(57)【要約】【課題】小型化が実現できる高性能な発光素子パッケージ、それに用いられる光学素子および発光素子パッケージの製造方法を提供する。【解決手段】本発明による光学素子は、熱可塑性のパーフルオロ樹脂を用いて形成され、一方の表面にレンズ形状を有し、他方の表面にレンズ形状と対をなす凹形状を有し、凹形状は、表面開口部から内側に行くに従い開口面積が小さくなる形状である。また、本発明による発光素子パッケージは、基板と、基板に接合された発光素子と、基板に接合された発光素子を封止する封止層と、封止層の上に積層され、一方の表面にレンズ形状を有する光学素子とを備え、封止層および光学素子は、熱可塑性のパーフルオロ樹脂を用いて形成されており、少なくともレンズ形状が形成されている領域において、光学素子の他方の表面と封止層とが密着している。【選択図】図１
2016006832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性のパーフルオロ樹脂を用いて形成され、
一方の表面にレンズ形状を有し、
他方の表面に前記レンズ形状と対をなす凹形状を有し、
前記凹形状は、表面開口部から内側に行くに従い開口面積が小さくなる形状である
ことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記レンズ形状と前記凹形状の組を複数有し、
前記レンズ形状と前記凹形状の各組において、前記レンズ形状の光軸と前記凹形状の中心とが一致している
請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記レンズ形状を球面近似した仮想球面の中心が、対応する凹形状によって形成される凹部内に位置している
請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記レンズ形状の光軸における厚さが１．０ｍｍ以下である
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
基板と、
前記基板に接合された発光素子と、
前記基板に接合された前記発光素子を封止する封止層と、
前記封止層の上に積層され、一方の表面にレンズ形状を有する光学素子とを備え、
前記封止層および前記光学素子は、熱可塑性のパーフルオロ樹脂を用いて形成されており、
少なくとも前記レンズ形状が形成されている領域において、前記光学素子の他方の表面と前記封止層とが密着している
ことを特徴とする発光素子パッケージ。
【請求項６】
前記光学素子が、請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の光学素子である
請求項５に記載の発光素子パッケージ。
【請求項７】
前記光学素子の材料であるパーフルオロ樹脂の組成と、前記封止層の材料であるパーフルオロ樹脂の組成とが異なる
請求項５または請求項６に記載の発光素子パッケージ。
【請求項８】
前記光学素子の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度は、前記封止層の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度より高い
請求項５から請求項７のうちのいずれか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項９】
前記封止層の材料であるパーフルオロ樹脂は、アリルビニルエーテルを含む
請求項５から請求項８のうちのいずれか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１０】
前記発光素子の中心波長が、３８０ｎｍ以下である
請求項５から請求項９のうちのいずれか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１１】
前記光学素子のレンズ形状は、前記発光素子と対をなしており、
前記レンズ形状を曲面近似した仮想球面の曲率半径が、対応する発光素子の辺の長さの２．５倍以下である
請求項５から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１２】
基板に接合された発光素子と、レンズ効果を発現する光学素子とを備えた発光素子パッケージの製造方法であって、
前記発光素子の上から、熱可塑性のパーフルオロ樹脂を含む溶液を滴下した後、溶媒を気散させて、前記発光素子を封止する封止層を形成する封止層形成工程と、
熱可塑性のパーフルオロ樹脂により形成され、一方の表面に前記発光素子と対をなすレンズ形状を有し、他方の表面に前記レンズ形状と対をなす凹形状であって表面開口部から内側に行くに従い開口面積が小さくなる形状の凹形状を有する光学素子の前記レンズ形状の光軸と、対応する前記発光素子の中心とが一致するように位置合わせを行う位置合わせ工程と、
前記封止層の上に前記光学素子を積層して、前記封止層と前記光学素子とを密着させる密着工程とを含む
ことを特徴とする発光素子パッケージの製造方法。
【請求項１３】
前記密着工程において、前記封止層の表面に前記光学素子の凹形状が形成された面が接している状態における前記封止層の温度が、前記封止層の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度以上、かつ当該パーフルオロ樹脂の粘度が１×１０４Ｐａ・ｓを下回る温度未満になるように、および前記光学素子の温度が、前記封止層の温度以下または前記光学素子の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度より３０℃高い温度以下になるように加熱する工程を含む
請求項１２に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項１４】
前記封止層形成工程の後で、前記光学素子を積層する工程の前に、前記封止層の上から熱可塑性のパーフルオロ樹脂を含む溶液を滴下する工程を含み、
前記密着工程において、前記光学素子の温度が、５０℃以上、かつ前記光学素子の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度以下になるように、および前記封止層の温度が、前記光学素子の温度よりも高くなるように加熱する加熱工程を含む
請求項１２に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射する光の少なくとも一部を屈折または回折させて出射するなどのレンズ効果を発現する光学素子、該光学素子を備えた発光素子パッケージおよび発光素子パッケージの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＶ光源は、化学物質の分解、検査・計測、治療、樹脂硬化・接着、印刷等、様々な分野に用いられている。近年では、紫外線（２００ｎｍ〜４００ｎｍ）、特に波長２８０ｎｍ未満の波長帯の紫外線（ＵＶ−Ｃ）を用いて、殺菌を行うといった用途も考えられている。
【０００３】
近年、紫外線による殺菌は、塩素を使わずに済むため安全で効率的な方法として水処理設備などで利用されている。例えば、細菌細胞内のＤＮＡは波長２５０ｎｍ〜２８０ｎｍに吸収帯を有するので、その付近の波長の紫外線を照射することで効率的に細菌を死滅させることができる。
【０００４】
従来、殺菌用のＵＶ光源をはじめ産業用の樹脂硬化やＵＶインク印刷機に使われるＵＶ光源の多くは水銀ランプである。水銀ランプは大きな光出力が得られる一方、点灯時に待機時間が必要なため、こまめにオンオフできず、常時点灯しておく必要があるため電気代など運用コストがかかり省エネルギーでもない。また光源装置が大型であるため、家電などの小さな装置に適用しにくい課題もある。これらの課題を克服するため、近年、紫外線ＬＥＤ（Light Emitting Diode，発光ダイオード）の開発が進み、一部実用化されている。
【０００５】
特に最近、ＵＶ−Ｃ帯の波長を有するＬＥＤが開発され殺菌用途への応用が期待されている。しかし、ＵＶ−Ｃ帯の波長を有するＬＥＤは、水銀ランプと比較すると発光出力や耐久性、寿命が十分とは言えず、更なる開発が期待されている。また、該ＬＥＤは、それ用のレンズや封止用窓材などの周辺部材において、従来使われていた材料を用いると波長が短い紫外線に対する吸収劣化により所望の仕様を満足できない場合が多く、石英など高価な材料を使わざるを得ないため、価格が高くなり普及を阻害する要因になっている。
【０００６】
ところで、光源装置または発光素子パッケージの中には、発光素子から出射される光の配光を変化させたり、取り出し効率を向上させるために、発光素子を覆うようにレンズが形成されているものがある。
【０００７】
例えば、特許文献１には、耐紫外線性に優れるとの理由により、シリコーンレジン、シリコーンゴムおよび／またはフッ素樹脂を用いて形成された発光ダイオード用レンズが記載されている。
【０００８】
また、本発明に関連する技術として、例えば特許文献２および特許文献３には、個々のＬＥＤチップを覆うように配置されるカバーレンズおよびそのアレイの例が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２３７１９１号公報
【特許文献２】特開２０１２−０４２６７０号公報
【特許文献３】国際公開第２０１０／０１６１９９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般照明に使われている白色ＬＥＤなどでは、発光素子を覆う封止材やその上に積層されるレンズの材料に、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂が使われている。これらの樹脂は熱硬化型であるため、モノマー材料の粘度やプロセス条件を適当に調整することで、例えばポッティングによっても封止材を兼ねたレンズの形状に比較的容易に形成できる。しかし、これらの（樹脂）材料系では紫外線を吸収するものが多く、特に波長の短い深紫外領域では該材料の劣化が著しいため使用に耐えられない。そこで、一般的には紫外線の透過性に優れた材料として石英ガラスやホウケイ酸ガラスが使用できるものの、これらは、樹脂に比べると成形が難しく、発光素子を覆う封止材を兼ねたレンズの材料に使用することは困難な場合が多い。
【００１１】
また、樹脂材料の中でも紫外線に対する吸収が起こらないものもあり、紫外線の透過性に優れた樹脂としてフッ素樹脂が挙げられる。例えば、サイトップ（旭硝子（登録商標））は、非晶質全フッ素樹脂の特徴からＵＶ−Ｃ領域を含む紫外線に対する吸収が無い材料として知られている。上述したような熱や紫外線などエネルギーで硬化する樹脂は、硬化に寄与する官能基が紫外線を吸収するため、紫外線の透過性が劣り照射によって劣化する。一方、サイトップ（登録商標）は熱可塑性樹脂であり、紫外線を吸収する部位が無いため透明性や耐性に優れているという特徴がある。
【００１２】
しかし、熱可塑性樹脂を成形する場合、かなりの高温で材料を溶かしてから成形する必要があり、溶融物の粘度も比較的高いので、発光素子上で直接溶融して発光素子を覆う封止材を兼ねたレンズの形状に精度よく形成することは大変困難である。
【００１３】
なお、レンズとしては発光素子より離れた位置、例えばパッケージの上方などに成形レンズを配置することにより光の配光を制御する形態があり得る。この場合、発光素子からレンズまでの距離に応じてレンズを大きくする必要があり、パッケージサイズの大型化に加え、材料コストが増大するおそれがある。また、発光素子を覆うように形成されるレンズとは異なり、発光素子の横方向や（該発光素子の実装面を基準に）水平に近い角度で放射される紫外光をレンズで捉えることが難しいため、発光効率の面でも劣る課題がある。
【００１４】
そこで、本発明は、発光素子と、レンズ効果を発現する光学素子とを備えた発光素子パッケージであって、小型化が実現できる高性能な発光素子パッケージ、それに用いられる光学素子および発光素子パッケージの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明による光学素子は、熱可塑性のパーフルオロ樹脂を用いて形成され、一方の表面にレンズ形状を有し、他方の表面にレンズ形状と対をなす凹形状を有し、凹形状は、表面開口部から内側に行くに従い開口面積が小さくなる形状であることを特徴とする。
【００１６】
また、光学素子は、レンズ形状と凹形状の組を複数有し、レンズ形状と凹形状の各組において、レンズ形状の光軸と凹形状の中心とが一致していてもよい。ここで、レンズ形状の光軸上に凹形状の中心が位置している、または凹形状の中心がレンズ形状の光軸から所定の誤差範囲内の距離にあれば、両者は一致しているとみなしてよい。なお、上記以外の軸と点との一致についても同様である。
【００１７】
また、光学素子は、レンズ形状を球面近似した仮想球面の中心が、対応する凹形状の凹部内に位置していてもよい。
【００１８】
また、光学素子は、レンズ形状の光軸における厚さが１．０ｍｍ以下であってもよい。
【００１９】
また、本発明による発光素子パッケージは、基板と、基板に接合された発光素子と、基板に接合された発光素子を封止する封止層と、封止層の上に積層され、一方の表面にレンズ形状を有する光学素子とを備え、封止層および光学素子は、熱可塑性のパーフルオロ樹脂を用いて形成されており、少なくともレンズ形状が形成されている領域において、光学素子の他方の表面と封止層とが密着していることを特徴とする。
【００２０】
また、発光素子パッケージにおいて、光学素子のレンズ形状は、発光素子と対をなしており、光学素子のレンズ形状を曲面近似した仮想球面の曲率半径が、対応する発光素子の辺の長さの２．５倍以下であってもよい。
【００２１】
また、発光素子パッケージは、光学素子が、上述のいずれかであってもよい。
【００２２】
また、発光素子パッケージは、光学素子の材料であるパーフルオロ樹脂の組成と、封止層の材料であるパーフルオロ樹脂の組成とが異なっていてもよい。例えば、光学素子の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度が、封止層の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度よりも高くなるような材料の組み合わせであってもよい。
【００２３】
また、発光素子パッケージにおいて、封止層の材料であるパーフルオロ樹脂は、アリルビニルエーテルを含んでいてもよい。
【００２４】
また、発光素子パッケージは、発光素子の中心波長が、３８０ｎｍ以下であってもよい。
【００２５】
本発明による発光素子パッケージの製造方法は、基板に接合された発光素子と、レンズ効果を発現する光学素子とを備えた発光素子パッケージの製造方法であって、発光素子の上から、熱可塑性のパーフルオロ樹脂を含む溶液を滴下した後、溶媒を気散させて、発光素子を封止する封止層を形成する封止層形成工程と、熱可塑性のパーフルオロ樹脂により形成され、一方の表面に発光素子と対をなすレンズ形状を有し、他方の表面にレンズ形状と対をなす凹形状であって表面開口部から内側に行くに従い開口面積が小さくなる形状の凹形状を有する光学素子のレンズ形状の光軸と、対応する発光素子の中心とが一致するように位置合わせを行う位置合わせ工程と、封止層の上に光学素子を積層して、封止層と光学素子とを密着させる密着工程とを含むことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明による発光素子パッケージの製造方法は、密着工程において、封止層の表面に光学素子の凹形状が形成された面が接している状態における封止層の温度が、封止層の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度以上、かつ当該パーフルオロ樹脂の粘度が１×１０４Ｐａ・ｓを下回る温度未満になるように、および光学素子の温度が、封止層の温度以下または光学素子の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度より３０℃高い温度以下になるように加熱する工程を含んでいてもよい。
【００２７】
また、本発明による発光素子パッケージの製造方法は、封止層形成工程の後で、光学素子を積層する工程の前に、封止層の上から熱可塑性のパーフルオロ樹脂を含む溶液を滴下する工程を含み、密着工程において、光学素子の温度が、５０℃以上、かつ光学素子の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度以下になるように、および封止層の温度が、光学素子の温度に比べて高くなるように加熱する加熱工程を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、小型化が実現できる高性能な発光素子パッケージ、それに用いられる光学素子および発光素子パッケージの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】発光素子パッケージ１０の例を示す構成図である。
【図２】レンズ１４の凹形状１４２の例を示す説明図である。
【図３】発光素子パッケージ１０と、従来の発光素子パッケージ９０とを比較して示す説明図である。
【図４】発光素子パッケージ１０の製造方法の例を示す説明図である。
【図５】発光素子パッケージ１０の製造方法の他の例を示す説明図である。
【図６】発光素子パッケージ２０の例を示す説明図である。
【図７】発光素子パッケージ２０におけるレンズアレイ２４の他の例を示す説明図である。
【図８】発光素子パッケージ２０におけるレンズアレイ２４の他の例を示す説明図である。
【図９】第２の実施形態における位置合わせ工程の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の発光素子パッケージの例を示す構成図である。なお、図１（ａ）は本実施形態の発光素子パッケージ１０の主要部を示す模式的断面図である。また、図１（ｂ）は、レンズ１４を積層させる前の発光素子パッケージ１０の主要部の断面図である。また、図１（ｃ）は発光素子パッケージ１０の上面図である。なお、図１（ａ）は、図１（ｃ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００３１】
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、発光素子パッケージ１０は、基板１１と、基板１１に接合された発光素子１２と、発光素子１２を覆うように形成された封止層１３と、封止層１３の上に積層されたレンズ１４とを備えている。
【００３２】
発光素子１２は、波長３８０ｎｍ以下の光を発するＬＥＤ素子である。発光素子１２は、基板１１上に形成されている配線パターン（不図示）を介して、電気的に接続されている。
【００３３】
封止層１３は、発光素子１２が基板１１に接合された状態で、発光素子１２を封止する層である。封止層１３は、該発光素子１２の表面のうち外界に触れている部分を少なくとも覆うように形成される。なお、フリップチップ接続された発光素子１２の場合においては、発光素子１２の上面および側面だけでなく、基板１１と発光素子１２、との間の隙間を埋めるように封止層１３が形成されるのがより好ましい。
【００３４】
レンズ１４は、発光素子１２から出射された光の少なくとも一部を屈折または回折させて出射するなどのレンズ効果を発現する光学素子である。レンズ１４は、図１（ｂ）に示すように、一方の表面にレンズ形状１４１を有し、他方の表面に凹形状１４２を有している。また、レンズ１４は、レンズ形状１４１の周囲にコバ部１４３を有してもよい。以下、凹形状１４２によって形成される凹み部分を凹部１４４という場合がある。
【００３５】
レンズ１４のレンズ形状１４１は、例えば、球面、非球面、回折面などであって、レンズ効果を発現する形状であれば特に問わない。なお、レンズ形状１４１は、一般にレンズ１４の光出射側の表面のうち後述するコバ部１４５を除く部分に相当する。なお、より具体的には、該表面のうち所定の光取り出し効果を発現する部分と言ってもよい。
【００３６】
また、レンズ形状１４１および凹形状１４２は、発光素子１２と対をなして形成される。なお、凹形状１４２は、レンズ形状１４１とも対をなしている。また、レンズ１４に使用する材料の使用量の削減の観点から、レンズ形状１４１は、当該レンズ形状１４１を曲面近似した仮想球面の曲率半径が、対応する発光素子１２の辺の長さの２．５倍以下、または光軸における厚さが、１．０ｍｍ以下が好ましい。なお、該曲率半径に関して、対応する発光素子１２の形状が正方形でない場合には、該発光素子１２の長辺の長さの２．５倍以下でよい。ただし、光取り出し効率の観点からは、該曲率半径は、対応する発光素子１２の辺（長辺）の長さの２．０倍以上がより好ましい。
【００３７】
また、レンズ形状１４１の光軸と凹形状１４２の中心とが一致しているのが好ましく、それにより、レンズ形状１４１の光軸と、対応する発光素子１２の中心とが一致する。なお、上記「一致」には、基板１１に対する発光素子１２の実装位置誤差や、発光素子１２に対するレンズ１４の位置ずれといった製造誤差の範囲内での略一致を含む。このようにすると、発光素子１２の中心軸と、レンズ１４の曲率中心とが重なりやすいため、光取り出し効率を良くでき、また偏りの無い均一な配光状態が得られ、好ましい。ここで、発光素子１２の中心軸は、発光素子の中心（重心）を通り、基板１１の表面と垂直な方向に伸びる軸である。
【００３８】
また、レンズ形状１４１は、レンズ形状１４１を球面近似した仮想球面の中心であるレンズの曲率中心が、対応する凹形状１４２によって形成される凹部１４４内に位置していたり、レンズ形状１４１のうち球面近似できる程度の任意の場所の微小曲面の曲率中心が、凹部１４４内に位置するように形成されるのが好ましい。本実施形態では、図１（ａ）に示すように、発光素子１２は、レンズ１４の凹部１４４内に位置する。したがって、凹部１４４内にレンズの曲率中心がくるようにレンズ１４のレンズ形状１４１と凹形状１４２とを形成すれば、発光素子１２の中心軸とレンズ１４の曲率中心とが一致しやすいため好ましい。
【００３９】
さらに、レンズの曲率中心が、後述する図２の説明図において、対応する凹部１４４における表面開口部１４４１の中心と底面部１４４２の中心を結んだ線上にあるのがより好ましい。ここで、表面開口部１４４１とは、凹形状１４２によってレンズ１４の最表層に沿う平坦な面上に形成される開口部分を指す。
【００４０】
図２は、凹形状１４２の例を示す説明図である。凹形状１４２は、図２に示すように、台形や逆さ椀型であってもよい。ここで、図２（ａ）に示されるように、凹形状１４２がすべて傾斜で構成されている場合など、表面開口部１４４１および底面部１４４２の形状がわかりにくい場合には、次のようにして表面開口部１４４１および底面部１４４２の形状を定めてもよい。すなわち、レンズ１４を平坦な面に置いたときに、その面上で、レンズ１４の凹形状１４２の勾配の一次微分の絶対値が最も大きくなる個所における接線により区切られる領域の形状を凹部１４４の表面開口部１４４１の形状とみなしてもよい。同様に、凹形状１４２の最も低い位置にある上記平坦な面と平行な面上で、該接線の集合により区切られる領域の形状を凹部１４４の底面部１４４２の形状とみなしてもよい。また、凹形状１４２の中心といった場合には、凹部１４４の底面部１４４２の中心をいう。
【００４１】
また、レンズ１４の凹形状１４２は、対応する発光素子１２を覆っている封止層１３の表面形状である凸形状と略合致する形状が好ましいが、凹部１４４の体積が発光素子１２と封止層１３の体積の和よりも小さくてもよい。そうすると、封止層１３とレンズ１４との間に隙間ができにくくなるため、光取り出し効率の低下や不均一化が生じにくくなり、好ましい。ここで、封止層１３の体積は、封止層１３を形成する際に滴下する溶液の滴下量と固形分濃度の積により計算してもよい。なお、凹部１４４の体積とは、表面開口部１４４１に沿った平面から内側の凹み部分の体積に相当する。また、レンズ１４の凹形状１４２は、表面開口部１４４１の面積が底面部１４４２の面積よりも大きく、かつ表面開口部１４４１から内側に行くに従い、凹部１４４の開口部分の面積である開口面積、より具体的には表面開口部１４４１と平行な平面で切り取ったときの凹部１４４の断面積である開口面積が小さくなる形状が好ましい。
【００４２】
封止層１３は、発光素子１２の形状に略対応した凸形状を有している。なお、封止層１３の形状は、傾斜面部を有する凸形状であって、周辺部が発光素子１２の高さよりも低くなる形状であればよいが、最も高い位置から外側に行くに従い、高さが単調減少する曲線を描く表面形状がより好ましい。
【００４３】
なお、このような封止層１３は、例えば、封止層１３の材料となる樹脂を含む溶液を滴下した後、溶媒を気散する方法により得られる。なお、滴下した溶液は表面張力によって盛り上がるので、その状態で気散することにより、発光素子１２を覆う凸形状の封止層１３が容易に得られる。なお、滴下する溶液の粘度によっては、溶液が流れて所望の凸形状が得られない場合も考えられる。そのような場合には、溶液の粘度を調整するか、または発光素子１２の周囲に溶液を堰き止める手段（囲いや窪み等）を設けてもよい。
【００４４】
なお、凹形状１４２の勾配は、該凹形状１４２と対をなすレンズ形状１４１の光軸と、該レンズ形状１４１に対応する発光素子１２の中心と、を合わせたときに対向する位置にある封止層１３の表面形状である凸形状の勾配よりも緩やかであってもよい。
【００４５】
図３は、本実施形態の発光素子パッケージ１０と、従来の発光素子パッケージ９０とを比較して示す説明図である。なお、図３（ａ）および図３（ｂ）に本実施形態の発光素子パッケージ１０の例を示し、図３（ｃ）に従来の従来の発光素子パッケージ９０の例を示す。基板１１，９１は、発光素子１２，９２に電流を供給する電極（図示せず）が設置されている。
【００４６】
発光素子パッケージ１０は、発光素子１２の表面を覆うように封止層１３が形成されているので、レンズ１４を発光素子１２の近傍に設置でき、レンズ１４を小さくできる（図３（ａ），図３（ｂ）参照）。一方、発光素子パッケージ９０は、発光素子９２から放射された光を反射するために設けられているリフレクタ９５の上部に適切な接着剤などを用いて接着固定している（図３（ｃ）参照）。そのため、発光素子パッケージ１０と比べて、発光素子９２からレンズ９４までの距離が長くなり、そのためレンズ９４が大きくなる。また、発光素子９２が封止層１３で覆われていないために、発光素子の材料と空気との間の屈折率差が大きいことから、光取り出し効率が悪くなる。
【００４７】
なお、図３（ｂ）に示すように、本実施形態の発光素子パッケージ１０は、レンズ１４よりも外側に、発光素子１２から放射された光を反射するリフレクタ１５を備えた構成であってもよい。リフレクタ１５を備えると、光取り出し効率を更に高めることができるため、より好ましい。なお、リフレクタ１５を備える構成であっても、封止層１３があるのでレンズ１４を発光素子１２の近傍に設置でき、レンズ１４を小さくできる。また、基板１１は、発光素子１２から発する熱を排するための金属等が埋め込まれていてもよい。
【００４８】
本実施形態では、封止層１３およびレンズ１４を、熱可塑性のパーフルオロ樹脂を用いて形成する。使用するパーフルオロ樹脂は、波長２００〜４００ｎｍの光に対して透過率が９０％以上のものが好ましい。特に、波長２５０ｎｍ〜２７０ｎｍの光に対して、透過率が９９％以上であればさらに好ましい。紫外領域の光に対する透過率が高ければ、例えば、中心波長が３８０ｎｍ以下の発光素子に用いても高い耐光性が得られる。
【００４９】
そのような材料の例としては、下式（化１）で表されるサイトップ（旭硝子（登録商標））が挙げられる。
【００５０】
【化１】
2016006832.tif 000003
【００５１】
また、封止層１３の材料に用いるパーフルオロ樹脂は、レンズ１４の材料と同じ組成のものを用いてもよいが、異なる組成のものを用いてもよい。異なる組成のものを用いる場合には、封止層１３の材料に用いるパーフルオロ樹脂は、レンズ１４の材料に用いるパーフルオロ樹脂よりもガラス転移温度が低いものがより好ましい。例えば、アリルビニルエーテルを含むパーフルオロ樹脂であってもよい。
【００５２】
次に、本実施形態の発光素子パッケージ１０の製造方法を説明する。図４は、本実施形態の発光素子パッケージ１０の製造方法の例を示す説明図である。図４に示す例では、まず、発光素子１２が接合された基板１１（図４（ａ））の上に、熱可塑性のパーフルオロ樹脂を含有するフッ素系溶液３１を滴下する（図４（ｂ）溶液滴下工程）。このとき、滴下する溶液の滴下量は、滴下量と溶液の固形分濃度の積で表される体積と発光素子１２の体積との和が、別途射出成型等により形成されるレンズ１４の凹部１４４の体積よりも大きくなるように調整する。また、溶液３１は、発光素子１２の中心に滴下することにより滴下後の形状が発光素子１２を中心に対称な形状になることが好ましい。なお、溶液３１は、基板１１に対してフッ素系溶液の表面エネルギーが高く撥液性になるため、球形に近い形状になる。
【００５３】
その後、焼成や真空脱気などにより溶媒を気散させる脱溶媒工程（図４（ｃ））を経て、熱可塑性のパーフルオロ樹脂による封止層１３を形成する。なお、図４（ｂ）の溶液滴下工程と図４（ｃ）の脱溶媒工程とを併せて、封止層形成工程と呼ぶ場合がある。封止層１３は、脱溶媒の過程で溶液３１中の溶剤成分が少しずつ気散し、固形分が発光素子１２を取り囲むように堆積する。従って、溶液３１の滴下量が適切な場合、最終的には封止層１３の形状は、大凡は発光素子１２の形状に倣うものの、周辺に裾をもつような山形の形状になる。逆に、溶液３１の滴下量が少なすぎる場合、封止層１３の形状は発光素子１２の表面を覆う程度にとどまるため、裾を引く様な斜面を持たず、レンズ１４と一体化しにくくなる。一方、溶液３１の滴下量が多すぎる場合、溶液３１の使用量が増え、その分溶液３１に含まれるパーフルオロ樹脂の使用量も増えるため好ましくない。
【００５４】
脱溶媒の方法として、焼成方法を用いる場合は、溶媒の沸点以上の温度で数秒から数分維持すればよく、例えば１００℃〜２００℃の範囲で制御するとよい。また、脱溶媒の環境としては、雰囲気の圧力を下げることでより低温または短い時間で溶媒を気散できるため、減圧下での実施がより好ましい。
【００５５】
次いで、レンズ１４のレンズ形状１４１の光軸と、基板１１上の発光素子１２の中心とが一致するように位置合わせを行う（図４（ｄ）位置合わせ工程）。この工程では、例えばトレーやシートなどに整列されたレンズ１４を吸着端子やツメ（取り出し用のツール）を有するピック装置で取り出し、あらかじめ決められた発光素子１２の位置に搬送する。その際、レンズ１４の外周部にコバ部１４３が形成されていると、レンズ形状１４１表面に触れずにピック装置のツメでコバ部１４３を保持できるので好ましい。
【００５６】
位置合わせ後、基板１１上に形成された封止層１３の上に、レンズ１４を積層させる（図４の（ｅ）光学素子積層工程）。本工程では、例えば、封止層１３と少なくともレンズ１４の凹形状１４２の最も低い箇所である底とが接する位置まで、レンズ１４を押圧する。このとき、封止層１３とレンズ１４との密着をより高めるため、封止層１３の上に、封止層１３とレンズ１４との間に隙間がよりできにくくするための接着用の溶剤として、例えば、フッ素系溶液やパーフルオロ樹脂が溶解した溶液を塗布した上で、レンズ１４を積層させてもよい。
【００５７】
次に、ヒータ３２等を用いて、封止層１３が形成されている基板１１を加熱する（図４（ｆ）加熱工程）。このとき、レンズ１４は押圧されるなどして、少なくともレンズ形状１４１が形成されている領域において、レンズ１４の凹形状１４２が形成されている表面が、封止層１３と当接している状態にする。なお、レンズ１４の凹形状１４２が形成されている表面全体が封止層１３と当接している状態であればより好ましい。所定時間当該状態を継続することにより、封止層１３とレンズ１４とを密着させ、一体化させる。なお、図４（ｅ）の光学素子積層工程と図４（ｆ）の加熱工程とを併せて、密着工程と呼ぶ場合がある。所定時間加熱した後、所定時間、放置または冷却することで、被着面を固化する。なお、加熱手段はヒータ３２に限らず、封止層１３が所望の温度を得られれば、ヒータ３２による加熱手段以外の種々の方法を取ることができる。
【００５８】
加熱工程では、封止層１３の温度が、封止層１３の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度以上、かつ当該パーフルオロ樹脂の粘度が１×１０４Ｐａ・ｓを下回る温度未満となるように処理温度を設定するのが好ましい。また、レンズ１４の熱変形を抑えるためには、上記に加えて、レンズ１４の上限温度として、封止層１３の温度以下またはレンズ１４の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度＋３０℃以下が満たされるのが好ましい。なお、レンズ１４の上限温度は、レンズ１４の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度＋２０℃以下がより好ましい。例えば、封止層１３の材料およびレンズ１４の材料として、サイトップ（旭硝子（登録商標））を用いた場合、封止層１３の温度は、該封止層１３の材料（サイトップ（登録商標））のガラス転移温度である１０８℃以上、かつ該材料（サイトップ）の粘度が１×１０４Ｐａ・ｓとなる温度である１７５℃を超えない１７０℃以下がより好ましい。加えて、レンズ１４の熱変形を抑えるためには、レンズ１４の温度は、該レンズ１４の材料（サイトップ（登録商標））のガラス転移温度である１０８℃以上、かつ該材料（サイトップ（登録商標））のガラス転移温度＋２０℃付近を上限とする１３０℃以下がより好ましい。更に、光学素子積層工程において、接着用の溶液を塗布する場合、上記温度よりも更に低い温度で封止層１３とレンズ１４とを密着させることができる。例えば、封止層１３上に接着用の溶液として、サイトップ（登録商標）が約１０％程度溶解した溶液を塗布する場合、当該加熱工程での処理温度、すなわち基板１１を介した封止層１３およびレンズ１４に対する加熱温度を、６０℃以上１３０℃以下に設定できる。このように、加熱工程での処理温度が低い場合、レンズ１４の熱変形が抑えられるため好ましいが、接着溶液の溶媒を気散させるために時間を要するので、所定のレンズ形状の精度や生産性に基づき、該温度を設定するとよい。
【００５９】
なお、図４には、レンズ１４を封止層１３の上に積層した後に基板１１を加熱する例を示すが、例えば、位置合わせ工程の前に、封止層１３の温度が、封止層１３の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度以上となるように基板１１を加熱してもよい。そして、封止層１３が加熱された状態で、レンズ１４を位置合わせして積層させてもよい。このとき、レンズ１４への熱伝導を早めるために、別途レンズ１４を、５０℃以上、レンズ１４の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度以下の温度になるよう加熱し、加熱されたレンズ１４を積層してもよい。上述のような温度設定とすることで、レンズ１４のレンズ形状１４１の変形を防止しつつ、発光素子１２とレンズ１４との間を封止樹脂で満たすことができる。また、積層後の加熱時間は密着が完了するまでとするが、短い方が好ましい。
【００６０】
図５は、発光素子パッケージ１０の製造方法の他の例を示す説明図である。図５には、封止層形成工程後の他の工程例が示されている。図５に示されるように、封止層１３形成後、レンズ１４と、封止層１３とを別々に加熱してもよい（図５（ｇ）加熱工程）。なお、レンズ１４を加熱する際に、レンズ１４の凹形状に沿った金型３３を利用してもよい。加熱工程を積層前に行うことにより、レンズ１４と封止層１３とで加熱温度を異ならせることができ、各部位の温度をより細やかに制御できる。また、封止層１３上に接着用の溶液を塗布する場合では、当該加熱工程における処理温度を、更に低い温度に設定できる。例えば、封止層１３に接着用の溶液として、サイトップ（旭硝子（登録商標））が約１０％程度溶解した溶液を滴下（塗布）する場合において、封止層１３に対する加熱温度が、例えば上述したように６０℃以上１３０℃以下の範囲で設定される場合、レンズ１４に対しては、それよりも低い温度、例えばレンズ１４の温度が５０℃以上かつレンズ１４の材料であるパーフルオロ樹脂のガラス転移温度以下になるように加熱してもよい。なお、当該加熱工程では、封止層１３のみを加熱してもよい。
【００６１】
その後、発光素子１２の中心とレンズ１４の光軸とが一致するように位置合わせした後（図５（ｄ’）位置合わせ工程）、加熱状態が維持されている封止層１３に、加熱されたレンズ１４を積層（当接）させて、所定時間当該状態を継続することにより、レンズ１４と封止層１３とを密着させる（図５（ｅ’）光学素子積層工程）。なお、当該光学素子積層工程の前またはその前の加熱工程の前に、封止層１３の上に、上述した接着用の溶液を滴下（塗布）してもよい。
【００６２】
その後、密着が完了するまで加熱および積層状態を維持すればよい（図４（ｆ））。本例の場合、図５（ｇ）の加熱工程である第１の加熱工程と、図５（ｅ’）の光学素子積層工程と、図４（ｆ）の加熱工程である第２の加熱工程とを併せて、密着工程と呼ぶ。
【００６３】
以上のように、本実施形態によれば、発光素子１２を覆うように、レンズ形状１４１を有する光学素子であるレンズ１４を高い気密性を持たせて積層できる。また、封止に用いる分を合わせてもレンズ１４の材料とされるパーフルオロ樹脂の使用量を削減できる。したがって、小型で高性能な発光素子パッケージを提供できる。
【００６４】
なお、密着工程後のレンズ１４と封止層１３の形状について、図１（ｃ）に示されるように、上述した製造方法によって形成される封止層１３は、平面視における外周部の形状がきれいな円等にならない場合が多く、封止材料の塗布や脱溶媒の過程によって任意の形状になる。一方、金型を用いて形成したレンズ１４の外周部の形状は円や四角など所定の形状に制御できる。レンズ１４を封止層１３にしっかり密着させるためには、図１（ｃ）に示すように、レンズ１４の外形に対して封止層１３がはみ出るように調整する方が好ましい。また、レンズ１４の外周部は、例えばコバ部１４３を備えたレンズを用いる場合、密着工程後にも該コバ部付近に段差が生じる場合があるが、光の取り出し効率や配光分布など光学特性に大きな影響を及ぼすことが無いので、問題にはならない。また、通常レンズ形状１４１は表面が滑らかであるが、封止層１３のレンズ１４が積層されていない領域、つまりレンズ１４からはみ出した外周領域の表面粗さはレンズ形状１４１の表面粗さと比べて大きくなる。しかし、封止層１３のうちレンズ１４からはみ出した外周領域は、光学特性への影響が小さいため、（レンズ形状１４１に対して）表面粗さが大きくなっても問題はない。
【００６５】
実施形態２．
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、複数の発光素子１２を備えた発光素子パッケージについて説明する。図６は、本実施形態の発光素子パッケージの例を示す構成図である。なお、図６（ａ）は本実施形態の発光素子パッケージ２０の主要部を示す模式的断面図である。また、図６（ｂ）は、レンズアレイ２４を積層させる前の発光素子パッケージ２０の主要部の断面図である。また、図６（ｃ）は発光素子パッケージ２０の上面図である。なお、図６（ａ）は、図６（ｃ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【００６６】
本実施形態の発光素子パッケージ２０は、図６に示すように、基板１１と、基板１１上に接合された複数の発光素子１２である発光素子１２ａ〜１２ｄと、発光素子１２ａ〜１２ｄを少なくとも覆うように形成された封止層１３と、封止層１３の上に積層されたレンズアレイ２４とを備えている。なお、図６には、２×２のアレイ状に発光素子１２が配置される例を示すが、発光素子１２の数および配置はこれに限定されない。
【００６７】
本実施形態において、封止層１３は、発光素子１２ａ〜１２ｄの各々が基板１１に接合された状態で、各発光素子１２を封止するように形成される。なお、図６では、封止層１３として、各発光素子１２を覆うように形成される各凸形状が基板１１の表面上でつながっている例が示されているが、封止層１３は、隣り合う発光素子１２の間で凸形状が途切れていてもよい。なお、凸形状がつながっている場合、封止層１３の表面形状は、隣り合う発光素子１２との間の中間点付近では単調減少する曲線を描いていなくてもよい。
【００６８】
本例のレンズアレイ２４は、レンズ形状１４１と凹形状１４２の組を複数有する光学素子である。より具体的には、レンズアレイ２４は、発光素子１２ａ〜１２ｄの各々と対をなして形成される、レンズ形状１４１ａ〜１４１ｄおよび凹形状１４２ａ〜１４２ｄを有している。レンズアレイ２４は、レンズ形状１４１と凹形状１４２の各組において、第１の実施形態と同様、レンズ形状１４１の光軸と凹形状１４２の中心とが一致しているのが好ましい。すなわち、レンズ形状１４１ａの光軸と凹形状１４２ａの中心とが一致し、かつレンズ形状１４１ｂの光軸と凹形状１４２ｂの中心とが一致し、かつレンズ形状１４１ｃの光軸と凹形状１４２ｃの中心とが一致し、かつレンズ形状１４１ｄの光軸と凹形状１４２ｄの中心とが一致しているのが好ましい。それにより、各レンズ形状１４１の光軸と、対応する発光素子１２の中心と、を一致させることができるので、光取り出し効率が高められ、また偏りの無い均一な配光状態が得られる。なお、上記「一致」には、基板１１に対する各発光素子１２の実装位置誤差や、発光素子１２の各々に対するレンズ形状１４１の位置ずれといった製造誤差の範囲内での略一致を含む。
【００６９】
また、レンズアレイ２４は、レンズ形状１４１と凹形状１４２の各組において、第１の実施形態と同様、レンズ形状１４１を球面近似した仮想球面の中心であるレンズの曲率中心が、対応する凹形状１４２によって形成される凹部１４４内に位置していたり、レンズ形状１４１のうち球面近似できる程度の任意の場所の微小曲面の曲率中心が、凹部１４４内に位置するように形成されるのが好ましい。
【００７０】
また、本実施形態においても、レンズ形状１４１の各々は、当該レンズ形状１４１を曲面近似した仮想球面の曲率半径が、対応する発光素子１２の辺（長辺）の長さの２．５倍以下、または光軸における厚さが１．０ｍｍ以下が好ましい。さらに、光取り出し効率の観点から、該曲率半径が、対応する発光素子１２の辺（長辺）の長さの２．０倍以上がより好ましい。
【００７１】
なお、図６では、１つの光学部品としてのレンズアレイ２４が、複数のレンズ形状１４１と凹形状の組を備える例が示されているが、発光素子１２の配置間隔が広い場合などは、レンズ形状１４１と凹形状１４２の各組が異なる光学部品として形成されてもよい。例えば、図７に示すように、第１の実施形態のレンズ１４を、発光素子１２の数に応じて複数用意し（例えば、レンズ１４ａ〜１４ｄ）、各発光素子１２の位置に応じて当該発光素子１２を覆うように形成された封止層１３の上にそれらレンズ１４ａ〜１４ｄを積層する構成であってもよい。そのような場合には、レンズ１４ａ〜１４ｄをまとめてレンズアレイ２４と称する。本実施形態において、レンズ形状１４１またはレンズ形状１４１の集合体は、レンズアレイ２４またはレンズ１４ａ〜１４ｄの光出射側の表面のうちコバ部１４５を除く部分に相当する。なお、より具体的には、該表面のうち所定の光取り出し効果を発現する部分と言ってもよい。また、レンズ形状１４１が繋がって形成されている場合は、傾斜が不連続となる部分を、レンズ形状１４１の境界とみなしてもよい。
【００７２】
また、図６では、隣り合うレンズ形状１４１の間にもコバ部１４３を備える例を示しているが、図８に示すように、隣り合うレンズ形状１４１同士が（コバ部無しに）つながっていてもよい。図７および図８は、本実施形態の発光素子パッケージ２０の他の例として、レンズアレイ２４を積層させる前の発光素子パッケージ２０の主要部を示す模式断面図である。また、レンズアレイ２４は、複数備えるうちの一部のレンズ形状１４１を繋げた形状で１つの光学部品により形成し、他のレンズ形状１４１の一部を分離した形状で別の光学部品により形成してもよい。なお、レンズアレイ２４は、最終的にレンズ形状１４１がいくつの光学部品により形成されるかを問わず、発光素子１２の各々に対応するレンズ形状１４１が、封止層１３の上に形成されればよい。
【００７３】
次に、本実施形態の発光素子パッケージ２０の製造方法について説明する。本実施形態の発光素子パッケージ２０の製造方法は、基本的には第１の実施形態の発光素子パッケージ１０と同様でよい。
【００７４】
図９は、本実施形態の発光素子パッケージ２０の製造方法における位置合わせ工程の例を示す説明図である。図９には、図６に示した２×２のアレイ状に配置された発光素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが接合された基板１１に封止層１３を形成後、レンズアレイ２４の位置合わせ工程における発光素子パッケージ２０の主要部の断面図を示す。
【００７５】
本例のレンズアレイ２４には、発光素子１２ａ〜１２ｄに対応するレンズ形状１４１と凹形状１４２の組として、レンズ形状１４１ａ〜１４１ｄおよび凹形状１４２ａ〜１４２ｄが形成されている。具体的には、レンズアレイ２４には、基板１１上の発光素子１２ａの位置に応じて、レンズ形状１４１ａおよび凹形状１４２ａが形成され、発光素子１２ｂの位置に応じて、レンズ形状１４１ｂおよび凹形状１４２ｂが形成され、発光素子１２ｃの位置に応じて、レンズ形状１４１ｃおよび凹形状１４２ｃが形成され、発光素子１２ｄの位置に応じて、レンズ形状１４１ｄおよび凹形状１４２ｄが形成されている。このような場合、位置合わせ工程では、レンズアレイ２４の各レンズ形状１４１の光軸と、対応する発光素子１２の中心とのずれ量の和が最も小さくなるようにレンズアレイ２４の位置合わせを行えばよい。なお、各レンズ形状１４１が（分離した）異なる光学部品として形成されている場合は、光学部品の数だけ、当該光学部品に形成されている各レンズ形状１４１の光軸と、対応する発光素子１２の中心とのずれ量の和が最も小さくなるように当該光学部品の位置合わせを行えばよい。
【００７６】
以上のように、本実施形態によれば、発光素子１２を複数備える場合であっても、各発光素子１２を覆うように、発光素子１２の各々に対応するレンズ形状１４１を有する光学素子であるレンズアレイ２４（もしくはレンズ１４ａ〜１４ｄ）を高い気密性を持たせて積層できる。また、封止に用いる分を合わせてもレンズアレイ２４（もしくはレンズ１４ａ〜１４ｄ）の材料とされるパーフルオロ樹脂の使用量を削減できる。したがって、小型で高性能な発光素子パッケージを提供できる。
【００７７】
なお、密着工程後のレンズアレイ２４（もしくはレンズ１４ａ〜１４ｄ）と封止層１３の形状についても、図６（ｃ）に示されるように、上述した製造方法によって形成される封止層１３は、平面視における外周部の形状がきれいな円等にならない場合が多く、封止材料の塗布や脱溶媒の過程によって任意の形状になる。一方、金型を用いて形成される図６（ａ），図８のレンズアレイ２４や図７のレンズ１４ａ〜１４ｄといったレンズ形状１４１を有する光学部品（以下、これらをまとめてレンズ部品という）の外周部の形状は円や四角など所定の形状に制御できる。本実施形態においても、第１の実施形態と同様、レンズ部品を封止層１３にしっかり密着させるためには、図６（ｃ）に示すように、レンズ部品の外形に対して封止層１３がはみ出るように調整する方が好ましい。また、レンズ部品の外周部は、例えばコバ部１４３を備えたレンズを用いる場合、密着工程後にも該コバ部付近に段差が生じる場合があるが、光の取り出し効率や配光分布など光学特性に大きな影響を及ぼすことが無いので、問題にはならない。また、レンズ形状１４１は表面が滑らかであるが、封止層１３のレンズ部品が積層されていない領域、つまりレンズ部品からはみ出した外周領域の表面粗さはレンズ形状１４１の表面粗さと比べて大きくなる。しかし、封止層１３のうちレンズ部品からはみ出した外周領域は、光学特性への影響が小さいため、（レンズ形状１４１に対して）表面粗さが大きくなっても問題はない。
【００７８】
なお、他の点に関しては第１の実施形態の発光素子パッケージ１０と同様である。
【００７９】
次に、具体的な例を用いて本発明の光学素子、発光素子パッケージ、発光素子パッケージの製造方法を説明する。なお、以下の実施例では、本発明の実施形態における、「基板」を「表面実装型ＬＥＤ基板」、「発光素子」を「ＬＥＤ素子」、「発光素子パッケージ」を「レンズ付きＬＥＤパッケージ」と称して説明する場合がある。
【００８０】
実施例１．
熱可塑性のパーフルオロ樹脂であるサイトップ（旭硝子（登録商標））の固形分を、射出成形によって図２（ａ）に示す断面を有するレンズ１４を作製する。レンズ面は非球面であり、近似球面の曲率半径は１．０ｍｍ、中心部の肉厚は０．８ｍｍ、底面部１４４２の外接正方形の辺の長さは０．６ｍｍ、表面開口部１４４１の外接正方形の辺の長さは０．７５ｍｍ、コバ部１４３の厚さは０．１３ｍｍである。また、コバ部１４３を含めたレンズ１４の外形は直径２．４ｍｍの円形である。
【００８１】
次に、作製されたレンズ１４を以下の工程により、表面実装型ＬＥＤ基板１１に装着する。セラミックス製の基板１１の表面には、フリップチップ接続されたＬＥＤ素子１２が１つ実装されている。ＬＥＤ素子１２の発光波長は２６０ｎｍ、ＬＥＤ素子１２の大きさは一辺が０．５ｍｍの正方形で、厚さは０.１５ｍｍである。ＬＥＤ素子１２はフリップチップ接続されているため、接続用のワイヤーは無い（図４（ａ））。
【００８２】
まず、ＬＥＤ素子１２の直上から、熱可塑性のパーフルオロ樹脂を含有するフッ素系溶液３１として、固形分濃度９％のサイトップ（旭硝子（登録商標））溶液を５ｍｍ３滴下する（図４（ｂ））。なお、本例のレンズ１４および封止層１３の材料に用いるサイトップ（登録商標）はともに固形分のガラス転移温度が１０８℃であり、粘度が１×１０４Ｐａ・ｓになる温度は約１７５℃である。その後、１８０℃で１５分焼成することにより封止層１３を得る（図４（ｃ））。封止層１３はＬＥＤ素子１２を完全に被覆しており、外形は図１（ｃ）の１３に示すような形状である。
【００８３】
次に、レンズ１４のレンズ形状１４１の光軸と、ＬＥＤ素子１２の中心（より好ましくは光出射面の中心法線）とが一致し、レンズ１４の凹部１４４の表面開口部１４４１がある面とＬＥＤ素子１２の表面とが平行になるように位置合わせした後（図４（ｄ））、レンズ１４の凹部１４４の底と封止層１３とが接するようにレンズ１４を移動する（図４（ｅ））。その後、ヒータ３２により、封止層１３の温度が１１５℃になるように加熱する。レンズ上方より０．２ＭＰａで少なくとも１５分間加圧してレンズ１４と封止層１３を密着させる（図４（ｆ））。ヒータ３２を６０℃以下に冷却した後、加圧を開放しヒータ３２から取り外して、レンズ付きＬＥＤパッケージ１０を得る。
【００８４】
実施例２．
第１の実施例と同じパーフルオロ樹脂であるサイトップ（旭硝子（登録商標））の固形分を、射出成形によって図２（ａ）に示す断面を有するレンズ１４を作製する。レンズ面は非球面であり、近似球面の曲率半径は０．５ｍｍ、中心部の肉厚は０．３ｍｍ、底面部１４４２の外接正方形の辺の長さは０．６ｍｍ、表面開口部１４４１の外接正方形の辺の長さは０．７５ｍｍ、コバ部１４３の厚さは０．１３ｍｍである。また、コバ部１４３を含めたレンズ１４の外形は直径１．２ｍｍの円形である。
【００８５】
次に、レンズ１４を以下の工程により、表面実装型ＬＥＤ基板１１に装着する。セラミックス製の基板１１の表面には、フリップチップ接続されたＬＥＤ素子１２が１つ実装されている。ＬＥＤ素子１２の発光波長は２６０ｎｍ、ＬＥＤ素子１２の大きさは一辺が０．５ｍｍの正方形で、厚さは０.１５ｍｍである。ＬＥＤ素子１２はフリップチップ接続されているため、接続用のワイヤーは無い（図４（ａ））。
【００８６】
まず、ＬＥＤ素子１２の直上から、熱可塑性のパーフルオロ樹脂を含有するフッ素系溶液３１として、第１の実施例と同じ固形分濃度９％のサイトップ（旭硝子（登録商標））溶液を５ｍｍ３滴下する（図４（ｂ））。その後、１８０℃で１５分焼成することにより封止層１３を得る（図４（ｃ））。封止層１３はＬＥＤ素子１２を完全に被覆しており、外形は図１（ｃ）の１３に示すような形状である。
【００８７】
次に、ヒータ３２により、封止層１３が７０℃、レンズ１４が５０℃になるように各々加熱した上で、加熱された封止層１３の真上に、接着用の溶剤として、固形分濃度９％のサイトップ（旭硝子（登録商標））溶液を１ｍｍ３程度滴下する（図５（ｇ））。その後、レンズ１４のレンズ形状１４１の光軸と、ＬＥＤ素子１２の中心が一致し、レンズ１４の凹部１４４の表面開口部１４４１がある面とＬＥＤ素子１２の表面とが平行になるように位置合わせする（図５（ｄ’））。レンズ１４の凹部１４４の底と封止層１３とが接するようにレンズ１４を移動する（図５（ｅ’））。その後、レンズ上方より０．２ＭＰａで少なくとも１５分間加圧してレンズ１４と封止層１３を密着させる（図４（ｆ））。封止層１３の温度が６０℃以下になるまで冷却した後、レンズ付きＬＥＤパッケージ１０を得る。
【００８８】
実施例３．
第１の実施例と同じパーフルオロ樹脂であるサイトップ（旭硝子（登録商標））の固形分を、射出成形によって図６に示すレンズアレイ２４を作製する。レンズアレイ２４は、レンズ形状１４１および凹形状１４２の組を４つ、より具体的には、レンズ形状１４１ａと凹形状１４２ａ、レンズ形状１４１ｂと凹形状１４２ｂ、レンズ形状１４１ｃと凹形状１４２ｃ、およびレンズ形状１４１ｄと凹形状１４２ｄを有し、各組のレンズ形状および凹形状はそれぞれ図２（ａ）に示す断面を有する。また、隣り合うレンズ形状１４１間の距離は１．５ｍｍである。各レンズ面は非球面であり、近似球面の曲率半径は０．５ｍｍ、中心部の肉厚は０．３ｍｍ、底面部１４４２の外接正方形の辺の長さは０．６ｍｍ、表面開口部１４４１の外接正方形の辺の長さは０．７５ｍｍである。
【００８９】
次に、レンズアレイ２４を以下の工程により、表面実装型ＬＥＤ基板１１に装着する。セラミックス製の基板１１の表面にはフリップチップ接続されたＬＥＤ素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが実装されている。各ＬＥＤ素子の発光波長は２６０ｎｍ、各ＬＥＤ素子の大きさは一辺が０．５ｍｍの正方形で、厚さは０.１５ｍｍである。各ＬＥＤ素子はフリップチップ接続されているため、接続用のワイヤーは無い（図４（ａ））。
【００９０】
まず、ＬＥＤ素子１２ａ〜１２ｄの各々の直上から、熱可塑性のパーフルオロ樹脂を含有するフッ素系溶液３１として、第１の実施例と同じ固形分濃度９％のサイトップ（旭硝子（登録商標））溶液を５ｍｍ３、各ＬＥＤ素子に滴下する（図４（ｂ））。その後、１８０℃で１５分焼成することにより封止層１３を得る（図４（ｃ））。封止層１３はＬＥＤ素子１２ａ〜１２ｄを完全に被覆しており、外形は図６（ｃ）の１３に示すような形状である。
【００９１】
次に、ヒータ３２により、封止層１３が７０℃になるよう加熱した状態で、加熱された封止層１３の上であって、ＬＥＤ素子１２ａ〜１２ｄの各々の直上となる位置から、接着用の溶剤として、固形分濃度９％のサイトップ（旭硝子（登録商標））溶液を１ｍｍ３程度、各ＬＥＤ素子に滴下する。その後、レンズアレイ２４のレンズ形状１４１ａ〜１４１ｄの光軸と、ＬＥＤ素子１２ａ〜１２ｄの中心とがそれぞれ一致し、かつレンズアレイ２４の各凹部１４４の表面開口部１４４１がある面と各ＬＥＤ素子１２ａ〜１２ｄがある基板１１の表面が平行になるように位置合わせする（図９）。次に、レンズアレイ２４の各凹部１４４の底と封止層１３が接するようにレンズアレイ２４を移動する（図４（ｅ））。その後、レンズ上方より０．２ＭＰａで少なくとも１５分間加圧してレンズアレイ２４と封止層１３を密着させる（図４（ｆ））。封止層１３の温度が６０℃以下になるまで冷却した後、レンズ付きＬＥＤパッケージ２０を得る。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、発光素子に限らずチップ形状のものに光学素子を密着させて用いたい場合に、好適に適用可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１０  発光素子パッケージ
１１  基板
１２  発光素子
１３  封止層
１４  レンズ
１５  リフレクタ
２４  レンズアレイ
１４１、１４１ａ〜１４１ｄ  レンズ形状
１４２、１４２ａ〜１４２ｄ  凹形状
１４３  コバ部
１４４  凹部
１４４１  表面開口部
１４４２  底面部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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