(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記発光素子の外側に配置される前記導光部材の幅が、前記発光素子の側面から前記光透過部剤の外縁までの距離に対して、101〜200%である請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、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。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。
【0009】
実施形態1の発光装置
図1は、本発明に係る実施形態1の発光装置の上面図であり、
図2は、
図1のA−A’線についての断面図であり、
図3は、実施形態1の発光装置の下面図である。
本発明に係る実施形態1の発光装置は、上面を発光面とし、発光面の反対側の下面に電極13,14が設けられた発光素子1と、発光素子1の発光面上に設けられた光透過部材3と、光透過部材3の周りに設けられた第1反射部材5と、発光素子1の周りに設けられた第2反射部材7とを含む。
【0010】
実施形態1の発光装置において、発光素子1は、例えば、発光面側に位置する透光性基板12と透光性基板12の発光面の反対側の面に設けられた半導体積層体11とを含み、半導体積層体11の表面に電極13,14が形成されている。半導体積層体11は、例えば、n型半導体層とp型半導体層とを含み、電極13がn型半導体層及びp型半導体層の一方に接続され、電極14がn型半導体層及びp型半導体層の他方に接続される。半導体積層体11は、さらにn型半導体層とp型半導体層の間に発光層を含んでいてもよい。
【0011】
実施形態1の発光装置において、光透過部材3は、下面が発光素子1の発光面に対向し、発光素子1の発光面の少なくとも一部を覆うように設けられ、発光素子が発光する光は光透過部材3を透過して出射される。実施形態1の発光装置において、光透過部材3は
図1に示すように、発光素子1の発光面全体を覆いかつ光透過部材3の外周面(外側面)が発光素子1の外側面の外側に位置するように設けられる。言い換えると、光透過部材3の下方に発光素子1が配置されている。光透過部材3の上面である表面3sは、光出射表面として、発光装置の上面の一部を構成する。光透過部材3は、発光素子1が発光する光を異なる波長の光に変換する波長変換物質を含んでいてもよい。
【0012】
実施形態1の発光装置において、第1反射部材5は、光透過部材3の外周を覆うように設けられ、好ましくは光透過部材3に接して設けられる。これにより光透過部材3の側面からの光の漏れを抑制しかつ光透過部材3を保持することができる。第1反射部材5は、光透過部材3の側面全体に接して設けられることが好ましく、これにより、光透過部材3の側面からの光の漏れを効果的に抑制しかつ光透過部材3を確実に保持することができる。
実施形態1の発光装置において、第1反射部材5の表面5sは、例えば、光透過部材3の上面である表面3sを取り囲むようにして発光装置の上面の一部を構成し、これにより、発光装置の上面において、表面3sからなる光出射表面と表面5sからなる非出射表面との境界を明確に規定する。
【0013】
実施形態1の発光装置では、同一平面上に位置する光透過部材3の下面と第1反射部材5の下面とにより、発光素子1が実装される実装面が構成され、その実装面に、発光素子1の発光面が、光透過部材3の下面に対向するように導光部材9によって接合される。つまり、実施形態1では、導光部材9はダイボンド部材としての機能を併せ持っている。導光部材9は、光透過部材3と、第1光反射部材5の下面の一部と、発光素子1の側面の少なくとも一部とを覆うように形成される。導光部材9は、発光素子1の側面側から上面側、すなわち光透過部材3側に広がるようにその外面が外向きに傾斜されることで、傾斜部を有している。この導光部材9は、発光素子1から出射される光が透過する必要があることから、透光性樹脂により構成されていることが好ましい。また、色ムラを抑制するために、実質的に波長変換物質を含有しないことが好ましい。発光素子1と光透過部材3の間に形成される導光層は、例えば2〜30μmの厚さに形成され、好ましくは、4〜20μmの厚さ、より好ましくは、5〜10μm程度の厚さに形成される。
【0014】
実施形態1の発光装置において、第2反射部材7は、発光素子1の側面および下面の一部を覆うように設けられ、外部接続用に電極13,14の表面が露出される。第2反射部材7は、第1反射部材5の下面であって導光部材9から露出されている部分に接して設けられ、第2反射部材7と第1反射部材5とによって発光素子1が保護される。また、導光部材9の外面が第2反射部材7で覆われていることにより、導光部材9の外面と第2反射部材7との界面で、発光素子1の側面から出射された光を反射して光透過部材3を介して取り出すことができるので、光の取り出し効率を高くできる。第2反射部材7の底面は、実質的に平坦に形成されて、その底面に電極13,14の表面が露出される。実施形態1の発光装置において、電極13,14の表面が露出された第2反射部材7の底面が、発光装置の実装面となる。
【0015】
以上のように構成された実施形態1の発光装置は、別途作製したパッケージを用いることなく、第2反射部材7と第1反射部材5とによって発光装置の外壁を構成しているので、発光装置自体を小型にできる。
【0016】
以上のように構成された実施形態1の発光装置は、光出射表面である光透過部材3の表面3sを取り囲むようにして第1反射部材5の表面5sにより取り囲むように構成することができるので、光出射表面と非出射表面との境界を明確に規定することができ、見切りのいい発光装置を構成できる。
【0017】
以上のように構成された実施形態1の発光装置は、導光部材9が、光透過部材3と第1光反射部材5に跨って配置されているため、光透過部材3の面内に生じる輝度ムラを抑制することができる。
ここで、輝度ムラをより効果的に抑えるために、発光素子1の外側に配置される導光部材9の幅Xが、平面視における発光素子1の側面から光透過部材3の外縁までの距離Yに対して、101〜200%であることが好ましい。ここでの幅Xは、
図1に示すように平面視における発光素子1の側面から、導光部材9の端部までの距離をいうものとする。第1反射部材5と導光部材9との接合領域が大きくなると、第1反射部材5により反射できずに吸収されたり、発光装置内で減衰したりする光が増えるため、光取り出し効率が低下するからである。また、幅X(距離X)は、例えば100〜200μmであることが好ましく、より好ましくは100〜150μmである。
【0018】
導光部材9の配置箇所について好ましい範囲を確認するために、
図1〜3に図示した発光装置について、光透過部材3の上面である表面3sにおける輝度分布のシミュレーションを行った。
シミュレーションを行った4種類の発光装置における導光部材9のXの長さは
図9の通りである。シミュレーションに用いた発光素子は、平面視が600μm角の窒化物半導体発光素子であり、光透過部材3は蛍光体を含有するものとする。また、明るさ(光束)についてもX=100μmのときを100%として、各発光装置の相対的な明るさをシミュレーションした。
【0019】
図9からわかるように、X=100μm、すなわち、導光部材9の端部と第1反射部材5の端部が一致する場合は、輝度ムラが大きくなる。これは、導光部材9内を伝搬する光は、導光部材9の端部に集中しやすいため、導光部材9の端部と第1反射部材5の端部が一致していると、集中した光が第1反射部材5と光透過部材3の界面に沿ってそのまま光透過部材3の上面である表面3sに取り出されるためである。
【0020】
一方、X=50μm、X=150μm、X=200μmのときのように、導光部材9の端部と第1反射部材5の端部が一致していない場合は、輝度ムラが少なくなる。
X=50μmのように、導光部材9が光透過部材3の外形よりも小さい場合、導光部材9の端部に集中した光は光透過部材3内で蛍光体に拡散され、輝度ムラが抑制される。
また、X=150μm、X=200μmのように、導光部材9が第1反射部材5に跨って形成されている場合は、導光部材9の端部に集中された光が、第1反射部材5の下面によって反射、吸収等されることで輝度ムラが抑制される。また、150μmのときよりも200μmのときのほうが、明るさは低下することがわかる。
【0021】
第1実施形態の発光装置では、例えば
図1に示すように、導光部材9と発光素子1の実装面との接合領域が円状とされており、光透過部材3の隅部は導光部材9から露出されているが、導光部材9の端部と第1反射部材5の端部が一致する領域は点でしか存在しないため、輝度ムラを抑制することができる。
【0022】
シミュレーション結果によれば、X=50μmの場合にも輝度ムラが抑制されているが、光透過部材3に波長変換物質を含有している場合、導光部材9と光透過部材3が接合されていない領域では発光素子1からの光のうち、波長変換されずに直接取り出される光が少なくなるため色ムラが顕著となる。そのため、導光部材9と光透過部材3が接合されていない領域は、なるべく少なくすることが好ましく、光透過部材3の下面の70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上が導光部材9で覆われていることが好ましい。
【0023】
以上のように構成された実施形態1の発光装置は、後述する製造方法で製造することができるので、安価に製造することができる。
【0024】
以上のように構成された実施形態1の発光装置は、後述する製造方法で製造することができるので、光透過部材3に波長変換物質を含有させることにより、種々の波長変換物質を含む発光装置を提供することができる。
【0025】
以上の実施形態1の発光装置において、
図2には、光出射表面である光透過部材3の表面3sが平坦な面により構成された例を示した。しかしながら、本発光装置において、光出射表面は平坦であるものには限定されず、凹面であってもよいし、凸面であってもよい。光出射表面に凹凸があってもよい。
【0026】
実施形態1の発光装置の製造方法
実施形態1に係る発光装置の製造方法は、上述した実施形態1の発光装置を製造する方法であって、板状の反射部材を準備する工程と、板状の反射部材に開口部を形成して第1反射部材を形成する工程と、開口部に光透過部材を埋設する光透過部材形成工程と、半導体素子実装工程と、第2反射部材形成工程と、個片化工程とを含む。
【0027】
(反射部材準備工程)
本実施形態1の製造方法において、反射部材準備工程では、
図4(a)に示すように、板状の反射部材25を準備する。反射部材25は、例えば光反射性物質が含有された樹脂を硬化させて形成されたものである。
【0028】
(第1反射部材形成工程)
第1反射部材形成工程では、
図4(b)に示すように、準備した反射部材25に開口部25aを形成することで、第1反射部材を形成する。開口部25aは、光透過部材3に対応する形状となるように形成される。ここで、開口部25aは貫通孔であってもよいし、底面を有する凹状であってもよい。開口部25aを形成する際は、当該分野で公知の方法のいずれを利用してもよい。例えば、レーザ光の照射又は描写、パンチング、エッチング、ブラスト等が挙げられる。開口部25aは、平面視において行列状に複数形成されている。これにより個々の発光装置に分割(個片化)した後に、第1反射部材5となる第1樹脂枠25bを形成する。第1樹脂枠は平面視において格子状に形成されている。
【0029】
第1反射部材形成工程は、金型を用いて行ってもよい。この場合は、あらかじめ開口部25aに対応する部分を有する金型を用い、トランスファー成形や射出成形等により開口部25aを有する第1反射部材を形成する。
【0030】
(光透過部材形成工程)
光透過部材形成工程は、例えば、蛍光体等の波長変換物質を含む光透過部材3を形成する場合には、第2樹脂層形成工程と、例えば遠心分離により蛍光体を沈降させる波長変換物質沈降工程と、第2樹脂層硬化工程とを含む。
第2樹脂層形成工程では、
図4(c)に示すように、例えば、蛍光体を含む第2樹脂を、例えば、ポッティングにより、開口部25aに充填しかつ第1樹脂枠25b上を覆うように塗布して、第2樹脂層23を形成する。
波長変換物質沈降工程では、第2樹脂層23に含まれている波長変換物質を下方に沈降させる。
第2樹脂層硬化工程では、波長変換物質を沈降させた状態で第2樹脂層23を硬化させる。以上の光透過部材形成工程によれば、種々の波長変換物質を使用して発光装置を製造することができる。
【0031】
さらに、第2樹脂層23を、開口部25aに充填するとともに第1樹脂枠25b上を覆うように形成した場合には、第2樹脂層23を硬化した後に、光透過部材形成工程はさらに、除去工程を含む。除去工程では、
図4(d)に示すように、第2樹脂層23が所望の厚さになり、第1樹脂枠25b上の第2樹脂層が除去されるように、第2樹脂層23を上面から例えば研削する。第2樹脂層23だけではなく、第1樹脂枠25bも同時に研削してもよい。この第2樹脂層23が、のちの光透過部材3となる。
光透過部材形成工程において、各開口部25aにそれぞれ第2樹脂層23を所定量充填することにより、第1樹脂枠25b上に第2樹脂層23を形成することなく、開口部25aにそれぞれ所定の厚さの第2樹脂層23を形成するようにしても良く、そのようにした場合には、除去工程は必須ではない。このようにして、第1樹脂枠25bと第1樹脂枠25bにより保持された光透過部材3からなる複合シート30を形成する。なお、必要に応じて複合シートの一面に支持部材40を貼付してもよい。
【0032】
(発光素子実装工程)
発光素子実装工程では、
図4(e)に示すように、複合シートにそれぞれ発光素子1をダイボンド樹脂により接着する。このダイボンド樹脂は、例えば、透光性樹脂からなり、発光素子1と光透過部材3の間、および発光素子1の周りには、ダイボンド樹脂からなる導光部材9が形成される。発光素子1は、光透過部材3を介して光を効果的に取り出すことができるように、光透過部材3の下面に接合することが好ましい。第1樹脂枠25bに導光部材9の端部が達するように形成することにより、導光部材9が光透過部材3と第1樹脂枠25bに跨るように形成することができる。これにより、光透過部材3の下面の全面に導光部材9を広げることができ、光透過部材3の全面に光を入射することができる。これにより、発光面の輝度ムラを抑制することができる。
【0033】
(第2反射部材形成工程)
第2反射部材形成工程は、第3樹脂形成工程と、第3樹脂層研削工程とを含む。
第3樹脂形成工程では、
図4(f)に示すように、例えば、光反射性物質を含む第3樹脂27を、複合シートと接合された発光素子1を覆い、かつ第1樹脂枠25bに接するように形成する。第3樹脂27を形成する際、第3樹脂が導光部材9の外面に接するように形成することが好ましく、このようにすると、光の取り出し効率を高くできる。
第3樹脂層研削工程では、
図4(g)に示すように、第3樹脂27を下面から研削して、発光素子の電極13,14を露出させる。
【0034】
(分割工程)
分割工程では、支持部材40を剥離した後、または支持部材40とともに、第1樹脂と第3樹脂とを、
図4(g)に示す分割線L1に沿ってダイシング等の方法で切断することにより、個々の発光装置に分離する。
以上のようにして、
図1〜
図3に示す実施形態1の発光装置が作製される。
【0035】
実施形態2の発光装置
実施形態2の発光装置は、
図5〜
図7に示すように、光透過部材3に接する第1反射部材5が光透過部材3の下面よりも下側に第1底面5aを有しており、例えば、
図6に示すように、光透過部材3の下面と同一平面上に位置する第2底面5bとの間に段差が形成されている点で、実施形態1の発光装置と異なっている。実施形態2の発光装置では、同一平面上に位置する光透過部材3の下面と第2底面5bとにより、発光素子1が実装される実装面が構成され、その実装面に、発光素子1の発光面が光透過部材3の下面に対向するように導光部材9によって接合される。これにより、第1底面5aと第2底面5bの間に位置する内周面5cの内側に、発光素子1の側面に沿って導光部材9が形成される。
【0036】
以上のように構成された実施形態2の発光装置は、導光部材9の接合面を段差で制御できるため、光透過部材3の外周よりも大きな外周を持つように導光部材9を形成することができる。つまり、
図5に示すように、接合面において光透過部材3の全面が導光部材9により被覆されており、かつ、光透過部材3の全周囲において、第1反射部材5を導光部材9により被覆することができる。これは、導光部材9が段差により堰き止められ、内周面5cに沿って導光部材9が濡れ広がるためである。これにより、輝度ムラを抑制できることに加え、光透過部材3の上面である表面3sの色ムラを抑制することができる。ここでは、光透過部材3の平面視形状が四角のものについて説明したが、平面視における内周面5cの位置は、光透過部材3の外周と略相似形状であって、光透過部材3の外周よりも大きく形成されていれば、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0037】
実施形態2の発光装置の製造方法
実施形態4に係る発光装置の製造方法は、実施形態1に係る発光装置の製造方法に比較して、
図8(a)〜(g)に示すように、ベースプレート20と金型250を使用して、段差を有する第1反射部材を形成している点以外は実施形態1の製造方法と同様に構成される。
実施形態1に係る発光装置の製造方法は、上述した実施形態2の発光装置を製造する方法であって、ベースプレート準備工程と、第1反射部材形成工程と、光透過部材形成工程と、発光素子実装工程と、第2反射部材形成工程と、個片化工程とを含む。本製造方法では、第1反射部材形成工程及び光透過部材形成工程は、ベースプレート準備工程で準備されたベースプレート20上で行われる。
【0038】
(ベースプレート準備工程)
本実施形態1の製造方法において、ベースプレート準備工程では、発光素子が配置される位置に対応する領域に凸部21aを備えたベースプレート20を準備する。凸部21aは、ベースプレート20のプレート表面21に形成される。ベースプレート20は、例えば、SUS等の金属からなり、凸部21aは、プレート表面を加工することにより形成される。また、凸部21aの形状は、発光素子1の形状に基づいて決定され、例えば、発光素子1の実装を容易にするために、凸部の上面が発光素子1の上面形状より一回り大きくなるように形成される。
尚、このベースプレートは、繰り返し使用することもでき、ベースプレート準備工程は第1反射部材形成工程前に常に必要とされるものではない。
【0039】
(第1反射部材形成工程)
本実施形態1の製造方法において、第1反射部材形成工程では、例えば、
図8(a)に示すように、ベースプレート20のプレート表面21側に金型250を配置し、トランスファー成形や射出成形等により、凸部21a上に開口を有する格子形状の第1樹脂枠25bを形成する。具体的には、凸部21aに対向する位置に金型凸部250aを有する金型250を金型凸部250aの上面が凸部21aの上面に接触するように配置し、凸部21aと金型凸部250aの周りに、第1樹脂枠25bに対応する形状の空洞を形成する。そして、その空洞に、例えば、光反射性物質を含む第1樹脂を充填して、硬化させる。このようにして、個々の発光装置に分割した後に、第1反射部材5となる第1樹脂枠25bを形成する。
【0040】
第1反射部材形成工程の後、光透過部材形成工程、発光素子実装工程、第2反射部材形成工程、個片化工程については実施形態1の製造方法と同様に構成される。分割線L1は、個片化後第1底面となる5aを分割する線である。
【0041】
以下に、実施の形態の発光装置の各構成部材に適した材料等について説明する。
(発光素子1)
発光素子1としては、例えば発光ダイオードチップ等の半導体発光素子を用いることができる。半導体発光素子は、透光性基板12と、その上に形成された半導体積層体11とを含むことができる。
【0042】
(透光性基板12)
透光性基板12には、例えば、サファイア(Al
2O
3)、スピネル(MgA1
2O
4)のような透光性の絶縁性材料や、半導体積層体11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。
【0043】
(半導体積層体11)
半導体積層体11は、例えば、n型半導体層、発光層(活性層)およびp型半導体層等の複数の半導体層を含む。半導体層には、例えば、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等の半導体材料から形成することができる。具体的には、In
XAl
YGa
1−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。
【0044】
(電極13,14)
発光素子1の電極13,14としては、電気良導体を用いることができ、例えばCu等の金属が好適である。
【0045】
(導光部材として用いる透光性樹脂)
透光性樹脂としては、特に、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を用いることができる。
また、透光性樹脂は、発光素子1の側面に接触して、点灯時に発光素子1で発生する熱の影響を受けやすい。この点で、熱硬化性樹脂は、耐熱性に優れており、透光性樹脂として適している。
【0046】
(第1反射部材5及び第2反射部材7)
第1反射部材5及び第2反射部材7は、光反射性樹脂により構成することができる。
光反射性樹脂とは、発光素子1からの光に対する反射率が高く、例えば、反射率が70%以上の樹脂を意味する。
反射性樹脂としては、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、二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライトなどが好適である。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1反射部材5及び第2反射部材7の熱膨張率を低くして、例えば、発光素子1との間の熱膨張率差を小さくできるので、好ましい。反射性樹脂に含まれる樹脂材料としては、特に、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であるのが好ましい。
【0047】
(光透過部材3)
光透過部材3を構成する透光性樹脂としては、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、メチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂が好適である。
光透過部材3の上面である表面3sの形状は、四角形のほか、円形、楕円形または角丸の四角形としてもよく、用いるレンズ等との二次光学系の組み合わせを考慮して任意にその形状を変更することができる。円形の場合は、
図10に示すように光透過部材3の表面3sの形状を、導光部材9の外縁と相似形とすることで色ムラのより軽減された発光装置とすることができる。
光透過部材3の厚みは10〜300μmが好ましく、より好ましくは50〜200μmである。
【0048】
(波長変換物質として用いる蛍光体)
蛍光体は、発光素子1からの発光で励起可能なものが使用されることは言うまでもない。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(Ce:YAG);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(Ce:LAG);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−Al
2O
3−SiO
2);ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体((Sr,Ba)
2SiO
4);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(K
2SiF
6: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。
【0049】
以上、本発明に係るいくつかの実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。