JP2019134048A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】蛍光体の色味を低減させた発光装置及び発光装置の製造方法を提供する。【解決手段】発光装置１００は、発光素子１と、凹部２ａを有する基体２と、前記発光素子１を被覆する透光性部材３と、前記透光性部材３に含有される光拡散材４と蛍光体５と、を備える。前記光拡散材４は、中空粒子が含まれており、前記透光性部材３の表面は、前記光拡散材４に起因する凹凸を有する。前記透光性部材３は、周縁部から中央部にかけて膨らむ凸型であり、前記凸型の外周は平滑である。【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。
近年、黄色蛍光体、赤色蛍光体、その他蛍光体を使用した白色発光装置が広く利用されており、光取り出し効率の向上や色ムラの改善など、様々な研究が行われてきた。
その一つとして特許文献１では、封止樹脂の表面に凸状の突起を形成し、光取出し効率及び輝度を向上させている。
特許第４１６７７１７号公報
しかしながら特許文献１の発光装置は、蛍光体の色が発光面から見えるため、発光色と物体色が異なっており、灯具に搭載すると、非点灯時の物体色が目立ち、デザイン性が損なわれるおそれがある。
そこで本開示は、発光面における物体色を均一にすることを目的とする。
本実施形態に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子を被覆する透光性部材と、前記透光性部材に含有される光拡散材と、を備え、前記光拡散材は、中空粒子を含んでおり、前記透光性部材の表面は、前記光拡散材に起因する凹凸を有し、周縁部から中央部にかけて膨らむ凸型である。
また、本実施形態に係る発光装置の製造方法は、凹部を備える基体の内底面に、発光素子が載置された、第１前駆体を準備する工程と、前記凹部に少なくとも中空粒子を備える光拡散材が含有された透光性部材を注入する工程と、注入された前記透光性部材の表面まで前記中空粒子を浮上させ、前記透光性部材を凸型に形成する工程と、前記透光性部材を硬化する工程と、を含む。
また、本実施形態に係る発光装置の製造方法は、平板状の基体に発光素子が載置され、前記発光素子を囲むように環状の凸部が形成された、第２前駆体を準備する工程と、前記凸部の内側に少なくとも中空粒子を備える光拡散材が含有された透光性部材を注入し、周縁部から中央部にかけて膨らむ凸型を形成する工程と、前記中空粒子を前記透光性部材の表面に浮上させる工程と、前記透光性部材を硬化する工程と、を含む。
本実施形態によれば、発光面における物体色を均一にすることができる。
第１実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。 第１実施形態に係る発光装置の図１ＡにおけるＩＢ−ＩＢ線での断面図である。 第１実施形態に係る発光装置の図１Ｂにおける透光性部材の表面を示す拡大断面図である。 第１実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る発光装置の製造方法における第１前駆体準備工程を示す断面図である。 第１実施形態に係る発光装置の製造方法における樹脂充填工程を示す断面図である。 第１実施形態に係る発光装置の製造方法における光拡散材浮上工程を示す断面図である。 第１実施形態に係る発光装置の製造方法における樹脂硬化工程を示す断面図である。 第２実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。 第２実施形態に係る発光装置の図４ＡにおけるＩＶＢ−ＩＶＢ線での断面図である。 第２実施形態に係る発光装置の図４Ｂにおける透光性部材の表面を示す拡大断面図である。 第２実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る発光装置の製造方法における第２前駆体準備工程を示す断面図である。 第２実施形態に係る発光装置の製造方法における樹脂充填工程を示す断面図である。 第２実施形態に係る発光装置の製造方法における樹脂充填工程を示す断面図である。 第２実施形態に係る発光装置の製造方法における光拡散材浮上工程を示す断面図である。 第２実施形態に係る発光装置の製造方法における樹脂硬化工程を示す断面図である。
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし以下に説明する発光装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに限定しない。特に、以下に記載されている構成要素の寸法、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。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。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又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
（第１実施形態）
図１Ａは、第１実施形態に係る発光装置１００を模式的に示す平面図、図１Ｂは、図１ＡにおけるＩＢ−ＩＢ線での断面図、図１Ｃは、図１Ｂにおける透光性部材の表面を示す拡大断面図である。
発光装置１００は、発光素子１と、発光素子１を被覆する透光性部材３と、透光性部材３に含有される光拡散材４と、を備えている。光拡散材４は、中空粒子を含んでおり、透光性部材３の表面は、光拡散材４に起因する凹凸を有し、周縁部から中央部にかけて膨らむ凸型である。詳しくは、発光装置１００は、内底面２ｂと側壁２ｃとを有する凹部２ａを備えた基体２と、凹部２ａの内底面２ｂ上に載置された発光素子１と、を備えた第１前駆体１０と、発光素子１を覆い周縁部から中央部にかけて膨らむ凸型に形成された透光性部材３と、透光性部材３に含有された光拡散材４と蛍光体５と、を備える。平面視において、光拡散材４は前記凸型の中央付近に配置され、断面視において、前記凸型の外周は平滑である。蛍光体５は透光性部材３中における発光素子１側の蛍光体５の密度が、透光性部材３中における透光性部材３の表面側の蛍光体５の密度よりも高い。
断面視において、透光性部材３を周縁部から中央部にかけて膨らむ凸型にする。これにより凸型中央付近に光拡散材４を密集させ、凸型の外周付近に光拡散材４が存在しない領域、平坦な領域を形成することができる。これにより凸型の外周付近に中空粒子が配置されておらず、凹部２ａの内側面との密着性を高くすることができる。以下、各構成について説明する。
（第１前駆体）
第１前駆体１０は内底面２ｂと側壁２ｃとを有する凹部２ａを備えた基体２と、凹部２ａの内底面２ｂに配置された配線６と、凹部２ａの内底面２ｂに載置され、配線６と電気的に接続された発光素子１と、を有する。
凹部２ａは側壁２ｃが開口方向に広口となるよう傾斜されていることが好ましい。傾斜の角度は内底面２ｂに対して９０度以上１５０度以下が好ましく、１００度以上１３０度以下がさらに好ましい。傾斜を設けることで透光性部材３中に含有される蛍光体５を平面視において視認しづらくすることができるからである。
（発光素子）
発光素子１は、金線や銀線、アルミ線等を利用したワイヤボンディングを利用したフェイスアップ実装や、半田や銀ペーストを利用したフリップチップボンディング等によって基体２に実装される。基体２に実装される発光素子１の個数は、１つであってもよいし複数であってもよい。発光素子１は、公知のものを利用でき、例えば、発光ダイオードやレーザダイオードを用いるのが好ましい。また、発光素子１は、基体２における凹部２ａの内底面２ｂに露出する配線６と電気的に接続されて、紫外光から赤色光までの波長範囲の光を発光する。例えば、青色、緑色の発光素子１としては、窒化物系半導体ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１、ＧａＰ等を用いることができる。また、例えば赤色の発光素子１としては、窒化物系半導体素子の他、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等を用いることができる。なお発光素子１は、平面視において、正方形、長方形、三角形、六角形等の多角形であってもよいし、円形、楕円形等であってもよい。
（基体）
基体２は、少なくとも１つ以上の発光素子１を実装し、発光装置１００を電気的に外部と接続する。基体２は、内底面２ｂと側壁２ｃとを有する凹部２ａと、凹部２ａの内底面２ｂ及び／又は内部に配置された配線６と、を備えて構成されている。基体２は平面視において、外部形状が略正方形である。基体２は凹部２ａを有し、平面視において、凹部２ａの形状が略正方形である。基体２の材料としては、機械的強度が高く、発光素子１からの光や外来光が透過しにくいものが好ましい。具体的には、ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）、フェノール樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴレジン）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂のような樹脂や、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックス、銅や銀、金、アルミニウム等の金属等によって形成することができる。金属の場合は適宜、絶縁物で被覆してもよい。
基体２は、下面に、発光素子１とは電気的に独立する放熱用端子を備える構成としてもよい。放熱用端子は、発光装置１００が備える全ての発光素子１の上面面積の和よりも大きい面積となるように形成され、発光素子１の直下の領域とオーバーラップするように配置されることが好ましい。このような放熱用端子の構成により、より放熱性に優れた発光装置１００とすることができる。また基体２は、光の取り出し効率に優れる白色のものでもよいが、パッケージの上面の少なくとも一部は、外来光に対する反射率を低下させるため、黒色など暗色であることが好ましく、外来光を散乱させる凹凸が形成されていてもよい。また、凹部２ａの内壁も暗色として表示コントラストを高めてもよいし、凹部２ａの内壁は白色として光の取り出し効率を高めてもよい。
（配線）
配線６は、正負の極性に対応した一対の配線６ａ、６ｂである。配線６は、配線６ａの上面と配線６ｂの上面とが互いに離間して、凹部２ａの内底面２ｂに樹脂から露出するように配置される。配線６は、例えば、電解めっきを用いて形成され、その厚みは均一であってもよく、部分的に厚く又は薄くなっていてもよい。配線６は、熱伝導率の大きな材料、機械的強度の高い材料、打ち抜きプレス加工又はエッチング加工等が容易な材料によって形成されることが好ましい。配線６の材料としては、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属、又は鉄−ニッケル合金、燐青銅等の合金等が挙げられる。また配線６は、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成することもできる。
（透光性部材）
透光性部材３は、凹部２ａ内に設けられて、発光素子１を被覆する。透光性部材３は、光拡散材４を含有し、透光性部材３の表面は、光拡散材４に起因して形成された凹凸を有する。また透光性部材３は、蛍光体５を含有し、光拡散材４は蛍光体５よりも透光性部材３の表面に位置する。従って、太陽光や照明光による外光を、透光性部材３の表面に存在する光拡散材４が光を反射、拡散させることで、透光性部材３の発光素子１側に存在する蛍光体５まで外光が届きにくくなるため、蛍光体５の物体色または反射物体色が視認しづらくなる。つまり、発光面の物体色が白色化される。なお、透光性部材３の表面とは、凹部２ａの内底面２ｂに対向する面であり、基本的には透光性部材３の上面を指すが、上面と連続する透光性部材３の側面の一部を含んでいてもよい。
図１Ｃに示すように、透光性部材３の表面は、光拡散材４が透光性部材３から露出する露出部分Ａと、透光性部材３が光拡散材４を被覆する被覆部分Ｂとを有する。透光性部材３は、必ずしも全ての光拡散材４を被覆する必要はなく、光拡散材４は、透光性部材３の表面が凹凸を有するように、透光性部材３の表面付近に配置されていればよい。透光性部材３は光拡散材４と比較して柔らかく、衝撃に強いため、光拡散材４は露出部分Ａにおいて破損し難い。また、露出部分Ａにおいても、被覆部分Ｂにおいても、少なくとも光拡散材４の一部は、透光性部材３に埋まっている。このため、硬化したシリコーン樹脂の表面に、後から微粒子を付着させた従来の発光装置と比較して、実施形態に係る発光装置１００は、衝撃等による微粒子の脱落、破損が生じ難い。
透光性部材３は、良好な透光性を有する材料、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、等によって形成されることが好ましい。熱硬化性樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、シリコーンハイブリッド樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、ユリア樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂又はこれらの樹脂を１種類以上含むハイブリッド樹脂等が挙げられる。特に、シリコーン樹脂又はその変性樹脂若しくはハイブリッド樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れるため好ましい。透光性部材３は、透過率が５０％以上であればよく、好ましくは７０％以上、より好ましくは８５％以上である。
（光拡散材）
光拡散材４は、中空粒子を含んでいる。図１Ａにおいて、光拡散材４は、透光性部材３の表面に均等に配置して表されていることが好ましい。但し、中空粒子の大きさや形状等により、透光性部材３の表面に互いの距離や露出状態をランダムに配置してもよい。そして、光拡散材４は、透光性部材３から光拡散材４の少なくとも一部が露出されている又は透光性部材３により光拡散材４が被覆されている状態で設けられている。中空粒子は、粒径の大きさは特に問わないが、５μｍ以上１００μｍ以下のものが好ましく、粒径が２０μｍ以上７０μｍ以下であることがさらに好ましく、粒径が４５μｍ以上６５μｍ以下のものが特に好ましい。なお、粒径はメジアン径である。中空粒子の粒径が小さく且つ粒子の体積が小さいほど浮力が小さくなるため、透光性部材３の中で浮き上がり難い。また、中空粒子は、１μｍ以上３０μｍ以下の殻厚が好ましいが、５μｍ以上２０μｍ以下の殻厚がさらに好ましい。中空粒子において中空の空孔率が大きいほど、浮上させ易くなるが、殻厚が薄くなるため、微粒子の破損が生じやすい。従って、粒径及び殻厚を当該範囲とすることで、透光性部材３の表面まで中空粒子を浮上させ易く、また微粒子の破損を生じ難くすることができる。これにより、透光性部材３の表面に好適な凹凸を形成することができるため、透光性部材３の表面において、光の散乱を起き易くすることができ、グレアを防止できる。
光拡散材４は、透光性部材３に対する嵩密度または比重が０．１ｇ／ｃｍ３以上０．７ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、透光性部材３に対する嵩密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上０．２ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましい。光拡散材４は、透光性部材３に対する嵩密度が小さい程、浮き易い。また光拡散材４は、嵩密度が小さすぎると、透光性部材３への分散中に浮いてしまう又はディスペンサ内で偏在する等の不具合が生じ、作業性が悪化する。嵩密度を当該範囲とすることで、光拡散材４を、透光性部材３の中に分散させた後で、光拡散材４を透光性部材３の表面まで浮上させることができるため、透光性部材３の表面に凹凸を形成し易くなる。
光拡散材４からなる、粒子の積層数は、１層以上７層以下であることが好ましく、２層以上３層以下であることがより好ましい。層が増えるごとに、光の反射が起きるため、蛍光体５は視認しづらくなると共に、光拡散により色分散は良くなるが、界面が増えるごとにフレネル反射による損失が起きるため、光束が低下する。従って、光拡散材４の積層数を当該範囲とすることで、蛍光体５を視認しづらくすると共に、光拡散を発揮でき、光束を低下させない。
光拡散材４は、形状が球状であることが好ましい。光拡散材４が球状であることで、透光性部材３の表面には、均一な複数の凹凸が形成され易くなる。光拡散材４は、白色で中空の微粒子であってもよく、周りの材料との屈折率差によって、散乱で白色に見える透明で中空の微粒子であってもよい。光拡散材４は、発光素子１が発光する光を散乱させて、発光装置１００における光取り出し効率を向上させることができる。従って、光拡散材４は、透光性部材３との屈折率差が大きい材料によって形成されることが好ましい。そして、光拡散材４の材料としては、例えば、中空シリカ、中空ガラス、中空セラミック、フライアッシュ、シラスバルーン、中空ポリマー、多孔質シリカ、多孔質ポリマー等を含む微粉末が挙げられる。なお、光拡散材４は、これらの材料が複数混合された微粉末であってもよい。例えば、透光性部材３に屈折率が１．５０〜１．５５のシリコーン樹脂を用い、光拡散材４に屈折率が１．３５〜１．４５の中空シリカを用いることで、発光素子１から外部への光取り出し効率を高めることができる。
光拡散材４は、透光性部材３に対する添加量が、１．５６ｖｏｌ％以上１９．３ｖｏｌ％以下であることが好ましく、透光性部材３に対する添加量が、７．３ｖｏｌ％以上１０．６ｖｏｌ％以下であることがより好ましい。光拡散材４は、添加量が多い程、発光面から見た外観をより白色にすることができる。また、光拡散材４は、添加量が多すぎると、透過率の低下に起因する発光装置の光度低下、添加量が少なすぎると、透光性部材３の表面から見える物体色が蛍光体５の物体色となる。透光性部材３に対する光拡散材４の添加量を当該範囲とすることで、発光装置の光度低下を引き起こすことなく、発光面から見た外観を白色化させることができる。なお、光拡散材４の添加量の単位である「ｖｏｌ％」とは、光拡散材４、及び蛍光体５、その他添加材を含有した透光性部材３の体積に相当するものである。例えば、光拡散材４の添加量が１０ｖｏｌ％とは、透光性部材３、光拡散材４、蛍光体５、その他添加材を含めた体積、計１００ｃｍ3に対して、光拡散材４の体積が１０ｃｍ３であることを意味する。
また透光性部材３は、光拡散材４、及び蛍光体５以外にも、酸化チタンを０．０１ｖｏｌ％以上０．２０ｖｏｌ％以下含んでいてもよく、０．０２ｖｏｌ％以上０．１５ｖｏｌ％以下含んでいてもよい。酸化チタンを添加することで、光拡散材４が含有された透光性部材３の外観を白くすることができるが、発光装置の光束が大きく低下する。そこで、酸化チタンを少量添加し、且つ光拡散材４を添加することで、光束を下げず、外観を白色化させることができる。
（蛍光体）
蛍光体５は、発光素子１からの光を吸収して異なる波長の光に波長変換するものであればよい。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、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（ＣＡＳＮ）系や（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（ＳＣＡＳＮ）系蛍光体等の窒化物系蛍光体、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ（ＫＳＦ）系蛍光体、硫化物系蛍光体等が挙げられる。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５は、複数の種類の蛍光体を組み合わせて用いてもよい。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。また透光性部材３中における発光素子１側の蛍光体５の密度は、透光性部材３中における透光性部材３の表面側の蛍光体５の密度よりも高くすることが好ましい。発光素子１側の蛍光体５の密度を高くすることで、波長変換率を高めることができ、所望の色度を達成するのに必要な蛍光体５の添加量を少なくすることができる。
本実施形態に係る発光装置１００によれば、本来、配光を制御するために透光性部材３に添加される光拡散材４を利用し、当該光拡散材４の粒径、嵩密度、添加量等を適宜調整することで、透光性部材３の表面に凹凸を形成する。これにより、透光性部材３の表面に形成される凹凸で、外光を効果的に散乱させて、蛍光体５の色を目立たせなくすることができる。また、発光面から見た外観が白色の発光装置１００を実現できる。また、発光素子１が複数である場合は、発光素子間に一定の間隔が置かれ、実装されている発光装置１００において、平面視において、発光素子１の全ては光拡散材４により覆われている。さらに、基体２が白色であれば、透光性部材３の表面の白色と同じ色味とすることができる。これにより、発光素子１から、発せられた光を、光拡散材４が散乱させることで、点灯時に発光素子１が存在する発光部と、存在しない非発光部の明暗差を低減でき、灯具に搭載した際の輝度ムラを低減した発光装置１００を実現できる。
（第１実施形態の製造方法）
次に、図２及び図３Ａ〜図３Ｄを参照して、第１実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。なお、一部の工程は、順序が限定されるものではなく、順序が前後してもよい。
図２は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。第１実施形態に係る発光装置の製造方法は、第１前駆体準備工程Ｓ１１と、樹脂注入工程Ｓ１２と、光拡散材浮上工程Ｓ１３と、樹脂硬化工程Ｓ１４と、を含む。
図３Ａは、第１実施形態に係る発光装置の製造方法における第１前駆体準備工程を示す断面図、図３Ｂは、第１実施形態に係る発光装置の製造方法における樹脂注入工程を示す断面図、図３Ｃは、第１実施形態に係る発光装置の製造方法における光拡散材浮上工程を示す断面図、図３Ｄは、第１実施形態に係る発光装置の製造方法における樹脂硬化工程を示す断面図である。
（第１前駆体準備工程）
凹部２ａを備える基体２の内底面２ｂに、発光素子１が載置された、第１前駆体１０を準備する。
図３Ａに示すように、第１前駆体準備工程Ｓ１１は、内底面２ｂと側壁２ｃとを有する凹部２ａを備えた基体２の凹部２ａの内底面２ｂに、発光素子１が載置された第１前駆体１０を準備する工程である。第１前駆体準備工程Ｓ１１において、発光素子１は基体２にワイヤ或いはバンプにより、配線６と電気的に接続されている。
（樹脂注入工程）
凹部２ａに、少なくとも中空粒子を備える光拡散材４が含有された透光性部材３を注入する。
図３Ｂに示すように、樹脂注入工程Ｓ１２は、基体２の凹部２ａに、透光性部材３となるシリコーン樹脂を注入して充填する工程である。樹脂注入工程Ｓ１２において、予め光拡散材４がシリコーン樹脂に添加され、シリコーン樹脂の中で、光拡散材４は、均一に分散している。当該シリコーン樹脂は、例えば、ディスペンサを用いたポッティング法等によって、基体２の凹部２ａ内に滴下される。
図３Ｂに示すように、樹脂注入工程Ｓ１２において、光拡散材４が添加されたシリコーン樹脂は、凹部２ａ中央付近を最上面として、周縁部から中央部にかけて膨らむ凸型を形成するまで充填される。所定の粒径、嵩密度、添加量を持つ光拡散材４を使用することで、次工程Ｓ１３において、シリコーン樹脂の表面付近まで光拡散材４を浮上させることが可能になる。
（光拡散材浮上工程）
注入された透光性部材３の表面まで、中空粒子を浮上させ、透光性部材３を凸型に形成する。
図３Ｃに示すように、光拡散材浮上工程Ｓ１３は、シリコーン樹脂の表面まで、光拡散材４を浮上させる工程である。光拡散材浮上工程Ｓ１３において、光拡散材４が均一に分散したシリコーン樹脂は、４０℃で１２時間、静置される。光拡散材４は、シリコーン樹脂と比べて軽いため、また、前記した粒径等の調整が行われているため、時間の経過と共に、未硬化のシリコーン樹脂の中を徐々に浮上し（図３Ｃの矢印参照）、最終的には、シリコーン樹脂の表面付近まで浮上する。これにより、シリコーン樹脂の表面には、光拡散材４の形状に起因する凹凸が形成される。
中空粒子の浮上は、透光性部材３中で一定時間静置していてもよく、超音波等の振動を加えてもよい。透光性部材３に超音波振動を加えることにより、中空粒子の浮上を早く、且つ、均一にすることができる。一方、透光性部材３の凸型がやや平坦化されることもある。
（樹脂硬化工程）
透光性部材３を硬化する。
図３Ｄに示すように、樹脂硬化工程Ｓ１４は、シリコーン樹脂を硬化させる工程である。樹脂硬化工程Ｓ１４において、シリコーン樹脂は、１５０℃で４時間、加熱される。シリコーン樹脂を加熱によって硬化することで、シリコーン樹脂の表面付近まで浮上した光拡散材４は、シリコーン樹脂の表面付近に固定され、シリコーン樹脂の表面には、凹凸が形成される。なお、シリコーン樹脂の表面に、外光を散乱させるための凹凸を形成するため、加熱温度は、１５０℃近傍に調整されることが好ましい。
以上、説明したように上述の各工程を行うことにより、発光装置１００が製造される。なお、上述の各工程では、１つの発光装置１００について説明したが、基体２が連続した状態で複数の発光装置１００が一度に形成された後、個片化されて、１つ１つの発光装置１００に分離するようにしてもよい。
第１実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、粒径、嵩密度、添加量等を適宜調整することで、光拡散材４を、シリコーン樹脂の表面付近まで浮上させ、シリコーン樹脂の表面に、光拡散材４に起因する凹凸を形成する。これにより、発光面から見た外観が白色の発光装置の製造方法とすることができる。また、光拡散材４の少なくとも一部がシリコーン樹脂に埋まっているため、衝撃等により光拡散材４が破損することのない発光装置の製造方法とすることができる。
（第２実施形態）
図４Ａは、本実施形態に係る発光装置２００を模式的に示す平面図、図４Ｂは、図４ＡにおけるＩＶＢ−ＩＶＢ線での断面図、図４Ｃは、図４Ｂにおける透光性部材の表面を示す拡大断面図である。
発光装置２００は、平板状の基体２２と、基体２２上に載置された発光素子２１と、発光素子２１を環状に囲むように形成された凸部２７と、を備える第２前駆体２０と、発光素子２１を覆い周縁部から中央部にかけて膨らむ凸型に形成された透光性部材２３と、透光性部材２３に含有された光拡散材２４と蛍光体２５と、を備える。光拡散材２４は、中空粒子が含まれており、透光性部材２３の表面は、光拡散材２４に起因する凹凸が形成されている。平面視において、光拡散材２４は前記凸型の中央付近に配置され、断面視において、前記凸型の外周は平滑である。蛍光体２５は透光性部材２３中における発光素子２１側の蛍光体２５の密度が、透光性部材２３中における透光性部材２３の表面側の蛍光体２５の密度よりも高い。
透光性部材２３を周縁部から中央部にかけて膨らむ凸型にすることで、凸型中央付近に光拡散材２４を密集させ、凸型の外周付近に光拡散材２４が存在しない領域、平坦な領域を形成することができる。これにより凸型の外周付近に中空粒子が配置されておらず、凸部２７との密着性を高くすることができる。以下、各構成について説明する。ここで、発光素子２１、光拡散材２４、蛍光体２５、配線２６は第１実施形態と同様であるから、説明は省略する。
（第２前駆体）
第２前駆体２０は平板状の基体２２と、基体２２上に載置された発光素子２１と、発光素子２１を囲むように環状に形成された凸部２７と、基体２２と凸部２７により形成された凹部２２ａと、を有する。発光素子２１は複数でもよく、複数の発光素子２１を囲むように凸部２７を設けてもよい。
（基体）
基体２２は、少なくとも１つ以上の発光素子２１を実装し、発光装置２００を電気的に外部と接続する。基体２２は平板状であり、表面及び／又は内部に配置された配線２６を備えて構成されている。基体２２は平面視において、外部形状が略正方形である。基体２２の材料としては、基体２と同様の材料を用いることができる。また基体２２は、基体２と同様に、下面に発光素子２１とは電気的に独立する放熱用端子を備える構成としてもよい。
（凸部）
凸部２７は、絶縁性材料を用いることが好ましく、且つ、発光素子２１から出射される光や外光等を透過しにくい材料を用いることが好ましい。また凸部２７は、所定の強度を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、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、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴレジン）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、不飽和ポリエステル等の樹脂が挙げられる。凸部の高さは特に限定されず、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であればよく、０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。
（透光性部材）
透光性部材２３は、凹部２２ａに設けられて、発光素子２１を被覆する。透光性部材２３は、光拡散材２４を含有し、透光性部材２３の表面は、光拡散材２４に起因して形成された凹凸を有する。また、透光性部材２３は、蛍光体２５を含有し、光拡散材２４は蛍光体２５よりも透光性部材２３の表面に位置する。従って、太陽光や照明光による外光を、透光性部材２３の表面に存在する、光拡散材２４が光を反射、拡散させることで、透光性部材２３の発光素子２１側に存在する蛍光体２５まで外光が届きにくくなるため、蛍光体２５の物体色または反射物体色が視認しづらくなる。つまり、発光面の物体色が白色化される。なお、透光性部材２３の表面とは、基体２２の表面に対向する面であり、基本的には透光性部材２３の上面を指すが、上面と連続する透光性部材２３の側面の一部を含んでいてもよい。
（第２実施形態の製造方法）
次に、図５及び図６Ａ〜図６Ｅを参照して、第２実施形態に係る発光装置の製造方法について、説明する。なお、一部の工程は、順序が限定されるものではなく、順序が前後してもよい。
図５は、第２実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。第２実施形態に係る発光装置の製造方法は、第２前駆体準備工程Ｓ２１と、樹脂注入工程Ｓ２２と、光拡散材浮上工程Ｓ２３と、樹脂硬化工程Ｓ２４と、を含む。
図６Ａは、第２実施形態に係る発光装置の製造方法における第２前駆体準備工程を示す断面図、図６Ｂ及び図６Ｃは、第２実施形態に係る発光装置の製造方法における樹脂注入工程を示す断面図、図６Ｄは、第２実施形態に係る発光装置の製造方法における光拡散材浮上工程を示す断面図、図６Ｅは、第２実施形態に係る発光装置の製造方法における樹脂硬化工程を示す断面図である。
（第２前駆体準備工程）
平板状の基体２２に発光素子２１が載置され、発光素子２１を囲むように環状の凸部２７が形成された、第２前駆体２０を準備する。
図６Ａに示すように、第２前駆体準備工程Ｓ２１は、平板状の基体２２に発光素子２１が載置され、発光素子２１を囲むように環状の凸部２７が形成された、第２前駆体２０を準備する工程である。第２前駆体準備工程Ｓ２１において、発光素子２１は基体２２にワイヤ或いはバンプにより、配線２６と電気的に接続されている。
（樹脂注入工程）
凸部２７の内側に、少なくとも中空粒子を備える光拡散材２４が含有された透光性部材２３を注入し、周縁部から中央部にかけて膨らむ凸型を形成する。
図６Ｂに示すように、樹脂注入工程Ｓ２２は、凹部２２ａに、透光性部材２３となるシリコーン樹脂を注入して充填する工程である。樹脂注入工程Ｓ２２において、予め光拡散材２４がシリコーン樹脂に添加され、シリコーン樹脂の中で、光拡散材２４は、均一に分散している。当該シリコーン樹脂は、例えば、ディスペンサを用いたポッティング法等によって、凹部２２ａに滴下される。
図６Ｃに示すように、樹脂注入工程Ｓ２２において、光拡散材２４が添加されたシリコーン樹脂は、凹部２２ａの中央付近を最上面として、周縁部から中央部にかけて膨らむ凸型を形成するまで充填される。所定の粒径、嵩密度、添加量を持つ光拡散材２４を使用することで、次工程Ｓ２３において、シリコーン樹脂の表面付近まで光拡散材２４を浮上させることが可能になる。
（光拡散材浮上工程）
中空粒子を透光性部材２３の表面に浮上させる。
図６Ｄに示すように、光拡散材浮上工程Ｓ２３は、シリコーン樹脂の表面まで、光拡散材２４を浮上させる工程である。光拡散材浮上工程Ｓ２３において、光拡散材２４が均一に分散したシリコーン樹脂は、４０℃で１２時間、静置される。光拡散材２４は、シリコーン樹脂と比べて軽いため、また、前記した粒径等の調整が行われているため、時間の経過と共に、未硬化のシリコーン樹脂の中を徐々に浮上し（図６Ｄの矢印参照）、最終的には、シリコーン樹脂の表面付近まで浮上する。これにより、シリコーン樹脂の表面には、光拡散材２４の形状に起因する凹凸が形成される。
（樹脂硬化工程）
透光性部材２３を硬化する。
図６Ｅに示すように、樹脂硬化工程Ｓ２４は、シリコーン樹脂を硬化させる工程である。樹脂硬化工程Ｓ２４において、シリコーン樹脂は、１５０℃で４時間、加熱される。シリコーン樹脂を加熱によって硬化することで、シリコーン樹脂の表面付近まで浮上した光拡散材２４は、シリコーン樹脂の表面付近に固定され、シリコーン樹脂の表面には、凹凸が形成される。なお、シリコーン樹脂の表面に、外光を散乱させるための凹凸を形成するため、加熱温度は、１５０℃近傍に調整されることが好ましい。
以上、説明したように上述の各工程を行うことにより、発光装置２００が製造される。なお、上述の各工程では、１つの発光装置２００について説明したが、基体２２が連続した状態で複数の発光装置２００が一度に形成された後、個片化されて、１つ１つの発光装置２００に分離するようにしてもよい。
第２実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、粒径、嵩密度、添加量、等を適宜調整することで、光拡散材２４を、シリコーン樹脂の表面付近まで浮上させ、シリコーン樹脂の表面に、光拡散材２４に起因する凹凸を形成する。これにより、発光面から見た外観が白色の発光装置の製造方法とすることができる。また、光拡散材２４の少なくとも一部がシリコーン樹脂に埋まっているため、衝撃等により光拡散材２４が破損することのない発光装置２００の製造方法とすることができる。
本開示に係る発光装置の実施例について以下に説明する。なお、本開示に係る発光装置は、以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１乃至実施例５）
本第２実施形態に係る発光装置の製造方法によって、発光装置を作製した。
実施例１の発光装置は、光拡散材の粒径が６５μｍである。実施例２の発光装置は、光拡散材の粒径が５５μｍである。実施例３の発光装置は、光拡散材の粒径が４５μｍである。実施例４の発光装置は、光拡散材の粒径が３５μｍである。実施例５の発光装置は、光拡散材の粒径が２０μｍである。実施例１乃至実施例５の発光装置は、同じ発光色とするため、更に、発光色５０００Ｋ、色度座標：（０．３２８，０．３４２）が得られるように蛍光体を添加した。
実施例１乃至実施例５における各構成要素の詳細を、以下に示す。
発光素子
個数：２４個実装
種類：発光ピーク波長が４５５ｎｍの青色光を発光する
平面視における外形寸法：１辺（縦×横）が０．６５ｍｍの正方形
高さ：１５０μｍ
基体
材料：セラミック
平面視における外形寸法：１辺（縦×横）が１５ｍｍの正方形
平面視における内形寸法：１辺（縦×横）が１２ｍｍの正方形
高さ：２．０ｍｍ
形状：略直方体
透光性部材
材料：メチルシリコーン樹脂（商品名ＯＥ−６３５１「東レダウコーニング(株)」）
平面視における外形寸法：φ７ｍｍの円形
厚さ：中心部８５０μｍ
硬化条件：４０℃×１２ｈｒ．＋１５０℃×４ｈｒ．
光拡散材
種類：中空フィラー
添加量：透過部材及び、蛍光体、光拡散材を含む全体積に対して１０．６ｖｏｌ％
形状：球状
凸部
材料：白色顔料含有メチルシリコーン樹脂
平面視における外形寸法：φ７ｍｍの円形
厚さ：５００μｍ
硬化条件：１５０℃×１５ｍｉｎ．
（比較例１）
実施例に係る発光装置と比較するため、比較例に係る発光装置を作製した。比較例１の発光装置は、透光性部材に光拡散材を添加していない。透光性部材に対する光拡散材の添加量以外は、実施例１と等しく形成した。比較例１の各構成要素の詳細は、上述の通りである。なお、透光性部材に光拡散材を添加していない発光装置を比較例１としているため、後述の表１において、比較例１に対応する粒径（μｍ）、比重（ｇ／ｃｍ３）の欄は、空白になっている。
実施例１乃至実施例５及び比較例１に対して、以下の実験を行った。
実施例１乃至実施例５及び比較例１に対して、高速測色分光光度計（商品名「ＣＭＳ−３５ＰＳ」、（株）村上色彩技術研究所製）を用いて、物体色の測定を行った。
実施例１乃至実施例５の発光装置の発光面の凹凸の高低差を、触針式膜厚計測器（商品名「アルファステップＩＱ」、(株)ヤマト科学）で測定した。
評価結果を表１に示す。
表１は、実施例１乃至実施例５、及び比較例１における、添加量（ｖｏｌ％）、粒径（μｍ）、比重（ｇ／ｃｍ３）、物体色（ｘ，ｙ）、光束（％）、高低差（μｍ）、粒子の積層数（個）をまとめた表である。高低差とは、透光性部材の発光面の表面粗さである。
Figure 2019134048
物体色の色度座標は、実施例１では、（０．３７７，０．４３２）であったが、比較例１では、（０．４３０，０．５１１）であった。即ち、比較例１では、発光色が白色であったのに対し、物体色では黄色であった。これは蛍光体の色が見えているためである。それに対し、実施例１では、発光色も物体色も共に白色であった。
また、光拡散材の粒径が異なる実施例２乃至実施例５においても、発光色も物体色も共に白色であった。つまり、粒径２０μｍ以上の、且つ透光性部材との比重差が０．６５以上の、中空構造を持つ光拡散材を添加することで、発光装置の物体色を白色にできる。
従って、透光性部材に光拡散材が添加された発光装置と、透光性部材に光拡散材が添加されていない発光装置とでは、同じ発光色でありながら外観の色味は異なる。つまり、透光性部材の底面に存在する蛍光体より、上層に配置された光拡散材の中空構造によって、外光を散乱させることができる。
発光装置の表面の高低差は、比較例１では０μｍであったのに対し、実施例１乃至実施例５では凹凸を確認した。つまり、粒径が２０μｍ以上７０μｍの光拡散材を添加することで、前記光拡散材に起因する凹凸を、透光性部材の表面に形成することができる。前記凹凸により発光装置の表面に当たる外光／及び発光装置からの出射光を、効率的に散乱させ、グレアを抑制できる。
透光性部材に光拡散材が添加されていない発光装置は、点灯時に発光素子が存在する発光部と、存在しない非発光部の明暗差が目立ったが、透光性部材に光拡散材が添加された発光装置は、光拡散材による光の散乱によって、発光部と、非発光部の明暗差が目立たなかった。即ち、透光性部材の表面に形成される光拡散材の層によって、発光装置の点灯時の輝度ムラを低減できる。
（実施例６乃至実施例８）
本第２実施形態に係る発光装置の製造方法によって、発光装置を作製した。実施例６に係る発光装置は、酸化チタンの添加量が０．０２ｖｏｌ％である。実施例７に係る発光装置は、酸化チタンの添加量が０．０５ｖｏｌ％である。実施例８に係る発光装置は、酸化チタンの添加量が０．１１ｖｏｌ％である。
実施例６乃至実施例８は、酸化チタンの添加量以外は、実施例１と等しく形成した。
（比較例２）
実施例６に係る発光装置と比較するため、比較例２に係る発光装置を作製した。酸化チタンの添加量が０．３８ｖｏｌ％である発光装置を、比較例２とした。封止部材に対する光拡散材の添加量以外は、実施例１と等しく形成した。比較例２各構成要素の詳細は、上述の通りである。
評価結果を表２に示す。
表２は、実施例１、実施例６乃至実施例８、及び比較例１、比較例２における、中空フィラー添加量（ｖｏｌ％）、中空フィラー粒径（μｍ）、中空フィラー比重（ｇ／ｃｍ３）、酸化チタン添加量（ｖｏｌ％）、物体色（ｘ，ｙ）、光束（％）をまとめた表である。
Figure 2019134048
物体色の色度座標は、実施例６では、（０．３６２，０．４１０）であったが、実施例１では、（０．３７７，０．４３２）であった。即ち、実施例６は、実施例１よりも物体色が白色になっている。
また光束は、実施例６では９０．１％であったが、比較例２では４５．０％であった。即ち、実施例６は、物体色を白くしつつ、光束を概ね維持できる。
以上、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
本開示の実施形態に係る発光装置は、照明や液晶パネルのバックライト等に利用することができる。
１、２１ 発光素子
２、２２ 基体
２ａ、２２ａ 凹部
２ｂ、２２ｂ 内底面
２ｃ 側壁
３、２３ 透光性部材
４、２４ 光拡散材
５、２５ 蛍光体
６、６ａ、６ｂ、２６ 配線
１０ 第１前駆体
２０ 第２前駆体
２７ 凸部
１００、２００ 発光装置
Ａ 露出部分
Ｂ 被覆部分

Claims (13)

  1. 発光素子と、
    前記発光素子を被覆する透光性部材と、
    前記透光性部材に含有される光拡散材と、を備え、
    前記光拡散材は、中空粒子を含んでおり、
    前記透光性部材の表面は、前記光拡散材に起因する凹凸を有し、周縁部から中央部にかけて膨らむ凸型である発光装置。
  2. 前記透光性部材は、さらに蛍光体が含有されており、
    前記透光性部材中における前記発光素子側の前記蛍光体の密度は、前記透光性部材中における前記透光性部材の表面側の前記蛍光体の密度よりも高い、請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記透光性部材の表面の凹凸は、前記透光性部材から前記光拡散材の少なくとも一部が露出されている又は前記透光性部材により前記光拡散材が被覆されている請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
  4. 前記光拡散材は、粒径が２０μｍ以上７０μｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
  5. 前記光拡散材は、前記透光性部材に対する嵩密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上０．７ｇ／ｃｍ３以下である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
  6. 平面視において、前記光拡散材は前記凸型の中央付近に配置され、
    断面視において、前記凸型の外周は平坦である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発光装置。
  7. 前記発光装置は、内底面と側壁とを有する凹部を備えた基体を有しており、
    前記発光素子は、前記凹部の内底面に載置されている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発光装置。
  8. 前記中空粒子は球状である請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の発光装置。
  9. 前記凹部は平板状の基体と、前記基体上に形成される環状の凸部により形成されている請求項７に記載の発光装置。
  10. 前記発光素子は、複数である請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の発光装置。
  11. 前記透光性部材の母材は、シリコーン樹脂である請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の発光装置。
  12. 凹部を備える基体の内底面に、発光素子が載置された、第１前駆体を準備する工程と、
    前記凹部に、少なくとも中空粒子を備える光拡散材が含有された透光性部材を注入する工程と、
    注入された前記透光性部材の表面まで、前記中空粒子を浮上させ、前記透光性部材を凸型に形成する工程と、
    前記透光性部材を硬化する工程と、
    を含む発光装置の製造方法。
  13. 平板状の基体に発光素子が載置され、前記発光素子を囲むように環状の凸部が形成された、第２前駆体を準備する工程と、
    前記凸部の内側に、少なくとも中空粒子を備える光拡散材が含有された透光性部材を注入し、周縁部から中央部にかけて膨らむ凸型を形成する工程と、
    前記中空粒子を前記透光性部材の表面に浮上させる工程と、
    前記透光性部材を硬化する工程と、
    を含む発光装置の製造方法。
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