CN110838540A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

提供发出以往没有的颜色的荧光的发光装置。一种单晶荧光体由蓝色系的光激励的发光装置，包含：发光元件，其出射峰值波长为430～480nm的蓝色系的光；及单晶荧光体，其具有用组分式(Y1‑a‑bLuaCeb)3+cAl5‑cO12(0≤a≤0.9994，0.0002≤b≤0.0067，‑0.016≤c≤0.315)表示的组分，且激励光的峰值波长为450nm和450nm±10nm、温度为25℃时，内部量子效率为91％以上、以及发光光谱的CIE色度坐标x、y满足‑0.4377x+0.7384≤y≤‑0.4377x+0.7504的关系，被单晶荧光体进行波长变换后的光在515～546nm的波长具有发光峰值。

Description

发光装置
本申请是分案申请，原案申请的申请号为201480013345.9，国际申请号为PCT/JP2014/078105，申请日为2014年10月22日，发明名称为“单晶荧光体、含荧光体构件以及发光装置”。
技术领域
本发明涉及单晶荧光体、含荧光体构件以及发光装置。
背景技术
以往，已知如下发光装置(例如，参照专利文献1、2)：其具备包括发出蓝色系的光的LED(Light Emitting Diode：发光二极管)的发光元件以及受该发光元件的光激励而发出黄色系的光的荧光体，通过这些发光色的混合发射白色光。
在专利文献1所述的发光装置中，使用YAG:Ce多晶荧光体陶瓷板作为发出黄色系的光的荧光体。
在专利文献2所述的发光装置中，使用通过铈来激活的钇铝石榴石(YAG:Ce)系多晶荧光体粉末作为发出黄色系的光的荧光体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2010-24278号公报
专利文献2：特许第3503139号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的之一在于，提供发出以往没有的颜色的荧光的YAG系单晶荧光体以及具备该单晶荧光体的含荧光体构件和发光装置。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明的一方式提供下述[1]～[3]的单晶荧光体。
[1]一种单晶荧光体，具有用组分式(Y1-a-bLuaCeb)3+cAl5-cO12(0≤a≤0.9994，0.0002≤b≤0.0067，-0.016≤c≤0.315)表示的组分，激励光的峰值波长为450nm且温度为25℃时的发光光谱的CIE色度坐标x、y满足-0.4377x+0.7384≤y≤-0.4585x+0.7504的关系。
[2]根据上述[1]所述的单晶荧光体，上述单晶荧光体的组分式中的a的数值范围为0.0222≤a≤0.9994。
[3]根据上述[1]所述的单晶荧光体，上述单晶荧光体的组分式中的a的值为0。
另外，为了达到上述目的，本发明的其它方式提供下述[4]～[7]的发光装置。
[4]一种发光装置，具有：发光元件，其发出蓝色系的光；以及黄色系荧光体，其吸收上述发光元件发出的光而发出黄色系的荧光，上述黄色系荧光体是上述[1]～[3]中的任1项所述的单晶荧光体。
[5]根据上述[4]所述的发光装置，还具有红色系荧光体，该红色系荧光体吸收上述发光元件发出的光而发出红色系的荧光。
[6]根据上述[4]所述的发光装置，上述单晶荧光体与上述发光元件是间隔开设置的。
[7]根据上述[4]所述的发光装置，上述单晶荧光体为平板状。
另外，为了达到上述目的，本发明的其它方式提供下述[8]、[9]的含荧光体构件。
[8]一种含荧光体构件，具有：透明构件；以及颗粒状荧光体，其分散在上述透明构件中，上述颗粒状荧光体是上述[1]～[3]中的任1项所述的单晶荧光体。
[9]根据上述[8]所述的含荧光体构件，上述透明构件为透明无机材料。
另外，为了达到上述目的，本发明的其它方式提供下述[10]的发光装置。
[10]一种发光装置，具有：发光元件，其发出蓝色系的光；以及上述[8]所述的含荧光体构件。
发明效果
根据本发明的一方式，能够提供发出以往没有的颜色的荧光的YAG系单晶荧光体以及具备该单晶荧光体的含荧光体构件和发光装置。
附图说明
图1是表示评价时使用的第1实施方式的单晶荧光体的组分分布的坐标图。
图2是表示评价时使用的第1实施方式的单晶荧光体的CIE(x,y)色度分布的坐标图。
图3A是第2实施方式的发光装置的垂直截面图。
图3B是发光装置所包含的发光元件及其周边部的放大图。
图4是示出单晶荧光体发出的光(荧光)的CIE色度以及由发光元件发出的光和单晶荧光体发出的光混合而成的光的CIE色度的色度图。
图5是示出通过发光元件、单晶荧光体和红色系荧光体的组合发出的混合光的CIE色度的色度图。
图6示出模拟时使用的发光元件、单晶荧光体、红色系荧光体的发光光谱。将这些发光光谱称为基本光谱。
图7A是第3实施方式的发光装置的垂直截面图。
图7B是发光装置所包含的发光元件及其周边部的放大图。
图7C是发光元件的俯视图。
图8是第4实施方式的发光装置的垂直截面图。
图9是第5实施方式的发光装置的垂直截面图。
图10是第6实施方式的发光装置的垂直截面图。
具体实施方式
[第1实施方式]
〔单晶荧光体〕
第1实施方式的单晶荧光体是通过Ce来激活的YAG系单晶荧光体，具有用(Y1-a- bLuaCeb)3+cAl5-cO12(0≤a≤0.9994，0.0002≤b≤0.0067，-0.016≤c≤0.315)表示的组分。在此，Ce置换到Y位置，作为激活剂发挥功能(成为发光中心)。另一方面，Lu置换到Y位置，但不作为激活剂发挥功能。
此外，有时上述的荧光体的组分中的一部分原子会占据晶体结构上的不同位置。另外，上述的组分式中的组分比的O的值记载为12，但上述的组分由于不可避免地混入或者欠缺的氧的存在，因而也包含组分比的O的值从12稍稍偏离的组分。另外，组分式中的c的值在单晶荧光体的制造上是不可避免地变化的值，但在-0.016≤c≤0.315程度的数值范围内的变化对单晶荧光体的物性几乎没有影响。
第1实施方式的单晶荧光体能够通过例如CZ法(Czochralski Method：柴氏拉晶法)、EFG法(Edge Defined Film Fed Growth Method：定边膜喂法)、布里奇曼法、FZ法(Floating Zone Method：浮区法)、伯努利法等液相生长法得到。将通过这些液相生长法得到的单晶荧光体锭切断而加工成平板状或粉碎而加工成粉末状，由此，能够用于后述的发光装置。
表示Ce浓度的上述组分式中的b的数值的范围为0.0002≤b≤0.0067，其原因是，在b的数值小于0.0002的情况下，由于Ce浓度过低，因而激励光的吸收变小，会产生外部量子效率过小的问题，在大于0.0067的情况下，很可能在培养单晶荧光体锭时产生裂缝、空隙等，晶体质量下降。
〔单晶荧光体的制造〕
作为本实施方式的单晶荧光体的制造方法的一例，以下叙述利用CZ法的制造方法。
首先，准备高纯度(99.99％以上)的Y2O3、Lu2O3、CeO2、Al2O3的粉末作为起始原料，进行干式混合，得到混合粉末。此外，Y、Lu、Ce和Al的原料粉末不限于上述这些。另外，在制造不包含Lu的单晶荧光体的情况下，不使用Lu的原料粉末。
接着，将得到的混合粉末放入到铱制的坩埚内，将坩埚收纳于陶瓷制的筒状容器。然后，利用卷绕在筒状容器周围的高频线圈将30kW的高频能量供应给坩埚使其产生感应电流来加热坩埚。由此，使混合粉末熔融而得到熔体。
接着，准备作为YAG单晶的晶种，在使其顶端接触熔体后，一边使其以10rpm的转速旋转，一边以1mm/h以下的提拉速度提拉，以1960℃以上的提拉温度在＜111＞方向培养单晶荧光体锭。在筒状容器内以每分钟2L的流量浇注氮，在大气压下并在氮气氛中进行该单晶荧光体锭的培养。
如此，得到例如直径约2.5cm且长度约5cm的单晶荧光体锭。通过将得到的单晶荧光体锭切成所希望的大小，能够得到例如用于发光装置的平板状的单晶荧光体。另外，通过将单晶荧光体锭粉碎，能够得到颗粒状的单晶荧光体。
〔单晶荧光体的评价〕
制造组分不同的多个第1实施方式的单晶荧光体，进行了组分的分析、CIE色度及内部量子效率的评价。
组分分析是通过高频电感耦合等离子体(ICP)发光分光分析法进行的。另外，针对Ce浓度极小的单晶荧光体，同时还使用了ICP质量分析法(ICP-MS)。
在CIE色度坐标的评价中，使用CIE1931等色函数求出了激励光的峰值波长为450nm时的单晶荧光体的发光光谱的CIE色度坐标。
内部量子效率的评价是使用具备积分半球单元的量子效率测定***进行的。以下，叙述单晶荧光体的内部量子效率的具体的测定方法。
首先，对设置在积分半球单元内的作为标准试料的硫酸钡粉末照射激励光，测定激励光光谱。接着，对设置在积分半球单元内的硫酸钡上的单晶荧光体照射激励光，测定激励反射光光谱和荧光发光光谱。接着，将在积分半球单元内漫反射的激励光照射到设置在硫酸钡上的单晶荧光体，测定二次激励荧光发光光谱。
然后，将从荧光发光光谱求出的光量子数与从二次激励荧光发光光谱求出的光量子数之差除以从激励光光谱求出的光量子数与从激励反射光光谱求出的光量子数之差，由此，求出内部量子效率。
下面的表1示出关于荧光的波长和CIE色度的评价结果。表1的试料编号1～33的试料是本实施方式的单晶荧光体的试料，试料编号34～36的试料是作为比较例的通过Ce来激活的YAG系多晶荧光体粉末的试料。表1示出本实施方式的单晶荧光体的组分式中的a、b、c的值、激励光的峰值波长为440nm、450nm、460nm时的荧光的峰值波长λp(nm)以及激励光的峰值波长为440nm、450nm、460nm时的CIE色度坐标(x,y)。
表1
Figure BDA0002273610090000071
如表1所示，评价时使用的单晶荧光体的组分式(Y1-a-bLuaCeb)3+cAl5-cO12的a、b、c的数值范围分别是0≤a≤0.9994，0.0002≤b≤0.0067，-0.016≤c≤0.315。
其中，包含Lu的单晶荧光体的组分式中的a的数值范围为0.0222≤a≤0.9994，不包含Lu的单晶荧光体的组分式中的a的值为a＝0。
包含Lu的单晶荧光体与不包含Lu的单晶荧光体相比，其荧光色更接近绿色，因此，通过与红色系荧光体组合，能够使用蓝色光源生成显色性高的白色光。相反地，不包含Lu的单晶荧光体无需与红色系荧光体组合，就能够使用蓝色光源生成色温高的白色光。
另外，一般来说，包含Lu的单晶荧光体与不包含Lu的单晶荧光体相比具有温度特性更优异的倾向。另一方面，Lu价格高，因此，向单晶荧光体添加Lu会导致制造成本增加。
另外，根据表1，在评价时使用的单晶荧光体的组分式中的a、b的数值范围分别是0≤a≤0.9994、0.0002≤b≤0.0067的情况下，激励光的峰值波长为450nm时的荧光的CIE色度坐标x、y的数值范围分别是0.329≤x≤0.434，0.551≤y≤0.600。
图1是表示评价时使用的第1实施方式的单晶荧光体的组分分布的坐标图。图1的横轴表示单晶荧光体的组分式中的a(Lu浓度)，纵轴表示组分式中的b(Ce浓度)。
图2是表示评价时使用的第1实施方式的单晶荧光体的CIE(x,y)色度分布的坐标图。图2的横轴表示激励光的峰值波长为450nm时的CIE色度的坐标x，纵轴表示坐标y。
图2中的直线y＝-0.4377x+0.7444是通过最小二乘法求出的峰值波长为450nm时的CIE色度坐标的近似直线。另外，该近似直线的上侧的虚线是用y＝-0.4585x+0.7504表示的直线，下侧的虚线是用y＝-0.4377x+0.7384表示的直线。
如图2所示，在具有用组分式(Y1-a-bLuaCeb)3+cAl5-cO12(0≤a≤0.9994，0.0002≤b≤0.0067，-0.016≤c≤0.315)表示的组分的单晶荧光体中，激励光的峰值波长为450nm且温度为25℃时的发光光谱的CIE色度坐标x、y满足-0.4377x+0.7384≤y≤-0.4585x+0.7504的关系。
下面的表2示出关于内部量子效率的评价结果。表2示出本实施方式的单晶荧光体的组分式中的a、b、c的值、激励光的峰值波长为440、450、460nm时在25℃情况下的内部量子效率(ηint)。
表2
Figure BDA0002273610090000091
根据表2，本实施方式的单晶荧光体具有很高的内部量子效率。例如，被评价的所有单晶荧光体的试料在温度为25℃且激励光的峰值波长为450nm时的内部量子效率均在0.91以上。
此外，关于被评价的单晶荧光体的试料形状，试料编号15、19的试料是直径为10mm且厚度为0.3mm的圆形的板，试料编号33的试料为粉末，除此以外的试料是一边的长度为10mm且厚度为0.3mm的正方形的板。另外，除了粉末状试料以外的所有试料均是两面进行了镜面抛光的试料。
荧光的峰值波长λp(nm)、CIE色度坐标(x,y)和内部量子效率的测定值几乎不受试料形状的影响。
〔与多晶荧光体的比较〕
通过Ce来激活的YAG系单晶荧光体和YAG系多晶荧光体粉末在Ce的浓度与发光色的关系这方面大不相同。例如，在专利文献(特开2010-24278号公报)中，记载了具有用组分式(Y1-zCez)3Al5O12表示的组分的多晶荧光体粉末会在0.003≤z≤0.2的Ce浓度范围内发出一定色度(0.41,0.56)的光。另一方面，在本实施方式的单晶荧光体中，色度依赖于Ce浓度而变化，例如，用于发出与上述专利文献的多晶荧光体粉末相同色度(0.41,0.56)的光的组分是(Y1-zCez)3Al5O12(z＝0.0005)。
另外，在专利文献(特许第3503139号公报)中，记载了具有用组分式(Y1-a-bLuaCeb)3Al5O12表示的组分的多晶荧光体粉末在a＝0.99、b＝0.01时发光色度为(0.339,0.579)，在a＝0.495、b＝0.01时发光色度为(0.377,0.570)。该多晶荧光体粉末所包含的Ce的浓度与本实施方式的单晶荧光体所包含的Ce的浓度相比仍高出几个数量级。
这样，在单晶荧光体中，为了发出所希望的颜色的光而添加的Ce的浓度与多晶荧光体相比极少，能够降低价格高的Ce的使用量。
[第2实施方式]
第2实施方式是关于具有第1实施方式的单晶荧光体的发光装置的方式。
〔发光装置的构成〕
图3A是第2实施方式的发光装置10的垂直截面图。图3B是发光装置10所包含的发光元件100及其周边部的放大图。
发光装置10具有：基板11，其在表面具有配线12a、12b；发光元件100，其搭载在基板11上；单晶荧光体13，其设置在发光元件100上；环状的侧壁14，其包围发光元件100；以及密封材料15，其密封发光元件100和单晶荧光体13。
基板11由例如Al2O3等陶瓷构成。在基板11的表面上通过图案化形成有配线12a、12b。配线12a、12b由例如钨等金属构成。
发光元件100是倒装芯片型LED芯片，发出蓝色系的光。从发光元件100的内部量子效率的观点出发，优选发光元件100的发光峰值波长处于430～480nm的范围，而且，从单晶荧光体13的内部量子效率的观点出发，更优选其处于440～470nm的范围。
在该发光元件100中，在由蓝宝石等构成的元件基板101的第1主面101a上，依次层叠有：n型半导体层102，其由添加了n型杂质的GaN等构成；发光层103；以及p型半导体层104，其由添加了p型杂质的GaN等构成。在n型半导体层102的露出部分形成有n侧电极105a，在p型半导体层104的表面形成有p侧电极105b。
发光层103通过从n型半导体层102和p型半导体层104注入载流子而发出蓝色系的光。从发光层103发出的光透射过n型半导体层102和元件基板101，从元件基板101的第2主面101b出射。即，元件基板101的第2主面101b是发光元件100的光出射面。
在元件基板101的第2主面101b上，以覆盖整个第2主面101b的方式配置有单晶荧光体13。
单晶荧光体13是包括第1实施方式的单晶荧光体的平板状的单晶荧光体。单晶荧光体13由1个单晶构成，因此不包含晶界。单晶荧光体13具有与第2主面101b相等或者更大的面积。单晶荧光体13吸收发光元件100发出的光而发出黄色系的荧光。
另外，单晶荧光体13是未隔着其它构件地直接设置在元件基板101的第2主面101b上，单晶荧光体13的元件基板101侧的面即第1面13a与元件基板101的第2主面101b接触。单晶荧光体13与元件基板101例如通过分子间作用力接合。
发光元件100的n侧电极105a和p侧电极105b分别通过导电性的凸块106与配线12a、12b电连接。
侧壁14包括硅酮系树脂、环氧系树脂等树脂，也可以包含二氧化钛等光反射颗粒。
密封材料15包括例如硅酮系树脂、环氧系树脂等具有透光性的树脂。密封材料15也可以包含吸收发光元件100发出的光而发出红色系的荧光的红色系荧光体的颗粒。从明亮度和显色性的观点出发，红色系荧光体的发光峰值波长优选处于600～660nm的范围，更优选处于635～655nm的范围。若波长过小，则会由于接近单晶荧光体13的发光波长而导致显色性下降。另一方面，若波长过大，则对能见度的下降影响变大。
〔发光装置的动作〕
当对发光元件100通电时，电子通过配线12a、n侧电极105a和n型半导体层102注入到发光层103，另外，空穴通过配线12b、p侧电极105b和p型半导体层104注入到发光层103，从而使发光层103发光。
从发光层103发出的蓝色系的光透射过n型半导体层102和元件基板101而从元件基板101的第2主面101b出射，入射到单晶荧光体13的第1面13a。
单晶荧光体13将从发光元件100发出的蓝色系的光的一部分吸收，发出黄色系的荧光。
从发光元件100发出并前往单晶荧光体13的蓝色系的光中的一部分被单晶荧光体13吸收而被进行波长变换，作为黄色系的光从单晶荧光体13的第2面13b出射。另外，从发光元件100发出并前往单晶荧光体13的蓝色系的光中的一部分未被单晶荧光体13吸收，而从第2面13b出射。蓝色与黄色为互补色关系，因此，发光装置10发射由蓝色光和黄色光混合而成的白色光。
另外，在密封材料15包含红色系荧光体的情况下，红色系荧光体将从发光元件100发出的蓝色系的光的一部分吸收，发出红色系的荧光。在该情况下，发光装置10发射由蓝色光、黄色光和红色光混合而成的白色光。通过混合红色光，能够提高白色光的显色性。
图4是示出单晶荧光体13发出的光(荧光)的CIE色度以及由发光元件100发出的光和单晶荧光体13发出的光混合而成的光的CIE色度的色度图。图4中并排的8个四边形的框是色度标准(ANSI C78.377)中规定的色温2700～6500K的色度范围。
图4中的曲线L1表示单晶荧光体13的Ce浓度与发光色度的关系。曲线L1上的标记“◇”从左侧起依次是单晶荧光体13的组分式中的b(Ce浓度)的数值为0.0002、0.0005、0.0010、0.0014时的单晶荧光体13的发光色度的实测值。
图4中的曲线L2表示单晶荧光体13的Ce浓度与通过发光元件100和单晶荧光体13的组合发出的混合光的色度的关系。曲线L2上的标记“●”从下侧起依次是单晶荧光体13的组分式中的b的数值为0.0002、0.0005、0.0010、0.0014时的通过发光元件100和单晶荧光体13的组合发出的混合光的色度的实测值。
这些实测值是通过以下方式得到的：在单晶荧光体13的组分(Y1-a-bLuaCeb)3+cAl5- cO12中，将a固定为0，使b变化，测定单晶荧光体13的荧光光谱以及发光元件100的发光与单晶荧光体13的荧光的合成光谱。
此外，该测定所使用的发光元件100的发光波长为450nm。另外，单晶荧光体13是厚度为0.3mm的平板状的单晶荧光体。
如曲线L1、L2所示，Ce作为单晶荧光体13的激活剂发挥功能，因此，单晶荧光体13中的Ce浓度越高(b越大)，通过发光元件100和单晶荧光体13的组合发出的混合光的色度越接近单晶荧光体13的荧光的色度。此外，在b＝0时，单晶荧光体13不发出荧光，因此变成与发光元件100单体的发光色度相等。
在此，平板状的单晶荧光体13的厚度的下限值为0.15mm。从机械强度的观点出发，单晶荧光体13的厚度设定为0.15mm以上。
此外，Lu不作为激活剂发挥功能，因此，即使改变单晶荧光体13的组分式中的a的值，曲线L2方向的色度也几乎不发生变化。另外，同样地，即使改变发光元件100的发光波长，曲线L2方向的色度也几乎不发生变化。
图5是示出通过发光元件100、单晶荧光体13和红色系荧光体的组合发出的混合光的CIE色度的色度图。
图5中的曲线L2与图4中的曲线L2相等。点R表示红色系荧光体的荧光的色度(0.654,0.345)。另外，并排的8个四边形的框是色度标准(ANSI C78.377)中规定的色温2700～6500K的色度范围。
直线L3是通过点R和色温2700K的框的下端的直线，直线L4是通过点R和色温6500K的框的上端的直线。并且，点Y1是曲线L2与直线L3的交点，点Y2是曲线L2与直线L4的交点。
在图5中，首先，为使发光元件100和单晶荧光体13组合时的发光的色度坐标位于直线L2上的点Y1与点Y2之间，而调整单晶荧光体的Ce浓度、厚度。接着，调整红色系荧光体的量(在使其分散到密封材料15中时，其在密封材料15中的浓度)，由此，能够生成色温2700～6500K的白色光。
此时，在单晶荧光体13和红色系荧光体中，各自也会发生荧光的吸收，因此，相对于红色系荧光体的调整量，发光元件100和单晶荧光体13的合成色度在与色度R之间不会直线变化，但大体上通过上述的方法能够生成目标色温的白色光。
此外，Lu不作为激活剂发挥功能，因此，即使改变单晶荧光体13的组分式中的a的值，曲线L2方向的色度也几乎不发生变化。因此，在单晶荧光体13包含Lu的情况下，根据Lu浓度来调节与发光元件100和单晶荧光体13组合使用的红色系荧光体的量，由此能够生成色温2700～6500K的白色光。
另外，同样地，即使改变发光元件100的发光波长或者红色系荧光体的发光波长，曲线L2方向的色度也几乎不发生变化，至少在发光元件100的发光峰值波长处于430～480nm的范围且红色系荧光体的发光峰值波长处于600～660nm的范围的情况下，通过调节红色系荧光体的量，利用同样的方法，能够生成色温2700～6500K的白色光。
接着，通过模拟示出本实施方式的发光装置10发出的光的显色性优异这一点。在此，作为一例，叙述发光装置10发出色温3000K的光的情况下的显色性。
图6示出模拟时使用的发光元件100、单晶荧光体13、红色系荧光体的发光光谱。将这些发光光谱称为基本光谱。
发光元件100、单晶荧光体13、红色系荧光体的基本光谱的峰值波长大致为450nm(蓝色)、535nm(黄色)、640nm(红色)。另外，单晶荧光体13的基本光谱是组分为(Y1-a- bLuaCeb)3+cAl5-cO12(a＝0，b＝0.0010，c＝0.128)的单晶荧光体13的发光光谱。
首先，发光装置10的发光光谱能够用发光元件100、单晶荧光体13、红色系荧光体的发光光谱的合成光谱来近似，因而，通过最小二乘法，将发光元件100、单晶荧光体13、红色系荧光体的基本光谱拟合到具有与色温3000K对应的色度的光谱，决定各基本光谱的线性组合系数。
然后，从通过拟合得到的合成光谱计算出平均显色指数Ra。由此，求出在使用发光光谱为基本光谱的发光元件100、单晶荧光体13、红色系荧光体形成了发出色温3000K的光的发光装置10的情况下的平均显色指数Ra。
接着，一边使发光元件100和单晶荧光体13的基本光谱的波长移动(红色系荧光体的基本光谱是固定的)一边反复进行以上的模拟，求出使发光元件100和单晶荧光体13的波长变化时的平均显色指数Ra。在此，发光元件100的波长是从基本光谱的波长开始在-20～+30nm的范围内以5nm为单位变化。另外，单晶荧光体13的波长是从基本光谱的波长开始在-45～+45nm的范围内以5nm为单位变化。其结果在以下的表3中示出。
表3
Figure BDA0002273610090000161
表3示出通过适当调整发光元件100和单晶荧光体13的波长而得到了90以上乃至95以上的很高的平均显色指数Ra。
[第3实施方式]
第3实施方式在发光元件为面朝上型LED芯片这一点与第2实施方式不同。此外，对于与第1实施方式相同之处，将说明省略或者简化。
〔发光装置的构成〕
图7A是第3实施方式的发光装置20的垂直截面图。图7B是发光装置20所包含的发光元件200及其周边部的放大图。图7C是发光元件200的俯视图。
发光装置20具有：基板11，其在表面具有配线12a、12b；发光元件200，其搭载在基板11上；单晶荧光体21，其设置在发光元件200上；环状的侧壁14，其包围发光元件200；以及密封材料15，其密封发光元件200和单晶荧光体21。
发光元件100为面朝上型LED芯片，发出在380～490nm的波长时具有光量的峰值的蓝色系的光。在该发光元件200中，在由蓝宝石等构成的元件基板201上，依次层叠有：n型半导体层202，其由添加了n型杂质的GaN等构成；发光层203；p型半导体层204，其由添加了p型杂质的GaN等构成；以及透明电极207，其由ITO(Indium Tin Oxide：铟锡氧化物)等构成。在n型半导体层102的露出部分形成有n侧电极205a，在透明电极207的上表面207b上形成有p侧电极205b。
发光层203通过从n型半导体层202和p型半导体层204注入载流子而发出蓝色系的光。从发光层203发出的光透射过p型半导体层204和透明电极207，从透明电极207的上表面207b出射。即，透明电极207的上表面207b是发光元件200的光出射面。
在透明电极207的上表面207b上，配置有在与n侧电极205a和p侧电极205b的设置位置对应的部分具有切口的大致四边形状的单晶荧光体21。
单晶荧光体21是包括第1实施方式的单晶荧光体的平板状的单晶荧光体。单晶荧光体21由1个单晶构成，因此不包含晶界。
另外，单晶荧光体21是未隔着其它构件地直接设置在透明电极207的上表面207b上，单晶荧光体21的透明电极207侧的面即第1面21a与透明电极207的上表面207b接触。
发光元件200的n侧电极205a和p侧电极205b通过焊线206分别连接到配线12a和配线12b。
〔发光装置的动作〕
当对发光元件200通电时，电子通过配线12a、n侧电极205a和n型半导体层202注入到发光层203，另外，空穴通过配线12b、p侧电极205b、透明电极207和p型半导体层204注入到发光层203，从而使发光层203发光。
从发光层203发出的蓝色系的光透射过p型半导体层204和透明电极207而从透明电极207的上表面207b出射，入射到荧光体21的第1面21a。
单晶荧光体21将从发光元件200发出的蓝色系的光的一部分吸收，发出黄色系的荧光。
从发光元件200发出并前往单晶荧光体21的蓝色系的光中的一部分被单晶荧光体21吸收而被进行波长变换，作为黄色系的光从单晶荧光体21的第2面21b出射。另外，从发光元件200发出并前往单晶荧光体21的蓝色系的光中的一部分未被单晶荧光体21吸收，而从第2面21b出射。蓝色与黄色为互补色关系，因此，发光装置20发射由蓝色光和黄色光混合而成的白色光。
另外，在密封材料15包含红色系荧光体的情况下，红色系荧光体将从发光元件200发出的蓝色系的光的一部分吸收，发出红色系的荧光。在该情况下，发光装置20发射由蓝色光、黄色光和红色光混合而成的白色光。通过混合红色光，能够提高白色光的显色性。
[第4实施方式]
第4实施方式在单晶荧光体的设置位置上与第2实施方式不同。此外，对于与第2实施方式相同之处，将说明省略或者简化。
图8是第4实施方式的发光装置30的垂直截面图。发光装置30具有：基板11，其在表面具有配线12a、12b；发光元件100，其搭载在基板11上；单晶荧光体31，其设置在发光元件100的上方；环状的侧壁14，其包围发光元件100；以及密封材料15，其密封发光元件100和单晶荧光体21。
单晶荧光体31是包括第1实施方式的单晶荧光体的平板状的单晶荧光体。单晶荧光体31由1个单晶构成，因此不包含晶界。
单晶荧光体31以将环状的侧壁14的开口部塞住的方式设置在侧壁14的上表面14b上。从发光元件100的元件基板101的第2主面101b出射的光入射到单晶荧光体31的第1面31a。
单晶荧光体31将从发光元件100发出的蓝色系的光的一部分吸收，发出黄色系的荧光。
从发光元件100发出并前往单晶荧光体31的蓝色系的光中的一部分被单晶荧光体31吸收而被进行波长变换，作为黄色系的光从单晶荧光体31的第2面31b出射。另外，从发光元件100发出并前往单晶荧光体31的蓝色系的光中的一部分未被单晶荧光体31吸收，而从第2面31b出射。蓝色与黄色为互补色关系，因此，发光装置30发射由蓝色光和黄色光混合而成的白色光。
另外，在密封材料15包含红色系荧光体的情况下，红色系荧光体将从发光元件100发出的蓝色系的光的一部分吸收，发出红色系的荧光。在该情况下，发光装置30发射由蓝色光、黄色光和红色光混合而成的白色光。通过混合红色光，能够提高白色光的显色性。此外，在发光装置30不包含红色系荧光体的情况下，发光装置30也可以不具有密封材料15。
[第5实施方式]
接着，参照图9来说明本发明的第5实施方式。图9是第5实施方式的发光装置40的垂直截面图。如图9所示，在本实施方式中，荧光体的状态及其配置与第2实施方式不同。以下，对具有与第2实施方式相同的功能和构成的发光装置40的构成要素标注相同的附图标记而将说明省略。
如图9所示，发光装置40具有：发光元件100，其是LED等发光元件；基板11，其支撑发光元件100；侧壁14，其包括白色的树脂；以及密封材料15，其密封发光元件100。
在密封材料15中分散有颗粒状的单晶荧光体41。荧光体41包括第1实施方式的单晶荧光体，例如可通过将在第1实施方式中制造的单晶荧光体锭粉碎而得到。
分散在密封材料15中的单晶荧光体41将从发光元件100发出的蓝色系的光的一部分吸收，发出例如在514～546nm的波长时具有发光峰值的黄色系的荧光。未被单晶荧光体41吸收的蓝色系的光和从单晶荧光体41发出的黄色系的荧光混合，从而从发光装置40发出白色的光。
此外，本实施方式的单晶荧光体41也可以应用于其它实施方式。即，也可以使用本实施方式的单晶荧光体41取代第3实施方式的单晶荧光体21。
[第6实施方式]
接着，参照图10来说明本发明的第6实施方式。图10是第6实施方式的发光装置50的垂直截面图。如图10所示，在本实施方式中，包含颗粒状的单晶荧光体的密封材料的形状与第5实施方式不同。以下，对具有与第5实施方式相同的功能和构成的发光装置50的构成要素标注相同的附图标记而将说明省略。
如图10所示，发光装置50具有：发光元件100，其是LED等发光元件；基板11，其支撑发光元件100；以及密封材料52，其设置为覆盖发光元件100的表面和基板11的上表面。
在密封材料52中分散有颗粒状的单晶荧光体51。单晶荧光体51包括第1实施方式的单晶荧光体，例如可通过将在第1实施方式中制造的单晶荧光体锭粉碎而得到。
密封材料52是例如硅酮系树脂、环氧系树脂等透明树脂或者玻璃等透明无机材料。此外，本实施方式的密封材料52在使用涂布法等的制造工序中有时不仅形成在发光元件100的表面上还形成在基板11上，但也可以不形成在基板11上。
分散在密封材料52中的单晶荧光体51将从发光元件100发出的蓝色系的光的一部分吸收，发出例如在514～546nm的波长时具有发光峰值的黄色系的荧光。未被单晶荧光体51吸收的蓝色系的光和从单晶荧光体51发出的黄色系的荧光混合，从而从发光装置50发出白色的光。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离发明的宗旨的范围内能进行各种变形来实施。另外，在不脱离发明的宗旨的范围内能够将上述实施方式的构成要素任意组合。
另外，上面所述的实施方式并非用于限定权利要求书中的发明。另外，应当注意，实施方式中所说明的特征的组合对用于解决发明的问题的方案来说并非全都是必须的。
另外，上述实施方式是能量效率高而能够实现节能的LED发光装置等发光装置或者该发光装置所使用的单晶荧光体，因此具有节能效果。
工业上的可利用性
提供发出以往没有的颜色的荧光的YAG系单晶荧光体以及具备该单晶荧光体的含荧光体构件和发光装置。
附图标记说明
10、20、30、40、50…发光装置，13、21、31、41、51…单晶荧光体，100、200…发光元件。

Claims (8)

1.一种单晶荧光体由蓝色系的光激励的发光装置，其特征在于，包含：
发光元件，其出射峰值波长为430～480nm的蓝色系的光；以及
单晶荧光体，其具有用组分式(Y1-a-bLuaCeb)3+cAl5-cO12(0≤a≤0.9994，0.0002≤b≤0.0067，-0.016≤c≤0.315)表示的组分，并且当激励光的峰值波长为450nm和450nm±10nm、温度为25℃时，内部量子效率为91％以上、以及发光光谱的CIE色度坐标x、y满足-0.4377x+0.7384≤y≤-0.4377x+0.7504的关系，
上述单晶荧光体具有：从上述发光元件出射的上述蓝色系的光入射的光入射面；以及使从上述光入射面入射的上述蓝色系的光被吸收而被进行波长变换后的光出射的光出射面，
被上述单晶荧光体进行波长变换后的光在515～546nm的波长具有发光峰值。
2.根据权利要求1所述的单晶荧光体由蓝色系的光激励的发光装置，其中，
上述单晶荧光体的上述光入射面不隔着其它构件地接触在上述发光元件的光出射面上。
3.根据权利要求1所述的单晶荧光体由蓝色系的光激励的发光装置，其中，
在上述发光元件的光出射面与上述单晶荧光体的上述光入射面之间包含密封材料。
4.根据权利要求3所述的单晶荧光体由蓝色系的光激励的发光装置，其中，
上述密封材料包括透明树脂。
5.根据权利要求3所述的单晶荧光体由蓝色系的光激励的发光装置，其中，
上述密封材料包括透明无机材料。
6.根据权利要求4所述的单晶荧光体由蓝色系的光激励的发光装置，其中，
上述透明树脂为硅酮系树脂。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的单晶荧光体由蓝色系的光激励的发光装置，其中，
上述进行波长变换后的光与上述蓝色系的光的混合光处于色度标准(ANSIC78.377)中规定的色温2700～6500K的色度范围。
8.根据权利要求7所述的单晶荧光体由蓝色系的光激励的发光装置，其中，
上述混合光在a的值为0时具有根据b的值而变化的色度。
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