WO2007080803A1 - 半導体発光装置 - Google Patents

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WO2007080803A1
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Masa-Aki Suzuki
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor light emitting device including a semiconductor light emitting element.
  • a light emitting diode (hereinafter referred to as “LED”) is known as a semiconductor light emitting element including a semiconductor multilayer film.
  • LEDs emitting blue light such as GaN-based LEDs, can be applied to semiconductor light emitting devices that emit white light when combined with phosphors that emit fluorescence when excited by blue light.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor light emitting device that emits white light.
  • the semiconductor light emitting device 100 is used for fixing a chip in which the LED chip 102 emitting blue light has an Ag paste equal force on the bottom surface of the concave portion provided at one end of the first lead frame 101a. It is fixed with paste material 103.
  • a first electrode 104a and a second electrode 104b are formed on the upper surface of the LED chip 102.
  • the first electrode 104a is electrically connected to the first lead frame 101a via the first wire 105a
  • the second electrode 104b is the second lead that makes a pair with the first lead frame 101a via the second wire 105b. It is electrically connected to the frame 101b.
  • the LED chip 102 is sealed with a phosphor layer 106 molded in a cannonball shape.
  • the binder of the phosphor layer 106 a resin material that transmits visible light such as epoxy resin or silicone resin is generally used. Further, the phosphor 106a is dispersed in the phosphor layer 106 (see, for example, Patent Document 1).
  • the refractive index power of epoxy resin is very low compared to the refractive index of the material (for example, GaN) constituting the SLED chip, so that the light extraction efficiency may deteriorate.
  • a countermeasure for example, a method of gradually reducing the refractive index stepwise toward the outer layer of the LED chip (see, for example, Patent Document 3), an inorganic oxide having a high refractive index, or the like is sealed in the LED chip.
  • Method used as a material for example, see Patent Document 4
  • a method of scattering light by using a porous material for the substrate of the LED chip or forming irregularities on the surface of the substrate for example, Patent Document 4
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-71908
  • Patent Document 2 JP-A-2005-93724
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 61-96780
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-24236
  • Patent Document 5 JP-A-2005-191514
  • Patent Documents 3 to 5 still have insufficient light extraction efficiency to be applied to, for example, a lighting device.
  • the present invention provides a semiconductor light emitting device that can improve light extraction efficiency.
  • the semiconductor light emitting device of the present invention is formed by covering a semiconductor light emitting element, a phosphor layer formed to cover at least a part of the semiconductor light emitting element, and at least a part of the phosphor layer.
  • the phosphor layer includes a binder and a phosphor dispersed in the binder, and the outer layer includes a porous material.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic diagram of constituent materials of an outer layer included in the semiconductor light emitting device shown in FIG. 1A. .
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the porosity and refractive index of a porous material.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph for explaining the effective particle diameter in the present specification.
  • Figure 5 shows the relationship between the volume content of inorganic particles in the binder and the refractive index of the binder. It is a graph which shows.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a modified example of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor light emitting device that emits white light.
  • the semiconductor light emitting device of the present invention is formed by covering a semiconductor light emitting element, a phosphor layer formed to cover at least a part of the semiconductor light emitting element, and at least a part of the phosphor layer. And outer layer.
  • a semiconductor light emitting element for example, an LED that emits light having a maximum peak wavelength of 490 nm or less can be used.
  • an LED chip having a GaN-based compound semiconductor power is preferable because it emits blue light (or light having a shorter wavelength than blue light) and has high emission intensity.
  • the phosphor layer includes a binder and a phosphor dispersed in the binder.
  • a binder containing a binder material that transmits visible light can be used.
  • a resin material having an organic polymer power such as an epoxy resin, an acrylic resin, a cycloolefin resin, a resin material having an inorganic polymer power such as a silicone resin, and the like can be used.
  • an inorganic material such as a low melting point glass or a sol-gel glass that can be formed at a low temperature may be used.
  • the phosphor As the phosphor, a phosphor that absorbs a part of the light emitted from the semiconductor light emitting element and emits fluorescence can be used.
  • the phosphor may be a yellow phosphor that emits yellow light, a green phosphor that emits green light, or a red phosphor that emits red light. Etc. can be used.
  • the phosphors listed above, a blue phosphor that emits blue light, or the like can be used.
  • the light emitted from the semiconductor light emitting device and the phosphor can emit light. For example, white light can be extracted.
  • the yellow phosphor for example, cerium-added yttrium aluminum garnet (abbreviation YAG: Ce) can be used.
  • YAG cerium-added yttrium aluminum garnet
  • the green phosphor for example, ZnS: Cu, A1 (abbreviation P22—GN4), (Ba, Mg) Al 2 O 3: Eu, Mn (abbreviation LP-G3), or the like can be used.
  • red phosphor for example, Y O S: Eu (abbreviation P22-RE3) can be used. Above blue
  • color phosphor examples include (Sr, Ca, Ba, Mg) (PO) CI: Eu (abbreviation LP—Bl) and (B
  • a, Mg) Al 2 O 3: Eu (abbreviation LP—B4) can be used.
  • the outer layer includes a porous material. This facilitates the reduction of the refractive index of the outer layer. Therefore, an outer layer having a refractive index lower than that of the phosphor layer can be disposed between the outside of the semiconductor light emitting device (for example, the air layer) and the phosphor layer. Therefore, the light extraction efficiency of the semiconductor light emitting device can be improved.
  • the refractive index of the binder is greater than the refractive index of the material constituting the light extraction side main surface (hereinafter simply referred to as “light extraction surface”) of the semiconductor light emitting device. It is preferably low and higher than the refractive index of the outer layer. In this configuration, since the refractive index gradually decreases toward the outer layer of the semiconductor light emitting element, the light extraction efficiency can be further improved.
  • the binder of the phosphor layer includes a binder material and inorganic particles having an effective particle size equal to or less than 1 ⁇ 4 of the wavelength of light transmitted through the binder material.
  • the refractive index may be larger than that of the binder material. According to this configuration, the difference in refractive index between the binder and the material constituting the light extraction surface of the semiconductor light emitting element is reduced by including the inorganic particles. Therefore, the light extraction efficiency can be further improved. Further, by including the inorganic particles, the heat resistance of the binder is improved and the light resistance is improved.
  • the effective particle size of the inorganic particles is less than a quarter of the wavelength of light transmitted through the binder material, the scattering of light in the binder is only Rayleigh scattering. Therefore, deterioration of the translucency of the binder can be prevented. Further, since the size of the inorganic particles is sufficiently smaller than the wavelength of light, the binder can be regarded as a uniform medium having no variation in refractive index. In addition, if the effective particle size of the inorganic particles is lOOnm or less, the above effects are sufficiently exhibited for light in the visible region. Can be made. The “effective particle size” will be described later.
  • Examples of the inorganic particles that can be used include inorganic oxides, metal nitrides, metal carbides, carbon compounds, and sulfates.
  • Examples of the inorganic oxide include titanium oxide (refractive index 2.2 to 2.5), oxide tantalum (refractive index 2.0 to 2.3), and niobium oxide (refractive index 2.1). ⁇ 2.3), tungsten oxide (refractive index 2.2), zirconium oxide (refractive index 2.1), zinc oxide (refractive index 1. 9 ⁇ 2.0), indium oxide (refractive index 2) 0), tin oxide (refractive index 2.0), acid hafnium (refractive index 2.0), yttrium oxide (refractive index 1.9), silicon oxide (refractive index 1.4 to 1.5) ), Acid aluminum (refractive index 1.7-1.1.8) and the like. These composite inorganic oxides can also be used.
  • Examples of the metal nitride include silicon nitride (refractive index: 1.9 to 2.0).
  • Examples of the metal carbide include silicon carbide (refractive index 2.6).
  • Examples of the carbon compound include diamond (refractive index 3.0), diamond 'like' carbon (refractive index 3.0), and the like.
  • Examples of the sulfides include copper sulfide and tin sulfide.
  • the refractive index attached to each inorganic material name indicates the refractive index with respect to visible light (for example, light having a wavelength of 588 nm).
  • inorganic particles mainly composed of at least one oxide selected from the group consisting of titanium oxide, oxide tantalum, zirconium oxide, and zinc oxide force, or these oxides
  • Inorganic particles such as composite oxides containing are preferred because of the wide variety of commercially available products.
  • an inorganic compound that easily develops photocatalytic action by ultraviolet rays, such as titanium oxide the binder material may be deteriorated. Therefore, an anatase crystal structure that has a strong photocatalytic action should be used instead of a rutile crystal structure. Is preferred.
  • a material in which the surface of an inorganic compound having an active photocatalytic activity is modified with an inorganic compound having an inactive photocatalytic activity such as silicon oxide or aluminum oxide may be used.
  • the porous material constituting the outer layer it is preferable to use an inorganic material. This is because heat resistance and light resistance can be improved.
  • the inorganic material that can be used include metal oxides, metal fluorides, and metal nitrides.
  • the above metal oxides include silicon oxide (refractive index 1.45), aluminum oxide (refractive index 1.7-1 to 1.8), titanium oxide (refractive index 2.2 to 2.5). ), Zirconium oxide (refractive index 2.1), acid Zinc oxide (refractive index 1.9 to 2.0), tantalum oxide (refractive index 2.0 to 2.3), niobium oxide (refractive index 2.1 to 2.3), tungsten oxide (refractive index 2 2), indium oxide (refractive index 2.0), acid tin (refractive index 2.0), acid hafnium (refractive index 2.0), yttrium oxide (refractive index 1.9), acid ⁇ Magnesium (refractive index 1. 7).
  • a mixture of these metal oxides or a composite inorganic oxide having a plurality of metal elements can also be used.
  • the metal fluoride include magnesium fluoride (refractive index 1.38), calcium fluoride (refractive index 1.43), and the like.
  • the metal nitride include silicon nitride (refractive index: 1.9 to 2.0).
  • subjected to each inorganic material name has shown the refractive index with respect to visible light (for example, light with a wavelength of 588 nm).
  • acid silicon, acid aluminum, magnesium fluoride, and calcium fluoride have a low refractive index as a butter, so that the refractive index can be further reduced by making it porous. Can do. Also, by using these materials, it is possible to realize a refractive index lower than that of the resin material with a relatively low porosity.
  • the porosity is the ratio of the pore volume to the apparent volume of the porous material. A low porosity is preferable because a decrease in strength of the porous material can be suppressed.
  • acid silicon and acid aluminum are advantageous in that raw materials are relatively inexpensive and commercial products are easily available. The porosity can be measured by a specific gravity method.
  • the porous material constituting the outer layer the above-described aggregated porous body of particles made of an inorganic material may be used.
  • the porous material can have a continuous structure in which the particles are continuously connected in a mesh shape, so that expansion and contraction of air inside the hole due to temperature change can be suppressed.
  • the heat resistance and mechanical strength of the outer layer can be improved, which is effective in high-temperature processes such as solder reflow and when the temperature becomes high during use of the semiconductor light-emitting device.
  • the particles have an average particle diameter of 1 ⁇ 4 or less of the wavelength of light transmitted through the outer layer, and the average pore diameter of the aggregated porous body is the wavelength of light transmitted through the outer layer. It is preferable that it is 1/4 or less. This is because light scattering in the outer layer is only Rayleigh scattering, so that deterioration of the translucency of the outer layer can be prevented.
  • the average pore diameter is small.
  • Log differential pore volume force can also be obtained by a pore distribution measuring device. If both the average particle diameter and the average pore diameter are not more than lOOnm, the above effect can be sufficiently exerted with respect to light in the visible region. An example of the method for producing the agglomerated porous body will be described later.
  • the average pore diameter of the aggregated porous body is equal to or less than lOOnm, the movement of the gas molecules in the pores is restricted because the average free path of the gas molecules is the same. For this reason, even in the communication structure, a strong force acts on the network skeleton of the aggregated porous body against a sudden temperature change. In the body, large swelling and contraction could occur. According to this configuration, since the aggregated porous body also has an inorganic material strength, it has high durability against temperature changes and can ensure high stability.
  • the semiconductor light emitting device of the present invention may further include a light transmission layer interposed between the semiconductor light emitting element and the phosphor layer. This is because the semiconductor light-emitting element and the phosphor layer are not in contact with each other, so that deterioration of the phosphor layer due to heat generated by the semiconductor light-emitting element force can be prevented.
  • the constituent material of the light transmission layer is not particularly limited, and organic polymer materials such as epoxy resin, acrylic resin, and cycloolefin resin, inorganic polymer materials such as silicone resin, gas such as glass and nitrogen Layers etc. can be used.
  • the refractive index of the light transmission layer is lower than the refractive index of the material (for example, GaN) constituting the light extraction surface of the semiconductor light emitting element. It is preferable that the refractive index of the phosphor layer is higher than the refractive index of the noinda. In this configuration, the refractive index decreases stepwise toward the semiconductor light-emitting element power phosphor layer, so that the light extraction efficiency can be further improved.
  • the semiconductor light emitting device of the present invention includes the light transmission layer
  • the light transmission layer includes a base material and inorganic particles dispersed in the base material
  • the inorganic particles include the base material.
  • a structure having an effective particle diameter of 1 ⁇ 4 or less of the wavelength of transmitted light and a refractive index larger than that of the base material may be used. According to this configuration, the refractive index difference force S between the light transmission layer and the material constituting the light extraction surface of the semiconductor light emitting element is reduced by including the inorganic particles. Therefore
  • the light extraction efficiency can be further improved. Further, by including the above inorganic particles. Therefore, since the heat resistance of the light transmission layer is improved, the light transmission layer can be prevented from being deteriorated. In addition, since the effective particle size of the inorganic particles is not more than a quarter of the wavelength of light transmitted through the base material, light scattering in the light transmission layer is only Rayleigh scattering. Therefore, it is possible to prevent the light transmission layer from being deteriorated in light transmission. Further, since the size of the inorganic particles is sufficiently smaller than the wavelength of light, the light transmission layer can be regarded as a uniform medium having no refractive index variation. If the effective particle size of the inorganic particles is not more than lOOnm, the above effect can be sufficiently exerted by light in the visible region.
  • the base material of the light transmitting layer is not particularly limited, and is an organic polymer material such as epoxy resin, acrylic resin, and cycloolefin resin, inorganic polymer material such as silicone resin, Glass can be used. Further, as the inorganic particles in the light transmitting layer, the same inorganic particles that can be dispersed in the binder material described above can be used.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic diagram of the constituent material of the outer layer included in the semiconductor light emitting device shown in FIG. 1A.
  • a semiconductor light emitting device 1 includes a semiconductor light emitting element 10, a phosphor layer 11 formed so as to cover the semiconductor light emitting element 10, and an outer layer 12 formed so as to cover the phosphor layer 11. And including.
  • the semiconductor light emitting element 10 is fixed to a bottom surface of a recess provided in a cup shape at the end of the first lead frame 13a by an adhesive paste material 14 that also has an Ag paste isotropic force.
  • a first electrode 15a and a second electrode 15b are formed on the light extraction surface 10a of the semiconductor light emitting element 10.
  • the first electrode 15a is electrically connected to the first lead frame 13a via the first wire 16a.
  • the second electrode 15b is electrically connected to the second lead frame 13b paired with the first lead frame 13a via the second wire 16b.
  • the phosphor layer 11 includes a binder 17 and a phosphor 18 dispersed in the binder 17. This phosphor layer 11 is sealed by an outer layer 12 molded in a cannonball shape.
  • the outer layer 12 is made of a porous material 19 shown in FIG. 1B.
  • the refractive index of the outer layer 12 can be easily reduced. Therefore, the outer layer 12 having a refractive index lower than that of the binder 17 of the phosphor layer 11 can be disposed between the outside of the semiconductor light emitting device 1 (for example, the air layer) and the phosphor layer 11. Therefore, the light extraction efficiency of the semiconductor light emitting device 1 can be improved.
  • the porous material 19 is composed of an agglomerated porous body having a continuous structure in which particles 19a having an inorganic material force are continuously connected in a network. Thereby, expansion and contraction of air inside the hole due to temperature change can be suppressed. Therefore, the heat resistance and mechanical strength of the outer layer 12 can be improved. Further, in the porous material 19, the particles 19 a have an average particle diameter of 1 ⁇ 4 or less of the wavelength of light transmitted through the outer layer 12, and the average value of the pore diameter D of the porous material 19 transmits through the outer layer 12. It is preferably less than one quarter of the wavelength of light.
  • the average particle diameter of the particles 19a is in the range of 1 nm to 30 nm
  • the average value of the pore diameter D is in the range of 1 nm to 30 nm!
  • the refractive index of the porous material 19 (that is, the outer layer 12) is, for example, the size of the material of the particles 19a, the average particle diameter of the particles 19a, or the pore diameter D of the porous material 19 according to the following equation (1): It can be adjusted by controlling the above.
  • n is the porous material 19
  • N is the refractive index of the material constituting the particle 19a.
  • P is the filling rate
  • the porosity of the porous material 19 can be represented by 1-P.
  • FIG. 2 shows the relationship between the porosity and the refractive index of the porous material 19.
  • silicon dioxide reffractive index 1.45
  • calcium fluoride reffractive index 1.43
  • magnesium fluoride refractive index 1.38
  • the refractive index of the binder 17 is in the range of about 1.4 to 1.6. . Therefore, if the refractive index of the porous material 19 is adjusted to be lower than 1.4, the light extraction efficiency of the semiconductor light emitting device 1 can be improved.
  • the acid 19 When using kon, as shown in FIG. 2, the porosity of the porous material 19 may be adjusted to be larger than 0.1.
  • the lower limit of the refractive index of the porous material 19 is not particularly limited as long as it is higher than the refractive index outside the outer layer 12 (for example, 1.0 in the case of air), but in order to lower the refractive index, the porous material 19 Increasing the porosity of 19 may cause adverse effects such as lowering the mechanical strength of the porous material 19. Therefore, it is preferable to adjust the refractive index of the porous material 19 within a range where the porosity of the porous material 19 is 0.95 or less.
  • the refractive index of the outer layer 12 is preferably a value between the refractive index of the outside of the semiconductor light emitting device 1 (for example, the air layer) and the refractive index of the binder 17. This is the power that can improve the light extraction efficiency.
  • the refractive index of the binder 17 is in the range of 1.4 to 1.6
  • the refractive index of the outer layer 12 is preferably in the range of 1.1 to 1.3.
  • the porosity of the outer layer 12 is in the range of approximately 0.2 to 0.8 force that varies depending on the material of the porous material 19.
  • the refractive index of the outer layer 12 is preferably in the range of 1.2 to 1.4.
  • the porosity of the outer layer 12 is in a range of approximately 0.1 to 0.55 depending on the material of the porous material 19.
  • the value power obtained by dividing the difference between the refractive index of the binder 17 and the refractive index of the outer layer 12 by the sum of the refractive index of the binder 17 and the refractive index of the outer layer 12 is 0.03. It is desirable to be in the range of ⁇ 0.2.
  • the above values be in the range of 0.1 to 0.15.
  • the above value is smaller than 0.03, the difference between the refractive index of the binder 17 and the refractive index of the outer layer 12 is too small, and the effect of improving the light extraction efficiency may be reduced.
  • the above value is greater than 0.2, the difference between the refractive index of the binder 17 and the refractive index of the outer layer 12 is too large, and the difference in light extraction efficiency when the outer layer 12 is not provided can be eliminated. There is sex.
  • the refractive index of the binder 17 is lower than the refractive index of the material (for example, GaN) constituting the light extraction surface 10a (see FIG. 1A) of the semiconductor light emitting element 10. Higher than the refractive index is preferred. This is because the refractive index decreases stepwise from the semiconductor light emitting element 10 to the outer layer 12, so that the light extraction efficiency can be further improved.
  • the material for example, GaN
  • Porous material 19 For example, it can be formed by preparing a sol solution in which the raw material of the porous material 19 is dispersed in a solution, turning the sol solution into a wet gel, and drying it to obtain a dry gel.
  • a method for forming the porous material 19 in the case of using silicon oxide as a constituent material will be described.
  • a raw material and a catalyst are dispersed in a solvent to obtain a sol solution.
  • the raw material include alkoxysilane compounds such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, trimethoxymethylenosilane, and dimethoxydimethylenosilane, oligomer compounds thereof, sodium silicate (sodium cate), and key.
  • Water glass compounds such as potassium acid can be used.
  • the catalyst include acid catalysts such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and acetic acid, base catalysts such as ammonia, pyridine, sodium hydroxide, and potassium hydroxide, and water.
  • organic solvents such as methanol, ethanol, propanol, acetone, toluene, hexane, etc., water or the like can be used alone or in combination as long as the raw materials are dissolved to form silica.
  • the porosity of the resulting porous material 19 can be controlled by adjusting the concentration of the raw material.
  • you may add a viscosity modifier to the said solvent suitably.
  • the viscosity modifier ethylene glycol, glycerin, polyvinyl alcohol, silicone oil or the like can be used.
  • the sol solution is wet-gelled by a sol-gel reaction.
  • the sol solution is stirred and cast into a desired form of use by casting, coating, etc., and then left in this state for a certain period of time, whereby the sol solution is gelled to form a wet gel having a network structure skeleton. can get.
  • the temperature condition of the wet gel may be about 25 ° C., for example, but may be heated to a temperature below the boiling point of the solvent if necessary.
  • an aging treatment may be performed for aging the wet gel and controlling pores.
  • the wet gel may be surface-treated with a surface treatment agent in order to improve reliability such as moisture resistance or to improve handling by adjusting the affinity of the surface.
  • Examples of the surface treatment agent include halogen-based silane treatment agents such as trimethylchlorosilane, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, etyltrichlorosilane, and phenyltrichlorosilane, trimethylmethoxylane, trimethylethoxysilane, and dimethyldimethoxy.
  • halogen-based silane treatment agents such as trimethylchlorosilane, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, etyltrichlorosilane, and phenyltrichlorosilane, trimethylmethoxylane, trimethylethoxysilane, and dimethyldimethoxy.
  • Alkoxy-based silane treatment agents such as silane, methyltriethoxysilane, and phenyltriethoxysilane
  • Silicone silane treatment agents such as oxamethyldisiloxane and dimethylsiloxane oligomer, amine silane treatment agents such as hexamethyldisilazane, alcohol treatment agents such as propyl alcohol, butyl alcohol, hexyl alcohol, octanol and decanol.
  • amine silane treatment agents such as hexamethyldisilazane
  • alcohol treatment agents such as propyl alcohol, butyl alcohol, hexyl alcohol, octanol and decanol.
  • a water repellent effect can be imparted, so that the porous material 19 having high moisture resistance can be obtained.
  • the porous material 19 can be prevented from collapsing due to moisture absorption, and moisture intrusion into the phosphor layer 11 can be suppressed. Furthermore, since a hydrocarbon group is formed on the surface of the network structure skeleton, the affinity with the noinder 17 is increased and the adhesiveness with the phosphor layer 11 is improved. In addition, when a surface treatment agent having a plurality of functional groups such as dimethyldimethoxysilane or methyltriethoxysilane is used as the surface treatment agent, the surface treatment agent molecules undergo a crosslinking reaction on the surface of the network structure skeleton. Becomes higher and the handleability is improved.
  • the wet gel having a network structure skeleton is dried to form a dry gel.
  • a natural drying method, a heat drying method, a reduced pressure drying method, a supercritical drying method, a freeze drying method, or the like can be used.
  • a high boiling point solvent can be used to suppress the evaporation rate, or the evaporation temperature can be controlled to suppress gel shrinkage during drying.
  • the supercritical drying method can be preferably used as a drying means that can reduce the shrinkage of the wet gel due to stress during evaporation of the solvent and obtain a dry gel having excellent porous performance.
  • the shrinkage of the gel during drying can also be suppressed by using a method of drying the surface of the wet gel after water-repellent treatment.
  • a method of drying the surface of the wet gel after water-repellent treatment it is possible to prevent the gel from shrinking or cracking during drying, and to form the porous material 19 (outer layer 12) having a large porosity and a low refractive index.
  • the above method is suitable for forming a porous material 19 having a porosity of 0.5 or more.
  • sol solution When the sol solution is wet-gelled, for example, after applying the sol solution on the phosphor layer 11, it may be left (or heated) to form a wet gel!
  • the outer layer 12 may be formed by pasting the porous material 19 having a dry gel force, which has been formed in a desired shape in advance, to the phosphor layer 11 with an adhesive or the like.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
  • the semiconductor light emitting element 10 is mounted on the substrate 20.
  • the substrate 20 is provided with a first wiring 21a and a second wiring 21b.
  • the first and second wirings 21a and 21b are respectively connected to the first and second wires 16a and 16b via the first and second wires 16a and 16b, respectively. It is electrically connected to the electrodes 15a and 15b.
  • the binder 17 of the phosphor layer 11 is a composite containing a binder material 17a and inorganic particles 17b having an effective particle size of one quarter or less of the wavelength of light that passes through the binder material 17a. Material strength also becomes.
  • the inorganic particles 17b have a higher refractive index than the binder material 17a. According to this configuration, by including the inorganic particles 17b, the difference in refractive index between the binder 17 and the material constituting the light extraction surface 10a of the semiconductor light emitting element 10 is reduced. Therefore, the light extraction efficiency can be further improved. Further, by including the inorganic particles 17b, the heat resistance of the binder 17 improves the light resistance, so that the binder 17 can be prevented from deteriorating.
  • the effective particle size of the inorganic particles 17b is less than a quarter of the wavelength of light transmitted through the binder material 17a, light scattering in the binder 17 is only Rayleigh scattering. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the translucency of the binder 17.
  • the binder 17 can be regarded as a uniform medium having no refractive index variation.
  • Other components are the same as those of the semiconductor light emitting device 1 according to the first embodiment described above. Therefore, the semiconductor light emitting device 2 can also exhibit the same effect as the semiconductor light emitting device 1.
  • the “effective particle size” will be described with reference to FIG.
  • the horizontal axis represents the particle size of the inorganic particles 17b
  • the left vertical axis represents the frequency of the inorganic particles 17b with respect to the horizontal particle size
  • the right vertical axis represents the cumulative frequency of the particle size of the inorganic particles 17b. It represents. This cumulative frequency varies according to curve L in the case shown in FIG.
  • the “effective particle size” in the present specification refers to the particle size of the inorganic particles 17b when the cumulative frequency is 75%. The same applies to inorganic particles 30b described later. If the inorganic particles 17b are primary particles, the particle size of the primary particles may be measured.
  • the particle size of the aggregates may be measured.
  • more than 200 inorganic particles 17b are targeted. It is preferable to determine the particle size of these particles. At this time, it is preferable to measure each of the above particle diameters as an equivalent circle diameter with an electron microscope.
  • the effective particle size of the inorganic particles 17b is less than 1 nm, the quantum size effect may be exhibited, and thus the color rendering properties of the luminescent color may be affected. Therefore, the effective particle size of the inorganic particles 17b is preferably 1 nm or more and lOOnm or less, more preferably 1 nm or more and 50 ⁇ m or less. Furthermore, in order to ensure sufficient transparency, it is preferable that the effective particle size is 1 nm or more and 20 ⁇ m or less.
  • the volume content of the inorganic particles 17b in the noinder 17 is preferably 0.05 or more and 0.6 or less. When the volume content of the inorganic particles 17b is too high, the transparency is lowered. Conversely, when the volume content of the inorganic particles 17b is too low, the effect of adding the inorganic particles 17b is reduced.
  • a silicone resin having a refractive index of 1.4, an epoxy resin having a refractive index of 1.5, and an epoxy resin having a refractive index of 1.6 are used as the binder material 17a.
  • titanium oxide having a refractive index of 2.4 the relationship between the volume content of the inorganic particles 17b in the binder 17 and the refractive index of the binder 17 is shown.
  • the refractive index of the binder 17 the following equation (2) based on Maxwell-Garnett theory was used. Here, as described above, the calculation is performed assuming that the binder 17 is a uniform medium with no variation in refractive index.
  • n 2 n 2 X (n 2 + 2n 2 + 2P (n 2 -n 2 )) / (n 2 + 2n 2 -P (n 2 — n 2 )) (2) c 2 1 2 1 1 2 1 2 1 1 2
  • n is the refractive index of the binder 17
  • n is the refractive index of the inorganic particles 17b
  • nc 1 2 is the refractive index of the binder material 17a
  • P is the inorganic particles 17b in the binder 17.
  • the inorganic particles in the binder 17 are used when the refractive index of the binder material 17a is 1.4, 1.5 and 1.6. It can be seen that the volume content of 17b should be 0.46, 0.37 and 0.28, respectively. In addition, since the refractive index value of a general sealing resin is in the range of 1.4 to 1.7, when a general sealing resin is used as the binder material 17a, inorganic particles in the binder 17 are used.
  • the volume content of 17b should be 0.1 or more and 0.5 or less, and preferably 0.2 or more and 0.4 or less.
  • the semiconductor light emitting element 10 is wire bonded. Forces Explained Regarding Mounted Example As shown in FIG. 6, the semiconductor light emitting element 10 may be flip-chip mounted on the substrate 20 via the bumps 25. According to this configuration, the semiconductor light emitting device can be reduced in size.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention.
  • the semiconductor light emitting device 3 transmits light that is interposed between the semiconductor light emitting element 10 and the phosphor layer 11. Further includes layer 30. As a result, the same effects as those of the semiconductor light emitting device 1 can be exhibited, and the semiconductor light emitting element 10 and the phosphor layer 11 are not in contact with each other. Deterioration can be prevented.
  • the refractive index of the light transmission layer 30 is preferably lower than the refractive index of the material constituting the light extraction surface 10a of the semiconductor light emitting element 10 and higher than the refractive index of the binder 17 of the phosphor layer 11. This is because the refractive index decreases stepwise from the semiconductor light emitting element 10 to the phosphor layer 11, so that the light extraction efficiency can be further improved.
  • the light transmission layer 30 includes a base material 30a and inorganic particles 30b dispersed in the base material 30a.
  • the inorganic particles 30b have an effective particle size that is equal to or less than one-quarter of the wavelength of light transmitted through the base material 30a, and have a higher refractive index than the base material 30a.
  • the refractive index difference between the light transmission layer 30 and the material constituting the light extraction surface 10a of the semiconductor light emitting element 10 is reduced by including the inorganic particles 30b. Therefore, the light extraction efficiency can be further improved.
  • the inclusion of the inorganic particles 30b improves the heat resistance and light resistance of the light transmission layer 30, so that the light transmission layer 30 can be prevented from deteriorating.
  • the effective particle size of the inorganic particles 30b is not more than a quarter of the wavelength of light transmitted through the base material 3 Oa, light scattering in the light transmission layer 30 is only Rayleigh scattering. Therefore, it is possible to prevent the light transmission property of the light transmission layer 30 from being deteriorated. Further, since the size of the inorganic particles 30b is sufficiently smaller than the wavelength of light, the light transmission layer 30 does not vary in refractive index and can be regarded as a uniform medium.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the semiconductor light emitting element 10 is mounted on the bottom surface of the recess 40 a provided in the case 40.
  • the case 40 is provided with a first lead 41a and a second lead 41b.
  • the first and second leads 41a and 41b are respectively connected to the first and second leads 41a and 41b.
  • the first and second electrodes 15a and 15b are electrically connected via two wires 16a and 16b.
  • a white heat-resistant material as a constituent material of the case 40 in consideration of reflection with respect to visible light.
  • the white heat-resistant material include engineering plastics such as polyphthalamide and ceramic materials (for example, alumina).
  • the phosphor layer 11 is provided in the recess 40a, and the outer layer 12 is further provided so as to close the opening of the recess 40a.
  • Other components are the same as those of the semiconductor light emitting device 1 according to the first embodiment described above. Therefore, the semiconductor light emitting device 4 can also exhibit the same effect as the semiconductor light emitting device 1.
  • leads 41a and 41b leads having a so-called gull wing type terminal shape are used, but the present invention is not limited to this.
  • the above-described porous material 19 (see FIG. 1B) is processed into a desired shape and then bonded onto the phosphor layer 11. It is preferable to adopt. This is because the manufacturing process of the semiconductor light emitting device 4 is simplified. In particular, the use of a plate-like outer layer 12 as shown in FIG. 8 is preferable because the manufacturing process can be simplified.
  • the outer layer 12 is made of the porous material 19, and therefore the outer layer 12 and the phosphor layer 11 are affected by the anchor effect of the porous material 19. Adhesion with is good.
  • the outer layer 12 is placed on the phosphor layer 11 before the binder 17 is cured, and the curing of the binder 17 and the adhesion between the phosphor layer 11 and the outer layer 12 are simultaneously performed by heat, ultraviolet rays, or the like. You can go. Also in this method, the adhesion between the outer layer 12 and the phosphor layer 11 becomes good due to the anchor effect of the porous material 19. Further, as described above, when the phosphor layer 11 and the outer layer 12 are bonded together by the binder 17, an air layer is formed at the interface between the phosphor layer 11 and the outer layer 12. As a result, light transmission is improved and luminous efficiency is improved.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the binder 17 of the phosphor layer 11 has a binder material 17a and an effective particle diameter of one quarter or less of the wavelength of light transmitted through the binder material 17a. And a composite material containing inorganic particles 17b having the same.
  • the inorganic particles 17b have a higher refractive index than the binder material 17a. According to this configuration, the inclusion of the inorganic particles 17b reduces the refractive index difference between the noinder 17 and the material constituting the light extraction surface 10a of the semiconductor light emitting device 10. Therefore, the light extraction efficiency can be further improved.
  • the inclusion of the inorganic particles 17b improves the heat resistance and light resistance of the binder 17, thereby preventing the binder 17 from being deteriorated. Further, since the effective particle size of the inorganic particles 17b is not more than a quarter of the wavelength of light transmitted through the binder material 17a, the scattering of light in the binder 17 is only Rayleigh scattering. Therefore, it is possible to prevent the light-transmitting deterioration of the binder 17. Further, since the size of the inorganic particles 17b is sufficiently smaller than the wavelength of light, the binder 17 can be regarded as a uniform medium having no refractive index variation. Other components are the same as those of the semiconductor light emitting device 4 according to the fourth embodiment described above. Therefore, the semiconductor light emitting device 5 can also exert the same effect as the semiconductor light emitting device 4.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the semiconductor light emitting device 6 includes light that is interposed between the semiconductor light emitting element 10 and the phosphor layer 11 in addition to the configuration of the semiconductor light emitting device 4 according to the fourth embodiment described above. Further comprising a transmission layer 30.
  • the same effect as that of the semiconductor light emitting device 4 can be exhibited, and the semiconductor light emitting element 10 and the phosphor layer 11 do not come into contact with each other, so that the semiconductor light emitting element 10 deteriorates due to heat generated by the phosphor layer 11. Can be prevented.
  • the refractive index of the light transmission layer 30 is preferably lower than the refractive index of the material constituting the light extraction surface 10a of the semiconductor light emitting element 10 and higher than the refractive index of the binder 17 of the phosphor layer 11. . This is because the refractive index decreases stepwise from the semiconductor light emitting element 10 to the phosphor layer 11, so that the light extraction efficiency can be further improved.
  • the light transmission layer 30 includes a base material 30a and inorganic particles 30b dispersed in the base material 30a.
  • the inorganic particles 30b have an effective particle size that is equal to or less than one-quarter of the wavelength of light transmitted through the base material 30a, and have a higher refractive index than the base material 30a.
  • the refractive index difference between the light transmission layer 30 and the material constituting the light extraction surface 10a of the semiconductor light emitting element 10 is reduced by including the inorganic particles 30b. Therefore, the light extraction efficiency can be further improved.
  • the inclusion of the inorganic particles 30b improves the heat resistance and light resistance of the light transmission layer 30, so that the light transmission layer 30 can be prevented from deteriorating.
  • the effective particle size of the inorganic particles 30b is not more than a quarter of the wavelength of light transmitted through the base material 3 Oa, light scattering in the light transmission layer 30 is only Rayleigh scattering. Therefore, it is possible to prevent the light transmission property of the light transmission layer 30 from being deteriorated. Further, since the size of the inorganic particles 30b is sufficiently smaller than the wavelength of light, the light transmission layer 30 does not vary in refractive index and can be regarded as a uniform medium.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the semiconductor light emitting device 7 differs from the semiconductor light emitting device 6 according to the sixth embodiment described above only in the configuration of the outer layer 12.
  • the outer layer 12 of the semiconductor light emitting device 7 includes a dispersion medium 50 and a porous material 19 dispersed in the dispersion medium 50. Thereby, since the porous material 19 is protected by the dispersion medium 50, the wear resistance of the outer layer 12 is improved.
  • the porous material 19 the material described in the first embodiment can be used by pulverizing it.
  • the diameter of the particles 19a composing the porous material 19 may be sufficiently larger than the wavelength of visible light: L m or more and 500 m or less is preferable.
  • the porosity of the dispersion medium 50 may be reduced when the porous material 19 is bound to fill the pores of the porous material 19. If it is larger than 500 m, the dispersion state of the porous material 19 may be uneven.
  • the mixing ratio of the dispersion medium 50 and the porous material 19 is preferably such that the amount of the porous material 19 is increased as much as possible and a bound state can be secured.
  • the volume ratio of the dispersion medium 50 with respect to the entire outer layer 12 may be in the range of 5% to 30%. From 5% If it is small, the binding of the porous material 19 to the dispersion medium 50 may be insufficient.
  • an inorganic material such as a thermosetting resin such as a thermoplastic resin or a silicone resin, a radiation curable resin, a low-melting glass, a sol-gel glass, or the like can be used.
  • a thermosetting resin such as a thermoplastic resin or a silicone resin
  • a radiation curable resin such as a low-melting glass, a sol-gel glass, or the like
  • the dispersion medium 50 is made of the same material as that of the binder 17, the adhesion to the phosphor layer 11 is improved.
  • the outer layer 12 prepared in advance may be bonded to the phosphor layer 11, and after the paste that also has the material strength of the outer layer 12 is printed on the phosphor layer 11, the above paste is used. It can also be formed by drying or curing.
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • a space may be provided in a part between each layer.
  • an optical member such as a lens may be provided on the outer side of the outer layer.
  • An intermediate layer may be provided between the phosphor layer and the outer layer.
  • the refractive index of the intermediate layer is preferably lower than the binder of the phosphor layer and higher than the outer layer. This is the power that can further improve the light extraction efficiency.
  • the present invention can be applied to, for example, a lighting fixture as a semiconductor light emitting device with high light extraction efficiency.

Abstract

　光取り出し効率を向上させることができる半導体発光装置を提供する。 　半導体発光素子(10)と、半導体発光素子(10)の少なくとも一部を覆って形成された蛍光体層(11)と、蛍光体層(11)の少なくとも一部を覆って形成された外層(12)とを含み、蛍光体層(11)は、バインダー(17)とバインダー(17)に分散された蛍光体(18)とを含み、外層(12)は、多孔質材(19)を含む半導体発光装置(1)とする。これにより、光取り出し効率を向上させることができる半導体発光装置を提供することができる。

Description

半導体発光装置
技術分野
[0001] 本発明は、半導体発光素子を含む半導体発光装置に関する。
背景技術
[0002] 半導体多層膜を含む半導体発光素子として、発光ダイオード (Light Emitting Diod e、以下「LED」と称する。）が知られている。このうち、 GaN系 LED等の青色光を発 する LEDは、青色光により励起して蛍光を発する蛍光体と組み合わせることによって 、白色光を発する半導体発光装置に適用することができる。
[0003] 図 12は、従来の白色光を発する半導体発光装置の断面図である。図 12に示すよう に、半導体発光装置 100は、第 1リードフレーム 101aの一方の端部に設けられた凹 部の底面上に、青色光を発する LEDチップ 102が Agペースト等力もなるチップ固着 用ペースト材 103で固着されている。
[0004] LEDチップ 102の上面には、第 1電極 104a及び第 2電極 104bが形成されている 。第 1電極 104aは第 1ワイヤ 105aを介して第 1リードフレーム 101aと電気的に接続 されており、第 2電極 104bは第 2ワイヤ 105bを介して第 1リードフレーム 101aと対を なす第 2リードフレーム 101bと電気的に接続されている。
[0005] LEDチップ 102は、砲弾状に成型された蛍光体層 106によって封止されている。
蛍光体層 106のバインダーとしては、一般にエポキシ榭脂ゃシリコーン榭脂等の可 視光を透過させる榭脂材料が用いられる。また、蛍光体層 106内には、蛍光体 106a が分散されている (例えば、特許文献 1参照)。
[0006] しかしながら、前記従来の半導体発光装置における蛍光体層のバインダーとしてェ ポキシ榭脂ゃシリコーン榭脂を用いる場合には、以下のような問題が生じる。
[0007] エポキシ榭脂を用いる場合には、エポキシ榭脂の屈折率力 SLEDチップを構成する 材料 (例えば GaN)の屈折率に比べ非常に低いため、光取り出し効率が劣化するお それがある。
[0008] また、シリコーン榭脂を用いる場合は、エポキシ榭脂よりも屈折率が低いため、 LED チップ力 の放射光がバインダーとの界面で反射しやすくなり、光取り出し効率が更 に劣化するおそれがある（例えば、特許文献 2参照)。
[0009] この対策として、例えば、 LEDチップ力 外層にかけて順次屈折率を段階的に低く する方法 (例えば、特許文献 3参照)や、屈折率が高い無機酸ィ匕物等を LEDチップ の封止材として用いる方法 (例えば、特許文献 4参照）、あるいは LEDチップの基板 に多孔質材を用いたり、上記基板の表面に凹凸を形成したりすることによって光を散 乱させる方法 (例えば、特許文献 5参照)等が提案されて 、る。
特許文献 1 :特開 2004— 71908号公報
特許文献 2：特開 2005 - 93724号公報
特許文献 3：特開昭 61— 96780号公報
特許文献 4：特開 2001 - 24236号公報
特許文献 5：特開 2005— 191514号公報
[0010] しかし、特許文献 3〜5に提案された方法では、例えば照明装置等に適用するには 光取り出し効率が未だ不充分であった。
発明の開示
[0011] 本発明は、光取り出し効率を向上させることができる半導体発光装置を提供する。
[0012] 本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の少なくと も一部を覆って形成された蛍光体層と、前記蛍光体層の少なくとも一部を覆って形成 された外層とを含む半導体発光装置であって、
前記蛍光体層は、バインダーと前記バインダーに分散された蛍光体とを含み、 前記外層は、多孔質材を含むことを特徴とする。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]図 1Aは本発明の第 1実施形態に係る半導体発光装置の断面図であり、図 1B は図 1Aに示す半導体発光装置に含まれる外層の構成材料の模式図である。
[図 2]図 2は、多孔質材の空孔率と屈折率との関係を示すグラフである。
[図 3]図 3は、本発明の第 2実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
[図 4]図 4は、本明細書における実効粒径を説明するためのグラフである。
[図 5]図 5は、バインダー中の無機粒子の体積含有率とバインダーの屈折率との関係 を示すグラフである。
[図 6]図 6は、本発明の第 2実施形態に係る半導体発光装置の変形例を示す断面図 である。
[図 7]図 7は、本発明の第 3実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
[図 8]図 8は、本発明の第 4実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
[図 9]図 9は、本発明の第 5実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
[図 10]図 10は、本発明の第 6実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
[図 11]図 11は、本発明の第 7実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
[図 12]図 12は、従来の白色光を発する半導体発光装置の断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0014] 本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、この半導体発光素子の少なくと も一部を覆って形成された蛍光体層と、この蛍光体層の少なくとも一部を覆って形成 された外層とを含む。半導体発光素子は、例えば、最大ピーク波長が 490nm以下の 光を放出する LEDが使用できる。特に、 GaN系の化合物半導体力もなる LEDチッ プは、発光色が青色光 (又は青色光よりも短波長の光)であり、かつ発光強度が大き いため好ましい。
[0015] 上記蛍光体層は、バインダーと、このバインダーに分散された蛍光体とを含む。バ インダ一としては、例えば、可視光を透過させるバインダー材を含むものが使用でき る。上記バインダー材としては、エポキシ榭脂、アクリル榭脂、シクロォレフイン榭脂等 の有機高分子力もなる榭脂材料や、シリコーン榭脂等の無機高分子力もなる榭脂材 料等を用いることができる。また、低融点ガラスや低温で形成可能なゾルゲルガラス 等の無機材料等を用いてもよい。上記蛍光体としては、半導体発光素子から放出さ れた光の一部を吸収し、蛍光を発する蛍光体が使用できる。例えば、半導体発光素 子として青色光を放出する LEDを使用する場合、上記蛍光体としては、黄色光を発 する黄色蛍光体や、緑色光を発する緑色蛍光体や、赤色光を発する赤色蛍光体等 が使用できる。また、例えば、半導体発光素子として紫外光を放出する LEDを使用 する場合、上記列挙した蛍光体や、青色光を発する青色蛍光体等が使用できる。上 記蛍光体を使用することにより、半導体発光素子から放出された光と蛍光体から発せ られた光とが混ざりあって、例えば白色光として取り出すことができる。
[0016] 上記黄色蛍光体としては、例えばセリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（略 称 YAG : Ce)等が使用できる。上記緑色蛍光体としては、例えば ZnS : Cu, A1 (略称 P22— GN4)や（Ba, Mg)Al O ： Eu, Mn (略称 LP— G3)等が使用できる。上記
10 17
赤色蛍光体としては、例えば Y O S :Eu (略称 P22— RE3)等が使用できる。上記青
2 2
色蛍光体としては、例えば（Sr， Ca， Ba, Mg) (PO ) CI ： Eu (略称 LP— Bl)や（B
10 4 6 2
a, Mg)Al O ： Eu (略称 LP— B4)等が使用できる。
10 17
[0017] そして、本発明の半導体発光装置は、上記外層が多孔質材を含む。これにより、外 層の屈折率の低減が容易となる。よって、半導体発光装置の外部 (例えば空気層）と 蛍光体層との間に、屈折率が蛍光体層のノインダ一より低い外層を配置することが できる。そのため、半導体発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。
[0018] 本発明の半導体発光装置では、上記バインダーの屈折率が、上記半導体発光素 子における光取り出し側の主面（以下、単に「光取り出し面」という。）を構成する材料 の屈折率より低ぐかつ上記外層の屈折率より高いことが好ましい。この構成では、半 導体発光素子力 外層にかけて屈折率が段階的に低くなるため、光取り出し効率を より一層向上させることができる。
[0019] 本発明では、上記蛍光体層のバインダーが、バインダー材と、このバインダー材を 透過する光の波長の 4分の 1以下の実効粒径を有する無機粒子とを含み、上記無機 粒子が、上記バインダー材よりも屈折率が大きい構成であってもよい。この構成によ れば、上記無機粒子を含むことによって、バインダーと半導体発光素子の光取り出し 面を構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより向上させ ることができる。更に、上記無機粒子を含むことによって、バインダーの耐熱性ゃ耐光 性が向上するためノインダ一の劣化を防止できる。また、上記無機粒子の実効粒径 がバインダー材を透過する光の波長の 4分の 1以下であるため、バインダー中の光の 散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、バインダーの透光性の劣化を防止できる。ま た、上記無機粒子の大きさが光の波長よりも充分に小さいため、上記バインダーを屈 折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。なお、上記無機粒子の実効 粒径が lOOnm以下であれば、可視領域の光については上記効果を充分に発揮さ せることができる。また、上記「実効粒径」については、後述する。
[0020] 上記無機粒子としては、例えば、無機酸化物、金属窒化物、金属炭化物、炭素化 合物、硫ィ匕物等が使用できる。
[0021] 上記無機酸ィ匕物としては、酸化チタン (屈折率 2. 2〜2. 5)、酸ィ匕タンタル (屈折率 2. 0〜2. 3)、酸化ニオブ（屈折率 2. 1〜2. 3)、酸化タングステン（屈折率 2. 2)、酸 化ジルコニウム（屈折率 2. 1)、酸ィ匕亜鉛 (屈折率 1. 9〜2. 0)、酸化インジウム（屈 折率 2. 0)、酸化スズ (屈折率 2. 0)、酸ィ匕ハフニウム (屈折率 2. 0)、酸化イットリウム (屈折率 1. 9)、酸ィ匕シリコン (屈折率 1. 4〜1. 5)、酸ィ匕アルミニウム (屈折率 1. 7〜 1. 8)等が挙げられる。また、これらの複合無機酸ィ匕物を用いることもできる。上記金 属窒化物には、窒化シリコン (屈折率 1. 9〜2. 0)等が挙げられる。上記金属炭化物 には、炭化シリコン (屈折率 2. 6)等が挙げられる。上記炭素化合物には、ダイヤモン ド (屈折率 3. 0)、ダイヤモンド'ライク'カーボン (屈折率 3. 0)等が挙げられる。上記 硫ィ匕物には、硫化銅、硫化スズ等が挙げられる。なお、各無機材料名に付した屈折 率は、可視光 (例えば波長が 588nmの光）に対する屈折率を示している。
[0022] 上記無機粒子のうち、酸化チタン、酸ィ匕タンタル、酸化ジルコニウム及び酸化亜鉛 力もなる群より選ばれる少なくとも 1つの酸ィ匕物を主成分とする無機粒子、又はこれら の酸ィ匕物を含む複合酸ィ匕物カゝらなる無機粒子は、市販品の種類が多ぐ入手しやす いため好ましい。ただし、酸化チタンのように紫外線によって光触媒作用を発現しや すい無機化合物については、バインダー材を劣化させるおそれがあるため、強い光 触媒作用を有するアナターゼ結晶構造ではなぐルチル結晶構造のものを用いるの が好ましい。あるいは、光触媒作用が活性な無機化合物の表面が、酸化シリコンや 酸ィ匕アルミニウム等の光触媒作用が不活性な無機化合物で修飾された材料を用い てもよい。
[0023] 上記外層を構成する多孔質材としては、無機材料を使用するのが好ま ヽ。耐熱 性や耐光性を向上させることができるからである。上記無機材料としては、例えば、金 属酸化物、金属フッ化物、金属窒化物等が使用できる。
[0024] 上記金属酸ィ匕物としては、酸ィ匕シリコン (屈折率 1. 45)、酸化アルミニウム (屈折率 1. 7〜1. 8)、酸化チタン (屈折率 2. 2〜2. 5)、酸化ジルコニウム（屈折率 2. 1)、酸 化亜鉛 (屈折率 1. 9〜2. 0)、酸化タンタル (屈折率 2. 0〜2. 3)、酸化ニオブ（屈折 率 2. 1〜2. 3)、酸ィ匕タングステン (屈折率 2. 2)、酸化インジウム（屈折率 2. 0)、酸 ィ匕スズ (屈折率 2. 0)、酸ィ匕ハフニウム (屈折率 2. 0)、酸化イットリウム (屈折率 1. 9) 、酸ィ匕マグネシウム (屈折率 1. 7)等が挙げられる。また、これらの金属酸化物の混合 体や複数の金属元素を有する複合無機酸化物を用いることもできる。上記金属フッ 化物としては、フッ化マグネシウム（屈折率 1. 38)、フッ化カルシウム（屈折率 1. 43) 等が挙げられる。上記金属窒化物としては、窒化シリコン (屈折率 1. 9〜2. 0)等が 挙げられる。なお、各無機材料名に付した屈折率は、可視光 (例えば波長が 588nm の光）に対する屈折率を示している。
[0025] 上記無機材料のうち、酸ィ匕シリコン、酸ィ匕アルミニウム、フッ化マグネシウム及びフッ 化カルシウムはバルタとしての屈折率が低いため、多孔化することによって、更に低 い屈折率にすることができる。また、これらの材料を使用することによって、比較的低 ぃ空孔率で榭脂材料より低い屈折率を実現することができる。ここで、空孔率とは、多 孔質材の見かけの容積に対する孔の容積の割合である。空孔率が低くなると、多孔 質材の強度低下を抑制できるため好ましい。また、酸ィ匕シリコンや酸ィ匕アルミニウム は、原料も比較的安価で、市販品を入手しやすい等の利点もある。なお、上記空孔 率は、比重法で測定することができる。
[0026] また、上記外層を構成する多孔質材として、上述した無機材料カゝらなる粒子の凝集 多孔体を使用してもよい。この構成では、上記粒子が網目状に連続的につながった 連通構造の多孔質材とすることができるため、温度変化に対する孔内部の空気の膨 張や収縮を抑制することができる。これにより、外層の耐熱性や機械強度を向上させ ることができ、半田リフロー等の高温工程や、半導体発光装置の使用中に高温にな る場合等に効果がある。また、上記構成では、上記粒子が上記外層を透過する光の 波長の 4分の 1以下の平均粒径を有し、かつ上記凝集多孔体の平均孔径が上記外 層を透過する光の波長の 4分の 1以下であることが好ましい。外層中の光の散乱がレ イリ一散乱のみとなるため、外層の透光性の劣化を防止できるからである。上記平均 粒径は、ガス吸着法による上記粒子の平均比表面積 sと上記粒子の材質の真密度 p を用いて、平均粒径 d= 6Zs により求めることができる。また、上記平均孔径は、細 孔分布測定装置によって、 Log微分細孔容積力も求めることができる。なお、上記平 均粒径及び上記平均孔径の双方が lOOnm以下であれば、可視領域の光について は上記効果を充分に発揮させることができる。また、上記凝集多孔体の製造方法の 一例については、後述する。
[0027] なお、上記凝集多孔体の平均孔径が lOOnm以下の場合、気体分子の平均自由 行程と同程度となるために、孔内での気体分子の動きが拘束される。このため、連通 構造であっても、急激な温度変化に対しては凝集多孔体の網目骨格に強い力が働く ために、従来のような榭脂材料カゝらなる粒子で構成される凝集多孔体においては、 大きな膨張及び収縮が起こる可能性があった。本構成によれば、凝集多孔体が無機 材料力もなるため、温度変化に対して、高い耐久性を有し、高い安定性を確保するこ とがでさる。
[0028] 本発明の半導体発光装置は、上記半導体発光素子と上記蛍光体層との間に介在 する光透過層を更に含んでいてもよい。半導体発光素子と蛍光体層とが接触しない ため、半導体発光素子力 発生する熱による蛍光体層の劣化を防止できるからであ る。なお、光透過層の構成材料は特に限定されず、エポキシ榭脂、アクリル榭脂、シ クロォレフィン榭脂等の有機高分子材料、シリコーン榭脂等の無機高分子材料、ガラ ス、窒素等のガス層等が使用できる。
[0029] 本発明の半導体発光装置が上記光透過層を含む場合は、上記光透過層の屈折 率が上記半導体発光素子の光取り出し面を構成する材料 (例えば GaN)の屈折率よ り低ぐかつ上記蛍光体層の上記ノインダ一の屈折率より高いことが好ましい。この 構成では、半導体発光素子力 蛍光体層にかけて屈折率が段階的に低くなるため、 光取り出し効率をより一層向上させることができる。
[0030] また、本発明の半導体発光装置が上記光透過層を含む場合は、上記光透過層が 母材とこの母材に分散された無機粒子とを含み、この無機粒子が上記母材を透過す る光の波長の 4分の 1以下の実効粒径を有し、かつ上記母材よりも屈折率が大きい構 成であってもよい。この構成によれば、上記無機粒子を含むことによって、光透過層 と半導体発光素子の光取り出し面を構成する材料との屈折率差力 S小さくなる。よって
、光取り出し効率をより向上させることができる。更に、上記無機粒子を含むことによ つて、光透過層の耐熱性ゃ耐光性が向上するため光透過層の劣化を防止できる。ま た、上記無機粒子の実効粒径が母材を透過する光の波長の 4分の 1以下であるため 、光透過層中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、光透過層の透光性の劣 化を防止できる。また、無機粒子の大きさが光の波長よりも充分に小さいため、上記 光透過層を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすことができる。なお、上記無 機粒子の実効粒径が lOOnm以下であれば、可視領域の光にっ 、ては上記効果を 充分に発揮させることができる。
[0031] 上記光透過層の母材につ!ヽては特に限定されず、エポキシ榭脂、アクリル榭脂、シ クロォレフィン榭脂等の有機高分子材料、シリコーン榭脂等の無機高分子材料、ガラ ス等が使用できる。また、上記光透過層中の無機粒子としては、上述したバインダー 材に分散させることができる無機粒子と同様のものが使用できる。
[0032] 以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、参照する図 面においては、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の符号で示し、重複 する説明を省略する場合がある。
[0033] (第 1実施形態）
まず、本発明の第 1実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図 1Aは、 本発明の第 1実施形態に係る半導体発光装置の断面図であり、図 1Bは、図 1Aに示 す半導体発光装置に含まれる外層の構成材料の模式図である。
[0034] 図 1Aに示すように、半導体発光装置 1は、半導体発光素子 10と、半導体発光素子 10を覆って形成された蛍光体層 11と、蛍光体層 11を覆って形成された外層 12とを 含む。半導体発光素子 10は、第 1リードフレーム 13aの端部にカップ状に設けられた 凹部の底面上に、 Agペースト等力もなる固着用ペースト材 14によって固着されてい る。
[0035] 半導体発光素子 10の光取り出し面 10aには、第 1電極 15a及び第 2電極 15bが形 成されている。第 1電極 15aは、第 1ワイヤ 16aを介して第 1リードフレーム 13aと電気 的に接続されている。また、第 2電極 15bは、第 2ワイヤ 16bを介して第 1リードフレー ム 13aと対をなす第 2リードフレーム 13bと電気的に接続されて!、る。
[0036] 蛍光体層 11は、バインダー 17と、バインダー 17に分散された蛍光体 18とを含む。 この蛍光体層 11は、砲弾状に成型された外層 12によって封止されて ヽる。
[0037] 外層 12は、図 1Bに示す多孔質材 19からなる。これにより、外層 12の屈折率の低 減が容易となる。よって、半導体発光装置 1の外部 (例えば空気層）と蛍光体層 11と の間に、屈折率が蛍光体層 11のバインダー 17より低 、外層 12を配置することができ る。そのため、半導体発光装置 1の光取り出し効率を向上させることができる。
[0038] また、多孔質材 19は、無機材料力もなる粒子 19aが網目状に連続的につながった 連通構造の凝集多孔体からなる。これにより、温度変化に対する孔内部の空気の膨 張や収縮を抑制することができる。よって、外層 12の耐熱性や機械強度を向上させ ることができる。また、多孔質材 19では、粒子 19aが外層 12を透過する光の波長の 4 分の 1以下の平均粒径を有し、かつ多孔質材 19の孔径 Dの平均値が外層 12を透過 する光の波長の 4分の 1以下であることが好ましい。外層 12中の光の散乱がレイリー 散乱のみとなるため、外層 12の透光性の劣化を防止できる力もである。例えば、粒子 19aの平均粒径が lnm以上 30nm以下の範囲であり、かつ孔径 Dの平均値が lnm 以上 30nm以下の範囲であればよ!、。
[0039] 多孔質材 19 (即ち外層 12)の屈折率は、例えば以下に示す式（1)に従って、粒子 19aの材料、粒子 19aの平均粒径、あるいは多孔質材 19の孔径 Dの大きさ等を制御 することにより調整できる。ここで、以下に示す式（1)において、 nは多孔質材 19の
P
屈折率であり、 nは粒子 19aを構成する材料の屈折率である。また、 Pは充填率であ
b
り、多孔質材 19の全容積中における材料の占める割合 (体積比）である。なお、多孔 質材 19の空孔率は 1—Pで表わすことができる。
[0040] (n 2- 1) / (n 2+ 2) =P X (n 2- 1) / (n 2 + 2) (1)
p p b b
[0041] 図 2に、多孔質材 19の空孔率と屈折率との関係を示す。図 2では、粒子 19aを構成 する材料として、酸ィ匕シリコン (屈折率 1. 45)、フッ化カルシウム（屈折率 1. 43)及び フッ化マグネシウム (屈折率 1. 38)を用いた場合にっ 、て示して!/、る。
[0042] ここで、バインダー 17 (図 1 A参照）としてエポキシ榭脂ゃシリコーン榭脂等の榭脂 材料を用いると、バインダー 17の屈折率は、約 1. 4〜1. 6の範囲となる。よって、多 孔質材 19の屈折率が 1. 4より低くなるように調整すれば、半導体発光装置 1の光取 り出し効率を向上させることができる。例えば粒子 19aを構成する材料として酸ィ匕シリ コンを用いる場合は、図 2に示すように、多孔質材 19の空孔率が 0. 1より大きくなるよ うに調整すればよい。なお、多孔質材 19の屈折率の下限は、外層 12の外部の屈折 率 (例えば空気の場合は 1. 0)より高くなる限りにおいて特に制限されないが、屈折 率を低くするために多孔質材 19の空孔率を高くすると、多孔質材 19の機械的な強 度が低くなる等の弊害が生じるおそれがある。よって、多孔質材 19の空孔率が 0. 95 以下となる範囲で多孔質材 19の屈折率を調整するのが好ましい。
[0043] また、外層 12の屈折率は、半導体発光装置 1の外部（例えば空気層）の屈折率と バインダー 17の屈折率との間の値であることが好ましい。光取り出し効率を向上させ ることができる力 である。例えばバインダー 17の屈折率が 1. 4〜1. 6の範囲である 場合は、外層 12の屈折率は 1. 1〜1. 3の範囲であることが好ましい。この場合の外 層 12の空孔率は、多孔質材 19の材質によって異なる力 おおよそ 0. 2〜0. 8の範 囲である。また、バインダー 17の屈折率が 1. 6〜1. 8の範囲である場合は、外層 12 の屈折率は 1. 2〜1. 4の範囲であることが好ましい。この場合の外層 12の空孔率は 、多孔質材 19の材質によって異なる力 おおよそ 0. 1〜0. 55の範囲である。上述 の屈折率の好まし 、範囲を考慮すると、バインダー 17の屈折率と外層 12の屈折率と の差をバインダー 17の屈折率と外層 12の屈折率との和で除した値力 0. 03〜0. 2 の範囲であることが望ましい。特に、上記の値が 0. 1〜0. 15の範囲であることが望ま しい。上記の値が 0. 03より小さい場合は、バインダー 17の屈折率と外層 12の屈折 率との差が小さすぎるため、光取り出し効率を向上させる効果が低くなる可能性があ る。一方、上記の値が 0. 2より大きい場合は、バインダー 17の屈折率と外層 12の屈 折率との差が大きすぎるため、外層 12を設けない場合の光取り出し効率との相違が なくなる可能性がある。
[0044] また、半導体発光装置 1では、バインダー 17の屈折率が、半導体発光素子 10の光 取り出し面 10a (図 1A参照）を構成する材料 (例えば GaN)の屈折率より低ぐ外層 1 2の屈折率より高 、ことが好ま 、。半導体発光素子 10から外層 12にかけて屈折率 が段階的に低くなるため、光取り出し効率をより一層向上させることができるからであ る。
[0045] 次に、多孔質材 19 (外層 12)の好適な形成方法について説明する。多孔質材 19 は、例えば、多孔質材 19の原料が溶液中に分散したゾル溶液を調製し、このゾル溶 液を湿潤ゲル化し、これを乾燥して乾燥ゲルとすることによって形成することができる 。以下に、構成材料として酸ィ匕シリコンを用いた場合の多孔質材 19の形成方法を説 明する。
[0046] まず、原料と触媒とを溶媒に分散させてゾル溶液を得る。上記原料としては、テトラ メトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリメトキシメチノレシラン、ジメトキシジメチノレシラ ン等のアルコキシシランィ匕合物やこれらのオリゴマー化合物、あるいはケィ酸ナトリウ ム（ケィ酸ソーダ）、ケィ酸カリウム等の水ガラス化合物等を用いることができる。上記 触媒としては、例えば、塩酸、硫酸、酢酸等の酸触媒や、アンモニア、ピリジン、水酸 化ナトリウム、水酸化カリウム等の塩基触媒、あるいは水等を用いることができる。上 記溶媒としては、原料が溶解してシリカが形成されれば良ぐメタノール、エタノール、 プロパノール、アセトン、トルエン、へキサン等の有機溶媒や、水等を単独又は混合し て用いることができる。このとき、原料の濃度を調整することにより、得られる多孔質材 19の空孔率を制御することができる。また、適宜、上記溶媒に粘度調整剤を添加し てもよい。粘度調整剤としては、エチレングリコール、グリセリン、ポリビニルアルコー ル、シリコーン油等を用いることができる。
[0047] 次 、で、上記ゾル溶液をゾルゲル反応によって湿潤ゲルィ匕する。例えば、ゾル溶液 を攪拌し、注型、塗布等によって所望の使用形態にした後、この状態で一定時間放 置すること〖こよって、ゾル溶液をゲル化させて網目構造骨格を有する湿潤ゲルが得ら れる。湿潤ゲルィ匕の温度条件は、例えば 25°C程度であればよいが、必要に応じて溶 媒の沸点以下の温度に加熱しても良い。また、必要に応じて、湿潤ゲルの熟成や細 孔制御のためにエージング処理を行っても良い。更に、必要に応じて、耐湿性等の 信頼性を向上させるため、あるいは表面の親和性を調整することによって取り扱い性 を向上させるために、表面処理剤によって湿潤ゲルを表面処理しても良い。
[0048] 上記表面処理剤としては、トリメチルクロルシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルト リクロルシラン、ェチルトリクロルシラン、フエ-ルトリクロルシラン等のハロゲン系シラン 処理剤、トリメチルメトキシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メ チルトリエトキシシラン、フエ-ルトリエトキシシラン等のアルコキシ系シラン処理剤、へ キサメチルジシロキサン、ジメチルシロキサンオリゴマー等のシリコーン系シラン処理 剤、へキサメチルジシラザン等のアミン系シラン処理剤、プロピルアルコール、ブチル アルコール、へキシルアルコール、ォクタノール、デカノール等のアルコール系処理 剤等を用いることができる。上記表面処理剤によれば、例えば撥水効果を付与するこ とができるため、耐湿性が高い多孔質材 19とすることができる。これにより、多孔質材 19の吸湿による崩壊を防ぐことができるとともに、蛍光体層 11への湿気の進入を抑 制することができる。更に、網目構造骨格の表面に炭化水素基が形成されるために、 ノインダー 17との親和性が高くなり、蛍光体層 11との接着性が向上するという効果も 得られる。また、上記表面処理剤として、ジメチルジメトキシシランやメチルトリエトキシ シラン等の複数の官能基を有する表面処理剤を用いると、網目構造骨格の表面で表 面処理剤分子同士が架橋反応するため、強度が高くなり、取り扱い性が向上する。
[0049] そして、網目構造骨格を有する上記湿潤ゲルを乾燥させて乾燥ゲルィ匕する。この 際の乾燥処理には、自然乾燥法、加熱乾燥法、減圧乾燥法、超臨界乾燥法、凍結 乾燥法等を用いることができる。また、乾燥する際に、蒸発速度を抑えるために高沸 点溶媒を使用したり、蒸発温度を制御したりして乾燥時のゲルの収縮を抑制すること もできる。特に、溶媒蒸発時のストレスによって湿潤ゲルが収縮することを低減して、 優れた多孔質性能を有する乾燥ゲルを得ることができる乾燥手段として、超臨界乾 燥法を好ましく用いることができる。また、湿潤ゲルの表面に撥水処理を施した後に 乾燥する方法を用いても、乾燥時のゲルの収縮を抑制することができる。これらの方 法によって、乾燥時のゲルの収縮や割れ等を防ぐことができるとともに、空孔率が大 きぐ屈折率が低い多孔質材 19 (外層 12)を形成できる。特に、上記方法は空孔率 が 0. 5以上の多孔質材 19を形成するのに適している。
[0050] なお、ゾル溶液を湿潤ゲル化する際は、例えば蛍光体層 11上にゾル溶液を塗布し た後、上述したように放置 (又は加熱）して湿潤ゲルィ匕すればよ!、。
[0051] また、予め所望の形状に形成しておいた乾燥ゲル力もなる多孔質材 19を接着剤等 により蛍光体層 11に貼り合わせて外層 12を形成してもよ 、。
[0052] (第 2実施形態）
次に、本発明の第 2実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図 3は、 本発明の第 2実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
[0053] 図 3に示すように、半導体発光装置 2では、半導体発光素子 10が基板 20上に実装 されている。基板 20には第 1配線 21a及び第 2配線 21bが設けられており、この第 1 及び第 2配線 21a, 21bは、それぞれ第 1及び第 2ワイヤ 16a, 16bを介して第 1及び 及び第 2電極 15a, 15bと電気的に接続されている。
[0054] また、蛍光体層 11のバインダー 17は、バインダー材 17aと、バインダー材 17aを透 過する光の波長の 4分の 1以下の実効粒径を有する無機粒子 17bとを含むコンポジ ット材力もなる。そして、無機粒子 17bは、バインダー材 17aよりも屈折率が大きい。こ の構成によれば、無機粒子 17bを含むことによって、バインダー 17と半導体発光素 子 10の光取り出し面 10aを構成する材料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り 出し効率をより向上させることができる。更に、無機粒子 17bを含むことによって、ノ ィ ンダー 17の耐熱性ゃ耐光性が向上するためバインダー 17の劣化を防止できる。ま た、無機粒子 17bの実効粒径がバインダー材 17aを透過する光の波長の 4分の 1以 下であるため、バインダー 17中の光の散乱はレイリー散乱のみとなる。よって、バイン ダー 17の透光性の劣化を防止できる。また、無機粒子 17bの大きさが光の波長よりも 充分に小さいため、バインダー 17を屈折率のばらつきがない均一な媒体とみなすこ とができる。その他の構成要素は、上述した第 1実施形態に係る半導体発光装置 1と 同様である。従って、半導体発光装置 2によっても半導体発光装置 1と同様の効果を 発揮させることができる。
[0055] ここで、上記「実効粒径」について図 4を参照して説明する。図 4において、横軸は 無機粒子 17bの粒径を表わし、左側の縦軸は横軸の粒径に対する無機粒子 17bの 頻度を表わし、右側の縦軸は無機粒子 17bの粒径の累積頻度を表わしている。この 累積頻度は、図 4に示す場合は曲線 Lに従って変化する。本明細書における「実効 粒径」とは、上記累積頻度が 75%となるときの無機粒子 17bの粒径を指す。後述する 無機粒子 30bの場合も同様である。なお、無機粒子 17bがー次粒子カゝらなる場合は 、この一次粒子の粒径を計測すればよい。また、無機粒子 17bがー次粒子の凝集体 (例えば二次粒子)である場合は、上記凝集体の粒径を計測すればよい。実効粒径 の値を精度よく計測するためには、 200個以上の無機粒子 17bを対象として、それぞ れの粒径を計測して求めることが好ましい。この際、上記それぞれの粒径については 、電子顕微鏡により円相当径として計測することが好まし 、。
[0056] なお、無機粒子 17bの実効粒径が lnm未満になると、量子サイズ効果が発現する 可能性があるため、発光色の演色性に影響を及ぼす場合がある。よって、無機粒子 17bの実効粒径は、 lnm以上 lOOnm以下が好ましぐより好ましくは lnm以上 50η m以下である。さらに、充分な透明性を確保するためには実効粒径を lnm以上 20η m以下とするのが好ましい。
[0057] ノインダー 17中の無機粒子 17bの体積含有率は、 0. 05以上 0. 6以下が好ましい 。無機粒子 17bの体積含有率が高くなり過ぎると透明性が低下し、逆に、無機粒子 1 7bの体積含有率が低くなり過ぎると、無機粒子 17bを添加する効果が小さくなる。
[0058] 図 5に、バインダー材 17aとして、屈折率が 1. 4のシリコーン榭脂、屈折率が 1. 5の エポキシ榭脂及び屈折率が 1. 6のエポキシ榭脂を用い、無機粒子 17bとして屈折率 が 2. 4の酸化チタンを用いた場合において、バインダー 17中の無機粒子 17bの体 積含有率とバインダー 17の屈折率との関係を示す。なお、バインダー 17の屈折率を 計算する際は、 Maxwell— Garnettの理論による下式（2)を用いた。なお、ここでは 、上述したようにバインダー 17を屈折率のばらつきがな 、均一な媒体とみなして計算 している。
[0059] n 2=n 2 X (n 2 + 2n 2 + 2P (n 2-n 2) ) / (n 2 + 2n 2-P (n 2— n 2) ) (2) c 2 1 2 1 1 2 1 2 1 1 2
[0060] ここで、 nはバインダー 17の屈折率であり、 nは無機粒子 17bの屈折率であり、 n c 1 2 はバインダー材 17aの屈折率であり、 Pはバインダー 17中の無機粒子 17bの体積含
1
有率である。
[0061] 図 5から、バインダー 17の屈折率を 1. 8以上とするためには、バインダー材 17aの 屈折率が 1. 4、 1. 5及び 1. 6の場合、バインダー 17中の無機粒子 17bの体積含有 率をそれぞれ、 0. 46、 0. 37及び 0. 28とすればよいことが分かる。なお、一般的な 封止榭脂の屈折率の値は 1. 4〜1. 7の範囲であるため、バインダー材 17aとして一 般的な封止榭脂を用いる場合、バインダー 17中の無機粒子 17bの体積含有率は 0. 1以上 0. 5以下であればよぐ 0. 2以上 0. 4以下であることが好ましい。
[0062] なお、図 3に示す半導体発光装置 2では、半導体発光素子 10がワイヤボンディング 実装された例について説明した力 図 6に示すように、半導体発光素子 10がバンプ 2 5を介して基板 20上にフリップチップ実装されていてもよい。この構成によれば、半導 体発光装置の小型化が可能となる。
[0063] (第 3実施形態）
次に、本発明の第 3実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図 7は、 本発明の第 3実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
[0064] 図 7に示すように、半導体発光装置 3は、上述した第 1実施形態に係る半導体発光 装置 1の構成に加え、半導体発光素子 10と蛍光体層 11との間に介在する光透過層 30を更に含む。これにより、半導体発光装置 1と同様の効果を発揮させることができ る上、半導体発光素子 10と蛍光体層 11とが接触しないため、半導体発光素子 10か ら発生する熱による蛍光体層 11の劣化を防止できる。
[0065] 光透過層 30の屈折率は、半導体発光素子 10の光取り出し面 10aを構成する材料 の屈折率より低く、かつ蛍光体層 11のバインダー 17の屈折率より高 、ことが好ま ヽ 。半導体発光素子 10から蛍光体層 11にかけて屈折率が段階的に低くなるため、光 取り出し効率をより向上させることができるからである。
[0066] また、光透過層 30は、母材 30aとこの母材 30aに分散された無機粒子 30bとを含む 。そして、無機粒子 30bは、母材 30aを透過する光の波長の 4分の 1以下の実効粒径 を有し、かつ母材 30aよりも屈折率が大きい。この構成によれば、無機粒子 30bを含 むことによって、光透過層 30と半導体発光素子 10の光取り出し面 10aを構成する材 料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより一層向上させることができ る。更に、無機粒子 30bを含むことによって、光透過層 30の耐熱性ゃ耐光性が向上 するため光透過層 30の劣化を防止できる。また、無機粒子 30bの実効粒径が母材 3 Oaを透過する光の波長の 4分の 1以下であるため、光透過層 30中の光の散乱はレイ リー散乱のみとなる。よって、光透過層 30の透光性の劣化を防止できる。また、無機 粒子 30bの大きさが光の波長よりも充分に小さいため、光透過層 30を屈折率のばら つきがな!、均一な媒体とみなすことができる。
[0067] (第 4実施形態）
次に、本発明の第 4実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図 8は、 本発明の第 4実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
[0068] 図 8に示すように、半導体発光装置 4では、半導体発光素子 10が、ケース 40に設 けられた凹部 40aの底面に実装されている。ケース 40には第 1リード 41a及び第 2リ ード 41bが設けられており、この第 1及び第 2リード 41a, 41bは、それぞれ第 1及び第
2ワイヤ 16a, 16bを介して第 1及び及び第 2電極 15a, 15bと電気的に接続されてい る。なお、ケース 40の構成材料としては、可視光に対する反射を考慮すると、白色の 耐熱性材料を使用するのが好ましい。白色の耐熱性材料としては、例えば、ポリフタ ルアミド等のエンジニアリングプラスチックやセラミック材 (例えば、アルミナ等）が挙げ られる。
[0069] また、半導体発光装置 4では、凹部 40a内に蛍光体層 11が設けられており、更に 凹部 40aの開口を塞ぐようにして外層 12が設けられている。その他の構成要素は、 上述した第 1実施形態に係る半導体発光装置 1と同様である。従って、半導体発光 装置 4によっても半導体発光装置 1と同様の効果を発揮させることができる。
[0070] なお、半導体発光装置 4では、第 1及び第 2リード 41a, 41bとして、いわゆるガルゥ イング (Gull Wing)型の端子形状を有するリードを用いたが、本発明はこれに限定され ない。
[0071] また、半導体発光装置 4の製造工程において外層 12を形成する際は、上述した多 孔質材 19 (図 1B参照)を所望の形状に加工した後、蛍光体層 11上に貼り合わせる 方法を採用することが好ましい。半導体発光装置 4の製造工程が簡略ィ匕するからで ある。特に、図 8のような板状の外層 12を用いる場合、製造工程がより簡略ィ匕するた め好ましい。外層 12と蛍光体層 11との貼り合わせに接着剤を用いた場合には、外層 12が多孔質材 19からなるために、多孔質材 19のアンカー効果により、外層 12と蛍 光体層 11との密着性が良好となる。
[0072] また、バインダー 17を硬化させる前の蛍光体層 11上に外層 12を載置して、熱や紫 外線等によって、バインダー 17の硬化及び蛍光体層 11と外層 12との接着を同時に 行っても良い。この方法でも、多孔質材 19のアンカー効果により、外層 12と蛍光体 層 11との密着性が良好となる。また、上記のように、蛍光体層 11と外層 12とがバイン ダー 17により接着されて 、ると、蛍光体層 11と外層 12の界面にお 、て空気層が形 成されないため、光の伝達が良好となり、発光効率が向上する。
[0073] (第 5実施形態）
次に、本発明の第 5実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図 9は、 本発明の第 5実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
[0074] 図 9に示すように、半導体発光装置 5では、蛍光体層 11のバインダー 17が、バイン ダー材 17aと、バインダー材 17aを透過する光の波長の 4分の 1以下の実効粒径を有 する無機粒子 17bとを含むコンポジット材カゝらなる。そして、無機粒子 17bは、バイン ダー材 17aよりも屈折率が大きい。この構成によれば、無機粒子 17bを含むことによ つて、ノインダー 17と半導体発光素子 10の光取り出し面 10aを構成する材料との屈 折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより向上させることができる。更に、無 機粒子 17bを含むことによって、バインダー 17の耐熱性ゃ耐光性が向上するためバ インダー 17の劣化を防止できる。また、無機粒子 17bの実効粒径がバインダー材 17 aを透過する光の波長の 4分の 1以下であるため、バインダー 17中の光の散乱はレイ リー散乱のみとなる。よって、バインダー 17の透光性の劣化を防止できる。また、無機 粒子 17bの大きさが光の波長よりも充分に小さいため、バインダー 17を屈折率のばら つきがない均一な媒体とみなすことができる。その他の構成要素は、上述した第 4実 施形態に係る半導体発光装置 4と同様である。従って、半導体発光装置 5によっても 半導体発光装置 4と同様の効果を発揮させることができる。
[0075] (第 6実施形態）
次に、本発明の第 6実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図 10は、 本発明の第 6実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
[0076] 図 10に示すように、半導体発光装置 6は、上述した第 4実施形態に係る半導体発 光装置 4の構成に加え、半導体発光素子 10と蛍光体層 11との間に介在する光透過 層 30を更に含む。これにより、半導体発光装置 4と同様の効果を発揮させることがで きる上、半導体発光素子 10と蛍光体層 11とが接触しないため、半導体発光素子 10 力 発生する熱による蛍光体層 11の劣化を防止できる。
[0077] 光透過層 30の屈折率は、半導体発光素子 10の光取り出し面 10aを構成する材料 の屈折率より低く、かつ蛍光体層 11のバインダー 17の屈折率より高 、ことが好ま ヽ 。半導体発光素子 10から蛍光体層 11にかけて屈折率が段階的に低くなるため、光 取り出し効率をより向上させることができるからである。
[0078] また、光透過層 30は、母材 30aとこの母材 30aに分散された無機粒子 30bとを含む 。そして、無機粒子 30bは、母材 30aを透過する光の波長の 4分の 1以下の実効粒径 を有し、かつ母材 30aよりも屈折率が大きい。この構成によれば、無機粒子 30bを含 むことによって、光透過層 30と半導体発光素子 10の光取り出し面 10aを構成する材 料との屈折率差が小さくなる。よって、光取り出し効率をより一層向上させることができ る。更に、無機粒子 30bを含むことによって、光透過層 30の耐熱性ゃ耐光性が向上 するため光透過層 30の劣化を防止できる。また、無機粒子 30bの実効粒径が母材 3 Oaを透過する光の波長の 4分の 1以下であるため、光透過層 30中の光の散乱はレイ リー散乱のみとなる。よって、光透過層 30の透光性の劣化を防止できる。また、無機 粒子 30bの大きさが光の波長よりも充分に小さいため、光透過層 30を屈折率のばら つきがな!、均一な媒体とみなすことができる。
[0079] (第 7実施形態）
次に、本発明の第 7実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図 11は、 本発明の第 7実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。
[0080] 図 11に示すように、半導体発光装置 7は、上述した第 6実施形態に係る半導体発 光装置 6の構成に対し、外層 12の構成のみが異なる。半導体発光装置 7の外層 12 は、分散媒体 50と、この分散媒体 50に分散された多孔質材 19とを含む。これにより 、多孔質材 19が分散媒体 50で保護されるため、外層 12の耐磨耗性が向上する。多 孔質材 19としては、第 1実施形態で説明したものを粉砕する等して用いることができ る。多孔質材 19を構成する粒子 19a (図 1B参照）の径としては、可視光の波長よりも 十分に大きければよぐ： L m以上 500 m以下が好ましい。： mより小さいと、分 散媒体 50が多孔質材 19を結着する際に多孔質材 19の孔を埋めるため空孔率が低 減する可能性がある。また、 500 mよりも大きいと、多孔質材 19の分散状態が不均 一となる可能性がある。分散媒体 50と多孔質材 19との混合比はできるだけ多孔質材 19の量を多くし、かつ結着した状態を確保できる量が好ましい。例えば、外層 12全 体に対し分散媒体 50の体積割合が 5%以上 30%以下の範囲とすればよい。 5%より 小さいと多孔質材 19の分散媒体 50に対する結着が不十分になるおそれがある。ま た、 30%より多いと分散媒体 50の屈折率の影響が強く出ることになり、効果が低減さ れる。この構成によって、発光する光は外層 12で散乱するが、低屈折率の多孔質材 19が多く存在するために発光効率が向上する。
[0081] 分散媒体 50としては、熱可塑性榭脂、シリコーン榭脂等の熱硬化性榭脂、放射線 硬化性榭脂、低融点ガラス、ゾルゲルガラス等の無機系素材等を用いることができる 。特に、分散媒体 50としてノインダー 17と同一材料、又はバインダー 17と屈折率が 等しい材料を用いることで、蛍光体層 11との境界での光の散乱が低減され、発光効 率が向上する。また、分散媒体 50がバインダー 17と同一材料のときは、蛍光体層 11 との接着性が向上する。半導体発光装置 7の形成方法としては、あらかじめ作製した 外層 12を蛍光体層 11と接着しても良 、し、外層 12の材料力もなるペーストを蛍光体 層 11上に印刷した後、上記ペーストを乾燥又は硬化することによって形成することも できる。
[0082] 以上、本発明の第 1〜第 7実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態 には限定されない。例えば、各層間の一部に空間が設けられていてもよい。また、外 層の外側にレンズ等の光学部材ゃ保護層が設けられていてもよい。また、蛍光体層 と外層との間に中間層が設けられていてもよい。この場合、上記中間層の屈折率は、 蛍光体層のバインダーより低ぐかつ外層より高いことが好ましい。光取り出し効率を 更に向上させることができる力 である。
産業上の利用可能性
[0083] 本発明は、光取り出し効率の高い半導体発光装置として、例えば照明器具等に適 用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 半導体発光素子と、前記半導体発光素子の少なくとも一部を覆って形成された蛍 光体層と、前記蛍光体層の少なくとも一部を覆って形成された外層とを含む半導体 発光装置であって、
前記蛍光体層は、バインダーと前記バインダーに分散された蛍光体とを含み、 前記外層は、多孔質材を含むことを特徴とする半導体発光装置。
[2] 前記半導体発光素子から放出される光は、最大ピーク波長が 490nm以下である 請求項 1に記載の半導体発光装置。
[3] 前記バインダーの屈折率が、前記半導体発光素子における光取り出し側の主面を 構成する材料の屈折率より低ぐかつ前記外層の屈折率より高い請求項 1に記載の 半導体発光装置。
[4] 前記バインダーは、バインダー材と前記バインダー材を透過する光の波長の 4分の 1以下の実効粒径を有する無機粒子とを含み、
前記無機粒子は、前記バインダー材よりも屈折率が大きい請求項 1に記載の半導 体発光装置。
[5] 前記多孔質材は、無機材料からなる請求項 1に記載の半導体発光装置。
[6] 前記多孔質材は、前記無機材料からなる粒子の凝集多孔体である請求項 5に記載 の半導体発光装置。
[7] 前記多孔質材は、無機材料力 なる粒子の凝集多孔体であり、
前記粒子は、前記外層を透過する光の波長の 4分の 1以下の平均粒径を有してお り、
前記凝集多孔体の平均孔径力 前記外層を透過する光の波長の 4分の 1以下であ る請求項 1に記載の半導体発光装置。
[8] 前記半導体発光素子と前記蛍光体層との間に介在する光透過層を更に含む請求 項 1に記載の半導体発光装置。
[9] 前記光透過層の屈折率が、前記半導体発光素子における光取り出し側の主面を 構成する材料の屈折率より低ぐかつ前記蛍光体層の前記バインダーの屈折率より 高い請求項 8に記載の半導体発光装置。
[10] 前記光透過層は、母材と前記母材に分散された無機粒子とを含み、 前記無機粒子は、前記母材を透過する光の波長の 4分の 1以下の実効粒径を有し
、かつ前記母材よりも屈折率が大きい請求項 8に記載の半導体発光装置。
[11] 前記外層と前記蛍光体層とが、前記バインダーによって接着されている請求項 1に 記載の半導体発光装置。
[12] 前記外層は、分散媒体を更に含み、
前記多孔質材は、前記分散媒体に分散されて!、る請求項 1に記載の半導体発光 装置。
[13] 前記蛍光体層が充填された凹部を有するケースを更に含み、
前記外層は、前記凹部の開口を覆うようにして配置されている請求項 1に記載の半 導体発光装置。
[14] 前記外層は、板状である請求項 13に記載の半導体発光装置。
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