JP6579141B2 - 発光装置および発光装置の製造方法 - Google Patents

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本願は発光装置および発光装置の製造方法に関する。
発光ダイオード等の半導体発光素子を用いた発光装置は、白熱電極、蛍光灯、冷陰極管、放電灯等、従来の種々の光源に替わる光源として広く利用されている。用途が広範であるため、特定の用途により適合した構造を備える発光装置が求められている。例えば、車両のヘッドライトなどに用いる発光装置としては、色むらが少なく高い輝度の発光装置が求められている。特許文献１は、上面と、上面よりも大きい下面と、上面と下面との間に位置する傾斜面とを備え、発光素子と接合された透光性部材を備えた発光装置を開示している。
特許第４１０５５５４号公報
色むらが少ない発光装置が求められている。
本開示の一態様に係る発光装置は、上面、下面および側面と、前記下面に位置する正極および負極とを有し、前記上面から光を出射する発光素子と、上面と、側面と、前記発光素子の上面よりも大きく前記発光素子の上面と直接接している下面とを有し、蛍光体を含み、無機材料からなる蛍光体板と、前記発光素子の側面および前記蛍光体板の前記発光素子から露出する前記下面を覆う導光部と、前記蛍光体板の側面および前記導光部を覆う光反射性部とを備える。
本開示の一態様に係る発光装置の製造方法は、上面、下面および側面と前記下面に位置する正極および負極とを有し、前記上面から光を出射する複数の発光素子を、支持体上に、前記下面が支持体と対向するように配置する工程（Ａ）と、上面および下面を有する蛍光体板を、前記蛍光体板の下面が前記複数の発光素子の前記上面と対向するように、前記蛍光体板を前記複数の発光素子に対して配置し、前記蛍光体板の下面と前記複数の発光素子の上面とを直接接合によって接合する工程（Ｂ）と、前記支持体を除去した後、前記蛍光体板の上面が下側に位置するように前記蛍光体板を配置した状態で、前記複数の発光素子間に透光性樹脂を配置する工程（Ｃ）と、前記複数の発光素子間において、前記蛍光体板および前記透光性樹脂を切断することによって、前記上面に蛍光体板が位置し、前記側面に前記透光性樹脂からなる導光部が位置する発光素子を含む複数の中間体を得る工程（Ｄ）と、基板を準備し、前記中間体を前記基板上に接合させる工程（Ｅ）と、前記中間体における導光部および蛍光体板の側面と、前記発光素子の側面および下面を覆う光反射性部を形成する工程（Ｆ）と、を包含する。
本開示の一実施形態によれば、色むらが少ない発光装置が提供され得る。
図１は第１の実施形態の発光装置の上面図である。 図２Ａは図１の２Ａ−２Ａ線における発光装置の断面図である。 図２Ｂは図１の２Ｂ−２Ｂ線における発光装置の断面図である。 図３Ａは、発光素子および導光部を含む構造の下面図である。 図３Ｂは、導光部の第１側面および第１側面と連なる第２側面を示す側面図である。 図４Ａは、第１の実施形態の発光装置の製造方法の製造工程を示す工程断面図である。 図４Ｂは、第１の実施形態の発光装置の製造方法における発光素子の配置を示す図である。 図４Ｃは、第１の実施形態の発光装置の製造方法の製造工程を示す工程断面図である。 図４Ｄは、第１の実施形態の発光装置の製造方法の製造工程を示す工程断面図である。 図４Ｅは、第１の実施形態の発光装置の製造方法の製造工程を示す工程断面図である。 図４Ｆは、第１の実施形態の発光装置の製造方法において、複数の発光素子が接合された蛍光体板を切断する位置を示す図である。 図４Ｇは、第１の実施形態の発光装置の製造方法の製造工程を示す工程断面図である。 図４Ｈは、第１の実施形態の発光装置の製造方法における中間体の配置を示す図である。 図４Ｉは、第１の実施形態の発光装置の製造方法の製造工程を示す工程断面図である。 図４Ｊは、第１の実施形態の発光装置の製造方法において、個々の発光装置を切り出すための切断位置を示す図である。 図５Ａは第２の実施形態の発光装置の上面図である。 図５Ｂは図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線における発光装置の断面図である。 図５Ｃは、第２の実施形態の発光装置の製造方法における発光素子の配置を示す図である。 図６Ａは第３の実施形態の発光装置の上面図である。 図６Ｂは図６Ａの５Ｂ−５Ｂ線における発光装置の断面図である。 図７は、発光装置の製造方法における、発光素子の他の配置例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本開示の発光装置および発光装置の製造方法の実施形態を詳細に説明する。本開示の発光装置および発光装置の製造方法は、例示であり、本発明は以下で説明する発光装置および発光装置の製造方法に限られない。以下の説明では、特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」およびそれらの用語を含む別の用語）を用いる場合がある。それらの用語は、参照した図面における相対的な方向や位置を、分かり易さのために用いているに過ぎない。また、図面が示す構成要素の大きさや位置関係等は、分かり易さのため、誇張されている場合があり、実際の発光装置における大きさあるいは、実際の発光装置における構成要素間の大小関係を反映していない場合がある。
（第１の実施形態）
＜発光装置の構造＞
図１は、本開示の発光装置１０１の第１の実施形態を示す上面図であり、図２Ａおよび図２Ｂは、図１の２Ａ−２Ａ線および２Ｂ−２Ｂ線における発光装置１０１の断面図である。発光装置１０１は、上面、下面および側面と、下面側に位置する正極および負極とを有し、主に上面から光を出射する発光素子１０と、蛍光体を含む無機材料からなり、上面と、側面と、発光素子の上面よりも大きく発光素子の上面と直接接している下面とを有する蛍光体板２０と、発光素子の側面および蛍光体板の発光素子から露出する下面を覆う導光部３０と、蛍光体板２０の側面および導光部３０を覆う光反射性部４０とを備える。また、本実施形態では、発光装置１０１は基板５０を備える。以下、各構成要素を詳細に説明する。
［発光素子１０］
発光素子１０は、発光ダイオード等の半導体発光素子であり、出射光の波長に特に制限はない。本実施形態では、発光装置１０１は１つの発光素子１０を含んでいるが、複数の発光素子１０を含んでいてもよい。発光素子１０は、透光性基板１１と、透光性基板１１上に形成された半導体積層体１２と、半導体積層体１２の表面に設けられた正極１３、負極１４とを含む。本実施形態では、発光素子１０は基板５０にフリップチップ実装されており、半導体積層体１２から出射する光は、透光性基板１１を透過して外部へ出射する。このため、図１に示す向きに合わせて透光性基板１１および半導体積層体１２の上面、下面等を説明する。図３Ａは、発光素子および導光部を含む構造の下面図である。発光素子１０は、平面視において、例えば、略矩形形状を有しており、４つの側面１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆを有する。つまり、発光素子１０は、略矩形状の上面１０ａおよび下面１０ｂと、上面１０aと下面１０ｂとの間に位置する４つの側面１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆとを備える略直方体である。
透光性基板１１は、半導体積層体１２を支持し、半導体積層体１２をエピタキシャル成長させるための基板である。透光性基板１１は上面１１ａおよび上面１１aと対向する下面１１ｂを有する。後述するように半導体積層体１２が窒化物系半導体である場合、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）等の透光性の絶縁性基板、または、窒化物半導体などの半導体基板等を、透光性基板１１として用いることができる。ここでの透光性とは、発光素子１０から出射される光に対して、少なくとも６０％以上、好ましくは８０％程度以上の透光率を有する性質を指す。
半導体積層体１２は、図２Ａでは、透光性基板１１の下面１１ｂ側に位置している。半導体積層体１２は、積層された複数の半導体層を含む。例えば、半導体積層体１２は、発光層（活性層）と、発光層を挟む第１導電型半導体層（例えばｎ型半導体層）および第２導電型半導体層（例えばｐ型半導体層）とを含む。発光層のバンドギャップに対応した波長の光を発光素子１０は出射する。紫外光、青色光から緑色光の可視光を発光可能な半導体層は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等の半導体材料から形成することができる。具体的には、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等組成を有する窒化物系の半導体材からなる半導体積層体１２を用いることができる。半導体積層体１２の上面１２ａが透光性基板１１の下面１１ｂと接触しており、発光層から出射する光は半導体積層体１２の上面１２ａから透光性基板１１へ入射し、透光性基板１１の上面１１ａおよび側面から発光素子１０の外部へ出射する。
半導体積層体１２の下面１２ｂには、正極１３、および負極１４が設けられている。正極１３および負極１４は、それぞれ、第１導電型半導体層および第２導電型半導体層と電気的に接続されており、正極１３および負極１４から第１導電型半導体層および第２導電型半導体層を介して発光層に電圧が印加される。
正極１３および負極１４は、半導体積層体１２と電気的に接続し得る公知の金属材料によって構成されている。例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、ＡｕＳｎ等の金属を用いることができる。正極１３および負極１４は、単層構造を有していてもよいし、積層構造を有していてもよい。
透光性基板１１の上面１１ａおよび半導体積層体１２の下面１２ｂは、発光素子１０の上面１０ａおよび下面１０ｂでもある。上述したように、発光素子１０の上面１０ａ（つまり透光性基板１１の上面１１ａ）および下面１０ｂ（つまり半導体積層体１２の下面１２ｂ）は、平面視において、略矩形形状を有する。
［蛍光体板２０］
蛍光体板２０は、発光素子１０から入射する光の少なくとも一部の波長を変換して出射する。蛍光体板２０は、上面２０ａおよび上面２０aと対向する下面２０ｂを有する。蛍光体板２０の下面２０ｂは発光素子１０の上面１０ａと直接接している。後述するように、蛍光体板２０の下面２０ｂと発光素子１０の上面１０ａとは直接接合によって接合されている。直接接合とは、接合する界面において、接着材等の接合部材を用いずに、界面に露出している原子同士が互いに結合する接合形態をいう。蛍光体板２０と発光素子１０との間に接着層等の介在物がないため、発光素子１０と蛍光体板２０との間における熱伝導性が優れる。このため、蛍光体板２０で発生した熱を、発光素子１０を介して基板５０へ伝導させたり、発光素子１０で発生した熱を蛍光体板２０へ伝導させたりすることが可能であり、発光装置１０１内における熱伝導性が高められる。強力な直接接合が形成されるよう、蛍光体板２０の下面２０ｂおよびと発光素子１０の上面１０ａは高い平滑性を有していることがこのましい。具体的には、１ｎｍ以下の算術平均粗さＲａを有していることが好ましい。
蛍光体板２０の上面２０ａおよび下面２０ｂは、互いに略平行であることが好ましい。本明細書において略平行とは、いずれか一方の面が他方の面に対して±５°程度の傾斜が許容されることを意味する。このような形状により、発光面となる蛍光体板２０の上面２０ａにおいて、正面輝度が均一であり、発光色むらの少ない発光装置１０１を実現し得る。蛍光体板２０の厚さ（つまり蛍光体板２０の下面２０ｂから蛍光体板２０の上面２０ａまでの高さ）は、例えば、５０μｍ〜３００μｍ程度である。図１、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、蛍光体板２０の下面２０ｂは発光素子１０の上面１０ａよりも大きい。平面視において、蛍光体板２０は略矩形形状を有している。蛍光体板２０の下面２０ｂの外縁は、発光素子１０の上面１０ａの外縁より外側に位置している。
図１、図２Ａ等に示すように、蛍光体板２０は側面２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆを有する。側面２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆは、平坦面であり、蛍光体板２０の上面２０ａに対して略垂直な面であることが好ましい。つまり、蛍光体板２０は、略矩形で略同形状の上面２０ａおよび下面２０ｂと、上面２０aと下面２０ｂとの間に位置する４つの側面２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆとを備える略直方体であることが好ましい。これにより、蛍光体板２０と、後述する蛍光体板２０を囲む光反射性部４０との境界が発光面に対して垂直に位置するため、発光装置１０１の発光面となる蛍光体板２０の上面２０ａに垂直な方向から見た場合、発光部と非発光部との境界が明瞭になる。本明細書において略垂直とは、いずれか一方の面が他方の面に対して９０°±５°程度の角度を成すことを意味する。
蛍光体板２０は、発光素子１０から入射される光の少なくとも一部の波長を変換して放射する蛍光体を含む。蛍光体板２０が蛍光体を含むことにより、蛍光体板２０の上面２０ａから外部に出射される光は、発光素子１０からの出射光と、蛍光体により波長変換された光との混色光となる。例えば、発光素子１０から出射された青色光と、その青色光の一部が蛍光体により波長変換された黄色光とを混合させることにより、白色系の光を発する発光装置１０１を得ることができる。
蛍光体板２０は、例えば、蛍光体の焼結体、あるいは、セラミックス、ガラス等の無機材料に蛍光体粉末を含有させたものからなる。蛍光体には、発光素子１０が出射する光で励起可能なものが使用される。例えば、以下に示す具体例のうちの１種を単独で、または、２種以上を組み合わせて用いることができる。青色発光素子または紫外線発光素子で励起可能な蛍光体の具体例としては、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（例えばＹ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：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（例えばＬｕ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）、ユウロピウムおよび／また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系蛍光体（例えば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（例えばＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）、ＳＣＡＳＮ系蛍光体（例えば（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）等の窒化物系蛍光体、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウム系蛍光体（例えばＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎ）、硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体などが挙げられる。これらの蛍光体と、青色発光素子または紫外線発光素子と組み合わせることにより、所望の発光色の発光装置（例えば白色系の発光装置）を得ることができる。例えば、蛍光体板２０に含まれる蛍光体の種類および濃度を調整することにより白色光を出射する発光装置１０１を得ることができる。蛍光体板２０中の蛍光体の含有量は、例えば、５〜５０質量％程度である。
蛍光体板２０は、蛍光体の他に光拡散材を含んでいてもよい。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、酸化ケイ素等を用いることができる。蛍光体板２０が無機材料のみを含むことにより、つまり、有機材料を含まないことにより、蛍光体板２０の熱伝導率を大きくし、放熱性を高めることができる。また、有機材料を含む場合に比べて、蛍光体板２０の屈折率を大きくし、透光性基板１１との屈折率差を小さくできるため、発光素子１０と蛍光体板２０との界面における反射を抑制し、蛍光体板２０からの出射効率を高めることができる。
［導光部３０］
図２Ａ、図２Ｂおよび図３Ａに示すように、導光部３０は、発光素子１０の側面１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆと蛍光体板の下面２０ｂを覆い、発光素子１０の側面１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆから出射する光を蛍光体板２０へ導く。このため、導光部３０は、発光素子１０の側面１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆの少なくとも一部および蛍光体板２０の下面２０ｂのうち、発光素子１０から露出している部分の少なくとも一部を覆う。好ましくは、導光部３０は、発光素子１０の側面１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆを取り囲んで覆っており、かつ、発光素子１０の側面１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ全体を覆っている。また、好ましくは、導光部３０は、蛍光体板２０の下面２０ｂのうち、発光素子１０から露出している部分全体を覆う。
導光部３０は、蛍光体板２０の下面に接する第１側面３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆと、各第１側面から発光素子１０の側面１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆに接続する第２側面３０ｃｇ、３０ｄｇ、３０ｅｇ、３０ｆｇを有する。図３Ｂは、導光部３０の第１側面３０ｃおよび第２側面３０ｃｇを示す側面図である。導光部３０の第１側面３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆは蛍光体板２０の下面外縁に接する略平坦面であり、第２側面は発光素子１０の下面外縁に接する傾斜面であることが好ましい。さらに、第１側面は、発光素子１０の側面に略平行な平坦面であり、第２側面は後述する光反射性部４０側に凹の曲面であることがより好ましい。このような形状によって、発光素子１０の側面からの出射光が導光部３０の外面で、光反射性部４０と相まって適度な反射面を形成することができ、反射光を蛍光体板２０へと導光させることができる。特に、発光素子１０の側面に略平行な導光部３０の第１側面が蛍光体板の下面外縁に接することにより、発光素子１０の上面１０ａから露出する蛍光体板の外周部においても、入射する光の入射角度が小さくなり（つまり垂直入射する光の割合が増える）、光の取り出し効率が向上する。
導光部３０の第１側面３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆは位置により異なる高さを有する。これを２つの断面で説明する。図２Ａは、平面視における、発光素子１０の略矩形形状を有する下面１０ｂの２つの対角線（図１において一点鎖線で指示している）の交点を通り、矩形の1つの辺と平行な線を含む下面１０ｂに垂直な断面を示している。以下、この断面を２Ａ−２Ａ断面という。また、図２Ｂは、平面視における、発光素子１０の矩形形状を有する下面１０ｂの２つの対角線の１つを含み下面１０ｂに垂直な断面であり、以下、この断面を２Ｂ−２Ｂ断面という。
２Ａ−２Ａ断面における、導光部３０の発光素子１０から最も離れた位置ｐ１における高さｈｃと、２Ｂ−２Ｂ断面における、導光部３０の発光素子１０から最も離れた位置ｐ２における高さｈｄとは互いに異なっている。図３Ｂに示すように、高さｈｄは導光部３０の各第１側面の両端における高さであり、高さｈｃは、各第１側面の中央における高さでもある。本実施形態では、ｈｄはｈｃよりも大きい（ｈｄ＞ｈｃ）。
図３Ａに示すように、平面視において、位置ｐ２と発光素子１０の側面１０ｃ、１０ｆとの距離は、位置ｐ１と側面１０ｃとの距離よりも長い。このため、平面視における蛍光体板２０の４つの角近傍では、発光素子１０から入射する光の量（および光密度）が他の部分よりも低下しやすい。その結果、蛍光体板２０の上面２０ａの４つの角近傍において、発光素子１０から入射される光量が低下し、矩形の発光面の四隅が他の部分に比べて暗くなりやすい。また、例えば、混色によって、蛍光体板２０の発光面から白色光を出射する場合には、四隅における発光素子１０からの光量が低下することによって、混色する２以上の光のバランスが他の部分と異なることになる。その結果、発光面の四隅において、色調が他の部分と異なることによって、色むらが生じやすい。
本実施形態では、位置ｐ２における高さｈｄが位置ｐ１における高さｈｃよりも大きいことによって、導光部３０による、発光素子１０の側面１０ｃ〜１０ｆから出射する光の反射特性を、蛍光体板２０の４つの角近傍とその他の部分とで異ならせ、色むらを抑制している。具体的には、蛍光体板２０の４つの角近傍に対応する、導光部３０の第１側面３０ｃ〜３０ｆの両端近傍の高さを中央近傍よりも大きくし、第２側面３０ｃｇ〜３０ｆｇの高さを両端近傍において、中央近傍よりも小さくしている。これにより、発光素子１０の側面から出射した光が、第２側面３０ｃｇ〜３０ｆｇの両端近傍で反射し半導体素子へ入射する割合を低下させ、第１側面３０ｃ〜３０ｆに直接入射し、蛍光体板２０４へ向けて反射する割合、および、第２側面３０ｃｇ〜３０ｆｇで反射し、第１側面へ入射して蛍光体板２０４へ進む割合を高めることができる。よって、蛍光体板２０の四隅近傍に入射する光の光量不足を補うことができ、発光素子１０の発光面の四隅における輝度の低下および色むらを抑制することができる。
導光部３０には、取り扱いおよび加工が容易であるという観点から、樹脂部材を用いることが好ましい。樹脂部材としては、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、フッ素樹脂の１種以上を含む樹脂またはハイブリッド樹脂等からなる樹脂部材を用いることができる。高さｈｄと高さｈｃが異なる導光部３０は、後述するように、導光部３０を形成するための樹脂部材の原料である未硬化の樹脂材料の粘性、発光素子１０の側面との濡れ性および樹脂材料の硬化時の収縮を利用して形成することができる。
導光部３０は、蛍光体を含んでいてもよい。この場合、蛍光体は、例えば、導光部３０のうち、蛍光体板２０に近接した位置に偏って配置される。蛍光体には上述した種々の蛍光体から選ぶことができる。
［光反射性部４０］
光反射性部４０は、蛍光体板２０の側面２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆと、導光部３０を覆っている。これにより、光反射性部４０と蛍光体板２０および導光部３０との界面で、発光素子１０から出射した光を蛍光体板２０および導光部３０側へ反射させ、最終的に蛍光体板２０の上面２０ａから出射させる。発光素子１０の側面のうち、導光部３０によって覆われていない部分がある場合には、導光部３０によって覆われていない側面も光反射性部４０が覆っていることが好ましい。
また、発光素子１０が基板５０上に配置される際には、光反射性部４０は、発光素子１０と基板５０との間にも配置されていることが好ましい。
光反射性部４０は、発光素子１０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。具体的には、上述した導光部３０と同様の樹脂部材に、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、酸化イットリウム、イットリア安定化ジルコニア、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、ムライトなどが挙げられる。光反射性部４０における光反射性物質等の含有量は、例えば、母材となる樹脂部材１００重量部に対し、光反射性物質は３０〜６０重量部含有されていることが好ましく、特に４５〜６０重量部含有されていることが好ましい。これにより、発光装置外部への光漏れをより抑制することが可能となり好ましい。
［基板５０］
基板５０は、発光素子１０を支持する。基板５０は、発光素子１０に電力を供給する配線および発光素子１０を外部回路と接続するための外部端子を備えていてもよい。本実施形態では、基板５０は、板状の基体５１と、基体５１の上面５１ａに形成された配線５２と、基体５１の下面５１ｂに形成された外部端子５３とを備える。配線５２は、発光素子１０の正極１３、負極１４と電気的に接続されている。配線５２は例えば基体５１に設けられたビアホールおよびビア導体を介して外部端子５３と電気的に接続されている。
基体５１の材料としては、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックスなどの絶縁性部材、絶縁部材を形成した金属部材等が挙げられる。なかでも、基体５１の材料として、耐熱性及び耐候性の高いセラミックスを用いることが好ましい。セラミックス材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどが挙げられる。これらのセラミックス材料に、例えば、ＢＴレジン、ガラスエポキシ、エポキシ系樹脂等の絶縁性材料を組み合わせてもよい。
配線５２および外部端子５３は、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、プラチナ、チタン、タングステン、パラジウム、鉄、ニッケル等の金属またはこれらを含む合金等によって形成することができる。また、配線５２は、発光素子１０からの光を効率よく取り出すために、その最表面が銀または金などの反射率の高い材料で覆われていることが好ましい。配線５２は、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成できる。例えば、発光素子の基板への実装にＡｕバンプを用いる場合、配線の最表面にＡｕを用いることで、発光素子と基板との接合性が向上できる。このような基板は、当該分野で公知であり、発光素子等の電子部品が実装されるために使用される基板のいずれをも用いることができる。
［保護素子６０］
発光装置１０１は、ツェナーダイオード等の保護素子６０を備えていてもよい。例えば、図１において破線で示すように、保護素子６０は、光反射性部４０に埋設することができる。光反射性部４０内に設けることにより、発光素子１０からの光が保護素子６０に吸収されたり、保護素子６０に遮光されたりすることによる光取り出しの低下を抑制することができる。
＜発光装置の製造方法＞
以下、図面を参照しながら、本開示の発光装置の製造方法の実施形態を説明する。発光装置の製造方法は、（Ａ）複数の発光素子を支持体に配置する工程、（Ｂ）蛍光体板と複数の発光素子とを接合する工程、（Ｃ）複数の発光素子間に透光性樹脂を配置する工程、（Ｄ）導光部を備えた中間体を得る工程、（Ｅ）中間体を基板に接合させる工程および（Ｆ）光反射性部を形成する工程を包含する。以下、各工程を詳細に説明する。
（Ａ）複数の発光素子を支持体に配置する工程
まず、複数の発光素子１０を支持体に配置する。図４Ａに示すように、例えば、接着層７１が形成された支持体７０上に複数の発光素子１０を配置する。支持体７０は平坦な上面を有していればよく、種々の材料からなる板状の基板を用いることができる。例えば、Ｓｉ基板を用いることができる。支持体７０の上面に発光素子１０を一時的に接着するため接着層７１を形成する。例えば未硬化のシリコーン樹脂を支持体７０の上面にスピンコート法により塗布し、硬化させることによって接着層７１を形成する。
次に、発光素子１０の下面１０ｂが支持体７０と対向するよう配置し、発光素子１０を、接着層７１を介して支持体７０に接着させる。発光素子１０の配置は、例えば、チップマウンタなどを用いることができる。
図４Ｂは発光素子１０の支持体７０上における配置例を示す。発光素子１０の上面１０ａおよび下面１０ｂは矩形形状を有している。隣接する２辺の長さはａおよびｂである。図４Ｂでは、支持体７０に配置された複数の発光素子１０を示しており、発光素子１０の上面１０ａで発光素子１０の位置を示している。発光素子１０の上面１０ａの矩形における隣接する２辺に沿って、第１方向および第２方向をとる。例えば、第１方向および第２方向としてｘ方向およびｙ方向をとる。
複数の発光素子１０は、交互配列、スタッガー配列、千鳥配列等で呼ばれる配列で、支持体７０上に配置される。例えば、複数の発光素子１０の配置は２つのグループに分けて説明できる。具体的には、複数の発光素子１０を第１群Ｇ１および第２群Ｇ２に分ける。図４Ｂでは、第１群Ｇ１の発光素子１０を１０（Ｇ１）と示し、第２群Ｇ２の発光素子１０を１０（Ｇ２）で示している。支持体７０上の平面において、任意の所定の点として第１群の基準点Ｏ１をとり、第１群Ｇ１の発光素子１０は、第１群の基準点Ｏ１から、長さａの辺に沿う第１方向（ｘ方向）にｐのピッチで、長さｂの辺に沿う第２方向（ｙ方向）に、ｑのピッチで２次元に配置する。ここで、ｐ、ｑ、は２ａ＜ｐ、２ｂ＜ｑを満たす実数である。ピッチとは、配列における繰り返しの長さをいう。第２群Ｇ２の発光素子１０は、第１群の基準点Ｏ１から第１方向および第２方向にｐ／２およびｑ／２離れた第２群の基準点Ｏ２を基準として、長さａの辺に沿う第１方向（ｘ方向）にｐのピッチで、長さｂの辺に沿う第２方向（ｙ方向）に、ｑのピッチで２次元に配置する。このように複数の発光素子１０を配置することにより、発光素子１０の上面１０ａの対角方向における発光素子１０の間隔ｄｄは第１方向および第２方向における間隔ｄｃよりも短くなる。
（Ｂ）蛍光体板と複数の発光素子とを接合する工程
図４Ｃに示すように、上述した配列で配置された複数の発光素子１０に蛍光体板２０を接合させる。具体的には、蛍光体板２０の下面２０ｂが複数の発光素子１０の上面１０ａと対向するように、蛍光体板２０を複数の発光素子１０に対して配置し、蛍光体板２０の下面２０ｂと複数の発光素子１０の上面１０ａとを直接接合によって接合する。
本実施形態に適した直接接合は、一般的に常温接合と分類される直接接合であることが好ましい。例えば、表面活性化接合、原子拡散接合、水酸基接合等が挙げられる。表面活性化接合は、超高真空中で不活性イオンを接合界面に照射することにより、表面を清浄、活性化し接合する（例えば、国際公開２０１１／１２６０００号参照）。原子拡散接合は、超高真空中で金属をスパッタリングし、その金属の拡散により接合する。スパッタリングによる金属膜を非常に薄くすることで、光取り出しに影響なく接合できることが確認されている（例えば、特開２０１５−２９０７９号公報参照）。原子拡散接合の場合、発光素子１０と蛍光体板２０とは光取り出しに影響がないほどの薄い金属層を介して接合されることになる。本明細書においては、原子拡散接合による接合も発光素子１０と蛍光体板２０とは直接接しているものとする。水酸基接合は接合界面に水酸基を形成し、水酸基の水素結合で発光素子１０と蛍光体板２０とを接合する（例えば、特開２０１４−２３２８６６号公報参照）。これらの接合方法は常温接合に分類されるが、必要に応じて加熱処理を行い、結合力を増大させてもよい、この場合、加熱温度は、４００℃以下であり、好ましくは３００℃以下、より好ましくは２００℃以下である。
蛍光体板２０と発光素子１０との良好な接合を得るために、蛍光体板２０の下面２０ｂおよび発光素子１０の上面１０ａの表面粗さは小さい方が好ましい。例えば、蛍光体板２０の下面２０ｂおよび発光素子１０の上面１０ａの算術平均表面粗さＲａは１ｎｍ以下であることが好ましい。
例えば、表面活性化接合によって蛍光体板２０と発光素子１０を接合する場合、支持体７０に配置された複数の発光素子１０の上面１０ａを洗浄し、乾燥後、発光素子１０の上面１０ａおよび蛍光体板２０の下面２０ｂを、不活性ガスを含むプラズマに曝し、表面を活性化させ、発光素子１０の上面１０ａおよび蛍光体板２０の下面２０ｂを接触させて接合させる。
（Ｃ）複数の発光素子間に透光性樹脂を配置する工程
蛍光体板２０を配列された発光素子１０に接合した後、支持体７０を除去する。接着層７１による発光素子１０と支持体７０との接着は、所望の配列で発光素子１０を固定するための仮止めであり、その接着強度は直接接合よりも弱いため、容易に支持体７０を剥離することができる。
図４Ｄは、蛍光体板２０に接合された複数の発光素子１０の、図４Ｂにおける第１方向（ｘ方向）での断面を示し、図４Ｅは、発光素子１０の上面１０ａにおける対角方向での断面を示す。図４Ｄおよび図４Ｅに示すように、蛍光体板２０の上面２０ａが下側に位置するように蛍光体板２０を配置した状態で、複数の発光素子１０間に導光部３０となる透光性樹脂を配置する。具体的には、導光部３０となる透光性樹脂の原料である未硬化の樹脂材料を、蛍光体板２０の下面２０ｂ上であって、複数の発光素子１０間にポッティング等によって配置する。このとき、未硬化の樹脂材料７５は、表面張力により発光素子１０の側面を這いあがり、滴下した領域内で上に凹の形状を有する。
その後、未硬化の樹脂材料７５を加熱して硬化する。硬化した透光性樹脂７５’は、図４Ｄおよび図４Ｅに示すように、凹型のメニスカスを示す。ここで、図４Ｅに示すように、発光素子１０の上面１０ａの対角方向においては、隣接する発光素子１０間の間隔が短いため、発光素子１０間において、透光性樹脂７５’の高さはあまり小さくならない。これに対し、図４Ｄに示すように、発光素子１０の上面１０ａの矩形における隣接する２辺に沿った第１方向および第２方向では、隣接する発光素子１０間の間隔が長いため、発光素子１０間において、透光性樹脂７５’の高さが小さくなる。これにより、高さｈｄ＞ｈｃの関係を有する透光性樹脂が形成される。
（Ｄ）導光部を備えた中間体を得る工程
その後、図４Ｄ、図４Ｅおよび図４Ｆに示すように、複数の発光素子１０を個片化する。図４Ｄ、図４Ｅおよび図４Ｆにおいて一点鎖線で示す位置で蛍光体板２０および透光性樹脂７５’を切断することによって、発光素子１０の側面において、透光性樹脂からなる導光部３０が位置する発光素子１０を含む複数の中間体８０が得られる。
（Ｅ）中間体を基板に接合させる工程
図４Ｇに示すように、基板５０を準備し、基板５０の配線５２と複数の中間体８０の正極１３および負極１４とを電気的に接続することによって、複数の中間体８０を基板５０に接合させる。このとき、図４Ｈに示すように、基板５０上に中間体８０は例えば、第１方向（ｘ方向）および第２方向（ｙ方向）に沿って２次元に配列してよい。あるいは、発光装置１０１に含まれる発光素子１０の数に応じた中間体８０を基板５０に接合してもよい。
（Ｆ）光反射性部を形成する工程
図４Ｉに示すように、基板５０上に配列された中間体８０の間に光反射性部４０の原料となる未硬化の材料８５を配置し、硬化させる。この工程は、例えば、射出成形、ポッティング成形、印刷法、トランスファーモールド法、圧縮成形などで成形することができる。
これにより、中間体８０の導光部３０および蛍光体板２０の側面、発光素子１０の下面を覆う光反射性樹脂８５’が形成される。その後、図４Ｊに示すように、光反射性樹脂８５’および基板５０を切断し、個片化することによって発光装置１０１が完成する。
［効果］
本開示の発光装置１０１によれば、発光素子１０の側面１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆを導光部３０が覆っており、導光部３０がさらに蛍光体板２０の下面２０ｂのうち、発光素子１０の上面１０ａと接しておらず発光素子１０から露出している部分も覆っている。このため、発光素子１０の上面１０ａおよび側面１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆから出射する光を蛍光体板２０の下面２０ｂ全体に入射させることが可能であり、蛍光体板２０の全体で、発光素子１０から入射した光と蛍光体板２０内の蛍光体により波長変換された光との混色が行われる。よって、発光装置１０１の発光面である、蛍光体板２０の上面２０ａ全体から混色された光を出射され、発光面における色むらが抑制される。
また、蛍光体板２０の側面２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆおよび導光部３０と発光素子１０の下面１０ｂを覆う光反射性部４０を備えるため、蛍光体板２０の上面２０ａ以外が光反射性部４０で覆われることによって、外部への光の取り出し効率が向上し、高輝度の発光装置１０１が実現する。さらに発光部と非発光部との境界が明瞭であり、いわゆる出射光の見切りがよい発光装置１０１が実現する。さらに発光素子１０と蛍光体板２０とが直接接合によって接合されているため、発光素子１０と蛍光体板２０との間の熱伝導性が優れる。これら特徴は、例えば、高輝度で、白色の均一性が高く、放熱性が優れ、かつ、見切りの良い光源として、車両のヘッドランプ等に好適に用いられる。
また、導光部３０の側面の高さは、中央よりも両端において高くなっている。このため、発光素子１０の側面から出射した光を、光量が不足しやすい蛍光体板の四隅により多く入射させることができ、蛍光体板の四隅における輝度の低下および色むらが抑制される。
この導光部３０の側面の高さは、導光部３０を形成する際の発光素子１０の支持体への配列によって調整が可能である。このため、導光部３０の側面の高さを調節し、発光装置１０１に求められる仕様や特性を満たすことが可能である。
なお、本実施形態では、図３Ｂに示すように、導光部３０は、両端の高さｈｄが中央部の高さｈｃよりも大きい側面を有している。しかし、導光部３０は、両端の高さｈｄが中央部の高さｈｃよりも小さい側面を有していてもよい。つまりｈｄ＜ｈｃであってもよい。このような導光部３０を備える発光装置を製造する場合には、（Ａ）複数の発光素子を支持体に配置する工程において、図７に示すように、複数の発光素子１０を第１方向（ｘ方向）および第２方向（ｙ方向）にｒおよびｓのピッチで２次元に配列すればよい。ここでｒ、ｓは、それぞれ、ａ＜ｒ＜２ａ、およびｂ＜ｓ＜２ｂを満たす実数である。これにり、間隔ｄｃが間隔ｄｄよりも短くなり、ｈｄ＜ｈｃを満たす側面を有する導光部３０を形成することができる。
（第２の実施形態）
図５Ａおよび図５Ｂは、第２の実施形態による発光装置１０２の上面図および図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線における発光装置１０２の断面図である。発光装置１０２は、複数の発光素子１０を備えている点で第１の実施形態の発光装置１０１と異なる。発光装置１０２は３つの発光素子１０を備えている。発光素子１０の上面１０ａは、連続した１つの蛍光体板２０の下面２０ｂに直接接合によって接合されている。隣接する発光素子１０の側面の間には、導光部３０が設けられている。
発光装置１０２は、第１の実施形態の発光素子の製造方法の（Ａ）複数の発光素子を支持体に配置する工程において、図５Ｃに示すように、複数の発光素子１０を第１方向（ｘ方向）および第２方向（ｙ方向）に２次元に配列し、（Ｄ）導光部を備えた中間体を得る工程において、蛍光体板２０上に２次元に配列された複数の発光素子１０を図５Ｃにおいて一点鎖線で示すように、３個の発光素子を１つの個片として切り出すことによって製造できる。この場合、導光部３０の高さは、第１の実施形態で説明したように支持体７０に発光素子１０を配列する際の発光素子１０の間隔（図５Ｃにおいて矢印で示す）を変えることによって調整し得る。これにより、発光素子１０の側面から出射する光を蛍光体板２０に入射させる際の光の分布を調整することが可能となり、発光面である蛍光体板２０の上面２０ａにおける色むらおよび輝度むらを抑制することが可能である。
（第３の実施形態）
図６Ａおよび図６Ｂは、第３の実施形態による発光装置１０３の上面図および図６Ａの６Ｂ−６Ｂ線における発光装置１０３の断面図である。発光装置１０３は、複数の発光素子１０を備えているが、発光素子１０間に光反射性部４０が配置されている点で第２の実施形態の発光装置１０２と異なる。発光装置１０３において、３つの発光素子１０はそれぞれ、独立した蛍光体板２０と接合されており、蛍光体板２０間および発光素子１０間に光反射性部４０が位置している。
発光装置１０３は、第１の実施形態の製造方法の（Ｅ）中間体を基板に接合させる工程において、３つの中間体８０を基板５０に配列し、３つ中間体８０を覆う光反射性部を形成することによって製造することができる。
発光装置１０３によれば、発光素子１０の側面から出射する光は、導光部３０に入射するが、光反射性部４０によって隣接する発光素子１０の導光部３０には入射しない。この構造は隣接する発光素子１０から出射する光が発光素子１０の発光層に入射し、発光効率が低下する場合に発光効率の低下を抑制するのに有効である。
本発明の発光装置は、車載用光源のほか、照明用光源、各種インジケーター用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、信号機、車載部品、看板用チャンネルレターなど、種々の光源に使用することができる。
１０ 発光素子
１０ａ 発光素子の上面
１０ｂ 発光素子の下面
１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ 発光素子の側面
１１ 透光性基板
１１ａ 透光性基板の上面
１１ｂ 透光性基板の下面
１２ 半導体積層体
１２ａ 半導体積層体の上面
１２ｂ 半導体積層体の下面
１３ 正極
１４ 負極
２０ 蛍光体板
２０ａ 蛍光体板の上面
２０ｂ 蛍光体板の下面
２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ 蛍光体板の側面
３０ 導光部
３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ 導光部の第１側面
３０ｃｇ、３０ｄｇ、３０ｃｇ、３０ｆｇ 導光部の第２側面
４０ 光反射性部
５０ 基板
５１ 基体
５１ａ 基体の上面
５１ｂ 基体の下面
５２ 配線
５３ 外部端子
６０ 保護素子
７０ 支持体
７１ 接着層
７５ 樹脂材料
７５’ 透光性樹脂
８０ 中間体
８５ 材料
８５’ 光反射性樹脂
１０１、１０２、１０３ 発光装置

Claims (5)

  1. 上面、下面および側面と前記下面に位置する正極および負極とを有し、前記上面から光を出射する複数の発光素子を、支持体上に、前記下面が支持体と対向するように配置する工程（Ａ）と、
    上面および下面を有する蛍光体板を、前記蛍光体板の下面が前記複数の発光素子の前記上面と対向するように、前記蛍光体板を前記複数の発光素子に対して配置し、前記蛍光体板の下面と前記複数の発光素子の上面とを直接接合によって接合する工程（Ｂ）と、
    前記支持体を除去した後、前記蛍光体板の上面が下側に位置するように前記蛍光体板を配置した状態で、前記複数の発光素子間に透光性樹脂を配置する工程（Ｃ）と、
    前記複数の発光素子間において、前記蛍光体板および前記透光性樹脂を切断することによって複数の中間体を得る工程であって、前記複数の中間体のそれぞれは、前記上面に蛍光体板が位置し、前記側面に前記透光性樹脂からなる導光部が位置する発光素子を含み、前記蛍光体板および前記導光部のそれぞれは、切断によって形成される側面であって、互いに整合している側面を有する、工程（Ｄ）と、
    基板を準備し、前記中間体を前記基板上に接合させる工程（Ｅ）と、
    前記中間体における導光部および蛍光体板の側面と、前記発光素子の側面および下面を覆う光反射性部を形成する工程（Ｆ）と、
    を包含し、
    前記発光素子の前記下面は、２辺の長さがａおよびｂである略矩形形状を有し、
    前記工程（Ａ）において、前記長さａの辺に沿う第１方向に、ｐ（ただしｐは２ａ＜ｐを満たす）のピッチで、前記長さｂの辺に沿う第２方向に、ｑ（ただしｑは２ｂ＜ｑを満たす）のピッチで前記複数の発光素子のうちの第１群を、前記支持体上において所定の点を第１群の基準点として２次元に配置し、前記長さａの辺に沿う第１方向に、前記ｐのピッチで、前記長さｂの辺に沿う第２方向に、前記ｑのピッチで前記複数の発光素子のうちの第２群を前記支持体上において前記第１群の基準点から前記第１方向および前記第２方向にｐ／２およびｑ／２離れた点を第２群の基準点として２次元に配置する、発光装置の製造方法。
  2. 前記工程（Ｂ）における前記直接接合は、表面活性化接合、原子拡散接合および水酸基接合のいずれかである、請求項１に記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記工程（Ｄ）において、前記中間体は２以上の発光素子を含む請求項１または２のいずれかに記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記工程（Ｄ）において、前記中間体は１個の発光素子を含む請求項１または２のいずれかに記載の発光装置の製造方法。
  5. 前記工程（Ｂ）において、前記蛍光体板の前記下面の算術平均粗さＲａは１ｎｍ以下である請求項１から４のいずれかに記載の発光装置の製造方法。
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