JP2011515848A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を招来することなく、照射面における色むらを効果的に低減できる半導体発光装置を提供すること。
【解決手段】可視域にピーク波長を有する１次光として青色光を出射する半導体発光素子である青色ＬＥＤ１８と、青色ＬＥＤ１８から入射された青色光の一部を、その波長よりも長波長で可視域にピーク波長を有する２次光として黄色光に変換し、当該黄色光を波長変換されなかった青色光と共に出射する波長変換部材である蛍光体プレート３０とを有し、蛍光体プレート３０は、青色ＬＥＤ１８の出射光路を跨ぐ状態に配置された本体部３９と、本体部３９の光出射側に複数個突出形成された柱状の突起４４からなる出射部４２とを備える。
【選択図】図２

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出射される１次光をこれとは波長の異なる２次光に変換する波長変換部材と、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として、一般的なものは、半導体発光素子の一種である青色ＬＥＤと波長変換物質である黄色蛍光体とを組み合わせたものが知られている。当該白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤを励起源とし、黄色蛍光体を青色光（１次光）で発光させ、蛍光体を透過してくる青色光と蛍光体による黄色光（２次光）とを混色して白色光を生成するものである。

例えば、特許文献１には、青色ＬＥＤチップと、合成樹脂に黄色蛍光体粒子が分散されてなる蛍光体プレートとを有するＬＥＤパッケージが開示されている。
また、特許文献２，３には、蛍光体プレート自身が発光セラミックスの焼結体からなるものが開示されている。

特開２００３−３４７０６１号公報 特開２００６−４９４１０号公報 特開２００７−１５０３３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の白色ＬＥＤパッケージでは、照射面に色むらが生じるといった問題が発生している。このことについて、図１１を参照しながら説明する。
図１１は、従来の白色ＬＥＤパッケージ２００における青色ＬＥＤチップ２０２と蛍光体プレート２０４のみを描いた概念図である。

青色ＬＥＤチップ２０２から出射された青色光は、蛍光体プレート２０４を通過する間に、その一部が黄色光に波長変換される。この場合、蛍光体プレート２０４を通過する距離が長いほど青色光は黄色光に変換される割合が高くなる。このため、蛍光体プレート２０４に垂直に入射した青色光よりも斜めに入射した青色光の方が、黄色光に変換される割合が高くなる。

この結果、青色ＬＥＤチップ２０２の出射面の正面前方の照射面では青味が強く、斜め前方では黄味が強いといったように色むらが生じる。
特許文献１の蛍光体プレート２０４を用いると、合成樹脂に練りこまれた蛍光体粒子が散乱材として機能し、当該蛍光体プレート内において、青色光と黄色光とが若干は混色されることとなり、上記した照射面における色むらはある程度緩和される。

ところが、特許文献２，３の蛍光体プレートでは、このような散乱作用がほとんど発揮されないため、特に、照射面のおける色むらが大きくなっている。
この問題に対処するためには、青色ＬＥＤチップと蛍光体プレートの間の距離を大きくとり、蛍光体プレートの入射面における中央部とその周辺部との青色光の入射角度の差を少なくすることが考えられるが、パッケージの大型化を招来するため好ましくない。

本発明は、上記した課題に鑑み、大型化を招来することなく、照射面における色むらを効果的に低減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装置は、可視域にピーク波長を有する１次光を出射する半導体発光素子と、前記半導体発光素子から入射された１次光の一部を、その波長よりも長波長で可視域にピーク波長を有する２次光に変換し、当該２次光を波長変換されなかった１次光と共に出射する波長変換部材とを有し、前記波長変換部材は、前記半導体発光素子の出射光路を跨ぐ状態に配置された本体部と、当該本体部の光出射側に複数個突出形成された柱状の突起からなる出射部とを備えることを特徴とする。

また、前記突起の先端径が１[μｍ]以上、１００[μｍ]以下の範囲にあり、前記突起の長さが前記先端径の３倍以上、２０倍以下の範囲にあることを特徴とする。さらに、前記突起の先端径が３[μｍ]以上、３０[μｍ]以下の範囲にあることを特徴とする。また、さらに前記突起の先端径が５[μｍ]以上、１０[μｍ]以下の範囲にあることを特徴とする。

また、前記突起の長さが前記先端径の５倍以上、１０倍以下の範囲にあることを特徴とする。
また、前記突起各々の隣接する突起との間隔が１[μｍ]以上、１０[μｍ]以下の範囲にあることを特徴とする。さらに、前記突起各々の隣接する突起との間隔が３[μｍ]以上、８[μｍ]以下の範囲にあることを特徴とする。

また、前記波長変換部材が、セラミックス材料、複合ガラス材料、結晶化ガラス材料、酸化物単結晶材料のいずれか一つからなることを特徴とする。
また、前記半導体発光素子の光射出面と前記波長変換部材の光入射面とが密接させてな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、出射部を構成する各突起において突出基端部から入射された１次光および２次光は、当該突起内で反射を繰り返しながら導波された後、その先端から出射されることとなるため、当該先端からは放射状に広がって１次光および２次光が射出されることとなる。よって、個々の突起間では１次光と２次光の割合が異なっていたとしても、照射面においては、各突起先端から出射された１次および２次光同士が混色されることとなるので、当該照射面における色むらが低減される。

（ａ）は、実施の形態１に係る表面実装型ＬＥＤパッケージの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図である。 （ａ）は、蛍光体プレートの平面図であり、（ｂ）は、図１（ｂ）におけるＢ部詳細図である。 （ａ）は、光導波部の機能を説明するための図であり、（ｂ）は、光導波部の寸法関係を説明するための図である。 上記表面実装型ＬＥＤパッケージにおける色むら抑制効果について説明するための図である。 実施の形態２に係る表面実装型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に係る表面実装型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に係る表面実装型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５に係る表面実装型ＬＥＤパッケージの概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は、実施の形態５の変形例に係る表面実装型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６に係る表面実装型ＬＥＤパッケージにおける一の白色ＬＥＤの概略構成を示す断面図である。 光導波部の変形例を表した図である。 従来技術を説明するための図である。

以下、本発明に係る半導体発光装置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線断面図をそれぞれ示している。なお、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、半導体発光素子の搭載基台となる窒化アルミ（ＡｌＮ）からなる絶縁基板４に配線パターン（図１では不図示）が印刷されてなるプリント配線板６を有する。絶縁基板４の縦×横×厚みの大きさは、３０[ｍｍ]×５０[ｍｍ]×１.５[ｍｍ]である。

プリント配線板６上には、複数個（本例では、５個）の白色ＬＥＤ８が設けられている。これらの白色ＬＥＤ８は、前記配線パターンによって直列に接続されている。当該直列接続における高電位側末端の白色ＬＥＤ８のｐ側電極は、配線パターンの一部を介してアノード端子１０に電気的に接続されており、低電位側末端の白色ＬＥＤ８のｎ側電極は配線パターンの一部を介して、カソード端子１２に接続されている。

白色ＬＥＤ８の各々には、半球状をしたガラスカバー１４が被せられている。
図１（ｂ）におけるＢ部の詳細を図２（ｂ）に示す。図２（ａ）に、後述する蛍光体プレート３０の平面図を示す。

図２（ｂ）に示すように、絶縁基板４上に形成されたＴｉ/Ｐｔ/Ａｕからなる配線パターン１６に、半導体発光素子であるＧａＮ系の青色ＬＥＤ１８が、ＡｕＳｎからなる共晶接合層（不図示）を介して接合されている。

青色ＬＥＤ１８は、絶縁基板４側から、Ａｇ/Ｐｔ/Ａｕ膜からなるｐ側電極（不図示）、ｐ−ＧａＮ系半導体層２０、ＩｎＧａＮ系量子井戸発光層２２、ｎ−ＧａＮ系半導体層２４、およびＴｉ/Ｐｔ/Ａｕ膜からなるｎ側電極２６この順に積層されてなるものである。ｐ−ＧａＮ系半導体層２０の厚みは２００[ｎｍ]、ｎ−ＧａＮ系半導体層２４の厚みは６[μｍ]であり、青色ＬＥＤ１８の平面視でのサイズは１ｍｍ角である。ｎ側電極２６は、ｎ−ＧａＮ系半導体層２４の周縁に沿った枠状をしている。なお、ｐ−ＧａＮ系半導体層２０、発光層２２、ｎ−ＧａＮ系半導体層２４は、不図示のサファイア基板上にエピタキシャル成長により形成されたものが、当該サファイア基板から分離されたものである。

発光層２２からは、可視域に属する４４０〜４７０[ｎｍ]のピーク波長を有する青色光が出射される。ここで可視域は、３８０[ｎｍ]以上７８０[ｎｍ]以下の範囲を指す。青色ＬＥＤ１８からの光取り出し効率を改善するため、ｎ−ＧａＮ系半導体層２４の上面（光出射面）は、ＫＯＨ溶液中で光照射することによって、数μｍの凹凸面に形成されている。

青色ＬＥＤ１８の側面には、窒化珪素からなる無機性の絶縁膜２８が形成されている。
絶縁基板４と対向させ、青色ＬＥＤ１４の出射光路を跨ぐ状態に、波長変換部材である蛍光体プレート３０が配置されている。蛍光体プレート３０は、セリウム（Ｃｅ）をドープしたＹＡＧセラミックスからなる。蛍光体プレートの屈折率は１．８３である。蛍光体プレート３０の下面（光入射面）は、サンドブラストにより数μｍの凹凸面に形成されている。

蛍光体プレート３０と青色ＬＥＤ１８の隙間を本例のように中空としても、上記したように互いに対向する蛍光体プレート３０の下面と青色ＬＥＤ１８の光取り出し面に凹凸面を形成することにより、両者の屈折率差による界面での反射を抑制することが可能となり、より多くの青色光を蛍光体プレート３０に入射することが可能となる。

なお、蛍光体プレートの厚みは賦活剤の濃度及び機械的強度、採用するプロセスに依存し、２０[μｍ]以上、１[ｍｍ]以下が好ましい。賦活剤濃度を高くすることで蛍光体プレートを薄くすることが可能になり、より小型、薄型の白色光源を実現することが可能になる。賦活剤濃度を低くすると蛍光体プレートを厚くすることが可能にあり、色むら抑制効果、機械的強度の面で優位になる。本実施の形態や後述の実施の形態６のように蛍光体プレートが青色ＬＥＤに支持されるように取り付ける場合は、蛍光体プレートの厚さを２０[μｍ]以上、２００[μｍ]以下の薄いものを採用することが可能となり、蛍光体プレートを搭載基台に取り付ける実施の形態２〜５の形態においては、３００[μｍ]以上、１[ｍｍ]以下の厚いものを採用することができる。

蛍光体粒子を樹脂やガラスの母材に分散した蛍光体プレートの場合は、蛍光体粒子と母材の屈折率差による界面での散乱により、１次光と２次光が混合される。一方、上述のセラミックス等の波長変換部材においても、散乱等はあるものの、蛍光体粒子を樹脂等に分散したものに比べるとその効果は小さくなる。一般的には、蛍光体プレートを薄くすると光路長が短くなるので、散乱効果はより小さくなる傾向があることから、特に２０〜２００μｍのもの，より好ましくは１００μｍ以下において、本発明の効果を発揮することができる。

また、蛍光体プレート３０の下面の周縁に沿って枠状をした、Ｃｒ/Ｐｔ/Ａｕ膜からなる金属接続層３２が形成されている。
金属接続層３２とｎ側電極２６とは、複数個所においてＡｕバンプ３４によって接合されている。また、金属接続層３２とＴｉ/Ｐｔ/Ａｕからなる配線パターン３６とは、複数個所において、Ａｕバンプ３８によって接合されている。

上記した構成において、配線パターン１６と配線パターン３６を介して、給電すると、青色ＬＥＤ１８は、１次光として青色光を出射する。青色ＬＥＤ１８から出射された青色光は、蛍光体プレート３０の本体部３９にその下面（入射面）４０から入射する。蛍光体プレート３０は、青色ＬＥＤ１８から入射された青色光の一部を、その波長よりも長波長で可視域にピーク波長を有する２次光としての黄色光に変換し、当該黄色光を波長変換されなかった青色光と共に、出射部４２から出射する。

蛍光体プレート３０の出射部４２は、方形板状をした本体部３９の光出射側に突出形成された柱状（図示例では、円柱状）の突起からなる光導波部４４を複数個有する。
光導波部４４は、図２（ａ）に示すように、マトリックス状に配列されている。

光導波部４４の機能について、図３（ａ）を参照しながら説明する。図３（ａ）は、光導波部４４の拡大断面図である。
光導波部４４の中心軸Ｃに対し斜めに入射した光は、光導波部４４と空気層との境界面で反射を繰り返しながら導波した後、その先端面４６から出射される。その結果、先端面４６からは放射状に光が出射されることとなる。

光導波部４４の先端面４６の各々から光が放射状の出射されることにより、照射面における色むらが低減されるのであるが、このことについて、図４を参照しながら、詳細に説明する。

図４は、ＬＥＤパッケージ２における青色ＬＥＤ１８と蛍光体プレート３０のみを描いた概念図である。
青色ＬＥＤ１８から蛍光体プレート３０にその入射面４０から入射された青色光の一部は波長変換されて黄色光になり、当該黄色光と波長変換されなかった青色光とは、光導波部４４の各々に分かれて（分割されて）入射する。

マトリックス状に配列された光導波部４４の各々に入射する光の内、真中に近い光導波部４４Ａに入射する光ほど、青色光の割合が高くなり、逆に、周縁に近い光導波部４４Ｂに入射する光ほど黄色光の割合が高くなる。この現象は、[発明が解決しようとする課題]の欄で説明したのと同様の理由による生じる。

よって、光導波部４４Ａの先端面からは青味の強い光が射出され、光導波部４４Ｂの先端面からは黄味の強い光が射出されることとなる。（図４において、青味の強い光を実線で、黄味の強い光を破線で表している。）
しかし、上述したように光導波部４４の各先端面から出射された光は放射状に広がっていく。その結果、照射面においては、青味の強い光と黄味の強い光とが適度に混色されて白色となり、従来よりも色むらの少ない状態で照射面を照らすことが可能となる。

このとき、できるだけ色むらを低減させるためには、光導波部４４の各々を独立した光源とみなした場合に、各光源（各光導波部４４）の配光曲線の形状が揃っていることが好ましい。

このためには、光導波部４４内での上記境界面における光の反射回数を多くすれば良く、それには、光導波部４４をできるだけ細長くすればよい。
次に、光導波部４４の好ましい形状について、図３（ｂ）を参照しながら説明する。
（１）先端径Ｄ
上述したように、光導波部４４は、できるだけ細いことが好ましい。しかし、あまり細くしすぎると、光が回折によって光導波部４４の先端面４６から後方に回り込み易くなり、これが新たな色むらの原因となってしまう。そこで、可視光の波長域である３８０〜７８０［ｎｍ］を考慮すると、光導波部４４の先端部（先端面４６）の径Ｄは１[μｍ]以上が好ましい。さらに、長波長の光を取り扱う場合、先端径Ｄは、３[μｍ]以上が好ましい。また、可視光の内、最も長波長である７８０［ｎｍ］の光を取り扱う場合は、５[μｍ]以上が好ましい。

一方、先端径Ｄがあまり大きくなりすぎると、光導波部４４を設ける意義が薄くなる。この観点から、先端径Ｄは、１００[μｍ]以下とするのが適切であり、好ましくは、３０[μｍ]以下、さらに好ましくは、１０[μｍ]以下である。

先端径に関し、上記した許容最小径と許容最大径の組み合わせを考慮すると以下のようになる。
先端径Ｄは、１[μｍ]以上、１００[μｍ]以下とするのが適切であり、好ましくは、３[μｍ]以上、３０[μｍ]以下、さらに好ましくは、５[μｍ]以上、１０[μｍ]以下である。
（２）先端径Ｄと高さ（長さ）Ｈとの比
また、光導波部４４内での反射回数を多くし、光導波部４４間での配光曲線をできるだけ揃えるためには、光導波部４４を細長くすればよい。細長さの度合いは、先端径Ｄと高さ（長さ）Ｈとの比で表される。

高さＨの先端径Ｄに対する比が小さすぎると（太短くなりすぎると）反射回数が少なくなり好ましくない。一方、高さＨの先端径Ｄに対する比が大きすぎると（細長くなりすぎると）、製造上の困難性が増し、好ましくない。光導波部４４となる部分以外の部分をエッチングにより掘り下げて製作するためである。

よって、高さＨと先端径Ｄとの関係は、高さＨが先端径Ｄの３倍以上、２０倍以下とすることが好ましく、さらに好ましくは、５倍以上、１０倍以下である。
（３）光導波部同士の間隔
光導波部４４はできるだけ間隔を詰めて、多数個を配することが好ましい。しかしながら、間隔を詰めすぎると、エバネッセント波が隣接する光導波部４４に伝播してしまう。一方、間隔を空けすぎると、限られたスペース内に設ける光導波部４４の個数が少なくなるため好ましくない。

上記の観点から、一の光導波部４４に隣接する光導波部４４との間隔Ｐは、１[μｍ]以上、１０[μｍ]以下が好ましく、さらに好ましくは３[μｍ]以上、８[μｍ]以下である。ここで、上記間隔Ｐとは、隣接する光導波部４４における側面間の最短距離をいうものとする。

本実施の形態では、全てを無機材料から構成することが可能となり、耐熱性が向上することから、一般照明光源に使用可能な高出力の半導体発光装置を実現することができる。
波長変換部材に一般的に用いられている樹脂材料に蛍光体材料を分散したものではなく、セラミックス蛍光体を使用する有利な点として、熱伝導率が高いことが上げられる。本実施の形態で用いたＹＡＧセラミックスにおいては、熱伝導率１０Ｗ/ｍＫ以上と樹脂材料を用いる場合に比べ１〜２桁程度高い。蛍光体プレート１８で発生したストークス損による熱を密接する青色ＬＥＤ１８、及び高熱伝導材料からなるＡｌＮ絶縁基板４を通じて効果的に放熱することが可能となる。蛍光体プレート１８の温度上昇が抑制され高い変換効率を維持することが可能となる。

蛍光体プレート３０と青色ＬＥＤ１８の隙間には透光性材料、例えばガラス材料、酸化物材料、窒化物材料、炭化物材料、蛍光体材料、樹脂材料、これらの粒子材料、さらにこれらを組合せた材料などを充填することもできる。適切な粒子径からなる粒子材料を充填すると散乱効果により青色光を均一に蛍光体プレート３０の下面に照射することができる。また、蛍光体材料を充填すると蛍光体プレートによる黄色光以外の光色成分を追加することができる。

上記の材料を隙間に充填する効果として、中空の場合に比べ、蛍光体プレート３０で生じたストークス損による熱が青色ＬＥＤ１８側に放熱しやすくなり、蛍光体プレートの温度上昇による変換効率低下を抑制することができる。

充填する材料、粒子径、それらの組合わせにより充填材料の屈折率の調整が可能となり、蛍光体プレート３０に青色光を低損失で入射することが可能となる。
また、酸化物材料等からなる波長選択特性を有する多層膜を青色ＬＥＤ１８の光出射面、蛍光体プレート３０の光入射面にスパッタ技術等を用いて形成することにより青色光を選択的に透過し、黄色光を選択的に反射させることも可能となる。かかる効果として蛍光体プレート３０で生じた黄色光が青色ＬＥＤ１８側に戻ることによる損失を抑制することができる。

ガラス材料には光学ガラス以外にもゾルゲル法などによるガラス材料も含まれる。
酸化物の例としてＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＢａＳＯ_４、ＺｎＳ、Ｖ_２Ｏ_５がある。窒化物の例としてＡｌＮ、ＢＮ、ＡｌＮがある。炭化物の例としてＳｉＣ、Ｃがある。

樹脂材料には高透光性、高耐熱性、高耐光性を有するものとしてシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、これらを含む樹脂材料がある。
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。

これらの蛍光体材料は粒子材料、蛍光体セラミックス材料として使用することができる。
＜実施の形態２＞
図５は、実施の形態２に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージ５０（以下、単に「ＬＥＤパッケージ５０」と言う。）の概略構成を表した断面図である。

ＬＥＤパッケージ５０は、実施の形態1のＬＥＤパッケージ２（図１）とは異なり、１個の青色ＬＥＤ５２で構成されている。ＬＥＤパッケージ５０の蛍光体プレート５４は、実施の形態１の蛍光体プレート３０と同じ材質であり、光導波部４４の形状等も同様の観点から設定されているため、ここでの説明は省略する。

青色ＬＥＤ５２は、フェイスアップ構造を有したチップ形態のＬＥＤであり絶縁基板５６に実装されている。青色ＬＥＤ５２のｐ側電極（不図示）と絶縁基板５６に形成されたアノード端子５８とは、ボンディングワイヤー６０で接続されている。一方、ｎ側電極（不図示）と絶縁基板５６に形成されたカソード端子６２とはボンディングワイヤー６４で接続されている。

絶縁基板５６には、高熱伝導率材料からなる枠状をしたスペーサ６６が重ねて設けられている。そして、スペーサ６６の上面に蛍光体プレート５４が載置されている。絶縁基板５６および蛍光体プレート５４とスペーサ６６とは、耐熱性の接着剤等を用いて固着されている。

青色ＬＥＤと蛍光体プレートの搭載基台を構成する絶縁基板５６及びスペーサ６６は、高熱伝導材料からなり、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ａｕ等の金属材料、これらの合金材料や、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ等のセラミックス材料、これら混合材料が考えられる。基台に高熱伝導材料を用いることで、蛍光体プレート及び青色ＬＥＤで発生した熱を拡散し、温度上昇を抑制することが可能となる。
＜実施の形態３＞
図６は、実施の形態３に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージ８０（以下、単に「ＬＥＤパッケージ８０」と言う。）の概略構成を表した断面図である。

ＬＥＤパッケージ８０は、実施の形態２のＬＥＤパッケージ５０（図５）とは、蛍光体プレートの全体的な形状が異なる以外は、基本的に、同様の構成である。よって、図６において、ＬＥＤパッケージ５０と共通する構成部分には同様の符号を付して、その説明については省略する。

ＬＥＤパッケージ８０の蛍光体プレート８２は、全体的にドーム形状（半球状）をしている。このような形状としたことにより、ＬＥＤパッケージ５０よりもワイドな配光曲線を得ることができる。
＜実施の形態４＞
図７は、実施の形態４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、実施の形態２のＬＥＤパッケージ５０（図５）とは、蛍光体プレートにおける光導波部の構成が異なる以外は、基本的に同様である。よって、図７において、ＬＥＤパッケージ５０と共通する構成部分には同様の符号を付して、その説明については省略する。

ＬＥＤパッケージ５０（図５）において、光導波部は全部同じ形状で同じ大きさのものとした。これに対し、ＬＥＤパッケージ９０における蛍光体プレート９２では、高さ（長さ）と先端径の異なる光導波部９４，９６を組み合わせて用いることとした。

このような構成とすることにより、干渉パターンの発生を抑制することが可能となる。
なお、このような光導波部９４，９６を母材のエッチングにより製作することは困難であるため、本例では、別途制作したものを、方形板状をした本体部９８に接着剤により接合することとした。なお、この場合には、光導波部９４，９６と本体部９８とは異なる材質で形成することとしても構わない。例えば、本体部９８は、実施の形態１の蛍光体プレート３０と同じ材質とし、光導波部９４，９６は低融点ガラスで形成する等の組み合わせが考えられる。
＜実施の形態５＞
図８（ａ）は、実施の形態５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、実施の形態２のＬＥＤパッケージ５０（図５）とは異なり、複数個の（本例では、２個の）青色ＬＥＤ５２Ａ，５２Ｂで構成されている。青色ＬＥＤ５２Ａ，５２Ｂは、実施の形態２の青色ＬＥＤ５２と同じものである。

青色ＬＥＤ５２Ａのｐ側電極（不図示）と絶縁基板１０２に形成されたアノード端子１０４とは、ボンディングワイヤー６０Ａで接続されており、ｎ側電極（不図示）と絶縁基板５８に形成されたパッド１０６とはボンディングワイヤー６４Ａで接続されている。

一方、青色ＬＥＤ５２Ｂのｐ側電極（不図示）とパッド１０６とは、ボンディングワイヤー６０Ｂで接続されており、ｎ側電極（不図示）と絶縁基板５８に形成されたカソード端子１０８とはボンディングワイヤー６４Ｂで接続されている。

以上の構成により、青色ＬＥＤ５２Ａと青色ＬＥＤ５２Ｂとは、直列接続されている。
絶縁基板１０２には、絶縁材料からなる枠状をしたスペーサ１１０が重ねて設けられている。そして、スペーサ１１０の上面に蛍光体プレート１１２が載置されている。

蛍光体プレート１１２は、種類の異なる２枚の蛍光体プレート１１４、１１６で構成された本体部１１１と、複数個の光導波部１１８とを有する。
蛍光体プレート１１４は、青色ＬＥＤ５２Ａ，５２Ｂから出射される青色光を赤色光に波長変換する。

蛍光体プレート１１６は、青色ＬＥＤ５２Ａ，５２Ｂから出射される青色光を緑色光に波長変換する。
光導波部１１８は、先端面が半球状をした円柱体からなり、例えば、低融点ガラスで形成することができ、当該光導波部１１８には、必ずしも、蛍光体を含ませる必要はない。

絶縁基板１０２、蛍光体プレート１１４、１１６、および光導波部１１８は、接着剤によって固着されている。
絶縁基板５６および蛍光体プレート５４とスペーサ６６とは、耐熱性の接着剤等を用いて固着されている。

上記の構成からなるＬＥＤパッケージ１００では、青色ＬＥＤ５２Ａ，５２Ｂから出射される青色光が蛍光体プレート１１４で赤色光に変換され、蛍光体プレート１１６で緑色光に波長変換される。そして、赤色光および緑色光と赤色光にも緑色光にも変換されなかった青色光と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、光導波部に先端面の形状を半球状にすることにより、光導波部からの光の取り出し効率が向上することとなる。

図８（ｂ）に示すのは、上記ＬＥＤパッケージ１００の変形例に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージ１０１（以下、単に「ＬＥＤパッケージ１０１」と言う。）の概略構成を表した断面図である。

ＬＥＤパッケージ１０１は、ＬＥＤパッケージ１００とは、蛍光体プレートの本体部の構成が異なる以外は、基本的に同じ構成である。よって図８（ｂ）において、ＬＥＤパッケージ１００と同様の構成部材には同じ符号を付してその説明は省略し、異なる部分を中心に説明する。

パッケージ１００（図８（ａ））の本体部１１１は、２種類の蛍光体プレートを絶縁基板１０２の主面と直行する方向に積層して構成した。これに対しＬＥＤパッケージ１０１の蛍光体プレート１１９では、短冊状をし、種類の異なる２種類の蛍光体プレート１１３，１１５を交互に、絶縁基板１０２の主面と平行な方向に積層して本体部１１７構成した。よって、本体部１１７を、絶縁基板１０２と直交する方向から見ると蛍光体プレート１１３，１１５が交互に並んだストライプ形状をしている。蛍光体プレート１１３は、青色ＬＥＤ５２Ａ，５２Ｂから出射される青色光を赤色光に波長変換し、蛍光体プレート１１５は、青色ＬＥＤ５２Ａ，５２Ｂから出射される青色光を緑色光に波長変換する。

上記構成からなるＬＥＤパッケージ１０１において、白色光が得られるしくみは、ＬＥＤパッケージ１００と同様なので、その説明については、省略する。
なお、赤色発光する蛍光体は、これよりも波長の短い緑色発光する蛍光体からの光を吸収し、吸収された分が損失となる。

そこで、図８（ａ）に示す本体部１１１や図（ｂ）に示す本体部１１７のように、両蛍光体プレートを、緑色光が赤色発光する蛍光体をできるだけ通過しないような配置とすることにより、上記損失を低減することができる。

この観点から、図８（ｂ）に本体部１１７においては、蛍光体プレート１１３と蛍光体プレート１１５の間に、少なくとも緑色光を反射する反射層を形成することにより、一層上記の損失を低減することができる。

なお、上記変形例に関わらず、角柱形をし赤色発光する蛍光体柱と、同じく角柱状をし緑色発光する蛍光体柱とを、絶縁基板１０２の主面と垂直な方向から見て、市松模様になるように配して、蛍光体プレートの本体部を形成することとしても構わない。なお、その場合の断面は、図８（ｂ）に示す断面図と同様に現れる。
＜実施の形態６＞
図９は、実施の形態６に係る表面実装型白色ＬＥＤパッケージ１２０（以下、単に「ＬＥＤパッケージ１２０」と言う。）における、白色ＬＥＤ１２２およびその近傍の概略構成を示す断面図である。

ＬＥＤパッケージ１２０は、実施の形態１のＬＥＤパッケージ２において、白色ＬＥＤ８（図１、図２）に代えて、白色ＬＥＤ１２２を用いたものである。ＬＥＤパッケージ１２０は、白色ＬＥＤの構成が異なる以外は、基本的には、ＬＥＤパッケージ２と同様の構成である。

白色ＬＥＤ８（図２）が、蛍光体プレート３０を青色ＬＥＤ１８に対し間隔を空けて配置したのに対し、白色ＬＥＤ１２２は、蛍光体プレート１２４を青色ＬＥＤ１２６に密接して配置させている。

青色ＬＥＤ１２６は、絶縁基板４側から、ｐ−ＧａＮ系半導体層１２８、ＩｎＧａＮ系量子井戸発光層１３０、ｎ−ＧａＮ系半導体層１３２がこの順に積層された半導体多層膜構造を有する。

ｐ−ＧａＮ系半導体層１２８の下面には、ｐ側電極１３４が形成されており、ｎ−ＧａＮ系半導体層１３２の一部が露出した部分には、ｎ側電極１３６が形成されている。
前記半導体多層膜の側面には、窒化シリコンからなる絶縁膜１３８が形成されている。

ｐ−ＧａＮ系半導体層１２８の厚みは２００[ｎｍ]、ｎ−ＧａＮ系半導体層１３２の厚みは６[μｍ]であり、青色ＬＥＤ１２６の平面視でのサイズは１ｍｍ角である。なお、ｐ−ＧａＮ系半導体層１２８、発光層１３０、ｎ−ＧａＮ系半導体層１３２は、不図示のＹＡＧ系基板上にバッファ層（不図示）を介して、ＧａＮ系多層膜をエピタキシャル成長により形成したものである。なお、蛍光体プレート１２４は、前記ＹＡＧ系基板の青色ＬＥＤ１２６が形成されたのと反対側がエッチングされて円柱状をした光導波部１４０が形成されてなるものである。

ｐ側電極１３４は、金（Ａｕ）バンプ１４２によって、絶縁基板４に形成された配線パターン１４４と接合されており、ｎ側電極１３６は、金（Ａｕ）バンプ１４６によって、絶縁基板４に形成された配線パターン１４８に接合されている。

配線パターン１４４と配線パターン１４８とを介して青色ＬＥＤ１２６に給電すると発光層１３０からは、実施の形態１の青色ＬＥＤ１８（図２）と同様のスペクトルを有する青色光が出射される。

蛍光体プレート１２４は、青色光の入射面が平坦面になっている以外は、材質も含め、実施の形態１の蛍光体プレート３０と同様の構成である。
ただ、蛍光体プレート１２４の光入射面（下面）と青色ＬＥＤ１２６の光出射面（ｎ−ＧａＮ系系半導体層１３２の上面）とを密接させているため、実施の形態１の場合と同様に、蛍光体プレート１２４の温度上昇による変換効率の低下を防止することが可能となる。

また、本実施例の白色ＬＥＤ１２２においては、青色ＬＥＤ１２６と蛍光体プレート１２４が一体形成されていることから、これを一素子として扱うことが可能となり、生産性、製品の小型、薄型化の点で優位である。

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、以下の形態とすることもできる。
（１）上記実施の形態の蛍光体プレートは、ＹＡＧセラミックスをホスト材料とし、これにＣｅをドーピングした蛍光体セラミックスで形成したが、これに限らず、蛍光体プレートは、以下に記す材料で形成することとしても構わない。

蛍光体プレートを形成する材料としては、セラミックス材料としてＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋など上述の蛍光体材料をプレート状に焼結したもののほか、Ａｌ_２Ｏ_３の単結晶とＣｅ^３＋を含むＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２の単結晶が単結晶を維持したまま、連続的かつ３次元的に相互に絡み合って形成され、境界部分にアモルファス層のない融液成長複合セラミックス材料などがある。

また、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｉＯ_２−ＲＯ（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯを表す）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ_２Ｏ（Ｒ_２ＯはＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏを表す）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス、ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスのガラス粉末と上述の蛍光体材料の混合物を焼結するとガラス中に蛍光体材料を分散させた複合ガラス材料などがある。例えば、材料を低温で焼成したい場合、比較的容易に軟化点を低下させることが可能なＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスを選択すればよく、複合ガラス材料の耐候性を向上させたい場合は、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｉＯ_２−ＲＯ系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ_２Ｏ系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラスを選択すればよい。

さらに、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｌｉ_２Ｏ、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３などの混合材料を溶融、冷却によりＣｅ３＋ガーネット結晶を析出してなる結晶化ガラス材料などでもよい。

また、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２の単結晶にＣｅ^３＋をドープした酸化物単結晶材料でもよい。単結晶材料を用いる利点として、セラミックス基板を用いる場合に比べて、実施の形態６に示したような単結晶基板に高品質のＬＥＤ構造をエピタキシャル成長することができる。
（２）上記実施の形態では、青色ＬＥＤと黄色蛍光体との組み合わせ、または青色ＬＥＤと緑色蛍光体および赤色蛍光体との組み合わせにより、白色光を出射するＬＥＤパッケージを構成した。すなわち、青色光からなる１次光とその補色である黄色光からなる２次光により白色光を合成する例を示した。照明用光源として使用する場合は、色度座標上に示される黒体軌跡上の白色光を合成することが好ましいからである。

しかしながら、１次光、２次光及びその合成光はこれらの色に限定されるものではなく、他の光色の組み合わせで白色光を合成することも可能であり、また、白色光以外を合成することも可能である。かかる場合、色度座標上の広範囲の光色を合成することが可能となり、表示用光源にも使用することができる。
（３）上記実施の形態では、図１０（ａ）に示すように、円柱状をした光導波部４４を、平面視で、縦横に等間隔でマトリックス状に配列することとしたが、光導波部の配列形態はこれに限らず、例えば、光導波部１５０、光導波部１５２を図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように配列することとしても構わない。

また、円柱状に限らず、図１０（ｄ）、（ｅ）に示すように、四角柱状をした光導波部１５４，１５６としても、図１０（ｆ）、（ｇ）に示すように、三角柱状をした光導波部１５８，１６０としても、あるいは、図１０（ｈ）に示すように六角柱状をした光導波部１６２としても構わない。

図１０（ｅ）、（ｆ）のように光導波部が連続した構造においては、光導波部の外壁で構成される（仕切られる）空間が形成される。光導波部から漏れた光はかかる空間内で反射を繰り返しながら導波された後、その開口から出射されることとなる。したがって、外壁で構成される空間が光導波部と同様の効果を有する。
（４）光導波部の先端面形状は、平坦面（図２、図５、図６、図７、図９）、半球面（図８）に限らず、例えば、円錐形状とすることもできる。円錐形状とすることにより、光導波部の各々において、一層ワイドな配光曲線を実現することができる。その結果、照射面における色むらがさらに抑制されることとなる。

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。

２，５０，８０，１００，１０１，１２０ 表面実装型白色ＬＥＤパッケージ
１８，１２６ 青色ＬＥＤ
３０，５４，８２，９２，１１２，１１９，１２４ 蛍光体プレート
４２ 出射部
３９，１１１，１１７ 本体部
４４,９４,９６，１１８，１４０，１５０，１５２，１５４，１５６，１５８，１６０，１６２ 光導波部

Claims (14)

1. 可視域にピーク波長を有する１次光を出射する半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子から入射された１次光の一部を、その波長よりも長波長で可視域にピーク波長を有する２次光に変換し、当該２次光を波長変換されなかった１次光と共に出射する波長変換部材とを有し、
   前記波長変換部材は、
   前記半導体発光素子の出射光路を跨ぐ状態に配置された本体部と、当該本体部の光出射側に突出形成された柱状の突起からなる複数個の光導波部とを備え、
   当該光導波部各々の先端面から前記１次光と前記２次光の混色光が出射されることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記光導波部の先端径が１[μｍ]以上、１００[μｍ]以下の範囲にあり、
   前記光導波部の長さが前記先端径の３倍以上、２０倍以下の範囲に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。
3. 前記光導波部の先端径が３[μｍ]以上、３０[μｍ]以下の範囲に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。
4. 前記光導波部の先端径が５[μｍ]以上、１０[μｍ]以下の範囲に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。
5. 前記光導波部の長さが前記先端径の５倍以上、１０倍以下の範囲に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。
6. 前記光導波部各々の隣接する光導波部との間隔が１[μｍ]以上、１０[μｍ]以下の範囲に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。
7. 前記光導波部各々の隣接する光導波部との間隔が３[μｍ]以上、８[μｍ]以下の範囲に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。
8. 前記波長変換部材が、セラミックス材料、複合ガラス材料、結晶化ガラス材料、酸化物単結晶材料のいずれか一つ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。
9. 前記半導体発光素子の光射出面と前記波長変換部材の光入射面とが密接させて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. 前記本体部がドーム状をしており、前記複数の光導波部が放射状に配されている請求項１に記載の半導体発光装置。
11. 長さと先端径の異なる光導波部が混在している請求項１に記載の半導体発光装置。
12. 前記波長変換部材が、２次光の波長が異なる少なくとも２種類の変換部材の複合体である請求項１に記載の半導体発光装置。
13. 前記光導波部の先端面が半球状または円錐状をしている請求項１に記載の半導体発光装置。
14. 前記光導波部が、円柱状、四角柱状、三角柱状、および六角柱状の内のいずれかの形状をしている請求項１に記載の半導体発光装置。

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