JP6806042B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置に関する。
発光ダイオード等の発光素子を用いた発光装置が液晶のバックライトや照明等に用いられている。発光装置は、矩形状の発光素子を、図１０の断面図に示すようにサブマウント基板上に実装し、発光面に板状透明部材を配置し、反射材料層で周囲を囲み、構成される。図１０に示す発光素子は、白色セラミック製外枠１２４で外周を覆われた板状光学部材１１４を、実装基板に搭載された発光素子１１１の上に、光学層１１３を挟んで搭載する。光学層１１３の外周と板状光学部材１１４の白色セラミック製外枠１２４の外周を、光反射性樹脂材料１１５により覆っている。
しかしながら、矩形状の発光素子は、平面視における発光の光パターンが円形とならず、このため発光装置を実装する角度によって配向が異なってしまうというおそれがある。
本実施形態の目的の一は、平面視における発光パターンを円形に近付けた発光装置を提供することにある。
本発明の一形態に係る発光装置によれば、支持体と、前記支持体上に実装された、素子第一面と、前記素子第一面と反対側に位置する発光面である素子第二面とを有し、平面視において前記発光素子と同じ形状の五角形以上の多角形状である発光素子と、変換板第一面と、前記変換板第一面と反対側の変換板第二面とを有し、前記変換板第一面は前記素子第二面よりも面積が大きく、平面視において五角形以上の多角形状である波長変換板と、前記変換板第一面と素子第二面とを接合する接合部材と、前記接合部材及び波長変換板を被覆する、光反射性を備える第一被覆部材と、前記素子第一面と、前記支持体との間に設けられた第二被覆部材とを備える。また、前記発光素子のそれぞれの頂点と、前記波長変換板のそれぞれの頂点とが対応している。前記接合部材は、前記変換板第一面と前記素子第二面との接合界面から連続して、前記発光素子の側面において、前記変換板第一面の周縁領域から前記素子第一面に向かって傾斜された傾斜面を有しており、前記多角形状の発光素子の平面視における中心と、前記多角形状の一の頂点を結ぶ線分である第一断面線を断面とする前記接合部材の傾斜面が、前記一の頂点と、前記一の頂点と隣接する他の頂点とを結ぶ辺の中間と、前記多角形状の発光素子の平面視における中心とを結ぶ線分である第二断面線を断面とする前記接合部材の傾斜面よりも、前記発光素子の側面側に近接し、前記第一断面線における傾斜面が、前記第一断面線において凹状の曲面であり、前記第二断面線における傾斜面が、前記第二断面線において凸状の曲面である。さらに、前記第二被覆部材は、前記接合部材の傾斜面を被覆し、前記第一被覆部材よりも線膨張係数が低い材質としている。
上記形態によれば、発光素子の頂点近傍は暗く、隣り合う頂点の中間近傍を明るくすることで、平面視における発光パターンを多角形状から円形に近付けることができ、発光装置の角度による配向のばらつきを低減できる。
以下、本発明に係る実施形態及び実施例を、図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態及び実施例は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに限定されるものでない。また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、本発明に係る実施形態及び実施例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。さらに、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」および、それらの用語を含む別の用語）を用いる。
＜実施形態１＞
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１に係る発光装置１００を図１〜図３及び図７、８に示す。これらの図に示す発光装置１００は、支持体１と、この支持体１上に実装される発光素子１０と、この発光素子１０の上面に配置される波長変換板２０と、波長変換板２０と発光素子１０とを接合する接合部材３０と、接合部材３０と波長変換板２０を被覆する第一被覆部材４０と、波長変換板２０の上面に配置された封止部材５０を備える。発光素子１０は、素子第一面１１と、素子第一面１１と反対側に位置する発光面である素子第二面１２とを有する。発光素子１０は、平面視において五角形以上の多角形状である。波長変換板２０は、変換板第一面２１と、変換板第一面２１と反対側の変換板第二面２２とを有する。変換板第一面２１は素子第二面１１よりも面積が大きい。接合部材３０は、変換板第一面２１と素子第二面１２とを接合する。第一被覆部材４０は、光反射性を備える。
接合部材３０が、変換板第一面２１と素子第二面１２との接合界面から連続して、発光素子１０の側面１３において、変換板第一面２１の周縁領域２１ｂから素子第一面１１に向かって傾斜された傾斜面３１を有している。多角形状の発光素子１０の平面視における中心と、多角形状の一の頂点を結ぶ第一断面線を断面とする接合部材３０の傾斜面が、一の頂点と、一の頂点と隣接する他の頂点とを結ぶ辺の中間と、多角形状の発光素子１０の平面視における中心とを結ぶ第二断面線を断面とする接合部材の傾斜面よりも、発光素子の側面側に近接してなる。
（支持体１）
（支持体１）
支持体１は、上面に発光素子１０や封止部材５０等を実装するための部材である。支持体１は絶縁性の母材と、母材の表面に発光素子１０を実装する配線パターン等の導電部材２を備えている。支持体１を構成する絶縁性の母材としては、セラミック、樹脂（繊維強化樹脂を含む）等が挙げられる。セラミック基板としては、アルミナ、窒化アルミニウム等が挙げられる。樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＢＴレジン、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリフタルアミド樹脂、ナイロン樹脂などの熱可塑性樹脂や、これらの変性樹脂又はこれらの樹脂を１種以上含むハイブリッド樹脂等が挙げられる。また、母材は単層構造でも積層構造でもよい。図３等の例では、窒化アルミニウムを積層している。一般的に窒化アルミニウムは樹脂よりも放熱性が高いので、母材に窒化アルミニウムを使用することで発光装置の放熱性を向上させることができる。また、これらの母材には、当該分野で公知の着色剤、充填剤、強化繊維等を含有させてもよい。特に、着色剤は、反射率の良好な材料が好ましく、酸化チタン、酸化亜鉛等の白色のものが好ましい。充填剤としては、シリカ、アルミナ等が挙げられる。強化繊維としては、ガラス、珪酸カルシウム、チタン酸カリウム等が挙げられる。
また支持体１の上面や下面には、必要に応じて導電部材２が形成される。導電部材２で配線パターンが形成され、発光素子１０が配線パターンに実装される。図３の例では、支持体１の裏面側に、一対の導電部材２が設けられる。発光素子１０に形成された電極１８が、フリップチップ接続等により支持体１の導電部材２とバンプ等の接続部材１９を介して接続される。
（発光素子１０）
（発光素子１０）
発光素子１０は、電極１８を形成した実装面である素子第一面１１（図３において下面）と、この素子第一面１１と反対側に位置する発光面である素子第二面１２（図３において上面）とを有する。また発光素子１０は、平面視において五角形以上の多角形状とする。図１の平面図の例では、六角形状としている。
発光素子１０としては、例えば発光ダイオード等の半導体発光素子を用いることができ、発光素子の発光ピーク波長は、紫外域から赤外域まで選択することができる。半導体発光素子は、透光性の成長基板１６と、その上に形成された半導体積層体１４とを含むことができる。また、半導体積層体１４は、透光性成長基板１６とは反対側（対向する面）に、電極１８を備えた電極形成面を備えている。透光性成長基板１６側は光の取り出し面として用いられる。
（半導体積層体１４）
（半導体積層体１４）
半導体積層体１４は、複数の半導体層を含む。半導体積層体１４の一例としては、第一導電型半導体層（例えばｎ型半導体層）、発光層（活性層）および第二導電型半導体層（例えばｐ型半導体層）の３つの半導体層を含むことができる。紫外光や、青色光から緑色光の可視光を発光可能な半導体層としては、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。赤色を発光可能な半導体積層体１４としては、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等を用いることができる。
（透光性成長基板１６）
（透光性成長基板１６）
発光素子１０の透光性成長基板１６には、例えば、上記の窒化物系半導体材料の場合、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）のような透光性の絶縁性材料や、半導体積層体１４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）を用いることができる。ここでの透光性とは、発光素子１０から出射される光の６０％、６５％、７０％又は８０％程度以上を透過し得る性質を指す。
（電極１８）
（電極１８）
発光素子１０が有する一対の電極１８は、半導体層の同一面側に配置されている。これらの一対の電極１８は、上述した第一導電型半導体層及び第二導電型半導体層と、それぞれ、電流−電圧特性が直線又は略直線となるようなオーミック接続されるものであれば、単層構造でもよいし、積層構造でもよい。このような電極１８は、当該分野で公知の材料及び構成で、任意の厚みで形成することができる。例えば、１０μｍ〜３００μｍが好ましい。また、電極１８としては、電気良導体を用いることができ、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、ＡｕＳｎ等の金属が好適である。
（波長変換板２０）
（波長変換板２０）
波長変換板２０は、発光素子１０の上面に配置されて、発光素子１０の素子第二面１２から発される光の波長を、異なる波長に変換する。例えば発光素子１０が青色を発光する場合、この青色を黄色に波長変換して、青色光と黄色光の混色により白色光を得る。この波長変換板２０は、変換板第一面２１（図３において下面）と、この変換板第一面２１と反対側の変換板第二面２２（図３において上面）とを有する。そして変換板第一面２１は、素子第二面１２よりも面積を大きくしている。これにより素子第二面１２すなわち発光素子１０の発光面の全面を波長変換板２０で覆うことができる。いいかえると、発光素子１０の発光面の一部が波長変換板２０で覆われないことで、発光素子１０の発光（例えば青色光）が混色されずに外部に放出されて色むらを生じる事態を抑制できる。図２の透視平面図に示す例では、六角形状の発光素子１０よりも一回り大きい、六角形状の波長変換板２０を使用している。
波長変換板２０には、波長変換部材として蛍光体を含む樹脂製の板材が利用できる。蛍光体は樹脂中に均一に分散していてもよいし、一方に偏在していてもよい。蛍光体は、発光素子１０の発する光で励起されて、発光素子１０の発する光よりも長波長の蛍光を発する。
（変形例）
（変形例）
ただ、波長変換板はこの構成に限らず、蛍光体等の波長変換部材を一面に配置した透光性を有するガラス板などを利用することもできる。蛍光体等の波長変換部材はガラス板上に均一の厚みを有する。このような例を変形例として図４の断面図に示す。この図に示す発光装置１００’の波長変換板２０Ｂは、変換板第一面２１Ｂと変換板第二面２２Ｂを備えており、ガラス板の下面である変換板第一面２１Ｂに、蛍光体２４Ｂを印刷している。このようにすることで、蛍光体２４Ｂの厚みが略均一になり、蛍光体２４Ｂを通過する光の光路長が一定となる。これにより、色むら及びイエローリングの発生を抑制できる。また印刷に限らず、蛍光体をシート状に形成した蛍光体シートを、ガラス板に貼付する形態としてもよい。ガラスとして、例えば、ホウ珪酸ガラスや石英ガラスから選択することができる。
波長変換板２０において蛍光体を含む樹脂部の厚みは、２０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。波長変換板２０の厚みが５００μｍより厚いと、放熱性が低下する傾向がある。放熱性の観点からは、波長変換板２０は薄ければ薄い程好ましいが、２０μｍよりも薄いと得たい発光の色度範囲が小さくなる傾向がある。波長変換板２０がガラスを備えている場合には、ガラスの厚みは、２０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。ガラスの厚みが２０μｍ以上であることで、波長変換板２０の機械強度を向上させることができる。また、ガラスの厚みが５００μｍ以下であることで、発光装置を薄型化することができる。
波長変換板２０において蛍光体を含む樹脂部は単層でも多層でもよい。一例として、蛍光体を含む樹脂製の板材で波長変換部材を構成する態様において、波長変換部材を２層の波長変換層で構成した例を、変形例として図１２の断面図に示す。この図に示す発光装置３００は、波長変換板２０Ｃを、第一波長変換層２５Ｃと第二波長変換層２６ＣＤで構成している。
また、波長変換板を構成するガラス板等の一面に蛍光体を印刷、塗布する態様においても同様に、蛍光体を複数層で構成してもよい。このような例を変形例として図１３の断面図に示す。この図に示す発光装置４００は、蛍光体２４Ｄを、第一波長変換層２５Ｄと第二波長変換層２６Ｄで構成している。以上の変形例に係る発光装置３００、４００において、上述した実施例や変形例と同じ部材については、同じ符号を付して詳細説明を省略する。
なお、蛍光体等の波長変換層を多層で構成する場合には、発光素子１０の素子第二面１２上に赤色蛍光体を含む第一波長変換層が位置し、第一波長変換層上に黄色蛍光体を含む第二波長変換層が位置することが好ましい。赤色の光は黄色蛍光体に吸収されにくいので、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。赤色蛍光体としては、ＣＡＳＮ系蛍光体、ＳＣＡＳＮ系蛍光体及び／又はＫＳＦ系蛍光体等が挙げられ、黄色蛍光体としては、ＹＡＧ及び／又はＬＡＧ等が挙げられる。
（蛍光体）
（蛍光体）
蛍光体は、発光素子１０からの発光で励起可能なものが使用される。例えば、青色発光素子又は紫外線発光素子で励起可能な蛍光体としては、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（ＹＡＧ：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（ＬＡＧ：Ｃｅ）；ユウロピウムおよび／又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（ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2）；ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4）；βサイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ系蛍光体、ＳＣＡＳＮ系蛍光体等の窒化物系蛍光体；ＫＳＦ系蛍光体（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、青色発光素子又は紫外線発光素子と組み合わせることにより、様々な色の発光装置（例えば白色系の発光装置）を製造することができる。
（接合部材３０）
（接合部材３０）
接合部材３０は、変換板第一面２１と素子第二面１２とを接合するための部材である。接合部材３０は、変換板第一面２１と素子第二面１２との接合界面に塗布されて、波長変換板２０と発光素子１０とを接合する。接合部材３０には、透光性を有する樹脂が利用できる。また接合部材３０は、変換板第一面２１と素子第二面１２とを接合できるよう、未硬化の状態でゲル状となる樹脂、例えば熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が利用できる。このような接合部材３０としては、ジメチル系樹脂、フェニル系樹脂、ジフェニル系樹脂等が利用できる。また、接合部材３０に、発光素子の発光を波長変換する波長変換部材を混合してもよい。
（傾斜面３１）
（傾斜面３１）
また未硬化の接合部材３０の一部は、変換板第一面２１と素子第二面１２との接合界面から溢れて、発光素子１０の側面に至る。すなわち、接合部材３０は、変換板第一面２１と素子第二面１２との接合界面から発光素子１０の側面に連続して形成され、変換板第一面２１の周縁領域２１ｂから素子第一面１１に向かって延長されて、図３の断面図に示すように変換板第一面２１から素子第二面１２の間にかけて傾斜面３１を形成する。
ここで変換板第一面２１の周縁領域２１ｂとは、素子第二面１２と対向する変換板第一面２１の内、周囲の部分を指す。波長変換板２０は発光素子１０よりも一回り大きく形成しているため、変換板第一面２１の周縁には、平面視において素子第二面１２と重ならない周縁領域２１ｂが形成される。この結果、例えば発光装置の製造工程においてゲル状の未硬化の接合部材３０で発光素子１０と波長変換板２０を接合する際に、変換板第一面２１と素子第二面１２との接合界面から溢れ出た未硬化の接合部材３０は、変換板第一面２１の周縁領域２１ｂに押し出され、さらに発光素子１０の側面を伝って下降し、変換板第一面２１から素子第二面１２に向かって傾斜する傾斜面３１が形成される。
また傾斜面３１は、変換板第一面２１の周縁領域２１ｂから素子第一面１１に向かって延長されている。ただし傾斜面３１の下端が、素子第一面１１と同じ平面に至っている必要は必ずしもなく、発光素子の厚さや接合部材の塗布量によって、発光素子１０の側面において、素子第一面１１から素子第二面１２の間に形成されていてもよい。この場合、接合部材３０は、支持体１から離間している状態となる。接合部材３０が、支持体１から離間していることで、発光素子からの光が接合部材を介して支持体に吸収されることを抑制することができる。接合部材３０は、少なくとも半導体層１４の一部を覆うことが好ましい。半導体層１４が発光層を備えているので、接合部材３０が半導体層１４の一部を覆うことで、接合部材３０を介して発光素子からの光を発光素子の外部に取り出しやすくなる。これにより、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。尚、接合部材３０は第一被覆部材４０よりも発光素子１０からの光の透過率が高い。また、発光素子１０の厚み方向において傾斜面３１の下端の位置が、素子第一面１１の平面から、発光素子１０の厚みの０．２倍以内に位置することがより好ましい。このようにすることで、発光素子の側面を覆う接合部材３０の面積が増加するので発光装置の光取り出し効率が向上する。
（第一被覆部材４０）
（第一被覆部材４０）
第一被覆部材４０は、接合部材３０及び波長変換板２０を被覆するための部材である。第一被覆部材４０を構成する樹脂材料には、ジメチルシリコーン樹脂、フェニルシリコーン樹脂、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の透光性樹脂が好適に利用できる。また第一被覆部材４０は光反射性を備える。発光素子１０が発する光を効率良く反射させるため、反射率を高めた光反射性樹脂とすることが好ましい。例えば透光性樹脂に、光反射性物質を分散させたものが使用できる。光反射性物質としては、例えば、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライトなどが好適である。光反射性物質は、粒状、繊維状、薄板片状などが利用できるが、特に、繊維状のものは第一被覆部材４０の熱膨張率を低下させる効果も期待できるので好ましい。第一被覆部材４０は、発光素子１０からの光に対する反射率を７０％以上とする。これにより、第一被覆部材４０に達した光が反射されて、波長変換板２０の変換板第二面２２に向かうことにより、発光装置の光取出し効率を高めることができる。
この第一被覆部材４０は、波長変換板２０の側面を被覆するよう、この側面と接していることが好ましい。このようにすることで、発光領域と非発光領域とのコントラストが高い、「見切り性」の良好な発光装置とすることができる。また第一被覆部材４０は、素子第一面１１と支持部材１との間に位置していることが好ましい。このようにすることで、発光素子からの光が素子第一面１１と支持部材との間に位置する第一被覆部材４０に反射されて支持部材に吸収されることを抑制することができる。第一被覆部材４０は、波長変換板２０の外縁から発光装置の外縁に向かって傾斜し、発光装置の外縁において第一被覆部材４０の厚みが薄くなることが好ましい。このようにすることで、発光装置が波長変換板２０及び第一被覆部材４０を被覆する封止部材５０を備える場合に、発光装置の外縁における封止部材５０の下面の位置が低くすることができるので、発光装置を薄型化にすることができる。
（封止部材５０）
（封止部材５０）
封止部材５０は、図１、図３等に示すように、波長変換板２０の上面に配置される。この封止部材５０は、平面視を円形状で断面視を半円球状のレンズ部と、レンズ部の外周側に延出する鍔部と、を備えている。また封止部材５０は、透光性を有する投光性封止部材が利用できる。透光性封止部材は、透光性樹脂、ガラス等が使用できる。特に、透光性樹脂が好ましく、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。また封止部材５０には、粘度を調整する等の目的で、各種のフィラー等を含有させてもよい。
（保護素子６０）
（保護素子６０）
また発光装置１００は、発光素子１０を過電流による破壊から保護する保護素子６０を備えることができる。図３の断面図においては、保護素子６０を第一被覆部材４０に埋設している。保護素子６０としては、例えば、ツェナーダイオードやコンデンサなどを用いることができる。片面電極の保護素子であれば、ワイヤレスでフェイスダウン実装できるので好ましい。
（発光パターン７０）
（発光パターン７０）
さらに、接合部材３０の傾斜面３１を、断面位置に応じて変化させることで、発光素子１０の平面視における発光パターン７０を円形状に近付けることが可能となる。すなわち、発光素子１０の発光面である素子第二面１２では、強い出射光が得られるため、変換板第二面２２においても素子第二面１２と重なる領域では、強い出射光が得られる。しかしながら、素子第二面が多角形状である場合は、発光パターンはそのままでは円形状とならず、多角形状となる。いいかえると、発光素子の形状がそのまま発光パターンとして表れてしまうため、円形状の投影パターンが好まれる照明光の品質としては望ましくない。
ここで、比較例として平面形状が正方形状の発光素子１０Ｘの平面図を図５に、図５のＶＩＡ−ＶＩＡ線における断面図を図６Ａに、ＶＩＡ−ＶＩＡ線から４５°傾斜させた図５のＶＩＢ−ＶＩＢ線における断面図を図６Ｂに、それぞれ示す。この発光素子１０Ｘの発光パターン７０Ｘは、図５において破線で示すような矩形状となる。すなわち、図５において斜線で示す発光素子１０Ｘの素子第二面１２Ｘと波長変換板２０Ｘの変換板第一面２１Ｘとが重なる第一領域７１Ｘで強い白光が得られる。一方変換板第二面２２Ｘが素子第一面１１Ｘと重ならない、変換板第二面２２Ｘの周縁領域２２Ｘｂでは、発光素子１０Ｘ側面の漏れ光の一部が第二領域７２Ｘとして取り出されることになる。ここでは、図６Ａ、図６Ｂに示すように第一被覆部材４０の断面形状が断面位置によらずほぼ一定であるため、漏れ光によって得られる第二領域７２Ｘは図５においてクロスハッチングで示すように発光素子１０Ｘの周囲に沿った領域となり、結果として全体の発光パターン７０Ｘは、ほぼ発光素子１０Ｘの平面形状に沿ったものとなる。
これに対して本実施形態においては、発光素子１０の平面形状を五角形以上の多角形とし、さらに第一被覆部材４０の傾斜面３１を調整することによって、発光素子１０の平面視における発光パターン７０を円形状に近付けている。すなわち、接合部材３０の傾斜面３１を、断面位置に応じて変化させることで、図７の透視平面図において破線で示すように発光素子１０の平面視における発光パターン７０を円形状に近付けることが可能となる。図７においても、変換板第二面２２が素子第二面１２と重なる第一領域７１（図７において斜線で示す領域）では、強い出射光が得られる。一方で変換板第二面２２が素子第二面１２と重ならない領域である変換板第二面２２の周縁領域２２ｂにおいては、発光素子１０の側面から漏れる光の一部が上面に取り出されるために、変換板第二面２２の中心領域と比べて相対的に光量は低下する。そこで、この変換板第二面２２の周縁領域２２ｂにおいて、発光素子１０の側面から出射される光や反射光の取り出し量を調整することによって、発光パターン７０を円形状に近付けることが可能となる。具体的には、変換板第二面２２の頂点近傍の光量を低減し、頂点同士の中間部分で光量を多くすることによって、発光パターン７０を多角形状から円形状に近付けることが可能となる。この詳細を、以下説明する。
（第一断面）
（第一断面）
ここで、図７に示す発光素子１０と波長変換板２０を示す透視平面図において、六角形状の発光素子１０の中心Ｏと、六角形状の一の頂点である第一頂点Ｖ１（図７では右端）とを通る線を第一断面線ＣＬ１と規定する。この第一断面線ＣＬ１における断面形状を第一断面として、図８Ａの断面図に示す。上述の通り、接合部材３０は、変換板第一面２１と素子第一面１１との間で傾斜面３１を形成している。ここで、第一断面における傾斜面を傾斜面３１Ａとする。また接合部材３０は、断面視において先端（図８Ａにおいて下端）が素子第一面１１に至っている構成、あるいは素子第一面１１と素子第二面１２の間にある構成のいずれでもよい。
（第二断面）
（第二断面）
一方、第一頂点Ｖ１と隣接する第二頂点Ｖ２（図７では右上）とを結ぶ辺の中間と、発光素子１０の中心Ｏとを通る線を第二断面線ＣＬ２と、規定する。この第二断面線ＣＬ２における断面形状を第二断面として、図８Ｂの断面図に示す。ここで、第二断面における傾斜面を傾斜面３１Ｂとする。
（第一接合点Ｅ１、第二接合点Ｅ２）
（第一接合点Ｅ１、第二接合点Ｅ２）
これら第一断面と第二断面を比較すると、第一断面における接合部材３０の傾斜面３１Ａが、第二断面における傾斜面３１Ｂよりも、発光素子１０の側面側に近接している。図８Ａ、図８Ｂに示すように、断面視において発光素子１０の側面１３が変換板第一面２１と最も近接する点を、それぞれ発光素子１０と波長変換板２０との第一接合点Ｅ１、第二接合点Ｅ２とする。この第一接合点Ｅ１、第二接合点Ｅ２から、それぞれ支持体１の表面Ｓ１、Ｓ２に向かって４５°の傾斜角度で延伸させた仮想線分、すなわちＥ１とＳ１を結ぶＶＬ１、及びＥ２とＳ２を結ぶＶＬ２と、接合部材３０の傾斜面３１Ａ、３１Ｂとの交点に注目する。ここで、第一断面における仮想線分である第一線分ＶＬ１と、接合部材３０の傾斜面３１Ａとの交点を第一交点Ｃ１とし、第二断面における仮想線分である第二線分ＶＬ２と、接合部材３０の傾斜面３１Ｂとの交点を第二交点Ｃ２とする。このとき、第一接合点Ｅ１から第一交点Ｃ１までの距離は、第二接合点Ｅ２から第二交点Ｃ２までの距離よりも短い。このように、接合部材３０の傾斜面３１を、多角形状の発光素子１０の断面の位置によって変化させることで、この傾斜面３１を被覆する第一被覆部材４０の形状もこれに応じて変化させ、これにより発光素子１０の反射光の光量を調整して発光パターン７０を円形に近付けることができる。具体的には、発光素子１０の頂点にあたる第一断面では、傾斜面３１Ａを発光素子１０の側面により近接させることで、第一被覆部材４０に反射された光が接合部材を介して発光素子１０に戻りやすくしている。その一方で頂点同士の中間の第二断面では、傾斜面３１Ｂを発光素子１０の側面から離間させることで、第一被覆部材４０に反射された光が、接合部材を介して発光装置の上方すなわち波長変換板２０側に出射されやすくなる。これにより、第二断面における接合部材を介して発光装置の上方に出射される光量が、第一断面における接合部材を介して発光装置の上方に出射される光量よりも増加する。この結果、六角形状の変換板第二面２２の、頂点の近傍は相対的に暗く、頂点同士の間では相対的に明るくなる。この結果、図７において破線で示すように発光パターン７０を六角形状から円形に近付けて、照明光としての品質を向上させることができる。特に発光パターン７０を、発光素子１０を平面視多角形状としたことで、変換板第二面２２と素子第二面１２とが重なる第一領域７１（図７において斜線で示す領域）を四角形状から円形に近付けると共に、この第一領域７１の周囲に連なる第二領域７２を、頂点部分で光量を少なく、辺の中間部分で光量を多くすることによって、第一領域７１と第二領域７２で構成される発光パターン７０を一層、円形に近付けることができる。さらに、波長変換板２０の上面に設けられた平面視を円形状とする封止部材５０との光学的結合を改善して、封止部材５０から出力される出力光の品質を高めることが可能となる。
また、発光素子１０側面からの光を、変換板第二面２２の多角形状を形成する辺の中間位置、すなわち第二断面においてより第一被覆部材４０に反射された光が、発光装置の上方に出射されやすいように、第二断面における接合部材３０の傾斜面３１Ｂは、好ましくは図８Ｂの断面図に示すように凸状の曲面を成すように形成することが好ましい。また、凸状の曲面を有する傾斜面３１Ｂと接する第一被覆部材４０は、凹状に形成される。
一方で多角形状の変換板第二面２２の頂点を通る第一断面においては、逆に第一被覆部材４０に反射された光が、発光装置の上方に出射されにくいように、接合部材３０の傾斜面３１Ａが凹状の曲面を成すように形成することが好ましい。また、凹状の曲面を有する傾斜面３１Ａと接する第一被覆部材４０は、凸状に形成される。
接合部材３０の傾斜面３１は、第一断面と第二断面との間で連続的に変化させることが好ましい。これによって、発光素子１０の発光が第一被覆部材４０で反射される量を連続的にさせることができ、より円形状に近付ける効果が期待できる。
また第二断面線ＣＬ２は、発光素子１０の頂点同士の中点を通る線とすることが好ましい。これにより、六角形状等の多角形状に内接する内接円の接点を第二断面線ＣＬ２が通るようにして、より真円に近付けることが可能となる。ただ、第二断面線ＣＬ２を厳密に頂点同士の中点とする必要はなく、中点の近傍としても発光パターン７０を真円に近付けることが可能となる。例えば、第一断面線ＣＬ１と第二断面線ＣＬ２とがなす角度を略４５°としてもよい。尚、本明細書において略４５°とは、±３°程度の変動は許容されることを意味する。
なお、図５の平面図に示したように、比較例に係る四角形の発光素子１０Ｘの場合は、発光素子１０Ｘの中心から四角形の頂点までの距離（図６Ａに示すＶＩＡ−ＶＩＡ線断面図）が、発光素子１０Ｘの中心から四角形の辺までの距離（図６Ｂに示す４５°ずらしたＶＩＢ−ＶＩＢ線断面図）よりも長くなる。このような構成上の相違によって、平面視において四角形状の発光素子１０の中心と、四角状の発光素子の一の頂点を通る線分における断面での接合部材は、平面視において四角形状の発光素子１０の中心と、四角状の発光素子の一の頂点と隣接する一の頂点とを結ぶ辺の中間を通る線分における断面での接合部材よりも小さくなりやすい。すなわち発光素子１０Ｘの中心からの距離が長い頂点近傍における接合部材３０は相対的に小さくなり、逆に発光素子１０Ｘの中心からの距離が短い辺の中間近傍における接合部材３０は相対的に大きくなる。この結果、接合部材３０が大きく形成され易い辺の中間近傍において、接合部材３０が素子第一面１１に達するまで形成すると、頂点近傍においては接合部材３０が素子第一面１１まで形成され難くなる。一方、頂点近傍において接合部材３０が素子第一面１１に達するように形成すると、辺の中間近傍においては接合部材３０が大きく形成され易くなる結果、接合部材３０が支持体１に接触すると、発光素子１０からの光が支持体１側に吸収されてしまい、光取り出し効率が低下することが考えられる。このように、接合部材３０の大きさのばらつきのため、頂点と辺の中間近傍でいずれも接合部材３０が素子第一面１１で止まるように形成することは困難であった。
これに対して本実施形態においては、発光素子１０が平面視において五角形以上の多角形状であることから、発光素子１０の中心から頂点までの距離と、辺の中間までの距離との差が四角形状の場合と比べて小さくなる。この結果、接合部材３０の大きさの差が抑制され、接合部材３０を素子第一面１１の近傍まで形成するような大きさの制御が容易となり、発光素子からの光が支持体側に吸収されて光取り出し効率が低下する事態を回避できる利点が得られる。
（実施形態２）
（実施形態２）
また接合部材３０の傾斜面３１を被覆する第二被覆部材を設けてもよい。このような例を実施形態２に係る発光装置２００として、図１１の断面図に示す。この図に示す発光装置２００は、上述した実施形態１と同じ部材については同じ符号を付して、詳細説明を省略する。図１１の発光装置２００は、接合部材３０の傾斜面３１を、第二被覆部材４２で覆っている。第二被膜部材４２は、傾斜面３１と支持体１の表面との間に配置される。ここで第二被膜部材４２は、傾斜面３１から末広がりとなるように支持体１の表面に拡げて配置されている。また第二被膜部材４２は、発光素子１０の素子第一面１１と支持体１の表面との間にも介在され、アンダーフィルとして機能する。さらに第二被膜部材４２に、酸化チタンなどの反射部材を混合させても良い。第二被膜部材４２の表面は、第一被覆部材４０で被覆される。
この第二被膜部材４２は、第一被膜部材４０よりも線膨張係数の低い材質とする。このような第二被覆部材４２には、例えばジメチルシリコーン樹脂が利用できる。このように発光素子１０の下面と支持体１との間に線膨張の低い第二被膜部材４２を設けたことで、第一被覆部材４０を構成する樹脂の膨張によって発光素子１０が剥がれる事態を抑制できる。
（発光装置の製造方法）
（発光装置の製造方法）
ここで、発光装置の製造方法について、図９Ａ〜図９Ｄに基づいて説明する。まず図９Ａに示すように、支持体１の表面に導電部材２が形成される。そして発光素子１０が支持体１に実装される。発光素子１０の電極１８が導電部材２と接続されるように、半田等の接続部材１９や超音波振動などを用いて発光素子１０の素子第一面１１が支持体１上に固定される。さらに、発光素子１０の素子第二面１２に、未硬化の接合部材３０を所定量塗布する。
この状態で図９Ｂに示すように、波長変換板２０を発光素子１０の上面に配置する。これにより、素子第二面１２と変換板第一面２１との界面で、未硬化の接合部材３０が押し拡げられ、変換板第一面２１の周縁領域２１ｂに押し出されると、図９Ｃに示すように、発光素子１０の側面を伝って下降し、結果的に変換板第一面２１から素子第二面１２に向かって先細り状に傾斜する傾斜面３１が形成される。傾斜面３１の形状は、第一断面と第二断面とで異なるように、予め接合部材３０の粘度等を調整する。この状態で、接合部材３０を硬化させる。
最後に図９Ｄに示すように、波長変換板２０と接合部材３０の側面を第一被覆部材４０で被覆し、さらに封止部材５０を上面に固定する。これによって図３に示す発光装置１００が得られる。
このようにして、発光素子１０を五角形以上の多角形とし、さらに変換板第一面２１の周縁領域２１ｂにおける接合部材３０の傾斜面３１を調整することで、これと接する第一被覆部材４０のプロファイルを断面位置に応じて変化させ、発光素子１０の平面視における頂点近傍を暗く、頂点同士の中間の近傍を明るくして、平面視における発光パターン７０を多角形状から円形に近付けることができ、発光装置の角度による配向のばらつきを低減できる。
本発明の実施形態に係る発光装置は、ＬＥＤディスプレイ、液晶表示装置などのバックライト光源、照明用光源、ヘッドライト、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、その他の一般的な民生品用光源等に好適に利用することができる。
１００、１００’、２００、３００、４００…発光装置
１…支持体
２…導電部材
１０、１０Ｘ…発光素子
１１、１１Ｘ…素子第一面
１２、１２Ｘ…素子第二面
１３…発光素子の側面
１４…半導体層
１６…成長基板
１８…電極
１９…接続部材
２０、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｘ…波長変換板
２１、２１Ｂ、２１Ｘ…変換板第一面
２１ｂ…変換板第一面の周縁領域
２２、２２Ｂ、２２Ｘ…変換板第二面
２２ｂ、２２Ｘｂ…変換板第二面の周縁領域
２４Ｂ、２４Ｄ…蛍光体
２５Ｃ、２５Ｄ…第一波長変換層；２６Ｃ、２６Ｄ…第二波長変換層
３０…接合部材
３１、３１Ａ、３１Ｂ…傾斜面
４０…第一被覆部材
４２…第二被覆部材
５０…封止部材
６０…保護素子
７０、７０Ｘ…発光パターン
７１、７１Ｘ…第一領域
７２、７２Ｘ…第二領域
１１１…発光素子
１１３…光学層
１１４…板状光学部材
１１５…光反射性樹脂材料
１２４…白色セラミック製外枠
Ｖ１…第一頂点
Ｖ２…第二頂点
Ｏ…中心
ＣＬ１…第一断面線
ＣＬ２…第二断面線
Ｅ１…第一接合点、Ｅ２…第二接合点
Ｓ１、Ｓ２…支持体の表面
ＶＬ１…第一線分
ＶＬ２…第二線分
Ｃ１…第一交点
Ｃ２…第二交点
１…支持体
２…導電部材
１０、１０Ｘ…発光素子
１１、１１Ｘ…素子第一面
１２、１２Ｘ…素子第二面
１３…発光素子の側面
１４…半導体層
１６…成長基板
１８…電極
１９…接続部材
２０、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｘ…波長変換板
２１、２１Ｂ、２１Ｘ…変換板第一面
２１ｂ…変換板第一面の周縁領域
２２、２２Ｂ、２２Ｘ…変換板第二面
２２ｂ、２２Ｘｂ…変換板第二面の周縁領域
２４Ｂ、２４Ｄ…蛍光体
２５Ｃ、２５Ｄ…第一波長変換層；２６Ｃ、２６Ｄ…第二波長変換層
３０…接合部材
３１、３１Ａ、３１Ｂ…傾斜面
４０…第一被覆部材
４２…第二被覆部材
５０…封止部材
６０…保護素子
７０、７０Ｘ…発光パターン
７１、７１Ｘ…第一領域
７２、７２Ｘ…第二領域
１１１…発光素子
１１３…光学層
１１４…板状光学部材
１１５…光反射性樹脂材料
１２４…白色セラミック製外枠
Ｖ１…第一頂点
Ｖ２…第二頂点
Ｏ…中心
ＣＬ１…第一断面線
ＣＬ２…第二断面線
Ｅ１…第一接合点、Ｅ２…第二接合点
Ｓ１、Ｓ２…支持体の表面
ＶＬ１…第一線分
ＶＬ２…第二線分
Ｃ１…第一交点
Ｃ２…第二交点
Claims (8)
- 支持体と、
前記支持体上に実装された、素子第一面と、前記素子第一面と反対側に位置する発光面である素子第二面とを有し、平面視において五角形以上の多角形状である発光素子と、
変換板第一面と、前記変換板第一面と反対側の変換板第二面とを有し、前記変換板第一面は前記素子第二面よりも面積が大きく、平面視において前記発光素子と同じ形状の五角形以上の多角形状である波長変換板と、
前記変換板第一面と素子第二面とを接合する接合部材と、
前記接合部材及び前記波長変換板を被覆する、光反射性を備える第一被覆部材と、
前記素子第一面と、前記支持体との間に設けられた第二被覆部材と、
を備え、
前記発光素子のそれぞれの頂点と、前記波長変換板のそれぞれの頂点とが対応しており、
前記接合部材が、前記変換板第一面と前記素子第二面との接合界面から連続して、前記発光素子の側面において、前記変換板第一面の周縁領域から前記素子第一面に向かって傾斜された傾斜面を有しており、
前記多角形状の発光素子の平面視における中心と、前記多角形状の一の頂点を結ぶ線分である第一断面線を断面とする前記接合部材の傾斜面が、
前記一の頂点と、前記一の頂点と隣接する他の頂点とを結ぶ辺の中間と、前記多角形状の発光素子の平面視における中心とを結ぶ線分である第二断面線を断面とする前記接合部材の傾斜面よりも、前記発光素子の側面側に近接し、
前記第一断面線における傾斜面が、前記第一断面線において凹状の曲面であり、
前記第二断面線における傾斜面が、前記第二断面線において凸状の曲面であり、
前記第二被覆部材は、前記接合部材の傾斜面を被覆し、前記第一被覆部材よりも線膨張係数が低い材質としてなる発光装置。 - 請求項１に記載の発光装置であって、さらに、
前記波長変換板の上面に、平面視を円形状で断面視を半円球状とする封止部材を備えてなる発光装置。 - 請求項１又は２に記載の発光装置であって、
前記波長変換板が、蛍光体を含む樹脂製の板材である発光装置。 - 請求項１又は２に記載の発光装置であって、
前記波長変換板が、蛍光体が均一の厚みを有するガラス板である発光装置。 - 請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光装置であって、
前記発光素子が、平面視において六角形状である発光装置。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光装置であって、
前記波長変換板の側面と、前記第一被覆部材が接している発光装置。 - 請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光装置であって、
前記素子第一面と、前記支持体との間に第一被覆部材が位置する発光装置。 - 請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光装置であって、
前記接合部材が、前記支持体から離間する発光装置。
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