JP2013149690A - 発光装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光装置の厚さを増大させることなく、光取出し効率の高い発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置１０は、発光素子３を封止する第１樹脂体４１と、第１樹脂体４１を被覆する第２樹脂体４２とからなる封止体４を備えている。第１樹脂体４１および第２樹脂体４２の底面部は、基板１の発光素子搭載面１ａに接しており、第２樹脂体４２の側面部４２ａは、露出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置および発光装置を備えた照明装置に関し、より詳細には、発光素子を樹脂体で封止した発光ダイオード等の発光装置および照明装置に関する。

近年、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）は、モバイル端末機の小型照明、室内外の一般照明、自動車照明、大型の液晶表示装置（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）用のバックライトとしてその適用範囲が順次拡大している。

ＬＥＤは、使用目的およ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。例えば、図８は、一般的な発光装置（ＬＥＤ）１００を模式的に示す断面図である。図８に示すように、発光装置１００は、一対の電極１０２が形成された基板１０１と、基板１０１上に設けられた発光素子１０３と、発光素子１０３を封止する透光性樹脂体１０４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１０７を介して電極１０２と接続されている。透光性樹脂体１０４は、発光素子１０３の上方（出射方向）を封止している。透光性樹脂体１０４は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、またはその組み合わせた樹脂から構成されている。また、特に、発光装置１００が白色ダイオードである場合、黄色蛍光体、または、赤色蛍光体および緑色蛍光体が添加された透光性樹脂体１０４によって、青色の発光素子１０３が封止される。そして、青色の発光素子１０３から放出される青色光と、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、白色光が得られる。このようにして、白色光を得る方法が一般的である。また、近年、外形寸法が小さなＬＥＤチップが製造されるようになり、１つのパッケージに複数のＬＥＤチップを搭載したＬＥＤパッケージも製造されている。

例えば、図１０は、特許文献１に記載されたＬＥＤパッケージ２００の断面図である。図１０に示すように、ＬＥＤパッケージ２００では、複数の発光素子２０３が搭載された基板２０１上に、白色セラミックスからなり発光素子２０３を囲むリフレクタ本体２０８と、そのリフレクタ本体２０８の外側面一体に周設された枠体２０９とが搭載されている。リフレクタ本体２０８には複数の貫通孔が形成されており、それぞれの貫通孔に発光素子２０３が単数または複数個収容されている。さらに、それぞれの貫通孔に、波長変換材である蛍光体２１０を分散混合した封止樹脂体２０４が充填されている。このＬＥＤパッケージ２００では、発光素子２０３からの出射光が、白色セラミックスからなるリフレクタ本体２０８の表面で反射し、ＬＥＤパッケージ２００の前方に光が取出されている。

一方、図１１は、特許文献２に記載された発光装置３００の断面図である。図１１に示すように、発光装置３００では、発光装置３００の光取出し効率を高めるために、発光素子３０３が、ドーム状の波長変換部材３４２および透明部材３４１によって封止されている。具体的には、波長変換部材３４２および透明部材３４１におけるドーム状の半径が、波長変換部材３４２または透明部材３４１と空気との屈折率差に起因する全反射角度未満となるように設定される。例えば、図１１では、空気への光出射面となる透明部材３４１の外表面の断面形状Ｒが、光出射面を形成する透明部材３４１の全反射角未満の角度となる半楕円Ｒ１から半円Ｒ２までの範囲に設定される。これにより、発光素子３０３から発せられた光が空気中に効率よく取出される。

特開２０１０‐１１８５６０号公報（２０１０年 ５月２７日公開） 特開２００７‐３１７９５２号公報（２００７年１２月 ６日公開）

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、発光装置（パッケージ）全体としての光取出し効率が低いという問題がある。また、特許文献２に記載の技術は、発光装置の厚さが増大するという問題がある。

具体的には、特許文献１に記載の技術では、発光素子２０３（ＬＥＤチップ）から出射された光の一部は、白色セラミックスからなるリフレクタ本体２０８の表面で反射する。また、蛍光体２１０によって波長変換された光の一部も、リフレクタ本体２０８の表面で反射する。白色セラミックス表面における可視光領域の光（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの領域の光）の反射率は、８０〜９０％程度であるため、リフレクタ本体２０８の表面による反射損失が発生する。その結果、ＬＥＤパッケージ２００全体の光取出し効率が低下するという問題がある。

また、図１０のＬＥＤパッケージ２００において、発光素子２０３の近傍に白色セラミックスからなるリフレクタ本体２０８が存在せず、枠体２０９のみが存在する場合もある。しかし、この場合、リフレクタ本体２０８の設置部分に、封止樹脂部を形成するための枠体２０９が設けられる。しかし、枠体２０９は、白色樹脂で形成されているのが一般的である。このため、リフレクタ本体２０８が存在しない場合も、枠体２０９による反射損失が発生し、ＬＥＤパッケージパッケージ全体の光取出し効率が低下するという問題がある。

また、特許文献２に記載の技術では、波長変換部材３４２および透明部材３４１の外表面の断面形状を、波長変換部材３４２または透明部材３４１と空気との界面で生じる全反射を防止するように設定している。このため、発光素子３０３の大きさに比べて、波長変換部材３４２または透明部材３４１の断面形状（ドーム形状）の半径が必要以上に大きくなる。また、基板３０１上に複数の発光素子３０３が実装される場合、波長変換部材３４２または透明部材３４１の断面形状（ドーム形状）の半径はさらに大きくなる。その結果、発光装置３００の厚さが増大するという問題がある。さらに、波長変換部材３４２または透明部材３４１の断面形状（ドーム形状）の半径が大きくなると、必然的に波長変換部材３４２または透明部材３４１の使用量が増大する。その結果、発光装置３００のコスト高を招来するという問題もある。

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、発光装置の厚さを増大させることなく、光取出し効率の高い発光装置および照明装置を提供することにある。

本発明にかかる発光装置は、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、発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置において、上記封止樹脂の底面部は、上記基板の発光素子搭載面に接しており、上記封止樹脂の側面部は、露出していることを特徴としている。

上記の構成によれば、封止樹脂の底面部は基板に接している一方、封止樹脂の側面部は露出している。つまり、発光素子の近傍には、特許文献１（図１０）に記載されているようなリフレクタ本体２０８も枠体２０９も存在しない。このため、リフレクタ本体２０８および枠体２０９による発光素子から出射された光の損失はない。すなわち、発光素子から出射される光の損失は、封止樹脂表面（光出射面）と外部（例えば空気）との界面でのフレネル反射によるロスだけに軽減される。従って、光取出し効率を高めることができる。このため、光取出し効率を高めるために、特許文献２のように封止樹脂の厚さを必要以上に大きくする必要がない。

このように、上記の構成によれば、封止樹脂の厚さ、ひいては発光装置の厚さを増大させることなく、光取出し効率の高い発光装置を提供することができる。

本発明にかかる発光装置では、上記封止樹脂は、上記発光素子の出射光を出射する光出射面が、上記発光素子の出射光を散乱させる散乱面になっていることが好ましい。

上記の構成によれば、封止樹脂の光出射面が散乱面になっている。これにより、封止樹脂の光出射面で全反射条件が破られる。このため、発光素子からの出射光のうち、封止樹脂表面（光出射面）と外部（例えば空気）との界面での全反射によって取出されていなかった光を、取出すことが可能となる。従って、光取出し効率をより一層高めることができる。

本発明にかかる発光装置では、上記散乱面は、単数または複数の円錐または角錐が形成された凹凸面であってもよい。

上記の構成によれば、封止樹脂の光出射面が凹凸面になっている。これにより、封止樹脂の光出射面に形成された円錐または角錐によって全反射条件が破られる。このため、発光素子からの出射光のうち、封止樹脂表面（光出射面）と外部（例えば空気）との界面での全反射によって取出されていなかった光を、取出すことが可能となる。従って、光取出し効率をより一層高めることができる。

さらに、上記の構成によれば、封止樹脂の光出射面が凹凸面になっているため、光出射面に円錐または角錐が形成されていない場合よりも、封止樹脂の量を削減することができる。つまり、封止樹脂の薄型化、ひいては発光装置の薄型化が可能となると共に、発光装置の製造コストを削減することが可能となる。

本発明にかかる発光装置では、上記封止樹脂は、上記発光素子を封止する第１樹脂と、第１樹脂を被覆する第２樹脂とを備え、上記第１樹脂および第２樹脂の少なくとも一方が、上記発光素子の出射光の波長を変換する蛍光体を含むことが好ましい。

上記の構成によれば、第１樹脂および第２樹脂の少なくとも一方に、発光素子の出射光の波長を変換する蛍光体が添加されている。このため、発光素子からの出射光の一部は、蛍光体によって波長変換される。従って、発光素子から出射された光（波長変換されていない光）と、蛍光体によって波長変換された光とを混合した光を取出すことができる。

本発明にかかる発光装置では、上記第１樹脂および第２樹脂が、それぞれ同一材料の樹脂を含むことが好ましい。

上記の構成によれば、第１樹脂および第２樹脂が、それぞれ同一の樹脂を含んで構成されている。このため、第１樹脂と第２樹脂との界面でのフレネル反射によるロスを軽減することができる。特に、第１樹脂と第２樹脂とが同一の樹脂からなる場合、このロスを無くすことができる。従って、発光素子からの出射光と、蛍光体によって波長変換された光との光取出し効率を高めることができる。それゆえ、より一層光取出し効率の高い発光装置を提供することができる。

本発明にかかる照明装置は、上記の課題を解決するために、前記いずれかの発光装置を備えることを特徴としている。それゆえ、発光装置の厚さを増大させることなく、光取出し効率の高い発光装置を備えた照明装置を提供することができる。

本発明の発光装置および照明装置は、以上のように、上記封止樹脂の底面部は、上記基板の発光素子搭載面に接しており、上記封止樹脂の側面部は、露出している構成である。それゆえ、発光装置の厚さを増大させることなく、光取出し効率の高い発光装置および照明装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。 図１の発光装置における発光素子から出射された光の軌跡を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置と、従来の発光装置との光取出し効率を比較したグラフである。 本発明の一実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置と、従来の発光装置との光取出し効率を比較したグラフである。 図５の発光装置を備えた照明装置の構成を示す概略図である。 従来の一般的な発光装置の構成を示す断面図である。 図８の発光装置における発光素子から出射された光の軌跡を示す断面図である。 特許文献１に記載されたＬＥＤパッケージの断面図である。 特許文献２に記載された発光装置３００の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明の実施の形態との比較のため、図８および図９も適宜参照する。なお、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および図面の構成に限定されるものではない。さらに、説明の便宜上、各実施形態において同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

〔実施の形態１〕
（発光装置１０の構成）
本発明の実施の形態１における発光装置の基本構成について、図１を用いて説明する。図１は、実施形態１に係る発光装置１０の構成を示す断面図である。図１に示すように、発光装置１０は、基板１、基板１上に形成された１対の電極２、基板１上に搭載された発光素子３、発光素子３を封止する封止体（封止樹脂）４から主に構成される。

基板１には配線１１が形成されており、この配線１１を介して、電極２と発光素子３とが電気的に接続される。電極２は、基板１上の発光素子搭載面１ａに形成されている。発光素子３は、発光装置１０における光源である。発光素子３は、ＬＥＤ、蛍光体、エレクトロルミネッセンス素子、半導体光源等であってもよい。封止体４は、発光素子３を封止する第１樹脂体４１（第１樹脂）と、第１樹脂体４１を被覆する第２樹脂体４２（第２樹脂）とから構成されている。第１樹脂体４１は、発光素子３の出射光の波長を変換する蛍光体４３を含む透光性樹脂から構成されている。第２樹脂体４２は蛍光体４３を含まない透光性樹脂から構成されている。第２樹脂体４２の側面部４２ａは露出している。第２樹脂体４２の底面部４２ｂは基板１の発光素子搭載面１ａに接している。

（発光装置１０の特徴的構成：従来構成との比較）
図２は、図１の発光装置１０における発光素子３から出射された光の軌跡を示す断面図である。図８は、従来の一般的な発光装置１００の構成を示す断面図である。図９は、図８の発光装置における発光素子から出射された光の軌跡を示す断面図である。

図１の発光装置１０と、図８の発光装置１００との最大の相違点は、本実施形態の発光装置１０は、図８の発光装置１００が搭載するリフレクタ本体２０８も枠体２０９も備えない点である。すなわち、発光装置１０の最大の特徴は、封止体４の側面部（具体的には第２樹脂体４２の側面部４２ａ）が露出している点である。

（１）従来の発光装置
具体的には、図８の発光装置１００は、基板１０１、電極１０２、発光素子１０３、蛍光体を含有する透光性樹脂体１０４、リフレクタ（枠体）１０６によって主に構成されている。発光装置１００では、発光素子１０３が白色ダイオードの場合、発光素子３から波長４５０ｎｍ付近の青色光が放出され、その青色光の一部は透光性樹脂体１０４の外部へ放出され、また一部は透光性樹脂体１０４内部の蛍光体を励起し波長変換される。この青色光と波長変換された光とがミキシングされることで白色光が得られる。

一方、図９内の矢印は、発光素子１０３から出射される光の軌跡を示している。発光装置１００では、発光素子１０３はリフレクタ１０６によって囲われ、その中に透光性樹脂体１０４が封入されている。一般的に使用されるリフレクタ１０６は、白色セラミックスや、白色レジスト等の材料で作製されており、可視光線に対する反射率は８０〜９０％程度である。また、透光性樹脂体１０４の表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、複数の発光素子１０３が基板１０１上で平面的に実装されており、複数の発光素子１０３が、蛍光体を含有した透光性樹脂体１０４が大面積で一括封止されている。このため、透光性樹脂体１０４の表面（光出射面、封止界面）１０４ａは、基板１０１の発光素子搭載面に対して略平行な面で平坦な形状である。発光装置１００では、透光性樹脂体１０４に含まれる封止樹脂および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１０４の表面１０４ａとの距離が数百μｍと非常に接近している。図９内の矢印に示すように、発光素子１０３から放出された光、および蛍光体によって波長変換された光の軌跡は、以下に述べる（ａ）〜（ｃ）の３パターンとなる。

（ａ）透光性樹脂体１０４と空気との屈折率の違いにより、臨界角以下の角度にて透光性樹脂体１０４と空気との界面に入射する光は透光性樹脂体１０４外部に屈折して出射される。

（ｂ）臨界角以上の角度にて透光性樹脂体１０４と空気との界面に入射する光は透光性樹脂体１０４内部に向けて全反射される。その結果、全反射された光は、透光性樹脂体１０４の内部でロスされるか、もしくは、透光性樹脂体１０４内部の蛍光体を励起することで波長変換される。例えば透光性樹脂体１０４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。このため、４５度以上の角度の青色光（発光素子１０３からの出射光）は、透光性樹脂体１０４内部へ反射することになる。

（ｃ）最後に、発光素子１０３の周囲に設けられたリフレクタ１０６で反射し、透光性樹脂体１０４と空気との界面で屈折して外部に出射される。このとき、一般的なリフレクタ１０６の反射率が８０〜９０％程度であるため、反射損失が発生し、外部へ出射される光の強度（光の取出し効率）が低下する。

（２）本実施形態の発光装置１０
一方、本実施形態における発光装置１０は、図１のように、基板１、電極２、発光素子３、封止体４（第１樹脂体４１、第２樹脂体４２）から主に構成される。発光装置１０では、一例として、第２樹脂体４２の側面部４２ａと、基板１の発光素子搭載面１ａとのなす角度θは３０°となっている。

一方、図２内の矢印は発光素子３から出射される光の軌跡を示している。一般的な発光装置１００と同様の経路を辿る。

（Ａ）第２樹脂体４２と空気との屈折率の違いにより、臨界角以下の角度にて第２樹脂体４２と空気との界面に入射する光は、第２樹脂体４２外部に屈折して出射される。すなわち、発光素子３から放出された光と、蛍光体４３によって波長変換された光との一部は、発光素子３と対向する第２樹脂体４２と空気との界面において、臨界角以下の角度で入射した光は空気中に屈折して放出される。

（Ｂ）第２樹脂体４２と空気との界面に臨界角以上の角度にて入射する光は第２樹脂体４２内部に向けて全反射される。

（Ｃ）第２樹脂体４２の側面部４２ａに入射する光は、第２樹脂体４２の側面部４２ａと空気との界面におけるスネルの法則に従い、空気中に屈折して放出される。ここで、第２樹脂体４２の側面部４２ａと基板１とのなす角度θを調整することにより、側面部４２ａと空気との界面に臨界角以上の角度で入射する光の割合を大きくすることが可能となる。その結果、側面部４２ａと空気との界面でのフレネル反射によるロスを生じることなく、第２樹脂体４２から外部へ光を出射させることが可能となる。

（３）光取出し効率の比較
図３は、本実施形態に係る発光装置１０と、従来の発光装置１００との光取出し効率を比較したグラフである。図３の三角のプロットは、図８の発光装置１００において、リフレクタ１０６と基板１０１とのなす角度（θ’）を変化させたときの、発光装置１００から得られる光取出し効率との関係を解析した結果である。リフレクタ１０６の反射率は９０％として解析した。

一方、図３の四角のプロット（θ≦９０）は、第２樹脂体４２と基板１とのなす角度（θ）と、発光装置１０から得られる光取出し効率との関係を解析した結果である。第２樹脂体４２は、一般的に使用されるシリコーン樹脂であり、屈折率１．４とした。また、基板１は、白色セラミックス材料とし、発光素子搭載面１ａでの反射率９０％として解析した。

図３のグラフより、第２樹脂体４２の側面部４２ａが露出した発光装置１０は、従来の発光装置１００よりも光取出し効率が高くなることがわかる。さらに、角度θが９０°よりも小さくなるほど（鋭角になればなるほど）、光取出し効率が高くなることがわかる。これは、第２樹脂体４２の側面部４２ａと基板１とのなす角度θが小さくなるほど、側面部４２ａと空気との界面に臨界角以上の角度で入射する光の割合が大きくなるためである。また、角度θを鋭角にした場合、鈍角にした場合よりも、基板１のサイズ（発光素子搭載面１ａの面積）を小さくすることができる。

このように、リフレクタ１０６も枠体も存在しない本実施形態の発光装置１０は、リフレクタ１０６が存在する発光装置１００よりも、発光装置１０からの光取出し効率が顕著に高くなっている。

（発光装置１０の製造例）
本実施形態の発光装置１０は、例えば、以下のようにして製造することができる。

まず、基板１上に発光素子３を載置し、基板１上の同一面に設けられた電極２と発光素子３とをワイヤボンディングし、配線１１を介して互いに電気的に接続する。次に、蛍光体４３を含有する第１樹脂体４１を、ディスペンサー等を用いて発光素子３上に定量塗布する。この後、加熱等の方法により蛍光体４３を含有する第１樹脂体４１を硬化させ、第１樹脂体４１によって発光素子３を封止する。

次に、第１樹脂体４１表面に、透光性を有する液状の第２樹脂体４２を定量塗布し、第２樹脂体４２によって第１樹脂体４１を被覆する。なお、上述のように、第２樹脂体４２の側面部４２ａの形状（角度θ）が、発光装置１０の光取出し効率に影響する。このため、第２樹脂体４２は金型成型等によって精密に作製することが好ましい。最後に、加熱等の手段により、液状の第２樹脂体４２を硬化させることによって、蛍光体４３を含有する第１樹脂体４１と、蛍光体４３を含有しない第２樹脂体４２とを接合させる。このようにして発光装置１０を製造することができる。

なお、第１樹脂体４１と第２樹脂体４２とを接合する工程は、第１樹脂体４１と第２樹脂体４２との界面に空気が混入することを防止するため、真空状態にて行うことが好ましい。

以上のように、発光装置１０によれば、第２樹脂体４２の底面部４２ｂは基板１に接している一方、第２樹脂体４２の側面部４２ａは露出している。つまり、発光素子３の近傍には、一般的な発光装置に搭載されるリフレクタ本体も枠体も存在しない（図８〜図１１参照）。このため、リフレクタ本体および枠体による発光素子から出射された光の損失はない。すなわち、発光素子３から出射される光の損失は、封止体表面（第２封止体４２の光出射面４２ｃ）と外部（例えば空気）との界面でのフレネル反射によるロスだけに軽減される。従って、発光装置１０の光取出し効率を高めることができる。このため、光取出し効率を高めるために、特許文献２のように封止体４の厚さを必要以上に大きくする必要がない。

このように、発光装置１０によれば、封止体４の厚さ、ひいては発光装置１０の厚さを増大させることなく、光取出し効率の高い発光装置１０を提供することができる。

また、発光装置１０では、封止体４が、発光素子３を封止する第１樹脂体４１と、第１樹脂体４１を被覆する第２樹脂体４２とを備えており、第１樹脂体４１に発光素子３が出射光の波長を変換する蛍光体４３が添加されている。このため、発光素子３からの出射光の一部は、蛍光体４３によって波長変換される。従って、発光素子３から出射された光（波長変換されていない光）と、蛍光体４３によって波長変換された光とを混合した光を取出すことができる。

なお、このように光を混合する場合、蛍光体４３は、第１樹脂体４１および第２樹脂体４２の少なくとも一方に添加されていればよい。また、光を混合しない場合（波長変換する必要のない場合）、第１樹脂体４１および第２樹脂体４２のいずれにも蛍光体４３を添加する必要はない。この場合、第１樹脂体４１または第２樹脂体４２の一方から封止体４を構成すればよい。

第１樹脂体４１および第２樹脂体４２を構成する樹脂材料は特に限定されるものではない。しかし、第１樹脂体４１および第２樹脂体４２が、それぞれ同一材料の樹脂を含むことが好ましく、同一材料の樹脂から構成されていることがより好ましい。第１樹脂体４１および第２樹脂体４２が、それぞれ同一の樹脂を含んで構成されている場合、第１樹脂体４１と第２樹脂体４２との界面でのフレネル反射によるロスを軽減することができる。特に、第１樹脂体４１および第２樹脂体４２とが同一の樹脂からなる場合、このロスを無くすことができる。従って、発光素子３からの出射光と、蛍光体４３によって波長変換された光との光取出し効率を高めることができる。それゆえ、より一層光取出し効率の高い発光装置１０を提供することができる。

第１樹脂体４１と第２樹脂体４２の材料は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂またはそれらを組み合わせた樹脂などから構成することができる。

このように、本実施形態の発光装置１０では、一般的な発光装置に設けられているリフレクタも枠体も存在しない。また、第２樹脂体４２の側面部４２ａと基板１の発光素子搭載面１ａとのなす角θが鋭角となっている。これにより、反射損失が軽減され、高い光取出し効率を得ることができる。このような発光装置１０は、種々の照明機器に搭載することで、光取出し効率の高い照明機器を実現することができる。

〔実施の形態２〕
次に、図４に基づいて、本発明の別の実施形態における発光装置１０ａについて説明する。図４は、実施の形態２に係る発光装置１０ａの構成を示す断面図である。以下では、実施の形態１の発光装置１０との相違点を中心に説明する。

図１に示すように発光装置１０では、第２樹脂体４２の側面部４２ａと基板１の発光素子搭載面１ａとのなす角θを鋭角となっていた。これに対し、図４に示すように、第２樹脂体４２の側面部４２ａと基板１の発光素子搭載面１ａとのなす角θが、鈍角となっている。例えば、図４では、この角度θは、１５０°となっている。それ以外の構成は、発光装置１０と発光装置１０ａとは略同一である。

図４内の矢印は、発光素子３から出射される光の軌跡を示している。発光装置１０ａにおける発光素子３の出射光の軌跡も、発光装置１０における上記（Ａ）〜（Ｃ）と同様の軌跡をたどる。

図３では、本実施形態に係る発光装置１０ａと、従来の発光装置１００との光取出し効率も比較されている。すなわち、図３の四角のプロット（θ＞９０）は、第２樹脂体４２と基板１とのなす角度（θ）と、発光装置１０ａから得られる光取出し効率との関係を解析した結果である。第２樹脂体４２は、一般的に使用されるシリコーン樹脂であり、屈折率１．４とした。また、基板１は、白色セラミックス材料とし、発光素子搭載面１ａでの反射率９０％として解析した。

図３のグラフより、第２樹脂体４２の側面部４２ａが露出した発光装置１０ａは、従来の発光装置１００よりも光取出し効率が高くなることがわかる。さらに、角度θが９０°よりも大きくなるほど（１８０°に近いほど）、光取出し効率が高くなることがわかる。

なお、発光装置１０ａのように、リフレクタを設けず、蛍光体４３を含有した第２樹脂体４２を発光素子３上に塗布して硬化させた場合、第２樹脂体４２の側面部４２ａの形状は、蛍光体４３を含有する第２樹脂体４２と基板１との濡れ性によって決定される。このため、発光装置１０ａにおいて、第２樹脂体４２の側面部４２ａと基板１とのなす角度θを制御することが困難となる。また、蛍光体４３を含有する第１樹脂体４１の塗布量のバラツキも発生するため、前記角度θを制御することが困難である。従って、本実施形態では、発光素子３が蛍光体４３を含有する第１樹脂体４１で封止され、第１樹脂体４１が、透光性樹脂からなる第２樹脂体４２によって封止（被覆）されている。また、第２樹脂体４２は金型成型等によって作製されるのが望ましい。

以上のように、本実施形態の発光装置１０ａでは、一般的な発光装置に設けられているリフレクタも枠体も存在しない。また、第２樹脂体４２の側面部４２ａと基板１の発光素子搭載面１ａとのなす角θが鈍角となっている。これにより、反射損失が軽減され、高い光取出し効率を得ることができる。このような発光装置１０ａは、種々の照明機器に搭載することで、光取出し効率の高い照明機器を実現することができる。

〔実施の形態３〕
（発光装置１０ｂの構成）
次に、図５に基づいて、本発明の別の実施形態における発光装置１０ｂについて説明する。図５は、実施の形態３に係る発光装置１０ｂの構成を示す断面図である。以下では、実施の形態１の発光装置１０との相違点を中心に説明する。

図１に示すように発光装置１０では、第２樹脂体４２の表面（光出射面４２ｃ）は平坦面である。これに対し、図５に示すように、発光装置１０ｂでは、第２樹脂体４２の表面（光出射面４２ｃ）は、発光素子３の出射光を散乱させる散乱面となっている。具体的には、発光装置１０ｂでは、光出射面４２ｃが、凹凸面になっている。それ以外の構成は、発光装置１０と発光装置１０ｂとは略同一である。

具体的には、発光装置１０ｂでは、第２樹脂体４２の表面（光出射面４２ｃ）に、単数または複数の円錐または角錐が形成されており、光出射面４２ｃが凹凸面になっている。図５内の矢印は、光出射面４２ｃが凹凸面である場合の発光素子３から出射された光の軌跡を示している。この場合、光出射面４２ｃの凹凸表面から空気層に対して、臨界角以下の角度で入射する光の確率が高くなるため、光出射面４２ｃが基板１と略平行な場合と比べて、光の取出し効率が大きくなる。

図５は構成の一例であり、個々の凹凸の幅、個々の凹凸間の距離、凹凸先端の角度などを変化させることで、光の取出し効率を大きくできると共に、配光特性を制御することが可能となる。なお、光の取出し効率を大きくするためには、凹凸の先端の角度はできる限り小さいことが好ましい。言い換えれば、凹凸のアスペクト比はできる限り大きいことが好ましい。

また、発光装置１０ｂの光出射面４２ｃ（凹凸面）と、特許文献２に記載された凹凸構造とは機能的にも構造的にも異なる。具体的には、発光装置１０ｂにおける凹凸は、発光素子３の出射光を散乱させる機能を有する。このため、ｍｍ（ミリメートル）オーダーの凹凸が形成されている。これに対し、特許文献２の凹凸構造は、反射損失を無くすことが意図されている。このため、波長オーダーの凹凸構造が形成されている。

なお、凹凸面は金型成形等により形成すれば、数ｍｍオーダーで形成することができる。このため、特許文献２（図１１）のように、波長変換部材３４２または透明部材３４１の断面形状をドーム状にして光取出し効率を高める発光装置３００よりも、封止体４の厚さ（第１樹脂体４１厚さ＋第２樹脂体４２の厚さ）を薄型化できる。これにより、従来よりも封止体４に使用する樹脂量を削減することが可能となり、封止体４のコスト削減、ひいては発光装置１０ｂのコスト削減に繋がる。

また、発光装置１０ｂでは、第２樹脂体４２の側面部４２ａと基板１とのなす角度は３０°となっている。発光装置１０ｂにおける発光素子３の出射光の軌跡も、発光装置１０における上記（Ａ）〜（Ｃ）と同様の軌跡をたどる。また、発光素子３から放出された光および蛍光体４３によって波長変換された光の一部は、第２樹脂体４２の側面部４２ａと空気との界面におけるスネルの法則に従い、空気中に屈折して放出される。ここで、側面部４２ａと基板１とのなす角度θを小さくすることにより、側面部４２ａと空気との界面に臨界角以上の角度で入射する光の割合を大きくすることが可能となる。従って、側面部４２ａと空気との界面でのフレネル反射によるロスを生じることなく光を立ち上げることが可能となる。

これに加えて、後述するように、発光装置１０ｂでは、第２樹脂体４２の光出射面４２ｃが散乱面になっているため、光出射面４２ｃが平坦面である場合よりも光取出し効率を高めることができる。

（光取出し効率の比較）
図６は、本実施形態に係る発光装置１０ｂと、従来の発光装置１００との光取出し効率を比較したグラフである。図６の三角のプロットは、図８の発光装置１００において、リフレクタ１０６と基板１０１とのなす角度（θ’）を変化させたときの、発光装置１００から得られる光取出し効率との関係を解析した結果である。リフレクタ１０６の反射率は９０％として解析した。

一方、図６の四角のプロット（θ≦９０）は、第２樹脂体４２と基板１とのなす角度（θ）と、発光装置１０ｂから得られる光取出し効率との関係を解析した結果である。第２樹脂体４２は、一般的に使用されるシリコーン樹脂であり、屈折率１．４とした。また、基板１は、白色セラミックス材料とし、発光素子搭載面１ａでの反射率９０％として解析した。

図６のグラフより、第２樹脂体４２の側面部４２ａが露出した発光装置１０は、従来の発光装置１００よりも光取出し効率が高くなることがわかる。さらに、角度θが９０°よりも小さくなるほど（鋭角になればなるほど）、光取出し効率が高くなることがわかる。これは、第２樹脂体４２の側面部４２ａと基板１とのなす角度θが小さくなるほど、側面部４２ａと空気との界面に臨界角以上の角度で入射する光の割合が大きくなるためである。また、角度θを鋭角にした場合、鈍角にした場合よりも、基板１のサイズ（発光素子搭載面１ａの面積）を小さくすることができる。

また、図６の四角のプロット（θ＞９０）では、本実施形態に係る発光装置１０ｂにおいて、角度θを鈍角とした構成と、従来の発光装置１００との光取出し効率も比較されている。図６のグラフより、第２樹脂体４２の側面部４２ａが露出した発光装置１０ｂは、角度θを鈍角とした場合も、従来の発光装置１００よりも光取出し効率が高くなることがわかる。さらに、角度θが９０°よりも大きくなるほど（１８０°に近いほど）、光取出し効率が高くなることがわかる。

このように、リフレクタ１０６も枠体も存在しない本実施形態の発光装置１０ｂは、リフレクタ１０６が存在する発光装置１００よりも、発光装置１０ｂからの光取出し効率が顕著に高くなっている。また、発光装置１０ｂの角度θがどの角度でも、従来の発光装置１００よりも光取出し効率が高くなっている。具体的には、角度θが９０°である場合の光取出し効率が極小となり、角度θが９０°より小さくなるにつれ、または、角度θが９０°より大きくなるにつれて、光取出し効率が高くなっている。

さらに、図３と図６とを比較すれば明らかなように、光出射面４２ｃが凹凸面である発光装置１０ｂは、光出射面４２ｃが平坦面である発光装置１０ａ・１０ｂよりも光取出し効率が高くなっている。

（発光装置１０ｂの製造例）
本実施形態の発光装置１０ｂは、例えば、以下のようにして製造することができる。

基板１上に発光素子３を載置し、基板１上の同一面に設けられた電極２と発光素子３とをワイヤボンディングし、配線１１を介して互いに電気的に接続する。次に、蛍光体４３を含有する第１樹脂体４１を、ディスペンサー等を用いて発光素子３上に定量塗布する。この後、加熱等の方法により蛍光体４３を含有する第１樹脂体４１を硬化させ、第１樹脂体４１によって発光素子３を封止する。

次に、第１樹脂体４１表面に、透光性を有する液状の第２樹脂体４２を定量塗布し、第２樹脂体４２によって第１樹脂体４１を被覆する。第２樹脂体４２の側面部４２ａの形状（角度θ）が、発光装置１０の光取出し効率に影響する。このため、第２樹脂体４２は金型成型等によって精密に作製することが好ましい。

第２樹脂体４２の別の形成方法としては、表面に凹凸形状が形成された１枚の平面シート状の第２樹脂体４２を形成する。次に、平面シート状の第２樹脂体４２を、蛍光体４３を含有する第１樹脂体４１上に載置した後、第２樹脂体４２の側面を折り曲げることで、側面部４２ａと基板１とのなす角度θを決定する。このようにして第２樹脂体４２を形成することもできる。

最後に、加熱等の手段により、液状の第２樹脂体４２を硬化させることによって、蛍光体４３を含有する第１樹脂体４１と、蛍光体４３を含有しない第２樹脂体４２とを接合させる。このようにして発光装置１０を製造することができる。

以上のように、発光装置１０ｂによれば、第２樹脂体４２の光出射面４２ｃが散乱面になっている。これにより、第２樹脂体４２の光出射面４２ｃで全反射条件が破られる。このため、発光素子３からの出射光のうち、第２樹脂体４２の光出射面４２ｃと外部（例えば空気）との界面での全反射によって取出されていなかった光を、取出すことが可能となる。従って、光取出し効率をより一層高めることができる。

より具体的には、発光装置１０ｂによれば、封止樹脂の光出射面が凹凸面になっている。これにより、第２樹脂体４２の光出射面４２ｃに形成された円錐または角錐によって全反射条件が破られる。このため、発光素子３からの出射光のうち、光出射面４２ｃと外部（例えば空気）との界面での全反射によって取出されていなかった光を、取出すことが可能となる。従って、光取出し効率をより一層高めることができる。

さらに、発光装置１０ｂでは、光出射面４２ｃが凹凸面になっているため、光出射面に円錐または角錐が形成されていない場合よりも、封止体４を構成する樹脂の量を削減することができる。つまり、封止体４の薄型化、ひいては発光装置１０ｂの薄型化が可能となると共に、発光装置１０ｂの製造コストを削減することが可能となる。

以上のように、本実施形態の発光装置１０ｂでは、一般的な発光装置に設けられているリフレクタも枠体も存在しない。これにより、第２樹脂体４２の側面部４２ａと基板１の発光素子搭載面１ａとのなす角θに関係なく。反射損失が軽減され、高い光取出し効率を得ることができる。しかも、光出射面４２ｃを凹凸面とすることによって、光出射面４２ｃが平坦面である場合よりも光取出し効率を高くすることができる。

このような発光装置１０ｂは、種々の照明機器に搭載することで、光取出し効率の高い照明機器を実現することができる。例えば、発光装置１０ｂは、図７に示す電球タイプの照明装置に搭載することができる。図７は、図５の発光装置１０を備えた照明装置２０の構成を示す概略図である。照明装置２０は、グローブ２１と、発光装置１０ｂを備える発光部２２と、口金２３とが、この順に配置された構成である。

グローブ２１は、ドーム形状であり、内部に発光部２２に設けられた発光装置１０ｂが収容される。グローブ２１は、発光装置１０ｂが発する光を透光させる機能と、発光部２２を覆うことによって発光部２２（特に発光装置１０ｂ）を保護する機能とを有する。グローブ２１は、例えば、透明または光拡散性を有するガラスや合成樹脂などから形成することができる。

発光部２２は、照明装置２０の本体部である。発光部２２の一方の端部（上端）には、グローブ２１が装着され、他方の端部（下端）には口金２３が装着されている。発光部２２の上端面には、発光装置１０ｂが実装されている。一方、発光部２２の内部には、図示しない電源モジュールが設けられている。電源モジュールは、発光装置１０ｂに電力を供給すると共に、発光素子の点灯状態（発光量等）も制御する。

発光装置１０ｂが発光素子（光源）としてＬＥＤを備える場合、特に発熱量が多くなる。このため、発光部２２（特に外装部）は、ヒートシンクから構成されていることが好ましい。例えば、発光部２２は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）等の熱伝導性の良好な金属またはこれらの合金から構成することが好ましい。また、発光部２２は、このような金属または合金に限らず、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコーンカーバイト（ＳｉＣ）、高熱伝導性樹脂等から構成されていてもよい。これにより、発光部２２は、発光装置１０ｂから発生する熱を、外部に効果的に放熱することができる。

口金２３は、外部接続用の金具であり、例えば、一般的なＥ２６型の金具である。これにより、照明装置２０が天井等に設けられたソケットに装着可能となる。

このような構成により、照明装置２０は、口金２３を商用電源（外部電源）のソケット等に取り付けられると、発光装置１０ｂの発光素子が点灯する。発光素子からの光は、グローブ２１を透過すると共にグローブ２１で拡散される。これにより、グローブ２１の略全体が明るくなり、略均一な輝度の光が外部に出射される。照明装置２０は、発光装置１０ｂを備えているため、発光装置１０ｂの厚さを増大させることなく、光取出し効率の高い照明装置２０を提供することができる。

〔補足〕
なお、本発明に係る発光装置は、以下のように表現することもできる。

（１）電極が形成された基板の上面に、少なくとも一つ以上の発光素子が設けられ、発光素子と前記電極とが電気的に接続されると共に、前記発光素子を第１の透光性樹脂体で封止してなる発光装置において、前記発光素子の発光面と対向する第１の透光性樹脂体（第２樹脂体４２）の表面および側面は空気と接していることを特徴とする発光装置。

上記構成によれば、第１の透光性樹脂体のみで基板上の発光素子を封止しているため、発光素子から出射される光は、第１の透光性樹脂体と空気との界面で生じる屈折作用によって取出される。リフレクタや枠体等の部材が存在しないため、それらによる反射損失はなく、発光素子から出射される光の損失は、第１の透光性樹脂体と空気との界面でのフレネル反射によるロスだけに抑えることができる。結果として、光取出し効率の大きい発光装置を得ることができる。

（２）また、本発明の発光装置は、電極が形成された基板の上面に、少なくとも一つ以上の発光素子が設けられ、発光素子と前記電極とが電気的に接続され、前記発光素子が波長変換材料である蛍光体を混合した第２の蛍光体樹脂体（第１樹脂体４１）で封止されると共に、前記第２の蛍光体樹脂体を第１の透光性樹脂体で封止してなる発光装置において、前記第１の透光性樹脂体の一方の面は前記第２の蛍光体樹脂体と密着しており、それと対向する第１の透光性樹脂体の表面および側面は空気と接していることを特徴としている。

上記構成によれば、発光素子から出射される光、および、波長変換材である蛍光体によって波長変換された光は、第１の透光性樹脂体と空気との界面で生じる屈折作用によって取出される。リフレクタや枠体等の部材が存在しないため、それらによる反射損失はなく、発光素子から出射される光の損失は、第１の透光性樹脂体と空気との界面でのフレネル反射によるロスだけに抑えることができる。結果として、光取出し効率の大きい発光装置を得ることができる。

（３）また、本発明の発光装置では、第２の蛍光体樹脂体を構成する樹脂（蛍光体を混合している樹脂）と、第１の透光性樹脂体が同一材料であってもよい。

上記構成によれば、第２の蛍光体樹脂体における蛍光体を混合している樹脂と、第１の透光性樹脂体とが同一材料であるため、第２の蛍光体樹脂体と第１の透光性樹脂体との界面では光の界面が存在しない。このため、発光素子からの出射光、および蛍光体によって波長変換された光は、前記界面でのフレネル反射によるロスを生じることなく空気中に取りだすことができる。結果として、光取出し効率の大きい発光装置を得ることができる。

（４）また、本発明の発光装置では、第１の透光性樹脂体の表面が円錐状もしくは角錐状の、単数或いは複数の凹凸形状が形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、第１の透光性樹脂体表面の円錐状、もしくは角錐状の凹凸形状によって全反射条件が破られるため、第１の透光性樹脂体表面と空気界面における全反射によって取出されていなかった光を空気中に取出すことが可能となる。また、リフレクタや枠体等の部材が存在しないため、それらによる反射損失はなく、発光素子から出射される光の損失は、第１の透光性樹脂体表面の円錐状、もしくは角錐状の凹凸形状と空気界面でのフレネル反射によるロスだけに抑えることができる。また、円錐状、もしくは角錐状の凹凸形状により全反射条件を破っているため、従来のドーム状の形状に比べて薄型化が可能となり、かつ、第１の透光性樹脂体の使用量を削減することが可能、すなわち、コスト削減が可能となる。結果として、薄型で光取出し効率が大きく、かつ低コストな発光装置を得ることができる。

（５）また、この発明の照明装置は、上記（１）〜（４）のいずれかの発光装置を搭載したこと特徴としている。

上記構成によれば、発光素子から出射される光、および蛍光体によって波長変換された光を高い光取出し効率で空気中に取出すことが可能な発光装置を搭載している。従って、当該照明装置に対して、前記機能を持たせることができる。

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。

本発明の発光装置は、照明器具を始めとする種々の照明装置に搭載することができる。特に、本発明の発光装置を搭載した照明装置は、高輝度照明分野（全光束２０００〜５０００ｌｍ、色温度２５００〜６５００Ｋでの調光および調色）への適用が好適である。

１ 基板
１ａ 発光素子搭載面
２ 電極
３ 発光素子
４ 封止体（封止樹脂）
１０ 発光装置
１０ａ 発光装置
１０ｂ 発光装置
２０ 照明装置
４１ 第１樹脂体（第１樹脂）
４２ａ 側面部
４２ 第２樹脂体（第２樹脂）
４２ｂ 底面部
４２ｃ 光出射面（散乱面・凹凸面）
４３ 蛍光体

Claims (6)

1. 基板と、基板上に搭載された発光素子と、発光素子を封止する封止樹脂とを備えた発光装置において、
   上記封止樹脂の底面部は、上記基板の発光素子搭載面に接しており、
   上記封止樹脂の側面部は、露出していることを特徴とする発光装置。
2. 上記封止樹脂は、上記発光素子の出射光を出射する光出射面が、上記発光素子の出射光を散乱させる散乱面になっていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 上記散乱面は、単数または複数の円錐または角錐が形成された凹凸面であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 上記封止樹脂は、上記発光素子を封止する第１樹脂と、第１樹脂を被覆する第２樹脂とを備え、
   上記第１樹脂および第２樹脂の少なくとも一方が、上記発光素子の出射光の波長を変換する蛍光体を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 上記第１樹脂および第２樹脂が、それぞれ同一材料の樹脂を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置を備えた照明装置。

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