WO2023167024A1 - 発光装置 - Google Patents

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WO2023167024A1
WO2023167024A1 PCT/JP2023/005794 JP2023005794W WO2023167024A1 WO 2023167024 A1 WO2023167024 A1 WO 2023167024A1 JP 2023005794 W JP2023005794 W JP 2023005794W WO 2023167024 A1 WO2023167024 A1 WO 2023167024A1
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WO
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light
lens
emitting element
light emitting
emitting device
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PCT/JP2023/005794
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English (en)
French (fr)
Inventor
武紀 染谷
和夫 山田
Original Assignee
Ａｇｃ株式会社
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    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G02B1/118—Anti-reflection coatings having sub-optical wavelength surface structures designed to provide an enhanced transmittance, e.g. moth-eye structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • the present disclosure relates to a light emitting device.
  • the ultraviolet light emitting element package described in Patent Document 1 includes an ultraviolet light emitting element and a convex lens. By using a convex lens, total reflection of light can be suppressed, and the light extraction efficiency can be improved.
  • the bottom surface of the convex lens and the light extraction surface of the ultraviolet light emitting element are bonded via a refractive index relaxation material layer.
  • the refractive index relaxation substance layer is made of an amorphous fluororesin having a carboxyl group.
  • the LED element and the inorganic glass molding described in Patent Document 2 are joined using a silicone resin.
  • the light-emitting element and the lens described in Patent Document 3 are bonded by a surface activated bonding method.
  • the “surface activation bonding method” is a method of activating the bonding surfaces of the light emitting element and the lens with an ion beam or plasma to directly bond the bonding surfaces.
  • Patent Document 4 The light-emitting element and the optical member described in Patent Document 4 are bonded by an atomic diffusion bonding method using a metal film.
  • Patent Document 5 describes using an oxide film instead of a metal film in the atomic diffusion bonding method.
  • Patent Document 6 discloses an encapsulant for an ultraviolet light emitting diode (UV-LED).
  • UV-LED ultraviolet light emitting diode
  • the encapsulant comprises an organic-inorganic hybrid polymer.
  • One aspect of the present disclosure provides a technique for suppressing bias in the light emission intensity distribution and improving the yield by keeping the positional deviation of the light emitting element and the lens within an allowable range.
  • a light-emitting device includes a light-emitting element and a lens bonded to the light-emitting element.
  • the light emitting element has a rectangular light exit surface facing the lens.
  • the lens has a facing surface facing the light emitting element and a convex curved surface facing away from the facing surface. When viewed from a direction perpendicular to the light exit surface, the peripheral edge of the convex surface is circular, and the distance between the center of the convex surface and the center of the light exit surface is ⁇ (unit: ⁇ m).
  • the minimum length of each side of the light exit surface is L (unit: mm)
  • the diameter of the peripheral edge of the convex curved surface is R (unit: mm)
  • R/L is r
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state before bonding a light-emitting element and a lens that constitute a light-emitting device according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to one embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of misalignment when a light emitting element and a lens are joined together.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of the radiation angle and azimuth angle of light.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between ⁇ , CV, and ⁇ when r is 3.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between ⁇ , CV, and ⁇ when r is 1.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between ⁇ , CV, and ⁇ when r is 1.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between ⁇ , ⁇ CV AVE , and r.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between Equation (1) and ⁇ CV AVE .
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the relationship between r and EF.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a peel strength test method.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a first modified example.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a second modified example.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a third modified example.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a fourth modification.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a fifth modification.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of a light emitting
  • a light-emitting device 1 includes a light-emitting element 2 and a lens 3 bonded to the light-emitting element 2 .
  • Light generated by the light emitting element 2 is extracted to the outside through the lens 3 .
  • the lens 3 By using the lens 3, the total reflection of light can be suppressed, and the light extraction efficiency can be improved.
  • the light emitting device 1 includes one light emitting element 2 and one lens 3, but may include multiple light emitting elements 2 and multiple lenses 3. In the latter case, one lens 3 is used for each of the plurality of light emitting elements 2 .
  • a plurality of lenses 3 may be provided on one side of a plate made of the same material as the lenses 3, and a plurality of light emitting elements 2 may be provided on the opposite side of the plate.
  • the light emitting element 2 is, for example, an ultraviolet light emitting element.
  • the ultraviolet rays may be UVC (wavelength 200 nm to 280 nm), UVB (wavelength 280 nm to 315 nm), or UVA (wavelength 315 nm to 400 nm).
  • the light emitting element 2 may be a visible light emitting element or an infrared light emitting element.
  • the light-emitting device 2 has a substrate 22 and a semiconductor layer 23 .
  • the light emitting element 2 has, for example, a flip chip structure.
  • the light emitting device 2 has a flip-chip structure, light generated in the semiconductor layer 23 is emitted through the substrate 22 , and the substrate 22 forms the light emitting surface 21 .
  • the light exit surface 21 faces the lens 3 .
  • the substrate 22 is made of, for example, a sapphire substrate or an aluminum nitride substrate.
  • An aluminum nitride substrate is a substrate made of a single crystal of aluminum nitride.
  • a plate thickness t of the substrate 22 is, for example, 0.05 mm to 2 mm.
  • the semiconductor layer 23 is provided on the opposite side of the lens 3 with respect to the substrate 22 .
  • the semiconductor layer 23 emits light when a voltage is applied.
  • An electrode for applying a voltage to the semiconductor layer 23 is not shown, but is formed on the opposite side of the semiconductor layer 23 to the substrate 22 so as not to block light from the semiconductor layer 23 toward the substrate 22 . Therefore, it is possible to prevent the light extraction efficiency from being lowered by the electrodes.
  • the light emitting element 2 may be bonded to the mounting substrate via solder bumps.
  • the mounting substrate is, for example, an aluminum nitride sintered body, an aluminum oxide sintered body, or LTCC (Low Electrodes are formed on a ceramic substrate such as Temperature Co-fired Ceramics.
  • the lens 3 has a facing surface 31 facing the light emitting element 2 and a convex curved surface 32 facing in the opposite direction to the facing surface 31 .
  • Light generated by the light emitting element 2 is incident on the facing surface 31 and emitted from the convex curved surface 32 .
  • the convex curved surface 32 is a dome-shaped curved surface in which the center protrudes from the periphery.
  • the lens 3 may be either a spherical lens or an aspherical lens, but a spherical lens is preferable from the viewpoint of light extraction efficiency. Therefore, the convex curved surface 32 is preferably a portion of a spherical surface.
  • the lens 3 may have a flange protruding radially outward from the peripheral edge of the convex curved surface 32 .
  • the material of the lens 3 is, for example, oxide glass.
  • Oxide glass can be processed by various processing methods such as thermoforming or grinding and polishing, and a processing method suitable for the shape of the lens 3 can be selected.
  • oxide glass include soda lime glass, alkali-free glass, chemically strengthened glass, lanthanum borate glass, and the like.
  • a material having a low absorptance over a wide wavelength range is suitable as the material of the lens 3, and the material of the lens 3 may be quartz, quartz glass, or sapphire.
  • the light emitting element 2 and the lens 3 are joined together with the light emitting surface 21 of the light emitting element 2 and the facing surface 31 of the lens 3 facing each other.
  • the light emitting surface 21 and the facing surface 31 are hereinafter also referred to as joint surfaces.
  • the surface roughness Ra of the light emitting surface 21 of the light emitting element 2 is, for example, 0.01 nm to 5 nm.
  • the surface roughness Ra of the light emitting surface 21 is 5 nm to 50 nm.
  • the surface roughness Ra of the facing surface 31 of the lens 3 is, for example, 0.01 nm to 5 nm.
  • the light emitting surface 21 and the facing surface 31 are each a flat surface, but may be a convex curved surface or a concave curved surface.
  • the light emitting surface 21 and the facing surface 31 are preferably flat in the areas where they overlap each other, and the remaining areas may be convex or concave surfaces.
  • the light-emitting element 2 and the lens 3 are bonded, for example, by a surface activated bonding method.
  • Surface activated bonding methods include hydrophilic bonding methods.
  • an oxide film, a nitride film, or an oxynitride film may be used as the bonding films 4 and 5 .
  • Surface-activated bonding methods include, for example, sequential plasma methods.
  • the sequential plasma method is, for example, reactive ion etching using oxygen gas. etching; RIE), reactive ion etching using nitrogen gas, and nitrogen radical irradiation.
  • oxygen RIE reactive ion etching using oxygen gas
  • nitrogen RIE nitrogen RIE
  • the sequential plasma method may include nitrogen RIE and nitrogen radical irradiation, and may not include oxygen RIE.
  • the sequential plasma method modifies the bonding surface.
  • the modified bonding surface comes into contact with water vapor or water, and OH groups, which are hydrophilic groups, are generated on the bonding surface. After that, hydrogen bonding occurs between the OH groups at the time of bonding, and high bonding strength is obtained.
  • Annealing may be performed after bonding. Annealing converts hydrogen bonds to covalent bonds, resulting in higher bond strength.
  • the present inventors have found that when the joint surface of a member (quartz or quartz glass) with a SiO 2 content of 100 mol% is modified by the sequential plasma method, it is compared with the case where the modification is performed using only oxygen RIE. It was confirmed that high bonding strength could be obtained.
  • the present inventor conducted further experiments and found that when at least one of two members to be joined together is a member with a low SiO 2 content, if a silicon oxide film is formed on the joint surface of the member, We found that the bonding strength can be improved by the sequential plasma method.
  • the silicon oxide film before surface modification contains almost no impurities other than oxygen and silicon, like quartz or quartz glass. Therefore, if the bonding surface of the silicon oxide film is modified by the sequential plasma method, a high bonding strength can be obtained to the same extent as in the case of modifying the bonding surface of the quartz glass by the sequential plasma method.
  • the substrate 22 of the light emitting device 2 is a sapphire substrate or an aluminum nitride substrate
  • the substrate 22 hardly contains SiO2 . Therefore, in this case, if a silicon oxide film is formed as the bonding film 4 on the light emitting surface 21 of the substrate 22, the bonding strength can be improved using the sequential plasma method.
  • the bonding film 4 formed on the light emitting surface 21 of the light emitting element 2 is hereinafter also referred to as the first bonding film 4 .
  • the lens 3 is, for example, soda lime glass, alkali-free glass, chemically strengthened glass, or lanthanum borate glass.
  • the SiO 2 content of these glasses is below 70 mol %. If a silicon oxide film is formed as the bonding film 5 on the facing surface 31 of the lens 3 made of these glasses, the bonding strength can be improved by the sequential plasma method.
  • the bonding film 5 formed on the facing surface 31 of the lens 3 is hereinafter also referred to as a second bonding film 5 .
  • the lens 3 is quartz glass or quartz, the silicon oxide film as the second bonding film 5 is unnecessary. In this case, if the facing surface 31 of the lens 3 is modified using the sequential plasma method, a higher bonding strength can be obtained than when the modification is performed using only the oxygen RIE.
  • Each silicon oxide film is formed by, for example, a sputtering method.
  • the sputtering method may be a reactive sputtering method.
  • the reactive sputtering method uses a metal target and a mixed gas of an inert gas such as a rare gas and a reactive gas (for example, oxygen gas) to form a metal oxide on a target substrate.
  • the sputtering method may use a metal oxide target.
  • each silicon oxide film forming method is not limited to the sputtering method, and may be a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a vapor deposition method, an ALD (Atomic Layer Deposition) method, or the like.
  • the film thickness of each silicon oxide film is, for example, 1 nm to 100 nm. If the film thickness of each silicon oxide film is 1 nm or more, the reforming effect of the sequential plasma method can be obtained. If the thickness of each silicon oxide film is 100 nm or less, the total thickness of the two silicon oxide films is smaller than the wavelength of the light emitted from the light emitting element 2, so the refractive index between the substrate 22 and the silicon oxide film is Almost no reflection of light due to difference occurs.
  • each silicon oxide film is preferably 75 nm or less, more preferably 50 nm or less, still more preferably 30 nm or less, still more preferably 20 nm or less, and particularly preferably 10 nm or less, More preferably, it is 5 nm or less. Since the film thickness of each silicon oxide film is thin, the surface roughness of each silicon oxide film is approximately the same as the surface roughness of the light emitting surface 21 of the light emitting element 2 or the surface roughness of the facing surface 31 of the lens 3 . become the same.
  • the bonding method of the light emitting element 2 and the lens 3 is not limited to the surface activation bonding method.
  • Atomic diffusion bonding may be used.
  • metal films are used as the bonding films 4 and 5, but oxide films may be used.
  • the method of joining the light emitting element 2 and the lens 3 may be a method using an organic adhesive.
  • the organic adhesive may be applied to the light emitting element 2 or the lens 3 .
  • a resin film made of a cured organic adhesive is formed as a bonding film.
  • a general organic adhesive may be used, but from the viewpoint of preventing deterioration of the resin due to the light from the light emitting element 2, the organic adhesive is preferably a resin with high UV resistance, specifically a silicone resin. Alternatively, it is preferably a fluororesin.
  • the organic adhesive may contain one type of resin, or may contain multiple types of resins.
  • a silicone resin has a siloxane bond (Si-O-Si bond) in which silicon and oxygen are alternately linked in its main skeleton, and an organic functional group is linked to the silicon atom.
  • organic functional groups are preferably functional groups that do not absorb in the deep ultraviolet region, such as alkyl groups.
  • Some or all of the hydrogen atoms in the alkyl group may be substituted with halogen atoms such as fluorine atoms and chlorine atoms.
  • the structure of the main skeleton may be a straight chain structure represented by (-R 1 R 2 SiO-), but a silsesquioxane resin represented by (-R 3 SiO 1.5 -) can be particularly preferably used.
  • R 1 to R 3 mean organic functional groups.
  • Silsesquioxane resin which has a structure in which one organic functional group and three oxygen atoms are bonded to a silicon atom, has fewer organic functional groups than a linear structure, so it is particularly excellent in light resistance and heat resistance.
  • Random structures, ladder structures, and cage structures are known as skeletons of silsesquioxane resins, but they can be used without particular limitation in the present embodiment.
  • Examples of silsesquioxane resins include SR series, SP series, and SO series manufactured by Konishi Chemical Co., Ltd.
  • Other examples include silicone resins KR-220L, KR-220KP, KR-242A, KR-251 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., and materials disclosed in Japanese Patent No. 6257446.
  • the silicone resin may contain at least one metal element X selected from the group consisting of titanium, zirconium, aluminum, tin, lanthanum, yttrium, gadolinium, cerium, iron, manganese, zinc, bismuth, cobalt, and nickel. can.
  • a known method can be used to incorporate the metal element X into the silicone resin. After adding an organometallic compound such as a metal alkoxide, a metal chelate, or a metal acylate to the silicone resin, the organometallic compound is converted into an organic compound by heating. A method of removing components by volatilization is preferred.
  • the UV resistance can be greatly improved.
  • a possible mechanism is that the metal element X cross-links the decomposed portion generated in the silicone resin upon exposure to UV light.
  • the content of the metal element X is too small, the effect of improving the resistance to ultraviolet rays is not sufficiently exhibited. 04% by mass or more, particularly preferably 0.08% by mass or more.
  • the content of the metal element X is large, the loss of light from the light emitting element 2 when passing through the resin film becomes large due to absorption of light by the metal component.
  • it is preferably 5% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, and particularly preferably less than 1% by mass.
  • the content (unit: mass %) of the metal element X is the ratio of the metal element X when the mass of the silicone resin film (including the mass of the metal element X) is 100 mass %.
  • the content of each element alone should be within the above range.
  • the silicone resin film contains X1 and X2 as the metal elements X
  • the content of X1 should be within the above range
  • the content of X2 should be within the above range.
  • a metal element other than the metal element X may be contained in the silicone resin film.
  • the metal element X and other metal elements in the silicone resin film may be in the form of metal, ion, oxide, compound, or complex.
  • the method for measuring the content of the metal element X and other metal elements in the silicone resin film is not particularly limited, and known methods can be employed. -MS).
  • Amorphous fluororesin is preferably used as the fluororesin.
  • the amorphous fluororesin for example, CYTOP (trade name: CYTOP: registered trademark) manufactured by AGC, Teflon (registered trademark) AF manufactured by Mitsui Chemours Fluoro Products, or the like can be used. These amorphous fluororesins are transparent without absorption even in the ultraviolet region, and have little loss when the light from the light emitting element 2 is transmitted through the resin film, and have high resistance to ultraviolet rays.
  • the light emitting element 2 and the lens 3 are joined together with the light emitting surface 21 of the light emitting element 2 and the facing surface 31 of the lens 3 facing each other.
  • the light emitting surface 21 of the light emitting element 2 is rectangular.
  • the light exit surface 21 has all four sides of equal length in this embodiment, but the length of one pair of sides may be longer than the length of the remaining pair of sides.
  • the peripheral edge of the convex curved surface 32 is circular.
  • the distance between the center 32C of the convex curved surface 32 and the center 21C of the light emitting surface 21 when viewed from the direction perpendicular to the light emitting surface 21 is ⁇ (unit: ⁇ m).
  • L be the minimum length of each side of the output surface 21 (unit: mm)
  • R be the diameter of the peripheral edge of the convex curved surface 32 (unit: mm)
  • R/L be r. 0 ⁇ 450/r (1) holds.
  • a center 32 ⁇ /b>C of the convex curved surface 32 is the center of a circle obtained by approximating the periphery of the convex curved surface 32 by the method of least squares when viewed from a direction perpendicular to the light exit surface 21 .
  • the center 21 ⁇ /b>C of the light exit surface 21 is the intersection of two diagonal lines connecting the diagonals of the light exit surface 21 .
  • L is preferably 0.5 mm to 3 mm
  • R is preferably 0.5 mm to 10 mm
  • the distance ⁇ is greater than 0 ⁇ m. Manufacturing the light-emitting device 1 so that the distance ⁇ is 0 ⁇ m results in a decrease in yield and an increase in production cost. According to this embodiment, since the distance ⁇ is greater than 0 ⁇ m, it is possible to suppress the decrease in yield.
  • the distance ⁇ is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 1 ⁇ m or more.
  • FIG. 4 an example of the radiation angle ⁇ and the azimuth angle ⁇ of light will be described with reference to FIG.
  • the radiation angle ⁇ is the angle between the normal line N at the center 21C of the light exit surface 21 and the ray.
  • the radiation angle ⁇ is between 0° and 90°.
  • the azimuth angle ⁇ is the angle formed by the reference line and the light beam when viewed from a direction perpendicular to the light exit surface 21 .
  • the azimuth angle ⁇ is 0° to 360°.
  • FIG. 5 shows the results when L is 1 mm and R is 3 mm.
  • CV represents the coefficient of variation of the radiation intensity when the azimuth angle ⁇ is changed while the radiation angle ⁇ is kept constant.
  • the radiant intensity is the radiant intensity (unit: W/sr) of light emitted from the convex surface 32 of the lens 3 .
  • the coefficient of variation is a value obtained by dividing the standard deviation by the average value, and represents the scatter of data. The greater the coefficient of variation of the radiation intensity, the greater the deviation of the radiation intensity distribution. From FIG. 5, it can be seen that the larger the distance ⁇ , the larger the radiation intensity variation coefficient CV and the greater the deviation of the radiation intensity distribution.
  • Radiation intensity is obtained by optical simulation, more specifically by ray tracing.
  • a light-emitting element used for optical simulation has a contact layer, a light-emitting layer, and a sapphire substrate in this order.
  • the material of the contact layer is p-GaN that absorbs ultraviolet rays.
  • the material of the light emitting layer is an AlGaN-based semiconductor material having a refractive index of about 2.5. Light generated in the light emitting layer enters the lens 3 through the sapphire substrate. Table 1 shows the analysis conditions of the optical simulation.
  • Glass A shown in Table 1 is a lanthanum borate glass containing 5.8% SiO2 , 66.58% B2O3 , 19.3 % La2O3 , and Y2O. 3 each containing 8.3%.
  • the total film thickness of the two SiO2 films is smaller than the wavelength of the light from the light emitting element 2, so the optical interference A calculation is performed in consideration of the optical interference effect in the bonding film by a calculation method.
  • the bonding film is a silicone resin film
  • the thickness of the silicone resin film is larger than the wavelength of the light from the light emitting element 2, so the optical interference calculation method is not performed.
  • FIG. 6 shows the results when L is 1 mm and R is 1 mm.
  • the analysis conditions for the optical simulation are the same as in Table 1. It can be seen from FIG. 6 that, as in FIG. 5, the larger the distance ⁇ , the larger the radiation intensity variation coefficient CV and the greater the deviation of the radiation intensity distribution.
  • CV AVE The average value of the coefficient of variation CV when the radiation angle ⁇ is in the range of 10° to 50° is hereinafter referred to as CV AVE .
  • the greater the CV AVE the greater the deviation of the radiation intensity distribution. From FIGS. 5 and 6, it can be seen that CV AVE depends on the distance ⁇ and the ratio r. The effect of distance ⁇ on CV AVE is denoted ⁇ CV AVE .
  • FIG. 7 shows the results when L is 1 mm and R is 1 mm, 2 mm or 3 mm.
  • the analysis conditions for the optical simulation are the same as in Table 1. From FIG. 7, it can be seen that the larger the ratio r, the larger the ⁇ CV AVE and the larger the deviation of the radiation intensity distribution.
  • Equation (1) Equation (1)
  • ⁇ CV AVE 0.03
  • the area on the lower left side of the boundary line BL is the area where the distance ⁇ is 450/r or less. From FIG. 8, it can be seen that by keeping the distance ⁇ within 450/r or less, ⁇ CV AVE can be suppressed to approximately 0.03 or less, and bias in the radiation intensity distribution can be suppressed.
  • EF is the intensity of all rays emitted from the light emitting surface 21 of the light emitting element 2 without the lens 3, and the intensity of all rays emitted from the convex curved surface 32 of the lens 3 with the lens 3. ratio.
  • the solid line is the value obtained by optical simulation using the same analysis conditions as Table 1, and the dashed line indicates that the material of the lens is quartz (refractive index: 1.50) and the material of the bonding film is cured silicone resin.
  • These values were obtained by optical simulation using the same analysis conditions as in Table 1, except that the total film thickness of the bonding film was set to 10 ⁇ m and the refractive index was 1.47.
  • the distance ⁇ is 0 ⁇ m in FIG. 9, the distance ⁇ may be greater than 0 ⁇ m.
  • the ratio r is preferably 1.0 or more (R ⁇ L), more preferably 20.5 or more (about 1.4 or more), still more preferably 2.0 or more, particularly preferably 2 .5 or more.
  • the peripheral edge of the convex curved surface 32 has a diameter equal to or greater than that of the inscribed circle of the square. Further, if the ratio r is 20.5 , when the light emitting surface 21 of the light emitting element 2 is square, the peripheral edge of the convex curved surface 32 has a diameter equal to or greater than that of the circumscribed circle of the square.
  • the ratio r is preferably 10 or less.
  • the ratio r is preferably 5 or less.
  • the peel strength is the load at which the light emitting element 2 and the lens 3 are peeled off when shear stress is applied to the light emitting surface 21 and the facing surface 31 .
  • the peel strength is measured by fixing the light emitting element 2 and pressing the lens 3 sideways with a bar 100 perpendicular to the light emitting surface 21 and the facing surface 31 .
  • the peel strength is preferably 0.1 kgf or more. If the peel strength is 0.1 kgf or more, separation of the light emitting element 2 and the lens 3 due to vibration or impact during use of the light emitting device 1 can be suppressed.
  • the peel strength is more preferably 0.2 kgf or more, still more preferably 0.5 kgf or more, and particularly preferably 1 kgf or more.
  • the peel strength is preferably 10 kgf or less.
  • the light emitting device 1 may have an antireflection film on the convex curved surface 32 of the lens 3 .
  • the antireflection film prevents light traveling from the inside of the lens 3 to the outside from being reflected inside the lens 3, thereby improving the light extraction efficiency.
  • As the antireflection film a general one is used.
  • the convex curved surface 32 of the lens 3 may have unevenness to prevent reflection of light generated by the light emitting element 2 .
  • the unevenness of the convex curved surface 32 has, for example, a moth-eye structure, which prevents light traveling from the inside of the lens 3 to the outside from being reflected inside the lens 3 and improves the light extraction efficiency.
  • the convex curved surface 32 of the lens 3 may have unevenness that scatters the light generated by the light emitting element 2 .
  • the unevenness of the convex curved surface 32 scatters the light emitted from the convex curved surface 32, thereby emitting the light over a wider range.
  • the light emitting device 1 may include a mounting board 6 to which the light emitting element 2 is bonded via solder bumps (not shown).
  • the light-emitting device 1 may include a frame 7 surrounding the light-emitting element 2 .
  • the light-emitting element 2 and the frame 7 are bonded via the bonding film 5 , but may be bonded with an adhesive different from the bonding film 5 .
  • the lens 3 is bonded to the mounting board 6 via the frame 7 . By using the frame 7, the bonding strength between the lens 3 and the mounting board 6 can be improved.
  • the light emitting device 1 may include a sealing resin 9 surrounding the light emitting element 2 and the bonding films 4 and 5 .
  • the sealing resin 9 prevents moisture or oxygen in the outside air from coming into contact with the light emitting element 2 or the bonding films 4 and 5 , thereby suppressing performance deterioration of the light emitting element 2 or the bonding films 4 and 5 .
  • the sealing resin 9 can improve the bonding strength between the lens 3 and the mounting substrate 6 .
  • the material of the sealing resin 9 is preferably silicone resin, fluororesin, or epoxy resin from the viewpoint of ultraviolet resistance and gas barrier properties.
  • the light emitting device 1 may include a container 8 that accommodates the light emitting element 2 and the lens 3.
  • the container 8 has a mounting substrate 81 and a cover 82, as shown in FIG. 13, for example.
  • a concave portion 83 is formed in the surface 81 a of the mounting substrate 81 .
  • the light emitting element 2 is fixed to the inner bottom surface of the recess 83 .
  • the light emitting element 2 is fixed by a known method such as die bonding. After the light emitting element 2 is fixed to the mounting substrate 81, the light emitting element 2 and the lens 3 are bonded. The order may be reversed, and the light emitting element 2 may be fixed to the mounting substrate 81 after the light emitting element 2 and the lens 3 are bonded.
  • the cover 82 has, for example, a flat plate shape and is adhered to the surface 81 a of the substrate 81 .
  • the cover 82 is made of a material that transmits light emitted by the light emitting element 2, such as quartz or inorganic glass.
  • the cover 82 and the substrate 81 are bonded with metal solder, inorganic adhesive, or organic adhesive. Intrusion of moisture or oxygen into the light emitting element 2 from the outside can be suppressed, and performance deterioration of the light emitting element 2 can be suppressed.
  • the cover 82 has a flat plate shape as shown in FIG. 13, but may have a box shape as shown in FIG. 14 or a dome shape as shown in FIG. If the cover 82 is box-shaped or dome-shaped, the light radially emitted from the lens 3 can be efficiently extracted to the outside. In the case of a dome shape, the light extraction efficiency is particularly good. Further, when the cover 82 is box-shaped or dome-shaped, the recess 83 is not formed on the surface 81a of the substrate 81, so the cost of the substrate 81 can be reduced.
  • Example 1 In Example 1, a hemispherical lens made of glass A (SiO 2 : 5.8 mol%, B 2 O 3 : 66.58 mol%, La 2 O 3 : 19.3 mol%, Y 2 O 3 : 8.3 mol%) and , and a light-emitting element were bonded by a sequential plasma method to fabricate a light-emitting device.
  • the light-emitting element one having a peak wavelength of 275 nm and a light-emitting surface of a sapphire substrate was prepared.
  • the light-emitting element was flip-chip mounted on a mounting substrate made of an aluminum nitride sintered body before being joined to the hemispherical lens.
  • a SiO 2 film was formed on the joint surface of the hemispherical lens and the joint surface of the light emitting element by a reactive sputtering method.
  • the surface of the SiO2 film was modified by the sequential plasma method. Specifically, oxygen RIE, nitrogen RIE, and nitrogen radical irradiation were performed in this order, and then exposed to the atmosphere to form OH groups on the modified surface.
  • the oxygen RIE processing time was 180 seconds
  • the nitrogen RIE processing time was 180 seconds
  • the nitrogen radical irradiation time was 15 seconds.
  • a light-emitting device was fabricated by bonding a lens and a light-emitting element with the surface-modified SiO 2 films facing each other, followed by heating at 200° C. for 2 hours.
  • the lens and the light-emitting element could be firmly bonded using the sequential plasma method.
  • the peel strength of the joint surface between the hemispherical lens and the light emitting element was 1.7 kgf.
  • the peel strength was measured using DAGE4000plus (manufactured by Nordson).
  • Example 2 In Example 2, a hemispherical lens made of glass B (SiO 2 : 100 mol %) was prepared instead of a hemispherical lens made of glass A, and no SiO 2 film was formed on the cemented surface of the hemispherical lens.
  • a light-emitting device was manufactured by bonding a lens and a light-emitting element under the same conditions and then heating at 200° C. for 2 hours.
  • the hemispherical lens was made of quartz glass, the lens and the light emitting element could be firmly bonded using the sequential plasma method without forming an SiO 2 film on the bonding surface of the quartz glass.
  • Example 3 a light-emitting device was manufactured by bonding a hemispherical lens made of glass A and a light-emitting element using an organic adhesive. A light-emitting device having a peak wavelength of 275 nm and a light-emitting surface of a sapphire substrate was prepared. The light-emitting element was flip-chip mounted on a mounting substrate made of an aluminum nitride sintered body before being joined to the hemispherical lens.
  • organic adhesive polysilsesquioxane (SR-13 manufactured by Konishi Chemical Industry Co., Ltd., solid content concentration 70% by mass, solvent: butyl acetate) was used.
  • the above organic adhesive was applied to the bonding surface of the lens, dried at 50° C. for 60 minutes, and then dried at 80° C. for 20 minutes to form a resin film.
  • the film thickness of the resin film was 20 ⁇ m.
  • the lens was placed on the light emitting element through the resin film, and heated on a hot plate at 100°C for 30 minutes to soften the resin film and spread the resin film over the entire bonding surface of the light emitting element. Subsequently, the resin film was cured by heating at 200° C. for 30 minutes. As a result, the lens and the light emitting element could be firmly bonded.
  • Example 4 In Example 4, the lens and the light-emitting element were bonded together under the same conditions as in Example 3, except that a hemispherical lens made of glass B was prepared instead of the hemispherical lens made of glass A. As a result, the lens and the light emitting element could be firmly bonded.
  • Example 5 a light-emitting device was manufactured by bonding a hemispherical lens made of glass A and a light-emitting element using an organic adhesive. A light-emitting device having a peak wavelength of 275 nm and a light-emitting surface of a sapphire substrate was prepared. The light-emitting element was flip-chip mounted on a mounting substrate made of an aluminum nitride sintered body before being joined to the hemispherical lens.
  • the organic adhesive was made according to the following procedure. Triethoxymethylsilane (179 g), toluene (300 g) and acetic acid (5 g) were added to a 1 L flask, the mixture was stirred at 25° C. for 20 minutes, and then heated to 60° C. to react for 12 hours. After cooling the obtained reaction crude liquid to 25° C., the reaction crude liquid was washed with water (300 g) three times. Chlorotrimethylsilane (70 g) was added to the washed reaction crude liquid, and the mixture was stirred at 25° C. for 20 minutes, then heated to 50° C. and reacted for 12 hours.
  • reaction crude liquid After cooling the obtained reaction crude liquid to 25° C., the reaction crude liquid was washed with water (300 g) three times. Toluene was distilled off under reduced pressure from the washed reaction crude liquid, and the resulting slurry was dried overnight in a vacuum dryer to obtain a white organopolysiloxane compound.
  • the white organopolysiloxane compound was applied as an organic adhesive to the bonding surface of the lens, dried at 100°C for 10 minutes, and then dried at 250°C for 30 minutes to form a resin film.
  • the lens was placed on the light emitting element through the resin film, and heated on a hot plate at 100° C. for 30 minutes to soften the resin film and spread the resin film over the entire bonding surface of the light emitting element.
  • the resin film was cured by heating at 200° C. for 30 minutes. As a result, the lens and the light emitting element could be firmly bonded.
  • Example 6 In Example 6, the lens and the light-emitting element were bonded together under the same conditions as in Example 5, except that a hemispherical lens made of glass B was prepared instead of the hemispherical lens made of glass A. As a result, the lens and the light emitting element could be firmly bonded.
  • Example 7 a light-emitting device was manufactured by bonding a hemispherical lens made of glass A and a light-emitting element using an organic adhesive. A light-emitting device having a peak wavelength of 275 nm and a light-emitting surface of a sapphire substrate was prepared. The light-emitting element was flip-chip mounted on a mounting substrate made of an aluminum nitride sintered body before being joined to the hemispherical lens.
  • the organic adhesive consists of the white organopolysiloxane compound (30 g) obtained in Example 5, and zirconium tetra-normal butoxide (“Orgatics ZA-65”, manufactured by Matsumoto Fine Chemicals Co., Ltd., metal content 20.3%) as a metal compound. ) (0.13 g) was mixed with Isoper G (manufactured by TonenGeneral Sekiyu K.K.) (30 g) as a solvent, and the resulting mixture was filtered using a filter with a pore size of 0.45 ⁇ m.
  • the above organic adhesive was applied to the bonding surface of the lens, dried at 100°C for 10 minutes, and then dried at 250°C for 30 minutes to form a resin film.
  • the lens was placed on the light emitting element through the resin film, and heated on a hot plate at 100° C. for 30 minutes to soften the resin film and spread the resin film over the entire bonding surface of the light emitting element.
  • the resin film was cured by heating at 200° C. for 30 minutes.
  • the peel strength of the joint surface between the hemispherical lens and the light emitting element was 1.7 kgf.
  • the peel strength was measured using DAGE4000plus (manufactured by Nordson).
  • Example 8 In Example 8, the lens and the light-emitting device were bonded under the same conditions as in Example 5, except that the hemispherical lens made of glass B was prepared instead of the hemispherical lens made of glass A. As a result, the lens and the light emitting element could be firmly bonded.
  • a quartz laminated substrate was prepared by bonding two quartz substrates with organic adhesives G1 to G11 shown in Table 2, Table 3 or Table 4, and this quartz laminated substrate was placed on the ultraviolet light emitting element, and the ultraviolet light emitting element was attached.
  • the ultraviolet light resistance of the organic adhesive was evaluated by irradiating the quartz laminated substrate with ultraviolet light by turning on the light.
  • the ultraviolet light emitting element used had an emission wavelength of 265 nm and a radiant flux of 40 mW.
  • the adhesive layer sandwiched between the quartz substrates was observed to see if deterioration due to ultraviolet light irradiation, such as coloring or cracking, occurred. The observed results are shown in Tables 2, 3 and 4.
  • the organic adhesives G1 to G11 were produced by the following procedure. Triethoxymethylsilane (179 g), toluene (300 g) and acetic acid (5 g) were added to a 1 L flask, the mixture was stirred at 25° C. for 20 minutes, and then heated to 60° C. to react for 12 hours. After cooling the obtained reaction crude liquid to 25° C., the reaction crude liquid was washed with water (300 g) three times. Toluene was distilled off under reduced pressure from the washed reaction crude liquid, and the resulting slurry was dried overnight in a vacuum dryer to obtain a white organopolysiloxane compound (resin C).
  • Adhesive solutions of each of the organic adhesives G1 to G11 were prepared by mixing the resin C, the metal compound, and toluene, and filtering the resulting mixed solution using a filter with a pore size of 0.45 ⁇ m.
  • the metal compound was mixed with the resin C so that the amount (% by mass) of the metal element X was the value shown in Table 2, Table 3 or Table 4.
  • the amounts (% by mass) of the metal element X shown in Tables 2, 3 and 4 are values based on the amount of the resin C (100% by mass).
  • each organic adhesive G1 to G11 was applied onto a 0.5 mm thick quartz substrate by spin coating, dried at 100° C. for 10 minutes, and then dried at 250° C. for 30 minutes to form an adhesive layer. did. After that, another quartz substrate having a thickness of 0.5 mm was superposed on the adhesive layer on the quartz substrate, and heated in an oven at 200° C. for 30 minutes to prepare a quartz laminated substrate. The two quartz substrates could be firmly bonded via the adhesive layer.
  • each quartz laminated substrate was fixed on the above-described ultraviolet light emitting element, and the ultraviolet light emitting element was turned on for 100 hours to irradiate the quartz laminated substrate with ultraviolet rays.
  • the organic adhesives G2, G3, G6, G8, G10, or G11 to which aluminum, zinc, manganese, cobalt, or nickel was added as the metal element X did not color even after ultraviolet irradiation. It had high UV resistance.
  • These organic adhesives G2, G3, G6, G8, G10, or G11 are suitable for bonding optical members such as sealing materials for light-emitting elements, lenses, prisms, and light guide plates, by utilizing their high UV resistance. be done.
  • this organic adhesive G2, G3, G6, G8, G10 or G11 as a resin, it can be suitably used as a material for resin products such as resin lenses and resin substrates.
  • a light-emitting device comprising a light-emitting element and a lens bonded to the light-emitting element,
  • the light emitting element has a rectangular light exit surface facing the lens, the lens has a facing surface facing the light emitting element and a convex curved surface opposite to the facing surface;
  • the peripheral edge of the convex surface is circular, and the distance between the center of the convex surface and the center of the light exit surface is ⁇ (unit: ⁇ m).
  • the minimum length of each side of the light exit surface is L (unit: mm)
  • the diameter of the peripheral edge of the convex curved surface is R (unit: mm)
  • R/L is r
  • the following formula ( 1) 0 ⁇ 450/r (1) is established, the light-emitting device.
  • Appendix 2 The light-emitting device according to Appendix 1, wherein ⁇ is 0.1 ⁇ m or more.
  • Appendix 3 3.
  • the light-emitting device according to appendix 1 or 2 wherein r is 1.0 or more.
  • Appendix 4 3.
  • the light-emitting device according to any one of Appendixes 1 to 8, wherein the convex surface of the lens has unevenness for preventing reflection of light generated by the light-emitting element.
  • Appendix 10 9. The light-emitting device according to any one of Appendixes 1 to 8, wherein the convex surface of the lens has unevenness for scattering light generated by the light-emitting element.
  • Appendix 11 11. The light-emitting device according to any one of Appendixes 1 to 10, further comprising a bonding film between the light-emitting element and the lens.
  • Appendix 12 12. The light-emitting device according to any one of appendices 1 to 11, wherein the lens is oxide glass.
  • Appendix 13 12. The light emitting device according to any one of appendices 1 to 11, wherein the lens is quartz glass, quartz, or sapphire.

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Abstract

発光装置は、発光素子と、前記発光素子に接合されるレンズとを、備える。前記発光素子は、前記レンズに対向する矩形の光出射面を有する。前記レンズは、前記発光素子に対向する対向面と、前記対向面とは反対向きの凸曲面と、を有する。前記光出射面に対して垂直な方向から見たときに、前記凸曲面の周縁が円形であって、前記凸曲面の中心と前記光出射面の中心との距離をΔ（単位：μｍ）とし、前記光出射面の各辺の長さの最小値をＬ（単位：ｍｍ）とし、前記凸曲面の周縁の直径をＲ（単位：ｍｍ）とし、Ｒ／Ｌをｒとすると、下記式（１）　０＜Δ≦４５０／ｒ・・・（１） が成立する。

Description

発光装置
　本開示は、発光装置に関する。
　特許文献１に記載の紫外線発光素子パッケージは、紫外線発光素子と凸レンズとを備える。凸レンズを用いることで、光の全反射を抑制でき、光の取り出し効率を向上できる。凸レンズの底面と紫外線発光素子の光取出し面とは、屈折率緩和物質層を介して接合される。屈折率緩和物質層は、カルボキシル基を有するアモルファスなフッ素樹脂からなる。
　特許文献２に記載のＬＥＤ素子と無機ガラス成形体とは、シリコーン樹脂を用いて接合される。特許文献３に記載の発光素子とレンズとは、表面活性化接合法によって接合される。特許文献３において「表面活性化接合法」とは、発光素子とレンズの接合面をイオンビーム又はプラズマで活性化させ、両方の接合面を直接接合する方法である。
　特許文献４に記載の発光素子と光学部材とは、金属膜を用いた原子拡散接合法によって接合される。特許文献５には、原子拡散接合法において、金属膜の代わりに、酸化物膜を用いることが記載されている。特許文献６には、紫外発光ダイオード（ＵＶ－ＬＥＤ）の封止材が開示されている。封止材は、有機－無機ハイブリッドポリマーを含む。
日本国特開２０１６－１１１０８５号公報 国際公開第２０１６／１９０２０７号 日本国特許第５７２５０２２号公報 日本国特許第６２９９４７８号公報 日本国特開２０２１－４１４５８号公報 日本国特許第６２５７４４６号公報
　従来、発光素子とレンズとの接合時の位置ずれの影響については検討されていなかった。
　本開示の一態様は、発光素子とレンズとの接合時の位置ずれを許容範囲に収めることで、光の放射強度分布の偏りを抑制すると共に、歩留まりを向上する、技術を提供する。
　本開示の一態様に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子に接合されるレンズとを、備える。前記発光素子は、前記レンズに対向する矩形の光出射面を有する。前記レンズは、前記発光素子に対向する対向面と、前記対向面とは反対向きの凸曲面と、を有する。前記光出射面に対して垂直な方向から見たときに、前記凸曲面の周縁が円形であって、前記凸曲面の中心と前記光出射面の中心との距離をΔ（単位：μｍ）とし、前記光出射面の各辺の長さの最小値をＬ（単位：ｍｍ）とし、前記凸曲面の周縁の直径をＲ（単位：ｍｍ）とし、Ｒ／Ｌをｒとすると、下記式（１）
　　０＜Δ≦４５０／ｒ・・・（１）
が成立する。
　本開示の一態様によれば、発光素子とレンズとの接合時の位置ずれを許容範囲に収めることで、光の放射強度分布の偏りを抑制すると共に、歩留まりを向上することができる。
図１は、一実施形態に係る発光装置を構成する発光素子とレンズの接合前の状態を示す断面図である。 図２は、一実施形態に係る発光装置を示す断面図である。 図３は、発光素子とレンズの接合時の位置ずれの一例を示す平面図である。 図４は、光の放射角と方位角の一例を示す斜視図である。 図５は、ｒが３である場合のβとＣＶとΔとの関係の一例を示す図である。 図６は、ｒが１である場合のβとＣＶとΔとの関係の一例を示す図である。 図７は、ΔとΔＣＶＡＶＥとｒとの関係の一例を示す図である。 図８は、式（１）とΔＣＶＡＶＥとの関係の一例を示す図である。 図９は、ｒとＥＦとの関係の一例を示す図である。 図１０は、剥離強度の試験方法の一例を示す図である。 図１１は、第１変形例に係る発光装置の断面図である。 図１２は、第２変形例に係る発光装置の断面図である。 図１３は、第３変形例に係る発光装置の断面図である。 図１４は、第４変形例に係る発光装置の断面図である。 図１５は、第５変形例に係る発光装置の断面図である。 図１６は、第６変形例に係る発光装置の断面図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。明細書中、数値範囲を示す「～」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。
　図１～図３を参照して、一実施形態に係る発光装置１について説明する。発光装置１は、発光素子２と、発光素子２に接合されるレンズ３を備える。発光素子２で生じた光は、レンズ３を介して外部に取り出される。レンズ３を用いることで、光の全反射を抑制でき、光の取り出し効率を向上できる。
　発光装置１は、１つの発光素子２と１つのレンズ３を備えるが、複数の発光素子２と複数のレンズ３を備えてもよい。後者の場合、複数の発光素子２のそれぞれに１つずつレンズ３が用いられる。レンズ３と同じ材質の板の片面に複数のレンズ３が設けられており、その板の反対面に複数の発光素子２が設けられてもよい。
　発光素子２は、例えば紫外線発光素子である。紫外線は、ＵＶＣ（波長２００ｎｍ～２８０ｎｍ）、ＵＶＢ（波長２８０ｎｍ～３１５ｎｍ）、及びＵＶＡ（波長３１５ｎｍ～４００ｎｍ）のいずれでもよい。なお、発光素子２は、可視光線発光素子、又は赤外線発光素子であってもよい。
　発光素子２は、基板２２と半導体層２３とを有する。発光素子２は、例えば、フリップチップ構造を有する。発光素子２がフリップチップ構造を有する場合、半導体層２３で生じた光は基板２２を介して出射し、基板２２が光出射面２１を形成する。光出射面２１は、レンズ３に対向している。
　基板２２は、例えばサファイア基板または窒化アルミニウム基板からなる。窒化アルミニウム基板とは、窒化アルミニウムの単結晶からなる基板である。基板２２の板厚ｔは、例えば０．０５ｍｍ～２ｍｍである。
　半導体層２３は、基板２２を基準としてレンズ３とは反対側に設けられる。半導体層２３は、電圧を加えることで発光する。半導体層２３に電圧を印可する電極は、図示しないが、半導体層２３から基板２２に向かう光を遮らないように、半導体層２３を基準として基板２２とは反対側に形成される。従って、電極による光の取り出し効率の低下を防止できる。
　発光素子２は、はんだバンプを介して実装用基板に接合されていてもよい。実装用基板は、例えば、窒化アルミニウム焼結体、酸化アルミニウム焼結体、又はＬＴＣＣ（Ｌｏｗ
　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏ－ｆｉｒｅｄ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ）などからなるセラミック基板に電極が形成されたものである。
　レンズ３は、発光素子２に対向する対向面３１と、対向面３１とは反対向きの凸曲面３２と、を有する。発光素子２で生じた光は、対向面３１に入射し、凸曲面３２から出射する。凸曲面３２は、中央が周縁よりも突出するドーム状の曲面である。
　レンズ３は、球面レンズでも非球面レンズでもよいが、光の取り出し効率の観点から球面レンズが好ましい。従って、凸曲面３２は、球面の一部であることが好ましい。
　なお、図示しないが、レンズ３は、凸曲面３２の周縁から径方向外方に突出するフランジを有してもよい。
　レンズ３の材質は、例えば酸化物ガラスである。酸化物ガラスは、熱成形または研削研磨加工などの様々な加工方法で加工でき、レンズ３の形状に適した加工方法を選択できる。酸化物ガラスは、例えばソーダライムガラス、無アルカリガラス、化学強化ガラス、又はホウ酸ランタン系ガラスなどである。レンズ３による光の損失を小さくするには広い波長域で低い吸収率を有する材料がレンズ３の材質として適しており、レンズ３の材質は石英、石英ガラスまたはサファイアであってもよい。
　発光素子２とレンズ３は、発光素子２の光出射面２１とレンズ３の対向面３１とを向かい合わせて接合される。光出射面２１と対向面３１を、以下、接合面とも記載する。発光素子２の光出射面２１の表面粗さＲａは、例えば０．０１ｎｍ～５ｎｍである。発光素子２の光取り出し効率を向上させるために光出射面２１に微細な凹凸構造を形成させた場合は、光出射面２１の表面粗さＲａは５ｎｍ～５０ｎｍである。レンズ３の対向面３１の表面粗さＲａは、例えば０．０１ｎｍ～５ｎｍである。
　光出射面２１と対向面３１は、それぞれ、平面であるが、凸曲面または凹曲面であってもよい。光出射面２１と対向面３１は、互いに重なり合う領域が平面であることが好ましく、残りの領域が凸曲面または凹曲面であってもよい。
　発光素子２とレンズ３は、例えば表面活性化接合法で接合される。表面活性化接合法は、親水化接合法を含む。表面活性化接合法では、接合膜４、５として酸化物膜、窒化物膜、または酸窒化物膜を用いてもよい。
　表面活性化接合法は、例えばシーケンシャルプラズマ法を含む。シーケンシャルプラズマ法は、例えば、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ
　Ｅｔｃｈｉｎｇ；ＲＩＥ）と、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングと、窒素ラジカルの照射と、を含む。
　以下、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを、「酸素ＲＩＥ」とも表記する。また、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングを、「窒素ＲＩＥ」とも表記する。なお、シーケンシャルプラズマ法は、窒素ＲＩＥと、窒素ラジカルの照射と、を含めばよく、酸素ＲＩＥを含まなくてもよい。
　シーケンシャルプラズマ法は、接合面を改質する。改質した接合面が水蒸気又は水などに接触し、親水基であるＯＨ基が接合面に生成される。その後、接合時にＯＨ基同士の水素結合が生じ、高い接合強度が得られる。接合の後、アニール処理が実施されてもよい。アニール処理によって、水素結合が共有結合に変わり、より高い接合強度が得られる。
　本発明者は、実験によって、ＳｉＯ２含有量が１００ｍｏｌ％の部材（石英、又は石英ガラス）の接合面をシーケンシャルプラズマ法で改質した場合に、酸素ＲＩＥのみを用いて改質した場合に比べて、高い接合強度が得られることを確認した。
　但し、ＳｉＯ２含有量が７０ｍｏｌ％以下の部材の接合面を、シーケンシャルプラズマ法を用いて改質した場合、酸素ＲＩＥのみを用いて改質した場合と比べて、同程度の接合強度しか得られなかった。
　本発明者は、更に実験を行い、互いに接合される２つの部材の少なくとも一方がＳｉＯ２含有量の低い部材である場合に、その部材の接合面にシリコン酸化物膜を形成しておけば、シーケンシャルプラズマ法で接合強度を改善できることを見出した。
　表面改質前のシリコン酸化物膜は、石英又は石英ガラスと同様に、酸素とケイ素以外の不純物をほぼ含まない。それゆえ、シリコン酸化物膜の接合面をシーケンシャルプラズマ法で改質すれば、石英ガラスの接合面をシーケンシャルプラズマ法で改質する場合と同程度に、高い接合強度が得られる。
　発光素子２の基板２２がサファイア基板または窒化アルミニウム基板である場合、基板２２がＳｉＯ２をほとんど含まない。そこで、この場合、基板２２の光出射面２１に接合膜４としてシリコン酸化物膜を形成しておけば、シーケンシャルプラズマ法を用いて接合強度を改善できる。発光素子２の光出射面２１に形成される接合膜４を、以下、第１接合膜４とも表記する。
　レンズ３は、上記の通り、例えばソーダライムガラス、無アルカリガラス、化学強化ガラス、又はホウ酸ランタン系ガラスなどである。これらのガラスのＳｉＯ２含有量は７０ｍｏｌ％以下である。これらのガラスからなるレンズ３の対向面３１に、接合膜５としてシリコン酸化物膜を形成しておけば、シーケンシャルプラズマ法で接合強度を改善できる。レンズ３の対向面３１に形成される接合膜５を、以下、第２接合膜５とも表記する。
　なお、レンズ３が石英ガラスまたは石英である場合、第２接合膜５としてのシリコン酸化物膜は不要である。この場合、レンズ３の対向面３１を、シーケンシャルプラズマ法を用いて改質すれば、酸素ＲＩＥのみを用いて改質した場合に比べて、高い接合強度が得られる。
　各シリコン酸化物膜は、例えばスパッタ法で形成される。スパッタ法は、反応性スパッタ法でもよい。反応性スパッタ法は、金属のターゲットと、希ガス等の不活性ガスと反応性ガス（例えば酸素ガス）との混合ガスを使用し、金属酸化物を対象基板上に形成する。スパッタ法は、金属酸化物のターゲットを使用してもよい。
　なお、各シリコン酸化物膜成膜方法は、スパッタ法には限定されず、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、蒸着法、又はＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などであってもよい。
　各シリコン酸化物膜の膜厚は、例えば１ｎｍ～１００ｎｍである。各シリコン酸化物膜の膜厚が１ｎｍ以上であれば、シーケンシャルプラズマ法の改質効果が得られる。各シリコン酸化物膜の膜厚が１００ｎｍ以下であれば、２つのシリコン酸化物膜の合計膜厚が発光素子２の光の波長よりも小さいので、基板２２とシリコン酸化物膜の間の屈折率差による光の反射がほとんど生じない。
　各シリコン酸化物膜の膜厚は、好ましくは７５ｎｍ以下であり、より好ましくは５０ｎｍ以下であり、更に好ましくは３０ｎｍ以下であり、更にまた好ましくは２０ｎｍ以下であり、特に好ましくは１０ｎｍ以下であり、更に特に好ましくは５ｎｍ以下である。各シリコン酸化物膜の膜厚は薄いので、各シリコン酸化物膜の表面粗さは発光素子２の光出射面２１の表面粗さと同程度になるか、レンズ３の対向面３１の表面粗さと同程度になる。
　発光素子２とレンズ３の接合法は、表面活性化接合法には限定されない。原子拡散接合法が用いられてもよい。原子拡散接合法では、接合膜４、５として金属膜が用いられるが、酸化物膜が用いられてもよい。また、発光素子２とレンズ３の接合法は、有機接着剤を用いたものであってもよい。有機接着剤は、発光素子２に塗布してもよいし、レンズ３に塗布してもよい。有機接着剤の硬化物からなる樹脂膜が、接合膜として形成される。
　有機接着剤は一般的なものであってよいが、発光素子２の光による樹脂の劣化を防止する観点から、有機接着剤は紫外線耐性の高い樹脂であることが好ましく、具体的にはシリコーン樹脂またはフッ素樹脂であることが好ましい。有機接着剤は、一種類の樹脂を含んでもよいし、複数種類の樹脂を含んでもよい。
　シリコーン樹脂は、ケイ素と酸素が交互に結びついたシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合）を主骨格に有し、ケイ素原子に有機官能基が結びついたものをいう。有機官能基の例としては、深紫外領域に吸収のない官能基が好ましく、例えばアルキル基が挙げられる。アルキル基は、水素原子の一部又は全部がフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子で置換されていてもよい。
　主骨格の構造としては、（－Ｒ１Ｒ２ＳｉＯ－）で示される直鎖構造でもよいが、（－Ｒ３ＳｉＯ１．５－）で示されるシルセスキオキサン樹脂を特に好適に使用できる。式中Ｒ１～Ｒ３は有機官能基を意味する。
　ケイ素原子に１個の有機官能基と３個の酸素原子が結合した構造を持つシルセスキオキサン樹脂は、直鎖構造と比較して有機官能基が少ないため、耐光性や耐熱性に特に優れる。シルセスキオキサン樹脂の骨格としては、ランダム構造やラダー構造、かご構造が知られているが、本実施形態においては特に制限なく使用できる。シルセスキオキサン樹脂としては、小西化学社製ＳＲシリーズ、ＳＰシリーズ、ＳＯシリーズが例示される。その他に、信越化学社製シリコーンレジンＫＲ－２２０Ｌ、ＫＲ－２２０ＫＰ、ＫＲ－２４２Ａ、ＫＲ－２５１、特許第６２５７４４６号公報で開示される材料も例示される。
　シリコーン樹脂は、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、スズ、ランタン、イットリウム、ガドリニウム、セリウム、鉄、マンガン、亜鉛、ビスマス、コバルト、ニッケルからなる群から選択される少なくとも１種の金属元素Ｘを含ませることができる。金属元素Ｘをシリコーン樹脂に含ませる方法は公知の方法を用いることができるが、金属アルコキシドや金属キレート、金属アシレートといった有機金属化合物をシリコーン樹脂に添加した後、加熱することで有機金属化合物の有機成分を揮発させて取り除く方法が好ましい。
　シリコーン樹脂に金属元素Ｘを含ませることで、紫外線耐性を大きく向上させることができる。上記効果が得られるメカニズムは明らかではないが、ＵＶ光への曝露でシリコーン樹脂に生じた分解部分が上記金属元素Ｘによって架橋される等のメカニズムが考えられる。樹脂の紫外線耐性を向上させるためには、金属元素Ｘとしてアルミニウム、亜鉛、マンガン、コバルト、ニッケルのうち少なくとも１種を含ませることがより好ましい。
　金属元素Ｘの含有量が少ないと紫外線耐性を向上する効果が十分発揮されないため、金属元素Ｘの含有量は例えば０．０１質量％以上、好ましくは０．０２質量％以上、より好ましくは０．０４質量％以上、特に好ましくは０．０８質量％以上である。
　金属元素Ｘの含有量が多いと、金属成分による光の吸収によって発光素子２からの光が樹脂膜を通過する際のロスが大きくなってしまうため、金属元素Ｘの含有量は例えば１０質量％以下、好ましくは５質量％以下、より好ましくは１質量％以下、特に好ましくは１質量％未満である。
　金属元素Ｘの含有量（単位：質量％）は、シリコーン樹脂膜の質量（金属元素Ｘの質量を含む。）を１００質量％とした場合における金属元素Ｘの割合である。金属元素Ｘの種類が複数である場合、それぞれ単独での含有量が上記範囲であればよい。例えばシリコーン樹脂膜が金属元素ＸとしてＸ１とＸ２を含む場合、Ｘ１の含有量が上記範囲であって且つＸ２の含有量が上記範囲であればよい。
　シリコーン樹脂膜には、金属元素Ｘ以外の他の金属元素が含まれていてもよい。シリコーン樹脂膜における金属元素Ｘおよび他の金属元素の形態は、金属の形態、イオンの形態、酸化物の形態、化合物の形態、錯体の形態のいずれであってもよい。
　シリコーン樹脂膜における金属元素Ｘおよび他の金属元素の含有量の測定方法は、特に制限されず、公知の方法を採用できるが、例えばＩＣＰ発光分析法（ＩＣＰ－ＡＥＳ）、ＩＣＰ質量分析法（ＩＣＰ－ＭＳ）が挙げられる。
　フッ素樹脂としては、非晶質のフッ素樹脂が好ましく用いられる。非晶質のフッ素樹脂としては、例えば、ＡＧＣ社製のサイトップ（商品名ＣＹＴＯＰ：登録商標）、または三井ケマーズフロロプロダクツ製のテフロン（登録商標）ＡＦ等を使用できる。これらの非晶質フッ素樹脂は、紫外線領域においても吸収がなく透明であり、発光素子２の光が樹脂膜を透過した際のロスが少なく、紫外線耐性も高い。
　ところで、発光素子２とレンズ３は、発光素子２の光出射面２１とレンズ３の対向面３１とを向かい合わせて接合される。
　図３に示すように、発光素子２の光出射面２１は、矩形である。光出射面２１は、本実施形態では４辺の長さが全て等しいが、一対の辺の長さが残り一対の辺の長さよりも長くてもよい。光出射面２１に対して垂直な方向から見たときに、凸曲面３２の周縁は、円形である。
　図３に示すように、光出射面２１に対して垂直な方向から見たときに、凸曲面３２の中心３２Ｃと光出射面２１の中心２１Ｃとの距離をΔ（単位：μｍ）とし、光出射面２１の各辺の長さの最小値をＬ（単位：ｍｍ）とし、凸曲面３２の周縁の直径をＲ（単位：ｍｍ）とし、Ｒ／Ｌをｒとすると、下記式（１）
　　０＜Δ≦４５０／ｒ・・・（１）
が成立する。凸曲面３２の中心３２Ｃは、光出射面２１に対して垂直な方向から見たときに、凸曲面３２の周縁を最小二乗法で近似した円の中心である。光出射面２１の中心２１Ｃは、光出射面２１の対角同士を結ぶ２つの対角線の交点である。Ｌは好ましくは０．５ｍｍ～３ｍｍであり、Ｒは好ましくは０．５ｍｍ～１０ｍｍであり、比ｒ（ｒ＝Ｒ／Ｌ）は好ましくは１～１０である。
　上記式（１）から明らかなように、距離Δは、０μｍよりも大きい。距離Δが０μｍになるように発光装置１を製造することは、歩留まりの低下、ひいては生産コストの増大をもたらす。本実施形態によれば、距離Δが０μｍよりも大きいので、歩留まりの低下を抑制できる。距離Δは、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上である。
　次に、図４～図８を参照して、距離Δが４５０／ｒ以下であることの技術的な意義について説明する。まず、図４を参照して、光の放射角βと方位角θの一例について説明する。図４において、レンズ３の図示を省略する。放射角βは、光出射面２１の中心２１Ｃにおける法線Ｎと、光線とのなす角である。放射角βは０°～９０°である。方位角θは、光出射面２１に対して垂直な方向から見たときに、基準線と光線とのなす角である。方位角θは０°～３６０°である。
　次に、図５を参照して、ｒが３である場合のβとＣＶとΔとの関係の一例について説明する。図５は、Ｌが１ｍｍであってＲが３ｍｍである場合の結果である。図５において、ＣＶは、放射角βを一定に維持しながら、方位角θを変化させたときの放射強度の変動係数を表す。
　放射強度は、レンズ３の凸曲面３２から出射する光の放射強度（単位：Ｗ／ｓｒ）である。変動係数とは、標準偏差を平均値で割った値であり、データのばらつきを表す。放射強度の変動係数が大きいほど、放射強度分布の偏りが大きい。図５から、距離Δが大きいほど、放射強度の変動係数ＣＶが大きく、放射強度分布の偏りが大きいことが分かる。
　放射強度は、光学シミュレーション、より詳細には光線追跡法で求める。光学シミュレーションに用いる発光素子は、コンタクト層と発光層とサファイア基板とをこの順番で有する。コンタクト層の材質は、紫外線を吸収するｐ－ＧａＮである。発光層の材質は、屈折率２．５程度のＡｌＧａＮ系半導体材料である。発光層で生じた光は、サファイア基板を介してレンズ３に入射する。光学シミュレーションの解析条件を、表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示す「ガラスＡ」は、ホウ酸ランタン系ガラスであって、ＳｉＯ２を５．８％、Ｂ２Ｏ３を６６．５８％、Ｌａ２Ｏ３を１９．３％、Ｙ２Ｏ３を８．３％それぞれ含有するガラスである。表１に示すように、第１接合膜４と第２接合膜５がＳｉＯ２膜である場合、２つのＳｉＯ２膜の合計膜厚が発光素子２の光の波長よりも小さいので、光学干渉計算法によって接合膜における光学干渉効果を考慮した計算を行う。
　なお、後述するように、接合膜がシリコーン樹脂膜である場合、シリコーン樹脂膜の膜厚が発光素子２の光の波長よりも大きいので、光学干渉計算法は行わない。
　次に、図６を参照して、ｒが１である場合のβとＣＶとΔとの関係の一例について説明する。図６は、Ｌが１ｍｍであってＲが１ｍｍである場合の結果である。光学シミュレーションの解析条件は、表１と同様である。図６から、図５と同様に、距離Δが大きいほど、放射強度の変動係数ＣＶが大きく、放射強度分布の偏りが大きいことが分かる。
　放射角βが１０°～５０°の範囲における変動係数ＣＶの平均値を、以下、ＣＶＡＶＥと記載する。ＣＶＡＶＥが大きいほど、放射強度分布の偏りが大きい。図５と図６から、ＣＶＡＶＥは、距離Δと比ｒに依存することが分かる。ＣＶＡＶＥに対する距離Δの影響は、ΔＣＶＡＶＥで表される。
　ΔＣＶＡＶＥは、下記式（２）
　　ΔＣＶＡＶＥ＝ＣＶＡＶＥ（Δ≧０）－ＣＶＡＶＥ（Δ＝０）・・・（２）
を用いて求められる。
　次に、図７を参照して、ΔとΔＣＶＡＶＥとｒとの関係の一例について説明する。図７は、Ｌが１ｍｍであってＲが１ｍｍ、２ｍｍまたは３ｍｍである場合の結果である。光学シミュレーションの解析条件は、表１と同様である。図７から、比ｒが大きいほど、ΔＣＶＡＶＥが大きく、放射強度分布の偏りが大きいことが分かる。
　次に、図８を参照して、式（１）とΔＣＶＡＶＥとの関係の一例について説明する。図８において、黒丸はΔＣＶＡＶＥが０．０３である点である。また、図８において、境界線ＢＬは、下記式（３）
　　Δ＝４５０／ｒ・・・（３）
を満たす。
　境界線ＢＬを基準として左下側の領域が、距離Δが４５０／ｒ以下の領域である。図８から、距離Δを４５０／ｒ以下に収めることで、ΔＣＶＡＶＥをおおよそ０．０３以下に抑制でき、放射強度分布の偏りを抑制できることが分かる。
　次に、図９を参照して、ｒとＥＦとの関係の一例について説明する。図９において、ＥＦは、レンズ３が無い場合に発光素子２の光出射面２１から出射する全光線の強度に対する、レンズ３が有る場合にレンズ３の凸曲面３２から出射する全光線の強度の比率である。ＥＦが大きいほど、光の取り出し効率が良い。
　図９において、実線は表１と同じ解析条件を用いて光学シミュレーションで求めた値であり、破線はレンズの材質を石英（屈折率：１．５０）とし、接合膜の材質をシリコーン樹脂の硬化物（屈折率：１．４７）とし、接合膜の合計膜厚を１０μｍとした以外、表１と同じ解析条件を用いて光学シミュレーションで求めた値である。なお、図９では距離Δが０μｍであるとしたが、距離Δは０μｍよりも大きくてもよい。
　図９から、比ｒが大きいほど、ＥＦが大きく、光の取り出し効率が良いことが分かる。比ｒは、好ましくは１．０以上（Ｒ≧Ｌ）であり、より好ましくは２０．５以上（約１．４以上）であり、更に好ましくは２．０以上であり、特に好ましくは２．５以上である。
　なお、比ｒが１以上であれば、発光素子２の光出射面２１が正方形である場合に、その正方形の内接円と同等以上の直径を凸曲面３２の周縁が有する。また、比ｒが２０．５であれば、発光素子２の光出射面２１が正方形である場合に、その正方形の外接円と同等以上の直径を凸曲面３２の周縁が有する。
　レンズ３が大き過ぎると、レンズ３が周辺部材と干渉してしまう。それゆえ、比ｒは、好ましくは１０以下である。
　比ｒが大きくなるほど光の取り出し効率が良くなるが、比ｒが５を超えると光の取り出し効率が飽和するようになる。それゆえ、比ｒは、好ましくは５以下である。
　次に、図１０を参照して、剥離強度の試験方法の一例について説明する。剥離強度とは、光出射面２１と対向面３１にせん断応力を加えたときに、発光素子２とレンズ３が剥離する荷重のことである。剥離強度は、発光素子２を固定したうえで、光出射面２１と対向面３１に対して垂直な棒１００でレンズ３を横に押すことで測定する。
　剥離強度は、好ましくは０．１ｋｇｆ以上である。剥離強度が０．１ｋｇｆ以上であれば、発光装置１の使用中に振動または衝撃で、発光素子２とレンズ３が分離するのを抑制できる。剥離強度は、より好ましくは０．２ｋｇｆ以上であり、更に好ましくは０．５ｋｇｆ以上であり、特に好ましくは１ｋｇｆ以上である。
　剥離強度は、生産性の観点から、好ましくは１０ｋｇｆ以下である。
　図示しないが、発光装置１は、レンズ３の凸曲面３２に、反射防止膜を備えてもよい。反射防止膜は、レンズ３の内部から外部に向かう光がレンズ３の内部に反射されるのを防止し、光の取り出し効率を向上する。反射防止膜としては、一般的なものが用いられる。
　図示しないが、レンズ３の凸曲面３２は、発光素子２で生じた光の反射を防止する凹凸を有してもよい。凸曲面３２の凹凸は、例えばモスアイ構造を有し、レンズ３の内部から外部に向かう光がレンズ３の内部に反射されるのを防止し、光の取り出し効率を向上する。
　図示しないが、レンズ３の凸曲面３２は、発光素子２で生じた光を散乱する凹凸を有してもよい。凸曲面３２の凹凸は、凸曲面３２から出射する光を散乱することで、光をより広い範囲に向けて出射する。
　図１１、図１２及び図１６に示すように、発光装置１は、発光素子２が不図示のはんだバンプを介して接合される実装用基板６を備えてもよい。図１２に示すように、発光装置１は、発光素子２を囲む枠７を備えてもよい。発光素子２と枠７は、接合膜５を介して結合されるが、接合膜５とは異なる接着剤で結合されてもよい。レンズ３は、枠７を介して実装用基板６に接合される。枠７を用いることで、レンズ３と実装用基板６との接合強度を向上できる。また、枠７を用いることで、水分または酸素が外部から発光素子２に侵入するのを抑制でき、発光素子２の性能劣化を抑制できる。図１６に示すように、発光装置１は、発光素子２と接合膜４、５を囲む封止樹脂９を備えてもよい。封止樹脂９は、外気の水分または酸素が発光素子２または接合膜４、５と接触するのを防止し、発光素子２または接合膜４、５の性能劣化を抑制できる。また、封止樹脂９は、レンズ３と実装用基板６との接合強度を向上できる。封止樹脂９の材質は、紫外線耐性とガスバリア性の観点から、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、又はエポキシ樹脂であることが好ましい。
　図１３～図１５に示すように、発光装置１は、発光素子２とレンズ３を収容する容器８を備えてもよい。容器８は、例えば図１３に示すように、実装用基板８１と、カバー８２と、を有する。実装用基板８１の表面８１ａには、凹部８３が形成されている。凹部８３の内底面に、発光素子２が固定される。
　発光素子２は、ダイボンディングなどの公知の方法で固定される。発光素子２が実装用基板８１に固定された後に、発光素子２とレンズ３が接合される。その順番は逆でもよく、発光素子２とレンズ３が接合された後に、発光素子２が実装用基板８１に固定されてもよい。
　カバー８２は、例えば平板状であって、基板８１の表面８１ａに接着される。カバー８２は、発光素子２の発する光を透過する材料、例えば石英または無機ガラスで形成される。カバー８２と基板８１とは、金属ハンダ、無機接着剤または有機接着剤で接着される。水分または酸素が外部から発光素子２に侵入するのを抑制でき、発光素子２の性能劣化を抑制できる。
　カバー８２は、図１３に示すように平板状であるが、図１４に示すように箱型状でもよいし、図１５に示すようにドーム状であってもよい。カバー８２が箱型状、又はドーム状である場合、レンズ３から放射状に出射する光を効率良く外に取り出すことができる。ドーム状の場合、光の取り出し効率が特に良い。また、カバー８２が箱型状、又はドーム状である場合、基板８１の表面８１ａに凹部８３を形成しないので、基板８１のコストを削減できる。
　［例１］
　例１では、ガラスＡ（ＳｉＯ２：５．８ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３：６６．５８ｍｏｌ％、Ｌａ２Ｏ３：１９．３ｍｏｌ％、Ｙ２Ｏ３：８．３ｍｏｌ％）からなる半球レンズと、発光素子とを、シーケンシャルプラズマ法で接合することで、発光装置を作製した。
　発光素子としては、ピーク波長が２７５ｎｍであって光出射面がサファイア基板であるものを用意した。発光素子は、半球レンズとの接合前に、窒化アルミニウム焼結体からなる実装用基板にフリップチップ実装した。
　半球レンズの接合面と、発光素子の接合面には、反応性スパッタ法でＳｉＯ２膜を成膜した。ＳｉＯ２膜の表面は、シーケンシャルプラズマ法で改質した。具体的には、酸素ＲＩＥと、窒素ＲＩＥと、窒素ラジカルの照射とをこの順番で実施した後、大気に晒して改質表面にＯＨ基を形成させた。酸素ＲＩＥの処理時間は１８０秒であり、窒素ＲＩＥの処理時間は１８０秒であり、窒素ラジカルの照射時間は１５秒であった。
　表面改質したＳｉＯ２膜同士を向かい合わせてレンズと発光素子を貼り合わせ、続いて２００℃で２時間加熱することで、発光装置を作製した。シーケンシャルプラズマ法を用いてレンズと発光素子とを強固に接合できた。半球レンズと発光素子の接合面の剥離強度は１．７ｋｇｆであった。剥離強度はＤＡＧＥ４０００ｐｌｕｓ（ノードソン社製）を使って測定した。
　［例２］
　例２では、ガラスＡからなる半球レンズの代わりにガラスＢ（ＳｉＯ２：１００ｍｏｌ％）からなる半球レンズを用意し、半球レンズの接合面にＳｉＯ２膜を成膜しなかった以外、例１と同じ条件でレンズと発光素子を貼り合わせ、続いて２００℃で２時間加熱することで、発光装置を作製した。半球レンズが石英ガラスからなる場合、石英ガラスの接合面にＳｉＯ２膜を成膜しなくても、シーケンシャルプラズマ法を用いてレンズと発光素子とを強固に接合できた。
　［例３］
　例３では、ガラスＡからなる半球レンズと、発光素子とを、有機接着剤を用いて接合することで、発光装置を作製した。発光素子としては、ピーク波長が２７５ｎｍであって光出射面がサファイア基板であるものを用意した。発光素子は、半球レンズとの接合前に、窒化アルミニウム焼結体からなる実装用基板にフリップチップ実装した。
　有機接着剤としては、ポリシルセスキオキサン（小西化学工業社製、ＳＲ－１３、固形分濃度７０質量％、溶剤：酢酸ブチル）を用いた。上記有機接着剤をレンズの接合面に塗布し、５０℃で６０分間乾燥させ、次いで８０℃で２０分間乾燥させることで、樹脂膜を形成した。樹脂膜の膜厚は２０μｍであった。
　その後、樹脂膜を介してレンズを発光素子の上に載せ、ホットプレートの上で１００℃で３０分間加熱することで樹脂膜を軟化させ、発光素子の接合面全体に樹脂膜を広げた。続いて２００℃で３０分間加熱することで樹脂膜を硬化させた。これにより、レンズと発光素子とを強固に接合できた。
　［例４］
　例４では、ガラスＡからなる半球レンズの代わりにガラスＢからなる半球レンズを用意した以外、例３と同じ条件でレンズと発光素子を貼り合わせた。これにより、レンズと発光素子とを強固に接合できた。
　［例５］
　例５では、ガラスＡからなる半球レンズと、発光素子とを、有機接着剤を用いて接合することで、発光装置を作製した。発光素子としては、ピーク波長が２７５ｎｍであって光出射面がサファイア基板であるものを用意した。発光素子は、半球レンズとの接合前に、窒化アルミニウム焼結体からなる実装用基板にフリップチップ実装した。
　有機接着剤は、下記の手順で作製した。１Ｌのフラスコに、トリエトキシメチルシラン（１７９ｇ）、トルエン（３００ｇ）、酢酸（５ｇ）を加えて、混合物を２５℃で２０分間攪拌後、さらに、６０℃に加熱して１２時間反応させた。得られた反応粗液を２５℃に冷却後、水（３００ｇ）を用いて、反応粗液を３回洗浄した。洗浄された反応粗液にクロロトリメチルシラン（７０ｇ）を加えて、混合物を２５℃で２０分間攪拌後、さらに、５０℃に加熱して１２時間反応させた。得られた反応粗液を２５℃に冷却後、水（３００ｇ）を用いて、反応粗液を３回洗浄した。洗浄された反応粗液からトルエンを減圧留去し、スラリー状態にした後、真空乾燥機で終夜乾燥することにより、白色のオルガノポリシロキサン化合物を得た。
　上記白色のオルガノポリシロキサン化合物を有機接着剤としてレンズの接合面に塗布し、１００℃で１０分間乾燥させ、次いで２５０℃で３０分間乾燥させことで、樹脂膜を形成した。その後、樹脂膜を介してレンズを発光素子の上に載せ、ホットプレートの上で１００℃で３０分間加熱することで樹脂膜を軟化させ、発光素子の接合面全体に樹脂膜を広げた。続いて２００℃で３０分間加熱することで樹脂膜を硬化させた。これにより、レンズと発光素子とを強固に接合できた。
　［例６］
　例６では、ガラスＡからなる半球レンズの代わりにガラスＢからなる半球レンズを用意した以外、例５と同じ条件でレンズと発光素子を貼り合わせた。これにより、レンズと発光素子とを強固に接合できた。
　［例７］
　例７では、ガラスＡからなる半球レンズと、発光素子とを、有機接着剤を用いて接合することで、発光装置を作製した。発光素子としては、ピーク波長が２７５ｎｍであって光出射面がサファイア基板であるものを用意した。発光素子は、半球レンズとの接合前に、窒化アルミニウム焼結体からなる実装用基板にフリップチップ実装した。
　有機接着剤は、例５で得た白色のオルガノポリシロキサン化合物（３０ｇ）と、金属化合物としてジルコニウムテトラノルマルブトキシド（「オルガチックスＺＡ－６５」、マツモトファインケミカル株式会社製、金属含有率２０．３％）（０．１３ｇ）と、溶媒としてＩｓｏｐｅｒ　Ｇ（東燃ゼネラル石油株式会社製）（３０ｇ）とを混合し、得られた混合液を孔径０．４５μｍのフィルタを用いて濾過することで作製した。
　上記の有機接着剤をレンズの接合面に塗布し、１００℃で１０分間乾燥させ、次いで２５０℃で３０分間乾燥させことで、樹脂膜を形成した。その後、樹脂膜を介してレンズを発光素子の上に載せ、ホットプレートの上で１００℃で３０分間加熱することで樹脂膜を軟化させ、発光素子の接合面全体に樹脂膜を広げた。続いて２００℃で３０分間加熱することで樹脂膜を硬化させた。これにより、レンズと発光素子とを強固に接合できた。半球レンズと発光素子の接合面の剥離強度は１．７ｋｇｆであった。剥離強度はＤＡＧＥ４０００ｐｌｕｓ（ノードソン社製）を使って測定した。
　［例８］
　例８では、ガラスＡからなる半球レンズの代わりにガラスＢからなる半球レンズを用意した以外、例５と同じ条件でレンズと発光素子を貼り合わせた。これにより、レンズと発光素子とを強固に接合できた。
　［有機接着剤Ｇ１～Ｇ１１の紫外線耐性評価］
　表２、表３または表４に示す有機接着剤Ｇ１～Ｇ１１で２枚の石英基板を貼り合わせた石英積層基板を作製し、この石英積層基板を紫外線発光素子の上に載せ、紫外線発光素子を点灯させて紫外光を石英積層基板に照射することで、有機接着剤の紫外線耐性を評価した。紫外線発光素子は、発光波長２６５ｎｍ、放射束４０ｍＷのものを使用した。石英積層基板に紫外光を１００時間照射した後、石英基板で挟まれた接着剤層に着色やクラックといった紫外光を照射されたことによる劣化が生じたか観察を行った。観察した結果を表２、表３および表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　有機接着剤Ｇ１～Ｇ１１は、下記の手順で作製した。１Ｌのフラスコに、トリエトキシメチルシラン（１７９ｇ）、トルエン（３００ｇ）、酢酸（５ｇ）を加えて、混合物を２５℃で２０分間攪拌後、さらに、６０℃に加熱して１２時間反応させた。得られた反応粗液を２５℃に冷却後、水（３００ｇ）を用いて、反応粗液を３回洗浄した。洗浄された反応粗液からトルエンを減圧留去し、スラリー状態にした後、真空乾燥機で終夜乾燥することにより、白色のオルガノポリシロキサン化合物（樹脂Ｃ）を得た。樹脂Ｃと金属化合物とトルエンとを混合し、得られた混合液を孔径０．４５μｍのフィルタを用いて濾過することで、各有機接着剤Ｇ１～Ｇ１１の接着剤溶液を作製した。金属化合物は、金属元素Ｘの量（質量％）が表２、表３または表４に示す値になるように樹脂Ｃと混合した。なお、表２、表３および表４に示す金属元素Ｘの量（質量％）は、樹脂Ｃの量を基準（１００質量％）とする値である。
　各有機接着剤Ｇ１～Ｇ１１の接着剤溶液を０．５ｍｍ厚の石英基板上にスピンコートで塗布し、１００℃で１０分間乾燥させ、次いで２５０℃で３０分間乾燥させることで接着剤層を形成した。その後、石英基板上の接着剤層の上にもう一方の０．５ｍｍ厚の石英基板を重ね合わせて、オーブンを用いて２００℃で３０分間加熱することで石英積層基板を作製した。２枚の石英基板は接着剤層を介して強固に接合できた。
　各石英積層基板を前述の紫外線発光素子の上に固定し、紫外線発光素子を１００時間点灯させることで、石英積層基板に紫外線を照射した。表２、表３または表４の通り、金属元素Ｘとしてアルミニウム、亜鉛、マンガン、コバルトまたはニッケルを添加した有機接着剤Ｇ２、Ｇ３、Ｇ６、Ｇ８、Ｇ１０またはＧ１１は紫外線照射後も着色せず、高い紫外線耐性を有していた。この有機接着剤Ｇ２、Ｇ３、Ｇ６、Ｇ８、Ｇ１０またはＧ１１は、高い紫外線耐性を利用して、発光素子の封止材や、レンズ、プリズム、導光板等の光学部材の接着にも好適に用いられる。また、この有機接着剤Ｇ２、Ｇ３、Ｇ６、Ｇ８、Ｇ１０またはＧ１１を、樹脂として用いることで、樹脂レンズ、樹脂基板等の樹脂製品の材料としても好適に用いられる。
　上記実施形態等に関し、以下の付記を開示する。
［付記１］
　発光素子と、前記発光素子に接合されるレンズとを、備える、発光装置であって、
　前記発光素子は、前記レンズに対向する矩形の光出射面を有し、
　前記レンズは、前記発光素子に対向する対向面と、前記対向面とは反対向きの凸曲面と、を有し、
　前記光出射面に対して垂直な方向から見たときに、前記凸曲面の周縁が円形であって、前記凸曲面の中心と前記光出射面の中心との距離をΔ（単位：μｍ）とし、前記光出射面の各辺の長さの最小値をＬ（単位：ｍｍ）とし、前記凸曲面の周縁の直径をＲ（単位：ｍｍ）とし、Ｒ／Ｌをｒとすると、下記式（１）
　　０＜Δ≦４５０／ｒ・・・（１）
が成立する、発光装置。
［付記２］
　Δが０．１μｍ以上である、付記１に記載の発光装置。
［付記３］
　ｒが１．０以上である、付記１又は２に記載の発光装置。
［付記４］
　ｒが１．４以上である、付記３に記載の発光装置。
［付記５］
　ｒが２．０以上である、付記４に記載の発光装置。
［付記６］
　ｒが２．５以上である、付記５に記載の発光装置。
［付記７］
　前記光出射面と前記対向面にせん断応力を加えたときに、前記発光素子と前記レンズが剥離する荷重が０．１ｋｇｆ以上である、付記１～６のいずれか１つに記載の発光装置。［付記８］
　前記レンズの前記凸曲面に、反射防止膜を備える、付記１～７のいずれか１つに記載の発光装置。
［付記９］
　前記レンズの前記凸曲面は、前記発光素子で生じた光の反射を防止する凹凸を有する、付記１～８のいずれか１つに記載の発光装置。
［付記１０］
　前記レンズの前記凸曲面は、前記発光素子で生じた光を散乱する凹凸を有する、付記１～８のいずれか１つに記載の発光装置。
［付記１１］
　前記発光素子と前記レンズの間に、接合膜を備える、付記１～１０のいずれか１つに記載の発光装置。
［付記１２］
　前記レンズは、酸化物ガラスである、付記１～１１のいずれか１つに記載の発光装置。［付記１３］
　前記レンズは、石英ガラス、石英、又はサファイアである、付記１～１１のいずれか１つに記載の発光装置。
　以上、本開示に係る発光装置について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。
　本出願は、２０２２年３月３日に日本国特許庁に出願した特願２０２２－０３２９３１号と２０２２年１１月１７日に日本国特許庁に出願した特願２０２２－１８４０８２号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０２２－０３２９３１号と特願２０２２－１８４０８２号の全内容を本出願に援用する。
１　　発光装置
２　　発光素子
２１　光出射面
２１Ｃ　中心
３　　レンズ
３１　対向面
３２　凸曲面
３２Ｃ　中心

Claims (13)

  1. 　発光素子と、前記発光素子に接合されるレンズとを、備える、発光装置であって、
    　前記発光素子は、前記レンズに対向する矩形の光出射面を有し、
    　前記レンズは、前記発光素子に対向する対向面と、前記対向面とは反対向きの凸曲面と、を有し、
    　前記光出射面に対して垂直な方向から見たときに、前記凸曲面の周縁が円形であって、前記凸曲面の中心と前記光出射面の中心との距離をΔ（単位：μｍ）とし、前記光出射面の各辺の長さの最小値をＬ（単位：ｍｍ）とし、前記凸曲面の周縁の直径をＲ（単位：ｍｍ）とし、Ｒ／Ｌをｒとすると、下記式（１）
    　　０＜Δ≦４５０／ｒ・・・（１）
    が成立する、発光装置。
  2. 　Δが０．１μｍ以上である、請求項１に記載の発光装置。
  3. 　ｒが１．０以上である、請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 　ｒが１．４以上である、請求項３に記載の発光装置。
  5. 　ｒが２．０以上である、請求項４に記載の発光装置。
  6. 　ｒが２．５以上である、請求項５に記載の発光装置。
  7. 　前記光出射面と前記対向面にせん断応力を加えたときに、前記発光素子と前記レンズが剥離する荷重が０．１ｋｇｆ以上である、請求項１又は２に記載の発光装置。
  8. 　前記レンズの前記凸曲面に、反射防止膜を備える、請求項１又は２に記載の発光装置。
  9. 　前記レンズの前記凸曲面は、前記発光素子で生じた光の反射を防止する凹凸を有する、請求項１又は２に記載の発光装置。
  10. 　前記レンズの前記凸曲面は、前記発光素子で生じた光を散乱する凹凸を有する、請求項１又は２に記載の発光装置。
  11. 　前記発光素子と前記レンズの間に、接合膜を備える、請求項１又は２に記載の発光装置。
  12. 　前記レンズは、酸化物ガラスである、請求項１又は２に記載の発光装置。
  13. 　前記レンズは、石英ガラス、石英、又はサファイアである、請求項１又は２に記載の発光装置。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007019133A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Sony Corp 光電変換装置及びその製造方法、並びに光情報処理装置
US20100014295A1 (en) * 2008-06-30 2010-01-21 E-Pin Optical Industry Co., Ltd. Aspherical led angular lens for narrow distribution patterns and led assembly using the same
JP2012527110A (ja) * 2009-05-11 2012-11-01 セミエルイーディーズ オプトエレクトロニクス カンパニー リミテッド 光抽出粗面構造を有するｌｅｄ装置及びその製造方法
JP2016006832A (ja) * 2014-06-20 2016-01-14 旭硝子株式会社 光学素子、発光素子パッケージおよび発光素子パッケージの製造方法
JP2017521872A (ja) * 2014-07-23 2017-08-03 クリスタル アイエス, インコーポレーテッドCrystal Is, Inc. 紫外線発光装置の光子取出し
JP2019212871A (ja) * 2018-06-08 2019-12-12 旭化成株式会社 紫外線発光素子、紫外線発光装置、半導体チップとレンズの接合方法
JP2021015910A (ja) * 2019-07-12 2021-02-12 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 発光素子ランプ及びその製造方法
WO2021039730A1 (ja) * 2019-08-30 2021-03-04 Ａｇｃ株式会社 光学素子、ガラス及び発光装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007019133A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Sony Corp 光電変換装置及びその製造方法、並びに光情報処理装置
US20100014295A1 (en) * 2008-06-30 2010-01-21 E-Pin Optical Industry Co., Ltd. Aspherical led angular lens for narrow distribution patterns and led assembly using the same
JP2012527110A (ja) * 2009-05-11 2012-11-01 セミエルイーディーズ オプトエレクトロニクス カンパニー リミテッド 光抽出粗面構造を有するｌｅｄ装置及びその製造方法
JP2016006832A (ja) * 2014-06-20 2016-01-14 旭硝子株式会社 光学素子、発光素子パッケージおよび発光素子パッケージの製造方法
JP2017521872A (ja) * 2014-07-23 2017-08-03 クリスタル アイエス, インコーポレーテッドCrystal Is, Inc. 紫外線発光装置の光子取出し
JP2019212871A (ja) * 2018-06-08 2019-12-12 旭化成株式会社 紫外線発光素子、紫外線発光装置、半導体チップとレンズの接合方法
JP2021015910A (ja) * 2019-07-12 2021-02-12 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 発光素子ランプ及びその製造方法
WO2021039730A1 (ja) * 2019-08-30 2021-03-04 Ａｇｃ株式会社 光学素子、ガラス及び発光装置

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