JP2018206819A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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【課題】より高輝度な発光装置及びその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】発光装置１００は、上面３１を光取り出し面とする発光素子３０と、前記発光素子の上面と接合して設けられ、波長変換部材を含有する無機材料を主成分とする第１透光性部材１と、前記第１透光性部材の上面５と接合して設けられ、無機材料を主成分とする第２透光性部材２と、を備え、前記第１透光性部材の下面周縁は平面視において前記発光素子の上面周縁よりも外側に位置し、前記第２透光性部材の下面周縁及び上面周縁は、平面視において前記第１透光性部材の上面周縁よりも内側に位置する構成とした。【選択図】図２

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。
発光装置は、車両のヘッドライトや室内外の照明として多用されている。一例として、発光装置は、回路基板と、回路基板の上面に実装された発光素子と、発光素子の上面に配置される蛍光体樹脂層と、蛍光体樹脂層の上面に配置され、発光素子から照射された光を拡散する拡散樹脂層と、回路基板の上面に設けられて発光素子の側面を封止する第１反射材と、拡散樹脂層の側面を囲む第２反射材とを備えている（特許文献１参照）。
前記した発光装置では、光取り出し面を小さくすることで光の強度を高めることができるが、蛍光体樹脂層及び拡散樹脂層が樹脂で形成されているため、熱抵抗が大きく、劣化しやすい。
また、従来、蛍光体層及び透光層をガラス等の無機材料により光照射面の部分として形成する発光装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この発光装置では、発光素子からの光を発光面に向かって順次小さくなる構造とすることで、集光効率を高めることができるものである。
国際公開第ＷＯ２０１４/０８１０４２号 特開２０１０‐２８３２８１号公報
本発明の実施形態は、より高輝度な発光装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
本発明の実施形態に係る発光装置は、上面を光取り出し面とする発光素子と、前記発光素子の上面と接合して設けられ、波長変換部材を含有する無機材料を主成分とする第１透光性部材と、前記第１透光性部材の上面と接合して設けられ、無機材料を主成分とする第２透光性部材と、を備え、前記第１透光性部材の下面周縁は平面視において前記発光素子の上面周縁よりも外側に位置し、前記第２透光性部材の下面周縁及び上面周縁は、平面視において前記第１透光性部材の上面周縁よりも内側に位置する。
構成とした。
本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法は、波長変換部材を含有する無機材料を主成分とする第１透光性部材の上面と、無機材料を主成分とする複数の第２透光性部材の下面と、が直接接合された透光性部材を準備する工程と、前記透光性部材における前記第１透光性部材側の下面周縁が発光素子の上面周縁よりも外側に位置するように、前記第１透光性部材側の下面と前記発光素子の上面とを接合する工程と、を含むこととした。
本発明の実施形態に係る発光装置によれば、より高輝度な光の照射を行うことができる。そして、本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、高輝度な発光装置を得ることができる。
実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。 図１の発光装置のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 実施形態に係る発光装置を模式的に分解して示す分解斜視図である。 実施形態に係る発光装置の光出射状態を模式的に示す断面図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法において第１透光性部材集合体と第２透光性部材とが接合された透光性部材集合体を模式的に示す説明図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法において第１透光性部材集合体を切断する状態を模式的に示す説明図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法において透光性部材が個片化された状態を模式的に示す説明図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法において発光素子及び透光性部材を接合した状態を模式的に示す説明図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法において、発光素子及び透光性部材の周りに光反射性部材を設けた状態を模式的に示す説明図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法において、発光装置ごとに切断した状態を模式的に示す説明図である。 実施形態に係る発光装置の製造方法を示すフローチャートである。 実施形態の変形例を表す発光装置を模式的に示す平面図である。 実施形態の他の変形例を表す発光装置を模式的に示す平面図である。 実施形態において第２透光部材の変形例を模式的に示す平面図である。
以下、実施形態に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係等が誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略することとする。さらに、各図において示す方向は、構成要素間の相対的な位置を示し、絶対的な位置を示すことを意図したものではない。
実施形態に係る発光装置の構成の一例を、図１乃至図４を参照しながら説明する。
発光装置１００は、上面３１を光取り出し面とする発光素子３０と、発光素子３０の上面と接合して設けられ、波長変換部材１１を含有する無機材料を主成分とする第１透光性部材１と、第１透光性部材１の上面５と接合して設けられ、無機材料を主成分とする第２透光性部材２と、を備える。第１透光性部材１の下面周縁は平面視において発光素子３０の上面周縁よりも外側に位置し、第２透光性部材２の下面周縁は、平面視において第１透光性部材１の上面周縁よりも内側に位置し、第２透光性部材２の上面周縁は平面視において第１透光性部材の上面周縁よりも内側に位置する。
第１透光性部材１と第２透光性部材２とは一体の透光性部材１０として形成されている。透光性部材１０は、それぞれ上面と下面とを有する第１透光性部材１及び第２透光性部材２を備え、第１透光性部材の上面５と第２透光性部材の下面８とが接合して透光性部材１０を構成している。発光素子３０からの光は、第１透光性部材１の下面７から入射して第２透光性部材の上面３から外部に放出される。
（発光素子）
発光素子３０は、接合部材を介して基板４０の導体配線にフリップチップ実装されている。発光素子３０は、同一面側に一対の電極を有し、一対の電極の形成された面を下面として、下面と対向する上面３１を主な光取り出し面としている。発光素子３０は、公知のものを利用でき、例えば、発光ダイオードやレーザダイオードを用いるのが好ましい。また、発光素子３０は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、窒化物系半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰを用いたものを用いることができる。さらに、赤色の発光素子としては、窒化物系半導体素子の他にもＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰなどを用いることができる。なお、発光素子３０は、前記した以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。発光素子３０は、組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。
発光素子３０は、同一面側に正負一対の電極を有するものが好ましい。これにより、発光素子３０を基板４０上にフリップチップ実装することができる。この場合、一対の電極が形成された面と対向する面が、発光素子の主な光取り出し面となる。また、発光素子３０を基板４０上にフェイスアップ実装する場合は、一対の電極が形成された面が発光素子３０の主な光取り出し面となる。発光素子３０は、例えば、バンプ等の接合部材を介して基板４０と電気的に接続される。
（透光性部材）
透光性部材１０は、発光装置１００が備える発光素子３０の上面３１と接合して設けられている。透光性部材１０は、それぞれ上面と下面とを有する第１透光性部材１及び第２透光性部材２を備え、第１透光性部材の上面５と第２透光性部材の下面８とが接合して透光性部材１０を構成している。例えば、第1透光性部材１は波長変換部材１１を含有するガラス板であり、第２透光性部材２はガラス板である。透光性部材１０は、第１透光性部材１の下面７より第２透光性部材２の上面３の面積が小さい凸形状に形成されており、第１透光性部材１の側面６は、平面視において第２透光性部材２の側面４よりも外側に位置する。
透光性部材１０の厚みは、例えば、６０〜３００μｍとすることができる。透光性部材１０の前記した厚みのうち、第２透光性部材２の厚みは、例えば、透光性部材１０の厚みの５０〜９０％であることが好ましい。
（第１透光性部材）
第１透光性部材１は、発光素子３０の上面３１と接合して設けられる。
第１透光性部材１は、波長変換部材を含み、無機材料を主成分としている。第１透光性部材１は、例えば、波長変換部材１１を含有するガラスを用いることができる。第１透光性部材１は、例えば、平板状であり、上面５と、上面５と対向する下面７と、上面５及び下面７に接する側面６と、を有している。
第１透光性部材の下面７は、発光装置１００が備える少なくとも一つ以上の発光素子３０からの光が入射される面である。この下面７は、下面７と接合される一つ以上の発光素子３０の上面３１の面積の和よりも大きな面積となるように形成されている。また、第1透光性部材の下面７は、略平坦になるように形成されている。
第１透光性部材１の平面視形状は、後述する発光素子の形状、数及び配置等によって適宜設定することができ、円又は楕円、多角形及びこれらに近似する形状が挙げられる。なかでも、発光素子の外縁形状に合わせた形状（例えば共に略矩形状）であることが好ましい。また、第１透光性部材１と第２透光性部材２の平面視形状は略相似形としてもよいし、それぞれ異なる形状としてもよい。
第１透光性部材の上面５は、下面７に略平行となるように形成されている。第１透光性部材の側面６は、第１透光性部材の下面７に対して略垂直な面に形成されている。側面６が下面７に対して略垂直に形成されることで、発光装置１００の製造時において第１透光性部材１と発光素子３０とを接合する接着材１５の当該側面に対する這い上がりを抑制することができる。側面６への接着材１５の這い上がりが抑制されることで、発光素子３０から出射された光が第１透光性部材１を介さずに外部に漏れ出ることを防止することができる。
そして、第１透光性部材の下面７は、発光素子３０の上面３１を全て包含するように、発光素子３０の上面３１よりも大きく形成されている。つまり、第１透光性部材の下面７周縁は、平面視において発光素子３０の上面３１周縁よりも外側に位置することとなる。第１透光性部材１の下面７が発光素子３０の上面３１よりも大きな面積で形成されることにより、発光素子３０から出射される光をロスなく第１透光性部材１に入射させることができる。第１透光性部材の下面７は、当該下面７と接合される少なくとも一つ以上の発光素子３０の上面３１における面積の和に対して、例えば、１０５〜１５０％の範囲で大きな面積になるように形成されている。第１透光性部材１は、発光素子３０から出射される光を下面７から入射させ、第２透光性部材の下面８から第２透光性部材２に入射させる。
また、第１透光性部材１は、発光素子３０から出射される光の少なくとも一部を波長変換可能な波長変換部材１１を含有し、無機材料を用いて形成されている。無機材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、サファイアガラス、フッ化カルシウムガラス、アルミノホウ珪酸ガラス、オキシナイトライドガラス、カルコゲナイドガラス等のガラスが挙げられる。
波長変換部材１１としては、この分野で用いられる蛍光体を適宜選択することができる。なお、波長変換部材１１として蛍光体を用いる場合、第１透光性部材１は、例えば、蛍光体含有ガラス、蛍光体含有セラミックス、蛍光体の焼結体を用いることができる。蛍光体の具体例としては、例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ）、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＬＡＧ：Ｃｅ）、ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム系蛍光体（ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２：Ｅｕ）、ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ）、β サイアロン蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（ＳＣＡＳＮ系蛍光体）、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（ＳＣＡＳＮ蛍光体）等の窒化物系蛍光体、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ（ＫＳＦ系蛍光体）、硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体などが挙げられる。
また、蛍光体は、青色発光素子又は紫外線発光素子と組み合わせることにより、様々な発光色を実現することができる。白色に発光可能な発光装置１００とする場合、第１透光性部材１に含有される波長変換部材１１の種類、濃度によって白色となるように調整される。第１透光性部材１に含有される波長変換部材１１の濃度は、例えば、３０〜８０質量％程度である。
さらに、第１透光性部材１は、光拡散材を含有してもよい。光拡散材としては、例えば、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素などを用いることができる。第１透光性部材１中において蛍光体１１は、第１透光性部材１の全体に分散されてもよいし、第１透光性部材１の上面あるいは下面側に偏在していてもよい。
（第２透光性部材２）
第２透光性部材２は、第１透光性部材１の上面と接合して設けられる。第２透光性部材２は無機材料を主成分としている。第２透光性部材２は、例えば、ガラスを用いることができる。第２透光性部材２は、例えば平板状であり、上面３と、上面３に対向する下面８と、上面３及び下面８に接する側面４と、を備えている。第２透光性部材の下面８は、第１透光性部材の上面５より小さな面積で形成される。すなわち、第２透光性部材２は、第２透光性部材の下面８周縁が、平面視において第１透光性部材の上面５周縁よりも内側に位置し、第２等透光性部材の上面３周縁が、平面視において第１透光性部材の上面５周縁よりも内側に位置している。第２透光性部材の上面３の面積は、発光装置１００が備える一つ以上の発光素子３０の上面３１の面積の和よりも小さいことが好ましい。さらに、第２透光性部材の上面３の面積は、第１透光性部材の下面７の面積に対して、７０％以下であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましい。このように第２透光性部材の上面３の面積を第１透光性部材の下面７の面積に対して小さい面積とすることにより、第１透光性部材の下面７から入射された発光素子３０からの出射光を、発光素子３０の上面３１より小さな面積で第２透光性部材の上面３（発光装置１００の光取り出し面）から放出させることができる。つまり、発光装置１００は、第２透光性部材２により光取り出し面の面積が絞られて、より高輝度な発光装置として、より遠くを照らすことが可能となる。
第２透光性部材の側面４は、第２透光性部材の上面３に対して略垂直に形成されていることが好ましい。この側面４は、第２透光性部材の上面３に対して略垂直に形成されることで、発光装置１００の第２透光性部材２から露出する第１透光性部材１の上面５を覆う光反射性部材２０の厚みを略均一とすることができる。第２透光性部材の側面４は、例えば、上面３に対して９０度プラスマイナス５度の範囲で形成されており、本明細書中ではこの範囲を略垂直としている。第２透光性部材の側面４が上面３に対して略垂直に形成されることで、第２透光性部材の上面３を発光装置１００の光取り出し面とした際に、発光装置１００の上面における発光部と非発光部との境界が明確な発光装置１００とすることができる。
第２透光性部材２の厚みは、例えば第１透光性部材１の厚み以上とすることが好ましい。第２透光性部材２は、一例として３０〜２７０μｍ程度である。第２透光性部材２は、例えば、ガラス材料を使用することができる。ガラス材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、サファイアガラス、フッ化カルシウムガラス、アルミノホウ珪酸ガラス、オキシナイトライドガラス、カルコゲナイドガラス等が挙げられる。なお、使用されるガラス材料は、上面及び／又は下面に反射防止のためのＡＲ（Anti Reflection）コートが施されてもよい。また、第２透光性部材２は、第１透光性部材１と屈折率が近いものであることが好ましい。
第１透光性部材１及び第２透光性部材２は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂のような周知の接着材による接着、高屈折率の有機接着材による接着、低融点ガラスによる接着などで接合することができるが、接着材等の接合部材を介さずに、直接接合されることが好ましい。第１透光性部材１及び第２透光性部材２は、互いに主として無機材料で形成されていることから、例えば、圧着、焼結、表面活性化接合、原子拡散接合、水酸基接合による直接接合することができる。第１透光性部材１及び第２透光性部材２は、同じ材料で直接接合することで、屈折率による反射を低減して光取り出し効率を向上させることができる。
また、第２透光性部材２にガラス板等の無機材料を用いることにより、例えば、樹脂材料と比較し熱抵抗が小さくなる。このため、発光素子からの出射光が第２透光性部材２により発光面積が絞られた、より高輝度な発光装置１００において、長期使用による発光面の経年劣化を抑制することが可能となる。
（接着材）
発光素子３０と透光性部材１０とは、例えば接着材１５で接合することができる。接着材１５は、発光素子３０の上面から側面の少なくとも一部に連続すると共に、光反射性部材２０と発光素子３０の側面との間に介在して設けられる。光反射性部材２０と発光素子３０の側面との間に介在する接着材１５の上面は、第１透光性部材の下面７と接して設けられている。発光素子３０と透光性部材１０との接合部材として接着材１５を用いる場合、発光素子３０から出射される光は、接着材１５を介して透光性部材１０の下面へと伝搬される。このため、接着材１５には、発光素子３０から出射される光を透光性部材１０へと有効に導光できる部材を用いることが好ましい。このように導光性及び接着性に優れる材料として、接着材１５は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂のような周知の樹脂材料、高屈折率の有機接着材、無機系接着材、低融点ガラスによる接着材などを用いることができる。接着材１５は、発光素子３０の上面３１から側面にまで延在し、フィレット１６として設けられることが好ましい。フィレット１６は、第１透光性部材の下面７と発光素子３０の側面との双方に接し、光反射性部材２０側に凹の曲面であることが好ましい。このような形状によって、発光素子３０から出射される光は接着材１５のフィレット面により反射され、第１透光性部材１へと導光されやすくなる。
なお、透光性部材１０と発光素子３０とは、接着材１５を用いずに、直接接合されてもよい。
光反射性部材２０は、図１、図２及び図４に示すように、第２透光性部材の上面３以外に向かう光を、第２透光性部材の上面３から放出するように反射させると共に、発光素子３０の側面を被覆して、発光素子３０を外力、埃、ガスなどから保護するものである。この光反射性部材２０は、透光性部材１０の上面３（つまり第２透光性部材の上面３）を発光装置１００の光取り出し面として露出させて、透光性部材１０及び発光素子３０並びに基板４０の上面の一部を覆うように設けられている。光反射性部材２０は、具体的には、第２透光性部材の側面４、第１透光性部材の上面５及び側面６、接着材１５の側面、発光素子３０の側面及び下面側を覆うように設けられている。発光素子３０の光取り出し面は、光反射性部材２０から露出して第１透光性部材の下面７と接合されていることにより、透光性部材１０に光を入射することが可能となる。光反射性部材２０は、発光素子３０からの光を反射可能な部材からなり、透光性部材１０と光反射性部材２０との界面で、発光素子３０からの光を反射させて、透光性部材１０内へと入射させる。このように、発光素子３０から出射された光は、光反射性部材２０で反射して透光性部材１０内を通過し、発光装置１００の光取り出し面である第２透光性部材の上面３から、外部へと出射する。
ここで、光反射性部材２０の上面は、第２透光性部材の上面３の高さと同等か、第２透光性部材の上面３よりも低いことが好ましい。発光装置１００の光出射面となる第２透光性部材の上面３から出射された光は、横方向にも広がりを持つ。そのため、光反射性部材２０の上面が、第２透光性部材の上面３よりも高い場合には、第２透光性部材の上面３から出射された光が光反射性部材２０の上面に当たって反射され、配光のばらつきが生じる。よって、光反射性部材２０は、第２透光性部材の側面４の外周を覆い、光反射性部材２０の上面の高さを第２透光性部材の上面３と同等あるいは低くするように設ける。そうすることで、発光装置１００において、発光素子３０から出射された光を外部に効率よく取り出すことができるので好ましい。
光反射性部材２０は、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、また、これらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂からなる母材に光反射性物質を含有させることで形成することができる。光反射性物質としては、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、イットリア安定化ジルコニア、チタン酸カリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライトなどを用いることができる。光反射性部材２０は、光反射性物質の含有濃度、密度により光の反射量、透過量が異なるため、発光装置１００の形状、大きさに応じて、適宜濃度、密度を調整するとよい。また、光反射性部材２０は、光反射性に加え、放熱性を併せ持つ材料とすると、光反射性を持たせつつ放熱性を向上させることができる。このような材料として、熱伝導率の高い窒化アルミニウムや窒化ホウ素が挙げられる。なお、光反射性部材２０は、異なる素材のものを併用してもよく、例えば、発光素子３０までの高さ部分と、発光素子３０から透光性部材１０までの高さの部分とに、異なる光反射性部材２０を使用することとしてもよい。
（基板）
基板４０は、少なくとも１つ以上の発光素子３０を実装し、発光装置１００を電気的に外部と接続する。基板４０は、平板状の支持部材及び支持部材の表面及び／又は内部に配置された導体配線を備えて構成されている。なお、基板４０は、発光素子３０の電極の構成、大きさに応じて電極の形状、大きさ等の構造が設定される。
また、基板４０の支持部材は、絶縁性材料を用いることが好ましく、かつ、発光素子３０から出射される光や外光などを透過しにくい材料を用いることが好ましい。基板４０は、ある程度の強度を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどのセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴレジン）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）などの樹脂が挙げられる。なお、支持部材は、キャビティを有する構造としてもよい。これにより、前述の光反射性部材２０を滴下して硬化するなどして、容易に形成することができる。
導体配線及び放熱用端子は、例えば、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｗ，Ｐｄ，Ｆｅ，Ｎｉなどの金属又はこれらを含む合金などを用いて形成することができる。このような導体配線は、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成することができる。
発光装置１００は、以上説明した構成を備えているので、一例として、オートバイ、自動車等のヘッドライト、あるいは船舶、航空機等の照明として使用される場合に、発光素子３０から出射される光をより遠くへ照射することができる。すなわち、発光装置１００では、１つ以上の発光素子３０から光が出射されると、光反射性部材２０に反射されずに、透光性部材１０中を伝搬して第２透光性部材の上面３に直接向かう光と、光反射性部材２０に反射して第２透光性部材の上面３から出る光とがある。そして、発光装置１００では、第１透光性部材の下面７の面積を、発光素子３０の上面面積の和よりも大きくすることで、発光素子３０から照射される光をロスなく受光することができる。さらに、第２透光性部材の上面３の面積は、発光素子３０の上面３１の面積の和よりも小さく、また、第１透光性部材の下面７の面積よりも小さい。そのため、発光素子３０からの出射光は透光性部材１０により、第２透光性部材の上面３に集約される。これにより、ヘッドライトのハイビーム用途等に適した、高輝度で、より遠方に光を照射することができる発光装置１００とすることができる。なお、図４では、代表的な光の照射方向を模式的に矢印で示している。
［発光装置の製造方法］
次に図６のフローチャートに示す発光装置１００の製造方法Ｓ１０について、図５Ａ〜図５Ｆを中心に参照しながら説明する。
（準備工程Ｓ１１）
準備工程Ｓ１１は、透光性部材集合体Ａ１０を準備する工程である。準備工程Ｓ１１では、図５Ａに示すように、波長変換部材１１を含有する平板状の第１透光性部材集合体Ａ１の上面に、複数の第２透光性部材２の下面が接合された透光部材集合体Ａ１０を準備する。例えば、第１透光性部材集合体Ａ１は、発光素子３０からの光の一部を波長変換する波長変換部材１１を含有させた波長変換部材含有ガラス板であり、第２透光性部材２は、ガラス材料等の無機材料を略直方体のブロックに形成又は加工したものである。透光性部材集合体Ａ１０は、波長変換部材含有ガラス板の上面に平面視略矩形に加工した複数の第２透光性部材２を直接接合することで形成することができる。第１透光性部材集合体Ａ１は、第２透光性部材２の下面と、接着材等の他の部材を介して接合されていてもよいが、直接接合されることが好ましく、例えば、圧着、焼結、表面活性化接合、原子拡散接合、水酸基接合により直接接合することができる。この準備工程Ｓ１１では、第２透光性部材２よりも面積が大きな第１透光性部材集合体Ａ１に複数の第２透光性部材２が接合された透光部材集合体Ａ１０として形成される。なお、複数の第２透光性部材２は、第１透光性部材集合体Ａ１の上面において、整列して接合されていることが好ましい。本実施形態では、第２透光性部材２は、第１透光性部材集合体Ａ１の上面に、行方向及び／又は列方向に略一定の間隔Ｄｔを有して配置されている。
（透光性部材形成工程Ｓ１２）
透光性部材形成工程Ｓ１２は、準備した透光性部材集合体Ａ１０から、第１透光性部材１及び第２透光性部材２を含む個々の透光性部材１０を得る工程である。透光性部材形成工程Ｓ１２では、第１透光性部材集合体Ａ１及び第２透光性部材２を含む透光性部材集合体Ａ１０を略等間隔で分割することにより、第１透光性部材１側の下面７が発光素子３０の上面よりも大きな面積を有する複数の透光性部材１０を得る。図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、この透光性部材形成工程Ｓ１２では、透光性部材集合体Ａ１０を間隔Ｄｔの位置で、間隔Ｄｔより幅が狭いブレードＢｒ１により第１透光性部材集合体Ａ１を切断する。分割された透光性部材１０における第１透光性部材の下面７周縁は、発光装置１００に用いられる１つ以上の発光素子３０の上面３１の面積の和よりも大きな面積を有するように形成される。このようにして得られた透光性部材１０は、第１透光性部材の下面７より第２透光性部材の上面３の面積が小さい凸形状に形成されている。第１透光性部材集合体Ａ１の分割面は、透光性部材１０における第１透光性部材の側面６を形成し、第１透光性部材の側面６は、平面視において第２透光性部材の側面４よりも外側に位置している。
なお、透光性部材１０は、第１透光性部材１と第２透光性部材２とが、直接接合されている場合には、第１透光性部材１と第２透光性部材２との境において屈折率差がほとんどない状態となる。
（基板及び発光素子の準備工程）
基板４０及び発光素子３０の準備工程では、発光素子３０及び基板４０をそれぞれ準備する。発光素子３０及び基板４０の準備工程は、透光性部材１０の接合工程Ｓ１３より以前に準備されていればよい。
基板４０は、平面視略矩形状の平板状に形成され、例えば、支持部材に導体配線及び放熱用端子が設けられている。
そして、基板４０には、発光素子３０が実装される。ここでは、一つの発光装置１００につき一つの発光素子３０が基板４０の導体配線上にバンプ等の接合部材を介して実装される。
（接合工程Ｓ１３）
図５Ｄに示すように、接合工程Ｓ１３は、透光性部材１０と発光素子３０とを接合する工程である。接合工程Ｓ１３では、図３に示すように、透光性部材１０における第１透光性部材１の下面周縁が発光素子３０の上面３１の周縁よりも外側に位置するように、透光性部材１０の下面と発光素子３０の上面３１とを接合する。
発光素子３０と透光性部材１０とは接着材１５により接合されている。接着材１５による接合は、まず発光素子３０の上面３１に接着材１５を滴下し、接着材１５上に透光性部材１０を配置する。滴下された接着材１５は、透光性部材１０により押圧され、発光素子３０の側面まで濡れ広がり、透光性部材１０の下面と発光素子３０の側面との間にフィレット１６を形成するように設けられる。滴下する接着材１５の量及び粘度は、発光素子３０の側面にフィレット１６が設けられ、かつ接着材１５が基板４０まで濡れ広がらない程度に適宜調整される。
透光性部材１０は、発光素子３０の上面に配置された接着材１５を介して第１透光性部材の下面７が発光素子３０上に接合される。この透光性部材１０は、第１透光性部材の下面７の面積が、一つ以上の発光素子３０の上面３１における面積の和よりも大きく形成され、発光素子３０の側面から第１透光性部材の下面７の外縁までの距離が同等になるように配置されることが好ましい。また、透光性部材１０は、第２透光性部材の上面３の中心が、全体として平面視で矩形状になるように整列して配置された１つ以上の発光素子３０の全体の中心に略重なるように配置されることが好ましい。発光素子３０と接合した透光性部材１０は、第１透光性部材の下面７の面積が発光素子３０の上面３１における面積の和よりも大きい。そのため、透光性部材１０は、発光素子３０の上面から出た光を発光素子３０の上面３１より大きな面積の第１透光性部材の下面７から取り込み、第１透光性部材の下面７よりも小さく、かつ、発光素子３０の上面３１より小さな面積となる第２透光性部材の上面３へと導光することができる構成となる。
（光反射性部材供給工程Ｓ１４）
続いて、光反射性部材供給工程Ｓ１４は、基板４０に設けた発光素子３０及び透光性部材１０の周囲に光反射性部材２０を設ける工程である。光反射性部材供給工程Ｓ１４では、図５Ｅに示すように、発光素子３０と透光性部材１０と基板４０とを覆う光反射性部材２０が設けられる。なお、発光装置１００においては、１種類又は２種類以上の光反射性部材２０を有してもよい。以下は、光反射性部材２０を２層で形成する場合の一例である。
（第１の光反射性部材供給工程）
初めに、発光素子３０と基板４０との間及び発光素子３０と側面の接着材１５を覆う高さまで、光反射性部材２０が供給される。なお、光反射性部材２０は、発光素子３０と基板４０との間に配置される場合は、低線膨張の材料を用いることが好ましい。これにより、発光素子３０と基板４０との接合部における熱応力の緩和が可能となる。
（第２の光反射性部材供給工程）
次に、透光性部材１０の側面を覆う光反射性部材２０を供給する。光反射性部材２０は、第２透光性部材の側面４と、第１透光性部材の上面５と側面６とを被覆する。この際、第２透光性部材の上面３が光反射性部材２０から露出するように、光反射性部材２０は透光性部材１０から離間した基板４０上面に滴下することが好ましい。また、光反射性部材２０は、先に供給した光反射性部材２０の表面を覆うように供給される。
なお、光反射性部材２０は、例えば、シリコーン樹脂に酸化チタンが含有されている樹脂をここでは使用している。
（個片化工程Ｓ１５）
個片化工程Ｓ１５は、各発光装置１００に個片化する工程である。個片化工程Ｓ１５では、図５Ｆに示すように、光反射性部材２０の形成後に基板４０が各発光装置の単位ごとにレーザ照射あるいはブレード等の工具により切断され、発光装置１００が形成される。
前記のような各工程により製造された発光装置１００は、一つ以上の発光素子３０から出る光を、発光素子３０の上面３１における面積の和よりも大きな第１透光性部材の下面７から入射し、第１透光性部材の下面７よりも小さな第２透光性部材の上面３から外部に高輝度な光として放出することができる。また、第１透光性部材１及び第２透光性部材２を直接接合で接合している場合には、第１透光性部材１と第２透光性部材２との接合が強固になると共に光屈折率の変換が少なく、発光素子３０からの熱による劣化を防止することができる。また、透光性部材１０をガラス材料で形成しているので、発光装置１００としても光照射面が劣化しにくく製品品質に優れている。
また、光反射性部材供給工程Ｓ１４では、異なる２つの光反射性部材を供給することとして説明したが、もちろん、1つの光反射性部材２０を供給することとしてもよい。
（変形例）
なお、図７及び図８に示すように、発光装置１００Ａ、１００Ｂにおいて、複数の発光素子３０を備える発光素子群３０Ａ，３０Ｂの構成とすることとしてもよい。以下、各構成について説明する。なお、すでに説明した発光装置１００の構成及び製造方法については同じ符号を付して説明を適宜省略する。
発光装置１００Ａでは、発光素子３０を複数配置する発光素子群３０Ａの構成としてもよい。例えば、図７で示すように、発光素子群３０Ａは、同じ大きさの２つの発光素子３０が隣り合せに配置され整列した状態とする。発光素子３０が隣接して配置された場合には、透光性部材１０は、第１透光性部材の下面７を、発光素子３０を並列させた合計面積となる発光素子群３０Ａの領域よりも大きくなるように形成されることになる。なお、発光素子群３０Ａの面積は、２つの発光素子３０の外周を直線で矩形に囲む領域として発光素子３０の間の領域も発光素子群３０Ａの上面面積の一部としている。また、透光性部材１０は、第２透光性部材の上面３が、発光素子群３０Ａの面積よりも小さくなるように形成されている。このような構成の発光装置１００Ａでは、複数の発光素子３０からの光を第１透光性部材の下面７から入射し、第１透光性部材の下面７よりも小さな第２透光性部材の上面３から外部に放出することができるので、より高輝度で遠くまで光を照射することができる。
また、図８に示すように、一例として、発光素子３０を６つ整列して配置し発光素子群３０Ｂとしてもよい。透光性部材１０は、第１透光性部材の下面７を、６つの発光素子３０を並列させた合計面積となる発光素子群３０Ｂの領域よりも大きくなるように形成されることになる。なお、発光素子群３０Ｂの面積は、６つの発光素子３０の外周を直線で矩形に囲む領域として各発光素子３０の間の領域も発光素子群３０Ｂの上面面積の一部としている。また、透光性部材１０は、第２透光性部材の上面３が、発光素子群３０Ｂの面積よりも小さくなるように形成されている。このような構成の発光装置１００Ｂにおいても、複数の発光素子３０からの光を第１透光性部材の下面７から入射し、第１透光性部材の下面７よりも小さな第２透光性部材の上面３から外部に放出することができるので、より高輝度で遠くまで光を照射することができる。
さらに、発光装置１００では、発光素子３０を少なくとも１つ以上備えており、前記したように２つや、６つ、あるいは、３つや、４つ、５つ、あるいは、７つ以上であることであっても構わない。
また、発光装置１００が複数の発光素子３０を備える場合、発光素子群（つまり複数の発光素子３０）は、全体として平面視形状が略矩形状となるように配置されることが好ましい。また、第１透光性部材１の下面７と発光素子群の上面とが接着材を介して接合される場合、接着材は隣接する発光素子３０の互いに対向する側面に延在して配置されることが好ましい。これにより、発光素子３０間における色むら及び輝度むらを抑制することができる。
さらに、第２透光性部材２は、略直方体として説明したが、例えば、円柱、楕円柱、角を丸めた多角形の柱状体としてもよい。なお、平面視形状が矩形状で断面視凸形状の透光性部材では、上側（第２透光性部材２）の側面の領域では光と熱により、光反射性部材が劣化しやすい場合がある。そこで、第２透光性部材２の角を丸めることで、光反射性部材の劣化を抑制することができると推測される。そのため、図９に示すように、第２透光性部材２Ａのように、各角２ａを面取りした上面３Ａとする形状とすることがより好ましい。なお、透光性部材２Ａの角２ａの面取りした部分の形状は図面では曲線として示しているが、１本の直線あるいは複数の直線で多角形となるように面取りした形状であってもよい。本開示の製造方法では、加工された複数の第２透光性部材２を第１透光性部材と接合するので、予め角が面取りされた第２透光性部材２Ａを用いることができ、光反射性部材の劣化し難い形状の透光性部材１０の製造が可能となる。
また、以上説明した発光装置では、第２透光性部材の下面８と第１透光性部材の上面５とは大きさを異なることとして説明したが、第２透光性部材の下面８と、第１透光性部材の上面５とは同じ大きさとし、第２透光性部材の上面３を第１透光性部材の上面５よりも内側に位置するように構成してもよい。このような構成にすることで、第１透光性部材の上面５から第２透光性部材の下面８へと光が導光されやすくなり、発光装置１００の光取り出し効率が向上する。さらに、１つの透光性部材１０に複数の発光素子３０を接合する場合には、各発光素子３０の配置の影響やそれによる配光、輝度ムラ、色ムラの影響を低減させることができ好ましい。さらに、透光性部材１０と発光素子３０とを接合する接着材１５に波長変換部材１１、光拡散材等を含有させてもよい。さらに、発光素子３０を複数個搭載する場合には、発光素子３０のそれぞれに対して透光性部材１０を接合してもよい。
また、本発明に係る発光装置１００において、ツェナーダイオード等の保護素子を基板４０に搭載してもよい。これらの保護素子を、光反射性部材２０に埋設することにより、発光素子３０からの光が保護素子に吸収されたり、保護素子に遮光されたりすることによる光取り出しの低下を防止することができる。
さらに、２つの発光素子３０を用いる場合には、２つの発光素子３０の間隔は、２つの発光素子３０の間に、接着材１５のフィレット１６が連続して形成されるような間隔であることが好ましい。具体的には、発光装置１００が２つ以上の発光素子３０を備える場合、隣接する発光素子３０間の距離は、発光素子３０の厚みの２倍以下であることが好ましい。
また、本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、製造作業中に部品破損が極めて少なく、さらに光取り出し面の周囲からの光の漏れがない。
本発明に係る発光装置は、オートバイ、自動車等の車両あるいは船舶、航空機等の乗り物のヘッドライト用光源として使用することができる。また、その他、スポットライト等の各種照明用光源、ディスプレイ用光源、車載部品など、種々の光源に使用することができる。
１ 第１透光性部材
２ 第２透光性部材
３ 第２透光性部材の上面
４ 第２透光性部材の側面
５ 第１透光性部材の上面
６ 第１透光性部材の側面
７ 第１透光性部材の下面
８ 第２透光性部材の下面
１０ 透光性部材
１１ 波長変換部材
１５ 接着材
１６ フィレット
２０ 光反射性部材
３０ 発光素子
３０Ａ、３０Ｂ 発光素子群
３１ 発光素子の上面（光取り出し面）
４０ 基板
１００ 発光装置
Ａ１ 第１透光性部材集合体（第１透光性部材）
Ａ１０ 集合体
Ｂｒ１ ブレード
Ｄｔ 溝部
Ｓ１０ 発光装置の製造方法
Ｓ１１ 準備工程
Ｓ１２ 透光性部材形成工程
Ｓ１３ 接合工程
Ｓ１４ 光反射性部材供給工程
Ｓ１５ 個片化工程

Claims (10)

  1. 上面を光取り出し面とする発光素子と、
    前記発光素子の上面と接合して設けられ、波長変換部材を含有する無機材料を主成分とする第１透光性部材と、
    前記第１透光性部材の上面と接合して設けられ、無機材料を主成分とする第２透光性部材と、を備え、
    前記第１透光性部材の下面周縁は平面視において前記発光素子の上面周縁よりも外側に位置し、
    前記第２透光性部材の下面周縁及び上面周縁は、平面視において前記第１透光性部材の上面周縁よりも内側に位置する発光装置。
  2. 前記第２透光性部材の上面の面積は、前記発光素子の上面の面積よりも小さい請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記第１透光性部材及び前記第２透光性部材は、ホウ珪酸ガラス、サファイアガラス、又は、石英ガラスである請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
  4. 前記第１透光性部材と前記第２透光性部材とは直接接合により接合されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
  5. 前記第１透光性部材と前記発光素子とは接着材を介して接合されている請求項１から請求項３いずれか一項に記載の発光装置。
  6. 前記発光素子の側面、前記第１透光性部材の側面及び前記第２透光性部材の側面は、光反射性部材により被覆されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発光装置。
  7. 波長変換部材を含有する無機材料を主成分とする第１透光性部材の上面と、無機材料を主成分とする複数の第２透光性部材の下面と、が直接接合された透光性部材を準備する工程と、
    前記透光性部材における前記第１透光性部材側の下面周縁が発光素子の上面周縁よりも外側に位置するように、前記第１透光性部材側の下面と前記発光素子の上面とを接合する工程と、を含む発光装置の製造方法。
  8. 前記発光素子を基板に実装する工程を含む請求項７に記載の発光装置の製造方法。
  9. 前記第２透光性部材の側面、前記第１透光性部材の側面及び前記発光素子の側面を覆う光反射性部材を設ける工程をさらに含む請求項７又は請求項８に記載の発光装置の製造方法。
  10. 前記第１透光性部材及び前記第２透光性部材は、ホウ珪酸ガラス、サファイアガラス、又は、石英ガラスである請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
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