JP2014107351A - 半導体発光装置、その製造方法、および、照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光出射面の輝度の大きい半導体発光装置を提供する。
【解決手段】半導体発光素子１１の上に蛍光体含有部材１２を備え、蛍光体含有部材１２の上面（光出射面１４）の周縁の少なくとも一部に沿って、光出射面１４から斜め上方向に出射された光２１を上方に反射する光反射壁１３を配置する。光反射壁１３の反射面は、光出射面から入射した光の一部を光出射面１４に戻す。これにより、戻り光により、蛍光体が再励起され光出射面１４から出射されるため、光出射面１４の輝度が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子（ＬＥＤ）が発した光を蛍光体によって波長変換して出射する半導体発光装置に関する。

蛍光体を含有した樹脂層で半導体発光素子を被覆することにより、半導体発光素子から発せられた光の一部を蛍光体で波長変換し、残りの光と混合して出射する発光装置が、特許文献１等により広く知られている。特許文献１に記載の発光装置は、半導体発光素子の素子基板および活性層等の素子全体を蛍光体含有樹脂層で被覆する構成であり、素子基板の側面から出射された光も蛍光体含有樹脂層で波長変換する構成である。素子基板の側面から出射されて蛍光体含有樹脂層で波長変換された光の一部は、半導体発光素子の周囲の支持基板に到達して反射され、上方に向かう。このため、特許文献１の発光装置から発せられた光束は周囲に広がり、半導体発光装置の正面輝度分布が、周辺部において急峻に立ち上がらない。

この正面輝度分布の立ち上がりの問題を解決するために、特許文献２には、半導体発光素子の素子基板として光を透過しないものを用い、その上面に一回り小さい半導体エピタキシャル層を配置し、素子基板の上面にドーム状の蛍光体含有樹脂層を盛り上げ、半導体エピタキシャル層のみを蛍光体含有樹脂層で被覆する構造とした半導体発光装置が提案されている。この構成により、素子基板の側面からは光が発せられず、半導体発光素子を支持する支持基板の上面で光が反射されないため、正面輝度分布が周辺部において急峻に立ち上がった配向パターンを得ることができる。

また、特許文献３には、半導体発光素子の側面から出射される光を上方に反射するために、半導体発光素子の上面および側面を覆うように透明材料層を配置し、透明材料層の上に蛍光体含有プレートを配置した構成が開示されている。透明材料層の側面形状は、半導体発光素子の側面近くで傾斜した形状となっている。この構成では、半導体発光素子の側面から発せられた光を透明材料層の側面で反射して蛍光体含有プレートに入射させることができるため、発光面積が小さく、輝度を向上させることができる。

一方、車両用の前照灯のような一部の発光装置では、配光パターンの明確なカットオフ（照射部と非照射部の境界）を形成することが望まれる。このため例えば、特許文献４では、発光素子の横に立てた遮光部材（ビームシャッタ）によって、発光素子から出射される光ビームの一部を遮り、カットオフを明確にする発光装置が開示されている。

特表２０００−５１２８０６号公報 特開２００９−１３５１３６号公報 特開２０１２−４３０３号公報 特開２００６−２２２４３０号公報

青色光を発する半導体発光素子（ＬＥＤ）の出力向上にともない、蛍光体と青色ＬＥＤを組み合わせて白色光を得る発光装置が、一般照明やヘッドランプ用光源に使われるようになってきた。しかしながら、蛍光体とＬＥＤとを組み合わせた光源は、従来のディスチャージランプ等の光源と比較すると光出射面の輝度が低い。特に、ヘッドランプ用光源として用いる場合、光出射面に集光光学系の焦点を一致させ、光出射面の像が投影される構造であるため、光出射面の輝度を向上させることが望まれている。

特許文献２、３に開示されている発光装置は、光出射面が小さいため、光出射面の輝度を向上させることができるが、ヘッドランプ用光源としてはさらなる輝度向上が望まれる。特許文献４に開示されている発光装置は、遮蔽部材によりカットオフを明確にすることはできるが、遮蔽部材の作用によって光出射面の輝度を向上させることはできない。

本発明の目的は、光出射面の輝度の大きい半導体発光装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子の上に配置された蛍光体含有部材とを備え、蛍光体含有部材の上面を光出射面として、上方に光を出射する装置である。光出射面の周縁の少なくとも一部に沿って、光出射面から斜め上方向に出射された光を上方に反射する光反射壁が配置されている。光反射壁の反射面は、光出射面から入射した光の一部を後方散乱して光出射面に戻す構成である。

本発明によれば、光反射壁の反射面は、蛍光体含有部材の上面（光出射面）から入射した光の一部を後方散乱または反射により光出射面に戻すため、この戻り光によって蛍光体が再励起され光出射面から出射される。これにより、光出射面の輝度を向上させることができる。

（ａ）実施形態の半導体発光装置の断面構造と、光の作用を示す説明図、（ｂ）比較例の半導体発光装置の断面構造と、光の作用を示す説明図。 実施形態の半導体発光装置の光出射面に、光学系の焦点位置が一致していることを示す説明図。 （ａ）〜（ｃ）実施形態の半導体発光装置の光反射壁１３と実装基板の成す角のバリエーションを示す断面図。 （ａ）〜（ｅ）第１〜第５の実施形態の半導体発光装置の断面図。 第６の実施形態の半導体発光装置の断面図。 第７の実施形態の半導体発光装置の上面図。 （ａ）〜（ｃ）第７の実施形態の半導体発光装置の製造工程を示す上面図。 第７の実施形態の半導体発光装置の輝度分布の測定結果を示すグラフ。 第７の実施形態の半導体発光装置の指向性の測定結果を示すグラフ。

本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子上に搭載され、半導体発光素子とは反対側の面を光出射面とする蛍光体含有部材とを備える。光出射面より光出射方向に進んだ場所に、光出射面の少なくとも一部に沿って光反射壁が配置されている。光反射壁表面は、光出射面から入射した光の少なくとも一部を光出射面に入射させる。例えば、光反射壁表面は、光出射面から入射した光の少なくとも一部を散乱により光出射面に入射させる。

例えば、図１（ａ）のように、半導体発光素子１１の上に蛍光体含有部材１２を備え、光出射面（蛍光体含有部材１２の上面）１４の周縁の少なくとも一部に沿って光反射壁１３を配置する。半導体発光素子１１から発せられた光は、蛍光体含有部材１２によって一部が蛍光に変換される。よって、半導体発光素子１１から発せられた光および蛍光は、光出射面１４から出射され、そのうち直上方向に出射された光２３は、光反射壁１３の間から上方に放出される。一方、光出射面１４から発せられた光のうち、斜め上方向に出射されて、光反射壁１３に入射した光２１は、一部または全部が、光反射壁１３の反射面１３によって後方散乱または反射により光出射面１４に戻される。蛍光体含有部材１２の上面への戻り光２２により、蛍光体が再び励起され、蛍光が発せられて光出射面１４から出射される。また、戻り光２２の一部は、蛍光体含有部材１２の上面（光出射面１４）で反射される。戻り光２２により発せられた蛍光および反射光のうち光反射壁１３に入射した光の一部または全部が、後方散乱または反射により再び光出射面１４に戻る。このように、光反射壁１３に入射した光の一部または全部が、蛍光体含有部材１２の光出射面１４に戻るサイクルを繰り返す。

これにより、蛍光体含有部材１２の上面（光出射面１４）からは、半導体発光素子１１から蛍光体含有部材１２に直接入射し、蛍光体含有部材１２を透過した光、および、半導体発光素子１１から直接入射した光によって蛍光体含有部材１２の蛍光が励起され発せられた蛍光２３が出射されるだけでなく、光反射壁１３からの戻り光２２により蛍光体含有部材１２が発した蛍光２４および反射光が出射されるため、光出射面１４の輝度を向上させることができる。

これにより、図２のようにレンズやリフレクタ等の光学系２５の焦点位置を光出射面１４（蛍光体含有部材１２の上面）に一致させて投影するヘッドランプ等のような照明装置に本発明の発光装置を用いることにより、照明装置の輝度を向上させることができる。

比較例として、図１（ｂ）のように、本発明の光反射壁１３に代えて、全反射を生じるミラー２６を配置した発光装置について検討する。この装置の場合には、光出射面１４から斜め上方向に出射されミラー２６に入射した光２１は、ミラー２６で全反射されて上方に進行する。このため、蛍光体含有部材１２への戻り光は生じず、蛍光体含有部材１２の光出射面１４からは、半導体発光素子１１から出射され直接蛍光体含有部材１２に入射して透過した光、および、半導体発光素子１１から直接入射した光により蛍光体含有部材１２の蛍光体が励起され発せられた蛍光２３のみが出射される。よって、図１（ａ）の本発明の発光装置よりも光出射面１４の輝度は低くなる。なお、ミラー２６に入射した光２１は、全反射されるため、上方へ出射される全光束量は、図１（ｂ）の比較例構成と図１（ａ）の本発明の構成とで同じであるが、図１（ｂ）の比較例の構成の場合には、ミラー２６の全反射により生じる光束は、ミラー２６の反射面から出射されるため、蛍光体含有部材１２の光出射面１４に焦点が一致している光学系２５では、ミラー２６で全反射した光を集光できない。このため、ミラー２６で反射した光は、ミラー２６の輝度を向上させるに過ぎず、蛍光体含有部材１２の上面の光出射面１４の輝度向上には寄与しない。よって、ミラー２６の反射光を集光光学系で集光して、照明装置として効率よく利用することはできない。

なお、光反射壁１３の反射面は、入射した光の一部を光出射面１４に戻す構成であってもよいし、入射光の全部を光出射面１４に戻す構成であってもよい。

光反射壁１３が入射光を光出射面１４に戻す作用は、例えば後方散乱によって生じさせることが可能である。例えば、光反射壁１３の反射面を拡散反射面とし、拡散散乱の作用によって入射光の一部を後方に散乱させて光出射面１４に戻すことができる。また、光反射壁１３の反射面に再帰性反射を生じる構造を設け、再帰性反射により出射面１４に光を戻すことも可能である。再規性反射を生じる構造としては、例えば、高屈折率の微小ビーズを反射面に並べた構造や、微小プリズムを反射面に並べた構造を採用することができる。

半導体発光素子１１は、実装基板１０に搭載することができる。光反射壁１３の反射面は、実装基板１０の主平面に垂直であることが望ましい。例えば、図３（ａ）〜（ｃ）のように、光反射壁１３の反射面（内壁面）が実装基板１０の主平面となす角度αとすると、図３（ａ）のようにαが小さいものよりも、図３（ｃ）のようにαが大きいほど光反射壁１３から光出射面１４に戻る光を容易に増加させることができるため、光出射面１４の輝度を向上させやすい。しかしながらαが９０°を越え、光出射面１４を覆い始めると、光出射面１４の間から外部に放出される光束量が低下する。一方、光出射面１４を覆わないように、光出射面１４から光反射壁１３を離すと、光出射面１４以外の領域にも光反射壁１３から光が戻るため、光出射面１４の輝度を向上させることができない。これらのことから光反射壁１３の反射面は、図３（ｂ）のように実装基板１０の主平面に垂直であることが望ましい。また、光反射壁１３の反射面は、可能な限り光出射面１４の周縁に近い方が望ましい。

具体的には、光反射壁１３の反射面は、例えば散乱反射面を用いることができる。光反射壁の反射面は、反射率が高い方が良く、また、光反射面は、例えば、反射光の光散乱の割合が９０％以上であることが好ましい。

また、光反射壁１３は、光出射面１４の全周をリングのように囲んでも良いし、光出射面の一部だけ輝度を向上させたい場合は、その領域の光出射面１４の周縁に板状の光反射壁１３を立てても良い。

蛍光体含有部材１２の上面（光出射面１４）には、透明部材が搭載されていてもよい。また、蛍光体含有部材の上面（光出射面１４）の上部空間が透明樹脂で充填されていてもよい。このような場合、発光装置から外部への光を出射する面は、透明部材や透明樹脂の上面になるが、蛍光体含有部材１２から光が発せられる面（発光面）という意味で、本発明では蛍光体含有部材１２の上面を光出射面１４と呼ぶ。

上述してきたように、本発明では、光反射壁からの戻り光により、蛍光体含有部材１２を再励起できるため、蛍光体含有部材１２の光出射面１４の輝度を向上させることができる。

また、本発明では、半導体発光素子１１からの直接入射光のみならず、光反射壁からの戻り光により、蛍光体含有部材１２の蛍光体を２回以上励起できるため、同じ色度の発光を得るために必要な蛍光体の含有量を、従来の発光装置よりも低減することができる。これにより、蛍光体含有部材１２の光の透過率が高まり、光の取り出し効率を向上させることできる。

なお、光反射壁１３の材質としては、反射面を散乱反射面にする場合には、セラミック、光散乱性粒子を含有する樹脂、および、表面を粗面としたアルミニウム等の高反射率金属のいずれかを用いることができる。その厚さは、蛍光体含有部材１２の光出射面１４から反射面に入射した光が、透過しない厚さ以上であることが望ましい。

なお、本発明の半導体発光装置（以下、単に発光装置とも呼ぶ）の具体的な構造例について図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図４（ａ）は、第１の実施形態の発光装置の断面図である。

図４（ａ）の構成では、光反射壁１３は、半導体発光素子１１の側面に固定されている。半導体発光素子１１は、発光構造を含む半導体エピタキシャル層３２と、半導体エピタキシャル層３２を支持する素子基板３１とを備えて構成される。また、素子基板３１は、半導体エピタキシャル層の発する光を透過しない材質である。蛍光体含有部材１２は、蛍光体含有樹脂層であり、半導体エピタキシャル層３２を覆うように素子基板３１の上面に搭載されている。

具体的には例えば、半導体発光素子１１は、青色発光ＬＥＤ素子であり、素子基板３１は、Ｓｉなどの不透明基板である。蛍光体含有部材１２は、例えば、シリコーン樹脂とＹＡＧ蛍光体を混ぜ合わせた樹脂であり、未硬化の状態で半導体発光素子１１の上面にポッティング等により塗布した後、硬化させることに形成される。図４（ａ）の構成では、ポッティングした蛍光体樹脂の表面張力により、蛍光体含有部材１２の上面をドーム形状にし、ドーム形状を維持したまま硬化させている。素子基板３１の側面には、高反射セラミックを用いた光反射壁１３が、透明シリコーン接着樹脂等の接着層３３により固定されている。光反射壁１３の表面は、散乱反射面である。

半導体エピタキシャル層３２の出射光（青色光）が、素子基板３１を透過せず、半導体エピタキシャル層３２の上面および側面から蛍光体含有部材１２に入射する。半導体エピタキシャル層３２の上面および側面から出射した青色光の一部は、蛍光体を励起し、黄色の蛍光に変換される。これにより、蛍光体含有部材１２の表面（光出射面１４）からは青色光と黄色光を混合した白色光が出射される。光出射面１４から上方に出射された白色光の一部は、光反射壁１３に入射し、散乱反射される。これにより、一部の散乱光（後方散乱された光）が光出射面１４に戻り、青色光が蛍光体を再び励起して、黄色蛍光に変換され、光出射面１４から出射される。また、光出射面１４に戻った光の一部は、光出射面１４で反射されて、上方に向かう。

このように図４（ａ）の発光装置では、光反射壁１３に入射した光の一部が、光出射面１４へ戻り、光出射面から再び出射されるため、光反射壁１３がない構成と比較して光出射面１４の輝度を向上させることができる。

また、図４（ａ）の発光装置は、半導体発光素子１１の上面にのみ蛍光体含有部材１２を配置しているため、半導体発光素子１１の側面も蛍光体含有部材１２で被覆するものと比較して、光出射面１４の面積が小さく、輝度を高めることができる。

また、図４（ａ）の発光装置は、光反射壁１３を半導体発光素子１１の側面に接着することにより固定しているため、光反射壁１３を光出射面１４の周縁に近接して配置することができる。よって、光反射壁１３からの散乱光のうち光出射面１４に戻る光の割合を向上させることができ、光出射面１４の輝度向上を図ることができる。

（第２の実施形態）
図４（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の発光装置の断面図である。

図４（ｂ）の半導体発光素子１１は、第１の実施形態の図４（ａ）の半導体発光素子１１と同様に、素子基板と半導体エピタキシャル層とを備え、素子基板は、半導体エピタキシャル層の発する光を透過しない材質のものを用いる。

蛍光体含有部材１２としては、蛍光体が分散された蛍光ガラスや、蛍光体を焼結した蛍光セラミックスや、蛍光体分散樹脂等をプレート形状に成形したもの（蛍光体プレートという）を用いる。蛍光体プレートは、半導体発光素子１１の上面に貼り付けられている。例えば、ＹＡＧプレートを用いる。光反射壁１３は、第１の実施形態と同様の散乱反射部材である。蛍光体プレート（蛍光体含有部材１２）および半導体発光素子１１の側面と、光反射壁１３との間の空間には、光反射樹脂３４が充填されている。光反射樹脂３４としては、例えば、酸化チタン等の光散乱性粒子を分散させたシリコーン樹脂等の樹脂（白樹脂）を用いることができる。

半導体発光素子１１の半導体エピタキシャル層から出射された青色光は、第１の実施形態の発光装置と同様に、素子基板には入射せず、蛍光体プレート（蛍光体含有部材１２）に入射して一部が蛍光に変換される。蛍光体プレートの上面を光出射面１４として、上方に白色光が出射される。斜め方向に出射された光は、光反射壁１３に入射し、光反射壁１３で散乱反射されて、一部が蛍光体プレートの光出射面１４に戻り、再び蛍光体を励起して光出射面１４から出射されることにより光出射面１４の輝度が向上する。

なお、蛍光体プレート（蛍光体含有部材１２）の側面は、光反射樹脂３４で覆われているので光は出射しない。

また、光反射壁１３の光反射率が高い場合には、光反射樹脂３４に代えて透明な樹脂や接着剤で光反射壁１３を半導体発光素子１１および蛍光体プレート（蛍光体含有部材１２）に固定することも可能である。この場合、光反射壁１３と半導体発光素子１１および蛍光体プレートとの隙間は、できるだけ狭いことが望ましい。

半導体発光素子１１は、エピタキシャル層とエピタキシャル層の発する光に対して透明な素子基板とを備えた構成のものを用いることも可能である。例えば、素子基板としては、サファイヤを用いることができる。この場合、エピタキシャル層を実装基板１０側に向けて実装基板１０にはんだバンプ等を用いて搭載することができる。

（第３の実施形態）
図４（ｃ）は、第３の実施形態の発光装置の断面図である。図４（ｃ）の発光装置は、光反射樹脂３４を半導体発光素子１１および蛍光体含有部材１２の周囲の広い領域に充填し、光反射樹脂３４の上に光反射壁１３を配置している点で第２の実施形態とは異なっている。他の構成および各部の作用は、第２の実施形態の図４（ｂ）の発光装置と同様である。

（第４の実施形態）
図４（ｄ）は、第４の実施形態の発光装置の断面図である。図４（ｃ）の発光装置では、半導体発光素子１１は、エピタキシャル層とエピタキシャル層の発する光に対して透明な素子基板とを備え、エピタキシャル層を実装基板１０側に向けて実装基板１０にはんだバンプ等を用いて搭載されている。蛍光体含有部材１２としては、蛍光体含有樹脂層が用いられている。蛍光体含有樹脂層は、半導体発光素子１１の上面および側面を覆っている。蛍光体含有樹脂層の側面は、半導体発光素子１１の側面に対して傾斜している。蛍光体含有樹脂層の上面には、半導体発光素子１１および蛍光体含有部材１２の発する蛍光に対して透明な板状部材３５が搭載されている。半導体発光素子１１が青色光を発する場合、素子基板としては、例えばサファイヤを用いることができる。蛍光体含有樹脂は、例えば、シリコーン樹脂とＹＡＧ蛍光体を混ぜ合わせたものを用いる。透明な板状部材３５としては、例えば透明ガラスを用いる。

透明な板状部材３５は、半導体発光素子１１の上面よりも大きく、蛍光体含有部材（蛍光体含有樹脂層）１２の側面は、半導体発光素子１１の側面と板状部材３５の側面とを結ぶ傾斜面となっている。このような形状の蛍光体含有樹脂層は、未硬化の蛍光体含有樹脂を半導体発光素子１１の上に塗布し、透明な板状部材３５を搭載して、蛍光体含有樹脂を表面張力で濡れ広がらせることにより形成することができる。その後、蛍光体含有樹脂層を硬化させる。

蛍光体含有部材（蛍光体含有樹脂層）１２および透明な板状部材３５の周囲には、光反射樹脂３４が充填されている。光反射樹脂３４の上に光反射壁１３が搭載されている。

半導体発光素子１１の上面から発せられた青色光は、蛍光体含有部材１２に入射し、一部が黄色蛍光に変換され白色光になる。白色光は、蛍光体含有部材１２の上面（光出射面１４）から出射され、透明な板状部材３５に入射して、これを透過する。半導体発光素子１１の側面から出射された光は、蛍光体含有部材１２の傾斜した側面により反射されて上方に向かいながら一部が黄色蛍光に変換され、光出射面１４から出射されて透明な板状部材３５を透過する。

透明な板状部材３５を透過した白色光のうち、斜め上方に向かう白色光は、光反射壁１３に入射して、散乱反射され、その一部が、透明な板状部材３５を透過して、再び蛍光体含有部材１２の光出射面１４に戻る。光出射面１４に戻った光は、蛍光に変換され再び光出射面１４から出射され、透明な板状部材３５を透過して上方に出射する。これにより、蛍光体含有部材１２の上面の光出射面１４の輝度が向上する。

このように、図４（ｄ）の構造では、透明な板状部材３５が配置されている構造であっても、蛍光体含有部材１２の上面（光出射面１４）に光を戻すことができ、光出射面１４の輝度を向上させることができる。

なお、図４（ｄ）の構造において、透明な板状部材３５に代えて、図４（ｂ）、（ｃ）の蛍光体プレート（蛍光体含有部材１２）を用いることも可能である。蛍光体プレートを用いる場合、蛍光体含有樹脂に代えて、透明樹脂を用いることが可能である。

（第５の実施形態）
図４（ｅ）は、第５の実施形態の発光装置の断面図である。この発光装置は、第４の実施形態の図４（ｄ）の発光装置と同様の構成であるが、光反射壁１３が実装基板１０上に搭載され、透明な板状部材３５および蛍光体含有部材（蛍光体含有樹脂層）１２と光反射壁１３との間隙が光反射樹脂３４によって充填されている点が図４（ｄ）の構成とは異なっている。他の構成及び作用は、第４の実施形態と同様であるので説明を省略する。

（第６の実施形態）
図５は、第６の実施形態の発光装置の断面図である。図５の発光装置では、光反射壁１３は、半導体発光素子１１の片側側面については半導体発光素子１１に近接配置されているが、他方の側面については半導体発光素子１１から離れた所定の位置に配置されている。このように、光反射壁１３は、蛍光体含有部材１２の周縁部の少なくとも一部に沿って近接配置されていればよく、他の一部については図５のように離れて配置されていてもよい。

一部の光反射壁１３を蛍光体含有部材１２の周縁部の一部から離れた位置に配置することにより、光反射壁１３と半導体発光素子１１との間の空間に、ボンディングワイヤ等を配置することが可能になる。

図５の発光装置は、蛍光体含有部材１２から離れた位置に配置された光反射壁１３から蛍光体含有部材１２の光出射面への戻る光の量が、蛍光体含有部材１２に近接配置されている光反射壁１３よりは少なくなる。このため、上述してきた図４（ａ）〜（ｅ）の発光装置と比較すると、図５の発光装置の光出射面１４の輝度は低くなるが、光反射壁１３が全く配置されていない発光装置と比較すると、一定の輝度向上効果は得られる。

なお、光反射壁１３は、必ずしも蛍光体含有部材１２の全周に配置する必要はなく、少なくとも一部に配置されていれば一定の輝度向上効果が得られる。

なお、図５では、図４（ａ）に示した構造で一部の光反射壁１３を蛍光体含有部材１２の周縁部から離れた位置に配置した構造を示したが、この構造に限らず、図４（ｂ）〜（ｅ）や他の構造の発光装置において一部の光反射壁１３を蛍光体含有部材の周縁部から離れた位置に配置することも可能である。

（第７の実施形態）
図６は、第７の実施形態の発光装置の上面図である。図６の発光装置では、半導体発光素子１１は、複数（図６では４個）であり、実装基板１０上に列状に並べて配置されている。半導体発光素子１１の上には、蛍光体含有部材１２が搭載されている。光反射壁１３は、半導体発光素子１１の列の周囲に配置され、蛍光体含有部材１２の上面（光出射面）の周縁のうち、半導体発光素子１１の列の長手方向に平行な部分に沿って近接配置されている。

この構成は、複数の半導体発光素子１１を一つの光源として、輝度を向上させることができる。また、半導体発光素子１１の列の長手方向に沿って光反射壁１３が近接配置されているため、長手方向に直交する方向のカットオフが明確になる。よって、ヘッドライト等の車両用照明装置の光源として好適である。

半導体発光素子１１および蛍光体含有部材１２の構造は、第１の実施形態の図４（ａ）の構造、第２の実施形態の図４（ｂ）の構造、第５の実施形態の図４（ｅ）の構造等のように、半導体発光素子１１および／または蛍光体含有部材１２の側面に、光反射壁１３を接着層３３または光反射樹脂３４で接着できるものであればよい。

また、本実施形態では、光反射壁１３を分割した二つのＬ字型部材を用い、発光装置の製造工程を容易にしている。以下、図６の発光装置の製造工程を図７（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。

まず、図７（ａ）のように、実装基板１０に半導体発光素子１１を実装し、その上に蛍光体含有部材１２を配置する。例えば、図４（ａ）の構造の場合には、半導体発光素子１１の上面に未硬化の蛍光体含有樹脂をポッティング後硬化させることにより蛍光体含有部材１２を形成する。図４（ｂ）の構造の場合には、半導体発光素子１１の上面に蛍光体プレートを接着することにより蛍光体含有部材１２を形成する。図４（ｅ）の構造の場合には、半導体発光素子１１の上面に未硬化の蛍光体含有樹脂をポッティング後、透明な板状部材３５を搭載して濡れ広がらせた後硬化させることにより蛍光体含有部材１２を形成する。

次に、図７（ｂ）のように、半導体発光素子１１および／または蛍光体含有部材１２の片側側面に接着剤または光反射樹脂を塗布する。例えば、図４（ａ）の構造の場合には、半導体発光素子１１の側面に接着剤３３’を塗布する。図４（ｂ）の構造の場合には、半導体発光素子１１および蛍光体含有部材１２の側面に光反射樹脂３４’を塗布する。図４（ｅ）の構造の場合には、蛍光体含有部材１２の傾斜した側面および透明な板状部材３５の側面に光反射樹脂３４’を塗布する。

図７（ｃ）のように、Ｌ字型の光反射壁１３を接着剤３３’または光反射樹脂３４’により半導体発光素子１１の側面に接着し、接着剤３３’または光反射樹脂３４’を硬化させ、接着層３３または光反射樹脂３４を形成する。

同様に半導体発光素子および／または蛍光体含有部材１２の逆側の側面に、図７（ｂ），（ｃ）の工程を繰り返し、Ｌ字型の光反射壁１３を接着する。これにより、図６の発光装置を製造することができる。

このように、Ｌ字型に２分割された光反射壁１３を用い、半導体発光素子１１の側面に接着することにより、半導体発光素子１１や蛍光体含有部材１２の大きさにバラつきがあっても、光反射壁１３を蛍光体含有部材１２の光出射面１４の周縁に近接配置することができる。

なお、光反射壁１３の形状は、Ｌ字型に２分割されたものに限定されるものではなく、２枚の平板状の光反射壁１３を半導体発光素子１１の側面に列の長手方向に沿って固定した構造にすることも可能であるし、上面からみて半導体発光素子１１の列の３方向を囲む形状の光反射壁１３と、平板状の光反射壁１３とを組み合わせて、半導体発光素子１１の列を取り囲むように固定することも可能である。

また、第７の実施形態の図６の発光装置の輝度と指向性を評価した。その結果を図８および図９に示す。評価した発光装置は、上面形状が図６で、断面形状が図４（ｅ）の発光装置である。ただし、図６では、半導体発光素子１１を４個並べたものを示しているが、図８および図９で評価した発光装置では半導体発光素子１１を５個並べている。

図８は、この発光装置の光出射面１４の輝度を測定した結果である。ただし、光反射壁１３の高さは、光出射面１４の径（一辺）の約１．５倍とした。また、比較例として、光反射壁１３を備えず、他の構成は、本実施形態と同じにした発光装置の輝度も測定した。

図８から明らかなように、本実施形態の発光装置の光出射面１４の輝度は、比較例の発光装置の輝度よりも、１３〜１７％向上していた。

図９は、短手方向（長手方向に直交する方向）についての指向性を光反射壁１３よりも上部で測定したものである。光反射壁１３を備えない比較例の発光装置の発光の指向性は、ランバーシアンであるが、光反射壁１３を配置したことにより、指向性が狭まっていることがわかった。図９のように、光反射壁１３の高さを光出射面１４の径（一辺０．９２ｍｍ）の約１．５倍（１．４ｍｍ）と約３倍（２．８ｍｍ）の２種類に変化させて測定したところ、光反射壁１３が高い方が、指向性がより狭まっていた。また、光反射壁１３の高さが光出射面１４の径（一辺）の約１．５倍の時で、比較例の光反射壁１３がない発光装置よりも指向性が半値幅で約２０％狭くなっていた。

上述してきたように、本発明は、蛍光体含有部材と半導体発光素子とを組み合わせた発光装置（例えば白色LED）の輝度を向上させることができる。また、光の指向性を狭くすることもできる。よって、本発明の発光装置をヘッドランプ等の照明装置に用いることにより、光学系によって投影される光源像の輝度を向上させることができる。また、光学系に取り込まれる光量を増加させることができるため、ヘッドランプなどのように遠くを照らす照明に好適である。

また、本発明の発光装置は、ヘッドランプ等の車載用光源の他に、サーチライト、スポット照明など高輝度な光源を用いた照明製品に適用することができる。また、一般的な照明装置にも蛍光灯の代用品として用いることができる。

１０：実装基板、１１：半導体発光素子、１２：蛍光体含有部材、１３：光反射壁、１４：光出射面、２２：戻り光、２４：蛍光、２６：ミラー、３１：素子基板、３２：半導体エピタキシャル層、３３：接着層、３４：光反射樹脂、３５：板状部材

Claims (20)

1. 半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子上に配置され、前記半導体発光素子とは反対側の面を光出射面とする蛍光体含有部材とを備え、
   前記光出射面より光出射方向に進んだ場所に、前記光出射面の少なくとも一部に沿って光反射壁が配置され、
   前記光反射壁表面は、前記光出射面から入射した光の少なくとも一部を光出射面に入射させることを特徴とする半導体発光装置。
2. 請求項１に記載の半導体発光装置において、前記光反射壁表面は、前記光出射面から入射した光の少なくとも一部を散乱して光出射面に入射させることを特徴とする半導体発光装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体発光装置において、前記半導体発光素子は、実装基板に搭載され、前記光反射壁の反射面は、前記実装基板の主平面に垂直であることを特徴とする半導体発光装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体発光装置において、前記光反射壁の反射面は、散乱反射面であることを特徴とする半導体発光装置。
5. 請求項４に記載の半導体発光装置において、前記光反射壁の反射面は、反射光の光散乱の割合が９０％以上であることを特徴とする半導体発光装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体発光装置において、前記蛍光体含有部材の上面には、透明部材が搭載されていることを特徴とする半導体発光装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の半導体発光装置において、前記光反射壁は、前記半導体発光素子の側面に固定されていることを特徴とする半導体発光装置。
8. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の半導体発光装置において、前記半導体発光素子および前記蛍光体含有部材の周囲の空間は、前記半導体発光素子から出射された光を透過しない部材で充填され、
   前記光反射壁は、前記光を透過しない部材の上に配置されていることを特徴とする半導体発光装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半導体発光装置において、前記半導体発光素子は、発光構造を含む半導体エピタキシャル層と、前記半導体エピタキシャル層を支持し、前記半導体エピタキシャル層の発する光を透過しない素子基板とを含み、
   前記蛍光体含有部材は、蛍光体含有樹脂層であり、前記半導体エピタキシャル層を覆うように前記素子基板の上面に搭載されていることを特徴とする半導体発光装置。
10. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半導体発光装置において、前記蛍光体含有部材は、前記半導体発光素子の上に搭載された板状部材であることを特徴とする半導体発光装置。
11. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半導体発光装置において、前記蛍光体含有部材は、前記半導体発光素子の上面および側面を覆う蛍光体含有樹脂層であり、前記蛍光体含有樹脂層の側面は、前記半導体発光素子の側面に対して傾斜していることを特徴とする半導体発光装置。
12. 請求項１１に記載の半導体発光装置において、前記蛍光体含有樹脂層の上には、前記半導体発光素子の上面よりも大きな透明な板状部材が搭載され、前記蛍光体含有樹脂層の側面は、前記半導体発光素子の側面と前記板状部材の側面とを結ぶ面であることを特徴とする半導体発光装置。
13. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半導体発光装置において、前記蛍光体含有部材は、前記半導体発光素子の上面よりも大きな板状部材であり、
    前記半導体発光素子と前記蛍光体含有部材との間には、前記半導体発光素子の上面および側面を覆う樹脂層が配置され、
    前記樹脂層の側面は、前記半導体発光素子の側面に対して傾斜していることを特徴とする半導体発光装置。
14. 請求項１３に記載の半導体発光装置において、前記樹脂層の側面は、前記半導体発光素子の側面と前記板状部材の側面とを結ぶ面であることを特徴とする半導体発光装置。
15. 請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の半導体発光装置において、前記光反射壁は、セラミック、光散乱性粒子を含有する樹脂、および、表面を粗面としたアルミニウム等の高反射率金属のいずれかにより形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
16. 請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の半導体発光装置において、前記半導体発光素子は、複数であって列状に並べて配置され、前記光反射壁は、前記光出射面の周縁のうち、少なくとも前記半導体発光素子の列の長手方向に平行な部分に沿って配置されていることを特徴とする半導体発光装置。
17. 半導体発光素子の上に、蛍光体含有部材を配置し、
    前記蛍光体含有部材の上面の光出射面の周縁の少なくとも一部に沿って、前記光出射面から斜め上方向に出射された光の一部を前記光出射面に入射させる光反射壁を固定する
    ことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
18. 請求項１７の半導体発光装置の製造方法であって、前記光反射壁は、前記半導体発光素子の側面および／または蛍光体含有部材の側面に接着することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
19. 半導体発光装置と、前記半導体発光装置の出射光を投影する光学系とを有する照明装置であって、
    前記半導体発光装置は、請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の半導体発光装置であることを特徴とする照明装置。
20. 請求項１９に記載の照明装置であって、前記光学系の焦点位置は、前記半導体発光装置の前記光出射面に一致していることを特徴とする照明装置。

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