JP5050045B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に関する。
小型で低消費電力の発光装置として、青色ＬＥＤなどの半導体発光素子と、蛍光体と、を組み合わせることで白色光を発する白色ＬＥＤ発光装置が開発されている。
特許文献１には、サブストレート基板の下面に予め蛍光体層を設けたＬＥＤチップをリードフレームへ実装し、ＬＥＤチップの表面に蛍光体を塗布する構成が開示されている。しかしながら、この構成では、効率の向上が不十分である。また、ＬＥＤチップとリードフレームとの間に蛍光体層及びダイボンド用接着材があるため放熱性が悪く、発熱により発光効率が低下し、また、信頼性が低下してしまう。
発光装置の高効率化への要求は高まりつつあるにもかかわらず、従来の技術では、高効率化が不十分である。
特開２００１−２１０８７４号公報
本発明は、発光効率の高い発光装置を提供する。
本発明の一態様によれば、半導体発光素子と、実装部材と、前記半導体発光素子と前記実装部材との間に設けられ、前記実装部材に接し、前記半導体発光素子から放出される第１光を吸収して前記第１光の波長よりも長い波長を有する第２光を放出する第１波長変換層と、前記半導体発光素子の前記第１波長変換層とは反対の側に設けられ、前記第１光を吸収して前記第１光の波長よりも長い波長を有する第３光を放出する第２波長変換層と、前記半導体発光素子と前記第２波長変換層との間に設けられ、前記第１光、前記第２光及び前記第３光に対して透光性を有する第２波長変換層側透光層と、を備え、前記第２波長変換層は、前記第２波長変換層側透光層により前記第１波長変換層から離されており、前記第２波長変換層の端部は、前記実装部材に接し、前記第２波長変換層側透光層の端部は、前記実装部材に接することを特徴とする発光装置が提供される。
本発明によれば、発光効率の高い発光装置が提供される。
発光装置を示す模式的断面図である。 発光装置に用いられる半導体発光素子を示す模式的断面図である。 発光装置の動作を示す模式図である。 比較例の発光装置を示す模式的断面図である。 比較例の発光装置を示す模式的断面図である。 比較例の発光装置を示す模式的断面図である。 比較例の発光装置を示す模式的断面図である。 発光装置を示す模式的断面図である。 発光装置の動作を示す模式図である。 図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は、発光装置を示す模式的断面図である。 図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、発光装置を示す模式的断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置に用いられる半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る発光装置２１０は、半導体発光素子１０と、実装部材２０と、第１波長変換層３０と、第２波長変換層８０と、第２波長変換層側透光層６０と、を備える。
第１波長変換層３０は、半導体発光素子１０と実装部材２０との間に設けられ、実装部材２０に接している。第１波長変換層３０は、半導体発光素子１０から放出される第１光を吸収して第１光の波長よりも長い波長を有する第２光を放出する。すなわち、第２光の波長帯は第１光の波長帯よりも長い。例えば、第２光の波長帯の一番短い波長は、第１光の波長帯の一番短い波長よりも長い。例えば、第２光の波長帯の一番長い波長は、第１光の波長帯の一番長い波長よりも長い。例えば、第２光の波長帯の一番短い波長は、第１光の波長帯の一番長い波長よりも長い。例えば、第２光のピーク波長は、第１光のピーク波長よりも長い。
第２波長変換層８０は、半導体発光素子１０の第１波長変換層３０とは反対の側に設けられ、第１光を吸収して第１光の波長よりも長い波長を有する第３光を放出する。すなわち、第３光の波長帯は第１光の波長帯よりも長い。例えば、第３光の波長帯の一番短い波長は、第１光の波長帯の一番短い波長よりも長い。例えば、第３光の波長帯の一番長い波長は、第１光の波長帯の一番長い波長よりも長い。例えば、第３光の波長帯の一番短い波長は、第１光の波長帯の一番長い波長よりも長い。例えば、第３光のピーク波長は、第１光のピーク波長よりも長い。なお、第３光は第２光と実質的に同じ波長特性を有していても良く、第２光とは異なる波長特性を有していても良い。また、第２波長変換層８０は、第２光をさらに吸収し、これにより第２波長変換層８０から放出される第３光は、第１光及び第２光とは異なる波長特性を有していても良い。
第２波長変換層側透光層６０は、半導体発光素子１０と第２波長変換層８０との間に設けられ、第１光、第２光及び第３光に対して透光性を有する。
図２に表したように、半導体発光素子１０は、基板９０の上に順次積層されたバッファ層１０１、ｎ型コンタクト層１０２、発光層１０３、ｐ型電子ブロック層１０４及びｐ型コンタクト層１０５を含む積層構造体を有する。バッファ層１０１には、例えば、多結晶ＧａＮが用いられ、ｎ型コンタクト層１０２には、例えば、ＳｉがドープされたＧａＮが用いられる。発光層１０３は、例えば、障壁層と井戸層とが交互に複数積層された量子井戸構造を有する。障壁層には例えばＧａＮが用いられ、井戸層には例えばＩｎＧａＮが用いられる。ｐ型電子ブロック層１０４には、例えば、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮが用いられる。ｐ型コンタクト層１０５には、例えば、ＭｇがドープされたＧａＮが用いられる。
本具体例では、半導体発光素子１０の積層構造体において、ｎ型コンタクト層１０２の一部、並びに、発光層１０３、ｐ型電子ブロック層１０４及びｐ型コンタクト層１０５の一部が除去されて、ｎ型コンタクト層１０２の一部が露出されている。そして、ｎ型コンタクト層１０２に接続されたｎ側電極１０８と、ｐ型コンタクト層１０５に接続されたｐ側電極１０７と、がさらに設けられている。すなわち、半導体発光素子１０のｐ型半導体層（ｐ型コンタクト層１０５）の側の第１主面１０ａにおいて、ｐ型半導体層（ｐ型コンタクト層１０５）に接してｐ側電極１０７が設けられている。そして、半導体発光素子１０のｎ型半導体層（ｎ型コンタクト層１０２）の側の第２主面１０ｂが、実装部材２０に対向する側の面となる。
半導体発光素子１０の各半導体層は、窒化物系半導体を含むことができる。すなわち、半導体発光素子１０には、例えば、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）、青紫色ＬＥＤ、紫色ＬＥＤ、及び、紫外ＬＥＤなどが用いられる。ただし、本発明の実施形態はこれに限らず、用いられる半導体発光素子１０は任意である。
本具体例では、図１に表したように、実装部材２０には、ｐ側基板電極１０７ｅ及びｎ側基板電極１０８ｅが設けられ、ｐ側基板電極１０７ｅ及びｎ側基板電極１０８ｅは、それぞれｐ側配線１０７ｗ及びｎ側配線１０８ｗを介して、半導体発光素子１０のｐ側電極１０７及びｎ側電極１０８に接続されている。ただし、上記は一例であり、本発明の実施形態はこれに限らず、半導体発光素子１０及び実装部材２０の配置や電気的接続の形態は種々の変形が可能である。
本具体例では、実装部材２０は、半導体発光素子１０が実装されるカップ状の部材であるが、実装部材２０は、半導体発光素子１０が実装されるものであれば良く、実装部材２０の形状は任意である。実装部材２０には、無機材料及び有機材料など任意の材料を用いることができる。
実装部材２０の半導体発光素子１０の側（第１波長変換層３０の側）の面は、高い反射率を有する面とされる。例えば、実装部材２０の半導体発光素子１０の側の面、すなわち、実装部材２０の実装面（半導体発光素子１０が実装される面）には、Ａｇなどの反射膜（図示しない）が設けられている。
第１波長変換層３０は、第１光を吸収して第２光を放出する第１波長変換粒子３１と、第１波長変換粒子が分散された第１樹脂３２と、を有することができる。
第１波長変換粒子３１には、例えば、蛍光体の微粒子や窒化物系半導体の微粒子などを用いることができる。なお、窒化物系半導体は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）を含む。このような窒化物系半導体は、上記のｘ及びｙの値を変化させることで、放出される光の波長を変化させることができる。上記の窒化物系半導体において、III族元素の一部をＢまたはＴｌ等に置換することができる。また、Ｎの一部は、Ｐ、Ａｓ、ＳｂまたはＢｉ等に置換することができる。
なお、第１波長変換粒子３１は、１種類の材料に限らず、２種類以上の材料を含むことができる。
第１波長変換層３０の第１樹脂３２としては、例えば、シリコーン系の樹脂などが用いられる。
第１波長変換層３０は、半導体発光素子１０と実装部材２０とを接着させる接着機能を有することができる。すなわち、第１樹脂３２として接着機能を有する材料を用いることができる。これにより、別途接着剤を設けることなく、半導体発光素子１０を実装部材２０に固定でき、別途設けられる接着剤に起因する発光効率の低下を抑制し、また、工程が簡略化される。
第２波長変換層８０は、第１光を吸収して第３光を放出する第２波長変換粒子（図示しない）と、第２波長変換粒子が分散された第２樹脂（図示しない）と、を有することができる。
第２波長変換粒子は、１種類の材料に限らず、２種類以上の材料を含むことができる。
第２波長変換粒子には、例えば、蛍光体の微粒子や窒化物系半導体の微粒子などを用いることができる。第２波長変換層８０の第２樹脂としては、例えば、シリコーン系の樹脂などが用いられる。
第２波長変換層８０によって放出される第３光の発光特性（例えば発光波長）は、半導体発光素子１０によって放出される第１光の発光特性（例えば発光波長）、及び、第１波長変換層３０によって放出される第２光の発光特性（例えば発光波長）に基づいて適切に設定される。
第３光の波長は、第２光の波長以下である。例えば、第１光が青色光である場合、第２光は黄色光とし、第３光も黄色光とすることができる。また、例えば、第１光が青色光である場合、第２光は赤色光とし、第３光は緑色光とすることができる。また、例えば、第１光が近紫外光の場合、第２光は赤色光とし、第３光は青色および緑色光とすることができる。
第２波長変換層側透光層６０には、第１光、第２光及び第３光に対して透光性を有する任意の材料を用いることができる。すなわち、第２波長変換層側透光層６０は、半導体発光素子１０の発光波長近傍及びこれよりも長波長領域で実質的に透明である。第２波長変換層側透光層６０には、例えば、シリコーン系の樹脂などの任意の有機材料などを用いることができる。
第２波長変換層側透光層６０として、半導体発光素子１０を覆うように、例えば上に凸状の曲面状の外周を有する、例えば透明樹脂層が設けられる。上に凸状の曲面の断面の曲線としては、例えば半円弧状や放物線状など、任意の形状の曲線とすることができる。
本具体例では、第２波長変換層側透光層６０の端部は、実装部材２０に接している。このように、第２波長変換層側透光層６０を、半導体発光素子１０を覆うように設けることで、半導体発光素子１０を第２波長変換層側透光層６０によって保護することができ、発光装置２１０の信頼性が向上する。ただし、本発明の実施形態はこれに限らず、場合によっては、第２波長変換層側透光層６０の端部の少なくとも一部が、実装部材２０から離間していても良い。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の動作を例示する模式図である。
図３に表したように、半導体発光素子１０の発光層１０３で放出された第１光Ｌ１の一部は、ｐ型半導体層の側の第１主面１０ａ（上面）に向かって進行し、第２波長変換層側透光層６０及び第２波長変換層８０を通過して、発光装置２１０の外部に取り出される。
第１主面１０ａに向かって進行した第１光Ｌ１が第２波長変換層側透光層６０を通過して第２波長変換層８０に入射したとき、第２波長変換層８０において、第１光Ｌ１の一部が吸収され、第１光Ｌ１よりも長波長の波長特性を有する第３光Ｌ３が放出され、第３光Ｌ３が発光装置２１０の外部に取り出される。
このとき、第２波長変換層８０において第３光Ｌ３が放出される際に、第２波長変換層８０において発熱するが、半導体発光素子１０を覆うように第２波長変換層側透光層６０が設けられ、その上に第２波長変換層８０が設けられるので、第２波長変換層８０で発熱しても、第２波長変換層８０と半導体発光素子１０との間の熱伝導が抑制され、半導体発光素子１０の温度の上昇が抑制でき、半導体発光素子１０の発光効率は高い値を維持できる。
さらに、第１光Ｌ１の別の一部は、ｎ型半導体層（ｎ型コンタクト層１０２）の側の第２主面１０ｂ（下面）に向かって進行し、第１波長変換層３０に入射する。第１波長変換層３０においては、第１光Ｌ１が吸収され、第１光Ｌ１よりも長波長の波長特性を有する第２光Ｌ２が放出される。
もし、第１波長変換層３０を設けない場合は、半導体発光素子１０から実装部材２０の側に放出される第１光Ｌ１が実装部材２０により反射して半導体発光素子１０の内部に戻り、半導体発光素子１０の特に発光層１０３で再吸収されてしまうため、効率が低下する。
これに対し、第１波長変換層３０を設けることで、半導体発光素子１０から実装部材２０の側に放出される第１光Ｌ１を、第１光Ｌ１よりも長波長の第２光Ｌ２に変換させる。これにより、もし、第２光Ｌ２が実装部材２０で反射して半導体発光素子１０の内部に戻り、半導体発光素子１０（特に発光層１０３）に入射したときにおいても、第２光Ｌ２は、第１光Ｌ１よりも波長が長いので、第２光Ｌ２は、半導体発光素子１０（特に発光層１０３）で再吸収され難い。このため、第２光Ｌ２は、半導体発光素子１０から外部に出射し易く、損失が少ない。
また、第１波長変換層３０において第２光Ｌ２が放出される場合に、第１波長変換層３０において発熱する。このとき、第１波長変換層３０は実装部材２０に接しているので、第１波長変換層３０の熱は、実装部材２０に効率良く伝導され、放熱する。このため、第１波長変換層３０の熱によって半導体発光素子１０の温度が上昇すること抑制でき、半導体発光素子１０の発光効率は高い値を維持できる。
そして、発光装置２１０においては、半導体発光素子１０の第２主面１０ｂの側に第１波長変換層３０を設け、第１主面１０ａの側に第２波長変換層８０を設けることで、第１波長変換層３０と第２波長変換層８０との間の距離が離れているため、例えば、第２波長変換層８０で放出された第３光Ｌ３が第１波長変換層３０に入射して再吸収されることを抑制する。これによっても発光効率が向上する。
このように、発光装置２１０によれば、発光効率の高い発光装置を提供できる。
なお、第３光Ｌ３の波長を、第２光Ｌ２の波長以下とすることで発光効率が向上する。すなわち、第２光Ｌ２の波長が第３光Ｌ３の波長よりも短いときは、第２光Ｌ２が第２波長変換層８０を通過する際に、第２光Ｌ２が第２波長変換層８０によって吸収され、効率が低下することがあるが、第３光Ｌ３の波長を第２光Ｌ２の波長以下にすることで、第２光Ｌ２が第２波長変換層８０で吸収されることが抑制され、効率が向上する。
（第１比較例）
図４は、第１比較例の発光装置の構成を示す模式的断面図である。
図４に表したように、第１比較例の発光装置２１９ａにおいては、第２波長変換層側透光層６０が設けられず、第２波長変換層８０が半導体発光素子１０の上に直接設けられている。そして、実装部材２０の上にシリコーン系透明ダイボンド材層４１（ダイボンド用接着材）が設けられ、その上に第１波長変換層３０が設けられ、さらにその上に半導体発光素子１０が設けられている。この構成は、特許文献１に記載されている構成に相当する。
第１比較例の発光装置２１９ａにおいては、半導体発光素子１０の上に第２波長変換層８０が直接設けられるので、第２波長変換層８０で発生する熱により、半導体発光素子１０の温度が上昇する。さらに、第１波長変換層３０と実装部材２０との間にシリコーン系透明ダイボンド材層４１が設けられているので、第２波長変換層８０で発生する熱が実装部材２０に伝導し難く、放熱され難くなり、これによっても半導体発光素子１０の温度が上昇する。このように、第１比較例の発光装置２１９ａにおいては、半導体発光素子１０の温度が上昇し、発光効率は低下する。
（第２比較例）
図５は、第２比較例の発光装置の構成を示す模式的断面図である。
図５に表したように、第２比較例の発光装置２１９ｂにおいては、本実施形態に係る発光装置２１０において、実装部材２０と第１波長変換層３０との間にシリコーン系透明ダイボンド材層４１が設けられている。
第２比較例の発光装置２１９ｂにおいては、半導体発光素子１０の上に第２波長変換層側透光層６０が設けられるので、第２波長変換層８０で発生する熱の影響が低減するが、第１波長変換層３０と実装部材２０との間にシリコーン系透明ダイボンド材層４１が設けられているので、第２波長変換層８０で発生する熱が実装部材２０を介して放熱され難く、やはり半導体発光素子１０の温度が上昇する。このため、第２比較例の発光装置２１９ｂにおいても、半導体発光素子１０の温度が上昇し、発光効率は低下する。
（第３比較例）
図６は、第３比較例の発光装置の構成を示す模式的断面図である。
図６に表したように、第３比較例の発光装置２１９ｃにおいては、第１波長変換層３０が設けられないものである。そして、半導体発光素子１０は、シリコーン系透明ダイボンド材層４１によって実装部材２０に接着されている。そして、第２波長変換層側透光層６０の上に第２波長変換層８０ｃが設けられている。
第３比較例の発光装置２１９ｃにおいては、半導体発光素子１０の上に第２波長変換層側透光層６０が設けられるので、第２波長変換層８０ｃで発生する発熱の影響が低減する。しかしながら、第１波長変換層３０が設けられていないため、半導体発光素子１０から実装部材２０の側に放出される第１光Ｌ１が実装部材２０により反射して半導体発光素子１０の内部に戻り、半導体発光素子１０の特に発光層１０３で再吸収され、効率が低下する。
（第４比較例）
図７は、第４比較例の発光装置の構成を示す模式的断面図である。
図７に表したように、第４比較例の発光装置２１９ｄにおいては、半導体発光素子１０と実装部材２０との間に第１波長変換層３０が設けられず、シリコーン系透明ダイボンド材層４１が設けられている。そして、第２波長変換層側透光層６０と第２波長変換層８０とが設けられている。そして、第２波長変換層側透光層６０の内側に、内側波長変換層８０ｄが設けられ、内側波長変換層８０ｄと半導体発光素子１０との間に内側透光層６０ｄが設けられている。
このような構成の発光装置２１９ｄにおいては、内側波長変換層８０ｄは、第２波長変換層８０に近接して配置されている。このため、第２波長変換層８０で放出された第３光Ｌ３が、内側波長変換層８０ｄで吸収され易い。また、内側波長変換層８０ｄにおいては、半導体発光素子１０からの第１光Ｌ１で直接励起されるので、効率良く発光させることができるが、外側の第２波長変換層８０においては、半導体発光素子１０からの第１光Ｌ１で直接励起される場合と、内側波長変換層８０ｄで反射または散乱された第１光Ｌ１で励起される場合とがあるので、内側波長変換層８０ｄでの反射または散乱により生じたロス分だけ第２波長変換層８０における発光の効率が低下する。このため、発光効率は低い。
そして、発光装置２１９ｄの場合、第１波長変換層３０が設けられていないので、半導体発光素子１０から実装部材２０に向けて出射する第１光Ｌ１は、実装部材２０で反射され、半導体発光素子１０内へと再度入射し、半導体発光素子１０の特に発光層１０３での再吸収により損失され、発光効率が低下する。
これに対し、発光装置２１０においては、第１波長変換層３０によって第１光Ｌ１を第１光Ｌ１よりも長波長の第２光Ｌ２に変換させることで、実装部材２０によって反射して半導体発光素子１０の内部に戻る光が半導体発光素子１０の発光層１０３で再吸収されて効率が低減されることを抑制できる。そして、第１波長変換層３０が実装部材２０に接しているので放熱性が高く、熱による効率の低下を抑制できる。
また、第２波長変換層８０と半導体発光素子１０との間に第２波長変換層側透光層６０を設けることで、第２波長変換層８０における波長変換の際に生じる発熱による半導体発光素子１０の温度上昇を抑制し、半導体発光素子１０の温度上昇による発光効率の低下を抑制できる。そして、半導体発光素子１０の下側に第１波長変換層３０を配置し、上側に第２波長変換層８０を配置することで、両者の距離が離れているため、例えば、第２波長変換層８０で放出された第３光Ｌ３が第１波長変換層３０に入射して再吸収されることを抑制することで、発光効率が向上する。
また、第２波長変換層８０と半導体発光素子１０との間に第２波長変換層側透光層６０を設けることで、第２波長変換層８０の膜厚の調整が容易となり、最適な膜厚に調整することで、第２光Ｌ２の第２波長変換層８０での再吸収を抑制することができる。これにより、発光効率の高い発光装置が得られる。
第２波長変換層８０の端部は、例えば実装部材２０に接するように設けることができる。これにより、第２波長変換層８０において発生した熱を実装部材２０に効率良く伝導させ、半導体発光素子１０の温度上昇をさらに低減し、半導体発光素子１０の発光効率を高め、発光装置２１０の効率をさらに向上することができる。
ただし、本発明の実施形態はこれに限らず、第２波長変換層８０における発熱が少ない場合や、半導体発光素子１０の温度が上昇し難い場合や、半導体発光素子１０の温度が上昇しても発光効率が低下し難い場合などにおいては、第２波長変換層８０の端部の少なくとも一部が、実装部材２０から離間していても良い。
なお、第２波長変換層側透光層６０はガス（空気を含む）の層を含んでも良い。これにより、第２波長変換層８０によって発生した熱が半導体発光素子１０に伝導し難くなり、効率が向上する。第２波長変換層側透光層６０がガス（空気を含む）の層である場合は、例えば、第２波長変換層８０は、第２波長変換層８０自体で形が維持できるように、型などを用いて成形され、成形された第２波長変換層８０が、半導体発光素子１０を覆うように半導体発光素子１０の上に配置されることができる。
また、第１波長変換層３０及び第２波長変換層８０のように、波長変換層を複数設けることで、発光装置２１０が発光する光の波長特性が制御し易くなり、演色性の高い所望の発光の実現がより容易になる。
既に説明したように、本実施形態に係る発光装置２１０において、第３光Ｌ３の波長帯は、第２光Ｌ２の波長帯以下であることが望ましい。例えば、第３光Ｌ３の波長帯の一番短い波長は、第２光Ｌ２の波長帯の一番短い波長以下である。例えば、第３光Ｌ３の波長帯の一番長い波長は、第２光Ｌ２の波長帯の一番長い波長以下である。例えば、第３光Ｌ３の波長帯の一番長い波長は、第２光Ｌ２の波長帯の一番短い波長以下とすることができる。
例えば、半導体発光素子１０から放出される第１光Ｌ１が、青色領域に発光ピークを有する光である場合には、第１波長変換層３０は、黄色の第２光Ｌ２（例えば蛍光）を放出し、第２波長変換層８０も、黄色の第３光Ｌ３を放出する。これにより、発光装置２１０は、白色光を発光することができる。
また、半導体発光素子１０から放出される第１光Ｌ１が、青色領域に発光ピークを有する光である場合には、第１波長変換層３０は、赤色の第２光Ｌ２（例えば蛍光）を放出し、第２波長変換層８０は、緑色の第３光Ｌ３を放出する。これにより、発光装置２１０は、赤、緑及び青の３色の光を放出し、白色光を発光することができる。
また、半導体発光素子１０から放出される第１光Ｌ１が、近紫外領域に発光ピークを有する光である場合には、第１波長変換層３０は、赤色の第２光Ｌ２（例えば蛍光）を放出し、第２波長変換層８０は、緑色および青色の第３光Ｌ３を放出する。これにより、発光装置２１０は、赤、緑及び青の３色の光を放出し、白色光を発光することができる。
このように、例えば、第１波長変換層３０の第１波長変換粒子３１として、黄色蛍光体を用い、第２波長変換層８０にも黄色蛍光体を用いることができる。また、例えば、第１波長変換層３０の第１波長変換粒子３１として、赤色蛍光体を用い、第２波長変換層８０の第２波長変換粒子として、緑色蛍光体を用いることができる。また、第１波長変換層３０の第１波長変換粒子３１として、赤色蛍光体を用い、第２波長変換層８０の第２波長変換粒子として、青色蛍光体及び緑色蛍光体の２種類を用いることができる。
ただし、上記は発光装置２１０として白色を発光させる場合の構成の例であり、第１光Ｌ１、第２光Ｌ２及び第３光Ｌ３の発光特性の組み合わせは、任意であり、発光装置で発光させる光の仕様に基づいて、第１光Ｌ１、第２光Ｌ２及び第３光Ｌ３の発光特性は適切に設定される。
例えば、本実施形態において、第１波長変換層３０及び第２波長変換層８０には、赤色蛍光体層、黄色蛍光体層、緑色蛍光体層及び青色蛍光体層のいずれかを用いることができる。
赤色蛍光体層は、例えば、６００ｎｍ〜７８０ｎｍの波長領域の光を発する。黄色蛍光体層は、例えば、５５０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長領域の光を発する。緑色蛍光体層は、例えば４７５ｎｍ〜５２０ｎｍの波長領域の光を発する。青色蛍光体層は、４３０ｎｍ〜４７５ｎｍの波長領域の光を発する。
赤色蛍光体層は、例えば、窒化物系蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ１−ｘ，Ｒｘ）ａ１ＡｌＳｉｂ１Ｏｃ１Ｎｄ１・・・組成式（１）
を用いることが好ましい。ここで、Ｍは、Ｓｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特に、Ｃａ及びＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは、発光中心元素であり、特に、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ１、ｂ１、ｃ１及びｄ１は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．６＜ａ１＜０．９５、２＜ｂ１＜３．９、０．２５＜ｃ１＜０．４５、４＜ｄ１＜５．７。
組成式（１）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
黄色蛍光体層は、例えば、シリケート系蛍光体（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕを含有することができる。
緑色蛍光体層は、例えば、ハロ燐酸系蛍光体（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６・Ｃｌ２：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ１−ｘ，Ｒｘ）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２・・・組成式（２）
を用いることが好ましい。ここで、Ｍは、Ｓｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特にＣａ及びＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは、発光中心元素であり、特にＥｕが望ましい。ｘ、ａ２、ｂ２、ｃ２及びｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１、６＜ｄ２＜１１。
組成式（２）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
青色蛍光体層は、例えば、酸化物系蛍光体ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕを含有することができる。
なお、第１波長変換層３０及び第２波長変換層８０に用いられる樹脂（第１樹脂３２及び第２樹脂）としては、半導体発光素子１０が放出する第１光Ｌ１の発光波長近傍及びこれよりも長波長領域で実質的に透明であれば、その種類を問わず任意の樹脂を用いることができる。この樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ基を有するポリジメチルシロキサン誘導体、オキセタン樹脂、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂、及びポリイミド樹脂などを用いることができる。
なお、第２波長変換層８０は、発光波長の異なる複数の蛍光体層が積層された構成を有していても良い。その際、波長の長い蛍光体層が、波長が短い蛍光体層よりも半導体発光素子１０の側に配置されるように、複数の蛍光体層が積層されることが好ましい。
また、第２波長変換層８０の外側（半導体発光素子１０とは反対側）に、さらに、別の透光層を設けることが好ましい。この別の透光層を設けることで、外部に取り出される光の比率が高まり、効率がさらに向上する。すなわち、第２波長変換層８０と外部媒体(例えば、空気)との界面に生じる、蛍光体粒子に起因した凹凸による反射及び散乱が抑制され、第２波長変換層８０での再吸収が低減し、外部に取り出される光の比率が高まり、効率が向上する。また、この別の透光層を設けることで、信頼性が向上できる。
なお、この別の透光層は屈折率の異なる複数の層から形成されていても良い。その場合、屈折率は第２波長変換層８０の側から外側に向かって小さくなるように積層されていることが好ましい。こうすることで、第２波長変換層８０と外部媒体(例えば、空気)との界面での反射及び散乱が抑制され、効率が向上する。
なお、第１波長変換粒子３１の粒子径は、１マイクロメートル（μｍ）以上、５０μｍ以下であることが望ましい。第１波長変換粒子３１の粒子径を１μｍ以上、５０μｍ以下にすることで、第１波長変換層３０における波長変換効率が向上し、発光効率が向上する。第１波長変換粒子３１の粒子径が１μｍよりも小さい場合には、第１波長変換層３０における第１光Ｌ１の吸収率が低下し、発光効率が低下し易い。また、第１波長変換粒子３１の粒子径が５０μｍよりも大きい場合には、放熱性が悪くなり、発光効率が低下することがある。また、第１波長変換層３０の接着強度が低下し、発光装置の信頼性が劣化する場合がある。
また、第１波長変換層３０及び第２波長変換層８０の少なくともいずれかは、複数の層を含んでも良い。例えば第２波長変換層８０は、例えば、緑色蛍光体を含む緑色蛍光体層と、緑色蛍光体層に積層され、青色蛍光体を含む青色蛍光体層と、を含んでも良い。また第２波長変換層８０は、上記の緑色蛍光体層と、上記の青色蛍光体層と、の間に設けられた別の透光層をさらに含んでも良い。これにより、光学的な特性と、製造のし易さと、の両方をさらに向上させることができる。
（第１実施例）
本実施形態に係る第１実施例の発光装置の特性について比較例と比較しながら説明する。第１実施例の発光装置２１０ａは、半導体発光素子１０から放出される第１光Ｌ１が青色光であり、第１波長変換層３０及び第２波長変換層８０から放出される光（第２光Ｌ２及び第３光Ｌ３）が共に黄色光である例である。
第１実施例の発光装置２１０ａは、図１に例示した発光装置２１０の構成と同様の構成を有する。発光装置２１０ａは、以下のようにして作製された。
実装部材２０として、ＡｌＮ製の実装基板を用いた。すなわち、実装部材２０は、ＡｌＮ材を成型加工することにより製作される。
一方、半導体発光素子１０として、ＩｎＧａＮ系化合物半導体を含む発光層１０３を有する青色ＬＥＤチップを用いた。半導体発光素子１０の発光波長（第１光Ｌ１の波長）のピークは、４５０ｎｍ（ナノメートル）である。
実装部材２０の実装面に第１波長変換層３０を形成した。第１波長変換層３０の第１波長変換粒子３１には、５６０ｎｍに発光ピークをもつシリケート系黄色蛍光体（（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕの組成を有する）を用い、第１樹脂３２には、シリコーン系透明ダイボンド材を用いた。粒径が１０μｍ程度の第１波長変換粒子３１を５０ｗｔ％（重量パーセント）の濃度で第１樹脂３２に分散させ、これを実装部材２０の実装面に塗布し、これが第１波長変換層３０となる。
半導体発光素子１０を第１波長変換層３０の上に載置し、第１波長変換層３０を乾燥させて、第１波長変換層３０により半導体発光素子１０を実装部材２０に接着し固定した。その後、実装部材２０のｐ側基板電極１０７ｅ及びｎ側基板電極１０８ｅと、半導体発光素子１０のｐ側電極１０７及びｎ側電極１０８と、を、それぞれｐ側配線１０７ｗ及びｎ側配線１０８ｗにより電気的に接続した。
さらに、半導体発光素子１０の上に第２波長変換層側透光層６０となるシリコーン樹脂層を形成した。すなわち、大気中、常圧で実装部材２０を１５０℃の温度に加熱しつつ、ディスペンサーを使用して、半導体発光素子１０を覆うように、シリコーン樹脂を塗布した。このシリコーン樹脂の頂部の厚みと端面の厚みとの比は、ほぼ１：１とされ、シリコーン樹脂は、上に凸状の曲線状に塗布された。そして、常圧で、１５０℃で６０分間、シリコーン樹脂を乾燥させ、第２波長変換層側透光層６０が形成された。
一方、シリコーン系の透明樹脂にシリケート系黄色蛍光体（（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕの組成を有する）を分散させて、第２波長変換層８０となる黄色蛍光体分散樹脂を調製した。大気中、常圧で実装部材２０を１５０℃に加熱しつつ、ディスペンサーを用いて、第２波長変換層側透光層６０の全体を覆うように、黄色蛍光体分散樹脂を塗布した。黄色蛍光体分散樹脂の膜厚は、ほぼ均一とされ、黄色蛍光体分散樹脂の形状は、第２波長変換層側透光層６０の形状に沿って、上に凸状の曲面状となる。その後、常圧で、１５０℃で６０分間、黄色蛍光体分散樹脂を乾燥させ、第２波長変換層８０が形成された。第２波長変換層８０においては、頂部の厚みと端面の厚みとの比は、ほぼ１：１である。
このようにして、第１実施例の発光装置２１０ａが作製された。
発光装置２１０ａの発光特性を測定した。２０ｍＡの電流で駆動した時の発光効率は、８４．９（ｌｍ／Ｗ）であり、高い効率を示した。
一方、図５に例示した第２比較例の発光装置２１９ｂを作製した。すなわち、実装部材２０の実装面にシリコーン系透明ダイボンド材層４１を設け、その上に第１波長変換層３０を形成し、その上に半導体発光素子１０を載置した。このような構成の発光装置２１９ｂにおいては、２０ｍＡの電流で駆動した時の発光効率は、８３．８（ｌｍ／Ｗ）であり、第１実施例の発光装置２１０ａに比べて効率は低かった。
また、図６に例示した第３比較例の発光装置２１９ｃを作製した。すなわち、実装部材２０の実装面にシリコーン系透明ダイボンド材層４１を設け、その上に半導体発光素子１０を載置し、電気的接続の後に、第２波長変換層側透光層６０及び第２波長変換層８０ｃを形成した。このとき、発光装置２１９ｃの発光色を、第１実施例の発光装置２１０ａの発光色に合わせるように、発光装置２１９ｃの第２波長変換層８０ｃの仕様が調整されている。すなわち、発光装置２１９ｃにおける第２波長変換層８０ｃの厚さは、第１実施例の発光装置２１０ａにおける第２波長変換層８０の厚さよりも厚い。このような構成の発光装置２１９ｃにおいては、２０ｍＡの電流で駆動した時の発光効率は、８０．７（ｌｍ／Ｗ）であり、第２比較例よりも効率は低かった。
このように、本実施形態によれば、発光効率の高い発光装置が提供できる。
なお、第１実施例の発光装置２１０ａ、第２比較例の発光装置２１９ｂ、及び、第３比較例の発光装置２１９ｃの発光色の色度座標は、（０．３４、０．３５）であり、これらの発光装置の発光色は、いずれも白色光である。第１実施例の発光装置２１９ａによれば効率が高く、白色光を発する発光装置を提供できる。
なお、図４に例示した第１比較例の発光装置２１９ａにおいては、第２波長変換層側透光層６０を設けていないため、第２波長変換層８０の発熱により半導体発光素子１０の温度が上昇し、半導体発光素子１０の発光効率が低下する。また、第２波長変換層８０の膜厚の調整が困難であり、第２波長変換層８０での再吸収が増加し、発光効率が低下するとともに、色むらや輝度のばらつきが生じる。従って、この構成は、第２比較例よりもさらに効率が低下すると考えられる。
（第２の実施の形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
図８に表したように、第２の実施形態に係る発光装置２２０は、第１波長変換層側透光層４０をさらに備える。第１波長変換層側透光層４０は、半導体発光素子１０と第１波長変換層３０との間に設けられ、半導体発光素子１０及び第１波長変換層３０に接する。第１波長変換層側透光層４０は、第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２に対して透光性を有する。
第１波長変換層側透光層４０には、第１光及び第２光に対して透光性を有する任意の材料を用いることができる。すなわち、第１波長変換層側透光層４０は、半導体発光素子１０の発光波長近傍及びこれよりも長波長領域で実質的に透明である。第１波長変換層側透光層４０には、例えば、シリコーン系の樹脂などの任意の有機材料や、ＳｉＯ２などの酸化物や、ＳｉＮなどの窒化物や、ＳｉＯＮなどの酸窒化物を含む任意の無機材料を用いることができる。
本実施形態に係る発光装置２２０においては、第１波長変換層側透光層４０を設けることで、実装部材２０により反射された光は、半導体発光素子１０に戻らず直接外部へ出射し、光取り出し効率がさらに向上する。
図９は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の動作を例示する模式図である。
図９に表したように、第１波長変換層３０で放出された第２光Ｌ２は、半導体発光素子１０に入射する前に、第１波長変換層側透光層４０に入射する。そして、第２光Ｌ２は、第１波長変換層側透光層４０の中を伝搬し、第１波長変換層側透光層４０の側面から外界へ取り出される。
例えば、第２光Ｌ２は、第１波長変換層側透光層４０と、半導体発光素子１０の第１波長変換層側透光層４０の側の第２主面１０ｂと、の間の界面と、第１波長変換層側透光層４０と第１波長変換層３０との間の界面または第１波長変換層３０と実装部材２０との間の界面と、で反射し、第１波長変換層側透光層４０の中を伝搬する。
これにより、第２光Ｌ２は、半導体発光素子１０の内部（特に発光層１０３）に実質的に進入せず、第２光Ｌ２が半導体発光素子１０の内部（特に発光層１０３）で吸収されて、損失されることが抑制される。これにより、さらに効率が向上する。
また、半導体発光素子１０から放出された第１光Ｌ１も、第１波長変換層側透光層４０の中を伝搬し、第１波長変換層側透光層４０の側面から外界へ取り出されることができる。
例えば、第１光Ｌ１は、第１波長変換層側透光層４０と、半導体発光素子１０の第１波長変換層側透光層４０の側の第２主面１０ｂと、の間の界面と、第１波長変換層側透光層４０と第１波長変換層３０との間の界面または第１波長変換層３０と実装部材２０との間の界面と、で反射し、第１波長変換層側透光層４０の中を伝搬する。
これにより、第１光Ｌ１は、実装部材２０の側からは半導体発光素子１０の内部（特に発光層１０３）に実質的に進入せず、第１光Ｌ１が半導体発光素子１０の内部（特に発光層１０３）で吸収されて、損失されることが抑制される。これにより、効率が向上する。
第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２が第１波長変換層側透光層４０の内部を伝搬することを促進するために、第１波長変換層側透光層４０、第１波長変換層３０、及び、半導体発光素子１０（特に第１波長変換層側透光層４０の側の部分）の屈折率を、適切に設定することがより望ましい。
すなわち、半導体発光素子１０の第１波長変換層側透光層４０に接する部分（すなわち、第２主面１０ｂの側の部分であり、本具体例では、基板９０）の屈折率（第１屈折率ｎ１とする）は、第１波長変換層側透光層４０の屈折率（第２屈折率ｎ２とする）よりも大きいことが望ましい。そして、第１波長変換層３０の第１波長変換層側透光層４０に接する部分の屈折率（第３屈折率ｎ３とする）は、第１波長変換層側透光層４０の屈折率（第２屈折率ｎ２）以下であることが望ましい。すなわち、ｎ３≦ｎ２＜ｎ１であることが望ましい。
第１屈折率ｎ１を第２屈折率ｎ２よりも大きく設定することで、第１波長変換層側透光層４０から半導体発光素子１０に向かって進行する第２光Ｌ２を、効率良く第１波長変換層側透光層４０の側に反射させることができる。また、第１波長変換層側透光層４０に入射した第１光Ｌ１を、第１波長変換層側透光層４０の中を効率良く伝搬させることができる。
また、第３屈折率ｎ３を第２屈折率ｎ２以下に設定することで、第２光Ｌ２を第１波長変換層３０から第１波長変換層側透光層４０に効率良く入射させる。また、第１波長変換層側透光層４０から第１波長変換層３０に向かう第２光Ｌ２を、第１波長変換層側透光層４０と第１波長変換層３０との間の界面で反射させ、第２光Ｌ２を第１波長変換層側透光層４０の中を効率良く伝搬させることができる。
また、第３屈折率ｎ３が第２屈折率ｎ２と等しい場合には、第１波長変換層側透光層４０から第１波長変換層３０に向かう第１光Ｌ１を、第１波長変換層側透光層４０と第１波長変換層３０との間の界面で損失させることなく通過させ、第１波長変換層３０によって第２光Ｌ２を効率良く放出させる。また、実装部材２０の第１波長変換層３０の側の面で反射した第２光Ｌ２を第１波長変換層側透光層４０に効率良く入射させ、第２光Ｌ２を第１波長変換層側透光層４０の中を効率良く伝搬させることができる。また、第１波長変換層側透光層４０に入射した第１光Ｌ１を、第１波長変換層側透光層４０の中を効率良く伝搬させることができる。
例えば、本具体例では、半導体発光素子１０の第１波長変換層側透光層４０に接する側（第２主面１０ｂの側）の部分である基板９０には、サファイアが用いられ、このときには、第１屈折率ｎ１は約１．８である。また、半導体発光素子１０の第１波長変換層側透光層４０に接する側（第２主面１０ｂの側）の部分がｎ型コンタクト層１０２（例えばＧａＮ層）である場合には、第１屈折率ｎ１は約２．５となる。
一方、第１波長変換層側透光層４０には、例えばシリコーン系の樹脂が用いられ、第２屈折率ｎ２は約１．５とすることができる。また、第１波長変換層３０には、第１波長変換粒子３１が第１樹脂３２に分散されており、第１樹脂３２にはシリコーン系の樹脂が用いられ、第３屈折率ｎ３は約１．４とすることができる。このようにして、ｎ３≦ｎ２＜ｎ１の関係が実現できる。
屈折率をこのような関係に設定することで、第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２が、第１波長変換層側透光層４０の半導体発光素子１０の側の界面、及び、第１波長変換層側透光層４０の第１波長変換層３０の側の界面において効率的に反射する（例えば全反射する）。これにより、第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２を効率的に第１波長変換層側透光層４０の中を伝搬させ、これらの光を半導体発光素子１０に入射させず、外部へ出射させ、光取り出し効率を高め、効率を向上させることができる。
このように、第１屈折率ｎ１、第２屈折率ｎ２及び第３屈折率ｎ３の相互の関係を制御することで、効率がさらに向上する。
なお、発光装置２２０の場合も、第１波長変換層３０は実装部材２０に接しており、第１波長変換層３０で発生した熱は、効率良く実装部材２０に伝導され、放熱される。
（第２実施例）
第２の実施形態に係る第２実施例の発光装置２２０ａは、図８に例示した発光装置２２０と同様の構成を有している。第２実施例の発光装置２２０ａは、半導体発光素子１０から放出される第１光Ｌ１が青色光であり、第１波長変換層３０及び第２波長変換層８０から放出される光（第２光Ｌ２及び第３光Ｌ３）が共に黄色光である例である。発光装置２２０ａは、以下のようにして作製された。
第１実施例と同様に、実装部材２０として、ＡｌＮ製の実装基板を用い、半導体発光素子１０として、ＩｎＧａＮ系化合物半導体を含む発光層１０３を有する青色ＬＥＤチップ（発光波長のピークは４５０ｎｍ）を用いた。
まず、半導体発光素子１０の下面（第２主面１０ｂ）に、第１波長変換層側透光層４０を形成した。第１波長変換層側透光層４０には、透明なシリコーン樹脂を用いた。すなわち、半導体発光素子１０の下面（第２主面１０ｂ）に、シリコーン樹脂を塗布し、１５０℃で、１０分〜９０分間、常圧で乾燥することにより、第１波長変換層側透光層４０が得られる。このシリコーン樹脂の屈折率（第２屈折率ｎ２）は１．５４であり、後述する第１波長変換層３０の屈折率（第３屈折率ｎ３）の１．４１よりも大きく、半導体発光素子１０の基板９０の屈折率（第１屈折率ｎ１）の１．７８よりも小さい。
一方、第１実施例と同様にして、実装部材２０の実装面に第１波長変換層３０を形成した。そして、第１波長変換層側透光層４０が設けられた半導体発光素子１０を第１波長変換層３０の上に載置し、第１波長変換層３０を乾燥させて、第１波長変換層３０により半導体発光素子１０を実装部材２０に接着し固定した。
その後、第１実施例と同様にして、電気的接続を行い、さらに、第２波長変換層側透光層６０及び第２波長変換層８０を形成して、第２実施例の発光装置２２０ａが作製された。
発光装置２２０ａの発光特性を測定した。２０ｍＡの電流で駆動した時の発光効率は、８７．７（ｌｍ／Ｗ）であり、第１実施例の発光装置２１０ａよりもさらに高い効率を示した。
このように、本実施形態によれば、発光効率の高い発光装置が提供できる。
なお、第２実施例の発光装置２２０ａの発光色の色度座標も（０．３４、０．３５）であり、発光装置２２０ａの発光色は白色光である。
（第３実施例）
第２の実施形態に係る第３実施例の発光装置２２０ｂは、図８に例示した発光装置２２０と同様の構成を有している。ただし、第３実施例の発光装置２２０ｂにおいては、半導体発光素子１０から放出される第１光Ｌ１が青色光であり、第１波長変換層３０から放出される第２光Ｌ２が赤色光であり、第２波長変換層８０から放出される第３光Ｌ３が緑色光である例である。
発光装置２２０ｂは、以下のようにして作製された。
第２実施例と同様の方法で、半導体発光素子１０の下面（第２主面１０ｂ）に、シリコーン樹脂の第１波長変換層側透光層４０を形成した。
一方、実装部材２０の実装面に第１波長変換層３０を形成した。第１波長変換層３０の第１波長変換粒子３１には、６２０ｎｍに発光ピークをもつサイアロン系赤色蛍光体（（Ｓｒ２Ｓｉ７Ａｌ３ＯＮ１３：Ｅｕ２＋）の組成を有する）を用い、第１樹脂３２には、シリコーン系透明ダイボンド材を用いた。第１波長変換粒子３１を５０ｗｔ％（重量パーセント）の濃度で第１樹脂３２に分散させ、これを実装部材２０の実装面に塗布し、これが第１波長変換層３０となる。そして、第１実施例と同様の方法で、半導体発光素子１０を実装部材２０に接着して固定し、ｐ側基板電極１０７ｅ及びｎ側基板電極１０８ｅと、半導体発光素子１０のｐ側電極１０７及びｎ側電極１０８と、を、それぞれｐ側配線１０７ｗ及びｎ側配線１０８ｗにより電気的に接続した。
その後、第２実施例と同様の方法で半導体発光素子１０の上に第２波長変換層側透光層６０を形成した後、第２波長変換層側透光層６０の上に緑色の第２波長変換層８０を形成した。すなわち、シリコーン系の透明樹脂に５２０ｎｍに発光ピークをもつサイアロン系緑色蛍光体（（Ｓｒ３Ｓｉ１３Ａｌ３Ｏ２Ｎ２１：Ｅｕ２＋）の組成を有する）を分散させて、第２波長変換層８０となる緑色蛍光体分散樹脂を調製した。そして、第２実施例と同様の方法で、第２波長変換層側透光層６０の全体を覆うように緑色蛍光体分散樹脂を塗布した。緑色蛍光体分散樹脂の膜厚は、ほぼ均一とされ、緑色蛍光体分散樹脂の形状は、第２波長変換層側透光層６０の形状に沿って、上に凸状の曲面状となる。その後、常圧で、１５０℃で６０分間、緑色蛍光体分散樹脂を乾燥させ、第２波長変換層８０が形成された。この場合も、第２波長変換層８０においては、頂部の厚みと端面の厚みとの比は、ほぼ１：１である。
このようにして、第３実施例の発光装置２２０ｂが作製された。
一方、図７に例示した第４比較例の発光装置２１９ｄが以下のようにして作製された。 すなわち、半導体発光素子１０を、シリコーン系透明ダイボンド材層４１を用いて実装部材２０に実装した後、電気的接続を行い、内側透光層６０ｄとなる透明なシリコーン樹脂を、第２波長変換層側透光層６０と同様の方法で形成し、内側透光層６０ｄを形成した。その後、第２波長変換層８０と同様の方法で、内側透光層６０ｄを覆うように、内側波長変換層８０ｄとなるサイアロン系赤色蛍光体（（Ｓｒ２Ｓｉ７Ａｌ３ＯＮ１３：Ｅｕ２＋）の組成を有する）を含有する赤色蛍光体層を形成し、内側波長変換層８０ｄを形成した。その後、第３実施例と同様の方法で、内側波長変換層８０ｄを覆うように第２波長変換層側透光層６０を形成し、さらに、第２波長変換層側透光層６０を覆うようにサイアロン系緑色蛍光体（（Ｓｒ３Ｓｉ１３Ａｌ３Ｏ２Ｎ２１：Ｅｕ２＋）の組成を有する）を含有する緑色蛍光体層を形成し、第２波長変換層８０を形成した。このようにして、発光装置２１９ｄが作製された。
すなわち、第４比較例の発光装置２１９ｄの内側透光層６０ｄには、第３実施例の発光装置２２０ｂの第１波長変換層側透光層４０と同様の透明なシリコーン樹脂が用いられた。そして、第４比較例の発光装置２１９ｄの内側波長変換層８０ｄには、第３実施例の発光装置２２０ｂの第１波長変換層３０と同様の材料が用いられ、内側波長変換層８０ｄは、サイアロン系赤色蛍光体（（Ｓｒ２Ｓｉ７Ａｌ３ＯＮ１３：Ｅｕ２＋）の組成を有する）を含有する赤色蛍光体層である。
そして、第４比較例の発光装置２１９ｄの第２波長変換層側透光層６０には、第３実施例の発光装置２２０ｂの第２波長変換層側透光層６０と同じ材料が用いられた。そして、第４比較例の発光装置２１９ｄの第２波長変換層８０には、第３実施例の発光装置２２０ｂの第２波長変換層８０と同様のサイアロン系緑色蛍光体（（Ｓｒ３Ｓｉ１３Ａｌ３Ｏ２Ｎ２１：Ｅｕ２＋）の組成を有する）を含有する緑色蛍光体層が用いられた。
上記のような第３実施例の発光装置２２０ｂ、及び、第４比較例の発光装置２１９ｄの光学特性を評価した。
発光装置２２０ｂ及び発光装置２１９ｄの発光色の色度座標は、（０．３４、０．３５）であり、これらの発光装置は、いずれも白色光を発光した。
そして、第３実施例の発光装置２２０ｂにおいては、２０ｍＡの電流で駆動した時の発光効率は、６９．４（ｌｍ／Ｗ）であり、高い効率を示した。
一方、第４比較例の発光装置２１９ｄにおいては、２０ｍＡの電流で駆動した時の発光効率は、６０．１（ｌｍ／Ｗ）であり、効率は低かった。
第４比較例の発光装置２１９ｄの場合、赤色の蛍光体層である内側波長変換層８０ｄが、緑色の蛍光体層である第２波長変換層８０に近接して配置されている。このため、第２波長変換層８０で放出された緑色の蛍光である第３光Ｌ３が、内側波長変換層８０ｄで吸収され易い。また、内側波長変換層８０ｄにおいては、半導体発光素子１０からの第１光Ｌ１で直接励起されるので、効率良く発光させることができるが、外側の第２波長変換層８０においては、半導体発光素子１０からの第１光Ｌ１で直接励起される場合と、内側波長変換層８０ｄで反射または散乱された第１光Ｌ１で励起される場合とがあるので、内側波長変換層８０ｄでの反射または散乱により生じたロス分だけ第２波長変換層８０における発光の効率が低下する。これにより、効率が低下したものと考えられる。そして、発光装置２１９ｄの場合、第１波長変換層３０が設けられていないので、半導体発光素子１０から実装部材２０に向けて出射する第１光Ｌ１は、実装部材２０で反射され、半導体発光素子１０内へと再度入射し、半導体発光素子１０の特に発光層１０３での再吸収により損失され、効率が低下する。
一方、第１波長変換層側透光層４０が設けられた第３実施例の発光装置２２０ｂにおいては、赤色の第１波長変換層３０で放出された第２光Ｌ２（赤色光）は、半導体発光素子１０の内部には入射せずに第１波長変換層側透光層４０を伝搬して直接外部に取り出され、半導体発光素子１０の特に発光層１０３での再吸収ロスが抑制され、また、再吸収による発熱が抑制され、効率が向上する。
そして、第３実施例の発光装置２２０ｂにおいては、赤色の蛍光体層である第１波長変換層３０が、半導体発光素子１０と実装部材２０との間に設けられ、第１波長変換層３０は、緑色の蛍光体層である第２波長変換層８０とは離れて配置されている。このため、第２波長変換層８０で放出された緑色の蛍光である第３光Ｌ３は、第１波長変換層３０には実質的に到達しない。これにより、第２波長変換層８０で放出された緑色光の第３光Ｌ３の大部分は、第１波長変換層３０や半導体発光素子１０で吸収されることなく外部へ放出され、高い効率が得られる。
このように本実施形態に係る発光装置２２０の形態を適用した第３実施例の発光装置２２０ｂにより、演色性の高い白色光を高効率に発する、発光装置を提供できる。
（第３の実施形態）
図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１０（ａ）に表したように、本実施形態に係る発光装置２１４においては、半導体発光素子１０の基板９０（及びバッファ層１０１）が除去されており、半導体発光素子のｎ型半導体層（ｎ型コンタクト層１０２）が、第１波長変換層側透光層４０に接触し、第１波長変換層側透光層４０と実装部材２０との間に第１波長変換層３０が設けられている。このように、本発明の実施形態に係る発光装置に用いられる半導体発光素子１０は、ｎ型半導体層（例えばｎ型コンタクト層１０２）と、ｐ型半導体層（例えばｐ型コンタクト層１０５）との間に、発光層１０３が設けられる構成であれば良く、例えば基板９０等は必要に応じて省略される。
発光装置２１４においても、第２波長変換層８０、第２波長変換層側透光層６０及び第１波長変換層３０が設けられことで、効率が向上する。そして、本具体例では、第１波長変換層側透光層４０を設けることで、さらに効率が向上する。
なお、発光装置２１４の構造において、第１波長変換層側透光層４０は省略しても良く、この場合には、半導体発光素子１０のｎ型半導体層（ｎ型コンタクト層１０２）が、第１波長変換層３０に接する。
図１０（ｂ）に表したように、本実施形態に係る別の発光装置２１５においては、半導体発光素子１０のｐ側電極１０７及びｎ側電極１０８が実装部材２０に対向するように、半導体発光素子１０が実装部材２０に実装されている。すなわち、半導体発光素子１０のｐ型半導体層（ｐ型コンタクト層１０５）の側の第１主面１０ａが、実装部材２０に対向する。そして、半導体発光素子１０のｐ側電極１０７が、ｐ側バンプ１０７ｂにより、実装部材２０のｐ側基板電極１０７ｅに電気的に接続され、半導体発光素子１０のｎ側電極１０８が、ｎ側バンプ１０８ｂにより、実装部材２０のｎ側基板電極１０８ｅに電気的に接続されている。
図１０（ｃ）に表したように、本実施形態に係る別の発光装置２１６においては、半導体発光素子１０の基板９０（及びバッファ層１０１）が除去されており、かつ、半導体発光素子１０のｐ側電極１０７及びｎ側電極１０８が、実装部材２０に対向するように、半導体発光素子１０が実装部材２０に実装されている。
発光装置２１５及び２１６においても、第２波長変換層８０、第２波長変換層側透光層６０及び第１波長変換層３０が設けられことで、効率が向上する。そして、これらの具体例では、第１波長変換層側透光層４０を設けることで、さらに効率が向上する。
フリップチップ構造を採用した発光装置２１５及び２１６においては、ワイヤ（ｐ側配線１０７ｗ及びｎ側配線１０８ｗ）が不要になるため、第２波長変換層側透光層６０中の応力などによって生じるワイヤの断線不良などが無くなり、発光装置の信頼性が向上できる利点がある。
なお、発光装置２１５及び２１６の構造において、第１波長変換層側透光層４０は省略しても良く、この場合には、半導体発光素子１０のｐ型半導体層（ｐ型コンタクト層１０５）及び、ｎ型半導体層（ｎ型コンタクト層１０２）の一部が、第１波長変換層３０に接する。ｎ側電極１０８として、例えば、透明電極を用いる場合には、ｎ側電極１０８が第１波長変換層３０に接する構造とすることができる。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る別の発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１１（ａ）に表したように、本実施形態に係る発光装置２１８においては、半導体発光素子１０の基板９０（及びバッファ層１０１）が除去されており、半導体発光素子１０のｎ型半導体層（ｎ型コンタクト層１０２）の側の第２主面１０ｂにｎ側電極１０８が設けられている。ｎ側電極１０８として、例えば、透明電極を用いることができる。なお、ｐ型半導体層（ｐ型コンタクト層１０５）の側の第１主面１０ａにｐ側電極１０７が設けられている。そして、半導体発光素子１０のｎ側電極１０８が、ｎ側バンプ１０８ｂにより、実装部材２０のｎ側基板電極１０８ｅに電気的に接続されており、半導体発光素子１０のｐ側電極１０７は、ｐ側配線１０７ｗにより、実装部材２０のｐ側基板電極１０７ｅに電気的に接続されている。
そして、半導体発光素子１０の第１波長変換層３０とは反対の側に第２波長変換層８０が設けられ、半導体発光素子１０と第２波長変換層８０との間に第２波長変換層側透光層６０が設けられ、半導体発光素子１０の第２主面１０ｂの側に第１波長変換層３０が設けられている。そして、本具体例では、第１波長変換層側透光層４０がさらに設けられている。このような構成を有する発光装置２１８においても、効率が向上する。
なお、この構造において、第１波長変換層側透光層４０は省略しても良く、この場合には、半導体発光素子１０のｎ型半導体層（ｎ型コンタクト層１０２）が、第１波長変換層３０に接する。ｎ側電極１０８として、例えば、透明電極を用いる場合には、ｎ側電極１０８が第１波長変換層３０に接する構造とすることができる。
図１１（ｂ）に表したように、本実施形態に係る発光装置２１８ａにおいては、半導体発光素子１０の基板９０が導電性を有し、基板９０が、第１波長変換層側透光層４０に接触し、第１波長変換層側透光層４０と実装部材２０との間に第１波長変換層３０が設けられている。基板９０には、例えば、ＳｉＣ基板が用いられる。ｎ側電極１０８は、基板９０の側の第２主面１０ｂに設けられている。なお、ｐ型半導体層（ｐ型コンタクト層１０５）の側の第１主面１０ａにｐ側電極１０７が設けられている。そして、半導体発光素子１０のｎ側電極１０８が、ｎ側バンプ１０８ｂにより、実装部材２０のｎ側基板電極１０８ｅに電気的に接続されており、半導体発光素子１０のｐ側電極１０７は、ｐ側配線１０７ｗにより、実装部材２０のｐ側基板電極１０７ｅに電気的に接続されている。
そして、この場合も、第２波長変換層８０、第２波長変換層側透光層６０及び第１波長変換層３０が設けられ、第１波長変換層側透光層４０がさらに設けられている。このような構成を有する発光装置２１８ａにおいても、効率が向上する。
なお、この構造において、第１波長変換層側透光層４０は省略しても良く、この場合には、半導体発光素子１０の基板９０が、第１波長変換層３０に接する。ｎ側電極１０８として、例えば、透明電極を用いる場合には、ｎ側電極１０８が第１波長変換層３０に接する構造とすることができる。
また、発光装置２１８及び２１８ａにおいても、波長変換層を複数（第１波長変換層３０及び第２波長変換層８０）設けることで、発光装置が発光する光の波長特性が制御し易くなり、演色性の高い所望の発光の実現がより容易になる。
このように、本発明に係る発光装置においては、半導体発光素子１０の下面に設けられた第１波長変換層３０により、半導体発光素子１０から実装部材２０の側に放出される第１光Ｌ１を波長変換して、半導体発光素子１０の発光波長（第１光Ｌ１の波長）よりも長い波長を有する第２光Ｌ２を発生させることで、実装部材２０によって反射された戻り光が半導体発光素子１０の発光層１０３で再吸収される損失を抑制する。そして、第１波長変換層３０が実装部材２０に接することで放熱性を高め、半導体発光素子１０の温度上昇を抑制し、効率を向上させる。
そして、半導体発光素子１０の上面に第２波長変換層側透光層６０を設けることで、第２波長変換層８０で放出された第３光Ｌ３が第１波長変換層３０で再吸収されることを抑制し効率を向上させる。さらに、半導体発光素子１０と第２波長変換層８０との間に第２波長変換層側透光層６０を設けることで、第２波長変換層８０と第１波長変換層３０との間の距離を拡大して上記の再吸収をさらに抑制し、第２波長変換層８０で発生する熱によって半導体発光素子１０の温度が上昇することを抑制して効率を向上させる。
さらに、半導体発光素子１０と第１波長変換層３０との間に第１波長変換層側透光層４０を設けることで、実装部材２０によって反射された光（第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２）が半導体発光素子１０を経由することなく直接外部へ出射させて光取り出し効率を高める。 これにより、高効率な発光装置が提供される。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、発光装置を構成する半導体発光素子、実装部材、第１波長変換層、第２波長変換層、第１波長変換層側透光層、第２波長変換層側透光層、半導体層、発光層、電極、配線等各要素の具体的な構成の、形状、サイズ、材質、配置関係などに関して当業者が各種の変更を加えたものであっても、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した発光装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての発光装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
１０…半導体発光素子、 １０ａ…第１主面、 １０ｂ…第２主面、 ２０…実装部材、 ３０…第１波長変換層、 ３１…第１波長変換粒子、 ３２…第１樹脂、 ４０…第１波長変換層側透光層、 ４１…シリコーン系透明ダイボンド材層、 ６０…第２波長変換層側透光層、 ６０ｄ…内側透光層、 ８０、８０ｃ…第２波長変換層、 ８０ｄ…内側波長変換層、 ９０…基板、 １０１…バッファ層、 １０２…ｎ型コンタクト層、 １０３…発光層、 １０４…ｐ型電子ブロック層、 １０５…ｐ型コンタクト層、 １０７…ｐ側電極、 １０７ｂ…ｐ側バンプ、 １０７ｅ…ｐ側基板電極、 １０７ｗ…ｐ側配線、 １０８…ｎ側電極、 １０８ｂ…ｎ側バンプ、 １０８ｅ…ｎ側基板電極、 １０８ｗ…ｎ側配線、 ２１０、２１０ａ、２１４、２１５、２１６、２１８、２１８ａ、２１９ａ、２１９ｂ、２１９ｃ、２１９ｄ、２２０、２２０ａ、２２０ｂ、…発光装置、 Ｌ１…第１光、 Ｌ２…第２光、 Ｌ３…第３光

Claims (5)

  1. 半導体発光素子と、
    実装部材と、
    前記半導体発光素子と前記実装部材との間に設けられ、前記実装部材に接し、前記半導体発光素子から放出される第１光を吸収して前記第１光の波長よりも長い波長を有する第２光を放出する第１波長変換層と、
    前記半導体発光素子の前記第１波長変換層とは反対の側に設けられ、前記第１光を吸収して前記第１光の波長よりも長い波長を有する第３光を放出する第２波長変換層と、
    前記半導体発光素子と前記第２波長変換層との間に設けられ、前記第１光、前記第２光及び前記第３光に対して透光性を有する第２波長変換層側透光層と、
    を備え、
    前記第２波長変換層は、前記第２波長変換層側透光層により前記第１波長変換層から離されており、
    前記第２波長変換層の端部は、前記実装部材に接し、
    前記第２波長変換層側透光層の端部は、前記実装部材に接することを特徴とする発光装置。
  2. 前記第３光の波長は、前記第２光の前記波長以下であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  3. 前記半導体発光素子と前記第１波長変換層との間に設けられ、前記半導体発光素子及び前記第１波長変換層に接し、前記第１光及び前記第２光に対して透光性を有する第１波長変換層側透光層をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の発光装置。
  4. 前記半導体発光素子の前記第１波長変換層側透光層に接する部分の屈折率は、前記第１波長変換層側透光層の屈折率よりも大きく、
    前記第１波長変換層の前記第１波長変換層側透光層に接する部分の屈折率は、前記第１波長変換層側透光層の前記屈折率以下であることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
  5. 前記第１波長変換層は、前記第１光を吸収して前記第２光を放出する第１波長変換粒子と、前記第１波長変換粒子が分散された樹脂と、を有し、
    前記第１波長変換粒子の粒子径は、１マイクロメートル以上、５０マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項４記載の発光装置。
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