WO2012057330A1 - 発光装置 - Google Patents

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WO2012057330A1
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phosphor
light emitting
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emitting element
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青木　和夫
渡邊　誠
島村　清史
ビジョラ エンカルナシオン アントニア ガルシア
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株式会社光波
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    • H01L2224/49107—Connecting at different heights on the semiconductor or solid-state body

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device.
  • a light emitting element composed of a light emitting diode (LED) that emits blue light and a phosphor that emits yellow light when excited by receiving the light from the light emitting element are mixed.
  • LED light emitting diode
  • a light emitting device that emits light is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the light-emitting device described in Patent Document 1 includes a granular phosphor contained in an epoxy resin and arranged around a light-emitting element that emits blue light.
  • the light emitted from the light-emitting element itself and yellow light emitted from the phosphor Is configured to emit white light.
  • the binder such as an epoxy resin for fixing the granular phosphor
  • the light transmittance is lowered and the light emission efficiency is lowered. Resulting in.
  • the smaller the particle size the larger the surface area of the phosphor relative to the volume of the phosphor. It is easily affected by the external environment, and the non-light emitting region is relatively large due to the non-uniform composition and low crystallinity near the surface. It will decline.
  • an object of the present invention is to provide a light emitting device capable of suppressing a decrease in light emission efficiency due to long-term use as compared with a case where a granular phosphor is used.
  • a light-emitting device including a light-emitting element that emits blue light and a phosphor made of a single single crystal that emits yellow light using the light from the light-emitting element as excitation light.
  • the phosphor, Y 3-xy Gd x M y L V N 5-V O 12-w (L is at least one element selected Sc, from Lu, M is, Ce, Tb, One or more elements selected from the group consisting of Eu, Yb, Pr, Tm, Sm, Nd, Dy, Ho, Er, and N is at least one element selected from the group consisting of Ga, In, Al
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of a light emitting device 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the light-emitting element 10 constituting the light-emitting device 1 shown in FIG. 1A and its peripheral portion.
  • a light emitting device 1 includes a light emitting element 10 made of an LED, a phosphor 2 made of a single single crystal provided so as to cover a light emitting surface of the light emitting element 10, and the light emitting element 10. It comprises a ceramic substrate 3 such as Al 2 O 3 to be supported, a main body 4 made of white resin, and a transparent resin 8 that seals the light emitting element 10 and the phosphor 2.
  • the ceramic substrate 3 has wiring portions 31 and 32 patterned with a metal such as tungsten.
  • the wiring portions 31 and 32 are electrically connected to the n-side electrode 15A and the p-side electrode 15B (described later) of the light emitting element 10.
  • the main body 4 is formed on the ceramic substrate 3, and an opening 4A is formed at the center thereof.
  • the opening 4A is formed in a taper shape in which the opening width gradually increases from the ceramic substrate 3 side toward the outside.
  • the inner surface of the opening 4A is a reflecting surface 40 that reflects the light emitted from the light emitting element 10 toward the outside.
  • the light emitting element 10 is mounted on the ceramic substrate 3 with the n-side electrode 15 ⁇ / b> A and the p-side electrode 15 ⁇ / b> B connected to the wiring portions 31 and 32 of the ceramic substrate 3 by bumps 16 and 16. .
  • the light-emitting element 10 is, for example, a flip chip type using a GaN-based semiconductor compound, and emits blue light having a light amount peak at a wavelength of, for example, 380 to 490 nm.
  • an n-type GaN layer 12, a light emitting layer 13, and a p-type GaN layer 14 are formed in this order on a first main surface 11a of an element substrate 11 made of sapphire or the like.
  • An n-side electrode 15A is formed on the exposed portion of the n-type GaN layer 12, and a p-side electrode 15B is formed on the surface of the p-type GaN layer 14, respectively.
  • the light emitting layer 13 emits blue light when carriers are injected from the n-type GaN layer 12 and the p-type GaN layer 14.
  • the emitted light passes through the n-type GaN layer 12 and the element substrate 11 and is emitted from the second main surface 11 b of the element substrate 11. That is, the second main surface 11 b of the element substrate 11 is a light emitting surface of the light emitting element 10.
  • the phosphor 2 is arranged on the second main surface 11b side of the element substrate 11 so as to cover the entire second main surface 11b.
  • the entire phosphor 2 has a flat plate shape made of a single single crystal.
  • the single single crystal means one having a size equal to or larger than that of the second main surface 11b and being substantially regarded as one single crystal as a whole.
  • the phosphor 2 is in direct contact with the element substrate 11 without interposing another member between the first surface 2a facing the element substrate 11 and the second main surface 11b of the element substrate 11. Yes.
  • the phosphor 2 and the element substrate 11 are bonded by intermolecular force.
  • the phosphor 2 is made of a YAG (yttrium, aluminum, garnet) phosphor. More specifically, the phosphor 2, the Y 3 Al 5 O 12 as a base, Y 3-xy L x M y Al 5-Z N Z O 12-w (L is, Gd or Lu, M is One or more elements selected from the group consisting of Ce, Tb, Eu, Yb, Pr, Tm, and Sm, N is Ga or In, 0 ⁇ x ⁇ 3, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 5 , ⁇ 0.2 ⁇ w ⁇ 0.2).
  • L is a component that does not serve as an emission center for replacing Y.
  • M is a component (activator) that can serve as a luminescent center for substituting Y.
  • N is a component that substitutes for Al.
  • the phosphor 2 may be a TSLAG (terbium / scandium / lutetium / aluminum / garnet) phosphor. More specifically, Tb 3 (Sc, Lu) and 2 Al 3 O 12 as a base, Tb 3-x - y Gd x M y (Sc, Lu) 2-Z Al 3-W N Z + W O 12 -V (M is one or more elements selected from the group consisting of Ce, Eu, Yb, Pr, Tm, Sm, N is Ga or In, 0 ⁇ x ⁇ 3, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 2, 0 ⁇ w ⁇ 3, ⁇ 0.2 ⁇ v ⁇ 0.2).
  • M is a component (activator) that can be a luminescent center that substitutes for Tb.
  • N is a component that substitutes for Al, Sc, or Lu.
  • z is 0.5 ⁇ z ⁇ 2, it is easier to suppress the formation of defects such as cracks during single crystal production, which is more preferable.
  • the phosphor 2, Tb 3-xy Gd x M y Al 5-Zv (Sc, Lu) v N Z O 12-w (L is, Gd or Lu, M is, Ce, Tb, Eu, Yb,
  • One or more elements selected from the group consisting of Pr, Tm, Sm, N is Ga or In, 0 ⁇ x ⁇ 3, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 5, 0 ⁇ v ⁇ 2, ⁇
  • a phosphor having a composition represented by 0.2 ⁇ w ⁇ 0.2) may be used.
  • the concentration of the activator represented by y is preferably 0.003 or more and 0.2 or less, and 0.01 or more and 0.2 or less. It is more desirable. By setting the activator concentration within this range, the thickness t of the phosphor 2 can be set within a suitable range, and concentration quenching can be suppressed.
  • the phosphor 2, Tb 3-xy Gd x M y (Sc, Lu) v N 5-v O 12-w M is, Ce, Eu, Yb, Pr , Tm, Sm, Nd, Dy, Ho , Er, at least one element selected from the group consisting of Er, N is at least one element selected from the group consisting of Ga, In, Al, 0 ⁇ x ⁇ 3, 0 ⁇ y ⁇ 1,
  • a phosphor having a composition represented by 0 ⁇ v ⁇ 5 and ⁇ 0.2 ⁇ w ⁇ 0.2) may be used.
  • v is 0.5 ⁇ v ⁇ 2
  • formation of defects such as cracks during the production of a single crystal can be easily suppressed, which is more preferable.
  • the phosphor 2, Y 3-xy Gd x M y L v N 5-v O 12-w (L is one or more elements selected Sc, from Lu, M is, Ce, Tb, Eu, At least one element selected from the group consisting of Yb, Pr, Tm, Sm, Nd, Dy, Ho, Er, and N is at least one element selected from the group consisting of Ga, In, Al , 0 ⁇ x ⁇ 3, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ v ⁇ 5, ⁇ 0.2 ⁇ w ⁇ 0.2).
  • v is 0.5 ⁇ v ⁇ 2
  • formation of defects such as cracks during the production of a single crystal can be easily suppressed, which is more preferable.
  • composition of the phosphor 2 described above some atoms may occupy different positions on the crystal structure.
  • the concentration of the activator represented by y is preferably 0.003 or more and 0.2 or less. This is because when the concentration of the activator is less than 0.003, the thickness t of the phosphor 2 necessary for obtaining the necessary fluorescence increases (for example, t> 3 mm), so that the number of phosphors 2 taken decreases. It is because it ends. Further, if the concentration of the activator exceeds 0.2, it is necessary to make the phosphor 2 thin (for example, t ⁇ 0.1 mm). This is because chipping or the like easily occurs and concentration quenching can occur.
  • Concentration quenching refers to the intensity of the fluorescence depending on the concentration of the activator due to the fact that energy transfer between adjacent molecules occurs and the original energy is not sufficiently emitted as fluorescence (non-luminescent transition). This is a phenomenon that does not increase.
  • the concentration of the activator represented by y is 0.01 or more and 0.2 or less.
  • the phosphor 2 can have an appropriate thickness (for example, t ⁇ 2 mm). That is, the thickness t (mm) of the phosphor 2 is preferably 0.1 ⁇ t ⁇ 3.0, and more preferably 0.1 ⁇ t ⁇ 2.0.
  • the phosphor 2 is formed by a liquid phase growth method such as a CZ method (Czochralski Method), an EFG method (Edge Defined Film Fed Growth Method), an FZ method (Floating Zone Method), a CVD method (Chemical Vapor Deposition Method), or the like. It can be obtained by a phase growth method or a solid phase reaction of a sintered body.
  • a CZ method for example, a YAG single crystal is manufactured by pulling up a seed crystal at a growth rate of 1 mm / h in the ⁇ 111> direction in a nitrogen gas atmosphere, and this is used as the second substrate of the element substrate 11 of the light emitting element 10.
  • the phosphor 2 can be created by cutting out to a size corresponding to the main surface 11b (light emitting surface) of the light source.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a manufacturing process for manufacturing a YAG single crystal by the CZ method together with a cross-sectional view of a crystal growth apparatus.
  • the crystal growth apparatus 80 includes an iridium crucible 81, a ceramic cylindrical container 82 that houses the crucible 81, and a high-frequency coil 83 that is wound around the cylindrical container 82. Mainly prepared.
  • the high frequency coil 83 generates an induced current in the crucible 81 and heats the crucible 81.
  • a YAG single crystal is obtained, for example, as follows using the crystal growth apparatus 80. First, Y 2 O 3 powder (purity 99.99%), Al 2 O 3 powder (purity 99.99%), Gd 2 O 3 powder (purity 99.99%), and CeO 2 powder (purity 99.99%). %) Is prepared, and these powders are dry-mixed to obtain a mixed powder.
  • the blending ratios of Gd 2 O 3 powder and CeO 2 powder are, for example, 36.6 mol%, 62.3 mol%, 0.363 mol%, and 0.737 mol%, respectively.
  • the mixed powder is packed in a cylindrical crucible 81 having a diameter of 50 mm and a depth of 50 mm.
  • an electric current is applied to the high-frequency coil 83 to heat the crucible 81 and melt the mixed powder to obtain a melt 90.
  • a 3 ⁇ 3 ⁇ 70 mm square bar-shaped seed crystal 91 made of YAG (yttrium, aluminium, garnet) was prepared, and the seed crystal 91 was immersed in the melt 90, and then the seed crystal 91 was placed at 10 rpm. It is pulled up at a pulling speed of 1 mm per hour while rotating at a rotation speed of.
  • the light emitting element 10 When the light emitting element 10 configured as described above is energized, electrons are injected into the light emitting layer 13 through the wiring portion 31, the n-side electrode 15A, and the n-type GaN layer 12, and the wiring portion 32 and the p-side electrode 15B. Then, holes are injected into the light emitting layer 13 through the p-type GaN layer 14, and the light emitting layer 13 emits light.
  • the blue emitted light of the light emitting layer 13 passes through the n-type GaN layer 12 and the element substrate 11, is emitted from the second main surface 11 b of the element substrate 11, and enters the first surface 2 a of the phosphor 2.
  • the phosphor 2 absorbs part of the blue light from the light emitting element 10 and converts the absorbed light into yellow light having a light intensity peak at a wavelength of, for example, 500 to 630 nm.
  • a part of the blue light incident on the phosphor 2 is absorbed by the phosphor 2 and converted in wavelength, and is emitted from the second surface 2b of the phosphor 2 as yellow light. Further, the remaining part of the light incident on the phosphor 2 is not absorbed by the phosphor 2 and is emitted from the second surface 2 b of the phosphor 2. Since blue and yellow are in a complementary color relationship, the light emitting device 1 emits white light in which blue light and yellow light are mixed.
  • the color temperature of the white light emitted from the light emitting device 1 is desirably 3800 to 7000K.
  • a more preferable color temperature of white light of the light emitting device 1 is 4000 to 5500K.
  • the color temperature of white light can be adjusted by the activator concentration and thickness of the phosphor 2.
  • a YAG single crystal is used as the phosphor, blue light can be efficiently absorbed to emit yellow light, and white light can be efficiently obtained.
  • the activator concentration of the phosphor 2 is set to 0.003 or more and 0.2 or less, more preferably 0.01 or more and 0.2 or less, the thickness of the phosphor 2 is suitable for processing and assembly. The thickness can be reduced and concentration quenching can be suppressed.
  • FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views of the light-emitting device 1A according to the present embodiment
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of the light-emitting element 10A constituting the light-emitting device 1A and its periphery
  • FIG. 3C is a plan view of the light-emitting element 10A. .
  • the light-emitting device 1A according to the present embodiment is common in the light-emitting device 1 according to the first embodiment with a configuration in which the light emitted from the light-emitting element is incident on a phosphor made of a single single crystal to convert the wavelength.
  • the configuration of the light emitting element and the arrangement position of the phosphor with respect to the light emitting element are different from those of the first embodiment.
  • the constituent elements of the light emitting device 1A having the same functions and configurations as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the light-emitting device 1A is arranged so that the element substrate 11 of the light-emitting element 10A faces the ceramic substrate 3 side. Further, a phosphor 21 made of a single single crystal of YAG system is joined to the opening 4A side of the light emitting element 10A. Also. As the phosphor 21, those having the respective compositions described in the first embodiment can be used.
  • the light-emitting element 10A includes an element substrate 11, an n-type GaN layer 12, a light-emitting layer 13, and a p-type GaN layer 14, and ITO (Indium) on the p-type GaN layer 14. It has a transparent electrode 140 made of Tin Oxide. A p-side electrode 15B is formed on the transparent electrode 140. The transparent electrode 140 diffuses the carriers injected from the p-side electrode 15B and injects them into the p-type GaN layer 14.
  • the phosphor 21 is formed in a substantially square shape having a notch in a portion corresponding to the p-side electrode 15B and the n-side electrode 15A formed on the n-type GaN layer 12. Further, in the phosphor 21, the first surface 21 a on the transparent electrode 140 side is bonded to the surface 140 b of the transparent electrode 140 by intermolecular force.
  • the composition of the phosphor 21 is the same as the composition of the phosphor 2 in the first embodiment.
  • the n-side electrode 15A of the light emitting element 10A is connected to the wiring portion 31 of the ceramic substrate 3 by a bonding wire 311. Further, the p-side electrode 15 ⁇ / b> B of the light emitting element 10 ⁇ / b> A is connected to the wiring part 32 of the ceramic substrate 3 by a bonding wire 321.
  • the light emitting element 10A configured as described above When the light emitting element 10A configured as described above is energized, electrons are injected into the light emitting layer 13 through the wiring portion 31, the n-side electrode 15A, and the n-type GaN layer 12, and the wiring portion 32 and the p-side electrode 15B. Then, holes are injected into the light emitting layer 13 through the transparent electrode 140 and the p-type GaN layer 14, and the light emitting layer 13 emits light.
  • Blue light emitted from the light emitting layer 13 is transmitted through the p-type GaN layer 14 and the transparent electrode 140 and is emitted from the surface 140 b of the transparent electrode 140. That is, the surface 140b of the transparent electrode 140 is a light emitting surface of the light emitting element 10A. The light emitted from the surface 140 b of the transparent electrode 140 is incident on the first surface 21 a of the phosphor 21.
  • the phosphor 21 absorbs part of the blue light from the light emitting element 10A, and wavelength-converts the absorbed light into mainly yellow light. More specifically, the phosphor 21 is excited by blue light having a light intensity peak at a wavelength of 380 to 490 nm from the light emitting element 10A and emits yellow light having a light intensity peak at a wavelength of 500 to 630 nm. To emit.
  • part of the blue light incident on the phosphor 21 is absorbed by the phosphor 21 and converted in wavelength, and is emitted from the second surface 21b of the phosphor 21 as yellow light. Further, the remaining part of the blue light incident on the phosphor 21 is not absorbed by the phosphor 21 but is emitted from the second surface 21 b of the phosphor 21 as it is. Since blue and yellow are in a complementary color relationship, the light emitting device 1A emits white light in which blue light and yellow light are mixed.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the light emitting device 1B according to the present embodiment.
  • the light-emitting device 1B according to the present embodiment is common in the light-emitting device 1 according to the first embodiment with a configuration in which the light emitted from the light-emitting element is incident on a phosphor made of a single single crystal to convert the wavelength.
  • the arrangement position of the phosphor is different from that of the first embodiment.
  • the constituent elements of the light emitting device 1B having the same functions and configurations as those described in the first or second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the light-emitting device 1B includes a light-emitting element 10 having the same configuration as that of the first embodiment on a ceramic substrate 3.
  • the light emitting element 10 emits blue light from the second main surface 11b of the element substrate 11 (see FIG. 1B) located on the opening 4A side of the main body 4 toward the opening 4A side of the main body 4.
  • the phosphor 22 is joined to the main body 4 so as to cover the opening 4A.
  • the phosphor 22 is formed in a flat plate shape, and is bonded to the upper surface 4b of the main body 4 with an adhesive or the like.
  • the phosphor 22 those having the respective compositions described in the first embodiment can be used.
  • the phosphor 22 is larger than the light emitting element 10 and is substantially a single crystal as a whole.
  • the light emitting element 10 When the light emitting device 1B configured as described above is energized, the light emitting element 10 emits light and emits blue light from the second main surface 11b toward the phosphor 22.
  • the phosphor 22 receives blue light emitted from the light emitting element 10 from the first surface 22a facing the emission surface of the light emitting element 10, and emits yellow light excited by the emitted light from the second surface 22b to the outside. Radiate.
  • the light emitting device 1B emits white light in which blue light and yellow light are mixed.
  • the same operation and effect as described in the first embodiment can be obtained. Further, since the light emitting element 10 and the phosphor 22 are separated from each other, the large phosphor 22 can be used as compared with the case where the phosphor is bonded to the emission surface of the light emitting element 10, and the light emitting device 1B is assembled. The ease of is increased.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the light emitting device 1C according to the present embodiment.
  • the positional relationship between the light emitting element, the substrate on which the light emitting element is mounted, and the phosphor is different from that in the third embodiment.
  • the constituent elements of the light emitting device 1C having the same functions and configurations as those described in the first, second, or third embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the light emitting device 1C covers the main body 5 made of white resin, the transparent substrate 6 held by the slit-like holding portion 51 formed in the main body 5, and the opening 5A of the main body 5.
  • the phosphor 22 made of a single YAG-based single crystal, the light emitting element 10A mounted on the surface of the transparent substrate 6 opposite to the surface on the phosphor 22 side, and the light emitting element 10A. Wiring portions 61 and 62.
  • the composition of the phosphor 22 is the same as that of the phosphor 2 according to the first embodiment.
  • the main body 5 has a concave portion on the curved surface at the center, and the surface of the concave portion serves as a reflecting surface 50 that reflects the light emitted from the light emitting element 10A toward the phosphor 220.
  • the transparent substrate 6 is made of, for example, a resin having translucency such as a silicone resin, an acrylic resin, or PET, or a translucent member made of a single crystal or polycrystal such as a glassy substance, sapphire, ceramics, quartz, etc. It has translucency and insulation properties to transmit 10A emission light.
  • a part of the wiring portions 61 and 62 is bonded to the transparent substrate 6.
  • the p-side electrode and the n-side electrode of the light emitting element 10 ⁇ / b> A and one end portions of the wiring portions 61 and 62 are electrically connected by bonding wires 611 and 612.
  • the other end portions of the wiring portions 61 and 62 are drawn out of the main body 5.
  • the light emitting element 10A When the light emitting device 1C configured as described above is energized, the light emitting element 10A emits light, and part of the emitted light passes through the transparent substrate 6 and enters the first surface 22a of the phosphor 22. Further, another part of the light emitting element 10 ⁇ / b> A is reflected by the reflection surface 50 of the main body 5, passes through the transparent substrate 6, and enters the first surface 22 a of the phosphor 22.
  • the light emitting device 1C emits white light in which the blue light emitted from the light emitting element 10A and the yellow light wavelength-converted by the phosphor 22 are mixed.
  • This modification also has the same effect as the effect of the third embodiment described above. Further, the light emitted from the light emitting element 10A to the side opposite to the phosphor 220 side is reflected by the reflecting surface 50, passes through the transparent substrate 6, and enters the phosphor 220, so that the light extraction efficiency of the light emitting device 1C is high. Become.
  • FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views of the light-emitting device 1D according to the present embodiment
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of the light-emitting element 7 constituting the light-emitting device 1D.
  • the configuration and arrangement of the light emitting elements are different from those in the third embodiment.
  • constituent elements of the light-emitting device 1D having the same functions and configurations as those described in the first, second, or third embodiment are denoted by common reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the light emitting element 7 is disposed on the wiring part 32 provided on the ceramic substrate 3.
  • the light-emitting element 7 includes a Ga 2 O 3 substrate 70, a buffer layer 71, a Si-doped n + -GaN layer 72, a Si-doped n-AlGaN layer 73, and an MQW (Multiple-Quantum Well) layer.
  • an Mg-doped p-AlGaN layer 75, an Mg-doped p + -GaN layer 76, and a p-electrode 77 are laminated in this order.
  • An n electrode 78 is provided on the surface of the Ga 2 O 3 substrate 70 opposite to the buffer layer 71.
  • the Ga 2 O 3 substrate 70 is made of ⁇ -Ga 2 O 3 exhibiting n-type conductivity.
  • the MQW layer 74 is a light emitting layer having an InGaN / GaN multiple quantum well structure.
  • the p electrode 77 is a transparent electrode made of ITO (Indium Tin Oxide) and is electrically connected to the wiring part 31.
  • the n electrode 78 is connected to the wiring part 32 of the ceramic substrate 3 by a bonding wire 321. Note that SiC may be used as the element substrate instead of ⁇ -Ga 2 O 3 .
  • the light emitting element 7 When the light emitting element 7 configured as described above is energized, electrons are transferred to the MQW layer 74 through the n electrode 78, the Ga 2 O 3 substrate 70, the buffer layer 71, the n + -GaN layer 72, and the n-AlGaN layer 73. In addition, holes are injected into the MQW layer 74 through the p electrode 77, the p + -GaN layer 76, and the p-AlGaN layer 75, and blue light is emitted. The blue light emission passes through the Ga 2 O 3 substrate 70 and the like, is emitted from the emission surface 7 a of the light emitting element 7, and enters the first surface 22 a of the phosphor 22.
  • the phosphor 22 receives the blue light emitted from the light emitting element 10 from the first surface 22a facing the emission surface of the light emitting element 7, and the yellow light excited by the light emitted from the second surface 22b to the outside. Radiates to.
  • the light emitting device 1D emits white light in which blue light and yellow light are mixed.
  • the light emitting element and the phosphor may be sealed with a so-called bullet-type resin.
  • One light-emitting device may have a plurality of light-emitting elements.
  • a phosphor composed of a single single crystal that emits yellow light using the light of a light emitting element that emits blue light as excitation light, and a single single crystal that emits light of a color tone different from that of the phosphor.
  • a light emitting device may be configured by combining a plurality of phosphors made of a single crystal such as a phosphor.

Abstract

【課題】長期の使用による発光効率の低下を抑制することが可能な発光装置を提供する。 【解決手段】発光装置１は、青色系の光を発する発光素子１０と、発光素子１０の光を励起光として、黄色系の光を発する単一の単結晶からなる蛍光体２とを有する。これにより、粒状の多数の蛍光体を備える場合に比較して、蛍光体同士を結合させる結合剤が不要となるので、結合剤の劣化等による発光効率の低下を抑制できる。

Description

発光装置
　本発明は、発光装置に関する。
　従来、青色の光を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなる発光素子と、この発光素子の光を受けて励起され、黄色の光を発する蛍光体とを備え、これらの発光色の混合により白色光を放射する発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１に記載の発光装置は、粒状の蛍光体をエポキシ樹脂に含ませて青色の光を発する発光素子の周囲に配置し、この発光素子自体の発光光と、蛍光体が発する黄色光との混合により白色光を放射するように構成されている。
特開２０１０－１５５８９１号公報
　上記のように構成された発光装置では、粒状の蛍光体を固定するためのエポキシ樹脂等の結合剤（バインダー）が長期の使用等により劣化すると、光の透過率が低くなって発光効率が低下してしまう。また、発光色のむらを抑制するためには個々の蛍光体の粒を小さくすることが望ましいが、粒径を小さくするほど、蛍光体の体積に対する蛍光体の表面積が大きくなるので、例えば水分等の外部環境の影響を受けやすく、また組成の不均一や表面付近での結晶性の低さによって非発光領域が相対的に大きくなるため、蛍光体の励起効率が低くなり、発光装置の発光効率が低下してしまう。
　そこで、本発明は、粒状の蛍光体を用いた場合に比較して、長期の使用による発光効率の低下を抑制することが可能な発光装置を提供することを課題とする。
［１］青色系の光を発する発光素子と、前記発光素子の光を励起光として、黄色系の光を発する単一の単結晶からなる蛍光体とを備えた発光装置。
［２］前記蛍光体は、Ｙ3-x-yＬxＭyＡｌ5-ZＮZＯ12-w（Ｌは、Ｇｄ又はＬｕ、Ｍは、Ｃｅ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｓｍからなる群から選択される１種類以上の元素、Ｎは、Ｇａ又はＩｎ、０≦ｘ＜３、０＜ｙ≦１、０≦ｚ≦５、－０．２≦ｗ≦０．２）で表される組成を有する前記［１］に記載の発光装置。
［３］前記蛍光体は、Ｔｂ3-x―yＧｄxＭy（Ｓｃ,Ｌｕ）2-ZＡｌ3-WＮZ+WＯ12-V（Ｍは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｓｍからなる群から選択される１種類以上の元素、Ｎは、Ｇａ又はＩｎ、０≦ｘ＜３、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜２、０＜ｗ＜３、－０．２≦ｖ≦０．２）で表される組成を有する前記［１］に記載の発光装置。
［４］前記蛍光体は、前記ｚが０．５≦ｚ≦２である前記［３］に記載の発光装置。
［５］前記蛍光体は、Ｔｂ3-x-yＧｄxＭy（Ｓｃ,Ｌｕ）VＮ5-VＯ12-w（Ｍは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｓｍ、Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒからなる群より選択される１種類以上の元素、Ｎは、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌからなる群より選択される少なくとも１種類以上の元素、０≦ｘ＜３、０＜ｙ≦１、０≦ｖ≦５、－０．２≦ｗ≦０．２）で表される組成を有する前記［１］に記載の発光装置。
［６］前記蛍光体は、Ｙ3-x-yＧｄxＭyＬVＮ5-VＯ12-w（ＬはＳｃ、Ｌｕより選択される少なくとも1種類以上の元素、Ｍは、Ｃｅ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｓｍ、Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒからなる群から選択される１種類以上の元素、Ｎは、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌからなる群より選択される少なくとも1種類以上の元素、０≦ｘ＜３、０＜ｙ≦１、０≦ｖ≦５、－０．２≦ｗ≦０．２）で表される組成を有する前記［１］に記載の発光装置。
［７］前記蛍光体は、前記ｖが０．５≦ｖ≦２である、前記［５］又は［６］に記載の発光装置。
［８］前記蛍光体は、前記ｙが０．００３≦ｙ≦０．２である前記［２］～［７］の何れかに記載の発光装置。
［９］前記蛍光体は、前記ｙが０．０１≦ｙ≦０．２である前記［２］～［７］の何れかに記載の発光装置。
　本発明によれば、粒状の蛍光体を用いた場合に比較して、長期の使用による発光効率の低下を抑制することが可能となる。
本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 図１Ａに示す発光装置を構成する発光素子及びその周辺部の断面図である。 ＣＺ法によってＹＡＧ単結晶を製造する製造工程を結晶育成装置の断面図と共に示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 図３Ａに示す発光装置を構成する発光素子及びその周辺部の断面図である。 図３Ａに示す発光装置を構成する発光素子の平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 図６Ａに示す発光装置を構成する発光素子及びその周辺部の断面図である。
［第１の実施の形態］
　本発明の第１の実施の形態について、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明する。
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置１の断面図である。図１Ｂは、図１Ａに示す発光装置１を構成する発光素子１０及びその周辺部の断面図である。
　図１Ａに示すように、発光装置１は、ＬＥＤからなる発光素子１０と、発光素子１０の光出射面を覆うように設けられた単一の単結晶からなる蛍光体２と、発光素子１０を支持するＡｌ2Ｏ3等のセラミック基板３と、白色の樹脂からなる本体４と、発光素子１０及び蛍光体２を封止する透明樹脂８とを備えて構成されている。
　セラミック基板３は、例えばタングステン等の金属によってパターン形成された配線部３１，３２を有している。配線部３１，３２は、発光素子１０のｎ側電極１５Ａ及びｐ側電極１５Ｂ（後述）に電気的に接続されている。
　本体４は、セラミック基板３上に形成され、その中央部に開口部４Ａが形成されている。開口部４Ａは、セラミック基板３側から外部に向かって徐々に開口幅が大きくなるテーパ状に形成されている。開口部４Ａの内面は、発光素子１０の発光光を外部に向かって反射する反射面４０となっている。
　図１Ｂに示すように、発光素子１０は、そのｎ側電極１５Ａ及びｐ側電極１５Ｂがセラミック基板３の配線部３１，３２にバンプ１６，１６によって接続されて、セラミック基板３に実装されている。
　発光素子１０は、例えばＧａＮ系半導体化合物を用いたフリップチップ型であり、例えば３８０～４９０ｎｍの波長に光量のピークを有する青色系の光を発光する。この発光素子１０は、サファイア等からなる素子基板１１の第１の主面１１ａに、ｎ型ＧａＮ層１２、発光層１３、及びｐ型ＧａＮ層１４がこの順に形成されている。ｎ型ＧａＮ層１２の露出部分にはｎ側電極１５Ａが、ｐ型ＧａＮ層１４の表面にはｐ側電極１５Ｂが、それぞれ形成されている。
　発光層１３は、ｎ型ＧａＮ層１２及びｐ型ＧａＮ層１４からキャリアが注入されることにより、青色系の光を発する。この発光光は、ｎ型ＧａＮ層１２及び素子基板１１を透過して、素子基板１１の第２の主面１１ｂから出射される。すなわち、素子基板１１の第２の主面１１ｂは発光素子１０の光出射面である。
　また、素子基板１１の第２の主面１１ｂ側には、第２の主面１１ｂの全体を覆うように、蛍光体２が配置されている。蛍光体２は、その全体が単一の単結晶からなる平板状である。ここで、単一の単結晶とは、第２の主面１１ｂと同等もしくはそれ以上の大きさを有し、実質的に全体が一つの単結晶とみなせるものをいう。また、蛍光体２は、素子基板１１に対向する第１の面２ａが、素子基板１１の第２の主面１１ｂとの間に他の部材を介することなく、素子基板１１に直接接触している。蛍光体２と素子基板１１とは、分子間力によって接合されている。
　また、本実施の形態では、蛍光体２がＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体からなる。より具体的には、蛍光体２は、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12をベースとし、Ｙ3-x-yＬxＭyＡｌ5-ZＮZＯ12-w（Ｌは、Ｇｄ又はＬｕ、Ｍは、Ｃｅ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｓｍからなる群から選択される１種類以上の元素、Ｎは、Ｇａ又はＩｎ、０≦ｘ＜３、０＜ｙ≦１、０≦ｚ≦５、－０．２≦ｗ≦０．２）で表される組成を有する。ここで、Ｌは、Ｙを置換する発光中心とならない成分である。Ｍは、Ｙを置換する発光中心となり得る成分（付活剤）である。また、ＮはＡｌを置換する成分である。
　また、蛍光体２は、ＴＳＬＡＧ（テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体であってもよい。より具体的には、Ｔｂ3（Ｓｃ,Ｌｕ）2Ａｌ3Ｏ12をベースとし、Ｔｂ3-x―yＧｄxＭy（Ｓｃ,Ｌｕ）2-ZＡｌ3-WＮZ+WＯ12-V（Ｍは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｓｍからなる群から選択される１種類以上の元素、Ｎは、Ｇａ又はＩｎ、０≦ｘ＜３、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜２、０＜ｗ＜３、－０．２≦ｖ≦０．２）で表される組成を有する蛍光体２であってもよい。ここで、Ｍは、Ｔｂを置換する発光中心となり得る成分（付活剤）である。また、ＮはＡｌまたはＳｃ、Ｌｕを置換する成分である。ここで、ｚは０．５≦ｚ≦２であれば、単結晶作製時のクラックなどの欠陥形成を抑制しやすくなり、より好ましい。
　また、蛍光体２は、Ｔｂ3-x-yＧｄxＭyＡｌ5-Z-v（Ｓｃ，Ｌｕ）vＮZＯ12-w（Ｌは、Ｇｄ又はＬｕ、Ｍは、Ｃｅ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｓｍからなる群から選択される１種類以上の元素、Ｎは、Ｇａ又はＩｎ、０≦ｘ＜３、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜５、０＜ｖ＜２、－０．２≦ｗ≦０．２）で表される組成を有する蛍光体であってもよい。
　なお、このＴＳＬＡＧ系蛍光体を用いた場合でも、上記ｙで表される付活剤の濃度は、０．００３以上かつ０．２以下であることが望ましく、０．０１以上かつ０．２以下であるとより望ましい。付活剤濃度をこの範囲とすることにより、蛍光体２の厚みｔを好適な範囲に設定することができ、また濃度消光を抑制することができる。
　また、蛍光体２は、Ｔｂ3-x-yＧｄxＭy（Ｓｃ,Ｌｕ）vＮ5-vＯ12-w（Ｍは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｓｍ、Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒからなる群より選択される少なくとも１種類以上の元素、Ｎは、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌからなる群より選択される少なくとも1種類以上の元素、０≦ｘ＜３、０＜ｙ≦１、０≦ｖ≦５、－０．２≦ｗ≦０．２）で表される組成を有する蛍光体であってもよい。ここで、ｖは０．５≦ｖ≦２であれば、単結晶作製時のクラックなどの欠陥形成を抑制しやすくなり、より好ましい。
　また、蛍光体２は、Ｙ3-x-yＧｄxＭyＬvＮ5-vＯ12-w（ＬはＳｃ、Ｌｕより選択される1種類以上の元素、Ｍは、Ｃｅ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｓｍ、Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒからなる群から選択される少なくとも１種類以上の元素、Ｎは、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌよりなる群から選択される少なくとも1種類以上の元素、０≦ｘ＜３、０＜ｙ≦１、０≦ｖ≦５、－０．２≦ｗ≦０．２）で表される組成を有する蛍光体であってもよい。ここで、ｖは０．５≦ｖ≦２であれば、単結晶作製時のクラックなどの欠陥形成を抑制しやすくなり、より好ましい。
　なお、上記の蛍光体２の組成のうち、一部の原子は結晶構造上の異なる位置を占めることがある。
　上記ｙで表される付活剤の濃度は、０．００３以上かつ０．２以下であるとよい。これは、付活剤濃度が０．００３未満では、必要な蛍光を得るために必要な蛍光体２の厚みｔが厚くなるため（例えばｔ＞３ｍｍ）、蛍光体２の取り数が減少してしまうためである。また、付活剤の濃度が０．２を超えると、蛍光体２を薄くする必要があるため（例えばｔ＜０．１ｍｍ）、蛍光体２の機械的強度の低下により蛍光体２に割れや欠け等が発生しやすくなるとともに、濃度消光が発生し得るためである。なお、濃度消光とは、隣接分子間のエネルギー移動が発生して本来のエネルギーが十分に蛍光として外部に放射されないこと（非発光遷移）等により、付活剤の高濃度化に応じて蛍光強度が増大しなくなる現象である。
　また、さらに好適には、上記ｙで表される付活剤の濃度は、０．０１以上かつ０．２以下であるとよい。ｙ≧０．０１とすることで、蛍光体２を適切な厚み（例えば、ｔ≦２ｍｍ）とすることができる。つまり、蛍光体２の厚みｔ（ｍｍ）は、０．１≦ｔ≦３．０とすることが好適であり、０．１≦ｔ≦２．０であることがさらに望ましい。
　この蛍光体２は、例えばＣＺ法（Czochralski Method）、ＥＦＧ法（Edge Defined Film Fed Growth Method）、ＦＺ法（Floating Zone Method）等の液相成長法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition Method）等の気相成長法、又は焼結体の固相反応等によって得ることができる。ＣＺ法による場合、例えば窒素ガス雰囲気中にて、＜１１１＞方向に１ｍｍ／ｈの育成速度で種結晶を引き上げることによりＹＡＧ単結晶を製造し、これを発光素子１０の素子基板１１の第２の主面１１ｂ（光出射面）に対応する大きさに切り出すことによって蛍光体２を作成することができる。
　図２は、ＣＺ法によってＹＡＧ単結晶を製造する製造工程を結晶育成装置の断面図と共に示す模式図である。
　図２に示すように、結晶育成装置８０は、イリジウム製のルツボ８１と、ルツボ８１を収容するセラミックス製の筒状容器８２と、筒状容器８２の周囲に巻回される高周波コイル８３とを主として備えている。高周波コイル８３は、ルツボ８１に誘導電流を生じさせ、ルツボ８１を加熱する。
　ＹＡＧ単結晶は、結晶育成装置８０を用いて、例えば次にように得られる。まず、Ｙ2Ｏ3粉末（純度９９．９９％）、Ａｌ2Ｏ3粉末（純度９９．９９％）、Ｇｄ2Ｏ3粉末（純度９９．９９％）、及びＣｅＯ2粉末（純度９９．９９％）を用意し、これらの粉末を乾式混合し、混合粉末を得る。このとき、Ｙ2Ｏ3粉末、Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｇｄ2Ｏ3粉末、及びＣｅＯ2粉末の合計モル数を基準（１００モル％）としたＹ2Ｏ3粉末、Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｇｄ2Ｏ3粉末、及びＣｅＯ2粉末の配合率はそれぞれ、例えば３６．６モル％、６２．３モル％、０．３６３モル％、及び０．７３７モル％である。
　続いて、上記混合粉末を、直径５０ｍｍ、深さ５０ｍｍの筒状ルツボ８１に詰める。次に、高周波コイル８３に電流を印加してルツボ８１を加熱して混合粉末を溶融させ、融液９０を得る。続いて、ＹＡＧ（イットリウム・アルニミウム・ガーネット）からなる３×３×７０ｍｍの角棒状の種結晶９１を用意し、その種結晶９０の先端を融液９０に漬けた後、種結晶９１を、１０ｒｐｍの回転数で回転させながら、毎時１ｍｍの引き上げ速度で引き上げる。このとき、筒状容器８２内に毎分２Ｌの流量で窒素を流し込み、大気圧下、窒素雰囲気で種結晶９１の引き上げを行う。こうして直径約２．５ｃｍ、長さ約５ｃｍの透明なＹＡＧ単結晶９２が得られる。
　以上のように構成された発光素子１０に通電すると、配線部３１、ｎ側電極１５Ａ、及びｎ型ＧａＮ層１２を介して電子が発光層１３に注入され、また配線部３２、ｐ側電極１５Ｂ、及びｐ型ＧａＮ層１４を介して正孔が発光層１３に注入されて、発光層１３が発光する。発光層１３の青色の発光光は、ｎ型ＧａＮ層１２及び素子基板１１を透過して素子基板１１の第２の主面１１ｂから出射され、蛍光体２の第１の面２ａに入射する。
　第１の面２ａから入射した光の一部は、励起光として蛍光体２を励起する。蛍光体２は、発光素子１０からの青色系の光の一部を吸収し、吸収した光を例えば５００～６３０ｎｍの波長に光量のピークを有する黄色系の光に波長変換する。
　蛍光体２に入射した青色系の光のうちの一部は蛍光体２に吸収されて波長変換され、黄色系の光として蛍光体２の第２の面２ｂから出射される。また、蛍光体２に入射した光のうちの残りの一部は蛍光体２に吸収されずに蛍光体２の第２の面２ｂから出射される。青色と黄色は補色関係にあるので、発光装置１は、青色光と黄色光とを混合した白色光を放射する。
　また、発光装置１が発する白色光の色温度は、３８００～７０００Ｋであることが望ましい。より望ましい発光装置１の白色光の色温度は、４０００～５５００Ｋである。白色光の色温度は、蛍光体２の付活剤濃度や厚み等によって調整することができる。
（第１の実施の形態の効果）
　本実施の形態によれば、粒状の多数の蛍光体を結合して保持するための結合剤（バインダー）を用いる必要がないので、結合剤の劣化による発光効率の低下を抑制することができる。また、粒状の多数の蛍光体を結合した場合に比較して、蛍光体全体の表面積を小さくすることができるので、外部環境の影響による蛍光剤の特性劣化を抑制できるとともに、蛍光体の組成の均一性及び結晶性を高めることができるので、発光装置の発光効率を高めることができる。また、高出力の励起光の照射に対して、樹脂の劣化による効率の低下や蛍光体の劣化が起こりにくい効果が期待できる。
　また、蛍光体としてＹＡＧ系の単結晶を用いたので、青色系の光を効率よく吸収して黄色系の光を発光し、効率的に白色光を得ることができる。
　またさらに、蛍光体２の付活剤濃度を０．００３以上かつ０．２以下、より好ましくは０．０１以上かつ０．２以下としたので、蛍光体２の厚みを加工及び組付けに適切な厚みとすることができるとともに、濃度消光を抑制することができる。
［第２の実施の形態］
　次に、本発明の第２の実施の形態について、図３Ａ～図３Ｃを参照して説明する。
　図３Ａは、本実施の形態に係る発光装置１Ａの断面図、図３Ｂは、発光装置１Ａを構成する発光素子１０Ａ及びその周辺部の断面図、図３Ｃは、発光素子１０Ａの平面図である。
　本実施の形態に係る発光装置１Ａは、発光素子の発光光を単一の単結晶からなる蛍光体に入射して波長変換する構成は第１の実施の形態に係る発光装置１と共通するが、発光素子の構成及び発光素子に対する蛍光体の配置位置が第１の実施の形態とは異なっている。以下、第１の実施の形態について説明したものと同一の機能及び構成を有する発光装置１Ａの構成要素については共通する符号を付して説明を省略する。
　図３Ａ及び図３Ｂに示すように、発光装置１Ａは、発光素子１０Ａの素子基板１１がセラミック基板３側を向くように配置されている。また、発光素子１０Ａの開口部４Ａ側に、ＹＡＧ系の単一の単結晶からなる蛍光体２１が接合されている。また。蛍光体２１としては、第１の実施の形態において記載した各組成のものを用いることができる。
　図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、発光素子１０Ａは、素子基板１１、ｎ型ＧａＮ層１２、発光層１３、ｐ型ＧａＮ層１４を有し、さらにｐ型ＧａＮ層１４の上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）からなる透明電極１４０を有している。透明電極１４０の上にはｐ側電極１５Ｂが形成されている。透明電極１４０は、ｐ側電極１５Ｂから注入されたキャリアを拡散してｐ型ＧａＮ層１４に注入する。
　蛍光体２１は、図３Ｃに示すように、ｐ側電極１５Ｂ、及びｎ型ＧａＮ層１２上に形成されたｎ側電極１５Ａに対応する部分に切り欠きを有する略四角形状に形成されている。また、蛍光体２１は、透明電極１４０側の第１の面２１ａが透明電極１４０の表面１４０ｂに分子間力によって接合されている。蛍光体２１の組成は、第１の実施の形態における蛍光体２の組成と同様である。
　図３Ａに示すように、発光素子１０Ａのｎ側電極１５Ａは、ボンディングワイヤ３１１によってセラミック基板３の配線部３１に接続されている。また、発光素子１０Ａのｐ側電極１５Ｂは、ボンディングワイヤ３２１によってセラミック基板３の配線部３２に接続されている。
　以上のように構成された発光素子１０Ａに通電すると、配線部３１、ｎ側電極１５Ａ、及びｎ型ＧａＮ層１２を介して電子が発光層１３に注入され、また配線部３２、ｐ側電極１５Ｂ、透明電極１４０、及びｐ型ＧａＮ層１４を介して正孔が発光層１３に注入されて、発光層１３が発光する。
　発光層１３の青色の発光光は、ｐ型ＧａＮ層１４及び透明電極１４０を透過して透明電極１４０の表面１４０ｂから出射される。すなわち、透明電極１４０の表面１４０ｂは発光素子１０Ａの光出射面である。透明電極１４０の表面１４０ｂから出射された光は、蛍光体２１の第１の面２１ａに入射する。
　第１の面２１ａから蛍光体２１に入射した光の一部は、励起光として蛍光体２１を励起する。蛍光体２１は、発光素子１０Ａからの青色光の一部を吸収し、吸収した光を主として黄色光に波長変換する。より詳細には、蛍光体２１は、発光素子１０Ａからの３８０～４９０ｎｍの波長に光量のピークを有する青色系の光で励起されて５００～６３０ｎｍの波長に光量のピークを有する黄色系の光を発する。
　このように、蛍光体２１に入射した青色光のうちの一部は蛍光体２１に吸収されて波長変換され、黄色光として蛍光体２１の第２の面２１ｂから出射される。また、蛍光体２１に入射した青色光のうちの残りの一部は蛍光体２１に吸収されずにそのまま蛍光体２１の第２の面２１ｂから出射される。青色と黄色は補色関係にあるので、発光装置１Ａは、青色光と黄色光とを混合した白色光を放射する。
　本実施の形態によっても、第１の実施の形態について説明したのと同様の作用及び効果が得られる。
［第３の実施の形態］
　次に、本発明の第３の実施の形態について、図４を参照して説明する。
　図４は、本実施の形態に係る発光装置１Ｂの断面図である。
　本実施の形態に係る発光装置１Ｂは、発光素子の発光光を単一の単結晶からなる蛍光体に入射して波長変換する構成は第１の実施の形態に係る発光装置１と共通するが、蛍光体の配置位置が第１の実施の形態とは異なっている。以下、第１又は第２の実施の形態について説明したものと同一の機能及び構成を有する発光装置１Ｂの構成要素については共通する符号を付して説明を省略する。
　図４に示すように、発光装置１Ｂは、セラミック基板３上に、第１の実施の形態と同様の構成を有する発光素子１０を備えている。発光素子１０は、本体４の開口部４Ａ側に位置する素子基板１１（図１Ｂ参照）の第２の主面１１ｂから本体４の開口部４Ａ側に向かって青色光を出射する。
　本体４には、その開口部４Ａを覆うように、蛍光体２２が接合されている。蛍光体２２は平板状に形成され、本体４の上面４ｂに接着剤等により結合されている。蛍光体２２としては、第１の実施の形態において記載した各組成のものを用いることができる。また、蛍光体２２は、発光素子１０よりも大きく、全体が実質的に一つの単結晶である。
　以上のように構成された発光装置１Ｂに通電すると、発光素子１０が発光し、第２の主面１１ｂから蛍光体２２に向かって青色光を出射する。蛍光体２２は、発光素子１０の出射面に面した第１の面２２ａから発光素子１０の青色の発光光を入射し、この発光光によって励起された黄色光を第２の面２２ｂから外部に放射する。
　このように、蛍光体２２に入射した青色光のうちの一部は蛍光体２２に吸収されて波長変換され、黄色光として蛍光体２２の第２の面２２ｂから出射される。また、蛍光体２２に入射した青色光のうちの残りの一部は蛍光体２２に吸収されずに蛍光体２２の第２の面２２ｂから出射される。青色と黄色は補色関係にあるので、発光装置１Ｂは、青色光と黄色光とを混合した白色光を放射する。
　本実施の形態によっても、第１の実施の形態について説明したのと同様の作用及び効果が得られる。また、発光素子１０と蛍光体２２とが離間しているので、発光素子１０の出射面に蛍光体を接合する場合に比較して大型の蛍光体２２を用いることができ、発光装置１Ｂの組み付けの容易性が高まる。
［第４の実施の形態］
　次に、本発明の第４の実施の形態について、図５を参照して説明する。
　図５は、本実施の形態に係る発光装置１Ｃの断面図である。図５に示すように、本実施の形態では、発光素子と、発光素子が実装される基板及び蛍光体との位置関係が第３の実施の形態とは異なっている。以下、第１、第２又は第３の実施の形態について説明したものと同一の機能及び構成を有する発光装置１Ｃの構成要素については共通する符号を付して説明を省略する。
　本変形例に係る発光装置１Ｃは、白色の樹脂からなる本体５と、本体５に形成されたスリット状の保持部５１に保持された透明基板６と、本体５の開口部５Ａを覆うように配置されたＹＡＧ系の単一の単結晶からなる蛍光体２２と、透明基板６の蛍光体２２側の面とは反対側の面に実装された発光素子１０Ａと、発光素子１０Ａに通電するための配線部６１，６２とを備えて構成されている。蛍光体２２の組成は、第１の実施の形態に係る蛍光体２と同様である。
　本体５は、その中心部に曲面上の凹部が形成され、この凹部の表面が発光素子１０Ａの発光光を蛍光体２２０側に反射する反射面５０となっている。
　透明基板６は、例えばシリコーン樹脂やアクリル樹脂、ＰＥＴ等透光性をもつ樹脂、又はガラス状物質、サファイア、セラミックス、石英等単結晶若しくは多結晶からなる透光性をもつ部材からなり、発光素子１０Ａの発光光を透過させる透光性及び絶縁性を有している。また、透明基板６には、配線部６１，６２の一部が接合されている。発光素子１０Ａのｐ側電極及びｎ側電極と配線部６１，６２の一端部との間は、ボンディングワイヤ６１１，６１２により電気的に接続されている。配線部６１，６２の他端部は、本体５の外部に引き出されている。
　以上のように構成された発光装置１Ｃに通電すると、発光素子１０Ａが発光し、発光光の一部は透明基板６を透過して蛍光体２２の第１の面２２ａに入射する。また、発光素子１０Ａの他の一部は本体５の反射面５０で反射して透明基板６を透過し、蛍光体２２の第１の面２２ａに入射する。
　蛍光体２２に入射した光のうちの一部は蛍光体２２に吸収されて波長変換され、残りの一部は蛍光体２２に吸収されずに蛍光体２２の第２の面２２ｂから出射される。このように、発光装置１Ｃは、発光素子１０Ａが発した青色光と蛍光体２２で波長変換された黄色光とを混合した白色光を放射する。
　本変形例によっても、上記した第３の実施の形態の効果と同様の効果がある。また、発光素子１０Ａから蛍光体２２０側とは反対側に出射した光が反射面５０で反射して透明基板６を透過し、蛍光体２２０に入射するので、発光装置１Ｃの光取り出し効率が高くなる。
［第５の実施の形態］
　次に、本発明の第５の実施の形態について、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する。
　図６Ａは、本実施の形態に係る発光装置１Ｄの断面図、図６Ｂは、発光装置１Ｄを構成する発光素子７の断面図である。図６Ａに示すように、本実施の形態では、発光素子の構成及びその配置が第３の実施の形態とは異なっている。以下、第１、第２又は第３の実施の形態について説明したものと同一の機能及び構成を有する発光装置１Ｄの構成要素については共通する符号を付して説明を省略する。
　発光装置１Ｄには、セラミック基板３に設けられた配線部３２上に、発光素子７が配置されている。発光素子７は、図６Ｂに示すように、Ｇａ2Ｏ3基板７０、バッファ層７１、Ｓｉドープのｎ+－ＧａＮ層７２、Ｓｉドープのｎ－ＡｌＧａＮ層７３、ＭＱＷ（Multiple-Quantum Well）層７４、Ｍｇドープのｐ－ＡｌＧａＮ層７５、Ｍｇドープのｐ+－ＧａＮ層７６、ｐ電極７７をこの順に積層して形成されている。また、Ｇａ2Ｏ3基板７０のバッファ層７１と反対側の面には、ｎ電極７８が設けられている。
　Ｇａ2Ｏ3基板７０は、ｎ型の導電型を示すβ－Ｇａ2Ｏ3からなる。ＭＱＷ層７４は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸構造を有する発光層である。ｐ電極７７は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明電極であり、配線部３１と電気的に接続されている。ｎ電極７８は、ボンディングワイヤ３２１によってセラミック基板３の配線部３２に接続されている。なお、素子基板としては、β－Ｇａ2Ｏ3に替えて、ＳｉＣを用いてもよい。
　以上のように構成された発光素子７に通電すると、ｎ電極７８、Ｇａ2Ｏ3基板７０、バッファ層７１、ｎ+－ＧａＮ層７２、及びｎ－ＡｌＧａＮ層７３を介して電子がＭＱＷ層７４に注入され、またｐ電極７７、ｐ+－ＧａＮ層７６、ｐ－ＡｌＧａＮ層７５を介して正孔がＭＱＷ層７４に注入されて、青色系の光を発する。この青色系の発光光は、Ｇａ2Ｏ3基板７０等を透過して発光素子７の出射面７ａから出射され、蛍光体２２の第１の面２２ａに入射する。
　蛍光体２２は、発光素子７の出射面に面した第１の面２２ａから発光素子１０の青色系の発光光を入射し、この発光光によって励起された黄色光を第２の面２２ｂから外部に放射する。
　このように、蛍光体２２に入射した青色光のうちの一部は蛍光体２２に吸収されて波長変換され、黄色光として蛍光体２２の第２の面２２ｂから出射される。また、蛍光体２２に入射した青色光のうちの残りの一部は蛍光体２２に吸収されずに蛍光体２２の第２の面２２ｂから出射される。青色と黄色は補色関係にあるので、発光装置１Ｄは、青色光と黄色光とを混合した白色光を放射する。
　本実施の形態によっても、第３の実施の形態について説明したのと同様の作用及び効果が得られる。
　以上の説明からも明らかなように、本発明は、上記実施の形態及び図示例に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲内で様々に設計変更が可能である。例えば、発光素子及び蛍光体をいわゆる砲弾型の樹脂により封止してもよい。また、一つの発光装置が複数の発光素子を有する構成としてもよい。またさらに、青色系の光を発する発光素子の光を励起光として黄色系の光を発する単一の単結晶からなる蛍光体と、前記蛍光体と異なる色調の光を発する単一の単結晶からなる蛍光体など複数の単一の単結晶からなる蛍光体を組み合わせて発光装置を構成してもよい。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…発光装置、２，２１，２２…蛍光体、３…セラミック基板、２ａ，２１ａ，２２ａ…第１の面、２ｂ，２１ｂ，２２ｂ…第２の面、４，５…本体、５１…保持部、４Ａ，５Ａ…開口部、４ｂ…上面、６…透明基板、１０，１０Ａ，７…発光素子、１１…素子基板、１１ａ…第１の主面、１１ｂ…第２の主面、１２…ｎ型ＧａＮ層、１３…発光層、１４…ｐ型ＧａＮ層、１５Ａ…ｎ側電極、１５Ｂ…ｐ側電極、１６…バンプ、３１，３２，６１，６２…配線部、３１１，３２１，６１１，６１２…ボンディングワイヤ、４０，５０…反射面、１４０…透明電極、１４０ｂ…表面、７０…Ｇａ2Ｏ3基板、７１…バッファ層、７２…ｎ+－ＧａＮ層、７３…ｎ－ＡｌＧａＮ層、７４…ＭＱＷ層、７５…ｐ－ＡｌＧａＮ層、７６…ｐ+－ＧａＮ層、７７…ｐ電極、７８…ｎ電極、８０…結晶育成装置、８１…ルツボ、８２…筒状容器、８３…高周波コイル、９０…融液、９１…種結晶、９２…ＹＡＧ単結晶

Claims (9)

  1. 　青色系の光を発する発光素子と、
    　前記発光素子の光を励起光として、黄色系の光を発する単一の単結晶からなる蛍光体と
    　を備えた発光装置。
  2. 　前記蛍光体は、Ｙ3-x-yＬxＭyＡｌ5-ZＮZＯ12-w（Ｌは、Ｇｄ又はＬｕ、Ｍは、Ｃｅ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｓｍからなる群から選択される１種類以上の元素、Ｎは、Ｇａ又はＩｎ、０≦ｘ＜３、０＜ｙ≦１、０≦ｚ≦５、－０．２≦ｗ≦０．２）で表される組成を有する請求項１に記載の発光装置。
  3. 　前記蛍光体は、Ｔｂ3-x―yＧｄxＭy（Ｓｃ,Ｌｕ）2-ZＡｌ3-WＮZ+WＯ12-V（Ｍは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｓｍからなる群から選択される１種類以上の元素、Ｎは、Ｇａ又はＩｎ、０≦ｘ＜３、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜２、０＜ｗ＜３、－０．２≦ｖ≦０．２）で表される組成を有する請求項１に記載の発光装置。
  4. 　前記蛍光体は、前記ｚが０．５≦ｚ≦２である請求項３に記載の発光装置。
  5. 　前記蛍光体は、Ｔｂ3-x-yＧｄxＭy（Ｓｃ,Ｌｕ）vＮ5-vＯ12-w（Ｍは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｓｍ、Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒからなる群より選択される少なくとも１種類以上の元素、Ｎは、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌからなる群より選択される少なくとも1種類以上の元素、０≦ｘ＜３、０＜ｙ≦１、０≦ｖ≦５、－０．２≦ｗ≦０．２）で表される組成を有する請求項１に記載の発光装置。
  6. 　前記蛍光体は、Ｙ3-x-yＧｄxＭyＬvＮ5-vＯ12-w（ＬはＳｃ，Ｌｕより選択される少なくとも1種類以上の元素、Ｍは、Ｃｅ，Ｔｂ，Ｅｕ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｓｍ、Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒからなる群から選択される１種類以上の元素、Ｎは、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌより選択される少なくとも1種類以上の元素、０≦ｘ＜３、０＜ｙ≦１、０≦ｖ≦５、－０．２≦ｗ≦０．２）で表される組成を有する請求項１に記載の発光装置。
  7. 　前記蛍光体は、前記ｖが０．５≦ｖ≦２である請求項５又は６に記載の発光装置。
  8. 　前記蛍光体は、前記ｙが０．００３≦ｙ≦０．２である請求項２乃至７の何れか１項に記載の発光装置。
  9. 　前記蛍光体は、前記ｙが０．０１≦ｙ≦０．２である請求項２乃至７の何れか１項に記載の発光装置。
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