JPH1041546A - Light-emitting element - Google Patents
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- JPH1041546A JPH1041546A JP19240696A JP19240696A JPH1041546A JP H1041546 A JPH1041546 A JP H1041546A JP 19240696 A JP19240696 A JP 19240696A JP 19240696 A JP19240696 A JP 19240696A JP H1041546 A JPH1041546 A JP H1041546A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、照明器具、表示装
置、画像ディスプレイ、信号機などの光源として使用さ
れる発光素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device used as a light source for lighting equipment, display devices, image displays, traffic lights, and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、照明器具や表示装置、信号機など
の光源としては、蛍光灯や白熱電球が主に使用されてい
る。また、画像ディスプレイとしては、ブラウン管、蛍
光灯を光源とした液晶表示素子などが使用されている。
これら従来の光源は、ガラスからなる中空体構造になっ
ているために、小型化し難い、衝撃に弱い、さらに寿命
が短いという欠点がある。加えて蛍光灯やブラウン管
は、動作電圧が高いという問題もある。2. Description of the Related Art Conventionally, fluorescent lamps and incandescent lamps have been mainly used as light sources for lighting equipment, display devices, traffic lights and the like. As the image display, a cathode ray tube, a liquid crystal display device using a fluorescent lamp as a light source, and the like are used.
Since these conventional light sources have a hollow body structure made of glass, they have disadvantages that they are difficult to miniaturize, are vulnerable to impact, and have a short life. In addition, fluorescent lamps and cathode ray tubes have a problem that the operating voltage is high.
【０００３】この従来の光源の欠点を解消するためのも
のとして、ＥＬ素子、発光ダイオード（ＬＥＤ）のよう
な半導体発光素子が開発され、その一部は既に実用化さ
れている。これらの半導体発光素子は、基板上に半導体
層を直接積層して形成され、薄い硬質の基板と一体構造
であるので、小型化でき、衝撃に強く、寿命が長く、低
動作電圧で駆動させることができるなどの種々の長所を
持っている。In order to solve the drawbacks of the conventional light source, semiconductor light emitting devices such as an EL device and a light emitting diode (LED) have been developed, and some of them have already been put to practical use. These semiconductor light emitting devices are formed by directly laminating semiconductor layers on a substrate and are integrated with a thin hard substrate, so that they can be miniaturized, resistant to impact, have a long life, and can be driven at a low operating voltage. It has various advantages such as being able to.
【０００４】近年では、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の高
輝度青色発光ダイオードが開発され、赤、緑、青の各色
の発光ダイオードによるフルカラー表示装置の製造も可
能となっている。この窒化ガリウム系の青色発光ダイオ
ードは、透明なサファイア（Ａｌ2Ｏ3）を基板とし、こ
の基板上に、ＧａＮ（又はＡｌＮ）バッファ層、ｎ型Ｇ
ａＮ層、ｎ型ＡｌＧａＮ層、ＺｎドープＩｎＧａＮ層
（発光層）、ｐ型ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層を順に積
層形成し、前記ｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層にそれぞれ
電極を形成して構成されている。そして、各電極間に電
流を流すと、基板側から高輝度の青色光が出射するよう
になっている。In recent years, gallium nitride (GaN) -based high-intensity blue light-emitting diodes have been developed, and full-color display devices using red, green, and blue light-emitting diodes can be manufactured. This gallium nitride-based blue light-emitting diode uses transparent sapphire (Al 2 O 3 ) as a substrate, and a GaN (or AlN) buffer layer, an n-type G
An aN layer, an n-type AlGaN layer, a Zn-doped InGaN layer (light-emitting layer), a p-type AlGaN layer, and a p-type GaN layer are sequentially laminated, and electrodes are formed on the n-type GaN layer and the p-type GaN layer, respectively. Have been. When a current is applied between the electrodes, high-luminance blue light is emitted from the substrate side.
【０００５】この種の半導体発光素子にあっては、得ら
れる光の波長が発光層の半導体の種類や組成により決定
され、一般に必要な波長の光を得るためには、 バンドギャップが発光波長に見合った半導体を活性層
に用いる、 半導体の不純物発光センターとして必要な波長に見合
った遷移過程を有する元素をドーピングすること、によ
って行っている。上述した青色発光ダイオードではＩｎ
を含むＧａ窒化物（ＩｎXＧａ1-XＮ）を発光層として用
いており、この場合、インジウム（Ｉｎ）の濃度を変え
ることによって色々な波長の発光を得る方法がとられて
いる。例えば、青色の発光を得るには、ＩｎXＧａ1-XＮ
のＸを０．２程度、緑色の発光を得るにはＸを０．４程
度のＩｎ濃度に調整される。また、ＥＬ素子では、Ｚｎ
Ｓなどの半導体に種々の元素を添加した発光層材料を用
いており、例えば赤色にはＺｎＳ：Ｓｍ，緑色にはＺｎ
Ｓ：Ｔｂ，青色にはＳｒＳ：Ｃｅなどが用いられてい
る。In this type of semiconductor light emitting device, the wavelength of the light obtained is determined by the type and composition of the semiconductor in the light emitting layer. Generally, in order to obtain light of a required wavelength, the band gap is set to the emission wavelength. This is achieved by using a suitable semiconductor for the active layer and by doping an element having a transition process corresponding to a wavelength required as an impurity emission center of the semiconductor. In the blue light emitting diode described above, In
Is used Ga nitride (In X Ga 1-X N ) as a light-emitting layer containing, in this case, a method of obtaining light emission of various wavelengths by varying the concentration of indium (In) is taken. For example, to obtain blue light emission, In x Ga 1 -xN
Is adjusted to about 0.2, and to obtain green light emission, X is adjusted to about 0.4. In the EL element, Zn
A light emitting layer material obtained by adding various elements to a semiconductor such as S is used, for example, ZnS: Sm for red and Zn for green.
S: Tb and SrS: Ce are used for blue.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように従来の発光素子は、所望の波長（色）の発光を
得るために半導体組成（ドープ元素濃度）を精密に調整
して製造する必要があり、製造上種々の困難が伴い、そ
れによってコストが高くなり、製造歩留りが悪化するな
どの問題があった。However, as described above, the conventional light emitting device needs to be manufactured by precisely adjusting the semiconductor composition (doping element concentration) in order to obtain light emission of a desired wavelength (color). In addition, various difficulties are involved in the production, thereby increasing the cost and deteriorating the production yield.
【０００７】例えば、上述した青色発光ダイオードにあ
っては、発光層のＩｎXＧａ1-XＮ用いているが、一般に
Ｉｎを含む半導体膜の形成は非常に困難である。さらに
Ｉｎは膜中に取り込まれ難く、比較的高濃度のＩｎを含
むＩｎXＧａ1-XＮを作製するためには非常に多量のＩｎ
気相源を使用せねばならなかった。すなわち、この種の
発光ダイオードはＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）
法を用いて各層を積層形成するが、ＩｎXＧａ1-XＮ層を
形成する場合、Ｉｎ気相源、例えばトリメチルインジウ
ムが多量に必要となる。同時に、高い窒素分圧が要求さ
れるため、窒素原料であるアンモニアも大量に必要とな
る。また、インジウム濃度は成長速度に影響され易く、
基板、特に８インチ以上の大面積基板面に均一にＩｎX
Ｇａ1-XＮを成長させるのは困難である。For example, in the above-mentioned blue light emitting diode, although the light emitting layer is made of In x Ga 1 -xN, it is generally very difficult to form a semiconductor film containing In. Further, In is hard to be taken into the film, and a very large amount of In is necessary for producing In x Ga 1 -xN containing a relatively high concentration of In.
A gas phase source had to be used. That is, this kind of light emitting diode is MOCVD (metal organic chemical vapor deposition)
Each layer is formed by using a method. When an In x Ga 1 -xN layer is formed, a large amount of an In gaseous phase source, for example, trimethylindium is required. At the same time, since a high nitrogen partial pressure is required, a large amount of ammonia as a nitrogen raw material is also required. Also, the indium concentration is easily affected by the growth rate,
Substrate, uniformly In X in particular large-area substrate surface above 8 inches
It is difficult to grow Ga1 - xN.
【０００８】また、従来の発光素子は、カラー表示を行
うために必要な赤、緑、青の各色の発光素子を、それぞ
れ異なる半導体を用いて形成しているので、それぞれの
発光素子の出力や輝度が異なり、それらを並べてフルカ
ラー表示をする場合に各色のバランスが悪くなる問題が
あった。Further, in the conventional light emitting element, the red, green, and blue light emitting elements required for performing color display are formed using different semiconductors. Luminance is different, and there is a problem that the balance of each color is deteriorated when displaying them in full color.
【０００９】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、製造が容易であり、半導体発光素子自体の構造や半
導体組成を変更することなく種々の波長の可視光を出射
可能であり、かつ紫外波長域の光を発する半導体発光素
子を用いて可視光を出射可能な発光素子の提供を課題と
している。The present invention has been made in view of the above circumstances, is easy to manufacture, can emit visible light of various wavelengths without changing the structure of the semiconductor light emitting element itself and the semiconductor composition, and can emit ultraviolet light. An object is to provide a light-emitting element that can emit visible light using a semiconductor light-emitting element that emits light in a wavelength range.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
発明は、透明な基板上に、該基板に紫外光を入射する半
導体発光素子が形成され、該基板の半導体発光素子と反
対側の出射面に、該半導体発光素子から発せられた紫外
光を可視光に変換する蛍光物質を配してなる発光素子で
ある。請求項２に係る発明は、前記基板の出射面に、透
明な外装体が設けられ、前記蛍光物質が、基板の出射面
と、該出射面と該外装体との間と、該外装体の表面とか
ら選択される少なくとも１つの部位に設けられたことを
特徴とする請求項１記載の発光素子である。請求項３に
係る発明は、前記蛍光物質が、前記基板の出射面と、該
出射面と前記外装体との間と、該外装体の表面とから選
択される少なくとも１つの部位に、蛍光体微粉末が塗布
されたものであることを特徴とする請求項２記載の発光
素子である。請求項４に係る発明は、前記蛍光物質が、
前記基板の出射面と、該出射面と前記外装体との間と、
該外装体の表面とから選択される少なくとも１つの部位
に印刷された蛍光物質層であることを特徴とする請求項
２記載の発光素子である。請求項５に係る発明は、前記
蛍光物質が、前記基板の出射面と、該出射面と前記外装
体との間と、該外装体の表面とから選択される少なくと
も１つの部位に、化学気相成長法、スパッタリング法お
よび真空蒸着法のいずれかによって形成された蛍光物質
薄膜であることを特徴とする請求項２記載の発光素子で
ある。請求項６に係る発明は、前記基板に、前記半導体
発光素子から発せられた紫外光によって、異なる色の発
光部分が生じるように複数種の蛍光物質を配したことを
特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の発光素
子である。請求項７に係る発明は、同一基板に、前記半
導体発光素子と該半導体発光素子から発せられた紫外光
によって赤、緑及び青のいずれかの色を発光する基板部
分とからなる発光ユニットを多数形成してなることを特
徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の発光素子
である。請求項８に係る発明は、前記半導体発光素子
が、紫外光を発するＥＬ素子、発光ダイオード及び半導
体レーザからなる群より選択される１種であることを特
徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の発光素子
である。請求項９に係る発明は、前記半導体発光素子
が、ＺｎＳ、ＧａＮ、ＡｌXＧａ1 -XＮ（ただし、Ｘ≦
０．４）、ダイヤモンド、ＰＴＦＥからなる群より選択
される１種からなる発光層を備えた発光ダイオードであ
ることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載
の発光素子である。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device having a transparent substrate and a semiconductor light emitting element for emitting ultraviolet light to the substrate, the semiconductor light emitting element being opposite to the semiconductor light emitting element on the substrate. Is a light-emitting element in which a fluorescent substance that converts ultraviolet light emitted from the semiconductor light-emitting element into visible light is disposed on an emission surface of the semiconductor light-emitting element. The invention according to claim 2 is characterized in that a transparent exterior body is provided on the emission surface of the substrate, and the fluorescent substance is provided on the emission surface of the substrate, between the emission surface and the exterior body, and of the exterior body. 2. The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device is provided at at least one site selected from a surface and a surface. The invention according to claim 3, wherein the phosphor is provided on at least one site selected from an emission surface of the substrate, a portion between the emission surface and the exterior body, and a surface of the exterior body. The light emitting device according to claim 2, wherein the fine powder is applied. The invention according to claim 4 is characterized in that the fluorescent substance is:
Outgoing surface of the substrate, between the outgoing surface and the exterior body,
3. The light emitting device according to claim 2, wherein the phosphor material layer is printed on at least one site selected from the surface of the exterior body. The invention according to claim 5 is characterized in that the fluorescent substance is provided on at least one site selected from an emission surface of the substrate, a portion between the emission surface and the exterior body, and a surface of the exterior body. 3. The light emitting device according to claim 2, wherein the light emitting device is a phosphor thin film formed by any one of a phase growth method, a sputtering method, and a vacuum deposition method. The invention according to claim 6 is characterized in that a plurality of types of fluorescent substances are arranged on the substrate so that light emitting portions of different colors are generated by ultraviolet light emitted from the semiconductor light emitting element. 6. The light-emitting device according to any one of items 5 to 5. The invention according to claim 7 is that, on the same substrate, a large number of light-emitting units each including the semiconductor light-emitting element and a substrate part that emits any one of red, green, and blue by ultraviolet light emitted from the semiconductor light-emitting element. The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device is formed. The invention according to claim 8 is characterized in that the semiconductor light-emitting element is one selected from the group consisting of an EL element that emits ultraviolet light, a light-emitting diode, and a semiconductor laser. 2. A light emitting device according to claim 1. Invention, the semiconductor light emitting element, ZnS, GaN, Al X Ga 1 -X N ( provided that, X ≦ according to claim 9
The light-emitting device according to any one of claims 1 to 7, wherein the light-emitting device includes a light-emitting diode including one type selected from the group consisting of diamond and PTFE.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】図１は本発明による発光素子の概
略構成を示すものであり、この発光素子１は透明な基板
２上に、該基板２に紫外光Ａを入射する半導体発光素子
３が形成され、該基板２の半導体発光素子３と反対側の
出射面に、該半導体発光素子３から発せられた紫外光Ａ
を可視光Ｂに変換する蛍光物質４を配した構成になって
いる。FIG. 1 shows a schematic structure of a light emitting device according to the present invention. This light emitting device 1 is a semiconductor light emitting device 3 on a transparent substrate 2 on which ultraviolet light A is incident. Is formed, and an ultraviolet light A emitted from the semiconductor light emitting element 3 is provided on an emission surface of the substrate 2 opposite to the semiconductor light emitting element 3.
Is converted to visible light B.
【００１２】基板２の材料は、紫外光および可視光に透
明な硬質材料、例えば単結晶アルミナ（サファイア）、
マグネシア、スピネル、安定化ジルコニア、イットリウ
ム-アルミニウム-ガーネット（ＹＡＧ）やガドリニウム
-ガリウム-ガーネットなどのガーネット、トパーズ、ベ
リル、フッ化マグネシウムなどのフッ化物単結晶、チタ
ン酸バリウムなどのチタン酸化合物単結晶、石英ガラ
ス、ガラスなどの透明セラミック及びガラス類、アクリ
ル樹脂やポリカーボネートなどの透明プラスチックが使
用可能であり、その中でも半導体発光素子３との接合性
に優れ、耐熱性にも優れた単結晶アルミナ（サファイ
ア）、マグネシア、スピネル、ガーネット、ベリル、ジ
ルコニア、ガラスが特に好適に用いられる。The material of the substrate 2 is a hard material transparent to ultraviolet light and visible light, for example, single crystal alumina (sapphire),
Magnesia, spinel, stabilized zirconia, yttrium-aluminum-garnet (YAG) and gadolinium
-Garnets such as gallium-garnet, single crystals of fluoride such as topaz, beryl and magnesium fluoride, single crystals of titanate compounds such as barium titanate, transparent ceramics and glasses such as quartz glass and glass, acrylic resins and polycarbonates Of transparent crystal, among which single crystal alumina (sapphire), magnesia, spinel, garnet, beryl, zirconia, and glass, which are excellent in bonding property with the semiconductor light emitting element 3 and excellent in heat resistance, are particularly preferable. Used.
【００１３】前記半導体発光素子３としては、ＥＬ素
子、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）、半導体レ
ーザ（ＬＤ）のいずれかを用いることができ、紫外光
（波長２７５〜４１０ｎｍ）を発する発光素子が使用さ
れる。このような紫外光を発する半導体発光素子として
は、例えばＺｎＳ半導体を発光層としたＥＬ素子（波長
３２６ｎｍ発光）、ＧａＮを発光層としたＬＥＤ（波長
３６５ｎｍ発光）、ＡｌXＧａ1-XＮ（ただし、Ｘ≦０．
４）を発光層としたＬＥＤ（波長２７５〜３６５ｎｍ発
光）、半導体特性を持つダイヤモンドを発光層としたＬ
ＥＤ（波長４１０ｎｍ発光）、ポリ四フッ化エチレン
（ＰＴＦＥ）層を発光素子としたＥＬ素子（波長３４０
ｎｍ発光）が挙げられる。As the semiconductor light emitting element 3, any one of an EL element, a light emitting diode (hereinafter, referred to as an LED), and a semiconductor laser (LD) can be used, and a light emitting element that emits ultraviolet light (wavelength: 275 to 410 nm) is used. used. Examples of such a semiconductor light emitting device that emits ultraviolet light include an EL device using a ZnS semiconductor as a light emitting layer (emission at a wavelength of 326 nm), an LED using GaN as a light emission layer (emission at a wavelength of 365 nm), and Al X Ga 1 -XN ( However, X ≦ 0.
4) LED having a light emitting layer (emission of wavelength 275-365 nm), L having a semiconductor characteristic diamond as a light emitting layer
ED (emission of wavelength 410 nm), EL element using polytetrafluoroethylene (PTFE) layer as light-emitting element (wavelength 340)
nm emission).
【００１４】前記蛍光物質４としては、半導体発光素子
３から発せられた紫外光Ａを可視光Ｂに変換する蛍光物
質が使用され、発光素子１の使用目的に応じて、白色、
赤色、緑色、青色、黄色、燈色などの各色を発する蛍光
物質を選択して使用する。紫外光、特に波長２００〜４
８０ｎｍ程度の長波長紫外光によって励起され、強い蛍
光（可視光）を発する蛍光物質を例示すれば、Ｃｕ添加
ＺｎＳ（赤色）、ＣｕとＡｌ添加ＺｎＳ（緑色）、Ａｇ
添加（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ（橙色）、Ｃｕ添加（Ｚｎ，Ｃ
ｄ）Ｓ（黄色）、ＣｕとＭｎ添加ＺｎＳ（橙色）、Ｍｎ
添加ＺｎＳ（橙色）、Ｐｂ添加ＺｎＳ、Ａｓ添加ＺｎＳ
（白色）、Ａｕ,Ａｇ,Ａｌ添加ＺｎＳ（白色）、Ｓｍと
Ｃｅ添加ＳｒＳ（青色）、ＳｍとＣｅ添加Ｓｒ（Ｓ，Ｓ
ｅ）（緑色）、Ｅｕ2+添加（Ｓｒ，Ｃａ）10（ＰＯ4）6
Ｃｌ2（青色）、Ｅｕ2+添加ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27（青
色）、Ｅｕ3+Ｙ2Ｏ3（赤色）、Ｃｅ3+Ｔｂ3+添加ＬａＰ
Ｏ4（緑色）、Ｃｅ3+Ｔｂ3+添加ＭｇＡｌ11Ｏ19（緑
色）、Ｃｅ3+Ｔｂ3+添加ＣｄＭｇＢ5Ｏ10（緑色）など
である。これら蛍光物質材料は、単独で使用しても良い
し、２種類以上を混合して用いても良い。As the fluorescent substance 4, a fluorescent substance that converts ultraviolet light A emitted from the semiconductor light emitting element 3 into visible light B is used.
A fluorescent substance that emits each color such as red, green, blue, yellow, and light is selected and used. UV light, especially wavelength 200 to 4
Examples of fluorescent substances that emit strong fluorescence (visible light) when excited by long-wavelength ultraviolet light of about 80 nm include Cu-added ZnS (red), Cu and Al-added ZnS (green), and Ag.
Addition (Zn, Cd) S (orange), Cu addition (Zn, Cd)
d) S (yellow), Cu and Mn added ZnS (orange), Mn
ZnS (orange), ZnS with Pb, ZnS with As
(White), Au, Ag, Al-added ZnS (white), Sm and Ce-added SrS (blue), Sm and Ce-added Sr (S, S
e) (green), Eu 2+ added (Sr, Ca) 10 (PO 4 ) 6
Cl 2 (blue), Eu 2+ added BaMg 2 Al 16 O 27 (blue), Eu 3+ Y 2 O 3 (red), Ce 3+ Tb 3+ added LaP
O 4 (green), Ce 3+ Tb 3+ added MgAl 11 O 19 (green), Ce 3+ Tb 3+ added CdMgB 5 O 10 (green). These fluorescent materials may be used alone or as a mixture of two or more.
【００１５】この蛍光物質４は、基板２の出射面に直接
形成して良い。更に、この出射面に透明な外装体を設
け、前記蛍光物質が、基板２の出射面と、該出射面と該
外装体との間と、該外装体の表面とから選択される少な
くとも１つの部位に設けても良い。この外装体として
は、可視光Ｂの透過率が高い透明硬質材料、例えばガラ
ス、透明硬質プラスチック材などが用いられる。蛍光物
質４は、前記基板２の出射面と、該出射面と前記外装体
との間と、該外装体の表面とから選択される少なくとも
１つの部位に、塗布された蛍光体微粉末として、または
該部位に印刷された蛍光物質層として、或いは該部位に
化学気相成長法、スパッタリング法および真空蒸着法の
いずれかによって形成された蛍光物質薄膜として形成し
て良い。The fluorescent substance 4 may be formed directly on the emission surface of the substrate 2. Further, a transparent exterior body is provided on the emission surface, and the fluorescent substance is at least one selected from an emission surface of the substrate 2, between the emission surface and the exterior body, and a surface of the exterior body. It may be provided at a site. As the exterior body, a transparent hard material having a high transmittance of visible light B, for example, glass, a transparent hard plastic material, or the like is used. The phosphor 4 is a phosphor fine powder applied to at least one site selected from the emission surface of the substrate 2, between the emission surface and the exterior body, and at least one surface of the exterior body, Alternatively, it may be formed as a fluorescent material layer printed on the site, or as a fluorescent material thin film formed on the site by any one of a chemical vapor deposition method, a sputtering method, and a vacuum evaporation method.
【００１６】この発光素子１は、半導体発光素子３に電
流を流して発光させ、紫外光Ａが基板２の出射面から出
射されて蛍光物質４に当たって可視光Ｂに波長変換され
て蛍光物質４から出射される。この発光素子１は、面状
発光素子として、或いはランプ形状として、照明器具、
表示装置、画像ディスプレイ、信号機などの小型、長寿
命の光源として使用することができる。In the light emitting device 1, the semiconductor light emitting device 3 is caused to emit a current by causing a current to flow, and the ultraviolet light A is emitted from the emission surface of the substrate 2, impinges on the fluorescent material 4, is wavelength-converted into visible light B, and is converted from the fluorescent material 4. Is emitted. The light-emitting element 1 may be a planar light-emitting element or a lamp shape,
It can be used as a small, long-life light source for display devices, image displays, traffic lights, and the like.
【００１７】この発光素子１は、透明な基板２上に、該
基板２に紫外光Ａを入射する半導体発光素子３が形成さ
れ、該基板の出射面に蛍光物質４を配した構成とし、半
導体発光素子３に電流を流して発光させ、紫外光Ａが基
板２の出射面から出射されて蛍光物質４に当たって可視
光Ｂに波長変換されて蛍光物質４から出射されるものな
ので、薄い硬質の基板２と一体構造であるので、小型化
でき、衝撃に強く、寿命が長く、低動作電圧で駆動させ
ることができる。また半導体発光素子３が可視光ではな
く、従来は実用に供し得なかった紫外光を発するものも
使用可能となり、所望の波長の光を得るために発光層の
ドープ元素量を極めて精密に調整して発光素子を製造す
る必要が無くなり、製造が容易な半導体発光素子３を用
いることによって、発光素子１の製造コストの削減と歩
留りの向上を図ることができる。また、この発光素子１
では、同じ構造の半導体発光素子３を用い、基板２の蛍
光物質４を代えることで赤、緑、青、白色などの可視光
Ｂを発する発光素子１を得ることができ、赤、緑、青、
白色の各色の発光素子を同じ製造プロセスによって容易
に製造できるとともに、赤、緑、青の各色の発光素子の
発光出力や輝度の調整が容易にでき、これら各色の発光
素子を多数配置してカラー表示を行う場合に、各色のバ
ランスが良好な高品質の画像を表示可能な表示装置を得
ることができる。The light-emitting device 1 has a structure in which a semiconductor light-emitting device 3 is formed on a transparent substrate 2 so that ultraviolet light A is incident on the substrate 2, and a fluorescent substance 4 is arranged on an emission surface of the substrate. Since a current is passed through the light emitting element 3 to emit light, the ultraviolet light A is emitted from the emission surface of the substrate 2, impinges on the fluorescent substance 4, is wavelength-converted into visible light B, and is emitted from the fluorescent substance 4. Since it is an integral structure with the device 2, it can be downsized, resistant to impact, has a long life, and can be driven at a low operating voltage. In addition, the semiconductor light emitting element 3 emits ultraviolet light, which was not practically usable in the past, instead of visible light. Thus, it is possible to use a semiconductor light emitting element. By using the semiconductor light-emitting element 3 which is easy to manufacture, the manufacturing cost of the light-emitting element 1 can be reduced and the yield can be improved. In addition, this light emitting element 1
By using the semiconductor light emitting element 3 having the same structure and replacing the fluorescent substance 4 on the substrate 2, the light emitting element 1 that emits visible light B such as red, green, blue, and white can be obtained. ,
Light emitting elements of each color of white can be easily manufactured by the same manufacturing process, and light emission output and luminance of light emitting elements of each color of red, green and blue can be easily adjusted. When performing display, it is possible to obtain a display device capable of displaying a high-quality image with a good balance of each color.
【００１８】また、前記基板２の出射面に透明な外装体
を設け、基板の出射面と、該出射面と該外装体との間
と、該外装体の表面とから選択される少なくとも１つの
部位に蛍光物質４を設けた構成とすれば、蛍光物質４が
直接露出せず、蛍光物質４が剥離することがない。この
蛍光物質４は、蛍光体微粉末を塗布したもので良く、蛍
光灯の製造において使用されるような既存の装置を用い
て形成可能である。またこの蛍光物質４は、印刷、例え
ば蛍光物質４を含む印刷塗料をスクリーン印刷、オフセ
ット印刷などで所望のパターンに印刷した蛍光物質層と
して良い。この種の蛍光物質層は大量生産が可能であ
り、カラー表示用のパターン形成も容易である。またこ
の蛍光物質４は、化学気相成長法、スパッタリング法お
よび真空蒸着法のいずれかによって形成された蛍光物質
薄膜として良い。この蛍光物質薄膜は、緻密かつ可視光
の透過率が良好な薄さに形成できる。また、マスクを用
いてパターン形成も容易であり、寸法精度の良いパター
ンを形成できる。Further, a transparent exterior body is provided on the emission surface of the substrate 2, and at least one selected from an emission surface of the substrate, a portion between the emission surface and the exterior body, and a surface of the exterior body. If the fluorescent material 4 is provided at the site, the fluorescent material 4 is not directly exposed and the fluorescent material 4 does not peel off. The fluorescent substance 4 may be a substance coated with a phosphor fine powder, and can be formed by using an existing apparatus used in the manufacture of a fluorescent lamp. The fluorescent substance 4 may be a fluorescent substance layer formed by printing, for example, a printing paint containing the fluorescent substance 4 in a desired pattern by screen printing, offset printing, or the like. This kind of fluorescent material layer can be mass-produced and a pattern for color display can be easily formed. The fluorescent substance 4 may be a fluorescent substance thin film formed by any one of a chemical vapor deposition method, a sputtering method, and a vacuum deposition method. This fluorescent substance thin film can be formed to be dense and thin with good visible light transmittance. Further, a pattern can be easily formed using a mask, and a pattern with good dimensional accuracy can be formed.
【００１９】この発光素子１において、基板２に、半導
体発光素子３から発せられた紫外光Ａによって、異なる
色の発光部分が生じるように複数種の蛍光物質を配した
構成とすることによって、一体的で薄い面状発光素子、
例えば標識用ＥＬ素子を作製することができる。さら
に、同じ基板２に、半導体発光素子３と、紫外光によっ
て赤、緑及び青のいずれかの色を発光する基板部分とか
らなる発光ユニットを多数形成した構成とすれば、一体
的で薄いカラー表示用面状発光素子、例えばテレビやパ
ソコンのカラーディスプレイ用表示装置を作製すること
ができる。In the light-emitting device 1, a plurality of types of fluorescent substances are arranged on the substrate 2 so that light-emitting portions of different colors are generated by the ultraviolet light A emitted from the semiconductor light-emitting device 3. And thin planar light emitting devices,
For example, a labeling EL element can be manufactured. Furthermore, if a plurality of light emitting units each including the semiconductor light emitting element 3 and a substrate portion that emits any one of red, green and blue by ultraviolet light are formed on the same substrate 2, an integrated and thin color A planar light emitting device for display, for example, a display device for a color display of a television or a personal computer can be manufactured.
【００２０】この発光素子１において、半導体発光素子
３が、紫外光を発するＥＬ素子、発光ダイオード及び半
導体レーザからなる群より選択される１種としたことに
よって、従来は可視光が得られずに実用化が進まなかっ
た紫外光発光素子の実用化を図ることが可能となる。ま
たこの半導体発光素子３を、ＺｎＳ、ＧａＮ、ＡｌXＧ
ａ1-XＮ（ただし、Ｘ≦０．４）、ダイヤモンド、ＰＴ
ＦＥなどの紫外光を発光可能な発光層を備えたＬＥＤを
使用することによって、所望の波長の光を得るために発
光層のドープ元素量を極めて精密に調整して発光素子を
製造する必要が無くなり、製造が容易となり、低コスト
のＬＥＤを提供することができる。In this light-emitting element 1, the semiconductor light-emitting element 3 is selected from the group consisting of an EL element emitting ultraviolet light, a light-emitting diode, and a semiconductor laser. It is possible to commercialize an ultraviolet light emitting element that has not been put into practical use. Further, this semiconductor light emitting device 3 is made of ZnS, GaN, Al X G
a 1-X N (where X ≦ 0.4), diamond, PT
By using an LED having a light-emitting layer capable of emitting ultraviolet light such as FE, it is necessary to manufacture a light-emitting element by adjusting the amount of doping elements in the light-emitting layer very precisely in order to obtain light of a desired wavelength. This makes it possible to provide a low-cost LED which is easy to manufacture.
【００２１】以下、本発明の発光素子１をより具体的に
説明する。図２は本発明の発光素子の第１の実施形態を
示すものであり、この発光素子１０は基板１１上にＥＬ
素子部１２を設け、基板１１の出射面側に蛍光物質層１
８とその外面側に外装体１９とを設けた構成になってい
る。ＥＬ素子部１２は、基板１１上に、透明電極層１
３、第１の絶縁層１４、半導体層１５、第２の絶縁層１
６及び金属電極層１７を順に積層形成した構成になって
いる。Hereinafter, the light emitting device 1 of the present invention will be described more specifically. FIG. 2 shows a first embodiment of a light emitting device according to the present invention.
An element section 12 is provided, and the fluorescent substance layer 1 is provided on the emission surface side of the substrate 11.
8 and an exterior body 19 provided on the outer surface thereof. The EL element section 12 is provided on the substrate 11 with the transparent electrode layer 1.
3, first insulating layer 14, semiconductor layer 15, second insulating layer 1
6 and the metal electrode layer 17 are sequentially laminated.
【００２２】外装体１９は、ガラス或いは透明硬質プラ
スチックからなっている。蛍光物質層１８は、ＥＬ素子
部１２から発せられる紫外光Ａによって白、赤、青、
黄、緑などの各色の可視光Ｂが得られる蛍光物質材料
を、単独で或いは２種以上混合したものが用いられる。
この蛍光物質層１８は、基板１１の出射面または外装体
１９の表面に薄く均一に積層した状態で形成され、その
厚さは０．１〜１μｍ程度とするのが望ましい。また基
板１１は石英ガラスなどの紫外光の透過率の高い各種の
透明硬質基板が使用可能である。透明電極層１３は、Ｉ
ＴＯ（インジウム-スズ酸化物）など周知の透明電極材
料を用いて形成して良い。第１、第２の絶縁層14,16
は、高絶縁破壊強度と高透電率を有する透明な材料、例
えばＹ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、Ｔａ2Ｏ5などが用いられ、これ
らを単独で或いは複数種組み合わせて使用して良い。ま
た、金属電極層１７の材料は特に限定されず、例えばＡ
ｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉなどが使用される。ＥＬ素
子部１２の発光層となる半導体層１５の材料はＺｎＳを
使用して良い。ＺｎＳ半導体からなる半導体層１５は、
中心波長３３５ｎｍ程度の紫外光Ａを発する。The exterior body 19 is made of glass or transparent hard plastic. The fluorescent material layer 18 is white, red, blue, and blue by the ultraviolet light A emitted from the EL element unit 12.
A single fluorescent material or a mixture of two or more fluorescent materials that can produce visible light B of each color such as yellow and green is used.
The fluorescent material layer 18 is formed in a state of being thinly and uniformly laminated on the emission surface of the substrate 11 or the surface of the exterior body 19, and its thickness is desirably about 0.1 to 1 μm. Further, as the substrate 11, various transparent hard substrates having high transmittance of ultraviolet light such as quartz glass can be used. The transparent electrode layer 13
It may be formed using a well-known transparent electrode material such as TO (indium-tin oxide). First and second insulating layers 14 and 16
Is made of a transparent material having a high dielectric breakdown strength and a high electric conductivity, for example, Y 2 O 3 , Si 3 N 4 , Ta 2 O 5, etc. These may be used alone or in combination of plural kinds. . The material of the metal electrode layer 17 is not particularly limited.
u, Ag, Cu, Al, Ni and the like are used. ZnS may be used as the material of the semiconductor layer 15 that is to be the light emitting layer of the EL element section 12. The semiconductor layer 15 made of a ZnS semiconductor is
It emits ultraviolet light A having a center wavelength of about 335 nm.
【００２３】この発光素子１０は、透明電極層１３と、
最上層の金属電極層１７との間に電流（ＡＣ又はＤＣ）
を流すことによって、半導体層１５から波長３３５ｎｍ
程度の紫外光Ａが発せられ、この紫外光Ａが基板１１を
透過し、蛍光物質層１８に当り、可視光Ｂが発せられ
る、可視光Ｂは透明な外装体１９を透過して出射する。The light emitting device 10 includes a transparent electrode layer 13,
Current (AC or DC) between the uppermost metal electrode layer 17
Flowing from the semiconductor layer 15 to a wavelength of 335 nm
A certain amount of ultraviolet light A is emitted, and this ultraviolet light A passes through the substrate 11 and hits the fluorescent material layer 18 to emit visible light B. The visible light B passes through the transparent outer package 19 and exits.
【００２４】この発光素子１０は、種々の色の可視光を
出射する小型（薄型）で長寿命の面発光光源素子として
照明や各種表示装置に使用可能である。さらに、同じ基
板１１に異なる蛍光物質からなる表示パターンを形成す
ることによって、各種案内表示や標識として使用可能で
ある。さらに、基板１１に、ＥＬ素子部１２と赤、緑及
び青のいずれかの色を発光する蛍光物質層とからなる発
光ユニットを多数形成することによって、カラー表示用
ディスプレイを構成することも可能である。The light emitting device 10 can be used as a small (thin), long-life surface emitting light source device that emits visible light of various colors for illumination and various display devices. Further, by forming a display pattern made of different fluorescent substances on the same substrate 11, it can be used as various kinds of guidance displays and markers. Further, it is possible to form a color display by forming a large number of light-emitting units on the substrate 11 each including the EL element portion 12 and a fluorescent material layer that emits any one of red, green, and blue. is there.
【００２５】図３は本発明の発光素子の第２の実施形態
を示すものであり、この発光素子２０は、基板２１と、
該基板２１上に形成されたＬＥＤ部２２と、基板２１の
出射面側に設けられた蛍光物質層３１及び外装体３２と
からなっている。ＬＥＤ部２２は、例えば、基板２１上
に、ＧａＮまたはＡｌＮからなるバッファ層２３、ｎ型
ＧａＮ層２４、ｎ型ＡｌＧａＮ層２５、ｐ型ＧａＮ層
（発光層）２６、ｐ型ＡｌＧａＮ層２７、ｐ型ＧａＮ層
２８、ｐ金属電極２９を順に積層形成し、かつｎ型Ｇａ
Ｎ層２４の一部を露出させてその上にｎ金属電極２９を
形成した、いわゆるダブルヘテロ構造になっている。な
お、ＬＥＤ部２２の構造はこれに限定されることなく、
発光層となるｐ型ＧａＮ層２４に代えて、ｐ型ＡｌXＧ
ａ1-XＮ（ただし、Ｘ≦０．４）やＩｎ低濃度のＩｎＧ
ａＮを用いたダブルヘテロ構造やダイヤモンドを発光層
として用いた構造としても良い。このダブルヘテロ構造
のＬＥＤ部２２はＭＯＣＶＤ法を用いて作製して良い。FIG. 3 shows a second embodiment of the light emitting device of the present invention.
It comprises an LED section 22 formed on the substrate 21, a fluorescent substance layer 31 provided on the emission surface side of the substrate 21, and a package 32. The LED section 22 includes, for example, a buffer layer 23 made of GaN or AlN, an n-type GaN layer 24, an n-type AlGaN layer 25, a p-type GaN layer (light-emitting layer) 26, a p-type AlGaN layer 27, -Type GaN layer 28 and p-metal electrode 29 are sequentially laminated, and n-type Ga
It has a so-called double hetero structure in which a part of the N layer 24 is exposed and an n-metal electrode 29 is formed thereon. The structure of the LED unit 22 is not limited to this,
Instead of the p-type GaN layer 24 serving as a light emitting layer, a p-type Al X G
a 1-X N (where X ≦ 0.4) or low concentration of InG
A double heterostructure using aN or a structure using diamond as a light emitting layer may be used. The LED section 22 having the double hetero structure may be manufactured by using the MOCVD method.
【００２６】基板２１は、透明硬質基板、殊にサファイ
ア基板、ベリル基板、ガーネット基板などの単結晶基板
が好適に用いられる。この種の基板２１を用いることに
よって、ＧａＮを発光層としたＬＥＤ（波長３６５ｎｍ
発光）、ＡｌXＧａ1-XＮ（ただし、Ｘ≦０．４）を発光
層としたＬＥＤ（波長２７５〜３６５ｎｍ発光）の形成
が容易になる。外装体３２は、ガラス或いは透明硬質プ
ラスチックからなっている。蛍光物質層３１は、ＬＥＤ
部２２から発せられる紫外光Ａによって白、赤、青、
黄、緑などの各色の可視光Ｂが得られる蛍光物質材料
を、単独で或いは２種以上混合したものが用いられる。
この蛍光物質層３１は、基板２１の出射面または外装体
３２の表面に薄く均一に積層した状態で形成され、その
厚さは０．１〜１μｍ程度とするのが望ましい。As the substrate 21, a transparent hard substrate, in particular, a single crystal substrate such as a sapphire substrate, a beryl substrate, or a garnet substrate is suitably used. By using this type of substrate 21, an LED (wavelength 365 nm) using GaN as a light emitting layer
(Emission), and the formation of an LED (emission at a wavelength of 275 to 365 nm) using Al X Ga 1 -XN (X ≦ 0.4) as a light emitting layer is facilitated. The exterior body 32 is made of glass or transparent hard plastic. The fluorescent material layer 31 is an LED
The white, red, blue,
A single fluorescent material or a mixture of two or more fluorescent materials that can produce visible light B of each color such as yellow and green is used.
The fluorescent material layer 31 is formed in a state of being thinly and uniformly laminated on the emission surface of the substrate 21 or the surface of the package 32, and its thickness is desirably about 0.1 to 1 μm.
【００２７】この発光素子２０は、ｐ金属電極２９とｎ
金属電極３０との間に電流を流すことでＬＥＤ部２２か
ら紫外光Ｂが発せられ、この紫外光Ｂは基板２１を透過
して蛍光物質層３１に当り、可視光Ｂが発せられ、この
可視光Ｂは、透明な外装体３２を透過して出射される。
この発光素子２０は、基板２１の可視光出射面（ＬＥＤ
部２２の反対面）を上向きにしてランプなどに組み込ま
れ、従来のＬＥＤと同様の発光素子として使用可能であ
る。また、赤、緑および青の各色を組み合わせて配置
し、カラー表示用ディスプレーを構成しても良い。さら
に、同一基板に赤、緑および青の各色の発光部分を多数
形成し、カラー表示用ディスプレーを構成しても良い。This light emitting element 20 has a p metal electrode 29 and an n
Ultraviolet light B is emitted from the LED section 22 by passing a current between the metal electrode 30 and the ultraviolet light B. The ultraviolet light B passes through the substrate 21 and strikes the fluorescent material layer 31 to emit visible light B. The light B passes through the transparent exterior body 32 and is emitted.
The light emitting element 20 is provided on a visible light emitting surface (LED
It is incorporated in a lamp or the like with the side opposite to the part 22 facing upward, and can be used as a light emitting element similar to a conventional LED. Alternatively, a color display may be configured by arranging red, green, and blue in combination. Further, a large number of red, green and blue light emitting portions may be formed on the same substrate to constitute a color display.
【００２８】[0028]
【実施例】図３に示す構成のＬＥＤを試作した。 実施例１：青色用ＬＥＤ 基板として、厚さ０．３３ｍｍの透明なサファイア基板
を用い、この基板上に、ＡｌＮからなるバッファ層、ｎ
型ＧａＮ層、ｎ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ0.2Ｇａ0 .8Ｎ）、
ＧａＮ発光層、ｐ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ）、ｐ型ＧａＮ層を順にＭＯＣＶＤ法を用いて積
層形成し、かつｐ型ＧａＮ層上にｐ電極を、ｎ型ＧａＮ
層を露出させた部分にｎ電極をそれぞれ形成した。この
基板の出射面に、別途作製した青色用蛍光物質（Ｓｍと
Ｃｅ添加ＳｒＳ）を塗布した外装体を取付けて青色用Ｌ
ＥＤを作製した。この外装体は、厚さ０．３ｍｍのガラ
ス板の表面に、青色用蛍光物質（ＳｍとＣｅ添加Ｓｒ
Ｓ）の薄膜をスパッタ法により作製した。作製したＬＥ
Ｄのｐ，ｎ電極間に２０ｍＡの直流電流を流した（駆動
電圧２０Ｖ）。その結果、外装体外面より青色光（中心
波長４７０ｎｍ、発光輝度１３ｃｄ／ｍ2）の出射が認
められた。なお、基板の出射面に外装体を取付けること
なく、発光させた場合には、人間の目に感度の無い紫外
光（中心波長３６５ｎｍ）が発せられた。EXAMPLE An LED having the structure shown in FIG. 3 was prototyped. Example 1: A transparent sapphire substrate having a thickness of 0.33 mm was used as a blue LED substrate, and a buffer layer made of AlN was formed on this substrate.
-Type GaN layer, n-type AlGaN layer (Al 0.2 Ga 0 .8 N) ,
GaN light emitting layer, p-type AlGaN layer (Al 0.2 Ga
0.8N ), a p-type GaN layer is sequentially formed by MOCVD, and a p-electrode is formed on the p-type GaN layer by n-type GaN.
An n-electrode was formed in a portion where the layer was exposed. An exterior body coated with a separately prepared blue fluorescent substance (Sr and Ce-added SrS) was attached to the emission surface of this substrate, and a blue L
An ED was prepared. This exterior body is provided with a blue fluorescent substance (Sm and Ce-added Sr) on the surface of a glass plate having a thickness of 0.3 mm.
The thin film of S) was produced by a sputtering method. LE made
A DC current of 20 mA was passed between the p and n electrodes of D (drive voltage 20 V). As a result, emission of blue light (center wavelength: 470 nm, emission luminance: 13 cd / m 2 ) was recognized from the outer surface of the outer package. When light was emitted without attaching the exterior body to the emission surface of the substrate, ultraviolet light (center wavelength: 365 nm) having no sensitivity to human eyes was emitted.
【００２９】実施例２：緑色用ＬＥＤ 蛍光物質として、緑色用蛍光物質（ＴｂＯＦ添加Ｚｎ
Ｓ）を用いた以外は、前記青色用ＬＥＤと同じ構成の緑
色用ＬＥＤを作製した。作製した緑色用ＬＥＤに前記と
同様に直流電流を流した。その結果、基板の反対面より
緑色光（中心波長５００ｎｍ、発光輝度１２９ｃｄ／ｍ
2）の出射が認められた。Example 2 As a green LED fluorescent material, a green fluorescent material (TbOF-added Zn
A green LED having the same configuration as the blue LED was prepared except that S) was used. A direct current was applied to the produced green LED in the same manner as described above. As a result, green light (center wavelength 500 nm, emission luminance 129 cd / m2) was applied from the opposite surface of the substrate.
The emission of 2 ) was observed.
【００３０】実施例３：赤色用ＬＥＤ 蛍光物質として、赤色用蛍光物質（Ｅｕ添加ＣａＳ）を
用いた以外は、前記青色用ＬＥＤと同じ構成の赤色用Ｌ
ＥＤを作製した。作製した赤色用ＬＥＤに前記と同様に
直流電流を流した。その結果、基板の反対面より赤色光
（中心波長６５０ｎｍ、発光輝度５４ｃｄ／ｍ2）の出
射が認められた。Example 3 Red LED having the same structure as the blue LED except that a red fluorescent material (CaS with Eu added) was used as the red fluorescent material.
An ED was prepared. A direct current was applied to the produced red LED in the same manner as described above. As a result, emission of red light (center wavelength: 650 nm, emission luminance: 54 cd / m 2 ) was recognized from the opposite surface of the substrate.
【００３１】実施例４：白色用ＬＥＤ 蛍光物質として、白色用蛍光物質（Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ添
加ＺｎＳ）を用いた以外は、前記青色用ＬＥＤと同じ構
成の白色用ＬＥＤを作製した。作製した白色用ＬＥＤに
前記と同様に直流電流を流した。その結果、基板の反対
面より白色光の出射が認められた。Example 4 White LED A white LED having the same structure as the blue LED was prepared except that a white phosphor (Au, Ag, Al-added ZnS) was used as the phosphor. A direct current was applied to the produced white LED in the same manner as described above. As a result, white light was emitted from the opposite surface of the substrate.
【００３２】実施例５：ＡｌＧａＮからなる発光層を有
するＬＥＤ 基板として、厚さ０．３３ｍｍの透明なサファイア基板
を用い、この基板上に、ＡｌＮからなるバッファ層、ｎ
型ＧａＮ層、ｎ型ＡｌＧａＮ層（ＡｌX1Ｇａ1- XＮ）、
ＡｌＧａＮ発光層（ＡｌX2Ｇａ1-X2Ｎ）、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ層（ＡｌX1Ｇａ1-X1Ｎ）、ｐ型ＧａＮ層を順にＭＯＣ
ＶＤ法を用いて積層形成し、かつｐ型ＧａＮ層上にｐ電
極を、ｎ型ＧａＮ層を露出させた部分にｎ電極をそれぞ
れ形成した。ただし、０．７≧Ｘ１＞Ｘ２＞０とする。
作製したＬＥＤのｐ，ｎ電極間に２０ｍＡの直流電流を
流した（駆動電圧２０Ｖ）ところ、基板出射面より人間
の目には感度の無い紫外光（中心波長３６５ｎｍ）が発
せられた。基板出射面に、前記実施例１〜４で用いた蛍
光物質付き外装体を交互に取付けて、その発光状態を調
べた結果、実施例１〜４と同じく、青、緑、赤、白の各
色の出射が認められた。Example 5 A transparent sapphire substrate having a thickness of 0.33 mm was used as an LED substrate having a light emitting layer made of AlGaN, and a buffer layer made of AlN, n
-Type GaN layer, n-type AlGaN layer (Al X1 Ga 1- X N) ,
AlGaN light emitting layer (Al X2 Ga 1-X2 N), p-type AlGa
The N layer (Al X1 Ga 1 -X1 N) and the p-type GaN layer are sequentially MOC
A stacked structure was formed by using the VD method, and a p-electrode was formed on the p-type GaN layer, and an n-electrode was formed on a portion where the n-type GaN layer was exposed. However, it is assumed that 0.7 ≧ X1>X2> 0.
When a direct current of 20 mA was applied between the p and n electrodes of the fabricated LED (drive voltage: 20 V), ultraviolet light (center wavelength: 365 nm) insensitive to human eyes was emitted from the substrate emission surface. As a result of examining the light emitting state by alternately attaching the fluorescent substance-containing exterior bodies used in Examples 1 to 4 to the emission surface of the substrate and examining the light emitting state, each color of blue, green, red, and white was obtained as in Examples 1 to 4. Was observed.
【００３３】実施例６：ＩｎＧａＮからなる発光層を有
するＬＥＤ 基板として、厚さ０．３３ｍｍの透明なサファイア基板
を用い、この基板上に、ＡｌＮからなるバッファ層、ｎ
型ＧａＮ層、ｎ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎ）、ＩｎＧａＮ発光層（Ｉｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ）、
ｐ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ 0.15Ｇａ0.85Ｎ）、ｐ型ＧａＮ
層を順にＭＯＣＶＤ法を用いて積層形成し、かつｐ型Ｇ
ａＮ層上にｐ電極を、ｎ型ＧａＮ層を露出させた部分に
ｎ電極をそれぞれ形成した。作製したＬＥＤのｐ，ｎ電
極間に２０ｍＡの直流電流を流した（駆動電圧２０Ｖ）
ところ、基板出射面より紫色の光（中心波長３８０ｎ
ｍ）が発せられた。基板出射面に、前記実施例１〜４で
用いた蛍光物質付き外装体を交互に取付けて、その発光
状態を調べた結果、実施例１〜４と同じく、青、緑、
赤、白の各色の出射が認められた。Example 6: Having a light emitting layer made of InGaN
0.33mm thick transparent sapphire substrate
And a buffer layer made of AlN, n
-Type GaN layer, n-type AlGaN layer (Al0.15Ga
0.85N), InGaN light emitting layer (In)0.06Ga0.94N),
p-type AlGaN layer (Al 0.15Ga0.85N), p-type GaN
Layers are sequentially formed by MOCVD, and p-type G
p electrode on the aN layer, and on the exposed portion of the n-type GaN layer
Each of the n electrodes was formed. P, n current of LED manufactured
DC current of 20 mA was applied between the poles (drive voltage 20 V)
However, purple light (center wavelength 380 n
m) was issued. On the substrate emission surface, in Examples 1-4.
Attach the used phosphor-containing exteriors alternately to emit light
As a result of examining the state, blue, green,
Emission of each color of red and white was observed.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の発光素子
は、透明な基板上に、該基板に紫外光を入射する半導体
発光素子が形成され、該基板の出射面に蛍光物質を配し
た構成とし、半導体発光素子に電流を流して発光させ、
紫外光が基板の出射面から出射されて蛍光物質に当た
り、可視光に波長変換されて出射され、蛍光物質の種類
によって赤、緑、青、白などの各色の可視光を出射する
ものなので、薄い硬質の基板と一体構造とすることがで
き、小型（薄型）で、衝撃に強く、寿命が長く、低動作
電圧で駆動するなど優れた特性を備えており、照明器
具、表示装置、画像ディスプレイ、信号機などの新たな
光源として有効である。また半導体発光素子が、可視光
ではなく、従来は実用に供し得なかった紫外光を発する
ものも使用可能となり、所望の波長の光を得るために発
光層のドープ元素量を極めて精密に調整して発光素子を
製造する必要が無くなり、製造が容易な半導体発光素子
を用いることによって、発光素子の製造コストの削減と
歩留りの向上を図ることができる。また、この発光素子
では、同じ構造の半導体発光素子を用い、基板の蛍光物
質を代えることで赤、緑、青、白などの可視光を発する
発光素子を得ることができ、赤、緑、青、白の各色の発
光素子を同じ製造プロセスによって容易に製造できると
ともに、赤、緑、青の各色の発光素子の発光出力や輝度
の調整が容易にでき、これら各色の発光素子を多数配置
してカラー表示を行う場合に、各色のバランスが良好な
高品質の画像を表示可能な表示装置を得ることができ
る。As described above, according to the light emitting device of the present invention, a semiconductor light emitting device for making ultraviolet light incident on a transparent substrate is formed on a transparent substrate, and a fluorescent substance is arranged on an emission surface of the substrate. And a current is passed through the semiconductor light emitting element to emit light,
Ultraviolet light is emitted from the emission surface of the substrate, hits the fluorescent substance, is wavelength-converted into visible light and emitted, and emits visible light of each color such as red, green, blue, and white depending on the type of fluorescent substance. It can be integrated with a rigid substrate, is small (thin), resistant to impact, has a long life, and has excellent characteristics such as being driven at a low operating voltage. Lighting equipment, display devices, image displays, It is effective as a new light source such as a traffic light. In addition, a semiconductor light emitting element that emits ultraviolet light, which was not practically usable in the past, instead of visible light, can be used.In order to obtain light of a desired wavelength, the amount of doped elements in the light emitting layer is adjusted very precisely. By using a semiconductor light emitting element that is easy to manufacture, the manufacturing cost of the light emitting element can be reduced and the yield can be improved. In addition, in this light-emitting element, a light-emitting element that emits visible light such as red, green, blue, and white can be obtained by using a semiconductor light-emitting element having the same structure and replacing the fluorescent substance of the substrate with red, green, and blue light. In addition to being able to easily manufacture the light emitting elements of each color of white by the same manufacturing process, it is easy to adjust the light emission output and luminance of the light emitting elements of each color of red, green, and blue. When performing color display, it is possible to obtain a display device capable of displaying a high-quality image with a good balance of each color.
【００３５】また、基板の出射面に透明な外装体を設
け、基板の出射面と、該出射面と該外装体との間と、該
外装体の表面とから選択される少なくとも１つの部位に
蛍光物質を設けた構成とすれば、蛍光物質が直接露出せ
ず、蛍光物質が剥離することがないので、製造が容易と
なり歩留りを向上させることができるとともに、使用時
に蛍光物質が剥離することがなく、耐久性を向上させる
ことができる。蛍光物質を該部位に蛍光体微粉末を塗布
して形成した場合には、蛍光灯の製造において使用され
る既存の塗布装置等を用いて容易に形成することができ
る。また該部位に蛍光物質を含む蛍光物質層を印刷によ
って形成する場合には、大量生産が可能であり、カラー
表示用のパターン形成も容易にできる。また該部位に蛍
光物質を含む蛍光物質薄膜を、化学気相成長法、スパッ
タリング法および真空蒸着法のいずれかによって形成し
た場合には、緻密かつ可視光の透過率が良好な薄さに形
成できる。また、マスクを用いてパターン形成も容易で
あり、寸法精度の良いパターンを形成できる。Further, a transparent exterior body is provided on the emission surface of the substrate, and at least one portion selected from the emission surface of the substrate, the space between the emission surface and the exterior body, and the surface of the exterior body. If the fluorescent material is provided, the fluorescent material is not directly exposed and the fluorescent material does not peel off, so that the manufacturing can be facilitated and the yield can be improved, and the fluorescent material can be peeled off during use. And durability can be improved. When the fluorescent substance is formed by applying the phosphor fine powder to the portion, the fluorescent substance can be easily formed by using an existing coating apparatus used in the manufacture of a fluorescent lamp. In the case where a fluorescent material layer containing a fluorescent material is formed at the site by printing, mass production is possible and a pattern for color display can be easily formed. In addition, when a fluorescent substance thin film containing a fluorescent substance is formed at the site by any one of a chemical vapor deposition method, a sputtering method, and a vacuum evaporation method, it can be formed into a dense and thin film having good visible light transmittance. . Further, a pattern can be easily formed using a mask, and a pattern with good dimensional accuracy can be formed.
【００３６】また本発明において、基板に、半導体発光
素子から発せられた紫外光によって、異なる色の発光部
分が生じるように複数種の蛍光物質を配した構成とする
ことによって、一体的で薄い面状発光素子、例えば標識
用ＥＬ素子を作製することができる。さらに、同じ基板
に、半導体発光素子と、紫外光によって赤、緑及び青の
いずれかの色を発光する基板部分とからなる発光ユニッ
トを多数形成した構成とすれば、一体的で薄いカラー表
示用面状発光素子、例えばテレビやパソコンのカラーデ
ィスプレイ用表示装置を作製することができる。In the present invention, a plurality of types of fluorescent substances are arranged on the substrate so that light emitting portions of different colors are generated by ultraviolet light emitted from the semiconductor light emitting element. A light emitting element, for example, a labeling EL element can be manufactured. Further, if a plurality of light-emitting units each including a semiconductor light-emitting element and a substrate portion that emits any one of red, green, and blue by ultraviolet light are formed on the same substrate, an integrated and thin color display can be achieved. A planar light emitting element, for example, a display device for a color display of a television or a personal computer can be manufactured.
【００３７】また本発明において、半導体発光素子が、
紫外光を発するＥＬ素子、発光ダイオード及び半導体レ
ーザからなる群より選択される１種としたことによっ
て、従来は可視光が得られずに実用化が進まなかった紫
外光発光素子の実用化を図ることが可能となる。またこ
の半導体発光素子を、ＺｎＳ、ＧａＮ、ＡｌXＧａ1-XＮ
（ただし、Ｘ≦０．４）、ダイヤモンド、ＰＴＦＥなど
の紫外光を発光可能な発光層を備えたＬＥＤを使用する
ことによって、所望の波長の光を得るために発光層のド
ープ元素量を極めて精密に調整して発光素子を製造する
必要が無くなり、製造が容易となり、低コストのＬＥＤ
を提供することができる。In the present invention, the semiconductor light emitting device is
By using one type selected from the group consisting of an EL element that emits ultraviolet light, a light-emitting diode, and a semiconductor laser, the practical use of an ultraviolet light-emitting element, which has not been practically used because visible light has not been obtained in the past, has been achieved. It becomes possible. Further, this semiconductor light emitting device is made of ZnS, GaN, Al x Ga 1 -xN
(Where X ≦ 0.4), by using an LED having a light emitting layer capable of emitting ultraviolet light such as diamond or PTFE, the amount of the doped element in the light emitting layer can be extremely reduced in order to obtain light of a desired wavelength. Eliminates the need to manufacture light-emitting elements with precise adjustment, making it easier to manufacture and lower cost LEDs
Can be provided.
【図１】 本発明の発光素子の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a light emitting device of the present invention.
【図２】 本発明の発光素子の第１の実施形態を示す側
面図である。FIG. 2 is a side view showing a first embodiment of the light emitting device of the present invention.
【図３】 本発明の発光素子の第２の実施形態を示す側
面図である。FIG. 3 is a side view showing a second embodiment of the light emitting device of the present invention.
１，１０，２０……発光素子 ２，１１，２１……基板 ３……半導体発光素子 ４，１８，３１……蛍光物質 １２……ＥＬ素子部 １９，３２……外装体 ２２……ＬＥＤ部 Ａ……紫外光 Ｂ……可視光 1, 10, 20 ... light emitting element 2, 11, 21 ... substrate 3 ... semiconductor light emitting element 4, 18, 31 ... fluorescent material 12 ... EL element part 19, 32 ... exterior body 22 ... LED part A: Ultraviolet light B: Visible light
Claims (9)
する半導体発光素子が形成され、該基板の半導体発光素
子と反対側の出射面に、該半導体発光素子から発せられ
た紫外光を可視光に変換する蛍光物質を配してなる発光
素子。1. A semiconductor light-emitting element for making ultraviolet light incident on a transparent substrate is formed on a transparent substrate, and an ultraviolet light emitted from the semiconductor light-emitting element is formed on an emission surface of the substrate opposite to the semiconductor light-emitting element. A light emitting device comprising a fluorescent substance that converts light into visible light.
けられ、前記蛍光物質が、基板の出射面と、該出射面と
該外装体との間と、該外装体の表面とから選択される少
なくとも１つの部位に設けられたことを特徴とする請求
項１記載の発光素子。2. A transparent exterior body is provided on an emission surface of the substrate, and the fluorescent substance is formed on the emission surface of the substrate, between the emission surface and the exterior body, and from a surface of the exterior body. The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device is provided at at least one selected site.
該出射面と前記外装体との間と、該外装体の表面とから
選択される少なくとも１つの部位に、蛍光体微粉末が塗
布されたものであることを特徴とする請求項２記載の発
光素子。3. An emission surface of the substrate, wherein:
3. The light emitting device according to claim 2, wherein a phosphor fine powder is applied to at least one portion selected from between the emission surface and the exterior body and a surface of the exterior body. element.
該出射面と前記外装体との間と、該外装体の表面とから
選択される少なくとも１つの部位に印刷された蛍光物質
層であることを特徴とする請求項２記載の発光素子。4. The light-emitting device according to claim 1, wherein the fluorescent substance comprises: an emission surface of the substrate;
3. The light emitting device according to claim 2, wherein the light emitting element is a fluorescent material layer printed on at least one portion selected from between the light emitting surface and the package and a surface of the package.
該出射面と前記外装体との間と、該外装体の表面とから
選択される少なくとも１つの部位に、化学気相成長法、
スパッタリング法および真空蒸着法のいずれかによって
形成された蛍光物質薄膜であることを特徴とする請求項
２記載の発光素子。5. The light-emitting device according to claim 1, wherein the fluorescent material includes: an emission surface of the substrate;
Chemical vapor deposition, at least one portion selected from between the emission surface and the package and the surface of the package;
3. The light emitting device according to claim 2, wherein the light emitting device is a phosphor thin film formed by one of a sputtering method and a vacuum deposition method.
せられた紫外光によって、異なる色の発光部分が生じる
ように複数種の蛍光物質を配したことを特徴とする請求
項１から５のいずれか１項記載の発光素子。6. The substrate according to claim 1, wherein a plurality of kinds of fluorescent substances are arranged on the substrate so that light emitting portions of different colors are generated by ultraviolet light emitted from the semiconductor light emitting element. The light emitting device according to claim 1.
導体発光素子から発せられた紫外光によって赤、緑及び
青のいずれかの色を発光する基板部分とからなる発光ユ
ニットを多数形成してなることを特徴とする請求項１か
ら６のいずれか１項記載の発光素子。7. A plurality of light-emitting units each including the semiconductor light-emitting element and a substrate part that emits any one of red, green, and blue by ultraviolet light emitted from the semiconductor light-emitting element are formed on the same substrate. The light emitting device according to claim 1, wherein
ＥＬ素子、発光ダイオード及び半導体レーザからなる群
より選択される１種であることを特徴とする請求項１か
ら７のいずれか１項記載の発光素子。8. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device is one selected from the group consisting of an EL device that emits ultraviolet light, a light emitting diode, and a semiconductor laser. Light emitting element.
Ｎ、ＡｌXＧａ1-XＮ（ただし、Ｘ≦０．４）、ダイヤモ
ンド、ＰＴＦＥからなる群より選択される１種からなる
発光層を備えた発光ダイオードであることを特徴とする
請求項１から７のいずれか１項記載の発光素子。9. The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the semiconductor light emitting device is ZnS, Ga
N, Al X Ga 1-X N ( provided that, X ≦ 0.4), according to claim 1, characterized in that the light-emitting diode with a diamond, a light emitting layer made of one selected from the group consisting of PTFE 8. The light-emitting device according to any one of items 1 to 7.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19240696A JPH1041546A (en) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | Light-emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19240696A JPH1041546A (en) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | Light-emitting element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1041546A true JPH1041546A (en) | 1998-02-13 |
Family
ID=16290795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19240696A Withdrawn JPH1041546A (en) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | Light-emitting element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1041546A (en) |
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