JP2015026872A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】銀の鍍金に頼らず、電気的接続を損なわず、発光素子の極近傍に高光反射率の部材を配して高寿命化を図り、さらに、効率よく発光素子からの光を励起し、光取り出し効率の高い発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】表面に凹部１１ｃを有する基体絶縁部１１ａ及び一部が基体絶縁部１１ａに埋め込まれ、かつ少なくとも凹部１１ｃ裏面で露出する基体導電部１１ｂからなる基体１１と、半導体発光素子１２と、凹部１１ｃ内に配置された反射部材１３と、反射部材１３上に配置された蛍光体層１４と、半導体発光素子１２を被覆する封止部材１５とを備えており、凹部１１ｃは、その中央に、前記半導体発光素子と同等又はそれより小さい上面を有する凸部１１ｄを有し、凸部１１ｄ上に半導体発光素子１２が載置されており、反射部材１３は、凹部１１ｃ内表面及び凸部１１ｄ側面を被覆する発光装置。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。

一般に、発光装置は、半導体発光素子や保護素子等の電子部品と、これら電子部品が載置される基体と、電子部品を保護するために電子部品を被覆する透光性部材とからなる。発光装置の高光出力化及び高信頼性化のためには、用いる発光素子自体の特性を改善するだけでなく、基体の設計や材料、組み立て工程の改善が非常に有効である。
近年、高耐熱、高耐候、低コスト、形状の自由度などから、セラミックを基体とするＬＥＤが一般的に出回っている。セラミック自体は銀などの金属膜に比べて反射率が低いため、発光素子を搭載する基体の凹部底面には銀を鍍金し、基体からの光の取り出しを向上させていることが多い。

しかし、銀は耐候性が低く、有機物で被覆した場合、銀の経時変化によりＬＥＤの光出力の低下を招く原因となる。
そこで、無機膜又は金属膜等で銀をコーティングすることが提案されている（例えば、特許文献１等）が、前者は長期間に渡って銀の反射率を維持するには、未だ十分満足でない。また、後者では、耐候性は問題ないが、銀に比べ反射率の低下が避けられない。

一方、基体の凹部側面は銀を鍍金していない場合が多く、セラミック面による光吸収が起こり、光取り出し効率の低下原因となる。
そこで、反射率の高い材料を含有した樹脂で基体の凹部側面を被覆することもある（例えば、特許文献２等）が、発光素子の極近傍まで樹脂で被覆することは困難である。

また、発光素子を透光性部材で被覆する場合、蛍光体を透光性部材中に混合し、透光性部材のポッティングから硬化までの間に、蛍光体を透光性部材の下層へ沈降させる方法が提案されている（例えば、特許文献３等）。
しかし、蛍光体の濃度によっては、蛍光体の透光性部材下層への堆積が厚くなり、そのために発光素子の発光層が蛍光体に埋もれ、発光素子からの光取り出しが阻害される。特に、照明用途では、低い色温度を与えるべく、蛍光体濃度を高くすることが求められており、蛍光体濃度の高さと発光効率の向上というトレードオフの関係のバランスを図ることが必要である。

特開２００６−３５１９６４号公報 特開２００４−４００９９号公報 特開２０００−３１５８２４号公報

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、耐候性の低い銀の鍍金に頼らず、電気的接続を損なうことなく発光素子の極近傍に高光反射率の部材を配することにより耐寿命性を高め、さらに、効率よく発光素子からの光を励起し、光取り出し効率の高い発光装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の発明を含む。
表面に凹部を有する基体絶縁部及び一部が前記基体絶縁部に埋め込まれ、かつ少なくとも凹部裏面で露出する基体導電部からなる基体と、
半導体発光素子と、 前記凹部内に配置された反射部材と、
該反射部材上に配置された蛍光体層と、
前記半導体発光素子を被覆する封止部材とを備えており、
前記凹部は、その中央に前記半導体発光素子と同等又はそれより小さい上面を有する凸部を有し、該凸部上に前記半導体発光素子が載置されており、
前記反射部材は、前記凹部内表面及び凸部側面を被覆することを特徴とする発光装置。

このような発明は、以下の１以上を備えることが好ましい。
（１）前記凸部が、凹部の深さと同等の高さを有する。
（２）前記反射部材が、前記凸部の外縁において、該凸部の上面と同等又はそれより底面側に位置する。
（３）前記反射部材が、前記凹部の外縁から凸部の外縁の間に底面側に凸の曲面を有する。
（４）前記蛍光体層が、前記反射部材の曲面上及び前記半導体発光素子上面に形成されている。
（５）前記蛍光体層は、蛍光体と透光性樹脂とを有してなり、前記蛍光体が前記透光性樹脂中で反射部材側に偏在してなる。
（６）封止部材は、前記基体の凹部上方にのみ配置されている。

また、本発明は、以下の発明を含む。
（ａ）表面に凹部を有する基体絶縁部及び一部が前記基体絶縁部に埋め込まれ、かつ少なくとも凹部裏面で露出する基体導電部からなり、前記凹部中央に凸部を有する基体の該凸部上面に、該凸部の上面の面積と同等又はそれより大きな平面積を有する半導体発光素子を載置し、
（ｂ）該半導体発光素子を、前記基体導電部と電気的に接続し、
（ｃ）前記基体の凸部を囲む凹部内に反射部材を充填して、該反射部材を前記凹部内表面及び凸部側面で被覆し、
（ｄ）蛍光体を含有した蛍光体層材料をポッティング法により塗布して、前記蛍光体を前記反射部材上に配置することを特徴とする発光装置の製造方法。

このような発明は、以下の１以上を備えることが好ましい。
（１）前記反射部材を、前記凸部の外縁において、該凸部の上面と同等又はそれより底面側に配置する。
（２）前記反射部材を、前記反射部材の上面を前記凹部の外縁から凸部の外縁の間に底面側に凸の曲面に成形する。
（３）前記蛍光体層は、蛍光体と透光性樹脂とを有してなり、前記蛍光体を前記透光性樹脂中で反射部材側に偏在させる。

本発明の発光装置によれば、耐候性の低い銀の鍍金に頼らず、耐寿命性を高めることができる。また、効率的に発光素子からの光を励起することにより、光取り出し効率のさらなる向上を実現することができる。
また、本発明の発光装置の製造方法によれば、光取り出し効率の高い発光装置を簡便にかつ確実に製造することができる。

本発明の発光装置の実施形態１を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ'線断面図、（Ｃ）側面図である。 本発明の発光装置の実施形態２を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ'線断面図、（Ｃ）側面図である。 本発明の発光装置の実施形態３を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ'線断面図、（Ｃ）側面図である。 本発明の発光装置の実施形態４を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ'線断面図、（Ｃ）側面図である。 本発明の発光装置の実施形態５を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ'線断面図、（Ｃ）側面図である。 本発明の発光装置の実施形態６を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ'線断面図、（Ｃ）側面図である。 本発明の発光装置の実施形態７を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ'線断面図、（Ｃ）側面図である。 本発明の発光装置の実施形態８を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ'線断面図、（Ｃ）側面図である。 本発明の発光装置の実施形態９を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ'線断面図、（Ｃ）側面図である。 本発明の発光装置を構成する基体を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ'線断面図、（Ｃ）裏面図及び（Ｄ）側面図である。 本発明の発光装置を構成する基体を示す（Ａ）平面図及び（Ｂ）Ａ−Ａ'線断面図である。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明が、これらに限定されるものではない。

本発明の発光装置は、例えば、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）等に示すように、基体１１と、半導体発光素子１２と、反射部材１３と、蛍光体層１４と、封止部材１５とを備えてなる。

（基体１１、７１）
基体１１、７１は、例えば、図１０（Ａ）、（Ｂ）及び図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、基体絶縁部１１ａ、７１ａ及び基体導電部１１ｂ、７１ｂとからなる。
基体絶縁部１１ａ、７１ａは、その表面に凹部１１ｃ、７１ｃを有しており、その凹部１１ｃ、７１ｃの中央に凸部１１ｄ、７１ｄが配置されている。言い換えると、凸部１１ｃ、７１ｃの周囲に凹部１１ｃ、７１ｃを有している。そして、この凸部１１ｄ、７１ｄ上に、半導体発光素子１２が搭載される。

凸部１１ｄ、７１ｄの形状は特に限定されるものではなく、例えば、凸部上面の平面形状は、通常、半導体発光素子の形状及びそれに近似する形状であることが好ましい。例えば、略四角形が一般的であるが、多角形、略円形、これらの形状に切り欠きを有する形状等、種々のものとすることができる。
凸部の縦断面形状は、四角形、上に向かって幅狭又は幅広の台形状等であってもよいし、その側面に相当する部位が曲面を有していてもよい。凸部の上面の大きさは、半導体発光素子と同等か、それより小さいことが好ましい。ここで、半導体素子と同等とは、半導体発光素子によって、その全てが被覆される大きさであることを意味するが、後述する蛍光体層に含まれる蛍光体の粒径によっては、この蛍光体が、凸部の上面に配置されない程度に凸部の上面が半導体素子よりも若干大きいことは許容される。また、蛍光体の粒径によっては、たとえ凸部の上面に蛍光体が載置されても、後述するように、半導体素子の発光層が蛍光体に埋もれなければ、このような粒径の蛍光体が配置される程度に大きいものも許容される。例えば、半導体発光素子と同等とは、半導体素子の外形よりも５０μｍ大きい程度が挙げられる。これにより、半導体発光素子の発光層が蛍光体に埋もれることがなくなり、基体絶縁部による光の吸収を回避することができる。特に、凸部上面を半導体発光素子より小さな大きさとすることにより、より半導体発光素子の近傍まで、後述する反射部材を配置することができるため、さらなる光取り出し効率及び光品質の向上を図ることができる。
また、凸部の上面は、平坦面であり、凹部の底面に対して略平行であることが好ましい。
凸部の高さは、特に限定されるものではないが、半導体発光素子からの光の指向性を考慮すると、凹部の深さと同等であることが好ましい。ここで同等とは、凹部の深さ±２００μｍ程度を許容することを意味する。

基体絶縁部１１ａ、７１ａの材料は、特に限定されるものではなく、ガラスエポキシ樹脂、セラミックス、ガラス、樹脂等を挙げることができる。特に、セラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、炭化ケイ素あるいは窒化ケイ素などが好ましい。樹脂としては、熱可塑性樹脂として、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、液晶ポリマー、ナイロン等、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリレート樹脂などが挙げられる。この場合、後述する基体絶縁部１１ａ、７１ａは、正負一対の基体導電部１１ｂ、７１ｂとなる金属部材を用いて樹脂にてインサート成形されたものなどが例示される。
基体１１、７１は、上述した凹部を無視すると、略板状、直方体又は立方体の部材であることが好ましい。

基体導電部１１ｂ、７１ｂは、その一部が基体絶縁部１１ａに埋め込まれており、かつ少なくとも凹部１１ｃの底面、好ましくはこの底面及び発光装置の裏面で露出し、後述する半導体発光素子を載置することができるものである。通常、半導体発光素子、任意に保護素子等への通電のために、これら素子の電極に接続されて端子として機能する。
図１０（Ａ）及び図１１（Ａ）に示すように、基体凹部内の凸部の表面にも基体導電部１１ｂａ、７１ｂａ、７１ｂｃが配置されていてもよい。この場合の基体導電部１１ｂａは、凸部１１ｄ表面において独立し、基体導電部と電気的に接続されていなくてもよいし、凸部７１ｄ及び基体絶縁部７１ａ内部又は側面で他の基体導電部７１ｂｄと連結されて、凹部７１ｃの底面及び発光装置の裏面側に露出する基体導電部７１ｂを有していてもよい。
なお、凸部１１ｄ、７１ｄは、基体絶縁部１１ａ、７１ａと同じ部材により、一体として形成されていてもよく、凸部１１ｄ、７１ｄが別体として形成されて、基体絶縁部１１ａ、７１ａ上に搭載されていてもよい。
例えば、凸部１１ｄ、７１ｄを、微細な発光素子載置パターン（例えば、発光素子をフリップチップ実装するための）を形成し得る部材として又はツェナーダイオード等の諸機能をもったサブマウント部材として用いてもよい。

基体導電部は、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン等の金属又は合金等を含んだ材料で形成することができ、単層及び積層構造のいずれでもよい。基体導電部は、その全体において必ずしも同じ材料によって形成されていなくてもよく、部分的に異なる材料等であってもよい。基体導電部は、基体絶縁部から露出する部位であるか否かにかかわらず、その表面に、従来のような光反射性を考慮した銀等による鍍金を施すことは必要ない。これは、後述する反射部材が凹部内に配置されるためである。このように、耐候性の弱い金属膜による鍍金等に頼らないため、耐寿命性の高い発光装置を形成することができる。
基体導電部１１ｂ、７１ｂの凹部内における平面形状、裏面における露出形状は、特に限定されず、発光装置の形状、発光素子配列、配置可能なスペース等を考慮して適宜決定することができる。

（半導体発光素子１２）
半導体発光素子１２は、基体１１の凹部１１ｃ内の凸部１１ｄ上に載置される。
半導体発光素子は、いわゆる発光ダイオードと呼ばれる素子であればどのようなものでもよい（以下「発光素子」と記載することがある）。例えば、基板上に、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III−Ｖ族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等、種々の半導体によって、発光層を含む積層構造が形成されたものが挙げられる。

基板としては、Ｃ面、Ａ面、Ｒ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）等の絶縁性基板、炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド等；ニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板；窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）等が挙げられる。また、基板を剥離して半導体層のみを半導体発光素子１２として用いることもできる。
半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合、ＰＮ接合などのホモ構造、ヘテロ結合あるいはダブルヘテロ結合のものが挙げられる。
発光素子を構成する各半導体層には、Ｓｉ、Ｇｅ等のドナー不純物及び／又はＺｎ、Ｍｇ等のアクセプター不純物がドープされていてもよい。
発光層は、量子効果が生ずる薄膜に形成した単一量子井戸構造、多重量子井戸構造としてもよい。

発光素子の発光波長は、半導体の材料、混晶比、発光層のＩｎＧａＮのＩｎ含有量、発光層にドープする不純物の種類を変化させるなどによって、可視光領域の光だけでなく、紫外線から赤外線まで変化させることができる。

発光素子は、上述したように、基体１１の凹部１１ｃ内の凸部１１ｄ上に載置されている。発光素子を凸部１１ｄ上に載置するためには、通常、接合部材が用いられる。例えば、絶縁性の基板を接合面とする等、導電性の接合部材を用いる必要のない場合には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。また、発光素子からの光及び熱による劣化を考慮して、発光素子裏面にＡｌ、Ａｇ等の金属メッキをしてもよいし、導電性の接合部材を用いる必要のない場合であっても樹脂を使用せず、Ａｕ−Ｓｎ共晶などの半田、低融点金属等のろう材を用いてもよい。

発光素子は、異なる面（基板に対する両面側）に一対の電極が形成されている場合や、同じ面（基板に対する同一面側）に一対の電極が形成されている場合等、接合面において電気的な接続を取る必要のある場合には、銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト等によって、凸部１１ｄ上に配置された基体導電部１１ｂに発光素子の電極を接続してもよい。
発光素子を載置した際に、発光素子の上面側から電気的接続を取る場合には、発光素子の電極と、基体導電部１１ｂとを導電性ワイヤによってワイヤボンディングする。

導電性ワイヤとしては、発光素子の電極とのオーミック性が良好であるか、機械的接続性が良好であるか、電気伝導性及び熱伝導性が良好なものであることが好ましい。作業性などを考慮すると、導電性ワイヤの直径は、１０μｍ〜４５μｍ程度であることが好ましい。このような導電性ワイヤとしては、例えば、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金が挙げられる。

（反射部材１３）
反射部材１３は、基体１１の凹部１１ｃ内に配置されている。
反射部材１３を構成する材料は、特に限定されるものではなく、発光素子から出射される波長の光を５０％以上、６０％以上、好ましくは７０％以上、８０％以上、より好ましくは９０％以上反射させることができる材料である。また、発光素子からの光などが透過、吸収しにくい部材が好ましい。
反射部材１３は、基体１１の凹部１１ｃ底面に露出する基体導電部１１ｂと接触することがあるため、絶縁性の材料であることが好ましい。また、基体１１及び基体導電部１１ｂ等と、線膨張係数の差が小さいものが好ましい。

反射部材としては、例えば、光を反射し得る部材などの粉末を分散させた樹脂を用いることができる。樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等、具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジン、ＰＰＡ、シリコーン樹脂などが挙げられる。これら母体となる樹脂に、発光素子からの光を吸収しにくくかつ母体となる樹脂に対して屈折率差の大きい光を反射し得る部材（例えば、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ）などの粉末を分散することで、効率よく光を反射させることができる。
これらの材料は単独で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。これにより、光の透過率を調整することができ、また、樹脂の線膨張係数を調整することが可能となる。

反射部材１３は、基体１１の凹部１１ｃ内表面及び凸部１１ｄの側面を被覆するように配置されている。また、反射部材１３は、凸部１１ｄの外縁において、凸部１１ｄの上面より底面側に位置していてもよいが、凸部１１ｄの上面と同等の高さに配置されていることが好ましい。これによって、発光素子から出射された光が、基体絶縁部１１ａに吸収されることを最小限に止めることができる。なお、反射部材１３は、凹部１１ｃの外縁から凸部１１ｄの外縁の間において、その上面が平坦に配置されていてもよいが、底面側に凸の曲面を有するように配置されていることが好ましい。つまり、反射部材１３の上面が凹んでいることが好ましい。このような形状によって、後述する蛍光体層を、凹んだ部位を中心に偏在しやすくなり、発光素子から横方向又は下方に出射された光を、より効率的に蛍光体層に照射させることができる。また、蛍光体を載置する表面積を増大させることができる。

反射性部材は、例えば、樹脂吐出装置から液体樹脂を吐出するなどの当該分野で公知の方法を利用して、凹部１１ｃ内に配置することができる。
光反射性部材の厚さは、最小の部位（つまり、底面側に凸の部位）において、基体絶縁部１１ａを極薄膜で被覆する程度以上であればよく、最小の部位で、３０μｍ程度以上の厚みを有していることが好ましい。これにより、基体絶縁部１１ａによる光の吸収を抑制し、効率よく光を取り出すことができる。凹部１１ｃの深さにもよるが、より好ましくは５０〜１００μｍ程度であれば、更に効率良く光を反射させることができる。

（蛍光体層１４）
反射部材１３上には、蛍光体層１４が配置されている。
蛍光体は、半導体発光素子からの光を、それより短波長に変換させるものでもよいが、光取り出し効率の観点から長波長に変換させるものが好ましい。

蛍光体としては、例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、より具体的には、Ｅｕ賦活されたα又はβサイアロン型蛍光体、各種アルカリ土類金属窒化シリケート蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系の元素、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類のハロシリケート蛍光体、アルカリ土類金属シリケート蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属硫化物、アルカリ土類金属チオガレート、アルカリ土類金属窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機物及び有機錯体等が挙げられる。また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、効果を有する蛍光体も使用することができる。
蛍光体の形状は、例えば、球形又はこれに近似する形状が好ましく、１〜１００μｍ程度、５〜５０μｍ程度、さらに１０〜２０μｍ程度の粒径を有することがより好ましい。

蛍光体は、１種の蛍光体を含有する単層、２種以上の蛍光体が混合された単層、２種以上の蛍光体が別々の層に含有された２層以上の積層、２種以上の蛍光物質等がそれぞれ混合された単層の２層以上の積層のいずれであってもよい。つまり、蛍光体層は、蛍光体、材料又は後述する添加剤の種類又は量等が異なる積層構造として形成してもよい。

蛍光体層は、蛍光体と透光性樹脂とから構成されることが好ましい。
ここでの透光性樹脂とは、発光素子からの光に対して透光性で、かつ、耐光性及び絶縁性を有するものが好ましい。具体的には、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも１種以上含むハイブリッド樹脂等の有機物が挙げられる。
ここで、透光性とは、発光素子から出射された光を７０％程度以上、８０％程度以上、９０％程度以上、９５％程度以上透過させる性質を意味する。

蛍光体層は、反射部材の曲面上及び発光素子上面の双方に形成されていることが好ましい。
例えば、青色の光を発光する発光素子と、発光素子からの光を黄色光に変換し、青色光と黄色光を混色させて白色光を取り出す発光装置の場合、発光素子上面から出射される青色の光を波長変換するための蛍光体層が、発光素子上面に有用である。また、反射材の曲面上に形成される蛍光体層は、発光素子側面から出射された青色の光を波長変換するのに有用である。
発光素子からの光は、前者が蛍光体層を透過して蛍光体を励起する（以下、「透過型励起光」ともいう）のに対し、後者は蛍光体層の表面で蛍光体励起を起こす（以下、「表面励起光」ともいう）ことができる。
前者のように、蛍光体層を透過する励起方法では、蛍光体自身に光吸収があるため、励起のロスが生じる。一方、後者のように蛍光体層の表面で励起する場合は、蛍光体自身の光吸収を抑えることができる。つまり、蛍光体層表面で励起する割合が高いほど、発光効率の高い発光装置とすることができる。
本実施形態に係る発光装置では、凸部の上面を半導体発光素子と同等又はそれより小さく設定しているため、発光素子の側面に露出された発光層を、蛍光体層から確実に露出させることができる。さらに、発光素子の下部に蛍光体を多く配置しているため、これにより、発光素子からの光を透過型励起光ではなく、表面励起光として取り出すことができ、発光効率を高くすることができる。
蛍光体層が、蛍光体と透光性樹脂とから構成される場合には、例えば、蛍光体層は、当該分野で公知の方法により形成することができる。なかでも、蛍光体層は、反射部材上に、ポッティングを利用して、蛍光体を沈降させる手法によって形成されることが好ましい。これにより、蛍光体が透光性樹脂中で反射部材側に偏在して配置され、上述したように、発光素子から横方向又は下方に出射された光を、より効率的に蛍光体層に照射させることができる。

蛍光体層には、蛍光体の他、着色剤、光拡散剤、光反射材、各種フィラー等の添加剤が含有されていてもよい。

（封止部材１５）
本発明の発光装置は、発光素子を被覆する封止部材を備えている。この封止部材は、上述した透光性樹脂等の透光性材料によって形成することが好ましい。
その形状は、特に限定されるものではないが、基体の凹部上方にのみ配置されていることが好ましい。つまり、通常、発光素子は、その外周が基体絶縁部の凹部によって壁状に包囲されているため、封止部材は、反射部材及び蛍光体層の上であって、凹部内を埋設する形態で配置されている。
また、配光特性等を考慮して、例えば、板状、上面を凸状レンズ形状、凹状レンズ形状、フレネルレンズ形状等としてもよいし、別個にレンズ形状の部材を併設してもよい。レンズ形状の底面側の端部まで、反射部材が配置されていることにより、レンズ内を伝播した光が基体で吸収されることがなくなり、光取り出し効率をより向上させることができる。

（その他の部品）
本発明の発光装置では、発光素子からの光の取り出しを効率的に行うために、また、その特性及び／又は信頼性を確保するために、保護素子、レンズ部材等、種々の部品が備えられていてもよい。
特に、図４〜６に示すように、基体の凹部上に光透過性の高い樹脂等によってレンズを成形する場合には、蛍光体層の上にのみ、例えば、ポッティング法にて塗布してレンズを成形することとなるが、これにより、レンズ効果による光取り出しの向上を図るのみならず、レンズが基体と接触せずに、基体への光吸収をも防止できる。また、蛍光体層と、レンズとを２層とすることで、内側に蛍光体を沈降させやすい樹脂（例えば、粘度が低い樹脂）を用い、レンズはレンズ形状をもたせるために粘度が高い樹脂を用いる等、それぞれの層に適した材料を用いることができる。

（保護素子）
保護素子は、特に限定されるものではなく、発光装置に搭載される公知のもののいずれでもよい。例えば、発光素子に印加される逆方向の電圧を短絡したり、発光素子の動作電圧より高い所定の電圧以上の順方向電圧を短絡したりさせることができる素子、つまり、過熱、過電圧、過電流、保護回路、静電保護素子等が挙げられる。具体的には、ツェナーダイオード、トランジスタのダイオード等が利用できる。
本発明の発光装置では、保護素子は、発光素子から出射される光の照射範囲外、例えば、光反射性部材内に載置されていることが好ましい。これにより、保護素子における光吸収を抑制できる。
保護素子は、通常、１つのみが搭載されていているが、２つ以上搭載されていてもよい。

また、本発明の発光装置の製造方法は、
（ａ）表面に凹部を有する基体絶縁部及び一部が前記基体絶縁部に埋め込まれ、かつ少なくとも凹部裏面で露出する基体導電部からなり、前記凹部中央に凸部を有する基体の該凸部上面に、該凸部の上面の面積と同等又はそれより大きな平面積を有する半導体発光素子を載置し、
（ｂ）該半導体発光素子を、前記基体導電部と電気的に接続し、
（ｃ）前記基体の凸部を囲む凹部内に反射部材を充填して、該反射部材を前記凹部内表面及び凸部側面で被覆し、
（ｄ）蛍光体を含有した蛍光体層材料をポッティング法により塗布して、前記蛍光体を前記反射部材上に配置する。

特に、工程（ａ）及び（ｂ）においては、発光素子は、上述したように、基体の凸部上面と金属共晶接合法、樹脂接合材料等、上述した材料によって接合し、上述した材料又は方法によって、基体導電体と電気的に接続する。
工程（ｃ）では、反射部材の外縁を、基体の凸部上面と同等の位置に配置するように、意図的に凹部を形成することが好ましい。ここでの凹部の形成は、例えば、基体凹部の容積より、小さい体積の反射部材を塗布することで、毛細管現象により、反射部材は優先的に基体凹部の壁に沿って這い上がり、意図的に反射部材を凹状にすることができる。また、反射部材の凹部は、反射部材の粘度及び基体凹部の材料への反射部材の濡れ性によっても調整することが可能である。
このように、反射部材を半導体発光素子の周囲に配置することで、発光素子からの光が基体によって吸収されるのを防ぐことができる。
工程（ｄ）では、ポッティング法を採用するが、この際、蛍光体層材料は、半導体発光素子と反射部材の上にのみ塗布する。また、蛍光体層材料を硬化させるまで時間をおくことで、蛍光体を蛍光体層の下層へ沈降させることができる。これにより、蛍光体の多くが、半導体発光素子より下に位置することとなるため、半導体発光素子が蛍光体で埋没することがなくなる。また、反射部材の凹部は、蛍光体が配置される表面積を増大させることができる。よって、小型の発光装置であっても、半導体発光素子から出射される光の照射面に蛍光体を多く配置させることができる。蛍光体を多く必要とする色温度の低い色調の光を得るための発光装置ほど、本発明の効率的な蛍光体への光照射を実現することができる。
以下に、本発明の発光装置について図面に基づいて詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
この実施形態の発光装置１０は、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、基体１１と、半導体発光素子１２と、反射部材１３と、蛍光体層１４と、封止部材１５とを備えてなる。
基体１１は、図１０（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、アルミナセラミックスからなる基体絶縁部１１ａと、タングステンからなる基体導電部１１ｂとを備えて構成される。
基体絶縁部１１ａは、その表面に深さ１００〜５００μｍ程度の凹部１１ｃを有しており、その凹部１１ｃの中央に、その上面が略凹部１１ｃの深さに相当する高さの凸部１１ｄが配置されている。そして、凹部１１ｃ内であって、この凸部１１ｄ上に、半導体発光素子１２が搭載されている。凸部１１ｄの上面の面積は、略半導体発光素子１２の面積と一致している。
基体導電部１１ｂは、その一部が基体絶縁部１１ａに埋め込まれており、凹部１１ｃ底面と基体１１の裏面とにおいて、一対としてそれぞれ分離して露出し、半導体発光素子１２と外部とを接続する端子として機能している。なお、図１（Ｂ）には図示しないが、凸部１１ｄの上面にも、凸部１１ｄの上面と略同じ大きさの基体導電部１１ｂａが形成されている。
半導体発光素子１２は絶縁性基板上に窒化物半導体が積層された発光素子であり、ワイヤ１６によって、発光素子の上面に形成された電極と、基体絶縁部１１ａの凹部１１ｃの底面に露出した一対の基体導電部１１ｂとが、電気的に接続されている。

反射部材１３は、ＴｉＯ₂（平均粒径：０．２６μｍ程度）が含有されたシリコーン樹脂（ＴｉＯ₂濃度：０．３ｇ／ｃｍ³程度）からなり、凸部１１ｄが形成されている領域以外の凹部１１ｃ内表面（つまり、凹部１１ｃの底面、内側面、凸部の側面）を略完全に被覆するように、その上面が底面側に凸の曲面を構成する形状で配置されている。反射部材１３の最小膜厚は、５０μｍ程度であり、最大膜厚は、凸部１１ｄの高さと等しく、５００μｍ程度である。
反射部材１３は、凸部１１ｄの外縁においては、この凸部１１ｄの上面と同等の高さに位置している。
反射部材１３を上述したように形成するためには、反射部材を構成する材料、つまり、樹脂の粘度を調節するとともに、上述した基体における凹部及び凸部の高さ及びその外縁に起因する表面張力を最大限に発揮させ得るように、樹脂を凹部に充填する。

反射部材１３上には、蛍光体層１４が配置されている。ここでの蛍光体層１４は、蛍光体（例えば、ＹＡＧ、粒径１０〜２０μｍ程度）と透光性樹脂（例えば、シリコーン樹脂）とからなり、蛍光体が透光性樹脂中で反射部材側に偏在している。
つまり、蛍光体層は、蛍光体を含有する透光性樹脂をポッティングによって形成しており、この樹脂を硬化させるまで時間をおくことで、蛍光体を蛍光体層の下層へ沈降させることができ、反射部材１３の上面の全体にわたる直上に沈降して配置されている。また、半導体発光素子１２の上面の全体にわたる直上にも沈降して配置されている。このとき、発光素子の側面に露出された発光層は、蛍光体が沈降配置されている部分から露出されている。

半導体発光素子１２、ワイヤ１６及び蛍光体層１４は、シリコーン樹脂からなる封止部材１５によって被覆されている。封止部材１５は、その基体１１側の平面形状が、基体絶縁部１１ａの凹部１１ｃの平面形状に一致しており、凹部１１ｃ上方にのみ配置されている。この封止部材１５は、樹脂のポッティングにより形成されており、表面張力によって、凸形状に成形されている。

このような構成を有することにより、発光素子上面近傍で蛍光体により励起された光が、封止部材を透過していく過程で、余分な蛍光体により吸収されることが抑制されるため、蛍光体による透過型励起光をより効果的に取出すことができ、光取り出し効率を向上させることができる。
また、半導体発光素子の発光層が蛍光体層に埋まることなく、発光層を蛍光体層から露出させることができるために、蛍光体による表面励起光をより効果的に取り出すことができ、より光取り出し効率を向上させることが可能となる。
半導体発光素子から出射される光が当たる基体が、略全部反射部材に覆われるために、基体材料に起因する光損失を回避することができる。
さらに、反射部材の上面が凹部の底面側に凸の曲面を有しているために、より多くの蛍光体を半導体発光素子の近傍に偏在させることができるとともに、反射部材の上面に蛍光体が偏在していることにより、半導体発光素子近傍において発光素子からの出射光と蛍光体との距離をある程度等しくできるために、効率的に出射光を蛍光体に照射することができ、蛍光体量を低減させることができる。これによって、出射光を最大限蛍光体で励起させることができるとともに、蛍光体による出射光の吸収を最小限に止めることができ、より一層の光取り出し効率の向上を図ることができる。

また、上述した発光装置の製造方法によって、簡便に光取り出し効率の高い発光装置を確実に製造することができる。

＜実施の形態２＞
この実施形態の発光装置２０は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、基体１１と、半導体発光素子１２と、反射部材１３と、蛍光体層２４と、封止部材１５とを備えてなる。
この発光装置２０では、蛍光体層２４における蛍光体が、反射部材１４の上面の凹部の底付近にのみ偏在している以外、実施形態１の発光装置１０と実質的に同様に形成されている。
凹部の底付近にのみ蛍光体を偏在させるためには、蛍光体層を構成する樹脂の粘度をやや低めに設定して、蛍光体の沈降をより促進させる方法が挙げられる。
このように、蛍光体が反射部材の凹部の底付近に偏在していることにより、発光装置側面方向への光の色温度を高くすることができる。
平坦なキャビティ底面を有するキャビティに、ポッティング法により蛍光体含有樹脂を充填して、白色の発光装置を製作する場合には、蛍光体は発光素子上面及び平坦なキャビティ底面に位置することとなる。このとき、発光装置の視野角が小さい方向への光は、発光素子からの青色の光と、蛍光体励起による黄色の光が合わさって白色として見えるが、視野角が大きくなるとキャビティの壁面によって発光素子が隠れる角度ができ、つまり青色の光が遮られ、極端に色温度が低くなる。
一方、本発光装置は、蛍光体が反射部材の凹部底面に偏在することで、視野角が大きくなると、キャビティの壁面により、逆に蛍光体層が隠れることとなる。つまり黄色の光が遮られ、色温度が高くなる。このようにして、視野角が大きい方向においても、色温度が極端に低くなることを抑制することができる。

＜実施の形態３＞
この実施形態の発光装置３０は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、基体１１と、半導体発光素子１２と、反射部材１３と、蛍光体層３４と、封止部材１５とを備えてなる。
この発光装置３０では、蛍光体層３４における蛍光体が、反射部材１４の上面の凹部の底付近及びその内周にのみ偏在している以外、実施形態１の発光装置１０と実質的に同様に形成されている。
凹部の底付近及びその内周にのみ蛍光体を偏在させるためには、蛍光体層を構成する樹脂の粘度を高めに設定して、発光素子の上（中央部）でポッティングする方法が挙げられる。
このように、蛍光体が反射部材の凹部の底付近に偏在していることにより、発光面を小さくすることができ、輝度を向上させることができる。また、発光面を小さくすることにより、２次光学部品で光を集光する場合など、光の操作を容易にすることが可能となる。

＜実施の形態４＞
この実施形態の発光装置４０は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、基体１１と、半導体発光素子１２と、反射部材１３と、蛍光体層１４と、封止部材１５と、レンズ１７とを備えてなる。
この発光装置４０では、レンズ１７が、封止部材１５の上方に配置されている以外、実施形態１の発光装置１０と実質的に同様に形成されている。
このような発光装置は、実施形態１と同様の効果を有するとともに、レンズ１７によって、発光素子からの光に対して所望の指向性を付与することができる。

＜実施の形態５＞
この実施形態の発光装置５０は、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、基体１１と、半導体発光素子１２と、反射部材１３と、蛍光体層２４と、封止部材１５と、レンズ１７とを備えてなる。
この発光装置５０では、レンズ１７が、封止部材１５の上方に配置されている以外、実施形態２の発光装置２０と実質的に同様に形成されている。
このような発光装置は、実施形態２と同様の効果を有するとともに、レンズ１７によって、発光素子からの光に対して所望の指向性を付与することができる。

＜実施の形態６＞
この実施形態の発光装置６０は、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、基体１１と、半導体発光素子１２と、反射部材１３と、蛍光体層３４と、封止部材１５と、レンズ１７とを備えてなる。
この発光装置６０では、レンズ１７が、封止部材１５の上方に配置されている以外、実施形態３の発光装置３０と実質的に同様に形成されている。
このような発光装置は、実施形態２と同様の効果を有するとともに、レンズ１７によって、発光素子からの光に対して所望の指向性を付与することができる。

＜実施の形態７＞
この実施形態の発光装置７０は、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、基体７１と、半導体発光素子１２と、反射部材１３と、蛍光体層１４と、封止部材１５と、レンズ１７を備えてなる。
基体７１は、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、基体導電部７１ｂａ（図１１（Ａ）参照）は、凹部７１ｃ内の凸部７１ｄの上面に、２つに分離して形成され、その基体導電部７１ｂａが凸部内を通る基体導電部７１ｂｂに接続され、凹部１１ｃの底面において露出した基体導電部７１ｂと接続され、基体絶縁部７１ａの裏面に露出している以外、実質的に実施形態１における基体１１と同様に形成されている。

半導体発光素子１２は、その表面に形成された一対の電極（図示せず）が、凸部７１ｄ上面の一対の基体導電部１１ｂａと電気的に接続されている。
このような発光装置は、実施形態１及び実施形態４と同様の効果を有する。

＜実施の形態８＞
この実施形態の発光装置８０は、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、基体７１と、半導体発光素子１２と、反射部材１３と、蛍光体層１４と、封止部材１５と、レンズ１７を備えてなる。
この発光装置８０では、基体７１の凸部７１ｄ内に基体導電部７１ｂｂが配置されている以外、実施形態５の発光装置５０と実質的に同様に形成されている。
このような発光装置は、実施形態２及び実施形態５と同様の効果を有する。

＜実施の形態９＞
この実施形態の発光装置９０は、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、基体７１と、半導体発光素子１２と、反射部材１３と、蛍光体層１４と、封止部材１５と、レンズ１７を備えてなる。
この発光装置９０では、基体７１の凸部７１ｄ内に基体導電部７１ｂｂが配置されている以外、実施形態６の発光装置６０と実質的に同様に形成されている。
このような発光装置は、実施形態３及び実施形態６と同様の効果を有する。

本発明の発光装置は、光吸収を低減し、高出力化が可能な発光装置とすることができ、各種表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源、さらには、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、プロジェクタ装置など、広範囲の用途に利用することができる。
また、本発明の発光装置の製造方法では、上述した発光装置を簡便かつ確実に製造することができる。

１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０ 発光装置
１１、７１ 基体
１１ａ、７１ａ 基体絶縁部
１１ｂ、１１ｂａ、７１ｂ、７１ｂａ、７１ｂｃ、７１ｂｄ 基体導電部
１１ｃ、７１ｃ 凹部
１１ｄ、７１ｄ 凸部
１２ 半導体発光素子
１３ 反射部材
１４、２４、３４ 蛍光体層
１５ 封止部材
１６ ワイヤ
１７ レンズ

Claims (11)

1. 表面に凹部を有する基体絶縁部及び一部が前記基体絶縁部に埋め込まれ、かつ少なくとも凹部裏面で露出する基体導電部からなる基体と、
   半導体発光素子と、
   前記凹部内に配置された反射部材と、
   該反射部材上に配置された蛍光体層と、
   前記半導体発光素子を被覆する封止部材とを備えており、
   前記凹部は、その中央に前記半導体発光素子と同等又はそれより小さい上面を有する凸部を有し、該凸部上に前記半導体発光素子が載置されており、
   前記反射部材は、前記凹部内表面及び凸部側面を被覆することを特徴とする発光装置。
2. 前記凸部が、凹部の深さと同等の高さを有する請求項１に記載の発光装置。
3. 前記反射部材が、前記凸部の外縁において、該凸部の上面と同等又はそれより底面側に位置する請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記反射部材が、前記凹部の外縁から凸部の外縁の間に底面側に凸の曲面を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
5. 前記蛍光体層が、前記反射部材の曲面上及び前記半導体発光素子上面に形成されている請求項４に記載の発光装置。
6. 前記蛍光体層は、蛍光体と透光性樹脂とを有してなり、前記蛍光体が前記透光性樹脂中で反射部材側に偏在してなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置。
7. 封止部材は、前記基体の凹部上方にのみ配置されている請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光装置。
8. （ａ）表面に凹部を有する基体絶縁部及び一部が前記基体絶縁部に埋め込まれ、かつ少なくとも凹部裏面で露出する基体導電部からなり、前記凹部中央に凸部を有する基体の該凸部上面に、該凸部の上面の面積と同等又はそれより大きな平面積を有する半導体発光素子を載置し、
   （ｂ）該半導体発光素子を、前記基体導電部と電気的に接続し、
   （ｃ）前記基体の凸部を囲む凹部内に反射部材を充填して、該反射部材を前記凹部内表面及び凸部側面で被覆し、
   （ｄ）蛍光体を含有した蛍光体層材料をポッティング法により塗布して、前記蛍光体を前記反射部材上に配置することを特徴とする発光装置の製造方法。
9. 前記反射部材を、前記凸部の外縁において、該凸部の上面と同等又はそれより底面側に配置する請求項８に記載の発光装置の製造方法。
10. 前記反射部材を、前記反射部材の上面を前記凹部の外縁から凸部の外縁の間に底面側に凸の曲面に成形する請求項８又は９に記載の発光装置の製造方法。
11. 前記蛍光体層は、蛍光体と透光性樹脂とを有してなり、前記蛍光体を前記透光性樹脂中で反射部材側に偏在させる請求項８〜１０のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。