以下、場合により図面を参照しつつ、本� ��明の好適な実施形態について詳細に説明す� ��が、本発明は下記実施形態に限定されるも� ��ではない。なお、図面中、同一要素には同� ��符号を付すこととし、重複する説明は省略� ��る。また、上下左右等の位置関係は、特に� ��らない限り、図面に示す位置関係に基づく� ��のとする。更に、図面の寸法比率は図示の� ��率に限られるものではない。

 図1は本発明の製造方法により得ることの できる樹脂封止発光素子の一実施形態を示す 断面図である。図1に示す樹脂封止発光素子10 は、基板3上に形成された発光素子2と、発光� ��子2から発される光束を制御可能な形状に成 形された熱可塑性樹脂からなる光束制御部材 1とを有するものである。光束制御部材1には� ��光素子2を収容するための凹部が設けられて おり、その凹部表面が光入射面に相当する。 図1の樹脂封止発光素子10においては、発光素 子2の光出射面と光束制御部材1の光入射面と� ��、硬化性樹脂の硬化物4で接合されている。

 図1に示す樹脂封止発光素子10は、以下に� ��べる工程により製造され得る。まず始めに� ��熱可塑性樹脂を所定形状に成形してなる光� ��制御部材1を用意する。ここで所定形状とは 、発光素子から発される光束を制御可能な形 状を意味する。また、本発明における光束制 御部材とは、LED等の発光素子から発する光束 に所望の指向性を付与するための部材であっ て、具体的には、レンズ機能を有する形状に 成形された透明樹脂部材等である。

 光束制御部材1は図1に示す形状に限られ� �い。図2(a)~(d)は、本発明に適用可能な光束制 御部材の例を示す断面図である。図2(b)の光� �制御部材は図1における光束制御部材1と同一 形状を有しているが、図2(a)、(c)及び(d)は図1� ��光束制御部材1と形状が異なっている。

 図2(a)~(d)に示す光束制御部材はいずれも� �発光素子から発される光束が入射する光入� �面1bと、入射した光束が制御されて出射する 光出射面1aとを有しており、光出射面1a及び� �入射面1bは、光入射面1bから入射して光束制� ��部材1の内部を通過し光出射面1aから出射す� ��光束に対して、後述する所望の指向性を付� ��するような形状に成形されている。

 例えば図2(a)に示した光束制御部材1では� �光入射面1bは平滑平面に成形され、光出射面 1aは中心付近に内向きの傾斜面1dを有する平� �曲面に成形されている。このような形状を� �する光束制御部材の光入射面1bに光出射面1a� ��向に向かう光線を入射させると、傾斜面1d� �傾斜角度が適切に設定されていれば、光束� �御部材1の内部を透過して傾斜面1dに到達し� �光束は全反射を起こして周囲へ拡散する。� �のため光束制御部材1の中心を通って光出射� ��1aから直上に出射する光束の強度が相対的� �低下するので、バックライト等の平面状光� �装置を構成する発光素子に適用すれば、多� �個の発光素子を配列して用いる場合でも、� �光素子の直上の輝度が高くなることによっ� �生じる平面内の輝度むらを抑制することが� �きる。なお、本発明において平面が平滑で� �るとは、JIS B0601(1994)で定義される算術平均� ��さRaが、0.1μm以下であることをいう。

 光束制御部材1としては、上述のように部 材表面の反射作用又は屈折作用を利用して指 向性を制御するものの他、部材を構成する材 質自体に所定の屈折率分布を持たせ、部材内 部における光線の屈折を利用して指向性を付 与する、いわゆるGRIN(GRaded INdex)レンズ等の� �材も光束制御部材として用いることが可能� �ある。

 光束制御部材1の光入射面1bは図2(a)のよう に平面であってもよいが、発光素子を収容す るための凹部を設けることが好ましい。図2(b )はこのような凹部を設けた光束制御部材の� �例である。図2(b)に示す光束制御部材1には、 光入射面1bに発光素子を収容するための凹部� ��設けられており、凹部の少なくとも一部が� ��発光素子からの放射光束が入射する光入射� ��1bとして作用する。このとき光入射面1bが粗 面であると、光束制御部材1へ入射する光束� �光入射面1bで散乱され、入射光量の損失や、 出射光束の指向性の低下を生じることが避け られない。したがって凹部の表面は平滑であ ることが好ましく、凹部は曲面を有していれ ばなお好ましい。

 光入射面1bの凹部が曲面を有しこの凹部� �表面が平滑である場合において、凹部を球� �形状とし、LED等の点光源ないし微小面光源� �近い特性を有する発光素子と組み合わせ、� �らに発光素子の発光点を球面形状の曲率中� �に位置させれば、光入射面1bへの入射光束の 入射角をほぼ垂直とすることができるので、 反射による損失を著しく低減することが可能 になる。また完全な球面としない場合であっ ても、光入射面1bへの入射角ができるだけ垂� ��に近くなるような表面形状とすることによ� ��、反射損失を低減することが可能である。

 図2(c)は光出射面1aを砲弾型、光入射面1b� �球面形状にそれぞれ成形した光束制御部材� �例であり、図2(d)は光出射面1aをフライアイ� �ンズ形状、光入射面1bを球面形状にそれぞれ 成形した光束制御部材の例である。

 なお、光出射面1a及び光入射面1bの形状は 、組み合わせて用いる発光素子の放射特性を 考慮して設計されるべきである。

 光束制御部材1は、熱可塑性樹脂により構 成される。光束制御部材1を構成する熱可塑� �樹脂は、発光素子の発光波長のうち、少な� �とも光源として利用する波長の光線に対し� �十分高い光透過性(例えば、光透過率95~100%)� �有し、かつ成形性が良く、表面形状等によ� �指向性の制御精度に優れたものであること� �好ましい。このような条件を満たす熱可塑� �樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリカ� �ボネート樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹� �、脂環式オレフィン樹脂又は、脂環式オレ� �ィンと鎖状オレフィンの共重合樹脂等、従� �より光学材料として用いられている各種熱� �塑性樹脂を用いることができるが、なかで� �脂環式オレフィン樹脂及び、脂環式オレフ� �ンと鎖状オレフィンの共重合樹脂が特に好� �である。これらの樹脂の具体的な例として� �、例えば日本ゼオン株式会社のZEONEX(登録商� ��)、JSR株式会社のARTON(登録商標)、三井化学� �式会社のAPEL(登録商標)等を挙げることがで� �る。

 これらの脂環式オレフィン樹脂及び、脂� ��式オレフィンと鎖状オレフィンの共重合樹� ��は、光学的な透明性が高いだけでなく、脂� ��式構造を有するため耐光性や耐湿性等の耐� ��境性能に優れており、光束制御部材1として 用いれば、耐環境性に優れた樹脂封止発光素 子を実現することが可能となる。また、これ らの樹脂は耐環境性能のうち耐熱性が特に高 いという特徴を有しているため発光素子の発 熱によって変形や着色等の劣化を生じにくく 、それ自身が長寿命であるLEDと組み合わせる ことによって、全体として長寿命な樹脂封止 発光素子を実現することができる。

 なお、耐環境性能に優れ長寿命な樹脂封� ��発光素子を実現することができるという本� ��明の効果は、分子中に酸素原子等の極性原� ��や不飽和結合を含まず、飽和炭化水素のみ� ��らなる熱可塑性樹脂を用いた場合に特に顕� ��である。

 また本発明において用いられる熱可塑性� ��脂は、当業者が通常用いる紫外線吸収剤や� ��塑剤、内部離型剤等の添加剤を含んでいて� ��良く、また透過光束に新たなスペクトル分� ��を付与するための色素や蛍光物質等を含ん� ��いても良い。

 これらの熱可塑性樹脂を発光素子から発� ��れる光束を制御可能な形状に成形してなる� ��束制御部材1は、射出成形(Injection Molding)に� ��り成形されたものであることが好ましい。

 従来、樹脂封止発光素子は、複数の凹部� ��有する金型を用いて、凹部内に発光素子を� ��持した後、凹部に樹脂を充填し、樹脂を硬� ��させることにより製造されていた。しかし� ��このような方法では、高屈折率樹脂を用い� ��光束制御部材を成形すると、成形性が低く� ��所望の形状の光束制御部材を効率よく得る� ��とはできなかった。一方、射出成形は成形� ��の形状制御性と量産性の双方に優れた成形� ��法であり、特に熱可塑性樹脂を射出成形に� ��り成形すれば、形状精度の高い成形品を短� ��サイクルタイムで安価に得ることができる� ��いう特徴を有する。本発明では光束制御部� ��1を発光素子と接合する前に予め成形する(� �出成形が好ましい)ので、光束制御部材1を備 えた樹脂封止発光素子を効率よく製造するこ とができる。

 光束制御部材を備える発光素子は、所定� ��状のパッケージに封入された発光素子を作� ��し、その形状を嵌合可能な凹部を形成した� ��束制御部材に嵌め込む方法によっても製造� ��ることができるが、このような方法では、� ��め込んだ後に生じる光束制御部材と発光素� ��との間の隙間により発光特性が損なわれる� ��具合があり、間隙が生じないようなサイズ� ��発光素子を無理に嵌め込もうとすると、生� ��性が大きく損なわれるばかりでなく、発光� ��子の破損につながる恐れもある。

 これに対し、本発明の製造方法は、後に� ��述するように、発光素子の光出射面と光束� ��御部材の光入射面の間に硬化性樹脂を介在� ��せた状態で、硬化性樹脂を硬化させて接合� ��る方法であるため、生産性に優れるのみな� ��ず、発光素子や光束制御部材の破損の問題� ��生じ難く、光束制御に優れた発光素子を得� ��ことが可能になる。

 光束制御部材1を射出成形により製造する 際のシリンダー温度、射出・保持圧力、射出 速度、金型温度等の製造条件は、射出成形機 の形式、成形金型の形状や構造、熱可塑性樹 脂の特性等に応じて当業者が適宜設定するこ とが可能である。

 本発明の方法においては、樹脂封止発光� ��子の製造にあたり、以上説明した光束制御� ��材1とともに、発光素子も準備する。以下、 本発明で用いる発光素子について説明する。

 本発明において用いる発光素子としては� ��光束制御部材により指向性を制御可能な自� ��光素子であれば特に制限なく用いることが� ��きる。このような発光素子の一種である発� ��ダイオード(LED)は、小型でエネルギー効率� �高く、点光源ないし微小面光源に近い放射� �性を有するため指向性の制御が容易で、本� �明で用いる発光素子として好適である。

 LEDとしては、パッケージに封入されてい� ��い、いわゆるベアチップのLEDを用意するこ� ��が望ましい。エポキシ樹脂等により予めパ� ��ケージされた状態のLEDでは、発光光束がパ� ��ケージを透過して出射してくるため、パッ� ��ージの製造ばらつきによって出射光の指向� ��が影響されることが避けられず、所定の形� ��に成形された光束制御部材と組み合わせて� ��、最終的に所望の指向性を実現できない恐� ��があるからである。これに対してベアチッ� ��LEDは、出射光の指向性に影響するパッケー� ��が存在しないので、ほぼ点光源ないし微小� ��光源として取り扱うことができ、所定形状� ��光束制御部材と組み合わせることによって� ��出射光の指向性を予め設計したとおりに制� ��することができるため、本発明に用いる発� ��素子として適当である。

 発光素子2は光束制御部材と接合する前に 、予め基板3上に固定しておくことが好まし� �(図5)。基板の材質・形状や、発光素子を基� �へ固定する方法は任意である。ベアチップ� �発光素子2を用いる場合、その実装方法には� ��ベアチップの配線面を基板3に対向させるフ リップチップ実装と、ベアチップのウェハ面 を基板3に対向させるフェイスアップ実装と� �ある。どちらを選ぶかは任意であるが、後� �工程で用いる硬化性樹脂の硬化後の屈折率� �、ベアチップの配線面及びウェハ面のそれ� �れを構成する素材の屈折率とを比較して、� �ェハ面の屈折率の方が配線面の屈折率より� �硬化性樹脂の硬化後の屈折率に近い場合に� �フリップチップ実装とし、配線面の屈折率� �方がウェハ面の屈折率よりも硬化性樹脂の� �化後の屈折率に近い場合にはフェイスアッ� �実装とすることが好ましい。硬化性樹脂の� �化後の屈折率と、これに直接接する面を構� �する素材の屈折率の差が小さいほど、界面� �おける反射損失を低減することができる。

 ここで、屈折率は、発光素子の発光ピーク� ��長λ ₀ についてマルチ分光ゴニオフォトメータ(例� �ば、テックワールド社製TPM-2500)を用いて25℃ の環境下で測定して得ることができる。

 樹脂封止発光素子をディスプレイ用バッ� ��ライト等の平面状光源装置の製造に用いる� ��合には、一枚の基板上に複数の発光素子が� ��定されたものを用いてもよい。図3は、この ような構成の例であって、基板3上の予め定� �られた位置に複数の発光素子2が固定されて� ��る状態を示すものである。この例において� ��数の発光素子2のそれぞれは、赤色(R)、緑色 (G)、又は青色(B)のいずれかを発光する発光素 子であり、それぞれの発光素子2からの放射� �束に所定の指向性を付与することで、混色� �より均一な白色面状光源となるように配置� �れている。

 発光素子として、基板3上に複数の発光素 子2が所定の配列で固定されたものを用い、� �光素子2のそれぞれに光束制御部材を接合す� ��場合には、予め基板3にアライメントマーク 等の位置決め手段を形成しておけば、発光素 子2や光束制御部材1の固定位置を高い精度で� ��定することができる。

 以上、本発明に用いる発光素子についてL EDを例にとり説明したが、有機EL(エレクトロ� ��ミネッセンス)素子や半導体レーザー等、他 の発光原理による発光素子も同様に使用する ことができる。また、面光源に近い放射特性 を有する発光素子であっても、発光素子の放 射特性にあわせて光束制御部材の形状等を設 計することが可能であるならば、本発明にお ける発光素子として使用可能である。

 上記の光束制御部材及び発光素子を用意� ��た後、発光素子の光出射面と光束制御部材� ��光入射面の間に硬化性樹脂を介在させた状� ��で、硬化性樹脂を硬化させて、発光素子と� ��束制御部材を接合する。

 硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂、光� ��化樹脂(紫外線硬化樹脂等)、湿気硬化樹脂� �二液混合型の硬化性樹脂等が挙げられる。� �化性樹脂は、硬化剤や架橋剤、硬化促進剤� �光増感剤を含有していてもよく、そのよう� �成分を含有せず、加熱や光照射などにより� �れ自身硬化するようなものであってもよい� �

 硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂のモ� ��マー組成物が好ましい。ここで熱硬化性樹� ��のモノマー組成物とは、熱硬化性樹脂のモ� ��マーに硬化剤や紫外線吸収剤等の添加剤を� ��要に応じて添加したものであって、加熱に� ��り所望の特性を有する硬化物を得ることが� ��きる状態に調製されている組成物をいう。

 本発明に用いる熱硬化性樹脂としては、� ��の硬化後の屈折率が、光束制御部材を構成� ��る熱可塑性樹脂の屈折率よりも高く、かつ� ��光素子の光出射面を構成する素材の屈折率� ��りも低いものを選択して用いることが好ま� ��い。

 熱可塑性樹脂からなる光束制御部材を発� ��素子の光出射面に直接接合すると、両者の� ��折率は相当程度異なるため、フレネル反射� ��起因する光量損失が生じ、また界面におけ� ��全反射角が小さくなることにより全反射光� ��の割合が増大して、光束制御部材を通して� ��終的に利用可能な光量が低下してしまう。� ��こで光束制御部材と発光素子の光出射面と� ��間に両者の中間の屈折率(硬化後)を有する� �硬化性樹脂層を配置すれば、界面における� �レネル反射率を低下させる効果があるだけ� �なく、全反射角の増大により全反射光束の� �合も低減されるので、光束制御部材を通し� �利用可能な光量を増加させることが可能と� �る。なお、本発明において屈折率の高低の� �較は、光束制御の中心となる波長における� �折率を基準として行う。

 熱硬化性樹脂の具体的な例としては、エ� ��キシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂� ��エピスルフィド樹脂、チオウレタン樹脂等� ��挙げられるが、一般に発光素子の光出射面� ��構成する素材の屈折率は2.5~3.5と高い値を有 することから、より高い屈折率が得られる点 で、硫黄原子を有する熱可塑性樹脂を用いる ことが好ましく、エピスルフィド樹脂又はチ オウレタン樹脂を用いることが特に好ましい 。

 ここでエピスルフィド樹脂とは、エピス� ��フィド構造を有する含硫黄化合物を重合硬� ��して得られる樹脂であり、このような樹脂� ��具体的な例は、特開平10-298287号公報に開示� ��れている。また、チオウレタン樹脂とは、� ��名チオカルバミン酸S-アルキルエステル系� �脂であり、このような樹脂の具体的な例は� �特開昭60-199016号公報に開示されているとお� �である。

 発光素子の光出射面と光束制御部材の光� ��射面の間に硬化性樹脂を介在させた状態で� ��硬化性樹脂を硬化させて接合するには、光� ��制御部材と発光素子との少なくとも一方に� ��硬化の硬化性樹脂(又は硬化が終了していな い硬化性樹脂)の一定量を付着させた後、両� �を対向させて固定又は貼着すればよい。こ� �場合において、圧力印加や真空脱気等を行� �ながら所定位置に固定又は貼着することが� �ましい。熱硬化性樹脂のモノマー組成物を� �いる場合は、貼着面(接合面)に気泡や空間を 生じないように、適正量のモノマー組成物を 用いることが重要である。

 光束制御部材の光入射面と発光素子の光� ��射面とを固定又は貼着したら、両者を所定� ��相対位置に保持しながら所定の硬化温度(例 えば、80~100℃)に加熱してモノマー組成物を� �化させ、光束制御部材と発光素子とが所定� �置に接合された樹脂封止発光素子を製造す� �。この際、硬化性樹脂を硬化させて接合す� �温度Tc(℃)(熱硬化性樹脂を用いる場合には熱 硬化性樹脂の熱硬化温度)は、光束制御部材� �構成する熱可塑性樹脂の熱変形温度Td(℃)よ� ��少なくとも20℃以上低く設定することが望� �しい。すなわちTc≦Td-20(すなわち、Td-Tc≧20)� ��関係を満たすことが望ましい。

 TcをTdより低く設定し、かつ両者の温度差 を20℃以上とすれば、硬化時の加熱による光� ��制御部材の変形が防止され、予め適切に設� ��された表面形状を維持しながら光束制御部� ��と発光素子とを所定の相対位置に接合(固結 )することができる。これに対してTcがTdより� ��高い場合、又はTcがTdより低くても両者の差 が20℃よりも小さい場合には、モノマー組成� ��の加熱硬化時に光束制御部材が熱変形を起� ��し、表面形状の変化等により予定された光� ��制御性能が得られなくなるという不都合を� ��じる場合がある。Td-Tcの値は30以上がより好 ましく、40以上が更に好ましい。

 なお、硬化性樹脂を硬化させて接合する� ��度Tc(℃)とは、硬化性樹脂が硬化する際の最 高到達温度を意味する。熱硬化性樹脂のモノ マー組成物を硬化する際には、樹脂のゲル化 と完全硬化とを異なる温度で行うために2段� �以上のステップ状の昇温プログラムを用い� �ことも可能であるが、この場合には昇温プ� �グラムにおける最高温度が硬化温度Tcとなる 。

 なお、本発明において熱変形温度Tdとは� �JIS K7191-1,2に記載されている方法により規定 される温度である。

 光束制御部材と発光素子とを所定の相対� ��置に接合(固結)するためには、両者に光学� �アライメントマークや機械的な嵌合構造等� �位置決め手段を設けておくことが望ましい� �、図3の例のように発光素子2が予め基板3上� �固定されている場合には、基板3に位置決め� ��段を設けておいてもよい。なお、一般的に� ��硬化性樹脂のモノマー組成物は、加熱硬化� ��程において一時的に粘度が低下するため、� ��の際にモノマー組成物が流動して光束制御� ��材と発光素子の相対位置にずれを生じない� ��う、適当な固定手段により両者の相対位置� ��維持しながら加熱硬化することが好ましい� ��

 以上の工程により、図1の樹脂封止発光素 子10のような構造を有する樹脂封止発光素子� ��製造される。