は、前記基板にフリップチップ実装されている請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光装置。
  8. 前記透光性部材は、熱伝導率が、前記発光素子を構成する材料の熱伝導率よりも小さい請求項１〜７のいずれか１つに記載の発光装置。
  9. 前記発光素子の上面は、前記波長変換部材の下面に接している請求項１〜８のいずれか１つに記載の発光装置。
  10. 前記発光素子の上面は、前記波長変換部材の下面に接着剤を介して接合されている請求項１〜８のいずれか１つに記載の発光装置。
  11. 前記波長変換部材の上面は、前記透光性部材の下面に接している請求項１〜１０のいずれか１つに記載の発光装置。
  12. 前記波長変換部材の上面は、前記透光性部材の下面に接着剤を介して接合されている請求項１〜１０のいずれか１つに記載の発光装置。
  13. 前記波長変換部材の厚みは、前記透光性部材の厚みよりも薄い請求項１〜１２のいずれか１つに記載の発光装置。
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