CN102299237B - 半导体发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体发光器件，包括：用于元件安装的基板；被设置在该基板上的布线；被设置在该基板上并且被电连接到该布线的LED元件；用于封装该LED元件的封装树脂层；和包含荧光体材料并且转换由该LED元件发射的光的波长的波长转换层，其中该波长转换层被设置在该LED元件的上侧上，并且在LED元件的侧面被其围绕的状态中设置漫反射树脂层，并且与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件面侧的面积是至少两倍大。

Description

半导体发光器件
技术领域
本发明涉及一种半导体发光器件。更加具体地，它涉及一种转换LED的部分或者全部发射的波长以发射白色光或者其它可见光的、具有发光二极管(LED)特别地蓝色LED或者近紫外LED的半导体发光器件。
背景技术
作为用于显示或者照明的可见光源之一，存在一种使用基于氮化镓基化合物半导体例如GaN、GaAlN、InGaN或者InAlGaN的蓝色LED或者近紫外LED的发光器件。在该发光器件中，能够通过使用荧光体(phosphor)材料而获得白色光或者其它可见光发射，荧光体材料吸收来自LED的部分或者全部发射作为激发光并且将波长转换成具有更长波长的可见光。特别地，白色LED近来已经广泛地被应用于各种指示器、光源、显示装置和用于液晶显示器的背灯并且它的使用开始延伸到汽车的头灯和普通照明装置。
根据个体使用和所需要的性质，发光器件的封装方法是多样化的，但是能够在印刷线路板上表面安装的“表面安装类型”是最主流的方法之一。图20是示出普通表面安装LED元件的配置的概略视图。布线图案(引线)32被形成在包括树脂或者陶瓷材料的印刷线路板31的表面上，并且LED元件33经由粘结剂(adhesive)34例如银膏而被安装在布线图案32上。LED元件33的上电极利用线35例如金线而被连接到另一引线32。为了保护线35和LED元件33，填充封装树脂以形成封装树脂层36。在封装树脂层36中，粉状荧光体37得以分散。38是反射器，该反射器被设置在板31上并且变成用于通过填充封装树脂而形成封装树脂层36的围栏，以及具有朝向光提取方向X侧反射从LED元件33或者荧光体37发射的光以有效率地利用光的作用。
而且，作为发光器件的一种封装方法，如在图21中所示，其中在仅仅LED元件33被覆盖(芯片覆盖类型)的状态中形成封装树脂层39的类型也是在实际使用中的。在这方面，在以上图21中的芯片覆盖类型中，荧光体(在图中未示出)以高的浓度在封装树脂层39中分散，但是，在以上图20中的表面安装类型中，荧光体37通常以低的浓度在封装树脂层36中分散。
以下将描述通过组合蓝色LED和黄色荧光体(通常，YAG:Ce荧光体)而形成的白色LED的发射原理。即，当电力被从一对引线供应到LED元件时，蓝色光发射发生。蓝色光透射通过封装树脂层，但是在途中部分地被在封装树脂层中分散的荧光体吸收，由此波长被转换成黄色颜色的波长。结果，从半导体封装，蓝色光和黄色光在混合状态中辐射但是混合光被人眼感知为白色。这是白色LED的发射原理。
这里，当所使用的荧光体的浓度太高时，黄色光变得太多并且获得了强烈地微黄色的白色。在另一方面，当荧光体的量太小时，获得了带蓝色的白色。而且，即使当荧光体以相同的浓度在封装树脂中分散时，发射颜色波动也由于各种原因例如封装树脂的厚度的非均匀性和在封装树脂被固化之前的时期期间荧光体的非均质析出而发生。因此，如何降低归因于荧光体布置的发射颜色波动是在白色LED的生产工艺中的一个问题。
而且，因为从LED元件和荧光体发射的光通常是无方向性地被辐射到所有的方向的自然光，所以所发射的光不仅被辐射到封装的光提取方向而且还被均匀地辐射到是相反方向的布线板侧、反射器侧等。在这个情形中，当在布线板的表面中或者在反射器的表面中使用光吸收材料时，光不能被有效率地反射并且被返回到光提取方向。相应地，设计出了赋予布线板或者反射器的表面具有漫反射性(diffusereflectivity)的反射功能。
例如，专利文献1提出一种将用于光反射的填料混合到用于覆盖除了面向发光方向的表面的、LED的周边的绝缘膏中的方法。而且，其中描述了通过混合填料，绝缘膏的导热率得以改进并且从LED产生的热量被有效率地辐射到基板。专利文献2提出一种用于解决在具有表面安装封装结构的发光器件的生产步骤中包含用于光反射的填料的树脂层爬升到LED发射表面从而降低LED的发射强度的问题的改进方法。专利文献3公开了一种发光器件，该发光器件具有如此结构，其中除了LED的光出射表面之外，所有的表面通过利用具有漫反射效果的树脂覆盖而受到约束，以仅仅从光出射表面辐射光，并且具有如此结构，其中利用包含荧光体的树脂覆盖光出射表面。专利文献4提出设计，其中通过将其形成方法设置于比将在LED上设置的结合位置低的位置，在当从LED发射的光的行进方向受到具有漫反射效果的树脂材料限制时，光提取效果得以进一步改进并且亮度得以增强。
专利文献1：JP-A-2002-270904
专利文献2：日本专利No.3655267
专利文献3：JP-A-2005-277227
专利文献4：JP-A-2008-199000
发明内容
附带说一句，图22是示出在当来自LED的激发光进入波长转换层(发射器层)中时在波长转换层41处发射的光的行为的概略视图。通常，因为波长转换层41由其中荧光体颗粒在树脂中分散的材料形成，所以荧光体颗粒引起的光散射发生。即，如在图22中所示，来自LED的激发光A的一部分和在波长转换层41处发射的光(发射光)B的一部分沿着与光提取方向相反的方向行进从而变成后向散射光C。D是沿着光提取方向行进的光。在以上专利文献1到4的方法中，通过反射从LED发射的光或者从颜色转换层发射的光而实现了用于增强光提取效率的设计。然而，因为没有通过特别地在颜色转换层中聚焦后向散射光C并且根据增强提取效率的观点实现设计，所以效果受到限制。
因此，为了尽可能地减少后向散射光C并且改进光提取效率，近来研究了一种用于通过将荧光体转换为纳米颗粒荧光体或者增加荧光体自身的吸收性以减少将被添加的阻抗成分的量而改进波长转换层41的透明性的方法。然而，当波长转换层41的透射率得以改进并且漫射性降低时，如在图23中所示，除了后向散射光C，通过归因于在波长转换层41和其外部区域之间的折射率的差异的全内反射，对于沿着光提取方向行进的光D的限制发生，从而光提取效率不能被充分地改进。E是由于全内反射而受到限制的光。
考虑到这种情况而实现了本发明并且其目的在于提供一种具有优良的光提取效率的半导体发光器件。
即，本发明涉及以下条目(1)到(8)。
(1)一种半导体发光器件，包括：
用于元件安装的基板；
被设置在该基板上的布线；
被设置在该基板上并且被电连接到该布线的LED元件；
用于封装该LED元件的封装树脂层；和
包含荧光体材料并且转换由该LED元件发射的光的波长的波长转换层，
其中该波长转换层被设置在该LED元件的上侧，并且在LED元件的侧端面被其围绕的状态中设置漫反射树脂层，并且
与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件面侧的面积是至少两倍大。
(2)根据(1)的半导体发光器件，其中该波长转换层是包括透光陶瓷的荧光体板，该透光陶瓷包括其烧结密度(sintereddensity)是99.0％或者更大的多晶烧结体，在排除激发波长范围的可见光波长范围中具有40％或者更大的全光透射率(totallighttransmittance)，并且具有100到1,000μm的厚度。
(3)根据(1)的半导体发光器件，其中该波长转换层是荧光体片，该荧光体片是通过将荧光体颗粒分散到粘合剂树脂中而形成的，在排除激发波长范围的可见光波长范围中具有40％或者更大的全光透射率，并且具有50到200μm的厚度。
(4)根据(1)到(3)中任何一项的半导体发光器件，其中所述漫反射树脂层是从包含透明树脂和折射率不同于透明树脂的无机填料的树脂组合物的固化材料形成的，并且在430nm的波长下漫反射树脂层的漫反射率是80％或者更大。
(5)根据(1)到(4)中任何一项的半导体发光器件，其中与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件面侧的面积是至少五倍大。
(6)根据(1)到(4)中任何一项的半导体发光器件，其中与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件面侧的面积是至少二十倍大。
(7)根据(1)到(6)中任何一项的半导体发光器件，其中所述波长转换层或者是由单个波长转换层构成，或者是通过层叠多个波长转换层而形成。
(8)根据(7)的半导体发光器件，其中设置了多个LED元件并且所述波长转换层的层数小于该LED元件的数目。
即，作为为了解决以上问题而进行的广泛和深入的研究的结果，本发明人已经确定：利用漫反射树脂层限制从LED发射的光以更加有效地将光引导到出射方向(提取方向)的设计是重要的，但是如何将从波长转换层(在下文中有时被称作“荧光体层”)发射的光(发射光)有效地引导到出射方向的设计是更加重要的。例如，在其中蓝色LED和黄色荧光体得以组合的白色LED中，大部分的白色分量是黄色发射并且大部分的蓝色光被转换成黄色。即，他们已经确定：采用最适用于占白色光的大部分的、从荧光体层发射的光的措施是非常重要的。因此，由于进一步地继续进行的试验，本发明人已经发现，当波长转换层被设置在LED元件的上侧并且还在LED元件的侧面被其围绕的状态中设置漫反射树脂层以及与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件面侧(与光提取面相对的面侧)的面积是至少两倍大时，来自LED元件的光仅仅进入波长转换层中并且从波长转换层发射的光的大部分从半导体发光器件的光出射表面(光离开表面)出去，从而半导体发光器件的光提取效率得以改进。因此，它们已经实现了本发明。即，如在图1中所示，图1是示出以上理论概念的概略视图，来自LED(在图中未示出)的激发光A进入波长转换层1但是在从波长转换层1发射的光(发射光)B中将主要地是全内反射光的光入射到漫反射树脂层2的表面从而被漫反射并且然后变成行进到光提取方向的漫反射光F。因此，可能主要地变成全内反射光并且可能在波长转换层1中受到限制的光被反复地漫反射，并且最终大部分的光被引导到光提取方向。因此，本发明的制品在光提取效率方面是优良的。附带说一句，图1示出一个实例，其中通过升起漫反射树脂层2的边缘以形成升起壁、作为漫反射树脂层2a形成升起壁的一个部分、并且使其内壁面与侧边缘面1a相对，在波长转换层1的侧边缘面1a处的发射光也能够被引导到光提取方向。
如上，在本发明的半导体发光器件中，波长转换层被设置在LED元件的上侧并且在LED元件的侧面被其围绕的状态中设置漫反射树脂层，并且与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件侧的面积至少是两倍大。因此，在于波长转换层处发射的光中行进到除了提取方向之外的方向的光入射到漫反射树脂层并且被漫反射从而行进到提取方向。因此，行进到不合适的方向的光被反复地漫反射并且行程被校正为正确的方向。因此，大部分的光能够最终被引导到光提取方向。因此，因为能够减少后向散射光并且能够显著地增强光提取效率，所以本发明的半导体发光器件示出高的亮度和高的效率。
而且，当波长转换层是包括透光陶瓷的荧光体板时，该透光陶瓷包括其烧结密度是99.0％或者更大的多晶烧结体，该荧光体板在排除激发波长范围的可见光波长范围中具有40％或者更大的全光透射率，并且具有100到1,000μm的厚度，荧光体板自身并不包含具有低导热率的树脂，从而在荧光体中产生的热量通过荧光体板而被有效地辐射到印刷线路板侧并且因此热辐射性质得以改进。在传统的半导体发光器件中，注意力主要地仅仅集中于如何辐射从LED产生的热量的观点。在本发明中，因为不仅对于从LED产生的热量而且还对于从波长转换层产生的热量执行了如上所述的这种热辐射措施，所以热辐射性质是优良的并且本发明对于高输出型功率LED而言是特别有利的。
进而，通过使用具有受控厚度的荧光体板或者荧光体片作为波长转换层，趋向于在产品之间引起发射颜色波动的、波长转换层的性质的非均匀性能够被抑制为最小程度。
当从包含透明树脂和折射率不同于透明树脂的无机填料的树脂组合物的固化材料形成漫反射树脂层时，从荧光体产生的热量通过被添加到透明树脂的传导填料而被有效地辐射到印刷线路板侧。因此，因为由于温度升高引起的LED和荧光体的效率降低受到抑制，所以能够进一步实现更高的亮度和更高的效率并且半导体发光器件的耐久性也得以改进。
附图说明
图1是示出在本发明的半导体发光器件中的波长转换层处发射的光的行为的概略视图。
图2是示出本发明的半导体发光器件的一个实例的概略视图。
图3是示出传统的半导体发光器件的一个实例的概略视图。
图4是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。
图5是示出使用积分球的、全光透射率的测量方法的解释图。
图6是示出其上置放光学部件的在本发明的半导体发光器件中的波长转换层处发射的光的行为的概略视图。
图7是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。
图8是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。
图9是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。
图10是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。
图11是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。
图12是示出本发明的半导体发光器件的另一实例的概略视图。
图13是LED元件(四件蓝色LED安装类型)的概略视图。
图14是LED元件(十六件蓝色LED安装类型)的概略视图。
图15是示出在漫反射树脂层的厚度和漫反射率之间的关系的曲线图表。
图16是示出实例1和对照实例1的发射强度的曲线图表。
图17是示出实例2和对照实例2的发射强度的曲线图表。
图18是示出实例3和对照实例3的发射强度的曲线图表。
图19是示出实例4和5和对照实例4和5的发射强度的曲线图表。
图20是示出普通表面安装LED元件的配置的概略视图。
图21是示出芯片覆盖类型LED元件的配置的概略视图。
图22是示出当来自LED的激发光进入具有强漫射性的波长转换层中时在波长转换层处发射的光的行为的概略视图。
图23是示出当来自LED的激发光进入具有低漫射性和高透射率的波长转换层中时在波长转换层处发射的光的行为的概略视图。
具体实施方式
以下将详细地描述本发明的实施例。然而，本发明不限于所述实施例。
作为本发明的半导体发光器件，例如，如在图2中所示，述及了这样一种器件，该器件包括用于LED元件安装的印刷线路板6、被设置在印刷线路板6上的LED元件5、和包含荧光体材料并且转换从LED元件5发射的光的波长的波长转换层1。在本发明中，波长转换层被设置在LED元件5的上侧并且在LED元件5的侧面被漫反射树脂层2围绕的状态中设置漫反射树脂层2。在图中，4代表用于封装LED元件5的封装树脂层并且7代表反射器。在这方面，为了简化，未在图中示出在印刷线路板6上的布线图案(引线)、用于将LED元件5附到板6的粘结剂(银膏等)，和用于将LED元件5连接到引线的线(金线等)。
在本发明中，与在LED元件5的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层1的在LED元件5面侧的面积至少是两倍大。这是本发明的最具大的特征。
这里，“在LED元件的上表面上的发光区域的面积”指的是在其中存在一件LED元件的情形中在LED元件的上表面上的发光区域的面积，并且还意味着在其中存在多件LED元件的情形中在每一个LED元件的上表面上的发光区域的面积的总面积。例如，在其中安装四件LED元件的类型中，在其中每一个LED元件的上表面的发光区域的尺寸是2mm×2mm的情形中，每一个LED元件的上表面的发光区域的面积变成4mm2。因此，总面积16mm2(4mm2×4)是“LED元件的上表面的发光区域的面积”。
在本发明中，与LED元件的上表面的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件面侧的面积优选地是至少两倍大、优选地五倍大，并且更加优选地二十倍大。当波长转换层的在LED元件面侧的面积太小时，用于通过波长转换层1和漫反射树脂层2产生大量的漫反射光F以如在图1中所示将光引导到光提取方向的作用降低。另外，如在图3示出地，发生如下的现象：从波长转换层1辐射的光大部分进入LED元件5侧并且几乎不进入漫反射树脂层2侧。即，虽然在图3中被省略，但是在LED元件5的附近使用了用于电连接LED元件5的线、引线、粘结剂等，并且在LED元件5自身中使用了光吸收金属材料等，从而进入这个区域的光在重复的多次反射期间不是被少量地吸收，并且结果，光不能有效率地得以提取。
在另一方面，在本发明中，因为与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，波长转换层的在LED元件面侧的面积是至少两倍大，所以起初地将是全内反射光并且实际上将不被提取的光通过波长转换层和漫反射树脂层变成漫反射光并且得以提取。即，如在图1中所示，在于波长转换层1处发射的光当中行进到除了提取方向之外的方向的光入射到漫反射树脂层2并且被漫反射以行进到提取方向。因此，行进到不正确的方向的光被反复地漫反射并且行程被校正到正确的方向。相应地，大部分的光能够最终被引导到光提取方向。因此，能够减少后向散射光并且光提取效率能够得以显著地增强。
本发明的半导体发光器件不限于其中如在图2中所示存在一件LED元件5的表面安装封装，并且例如，如在图4中所示，它可以是包括多个LED元件5的阵列形式发光器件。在这种实施例中，因为波长转换层1的在LED元件5面侧的面积(总面积)增加，所以形成了具有大的全光通量的便宜的平面发光元件。作为阵列形式发光器件的形状，例如，考虑到其中LED元件被沿着纵向和横向以二维方式布置的例如正方形、矩形或者边缘形式液晶显示器背灯等的使用，可以提到其中LED元件被以一维方式布置的线性、X形状、或者矩阵形状阵列等。
下面，将描述被设置在LED元件5的上侧的波长转换层1。
<<波长转换层>>
波长转换层1包含荧光体材料，荧光体材料吸收部分或者全部激发光(优选地，350到480nm的波长)并且被激发以由此发射在比激发光的波长更长的波长范围(优选地，从500到650nm)中的可见光。
<荧光体材料>
因为通常与具有350nm到480nm的波长的蓝色LED或者近紫外LED相组合地使用本发明的半导体发光器件，所以能够至少在以上波长范围中被激发并且发射可见光的荧光体材料被用作荧光体材料。荧光体材料的具体实例包括具有石榴石型晶体结构的荧光体例如Y3Al5O12:Ce、(Y，Gd)3Al5O12:Ce、Tb3Al3O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce和Lu2CaMg2(Si，Ge)3O12:Ce、硅酸盐荧光体例如(Sr，Ba)2SiO4:Eu、Ca3SiO4Cl2:Eu、Sr3SiO5:Eu、Li2SrSiO4:Eu和Ca3Si2O7:Eu、包括铝酸盐荧光体等的氧化物荧光体例如CaAl12O19:Mn和SrAl2O4:Eu、硫化物荧光体例如ZnS:Cu、Al、CaS:Eu、CaGa2S4:Eu和SrGa2S4:Eu、氮氧化物荧光体例如CaSi2O2N2:Eu、SrSi2O2N2:Eu、BaSi2O2N2:Eu和Ca-α-SiAlON、氮化物荧光体例如CaAlSiN3:Eu和CaSi5N8:Eu等。
作为荧光体材料，例如，当钇铝石榴石(YAG)的YAG:Ce被取作实例时，能够采用通过使用包含构成成分例如Y2O3、Al2O3和CeO3的原材料粉末并且混合该粉末以实现固相反应而获得的荧光体材料，通过湿法过程例如共同析出方法或者溶胶凝胶方法获得的Y-Al-O非结晶颗粒，通过喷射干燥方法或者汽相方法例如火焰裂解方法或者热等离子体方法获得的YAG颗粒。
在本发明中，通过组合蓝色LED或者近紫外LED和以上荧光体材料而获得了白色LED，但是色调能够通过LED和荧光体的组合而被任意地调节。例如，为了再现接近灯泡颜色的白色，灯泡颜色是包含大量红色分量的白色，能够通过向黄色荧光体添加红色荧光体而调节色调。而且，色调是非常任意的，并且例如通过组合蓝色LED和绿色荧光体，可以获得并非白色的而是绿色的LED，或者可以通过组合其它荧光体而再现彩色蜡笔颜色(pastelcolor)。
通过将包含在其中分散的荧光体颗粒的粘合剂树脂形成为所期形状并且将其置于预定位置处而使用波长转换层1。然而，特别地，根据最小地抑制在将被生产的LED封装之间，并且进一步在最终产品之间的发射性质的非均匀性的观点，波长转换层1优选地是能够容易地控制厚度并且能够将来自LED的激发光的吸收和波长转换层1的发射性质控制为恒定水平的波长转换层。作为波长转换层1的优选实施例，可以述及通过将以上荧光体材料模制成所期形状并且然后在加热下将其烧结而获得的荧光体板(实施例A)，和通过应用其中荧光体材料在粘合剂树脂中分散的溶液并且将该溶液模制成片而获得的荧光体片(实施例B)。在这方面，波长转换层1可以是荧光体板(实施例A)和荧光体片(实施例B)的组合。具体地，该层可以是由预先制备的荧光体板(实施例A)和在其上形成的荧光体片(实施例B)构成的层，通过应用一种溶液并且将该溶液模制成片而获得该片，在该溶液中，发射性质不同于荧光体板的另一种荧光体材料在粘合剂树脂中分散。
<荧光体板(实施例A)>
荧光体板是通过将荧光体材料模制成所期形状并且在加热下将其烧结而获得的并且还因为生产方法而被称作多晶烧结体。作为多晶烧结体，例如，能够采用如在JP-A-11-147757和JP-A-2001-158660中描述的透光陶瓷。已经实际地使用透光陶瓷作为固体激光器材料和用于高压钠灯、金属卤化物灯等的高度耐用的外罩材料。能够通过移除光散射源例如在陶瓷中余留的空隙和杂质而增强透光性。而且，在由YAG代表的各向同性晶体材料中，因为由于晶体取向引起的折射率的任何差异是不存在的，所以即使在多晶陶瓷的情形中也能够获得完全透明的和非散射性的透光陶瓷，如在单晶体的情形中那样。因此，根据抑制由于光散射产生的后向散射引起的、来自LED的激发光或者来自荧光体的发射光的损失的观点，用于在本发明中使用的荧光体板优选地包括透光陶瓷。
能够例如如下地生产荧光体板。即，添加剂例如粘合剂树脂(binderresin)、分散剂(dispersant)和烧结助剂(sinteringaid)首先被添加到所期荧光体颗粒或者是荧光体材料的原材料的原材料颗粒(在下文中，这两者有时被一起地称作“荧光体材料颗粒”)并且在存在溶剂时整体被分散设备例如各种混合器、球磨机(ballmill)或者玻珠研磨机(beadsmill)中的任何一种湿法混合以获得浆溶液(slurrysolution)。在这方面，添加剂例如粘合剂树脂、分散剂和烧结助剂优选地是能够通过将在以后述及的热烧结步骤而被分解和移除的那些。
接着，在根据需要调节所产生的浆溶液的粘度之后，通过利用刮片的流延成型、挤压模塑等将溶液模制成陶瓷坯片(ceramicgreensheet)。可替代地，在浆溶液经受喷射干燥等以制备包含粘合剂树脂的干燥颗粒之后，能够使用模具通过挤压方法将颗粒模制成盘形。此后，为了从模制体(陶瓷坯片或者盘形模制体)热分解并且移除有机成分例如粘合剂树脂和分散剂，模制体经历使用电炉的、在400到800℃下的、在空气中的粘合剂移除处理并且然后经历主要烧结，由此获得荧光体板。在获得盘形模制体的情形中，可以通过在主要烧结之后将该本体切割成具有适当的尺寸和厚度的板而获得荧光体板。
作为用于在荧光体板中使用的荧光体材料颗粒，具有50nm或者更大的平均颗粒直径的那些是优选的，因为用于赋予可成形性的粘合剂树脂的量根据荧光体材料颗粒的比表面积而改变。当平均颗粒直径是50nm或者更大时，在不由于比表面积的增加而损害浆溶液的流动性的情况下和在不要求增加为了在模制之后维持形状而有必要的粘合剂树脂、分散剂和溶剂的量的情况下，增加模制体中的固体成分的比率不是困难的。结果，增加在烧结之后的密度成为可能，在烧结过程期间的尺寸改变是小的，并且荧光体板的翘曲受到抑制。而且，因为荧光体颗粒或者原材料颗粒的流动性降低，所以陶瓷的烧结能力降低。然而，因为密度增加，所以不仅用于获得稠密烧结体的、在高温下的烧结变得不必要，而且在烧结之后空隙的发生也更加容易地减少。因此，根据烧结能力的观点，荧光体材料颗粒的平均颗粒直径优选地是10μm或者更小、更加优选地1.0μm或者更小，并且进一步优选地0.5μm或者更小。
附带说一句，能够例如通过已知是一种比表面积测量方法的BET(Brunauer-Emmett-Teller)方法、激光衍射方法、通过电子显微镜的直接观察等测量荧光体颗粒的平均颗粒直径。
在荧光体材料颗粒包含与在烧结时晶体结构的改变或者挥发性成分例如剩余有机物质相关联的体积改变的情形中，根据获得稠密烧结体的观点，根据必要性，可以采用通过预先执行临时烧结而经历到所期结晶相中的相变的那些或者具有增强的密度和纯度的那些。而且，当荧光体材料颗粒即使以微小量包含具有显著地大于平均颗粒直径的尺寸的粗糙颗粒时，粗糙颗粒变成空隙的起始点和产生源，从而可以通过电子显微镜观察粗糙颗粒的存在，并且，根据必要性，可以通过适当地执行分类处理等而移除粗糙颗粒。
在生产荧光体板时主要烧结的温度、时间和烧结气氛根据将被使用的荧光体材料而改变。例如，在YAG:Ce的情形中，在真空下、在惰性气体例如Ar的气氛中，或者在还原气体例如氢气或者氢气/氮气混合气体中，在1,500到1,800℃下执行主要烧结0.5到24个小时是足够的。而且，在于还原气氛中执行主要烧结的情形中，除了使用还原气体例如氢气，可以应用将碳颗粒引入电炉中以增强还原能力的方法或者类似的方法。附带说一句，在获得稠密和高度透光烧结体的情形中，利用热等静压烧结方法(HIP方法)在压力下执行烧结是可能的。
而且，在主要烧结中温度升高速率优选地从0.5到20℃/分钟。当温度升高速率是0.5℃/分钟或者更大时，烧结并不占用极长的时间，从而鉴于生产率，该情形是优选的。而且，当温度升高速率是20℃/分钟或者更小时，晶体颗粒的生长并不快速地发生并且因此在空隙等被填充之前由于颗粒生长而引起的空隙产生并不发生，从而该情形是优选的。
基于陶瓷材料具有高的硬度但是是脆性的并且易于破裂的性质，荧光体板的生产和操控变得困难，从而荧光体板的厚度优选地是100μm或者更大。而且，根据容易进行后-处理例如切割的观点和经济的观点，该厚度优选地是1,000μm或者更小。因此，荧光体板的厚度优选地在100到1,000μm的范围中。
根据减少烧结体中的光散射源的观点，荧光体板的烧结密度优选地是理论密度的99.0％或者更大、更加优选地99.90％或者更大并且进一步优选地99.99％或者更大。在这方面，理论密度是从每一个构成成分的密度计算的密度，并且烧结密度是通过Archimedes方法等测量的密度并且即使当样本是小件样本时也能够被准确地测量。例如，在具有理论密度的99.0％或者更大的烧结密度的板中，空隙占小于1.0％的剩余，但是光散射受到抑制，因为散射中心(光散射源)极少。而且，通常，因为在空气的折射率(大约1.0)和烧结体的折射率之间的差异是大的，所以当空隙是孔时，光散射变大。然而，在以上密度范围内，即使当空隙是孔时，也能够获得呈现足够地受到抑制的光散射的荧光体板。
进而，为了减少光散射损失，荧光体板优选地具有透光性。透光性根据光散射中心例如存在于荧光体板中的空隙和杂质、荧光体构成材料的晶体各向异性、荧光体板自身的厚度等而改变。
荧光体板的全光透射率优选地是40％或者更大、更加优选地60％或者更大，并且进一步优选地80％或者更大。在本发明中，在荧光体板的全光透射率低至小于40％的情形中，向后行进的发射光被漫反射层2有效地引导到光提取方向，从而关于从荧光体发射的光，并不发生特别地大的问题。然而，关于来自LED的激发光，当全光透射率太低，即，漫射性是强的时，担心在其中没有形成漫反射层2的部分中激发光被后向散射，从而根据这个观点，优选的是具有40％或者更大的全光透射率。
全光透射率是示出透光性的测度，并且能够被表达为漫透射率(diffusetransmittance)。通过使用如在图5中所示的积分球8测量通过荧光体板1A的光(透射光)D′的透射率而确定全光透射率。在图中，9代表检测器、10代表屏蔽板、A′代表入射光，并且C代表后向散射光。然而，因为荧光体材料具有在特定波长下的光吸收性，所以光透射率是在除了激发波长之外的可见光范围(例如，在YAG:Ce的情形中550到800nm)，即，其中荧光体材料没有示出吸收性的范围中测量的。
在本发明的半导体发光器件是发射通过混合来自蓝色LED的发射(蓝色发射)和利用黄色荧光体例如YAG:Ce的发射(黄色发射)而获得的白色光的器件的情形中，能够根据由波长转换层1吸收的蓝色发射的比率控制白色光的色调。具体地，例如，在荧光体材料的激发光吸收性恒定的情形中，通过波长转换层1的蓝色发射随着波长转换层1的厚度降低而增加并且获得了强烈地带蓝色的白色光。相反，通过波长转换层1的蓝色发射随着波长转换层1的厚度增加而降低并且获得强烈地微黄色的白色光。因此，在调节色调的情形中，在上述100到1,000μm的范围内调节荧光体板的厚度是足够的。
附带说一句，通常能够利用将作为活化剂而被添加到荧光体材料的稀土成分的掺杂量而调节荧光体材料的激发光吸收性。在活化剂和吸收性之间的关系根据荧光体材料的构成成分的种类、在烧结体生产步骤的热处理温度等而改变。例如，在YAG:Ce的情形中，对于将被取代的每一个钇原子，按照原子，将被添加的Ce的量优选地从0.01到2.0％。因此，通过调节荧光体板的厚度和荧光体材料的激发光吸收性而获得了具有所期色调的发射光。
在各向同性晶体材料被用作荧光体材料并且获得了完全地从其去除空隙和杂质的烧结材料的情形中，所产生的荧光体板是基本上无任何光散射的、完全透明的荧光体板。除了由于在板的两个表面处的Fresnel(菲涅耳)反射引起的透射率降低，全光透射率在此情形中变成最大透射率(理论透射率)。例如，在具有折射率1.83(n1)的YAG:Ce荧光体的情形中，当空气的折射率是1并且采取垂直入射时，在表面处的反射由以下数学表达式(1)示出。
相应地，在YAG:Ce表面处的透射系数(Ta)是0.914。实际上，因为反射损失在板的两个表面处发生，所以理论透射率(T)由以下数学表达式(2)示出。
然而，当荧光体变成这种完全透明体时，担心由于在荧光体板和其外部区域(例如，粘结剂层)之间的折射率的差异引起的全内反射而产生的光限制效果成为问题。在本发明中，能够利用漫反射树脂层2增强光提取效率。尽管如此，并不易于完全地提取受到限制的光并且具有临界角度或者更大角度的光被陷在荧光体板中，该临界角度是由在荧光体板和外部区域之间的折射率差异确定的，从而担心LED的发射效率降低。
在本发明中，为了避免LED的发射效率的这种降低，例如，如在图6中所示，可以实现一种光学设计，其中在荧光体板1A的光提取侧的表面上作为光学部件置放非平坦部件11以抑制在荧光体板1A界面处的全内反射。通常，即使当被全内反射限制在荧光体板1A中的光E到达在该表面上形成的非平坦部件11时，也难以立即地提取全部的光E。然而，当形成光学部件例如非平坦部件11时，未被立即提取的、受到限制的光E再次返回内侧并且被漫反射树脂层2漫射和反射，由此在改变透射角度的同时很多次地到达具有非平坦部件11的表面。因此，大部分的、受到限制的光最终被提取到光提取方向并且因此获得了改进光提取效率的效果。因此，光散射损失、特别地来自LED的激发光和受到全内反射限制的光的后向散射损失基本达到零，从而能够显著地增强光发射效率。在这方面，通过替代图6中的非平坦部件11地置放光学部件例如微透镜，能够获得类似的效果。
作为用于光学部件例如非平坦部件11和微透镜的材料，实例包括聚碳酸酯树脂(polycarbonateresin)、丙烯酸树脂(acrylicresin)、环氧树脂(epoxyresin)、硅树脂(siliconeresin)等。
而且，能够通过控制荧光体板的内侧的漫射性而降低全内反射引起的光的限制。即，在维持以上性质的同时，向具有被足够地降低的后向散射损失和高的全光透射率的荧光体板赋予漫射性。作为一种特殊的方法，例如能够通过降低陶瓷的烧结性质即烧结密度以特意地引入空隙而赋予漫射性。然而，是孔的空隙具有低至大约1.0的折射率并且因此与荧光体材料的折射率差异是大的，从而难以通过控制空隙的密度、尺寸和分布而在维持高的全光透射率的同时赋予漫射性。相应地，作为一种可替代的方法，可以述及一种利用不同于荧光体材料的第二相来控制漫射性的方法。具体地，例如，在YAG:Ce荧光体的情形中，能够通过特意地控制原材料与富铝材料的(钇和铈的总和)/(铝)的组成比率而形成在其中混合YAG:Ce晶体颗粒和氧化铝晶体颗粒的荧光体板。因为YAG:Ce和氧化铝的折射率是不同的，所以光散射发生，但是能够降低后向散射损失，因为折射率的差异不是像在空隙的情形中那么大的。因此，通过控制在荧光体板和烧结条件的调节时将被使用的材料组成比率，荧光体板的内侧的漫射性也能够受到控制。
可以通过根据需要层叠多个荧光体板地使用荧光体板。例如，在使用近紫外LED的情形中，每一个均由蓝色、绿色或者红色荧光体材料构成的荧光体板得以制备并且这些板能够通过层叠而得以组合。而且，在使用蓝色LED的情形中，通过组合黄色和红色荧光体板或者组合绿色和红色荧光体板，LED的颜色呈现性质能够得以增强。
而且，通过在荧光体板上层叠包括例如没有向其添加活化剂Ce的YAG这样的非荧光发射透明材料、氧化铝或者氧化钇的无色透明层以由此减小荧光体板自身的厚度，抑制将被使用的、昂贵的荧光体材料的量也是可能的。作为层叠方法，例如，在通过热压等层叠包括荧光体材料的陶瓷坯片和包括非荧光发射透明材料(没有向其添加Ce的YAG等)的陶瓷坯片之后，它们能够立即地经历烧结等。在其上层叠无色透明层的荧光体板的厚度优选地从100到1,000μm并且更加优选地从250到750μm。
下面，将描述是波长转换层1的另一实施例(实施例B)的荧光体片。
<荧光体片(实施例B)>
通过应用包含在粘合剂树脂中分散的荧光体材料的溶液并且将该溶液模制成片而获得荧光体片。具体地，利用例如铸造、旋涂或者粘辊方法，以适当的厚度在分离器(例如，经过表面释放处理的PET膜)上涂覆包含在其中分散的荧光体材料的粘合剂树脂或者树脂的有机溶剂溶液，并且执行在使得能够去除溶剂的这种温度下进行干燥的膜形成步骤，由此模制片。用于干燥膜状树脂或者树脂溶液的温度不能被无条件地确定，因为该温度根据树脂和溶剂的种类而改变，但是优选地从80到150℃，更加优选地从90到150℃。
作为用于在荧光体片中使用的荧光体颗粒，根据发射效率的观点，具有100nm或者更大的的平均颗粒直径的荧光体颗粒是优选的。即，当荧光体颗粒的平均颗粒直径小于100nm时，荧光体颗粒的表面缺陷的影响增加并且观察到降低发射效率的趋势。而且，根据膜可形成性的观点，荧光体颗粒优选地具有50μm或者更小的平均颗粒直径。
用于分散荧光体材料的粘合剂树脂优选地是在室温下呈现液体状态、分散荧光体材料并且随后被固化的粘合剂树脂。例如，可以述及硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂(urethaneresin)等。它们被单独地使用或者其中的两种或者更多种被相组合地使用。在它们中，根据耐热性和光电阻的观点，适当地使用缩合固化型硅树脂(condensation-curablesiliconeresin)、加成固化型硅树脂(addition-curablesiliconeresin)等。其中，包含聚二甲基硅氧烷(dimethylsilicone)作为主要成分的加成型热固性硅树脂(additiontypethermosettingsiliconeresin)是优选的。
荧光体材料的含量根据片厚度和目标颜色而得以调节。例如，在片的厚度是100μm并且通过使用黄色荧光体作为荧光体材料并且将该颜色与蓝色LED的颜色混合而发射白色光的情形中，在片中该含量优选地按照重量从5到80％并且更加优选地按照重量从10到30％。
根据膜可形成性和封装外观的观点，荧光体片的厚度优选地从50到200μm并且更加优选地70到200μm。在这方面，通过层叠和热压片或者经由透明粘结剂或者压敏粘结剂将它们相互联结，多个所产生的片可以被形成为具有在以上范围内的厚度的一个片。在层叠多个片的情形中，例如，可以通过层叠包含不同种类的荧光体例如黄色荧光体和红色荧光体的不同的片而形成在一个片中具有黄色发射层和红色发射层的结构。
如在前描述地，通过在荧光体板(实施例A)上层叠荧光体片(实施例B)形成的波长转换层1的总厚度优选地从50到2,000μm并且更加优选地从70到500μm。只要它具有在以上范围内的厚度，就可以在通过层叠多个板形成的荧光体板上层叠多个荧光体片。能够非常任意地设计所使用的荧光体材料的组合、层叠顺序、每一个层的厚度等。
荧光体片的全光透射率优选地是40％或者更大、60％或者更大，并且进一步优选地80％或者更大，如在前述及的荧光体板的情形中那样。然而，在荧光体片的情形中，因为具有相互不同的折射率的荧光体颗粒在粘合剂树脂中分散，所以散射在并不小的程度上发生。相应地，优选的是使用具有高吸收性的荧光体从而即使当将被添加的荧光体颗粒的数量降低时也获得了白色。即，当使用具有低的吸收性的荧光体，从而获得白色时，有必要以更高的浓度添加荧光体颗粒。结果，散射中心增加，从而担心全光透射率降低。附带说一句，能够根据荧光体板的全光透射率的前述测量方法测量荧光体片的全光透射率。
下面，将描述在其中LED元件5的侧面被漫反射树脂层2围绕的状态中设置的漫反射树脂层2。
<<漫反射树脂层>>
在以上图2中，封装树脂被填充到在漫反射树脂层2和LED元件5之间的间隙和在LED元件5和波长转换层1之间的间隙中以形成封装树脂层4。在本发明中，例如，如在图7中所示，在漫反射树脂层2和LED元件5之间的间隙和在LED元件5和波长转换层1之间的间隙可以被去除以使得LED元件5与漫反射树脂层2和波长转换层1形成直接接触。在这种实施例的情形中，从LED元件5和波长转换层1产生的热量倾向于被传递到漫反射树脂层2并且容易地经由漫反射树脂层2辐射，从而热辐射性质得以改进。
如在图8中所示，可以存在如此配置，其中在LED元件5和波长转换层1之间的间隙被去除以使得LED元件5与波长转换层1形成直接接触并且在漫反射树脂层2和LED元件5之间的间隙中形成封装树脂层4。
而且，如在图9中所示，漫反射树脂层2的侧边缘面2b可以是渐缩的(tapered)，或者如在图10中所示，可以在波长转换层1的侧边缘面1a上形成漫反射树脂2a。在图10的实施例中，因为在波长转换层1的侧边缘面1a处的发射光还能够被引导到如在以上图2中所示的光提取方向X，所以进一步改进了光发射效率。进而，波长转换层2c可以在波长转换层1的侧边缘面1a处形成并且还使得层2c缠绕在波长转换层1的光提取面的边缘部分1c周围，如在图11中所示。在图11的实施例的情形中，光发射区域能够受到控制。
另外，例如，如在图12中所示，可以在印刷线路板6和漫反射树脂层2之间的界面处设置微小的间隙12。为了防止从LED元件5发射的光，特别地沿着平行于印刷线路板6的方向透射的光G在漫反射树脂层2的后侧下面隐藏，主要地，印刷线路板6和漫反射树脂层2优选地尽可能地彼此邻近。然而，在于印刷线路板6和漫反射树脂层2之间的界面处的间隙12足够地薄的情形中，如在于板表面上形成的粘结剂层或者透明保护性膜的情形中那样，由于隐藏效果引起的光量降低的影响极小，从而微小的间隙是容许的。类似地，可以在于漫反射树脂层2和波长转换层1之间的界面处设置微小的间隙。以上间隙12通常是500μm或者更小、优选地300μm或者更小，并且进一步优选地100μm或者更小。附带说一句，在以上间隙中，可以通过根据需要填充封装树脂而形成封装树脂层。
下面，将描述用于形成漫反射树脂层的树脂组合物。
在本发明中，漫反射树脂层2指的是具有基本上无任何光吸收性的白色漫反射性的层。例如，从包含透明树脂和无机填料的树脂组合物的固化材料形成漫反射树脂层2，该无机填料的折射率不同于透明树脂。
<透明树脂>
透明树脂的实例包括硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂和聚氨酯树脂。它们被单独地使用或者其中的两种或者更多种被相组合地使用。在它们中，根据耐热性和光电阻的观点，硅树脂是优选的。
透明树脂的折射率优选地在1.40到1.65的范围中并且更加优选地在1.40到1.60的范围中。能够使用阿贝折射计测量折射率。
<无机填料>
无机填料优选地是在可见光区域中不具有任何吸收性的、白色的和绝缘的无机填料。而且，根据增强漫反射率的观点，与透明树脂具有大的折射率差异的无机填料是优选的。进而，鉴于有效地辐射从LED和波长转换层1产生的热量，具有高导热率的材料是更加适当的。具体地，无机填料包括氧化铝、氮化铝、氧化钛、钛酸钡、钛酸钾、硫酸钡、碳酸钡、氧化锌、氧化镁、氮化硼、氧化硅、氮化硅、氧化镓、氮化镓、氧化锆等。它们被单独地使用或者其中的两种或者更多种被相组合地使用。
关于无机填料的折射率，与透明树脂具有大的折射率差异的无机填料是优选的。具体地，折射率差异优选地是0.05或者更大、特别优选地0.10或者更大，并且最优选地0.20或者更大。即，当在无机填料的折射率和透明树脂的折射率之间的差异是小的时，在界面处并不发生充分的光反射和散射，从而由于所添加的无机填料的多次光反射和散射而获得的漫反射率降低并且没有获得所期的光提取效果。附带说一句，能够如在透明树脂的情形中那样地测量折射率。
无机填料的形状包括球形形状、针状形状、板状形状、中空颗粒等。平均颗粒直径优选地在100nm到10μm的范围中。
基于透明树脂，将被添加的无机填料的量优选地按照体积在10到85％的范围中、更加优选地按照体积在20到70％的范围中，并且进一步优选地按照体积在30到60％的范围中。即，当将被添加的无机填料的量太小时，难以获得高反射性并且用于获得足够的漫反射率的漫反射树脂层2变厚，从而变得难以针对来自LED或者波长转换层1的光获得足够的反射率。相反，当将被添加的无机填料的量太大时，观察到在形成漫反射树脂层2时可加工性和机械强度降低的趋势。
根据针对来自波长转换层1的光具有足够的漫反射率的观点，漫反射树脂层2的厚度优选地从50到2,000μm。
而且，在430nm的波长下，漫反射树脂层2的漫反射率优选地是80％或者更大、更加优选地90％或者更大，并且进一步优选地95％或者更大。附带说一句，能够通过以所期厚度在玻璃基板上形成被添加无机填料的透明树脂以制备样本并且测量样本的漫反射率而估计漫反射率。
<<封装树脂层>>
在图1中，利用封装树脂封装被LED元件5、漫反射树脂层2和波长转换层1围绕的区域以形成封装树脂层4。因为该部分被以高的密度利用来自LED元件5的发射光照射并且靠近LED元件5并且因此热量的影响是大的，所以优选的是，使用具有高耐热性和光电阻的树脂作为用于形成封装树脂层4的封装树脂，并且适当地使用硅树脂。而且，作为用于在被波长转换层1和反射器7围绕的一侧的封装树脂层4中使用的封装树脂，可以述及如上的基于硅树脂的材料、环氧树脂等。并不是必要地形成封装树脂层4，并且可以存在如此结构，其中波长转换层1和漫反射树脂层2被暴露，而不在被LED元件5、漫反射树脂层2和波长转换层1围绕的区域中和在被波长转换层1和反射器7围绕的区域中形成封装树脂层4。
<<印刷线路板>>
印刷线路板6的实例包括树脂制印刷线路板、陶瓷制印刷线路板等。特别地，适当地使用表面安装板。
<<反射器>>
作为反射器7，例如，使用如在JP-A-2007-297601中公开的、添加了填料的树脂制反射器或者陶瓷制反射器。为了将所产生的发射光有效地引导到提取方向，反射器优选地由具有高的光反射率的材料形成。
<<光学部件>>
在本发明中，为了从半导体发光元件的光提取效率、方向性控制和漫射性控制的目的，可以在光提取面上形成光学部件例如圆顶形状透镜、微透镜阵列片或者漫射片。
用于光学部件例如半球形透镜、微透镜阵列片或者漫射片的材料的实例包括聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂和硅树脂。
下面，将描述用于生产本发明的半导体发光器件的工艺。
即，首先根据前述方法制备将是波长转换层的荧光体板或者荧光体片。而且，无机填料被分散到透明树脂中以制备用于形成漫反射树脂层的树脂组合物(树脂溶液)。进而，布置带有在其上安装了LED元件的反射器的基板。然后，用于形成漫反射树脂层的树脂组合物(树脂溶液)在LED元件的侧面被围绕的状态中得以填充，并且在100℃下加热1个小时并且在150℃下加热1个小时以固化树脂组合物(树脂溶液)。然后，荧光体板或者荧光体片被小心地置放在漫反射树脂层上，从而无任何空气气泡余留并且在相同条件下被固化以固定荧光体板或者荧光体片。此后，封装树脂被填充到由反射器和荧光体板等围绕的区域中并且在相同条件下被固化。因此，目标半导体发光器件能够得以制备。
在这方面，可以预先在荧光体板或者荧光体片的一个表面上形成粘结剂层或者压敏粘结剂层，并且荧光体板或者荧光体片可以经由该层而被联结到漫反射树脂层。在此情形中，因为粘结剂层或者压敏粘结剂层需要高耐热性和光电阻，所以优选的是使用基于硅树脂的材料。
实例
以下将与对照实例一起地描述实例。然而，本发明不限于这些实例。
首先，在实例和对照实例之前制备以下材料。
<<无机荧光体(YAG:Ce)的合成>>
在250ml的蒸馏水中溶解0.14985mol(14.349g)的硝酸钇六水合物、0.25mol(23.45g)的硝酸铝九水合物，和0.00015mol(0.016g)的硝酸铈六水合物，由此制备O.4M的前体溶液。前体溶液被以10ml/min的速率喷射到RF诱发等离子火焰中并且热裂解，由此获得无机粉末颗粒(原材料颗粒)。作为利用X射线衍射术分析所产生的原材料颗粒的结果，观察到非结晶相和YAP(YAlO3)晶体的混合相。而且，作为根据以下示出的准则测量无机粉末颗粒(原材料颗粒)的平均颗粒直径的结果，由BET(比表面积测量)方法确定的平均颗粒直径是大约75nm。
然后，所获得的原材料颗粒被置放在铝制坩埚中并且在1200℃下被暂时地烧结2个小时以获得YAG:Ce荧光体。所产生的YAG:Ce荧光体示出结晶相是YAG的单相。而且，作为根据以下示出的准则测量YAG:Ce荧光体的平均颗粒直径的结果，由BET方法确定的平均颗粒直径是大约95nm。
(原材料颗粒、荧光体颗粒的平均颗粒直径)
使用自动比表面积测量设备(由MicrometricsInc.制造的2365)通过BET(Brunauer-Emmett-Teller)方法计算具有小于1μm的尺寸的原材料颗粒、荧光体颗粒的平均颗粒直径。大约300mg的颗粒被收集到联结于以上测量设备的试管元件中，并且利用专用预处理加热设备在300℃下经受加热处理1个小时以完全地去除水含量，并且然后测量在干燥处理之后的颗粒重量。基于颗粒重量，使用理论关系表达式[颗粒直径＝6/(吸附比表面积数值×密度)]，根据从比表面积测量获得的吸附比表面积数值(g/m2)和材料的密度(g/cm3)计算平均颗粒直径。
关于在商业上可以获得的、具有1μm或者更大的尺寸的荧光体颗粒，例如用于在将在以后述及的YAG片中使用的荧光体颗粒，在通过在扫描电子显微镜(SEM)上直接观察而执行近似尺寸确认之后，基本上，不加改变地采用从其购买荧光体的制造商的产品目录数值作为平均颗粒直径。
<<荧光体板(YAG板)的制备>>
在研钵中，预先制备的4g的YAG:Ce荧光体(平均颗粒直径：95nm)、作为粘合剂树脂的0.21g的poly(vinylbutyl-co-vinylalcoholcovinylalcohol)(由Sigma-AldrichCorporation制造，重量平均分子量：90,000到120,000)、作为烧结助剂的0.012g的氧化硅粉末(由CabotCorporation制造，商品名“CAB-O-SILHS-5”)和10ml的甲醇得以混合以形成浆液。利用干燥器去除在所得浆液中的甲醇，由此获得干燥粉末。在700mg的干燥粉末被填充到具有25mm×25mm的尺寸的单轴压模中之后，利用液压机器在大约10吨下挤压该粉末以获得被模制成具有大约350μm的厚度的矩形的板形坯体(plate-shapegreenbody)。在管状电炉中在2℃/min的温度升高速率下，在空气中加热所得坯体直至800℃以裂解并且去除有机成分例如粘合剂树脂。此后，电炉的内侧随后被旋转泵抽空并且在1600℃下执行加热5个小时，由此获得具有大约280μm的厚度和大约20mm×20mm的尺寸的YAG:Ce荧光体陶瓷板(YAG板)。
作为根据以下准则测量所得荧光体板的烧结密度的结果，基于4.56g/cm3的理论密度，利用Archimedes方法测量的密度是99.7％。而且，作为根据以下准则测量所得荧光体板的全光透射率的结果，在700nm的波长下的全光透射率是66％。
(荧光体板的烧结密度)
使用电子秤(METTLERTOLEDOInc.制造的品目No.XP-504)和能够被联结于此的、用于比重测量的成套工具(用于由METTLERTOLEDOInc.制造的ExcellenceXP/XS分析秤品目No.210260的密度确定成套工具)，利用Archimedes方法测量荧光体板的烧结密度。具体地，使用用于比重测量的成套工具，样本在空气中的重量和当它被浸入蒸馏水时的重量得以测量并且根据在该成套工具附带的操作手册中描述的方法计算烧结密度。关于计算必要的蒸馏水密度(温度依赖性)、空气密度等所有数据，使用了在用于比重测量的成套工具的手册中描述的数值。样本尺寸是大约10mmΦ并且厚度是大约300μm。
(荧光体板的全光透射率)
多通道光电检测器系统(由OtsukaElectronicsCo.，Ltd.制造的MCPD7000)和配备具有3英寸的内直径的积分球(见图5)的透射率测量台(由OtsukaElectronicsCo.，Ltd.制造)使用专用光纤而被相互连接并且在380nm到1,000nm的波长范围中测量全光透射率。当入射光在测量时的光斑尺寸被调节为大约2mmΦ并且在未置放任何样本的状态中的透射率被视为100％时，每一个样本的全光透射率得以测量。虽然全光透射率示出与荧光体的吸收性相关联的波长依赖性，但是，例如在荧光体板是YAG:Ce板的情形中，采用在700nm下的数值作为用于评价样本的透明性(漫射性)的测量值，700nm是使得该板未示出任何吸收性的波长。
<<荧光体片(YAG片)的制备>>
其中在商业上可以获得的YAG荧光体粉末(由PhosphorTechCorporation制造的品目No.BYW01A，平均颗粒直径：9μm)按照重量已经以20％的浓度分散在双组分混合类型热固性硅树脂弹性体(由Shin-EtsuSilicone制造的品目No.KER2500)中的溶液使用涂覆器而被以大约200μm的厚度涂覆在玻璃板上并且在100℃下被加热1个小时和在150℃下被加热1个小时，由此获得包含荧光体的硅树脂片(荧光体片)。
作为根据荧光体板的全光透射率的测量来测量荧光体片的全光透射率的结构，在700nm的波长下的全光透射率是59％。
<<LED元件的制备>>
(一件蓝色LED安装类型)
制备LED元件(一件蓝色LED安装类型)。即，制备蓝色LED元件，其中一件蓝色LED芯片(由CREEInc.制造的品目No.C450EX1000-0123，尺寸：980μmx980μm，芯片厚度：大约100μm)被安装在具有15mm×15mm的尺寸和1.5mm的厚度的BT(triazinebismaleimide)树脂基板的中心上。附带说一句，利用Cu形成引线，Cu的表面利用Ni/Au保护，LED芯片利用银膏在引线上芯片焊接，并且利用金线将对向电极丝焊(wirebond)在引线上。
(四件蓝色LED安装类型)
制备图13所示LED元件(四件蓝色LED安装类型)。即，制备蓝色LED元件，其中两件蓝色LED芯片(由CREEInc.制造的品目No.C450EX1000-0123，尺寸：980μmx980μm，芯片厚度：大约100μm)22沿着纵向方向并且其两件沿着横向方向，其总共4件被以4mm的间隔安装在具有35mm×35mm的尺寸和1.5mm的厚度的BT(triazinebismaleimide)树脂基板21的中心上。而且，为了防止树脂在形成封装树脂层或者漫反射树脂层时流出，联结由环氧玻璃板(FR4)制成并且具有0.5mm的厚度、25mm×25mm的外直径和10mm×10mm的内直径的框架(flame)25。利用Cu形成引线23，Cu的表面利用Ni/Au保护，LED芯片22利用银膏在引线23上芯片焊接，并且利用金线将对向电极24丝焊在引线23上。因此，图13所示LED元件(四件蓝色LED安装类型)得以制备。
(十六件蓝色LED安装类型)
除了替代四件蓝色LED地使用十六件蓝色LED之外，根据图13的LED元件(四件蓝色LED安装类型)的生产方法制备图14所示LED元件(十六件蓝色LED安装类型)。即，制备蓝色LED元件，其中四件蓝色LED芯片22沿着纵向方向并且其四件沿着横向方向，其总共十六件被以4mm的间隔安装在具有35mm×35mm的尺寸和1.5mm的厚度的BT树脂基板21的中心上。而且，以与在四件蓝色LED安装类型的情形中相同的方式联结由环氧玻璃板(FR4)制成并且具有0.5mm的厚度、25mm×25mm的外直径和20mm×20mm的内直径的框架25。因此，图14所示LED元件(十六件蓝色LED安装类型)得以生产。
<<用于形成漫反射树脂层的树脂组合物的制备>>
钛酸钡颗粒(由SakaiChemicalIndustryCo.，Ltd.制造的品目No.BT-03，吸附比表面积数值：3.7g/m2、折射率：2.4)被按照重量以55％的量添加到双组分混合类型热固性硅树脂弹性体(由Shin-EtsuSilicone制造的品目No.KER2500，折射率：1.41)并且整体被彻底地搅拌和混合以制备用于形成漫反射树脂的树脂组合物(涂覆树脂溶液)。白色树脂溶液以150μm、370μm或者1,000μm的厚度使用涂覆器在玻璃基板上涂覆并且然后在100℃下被加热1个小时和在150℃下被加热1个小时，由此获得漫反射树脂层。
根据以下准则测量漫反射树脂层(涂覆层)的漫反射率。结果在图15中示出。根据在图15中的结果，即使在150μm的厚度下也获得了足够高的漫反射率并且在除了大约400nm的波长之外的可见光范围中示出90％或者更大的反射率。
(漫反射树脂层的漫反射率)
多通道光电检测器系统(由OtsukaElectronicsCo.，Ltd.制造的MCPD7000)和具有3英寸的内径的积分球使用专用光纤而被相互连接并且在380nm到1,000nm的波长范围中测量漫反射率。首先，使用标准漫反射板(商品名：SpectralonDiffuseReflectanceStandard，由LabsphereInc.制造的品目No.SRS-99，反射率：99％)作为参考，由此测得的数值相对地被与附录反射率数据相比较并且因此漫反射率得以测量。
接着，使用以上各种材料，用于测试的实例和对照实例的LED元件得以制备。
[实例1]
使用图13所示LED元件(四件蓝色LED安装类型)，用于测试的LED元件得以制备。即，首先，为了保护包括与金线的丝焊的、分别的四件LED芯片，微小量的热固性硅树脂弹性体(由Shin-EtsuSilicone制造的品目No.KER2500)使用牙签的尖端联结并且暂时地在100℃下固化15分钟。然后，在前制备的、用于形成漫反射树脂层的树脂组合物在环氧玻璃板框架的整个内表面(10mm×10mm)之上形成。在这个情形中，加以小心从而树脂组合物并不覆盖LED芯片。此后，通过在100℃下加热1个小时和在150℃下加热1个小时而固化树脂组合物。然后，硅树脂弹性体被逐滴地添加到环氧玻璃板框架中并且被切割成10mm×10mm的尺寸的YAG板被小心地置于其上从而无任何空气气泡余留，并且在相同条件下固化以固定YAG板，由此制备用于测试的LED元件。
[对照实例1]
除了替代用于形成漫反射树脂层的树脂组合物地使用透明硅树脂弹性体(由Shin-EtsuSilicone制造的品目No.KER2500)之外，根据实例1制备用于测试的LED元件。即，以与在实例1中相同的方式，透明硅树脂弹性体在环氧玻璃板框架的整个内表面之上形成并且然后YAG板被置放在LED上，由此制备用于测试的LED元件。
<<测试实例1>>
使用在实例1和对照实例1中生产的LED元件，发射强度(发射光谱)得以测量。即，多通道光电检测器系统(由OtsukaElectronicsCo.，Ltd.制造的MCPD7000)和具有12英寸的内直径的积分球使用专用光纤而被相互连接并且在380nm到1,000nm的波长范围中测量用于测试的每一个LED元件的发射光谱。用于测试的LED元件被置放在积分球中的中央部分上并且通过从端口引入的导线施加80mA的直流电以实现发光。在供应电力之后，在经过10秒或者更长时间之后记录发射光谱。结果在图16中示出。
根据图16中的结果，确认了如与对照实例1的、用于测试的LED元件的强度相比，从YAG板发射的、具有黄色成分的发射光的强度特别地在具有漫反射树脂层的实例1的、用于测试的LED元件中增加。
[实例2]
除了替代图13所示LED元件(四件蓝色LED安装类型)地使用图14所示LED元件(十六件蓝色LED安装类型)之外，根据实例1制备用于测试的LED元件。即，首先，为了保护包括与金线的丝焊的、分别的十六件LED芯片，微小量的热固性硅树脂弹性体(由Shin-EtsuSilicone制造的品目No.KER2500)使用牙签的尖端联结并且暂时地在100℃下固化15分钟。然后，在前制备的、用于形成漫反射树脂层的树脂组合物在环氧玻璃板框架的整个内表面(20mm×20mm)之上形成。在这个情形中，加以小心从而树脂组合物并不覆盖LED芯片。此后，通过在100℃下加热1个小时和在150℃下加热1个小时而固化树脂组合物。然后，硅树脂弹性体被逐滴地添加到环氧玻璃板框架中并且被切割成具有20mm×20mm的尺寸的YAG板被小心地置于其上从而无任何空气气泡余留，并且在相同条件下固化以固定YAG板，由此制备用于测试的LED元件。
[对照实例2]
除了替代用于形成漫反射树脂层的树脂组合物地使用透明硅树脂弹性体(由Shin-EtsuSilicone制造的品目No.KER2500)之外，根据实例2制备用于测试的LED元件。即，以与在实例2中相同的方式，透明硅树脂弹性体在环氧玻璃板框架的整个内表面之上形成并且然后YAG板被置放在LED上，由此制备用于测试的LED元件。
<<测试实例2>>
除了向在实例2和对照实例2中制备的、用于测试的LED元件施加160mA的直流电之外，根据测试实例1测量发射强度(发射光谱)。结果在图17中示出。
根据图17中的结果，确认了如与对照实例2的、用于测试的LED元件的强度相比，从YAG板发射的、具有黄色成分的发射光的强度特别地在具有漫反射树脂层的实例2的、用于测试的LED元件中增加。
[实例3]
除了替代荧光体板(YAG板)地使用具有20mm×20mm的尺寸的荧光体片(YAG片)之外，根据实例2制备用于测试的LED元件。
[对照实例3]
除了替代用于形成漫反射树脂层的树脂组合物地使用透明硅树脂弹性体(由Shin-EtsuSilicone制造的品目No.KER2500)之外，根据实例3制备用于测试的LED元件。即，以与在实例3中相同的方式，透明硅树脂弹性体在环氧玻璃板框架的整个内表面之上形成并且然后YAG板被置放在LED上，由此制备用于测试的LED元件。
<<测试实例3>>
除了向在实例3和对照实例3中制备的、用于测试的LED元件施加160mA的直流电之外，根据测试实例1测量发射强度(发射光谱)。结果在图18中示出。
根据图18中的结果，确认了如与在对照实例3的、用于测试的LED元件的情形中的强度相比，在使用本发明的合成膜制备的、实例3的、用于测试的LED元件的情形中，从YAG板发射的、具有黄色成分的发射光的强度特别地增加。因此，确认了即使当替代荧光体板(YAG板)地使用荧光体片(YAG片)时也获得了类似的效果。
[实例4]
除了替代图13所示LED元件(四件蓝色LED安装类型)地使用前述LED元件(一件蓝色LED安装类型)之外，根据实例1制备用于测试的LED元件。即，如在实例1中，在利用微小量的热固性硅树脂弹性体保护LED芯片之后，形成漫反射树脂层从而LED的附近被包围。然后，被切割成2mm×2mm的尺寸的荧光体板(YAG板)经由硅树脂弹性体而被置放在LED的中心上并且该弹性体在相同的条件下固化以固定YAG板，由此制备用于测试的LED元件。在这方面，在蓝色LED元件的上表面上的发光区域的尺寸是大约1mm×1mm，从而如与蓝色LED元件的发光区域的面积(1mm2)相比，按照面积比率，YAG板(2mm×2mm＝4mm2)的面积是大约四倍。
[实例5]
除了使用被切割成3mm×3mm的尺寸的荧光体板之外，根据实例4制备用于测试的LED元件。在这方面，如与蓝色LED元件的发光区域的面积(1mm2)相比，按照面积比率，YAG板(3mm×3mm＝9mm2)的面积是大约九倍。
[对照实例4]
除了使用被切割成1.2mm×1.2mm的尺寸的荧光体板之外，以与在实例4中相同的方式制备用于测试的LED元件。在这方面，如与蓝色LED元件的发光区域的面积(1mm2)相比，按照面积比率，YAG板(1.2mm×1.2mm＝1.44mm2)的面积是大约1.44倍。
[对照实例5]
除了替代用于形成漫反射树脂层的树脂组合物地使用透明硅树脂弹性体(由Shin-EtsuSilicone制造的品目No.KER2500)之外，根据实例4制备用于测试的LED元件。即，以与在实例4中相同的方式，透明硅树脂弹性体在环氧玻璃板框架的整个内表面之上形成并且然后YAG板被置放在LED上，由此制备用于测试的LED元件。
<<测试实例4>>
除了向在实例4和5和对照实例4和5中制备的、用于测试的LED元件施加20mA的直流电之外，根据测试实例1测量发射强度(发射光谱)。结果在图19中示出。
根据图19中的结果，确认了如与不具有任何漫反射树脂层的、在对照实例5的、用于测试的LED元件的情形中的强度相比，在具有漫反射树脂层的、实例4和5的、用于测试的LED元件的情形中，从YAG板发射的、具有黄色成分的发射光的强度特别地增加。而且，因为对照实例4具有漫反射树脂层，所以发射强度优于对照实例5。然而，因为如与LED元件的面积相比，YAG板的面积太小，所以如与对照实例4和5的LED元件相比，从YAG板发射的、具有黄色成分的发射光的强度是低的。
附带说一句，本发明人根据试验确认，即使当替代实例4和5的YAG板地使用如下的YAG板时，即，其中，与在LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，在LED元件面侧的YAG板的面积是两倍大，如与对照实例4的LED元件相比，从YAG板发射的、具有黄色成分的发射光的强度也是优良的。
虽然已经参考其具体实施例详细描述了本发明，但是本领域技术人员将会清楚，在不偏离其精神和范围的情况下，能够在其中作出各种改变和修改。
附带说一句，本申请是基于在2010年6月22日提交的日本专利申请No.2010-141215的，并且其内容在这里通过引用并入。
在这里引用的所有的参考文献通过引用整体并入。
而且，在这里引用的所有的参考文献作为整体并入。
本发明的半导体发光器件适当地被用作用于液晶显示器的背灯的光源、各种照明设施、用于汽车的头灯、广告显示器、用于数字照相机的闪光灯等。
引用数字和符号的说明
1波长转换层
2漫反射树脂层
4封装树脂层
5LED元件
6印刷线路板
7反射器

Claims (7)

1.一种半导体发光器件，包括：
基板，用于元件安装；
布线，被设置在所述基板上；
LED元件，被设置在所述基板上并且电连接到所述布线；
封装树脂层，用于封装所述LED元件；和
波长转换层，包含荧光体材料并且转换由所述LED元件发射的光的波长，
其中所述波长转换层被设置在所述LED元件的上侧，并且在所述LED元件的侧面被漫反射树脂层围绕的状态中设置所述漫反射树脂层，
与在所述LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，所述波长转换层的在所述LED元件面侧的面积是至少两倍大，并且
其中所述漫反射树脂层是从包含透明树脂和折射率不同于所述透明树脂的无机填料的树脂组合物的固化材料形成的，并且在430nm的波长下所述漫反射树脂层的漫反射率是80％或者更大。
2.根据权利要求1的半导体发光器件，其中所述波长转换层是包括透光陶瓷的荧光体板，所述透光陶瓷包括烧结密度是99.0％或者更大的多晶烧结体，在排除激发波长范围的可见光波长范围中具有40％或者更大的全光透射率，并且具有100到1,000μm的厚度。
3.根据权利要求1的半导体发光器件，其中所述波长转换层是荧光体片，所述荧光体片是通过将荧光体颗粒分散到粘合剂树脂中而形成的，在排除激发波长范围的可见光波长范围中具有40％或者更大的全光透射率，并且具有50到200μm的厚度。
4.根据权利要求1的半导体发光器件，其中与在所述LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，所述波长转换层的在所述LED元件面侧的面积是至少五倍大。
5.根据权利要求1的半导体发光器件，其中与在所述LED元件的上表面上的发光区域的面积相比，按照面积比率，所述波长转换层的在所述LED元件面侧的面积是至少二十倍大。
6.根据权利要求1的半导体发光器件，其中所述波长转换层或者是由单个波长转换层构成，或者是通过层叠多个波长转换层而形成。
7.根据权利要求6的半导体发光器件，其中设置了多个LED元件并且所述波长转换层的层数小于所述LED元件的数目。
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