JP7060810B2 - 発光装置および発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本開示は、発光装置および発光装置の製造方法に関する。
従来、半導体発光素子と、中央部の厚みが外周周辺の厚みと異なる蛍光体板と、光反射部材と、を備える発光装置が知られている（特許文献１参照）。
車両用途等の光源に用いる発光装置には、より高輝度な発光装置が求められている。
本開示に係る実施形態は、より高輝度な発光装置および発光装置の製造方法を提供することを課題とする。
本開示の実施形態に係る発光装置は、発光素子と、矩形の上面と前記発光素子に接合される下面とを有する透光性部材と、前記透光性部材の前記上面を露出させて前記透光性部材および前記発光素子の側面を被覆する被覆部材と、を備え、前記透光性部材は、前記矩形の上面を形成する本体部と、前記本体部の周辺において前記本体部より厚みが薄い周辺部と、を有し、前記周辺部は、前記矩形の角部に対応する位置であって前記周辺部の側面に前記本体部側に凹んだ凹部を有する。
本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法は、矩形の上面を形成する本体部と、前記本体部の周辺において前記本体部より厚みが薄い周辺部と、を有し、前記周辺部の側面が、前記矩形の角部に対応する位置に形成される凹部を有する透光性部材を準備する工程と、発光素子の上面に前記透光性部材の下面を接合する工程と、前記透光性部材の前記上面を露出させて前記透光性部材の前記凹部、前記発光素子の側面を被覆するように被覆部材を形成する工程と、を含む。
本開示に係る実施形態によれば、より高輝度な発光装置および発光装置の製造方法を提供することができる。
実施形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本実施形態の技術思想を具現化するための発光装置および発光装置の製造方法を例示するものであって、以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示に過ぎない。なお、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に誇張していることがある。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線における発光装置の断面を模式的に示す断面図である。図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線における発光装置の断面を模式的に示す断面図である。図４は、第１実施形態に係る発光装置の透光性部材を模式的に示す斜視図である。図５は、図４の領域Ｒ１における鍔部の表面を模式的に示す説明図である。図６は、図４の領域Ｒ２における鍔部の表面を模式的に示す説明図である。図７は、図４のＶＩＩ－ＶＩＩ線における透光性部材の断面を模式的に示す断面図である。図８は、図４の透光性部材を模式的に示す平面図である。
図１は、第１実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線における発光装置の断面を模式的に示す断面図である。図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線における発光装置の断面を模式的に示す断面図である。図４は、第１実施形態に係る発光装置の透光性部材を模式的に示す斜視図である。図５は、図４の領域Ｒ１における鍔部の表面を模式的に示す説明図である。図６は、図４の領域Ｒ２における鍔部の表面を模式的に示す説明図である。図７は、図４のＶＩＩ－ＶＩＩ線における透光性部材の断面を模式的に示す断面図である。図８は、図４の透光性部材を模式的に示す平面図である。
［発光装置］
発光装置１は、図１乃至図３に示すように、発光素子１０と、矩形の上面２２と発光素子１０に接合される下面２１とを有する透光性部材２０と、透光性部材２０の上面２２を露出させて透光性部材２０および発光素子１０の側面１２を被覆する被覆部材４０と、を備えている。そして、透光性部材２０は、図４及び図７に示すように、矩形の上面２２を形成する本体部２４と、本体部２４の周辺において本体部２４より厚みが薄い周辺部２５と、を有している。さらに、周辺部２５は、矩形の角部５に対応する位置であって周辺部２５の側面に本体部２４側に凹んだ凹部９を有している。
以下、発光装置１の各部の構成について順次に詳細に説明する。
発光装置１は、図１乃至図３に示すように、発光素子１０と、矩形の上面２２と発光素子１０に接合される下面２１とを有する透光性部材２０と、透光性部材２０の上面２２を露出させて透光性部材２０および発光素子１０の側面１２を被覆する被覆部材４０と、を備えている。そして、透光性部材２０は、図４及び図７に示すように、矩形の上面２２を形成する本体部２４と、本体部２４の周辺において本体部２４より厚みが薄い周辺部２５と、を有している。さらに、周辺部２５は、矩形の角部５に対応する位置であって周辺部２５の側面に本体部２４側に凹んだ凹部９を有している。
以下、発光装置１の各部の構成について順次に詳細に説明する。
［発光素子］
発光素子１０は、発光ダイオードやレーザダイオード等を用いるのが好ましい。また、発光素子１０は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、窒化物系半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰを用いたものを用いることができる。さらに、赤色の発光素子としては、窒化物系半導体素子の他にもＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等を用いることができる。なお、発光素子１０は、前記した以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。発光素子１０は、組成や発光色、大きさや、個数等は目的に応じて適宜選択することができる。発光素子１０は、同一面側に正負の電極を有するものが好ましい。これにより、発光素子１０を基板５０上にフリップチップ実装することができる。この場合、正負の電極が形成された面と対向する面が、発光素子１０の主な光取り出し面となる。また、発光素子１０を基板５０上にフェイスアップ実装する場合は、正負の電極が形成された面が発光素子１０の主な光取り出し面となる。発光素子１０は、例えば、バンプ等の接合部材を介して基板５０と電気的に接続される。なお、図１および図３に示すように、発光素子１０および透光性部材２０を発光装置１の一長手方向に偏って配置することで、ツェナーダイオード等の保護素子７０を配置することができる。なお、発光素子として、上下電極型の発光素子を用いてもよい。
発光素子１０は、上面視において、四角形、六角形等の多角形、円又は楕円等、種々の形状とすることができるが、四角形であることが好ましく、矩形であることがより好ましい。
発光素子１０は、発光ダイオードやレーザダイオード等を用いるのが好ましい。また、発光素子１０は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、窒化物系半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰを用いたものを用いることができる。さらに、赤色の発光素子としては、窒化物系半導体素子の他にもＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等を用いることができる。なお、発光素子１０は、前記した以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。発光素子１０は、組成や発光色、大きさや、個数等は目的に応じて適宜選択することができる。発光素子１０は、同一面側に正負の電極を有するものが好ましい。これにより、発光素子１０を基板５０上にフリップチップ実装することができる。この場合、正負の電極が形成された面と対向する面が、発光素子１０の主な光取り出し面となる。また、発光素子１０を基板５０上にフェイスアップ実装する場合は、正負の電極が形成された面が発光素子１０の主な光取り出し面となる。発光素子１０は、例えば、バンプ等の接合部材を介して基板５０と電気的に接続される。なお、図１および図３に示すように、発光素子１０および透光性部材２０を発光装置１の一長手方向に偏って配置することで、ツェナーダイオード等の保護素子７０を配置することができる。なお、発光素子として、上下電極型の発光素子を用いてもよい。
発光素子１０は、上面視において、四角形、六角形等の多角形、円又は楕円等、種々の形状とすることができるが、四角形であることが好ましく、矩形であることがより好ましい。
［透光性部材］
透光性部材２０は、一枚の板状に形成されており、矩形の上面を形成する本体部と、本体部の周辺において本体部より厚みが薄い周辺部とを有する。また、透光性部材２０は、周辺部２５において上面の矩形の角部に対応する位置に、周辺部２５から本体部２４に向かって凹んだ凹部９を有している。図２および図３に示すように、透光性部材２０は、断面視形状が、凸形状に形成されている。そして、透光性部材２０は、発光素子１０の上面１１と接合する下面２１と、平面視において下面２１に内包される上面２２と、を有する。さらに、透光性部材２０は、上面２２と下面２１との間の側面として、上面２２の矩形の各辺に対応する位置に設けられ、上面から下面に向かって拡がるように傾斜する傾斜側面３２と、傾斜側面３２に連なり、下面２１に垂直な垂直側面３１と、凹部９を構成する湾曲側面２６と、を有する。
透光性部材２０は、一枚の板状に形成されており、矩形の上面を形成する本体部と、本体部の周辺において本体部より厚みが薄い周辺部とを有する。また、透光性部材２０は、周辺部２５において上面の矩形の角部に対応する位置に、周辺部２５から本体部２４に向かって凹んだ凹部９を有している。図２および図３に示すように、透光性部材２０は、断面視形状が、凸形状に形成されている。そして、透光性部材２０は、発光素子１０の上面１１と接合する下面２１と、平面視において下面２１に内包される上面２２と、を有する。さらに、透光性部材２０は、上面２２と下面２１との間の側面として、上面２２の矩形の各辺に対応する位置に設けられ、上面から下面に向かって拡がるように傾斜する傾斜側面３２と、傾斜側面３２に連なり、下面２１に垂直な垂直側面３１と、凹部９を構成する湾曲側面２６と、を有する。
透光性部材２０の下面２１は、発光素子１０からの光が入射される面である。透光性部材２０の下面２１は、発光素子１０の上面１１の面積よりも大きな面積となるように形成されている。これにより、発光素子１０から照射される光をロスなく透光性部材２０へと入射することができる。また、透光性部材２０の下面２１は上面２２と略平行で、その表面は略平坦になるように形成されている。
透光性部材２０の上面２２は、発光装置１の発光面として、下面２１から入射した光を外部に放出する。この上面２２の面積は、下面２１の面積よりも小さくなるように形成されている。透光性部材２０は、上面２２が被覆部材４０に覆われることなく被覆部材４０から露出するように配置される。そして、平面視において上面２２と下面２１とは略相似形状または類似形状であり、透光性部材２０の上面２２と下面２１とはそれぞれの重心位置が重なるように形成されていることが好ましい。これにより、発光装置１の発光面（つまり透光性部材２０の上面２２）における輝度むらを抑制することができる。
図７および図８に示すように、透光性部材２０の周辺部２５は、本体部２４側から外縁７まで徐々に薄くなるように形成されている。言い換えると、透光性部材２０の下面２１から上面２２までの高さは、垂直側面３１において最も小さく、傾斜側面３２に沿って本体部２４に向かって徐々に大きくなるように形成されている。
透光性部材２０の垂直側面３１は、透光性部材２０の下面２１及び上面２２に対して略垂直に形成されている。これにより、発光装置１の製造時において被覆部材４０の上面２２への這い上がりを抑制することができる。垂直側面３１は、被覆部材４０の這い上がりを抑制できる角度として、例えば、上面２２に対して９０度プラスマイナス５度の範囲とし、本明細書中ではこの範囲を略垂直としている。
傾斜側面３２は、ここでは、透光性部材２０の上面２２から下面２１に向かって拡がるように傾斜する傾斜曲面として形成されている。また、傾斜側面３２が傾斜する角度は、上面２２との境界付近で上面２２に対して略垂直となる。このように、傾斜側面３２が傾斜曲面であることで、発光素子１０からの光を、効率よく透光性部材２０の上面２２に向けて反射することができ、輝度の高い発光装置１とすることができる。また、周辺部２５の厚みが徐々に変化することにより、透光性部材２０の構造的な強度を向上することができる。そして、傾斜側面３２の傾斜角度が上面２２との境界付近で上面２２に対して略垂直となることで、透光性部材２０の上面２２を発光装置１の発光面とした際に、発光装置１の発光面（つまり透光性部材２０の上面２２）と発光面を囲む被覆部材４０の上面との境界を明瞭なものとすることができる。
図８に示すように、透光性部材２０は矩形の上面を有し、矩形の角部に対応する位置であって周辺部２５の側面に本体部２４側に凹んだ凹部９を有する。凹部９は、平面視において湾曲した形状となる湾曲側面２６を備える。湾曲側面２６は、周辺部２５の傾斜側面３２及び垂直側面３１と上面２２及び下面２１との境界に対応して外形が平面視において円弧状に湾曲した部位である。
図４、図７および図８に示すように、透光性部材２０の周辺部２５は、凹部９を介して矩形の各辺３に沿ってそれぞれ形成される鍔部３０を有する。
鍔部３０は、平面視において透光性部材２０の上面２２の各辺から側方に突出するように形成され、ここでは上面２２の矩形の辺と同数となる４か所に形成されている。鍔部３０は、平面視において略矩形状である。鍔部３０の下面は周辺部２５の下面として、本体部２４の下面とともに透光性部材２０の下面２１を構成している。鍔部３０は、垂直側面３１と傾斜側面３２と湾曲側面２６とを有する。垂直側面３１と傾斜側面３２の両端は、周辺部２５の湾曲側面２６に隣接している。
鍔部３０は、平面視において透光性部材２０の上面２２の各辺から側方に突出するように形成され、ここでは上面２２の矩形の辺と同数となる４か所に形成されている。鍔部３０は、平面視において略矩形状である。鍔部３０の下面は周辺部２５の下面として、本体部２４の下面とともに透光性部材２０の下面２１を構成している。鍔部３０は、垂直側面３１と傾斜側面３２と湾曲側面２６とを有する。垂直側面３１と傾斜側面３２の両端は、周辺部２５の湾曲側面２６に隣接している。
透光性部材２０は、周辺部２５の表面に微細な縞状の凹凸が上面２２から下面２１に向かって形成されている。この微細な縞状の凹凸は、透光性部材２０の加工にパルスレーザを用いることにより形成することができる。ここで、縞状の凹凸は、少なくとも傾斜側面３２に形成されていればよいが、さらに、湾曲側面２６に形成されていてもよい。また、同様に、透光性部材２０の垂直側面３１はその表面に微細な縞状の凹凸が形成されていてもよい。
傾斜側面３２と、透光性部材２０の上面２２との境界の領域Ｒ１には、図５に拡大して示すように、上面２２から下面２１に向かう方向の多数の筋が、上面２２を形成する矩形の辺に沿って形成されていてもよい。つまり、領域Ｒ１において、傾斜側面３２に、透光性部材２０の上面２２を形成する矩形の辺に沿って縞状の凹凸８４が形成されている。この縞状の凹凸８４は、透光性部材２０の材料に対してレーザ装置からパルスレーザを照射しつつレーザスポットを直線的に移動させるレーザ加工を行うことで形成することができる。レーザスポットの移動によって、レーザのビーム径に対応した孔径の溝同士が重なり合う。したがって、縞状の凹凸８４の周期は、ビーム径よりも小さくなっている。
また、垂直側面３１に近い傾斜側面３２の領域Ｒ２には、図６に拡大して示すように、レーザ加工を行うことで形成された痕跡が形成されている。この領域Ｒ２では、特に、上面２２を形成する矩形の辺に沿う方向の筋状の痕跡が目立っている。なお、図５および図６は、説明のためレーザ加工の痕跡を強調して示している。透光性部材２０の周辺部２５の表面に縞状の凹凸等が形成されていることで、後記する被覆部材４０と透光性部材２０の周辺部２５とが強固に密着した発光装置１となる。
発光装置１は、図１に示すように透光性部材２０の鍔部において発光素子１０の中心から遠くに位置する角部を無くすように凹部９が形成されている。仮に透光性部材２０の鍔部において発光素子１０の中心から遠くに位置する角部が存在すると、透光性部材２０の下面２１から入射した光がこの角部近傍で反射を繰り返し減衰して外部に取り出しにくくなる。これに対して、発光装置１は、透光性部材２０の凹部９が形成されているので、反射を繰り返し減衰して外部に取り出せなかった光を有効に利用することができる。したがって、透光性部材２０の下面２１から入射した光のより多くが上面２２側に導光されやすくなり、輝度の高い発光装置１とすることができる。
透光性部材２０は、発光素子１０から出射される光を透過して外部に取り出すことが可能な材料で構成されている。透光性部材２０は、例えば、樹脂、ガラス、無機物等により形成することができる。透光性部材２０は、光拡散材や、発光素子１０から入射される光の少なくとも一部を波長変換可能な蛍光体を含有することができる。蛍光体を含有する透光性部材２０は、例えば、蛍光体の焼結体や、樹脂、ガラス、セラミックまたは他の無機物等に蛍光体粉末を含有させたものがあげられる。また、透光性部材２０は、樹脂、ガラス、セラミック等の成形体の表面に蛍光体を含有する層を形成したものでもよい。蛍光体の焼結体としては、蛍光体だけを焼結して形成したものでもよいし、蛍光体と焼結助剤との混合物を焼結して形成したものでもよい。蛍光体と焼結助剤との混合物を焼結する場合、焼結助剤としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、または酸化チタン等の無機材料を用いることが好ましい。これにより、発光素子１０が高出力であったとしても、光や熱による焼結助剤の変色や変形を抑制することができる。
蛍光体としては、この分野で用いられる蛍光体を適宜選択することができる。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としては、例えば、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）等を用いることができる。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、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。白色に発光可能な発光装置１とする場合、透光性部材２０に含有される蛍光体の種類、濃度によって白色となるように調整される。透光性部材２０に含有される蛍光体の濃度は、例えば、３０～８０質量％程度である。
［被覆部材］
被覆部材４０は、発光素子１０からの光を反射可能な部材により形成することができる。このように、発光素子１０から出射された光は、直接または被覆部材４０により反射されて透光性部材２０へと入射し、透光性部材２０内を通過し、発光装置１の発光面である透光性部材２０の上面２２から、外部へと出射される。
被覆部材４０は、発光素子１０からの光を反射可能な部材により形成することができる。このように、発光素子１０から出射された光は、直接または被覆部材４０により反射されて透光性部材２０へと入射し、透光性部材２０内を通過し、発光装置１の発光面である透光性部材２０の上面２２から、外部へと出射される。
ここで、被覆部材４０の上面は、透光性部材２０の上面２２の高さと同等か、透光性部材２０の上面２２よりも低いことが好ましい。発光装置１の発光面となる透光性部材２０の上面２２から出射された光は、横方向にも広がりを持つ。そのため、被覆部材４０の上面が、透光性部材２０の上面２２の高さよりも高い場合には、透光性部材２０の上面２２から出射された光が被覆部材４０の上面に当たって反射され、配光のばらつきが生じる。よって、被覆部材４０は、上面の高さを透光性部材２０の上面２２と同等あるいは低くするように設けることで、発光素子１０から出射された光を外部に効率よく取り出すことができるので好ましい。
被覆部材４０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、または、これらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂からなる母材に光反射性物質を含有させることで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、ムライト等を用いることができる。被覆部材４０は、光反射性物質の含有濃度、密度により光の反射量、透過量が異なるため、発光装置１の形状、大きさに応じて、適宜濃度、密度を調整するとよい。また、被覆部材４０は、光反射性に加え、放熱性を併せ持つ材料とすると、光反射性を持たせつつ放熱性を向上させることができる。このような材料として、熱伝導率の高い窒化アルミニウムや窒化ホウ素が挙げられる。
［基板］
基板５０は、発光素子１０を実装し、発光装置１を電気的に外部と接続する。基板５０は、平板状の支持部材及び支持部材の表面及び／または内部に配置された導体配線を備えて構成されている。なお、基板５０は、発光素子１０の電極の構成、大きさに応じて導体配線の形状、大きさ等の構造が設定される。また、基板５０の支持部材は、絶縁性材料を用いることが好ましく、かつ、発光素子１０から出射される光や外光等を透過しにくい材料を用いることが好ましい。基板５０は、ある程度の強度を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト等のセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴレジン）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）等の樹脂が挙げられる。なお、支持部材は、キャビティを有する構造としてもよい。これにより、前記の被覆部材４０を滴下する等により容易に形成することができる。導体配線及び放熱用端子は、例えば、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｗ，Ｐｄ，Ｆｅ，Ｎｉ等の金属またはこれらを含む合金等を用いて形成することができる。このような導体配線は、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成することができる。
基板５０は、発光素子１０を実装し、発光装置１を電気的に外部と接続する。基板５０は、平板状の支持部材及び支持部材の表面及び／または内部に配置された導体配線を備えて構成されている。なお、基板５０は、発光素子１０の電極の構成、大きさに応じて導体配線の形状、大きさ等の構造が設定される。また、基板５０の支持部材は、絶縁性材料を用いることが好ましく、かつ、発光素子１０から出射される光や外光等を透過しにくい材料を用いることが好ましい。基板５０は、ある程度の強度を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト等のセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴレジン）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）等の樹脂が挙げられる。なお、支持部材は、キャビティを有する構造としてもよい。これにより、前記の被覆部材４０を滴下する等により容易に形成することができる。導体配線及び放熱用端子は、例えば、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｗ，Ｐｄ，Ｆｅ，Ｎｉ等の金属またはこれらを含む合金等を用いて形成することができる。このような導体配線は、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成することができる。
［接着材］
接着材６０は、発光素子１０と透光性部材２０とを接合するものである。接着材６０は、発光素子１０の上面１１から側面１２の少なくとも一部に連続すると共に、被覆部材４０と発光素子１０の側面１２との間に介在して設けられる。被覆部材４０と発光素子１０の側面１２との間に介在する接着材６０の上面は、透光性部材２０の下面２１と接して設けられている。接着材６０は、発光素子１０からの出射光を透光性部材２０に導光することができる透光性材料を用いることが好ましい。接着材６０は、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂のような周知の接着材、高屈折率の有機接着材、無機系接着材、低融点ガラスによる接着材等を用いることができる。接着材６０は、発光素子１０の上面１１から側面１２にまで延在し、フィレット６５として設けられることが好ましい。フィレット６５は、透光性部材２０の下面２１と発光素子１０の側面１２との双方に接し、被覆部材４０側に凹の曲面であることが好ましい。このような形状によって、発光素子１０から出射される光は接着材６０のフィレット面により反射され、透光性部材２０へと導光されやすくなる。なお、透光性部材２０と発光素子１０とは、接着材６０を用いずに、圧着、焼結、表面活性化接合、原子拡散接合、水酸基接合等により直接接合されてもよい。
接着材６０は、発光素子１０と透光性部材２０とを接合するものである。接着材６０は、発光素子１０の上面１１から側面１２の少なくとも一部に連続すると共に、被覆部材４０と発光素子１０の側面１２との間に介在して設けられる。被覆部材４０と発光素子１０の側面１２との間に介在する接着材６０の上面は、透光性部材２０の下面２１と接して設けられている。接着材６０は、発光素子１０からの出射光を透光性部材２０に導光することができる透光性材料を用いることが好ましい。接着材６０は、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂のような周知の接着材、高屈折率の有機接着材、無機系接着材、低融点ガラスによる接着材等を用いることができる。接着材６０は、発光素子１０の上面１１から側面１２にまで延在し、フィレット６５として設けられることが好ましい。フィレット６５は、透光性部材２０の下面２１と発光素子１０の側面１２との双方に接し、被覆部材４０側に凹の曲面であることが好ましい。このような形状によって、発光素子１０から出射される光は接着材６０のフィレット面により反射され、透光性部材２０へと導光されやすくなる。なお、透光性部材２０と発光素子１０とは、接着材６０を用いずに、圧着、焼結、表面活性化接合、原子拡散接合、水酸基接合等により直接接合されてもよい。
発光装置１は、以上説明した構成を備えているので、一例として、オートバイ、自動車等のヘッドライト、あるいは船舶等の照明として使用される場合に、発光素子１０から出射される光をより遠くへ照射することができる。すなわち、発光装置１では、発光素子１０から光が出射されると、被覆部材４０に反射されずに、透光性部材２０中を伝搬して透光性部材２０の上面２２に直接向かう光と、被覆部材４０に反射して透光性部材２０の上面２２から出る光とがある。そして、発光装置１では、透光性部材２０が凹部９を有することで、透光性部材２０の下面２１から入射した光が上面２２側に導光され易くすることができる。さらに、透光性部材２０は、凸状に形成されているため、発光素子１０からの出射光は透光性部材２０の上面２２に集約される。これにより、ヘッドライトのハイビーム用途等に適した、高輝度で、より遠方に光を照射することができる発光装置１とすることができる。
さらに、発光装置１は、透光性部材２０の周辺部２５の表面に縞状の凹凸が上面２２から下面２１に向かって形成されていることにより、被覆部材４０と透光性部材２０の周辺部２５との接触面積が大きくなり、密着性が向上する。
［発光装置の製造方法］
次に発光装置の製造方法の一例について説明する。図９Ａは、第１実施形態に係る発光装置の製造方法において基板に発光素子を実装した状態を模式的に示す説明図である。図９Ｂは、第１実施形態に係る発光装置の製造方法において発光素子上に接着材を塗布した状態を模式的に示す説明図である。図９Ｃは、第１実施形態に係る発光装置の製造方法において発光素子上に接着材を介して透光性部材を接合した状態を模式的に示す説明図である。図９Ｄは、第１実施形態に係る発光装置の製造方法において透光性部材の上面を除く表面および発光素子の周縁に光反射性部材を設けた状態を模式的に示す説明図である。図１０は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法において用いる透光性基板の一例を模式的に示す説明図である。図１１は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法においてレーザ加工工程を模式的に示す説明図である。図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線における透光性基板の断面を模式的に示す断面図である。
次に発光装置の製造方法の一例について説明する。図９Ａは、第１実施形態に係る発光装置の製造方法において基板に発光素子を実装した状態を模式的に示す説明図である。図９Ｂは、第１実施形態に係る発光装置の製造方法において発光素子上に接着材を塗布した状態を模式的に示す説明図である。図９Ｃは、第１実施形態に係る発光装置の製造方法において発光素子上に接着材を介して透光性部材を接合した状態を模式的に示す説明図である。図９Ｄは、第１実施形態に係る発光装置の製造方法において透光性部材の上面を除く表面および発光素子の周縁に光反射性部材を設けた状態を模式的に示す説明図である。図１０は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法において用いる透光性基板の一例を模式的に示す説明図である。図１１は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法においてレーザ加工工程を模式的に示す説明図である。図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線における透光性基板の断面を模式的に示す断面図である。
発光装置の製造方法は、透光性部材２０を準備する工程と、発光素子１０の上面１１に透光性部材２０の下面２１を接合する工程と、透光性部材２０の上面２２を露出させて透光性部材２０の凹部９、発光素子１０の側面１２を被覆するように被覆部材４０を形成する工程と、を含む。透光性部材２０を準備する工程では、矩形の上面２２を形成する本体部２４と、本体部２４の周辺において本体部２４より厚みが薄い周辺部２５と、を有し、周辺部２５の側面が、矩形の角部５に対応する位置に形成される凹部９を有する透光性部材２０を準備する。この透光性部材２０を準備する工程の詳細については後記する。
（発光素子の上面に透光性部材の下面を接合する工程）
発光素子１０に透光性部材２０を接合する工程では、例えば、図９Ａに示すように、基板５０上に載置された発光素子１０を準備し、図９Ｂに示すように、発光素子１０の上面に接着材６１を滴下する。滴下された接着材６１は、透光性部材２０により押圧され、発光素子１０の側面まで亘って濡れ広がり、フィレット６５が形成された接着材６０となる。滴下する接着材６１の量及び粘度は、発光素子１０の側面にフィレットが形成され、かつ接着材６１が基板５０まで濡れ広がらない程度に適宜調整される。そして、図９Ｃに示すように、透光性部材２０は、発光素子１０の上面に配置された接着材６０を介して透光性部材２０の下面が発光素子１０上に接合される。
発光素子１０に透光性部材２０を接合する工程では、例えば、図９Ａに示すように、基板５０上に載置された発光素子１０を準備し、図９Ｂに示すように、発光素子１０の上面に接着材６１を滴下する。滴下された接着材６１は、透光性部材２０により押圧され、発光素子１０の側面まで亘って濡れ広がり、フィレット６５が形成された接着材６０となる。滴下する接着材６１の量及び粘度は、発光素子１０の側面にフィレットが形成され、かつ接着材６１が基板５０まで濡れ広がらない程度に適宜調整される。そして、図９Ｃに示すように、透光性部材２０は、発光素子１０の上面に配置された接着材６０を介して透光性部材２０の下面が発光素子１０上に接合される。
（被覆部材を形成する工程）
続いて、被覆部材４０を形成する工程を行う。この工程では、透光性部材２０の凹部９と発光素子１０の側面とを覆う被覆部材４０が設けられる。被覆部材４０の形成は、例えば、ポッティングにより行うことができる。被覆部材４０は、発光素子１０と基板５０との間、発光素子１０と側面のフィレット６５、および、透光性部材２０の凹部９を覆う。この際、透光性部材２０の上面２２が被覆部材４０から露出するよう、被覆部材は透光性部材２０から離間した基板５０上面に滴下することが好ましい。
続いて、被覆部材４０を形成する工程を行う。この工程では、透光性部材２０の凹部９と発光素子１０の側面とを覆う被覆部材４０が設けられる。被覆部材４０の形成は、例えば、ポッティングにより行うことができる。被覆部材４０は、発光素子１０と基板５０との間、発光素子１０と側面のフィレット６５、および、透光性部材２０の凹部９を覆う。この際、透光性部材２０の上面２２が被覆部材４０から露出するよう、被覆部材は透光性部材２０から離間した基板５０上面に滴下することが好ましい。
ここで、透光性部材２０の垂直側面３１は、透光性部材２０の下面２１及び上面２２に対して略垂直に形成されているので、基板５０上面に滴下された未硬化の被覆部材４０が、透光性部材２０の上面２２へ這い上がることを抑制することができる。また、透光性部材２０が凹部９を有することにより、ポッティングにより基板５０上面に滴下された被覆部材４０を形成する未硬化の樹脂材料が、凹部９を起点として周辺部２５の傾斜側面３２へと流動しやすくなる。これにより、被覆部材４０におけるボイドの発生を抑制することができる。
なお、被覆部材４０は、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形等の金型成形、印刷等によって形成することとしてもよい。
なお、被覆部材４０は、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形等の金型成形、印刷等によって形成することとしてもよい。
（透光性部材を準備する工程）
次に、透光性部材２０を準備する工程について、１枚の透光性基板をレーザ加工して複数の透光性部材２０を形成するものとして説明する。
次に、透光性部材２０を準備する工程について、１枚の透光性基板をレーザ加工して複数の透光性部材２０を形成するものとして説明する。
透光性部材２０を準備する工程は、図１０および図１１に示すように、透光性基板８０の表面にレーザ加工により分割溝８１を格子状に形成すると共に、分割溝８１の格子点８５を貫通させるレーザ加工工程と、図１２に示すように、分割溝８１の中心線８２に沿って透光性基板８０を複数の透光性部材２０に分割する工程と、を含む。
板状の透光性基板８０の表面に、レーザ加工により格子状の分割溝８１を形成することにより、レーザ加工が重複して施される格子点８５において、透光性基板８０を貫通させる貫通孔を形成することができる。レーザ加工による貫通孔は平面視略円形となる。その後、分割溝８１の中心線８２に沿って透光性基板８０を複数の透光性部材２０に分割することで、矩形の上面を形成する本体部２４と、本体部２４の周辺において本体部２４より厚みが薄い周辺部２５と、を有し、周辺部２５の側面が、矩形の角部に対応する位置に形成される凹部９を有する透光性部材２０が形成される。このようにして形成された凹部９は、平面視において湾曲した形状の湾曲側面２６を有する。
板状の透光性基板８０の表面に、レーザ加工により格子状の分割溝８１を形成することにより、レーザ加工が重複して施される格子点８５において、透光性基板８０を貫通させる貫通孔を形成することができる。レーザ加工による貫通孔は平面視略円形となる。その後、分割溝８１の中心線８２に沿って透光性基板８０を複数の透光性部材２０に分割することで、矩形の上面を形成する本体部２４と、本体部２４の周辺において本体部２４より厚みが薄い周辺部２５と、を有し、周辺部２５の側面が、矩形の角部に対応する位置に形成される凹部９を有する透光性部材２０が形成される。このようにして形成された凹部９は、平面視において湾曲した形状の湾曲側面２６を有する。
レーザ加工工程は、パルスレーザ光のレーザスポットを分割溝８１の延伸方向および溝幅方向に移動させながら、パルスレーザ光により透光性基板８０の分割溝８１の表面に、分割溝８１の深さ方向に沿ったレーザ痕８４を形成する。このレーザ痕８４により、透光性部材２０は、周辺部２５の表面に縞状の凹凸が上面から下面に向かって形成される。
レーザ加工条件は、透光性基板８０に適切に分割溝８１を形成できるものであればよく、例えば、以下に示すものを挙げることができる。レーザ種類は、ＹＡＧレーザであることが好ましい。例えば、レーザ光の発振波長は、３５５ｎｍ（ＵＶ：第３高調波)である。レーザ光はパルス光であり、レーザ光のパルス幅は、加工品質を向上させる観点からは、１フェムト秒以上１ナノ秒以下（１０-15秒以上１０-9秒以下）であることが好ましい。レーザ光のパルスエネルギーは、例えば、レーザ光の波長が３５５ｎｍである場合、加工速度を高速化する観点からは、１０～８０μＪであることが好ましい。また、レーザ光の幅であるビーム径は、５０μｍ程度であることが好ましい。
レーザ加工条件は、透光性基板８０に適切に分割溝８１を形成できるものであればよく、例えば、以下に示すものを挙げることができる。レーザ種類は、ＹＡＧレーザであることが好ましい。例えば、レーザ光の発振波長は、３５５ｎｍ（ＵＶ：第３高調波)である。レーザ光はパルス光であり、レーザ光のパルス幅は、加工品質を向上させる観点からは、１フェムト秒以上１ナノ秒以下（１０-15秒以上１０-9秒以下）であることが好ましい。レーザ光のパルスエネルギーは、例えば、レーザ光の波長が３５５ｎｍである場合、加工速度を高速化する観点からは、１０～８０μＪであることが好ましい。また、レーザ光の幅であるビーム径は、５０μｍ程度であることが好ましい。
透光性基板８０を上記レーザ加工条件で加工した場合、作製された透光性部材２０の傾斜側面３２の表面粗さは、以下に示す範囲であった。
透光性部材２０の傾斜側面３２は、日本産業規格ＪＩＳ規格Ｂ０６０１：２０１３で規定される算術平均粗さＲａが、１μｍ以上５μｍ以下である。この算術平均粗さＲａは、透光性部材２０の傾斜側面３２である加工面の線粗さを表し、ｎ＝１６ヶ所として、それら任意の２点間において凹凸を２次元的に表した測定値の平均値である。
透光性部材２０の傾斜側面３２は、国際規格ＩＳＯ２５１７８で規定される面粗さＳａが、１μｍ以上５μｍ以下である。この面粗さＳａは、透光性部材２０の傾斜側面３２である加工面の面粗さを表し、ｎ＝６ヶ所として、任意のエリアにおいて凹凸を３次元的に表した測定値の平均値である。
透光性部材２０の傾斜側面３２は、日本産業規格ＪＩＳ規格Ｂ０６０１：２０１３で規定される算術平均粗さＲａが、１μｍ以上５μｍ以下である。この算術平均粗さＲａは、透光性部材２０の傾斜側面３２である加工面の線粗さを表し、ｎ＝１６ヶ所として、それら任意の２点間において凹凸を２次元的に表した測定値の平均値である。
透光性部材２０の傾斜側面３２は、国際規格ＩＳＯ２５１７８で規定される面粗さＳａが、１μｍ以上５μｍ以下である。この面粗さＳａは、透光性部材２０の傾斜側面３２である加工面の面粗さを表し、ｎ＝６ヶ所として、任意のエリアにおいて凹凸を３次元的に表した測定値の平均値である。
前記のような各工程により製造された発光装置１は、凹部９が形成された透光性部材２０を発光素子１０に接合するので、従来は反射を繰り返し減衰して外部に取り出せなかった光を有効に利用して輝度を向上させることができる。また、透光性部材２０の傾斜側面３２に縞状の凹凸８４が形成されているので、被覆部材４０と透光性部材２０の鍔部３０とを強固に密着させることができる。
さらに、透光性部材２０の上面２２の形状を、発光素子１０の上面１１の形状と相似の形状とすることで、発光素子１０の上に透光性部材２０を接合する際に位置合わせし易くすることができる。特に、平面視において透光性部材２０が、矩形の角部５に対応する位置にそれぞれ凹部９を有しているので、位置合わせの精度を向上させることができる。
以上、本発明に係る発光装置および発光装置の製造方法について、発明を実施するための形態によって具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
例えば、発光装置は、図７の断面形状の透光性部材２０を備えるものとしたが、図１３の断面形状の透光性部材２０Ｂを備えるものであってもよい。透光性部材２０Ｂは、断面視形状が凸形状であり、発光素子１０の上面１１と接合する下面２１Ｂと、下面２１Ｂより狭い上面２２Ｂと、を備えている。透光性部材２０Ｂは、矩形の上面２２Ｂを形成する本体部２４Ｂと、本体部２４Ｂの周辺において本体部２４Ｂより厚みが薄い周辺部２５Ｂと、を有している。なお、周辺部２５Ｂは、上面２２Ｂを形成する矩形の角部に対応する位置であって周辺部２５Ｂの側面に本体部２４Ｂ側に凹んだ凹部を有している。透光性部材２０Ｂの周辺部２５Ｂは、凹部を介して複数の鍔部３０Ｂを有する。
鍔部３０Ｂは、本体部２４Ｂ側から外縁まで略同じ厚みになるように形成されている。鍔部３０Ｂは、上面２２Ｂの矩形の一辺に対向する位置での上面３２Ｂと、第１垂直側面３１Ｂと、第２垂直側面３３と、周辺部２５Ｂの位置での下面２１Ｂと、周辺部２５Ｂの矩形の角部に対応する側面と、により形成されている。第１垂直側面３１Ｂは、透光性部材２０Ｂの下面２１Ｂに連続し、下面２１Ｂ及び上面２２Ｂに対して略垂直に形成されている。上面３２Ｂは、第１垂直側面３１Ｂに連続し、第１垂直側面３１Ｂに対して略垂直に形成されている。第２垂直側面３３は、上面３２Ｂに連続すると共に、上面３２Ｂに対して略垂直に形成されている。また、第２垂直側面３３は、透光性部材２０Ｂの上面２２Ｂに連続すると共に、上面２２Ｂに対して略垂直に形成されている。鍔部３０Ｂは、分割溝８１の幅方向の深さが略同一になるようにレーザ加工することで形成することができる。この変形例においても、輝度を向上させる効果を奏することができる。
また、発光装置１は、透光性部材２０の下面２１が１つの発光素子１０と接合されているものとしたが、透光性部材２０の下面２１が複数の発光素子１０と接合されているものであってもよい。この変形例に係る発光装置では、例えば２つの発光素子１０が、全体として平面視で矩形状になるように整列して配置されている。この場合、透光性部材を準備する工程は、透光性部材の上面の形状が、２つの発光素子１０の上面を覆う矩形状である透光性部材を準備する。この変形例においても、輝度を向上させる効果を奏することができる。
１ 発光装置
３ 辺
５ 角部
７ 外縁
９ 凹部
１０ 発光素子
１１ 発光素子の上面
１２ 発光素子の側面
２０，２０Ｂ 透光性部材
２１，２１Ｂ 透光性部材の下面
２２，２２Ｂ 透光性部材の上面
２４，２４Ｂ 本体部
２５，２５Ｂ 周辺部
２６ 湾曲側面
３０，３０Ｂ 鍔部
３１ 垂直側面
３１Ｂ 第１垂直側面
３２，３２Ｂ 傾斜側面
３３ 第２垂直側面
４０ 被覆部材
５０ 基板
６０，６１ 接着材
６５ フィレット
７０ 保護素子
８０ 透光性基板
８１ 分割溝
８２ 中心線
８３ 分割溝の表面
８４ 縞状の凹凸（レーザ痕）
８５ 格子点
３ 辺
５ 角部
７ 外縁
９ 凹部
１０ 発光素子
１１ 発光素子の上面
１２ 発光素子の側面
２０，２０Ｂ 透光性部材
２１，２１Ｂ 透光性部材の下面
２２，２２Ｂ 透光性部材の上面
２４，２４Ｂ 本体部
２５，２５Ｂ 周辺部
２６ 湾曲側面
３０，３０Ｂ 鍔部
３１ 垂直側面
３１Ｂ 第１垂直側面
３２，３２Ｂ 傾斜側面
３３ 第２垂直側面
４０ 被覆部材
５０ 基板
６０，６１ 接着材
６５ フィレット
７０ 保護素子
８０ 透光性基板
８１ 分割溝
８２ 中心線
８３ 分割溝の表面
８４ 縞状の凹凸（レーザ痕）
８５ 格子点
Claims (12)
- 発光素子と、
矩形の上面と前記発光素子に接合される下面とを有する透光性部材と、
前記透光性部材の前記上面を露出させて前記透光性部材および前記発光素子の側面を被覆する被覆部材と、を備え、
前記透光性部材は、
前記矩形の上面を形成する本体部と、
前記本体部の周辺において前記本体部より厚みが薄い周辺部と、を有し、
前記周辺部は、前記矩形の角部に対応する位置であって前記周辺部の側面に前記本体部側に凹んだ凹部を有し、
前記透光性部材は、前記周辺部の表面に縞状の凹凸が前記上面から前記下面に向かって形成されている発光装置。 - 発光素子と、
矩形の上面と前記発光素子に接合される下面とを有する透光性部材と、
前記透光性部材の前記上面を露出させて前記透光性部材および前記発光素子の側面を被覆する被覆部材と、を備え、
前記透光性部材は、
前記矩形の上面を形成する本体部と、
前記本体部の周辺において前記本体部より厚みが薄い周辺部と、を有し、
前記周辺部は、前記矩形の角部に対応する位置であって前記周辺部の側面に前記本体部側に凹んだ凹部を有し、
前記透光性部材の前記凹部は、平面視において湾曲した形状となる湾曲側面を有する発光装置。 - 前記透光性部材の前記周辺部は、前記凹部を介して前記矩形の各辺に沿ってそれぞれ形成される鍔部を有する請求項１または請求項２に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、蛍光体を含有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記透光性部材の前記鍔部は、平面視において略矩形状である、請求項３に記載の発光装置。
- 前記透光性部材の前記周辺は、前記本体部側から外縁まで徐々に薄くなるように形成されている、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記透光性部材の下面は複数の発光素子と接合されている、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発光装置。
- 矩形の上面を形成する本体部と、前記本体部の周辺において前記本体部より厚みが薄い周辺部と、を有し、前記周辺部の側面が、前記矩形の角部に対応する位置に形成される凹部を有する透光性部材を準備する工程と、
発光素子の上面に前記透光性部材の下面を接合する工程と、
前記透光性部材の前記上面を露出させて前記透光性部材の前記凹部、前記発光素子の側面を被覆するように被覆部材を形成する工程と、を含み、
前記透光性部材を準備する工程は、
透光性基板の表面にレーザ加工により分割溝を格子状に形成すると共に、前記分割溝の格子点を貫通させるレーザ加工工程と、
前記分割溝の中心線に沿って前記透光性基板を複数の透光性部材に分割する工程と、を含み、
前記レーザ加工工程は、パルスレーザ光のレーザスポットを前記分割溝の延伸方向および溝幅方向に移動させながら、前記パルスレーザ光により前記透光性基板の分割溝の表面に、分割溝の深さ方向に沿ったレーザ痕を形成する発光装置の製造方法。 - 前記透光性部材は、蛍光体を含有する、請求項８に記載の発光装置の製造方法。
- 前記透光性部材を準備する工程は、前記透光性部材の上面の形状が、前記発光素子の上面の形状と相似の形状である前記透光性部材を準備する、請求項８または請求項９に記載の発光装置の製造方法。
- １つの前記透光性部材の下面に複数の前記発光素子を接合する、請求項８または請求項９に記載の発光装置の製造方法。
- 前記被覆部材を形成する工程は、ポッティングにより行う、請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
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