(57)【要約】【課題】光取り出し効率が高く、信頼性に優れた半導体発光装置の提供である。【解決手段】半導体発光装置は、半導体発光素子と、互いに積層された２以上の蛍光体層とを備える。蛍光体層のそれぞれは、透明樹脂材料と、屈折率が透明樹脂材料よりも大きな高屈折率材料と、半導体発光素子からの光を吸収して蛍光を発する蛍光材料とを含む。蛍光材料は、蛍光体層ごとに異なる波長の蛍光を発する。透明樹脂材料は、蛍光体層が異なっても同一の材料からなる。蛍光体層の屈折率が、蛍光体層ごとに異なる。【選択図】図１
2015015418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、互いに積層された２以上の蛍光体層とを備え、
前記蛍光体層のそれぞれは、透明樹脂材料と、屈折率が前記透明樹脂材料よりも大きな高屈折率材料と、前記半導体発光素子からの光を吸収して蛍光を発する蛍光材料とを含み、
前記蛍光材料は、前記蛍光体層ごとに異なる波長の蛍光を発し、
前記透明樹脂材料は、前記蛍光体層が異なっても同一の材料からなり、
前記蛍光体層の屈折率が、前記蛍光体層ごとに異なる半導体発光装置。
【請求項２】
前記高屈折率材料の含有率が、前記蛍光体層ごとに異なる請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記高屈折率材料は、前記半導体発光素子が発する光の波長の１／４倍以下の直径を有する粒子である請求項１または２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記高屈折率材料は、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化スズ、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化ハフ二ウム、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、硫化亜鉛および単体のケイ素の少なくとも１つからなる請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記蛍光体層は、前記半導体発光素子から遠ざかるにつれて屈折率が大きくなるように配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記２以上の蛍光体層が互いに積層されてなる波長変換部は、前記半導体発光素子とは離隔している請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記半導体発光素子と最も前記半導体発光素子側に位置する前記蛍光体層との間には、前記蛍光材料を含まない樹脂層が設けられている請求項６に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記２以上の蛍光体層が互いに積層されてなる波長変換部の表面のうち前記半導体発光素子から最も離れて位置する表面は、前記半導体発光素子から遠ざかる方向へ突出する凸状である請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記２以上の蛍光体層が互いに積層されてなる波長変換部の表面のうち前記半導体発光素子から最も離れて位置する表面は、凹凸部を有する請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記蛍光体層として、赤色蛍光体層と緑色蛍光体層と青色蛍光体層とを備える請求項１〜９のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記半導体発光素子は、３５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下にピーク波長を有する光を発する請求項１〜１０のいずれか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し、好適には半導体発光素子と蛍光体層とを備え半導体発光素子が発する光の波長とは異なる波長の光を発する半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子と蛍光体層とを備えた半導体発光装置は、消費電力が低く、小型化が可能であり、輝度に優れ、広範囲な色再現性を有する。そのため、このような半導体発光装置は、次世代の発光装置として注目されており、活発に研究および開発されている。
【０００３】
たとえば特許文献１、２には、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層および青色蛍光体層が半導体発光素子側から光取り出し側へ向かって順次積層されていることが記載されている。特許文献２には、このような配置としたことにより得られる効果として、次に示すことが記載されている。赤色蛍光体層が緑色蛍光体層および青色蛍光体層よりも半導体発光素子側に配置されているので、赤色蛍光体層の励起に必要な光エネルギーが十分に確保される。よって、赤色光の十分な光量によって色バランスが良好なものとなり、演色性の高い白色光を得ることができる。また、青色蛍光体層が赤色蛍光体層の光取出側に配置されているので、赤色蛍光体層による青色光の吸収（光量損失）を回避することができる。このため、青色光が赤色光および緑色光と同様に十分な光量をもって半導体発光装置の外側へ取り出されるので、赤色光と緑色光と青色光との混合による白色光の光取出効率を高めることができる。
【０００４】
特許文献３には、消灯時における蛍光体層の外観色の制御が容易な半導体発光装置が記載されている。特許文献３に記載の半導体発光装置では、青色蛍光体層の厚さおよび蛍光体濃度は、外光によって黄色蛍光体層および赤色蛍光体層が励起されて黄色光および赤色光を発した場合に、その黄色光および赤色光が青色蛍光体層を透過しない値に設定されている。
【０００５】
特許文献４には、半導体発光素子と、半導体発光素子を覆う透明モールディング部と、透明モールディング部上に順に配置された下部波長変換物質層および上部波長変換物質層とを備えた半導体発光装置が記載されている。特許文献４には、下部波長変換物質層が透明モールディング部に比べて屈折率の大きい物質で形成されることが好ましいことも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３９５１７号公報
【特許文献２】特開２００７−１３４６５６号公報
【特許文献３】特開２０１０−８７２６７号公報
【特許文献４】特開２０１１−１５５３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２の半導体発光装置では、蛍光体層を覆う樹脂層と空気との界面で全反射された青色光または緑色光が、発光装置の内部に戻って赤色蛍光体に吸収されるおそれがある。このことは、樹脂層と空気との界面が平面である場合、および、樹脂層と空気との界面が半導体発光素子側へ向かって凹んでいる場合などには顕著となる。
【０００８】
また、特許文献３の半導体発光装置では、青色蛍光体層における蛍光体濃度が非常に高く設定されるので、濃度消光による光取り出し効率の低下を招くことがある。
【０００９】
また、特許文献４の半導体発光装置では、下部波長変換物質層が透明モールディング部に比べて屈折率の大きい物質で形成されるので、下部波長変換物質層の材料の熱膨張率と透明モールディング部の材料の熱膨張率との差が大きくなる。そのため、下部波長変換物質層が透明モールディング部から剥離するなどの不具合を招くことがあり、半導体発光装置の信頼性の低下を招くことがある。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光取り出し効率が高く、信頼性に優れた半導体発光装置の提供である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る半導体発光装置は、半導体発光素子と、互いに積層された２以上の蛍光体層とを備える。蛍光体層のそれぞれは、透明樹脂材料と、屈折率が透明樹脂材料よりも大きな高屈折率材料と、半導体発光素子からの光を吸収して蛍光を発する蛍光材料とを含む。蛍光材料は、蛍光体層ごとに異なる波長の蛍光を発する。透明樹脂材料は、蛍光体層が異なっても同一の材料からなる。蛍光体層の屈折率は、蛍光体層ごとに異なる。ここで、「蛍光材料は、蛍光体層ごとに異なる波長の蛍光を発する。」とは、たとえば、蛍光体層ごとに蛍光材料が異なることを意味する。
【００１２】
高屈折率材料の含有率は、蛍光体層ごとに異なることが好ましい。ここで、「高屈折率材料の含有率」は、蛍光体層における高屈折率材料の体積含有率であっても良いし、蛍光体層における高屈折率材料の質量含有率であっても良い。高屈折率材料は、半導体発光素子からの光の波長の１／４倍以下の直径を有する粒子であることが好ましい。高屈折率材料は、たとえば、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化スズ、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化ハフ二ウム、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、硫化亜鉛および単体のケイ素の少なくとも１つからなることが好ましい。
【００１３】
蛍光体層は、半導体発光素子から遠ざかるにつれて屈折率が大きくなるように配置されていることが好ましい。
【００１４】
２以上の蛍光体層が互いに積層されてなる波長変換部は、半導体発光素子とは離隔していることが好ましい。半導体発光素子と最も半導体発光素子側に位置する蛍光体層との間には、蛍光材料を含まない樹脂層が設けられていることが好ましい。
【００１５】
２以上の蛍光体層が互いに積層されてなる波長変換部の表面のうち半導体発光素子から最も離れて位置する表面は、半導体発光素子から遠ざかる方向へ突出する凸状であっても良いし、凹凸部を有しても良い。
【００１６】
蛍光体層として、赤色蛍光体層と緑色蛍光体層と青色蛍光体層とを備えることが好ましい。半導体発光素子は、３５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下にピーク波長を有する光を発することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る半導体発光装置では、光取り出し効率が高く、信頼性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図２】図１に示す半導体発光装置における光の経路の一部を示す断面図である。
【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の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る半導体発光装置について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
＜半導体発光装置の構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。本実施形態に係る半導体発光装置は、半導体発光素子１と、波長変換部１０とを備える。半導体発光素子１は、導電性細線３によりリードフレーム５に接続されており、リードフレーム５上に設けられている。波長変換部１０は、半導体発光素子１が設けられたリードフレーム５上に設けられており、赤色蛍光体層１１と緑色蛍光体層１３と青色蛍光体層１５とを備える。赤色蛍光体層１１の側面、緑色蛍光体層１３の側面および青色蛍光体層１５の側面はパッケージ基材７で覆われている。
【００２１】
赤色蛍光体層１１は半導体発光素子１を覆うようにリードフレーム５上に設けられており、緑色蛍光体層１３は赤色蛍光体層１１上に設けられており、青色蛍光体層１５は緑色蛍光体層１３上に設けられている。このように、本実施形態では、蛍光体層は、半導体発光素子１から遠ざかるにつれて当該蛍光体層に含まれる蛍光体材料が発する光の波長が短くなるように、配置されている。赤色蛍光体層１１は、第１の透明樹脂材料と、屈折率が第１の透明樹脂材料よりも大きな第１の高屈折率材料と、半導体発光素子１からの光を吸収して赤色の蛍光を発する第１の蛍光材料（赤色蛍光材料）とを含む。緑色蛍光体層１３は、第２の透明樹脂材料と、屈折率が第２の透明樹脂材料よりも大きな第２の高屈折率材料と、半導体発光素子１からの光を吸収して緑色の蛍光を発する第２の蛍光材料（緑色蛍光材料）とを含む。青色蛍光体層１５は、第３の透明樹脂材料と、屈折率が第３の透明樹脂材料よりも大きな第３の高屈折率材料と、半導体発光素子１からの光を吸収して青色の蛍光を発する第３の蛍光材料（青色蛍光材料）とを含む。
【００２２】
本実施形態に係る半導体発光装置では、赤色蛍光体層１１の屈折率と緑色蛍光体層１３の屈折率と青色蛍光体層１５の屈折率とは互いに異なる。本実施形態では、蛍光体層は、半導体発光素子１から遠ざかるにつれて当該蛍光体層の屈折率が大きくなるように、配置されている。具体的には、赤色蛍光体層１１、緑色蛍光体層１３および青色蛍光体層１５の順に屈折率が大きくなる。ここで、赤色蛍光体層１１の屈折率は１．３５以上１．５５以下であることが好ましく、緑色蛍光体層１３の屈折率は１．４０以上１．６０以下であることが好ましく、青色蛍光体層１５の屈折率は、１．４５以上１．６５以下であることが好ましい。赤色蛍光体層１１などの屈折率は、たとえばＶブロック屈折計を用いた方法（Ｖブロック法）にしたがって測定可能である。屈折率は、本明細書では、特に断らない限り、波長が４０５ｎｍにおける屈折率を意味する。
【００２３】
図２は、図１に示す半導体発光装置における光の経路の一部を示す断面図である。半導体発光素子１から遠ざかるにつれて蛍光体層の屈折率が大きくなるので、半導体発光素子１からの光Ｌ１１は、赤色蛍光体層１１と緑色蛍光体層１３との界面１２で全反射することなく、緑色蛍光体層１３と青色蛍光体層１５との界面１４で全反射することなく、青色蛍光体層１５に到達する。
【００２４】
半導体発光素子１からの光Ｌ１１の一部は、赤色蛍光体層１１の赤色蛍光材料に吸収されて赤色の光（たとえば波長が６００ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の光）を発生させる。半導体発光素子１から遠ざかるにつれて蛍光体層の屈折率が大きくなるので、赤色蛍光材料が発した光もまた、界面１２において全反射することなく緑色蛍光体層１３へ入射され、界面１４において全反射することなく青色蛍光体層１５へ入射される。また、半導体発光素子１から遠ざかるにつれて蛍光体層に含まれる蛍光体材料が発する光の波長が短くなるので、赤色蛍光材料が発した光は、緑色蛍光体層１３内の緑色蛍光材料に吸収されずに緑色蛍光体層１３内を伝播し、青色蛍光体層１５内の青色蛍光材料に吸収されずに青色蛍光体層１５内を伝播して半導体発光装置から取り出される。
【００２５】
半導体発光素子１からの光Ｌ１１のうち赤色蛍光材料に吸収されなかった光の一部は、緑色蛍光体層１３の緑色蛍光材料に吸収されて緑色の光（たとえば波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光）を発生させる。半導体発光素子１から遠ざかるにつれて蛍光体層の屈折率が大きくなるので、緑色蛍光材料が発した光もまた、界面１４において全反射することなく青色蛍光体層１５へ入射される。また、半導体発光素子１から遠ざかるにつれて蛍光体層に含まれる蛍光体材料が発する光の波長が短くなるので、緑色蛍光材料が発した光は、青色蛍光体層１５内の青色蛍光材料に吸収されずに青色蛍光体層１５内を伝播して、半導体発光装置から取り出される。
【００２６】
半導体発光素子１からの光Ｌ１１のうち赤色蛍光材料および緑色蛍光材料に吸収されなかった光の一部は、青色蛍光体層１５の青色蛍光材料に吸収されて青色の光（たとえば波長が３５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の光）を発生させ、青色蛍光材料が発した光は、半導体発光装置から取り出される。
【００２７】
半導体発光素子１から遠ざかるにつれて蛍光体層の屈折率が大きくなるので、半導体発光素子１へ近づくにつれて蛍光体層の屈折率が小さくなる。よって、緑色蛍光材料が発した光の一部または青色蛍光材料が発した光の一部が界面１４とは反対側に位置する青色蛍光体層１５の表面において全反射しても、その光の一部（光Ｌ１２）は、界面１４で全反射して青色蛍光体層１５に再入射する（光Ｌ１３）。界面１４で全反射せずに緑色蛍光体層１３内を進んだ光Ｌ１４は、界面１２で全反射して緑色蛍光体層１３に再入射する（光Ｌ１５）。よって、緑色蛍光材料が発した光が赤色蛍光体層１１の赤色蛍光材料に吸収されることを防止でき、青色蛍光材料が発した光が赤色蛍光体層１１の赤色蛍光材料に吸収されることを防止できる。
【００２８】
以上をまとめると、本実施形態では、赤色蛍光材料が発した光は、界面１２および界面１４において全反射されることなく、また、緑色蛍光材料および青色蛍光材料に吸収されることなく、半導体発光装置の外へ取り出される。同様に、緑色蛍光材料が発した光は、界面１４において全反射されることなく、また、青色蛍光材料に吸収されることなく半導体発光装置の外へ取り出される。さらに、緑色蛍光材料が発した光が赤色蛍光材料に吸収されることを防止でき、青色蛍光材料が発した光が赤色蛍光材料に吸収されることを防止できる。よって、半導体発光装置からの光の取り出し効率を高く維持することができる。
【００２９】
本実施形態に係る半導体発光装置では、第１の透明樹脂材料と第２の透明樹脂材料と第３の透明樹脂材料とは互いに同一の材料からなる。これにより、赤色蛍光体層１１と緑色蛍光体層１３と青色蛍光体層１５とでは熱膨張率などの熱物性はほとんど変わらないので、界面１２または界面１４における剥離の発生を防止することができる。よって、半導体発光装置の信頼性を高く維持することができる。
【００３０】
本実施形態に係る半導体発光装置では、赤色蛍光体層１１における第１の高屈折率材料の含有率と緑色蛍光体層１３における第２の高屈折率材料の含有率と青色蛍光体層１５における第３の高屈折率材料の含有率とが互いに異なる。これにより、赤色蛍光体層１１と緑色蛍光体層１３と青色蛍光体層１５とでは屈折率が互いに異なる。以下、説明する。
【００３１】
一般に、高屈折率材料（後述の透明樹脂材料よりも屈折率が大きな材料）が透明樹脂材料中に均一に分散されている場合（以下ではこの材料を「複合材料」と記すことがある）、複合材料の屈折率は、Maxwell-Garnet理論に基づいて、下記式（１）から見積もることができる。下記式（１）において、ｎeffは複合材料の実効屈折率を表わし、ｎcは透明樹脂材料の屈折率を表わし、ｎdは高屈折率材料の屈折率を表わし、φは複合材料において高屈折率材料が占める体積の割合（体積含有率）を表わす。よって、高屈折率材料の含有率（体積含有率）を変更すれば、複合材料の屈折率を変更することができる。たとえば、表１に示すように、波長が４０５ｎｍであるときの透明樹脂材料の屈折率が１．４１である場合、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる高屈折率材料の体積含有率を増やすにつれて複合材料の屈折率が大きくなることが分かる。
【００３２】
【数１】
2015015418.tif 000003
【００３３】
【表１】
2015015418.tif 000004
【００３４】
第１の高屈折率材料は、酸化アルミニウムに限定されず、屈折率が第１の透明樹脂材料の屈折率よりも大きい無機材料であれば特に限定されず、酸化インジウム、酸化スズ、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化ハフ二ウム、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、硫化亜鉛および単体のケイ素の少なくとも１つからなることが好ましい。第２および第３の高屈折率材料についても同様のことが言える。第１の高屈折率材料と第２の高屈折率材料と第３の高屈折率材料とは互いに同一であっても良いし、互いに異なっても良い。
【００３５】
一般に、半導体発光素子からの光は、半導体発光素子の形状に依存する指向特性を有しており、その出射角度によって蛍光体層中での光路差を発生させる。一方、赤色蛍光材料、緑色蛍光材料および青色蛍光材料などの蛍光材料が発した光は、指向特性を殆ど有していない。そのため、半導体発光装置から出射された白色光における半導体発光素子からの光の割合が出射角度によって異なる。つまり、色度バラツキが発生する。
【００３６】
しかし、第１、第２および第３の高屈折率材料の粒径がサブミクロンサイズであれば、半導体発光素子１からの光が第１、第２および第３の高屈折率材料によってミー散乱（（Mie scattering、下記式（２）のα〜１）または幾何学光学散乱（下記式（２）のα＞１）される。よって、半導体発光素子１からの光が効果的に散乱されるので、色度バラツキの発生が防止される。それだけでなく、半導体発光素子１からの光が各蛍光体層の蛍光体によって変換される確率が高くなる。したがって、第１、第２および第３の高屈折率材料は、その粒径がサブミクロンサイズの粒子で構成されていることが好ましい。
【００３７】
より好ましくは、第１、第２および第３の高屈折率材料が、半導体発光素子１からの光の波長の１／４倍以下の直径を有する粒子からなることである。これにより、下記式（２）で示すように、半導体発光素子１からの光が第１、第２および第３の高屈折率材料によりレイリー散乱（下記式（２）のα＜１）される。
【００３８】
ここで、下記式（２）において、Ｄは第１、第２または第３の高屈折率材料の直径を表わし、λは光の波長を表わし、α＜１であればレイリー散乱が起こる。また、レイリー散乱係数ｋsは下記式（３）により表される。下記式（３）で表されるように、レイリー散乱係数ｋsは、光の波長（λ）の４乗に反比例する。つまり、光の波長（λ）が短いほど、ｋsが大きくなる。したがって、半導体発光素子１からの光が第１、第２および第３の高屈折率材料によりレイリー散乱されれば、半導体発光素子１からの光が第１、第２および第３の高屈折率材料によりミー散乱または幾何学光学散乱される場合に比べて、半導体発光素子１からの光があらゆる方向に散乱され易くなる。よって、色度バラツキの発生が防止され易くなる。以下では、半導体発光装置の構成要素をそれぞれ説明する。
【００３９】
【数２】
2015015418.tif 000005
【００４０】
【数３】
2015015418.tif 000006
【００４１】
＜半導体発光素子＞
半導体発光素子１は、３５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下にピークを有する光を発することが好ましい。これにより、波長変換部１０における蛍光体材料として公知の蛍光体材料を特に限定されることなく使用できる。半導体発光素子１は、たとえば、窒化ガリウム系材料からなるＬＥＤであることが好ましい。
【００４２】
＜導電性細線＞
導電性細線３の材料およびその太さなどは限定されない。従来の半導体発光装置とリードフレームなどの基板との接続に用いられている導電性細線などを特に限定されることなく使用できる。
【００４３】
＜リードフレーム＞
リードフレーム５の材料およびその厚さなどは限定されない。従来の半導体発光装置を支持するために用いられているリードフレームなどを特に限定されることなく使用できる。なお、後述の第５の実施形態で示すように、リードフレーム５の代わりに基板５１を用いても良い。
【００４４】
＜パッケージ基材＞
パッケージ基材７の材料は限定されない。パッケージ基材７は、半導体発光素子１から最も離れて位置する波長変換部１０の表面１０Ａ（以下では単に「波長変換部１０の表面１０Ａ」と記す）を露出させることが好ましい。これにより、波長変換部１０で発生した光の強度を低下させることなく当該光を半導体発光装置から取り出すことができる。また、パッケージ基材７は、リードフレーム５のうち外部端子として機能する部分を露出させることが好ましい。これにより、本実施形態に係る半導体発光装置を回路基板などに接続させることができる。
【００４５】
＜波長変換部＞
第１、第２および第３の透明樹脂材料は、それぞれ、可視光（たとえば波長が３５０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の光）の透過率が８５％以上１００％以下の材料であることが好ましく、たとえばＫＥＲ２５００、ＫＥＲ２６００またはＡＳＰ１１２０（いずれも信越化学工業株式会社製）などである。第１、第２および第３の高屈折率材料については上述の通りである。
【００４６】
＜半導体発光装置の製造＞
たとえば次に示す方法にしたがって本実施形態に係る半導体発光装置を製造することができる。まず、たとえば半田またはボールボンダーなどを用いて半導体発光素子１をリードフレーム５上に固定してから、導電性細線３を用いて半導体発光素子１とリードフレーム５の端子部（不図示）とを接続する。
【００４７】
次に、第１の透明樹脂材料、第１の高屈折率材料および第１の蛍光材料のそれぞれを所定量ずつ混合して、第１の混合物を得る。半導体発光素子１を覆うようにして第１の混合物をリードフレーム５上に塗布する。これにより、赤色蛍光体層１１が得られる。
【００４８】
続いて、第２の透明樹脂材料、第２の高屈折率材料および第２の蛍光材料のそれぞれを所定量ずつ混合して、第２の混合物を得る。第２の混合物を赤色蛍光体層１１上に塗布して緑色蛍光体層１３を得る。
【００４９】
続いて、第３の透明樹脂材料、第３の高屈折率材料および第３の蛍光材料のそれぞれを所定量ずつ混合して、第３の混合物を得る。第３の混合物を緑色蛍光体層１３上に塗布して青色蛍光体層１５を得る。
【００５０】
必要に応じて、赤色蛍光体層１１の側面、緑色蛍光体層１３の側面および青色蛍光体層１５の側面をパッケージ基材７で覆う。このようにして本実施形態に係る半導体発光装置が得られる。
【００５１】
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。本実施形態に係る半導体発光装置は、上記第１の実施形態に係る半導体発光装置において、半導体発光素子１と波長変換部１０とが離隔している。以下では、上記第１の実施形態とは異なる点を主に示す。
【００５２】
本実施形態に係る半導体発光装置は、半導体発光素子１と赤色蛍光体層１１（最も半導体発光素子１側に位置する蛍光体層）との間に、蛍光材料を含まない樹脂層２１を備える。これにより、半導体発光素子１と波長変換部１０とが離隔する。よって、半導体発光素子１からの熱による赤色蛍光体層１１などの劣化を防止できる。また、半導体発光素子１から様々な方向に発せられる光の赤色蛍光体層１１、緑色蛍光体層１３または青色蛍光体層１５などにおける光路差を小さくすることができるので、色ムラの発生を防止できる。
【００５３】
樹脂層２１の材料は特に限定されないが、樹脂層２１の屈折率は赤色蛍光体層１１の屈折率よりも小さいことが好ましい。これにより、半導体発光素子１からの光が樹脂層２１と赤色蛍光体層１１との界面で全反射されて半導体発光素子１側へ戻ることを防止できる。また、樹脂層２１は、蛍光材料を含まないことが好ましい。これらのことから、樹脂層２１は、第１の透明樹脂材料からなることが好ましい。
【００５４】
本実施形態では、第１の透明樹脂材料などを充填することなく半導体発光素子１と波長変換部１０とを離隔しても良い。その場合であっても、半導体発光素子１からの熱による赤色蛍光体層１１などの劣化を防止できるとともに色ムラの発生を防止できる。
【００５５】
＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。本実施形態に係る半導体発光装置では、上記第２の実施形態に係る半導体発光装置において、波長変換部１０の表面１０Ａが半導体発光素子１から遠ざかる方向へ突出する凸状である。これにより、波長変換部１０の表面１０Ａにおいて全反射される確率が減る。よって、光の取り出し効率を上記第２の実施形態よりも高めることができる。
【００５６】
なお、上記第１の実施形態に係る半導体発光装置において波長変換部１０の表面１０Ａが半導体発光素子１から遠ざかる方向へ突出する凸状であれば、光の取り出し効率を上記第１の実施形態よりも高めることができる。
【００５７】
＜第４の実施形態＞
図５は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。本実施形態に係る半導体発光装置では、上記第２の実施形態に係る半導体発光装置において、波長変換部１０の表面１０Ａが凹凸部を有する。これにより、波長変換部１０の表面１０Ａでの散乱効果が得られる。よって、光の取り出し効率を上記第２の実施形態よりも高めることができる。
【００５８】
なお、上記第１の実施形態に係る半導体発光装置において波長変換部１０の表面１０Ａが凹凸部を有するのであれば、光の取り出し効率を上記第１の実施形態よりも高めることができる。
【００５９】
＜第５の実施形態＞
図６は、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。本実施形態に係る半導体発光装置は、上記第２の実施形態に係る半導体発光装置において、リードフレームの代わりに基板５１を備え、半導体発光素子１を３つ備えている。赤色蛍光体層１１、緑色蛍光体層１３および青色蛍光体層１５は、いずれも、真ん中に位置する半導体発光素子１を中心とするドーム状に形成されている。このような場合であっても、上記第１〜第２の実施形態に記載の効果を得ることができる。
【００６０】
なお、上記第１の実施形態に係る半導体発光装置において、赤色蛍光体層１１、緑色蛍光体層１３および青色蛍光体層１５のそれぞれを、半導体発光素子１を中心とするドーム状に形成しても良い。
【００６１】
以上説明したように、図１、図３〜図６に示す半導体発光装置は、半導体発光素子１と、互いに積層された２以上の蛍光体層１１，１３，１５とを備える。蛍光体層１１，１３，１５のそれぞれは、透明樹脂材料と、屈折率が透明樹脂材料よりも大きな高屈折率材料と、半導体発光素子１からの光を吸収して蛍光を発する蛍光材料とを含む。蛍光材料は、蛍光体層１１，１３，１５ごとに異なる波長の蛍光を発する。透明樹脂材料は、蛍光体層１１，１３，１５が異なっても同一の材料からなる。蛍光体層１１，１３，１５の屈折率は、蛍光体層１１，１３，１５ごとに異なる。これにより、光取り出し効率が高く、信頼性に優れた半導体発光装置を得ることができる。
【００６２】
高屈折率材料の含有率は、蛍光体層１１，１３，１５ごとに異なることが好ましい。これにより、蛍光体層１１，１３，１５の屈折率が蛍光体層１１，１３，１５ごとに異なることとなる。
【００６３】
高屈折率材料は、半導体発光素子１が発する蛍光の波長の１／４倍以下の直径を有する粒子であることが好ましい。これにより、半導体発光素子１からの光が高屈折率材料によりレイリー散乱される。
【００６４】
高屈折率材料は、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化スズ、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化ハフ二ウム、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、硫化亜鉛および単体のケイ素の少なくとも１つからなることが好ましい。
【００６５】
蛍光体層１１，１３，１５は、半導体発光素子１から遠ざかるにつれて屈折率が大きくなるように配置されていることが好ましい。これにより、光取り出し効率をさらに高めることができる。
【００６６】
２以上の蛍光体層１１，１３，１５が互いに積層されてなる波長変換部１０は、半導体発光素子とは離隔していることが好ましい。これにより、半導体発光素子１からの熱による赤色蛍光体層１１などの劣化を防止できるとともに、色ムラの発生を防止できる。たとえば、半導体発光素子１と最も半導体発光素子１側に位置する蛍光体層１１との間には、蛍光材料を含まない樹脂層２１が設けられていることが好ましい。
【００６７】
２以上の蛍光体層１１，１３，１５が互いに積層されてなる波長変換部１０の表面のうち半導体発光素子１から最も離れて位置する表面１０Ａは、半導体発光素子１から遠ざかる方向へ突出する凸状であっても良いし、凹凸部を有しても良い。これにより、光取り出し効率をさらに高めることができる。
【００６８】
蛍光体層として、赤色蛍光体層１１と緑色蛍光体層１３と青色蛍光体層１５とを備えることが好ましい。半導体発光素子１は、３５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下にピーク波長を有する光を発することが好ましい。
【実施例】
【００６９】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７０】
＜実施例１＞
まず、４０５ｎｍにピーク波長を有する光を発する半導体発光素子とＡｕからなるリードフレームとを準備した。ダイボンドペーストを用いて半導体発光素子をリードフレーム上に固定してから、Ａｕからなる導電性細線を用いて半導体発光素子とリードフレームの端子部（不図示）とを接続した。
【００７１】
次に、１ｇのＫＥＲ２５００ＡとＫＥＲ２５００Ｂとの混合物（ＫＥＲ２５００Ａ：ＫＥＲ２５００Ｂ＝１：１（質量比））（第１の透明樹脂材料）と、０．３８１ｇのＡｌ2Ｏ3（第１の高屈折率材料）と、０．０７７ｇのＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ（第１の蛍光材料）とを混合して、第１の混合物を得た。半導体発光素子を覆うようにして第１の混合物をリードフレーム上に塗布した。これにより、赤色蛍光体層が得られた。第１の高屈折率材料は、第１の透明樹脂材料に対して３８．１質量％含まれており、赤色蛍光体層において１０体積％含まれていた。第１の蛍光材料は、第１の透明樹脂材料に対して７．７質量％含まれていた。赤色蛍光体層の屈折率は１．４４であった。
【００７２】
続いて、１ｇのＫＥＲ２５００ＡとＫＥＲ２５００Ｂとの混合物（ＫＥＲ２５００Ａ：ＫＥＲ２５００Ｂ＝１：１（質量比））（第２の透明樹脂材料）と、０．８７５ｇのＡｌ2Ｏ3（第２の高屈折率材料）と、０．７７ｇのＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ（第２の蛍光材料）とを混合して、第２の混合物を得た。第２の混合物を赤色蛍光体層上に塗布した。これにより、緑色蛍光体層が得られた。第２の高屈折率材料は、第２の透明樹脂材料に対して８５．７質量％含まれており、緑色蛍光体層において２０体積％含まれていた。第２の蛍光材料は、第２の透明樹脂材料に対して７７質量％含まれていた。緑色蛍光体層の屈折率は１．４８であった。
【００７３】
続いて、１ｇのＫＥＲ２５００ＡとＫＥＲ２５００Ｂとの混合物（ＫＥＲ２５００Ａ：ＫＥＲ２５００Ｂ＝１：１（質量比））（第３の透明樹脂材料）と、１．４７ｇのＡｌ2Ｏ3（第３の高屈折率材料）と、０．４１ｇのＳｒ3ＭｇＳｉ2Ｏ8：Ｅｕ（第３の蛍光材料）とを混合して、第３の混合物を得た。第３の混合物を緑色蛍光体層上に塗布した。これにより、青色蛍光体層が得られた。第３の高屈折率材料は、第３の透明樹脂材料に対して１４７質量％含まれており、青色蛍光体層において３０体積％含まれていた。第３の蛍光材料は、第３の透明樹脂材料に対して４１質量％含まれていた。青色蛍光体層の屈折率は１．５２であった。
【００７４】
得られた半導体発光装置に１３０ｍＡの電流を流して当該半導体発光装置の全光束を測定したところ、８０．６１（ｌｍ）であった。
【００７５】
＜実施例２＞
半導体発光素子を覆うように樹脂層を設け、その樹脂層上に赤色蛍光体層を設けたことを除いては上記実施例１に記載の方法にしたがって、実施例２の半導体発光装置を製造した。具体的には、半導体発光素子を覆うようにして１ｇのＫＥＲ２５００ＡとＫＥＲ２５００Ｂとの混合物（ＫＥＲ２５００Ａ：ＫＥＲ２５００Ｂ＝１：１（質量比）。Ａｌ2Ｏ3を含んでいない）（第１の透明樹脂材料）をリードフレーム上に塗布した。これにより、樹脂層が得られた。樹脂層の屈折率は１．４１であった。続いて、第１の混合物を樹脂層上に塗布して赤色蛍光体層を得た。その後は、上記実施例１に記載の方法にしたがって本実施例の半導体発光装置を得た。得られた半導体発光装置に１３０ｍＡの電流を流して当該半導体発光装置の全光束を測定したところ、８０．６９（ｌｍ）であった。
【００７６】
＜実施例３＞
撥水剤を用いて青色蛍光体層を形成したことを除いては上記実施例２に記載の方法にしたがって、実施例３の半導体発光装置を製造した。得られた半導体発光装置では、半導体発光素子から最も離れて位置する波長変換部の表面は半導体発光素子から遠ざかる方向へ突出する凸状であった。得られた半導体発光装置に１３０ｍＡの電流を流して当該半導体発光装置の全光束を測定したところ、８３．９２（ｌｍ）であった。
【００７７】
＜実施例４＞
ブラシを用いて青色蛍光体層の表面を荒らしたことを除いては上記実施例２に記載の方法にしたがって、実施例４の半導体発光装置を製造した。得られた半導体発光装置では、半導体発光素子から最も離れて位置する波長変換部の表面は凹凸部を有していた。得られた半導体発光装置に１３０ｍＡの電流を流して当該半導体発光装置の全光束を測定したところ、８１．４４（ｌｍ）であった。
【００７８】
＜比較例１＞
第１の高屈折率材料を用いることなく赤色蛍光体層を形成したこと、第２の高屈折率材料を用いることなく緑色蛍光体層を形成したこと、および、第３の高屈折率材料を用いることなく青色蛍光体層を形成したことを除いては上記実施例１に記載の方法にしたがって、比較例１の半導体発光装置を製造した。得られた半導体発光装置に１３０ｍＡの電流を流して当該半導体発光装置の全光束を測定したところ、８０．３２（ｌｍ）であった。
【００７９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８０】
１  半導体発光素子、３  導電性細線、５  リードフレーム、７  パッケージ基材、１０  波長変換部、１０Ａ  表面、１１  赤色蛍光体層、１２，１４  界面、１３  緑色蛍光体層、１５  青色蛍光体層、２１  樹脂層、５１  基板。
【図１】
2015015418.tif 000007
【図２】
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【図３】
2015015418.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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