JP6642594B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。
従来から、発光装置において、発光素子の周辺に配置される光反射材において、透光性の樹脂に光反射性フィラーを含有させて光反射性を付与した樹脂が利用されている（特許文献１）。
また、樹脂に４６重量％以上の光反射性フィラーを含有させた樹脂材料を用いてパッケージを形成し、パッケージの凹部にＬＥＤを搭載した発光装置が記載されている（特許文献２）。そこで、光取り出し効率に優れた発光装置が求められている。
また、樹脂に４６重量％以上の光反射性フィラーを含有させた樹脂材料を用いてパッケージを形成し、パッケージの凹部にＬＥＤを搭載した発光装置が記載されている（特許文献２）。そこで、光取り出し効率に優れた発光装置が求められている。
本発明はより光取り出し効率に優れた発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態は、
発光素子と、
該発光素子の上面に設けられた透光部材と、
前記発光素子の側面及び前記透光部材の側面を被覆する光反射性の被覆部材とを備える発光装置であって、
前記被覆部材は、前記発光素子の側面及び透光部材の側面を被覆し、第１光反射材とフッ素系の第１樹脂とを含む第１被覆部材と、該第１被覆部材を被覆し、第２光反射材及び第２樹脂を含む第２被覆部材とを備え、前記第１光反射材と前記第１樹脂の屈折率差は、前記第２光反射材及び第２樹脂の屈折率差よりも大きい発光装置である。
本発明の他の実施形態は、
発光素子と、
該発光素子の上面に設けられた透光部材と、
前記発光素子の側面及び前記透光部材の側面を被覆する光反射性の被覆部材とを備える発光装置であって、
前記被覆部材は、前記発光素子の側面及び透光部材の側面を被覆し、第１光反射材とフッ素系の第１樹脂とを含む第１被覆部材と、該第１被覆部材を被覆し、第２光反射材及び第２樹脂を含む第２被覆部材とを備える発光装置である。
本発明のさらに他の実施形態は、
発光素子の周囲に第１光反射材及びフッ素系の第１樹脂を含む第１混合物を配置し、
前記第１混合物を加熱して、前記発光素子に接する第１被覆部材を形成し、
該第１被覆部材の周囲に第２光反射材及び第２樹脂を含む第２混合物を充填して、前記第１被覆部材を被覆する第２被覆部材を形成することを含む発光装置の製造方法である。
発光素子と、
該発光素子の上面に設けられた透光部材と、
前記発光素子の側面及び前記透光部材の側面を被覆する光反射性の被覆部材とを備える発光装置であって、
前記被覆部材は、前記発光素子の側面及び透光部材の側面を被覆し、第１光反射材とフッ素系の第１樹脂とを含む第１被覆部材と、該第１被覆部材を被覆し、第２光反射材及び第２樹脂を含む第２被覆部材とを備え、前記第１光反射材と前記第１樹脂の屈折率差は、前記第２光反射材及び第２樹脂の屈折率差よりも大きい発光装置である。
本発明の他の実施形態は、
発光素子と、
該発光素子の上面に設けられた透光部材と、
前記発光素子の側面及び前記透光部材の側面を被覆する光反射性の被覆部材とを備える発光装置であって、
前記被覆部材は、前記発光素子の側面及び透光部材の側面を被覆し、第１光反射材とフッ素系の第１樹脂とを含む第１被覆部材と、該第１被覆部材を被覆し、第２光反射材及び第２樹脂を含む第２被覆部材とを備える発光装置である。
本発明のさらに他の実施形態は、
発光素子の周囲に第１光反射材及びフッ素系の第１樹脂を含む第１混合物を配置し、
前記第１混合物を加熱して、前記発光素子に接する第１被覆部材を形成し、
該第１被覆部材の周囲に第２光反射材及び第２樹脂を含む第２混合物を充填して、前記第１被覆部材を被覆する第２被覆部材を形成することを含む発光装置の製造方法である。
本発明の一実施形態によれば、さらなる光束の増加を実現する発光装置及びその製造方法を提供することができる。
本願において、各図面が示す部材の大きさ及び位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。さらに、同一の名称、符号は、原則として同一もしくは同質の部材を示す。
〔発光装置１０〕
本実施形態の発光装置１０は、例えば、図１Ａ及び１Ｂに示すように、発光素子１と、発光素子１の上面に設けられた透光部材２と、発光素子１の側面及び透光部材２の側面を被覆する光反射性の被覆部材３とを備える。ここで上面とは、発光素子の光取り出し面を意味する。被覆部材は、発光素子の側面及び透光部材の側面を被覆し、第１光反射材とフッ素系の第１樹脂とを含む第１被覆部材と、この第１被覆部材を被覆し、第２光反射材及び第２樹脂を含む第２被覆部材とを備える。第１光反射材と第１樹脂の屈折率差は、第２光反射材及び第２樹脂の屈折率差よりも大きいことが好ましい。
屈折率差のより大きな第１光反射材及び第１樹脂を含む第１被覆部が、発光素子の側面を被覆する場合には、これよりも屈折率差の小さな第２光反射材及び第２樹脂を含む第２被覆部が、発光素子の側面を被覆するものよりも、発光素子から出射される光をより一層反射させやすくなる。その結果、被覆部材からの光の漏れを抑制することができ、透光部材２の上面を光取り出し面とする発光装置１０において、より光取り出し効率に優れた発光装置とすることができる。
本実施形態の発光装置１０は、例えば、図１Ａ及び１Ｂに示すように、発光素子１と、発光素子１の上面に設けられた透光部材２と、発光素子１の側面及び透光部材２の側面を被覆する光反射性の被覆部材３とを備える。ここで上面とは、発光素子の光取り出し面を意味する。被覆部材は、発光素子の側面及び透光部材の側面を被覆し、第１光反射材とフッ素系の第１樹脂とを含む第１被覆部材と、この第１被覆部材を被覆し、第２光反射材及び第２樹脂を含む第２被覆部材とを備える。第１光反射材と第１樹脂の屈折率差は、第２光反射材及び第２樹脂の屈折率差よりも大きいことが好ましい。
屈折率差のより大きな第１光反射材及び第１樹脂を含む第１被覆部が、発光素子の側面を被覆する場合には、これよりも屈折率差の小さな第２光反射材及び第２樹脂を含む第２被覆部が、発光素子の側面を被覆するものよりも、発光素子から出射される光をより一層反射させやすくなる。その結果、被覆部材からの光の漏れを抑制することができ、透光部材２の上面を光取り出し面とする発光装置１０において、より光取り出し効率に優れた発光装置とすることができる。
（被覆部材３）
被覆部材３は、発光素子１の側面及び透光部材２の側面を被覆する。また、被覆部材３は発光素子１の下面を被覆していてもよい。
被覆部材３は、高い光反射性を有することが好ましく、例えば、後述する発光素子が出射する光に対する反射率が６０％以上、７０％以上、７５％以上、８０％以上又は８５％以上であることが好ましい。
被覆部材３は、発光素子１の側面及び透光部材２の側面を被覆する。また、被覆部材３は発光素子１の下面を被覆していてもよい。
被覆部材３は、高い光反射性を有することが好ましく、例えば、後述する発光素子が出射する光に対する反射率が６０％以上、７０％以上、７５％以上、８０％以上又は８５％以上であることが好ましい。
被覆部材３は、第１光反射材及びフッ素系の第１樹脂を含む第１被覆部材３ａと、この第１被覆部材３ａを被覆し、第２光反射材及び第２樹脂を含む第２被覆部材３ｂとを備える。そして、第１被覆部材３ａを構成する第１光反射材及びフッ素系の第１樹脂の屈折率差と、第２被覆部材３ｂを構成する第２光反射材及び第２樹脂の屈折率差との間に、大小関係を有するように、光反射材及び樹脂が組み合わせられて構成されることが好ましい。
第１被覆部材３ａを構成する第１光反射材及びフッ素系の第１樹脂の屈折率差は、第２被覆部材３ｂを構成する第２光反射材及び第２樹脂の屈折率差よりも大きいことが好ましい。
第１被覆部材３ａを構成する第１光反射材及びフッ素系の第１樹脂の屈折率差は、第２被覆部材３ｂを構成する第２光反射材及び第２樹脂の屈折率差よりも大きいことが好ましい。
第１光反射材及び第２光反射材としては、例えば、酸化チタン、ジルコニア、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等が挙げられる。これらは単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。第１光反射材と第２光反射材とは、その種類が全部又は一部が同じであってもよいし、全部又は一部が異なっていてもよい。これらの光反射材は、樹脂に、５〜５０重量％で含有させることができる。第１光反射材及び第２光反射材は、第１被覆部材３ａ及び第２被覆部材３ｂにおいて、同じ含有率で含有されていてもよいし、異なる含有率で含有されていてもよい。なかでも、第１被覆部材３ａ中の第１光反射材の含有率が、第２被覆部材３ｂ中の第２光反射材の含有率よりも大きいことが好ましい。これにより、第１被覆部材における光反射率をより高くすることが可能となる。つまり、被覆部材３において、より光源及び発光面に近い位置でより多くの光を反射することが可能となるため、被覆部材３からの光漏れを効果的に抑制することができる。
第１被覆部材３ａ中の第１光反射材の含有量は、例えば、４５〜９０重量％程度である。第２被覆部材３ｂ中の第２光反射材の含有量は、例えば。２０〜４５重量％程度である。
第１被覆部材３ａ中の第１光反射材の含有量は、例えば、４５〜９０重量％程度である。第２被覆部材３ｂ中の第２光反射材の含有量は、例えば。２０〜４５重量％程度である。
第１樹脂及び第２樹脂は、樹脂自体が光反射性を有していてもよいし、有していなくてもよい。さらに熱可塑性樹脂であってもよいし、熱硬化性樹脂であってもよい。ただし、第１樹脂及び第２樹脂の双方が熱可塑性樹脂であるか、第１樹脂及び第２樹脂の双方が熱硬化性樹脂であることが好ましい。発光装置の製造の容易性のためである。
第１樹脂は、フッ素系の樹脂、つまり、フッ素原子を含有する樹脂であり、フッ素原子を含む限り、完全フッ素化樹脂、部分フッ素化樹脂、フッ素化樹脂共重合体であってもよい。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ，ＣＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂又はこれらとペルフルオロアルキルビニルエーテル、ヘキサフルオロプロピレン、エチレン等との共重合体、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等が挙げられる。
第２樹脂は、フッ素系の樹脂であってもよいし、フッ素系の樹脂でなくてもよい。当該分野で公知のものを使用することができる。例えば、上述したフッ素原子を含む樹脂のほか、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリイミド樹脂、ポリフタルアミド等の熱硬化性樹脂が挙げられる。第２樹脂は、第１樹脂と同じであってもよいが、異なっていることが好ましい。なかでも、第２樹脂は、シリコーン系樹脂であることがより好ましい。第２樹脂にシリコーン系樹脂を用いる場合、第１樹脂に用いるフッ素系樹脂はシリコーン系樹脂と同様に熱硬化性の樹脂を用いることが好ましい。
第１被覆部材３ａにおいて、例えば、後述する発光素子から出射される光に対して、第１樹脂と第１光反射材との屈折率差は０．４〜１．４が好ましい。
第２被覆部材３ｂにおいて、例えば、後述する発光素子から出射される光に対して、第２樹脂と第２光反射材との屈折率差は０．１〜１．３が好ましい。
第１被覆部材３ａにおける屈折率差は、第２被覆部材３ｂにおける屈折率差よりも、０．１〜１．５大きいことが好ましく、０．１〜１．３大きいことがより好ましい。
第２被覆部材３ｂにおいて、例えば、後述する発光素子から出射される光に対して、第２樹脂と第２光反射材との屈折率差は０．１〜１．３が好ましい。
第１被覆部材３ａにおける屈折率差は、第２被覆部材３ｂにおける屈折率差よりも、０．１〜１．５大きいことが好ましく、０．１〜１．３大きいことがより好ましい。
第１光反射材と第１樹脂との屈折率差が、第２光反射材と第２樹脂との屈折率差よりも大きいか否かにかかわらず、第１樹脂及び第２樹脂は同じ樹脂であってもよいし、第１光反射材は第２光反射材と同じ光反射材であってもよい。例えば、第１光反射材と第１樹脂との屈折率差が、第２光反射材と第２樹脂との屈折率差よりも大きいという関係を有する限り、第１樹脂及び第２樹脂は同じ樹脂であってもよいし、第１光反射材は第２光反射材と同じ光反射材であってもよい。
一実施形態では、第１光反射材及び第２光反射材が同じ材料であり、第１樹脂の屈折率が第２樹脂の屈折率より低いことが好ましい。
他の実施形態では、第１樹脂及び第２樹脂が同じ樹脂であり、第１光反射材の屈折率が第２光反射材の屈折率より低くてもよい。
一実施形態では、第１光反射材及び第２光反射材が同じ材料であり、第１樹脂の屈折率が第２樹脂の屈折率より低いことが好ましい。
他の実施形態では、第１樹脂及び第２樹脂が同じ樹脂であり、第１光反射材の屈折率が第２光反射材の屈折率より低くてもよい。
第１被覆部材３ａは、少なくとも発光素子１の側面の一部又は全部と、透光部材２の側面の一部又は全部とを被覆し、これらの側面の全部を被覆することが好ましい。さらに、第１被覆部材３ａは、発光素子の下面の一部又は全部を被覆していることが好ましく、後述するように透光部材２の平面積が発光素子の平面積よりも大きい場合には、透光部材の下面の一部をさらに被覆していることが好ましい。なお、ここでの被覆は、他の部材を介する被覆であってもよいが、発光素子に接触した被覆であることが好ましい。
第２被覆部材３ｂは、発光素子１の側面と、透光部材２の側面とを、第１被覆部材３ａを介して被覆することが好ましい。また、第２被覆部材３ｂは、発光素子の下面の一部又は全部を、第１被覆部材３ａを介して、さらに被覆していることが好ましく、後述するように透光部材２の平面積が発光素子の平面積よりも大きい場合には、透光部材の下面の一部を、第１被覆部材３ａを介して、さらに被覆していることが好ましい。
第２被覆部材３ｂは、発光素子１の側面と、透光部材２の側面とを、第１被覆部材３ａを介して被覆することが好ましい。また、第２被覆部材３ｂは、発光素子の下面の一部又は全部を、第１被覆部材３ａを介して、さらに被覆していることが好ましく、後述するように透光部材２の平面積が発光素子の平面積よりも大きい場合には、透光部材の下面の一部を、第１被覆部材３ａを介して、さらに被覆していることが好ましい。
第１被覆部材３ａ及び第２被覆部材３ｂ、特に、第１被覆部材３ａは、後述するように、発光素子が実装基板に搭載されている場合には、実装基板の上面を露出しないように実装基板の上面に接触して被覆していることが好ましい。
透光部材２の側面を被覆する第１被覆部材３ａの厚みＴａ（図１）は、０．１〜５０μｍが挙げられる。
透光部材２の側面を被覆する第２被覆部材３ｂの厚みＴｂ（図１）は、１００〜１０００μｍが挙げられる。第１被覆部材３ａ及び第２被覆部材３ｂの厚みは、全てにおいて均一でもよいが、部分的に厚く又は薄くなっていてもよい。
第１被覆部材３ａは厚いほうが好ましい。本実施形態における発光装置１０は、被覆部材３が第１被覆部材３ａを備えることにより、第２被覆部材３ｂに入射する光を抑制することが可能となり、第２被覆部材３ｂの厚みをより薄くすることができる。さらに、被覆部材３発光装置１０の発光面における発光部（つまり透光部材２の上面）と非発光部（つまり被覆部材３の上面）における輝度差をより明確なものとすることができる。
透光部材２の側面を被覆する第２被覆部材３ｂの厚みＴｂ（図１）は、１００〜１０００μｍが挙げられる。第１被覆部材３ａ及び第２被覆部材３ｂの厚みは、全てにおいて均一でもよいが、部分的に厚く又は薄くなっていてもよい。
第１被覆部材３ａは厚いほうが好ましい。本実施形態における発光装置１０は、被覆部材３が第１被覆部材３ａを備えることにより、第２被覆部材３ｂに入射する光を抑制することが可能となり、第２被覆部材３ｂの厚みをより薄くすることができる。さらに、被覆部材３発光装置１０の発光面における発光部（つまり透光部材２の上面）と非発光部（つまり被覆部材３の上面）における輝度差をより明確なものとすることができる。
（発光素子１）
発光素子は、例えば、発光ダイオード等の半導体発光素子が挙げられる。発光素子１は、半導体積層体と一対の電極とを含む。半導体積層体は、第１導電型半導体層（例えばｎ型半導体層）、発光層（活性層）及び第２導電型半導体層（例えばｐ型半導体層）の３つの半導体層を含む。半導体層には、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）等の窒化物系の半導体材料（例えば、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等）を用いることができる。このような半導体積層体は、通常、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）のような透光性の絶縁性材料、半導体積層体からの発光を透過する半導体材料（例えば、窒化物系半導体材料）による基板上に形成されるが、最終的には、このような基板は半導体積層体から除去されていてもよいし、除去されていなくてもよい。
発光素子は、例えば、発光ダイオード等の半導体発光素子が挙げられる。発光素子１は、半導体積層体と一対の電極とを含む。半導体積層体は、第１導電型半導体層（例えばｎ型半導体層）、発光層（活性層）及び第２導電型半導体層（例えばｐ型半導体層）の３つの半導体層を含む。半導体層には、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）等の窒化物系の半導体材料（例えば、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等）を用いることができる。このような半導体積層体は、通常、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）のような透光性の絶縁性材料、半導体積層体からの発光を透過する半導体材料（例えば、窒化物系半導体材料）による基板上に形成されるが、最終的には、このような基板は半導体積層体から除去されていてもよいし、除去されていなくてもよい。
一対の電極は、半導体積層体の一方の面に形成されていてもよいし、半導体積層体の双方の面にそれぞれ形成されていてもよい。なかでも、一対の電極は、半導体積層体の一方の面に形成されていることが好ましい。これによって、電極が配置されていない側の面を主な光取り出し面として、全面を透光部材に接合することができ、光の取り出し効率を向上させることができる。一対の電極は、電気良導体を用いて形成することができ、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｎ等の金属の単層膜又は積層膜が挙げられる。
半導体積層体、電極は、それぞれ任意の形状とすることができる。例えば、平面視において、円、楕円又は三角形、四角形、六角形等の多角形等が挙げられる。
半導体積層体、電極は、それぞれ任意の形状とすることができる。例えば、平面視において、円、楕円又は三角形、四角形、六角形等の多角形等が挙げられる。
発光素子１は、実装基板に搭載されていなくてもよいが、実装基板に搭載されていることが好ましい。また、実装基板に搭載されている場合には、上述した光取り出しの観点から、フリップチップ実装が好ましい。
発光素子１が実装基板４に搭載されている場合、第１被覆部材３ａは、発光素子１と実装基板４との間にも配置することができる。具体的には、第１被覆部材３ａは、発光素子１と実装基板４との間の空間において、発光素子１の下面および実装基板４の上面を被覆する。この際、発光素子１と実装基板４との間の空間において、発光素子１の下面を被覆する第１被覆部材３ａと実装基板４の上面を被覆する第１被覆部材３ａとの間にさらに第２被覆部材３ｂが配置されていることが好ましい。
（透光部材２）
透光部材２は、発光素子１の上面に配置されており、発光素子１から出射される光の６０％以上、６５％以上、７０％以上又は８０％以上を透過させるものが好ましい。
透光部材２は、透光性樹脂、ガラス、セラミックス等の透光性材料によって形成することができる。透光性樹脂としては、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、メチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂が好適である。透光部材は、光の透過率が高いことが好ましいため、通常、光を反射、吸収又は散乱する添加物は添加されないことが好ましい。例えば、透光部材の屈折率を調整するため又は硬化前の透光部材の粘度を調整するために、各種フィラーを添加してもよい。
透光部材２は、発光素子１の上面に配置されており、発光素子１から出射される光の６０％以上、６５％以上、７０％以上又は８０％以上を透過させるものが好ましい。
透光部材２は、透光性樹脂、ガラス、セラミックス等の透光性材料によって形成することができる。透光性樹脂としては、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、メチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂が好適である。透光部材は、光の透過率が高いことが好ましいため、通常、光を反射、吸収又は散乱する添加物は添加されないことが好ましい。例えば、透光部材の屈折率を調整するため又は硬化前の透光部材の粘度を調整するために、各種フィラーを添加してもよい。
透光部材２は、波長変換物質を含むことができる。波長変換物質を含む透光部材２として、波長変換物質の焼結体、上述した透光性樹脂、ガラス、セラミックス等に波長変換物質が含有されて形成されたものを用いることが好ましい。波長変換物質としては、酸化物系、硫化物系、窒化物系の波長変換物質などが挙げられる。具体的には、発光素子として青色発光する窒化ガリウム系発光素子を用いる場合、青色光を吸収して黄色〜緑色系発光するＹＡＧ系、ＬＡＧ系、緑色発光するＳｉＡｌＯＮ系（βサイアロン）、ＳＧＳ波長変換物質、赤色発光するＳＣＡＳＮ、ＣＡＳＮ系、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウム系波長変換物質（ＫＳＦ系波長変換物質；Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ）、硫化物系波長変換物質等の波長変換物質の単独又は組み合わせが挙げられる。
波長変換物質は、例えば、透光部材に対して２〜５０重量％で含有させることができる。
透光部材２は、波長変換物質の他に例えば光拡散物質等の、各種フィラー等を含んでいてもよい。
波長変換物質は、例えば、透光部材に対して２〜５０重量％で含有させることができる。
透光部材２は、波長変換物質の他に例えば光拡散物質等の、各種フィラー等を含んでいてもよい。
透光部材２は、発光装置１０の平面視において、少なくとも発光素子１の上面の外形と同じか、それよりも大きい又は小さいことが好ましい。例えば、平面視において、透光部材２の外形は、円形、楕円形、正方形、長方形等の多角形等の所望の形状とすることができる。透光部材２は、例えば、５０〜３００μｍの厚みを有するものが好ましい。
〔発光装置の製造方法〕
本実施形態の発光装置の製造方法は、例えば、図２Ａ〜図２Ｄに示すように、
発光素子１の周囲に第１光反射材及びフッ素系の第１樹脂を含む第１混合物３Ｘを配置し、
第１混合物３Ｘを加熱して、発光素子１に接する第１被覆部材３ａを形成し、
第１被覆部材３ａの周囲に第２光反射材及び第２樹脂を含む第２混合物を充填して、第１被覆部材３ａを被覆する第２被覆部材３ｂを形成することを含む。
なお、上述した工程に加えて、さらに、発光素子１を実装基板４に搭載し、発光素子の上面に透光部材２を配置するなどの工程を含むことが好ましい。
本実施形態の発光装置の製造方法は、例えば、図２Ａ〜図２Ｄに示すように、
発光素子１の周囲に第１光反射材及びフッ素系の第１樹脂を含む第１混合物３Ｘを配置し、
第１混合物３Ｘを加熱して、発光素子１に接する第１被覆部材３ａを形成し、
第１被覆部材３ａの周囲に第２光反射材及び第２樹脂を含む第２混合物を充填して、第１被覆部材３ａを被覆する第２被覆部材３ｂを形成することを含む。
なお、上述した工程に加えて、さらに、発光素子１を実装基板４に搭載し、発光素子の上面に透光部材２を配置するなどの工程を含むことが好ましい。
（発光素子の準備）
発光素子１を準備する。発光素子１は、例えば、実装基板に搭載されていることが好ましい。実装基板は、絶縁性の基材に、発光素子の電極に対応する一対の配線層を有するものが好ましい。基材は、放熱性の良好な材料によって形成されているものが好ましく、例えば、ガラス、樹脂（繊維強化樹脂を含む）、樹脂（繊維強化樹脂を含む）、セラミックス、ガラス、金属、紙などを用いて構成することができる。樹脂としては、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。セラミックスとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン、もしくはこれらの混合物などが挙げられる。金属としては、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン、もしくはこれらの合金などが挙げられる。基材は、可撓性基板（フレキシブル基板）であれば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマーなどを用いて形成してもよい。
発光素子１を準備する。発光素子１は、例えば、実装基板に搭載されていることが好ましい。実装基板は、絶縁性の基材に、発光素子の電極に対応する一対の配線層を有するものが好ましい。基材は、放熱性の良好な材料によって形成されているものが好ましく、例えば、ガラス、樹脂（繊維強化樹脂を含む）、樹脂（繊維強化樹脂を含む）、セラミックス、ガラス、金属、紙などを用いて構成することができる。樹脂としては、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。セラミックスとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン、もしくはこれらの混合物などが挙げられる。金属としては、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン、もしくはこれらの合金などが挙げられる。基材は、可撓性基板（フレキシブル基板）であれば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマーなどを用いて形成してもよい。
配線層は、基材の少なくとも上面に形成され、基材の内部、側面及び／又は下面にも形成されていてもよい。また、配線層は、銅、鉄、ニッケル、タングステン、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン、パラジウム、ロジウム又はこれらの合金で形成することができる。これらの金属又は合金の単層でも多層でもよい。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金が好ましい。
発光素子は、一対の電極が、それぞれ、対応する一対の配線層上に、導電部材によって接続することにより、フリップチップ実装することができる。導電部材としては、金、銀、銅などのバンプ、銀、金、銅、プラチナ、アルミニウム、パラジウムなどの金属粉末と樹脂バインダを含む金属ペースト、錫−ビスマス系、錫−銅系、錫−銀系、金−錫系などの半田、低融点金属などのろう材等が挙げられる。
発光素子を実装基板に搭載する前後に、発光素子の上面に透光部材を載置することが好ましい。透光部材は、例えば、透光性の接着剤によって発光素子上面へ固定することができる。接着剤は、当該分野で公知の樹脂等によって構成されたものを利用することができる。また、発光素子と透光部材との固定には、圧着、焼結、表面活性化接合、原子拡散接合、水酸基結合等による直接接合も採用できる。
（第１混合物の配置）
あらかじめ、第１混合物を調製する。第１混合物は、第１光反射材及びフッ素系の第１樹脂を含む。第１混合物は、第１光反射材を、フッ素系の第１樹脂に添加し、攪拌することによって調製することができる。第１樹脂は、有機溶剤等の適当な溶剤を用いてスラリー又は溶液としたものを用いることが好ましい。スラリー又は溶液に含まれる第１樹脂の含有量は５〜２０重量％程度とすることが好ましい。第１混合物に含まれる第１光反射材の含有量は１０〜３０重量％とすることが好ましい。粘度を調整するために、第１混合物には、さらにフィラー等の添加剤を添加してもよい。
あらかじめ、第１混合物を調製する。第１混合物は、第１光反射材及びフッ素系の第１樹脂を含む。第１混合物は、第１光反射材を、フッ素系の第１樹脂に添加し、攪拌することによって調製することができる。第１樹脂は、有機溶剤等の適当な溶剤を用いてスラリー又は溶液としたものを用いることが好ましい。スラリー又は溶液に含まれる第１樹脂の含有量は５〜２０重量％程度とすることが好ましい。第１混合物に含まれる第１光反射材の含有量は１０〜３０重量％とすることが好ましい。粘度を調整するために、第１混合物には、さらにフィラー等の添加剤を添加してもよい。
図２Ｂに示すように、第１混合物３Ｘを発光素子１の周囲に配置する。第１混合物３Ｘの粘度等に応じて、例えば、図２Ａに示すように、発光素子１を取り囲む領域において、第１混合物３Ｘをせき止めるための枠体５を配置することが好ましい。第１混合物３Ｘは、ディスペンサ等を用いて、発光素子１の周囲に塗布してもよいし、スプレー等により発光素子１の周囲に塗布してもよい。発光素子１の周囲に配置される第１混合物３Ｘは、後の工程における第１樹脂の収縮を考慮して、例えば、図２Ｂに示すように、その上面が盛り上がるように発光素子の周辺に配置することが好ましい。また、発光素子の側面における第１混合物３Ｘの厚み（例えば、図２Ｂ中のＴ）が１００〜１０００μｍとなるように、枠体５を配置するか、発光素子１の周囲に塗布することが好ましい。第１混合物３Ｘは、発光素子１の上面には塗布しないことが好ましい。第１混合物３Ｘは、発光素子１と実装基板４との間にも配置される。また、透光部材２が発光素子１の上面に配置される場合には、第１混合物３Ｘは、透光部材２の上面には、塗布しないことが好ましい。ただし、発光素子の上面又は透光部材の上面に第１混合物３Ｘを塗布した場合には、後工程で、これらの上面に存在する第１混合物３Ｘ又は第１被覆部材３ａを完全に除去すればよい。除去は、例えば第２被覆部材形成後に高圧水洗するなど、当該分野で公知の方法によって行なうことができる。
（第１被覆部材３ａの形成）
次いで、発光素子１の周囲に配置した第１混合物３Ｘを加熱する。ここでの加熱は、発光素子１とともに行う。加熱の方法は、例えば、ホットプレート又はレーザ光照射等による加熱、オーブン中に導入することによる加熱等が挙げられる。加熱の温度は、用いる第１樹脂の種類によって適宜調整することができ、例えば、６０〜３００℃が挙げられ、８０〜２００℃が好ましい。また、加熱時間は、例えば、１〜５時間が挙げられる。このような加熱によって、図２Ｃに示すように、第１被覆部材３ａが焼成される。発光素子１上に透光部材２が配置されている場合には、第１混合物３Ｘは、発光素子１及び透光部材２に密着しながら収縮して、これらの側面等に接触して被覆する第１被覆部材３ａを形成することができる。第１被覆部材３ａは、第１混合物３Ｘが硬化時に収縮することによって、第１混合物３Ｘよりも厚みが薄くなる（例えば、図２Ｃ中のＭ）。この場合、発光素子１が実装基板４に搭載されている場合には、実装基板４上に塗布された第１混合物は、加熱によって、実装基板にも密着するように収縮し、その上面を被覆することとなる。
次いで、発光素子１の周囲に配置した第１混合物３Ｘを加熱する。ここでの加熱は、発光素子１とともに行う。加熱の方法は、例えば、ホットプレート又はレーザ光照射等による加熱、オーブン中に導入することによる加熱等が挙げられる。加熱の温度は、用いる第１樹脂の種類によって適宜調整することができ、例えば、６０〜３００℃が挙げられ、８０〜２００℃が好ましい。また、加熱時間は、例えば、１〜５時間が挙げられる。このような加熱によって、図２Ｃに示すように、第１被覆部材３ａが焼成される。発光素子１上に透光部材２が配置されている場合には、第１混合物３Ｘは、発光素子１及び透光部材２に密着しながら収縮して、これらの側面等に接触して被覆する第１被覆部材３ａを形成することができる。第１被覆部材３ａは、第１混合物３Ｘが硬化時に収縮することによって、第１混合物３Ｘよりも厚みが薄くなる（例えば、図２Ｃ中のＭ）。この場合、発光素子１が実装基板４に搭載されている場合には、実装基板４上に塗布された第１混合物は、加熱によって、実装基板にも密着するように収縮し、その上面を被覆することとなる。
発光素子の側面の上端又は透光部材が発光素子上に配置されている場合には、透光部材の側面の上端は、第１樹脂の収縮によって、薄膜化、場合によっては露出することもある。一方、上述した第１混合物の配置の際に、第１混合物の上面が盛り上がるように配置することにより、このような薄膜化又は露出を防止することができる。
例えば、第１混合物の収縮は、第１樹脂中に含まれる溶剤が揮発することにより生じる。つまり、溶剤を用いてスラリー又は溶液とした第1樹脂を含む第１混合物を加熱することにより、第1混合物中の溶剤が揮発し、第1混合物の体積が減少する。そして、溶剤の揮発に伴い第1光反射材及び第1樹脂は収縮するように発光素子1及び透光部材２に密着して被覆する。
溶剤を用いてスラリー又は溶液とした第1樹脂を用いることにより、第１混合物中により多くの第1光反射材を含有させることができる。そしてその後溶剤を揮発させながら第1樹脂を硬化させることで、第1光反射材が高含有量で含まれる第1被覆部材を形成することができる。ここで、高含有量とは、第1被覆部材中における第1光反射材の含有量が、例えば５０重量％以上であることを意味する。
例えば、第１混合物の収縮は、第１樹脂中に含まれる溶剤が揮発することにより生じる。つまり、溶剤を用いてスラリー又は溶液とした第1樹脂を含む第１混合物を加熱することにより、第1混合物中の溶剤が揮発し、第1混合物の体積が減少する。そして、溶剤の揮発に伴い第1光反射材及び第1樹脂は収縮するように発光素子1及び透光部材２に密着して被覆する。
溶剤を用いてスラリー又は溶液とした第1樹脂を用いることにより、第１混合物中により多くの第1光反射材を含有させることができる。そしてその後溶剤を揮発させながら第1樹脂を硬化させることで、第1光反射材が高含有量で含まれる第1被覆部材を形成することができる。ここで、高含有量とは、第1被覆部材中における第1光反射材の含有量が、例えば５０重量％以上であることを意味する。
第1被覆部材は、図１Ｃに示すように、表面に凹凸を有することが好ましい。表面に凹凸を有する第1被覆部材は、第1光反射材を高含有量で含むことにより形成することができる。つまり、第1被覆部材は第1光反射材を高含有量で含み、第1光反射材に起因する凹凸を有することが好ましい。これにより、後述する第２被覆部材３ｂとの密着性を向上させることができる。
枠体５は、第１被覆部材の形成後又は第２被覆部材形成後に除去してもよい。
（第２被覆部材３ｂの形成）
図１Ａ及び図１Ｂに示すように第１被覆部材の周囲に第２被覆部材３ｂを配置する。第１被覆部材を被覆する第２被覆部材３ｂは、第２光反射材及び第２樹脂を含む第２混合物を充填して硬化することにより形成される。
第２混合物は、例えば、第１混合物の調製と同様の方法を利用して調製することができる。
第２混合物の充填は、ディスペンサを用いた塗布、スプレーによる塗布、印刷による塗布など、種々の方法を利用することができる。
第２混合物は、発光素子１の上面又は透光部材２が発光素子１の上面に配置される場合には透光部材２の上面には塗布しないことが好ましい。発光素子の上面又は透光部材の上面に塗布した場合には、後工程で、これらの上面に存在する第２混合物又は第２被覆部材３ｂを除去すればよい。除去は、例えば、高圧水洗等、当該分野で公知の方法によって実行することができる。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように第１被覆部材の周囲に第２被覆部材３ｂを配置する。第１被覆部材を被覆する第２被覆部材３ｂは、第２光反射材及び第２樹脂を含む第２混合物を充填して硬化することにより形成される。
第２混合物は、例えば、第１混合物の調製と同様の方法を利用して調製することができる。
第２混合物の充填は、ディスペンサを用いた塗布、スプレーによる塗布、印刷による塗布など、種々の方法を利用することができる。
第２混合物は、発光素子１の上面又は透光部材２が発光素子１の上面に配置される場合には透光部材２の上面には塗布しないことが好ましい。発光素子の上面又は透光部材の上面に塗布した場合には、後工程で、これらの上面に存在する第２混合物又は第２被覆部材３ｂを除去すればよい。除去は、例えば、高圧水洗等、当該分野で公知の方法によって実行することができる。
第２被覆部材３ｂの上面は、透光部材２の上面と略面一とすることが好ましい。これにより、第１被覆部材３ａが収縮によって透光部材２の側面の上方から後退しても、第２被覆部材３ｂによって、透光部材２の側面を確実に被覆するためである。これにより、透光部材２の側方からの光漏れを防止して、発光素子からの光取り出し効率を向上させることができ、発光素子から取り出される光束を増加させることができる。
第２被覆部材３ｂの硬化は、用いる第２樹脂の種類によって、熱硬化等、当該分野で公知の方法を利用して行うことができる。
このような構成、つまり、発光素子等の側面を、第１被覆部材で被覆するとともに、その第１被覆部材をさらに第２被覆部材で被覆するという、２重の被覆によって、発光素子から出射される光を、効果的に反射させることができる。また、より屈折率差の大きな第１被覆部材が発光素子に接触して配置される場合には、より効果的に反射させることができる。これによって、発光素子の側面からの光漏れを有効に防止することができる。その結果、光取り出し面から出射される光束をより一層増大させることができる。
特に、屈折率差の大きな樹脂及び光反射材を用いて被覆部材を構成する場合には、一般に、樹脂の硬化に伴う収縮が大きいために、適所に適当な厚み又は大きさで配置することが困難であるが、上述したように、より屈折率差の大きな樹脂及び光反射材を用いた第１被覆部材を被覆するように第２被覆部材を配置することにより、発光素子から出射される光の反射を第１被覆部材によって確実にし、かつ、適所での適当な厚み及び大きさの確保を第２被覆部材によってさらに確実にし、両者を協同的に作用させることにより、発光素子の側面からの光の漏れを回避して、光取り出し面となる発光素子の上面、発光素子の上面に透光部材が配置されている場合には、透光部材の上面から取り出される光束を増大させることができる。
特に、屈折率差の大きな樹脂及び光反射材を用いて被覆部材を構成する場合には、一般に、樹脂の硬化に伴う収縮が大きいために、適所に適当な厚み又は大きさで配置することが困難であるが、上述したように、より屈折率差の大きな樹脂及び光反射材を用いた第１被覆部材を被覆するように第２被覆部材を配置することにより、発光素子から出射される光の反射を第１被覆部材によって確実にし、かつ、適所での適当な厚み及び大きさの確保を第２被覆部材によってさらに確実にし、両者を協同的に作用させることにより、発光素子の側面からの光の漏れを回避して、光取り出し面となる発光素子の上面、発光素子の上面に透光部材が配置されている場合には、透光部材の上面から取り出される光束を増大させることができる。
１ 発光素子
２ 透光部材
３ 被覆部材
３ａ 第１被覆部材
３ｂ 第２被覆部材
３Ｘ 第１混合物
４ 実装基板
５ 枠体
１０ 発光装置
２ 透光部材
３ 被覆部材
３ａ 第１被覆部材
３ｂ 第２被覆部材
３Ｘ 第１混合物
４ 実装基板
５ 枠体
１０ 発光装置
Claims (16)
- 基板と、
該基板上に載置された発光素子と、
該発光素子の上面に設けられた透光部材と、
前記発光素子の側面及び前記透光部材の側面を被覆する光反射性の被覆部材とを備える発光装置であって、
前記被覆部材は、前記発光素子の側面及び透光部材の側面を被覆し、かつ前記発光素子と前記基板との間において、前記発光素子の下面と前記基板の上面とをそれぞれ被覆し、第１光反射材とフッ素系の第１樹脂とを含む第１被覆部材と、該第１被覆部材を被覆し、かつ前記発光素子の下面と前記基板の上面とをそれぞれ被覆する第１被覆部材の間に配置された、第２光反射材及び第２樹脂を含む第２被覆部材とを備え、前記第１光反射材と前記第１樹脂の屈折率差は、前記第２光反射材及び第２樹脂の屈折率差よりも大きい発光装置。 - 前記第１光反射材と前記第１樹脂との屈折率差は、前記第２光反射材と前記第２樹脂との屈折率差よりも大きい請求項１に記載の発光装置。
- 前記第１光反射材及び前記第２光反射材が同じ材料であり、前記第１樹脂の屈折率が前記第２樹脂の屈折率より低い請求項１又は２に記載の発光装置。
- 前記第２樹脂がシリコーン系樹脂である請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記第１被覆部材は、前記第２被覆部材よりも薄い請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、基板に実装されており、前記第１被覆部材は、前記基板に接触して配置される請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記第１被覆部材中の第１光反射材の含有量が、前記第２被覆部材中の第２光反射材の含有量よりも多い請求項１から６のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記透光部材は、波長変換物質を含む請求項１から７のいずれか１項に記載の発光装置。
- 基板上に載置された発光素子の周囲、前記基板と発光素子との間に第１光反射材及びフッ素系の第１樹脂を含む第１混合物を配置し、
前記第１混合物を加熱して、前記発光素子に接し、前記発光素子と前記基板との間において、前記発光素子の下面と前記基板の上面とをそれぞれ被覆する第１被覆部材を形成し、
該第１被覆部材の周囲及び前記発光素子の下面と前記基板の上面をそれぞれ被覆する第１被覆部材の間に第２光反射材及び第２樹脂を含む第２混合物を充填して、前記第１被覆部材を被覆する第２被覆部材を形成することを含む発光装置の製造方法。 - 前記第１樹脂は、溶剤を用いてスラリー又は溶液としたものを用いる請求項９に記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子の周囲に枠を設け、前記枠内に前記第１混合物を配置する請求項９又は１０に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第１混合物を配置する前に、前記発光素子の上面に透光部材を載置し、前記第１混合物を、前記発光素子の側面及び前記透光部材の側面に配置する請求項９から１１のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第１光反射材及び前記第２光反射材が同じ材料であり、前記第１樹脂の屈折率が前記第２樹脂の屈折率より低い請求項９から１２のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第２樹脂をシリコーン系樹脂とする請求項９から１３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第２被覆部材を、前記第１被覆部材よりも厚く形成する請求項９から１４のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
- 基板と、
該基板上に載置された発光素子と、
該発光素子の上面に設けられた透光部材と、
前記発光素子の側面及び前記透光部材の側面を被覆する光反射性の被覆部材とを備える発光装置であって、
前記被覆部材は、前記発光素子の側面及び透光部材の側面を被覆し、かつ前記発光素子と前記基板との間において、前記発光素子の下面と前記基板の上面とをそれぞれ被覆し、第１光反射材とフッ素系の第１樹脂とを含む第１被覆部材と、該第１被覆部材を被覆し、かつ前記発光素子の下面と前記基板の上面とをそれぞれ被覆する第１被覆部材の間に配置された、第２光反射材及び第２樹脂を含む第２被覆部材とを備える発光装置。
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