JP6318495B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置、とりわけ発光素子を覆うように配置したレンズを有する発光装置に関する。

発光ダイオード等の半導体チップ（発光素子）を用いた発光装置は小型化が容易で且つ高い発光効率が得られることから、広く用いられている。
このような発光装置の中には、例えば、実装基板の上面側方向等の特定の方向により多くの光量を得るために、半導体チップからの光を所望の方向に屈折させるレンズ（レンズとして機能する封止部）を有するものがある。レンズを備えたこの種の発光装置は、照明やバックライトをはじめとする多くの用途で用いられている。

このような発光装置に用いられるレンズは、通常、発光素子を覆うように実装基板上に配置される。そして、発光素子の発光のうち、多くはレンズにより屈折し、レンズの上面から所望の方向に向かうこととなる。
しかし、このようにレンズを配置すると、レンズの下面の大部分は、実装基板の表面と接触することになる。この結果、発光素子を出た光の一部、とりわけ、下方に向かう光は、レンズを出て実装基板に達する。これは、レンズを形成するガラスまたは樹脂等の透光性材料の屈折率ｎ_１と基板を形成する材料の屈折率ｎ_２について、ｎ_１よりｎ_２の方が大きいため全反射が起こらない、またはｎ_１の方がｎ_２より大きくてもその差が小さいため全反射が起こる臨界角が大きくなることによる。

そして、実装基板に達した光の一部は反射され再びレンズ内に戻るものの、実装基板に達した光のかなりの部分が実装基板に当たり、吸収されてしまう。この実装基板による吸収は、実装基板の表面の反射率を高くすることで緩和することができる。しかし、このような既知の緩和策を行っても、相当量の光が、実装基板に吸収されるため、光取り出し効率が低下するという問題があった。
そこで、例えば、特許文献１に示されるように、平面視において基板の外側までレンズ（特にレンズの底面）を延在させた発光装置が知られている。図１５は、レンズの底面を実装基板の外側まで延在させた既知の発光装置５００の断面を模式的に示す断面図である。

発光装置５００では、実装基板４の上に発光素子１０が実装されている。レンズ５０２は、その内部に発光素子１０および実装基板４の上面が配置され、底面より実装基板４が露出している。レンズ５０２の底面は、また、実装基板４に垂直な方向（図１５の−Ｚ方向）からの上面視において実装基板４の外側にまで延在している。

図１５からも判るように、レンズ５０２の底面のうち、実装基板４の外側にまで延在している部分は空気と接している。空気は、屈折率が小さいことから、レンズを形成するガラスまたは樹脂等の透光性材料の屈折率ｎ１と空気の屈折率ｎ_airとの差が大きな値となり、全反射が起こる臨界角が小さな値となる。この結果、レンズ５０２の底面に達した光の大部分が反射され、底面から外部に出る光の量を抑制することができる。
これにより、発光装置５００は高い取り出し効率、とりわけレンズ上面からの高い取り出し効率を得ることができる。

特開２０１０−２５１６６６号公報

しかし、発光装置５００を用いると、レンズ５０２の底面よりも下方（図１５の−Ｚ方向）、すなわち実装面側に光が漏れるという問題があった。より詳細には、発光装置５００を例えば、実装基板２の下面を実装面として、２次基板の上面等の平面（使用状況に曲面でも可）上に実装すると、当該平面上、とりわけ発光装置５００の外周部近傍部に発光装置５００から漏れた光により明るくなった部分が形成される。発光装置５００のように、レンズを用いた発光装置は、レンズ上面側で光を取り出すことを目的としている。従って、このような実装面側（レンズの底面より下方）への光の漏れは取り出した光を有効に利用することができない（レンズ上面側での光の取り出し効率を低下させる）という問題を生じていた。

近年、従来よりも更に高い光の取り出し効率、とりわけレンズ上面側における更に高い光の取り出し効率を有する発光装置が求められており、実装面側（レンズの底面より下方）への光の漏れをより一層抑制した発光装置が求められている。
そこで、本発明は、平面視において、発光素子（半導体チップ）を実装している実装基板の外側までレンズを延在させた発光装置であって、実装面側への光漏れがより抑制された発光装置を提供することを目的とする。

本発明に係る発光装置は、発光素子と、上面に前記発光素子が載置された基板と、
前記発光素子と前記基板の上面を封止するレンズと、を含み、前記レンズは上面が曲面であり、底面から前記基板の下面が露出し、前記基板の上面に垂直な方向からの上面視において前記底面が前記基板の外側にまで延在してなる外側延在部と、前記外側延在部の端部に、前記基板の上面に平行な方向に対して傾斜している傾斜部とを有することを特徴とする。

本発明に係る発光装置は、平面視において、発光素子（半導体チップ）を実装している実装基板の外側までレンズを延在させた構成を有し、かつ、実装面側への光漏れが抑制されている。

図１（ａ）は、本発明に係る発光装置１００の模式平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ断面を示す模式断面図である。 図２は、図１（ｂ）に破線で示したＡ１部分の拡大図である。 図３は、レンズの別の形態の底面を有する発光装置１００Ａの断面図である。 図４は、図３に破線で示したＡ２部分の拡大図である。 図５は、そのレンズ２Ｂがバッドウイング配光レンズである発光装置１００Ｂの断面模式図である。 図６は、そのレンズ２Ｃの底面が、断面上において曲線である発光装置１００Ｃの断面模式図である。 図７は、蛍光体層８の側面側の厚みが上面側の厚みより大きい発光装置１００Ｄの模式断面である。 図８は、蛍光体層８の上面側の厚みが側面側の厚みより大きい発光装置１００Ｅの模式断面である。 図９は、発光素子１０を実装基板４に実装する好ましい形態を示す模式断面図である。 図１０（ａ）は、図９に示す実装基板４の上面図であり、図１０（ｂ）は、図９に示す実装基板４の下面図である。 図１１は、シミュレーション２で用いた複数の発光装置１００Ａの配列パターンを示す模式平面図である。 図１２は、発光装置１００Ａにおいて、上面光の光量を求めた範囲を示す模式図である。 図１３は、シミュレーション１の結果を示すグラフである。 図１４は、シミュレーション２の結果を示すグラフである。 図１５は、レンズの底面を実装基板の外側まで延在させた既知の発光装置５００の断面を模式的に示す断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。

本願発明者は、実装面側への光漏れの原因について検討を続けた結果、レンズ５０２の上面と底面との境界部分を通る光（図６において矢印５３０で示される光）について、その多くがレンズ５０２内で、反射されることなくレンズ５０２の外側に出て、実装面側に照射されることで、上述の光漏れが生ずることを見出した。
すなわち、このレンズ５０２の上面と底面の境界から少しずれた部分（すなわち、レンズ底面またはレンズ上面の境界部に近い部分）に達した光は、その多くがレンズ５０２内面で反射するため、レンズ５０２の外にはほとんど光が出ていかない。このため、実装基板４の下面側に、例えば、発光装置５００を実装するための２次基板の上面等の平面部（または曲面部）が存在すると、当該平面部上でかつレンズ５０２の外周の近傍部分にレンズ５０２の境界部を透過した光が到達し、２次基板に吸収されるため、光取り出し効率が低下する。

そして、さらに検討を重ねた結果、レンズの底面の端部に、基板の上面に平行な方向に対して傾斜している傾斜部を設けることで、実装面側に漏れる光を低減できる、本発明に係る発光装置に至ったものである。
以下に、図面を参照して本発明に係る発光装置について詳述する。

図１（ａ）は、本発明に係る発光装置１００の模式平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ断面を示す模式断面図である。
発光装置１００は、実装基板４と、実装基板４の上に実装された発光素子１０と、レンズ２とを含む。
発光素子１０は、半導体層６を含み、必要に応じて半導体層６の外面を覆う蛍光体層８を含んでいる。半導体層６は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを含み、その間で発光する。また、半導体層６は必要に応じてｐ型半導体層とｎ型半導体層の間に活性層（発光層）を含んでよい。

実装基板４の表面には発光素子１０に電力を供給する配線パターンが形成されているが、図１（ａ）、（ｂ）では（後述する図２〜図８も）、配線パターンの記載を省略している。
実装基板４の配線パターンは少なくとも２つの配線パターンを含み、例えば実装基板の上面において、２つの配線パターンの一方が、半導体層６のｐ型半導体層と電気的に接続され、他方が、半導体層６のｎ型半導体層と電気的に接続されている。また、当該配線パターンは、それぞれ、発光装置１００の外部に設けた配線等と電気的に接続可能である。
このような外部の配線として、図示しない二次基板（第２の基板）に設けた配線パターンを挙げることができる。例えば、実装基板４の配線パターンをビア等を用いて実装基板４の上面から下面まで延在させ、二次基板の上面に配線パターンを設け、二次基板の上面に実装基板４の下面を実装することで、実装基板４の配線パターンを二次基板の配線パターンと電気的に接続することができる。これにより、発光素子１０に外部電源から電力を供給することが可能となる。
なお、好ましい配線パターンの例について、図９および図１０（ａ）、（ｂ）を用いて後述する。

レンズ２は、上面２２と底面２８とを有し、底面２８からレンズ２の内部に発光素子１０と実装基板４の上面（図１（ａ）、（ｂ）において、実装基板４のＸ−Ｙ面に平行な２つの面のうち、Ｚ側の面）とがその内部に埋め込まれている（すなわち、発光素子１０と実装基板４の上面とがレンズ２の内部に配置されている）。また、レンズ２の底面２８からは、実装基板４の下面（図１（ａ）、（ｂ）において、実装基板４のＸ−Ｙ面に平行な２つの面のうち、−Ｚ側の面）が露出している。

図１（ｂ）に示す実施形態では、発光素子１０はその全体がレンズ２の内部に配置されている。実装基板４は、上面全体がレンズ２の内部に配置され、４つの側面は、それぞれ、その一部分がレンズ内部に配置されている。この結果、実装基板４の下面は、レンズ２の底面２８から突出して露出している。
このような構成を有することにより、発光素子１０からの発光を確実にレンズ２の内部に導くことができる。さらに、例えば、実装基板４の下面を２次基板の上面等の平面部に載置した場合（すなわち、発光装置１００を広い基板等の平面部上に配置した場合）でも、レンズ２の底面２８のうち、上面視において実装基板４の外側にまで延在している部分（以下に詳述）を、確実に、基板材料等と比べて屈折率の低い空気に接触させることができる。

レンズ２は、実装基板４の上面に垂直な方向（Ｚ方向）からの上面視において、その底面２８が実装基板４の外側にまで延在している（すなわち、底面２８は、実装基板４の外側に延在する「外側延在部」を有する）。
好ましくは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、実装基板４の横方向（図１（ａ）、（ｂ）のＸ方向）の長さＬ１および縦方向（同Ｙ方向）の長さＬ２をレンズ２の外径Ｄ_Ｌ１より短くすることにより、実装基板４の外周全体において、レンズ２の底面２８が実装基板４の外側まで延在している（すなわち、実装基板４の外周全体にレンズ２の底面２８の外側延在部が形成されている。）。
しかし、これに限定されるものではなく、例えば、実装基板４の横方向の長さＬ１および縦方向の長さＬ２の一方をレンズ２の外径Ｄ_Ｌ１より長くし、他方をレンズ２の外径Ｄ_Ｌ１より短くする等により、実装基板４の外周の一部分において、レンズ２の底面２８が実装基板４の外側まで延在してもよい。

レンズ２の底面２８のうち、実装基板４の外側にまで延在している部分は、上述のように、屈折率が低い空気と接することとなる。このため、この部分では全反射の臨界角が小さくなり、発光素子１０から、この部分に達した光の多くが、反射されてレンズ２内部を進むこととなる。
これにより、高い取り出し効率を得ることができる。
なお、実装基板４および発光素子１０は、上面視（例えば、図１（ａ）に示す状態）において、レンズ２の略中央に位置することが好ましい。レンズ２（とりわけ、レンズ２の上面２２）から外に出る光が均一になるからである。

レンズ２の底面２８は、端部（底面の外周部分）に、実装基板４の上面に平行な方向（図１（ｂ）ではＸ方向）に対して傾斜している傾斜部２４を有している。
図１（ｂ）に示す実施形態では、レンズ２の底面２８は、実装基板４の上面に平行な水平部２６と、実装基板４の上面に平行な方向に対して角度α１で傾斜している傾斜部２４とを有している。
また、この結果、レンズ２の外周部分（最外部）は、レンズ２の底面２８と実装基板４との境界（図１（ｂ）では、実装基板４と水平部２６との境界）に対して、高さｈ１だけ高くなっている。
なお、通常、ｈ１は正の値を有する。
すなわち、本発明に係る発光装置では、その傾斜部（例えば傾斜部２４）は、通常、その内側の端部（横方向（図１（ｂ）のＸ方向）において、実装基板４に近い方の端部）と比べて、その外側の端部（横方向において、実装基板４から遠い方の端部）の方が、上部（図１（ｂ）のＺ方向）に位置している。

このように、傾斜部２４を設けることで、矢印３０で示すように、従来のレンズ５０２では、上面と底面の境界部分から出ていた光が傾斜部２４にあたりレンズ２の上方向に反射される。これにより、従来の発光装置５００で認められた、２次基板の上面等の平面でかつレンズ５０２の外周の近傍部分に、レンズ５０２の境界部を透過した光が到達することによる光取り出し効率の低下を低減できる。

なお、水平部２６と傾斜部２４との境界部は、図１（ｂ）から判るように、図１５に示す発光装置５００のレンズ上面とレンズ底面の間の角度（レンズ上面とレンズ底面の間の境界部近傍でのレンズ上面の接線とレンズ底面の為す角度）と比べて広角である。このため、水平部２６と傾斜部２４との境界部からレンズ２の外に漏れる光の量は、レンズ５０２の上面と底面の境界から漏れる光と比べると十分に少なく、従って、光の取り出し効率（とりわけレンズ上面側での光の取り出し効率）向上の効果を十分得ることができる。

しかし、発光素子１０から出た光が直接届かないように傾斜部２４と水平部２６の境界部を形成することが好ましい。具体的には、図１（ｂ）に示すように、実装基板４の中心を通り、かつ実装基板４の上面に垂直な断面において、発光素子１０の上面の端部と、同じ側の実装基板４の上面の端部（図１（ｂ）において、発光素子１０の端部として右側端部を選択した場合は、実装基板４の上面の右側端部。一方、発光素子１０の端部として左側端部を選択した場合は、実装基板４の上面の左側端部。）とを結ぶ線が底面２８と交わる点よりも実装基板４に近い側に、傾斜部２４と水平部２６の境界部を形成することが好ましい。

実装基板４の上面に平行な方向と傾斜部２４との間の角度α１とは、実装基板４の上面に垂直な方向からの上面視（すなわち、図１（ａ））におけるレンズ２の中心を通り且つ実装基板４の上面に垂直な断面（すなわち、図１（ｂ）に示す断面）において、実装基板４に水平でかつレンズ２から外側に向かう直線（図１（ｂ）の左側の角度α１についてはレンズ２から−Ｘ方向に向かう直線、右側の角度α１についてはレンズ２からＸ方向に向かう直線）に対する傾斜部２４の角度をいう。
角度α１は、０°より大きく９０°より小さい。角度α１は、好ましくは発光素子１０の上面の端部から傾斜部２４と水平部２６の境界部に向かう光が傾斜部２４で全反射される角度である。
なお、全反射が起こるためには傾斜部２４に入射する光の入射角が下記（１）式で示され臨界角θ_ｃ以上である必要がある。

θ_ｃ＝ＡＲＣ・ｓｉｎ（ｎ_ａｉｒ／ｎ_１） （１）

ここで、ｎ_ａｉｒは空気の屈折率であり、ｎ_１はレンズ２を形成する材料の屈折率である。

高さｈ１は、水平部２６から発光素子１０の上面までの高さ以上であることが好ましい。発光素子１０から発光された直進光を水平部２６と傾斜部２４とで全て上方へ取り出せるからである。この好ましい実施形態は、レンズ２の上面２２と傾斜部２４との境界が、発光素子１０の上面より上部に位置することを意味する。

図２は、図１（ｂ）に破線で示したＡ１部分の拡大図である。
レンズ２に用いる材料と実装基板４に用いる材料との間の濡れ性等の条件や、レンズ２の成形方法により、レンズ２は、実装基板４との境界部に下垂部６２を有する場合がある。
下垂部６２とは、実装基板４の側面に沿って水平部２６よりも下向きに（図２の−Ｚ方向）延在したレンズ２の部分である。

この下垂部６２は、その幅（横方向長さ）ｂが、５０μｍ程度（例えば、０．２ｍｍ以下）と短いため、通常、この存在を無視してよい。例えば、この下垂部６２を無視し、水平部２６を延長して、実装基板４の側面と交わる部分を実装基板４と水平部２６との境界としてよい。

しかし、更に光の取り出し効率を高めたい場合には、この下垂部６２から、実装基板４の下方向（図２の−Ｘ方向）に出て行く光についても抑制することが好ましい。
発光素子１０から出射される光が下垂部６２に入射しないように、下記（２）式を満足することが好ましい。

Ｈ_ＯＦＦ≧（ｂ／ａ）×Ｈ_ＥＭ （２）

ここで、Ｈ_ＯＦＦは、レンズ２の水平部２６から実装基板４の上面までの高さであり、Ｈ_ＥＭは、実装基板４の上面から発光素子１０の上面までの高さであり、ｂは、下垂部６２の幅（横方向の長さ）であり、ａは、発光素子１０の上面の端部から実装基板４の上面の端部までの横方向（図２のＸ方向）の距離である。

図１（ｂ）に示す発光装置１００では、レンズ２の底面２８のうち、実装基板４よりも外側に延在する部分は、上述のように水平部２６と傾斜部２４とを有している。
しかし、レンズ２の底面の形態はこれに限定されるものではない。
図３は、レンズの別の形態の底面を有する発光装置１００Ａの断面図である。

以下に発光装置１００Ａについて、発光装置１００と異なる部分を中心に説明する。発光装置１００Ａの各要素は、特段の断りが無い限り、図３における符号から「Ａ」を取り除いた発光装置１００の対応する要素と同じ構成を有してよい。また、図３に付した要素の符号のうち、図１（ｂ）と同じ符号は、図１（ｂ）の対応する要素と同じ構成であることを示す。
発光装置１００Ａのレンズ２Ａの底面２８Ａの実装基板４の外側に延在している部分は、傾斜部２４Ａのみからなる。
すなわち、レンズ２Ａと実装基板４の側面との境界部２６Ａからレンズ２Ａの最外周部まで傾斜部２４Ａが形成されている。

図４は、図３（ｂ）に破線で示したＡ２部分の拡大図である。
発光装置１００のレンズ２と同様に、レンズ２Ａに用いる材料と実装基板４に用いる材料との間の濡れ性等の条件により、レンズ２Ａは、実装基板４との境界部に下垂部６２Ａを有する場合がある。
下垂部６２Ａとは、実装基板４の側面に沿って傾斜部２４Ａよりも下向きに（図４の−Ｚ方向）延在したレンズ２の部分である。

この下垂部６２Ａは、その幅（横方向長さ）ｂが、５０μｍ程度（例えば、０．２ｍｍ以下）と短いため、通常、この存在を無視してよい。例えば、この下垂部６２Ａが存在していても無視し、傾斜部２４Ａを延長して、実装基板４の側面と交わる部分を実装基板４と傾斜部２４Ａとの境界部２６Ａとしてよい。
さらに、本明細書において「レンズ２Ａと実装基板４の側面との境界部２６Ａからレンズ２Ａの最外周部まで傾斜部２４Ａが形成されている。」とは、下垂部６２Ａが形成されている場合を含む概念である。

図３に示す実施形態では、レンズ２Ａの底面２８Ａの傾斜部２４Ａは、実装基板４の上面に平行な方向に対して角度α２で傾斜している。また、この結果、レンズ２Ａの外周部分（最外部）は、レンズ２Ａの傾斜部２４Ａと実装基板４との境界部２６Ａに対して、高さｈ２だけ高くなっている。

このように、傾斜部２４Ａを設けることで、矢印３０Ａで示すように、従来のレンズ５０２では、上面と底面の境界部分から出ていた光が傾斜部２４Ａにあたりレンズ２Ａの上方向に反射される。これにより、従来の発光装置５００で観察された、上述のリング状の色むらを低減できる。

なお、実装基板４の上面に平行な方向と傾斜部２４Ａとの間の角度α２とは、実装基板４の上面に垂直な方向からの上面視においてレンズ２Ａの中心を通り且つ実装基板４の上面に垂直な断面（すなわち、図３に示す断面）において、実装基板４に水平でかつレンズ２Ａから外側に向かう直線（図３の左側の角度α２についてはレンズ２Ａから−Ｘ方向に向かう直線、右側の角度α２についてはレンズ２ＡからＸ方向に向かう直線）に対する傾斜部２４の角度をいう。
角度α２は、０°より大きく９０°より小さい。角度α２は、好ましくは、発光素子１０（蛍光体層８を有する場合は蛍光体層８）上面の端部（端辺）から実装基板４の端部（端辺）に向かう光を傾斜部２４Ａで全反射できる角度以下である。

また、レンズ２Ａの外周部分（最外部）のレンズ２Ａの底面２８Ａの最も低い部分（図２では境界部２６Ａ）に対する高さｈ２は、好ましくは、境界部２６Ａから発光素子１０（蛍光体層８を有する場合は蛍光体層８）の上面までの高さ以上である。発光素子１０から下方向（図３の−Ｚ方向）または水平方向（同、Ｘ方向または−Ｘ方向）に発光された光を空気との界面で全反射を利用し、全て上方へ取り出すことができるからである。この好ましい実施形態は、レンズ２Ａの上面と傾斜部２４Ａとの境界が、発光素子１０の上面より上部に位置することを意味する。

なお、図３に示す実施形態では、レンズ２Ａの横方向（Ｘ方向）の中心と実装基板４の横方向の横方向の中心とが一致しているため、角度α２と高さｈ２は、以下の（３）式の関係を満足する。
ｔａｎ α２＝ｈ２／（（Ｄ_Ｌ２−Ｌ１）／２） （３）

ここで、Ｄ_Ｌ２は、レンズ２Ａの外径であり、Ｌ１は実装基板の横方向の長さである。

以上に説明した発光装置１００Ａも発光装置１００と同様の効果を有する。すなわち、レンズ２Ａの底面２８Ａのうち、実装基板４の外側にまで延在している部分は、屈折率が低い空気と接することとなる。このため、この部分では全反射の臨界角が小さくなり、発光素子１０から、この部分に達した光の多くが、反射されてレンズ２Ａ内部を進むこととなる。これにより、高い取り出し効率を得ることができる。
また、レンズ２Ａは傾斜部２４Ａを有することにより、光の取り出し効率、とりわけレンズ上面側での光の取り出し効率を向上できる。

なお、発光装置１００および発光装置１００Ａが、それぞれ、傾斜部２４および傾斜部２４Ａを有することにより、実装基板４を、半田を用いて、二次基板に実装する際に、半田接合性の確認が容易となるという効果も有する。すなわち、実装基板の外側にレンズが延在している従来の発光装置（例えば、発光装置５００）では、レンズの底面の外周部と二次基板の表面と間の距離が短いため、二次基板の表面に実装した際に半田の接合部の確認が困難であるという問題を有していた。
しかし、傾斜部２４または傾斜部２４Ａを設けるとことで、半田の接合部を容易に視認できる。特に、レンズ２Ａの底面のうち、実装基板４の外側に延在している部分が全て傾斜部２４Ａである発光装置１００Ａでは、より容易に半田接合部を視認できる。

なお、図１（ａ）、（ｂ）および図３に示す実施形態では、レンズ２、２Ａは上面２２、２２Ａが球面である、球面レンズ（半球状のレンズ）である。しかし、これに限定されるものでない。本発明に係る発光装置のレンズは、例えば、バッドウイング配光のレンズや非球面レンズ等、上面２２が曲面である任意の形状のレンズであってよい。
図５は、そのレンズ２Ｂがバッドウイング配光レンズである発光装置１００Ｂの断面模式図である。
また、図１（ａ）、（ｂ）および図３に示す実施形態では、レンズ２、２Ａの底面２８、２８Ａは、断面上において、直線から構成されている。しかし、これに限定されるものではなく、本願発明に係る発光装置のレンズの底面は、断面において、曲線（曲線部を有するまたは曲線部のみから形成される）であってよい。
図６は、そのレンズ２Ｃの底面が、断面上において曲線である発光装置１００Ｃの断面模式図である。
発光装置１００Ｃでは、その底面の傾斜部２４Ｃは、実装基板４との境界部から、レンズ上面２２Ｃとの境界部まで、断面上において、連続した曲線を形成している。
また、図６から判るように、傾斜部２４もその内側の端部（横方向（図６のＸ方向）において、実装基板４に近い方の端部）と比べて、その外側の端部（横方向において、実装基板４から遠い方の端部）の方が、上部（図６のＺ方向）に位置している。

次に発光装置１００の動作について説明する。
例えば２次基板の配線パターン等を介して、実装基板４の配線パターンに電流が供給される。実装基板４の配線パターンから更に発光素子１０のｐ型半導体層、ｎ型半導体層へと電流が流れ、発光素子１０が発光する。
発光素子１０が蛍光体層８を有する場合、発光素子からの発光の一部は蛍光体層８の蛍光体により吸収され、より波長の長い光に変換される。

これら、発光素子１０からの光および蛍光体層８の蛍光体により波長変換された光（蛍光体層８を有する場合）のうち、レンズ２の上面２２に達した光は、所望の方向に屈折してレンズ２から外に出て行く。一方、発光素子１０からの光および蛍光体層８の蛍光体により波長変換された光（蛍光体層８を有する場合）のうちの底面２８に達した光の多く、とりわけ水平部２６および傾斜部２４に達した光の多くは、それぞれ、水平部２６および傾斜部２４で反射され、レンズ２内を進み、上面２２に達すると、所望の方向に屈折してレンズ２から外に出て行く。この結果、発光装置１００は、高い取り出し効率（特に、レンズ２の上面側での高い取り出し効率）を得ることができる。

発光装置１００の各要素の詳細を以下に示す。
・発光素子と実装基板４
発光素子１０は、例えば、ＬＥＤチップ等の半導体素子である。半導体層６の具体的な例として、サファイア等の基板側から順に、ｎ型半導体層、活性層（発光層）及びｐ型半導体層が積層された構成を挙げることができる。用いる半導体として、例えば窒化物半導体であるＧａＮ系化合物半導体を例示できる。
なお、発光素子１０は、これらの構成に限定されるものではなく、他の半導体材料を用いて構成してもよく、適宜、保護層や反射層などを備えてよい。

また、発光素子１０が、例えば白色発光素子の場合には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、青色発光する半導体層６の外側を、蛍光体または蛍光体を含む樹脂等からなる蛍光体層８で覆う構造としてよい。蛍光体層８に用いる蛍光体として、黄色発光する、セリウムで賦活されたＹＡＧ系、ＬＡＧ系蛍光体、（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ等のシリケート系蛍光体およびこれらの組み合わせを挙げることができる。

なお、図１（ａ）、（ｂ）および図３に示す実施形態では、蛍光体層８の上面側の厚み（高さ方向（Ｚ方向）の長さ）と側面側の厚み（Ｘ方向およびＹ方向の長さ）は、同じである。
しかし、この実施形態に限定されるものではない。
図７は、蛍光体層８の側面側の厚みが上面側の厚みより大きい発光装置１００Ｄの模式断面である。
図８は、蛍光体層８の上面側の厚みが側面側の厚みより大きい発光装置１００Ｅの模式断面である。

発光装置１００Ｄでは、蛍光体層８の側面側の厚みが上面側の厚みより大きいことから、蛍光体層８の上面から出た光（例えば矢印３０Ｂ）の方が、蛍光体層８の側面から出た光よりも、発光素子１０から出て蛍光体層８により波長変換されていない光の成分の割合が高い。しかし、図７に矢印３０Ｂ、３０Ｃで例示するように、レンズ２Ａの上面の外側で蛍光体層８の上面から出た光と蛍光体層８の側面から出た光が混じり合うため、この割合の差は緩和される。
同様に、発光装置１００Eでは、蛍光体層８の上面側の厚みが側面側の厚みより大きいことから、蛍光体層８の上面から出た光（例えば矢印３０Ｂ）の方が、蛍光体層８の側面から出た光よりも、発光素子１０から出て蛍光体層８により波長変換された光の成分の割合が高い。しかし、図８に矢印３０Ｂ、３０Ｃで例示するように、レンズ２Ａの上面２２Ａの外側で蛍光体層８の上面から出た光と蛍光体層８の側面から出た光が混じり合うため、この割合の差は緩和される。

実装基板４は、例えば、窒化アルミニウムやアルミナなどのセラミックス、および樹脂などを用いることができる。
実装基板４は上面および下面に配線パターンを有してよい。配線パターンに用いる金属膜としては、導電性がよく、発光素子１０が発光する波長の光の反射率が高い材料が好ましい。例えば、導電性を確保するためにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどを用いて配線パターンを形成し、反射率を向上させるために、更に表層にＡｇ、Ａｌ、Ｒｈなどを有する、単層膜又は多層膜を設けるようにしてもよい。
また、実装基板４は、その上面の配線パターンと下面の配線パターンとを電気的に接続するビアを内部に有してよい。ビアは例えば銅メッキ等により形成してよい。
発光素子１０は、例えばフリップチップ実装により、実装基板４に実装されてよい。

図９は、発光素子１０を実装基板４に実装する好ましい形態を示す模式断面図である。図１０（ａ）は、図９に示す実装基板４の上面図であり、図１０（ｂ）は、図９に示す実装基板４の下面図である。
なお、図１０（ａ）では、発光素子１０とバンプ４２ａ、４２ｂの記載は省略している。
図９および図１０（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では、実装基板４は、上面に上面配線パターン４４ａ、４４ｂを有し、下面に下面配線パターン４８ａ、４８ｂを有している。上面配線パターン４４ａと下面配線パターン４８ａとは、ビア４６ａを介して電気的に接続されている（すなわち、上面配線パターン４４ａとビア４６ａと下面配線パターン４８ａとによりｐ側配線パターン４５ａを形成している）。上面配線パターン４４ｂと下面配線パターン４８ｂとは、ビア４６ｂを介して電気的に接続されている（すなわち、上面配線パターン４４ｂとビア４６ｂと下面配線パターン４８ｂとによりｎ側配線パターン４５ｂを形成している）。
ｐ型半導体層と電気的に接続されている発光素子１０のｐ側電極（不図示）は、バンプ４２ａと電気的に接続されている。ｎ型半導体層と電気的に接続されている発光素子１０のｎ側電極（不図示）と、は、バンプ４２ｂと電気的に接続されている。
そして、上面配線パターン４４ａの上面に設けた共晶用パッド４３ａとバンプ４２ａとが、例えば共晶合金等を用いて電気的に接続されている。同様に、上面配線パターン４４ｂの上面に設けた共晶用パッド４３ｂとバンプ４２ｂとが、例えば共晶合金等を用いて電気的に接続されている。
これにより、発光装置１００を二次基板に実装して、下面配線パターン４８ａ、４８ｂをそれぞれ二次基板の異なる配線パターンと電気的に接続することにより、発光素子１０に電力を供給できる。
好ましい配線パターンの材料としＣｕ／Ｎｉ／Ａｕ（積層構造）を挙げることができる。
また、好ましいバンプ材料としてＡｕＳｎ（Ａｕ−Ｓｎ合金）を挙げることができ、好ましい共晶用パッド材料としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ（積層構造）を挙げることができる。

実装基板４の上面は反射層４１により覆われている。すなわち、実装基板４の上面のうち、上面配線パターン４４ａ、４４ｂが形成されている部分は、上面配線パターン４４ａ、４４ｂのうち、共晶用パッド４２ａ、４２ｂが形成されている部分を除く部分に反射層４１が形成されており、上面配線パターン４４ａ、４４ｂが形成されていない部分は、実装基板４の上面に直接、反射層４１が形成されている。
反射層４１は、好ましくは、多層膜であり、より好ましくは多層膜が分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）を形成している。具体的な分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）を形成する多層膜として、ＳｉＯ_２膜とＮｂ_２Ｏ_５膜が交互に積層した構造を例示できる。
このような反射層４１を設けることで、発光素子１０から実装基板４に向かう光を反射して、より確実に、レンズ２内に導くことで、光取り出し効率を更に高くすることができる。

実装基板４には、図１０（ａ）に示すように、保護素子用パッド５０ａ、５０ｂを設けてよい。例えば、保護素子用パッド５０ａにワイヤーを接続し、保護素子用パッド５０ｂにツエナーダイオードを実装してよい。この場合、保護素子用パッド５０ｂの直径（または面積）を保護素子用パッド５０ａの直径（または面積）より大きくしてよい。
なお、保護素子用パッド５０ａ、５０ｂを設けた場合、この上面に反射層４１は形成されない。

発光素子１０の実装基板４への配置は任意の方法で行ってよい。発光素子の電極面を実装基板の実装面側に接続し、発光素子の側面に樹脂等のアンダーフィル材を設け、発光素子の成長基板を剥離してもよい。
また、あらかじめ半導体層の周囲に蛍光体層が設けられた発光素子を用いてもよい。

・レンズ２
レンズ２は、発光素子１０が発する光、および蛍光体層８が発する光（蛍光体層８を用いる場合）に対して、透光性を有する任意の材料により形成してよい。例えば、レンズ２は、透明な樹脂またはガラス等からなる。このような樹脂として、例えば、硬質シリコーン樹脂およびエポキシ樹脂を例示できる。

発光装置１００は、例えば特許文献１に示されるような製造方法をはじめとする、従来の発光装置５００の製造方法として既知の任意の方法により製造することができる。
また、傾斜部２４および発光装置１００Ａの傾斜部２４Ａは、例えば、レンズ２またはレンズ２Ａを形成する金型に、傾斜部２４または傾斜部２４Ａに対応する凸部を設けることにより形成してよい。

次に本発明の効果のうち、光取り出し効率についてシミュレーションにより確認した結果を以下に示す。
（１）シミュレーション１
図１２は、発光装置１００Ａにおいて、上面光の光量を求めた範囲を示す模式図である。図１２に示すように、発光装置１００Ａの直上部でレンズ２Ａの底面から５ｍｍ高い位置にあり実装基板４の上面に平行な、直径２００ｍｍの円４０内の光量をシミュレーションにより求めた。
レンズ２Ａの外径（図２のＤ_Ｌ２）を４ｍｍ、４．５ｍｍ、６ｍｍおよび７．５ｍｍの４種とし、実装基板４の縦方向および横方向の長さを２．５ｍｍ、発光素子１０の縦方向および横方向の長さを１．４ｍｍとし、発光素子１０の外周部には１５μｍの厚みの蛍光体層８を設けた。
そして、高さｈ２を、レンズの外径が４ｍｍおよび４．５ｍｍの場合は０〜０．５ｍｍまで変化させ、レンズの外径が６ｍｍの場合は０〜０．８ｍｍまで変化させ、レンズの外径が７．５ｍｍの場合は０〜１．３ｍｍまで変化させた。ｈ２が０ｍｍの場合が従来の発光装置５００に相当する。
シミュレーションは、ソフトＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓを用いて行った。光源の波長（発光素子１０の発光波長）は４５０ｎｍ、蛍光体層８はＭｉｅ散乱モデルでモデル化した。レンズの屈折率はフェニル系シリコーン樹脂の屈折率を用い、実装基板４の反射率はＤＢＲ形成部が９９．８％、その他の面を０％とした（ＤＢＲ形成部については、図９および図１０（ａ）を参照されたい。）。発光素子１０は、サファイア基板上にＧａＮ系の半導体層が積層されたものであり、サファイアの厚みを１４０μｍ、半導体層の厚みを１０μｍとした。
それぞれのレンズの外径についてｈ２が０の場合の光量を１００％として、相対的な光量を求めた。

図１３は、シミュレーション１の結果を示すグラフである。横軸のレンズ高さｔは高さｈ２を意味する。縦軸は上述の相対的な光量を示す。
図１３から判るように、レンズの外径が６ｍｍおよび７．５ｍｍでは高さｈ２が０より大きい全ての領域で相対的な光量が１００％を超えている。レンズの外径が４．５ｍｍの場合は、高さｈ２が約０．４５ｍｍまでは相対的な光量が１００％を超えている。レンズの外径が４ｍｍの場合は、高さｈ２が約０．４１ｍｍまでは相対的な光量が１００％を超えている。
このことは、本発明にかかる発光装置１００Ａでは、従来の発光装置５００と同程度の取り出し効率を維持するという本発明の目的を十分に達成し、さらに広い範囲に亘り従来の発光装置５００を上回る光取り出し効率を得ることができることを示している。

（２）シミュレーション２
図１１は、シミュレーション２で用いた複数の発光装置１００Ａの配列パターンを示す模式平面図である。
シミュレーション２では、図１１に示すように９個の発光装置１００Ａを縦方向および横方向の両方について隣接する発光装置１００Ａ同士の距離ｄを１ｍｍとなるようにした。
そして、レンズ２Ａの外径（図２のＤ_Ｌ２）を４ｍｍ、４．５ｍｍ、６ｍｍおよび７．５ｍｍの４種とし、実装基板４の縦方向および横方向の長さを２．５ｍｍ、発光素子１０の縦方向および横方向の長さを１．４ｍｍとし、発光素子１０の外周部には蛍光体層８を設けた。
そして、高さｈ２は、レンズの外径が４ｍｍの時は０．１ｍｍ、レンズの外径が４．５ｍｍの時は０．２ｍｍ、レンズの外径が６ｍｍの時は０．６ｍｍ、レンズの外径が７．５ｍｍの時は０．８ｍｍとした。さらにそれぞれのレンズの外径について、比較のためにｈ２を０ｍｍとした場合（従来の発光装置５００に相当）の光量も求めた。
図１１に示す９つの発光装置１００Ａのうち、中央に位置する発光装置１００Ａの直上部でレンズ２の底面から５ｍｍ高い位置にあり実装基板４の上面に平行な、直径２００ｍｍの円内の光量をシミュレーションにより求めた。

図１４は、シミュレーション２の結果を示すグラフである。
図１４の「水平」は高さｈ２が０ｍｍであること示し、「角度付き」は、高さｈ２を上述のように０．１〜０．８ｍｍとした場合（すなわち、本発明に該当）を意味する。
縦軸の相対的な光量は、ｈ２が０ｍｍでレンズ外径が６ｍｍの場合１００％として示している。
図１４から判るように本発明にかかる発光装置１００Ａは複数を配列した場合、従来の発光装置よりも高い取り出し効率を得ることができる。

２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ レンズ
４ 実装基板
６ 半導体層
８ 蛍光体層
１０ 発光素子
２２、２２Ｂ、２２Ｃ レンズ上面
２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ 傾斜部
２６、２６Ｂ 水平部
２６Ａ レンズ２Ａと実装基板４の側面との境界部
２８、２８Ａ、２８Ｂ レンズ底面
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ 発光装置

Claims (7)

1. 発光素子と、
   上面に前記発光素子が載置された基板と、
   前記発光素子と前記基板の上面を封止するレンズと、
   を含み、
   前記レンズは上面が曲面であり、
   前記レンズの底面が前記基板の外側にまで延在してなる外側延在部を含み、
   前記外側延在部が、前記基板の上面に平行な方向に対して傾斜している傾斜部を有し、
   前記外側延在部は空気と接し、
   前記レンズの前記外側延在部が、前記基板の上面と平行な水平部を有し、
   前記基板の中心を通り、かつ前記基板の上面に垂直な断面において、前記レンズの前記底面の前記水平部と前記傾斜部の境界が、前記発光素子の上面の端部と前記基板の上面の端部とを結ぶ直線が前記底面と交わる点より、前記基板に近い側に位置することを特徴とする発光装置。
2. 前記レンズの前記外側延在部が前記傾斜部のみから成ることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記外側延在部が前記基板の外周全体に亘り形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記基板の上面が多層膜より成る反射層により覆われていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記多層膜より成る反射層がブラッグ反射鏡であることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 前記レンズの前記上面と前記傾斜部との境界が前記発光素子の上面よりも上部に位置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 前記発光素子が蛍光体層を有し、該蛍光体層の側面側の厚みが上面側の厚みより大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。

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