(57)【要約】【課題】混色性を向上させた半導体発光装置を提供する。【解決手段】本発明に係る半導体発光装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子が配設されるパッケージ部と、蛍光体を含み、前記半導体発光素子を覆って前記パッケージ部に配設される封止部とを備え、前記半導体発光素子の直上の前記封止部の光射出面の領域から所定の距離で離間した領域に、複数のレンズを配設したレンズ部を有する。前記所定の距離は、前記半導体発光素子の上面から前記封止部の光射出面までの距離と、アークタンジェント５０°との積であってもよい。【選択図】図１
2014110253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が配設されるパッケージ部と、
蛍光体を含み、前記半導体発光素子を覆って前記パッケージ部に配設される封止部とを備え、
前記半導体発光素子の直上の前記封止部の光射出面の領域から所定の距離で離間した領域に、複数のレンズを配設したレンズ部を有することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記所定の距離は、前記半導体発光素子の上面から前記封止部の光射出面までの距離と、アークタンジェント５０°との積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】
前記レンズは、２０μｍ以上１００μｍ以下の直径を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記半導体発光素子が前記パッケージ部に複数配設され、複数の前記半導体発光素子の直上の前記封止部の光射出面の領域から所定の距離で離間した領域に、複数のレンズを配設したレンズ部を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記レンズ部において、２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲で異なる直径を有する複数のレンズを有することを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記封止部は、高分散性の蛍光体を分散させて形成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記半導体発光素子は矩形形状を有し、
前記半導体発光素子の直上の前記封止部の光射出面の矩形形状の領域から所定の距離で離間した領域に、複数のレンズを配設したレンズ部を有することを特徴とする１乃至６の何れか一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。特に、混色性を向上させた半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色ＬＥＤのパッケージにおいて発光素子から直進する光と発光素子から斜め方向に進む光において、蛍光体の分散濃度の違い、光の強さ、臨界角による全反射などの要因により、ＬＥＤから発せられた光に色のムラ、特に、青色光と黄色光の分離による光の品質の低下を招いていた。特に発光素子から斜めに進む光、特に、パッケージの外周に沿う部分では、黄色見を帯びた光が強くなる傾向があった。
【０００３】
白色ＬＥＤにおいては、青色発光素子と黄色（または緑＋赤など）蛍光体を組み合わせて白色光を得る構造をとっているため、青色と黄色（緑＋赤）が混色されているように見えるが、実際に色味のはばらつきが生じる。ＬＥＤから発せられた照射面を詳細に観察すると、白色部分と黄色部分に分かれて見える製品が数多く存在する。これは、発光素子直上の光と、パッケージの外周部から出射される光の色味が異なるために起こる現象であって、一般照明用途においては、光の品質が劣る要因とされている。
【０００４】
従来は発光素子と蛍光体の配置の組合せを調節することにより、白色ＬＥＤの色味を調節してきた（例えば、特許文献１及び２）。これらの従来の技術においては、蛍光体と発光素子の位置関係をコントロールするために、製造工程におけるコスト増や、また厳密な管理が必要になり、あまり実用的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許公開２０１０−２２５７９１号公報
【特許文献２】特許公開２０１１−１２９６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の問題を解決するものであって、混色性を向上させた半導体発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によると、半導体発光素子と、前記半導体発光素子が配設されるパッケージ部と、蛍光体を含み、前記半導体発光素子を覆って前記パッケージ部に配設される封止部とを備え、前記半導体発光素子の直上の前記封止部の光射出面の領域から所定の距離で離間した領域に、複数のレンズを配設したレンズ部を有する半導体発光装置が提供される。
【０００８】
前記半導体発光装置において、前記所定の距離は、前記半導体発光素子の上面から前記封止部の光射出面までの距離と、アークタンジェント５０°との積であってもよい。
【０００９】
前記半導体発光装置において、前記レンズは、２０μｍ以上１００μｍ以下の直径を有してもよい。
【００１０】
前記半導体発光装置において、前記半導体発光素子が前記パッケージ部に複数配設され、複数の前記半導体発光素子の直上の前記封止部の光射出面の領域から所定の距離で離間した領域に、複数のレンズを配設したレンズ部を有してもよい。
【００１１】
前記レンズ部において、２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲で異なる直径を有する複数のレンズを有してもよい。
【００１２】
前記半導体発光装置において、前記封止部は、高分散性の蛍光体を分散させて形成されてもよい。
【００１３】
前記半導体発光装置において、前記半導体発光素子は矩形形状を有し、前記半導体発光素子の直上の前記封止部の光射出面の矩形形状の領域から所定の距離で離間した領域に、複数のレンズを配設したレンズ部を有してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、混色性を向上させた半導体発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置１００を示す概略図であり、（ａ）は半導体発光装置１００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ’における半導体発光装置１００の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置２００を示す概略図であり、（ａ）は半導体発光装置２００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ’における半導体発光装置２００の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置３００を示す概略図であり、（ａ）は半導体発光装置３００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ’における半導体発光装置３００の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置４００を示す概略図であり、（ａ）は半導体発光装置４００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ’における半導体発光装置４００の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置５００を示す概略図であり、（ａ）は半導体発光装置５００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ’における半導体発光装置５００の断面図である。
【図６】従来の半導体発光装置９００を示す概略図であり、（ａ）は半導体発光装置９００の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ’における半導体発光装置９００の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明に係る半導体発光装置について説明する。但し、本発明の半導体発光装置は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１７】
上述した問題点について、さらに検討する。図６は従来の半導体発光装置９００を示す概略図である。図６（ａ）は半導体発光装置９００の上面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡＡ’における半導体発光装置９００の断面図である。半導体発光装置９００は、半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０が配設されるパッケージ部８０と、半導体発光素子１０を覆ってパッケージ部８０に配設される封止部９３０とを備える。半導体発光素子１０は、青色光を発光する素子である。封止部９３０は、一般に黄色の蛍光体を含む。図６（ｂ）に示したように、従来の半導体発光装置９００においては、蛍光体が分散するパッケージ部８０の外周付近で、青色光が光射出面９３５で光が全反射されるため、青色光の射出効率が低減する。一方、蛍光体により励起された黄色光は射出されるため、パッケージ部８０の外周部から出射される光の色味が異なってしまう。
【００１８】
鋭意検討した結果、本発明者は、青色光をこのパッケージ部８０の外周部から効率良く取り出すことにより、混色性を向上させ、色味を均一化させた半導体発光装置を実現することに想到した。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体発光装置１００を示す概略図である。図１（ａ）は半導体発光装置１００の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ’における半導体発光装置１００の断面図である。本実施形態に係る半導体発光装置１００は、半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０が配設されるパッケージ部８０と、蛍光体を含み、半導体発光素子１０を覆ってパッケージ部８０に配設される封止部３０とを備え、半導体発光素子１０の直上の封止部３０の光射出面３５の領域から所定の距離で離間した領域に、複数のレンズ５１を配設したレンズ部５０を有する。
【００２０】
本実施形態において、レンズ部５０は、半導体発光素子１０の直上の封止部３０の光射出面３５の領域から、半導体発光素子１０の上面から封止部３０の光射出面までの距離Ｘと、アークタンジェント５０°との積で求めた距離、すなわち、Ｘ・Ａｔａｎ５０°で離間して配設される。一般に用いられる封止材の屈折率が１．４〜１．６であるため、半導体発光素子１０の直上の封止部３０の光射出面３５の領域から、Ｘ・Ａｔａｎ５０°よりも離れた光射出面３５にレンズ部５０を配設することにより、光射出面３５に到達した青色光を外部へ取り出すものである。
【００２１】
本実施形態において、レンズ５１は、２０μｍ以上１００μｍ以下の直径を有するマイクロレンズまたはシボなどの微細な凹凸構造である。また、レンズ５１間の距離（ピッチ）は、レンズ５１の直径と等しく配置することが好ましい。このようなレンズ５１を配置したレンズ部５０は、光射出面３５に到達した青色光を効率良く外部へ取り出すことを可能にする。
【００２２】
なお、本実施形態に係る半導体発光装置１００において、各部材には公知の材料を用いることができる。したがって、半導体発光素子１０、封止部３０、パッケージ部８０及び蛍光体に用いる材料は特に限定されるものではない。本実施形態において、半導体発光素子１０は、例えば、４４０ｎｍ〜４６５ｎｍの波長の青色光を発光する素子であり、蛍光体は、例えば、５２０ｎｍ〜７００ｎｍの波長の黄色以上の長波長の光を発する物質であるが、特これらに限定されるものではない。また、レンズ５１には、封止部３０と同様の材料を用いることができる。
【００２３】
本実施形態において、半導体発光装置１００の製造には、公知の方法を用いることができる。レンズ部５０は、金型を用いて、封止部３０の所定の領域にレンズ５１を形成したり、別パーツのレンズシートを作成して転写により封止部３０の領域にレンズ５１を形成したりすることができる。また、レンズ５１を形成した別パーツのレンズシートを作成して、封止部３０の所定の領域貼り付けることにより、レンズ部５０を形成することもできる。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体発光装置１００は、半導体発光素子１０の直上の封止部３０の光射出面３５の領域から所定の距離で離間した領域に、複数のレンズ５１を配設したレンズ部５０を有することにより、光射出面３５に到達した青色光を効率良く外部へ取り出すことができ、混色性を向上させた半導体発光装置を提供することができる。
【００２５】
（実施形態２）
実施形態１においては、発光素子が１つ配設された例を説明したが、本実施形態においては複数の発光素子を配設した半導体発光装置について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る半導体発光装置２００を示す概略図である。図２（ａ）は半導体発光装置２００の上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡＡ’における半導体発光装置２００の断面図である。半導体発光装置２００は、半導体発光素子２１０がパッケージ部８０に複数配設され、複数の半導体発光素子２１０の直上の封止部３０の光射出面３５の領域から所定の距離で離間した領域に、複数のレンズ５１を配設したレンズ部５０を有する。
【００２６】
本実施形態は、複数の半導体発光素子２１０の直上の封止部３０の光射出面３５の領域からＸ・Ａｔａｎ５０°よりも離れた光射出面３５にレンズ部５０を配設することにより、光射出面３５に到達した青色光を外部へ取り出すものである。
【００２７】
本実施形態において、レンズ５１は、２０μｍ以上１００μｍ以下の直径を有するマイクロレンズまたはシボなどの微細な凹凸構造である。レンズ５１として、フレネルレンズを用いることも考えられるが、複数の光源を有する本実施形態においては、マイクロレンズを用いることにより、光射出面３５に到達した青色光を効率良く外部へ取り出すことができ、混色性を向上させた半導体発光装置を提供することができる。それ以外の構成については、実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００２８】
（実施形態３）
上述した実施形態においては、レンズ部に配設されるレンズは等しい形状のものとして説明した。本実施形態においては、異なる形状のレンズを複数配設したレンズ部を備える例について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る半導体発光装置３００を示す概略図である。図３（ａ）は半導体発光装置３００の上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡＡ’における半導体発光装置３００の断面図である。
【００２９】
半導体発光装置３００は、レンズ部３５０において、２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲で異なる直径を有する複数のレンズ３５１やレンズ３５３を有する。図３においては、２種類のレンズを配設する例を示したが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、配設するレンズの径や種類、数は任意に設定可能である。
【００３０】
本実施形態に係る半導体発光装置３００は、２０μｍ以上１００μｍ以下範囲で異なる直径を有する複数のレンズを有するレンズ部３５０を備えることにより、光射出面３３５に到達した青色光を効率良く外部へ取り出すことができ、混色性を向上させた半導体発光装置を提供することができる。
【００３１】
（実施形態４）
本実施形態においては、封止部に高分散性の蛍光体を分散させた例について説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る半導体発光装置４００を示す概略図である。図４（ａ）は半導体発光装置４００の上面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡＡ’における半導体発光装置４００の断面図である。
【００３２】
半導体発光装置４００において、封止部４３０は、高分散性の蛍光体４７０を分散させて形成される。本実施形態において、蛍光体４７０は、蛍光材を封止部４３０の材料に親和性を有する材料でコーティングしたものである。例えば、封止部４３０がシリコーンで形成される場合、蛍光体４７０はシリコーン親和性の材料でコーティングされる。それ以外の構成は、上述した各実施形態で説明したものと同様である。図４においては、半導体発光装置４００は、蛍光体４７０以外は実施形態１と同様の構成として示したが、本実施形態は、上述した実施形態２及び３にも適用可能である。
【００３３】
本実施形態に係る半導体発光装置４００は、封止部４３０を高分散性の蛍光体４７０を分散させて形成することにより、蛍光体の封止樹脂内の均一分散による透過率を高くして、混色性をさらに向上させることができる。
【００３４】
（実施形態５）
上述した実施形態においては、レンズ部を円形の帯状の構成として説明したが、レンズ部の形状が異る例について説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る半導体発光装置５００を示す概略図である。図５（ａ）は半導体発光装置５００の上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡＡ’における半導体発光装置５００の断面図である。
【００３５】
半導体発光装置５００は、半導体発光素子１０が矩形形状を有し、半導体発光素子１０の直上の封止部５３０の光射出面５３５の矩形形状の領域から所定の距離で離間した領域に、複数のレンズ５１を配設したレンズ部５５０を有する。
【００３６】
本実施形態は、矩形形状の半導体発光素子１０の直上の封止部５３０の光射出面５３５の矩形形状の領域からＸ・Ａｔａｎ５０°よりも離れた光射出面５３５にレンズ部５５０を配設することにより、光射出面５３５に到達した青色光を外部へ取り出すものである。このような構成を有することにより、半導体発光装置５００は、光射出面５３５に到達した青色光を効率良く外部へ取り出すことができ、混色性を向上させた半導体発光装置を提供することができる。それ以外の構成については、上述した各実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。図５においては、半導体発光装置５００は、レンズ部５５０以外は実施形態１と同様の構成として示したが、本実施形態は、上述した実施形態２〜４にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０：半導体発光素子、３０：封止部、３５：光射出面、５１：レンズ、５０：レンズ部、８０：パッケージ部、１００：半導体発光素子、２００：半導体発光装置、２１０：半導体発光素子、３００：半導体発光装置、３５０：レンズ部、３５１：レンズ、３５３：レンズ、４００：半導体発光装置、４３０：封止部、４７０：蛍光体、５００：半導体発光装置、５３０：封止部、５３５：光射出面、５５０：レンズ部、９００：半導体発光装置、９３０：封止部、９３５：光射出面
【図１】
2014110253.tif 000003
【図２】
2014110253.tif 000004
【図３】
2014110253.tif 000005
【図４】
2014110253.tif 000006
【図５】
2014110253.tif 000007
【図６】
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