半导体发光装置的利记博彩app

专利名称：半导体发光装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及包含半导体发光元件的半导体发光装置。
背景技术：
作为包括半导体多层膜的半导体发光元件已知有发光二极管(Light Emitting Diode，以下称为"LED")。其中，GaN类LED等发出蓝色光的 LED与由蓝色光激励发出荧光的荧光体组合，从而可以应用于发出白色光 的半导体发光装置。
图12是过去的发出白色光的半导体发光装置的截面图。如图12所示， 半导体发光装置100在第一引线框101a的一方的端部设置的凹部底面上， 利用由Ag糊料(Paste)等构成的芯片固定用糊料构件103固定有发出蓝 色光的LED芯片102。
在LED芯片102的上表面形成有第一电极104a及第二电极104b。第 一电极104a通过第一电缆(Wire) 105a与第一引线框101a电连接，第二 电极104b通过第二电缆105b同与第一引线框lOla成对的第二引线框101b 电连接。
LED芯片102通过成型为炮弹形的荧光体层106密封。作为荧光体层 106的粘合剂一般使用环氧树脂或硅树脂等的透射可见光的树脂材料。并 且，在荧光体层106内分散有荧光体106a (例如，参照专利文献1)。
但是，作为上述现有的半导体发光装置中的荧光体层的粘合剂使用环 氧树脂或硅树脂时，产生以下的问题。
在使用环氧树脂的情况下，环氧树脂的折射率与构成LED芯片的^"料 (例如GaN)的折射率相比非常低，所以有可能劣化光取出效率。
此外，使用硅树脂的情况下，折射率还低于环氧树脂，所以来自LED 芯片的发射光容易在与粘合剂的界面反射，光取出效率(Light extraction efficiency)有可能进一步劣化(例如，参照专利文献2)。
作为其对策，例如提出了从LED芯片到外层依次阶段性地降低折射率 的方法(例如，参照专利文献3)、或将折射率高的无机氧化物等用作LED 芯片的密封材料的方法(例如，参照专利文献4)、或者通过将多孔质材料
用于LED芯片的基板或在上述基板的表面形成凹凸而使光散射的方法(例 如，参照专利文献5)等。
专利文献l:(日本)特开2004—71908号公报
专利文献2:(日本)特开2005—93724号公报
专利文献3:(日本)特开昭61 — 96780号公报
专利文献4:(日本)特开2001—24236号公报
专利文献5:(日本)特开2005 — 191514号公报
但是，在专利文献3 5提出的方法中，例如对于应用于照明装置等来 说，光取出效率仍然不充分。

发明内容
本发明提供一种可提高光取出效率的半导体发光装置。
本发明的半导体发光装置的特征在于，包括半导体发光元件、覆盖上 述半导体发光元件的至少一部分而形成的荧光体层、覆盖上述荧光体层的 至少一部分而形成的外层；
上述荧光体层包含粘合剂和分散在上述粘合剂中的荧光体；
上述外层包含多孔质材料。


图1A是本发明的第一实施方式的半导体发光装置的截面图，图1B是 图1A所示的半导体发光装置中包含的外层的构成材料的示意图。
图2是表示多孔质材料的空穴率和折射率的关系的图表。
图3是本发明的第二实施方式的半导体发光装置的截面图。
图4是用于说明该说明书的有效颗粒直径的图表。
图5是表示粘合剂中的无机粒子的体积含有率和粘合剂的折射率的关 系的图表。
图6是表示本发明的第二实施方式的半导体发光装置的变形例的截面图。
图7是本发明的第三实施方式的半导体发光装置的截面图。 图8是本发明的第四实施方式的半导体发光装置的截面图。 图9是本发明的第五实施方式的半导体发光装置的截面图。 图IO是本发明的第六实施方式的半导体发光装置的截面图。 图11是本发明的第七实施方式的半导体发光装置的截面图。
图12是过去的发出白色光的半导体发光装置的截面图。
具体实施例方式
本发明的半导发光装置包括半导体发光元件、覆盖该半导体发光元件 的至少一部分而形成的荧光体层、覆盖该荧光体层的至少一部分而形成的 外层。半导体发光元件例如可以使用放出最大峰值波长为490nm以下的光 的LED。特别是，由GaN类的化合物半导体构成的LED芯片由于发光色 为蓝色光(或者波长比蓝色光短的光)且发光强度大，所以较好。
上述荧光体层包含粘合剂和分散在该粘合剂中的荧光体。作为粘合剂 例如使用包含透射可见光的粘合材料的粘合剂。作为上述粘合材料可以使 用环氧树脂、丙烯树脂、环烯烃树脂等的由有机高分子构成的树脂材料， 或硅树脂等的由无机高分子构成的树脂材料。此外，也可以使用低融点玻 璃或可在低温下形成的溶胶—凝胶(Sol-gel)玻璃等的无机材料。作为上 述荧光体可以使用吸收从半导体发光元件放出的光的一部分并发出荧光的 荧光体。例如，作为半导体发光元件使用发射蓝色光的LED时，作为上述 荧光体可以使用发出黄色光的黄色荧光体、发出绿色光的绿色荧光体、或 发出红色光的红色荧光体等。此外，例如作为半导体发光元件使用发射紫 外光的LED时，可以使用上述列举的荧光体或发出蓝色光的蓝色荧光体。 通过使用上述荧光体，从半导体发光元件放出的光和从荧光体发出的光混 在一起，例如可以作为白色光取出。
作为上述黄色荧光体例如可以使用铈掺杂钇铝石榴石(简称YAG: Ce)等。作为上述绿色荧光体例如可以使用ZnS:Cu， Al (简称P22-GN4) 或(Ba， Mg) Al1()017:Eu， Mn (简称LP-G3)等。作为上述红色荧光体例 如可以使用Y202S:Eu (简称P22-RE3)等。作为上述蓝色荧光体例如可以 使用(Sr， Ca， Ba， Mg) 1() (P04) 6C12: Eu (简称LP-B1)或(Ba， Mg) Al10O17: Eu (简称LP-B4)等。
并且，本发明的半导体发光装置的上述外层包含多孔质材料。由此， 外层的折射率的降低变得容易。因此，在半导体发光装置的外部(例如空 气层)和荧光体层之间能够配置折射率低于荧光体层的粘合剂的外层。因 此，可以提高半导体发光装置的光取出效率。
在本发明的半导体发光装置中，优选上述粘合剂的折射率低于构成上 述半导体发光元件的光取出侧的主面(以下，仅称为"光取出面")的材料 折射率，并且高于上述外层的折射率。在该结构中，折射率从半导体发光
元件向外层阶段性地降低，所以能够进一步提高光取出效率。
在本发明中，可以是如下结构上述荧光体层的粘合剂包含粘合材料 和有效颗粒直径为透射该粘合材料的光的波长的4分之1以下的无机粒子, 上述无机粒子的折射率大于上述粘合材料。根据该结构，通过包含无机粒 子，从而减小粘合剂与构成半导体发光元件的光取出面的材料的折射率差。 因此，能够进一步提高光取出效率。进而，通过包含上述无机粒子，提高 粘合剂的耐热性和耐光性，所以可以防止粘合剂的劣化。此外，上述无机 粒子的有效颗粒直径为透射粘合材料的光的波长的4分之1以下，所以粘 合剂中的光散射仅是瑞利散射。因此，可以防止粘合剂的透射性的劣化。 此外，上述无机粒子的大小充分小于光波长，所以可以将上述粘合剂视为 没有折射率偏差的均匀的介质。并且，若上述无机粒子的有效颗粒直径是
100nm以下，则对可见区域的光可以充分地发挥上述效果。此外，关于上 述"有效颗粒直径"后面叙述。
作为上述无机粒子例如可以使用无机氧化物、金属氮化物、金属碳化 物、碳化合物、硫化物等。
作为上述无机氧化物举出氧化钛(折射率2.2~2.5)、氧化钽(折射率 2.0~2.3)、氧化铌(折射率2.1~2.3)、氧化钨(折射率2.2)、氧化锆(折射 率2.1)、氧化锌(折射率1.9~2.0)、氧化铟(折射率2.0)、氧化锡(折射 率2.0)、氧化铪(折射率2.0)、氧化钇(折射率1.9)、氧化硅(折射率1.4~1.5)、 氧化铝(折射率1.7-1.8)等。此外，可以使用它们的复合无机氧化物。上 述金属氮化物举出氮化硅(折射率1.9~2.0)等。关于上述金属碳化物举出 碳化硅(折射率2.6)等。关于上述碳化合物举出金钢石(折射率3.0)、类 金钢石碳(折射率3.0)等。关于上述硫化物举出硫化铜、硫化锡等。并且， 附在各无机材料名称上的折射率表示对可见光(例如波长是588nm的光) 的折射率。
上述无机粒子中的主成分为从由氧化钛、氧化钽、氧化锆及氧化锌构 成的组中选择的至少一种氧化物的无机粒子、或者主成分为包含这些氧化 物的复合氧化物的无机粒子，由于市售产品的种类多、容易到手，所以优 选。但是，对于像氧化钛那样通过紫外光容易发现光催化作用的无机化合 物，有可能劣化粘合材料，所以不使用具有较强的光催化作用的锐钛矿结 晶结构的化合物，而使用金红石结构的化合物。或者，可以使用由氧化硅 或氧化铝等的光催化作用不活跃的无机化合物修饰光催化作用活跃的无机 化合物表面的材料。
作为构成上述外层的多孔质材料优选使用无机材料。这是因为可以提 高耐热性或耐光性。作为上述无机材料例如可以使用金属氧化物、金属氟 化物、金属氮化物等。
作为上述金属氧化物举出氧化硅(折射率1.45)、氧化铝(折射率 1.7~1.8)、氧化钛(折射率2.2~2.5)、氧化锆(折射率2.1)、氧化锌(折射 率1.9~2.0)、氧化钽(折射率2.0~2.3)、氧化铌(折射率2.1 2.3)、氧化钨 (折射率2.2)、氧化铟(折射率2.0)、氧化锡(折射率2.0)、氧化铪(折 射率2.0)、氧化钇(折射率1.9)、氧化镁(折射率1.7)等。此外，可以使 用这些金属氧化物的混合体或具有多种金属元素的复合无机氧化物。作为 上述金属氟化物举出氟化镁(折射率1.38)、氟化钙(折射率1.43)等。作 为上述金属氮化物举出氮化硅(折射率1.9~2.0)等。并且，附在各无机材 料名称上的折射率表示对可见光(例如波长是588nm的光)的折射率。
在上述无机材料中，氧化硅、氧化铝、氟化镁及氟化钙作为大块的折 射率低，通过进行多孔化，从而可以做成更低的折射率。此外，通过使用 这些材料，可以用较低的空穴率实现比树脂材料低的折射率。这里，空穴 率是指孔的容积相对于多孔质材料的可见容积的比例。若空穴率低，则可 以抑制多孔质材料的强度下降，所以优选。此外，氧化硅或氧化铝具有原 料比较便宜、容易得到市售产品等的优点。并且，上述空穴率可以用比重 法测量。
此外，作为构成上述外层的多孔质材料，也可以使用由上述无机材料 构成的粒子的凝聚多孔体。在该构成中，可以做成上述粒子连续地连接成 网眼状的连通结构的多孔质材料，所以能够抑制相对于温度变化的孔内部 的空气膨胀或收縮。由此，能够提高外层的耐热性或机械强度，对焊锡回 流等的高温工序或半导体发光装置的使用中变成高温的情况等有效。此外， 在上述结构中，上述粒子具有透射上述外层的光的波长的4分之1以下的 平均颗粒直径，并且，优选上述凝聚多孔体的平均孔径为透射上述外层的 光的波长的4分之1以下。外层中的光散射仅是瑞利散射，所以能够防止 外层的透射性的劣化。上述平均颗粒直径利用基于气体吸附法的上述粒子 的平均比表面积s和上述粒子的材质的致密度p，通过平均颗粒直径d二6/sp 来求出。此外，上述平均孔径通过细孔分布测量装置，可以根据Log微分 细孔容积求出。并且，若上述平均颗粒直径及上述平均孔径的两者是100nm 以下，则可以对可见区域的光充分发挥上述效果。此外，对于上述凝聚多 孔体的制造方法的一例后面叙述。
并且，上述凝聚多孔体的平均孔径为100nm以下时，与气体分子的平 均自由行程成为相同程度，因而约束孔内的气体分子的运动。因此，即使 是连通结构，对于急剧的温度变化，对凝聚多孔体的网眼框架作用很强的 力量，因此在由过去那样的树脂材料的粒子构成的凝聚多孔体中，有引起 较大的膨胀及收縮的可能性。根据本结构，凝聚多孔体由无机材料构成， 对于温度变化具有较高的耐久性，可以确保较高的稳定性。
本发明的半导体发光装置还可以包含介于上述半导体发光元件和上述 荧光体层之间的光透射层。半导体发光元件和荧光体层不接触，所以能够 防止由从半导体发光元件产生的热引起的荧光体层的劣化。并且，光透射 层的构成材料不特别限制，可以使用环氧树脂、丙烯树脂、环烯烃树脂等 的有机高分子材料，硅树脂等的无机高分子材料，玻璃，氮等的气体层等。
本发明的半导体发光装置包含上述光透射层的情况下，优选上述光透 射层的折射率低于构成上述半导体发光元件的光取出面的材料(例如GaN) 的折射率，并且高于上述荧光体层的上述粘合剂的折射率。在该结构中， 从半导体发光元件到荧光体层，折射率阶段性地下降，所以能够进一步提 高光取出效率。
此外，本发明的半导体发光装置包含上述光透射层的情况下可以是如 下结构上述光透射层包括母材及分散在该母材中的无机粒子，该无机粒 子的有效颗粒直径为透射上述母材的光的波长的4分之1以下，并且折射 率大于上述母材。根据该结构，通过包含上述无机粒子，光透射层与构成 半导体发光元件的光取出面的材料的折射率差减小。因此，可以进一步提 高光取出效率。并且，通过包含上述无机粒子，提高光透射层的耐热性和 耐光性，从而可以防止光透射层的劣化。此外，上述无机粒子的有效颗粒 直径是透射母材的光的波长的4分之1以下，所以光透射层中的光的散射 仅是瑞利散射。因此，可以防止光透射层的透射性的劣化。此外，无机粒 子的大小与光波长相比充分小，所以可以将上述光透射层视为没有折射率 偏差的均匀的介质。并且，若上述无机粒子的有效颗粒直径为100nm以下， 则可以对可见区域的光充分发挥上述效果。
对于上述光透射层的母材不特别限制，可以使用环氧树脂、丙烯树脂、 环烯烃树脂等的有机高分子材料，硅树脂等的无机高分子材料，玻璃等。 此外，作为上述光透射层中的无机粒子可以使用与能够分散在上述粘合剂 中的无机粒子相同的无机粒子。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。并且，在参照的附图 中，用同一符号表示实质上具有相同的功能的构成因素，有时省略重复的 说明。
(第一实施方式)
首先，对本发明的第一实施方式的半导体发光装置进行说明。图1A是 本发明的第一实施方式的半导体发光装置的截面图，图1B是图1A所示的 半导体发光装置中包含的外层的构成材料的示意图。
如图1A所示，半导体发光装置1包括半导体发光元件10、覆盖半导 体发光元件10而形成的荧光体层11、覆盖荧光体层11而形成的外层12。 半导体发光元件10在第一引线框13a的端部设置为杯状的凹部底面上通过 由Ag糊料等构成的固定用糊料构件14固定。
半导体发光元件10的光取出面10a上形成有第一电极15a及第二电极 15b。第一电极15a通过第一电缆16a与第一引线框13a电连接。此外，第 二电极15b通过第二电缆16b电连接在与第一引线框13a成对的第二引线 框13b上。
荧光体层11包含粘合剂17和分散在粘合剂17中的荧光体18。该荧光 体层11用成型为炮弹形的外层12密封。
外层12由图1B所示的多孔质材料19构成。由此，外层12的折射率 的降低变得容易。因此，在半导体发光装置1的外部(例如空气层)和荧 光体层11之间可以配置折射率低于荧光体层11的粘合剂17的外层12。因 此，可以提高半导体发光装置1的光取出效率。
此外，多孔质材料19由无机材料的粒子19a连续地连接成网眼状的连 通结构由凝聚多孔体构成。由此，能够抑制孔内部的空气相对于温度变化 的膨胀或收縮。因此，可以提高外层12的耐热性或机械强度。此外，在多 孔质材料19中，优选粒子19a具有透射外层12的光的波长的4分之1以 下的平均颗粒直径，并且，多孔质材料19的孔径D的平均值是透射外层 12的光的波长的4分之1以下。外层12中的光散射仅是瑞利散射，所以可 以防止外层12的透射性的劣化。例如，粒子19a的平均颗粒直径是lnm以 上30nm以下的范围，并且孔径D的平均值是lnm以上30nm以下的范围 即可。
多孔质材料19(即外层12)的折射率，例如可以根据以下所示的式(1)， 通过控制粒子19a的材料、粒子19a的平均颗粒直径、或者多孔质材料19 的孔径D的大小等来调节。这里，在以下所示的式(1)中，np表示多孔质 材料19的折射率，rib是构成粒子19a的材料的折射率。此外，P是填充率，
是多孔质材料19的全容积中的材料所占的比例(体积比)。并且，多孔质 材料19的空穴率可以用1 一P来表示。
(np2—1) / (np2+2) =PX (nb2—1) / (nb2+2) ...... (1)
图2表示多孔质材料19的空穴率和折射率的关系。在图2中，示出作 为构成粒子19a的材料使用氧化硅(折射率1.45)、氟化钙(折射率1.43)、 及氟化镁(折射率1.38)的情况。
这里，若作为粘合剂17 (参照图1A)使用环氧树脂或硅树脂等的树脂 材料，则粘合剂17的折射率大致成为1.4 1.6的范围。因此，若多孔质材 料19的折射率被调节为低于1.4，则可以提高半导体发光装置1的光取出 效率。例如，使用氧化硅作为构成粒子19a的材料的情况下，如图2所示， 多孔质材料19的空穴率被调节为大于0.1即可。并且，多孔质材料19的折 射率的下限在高于外层12的外部的折射率(例如，空气的情况下1.0)限 度内不特别限制，但是，若为了降低折射率而提高多孔质材料19的空穴率， 则有可能产生多孔质材料19的机械性强度下降等的弊端。因此，最好在多 孔质材料19的空穴率成为0.95以下的范围内调节多孔质材料19的折射率。
此外，外层12的折射率优选为半导体发光装置1的外部(例如空气层) 的折射率和粘合剂17的折射率之间的值。这是因为可以提高光取出效率。 例如，粘合剂17的折射率是1.4 1.6的范围的情况下，外层12的折射率优 选为1.1~1.3的范围。这时的外层12的空穴率因多孔质材料19的材质而不 同，但是大致是0.2~0.8的范围。此外，粘合剂17的折射率是1.6-1.8的范 围的情况下，外层12的折射率优选为1.2-1.4的范围。这时的外层12的空 穴率因多孔质材料19的材质而不同，但大致是0.1-0.55的范围。若考虑上 述折射率的优选范围，则优选将粘合剂17的折射率和外层12的折射率之 差除以粘合剂17的折射率和外层12的折射率之和的值是0.03-0.2的范围。 特别是，优选上述值为0.1 0.15的范围。上述值小于0.03的情况下，粘合 剂17的折射率和外层12的折射率之差过小，因此，有可能降低提高光取 出效率的效果。另一方面，上述值大于0.2时，粘合剂17和外层12的折射 率之差过大，所以有可能与未设置外层12时的光取出效率的差异消失。
此外，在半导体发光装置1中，优选粘合剂17的折射率低于构成半导 体发光元件10的光取出面10a (参照图1A)的材料(例如GaN)的折射 率并高于外层12的折射率。从半导体发光元件10到外层12，折射率阶段 性地降低，所以可以进一步提高光取出效率。 接着，对多孔质材料19的(外层12)的最佳的形成方法进行说明。多 孔质材料19例如可以通过调制多孔质材料19的原料分散在溶液中的溶胶 容液，对该溶胶溶液进行湿润凝胶，将其干燥做成干燥凝胶来形成。以下， 说明作为构成材料使用氧化硅时的多孔质材料19的形成方法。
首先，将原料和催化剂分散在溶媒中得到溶胶溶液。作为上述原料可 以使用硅酸甲酯、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲氧基甲基硅烷、 等的丙氧基硅垸化合物或它们的低聚体化合物，或者硅酸钠、硅酸钾等的 水玻璃化合物等。作为上述催化剂例如可以使用盐酸、硫酸、醋酸等的酸 催化剂，或者氨、吡啶、氢氧化钠、氢氧化钾等的盐基催化剂，或者水等。 作为上述溶剂只要原料溶解而形成二氧化硅即可，可以使用甲醇、乙醇、 丙醇、丙酮、甲苯、正己烷等的有机溶剂，或者可以单独或混合使用水。 这时，通过调节原料的浓度，可以控制得到的多孔质材料19的空穴率。此 外，可以在上述溶剂中适当添加粘度调节剂。作为粘度调节剂可以使用乙 二醇、丙三醇、聚乙烯醇、硅油等。
接着，将上述溶胶溶液通过溶胶凝胶反应形成湿润凝胶。例如，搅拌 溶胶溶液，通过注型、涂敷等做成期望的使用形态之后，通过在该状态下 放置一定时间，从而使溶胶溶液凝胶化而得到具有网眼结构的框架的湿润 凝胶。湿润凝胶化的温度条件例如优选为25t:左右，但根据需要可以加热 到溶剂的沸点以下的温度。此外，根据需要，也可以为了控制湿润凝胶的 成熟或细孔而进行老化处理。还可以根据需要，为了提高耐湿性等的可靠 性、或者通过调节表面的亲和性来提高处理性，用表面处理剂对湿润凝胶 进行表面处理。
作为上述表面处理剂可以使用二甲氧基甲基硅垸、二甲基氯硅烷、甲 基三氯硅烷、三氯乙基硅烷、苯基三氯硅烷等的卤族硅垸处理剂，或者， 三甲基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅垸、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙 氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷等的丙氧基类硅垸处理剂，六甲基氧二硅烷、 二甲基二硅氧垸低聚物等的硅族硅垸处理剂，六甲基二硅胺脘等的胺类硅 垸处理剂，丙醇、丁醇、正己醇、正辛醇、癸醇等的醇类处理剂。由于上 述表面处理剂例如能够起到防水的效果，所以能够作为耐湿性高的多孔质 材料19。由此，能够防止多孔质材料19的吸湿引起的破碎，并且抑制对荧 光体层11的湿气入侵。并且，由于在网眼结构框架的表面形成烃基，也能 获得这样的效果提高粘合剂17的亲和性，提高与荧光体层11的接合性。 此外，作为上述表面处理剂，使用具有二甲基二甲氧基硅垸或基三乙氧基
硅垸等多个官能基的表面处理剂时，由于在网眼结构框架的表面，表面处 理剂分子发生交联反映，所以提高了强度和操作性。
并且，将具有网眼结构框架的上述湿润凝胶进行干燥而形成干燥凝胶。 这时的干燥处理可以使用自然干燥法、加热干燥法、减压干燥法、超临界 干燥法、冻结干燥法等。此外，在干燥时，为了抑制蒸发速度，可以使用 高沸点溶剂或控制蒸发温度，抑制干燥时的凝胶的收缩。特别是，作为可 以减少湿润凝胶因溶剂蒸发时的应力收縮的情况而得到具有优良的多孔质 性能的干燥凝胶的干燥手段，可以优选使用超临界干燥法。此外，使用在 湿润凝胶的表面实施疏水处理之后进行干燥的方法，也能够抑制干燥时的 凝胶的收缩。通过这些方法，可以防止干燥时的凝胶的收縮或断裂等的同
时，能够形成空穴率大、折射率低的多孔质材料19 (外层12)。特别是， 上述方法适合形成空穴率为0.5以上的多孔质材料19。
并且，在将溶胶溶液进行湿润凝胶化时，例如在荧光体ll上涂敷溶胶 溶液之后，如上所述地放置(或加热)进行湿润凝胶化即可。
此外，可以将由预先形成为期望的形状的干燥凝胶构成的多孔质材料 19通过接合剂等贴合在荧光体层11上形成外层12。 (第二实施方式)
接着，对本发明的第二实施方式的半导体发光装置进行说明。图3是 本发明的第二实施方式的半导体发光装置的截面图。
如图3所示，在半导体发光装置2中，半导体发光元件10安装在基板 20上。在基板20上设有第一布线21a及第二布线21b，该第一布线及第二 布线21a、 21b分别通过第一电缆及第二电缆16a、 16b与第一电极及第二 电极15a、 15b电连接。
此外，荧光体层11的粘合剂17由包含粘合材料17a和有效颗粒直径 为透射粘合材料17a的光的波长的4分之1以下的无机粒子17b的复合材 料构成。并且，无机粒子17b的折射率大于粘合材料17a的折射率。根据 该结构，通过包含无机粒子17b，粘合剂17与构成半导体发光元件10的光 取出面10a的材料的折射率差减小。因此，可以进一步提高光取出效率。 另外，通过包含无机粒子17b，提高粘合剂17的耐热性和耐光性，所以可 以防止粘合剂17的劣化。此外，无机粒子17b的有效颗粒直径为透射粘合 材料17a的光的波长的4分之1以下，所以粘合剂17中的光的散射仅是瑞 利散射。因此，可以防止粘合剂17的透射性的劣化。此外，无机粒子17b 的大小充分小于光波长，所以可以将粘合剂17视为没有折射率的偏差的均
匀的介质。其它构成因素与上述的第一实施方式的半导体发光装置1相同。
因此，通过半导体发光装置2也能够发挥与半导体发光装置1同样的效果。 这里，参照图4对上述"有效颗粒直径"进行说明。在图4中，横轴 表示无机粒子17b的颗粒直径，左侧的纵轴表示对横轴的颗粒直径的无机 粒子17b的频度，右侧的纵轴表示无机粒子17b的颗粒直径的累积频度。 该累积频度在图4所示的情况下随着曲线L变化。本说明书中的"有效颗 粒直径"是指上述累积频率成为75%时的无机粒子17b的颗粒直径。后述 的无机粒子30b的情况也同样。并且，无机粒子17b由一次粒子构成的情 况下，测量该一次粒子的颗粒直径即可。此外，无机粒子17b是一次粒子 的凝聚体(例如二次粒子)时，只要测量上述凝聚体的颗粒直径即可。为 了更精确地测量有效颗粒直径的值，优选以200个以上的无机粒子17b为 对象测量求出各颗粒直径。这时，对于上述各颗粒直径，优选利用电子显 微镜作为相当于圆的直径进行测量。
并且，若无机粒子17b的有效颗粒直径不足lnm，则有可能发现量子 尺寸效果，所以有对发光色的显色性造成影响的情况。因此，无机粒子17b 的有效颗粒直径优选为lnm以上100nm以下，更优选lnm以上50nm以下。 进而，为了确保充分的透明性，优选将有效颗粒直径设为lnm以上20nm 以下。
粘合剂17中的无机粒子17b的体积含有率优选为0.05以上0.6以下。 无机粒子17b的体积含有率过高，则透明性下降，反之，若无机粒子17b 的体积含有率过低，则添加无机粒子17b的效果减小。
在图5中，在作为粘合材料17a使用折射率为1.4的硅树脂、折射率为 1.5的环氧树脂及折射率为1.6的环氧树脂，作为无机粒子17b使用折射率 为2.4的氧化钛的情况下，表示粘合剂17中的无机粒子17b的体积含有率 和粘合剂17的折射率的关系。并且，在计算粘合剂17的折射率时，使用 了基于Maxwell—Gamett的理论的下式(2)。并且，这里，如上所述地将 粘合剂17视为没有折射率的偏差的均匀的介质计算。
nc2=n22 X (m2+2n22+2P!(n卩—n22))/(ni2+2n22—P"n,2—n22))......(2)
这里，ne是粘合剂17的折射率，n,是无机粒子17b的折射率，112是粘 合材料17a的折射率，Pi是粘合剂17中的无机粒子17b的体积含有率。
根据图5可知，为了将粘合剂17的折射率设为1.8以上，在粘合材料 17a的折射率为1.4、 1.5及1.6时，将粘合剂17中的无机粒子17b的体积 含有率分别设为0.46、 0.37及0.28即可。并且， 一般性的密封树脂的折射
率的值是1.4-1.7的范围，作为粘合材料17a使用一般性的密封树脂时，粘 合剂17中的无机粒子17b的体积含有率是0.1以下0.5以下即可，优选为 0.2以上0.4以下。
并且，在图3所示的半导体发光装置2中，对电缆接合安装半导体发 光元件10的例子进行了说明，但如图6所示，半导体发光元件10可以通 过凸块25倒装式安装在基板20上。根据该结构，可以实现半导体发光装 置的小型化。
(第三实施方式)
接着，对本发明的第三实施方式的半导体发光装置进行说明。图7是 本发明的第三实施方式的半导体发光装置的截面图。
如图7所示，半导体发光装置3在上述的第一实施方式的半导体发光 装置1的结构上还包括置于半导体发光元件10和荧光体层11之间的光透 射层30。由此，能够发挥与半导体发光装置l相同的效果以外，半导体发 光元件IO和荧光体层11不接触，所以能够防止由半导体发光元件10产生 的热引起的荧光体层11的劣化。
光透射层30的折射率优选低于构成半导体发光元件10的光取出面10a 的材料的折射率，并且高于荧光体层11的粘合剂17的折射率。这是因为 从半导体发光元件IO到荧光体层11,折射率阶段性地下降，所以可以进一 步提高光取出效率。
此外，光透射层30包括母材30a和分散在母材30a中的无机粒子30b。 并且，无机粒子30b的有效颗粒直径为透射母材30a的光的波长的4分之1 以下，并且折射率大于母材30a。根据该结构，通过包含无机粒子30b，光 透射层30与构成半导体发光元件10的光取出面10a的材料的折射率差减 小。因此，可以进一步提高光取出效率。另外，通过包含无机粒子30b，提 高光透射层30的耐热性和耐光性，所以可以防止光透射层30的劣化。此 外，无机粒子30b的有效颗粒直径为透射母材30a的光的波长的4分之1 以下，所以光透射层30中的光的散射仅是瑞利散射。因此，可以防止光透 射层30的透射性的劣化。'此外，无机粒子30b的大小充分小于光波长，所 以可以将光透射层30视为没有折射率的偏差的均匀的介质。 (第四实施方式)
接着，对本发明的第四实施方式的半导体发光装置进行说明。图8是 本发明的第四实施方式的半导体发光装置的截面图。
如图8所示，在半导体发光装置4中，半导体发光元件10安装在外壳40上设置的凹部40a的底面。在外壳40上设有第一引脚41a及第二引脚 41b。该第一引脚及第二引脚41a、 41b分别通过第一电缆及第二电缆16a、 16b与第一电极及第二电极15a、 15b电连接。并且，作为外壳40的构成材 料，若考虑对可见光的反射，则优选使用白色的耐热性材料。作为白色的 耐热性材料，例如可举出聚邻苯二甲酰胺等的工程塑料或陶瓷材料(例如 铝)。
此外，在半导体发光装置4中，在凹部40a内设有荧光体层11，还设 有外层12以堵塞凹部40a的开口 。其它的构成因素与上述的第一实施方式 的半导体发光装置l相同。因此，根据半导体发光装置4也能够发挥与半
导体发光装置l相同的效果。
并且，在半导体发光装置4中，作为第一引脚及第二引脚41a、 41b使 用了具有所谓翅(Gull Wing)状的端子形状的引脚，但是本发明不限于此。
此外，在半导体发光装置4的制造工序中形成外层12时，优选采用将 上述多孔质材料19 (参照图1B)加工成期望的形状之后粘贴在荧光体层 ll上的方法。这是因为简化半导体发光装置4的制造工序。特别是，使用 如图8所示的板状的外层12时，由于制造工序进一步简化，所以较好。在 外层12和荧光体层11的粘贴中使用了粘接剂的情况下，由于外层12由多 孔质材料19构成，由于多孔质材料19的固定效果，外层12和荧光体层11 的紧密性良好。
此外，可以在固化粘合剂17之前的荧光体层11上放置外层12，利用 热或紫外线等同时进行粘合剂17的固化以及荧光体层与外层12的粘接。 在该方法中，也由于多孔质材料19的固定效果，外层12和荧光体11的紧 密性变得良好。此外，如上所述，若荧光体层11和外层12通过粘合剂17 粘接，则在荧光体层11和外层12的界面不形成空气层，所以光的传递变 得良好，提高发光效率。 (第五实施方式)
接着，对本发明的第五实施方式的半导体发光装置进行说明。图9是 本发明的第五实施方式的半导体发光装置的截面图。
如图9所示，在半导体发光装置5中，荧光体层11的粘合剂17由包 含粘合材料17a和有效颗粒直径为透射粘合材料17a的光的波长的4分之1 以下的无机粒子17b的复合材料构成。并且，无机粒子17b的折射率大于 粘合材料17a。根据该结构，通过包含无机粒子17b，粘合剂17与构成半 导体发光元件10的光取出面10a的材料的折射率差减小。因此，可以进一
步提高光取出效率。另外，通过包含无机粒子17b，提高粘合剂17的耐热 性和耐光性，所以可以防止粘合剂17的劣化。此外，无机粒子17b的有效 颗粒直径为透射粘合材料17a的光的波长的4分之1以下，所以粘合剂17 中的光的散射仅是瑞利散射。因此，可以防止粘合剂17的透射性的劣化。 此外，无机粒子17b的大小充分小于光波长，所以可以将粘合剂17视为没 有折射率的偏差的均匀的介质。其它构成因素与上述的第四实施方式的半 导体发光装置4相同。因此，通过半导体发光装置5也能够发挥与半导体 发光装置4同样的效果。 (第六实施方式)
接着，对本发明的第六实施方式的半导体发光装置进行说明。图10是 本发明的第六实施方式的半导体发光装置的截面图。
如图IO所示，半导体发光装置6在上述的第四实施方式的半导体发光 装置4的结构上还包括介于半导体发光元件10和荧光体层11之间的光透 射层30。由此，能够发挥与半导体发光装置4相同的效果以外，半导体发 光元件IO和荧光体层U不接触，所以能够防止由半导体发光元件10产生 的热引起的荧光体层11的劣化。
光透射层30的折射率优选低于构成半导体发光元件10的光取出面10a 的材料的折射率，并且高于荧光体层11的粘合剂17的折射率。这是因为 从半导体发光元件10到荧光体层11，折射率阶段性地下降，所以可以进一 步提高光取出效率。
此外，光透射层30包括母材30a和分散在母材30a中的无机粒子30b。 并且，无机粒子30b的有效颗粒直径为透射母材30a的光的波长的4分之1 以下，并且折射率大于母材30a。根据该结构，通过包含无机粒子30b，光 透射层30与构成半导体发光元件10的光取出面10a的材料的折射率差减 小。因此，可以进一步提高光取出效率。另外，通过包含无机粒子30b，提 高光透射层30的耐热性和耐光性，所以可以防止光透射层30的劣化。此 外，无机粒子30b的有效颗粒直径为透射母材30a的光的波长的4分之1 以下，所以光透射层30中的光的散射仅是瑞利散射。因此，可以防止光透 射层30的透射性的劣化。此夕卜，无机粒子30b的大小充分小于光波长，所 以可以将光透射层30视为没有折射率的偏差的均匀的介质。 (第七实施方式)
接着，对本发明的第七实施方式的半导体发光装置进行说明。图ll是 本发明的第七实施方式的半导体发光装置的截面图。
如图11所示，半导体发光装置相对于上述的第六实施方式的半导体发
光装置6仅外层12的结构不同。半导体发光装置7的外层12包括分散介 质50和分散在该分散介质中的多孔质材料19。由此，多孔质材料19由分 散介质50保护，所以提高外层12的耐磨性。作为多孔质材料19可以将第 一实施方式所述的物质迸行粉碎来使用。作为构成多孔质材料19的粒子 19a(参照图1B)的直径，充分大于可见光的波长即可，优选lpm以上500pm 以下。若小于l拜，则分散介质50结合多孔质材料19时填埋多孔质材料 19的孔，所以有可能降低空穴率。此外，若大于50(Him，则有可能多孔质 材料19的分散状态不均匀。分散介质50和多孔质材料19的混合比尽可能 使多孔质材料19的量较多，并且优选可确保结合的状态的量。例如，对于 外层12的整体，使分散介质50的体积比例为5%以上30%以下的范围即可。 若小于5%，则有多孔质材料19对分散介质50的结合不充分的危险。并且， 若多于30%，则分散介质50的折射率的影响明显出现，降低效果。根据该 结构，发出的光由外层12散射，但低折射率的多孔质材料19存在很多， 所以提高发光效率。
作为分散介质50可以使用热塑性树脂、硅树脂等热固化性树脂、放射 线固化性树脂、低融点玻璃、溶胶凝胶玻璃等的无机类原材料。特别是， 作为分散介质50使用与粘合剂17相同的材料或折射率和粘合剂17相同的 材料，从而降低在与荧光体层11的边界上的光的散射，提高发光效率。此 外，在分散介质50是与粘合剂17相同的材料时，提高与荧光体层11的接 合性。作为半导体发光装置7的形成方法，可以将预先制作的外层12与荧 光体层11接合，也可以将由外层12的材料构成的糊料印刷在荧光体层11 上之后，通过干燥或固化上述糊料来形成。
以上，对本发明的第一 第七实施方式进行了说明，但是本发明不限于 上述实施方式。例如，可以在各层之间的局部设有空间。此外，也可以外 层的外侧设有透镜等的光学部件或保护层。另外，在荧光体层和外层之间 可以设置中间层。这时，上述中间层的折射率优选低于荧光体层的粘合剂， 并且高于外层。这是因为可以进一步提高光取出效率。
工业可利用性
本发明作为光取出效率高的半导体发光装置例如可以应用于照明器具等。
权利要求
1.一种半导体发光装置，其特征在于，包括半导体发光元件、覆盖上述半导体发光元件的至少一部分而形成的荧光体层、覆盖上述荧光体层的至少一部分而形成的外层；上述荧光体层包含粘合剂和分散在上述粘合剂中的荧光体；上述外层包含多孔质材料。
2. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于， 从上述半导体发光元件放出的光的最大峰值波长是490nm以下。
3. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于， 上述粘合剂的折射率低于构成上述半导体发光元件的光取出侧的主面的材料的折射率，并且高于上述外层的折射率。
4. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于， 上述粘合剂包含粘合材料和无机粒子，该无机粒子的有效颗粒直径为透射上述粘合材料的光的波长的4分之1以下，上述无机粒子的折射率大于上述粘合材料的折射率。
5. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于， 上述多孔质材料由无机材料构成。
6. 如权利要求5所述的半导体发光装置，其特征在于， 上述多孔质材料是由上述无机材料构成的粒子的凝聚多孔体。
7. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于， 上述多孔质材料是由无机材料构成的粒子的凝聚多孔体， 上述粒子的平均颗粒直径为透射上述外层的光的波长的4分之1以下，上述凝聚多孔体的平均孔径是透射上述外层的光的波长的4分之1以
8.如权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于， 还包括介于上述半导体发光元件和上述荧光体层之间的光透射层。
9. 如权利要求8所述的半导体发光装置，其特征在于， 上述光透射层的折射率低于构成上述半导体发光元件的光取出侧的主面的材料的折射率，并且高于上述荧光体层的上述粘合剂的折射率。
10. 如权利要求8所述的半导体发光装置，其特征在于， 上述光透射层包括母材和分散在上述母材中的无机粒子， 上述无机粒子的有效颗粒直径为透射上述母材的光的波长的4分之1以下，并且上述无机粒子的折射率大于上述母材的折射率。
11. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于， 上述外层和上述荧光体层通过上述粘合剂接合。
12. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于， 上述外层还包含分散介质， 上述多孔质材料分散在上述分散介质中。
13. 如权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于， 还包含具有填充有上述荧光体层的凹部的外壳， 上述外层配置成覆盖上述凹部的开口。
14. 如权利要求13所述的半导体发光装置，其特征在于， 上述外层是板状。
全文摘要
本发明是一种半导体发光装置，可提高光取出效率。本发明的半导体发光装置(1)包括半导体发光元件(10)、覆盖半导体发光元件(10)的至少一部分而形成的荧光体层(11)、覆盖荧光体层的至少一部分而形成的外层(12)；荧光体层(11)包含粘合剂(17)和分散在粘合剂(17)中的荧光体(18)；外层(12)包含多孔质材料(19)。由此，能够提供一种可提高光取出效率的半导体发光装置。
文档编号H01L33/56GK101361202SQ20068005117
公开日2009年2月4日 申请日期2006年12月28日 优先权日2006年1月16日
发明者铃木正明 申请人:松下电器产业株式会社