JP5736203B2

JP5736203B2 - 発光装置

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Publication number: JP5736203B2
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Inventors: 泰司小谷; 隆照酒井
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
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Description

本発明は、発光素子からの光を波長変換層で変換する発光装置に関する。

発光素子からの光の一部を蛍光体で異なる波長の光に変換し、発光素子からの光と混合して出射する発光装置が知られている。例えば、発光素子が青色光を発し、蛍光体が青色光の一部を黄色光に変換することにより、青色光と黄色光とが混合された白色光を放出することができる。

特許文献１には、発光素子の上面に接着剤層を配置し、その上に板状の透光性部材を搭載した構成が開示されている。透光性部材には、蛍光体が含有されている。発光素子から出射される光は、透光性部材を通過する際に、一部蛍光に変換され、蛍光と発光素子から光が混合されて上方に放出される。特許文献１の構造では、発光素子および透光性部材の側面が光反射性樹脂で覆われ、側面に到達した発光素子からの光および蛍光を反射する。これにより、上面のみから光が出射されるため、高輝度の光を得ることができる。特許文献１には、光反射性樹脂を２段階に形成することにより、接着剤層で発光素子の側面が覆われないようにすることを提案している。

特開２０１０−１９２６２９号公報

特許文献１のように、透光性部材を発光素子の上面に搭載し、周囲を光反射性部材で覆う構成は、透光性部材の端部で、色むらが生じるという問題がある。例えば、発光素子の発する光が青色で、蛍光が黄色である場合、青色光と黄色光とが混合された白色光が出射されるが、透光性部材の端部分で黄色みが強くなり、色むらが生じる。

この原因の一つは、透光性部材の端面で、青色光および黄色光が反射される際、屈折率の波長依存性により青色光の反射角と黄色光の反射角とが異なり、黄色成分と青色成分とに分離するためである。また、別の原因としては、透光性部材の端面で光反射性樹脂により反射された青色光が、透光性部材内の蛍光体にて再び反射され、端面との間で多重反射することにより、透光性部材から出射するまでの光路長が長くなり、蛍光体により黄色蛍光に波長変換される確率が他の部分よりも大きくなるためである。

本発明の目的は、色むらの小さい発光装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様によれば、以下のような発光装置が提供される。すなわち、実装基板と、実装基板に搭載された発光素子と、発光素子上に配置された蛍光体含有樹脂層と、蛍光体含有樹脂層の上に搭載された透光性の板状部材とを有する発光装置であって、発光素子は、発光層を少なくとも含む１以上の半導体層である発光構造層と、発光構造層を支持する支持基板とを含む。板状部材の大きさは、発光構造層の大きさと同等以下であり、蛍光体含有樹脂層は、板状部材の端部から支持基板の端部を接続する傾斜した端面を備える。

また、本発明の第２の態様によれば、以下のような発光装置が提供される。すなわち、実装基板と、実装基板に搭載された発光素子と、発光素子上に配置された蛍光体含有樹脂層と、蛍光体含有樹脂層の上に搭載された透光性の板状部材とを有する発光装置であって、発光素子は、発光層を少なくとも含む１以上の半導体層である発光構造層と、発光構造層を支持する支持基板とを含む。板状部材の大きさは、発光構造層の大きさと同等以下であり、蛍光体含有樹脂層の端面は、板状部材の側面よりも外周側に位置する。

発光構造層の端部の直上における蛍光体含有樹脂層の膜厚は、蛍光体含有樹脂層に含有される蛍光体粒子の粒径よりも大きいことが望ましい。また、蛍光体含有樹脂層の端面は、支持基板の法線との成す角が、６０度以内であることが望ましい。板状部材の一辺の大きさは、発光構造層の対応する一辺の大きさとの差が５０μｍ以内であることが望ましい。

発光構造層の上面には電極が配置された構造である場合、電極上には、電極とボンディングワイヤとの接続部を封止する封止樹脂が配置された構成にすることができる。

蛍光体含有樹脂層の端面および板状部材の端面に対して所定の間隙をあけて対向する光反射性樹脂層を配置することが可能である。この間隙は、発光素子の発する光に対して透明な透明材料により充填することが可能である。

本発明によれば、蛍光体含有樹脂層の端面から、板状部材の外側を通して一部の光を出射することができるため、この光を、板状部材の端部で波長分離した光と混合することにより、色むらを低減できる。

第１の実施形態の発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ断面図。図１の発光装置の透明部材の上面図。図１の発光装置の蛍光体含有樹脂層１４の端面部分の拡大断面図。（ａ）および（ｂ）第１の実施形態の発光装置の光の進行方向を示す説明図、（ｃ）比較例１の発光装置の光の進行方向を示す説明図。第２の実施形態の発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）Ｃ−Ｃ断面図、（ｃ）Ｄ−Ｄ断面図。（ａ）第３の実施形態の発光装置の光の進行方向を示す説明図、（ｂ）および（ｃ）比較例２および比較例３の発光装置の光の進行方向をそれぞれ示す説明図。第３の実施形態の発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）Ｅ−Ｅ断面図。第４の実施形態の複数の発光素子を用いた発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）Ｆ−Ｆ断面図、（ｃ）Ｇ−Ｇ断面図。第４の実施形態の複数の発光素子を用いた別の形態の発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）Ｈ−Ｈ断面図、（ｃ）Ｉ−Ｉ断面図。（ａ）、（ｂ）実施例で用いた発光装置の評価方法を示す説明図。

以下、本発明の一実施の形態の発光装置について説明する。

本発明では、蛍光体含有樹脂層の上に板状の透明部材を配置する構成であるが、一部の励起光を蛍光体含有樹脂層の端面から上方に向かって、透明部材を通さず直接出射する構成とする。これにより、透明部材の端面付近から多く出射される蛍光と、蛍光体含有樹脂層の端面から透明部材を通さずに直接出射された励起光とを混合し、透明部材の端面付近における色むらを低減する。

（第１の実施形態）
図１に、第１の実施形態の発光装置を示す。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）、（ｃ）は、それぞれＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。なお、図の理解を容易にするために図１（ａ）の上面図にもハッチングを付している。

上面に電極および配線が形成された実装基板１０の上に、ＬＥＤ素子１１が実装されている。ＬＥＤ素子１１は、半導体をエピタキシャル成長させた発光層を含む発光構造体（以下、エピ層）１２と、これを支持する支持基板１３とを備えている。エピ層１２の上面形状は、支持基板１３の上面形状よりもわずかに小さい。エピ層１２の端面は、支持基板１３の端面よりも数十ミクロン（＜１００μｍ）内側、例えば５０μｍ程度内側に位置することが望ましい。

エピ層１２は、発光層の他に、発光層をエピタキシャル成長させる際に用いた成長基板を含んでいてもよい。エピ層１２は、メタルボンディングにより支持基板１３に固定されている。

支持基板１３は、エピ層の発する発光波長に対して不透明で、かつ、導電性の材料により構成されている。支持基板１３の下面には、アノード電極（不図示）が配置されている。実装基板１０には、支持基板１３と接する部分に電極が備えられており、支持基板１３のアノード電極と導電性のダイアタッチ剤により接続されている。

エピ層１２の上面形状は矩形であり、隣り合う二つの角部には、一対のカソード電極１５が配置されている。一対のカソード電極１５は、実装基板１０上のボンディング用電極パターン１６にボンディングワイヤ１７により接続されている。

ＬＥＤ素子１１の上面には、蛍光体含有樹脂層１４が配置されている。蛍光体含有樹脂層１４は、ＬＥＤ素子１１の発する光（励起光）を吸収して励起され、所定波長の蛍光を発する蛍光体を、透明樹脂に分散させた材料により構成されている。透明樹脂は、ＬＥＤ素子１１の発する励起光および蛍光に対して透明である。蛍光体含有樹脂層１４には、蛍光体含有樹脂層１４の膜厚を一定にするスペーサーとなる透明ビーズを分散させることも可能である。

蛍光体含有樹脂層１４は、ＬＥＤ素子１１のエピ層１２の上面および端面を覆うように、支持基板１３の上面全体に配置されている。蛍光体含有樹脂層１４の端面形状は、外向きに凸の湾曲面もしくは傾斜面となっている。この端面形状の詳細については後述する。

蛍光体含有樹脂層１４の上には、板状の透明部材１８が搭載されている。透明部材１８の上面形状は、図２に示すように、エピ層１２の上面形状と対応した矩形であって、カソード電極１５に対応する部分に切り欠き１９を備えた形状である。

透明部材１８の矩形の２辺の長さａ，ｂは、エピ層１２の対応する２辺の長さＡ，Ｂと同等もしくはそれ以下（ａ≦Ａ、ｂ≦Ｂ）に設定されている。透明部材１８の２辺の長さａ，ｂは、エピ層１２の２辺の長さＡ，Ｂよりも小さい場合、その差が５０μｍ以内であることが望ましい。すなわち、（Ａ−５０μｍ）≦ａ≦Ａ、（Ｂ−５０μｍ）≦ｂ≦Ｂであることが望ましい。

切り欠き１９の２辺の長さｃ、ｄは、カソード電極１５の対応する２辺の長さＣ、Ｄと同程度か数十μｍ（例：５０μｍ）程度大きいことが望ましい。

蛍光体含有樹脂層１４の端面形状は、図３に示したように、透明部材１８の端部から支持基板１３の端部を接続する傾斜した形状である。よって、エピ層１２の端部における蛍光体含有樹脂層１４の膜厚ｔは、透明部材１８直下の蛍光体含有樹脂層１４の膜厚と同等かそれよりも薄い。膜厚ｔは、蛍光体粒子の平均粒径以上であることが望ましい。本願における蛍光体の平均粒径は、レーザー回折式の測定方法にて、体積基準で粒径分布の測定結果から50％時の粒径とする。これにより、エピ層１２の端部の上部に蛍光体粒子を配置することができるため、エピ層１２の上面の端部近傍から出射される光の一部を蛍光体粒子に入射させ、蛍光に変換することが可能になるためである。また、蛍光体含有樹脂層１４の端面形状は、エピ層１２の上面よりも上の部分が支持基板１３の法線に対して成す角θが６０度以下の急峻なテーパー形状であることが望ましい。急峻なテーパー形状とすることにより、エピ層１２の端部近傍での蛍光体含有樹脂層１４の膜厚を厚く確保することができるためである。

以下、各層材質等について具体例に説明する。エピ層１２としては、ここでは公知の青色光を発するＧａＮ等の発光層を含むものを用いる。実装基板１０の材質は、放熱効果の高い、高熱伝導材質の部材を用いることが望ましく、例えば、アルミナやセラミック製の実装基板や、スルーホール構造を有するガラスエポキシ基板等（スルーホールの部材は、Ｃｕ、Ａｇからなる部材など）を用いる。また、ＬＥＤ素子１１を実装するダイアタッチ剤としては、融点よりが高く、高熱伝導性も高い材質であることが望ましく、例えばＡｕＳｎを用いる。

蛍光体含有樹脂層１４の基材となる透明樹脂は、シリコン樹脂を、蛍光体としては青色光を励起光として黄色光を発する蛍光体（例えばＹＡＧ蛍光体）を用いることができる。例えば、平均粒径が約１２μｍの蛍光体を、透明樹脂に対して、２０〜３０wt％で分散したものを用いることができる。蛍光体含有樹脂層１４の膜厚を決定するために透明ビーズを混合する場合には、粒径が所望の膜厚のビーズを用いる。このとき、蛍光体粒子は、粒径がビーズよりも小さいものを用いる。例えば、Φ３０μｍからΦ５０μｍ程度の粒径のビーズを使用する。ビーズの材質は、蛍光体含有樹脂層１４の基材の透明樹脂の屈折率ｎと屈折率が同等（ｎ±０．２）のものが好ましく、例えば、ＳｉＯ_２、アルミナ等の透明材料からなるビーズを用いる。また、ビーズが、蛍光体を含有する透明材料から構成されていてもよい。これにより、ビーズからも蛍光が発せられ、ビーズの部分で蛍光色が抜ける現象を防止できる。

ビーズを蛍光体含有樹脂層１４に混合しない場合には、蛍光体粒子の最大粒径が蛍光体含有樹脂層１４の膜厚を決定するので、最大粒径が所望の膜厚に一致する蛍光体粒子を用いる。

透明部材１８の材質は、無機材料であっても樹脂であっても構わないが、蛍光体含有樹脂１４の屈折率と同等かそれ以下であることが望ましい。透明部材１８が蛍光体含有樹脂１４よりも高い屈折率の材質を用いた場合、蛍光体含有樹脂１４および蛍光体含有樹脂１４に分散されたビーズと透明部材１８との界面で、光の反射が生じて取り出し効率が低下してしまうからである。例えば、透明部材１８の材質としては、ＳｉＯ_２からなる一般的なガラス材質や、サファイアなどを用いる。透明部材１８は、研磨工程と、ダイシングソーを用いたダイシング工程を経て形成することができる。他の方法としては、レーザーダイシング、エッチング等による形成方法もある。

また、透明部材１８に蛍光体粒子を分散させることも可能である。また、透明部材１８として蛍光セラミックや蛍光ガラスを用いることも可能である。

本実施形態の発光装置の各部の作用について図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。また、比較例１を図４（ｃ）を用いて説明する。

まず、図４（ａ）のように、本実施形態の、透明部材１８の一辺ａ、ｂと、それに対応するエピ層１２の一辺Ａ、Ｂのサイズの関係が、Ａ−５０μｍ≦ａ≦Ａ、Ｂ−５０μｍ≦ｂ≦Ｂである場合について説明する。

支持基板１３の裏面電極およびエピ層１２のカソード電極１５に、実装基板１０の電極から所定の電圧を印加すると、エピ層１２中の発光層から青色光が発せられる。青色光は、蛍光体含有樹脂層１４に入射し、一部は蛍光体に吸収され黄色の蛍光に変換され、変換されなかった青色光と混合されて白色光となり、蛍光体含有樹脂層１４の上面から透明部材１８の底面に入射する。透明部材１８の底面に入射した白色光の多くは、透明部材１８を透過し、透明部材１８の上面に到達して透明部材１８の上面から白色光４０として出射される。

透明部材１８の底面に入射した白色光の一部は、透明部材１８の端面に到達し、端面で反射されて上面に向かう。このとき、透明部材１８の屈折率の波長依存性により、白色光はスペクトル強度の高い黄色光４１と青色光４２に分離され、黄色光４１の反射角が青色光４２の反射角よりも大きいため、透明部材１８の上面の端部近傍からは黄色光４１が多くから出射される。この黄色光４１が周りの白色光４０との色度差があるため、このままでは色ムラと認識される。

本実施形態では、透明部材１８の大きさを、上述のようにエピ層１２と同等以下となるように設計しているため、透明部材１８よりも外周に蛍光体含有樹脂層１４の傾斜した端面が位置する。透明部材１８よりも外周側に位置する蛍光体含有樹脂層１４の膜厚は、透明部材１８の直下の蛍光体含有樹脂層１４の膜厚よりも薄いため、透明部材１８よりも外周側に位置する蛍光体含有樹脂層１４に含有される蛍光体量は、透明部材１８直下の領域よりも少なく、黄色光への変換効率は透明部材１８直下の領域よりも低い。このため、透明部材１８の外周側に位置する蛍光体含有樹脂層１４の端面からは、青色成分の多い、青白光４３が出射される。

本実施形態では、透明部材１８の大きさを、上述のようにエピ層１２と同等以下となるように設計しているため、エピ層１２の端部の直上における蛍光体含有樹脂層１４の膜厚は、蛍光体含有樹脂層に含有される蛍光体粒子の平均粒径よりも大きく設定しやすく、蛍光体含有樹脂層の最大膜厚（透明部材直下の蛍光体含有樹脂層の膜厚）の１／２以上に設定しやすいものとなっている。

この青白光４３が、透明部材１８の外周に沿って上方に向かって出射されることにより、前述の色分離により生じた黄色光４１と混合され、ほぼ白色光となる。よって、本実施形態では、透明部材１８の端部においても、白色光を出射することができ、色むらのない発光装置を提供できる。

また、図４（ｂ）のように、透明部材１８の大きさがエピ層１２よりも小さい（ａ＜Ａ−５０μｍ、ｂ＜Ｂ−５０μｍ）場合、透明部材１８よりも外周に位置する蛍光体含有樹脂層１４の端面の出射面積が増加する。また、蛍光体含有樹脂層１４の端面部分の膜厚が、図４（ａ）の場合と比較して薄くなるため、端面から出射される青白光４４は、図４（ａ）の端面から出射される青白光４３よりも青色成分が増加する。

このため、透明部材１８の端面での色分離により生じた黄色光４１と青白光４３が混合された場合に、図４（ａ）の場合より青色成分が強い白色光となるが、黄色光４１がそのまま出射される図４（ｃ）の比較例１と比較すると色むらを抑制できる。

比較例１は、図４（ｃ）のように透明部材１８をエピ層１２よりも大きくした（ａ＞Ａ、ｂ＞Ｂ）場合を示す。この場合、透明部材１８よりも外側に蛍光体含有樹脂層１４の傾斜した端面が位置しないため、透明部材１８よりも外側から蛍光体含有樹脂層１４の光が直接出射されることはない。よって、透明部材１８の端面での色分離により生じた黄色光４１がそのまま出射されるため、透明部材１８の端部近傍からの出射光が黄色みを帯び、色むらを生じる。

以上のように、本実施形態では、エピ層１２と同等以下の大きさの透明部材１８を蛍光体含有樹脂層１４の上に搭載し、透明部材１８よりも外周側に蛍光体含有樹脂層１４の傾斜した端面を位置させることにより、透明部材１８の端部分とそれ以外の部分の色度差による色ムラを改善した発光装置が提供可能となる。

＜製造方法＞
次に、本実施形態の発光装置の製造方法について説明する。

まず、ＬＥＤ素子１１の支持基板１３の裏面電極を実装基板１０にダイアタッチ剤を用いて実装する。

一対のカソード電極１５を第１ボンディング側とし、実装基板１０の電極パターン１６側を第２ボンディング側にしてワイヤーボンディングを行う。ボンディングワイヤ１７のループトップは、ＬＥＤ素子１１上面から大きく離れない位置、例えば１００μｍから２００μｍに位置するようにする。なお、第１および第２ボンディングの順番は逆にすることも可能である。

つぎに、未硬化の樹脂に、蛍光体および、必要に応じてビーズを混合して分散させて未硬化の蛍光体含有樹脂を用意し、ＬＥＤ素子１１の上面に、ディスペンサーにて所定量を塗布する。ディスペンサーの他、印刷等により行っても良い。塗布量によって、完成後の蛍光体含有樹脂層１４の傾斜面の形状を制御することができる。

予め用意しておいた所定形状の透明部材１８を未硬化の蛍光体含有樹脂の上面に接するように搭載する。これにより、透明部材１８の重さで、未硬化の蛍光体含有樹脂が、エピ層１２の全面と側面を多い、支持基板１３の上面の端部まで濡れ広がると同時に、透明部材１８の直下は、未硬化の蛍光体含有樹脂の膜厚がビーズまたは蛍光体粒子にてレベリングされ、膜厚が決定される。さらに、透明部材１８の各辺は、未硬化の蛍光体含有樹脂の表面張力によって、支持基板１３の対応する各辺と平行になるように移動し、セルフアライメントされる。これにより、透明部材１８の位置は、支持基板１３の中央に収まり、位置ずれはほとんど生じない。同時に、透明部材１８の大きさと支持基板１３の大きさの関係および蛍光体含有樹脂の塗布量により、蛍光体含有樹脂層の端面の形状が決定される。これにより、端面が急峻なテーパー形状の蛍光体含有樹脂層を形成できる。

なお、エピ層１２の側面から支持基板１３の側面までの距離が１００μｍ以上ある場合は、蛍光体含有樹脂の塗布工程前に、カソード電極周囲以外の支持基板１３周囲に透明樹脂で囲いを形成しておくことで、蛍光体含有樹脂をせき止めることも可能である。これにより、急峻なテーパー状の端面を有する蛍光体含有樹脂層を形成することができる。

透明部材１８を配置した後、所定の硬化工程により蛍光体含有樹脂層１４をその形状を保ったまま硬化させる。硬化工程としては、例えば、１５０度にて４時間程度加熱する工程を用いる。以上により、本実施形態の発光装置が完成する。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の発光装置を図５（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。図５（ａ）は、第２の実施形態の発光装置の上面図、図５（ｂ）はＣ−Ｃ断面図、図５（ｃ）はＤ−Ｄ断面図である。

第２の実施形態では、カソード電極１５にボンディングワイヤ１７を第１ボンディンする際に形成されたボンディングボール及びその周辺ワイヤー１７を封止するように、封止樹脂１９を配置した。それ以外の構造は、第１の実施形態と同じ構造である。封止樹脂１９としては、透明樹脂または白色樹脂（光反射性の粒子を混合した透明樹脂）を用いる。

この封止樹脂１９を配置することで、蛍光体含有樹脂層１４がカソード電極１５、ボールおよびその周辺ワイヤー１７に接しない。このため、エピ層１２から出射された光が、カソード電極１５、ボールおよびその周辺ワイヤー１７の周囲で反射され、この反射光が蛍光体粒子との間で多重反射されることがなく、多重反射により黄色蛍光に高効率で変換されて色むらが生じるのを防止することができる。

よって、第２の実施形態では、透明部材１８の端部における色むらを防止できるとともに、カソード電極１５周辺部における色むらも防止できる。

第２の実施形態の発光装置の製造方法は、ワイヤーボンディング工程後に、カソード電極１５上にボンディングボールを封止するように封止樹脂を塗布し、硬化させる工程を追加する。カソード電極１５から封止樹脂が流れ出さないように、粘度が高い樹脂を用いて行うことが望ましい。その後、蛍光体含有樹脂層を塗布する工程を行う。他の工程は、第１の実施形態と同じである。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の発光装置を図６（ａ）を用いて説明する。

第３の実施形態では、図６（ａ）のように蛍光体含有樹脂層１４の端面および透明部材１８の端面の外周側に、所定の間隔の間隙６４を挟んで光反射性樹脂層６１を配置する。光反射性樹脂層６１は、蛍光体含有樹脂層１４の端面および透明部材１８の端面と対向する面は、支持基板１３の法線と平行な壁面（垂直壁面）である。支持基板１３の側面は、光反射性樹脂層６１と接していることが望ましい。間隙６４内は、透明樹脂が充填されていてもよいし、空隙であってもよい。

第３の実施形態においても、蛍光体含有樹脂層１４の端面および透明部材１８の端面と、光反射樹脂層６１の垂直壁面との間に間隙６４が形成されているため、第１の実施形態と同様、蛍光体含有樹脂層１４の端面から上方に向けて出射された青白光は、間隙６４を通過して、垂直壁面に妨げられずに上方から出射できる。このため、青白光４２が、透明部材１８の端面で分離して生じた黄色光４１と混合されて白色光となり、透明部材１８の端部で色むらが生じるのを防止できる。

光反射性樹脂層６１を配置したことにより、蛍光体含有樹脂層１４の内部で蛍光と青色光が混合されて生じた白色光のうち、蛍光体含有樹脂層１４の端面から横方向に出射された光６２は、光反射性樹脂層６１により反射して蛍光体含有樹脂層１４や透明部材１８内に戻り、一部を透明部材１８の上面から出射することができる。よって、側面からの放射光を上面から出射できるため、透明部材１８の上面の輝度を向上させることができる。

一方、光反射性樹脂層６１により反射されて蛍光体含有樹脂層１４に戻った光の一部は、蛍光体との間で多重反射して黄色光６３を生じ、この黄色光６３が蛍光体含有樹脂層１４の端面から上方へ出射されるが、この黄色光６３は色むらを生じさせない。その理由は、第１に、多重反射により生じる黄色光６３は、蛍光体含有樹脂層１４の端面付近の膜厚が透明部材１８直下よりも薄く、蛍光体量の少ないことから、光量が小さい。第２に、蛍光体含有樹脂層１４の端面および透明部材１８の端面と、光反射樹脂層６１の垂直壁面との間に間隙６４を形成しているため、第１の実施形態で説明した蛍光体含有樹脂層１４の端面から上方に向けて出射される青白光４３は、間隙６４を通過し、垂直壁面に妨げられずに上方から出射できる。このため、青白光４３が、多重反射で生じた黄色光６３および透明部材１８の端面で分離して生じた黄色光４１と混合されて、白色光となる。これにより、透明部材１８の端部で、色むらが生じるのを防止できる。

第３の実施形態の発光装置の製造方法について説明する。まず、第１の実施形態の製造方法と同様に、ＬＥＤ素子１１の支持基板１３の裏面を実装基板１０にダイスボンディングする。つぎに、光反射性樹脂６１で構成されたリングを支持基板１３の外周に、エピ層１２に対して間隙６４が生じるように配置し、リングを実装基板１０上に接着剤により固定する。リングは、光反射性樹脂６１により予め成型されたものを用いてもよいし、ディスペンサー等で光反射性樹脂６１を実装基板１０上に塗布することにより形成してもよい。その後、第１の実施形態と同様にワイヤーボンディング工程と、未硬化の蛍光体含有樹脂層１４の塗布工程、透明部材１８の搭載工程および蛍光体含有樹脂層１４の硬化工程を行う。次に、光反射性樹脂６１のリングと、蛍光体含有樹脂層１４および透明部材１８の端面との間隙６４に、蛍光体含有樹脂層１４および透明部材１８の端面と密着するように透明樹脂をディスペンサー等で塗布する。

間隙６４を空隙とする場合には、予め光反射樹脂で成形しておいた光反射性樹脂６１を、蛍光体含有樹脂層１４および透明部材１８の端面と対向させて配置し、実装基板１０に接着剤等で固定する。

比較例２として、図６（ｂ）に示すように、蛍光体含有樹脂層１４の端面および透明部材１８の端面と密着するように光反射性樹脂６１を配置した場合について説明する。

比較例２の構造の場合には、蛍光体含有樹脂層１４の端面および透明部材の端面から横方向に出射される白色光が、光反射性樹脂６１により反射されて戻り光となり、透明部材１８の上面の輝度は大きくなる。このとき屈折率の波長依存性により、黄色光と青色光に分離されるため、透明部材１８の端部には黄色光４１が生じる。また、戻り光が蛍光体含有樹脂層１４により黄色蛍光に反射されるため、透明部材１８の上面にはさらに黄色光６５が到達する。よって、透明部材１８全体で黄色光４１、６５が増加する。透明部材１８の中央部は、輝度が大きく、光反射性樹脂６１の有無のみで異なる同様の構成を有する第３の実施形態と比較して、黄色成分の多い白色光となる。

蛍光体含有樹脂層１４の端面が光反射性樹脂６１によって覆われているため、本実施形態のように端面から上方に向けて青白光４３は出射されない。このため、反射時の分離により生じた黄色光４１を白色光にすることができない。

したがって、比較例２の構造では、透明部材１８の上面全体で黄色成分の多い白色光となり、端部分では黄色光４１により黄色光が強くなる。したがって、比較例２の構成では色むらを改善することができない。

比較例３として、図６（ｃ）に示すように、特許文献１のようにフリップチップ型の発光素子１６１の上面に透明樹脂１６２により蛍光板１６３を接着し、蛍光板１６３の端面を光反射性樹脂１６４により覆った構成を示す。

比較例３の構造では、発光素子１６１からの青色光は、蛍光板１６３に入射し、一部が黄色蛍光に変換され、白色光を生じ、上面から出射される。蛍光板１６３の端面では、光反射性樹脂１６４により白色光が反射される。この際、屈折率の波長依存性により青色光の反射角と黄色光の反射角とが異なるため、蛍光板１６３の端部分から黄色光４１が出射される。また、蛍光板１６３の端面で光反射性樹脂１６４により反射された青色光が、蛍光体との間で多重反射することにより、黄色光６６に変換される。このため、蛍光板１６３の端部分では、黄色光４１、６６により黄色みの強い光が出射される。蛍光板の中心部分からは白色光が出射される。よって、蛍光板１６３の中心部分と端部分とで色むらが生じる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態の発光装置を図７（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）はＥ−Ｅ断面図であるが、図の理解を容易にするために図７（ａ）においてもハッチングを付している。

第４の実施形態の発光装置は、第１の実施形態の発光装置のＬＥＤ素子１１に代えてフリップチップ型のＬＥＤ素子１１１を用いるものである。このＬＥＤ素子１１１は、成長基板１１３の下面側に、発光層を含むエピ層１２を成長させたものである。成長基板１１３は、エピ層１２が発する光に透明である。

エピ層１２の下面には、アノード電極とカソード電極（不図示）が配置されている。ＬＥＤ素子１１は、成長基板１１３を上方に向け、エピ層１２を実装基板１０側に向けて実装基板１０にバンプ１１７を用いて実装されている。実装基板１０の上面には、蛍光体含有樹脂層１４の形成領域を定めるための段差部１０ａが設けられ、段差部１０ａ上に一対の電極パターン１１６が配置されている。ＬＥＤ素子１１１のアノード電極とカソード電極は、一対の電極パターン１１６とバンプ１１７により接続されている。

蛍光体含有樹脂層１４は、成長基板１１３と透明部材１１８との間のみならず、しかも、蛍光体含有樹脂層１４は、成長基板１１３とエピ層１２の側面を被覆し、エピ層１２と実装基板１０との間隙も充填するように形成されている。蛍光体含有樹脂層１４が形成されている実装基板１０上の領域は、段差部１０ａと一致している。

第４の実施形態の発光装置においても、透明部材１８の矩形の２辺の長さａ，ｂは、エピ層１２の対応する２辺の長さＡ，Ｂと同等もしくはそれ以下（ａ≦Ａ、ｂ≦Ｂ）に設定されている。透明部材１８の２辺の長さａ，ｂは、エピ層１２の２辺の長さＡ，Ｂよりも小さい場合、その差が５０μｍ以内であることが望ましい。すなわち、（Ａ−５０μｍ）≦ａ≦Ａ、（Ｂ−５０μｍ）≦ｂ≦Ｂであることが望ましい。

また、蛍光体含有樹脂層１４の端面形状は、エピ層１２の上面よりも上に位置する部分が支持基板１３の法線に対して成す角θが６０度以下の急峻なテーパー形状であることが望ましい。他の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

エピ層１２から出射された光は、成長基板１１３を通って上方に向かい、蛍光体含有樹脂層１４で一部が黄色光に波長変換され、透明部材１８から出射される。このとき、透明部材１８の側面で白色光が反射される際に色分離が生じ、透明部材の端部付近からは黄色光が出射されるが、第１の実施形態と同様に、透明部材１８の外側に位置する蛍光体含有樹脂層１４の傾斜した端面から青白光が出射されるため、黄色光と混合されて白色光となり、色むらを防止することができる。

（第５の実施形態）
第１から第４の実施形態では、ＬＥＤ素子が実装基板に一つのみ搭載された発光装置について説明してきたが、図８および図９のように第１の実施形態の複数のＬＥＤ素子１１を配列して実装基板１０に搭載し、全体で一つの大きな透明部材１８を配置した構成にすることも可能である。図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）および（ｃ）はそれぞれＦ−Ｆ断面図、Ｇ−Ｇ断面図である。図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）および（ｃ）はそれぞれＨ−Ｈ断面図、Ｉ−Ｉ断面図である。

図８（ａ）〜（ｃ）は、複数のＬＥＤ素子１１上の蛍光体含有樹脂層１４が独立している形状であり、図９（ａ）〜（ｃ）は、複数のＬＥＤ素子１１上の蛍光体含有樹脂層１４が連結された形状である。いずれの場合も、大きな透明部材１８の外周側に位置する蛍光体含有樹脂層１４の端面から青白光が出射されるため、透明部材１８の端面の色分離により生じた黄色光を白色光にすることができ、色むらを低減できる。

図８および図９では、第１の実施形態のＬＥＤ素子１１を搭載しているが、第２または第３の実施形態のＬＥＤ素子を複数搭載して同様に発光装置を構成することももちろん可能である。

実施例として、第１の実施形態の発光装置を製造した。比較例として、図４（ｃ）に示した比較例１の構造の発光装置を製造した。両者の色度を測定して色ムラを評価した。

比較例の発光装置は、ＬＥＤ素子１１および実装基板１０は、実施例と同じものを用い、透明部材の大きさを支持基板の大きさとほぼ同等とした。

色度の測定は、図１０（ａ）、（ｂ）に示したスクリーン投影方法を用いた。まず、図１０（ａ）のように本実施形態および従来例の発光装置をそれぞれ外部実装基板１０１に実装し、凸型レンズ１０３を発光装置上に配置した装置を作製した。発光装置を点灯させ、約１０ｍ先のスクリーン１０２に出射光を投影した。このとき、図１０（ｂ）のようにスクリーン１０２には、凸型レンズ１０３により集光された四角パターンが投影されていた。四角パターンは、ほぼエピ層１２の形状が投影されていた。四角パターンの中央部分は、エピ層１２の中央部からの光が投影され、端の部分は、エピ層１２の端からの光が投影されている。

スクリーンに投影された四角パターンの中央部分と端の色度を測定するために、図１０（ｂ）のように、中央部分色度測定点Aと端部分色度測定点Bの２点を定め、色度を測定した。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、比較例１の発光装置は、中央部分と端部分の色度が異なり、端部分が黄色がかっており色ムラのある投影パターンが観測された。一方、実施例は、中央部分と端部分の色度がほとんどなく、均一な色味の投影パターンが得られた。

このように、第１の実施形態に発光装置は、色むらのない光を出射できることが確認された。

１０…実装基板、１１…発光素子、１２…エピ層、１３…支持基板、１４…蛍光体含有樹脂層、１５…カソード電極、１６、１１６…電極パターン、１７…ボンディングワイヤー、１８…透明部材、１９…切り欠き

Claims

実装基板と、前記実装基板に搭載された発光素子と、前記発光素子上に配置された蛍光体含有樹脂層と、前記蛍光体含有樹脂層の上に搭載された透光性の板状部材とを有し、
前記発光素子は、半導体をエピタキシャル成長させた発光層を含む発光構造層と、該発光構造層を支持する支持基板とを含み、前記発光構造層の上面形状は、前記支持基板の上面形状より小さく、
前記板状部材の大きさは、前記発光構造層の大きさと同等以下であり、前記蛍光体含有樹脂層は、前記板状部材の端部から前記支持基板の端部を接続する傾斜した端面を備え、
前記蛍光体含有樹脂層は、前記発光構造層の側面および前記支持基板上面の一部を被覆し、前記支持基板の側面を覆わないことを特徴とする発光装置。
請求項１に記載の発光装置において、前記発光構造層の端部の直上における蛍光体含有樹脂層の膜厚は、前記蛍光体含有樹脂層に含有される蛍光体粒子の粒径よりも大きいことを特徴とする発光装置。
請求項１または２に記載の発光装置において、前記蛍光体含有樹脂層の端面は、前記支持基板の法線との成す角が、６０度以内であることを特徴とする発光装置。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光装置において、前記板状部材の一辺の大きさは、前記発光構造層の対応する一辺の大きさとの差が５０μｍ以内であることを特徴とする発光装置。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発光装置において、前記発光構造層の上面には電極が配置され、該電極は、ボンディングワイヤにより前記実装基板上の実装電極パターンと接続され、
前記電極上には、前記電極と前記ボンディングワイヤとの接続部を封止する封止樹脂が配置されていることを特徴とする発光装置。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発光装置において、前記蛍光体含有樹脂層の端面および前記板状部材の端面に対して所定の間隙をあけて対向する光反射性樹脂層を配置したこと特徴とする発光装置。
請求項６に記載の発光装置において、前記間隙は、前記発光素子の発する光に対して透明な透明材料により充填されていることを特徴とする発光装置。
実装基板と、前記実装基板に搭載された複数の発光素子と、前記発光素子上に配置された蛍光体含有樹脂層と、前記複数の発光素子の全体を覆うように前記蛍光体含有樹脂層の上に搭載された一つの透光性の板状部材とを有し、
前記発光素子は、半導体をエピタキシャル成長させた層を含む発光構造層と、該発光構造層を支持する支持基板とを含み、前記発光構造層の上面形状は、前記支持基板の上面形状より小さく、
前記板状部材の端面は、前記発光構造層の端面の直上、もしくは、発光構造層の端面よりも内側に位置し、前記蛍光体含有樹脂層は、前記板状部材の端部から前記支持基板の端部を接続する傾斜した端面を備え、
前記蛍光体含有樹脂層は、前記発光構造層の側面および前記支持基板上面の一部を被覆し、前記支持基板の側面を被覆しないことを特徴とする発光装置。