(57)【要約】【課題】キャビティ構造のパッケージを有しそのキャビティ内に実装された半導体発光素子を一種または複数種の蛍光体を分散した封止樹脂で樹脂封止してなる半導体発光装置において、照射面に色調むらの少ない白色光を照射できるようにする。【解決手段】キャビティ２内に実装された青色ＬＥＤ素子５を覆うように赤色蛍光体層７を配置し、その上に順次緑色蛍光体層８、バインダー樹脂９及び第２の樹脂部材１１を配置した。そして、ＬＥＤ素子５の光軸Ｘと、ＬＥＤ素子５の上面５ａで光軸Ｘに交わり第２の樹脂部材１１の上面１１ａの外周１１ｃに交わる直線Ｃとがなす角θが、第２の樹脂部材１１から空気層１２に入射する光線の臨界角τよりも小さくなるように（θ＜τ）ＬＥＤ素子５の上面５ａから第１の封止樹脂１０の上面１０ａまでの距離ａと第２の樹脂部材１１の厚みｂと光軸Ｘ上から外周１１ｃまでの距離ｃとの関係を設定した。【選択図】図１
2010182809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹状のキャビティを有するパッケージと、
前記キャビティの底面上に実装された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を覆うように前記キャビティの底面側に位置する一種または複数種の蛍光体層と、
前記蛍光体層の上に位置し、前記蛍光体層を構成する蛍光体とで第１の封止樹脂を形成するバインダー樹脂と、
前記バインダー樹脂の上に配置された第２の樹脂部材とを備え、
前記第２の樹脂部材の上面は、前記半導体発光素子の上面の中心を通り該第２の樹脂部材の上面と交差する直線と、前記第２の樹脂部材の上面の前記直線との交点における法線とのなす角が、前記半導体発光素子の上面の中心からの入射光線に対する臨界角よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記第２の樹脂部材の上面は、平面形状、錐台形状及び三次元曲面形状の形状のうちいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記第２樹脂部材の厚みにより、前記第２の樹脂部材の上面は、前記半導体発光素子の上面の中心を通り該第２の樹脂部材の上面と交差する直線と、前記第２の樹脂部材の上面の前記直線との交点における法線とのなす角が、前記半導体発光素子の上面の中心からの入射光線に対する臨界角よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記半導体発光素子は青色ＬＥＤ素子であり、且つ前記蛍光体層は前記キャビティの底面側から順に赤色蛍光体層、緑色蛍光体層であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記半導体発光素子は紫外ＬＥＤ素子であり、且つ前記蛍光体層は前記キャビティの底面側から順に赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体発光装置に関するものであり、詳しくは、半導体発光素子と一種または複数種の蛍光体との組み合わせからなる半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子を発光源とし、該半導体発光素子の発光色とは異なる色調の光を照射光とする半導体発光装置は、一般的に可視光領域の短波長側あるいは紫外線領域に発光ピーク波長を有する半導体発光素子と一種以上の蛍光体との組み合わせにより構成される。
【０００３】
例えば、半導体発光素子が青色光を発光する青色ＬＥＤ素子の場合、青色ＬＥＤ素子が発する青色光に励起されて青色の補色となる黄色光に波長変換する黄色蛍光体を用いることによって、青色ＬＥＤ素子から発せられた青色光の一部が黄色蛍光体を励起することにより波長変換された黄色光と、青色ＬＥＤ素子から発せられた青色光の一部との加法混色によって白色光を得ることができる。
【０００４】
同様に、半導体発光素子が青色光を発光する青色ＬＥＤ素子の場合、青色ＬＥＤ素子が発する青色光に励起されて夫々緑色光及び赤色光に波長変換する緑色蛍光体及び赤色蛍光体の２種類の蛍光体からなる混合蛍光体を用いることによって、青色ＬＥＤ素子から発せられた青色光の一部が混合蛍光体を励起することにより波長変換された緑色光及び赤色光と、青色ＬＥＤ素子から発せられた青色光の一部との加法混色によって白色光を得ることができる。
【０００５】
また、半導体発光素子が紫外光を発する紫外ＬＥＤ素子の場合、紫外ＬＥＤ素子が発する紫外光に励起されて夫々青色光、緑色光及び赤色光に波長変換する青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体の３種類の蛍光体からなる混合蛍光体を用いることによって、紫外ＬＥＤ素子から発せられた紫外光が混合蛍光体を励起することにより波長変換された青色光、緑色光及び赤色光の加法混色によって白色光を得ることができる。
【０００６】
更に、ＬＥＤ素子が発する種々の色調の光とその光で励起されて種々の波長に波長変換する蛍光体とを適宜に組み合わせることによって白色光以外の種々な色調の光を得ることができる。
【０００７】
具体的な半導体発光装置５０としては、例えば、図６に示すような構成のものが従来より提案されている。
【０００８】
それは、キャビティ構造のパッケージ５１の底面上に青色ＬＥＤ素子５２が載置され、キャビティ内に充填された、透光性を有する熱硬化性のバインダー樹脂に赤色蛍光体と緑色蛍光体の混合蛍光体が分散されてなる封止樹脂によって青色ＬＥＤ素子５２が樹脂封止された構成とされている。
【０００９】
この場合、赤色蛍光体及び緑色蛍光体はバインダー樹脂よりも比重が大きく且つ赤色蛍光体の中位径が緑色蛍光体の中位径よりも大きくしてある。そのため、バインダー樹脂内において赤色蛍光体が緑色蛍光体よりも沈殿速度が速く、封止樹脂の充填後に十分な沈殿時間を設けることによりバインダー樹脂５３の下部の青色ＬＥＤ素子５２近傍に優先的に赤色蛍光体が堆積して赤色蛍光体層５４を形成しその上に緑色蛍光体が堆積して緑色蛍光体層５５を形成している。
【００１０】
このように、励起光源である青色ＬＥＤ素子５２側に赤色蛍光体層５４を配置することにより、青色ＬＥＤ素子５２が発する青色光で励起された赤色蛍光体が発する赤色光では赤色蛍光体層５４上に位置する緑色蛍光体層５５における再吸収及び二次励起は行われず、発光装置の高輝度化及び発光装置からの照射光の色調の赤色側（暖色系側）へのシフト（スペクトル分布の長波長側へのシフト）の防止が可能となる（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２７７１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上記半導体発光装置５０は図からもわかるように、バインダー樹脂５３の光出射面５６は略平面状に形成されており、また、この光出射面５６はバインダー樹脂５３よりも屈折率が低い、半導体発光装置５０外の空気層５７との界面を形成している。
【００１３】
そこで、青色ＬＥＤ素子５２から発せられた青色光の一部は該青色ＬＥＤ素子５２の近傍に位置する赤色蛍光体層５４を励起して赤色光を発光させ、一部は赤色蛍光体層５４を透過してその上に位置する緑色蛍光体層５５を励起して緑色光を発光させ、一部は赤色蛍光体層５４及び緑色蛍光体層５５を青色光のまま通過する。
【００１４】
そして、赤色光、緑色光及び青色光の混合光による白色光がバインダー樹脂５３内を導光されて光出射面５６に到達する。
【００１５】
光出射面５６に到達した白色光のうち、光出射面５６の到達点において該光出射面５６の法線Ｎとなす角（交角）θが臨界角τよりも小さい（θ＜τ）光線Ｌαは光出射面５６で屈折されて空気層５７に向けて出射され、交角θが臨界角τと同じ（θ＝τ）光線Ｌβは光出射面５６と平行に進む。
【００１６】
これに対し、交角θが臨界角τよりも大きい（θ＞τ）光線Ｌγは光出射面５６で反射（全反射）されて再度バインダー樹脂５３側に戻るため光出射面５６から空気層５７に向けて出射されることはない。
【００１７】
そこで、光出射面５６で全反射されて再度バインダー樹脂５３側に戻った光線Ｌγはパッケージ５１の底面に向けて導光され、底面に到達した光線Ｌγは該底面で反射されて再再度バインダー樹脂５３側に戻って光出射面５６に向けて導光され、光出射面５６で屈折されて空気層５７に向けて出射される。
【００１８】
このとき、光線Ｌγは、光出射面５６で全反射されてからパッケージ５１の底面で反射されて光出射面５６から空気層５７に向けて出射されるまでの間（光路進行中）に赤色蛍光体層５４及び緑色蛍光体層５５を夫々２回ずつ通過することになる。
【００１９】
すると、光線Ｌγは各蛍光体層５４、５５を通過する毎に該蛍光体層５４、５５を励起する青色光の光量が低減され、また、緑色蛍光体層５５で発せられた緑色光で赤色蛍光体層５４が励起（二次励起）されて赤色光の光量が増大すると共に赤色蛍光体層５４の励起光となる緑色光の光量が低減する。
【００２０】
その結果、白色光を照射する半導体発光装置５０において、パッケージ５１の底面での反射が繰り返されるにつれて照射光の色調の赤色側（暖色系側）へのシフト（スペクトル分布の長波長側へのシフト）が部分的に大きくなり、照射光に色調むら有する発光装置となってしまう。
【００２１】
そこで、光出射面での全反射を低減するために、バインダー樹脂の光出射面を空気層側に凸状の球面あるいは非球面とすることが考えられるが、キャビティ構造のパッケージにおいては、キャビティ内に充填した樹脂で球面あるいは非球面を形成することは製造上極めて実現が困難であり、実現したとしても自動機による吸着が困難なために配線基板上への自動実装に対応することは難しい。
【００２２】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、キャビティ構造のパッケージを有しそのキャビティ内に実装された半導体発光素子を一種または複数種の蛍光体を分散した封止樹脂で樹脂封止した半導体発光装置において、照射面に色調むらの少ない白色光を照射することが可能な半導体発光装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、凹状のキャビティを有するパッケージと、
前記キャビティの底面上に実装された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を覆うように前記キャビティの底面側に位置する一種または複数種の蛍光体層と、
前記蛍光体層の上に位置し、前記蛍光体層を構成する蛍光体とで第１の封止樹脂を形成するバインダー樹脂と、
前記バインダー樹脂の上に配置された第２の樹脂部材とを備え、
前記第２の樹脂部材の上面は、前記半導体発光素子の上面の中心を通り該第２の樹脂部材の上面と交差する直線と、前記第２の樹脂部材の上面の前記直線との交点における法線とのなす角が、前記半導体発光素子の上面の中心からの入射光線に対する臨界角よりも小さくなるように設定されていることを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記第２の樹脂部材の上面は、平面形状、錐台形状及び三次元曲面形状の形状のうちいずれか１つであることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１または２のいずれか１項において、前記第２樹脂部材の厚みにより、前記第２の樹脂部材の上面は、前記半導体発光素子の上面の中心を通り該第２の樹脂部材の上面と交差する直線と、前記第２の樹脂部材の上面の前記直線との交点における法線とのなす角が、前記半導体発光素子の上面の中心からの入射光線に対する臨界角よりも小さくなるように設定されていることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１から３のいずれか１項において、前記半導体発光素子は青色ＬＥＤ素子であり、且つ前記蛍光体層は前記キャビティの底面側から順に赤色蛍光体層、緑色蛍光体層であることを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１から３のいずれか１項において、前記半導体発光素子は紫外ＬＥＤ素子であり、且つ前記蛍光体層は前記キャビティの底面側から順に赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の半導体発光装置を、キャビティ内の底面上に実装された半導体発光素子を覆うようにキャビティの底面側に一種または複数種の蛍光体層を配置し、その上に２種類の樹脂層を配置した。そして、上側樹脂層の上面を、半導体発光素子の上面の中心を通り該上側樹脂層の上面と交差する直線と、上側樹脂層の上面の前記直線との交点における法線とのなす角が、樹脂層側からの入射光線に対する臨界角よりも小さくなるように設定した。
【００２９】
半導体発光装置をこのような構成とすることにより、半導体発光素子から発せられて外部に対する光出射面となる上側樹脂層の上面に到達した光及び半導体発光素子からの光で励起された蛍光体から発せられて上側樹脂層の上面に到達した光が共にその面で反射（全反射）されることなく外部に照射される。
【００３０】
その結果、半導体発光装置からの照射光は、第１の封止樹脂の上面での全反射により、蛍光体を二次励起することが少なくなり、色調のシフトや色調のむらの少ない白色光を照射することが可能となる。
【００３１】
また、半導体発光装置からの照射光は、部分的に色調の赤色側（暖色系側）へのシフト（スペクトル分布の長波長側へのシフト）を有することはなく、照射面に色調むらの少ない白色光を照射することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例１に係る説明図である。
【図２】本発明の実施例２に係る説明図である。
【図３】本発明の実施例２に係る応用例の説明図である。
【図４】本発明の実施例３に係る説明図である。
【図５】同じく、本発明の実施例３に係る説明図である。
【図６】従来例に係る説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図５を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【実施例１】
【００３４】
図１は本発明の半導体発光装置に係る実施例１の説明図である。
【００３５】
本実施例の半導体発光装置３０は、凹状のキャビティ２を有するパッケージ３の底部３ａの上面側に互いに分離・独立した複数の導体パターン４ａ、４ｂが位置し、夫々パッケージ３を貫通して側面を経て底部３ａの下面まで延長されている。パッケージ３はガラスエポキシ樹脂等の樹脂材料からなっている。
【００３６】
パッケージ３の底部３ａの上面側に位置する導体パターン４ａ上には、発光源となる半導体発光素子として青色光を発光する青色ＬＥＤ素子（以下、ＬＥＤ素子と略称する）５が導電性接合部材（図示せず）を介して固定され、ＬＥＤ素子５の下部電極と導体パターン４ａとの電気的導通が図られている。一方、ＬＥＤ素子５の上部電極はボンディングワイヤ６を介して導体パターン４ｂに接続され、ＬＥＤ素子５の上部電極と導体パターン４ｂとの電気的導通が図られている。
【００３７】
なお、ＬＥＤ素子は必ずしも該ＬＥＤ素子の電極と導体パターンとの接続をボンディングワイヤを介して行うタイプのものである必要はなく、バンプ電極を介して接続されるフリップチップタイプのものでもよい。
【００３８】
ＬＥＤ素子５が配置されたキャビティ２内の下部には、励起光で励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体７ａと緑色光を発光する緑色蛍光体８ａの２種類の蛍光体を透光性を有する熱硬化性のバインダー樹脂９に分散してなる第１の封止樹脂１０が充填されている。このとき第１の封止樹脂１０の上面１０ａは平面状に形成されている。
【００３９】
この第１の封止樹脂１０はキャビティ２内に充填後に十分な沈殿時間を設けることにより、バインダー樹脂９の下部のＬＥＤ素子５近傍に優先的に赤色蛍光体７ａが堆積して赤色蛍光体層７を形成されその上に緑色蛍光体８ａが堆積して緑色蛍光体層８が形成されている。
【００４０】
つまり、発光源側から順に発光波長（蛍光波長）が長い蛍光体層を堆積させたものであり、その方法は種々考えられるが「背景技術」で述べたように、長波長の蛍光を発する蛍光体を短波長の蛍光を発する蛍光体よりも中位径を大きくすることにより沈澱速度の違いで積層順を制御することができる。
【００４１】
キャビティ２内の、第１の封止樹脂１０の上には透光性樹脂からなる第２の樹脂部材１１が充填されており、その上面１１ａは平面状に形成されると共にパッケージ３の側壁部３ｂの上端部３ｄより上方に位置している。
【００４２】
第１の封止樹脂１０を構成するバインダー樹脂９と第２の樹脂部材１１は異なる種類の樹脂でもよいし同一の種類の樹脂でもよいが、熱膨張率の違いによるバインダー樹脂９と第２の樹脂部材１１との界面の剥離及び屈折率の違いによるバインダー樹脂９と第２の樹脂部材１１との界面における光の全反射あるいは屈折を防止するために、同一種類の樹脂であることが好ましい。
【００４３】
その場合、バインダー樹脂９と第２の樹脂部材１１はいずれもシリコーン樹脂またはエポキシ樹脂が好ましく、ＬＥＤ素子５の点灯時の発熱で近傍のバインダー樹脂９が熱膨張したときに、該ＬＥＤ素子５に対してその熱膨張による応力の影響が少ないシリコーン樹脂がより好ましい。
【００４４】
また、バインダー樹脂９と第２の樹脂部材１１の屈折率を共にｎとし、第２の樹脂部材１１の上面１１ａの接する空気層１２の屈折率を１とすると、第２の樹脂部材１１から空気層１２に入射する光線の臨界角τはτ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ）の関係となる。
【００４５】
そこで、ＬＥＤ素子５の主光出射面となる上面５ａから第１の封止樹脂１０の上面１０ａまでの距離をａとし、第２の樹脂部材１１の厚みをｂとし、ＬＥＤ素子５の上面５ａの中心を通る光軸Ｘ上から第２の樹脂部材１１の上面１１ａの外周１１ｃまでの距離をｃとすると、ａ、ｂ、ｃ及びτの関係がτ＞ｔａｎ−１（ｃ／（ａ＋ｂ））となるように設定されている。
【００４６】
換言すると、ＬＥＤ素子５の上面５ａの中心を通る光軸ＸとＬＥＤ素子５の上面５ａの中心を通り第２の樹脂部材１１の上面１１ａの外周１１ｃに交わる直線Ｃがなす角θが臨界角τよりも小さくなるように（θ＜τ）ａとｂとｃとの関係が設定されている。
【００４７】
従って、上記ａ、ｂ、ｃ及びτの関係が満足されていれば第２の樹脂部材１１の上面１１ａの形状は特に限定されるものではなく、例えば、矩形状でも円形状でもよい。円形状の場合はＬＥＤ素子５の光軸Ｘ上を中心とする半径ｃの円形となる。
【００４８】
また、第１の封止樹脂１０の上面１０ａと第２の樹脂部材１１の下面１１ｂは互いの形状寸法が同一で全面に亘って重なり合って界面を形成していることが好ましく、前記界面と第２の樹脂部材の上面１１ａとは同一形状であることが好ましい。
【００４９】
つまり、第１の封止樹脂１０及び第２の樹脂部材１１が充填されるキャビティ２を形成する、パッケージ３の側壁部３ｂの内周面３ｃは筒状またはＬＥＤ素子５の照射方向に向けてＬＥＤ素子５の光軸Ｘに対して離れる方向に開いた連続傾斜面からなることが好ましい。
【００５０】
第１の封止樹脂１０及び第２の樹脂部材１１のキャビティ２内への充填はいずれもポッティングモールドによって行われ、第１の封止樹脂１０を充填して常温硬化したパッケージ３上に、第２の樹脂部材１１を充填して常温硬化するものである。これにより、第２の樹脂部材１１の上面１１ａを略平面とすることができ、その上面１１ａを吸着面とし、配線基板上への自動実装の対応が可能となり、生産効率の向上を図ることができる。
【００５１】
上記構成からなる半導体発光装置３０は配線基板１３に対して、パッケージ３内から延長された導体パターン４ａ、４ｂと配線基板１３に形成された回路パターン１３ａ、１３ｂをはんだ等の導電性接合部材１４を介して固定及び電気的導通が図られ、これにより半導体発光モジュール１が形成される。
【００５２】
そこで、このように構成された本実施例の半導体発光モジュール１において、ＬＥＤ素子５から第２の樹脂部材１１の上面１１ａに向けて発せられた光線Ｌ１は、第１の封止樹脂１０を構成する赤色蛍光体層７、緑色蛍光体層８、バインダー樹脂９及び第２の樹脂部材１１を順次通過して第２の樹脂部材１１の上面１１ａに到達する。
【００５３】
第２の樹脂部材１１の上面１１ａに到達した光線Ｌ１は該上面１１ａに対して臨界角τよりも小さい角度θＬで入射する。そのため、第２の樹脂部材１１の上面１１ａに到達した光線Ｌのほとんどが該上面１１ａで全反射されることなくそのまま空気層１２に出射される。
【００５４】
また、ＬＥＤ素子５から第１の封止樹脂１０を構成する赤色蛍光体層７、緑色蛍光体層８、バインダー樹脂９及び第２の樹脂部材１１を順次通過して出射する光線Ｌ２は、一部が第２の樹脂部材１１の側面で全反射し、同じく上面１１ａから出射する。
【００５５】
そのため、ＬＥＤ素子５から発せられて第２の樹脂部材１１の上面１１ａに向かう光はほとんど全てが赤色蛍光体層７及び緑色蛍光体層８の夫々を１回ずつしか励起せず、青色光の光量低下及び青色光で励起された緑色蛍光体層８が発する緑色光で赤色蛍光体層７が励起される二次励起もない。
【００５６】
その結果、半導体発光モジュール１からの照射光は、部分的に色調の赤色側（暖色系側）へのシフト（スペクトル分布の長波長側へのシフト）を有することはなく、照射面に色調むらの少ない白色光を照射することが可能となる。
【実施例２】
【００５７】
図２は本発明の半導体発光装置に係る実施例２の説明図である。
【００５８】
本実施例の半導体発光装置３０は上記実施例１に対して、ＬＥＤ素子から発せられて到達した光線のほとんどが全反射されることなくそのまま空気層に出射される、第２の樹脂部材の上面の面積を実施例１よりも大きくしたことが異なる。
【００５９】
これにより、半導体発光装置３０は実施例１と同様に照射面に色調むらの少ない白色光を照射することが可能であると共に、ＬＥＤ素子で発せられた光の照射領域が実施例１よりも拡大して光の利用効率の向上が図られたものである。
【００６０】
具体的には、第１の封止樹脂１０の上面１０ａが平面状に形成されると共にパッケージ３の側壁部３ｂの上端部３ｄと略面一となっており、その第１の封止樹脂１０の上に位置する第２の樹脂部材１１の上面１１ａが、光軸Ｘと交わる面を平面とする平面部１１ｄと該平面部１１ｄの外周１１ｅからＬＥＤ素子５の照射方向と反対方向に向けてＬＥＤ素子５の光軸Ｘに対して離れる方向に開いた傾斜面部１１ｆからなっている。
【００６１】
そのうち、平面部１１ｄは、実施例１と同様に第１の封止樹脂１０を構成するバインダー樹脂９と第１の封止樹脂１０の上に位置する第２の樹脂部材１１の屈折率を共にｎとし、第２の樹脂部材１１の上面１１ａの接する空気層１２の屈折率を１とし、ＬＥＤ素子５の主光出射面となる上面５ａから第１の封止樹脂１０の上面１０ａまでの距離をａとし、第２の樹脂部材１１の下面１１ｂから平面部１１ｄまでの距離をｂとし、ＬＥＤ素子５の主光出射面となる上面５ａの中心を通る光軸Ｘ上から第２の樹脂部材１１の平面部１１ｄの外周１１ｅまでの距離をｃとすると、ａ、ｂ、ｃ及びτの関係がτ＞ｔａｎ−１（ｃ／（ａ＋ｂ））となるように設定されている。
【００６２】
換言すると、ＬＥＤ素子５の上面５ａの中心を通る光軸ＸとＬＥＤ素子５の上面５ａの中心を通り第２の樹脂部材１１の平面部１１ｄの外周１１ｅに交わる直線Ｃがなす角θ１が臨界角τよりも小さくなるように（θ１＜τ）ａとｂとｃとの関係が設定されている。
【００６３】
従って、上記ａ、ｂ、ｃ及びτの関係が満足されていれば第２の樹脂部材１１の平面部１１ｄの形状は特に限定されるものではなく、例えば、矩形状でも円形状でもよい。円形状の場合はＬＥＤ素子５の光軸Ｘ上を中心とする半径ｃの円形となる。
【００６４】
一方、傾斜面部１１ｆは、上端を平面部１１ｄの外周１１ｅとし、下端をパッケージ３の側壁部３ｂの上端部３ｄとする連続傾斜面であり、ＬＥＤ素子５の上面５ａの中心を通り傾斜面部１１ｆと交わる直線Ｄがその傾斜面部１１ｆの交点における法線Ｎ１となす角θ２が臨界角τよりも小さくなるように（θ２＜τ）設定されている。
【００６５】
第１の封止樹脂１０のキャビティ２内への充填はポッティングモールドによって行われ、第１の封止樹脂１０を充填して常温硬化したパッケージ３上に金型により第２の樹脂部材１１を形成してもよいし、予め所定の形状に形成した第２の樹脂部材１１を同一の材料を介して第１の封止樹脂１０上に貼着することも可能である。
【００６６】
そこで、このように構成された本実施例の半導体発光装置３０において、ＬＥＤ素子５から第２の樹脂部材１１の平面部１１ｄに向けて発せられた光線Ｌ１は、第１の封止樹脂１０を構成する赤色蛍光体層７、緑色蛍光体層８、バインダー樹脂９及び第２の樹脂部材１１を順次通過して第２の樹脂部材１１の平面部１１ｄに到達する。
【００６７】
第２の樹脂部材１１の平面部１１ｄに到達した光線Ｌ１は該平面部１１ｄに対して臨界角τよりも小さい角度θＬ１で入射する。そのため、第２の樹脂部材１１の平面部１１ｄに到達した光線Ｌ１のほとんどが該平面部１１ｄで全反射されることなくそのまま空気層１２に出射される。
【００６８】
そのため、ＬＥＤ素子５から発せられて第２の樹脂部材１１の平面部１１ｄに向かう光はほとんど全てが赤色蛍光体層７及び緑色蛍光体層８の夫々を１回ずつしか励起せず、青色光の光量低下及び青色光で励起された緑色蛍光体層８が発する緑色光で赤色蛍光体層７が励起される二次励起もない。
【００６９】
一方、ＬＥＤ素子５から第２の樹脂部材１１の傾斜面部１１ｆに向けて発せられた光線Ｌ２は、第１の封止樹脂１０を構成する赤色蛍光体層７、緑色蛍光体層８、バインダー樹脂９及び第２の樹脂部材１１を順次通過して第２の部材樹脂１１の傾斜面部１１ｆに到達する。
【００７０】
第２の樹脂部材１１の傾斜面部１１ｆに到達した光線Ｌ２は該傾斜面部１１ｆの法線Ｎ２に対して臨界角τよりも小さい角度θＬ２で入射する。そのため、第２の樹脂部材１１の傾斜面部１１ｆに到達した光線Ｌ２のほとんどが該傾斜面部１１ｆで全反射されることなくそのまま空気層１２に出射される。
【００７１】
そのため、ＬＥＤ素子５から発せられて第２の樹脂部材１１の傾斜面部１１ｆに向かう光はほとんど全てが赤色蛍光体層７及び緑色蛍光体層８の夫々を１回ずつしか励起せず、青色光の光量低下及び青色光で励起された緑色蛍光体層８が発する緑色光で赤色蛍光体層７が励起される二次励起もない。
【００７２】
その結果、半導体発光装置３０の第２の樹脂部材１１の、平面部１１ｄと傾斜面部１１ｆで構成された上面１１ａからの照射光は、部分的に色調の赤色側（暖色系側）へのシフト（スペクトル分布の長波長側へのシフト）を有することはなく、照射面に色調むらの少ない白色光を広範囲に亘って照射することが可能となる。
【００７３】
なお、キャビティ２内へポッティングモールドによって第１の封止樹脂１０を充填して常温硬化したパッケージ３を配線基板１３上に実装した後、第１の封止樹脂１０上に液体定量吐出機により一定量の第２の樹脂部材１１を滴下して常温硬化することも可能である。
【００７４】
この場合、図３のように、第２の樹脂部材１１の上面部１１ｇは実施例２の第２の樹脂部材１１の平面部１１ｄに対応する面であるが実施例２よりも多少上方に凸状に湾曲した形状に形成される。但し、この湾曲面からなる上面部１１ｇは実施例２の平面からなる平面部１１ｄよりも同一方向から到達した光線が全反射され難く、この第２の樹脂部材１１の上面部１１ｇにおける光学性能は実施例２の第２の樹脂部材１１の平面部１１ｄに劣らない。
【００７５】
また、第２の樹脂部材１１の湾屈部１１ｈは実施例２の第２の樹脂部材１１の平面部１１ｄの外周１１ｅに対応する部分であるが、実施例２よりも多少Ｒのついた形状に形成される。但し、このＲのついた部分の領域は平面部１１ｄの外周１１ｅ近傍よりも同一方向から到達した光線が全反射され難く、この第２の樹脂部材１１の湾屈部１１ｈにおける光学性能は実施例２の第２の樹脂部材１１の平面部１１ｄの外周１１ｅ近傍に劣らない。
【００７６】
更に、第２の樹脂部材１１の傾斜部１１ｉは実施例２の第２の樹脂部材１１の傾斜面部１１ｆに対応する面であるが、この場合も実施例２よりも多少上方に凸状に湾曲した形状に形成されており、この湾曲面からなる傾斜部１１ｉは実施例２の平面からなる傾斜面部１１ｆよりも同一方向から到達した光線が全反射され難く、この第２の樹脂部材１１の傾斜部１１ｉにおける光学性能は実施例２の第２の樹脂部材１１の傾斜面部１１ｆに劣らない。
【実施例３】
【００７７】
図４、図５は本発明の半導体発光装置に係る実施例３の説明図である。
【００７８】
本実施例の半導体発光装置３０は、実施例１の半導体発光装置３０を基本構成とし、配線基板１３上に実装され、キャビティ２内に第１の封止樹脂１０及び第２の樹脂部材１１が充填されてＬＥＤ素子５が樹脂封止されてなる半導体発光装置３０全体を、樹脂レンズ２１で覆った構成となっている。
【００７９】
そこで図４のように、第１の封止樹脂１０を構成するバインダー樹脂９と第１の封止樹脂１０の上に位置する第２の樹脂部材１１の屈折率を共にｎ１とし、第２の樹脂部材１１の上面１１ａに接する樹脂レンズ２１の屈折率をｎ２としたとき、屈折率ｎ２が屈折率ｎ１以上（ｎ１≦ｎ２）の場合は、ＬＥＤ素子５の主光出射面となる上面５ａから第１の封止樹脂１０の上面１０ａまでの距離をａとし、第２の樹脂部材１１の厚みをｂとし、ＬＥＤ素子５の主光出射面となる上面５ａの中心を通る光軸Ｘ上から第２の樹脂部材１１の上面１１ａの外周１１ｃまでの距離をｃとすると、第２の樹脂部材１１側から該第２の樹脂部材１１の上面１１ａに到達した光線Ｌには全反射はなく全て樹脂レンズ２１内に入射する。そのため、ａ、ｂ及びｃの間には制約がなく夫々自由に設定することができる（図ではｎ１＜ｎ２のときの状態を示している）。
【００８０】
一方、屈折率ｎ２が屈折率ｎ１よりも小さい場合は、図５のように、第２の樹脂部材１１から樹脂レンズ２１に入射する光線の臨界角τ＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）となる。そこで、ａ、ｂ、ｃ及びτの関係がτ＞ｔａｎ−１（ｃ／（ａ＋ｂ））となるように設定されている。
【００８１】
換言すると、ＬＥＤ素子５の上面５ａの中心を通る光軸ＸとＬＥＤ素子５の上面５ａの中心を通り第２の樹脂部材１１の上面１１ａの外周１１ｃに交わる直線Ｃがなす角θが臨界角τよりも小さくなるように（θ＜τ）ａとｂとｃとの関係が設定されている。
【００８２】
そこで、このように構成された本実施例の半導体発光モジュール２０において、ＬＥＤ素子５から第２の樹脂部材１１の上面１１ａに向けて発せられた光線Ｌは、第１の封止樹脂１０を構成する赤色蛍光体層７、緑色蛍光体層８、バインダー樹脂９及び第２の樹脂部材１１を順次通過して第２の樹脂部材１１の上面１１ａに到達する。
【００８３】
第２の樹脂部材１１の上面１１ａに到達した光線Ｌは該上面１１ａに対して臨界角τよりも小さい角度θＬで入射する。そのため、第２の樹脂部材１１の上面１１ａに到達した光線Ｌのほとんどが該上面１１ａで全反射されることなくそのまま樹脂レンズ２１に入射する。
【００８４】
樹脂レンズ２１内に入射した光線Ｌは樹脂レンズ２１内を導光されて光出射面２１ａに到達する。光出射面２１ａは発光源となるＬＥＤ素子５を覆うように略球面状に形成されており、光出射面２１ａに到達した光線Ｌはほとんど反射されることなくそのまま外部の空気層１２に出射される。
【００８５】
そのため、ＬＥＤ素子５から発せられて第２の樹脂部材１１の上面１１ａに向かう光はほとんど全てが赤色蛍光体層７及び緑色蛍光体層８の夫々を１回ずつしか励起せず、青色光の光量低下及び青色光で励起された緑色蛍光体層８が発する緑色光で赤色蛍光体層７が励起される二次励起もない。
【００８６】
その結果、半導体発光モジュール２０の樹脂レンズ２１を介して出射される照射光は、部分的に色調の赤色側（暖色系側）へのシフト（スペクトル分布の長波長側へのシフト）を有することはなく、照射面に色調むらの少ない白色光を照射することが可能となる。
【００８７】
なお、上記実施形態は、青色ＬＥＤ素子を発光源とし、赤色蛍光体及び緑色蛍光体の２種類の混合蛍光体を用いることにより白色光を得るものであったが、「背景技術」でも述べたように、発光源を紫外ＬＥＤ素子とし、青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体の３種類の蛍光体からなる混合蛍光体を用いることにより白色光を得ることもできる。
【００８８】
その場合、キャビティ内に堆積させる各蛍光体層は、二次励起及び二次励起された蛍光体による三次励起を防止するために発光源側から順に発光波長（蛍光波長）が長い蛍光体層を堆積させるものであり、具体的には、発光源側から赤色蛍光体層、緑色蛍光体層及び青色蛍光体層の順に積層する。
【００８９】
さらに、発光源を青色ＬＥＤ素子とし、黄色蛍光体を用いることにより白色色を得るものにも当然適用でき、この場合も封止樹脂の上面で全反射し、蛍光体を再度励起する二次励起を防止するため、色むらを少ないものとすることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１  半導体発光モジュール
２  キャビティ
３  パッケージ
３ａ  底部
３ｂ  側壁部
３ｃ  内周面
３ｄ  上端部
４ａ、４ｂ  導体パターン
５  青色ＬＥＤ素子
５ａ  上面
６  ボンディングワイヤ
７  赤色蛍光体層
７ａ  赤色蛍光体
８  緑色蛍光体層
８ａ  緑色蛍光体
９  バインダー樹脂
１０  第１の封止樹脂
１０ａ  上面
１１  第２の樹脂部材
１１ａ  上面
１１ｂ  下面
１１ｃ  外周
１１ｄ  平面部
１１ｅ  外周
１１ｆ  傾斜面部
１１ｇ  上面部
１１ｈ  湾屈部
１１ｉ  傾斜部
１２  空気層
１３  配線基板
１３ａ、１３ｂ  回路パターン
１４  導電性接合部材
２０  半導体発光モジュール
２１  樹脂レンズ
２１ａ  光出射面
３０  半導体発光装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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