JP5644967B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、配光特性に優れた発光装置及びその製造方法に関する。
従来、光源と、この光源からの出射光に励起されて光源の発光色と異なる色相の光を放出可能な波長変換部材とを組み合わせることで、光の混色の原理により多様な発光色の発光装置が開発されている。また、光源として発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）やレーザーダイオード（Laser Diode：ＬＤ）等の半導体発光素子を利用した発光装置は、低消費電力で長寿命であるため蛍光灯に代用可能な次世代照明として注目を集めており、さらなる出力の向上や配光における均一な発光色及び輝度が要求されている。
例えば特許文献１には、色ムラのない白色光を放出する発光装置及びその製造方法が開示されている。この発光装置５００の断面図を図１０に示す。発光装置５００は、リードフレームの凹部５０３内に、透光性の基板５０８上に半導体発光層を設けた発光素子５０１が、基板側が上面となるようにフリップチップ方式に設置され、基板５０８上には、保持板に蛍光体層が塗付された波長変換材部材５０７が密接して設けられている。また、凹部５０３内の発光素子５０１の周囲には、無機系バインダーに蛍光体５０５が配合された塗付液が充填されて蛍光体層５０２が設けられている。
上記の構造であれば、均一な厚みに制御された波長変換部材５０７が容易に得られ、蛍光体の分布が均一化されて色ムラが生じ難い。また、発光素子５０１の端面に蛍光体５０５を配置させることで、発光素子５０１の端面から漏れる光をも確実に波長変換できるため、その分明るい発光装置とできる。
さらに、発光装置を一次光源とし、これに反射鏡やレンズ等の光学系を介して、一次光を所望の光放出方向に矯正させつつ集光することにより、配光が調節された二次光を得る手段が開示されている（例えば非特許文献１）。
特開２００３−１０１０７４号公報 特開２００２−３０５３２８号公報 大山宜茂監修「自動車用半導体の開発技術と展望」１０９頁〜１１８頁 シーエムシー出版 ２００７年
しかしながら、特に車のヘッドライトやプロジェクターなどの投光器あるいは投光照明など、一次光源からの一次光を調整し最終利用形態の光源として利用する場合、最終光源は一次光の配光特性に大きく依存する。つまり一次光源の配光に色ムラ、輝度ムラなど負の要因がある場合、光学系によりその光特性が強調されて、光のにじみ、ピンぼけを誘引する虞があった。
光学系に光遮断部材を併設して戻り光や迷光を遮断することで、最終的にエッジの効いた見切りの良い光を放出できるが、この形態では該遮断による光損失を免れない。つまり、光出力を高めることと見切りを向上させることとは、達成手段が相反するものであって、これまで双方の要求を両立させことは困難であった。一方、ＬＥＤディスプレイ用のＳＭＤ型のＬＥＤでは、発光窓の周囲にあるパッケージ基材表面を黒色として、コントラストを高めたものが存在する。しかしながら、従来のＳＭＤ型では出力が不十分であり、基材から光が漏れ出し、これを黒色表面で吸収することによる光損失、またそれによる窓部周縁の黒色の変化により、見切りが悪化するという問題もあった。
このような状況に鑑み、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、発光素子を被覆する被覆部材を特定の配置形態とすることで、一次光源において発光領域と非発光領域とのコントラストを高められること、そしてこれを満足しつつ光損失を有効に低減して高輝度な光を安定して放出できることを新規に見出した。すなわち本発明の主な目的は、見切りの良い光を安定して放出でき、二次利用性の高い発光装置及びその製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の第１の発光装置は、発光素子と、発光面と該発光面から連続する側面とを有し、前記発光素子から出射される光が入射される光透過部材と、前記光透過部材の側面を被覆して前記発光素子を包囲する光反射性の第１の被覆部材と、前記第１の被覆部材を被覆して、前記発光面と共に該発光面側の表出面を構成し、可視光に対して前記第１の被覆部材より吸収係数が大きい第２の被覆部材と、前記発光素子及び光透過部材を包囲する枠体とを備え、前記第１の被覆部材が、前記第２の被覆部材との界面の断面形状を、上方に進むほど先細りとなるよう形成され、少なくとも前記第１の被覆部材は前記枠体内に充填されており、前記第２の被覆部材は、前記第１の被覆部材及び枠体の内面を被覆して、前記発光面と共に該発光面側の表出面を構成している。

また本発明の第２の発光装置によれば、発光素子と、発光面と該発光面から連続する側面とを有し、前記発光素子から出射される光が入射される光透過部材と、前記光透過部材の側面を被覆して前記発光素子を包囲する光反射性の第１の被覆部材と、前記第１の被覆部材を被覆して、前記発光面と共に該発光面側の表出面を構成し、可視光に対して前記第１の被覆部材より吸収係数が大きい第２の被覆部材とを備え、前記第１の被覆部材が、前記発光面より低い位置に凹部を形成しており、該凹部上に前記第２の封止部材を充填できる。
さらに本発明の第３の発光装置によれば、さらに前記発光素子及び光透過部材を包囲する枠体を備え、少なくとも前記第１の被覆部材は前記枠体内に充填されており、前記第２の被覆部材は、前記第１の被覆部材及び枠体の内面を被覆して、前記発光面と共に該発光面側の表出面を構成することができる。
さらにまた本発明の第４の発光装置によれば、さらに前記発光素子を実装するための配線基板を備え、前記配線基板の表面を、前記枠体の外部に露出させることができる。
さらにまた本発明の第５の発光装置によれば、前記枠体は、光観測方向からの平面視において、前記配線基板の表面が露出する方向と垂直な方向の外郭を構成できる。
さらにまた本発明の第６の発光装置によれば、前記発光面から外部に放出される光が白色光であって、前記第２の被覆部材を黒色体とできる。
さらにまた本発明の第７の発光装置によれば、前記第２の被覆部材を、前記第１の被覆部材に接合させることができる。
さらにまた本発明の第８の発光装置によれば、前記第１の被覆部材と前記第２の被覆部材との間に、金属部材を介在させることができる。
さらにまた本発明の第９の発光装置によれば、前記第１及び第２の被覆部材(26a;26b)は樹脂成形体であって、前記第１の被覆部材は、光反射性材料を含有するシリコーン樹脂を基材とし、前記第２の被覆部材は、顔料により着色された、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂を基材とすることができる。
さらにまた本発明の第１０の発光装置によれば、前記光透過部材は、前記発光素子から出射される光の少なくとも一部を波長変換可能な蛍光体を含有し、前記第２の被覆部材は、前記第１の被覆部材よりも熱伝導率を高くすることができる。
さらにまた本発明の第１１の発光装置の製造方法によれば、発光素子と、発光面と該発光面から連続する側面とを有し、前記発光素子から出射される光が入射される光透過部材と、を有する発光装置の製造方法であって、前記発光素子を配線基板上に実装する工程と、前記発光素子の上方に前記光透過部材を配置する工程と、前記光透過部材の側面を被覆して前記発光素子を包囲する光反射性の第１の被覆部材を形成する工程と、前記第１の被覆部材を被覆して、前記発光面と共に該発光面側の表出面を構成し、可視光に対して前記第１の被覆部材より吸収係数が大きい第２の被覆部材を形成する工程とを含み、前記第１の被覆部材を形成する工程は、前記第１の被覆部材が、前記発光面より低い位置に凹部を形成することができる。
本発明の発光装置によれば、第１の被覆部材により輝度を向上させつつ、戻り光などの迷光成分は第２の被覆部材でもって吸収できるため、コントラストの高い鮮鋭な放出光を得られる。ひいては放出光の光学的な制御が容易となって、各発光装置を単位光源とする２次利用性が高まる。特に、本発明の発光装置と光学系とを組み合わせた照明装置では、光のにじみが低減されて、鮮明でありながら高輝度な光源を実現できる。
また本発明の発光装置の製造方法によれば、樹脂成形などにより、光反射性の第１の被覆部材と光吸収性の第２の被覆部材とを容易に所望の配置形態とすることができ、高コントラストかつ高輝度の発光装置を生産性良く得ることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための、発光装置及びその製造方法を例示するものであって、本発明は発光装置及びその製造方法を以下のものに特定しない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に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。また本明細書で「径」は直径を意味するが、「径」で定義したものであっても、円形に限らず、幅、長さを意味する場合もある。
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。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については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。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。また、本明細書において、層上などでいう「上」とは、必ずしも上面に接触して形成される場合に限られず、離間して上方に形成される場合も含んでおり、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。尚、本明細書において、被覆部材を封止部材として記載している場合もある。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る発光装置１００の概略図であり、図１（ａ）は発光装置１００の断面図を、また図１（ｂ）は発光装置１００の光観測方向からの平面図をそれぞれ示す。発光装置１００は、発光素子１０と、この発光素子１０より出射される光が入射される光透過部材１５と、光透過部材１５の少なくとも一部を被覆する被覆部材２６とから主に構成される。図１の発光装置１００では、発光素子１０の一方の主面側を配線基板９上に実装して導通可能とし、さらにこの一方の主面側と対向する他方の主面側が光透過部材１５と光学的に接続されている。そして光透過部材１５は、発光素子１０より出射される光を受光する受光面１５ｂと、受光した光及び／又はその波長変換光を放出する発光面１５ａと、さらに発光面１５ａから連続する側面１５ｃを有する。また図１の例では、光透過部材１５が板状であって、発光素子１０と近接して対向する一方の主面を受光面１５ｂとし、この受光面１５ｂと対向して発光装置１００の表出面を構成する他方の主面を発光面１５ａとする。そして発光面１５ａと略直交して光透過部材１５の厚みを構成する両端面を側面１５ｃと呼称する。
被覆部材２６は、第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂを備え、光透過部材１５の発光面１５ａと受光面１５ｂの少なくとも一部を露出させた状態で、側面１５ｃを被覆する。第１の封止部材２６ａは、光を反射可能な光反射性材料２を含有しており、かつ発光素子１０を包囲する姿勢に配置される。そして光を吸収する光吸収性材料２９を含有する第２の封止部材２６ｂが、さらに第１の封止部材２６ａの外方に配置され、図１（ａ）の例では第１の封止部材２６ａの外面と界面を形成している。この第２の封止部材２６ｂは、光観測方向からの平面視において、光透過部材１５の発光面１５ａの周囲を被覆しており、この被覆領域が発光装置１００の表出面の少なくとも一部を構成する。
また第１の封止部材２６ａは、図１（ａ）に示すように光透過部材１５の発光面１５ａにおける発光領域及び受光面１５ｂにおける受光領域を非被覆領域として、側面１５ｃを被覆する。具体的に、外部へ光を放出する発光面１５ａの略全域と、受光面１５ｂにおける発光素子１０の対向領域とを非被覆領域として、発光面１５ａを外部に露出させている。また、光透過部材１５の側面１５ｃを被覆した領域における被覆部材２６の表出面が、発光面１５ａと略同一面となる姿勢に配置されている。ただし、本明細書でいう「略同一面」とは、上述した機能上で実質的に同一面であれば良く、例えばその同一面の発光装置の光透過部材、発光素子の寸法に比して±１０％程度とすることができる。また、これに限らず、光透過部材の発光面とそれを包囲する被覆部材の外表面の同一面、などについても同様に適用できる。
上記構造より、発光素子１０から出射された光は、光透過部材１５に進行した後、発光面１５ａを発光装置１００の窓部とし、この窓部１５ａより外方へと放出される。窓部１５ａは、光透過部材１５を包囲する被覆部材２６に対して出射方向の前面に設けられて、すなわち被覆部材２６を発光面１５ａに対して略同一面とする。あるいは図２の発光装置２００に示すように、光透過部材１５の発光面１５ａを、第２の封止部材２６ｂの表出面よりも外方に突出させ、すなわち被覆部材２６を発光面１５ａから受光面１５ｂ側に後退した外表面として、光透過部材１５の発光面１５ａからの主発光を被覆部材２６により遮られない形態としてもよい。さらに詳しくは第２の封止部材２６ｂを発光面１５ａよりも後退させることで、光吸収性材料２９によって主要な光出力が損出されることを回避できる。この結果、相対的に全体の出力を向上させつつ、戻り光などの迷光は制限されたコントラストの高い発光装置へと利用でき好ましい。
また光透過部材１５は、発光素子１０より出射される光の少なくとも一部を波長変換可能な波長変換材料１２を含有する。これにより発光素子１０からの出射される一次光は、その一部を波長変換材料１２でもって波長変換された二次光と加色混合されて、所望の波長の光を放出可能な発光装置とできる。また上述のように、発光面１５ａを発光装置１００における発光の窓部としており、言い換えると、光の分布領域を示す配光曲線は、発光面である窓部の形状や大きさに実質的に依存する。例えば図１に示すように光観測方向からの平面視において、光透過部材１５が発光素子１０を内包する形態、つまり光透過部材１５の径を発光素子１０の径より大きくすれば、配光を広くできる。すなわち発光素子に比して発光面１５ａを大きくすることで、発光装置からの光束量を高められる。あるいは発光素子１０上に光透過部材１５の側面１５ｃが位置するように、発光素子１０の外郭よりも光透過部材１５の径を小さくしてもよい。つまり発光素子１０に比して発光面１５ａを小さくして発光領域を絞ることで、より一層、混色の割合を略一定とできるため、さらに色ムラの低減された放出光とできる。また、発光領域を縮小することで相対的な輝度を高められる。あるいは光透過部材１５と発光素子１０の外径を略同一とし、光透過部材の側面１５ｃと発光素子１０の側面である端面３３とが略一直線上に揃うように位置決めしてもよい。これにより光束と輝度、配色性における双方のバランスがとれた光を放出できる。
以下、本発明における発光装置１００の各部材及び構造について説明する。
（発光素子）
発光素子１０は公知のもの、具体的には半導体発光素子を利用でき、特にＧａＮ系半導体であれば、蛍光物質を効率良く励起できる短波長の可視光や紫外光が発光可能であるため好ましい。具体的な発光ピーク波長は２４０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下、好ましくは３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下、若しくは４５０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下である。なお、このほか、ＺｎＳｅ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体の発光素子でもよい。
（発光素子構造）
半導体層による発光素子構造は、少なくとも第１導電型（ｎ型）層と第２導電型（ｐ型）層とにより構成される。更に、その両導電型層の間に活性層を有する構造が出力、効率上好ましいがこれに限定されない。
また、電極構造は、一方の主面側に第１導電型（負）、第２導電型（正）の両電極が設けられる構造が好ましいが、それに限定されず半導体層の各主面に対向して各々電極が設けられる構造でも良い。なお、正負電極は、必ずしも一対に限定されず、それぞれ複数形成することもできる。さらに、発光素子の実装形態についても公知の技術が採用でき、例えば同一面側に正負電極を有する素子構造では、その電極形成面と対向する成長基板側を主光取出し面とするフリップチップ実装が、発光素子１０と光透過部材１５とを光学的に安定して接続できるため、色相、輝度などに係る光特性の観点から好ましい。この他、電極形成面側を主光取出し面とする実装、フェイスアップ実装も採用でき、適宜素子構造に合った搭載手段が採用できる。
なお、半導体層を結晶成長させるための成長基板は、該成長基板が発光素子構造を構成しない場合には除去しても良い。また、成長基板が除去された半導体層に支持基板、例えば導電性基板又は別の透光性部材や透光性基板を接着した構造とすることもできる。また、半導体層に接続する透光性部材・基板に代えて、光透過部材１５を用いることもできる。その他、ガラス、樹脂などの透光性部材により半導体層が接着・被覆されて、支持された構造の素子でも良い。成長基板の除去は、例えば装置又はサブマウントのチップ載置部に保持して、剥離、研磨、若しくはＬＬＯ（Laser Lift Off）で実施できる。また、透光性の異種基板であっても、基板除去することで、光取り出し効率、出力を向上させることができ、好ましい。
（光反射構造）
また、発光素子１０は光反射構造を有することができる。具体的には、半導体層の互いに対向する２つの主面の内、光取り出し側と対向する他方の主面を光反射側（図１における下側）とし、この光反射側の半導体層内や電極などに光反射構造を設けることができる。光反射構造の例として、半導体層内に多層膜反射層が設けられた素子構造、あるいは半導体層の上にＡｇ、Ａｌ等の光反射性の高い金属膜や誘電体多層膜を有する電極、反射層を設けた構造がある。
（窒化物半導体発光素子）
図１の発光装置１００に搭載される発光素子１０はＬＥＤチップであり、このＬＥＤチップを配線基板９の一であるサブマウント基板上にフリップチップ実装している。以下にその発光素子１０の一例として、窒化物半導体の発光素子を説明する。図３は、発光素子１０の概略断面図である。図３の窒化物半導体の発光素子１０では、成長基板５であるサファイア基板の上に、第１の窒化物半導体層６であるｎ型半導体層、活性層８である発光層、第２の窒化物半導体層７であるｐ型半導体層が順にエピタキシャル成長され、窒化物半導体層１１を形成している。そして、発光層８及びｐ型半導体層７の一部がエッチングにより選択的に除去されて、ｎ型半導体層６の一部が露出され、この露出領域に第１の電極３Ａであるｎ型パッド電極を形成している。またｐ型半導体層７のほぼ全面にＩＴＯ等の透光性導電層１３、さらにその上の一部に第２の電極３Ｂであるｐ型パッド電極が形成されている。さらに、ｎ型パッド電極３Ａ及びｐ型パッド電極３Ｂの所定の表面のみを露出し、他の部分は絶縁性の保護膜１４で被覆される。なお、ｎ型パッド電極３Ａは、ｎ型半導体層６の露出領域に透光性導電層のｎ型電極を介して形成してもよい。
（成長基板、窒化物半導体）
成長基板５は、半導体層１１をエピタキシャル成長させる基板で、窒化物半導体における基板としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板、ＧａＮやＡｌＮ等の窒化物半導体基板がある。窒化物半導体としては、一般式がＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）であって、ＢやＰ、Ａｓを混晶してもよい。また、ｎ型半導体層６、ｐ型半導体層７は、単層、多層を特に限定しない。活性層である発光層８は単一（ＳＱＷ）又は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）とする。窒化物半導体層１１の例としては、サファイア基板上に、バッファ層などの窒化物半導体の下地層、例えば低温成長薄膜ＧａＮとＧａＮ層を介して、ｎ型半導体層として、例えばＳｉドープＧａＮのｎ型コンタクト層とＧａＮ／ＩｎＧａＮのｎ型多層膜層が積層され、続いてＩｎＧａＮ／ＧａＮのＭＱＷの活性層、更にｐ型半導体層として、例えばＭｇドープのＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮのｐ型多層膜層とＭｇドープＧａＮのｐ型コンタクト層が積層された構造を用いる。
（配線基板）
一方、図１の発光装置１００において、上記の発光素子１０が実装される基板９は、少なくとも表面が素子の電極と接続される配線を形成したものが利用できる。基板の材料は、例として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成され、単結晶、多結晶、焼結基板、他の材料としてアルミナ等のセラミック、ガラス、Ｓｉ等の半金属あるいは金属基板、またそれらの表面にＡｌＮ薄膜層が形成された基板等、積層体、複合体が使用できる。金属基板、金属性基板、セラミック基板は放熱性が高いため、好ましい。素子が載置される基板には、配線を有していない基板でも良く、例えば、電極形成面側を主な発光側とする発光素子において、その基板側を実装して素子の電極を装置の電極にワイヤー接続する形態でも良く、載置部の基材、リード電極を備えた発光装置でも良い。また、その基板と被覆部材の形態としては、図示する発光装置のように、被覆部材が基板の上に設けられる形態の他、基板の側面を覆う形態でも良い。また配線基板は、光を光取り出し方向へと有効に反射できるように、少なくともその表面が高反射性材料で構成されることが好ましい。
（光透過部材）
また図１の発光装置１００は、発光素子１０からの光が入射される光透過部材１５を備える。光透過部材１５は通過する光の少なくとも一部を波長変換可能な波長変換材料１２を有することが好ましい。それにより、光源からの一次光が光透過部材１５を通過する際に、波長変換材料１２としての蛍光体を励起することで、光源の波長とは異なった波長を持つ二次光が得られ、この結果、波長変換されない一次光との混色により、所望の色相を有する出射光を実現できる。その他、一次光を透過するだけの形態、一次光で励起された二次光もしくはその副次的な光を透過し、一次光をほとんど透過しない形態があり、前者はＬＥＤ光の単色、後者は紫外線発光ＬＥＤの変換光（単色、混色光）、を発光する発光装置とできる。
また、図１の光透過部材１５は、発光面１５ａからの平面視において発光素子１０を内包するように構成される。言い換えると、図１に示すように、光透過部材１５の側面１５ｃが、発光素子１０の側面を構成する端面３３よりも外方に突出している。これにより、光学的に接続された発光素子１０からの出射光を、発光素子１０の上面より幅広な受光面１５ｂでもって直接的に受光できるため光束の損失が少ない。なお、光透過部材１５の側面１５ｃの発光素子１０の側面に対する突出量は、発光素子の寸法に比して、例えば３％以上３０％以下であり、具体的には５％以上１５％以下である。例として、実施例１の発光装置においては透光性部材１５の終端に約５０μｍの幅で突出している。
ここで、光透過部材１５の母材となる透光性部材としては、下記被覆部材と同様な材料を用いることができ、例えば樹脂、ガラス、無機物を用いることができ、また、下記波長変換材料の成形体、結晶体などでも良い。また、発光面、受光面は光透過部材が板状である場合には、両面とも略平坦な面であること、更には対向する両面が互いに平行であることが好ましく、これにより、受光から発光へ好適に光が進行する。一方で、それに限らず、発光面、受光面は平坦な面に限らず、全体、一部に曲面を有する形態の他、凹凸面などの面状の形態、さらには面状の形態に限らず種々の形状若しくは形態、例えば集光、分散するための形状、例えばレンズ状、などのような光学的な形状、とすることもでき、またそれを光透過部材上に結合した構造とすることもできる。なお、光透過部材１５は、発光素子１０の構成部材の一部であってもよい。
また、光透過部材の波長変換機能により、発光素子からの可視光とその変換光の混色光を出射する発光装置の他に、例えば発光素子からの紫外光による変換光、若しくは複数の変換光による混色光のように、発光素子の一次光から変換された二次光を出射する発光装置とすることもできる。
波長変換機能を備えた光透過部材１５は、具体的には光変換部材を備えたガラス板、あるいは蛍光体結晶若しくはその相を有する単結晶体、多結晶体、アモルファス体、セラミック体などが挙げられる。この他、蛍光体結晶粒子と適宜付加される透光性部材との焼結体、凝集体、多孔質体、更にそれらに透光性部材、例えば透光性樹脂を混入、含浸したもの、あるいは蛍光体粒子を含有する透光性部材、例えば透光性樹脂の成形体等から構成される。また、光透過部材１５の形状は特に限定されないが、実施の形態１では光透過部材１５を板状とした。板状とすることで、面状に構成される発光素子１０の出射面との結合効率が良く、光透過部材１５の主面とが略平行になるよう容易に位置合わせできる。加えて、光透過部材１５の厚みを略一定とすることで、通過する光の波長変換量を略均一として混色の割合を安定させ、発光面１５ａの部位における色ムラを抑止できる。このため、一の光透過部材１５に複数の発光素子１０を搭載する場合において、個々の発光素子１０の配置に起因する発光面内の輝度や色度の分布にムラが少なく略均一で高輝度の発光を得ることができる。なお、波長変換機能を備えた光透過部材１５の厚みは、発光効率や色度調整において、１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、さらには５０μｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましい。
また、青色発光素子と好適に組み合わせて白色発光とでき、波長変換材料に用いられる代表的な蛍光体としては、セリウムで付括されたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）の蛍光体及びＬＡＧ（ルテチウム・アルミニウム・ガーネット）の蛍光体が挙げられ、特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）等が好ましい。またＹＡＧ、ＬＡＧ、ＢＡＭ、ＢＡＭ：Ｍｎ、（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｚｎ：Ｃｕ、ＣＣＡ、ＳＣＡ、ＳＣＥＳＮ、ＳＥＳＮ、ＣＥＳＮ、ＣＡＳＢＮ及びＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕからなる群から選択される少なくとも１種を含む蛍光体が使用できる。
発光装置１００において、波長変換材料若しくはその機能を備えた光透過部材は、複数備えても良く、例えば、上記光変換部材が２種類以上の蛍光体を混合させたものがある。その他に、変換波長が互いに異なる波長変換材料を複数有する光透過部材、あるいは変換波長が互いに異なる波長変換材料を含有する光透過部材の積層体などでもよい。更に、一の波長変換材料若しくはその機能を備えた光透過部材と、それとは別に光変換部材を有する光変換部を、発光装置の光を取り出す窓部上、あるいはそこから光源までの装置内における光路上、例えば光透過部材と発光素子との間、その結合部材中、発光素子と被覆部材との間などに設けることもできる。
黄〜赤色発光を有する窒化物蛍光体等を用いて赤味成分を増し、平均演色評価数Ｒａの高い照明や電球色ＬＥＤ等を実現することもできる。具体的には、発光素子の発光波長に合わせてＣＩＥの色度図上の色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。その他に、近紫外〜可視光を黄色〜赤色域に変換する窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、珪酸塩蛍光体、Ｌ2ＳｉＯ4：Ｅｕ（Ｌはアルカリ土類金属）、特に（ＳｒxＭａｅ1-x）2ＳｉＯ4：Ｅｕ（ＭａｅはＣａ、Ｂａなどのアルカリ土類金属）などが挙げられる。窒化物系蛍光体、オキシナイトライド（酸窒化物）蛍光体としては、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕなどがあり、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体としては、一般式ＬＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ、一般式ＬxＳｉyＮ(2/3x+4/3y)：Ｅｕ若しくはＬxＳｉyＯzＮ(2/3x+4/3y-2/3z)：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか）で表される。
また、発光装置において、一の光透過部材１５に対応する発光素子１０の搭載個数は特に限定されない。一の光透過部材１５を通過する光を発光可能な発光素子１０を複数とすれば、受光面１５ｂへ進行する総光束量を多くできるため、ひいては発光面１５ａからの放出光の輝度を高められて好ましい。図に示すように、一列に複数の素子を配置した構造や、等間隔に格子位置に配置した構造などが挙げられる。
（被覆部材・封止部材）
被覆部材２６は、図１に示すように、光透過部材１５の一部を被覆し、具体的には少なくとも光透過部材１５の側面１５ｃを被覆する。被覆部材２６の基材となる樹脂の材料は透光性であれば特に限定されず、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物等を使用することが好ましいが、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の透光性を有する絶縁樹脂組成物を用いることができる。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、耐候性に優れた封止部材も利用できる。さらに、ガラス、シリカゲル等の耐光性に優れた無機物を用いることもできる。さらにまた、封止部材の発光面側を所望の形状にすることによってレンズ効果を持たせることができ、発光素子チップからの発光を集束させることができる。また、発光素子側に配置される第１の封止部材は、発光素子、波長変換部材の発熱、発光があるため、耐光性、耐熱性に優れた材料を用い、一方、その外側を被覆する第２の被覆部材はその影響が小さいため、その他の機能、上記見切り性の向上、耐候性、熱伝導性に優れた材料、すなわち互いに異なる材料（基材）をそれぞれ選択して、機能分離させることもできる。
さらに被覆部材２６は、耐熱性の高い樹脂成形体とすることが好ましい。これは発光素子１０や光透過部材１５が光子エネルギーの伝播経路に相当するため発熱する虞があるからである。したがってこれらの発熱体に近接する第１の封止部材２６ａは、特に耐光性及び耐熱性の高い樹脂を採用することが好ましい。実施の形態１では、被覆部材２６を構成する第１の封止部材２６ａにおいて、その基材となる樹脂をシリコーン樹脂とする。シリコーン樹脂は耐熱性、撥水性、電気絶縁性に優れる他、経年劣化しにくい利点を備える。さらに第１の封止部材２６ａは、基材の樹脂中に、光吸収の少ない光反射性材料２が少なくとも１種類含有される。光反射性材料２を含有することで第１の封止部材２６ａの光反射率を高め、樹脂を透過して隣接する部材への光の漏れを抑制し、すなわち所望とする方向への光誘導を可能とする。また上記の効果を有効に実現するために、基材となる樹脂、すなわち実施の形態１においてはシリコーン樹脂中に、光吸収の少ない光反射性材料２が少なくとも１種類含有される。また光反射性材料２を含有することで、第１の封止部材２６ａの反射率が高まり、さらに好適には透光性の粒子による反射機能をもたせて、光吸収、損失を低くした被覆部材とできる。すなわち発光素子１０であるＬＥＤチップからの出射光は、ＬＥＤチップの周囲近傍に被覆された第１の封止部材２６ａでもって反射されて、ＬＥＤチップ側あるいは光透過部材１５側へと導光される。このように、第１の封止部材と組み合わせて第２の封止部材を用いた構造とすることで、装置の基材の発光側表面を黒色に着色する従来の場合に比して、光の反射効率、高出力、高輝度とできる。
上記、被覆部材２６を構成する第１の封止部材２６ａにおいて、含有される光反射性材料２は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉからなる群から選択される１種の酸化物、若しくはＡｌＮ、ＭｇＦの少なくとも１種であり、具体的にはＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ、ＡｌＮ、ＳｉＯ2よりなる群から選択される少なくとも１種とする。第１の封止部材２６ａ中、特に透光性樹脂中に含有される光反射性材料２、特にその透光性の粒子としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌからなる群から選択される１種の酸化物であることで、材料の透光性及び反射性、基材との屈折率差を高められ好ましい。また、第２の封止部材も同様に光反射性材料を有して反射機能を補強しても良く、この場合、第１の封止部材より光反射性材料の密度を低くするか、反射率を低くする。また被覆部材は、上記光反射性材料２による成形体でもって構成することもでき、具体的には上記粒子を凝集した凝集体、焼結体、などの多孔質材料とすることもでき、その他に、ゾル・ゲル法による成形体でも良い。このような多孔質体の被覆部材では、上記光反射性材料２と多孔質内の空気との屈折率差を大きくできるため、光反射性を高められ、耐光性、耐熱性に優れ好ましい。また、両者の被覆部材の特性を考慮して、両者の複合的な成形体とした被覆部材を形成することもでき、例えば、所望形状に成形した被覆部材に外表面側から樹脂を含浸させた成形体とすることもできる。このように、被覆部材、封止部材若しくは、それによる包囲体は、必ずしも完全な封止、気密封止でなくとも、内部領域と外部とが連通されたり、気体透過性であったりしても良く、少なくとも光が漏れ出さない形態、特に出射方向に漏れ出さない形態であれば良い。このような構造は、第１、２の被覆部材で構成されても良く、発光素子側の第１の被覆部材だけで構成されても良い。
上述した母材中に光反射性材料２を含有する被覆部材では、その含有濃度、密度により光の染み出す深さが異なるため、発光装置形状、大きさに応じて、適宜濃度、密度を調整すると良い。例えば、比較的小さな発光装置の場合には、発光素子、光透過部材を覆う被覆部材の肉厚を小さくする必要があり、すなわちその薄肉の部材でもって光の漏れを抑制するように、高濃度の光反射性材料２を備えることが好ましい。一方で、光反射性材料２を含有する被覆部材の原料の調製、その原料の塗布、成形などの製造過程において、その原料における光反射性材料２の濃度が高くなると、製造上の困難性がある場合には、その濃度を適宜調整することになる。ここでは、母材を備えた被覆部材について説明したが、上記多孔質体についても同様に適用できる。一例として、下記比較例における実験では、その含有濃度を２０ｗｔ％以上、その肉厚は２０μｍ以上とするのが好適である。この範囲であれば、発光面から高輝度で指向性の高い放出光が得られる。
また、第２の封止部材２６ｂは、第１の封止部材２６ａと同様に、種々の樹脂を主剤とできる。例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂が列挙される。ただ第２の封止部材２６ｂは、強度や耐候性、あるいはガスバリア性に優れた樹脂の成形体とすることが好ましい。これは第２の封止部材２６ｂが発光装置の外形を構成する部材であって外部環境に曝されるからである。実施の形態１では第２の封止部材２６ｂの基材としてエポキシ樹脂を用いる。エポキシ樹脂は、耐水性や耐熱性が良好で、かつ電気絶縁性に優れる。また第１の封止部材２６ａに対して接着性がよく、成形収縮が少ないため、接着材としてもすぐれた特性を有する。さらに高強度で耐薬品性、防食性にも優れる。したがって第１の封止部材２６ａの強度が比較的小さい場合であっても、機械的強度の高い第２の封止部材２６ｂがこの第１の封止部材２６ａの外方を包囲することで、外部の応力から発光素子を保護でき、耐衝撃性を高められる。また、湿度や温度など発光素子に対する外部環境の負の因子を不通として、発光装置の信頼性を高められる。加えて表面の粘着性（タック性）が低いため汚れの付着を防止できる。なお、複数の樹脂材料を一体に形成する場合は、それぞれの熱膨張係数が近い樹脂を選択することが界面剥離の回避の観点からは好ましい。さらに、生産性を高めるために、第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂの基材を一致させてもよく、本実施の形態１において、第２の封止部材２６ｂの基材も第１の封止部材２６ａと略同一材料のシリコーン樹脂を用いてもよい。
さらに、第２の封止部材２６ｂは、樹脂の基材に光を吸収可能な光吸収性材料２９を含有して、少なくとも第１の封止部材２６ａより可視光に対して吸収係数の大きい部材とする。例えば所望の波長の光を吸収可能なように、第２の封止部材２６ｂを顔料などの光吸収性材料２９を含有せしめて着色することができる。特に、第２の封止部材２６ｂを黒色に着色した黒色体とすることで、可視光の略全波長域にわたって一様にその大部分を吸収することができるため、戻り光等の迷光を吸収して、外部への再放出を抑止でき好ましい。このため、発光色が白色である発光装置に対しては、特に第２の封止部材２６ｂが黒色体であることが好ましい。また、黒色体であれば汚れが付着した場合でも視認しがたくできる。あるいは外光に対するコントラストを高められる。したがって樹脂基材に含有させる光吸収性材料２９としては樹脂の基材を黒色に着色可能な構造体、例えば黒色顔料が好ましい。この黒色の着色体として具体的には炭素の黒鉛型微結晶の集りであるカーボンブラックや炭素の微粉末、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、フラーレン等が列挙できる。また樹脂基材中における光吸収材料２９の分散性や沈降性を考慮して他のフィラーを添加してもよい。例えばシリカ（ＳｉＯ2）を付加させることで粒径を略均等に揃えることができ、また比較的安価であり好適である。
また第２の封止部材２６ｂは、熱伝導性材料を付加することが好ましい。これにより発光素子及び波長変換材料を含有する光透過部材などの熱源による発熱を外部へと効率良く拡散することができ、発光装置の信頼性を向上させることができる。熱伝導性材料として、具体的には０．８Ｗ／Ｋ・ｍ以上の熱伝導率を有するものが好ましい。第２の封止部材２６ｂは発光装置の表出面を構成するため、熱伝導率が上記範囲であれば熱源による発熱を有効に外部へと放出でき、ひいては発光装置のライフ特性が向上する。特に第２の封止部材２６ｂの熱伝導率を、第１の封止部材２６ａの熱伝導率よりも高くすることが好ましい。これにより上記熱源、特に光透過部材１５が波長変換材料（蛍光体）を含有する場合には、その波長変換材料からの発熱を外部側へと誘導しやすくして外部への放熱性を高められる。熱伝導性材料としては例えばＡｇ、Ｃｕ等の金属材料や、ダイヤモンド、アルミナ、ＡｌＮ、ガラス等熱引きの良いセラミックス材料が挙げられ、これらを混合して含有させてもよい。また第２の封止部材２６ｂの光学特性（透光性、光反射性及び光吸収性）は、上記含有する光吸収性材料２９に大きく依存するが、主剤の樹脂自体や添加される熱伝導性材料によっても多少変化する。つまり熱伝導性材料の濃度が高くなるほど第２の封止部材２６ｂにおける光学特性への影響が大きくなるため、最終的な第２の封止部材２６ｂによる光吸収性と熱伝導性の両要素を考慮して、含有される材料の比率を決定する。なお、この熱伝導性材料は上記光吸収性材料２９がその機能を兼ねてもよい。例えば、黒色の着色体の例として挙げた上記光吸収性材料２９は、高熱伝導性の材質でもあるため、熱伝導性材料を別途付与することを省略してもよい。
（被覆領域）
ところで、発光素子１０からの出射光及び／又はその波長変換光は、上述の通り光透過部材１５の受光面１５ｂを進行し、光透過部材１５内を通過した後、外部へと放出される。したがって、光透過部材１５における少なくとも側面１５ｃを、被覆部材２６である第１の封止部材２６ａでもって被覆することにより、以下の作用、効果が得られる。側面１５ｃ領域からの光の漏れ出しを回避でき、さらに側面１５ｃ側より外方へ放出するのを抑止して、全体の発光色における色ムラや輝度ムラを低減でき、これにより第１の封止部材の外側、発光面を構成する第２の封止部材の見切り機能を高められる。また、側面１５ｃ方向へと進行した光を光取り出し方向側へと反射して、さらに外部への発光領域を制限することで、放出される光の指向性と発光面１５ａにおける輝度を高められ、他方、内側の第１の封止部材の耐光性により、外側の第２の封止部材が高輝度、高光束な光による劣化が抑えられる。さらに、光透過部材から発生する熱を第１の封止部材へ伝導させ、放熱性を高めることができる。光透過部材が波長変換材料を含有する場合には、高輝度、高出力な発光であると波長変換材料の発熱が著しいため、特に有効となる。
実施の形態１において、第１の封止部材２６ａは、光透過部材１５における側面１５ｃに加えて、受光面１５ｂの一部をも被覆する。具体的には、図１に示すように、光透過部材１５と配線基板９との間に封止部材２６を充填させ、発光素子１０の周囲を封止部材２６により被覆する。つまり光透過部材１５の受光面１５ｂにおいて、発光素子１０との対向域、すなわち素子との接合領域を除く領域、すなわち素子からの露出領域が封止部材２６でもって被覆される。この構成により、光透過部材の受光面において、発光素子１０と光透過部材１５との光学的な接続領域と、封止部材２６の被覆領域とが設けられ、この光学的接続領域に限定してそこから発光素子１０の一次光を光透過部材１５側へと高効率に導光できる。また、被覆領域の封止部材２６でもって、光透過部材の受光面側へと進行した光を光取り出し側へと反射させ、配線基板９での光吸収などによる一次光の光損失を抑制できる。さらに、図示するように、一の光透過部材１５に複数の発光素子１０が接合され、その素子間についても第１の封止部材２６ａが充填されることで、受光面１５ｂにおいて隣接する素子接合領域の間に設けられる離間領域を、第１の封止部材２６ａにより被覆することが好ましい。光透過部材１５内において、素子に隣接することで接合領域の直上の発熱、そこに溜まり易い熱を、第１の封止部材により上記離間領域の放熱性を高めて抑えることができる。
また第２の封止部材２６ｂは、第１の封止部材２６ａの外方に配置される。さらに具体的に、図１又は図２における第２の封止部材２６ｂでは、第１の封止部材２６ａと接合されて、第１の封止部材２６ａの外面に接しながらこれを包囲する。つまり、第１の封止部材２６ａの外面側の形状が、第２の封止部材２６ｂの内面側の形状に略一致して沿いながら連結され、双方の部材の接合領域で界面を形成しつつ一体に成形される。言い換えると第２の封止部材２６ｂと発光素子１０との間に第１の封止部材２６ａが介在する。そして第１の封止部材２６ａの成形体における外面の径は、図１（ａ）に示すように発光素子１０及び光透過部材１５の積層方向、発光面の光軸方向（図１（ａ）の上方向）にしたがって縮小する。つまり積層方向と直交する水平方向、発光面に平行な方向（図１（ａ）の左右方向）において、発光装置全体の外形に占める第１の封止部材２６ａの割合は上方ほど減少する。したがって配線基板９に接した被覆部材２６の最低面では、第１の封止部材２６ａに対する第２の封止部材２６ｂの割合が小さく、この割合は上方にいくにつれてその割合が増大する。そして発光側における被覆部材２６の最表面では、第２の封止部材２６ｂの割合が最も大きく、かつ第２の封止部材２６ｂが外部に露出して発光装置の表出面を構成する。言い換えると、水平方向において、第１の封止部材２６ａは光透過部材１５の側方より発光素子１０の側方において肉厚が大きくなっており、他方第２の封止部材２６ｂは発光素子１０の側方より光透過部材１５の側方において肉厚が大きくなっている。
このように、被覆部材２６は、第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂとの界面の断面形状が、上方にいくにつれて先細りとなるよう、第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂを独特の形状として一体に成形されてなる。この結果、光吸収性の高い第２の封止部材２６ｂに内包された高反射性の第１の封止部材２６ａの配置領域を、上方ほど狭小とできる。つまり光放出方向に従って光が進行可能な領域をテーパ形状として、最上の最も幅狭域に配置された光透過部材１５に導光されることとなる。したがって発光素子１０からの出射光を光透過部材１５の受光面１５ｂへと高効率に集光できるため、発光領域における輝度を有効に高められる。これに対して、第１の封止部材２６ａの幅狭域を第２の封止部材により埋設することで、発光面に占める第２の封止部材２６ｂの割合を高めて、さらには第２の封止部材２６ｂが発光面に近接されることで、見切り機能、また放熱機能を高められ、他方、発光面と対向する底面側、すなわち実装面側では、見切り機能を要さず、実装基板による放熱機能があるため、第２の封止部材の割合を低くできる。また、第１の封止部材の占める割合の高い、幅広域を形成している底面側では、発光素子及び光透過部材を包囲する、さらには保持する第１の封止部材と実装基板との接着強度を高めることができる。
さらに発光装置１００は、図１（ｂ）に示すように光観測方向からの平面視において、発光面１５ａの周囲を光吸収性の高い第２の封止部材２６ｂでもって被覆し、かつ第１の封止部材２６ａに対する第２の封止部材２６ｂの割合を最大として発光装置の表出面を構成する。この構造により、発光装置１００からの放出光が戻り光となって発光装置１００へと進行した場合、発光面１５ａを包囲する発光装置の外面でこの戻り光を吸収でき、戻り光が再び外方へと反射することを防止できる。したがって主要な光の分布領域から外れた領域に反射光が進行することを有効に防止し、輝度ムラや色ムラの発生を回避できる。つまり面内で均一な輝度、色相を備える配光を得られる。
上記、被覆部材２６における第１の封止部材及び第２の封止部材を独特の配置形態とすることで、全体の光束量の損失を抑制しつつ発光面１５ａでの集光率を向上できる。また、発光領域と他の領域での輝度差を大きくできるため、実質的に発光領域を発光面１５ａに限定するとともに放出光の見切りをよくできる。つまり光透過部材１５の発光面１５ａの形状と、この発光面１５ａからの放出光により構成される配光曲線の形状とを略一致させることができる。言い換えると、発光面１５ａの形状によって光の分布パターンを制御可能となる。
また発光装置は、第１の封止部材２６ａが少なくとも光透過部材１５の側面１５ｃを被包した状態で、第２の封止部材２６ｂでもって発光面１５ａの周囲の表出面を形成する構造として、封止部材の他の被覆領域については種々の形態が採用できる。例えば図示するように第１の封止部材２６ａが発光素子１０を包囲する配置において、第１の封止部材２６ａを発光素子１０の端面３３に被着し発光素子１０を被包させることが、上記製造の簡便さからは好ましい。ただ、第１の封止部材２６ａを発光素子１０の端面３３の外方に離間して配置させることもでき、具体的に、発光素子１０表面において光透過部材と光学的に接続する接続部と、基板との電気的、物理的な接続部と、から露出された露出部が第１の封止部材２６ａによって被覆されず露出され、さらに複数の発光素子１０を備える場合であれば、これら発光素子１０の互いの離間領域にも第１の封止部材２６ａが充填されず空隙が形成される。このように第１の封止部材２６ａである包囲部材に内部空間を備えた構造であれば、該包囲部材と気体との屈折率差により反射率を高められ、出力、輝度の高い発光装置とすることができる。この時、好適には発光素子との屈折率差を高くするように、上記内部空間が気密封止などで、素子と空気・気体との屈折率差の高い露出部を形成することが好ましい。また、複数の発光素子が一の光透過部材に光学的に接続する場合には、その素子間についても同様に空隙を形成して出力を高めることができる。
なお発光装置が枠体を有する形態において、第１の封止部材２６ａが発光素子１０及び光透過部材１５側のみならず、枠体の内壁側においても上方ほど先細り、幅狭となる断面形状を有していてもよく、光透過部材１５の側面１５ｃと枠体の内壁との間に、第１の封止部材２６ａが凹部の底を有する形状であってもよい。そして、その凹部内に第２の封止部材２６ｂが充填されている形態であってもよい。第２の封止部材２６ｂはその機能上、戻り光などの迷光を吸収により十分に減衰せしめることができれば、封止部材２６の表層を構成する程度の肉厚であってもよい。さらに、上記のように第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂとは互いに接合されて設けられることが好ましいが、両封止部材の間に空隙や他の部材、例えば後述の光反射層、あるいは両封止部材の密着性を向上させる接着部材等が介在していてもよい。
（接着材）
発光素子１０と光透過部材１５との界面には接着材１７が介在されており、これにより双方の部材を固着する。この接着材１７は、発光素子１０からの出射光を光透過部材１５側へと有効に導光でき、双方の部材を光学的に連結できる材質が好ましい。その材料としては上記各部材に用いられる樹脂材料が挙げられ、一例としてシリコーン樹脂などの透光性の接着材料を用いる。また、発光素子１０と光透過部材１５との固着には、熱圧着による結晶接合等も採用できる。
（発光装置の製造方法）
上記の発光素子１０を実装基板である配線基板９上にフリップチップ実装し、上記光透過部材、被覆部材を備えて、図１に示される例の発光装置１００を得る。その製造方法の一例として、図４を用いて説明する。まず図４（ａ）に示すように、配線基板９上、又は発光素子１０に、フリップチップ実装するパターンに従い、バンプ２４を形成する。次にこのバンプ２４を介して発光素子１０をフリップチップ実装する。この例ではサブマウント基板９上で、一の発光装置に対応する領域に、各々１個のＬＥＤチップを並べて実装しているが、チップの搭載個数は発光面、光透過部材の大きさに応じて適宜変更できる。又はキャビティ構造を有する実装基板を用いて、このキャビティ内に発光素子１０を実装する形態でもよい。なお、発光素子１０の実装は共晶接合してもよく、これにより配線基板と発光素子との接合面積を大きくして熱引きを促進し、放熱性を高められる。
次に図４（ｂ）で発光素子１０の裏面側（サファイア基板裏面あるいはＬＬＯで基板除去した場合であれば窒化物半導体露出面）に、接着材１７であるシリコーン樹脂を塗布して、光透過部材１５を積層する。その後シリコーン樹脂１７を熱硬化して、発光素子１０と光透過部材１５とを接着する。
さらに発光素子１０の周囲に所定の大きさ、形状の枠体２５を立設させる。例えば枠体２５やキャビティの高さを光透過部材１５より低くする姿勢としてもよい。この枠体２５や実装基板等、パッケージの構成部材（外部との電気的接続部を除く）は黒色であることが好ましい。そして図４（ｃ）に示すように、発光素子１０の周囲に立設された枠体２５内、又はキャビティ内に、光透過部材１５の側面を被覆するよう第１の封止部材２６ａをポッティングする。滴下された第１の封止部材２６ａは、表面張力によって発光素子１０の壁面側を這い上がり、光透過部材１５の側面１５ｃを被覆する。つまり第１の封止部材２６ａは下方にいくにつれて広がる形状となり、光透過部材１５の発光面１５ａより低い位置に窪んで凹部３２を形成する。言い換えると光透過部材１５が凸状の窓部となって発光面１５ａが最高位に配置されており、光透過部材１５の周囲に凹部３２を備える。
続いて図４（ｄ）で、第１の封止部材２６ａで形成される凹部３２上に第２の封止部材２６ｂを充填する。具体的には凹部３２上に第２の封止部材２６ｂをポッティングしてこれを自重でもって平坦化させる。この際、第２の封止部材２６ｂの表面が、光透過部材１５の発光面１５ａに沿うように、すなわち双方の表面が略同一面上に位置するように充填量を調整する。そして第２の封止部材２６ｂを硬化後、所定の位置（例えば図４（ｄ）における一点鎖線部）でもってダイシングを行い、所望の大きさに切り出して図１の発光装置を得る。上記製造方法であれば、第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂとを容易に接合させて一体に成形することができる。また導光方向に先細りさせた第１の封止部材、発光面の表出面の多くを構成する第２の封止部材による断面形状を歩留まり良く製造でき好ましい。また、ここでは、第１の封止部材、第２の封止部材は、それぞれ塗布後に、硬化、成形処理、例えば真空脱泡、熱硬化処理する方が好ましいが、両方を同時に硬化、成形処理する形態、例えば、第１の封止部材を形成後に、硬化、成形処理の一部を実施して、仮硬化、成形して、第２の封止部材を形成して、本硬化、成形処理する形態としてもよい。各封止部材に適した条件で各々硬化、成形処理が成されれば良く、また、第２の封止部材の硬化、成形処理条件が、第１の封止部材が悪影響を受けないように、その材料を選定して、同一基材、相違する基材とすることができる。
ただ、発光素子１０の周囲を被覆する第１の封止部材２６ａや第２の封止部材２６ｂの配置方法は上記に限定されない。また、発光素子は発光装置の所定の載置部に直接実装される形態、すなわちサブマウントを備えなくても良い。さらに、上記個々に切り出された発光装置にレンズ等を接着、封止することもできる。
（実施の形態２）
上記、実施の形態１ではダイシングの際に枠体２５を排除する位置で切り出しを行う。つまり発光装置１００の最終形態では枠体２５を含有しない。ただ、ダイシングの位置決めはこれに限定されず、枠体２５を発光装置側に残す形態として発光装置のチップ化を行うこともできる。このように枠体を有する発光装置３００を実施の形態２とし、図５（ａ）に発光装置３００の断面図を、さらに図５（ｂ）に発光装置３００における光観測方向からの平面図をそれぞれ示す。実施の形態２の発光装置３００は、枠体２５を備える点で実施の形態１の発光装置１００と相違するが、他の構造については同一である。したがって同一の部材については同一の符号を付して詳細な説明については省略する。
図５の発光装置３００は、発光面１５ａの周囲を第２の封止部材２６ｂでもって被覆し、さらに第２の封止部材２６ｂは枠体２５によって包囲されている。つまり枠体２５は発光装置３００の外郭を構成する。これにより発光装置３００の機械的強度を高めることができる。また枠体２５は第２の封止部材２６ｂと同様に光吸収部材、特に黒色体により形成されることが、上記の通り、発光面１５ａの光特性の観点から好ましい。つまり戻り光や外来光などの迷光を吸収して、面内で均一な輝度、色度の配光を得ることができる。
また枠体２５の付設により、枠体２５で包囲したハウジング内に第１の封止部材２６ａ及び第２の封止部材２６ｂを格納して、それぞれの部材を強固に固定することができる。特に、第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂの主剤である樹脂が相違する場合、樹脂の硬化不良や、各部材の熱膨張係数の差により界面での剥離等によって、浮き上がりや膨張など部材が変位する虞があるが、被覆部材の周囲に枠体２５を包囲して立設させることで、この枠体２５が各部材を抑留して封止部材を定位置に固定できる。したがって枠体２５の高さ方向において、第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂの双方を枠体２５の内壁に接合する形態とすれば、部材の固着性を一層高めることができ好ましい。
さらに枠体２５の設置により、発光装置３００の全体の外径を維持したまま、枠体２５の構成分だけ第２の封止部材２６ｂの設置領域を低減させることができ、コスト削減を図れる。また、枠体２５が発光装置３００の外郭を構成するため、封止部材２６の硬度など強度的要素に対する依存性を低減して、構成材料の選択の幅を広げられる。例えば第２の封止部材２６ｂの主剤をシリコーン樹脂として耐光性や耐熱性を向上してもよい。さらに枠体２５は、光観測方向からの平面視において被覆部材２６と同一面上に、あるいは光透過部材１５よりも低い姿勢になるように配置される。言い換えると発光面１５ａの周囲には光放出方向に突出した部材を設けずして、発光装置の積層方向（図１（ｂ）の上方向）における最上部に発光面１５ａを配置する。これにより発光面１５ａより出射される主要な光が、隣接する部材に遮光されて吸収されることを回避でき、つまり光損失を抑制でき好ましい。
（実施の形態３）
また発光装置は、発光面や電気的な接続領域を除いて、外部に露出する表出面を光吸収部材で構成することが好ましい。これにより上記、面内で均一な輝度、色度を有する発光を得られる。図１の例では発光装置の積層方向において露出した端面２７が、光吸収性の高い第２の封止部材２６ｂによって構成される。したがって光観測方向からの平面視における発光装置の外径は、第２の封止部材２６ｂの外径に依存する。この第２の封止部材２６ｂの外径は特に限定されないが、該外径を大きくすることで発光面１５ａの周囲が光吸収性の高い領域で広範囲に被覆されることとなり、散乱して光軸より大きくずれた戻り光を広範囲に吸収できる。ここでは発光装置の外形を構成する第２の封止部材２６ｂの端面を、配線基板９よりも外方に配置した発光装置４００を実施の形態３として、図６にその概略図を示す。
図６（ａ）は発光装置４００の断面図であって、また図６（ｂ）は光観測方向からの平面図を示す。発光装置４００は、図１の発光装置１００と比較して第２の封止部材の配置形状の点で相違しており、その他の構造は同様である。したがって同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第２の封止部材３６ｂは、図６に示すように積層方向（図６（ａ）の上方向）にいくにつれて径を大きくした状態で、第１の封止部材２６ａと接合して一体に成形される。そして光観測方向からの平面視において、発光面１５ａの周囲を被覆する構造については実施の形態１と同様である。つまり第１の封止部材２６ａを介して発光面１５ａの周囲を第２の封止部材２６ｂでもって被覆し、かつ第２の封止部材２６ｂが表出面を構成する。また、第２の封止部材３６ｂは積層方向において、配線基板９の厚みを構成する端面２８から第１の封止部材２６ａの外面から連続して被覆する。つまり第２の封止部材２６ｂが配線基板９を被包して発光装置４００の端面を構成する。
さらに、本実施形態３においても、枠体２５を有する形態であってもよい。そして、その枠体を第２の封止部材により被覆することで、発光装置の機械的強度をさらに高めることができる。また、枠体の外部に配線基板９の表面が露出されている場合には、枠体から配線基板９の露出面に延伸かつ連続して被覆してもよく、さらに配線基板９の端面（側面）２８も被覆してもよい。なお、本実施の形態３において、枠体を設ける場合には、枠体の高さは発光面１５ａより低く、すなわち光出射方向で発光面より後退して設けられていることが好ましい。なぜなら、上記のように第２の封止部材３６ｂの表出面を発光面１５ａよりも低く形成することができ、構成部材による遮光、光損失を抑制できるからである。このように、第１の封止部材の表出面を発光面と略同一面として、そこに第２の封止部材を設ける構造とした場合には、又は第２の封止部材の表出面が発光面より前方に突出する場合には、発光面からの発光を阻害するが、本発明はそれを回避でき好ましい。
第２の封止部材２６ｂを上記構成とすることで、第２の封止部材２６ｂと配線基板９との接触領域を増やすことができ、双方を強固に連結できる。さらに第１の封止部材２６ａを第２の封止部材２６ｂと配線基板９とで挟着できるため、被覆部材２６と配線基板９とを安定して密着できる。この結果、第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂとの膨張係数の差による界面近傍での剥離を有効に防止でき好ましい。
また、配線基板９による配線パターンについては特に限定されず、図６（ａ）に示すように、配線基板のスルーホールを介して裏面側に外部接続用の配線パターンを施して、他の部材との電気的な接続を容易とし二次利用性を高める構造、あるいは外部に熱伝導性の高い部材を露出させて放熱性を高める構造としてもよい。また、発光素子の実装された配線基板９の上面側に外部接続部を設けて、配線基板９の裏面側、好適には略全面を熱引きの放熱器の接着に用いることができる。
（実施の形態４）
また第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂの間に光を反射可能な金属部材を設けてもよい。この形態の発光装置６００を実施の形態４とし、図７（ａ）に概略断面図を、また図７（ｂ）に光観測方面からの平面図をそれぞれ示す。実施の形態４の発光装置６００は、第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂの間に反射率の高い金属部材３４を設けており、この点が実施の形態１ないし実施の形態３と相違する。したがって他の部材における同様の構造については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図７の発光装置６００であれば、第１の封止部材２６ａと金属部材３４の双方で、発光素子１０から横方向へ拡散された出射光の進路を発光面１５ａ側へと有効に矯正できる。また第２の封止部材２６ｂ側への光の進行をしっかりと遮断して、つまり光の染み出しを回避して光損失を防止できる。つまり金属部材３４が光反射層の役割を果たし、相対的に発光装置６００全体の出力を向上できる。ひいては、第１の封止部材２６ｂにおける反射能力の負担を低減でき、具体的には第１の封止部材２６ａの厚みや含有される光反射性材料２の濃度を低減してコストを削減できる。また同時に、第１の封止部材２６ａと第１の封止部材２６ｂは互いに光学的特性の異なる材料を含有しており、さらに互いに異種の樹脂を基材とする場合もあり、金属部材３４を両部材間における構成材料の拡散や混入による効果不良や接着不良を防ぐバリア層として機能させることもできる。
したがって、金属部材３４は反射率が高いことが好ましい。加えて金属部材３４を第１の封止部材２６ａ及び第２の封止部材２６ｂと密着性に優れた材質とする。これにより金属部材３４で互いに接合する第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂとを強固に固定して一体化を図れるからである。金属部材３４としてはＡｌ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔｉ等が利用できる。
（実施例１、比較例１ないし比較例３）
実施の形態における発光装置に関して、光束に係る特性を確認するため以下の比較例及び実施例を施す。実施例１、比較例１及び比較例２は、ＬＥＤチップを封止する被覆部材の構成部材のみが相違しており、他の構造については同一である。具体的に比較例１では封止部材を、ＴｉＯ2の微粒子を含有するシリコーン樹脂である第１の封止部材２６ａのみとする。他方、比較例２では封止部材をカーボンブラック及びシリカを含有するシリコーン樹脂（東レ・ダウコーニング社製ＪＣＲ６１４６）である第２の封止部材２６ｂのみとする。また、実施例１は上記比較例で用いる第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂの両方を採用する。
さらに詳細に、比較例１、２及び実施例１の発光装置は、図１に示すように一の光透過部材１５と、約１ｍｍ×１ｍｍの略正方形の青色ＬＥＤチップを２個搭載している。また光透過部材１５は、ＹＡＧ濃度２０％のＹＡＧ／Ａｌ2Ｏ3焼結体を約１．１ｍｍ×２．２ｍｍ、厚さ約１２０μｍの大きさにスライスされた蛍光体板（以降、ＹＡＧ板と呼称する）である。このＹＡＧ板を、上記２個のＬＥＤチップを内包するようにＬＥＤチップ上に固定し、それぞれの被覆部材２６でもってＹＡＧ板及びＬＥＤチップの一部を封止する。なお、比較例３では光透過部材１５及び封止部材２６はなく、上記搭載された２個の青色ＬＥＤチップが露出されている。比較例１ないし比較例３及び実施例１の発光装置における光束を図８に示す。また図８において、実施例１の光束をｅ１で表し、同様に比較例１ないし比較例３のそれぞれの光束をｃ１、ｃ２、ｃ３で表す。
図８より、比較例１の光束が最も高く、これを１００％とすると、比較例２の光束は６５％低下する。言い換えると６５％の光成分は発光素子の側面方向へと拡散して第２の封止部材２６ｂにより吸収され、残りの僅か３５％程度の光成分がＹＡＧ板側へ進行していると認識される。一方、実施例１の発光装置、すなわち第１の封止部材２６ａ及び第２の封止部材２６ｂの双方でもってＬＥＤチップが封止された場合、光吸収性の高い第２の封止部材２６ｂを具備するにもかかわらず、光束の低下が５％に抑制されており高輝度性をほぼ維持していることがわかる。
また図９は、比較例１及び実施例１の発光装置において、ＹＡＧ板の中心を通りＹＡＧ板の長手方向（２個のＬＥＤチップを横断する方向）の輝度の断面を示したものである。なお、発光面の終端部における光のコントラストを確認するため、各例においてピーク値を１として規格化し低輝度の領域を拡大して示してある。また図９における実施例１の輝度をｅ１、比較例１の輝度をｃ１としてそれぞれ表記している。図９より、実施例１の発光装置においては、比較例１の発光装置に比べて輝度の立ち上がりが鋭くなっており、エッジの効いたコントラストの高い発光が得られていることがわかる。さらに発光面の周囲においては、比較例１の発光装置に比べて実施例１の発光装置の輝度が小さくなっており、吸収による迷光の低減効果がうかがえる。
このように、発光素子１０が高吸収性の第２の封止部材２６ａ（黒樹脂）のみで被包された場合は、高反射性の第１の封止部材２６ａ（白樹脂）のみで被包された場合に比べて６５％以上の光束低下が見られるが、第１の封止部材２６ａと第２の封止部材２６ｂとを特定の配置条件で組み合わせる本発明の形態であれば、発光領域を制限してもなお略同等の光束が維持されており、加えて輝度ムラや色ムラが低減された発光を実現できる。また光のコントラストも向上する。これは、封止部材による光遮断の効果のみならず、板状の光透過部材自体が波長変換量の偏在を抑止し、輝度ムラや色ムラの発生を効果的に回避できる相乗効果による。また、光透過部材１５の装着後に封止部材２６を成形する製造手法によって、光透過部材１５の容量に依存せず、その側面側と封止部材２６との密着性を保持できるため、内在する発光素子の密封環境を向上させ、ライフ特性に優れた発光装置とできる。また上述の発光装置を光源として、該光源からの放出光の光分布領域を調整可能な光学系を備える照明装置では、発光部でのコントラストが向上するとともに、高輝度な配光を得ることができる。
本発明の発光装置及びその製造方法は、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、バックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できる。
図１（ａ）は実施の形態１に係る発光装置１００の概略断面図を、また図１（ｂ）は発光装置１００の光観測方面からの平面図をそれぞれ示す。 実施の形態１に係る発光装置の別の形態を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る発光素子の概略断面図である。 実施の形態１に係る発光装置の製造方法を示す模式図である。 図５（ａ）は実施の形態２に係る発光装置３００の概略断面図を、また図５（ｂ）は発光装置３００の光観測方面からの平面図をそれぞれ示す。 図６（ａ）は実施の形態３に係る発光装置４００の概略断面図を、また図６（ｂ）は発光装置４００の光観測方面からの平面図をそれぞれ示す。 図７（ａ）は実施の形態４に係る発光装置６００の概略断面図を、また図７（ｂ）は発光装置６００の光観測方面からの平面図をそれぞれ示す。 実施例１及び比較例１ないし比較例３に係る各光束を示すグラフである。 実施例１及び比較例１に係る各輝度の断面を示すグラフである。 従来の発光装置を示す断面図である。
２…光反射性材料
３Ａ…第１の電極（ｎ型パッド電極）
３Ｂ…第２の電極（ｐ型パッド電極）
５…成長基板（サファイア基板）
６…第１の窒化物半導体層（ｎ型半導体層）
７…第２の窒化物半導体層（ｐ型半導体層）
８…発光層（活性層）
９…配線基板（サブマウント）
１０…発光素子（ＬＥＤチップ）
１１…半導体構造
１２…波長変換材料
１３…透光性導電層（ＩＴＯ）
１４…保護膜
１５…光透過部材
１５ａ…発光面（窓部）
１５ｂ…受光面
１５ｃ…側面
１７…接着材（シリコーン樹脂）
２４…導電部材
２５…枠体
２６…被覆部材（封止部材、樹脂）
２６ａ…第１の封止部材（第１の被覆部材）
２６ｂ…第２の封止部材（第２の被覆部材）
２７…（発光装置の）端面
２８…（配線基板の）端面
２９…光吸収性材料
３１…界面
３２…凹部
３３…端面
３４…金属部材
３６ｂ…第２の封止部材
１００、２００、３００、４００、６００…発光装置
５００…発光装置
５０１…発光素子
５０２…透光性材料
５０３…凹部
５０４…ｐ型電極
５０５…蛍光体
５０６…ｎ型電極
５０７…波長変換部材
５０８…基板

Claims (11)

  1. 発光素子と、
    発光面と該発光面から連続する側面とを有し、前記発光素子から出射される光が入射される光透過部材と、
    前記光透過部材の側面を被覆して前記発光素子を包囲する光反射性の第１の被覆部材と、
    前記第１の被覆部材を被覆して、前記発光面と共に該発光面側の表出面を構成し、可視光に対して前記第１の被覆部材より吸収係数が大きい第２の被覆部材と、
    前記発光素子及び光透過部材を包囲する枠体と
    を備え、
    前記第１の被覆部材が、前記第２の被覆部材との界面の断面形状を、上方に進むほど先細りとなるよう形成され、
    少なくとも前記第１の被覆部材は前記枠体内に充填されており、
    前記第２の被覆部材は、前記第１の被覆部材及び枠体の内面を被覆して、前記発光面と共に該発光面側の表出面を構成することを特徴とする発光装置。
  2. 発光素子と、
    発光面と該発光面から連続する側面とを有し、前記発光素子から出射される光が入射される光透過部材と、
    前記光透過部材の側面を被覆して前記発光素子を包囲する光反射性の第１の被覆部材と、
    前記第１の被覆部材を被覆して、前記発光面と共に該発光面側の表出面を構成し、可視光に対して前記第１の被覆部材より吸収係数が大きい第２の被覆部材と、
    を備え、
    前記第１の被覆部材が、前記発光面より低い位置に凹部を形成しており、
    該凹部上に前記第２の封止部材を充填してなることを特徴とする発光装置。
  3. 請求項２に記載の発光装置であって、さらに、
    前記発光素子及び光透過部材を包囲する枠体を備え、
    少なくとも前記第１の被覆部材は前記枠体内に充填されており、
    前記第２の被覆部材は、前記第１の被覆部材及び枠体の内面を被覆して、前記発光面と共に該発光面側の表出面を構成することを特徴とする発光装置。
  4. 請求項１または３に記載の発光装置であって、さらに、
    前記発光素子を実装するための配線基板を備え、
    前記配線基板の表面は、前記枠体の外部に露出されてなることを特徴とする発光装置。
  5. 請求項４に記載の発光装置であって、
    前記枠体は、光観測方向からの平面視において、前記配線基板の表面が露出する方向と垂直な方向の外郭を構成してなることを特徴とする発光装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか一に記載の発光装置であって、
    前記発光面から外部に放出される光が白色光であって、前記第２の被覆部材が黒色体であることを特徴とする発光装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか一に記載の発光装置であって、
    前記第２の被覆部材は、前記第１の被覆部材に接合されていることを特徴とする発光装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか一に記載の発光装置であって、
    前記第１の被覆部材と前記第２の被覆部材との間に、金属部材が介在することを特徴とする発光装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか一に記載の発光装置であって、
    前記第１及び第２の被覆部材(26a;26b)は樹脂成形体であって、
    前記第１の被覆部材は、光反射性材料を含有するシリコーン樹脂を基材とし、
    前記第２の被覆部材は、顔料により着色された、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂を基材とすることを特徴とする発光装置。
  10. 請求項１〜９のいずれか一に記載の発光装置であって、
    前記光透過部材は、前記発光素子から出射される光の少なくとも一部を波長変換可能な蛍光体を含有し、
    前記第２の被覆部材は、前記第１の被覆部材より熱伝導率が高いことを特徴とする発光装置。
  11. 発光素子と、
    発光面と該発光面から連続する側面とを有し、前記発光素子から出射される光が入射される光透過部材と、を有する発光装置の製造方法であって、
    前記発光素子を配線基板上に実装する工程と、
    前記発光素子の上方に前記光透過部材を配置する工程と、
    前記光透過部材の側面を被覆して前記発光素子を包囲する光反射性の第１の被覆部材を形成する工程と、
    前記第１の被覆部材を被覆して、前記発光面と共に該発光面側の表出面を構成し、可視光に対して前記第１の被覆部材より吸収係数が大きい第２の被覆部材を形成する工程とを含み、
    前記第１の被覆部材を形成する工程は、前記第１の被覆部材が、前記発光面より低い位置に凹部を形成することを特徴とする発光装置の製造方法。
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