(57)【要約】  光取り出し効率を向上させることができる半導体発光装置を提供する。  半導体発光素子(10)と、半導体発光素子(10)の少なくとも一部を覆って形成された蛍光体層(11)と、蛍光体層(11)の少なくとも一部を覆って形成された外層(12)とを含み、蛍光体層(11)は、バインダー(17)とバインダー(17)に分散された蛍光体(18)とを含み、外層(12)は、多孔質材(19)を含む半導体発光装置(1)とする。これにより、光取り出し効率を向上させることができる半導体発光装置を提供することができる。
2007080803.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の少なくとも一部を覆って形成された蛍光体層と、前記蛍光体層の少なくとも一部を覆って形成された外層とを含む半導体発光装置であって、
前記蛍光体層は、バインダーと前記バインダーに分散された蛍光体とを含み、
前記外層は、多孔質材を含むことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記半導体発光素子から放出される光は、最大ピーク波長が４９０ｎｍ以下である請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記バインダーの屈折率が、前記半導体発光素子における光取り出し側の主面を構成する材料の屈折率より低く、かつ前記外層の屈折率より高い請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記バインダーは、バインダー材と前記バインダー材を透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有する無機粒子とを含み、
前記無機粒子は、前記バインダー材よりも屈折率が大きい請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記多孔質材は、無機材料からなる請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記多孔質材は、前記無機材料からなる粒子の凝集多孔体である請求項５に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記多孔質材は、無機材料からなる粒子の凝集多孔体であり、
前記粒子は、前記外層を透過する光の波長の４分の１以下の平均粒径を有しており、
前記凝集多孔体の平均孔径が、前記外層を透過する光の波長の４分の１以下である請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記半導体発光素子と前記蛍光体層との間に介在する光透過層を更に含む請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記光透過層の屈折率が、前記半導体発光素子における光取り出し側の主面を構成する材料の屈折率より低く、かつ前記蛍光体層の前記バインダーの屈折率より高い請求項８に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記光透過層は、母材と前記母材に分散された無機粒子とを含み、
前記無機粒子は、前記母材を透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有し、かつ前記母材よりも屈折率が大きい請求項８に記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記外層と前記蛍光体層とが、前記バインダーによって接着されている請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記外層は、分散媒体を更に含み、
前記多孔質材は、前記分散媒体に分散されている請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１３】
前記蛍光体層が充填された凹部を有するケースを更に含み、
前記外層は、前記凹部の開口を覆うようにして配置されている請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１４】
前記外層は、板状である請求項１３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、半導体発光素子を含む半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体多層膜を含む半導体発光素子として、発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下「ＬＥＤ」と称する。）が知られている。このうち、ＧａＮ系ＬＥＤ等の青色光を発するＬＥＤは、青色光により励起して蛍光を発する蛍光体と組み合わせることによって、白色光を発する半導体発光装置に適用することができる。【０００３】
図１２は、従来の白色光を発する半導体発光装置の断面図である。図１２に示すように、半導体発光装置１００は、第１リードフレーム１０１ａの一方の端部に設けられた凹部の底面上に、青色光を発するＬＥＤチップ１０２がＡｇペースト等からなるチップ固着用ペースト材１０３で固着されている。【０００４】
ＬＥＤチップ１０２の上面には、第１電極１０４ａ及び第２電極１０４ｂが形成されている。第１電極１０４ａは第１ワイヤ１０５ａを介して第１リードフレーム１０１ａと電気的に接続されており、第２電極１０４ｂは第２ワイヤ１０５ｂを介して第１リードフレーム１０１ａと対をなす第２リードフレーム１０１ｂと電気的に接続されている。【０００５】
ＬＥＤチップ１０２は、砲弾状に成型された蛍光体層１０６によって封止されている。蛍光体層１０６のバインダーとしては、一般にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の可視光を透過させる樹脂材料が用いられる。また、蛍光体層１０６内には、蛍光体１０６ａが分散されている（例えば、特許文献１参照）。【０００６】
しかしながら、前記従来の半導体発光装置における蛍光体層のバインダーとしてエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を用いる場合には、以下のような問題が生じる。【０００７】
エポキシ樹脂を用いる場合には、エポキシ樹脂の屈折率がＬＥＤチップを構成する材料（例えばＧａＮ）の屈折率に比べ非常に低いため、光取り出し効率が劣化するおそれがある。【０００８】
また、シリコーン樹脂を用いる場合は、エポキシ樹脂よりも屈折率が低いため、ＬＥＤチップからの放射光がバインダーとの界面で反射しやすくなり、光取り出し効率が更に劣化するおそれがある（例えば、特許文献２参照）。【０００９】
この対策として、例えば、ＬＥＤチップから外層にかけて順次屈折率を段階的に低くする方法（例えば、特許文献３参照）や、屈折率が高い無機酸化物等をＬＥＤチップの封止材として用いる方法（例えば、特許文献４参照）、あるいはＬＥＤチップの基板に多孔質材を用いたり、上記基板の表面に凹凸を形成したりすることによって光を散乱させる方法（例えば、特許文献５参照）等が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−７１９０８号公報
【特許文献２】特開２００５−９３７２４号公報
【特許文献３】特開昭６１−９６７８０号公報
【特許文献４】特開２００１−２４２３６号公報
【特許文献５】特開２００５−１９１５１４号公報
【００１０】
しかし、特許文献３〜５に提案された方法では、例えば照明装置等に適用するには光取り出し効率が未だ不充分であった。
【発明の開示】
【００１１】
本発明は、光取り出し効率を向上させることができる半導体発光装置を提供する。
【００１２】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の少なくとも一部を覆って形成された蛍光体層と、前記蛍光体層の少なくとも一部を覆って形成された外層とを含む半導体発光装置であって、
前記蛍光体層は、バインダーと前記バインダーに分散された蛍光体とを含み、
前記外層は、多孔質材を含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１Ａは本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の断面図であり、図１Ｂは図１Ａに示す半導体発光装置に含まれる外層の構成材料の模式図である。
【図２】図２は、多孔質材の空孔率と屈折率との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図４】図４は、本明細書における実効粒径を説明するためのグラフである。
【図５】図５は、バインダー中の無機粒子の体積含有率とバインダーの屈折率との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置の変形例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第３実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図８】図８は、本発明の第４実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図９】図９は、本発明の第５実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第６実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第７実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図１２】図１２は、従来の白色光を発す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最良の形態】
【００１４】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、この半導体発光素子の少なくとも一部を覆って形成された蛍光体層と、この蛍光体層の少なくとも一部を覆って形成された外層とを含む。半導体発光素子は、例えば、最大ピーク波長が４９０ｎｍ以下の光を放出するＬＥＤが使用できる。特に、ＧａＮ系の化合物半導体からなるＬＥＤチップは、発光色が青色光（又は青色光よりも短波長の光）であり、かつ発光強度が大きいため好ましい。【００１５】
上記蛍光体層は、バインダーと、このバインダーに分散された蛍光体とを含む。バインダーとしては、例えば、可視光を透過させるバインダー材を含むものが使用できる。上記バインダー材としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂等の有機高分子からなる樹脂材料や、シリコーン樹脂等の無機高分子からなる樹脂材料等を用いることができる。また、低融点ガラスや低温で形成可能なゾルゲルガラス等の無機材料等を用いてもよい。上記蛍光体としては、半導体発光素子から放出された光の一部を吸収し、蛍光を発する蛍光体が使用できる。例えば、半導体発光素子として青色光を放出するＬＥＤを使用する場合、上記蛍光体としては、黄色光を発する黄色蛍光体や、緑色光を発する緑色蛍光体や、赤色光を発する赤色蛍光体等が使用できる。また、例えば、半導体発光素子として紫外光を放出するＬＥＤを使用する場合、上記列挙した蛍光体や、青色光を発する青色蛍光体等が使用できる。上記蛍光体を使用することにより、半導体発光素子から放出された光と蛍光体から発せられた光とが混ざりあって、例えば白色光として取り出すことができる。【００１６】
上記黄色蛍光体としては、例えばセリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（略称ＹＡＧ：Ｃｅ）等が使用できる。上記緑色蛍光体としては、例えばＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（略称Ｐ２２−ＧＮ４）や（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ10Ｏ17：Ｅｕ，Ｍｎ（略称ＬＰ−Ｇ３）等が使用できる。上記赤色蛍光体としては、例えばＹ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ（略称Ｐ２２−ＲＥ３）等が使用できる。上記青色蛍光体としては、例えば（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ（略称ＬＰ−Ｂ１）や（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ10Ｏ17：Ｅｕ（略称ＬＰ−Ｂ４）等が使用できる。【００１７】
そして、本発明の半導体発光装置は、上記外層が多孔質材を含む。これにより、外層の屈折率の低減が容易となる。よって、半導体発光装置の外部（例えば空気層）と蛍光体層との間に、屈折率が蛍光体層のバインダーより低い外層を配置することができる。そのため、半導体発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。【００１８】
本発明の半導体発光装置では、上記バインダーの屈折率が、上記半導体発光素子における光取り出し側の主面（以下、単に「光取り出し面」という。）を構成する材料の屈折率より低く、かつ上記外層の屈折率より高いことが好ましい。この構成では、半導体発光素子から外層にかけて屈折率が段階的に低くなるため、光取り出し効率をより一層向上させることができる。【００１９】
本発明では、上記蛍光体層のバインダーが、バインダー材と、このバインダー材を透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有する無機粒子とを含み、上記無機粒子が、上記バインダー材よりも屈折率が大きい構成であってもよい。この構成によれば、上記無機粒子を含むことによって、バインダーと半導体発光素子の光取り出し面を構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより向上させることができる。更に、上記無機粒子を含むことによって、バインダーの耐熱性や耐光性が向上するためバインダーの劣化を防止できる。また、上記無機粒子の実効粒径がバインダー材を透過する光の波長の４分の１以下であるため、バインダー中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、バインダーの透光性の劣化を防止できる。また、上記無機粒子の大きさが光の波長よりも充分に小さいため、上記バインダーを屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。なお、上記無機粒子の実効粒径が１００ｎｍ以下であれば、可視領域の光については上記効果を充分に発揮させることができる。また、上記「実効粒径」については、後述する。【００２０】
上記無機粒子としては、例えば、無機酸化物、金属窒化物、金属炭化物、炭素化合物、硫化物等が使用できる。【００２１】
上記無機酸化物としては、酸化チタン（屈折率２．２〜２．５）、酸化タンタル（屈折率２．０〜２．３）、酸化ニオブ（屈折率２．１〜２．３）、酸化タングステン（屈折率２．２）、酸化ジルコニウム（屈折率２．１）、酸化亜鉛（屈折率１．９〜２．０）、酸化インジウム（屈折率２．０）、酸化スズ（屈折率２．０）、酸化ハフニウム（屈折率２．０）、酸化イットリウム（屈折率１．９）、酸化シリコン（屈折率１．４〜１．５）、酸化アルミニウム（屈折率１．７〜１．８）等が挙げられる。また、これらの複合無機酸化物を用いることもできる。上記金属窒化物には、窒化シリコン（屈折率１．９〜２．０）等が挙げられる。上記金属炭化物には、炭化シリコン（屈折率２．６）等が挙げられる。上記炭素化合物には、ダイヤモンド（屈折率３．０）、ダイヤモンド・ライク・カーボン（屈折率３．０）等が挙げられる。上記硫化物には、硫化銅、硫化スズ等が挙げられる。なお、各無機材料名に付した屈折率は、可視光（例えば波長が５８８ｎｍの光）に対する屈折率を示している。【００２２】
上記無機粒子のうち、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム及び酸化亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも１つの酸化物を主成分とする無機粒子、又はこれらの酸化物を含む複合酸化物からなる無機粒子は、市販品の種類が多く、入手しやすいため好ましい。ただし、酸化チタンのように紫外線によって光触媒作用を発現しやすい無機化合物については、バインダー材を劣化させるおそれがあるため、強い光触媒作用を有するアナターゼ結晶構造ではなく、ルチル結晶構造のものを用いるのが好ましい。あるいは、光触媒作用が活性な無機化合物の表面が、酸化シリコンや酸化アルミニウム等の光触媒作用が不活性な無機化合物で修飾された材料を用いてもよい。【００２３】
上記外層を構成する多孔質材としては、無機材料を使用するのが好ましい。耐熱性や耐光性を向上させることができるからである。上記無機材料としては、例えば、金属酸化物、金属フッ化物、金属窒化物等が使用できる。【００２４】
上記金属酸化物としては、酸化シリコン（屈折率１．４５）、酸化アルミニウム（屈折率１．７〜１．８）、酸化チタン（屈折率２．２〜２．５）、酸化ジルコニウム（屈折率２．１）、酸化亜鉛（屈折率１．９〜２．０）、酸化タンタル（屈折率２．０〜２．３）、酸化ニオブ（屈折率２．１〜２．３）、酸化タングステン（屈折率２．２）、酸化インジウム（屈折率２．０）、酸化スズ（屈折率２．０）、酸化ハフニウム（屈折率２．０）、酸化イットリウム（屈折率１．９）、酸化マグネシウム（屈折率１．７）等が挙げられる。また、これらの金属酸化物の混合体や複数の金属元素を有する複合無機酸化物を用いることもできる。上記金属フッ化物としては、フッ化マグネシウム（屈折率１．３８）、フッ化カルシウム（屈折率１．４３）等が挙げられる。上記金属窒化物としては、窒化シリコン（屈折率１．９〜２．０）等が挙げられる。なお、各無機材料名に付した屈折率は、可視光（例えば波長が５８８ｎｍの光）に対する屈折率を示している。【００２５】
上記無機材料のうち、酸化シリコン、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム及びフッ化カルシウムはバルクとしての屈折率が低いため、多孔化することによって、更に低い屈折率にすることができる。また、これらの材料を使用することによって、比較的低い空孔率で樹脂材料より低い屈折率を実現することができる。ここで、空孔率とは、多孔質材の見かけの容積に対する孔の容積の割合である。空孔率が低くなると、多孔質材の強度低下を抑制できるため好ましい。また、酸化シリコンや酸化アルミニウムは、原料も比較的安価で、市販品を入手しやすい等の利点もある。なお、上記空孔率は、比重法で測定することができる。【００２６】
また、上記外層を構成する多孔質材として、上述した無機材料からなる粒子の凝集多孔体を使用してもよい。この構成では、上記粒子が網目状に連続的につながった連通構造の多孔質材とすることができるため、温度変化に対する孔内部の空気の膨張や収縮を抑制することができる。これにより、外層の耐熱性や機械強度を向上させることができ、半田リフロー等の高温工程や、半導体発光装置の使用中に高温になる場合等に効果がある。また、上記構成では、上記粒子が上記外層を透過する光の波長の４分の１以下の平均粒径を有し、かつ上記凝集多孔体の平均孔径が上記外層を透過する光の波長の４分の１以下であることが好ましい。外層中の光の散乱がレイリー散乱のみとなるため、外層の透光性の劣化を防止できるからである。上記平均粒径は、ガス吸着法による上記粒子の平均比表面積ｓと上記粒子の材質の真密度ρを用いて、平均粒径ｄ＝６／sρにより求めることができる。また、上記平均孔径は、細孔分布測定装置によって、Ｌｏｇ微分細孔容積から求めることができる。なお、上記平均粒径及び上記平均孔径の双方が１００ｎｍ以下であれば、可視領域の光については上記効果を充分に発揮させることができる。また、上記凝集多孔体の製造方法の一例については、後述する。【００２７】
なお、上記凝集多孔体の平均孔径が１００ｎｍ以下の場合、気体分子の平均自由行程と同程度となるために、孔内での気体分子の動きが拘束される。このため、連通構造であっても、急激な温度変化に対しては凝集多孔体の網目骨格に強い力が働くために、従来のような樹脂材料からなる粒子で構成される凝集多孔体においては、大きな膨張及び収縮が起こる可能性があった。本構成によれば、凝集多孔体が無機材料からなるため、温度変化に対して、高い耐久性を有し、高い安定性を確保することができる。【００２８】
本発明の半導体発光装置は、上記半導体発光素子と上記蛍光体層との間に介在する光透過層を更に含んでいてもよい。半導体発光素子と蛍光体層とが接触しないため、半導体発光素子から発生する熱による蛍光体層の劣化を防止できるからである。なお、光透過層の構成材料は特に限定されず、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂等の有機高分子材料、シリコーン樹脂等の無機高分子材料、ガラス、窒素等のガス層等が使用できる。【００２９】
本発明の半導体発光装置が上記光透過層を含む場合は、上記光透過層の屈折率が上記半導体発光素子の光取り出し面を構成する材料（例えばＧａＮ）の屈折率より低く、かつ上記蛍光体層の上記バインダーの屈折率より高いことが好ましい。この構成では、半導体発光素子から蛍光体層にかけて屈折率が段階的に低くなるため、光取り出し効率をより一層向上させることができる。【００３０】
また、本発明の半導体発光装置が上記光透過層を含む場合は、上記光透過層が母材とこの母材に分散された無機粒子とを含み、この無機粒子が上記母材を透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有し、かつ上記母材よりも屈折率が大きい構成であってもよい。この構成によれば、上記無機粒子を含むことによって、光透過層と半導体発光素子の光取り出し面を構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより向上させることができる。更に、上記無機粒子を含むことによって、光透過層の耐熱性や耐光性が向上するため光透過層の劣化を防止できる。また、上記無機粒子の実効粒径が母材を透過する光の波長の４分の１以下であるため、光透過層中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、光透過層の透光性の劣化を防止できる。また、無機粒子の大きさが光の波長よりも充分に小さいため、上記光透過層を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。なお、上記無機粒子の実効粒径が１００ｎｍ以下であれば、可視領域の光については上記効果を充分に発揮させることができる。【００３１】
上記光透過層の母材については特に限定されず、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂等の有機高分子材料、シリコーン樹脂等の無機高分子材料、ガラス等が使用できる。また、上記光透過層中の無機粒子としては、上述したバインダー材に分散させることができる無機粒子と同様のものが使用できる。【００３２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、参照する図面においては、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の符号で示し、重複する説明を省略する場合がある。【００３３】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の断面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す半導体発光装置に含まれる外層の構成材料の模式図である。【００３４】
図１Ａに示すように、半導体発光装置１は、半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０を覆って形成された蛍光体層１１と、蛍光体層１１を覆って形成された外層１２とを含む。半導体発光素子１０は、第１リードフレーム１３ａの端部にカップ状に設けられた凹部の底面上に、Ａｇペースト等からなる固着用ペースト材１４によって固着されている。【００３５】
半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａには、第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂが形成されている。第１電極１５ａは、第１ワイヤ１６ａを介して第１リードフレーム１３ａと電気的に接続されている。また、第２電極１５ｂは、第２ワイヤ１６ｂを介して第１リードフレーム１３ａと対をなす第２リードフレーム１３ｂと電気的に接続されている。【００３６】
蛍光体層１１は、バインダー１７と、バインダー１７に分散された蛍光体１８とを含む。この蛍光体層１１は、砲弾状に成型された外層１２によって封止されている。【００３７】
外層１２は、図１Ｂに示す多孔質材１９からなる。これにより、外層１２の屈折率の低減が容易となる。よって、半導体発光装置１の外部（例えば空気層）と蛍光体層１１との間に、屈折率が蛍光体層１１のバインダー１７より低い外層１２を配置することができる。そのため、半導体発光装置１の光取り出し効率を向上させることができる。【００３８】
また、多孔質材１９は、無機材料からなる粒子１９ａが網目状に連続的につながった連通構造の凝集多孔体からなる。これにより、温度変化に対する孔内部の空気の膨張や収縮を抑制することができる。よって、外層１２の耐熱性や機械強度を向上させることができる。また、多孔質材１９では、粒子１９ａが外層１２を透過する光の波長の４分の１以下の平均粒径を有し、かつ多孔質材１９の孔径Ｄの平均値が外層１２を透過する光の波長の４分の１以下であることが好ましい。外層１２中の光の散乱がレイリー散乱のみとなるため、外層１２の透光性の劣化を防止できるからである。例えば、粒子１９ａの平均粒径が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲であり、かつ孔径Ｄの平均値が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲であればよい。【００３９】
多孔質材１９（即ち外層１２）の屈折率は、例えば以下に示す式（１）に従って、粒子１９ａの材料、粒子１９ａの平均粒径、あるいは多孔質材１９の孔径Ｄの大きさ等を制御することにより調整できる。ここで、以下に示す式（１）において、ｎpは多孔質材１９の屈折率であり、ｎbは粒子１９ａを構成する材料の屈折率である。また、Ｐは充填率であり、多孔質材１９の全容積中における材料の占める割合（体積比）である。なお、多孔質材１９の空孔率は１−Ｐで表わすことができる。【００４０】
（ｎp2−１）／（ｎp2＋２）＝Ｐ×（ｎb2−１）／（ｎb2＋２）・・・・・（１）【００４１】
図２に、多孔質材１９の空孔率と屈折率との関係を示す。図２では、粒子１９ａを構成する材料として、酸化シリコン（屈折率１．４５）、フッ化カルシウム（屈折率１．４３）及びフッ化マグネシウム（屈折率１．３８）を用いた場合について示している。【００４２】
ここで、バインダー１７（図１Ａ参照）としてエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂材料を用いると、バインダー１７の屈折率は、約１．４〜１．６の範囲となる。よって、多孔質材１９の屈折率が１．４より低くなるように調整すれば、半導体発光装置１の光取り出し効率を向上させることができる。例えば粒子１９ａを構成する材料として酸化シリコンを用いる場合は、図２に示すように、多孔質材１９の空孔率が０．１より大きくなるように調整すればよい。なお、多孔質材１９の屈折率の下限は、外層１２の外部の屈折率（例えば空気の場合は１．０）より高くなる限りにおいて特に制限されないが、屈折率を低くするために多孔質材１９の空孔率を高くすると、多孔質材１９の機械的な強度が低くなる等の弊害が生じるおそれがある。よって、多孔質材１９の空孔率が０．９５以下となる範囲で多孔質材１９の屈折率を調整するのが好ましい。【００４３】
また、外層１２の屈折率は、半導体発光装置１の外部（例えば空気層）の屈折率とバインダー１７の屈折率との間の値であることが好ましい。光取り出し効率を向上させることができるからである。例えばバインダー１７の屈折率が１．４〜１．６の範囲である場合は、外層１２の屈折率は１．１〜１．３の範囲であることが好ましい。この場合の外層１２の空孔率は、多孔質材１９の材質によって異なるが、おおよそ０．２〜０．８の範囲である。また、バインダー１７の屈折率が１．６〜１．８の範囲である場合は、外層１２の屈折率は１．２〜１．４の範囲であることが好ましい。この場合の外層１２の空孔率は、多孔質材１９の材質によって異なるが、おおよそ０．１〜０．５５の範囲である。上述の屈折率の好ましい範囲を考慮すると、バインダー１７の屈折率と外層１２の屈折率との差をバインダー１７の屈折率と外層１２の屈折率との和で除した値が、０．０３〜０．２の範囲であることが望ましい。特に、上記の値が０．１〜０．１５の範囲であることが望ましい。上記の値が０．０３より小さい場合は、バインダー１７の屈折率と外層１２の屈折率との差が小さすぎるため、光取り出し効率を向上させる効果が低くなる可能性がある。一方、上記の値が０．２より大きい場合は、バインダー１７の屈折率と外層１２の屈折率との差が大きすぎるため、外層１２を設けない場合の光取り出し効率との相違がなくなる可能性がある。【００４４】
また、半導体発光装置１では、バインダー１７の屈折率が、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａ（図１Ａ参照）を構成する材料（例えばＧａＮ）の屈折率より低く、外層１２の屈折率より高いことが好ましい。半導体発光素子１０から外層１２にかけて屈折率が段階的に低くなるため、光取り出し効率をより一層向上させることができるからである。【００４５】
次に、多孔質材１９（外層１２）の好適な形成方法について説明する。多孔質材１９は、例えば、多孔質材１９の原料が溶液中に分散したゾル溶液を調製し、このゾル溶液を湿潤ゲル化し、これを乾燥して乾燥ゲルとすることによって形成することができる。以下に、構成材料として酸化シリコンを用いた場合の多孔質材１９の形成方法を説明する。【００４６】
まず、原料と触媒とを溶媒に分散させてゾル溶液を得る。上記原料としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリメトキシメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン等のアルコキシシラン化合物やこれらのオリゴマー化合物、あるいはケイ酸ナトリウム（ケイ酸ソーダ）、ケイ酸カリウム等の水ガラス化合物等を用いることができる。上記触媒としては、例えば、塩酸、硫酸、酢酸等の酸触媒や、アンモニア、ピリジン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の塩基触媒、あるいは水等を用いることができる。上記溶媒としては、原料が溶解してシリカが形成されれば良く、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、トルエン、ヘキサン等の有機溶媒や、水等を単独又は混合して用いることができる。このとき、原料の濃度を調整することにより、得られる多孔質材１９の空孔率を制御することができる。また、適宜、上記溶媒に粘度調整剤を添加してもよい。粘度調整剤としては、エチレングリコール、グリセリン、ポリビニルアルコール、シリコーン油等を用いることができる。【００４７】
次いで、上記ゾル溶液をゾルゲル反応によって湿潤ゲル化する。例えば、ゾル溶液を攪拌し、注型、塗布等によって所望の使用形態にした後、この状態で一定時間放置することによって、ゾル溶液をゲル化させて網目構造骨格を有する湿潤ゲルが得られる。湿潤ゲル化の温度条件は、例えば２５℃程度であればよいが、必要に応じて溶媒の沸点以下の温度に加熱しても良い。また、必要に応じて、湿潤ゲルの熟成や細孔制御のためにエージング処理を行っても良い。更に、必要に応じて、耐湿性等の信頼性を向上させるため、あるいは表面の親和性を調整することによって取り扱い性を向上させるために、表面処理剤によって湿潤ゲルを表面処理しても良い。【００４８】
上記表面処理剤としては、トリメチルクロルシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、エチルトリクロルシラン、フェニルトリクロルシラン等のハロゲン系シラン処理剤、トリメチルメトキシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアルコキシ系シラン処理剤、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルシロキサンオリゴマー等のシリコーン系シラン処理剤、ヘキサメチルジシラザン等のアミン系シラン処理剤、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ヘキシルアルコール、オクタノール、デカノール等のアルコール系処理剤等を用いることができる。上記表面処理剤によれば、例えば撥水効果を付与することができるため、耐湿性が高い多孔質材１９とすることができる。これにより、多孔質材１９の吸湿による崩壊を防ぐことができるとともに、蛍光体層１１への湿気の進入を抑制することができる。更に、網目構造骨格の表面に炭化水素基が形成されるために、バインダー１７との親和性が高くなり、蛍光体層１１との接着性が向上するという効果も得られる。また、上記表面処理剤として、ジメチルジメトキシシランやメチルトリエトキシシラン等の複数の官能基を有する表面処理剤を用いると、網目構造骨格の表面で表面処理剤分子同士が架橋反応するため、強度が高くなり、取り扱い性が向上する。【００４９】
そして、網目構造骨格を有する上記湿潤ゲルを乾燥させて乾燥ゲル化する。この際の乾燥処理には、自然乾燥法、加熱乾燥法、減圧乾燥法、超臨界乾燥法、凍結乾燥法等を用いることができる。また、乾燥する際に、蒸発速度を抑えるために高沸点溶媒を使用したり、蒸発温度を制御したりして乾燥時のゲルの収縮を抑制することもできる。特に、溶媒蒸発時のストレスによって湿潤ゲルが収縮することを低減して、優れた多孔質性能を有する乾燥ゲルを得ることができる乾燥手段として、超臨界乾燥法を好ましく用いることができる。また、湿潤ゲルの表面に撥水処理を施した後に乾燥する方法を用いても、乾燥時のゲルの収縮を抑制することができる。これらの方法によって、乾燥時のゲルの収縮や割れ等を防ぐことができるとともに、空孔率が大きく、屈折率が低い多孔質材１９（外層１２）を形成できる。特に、上記方法は空孔率が０．５以上の多孔質材１９を形成するのに適している。【００５０】
なお、ゾル溶液を湿潤ゲル化する際は、例えば蛍光体層１１上にゾル溶液を塗布した後、上述したように放置（又は加熱）して湿潤ゲル化すればよい。【００５１】
また、予め所望の形状に形成しておいた乾燥ゲルからなる多孔質材１９を接着剤等により蛍光体層１１に貼り合わせて外層１２を形成してもよい。【００５２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。【００５３】
図３に示すように、半導体発光装置２では、半導体発光素子１０が基板２０上に実装されている。基板２０には第１配線２１ａ及び第２配線２１ｂが設けられており、この第１及び第２配線２１ａ，２１ｂは、それぞれ第１及び第２ワイヤ１６ａ，１６ｂを介して第１及び及び第２電極１５ａ，１５ｂと電気的に接続されている。【００５４】
また、蛍光体層１１のバインダー１７は、バインダー材１７ａと、バインダー材１７ａを透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有する無機粒子１７ｂとを含むコンポジット材からなる。そして、無機粒子１７ｂは、バインダー材１７ａよりも屈折率が大きい。この構成によれば、無機粒子１７ｂを含むことによって、バインダー１７と半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａを構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより向上させることができる。更に、無機粒子１７ｂを含むことによって、バインダー１７の耐熱性や耐光性が向上するためバインダー１７の劣化を防止できる。また、無機粒子１７ｂの実効粒径がバインダー材１７ａを透過する光の波長の４分の１以下であるため、バインダー１７中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、バインダー１７の透光性の劣化を防止できる。また、無機粒子１７ｂの大きさが光の波長よりも充分に小さいため、バインダー１７を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。その他の構成要素は、上述した第１実施形態に係る半導体発光装置１と同様である。従って、半導体発光装置２によっても半導体発光装置１と同様の効果を発揮させることができる。【００５５】
ここで、上記「実効粒径」について図４を参照して説明する。図４において、横軸は無機粒子１７ｂの粒径を表わし、左側の縦軸は横軸の粒径に対する無機粒子１７ｂの頻度を表わし、右側の縦軸は無機粒子１７ｂの粒径の累積頻度を表わしている。この累積頻度は、図４に示す場合は曲線Ｌに従って変化する。本明細書における「実効粒径」とは、上記累積頻度が７５％となるときの無機粒子１７ｂの粒径を指す。後述する無機粒子３０ｂの場合も同様である。なお、無機粒子１７ｂが一次粒子からなる場合は、この一次粒子の粒径を計測すればよい。また、無機粒子１７ｂが一次粒子の凝集体（例えば二次粒子）である場合は、上記凝集体の粒径を計測すればよい。実効粒径の値を精度よく計測するためには、２００個以上の無機粒子１７ｂを対象として、それぞれの粒径を計測して求めることが好ましい。この際、上記それぞれの粒径については、電子顕微鏡により円相当径として計測することが好ましい。【００５６】
なお、無機粒子１７ｂの実効粒径が１ｎｍ未満になると、量子サイズ効果が発現する可能性があるため、発光色の演色性に影響を及ぼす場合がある。よって、無機粒子１７ｂの実効粒径は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。さらに、充分な透明性を確保するためには実効粒径を１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。【００５７】
バインダー１７中の無機粒子１７ｂの体積含有率は、０．０５以上０．６以下が好ましい。無機粒子１７ｂの体積含有率が高くなり過ぎると透明性が低下し、逆に、無機粒子１７ｂの体積含有率が低くなり過ぎると、無機粒子１７ｂを添加する効果が小さくなる。【００５８】
図５に、バインダー材１７ａとして、屈折率が１．４のシリコーン樹脂、屈折率が１．５のエポキシ樹脂及び屈折率が１．６のエポキシ樹脂を用い、無機粒子１７ｂとして屈折率が２．４の酸化チタンを用いた場合において、バインダー１７中の無機粒子１７ｂの体積含有率とバインダー１７の屈折率との関係を示す。なお、バインダー１７の屈折率を計算する際は、Ｍａｘｗｅｌｌ−Ｇａｒｎｅｔｔの理論による下式（２）を用いた。なお、ここでは、上述したようにバインダー１７を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなして計算している。【００５９】
ｎc2＝ｎ22×（ｎ12＋２ｎ22＋２Ｐ1（ｎ12−ｎ22））／（ｎ12＋２ｎ22−Ｐ1（ｎ12−ｎ22））・・・・・（２）【００６０】
ここで、ｎcはバインダー１７の屈折率であり、ｎ1は無機粒子１７ｂの屈折率であり、ｎ2はバインダー材１７ａの屈折率であり、Ｐ1はバインダー１７中の無機粒子１７ｂの体積含有率である。【００６１】
図５から、バインダー１７の屈折率を１．８以上とするためには、バインダー材１７ａの屈折率が１．４、１．５及び１．６の場合、バインダー１７中の無機粒子１７ｂの体積含有率をそれぞれ、０．４６、０．３７及び０．２８とすればよいことが分かる。なお、一般的な封止樹脂の屈折率の値は１．４〜１．７の範囲であるため、バインダー材１７ａとして一般的な封止樹脂を用いる場合、バインダー１７中の無機粒子１７ｂの体積含有率は０．１以上０．５以下であればよく、０．２以上０．４以下であることが好ましい。【００６２】
なお、図３に示す半導体発光装置２では、半導体発光素子１０がワイヤボンディング実装された例について説明したが、図６に示すように、半導体発光素子１０がバンプ２５を介して基板２０上にフリップチップ実装されていてもよい。この構成によれば、半導体発光装置の小型化が可能となる。【００６３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図７は、本発明の第３実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。【００６４】
図７に示すように、半導体発光装置３は、上述した第１実施形態に係る半導体発光装置１の構成に加え、半導体発光素子１０と蛍光体層１１との間に介在する光透過層３０を更に含む。これにより、半導体発光装置１と同様の効果を発揮させることができる上、半導体発光素子１０と蛍光体層１１とが接触しないため、半導体発光素子１０から発生する熱による蛍光体層１１の劣化を防止できる。【００６５】
光透過層３０の屈折率は、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａを構成する材料の屈折率より低く、かつ蛍光体層１１のバインダー１７の屈折率より高いことが好ましい。半導体発光素子１０から蛍光体層１１にかけて屈折率が段階的に低くなるため、光取り出し効率をより向上させることができるからである。【００６６】
また、光透過層３０は、母材３０ａとこの母材３０ａに分散された無機粒子３０ｂとを含む。そして、無機粒子３０ｂは、母材３０ａを透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有し、かつ母材３０ａよりも屈折率が大きい。この構成によれば、無機粒子３０ｂを含むことによって、光透過層３０と半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａを構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより一層向上させることができる。更に、無機粒子３０ｂを含むことによって、光透過層３０の耐熱性や耐光性が向上するため光透過層３０の劣化を防止できる。また、無機粒子３０ｂの実効粒径が母材３０ａを透過する光の波長の４分の１以下であるため、光透過層３０中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、光透過層３０の透光性の劣化を防止できる。また、無機粒子３０ｂの大きさが光の波長よりも充分に小さいため、光透過層３０を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。【００６７】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図８は、本発明の第４実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。【００６８】
図８に示すように、半導体発光装置４では、半導体発光素子１０が、ケース４０に設けられた凹部４０ａの底面に実装されている。ケース４０には第１リード４１ａ及び第２リード４１ｂが設けられており、この第１及び第２リード４１ａ，４１ｂは、それぞれ第１及び第２ワイヤ１６ａ，１６ｂを介して第１及び及び第２電極１５ａ，１５ｂと電気的に接続されている。なお、ケース４０の構成材料としては、可視光に対する反射を考慮すると、白色の耐熱性材料を使用するのが好ましい。白色の耐熱性材料としては、例えば、ポリフタルアミド等のエンジニアリングプラスチックやセラミック材（例えば、アルミナ等）が挙げられる。【００６９】
また、半導体発光装置４では、凹部４０ａ内に蛍光体層１１が設けられており、更に凹部４０ａの開口を塞ぐようにして外層１２が設けられている。その他の構成要素は、上述した第１実施形態に係る半導体発光装置１と同様である。従って、半導体発光装置４によっても半導体発光装置１と同様の効果を発揮させることができる。【００７０】
なお、半導体発光装置４では、第１及び第２リード４１ａ，４１ｂとして、いわゆるガルウィング(Gull Wing)型の端子形状を有するリードを用いたが、本発明はこれに限定されない。【００７１】
また、半導体発光装置４の製造工程において外層１２を形成する際は、上述した多孔質材１９（図１Ｂ参照）を所望の形状に加工した後、蛍光体層１１上に貼り合わせる方法を採用することが好ましい。半導体発光装置４の製造工程が簡略化するからである。特に、図８のような板状の外層１２を用いる場合、製造工程がより簡略化するため好ましい。外層１２と蛍光体層１１との貼り合わせに接着剤を用いた場合には、外層１２が多孔質材１９からなるために、多孔質材１９のアンカー効果により、外層１２と蛍光体層１１との密着性が良好となる。【００７２】
また、バインダー１７を硬化させる前の蛍光体層１１上に外層１２を載置して、熱や紫外線等によって、バインダー１７の硬化及び蛍光体層１１と外層１２との接着を同時に行っても良い。この方法でも、多孔質材１９のアンカー効果により、外層１２と蛍光体層１１との密着性が良好となる。また、上記のように、蛍光体層１１と外層１２とがバインダー１７により接着されていると、蛍光体層１１と外層１２の界面において空気層が形成されないため、光の伝達が良好となり、発光効率が向上する。【００７３】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図９は、本発明の第５実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。【００７４】
図９に示すように、半導体発光装置５では、蛍光体層１１のバインダー１７が、バインダー材１７ａと、バインダー材１７ａを透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有する無機粒子１７ｂとを含むコンポジット材からなる。そして、無機粒子１７ｂは、バインダー材１７ａよりも屈折率が大きい。この構成によれば、無機粒子１７ｂを含むことによって、バインダー１７と半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａを構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより向上させることができる。更に、無機粒子１７ｂを含むことによって、バインダー１７の耐熱性や耐光性が向上するためバインダー１７の劣化を防止できる。また、無機粒子１７ｂの実効粒径がバインダー材１７ａを透過する光の波長の４分の１以下であるため、バインダー１７中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、バインダー１７の透光性の劣化を防止できる。また、無機粒子１７ｂの大きさが光の波長よりも充分に小さいため、バインダー１７を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。その他の構成要素は、上述した第４実施形態に係る半導体発光装置４と同様である。従って、半導体発光装置５によっても半導体発光装置４と同様の効果を発揮させることができる。【００７５】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図１０は、本発明の第６実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。【００７６】
図１０に示すように、半導体発光装置６は、上述した第４実施形態に係る半導体発光装置４の構成に加え、半導体発光素子１０と蛍光体層１１との間に介在する光透過層３０を更に含む。これにより、半導体発光装置４と同様の効果を発揮させることができる上、半導体発光素子１０と蛍光体層１１とが接触しないため、半導体発光素子１０から発生する熱による蛍光体層１１の劣化を防止できる。【００７７】
光透過層３０の屈折率は、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａを構成する材料の屈折率より低く、かつ蛍光体層１１のバインダー１７の屈折率より高いことが好ましい。半導体発光素子１０から蛍光体層１１にかけて屈折率が段階的に低くなるため、光取り出し効率をより向上させることができるからである。【００７８】
また、光透過層３０は、母材３０ａとこの母材３０ａに分散された無機粒子３０ｂとを含む。そして、無機粒子３０ｂは、母材３０ａを透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有し、かつ母材３０ａよりも屈折率が大きい。この構成によれば、無機粒子３０ｂを含むことによって、光透過層３０と半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａを構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより一層向上させることができる。更に、無機粒子３０ｂを含むことによって、光透過層３０の耐熱性や耐光性が向上するため光透過層３０の劣化を防止できる。また、無機粒子３０ｂの実効粒径が母材３０ａを透過する光の波長の４分の１以下であるため、光透過層３０中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、光透過層３０の透光性の劣化を防止できる。また、無機粒子３０ｂの大きさが光の波長よりも充分に小さいため、光透過層３０を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。【００７９】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図１１は、本発明の第７実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。【００８０】
図１１に示すように、半導体発光装置７は、上述した第６実施形態に係る半導体発光装置６の構成に対し、外層１２の構成のみが異なる。半導体発光装置７の外層１２は、分散媒体５０と、この分散媒体５０に分散された多孔質材１９とを含む。これにより、多孔質材１９が分散媒体５０で保護されるため、外層１２の耐磨耗性が向上する。多孔質材１９としては、第１実施形態で説明したものを粉砕する等して用いることができる。多孔質材１９を構成する粒子１９ａ（図１Ｂ参照）の径としては、可視光の波長よりも十分に大きければよく、１μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。１μｍより小さいと、分散媒体５０が多孔質材１９を結着する際に多孔質材１９の孔を埋めるため空孔率が低減する可能性がある。また、５００μｍよりも大きいと、多孔質材１９の分散状態が不均一となる可能性がある。分散媒体５０と多孔質材１９との混合比はできるだけ多孔質材１９の量を多くし、かつ結着した状態を確保できる量が好ましい。例えば、外層１２全体に対し分散媒体５０の体積割合が５％以上３０％以下の範囲とすればよい。５％より小さいと多孔質材１９の分散媒体５０に対する結着が不十分になるおそれがある。また、３０％より多いと分散媒体５０の屈折率の影響が強く出ることになり、効果が低減される。この構成によって、発光する光は外層１２で散乱するが、低屈折率の多孔質材１９が多く存在するために発光効率が向上する。【００８１】
分散媒体５０としては、熱可塑性樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、放射線硬化性樹脂、低融点ガラス、ゾルゲルガラス等の無機系素材等を用いることができる。特に、分散媒体５０としてバインダー１７と同一材料、又はバインダー１７と屈折率が等しい材料を用いることで、蛍光体層１１との境界での光の散乱が低減され、発光効率が向上する。また、分散媒体５０がバインダー１７と同一材料のときは、蛍光体層１１との接着性が向上する。半導体発光装置７の形成方法としては、あらかじめ作製した外層１２を蛍光体層１１と接着しても良いし、外層１２の材料からなるペーストを蛍光体層１１上に印刷した後、上記ペーストを乾燥又は硬化することによって形成することもできる。【００８２】
以上、本発明の第１〜第７実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、各層間の一部に空間が設けられていてもよい。また、外層の外側にレンズ等の光学部材や保護層が設けられていてもよい。また、蛍光体層と外層との間に中間層が設けられていてもよい。この場合、上記中間層の屈折率は、蛍光体層のバインダーより低く、かつ外層より高いことが好ましい。光取り出し効率を更に向上させることができるからである。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、光取り出し効率の高い半導体発光装置として、例えば照明器具等に適用できる。
【図１】
2007080803.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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年3月18日(2008.3.18)
【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の少なくとも一部を覆って形成された蛍光体層と、前記蛍光体層の少なくとも一部を覆って形成された外層とを含む半導体発光装置であって、
前記蛍光体層は、バインダーと前記バインダーに分散された蛍光体とを含み、
前記外層は、多孔質材を含むことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記半導体発光素子から放出される光は、最大ピーク波長が４９０ｎｍ以下である請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記バインダーの屈折率が、前記半導体発光素子における光取り出し側の主面を構成する材料の屈折率より低く、かつ前記外層の屈折率より高い請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記バインダーは、バインダー材と前記バインダー材を透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有する無機粒子とを含み、
前記無機粒子は、前記バインダー材よりも屈折率が大きい請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記多孔質材は、無機材料からなる請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記多孔質材は、前記無機材料からなる粒子の凝集多孔体である請求項５に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記多孔質材は、無機材料からなる粒子の凝集多孔体であり、
前記粒子は、前記外層を透過する光の波長の４分の１以下の平均粒径を有しており、
前記凝集多孔体の平均孔径が、前記外層を透過する光の波長の４分の１以下である請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記半導体発光素子と前記蛍光体層との間に介在する光透過層を更に含む請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記光透過層の屈折率が、前記半導体発光素子における光取り出し側の主面を構成する材料の屈折率より低く、かつ前記蛍光体層の前記バインダーの屈折率より高い請求項８に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記光透過層は、母材と前記母材に分散された無機粒子とを含み、
前記無機粒子は、前記母材を透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有し、かつ前記母材よりも屈折率が大きい請求項８に記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記外層と前記蛍光体層とが、前記バインダーによって接着されている請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記外層は、分散媒体を更に含み、
前記多孔質材は、前記分散媒体に分散されている請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１３】
前記蛍光体層が充填された凹部を有するケースを更に含み、
前記外層は、前記凹部の開口を覆うようにして配置されている請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１４】
前記外層は、板状である請求項１３に記載の半導体発光装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子を含む半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体多層膜を含む半導体発光素子として、発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下「ＬＥＤ」と称する。）が知られている。このうち、ＧａＮ系ＬＥＤ等の青色光を発するＬＥＤは、青色光により励起して蛍光を発する蛍光体と組み合わせることによって、白色光を発する半導体発光装置に適用することができる。
【０００３】
図１２は、従来の白色光を発する半導体発光装置の断面図である。図１２に示すように、半導体発光装置１００は、第１リードフレーム１０１ａの一方の端部に設けられた凹部の底面上に、青色光を発するＬＥＤチップ１０２がＡｇペースト等からなるチップ固着用ペースト材１０３で固着されている。
【０００４】
ＬＥＤチップ１０２の上面には、第１電極１０４ａ及び第２電極１０４ｂが形成されている。第１電極１０４ａは第１ワイヤ１０５ａを介して第１リードフレーム１０１ａと電気的に接続されており、第２電極１０４ｂは第２ワイヤ１０５ｂを介して第１リードフレーム１０１ａと対をなす第２リードフレーム１０１ｂと電気的に接続されている。
【０００５】
ＬＥＤチップ１０２は、砲弾状に成型された蛍光体層１０６によって封止されている。蛍光体層１０６のバインダーとしては、一般にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の可視光を透過させる樹脂材料が用いられる。また、蛍光体層１０６内には、蛍光体１０６ａが分散されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、前記従来の半導体発光装置における蛍光体層のバインダーとしてエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を用いる場合には、以下のような問題が生じる。
【０００７】
エポキシ樹脂を用いる場合には、エポキシ樹脂の屈折率がＬＥＤチップを構成する材料（例えばＧａＮ）の屈折率に比べ非常に低いため、光取り出し効率が劣化するおそれがある。
【０００８】
また、シリコーン樹脂を用いる場合は、エポキシ樹脂よりも屈折率が低いため、ＬＥＤチップからの放射光がバインダーとの界面で反射しやすくなり、光取り出し効率が更に劣化するおそれがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
この対策として、例えば、ＬＥＤチップから外層にかけて順次屈折率を段階的に低くする方法（例えば、特許文献３参照）や、屈折率が高い無機酸化物等をＬＥＤチップの封止材として用いる方法（例えば、特許文献４参照）、あるいはＬＥＤチップの基板に多孔質材を用いたり、上記基板の表面に凹凸を形成したりすることによって光を散乱させる方法（例えば、特許文献５参照）等が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−７１９０８号公報
【特許文献２】特開２００５−９３７２４号公報
【特許文献３】特開昭６１−９６７８０号公報
【特許文献４】特開２００１−２４２３６号公報
【特許文献５】特開２００５−１９１５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献３〜５に提案された方法では、例えば照明装置等に適用するには光取り出し効率が未だ不充分であった。
【００１１】
本発明は、光取り出し効率を向上させることができる半導体発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の少なくとも一部を覆って形成された蛍光体層と、前記蛍光体層の少なくとも一部を覆って形成された外層とを含む半導体発光装置であって、
前記蛍光体層は、バインダーと前記バインダーに分散された蛍光体とを含み、
前記外層は、多孔質材を含むことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、この半導体発光素子の少なくとも一部を覆って形成された蛍光体層と、この蛍光体層の少なくとも一部を覆って形成された外層とを含む。半導体発光素子は、例えば、最大ピーク波長が４９０ｎｍ以下の光を放出するＬＥＤが使用できる。特に、ＧａＮ系の化合物半導体からなるＬＥＤチップは、発光色が青色光（又は青色光よりも短波長の光）であり、かつ発光強度が大きいため好ましい。
【００１４】
上記蛍光体層は、バインダーと、このバインダーに分散された蛍光体とを含む。バインダーとしては、例えば、可視光を透過させるバインダー材を含むものが使用できる。上記バインダー材としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂等の有機高分子からなる樹脂材料や、シリコーン樹脂等の無機高分子からなる樹脂材料等を用いることができる。また、低融点ガラスや低温で形成可能なゾルゲルガラス等の無機材料等を用いてもよい。上記蛍光体としては、半導体発光素子から放出された光の一部を吸収し、蛍光を発する蛍光体が使用できる。例えば、半導体発光素子として青色光を放出するＬＥＤを使用する場合、上記蛍光体としては、黄色光を発する黄色蛍光体や、緑色光を発する緑色蛍光体や、赤色光を発する赤色蛍光体等が使用できる。また、例えば、半導体発光素子として紫外光を放出するＬＥＤを使用する場合、上記列挙した蛍光体や、青色光を発する青色蛍光体等が使用できる。上記蛍光体を使用することにより、半導体発光素子から放出された光と蛍光体から発せられた光とが混ざりあって、例えば白色光として取り出すことができる。
【００１５】
上記黄色蛍光体としては、例えばセリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（略称ＹＡＧ：Ｃｅ）等が使用できる。上記緑色蛍光体としては、例えばＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（略称Ｐ２２−ＧＮ４）や（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ10Ｏ17：Ｅｕ，Ｍｎ（略称ＬＰ−Ｇ３）等が使用できる。上記赤色蛍光体としては、例えばＹ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ（略称Ｐ２２−ＲＥ３）等が使用できる。上記青色蛍光体としては、例えば（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ（略称ＬＰ−Ｂ１）や（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ10Ｏ17：Ｅｕ（略称ＬＰ−Ｂ４）等が使用できる。
【００１６】
そして、本発明の半導体発光装置は、上記外層が多孔質材を含む。これにより、外層の屈折率の低減が容易となる。よって、半導体発光装置の外部（例えば空気層）と蛍光体層との間に、屈折率が蛍光体層のバインダーより低い外層を配置することができる。そのため、半導体発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。
【００１７】
本発明の半導体発光装置では、上記バインダーの屈折率が、上記半導体発光素子における光取り出し側の主面（以下、単に「光取り出し面」という。）を構成する材料の屈折率より低く、かつ上記外層の屈折率より高いことが好ましい。この構成では、半導体発光素子から外層にかけて屈折率が段階的に低くなるため、光取り出し効率をより一層向上させることができる。
【００１８】
本発明では、上記蛍光体層のバインダーが、バインダー材と、このバインダー材を透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有する無機粒子とを含み、上記無機粒子が、上記バインダー材よりも屈折率が大きい構成であってもよい。この構成によれば、上記無機粒子を含むことによって、バインダーと半導体発光素子の光取り出し面を構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより向上させることができる。更に、上記無機粒子を含むことによって、バインダーの耐熱性や耐光性が向上するためバインダーの劣化を防止できる。また、上記無機粒子の実効粒径がバインダー材を透過する光の波長の４分の１以下であるため、バインダー中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、バインダーの透光性の劣化を防止できる。また、上記無機粒子の大きさが光の波長よりも充分に小さいため、上記バインダーを屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。なお、上記無機粒子の実効粒径が１００ｎｍ以下であれば、可視領域の光については上記効果を充分に発揮させることができる。また、上記「実効粒径」については、後述する。
【００１９】
上記無機粒子としては、例えば、無機酸化物、金属窒化物、金属炭化物、炭素化合物、硫化物等が使用できる。
【００２０】
上記無機酸化物としては、酸化チタン（屈折率２．２〜２．５）、酸化タンタル（屈折率２．０〜２．３）、酸化ニオブ（屈折率２．１〜２．３）、酸化タングステン（屈折率２．２）、酸化ジルコニウム（屈折率２．１）、酸化亜鉛（屈折率１．９〜２．０）、酸化インジウム（屈折率２．０）、酸化スズ（屈折率２．０）、酸化ハフニウム（屈折率２．０）、酸化イットリウム（屈折率１．９）、酸化シリコン（屈折率１．４〜１．５）、酸化アルミニウム（屈折率１．７〜１．８）等が挙げられる。また、これらの複合無機酸化物を用いることもできる。上記金属窒化物には、窒化シリコン（屈折率１．９〜２．０）等が挙げられる。上記金属炭化物には、炭化シリコン（屈折率２．６）等が挙げられる。上記炭素化合物には、ダイヤモンド（屈折率３．０）、ダイヤモンド・ライク・カーボン（屈折率３．０）等が挙げられる。上記硫化物には、硫化銅、硫化スズ等が挙げられる。なお、各無機材料名に付した屈折率は、可視光（例えば波長が５８８ｎｍの光）に対する屈折率を示している。
【００２１】
上記無機粒子のうち、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム及び酸化亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも１つの酸化物を主成分とする無機粒子、又はこれらの酸化物を含む複合酸化物からなる無機粒子は、市販品の種類が多く、入手しやすいため好ましい。ただし、酸化チタンのように紫外線によって光触媒作用を発現しやすい無機化合物については、バインダー材を劣化させるおそれがあるため、強い光触媒作用を有するアナターゼ結晶構造ではなく、ルチル結晶構造のものを用いるのが好ましい。あるいは、光触媒作用が活性な無機化合物の表面が、酸化シリコンや酸化アルミニウム等の光触媒作用が不活性な無機化合物で修飾された材料を用いてもよい。
【００２２】
上記外層を構成する多孔質材としては、無機材料を使用するのが好ましい。耐熱性や耐光性を向上させることができるからである。上記無機材料としては、例えば、金属酸化物、金属フッ化物、金属窒化物等が使用できる。
【００２３】
上記金属酸化物としては、酸化シリコン（屈折率１．４５）、酸化アルミニウム（屈折率１．７〜１．８）、酸化チタン（屈折率２．２〜２．５）、酸化ジルコニウム（屈折率２．１）、酸化亜鉛（屈折率１．９〜２．０）、酸化タンタル（屈折率２．０〜２．３）、酸化ニオブ（屈折率２．１〜２．３）、酸化タングステン（屈折率２．２）、酸化インジウム（屈折率２．０）、酸化スズ（屈折率２．０）、酸化ハフニウム（屈折率２．０）、酸化イットリウム（屈折率１．９）、酸化マグネシウム（屈折率１．７）等が挙げられる。また、これらの金属酸化物の混合体や複数の金属元素を有する複合無機酸化物を用いることもできる。上記金属フッ化物としては、フッ化マグネシウム（屈折率１．３８）、フッ化カルシウム（屈折率１．４３）等が挙げられる。上記金属窒化物としては、窒化シリコン（屈折率１．９〜２．０）等が挙げられる。なお、各無機材料名に付した屈折率は、可視光（例えば波長が５８８ｎｍの光）に対する屈折率を示している。
【００２４】
上記無機材料のうち、酸化シリコン、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム及びフッ化カルシウムはバルクとしての屈折率が低いため、多孔化することによって、更に低い屈折率にすることができる。また、これらの材料を使用することによって、比較的低い空孔率で樹脂材料より低い屈折率を実現することができる。ここで、空孔率とは、多孔質材の見かけの容積に対する孔の容積の割合である。空孔率が低くなると、多孔質材の強度低下を抑制できるため好ましい。また、酸化シリコンや酸化アルミニウムは、原料も比較的安価で、市販品を入手しやすい等の利点もある。なお、上記空孔率は、比重法で測定することができる。
【００２５】
また、上記外層を構成する多孔質材として、上述した無機材料からなる粒子の凝集多孔体を使用してもよい。この構成では、上記粒子が網目状に連続的につながった連通構造の多孔質材とすることができるため、温度変化に対する孔内部の空気の膨張や収縮を抑制することができる。これにより、外層の耐熱性や機械強度を向上させることができ、半田リフロー等の高温工程や、半導体発光装置の使用中に高温になる場合等に効果がある。また、上記構成では、上記粒子が上記外層を透過する光の波長の４分の１以下の平均粒径を有し、かつ上記凝集多孔体の平均孔径が上記外層を透過する光の波長の４分の１以下であることが好ましい。外層中の光の散乱がレイリー散乱のみとなるため、外層の透光性の劣化を防止できるからである。上記平均粒径は、ガス吸着法による上記粒子の平均比表面積ｓと上記粒子の材質の真密度ρを用いて、平均粒径ｄ＝６／sρにより求めることができる。また、上記平均孔径は、細孔分布測定装置によって、Ｌｏｇ微分細孔容積から求めることができる。なお、上記平均粒径及び上記平均孔径の双方が１００ｎｍ以下であれば、可視領域の光については上記効果を充分に発揮させることができる。また、上記凝集多孔体の製造方法の一例については、後述する。
【００２６】
なお、上記凝集多孔体の平均孔径が１００ｎｍ以下の場合、気体分子の平均自由行程と同程度となるために、孔内での気体分子の動きが拘束される。このため、連通構造であっても、急激な温度変化に対しては凝集多孔体の網目骨格に強い力が働くために、従来のような樹脂材料からなる粒子で構成される凝集多孔体においては、大きな膨張及び収縮が起こる可能性があった。本構成によれば、凝集多孔体が無機材料からなるため、温度変化に対して、高い耐久性を有し、高い安定性を確保することができる。
【００２７】
本発明の半導体発光装置は、上記半導体発光素子と上記蛍光体層との間に介在する光透過層を更に含んでいてもよい。半導体発光素子と蛍光体層とが接触しないため、半導体発光素子から発生する熱による蛍光体層の劣化を防止できるからである。なお、光透過層の構成材料は特に限定されず、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂等の有機高分子材料、シリコーン樹脂等の無機高分子材料、ガラス、窒素等のガス層等が使用できる。
【００２８】
本発明の半導体発光装置が上記光透過層を含む場合は、上記光透過層の屈折率が上記半導体発光素子の光取り出し面を構成する材料（例えばＧａＮ）の屈折率より低く、かつ上記蛍光体層の上記バインダーの屈折率より高いことが好ましい。この構成では、半導体発光素子から蛍光体層にかけて屈折率が段階的に低くなるため、光取り出し効率をより一層向上させることができる。
【００２９】
また、本発明の半導体発光装置が上記光透過層を含む場合は、上記光透過層が母材とこの母材に分散された無機粒子とを含み、この無機粒子が上記母材を透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有し、かつ上記母材よりも屈折率が大きい構成であってもよい。この構成によれば、上記無機粒子を含むことによって、光透過層と半導体発光素子の光取り出し面を構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより向上させることができる。更に、上記無機粒子を含むことによって、光透過層の耐熱性や耐光性が向上するため光透過層の劣化を防止できる。また、上記無機粒子の実効粒径が母材を透過する光の波長の４分の１以下であるため、光透過層中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、光透過層の透光性の劣化を防止できる。また、無機粒子の大きさが光の波長よりも充分に小さいため、上記光透過層を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。なお、上記無機粒子の実効粒径が１００ｎｍ以下であれば、可視領域の光については上記効果を充分に発揮させることができる。
【００３０】
上記光透過層の母材については特に限定されず、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂等の有機高分子材料、シリコーン樹脂等の無機高分子材料、ガラス等が使用できる。また、上記光透過層中の無機粒子としては、上述したバインダー材に分散させることができる無機粒子と同様のものが使用できる。
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、参照する図面においては、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の符号で示し、重複する説明を省略する場合がある。
【００３２】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の断面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す半導体発光装置に含まれる外層の構成材料の模式図である。
【００３３】
図１Ａに示すように、半導体発光装置１は、半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０を覆って形成された蛍光体層１１と、蛍光体層１１を覆って形成された外層１２とを含む。半導体発光素子１０は、第１リードフレーム１３ａの端部にカップ状に設けられた凹部の底面上に、Ａｇペースト等からなる固着用ペースト材１４によって固着されている。
【００３４】
半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａには、第１電極１５ａ及び第２電極１５ｂが形成されている。第１電極１５ａは、第１ワイヤ１６ａを介して第１リードフレーム１３ａと電気的に接続されている。また、第２電極１５ｂは、第２ワイヤ１６ｂを介して第１リードフレーム１３ａと対をなす第２リードフレーム１３ｂと電気的に接続されている。
【００３５】
蛍光体層１１は、バインダー１７と、バインダー１７に分散された蛍光体１８とを含む。この蛍光体層１１は、砲弾状に成型された外層１２によって封止されている。
【００３６】
外層１２は、図１Ｂに示す多孔質材１９からなる。これにより、外層１２の屈折率の低減が容易となる。よって、半導体発光装置１の外部（例えば空気層）と蛍光体層１１との間に、屈折率が蛍光体層１１のバインダー１７より低い外層１２を配置することができる。そのため、半導体発光装置１の光取り出し効率を向上させることができる。
【００３７】
また、多孔質材１９は、無機材料からなる粒子１９ａが網目状に連続的につながった連通構造の凝集多孔体からなる。これにより、温度変化に対する孔内部の空気の膨張や収縮を抑制することができる。よって、外層１２の耐熱性や機械強度を向上させることができる。また、多孔質材１９では、粒子１９ａが外層１２を透過する光の波長の４分の１以下の平均粒径を有し、かつ多孔質材１９の孔径Ｄの平均値が外層１２を透過する光の波長の４分の１以下であることが好ましい。外層１２中の光の散乱がレイリー散乱のみとなるため、外層１２の透光性の劣化を防止できるからである。例えば、粒子１９ａの平均粒径が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲であり、かつ孔径Ｄの平均値が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲であればよい。
【００３８】
多孔質材１９（即ち外層１２）の屈折率は、例えば以下に示す式（１）に従って、粒子１９ａの材料、粒子１９ａの平均粒径、あるいは多孔質材１９の孔径Ｄの大きさ等を制御することにより調整できる。ここで、以下に示す式（１）において、ｎpは多孔質材１９の屈折率であり、ｎbは粒子１９ａを構成する材料の屈折率である。また、Ｐは充填率であり、多孔質材１９の全容積中における材料の占める割合（体積比）である。なお、多孔質材１９の空孔率は１−Ｐで表わすことができる。
【００３９】
（ｎp2−１）／（ｎp2＋２）＝Ｐ×（ｎb2−１）／（ｎb2＋２）・・・・・（１）
【００４０】
図２に、多孔質材１９の空孔率と屈折率との関係を示す。図２では、粒子１９ａを構成する材料として、酸化シリコン（屈折率１．４５）、フッ化カルシウム（屈折率１．４３）及びフッ化マグネシウム（屈折率１．３８）を用いた場合について示している。
【００４１】
ここで、バインダー１７（図１Ａ参照）としてエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂材料を用いると、バインダー１７の屈折率は、約１．４〜１．６の範囲となる。よって、多孔質材１９の屈折率が１．４より低くなるように調整すれば、半導体発光装置１の光取り出し効率を向上させることができる。例えば粒子１９ａを構成する材料として酸化シリコンを用いる場合は、図２に示すように、多孔質材１９の空孔率が０．１より大きくなるように調整すればよい。なお、多孔質材１９の屈折率の下限は、外層１２の外部の屈折率（例えば空気の場合は１．０）より高くなる限りにおいて特に制限されないが、屈折率を低くするために多孔質材１９の空孔率を高くすると、多孔質材１９の機械的な強度が低くなる等の弊害が生じるおそれがある。よって、多孔質材１９の空孔率が０．９５以下となる範囲で多孔質材１９の屈折率を調整するのが好ましい。
【００４２】
また、外層１２の屈折率は、半導体発光装置１の外部（例えば空気層）の屈折率とバインダー１７の屈折率との間の値であることが好ましい。光取り出し効率を向上させることができるからである。例えばバインダー１７の屈折率が１．４〜１．６の範囲である場合は、外層１２の屈折率は１．１〜１．３の範囲であることが好ましい。この場合の外層１２の空孔率は、多孔質材１９の材質によって異なるが、おおよそ０．２〜０．８の範囲である。また、バインダー１７の屈折率が１．６〜１．８の範囲である場合は、外層１２の屈折率は１．２〜１．４の範囲であることが好ましい。この場合の外層１２の空孔率は、多孔質材１９の材質によって異なるが、おおよそ０．１〜０．５５の範囲である。上述の屈折率の好ましい範囲を考慮すると、バインダー１７の屈折率と外層１２の屈折率との差をバインダー１７の屈折率と外層１２の屈折率との和で除した値が、０．０３〜０．２の範囲であることが望ましい。特に、上記の値が０．１〜０．１５の範囲であることが望ましい。上記の値が０．０３より小さい場合は、バインダー１７の屈折率と外層１２の屈折率との差が小さすぎるため、光取り出し効率を向上させる効果が低くなる可能性がある。一方、上記の値が０．２より大きい場合は、バインダー１７の屈折率と外層１２の屈折率との差が大きすぎるため、外層１２を設けない場合の光取り出し効率との相違がなくなる可能性がある。
【００４３】
また、半導体発光装置１では、バインダー１７の屈折率が、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａ（図１Ａ参照）を構成する材料（例えばＧａＮ）の屈折率より低く、外層１２の屈折率より高いことが好ましい。半導体発光素子１０から外層１２にかけて屈折率が段階的に低くなるため、光取り出し効率をより一層向上させることができるからである。
【００４４】
次に、多孔質材１９（外層１２）の好適な形成方法について説明する。多孔質材１９は、例えば、多孔質材１９の原料が溶液中に分散したゾル溶液を調製し、このゾル溶液を湿潤ゲル化し、これを乾燥して乾燥ゲルとすることによって形成することができる。以下に、構成材料として酸化シリコンを用いた場合の多孔質材１９の形成方法を説明する。
【００４５】
まず、原料と触媒とを溶媒に分散させてゾル溶液を得る。上記原料としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリメトキシメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン等のアルコキシシラン化合物やこれらのオリゴマー化合物、あるいはケイ酸ナトリウム（ケイ酸ソーダ）、ケイ酸カリウム等の水ガラス化合物等を用いることができる。上記触媒としては、例えば、塩酸、硫酸、酢酸等の酸触媒や、アンモニア、ピリジン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の塩基触媒、あるいは水等を用いることができる。上記溶媒としては、原料が溶解してシリカが形成されれば良く、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、トルエン、ヘキサン等の有機溶媒や、水等を単独又は混合して用いることができる。このとき、原料の濃度を調整することにより、得られる多孔質材１９の空孔率を制御することができる。また、適宜、上記溶媒に粘度調整剤を添加してもよい。粘度調整剤としては、エチレングリコール、グリセリン、ポリビニルアルコール、シリコーン油等を用いることができる。
【００４６】
次いで、上記ゾル溶液をゾルゲル反応によって湿潤ゲル化する。例えば、ゾル溶液を攪拌し、注型、塗布等によって所望の使用形態にした後、この状態で一定時間放置することによって、ゾル溶液をゲル化させて網目構造骨格を有する湿潤ゲルが得られる。湿潤ゲル化の温度条件は、例えば２５℃程度であればよいが、必要に応じて溶媒の沸点以下の温度に加熱しても良い。また、必要に応じて、湿潤ゲルの熟成や細孔制御のためにエージング処理を行っても良い。更に、必要に応じて、耐湿性等の信頼性を向上させるため、あるいは表面の親和性を調整することによって取り扱い性を向上させるために、表面処理剤によって湿潤ゲルを表面処理しても良い。
【００４７】
上記表面処理剤としては、トリメチルクロルシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、エチルトリクロルシラン、フェニルトリクロルシラン等のハロゲン系シラン処理剤、トリメチルメトキシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアルコキシ系シラン処理剤、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルシロキサンオリゴマー等のシリコーン系シラン処理剤、ヘキサメチルジシラザン等のアミン系シラン処理剤、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ヘキシルアルコール、オクタノール、デカノール等のアルコール系処理剤等を用いることができる。上記表面処理剤によれば、例えば撥水効果を付与することができるため、耐湿性が高い多孔質材１９とすることができる。これにより、多孔質材１９の吸湿による崩壊を防ぐことができるとともに、蛍光体層１１への湿気の進入を抑制することができる。更に、網目構造骨格の表面に炭化水素基が形成されるために、バインダー１７との親和性が高くなり、蛍光体層１１との接着性が向上するという効果も得られる。また、上記表面処理剤として、ジメチルジメトキシシランやメチルトリエトキシシラン等の複数の官能基を有する表面処理剤を用いると、網目構造骨格の表面で表面処理剤分子同士が架橋反応するため、強度が高くなり、取り扱い性が向上する。
【００４８】
そして、網目構造骨格を有する上記湿潤ゲルを乾燥させて乾燥ゲル化する。この際の乾燥処理には、自然乾燥法、加熱乾燥法、減圧乾燥法、超臨界乾燥法、凍結乾燥法等を用いることができる。また、乾燥する際に、蒸発速度を抑えるために高沸点溶媒を使用したり、蒸発温度を制御したりして乾燥時のゲルの収縮を抑制することもできる。特に、溶媒蒸発時のストレスによって湿潤ゲルが収縮することを低減して、優れた多孔質性能を有する乾燥ゲルを得ることができる乾燥手段として、超臨界乾燥法を好ましく用いることができる。また、湿潤ゲルの表面に撥水処理を施した後に乾燥する方法を用いても、乾燥時のゲルの収縮を抑制することができる。これらの方法によって、乾燥時のゲルの収縮や割れ等を防ぐことができるとともに、空孔率が大きく、屈折率が低い多孔質材１９（外層１２）を形成できる。特に、上記方法は空孔率が０．５以上の多孔質材１９を形成するのに適している。
【００４９】
なお、ゾル溶液を湿潤ゲル化する際は、例えば蛍光体層１１上にゾル溶液を塗布した後、上述したように放置（又は加熱）して湿潤ゲル化すればよい。
【００５０】
また、予め所望の形状に形成しておいた乾燥ゲルからなる多孔質材１９を接着剤等により蛍光体層１１に貼り合わせて外層１２を形成してもよい。
【００５１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【００５２】
図３に示すように、半導体発光装置２では、半導体発光素子１０が基板２０上に実装されている。基板２０には第１配線２１ａ及び第２配線２１ｂが設けられており、この第１及び第２配線２１ａ，２１ｂは、それぞれ第１及び第２ワイヤ１６ａ，１６ｂを介して第１及び及び第２電極１５ａ，１５ｂと電気的に接続されている。
【００５３】
また、蛍光体層１１のバインダー１７は、バインダー材１７ａと、バインダー材１７ａを透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有する無機粒子１７ｂとを含むコンポジット材からなる。そして、無機粒子１７ｂは、バインダー材１７ａよりも屈折率が大きい。この構成によれば、無機粒子１７ｂを含むことによって、バインダー１７と半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａを構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより向上させることができる。更に、無機粒子１７ｂを含むことによって、バインダー１７の耐熱性や耐光性が向上するためバインダー１７の劣化を防止できる。また、無機粒子１７ｂの実効粒径がバインダー材１７ａを透過する光の波長の４分の１以下であるため、バインダー１７中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、バインダー１７の透光性の劣化を防止できる。また、無機粒子１７ｂの大きさが光の波長よりも充分に小さいため、バインダー１７を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。その他の構成要素は、上述した第１実施形態に係る半導体発光装置１と同様である。従って、半導体発光装置２によっても半導体発光装置１と同様の効果を発揮させることができる。
【００５４】
ここで、上記「実効粒径」について図４を参照して説明する。図４において、横軸は無機粒子１７ｂの粒径を表わし、左側の縦軸は横軸の粒径に対する無機粒子１７ｂの頻度を表わし、右側の縦軸は無機粒子１７ｂの粒径の累積頻度を表わしている。この累積頻度は、図４に示す場合は曲線Ｌに従って変化する。本明細書における「実効粒径」とは、上記累積頻度が７５％となるときの無機粒子１７ｂの粒径を指す。後述する無機粒子３０ｂの場合も同様である。なお、無機粒子１７ｂが一次粒子からなる場合は、この一次粒子の粒径を計測すればよい。また、無機粒子１７ｂが一次粒子の凝集体（例えば二次粒子）である場合は、上記凝集体の粒径を計測すればよい。実効粒径の値を精度よく計測するためには、２００個以上の無機粒子１７ｂを対象として、それぞれの粒径を計測して求めることが好ましい。この際、上記それぞれの粒径については、電子顕微鏡により円相当径として計測することが好ましい。
【００５５】
なお、無機粒子１７ｂの実効粒径が１ｎｍ未満になると、量子サイズ効果が発現する可能性があるため、発光色の演色性に影響を及ぼす場合がある。よって、無機粒子１７ｂの実効粒径は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。さらに、充分な透明性を確保するためには実効粒径を１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
【００５６】
バインダー１７中の無機粒子１７ｂの体積含有率は、０．０５以上０．６以下が好ましい。無機粒子１７ｂの体積含有率が高くなり過ぎると透明性が低下し、逆に、無機粒子１７ｂの体積含有率が低くなり過ぎると、無機粒子１７ｂを添加する効果が小さくなる。
【００５７】
図５に、バインダー材１７ａとして、屈折率が１．４のシリコーン樹脂、屈折率が１．５のエポキシ樹脂及び屈折率が１．６のエポキシ樹脂を用い、無機粒子１７ｂとして屈折率が２．４の酸化チタンを用いた場合において、バインダー１７中の無機粒子１７ｂの体積含有率とバインダー１７の屈折率との関係を示す。なお、バインダー１７の屈折率を計算する際は、Ｍａｘｗｅｌｌ−Ｇａｒｎｅｔｔの理論による下式（２）を用いた。なお、ここでは、上述したようにバインダー１７を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなして計算している。
【００５８】
ｎc2＝ｎ22×（ｎ12＋２ｎ22＋２Ｐ1（ｎ12−ｎ22））／（ｎ12＋２ｎ22−Ｐ1（ｎ12−ｎ22））・・・・・（２）
【００５９】
ここで、ｎcはバインダー１７の屈折率であり、ｎ1は無機粒子１７ｂの屈折率であり、ｎ2はバインダー材１７ａの屈折率であり、Ｐ1はバインダー１７中の無機粒子１７ｂの体積含有率である。
【００６０】
図５から、バインダー１７の屈折率を１．８以上とするためには、バインダー材１７ａの屈折率が１．４、１．５及び１．６の場合、バインダー１７中の無機粒子１７ｂの体積含有率をそれぞれ、０．４６、０．３７及び０．２８とすればよいことが分かる。なお、一般的な封止樹脂の屈折率の値は１．４〜１．７の範囲であるため、バインダー材１７ａとして一般的な封止樹脂を用いる場合、バインダー１７中の無機粒子１７ｂの体積含有率は０．１以上０．５以下であればよく、０．２以上０．４以下であることが好ましい。
【００６１】
なお、図３に示す半導体発光装置２では、半導体発光素子１０がワイヤボンディング実装された例について説明したが、図６に示すように、半導体発光素子１０がバンプ２５を介して基板２０上にフリップチップ実装されていてもよい。この構成によれば、半導体発光装置の小型化が可能となる。
【００６２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図７は、本発明の第３実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【００６３】
図７に示すように、半導体発光装置３は、上述した第１実施形態に係る半導体発光装置１の構成に加え、半導体発光素子１０と蛍光体層１１との間に介在する光透過層３０を更に含む。これにより、半導体発光装置１と同様の効果を発揮させることができる上、半導体発光素子１０と蛍光体層１１とが接触しないため、半導体発光素子１０から発生する熱による蛍光体層１１の劣化を防止できる。
【００６４】
光透過層３０の屈折率は、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａを構成する材料の屈折率より低く、かつ蛍光体層１１のバインダー１７の屈折率より高いことが好ましい。半導体発光素子１０から蛍光体層１１にかけて屈折率が段階的に低くなるため、光取り出し効率をより向上させることができるからである。
【００６５】
また、光透過層３０は、母材３０ａとこの母材３０ａに分散された無機粒子３０ｂとを含む。そして、無機粒子３０ｂは、母材３０ａを透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有し、かつ母材３０ａよりも屈折率が大きい。この構成によれば、無機粒子３０ｂを含むことによって、光透過層３０と半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａを構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより一層向上させることができる。更に、無機粒子３０ｂを含むことによって、光透過層３０の耐熱性や耐光性が向上するため光透過層３０の劣化を防止できる。また、無機粒子３０ｂの実効粒径が母材３０ａを透過する光の波長の４分の１以下であるため、光透過層３０中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、光透過層３０の透光性の劣化を防止できる。また、無機粒子３０ｂの大きさが光の波長よりも充分に小さいため、光透過層３０を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。
【００６６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図８は、本発明の第４実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【００６７】
図８に示すように、半導体発光装置４では、半導体発光素子１０が、ケース４０に設けられた凹部４０ａの底面に実装されている。ケース４０には第１リード４１ａ及び第２リード４１ｂが設けられており、この第１及び第２リード４１ａ，４１ｂは、それぞれ第１及び第２ワイヤ１６ａ，１６ｂを介して第１及び及び第２電極１５ａ，１５ｂと電気的に接続されている。なお、ケース４０の構成材料としては、可視光に対する反射を考慮すると、白色の耐熱性材料を使用するのが好ましい。白色の耐熱性材料としては、例えば、ポリフタルアミド等のエンジニアリングプラスチックやセラミック材（例えば、アルミナ等）が挙げられる。
【００６８】
また、半導体発光装置４では、凹部４０ａ内に蛍光体層１１が設けられており、更に凹部４０ａの開口を塞ぐようにして外層１２が設けられている。その他の構成要素は、上述した第１実施形態に係る半導体発光装置１と同様である。従って、半導体発光装置４によっても半導体発光装置１と同様の効果を発揮させることができる。
【００６９】
なお、半導体発光装置４では、第１及び第２リード４１ａ，４１ｂとして、いわゆるガルウィング(Gull Wing)型の端子形状を有するリードを用いたが、本発明はこれに限定されない。
【００７０】
また、半導体発光装置４の製造工程において外層１２を形成する際は、上述した多孔質材１９（図１Ｂ参照）を所望の形状に加工した後、蛍光体層１１上に貼り合わせる方法を採用することが好ましい。半導体発光装置４の製造工程が簡略化するからである。特に、図８のような板状の外層１２を用いる場合、製造工程がより簡略化するため好ましい。外層１２と蛍光体層１１との貼り合わせに接着剤を用いた場合には、外層１２が多孔質材１９からなるために、多孔質材１９のアンカー効果により、外層１２と蛍光体層１１との密着性が良好となる。
【００７１】
また、バインダー１７を硬化させる前の蛍光体層１１上に外層１２を載置して、熱や紫外線等によって、バインダー１７の硬化及び蛍光体層１１と外層１２との接着を同時に行っても良い。この方法でも、多孔質材１９のアンカー効果により、外層１２と蛍光体層１１との密着性が良好となる。また、上記のように、蛍光体層１１と外層１２とがバインダー１７により接着されていると、蛍光体層１１と外層１２の界面において空気層が形成されないため、光の伝達が良好となり、発光効率が向上する。
【００７２】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図９は、本発明の第５実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【００７３】
図９に示すように、半導体発光装置５では、蛍光体層１１のバインダー１７が、バインダー材１７ａと、バインダー材１７ａを透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有する無機粒子１７ｂとを含むコンポジット材からなる。そして、無機粒子１７ｂは、バインダー材１７ａよりも屈折率が大きい。この構成によれば、無機粒子１７ｂを含むことによって、バインダー１７と半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａを構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより向上させることができる。更に、無機粒子１７ｂを含むことによって、バインダー１７の耐熱性や耐光性が向上するためバインダー１７の劣化を防止できる。また、無機粒子１７ｂの実効粒径がバインダー材１７ａを透過する光の波長の４分の１以下であるため、バインダー１７中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、バインダー１７の透光性の劣化を防止できる。また、無機粒子１７ｂの大きさが光の波長よりも充分に小さいため、バインダー１７を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。その他の構成要素は、上述した第４実施形態に係る半導体発光装置４と同様である。従って、半導体発光装置５によっても半導体発光装置４と同様の効果を発揮させることができる。
【００７４】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図１０は、本発明の第６実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【００７５】
図１０に示すように、半導体発光装置６は、上述した第４実施形態に係る半導体発光装置４の構成に加え、半導体発光素子１０と蛍光体層１１との間に介在する光透過層３０を更に含む。これにより、半導体発光装置４と同様の効果を発揮させることができる上、半導体発光素子１０と蛍光体層１１とが接触しないため、半導体発光素子１０から発生する熱による蛍光体層１１の劣化を防止できる。
【００７６】
光透過層３０の屈折率は、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａを構成する材料の屈折率より低く、かつ蛍光体層１１のバインダー１７の屈折率より高いことが好ましい。半導体発光素子１０から蛍光体層１１にかけて屈折率が段階的に低くなるため、光取り出し効率をより向上させることができるからである。
【００７７】
また、光透過層３０は、母材３０ａとこの母材３０ａに分散された無機粒子３０ｂとを含む。そして、無機粒子３０ｂは、母材３０ａを透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有し、かつ母材３０ａよりも屈折率が大きい。この構成によれば、無機粒子３０ｂを含むことによって、光透過層３０と半導体発光素子１０の光取り出し面１０ａを構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより一層向上させることができる。更に、無機粒子３０ｂを含むことによって、光透過層３０の耐熱性や耐光性が向上するため光透過層３０の劣化を防止できる。また、無機粒子３０ｂの実効粒径が母材３０ａを透過する光の波長の４分の１以下であるため、光透過層３０中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、光透過層３０の透光性の劣化を防止できる。また、無機粒子３０ｂの大きさが光の波長よりも充分に小さいため、光透過層３０を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。
【００７８】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図１１は、本発明の第７実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【００７９】
図１１に示すように、半導体発光装置７は、上述した第６実施形態に係る半導体発光装置６の構成に対し、外層１２の構成のみが異なる。半導体発光装置７の外層１２は、分散媒体５０と、この分散媒体５０に分散された多孔質材１９とを含む。これにより、多孔質材１９が分散媒体５０で保護されるため、外層１２の耐磨耗性が向上する。多孔質材１９としては、第１実施形態で説明したものを粉砕する等して用いることができる。多孔質材１９を構成する粒子１９ａ（図１Ｂ参照）の径としては、可視光の波長よりも十分に大きければよく、１μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。１μｍより小さいと、分散媒体５０が多孔質材１９を結着する際に多孔質材１９の孔を埋めるため空孔率が低減する可能性がある。また、５００μｍよりも大きいと、多孔質材１９の分散状態が不均一となる可能性がある。分散媒体５０と多孔質材１９との混合比はできるだけ多孔質材１９の量を多くし、かつ結着した状態を確保できる量が好ましい。例えば、外層１２全体に対し分散媒体５０の体積割合が５％以上３０％以下の範囲とすればよい。５％より小さいと多孔質材１９の分散媒体５０に対する結着が不十分になるおそれがある。また、３０％より多いと分散媒体５０の屈折率の影響が強く出ることになり、効果が低減される。この構成によって、発光する光は外層１２で散乱するが、低屈折率の多孔質材１９が多く存在するために発光効率が向上する。
【００８０】
分散媒体５０としては、熱可塑性樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、放射線硬化性樹脂、低融点ガラス、ゾルゲルガラス等の無機系素材等を用いることができる。特に、分散媒体５０としてバインダー１７と同一材料、又はバインダー１７と屈折率が等しい材料を用いることで、蛍光体層１１との境界での光の散乱が低減され、発光効率が向上する。また、分散媒体５０がバインダー１７と同一材料のときは、蛍光体層１１との接着性が向上する。半導体発光装置７の形成方法としては、あらかじめ作製した外層１２を蛍光体層１１と接着しても良いし、外層１２の材料からなるペーストを蛍光体層１１上に印刷した後、上記ペーストを乾燥又は硬化することによって形成することもできる。
【００８１】
以上、本発明の第１〜第７実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、各層間の一部に空間が設けられていてもよい。また、外層の外側にレンズ等の光学部材や保護層が設けられていてもよい。また、蛍光体層と外層との間に中間層が設けられていてもよい。この場合、上記中間層の屈折率は、蛍光体層のバインダーより低く、かつ外層より高いことが好ましい。光取り出し効率を更に向上させることができるからである。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、光取り出し効率の高い半導体発光装置として、例えば照明器具等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１Ａは本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の断面図であり、図１Ｂは図１Ａに示す半導体発光装置に含まれる外層の構成材料の模式図である。
【図２】図２は、多孔質材の空孔率と屈折率との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図４】図４は、本明細書における実効粒径を説明するためのグラフである。
【図５】図５は、バインダー中の無機粒子の体積含有率とバインダーの屈折率との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置の変形例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第３実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図８】図８は、本発明の第４実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図９】図９は、本発明の第５実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第６実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第７実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図１２】図１２は、従来の白色光を発する半導体発光装置の断面図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007080803.tif 000015
【図２】
2007080803.tif 000016
【図３】
2007080803.tif 000017
【図４】
2007080803.tif 000018
【図５】
2007080803.tif 000019
【図６】
2007080803.tif 000020
【図７】
2007080803.tif 000021
【図８】
2007080803.tif 000022
【図９】
2007080803.tif 000023
【図１０】
2007080803.tif 000024
【図１１】
2007080803.tif 000025
【図１２】
2007080803.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月5日(2008.12.5)
【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の少なくとも一部を覆って形成された蛍光体層と、前記蛍光体層の少なくとも一部を覆って形成された外層とを含む半導体発光装置であって、
前記蛍光体層は、バインダーと前記バインダーに分散された蛍光体とを含み、
前記バインダーは、バインダー材と前記バインダー材を透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有する無機粒子とを含み、
前記無機粒子は、前記バインダー材よりも屈折率が大きく、
前記外層は、多孔質材を含むことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記半導体発光素子から放出される光は、最大ピーク波長が４９０ｎｍ以下である請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記バインダーの屈折率が、前記半導体発光素子における光取り出し側の主面を構成する材料の屈折率より低く、かつ前記外層の屈折率より高い請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記多孔質材は、無機材料からなる請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記多孔質材は、前記無機材料からなる粒子の凝集多孔体である請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記多孔質材は、無機材料からなる粒子の凝集多孔体であり、
前記粒子は、前記外層を透過する光の波長の４分の１以下の平均粒径を有しており、
前記凝集多孔体の平均孔径が、前記外層を透過する光の波長の４分の１以下である請求項１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前記蛍光体層との間に介在する光透過層を更に含む請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記光透過層の屈折率が、前記半導体発光素子における光取り出し側の主面を構成する材料の屈折率より低く、かつ前記蛍光体層の前記バインダーの屈折率より高い請求項７に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記光透過層は、母材と前記母材に分散された無機粒子とを含み、
前記無機粒子は、前記母材を透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有し、かつ前記母材よりも屈折率が大きい請求項７に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記外層と前記蛍光体層とが、前記バインダーによって接着されている請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記外層は、分散媒体を更に含み、
前記多孔質材は、前記分散媒体に分散されている請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記蛍光体層が充填された凹部を有するケースを更に含み、
前記外層は、前記凹部の開口を覆うようにして配置されている請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１３】
前記外層は、板状である請求項１２に記載の半導体発光装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の少なくとも一部を覆って形成された蛍光体層と、前記蛍光体層の少なくとも一部を覆って形成された外層とを含む半導体発光装置であって、
前記蛍光体層は、バインダーと前記バインダーに分散された蛍光体とを含み、
前記バインダーは、バインダー材と前記バインダー材を透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有する無機粒子とを含み、
前記無機粒子は、前記バインダー材よりも屈折率が大きく、
前記外層は、多孔質材を含むことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明では、上記蛍光体層のバインダーが、バインダー材と、このバインダー材を透過する光の波長の４分の１以下の実効粒径を有する無機粒子とを含み、上記無機粒子が、上記バインダー材よりも屈折率が大きい。この構成によれば、上記無機粒子を含むことによって、バインダーと半導体発光素子の光取り出し面を構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより向上させることができる。更に、上記無機粒子を含むことによって、バインダーの耐熱性や耐光性が向上するためバインダーの劣化を防止できる。また、上記無機粒子の実効粒径がバインダー材を透過する光の波長の４分の１以下であるため、バインダー中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、バインダーの透光性の劣化を防止できる。また、上記無機粒子の大きさが光の波長よりも充分に小さいため、上記バインダーを屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。なお、上記無機粒子の実効粒径が１００ｎｍ以下であれば、可視領域の光については上記効果を充分に発揮させることができる。また、上記「実効粒径」については、後述する。
【国際調査報告】
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