(57)【要約】【課題】蛍光体を用いても封止材から取り出される光に色むらが生じることがなく、製造コストを低減することのできる半導体発光装置を提供する。【解決手段】半導体発光素子４と、半導体発光素子４を封止しガラスからなる母体及び母体に含まれる発光中心を有する蛍光体５と、を備えた半導体発光装置１とし、蛍光体５により半導体発光素子４を直接封止することにより装置から放射される光の色むらを低減し、蛍光体５の他に封止材料を不要とし、蛍光体５と封止材料の混合工程が不要となることから、製造コストを低減することができる。【選択図】図１
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【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を封止し、ガラスからなる母体及び前記母体に含まれる発光中心を有する蛍光体のみからなる封止材と、を備えた半導体発光装置。
【請求項２】
前記蛍光体の前記発光中心は、少なくとも１種の希土類イオンである請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体の前記発光中心は、ＹｂイオンとＮｄイオンの少なくとも一方である請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記蛍光体は、前記半導体発光素子から発せられた光により励起されると、赤外領域の光を発する請求項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】
前記蛍光体の前記母体は、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスからなる請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記半導体発光素子は、白色光を発する請求項１から５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。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ素子等の半導体発光素子を用いた半導体発光装置として、透明樹脂、ガラス等の封止材で半導体発光素子を封止するものが一般的である（例えば、特許文献１及び２参照）。この種の半導体発光装置では、蛍光体粒子を封止材に含有させ、半導体発光素子から発せられた光を蛍光体粒子により波長変換するものが知られている。【０００３】
また、赤外ガラス蛍光体と半導体発光素子とを備えた光干渉断層撮影装置用光源が提案されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３は、段落[００１１]に「赤外ガラス蛍光体と半導体発光素子との組み合わせは、いわば白色ＬＥＤのようなものでもあり」との記載を有している。従って、特許文献３に記載された光干渉断層撮影装置用光源は、従来公知の白色ＬＥＤと同様の構成であり、赤外ガラス蛍光体を粒子として封止材に含有させているものと理解される。
【特許文献１】特開２００８−３４５４６号公報
【特許文献２】特開２００６−１１４９１１号公報
【特許文献３】特開２００８−１８５３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、封止材に蛍光体粒子を含有させると、封止材と蛍光体粒子の比重が異なることから、蛍光体粒子を封止材に均一に分散させることは困難である。これにより、封止材から取り出される光に色むらが生じるという問題点があった。
また、装置の製造にあたり、蛍光体粉末の作製、蛍光体粉末のサイズ制御、蛍光体粉末と封止材を混合等の工程が必要となるため、製造コストが嵩むという問題点もある。【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蛍光体を用いても封止材から取り出される光に色むらが生じることがなく、製造コストを低減することのできる半導体発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明では、半導体発光素子と、前記半導体発光素子を封止し、ガラスからなる母体及び前記母体に含まれる発光中心を有する蛍光体のみからなる封止材と、を備えた半導体発光装置が提供される。【０００７】
上記半導体発光装置において、前記蛍光体の前記発光中心は、少なくとも１種の希土類イオンであってもよい。【０００８】
上記半導体発光装置において、前記蛍光体の前記発光中心は、ＹｂイオンとＮｄイオンの少なくとも一方であってもよい。【０００９】
上記半導体発光装置において、前記蛍光体は、前記半導体発光素子から発せられた光により励起されると、赤外領域の光を発してもよい。【００１０】
上記半導体発光装置において、前記蛍光体の前記母体は、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスからなってもよい。【００１１】
上記半導体発光装置において、前記半導体発光素子は、白色光を発してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体発光装置によれば、半導体発光素子を蛍光体により封止するようにしたので、装置から放射される光の色むらを低減することができる。
また、蛍光体で直接封止しているので、蛍光体の他に封止材料は不要であり、蛍光体と封止材料の混合工程等が不要となることから、装置を簡単容易に製造することができ、製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１及び図２は本発明の第１の実施形態を示すものであり、図１は半導体発光装置の模式断面図である。【００１４】
図１に示すように、半導体発光装置１は、一対のリードフレーム２，３と、各リードフレーム２，３に搭載されるＬＥＤ素子４と、ＬＥＤ素子４を封止する封止材としての蛍光体５と、を備えている。半導体発光装置１は、８５０ｎｍ〜１１００ｎｍ程度の赤外光を発することができる。この波長領域は、生体の透過性が高いので、例えば、医療分野、生体観察分野等の光源として用いると好適である。【００１５】
各リードフレーム２，３は、導電性の金属からなり、互いに平行に所定方向へ延びる棒状部２１，３１と、棒状部２１，３１の先端側に形成されＬＥＤ素子４が搭載される搭載部２２，３２と、棒状部２１，３１の先端側に形成されＬＥＤ素子４を包囲する反射部２３，３３と、をそれぞれ有している。ここでは、各リードフレーム２，３の基端側を下方、先端側を上方として説明する。【００１６】
各棒状部２１，３１は、基端側が外部電源と接続され、ＬＥＤ素子４へ電力が供給されるようになっている。各搭載部２２，３２は、各棒状部２１，３１の先端側から互いに近接する方向へ延び、絶縁が確保されるよう間隔をおいて配置される。各搭載部２２，３２の上面は、平坦に形成され、一体的に円形を呈している。各反射部２３，３３は、各棒状部２１，３１の先端側から上方へ延び、ＬＥＤ素子４から発せられた光を上方へ反射する。各反射部２３，３３の内面は、下方から上方へ向かって拡開するよう形成されている。【００１７】
ＬＥＤ素子４は、基板４１と、半導体層４２と、半導体層４２に接続されたｐ電極４３及びｎ電極４４とから構成される。ｐ電極４３及びｎ電極４４は、各搭載部２２，３２にそれぞれ電気的に接続される。本実施形態においては、ＬＥＤ素子４は、ｐ電極４３及びｎ電極４４が搭載面に形成されたフリップチップ型であり、ｐ電極４３が一方のリードフレーム２に、ｎ電極４４が他方のリードフレーム３に接続されるように、各リードフレーム２，３を跨いで配置される。【００１８】
本実施形態においては、基板４１はサファイアからなり、半導体層４２はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の式で表される半導体からなり、ＬＥＤ素子４は、例えばピーク波長が５８５ｎｍで、半値幅が５０ｎｍの光を発する。【００１９】
ＬＥＤ素子４を封止する封止材は蛍光体５のみからなり、蛍光体５は、リードフレーム２，３の搭載部２２，３２及び反射部２３，３３の内側に充填され、外表面がレンズ形状面５１をなしている。尚、蛍光体５の保護や封止材から取り出される光の制御を目的として、蛍光体５の外表面に樹脂等からなる膜を形成してもよい。本実施形態においては、蛍光体５とリードフレーム２，３の外側は面一に形成されている。蛍光体５は、ガラスからなる母体と、この母体に含まれる発光中心を有している。ここでいう「発光中心」とは、母体材料中に存在し発光を示す構造であるが、母体材料とは実質的に１つの材料を構成しているものをいい、樹脂、ガラス等からなる封止材中に含有された蛍光体とは異なるものである。すなわち、樹脂、ガラス等からなる封止材中に蛍光体を含有させた場合、樹脂、ガラス等からなる封止材と蛍光体とは、材料として別個のものであり、１つの材料を構成しているとはいえない。具体的に、蛍光体５の母体はＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスからなり、発光中心はＹｂ３＋及びＮｄ３＋となっている。蛍光体５は、ＬＥＤ素子４から発せられた光により励起されると、８５０ｎｍ〜１１００ｎｍの赤外光を発する。蛍光体５は、Ｙｂ２Ｏ３粉末と、Ｎｄ２Ｏ３粉末と、Ｂｉ２Ｏ３粉末と、Ｈ３ＢＯ３粉末と、を混合して溶融した後、冷却することにより作製される。ここで、１０００℃を超えるとＢｉ３＋が還元されるため、１０００℃超に加熱して溶融する場合は、さらにＳｂ２Ｏ３粉末を添加して、Ｂｉ３＋の還元作用を抑制してもよい。尚、Ｙｂ２Ｏ３の濃度が４．０ｍｏｌ％以下、かつ、Ｎｄ２Ｏ３の濃度が５．０ｍｏｌ％以下であれば、１０００℃で蛍光体５が溶融することが確認されている。【００２０】
ここで、図２（ａ）の励起スペクトル、図２（ｂ）の発光スペクトルを参照して、本実施形態の蛍光体５の特性について詳述する。図２は、Ｙｂ２Ｏ３と、Ｎｄ２Ｏ３を共添加したＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスの励起スペクトル及び発光スペクトルのグラフを示している。具体的に、この蛍光体５は、Ｙｂ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％、Ｎｄ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３を４８．５ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を４８．５ｍｏｌ％、Ｓｂ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％として作製した。また、励起スペクトルは発光波長９７４ｎｍにて測定された発光強度から求め、発光スペクトルは励起波長５３０ｎｍにて測定された発光強度から求めた。【００２１】
図２（ａ）に示すように、この蛍光体５は、４５０ｎｍから８００ｎｍにわたって励起することができる。従って、ＬＥＤ素子４は、４５０ｎｍから８００ｎｍの波長域で発光するものであれば、蛍光体５を励起することができる。また、図２（ａ）に示すように、励起スペクトルは、複数のピークを有しており、特に５３０ｎｍ付近、５８５ｎｍ付近、６８５ｎｍ付近、７５０ｎｍ付近の励起効率が優れている。この中でも、５８５ｎｍ付近の励起効率が最も優れており、本実施形態のＬＥＤ素子４のピーク波長が５８５ｎｍであることから、励起効率の良いＬＥＤ素子４と蛍光体５の組合せとなっている。【００２２】
図２（ｂ）に示すように、この蛍光体５は、９７４ｎｍにて鋭い発光ピークを有し、この発光ピークの長波長側に１００３ｎｍをピークとする比較的ブロードな発光ピークを有している。１００３ｎｍの発光ピークは、半値幅が８０ｎｍである。【００２３】
次に、この半導体発光装置１の製造方法を説明する。まず、各リードフレーム２，３にＬＥＤ素子４を実装する。尚、各リードフレーム２，３は、金属を加工することにより作製され、ＬＥＤ素子４は、サファイアからなる基板４１上に、ＧａＮ系の半導体層４２をエピタキシャル成長させることにより作製されている。一方、Ｙｂ２Ｏ３粉末と、Ｎｄ２Ｏ３粉末と、Ｂｉ２Ｏ３粉末と、Ｈ３ＢＯ３粉末を、混合して加熱し、溶融した状態の蛍光体５を作製する。そして、ＬＥＤ素子４が搭載された各リードフレーム２，３の先端にて型を用いて蛍光体５を配置し、蛍光体５を冷却して蛍光体５をモールド成型する。これにより、レンズ形状面５１を有する蛍光体５によりＬＥＤ素子４が封止された砲弾型の半導体発光装置１が完成する。ここで、ＬＥＤ素子４はフリップチップ実装されているので、ＬＥＤ素子４と各リードフレーム２３の電気的接続部位に、蛍光体５からの物理的、熱的等のダメージが加わり難くなっている。また、モールド成形時には、ＬＥＤ素子４を冷却しつつ蛍光体５を成型することが望ましい。【００２４】
以上のように構成された半導体発光装置１は、各リードフレーム２，３に電圧を印加すると、ＬＥＤ素子４からピーク波長が５８５ｎｍで半値幅が５０ｎｍの黄色光が発せられる。蛍光体５は、ＬＥＤ素子４から発せられた黄色光により励起されると、ピーク波長が１０００ｎｍで半値幅が８０ｎｍの赤外光を発する。ここで、ＬＥＤ素子４は、蛍光体５そのものにより封止され、蛍光体５の内部では発光中心をなす希土類イオンが母体のガラス中に均一に含まれているので、蛍光体５のみからなる封止材の内部の全領域で同様に波長変換が行われる。すなわち、蛍光体を粒子とし透明な封止材に含有させた従来の発光装置のように、封止材における粒子の分布状態に応じて色むらが生じるようなことはないし、蛍光体粒子と封止材の界面で光が反射するようなこともない。そして、蛍光体５にて波長変換された赤外光は、レンズ形状面５１により集光されて、装置の外部へ放射される。【００２５】
このように、本実施形態の半導体発光装置１によれば、ＬＥＤ素子４を蛍光体５により封止するようにしたので、装置から放射される光の色むらを低減することができるし、封止材（蛍光体５）の内部で反射が生じることがないので的確に光学制御をすることができる。また、蛍光体５で直接封止しているので、蛍光体５の他に封止材料は不要であり、蛍光体５と封止材料を混合させる工程、蛍光体５を封止材料に分散させる工程等が不要となることから、装置を簡単容易に製造することができる。【００２６】
また、本実施形態の半導体発光装置１によれば、蛍光体５の母体としてガラスを用いたので、発光中心となる希土類イオンの配位子場が一様ではなく、４ｆ殻準位の分裂の仕方も一様でなくなる。この結果、半値幅が比較的広く、複数の発光ピークが連続して繋がったブロードな発光を得ることができる。これに対し、母体を結晶とすると、配位子場が一様であるので分裂の仕方も一様となり、各発光ピークが鋭くなるので、ブロードな発光を得ることはできない。特に、ガラスとしてＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスを用いたので、蛍光体５の融点が比較的低く、かつ、ガラス化範囲が比較的広くなり、装置の製造に有利である。【００２７】
また、本実施形態の半導体発光装置１によれば、発光中心としてＹｂイオンとＮｄイオンを含んでいるので、蛍光体５を８５０〜１１００ｎｍ付近で発光させることができる。これにより、生体の観察等に適した近赤外光を発する半導体発光装置１とすることができる。【００２８】
尚、前記実施形態においては、蛍光体５の発光中心がＹｂ３＋及びＮｄ３＋であるものを示したが、例えば、発光中心がＹｂ３＋単独であったり、Ｎｄ３＋単独であってもよい。ここで、発光中心がＮｄ３＋単独である蛍光体の特性を、図３（ａ）の励起スペクトル及び図３（ｂ）の発光スペクトルを参照して説明する。図３は、Ｎｄ２Ｏ３を添加したＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスの励起スペクトル及び発光スペクトルのグラフを示している。具体的に、この蛍光体５は、Ｎｄ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３を４９．０ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を４９．０ｍｏｌ％、Ｓｂ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％として作製した。また、励起スペクトルは発光波長１０７０ｎｍにて測定された発光強度から求め、発光スペクトルは励起波長５３０ｎｍにて測定された発光強度から求めた。【００２９】
図３（ａ）に示すように、この蛍光体は、４５０ｎｍから８００ｎｍにわたって励起することができる。従って、ＬＥＤ素子４は、４５０ｎｍから８００ｎｍの波長域で発光するものであれば、蛍光体５を励起することができる。図３（ａ）に示すように、励起スペクトルは、Ｙｂ３＋及びＮｄ３＋を共に添加したものと、同じようなピークが観察されている。図３（ｂ）に示すように、この蛍光体は、９３０ｎｍ付近と、１０７０ｎｍ付近にて発光ピークを有している。【００３０】
また、前記実施形態の図２（ｂ）においては、蛍光体が９７４ｎｍにて鋭い発光ピークを有するものを示したが、Ｙｂ３＋が９７５ｎｍ付近にて励起（吸収）スペクトルのピークを有することを利用して、当該発光ピークを抑制することが可能である。図４は、Ｙｂ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３を４９．０ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を４９．０ｍｏｌ％、Ｓｂ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％として作製した蛍光体の吸収スペクトルと発光スペクトルを示すグラフである。図４に示すように、９７５ｎｍ付近で発光と吸収が重なっている。従って、Ｎｄ２Ｏ３の濃度を一定とした場合、Ｙｂ２Ｏ３の濃度を増大させれば、当該発光ピークを抑制することができる。そして、Ｙｂ３＋の発光に起因する９７５ｎｍ付近の光を、Ｙｂ３＋に再吸収させることにより、励起効率を著しく高めることができる。これにより、発光ピークを抑制して励起効率を高めるためには、蛍光体５中にＹｂ３＋が多く含ませたり、ＬＥＤ素子４から蛍光体５の外表面までの距離を長くすればよい。【００３１】
９７５ｎｍ付近の発光ピークの抑制作用は、図５から図７に示す３種類の蛍光体の発光スペクトルを比較することでも確認される。尚、これらの蛍光体を、前記実施形態の蛍光体５としてもよいことは勿論である。図５は、Ｙｂ２Ｏ３を２．０ｍｏｌ％、Ｎｄ２Ｏ３を５．０ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３を４６．０ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を４６．０ｍｏｌ％、Ｓｂ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％として作製した蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。図６は、Ｙｂ２Ｏ３を３．０ｍｏｌ％、Ｎｄ２Ｏ３を５．０ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３を４５．５ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を４５．５ｍｏｌ％、Ｓｂ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％として作製した蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。図７は、Ｙｂ２Ｏ３を４．０ｍｏｌ％、Ｎｄ２Ｏ３を５．０ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３を４５．０ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を４５．０ｍｏｌ％、Ｓｂ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％として作製した蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。図５から図７の発光スペクトルは、いずれも５３０ｎｍの励起波長光源を利用して測定した。【００３２】
図５から図７に示すように、Ｎｄ２Ｏ３の濃度が一定であれば、Ｙｂ２Ｏ３の濃度を増加させると、９７５ｎｍ付近の発光ピークの強度が減少していることがわかる。図５から図７に示すように、９７５ｎｍ付近の発光ピークの長波長側に位置する発光ピークは、いずれも１００３ｎｍ〜１００５ｎｍであり、半値幅は８１ｎｍ〜８３ｎｍであった。このように、Ｙｂ２Ｏ３の濃度の増加は、ピーク発光波長と半値幅に大きな影響を与えることなく、鋭い発光のみを抑制するのに効果的である。【００３３】
さらに、図２から図７にスペクトルを示した各蛍光体の他、図８及び図９に示すスペクトルを有する蛍光体を用いることもできる。図８は、Ｙｂ２Ｏ３を５．１ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３を４７．５ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を４７．４ｍｏｌ％として作製した蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。図８の発光スペクトルは、４８８ｎｍの励起波長光源を利用して測定した。尚、蛍光体の作製時には、Ｙｂ２Ｏ３粉末と、Ｂｉ２Ｏ３粉末と、Ｈ３ＢＯ３粉末を混合し、比較的低温の１０００℃で溶融しているので、Ｂｉ３＋の還元作用は生じていない。図８に示すように、この蛍光体によれば、ピーク発光波長が１０２６ｎｍ、半値幅７２ｎｍのガウシアン類似形状の発光スペクトルが得られた。尚、Ｙｂ２Ｏ３粉末を６．１ｍｏｌ%及び６．９ｍｏｌ%とした蛍光体でも同様のスペクトルが得られている。【００３４】
図９は、Ｙｂ２Ｏ３を５．０ｍｏｌ％、Ｎｄ２Ｏ３を２．０ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３を４４．４ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を４８．６ｍｏｌ％として作製した蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。図９の発光スペクトルは、４８８ｎｍの励起波長光源を利用して測定した。図９に示すように、この蛍光体によれば、ピーク発光波長が１０２６ｎｍ、半値幅８４ｎｍのガウシアン類似形状の発光スペクトルが得られた。【００３５】
尚、Ｙｂ２Ｏ３を５．０ｍｏｌ％、Ｎｄ２Ｏ３を２．９ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３を４３．９ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を４８．１ｍｏｌ％として作製された蛍光体であっても同様のスペクトルが得られているし、Ｙｂ２Ｏ３及びＮｄ２Ｏ３を５．０ｍｏｌ％及び３．０ｍｏｌ％に固定して、Ｂｉ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３を、９１．９ｍｏｌ％及び０ｍｏｌ％、８２．４ｍｏｌ％及び９．５ｍｏｌ%、７３．２ｍｏｌ％及び１８．８ｍｏｌ％、６４．５ｍｏｌ％及び２７．３ｍｏｌ％、５５．２ｍｏｌ％及び３３．７ｍｏｌ％、３６．６ｍｏｌ％及び５５．４ｍｏｌ％と変化させた各蛍光体においても同様のスペクトルが得られている。【００３６】
さらに、前記実施形態の蛍光体５の発光中心として、Ｙｂイオン及びＮｄイオンの他に、例えばＴｍイオン、Ｅｒイオン、Ｄｙイオン、Ｐｒイオン等の希土類イオンを用いることができる。図１０には、代表的な希土類イオンの発光波長を示す。図１０に示すように、希土類イオンはそれぞれ発光波長が異なることから、半導体発光装置１の用途に応じて希土類イオンを選択すればよい。【００３７】
さらにまた、蛍光体５のＬＥＤ素子４に近い側（例えば、図１中の下側）と、ＬＥＤ素子４から離れた側（例えば、図１中の上側）とで、希土類イオンの濃度を変化させてもよい。これは、意図的に行う濃度変化であり、従来技術における意図しない分散ムラとは異なるものである。この場合、蛍光体５をＬＥＤ素子４の側から希土類イオンの濃度が異なる複数の層により構成したり、ＬＥＤ素子４から遠ざかるにつれて希土類イオンの濃度が連続的に変化するよう構成することができる。さらにまた、蛍光体５内で、希土類イオンの種類を変化させてもよい。【００３８】
また、前記実施形態の蛍光体５の母体として、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系の硼酸系ガラスを用いたものを示したが、リン酸系ガラスやフッ化物ガラスを用いてもよい。具体的には、Ｂｉ２Ｏ３−ＧｅＯ２系ガラス、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＣａＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＣａＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス等の低融点ガラスを例示することができる。蛍光体５の母体のガラスは、ＬＥＤ素子４を封止するため、融点が低い方が好ましい。また、蛍光体５の母体のガラスの屈折率を、ＬＥＤ素子４の基板４１の屈折率と合わせることが望ましい。例えば、前記実施形態では、基板４１が屈折率１．８のサファイアであることから、蛍光体５の母体に屈折率１．８のガラスを用いることが望ましい。尚、ガラスの屈折率は、ガラス中の各酸化物の量を調整することにより変化させることができる。【００３９】
さらにまた、蛍光体５のＬＥＤ素子４に近い側（例えば、図１中の下側）と、ＬＥＤ素子４から離れた側（例えば、図１中の上側）とで、母体のガラス組成を変化させてもよい。例えば、ＬＥＤ素子４に近い側を融点が比較的低いガラスとし、離れた側を融点が比較的高いガラスとすれば、ＬＥＤ素子４の封止時にＬＥＤ素子４に加わる熱的な負荷を軽減することができるし、離れた側のガラスを予め所期形状に成形しておき、近い側のガラスのみ溶融させ、離れた側のガラスを型としてＬＥＤ素子４を封止することもできる。また、例えば、ＬＥＤ素子４に近い側を屈折率が比較的高いガラスとし、離れた側を屈折率が比較的低いガラスとすれば、ＬＥＤ素子４から放射される光をＬＥＤ素子４及び蛍光体５で全反射することなく外部へ放射することができる。一方、例えば、ＬＥＤ素子４に近い側を屈折率が比較的低いガラスとし、離れた側を屈折率が比較的高いガラスとすれば、蛍光体５内で光を全反射させ、光の波長を十分に変換してから外部へ放射することができる。【００４０】
さらに、ＬＥＤ素子４の配光特性を勘案し、半導体発光装置１における所望の配光特性が実現できるように、希土類イオン濃度や母体ガラスの組成を適宜変化させることが可能である。例えば、ＬＥＤ素子４の配光特性が素子の中心軸（素子の光出射面に垂直で素子の中央を通る軸）について非対称である場合に、半導体発光装置１から出射される光が装置の中心軸について対称的となるよう蛍光体５の希土類イオン濃度や屈折率を設計することができるし、ＬＥＤ素子４の配光特性が素子の中心軸について対称的である場合に、導体発光装置１から出射される光が装置の中心軸について非対称となるよう蛍光体５の希土類イオン濃度や屈折率を設計することもできる。【００４１】
尚、前記実施形態においては、蛍光体５のレンズ形状面５１が滑らかな湾曲形状であるものを示したが、例えば図１１に示すように、レンズ形状面５１をＬＥＤ素子４からの距離がほぼ一定なフレネルレンズの形状としてもよく、レンズ形状面５１は任意に変更することができる。図１１に示す半導体発光装置１では、蛍光体５内における光路長が一定であるので、装置から放射される光の色むらをさらに低減することができる。【００４２】
図１２は本発明の第２の実施形態を示すものであり、図１２は半導体発光装置の模式断面図である。
図１２に示すように、この半導体発光装置１０１は、一対のリードフレーム１０２，１０３と、一方のリードフレーム１０２に搭載されるＬＥＤ素子１０４と、ＬＥＤ素子１０４を封止する封止材としての蛍光体５と、を備えている。【００４３】
各リードフレーム１０２，１０３は、互いに平行に所定方向へ延びる棒状部１２１，１３１をそれぞれ有している。一方のリードフレーム１０２は、棒状部１２１の先端側に形成されＬＥＤ素子１０４が搭載される搭載部１２２と、搭載部１２２の外縁から上方に突出形成されＬＥＤ素子１０４を包囲する反射部１２３と、を有している。【００４４】
搭載部１２２は、棒状部１２１の先端側から他方のリードフレーム１０３へ近接する方向へ延び、絶縁が確保されるよう他方のリードフレーム１０３と間隔をおいて配置される。搭載部１２２の上面は、平坦に形成され、円形を呈している。反射部１２３は、ＬＥＤ素子１０４から発せられた光を上方へ反射し、その内面は下方から上方へ向かって拡開するよう形成されている。【００４５】
ＬＥＤ素子１０４は、基板１４１上に半導体層１４２が形成され、半導体層４２上に形成された電極１４３がワイヤ１４５により他方にリードフレーム１０３と電気的に接続される。尚、このＬＥＤ素子１０４の基板１４１は、導電性を有しており、基板１４１が搭載部１２２と接触することにより一方のリードフレームと電気的に接続されるようになっている。【００４６】
本実施形態においては、基板１４１はＢ、Ａｌ及びＮがドープされた６Ｈ型単結晶のＳｉＣからなり、半導体層１４２はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の式で表される半導体からなる。半導体層１４２からは４０８ｎｍ以下の紫外光が発せられ、基板１４１は紫外光により励起されると、Ｂ及びＮと、Ａｌ及びＮのドナー・アクセプタ・ペア発光により、４５０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長の太陽光に近似した白色光が発せられる。【００４７】
ＬＥＤ素子１０４を封止する蛍光体５は、リードフレーム１０２の搭載部１２２及び反射部１２３の内側に充填され、外表面がレンズ形状面５１をなしている。本実施形態においては、蛍光体５とリードフレーム１０２，１０３の外側は面一に形成されている。蛍光体５は、母体がＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスからなり、発光中心がＹｂ３＋及びＮｄ３＋となっている。蛍光体５は、ＬＥＤ素子１０４から発せられた光により励起されると、８５０ｎｍ〜１１００ｎｍの光を発する。尚、蛍光体５のモールド成型を行う場合は、ワイヤ１４５へのダメージが小さくなるように、蛍光体５の粘度を十分に下がった状態で行うことが望ましい。【００４８】
以上のように構成された半導体発光装置１０１は、各リードフレーム１０２，１０３に電圧を印加すると、ＬＥＤ素子１０４から４５０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長の白色光が発せられる。蛍光体５は、ＬＥＤ素子１０４から発せられた白色光により励起されると、ピーク波長が１０００ｎｍで半値幅が８０ｎｍの赤外光を発する。前述のように、Ｙｂ３＋及びＮｄ３＋を含むガラスでは、複数の励起帯を有することから、ＬＥＤ素子１０４から発せられる白色光により蛍光体５の発光強度を大きくすることができる。【００４９】
尚、前記各実施形態では、棒状部を有する一対のリードフレームの先端に蛍光体を設けた半導体発光装置を示したが、例えば、図１３及び図１４に示すように、表面実装型の半導体発光装置としてもよく、装置の形態は任意に変更することができる。【００５０】
図１３の半導体発光装置２０１は、セラミックからなる基体２０６に上方を開口した凹部を形成し、当該凹部内にＬＥＤ素子４がフリップチップ実装されている。基体２０６の底部２６２には、ＬＥＤ素子４への電力供給のための金属からなるメタルパターン２０２，２０３が形成されている。また、基体２０６は、ＬＥＤ素子４を包囲する反射部２６１を有している。基体２０６の凹部の内部には、蛍光体５が充填されている。ＬＥＤ素子４及び蛍光体５は、第１の実施形態と同じものである。蛍光体５の上面は、反射部２６１と面一となるよう平坦に形成されている。蛍光体５は、溶融した状態で基体２０６の凹部内に充填される。【００５１】
図１４の半導体発光装置３０１は、基体２０６の凹部内にＬＥＤ素子１０４を実装したものである。ＬＥＤ素子１０４は、第２の実施形態と同じものである。ＬＥＤ素子１０４の電極１４３とメタルパターン２０３とはワイヤ３４５により電気的に接続される。基体２０６の凹部の内部には、蛍光体５が充填されている。蛍光体５は、第１の実施形態と同じものである。蛍光体５は、溶融した状態で基体２０６の凹部内に充填される。【００５２】
また、前記各実施形態では、赤外光を発する蛍光体５を用いたものを示したが、黄色光、赤色光等のような可視光を発する蛍光体を用いてもよいことは勿論である。例えば、蛍光体の発光中心を、Ｃｅイオンとすると黄色光を発するようになり、Ｅｕイオンとすると赤色光を発するようになる。このように、蛍光体を可視領域で発光させる場合、母体のガラスは可視領域での吸収が比較的小さいものを選択することが好ましい。このようなガラスとしてＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスが挙げられる。【００５３】
また、前記各実施形態では、半導体発光素子としてＬＥＤ素子を用いたものを示したが、例えばＬＤ素子のような他の半導体発光素子を用いてもよい。また、半導体発光素子の半導体層としてＩｎＡｌＧａＮ系材料を用いたものを示したが、例えば、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＧａＡｓＰ系材料等のような他の半導体材料をい用いてもよいし、その他、具体的な細部構成は適宜に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態を示す半導体発光装置の模式断面図である。
【図２】図２は、蛍光体の特性を示すものであって、（ａ）は励起スペクトルのグラフを示し、（ｂ）は発光スペクトルのグラフを示す。
【図３】図３は、変形例の蛍光体の特性を示すものであって、（ａ）は励起スペクトルのグラフを示し、（ｂ）は発光スペクトルのグラフを示す。
【図４】図４は、変形例における蛍光体の吸収スペクトルと発光スペクトルを示すグラフである。
【図５】図５は、変形例における蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。
【図６】図６は、変形例における蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。
【図７】図７は、変形例における蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。
【図８】図８は、変形例における蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。
【図９】図９は、変形例における蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。
【図１０】図１０は、代表的な希土類イオンの発光波長を示す図である。
【図１１】図１１は、変形例を示す半導体発光装置の模式断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施形態を示す半導体発光装置の模式断面図である。
【図１３】図１３は、変形例を示す半導体発光装置の模式断面図である。
【図１４】図１４は、変形例を示す半導体発光装置の模式断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    半導体発光装置
２    リードフレーム
３    リードフレーム
４    ＬＥＤ素子
５    蛍光体
２１    棒状部
２２    搭載部
２３    反射部
３１    棒状部
３２    搭載部
３３    反射部
４１    基板
４２    半導体層
４３    ｐ電極
４４    ｎ電極
５１    レンズ形状面
１０１  半導体発光装置
１０２  リードフレーム
１０３  リードフレーム
１０４  ＬＥＤ素子
１２１  棒状部
１２２  搭載部
１２３  反射部
１４１  基板
１４２  半導体層
１４３  ｐ電極
１４５  ワイヤ
２０１  半導体発光装置
２０２  メタルパターン
２０３  メタルパターン
２０６  基体
２６１  反射部
２６２  底部
３０１  半導体発光装置
３４５  ワイヤ
【図１】
2010055831.tif 000003
【図２】
2010055831.tif 000004
【図３】
2010055831.tif 000005
【図４】
2010055831.tif 000006
【図５】
2010055831.tif 000007
【図６】
2010055831.tif 000008
【図７】
2010055831.tif 000009
【図８】
2010055831.tif 000010
【図９】
2010055831.tif 000011
【図１０】
2010055831.tif 000012
【図１１】
2010055831.tif 000013
【図１２】
2010055831.tif 000014
【図１３】
2010055831.tif 000015
【図１４】
2010055831.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月1日(2010.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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を直接封止し、ガラスからなる母体及び前記母体に含まれる発光中心を有する蛍光体のみからなる封止材と、を備え、
前記ガラスからなる母体は、前記半導体発光素子に近い側と離れた側とで屈折率が異なり、
前記ガラスからなる母体は、前記半導体発光素子と離れた側で近い側よりも屈折率が高く、
前記半導体発光素子と、前記半導体発光素子を封止する前記蛍光体とにつき、前記蛍光体の前記ガラスからなる母体の屈折率が、前記半導体発光素子の屈折率と合わせられている半導体発光装置。
【請求項２】
前記半導体発光素子は、白色光を発する請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体の前記発光中心は、ＹｂイオンとＮｄイオンの少なくとも一方である請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記蛍光体の前記発光中心は、Ｙｂイオン及びＮｄイオンを含み、
前記蛍光体は、前記半導体発光素子により励起されると８５０〜１１００ｎｍ付近で発光する請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記蛍光体の励起スペクトルは、４５０ｎｍから８００ｎｍの間に複数のピークを有する請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記半導体発光素子は、４５０ｎｍから８００ｎｍの波長域で発光する請求項５に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記蛍光体は、５８５ｎｍ付近の励起効率が最も優れ、
前記半導体発光素子は、ピーク波長が５８５ｎｍの光を発する請求項６に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記蛍光体は、前記半導体発光素子から発せられた光により励起されると、赤外領域の光を発する請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記蛍光体の前記母体は、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスからなる請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記蛍光体の前記母体は、Ｓｂ２Ｏ３を含む請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【国際調査報告】
2010055831.tif 000017
2010055831.tif 000018
2010055831.tif 000019
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