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JP2022086688A - 光源、光源装置および光源の製造方法 - Google Patents

光源、光源装置および光源の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 部分照射時の発光特性に優れた光源、光源装置および光源の製造方法を提供する。【解決手段】 光源は、１次元または２次元に配置された複数の発光ユニット５１と、遮光部材６０と、を備え、各発光ユニットは、出射面を有する発光素子２０と、出射面に配置された波長変換部材３０と、波長変換部材の上面に配置された透光性部材４０とを含み、平面視において、波長変換部材は、発光素子の出射面よりも大きく、遮光部材は、各発光ユニットの発光素子の側面および波長変換部材の側面を被覆して複数の発光ユニット間に連続的に配置され、透光性部材は、発光素子の上方に位置する第１領域と、第１領域より外側に位置し、第１領域よりも厚さの小さい第２領域と、を含み、各発光ユニットの透光性部材の側面の少なくとも一部は遮光部材から露出している。【選択図】図２Ｂ

Description

本開示は、光源、光源装置および光源の製造方法に関する。
複数の発光素子をアレイ状に配置した光源が種々の分野で利用されている。このような光源は、複数の発光素子の任意の一部を駆動させることによって、照射領域を変化させた部分照射が可能である。このような特徴を利用すれば、従来にない機能を備えた灯具を実現することが可能である。例えば、特許文献１は、車両の配光可変型前照灯に使用可能な光源を開示している。
特開２０１６-２１９６３７号公報
本開示は、部分照射時の発光特性に優れた光源、光源装置および光源の製造方法を提供する。
本開示の一実施形態による光源は、１次元または２次元に配置された複数の発光ユニットと、遮光部材と、を備え、各発光ユニットは、出射面を有する発光素子と、前記出射面に配置された波長変換部材と、前記波長変換部材の上面に配置された透光性部材とを含み、平面視において、前記波長変換部材は、前記発光素子の前記出射面よりも大きく、前記遮光部材は、各発光ユニットの前記発光素子の側面および前記波長変換部材の側面を被覆して前記複数の発光ユニット間に連続的に配置され、前記透光性部材は、前記発光素子の上方に位置する第１領域と、前記第１領域より外側に位置し、前記第１領域よりも厚さの小さい第２領域と、を含み、各発光ユニットの前記透光性部材の側面の少なくとも一部は前記遮光部材から露出している。
本開示の一実施形態による光源装置は、前記光源と、前記光源から所定の距離を隔てて載置されたレンズとを備えている。本開示の一実施形態による光源の製造方法は、透光性層および波長変換層を含む積層体の前記波長変換層上に、出射面および前記出射面と反対側に位置する電極面を有する複数の発光素子を、前記出射面が前記波長変換層と対向するように１次元または２次元に配置し、前記複数の発光素子と前記波長変換層とを接合する工程と、前記複数の発光素子間のそれぞれにおいて、前記波長変換層側から前記積層体を分断する第１溝を形成することにより、前記複数の発光素子にそれぞれ波長変換部材と透光性部材とを配置する工程と、前記複数の波長変換部材の側面および前記複数の透光性部材の側面と、前記複数の発光素子の側面と、を被覆する遮光部材を、前記複数の発光素子間に配置する工程と、前記透光性部材の前記波長変換部材と反対側の面において、少なくとも前記複数の透光性部材間に位置する遮光部材の一部を除去し、複数の透光性部材の一部を前記遮光部材から露出させる第２溝を形成する工程と、を含む。
本開示の他の一実施形態による光源の製造方法は、透光性層および波長変換層を含む積層体の前記波長変換層上に、出射面および前記出射面と反対側に位置する電極面を有する複数の発光素子を、前記出射面が前記波長変換層と対向するように１次元または２次元に配置し、前記複数の発光素子と前記波長変換層とを接合する工程と、前記複数の発光素子間のそれぞれにおいて、前記波長変換層側から前記波長変換層を分断し、前記透光性層に達する第１溝を形成することにより、複数の発光素子にそれぞれ波長変換部材を配置する工程と、前記複数の波長変換部材の側面と、前記透光性層の前記第１溝内に露出した部分と、前記複数の発光素子の側面と、を被覆する遮光部材を、前記複数の発光素子間に配置する工程と、前記複数の発光素子間において、前記透光性層側から前記透光性層の一部を除去し、前記遮光部材に達する第２溝を形成することにより、前記複数の波長変換部材上にそれぞれ位置する複数の透光性部材を形成する工程と、を含む。
本開示の一実施形態によれば、部分照射時の発光特性に優れた光源、光源装置および光源の製造方法が提供される。
図１は、第１実施形態の光源１０１の模式斜視図である。 図２Ａは、図１に示す光源の模式上面図である。 図２Ｂは、図２Ａに示す２Ｂ－２Ｂ線における光源の模式断面図である。 図２Ｃは、発光ユニットの模式断面図である。 図２Ｄは、発光ユニットの模式上面図である。 図３は、第１実施形態の光源の製造方法を示すフローチャートである。 図４Ａは、第１実施形態の光源の製造方法における工程断面図である。 図４Ｂは、第１実施形態の光源の製造方法における工程断面図である。 図４Ｃは、第１実施形態の光源の製造方法における工程断面図である。 図４Ｄは、第１実施形態の光源の製造方法における工程断面図である。 図４Ｅは、第１実施形態の光源の製造方法における工程断面図である。 図４Ｆは、第１実施形態の光源の製造方法における工程断面図である。 図４Ｇは、第１実施形態の光源の製造方法における工程断面図である。 図５Ａは、第１溝または第２溝の形成に用いるブレードの先端部分の模式断面図である。 図５Ｂは、第１溝または第２溝の形成に用いるブレードの先端部分の模式断面図である。 図５Ｃは、第１溝または第２溝の形成に用いるブレードの先端部分の模式断面図である。 図６Ａは、発光ユニットの他の形態を示す模式断面図である。 図６Ｂは、発光ユニットの他の形態を示す模式断面図である。 図７Ａは、光源の他の形態を示す模式断面図である。 図７Ｂは、図７Ａに示す光源における発光ユニットの模式断面図である。 図７Ｃは、発光ユニットの他の形態を示す模式断面図である。 図８Ａは、第２実施形態の光源を示す模式断面図である。 図８Ｂは、第２実施形態の発光ユニットの模式断面図である。 図９Ａは、第２実施形態の光源の製造方法における工程断面図である。 図９Ｂは、第２実施形態の光源の製造方法における工程断面図である。 図１０Ａは、発光ユニットの他の形態を示す模式断面図である。 図１０Ｂは、発光ユニットの他の形態を示す模式断面図である。 図１０Ｃは、発光ユニットの他の形態を示す模式断面図である。 図１１は、第３の実施形態の光源の模式上面図である。 図１２Ａは、第４の実施形態の光源装置の模式上面図である。 図１２Ｂは、図１２Ａに示す１２Ｂ－１２Ｂ線における光源装置の模式断面図である。 図１３Ａは、実験例の光源の輝度分布を示すシミュレーション結果である。 図１３Ｂは、比較例の光源の輝度分布を示すシミュレーション結果である。
図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、例示であり、本開示による光源および光源の製造方法は、以下の実施形態に限られない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、工程、その工程の順序などは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。以下に説明する各実施形態は、あくまでも例示であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の組み合わせが可能である。
図面が示す構成要素の寸法、形状等は、わかり易さのために誇張されている場合があり、実際の光源における寸法、形状および構成要素間の大小関係を反映していない場合がある。また、図面が過度に複雑になることを避けるために、一部の要素の図示を省略したり、断面図として切断面のみを示す端面図を用いたりすることがある。
以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。また、特定の方向または位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語）を用いる場合がある。しかしながら、それらの用語は、参照した図面における相対的な方向または位置をわかり易さのために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」等の用語による相対的な方向または位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品、製造装置等において、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。本開示において「平行」とは、特に他の言及がない限り、２つの直線、辺、面等が０°から±５°程度の範囲にある場合を含む。また、本開示において「垂直」または「直交」とは、特に他の言及がない限り、２つの直線、辺、面等が９０°から±５°程度の範囲にある場合を含む。さらに、「上」と表現する位置関係は接している場合と接していないが上方に位置している場合も含む。
以下に示す図では、互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を示す矢印が示されている。ｘ軸に沿うｘ方向は、実施形態に係る光源が備える発光ユニットが配置される配置平面内（言い換えると、発光ユニットが配列する配列平面内）での所定方向を示し、ｙ軸に沿うｙ方向は、発光ユニットの配置平面内でｘ方向に直交する方向を示し、ｚ軸に沿うｚ方向は、配置平面に直交する方向を示すものとする。またｘ方向で矢印が向いている方向を＋ｘ方向、＋ｘ方向の反対方向を－ｘ方向とし、ｙ方向で矢印が向いている方向を＋ｙ方向、＋ｙ方向の反対方向を－ｙ方向とし、ｚ方向で矢印が向いている方向を＋ｚ方向、＋ｚ方向の反対方向を－ｚ方向とする。実施形態では、光源は一例として＋ｚ方向に光を照射するものとする。但し、このことは、光源および光源装置の使用時における向きを制限するわけではなく、光源および光源装置の向きは任意である。
＜第１実施形態＞
（光源１０１の構造）
図１は、第１実施形態の光源１０１の模式斜視図であり、図２Ａは、光源１０１の模式上面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す２Ｂ－２Ｂ線における光源１０１の模式断面図である。光源１０１は複数の発光ユニット５１と遮光部材６０とを備える。
複数の発光ユニット５１は、１次元または２次元に配置されている。例えば、図２に示すように、ｘ方向およびｙ方向の２次元に配置されている。本実施形態では光源１０１は、６３個の発光ユニット５１を含み、ｘ方向およびｙ方向に７行９列で配置されている。しかし、光源１０１に含まれる発光ユニット５１の数は任意であり、他の数であってよい。発光ユニット５１の数は、例えば９～４００程度であり、複数の発光ユニット５１は、例えば３行３列から２０行２０列程度に配置されている。
１つの発光ユニット５１は、例えば、平面視つまりｘｙ平面において、一辺が１００μｍ～５００μｍ、好ましくは一辺が２００μｍ～４００μｍの正方形または長方形形状を有している。光源１０１は、例えば、ｘｙ平面において、一辺が１ｍｍ～５ｍｍ、好ましくは一辺が２ｍｍ～３ｍｍの正方形または長方形形状を有している。光源１０１の厚さは例えば、１００μｍ～１ｍｍ程度である。発光ユニット５１のサイズおよび数、並びに、光源１０１のサイズは、用途に応じて決定される。例えば、光源１０１は、スマートフォンなどの携帯デバイスの撮影用フラッシュまたは撮像用の照明として用いることができる。
図２Ｃは、発光ユニット５１の模式断面図である。図２Ｄは、発光ユニット５１の模式上面図である。各発光ユニット５１は、出射面２０ａを有する発光素子２０と、出射面２０ａに配置された波長変換部材３０と、波長変換部材３０の上面３０ａに配置された透光性部材４０とを含む。本実施形態では、複数の発光素子２０の出射面２０ａの大きさは、互いに等しい。遮光部材６０は、発光素子２０の側面２０ｃおよび波長変換部材３０の側面３０ｃを被覆して複数の発光ユニット５１間に連続的に配置されている。そして、各発光ユニットの透光性部材の側面の少なくとも一部は遮光部材６０から露出している。以下、各構成要素に分けて、発光ユニット５１の構造をより詳細に説明する。
［発光素子２０］
発光素子２０は、出射面２０ａと電極面２０ｂと、側面２０ｃとを含む。電極面２０ｂには、正負の電極２１が位置している。
発光素子２０は、レーザーダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子である。発光素子２０は典型的にはＬＥＤである。発光素子２０は、例えば、サファイアまたは窒化ガリウム等の支持基板と、支持基板上の半導体積層体とを含む。半導体積層体は、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層と、これらに挟まれた活性層と、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層と電気的に接続されたｐ側電極およびｎ側電極を含む。半導体積層体は、紫外～可視域の発光が可能な窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を含んでいてもよい。正負の電極２１は、ｐ側電極およびｎ側電極と電気的に接続されている。
発光素子２０は、青色光を出射する発光素子であってもよいし、青色光以外の色、例えば赤色光または緑色光、紫外光を出射する発光素子であってもよい。本実施形態では、各発光ユニット５１の発光素子２０として、青色光を出射するＬＥＤを例示する。
発光素子２０の上面視における形状である出射面２０ａは、典型的には、矩形である。出射面２０ａの矩形形状の一辺の長さは、発光ユニット５１の上面視における一辺の長さより小さいことが好ましい。例えば、発光素子２０の矩形形状の一辺の長さは、５０μｍ～３００μｍである。
［波長変換部材３０］
波長変換部材３０は、発光素子２０の出射面２０ａ上に配置されている。波長変換部材３０は、発光素子２０の出射面２０ａから出射された光の一部を吸収し、吸収した光よりも長い波長の光を放出する。
平面視において、波長変換部材３０は、発光素子２０の出射面２０ａよりも大きいことが好ましい。これにより発光素子２０の出射面２０ａよりも大きい領域から波長変換光（例えば白色光）を出射させることができる。よって、光源１０１において発光素子２０の配列間隔が十分に小さくできない場合でも、複数の発光ユニット５１を点灯させた場合に、発光ユニット５１間に輝度の低い領域が生じるのを抑制することができる。
波長変換部材３０は、例えば、透光性樹脂と、蛍光体とを含む。蛍光体としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（例えば、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（例えば、Ｌｕ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）、テルビウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（例えば、Ｔｂ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）、βサイアロン蛍光体（例えば、（Ｓｉ，Ａｌ）３（Ｏ，Ｎ）４：Ｅｕ）、αサイアロン蛍光体（例えば、Ｍｚ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６（但し、０＜ｚ≦２であり、ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、およびＬａとＣｅを除くランタニド元素））、ＣＡＳＮ系蛍光体（例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）若しくはＳＣＡＳＮ系蛍光体（例えば、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）等の窒化物系蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（例えば、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ）若しくはＭＧＦ系蛍光体（例えば、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ）等のフッ化物系蛍光体、ペロブスカイト、カルコパイライト、または、量子ドット蛍光体等を用いることができる。
透光性樹脂としては、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、フッ素樹脂等を用いること個ができる。これら樹脂の混合物を用いてもよい。
波長変換部材３０は、複数種類の蛍光体を含んでいてもよく、例えば、青色の光を吸収して黄色の光を放出する蛍光体や青色の光を吸収して赤色の光を放出する蛍光体を含んでいてもよい。これにより、発光ユニット５１から所望の白色の光を出射させることができる。
波長変換部材３０は、遮光しない程度に光拡散材を含んでいてもよい。波長変換部材３０に含有される光拡散材の含有率は、発光素子２０から出射した光および/または波長変換された光に対する波長変換部材３０の透過率が５０％以上９９％以下、好ましくは７０％以上９０％以下となるように調整することができる。光拡散材としては、例えば、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、またはガラス等を用いることができる。
波長変換部材３０は、蛍光体を含むガラスを用いてもよい。また、波長変換部材は、蛍光体のみを含む焼結体、または、蛍光体と上述した光拡散材とを含む焼結体であってもよい。
［透光性部材４０］
透光性部材４０は、波長変換部材３０の上面３０ａに配置されており、上面３０ａを被覆している。透光性部材４０は、発光ユニット５１の発光面を構成する。透光性部材４０は、波長変換部材３０から出射する光の輝度むらを抑制することができる。
透光性部材４０は、上面４０ａと上面４０ａと反対側の下面４０ｂとを有する。また、透光性部材４０は、上面４０ａ側からの平面視において、発光素子２０の上方に位置する第１領域Ｒ１と、第１領域Ｒ１より外側に位置する第２領域Ｒ２とを含む。本実施形態では、第１領域Ｒ１の面積は発光素子２０の出射面２０ａ面積よりも大きいが、第１領域Ｒ１の面積は、出射面２０ａ面積と同じであってもよい。図２Ｄでは、分かりやすさのため、第１領域Ｒ１には網掛けをつけず、第２領域Ｒ２および遮光部材６０に図２Ｃで示す断面と同じ網掛けを付している。図２Ｄに示すように、第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１を取り囲んでいる。
透光性部材４０において、第１領域Ｒ１の厚さは第２領域の厚さよりも大きい。言い換えると、第２領域Ｒ２の厚さｔ２は、第１領域Ｒ１２の厚さｔ１よりも小さい。本実施形態では、光源１０１の上面において、透光性部材４０の周囲に凹部４０ｒ（後述する第２溝１６２）が設けられることによって、透光性部材４０に第２領域Ｒが形成される。凹部４０ｒが設けられることによって、上面４０ａの面積は下面４０ｂの面積よりも小さくなっている。
透光性部材４０は、上面４０ａと下面４０ｂとの間に位置する側面を有する。側面は、透光性部材４０の、高さ方向に配置される第１側面４０ｃ１と第２側面４０ｃ２とを有する。第１側面４０ｃ１と第２側面４０ｃ２は、凹部４０ｒによって、それぞれその領域が画定される。また、透光性部材４０は、第１側面４０ｃ１と第２側面４０ｃ２との間に位置し、上面４０ａおよび下面４０ｂと実質的平行な中間面４０ｄを有してもよい。
第１側面４０ｃ１は、凹部４０ｒの側面であり、上面４０ａに隣接している。第２側面４０ｃ２は、下面４０ｂに隣接している。中間面４０ｄは、凹部４０ｒの底面である。後述するように、第１側面４０ｃ１は遮光部材６０から露出しており、第２側面４０ｃ２は遮光部材６０に覆われている。つまり、凹部４０ｒが設けられることによって、透光性部材４０の側面の少なくとも一部が遮光部材６０から露出するように構成されている。
透光性部材４０は、波長変換部材３０に用いる透光性樹脂と同様の樹脂を用いて構成することができる。また、透光性部材４０は、ガラス、透光性を有するセラミックスなどによって構成されていてもよい。
透光性部材４０は、好ましくは光拡散材を含む。光拡散材としては、波長変換部材３０に添加し得る光拡散材と同様の材料を用いることができる。
［遮光部材６０］
遮光部材６０は、各発光ユニット５１の発光素子２０の側面２０ｃおよび波長変換部材３０の側面３０ｃを被覆して複数の発光ユニット５１間に連続的に配置されている。遮光部材６０は光遮光性あるいは光反射性を有する。遮光部材６０は、少なくともこれらの側面を覆うことによって、各発光ユニット５１の発光素子２０の側面２０ｃおよび波長変換部材３０の側面３０ｃから出射する光が隣接する発光ユニット５１に入射するのを抑制する。
本実施形態では、遮光部材６０は発光素子２０の側面から延在して発光素子２０の電極面２０ｂも被覆している。なお、この際、電極面２０ｂの電極２１の表面は遮光部材６０から露出している。また、波長変換部材３０が発光素子２０の出射面２０ａよりも大きいため、波長変換部材３０の下面３０ｂのうち、出射面２０ａと接していない領域が遮光部材６０で覆われている。遮光部材６０は、透光性部材４０の第２側面４０ｃ２も被覆している。
遮光部材６０の反射率は、例えば、２０％～９５％が好ましく、より好ましくは５０％～９５％である。遮光部材６０は、例えば、光拡散材と樹脂材料とを含む。樹脂材料および光拡散材には波長変換部材３０に用いられる透光性樹脂および光拡散材と同様の材料を用いることができる。また、遮光部材は、光拡散材に加えて、カーボンブラック等の光吸収材を含んでいてもよい。
［光源１０１の動作］
光源１０１において、発光素子２０の出射面２０ａから出射した光は波長変換部材３０および透光性部材４０を透過して外部へ放射する。この時、波長変換部材３０によって発光素子２０からの光の少なくとも一部の波長が変換される。外部へ出射する光は、発光素子２０から出射した光と波長変換された光とを含む。例えば、発光素子２０から青色光を出射し、波長変換部材３０が少なくとも黄色蛍光体を含む場合、青色光と黄色光が混合されることによって、光源１０１は、白色光を出射する。
光源１０１は、上述した構造を備えることによって、部分照射時の発光特性に優れる。具体的には、まず平面視において、波長変換部材３０は、発光素子２０の出射面２０ａよりも大きいため、発光素子２０の出射面２０ａよりも大きい領域から白色光を出射させることができる。よって、発光素子２０の配列間隔が十分に小さくできない場合でも、複数の発光ユニット５１を点灯させた場合に、発光ユニット５１間に輝度の低い領域が生じるのを抑制することができる。
また、隣接する発光ユニット５１において、波長変換部材３０間の距離は発光素子２０間の距離よりも小さい。これに対し、光源１０１では、隣接する発光ユニット５１の対向する発光素子２０の側面間及び波長変換部材３０の側面３０ｃ間には遮光部材６０が配置されている。このため、各発光ユニット５１の発光素子２０から入射した光が、隣接する発光ユニット５１の波長変換部材３０に入射することや、隣接する波長変換部材３０間の光の伝搬を抑制することができる。よって、点灯した発光ユニット５１と非点灯の発光ユニット５１との境界における漏れ光を抑制することができる。
透光性部材４０は、発光素子２０上に位置する第１領域Ｒ１と第１領域Ｒ１の外側に位置する第２領域とを含む。透光性部材４０において、比較的輝度が高い発光素子２０の直上の第１領域Ｒ１に対して、第１領域Ｒ１の周辺に位置し、輝度が低い第２領域Ｒ２の厚さを小さくしている。このため、透光性部材４０に光拡散材を含有させることにより、透光性部材４０における吸収や拡散を抑制させ、透光性部材４０から出射する光の輝度の均一性を高めることができる。
また、透光性部材４０は、遮光部材６０で覆われていない第１側面４０ｃ１を有している。つまり、光源１０１の隣接する発光ユニット５１間において、透光性部材４０の第１側面４０ｃ１は遮光部材６０を介さずに対向して配置されている。このため、透光性部材４０において、第１側面４０ｃ１から横方向に光が出射され、隣接する発光ユニット５１間で輝度の低下が生じるのを抑制することができる。これにより、隣接する発光ユニット５１を点灯させた際に、発光ユニット５１間に暗線が生じることを抑制することができる。
（光源１０１の製造方法）
光源１０１の製造方法の実施形態を説明する。図３は、光源１０１の製造方法の一例を示すフローチャートであり、図４Ａから図４ＧＫは、図３に示す光源１０１の製造方法における工程断面図である。本実施形態の光源１０１の製造方法は、発光素子を接合する工程（Ｓ１）と、第１溝を形成する工程（Ｓ２）と、遮光部材を配置する工程（Ｓ３）と、第２溝を形成する工程（Ｓ４）を少なくとも含む。
［発光素子を接合する工程（Ｓ１）］
図４Ａに示すように、透光性部材の集合体である透光性層１４０と、波長変換部材の集合体である波長変換層１３０とを接着剤あるいは接着シートを用いて張り合わせ、積層体１５０を得る。透光性層１４０および波長変換層１３０は、１つの光源１０１に対応するサイズを備えていてもよいし、複数の光源１０１を形成することが可能なサイズを備えていてもよい。積層体１５０の透光性層１４０を支持体１２０に仮固定する。
図４Ｂに示すように、複数の発光素子２０を積層体１５０に接合させる。発光素子２０の出射面２０ａが波長変換層１３０と対向するように発光素子２０を配置し、複数の発光素子２０を波長変換層１３０上に接合する。接合は、波長変換層１３０の表面、あるいは、発光素子２０の出射面２０ａに、あらかじめ接着剤、接着シート等の透光性の接合部材を配置し、接合部材を介して接合することができる。複数の発光素子２０は、光源１０１における発光ユニット５１のピッチで１次元または２次元に配置される。
なお、透光性層１４０と波長変換層１３０との接合、波長変換層１３０と発光素子２０との接合は、接合部材を介さずに、透光性層１４０や波長変換層１３０のタック性等を利用して直接接合してもよい。
［第１溝を形成する工程（Ｓ２）］
図４Ｃに示すように、複数の発光素子２０間のそれぞれにおいて、積層体１５０を分断する第１溝１６１を形成する。図４Ｂに示すように、積層体１５０の矢印で示す位置にダイシングソーなどのブレードを当て、各発光素子２０間において、波長変換層１３０側から積層体１５０に幅ｗ１を有する第１溝４Ｃを形成する。これにより、各発光素子２０に波長変換部材３０と透光性部材４０とが配置される。また第１溝１６１の側面には、波長変換部材３０の側面３０ｃと透光性部材４０の側面４０ｃとが露出される。
なお、この工程において、第１溝１６１は積層体１５０を完全に分断しなくてもよい。少なくとも波長変換層１３０を完全に分断し、透光性層１４０に達していればよい。透光性層１４０は、第１溝１６１によって一部が除去されていてもよいし、全く除去されていなくてもよい。
［遮光部材を配置する工程（Ｓ３）］
図４Ｄに示すように、複数の発光素子２０間に遮光部材６０を配置する。具体的には、第１溝１６１の側面に露出する複数の波長変換部材３０の側面３０ｃおよび複数の透光性部材４０の側面４０ｃと、複数の発光素子２０の側面２０ｃとを被覆するように遮光部材６０を配置する。本実施形態では複数の発光素子２０の電極面２０ｂおよび電極面の電極２１を被覆するように遮光部材６０が配置される。遮光部材６０は、例えば、トランスファーモールド、ポッティング、印刷、スプレー等の方法で形成することができる。
図４Ｅに示すように、形成した遮光部材６０の一部を上面６０ｂから研磨又は研削することによって、各発光素子２０の電極２１の表面を露出させる。
［第２溝を形成する工程（Ｓ４）］
図４Ｆに示すように、支持体１２０を透光性部材４０から取り外し、透光性部材４０の波長変換部材３０と反対側の面である上面４０ａを露出させる。続いて、図４Ｇに示すように、上面４０ａ側から複数の透光性部材４０間に位置する遮光部材６０の外縁部分を除去し、複数の透光性部材の一部を遮光部材６０から露出させる第２溝１６２を形成する。第２溝１６２は、ダイシングソーなどのブレードを用いて形成することができる。
本実施形態では、第２溝１６２は第１溝１６１の幅ｗ1よりも広い幅ｗ２を有しているため、第２溝１６２は遮光部材６０を挟んで対向する透光性部材４０の外縁部分も除去している。第２溝１６２は、波長変換部材３０には達しておらず、透光性部材４０の厚さの半分程度の深さを有している。第１溝１６１を形成する工程において、第１溝１６１が積層体１５０を完全に分断していない場合には、第２溝１６２は、第１溝１６１に達する深さで形成する。
第２溝１６２の断面形状は、第２溝１６２の形成に用いるブレードの先端部分の断面形状を反映している。本実施形態では、図５Ａに示すように、ブレードの先端部分の断面が矩形形状を有していることによって、上面４０ａに対して垂直な第１側面４０ｃ１が形成される。第２溝１６２の形成によって透光性部材４０に遮光部材６０から露出した第１側面４０ｃ１と遮光部材６０に被覆された第２側面４０ｃ２が形成される。
これにより光源１０１が完成する。透光性層１４０および波長変換層１３０が複数の光源１０１に対応するサイズを備えている場合には、複数の光源１０１が遮光部材６０で繋がっている。このため、光源１０１間の境界で、遮光部材６０を切断することによって、複数の光源１０１をそれぞれ分離し、光源１０１が完成する。
［他の形態］
本開示の光源には種々の改変が可能である。上述したように第２溝１６２の形成に用いるブレードの先端部分の形状によって、各発光ユニット５１の透光性部材４０が有する第１側面の形状を異ならせることができる。
図５Ｂに示すように、断面の先端がＵ字形状または曲線を有するブレードを用いて第２溝１６２を形成する場合、図６Ａに示すように、透光性部材４０は、曲面部分を有する第１側面４０ｃ１を備える。第２側面４０ｃ２は第１溝１６１で形成されるため、図３と同様に第２側面４０ｃ２は平面である。
図５Ｃに示すように、断面の先端が台形形状を有するブレードを用いて第２溝１６２を形成する場合、図６Ｂに示すように、透光性部材４０は、鉛直方向から傾いた第１側面４０ｃ１を備える。
このように第１側面４０ｃ１の形状や傾きを異ならせることによって、第１側面４０ｃ１から出射する光の方向を異ならせることができる。よって発光ユニット５１からの横方向に出射される光の配光を調節し得る。
図７Ａおよび図７Ｂは、透光性部材が他の形態を有する光源１０２の例を示している。図７Ａおよび図７Ｂに示すように光源１０２の各発光ユニット５２は、透光性部材が第２側面を有していない点で図２Ａおよび図２Ｂに示す光源１０１と異なる。光源１０２の発光ユニット５２において、透光性部材４２は、第２側面を有しておらず第１側面４１ｃ１が上面４０ａと下面４０ｂとに隣接している。つまり、光源１０２が備える各発光ユニット５２の透光性部材４２の側面全体は、遮光部材６０から露出している。第１側面４２ｃ１は曲面部分を有している。このような形状の透光性部材４２を有する光源１０２は、第２溝１６２を形成する工程において、図５Ｂに示す断面形状のブレードを用い、波長変換部材３０に達するまで第２溝１６２を形成することによって作製することができる。同様に、図５Ｃに示す断面形状のブレードを用い、波長変換部材３０に達するまで第２溝１６２を形成することによって、図７Ｃに示す形状の透光性部材４３を有する光源１０３を作製することも可能である。透光性部材４３は、鉛直方向から傾いた平面状の第１側面４３ｃ１を有している。
＜第２実施形態＞
図８Ａは、第２実施形態の光源１０４の模式断面図であり、図８Ｂは、発光ユニット５４の模式断面図である。光源１０４は、各発光ユニット５４において、透光性部材４４の上面４４ａの面積が下面４４ｂの面積よりも大きい点で、第１実施形態の光源１０１と異なっている。透光性部材４４は、第１実施形態と同様、第２領域Ｒ２の厚さが、第１領域Ｒ１２の厚さよりも小さい。また、第１側面４４ｃ１は遮光部材６０から露出しており、第２側面４４ｃ２は遮光部材６０で被覆されている。光源１０４も第１実施形態と同様の効果を奏する。
光源１０４は、第１実施形態の光源の製造方法において、第１溝１６１および第２溝１６２を形成する工程を変更することによって製造することができる。具体的には、図９Ａに示すように、複数の発光素子２０間のそれぞれにおいて、波長変換層１３０側から波長変換層１３０を分断し、透光性層１４０に達する第１溝１７１を形成する。第１溝１７１の幅ｗ１は第１実施形態の第１溝１６１の幅ｗ１よりも大きくする。また、第１溝１７１は支持体１２０に達しないように形成する。つまり透光性層１４０は第１溝１７１によって分断されない。第１溝１７１を形成することによって波長変換層１３０が分断され、各発光ユニット５４に対応する波長変換部材３０が形成される。第１溝１７１には遮光部材６０が配置される。
そして、複数の発光素子間のそれぞれにおいて、透光性層１４０側から透光性層１４０の一部を除去し、遮光部材６０に達する第２溝を形成する。これにより、複数の波長変換部材３０上にそれぞれ位置する複数の透光性部材４０が形成される。なお、図９Ｂに示すように、第２溝１７２を形成する際、第２溝１７２の幅ｗ２は第１溝１７１の幅ｗ１よりも小さくすることが好ましい。本実施形態では、第２溝１７２は、透光性層１４０を切断し、第１溝１７１に達する深さに設定する。第２溝１７２を形成することによって透光性層１４０が分断され、各発光ユニット５４に対応する透光性部材４４が形成される。
［他の形態］
第１実施形態と同様第１溝１７１を形成する際に用いるブレードの形状を異ならせることによって、各発光ユニット５４の透光性部材４４が有する第２側面の形状を異ならせることができる。
図５Ｂに示すように、断面の先端が曲線を有するブレードを用いて第１溝１７１を形成する場合、図１０Ａに示すように、透光性部材４４は、曲面部分を有する第２側面４０ｃ２を備える。
図５Ｃに示すように、断面の先端が台形形状を有するブレードを用いて第１溝１７１を形成する場合、図１０Ｂに示すように、透光性部材４４は、鉛直方向から傾いた第２側面４０ｃ２を備える。
また、第１溝１７１の形成に、第２溝１７２の形成に用いるブレードと同じ形状のブレードを用い、第１溝１７１の幅ｗ１と第２溝１７２の幅を同じにすることによって、図１０Ｃに示す形態を備えた透光性部材４５を備えた発光ユニット５５を含む光源１０５を作製することができる。
光源１０５は、各発光ユニット５５において、透光性部材４５の上面４５ａの面積と下面４５ｂの面積が等しい点で、第１実施形態の光源１０１と異なっている。透光性部材４５は、上面４５ａおよび下面４５ｂに隣接した側面４５ｃを有しており、側面４５ｃのうち、上面４５ａ側の一部が遮光部材６０から露出しており、下面４５ｂ側の一部が遮光部材６０で覆われている。
＜第３の実施形態＞
図１１は、第３の実施形態の光源１０６の模式平面図である。光源１０６は、複数の発光ユニットの発光素子の出射面の大きさが同一ではない点で、第１実施形態の光源１０１と異なる。
光源１０６は、２次元に配置された複数の発光ユニット５６を備えている。複数の発光ユニット５６は、複数の第１発光ユニット５６Ａと、複数の第２発光ユニット５６Ｂと、複数の第３発光ユニット５６Ｃと、複数の第４発光ユニット５６Ｄとを含む。
図１１において、網掛けで示すように、第１発光ユニット５６Ａ、複数の第２発光ユニット５６Ｂ、複数の第３発光ユニット５６Ｃおよび複数の第４発光ユニット５６Ｄにおいて、発光素子の出射面２０ａの大きさが異なっている。第１発光ユニット５６Ａ、複数の第２発光ユニット５６Ｂ、複数の第３発光ユニット５６Ｃおよび複数の第４発光ユニット５６Ｄの出射面２０ａの面積をそれぞれ、Ａａ、Ａｂ、ＡｃおよびＡｄとすると、Ａａ＜Ａｂ＜Ａｃ＜Ａｄの関係を満たしている。
光源１０６において、複数の発光ユニット５６が配列された発光面（つまり光源１０６の上面）の中心Ｃから各第１発光ユニット５６Ａ、第２発光ユニット５６Ｂ、第３発光ユニット５６Ｃおよび第４発光ユニット５６Ｄの平面視における中心までの距離をそれぞれｒａ、ｒｂ、ｒｃおよびｒｄとする。出射面２０ａの面積が異なる任意の２つの発光ユニット５６を選択した場合、ｒａ＜ｒｂ＜ｒｃ＜ｒｄの関係を満たしている。つまり、発光素子２０の出射面２０ａが大きい発光ユニットほど中心Ｃから遠くに配置されている。
このため、第２発光ユニット５６Ｂは第１発光ユニット５６Ａよりも中心Ｃから離れており（ｒａ＜ｒｂ）、第２発光ユニット５６Ｂの発光素子２０の出射面２０ａの面積は、第１発光ユニット５６Ａの発光素子２０の出射面２０ａの面積よりも大きい。第１発光ユニット５６Ａと、第３発光ユニット５６Ｃおよび第４発光ユニット５６Ｄについても同様の関係を満たしている。また、第２発光ユニット５６Ｂと、第３発光ユニット５６Ｃおよび第４発光ユニット５６Ｄとについても、並びに、第３発光ユニット５６Ｃと第４発光ユニット５６Ｄとについても同様の関係を満たしている。
光源１０６は上述した構造を備えていることにより、すべての発光ユニット５６を点灯させた場合、発光面１０１ａにおける輝度は中心近傍に比べて周辺領域のほうが高くなる。このような発光特性は、投影用のレンズと組み合わせて照明装置に用いる場合に、より適切な照明光を実現することができる。詳細については第４の実施形態で説明する。
＜第４の実施形態＞
光源装置の実施形態を説明する。図１２Ａは光源装置２０１の模式正面図であり、図１２Ｂは図１２Ａの１２Ｂ－１２Ｂ線における光源装置２０１の模式断面図である。
光源装置２０１は、レンズ２０２と、光源２０３と、を備えている。本実施形態では、光源装置２０１は、基板２０５および支持体２０４をさらに備えている。光源２０３は上記いずれかの実施形態で説明した光源を用いることができる。例えば、光源２０３は、第３の実施形態の光源１０６である。光源２０３は、基板２０５に配置されている。基板２０５には、光源２０３の発光ユニット５６を独立して駆動可能な回路が形成されており、複数の発光ユニット５７の各発光素子２０と電気的に接続されている。
支持体２０４は、レンズ２０２を光源２０３の発光面２０３ａから所定の距離を隔てて保持している。レンズ２０２は、例えば凸レンズでありレンズ２０２の光軸が発光面２０３ａの中心に位置合わせされている。
レンズ２０２は投影系光学系であり、光源２０３から出射した光を、拡大して外部に投射する。このため、複数の発光ユニット５７が部分駆動された場合、部分駆動による光強度あるいは明滅に対応した強度および照射領域の光がレンズ２０２から投射される。
投射される光は、第１実施形態で説明したように、部分照射時の発光特性に優れる。また、光源２０３から出射した光は、レンズ２０２によって拡大投影されるため、撮像光学系と同様、周辺における光量の低下が生じる。しかし、第３の実施形態で説明したように、発光面２０３ａにおける輝度は中心近傍に比べて周辺領域のほうが高くなっているため、光量の低下が抑制される。よって照度むらのない均一な光を対象物に照射することができる。
＜実験例＞
本実施形態の光源から出射する光の輝度分布をシミュレーションによって測定した。実験例として、図２Ｃに示す発光ユニット５１が４行４列に配置された光源について、シミュレーションによる輝度の測定を行った。実験例の光源の輝度分布を図１３Ａに示す。また、比較例として、透光性部材が遮光部材から露出する側面を備えていない点以外は実験例の光源と同様である光源について、シミュレーションにより輝度の測定を行った。比較例の光源の輝度分布を図１３Ｂに示す。実験例の発光ユニット５１において、第１領域ｔ１の厚さは６０μｍ、第２領域ｔ２の厚さは３０μｍとした。比較例の発光ユニットには第１領域ｔ１を設けず、透光性部材の厚さは３０μｍとした。実験例、比較例ともに、遮光部材を介して対向する透光性部材及び波長変換部材の側面間の距離は２５μｍである。図１３Ａ及び図１３Ｂは、中央の４つの発光ユニットは点灯させず、周辺の１２の発光ユニットを点灯させた場合の輝度分布である。図１３Ａおよび図１３Ｂにおいて、白色の領域ほど輝度が高いことを示している。
図１３Ａおよび図１３Ｂから分かるように、実験例では、点灯している外周の発光ユニット間には輝度の低下した領域がほとんど見られないが、比較例では、発光ユニット間に輝度の低い領域があることが分かる。また、実験例では、点灯している領域と消灯している領域とのコントラストが高いのに対し、比較例では、点灯している領域と消灯している領域とのコントラストが低くなっている。このように実施例の光源によれば、部分照射の発光特性に優れることが分かる。
本発明の光源、光源装置は、種々の用途の発光装置として用いることができる。例えば種々の用途の灯具用の発光装置とし好適に用いることができる。
２０ 発光素子
２０ａ 出射面
２０ｂ 電極面
２０ｃ 側面
２１ 電極
３０ 波長変換部材
３０ａ 上面
３０ｂ 下面
３０ｃ 側面
４０、４２、４３、４４、４５ 透光性部材
４０ａ、４４ａ、４５ａ 上面
４０ｂ、４４ｂ、４５ｂ 下面
４０ｃ、４５ｃ 側面
４０ｃ１、４１ｃ１、４２ｃ１、４３ｃ１、４４ｃ１ 第１側面
４０ｃ２、４４ｃ２ 第２側面
４０ｄ 中間面
４０ｒ 凹部
５１、５２、５４、５５、５６、５７ 発光ユニット
５６Ａ ：第１発光ユニット
５６Ｂ ：第２発光ユニット
５６Ｃ ：第３発光ユニット
５６Ｄ ：第４発光ユニット
６０ ：遮光部材
１０１～１０６ 光源
１０１ａ ：発光面
１２０ ：支持体
１３０ ：波長変換層
１４０ ：透光性層
１５０ ：積層体
１６１、１７１ ：第１溝
１６２、１７２ ：第２溝
２０１ ：光源装置
２０２ ：レンズ
２０３ ：光源
２０３ａ ：発光面
２０４ ：支持体
２０５ ：基板

Claims (22)

  1. １次元または２次元に配置された複数の発光ユニットと、
    遮光部材と、
    を備えた光源であって、
    各発光ユニットは、
    出射面を有する発光素子と、
    前記出射面に配置された波長変換部材と、
    前記波長変換部材の上面に配置された透光性部材と、
    を含み、
    平面視において、前記波長変換部材は、前記発光素子の前記出射面よりも大きく、
    前記遮光部材は、各発光ユニットの前記発光素子の側面および前記波長変換部材の側面を被覆して前記複数の発光ユニット間に連続的に配置され、
    前記透光性部材は、前記発光素子の上方に位置する第１領域と、前記第１領域より外側に位置し、前記第１領域よりも厚さの小さい第２領域と、を含み、
    各発光ユニットの前記透光性部材の側面の少なくとも一部は前記遮光部材から露出している、光源。
  2. 各発光ユニットの前記透光性部材は、上面と、前記上面と反対側の下面とを有し、前記透光性部材の前記下面は、前記波長変換部材の上面と対向しており、
    前記透光性部材の前記側面は前記上面と前記下面の間に位置し、
    前記透光性部材の前記側面は、高さ方向に配置される、前記透光性部材の前記上面に隣接する第１側面と前記透光性部材の前記下面に隣接する第２側面とを含み、
    前記第１側面は、前記遮光部材から露出しており、
    前記第２側面は、前記遮光部材で覆われている、請求項１に記載の光源。
  3. 前記透光性部材の上面の面積は、前記透光性部材の下面の面積より小さい、請求項２に記載の光源。
  4. 前記透光性部材の上面の面積は、前記透光性部材の下面の面積よりも大きい、請求項２に記載の光源。
  5. 前記透光性部材は前記透光性部材の前記第１側面と前記第２側面との間に位置し、前記上面または前記下面と実質的に平行な中間面を有する、請求項３または４に記載の光源。
  6. 前記透光性部材の前記第１側面は曲面部分を有し、前記透光性部材の第２側面は平面である、請求項３に記載の光源。
  7. 各発光ユニットの前記透光性部材の前記側面全体は前記遮光部材から露出している、請求項１に記載の光源。
  8. 平面視において、前記透光性部材の前記第１領域の面積は、前記発光素子の前記出射面の面積よりも大きい、請求項１から７のいずれか一項に記載の光源。
  9. 前記透光性部材は、光拡散材を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の光源。
  10. 平面視において、前記複数の発光ユニットは所定の領域に２次元に配置されており、
    前記複数の発光ユニットは、少なくとも第１発光ユニットと第２発光ユニットを含み、
    前記第２発光ユニットは前記第１発光ユニットよりも前記所定の領域の中心から離れており、
    前記第２発光ユニットの前記発光素子の出射面は、前記第１発光ユニットの前記発光素子の出射面よりも大きい請求項１から９のいずれか一項に記載の光源。
  11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の光源と、
    前記光源から所定の距離を隔てて配置されたレンズと、
    を備えた光源装置。
  12. 透光性層および波長変換層を含む積層体の前記波長変換層上に、出射面および前記出射面と反対側に位置する電極面を有する複数の発光素子を、前記出射面が前記波長変換層と対向するように１次元または２次元に配置し、前記複数の発光素子と前記波長変換層とを接合する工程と、
    前記複数の発光素子間のそれぞれにおいて、前記波長変換層側から前記積層体を分断する第１溝を形成することにより、前記複数の発光素子にそれぞれ波長変換部材と透光性部材とを配置する工程と、
    前記複数の波長変換部材の側面および前記複数の透光性部材の側面と、前記複数の発光素子の側面と、を被覆する遮光部材を、前記複数の発光素子間に配置する工程と、
    前記透光性部材の前記波長変換部材と反対側の面において、少なくとも前記複数の透光性部材間に位置する遮光部材の一部を除去し、複数の透光性部材の一部を前記遮光部材から露出させる第２溝を形成する工程と、
    を含む、光源の製造方法。
  13. 前記第２溝を形成する工程は、前記複数の透光性部材の側面の一部を露出させる工程を含む請求項１２に記載の光源の製造方法。
  14. 前記第２溝を形成する工程において、前記第２溝は、前記複数の透光性部材の外縁部分も除去することによって、前記複数の透光性部材の外縁に遮光部材から露出した側面を形成する、請求項１２に記載の光源の製造方法。
  15. 透光性層および波長変換層を含む積層体の前記波長変換層上に、出射面および前記出射面と反対側に位置する電極面を有する複数の発光素子を、前記出射面が前記波長変換層と対向するように１次元または２次元に配置し、前記複数の発光素子と前記波長変換層とを接合する工程と、
    前記複数の発光素子間のそれぞれにおいて、前記波長変換層側から前記波長変換層を分断し、前記透光性層に達する第１溝を形成することにより、複数の発光素子にそれぞれ波長変換部材を配置する工程と、
    前記複数の波長変換部材の側面と、前記透光性層の前記第１溝内に露出した部分と、前記複数の発光素子の側面と、を被覆する遮光部材を、前記複数の発光素子間に配置する工程と、
    前記複数の発光素子間において、前記透光性層側から前記透光性層の一部を除去し、前記遮光部材に達する第２溝を形成することにより、前記複数の波長変換部材上にそれぞれ位置する複数の透光性部材を形成する工程と、
    を含む、光源の製造方法。
  16. 前記第２溝の幅は前記第１溝の幅よりも小さい請求項１２から１５のいずれか一項に記載の光源の製造方法。
  17. 前記第２溝の幅は前記第１溝の幅と等しい請求項１２から１５のいずれか一項に記載の光源の製造方法。
  18. 前記第２溝の幅は前記第１溝の幅よりも大きい請求項１２から１５のいずれか一項に記載の光源の製造方法。
  19. 前記第２溝の断面形状は、矩形、台形、Ｕ字形からなる群から選ばれる１つである、請求項１８に記載の光源の製造方法。
  20. 平面視において、前記波長変換部材は、前記発光素子の前記出射面よりも大きい、請求項１２から１９のいずれか一項に記載の光源の製造方法。
  21. 前記透光性層は拡散材を含む、請求項１２から２０のいずれか一項に記載の光源の製造方法。
  22. 前記複数の発光素子を接合する工程において、前記複数の発光素子は所定の領域に２次元に配置され、前記複数の発光素子は少なくとも第１発光素子と第２発光素子とを含み、
    前記第２発光素子は前記第１発光素子よりも前記所定の領域の中心から離れており、
    前記第２発光素子の出射面は、前記第１発光素子の出射面よりも大きい請求項１２から２１のいずれか一項に記載の光源の製造方法。
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