(57)【要約】【課題】光取り出し効率の向上を十分に図り、直上輝度が高い発光装置を提供する。【解決手段】発光装置（１０Ａ）における発光素子（３）を封止する透光性樹脂体（５）の表面には、透光性樹脂体（５）の表面から離れるに伴って先細りとなるテーパ部（６ａ）を有する凹凸構造（６）が複数設けられている。枠体（７）には、枠体（７）の表面から離れるに伴って内法寸法が拡大するテーパ領域（８ａ）を透光性樹脂体（５）と凹凸構造（６）との界面の高さよりも高い位置に有する延設部（８）が形成されている。【選択図】図１
2014160742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、上記基板上に搭載された発光素子と、上記発光素子の出射光の波長を変換する蛍光体を含んで上記発光素子を封止する透光性樹脂体と、上記透光性樹脂体を囲う枠体とを備えた発光装置において、
上記発光素子を封止する透光性樹脂体の表面には、該透光性樹脂体の表面から離れるに伴って先細りとなるテーパ部を有する突起部が複数設けられていると共に、
上記枠体には、該枠体の表面から離れるに伴って内法寸法が拡大するテーパ領域を上記透光性樹脂体と突起部との界面の高さよりも高い位置に有する延設部が形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記突起部は、
前記テーパ部の先端から、該テーパ部とは透光性樹脂体の表面に対する角度が異なるように延在した柱状部、又は該テーパ部の先端に形成された窪み部とを有していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光素子を前記基板に接着する接着剤が低融点ガラスからなっていると共に、
上記低融点ガラスからなる接着剤は、発光素子の側面を封止していることを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に搭載された発光素子と、上記発光素子の出射光の波長を変換する蛍光体を含んで上記発光素子を封止する透光性樹脂体と、上記透光性樹脂体を囲う枠体とを備えた発光装置に関するものであり、詳細には、光取り出し効率の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）は、白熱電球、さらには蛍光灯に取って代わる照明用光源としての期待が非常に大きく、さらなる高効率化に向けた開発が盛んに行われている。
【０００３】
一般的な発光ダイオードは、使用目的及び要求される形態の応じたパッケージの形態で提供される。
【０００４】
従来の一般的なＬＥＤを有する発光装置１００は、図１４に示すように、一対の電極１０２・１０２が形成された基板１０１と、基板１０１上に設けられた少なくとも１つの発光素子１０３と、発光素子１０３を封止する透光性樹脂体１０５とから構成されている。発光素子１０３は、ボンディングワイヤ１０９・１０９を介して電極１０２・１０２と接続されている。透光性樹脂体１０５は、発光素子１０３の上方（出射方向）を封止している。また、発光素子１０３の周囲には枠体１０７が形成されている。
【０００５】
上記発光装置１００において、例えば白色光を出射する場合には、青色光を出射する発光素子１０３が用いられると共に、透光性樹脂体１０５は黄色蛍光体、又は赤色蛍光体と緑色蛍光体とを分散して構成される。そして、発光素子１０３から放出される青色光と、透光性樹脂体１０５に分散された各蛍光体にて波長変換された光とをミキシングすることにより、白色光を得ることができる。このようにして、白色光を得る方法が一般的である。
【０００６】
ここで、発光装置１００では、発光素子１０３を封止する透光性樹脂体１０５の表面つまり出射面は平坦面であることが一般的である。特に照明用の高輝度パッケージでは、多数個の発光素子１０３がパッケージ用の基板１０１上で平面的に実装され、蛍光体を含有する透光性樹脂体１０５によって大面積で一括封止されている。このため、透光性樹脂体１０５の表面つまり封止界面は、基板１０１の発光素子搭載面に対して略平行面で平坦な形状となっている。
【０００７】
発光装置１００では、透光性樹脂体１０５に含まれる封止樹脂や蛍光体の員数低減を考慮して少量の蛍光体樹脂での封止が行われる。このため、発光素子１０３と透光性樹脂体１０５の表面との距離が数百μｍと非常に接近している。この場合、透光性樹脂体１０５の屈折率と空気の屈折率との違いにより、臨界角以上の角度にて透光性樹脂体１０５と空気の界面に入射する光は透光性樹脂体１０５の外部に出射されるが、臨界角以下の角度にて入射する光は透光性樹脂体１０５の内部に向けて全反射される。全反射された光は、透光性樹脂体１０５の内部でロスされる。例えば、透光性樹脂体１０５が一般的に使用されるシリコーン樹脂である場合、その屈折率は１．４程度であるため、スネルの法則より臨界角は約４５度となる。したがって、４５度以下の角度の青色光（発光素子１０３からの出射光）は、透光性樹脂体１０５内部へ反射することになる。
【０００８】
そこで、透光性樹脂体と空気との界面における全反射によるロスを低減させる方法が、特許文献１に記載されている。
【０００９】
特許文献１に開示された発光装置２００は、図１５に示すように、一対の電極２０４が形成された基板２０１と、基板２０１上に設けられた少なくとも１つの発光素子２０３と、発光素子２０３を封止する透光性樹脂体２０５とから構成されている。発光素子２０３は、ボンディングワイヤ２０７を介して電極２０４と接続されている。透光性樹脂体２０５は、発光素子１０３の上方つまり出射方向を封止している。また、発光素子２０３の周囲には枠体２０２が形成されている。
【００１０】
上記発光装置２００では、透光性樹脂体２０５の表面である出射面に凹凸２０６が形成されている。この構成により、発光装置２００では、臨界角以下の角度において透光性樹脂体２０５と空気との界面に入射する確率が低くなるため、光取り出し効率向上が期待できるものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−２４６１５号公報（２００６年１月２６日公開）
【特許文献２】特開平１１−１７７１２９号公報（１９９９年７月２日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の特許文献１に開示された発光装置２００では、発光装置２００における透光性樹脂体２０５の表面である出射面に設けられた複数の凹凸２０６において、端部側の凹凸２０６から出射される光は、側方に出射される。この結果、光取り出し効率の向上が十分ではないという問題点を有している。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、光取り出し効率の向上を十分に図り、直上輝度が高い発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様における発光装置は、上記の課題を解決するために、基板と、基板上に搭載された発光素子と、上記発光素子の出射光の波長を変換する蛍光体を含んで上記発光素子を封止する透光性樹脂体と、上記透光性樹脂体を囲う枠体とを備えた発光装置において、上記発光素子を封止する透光性樹脂体の表面には、該透光性樹脂体の表面から離れるに伴って先細りとなるテーパ部を有する突起部が複数設けられていると共に、上記枠体には、該枠体の表面から離れるに伴って内法寸法が拡大するテーパ領域を上記透光性樹脂体と突起部との界面の高さよりも高い位置に有する延設部が形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、光取り出し効率の向上を十分に図り、直上輝度が高い発光装置を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における発光装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）は上記発光装置における封止樹脂の表面が平坦面である場合の発光素子から発せられた光の光路を示す断面図であり、（ｂ）は上記発光装置における封止樹脂の表面に凹凸構造が形成されている場合の発光素子から発せられた光の光路を示す要部断面図である。
【図３】上記発光装置における透光性樹脂体の表面に凹凸構造が形成され、かつ枠体にテーパ領域が設けられている場合において、発光素子から発せられた光の光路を示す要部断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２における発光装置の全体構成を示す断面図である。
【図５】上記発光装置における凹凸構造の構成を示す要部断面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は、上記発光装置における凹凸構造の一例を示す斜視図である。
【図７】上記発光装置における凹凸構造の光線の軌跡を示す断面図である。
【図８】上記発光装置における凹凸構造の変形例の構成を示す要部断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３における発光装置の全体構成を示す断面図である。
【図１０】上記実施の形態１における、発光素子の基板への接着にシリコーン系樹脂からなる接着剤を用いた発光装置の要部構成を示す断面図である。
【図１１】上記実施の形態３における、発光素子の基板への接着に低融点ガラスからなる接着剤を用いた発光装置の要部構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施例１における発光装置を示すものであって、凹凸構造を有した発光装置の光取出し効率を示すスペクトル図である。
【図１３】本発明の実施例２における発光装置を示すものであって、枠体にテーパ領域を設けた場合の発光装置の配光特性を示すグラフである。
【図１４】従来の一般的な発光装置の全体構成を模式的に示す断面図である。
【図１５】従来の他の発光装置の全体構成を模式的に示す断面図である。
【図１６】（ａ）は上記従来の他の発光装置の実質的な全体構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は円弧部を有する凹凸の光線の軌跡を示す断面図である。
【図１７】（ａ）は従来のさらに他の発光装置の全体構成を示す断面図であり、（ｂ）は上記従来のさらに他の発光装置の要部構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
尚、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。また、本発明は、以下の各実施の形態及び図面の構成に限定されるものではない。
【００１８】
本実施の形態における発光装置１０Ａの構成の一例について、図１に基づいて説明する。図１は、本実施の形態の発光装置１０Ａの構成を示す断面図である。
【００１９】
本実施の形態の発光装置１０Ａは、図１に示すように、基板１と、基板１上に形成された一対の電極２・２と、基板１上に搭載された発光素子３と、発光素子３を基板１に接着する接着剤４と、発光素子３を封止する透光性樹脂体５と、透光性樹脂体５の表面に形成された突起部としての凹凸構造６と、透光性樹脂体５を包囲する枠体７とから主に構成されている。
【００２０】
基板１には配線１ａが形成されており、この配線１ａとワイヤ９とを介して電極２・２と発光素子３とが電気的に接続されている。電極２・２は、基板１上における発光素子３の搭載面に形成されている。
【００２１】
発光素子３は、発光装置１０Ａにおける光源であり、本実施の形態では、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）からなっている。ただし、本発明においては、必ずしもこれに限らず、光源は、エレクトロルミネッセンス素子及び半導体光源等であってもよい。
【００２２】
接着剤４は、発光素子３を基板１に接着させるためのボンディング材であり、本実施の形態では、例えばシリコーン系樹脂４ａからなっており、発光素子３と基板１との間に存在していると共に、発光素子３の側面にも存在している。これにより、発光素子３と基板１との十分な接着性が得られるものとなっている。尚、接着剤４は、必ずしもシリコーン系樹脂４ａに限らず、実施の形態３にて説明するように、低融点ガラスを用いることも可能である。
【００２３】
透光性樹脂体５は、発光素子３の出射光の波長を変換する図示しない蛍光体を含む透光性の例えばシリコーン樹脂からなっており、発光素子３を封止している。
【００２４】
そして、この透光性樹脂体５の側方を囲うようにして、枠体７が設けられている。この枠体７は、例えば白色樹脂等から形成されている。
【００２５】
ここで、本実施の形態の発光装置１０Ａでは、透光性樹脂体５の出射面上に複数の凹凸構造６が形成されている。
【００２６】
凹凸構造６は、透光性樹脂体５の表面から離れるに伴って先細りするテーパ部６ａを有している。したがって、凹凸構造６は、詳細には、例えば円錐形状となっている。ただし、本発明においては、必ずしも円錐形状に限らず、角錐形状であってもよい。
【００２７】
上記凹凸構造６は、透光性樹脂体５と同一材料又は同一屈折率の材料から形成されていることが好ましい。また、凹凸構造６は、発光素子３の出射光の波長を変換する蛍光体を含有していてもよいし、蛍光体を含有していなくてもよい。凹凸構造６が蛍光体を含有する場合、透光性樹脂体５からの出射光の色度を調整する機能を有するようになる。凹凸構造６が蛍光体を含有する場合、透光性樹脂体５に含まれる蛍光体と凹凸構造６に含まれる蛍光体とは、同一であっても異なっていてもよい。
【００２８】
このように、本実施の形態の発光装置１０Ａにおいては、透光性樹脂体５の出射面上に凹凸構造６が形成されているので、凹凸構造６を有しない透光性樹脂体５に比べて光取出し効率が向上するものとなっている。上記発光装置１０Ａにおける光取出し効率が向上の原理について、図２（ａ）（ｂ）及び図３に基づいて説明する。図２（ａ）は発光装置における封止樹脂の表面が平坦面である場合の発光素子から発せられた光の光路を示す要部断面図であり、（ｂ）は発光装置１０Ａにおける透光性樹脂体の表面に凹凸構造６が形成されている場合の発光素子３から発せられた光の光路を示す要部断面図である。図３は、発光装置１０Ａにおける透光性樹脂体５の表面に凹凸構造６が形成され、かつ枠体７にテーパ領域８ａが設けられている場合において、発光素子３から発せられた光の光路を示す要部断面図である。
【００２９】
すなわち、図２（ａ）に示すように、封止樹脂である透光性樹脂体５の上面に複数の凹凸構造６が存在しない場合には、透光性樹脂体５の上面が平坦面となっているので、透光性樹脂体５と空気との屈折率差により、発光素子３から発せられた光が透光性樹脂体５の内部にて全反射しロスするという現象が生じる。
【００３０】
例えば、透光性樹脂体５が蛍光体を含むシリコーン樹脂からなっている場合、透光性樹脂体５の屈折率が１．４であり、スネルの法則より臨界角は４５度となるため、透光性樹脂体５と空気との界面に４５度以下の角度で入射した光は全反射し内部に発光素子３側に戻ってくる。
【００３１】
一方、透光性樹脂体５の表面から離れるに伴って先細りするテーパ部６ａを有する凹凸構造６にて封止した場合は、図２（ｂ）に示すように、臨界角以下の角度において透光性樹脂体５と空気との界面に入射する確率が低くなるため、光取り出し効率向上が期待できる。
【００３２】
ところで、例えば、透光性樹脂体５の表面に複数の例えば円錐形状の凹凸構造６を形成したとしても、透光性樹脂体５における端部側の凹凸構造６では、図３に示すように、発光素子３から遠方に存在するので、発光素子３からの光が凹凸構造６のテーパ部６ａから横方向に出射される場合がある。その結果、透光性樹脂体５における端部側の凹凸構造６から発光装置１０Ａの前面に出射される光取出し効率が低下することになる。
【００３３】
そこで、本実施の形態の発光装置１０Ａでは、透光性樹脂体５における端部側の凹凸構造６から側方に出射される光についても、前面に向けて出射されるように、枠体７には、該枠体７の表面から離れるに伴って内法寸法が拡大するテーパ領域８ａを有する延設部８が形成されている。すなわち、テーパ領域８ａは、枠体７の内側に形成されている。
【００３４】
上記延設部８及びテーパ領域８ａは、透光性樹脂体５と凹凸構造６との界面の高さよりも高い位置に有している。また、延設部８及びテーパ領域８ａは、例えば、凹凸構造６の頂部と同じ高さまで延びている。ただし、必ずしもこれに限らず、延設部８及びテーパ領域８ａは、凹凸構造６の頂部までの途中位置の高さまで延びているとすることも可能である。
【００３５】
上記テーパ領域８ａの傾斜角度は、基板１面に対して例えば４５度となっている。これにより、図３に示すように、発光素子３からの光が凹凸構造６のテーパ部６ａから横方向に出射される光Ｌは、延設部８のテーパ領域８ａに当たり、テーパ領域８ａにて反射されて発光装置１０Ａの前面に出射されるようになる。
【００３６】
したがって、光取出し効率が低下するのを回避し得る発光装置１０Ａを提供することができる。
【００３７】
このように、本実施の形態の発光装置１０Ａでは、枠体７には、該枠体７の表面から離れるに伴って内法寸法が拡大するテーパ領域８ａを透光性樹脂体５と凹凸構造６との界面の高さよりも高い位置に有する延設部８が形成されている。
【００３８】
このため、凹凸構造６の側面から出射された光は、枠体７のテーパ領域８ａに反射され、発光装置１０Ａの前面に出射される。すなわち、透光性樹脂体５の表面に複数の凹凸構造６を形成することにより増加する低角成分の光を直上方向に立ち上げることが可能となる。
【００３９】
したがって、光取り出し効率の向上を十分に図り、直上輝度が高い発光装置１０Ａを提供することができる。
【００４０】
尚、本実施の形態では、枠体７におけるテーパ領域８ａの傾斜角度は、基板１の発光素子搭載面に対して例えば４５度となっているが、必ずしもこれに限らず、他の鋭角であってもよい。具体的には、枠体７におけるテーパ領域８ａの傾斜角度は、基板１の発光素子搭載面に対して３０°〜４５°に設定するのが好ましい。これにより、発光素子３の直上に対して低角成分の光を直上に持ち上げて、発光素子３の直上である９０°〜１２０°付近の輝度を向上させることができる。
【００４１】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図４〜図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
前記実施の形態１の発光装置１０Ａでは、透光性樹脂体５の表面には設けられた複数の突起部としての凹凸構造６は、例えば円錐形状となっていた。これに対して、本実施の形態の発光装置１０Ｂでは、凹凸構造６の頂部の形状が異なっている。
【００４３】
本実施の形態の発光装置１０Ｂの構成について、図４及び図５に基づいて説明する。図４は、本実施の形態の発光装置１０Ｂの全体構成を示す断面図である。図５は、図４に示す発光装置１０Ｂにおける凹凸構造６の構成を示す要部断面図である。
【００４４】
本実施の形態の発光装置１０Ｂは、図４に示すように、基板１と、基板１上に形成された一対の電極２・２と、基板１上に搭載された発光素子３と、発光素子３を基板１に接着する図示しない接着剤と、発光素子３を封止する透光性樹脂体５と、透光性樹脂体５の表面に形成された突起部としての凹凸構造６と、透光性樹脂体５を包囲する枠体７とから主に構成されている。
【００４５】
本実施の形態の発光装置１０Ｂにおいても、枠体７は、例えば白色樹脂等から形成されていると共に、該枠体７の表面から離れるに伴って内法寸法が拡大するテーパ領域８ａを有する延設部８が形成されている。
【００４６】
上記延設部８及びテーパ領域８ａは、透光性樹脂体５と凹凸構造６との界面の高さよりも高い位置に有している。
も高い位置に有している。そして、延設部８及びテーパ領域８ａは、例えば、凹凸構造６の頂部と同じ高さまで延びている。ただし、必ずしもこれに限らず、延設部８及びテーパ領域８ａは、凹凸構造６の頂部までの途中位置の高さまで延びているとすることも可能である。また、枠体７におけるテーパ領域８ａの傾斜角度は、基板１面に対して例えば４５度となっている。ただし、必ずしもこれに限らず、他の鋭角であってもよい。
【００４７】
ここで、本実施の形態の発光装置１０Ｂでは、図５に示すように、凹凸構造６は、透光性樹脂体５の表面から離れるに伴って細くなったテーパ部６ａと、テーパ部６ａの先端から、該テーパ部６ａとは透光性樹脂体５の表面に対する角度が異なるように延在した柱状部６ｂとを有している。凹凸構造６の側面の角度は、テーパ部６ａと柱状部６ｂとで異なっている。このため、凹凸構造６は、凹凸構造６の側面の角度が２段階で変化した構造ともいえる。
【００４８】
上記柱状部６ｂの具体的構成について、図６（ａ）（ｂ）及び図７に基づいて詳細に説明する。図６（ａ）（ｂ）は、発光装置１０Ｂにおける凹凸構造６の一例を示す斜視図である。図７は、発光装置１０Ｂにおける凹凸構造６の光線の軌跡を示す断面図である。
【００４９】
すなわち、凹凸構造６は、図６（ａ）に示すように、テーパ部６ａが円錐状であり、柱状部６ｂが円柱状とすることが可能である。また、凹凸構造６は、図６（ｂ）に示すように、テーパ部６ａが四角錐等の角錐状であり、柱状部６ｂが四角柱等の角柱状とすることも可能である。すなわち、凹凸構造６は、図６（ａ）に示すように、円錐形状と円柱形状とを複合したような形状であってもよいし、図６（ｂ）に示すように、四角錐と四角柱とを複合したような形状であってもよい。
【００５０】
このように、凹凸構造６は、柱状部６ｂが、テーパ部６ａの先端から、基板１の発光素子搭載面に対し垂直方向に延在していることが好ましい。言い換えれば、凹凸構造６の先端部に形成された柱状部６ｂは、基板１の発光素子搭載面に対して垂直な角度の側面を有する形状が好ましい。
【００５１】
このような構成にすることが好ましいことを、図１６（ａ）（ｂ）及び図７に基づいて詳述する。図１６（ａ）は、図１５に示す発光装置２００において円弧部が形成された凹凸２０６ａを備えた発光装置２００ａを示す断面図であり、図１６（ｂ）は凹凸２０６ａの光線の軌跡を示す断面図である。図７は、発光装置１０Ｂにおける凹凸構造６の光線の軌跡を示す要部断面図である。
【００５２】
〔背景技術〕にて説明した特許文献１に開示された図１５に示す発光装置２００では、金型により透光性樹脂体２０５表面に凹凸２０６を形成する手段がとられている。しかし、金型によって凹凸２０６を作製する場合、金型の凹み部の最深部つまり凹凸２０６の先端部に対応する部分を完全に尖らせることは現実的には不可能であり、ある程度の先端に円弧部が形成されてしまう。
【００５３】
したがって、図１５に示す発光装置２００を形成したとしても、実際には、図１６（ａ）に示す発光装置２００ａのように、凹凸２０６ａの先端には円弧部が形成されることになる。その結果、図１６（ｂ）に示すように、円弧部で一部の光が全反射するため、光取出し効率が低くなる。
【００５４】
これに対し、本実施の形態の発光装置１０Ｂでは、図５及び図６（ａ）（ｂ）に示すように、凹凸構造６の先端部には、柱状部６ｂが形成されており、光取出し効率を低下につながる円弧部が形成されていない。
【００５５】
この結果、図７に示すように、凹凸構造６内に入射した光は、何度か全反射を繰り返した後に、凹凸構造６の側面又は上面から空気中へ出射される。したがって、凹凸構造６の先端に円弧部が形成されている場合のような全反射によるロスを低減することが可能となる。
【００５６】
ここで、本実施の形態の凹凸構造６に柱状部６ｂを設けた発光装置１０Ｂにおける光取出し効率の向上の効果について、表１に基づいて説明する。表１は、本実施の形態の凹凸構造６に柱状部６ｂを設けた発光装置１０Ｂを、従来の図１５に示す発光装置２００（凹凸２０６の先端が尖っている場合）、図１６（ａ）に示す発光装置２００ａ（凹凸２０６ａの先端に円弧部が形成されている場合）との比較により光取出し効率を解析した結果を示している。尚、表１の解析結果は、従来の図１４に示す発光装置１００のように、凹凸構造６がない構成に比べて、光取出し効率がどの程度向上するかを示している。
【００５７】
ここで、発光装置１０Ｂにおいては、先端角度が３０°である直径１ｍｍの円錐形状のテーパ部６ａと、直径０．５ｍｍ、長さ１ｍｍの円柱形状の柱状部６ｂとを有する凹凸構造６が形成されており、透光性樹脂体５の屈折率を１．４１としている。また、従来の発光装置２００においては、凹凸２０６を、先端角度が３０°である直径１ｍｍの円錐形状の突起とし、先端に円弧部が形成されていない理想的な尖り形状とし、透光性樹脂体２０５の屈折率を１．４１としている。さらに、従来の発光装置２００ａにおいては、先端角度が３０°である直径１ｍｍの円錐形状の突起とし、先端に直径０．２ｍｍの円弧部が形成されており、透光性樹脂体２０５の屈折率を１．４１としている。
【００５８】
【表１】
2014160742.tif 000003
【００５９】
その結果、表１に示すように、本実施の形態の発光装置１０Ｂでは、発光装置２００ａ（凹凸２０６ａの先端に円弧部が形成されている場合）に比較して光取出し効率が向上しており、発光装置２００（凹凸２０６の先端が尖った理想的な形状）に近い光取出し効率が得られるという結果が得られた。
【００６０】
さらに、本実施の形態の発光装置１０Ｂにおける凹凸構造６を形成することにより光取り出し効率が向上することを検証するため、表１における解析と同条件の発光装置１０Ｂと、発光装置２００及び発光装置２００ａを同一条件で発光させ、発光強度の比較を行った。表２は、発光強度を比較した結果を示している。尚、表２の解析結果は、図１４に示す従来の発光装置１００のように凹凸構造６がない構成に比べて、発光強度がどの程度向上するかを示している。
【００６１】
【表２】
2014160742.tif 000004
【００６２】
表２に示すように、発光装置１０Ｂのように透光性樹脂体５の表面に凹凸構造６を形成することにより、凹凸構造を有さない発光装置１００に比べて２３％発光強度が向上し、凹凸２０６ａの先端に円弧部を有する発光装置２００ａよりも高い発光強度が得られた。つまり、発光装置１０Ｂは、従来の発光装置１００・２００ａに対してより高い光取出し効率が得られる結果が得られた。
【００６３】
このように、本実施の形態の発光装置１０Ｂの凹凸構造６においては、大きな直径の円錐突起からなるテーパ部６ａにて発光素子３を覆い、またその先端の円弧部の直径を０．２で固定した場合、円錐の直径が大きければ相対的に円弧部によるロスが略無視できるため、光取り出し効率は有利となる。しかし、円錐体積が大きくなるので大量の樹脂を消費し、多大な生産費用がかかってしまう。また、サブミクロン程度の小さな円錐突起からなるテーパ部６ａで発光素子３を覆う場合、円錐体積が小さいので樹脂量を少なく抑えるには有利となる。しかしながら、金型作製においてナノインプリントで使用されるリソグラフィ技術による加工が必要であり、こちらの場合も生産費用が高くなる。
【００６４】
したがって、発光装置１０Ｂにおける凹凸構造６におけるテーパ部６ａの幅は、数百μｍから数ｍｍ程度が望ましい。また、凹凸構造６の先端部の柱状部６ｂの直径は、０．４ｍｍ以下で設定すると、金型からの離型が困難となる為、０．４ｍｍ以上での設定が望ましい。上記と同様の理由により、柱状部６ｂの高さ（長さ）は、アスペクト比５以下が好ましい。尚、「柱状部６ｂのアスペクト比」とは、「柱状部６ｂの高さ／柱状部６ｂの幅」である。
【００６５】
以上のように、発光装置１０Ｂによれば、透光性樹脂体５の出射面上に突起部（凹凸構造６）が形成されているため、透光性樹脂体５の出射面における平坦面の占める割合が低くなる。これにより、平坦面での全反射による光の損失が低減される。しかも、凹凸構造６が、テーパ部６ａと該テーパ部６ａの先端に形成された柱状部６ｂとを有している。つまり、凹凸構造６の先端部には、光取出し効率を低下につながる円弧部が形成されていない。したがって、透光性樹脂体５の表面に凹凸構造６を有していても、光取出し効率の高い発光装置を提供することができる。
【００６６】
尚、本実施の形態においては、凹凸構造６は、透光性樹脂体５の表面から離れるに伴って細くなったテーパ部６ａと、テーパ部６ａの先端から、該テーパ部６ａとは透光性樹脂体５の表面に対する角度が異なるように延在した柱状部６ｂとを有している。しかしながら、本発明においては、必ずしもこれに限定されず、例えば、図８に示すように、テーパ部６ａと、テーパ部６ａの先端に形成された窪み６ｄとを有する凹凸構造６’とすることが可能である。この場合も、凹凸構造６’の先端部には、光取出し効率を低下につながる円弧部が形成されていない。したがって、透光性樹脂体５の表面に凹凸構造６’を有していても、光取出し効率の高い発光装置１０Ｂを提供することができる。
【００６７】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図９〜図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態の発光装置１０Ｃの構成について、図９〜図１１に基づいて、説明する。図９は、本実施の形態における発光装置１０Ｃの全体構成を示す断面図である。図１０は、実施の形態１における、発光素子３の基板１への接着にシリコーン系樹脂４ａからなる接着剤を用いた発光装置１０Ａの要部構成を示す断面図である。図１１は、発光素子３の基板１への接着に低融点ガラス４ｂからなる接着剤４を用いた発光装置１０Ｃの要部構成を示す断面図である。
【００６９】
前記実施の形態１の発光装置１０Ａでは、発光素子３を基板１に接着するときに使用する接着剤４は、シリコーン系樹脂４ａを使用していた。しかしながら、本実施の形態の発光装置１０Ｃでは、図９に示すように、発光素子３を基板１に接着するときに使用する接着剤４として低融点ガラス４ｂを使用している点が異なっている。尚、他の部分の構成については、前記実施の形態１の発光装置１０Ａと同じであるので、その説明を省略する。
【００７０】
すなわち、発光素子３は、図１０に示すように、透光性基体３ａと、透光性基体３ａ上に形成される第１半導体層３ｂと、第１半導体層３ｂ上に形成される発光層３ｃと、発光層３ｃ上に形成される第２半導体層３ｄとから構成されている。
【００７１】
上記透光性基体３ａは、例えば、サファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、シリコンカーバイド、シリコン又はニホウ化ジルコニウム等を用いることができる。透光性基体３ａの厚みは、例えば５０μｍ以上１０００μｍ以下である。
【００７２】
第１半導体層３ｂ、発光層３ｃ及び第２半導体層３ｄは、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体、ガリウム燐若しくはガリウムヒ素等のＩＩＩ−Ｖ族半導体、又は窒化ガリウム、窒化アルミニウム若しくは窒化インジウム等のＩＩＩ族窒化物半導体等を用いることができる。第１半導体層３ｂの厚みは、例えば１μｍ以上５μｍ以下であり、発光層３ｃの厚みは、例えば２５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、第２半導体層３ｄの厚みは、例えば５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。
【００７３】
ここで、前述したように、発光素子３は透光性樹脂体５にて封止されている。そして、発光素子３の透光性基体３ａとして例えば窒化ガリウムが使用されている場合には、その屈折率は２．４である。一方、透光性樹脂体５は、一般にシリコーン樹脂が使用されるので、その屈折率は１．４である。
【００７４】
この結果、発光素子３における透光性基体３ａの屈折率と透光性樹脂体５の屈折率との屈折率差が大きいため、発光素子３の透光性基体３ａと透光性樹脂体５との界面にて出射光の一部が全反射する。このため、光の取り出し効率が低下することになる。発光素子３からの出射光を効率よく外部へ伝達するためには、発光素子３からの光が通過する界面における反射を極力少なくする必要があり、それぞれの界面における屈折率の差を小さくすることが望ましい。
【００７５】
ここで、発光素子と透光性樹脂体との界面での全反射ロスを低減させる方法が、例えば特許文献２に開示されている。
【００７６】
上記特許文献２に開示された発光装置３００は、図１７（ａ）に示すように、一対の電極３０２・３０２が形成された基板３０１と、基板３０１上に設けられた少なくとも１つの発光素子３０３と、発光素子３０３を封止する低融点ガラスからなる透光性封止体３０５とから構成されている。発光素子３０３は、ボンディングワイヤ３０９を介して電極３０２と接続されている。透光性封止体３０５は、発光素子３０３の上方（出射方向）を封止している。
【００７７】
上記構成の発光装置３００では、屈折率が２．４程度の発光素子２０３を封止する透光性封止体３０５として例えば屈折率が２．０程度の低融点ガラス材料を選定することによって、発光素子３０３と透光性封止体３０５との界面における屈折率の差は小さくなり、図１７（ｂ）に示すように、発光素子３０３の点Ｐにて発光された光が発光素子３０３と透光性封止体３０５との界面で全反射する場合が少なくなり、その結果、発光素子３０３の上面における光取り出し効率を向上させることができるようになっている。
【００７８】
しかしながら、特許文献２に開示された発光装置３００及び実施の形態１にて説明したシリコーン系樹脂４ａからなる接着剤４を使用した発光装置１０Ａにおいては、前記図１０に示すように、発光素子３の側面からの出射光は、シリコーン系樹脂４ａからなる接着剤４に入射しようとする。その際、屈折率が２．４の発光素子３と屈折率が１．４１のシリコーン系樹脂４ａとの屈折率差の大きい界面を形成するので、発光素子３の側面から出射した光を効率良く取り出せないことになる。
【００７９】
すなわち、接着剤４にシリコーン系樹脂４ａを使用した場合、シリコーン系樹脂４ａの屈折率は１．４程度であるため、スネルの法則より臨界角は約４５度となる。したがって、４５度以下の角度の出射光は、発光素子３の内部へ反射することになり、光の外部取出し効率を下げる。
【００８０】
そこで、本実施の形態の発光装置１０Ｃでは、図１１に示すように、発光素子３を基板１に接着するときに使用する接着剤４として低融点ガラス４ｂを使用している。この低融点ガラス４ｂは、屈折率が２．０であり、発光素子３の屈折率２．４に近い屈折率となっている。
【００８１】
これにより、図１１に示すように、発光素子３の側面からの出射光は、低融点ガラス４ｂからなる接着剤４に入射しようとする。その際、屈折率が２．４の発光素子３と屈折率が２．０の低融点ガラス４ｂとは屈折率差の小さい界面を形成するので、界面での全反射ロスを低減でき、発光素子３の側面から出射した光を効率良く取り出せることができるものとなる。例えば、低融点ガラス４ｂの主成分であるＳｉＯ２の屈折率は約１．５であるが、ＳｉＯ２がＰｂＯ、Ｇａ２Ｏ３，Ｂｉ２Ｏ３,ＣｄＯ,ＺｎＯ,ＢａＯ,Ａｌ２Ｏ３等の透明化合物を含ませると、屈折率を１．５から２．５程度に増大させることができる。したがって、透明化合物を含有させることによって、低融点ガラス４ｂの屈折率を所定の値の調節し、これによって発光素子３からの光の取り出し効率を最大とすることができる。
【００８２】
このように、本実施の形態の発光装置１０Ｃでは、発光素子３を基板１に接着する接着剤４が低融点ガラス４ｂからなっていると共に、低融点ガラス４ｂからなる接着剤４は、発光素子３の側面を封止している。
【００８３】
これにより、発光素子３を基板１に接着する接着剤４として、発光素子３の屈折率と近い屈折率を有する低融点ガラス４ｂを選定している。この結果、発光素子３と接着剤４との界面の屈折率差を小さくすることができ、発光素子３の側面からの光取出し効率を向上させることができる。
【００８４】
尚、実施の形態の発光装置１０Ｃでは、実施の形態１の発光装置１０Ａにおいて発光素子３を基板１に接着するときに使用する接着剤４として低融点ガラス４ｂを使用することを述べたが、必ずしもこれに限らず、実施の形態２の発光装置１０Ｂにおいて発光素子３を基板１に接着するときに使用する接着剤４として低融点ガラス４ｂを使用することも可能である。
【００８５】
（まとめ）
本発明の態様１における発光装置１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃは、基板１と、上記基板１上に搭載された発光素子３と、上記発光素子３の出射光の波長を変換する蛍光体を含んで上記発光素子３を封止する透光性樹脂体５と、上記透光性樹脂体５を囲う枠体とを備えた発光装置において、上記発光素子３を封止する透光性樹脂体５の表面には、該透光性樹脂体５の表面から離れるに伴って先細りとなるテーパ部６ａを有する突起部（凹凸構造６）が複数設けられていると共に、上記枠体７には、該枠体７の表面から離れるに伴って内法寸法が拡大するテーパ領域８ａを上記透光性樹脂体５と突起部（凹凸構造６）との界面の高さよりも高い位置に有する延設部８が形成されていることを特徴としている。
【００８６】
上記の構成によれば、発光装置における発光素子を封止する透光性樹脂体の表面には、該透光性樹脂体の表面から離れるに伴って先細りとなるテーパ部を有する突起部が複数設けられているので、透光性樹脂体の出射面における平坦面の占める割合が低くなる。この結果、発光素子から出射された光が、透光性樹脂体の表面と空気との界面において、全反射して光取り出し効率が低下するのを防止することができる。
【００８７】
一方、発光装置における端部の突起部においては、発光素子から突起部に導光された光が突起部の側面から出射されることがあるので、光取り出し効率の向上が十分とは言えない。
【００８８】
これに対して、本発明の一態様においては、枠体には、該枠体の表面から離れるに伴って内法寸法が拡大するテーパ領域を上記透光性樹脂体と突起部との界面の高さよりも高い位置に有する延設部が形成されている。
【００８９】
このため、突起部の側面から出射された光は、枠体のテーパ領域に反射され、発光装置の前面に出射される。すなわち、透光性樹脂体の表面に複数の突起部を形成することにより増加する低角成分の光を直上方向に立ち上げることが可能となる。
【００９０】
したがって、光取り出し効率の向上を十分に図り、直上輝度が高い発光装置を提供することができるという効果を奏する。
【００９１】
本発明の態様２の発光装置１０Ｂでは、態様１の発光装置において、前記突起部（凹凸構造６）は、前記テーパ部６ａの先端から、該テーパ部６ａとは透光性樹脂体５の表面に対する角度が異なるように延在した柱状部６ｂ、又は該テーパ部６ａの先端に形成された窪み部６ｄとを有していることを特徴としている。
【００９２】
これにより、突起部の先端部には、光取出し効率の低下につながる円弧部が形成されていない。この結果、透光性樹脂体の表面に凹凸構造を有していても、光取出し効率の高い発光装置を提供することができる。
【００９３】
本発明の態様２の発光装置１０Ｃでは、態様１又は２の発光装置において、前記発光素子３を前記基板１に接着する接着剤４が低融点ガラス４ｂからなっていると共に、上記低融点ガラス４ｂからなる接着剤４は、発光素子３の側面を封止していることを特徴としている。
【００９４】
これにより、発光素子を基板に接着する接着剤として、発光素子の屈折率と近い屈折率を有する低融点ガラスを選定している。この結果、発光素子と接着剤との界面の屈折率差を小さくすることができ、発光素子の側面からの光取出し効率を向上させることができる。
【００９５】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００９６】
本実施例においては、実施の形態１の発光装置１０Ａ及び実施の形態３の発光装置１０Ｂについての効果を検証した。
【００９７】
〔実施例１〕
最初に、実施の形態１の発光装置１０Ａを用いて、透光性樹脂体５の表面に凹凸構造６形成した場合の光束向上率を調査した。
【００９８】
調査に際しては、試験体としての発光装置１０Ａの凹凸構造６は、底面１ｍｍ角、アスペクト比４の四角錐突起を発光面に隙間なく敷き詰めたものであり、突起先端部に円弧部を有していないものである。比較対象は、図１５に示す従来の発光装置１００を用いた。
【００９９】
その結果、凹凸構造６を有する本実施の形態１の発光装置１０Ａでは、色度ｘ：０．４２８、色度ｙ：０．３９１であり、光束は４０８８ｌｍであった。これに対して、従来の発光装置１００では、色度ｘ：０．４３３、色度ｙ：０．３８９であり、光束は３９１６ｌｍであった。そして、凹凸構造６を有した発光装置１０Ａの光取出しは、図１２に示すように、波長４５０〜６００ｎｍにおいて、４．３９％向上することが分かった。
【０１００】
この結果、透光性樹脂体５の表面に凹凸構造６を形成することによって、発光素子３の凹凸構造６と空気との界面での全反射ロスを低減でき、光の取出し向上に繋がることが確認できた。
【０１０１】
〔実施例２〕
次に、実施の形態１の発光装置１０Ａを用いて、枠体７にテーパ領域８ａを設けた場合における直上輝度の向上率を調査した。
【０１０２】
調査に際しては、試験体として、本実施の形態１の発光装置１０Ａにおける枠体７のテーパ領域８ａのテーパ角度を４５°に設定して検討した。比較対象は、図１５に示す従来の発光装置１００を用いた。
【０１０３】
その結果を、図１３に示す。図１３は、枠体７にテーパ領域８ａを設けた場合の発光装置１０Ａの配光特性を示すグラフである。
【０１０４】
すなわち、図１３において実線で示すように、枠体７に延設部８を設けてテーパ領域８ａつまりテーパ加工を行うことにより、発光素子３の中心軸の直上である角度０〜５０°において、放射強度が０．４〜０．１５である。これに対して、図１３において破線で示すように、図１５に示す従来の発光装置１００の枠体１０７では、発光素子１０３の中心軸の直上である角度０〜５０°において、放射強度が０．２〜０．１５である。
【０１０５】
この結果、枠体７に延設部８を設けてテーパ領域８ａつまりテーパ加工を行うことにより、発光装置１０Ａの直上輝度が約２．３倍向上することが分かる。
【０１０６】
したがって、凹凸構造６から側方に漏れる光を、枠体７の延設部８にテーパ領域８ａを設けることにより、発光素子３の直上成分を向上させることが可能となることが確認できた。
【０１０７】
〔実施例３〕
次に、実施の形態３の発光装置１０Ｃを用いて、発光素子３と基板１との接着剤４に低融点ガラス４ｂを使用した場合の光束向上率を調査した。
【０１０８】
調査に際して、発光装置１０Ｃの発光素子３の基板１上面への接着剤４をシリコーン系樹脂４ａから低融点ガラス４ｂに変えた場合での、発光素子３の側面からの光取り出し率を調査した。シリコーン系樹脂４ａとして、シリコーン樹脂を用いた。ここで、接着剤４の屈折率は、シリコーン系樹脂４ａが１.４１であり、低融点ガラス４ｂが２．０である。また、発光素子３の屈折率を２．４とした。
【０１０９】
その結果を表３に示す。表３は、接着剤４の種類による発光素子３の側面の光取出し向上率についてまとめたものである。
【０１１０】
【表３】
2014160742.tif 000005
【０１１１】
表３に示すように、接着剤４をシリコーン系樹脂４ａから、発光素子３の屈折率に近い低融点ガラス４ｂへ変更すると、発光素子３の側面からの光取り出しは、９．３４％向上することが分かった。
【０１１２】
これより、発光素子３と接着剤４との界面での全反射ロスを低減できることが分かり、光取出しの向上が可能となることが確認できた。
【０１１３】
尚、この結果、接着剤４の屈折率として２．０〜２．４を使用すれば、この効果を奏することが容易に類推できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明の一態様の発光装置は、照明用光源、及び液晶ディスプレイのバックライト光源等に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１        基板
３        発光素子
３ａ      透光性基体
３ｂ      第１半導体層
３ｃ      発光層
３ｄ      第２半導体層
４        接着剤
４ａ      シリコーン系樹脂
４ｂ      低融点ガラス
５        透光性樹脂体
６        凹凸構造（突起部）
６’      凹凸構造（突起部）
６ａ      テーパ部
６ｂ      柱状部
６ｄ      窪み部
７        枠体
８        延設部
８ａ      テーパ領域
１０Ａ      発光装置
１０Ｂ      発光装置
１０Ｃ      発光装置
【図１】
2014160742.tif 000006
【図２】
2014160742.tif 000007
【図３】
2014160742.tif 000008
【図４】
2014160742.tif 000009
【図５】
2014160742.tif 000010
【図６】
2014160742.tif 000011
【図７】
2014160742.tif 000012
【図８】
2014160742.tif 000013
【図９】
2014160742.tif 000014
【図１０】
2014160742.tif 000015
【図１１】
2014160742.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2014160742.tif 000019
【図１５】
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【図１６】
2014160742.tif 000021
【図１７】
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