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JP2016219743A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光取出しが良好な発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置10は、発光装置10の発光面側に位置する第1の面21と、第1の面21に対向する第2の面22と、第1の面21と第2の面22との間に位置する側面23と、を有する発光素子20と、樹脂を含む材料から形成され、発光素子20の側面23の少なくとも一部を覆い、発光面側に位置する第1の面31を有する透光性部材30と、透光性部材30の外面33を覆い、発光面側に位置する第1の面41を有する被覆部材40と、発光素子20の第1の面21と、透光性部材30の第1の面31及び被覆部材40の第1の面41を覆う波長変換部材50と、透光性部材30の外面33と被覆部材40との間に設けられ、無機材料から成る第1反射膜71と、被覆部材40の第1の面41と波長変換部材50との間に設けられ、無機材料から成る第2反射膜72と、を含む光反射膜70と、を備える。
【選択図】図2

Description

本開示は、発光装置に関する。
発光素子の側面を、光反射性の樹脂材料から形成された被覆部材で覆った発光装置が知られている(例えば特許文献1〜3)。これらの発光装置では、発光素子と被覆部材の間に透光性部材を配置し、発光素子の側面から出射される光を、その透光性部材を通して発光装置の発光面側へと取り出すことにより、発光装置の光取出し効率の向上を図っている。被覆部材は、ハウジングの代わりに発光装置の強度を保持する機能と、透光性部材内を通過して被覆部材に到達した光を反射する機能とを有している。
また、発光装置の発光面側に波長変換部材を配置することにより、発光素子からの光の一部を波長変換して発光素子とは異なる発光色を発する発光装置が知られている(例えば特許文献1〜3)。波長変換部材は、少なくとも発光素子および透光性部材の光取り出し面側を覆うように設けることにより、発光素子から発光面方向に出射される光と、発光素子から透光性部材を通って発光面方向に出射される光とを波長変換することができる。さらに、波長変換部材を、被覆部材の少なくとも一部を覆うように形成することもできる(例えば特許文献1〜3)。波長変換部材に入射した光の一部は、波長変換部材中の蛍光体によって波長を変換されると共に散乱され、その散乱された光の一部は、被覆部材によって反射されながら、波長変換部材の全体に伝搬する。これにより、波長変換部材の面積を広くすることにより、発光装置の発光面を拡大することができる。
特開2012−227470号公報 特開2013−012545号公報 国際公開第2013/005646号
しかし、被覆部材の材料や厚み等によっては、被覆部材で十分に光を反射できないおそれがある。
そこで、本発明の一実施形態は、光取出しが良好な発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る発光装置は、
発光装置の発光面側に位置する第1の面と、前記第1の面に対向する第2の面と、前記第1の面と前記第2の面との間に位置する側面と、を有する発光素子と、
樹脂を含む材料から形成され、前記発光素子の前記側面の少なくとも一部を覆い、前記発光面側に位置する第1の面を有する透光性部材と、
前記透光性部材の外面を覆い、前記発光面側に位置する第1の面を有する被覆部材と、
前記発光素子の前記第1の面と、前記透光性部材の前記第1の面及び前記被覆部材の前記第1の面を覆う波長変換部材と、
前記透光性部材の前記外面と前記被覆部材との間に設けられ、無機材料から成る第1反射膜と、前記被覆部材の前記第1の面と前記波長変換部材との間に設けられ、無機材料から成る第2反射膜と、を含む光反射膜と、を備える。
本発明の一実施形態に係る発光装置を製造する方法は、
波長変換部材上に、発光素子を配置する工程と、
前記発光素子の側面を透光性部材で覆う工程と、
前記透光性部材の外面を無機物である第1反射膜で覆う工程と、
前記透光性部材から露出した前記波長変換部材を、無機物である第2反射膜で覆う工程と、
前記第1反射膜及び第2反射膜を被覆部材で覆う工程と、を含む。
本発明の一実施形態によれば、機械的強度の低下および光漏れ増加を抑制しつつ、被覆部材の厚さを薄くすることができる。
図1は、実施の形態1に係る発光装置の概略平面図である。 図2は、図1のA−A線に沿った概略断面図である。 図3は、図1のA−A線に沿った概略断面図である。 図4は、図2に示す発光素子の拡大断面図である。 図5(a)、図5(b)は、実施の形態1に係る発光装置の第1の製造方法を説明するための概略平面図である。 図6(a)、図6(b)は、実施の形態1に係る発光装置の第1の製造方法を説明するための概略平面図である。 図7(a)、図7(b)は、実施の形態1に係る発光装置の第1の製造方法を説明するための概略平面図である。 図8(a)は、図5(a)のB−B線に沿った概略断面図、図8(b)は、図5(b)のC−C線に沿った概略断面図、図8(c)は、図6(a)のD−D線に沿った概略断面図である。 図9(a)は、図6(b)のE−E線に沿った概略断面図、図9(b)は、図7(a)のF−F線に沿った概略断面図、図9(c)は、図7(b)のG−G線に沿った概略断面図である。 図10(a)、図10(b)は、実施の形態1に係る発光装置の第2の製造方法を説明するための概略平面図である。 図11(a)は、図10(a)のH−H線に沿った概略断面図、図11(b)は、図10(b)のI−I線に沿った概略断面図である。 図12は、実施の形態2に係る発光装置の概略平面図である。 図13は、図12のJ−J線に沿った概略断面図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の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」及び、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または部材を示す。
<実施の形態1>
図1、図2(a)に示す本実施の形態に係る発光装置10は、発光素子20と、発光素子20の側面23側に設けられた透光性部材30と、透光性部材30の外面33を覆う被覆部材40とを含む。発光装置10は、発光面として機能する第1の面(上面)11側に、波長変換部材50を備えることができる。波長変換部材50は、発光素子20の第1の面(上面)21、透光性部材30の第1の面(上面)21、および被覆部材40の第1の面(上面)41を覆っている。被覆部材40と透光性部材30との間、および被覆部材40と波長変換部材50との間には、光反射膜70が設けられている。
被覆部材40と透光性部材30との間に光反射膜70を備えることにより、発光素子20から透光性部材30を通過する光が被覆部材40に到達する前に、その光を光反射膜70で反射することができる。また、被覆部材40と波長変換部材50との間に光反射膜70を備えることにより、波長変換部材50の内部を伝搬する光が被覆部材40に到達する前に、その光をその光を光反射膜70で反射することができる。よって、被覆部材40の光反射率の低下を考慮せずに、被覆部材40を任意に設計することができる。
図4に示すように、発光素子20は、透光性基板27と、透光性基板27の下面側に形成された半導体積層体28とを含むことができる。発光素子20は、透光性基板27側の第1の面(上面)21と、第1の面21と対向する半導体積層体28側の第2の面(下面)22と、第1の面21と第2の面22との間に位置する複数の側面23とを有している。第1の面21は、発光装置10の発光面側に位置する。
透光性基板27としては、例えばサファイア基板が利用できる。
発光素子20の第2の面(下面)22側には、発光素子20に通電するための一対の電極251、252が設けられている。なお、本明細書において、発光素子20の「第2の面22」は、電極251、252を含まない状態における発光素子20の面を指している。よって、本実施の形態では、第2の面22は、半導体積層体28の下面と一致する。
再び図2を参照すると、発光素子20の側面23は、透光性部材30によって覆われている。透光性部材30は、発光素子20の側面23から出射される光を発光装置10の発光面(第1の面)11方向に導光する。発光素子20の側面23と被覆部材40との間に透光性部材30を設けることにより、発光素子20の側面23に到達した光は、側面23から透光性部材30へと取り出すことができる。このように、発光素子20の側面23に透光性部材30を設けることにより、光の損失を抑制して、発光装置10の光取出し効率を向上できる。
透光性部材30の外面33は、発光素子20の第2の面22側から第1の面21側に向かって外向きに傾斜するのが好ましい。つまり、図2に示すような断面図において、透光性部材30の左右の外面33が、発光装置10の発光面(第1の面)11に向かって広がっているのが好ましい。発光素子20の側面23から出射されて、透光性部材30の中を伝搬する光は、傾斜した外面33に到達する。ここで、外面33を覆う光反射膜70で光を反射したときに、光を発光装置10の第1の面11の方向に向けることができる。これにより、発光装置10の光取出し効率を向上させることができる。
図2に示す発光素子20の断面図において、側面23と透光性部材30の外面33とのなす角度(これを「傾斜角度θ」とする)は、40°〜60°であるのが好ましく、例えば45°にすることができる。傾斜角度θが大きいと、透光性部材30の第1の面31の外形(図1では、略円形に描かれている)が大きくなり、光取出し効率が向上する。一方、傾斜角度θが小さいと、第1の面31の外形が小さくなるので、上面視における発光装置10の一辺の寸法を小さくすることができる(すなわち、発光装置10を小型化できる)。光取出し効率と、発光装置10の小型化とを考慮すると、傾斜角度θ=45°であるのが最適である。
発光素子20の側面23が、第2の面22に対して傾斜している場合には、透光性部材30の効果が顕著になる。例えば、発光素子20の製造工程において、透光性基板27(例えばサファイア基板)の劈開によって発光素子20を個片化している場合には、発光素子20の側面23が第2の面22に対して垂直にならない場合がある。例えば、断面視において、発光素子20の外形は、平行四辺形(図3参照)または台形となり得る。発光素子20の第1の面21と第2の面22が平行で、対向する2つの側面23が平行で、各側面23は、第1の面21および第2の面22に対して傾斜する。このような発光素子20の側面23を、透光性部材30を設けずに被覆部材40で直接覆った場合、一方の側面23については第2の面22とのなす角度が鈍角になるので、当該一方の側面23を覆う被覆部材40で反射された光は、発光素子20の第1の面21に向かってそのまま発光装置10の発光面(第1の面11)から外部に取り出され得る。しかし、他方の側面23については、第2の面22とのなす角度が鋭角になるので、当該他方の側面23を覆う被覆部材40で反射された光は、発光素子20の第2の面22に向かってしまい、発光素子20内から取り出される前に、発光素子20内で光の強度が減衰し得る。この他方の側面23を透光性部材30で覆うことにより、他方の側面23に到達した光は、第2の面22側に反射される代わりに、透光性部材30を通して発光装置10の第1の面11側に取り出すことができる。
半導体積層体28は、第1導電型半導体層281、発光層282および第2導電型半導体層283の3つの半導体層を含んでいる(図4)。図2を参照すると、発光素子20(正確には、図4に示す半導体積層体28の発光層282)で発光した光は、半導体積層体28から透光性基板27を通って、または半導体積層体28から発光素子20の側面23および透光性部材30を通って、発光装置10の第1の面11側に取り出される。透光性部材30は、発光素子20の側面23の少なくとも一部を覆っている。
透光性部材30が側面の一部23を覆う場合には、半導体積層体28の側面に露出した3つの半導体層281、282、283のうち、第1導電型半導体層281の側面および発光層282の側面は全て透光性部材30で覆われているのが好ましい。
図2に示すように、透光性部材30が、さらに発光素子20の第1の面21の全面を覆ってもよい。発光素子20の第1の面21上に存在する膜状の透光性部材30tにより、発光素子20の第1の面21を保護することができる。また、膜状の透光性部材30tは、第1の面21と波長変換部材50とを接着させる接着部材としても機能しうる。
図2に示すように、被覆部材40は、透光性部材30の外面33を覆っている。被覆部材40と透光性部材30の外面33の間には、後述する光反射膜70(第1の反射膜71)が配置されている。被覆部材40は、光の反射率の高い材料(光反射性材料)から形成されていても、光の反射率の低い、例えば光の透過率や光の吸収率の高い材料から形成されていてもよい。被覆部材40は、さらに、発光素子20の電極251、252の側面251c、252cと、発光素子20の第2の面(下面)22のうち電極251、252が設けられていない部分と、を覆っていてもよい。
発光装置10の第1の面11側に設けられた波長変換部材50は、発光素子20の第1の面(上面)21、透光性部材30の第1の面(上面)31、及び被覆部材40の第1の面(上面)41を覆っている。それらの第1の面(上面)21、31、41は、発光装置10の発光面(第1の面11)側に位置している。波長変換部材50と被覆部材40の第1の面41との間には、後述する光反射膜70(第2反射膜72)が配置されている。
発光装置10は、発光素子20で発光した光、および波長変換部材50で波長変換された光を発光面(発光装置10の第1の面11)側に反射するための光反射膜70を備えることができる。光反射膜70は、第1反射膜71、第2反射膜72、第3反射膜73および第4反射膜74を含み得る。第1〜第4反射膜について、個々に説明する。
(第1反射膜71)
透光性部材30の外面33と被覆部材40との間には、第1反射膜71が設けられている。これにより、発光素子20の側面23から透光性部材30に取り出された光を、第1反射膜71で反射して、発光装置10の第1の面(上面)11側から取り出すことができる。
第1反射膜71を設けない場合、透光性部材30の外面33は、被覆部材40で覆われる。被覆部材40に、光反射率の高い材料(例えば白色の樹脂材料)を使用することにより、光を透光性部材30の外面33を覆う被覆部材40で反射させることは可能である。しかし、被覆部材40の壁厚が薄い場合には、光の一部が被覆部材40を透過してしまう恐れがある。また、被覆部材40に添加する添加物には、光反射率を低下させるものを選択できない。例えば、カーボンブラックは黒色で光を吸収するため、カーボンブラックを被覆部材40に添加すると、透光性部材30の外面33に到達した光の一部が被覆部材40に吸収され得るため、発光装置10の光取出し効率が低下するおそれがある。
しかしながら、透光性部材30と被覆部材40との間に第1反射膜71を設けることにより、透光性部材30の外面33に到達した光は第1反射膜71によって実質的に全て反射され、被覆部材40に到達しない。そのため、(被覆部材40の光反射率が低いことに起因する)発光装置10の光取出し効率の低下を抑制できる。これにより、例えば、被覆部材40に、任意の添加物(例えば、カーボンブラック等の添加物)を添加することができる。
(第2反射膜72)
被覆部材40の第1の面41と波長変換部材50の第2の面52との間には、第2反射膜72が設けられている。これにより、波長変換部材50で波長変換された後に被覆部材40の第1の面41方向に向かう光を第2反射膜72で反射して、発光装置10の第1の面11側から取り出すことができる。
発光素子10で発光した光は、発光素子20の上面21から膜状の透光性部材30tを通って、または透光性部材30の上面31から、波長変換部材50に入射する。波長変換部材50は、蛍光体等の波長変換材料を含んでおり、それらの波長変換材料に光が照射されることにより、光の波長が変換される。このとき、波長変換された光は波長変換材料によって散乱され、その一部は、波長変換部材50の第2の面(下面)52に向かう。
第2反射膜72を設けない場合、散乱光の一部は、波長変換部材50の第2の面52と接触する被覆部材40の第1の面(上面)41に向かう。被覆部材40に、光反射率の高い材料(例えば白色の樹脂材料)を使用することにより、その光を、被覆部材40の第1の面41で反射させることは可能である。しかし、カーボンブラック等の光反射率を低下させ得る添加物を被覆部材40に添加すると、波長変換部材50の第2の面52に到達した光の一部が被覆部材40に吸収され得るため、発光装置10の光取出し効率が低下する。
しかしながら、波長変換部材50と被覆部材40との間に第2反射膜72を設けることにより、被覆部材40の第1の面41に到達した光は第2反射膜72によって実質的に全て反射され、被覆部材40に到達しない。そのため、(被覆部材40の光反射率が低いことに起因する)発光装置10の光取出効率の低下が抑制でき、被覆部材40に、任意の添加物(例えば、カーボンブラック等の添加物)を添加することができる。
(第3反射膜73、第4反射膜74)
電極251、252の側面251c、252cと被覆部材40との間に、第3反射膜73を設けてもよい。また、発光素子20の第2の面22のうち、電極251、252が形成されていない領域(これを「露出領域」と称する)と被覆部材40との間に、第4反射膜74を設けてもよい。これにより、発光素子20の発光層282(図4参照)で発生して、発光素子20の第2の面(下面)22方向に向かう光を、第3反射膜73で効率よく反射して、発光素子20の側面23または第1の面(上面)21から、発光素子20の外に取り出すことができる。
第3反射膜73を設けない場合、発光素子20の第2の面22の露出領域は、被覆部材40で覆われる。被覆部材40に、光反射率の高い材料(例えば白色の樹脂材料)を使用することにより、露出領域に向かう光を、発光素子20の第2の面22で反射させることは可能である。しかし、カーボンブラック等の光反射率を低下させ得る添加物を被覆部材40に添加すると、発光素子20の露出領域に到達した光の一部が被覆部材40に吸収され得るため、発光装置10の光取出し効率が低下する。
しかしながら、発光素子20の露出領域と被覆部材40との間に第4反射膜74を設けることにより、発光素子20の第2の面22の露出領域に到達した光は第4反射膜74によって実質的に全て反射され、被覆部材40に到達しない。そのため、(被覆部材40の光反射率が低いことに起因する)発光装置10の光取出効率の低下が抑制でき、被覆部材40に、任意の添加物(例えば、カーボンブラック等の添加物)を添加することができる。
なお、発光素子20の下面22に設けられた電極251、252に向かう光は、電極251、252によって反射されるので、電極251、252の側面251c、252cを覆う第3反射膜73に到達する光は実質的にない。しかしながら、第3反射膜73を設けることにより、第2反射膜72と電極251、252の側面251c、252cとの間に隙間が生じるのを抑制して、発光装置10の光取出し効率を向上させることができる。
上述の通り、第1反射膜71、第3反射膜73、第4反射膜74は、発光素子20の発光層282(図4参照)で発生した光の反射に寄与する。一方、第2反射膜72は、主に、波長変換部材50で波長変換された光の反射に寄与する。このように、反射膜の反射すべき光の波長は、光反射膜70の部位によってそれぞれ異なる。
また、第1反射膜71は透光性部材30との密着性が高いのが好ましく、第2反射膜72は波長変換部材50との密着性が高いのが好ましく、第3反射膜73は電極251、252との密着性が高いのが好ましく、そして第4反射膜74は、半導体積層体28との密着性が高いのが好ましい。このように、光反射膜70の接着性を向上すべき対象は、光反射膜70の部位によってそれぞれ異なる。
よって、光反射膜70の第1〜第4反射膜71〜74を、それぞれ好ましい材料から形成することもできる。しかしながら、各反射膜を全て別部材で形成すると、各反射膜を製造する工程を個々に設ける必要があり、製造工程の複雑化と発光装置10の製造コストの増加とに繋がりうる。
製造コストを抑制するためには、第1〜第4反射膜71〜74のすくなくとも2つ以上が同一の材料から形成されるのが好ましい。これにより、製造工程の簡略化を図ることができる。例えば、第1反射膜71と第2反射膜72とを同一の材料から形成することができる。これにより、第1反射膜71と第2反射膜72とを同一の工程で形成できるので、製造工程の簡略化を図ることができる。また、第1反射膜71と第2反射膜72とを連続膜から形成できるので、第1反射膜71と第2反射膜72の間に隙間が発生するのを抑制することができる。
光反射膜70は無機材料から形成することができる。例えば、誘電体多層膜、金属膜などの無機材料から形成できる。なお、光反射膜70の一部を誘電体多層膜、別の一部を金属膜から形成してもよく、光反射膜70の全体を誘電体多層膜または金属膜のいずれか一方から形成してもよい。
誘電体多層膜は絶縁体材料の多層膜から形成されるため、電極251、252および半導体積層体28の表面に直接形成しても短絡が生じない点で有利である。よって、電極251、252と接触し得る第3反射膜73と、電極251、252および半導体積層体28と接触し得る第4反射膜74とは、誘電体多層膜から形成するのが好ましい。
誘電体多層膜は、特定波長の光を反射するように設計されるため、反射できる光の波長範囲が狭い。第3反射膜73および第4反射膜74は、主に、発光素子20から発せられる光の反射に寄与するため、反射可能な波長域の狭い誘電体多層膜であっても、高効率で光を反射させることができる。
金属膜は、比較的広範囲の波長域で高い反射率を有する。よって、金属膜は短絡の問題がなく、波長の異なる光が混在しうる部分に形成するのに適している。第1反射膜71および第2反射膜72は、電極251、252および半導体積層体28と接触しないので、金属膜から形成するのが好ましい。特に、第2反射膜72は、発光素子20から発せられる光と、波長変換部材50で波長変換された光とを含む混合光を反射する必要があるため、反射可能な波長域の広い金属膜(例えば、AgまたはAg合金の金属膜)から形成するのが好ましい。
第3反射膜73および第4反射膜74を金属膜から形成することもできるが、その場合には、電極251、252の側面251c、252cおよび発光素子20の第2の面22の露出領域を、透光性の絶縁膜(例えば酸化ケイ素)で覆い、その絶縁膜の上に金属膜から成る第3反射膜73および第4反射膜74を形成する。
さらに、第1〜第4反射膜71〜74は、誘電体多層膜と金属膜とを積層した積層反射膜としてもよい。具体的には、発光素子20側に誘電体多層膜を配置し、被覆部材40側に金属膜を配置する。発光素子20の半導体積層体28および電極251、252と、金属膜との間に誘電体多層膜が配置されるので、半導体積層体28および電極251、252と金属層との短絡を防止できる。なお、発光素子20から発せられる光と、波長変換部材50で波長変換された光とを含む混合光の場合、その一部の光は積層反射膜を通過し得る。誘電体多層膜を通過した一部の光は、誘電体多層膜を覆う金属層によって反射することができるので、光が被覆部材40に到達するのを抑制できる。
<第1の製造方法>
図5〜図9を参照しながら、本実施の形態に係る発光装置10の第1の製造方法について説明する。第1の製造方法では、複数の発光装置10を同時に製造することができる。
工程1−1.透光性部材30の配置
波長変換シート500の第2の面520上に、透光性部材30を形成するための液状樹脂材料300を、分離した複数の島状に塗布する(図5(a)、図8(a))。このとき、比較的大きい波長変換シート500を用いて、1枚の波長変換シート500の上に複数の島状の液状樹脂材料300を配置する。島状に設けられた各液状樹脂材料300は、平面視において任意の形状にすることができ、例えば、円形、楕円形、正方形、長方形が挙げられる。なお、隣接する島状の液状樹脂材料300の間隔が広すぎると、同時に形成できる発光装置10の個数が減少して、発光装置10の量産の効率が悪くなるので、液状樹脂材料300は適切な間隔で配置するのが望ましい。
工程1−2.発光素子20の固定と液状樹脂材料300の硬化
図5(b)、図8(b)に示すように、島状の各液状樹脂材料300の上に、発光素子20を配置する。このとき、発光素子20の第1の面21を、波長変換部材50の第2の面52と向かい合わせて配置する。発光素子20を島状の液状樹脂材料300の上に配置するだけで、もしくは配置した上で発光素子20を押圧することにより、表面張力によって液状樹脂材料300は発光素子20の側面23に這い上がり、液状樹脂材料300の外面303(後の透光性部材30の外面33)は下向きに拡がった形状になる。その後に液状樹脂材料300を加熱等によって硬化させて、透光性部材30を得る。
液状樹脂材料300の平面視の形状は、発光素子20の配置または押圧により変形し、最終製品である発光装置10が備える透光性部材30の第1の面31(図1、図2参照)の外形とほぼ一致する形状となる。
なお、この製造方法では、液状樹脂材料300の一部が、波長変換シート500と発光素子20との間に、膜状に存在する。この膜状の液状樹脂材料300を硬化して形成される膜状の透光性部材30tは、波長変換シート500と発光素子20との接着剤としても機能しうる。膜状の透光性部材30tの厚さは、接着性と発光装置10の放熱性を考慮して決定するのが好ましい。具体的には、図1、図2に示す発光装置10を発光させたときに、波長変換部材50からの発熱を、発光素子20を経由して実装基板側に効率よく伝導させることができるように、膜状の透光性部材30tの厚さは、例えば2〜30μmとすることができ、4〜20μmが好ましく、5〜10μm程度が最も好ましい。
工程1−3.光反射連続膜700の形成
図6(a)、図8(c)に示すように、発光素子20、透光性部材30および波長変換シート500を、光反射連続膜700で覆う。この光反射連続膜700は、各発光装置10に個片化した後に、光反射膜70となる(図1、図2参照)。光反射連続膜700は、透光性部材30の外面33を覆う第1部分710(個片化後の第1反射膜71)と、透光性部材30から露出した波長変換シート500を覆う第2部分720(個片化後の第2反射膜72)とを含む。光反射連続膜700は、さらに、電極251、252の側面251c、252cを覆う第3部分730(個片化後の第3反射膜73)と、発光素子20の第2の面22の露出領域を覆う第4部分740(個片化後の第4反射膜74)とを含み得る。さらに、電極251、252の表面251s、252sを覆う第5部分750も含み得る。
光反射連続膜700を構成する第1〜第4部分710〜740は、例えばスパッタリング、CVD、塗布、スプレー等の成膜法により形成することができる。第1〜第4部分710〜740は、個別に形成することもできるが、同時に形成するのが好ましい。
光反射連続膜700が金属材料から形成される場合、電極251、252の表面と発光素子20の第2の面22(半導体積層体28が露出している)とに絶縁膜を形成して、光反射連続膜700と、電極251、252および半導体積層体28とを絶縁する。あるいは、光反射連続膜700のうち、第3部分と第4部分730、740(電極251、252と、発光素子20の第2の面22とを覆う部分)を除去して、光反射連続膜700と、電極251、252および半導体積層体28との短絡を防止してもよい。
なお、第1反射膜、第2反射膜、第3反射膜及び第4反射膜から成る群から選択される2つ以上の反射膜が同一の材料から成る場合、それら同一の材料からなる反射膜を同時に形成することができる。例えば、第1反射膜と第2反射膜が金属膜であり、第3反射膜と第4反射膜が誘電体多層膜や絶縁性の微粒子の層である場合には、第1反射膜と第2反射膜、第3反射膜と第4反射膜をそれぞれ同一の工程で製造できる。
工程1−4.被覆部材400の形成
透光性部材30の外面33および波長変換シート500の第2の面520を覆う光反射連続膜700(第1部分710、第2部分720)、被覆部材400で覆う(図6(b)、図9(a))。この被覆部材400は、各発光装置10に個片化した後に、被覆部材40となる。さらに、発光素子20の第2の面22の露出部分および電極251、252の側面251c、252cを覆う光反射連続膜700(第3部分730、第4部分740)も、被覆部材400で覆うのが好ましい。発光素子20の電極251、252の表面251s、252sを覆う光反射連続膜700(第5部分750)も被覆部材400で覆われるように、被覆部材400の厚さ(−z方向の寸法)を調節する。図9(a)に示すように、波長変換シート500上に配置された複数の発光素子20の周囲に設けた複数の透光性部材30は、連続する1つの被覆部材400で覆われる。
その後、発光素子20の電極251、252が露出するように、公知の加工方法により被覆部材400および光反射連続膜700の第5部分750を除去する(図7(a)、図11(b))。
工程1−5.発光装置10の個片化
隣接する発光素子20の中間を通る破線X、破線X、破線Xおよび破線X(図8(b)、図11(a))に沿って、被覆部材400、光反射連続膜700および波長変換シート500をダイサー等で切断する。これにより、個々の発光装置10に個片化される(図7(b)、図9(b))。このように、発光素子20を1つ含む発光装置10を、同時に複数製造することができる。
なお、個片化した発光装置10において、発光装置10の側面13(図7(b)に示す被覆部材40の側面40c)に透光性部材30が露出すると、発光素子20からの発光が、透光性部材30を通って発光装置10の側面13から横方向に漏れてしまう。よって、透光性部材30が発光装置10の側面13から露出することのないように、隣接する発光素子20間の間隔や、透光性部材30の粘度等を調節するのが好ましい。
この製造方法によれば、波長変換シート500上に液状樹脂材料300を島状に塗布した上に発光素子20を配置することで、発光素子20の接着と透光性部材30の形成を同時に行うことができる。これにより、量産性を向上させることができる。。
<第2の製造方法>
図10〜図11を参照しながら、本実施の形態に係る発光装置10の第2の製造方法について説明する。液状樹脂材料300を形成する前に、波長変換シート500上に発光素子20を固定する点で第1の製造方法と異なる。その他の点については、第1の製造方法と同様である。なお、第1の製造方法と同様の工程については、説明を省略する。
工程2−1.発光素子20の固定
波長変換シート500の第2の面520上に発光素子20を配置する(図10(a)、図11(a))。このとき、発光素子20の第1の面21を、波長変換部材50の第2の面52と向かい合わせて配置する。波長変換シート500は、各発光装置10に個片化した後に、波長変換部材50となる。比較的大きい波長変換シート500を用いて、1枚の波長変換シート500の上に、複数の発光素子20を配置する。隣接する発光素子20は、所定の間隔をあけて配置される。なお、隣接する発光素子20の間隔が広すぎると、同時に形成できる発光装置10の個数が減少して、発光装置10の量産の効率が悪くなるので、発光素子20は、適切な間隔で配置するのが望ましい。
発光素子20は、透光性の接着剤等により波長変換部材50に固定することができる。また、波長変換部材50自体が接着性を有する場合(半硬化状態等である場合)には、接着剤を使わずに固定してもよい。
工程2−2.透光性部材30の形成
発光素子20の側面23の一部と、波長変換部材50の第2の面52のうち発光素子20の近傍領域とを覆うように、透光性部材30を形成する(図10(b)、図11(b))。透光性部材30の原材料となる液状樹脂材料30Lを、ディスペンサ等を用いて、発光素子20と波長変換部材50との境界に沿って塗布する。ある発光素子20の周囲に形成された液状樹脂材料30Lと、その発光素子20と隣接して配置された発光素子20の周囲に形成された液状樹脂材料30Lとが接触しないように、液状樹脂材料30Lを形成する。液状樹脂材料30Lは、波長変換部材50の上に広がるとともに、表面張力によって発光素子20の側面23を這い上がる。その後に、液状樹脂材料30Lを加熱等によって硬化させて、透光性部材30を得る。
その後、第1の製造方法の工程1−3.と同様に光反射膜70を形成し、工程1−4.と同様に被覆部材400を形成し、工程1−5.と同様に、発光装置10を個片化する。これにより、発光素子20を1つ含む発光装置10を、同時に複数製造することができる。
この製造方法によれば、発光素子20と波長変換部材50との間に、膜状の透光性部材30t(図2参照)が形成されない。よって、第2の製造方法は、発光素子20と波長変換部材50とを直接接触させたい場合、またはそれらの間に、透光性部材30とは異なる部材を配置したい場合に好適である。
<実施の形態2>
図12、図13に示すように、本実施の形態に係る発光装置15は、実施の形態1に係る発光装置10と比較して、波長変換部材501の側面501bが被覆部材403で覆われている点と、被覆部材403が2層構造になっている点で相違する。その他の点については、実施の形態1と同様である。
本実施の形態に係る発光装置15は、発光素子20と、発光素子20の第1の面21を覆う波長変換部材501と、発光素子20の側面23側に設けられた透光性部材30と、透光性部材30の外面33を覆う被覆部材403とを含んでいる。本実施の形態では、被覆部材403は、波長変換部材501の側面501bを覆う第1の被覆部材401と、透光性部材30の外面33を覆う第2の被覆部材402とを含む。
波長変換部材501の側面501bを被覆部材403(第1の被覆部材401)で覆うことにより、発光素子20からの発光が、波長変換部材501の内部を伝搬して側面501bから横方向に漏れるのを抑制できる。発光装置15からの発光の大部分は、発光装置15の発光面として機能する第1の面(上面)16から取り出される。すなわち、発光装置15からの光は、ほぼz方向に出射されるので、発光装置15の光の指向性を高めることができる。
本実施の形態では、光反射膜70は、実施の形態1と同様に、被覆部材40と透光性部材30の外面33との間、被覆部材40と波長変換部材501との間、被覆部材40と発光素子20電極251、252の側面との間、および被覆部材40と発光素子20の下面の露出部との間に設けられている。さらに、本実施の形態では、第1の被覆部材401と第2の被覆部材402との間に形成されていてもよい。
以下に、実施の形態1〜3の発光装置10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20)
発光素子20としては、例えば発光ダイオード等の半導体発光素子を用いることができる。半導体発光素子は、透光性基板27と、その上に形成された半導体積層体28とを含むことができる。
(透光性基板27)
発光素子20の透光性基板27には、例えば、サファイア(Al)、スピネル(MgAl)のような透光性の絶縁性材料や、半導体積層体28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。
(半導体積層体28)
半導体積層体28は、複数の半導体層を含む。半導体積層体28の一例としては、第1導電型半導体層(例えばn型半導体層)281、発光層(活性層)282および第2導電型半導体層(例えばp型半導体層)283の3つの半導体層を含むことができる(図4参照)。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、InAlGa1−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。
(電極251、252、257、258)
発光素子20の電極251、252、257、258としては、電気良導体を用いることができ、例えばCu、Au、Ag、Ni、Sn等の金属が好適である。
一対の電極を構成する2つの電極251、252の各々は、任意の形状にすることができる。例えば、図1〜2に示す発光装置10では、電極251、252は、一方向(y方向)に伸びた直方体とすることができる。電極251、252は、同じ形状でなくてもよい。また、2つの電極251、252は、互いに離間していれば、任意に配置することができる。図1に示すように、本実施の形態では、2つの電極251、252は、各電極の長軸がy方向と一致するように平行に配置されている。
(透光性部材30)
透光性部材30は、透光性樹脂、ガラス等の透光性材料から形成することができる。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であるのが好ましい。透光性部材30は発光素子20の側面23と接触しているので、点灯時に発光素子20で発生する熱の影響を受けやすい。熱硬化性樹脂は、耐熱性に優れているので、透光性部材30に適している。なお、透光性部材30は、光の透過率が高いことが好ましい。そのため、通常は、透光性部材30に、光を反射、吸収又は散乱する添加物は添加されないことが好ましい。しかし、望ましい特性を付与するために、透光性部材30に添加物を添加するのが好ましい場合もある。例えば、透光性部材30の屈折率を調整するため、または硬化前の透光性部材(液状樹脂材料300)の粘度を調整するために、各種フィラーを添加してもよい。
発光装置10の平面視において、透光性部材30の第1の面31の外形は、少なくとも発光素子20の第2の面22の外形よりも大きくされている。透光性部材30の第1の面31の外形は、さまざまな形状にすることができ、例えば、図1に示すような円形、図12に示すような角丸の四角形、および楕円形、正方形、長方形等の形状にすることができる。
また、透光性部材30の第1の面31の外形形状は、他の条件に基づいて決定してもよい。例えば、発光装置10を光学レンズ(二次レンズ)と組み合わせて使用する場合、第1の面31の外形を円形にするのが好ましくと、発光装置10から出射される発光も円形に近くなるので、光学レンズによって集光しやすくなる。一方、発光装置10の小型化が望まれる場合には、第1の面31の外形を角丸の四角形にするのが好ましく、発光装置10の上面11の寸法を小さくすることができる。
(被覆部材40、403)
被覆部材40、403は、ガラス材料、樹脂材料等の無機材料から形成することができ、特に、樹脂材料から形成するのが好ましい。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樹脂が好適である。
被覆部材40、403には、所望の特性を付与するために、添加剤を添加するのが好ましい。添加剤としては、成形性を改善するための成形性改良剤、機械的強度を高めるための補強材、耐熱性を向上するための添加剤等が挙げられる。特に、機械的強度を高めるために、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ガラス繊維などを添加するのが好ましい。
(波長変換部材50)
波長変換部材50は、蛍光体と透光性材料とを含んでいる。透光性材料としては、透光性樹脂、ガラス等が使用できる。特に、透光性樹脂が好ましく、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、メチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂が好適である。
蛍光体は、発光素子20からの発光で励起可能なものが使用される。例えば、青色発光素子又は紫外線発光素子で励起可能な蛍光体としては、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(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−SiO);ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体((Sr,Ba)SiO);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(KSiF: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。
波長変換部材50には、粘度を調整する等の目的で、各種のフィラー等を含有させてもよい。
なお、発光素子の表面は、波長変換部材50に代えて、蛍光体を含まない透光性の材料で被覆されてもよい。また、この透光性の材料にも、粘度を調整する等の目的で、各種のフィラー等を含有させてもよい。
(光反射膜70(第1反射膜71、第2反射膜72、第3反射膜73、第4反射膜74))
光反射膜70を構成する各反射膜(第1反射膜71、第2反射膜72、第3反射膜73、第4反射膜74)は、無機材料から形成するのが好ましい。
各反射膜は、金属材料又は絶縁性材料等のうち、光の反射率の高いもので形成することができる。なお、絶縁性材料としては、材料自体が反射率の高いもの以外に、誘電体多層膜も含む。各材料について以下に詳述する。
・金属材料
各反射膜に適した金属材料としては、例えば銀、銀合金、アルミニウム、金、プラチナ等が挙げられる。特に、耐硫化性に優れた銀合金が好ましく、当該分野で公知の銀合金のいずれを用いてもよい。反射膜の厚さは、特に限定されるものではなく、発光素子から出射される発光を効果的に反射することができる厚さ(例えば、約20nm〜約1μm)、特に50nm以上の厚さであるのが好ましい。
・誘電体多層膜(DBR)
誘電体多層膜(DBR)は、所定波長の光を選択的に反射することができる反射膜であり、屈折率の異なる2種類の誘電体膜を所定の厚さで交互に積層した構造を有する。具体的には、任意に形成された酸化膜等からなる下地層の上に、低屈折率層と高屈折率層とを、反射すべき光の1/4波長の厚さで交互に積層することにより、当該所定波長の光を高効率で反射することができる。
誘電体膜には、例えば、Si、Ti、Zr、Nb、Ta、Alからなる群より選択された少なくとも一種の酸化物又は窒化物を用いることができ、スパッタリング又はCVDにより成膜することができる。例えば、低屈折率層をSiO2、高屈折率層をNb2O5、TiO2、ZrO2又はTa2O5等とすることができる。具体的には、下地層側から順番に(Nb2O5/SiO2n(n=2〜5)が挙げられる。
DBRの総膜厚は、約0.2〜1μm程度とすることができる。
光反射膜は、10〜500nm程度の粒径の微粒子が層状に形成されたものであってもよい。
微粒子の材料としては、光反射率の高い酸化チタン、酸化ジルコニウム等を好ましく用いることができる。微粒子を層状に形成する方法としては、揮発性の溶剤に微粒子を混合させたものを透光性部材33の外面を被覆するよう設けた後に、溶剤を揮発させる等があげられる。
絶縁物の微粒子を光反射膜として用いることにより、誘電体多層膜を用いる場合と同様に、電極251、252および半導体積層体28の表面に直接形成しても短絡が生じない点で有利である。また、酸化チタンのような反射可能な波長域の広い材料を用いることにより、金属膜を用いる場合と同様に、発光素子20から発せられる光と、波長変換部材50で波長変換された光とを含む混合光を効率的に反射することができる。
第1〜第4反射膜71〜74は、全てまたは一部を同一の材料から形成してもよく、あるいは全てを異なる材料から形成してもよい。また、第1〜第4反射膜71〜74の中で異なる材料が用いられていてもよい。例えば、第1反射膜71は、第3反射膜73に近い部分においては、短絡等のリスクが低減できる誘電体多層膜や絶縁性の微粒子で形成され、第2反射膜72に近い部分においては、金属膜で形成されていてもよい。
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。
10、15 発光装置
11 発光装置の第1の面(上面)
20 発光素子
21 発光素子の第1の面(上面)
22 発光素子の第2の面(下面)
23 発光素子の側面
28 半導体積層体
251、252 電極
30 透光性部材
33 透光性部材の外面
40 被覆部材
50 波長変換部材
70 光反射膜

Claims (13)

  1. 発光装置の発光面側に位置する第1の面と、前記第1の面に対向する第2の面と、前記第1の面と前記第2の面との間に位置する側面と、を有する発光素子と、
    樹脂を含む材料から形成され、前記発光素子の前記側面の少なくとも一部を覆い、前記発光面側に位置する第1の面を有する透光性部材と、
    前記透光性部材の外面を覆い、前記発光面側に位置する第1の面を有する被覆部材と、
    前記発光素子の前記第1の面と、前記透光性部材の前記第1の面及び前記被覆部材の前記第1の面を覆う波長変換部材と、
    前記透光性部材の前記外面と前記被覆部材との間に設けられ、無機材料から成る第1反射膜と、前記被覆部材の前記第1の面と前記波長変換部材との間に設けられ、無機材料から成る第2反射膜と、を含む光反射膜と、を備える、発光装置。
  2. 前記第1反射膜と前記第2反射膜とが同一の無機材料から成る請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記発光素子は、その第2の面側に電極を有し、
    前記被覆部材は、前記電極の側面と、前記発光素子の前記第2の面のうち前記電極が設けられていない露出領域とを覆っており、
    前記光反射膜は、
    前記電極の前記側面と前記被覆部材との間に設けられ、無機材料から成る第3反射膜と、
    前記発光素子の前記露出領域と前記被覆部材との間に設けられ、無機材料から成る第4反射膜と、をさらに含む請求項1または2に記載の発光装置。
  4. 前記第1反射膜、前記第2反射膜、前記第3反射膜及び前記第4反射膜の2つ以上が同一の無機材料から成る請求項3に記載の発光装置。
  5. 前記光反射膜の少なくとも一部が誘電体多層膜から成る請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
  6. 前記光反射膜の少なくとも一部が金属膜から成る請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。
  7. 前記被覆部材が、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ガラス繊維から成る群から選択される1つ以上の補強材を含有する樹脂材料を含む請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
  8. 前記透光性部材の前記外面は、前記発光素子の第2の面側から第1の面側に向かって外向きに傾斜している、請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置。
  9. 波長変換部材上に、発光素子を配置する工程と、
    前記発光素子の側面を透光性部材で覆う工程と、
    前記透光性部材の外面を無機材料である第1反射膜で覆う工程と、
    前記透光性部材から露出した前記波長変換部材を、無機材料である第2反射膜で覆う工程と、
    前記第1反射膜及び第2反射膜を被覆部材で覆う工程と、を含む発光装置の製造方法。
  10. 前記透光性部材の前記外面は、前記発光素子の第2の面側から第1の面側に向かって外向きに傾斜している、請求項9に記載の製造方法。
  11. 前記第1反射膜で覆う工程と前記第2反射膜で覆う工程とを、同時に行う請求項9または10に記載の製造方法。
  12. 前記発光素子は第2の面側に電極を有しており、
    前記被覆部材で覆う工程前に、
    前記電極の側面を第3反射膜で覆う工程と、
    前記発光素子の前記第2の面のうち前記電極で覆われていない領域を第4反射膜で覆う工程と、をさらに含み、
    前記被覆部材で覆う工程において、前記被覆部材により、前記第3反射膜と前記第4反射膜とをさらに覆うことを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の製造方法。
  13. 前記第1反射膜、前記第2反射膜、前記第3反射膜及び前記第4反射膜から成る群から選択される2つ以上の反射膜が同一の材料から成り、
    前記同一の材料から成る前記反射膜を同時に形成することを特徴とする請求項12に記載の製造方法。
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