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WO2012017595A1 - 蛍光部材および発光モジュール - Google Patents

蛍光部材および発光モジュール Download PDF

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WO2012017595A1
WO2012017595A1 PCT/JP2011/003575 JP2011003575W WO2012017595A1 WO 2012017595 A1 WO2012017595 A1 WO 2012017595A1 JP 2011003575 W JP2011003575 W JP 2011003575W WO 2012017595 A1 WO2012017595 A1 WO 2012017595A1
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WO
WIPO (PCT)
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fluorescent member
light emitting
light
emitting element
semiconductor light
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2011/003575
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English (en)
French (fr)
Inventor
康章 堤
正宣 水野
孝 大西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koito Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Koito Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Publication of WO2012017595A1 publication Critical patent/WO2012017595A1/ja
Priority to US13/715,385 priority patent/US8786172B2/en
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Definitions

  • the present invention relates to a fluorescent member used in a light emitting module including a light emitting element such as a light emitting diode.
  • a light emitting device that converts the wavelength of light emitted from a light emitting diode (LED) into a ceramic phosphor and emits it outside.
  • a phosphor used in such a light-emitting device for example, a ceramic phosphor having a minimum light transmittance of 20% to 80% at a wavelength of 420 nm to 500 nm is known (see Patent Document 1).
  • the above-described ceramic phosphor has a minimum light transmittance of 20% or more at a wavelength of 420 nm to 500 nm, further improvement is necessary from the viewpoint of absorption of light emitted from the semiconductor light emitting element in the phosphor. .
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fluorescent member that improves light extraction efficiency.
  • a fluorescent member is a plate-like fluorescent member that converts the wavelength of light of a semiconductor light-emitting element, and the fluorescent member has a refractive index of 1.6 or more and is a semiconductor.
  • the light transmittance of the light emitting element is made of an inorganic material having an emission peak wavelength of less than 20%, and a recess is formed on the surface of the fluorescent member on the side from which the light of the semiconductor light emitting element is mainly emitted.
  • the conversion efficiency in which the wavelength of light of the semiconductor light emitting element is converted by the fluorescent member made of an inorganic material is increased.
  • a fluorescent member having a refractive index of 1.6 or more has a relatively small critical angle at the interface with air. For this reason, light having an incident angle larger than the critical angle out of light incident on the interface cannot be emitted outside the fluorescent member due to total reflection. Therefore, by forming a recess in the surface of the fluorescent member surface on the side from which the light of the semiconductor light emitting element mainly emits, the incident angle of the light incident on the interface can be partially varied, and the exit side The light extraction efficiency can be improved as compared with the case where the surface is a flat surface having no recess.
  • the fluorescent member may have a minimum value of light transmittance of less than 20% for light having a wavelength of 420 nm to 500 nm. Thereby, for example, when the fluorescent member is a material that converts blue light into yellow light, white light with high luminous efficiency can be obtained.
  • the recess may be a groove. Thereby, a recessed part can be formed easily.
  • the concave portions may be a plurality of scattered holes. As a result, it becomes easy to form the recesses dispersed in a desired position.
  • an electrode is formed on any surface of a semiconductor light emitting device. Since the semiconductor light emitting element does not emit light in a part of the region where the electrode is formed, the ratio of the wavelength-converted light is large in the fluorescent member existing above (exit side) of such an electrode. For this reason, color unevenness occurs between the upper part of the electrode and the other part. Therefore, for example, by forming a plurality of holes corresponding to the region facing the electrode in the fluorescent member, the fluorescent member in that portion is reduced, and uneven color is reduced.
  • the recess may have a depth of 5 ⁇ m or more. Thereby, the light which injects into the interface which forms a recessed part increases, and the light extraction efficiency can be improved more.
  • the thickness of the fluorescent member at the bottom of the recess may be 70 ⁇ m or less.
  • the light emitting module includes a semiconductor light emitting element and a fluorescent member provided to face the light emitting surface of the semiconductor light emitting element.
  • the conversion efficiency in which the wavelength of light of the semiconductor light emitting element is converted by the fluorescent member made of an inorganic material is increased.
  • a fluorescent member having a refractive index of 1.6 or more has a relatively small critical angle at the interface with air. For this reason, light having an incident angle larger than the critical angle out of light incident on the interface cannot be emitted outside the fluorescent member due to total reflection. Therefore, by forming a recess in the surface of the fluorescent member surface on the side from which the light of the semiconductor light emitting element mainly emits, the incident angle of the light incident on the interface can be partially varied, and the exit side The light extraction efficiency can be improved as compared with the case where the surface is a flat surface having no recess. Therefore, the luminous efficiency of the entire light emitting module can be improved.
  • the fluorescent member may have a recess formed at a position facing at least a part of the electrode of the semiconductor light emitting element.
  • the semiconductor light emitting element does not emit light in a part of the region where the electrode is formed, the ratio of the wavelength-converted light is large in the fluorescent member existing above such an electrode. For this reason, color unevenness occurs between the upper part of the electrode and the other part. Therefore, for example, by forming a recess in a region of the fluorescent member that faces the electrode, the fluorescent member in that portion is reduced, and the color unevenness of the entire fluorescent member is reduced.
  • the fluorescent member may have a recess formed in a region outside the outer periphery of the facing semiconductor light emitting element.
  • the ratio of the converted light obtained by converting the wavelength of the light of the semiconductor light emitting element is larger than the transmitted light of the semiconductor light emitting element, and the inside of the outer periphery of the semiconductor light emitting element.
  • the color tends to be closer to the converted light. Therefore, by forming a recess in a region outside the outer periphery of the opposing semiconductor light emitting element, the light extraction efficiency is improved, the fluorescent member in that portion is reduced, and the color unevenness of the entire fluorescent member is reduced. .
  • a fluorescent member that improves light extraction efficiency can be provided.
  • FIGS. 3A to 3C are schematic diagrams for explaining light refraction at the interface of substances having different refractive indexes.
  • FIG. 4A is a top view of the fluorescent member showing a modification of the groove-shaped recess
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB of the fluorescent member shown in FIG.
  • FIG. 5A is a top view of the fluorescent member in which a plurality of holes are formed as recesses
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the fluorescent member shown in FIG. 5A taken along the line CC.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting module according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a top view of the light emitting module shown in FIG. 1 as viewed from the A direction.
  • the light emitting module 10 includes a semiconductor light emitting element 12, a fluorescent member 14 provided so as to face the light emitting surface (light emitting surface) 12 a of the semiconductor light emitting element 12, Is provided.
  • the semiconductor light emitting element 12 When the semiconductor light emitting element 12 is used for the light emitting module 10 that emits white light, for example, an LED or LD that emits ultraviolet light, short wavelength visible light, blue light, or the like is suitable.
  • the semiconductor light emitting element 12 has a configuration in which a semiconductor layer 16 made of, for example, a gallium nitride semiconductor is grown on a sapphire substrate 18 and has a peak wavelength in a wavelength region of, for example, 420 nm or more and 500 nm or less. Blue light is generated in the semiconductor layer 16.
  • the semiconductor light emitting element 12 has a light emitting surface 12a (corresponding to the back surface of the sapphire substrate 18) intersecting with the thickness direction of the semiconductor layer 16, and a side surface 12b along the edge of the light emitting surface 12a.
  • Blue light generated in the semiconductor layer 16 is emitted to the outside of the semiconductor light emitting element 12 from the light emitting surface 12a and the side surface 12b.
  • the light emission surface 12a of this Embodiment is formed in rectangular shape (square shape, rectangular shape, etc.) as shown in FIG.
  • the length d of one side of the light emission surface 12a (the length of the short side in the case of a rectangular shape) d is a value of 300 ⁇ m to 1500 ⁇ m, for example.
  • the semiconductor layer 16 is formed on the main surface 18a of the sapphire substrate 18 by epitaxial growth.
  • the semiconductor layer 16 according to the present embodiment includes an n-type GaN layer 20 functioning as a first cladding layer, a p-type GaN layer 22 functioning as a second cladding layer, and the n-type GaN layer 20 and the p-type GaN layer.
  • a light emitting layer 24 sandwiched between the sapphire substrate 22 and the main surface 18 a of the sapphire substrate 18 is laminated.
  • the semiconductor layer 16 may be another layer (for example, a buffer layer between the sapphire substrate 18 and the n-type GaN layer 20) in addition to the n-type GaN layer 20, the light emitting layer 24, and the p-type GaN layer 22. You may have.
  • the semiconductor light emitting device 12 further includes an anode electrode 26 and a cathode electrode 28 for supplying power to the semiconductor layer 16.
  • the anode electrode 26 is electrically connected to the p-type GaN layer 22 through an ohmic junction with the p-type GaN layer 22.
  • the cathode electrode 28 is electrically connected to the n-type GaN layer 20 through an ohmic junction with the exposed surface of the n-type GaN layer 20.
  • the semiconductor light emitting element 12 is flip-chip mounted on the wiring substrate 30 by bonding the anode electrode 26 and the cathode electrode 28 to the wiring pattern on the wiring substrate 30 using solder 32 or the like.
  • the fluorescent member 14 has a refractive index of 1.6 or more, more preferably a small difference from the refractive index of the sapphire substrate 18. In this case, the light traveling from the sapphire substrate 18 toward the fluorescent member 14 is suppressed from being totally reflected at the interface between the sapphire substrate 18 and the fluorescent member 14, and the light extraction efficiency can be improved.
  • the fluorescent member 14 has a concave portion 14b formed on the light emitting surface 14a on the side from which the light of the semiconductor light emitting element is mainly emitted out of the surface of the fluorescent member 14. As shown in FIGS. 1 and 2, the recess 14 b according to the present embodiment is configured by a plurality of grooves formed on the upper surface of the fluorescent member 14.
  • the fluorescent member 14 is made of an inorganic material having a light transmittance of less than 20% at the emission peak wavelength of the semiconductor light emitting element 12. For example, a fluorescent member having a minimum light transmittance of less than 20% for light with a wavelength of 420 nm to 500 nm is used. If the minimum value of the light transmittance at the emission peak wavelength of the semiconductor light emitting element 12 in the fluorescent member 14 is less than 20%, most of the light emitted from the semiconductor light emitting element 12 is converted by the fluorescent member 14. That is, the conversion efficiency is increased.
  • the lower limit of the light transmittance of the fluorescent member is not particularly limited as long as it is practically not problematic as a light emitting module.
  • the fluorescent member is transparent in a wavelength region other than the emission peak wavelength of the semiconductor light emitting element 12. Here, the fact that the fluorescent member is transparent can be understood as, for example, when the transmittance of light of a certain wavelength is 40% or more.
  • Inorganic materials include glass and ceramics that exhibit fluorescent action.
  • the fluorescent member is a material that converts blue light into yellow light, white light with high luminous efficiency can be obtained.
  • a fluorescent member made of a ceramic material will be described as an example.
  • the light transmittance of the fluorescent member 14 according to the present embodiment was measured by mirror-polishing both surfaces of ceramics.
  • the ceramic was set at a distance of 5 cm from the light receiving portion (injection hole of the integrating sphere) of a spectrophotometer (SolidSpec-3700 manufactured by Shimadzu Corporation) and measured by vertically incident light. Ceramics emits light after being wavelength-converted with the wavelength of light emitted by the semiconductor light-emitting element 12, so that the light receiver of the spectroscope reacts and shows a higher value than the actual transmittance. Therefore, the ceramic was measured 5 cm away from the light receiving portion so that the wavelength-converted light could not enter the light receiver. Thereby, the true value of the transmittance
  • the term “transmittance” as used herein refers to the linear transmittance in the thickness t direction from the light incident surface (described later) of the fluorescent member 14 to the light exit surface 14a (the output light intensity rate with respect to the incident
  • the fluorescent member 14 is a plate-like member that converts the wavelength of light of the semiconductor light emitting element 12, contains a fluorescent material, and is provided on the light emitting surface 12 a of the semiconductor light emitting element 12. ing.
  • the fluorescent member 14 is excited by the blue light from the semiconductor light emitting element 12 and emits yellow fluorescence that is a complementary color of blue. Therefore, the light emitted from the surface of the fluorescent member 14 becomes blue light transmitted through the fluorescent member 14 and white light based on yellow fluorescence emitted from the fluorescent member 14.
  • the fluorescence emitted from the fluorescent member 14 preferably has a peak wavelength in a wavelength range of, for example, 510 nm to 600 nm.
  • the fluorescent member 14 is made of a ceramic sintered body composed of only a single inorganic material.
  • “comprised of only a single inorganic material” means that the phosphor is substantially free of organic substances such as resins and is composed of a single type of homogeneous inorganic material.
  • the “light exit surface” refers to a surface from which light is output from the fluorescent member 14.
  • the semiconductor light emitting element 12 is disposed on the back surface 14c side with respect to the fluorescent member 14 shown in FIG.
  • a light incident surface it is referred to as a light incident surface
  • a light emitting surface 14a the surface from which the mixed light is emitted
  • the fluorescent member 14 according to the present embodiment is composed of only a single inorganic material. Thus, since it is comprised only with one type of homogeneous inorganic material which does not contain resin etc., the fall of the emitted light intensity by the deterioration of resin and shortening of lifetime can be prevented.
  • the inorganic material according to the present embodiment is composed of a YAG single phase containing Ce.
  • the phosphor according to the present embodiment is composed of a ceramic sintered body. Therefore, high heat resistance and light resistance can be provided, and the life of the light emitting module 10 can be extended.
  • the peak wavelength of fluorescence referred to here is the peak wavelength obtained in the wavelength region of 550 to 600 nm when the fluorescent member 14 is Ce: YAG.
  • a concave portion 14b is formed on the surface 14a on the side from which the light of the semiconductor light emitting element is mainly emitted out of the surface of the fluorescent member 14. The reason why such a recess 14b is provided will be described in detail below.
  • FIGS. 3A to 3C are schematic diagrams for explaining light refraction at the interface of substances having different refractive indexes.
  • FIGS. 3A to 3C show light paths from a substance having a high refractive index (fluorescent member 14) to a substance having a low refractive index (air).
  • a substance having a high refractive index fluorescent member 14
  • a substance having a low refractive index air
  • FIG. 3A when the incident angle i 1 is smaller than the critical angle ⁇ c, the light exits from the fluorescent member 14 while being refracted.
  • FIG. 3 (b) when the angle of incidence i 2 is equal to or greater than the critical angle .theta.c, no light is emitted to the total reflection to the outside.
  • the fluorescent member 14 having a refractive index of 1.6 or more has a relatively small critical angle at the interface with air. Therefore, the proportion of light incident on the interface having an incident angle i larger than the critical angle ⁇ c is relatively greater than that of a material having a low refractive index, leading to a decrease in light extraction efficiency.
  • the fluorescent member 14 is provided with a recess 14b on the surface.
  • the recess 14b has a constant width from the opening on the surface of the fluorescent member 14 to the bottom.
  • FIG. 3 (c) inside the fluorescent member 14 in which the recess 14b is formed, even if the light travels in the same direction as in FIG. 3 (b), a part of the light travels in the side surface of the recess 14b. when entering the 14b1, there are cases where the incident angle i 3 is smaller than the critical angle .theta.c. Therefore, a part of the light that cannot be emitted if the light emitting surface 14a of the fluorescent member 14 is completely flat can be emitted to the outside.
  • the concave portion 14b can partially change the incident angle of light incident on the interface, and the light extraction efficiency is improved as compared with the case where the outgoing surface is a flat surface without a concave portion. be able to. Therefore, the luminous efficiency of the entire light emitting module 10 can be improved.
  • FIG. 4A is a top view of the fluorescent member showing a modification of the groove-shaped recess
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB of the fluorescent member shown in FIG.
  • the recess 34a of the fluorescent member 34 is a linear groove, and the width is narrowed from the opening on the surface of the fluorescent member 34 toward the bottom. . That is, the side surface of the recess 34a is slanted.
  • the recess in the shape of a groove for example, it is possible to perform a half cut when processing by dicing. At that time, by making the tip of the dicing blade V-shaped or slanted, the side surface of the recess can be slanted (tapered). Thus, when providing a groove
  • FIG. 5A is a top view of the fluorescent member in which a plurality of holes are formed as recesses
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the fluorescent member shown in FIG. 5A taken along the line CC.
  • the fluorescent member 36 is formed with nine circular holes 36a in total of 3 vertical ⁇ 3 horizontal holes. In order to form a hole as a recess, machining with a drill or a laser is suitable.
  • the obtained slurry was granulated with a spray dryer to produce a granulated powder having a secondary particle diameter of about 50 ⁇ m.
  • This granulated powder was molded by mold molding and cold isostatic pressing, and the molded body was degreased and calcined at 1000 ° C. in the atmosphere.
  • the calcined molded body was fired at a temperature of about 1750 to 1800 ° C. to prepare a Ce: YAG sintered body.
  • all the fired sintered bodies are processed to form a plate-like body having a predetermined thickness (150 ⁇ m or 250 ⁇ m), the surfaces of the light incident surface and the light emitting surface are mirror-polished, and surface roughness (Ra) 1
  • the mirror surface was 0.0 nm.
  • the thickness of the fluorescent member may be set as appropriate within a range of about 10 to 500 ⁇ m, for example.
  • a fluorescent member in which various concave portions were formed by grinding the one surface serving as the light emitting surface was prepared as a sample.
  • samples having different conditions with respect to the shape and size of the recesses were prepared.
  • Each of the obtained Ce: YAG sintered bodies was mounted on the semiconductor light emitting element 12 such that the light incident surface was on the semiconductor light emitting element 12 side. Thereafter, the semiconductor light emitting element 12 was turned on, and the luminance on the light emitting surface side of the fluorescent member was measured.
  • FIG. 6 is a perspective view of the fluorescent member according to the first embodiment when viewed from the light emitting surface side.
  • the fluorescent member 38 shown in FIG. 6 has a plurality of five grooves formed vertically and horizontally. The width of the groove is uniform regardless of the depth.
  • Table 1 shows a comparative sample in which no recess is formed, samples 1-1 to 1-4 with different groove depths, and luminance as a light emitting module when each sample is used. ing. Note that the luminance value in each sample is a relative value when the luminance when the comparative sample is used is 1.00.
  • the width S of the portion is 50 ⁇ m, which corresponds to Sample 1-3.
  • the brightness is improved by providing a groove as a recess on the light emitting surface side of the fluorescent member 38. It can also be seen that the brightness increases as the depth of the groove increases. That is, by deeply digging the groove, the ratio of the side surface of the groove increases, and the light incident on the side surface (interface) constituting the groove increases. As a result, when the surface is flat, light that cannot be emitted to the outside due to total reflection can be extracted to the outside, and the light extraction efficiency is further improved.
  • the depth of the groove is preferably 3 ⁇ m or more. When the depth is less than 3 ⁇ m, the ratio of the side surface of the groove is small, and the luminance cannot be expected to be improved much.
  • the depth of the groove is 5 ⁇ m or more. Even more preferably, the depth of the groove is 25 ⁇ m or more. If the depth is 25 ⁇ m or more, as shown in Table 1, an improvement in luminance of 50% or more can be expected.
  • FIG. 7 is a perspective view of the fluorescent member according to the second embodiment when viewed from the light emitting surface side.
  • the fluorescent member 40 shown in FIG. 7 has a plurality of grooves each formed in length and width. The width of the groove is tapered so as to become narrower toward the bottom, and the cross section of the groove is substantially V-shaped.
  • Table 2 lists the comparative sample and samples 2-1 to 2-9 having different groove shapes, and the luminance as the light emitting module when each sample is used. Note that the luminance value in each sample is a relative value when the luminance when the comparative sample is used is 1.00.
  • the thickness E is 50 ⁇ m
  • the number of grooves is 7 in length and width
  • the width S of the unprocessed portion between the grooves is 50 ⁇ m.
  • the luminance is improved by providing a groove having an inclined surface as a concave portion on the light emitting surface side of the fluorescent member 40.
  • the luminance increases as the depth of the groove increases. It can be seen that it has increased. That is, by deeply digging the groove, the ratio of the side surface of the groove increases, and the light incident on the side surface (interface) constituting the groove increases. As a result, when the surface is flat, light that cannot be emitted to the outside due to total reflection can be extracted to the outside, and the light extraction efficiency is further improved.
  • the luminance is improved as the taper angle is increased even if the groove depth is the same. Even if the number of grooves and the depth of the groove are the same, the taper angle increases, so that the area of the side surface of the groove increases, so that it can be considered that the ratio of the light extracted from the side surface of the groove to the outside increases. As shown in Table 2, the taper angle is more preferably 25 ° or more. The deeper the groove, the better. For example, as shown in Sample 2-9, when the groove depth is 150 ⁇ m, which is the same as the thickness of the fluorescent member 40, the luminance is 2.89 times that of the comparative sample, and light extraction is performed. It can be seen that the efficiency is remarkably improved.
  • Table 3 compares the difference in luminance depending on the groove shape when the thickness of the entire fluorescent member is 250 ⁇ m.
  • FIG. 8 is a perspective view of the fluorescent member according to the third embodiment as viewed from the light emitting surface side.
  • the fluorescent member 42 shown in FIG. 8 has 93 holes formed in a matrix in the vertical and horizontal directions. Further, the width of the hole is the same up to the bottom or narrowed toward the bottom.
  • Tables 4 and 5 list the comparative samples and the samples 3-1 to 3-12 having different groove shapes, and the luminance as the light emitting module when each sample is used. Note that the luminance value in each sample is a relative value when the luminance when the comparative sample is used is 1.00.
  • the thickness E is 50 ⁇ m, the number of holes is 93, and the pitch P between holes is 120 ⁇ m, which corresponds to Sample 3-8.
  • the brightness is improved by providing a hole as a recess on the light emitting surface side of the fluorescent member 42.
  • the luminance increases as the depth of the hole increases. That is, by deeply digging a hole, the ratio of the side surface of the hole increases, and the light incident on the side surface (interface) constituting the hole increases. As a result, when the surface is flat, light that cannot be emitted to the outside due to total reflection can be extracted to the outside, and the light extraction efficiency is further improved.
  • the diameter of the hole is preferably 20 ⁇ m or more, and more preferably 40 ⁇ m or more.
  • the thickness of the fluorescent member at the bottom of the groove or hole is preferably 90 ⁇ m or less, more preferably 70 ⁇ m or less, and even more preferably 50 ⁇ m or less.
  • the optimum position for providing the recess is examined in relation to the electrode of the semiconductor light emitting device.
  • the entire surface of the sapphire substrate 18 does not emit light uniformly, and uneven brightness occurs depending on the shape of the electrode and the light emitting layer. Therefore, for example, when white light is obtained by mixing the light of the semiconductor light-emitting element and the excitation light excited by the light of the semiconductor light-emitting element in the fluorescent member, color unevenness occurs.
  • the ratio of the excitation light increases above the region where the light of the semiconductor light emitting element is not generated. Therefore, in the case of a light emitting module combining a blue semiconductor light emitting element and a yellow phosphor, the color may be shifted to yellow in a partial region of the light emitting surface.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the positions of the electrodes when the light emitting module is viewed from the light emitting surface side of the fluorescent member 44.
  • FIG. 10 is a graph showing changes in chromaticity in the lines L1 (near the electrode) and L2 (near the center) shown in FIG. As shown in FIG. 10, in the case of the fluorescent member 44 having no recess, it can be seen that periodic color unevenness occurs corresponding to the position of the electrode.
  • FIG. 11 is a diagram showing a change in chromaticity in the fluorescent member 40 shown in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing a change in chromaticity in the fluorescent member 42 shown in FIG. From these results, it can be seen that the color unevenness is particularly reduced in the light emitting module including the fluorescent member 42 in which the groove that is tapered as the concave portion is formed.
  • color unevenness can be reduced by reducing the fluorescent member above the electrode. That is, by reducing the excitation light from the fluorescent member at a position facing at least a part of the electrode, it is possible to reduce the chromaticity from shifting to the excitation light side. In this case, when a plurality of holes are provided as the recesses, it is easier to form the recesses in a desired position, particularly at positions corresponding to the electrodes.
  • the recess 14b is preferably formed at a position facing at least a part of the electrodes 26 and 28 of the semiconductor light emitting element 12.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a modification of the light emitting module 110 according to the present embodiment.
  • the ratio of excitation light increases on the light exit surface of the fluorescent member in the region 46 a outside the semiconductor light emitting element 48.
  • color unevenness is likely to occur. That is, the chromaticity shifts at the outer peripheral portion of the projection pattern of the light emitting module 110.
  • the fluorescent member 46 forms a recess in a region 46 a outside the outer periphery of the semiconductor light emitting element 48 facing the fluorescent member 46. Therefore, the fluorescent member of the part reduces, and the color nonuniformity of the whole fluorescent member is reduced.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing a light emitting module 210 including a plurality of semiconductor light emitting elements 48.
  • the fluorescent member 50 is a plate-like member mounted on top of the plurality of semiconductor light emitting elements 48.
  • a gap is formed between adjacent semiconductor light emitting elements 48. Therefore, in the region 50a of the fluorescent member 50 above the gap, the ratio of the excitation light contained in the emitted light is Become more. Therefore, color unevenness is reduced by providing a concave portion in the region 50a of the fluorescent member facing the gap between the semiconductor light emitting elements 48.
  • the light emitting module according to the above-described embodiment is a light emitting module in which a semiconductor light emitting element is flip-chip mounted on a wiring board.
  • the present invention is a light emitting module in which a semiconductor light emitting element and a wiring board are connected by wire bonding. Is also applicable.
  • the light emitting module of the present invention can be used for various lamps, for example, lighting lamps, displays, vehicle lamps, traffic lights, and the like.
  • 10 light emitting module 12 semiconductor light emitting element, 12a light emitting surface, 14 fluorescent member, 14a light emitting surface, 14b recess, 16 semiconductor layer, 18 sapphire substrate, 24 light emitting layer, 26 anode electrode, 28 cathode electrode, 30 wiring substrate.

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Abstract

　半導体発光素子の光の波長を変換する板状の蛍光部材において、蛍光部材は、屈折率が１．５以上、半導体発光素子の発光ピーク波長における光透過率が２０％未満の無機材料で構成されている。蛍光部材の面のうち半導体発光素子の光が主として出射する側の面に凹部が形成されている。蛍光部材は、波長が３８０ｎｍ～５００ｎｍの光に対する光透過率が２０％未満であってもよい。凹部は、溝であってもよい。凹部は、点在する複数の穴であってもよい。

Description

蛍光部材および発光モジュール
　本発明は、発光ダイオードなどの発光素子を備えた発光モジュールに用いる蛍光部材に関する。
　従来、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）から照射される光をセラミックス蛍光体により波長変換して外部に放出する発光装置が開発されている。このような発光装置に用いられる蛍光体として、例えば、波長４２０ｎｍ～５００ｎｍにおける光透過率の最低値が２０％以上８０％以下であるセラミックス蛍光体が知られている（特許文献１参照）。
国際公開第０６／０９３０１１号パンフレット
　しかしながら、上述のセラミックス蛍光体は、波長４２０ｎｍ～５００ｎｍにおける光透過率の最低値が２０％以上であるため、半導体発光素子から出射した光の蛍光体における吸収という観点では更なる改善が必要である。
　本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光取り出し効率を向上する蛍光部材を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様の蛍光部材は、半導体発光素子の光の波長を変換する板状の蛍光部材であって、蛍光部材は、屈折率が１．６以上、半導体発光素子の発光ピーク波長における光透過率が２０％未満の無機材料で構成されており、蛍光部材の面のうち半導体発光素子の光が主として出射する側の面に凹部が形成されている。
　この態様によると、無機材料で構成される蛍光部材で半導体発光素子の光の波長が変換される変換効率が高くなる。また、屈折率が１．６以上の蛍光部材は、空気との界面での臨界角が比較的小さい。そのため、界面に入射する光のうち入射角が臨界角より大きい光は、全反射により蛍光部材の外部へ出射できないことになる。そこで、蛍光部材の面のうち半導体発光素子の光が主として出射する側の面に凹部を形成することで、界面に入射する光の入射角を部分的に異ならせることが可能となり、出射する側の面が凹部のない平坦な面の場合と比較して、光の取り出し効率を向上することができる。
　蛍光部材は、波長が４２０ｎｍ～５００ｎｍの光に対する光透過率の最小値が２０％未満であってもよい。これにより、例えば、蛍光部材が青色光を黄色光に変換する材料の場合、発光効率の高い白色光が得られる。
　凹部は、溝であってもよい。これにより、簡易に凹部を形成することができる。
　凹部は、点在する複数の穴であってもよい。これにより、所望の位置に分散して凹部を形成することが容易となる。一般的に、半導体発光素子は表面のいずれかに電極が形成されている。電極が形成された領域の一部では、半導体発光素子が発光しないため、そのような電極の上方（出射側）に存在する蛍光部材では、波長変換された光の割合が多いことになる。そのため、電極の上方部分とその他の部分との間で色むらが生じる一因となる。そこで、例えば、蛍光部材のうち電極と対向する領域に対応させて複数の穴を形成することで、その部分の蛍光部材が減少し、色むらが軽減される。
　凹部は、深さが５μｍ以上であってもよい。これにより、凹部を形成する界面に入射する光が増加し、光の取り出し効率をより向上することができる。
　凹部の底部における蛍光部材の厚みが７０μｍ以下であってもよい。
　本発明の別の態様は、発光モジュールである。この発光モジュールは、半導体発光素子と、半導体発光素子の発光面に対向するように設けられた蛍光部材と、を備える。
　この態様によると、無機材料で構成される蛍光部材で半導体発光素子の光の波長が変換される変換効率が高くなる。また、屈折率が１．６以上の蛍光部材は、空気との界面での臨界角が比較的小さい。そのため、界面に入射する光のうち入射角が臨界角より大きい光は、全反射により蛍光部材の外部へ出射できないことになる。そこで、蛍光部材の面のうち半導体発光素子の光が主として出射する側の面に凹部を形成することで、界面に入射する光の入射角を部分的に異ならせることが可能となり、出射する側の面が凹部のない平坦な面の場合と比較して、光の取り出し効率を向上することができる。したがって、発光モジュール全体の発光効率を向上することができる。
　蛍光部材は、半導体発光素子の電極の少なくとも一部と対向する位置に凹部が形成されていてもよい。例えば、電極が形成された領域の一部では、半導体発光素子が発光しないため、そのような電極の上方に存在する蛍光部材では、波長変換された光の割合が多いことになる。そのため、電極の上方部分とその他の部分との間で色むらが生じる一因となる。そこで、例えば、蛍光部材のうち電極と対向する領域に凹部を形成することで、その部分の蛍光部材が減少し、蛍光部材全体の色むらが軽減される。
　蛍光部材は、対向する半導体発光素子の外周よりも外側の領域に凹部が形成されていてもよい。半導体発光素子の外周よりも外側の領域にある蛍光部材は、半導体発光素子の透過光よりも半導体発光素子の光の波長を変換した変換光の割合が多く、半導体発光素子の外周よりも内側の領域にある蛍光部材と比較して、より変換光に近い色になりがちである。そのため、対向する半導体発光素子の外周よりも外側の領域に凹部を形成することで、光取り出し効率の向上を図るとともに、その部分の蛍光部材が減少し、蛍光部材全体の色むらが軽減される。
　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本発明によれば、光取り出し効率を向上する蛍光部材を提供することができる。
本実施の形態に係る発光モジュールを模式的に示した断面図である。 図１に示す発光モジュールをＡ方向から見た上面図である。 図３（ａ）～図３（ｃ）は、屈折率の異なる物質の界面での光の屈折を説明するための模式図である。 図４（ａ）は、溝形状の凹部の変形例を示す蛍光部材の上面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す蛍光部材のＢ－Ｂ断面図である。 図５（ａ）は、凹部として複数の穴が形成された蛍光部材の上面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す蛍光部材のＣ－Ｃ断面図である。 実施例１に係る蛍光部材を光出射面側から見た斜視図である。 実施例２に係る蛍光部材を光出射面側から見た斜視図である。 実施例３に係る蛍光部材を光出射面側から見た斜視図である。 発光モジュールを蛍光部材の光出射面側から見た場合の電極の位置を模式的に示した図である。 図９に示すラインＬ１（電極付近）およびＬ２（中心付近）における色度の変化を示すグラフである。 図７に示す蛍光部材における色度の変化を示す図である。 図８に示す蛍光部材における色度の変化を示す図である。 本実施の形態に係る発光モジュールの変形例を示す模式図である。 複数の半導体発光素子を備えた発光モジュールを模式的に示した図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
　図１は、本実施の形態に係る発光モジュールを模式的に示した断面図である。図２は、図１に示す発光モジュールをＡ方向から見た上面図である。
　図１に示すように、本実施の形態に係る発光モジュール１０は、半導体発光素子１２と、半導体発光素子１２の発光面（光出射面）１２ａに対向するように設けられた蛍光部材１４と、を備える。
　［半導体発光素子］
　半導体発光素子１２は、白色光を発する発光モジュール１０に用いられる場合、例えば、紫外線、短波長可視光、青色光などを発するＬＥＤやＬＤなどが適している。本実施の形態においては、半導体発光素子１２は、例えば、窒化ガリウム系半導体からなる半導体層１６をサファイア基板１８上に成長させた構成であり、例えば４２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下といった波長域にピーク波長を有する青色光を半導体層１６において生成する。また、半導体発光素子１２は、半導体層１６の厚さ方向と交差する光出射面１２ａ（サファイア基板１８の裏面に相当）、及び光出射面１２ａの縁に沿った側面１２ｂを有する。
　半導体層１６において生成された青色光は、光出射面１２ａ及び側面１２ｂから半導体発光素子１２の外部へ出射される。なお、本実施の形態の光出射面１２ａは、図１に示すように矩形状（正方形状、長方形状など）に形成されている。光出射面１２ａの一辺の長さ（長方形状の場合は短辺の長さ）ｄは、例えば３００μｍ～１５００μｍといった値である。
　半導体層１６は、サファイア基板１８の主面１８ａ上にエピタキシャル成長により形成される。本実施の形態に係る半導体層１６は、第１のクラッド層として機能するｎ型ＧａＮ層２０、第２のクラッド層として機能するｐ型ＧａＮ層２２、及びｎ型ＧａＮ層２０とｐ型ＧａＮ層２２との間に挟まれた発光層２４が、サファイア基板１８の主面１８ａ上に積層されている。なお、半導体層１６は、ｎ型ＧａＮ層２０、発光層２４、及びｐ型ＧａＮ層２２の他、更に別の層（例えば、サファイア基板１８とｎ型ＧａＮ層２０との間のバッファ層など）を有してもよい。
　半導体発光素子１２は、半導体層１６へ電力を供給するためのアノード電極２６及びカソード電極２８を更に有する。アノード電極２６は、ｐ型ＧａＮ層２２とのオーミック接合によりｐ型ＧａＮ層２２と電気的に接続されている。また、カソード電極２８は、ｎ型ＧａＮ層２０の露出表面とのオーミック接合によりｎ型ＧａＮ層２０と電気的に接続されている。半導体発光素子１２は、アノード電極２６及びカソード電極２８が配線基板３０上の配線パターンにはんだ３２等を用いて接合されることにより、配線基板３０上にフリップチップ実装される。
　アノード電極２６とカソード電極２８との間に電圧が印加されると、アノード電極２６とカソード電極２８との間に電界が発生する。そして、ｎ型ＧａＮ層２０及びｐ型ＧａＮ層２２において発生したキャリアが発光層２４に集中する。これにより、発光層２４において青色光が発生する。発光層２４において発生した青色光は、透明なサファイア基板１８を透過して光出射面１２ａ及び側面１２ｂから半導体発光素子１２の外部へ出射される。
　［蛍光部材］
　蛍光部材１４は、屈折率が１．６以上であり、より好ましくはサファイア基板１８の屈折率との差が小さいとよい。この場合、サファイア基板１８から蛍光部材１４へ向かう光がサファイア基板１８と蛍光部材１４との界面で全反射されることが抑制され、光の取り出し効率を向上することができる。なお、蛍光部材１４は、蛍光部材１４の面のうち半導体発光素子の光が主として出射する側の光出射面１４ａに凹部１４ｂが形成されている。本実施の形態に係る凹部１４ｂは、図１や図２に示すように、蛍光部材１４の上面に形成された複数の溝により構成される。
　また、蛍光部材１４は、半導体発光素子１２の発光ピーク波長における光透過率が２０％未満の無機材料で構成されている。例えば、波長が４２０ｎｍ～５００ｎｍの光に対する光透過率の最小値が２０％未満である蛍光部材が用いられる。蛍光部材１４における半導体発光素子１２の発光ピーク波長における光透過率の最小値が２０％未満であれば、半導体発光素子１２が発する光の大部分が蛍光部材１４で変換されていることになり、すなわち、変換効率が高くなる。なお、蛍光部材の光透過率の下限は特に限定されないが、発光モジュールとしての使用が実用上問題ない程度であればよい。また、半導体発光素子１２の発光ピーク波長以外の波長域では、蛍光部材は透明である。ここで、蛍光部材が透明とは、例えば、ある波長の光の透過率が４０％以上である場合、というように捉えることができる。
　無機材料としては、蛍光作用を奏するガラスやセラミックスが挙げられる。蛍光部材が青色光を黄色光に変換する材料の場合、発光効率の高い白色光が得られる。以下では、セラミックス材料からなる蛍光部材を例に説明する。
　本実施の形態に係る蛍光部材１４の光線透過率はセラミックスの両面を鏡面研磨したものを測定した。セラミックスは分光光度計（島津製作所製ＳｏｌｉｄＳｐｅｃ－３７００）の受光部分（積分球の入射穴）から５ｃｍ離したところにセットして光を垂直に入射して測定した。セラミックスは半導体発光素子１２が発する光の波長で波長変換して発光するため、分光器の受光器が反応して、実質の透過率よりも高い値を示す。そこで波長変換した光を受光器に入れないように、受光部分からセラミックスを５ｃｍ離して測定した。これにより、セラミックスの透過率の真値を計ることができる。ここでいう透過率とは、蛍光部材１４の後述する光入射面から光出射面１４ａまでの厚さｔ方向に対する直線的な透過率（入射光強度に対する出射光強度率）のことを差す。
　本実施の形態に係る蛍光部材１４は、半導体発光素子１２の光の波長を変換する板状の部材であり、蛍光物質を含有しており、半導体発光素子１２の光出射面１２ａ上に設けられている。蛍光部材１４は、半導体発光素子１２からの青色光により励起され、青色の補色である黄色の蛍光を発する。したがって、蛍光部材１４の表面から出射される光は、蛍光部材１４を透過した青色光、及び蛍光部材１４から発光された黄色の蛍光に基づく白色光となる。蛍光部材１４から発光される蛍光は、例えば５１０ｎｍ以上６００ｎｍ以下といった波長域にピーク波長を有することが好ましい。
　前述のように、本実施の形態に係る蛍光部材１４は、単一の無機材料のみで構成されたセラミックス焼結体からなる。ここで「単一の無機材料のみで構成された」とは、蛍光体内に樹脂等の有機物質を実質的に含まず、一種類の均質な無機材料で構成されていることをいう。また、「光出射面」とは、蛍光部材１４から光が出力される面のことを差す。
　なお、本実施の形態では、便宜上、図１に示す蛍光部材１４に対して裏面１４ｃ側に半導体発光素子１２を配置するという想定で、裏面１４ｃを半導体発光素子１２からの光が入射する面（以下、光入射面という）とし、混色した光が出射される面を光出射面１４ａとする。
　本実施の形態に係る蛍光部材１４は、単一の無機材料のみで構成されている。このように、樹脂等を含まない一種類の均質な無機材料のみで構成されているため、樹脂の劣化による発光強度の低下や短寿命化を防止することができる。
　また、一種類の均質な無機材料のみで構成されているため、蛍光部材１４内における光散乱が極めて少なく、半導体発光素子１２側への光の戻り量（反射量）を少なくすることが可能となる。したがって、発光ダイオードの高輝度化を実現することができる。
　本実施の形態に係る無機材料は、Ｃｅを含有するＹＡＧ単一相で構成されている。また、本実施の形態に係る蛍光体はセラミックス焼結体で構成されている。そのため、高い耐熱性、耐光性を備えることができ、発光モジュール１０の長寿命化を図ることができる。
　なお、ここでいう蛍光のピーク波長は、蛍光部材１４がＣｅ：ＹＡＧの場合は５５０～６００ｎｍの波長領域で得られるピーク波長を差す。
　本実施の形態に係る蛍光部材１４は、蛍光部材１４の面のうち半導体発光素子の光が主として出射する側の面１４ａに凹部１４ｂが形成されている。このような凹部１４ｂを設けた理由について以下に詳述する。
　図３（ａ）～図３（ｃ）は、屈折率の異なる物質の界面での光の屈折を説明するための模式図である。図３（ａ）～図３（ｃ）は、屈折率の高い物質（蛍光部材１４）から屈折率の低い物質（空気）へ向かう光の経路を示している。図３（ａ）に示すように、入射角ｉ１が臨界角θｃより小さい場合、光は屈折しながら蛍光部材１４から出射する。一方、図３（ｂ）に示すように、入射角ｉ２が臨界角θｃ以上の場合、光は全反射し外部へ出射しない。特に、屈折率が１．６以上の蛍光部材１４は、空気との界面での臨界角が比較的小さい。そのため、界面に入射する光のうち入射角ｉが臨界角θｃより大きい光の割合は、屈折率が低い物質と比較して、相対的に多くなり、光取り出し効率の低下を招く。
　そこで、本実施の形態に係る蛍光部材１４は、表面に凹部１４ｂを設けた。凹部１４ｂは、蛍光部材１４の表面の開口部から底部まで幅が一定である。図３（ｃ）に示すように、凹部１４ｂが形成されている蛍光部材１４の内部においては、図３（ｂ）と同様の方向に進む光であっても、その一部が凹部１４ｂの側面１４ｂ１に入射する場合、入射角ｉ３が臨界角θｃよりも小さくなる場合がある。そのため、蛍光部材１４の光出射面１４ａが完全に平坦であれば出射できない光も、その一部が外部へ出射できることになる。つまり、凹部１４ｂにより界面に入射する光の入射角を部分的に異ならせることが可能となり、出射する側の面が凹部のない平坦な面の場合と比較して、光の取り出し効率を向上することができる。したがって、発光モジュール１０全体の発光効率を向上することができる。
　以下に、凹部の形状や大きさなどの変形例について更に詳述する。図４（ａ）は、溝形状の凹部の変形例を示す蛍光部材の上面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す蛍光部材のＢ－Ｂ断面図である。図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、蛍光部材３４の凹部３４ａは、直線状の溝であり、蛍光部材３４の表面の開口部から底部に向かって幅が狭くなっている。つまり、凹部３４ａの側面が斜めになっている。
　凹部を溝状に形成するには、例えば、ダイシングによる加工の際にハーフカットすることで可能となる。その際、ダイシングブレードの先端をＶ字形状や斜めにすることで、凹部の側面を斜め加工（テーパ加工）できる。このように凹部として溝を設ける場合には、比較的簡易に形成することができる。
　次に、凹部の形状の他の変形例について詳述する。図５（ａ）は、凹部として複数の穴が形成された蛍光部材の上面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す蛍光部材のＣ－Ｃ断面図である。図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、蛍光部材３６には、円形の穴３６ａが縦３個×横３個の計９個形成されている。凹部として穴を形成するには、ドリルやレーザによる加工が適している。
　以下、本発明を実施例に基づき更に具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。
　はじめに、以下の各実施例における蛍光部材の製造方法について詳述する。純度９９．９％の酸化アルミニウム粉末（平均粒径：０．５μｍ）、純度９９．９％の酸化イットリウム粉末（平均粒径：０．６μｍ）、酸化セリウム粉末（平均粒径：０．８μｍ）を、組成１ａｔ％Ｃｅ：ＹＡＧ組成となるように秤量する。そして、エタノールを分散液として、前述の秤量した粉末に対して１ｗｔ％のアクリル樹脂バインダと、焼結助剤として０．５ｗｔ％のコロイダルシリカを添加し、共にボールミルによって混合し、スラリーを作製した。得られたスラリーをスプレードライヤによって造粒し、二次粒子径約５０μｍの造粒粉を作製した。この造粒粉を金型成形及び冷間静水圧成形によって成形し、その成形体を大気中１０００℃にて脱脂仮焼した。
　次に、前述の仮焼した成形体を、１７５０～１８００℃程度の温度にて焼成し、Ｃｅ：ＹＡＧ焼結体を作製した。
　次に、焼成したすべて焼結体を加工し、所定の厚さ（１５０μｍまたは２５０μｍ）の板状体とし、光入射面及び光出射面の表面に鏡面研磨を施し、表面粗さ（Ｒａ）１．０ｎｍの鏡面とした。なお、蛍光部材の厚みは、例えば、１０～５００μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
　次に、光出射面となる一方の面に対して、研削加工を行い種々の凹部が形成された蛍光部材を試料として作製した。また、以下の各実施例および各表に示すように、凹部の形状や大きさについて異なる条件の試料をそれぞれ作製した。
　得られた各々のＣｅ：ＹＡＧ焼結体からなる蛍光部材に対して、光入射面が半導体発光素子１２側になるように、半導体発光素子１２に搭載した。その後、半導体発光素子１２を点灯させて蛍光部材の光出射面側の輝度を測定した。
　（実施例１）
　図６は、実施例１に係る蛍光部材を光出射面側から見た斜視図である。図６に示す蛍光部材３８は、縦横に複数の溝が５本ずつ形成されている。また、溝の幅は深さによらず均一である。表１には、凹部が全く形成されていない比較試料および溝の深さを変えた試料１－１～試料１－４と、それぞれの試料を用いたときの発光モジュールとしての輝度とが記載されている。なお、各試料における輝度の値は、比較試料を用いた場合の輝度を１．００としたときの相対値である。図６に示す蛍光部材３８は、溝の深さＤ＝５０μｍ、溝の底部に当たる蛍光部材の最薄部の厚みＥ＝１００μｍ、溝の幅Ｗ＝５０μｍ、溝と溝との間の未加工の部分の幅Ｓ＝５０μｍであり、試料１－３に該当する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、蛍光部材３８の光出射面側に凹部として溝を設けることで輝度が向上していることがわかる。また、輝度は、溝の深さが深くなるにつれて増加していることがわかる。つまり、溝を深く掘ることで、溝の側面の割合が多くなり、溝を構成する側面（界面）に入射する光が増加する。その結果、表面が平坦な場合には全反射により外部へ出射できなかった光についても外部へ取り出すことが可能となり、光の取り出し効率がより向上することになる。なお、溝の深さは３μｍ以上が好ましい。深さが３μｍ未満であると、溝の側面の割合は僅かであり、輝度の向上が余り期待できない。より好ましくは溝の深さは５μｍ以上である。更により好ましくは溝の深さは２５μｍ以上である。深さが２５μｍ以上であれば、表１に示すように、５０％以上の輝度の向上が期待できる。
　（実施例２）
　図７は、実施例２に係る蛍光部材を光出射面側から見た斜視図である。図７に示す蛍光部材４０は、縦横に複数の溝が７本ずつ形成されている。また、溝の幅は底部に向かうにつれて狭くなるようにテーパ加工されており、溝の断面は略Ｖ字状になっている。表２には、比較試料および溝の形状が異なる試料２－１～試料２－９と、それぞれの試料を用いたときの発光モジュールとしての輝度とが記載されている。なお、各試料における輝度の値は、比較試料を用いた場合の輝度を１．００としたときの相対値である。図７に示す蛍光部材４０は、テーパ角度２５°（蛍光部材の表面に垂直な線と溝の側面とのなす角度）、溝の深さＤ＝１００μｍ、溝の底部に当たる蛍光部材の最薄部の厚みＥ＝５０μｍ、溝の本数は縦横７本、溝と溝との間の未加工の部分の幅Ｓ＝５０μｍである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、蛍光部材４０の光出射面側に凹部として斜面を有する溝を設けることで輝度が向上していることがわかる。また、輝度は、例えば、比較試料、試料２－１、試料２－２との比較、あるいは、試料２－７～試料２－９の比較から明らかなように、溝の深さが深くなるにつれて増加していることがわかる。つまり、溝を深く掘ることで、溝の側面の割合が多くなり、溝を構成する側面（界面）に入射する光が増加する。その結果、表面が平坦な場合には全反射により外部へ出射できなかった光についても外部へ取り出すことが可能となり、光の取り出し効率がより向上することになる。
　また、試料２－２～試料２－４を比較すると、溝の深さが同じでもテーパ角度が大きくなるにつれて輝度が向上していることがわかる。溝の数、溝の深さが同じでもテーパ角度が大きくなることで、溝の側面の面積が大きくなるため、溝の側面から外部へ取り出される光の割合が多くなると考えることができる。表２に示すように、より好ましくはテーパ角度は２５°以上であるとよい。溝の深さは深いほどよく、例えば、試料２－９に示すように、溝の深さが蛍光部材４０の厚みと同じ１５０μｍの場合、輝度は比較試料の２．８９倍となり、光の取り出し効率が顕著に向上していることがわかる。
　次に、蛍光部材の厚みの相違による輝度の変化について検討する。表３は、蛍光部材全体の厚みを２５０μｍとした場合の溝の形状による輝度の違いを比較したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示す比較試料および試料２－１０の輝度を比較すると明らかなように、蛍光部材自体の厚みが厚くなると、輝度は低下する。一方、試料２－１０～試料２－１２を比較すると明らかなように、溝の深さが大きくなると輝度は向上している。つまり、蛍光部材自体の厚みが変わっても輝度の変化の傾向は同じである。
　（実施例３）
　図８は、実施例３に係る蛍光部材を光出射面側から見た斜視図である。図８に示す蛍光部材４２は、縦横にマトリックス状に配列した複数の穴が９３個形成されている。また、穴の幅は底部まで同じ若しくは底部に向かって狭くなるように形成されている。表４、表５には、比較試料および溝の形状が異なる試料３－１～試料３－１２と、それぞれの試料を用いたときの発光モジュールとしての輝度とが記載されている。なお、各試料における輝度の値は、比較試料を用いた場合の輝度を１．００としたときの相対値である。図８に示す蛍光部材４０は、テーパ角度０°（穴が垂直に形成されている。）、穴の直径Ｌ＝１００μｍ、穴の深さＤ＝１００μｍ、穴の底部に当たる蛍光部材の最薄部の厚みＥ＝５０μｍ、穴の個数は９３個、穴と穴とのピッチＰ＝１２０μｍであり、試料３－８に相当する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表４に示すように、蛍光部材４２の光出射面側に凹部として穴を設けることで輝度が向上していることがわかる。また、表４に示す試料３－５～試料３－７を比較すると明らかなように、輝度は、穴の深さが深くなるにつれて増加していることがわかる。つまり、穴を深く掘ることで、穴の側面の割合が多くなり、穴を構成する側面（界面）に入射する光が増加する。その結果、表面が平坦な場合には全反射により外部へ出射できなかった光についても外部へ取り出すことが可能となり、光の取り出し効率がより向上することになる。穴の直径は、２０μｍ以上が好ましく、より好ましくは４０μｍ以上であるとよい。
　また、試料３－１、試料３－２、試料３－４を比較すると明らかなように、穴の大きさ、形状が同じであれば、穴の個数が多ければ多いほど輝度が向上する。また、試料３－３～試料３－５を比較すると明らかなように、穴の直径が大きければ大きいほど輝度が向上する。これらの点についても、穴の側面の割合が多くなることで説明できる。
　また、試料３－１０、試料３－１１を比較すると明らかなように、穴の大きさ、深さが同じであれば、ある程度のテーパ角度がある方が輝度が向上する（例えば、０°～６０°、好ましくは４５°前後）。
　なお、上述の各実施例において、溝や穴の底部における蛍光部材の厚みは９０μｍ以下が好ましく、より好ましくは７０μｍ以下がよく、更に好ましくは５０μｍ以下がよい。
　次に、半導体発光素子の電極との関係で、凹部を設けるのに最適な位置について検討する。図１に示すように、半導体発光素子１２は、サファイア基板１８の全面が均一に発光しているわけではなく、電極や発光層の形状によって明るさにむらが発生する。そのため、例えば、半導体発光素子の光と、蛍光部材において半導体発光素子の光で励起された励起光とを混色させて白色光を得ようとすると、色むらが発生することになる。特に、半導体発光素子の光が発生しない領域の上方では、励起光の割合が多くなる。したがって、青色半導体発光素子と黄色蛍光体とを組み合わせた発光モジュールの場合、光出射面の一部の領域で色味が黄色にシフトすることがある。
　図９は、発光モジュールを蛍光部材４４の光出射面側から見た場合の電極の位置を模式的に示した図である。図１０は、図９に示すラインＬ１（電極付近）およびＬ２（中心付近）における色度の変化を示すグラフである。図１０に示すように、凹部が設けられていない蛍光部材４４の場合、電極の位置に対応して周期的な色むらが生じていることがわかる。
　そこで、本発明者らは、色むらの原因が電極上方の蛍光部材からの励起光の割合が多くなることに鑑み、無機材料から構成され内部散乱の少ない蛍光部材において、凹部を設けることで光の散乱を促すことに想到した。図１１は、図７に示す蛍光部材４０における色度の変化を示す図である。また、図１２は、図８に示す蛍光部材４２における色度の変化を示す図である。これらの結果より、特に、凹部としてテーパ加工された溝が形成された蛍光部材４２を備えた発光モジュールは、色むらが非常に低減されることがわかる。
　また、色むらは、電極の上方の蛍光部材を減らすことでも低減できる。つまり、電極の少なくとも一部と対向する位置の蛍光部材からの励起光を減らすことで、色度が励起光側にシフトすることが低減される。この場合、凹部として複数の穴を設ける場合、所望の位置、特に電極に対応した位置に分散して凹部を形成することがより容易となる。
　したがって、図１に示す蛍光部材１４のように、半導体発光素子１２の電極２６，２８の少なくとも一部と対向する位置に凹部１４ｂが形成されているとよい。
　図１３は、本実施の形態に係る発光モジュール１１０の変形例を示す模式図である。図１３に示すように、蛍光部材４６が半導体発光素子４８よりも面積が大きい場合、半導体発光素子４８の外側の領域４６ａにある蛍光部材の光出射面では、励起光の割合が多くなるため、前述と同様に色むらが発生し易くなる。つまり、発光モジュール１１０の投影パターンの外周部において色度がシフトすることになる。
　そこで、蛍光部材４６は、対向する半導体発光素子４８の外周よりも外側の領域４６ａに凹部を形成する。これにより、その部分の蛍光部材が減少し、蛍光部材全体の色むらが軽減される。
　図１４は、複数の半導体発光素子４８を備えた発光モジュール２１０を模式的に示した図である。蛍光部材５０は、複数の半導体発光素子４８の上部に搭載される板状の部材である。このような発光モジュール２１０においては、隣接する半導体発光素子４８同士の間に隙間が生じるため、その隙間の上方にある蛍光部材５０の領域５０ａにおいては、出射する光に含まれる励起光の割合が多くなる。そこで、半導体発光素子４８同士の間の隙間と対向する蛍光部材の領域５０ａに凹部を設けることで色むらが低減される。
　以上、本発明を上述の実施の形態や各実施例を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態や実施例に限定されるものではなく、実施の形態や実施例の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態や各実施例における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態や各実施例に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
　上述の実施の形態に係る発光モジュールは、半導体発光素子が配線基板にフリップチップ実装されたものであるが、本願発明は、半導体発光素子と配線基板とをワイヤーボンディングにより接続した発光モジュールであっても適用できる。
　本発明の発光モジュールは、種々の灯具、例えば照明用灯具、ディスプレイ、車両用灯具、信号機等に利用することができる。
　１０　発光モジュール、　１２　半導体発光素子、　１２ａ　光出射面、　１４　蛍光部材、　１４ａ　光出射面、　１４ｂ　凹部、　１６　半導体層、　１８　サファイア基板、　２４　発光層、　２６　アノード電極、　２８　カソード電極、　３０　配線基板。

Claims (9)

  1. 　半導体発光素子の光の波長を変換する板状の蛍光部材であって、
    　前記蛍光部材は、屈折率が１．５以上、半導体発光素子の発光ピーク波長における光透過率が２０％未満の無機材料で構成されており、
    　前記蛍光部材の面のうち半導体発光素子の光が主として出射する側の面に凹部が形成されていることを特徴とする蛍光部材。
  2. 　前記蛍光部材は、波長が３８０ｎｍ～５００ｎｍの光に対する光透過率の最小値が２０％未満であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光部材。
  3. 　前記凹部は、溝であることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光部材。
  4. 　前記凹部は、点在する複数の穴であることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光部材。
  5. 　前記凹部は、深さが５μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光部材。
  6. 　前記凹部の底部における蛍光部材の厚みが７０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蛍光部材。
  7. 　半導体発光素子と、
    　前記半導体発光素子の発光面に対向するように設けられた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蛍光部材と、
    　を備えることを特徴とする発光モジュール。
  8. 　前記蛍光部材は、前記半導体発光素子の電極の少なくとも一部と対向する位置に凹部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の発光モジュール。
  9. 　前記蛍光部材は、対向する前記半導体発光素子の外周よりも外側の領域に凹部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の発光モジュール。
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