JP2009267040A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長変換部材の厚みを増大させたとしても、光の取り出し効率の低下を可能な限り抑制することができる半導体発光装置を提供すること。
【解決手段】凹部１８を有する基台１０と、凹部１８の底部に実装された半導体発光素子である青色ＬＥＤ２０と、部材周面２６Ａの一方側終縁に入射面２６Ｂを、他方側終縁に出射面２６Ｃを有し、青色ＬＥＤ２０からの青色光を入射面２６Ｂから受け入れ、当該青色光の一部を黄色光に変換し、当該黄色光を波長変換されなかった青色光と共に出射面２６Ｃから出射する波長変換部材２６とを有し、波長変換部材２６は、青色ＬＥＤ２０から離間された状態で、周面２６Ａが凹部１８開口部に嵌め込まれて基台１８に設けられており、周面２６Ａが青色ＬＥＤ２０から遠ざかるにしたがって拡径するテーパー状に形成されていると共に、周面２６Ａに光を反射する反射層が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光装置に関し、特に、半導体発光素子と当該半導体発光素子からの光を波長変換する波長変換物質とを有する半導体発光装置に関する。

半導体発光装置の一種である白色ＬＥＤパッケージが、近年、蛍光灯等の従来の照明器具に代替するものとして広く用いられるようになってきている。
白色ＬＥＤパッケージの一般的なものとして、基台に実装された半導体発光素子の一種である青色ＬＥＤチップに、波長変換物質である黄色蛍光体を含有した樹脂が直接ポッティングされてなる構成を有するものが知られている。この構成によれば、青色ＬＥＤから出射された青色光の一部は黄色蛍光体により黄色光に変換される。そして、当該黄色光と、黄色光に変換されずに蛍光体含有樹脂を透過した青色光との混色により白色光が得られる。

ところが、上記構成では、蛍光体含有樹脂が青色ＬＥＤチップに密接しているため、点灯中に青色ＬＥＤから出る熱の影響を蛍光体含有樹脂が直接的に受ける。このため、蛍光体含有樹脂が変色する等の劣化が早くなる。当該劣化によって、白色ＬＥＤパッケージにおける光の取り出し効率が低下してしまう。ここで、光の取り出し効率とは、半導体発光素子（青色ＬＥＤ）において発生する光量と半導体発光装置（白色ＬＥＤパッケージ）の外部へ取り出される光量との比である。

この問題を解決するための白色ＬＥＤパッケージとして、特許文献１には、図１３に示すような構成としたものが開示されている。
特許文献１の白色ＬＥＤパッケージ３００は、凹部３０２を有する基台３０４と、凹部３０２の底部に実装された青色ＬＥＤチップ３０６と、凹部３０２の開口部を塞ぐように配された波長変換部材３０８とを有する。波長変換部材３０８は、透光性プレート３１０と透光性プレート３１０の下面に被着された黄色蛍光体層３１２とからなる。

このように、波長変換部材３０８を発熱源である青色ＬＥＤチップ３０６から離間させることにより、青色ＬＥＤチップ３０６から出る熱の影響が低減されるため、波長変換部材３０８の劣化が可能な限り抑制されることとなる。
特開２００３−３４７６０１号公報

ところで、近年におけるＬＥＤの高輝度化に伴い、ＬＥＤチップから放出される光のエネルギーが増大している。この結果、当該光の波長を異なる波長の光に変換する波長変換物質である蛍光体におけるエネルギーロス（ストークス損）も多くなり、波長変換部材（蛍光体層）における発熱量が増大している。
波長変換物質における変換効率は、温度依存性を有しており、温度が上昇すればするほど変換効率は低下する。この問題に対処するため、図１３の一点鎖線で示すように、透光性プレート３１０の厚みを増大させて透光性プレート３１０から基台３０４への放熱経路を拡張することにより、黄色蛍光体層３１２における温度上昇を抑制することが考えられる。

ところで、透光性プレート３１０内を進行する光の内、プレート側面に向かう光は透光性プレートから出射されにくい。このため、透光性プレート３１０の厚みを増大させると、そのような出射されにくい光が増加することとなる結果、ＬＥＤパッケージにおける光の取り出し効率が低下してしまう。
本発明は、上記した課題に鑑み、波長変換部材の厚みを増大させたとしても、光の取り出し効率の低下を可能な限り抑制することができる半導体発光装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る半導体発光素子は、凹部を有する基台と、前記凹部の底部に実装された半導体発光素子と、部材周面の一方側終縁に入射面を、他方側終縁に出射面を有し、前記半導体発光素子からの１次光を前記入射面から受け入れ、当該１次光の一部をこれよりも波長の長い２次光に変換し、少なくとも２次光を前記出射面から出射する波長変換部材とを有し、前記波長変換部材は、前記周面が前記凹部開口部に嵌め込まれて前記基台に設けられており、前記周面が前記半導体発光素子から遠ざかるにしたがって拡径するテーパー状に形成されていると共に、当該周面に光を反射する反射層が形成されていることを特徴とする。

また、前記２次光と当該２次光に波長変換されなかった１次光をともに前記出射面から出射することを特徴とする。
また、前記凹部開口を形成する基台内壁は、前記周面に合致するテーパー状に形成されており、前記波長変換部材は、当該周面を前記基台内壁に嵌合させて前記基台に固着されていることを特徴とする。

また、前記反射層は誘電体多層膜からなり、前記波長変換部材は、前記誘電体多層膜と前記基台内壁との間に存する接合層を介して、前記基台に固着されていることを特徴とする。あるいは、前記反射層は金属層からなり、当該金属層には拡散防止層が積層されており、前記波長変換部材は、前記拡散防止層と前記基台内壁との間に存する接合層を介して、前記基台に固着されていることを特徴とする。この場合に、前記拡散防止層は、前記金属層の周縁を覆うように当該金属層の周囲まで延設されていることとすることもできる。

また、前記波長変換部材は、透光性プレートとその一方の主面の少なくとも一部に被着された波長変換層とからなることを特徴とする。この場合に、前記波長変換層は、前記透光性プレートの前記半導体発光素子側の主面に被着されているようにすることが好ましい。
また、前記波長変換部材は、セラミックス材料または酸化物単結晶材料からなることを特徴とする。

また、前記波長変換部材は、プレート状をしており、その側面である前記周面が前記凹部開口部に嵌め込まれていて、前記半導体発光素子側の主面の径をＤ１、厚みをＴとした場合に、当該波長変換部材が、（Ｄ１／３）≦Ｔ≦（３×Ｄ１）の関係を満たすような形状であることを特徴とする。
また、前記周面のテーパー角が６０度以上１２０度以下の範囲であることを特徴とする。

上記構成からなる半導体発光装置によれば、波長変換部材内を入射面と出射面との間に存する周面に向かって進行してくる光が、半導体発光素子から遠ざかるにしたがって拡径するテーパー状をした当該周面に形成された反射層によって反射されるため、入射面と反射面との距離（波長変換部材の厚み）を増大させたとしても、前記周面で反射される光は、出射面に向かうこととなるので、光の取り出し効率を可能な限り抑制することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明に係る半導体発光装置の実施の形態の一例として示す、表面実装型白色ＬＥＤパッケージ２（以下、単に「ＬＥＤパッケージ２」と言う。）の概略構成を表した図である。図１（ａ）は、ＬＥＤパッケージ２の平面図を、図１（ｂ）は、（ａ）におけるＡ・Ａ線位置での断面図を、図１（ｃ）は、底面図をそれぞれ示している。なお、図１（ａ）は、後述する波長変換部材２６を除いた状態で表した図である。また、図１を含む全ての図において各部材間の縮尺は統一していない。

ＬＥＤパッケージ２は、円板状をしたプリント配線板４と逆円錐台形をした中空部６を有するスペーサ８とで構成される基台１０を有する。
プリント配線板４は、絶縁基板１２と絶縁基板１２の表面に形成されたプリント配線１４，１６とからなる。プリント配線１４，１６は、絶縁基板１２の上面から側面を経て底面に渡って形成されていて、当該底面に形成されたプリント配線１４，１６部分が、給電端子１４Ａ，１６Ａとして用いられる。

スペーサ８、絶縁基板１２には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）その他の高熱伝導率のセラミックス材料を用いることができる。
プリント配線板４とスペーサ８とは、耐熱性の接着剤（不図示）で固着されている。固着された状態で、プリント配線板４上面の中央部部分と中空部６とで基台１０の凹部１８を成す。

凹部１８の底部、すなわち、プリント配線板４の上面中央部には、半導体発光素子である青色ＬＥＤ２０が実装されている。青色ＬＥＤ２０には、ＧａＮ等の窒化物半導体材料からなるものを用いることができる。
青色ＬＥＤ２０のｐ側電極（不図示）とプリント配線１４とは、ボンディングワイヤー２２で接続されている。一方、ｎ側電極（不図示）とプリント配線１６とはボンディングワイヤー２４で接続されている。

また、ＬＥＤパッケージ２は、逆円錐台形のプレート状をした波長変換部材２６を有する。波長変換部材２６は、透光性プレート２８と透光性プレート２８の下面に被着された波長変換層である蛍光体層３０とからなる。本例では、波長変換部材２６の蛍光体層３０下面が光入射面となり、透光性プレート２８上面が光出射面となる。すなわち、波長変換部材２６は、テーパー状に形成された側面（周面）２６Ａの一方側（下方側）終縁に入射面２６Ｂを、他方側（上方側）終縁に出射面２６Ｃを有する構成である。

波長変換部材２６を下方斜めから見た斜視図を図２（ａ）に示す。透光性プレート２８は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の高熱伝導率（熱伝導率：１５０[Ｗ/ｍ・Ｋ]）を有する透光性セラミックス材料で形成される。蛍光体層３０は、青色ＬＥＤ２０から出射される青色光（１次光）をこれとは波長の異なる黄色光（２次光）に変換する黄色蛍光体粒子を含む。黄色蛍光体には、例えば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋を用いることができる。透光性プレート２８の周面（側面）２６Ａには、後述する反射層３２（図３（ａ））が形成されている。

ここで、蛍光体層３０の厚み（膜厚）は１０〜３０[μｍ]であり、透光性プレート２８の厚み１〜５[ｍｍ]と比べて極めて小さいため、蛍光体層３０の厚みは、波長変換部材２６の大きさを特定する際（評価する際）には無視するものとする。なお、透光性プレート２８の下面の径Ｄ１の大きさ等については後述する。
図１に戻り、基台１０の凹部１８の開口部内壁は、逆円錐台形をした波長変換部材２６の側面（すなわち、テーパー状をした周面）に合致するテーパー状に形成されている。

透光性プレート２８（波長変換部材２６）は、反射層３２と凹部内壁との間に存する後述の接合層３６を介して、基台１０に固着されている。
図１（ｂ）におけるＢ部の拡大図を図３（ａ）に示し、これを参照しながら、反射層３２と接合層３６等について説明する。
反射層３２は、透光性プレート２８に直接被着されている。反射層３２は、誘電体多層膜からなる。誘電体多層膜は、異種材料からなる２種の薄膜（例えば、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）膜と酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜）を交互に積層したものである。反射層３２の厚みは０．５〜２[μｍ]の範囲にある。なお、誘電体多層膜に用いる薄膜材料は、前記したもの以外に、例えば、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウムの中から選択できる。

反射層３２に重ねて拡散防止層３４が積層されている。拡散防止層３４は、反射層３２を構成する酸化物成分または窒化物成分が、後述の接合層３６を構成するスズ（Ｓｎ）と反応するのを防止するために設けられる。拡散防止層３４を形成する材料としては、例えば、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）の中から選択できる。

スペーサ８の内壁には、接合の下地層となるＮｉ/Ｐｔ/Ａｕ層３８が形成されており、Ｎｉ/Ｐｔ/Ａｕ層３８には、ＡｕＳｎからなる接合層３６が積層されている。
透光性プレート２８側に形成された反射層３２、拡散防止層３４とスペーサ８側に形成されたＮｉ/Ｐｔ/Ａｕ層３８との間に存する接合層３６によって、透光性プレート２８（波長変換部材２６）がスペーサ８（基台１０）に固着されている。

なお、青色ＬＥＤ２０が存する空間（収納空間）４０は、基台１０と波長変換部材２６とその両者に存する反射層３２、拡散防止層３４、接合層３６、Ｎｉ/Ｐｔ/Ａｕ層３８からなる積層体３９とで気密封止されており、当該収納空間４０には不活性ガス（例えば、窒素ガス）が充填されている。なお、煩雑さを避けるため、図３以外の図においては、積層体３９は一つにまとめて描いている。

図１に戻り、上記構成からなるＬＥＤパッケージ２において、給電端子１４Ａ，１６Ａから給電すると、青色ＬＥＤ２０の上面から青色光が出射される。出射された青色光は、波長変換部材２６にその入射面２６Ｂから入射する。入射した青色光の一部は、蛍光体層３０によって黄色光に波長変換される。当該黄色光と波長変換されなかった青色光とが混色され白色光となってＬＥＤパッケージ２（波長変換部材２６の出射面２６Ｃ）から出射される。

この場合に、蛍光体層３０においてストークス損に起因して発生する熱は、透光性プレート２８、基台１０（スペーサ８、プリント配線板４）を介して、ＬＥＤパッケージ２が実装される実装基板（不図示）へと放熱される。透光性プレート２８を分厚くして、放熱流路を確保すれば、蛍光体層３０における過熱状態を防止するのに効果がある。
しかし、上述した従来の透光性プレートをそのまま分厚くしただけでは、その内部を伝播する光の内、側面（周面）に向かう光が有効に取り出せなくなる可能性が高く、ＬＥＤパッケージにおける光の取り出し効率が低くなる。これに対し、実施の形態に係る透光性プレート２８の側面（周面）２６Ａは、青色ＬＥＤ２０から遠ざかるにしたがって拡径するテーパー状をしており、透光性プレート２８内を進行してくる光を反射する反射層３２が当該側面（周面）に形成されているため、透光性プレート２８内をその側面（周面）に向かって伝播した光は反射層３２で、前方へと（青色ＬＥＤ２０の光出射方向と同方向へと）反射される。このため、従来の透光性プレートをそのまま分厚くしただけの場合と比較して、光の取り出し効率は向上する。

しかしながら、分厚くし過ぎると、透光性プレート２８内での光の減衰が大きくなるため好ましくない。一方、薄すぎると、放熱性が悪くなる。透光性プレート２８（波長変換部材２６）の好適な寸法関係について、図２（ｂ）を参照しながら説明する。
図２（ｂ）は、透光性プレート２８の断面を表している。
下面の径をＤ１、上面の径をＤ２、厚みをＴ１とする。透光性プレート２８は、逆円錐台形をしているため、当然のことながら、Ｄ１＜Ｄ２である。

ここで、Ｄ１とＴが、（Ｄ１／３）≦Ｔ≦（３×Ｄ１）の条件を満たす関係にあることが好ましい。Ｔが（Ｄ１／３）を下回ると、透光性プレート２８（波長変換部材２６）が薄すぎて、放熱性が悪くなるからであり、Ｔが（３×Ｄ１）を超えると、透光性プレート２８（波長変換部材２６）が分厚すぎて、光の減衰が、問題となるほどに大きくなるからである。

また、透光性プレート２８の側面（反射層３２）における光の反射方向を考慮した場合、当該側面（周面）のテーパー角αは、６０度以上１２０度以下の範囲が好ましい。
続いて、ＬＥＤパッケージ２の製造工程の一部について、図４、図５を参照しながら説明する。
図４は、透光性プレート２８への反射層３２および蛍光体層３０の形成工程を説明するための図である。

窒化アルミニウムからなる素材を研磨等により円錐台形に整形して、透光性プレートを作製する[工程（Ａ−１）]。
次に、スパッタリングまたは蒸着により透光性プレートの側面に反射層３２（誘電体多層膜）と拡散防止層３４とをこの順に形成する[工程（Ａ−２）]。
続いて、図４の工程（Ａ−２）に示す透光性プレート２８の上面（ＬＥＤパッケージ２の完成品においては下面となる面）に蛍光体層３０を形成する[工程（Ａ−３）]。先ず、酢酸ブチル、ニトロセルロース、ホウ酸などからなる溶液に青色蛍光体粒子を分散させてなる懸濁液を前記上面に塗布した後、乾燥させる。その後、約４００度で焼成して、前記溶液中の有機物を燃焼させることにより、無機物のみからなる蛍光体層３０が形成される。

以上、工程（Ａ−１）〜工程（Ａ−３）により、円錐台形をした透光性プレート２８の一方の主面に蛍光体層３０が被着されてなる波長変換部材２６のテーパー側面に反射層と拡散防止層とが形成されてなるものが完成する。
工程（Ａ−１）〜工程（Ａ−３）と平行して、図５に示すように、基台１０の開口部内壁における波長変換部材２６を接合する領域にＡｕＳｎからなる半田層４２を形成した後、基台１０の凹部１８の底部に青色ＬＥＤ２０が実装する[工程（Ｃ−１）]。

続いて、窒素ガス雰囲気の中で、工程（Ａ−１）〜工程（Ａ−３）を経た波長変換部材２６を基台１０にはめ込み、約３００度に過熱することにより、波長変換部材２６と基台１０とがＡｕＳｎからなる接合層３６で接合されると共に、収納空間４０に青色ＬＥＤ２０が気密封止されることとなる[工程（Ｃ−２）]。
以上説明したようにしてＬＥＤパッケージ２が作製される。
（変形例）
上記の例では、反射層３２を誘電体多層膜で構成したが、これに限らず、一種金属の薄膜で構成することとしても構わない。

反射層を金属層で構成した場合の図１（ｂ）におけるＣ部の拡大図を図３（ｂ）に示す。
透光性プレート４８に直接被着されている反射層５０は、金属層からなる。当該金属層を構成する金属としては、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）などを用いることができる。透光性プレート４８は、セラミックスＹＡＧで形成されている。

反射層５０に重ねて拡散防止層５２が積層されている。拡散防止層５２は、反射層５０を構成する金属が、後述の接合層５４を構成するスズ（Ｓｎ）と反応し、反射率が低下するのを防止するために設けられる。拡散防止層５４を形成する材料としては、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）の他、窒化物（窒化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム）、酸化物（酸化珪素、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化タンタル、酸化チタン、酸化アルミニウム）の中から選択できる。なお、拡散防止層５４は、上掲した金属の中から選択された複数種金属の積層体（多層膜）としても構わない。

また、拡散防止層５２は、反射層５０の周縁を覆うように反射層５０の周囲まで延設されている。これは、金属層からなる反射層５０を、透光性プレート４８と拡散防止層５２とで完全に覆い、反射層５０（金属層）を空気と遮断することにより、金属層の酸化を防止するためである。
スペーサ８の内壁には、不図示のＭｏ（モリブデン）層が形成されており、当該Ｍｏ層に接合の下地層となるＰｔ層５６が形成されている。Ｐｔ層５６には、ＡｕＳｎからなる接合層５４が積層されている。

透光性プレート２８側に形成された反射層５０、拡散防止層５２とスペーサ８側に形成されたＰｔ層５６との間に存する接合層５４によって、透光性プレート４８（波長変換部材５８）がスペーサ８（基台１０）に固着されている。
変形例に係る波長変換部材５８の製造工程の一部について、図６を参照しながら説明する。なお、変形例では、蛍光体層も、上記実施の形態とは異なる方法により形成したものを用いている。

先ず、セラミックＹＡＧ板材（不図示）の片面に、Ｃｅ（セリウム）を含む溶液を含浸させた後、約１５００度で焼成する。これにより、Ｃｅを賦活剤とするＹＡＧ：Ｃｅからなる蛍光体層が片面に形成されたセラミックＹＡＧ板材（不図示）ができる。
当該セラミックＹＡＧ板材（不図示）を、研磨等により円錐台形に整形して、片面に蛍光体層４６が形成された透光性プレート４８からなる波長変換部材５８を作製する[工程（Ｂ−１）]。

次に、スパッタリングまたは蒸着により波長変換部材５８の側面に反射層５０（例えば、Ａｇからなる金属層）と拡散防止層５２（例えば、Ｔｉ/Ｗ/Ａｕ層）とをこの順に形成する[工程（Ｂ−２）]。反射層５０の厚みは約０．５[μｍ]であり、拡散防止層５２の厚みは０.５〜１.０[μｍ]である。
なお、反射層５０、拡散防止層５２がその側面に形成された波長変換部材５８を基台１０に接合する工程は、上記実施の形態において図５を用いて説明したのと同様なので、その説明については省略する。
＜実施の形態２＞
図７は、実施の形態２に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージ６０（以下、単に「ＬＥＤパッケージ６０」と言う。）の概略構成を表した断面図である。ＬＥＤパッケージ６０は、ＬＥＤの個数と波長変換部材の構成とが異なる以外は、基本的に、実施の形態１のＬＥＤパッケージ２と同様である。よって、上記異なる部分を中心に説明し、共通する部分については、簡単に言及するにとどめる。

ＬＥＤパッケージ６０は、実施の形態１のＬＥＤパッケージ２（図１）とは異なり、複数個の（本例では、２個の）紫外あるいは青紫色ＬＥＤ２１Ａ，２１Ｂで構成されている。紫外あるいは青紫色ＬＥＤ２１Ａ，２１Ｂは、実施の形態１の青色ＬＥＤ２０と同様、ＧａＮ等の窒化物半導体材料からなるものである。
紫外あるいは青紫色ＬＥＤ２１Ａのｐ側電極（不図示）と絶縁基板６２に形成されたプリント配線６４とは、ボンディングワイヤー２２Ａで接続されており、ｎ側電極（不図示）と絶縁基板６２に形成されたパッド６６とはボンディングワイヤー２４Ａで接続されている。

一方、紫外あるいは青紫色ＬＥＤ２１Ｂのｐ側電極（不図示）とパッド６６とは、ボンディングワイヤー２２Ｂで接続されており、ｎ側電極（不図示）と絶縁基板６２に形成されたプリント配線６８とはボンディングワイヤー２４Ｂで接続されている。
以上の構成により、紫外あるいは青紫色ＬＥＤ２１Ａと青色ＬＥＤ２１Ｂとは、直列接続されている。

絶縁基板６２とプリント配線６２，６４とからなるプリント配線板７０には、スペーサ７２が重ねて設けられ、基台７３を構成している。そして、スペーサ７２に波長変換部材７４が固着されている。
波長変換部材７４は、光の入射面が円形平面で出射面が半球面をした透光性部材７６を有する。透光性部材７６は、透光性プレート２８と同様の材料で形成される。透光性部材７６の前記入射面には、蛍光体層７７，７８，８０が積層されている。

すなわち、波長変換部材７４は、全体的に、紫外あるいは青紫色ＬＥＤ２１Ａ，２１Ｂから遠ざかるにしたがって拡径するテーパー状に形成された周面７４Ａの一方側（下方側）終縁に入射面７４Ｂを、他方側（上方側）終縁に出射面７４Ｃを有する構成である。なお、周面７４Ａと基台７３の凹部開口を形成する基台内壁との間には、周面７４Ａ側から順に反射層、拡散防止層、接合層、Ｎｉ/Ｐｔ/Ａｕ層からなる積層体８１が形成されている。

蛍光体層７７は、紫外あるいは青紫色ＬＥＤ２１Ａ，２１Ｂから出射される紫外あるいは青紫色光を青色光に波長変換する。蛍光体層７８は、紫外あるいは青紫色ＬＥＤ２１Ａ，２１Ｂから出射される紫外あるいは青紫色光を緑色光に波長変換する。蛍光体層８０は、紫外あるいは青紫色ＬＥＤ２１Ａ，２１Ｂから出射される青色光を赤色光に波長変換する。

そして、青色光、赤色光および緑色光が混色されて白色光となる。
このように、異なる色を発する蛍光体プレートを組み合わせて蛍光体プレートを構成することにより、同じ白色光でも色温度等の異なる多彩な光色を実現できる。
また、波長変換部材７４（透光性部材７６）の光出射面７４Ｃが半球面であるため、集光などの配光制御が可能となる。
＜実施の形態３＞
図８は、実施の形態３に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージ９０（以下、単に「ＬＥＤパッケージ９０」と言う。）の概略構成を表した断面図である。ＬＥＤパッケージ９０は、波長変換部材の構成が異なる以外は、基本的に、実施の形態２のＬＥＤパッケージ６０（図７）と同様である。よって、実施の形態３において実施の形態２と共通する部分については、実施の形態２と同じ符号を付して、その説明については省略し、異なる部分を中心に説明する。なお、実施の形態３では、紫外あるいは青紫色ＬＥＤ２１Ａ，２１Ｂに代えて、実施の形態１の青色ＬＥＤ２０と同じ青色ＬＥＤ２０Ａ，２０Ｂを用いている。

ＬＥＤパッケージ９０の波長変換部材９２は、逆円錐台形をした透光性プレート９４を有する。透光性プレート９４は、透光性プレート２８と同様の材料で形成される。
透光性プレート９４の上面（光出射面）９２Ｃは、サンドブラスト処理等により、表面粗さ５〜５０[μｍ]程度に粗面化されている。これにより光の取り出し効率が、粗面化しない場合よりも改善される。

透光性プレート９４の下面には、複数の小蛍光体層９６，９８が、例えば、マトリックス状に形成されている。小蛍光体層９６は、波長変換物質である緑色蛍光体粒子を含んでおり、青色ＬＥＤ２０Ａ，２０Ｂから出射される青色光を緑色光に波長変換する。小蛍光体層９８は、波長変換物質である赤色蛍光体粒子を含んでおり、青色ＬＥＤ２０Ａ，２０Ｂから出射される青色光を赤色光に波長変換する。小蛍光体層９６，９８のいずれも形成されていない透光性プレート９４の下面部分からは青色光が透光性プレート９４に直接入射する。これによれば、蛍光体層を通過せずに直接青色光を取り出し、利用することができる。

波長変換部材９２の周面９２Ａと基台７３の凹部開口を形成する基台内壁との間には、周面９２Ａ側から順に反射層、拡散防止層、接合層、Ｎｉ/Ｐｔ/Ａｕ層からなる積層体９３が形成されている。
＜実施の形態４＞
図９は、実施の形態４に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージ１００（以下、単に「ＬＥＤパッケージ１００」と言う。）の概略構成を表した断面図である。ＬＥＤパッケージ１００は、波長変換部材の構成が異なる以外は、基本的に、実施の形態１のＬＥＤパッケージ２（図１）と同様である。よって、実施の形態４において実施の形態１と共通する部分については、実施の形態１と同じ符号を付して、その説明については省略し、異なる部分を中心に説明する。

ＬＥＤパッケージ１００の波長変換部材１０２は、透光性プレート自身が波長変換物質（蛍光体）を含有するものである。
また、波長変換部材１０２は、その断面が扇形をしている。このようにすることにより、青色ＬＥＤ２０から出射される青色光の波長変換部材１０２を通過する距離を、通過位置にかかわらず、可能な限り均等にすることができる。その結果、青色光が黄色光に変換される割合が、青色光の通過位置にかかわらず一定とすることができるため、波長変換部材１０２から出射される光（青色光と黄色光が混色されてなる白色光）の出射位置に因る色ムラを可能な限り防止することができる。
＜実施の形態５＞
図１０は、実施の形態５に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージ１１０（以下、単に「ＬＥＤパッケージ１１０」と言う。）の概略構成を表した断面図である。ＬＥＤパッケージ１１０は、波長変換部材の構成が異なる以外は、基本的に、実施の形態１のＬＥＤパッケージ２（図１）、実施の形態４のＬＥＤパッケージ１００（図９）と同様である。よって、実施の形態５において実施の形態１，４と共通する部分については、実施の形態１，４と同じ符号を付して、その説明については省略し、異なる部分を中心に説明する。

ＬＥＤパッケージ１１０の波長変換部材１１２の材質は、実施の形態４の波長変換部材１０２と同様である。
波長変換部材１１２は、上面（光の出射面）および下面（光の入射面）の両方が、外方にドーム状に膨出しており、全体として凸レンズ状をしている。
このようにすることにより半導体素子直近の１次光が発散する前に波長変換部材に１次光を入射させて、波長変換部材中を真上に進む１次光と斜めに進む１次光の光路長をそろえることができるので、色むらの抑制ができる。
＜実施の形態６＞
図１１に、実施の形態６に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージ２０２（以下、単に「ＬＥＤパッケージ２０２」と言う。）の概略構成を示す。図１１（ａ）は、ＬＥＤパッケージ２０２の平面図を、図１１（ｂ）は、（ａ）におけるＤ・Ｄ線位置での断面図を、図１１（ｃ）は、底面図をそれぞれ示している。なお、図１１（ａ）は、波長変換部材２２６を除いた状態で表した図である。

実施の形態１に係るＬＥＤパッケージ２（図１）においては、波長変換部材２６を逆円錐台形に形成し、これに合致させて、基台１０の凹部１８も逆円錐台形に形成した。
これに対し、実施の形態６に係るＬＥＤパッケージ２０２では、波長変換部材２２６を逆角錐台形に形成すると共に、これに合致させて、基台２１０の凹部２１８を逆角錐台形に形成した。

実施の形態６のＬＥＤパッケージ２０２は、以上の点が異なる以外は、基本的に、実施の形態１のＬＥＤパッケージ２と同様の構成である。
したがって、図１１において各部材を示す符号に２００番台の番号を用いると共に、その下２桁に実施の形態１のＬＥＤパッケージ２の対応する構成部材に付した番号（図１）を用いて、それぞれの説明については省略する。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下のような形態とすることもできる。
（１）実施の形態１〜３では、透光性プレートの下面（青色ＬＥＤに臨む側の面）に蛍光体層を被着させたが、これに限らず、上面に被着させることとしても構わない。
あるいは、上下両面に蛍光体層を被着させても構わない。
（２）さらには、図１２に示すように、透光性プレート１２２，１２４で、蛍光体層１２６を挟み込んで（サンドイッチして）、波長変換部材１２０を構成しても構わない。

また、透光性プレートの枚数は、２枚に限らない。３枚以上とし、隣接する透光性プレートの間に蛍光体層を挟みこむ（サンドイッチする）構成としても構わない。
また、上記サンドイッチ構造を採った場合であっても、上下両端の透光性プレートの一方または両方の外主面に蛍光体膜を被着させることとしても構わない。
（３）上記実施の形態では、ＬＥＤとしてＧａＮ等の窒化物半導体材料からなるものを用いたが、ＬＥＤパッケージに用いるＬＥＤとしては、これに限らず、ＺｎＯ等の酸化物半導体材料やＺｎＳ等の硫化物半導体材料からなるものを用いることができる。
（４）蛍光体層で発生した熱を効率よく放熱するためには透光性プレートや透光性部材の材料として熱伝導率が１０[Ｗ/ｍ・Ｋ]以上であることが好ましい。上記実施の形態では、ＡｌＮ（熱伝導率：１５０[Ｗ/ｍ・Ｋ]）やＹＡＧ（熱伝導率：１１[Ｗ/ｍ・Ｋ]）を用いたが、これに限らず、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（熱伝導率：３０[Ｗ/ｍ・Ｋ]）、ＭｇＯ（熱伝導率：５４[Ｗ/ｍ・Ｋ]）、Ｙ_２Ｏ_３（熱伝導率：１４.５[Ｗ/ｍ・Ｋ]）、ＺｎＯ（熱伝導率：２０[Ｗ/ｍ・Ｋ]）、ＢＮ（熱伝導率：１０００[Ｗ/ｍ・Ｋ]）、ＳｉＣ（熱伝導率：４００[Ｗ/ｍ・Ｋ]）を用いることができる。

（５）黄色蛍光体、赤色蛍光体、緑色蛍光体として用いる材料も、上記実施の形態に記載したものに限らず、以下に記すその他の材料を適宜選択することができる。
蛍光体材料には、黄色蛍光体としてＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Tb^３＋、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋，Ｐｒ^３＋、チオガレート蛍光体ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋、α−サイアロン蛍光体Ｃａ-α-ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ^２＋などがある。

緑色蛍光体として、アルミン酸塩蛍光体 ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋， （Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ａｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋、α−サイアロン蛍光体 Ｓｒ１．５Ａｌ_３Ｓｉ_９Ｎ_１６：Ｅｕ^２＋，Ｃａ-α-ＳｉＡｌＯＮ：Ｙｂ^２＋、β−サイアロン蛍光体β-Ｓｉ_３Ｎ４：Ｅｕ^２＋、酸化物蛍光体 シリケート（Ｂａ,Sr）２ＳｉＯ₄：Ｅｕ^２＋、酸窒化物蛍光体 オクソニトリドシリケート（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋、オクソニトリドアルミノシリケート（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ_４ＡｌＯＮ_７：Ｃｅ^３＋、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ａｌ_２−ｘＳｉｘＯ_４−ｘＮｘ：Ｅｕ^２＋（0＜ｘ＜2）、窒化物蛍光体 ニトリドシリケート蛍光体（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｃｅ^３＋、 チオガレート蛍光体ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋、 ガーネット蛍光体Ca_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋， ＢaＹ₂ＳiＡｌ_４Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋などがある。

橙色蛍光体として、α−サイアロン蛍光体Ｃａ-α-ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ^２＋などがある。
赤色蛍光体として硫化物蛍光体 （Ｃａ、Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、 （Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ^２＋，Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋，Ｓｍ^３＋、珪酸塩蛍光体 Ｂａ₃ＭｇＳｉ₂Ｏ₈：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、窒化物または酸窒化物蛍光体 （Ｃａ、Ｓｒ）ＳｉＮ_２：Ｅｕ^２＋、 （Ｃａ、Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、 Ｓｒ_２Ｓｉ_５-ｘＡｌｘＯｘＮ_８-ｘ：Ｅｕ^２+（０≦ｘ≦１）などがある。

本発明に係る半導体発光装置は、例えば、自動車に搭載される各種照明装置（ヘッドライト、フォグランプ、インパネバックライト、車内灯など）の光源、カメラ用フラッシュ、液晶モニター用バックライトユニットなどの光源として好適に利用可能である。

（ａ）は、実施の形態１に係るＬＥＤパッケージの平面図を、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ・Ａ線位置での断面図を、（ｃ）は、底面図をそれぞれ示している。図１（ａ）は、波長変換部材を除いた状態で表している。 （ａ）は、上記ＬＥＤパッケージの備える波長変換部材を斜め下方からみた斜視図であり、（ｂ）は、当該波長変換部材の寸法関係を説明するための図である。 （ａ）は、図１（ｂ）におけるＢ部の拡大図であり、（ｂ）は、実施の形態１の変形例の場合の図１（ｂ）におけるＣ部の拡大図である。 実施の形態１の波長変換部材の製造工程の一部を示す図である。 上記波長変換部材を基台へ接合する工程を示す図である。 実施の形態１の変形例にかかる波長変換部材の製造工程の一部を示す図である。 実施の形態２に係るＬＥＤパッケージの概略構成を示す断面図である。 実施の形態３に係るＬＥＤパッケージの概略構成を示す断面図である。 実施の形態４に係るＬＥＤパッケージの概略構成を示す断面図である。 実施の形態５に係るＬＥＤパッケージの概略構成を示す断面図である。 （ａ）は、実施の形態６に係るＬＥＤパッケージの平面図を、（ｂ）は、（ａ）におけるＤ・Ｄ線位置での断面図を、（ｃ）は、底面図をそれぞれ示している。図１１（ａ）は、波長変換部材を除いた状態で表している。 波長変換部材の他の変形例を示す断面図である。 従来技術に係るＬＥＤパッケージの概略構成を示す断面図である。

符号の説明

２，６０，９０，１００，１１０，２０２ 表面実装型白色ＬＥＤパッケージ
１０，２１０ 基台
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２２０ 青色ＬＥＤ
２１Ａ，２１Ｂ 紫外あるいは青紫色ＬＥＤ
２６，７４，９２，１０２，１１２，２２６ 波長変換部材
２６Ａ，７４Ａ，２２６Ａ 部材周面
２６Ｂ，７４Ｂ，２２６Ｂ 入射面
２６Ｃ，７４Ｃ，２２６Ｃ 出射面
３２，５０ 反射層

Claims (11)

1. 凹部を有する基台と、
   前記凹部の底部に実装された半導体発光素子と、
   部材周面の一方側終縁に入射面を、他方側終縁に出射面を有し、前記半導体発光素子からの１次光を前記入射面から受け入れ、当該１次光の一部をこれよりも波長の長い２次光に変換し、少なくとも２次光を前記出射面から出射する波長変換部材と、
   を有し、
   前記波長変換部材は、前記周面が前記凹部開口部に嵌め込まれて前記基台に設けられており、
   前記周面が前記半導体発光素子から遠ざかるにしたがって拡径するテーパー状に形成されていると共に、当該周面に光を反射する反射層が形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記２次光と当該２次光に波長変換されなかった１次光をともに前記出射面から出射することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記凹部開口を形成する基台内壁は、前記周面に合致するテーパー状に形成されており、前記波長変換部材は、当該周面を前記基台内壁に嵌合させて前記基台に固着されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
4. 前記反射層は誘電体多層膜からなり、前記波長変換部材は、前記誘電体多層膜と前記基台内壁との間に存する接合層を介して、前記基台に固着されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
5. 前記反射層は金属層からなり、当該金属層には拡散防止層が積層されており、前記波長変換部材は、前記拡散防止層と前記基台内壁との間に存する接合層を介して、前記基台に固着されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
6. 前記拡散防止層は、前記金属層の周縁を覆うように当該金属層の周囲まで延設されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
7. 前記波長変換部材は、透光性プレートとその一方の主面の少なくとも一部に被着された波長変換層とからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
8. 前記波長変換層は、前記透光性プレートの前記半導体発光素子側の主面に被着されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置。
9. 前記波長変換部材は、セラミックス材料または酸化物単結晶材料からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
10. 前記波長変換部材は、プレート状をしており、その側面である前記周面が前記凹部開口部に嵌め込まれていて、前記半導体発光素子側の主面の径をＤ１、厚みをＴとした場合に、当該波長変換部材が、（Ｄ１／３）≦Ｔ≦（３×Ｄ１）の関係を満たすような形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
11. 前記周面のテーパー角が６０度以上１２０度以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。

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