(57)【要約】【課題】蛍光層での波長変換のばらつきを抑えつつ、外部へ出射する光の色ムラを抑えることができる発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１０は、発光面Ｓを有する発光素子３０と、ツェナーダイオードである保護素子４０と、発光素子３０と保護素子４０とを搭載するサブマウント基板２０と、発光面Ｓに接着剤を介在させて接合されたシート部材５０と、発光素子３０とシート部材との周囲を囲う反射層６０とを備えている。シート部材５０は、発光素子３０からの光に励起され、波長変換した光を発光する蛍光体を含有した蛍光層５１と、蛍光層５１からの光を拡散させる拡散材が含有された拡散層５２とを備えている。蛍光層５１と拡散層５２とが１枚のシート部材５０となっているため、簡単に発光素子３０の発光面Ｓに、蛍光層５１と拡散層５２とを設けることができ、拡散層５２が蛍光層５１からの光を拡散させるので色ムラを抑えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光面を有する発光素子と、
前記発光面に接合されたシート部材と、
前記発光素子と前記シート部材との周囲を囲う反射層とを備え、
前記シート部材は、前記発光素子からの光に励起され、波長変換した光を発光する蛍光体を含有した蛍光層と、
前記蛍光層からの光を拡散させる拡散材が含有された拡散層とを備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記拡散層の線膨張係数は、前記蛍光層より大きい請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記拡散層と前記反射層とは、切削により高さ位置を合わせた請求項１または２記載の発光装置。
【請求項４】
前記シート部材は、前記発光素子の発光面より大きく形成されている請求項１から３のいずれかの項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光素子の発光面は、凹凸面に形成されている請求項１から４のいずれかの項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子からの光に励起され、波長変換する蛍光体を含有した蛍光層を備えた発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
白色発光する発光装置は、例えば、青色光を発光する発光素子であれば、青色光に励起されて補色となる黄色光を発光する蛍光体を含有した蛍光層を備える。そのため、青色光と黄色光との混色によるバランスを均一にして色ムラを少なくするため、波長変換の度合いに影響を与える蛍光層の厚みを均一にすることが望ましい。
【０００３】
蛍光層の厚みを均一にする技術に関して、蛍光層をシート部材により形成することが知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００４】
特許文献１の発光装置の製造方法は、発光素子を基板に載置する第１の工程と、発光素子の上面を露出させて発光素子の側面を第１の光反射性部材で覆う第２の工程と、第２の工程の後で、上面に接着剤を塗布し、発光素子に、蛍光体を含有させた透光性部材を接着する第３の工程と、第３の工程の後で、透光性部材の上面を露出させて透光性部材の側面を第２の光反射性部材で覆う第４の工程とを有することが記載されている。
【０００５】
特許文献２の発光装置は、発光素子から出射される光を透過して外部に放出する蛍光体を含有した透光性部材の外周側面が、上面から下面に向かって広がる傾斜面を有し、透光性部材の下面の面積が、発光素子の上面の面積よりも大きく形成され、透光性部材の下面および発光素子の上面が、接着剤により接合されており、透光性部材の下面であって、発光素子と接合されていない部分および傾斜面が光反射性樹脂により被覆されていることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１９２６２９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７２８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
蛍光体を含有した蛍光層をシート部材により形成することで、シート部材の厚みを容易に揃えることができるので、蛍光層による波長変換のばらつきを抑えることができる。
【０００８】
しかし、発光素子は、直上方向の発光強度が高く、発光素子からの光に励起されて発光する蛍光体は全方位的に発光するため、直上方向は発光素子の発光色が強く、直上方向から周囲にずれると蛍光体の発光色が強くなる。従って、蛍光層の厚みを均一にしても、色ムラを抑えることができない。
【０００９】
そこで本発明は、蛍光層での波長変換のばらつきを抑えつつ、外部へ出射する光の色ムラを抑えることができる発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の発光装置は、発光面を有する発光素子と、前記発光面に接合されたシート部材と、前記発光素子と前記シート部材との周囲を囲う反射層とを備え、前記シート部材は、前記発光素子からの光に励起され、波長変換した光を発光する蛍光体を含有した蛍光層と、前記蛍光層からの光を拡散させる拡散材が含有された拡散層とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発光装置は、シート部材として、蛍光層と拡散層とを備えたことで、蛍光層での波長変換のばらつきを抑えつつ、外部へ出射する光の色ムラを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る発光装置を示す断面図
【図２】図１に示す発光装置の平面図
【図３】図１に示す発光装置の発光素子と保護素子との接続を説明するための回路図
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、図１に示す発光装置の製造方法の各工程を説明するための断面図
【図５】図１に示す発光装置のシート部材の拡散層と反射層との収縮を説明するための一部拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本願の第１の発明は、発光面を有する発光素子と、発光面に接合されたシート部材と、発光素子とシート部材との周囲を囲う反射層とを備え、シート部材は、発光素子からの光に励起され、波長変換した光を発光する蛍光体を含有した蛍光層と、蛍光層からの光を拡散させる拡散材が含有された拡散層とを備えたことを特徴とした発光装置である。
【００１４】
第１の発明によれば、蛍光層がシート部材の一部として、シート状に形成されているため、蛍光層の厚みを均一とすることができるので、蛍光体による波長変換のレベルが均一化され、ばらつきを抑えることができる。また、蛍光層に拡散層が設けられていることで、蛍光層を通過した発光素子からの光を拡散させるため、蛍光層に含有された蛍光体により全方位的に発光する黄色光とバランスよく混色させることができるので、色ムラを抑えた白色とすることができる。
【００１５】
本願の第２の発明は、第１の発明において、拡散層の線膨張係数は、蛍光層より大きいことを特徴とした発光装置である。
【００１６】
第２の発明によれば、反射層が温度変化により収縮しても、線膨張係数が蛍光層より大きい拡散層が大きく収縮して、反射層を引っ張り、反射層にクラックが発生することを防止する。
【００１７】
本願の第３の発明は、第１または第２の発明において、拡散層と反射層とは、切削により高さ位置を合わせたことを特徴とした発光装置である。
【００１８】
第３の発明によれば、切削して拡散層と反射層との高さ位置を合わせることで、反射層が拡散層より低くなって拡散層の側面から光が漏れたり、反射層が拡散層を覆ってしまって光の出射を遮蔽したりすることを防止することができる。
【００１９】
本願の第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、シート部材は、発光素子の発光面より大きく形成されていることを特徴とした発光装置である。
【００２０】
第４の発明によれば、シート部材が発光素子の発光面より大きいため、蛍光層による発光の面積を広く確保することができるので、高輝度な発光装置とすることができる。
【００２１】
本願の第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、発光素子の発光面は、凹凸面に形成されていることを特徴とした発光装置である。
【００２２】
第５の発明によれば、発光素子の発光面で全反射して、発光素子内へ返る戻り光を少なくすることができるので、発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。従って、発光素子の直上方向への発光強度を高くすることができ、直上方向の発光強度を高めた発光素子であっても、拡散層により、色ムラを抑えることができる。
【００２３】
（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る発光装置を、図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１、図２に示す発光装置１０は、サブマウント基板２０と、発光素子３０と、保護素子４０と、シート部材５０と、反射層６０とを備えている。
【００２５】
サブマウント基板２０は、絶縁性基板２１に図示しない配線パターンが形成された基板である。サブマウント基板２０の搭載面に形成された配線パターンにより形成された素子用電極に、発光素子３０と保護素子４０とが搭載され、この素子用電極は、絶縁性基板２１の底面に形成された接続用電極にスルーホール電極を介して接続されている。絶縁性基板２１としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂やＢＴレジン（ビスマレイミドトリアジン樹脂系の熱硬化樹脂）、セラミックスなどを採用することができる。
【００２６】
発光素子３０は、フリップチップタイプの発光ダイオードで、発光面Ｓの輪郭が正方形状に形成されている。発光素子３０は、バンプＢを介してサブマウント基板２０の搭載面に形成された素子用電極に導通搭載されている。
【００２７】
発光素子３０は、基板と、半導体層と、ｎ側端子と、ｐ側端子とを備えている。基板は、半導体層を保持する役目を負うと共に、半導体層が積層された面とは反対側となる面が、光が出射する発光面Ｓとなる。基板の材質としては、絶縁性のサファイアやＧａＮ、ＳｉＣ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮなどを採用することができる。基板の発光面Ｓは、エッチング加工やブラスト加工、レーザーやダイシングブレードによる加工などにより微小な凹凸とした粗面とすることによりマイクロテクスチャ構造を有している。なお、基板がサファイア等で、ＧａＮより低屈折率である基板を基材とする場合には、平坦面で形成してもよい。
【００２８】
半導体層は、ｎ型層と、発光層と、ｐ型層とを基板上に順次積層したものである。これらの半導体層の材質は、窒化ガリウム系化合物であれば好ましい。具体的には、それぞれ、ｎ型層をＧａＮ、発光層をＩｎＧａＮ、ｐ型層をＧａＮとするなどである。なお、ｎ型層やｐ型層としては、Ａｌ系、Ｉｎ系、Ｇａ系、Ｎ系を用いることもできる。また、ｎ型層と基板との間に、ＧａＮやＩｎＧａＮで形成したバッファ層を形成することも可能である。更に、例えば、発光層は、ＩｎＧａＮとＧａＮとを交互に積層した多層構造（量子井戸構造）とすることもできる。
【００２９】
ｎ側端子は、基板上に積層したｎ型層と発光層とｐ型層の一部から、発光層とｐ型層を除去し、ｎ型層を露出させ、この露出させたｎ型層上に形成されている。ｐ側端子は、ｐ型層上に形成されている。ｐ側端子は発光層で発した光を基板の側に反射するために反射率の高いＡｇやＡｌ、Ｒｈ等により形成された端子である。
【００３０】
なお、発光素子３０としては、フリップチップタイプについて詳細を説明したが、基板と半導体層とを挟むように、それぞれに電極が形成された両面電極タイプのＦＤ（Ｆａｃｅ  Ｄｏｗｎ）タイプ、ＦＵ（Ｆａｃｅ  Ｕｐ）タイプの発光素子でも用いることができる。
【００３１】
保護素子４０は、過度な電圧が発光素子３０に印加しないようにするためのものである。本実施の形態では、保護素子４０として、ツェナーダイオードを発光素子３０に接続している。この保護素子４０に発光素子３０を接続した状態の回路図を図３に示す。本実施の形態１では、保護素子４０をツェナーダイオードＺＤとしたが、ダイオードやバリスタ、コンデンサ、抵抗などとすることもできる。
【００３２】
シート部材５０は、発光素子３０の基板である発光面Ｓに貼り付けられ、発光素子３０側の接着面が光入射面となる蛍光層５１と、発光装置１０から露出した面が光出射面となる拡散層５２との２層構造に形成された光透過性部材である。蛍光層５１と拡散層５２とは、それぞれがシート状に形成され、製造過程において一方の層を他方の層に積層することで密着した状態で貼り合わされる。シート部材５０は、発光素子３０の発光面Ｓより大きく形成されている。
【００３３】
蛍光層５１は、樹脂もしくはガラスやセラミックスといった主材である透明媒体中に、発光素子３０からの光に励起されて補色となる光に波長を変換する蛍光体を含有している。例えば、発光素子３０が青色光を発光する青色発光素子であれば、蛍光体は黄色光を発光するものとすることができる。黄色光を発光する蛍光体を蛍光層５１に含有させることで、発光素子３０からの青色光と蛍光体からの黄色光とが混色するので、白色光とすることができる。蛍光体としては、珪酸塩蛍光体やＹＡＧ系蛍光体を使用することができる。
【００３４】
透明媒体としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びフッ素樹脂を主成分とする樹脂や、ゾルゲル法で作製されるガラス材料を用いることもできる。ガラス材料は硬化反応温度が摂氏２００度程度のものもあり、バンプや端子各部に用いる材料の耐熱性を考慮しても好適な材料と言える。
【００３５】
拡散層５２は、樹脂を主材とした透明媒体中に、蛍光層５１からの光を拡散させる拡散材を含有している。拡散材は、例えば、粒子状の二酸化ケイ素やセラミックスなどとすることができる。透明媒体は、シリコーン樹脂、ガラス、アクリル樹脂等とすることができる。
【００３６】
蛍光層５１と拡散層５２とを貼り合わせ接合する接着剤は、シリコーン樹脂製のものが使用できる。拡散層５２をシリコーン樹脂により形成し、接着剤をシリコーン樹脂とすれば、拡散層５２への入射の際の屈折や反射を少ないものとすることができる。
【００３７】
反射層６０は、発光素子３０が搭載されたサブマウント基板２０上の領域であって、発光素子３０の搭載領域の残余の領域に、発光素子３０およびシート部材５０の周囲を囲うように、かつ保護素子４０を覆うように形成され、発光素子３０の発光面Ｓに接合されたシート部材５０を露出させる高さに形成されている。
【００３８】
反射層６０は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などの樹脂もしくはガラスといった主材である透明媒体中に発光素子３０からの光を反射する粒状体の反射材を分散させたものである。
【００３９】
反射層６０は、光を反射する反射材として酸化チタンや酸化亜鉛の粒子と分散剤とを液状樹脂に含有させたものを硬化させることで形成することができる。反射層６０を、粉体状の酸化チタンと分散剤とを液状樹脂に含有させたものを硬化させて形成することで、絶縁性を保ちつつ、反射機能を備えたものとすることができる。また、反射層６０を形成する際に、流動性を高めることを目的として、液状樹脂にチキソトロピー付与剤を添加してもよい。チキソトロピー付与剤としては、例えば、微粉末シリカ等が使用できる。
【００４０】
なお、本実施の形態１では、反射材として酸化チタンを使用しているが、酸化亜鉛、酸化アルミや二酸化ケイ素、窒化ホウ素なども反射材として使用することが可能である。つまり、反射材は、絶縁性を有すると共に、反射機能を有する金属酸化物であれば、使用することが可能である。
【００４１】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る発光装置の製造方法を図面に基づいて説明する。
【００４２】
まず、発光素子３０および保護素子４０を、サブマウント基板２０へバンプＢを介して搭載する（図４（Ａ）参照）。
【００４３】
次に、発光素子３０の発光面Ｓに接着剤を塗布して、発光素子３０の発光面Ｓより大きいサイズに形成されたシート部材５０を貼り付ける（図４（Ｂ）参照）。蛍光層５１と拡散層５２とが１枚のシート部材５０となっているため、簡単に発光素子３０の発光面Ｓに、蛍光層５１と拡散層５２とを設けることができる。
【００４４】
次に、印刷法またはポッティング法により、反射層６０となる反射材を含有した樹脂（反射材含有樹脂）を充填し、硬化させる（図４（Ｃ）参照）。このとき反射材含有樹脂６１は、シート部材５０が覆われるように充填する。
【００４５】
そして、シート部材５０の拡散層５２が露出するまで、硬化した反射材含有樹脂６１を切削して反射層６０を形成して、拡散層５２と反射層６０との高さ位置を合わせる（図４（Ｄ）参照）。
【００４６】
このように、切削して拡散層５２と反射層６０との高さ位置を合わせることで、反射層６０が拡散層５２より低くなって拡散層５２の側面から光が漏れたり、反射層６０が拡散層５２を覆ってしまって光の出射を遮蔽したりすることを防止することができる。
【００４７】
次に、本発明の実施の形態に係る発光装置１０の使用状態について説明する。
【００４８】
図１に示す発光装置１０に電源が供給されると、発光素子３０が発光する。発光素子３０の発光面Ｓは、凹凸面に形成されているため、発光面Ｓで全反射して、発光素子３０内へ返る戻り光を少なくすることができるので、発光素子３０の光取り出し効率を向上させることができる。従って、発光素子３０の直上方向への発光強度を高くすることができる。
【００４９】
発光素子３０からの青色光は、蛍光層５１に入射すると、蛍光層５１を通過して拡散層５２へ抜ける光と蛍光体を励起する光となる。
【００５０】
蛍光層５１がシート部材５０の一部として、シート状に形成されているため、蛍光層５１の厚みを均一とすることができるので、蛍光体による波長変換のレベルが均一化され、ばらつきを抑えることができる。
【００５１】
また、発光面Ｓを凹凸面とすることで直上方向の発光強度を高めた発光素子３０であっても、蛍光層５１上に拡散層５２が設けられていることで、蛍光層５１を通過した青色光を拡散させるため、蛍光層５１に含有された蛍光体により全方位的に発光する黄色光とバランスよく混色させることができるので、色ムラを抑えた白色とすることができる。
【００５２】
従って、発光装置１０は、蛍光層５１での波長変換のばらつきを抑えつつ、拡散層５２から外部へ出射する光の色ムラを抑えることができる。
【００５３】
拡散層５２がシート部材５０の一部として、シート状に形成されているため、拡散層５２の厚みを均一とすることができる。従って、拡散層５２による拡散の度合いを全体的に均一にすることができるので、更に色ムラを抑えたものとすることができる。
【００５４】
発光素子３０から側方へ出射した光は、反射層６０により反射させて、シート部材５０の方向へ向けることができる。
【００５５】
シート部材５０は、発光素子３０の発光面Ｓより大きいため、蛍光層５１による発光の面積を広く確保することができる。従って、高輝度な発光装置１０とすることができる。
【００５６】
発光することで発光素子３０は発熱して温度が上昇する。また、発光素子３０への通電を止めれば発光素子３０の温度は低下する。例えば、蛍光層５１を形成する透明媒体をガラスまたはセラミックスとし、反射層６０をシリコーン樹脂のような、蛍光層５１より大きな線膨張係数を有する樹脂により形成した場合に、発光素子３０が発光を繰り返すことによる温度変化により、反射層６０は膨張収縮を繰り返す。そのとき、拡散層５２が無ければ、反射層６０が大きく収縮して、蛍光層５１との界面付近で、反射層６０にクラックが発生することがある。
【００５７】
しかし、発光装置１０では、蛍光層５１に、蛍光層５１より大きな線膨張係数を有する拡散層５２を設けているため、図５に示すように、反射層６０を拡散層５２が収縮することで引張ったり、圧縮したりすることにより、反射層６０の収縮による大きな変化を抑止するため、反射層６０にクラックが発生することを防止することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態では、発光素子３０として青色光を発光するものとし、蛍光体として青色光の補色となる黄色光を発光するものを例に説明したが、発光素子は紫外線を発光するものとしたり、他の色を発光するものとしたりすることができる。また、蛍光体も他の色を発光するものとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、蛍光層での波長変換のばらつきを抑えつつ、外部へ出射する光の色ムラを抑えることができるので、発光素子からの光に励起され、波長変換する蛍光体を含有した蛍光層を備えた発光装置に好適である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  発光装置
２０  サブマウント基板
２１  絶縁性基板
３０  発光素子
４０  保護素子
５０  シート部材
５１  蛍光層
５２  拡散層
６０  反射層
６１  反射材含有樹脂
Ｂ  バンプ
Ｓ  発光面
【図１】
2016066632.tif 000003
【図２】
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【図３】
2016066632.tif 000005
【図４】
2016066632.tif 000006
【図５】
2016066632.tif 000007