(57)【要約】【課題】　発光波長が極めて安定で、しかも、可視光から赤外線領域までの種々の波長において高い変換効率で波長変換することができる半導体発光装置および画像表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】　波長変換機能を有する波長変換部と、波長選択性を有する光反射部は、波長選択性を有する光吸収部とを適宜組み合わせ、適宜所定の関係に配置することにより、１次光の外部への漏洩を遮断するとともに極めて高い効率で波長変換して外部に２次光を取り出すことができる半導体発光装置および画像表示装置を提供するものである。【選択図】　図１
2004040124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　実装部材と、
　前記実装部材の上に実装され、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、
　前記半導体発光素子の光取り出し側に設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、
　前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する吸収率が低く、前記半導体発光素子から放出される前記１次光に対する吸収率が高い光吸収部と、
　を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
　実装部材と、
　前記実装部材の上に実装され、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、
　前記半導体発光素子の光取り出し側に設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、
　前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する反射率が低く、前記半導体発光素子から放出される前記１次光に対する反射率が高い第１の光反射部と、
　を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項３】
　実装部材と、
　前記実装部材の上に実装され、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、
　前記半導体発光素子の光取り出し側に設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、
　前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する吸収率が低く、前記半導体発光素子から放出される前記１次光に対する吸収率が高い光吸収部と、
　前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する反射率が低く、前記半導体発光素子から放出される前記１次光に対する反射率が高い第１の光反射部と、
　を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項４】
　前記第１の光反射部は、前記半導体発光素子と前記光吸収部との間に設けられていることを特徴とする請求項３記載の半導体発光装置。
【請求項５】
　前記第１の光反射部は、ブラッグ反射鏡により構成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項６】
　実装部材と、
　前記実装部材の上に実装され、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、
　前記半導体発光素子の光取り出し側に設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、
　前記半導体発光素子からみて前記光取り出し側と反対の側に設けられ、前記１次光を反射する第２の光反射部と、
　を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項７】
　前記第２の光反射部は、反射率が波長選択性を有するブラッグ反射鏡により構成されていることを特徴とする請求項６記載の半導体発光装置。
【請求項８】
　前記第２の光反射部は、前記２次光も反射することを特徴とする請求項６記載の半導体発光装置。
【請求項９】
　実装部材と、
　前記実装部材の上に実装され、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、
　前記半導体発光素子の光取り出し側に設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、
　前記半導体発光素子の周囲を取り囲むように設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を反射する第３の光反射部と、
　を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１０】
　前記第３の反射鏡は、反射率が波長選択性を有するブラッグ反射鏡により構成されていることを特徴とする請求項９記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
　前記第３の光反射部は、前記２次光も反射することを特徴とする請求項９記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
　実装部材と、
　前記実装部材の上に実装され、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、
　前記半導体発光素子の光取り出し側に設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、
　前記半導体発光素子と前記波長変換部との間に設けられ、前記１次光に対する反射率が低く、前記２次光に対する反射率が高い第４の光反射部と、
　を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１３】
　前記第４の光反射部は、反射率が波長選択性を有するブラッグ反射鏡により構成されていることを特徴とする請求項１２記載の半導体発光装置。
【請求項１４】
　前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する吸収率が低く、前記半導体発光素子から放出される前記１次光に対する吸収率が高い光吸収部をさらに備えたことを特徴とする請求項６〜１３のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１５】
　前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する反射率が低く、前記半導体発光素子から放出される前記１次光に対する反射率が高い第１の光反射部をさらに備えたことを特徴とする請求項６〜１４のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１６】
　前記第１の波長は、３８０ｎｍ以下であり、
　前記波長変換部は、蛍光物質を含み、
　前記第２の波長は、前記第１の波長よりも長いことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１７】
　前記半導体発光素子は、窒化ガリウム系半導体、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、ＳｉＣ、およびＢＮからなる群から選択されたいずれかの材料系を発光層に含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１８】
　前記２次光は、可視光であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１９】
　前記２次光は、赤色と緑色と青色の波長領域にそれぞれ強度ピークを有する白色光であることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項２０】
　第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、
　前記半導体発光素子から放出される前記１次光の強度を調節する調光部と、
　前記調光部により強度が調節された前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、
　前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する反射率が低く、前記波長変換部を透過する前記１次光に対する反射率が高い第１の光反射部と、
　を備えたことを特徴とする画像表示装置。　
【請求項２１】
　第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、
　前記半導体発光素子から放出された前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、
　前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する反射率が低く、前記波長変換部を透過する前記１次光に対する反射率が高い第１の光反射部と、
　前記光反射部から放出される前記２次光の強度を調節する調光部と、
　を備えたことを特徴とする画像表示装置。　
【請求項２２】
　前記第１の光反射部は、ブラッグ反射鏡により構成されていることを特徴とする請求項２０または２１に記載の画像表示装置。
【請求項２３】
　前記第１の光反射部の光取り出し側に設けられ、前記第１の光反射部を透過した前記２次光に対する吸収率が低く、前記第１の光反射部を透過した前記１次光に対する吸収率が高い光吸収部をさらに備えたことを特徴とする請求項２０〜２２のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項２４】
　前記半導体発光素子と前記波長変換部との間に設けられ、前記１次光に対する反射率が低く、前記２次光に対する反射率が高い第４の光反射部をさらに備えたことを特徴とする請求項２０〜２３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項２５】
　前記第４の光反射部は、反射率が波長選択性を有するブラッグ反射鏡により構成されていることを特徴とする請求項２４記載の画像表示装置。
【請求項２６】
　前記第１の波長は、３８０ｎｍ以下であり、
　前記波長変換部は、蛍光物質を含み、
　前記第２の波長は、前記第１の波長よりも長いことを特徴とする請求項２０〜２５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項２７】
　前記半導体発光素子は、窒化ガリウム系半導体、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、ＳｉＣ、およびＢＮからなる群から選択されたいずれかの材料系を発光層に含むことを特徴とする請求項２０〜２６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項２８】
　前記２次光は、可視光であることを特徴とする請求項２０〜２７のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項２９】
　前記２次光は、赤色と緑色と青色のいずれかの波長領域に強度ピークを有する光であることを特徴とする請求項２０〜２８のいずれかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、半導体発光装置および画像表示装置に関する。より詳しくは、本発明は、発光層から放出される１次光の外部への漏洩を防止し、極めて高い効率で２次光に波長変換して外部に取り出すことができる半導体発光装置および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　半導体発光素子およびそれを搭載した各種の半導体発光装置は、コンパクト且つ低消費電力であり、信頼性に優れるなどの多くの利点を有し、近年では、高い発光輝度が要求される室内外の表示板、鉄道／交通信号、車載用灯具などについても広く応用されつつある。
【０００３】
　これらの半導体発光素子のうちで、窒化ガリウム系半導体を用いた発光素子が最近、注目されている。窒化ガリウム系半導体は、直接遷移型のＩＩＩ−Ｖ族化合物導体であり、比較的短い波長領域において高効率で発光させることができるという特徴を有する。
【０００４】
　なお、本明細書において「窒化ガリウム系半導体」とは、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）なる化学式において組成比ｘ及びｙを零から１の範囲で変化させたすべての組成の半導体を含むものとする。例えば、ＩｎＧａＮ（ｘ＞０、ｙ＝０）も「窒化ガリウム系半導体」に含まれるものとする。
【０００５】
　さらに、III族元素としてホウ素（Ｂ）、Ｖ族元素として砒素（Ａｓ）、りん （Ｐ）の少なくともいずれかを含有した半導体も「窒化ガリウム系半導体」に含むものとする。
【０００６】
　窒化ガリウム系半導体は、組成ｘ及びｙを制御することによってバンドギャップが１．８９〜６．２ｅＶまで変化するために、ＬＥＤや半導体レーザの材料として有望視されている。特に、青色や紫外線の短波長領域で高輝度に発光させることができれば、各種光ディスクの記録容量を倍増させ、表示装置のフルカラー化を可能にすることができる。そこで、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ系半導体を用いた短波長発光素子は、その初期特性や信頼性の向上に向けて急速に開発が進められている。
【０００７】
　このような窒化ガリウム系半導体を用いた従来の発光素子の構造を開示した参考文献としては、例えば、非特許文献１、非特許文献２或いは特許文献１を挙げることができる。
【非特許文献１】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、２８（１９８９）ｐ．Ｌ２１１２
【非特許文献２】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、３２（１９９３）ｐ．Ｌ８
【特許文献１】特開平５−２９１６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
　しかし、従来の発光発光素子では、発光層から放出される発光を直接外部に取り出す構造であるために、以下に列挙するような問題があった。
【０００９】
　まず第１に、発光素子の構造のばらつきにより、発光波長が素子ごとにばらつくという問題があった。すなわち、半導体発光素子は、同一の条件で製造しても、不純物の混入量や各層厚などがばらつくことによって、その発光波長がばらつく傾向を有する。
【００１０】
　第２に、駆動電流によって、発光波長が変化するという問題があった。すなわち、半導体発光素子に供給する電流量に応じて、その発光波長が変動することがあり、発光輝度と発光波長とを独立して制御することが困難であるという問題があった。
【００１１】
　第３に、温度によって、発光波長が変化するという問題があった。すなわち、半導体発光素子の特に発光層部分の温度が変化すると、発光層の実効的なバンドギャップも変化するために、発光波長が変動するという問題があった。
【００１２】
　以上説明したように、従来の半導体発光素子においては、構造、温度、電流などのばらつきをすべて制御して、発光波長の変動を所定の範囲、例えば数ｎｍの範囲内に抑えることは困難であった。
【００１３】
　一方、従来の半導体発光装置においては、発光波長に応じて、内蔵する半導体発光素子の材料や構造を適宜選択し、変更しなければならないという問題もあった。例えば、赤色において発光させるためには、ＡｌＧａＡｓ系材料を用い、黄色においてはＧａＡｓＰ系またはｌｎＧａＡｌＰ系材料、緑色系においてはＧａＰ系またはＩｎＧａＡｌＰ系材料、青色においてはＩｎＧａＮ系材料の如く、最適な材料をその波長に併せて選択しなければならないという問題があった。
【００１４】
　以上説明したような種々の問題を解消する方法として、半導体発光素子から放出される１次光を蛍光体などにより波長変換して、より波長の長い２次光として外部に取り出す構成も考えられる。
【００１５】
　図３０は、このような波長変換部を備えた半導体発光装置を例示する断面模式図である。同図に示した例は、いわゆる「リード・フレーム型」の発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプである。すなわち、半導体発光素子９００は、リード・フレーム９１０上にマウントされ、ワイア９３０、９３０により所定の端子に接続されている。また、半導体発光素子の周囲は蛍光体９５０により覆われている。さらに、半導体発光素子９１０は、モールド樹脂９４０により封止されている。
【００１６】
　同図に示した半導体発光装置においては、半導体発光素子９００から放出される１次光が蛍光体９５０により波長変換されて、より長波長の２次光として外部に取り出すことができるようにされている。このような構成によれば、蛍光体層ＦＬの材料を変更することにより、２次光の波長を調節することが可能となる。
【００１７】
　しかし、図３０に示したような構成において、半導体発光素子９００から放出される１次光を、蛍光体９５０によりすべて吸収・変換させることは困難であった。すなわち、１次光のうちの一部分は、蛍光体９５０に吸収されることなく、外部に放出される。その結果として、変換効率が低下するという問題があった。
【００１８】
　また、外部に取り出される光は、波長変換された２次光と未変換の１次光とが混合された混色光となる。しかし、例えばディスプレイなどのように複数の発光素子を並べて使用するような場合には、個々の発光装置の混色の比率がばらつくために、全体的な色斑として見栄えを劣化させる要因となる。
【００１９】
　さらに、発光装置から放出される１次光の波長が３８０ｎｍ以下の紫外線である場合には、漏洩する１次光成分は、人体や周囲の部品などに対して悪影響を与え、実用上問題を生ずるおそれもある。例えば、モールド樹脂が発光素子からの紫外線により劣化し、黄変したり透過率が低下するという不具合を生ずる場合もある。
【００２０】
　特に、従来の青色や紫色発光の半導体発光素子のなかで、不純物を介して遷移するタイプの発光層を有するものは、その発光波長帯が比較的広く、時として紫外線成分まで含む場合もある。このような不要な紫外線成分は、無駄な光として発光装置から放出されるばかりでなく、その漏れ光が上述した種々の問題を生ずることとなる。
　また、太陽光や蛍光灯などの光源から放出される紫外線が外乱光として発光装置に侵入し、蛍光体が不要な発光を生ずるという問題もあった。
【００２１】
　本発明は、かかる種々の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、発光波長が極めて安定で、しかも、可視光から赤外線領域までの種々の波長において高い変換効率で波長変換することができる半導体発光装置および画像表示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】
【００２２】
　上記目的を達成するために、本発明の第１の態様による半導体発光装置は、実装部材と、前記実装部材の上に実装され、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子の光取り出し側に設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する吸収率が低く、前記半導体発光素子から放出される前記１次光に対する吸収率が高い光吸収部と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
　また、本発明の第２の態様による半導体発光装置は、実装部材と、前記実装部材の上に実装され、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子の光取り出し側に設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する反射率が低く、前記半導体発光素子から放出される前記１次光に対する反射率が高い第１の光反射部と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
　また、本発明の第３の態様による半導体発光装置は、実装部材と、前記実装部材の上に実装され、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子の光取り出し側に設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する吸収率が低く、前記半導体発光素子から放出される前記１次光に対する吸収率が高い光吸収部と、前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する反射率が低く、前記半導体発光素子から放出される前記１次光に対する反射率が高い第１の光反射部と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
　なお、前記第１の光反射部は、前記半導体発光素子と前記光吸収部との間に設けられていてもよい。
　なお、前記第１の光反射部は、ブラッグ反射鏡により構成されていてもよい。
【００２６】
　また、本発明の第４の態様による半導体発光装置は、実装部材と、前記実装部材の上に実装され、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子の光取り出し側に設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、前記半導体発光素子からみて前記光取り出し側と反対の側に設けられ、前記１次光を反射する第２の光反射部と、を備えたことを特徴とする。
　なお、前記第２の光反射部は、反射率が波長選択性を有するブラッグ反射鏡により構成されていてもよい。
　なお、前記第２の光反射部は、前記２次光も反射するように構成してもよい。
【００２７】
　また、本発明の第５の態様による半導体発光装置は、実装部材と、前記実装部材の上に実装され、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子の光取り出し側に設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、前記半導体発光素子の周囲を取り囲むように設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を反射する第３の光反射部と、を備えたことを特徴とする。
　なお、前記第３の反射鏡は、反射率が波長選択性を有するブラッグ反射鏡により構成されていてもよい。
　なお、前記第３の光反射部は、前記２次光も反射するように構成してもよい。
【００２８】
　また、本発明の第６の態様による半導体発光装置は、実装部材と、前記実装部材の上に実装され、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子の光取り出し側に設けられ、前記半導体発光素子から放出される前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、前記半導体発光素子と前記波長変換部との間に設けられ、前記１次光に対する反射率が低く、前記２次光に対する反射率が高い第４の光反射部と、を備えたことを特徴とする。
　なお、前記第４の光反射部は、反射率が波長選択性を有するブラッグ反射鏡により構成されていてもよい。
　なお、前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する吸収率が低く、前記半導体発光素子から放出される前記１次光に対する吸収率が高い光吸収部をさらに備えていてもよい。
　なお、前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する反射率が低く、前記半導体発光素子から放出される前記１次光に対する反射率が高い第１の光反射部をさらに備えてもよい。
【００２９】
　なお、前記第１の波長は、３８０ｎｍ以下であり、前記波長変換部は、蛍光物質を含み、前記第２の波長は、前記第１の波長よりも長いように構成してもよい。
　なお、前記半導体発光素子は、窒化ガリウム系半導体、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、ＳｉＣ、およびＢＮからなる群から選択されたいずれかの材料系を発光層に含むように構成してもよい。
【００３０】
　前記２次光は、可視光でってもよい。
【００３１】
　前記２次光は、赤色と緑色と青色の波長領域にそれぞれ強度ピークを有する白色光であってもよい。
【００３２】
　また、本発明の第７の態様による画像表示装置は、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子から放出される前記１次光の強度を調節する調光部と、前記調光部により強度が調節された前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する反射率が低く、前記波長変換部を透過する前記１次光に対する反射率が高い第１の光反射部と、を備えたことを特徴とする。　
【００３３】
　　また、本発明の第８の態様による画像表示装置は、第１の波長を有する１次光を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子から放出された前記１次光を吸収して前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する２次光を放出する波長変換部と、前記波長変換部の光取り出し側に設けられ、前記波長変換部から放出される前記２次光に対する反射率が低く、前記波長変換部を透過する前記１次光に対する反射率が高い第１の光反射部と、前記光反射部から放出される前記２次光の強度を調節する調光部と、を備えたことを特徴とする。　
【００３４】
　前記第１の光反射部は、ブラッグ反射鏡により構成されていてもよい。
【００３５】
　前記第１の光反射部の光取り出し側に設けられ、前記第１の光反射部を透過した前記２次光に対する吸収率が低く、前記第１の光反射部を透過した前記１次光に対する吸収率が高い光吸収部をさらに備えてもよい。
【００３６】
　前記半導体発光素子と前記波長変換部との間に設けられ、前記１次光に対する反射率が低く、前記２次光に対する反射率が高い第４の光反射部をさらに備えてもよい。
【００３７】
　前記第４の光反射部は、反射率が波長選択性を有するブラッグ反射鏡により構成されていてもよい。
【００３８】
　前記第１の波長は、３８０ｎｍ以下であり、前記波長変換部は、蛍光物質を含み、前記第２の波長は、前記第１の波長よりも長いように構成してもよい。
【００３９】
　前記半導体発光素子は、窒化ガリウム系半導体、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、ＳｉＣ、およびＢＮからなる群から選択されたいずれかの材料系を発光層に含むように構成してもよい。
【００４０】
　前記２次光は、可視光であってもよい。
【００４１】
　前記２次光は、赤色と緑色と青色のいずれかの波長領域に強度ピークを有する光であってもよい。
【発明の効果】
【００４２】
　本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に説明する効果を奏する。　
　本発明によれば、半導体発光素子の発光層からの発光を直接取り出すことがなく、蛍光物質により波長変換することとしているので、半導体発光素子の製造パラメータのばらつき、駆動電流、温度などに依存して、発光波長が変動するという問題を解消することができる。すなわち、本発明によれば、発光波長が極めて安定で、発光輝度と発光波長とを独立して制御することができるようになる。
【００４３】
　また、本発明によれば、用いる蛍光物質を適宜組み合わせることによって、容易に複数の発光波長を得ることができる。例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の蛍光物質を適宜混合して、発光素子に含有させれば、白色光の発光を容易に得ることができる。
【００４４】
　さらに、本発明によれば、発光波長に応じて、内蔵する半導体発光素子の材料や構造を適宜選択し、変更する必要がなくなる。例えば、従来は、赤色において発光させるためには、ＡｌＧａＡｓ系材料を用い、黄色においてはＧａＰ系材料、緑色系においてはＩｎＧａＡｌＰ系材料、青色においてはＩｎＧａＮ系材料の如く、最適な材料をその波長に併せて選択しなければならないという問題があった。これに対して、本発明によれば、発光波長に応じて蛍光物質の種類を適宜選択すれば良く、半導体発光素子を変更する必要がなくなる。
【００４５】
　また、本発明によれば、異なる発光色を有する半導体発光素子を並べる必要がある場合においても、発光色の変更は、用いる蛍光体の種類を変えるだけで済み、半導体発光素子の材料や構造は同一とすることができる。従って、発光装置の構成を極めて簡略化することが可能となり、製造コストを顕著に低減することができるとともに、信頼性も高く、また、駆動電流や、供給電圧、あるいは素子のサイズなどを共通にすることにより、応用範囲を顕著に拡大することができるという利点も生ずる。
【００４６】
　さらに、本発明によれば、光反射部ＲＥ１を配置することにより、波長変換部ＦＬを透過して漏洩した１次光を高い効率で反射して、波長変換部ＦＬに再び戻すことができる。このようにして戻された１次光は、波長変換部ＦＬにおいて波長変換され、２次光として、光反射部ＲＥ１を透過する。つまり、波長変換部ＦＬの光出射側に光反射部ＲＥ１を配置することにより、１次光の漏洩を防止するとともに、波長変換部ＦＬを透過した１次光を戻して高い効率で波長変換することができるようになる。また、外乱光により波長変換部ＦＬが励起されて不要な発光を生ずるという問題を解消することができる。
【００４７】
　また、本発明によれば、光吸収部ＡＢを設けることにより、光反射部ＲＥ１を透過した１次光を吸収して外部への漏洩を防止することができるとともに、外部に取り出す光のスペクトルを調節して、純色性を改善することも可能となる。また、外部から入射する紫外線も吸収することができるので、このような外乱光により波長変換部ＦＬが励起されて不要な発光が生ずるという問題も解消することができる。
【００４８】
　また、本発明によれば、反射部ＲＥ２を設けることにより、１次光を反射させて波長変換部ＦＬに入射させることができる。その結果として、１次光を高い効率で波長変換して外部に取り出すことができるようになる。
【００４９】
　さらに、本発明によれば、光反射部ＲＥ３を設けることにより、波長変換効率をさらに向上させることができるとともに、１次光のみならず、２次光などの波長を有する光成分の外部への漏洩も防止することができる。また、光放出部を、光反射部ＲＥ３が形成されていない開口部のみに限定することができる。例えば、光反射部ＲＥ３の開口を極めて小さく形成することにより、点光源状の発光素子を容易に形成することができる。このような点光源は、レンズなどの光学系により効果的に集光することができ、実用上有利である場合が多い。
【００５０】
　また、本発明によれば、光反射部ＲＥ４を設けることにより、波長変換部ＦＬにおいて波長変換された２次光を反射して外部に効率良く取り出すことができるようになる。
【００５１】
　一方、本発明によれば、消費電力が低く寿命が長く、信頼性が良好で、立ち上がり時間が短く、機械的信頼性も良好な画像表示装置を実現することもできる。
【００５２】
　このように、本発明によれば、比較的簡略な構成により、発光波長が極めて安定で、効率が高く、しかも、可視光から赤外線領域までの種々の波長において高い輝度で発光させることができる半導体発光装置および画像表示装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
　本発明は、波長変換機能を有する波長変換部と、波長選択性を有する光反射部と、波長選択性を有する光吸収部と、を適宜組み合わせて適宜所定の位置関係に配置することにより、１次光の外部への漏洩を遮断するとともに極めて高い効率で波長変換して外部に２次光を取り出すことができる半導体発光素子、半導体発光装置および画像表示装置を提供するものである。
【００５４】
　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。　
　図１は、本発明による第１の実施形態に係る半導体発光素子の概略構成を例示する断面図である。同図に示した半導体発光素子１０Ａは、半導体発光素子であり、その光の取り出し経路に、波長変換部ＦＬおよび光吸収部ＡＢが設けられている点に特徴を有する。ここで用いる半導体発光層は、波長変換部ＦＬに所定の波長帯の光を供給できるものであれば良い。例えば、青色から紫外線領域の発光を得るためには、窒化ガリウム系半導体や、ＳｉＣ（炭化シリコン）系、あるいはＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）系などの種々の材料を用いることができる。以下に、窒化ガリウム系半導体を用いた場合を例に挙げて説明する。
【００５５】
　すなわち、発光素子１０Ａは、サファイア基板１２上に積層された半導体の多層構造を有する。サファイア基板１２上には、バッファ層１４、ｎ型コンタクト層１６、ｎ型クラッド層１８、発光層２０、ｐ型クラッド層２２およびｐ型コンタクト層２４がこの順序で形成されている。これらの各層は、例えば、有機金属化学気相成長法（metal-organic chemical vapor deposition：ＭＯＣＶＤ）に より成長することができる。
【００５６】
　バッファ層１４の材料は、例えばｎ型のＧａＮとすることができる。ｎ型コンタクト層１６は、ｎ側電極３４とのオーミック接触を確保するように高いキャリア濃度を有するｎ型の半導体層であり、その材料は、例えば、ＧａＮとすることができる。ｎ型クラッド層１８およびｐ型クラッド層２２は、それぞれ発光層２０にキャリアを閉じこめる役割を有する。その材料は、例えば、発光層２０よりもバッドギャップの大きいＡｌＧａＮとすることができる。発光層２０は、発光素子に電流として注入された電荷が再結合することにより発光を生ずる半導体層である。その材料としては、例えば、アンドープのＩｎＧａＮを用いることができる。ｐ型コンタクト層２４は、ｐ側電極とのオーミック接触を確保するように高いキャリア濃度を有するｐ型の半導体層であり、その材料は、例えば、ＧａＮとすることができる。
【００５７】
　ｐ型コンタクト層２４の上には、透光性を有するｐ側電極層２６が堆積されている。また、ｎ型コンタクト層１８の上には、ｎ側電極層３４が堆積されている。それぞれの電極の上には、Ａｕからなるボンディング・パッド３２が堆積されている。ボンディング・パッド３２には、駆動電流を素子に供給するための図示しないワイアがボンディングされる。さらに、素子の表面部分は、酸化シリコンなどによる保護膜３０が形成されている。
【００５８】
　ここで、本発明においては、ｐ側電極２６の上に、波長変換部ＦＬおよび光吸収部ＡＢが、この順序で積層されている。これらのうちで、まず、波長変換部ＦＬについて説明する。
【００５９】
　波長変換部ＦＬは、発光層２０から放出された１次光を吸収して、より長波長の２次光を放出する役割を有する。その構成としては、例えば、所定の媒体に蛍光体を含有させた層とすることができる。この蛍光体は、発光層２０から放出される１次光を吸収して励起され、所定の波長を有する２次光を放出する。例えば、発光層２０から放出される１次光が、波長約３３０ｎｍの紫外線であり、蛍光体により波長変換された２次光は、可視光あるいは赤外線領域の所定の波長を有するようにすることができる。２次光の波長は、蛍光体の材料を適宜選択することにより、調節することができる。紫外線領域の１次光を吸収して、効率良く２次光を放出する蛍光体としては、例えば、赤色の発光を生ずるものとしては、Ｙ2 Ｏ2 Ｓ：ＥｕやＬａ2Ｏ2Ｓ：（Ｅｕ、Ｓｍ）、青色の発光を生ずるものとしては、（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｅｕ）10（ＰＯ4 ）6 ・Ｃｌ2 、緑色の発光を生ずるものとしては、３（Ｂａ、Ｍｇ、Ｅｕ、Ｍｎ）Ｏ・８Ａｌ2 Ｏ3 などを挙げることができる。これらの蛍光物質を適当な割合で混合すれば、可視光領域の殆どすべての色調を表現することができる。
【００６０】
　また、これらの蛍光物質は、３００〜３８０ｎｍ付近の波長帯において吸収ピークを有する。従って、これらの蛍光物質により効率的に波長変換を行うためには、発光層２０が３８０ｎｍ以下の波長帯の紫外線を放出するようにすることが望ましい。また、蛍光物質の変換効率を最大とするためには、３３０ｎｍ付近の波長の紫外線を放出することがさらに望ましい。
【００６１】
　次に、光吸収部ＡＢについて説明する。光吸収部は、波長選択性を有する吸収体であり、１次光を高い効率で吸収するとともに２次光は透過させる役割を有する。すなわち、１次光の波長の光に対する吸収率が高く、２次光の波長の光に対する吸収率は低いような吸収特性を有する。この具体的な構成としては、例えば、透光性の媒体に所定の吸収体を分散させたものを挙げることができる。１次光として、紫外線領域の光が用いられる場合には、吸収体ＡＢの材料としては、例えば、ベンゾトリアゾール、シアノアクリレートなどを用いることができる。また、同様の特性を示す材料としてパラアミノ安息酸、ペンゾフェノン、ケイ皮酸などを用いることもできる。また、色素系の材料としては、２次光が赤色の光の場合には、カドミウム・レッドや弁柄を用いることができ、２次光が青色の光の場合には、コバルト・ブルーや群青などを用いることができる。
【００６２】
　このような光吸収部ＡＢを設けることにより、波長変換部ＦＬを透過した１次光を吸収して外部への漏洩を防止することができるとともに、外部に取り出す光のスペクトルを調節して、純色性を改善することも可能となる。また、外部から入射する紫外線も吸収することができるので、このような外乱光により波長変換部ＦＬが励起されて不要な発光が生ずるという問題も解消することができる。
【００６３】
　次に、本発明による第２の実施形態に係る半導体発光素子について説明する。
　図２は、本発明による第２の実施形態に係る半導体発光素子の概略構成を例示する断面図である。同図に示した半導体発光素子１０Ｂも、窒化ガリウム系半導体などを用いた発光素子であり、その光の取り出し経路に、波長変換部ＦＬ、および光反射部ＲＥ１が設けられている点に特徴を有する。ここで、前述した図１の発光素子と同一の部分については、同一の符合を付して詳細な説明を省略する。
【００６４】
　ここで、本実施形態においては、光吸収層ＡＢの代わりに光反射部ＲＥ１が設けられている点で前述した第１実施形態と異なる。光反射部ＲＥ１は波長選択性を有する反射層であり、波長変換部ＦＬから入射する光のうちで、１次光を反射し、２次光を透過させる役割を有する。すなわち、光反射部ＲＥ１は、１次光の波長の光を反射し、２次光の波長の光を透過するカット・オフ・フィルタ、あるいはバンドパス・フィルタとして作用する。その具体的な材料としては、例えば、１次光が紫外線領域の光の場合には、酸化チタンや酸化亜鉛などを用いることができる。これらの反射性の材料を、所定の溶媒中に適宜分散させ、波長変換部ＦＬの上にコーティングして光反射部ＲＥ１を形成することができる。
【００６５】
　また、光反射部ＲＥ１として、ブラッグ反射鏡を用いることもできる。すなわち、屈折率が異なる２種類の薄膜を交互に積層することにより、特定の波長領域の光に対する反射率が高い反射鏡を形成することができる。例えば、１次光の波長をλ、薄膜層の光屈折率をｎとした場合に、膜厚をそれぞれλ／（４ｎ）とした２種類の薄膜を交互に積層することにより、１次光に対する反射率が極めて高い反射鏡を形成することができる。このような２種類の薄膜は、光屈折率の差が大きいことが望ましい。その組み合わせとしては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）と酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化インジウム（ＩｎＮ）、あるいはこれらのうちのいずれかの材料からなる薄膜と、アルミニウム・ガリウム砒素、アルミニウム・ガリウム燐、五酸化タンタル、多結晶シリコン、非晶質シリコンなどのいずれか材料の薄膜とを適宜組み合わせても良い。
【００６６】
　このような光反射部ＲＥ１を配置することにより、波長変換部ＦＬを透過して漏洩した１次光を高い効率で反射して、波長変換部ＦＬに再び戻すことができる。このようにして戻された１次光は、波長変換部ＦＬにおいて波長変換され、２次光として、光反射部ＲＥ１を透過する。つまり、波長変換部ＦＬの光出射側に光反射部ＲＥ１を配置することにより、１次光の漏洩を防止するとともに、波長変換部ＦＬを透過した１次光を戻して高い効率で波長変換することができるようになる。また、外部から侵入する紫外線も反射することができる。すなわち、外乱光により波長変換部ＦＬが励起されて不要な発光が生ずるという問題を解消することができる。
【００６７】
　次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。　
　図３は、本発明による第３の実施形態に係る半導体発光素子の概略構成を例示する断面図である。同図に示した半導体発光素子１０Ｃは、半導体発光素子であり、その光の取り出し経路に、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、および光吸収部ＡＢが設けられている点に特徴を有する。ここで、前述した図１あるいは図２の発光素子と同一の部分については、同一の符合を付して詳細な説明を省略する。
【００６８】
　本実施形態によれば、光反射部ＲＥ１と光吸収部ＡＢとを組み合わせて配置することにより、さらに改善された半導体発光素子を提供することができる。すなわち、光反射部ＦＬは、波長変換部ＦＬを透過して漏洩した１次光を高い効率で反射して、波長変換部ＦＬに再び戻すことができる。このようにして戻された１次光は、波長変換部ＦＬにおいて波長変換され、２次光として、光反射部ＲＥ１を透過する。つまり、波長変換部ＦＬの光出射側に光反射部ＲＥ１を配置することにより、１次光の漏洩を防止するとともに、波長変換部ＦＬを透過した１次光を戻して高い効率で波長変換することができるようになる。また、外部から侵入する紫外線も反射することができる。すなわち、外乱光により波長変換部ＦＬが励起されて不要な発光が生ずるという問題を解消することができる。
【００６９】
　さらに、光反射部ＲＥ１の上に光吸収部ＡＢを設けることにより、光反射部ＲＥ１を透過した１次光を吸収して外部への漏洩を防止することができるとともに、外部に取り出す光のスペクトルを調節して、純色性を改善することも可能となる。また、外部から入射する紫外線も吸収することができるので、このような外乱光により波長変換部ＦＬが励起されて不要な発光が生ずるという問題も解消することができる。
【００７０】
　次に、本発明による第４の実施形態に係る半導体発光素子について説明する。
　図４は、本発明による第４の実施形態に係る半導体発光素子の概略構成を例示する断面図である。同図に示した半導体発光素子１０Ｄも、半導体発光素子であり、光の取り出し経路に、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、および光吸収部ＡＢが設けられている。ここで、前述した図１あるいは図２の発光素子と同一の部分については、同一の符合を付して説明を省略する。
【００７１】
　本実施形態においては、さらに、発光層２０からみて光取り出し側と反対側、つまり基板側に、第２の光反射部ＲＥ２が設けられている。この光反射部ＲＥ２は、発光層２０から放出された１次光を反射して、波長変換部ＦＬに入射させる役割を有する。このような反射部ＲＥ２を設けることにより、発光層２０から基板１２側に放出される１次光を有効に利用することができるようになる。すなわち、このような反射部ＲＥ２を設けない場合には、発光層２０から基板１２側に放出される１次光は、途中の各層において吸収され、あるいは基板１２の裏面において乱反射されることが多く、波長変換部ＦＬにおいて効率良く波長変換することができなかった。しかし、本発明によれば、光反射部ＲＥ２を設けることにより、１次光を反射させて波長変換部ＦＬに入射させることができる。その結果として、１次光を高い効率で波長変換して外部に取り出すことができるようになる。
【００７２】
　光反射部ＲＥ２の具体的な構成としては、例えば、前述したようなブラッグ反射鏡とすることができる。すなわち、１次光に対して高い反射率を有するように構成したブラッグ反射鏡とすることにより、発光層２０から基板１２側に放出された１次光を高い反射率で波長変換部ＦＬに戻すことができるようになる。その具体的な構成としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化インジウムとアルミニウム・ガリウム砒素、窒化インジウムとアルミニウム・ガリウム燐などの薄膜を交互に積層したものを挙げることができる。または、図２に関して前述したように、酸化チタンや酸化亜鉛などの反射性の材料を、所定の溶媒中に適宜分散させ、波長変換部ＦＬの上にコーティングして光反射部ＲＥ１を形成することもできる。
【００７３】
　また、光反射鏡ＲＥ２は、このような波長選択性を有しない全反射鏡であっても良い。すなわち、１次光だけでなく、２次光に対しても高い反射率を有するような反射鏡とすれば、波長変換部ＦＬから基板１２方向に放出される２次光を効率良く反射して外部に取り出すことができるようになる。このような全反射鏡は、ブラッグ反射鏡ではなく、金属膜などの反射率の高い材料を単層として用いることができる。
【００７４】
　一方、光反射鏡ＲＥ２を配置する位置は、図４に示した例には限定されない。すなわち、各結晶層１２〜２０の間に配置したり、基板１２の裏面に位置しても良い。さらに、各結晶層１４〜１８のいずれかを光反射層ＲＥ２として構成しても良い。
【００７５】
　次に、本発明による第５の実施形態に係る半導体発光素子について説明する。
　図５は、本発明による第５の実施形態に係る半導体発光素子の概略構成を例示する断面図である。同図に示した半導体発光素子１０Ｅにおいても、光の取り出し経路に、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、および光吸収部ＡＢが設けられている。ここでも、図１あるいは図２に関して前述した発光素子と同一の部分については、同一の符合を付して説明を省略する。
【００７６】
　本実施形態においては、さらに、発光素子の周囲が光反射部ＲＥ３により取り囲まれている。この光反射部ＲＥ３は、波長選択性を有するものであっても、波長選択性を有しない全反射鏡であっても良い。
【００７７】
　光反射部ＲＥ３が、波長選択性を有する場合には、発光層２０から放出された１次光を反射して、外部への漏洩を防止することができる。さらに、このようにして反射を繰り返された１次光は、最終的に波長変換部ＦＬに入射して２次光に変換されるので、波長変換効率を改善することができる。このような波長選択性は、前述したようなブラッグ反射鏡などにより実現することができる。
【００７８】
　一方、光反射部ＲＥ３が、波長選択性を有しない場合には、１次光のみならず、２次光などの波長を有する光成分の外部への漏洩も防止することができる。このような全反射鏡は、例えば、金属膜により形成することができる。そして、このような全反射鏡を形成することにより、発光素子１０Ｅの光放出部を、光反射部ＲＥ３が形成されていない開口部のみに限定することができる。すなわち、発光素子１０Ｅの周囲をこのような光反射部ＲＥ３で取り囲んで、所定の開口部のみから２次光が放出されるようにすれば、光の放射パターンをその開口の形状にあわせて容易に制御することができるようになる。例えば、光反射部ＲＥ３の開口を極めて小さく形成することにより、点光源状の発光素子を容易に形成することができる。このような点光源は、レンズなどの光学系により効果的に集光することができ、実用上有利である場合が多い。
【００７９】
　次に、本発明による第６の実施形態に係る半導体発光素子について説明する。
　図６は、本発明による第６の実施形態に係る半導体発光素子の概略構成を例示する断面図である。同図に示した半導体発光素子１０Ｆにおいては、波長変換部ＦＬの光入射側に第２の光反射部ＲＥ４が設けられている。すなわち、光の取り出し経路に、光反射部ＲＥ４、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、および光吸収部ＡＢがこの順序で設けられている。ここでも、図１あるいは図２に関して前述した発光素子と同一の部分については、同一の符合を付して説明を省略する。
【００８０】
　本実施形態における光反射部ＲＥ４は、発光層２０から放出される１次光を透過し、波長変換部において変換され放出される２次光は反射するような波長選択性を有する。すなわち、１次光に波長の光に対する反射率は低く、２次光の波長の光に対する反射率が高くなるように構成されている。このような波長選択性は、例えば、前述したブラッグ反射鏡を利用することにより実現することができる。
【００８１】
　また、波長変換部ＦＬは、１次光を吸収してそれよりも波長が長い２次光を放出する役割を有する。その詳細については、第１実施形態に関して前述したものと同様である。
【００８２】
　また、光反射部ＲＥ１は、波長変換部から放出される２次光に対する反射率が低く、１次光に対する反射率が高くなるように構成されている。このような波長選択性も、前述したブラッグ反射鏡を利用することにより実現することができる。
【００８３】
　光吸収部ＡＢは、１次光に対して高い光吸収率を有し、２次光に対しては低い吸収率を有するように構成される。この詳細な構成についても、第１実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。
【００８４】
　本実施形態によれば、発光層２０から放出された１次光は光反射部ＲＥ４を透過して波長変換部ＦＬに入射し、２次光に波長変換される。また、波長変換部ＦＬにおいて波長変換されずに透過した１次光は、光反射部ＲＥ１により反射されて再び波長変換部ＦＬに戻される。さらに、光反射部ＲＥ１も透過した１次光は、光吸収部ＡＢにおいて吸収され、外部への漏洩が防止される。
【００８５】
　一方、波長変換部ＦＬから放出された２次光のうちで光反射部ＲＥ１の方向に出射した光成分は、光反射部ＲＥ１および光吸収部ＡＢを透過して外部に取り出すことができる。また、波長変換部ＦＬから放出された２次光のうちで発光層２０の方向に出射した光成分は、光反射部ＲＥ４により反射され、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１および光吸収部ＡＢを透過して外部に取り出すことができるようになる。
【００８６】
　すなわち、光反射部ＲＥ４を設けない場合には、波長変換部ＦＬから発光層２０の方向に放出された２次光は、各層１２〜２６により吸収され、あるいは、層間の界面や基板１２の裏面において乱反射されて、外部に有効に取り出すことができない。これに対して、本実施形態によれば、光反射部ＲＥ４を設けることにより、波長変換部ＦＬから発光層２０の方向に放出される２次光を光反射部ＲＥ４により反射して、外部に効率良く取り出すことができるようになる。
【００８７】
　また、本実施形態と、前述した第４実施形態または第５実施形態とを組み合わせることにより、さらに高効率の半導体発光素子を実現することもできる。すなわち、本実施形態の構成に、第４実施形態で説明した光反射部ＲＥ２を追加することにより、発光層２０から放出される１次光をさらに効率良く波長変換部ＦＬに導いて、波長変換することができるようになる。また、本実施形態の構成に、第５実施形態で説明した光反射部ＲＥ３を追加することにより、発光素子の発光パターンを制御して、容易に点光源を構成することができるようになる。
【００８８】
　以上、図１〜図６においては、サファイア基板上に成長した窒化ガリウム系半導体発光素子を例に挙げて説明した。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。この他にも、例えば、ＳｉＣ基板やその他の基板上に成長した窒化ガリウム系半導体発光素子においても本発明を同様に適用して、同様の効果を得ることができる。また、発光層をはじめとする各層の材料は窒化ガリウム系半導体に限定されず、波長変換部ＦＬにおいて効率よく波長変換されるような１次光を放出する材料であれば良い。蛍光体を利用して可視光を得るような場合においては、青色から紫外線領域の波長の光を放出する発光層を用いることが望ましい。このような発光層の材料としては、窒化ガリウム系半導体の他に、例えば、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＳｉＣ、ＢＮなどの材料を挙げることができる。
【００８９】
　次に、本発明による半導体発光装置について説明する。　
　図７は、本発明の実施形態に係る半導体発光装置を表す概略断面図である。同図に表した半導体発光装置１００Ａは、いわゆる「リード・フレーム・タイプ」の「ＬＥＤランプ」と称されるものである。すなわち、半導体発光素子９００は、リード・フレーム１１０のカップの底部にマウントされている。そして、発光素子のｐ側電極およびｎ側電極は、それぞれ、リード・フレーム１１０および１２０に対して、ワイア１３０、１３０により接続されている。さらに、リード・フレームの先端部は、樹脂１４０によりモールドされ保護されている。
【００９０】
　本実施形態においては、半導体発光素子９００の表面に波長変換部ＦＬが配置されている。さらに、樹脂１４０は、波長選択性を有する光吸収部ＡＢとして作用するように構成されている。
【００９１】
　波長変換部ＦＬは、半導体発光素子９００から放出される１次光を吸収して、より長波長の２次光を放出する役割を有する。その構成は、図１に関して前述したものと同様とすることができる。すなわち、その具体例としては、透光性を有する媒体中に所定の蛍光体を分散させたものを挙げることができる。これらの溶媒や無機系コーティング剤を発光素子９００の表面に塗布することにより波長変換部ＦＬを形成することができる。
【００９２】
　光吸収部ＡＢは、波長変換部から放出される２次光を透過し、発光素子から放出される１次光は吸収するような波長選択性を有する。すなわち、樹脂１４０に所定の光吸収体を分散させることにより、光吸収部ＡＢを構成することができる。その構成の詳細についても、図１に関して前述した光吸収部ＡＢと同様とすることができる。すなわち、１次光が紫外線の場合には、光吸収体を構成する物質して、例えば、ベンゾトリアゾール、シアノアクリレート、パラアミノ酸、ベンゾフェノン、ケイ皮酸などを用いることができる。
【００９３】
　また、半導体発光素子９００としては、波長変換部ＦＬにおける波長変換効率を高くするためには発光波長の短いものであることが望ましい。このような発光素子としては、例えば、窒化ガリウム系半導体や、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＳｉＣ、ＢＮなどの材料を発光層に用いた半導体発光素子を挙げることができる。
【００９４】
　本発明によれば、波長変換部ＦＬを配置することにより、半導体発光素子９００からの１次光を所望の波長の可視光または赤外線に変換することができる。
【００９５】
　さらに、光吸収部ＡＢを設けることにより、波長変換部ＦＬを透過した１次光を吸収して外部への漏洩を防止することができるとともに、外部に取り出す光のスペクトルを調節して、純色性を改善することも可能となる。また、外部から侵入する外乱光により、波長変換部ＦＬが不必要な発光を生ずるという問題も解消することができる。
【００９６】
　なお、図７においては、リードフレームタイプのＬＥＤランプを一例として示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他にも例えば、ＳＭＤ（surface mounted device：表面実装型デバイス）タイプのＬＥＤランプについても同様に適用して同様の効果を得ることができる。
【００９７】
　次に、本発明による第２の半導体発光装置について説明する。　
　図８は、本発明による第２の半導体発光装置を表す概略断面図である。同図に表した半導体発光装置１００Ｂも、リードフレームタイプのＬＥＤランプである。本具体例については、図７に関して前述したものと同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９８】
　本具体例においては、半導体発光素子９００の表面に波長変換部ＦＬが配置されている。さらに、封止樹脂は、リードフレームのカップ部に設けられたインナーモールド部１４０ａと、その外側を覆うように設けられたアウターモールド部１４０ｂとからなる。そして、インナーモールド部１４０ａが波長選択性を有する光吸収部ＡＢとして作用するように構成されている。
【００９９】
　インナーモールド部１４０ａの材料としては、例えばエポキシ樹脂を用いることができる。そして、これに分散させる光吸収体としては、図７に関して前述したものと同様にベンゾトリアゾールなどの各種の材料を用いることができる。
【０１００】
　また、アウターモールド部１４０ｂは、光透過性を有する樹脂により形成されている。
【０１０１】
　本具体例の発光装置の具体的な製造方法としては、例えば、所定の溶媒やコーティング剤に波長選択性を有する光吸収体を分散させ、発光素子や蛍光体の周囲を封止してインナーモールド部１４０ａを形成し、しかる後に、光透過性モールド樹脂によりその周囲を封止して、アウターモールド部１４０ｂを形成することができる。
【０１０２】
　また、蛍光体と波長選択性光吸収体とを混合した所定の溶媒やコーティング剤を発光素子の周囲に滴下または塗布し、両者の沈降速度の差異を利用して蛍光体を発光素子の表面に積層させ、さらにその上に光吸収体を積層させるようにしても良い。一般的に、蛍光体は、比重が比較的大きいために先に沈み、光吸収体は分子量の大きい有機物質であり、またその粘性のために後まで溶媒の中にとどまる。光吸収体の融点を混入させるコーティング剤などの熱硬化温度近傍に設定することにより、熱硬化過程でコーティング剤の中に均一に分散させることができる。
【０１０３】
　このような光吸収部ＡＢを設けることにより、波長変換部ＦＬを透過した１次光を吸収して外部への漏洩を防止することができるとともに、外部に取り出す光のスペクトルを調節して、純色性を改善することも可能となる。また、外部から入射する紫外線も吸収することができるので、このような外乱光により波長変換部ＦＬが励起されて不要な発光が生ずるという問題も解消することができる。
【０１０４】
　次に、本発明による第３の半導体発光装置について説明する。　
　図９は、本発明による第３の半導体発光装置を表す概略断面図である。同図に表した半導体発光装置１００Ｃも、リードフレームタイプのＬＥＤランプである。本具体例についても、図７に関して前述したものと同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０５】
　本具体例においては、樹脂１４０は、波長選択性を有する光反射部ＲＥ１として作用するように構成されている。すなわち、樹脂１４０は、波長選択性を有する光反射体を含有したエポキシ樹脂などからなる。樹脂１４０に含有される波長選択性光反射体は、波長変換部ＦＬを透過して発光素子から放出される紫外線などの１次光を反射、散乱し、蛍光体からの２次光は透過する性質を有する。このような材料としては、前述したように酸化チタン、酸化亜鉛などを用いることができる。
【０１０６】
　このような光反射部ＲＥ１を配置することにより、波長変換部ＦＬを透過して漏洩した１次光を高い効率で反射して、波長変換部ＦＬに再び戻すことができる。このようにして戻された１次光は、波長変換部ＦＬにおいて波長変換され、２次光として、光反射部ＲＥ１を透過する。つまり、波長変換部ＦＬの光出射側に光反射部ＲＥ１を配置することにより、１次光の漏洩を防止するとともに、波長変換部ＦＬを透過した１次光を戻して高い効率で波長変換することができるようになる。また、外部から侵入する紫外線も反射することができる。すなわち、外乱光により波長変換部ＦＬが励起されて不要な発光が生ずるという問題を解消することができる。
【０１０７】
　次に、本発明による第４の半導体発光装置について説明する。　
　図１０は、本発明による第４の半導体発光装置を表す概略断面図である。同図に表した半導体発光装置１００Ｄも、リードフレームタイプのＬＥＤランプである。本具体例については、図７に関して前述したものと同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０８】
　本具体例においては、半導体発光素子９００の表面に波長変換部ＦＬが配置されている。さらに、封止樹脂は、リードフレームのカップ部に設けられたインナーモールド部１４０ａと、その外側を覆うように設けられたアウターモールド部１４０ｂとからなる。そして、インナーモールド部１４０ａが波長選択性を有する光反射部ＲＥ１として作用するように構成されている。
【０１０９】
　インナーモールド部１４０ａの材料としては、例えばエポキシ樹脂を用いることができる。そして、これに分散させる光反射体としては、図９に関して前述したものと同様に酸化チタンなどの各種の材料を用いることができる。
【０１１０】
　また、アウターモールド部１４０ｂは、光透過性を有する樹脂により形成されている。
【０１１１】
　本具体例の発光装置の具体的な製造方法としては、図８に関して前述したものと同様とすることができる。すなわち、所定の溶媒やコーティング剤に波長選択性を有する光反射体とを分散させ、発光素子や蛍光体の周囲を封止してインナーモールド部１４０ａを形成し、しかる後に、光透過性モールド樹脂によりその周囲を封止して、アウターモールド部１４０ｂを形成することができる。
【０１１２】
　また、蛍光体と波長選択性光反射体とを混合した所定の溶媒やコーティング剤を発光素子の周囲に滴下または塗布し、両者の沈降速度の差異を利用して蛍光体を発光素子の表面に積層させ、さらにその上に光反射体を積層させるようにしても良い。
【０１１３】
　このような光反射部ＲＥ１を設けることにより、図９に関して前述したような種々の効果を同様に得ることができる。
【０１１４】
　次に、本発明による第５の半導体発光装置について説明する。　
　図１１は、本発明による第５の半導体発光装置を表す概略断面図である。同図に表した半導体発光装置１００Ｅも、リードフレームタイプのＬＥＤランプである。本具体例については、図７に関して前述したものと同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１１５】
　本具体例においては、半導体発光素子９００の表面に波長変換部ＦＬが配置されている。その材料や形成方法は、図７に関して前述したものと同様とすることができる。さらに、その上に波長選択性の光吸収部ＡＢが設けられ、樹脂１４０により封止されている。
【０１１６】
　本具体例における光吸収部ＡＢも、発光素子から放出される紫外線などの１次光を吸収し、蛍光体から放出される可視光などの２次光を透過する性質を有する。このような機能材として、本具体例においては、ダイクロイックフィルタやＵＶ（紫外線）カットフィルタを用いる。ここで、発光素子９００と光吸収部ＡＢとの間の空間は、樹脂などにより埋められていても良く、または所定の雰囲気ガスにより充填されていても良い。
【０１１７】
　このような光吸収部ＡＢを設けることによっても、図７に関して前述したような種々の効果を同様に得ることができる。
【０１１８】
　次に、本発明による第６の半導体発光装置について説明する。　
　図１２は、本発明による第６の半導体発光装置を表す概略断面図である。同図に表した半導体発光装置１００Ｆも、リードフレームタイプのＬＥＤランプである。本具体例については、図７に関して前述したものと同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１１９】
　本具体例においては、半導体発光素子９００の表面に波長変換部ＦＬが配置されている。その材料や形成方法は、図７に関して前述したものと同様とすることができる。さらに、その上に波長選択性の光反射部ＲＥ１が設けられ、樹脂１４０により封止されている。
【０１２０】
　本具体例における光反射部ＲＥ１も、発光素子から放出される紫外線などの１次光を反射し、蛍光体から放出される可視光などの２次光を透過する性質を有する。このような機能材として、本具体例においては、ダイクロイックミラーを用いる。ここで、発光素子９００と光反射部ＲＥ１との間の空間は、樹脂などにより埋められていても良く、または所定の雰囲気ガスにより充填されていても良い。
【０１２１】
　また、光反射部ＲＥ１としては、前述したブラッグ反射鏡を用いても良い。
【０１２２】
　このような光反射部ＲＥ１を設けることによっても、図９に関して前述したような種々の効果を同様に得ることができる。
【０１２３】
　次に、本発明による第７の半導体発光装置について説明する。　
　図１３は、本発明による第７の半導体発光装置を表す概略断面図である。同図に表した半導体発光装置１００Ｇも、リードフレームタイプのＬＥＤランプである。本具体例については、図７あるいは図８に関して前述したものと同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１２４】
　本具体例においては、半導体発光素子９００ａは、例えば、青色あるいは紫色の波長帯で発光する半導体発光素子である。一般に、このような波長帯の半導体発光素子においては、特に不純物を介して遷移するタイプの発光層を有するものが多く、発光スペクトルが紫外線の波長帯にまで伸びている場合が多い。つまり、青色や紫色の光の他に、有る程度の量の紫外線成分が放出される場合が多い。このような発光素子としては、例えば、ＧａＮ系のＬＥＤの他に、ＺｎＳｅ系やＳｉＣ系あるいはＢＮ系の発光素子を挙げることができる。
【０１２５】
　本具体例においては、インナーモールド部１４０ａが光吸収部ＡＢとして構成されている。つまり、光吸収部ＡＢは、発光素子から放出される紫外線成分を吸収し、青色や紫色の波長成分は透過する性質を有する。このようにすれば、有害な紫外線の漏洩を防ぎつつ、必要とされる青色や紫色の光を外部に取り出すことができる。なお、光吸収部ＡＢの詳細については、図７に関して前述したとおりである。また、図示した例の他にも、例えば、アウターモールド部１４０ｂにも光吸収剤を添加して光吸収部ＡＢとして作用するようにしても良い。
【０１２６】
　次に、本発明による第８の半導体発光装置について説明する。　
　図１４は、本発明による第８の半導体発光装置を表す概略断面図である。同図に表した半導体発光装置１００Ｈも、リードフレームタイプのＬＥＤランプである。本具体例については、図７あるいは図１３に関して前述したものと同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１２７】
　本具体例においても、半導体発光素子９００ａは、例えば、青色あるいは紫色の波長帯で発光する半導体発光素子であり、その詳細は、図１３に関して前述したとおりである。さらに、本具体例においては、半導体発光素子９００ａの上に波長選択性の光吸収部ＡＢが設けられ、樹脂１４０により封止されている。
【０１２８】
　本具体例における光吸収部ＡＢも、発光素子から放出される紫外線などの１次光を吸収し、蛍光体から放出される可視光などの２次光を透過する性質を有する。このような機能材として、本具体例においては、ダイクロイックフィルタやＵＶ（紫外線）カットフィルタを用いる。ここで、発光素子９００ａと光吸収部ＡＢとの間の空間は、樹脂などにより埋められていても良く、または所定の雰囲気ガスにより充填されていても良い。
【０１２９】
　このような光吸収部ＡＢを設けることによっても、図１３に関して前述したような種々の効果を同様に得ることができる。
【０１３０】
　次に、本発明による第９の半導体発光装置について説明する。　
　図１５は、本発明による第９の半導体発光装置を表す概略断面図である。同図に表した半導体発光装置１００Ｉも、リードフレームタイプのＬＥＤランプである。本具体例については、図７あるいは図８に関して前述したものと同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１３１】
　本具体例においても、半導体発光素子９００ａは、例えば、青色あるいは紫色の波長帯で発光する半導体発光素子であり、その詳細は、図１３に関して前述したとおりである。さらに、本具体例においては、インナーモールド部１４０ａが波長選択性を有する光反射部ＲＥ１として構成されている。つまり、光反射部ＲＥ１は、発光素子から放出される紫外線成分を反射し、青色や紫色の波長成分は透過する性質を有する。このようにすれば、有害な紫外線の漏洩を防ぎつつ、必要とされる青色や紫色の光を外部に取り出すことができる。なお、光反射部ＲＥ１の詳細については、図９に関して前述したとおりである。また、図示した例の他にも、例えば、アウターモールド部１４０ｂにも光反射剤を添加して光反射部ＲＥ１として作用するようにしても良い。
【０１３２】
　次に、本発明による第１０の半導体発光装置について説明する。　
　図１６は、本発明による第１０の半導体発光装置を表す概略断面図である。同図に表した半導体発光装置１００Ｊも、リードフレームタイプのＬＥＤランプである。本具体例については、図７あるいは図１３に関して前述したものと同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１３３】
　本具体例においても、半導体発光素子９００ａは、例えば、青色あるいは紫色の波長帯で発光する半導体発光素子であり、その詳細は、図１３に関して前述したとおりである。さらに、本具体例においては、半導体発光素子９００ａの上に波長選択性の光反射部ＲＥ１が設けられ、樹脂１４０により封止されている。
【０１３４】
　本具体例における光反射部ＲＥ１も、発光素子から放出される紫外線などの１次光を反射し、蛍光体から放出される可視光などの２次光を透過する性質を有する。このような機能材として、本具体例においては、ダイクロイックミラーやＵＶ（紫外線）カットミラーを用いる。ここで、発光素子９００ａと光反射部ＲＥ１との間の空間は、樹脂などにより埋められていても良く、または所定の雰囲気ガスにより充填されていても良い。
【０１３５】
　このような光反射部ＲＥ１を設けることによっても、図１５に関して前述したような種々の効果を同様に得ることができる。
【０１３６】
　また、図７〜図１６には、リードフレームタイプのＬＥＤランプを例示したが、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。これらの他にも、後に詳述するように、表面実装型（ＳＭＤ）のＬＥＤランプやその他各種の半導体発光装置について、本発明は、同様に適用して同様の効果を得ることができる。
【０１３７】
　次に、本発明による第１１の半導体発光装置について説明する。　
　図１７は、本発明の第１１実施形態に係る半導体発光装置を表す概略断面図である。同図に表した半導体発光装置１００Ｋも、リードフレームタイプのＬＥＤランプである。本具体例については、図７に関して前述したものと同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１３８】
　本実施形態においては、半導体発光素子９００の光取り出し方向に波長変換部ＦＬと光反射部ＲＥ１とが配置されている。さらに、樹脂１４０は、波長選択性を有する光吸収部ＡＢとして作用するように構成されている。
【０１３９】
　波長変換部ＦＬは、半導体発光素子９００から放出される１次光を吸収して、より長波長の２次光を放出する役割を有する。その構成は、図１に関して前述したものと同様とすることができる。その具体例としては、透光性を有する媒体中に所定の蛍光体を分散させたものを挙げることができる。
【０１４０】
　光反射部ＲＥ１は、半導体発光素子９００から放出される１次光を反射し、波長変換部ＦＬにより変換される２次光は透過する波長選択性を有する。その構成も前述した各実施形態における光反射部ＲＥ１のいずれかと同様とすることができる。
【０１４１】
　光吸収部ＡＢは、２次光を透過し、１次光は吸収するような波長選択性を有する。すなわち、樹脂１４０に所定の光吸収体を分散させることにより、光吸収部ＡＢを構成することができる。その構成の詳細についても、図１に前述した各実施形態における光吸収部ＡＢのいずれかと同様とすることができる。
【０１４２】
　本発明によれば、波長変換部ＦＬを配置することにより、半導体発光素子９００からの１次光を所望の可視光または赤外線に変換することができる。さらに、光反射部ＲＥ１を配置することにより、波長変換部ＦＬを透過して漏洩した１次光を高い効率で反射して、波長変換部ＦＬに再び戻すことができる。このようにして戻された１次光は、波長変換部ＦＬにおいて波長変換され、２次光として、光反射部ＲＥ１を透過する。つまり、波長変換部ＦＬの光出射側に光反射部ＲＥ１を配置することにより、１次光の漏洩を防止するとともに、波長変換部ＦＬを透過した１次光を戻して高い効率で波長変換することができるようになる。
【０１４３】
　さらに、光吸収部ＡＢを設けることにより、光反射部ＲＥ１を透過した１次光を吸収して外部への漏洩を防止することができるとともに、外部に取り出す光のスペクトルを調節して、純色性を改善することも可能となる。
【０１４４】
　以下、本実施形態に係る各種の半導体発光装置について図面に具体例を表しつつ説明する。　
　図１８は、本実施形態に係る第２の半導体発光装置を表す断面模式図である。同図に表した半導体発光装置１５０Ａは、いわゆる「表面実装（ＳＭＤ）ランプ」と称されるものである。すなわち、ＳＭＤランプ１５０Ａにおいては、実装部材１６０の実装表面に半導体発光素子９００がマウントされている。そして、発光素子は、樹脂１９０によりモールドされ保護されている。
【０１４５】
　図１８に示したような基板タイプのＳＭＤランプ１５０Ａにおいても、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、光吸収部ＡＢを設けることにより図１７に関して前述した半導体発光装置と同様の効果を得ることができる。なお、ここで光吸収部ＡＢは、図示したように樹脂１９０として構成することができるが、この他にも樹脂１９０の表面に別体の薄膜あるいはフィルム状にして積層させても良い。
【０１４６】
　図１９は、本実施形態に係る第３の半導体発光装置を表す断面模式図である。同図に表した半導体発光装置２００Ａは、いわゆる「面発光型」と称される半導体発光装置である。すなわち、面発光型装置２００Ａにおいては、リード・フレーム２１０、２１０に、半導体発光素子９００がそれぞれマウントされている。そして、それぞれの半導体発光素子は、反射板２２０のカップ部の内部において、樹脂２４０によりモールドされている。
【０１４７】
　それぞれの半導体発光素子から出射した光は、反射板２２０により反射されて、面状の光となり、外部に取り出すことができる。
【０１４８】
　図１９に示したような面発光型の半導体発光装置２００Ａにおいても、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、光吸収部ＡＢを設けることにより図１７に関して前述した半導体発光装置と同様の効果を得ることができる。
【０１４９】
　図２０は、本実施形態に係る第４の半導体発光装置を表す断面模式図である。同図に表した半導体発光装置２５０Ａは、いわゆる「ドーム型」と称される半導体発光装置である。すなわち、ドーム型装置２５０Ａにおいては、リード・フレーム２６０に、半導体発光素子９００が複数個、例えば５〜１０個程度マウントされている。それぞれの半導体発光素子は、図示しないワイアよりリード・フレーム２６０の所定の端子に接続されている。そして、それぞれの半導体発光素子は、封止樹脂２９０によりモールドされている。
【０１５０】
　このようなドーム型半導体発光装置２５０Ａは、多数の半導体発光素子を搭載しているので、輝度が高く、また均一な光を取り出すことができるという利点を有する。
【０１５１】
　図２０に示したようなドーム型の半導体発光装置２５０Ａにおいても、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、光吸収部ＡＢを設けることにより図１７に関して前述した半導体発光装置と同様の効果を得ることができる。
【０１５２】
　図２１は、本実施形態に係る第５の半導体発光装置を表す模式図である。同図に表した半導体発光装置３００Ａは、いわゆる「７セグメント型」と称される半導体発光装置であり、この中でも特に「基板タイプ」と称されるものの要部断面を表したものである。７セグメント型発光装置とは数字を表示する発光装置である。すなわち、基板３１０の上に半導体発光素子９００がマウントされた型式のものである。半導体発光素子９００から放出された光は、反射板３２０により反射される。
【０１５３】
　図２１に示したような７セグメント型半導体発光装置３００Ａにおいても、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、光吸収部ＡＢを設けることにより図１７に関して前述した半導体発光装置と同様の効果を得ることができる。
【０１５４】
　図２２は、本実施形態に係る第６の半導体発光装置を表す模式図である。同図に表した半導体発光装置３５０Ａも、いわゆる「７セグメント型」と称される半導体発光装置であり、この中でも特に「リード・フレーム・タイプ」と称されるものの要部断面を表したものである。すなわち、半導体発光素子９００は、リード・フレーム３６０にマウントされ、ワイアにより所定の配線が施されている。また、半導体発光素子は、樹脂３９０によって封止されている。半導体発光素子から放出された光は、反射板３７０により反射され、外部に取り出すことができる。
【０１５５】
　図２２に示したような７セグメント型半導体発光装置３５０Ａにおいても、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、光吸収部ＡＢを設けることにより図１７に関して前述した半導体発光装置と同様の効果を得ることができる。
【０１５６】
　図２３は、本実施形態に係る第７の半導体発光装置を表す模式図である。すなわち、同図に要部断面図として表した半導体発光装置４００Ａは、いわゆる「ＬＥＤアレイ型」、「メータ指針型」、「レベル・メータ型」、「マトリクス型」などと称される半導体発光装置である。このような半導体発光装置４００Ａにいおいては、所定の基板あるいはリード・フレーム４１０の上に、半導体発光素子９００が複数個、所定の間隔をおいてマウントされている。それぞれの半導体発光素子は、図示しないワイアにより、所定の端子に接続されている。そして、それぞれの半導体発光素子は、封止樹脂４４０によりモールドされている。
【０１５７】
　このような半導体発光装置４００Ａは、小型で軽量であり、多数の半導体発光素子を搭載しているので、輝度が高く、また均一な光を取り出すことができるという利点を有する。
【０１５８】
　図２３に示したような半導体発光装置４００Ａにおいても、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、光吸収部ＡＢを設けることにより図１７に関して前述した半導体発光装置と同様の効果を得ることができる。なお、ここで波長変換部ＦＬは、封止樹脂４４０内に混入されているものとして図示したが、これ以外にも、例えば、半導体発光素子９００の表面あるいは周囲に蛍光体層を堆積させたような構成であっても良い。
【０１５９】
　また、異なる波長の２次光を放出する波長変換部ＦＬを並べることにより、指針上に発光色の分布を設けることも容易となる。このような場合においても、本発明によれば、用いる蛍光体の種類を変えるだけで済み、半導体素子の材料や構造は同一とすることができるので、駆動電流や、供給電圧は、共通にすることができるという利点も生ずる。
【０１６０】
　図２４は、本実施形態に係る第８の半導体発光装置を表す模式図である。同図に断面図として表した半導体発光装置４５０Ａは、いわゆる「キャン型レーザ」と称される半導体発光装置である。このようなキャン型レーザ４５０Ａにおいては、ステム４７０の先端部に、半導体発光素子９００が配置されている。ここで、半導体発光素子９００は、レーザ素子である。半導体発光素子の背面側には、モニタ用の受光素子４７５が配置され、半導体発光素子９００の光出力をモニタできるようにされている。また、ステム４７０の頭部は、キャン４９０により封止され、レーザ光は取り出し窓４９２を介して、外部に取り出すことができるようにされている。
【０１６１】
　図２４に示したようなキャン型レーザ半導体発光装置４５０Ａにおいても、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、光吸収部ＡＢを設けることにより図１７に関して前述した半導体発光装置と同様の効果を得ることができる。
【０１６２】
　以上、本発明の第１１の実施形態として、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、光吸収部ＡＢを備えた半導体発光装置とについて、それぞれ図１７〜図２４に具体例を例示しつつ説明した。　
　次に、本発明の第１２の実施の形態について説明する。　
　本実施形態においては、前述した第４の実施形態のように、第２の光反射部ＲＥ２を備えた半導体発光装置を提供する。
【０１６３】
　図２５は、本発明の第１２実施形態に係る半導体発光装置を表す概略断面図である。すなわち、同図に表した半導体発光装置１００Ｌは、「リード・フレーム・タイプ」の「ＬＥＤランプ」である。同図に示した半導体発光装置１００Ｌも、半導体発光素子の光の取り出し経路に、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、および光吸収部ＡＢが設けられている。ここでも、図１７に関して前述した発光装置と同一の部分については、同一の符合を付して説明を省略する。
【０１６４】
　本実施形態においては、半導体発光素子９００の下側に、さらに、第２の光反射部ＲＥ２が設けられている。この光反射部ＲＥ２は、半導体発光素子９００から放出された１次光を反射して、波長変換部ＦＬに入射させる役割を有する。すなわち、このような光反射部ＲＥ２を設けることにより、半導体発光素子９００からリード・フレーム１１０側に放出される１次光を有効に利用することができるようになる。すなわち、このような反射部ＲＥ２を設けない場合には、半導体発光素子９００からリード・フレーム１１０側に放出される１次光は、素子のマウント面において乱反射されることが多く、波長変換部ＦＬに導いて効率良く波長変換することができなかった。しかし、本発明によれば、光反射部ＲＥ２を設けることにより、１次光を反射させて波長変換部ＦＬに入射させることができる。その結果として、１次光を高い効率で波長変換して外部に取り出すことができるようになる。
【０１６５】
　光反射部ＲＥ２の具体的な構成としては、例えば、前述したようなブラッグ反射鏡とすることができる。すなわち、１次光に対して高い反射率を有するように構成したブラッグ反射鏡とすることにより、半導体発光素子９００からリード・フレーム１１０側に放出された１次光を高い反射率で波長変換部ＦＬに戻すことができるようになる。その具体的な構成としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化インジウムとアルミニウム・ガリウム砒素、窒化インジウムとアルミニウム・ガリウム燐などの薄膜を交互に積層したものを挙げることができる。
【０１６６】
　また、光反射鏡ＲＥ２は、このような波長選択性を有しない全反射鏡であっても良い。すなわち、１次光だけでなく、２次光に対しても高い反射率を有するような反射鏡とすれば、波長変換部ＦＬからリード・フレーム１１０の方向に放出される２次光を効率良く反射して外部に取り出すことができるようになる。このような全反射鏡は、ブラッグ反射鏡ではなく、金属膜などの反射率の高い材料を単層として用いることができる。
【０１６７】
　なお、本実施形態は、図２５に示したＬＥＤランプに限定されない。すなわち、図１８〜図２４に関して前述した、各種の半導体発光装置や、その他の半導体発光素子を用いた半導体発光装置についても、本実施形態は同様に適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【０１６８】
　次に、本発明の第１３の実施の形態について説明する。　
　本実施形態においては、前述した第５の実施形態のように、第３の光反射部ＲＥ３を半導体発光素子の周囲に備えた半導体発光装置を提供する。
【０１６９】
　図２６は、本発明の第１３実施形態に係る半導体発光装置を表す概略断面図である。すなわち、同図に例示した半導体発光装置１００Ｍは、「リード・フレーム・タイプ」の「ＬＥＤランプ」である。同図に示した半導体発光装置１００Ｍにおいても、半導体発光素子９００の光の取り出し経路に、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、および光吸収部ＡＢが設けられている。ここでも、図１７に関して前述した発光装置と同一の部分については、同一の符合を付して説明を省略する。
【０１７０】
　本実施形態においては、半導体発光素子９００の周囲に、さらに、第３の光反射部ＲＥ３が設けられている。この光反射部ＲＥ３は、波長選択性を有するものであっても、波長選択性を有しない全反射鏡であっても良い。
【０１７１】
　光反射部ＲＥ３が、波長選択性を有する場合には、半導体発光素子９００から放出された１次光を反射して、外部への漏洩を防止することができる。さらに、このようにして反射を繰り返された１次光は、最終的に波長変換部ＦＬに入射して２次光に変換されるので、波長変換効率を改善することができる。このような波長選択性は、前述したようなブラッグ反射鏡により実現することができる。
【０１７２】
　一方、光反射部ＲＥ３が、波長選択性を有しない場合には、１次光のみならず、２次光などの波長を有する光成分の外部への漏洩も防止することができる。このような全反射鏡は、例えば、金属膜により形成することができる。そして、このような全反射鏡を形成することにより、発光装置１００Ｍの光放出部を、光反射部ＲＥ３が形成されていない開口部のみに限定することができる。すなわち、発光装置１００Ｍの周囲をこのような光反射部ＲＥ３で取り囲んで、所定の開口部のみから２次光が放出されるようにすれば、光の放射パターンをその開口の形状にあわせて容易に制御することができるようになる。例えば、光反射部ＲＥ３の開口を極めて小さく形成することにより、点光源状の半導体発光装置を容易に形成することができる。このような点光源は、レンズなどの光学系により効果的に集光することができ、実用上有利である場合が多い。
【０１７３】
　なお、本実施形態も、図２６に示したＬＥＤランプに限定されない。すなわち、図１８〜図２４に関して前述した、各種の半導体発光装置や、その他の半導体発光素子を用いた半導体発光装置についても、本実施形態は同様に適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【０１７４】
　次に、本発明の第１４の実施の形態について説明する。　
　本実施形態においては、前述した第６の実施形態のように、第４の光反射部ＲＥ４を半導体発光素子９００と波長変換部ＦＬとの間に設ける。
【０１７５】
　図２７は、本発明の第１４実施形態に係る半導体発光装置を表す概略断面図である。すなわち、同図に例示した半導体発光装置１００Ｎは、「リード・フレーム・タイプ」の「ＬＥＤランプ」である。同図に示した半導体発光装置１００Ｎにおいては、半導体発光素子９００の光の取り出し経路に、光反射部ＲＥ４、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１、および光吸収部ＡＢがこの順序で設けられている。ここでも、図１７に関して前述した発光素子と同一の部分については、同一の符合を付して説明を省略する。
【０１７６】
　本実施形態における光反射部ＲＥ４は、半導体発光素子９００から放出される１次光を透過し、波長変換部ＦＬにおいて変換され放出される２次光は反射するような波長選択性を有する。すなわち、１次光に波長の光に対する反射率は低く、２次光の波長の光に対する反射率が高くなるように構成されている。このような波長選択性は、例えば、前述したブラッグ反射鏡を利用することにより実現することができる。
【０１７７】
　また、波長変換部ＦＬは、１次光を吸収してそれよりも波長が長い２次光を放出する役割を有する。その詳細については、第１実施形態に関して前述したものと同様である。
【０１７８】
　また、光反射部ＲＥ１は、波長変換部から放出される２次光に対する反射率が低く、１次光に対する反射率が高くなるように構成されている。このような波長選択性も、前述したブラッグ反射鏡を利用することにより実現することができる。
【０１７９】
　光吸収部ＡＢは、１次光に対して高い光吸収率を有し、２次光に対しては低い吸収率を有するように構成される。この詳細な構成についても、前述した各実施形態と同様とすることができる。
【０１８０】
　本実施形態によれば、半導体発光素子９００から放出された１次光は光反射部ＲＥ４を透過して波長変換部ＦＬに入射し、２次光に波長変換される。また、波長変換部ＦＬにおいて波長変換されずに透過した１次光は、光反射部ＲＥ１により反射されて再び波長変換部ＦＬに戻される。さらに、光反射部ＲＥ１も透過した１次光は、光吸収部ＡＢにおいて吸収され、外部への漏洩が防止される。
【０１８１】
　一方、波長変換部ＦＬから放出された２次光のうちで光反射部ＲＥ１の方向に出射した光成分は、光反射部ＲＥ１および光吸収部ＡＢを透過して外部に取り出すことができる。また、波長変換部ＦＬから放出された２次光のうちで半導体発光素子９００の方向に出射した光成分は、光反射部ＲＥ４により反射され、波長変換部ＦＬ、光反射部ＲＥ１および光吸収部ＡＢを透過して外部に取り出すことができるようになる。
【０１８２】
　すなわち、光反射部ＲＥ４を設けない場合には、波長変換部ＦＬから半導体発光素子９００の方向に放出された２次光は、半導体発光素子９００より吸収され、あるいは、半導体発光素子９００のマウント面において乱反射されて、外部に有効に取り出すことができない。これに対して、本実施形態によれば、光反射部ＲＥ４を設けることにより、波長変換部ＦＬから半導体発光素子９００の方向に放出される２次光を光反射部ＲＥ４により反射して、外部に効率良く取り出すことができるようになる。
【０１８３】
　また、本実施形態と、前述した第１２実施形態または第１３実施形態とを組み合わせることにより、さらに高効率の半導体発光装置を実現することもできる。すなわち、本実施形態の構成に、第１２実施形態で説明した光反射部ＲＥ２を追加することにより、半導体発光素子９００から放出される１次光をさらに効率良く波長変換部ＦＬに導いて、波長変換することができるようになる。また、本実施形態の構成に、第１３実施形態で説明した光反射部ＲＥ３を追加することにより、発光装置の発光パターンを制御して、容易に点光源を構成することができるようになる。
【０１８４】
　次に、本発明の第１５の実施の形態について説明する。　
　本実施形態においては、画像表示装置において、半導体発光素子と、前述したような波長変換部、光反射部、光吸収部を組み合わせた構成を実現する。
【０１８５】
　図２８は、本発明による画像表示装置の具体例の構成を表す概略断面図である。すなわち、同図に示した画像表示装置５００Ａは、光源部５２０と、調光部５３０と、変換部５５０とを備える。
【０１８６】
　光源部５２０は、所定の発光スペクトルを有する半導体発光素子９００を光源として備え、さらに導光板５２２により半導体発光素子９００からの光を均一に拡散させて調光部に照射する。
【０１８７】
　調光部５３０は、例えば、液晶により光の透過率を調節する構成を有する。すなわち、調光部５３０においては、偏光板５３１及び５３９の間に液晶層５３６が挟持されている。液晶層５３６は、画素電極５３４と対向電極５３８との間に所定の電圧を印加することによって、その分子の配向状態が制御され、上下の偏光板５３１及び５３９と共に作用して光の透過率を制御できるようにされている。透光性基板５３２の上に形成された各画素電極５３４には、それぞれスイッチング素子５３５を介して所定の電圧が供給される。スイッチング素子５３５としては、例えば、金属・絶縁層・金属（ＭＩＭ）接合型素子や、水素化アモルファス・シリコン或いは多結晶化シリコンにより形成した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などを用いることができる。
【０１８８】
　変換部５５０は、透明性基板５４２の下面に波長変換部ＦＬ１〜３、光反射部ＲＥ１〜３、光吸収部ＡＢ１〜３が配置された構成を有する。波長変換部ＦＬは、遮光性の材料により形成されたブラック・マトリクスによって、画素毎に仕切られるようにしても良い。また、波長変換部ＦＬは、透明性基板５４２の上面に配置するようにしても良い。
【０１８９】
　このような画像表示装置５００Ａにおいては、光源部５２０から出射した光は、調光部５３０において、液晶層５３６に印加される電圧に応じて、画素毎に光量が調節され、それぞれ波長変換部ＦＬ１〜３に入射する。波長変換部ＦＬ１〜３においては、それぞれの蛍光体の種類に応じて、入射した１次光が所定の波長を有する２次光に変換される。例えば、ＦＬ１においては赤色、ＦＬ２においては緑色、ＦＬ３においては青色にそれぞれ変換されるようにすることができる。
【０１９０】
　それぞれの波長変換部ＦＬ１〜３から放出された２次光は、光反射部ＲＥ１〜３に入射する。それぞれの光反射部は、１次光が反射され、２次光のみが透過するような波長選択性を有する。
【０１９１】
　さらに、光反射部ＲＥ１〜３を透過した２次光は、それぞれ光吸収部ＡＢ１〜３に入射する。光吸収部ＡＢ１〜３は、それぞれ所定の２次光を透過し、１次光は吸収するような波長選択性を有する。例えば、ＡＢ１は赤色の光を透過し、ＡＢ２は緑色の光を透過し、ＡＢ３は青色の光を透過するような、いわゆる「カラー・フィルタ」として構成することができる。
【０１９２】
　本発明によれば、光源に半導体発光素子を用いるので、従来の陰極蛍光管などと比較して光電変換効率が高く、消費電力を低減することができる。しかも、このような高効率である半導体発光素子からの光により蛍光体を励起させるという新規な構成を採用した結果、画像表示装置全体として消費電力の低減を図ることができる。
【０１９３】
　特に、本発明においては、波長変換部と共に、波長選択性を有する光反射部ＲＥや光吸収部ＡＢを設けることによって、変換効率をさらに向上することができる。また、画像表示装置５００Ａの波長変換部ＦＬ１〜３の光入射側に、図４または図１５に関して前述したような第４の光反射部ＲＥ４を設けることにより、波長変換部ＦＬ１〜３から放出された２次光を反射して、より高い効率で外部に取り出すことができるようになる。
【０１９４】
　一例として、従来の陰極蛍光管を光源とした１０．４インチ型ＴＦＴ液晶表示装置の場合の消費電力は、約９ワットであった。しかし、本発明による、紫外線ＬＥＤと蛍光体とを採用した画像表示装置の場合の消費電力は約４ワットであり、従来の液晶表示装置の半分以下に低減される。その結果として、ノート型コンピュータや各種情報携帯端末機器などの携帯型電子機器の電池寿命を延ばすことができる。
【０１９５】
　また、本発明によれば、波長変換部ＦＬを画像表示面の表面近傍に隣接して配置することができるので、視野角を大幅に改善することができる。
【０１９６】
　また、従来の陰極蛍光管などと比較して回路を簡略化し、駆動電圧を低減することができる。すなわち、陰極蛍光管では、安定化回路やインバータを介して高電圧を印加することが必要とされていた。しかし、本発明によれば、光源である半導体発光素子は、わずか２〜３．５ボルト程度の直流電圧で十分な発光強度を得ることができる。従って、安定化回路やインバータ回路が不要となり、光源の駆動回路が大幅に簡略化されると共に、駆動電圧を低減することができる。
【０１９７】
　また、本発明によれば、光源の寿命を従来よりも大幅に延ばすことができる。すなわち、従来の陰極蛍光管では、電極部でのスパッタリング現象などに起因して、所定の寿命期間の経過後は、輝度が急速に低下し、発光が停止する。しかし、本発明によれば、光源の半導体発光素子は、数万時間という極めて長時間の使用に対しても輝度の低下は殆ど見られず、その寿命は、半永久的ということもできる。従って、本発明による画像表示装置は、従来の装置と比べて、寿命が大幅に延びる。
【０１９８】
　さらに、本発明によれば、画像表示装置の動作立ち上がり時間が極めて短い。すなわち、電源を投入してから光源の照明輝度が定常状態に至るまでの時間は、従来の陰極蛍光管と比較して、きわめて短く、瞬時動作が可能である。
【０１９９】
　また、本発明によれば、信頼性も向上する。すなわち、従来の陰極蛍光管は、ガラス管に所定のガスを封入した構造を有する。従って、過度の衝撃や振動に対して破損することがあった。しかし、本発明によれば、光源として固体素子である半導体発光素子を用いるので、衝撃や振動に対する耐久性も顕著に向上する。この結果として、特に、本発明による画像表示装置を搭載した携帯用の各種電子機器の信頼性を格段に向上させることができる。
【０２００】
　さらに、本発明によれば、有害な水銀を使用することがない。すなわち、従来の陰極蛍光管では、ガラス管の内部に所定量の水銀が封入されていることが多かった。しかし、本発明によれば、このような有害な水銀を用いる必要がない。
【０２０１】
　次に、本発明による画像表示装置の変型例について説明する。　
　図２９は、本発明による画像表示装置の変形性の構成を表す概略断面図である。すなわち、同図に示した画像表示装置５００Ｂも、光源部５２０と、調光部５３０と、変換部５５０とを備える。しかし、画像表示装置５００Ｂは、前述した画像表示装置５００Ａと比べると、光源部５２０と、調光部５３０との間に変換部５５０が配置されている点で異なる。ここで、前述した画像表示装置５００Ａと同様の部分には、同一の符合を付して説明を省略する。
【０２０２】
　画像表示装置５００Ｂにおいては、半導体発光素子９００から放出された１次光は、導光板５２２を介して、まず波長変換部ＦＬ１〜３に入射する。入射した１次光は、それぞれの波長変換部において、所定の波長を有する２次光に変換され、光反射部ＲＥ１〜３に入射する。そして、１次光成分は反射され、２次光成分は、透過して、それぞれ光吸収部ＡＢ１〜３に入射する。光吸収部ＡＢ１〜３においても前述の場合と同様に、１次光成分が吸収され、２次光は透過する。
【０２０３】
　図２９に示した画像表示装置５００Ｂにおいても、前述した画像表示装置５００Ａと同様の効果を得ることができる。さらに、画像表示装置５００Ｂにおいては、半導体発光素子９００から放出された紫外線などの１次光が、波長変換されて、より長波長の２次光とされてから調光部に入射する。従って、調光部のスイッチング素子５３５や液晶層５３６などが、１次光である紫外線に曝されて劣化するという問題も解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２０４】
【図１】本発明による第１の実施形態に係る半導体発光素子の概略構成を例示する断面図である。
【図２】本発明による第２の実施形態に係る半導体発光素子の概略構成を例示する断面図である。
【図３】本発明による第３の実施形態に係る半導体発光素子の概略構成を例示する断面図である。
【図４】本発明による第４の実施形態に係る半導体発光素子の概略構成を例示する断面図である。
【図５】本発明による第５の実施形態に係る半導体発光素子の概略構成を例示する断面図である。
【図６】本発明による第６の実施形態に係る半導体発光素子の概略構成を例示する断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体発光装置を表す概略断面図である。
【図８】本発明による第２の半導体発光装置を表す断面模式図である。
【図９】本発明による第３の半導体発光装置を表す断面模式図である。
【図１０】本発明による第４の半導体発光装置を表す断面模式図である。
【図１１】本発明による第５の半導体発光装置を表す断面模式図である。
【図１２】本発明による第６の半導体発光装置を表す断面模式図である。
【図１３】本発明による第７の半導体発光装置を表す概略断面図である。
【図１４】本発明による第８の半導体発光装置を表す概略断面図である。
【図１５】本発明による第９の半導体発光装置を表す概略断面図である。
【図１６】本発明による第１０の半導体発光装置を表す概略断面図である。
【図１７】本発明による第１１の半導体発光装置を表す概略断面図である。
【図１８】本発明の第１１実施形態に係る第２の半導体発光装置を表す断面模式図である。
【図１９】本発明の第１１実施形態に係る第３の半導体発光装置を表す断面模式図である。
【図２０】本発明の第１１実施形態に係る第４の半導体発光装置を表す断面模式図である。
【図２１】本発明の第１１実施形態に係る第５の半導体発光装置を表す模式図である。
【図２２】本発明の第１１実施形態に係る第６の半導体発光装置を表す模式図である。
【図２３】本発明の第１１実施形態に係る第７の半導体発光装置を表す模式図である。
【図２４】本発明の第１１実施形態に係る第８の半導体発光装置を表す模式図である。
【図２５】本発明の第１２実施形態に係る半導体発光装置を表す概略断面図である。
【図２６】本発明の第１３実施形態に係る半導体発光装置を表す概略断面図である
【図２７】本発明の第１４実施形態に係る半導体発光装置を表す概略断面図である。
【図２８】本発明による画像表示装置の具体例の構成を表す概略断面図である。
【図２９】本発明による画像表示装置の変形性の構成を表す概略断面図である。
【図３０】波長変換部を備えた従来の半導体発光装置を例示する断面模式図である。
【符号の説明】
【０２０５】
１０、９００、９００’　半導体発光素子
１２　サファイア基板
１４　バッファ層
１６　ｎ型コンタクト層
１８　ｎ型クラッド層
２０　発光層
２２　ｐ型クラッド層
２４　ｐ型コンタクト層
２６　ｐ側電極層
３０　保護膜
３２　ボンディング・パッド
３４　ｎ側電極
１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０　半導体発光装置
１１０、１２０、２１０、２６０　リードフレーム
１３０、３３０　ワイア
１４０、１９０、２４０、２９０、３９０、４４０　樹脂　
１６０　実装部材
２２０、３２０、３７０　反射板
４７０　ステム
５００　画像表示装置
ＦＬ　波長変換部
ＲＥ１〜ＲＥ４　光反射部
ＡＢ　光吸収部
【図１】
2004040124.tif 000003
【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】
2004040124.tif 000009
【図８】
2004040124.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2004040124.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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