(57)【要約】【課題】  出射光の色ムラを抑制した発光効率の高い発光装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】  発光装置は、基板と、基板側とは反対側が光出射主面となるように基板上に搭載された発光素子と、発光素子の光出射主面及び側面を覆う蛍光体粒子を含有する波長変換層と、を備え、波長変換層は周縁部において表面から窪んだ段差部を有する。【選択図】  図１
2013179132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板側とは反対側が光出射主面となるように前記基板上に搭載された発光素子と、
前記発光素子の前記光出射主面及び側面を覆う蛍光体粒子を含有する波長変換層と、を備える発光装置であって、
前記波長変換層は周縁部において表面から窪んだ段差部を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記波長変換層の側面は、前記発光素子の側面と前記段差部とを結ぶ傾斜面を形成している請求項1記載の発光装置。
【請求項３】
前記段差部に、前記段差部を埋めるように配置された透明枠体を有することを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
【請求項４】
前記波長変換層の側面は、前記発光素子の側面と前記透明枠体の底面とを結ぶ傾斜面を形成していることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
【請求項５】
前記波長変換層は前記発光素子の側面の下端まで覆い、
前記発光素子の側面の下端から前記段差部の底面までの距離は前記波長変換層の前記周縁部以外の厚さに等しいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１記載の発光装置。
【請求項６】
前記段差部の側壁は前記発光素子の側面に整列する位置又はその内側にあることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１記載の発光装置。
【請求項７】
基板上に前記基板側とは反対側が光出射主面となるように発光素子を実装する発光素子実装工程と、
前記光出射主面上に蛍光体粒子を含有する樹脂を塗布する樹脂塗布工程と、
開口部を有する枠体を用意し、塗布された前記樹脂が前記開口部内に入り込むように前記樹脂上に前記枠体を実装して前記発光素子の前記光出射主面及び側面を覆い、周縁部において表面から窪んだ段差部を有する波長変換層を形成する波長変換層形成工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記波長変換層形成工程は、前記枠体の実装後、前記樹脂を硬化させて前記波長変換層を形成する硬化工程を含むことを特徴とする請求項７記載の発光装置の製造方法。
【請求項９】
前記枠体は透明枠体であることを特徴とする請求項７又は８記載の発光装置の製造方法。
【請求項１０】
前記波長変換層形成工程において、前記枠体は前記光出射主面上に接触しないように実装されることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１記載の発光装置の製造方法。
【請求項１１】
前記開口部は前記光出射主面の大きさより小さく、前記枠体は前記光出射主面の大きさより大きいこと特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を有する発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード等の発光素子上に蛍光体粒子を含む樹脂層からなる波長変換層を形成し、発光素子からの光の一部を波長変換層中の蛍光体粒子で異なる波長の光に変換し、蛍光体粒子による変換後の光を発光素子からの波長変換層を通過する光と混合して放出する発光装置が知られている。
【０００３】
このような発光装置においては、波長変換層で混合された光を透過するガラスプレート等の透明板状部材が波長変換層上に配置されているものがある（例えば、特許文献１参照）。透明板状部材を波長変換層上に配置した発光装置においては、透明板状部材によって波長変換層の層厚を均一化及び薄膜化するだけでなく、発光素子の側面を波長変換層が覆うフィレット構造が形成されている。フィレット構造では発光素子の側面から出射した光が波長変換層のフィレット部によって波長変換されると共に透明板状部材の方向に反射されるので、発光効率の高い発光装置が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０３３８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、かかる従来の発光装置においては、発光素子の光出射主面から出射された光が波長変換層、そして透明板状部材を介して外部に出射される光経路と、発光素子の側面から出射された光が波長変換層、そして透明板状部材を介して外部に出射される光経路とでは波長変換層内における経路長が互いに異なる。すなわち、発光素子の光出射主面を覆う波長変換層の部分の光路長に比べて発光素子の側面を覆うフィレット部を介した波長変換層の表面までの光路長が長い。この結果、光出射主面を覆う波長変換層の部分を通過した光とフィレット部を通過した光を出射する透明板状部材の表面では色ムラが生じ、用途によっては、この色ムラが問題となり得る可能性があり、より発光色の均一性が高い発光装置が求められていた。これは光路長が長いフィレット部では発光素子の発光色が波長変換され過ぎてしまうためフィレット部を通過した光色と光出射主面を覆う波長変換層の部分を通過した光色とが異なることが起きるためである。例えば、発光素子の発光色が青色であって、波長変換層の蛍光体粒子が青色光を黄色光に変換する場合に、光出射主面を通過した光色が白光になるのに対してフィレット部を通過した光色は黄色味がかることが起きる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、かかる点を鑑みてなされたものであり、出射光の色ムラを抑制した発光効率の高い発光装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発光装置は、基板と、前記基板側とは反対側が光出射主面となるように前記基板上に搭載された発光素子と、前記発光素子の前記光出射主面及び側面を覆う蛍光体粒子を含有する波長変換層と、を備える発光装置であって、前記波長変換層は周縁部において表面から窪んだ段差部を有することを特徴としている。
【０００８】
本発明の発光装置の製造方法は、基板上に前記基板側とは反対側が光出射主面となるように発光素子を実装する発光素子実装工程と、前記光出射主面上に蛍光体粒子を含有する樹脂を塗布する樹脂塗布工程と、開口部を有する枠体を用意し、塗布された前記樹脂が前記開口部内に入り込むように前記樹脂上に前記枠体を実装して前記発光素子の前記光出射主面及び側面を覆いかつ周縁部において表面から窪んだ段差部を有する波長変換層を形成する波長変換層形成工程と、を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発光装置及びその製造方法によれば、発光素子の光出射主面から出射された光は、波長変換層に入射し、一部が蛍光体粒子によって所定の波長の光に変換され、蛍光体粒子によって変換されなかった光と混合されて波長変換層の段差部で囲まれた突出表面から出射される。一方、発光素子の側面から出射される光は、波長変換層で一部が蛍光体粒子によって所定の波長の光に変換され、蛍光体粒子によって変換されなかった光と混合されて段差部の底面から出射される。よって、発光素子の側面から出射された光が段差部の底面から出射されるまでに波長変換層内を進行する光路長を、発光素子の光出射主面から出射された光が波長変換層の突出表面から外部に出射されるまでに波長変化層内を進行する光路長に近付ける又は等しくすることができるので、発光装置の出射面全面においてほぼ同一の発光色にすることができ、色ムラの改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１の発光装置を示す断面図である。
【図２】実施例１の発光装置の断面図である。
【図３】実施例１の発光装置のフィレット部の拡大断面図である。
【図４】本発明の実施例２の発光装置を示す断面図である。
【図５】実施例１の発光装置の製造方法の発光素子実装工程における状態を示す図である。
【図６】実施例１の発光装置の製造方法の蛍光体入り樹脂塗布工程における状態を示す図である。
【図７】実施例１の発光装置の製造方法の透明枠体実装工程における状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
図１(a)は本発明の実施例１として発光装置の側面図を示し、図１(b)は実施例１の発光装置の上面図を示している。 また、図２は実施例１の発光装置の図１(b)のＡ−Ａ部分の断面図を示している。この発光装置においては、基板１１としては、ＡｌＮ（窒化アルミ）などのセラミックス基板、金属基板、ガラスエポキシ基板等から構成することができる。基板１１の上面には配線が形成されており、基板１１上には、フリップチップタイプの半導体発光素子（以下、単に発光素子と称す）１３が、複数の金バンプ１４により接合されることにより実装されている。発光素子１３はＬＥＤ（発光ダイオード）からなる。発光素子１３の光出射主面である上面は、正方形である。
【００１３】
発光素子１３の上面及び側面は波長変換層１５によって覆われている。波長変換層１５の基材には、蛍光体粒子（図示せず）が高濃度で分散されている。その蛍光体粒子は発光素子１３の発する光により励起され所定波長の蛍光を発する、例えば、ＹＡＧ蛍光体粒子、ＴＡＧ蛍光体粒子、サイアロン蛍光体粒子等である。波長変換層１５の基材としては、発光素子１３の発する光と共に、蛍光体粒子が発する蛍光に対して透光性を有する透明樹脂が用いられ、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。
【００１４】
波長変換層１５は、発光素子１３の上面の全体を覆っており、発光素子１３の上面は、波長変換層１５から露出していない。波長変換層１５は、図２の断面図から分かるように凸状に形成されている。波長変換層１５の発光素子１３の上面を覆う部分は凸状に形成されており、その周縁部に段差部１５Ａが形成されている。段差部１５Ａの側壁位置は発光素子１３の側面位置より内側に位置する。すなわち、段差部１５Ａの側壁は発光素子１３の側面に整列する位置又はその内側にある。
【００１５】
また、段差部１５Ａから光出射方向とは逆方向に延在して発光素子１３の側面を覆った部分がフィレット部１５Ｂとして形成されている。フィレット部１５Ｂは波長変換層１５において発光素子１３の側面位置より外側部分である。
【００１６】
段差部１５Ａには、段差部１５Ａを埋めるように透明枠体１６が配置されている。すなわち、透明枠体１６の開口部に波長変換層１５の段差部１５Ａで囲まれた突出部分が位置している。透明枠体１６は正方形外形の枠体であり、発光素子１３の上面の大きさより大きいサイズである。透明枠体１６の正方形の開口部は発光素子１３の上面の大きさより小さいサイズである。透明枠体１６の材料としては石英ガラスが望ましいが、無アルカリガラス、低アルカリガラス等のガラスで良い。透明枠体１６は、波長変換層１５上に配置されており、発光素子１３の上面とは接触していない。
【００１７】
また、波長変換層１５において、フィレット部１５Ｂには特に図３の断面拡大図に示すように、発光素子１３の側面と透明枠体１６の下面を接続する傾斜面１５Ｃが形成されている。すなわち、波長変換層１５の側面は、発光素子１３の側面と段差部１５Ａを結ぶ傾斜面を形成している。なお、波長変換層１５は、発光素子１３の側面より下方までは達しておらず、基板１１にも接していない。
【００１８】
波長変換層１５の段差部１５Ａで囲まれた突出部分の表面は平坦にされており、発光素子１３の上面からその突出表面までの波長変換層１５の層厚Ａ１は、そのフィレット部１５Ｂの厚さＢ１（段差部１５Ａの底面から発光素子１３の側面の下端までの厚さ）に等しくされている。すなわち、発光素子１３の厚さと透明枠体１６の厚さとは等しい。
【００１９】
例えば、発光素子１３の上面の一辺の長さを１ｍｍであり、これに対して透明枠体１６の一辺は１．１２ｍｍであり、開口部の一辺は０．９５ｍｍである。この場合の発光素子１３の突出表面までの波長変換層１５の層厚は５０μｍである。また、枠体１６の幅、すなわち段差部１５Ａの幅（段差部１５Ａの側壁から段差部１５Ａの縁端までの長さ）は２０μｍ以下であれば良い。
【００２０】
このように構成の実施例１の発光装置においては、発光素子１３の上面から出射された光は、波長変換層１５に入射し、一部が蛍光体粒子によって所定の波長の光に変換され、蛍光体粒子によって変換されなかった光と混合されて波長変換層１５の突出表面から出射される。一方、発光素子１１の側面から出射される光は、波長変換層１５のフィレット部１５Ｂに入射し、一部が蛍光体粒子によって所定の波長の光に変換され、傾斜面１５Ｃに向かう。その傾斜面１５Ｃに向かった光のうちの傾斜面１５Ｃによってフィレット部１５Ｂ内を上方に反射された光が透明枠体１６を介して出射される。よって、発光素子１３の側面から出射された光が透明枠体１６から出射されるまでに波長変換層１５のフィレット部１５Ｂ内を進行する光路長は、発光素子１３の上面から出射された光が突出表面から外部に出射されるまでに波長変換層１５内を進行する光路長にほぼ等しくなるので、波長変換層１５の突出表面と同一平面の透明枠体１６の表面とからなる発光装置の出射面全面においてほぼ同一の発光色にすることができ、色ムラの改善を図ることができる。
【００２１】
例えば、発光素子１３の発光色が青色であり、波長変換層１５の蛍光体粒子がその青色光を黄色光に変換するならば、発光装置の出射面全面においてほぼ白色光にすることができる。
【００２２】
また、上記したように、段差部１５Ａの側壁が発光素子１３の側面に整列する位置又はその内側にあることは、色ムラを低減させるために好ましい。
【００２３】
なお、上記した実施例１の発光装置においては、透明枠体１６が設けられているが、図４に実施例２として示すように波長変換層１５が段差部１５Ａとフィレット部１５Ｂを有する構成であれば、透明枠体１６を設けなくても実施例１と同様に発光素子１３の側面から出射された光が透明枠体１６から出射されるまでに波長変換層１５のフィレット部１５Ｂ内を進行する光路長を、発光素子１３の上面から出射された光が突出表面から外部に出射されるまでに波長変換層１５内を進行する光路長に近付けることができるので、色ムラを抑制することができる。
【００２４】
また、上記した実施例１の発光装置においては、底面から上面まで貫通した開口部を有する透明枠体１６が設けられているが、透明枠体としては、上面が塞がれた開口部を有するものを用いることができる。
【００２５】
次に、実施例１の発光装置の製造方法について図５〜図７を用いて説明する。製造方法は、(1)発光素子実装工程、(2)蛍光体入り樹脂塗布工程、(3)透明枠体実装工程、及び(4)硬化工程を含み、その順番に実行される。
【００２６】
(1)発光素子実装工程
基板１１の上面に形成された配線パターンに、フリップチップタイプの発光素子１３の素子電極をバンプ１４を用いて各々接合することにより、発光素子１３が基板１１上に実装される。図５(a)は発光素子実装工程において発光素子１３が基板１１上にバンプを用いて実装された状態を示す側面図であり、図５(b)はその上面図である。
【００２７】
(2)蛍光体入り樹脂塗布工程
波長変換層１５の基材として未硬化の透明樹脂が用意され、蛍光体粒子が添加され、十分に攪拌及び脱泡することにより、基材中に一様に分散され、未硬化のペースト２０（蛍光体入り樹脂）が得られる。ペースト２０中の透明樹脂に対する蛍光体粒子の比率は、蛍光体粒子の種類、発光素子１３の発光波長に応じて設定される。このペースト２０は各発光素子１３の上面に所定量だけディスペンサ２１による噴射によって塗布される。ディスペンサ２１のノズル径はつまり防止のため、蛍光体粒子の最大粒径よりは大きい径である。図６(a)は蛍光体入り樹脂塗布工程において発光素子１３上に塗布されてドーム形状のペースト２０を示す側面図であり、図６(b)はその上面図である。
【００２８】
(3)透明枠体実装工程
透明枠体１６が用意され、発光素子１３上に塗布されたペースト２０上に透明枠体１６が実装される。この実装の際には上方向及び横方向からの画像認識を行って透明枠体１６の実装位置が定められる。実装時にはペースト２０が透明枠体１６の開口部の内壁面にまで充填されてから透明枠体１６はピンセット２２から離される。このように透明枠体１６の開口部の各内壁面に十分に充填されてから離すことによりペースト２０の充填の内壁面毎の違いによって生じる透明枠体１６の傾きを小さくできる。また、透明枠体１６の実装後に透明枠体１６の上面までペースト２０が十分に充填されるようにして段差部１５Ａを形成することが行われる。また、同時に透明枠体１６の下面からペースト２０が発光素子１３の側面を覆うように垂れ下がり、これによりフィレット部１５Ｂが形成される。なお、充填が足りない場合は、実装後にペースト２０を更に透明枠体１６の開口部に塗布することで調整しても良い。透明枠体１６の実装によって透明枠体１６はペースト２０の表面張力によって発光素子１３に対して浮いた状態である。つまり、本工程において、透明枠体１６は発光素子１３の上面に接触しないように実装され、透明枠体１６の底面と発光素子１３の上面との間にはペースト２０が存在する。図７(a)は透明枠体実装工程において透明枠体１６をペースト２０上に実装した状態を示す側面図であり、図７(b)はその上面図である。
【００２９】
(4)硬化工程
透明枠体実装工程後、上記の実装物を含む基板１１を１５０℃の高温槽（図示せず）内に入れてペースト２０を加熱して硬化することが行われる。この硬化時には高温槽内で炉からの温風でガラス枠体が傾かないように金属パレット等で温風が当たらないようにすることができる。また、ペースト２０の硬化を１５０℃のホットプレート上で行うことも可能である。
【００３０】
硬化工程でペースト２０が硬化することにより段差部１５Ａ及びフィレット部１５Ｂを有する波長変換層１５が形成され、これにより図１(a),(b)に示した発光装置の製造が終了する。
【００３１】
また、上記した各実施例においては、発光素子１３の上面から波長変換層１５の突出表面までの波長変換層１５の層厚Ａ１が、そのフィレット部１５Ｂの厚さＢ１に等しくされているが、本発明はこれに限定されず、波長変換層の周縁部に窪んだ段差部が形成されていればＡ１＜Ｂ１であっても良い。波長変換層１５の周縁部において窪みがあれば、発光素子１３の側面から波長変換層のフィレット部を経由する光の光路長が短くなり、色ムラが改善される。また、上記した各実施例において、フィレット部１５Ｂは発光素子１３の側面の下端まで覆っているが、発光素子１３の側面の光出射領域まで覆う構成であれば良い。
【００３２】
また、上記した各実施例においては、基板１１、発光素子１３、バンプ１４、波長変換層１５及び透明枠体１６からなる構造体を実装基板上に配置し、更に実装基板上にその構造体を囲む枠体を配置し、枠体と構造体との間に反射性部材を充填しても良い。
【００３３】
また、発光素子としてはフリップチップタイプの発光素子に限らず、上面に電極を有しワイヤボンディングにより給電されるタイプの発光素子などを用いても良いことは勿論である。
【００３４】
本発明の発光装置はヘッドランプ、リアコンビランプ、室内照明、ターンランプ等の車載用光源や一般照明用光源に適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１１  基板
１３  発光素子
１４  バンプ
１５  波長変換層
１５Ａ  段差部
１５Ｂ  フィレット部
１６  透明枠体
２０  ペースト
【図１】
2013179132.tif 000003
【図２】
2013179132.tif 000004
【図３】
2013179132.tif 000005
【図４】
2013179132.tif 000006
【図５】
2013179132.tif 000007
【図６】
2013179132.tif 000008
【図７】
2013179132.tif 000009