(57)【要約】【課題】発光効率が十分に向上された発光ダイオード装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ装置２００ａは、ＬＥＤチップ１０およびそのＬＥＤチップ１０を収納するパッケージ８０を備える。ＬＥＤチップ１０においては、発光層の主面面内の方位角に関する発光強度の異方性が生じる。ＬＥＤチップ１０からの発光強度の大きい方位角を含む所定の角度範囲を有する領域に、樹脂モールドの高濃度部８７ａが配置され、ＬＥＤチップ１０からの発光強度の小さい方位角を含む所定の角度範囲を有する領域に、樹脂モールド８７の低濃度部８７ｂが配置されている。【選択図】図４
2009123803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する発光層を含む発光ダイオードチップと、
前記発光ダイオードチップを収容するパッケージと、
前記発光ダイオードチップの前記発光層からの出射光の波長を変換する波長変換材料を含む波長変換部とを備え、
前記発光層の主面内で基準方向に対してなす角度を方位角と定義し、前記発光層の主面の法線に対してなす角度を極角と定義し、互いに異なる第１および第２の方位角を有しかつ互いに等しい極角を有する第１および第２の方向を定義した場合に、
前記出射光の発光強度は方位角への依存性を有し、前記第１の方向に出射される光の発光強度は前記第２の方向に出射される光の発光強度よりも大きく、
前記波長変換材料の量の分布は前記方位角への依存性を有し、前記第１の方向における前記波長変換材料の量は前記第２の方向における前記波長変換材料の量よりも大きいことを特徴とする発光ダイオード装置。
【請求項２】
前記波長変換部における前記波長変換材料の濃度の分布が前記方位角への依存性を有し、前記第１の方向における前記波長変換材料の濃度が前記第２の方向における前記波長変換材料の濃度よりも高いことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード装置。
【請求項３】
前記波長変換部の厚さの分布が前記方位角への依存性を有し、前記第１の方向における前記波長変換部の厚さが前記第２の方向における前記波長変換部の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１または２記載の発光ダイオード装置。
【請求項４】
前記波長変換部は層状に形成され、前記出射光の出射方向の少なくとも一部に交差するように配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光ダイオード装置。
【請求項５】
前記波長変換部は、レンズ状に形成されかつ前記波長変換材料を含むレンズ部を有し、
前記発光層の主面に平行な前記レンズ部の断面において、前記第１の方位角を有する方向における外径が前記第２の方位角を有する方向における外径よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の発光ダイオード装置。
【請求項６】
前記パッケージは、前記発光ダイオードチップが配置されるとともに前記波長変換部が充填される凹部を有し、
前記発光層の主面に平行な前記凹部の断面において、前記第１の方位角を有する方向における前記凹部の内側の寸法が前記第２の方位角を有する方向における前記凹部の内側の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の発光ダイオード装置。
【請求項７】
前記発光ダイオードチップの発光層は、ウルツ鉱構造の半導体またはα―ＳｉＣからなり、
前記発光層の主面は、（０００１）面以外の面であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の発光ダイオード装置。
【請求項８】
前記発光層の主面は、（Ｈ，Ｋ，−Ｈ−Ｋ，０）面であり、前記Ｈおよび前記Ｋは整数であり、前記Ｈおよび前記Ｋの少なくとも一方は０でないことを特徴とする請求項７記載の発光ダイオード装置。
【請求項９】
前記発光ダイオードチップの前記発光層からの出射光の強度の分布が前記発光層の主面に垂直な軸を中心としてほぼ２回の回転対称性を有し、前記波長変換材料の量の分布が前記発光層の主面に垂直な軸を中心としてほぼ２回の回転対称性を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の発光ダイオード装置。
【請求項１０】
前記発光ダイオードチップは、前記第１の方向と前記第２の方向との識別を可能にする外観を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の発光ダイオード装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードチップを備える発光ダイオード装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明用光源として例えば白色発光ダイオード装置が用いられている。白色発光ダイオード装置は、青色光または近紫外光を発生する発光ダイオード（ＬＥＤ）チップと、蛍光体等の波長変換材料との組み合わせにより実現される。
【０００３】
ところで、（０００１）Ｃ面を主面とするＧａＩｎＮ量子井戸には、量子井戸面と垂直な方向に大きなピエゾ電場が生じることが知られている。このように、ＧａＩｎＮ量子井戸にピエゾ電場が存在する場合、無電場時と比較してエネルギー準位が低エネルギー側にシフトする量子閉じ込めシュタルク効果が起こり、電子と正孔とが引き離されるために発光確率が低下する。したがって、Ｃ面を主面とするＧａＩｎＮ量子井戸を有するＬＥＤでは、発光効率が低下する等の不都合があった。
【０００４】
そこで、ＧａＮ基板のＡ面（｛１１−２０｝面）、Ｍ面（｛１−１００｝面）または（２−１−１４）面上に量子井戸層が形成された発光ダイオードチップが提案されている。また、非特許文献１には、（１０−１−３）面を主面とするＧａＩｎＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の発光層を含む発光ダイオードチップが記載されている。
【０００５】
このような発光ダイオードチップでは、量子井戸層の主面をＣ面以外にすることにより、ピエゾ電場を低減することができる。
【非特許文献１】Appl.Phys.Lett.87巻，231110(2005)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記Ｃ面以外の量子井戸では、発光層（量子井戸）の主面の面内方位において、発光層の振動子強度が大きい異方性を有していることが報告されている。具体的には、Ｃ面を主面とするＧａＩｎＮ量子井戸は、ｃ軸が６回回転対称軸をなすため、量子井戸面内の直線偏光に対する振動子強度の異方性はなく、＜１１−２０＞偏光と＜１−１００＞偏光との振動子強度は等しい。一方、Ｃ面以外を主面とするＧａＩｎＮ量子井戸は、回転対称性がないので、一般的に、量子井戸面内の直線偏光に対する振動子強度は異方性を有する。すなわち、直線偏光に対する振動子強度は、量子井戸面内の直線偏光の方向に依存して複数の異なる大きさを有する。このため、Ｃ面以外の量子井戸では、井戸層の法線方向で量子井戸から出射する光を観測した場合、その光は直線偏光している。例えば、上記非特許文献１で提案されたように、サファイアの（１−１００）面上に作製した（１−１０−３）面を主面とするＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｎからなる４ｎｍの井戸層とＧａＮの障壁層とを積層したＭＱＷを発光層とするＬＥＤチップでは、発光層から出射される光は、［１１−２０］方向の偏光が強くなっている。
【０００７】
このようなＣ面以外の量子井戸を主面とするＬＥＤチップから出射される光は、主面面内のおいて、振動子強度の大きい方向と垂直な方向に対して発光強度が大きくなる分布を有することが理論的に予想される。例えば、上記非特許文献１のＬＥＤチップでは、ＬＥＤチップから出射される光は［１１−２０］方向の偏光が強く、［１１−２０］方向および［−１−１２０］方向に出射する光は弱く、［１１−２０］方向と垂直な方向に出射する光は強くなることが予想される。このように発光層の主面の面内の方位角の違いにより、発光層から出射される光が発光強度の大きな異方性を有している場合、ＬＥＤチップを備えたＬＥＤ装置から出射される光も発光強度の大きな異方性を有すると考えられる。具体的には、ＬＥＤ装置が、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの主面（光出射面）に平行で、かつ、ＬＥＤチップが配置されるチップ配置面を有するパッケージとを備えている場合、ＬＥＤ装置から出射される光は、通常、パッケージのチップ配置面の面内の方位角に関して、発光強度の大きな異方性を有することになる。
【０００８】
また、一定の放射強度の光が蛍光体にあたる場合、蛍光体の膜厚によって光の出力が変化する。そのため、発光強度に異方性があるＬＥＤチップと面内の方位角に関して等方的な膜厚の蛍光体とを組み合わせた場合には、出射光が波長変換材料で波長変換される割合が方位角に依存して異なることになり、見る方位角により色度が異なるという問題がある。また、ＬＥＤからの発光強度が小さい方位角において蛍光体の膜厚が大き過ぎる場合は、光出力を十分に向上させることができない。
【０００９】
本発明の目的は、発光効率を低減させることなく、色むらが低減された発光ダイオード装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る発光ダイオード装置は、主面を有する発光層を含む発光ダイオードチップと、発光ダイオードチップを収容するパッケージと、発光ダイオードチップの発光層からの出射光の波長を変換する波長変換材料を含む波長変換部とを備え、発光層の主面内で基準方向に対してなす角度を方位角と定義し、発光層の主面の法線に対してなす角度を極角と定義し、互いに異なる第１および第２の方位角を有しかつ互いに等しい極角を有する第１および第２の方向を定義した場合に、出射光の発光強度は方位角への依存性を有し、第１の方向に出射される光の発光強度は第２の方向に出射される光の発光強度よりも大きく、波長変換材料の量の分布は方位角への依存性を有し、第１の方向における波長変換材料の量は第２の方向における波長変換材料の量よりも大きいものである。
【００１１】
この発光ダイオード装置においては、パッケージ内に発光ダイオードチップが収容され、発光ダイオードチップの発光層からの出射光は、波長変換材料によって波長変換され、外部に放射される。発光層の主面内で基準方向に対してなす角度を方位角と定義し、発光層の主面の法線に対してなす角度を極角と定義した場合、出射光の発光強度は発光層の主面の面内の方位角への依存性を有する。互いに異なる第１および第２の方位角を有しかつ互いに等しい極角を有する第１および第２の方向に関して、第１の方向に出射される光の発光強度は、第１の方向に出射される光の発光強度より大きい。
【００１２】
ここで、波長変換材料の量の分布は方位角への依存性を有し、第１の方向における波長変換材料の量が第２の方向における波長変換材料の量よりも大きい。そのため、第１の方向への出射光のうち波長変換材料で波長変換される割合と、第２の方向への出射光のうち波長変換材料で波長変換される割合との差が小さくなる。したがって、第１の方向への出射光と第２の方向への出射光との色度の差が低減され、その結果、色むらの方位角依存性が低減される。また、発光ダイオードチップからの発光強度が小さい方位角を有する方向において波長変換材料の量が大き過ぎることがなくなるので、光出力を十分に向上させることができる。
【００１３】
（２）波長変換部における波長変換材料の濃度の分布が方位角への依存性を有し、第１の方向における波長変換材料の濃度が第２の方向における波長変換材料の濃度よりも高くてもよい。
【００１４】
この場合、第１の方向への出射光のうち波長変換材料で波長変換される割合と、第２の方向への出射光のうち波長変換材料で波長変換される割合との差が小さくなる。したがって、第１の方向への出射光と第２の方向への出射光との色度の差が低減され、その結果、色むらの方位角依存性が低減される。また、発光ダイオードチップからの発光強度が小さい方位角を有する方向において波長変換材料の濃度が大き過ぎることがなくなるので、光出力を十分に向上させることができる。加えて、波長変換部の波長変換材料の濃度を変化させることにより、第１の方向への出射光のうち波長変換材料で波長変換される割合と、第２の方向への出射光のうち波長変換材料で波長変換される割合との差を小さくすることができるので、波長変換部の形状の自由度が高くなる。
【００１５】
（３）波長変換部の厚さの分布が方位角への依存性を有し、第１の方向における波長変換部の厚さが第２の方向における波長変換部の厚さよりも大きくてもよい。
【００１６】
この場合、第１の方向への出射光のうち波長変換材料で波長変換される割合と、第２の方向への出射光のうち波長変換材料で波長変換される割合との差が小さくなる。したがって、第１の方向への出射光と第２の方向への出射光との色度の差が低減され、その結果、色むらの方位角依存性が低減される。また、発光ダイオードチップからの発光強度が小さい方位角を有する方向において波長変換部の厚さが大き過ぎることがなくなるので、光出力を十分に向上させることができる。加えて、波長変換部の厚さを変化させることにより、波長変換部に含まれる波長変換材料の濃度が略均一であっても、第１の方向への出射光のうち波長変換材料で波長変換される割合と、第２の方向への出射光のうち波長変換材料で波長変換される割合との差を小さくすることができる。
【００１７】
（４）波長変換部は層状に形成され、出射光の出射方向の少なくとも一部に交差するように配置されてもよい。
【００１８】
この場合、層状の波長変換部を重ね合わせることにより波長変換部の厚さを容易に調整することができ、所望の色度が得やすくなる。また、波長変換材料の濃度および厚さがほぼ等しい波長変換部を重ね合わせることにより所望の色度を得ることができるので、複数種類の波長変換部を作製しなくてもよい。また、波長変換材料の濃度が小さくかつ厚さが小さい層状の波長変換部を用いることにより、波長変換材料の分布の微調整が可能となり、より所望の色度が得やすくなる。
【００１９】
（５）波長変換部は、レンズ状に形成されかつ波長変換材料を含むレンズ部を有し、発光層の主面に平行なレンズ部の断面において、第１の方位角を有する方向における外径が第２の方位角を有する方向における外径よりも大きくてもよい。
【００２０】
この場合、第１の方向における波長変換部の厚さを第２の方向における波長変換部の厚さよりも大きくすることができる。また、レンズ状のレンズ部の形成は、型等を用いて容易に行うことができるので、製造コストを抑制することが可能となる。
【００２１】
（６）パッケージは、発光ダイオードチップが配置されるとともに波長変換部が充填される凹部を有し、発光層の主面に平行な凹部の断面において、第１の方位角を有する方向における凹部の内側の寸法が第２の方位角を有する方向における凹部の内側の寸法よりも大きくてもよい。
【００２２】
この場合、第１の方向における波長変換部の厚さを第２の方向における波長変換部の厚さよりも大きくすることができる。また、凹部に波長変換部を充填することにより、第１の方向における波長変換部の厚さが第２の方向における波長変換部の厚さよりも大きくなるような構造を容易に形成することができる。
【００２３】
（７）発光ダイオードチップの発光層は、ウルツ鉱構造の半導体またはα―ＳｉＣからなり、発光層の主面は、（０００１）面以外の面であってもよい。
【００２４】
この場合、発光層の主面に垂直な方向に発生するピエゾ電場を低減することができる。それにより、発光ダイオード装置の発光効率をより向上させることができる。
【００２５】
（８）発光層の主面は、（Ｈ，Ｋ，−Ｈ−Ｋ，０）面であり、ＨおよびＫは整数であり、ＨおよびＫの少なくとも一方は０でなくてもよい。
【００２６】
この場合、発光層の主面に垂直な方向に発生するピエゾ電場を十分に低減することができる。それにより、発光ダイオード装置の発光効率をより十分に向上させることができる。
【００２７】
（９）発光ダイオードチップの発光層からの出射光の強度の分布が発光層の主面に垂直な軸を中心としてほぼ２回の回転対称性を有し、波長変換材料の量の分布が発光層の主面に垂直な軸を中心としてほぼ２回の回転対称性を有してもよい。
【００２８】
この場合、発光強度が極大となる方位角と、波長変換材料の量が極大となる方位角とを一致させるとともに、発光強度が極小となる方位角と、波長変換材料の量が極小となる方位角とを一致させることができる。
【００２９】
（１０）発光ダイオードチップは、第１の方向と第２の方向との識別を可能にする外観を有してもよい。
【００３０】
この場合、出射光の発光強度が大きくなる方向と波長変換材料の量が大きくなる方向とを容易かつ正確に一致させることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、発光強度が大きい第１の方向と発光強度が小さい第２の方向との色度の差が低減され、その結果、色むらの方位角依存性が低減される。また、発光ダイオードチップからの発光強度が小さい方向において波長変換材料の量が大き過ぎることがなくなるので、光出力を十分に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（１）発光ダイオードチップ
まず、本発明の実施の形態に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）装置に搭載される発光ダイオード（ＬＥＤ）チップについて図面を参照しながら説明する。図１は、ＬＥＤ装置に搭載されるＬＥＤチップの模式的断面図である。
【００３３】
図１に示すように、ＬＥＤチップ１００は、第１半導体１０１、発光層１０２、第２半導体１０３、第１電極１０４および第２電極１０５を含む。第１半導体１０１上に発光層１０２が形成され、発光層１０２上に第２半導体１０３が形成されている。第１半導体１０１、発光層１０２および第２半導体１０３により半導体部１００ａが構成される。第１半導体１０１の下面に第１電極１０４が形成され、第２半導体１０３の上面に第２電極１０５が形成されている。
【００３４】
半導体部１００ａは、例えば六方晶系の材料からなる。六方晶系の材料には、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＭｇＺｎＯ、ＺｎＣｄＯおよびＺｎＳ等のウルツ鉱構造の半導体、ならびに２Ｈ−ＳｉＣ、４ＨーＳｉＣおよび６Ｈ−ＳｉＣ等のαーＳｉＣ等が含まれる。また、六方晶系の材料以外にも、菱面体構造のαーＳｉＣ、および閃亜鉛鉱構造の半導体等を半導体部１００ａの材料として用いることができる。
【００３５】
本実施の形態に用いられるＬＥＤチップ１００においては、発光層１０２から出射される光の強度（発光強度）が、発光層１０２の主面１０２ａ上の方位角に関して異方性を有するように、半導体層１００ａの材料に応じて、発光層１０２の主面１０２ａの方向が設定される。
【００３６】
例えば、半導体部１００ａの材料として六方晶系の材料が用いられる場合、発光層１０２の主面１０２ａが（０００１）面以外とされる。発光層１０２の主面１０２ａが（１１−２０）面または（１−１００）面等の（Ｈ，Ｋ，−Ｈ−Ｋ，０）面とされた場合、発光層１０２の主面１０２ａ上の方位角に関して発光強度の異方性が最も大きくなる。なお、ＨおよびＫは整数であり、ＨおよびＫの少なくとも一方は０でない。
【００３７】
ここで、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面を主面とするＧａＩｎＮを井戸層とする量子井戸の発光層を有するＬＥＤを例にあげて、ＬＥＤの主面面内の方位角に関する発光強度の異方性について説明する。図２は、極角θと方位角φとで定義される方向と、（１１−２０）面を主面とする発光層および発光層の面内の結晶方位との関係を示した図である。図３は、図２の［１１−２０］方向から有限（０ではない）の角度θだけ傾斜した方向に出射する光の方位角φと発光強度との関係を示した図である。ここで、発光層の［０００１］方向、［１−１００］方向、［０００−１］方向および［−１１００］方向の方位角φがそれぞれ０°、９０°、１８０°および２７０°となるように、方位角を決めている。図３に示すように、有限の極角θだけ傾斜した方向に出射する光は、発光層２の主面２ａの面内の方位角に関する発光強度の異方性を有し、方位角φが０°または１８０°である方向に発光強度が大きく、方位角φが９０°または２７０°である方向に発光強度が小さい。図３では、（１１−２０）面を主面とするＬＥＤについて説明したが、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面を主面とするＧａＩｎＮを井戸層とする量子井戸の発光層を有するＬＥＤにおいては、［０００１］方向または［０００−１］方向の方位角と等しい方位角を有する方向に発光強度の大きい方向があり、［Ｋ、−Ｈ、Ｈ−Ｋ、０］方向と等しい方位角を有する方向に発光強度の小さい方向があり、発光強度の大きい方向と、発光強度の小さい方向とは、方位角が９０°異なる。また、発光強度は、発光層２の主面の面内で２回の回転対称性を示す。
【００３８】
なお、発光層１０２の主面１０２ａを｛１１−２４｝面、｛１１−２２｝面、｛１−１０１｝面、｛１−１０２｝面、｛１−１０３｝面、およびこれらの面から所定の角度範囲内でオフしている面等を含む（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、Ｌ）面（Ｌは０ではない）としてもよい。また、発光層１０２の主面１０２ａを（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、Ｌ）面から所定の角度範囲内でオフしている面としてもよい。これらの場合も、発光層１０２からの発光強度が発光層１０２の主面１０２ａ上の方位角に関して異方性を有する。
【００３９】
また、半導体部１００ａが閃亜鉛鉱構造の半導体からなる場合、発光層１０２の主面１０２ａが｛００１｝面および｛１１１｝面以外の面（例えば、｛１１０｝面）とされる。なお、この場合には量子井戸構造の発光層１０２を用いる必要がある。
【００４０】
発光強度が最も大きい方向と発光強度が最も小さい方向とを識別することができるように、ＬＥＤチップ１００の外観に加工を施してもよい。例えば、ＬＥＤチップ１００の表面に、発光強度の最も大きい方向を認識するためのマークを形成してもよい。
【００４１】
また、発光強度が最も大きい方向と発光強度が最も小さい方向とを識別することができるように、第１電極１０４または第２電極１０５の形状または配置を調整してもよい。例えば、第２電極１０５を長方形状に形成し、その長辺および短辺の一方を発光強度が最も大きい方向に一致させ、他方を発光強度が最も小さい方向に一致させてもよい。この場合、電極の形状は、２回または１回の回転対称のように対称性の低い形状であれば、長方形以外の形状でもよい。
【００４２】
また、発光強度の最も大きい方向と発光強度の最も小さい方向とを識別することができるように、ＬＥＤチップ１００の外形を調整してもよい。例えば、ＬＥＤチップ１００の主面を長方形状に形成し、その長辺および短辺の一方を発光強度が最も大きい方向に一致させ、他方を発光強度が最も小さい方向に一致させてもよい。
【００４３】
発光層１０２のバンドギャップは第１半導体１０１のバンドギャップおよび第２半導体１０３のバンドギャップより小さく設定され、二重へテロ構造が形成される。この場合、発光層１０２にキャリアを閉じ込めやすくすることができるとともに、発光効率を向上させることができる。
【００４４】
発光層１０２は、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）であってもよく、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）であってもよい。これらの量子井戸構造においては、井戸層の厚さが小さい。そのため、例えば発光層１０２の主面１０２ａの面内方向において井戸層の圧縮歪みまたは引っ張り歪みが発生した場合であっても、井戸層の結晶性が劣化することが防止される。したがって、発光効率を向上させることができる。なお、発光層１０２は、アンドープでもよく、不純物元素がドーピングされていてもよい。
【００４５】
第１半導体１０１は、基板により構成されてもよく、１または複数の半導体層により構成されてもよく、基板と１または複数の半導体層との両方により構成されてもよい。ここで、基板は、半導体層を成長させるための成長用基板、および半導体層を支持するために成長後の半導体層に接合される支持基板を含む。
【００４６】
第１半導体１０１が基板と半導体層との両方により構成される場合、基板上に半導体層が設けられ、半導体層上に発光層１０２が設けられる。
【００４７】
また、第１半導体１０１の導電性と第２半導体１０３の導電性とを互いに異ならせることにより、ｐｎ接合型のＬＥＤチップ１００を形成してもよい。その場合、第１半導体１０１および第２半導体１０３の一方がｐ型とされ、他方がｎ型とされる。
【００４８】
また、第１半導体１０１および第２半導体１０３は、発光層１０２よりバンドギャップが大きいクラッド層等を含んでもよい。また、第１半導体１０１および第２半導体１０３の各々は、発光層１０２側から順にクラッド層およびコンタクト層を有してもよい。この場合、コンタクト層はクラッド層よりバンドギャップが小さいことが好ましい。
【００４９】
また、ＡｌＧａＮ、ＧａＮまたはＧａＩｎＮ等のウルツ鉱構造の窒化物系半導体を用いる場合、上記基板として、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＧａＩｎＮからなる窒化物系半導体基板、ならびにサファイア、スピネル、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰまたはＺｒＢ２等の窒化物系半導体以外の基板を用いてもよい。
【００５０】
また、ウルツ鉱構造の窒化物系半導体を用いる場合、ＧａＩｎＮを発光層１０２の井戸層として形成し、井戸層よりもバンドギャップの大きいＡｌＧａＮ、ＧａＮまたはＧａＩｎＮを発光層１０２の障壁層として形成してもよい。さらに、ウルツ鉱構造の窒化物系半導体を用いる場合、クラッド層およびコンタクト層として、ＧａＮまたはＡｌＧａＮを用いてもよい。
【００５１】
また、第２電極１０５は、第２半導体１０３の上面の全領域を覆うように形成されてもよく、第２半導体１０３の上面の一部領域上に形成されてもよく、第２半導体１０３の内部に形成されてもよい。また、第２電極１０５がＬＥＤチップ１００の光の出射側に形成される場合、第２電極１０５は透光性を有することが好ましい。
【００５２】
また、ＬＥＤチップ１００からの光の出射効率を向上させるために、ＬＥＤチップ１００の出射面、またはその反対側の面に凹凸形状を形成してもよい。また、第１半導体１０１が基板を含む場合には、基板と基板上の層との界面に凹凸形状を形成してもよい。凹凸形状の凹部および凸部の大きさは、発光波長と同程度であってもよく、発光波長より大きくてもよい。
【００５３】
以下、本発明の実施の形態に係るＬＥＤ装置について、図面を参照しながら説明する。
【００５４】
（２）第１の実施の形態
図４は、第１の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す平面図である。図５は、図４のＬＥＤ装置のＡ１−Ａ１線断面図である。
【００５５】
図４および図５に示すように、第１の実施の形態に係るＬＥＤ装置２００ａは、ＬＥＤチップ１０、およびそのＬＥＤチップ１０を収納するパッケージ８０を備える。なお、図４および図５には、ＬＥＤチップ１０の結晶方位を示す矢印を付している。
【００５６】
ＬＥＤチップ１０は、（１１−２０）面を主面とするウルツ鉱構造の窒化物系半導体からなる。図４に示すように、ＬＥＤチップ１０は、上方から見て正方形状を有し、その一辺の長さは例えば３００ｎｍである。なお、上方から見て長方形状、菱形または平行四辺形等を有するＬＥＤチップ１０を用いてもよい。
【００５７】
図５に示すように、ＬＥＤチップ１０は、約１００μｍの厚さを有するｎ型ＧａＮ基板１１を含む。ｎ型ＧａＮ基板１１上に発光層１２が形成されている。発光層１２は、厚さ約２ｎｍのＧａ０．７Ｉｎ０．３Ｎからなる井戸層とＧａ０．９Ｉｎ０．１Ｎからなる障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ構造を有する。発光層１２の主面は（１１−２０）面である。
【００５８】
発光層１２上にｐ型ＧａＮ層１３が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ基板１１の下面にはｎ側電極１４が形成され、ｐ型ＧａＮ層１３の上面には透光性を有するｐ側電極１５が形成されている。
【００５９】
ＬＥＤチップ１０のｎ型ＧａＮ基板１１、発光層１２、ｐ型ＧａＮ層１３、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５は、それぞれ図１に示したＬＥＤチップ１００の第１半導体１０１、発光層１０２、第２半導体１０３、第１電極１０４および第２電極１０５に相当する。
【００６０】
ここで、ＬＥＤチップ１０の発光層１２の振動子強度は、［０００１］偏光した光よりも［１−１００］偏光した光に対して大きい。したがって、発光層１２の主面面内の方位角に関する発光強度の異方性が生じる。具体的には、発光層１２からの発光強度は、［１−１００］方向または［−１１００］方向の方位角に近い方位角を有する方向の発光強度よりも、［０００１］方向または［０００−１］方向の方位角に近い方位角を有する方向の発光強度の方が大きくなる。なお、このＬＥＤチップ１０の発光波長は約４５０ｎｍである。
【００６１】
本例における［０００１］方向または［０００−１］方向の方位角に近い方位角を有する方向は本願の「第１の方向」の例であり、［１−１００］方向または［−１１００］方向の方位角に近い方位角を有する方向は本願の「第２の方向」の一例である。また、［０００１］方向または［０００−１］方向の方位角に近い方位角は本願の「第１の方位角」の例であり、［１−１００］方向または［−１１００］方向の方位角に近い方位角は本願の「第２の方位角」の例である。
【００６２】
パッケージ８０は、樹脂またはセラミックス等の絶縁性の材料からなる支持部材８１を含む。支持部材８１には、凹状のチップ配置部８２が形成されている。チップ配置部８２の底面８２ａは円形であり（図４参照）、その底面８２ａを取り囲むように外側上方に傾斜する反射側面８２ｂ（図５）が形成されている。反射側面８２ｂを覆うように、Ａｌ（アルミニウム）またはＡｇ（銀）等からなる反射材８６が配置されている。
【００６３】
ＬＥＤチップ１０はチップ配置部８２の底面８２ａの中央部に配置される。ＬＥＤチップ１０の発光層１２の主面はチップ配置部８２の底面８２ａに平行である。
【００６４】
チップ配置部８２の底面８２ａの中央部には、例えば銅からなる一方電極８４ａが設けられている。一方電極８４ａの近傍には例えば銅からなる他方電極８４ｂが設けられている。一方電極８４ａは、ＬＥＤチップ１０のｎ側電極１４に接続されている。他方電極８４ｂは、ワイヤ８４ｃを介してＬＥＤチップ１０のｐ側電極１５に接続されている。
【００６５】
また、一方電極８４ａには支持部材８１の底部を通して外部に延びる一方リード電極８５ａが接続され、他方電極８４ｂには支持部材８１の底部を通して外部に延びる他方リード電極８５ｂが接続されている。
【００６６】
チップ配置部８２内には、ＬＥＤチップ１０を覆うように、蛍光体を含有する透光性の樹脂モールド８７が充填されている。樹脂モールド８７は、図４に示すように、蛍光体の濃度が互いに異なる高濃度部８７ａおよび低濃度部８７ｂを交互に有する。高濃度部８７ａにおいては蛍光体の濃度が例えば４０％であり、低濃度部８７ｂにおいては蛍光体の濃度が例えば２５％である。
【００６７】
蛍光体としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）等の黄色発光蛍光体が用いられる。なお、黄色発光蛍光体と赤色発光蛍光体とを混合した蛍光体を用いてもよい。赤色発光蛍光体は、例えば赤色発光酸化物蛍光体である。その場合、例えばＹＡＧと赤色発光酸化物蛍光体との混合比は８０：２０である。
【００６８】
樹脂モールド８７の高濃度部８７ａは、チップ配置部８２の底面８２ａに垂直でかつＬＥＤチップ１０の中央部を通る軸Ｐ１からＬＥＤチップ１０の［０００１］方向および［０００−１］方向を中心に±４５°の範囲に広がる扇型に形成される。樹脂モールド８７の低濃度部８７ｂは、軸Ｐ１からＬＥＤチップ１０の［１−１００］方向および［−１１００］方向を中心に±４５°の範囲に広がる扇型に形成される。この場合、蛍光体の濃度分布は、軸Ｐ１に関して２回の回転対称性を有する。
【００６９】
ＬＥＤ装置２００ａにおいては、一方リード電極８５ａおよび他方リード電極８５ｂに電圧が印加されることにより、ＬＥＤチップ１０の発光層１２から光が出射される。その光の一部は、樹脂モールド８７に含まれる蛍光体によって波長変換され、外部に放射される。
【００７０】
外部に放射される光の出力は、ＬＥＤチップ１０からの光を波長変換する蛍光体の量によって変化する。所望の色度を得るために適した蛍光体の量は、ＬＥＤチップ１０から出射される光の強度により異なる。光の強度が大きくなるに従い蛍光体量を増やし、ＬＥＤチップ１０からの光の強度と蛍光体で波長変換された光の強度との比を同等にすることが望ましい。
【００７１】
第１の実施の形態では、ＬＥＤチップ１０からの発光強度の大きい方位角を含む所定の角度範囲を有する領域に、樹脂モールド８７の高濃度部８７ａが配置され、ＬＥＤチップ１０からの発光強度の小さい方位角を含む所定の角度範囲を有する領域に、樹脂モールド８７の低濃度部８７ｂが配置されている。その結果、発光強度の大きい方位角と小さい方位角との両方向で、チップからの光と蛍光体で波長変換された光との強度比がほぼ同様になり、色むらが低減する。
【００７２】
なお、第１の実施の形態では、ＬＥＤチップ１０の発光波長は約４５０ｎｍとしたが、ＬＥＤチップ１０の発光波長は４００〜４５０ｎｍの範囲にあればよい。
【００７３】
また、第１の実施の形態では、ＬＥＤチップ１０からの発光強度の大きい方位角を含む４５°の角度範囲を有する領域に、樹脂モールド８７の高濃度部８７ａを配置し、ＬＥＤチップ１０からの発光強度の小さい方位角を含む４５°の角度範囲を有する領域に、樹脂モールド８７の低濃度部８７ｂを配置したが、高濃度部および低濃度部の角度範囲はこれに限らず、任意の範囲に形成してもよい。例えば、高濃度部と低濃度部とがそれぞれ６０°と３０°との範囲内に形成されても、高濃度部と低濃度部とがそれぞれ３０°と６０°との範囲内に形成されてもよい。
【００７４】
加えて、第１の実施の形態では、ＬＥＤチップ１０からの発光強度の大きい方位角を含む所定の角度範囲を有する領域に、樹脂モールド８７の高濃度部８７ａを配置し、ＬＥＤチップ１０からの発光強度の小さい方位角を含む所定の角度範囲を有する領域に、樹脂モールド８７の低濃度部８７ｂを配置したが、高濃度部と低濃度部の境界が面とならずに、高濃度部から低濃度部へ徐々に濃度が変化するように波長変換部を形成してもよい。
【００７５】
（３）第２の実施の形態
第２の実施の形態に係るＬＥＤ装置について、第１の実施の形態に係るＬＥＤ装置２００ａと異なる点を説明する。
【００７６】
図６は、第２の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す平面図である。図７（ａ）は図６のＬＥＤ装置のＡ２−Ａ２線断面図であり、図７（ｂ）は図６のＬＥＤ装置のＢ２−Ｂ２線断面図である。
【００７７】
図６および図７に示すように、第２の実施の形態に係るＬＥＤ装置２００ｂは、ＬＥＤチップ１０の代わりにＬＥＤチップ２０を備える。ＬＥＤチップ２０は、（１−１００）面を主面とするウルツ鉱構造の窒化物系半導体からなる。なお、図６および図７には、ＬＥＤチップ２０の結晶方位を示す矢印を付している。
【００７８】
ＬＥＤチップ２０は、ｎ型ＧａＮ層２１、発光層２２およびｐ型ＧａＮ層２３を有する。発光層２２は、厚さ約２ｎｍのＧａ０．９Ｉｎ０．１Ｎからなる井戸層とＧａ０．９５Ｉｎ０．０５Ｎからなる障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ構造を有する。ｎ型ＧａＮ層２１の下面にはｎ側電極１４が形成され、ｐ型ＧａＮ層２３の上面には透光性を有するｐ側電極１５が形成されている。発光層２２の主面は（１−１００）面からなり、チップ配置部８２の底面８２ａに平行である。
【００７９】
ＬＥＤチップ２０のｎ型ＧａＮ層２１、発光層２２、ｐ型ＧａＮ層２３、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５は、それぞれ図１に示したＬＥＤチップ１００の第１半導体１０１、発光層１０２、第２半導体１０３、第１電極１０４および第２電極１０５に相当する。
【００８０】
ここで、ＬＥＤチップ２０においては、発光層２２の主面面内の方位角に関する発光強度の異方性が生じる。具体的には、発光層２２からの発光強度は、［１１−２０］方向または［−１−１２０］方向の方位角に近い方位角を有する方向の発光強度よりも、［０００１］方向または［０００−１］方向の方位角に近い方位角を有する方向の発光強度の方が大きくなる。なお、このＬＥＤチップ２０の発光波長は約３７５ｎｍである。
【００８１】
本例における［０００１］方向または［０００−１］方向の方位角に近い方位角を有する方向は本願の「第１の方向」の例であり、［１１−２０］方向または［−１−１２０］方向の方位角に近い方位角を有する方向は本願の「第２の方向」の一例である。また、［０００１］方向または［０００−１］方向の方位角に近い方位角は本願の「第１の方位角」の例であり、［１１−２０］方向または［−１−１２０］方向の方位角に近い方位角は本願の「第２の方位角」の例である。
【００８２】
支持部材８１のチップ配置部８２内には、ＬＥＤチップ２０を覆うように、樹脂モールド９１が充填されている。樹脂モールド９１には、蛍光体が含まれない。
【００８３】
チップ配置部８２を閉塞するように、支持部材８１上に、円形の波長変換シート７１ａが設けられている。さらに、波長変換シート７１ａ上には、チップ配置部８２の底面８２ａに垂直でかつＬＥＤチップ２０の中央部を通る軸Ｐ２からＬＥＤチップ２０の［０００１］方向および［０００−１］方向に向かって扇状に広がるように波長変換シート７１ｂが形成されている。この場合、波長変換シート７１ａのみの領域および波長変換シート７１ａ，７１ｂが重なる領域は、軸Ｐ２に関して２回の回転対称性を有する。
【００８４】
波長変換シート７１ａ，７１ｂは樹脂を主成分とし、例えば１５％の濃度で蛍光体を含有する。波長変換シート７１ａ，７１ｂの厚さは例えばそれぞれ０．５ｍｍである。蛍光体としては、例えばＥｕ（ユウロピウム）含有酸化物からなる青色発光蛍光体、Ｃｕ（銅）含有硫化物からなる緑色発光蛍光体および硫酸化物からなる赤色発光蛍光体の混合物が用いられる。青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体との混合比は例えば３０：２０：５０である。
【００８５】
第２の実施の形態では、ＬＥＤチップ２０からの発光強度が大きい方向に、波長変換シート７１ａ，７１ｂが重ねて設けられ、ＬＥＤチップ２０からの発光強度が小さい方向に、波長変換シート７１ａのみが設けられている。そのため、発光強度が大きい方向における蛍光体の量が多く（蛍光体の厚さが大きく）、発光強度が小さい方向における蛍光体の量が少ない（蛍光体の厚さが小さい）。その結果、発光強度の大きい方位角と小さい方位角との両方向で、ＬＥＤチップ２０からの光と蛍光体で波長変換された光との強度比がほぼ同様になり、色むらが低減する。
【００８６】
なお、本実施の形態では波長変換シート７１ａ上に波長変換シート７１ｂが設けられるが、波長変換シート７１ｂ上に波長変換シート７１ａが設けられてもよい。
【００８７】
また、波長変換シート７１ａと波長変換シート７１ｂとが互いに異なる蛍光体を含有してもよい。例えば、波長変換シート７１ａがＥｕ含有酸化物からなる青色発光蛍光体を１２％の濃度で含有する。一方、波長変換シート７１ｂがＣｕ含有硫化物からなる緑色発光蛍光体および硫酸化物からなる赤色発光蛍光体の混合物を２８％の濃度で含有する。波長変換シート７１ｂにおける緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体との混合比は、例えば２０：５０である。
【００８８】
青色発光蛍光体は、紫外光により励起される。緑色発光蛍光体および赤色発光蛍光体は、紫外光および青色光により励起される。そのため、波長変換シート７１ａに含まれる青色発光蛍光体は、ＬＥＤチップ２０からの紫外光により励起される。波長変換シート７１ｂに含まれる緑色発光蛍光体および赤色発光蛍光体は、波長変換シート７１ａを通して青色光に変換された光と、波長変換シート７１ａを透過した紫外光とにより励起される。
【００８９】
この場合、ＬＥＤチップ２０からの発光強度が大きい方向に波長変換シート７１ｂが配置されることにより、波長変換シート７１ｂに青色光および紫外光が十分に照射される。それにより、波長変換シート７１ｂに含まれる緑色発光蛍光体および赤色発光蛍光体を効率良く確実に励起させることができる。したがって、ＬＥＤ装置２００ｂの演色性を良好に維持しつつ発光効率を低減させることなく、色むらを低減させることができる。また、波長変換シートは容易にセッティングが可能であることから、上記の効果を容易に得ることができる。
【００９０】
（４）第３の実施の形態
第３の実施の形態に係るＬＥＤ装置について、第１の実施の形態に係るＬＥＤ装置２００ａと異なる点を説明する。
【００９１】
図８は、第３の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す平面図である。図９（ａ）は図８のＬＥＤ装置のＡ３−Ａ３線断面図であり、図９（ｂ）は図８のＬＥＤ装置のＢ３−Ｂ３線断面図である。
【００９２】
図８および図９に示すように、第３の実施の形態に係るＬＥＤ装置２００ｃは、ＬＥＤチップ１０の代わりにＬＥＤチップ３０を備える。ＬＥＤチップ３０は、（１１−２４）面を主面とするウルツ鉱構造の窒化物系半導体からなる。なお、図８および図９には、ＬＥＤチップ３０の結晶方位を示す矢印を付している。ここで、Ｖ１は［１−１００］方向と［１１−２４］方向に垂直な方向である。
【００９３】
ＬＥＤチップ３０は、ｎ型ＧａＮ層３１、発光層３２およびｐ型ＧａＮ層３３を有する。発光層３２は、厚さ約２ｎｍのＧａ０．９Ｉｎ０．１Ｎからなる井戸層とＧａ０．９５Ｉｎ０．０５Ｎからなる障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ構造を有する。ｎ型ＧａＮ層３１の下面にはｎ側電極１４が形成され、ｐ型ＧａＮ層３３の上面には透光性を有するｐ側電極１５が形成されている。発光層３２の主面は（１１−２４）面からなり、チップ配置部８２の底面８２ａに平行である。
【００９４】
ＬＥＤチップ３０のｎ型ＧａＮ層３１、発光層３２、ｐ型ＧａＮ層３３、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５は、それぞれ図１に示したＬＥＤチップ１００の第１半導体１０１、発光層１０２、第２半導体１０３、第１電極１０４および第２電極１０５に相当する。
【００９５】
ここで、ＬＥＤチップ３０においては、発光層３２の主面面内の方位角に関する発光強度の異方性が生じる。具体的には、発光層３２からの発光強度は、［１−１００］方向または［−１１００］方向の方位角に近い方位角を有する方向の発光強度よりも、［１−１００］方向の方位角と９０°異なる方位角を有する方向の発光強度の方が大きくなる。なお、このＬＥＤチップ３０の発光波長は約３７５ｎｍである。
【００９６】
本例における［１−１００］方向の方位角と９０°異なる方位角を有する方向は本願の「第１の方向」の例であり、［１−１００］方向または［−１１００］方向の方位角に近い方位角を有する方向は本願の「第２の方向」の例である。また、［１−１００］方向の方位角と９０°異なる方位角は本願の「第１の方位角」の例であり、［１−１００］方向または［−１１００］方向の方位角に近い方位角は本願の「第２の方位角」の例である。
【００９７】
支持部材８１のチップ配置部８２内には、ＬＥＤチップ３０を覆うように、樹脂モールド９１が充填されている。樹脂モールド９１には、蛍光体が含まれない。
【００９８】
チップ配置部８２を閉塞するように、支持部材８１上に、波長変換シート７２が設けられている。波長変換シート７２の上面には、Ｖ１方向に沿った中心線Ｌ１から外側下方に向かって傾斜するように傾斜面７２ａ，７２ｂが形成されている。中心線Ｌ１は、ＬＥＤチップ３０の中央部の上方を通る。中心線Ｌ１に沿った波長変換シート７２の部分の厚さＴ１（図９（ａ））は例えば１．０ｍｍであり、傾斜面７２ａ，７２ｂの下端部における波長変換シート７２の厚さＴ２（図９（ａ））は例えば０．５ｍｍである。波長変換シート７２の材料としては、上記第２の実施の形態の波長変換シート７１ａ，７１ｂと同様の材料を用いることができる。なお、波長変換シート７２の厚さは、本願の「波長変換部の厚さ」の一例である。
【００９９】
ここで、発光層３２から［１１−２４］方向と例えばθ２の角度をなす方向に出射した光に対して、図９（ａ）に示すように［１−１００］の方位角に出射した場合、波長変換シート７２の中でｄ３の距離を進み、図９（ｂ）に示すようにＶ１の方位角に出射した場合、波長変換シート７２の中でｄ４（＝Ｔ１／ｃｏｓθ２）の距離を進む。なお、ここでは、説明を簡単にするため、波長変換シート７２の表面での屈折は考慮していない。したがって、波長変換シート７２の厚さを発光強度の大きいＶ１方向において大きく、発光強度の小さい［１−１００］方向において小さくしたので、ｄ３＜ｄ４であり、発光強度の大きい方向において実質的に蛍光体の量が多くなる。その結果、発光強度の大きい方位角と小さい方位角との両方向で、ＬＥＤチップ３０からの光と蛍光体で波長変換された光との強度比がほぼ同様になり、色むらが低減する。
【０１００】
なお、本実施の形態では、波長変換シート７２の上面に傾斜面７２ａ，７２ｂが形成されているが、波長変換シート７２の下面に傾斜が形成されてもよく、波長変換シート７２の上面および下面の両方に傾斜が形成されてもよい。
【０１０１】
（５）第４の実施の形態
第４の実施の形態に係るＬＥＤ装置について、第１の実施の形態に係るＬＥＤ装置２００ａと異なる点を説明する。
【０１０２】
図１０は、第４の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す平面図である。図１１は図１０のＬＥＤ装置のＡ４−Ａ４線断面図であり、図１２は図１０のＬＥＤ装置のＢ４−Ｂ４線断面図である。
【０１０３】
図１０〜図１２に示すように、第４の実施の形態に係るＬＥＤ装置２００ｄは、ＬＥＤチップ１０の代わりにＬＥＤチップ４０を備える。ＬＥＤチップ４０は、（１−１０２）面を主面とするウルツ鉱構造の窒化物系半導体からなる。なお、図１０〜図１２には、ＬＥＤチップ４０の結晶方位を示す矢印を付している。ここで、Ｖ２は［１１−２０］方向と［１−１０２］方向に垂直な方向である。
【０１０４】
ＬＥＤチップ４０は、ｎ型ＧａＮ層４１、発光層４２およびｐ型ＧａＮ層４３を有する。発光層４２は、厚さ約２ｎｍのＧａ０．９Ｉｎ０．１Ｎからなる井戸層とＧａ０．９５Ｉｎ０．０５Ｎからなる障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ構造を有する。ｎ型ＧａＮ層４１の下面にはｎ側電極１４が形成され、ｐ型ＧａＮ層４３の上面には透光性を有するｐ側電極１５が形成されている。発光層４２の主面は（１−１０２）面からなり、チップ配置部８２の底面８２ａに平行である。
【０１０５】
ＬＥＤチップ４０のｎ型ＧａＮ層４１、発光層４２、ｐ型ＧａＮ層４３、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５は、それぞれ図１に示したＬＥＤチップ１００の第１半導体１０１、発光層１０２、第２半導体１０３、第１電極１０４および第２電極１０５に相当する。
【０１０６】
ここで、ＬＥＤチップ４０においては、発光層４２の主面面内の方位角に関する発光強度の異方性が生じる。具体的には、発光層４２からの発光強度は、［１１−２０］方向または［−１−１２０］方向の方位角に近い方位角を有する方向の発光強度よりも、［１１−２０］方向の方位角と９０°異なる方位角を有する方向の発光強度の方が大きくなる。なお、このＬＥＤチップ４０の発光波長は約３７５ｎｍである。
【０１０７】
本例における［１１−２０］方向の方位角と９０°異なる方位角を有する方向は本願の「第１の方向」の例であり、［１１−２０］方向または［−１−１２０］方向の方位角に近い方位角を有する方向は本願の「第２の方向」の例である。また、［１１−２０］方向の方位角と９０°異なる方位角は本願の「第１の方位角」の例であり、［１１−２０］方向または［−１−１２０］方向の方位角に近い方位角は本願の「第２の方位角」の例である。
【０１０８】
ＬＥＤチップ４０を覆うように、蛍光体を含有する透光性の樹脂モールド９２が形成されている。樹脂モールド９２は、支持部材８１のチップ配置部８２内に充填される充填部９２ａ、およびチップ配置部８２を閉塞するように支持部材８１上に設けられるレンズ部９２ｂからなる。樹脂モールド９２に含まれる蛍光体の濃度は例えば１０％である。
【０１０９】
蛍光体としては、例えば、Ｅｕ含有酸化物からなる青色発光蛍光体、Ｃｕ含有硫化物からなる緑色発光蛍光体および硫酸化物からなる赤色発光蛍光体の混合物が用いられる。その場合、青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体との混合比は例えば３０：２０：５０である。
【０１１０】
レンズ部９２ｂは、３つの主軸の長さが２×ａ１、ａ２、ａ３（２×ａ１＞ａ２＞ａ３）である楕円体を、長軸および短軸の長さがそれぞれａ２およびａ３である楕円が断面となるように半分に切ったような略半楕円体形状を有する。
【０１１１】
ここで、長軸と短軸は、それぞれＬＥＤチップ４０のＶ２方向と［１１−２０］方向に平行で、ａ１の方向の主軸はＬＥＤチップ４０の［１−１０２］方向に平行となるように形成されている。すなわち、レンズ部９２ｂは、ＬＥＤチップ４０の発光層４２の主面に平行な任意の断面においてＶ２方向における外径（ａ２）が［１１−２０］方向または［−１−１２０］方向における外径（ａ３）よりも大きくなるように形成される。
【０１１２】
なお、長さａ２は本願の「第１の方向における波長変換部の厚さ」および「第１の方位角を有する方向におけるレンズ部の外径」の一例であり、長さａ３は「第２の方向における波長変換部の厚さ」および「第２の方位角を有する方向におけるレンズ部の外径」の一例である。
【０１１３】
このレンズ部９２ｂは、レンズ部形成用の型に蛍光体をほぼ均一に含有する樹脂を流し込んだ後、硬化することにより形成される。
【０１１４】
ここで、発光層４２から［１−１０２］方向と例えばθ３の角度をなす方向に出射した光に対して、図１１に示すように［１１−２０］の方位角に出射した場合、レンズ部９２ｂの中でｄ５の距離を進み、図１２に示すようにＶ２の方位角に出射した場合、レンズ部９２ｂの中でｄ６の距離を進む。したがって、レンズ部９２ｂの径を発光強度の大きいＶ２方向において大きく、発光強度の小さい［１１−２０］方向において小さくしたので、ｄ５＜ｄ６であり、発光強度の大きい方向において実質的に蛍光体の量が多くなる。その結果、発光強度の大きい方位角と小さい方位角との両方向で、ＬＥＤチップ４０からの光と蛍光体で波長変換された光との強度比がほぼ同様になり、色むらが低減する。
【０１１５】
なお、ＬＥＤチップ４０からの発光は、極角θ３が小さい方向への発光強度が大きくなり、θ３が大きい方向への発光強度が小さくなるような極角への発光強度依存性を有している。本実施の形態ではａ１＞ａ２／２としたので、波長変換材料の分布は、発光強度の小さい極角における波長変換材料の量より、発光強度の大きい極角における波長変換材料の量が大きくなるようになっている。その結果、発光強度の大きい極角と小さい極角との両方向で、ＬＥＤチップ４０からの光と蛍光体で波長変換された光との強度比がほぼ同様になり、色むらがさらに低減する。
【０１１６】
本実施の形態では、半楕円体形状のレンズ部９２ｂを、型に蛍光体をほぼ均一に含有する樹脂を流し込んだ後、硬化することにより形成されるので、蛍光体の濃度分布を制御する必要がない。したがって、容易に波長変換材料の分布を制御できる。
【０１１７】
（６）第５の実施の形態
第５の実施の形態に係るＬＥＤ装置について、第１の実施の形態に係るＬＥＤ装置２００ａと異なる点を説明する。
【０１１８】
図１３は、第５の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す平面図である。図１４（ａ）は図１２のＬＥＤ装置のＡ５−Ａ５線断面図であり、図１４（ｂ）は図１２のＬＥＤ装置のＢ５−Ｂ５線断面図である。
【０１１９】
図１３および図１４に示すように、第５の実施の形態に係るＬＥＤ装置２００ｅは、ＬＥＤチップ１０の代わりにＬＥＤチップ５０を備える。ＬＥＤチップ５０は、（１１−２０）面を主面とするウルツ鉱構造の窒化物系半導体からなる。なお、図１３および図１４には、ＬＥＤチップ５０の結晶方位を示す矢印を付している。
【０１２０】
ＬＥＤチップ５０は、ｎ型ＧａＮ層５１、ｎ型クラッド層５１ａ、発光層５２およびｐ型コンタクト層５３を有する。ｎ型クラッド層５１ａは、ｎ型のＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる。発光層５２は、厚さ約２ｎｍのＡｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる井戸層とＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ構造を有する。ｐ型コンタクト層５３は、ｐ型のＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなり、ｐ型クラッド層としての機能も有する。ｎ型ＧａＮ層５１の下面にはｎ側電極１４が形成され、ｐ型コンタクト層５３の上面には透光性を有するｐ側電極１５が形成されている。発光層５２の主面は（１１−２０）面からなり、チップ配置部８２の底面８２ｃに平行である。
【０１２１】
ＬＥＤチップ５０のｎ型ＧａＮ層５１およびｎ型クラッド層５１ａは図１に示したＬＥＤチップ１００の第１半導体１０１に相当する。また、発光層５２、ｐ型コンタクト層５３、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５は、それぞれ発光層１０２、第２半導体１０３、第１電極１０４および第２電極１０５に相当する。
【０１２２】
ここで、ＬＥＤチップ５０においては、発光層５２の主面面内の方位角に関する発光強度の異方性が生じる。具体的には、発光層５２からの発光強度は、［０００１］方向または［０００−１］方向の方位角に近い方位角を有する方向の発光強度よりも、［１−１００］方向または［−１１００］方向の方位角に近い方位角を有する方向の発光強度の方が大きくなる。なお、このＬＥＤチップ５０の発光波長は約３３０ｎｍである。
【０１２３】
本例における［１−１００］方向または［−１１００］方向の方位角に近い方位角を有する方向は本願の「第１の方向」の例であり、［０００１］方向または［０００−１］方向の方位角に近い方位角を有する方向は本願の「第２の方向」の例である。また、［１−１００］方向または［−１１００］方向の方位角に近い方位角は本願の「第１の方位角」の例であり、［０００１］方向または［０００−１］方向の方位角に近い方位角は本願の「第２の方位角」の例である。
【０１２４】
また、ＬＥＤチップ５０は、上方から見て長方形状を有し（図１３参照）、その短辺は発光強度の大きい［１−１００］方向に一致し、その長辺は発光強度の小さい［０００１］方向に一致する。この場合、ＬＥＤチップ５０に関して、発光強度が大きい方向と小さい方向との識別が可能となる。
【０１２５】
支持部材８１のチップ配置部８２の底面８２ｃは楕円形であり、その底面８２ｃを取り囲むように外側上方に傾斜する反射側面８２ｄが形成されている。反射側面８２ｄを覆うように反射材８６が配置されている。
【０１２６】
チップ配置部８２の上面の外周８２ｅは、長軸および短軸の長さがそれぞれｒ１およびｒ２である楕円である。すなわち、チップ配置部８２は、ＬＥＤチップ５０の発光層５２の主面に平行な任意の断面において［１−１００］方向または［−１１００］方向における内径（ｒ１）が［０００１］方向または［０００−１］方向における内径（ｒ２）よりも大きくなるように形成される。
【０１２７】
なお、長さｒ１は本願の「第１の方向における波長変換部の厚さ」および「第１の方位角を有する方向における凹部の内側の寸法」の一例であり、長さｒ２は本願の「第２の方向における波長変換部の厚さ」および「第２の方位角を有する方向における凹部の内側の寸法」の一例である。
【０１２８】
ＬＥＤチップ５０は、チップ配置部８２の底面８２ｃの中央部に配置される。この場合、ＬＥＤチップ５０の［１−１００］方向がチップ配置部８２の外周８２ｅの長軸の方向に一致するようにＬＥＤチップ５０を配置する。ここで、ＬＥＤチップ５０の形状を、発光強度が大きい方向と小さい方向との識別が可能な長方形にしたので、容易に、発光強度が大きい方向とチップ配置部８２の上面の外周８２ｅの長軸の方向とを一致させることができる。
【０１２９】
チップ配置部８２内に波長変換部９３ａが、ＬＥＤチップ５０を覆うように充填される、また、チップ配置部８２を閉塞するように支持部材８１上に透光性の樹脂のレンズ部９３ｂが設けられる。波長変換部９３ａは、チップ配置部８２の底面８２ｃに垂直な方向（ＬＥＤチップ５０の［１１−２０］方向）を軸に２回の回転対称性を有し、波長変換部９３ａの上面は、長軸と短軸の長さがそれぞれｒ１およびｒ２である楕円である。ここで、ＬＥＤチップ５０の形状を、発光強度が大きい方向と小さい方向との識別が可能な長方形にしたので、容易に、発光強度が大きい方向と波長変換部９３ａの長軸の方向とを一致させることができる。なお、長さｒ１は本願の「第１の方向における波長変換部の厚さ」および「発光層の主面に平行でかつ第１の方位角を有する方向における凹部の長さ」の一例であり、長さｒ２は本願の「第２の方向における波長変換部の厚さ」および「発光層の主面に平行でかつ第２の方位角を有する方向における凹部の長さ」の一例である。
【０１３０】
波長変換部９３ａおよびレンズ部９３ｂは、アルミナ（酸化アルミニウム）を主成分とし、例えば１０％の濃度で蛍光体を含有する。蛍光体としては、例えば、Ｅｕ含有酸化物からなる青色発光蛍光体、Ｃｕ含有酸化物からなる緑色発光蛍光体および酸窒化物からなる赤色発光蛍光体の混合物が用いられる。その場合、青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体との混合比は例えば３０：２０：５０である。
【０１３１】
ここで、発光層５２から［１１−２０］方向と例えばθ５の角度をなす方向に出射した光に対して、図１４（ａ）に示すように［０００１］の方位角に出射した場合、波長変換部９３ａの中でｄ７＋ｄ９の距離を進み、図１４（ｂ）に示すように［１−１００］の方位角に出射した場合、波長変換部９３ａの中でｄ８＋ｄ１０の距離を進む。したがって、波長変換部９３ａの径を発光強度の大きい［１−１００］方向において大きく、発光強度の小さい［０００１］方向において小さくしたので、ｄ７＜ｄ８であり、発光強度の大きい方向において実質的に蛍光体の量が多くなる。その結果、発光強度の大きい方位角と小さい方位角との両方向で、ＬＥＤチップ５０からの光と蛍光体で波長変換された光との強度比がほぼ同様になり、色むらが低減する。
【０１３２】
なお、第５の実施の形態では、波長変換部９３ａを上面側から見て楕円状に形成したが、波長変換部９３ａの形状はこれに限らず、上面側から見てほぼ２回の回転対称性を有する形状であればよい。例えば、波長変換部９３ａを上面側から見て発光強度の大きい方向と平行な長辺を有する長方形状に形成してもよい。
【０１３３】
（７）他の実施の形態
第１〜第４の実施の形態のＬＥＤ装置に、第５の実施の形態で用いた蛍光体とＬＥＤチップ５０とを組み合わせて用いてもよい。また、第１〜第３および第５の実施の形態のＬＥＤ装置に、第４の実施の形態で用いた蛍光体とＬＥＤチップ４０とを組み合わせて用いてもよい。また、第１、第２、第４および第５の実施の形態のＬＥＤ装置に、第３の実施の形態で用いた蛍光体とＬＥＤチップ３０とを組み合わせて用いてもよい。また、第１、第３〜第５の実施の形態のＬＥＤ装置に、第２の実施の形態で用いた蛍光体とＬＥＤチップ２０とを組み合わせて用いてもよい。また、第２〜第５の実施の形態のＬＥＤ装置に、第１の実施の形態で用いた蛍光体とＬＥＤチップ１０とを組み合わせて用いてもよい。
【０１３４】
また、樹脂モールド８７，９１，９２、波長変換部９３ａおよびレンズ部９３ｂの主成分として、樹脂またはアルミナの代わりに、ガラス等の無機物または有機・無機ハイブリッド材料を用いてもよい。
【０１３５】
加えて、波長変換部をパッケージの凹部（チップ配置部）の底面に層状に形成してもよい。
【０１３６】
（８）請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０１３７】
上記実施の形態では、蛍光体が波長変換材料の例であり、樹脂モールド８７，９２、波長変換部９３ａまたは波長変換シート７１ａ，７１ｂ，７２が波長変換部の例であり、チップ配置部８２が凹部の例であり、レンズ部９２ｂがレンズ部の例であり、波長変換シート７１ａ，７１ｂ，７２が層状に形成された波長変換部の例である。
【０１３８】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明は、装飾用光源および表示用光源等の種々の光源として有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】ＬＥＤ装置に搭載されるＬＥＤチップの模式的断面図である。
【図２】ＬＥＤチップの発光強度の異方性について説明するための図である。
【図３】ＬＥＤチップの発光強度の異方性について説明するための図である。
【図４】第１の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す図である。
【図６】第２の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す図である。
【図８】第３の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す図である。
【図９】第３の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す図である。
【図１０】第４の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す図である。
【図１１】第４の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す図である。
【図１２】第４の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す図である。
【図１３】第５の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す図である。
【図１４】第５の実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１０，２０，３０，４０，５０  ＬＥＤチップ
１２，２２，３２，４２，５２  発光層
７１ａ，７１ｂ，７２  波長変換シート
８０  パッケージ
８１  支持部材
８２  チップ配置部
８７，９１，９２  樹脂モールド
８７ａ  高濃度部
８７ｂ  低濃度部
９２ａ  充填部
９２ｂ，９３ｂ  レンズ部
２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，２００ｅ  ＬＥＤ装置
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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