JP2018022844A - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率の低下を抑えつつ色ずれを抑制できる発光装置を提供する。
【解決手段】第１の光を発光する発光素子と、発光素子の発光面上に設けられ第１の光によって励起されて第１の光より長波長の第２の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体層と、蛍光体層上に設けられて第１の光を反射し、第２の光を透過する反射膜と、反射膜に接して設けられた透光性部材と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置とその製造方法に関する。

従来から発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた車両用の発光装置が知られている。例えば、特許文献１及び２には、青色光を発光する青色ＬＥＤと青色光が照射されると赤色成分を含む光を発光する蛍光体とを含み、車のリアランプやストップランプ等に用いられる車両用の発光装置が開示されている。

特開２０１５−８８２２０号公報 特開２０１５−８８４８３号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示された発光装置は、漏れた青色光により色ずれを生じるという課題があった。また、色ずれを防止するために青色光の漏れを防ごうとすると発光効率が低くなるという課題があった。

そこで、本発明は、発光効率の低下を抑えつつ色ずれを抑制できる発光装置を提供することを目的とする。

本発明に係る実施形態の発光装置は、
第１の光を発光する発光素子と、
前記発光素子の発光面上に設けられ、前記第１の光によって励起されて前記第１の光より長波長の第２の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体層と、
前記蛍光体層上に設けられ、前記第１の光を反射し、前記第２の光を透過する反射膜と、
前記反射膜に接して設けられた透光性部材と、を有することを特徴とする。

以上のように構成された本発明に係る実施形態の発光装置によれば、発光効率の低下を抑えつつ色ずれを抑制できる発光装置を提供することができる。

本発明に係る実施形態の発光装置の断面図である。 反射膜１を設けることなく第１の光の発光装置外部への放出を抑えて色ずれを防止した参考例の発光装置の断面図である。 青色発光ダイオードである発光素子２と青色光により励起されて赤色波長域の光を発光する蛍光体を含む蛍光体層３とを備えた実施形態の発光装置の発光スペクトルを示す図である。 図３の発光装置における誘電体多層膜からなる反射膜の波長に対する反射率を示す図である。 実施形態の発光装置の製造方法において、集合基板１００の上に複数の発光素子２を配置した図である。 実施形態の発光装置の製造方法において、発光素子２上に透光性積層部材を接着層５により接合した図である。 実施形態の発光装置の製造方法において、隣接する発光積層部２０間に反射樹脂を充填した図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係る実施形態の発光装置について説明する。
図１は、本発明に係る実施形態の発光装置の断面図である。
実施形態の発光装置は、基板１０上に設けられた発光積層部２０を含む。発光積層部２０は、発光素子２及び蛍光体層３を含む発光部２０ａと反射膜１と透光性部材４とを含み、出射面である透光性部材４の表面を除き、基板１０上で反射樹脂６により覆われている。ここで、特に実施形態の発光装置において、発光素子２及び蛍光体層３を含む発光部２０ａは、その側面が例えば可視光を実質的に全て反射する反射樹脂６によって覆われ、上面が蛍光体層３の発光する第２の光を透過し発光素子２が発光する第１の光を反射する反射膜１により覆われている。これにより、発光装置からは、蛍光体が発光する第２の光の発光スペクトルと実質的に等しい発光スペクトルを有する光が出射される。

発光素子２は、基板１０上に導電接合部材７を介して設けられ、基板１０上に形成された配線を介して電圧が印加されて、例えば、青色光である第１の光を発光する。
蛍光体層３は、発光素子２の発光面上に設けられ、発光素子２の第１の光によって励起されて第１の光より長波長の第２の光を発光する。ここで、本明細書において、例えば、「発光素子２の発光面上に設けられ」のように「Ａ部材上に設けられ」というときには、Ａ部材に接して設けられている場合と、Ａ部材の上に他の層を介して設けられている場合とを含む。実施形態の発光装置では、図１に示すように、蛍光体層３は、接着層５を介して発光素子２の発光面上に設けられている。

反射膜１は、蛍光体層３上に設けられ、発光素子２が発光する第１の光を反射し、蛍光体層３が発光する第２の光を透過する。反射膜１は、例えば、互いに屈折率が異なる第１誘電体層１ａと第２誘電体層１ｂとが交互に積層された誘電体多層膜により構成することができる。誘電体多層膜は、発光素子２が発光する第１の光の発光スペクトル（中心波長及び波長に対する強度分布）、第１誘電体層１ａの第１屈折率及び第２誘電体層１ｂの第２屈折率に基づいて第１誘電体層１ａの膜厚及び第２誘電体層１ｂの膜厚を設定することにより、発光素子２が発光する第１の光を反射し、蛍光体層３が発光する第２の光を透過するように構成することができる。

透光性部材４は、反射膜１上に接して設けられる。この透光性部材４は、例えば、反射膜１が接する面が平坦な透明なガラス板からなる。
そして、実施形態の発光装置では、基板１０上で、出射面である透光性部材４の表面を除いて発光積層部２０を覆うように反射樹脂６が設けられる。反射樹脂６は、発光素子２が発光する第１の光及び蛍光体層３が発光する第２の光をいずれも反射する。

尚、実施形態の発光装置は、図１に示すように、発光素子２を過大な電圧の印加による破壊から防ぐための保護素子等の半導体素子８を含んでいてもよく、その場合、反射樹脂６は、例えば、半導体素子８を覆うように設けられる。なお、ここでいう半導体素子とは、発光素子は含まないものとする。

以上のように構成された実施形態の発光装置は、発光素子２と蛍光体層３を含む発光部２０ａが、発光素子２の第１の光及び蛍光体層３の第２の光を反射する反射樹脂６と、第１の光を反射し第２の光を透過する反射膜１とによって覆われている。これにより、発光装置から、蛍光体が発光する第２の光の発光スペクトルと実質的に等しい発光スペクトルを有する光を出射することができる。

例えば、青色発光ダイオードである発光素子２、青色光により励起されて赤色の波長域の光を発光する蛍光体を含む蛍光体層３、図４に示す５５０ｎｍ以下の波長の光を反射し、５５０ｎｍを越える波長の光を透過する誘電体多層膜からなる反射膜１を備えた実施形態の発光装置の発光スペクトルを図３に示す。また、図３には、比較のために、反射膜１を備えていない以外は実施形態１の発光装置と同様に構成した参考例の発光装置の発光スペクトルを示す。尚、図３に示した実施形態の発光装置と参考例の発光装置の蛍光体層の厚さは同一とした。また、図４には、誘電体多層膜（ＤＢＲ）に垂直に光が入射したときの反射率を示しており、垂直入射でない光の一部は透過する。
図３に示すように、参考例では青色光が外部に放出されるのに対して、実施形態の発光装置では青色光の外部への放出が抑えられている。

また、実施形態の発光装置は、発光部２０ａが、上記反射樹脂６と上記反射膜１とによって覆われているので、蛍光体層３が発光する第２の光は反射膜１を介して出射されるが、発光素子２が発光する第１の光は反射樹脂６及び反射膜１によって反射されて発光部２０ａの内部、特に蛍光体層３の内部に閉じ込められ、蛍光体を励起する。
これにより、第１の光の発光装置外部への放出が抑制され、発光装置から放出される光を実質的に蛍光体層３の第２の光のみとでき、色ずれを防止することができる。
これに対して、例えば、反射膜１を設けることなく第１の光の発光装置外部への放出を抑えて色ずれを防止しようとすると、図２に示すように蛍光体層３の厚さを厚くする必要があり、発光強度の低下が懸念される。

また、実施形態の発光装置によれば、発光素子２が発光する第１の光を外部にほとんど放出することなく蛍光体層３の内部に閉じ込めることができるので、第１の光を無駄なく蛍光体に照射することができ、発光効率を高くできる。

実施形態の発光装置において、透光性部材４の反射膜１に接する面は、表面粗さＲａが好ましくは２０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以下の平坦な面であることが好ましい。透光性部材４の反射膜１に接する面が平坦な面であると、例えば、後述するように、透光性部材４の平坦な表面に平坦な反射膜１を形成でき、その平坦な反射膜１を含む発光装置とできる。

以上のように実施形態の発光装置は、発光素子２の発光する第１の光が発光装置外部に放出されることを抑制して効率よく蛍光体層３を励起して蛍光体層３が発光する光を効率よく出射できる。したがって、比較的短波長の光を発光する青色発光ダイオードと青色光によって励起されアンバー色の光〜赤色光のような比較的長波長の光を発光する蛍光体を含み、蛍光体が発光するアンバー色の光〜赤色光を出射する車のリアランプやストップランプ等に用いられる車両用の発光装置に適している。具体的には、実施形態の発光装置は、赤色の場合、発光装置が発光する光の色度がＣＩＥ１９３１色度図のｘｙ色度座標系において、(ｘ＝０．６４５、ｙ＝０．３３５)、(ｘ＝０．６６５、ｙ＝０．３３５)、(ｘ＝０．７３５、ｙ＝０．２６５)、(ｘ＝０．７２１、ｙ＝０．２５９)の４点を結んでできる四角形の範囲内であることが好ましい。

また、実施形態の発光装置は発光効率を向上させるために、例えば、車のリアランプやストップランプとして使用する場合は、発光する光の色度をＣＩＥ１９３１色度図における上記四角形の範囲内に位置するようにしつつ例えば視感度が高い５５５ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の光が出射されるように設定する。具体的には、５５５ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の光の発光強度が、例えば、ピーク波長における発光強度の０．１倍以上になるように設定する。視感度が高い５５５ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の光の発光強度が高くなるように設定するためには、誘電体多層膜の透過帯域の下限の波長を発光素子の光に対する反射率を低下させない範囲で短波長側に設定したり、５５５ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の成分を比較的多く含む光を発光する蛍光体を用いたりすればよい。

また、例えば、実施形態の発光装置において、反射膜１として誘電体多層膜を用いた場合、上述したように、誘電体多層膜に対して垂直に入射した光はほぼ全て反射されるが、垂直入射でない光の一部は透過する。この垂直入射でない光の外部への出射を減らすためには蛍光体層３の厚さを厚くして、発光素子２からの光の誘電体多層膜への入射量を減らす、すなわち、発光素子２からの光の多くが誘電体多層膜に到達する前に蛍光体に吸収されて蛍光体を励起するようにすることが効果的である。しかしながら、後述する実施例１と実施例２とを比較すると分かるように、蛍光体層３の厚さを厚くすると発光強度が低下する。したがって、実施形態の発光装置では、発光素子２が発光する光の外部への出射が許容できる範囲で蛍光体層３を薄くして発光強度を高くすることが好ましい。具体的には、発光装置の発光スペクトルにおいて、色ずれを抑えるために、発光素子２が発光する光の発光ピーク強度を蛍光体が発光する光の発光ピーク強度の１／１０以下、より好ましくは１／１５以下とし、発光強度を高くするために、発光素子２が発光する光の発光ピーク強度を蛍光体が発光する光の発光ピーク強度の１／３０以上、より好ましくは１／２０以上とする。

以下、実施形態の発光装置の各構成部材について詳細に説明する。
（基板）
基板１０は、絶縁性を有し、光を透過しにくいことが好ましい。基板１０の材料としては、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン、ポリフタルアミド等の樹脂を挙げることができる。なかでも、セラミックスは放熱効果が高いため好ましい。なお、樹脂を用いる場合には、必要に応じて、ガラス繊維、酸化ケイ素、酸化チタン、アルミナ等の無機フィラーを樹脂に混合してもよい。これにより、機械的強度の向上や熱膨張率の低減、光反射率の向上を図ることができる。ただし、実施形態の発光装置は基板１０を有していなくてもよい。この場合は発光素子の電極または発光素子の電極と電気的に接続された導電部材が、発光装置の下面から露出されて発光装置の外部電極とされることが好ましい。保護素子を用いる場合は、導電部材を用いて発光素子の電極と保護素子の電極を逆並列に接続する。この場合、発光装置の下面において、メッキ等により配線を形成することができる。

（発光素子）
発光素子２は、蛍光体層３に含まれる蛍光体を励起するためのものである。発光素子２としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ又はレーザダイオード（ＬＤ）チップを用いることができ、なかでもＬＥＤチップを用いることが好ましい。発光素子２を発光ダイオードチップとすることにより、発光素子２からの光が広がりやすくなるため、蛍光体を効率良く励起できる。発光素子２として、例えば、窒化物半導体を含む青色発光の発光ダイオードチップを用いられる。ここで、青色発光の発光ダイオードチップとは、４３５ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有するものを指す。

ここでいう窒化物半導体は、一般式：Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）表される半導体であり、半導体層の組成やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。窒化物半導体を用いた発光素子２は、例えば、サファイア等の窒化物半導体の成長が可能な成長基板２ｂと該成長基板２ｂの上に設けられた半導体積層体２ａとを含む。

発光素子２において、半導体積層体２ａにはｐ電極及びｎ電極が設けられている。発光素子２は、図１に示すように、ｐ電極及びｎ電極は発光素子２の同じ側の面に形成されており、基板１０にフリップチップ実装されていることが好ましい。これにより、発光素子２の上面（発光面）が平坦な面となり、発光素子２の上方に蛍光体層３を近接して配置することができる。なお、図１では、発光素子２は成長基板２ｂを有するが、成長基板２ｂは実装時又は実装後に除去されていてもよい。

（蛍光体層）
蛍光体層３は、発光素子２からの第１の光を吸収して異なる波長の光を発生する。
本実施形態において、蛍光体層３は、例えば、蛍光体粒子を含む透光性樹脂ペーストを、透光性部材の表面に反射膜１を介して印刷することにより形成される。蛍光体層３は、１又は２以上の層により構成してもよい。蛍光体層３は、必要に応じて拡散剤を含んでいても良い。

樹脂に含有させる蛍光体粒子の平均粒径は２μｍ〜４０μｍであることが好ましく、より好ましくは、１０μｍ〜４０μｍ、さらに好ましくは、１５μｍ〜４０μｍである。
樹脂中に含有される蛍光体粒子全体の体積が同じである場合、粒径が小さくなると粒子表面積が増え、蛍光体粒子が発光した光が他の蛍光体粒子によって散乱されやすくなり、光取り出し効率が低下する。一方、粒径が大きくなると散乱は少なくなって光の取り出し効率は高くなるが、粒子表面積が小さくなり、蛍光体が発光する光の量が少なくなって波長変換されない光の量が増える。本実施形態では、波長変換されずに蛍光体層に到達した光は反射膜１によって再度蛍光体層側へ戻されるため、蛍光体粒子の粒径を大きくすることによって、粒子表面での散乱を抑制しつつ発光素子の光を効率よく波長変換を行うことができる。したがって、実施形態の発光装置では、蛍光体粒子の粒径を大きくすることによって、発光素子の光を効率よく波長変換を行うことができ、かつ光取り出し効率を向上させることができる。
なお、本明細書でいう蛍光体粒子の平均粒径は、一次粒子が凝集して形成された二次粒子の平均粒径のことをいうものとする。二次粒子の平均粒径（メジアン径）は、例えばレーザー回折式粒度分布測定装置（MALVERN（マルバーン）社製、製品名：MASTER SIZER（マスターサイザー）3000）により測定することができる。

蛍光体層３の厚さは、３０〜１５０μｍ、好ましくは５０〜１２０μｍである。
例えば、近紫外〜青色光を発光する発光ダイオードと組み合わせて、車のリアランプやブレーキランプ等に用いられる発光装置を構成する場合には、例えば、窒化物系蛍光体を用いることができる。

窒化物系蛍光体は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の希土類元素により賦活される、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の第ＩＩ族元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の第ＩＶ族元素と、Ｎと、を含む蛍光体である。この窒化物蛍光体の組成中に、Ｏが含まれていてもよい。

窒化物系蛍光体の具体例としては、一般式、Ｌ_ＸＭ_ＹＮ_{（（２／３）Ｘ＋（４／３）Ｙ）}：Ｒ若しくはＬ_ＸＭ_ＹＯ_ＺＮ_{（（２／３）Ｘ＋（４／３）Ｙ−（２／３）Ｚ）}：Ｒ（Ｌは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の第ＩＩ族元素である。Ｍは、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の第ＩＶ族元素である。Ｒは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の希土類元素である。Ｘ、Ｙ、Ｚは、０．５≦Ｘ≦３、１．５≦Ｙ≦８、０＜Ｚ≦３である。）で表されるものを挙げることができる。

窒化物系蛍光体のより具体的な例としては、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕに代表されるＣＡＳＮ系の蛍光体及び（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕに代表されるＳＣＡＳＮ系の蛍光体を挙げることができる。また、窒化物系蛍光体以外では、ＫＳＦ（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ）系蛍光体、硫化物系蛍光体などを用いることができる。

さらに、赤色成分の多い光を発光する窒化物系蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体、硫化物系蛍光体などとともにＹＡＧ系蛍光体を含む蛍光体と、青色発光ダイオードとを組み合わせることにより、アンバー色の光を発光する発光装置を構成することもできる。

以上では、蛍光体粒子を含む透光性樹脂ペーストを印刷することにより蛍光体層３を形成する例を示した。しかしながら、蛍光体層３は、蛍光体を含むように、ガラス、無機物等の透光性材料を成膜することにより形成するようにしてもよい。また、図１には、蛍光体層３が反射膜１の表面に直接接している形態を示しているが、蛍光体層は必ずしも反射膜１の表面に直接接している必要はなく、接着剤等の他の部材を介して接合されていてもよい。例えば、板状の蛍光体板を、圧着、融着、焼結、有機系接着剤による接着、低融点ガラス等の無機系接着剤による接着することにより形成するようにしてもよい。

（反射膜）
反射膜としては、選択性が高い誘電体多層膜を用いることが好ましい。
ここで、選択性が高いとは、反射波長帯域における反射率が高く、透過波長帯域における透過率が高く、かつ反射波長帯域と透過波長帯域間において反射率又は透過率の変化が急峻であることをいう。

誘電体多層膜
誘電体多層膜は、屈折率の異なる２つの第１誘電体層１ａと第２誘電体層１ｂとを、それぞれλ／４の膜厚で交互に周期的に形成した反射膜である。ここで、λは、反射させたい波長領域のピーク波長であり、各誘電体材料における媒質内波長である。この誘電体多層膜は、理論的には、２つの第１誘電体層１ａと第２誘電体層１ｂの屈折率差が大きいほど、また、交互に形成する周期数が多いほど高い反射率が得られることが知られている。しかしながら、２つの第１誘電体層１ａと第２誘電体層１ｂの屈折率差が大き過ぎたり、周期数が大き過ぎると、反射ピーク波長λの両側で反射率が急激に減少したり（波長依存性が急峻になる）、反射率の波長依存性が大きくなったりして、所望の波長範囲で所望の反射率を安定して得ることが難しくなる。そこで、誘電体多層膜では、屈折率の高い誘電体材料からなる第１誘電体層１ａと屈折率の低い誘電体材料からなる第２誘電体層１ｂの各屈折率及び屈折率差、交互に形成する周期数は、所望の波長範囲で所望の反射率が安定して得られるように、適宜設定される。

具体的には、屈折率の高い第１誘電体層１ａの屈折率（第１屈折率）は、例えば、１．５〜３．０の範囲に設定され、好ましくは、２．０〜２．６の範囲に設定される。また、屈折率の低い第２誘電体層１ｂの屈折率（第２屈折率）は、例えば、１．０〜１．８の範囲に設定され、好ましくは、１．２〜１．６の範囲に設定される。さらに、第１誘電体層１ａと第２誘電体層１ｂとを交互に形成する周期数は、例えば、１〜２０の範囲に設定され、好ましくは、１〜５の範囲に設定される。

第１誘電体層１ａを構成する誘電体材料は、例えば、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５及びＺｒ_２Ｏ_５から選択することができる。第２誘電体層１ｂを構成する誘電体材料は、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯＮから選択された材料により構成することができる。

（透光性部材）
透光性部材４は、一方の面に反射膜１と蛍光体層３とが設けられ、その反射膜１及び蛍光体層３を支持する。透光性部材４には、ガラスや樹脂のような透光性材料からなる板状体を用いることができる。ガラスとして、例えば、ホウ珪酸ガラスや石英ガラスから選択することができる。また、樹脂として、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂から選択することができる。透光性部材４の厚さは、製造工程における機械的強度が低下せず、蛍光体層３に十分な機械強度を付与することができる厚さであればよい。また、透光性部材４には、拡散剤を含有させてもよい。拡散剤には、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等を用いることができる。また、発光面となる透光性部材４の上面（反射膜１と蛍光体層３とが設けられた面の反対の面）は、平坦な面に限定されず、微細な凹凸を有していてもよい。発光面に凹凸を有していると、発光面からの出射光が散乱されて輝度むらや色むらを抑制することが可能となる。

（接着層）
接着層５は、発光素子２と蛍光体層３とを接着する。接着層５は、発光素子２からの出射光を極力減衰させることなく蛍光体層３へと導光できる材料が好ましい。具体例としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、およびポリイミド樹脂等の有機樹脂を挙げることができるが、シリコーン樹脂が好ましい。接着層の厚さは、薄ければ薄いほど好ましい。接着層が薄いと、接着層を透過する光の損失を少なくでき、かつ放熱性を向上させることができ、発光装置から出射される光の強度を高くできる。

接着層５は、発光素子２と蛍光体層３の間のみならず、発光素子２の側面にも存在することが好ましい。また、蛍光体層３のバインダーにシリコーン樹脂を用いる場合には、接着層５の接着剤にもシリコーン樹脂を用いることが好ましい。蛍光体層３と接着層５の屈折率差を小さくすることができるので、接着層５から蛍光体層３への入射光を増加させることが可能となる。

（保護素子）
保護素子は、発光素子２を過大な電圧印加による素子破壊や性能劣化から保護するための素子である。保護素子は、具体的には、規定電圧以上の電圧が印加されると通電状態になるツェナーダイオード（Zener Diode）で構成される。保護素子は、発光素子２と同様にｐ電極とｎ電極とを有する半導体素子であり、発光素子２のｐ電極とｎ電極に対して逆並列となるように、すなわち、発光素子２のｎ電極およびｐ電極が、保護素子のｐ電極およびｎ電極とそれぞれに導電接合部材７より電気的に接続されている。保護素子の場合も、発光素子の場合と同様に、各導電接合部材の上に保護素子の各電極を対向させ、熱、超音波および荷重を印加することにより、導電接合部材と保護素子を接合する。

これにより、発光素子２のｐｎ両電極間に過大な電圧が印加されてその電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧を超えたとしても、発光素子２のｐｎ両電極間がツェナー電圧に保持され、このツェナー電圧以上になることがない。従って、保護素子を備えることによって、ｐｎ両電極間の電圧がツェナー電圧以上となることを防止することができ、過大な電圧が印加されることによる発光素子２の素子破壊や性能劣化の発生を適切に防止することができる。

なお、実装時の半導体素子の高さは、発光素子と蛍光体層および透光性部材を合わせた高さよりも低くすることが好ましい。半導体素子の外形を利用することにより、反射樹脂の最表面を上昇させてひけを抑制することができるからである。

（反射樹脂）
反射樹脂６の材料としては、絶縁材料を用いることが好ましい。また、ある程度の強度を確保するために、例えば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができる。より具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジンや、ＰＰＡやシリコーン樹脂などが挙げられる。また、これらの母体となる樹脂に、発光素子２からの光を吸収しにくく、かつ母体となる樹脂に対する屈折率差の大きい反射部材（例えばＴｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，ＭｇＯ）等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。例えば、反射部材の含有濃度を３０ｗｔ％以上、その肉厚を２０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上とすることが好ましい。

反射樹脂６の充填は、例えば、固定された基板１０の上側において、基板１０に対して上下方向あるいは水平方向などに移動（可動）させることができる樹脂吐出装置を用いて行うことができる。すなわち、樹脂が充填された樹脂吐出装置をその先端のノズルから液体樹脂を吐出しながら移動させることで、発光素子２と半導体素子８の近傍に反射樹脂６を注入する。樹脂吐出装置の移動速度は、用いる樹脂の粘度や温度等に応じて適宜調整することができる。吐出量の調整は、吐出時にかかる圧力等を一定にするなどにより調整することができる。反射樹脂の粘度は、室温（２０±５℃）で０．３５〜１３．０Ｐａ・ｓ、好ましくは３．０〜５．５Ｐａ・ｓである。

（導電接合部材）
導電接合部材７としては、バンプを用いることができ、バンプの材料としては、Ａｕあるいはその合金、他の導電接合部材として、共晶ハンダ（Ａｕ−Ｓｎ）、Ｐｂ−Ｓｎ、鉛フリーハンダ等を用いることができる。なお、図１では、導電接合部材７にバンプを用いた例を示しているが、導電接合部材７はバンプに限定されず、例えば導電ペーストであってもよい。

以下、実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。
本実施の形態に係る発光装置の製造方法は、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、
（１）基板の上に発光素子を配置する第一の工程、
（２）透光性部材の上に、反射膜１及び蛍光体層３を形成する第二の工程、
（３）第二の工程後分割工程を経て形成された反射膜１及び蛍光体層３を備えた透光性部材４を、発光素子２上に配置して発光積層部２０を作製する第三の工程、
（４）隣接する発光積層部２０間に反射樹脂を充填して、半導体素子８を埋設しかつ発光積層部２０の側面を覆う反射樹脂を形成する第四の工程、
を含んでいる。

第一の工程
第一の工程では、図５Ａに示すように、集合基板１００の上に複数の発光素子２を配置する。また、配置された発光素子２の行または列方向のいずれか一方向で、発光素子とその隣の発光素子の間に半導体素子８を配置する。発光素子２と半導体素子８とは、図５Ａに示すように、例えば、集合基板１００上にフリップチップ実装される。具体的には、集合基板１００の上には、絶縁分離された少なくとも一対の導電性パターンが形成されている。また、発光素子２において、ｐ電極およびｎ電極（不図示）は、同一面側、すなわち、発光素子２において成長基板２ｂとは反対側の半導体積層体２ａの表面に形成されている。そして、発光素子２のｐ電極およびｎ電極をそれぞれ、導電接合部材を介して集合基板１００の導電性パターンに対向させて、熱、超音波および荷重を印加することにより、導電接合部材７と発光素子２と、基板上の導電パターンとを接合する。実装に際し、導電接合部材は集合基板１００上に設けてもよいし、発光素子２および半導体素子８側に設けてもよい。なお、本形態では、発光素子２とは別の半導体素子８を配置しているが、必要に応じて省略することもできる。

第二の工程
透光性部材の上に反射膜及び蛍光体層を形成する。ここでいう透光性部材は、各発光素子２にそれぞれ対応する透光性部材が一体化された板状の部材であり、本明細書では、各発光素子２にそれぞれ対応する透光性部材が一体化された板状の部材も透光性部材という。
具体的には、まず、板状の透光性部材として、例えば、ホウ珪酸ガラスや石英ガラスからなるガラス板を準備する。透光性部材の反射膜を形成する表面における表面粗さＲａは、小さく、平坦であることが好ましく、例えば、表面粗さＲａが２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下、より好ましくは３ｎｍ以下である。本明細書では、反射膜を形成する透光性部材の表面を上面といい、その反対の面を下面ともいう。

次に、透光性部材上に、反射膜を形成する。
例えば、互いに屈折率が異なる第１誘電体層と第２誘電体層とを交互に積層して誘電体多層膜からなる反射膜を形成する。

この誘電体多層膜からなる反射膜は、原子層堆積法（ＡＬＤ）、スパッタ、蒸着法等により第１誘電体層と第２誘電体層とを交互に成膜することにより形成することができるが、原子層堆積法（ＡＬＤ）により成膜すると、第１誘電体層と第１誘電体層とをそれぞれ均一な膜厚で成膜することができるので好ましい。

また、反射膜を、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以下の極めて平滑なガラス板の表面に形成すると、例えば、３０ｎｍ〜１００ｎｍの薄い膜厚の第１誘電体層と第２誘電体層とを幾何学的な平面からのずれ量が小さい極めて平坦に形成することができ、反射領域における反射率が高くかつ透過領域における透過率の高い反射膜を形成することができる。

次に、反射膜の上に蛍光体層を形成する。
蛍光体層は、例えば、反射膜上に印刷などにより形成される。印刷法では、蛍光体、バインダーおよび溶剤を含むペーストを調製し、そのペーストを反射膜の表面に塗布し、乾燥することにより蛍光体層を形成する。バインダーには、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、およびポリイミド樹脂等の有機樹脂バインダーやガラス等の無機バインダーを用いることができる。

蛍光体層は、印刷法に代えて、圧縮成形法、蛍光体電着法、蛍光体シート法等により形成することができる。圧縮成形法は、反射膜上に、バインダーに蛍光体を含有させた蛍光体層の材料を金型で成形する方法である。蛍光体電着法は、反射膜の表面に、透光性を有する導電性の薄膜を形成しておき、電気泳動を利用して、帯電した蛍光体を、薄膜上に堆積させる方法である。蛍光体シート法は、シリコーン樹脂に蛍光体を混練し、シート状に加工した蛍光体シートを、反射膜の表面に固着させる方法であり、例えば、１００μｍ、又はそれ以下の厚さの蛍光体シートを、反射膜の表面に圧着して一体化する方法である。

反射膜及び蛍光体層が形成された透光性部材を、各発光素子２の発光面上にそれぞれ配置できるような大きさに分割する。以上のようにして、反射膜１と蛍光体層３とが一体化された透光性部材４が形成される。以下、反射膜１と蛍光体層３を含む透光性部材４を透光性積層部材という。

個片化された透光性積層部材の蛍光体層３の表面の形状は、発光素子２の発光面上に実装する際の実装精度を考慮して、平面積が発光素子２の発光面より少し大きいことが好ましい。言い換えると、断面視において、蛍光体層３の幅は、発光素子２の発光面の幅より大きくなる。

第三の工程
蛍光体層３を発光素子２の発光面に対向させて、発光素子２上に透光性積層部材２０を接着層５により接合する。これにより、集合基板１００上に複数の発光積層部２０が作製される。好ましい形態では、透光性積層部材の発光素子２との接合面、すなわち、蛍光体層３の発光素子２との接合面は、発光素子２の発光面より大きいので、図５Ｂに示すように、発光素子２の発光面からはみ出した接着剤は、発光素子２の側面に付着して、縦断面形状が略三角形の接着層のはみ出し部分が形成される。発光素子２の側面に付着した接着層のはみ出し部分は、層の厚さが発光素子２の下方に向かって小さくなる三角形状を有している。

第四の工程
ここでは、図５Ｃに示すように、隣接する発光積層部２０間に反射樹脂を充填する。この反射樹脂は、発光素子２から出射された光を反射させるためのものであり、発光積層部２０の上面を覆うことなく側面を覆いかつ半導体素子８を埋設するように形成する。
ここで、発光素子２の側面に付着したはみ出し部は、厚さが発光素子２の下方に向かって小さくなる断面三角形状を有しているので、発光素子２の側面を覆う反射樹脂は、上方ほど拡がる傾斜を有している。これにより、発光素子２の側面から出射した光は蛍光体層方向に反射されて、蛍光体を励起することが可能になり、輝度の向上が図られる。

次に、図５Ｃに示す切断線９に沿って、発光素子２および半導体素子８を１つずつ含むように反射樹脂および基板を切断して、個々の発光装置に分離する。

以上のようにして、図１に示す実施形態の発光装置は作製される。
なお、基板を用いない発光装置とする場合は、基板を切断する前、あるいは切断した後で、基板を除去してもよい。

以上の実施形態の説明では、透光性部材４と蛍光体の間に反射膜１を設けた発光装置の例により説明したが、実施形態の発光装置はこれに限定されるものではなく、透光性部材４の上に反射膜１を設けてもよい（すなわち、蛍光体層３と反射膜１の間に透光性部材４を設けてもよい）。そのように構成しても、発光積層部２０の側面全体を反射樹脂６に覆うことにより、発光素子２の発光する第１の光が外部に放出されるのを抑制でき、蛍光体を効率よく励起できる。

以下、実施例について説明する。
実施例１〜３として、図１に示す発光装置を以下のようにして作製した。

発光素子２として、ピーク波長が４４５ｎｍ付近であり、主波長４５０ｎｍ付近である青色発光ダイオードを用い、窒化アルミニウム基板の上に実装した。
透光性部材４として、ガラスからなり、厚さが１５０μｍのガラス基板を用い、その上に、５５０ｎｍ以下の波長の光を反射し、５５０ｎｍを越える波長の光を透過するように設計した誘電体多層膜（ＤＢＲ反射膜）からなる反射膜１を形成した。
具体的には、Ｎｂ_２Ｏ_５からなる第１誘電体層１ａとＳｉＯ_２からなる第２誘電体層１ｂを、透光性部材４の上に第２誘電体層、第１誘電体層、第２誘電体層、第１誘電体層の順に交互に、スパッタ法により、１５．５周期（合計３１層）積層することにより形成した。

蛍光体層３は、シリコーン樹脂にＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕで表されるＣＡＳＮ系蛍光体粒子を表１に示す重量％になるように混合して、反射膜１の上に印刷法により、表１に示す厚さに形成した。尚、実施例１及び２では、平均粒径が９．５μｍである蛍光体粒子を用い、実施例３では、平均粒径が１６．５μｍである蛍光体粒子を用いた。

そして、反射膜１及び蛍光体層３が形成された透光性部材４を個片化して基板上に実装した発光素子２上にシリコーン樹脂により接合し、透光性部材の表面を除いて発光素子２を覆うＴｉＯ_２を含有したシリコーン樹脂からなる反射樹脂６を形成した。

また、比較例として、透光性部材４の上に反射膜１を形成することなく直接蛍光体層３を形成した以外は実施例と同様にして発光装置を作成した。比較例において、蛍光体は、実施例１及び２と同様、平均粒径が９．５μｍであるＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕで表されるＣＡＳＮ系蛍光体粒子を用い、蛍光体層３の膜厚は、１０７μｍとした。

以上のようにして作製した実施例１〜３の発光装置の発光特性（色調及び光束）を比較例の発光装置の発光特性とともに表１に示す。光束は、比較例を１００として相対値で示している。

表１に示す結果から明らかなように、ＤＢＲ反射膜を備えた実施例１〜３の発光装置は、ＤＢＲ反射膜のない比較例の発光装置に比べて光束が１．８倍以上であり、発光効率が向上した。実施例１の発光装置と実施例２の発光装置とを比較すると、実施例１の発光装置は蛍光体層の膜厚が薄く、蛍光体層に含有される蛍光体の絶対量が少ないにも拘わらず、実施例２の発光装置とほぼ同じ色調となり、しかも光束比が大きくなった。このことから、反射膜１を備えた発光装置では、蛍光体層を薄くすることにより色調を変化させることなく、発光強度を高くできることがわかる。

蛍光体層の膜厚がほぼ等しい実施例２の発光装置と実施例３の発光装置とを比較すると、色調はほぼ同じであり、蛍光体層に含まれる蛍光体粒子の粒径が大きく蛍光体の含有量がやや多い実施例３の発光装置の方が光束比が大きくなった。このことから、反射膜１を備えた発光装置では、蛍光体層に含まれる蛍光体粒子の平均粒径が大きい方が発光強度を高くできると考えられる。

１ 反射膜
１ａ 第１誘電体層
１ｂ 第２誘電体層
２ 発光素子
３ 蛍光体層
４ 透光性部材
５ 接着層
６ 反射樹脂
７ 導電接合部材
８ 半導体素子
１０ 基板
２０ 発光積層部
２０ａ 発光部
１００ 集合基板

Claims (14)

1. 第１の光を発光する発光素子と、
   前記発光素子の発光面上に設けられ、前記第１の光によって励起されて前記第１の光より長波長の第２の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体層と、
   前記蛍光体層上に設けられ、前記第１の光を反射し、前記第２の光を透過する反射膜と、
   前記反射膜に接して設けられた透光性部材と、を有することを特徴とする発光装置。
2. 前記発光装置の発光スペクトルにおいて、前記第１の光の発光ピーク強度は、前記第２の光の発光ピーク強度の１／１０以下である請求項１に記載の発光装置。
3. 前記発光装置の発光スペクトルにおいて、前記第１の光の発光ピーク強度は、前記第２の光の発光ピーク強度の１／３０以上である請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記発光装置の発光スペクトルの発光ピーク波長と、前記第２の光の発光ピーク波長が実質的に等しい請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記発光装置の発光スペクトルと前記第２の光の発光スペクトルとが実質的に等しい請求項１に記載の発光装置。
6. 前記発光装置が発光する光の色度は、ＣＩＥ１９３１色度図のｘｙ色度座標系において、(ｘ＝０．６４５、ｙ＝０．３３５)、(ｘ＝０．６６５、ｙ＝０．３３５)、(ｘ＝０．７３５、ｙ＝０．２６５)、(ｘ＝０．７２１、ｙ＝０．２５９)の４点を結んでできる四角形の範囲内にある請求項１〜５のいずれかに記載の発光装置。
7. 前記透光性部材が板状である請求項１〜６のいずれかに記載の発光装置。
8. 前記透光性部材がガラスである請求項１〜６のいずれかに記載の発光装置。
9. 前記発光素子の側面と、前記蛍光体層の側面と、前記反射膜の側面とが反射部材によって覆われている請求項１〜８のいずれかに記載の発光装置。
10. 前記反射膜は、誘電体多層膜である請求項１〜９のいずれかに記載の発光装置。
11. 断面視において、前記蛍光体層の幅は、前記発光素子の発光面の幅より大きい請求項１〜１０のいずれかに記載の発光装置。
12. 発光素子と蛍光体層と反射膜とを備えた発光装置の製造方法であって、
    透光性部材の上面に、前記反射膜として、異なる屈折率を有する誘電体層を交互に含む誘電体多層膜を形成することにより形成することと、
    前記誘電体多層膜上、又は透光性部材の下面に、蛍光体層を形成することと、
    前記蛍光体層を前記発光素子の発光面に接合することと、
    を含む発光装置の製造方法。
13. 前記透光性部材が板状である請求項１２に記載の発光装置の製造方法。
14. 前記透光性部材がガラスである請求項１２又は１３に記載の発光装置の製造方法。

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