(57)【要約】【課題】半導体発光素子は発光波長が短くなっており、紫外光領域の光も放出するものがある。紫外光は物の照明として利用する場合は、照射対象物を劣化させる恐れがある。【解決手段】短い領域の光を放出する半導体発光素子を用いる場合は、紫外光の反射層を半導体発光装置の放出面に設置する。また、半導体発光素子から放出される紫外光を可視光として利用するために、蛍光体層より素子側に可視光反射層を設ける。また、赤色に波長変換された場合は、赤外光も発生する場合があるので、紫外光反射層の外側に赤外光変換蛍光体層を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＵＶ光を発光する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の外側に配置され前記ＵＶ光を可視光に変換する蛍光体を含有する蛍光体層と、
前記蛍光体層の外側に配されるＵＶ光反射層とを有し、
前記蛍光体層の屈折率が前記ＵＶ光反射層の屈折率より大きいか若しくは等しい半導体発光装置。
【請求項２】
前記ＵＶ光反射層の外側に第２の蛍光体層を有する請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記第２の蛍光体層には、ＵＶ光反射材が含まれる請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記第２の蛍光体層の外側に第２のＵＶ光反射層を有する請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記半導体発光素子の周囲にガラス玉を配置した請求項１乃至４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記蛍光体層は、複数の蛍光体部からなる請求項１乃至４に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記蛍光体層はガラスプレートに蛍光体を分散した請求項１乃至４記載の半導体発光装置。
【請求項８】
少なくともＵＶ光を発光する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の外側に配置された可視光反射層と、
前記可視光反射層の外側に配置された第１の蛍光体層と、
前記第１の蛍光体層の外側に配置されたＵＶ光反射層を有し、
前記可視光反射層の屈折率は前記第１の蛍光体層の屈折率より等しいか大きく、
前記第１の蛍光体層の屈折率は、前記ＵＶ光反射層の屈折率より等しいか大きい半導体発光装置。
【請求項９】
前記ＵＶ光反射層の外側に第２の蛍光体層を有する請求項８記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記第２の蛍光体層には、ＵＶ光反射材が含まれる請求項９記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記第２の蛍光体層の外側に第２のＵＶ光反射層を有する請求項９記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記半導体発光素子の周囲にガラス玉を配置した請求項９乃至１１に記載の半導体発光装置。
【請求項１３】
前記蛍光体層は、複数の蛍光体部からなる請求項９乃至１１に記載の半導体発光装置。
【請求項１４】
前記蛍光体層はガラスプレートに蛍光体を分散した請求項９乃至１１記載の半導体発光装置。
【請求項１５】
少なくともＵＶ光を発光する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の外側に配置された第１の蛍光体層と、
前記第１の蛍光体層の外側に配置されたＵＶ光反射層と、
前記ＵＶ光反射層の外側に配置されたＩＲ光変換蛍光体層を有し、
前記第１の蛍光体層の屈折率は前記ＵＶ光反射層の屈折率より等しいか大きく、
前記ＵＶ光反射層の屈折率は、前記ＩＲ光変換蛍光体層の屈折率より等しいか大きい半導体発光装置。
【請求項１６】
前記ＩＲ光変換蛍光体層の内側に第２の蛍光体層を有する請求項１５記載の半導体発光装置。
【請求項１７】
前記ＩＲ光変換蛍光体層の外側に第２のＵＶ光反射層を有する請求項１５記載の半導体発光装置。
【請求項１８】
前記半導体発光素子の周囲にガラス玉を配置した請求項１５乃至１７に記載の半導体発光装置。
【請求項１９】
前記蛍光体層は、複数の蛍光体部からなる請求項１５乃至１７に記載の半導体発光装置。
【請求項２０】
前記蛍光体層はガラスプレートに蛍光体を分散した請求項１５乃至１７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、半導体発光装置とその製造方法に関わる。より具体的には、紫外線（以下「ＵＶ光」という。）の放射を低減した半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光装置は、消費電力を小さくすることができるため、照明用途への実用化が期待されている。現在では、消費電力あたりの光束が、白熱電球より効率のよい半導体発光装置が実用化されつつある。半導体発光素子では、青色の発光が実現された後、さらに発光波長が短いＵＶ光領域の光を発光する半導体発光装置（以下ＵＶＬＥＤという。）が開発されている。また、青色やその他の色を発光する半導体発光装置にも半導体発光素子の発光にＵＶ光領域の光が含まれている場合がある。
【０００３】
これら半導体発光装置から放出されるＵＶ光は、それを意図して利用する場合はともかく、知らずに利用すると被照明体に思わぬ弊害が生じる場合がある。すなわち、ＵＶ光は放射エネルギーが高いため、例えば美術品の照明に長く使用すると、色落ちなどが発生する場合もある。
【０００４】
また、被照明体だけでなく、半導体発光装置自体にもＵＶ光は悪影響を及ぼす。すなわち、半導体発光素子に蛍光体などを分散した樹脂を用いた場合、その樹脂が黄変を起こし劣化する場合がある。また、半導体発光装置に対して外部から入るＵＶ光は、半導体発光装置に用いる樹脂などを劣化させ、黄変を起こす場合もある。
【０００５】
従って、半導体発光装置にとっては、ＵＶ光を放射しない、またＵＶ光を装置内に入れないことは、重要な性能の１つになる。
【０００６】
これまでの報告では、半導体発光素子の周囲を、蛍光体とＵＶ光反射材を分散させた樹脂で覆い、ＵＶ光の放射を低減する発明があった（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−５２８７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体発光装置を照明で使う場合は、ＵＶ光は有効でないばかりか、エネルギーが大きすぎるという課題があった。一方これは、低電力で高いエネルギー光を放出することのできる半導体発光素子を効果的に利用できていないという課題ともいえる。従って、本発明は、半導体発光素子の発生するＵＶ光を半導体発光装置から外部に放出しないというだけでなく、ＵＶ光をより有効に可視光として利用できるようにする目的で想到されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は半導体発光装置の光放出面にＵＶ光反射層を設け、なおかつ半導体発光素子から光放出面にいたるまでの各層で可視光の屈折率を徐々に小さくする。
【０００９】
また、本発明は、さらに最初の蛍光体層の内側に可視光反射層を設ける。また、本発明は、ＵＶ光反射層の外側に赤外線（以下「ＩＲ光」という。）を可視光に変換するＩＲ光変換蛍光体層を設ける。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、光放出面にＵＶ光反射層を設けるので、半導体発光装置からＵＶ光が放出されにくい構成にでき、可視光の屈折率を半導体発光素子から光放出面に向かって徐々に小さくなるようにしたので、各層間での全反射が起こりにくく、光取出し効率も向上する。
【００１１】
また、本発明は最初の蛍光体層の内側に可視光反射層を設けたので、蛍光体層で可視光に変換された光が半導体発光素子側に戻ってこず、光の利用効率が向上する。
【００１２】
また、本発明は最初のＵＶ光反射層の外側にＩＲ光変換蛍光体層を設けるので、ＵＶ光反射層の内側で可視光に変換された光が、ＩＲ光領域まで波長変換された場合に、そのＩＲ光領域の光も可視光まで戻す事ができ、光の可視光領域内での利用効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
図１に本発明の半導体発光装置１０の構成を示す。本発明の半導体発光装置１０は、カップ９と、半導体発光素子２０、蛍光体層４０、ＵＶ光反射層６０を含む。
【００１４】
＜半導体発光素子＞
半導体発光素子２０は、ＵＶ光領域の波長を含む光を発光する半導体発光素子である。例えば、ＵＶ光領域の波長を含む青色を発光する半導体発光素子は、ＧａＮ系の半導体発光素子がある。より具体的には、ＧａＮの基板上にＧａＮのｎ型層、ＩｎＧａＮの活性層及びＧａＮのｐ型層をこの順で積層し、ｎ型層およびｐ型層に電極を配したものである。
【００１５】
また、上記の例に限定されるものではなく、例えば、素子基板としては、ＳｉＣを用いても良いし、絶縁性のサファイアを用いても良い。また例えば、ｎ型層やｐ型層としては、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮを用いてもよいし、ｎ型層と、素子基板との間に、ＧａＮやＩｎＧａＮで構成したバッファ層を用いることも可能である。また、例えば、活性層は、ＩｎＧａＮとＧａＮが交互に積層した多層構造（量子井戸構造）としてもよい。
【００１６】
また、近ＵＶ光の発光素子としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や硫化亜鉛（ＺｎＳ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いることができる。さらに近年では人工ダイヤモンドによってＵＶ光を発光する半導体発光素子も開発されており、本発明に用いる事ができる。なお、Ｇａはガリウム、Ｎは窒素、Ｉｎはインジウム、Ｓｉはシリコン、Ｃは炭素、Ａｌはアルミニウムを表す。
【００１７】
＜電極＞
半導体発光素子には、電極が施され、半導体発光装置１０の外部から電流が供給される。電極は、ワイヤーボンディングや、バンプといった従来から知られている手段を用いることができる。本発明では特に限定しない。また、図でも省略した。
【００１８】
＜カップ＞
カップ９はハウジングとも呼ばれる。初めからカップ状のものでもよいし、側面部８を底部７に接着するなどして作製してもよい。また、側面部の高さの浅いカップに半導体発光素子を配し、砲弾型に樹脂等で封止してもよい。さらに、側面は高さがゼロであってもよい。この場合は、底部７に半導体発光素子が樹脂などで封止されているだけの外形となる。
【００１９】
カップの材質は樹脂やアルミといった材料を用いる。内面の反射率を高くした方が半導体発光装置１０自体の発光量を多くすることが出来る。
【００２０】
＜蛍光体層＞
蛍光体層４０は、半導体発光素子２０からの発光波長を可視光に変換する蛍光体を樹脂やガラスといった媒体に分散させた層である。例えば、半導体発光装置１０自体の発光色を白色にする場合は、半導体発光素子２０からの青色の光を受けて、黄色に波長を変換し放出する材料を含んでいればよい。このような材料としては、希土類ドープ窒化物系、または、希土類ドープ酸化物系の蛍光体が好ましい。
【００２１】
より具体的には、希土類ドープアルカリ土類金属硫化物希土類ドープガーネットの(Ｙ・Ｓｍ)3(Ａｌ・Ｇａ)5Ｏ12：Ｃｅや（Ｙ0.39Ｇｄ0.57Ｃｅ0.03Ｓｍ0.01）3Ａｌ5Ｏ12、希土類ドープアルカリ土類金属オルソ珪酸塩、希土類ドープチオガレート、希土類ドープアルミン酸塩等を好適に用いることができる。また、珪酸塩蛍光体（Ｓｒ1-a1-b2-xＢａa1Ｃａb2Ｅｕx）２ＳｉＯ4やアルファサイアロン（α−ｓｉａｌｏｎ:Ｅｕ）Ｍｘ(Ｓｉ，Ａｌ)12(Ｏ，Ｎ)16を黄色発光の蛍光体として用いても良い。
【００２２】
なお、ＵＶ光から可視光への変換蛍光体としては、青色蛍光体としてＳＣＡ(Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ)10（ＰＯ4）6Ｃ12：ＥｕやＢＡＭ（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ10Ｏ17：Ｅｕがある。また、赤色蛍光体としてはカズン（ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ）、緑色蛍光体としては、ベータサイアロン（β−ｓｉａｌｏｎ：Ｅｕ）Ｓｉ6-zＡｌzＯzＮ8-zなどがある。なお、これはβ型窒化珪素結晶にアルミニウムと酸素が固溶した結晶であり、ｚは固溶量を表す。これら青色蛍光体、赤色蛍光体、緑色蛍光体を組み合わせて用いて白色の発光色を得ることができる。
【００２３】
また、Ｙはイットリウム、Ｇｄはガドリウム、Ｓｍはサマリウム、Ｃｅはセリウム、Ｓｒはストロンチウム、Ｂａはバリウム、Ｃａはカルシウム、Ｅｕはユウロピウム、Ｍｇはマグネシウム、Ｐは燐を表す。
【００２４】
＜ＵＶ光反射層＞
ＵＶ光反射層６０は、ＵＶ光を反射する層であり、蛍光体層４０の外側に配置される。なお、本明細書において、「外側」は、半導体発光素子２０から遠くなる方向をいう。例えば図１においては、図面の上方向が「外側」にあたる。半導体発光素子２０が発したＵＶ光はこの層で反射され、カップ内に戻される。この層の存在によって、半導体発光装置１０からのＵＶ光の放出はゼロ若しくは極めて小さくなる。
【００２５】
ＵＶ光反射層としては、ガラスや樹脂に微小粒径の酸化チタン（ＴｉＯ2）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）といったＵＶ光反射材を媒体に分散させた層を用いる。これらの粒径は、数十ｎｍ以下の粒径であるのが望ましい。
【００２６】
また、ＵＶ光反射層には、数十ナノメートル程度の大きさの気泡を含ませてもよいし、ＵＶ光反射層をＤＢＲ多層膜で構成してもよい。
【００２７】
＜媒体＞
蛍光体層４０とＵＶ光反射層６０には、樹脂もしくはガラスなどの媒体を用いることができる。樹脂としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びフッ素樹脂を主成分とする樹脂が好適である。特に非シリコーン樹脂としては、シロキサン系の樹脂やポリオレフィン、シリコーン・エポキシハイブリッド樹脂などが好適である。ガラスとしては、ゾルゲル法で作製できるガラスがよい。作製時に比較的低温での硬化処理が可能であり、蛍光体等の粒子を分散するのも容易だからである。
【００２８】
このガラスをより具体的に説明すると、有機金属化合物の一種である金属アルコキシドを出発物質とし、その溶液を加水分解、縮重合させゾルを形成した後、空気中の水分などによって更に反応を進めてゲル化させ、得られる固体の金属酸化物である。
【００２９】
例えば、珪素の金属アルコキシドであるテトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）でシリカガラスを作る場合、テトラエトキシシランをアルコール等の溶媒に溶解し、酸や塩基などの触媒と少量の水を加えて十分に混合することにより下記の反応式に従い液状のポリシロキサン・ゾルが形成される。
【００３０】
加水分解反応：Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4＋４Ｈ2Ｏ→Ｓｉ（ＯＨ）4＋４Ｃ2Ｈ5ＯＨ
脱水縮合反応：ｎＳｉ（ＯＨ）4→［ＳｉＯ2］n＋２ｎＨ2Ｏ
このようなシリカガラスは耐湿性、耐候性を備えており、半導体発光装置としては好適な材料である。なお、媒体にＵＶ光反射材若しくは蛍光体を分散させた状態のものを充填材と呼ぶ。
【００３１】
＜屈折率＞
蛍光体層４０とＵＶ光反射層６０の可視光領域での屈折率は、各層に分散させる粒子の濃度で調整することができ、これらの屈折率の関係を所定の関係にすることによって、半導体発光装置１０の光取出し効率が向上する。すなわち、半導体発光素子の屈折率をｎ20とし、蛍光体層４０の屈折率をｎ40とし、ＵＶ光反射層６０の屈折率をｎ60とすると、ｎ20＞ｎ40＞ｎ60とする。なお、不等号はそれぞれ等しい場合を含むものとする。
【００３２】
このように各層の屈折率を調整することで、半導体発光素子と蛍光体層、蛍光体層とＵＶ光反射層の界面での全反射による光取出し効率の低下を防ぐ事ができ、高効率の半導体発光装置を得ることができる。なお、これらの屈折率は可視光の領域での屈折率である。屈折率を調整するための具体的な材料は、数十ナノメートル以下の粒径を有する酸化チタン（ＴｉＯ2）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）があげられる。これらの材料は、ＵＶ光から比較すると長波長である可視光に対しては透明で、含有濃度に応じた屈折率を与える一方、ＵＶ光領域の光に対しては拡散し反射するように働く。つまり、ＵＶ光反射層を構成する材料でもある。
【００３３】
＜全反射防止処理＞
光取出し効果を向上させるために、蛍光体層４０とＵＶ光反射層６０の間に全反射防止処理を行なっても良い。全反射防止処理とは、蛍光体層４０とＵＶ光反射層６０との界面に使用する光の波長程度の大きさの凹凸を施す処理である。このような処理を施された界面では、鏡面状態で生じる全反射が起こりにくく、入射側から出射側へより多くの光を通過させることができる。微小な凹凸は、例えばナノインプリント技術を用いて形成することができる。
【００３４】
具体的には次のようにして作製する。まず、カップの中に半導体発光素子を配置し、電極の接続処置を行なった後、蛍光体を媒体に分散した充填材を流し込み、蛍光体層４０とする。蛍光体層４０が硬化した後に、微小な凹凸を施した金型を蛍光体層４０の表面に押し付け、微小凹凸を形成する。その後、ＵＶ光反射層６０となる充填材を流し込む。ＵＶ光反射層６０の硬化後、表面を研磨したり、ＵＶ光反射層６０に、レンズなどの外付け部品を接着してもよい。
【００３５】
なお、微小な凹凸を形成するのはこの方法に限定されず、蛍光体層４０を形成した後に、ウエットエッチングといった化学処理を行なったり、イオンミリングといったドライエッチングの手法を用いることもできる。すなわち、微小凹凸は制御された均一の大きさである必要はなく、分布を有する平均的な大きさを有する凹凸の集合であってよい。
【００３６】
本実施の形態の半導体発光装置１０は、外側にＵＶ光反射層６０を有しているので、放出するＵＶ光を非常に少なくすることができ、また、ＵＶ光反射層６０の屈折率を蛍光体層４０の屈折率より小さくするので、可視光の光取出し効果は高くできる。
【００３７】
なお、本明細書を通じて、ＵＶ光反射層や蛍光体層には適宜、帯電防止剤、結晶核剤、無機粒子、有機粒子、減粘剤、熱安定剤、滑剤、ＩＲ光吸収剤、ＵＶ光吸収剤などが添加されても良い。なお、本明細書のそれぞれの実施の形態で示した構成は、他の実施の形態に適宜そのまま適用してよい。
【００３８】
（実施の形態２）
図２に本実施の形態の半導体発光装置１１の構成を示す。本実施の形態は、実施の形態１の蛍光体層４０を複数の蛍光体を用いた層構造とする。図では３層の構造の場合を説明する。蛍光体層４０は、第１蛍光体部４５と第２蛍光体部４６と第３蛍光体部４７の３層からなる。第１蛍光体部は、ＵＶ光を青色に変換する蛍光体からなり、第２蛍光体部は青色を緑に変換する蛍光体、第３蛍光体部は緑を赤に変換する蛍光体からなる半導体発光素子２０は、ＵＶ光から青色の領域の波長を発光する半導体発光素子を用いる。
【００３９】
このような構成にすると、半導体発光素子からの光のうちＵＶ光は第１蛍光体部で青色に変換され、次に第１蛍光体部で変換された青色と、半導体発光素子が発した青色の光が、第２発光体部で緑に変換され、その緑の光が第３蛍光体部で赤色に変換される。このような変換過程は、青から一気に赤に変換するのではなく、青、緑、赤と小さな波長変換過程を経るので、変換効率がよい。
【００４０】
上記のようにすることでＲＧＢの光を発色させることができ、全体として白色の光を発生させる事が出来る。また、これらの蛍光体は、ＵＶ光から赤、ＵＶ光から緑、ＵＶ光から青に変換する蛍光体をこの順に積層してもよい。なお、ここでは、３つの蛍光体部からの構成を示したが、蛍光体部は複数であればよく、３層に限定するものではない。
【００４１】
本実施の形態では、それぞれの発光体部を構成する蛍光体を半導体発光素子を配したカップに順次流し込むことで作製する。それぞれの発光体部は、発光体を揮発性の溶剤中に分散させたものを流し込む。前の発光体部の溶剤が飛んだ後で次の発光体部を流し込むのがよい。
【００４２】
このようにして、積層した発光体部の上から封止用の樹脂若しくはガラスを流し込み固定する。ＵＶ光反射層はその後、実施の形態１と同じように作製する。なお、封止用として流し込むガラスに屈折率を調整するための微小粒を含有させ、ｎ20＞ｎ40＞ｎ60とすることで、光取出し効率が向上する。なお、不等号はそれぞれ等しい場合を含むものとする。また、蛍光体層４０とＵＶ光反射層６０の界面に全反射防止処理を行なってもよい。
【００４３】
（実施の形態３）
図３に本実施の形態の半導体発光装置１２の構成を示す。カップ９、半導体発光素子２０は実施の形態１と同じである。本実施の形態では、蛍光体層４２は、予めガラス等の媒体中に蛍光体を分散したものをガラスプレート状（以後「板状」という）に作製したものを用いる。ＵＶ光反射層６０は蛍光体層４２の上面に塗布して作製しておく。
【００４４】
すなわち、蛍光体層４２とＵＶ光反射層６０が一体として作製される。このようにすることで、蛍光体層４２とＵＶ光反射層６０の作製時の誤差を均一にすることができる。なお、蛍光体層４２とＵＶ光反射層６０の屈折率の関係は実施の形態１の蛍光体層４０とＵＶ光反射層６０の関係と同じである。
【００４５】
図４には、蛍光体層４２を実施の形態２で示した複数の蛍光体部から構成する場合を示す。このような蛍光体層４２を作製するには、薄いガラス基板４３上に第１蛍光体部から第３蛍光体部までを順次積層させる。これは、溶媒中に分散した蛍光体をガラス基板４３上にスプレーなどで塗布すればよい。また、水などの表面張力の大きな液体の表面に蛍光体を浮かせて、それをガラス基板４３ですくいとってもよい。
【００４６】
カップ９中の空間７０は、中空であってもよいし、樹脂若しくはガラスを用いても良い。樹脂やガラスを用いた場合は、中に屈折率を制御する微小材料を入れて屈折率を調整するのがよい。
【００４７】
この場合は、充填する材料の屈折率をｎ70とし、板状の蛍光体層の屈折率をｎ42とし、ガラス基板の屈折率をｎ43とし、ＵＶ光反射層の屈折率をｎ60とすると、ｎ20＞ｎ70＞ｎ43＞ｎ42＞ｎ60とする。なお、不等号には等しい場合を含む。
【００４８】
また、カップ９の内面には、数マイクロメートルから数十マイクロメートル程度の粒径のガラス玉７２を配置してもよい。このようなガラス玉を敷き詰めることで、カップ内壁や、底面で吸収されるＵＶ光や可視光を反射させることができる。
【００４９】
このガラス玉は、溶剤中にガラス玉を混ぜたものを、半導体発光素子を配し、電極処理を行なった後のカップに入れることで底部や側面部に敷く。ガラス玉の層の厚みは溶剤中に混ぜる濃度で決める。溶剤は、揮発性があり、表面張力の少ない、アセトン、アルコールといった有機溶媒が好適である。
【００５０】
なお、板状の蛍光体層４２作製の際に表面に全反射防止処理によって微小凹凸を付けておいてもよい。微小凹凸は蛍光体層４２の両面どちら側に形成してもよい。
【００５１】
本実施の形態の半導体発光装置１１は、蛍光体層とＵＶ光反射層を一体として作製することができるため、製造上のばらつきを少なくする事が出来る。また、カップ内部にガラス玉を敷き詰めることで、カップ内部の反射率を向上させることができる。
【００５２】
（実施の形態４）
図５に本実施の形態の半導体発光装置１３の構成を示す。本実施の形態では、実施の形態１の半導体発光装置１０のＵＶ光反射層６０の外側に第２の蛍光体層８０とさらにその外側に第２のＵＶ光反射層６５を設ける。従って、以後、半導体発光素子２０に近い蛍光体層４０を第１の蛍光体層４０、その外側のＵＶ光反射層を第１のＵＶ光反射層６０と呼ぶ。
【００５３】
この構成では、第２の蛍光体層８０は、ＵＶ光反射層に挟まれることになる。つまり、第２の蛍光体層８０は、外部からのＵＶ光および半導体発光素子２０のＵＶ光からの暴露を回避できる。従って、ＵＶ光で黄変するような樹脂も媒体として利用することができる。なお、第１の蛍光体層４０は実施の形態２で示した複数の蛍光体部から構成されてもよい。
【００５４】
各層の可視光領域での屈折率はこれまでの実施の形態と同様に半導体発光素子から順に屈折率が小さくなるようにする。具体的には、半導体発光素子の屈折率をｎ20とし、蛍光体層４０の屈折率をｎ40とし、ＵＶ光反射層６０の屈折率をｎ60とし、第２の蛍光体層８０の屈折率をｎ80とし、第２のＵＶ光反射層６５の屈折率をｎ65とすると、ｎ20＞ｎ40＞ｎ60＞ｎ80＞ｎ65とする。なお、不等号はそれぞれ等しい場合を含むものとする。
【００５５】
なお、第２の蛍光体層８０の媒体をガラスにした場合は、第２のＵＶ光反射層６５はなくてもよい。媒体をガラスにすることで、第２の蛍光体層は、外側からのＵＶ光で黄変しにくくなるからである。また、第２の蛍光体層の屈折率を調整するために混入させる微小粒子は、ＵＶ光反射機能も有するため、混入させる微粒子の量によって、内外部からのＵＶ光を十分に反射できる場合は、第２のＵＶ光反射層を省くこともできる。
【００５６】
半導体発光装置１３は、実施の形態３のように、第１の蛍光体層を板状に作製し、その上にＵＶ光反射層、第２の蛍光体層、第２のＵＶ光反射層を重ね塗りしたものを予め作製しておき、それを用いても良い。図６に第１の蛍光体層を板状にした場合の構成を示す。なお、この板状の蛍光体層は、実施の形態３で示した複数の蛍光体部から構成されても良い。
【００５７】
また、図５の場合も図６の場合も、実施の形態３で示したガラス玉を半導体発光素子２０の周囲に敷き詰めても良い。また、蛍光体層４０、４２とＵＶ光反射層６０、第２の蛍光体層８０、第２のＵＶ光反射層６５の境界には、全反射防止処理を施しても良い。
【００５８】
（実施の形態５）
図７に本実施の形態の半導体発光装置１５を示す。本実施の形態では、第１の蛍光体層４０より半導体発光素子２０に近い側に可視光反射層９０を設ける。この構成では、半導体発光素子２０からのＵＶ光は第１の蛍光体層４０で可視光に変換される。可視光への変換は蛍光体によって行なわれるため、発光方向は全周囲への発光となる。
【００５９】
しかし、半導体発光素子側へ戻ろうとする可視光は、この可視光反射層９０で、反射されるため、半導体発光素子側へ戻らない。また、第１の蛍光体層４０で、可視光に変換されなかったＵＶ光はＵＶ光反射層６０で蛍光体層４０へ戻される。すなわち、本実施の形態の構成は、半導体発光素子からのＵＶ光を装置の外へ放出せず、また変換された可視光を装置内部に戻さないという技術思想を実現する。このような装置は、ＵＶ光を発する半導体発光素子を可視光の発光装置として使用する際に波長変換効率の高い発光装置を得る事に大変有効である。
【００６０】
可視光反射層として利用できる材料としては、比較的高屈折率特性を有するインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）といった材料を媒体に分散したものを利用できる。
【００６１】
なお、各層の屈折率は上記の実施の形態と同じように設定する。すなわち、半導体発光素子の屈折率をｎ20とし、可視光反射層９０の屈折率をｎ90とし、蛍光体層４０の屈折率をｎ40とし、ＵＶ光反射層６０の屈折率をｎ60とすると、ｎ20＞ｎ90＞ｎ40＞ｎ60とする。なお、不等号はそれぞれ等しい場合を含むものとする。
【００６２】
また、図８のように第１の蛍光体層を板状４２にすることもできる。この場合、可視光反射層９０は、第１蛍光体層４２の一方に高屈折率の材料と低屈折率の材料をスパッタ若しくは蒸着といった方法で交互に薄膜堆積させたものを用いることができる。ここで高屈折率材料はインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を初めとする上記材料で、また低屈折率材料としては、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）や酸化ケイ素（ＳｉＯ2）などを用いることができる。なお、この板状の蛍光体層は、実施の形態３で示した複数の蛍光体部から構成されても良い。
【００６３】
また、可視光反射層９０を図８のように作製する場合は、空間７０に充填する充填材の屈折率をｎ70とし、第１蛍光体層４２の屈折率をｎ42とし、ｎ20＞ｎ70＞ｎ90＞ｎ42＞ｎ60のようにすることで、光取出し効率が向上する。なお、不等号は等しい場合を含む。
【００６４】
また、図７の第１蛍光体層４０や図８の空間７０には、実施の形態３で示したガラス玉を敷き詰めてもよい。本実施の形態の半導体発光装置には実施の形態４で示した第２の蛍光体層および第２のＵＶ光反射層を施してもよい。また、各層の間には全反射防止処理を施してもよい。
【００６５】
（実施の形態６）
図９に本実施の形態の半導体発光装置１６の構成を示す。本実施の形態の半導体発光装置は、半導体発光素子２０と第１蛍光体層４０とＵＶ光反射層６０とＩＲ光変換蛍光体層９５を含む。本実施の形態の半導体発光装置１６は、第１蛍光体層で波長変換された後、ＩＲ光領域まで変換された光を可視光に再変換するＩＲ光変換蛍光体層を有する。このようにすることで、ＵＶ光を発生する半導体発光素子を効率よく利用する事が出来る。
【００６６】
このようなＩＲ光変換蛍光体層に用いる事のできる材料としては、母体としてフッ化ランタン（ＬａＦ3）、フッ化ガドリニウム（ＧｄＦ3）、フッ化イットリウム（ＹＦ3）、塩素酸イットリウム（ＹＯＣｌ、Ｙ3ＯＣｌ7）、イットリウム酸化アルミニウム（ＹＡｌＯ3）、フッ化イットリウムバリウム（ＢａＹＦ5）からの一つ以上を選択し、その付活剤としてイッテルビウム−エルビウム（Ｙｂ−Ｅｒ）、イッテルビウム−ツリウム（Ｙｂ−Ｔｍ）、イッテルビウム−ホルミウム（Ｙｂ−Ｈｏ）のうちから一つ以上を選択した蛍光体などがある。このような蛍光体を媒体に分散して充填材として用いる。
【００６７】
なお、各層の屈折率は上記の実施の形態と同じように設定する。すなわち、半導体発光素子の屈折率をｎ20とし、蛍光体層４０の屈折率をｎ40とし、ＵＶ光反射層６０の屈折率をｎ60とし、ＩＲ光変換蛍光体層の屈折率をｎ95とすると、ｎ20＞ｎ40＞ｎ60＞ｎ95とする。なお、不等号はそれぞれ等しい場合を含むものとする。
【００６８】
図１０には、第１の蛍光体層を板状にした場合の構成を示す。蛍光体層４０、ＵＶ光反射層６０、ＩＲ光変換蛍光体層９５を一体として作製することで、製品毎の誤差を少なくする事が出来る。なお、この板状の蛍光体層は、実施の形態３で示した複数の蛍光体部から構成されても良い。
【００６９】
また、空間７０に充填する充填材の屈折率をｎ70として、ｎ20＞ｎ70＞ｎ40＞ｎ60＞ｎ95のようにすることで、光取出し効率が向上する。不等号は等しい場合を含む。
【００７０】
また、図９の第１蛍光体層４０や図１０の空間７０には、実施の形態３で示したガラス玉を敷き詰めてもよい。
【００７１】
本実施の形態の半導体発光装置には実施の形態４で示した第２の蛍光体層をＩＲ光変換蛍光体層の内側に配置してもよい。また、ＩＲ光変換蛍光体層の外側に第２のＵＶ光反射層を施してもよい。また、各層の間には全反射防止処理を施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は半導体発光素子が放出するＵＶ光を放出せず、またそのようなＵＶ光を可視光として有効に利用する半導体発光装置に利用する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施の形態１の半導体発光装置の構成を示す図
【図２】実施の形態２の半導体発光装置の構成を示す図
【図３】実施の形態３の半導体発光装置の構成を示す図
【図４】蛍光体層を板状にした実施の形態３の半導体発光装置の構成を示す図
【図５】実施の形態４の半導体発光装置の構成を示す図
【図６】蛍光体層を板状にした実施の形態４の半導体発光装置の構成を示す図
【図７】実施の形態５の半導体発光装置の構成を示す図
【図８】蛍光体層を板状にした実施の形態５の半導体発光装置の構成を示す図
【図９】実施の形態６の半導体発光装置の構成を示す図
【図１０】蛍光体層を板状にした実施の形態６の半導体発光装置の構成を示す図
【符号の説明】
【００７４】
２０  半導体発光素子
４０  蛍光体層
６０  ＵＶ光反射層
６５  第２のＵＶ光反射層
８０  第２の蛍光体層
９０  可視光反射層
９５  ＩＲ光変換蛍光体層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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