JP2010021497A

JP2010021497A - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP2010021497A
Application number: JP2008183245A
Authority: JP
Inventors: Yasumitsu Kuno; 康光久納; Seiichi Tokunaga; 誠一徳永; Kunio Takeuchi; 邦生竹内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2010-01-28

Abstract

【課題】出射光の光強度および色調などの指向性が小さく、かつ、光出力が低下しにくい半導体発光装置を提供する。
【解決手段】この半導体発光装置（ＬＥＤランプ１０）は、半導体発光素子１と、半導体発光素子１の光の出射方向側に配置されたＡｇ、Ｒｈ、Ｐｔ及びＰｄの内の少なくとも１つから構成される薄膜状の光拡散部８とを備え、薄膜状の光拡散部８は、複数の島状の光拡散部８を含むとともに、光拡散部８は、半導体発光素子から離間して配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子を用いた半導体発光装置に関する。

近年、照明用光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子を用いた半導体発光装置が開発されている。特に、ＬＥＤからの出射光を蛍光体などにより波長変換することにより白色光を実現する白色半導体発光装置は、蛍光灯に替わる発光装置として期待されている。

しかしながら、これらの半導体発光装置で用いられるＬＥＤなどの出射光は指向性が強いため、見る角度によって光出力が大きく異なることがあった。また、上記の波長変換技術を用いた白色半導体発光装置では、ＬＥＤからの光出力の強弱により色調が変化するので、見る角度によって色調が変わるという不都合があった。

ここで、関連技術として、ＬＥＤの周囲に拡散材料を配置することにより、ＬＥＤからの出射光の指向性を低減させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。

図１９は、関連技術のＬＥＤランプ（半導体発光装置）の構成を模式的に示した断面図である。図１９に示すように、関連技術のＬＥＤランプ１００では、紫外発光のＬＥＤ１０１は、半田など（図示せず）によって金属製のフレーム１０２の凹部底面に固定されている。これにより、ＬＥＤ１０１の一方の電極（図示せず）は、フレーム１０２と電気的に接続されている。また、フレーム１０２には、第１のリード１０３の一方の端部が取り付けられている。ＬＥＤ１０１の他方の電極は（図示せず）、金属製のワイヤー１０４を介して第２のリード１０５の一方の端部と電気的に接続されている。

フレーム１０２の凹部内には、底面側に配置されたＬＥＤ１０１を覆う光拡散部１０６と、光拡散部１０６上に配置された蛍光体部１０７が形成されている。光拡散部１０６は、アルミナ粒子などからなる拡散剤を含むシリコン樹脂からなる。蛍光体部１０７は、紫外励起赤色発光蛍光体（Ｒ蛍光体）、紫外励起緑色発光蛍光体（Ｇ蛍光体）および紫外励起青色発光蛍光体（Ｂ蛍光体）の３種類の蛍光体（以下、ＲＧＢ蛍光体と略する。）を含むシリコン樹脂からなる。

さらに、ＬＥＤ１０１が設置されたフレーム１０２、ワイヤー１０４およびワイヤー１０４と第２のリード１０５との接続部を密封するように、シリコン樹脂からなる砲弾状の封止部１０９が形成されている。また、第１のリード１０３および第２のリード１０５の他方の端部は、封止部１０９から露出している。このようにして、関連技術のＬＥＤランプ１００が構成されている。

このＬＥＤランプ１００では、ＬＥＤ１０１から出射された紫外光は、光拡散部１０６で拡散される。その後、拡散された紫外光は、蛍光体部１０７中のＲＧＢ蛍光体をそれぞれ励起することにより、赤色、緑色および青色に変換される。そして、これらが混色されることにより、白色光を実現することができる。
特開２００２−５０７９７号公報

しかしながら、上記関連技術のＬＥＤランプ１００では、シリコン樹脂にアルミナ粒子などからなる拡散剤が所定の配合比で調合され、これを攪拌したものがフレーム１０２の凹部に充填されることにより光拡散部１０６が形成されている。この際、シリコン樹脂と拡散剤とを均一に混合することが困難であるため、光拡散部１０６中の拡散剤の分布が不均一になりやすい。このため、ＬＥＤ１０１からの出射光のほとんどが拡散剤により遮られるか、または、出射光がほとんど拡散されずに透過されてしまう場合がある。その結果、上記関連技術のＬＥＤランプ１００では、見る方向によって光強度や色調が変化しやすいという問題点がある。

また、上記関連技術のＬＥＤランプ１００では、上記の問題点を解消するために、光拡散部１０６の厚みまたは光拡散部１０６中の拡散剤の濃度を大きくしている。しかしながら、この場合、光拡散部１０６中での反射回数の増加に伴って光拡散部１０６で吸収される光の割合が増加されるので、外部に放出される光出力が低下するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、出射光の光強度および色調などの指向性が小さく、かつ、光出力が低下しにくい半導体発光装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子の光の出射方向側に配置されたＡｇ、Ｒｈ、Ｐｔ及びＰｄの内の少なくとも１つから構成される薄膜状の光拡散部とを備える。なお、本明細書において、「薄膜状の光拡散部」とは、拡散剤を含む厚みの大きいシート状の光拡散部とは異なり、膜厚が、好ましくは約１００ｎｍ以下の厚みの小さい光拡散部のことを意味する。

この発明の半導体発光装置では、上記のように、厚みの小さい薄膜状の光拡散部を設けることによって、光拡散部の内部では出射光の波長レベルで透過率や屈折率などの光学特性を均一にすることができる。これにより、光拡散部の場所によって光拡散の程度が変わることがなく、上記関連技術の拡散剤を含む厚みの大きい光拡散部と比べて光拡散の場所むらを低減することができる。その結果、半導体発光素子からの出射光をその出射方向によらず、均一に拡散することができるので、出射光の光強度および色調などの指向性を小さくすることができる。また、拡散剤を含む光拡散部とは異なり、薄膜状の光拡散部を用いることによって、光拡散部の厚みを小さくすることができるので、出射光が反射する回数を少なくすることができる。これにより、外部に放出される光出力が低下するのを抑制することができる。

さらに、薄膜状の光拡散部の材料として、融点の高いＡｇ、Ｒｈ、Ｐｔ及びＰｄの内の少なくとも１つを用いることで、半導体発光素子からの光を一部吸収して温度上昇したときにも、材料的に変質したり、形状が変形することがなく、光拡散を安定して行うことができる。

上記半導体発光装置において、好ましくは、薄膜状の光拡散部は、複数の島状の光拡散部を含む。このように構成すれば、出射光が各島間から外部に放出され易いので、光出力が低下するのをより抑制することができる。

上記半導体発光装置において、好ましくは、光拡散部は、気相成長法により形成されている。このように構成すれば、薄膜状の光拡散部の内部が均質な材料で構成されるので、出射光の光強度および色調などの指向性をより小さくすることができる。

上記半導体発光装置において、好ましくは、光拡散部は、半導体発光素子から離間して配置されている。このように構成すれば、半導体発光素子近傍での光の指向性についての問題がなくなるので、半導体発光素子からの出射光をより均一に拡散することができる。

上記半導体発光装置において、好ましくは、蛍光体を含む波長変換部をさらに備える。このように構成すれば、半導体発光素子からの出射光が波長変換されるので、半導体発光素子からの出射光とは異なる色調の光を得ることができる。

この場合、好ましくは、波長変換部は、シート状に成形されているとともに、光拡散部は、波長変換部の表面上または裏面上に形成されている。このように構成すれば、半導体発光素子上に波長変換部を容易に配置することができるので、容易に製造することができる、波長変換部を備えた半導体発光装置を得ることができる。

まず、本発明の基礎となる半導体発光装置の参考形態について説明する。

（第１参考形態）
図８は、本発明の第１参考形態によるＬＥＤランプ（半導体発光装置）の構成を模式的に示した断面図である。図９〜図１２は、図８のＬＥＤランプの構成を説明するための図である。図８〜図１２を参照して、本発明の第１参考形態によるＬＥＤランプ５０の構成について説明する。なお、この参考形態では、半導体発光装置の一例であるＬＥＤランプに本発明を適用した場合について説明する。

図８に示すように、本発明の第１参考形態による砲弾型のＬＥＤランプ５０では、発光波長ピークが約３９０ｎｍ〜約４１０ｎｍの紫外発光のＬＥＤ１が、半田など（図示せず）によって金属製のフレーム２の凹部底面に固定されている。これにより、ＬＥＤ１のｐ側電極（図示せず）は、フレーム２と電気的に接続されている。また、フレーム２の凹部内面は、ＬＥＤ１からの出射光が反射しやすいように鏡面状に仕上げられており、光反射部として機能するように構成されている。また、フレーム２には、第１のリード３の一方の端部が取り付けられている。また、ＬＥＤ１のｎ側電極は（図示せず）、金属製のワイヤー４を介して第２のリード５の一方の端部と電気的に接続されている。なお、ＬＥＤ１は、本発明の「半導体発光素子」の一例である。

フレーム２の凹部内には、底面側（矢印Ｘ１方向側）に配置されたＬＥＤ１を覆う第１の樹脂部６と、第１の樹脂部６の矢印Ｘ２方向側に配置された第２の樹脂部７とが形成されており、第１の樹脂部６および第２の樹脂部７は、共に、シリコン樹脂から構成されている。

第１の樹脂部６と第２の樹脂部７との間に、約３ｎｍの膜厚を有するＡｌ薄膜からなる光拡散部１８が真空蒸着法により形成されている。なお、真空蒸着法は、本発明の「気相成長法」の一例である。次に、光拡散部１８の構成について詳細に説明する。

第１参考形態では、光拡散部１８は、第１の樹脂部６の表面の全体にわたって形成されている。また、光拡散部１８は、第１の樹脂部６の表面形状に沿って、湾曲するように形成されている。また、Ａｌ薄膜からなる光拡散部１８の厚みは約３ｎｍであり、第１の樹脂部６および第２の樹脂部７の厚みよりも小さく形成されている。また、図８および図９に示すように、Ａｌ薄膜は、島状に形成されており、約３ｎｍの膜厚では連続膜とはなっていない。すなわち、約３ｎｍの膜厚のＡｌ薄膜は、図９に示すように、平面的に見て、第１の樹脂部６の微細な凹部に複数の島状に形成されている。たとえば、図１０および図１１に示すように、膜厚が大きく（約６ｎｍ（図１０参照）、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ（図１１参照））なれば、各島が大きくなり、各島間隔が小さくなるので、連続膜に近づく。

また、図１２に示すように、光拡散部１８の各島が第１の樹脂部６の微細な凹部に形成されるので、各島の底部側（第１の樹脂部６と当接する側）は、第１の樹脂部６の微細な凹部の形状に沿って曲面に形成されている。これにより、第１の樹脂部６を通って光拡散部１８に到達する出射光は、各島の底部の曲面により拡散され易い。

また、ＬＥＤ１を含むフレーム２、ワイヤー４およびワイヤー４と第２のリード５との接続部を密封するように、シリコン樹脂からなる砲弾状の封止部９が形成されている。また、第１のリード３および第２のリード５の他方の端部は、封止部９から露出している。このようにして、本発明の第１参考形態によるＬＥＤランプ５０が構成されている。

図１３は、図８のＬＥＤランプに用いたＬＥＤの構成とフレーム内への設置状態とを模式的に示した断面図である。図１３に示すように、ＬＥＤ１は、それぞれＧａＮ系半導体材料からなるｐ型クラッド層などのｐ側層１１ａ、発光層１１ｂおよびｎ型クラッド層などのｎ側層１１ｃがこの順に積層された半導体素子層１１を備えている。ｐ側層１１ａの下面上には第１のｐ側電極１２が形成されている。また、第１のｐ側電極１２は、半田など（図示せず）を介してｐ型Ｇｅからなる支持基板１３上に接合されている。また、支持基板１３の下面上には、第２のｐ側電極１４が形成されている。さらに、ｎ側層１１ｃ上には、透光性のｎ側電極１５が形成されている。

なお、半導体素子層１１は、ＧａＮからなる成長基板上にｎ側層１１ｃ、発光層１１ｂおよびｐ側層１１ａの順に成長された層である。また、この成長基板は、第１のｐ側電極１２および半田など（図示せず）を介して半導体素子層１１と支持基板１３とを接合した後、ｎ側層１１ｃとの界面付近で剥がされている。

支持基板１３は、第２のｐ側電極１４および半田など（図示せず）を介してフレーム２の凹部底面に固定されるとともに、電気的に接続されている。また、ｎ側電極１５上には、第２のリード５（図８参照）と接続されているワイヤー４の一端がボンディングされている。

このＬＥＤ１は、上記したように、成長基板に一旦成長されたＧａＮ系半導体素子層１１を支持基板１３に貼り替えた構造を有しており、ＬＥＤ１の上面側の面積に比べて側面側の面積が小さい。したがって、このＬＥＤ１の出射光は、主に、ＬＥＤ１の上面（ｎ側電極１５）側からこの面に垂直な方向（矢印Ｘ２方向）に出射する指向性を有している。

第１参考形態では、上記のように、厚みの小さいＡｌ薄膜の光拡散部１８を設けることによって、光拡散部１８の内部では出射光の波長レベルで透過率や屈折率などの光学特性を均一にすることができる。これにより、光拡散部１８の場所によって光拡散の程度が変わることがなく、拡散剤を含む厚みの大きい光拡散部と比べて光拡散の場所むらを低減することができる。その結果、ＬＥＤ１からの出射光をその出射方向によらず、均一に拡散することができるので、出射光の光強度および色調などの指向性を小さくすることができる。なお、光拡散部１８がＡｌ薄膜の場合、出射光は主に反射によって拡散されると考えられる。また、拡散剤を含む光拡散部とは異なり、薄膜状の光拡散部１８を用いることによって、光拡散部１８の厚みを小さく（約３ｎｍ）することができるので、出射光が反射する回数を少なくすることができる。これにより、外部に放出される光出力が低下するのを抑制することができる。

また、第１参考形態では、Ａｌ薄膜の光拡散部１８を、複数の島状に形成することによって、出射光が各島間から外部に放出され易いので、光出力が低下するのを抑制することができる。

また、第１参考形態では、光拡散部１８を、真空蒸着法により形成することによって、光拡散部１８の内部が均質な材料で構成されるので、出射光の光強度の指向性を小さくすることができる。

また、第１参考形態では、光拡散部１８をＡｌ薄膜で構成することによって、光拡散部１８内での光吸収を抑制することができるとともに、反射率を大きくすることができる。これにより、ＬＥＤ１からの出射光を均一に拡散することができる。

また、薄膜状の光拡散部１８を第１の樹脂部６の矢印Ｘ２方向側の表面上に形成することによって、光拡散部１８がＬＥＤ１から離間して配置されるので、ＬＥＤ１近傍での光の指向性についての問題がなくなる。その結果、ＬＥＤ１からの出射光を均一に拡散することができる。また、フレーム２の凹部内面が光反射部として機能するので、ＬＥＤ１からの出射光および光拡散部１８からの拡散光を効率よく上方（矢印Ｘ２方向）に反射することができる。

ここで、第１参考形態によるＬＥＤランプ５０における薄膜状の光拡散部１８の効果について評価を行った結果を説明する。図１４は、本発明の第１参考形態において、Ａｌの薄膜状の光拡散部１８を用いた半導体発光装置の光出力分布を示す特性図である。この光出力分布は、ＬＥＤランプ５０を測定器に設置して、ＦａｒＦｅｉｌｄ測定により、出射光の発光強度の方位分布を測定したもので、ＬＥＤ１が配置されているフレーム２の凹部底面に対して垂直な方向（矢印Ｘ２方向）を９０°、底面に並行な方向（矢印Ｘ２方向に垂直な方向）を０°としている。また、各方向で測定された光出力は、測定値の最大値を基準にして、相対値で示している。また、第１比較例として、第１参考形態のＬＥＤランプ５０において、薄膜状の光拡散部１８を形成していない以外は同様の構成を有するＬＥＤランプを作製し、その光出力分布を評価した。

図１４において、実線は、第１参考形態によるＬＥＤランプ５０の光出力分布を示しており、破線は、第１比較例によるＬＥＤランプの光出力分布を示している。これより、第１比較例のＬＥＤランプからの出射光は、主に９０°方向、すなわち、ＬＥＤ１の配置面であるフレーム２の凹部底面に垂直な方向（矢印Ｘ２方向）に出射しており、ＬＥＤ１の指向性がそのまま反映されている。これに対して、第１参考形態のＬＥＤランプ５０からの出射光は、第１比較例と比べて、０°〜９０°の間の方向の光出力が増加しており、出射光が垂直な方向（矢印Ｘ２方向）以外に拡がっている。また、全光出力を比較すると、第１比較例では約１１．９ｍＷであったのに対して、第１参考形態では約１１．１ｍＷとほぼ等しく、薄膜状の光拡散部１８によって光出力はほとんど低下していないことがわかった。

（第２参考形態）
本発明の第２参考形態によるＬＥＤランプ６０は、図１５に示すように、上記第１参考形態のＬＥＤランプ５０と異なり、第２の樹脂部１７が蛍光体を含有するように構成されている。

この第２参考形態では、第２の樹脂部１７に含有させる蛍光体として、Ｅｕ含有酸化物を含む青色発光蛍光体（Ｂ蛍光体）、Ｃｕ含有硫化物を含む緑色発光蛍光体（Ｇ蛍光体）および硫酸化物を含む赤色発光蛍光体（Ｒ蛍光体）を、Ｂ蛍光体：Ｇ蛍光体：Ｒ蛍光体＝約３：約２：約５の割合で混合したＲＧＢ蛍光体を使用している。また、ＲＧＢ蛍光体は、シリコン樹脂に対して約２０％の重量割合で均一に混合されている。

なお、第２参考形態のその他の構造は、上記第１参考形態と同様である。

第２参考形態では、上記のように、第２の樹脂部１７にＲＧＢ蛍光体を含有させることによって、第２の樹脂部７が波長変換部として機能する。これにより、第２の樹脂部１７中のＲＧＢ蛍光体がＬＥＤ１から出射された紫外光によりそれぞれ励起されるので、ＬＥＤ１から出射された紫外光は、赤色、緑色および青色に変換される。そして、これらが混色されることにより、白色光を実現することができる。

ここで、第２参考形態によるＬＥＤランプ６０における薄膜の光拡散部１８の効果について評価を行った結果について説明する。図１６は、本発明の第２参考形態において、Ａｌの薄膜状の光拡散部１８を用いたＬＥＤランプの色温度の角度依存性を示す特性図である。この色温度の角度依存性は、光出力の代わりに分光分布を測定する以外は図１４で示した光出力分布の測定と同様に測定した。そして、測定した分光分布から各方向における色温度を算出した。また、第２比較例として、第２参考形態のＬＥＤランプ６０において、薄膜の光拡散部１８を形成していない以外は同様の構成を有するＬＥＤランプを作製し、その色温度の角度依存性を評価した。

図１６において、実線は、第２参考形態によるＬＥＤランプの色温度分布を示しており、破線は、第２比較例によるＬＥＤランプの色温度分布を示している。これより、第２比較例のＬＥＤランプからの出射光は、主に９０°方向、すなわち、ＬＥＤ１の配置面であるフレーム２の凹部底面に垂直な方向（矢印Ｘ２方向）の色温度が最も大きく、出射方向によって３０００Ｋ以上の差が生じている。また、色温度のばらつき（標準偏差／平均値）は、約０．２５３４であった。これに対して、第２参考形態のＬＥＤランプ６０からの出射光も９０°方向（矢印Ｘ２方向）の色温度が最も大きくなっているが、第２比較例の場合よりも２０００Ｋ以上小さくなっており、その結果、他の方向との色温度差も１０００Ｋ以下に減少している。また、色温度のばらつき（標準偏差／平均値）も、約０．１５６８に減少していた。すなわち、第２参考形態によるＬＥＤランプでは、Ａｌ薄膜の光拡散部１８の形成によって色むらが低減されていることがわかった。

第２参考形態では、ＬＥＤ１から出射した紫外光は、Ａｌ薄膜の光拡散部１８により均一に拡散されるので、第２の樹脂部１７中に分散するＲＧＢ蛍光体を均一に励起することができる。その結果、見る角度によらず、均一な色調の白色光を得ることができる。

なお、第２参考形態のその他の効果は、上記第１参考形態と同様である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるＬＥＤランプ（半導体発光装置）の構成を模式的に示した断面図である。図２〜図５は、図１のＬＥＤランプの構成を説明するための図である。図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態によるＬＥＤランプ１０の構成について説明する。

本発明の第１実施形態によるＬＥＤランプ１０は、上記第１参考形態のＬＥＤランプ５０と異なり、光拡散部８がＡｇ薄膜からなるように構成されている。第１実施形態のＬＥＤランプ１０のその他の構成は、上記第１参考形態のＬＥＤランプ５０と同様であり、第１参考形態と同一部分には同一符号を付している。

図１に示すように、本発明の第１実施形態による砲弾型のＬＥＤランプ１０では、発光波長ピークが約３９０ｎｍ〜約４１０ｎｍの紫外発光のＬＥＤ１が、半田など（図示せず）によって金属製のフレーム２の凹部底面に固定されている。これにより、ＬＥＤ１のｐ側電極（図示せず）は、フレーム２と電気的に接続されている。また、フレーム２の凹部内面は、ＬＥＤ１からの出射光が反射しやすいように鏡面状に仕上げられており、光反射部として機能するように構成されている。また、フレーム２には、第１のリード３の一方の端部が取り付けられている。また、ＬＥＤ１のｎ側電極は（図示せず）、金属製のワイヤー４を介して第２のリード５の一方の端部と電気的に接続されている。なお、ＬＥＤ１は、本発明の「半導体発光素子」の一例である。

第１の樹脂部６と第２の樹脂部７との間に、約３ｎｍの膜厚を有するＡｇ薄膜からなる光拡散部８が電子ビーム蒸着法により形成されている。なお、電子ビーム蒸着法は、本発明の「気相成長法」の一例である。次に、光拡散部８の構成について詳細に説明する。

第１実施形態では、光拡散部８は、第１の樹脂部６の表面の全体にわたって形成されている。また、光拡散部８は、第１の樹脂部６の表面形状に沿って、湾曲するように形成されている。また、Ａｇ薄膜からなる光拡散部８の厚みは約３ｎｍであり、第１の樹脂部６および第２の樹脂部７の厚みよりも小さく形成されている。また、図２および図３に示すように、Ａｇ薄膜は、島状に形成されており、約３ｎｍの膜厚では連続膜とはなっていない。すなわち、約３ｎｍの膜厚のＡｇ薄膜は、図２に示すように、平面的に見て、第１の樹脂部６の微細な凹部に複数の島状に形成されている。たとえば、図３および図４に示すように、膜厚が大きく（約６ｎｍ（図３参照）、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ（図４参照））なれば、各島が大きくなり、各島間隔が小さくなるので、連続膜に近づく。

また、図５に示すように、光拡散部８の各島が第１の樹脂部６の微細な凹部に形成されるので、各島の底部側（第１の樹脂部６と当接する側）は、第１の樹脂部６の微細な凹部の形状に沿って曲面に形成されている。これにより、第１の樹脂部６を通って光拡散部８に到達する出射光は、各島の底部の曲面により拡散され易い。

また、ＬＥＤ１を含むフレーム２、ワイヤー４およびワイヤー４と第２のリード５との接続部を密封するように、シリコン樹脂からなる砲弾状の封止部９が形成されている。また、第１のリード３および第２のリード５の他方の端部は、封止部９から露出している。このようにして、本発明の第１実施形態によるＬＥＤランプ１０が構成されている。

図６は、図１のＬＥＤランプに用いたＬＥＤの構成とフレーム内への設置状態とを模式的に示した断面図である。図６に示すように、ＬＥＤ１は、それぞれＧａＮ系半導体材料からなるｐ型クラッド層などのｐ側層１１ａ、発光層１１ｂおよびｎ型クラッド層などのｎ側層１１ｃがこの順に積層された半導体素子層１１を備えている。ｐ側層１１ａの下面上には第１のｐ側電極１２が形成されている。また、第１のｐ側電極１２は、半田など（図示せず）を介してｐ型Ｇｅからなる支持基板１３上に接合されている。また、支持基板１３の下面上には、第２のｐ側電極１４が形成されている。さらに、ｎ側層１１ｃ上には、透光性のｎ側電極１５が形成されている。

第１実施形態では、上記のように、厚みの小さいＡｇ薄膜の光拡散部８を設けることによって、第１参考形態と同様に、光拡散部８の内部では出射光の波長レベルで透過率や屈折率などの光学特性を均一にすることができる。これにより、光拡散部８の場所によって光拡散の程度が変わることがなく、拡散剤を含む厚みの大きい光拡散部と比べて光拡散の場所むらを低減することができる。その結果、ＬＥＤ１からの出射光をその出射方向によらず、均一に拡散することができるので、出射光の光強度および色調などの指向性を小さくすることができる。なお、光拡散部８がＡｇ薄膜の場合、出射光は主に反射によって拡散されると考えられる。また、拡散剤を含む光拡散部とは異なり、薄膜状の光拡散部８を用いることによって、光拡散部８の厚みを小さく（約３ｎｍ）することができるので、出射光が反射する回数を少なくすることができる。これにより、外部に放出される光出力が低下するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、Ａｇ薄膜の光拡散部８を、複数の島状に形成することによって、出射光が各島間から外部に放出され易いので、光出力が低下するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、光拡散部８を、電子ビーム蒸着法により形成することによって、高融点金属の高純度な成膜を実現することができる。そのため、光拡散部８の内部が均質な材料で構成されるので、出射光の光強度の指向性を小さくすることができる。

また、第１実施形態では、光拡散部８をＡｇ薄膜で構成することによって、光拡散部８内での光吸収を抑制することができるとともに、反射率を大きくすることができる。これにより、ＬＥＤ１からの出射光を均一に拡散することができる。

さらに、薄膜状の光拡散部８の材料として、融点の高い材料であるＡｇを用いることで、ＬＥＤ１からの光を一部吸収して温度上昇したときにも、材料的に変質して反射率が変化したり、島状の形状が変形して、島間の間隔や島部の底部の形状が変化することがない。ここで、第１参考形態の光拡散部８の材料であるＡｌの融点（６６０℃）に対して、Ａｇの融点（９６２℃）は１．５倍程度である。

即ち、ＬＥＤ１からの光強度が高くなれば、薄膜状の光拡散部８が１００℃以上の温度に上昇することが考えられ、光拡散部８の材料の融点よりも低い温度であっても、長期間使用して、そのような温度状態が長期間継続されると、材料的な変質や、材料の軟化等に伴う形状の変化が起こる。その場合、高い融点を持つ材料の方が、材料的な変質や、材料の軟化等に伴う形状の変化が起こりにくい。

そのため、第１参考形態で用いたＡｌよりも融点の高い材料であるＡｇを、薄膜状の光拡散部８の材料として用いることで、光拡散を経時的に安定して行うことができ、ＬＥＤランプ１０の信頼性を向上させることができる。

また、薄膜状の光拡散部８を第１の樹脂部６の矢印Ｘ２方向側の表面上に形成することによって、光拡散部８がＬＥＤ１から離間して配置されるので、ＬＥＤ１近傍での光の指向性についての問題がなくなる。その結果、ＬＥＤ１からの出射光を均一に拡散することができる。また、フレーム２の凹部内面が光反射部として機能するので、ＬＥＤ１からの出射光および光拡散部８からの拡散光を効率よく上方（矢印Ｘ２方向）に反射することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるＬＥＤランプ２０は、図７に示すように、上記第２参考形態のＬＥＤランプ６０と異なり、光拡散部８がＡｇ薄膜からなるように構成されている。第２実施形態のＬＥＤランプ２０のその他の構成は、上記第２参考形態のＬＥＤランプ６０と同様であり、第２参考形態と同一部分には同一符号を付している。

この第２実施形態では、第２の樹脂部１７に含有させる蛍光体として、Ｅｕ含有酸化物を含む青色発光蛍光体（Ｂ蛍光体）、Ｃｕ含有硫化物を含む緑色発光蛍光体（Ｇ蛍光体）および硫酸化物を含む赤色発光蛍光体（Ｒ蛍光体）を、Ｂ蛍光体：Ｇ蛍光体：Ｒ蛍光体＝約３：約２：約５の割合で混合したＲＧＢ蛍光体を使用している。また、ＲＧＢ蛍光体は、シリコン樹脂に対して約２０％の重量割合で均一に混合されている。

なお、第２実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、上記のように、第２の樹脂部１７にＲＧＢ蛍光体を含有させることによって、第２の樹脂部１７が波長変換部として機能する。これにより、第２の樹脂部１７中のＲＧＢ蛍光体がＬＥＤ１から出射された紫外光によりそれぞれ励起されるので、ＬＥＤ１から出射された紫外光は、赤色、緑色および青色に変換される。そして、これらが混色されることにより、白色光を実現することができる。

第２実施形態では、ＬＥＤ１から出射した紫外光は、Ａｇ薄膜の光拡散部８により均一に拡散されるので、第２の樹脂部１７中に分散するＲＧＢ蛍光体を均一に励起することができる。その結果、見る角度によらず、均一な色調の白色光を得ることができる。

また、第２実施形態では、厚みの小さいＡｇ薄膜の光拡散部８を設けることによって、第２参考形態と同様に、光拡散部８の内部では出射光の波長レベルで透過率や屈折率などの光学特性を均一にすることができる。これにより、光拡散部８の場所によって光拡散の程度が変わることがなく、拡散剤を含む厚みの大きい光拡散部と比べて光拡散の場所むらを低減することができる。その結果、ＬＥＤ１からの出射光をその出射方向によらず、均一に拡散することができるので、出射光の光強度および色調などの指向性を小さくすることができる。なお、光拡散部８がＡｇ薄膜の場合、出射光は主に反射によって拡散されると考えられる。また、拡散剤を含む光拡散部とは異なり、薄膜状の光拡散部８を用いることによって、光拡散部８の厚みを小さく（約３ｎｍ）することができるので、出射光が反射する回数を少なくすることができる。これにより、外部に放出される光出力が低下するのを抑制することができる。

また、第２実施形態では、Ａｇ薄膜の光拡散部８を、複数の島状に形成することによって、出射光が各島間から外部に放出され易いので、光出力が低下するのを抑制することができる。

また、第２実施形態では、光拡散部８を、電子ビーム蒸着法により形成することによって、高融点金属の高純度な成膜を実現することができる。そのため、光拡散部８の内部が均質な材料で構成されるので、出射光の光強度の指向性を小さくすることができる。

また、第２実施形態では、光拡散部８をＡｇ薄膜で構成することによって、光拡散部８内での光吸収を抑制することができるとともに、反射率を大きくすることができる。これにより、ＬＥＤ１からの出射光を均一に拡散することができる。

即ち、ＬＥＤ１からの光強度が高くなれば、薄膜状の光拡散部８が１００℃以上の温度に上昇することが考えられ、光拡散部８の材料の融点よりも低い温度であっても、長期間使用して、そのような温度状態が長期間継続されると、材料的な変質や、材料の軟化等に伴う形状の変化が起こる。その場合、高い融点も持つ材料の方が、材料的な変質や、材料の軟化等に伴う形状の変化が起こりにくい。

（第３実施形態）
図１７は、本発明の第３実施形態によるＬＥＤランプの構成を模式的に示した断面図である。本発明の第３実施形態によるＬＥＤランプ３０は、上記第１実施形態のＬＥＤランプ１０と異なり、ＬＥＤ３１が絶縁性のフレーム３２に形成された凹部底面に配置されている。なお、ＬＥＤ３１は、本発明の「半導体発光素子」の一例である。

図１７に示すように、本発明の第３実施形態による表面実装型のＬＥＤランプ３０では、上記第１実施形態のＬＥＤ１と同様の構成を有する紫外発光のＬＥＤ３１が、絶縁性のフレーム３２に形成された凹部底面に配置されている。フレーム３２の凹部内面は、ＬＥＤ１からの出射光が反射しやすいように鏡面状に仕上げられており、光反射部として機能するように構成されている。また、フレーム３２の凹部底面には、第１のリード３３および第２のリード３５が配置されており、ＬＥＤ３１は、半田など（図示せず）によってフレーム３２の凹部底面の第１のリード３３上に固定されている。これにより、ＬＥＤ３１の一方の電極（図示せず）は、第１のリード３３に電気的に接続されている。第１のリード３３および第２のリード３５は、それぞれ、フレーム３２内を貫通して、フレーム３２の外縁に沿ってフレーム３２の底面に延伸している。また、ＬＥＤ３１の他方の電極（図示せず）は、金属製のワイヤー３４を介して第２のリード３５と電気的に接続されている。

ここで、第３実施形態では、フレーム３２の凹部上には、上記第２実施形態の第２の樹脂部１７に含有させたものと同様の青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および赤色発光蛍光体からなるＲＧＢ蛍光体が含有されたシリコン樹脂からなる蛍光体シート３７が形成されている。蛍光体シート３７の裏面（矢印Ｙ１方向側の面）には、約３ｎｍの膜厚を有するＡｇ薄膜からなる光拡散部３８が電子ビーム蒸着法により形成されている。なお、Ａｇ薄膜は、上記第１実施形態と同様に、島状成長により形成されており、連続膜とはなっていない。また、光拡散部３８とＬＥＤ３１との間は、空間となっている。このようにして、本発明の第３実施形態によるＬＥＤランプ３０が構成されている。なお、蛍光体シート３７は、本発明の「波長変換部」の一例である。

第３実施形態では、上記のように、蛍光体シート３７にＲＧＢ蛍光体を含有させることによって、蛍光体シート３７が波長変換部として機能する。これにより、蛍光体シート３７中のＲＧＢ蛍光体がＬＥＤ３１から出射された紫外光によりそれぞれ励起されるので、ＬＥＤ３１から出射された紫外光は、赤色、緑色および青色に変換される。そして、これらが混色されることにより、白色光を実現することができる。この際、ＬＥＤ３１から出射した紫外光は、Ａｇ薄膜の光拡散部３８により均一に拡散されるので、蛍光体シート３７中に分散するＲＧＢ蛍光体を均一に励起することができる。その結果、見る角度によらず、均一な色調の白色光を得ることができる。

また、第３実施形態では、波長変換部としてシート状に成形された蛍光体シート３７を設けることによって、ＬＥＤ３１上に波長変換部を容易に配置することができるので、容易に製造することができる、波長変換部を備えたＬＥＤ３０を得ることができる。

また、第３実施形態では、Ａｇ薄膜の光拡散部３８を蛍光体シート３７の裏面（矢印Ｙ１方向側の面）に形成することによって、光拡散部３８とＬＥＤ３１とが離間されるので、ＬＥＤ３１近傍での光の指向性についての問題がなくなる。これにより、ＬＥＤ３１からの出射光および蛍光体シート３７からの蛍光を均一に拡散することができる。また、フレーム３２の凹部内面が光反射部として機能するので、ＬＥＤ３１からの出射光、光拡散部３８からの拡散光、および、蛍光体シート３７からの蛍光を効率よく反射することができる。

また、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、厚みの小さいＡｇ薄膜の光拡散部８を設けることによって、光拡散部８の内部では出射光の波長レベルで透過率や屈折率などの光学特性を均一にすることができる。これにより、光拡散部８の場所によって光拡散の程度が変わることがなく、拡散剤を含む厚みの大きい光拡散部と比べて光拡散の場所むらを低減することができる。その結果、ＬＥＤ１からの出射光をその出射方向によらず、均一に拡散することができるので、出射光の光強度および色調などの指向性を小さくすることができる。なお、光拡散部８がＡｇ薄膜の場合、出射光は主に反射によって拡散されると考えられる。また、拡散剤を含む光拡散部とは異なり、薄膜状の光拡散部８を用いることによって、光拡散部８の厚みを小さく（約３ｎｍ）することができるので、出射光が反射する回数を少なくすることができる。これにより、外部に放出される光出力が低下するのを抑制することができる。

また、第３実施形態では、Ａｇ薄膜の光拡散部８を、複数の島状に形成することによって、出射光が各島間から外部に放出され易いので、光出力が低下するのを抑制することができる。

また、第３実施形態では、光拡散部８を、電子ビーム蒸着法により形成することによって、高融点金属の高純度な成膜を実現することができる。そのため、光拡散部８の内部が均質な材料で構成されるので、出射光の光強度の指向性を小さくすることができる。

また、第３実施形態では、光拡散部８をＡｇ薄膜で構成することによって、光拡散部８内での光吸収を抑制することができるとともに、反射率を大きくすることができる。これにより、ＬＥＤ１からの出射光を均一に拡散することができる。

そのため、第１参考形態で用いたＡｌよりも融点の高い材料であるＡｇを、薄膜状の光拡散部８の材料として用いることで、光拡散を経時的に安定して行うことができ、ＬＥＤランプ３０の信頼性を向上させることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態によるＬＥＤランプは、上記第１実施形態のＬＥＤランプ１０と異なり、光拡散部８がＲｈ薄膜からなるように構成されている。第４実施形態のＬＥＤランプのその他の構成は、上記第１実施形態のＬＥＤランプ１０と同様であり、第１実施形態と同一部分には同一符号を付している。

薄膜状の光拡散部８の材料として、融点の高いＲｈを用いることで、ＬＥＤ１からの光を一部吸収して温度上昇したときにも、材料的に変質して反射率が変化したり、島状の形状が変形して、島間の間隔が変化することがない。ここで、第１参考形態の光拡散部１８の材料であるＡｌの融点（６６０℃）に対して、Ｒｈの融点（１９６４℃）は３倍程度であり、Ａｇの融点（９６２℃）よりも高い。

そのため、上記第１実施形態のＡｇを薄膜状の光拡散部８の材料として用いた場合と同様にして、光拡散を経時的に安定して行うことができ、ＬＥＤランプ１０の信頼性を向上させることができる。

さらに、Ｒｈは、ＡｌやＡｇに比べて、酸化されにくいため、ＬＥＤランプ１０の形成過程や経時的に酸化されて、光拡散部８の反射率が低下する等により、光拡散効果が低下するのを抑制することができる。

なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態によるＬＥＤランプは、上記第１実施形態のＬＥＤランプ１０と異なり、光拡散部８がＰｔ薄膜からなるように構成されている。第５実施形態のＬＥＤランプのその他の構成は、上記第１実施形態のＬＥＤランプ１０と同様であり、第１実施形態と同一部分には同一符号を付している。

薄膜状の光拡散部８の材料として、融点の高いＰｔを用いることで、ＬＥＤ１からの光を一部吸収して温度上昇したときにも、材料的に変質して反射率が変化したり、島状の形状が変形して、島間の間隔が変化することがない。ここで、第１参考形態の光拡散部１８の材料であるＡｌの融点（６６０℃）に対して、Ｐｔの融点（１７６８℃）は３倍程度であり、Ａｇの融点（９６２℃）よりも高い。

さらに、Ｐｔは、ＡｌやＡｇに比べて、酸化されにくいため、ＬＥＤランプ１０の形成過程や経時的に酸化されて、光拡散部８の反射率が低下する等により、光拡散効果が低下するのを抑制することができる。

なお、第５実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態によるＬＥＤランプは、上記第１実施形態のＬＥＤランプ１０と異なり、光拡散部８がＰｄ薄膜からなるように構成されている。第６実施形態のＬＥＤランプのその他の構成は、上記第１実施形態のＬＥＤランプ１０と同様であり、第１実施形態と同一部分には同一符号を付している。

薄膜状の光拡散部８の材料として、融点の高いＰｄを用いることで、ＬＥＤ１からの光を一部吸収して温度上昇したときにも、材料的に変質して反射率が変化したり、島状の形状が変形して、島間の間隔が変化することがない。ここで、第１参考形態の光拡散部１８の材料であるＡｌの融点（６６０℃）に対して、Ｐｄの融点（１５５５℃）は２倍以上であり、Ａｇの融点（９６２℃）よりも高い。

さらに、Ｐｄは、ＡｌやＡｇに比べて、酸化されにくいため、ＬＥＤランプ１０の形成過程や経時的に酸化されて、光拡散部８の反射率が低下する等により、光拡散効果が低下するのを抑制することができる。

なお、第６実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態によるＬＥＤランプは、上記第１実施形態のＬＥＤランプ１０と異なり、光拡散部８がＲｈとＡｇの混合薄膜からなるように構成されている。第７実施形態のＬＥＤランプのその他の構成は、上記第１実施形態のＬＥＤランプ１０と同様であり、第１実施形態と同一部分には同一符号を付している。

ここで、ＲｈとＡｇの混合薄膜は、部分的にＲｈ薄膜とＡｇ薄膜との領域が分散している膜であってもよく、ＲｈとＡｇの合金の膜であってもよい。

薄膜状の光拡散部８の材料として、融点の高いＲｈ及びＡｇを用いることで、ＬＥＤ１からの光を一部吸収して温度上昇したときにも、材料的に変質して反射率が変化したり、島状の形状が変形して、島間の間隔が変化することがない。

さらに、上記第１実施形態のＡｇのみを薄膜状の光拡散部８の材料として用いた場合と比較して、より融点の高いＲｈを混合しているため、さらに、材料的な変質がしにくく、形状も変化しにくいため、光拡散を経時的により安定して行うことができ、ＬＥＤランプ１０の信頼性を向上させることができる。

また、Ａｇは、Ｒｈに比べて、密着性が高いので、光拡散部８と波長変換部等との界面で隔離が起こりにくくなり、ＬＥＤランプ１０の信頼性を向上させることができる。

なお、第７実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

また、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１実施形態、上記第２実施形態、上記第４実施形態から第７実施形態では、薄膜状の光拡散部を、第１の樹脂部と第２の樹脂部との間に形成する構成を示したが、本発明はこれに限らず、第２の樹脂部の矢印Ｘ２方向側（図１参照）に形成してもよい。

また、上記第１実施形態および上記第２実施形態では、発光体を含有しない第１の樹脂部および第２の樹脂部を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、第１の樹脂部のみに発光体を含有させてもよいし、第１の樹脂部および第２の樹脂部の両方に発光体を含有させてもよい。

また、上記第３実施形態では、光拡散部３８を蛍光体シート３７の裏面（矢印Ｙ１方向側の面）、すなわち、ＬＥＤ３１に対向する側の蛍光体シート３７の面上に形成する構成を示したが、本発明はこれに限らず、図１８に示すように、光拡散部３８を蛍光体シート３７の上面（矢印Ｙ２方向側の面）、すなわち、ＬＥＤ３１とは反対側に位置する蛍光体シート３７の面上に形成してもよい。なお、上記第４実施形態の光拡散部４１についても、上記同様に、蛍光体シート３７の上面（矢印Ｙ２方向側の面）に形成してもよい。

また、上記第３実施形態では、蛍光体を含有する蛍光体シートを設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、蛍光体シートの替わりに蛍光体を含有しない樹脂シートを設けてもよい。

また、薄膜状の光拡散部は、電子ビーム蒸着法以外に、真空蒸着法、スパッタ法およびＣＶＤ法などの気相成長法により形成してもよい。なお、薄膜状の光拡散部の膜厚は、透光性を有していれば特に制約はないが、光拡散部での光吸収を抑制するためには、１００ｎｍ以下であることが好ましい。特に、薄膜状の光拡散部を上記金属薄膜で構成する場合には、その膜厚は、１０ｎｍ以下とすることが好ましい。

また、上記第１実施形態〜上記第７実施形態では、半導体発光素子の一例として、紫外発光のＬＥＤを示したが、本発明はこれに限らず、半導体発光素子として、可視光を発光するＬＥＤを用いてもよい。この場合、例えば、青色に発光する半導体発光素子を用いて、黄色蛍光発光体を含む波長変換部を励起して、青色と黄色の補色の混合によって白色発光させてもよい。

また、ＬＥＤの構造としては、貼り替え型のＬＥＤ以外の構造のＬＥＤを用いてもよい。また、ＬＥＤからの出射光の指向性についても、指向性が小さく、均一発光をするＬＥＤを用いてもよい。

本発明の第１実施形態によるＬＥＤランプ（半導体発光装置）の構成を模式的に示した断面図である。図１に示したＬＥＤランプの約３ｎｍの膜厚を有する光拡散部を平面的に見た場合の概念図である。本発明の第１実施形態の約６ｎｍの膜厚を有する光拡散部を平面的に見た場合の概念図である。本発明の第１実施形態の約５０〜約１００ｎｍの膜厚を有する光拡散部を平面的に見た場合の概念図である。図１に示したＬＥＤランプの約３ｎｍの膜厚を有する光拡散部を断面的に見た場合の概念図である。図１のＬＥＤランプに用いたＬＥＤの構成とフレーム内への設置状態とを模式的に示した断面図である。本発明の第２実施形態によるＬＥＤランプ（半導体発光装置）の構成を模式的に示した断面図である。本発明の第１参考形態によるＬＥＤランプ（半導体発光装置）の構成を模式的に示した断面図である。図８に示したＬＥＤランプの約３ｎｍの膜厚を有する光拡散部を平面的に見た場合の概念図である。本発明の第１参考形態の約６ｎｍの膜厚を有する光拡散部を平面的に見た場合の概念図である。本発明の第１参考形態の約５０〜約１００ｎｍの膜厚を有する光拡散部を平面的に見た場合の概念図である。図８に示したＬＥＤランプの約３ｎｍの膜厚を有する光拡散部を断面的に見た場合の概念図である。図８のＬＥＤランプに用いたＬＥＤの構成とフレーム内への設置状態とを模式的に示した断面図である。本発明の第１参考形態による半導体発光装置の光出力分布を示す特性図である。本発明の第２参考形態によるＬＥＤランプ（半導体発光装置）の構成を模式的に示した断面図である。本発明の第２参考形態によるＬＥＤランプの色温度の角度依存性を示す特性図である。本発明の第３実施形態によるＬＥＤランプの構成を模式的に示した断面図である。本発明の第３実施形態の変形例を示した断面図である。関連技術のＬＥＤランプ（半導体発光装置）の構成を模式的に示した断面図である。

符号の説明

１、３１ＬＥＤ（半導体発光素子）
７、１７第２の樹脂部（波長変換部）
８、１８、３８光拡散部
１０、２０、３０、５０、６０ＬＥＤランプ（半導体発光装置）
３７蛍光体シート（波長変換部）

Claims

半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の光の出射方向側に配置されたＡｇ、Ｒｈ、Ｐｔ及びＰｄの内の少なくとも１つから構成される薄膜状の光拡散部とを備える、半導体発光装置。
前記薄膜状の光拡散部は、複数の島状の光拡散部を含む、請求項１に記載の半導体発光装置。
前記光拡散部は、気相成長法により形成されている、請求項１または２に記載の半導体発光装置。
前記光拡散部は、前記半導体発光素子から離間して配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
蛍光体を含む波長変換部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
前記波長変換部は、シート状に成形されているとともに、
前記光拡散部は、前記波長変換部の表面上または裏面上に形成されている、請求項５に記載の半導体発光装置。