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JP6955704B2 - Light emitting device - Google Patents

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JP6955704B2 JP2018145590A JP2018145590A JP6955704B2 JP 6955704 B2 JP6955704 B2 JP 6955704B2 JP 2018145590 A JP2018145590 A JP 2018145590A JP 2018145590 A JP2018145590 A JP 2018145590A JP 6955704 B2 JP6955704 B2 JP 6955704B2
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Description

本発明は、発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device.

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)。 Conventionally, a light emitting element composed of an LED (Light Emitting Diode) that emits blue light and a phosphor that is excited by receiving the light of this light emitting element and emits yellow light are provided, and white light is obtained by mixing these emission colors. A light emitting device that emits light is known (see, for example, Patent Document 1).

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。 In the light emitting device described in Patent Document 1, a granular phosphor is contained in an epoxy resin and arranged around a light emitting element that emits blue light, and the light emitted from the light emitting element itself and the yellow light emitted by the phosphor are used. It is configured to emit white light by mixing.

特開2010−155891号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-155891

発光装置のハイパワー化に伴い発光素子の発熱が大きな問題となる。具体的には素子への投入電力による発光特性の変動、及び蛍光体の温度上昇に伴う特性の変動が相互に影響しあうことによって生じる発光装置の特性変動である。 With the increase in power of the light emitting device, heat generation of the light emitting element becomes a big problem. Specifically, it is a characteristic variation of the light emitting device caused by mutual influence of the fluctuation of the light emitting characteristic due to the input power to the element and the fluctuation of the characteristic due to the temperature rise of the phosphor.

蛍光体は、一般に、固有の量子効率(励起光を蛍光に変換する効率)や、温度消光特性(温度の上昇に伴い量子効率が低下する性質)を有する。量子効率が高ければ、蛍光体を用いたより高輝度の発光装置を得ることができ、温度消光特性が優れていれば、より高出力の発光装置に用いることができる。 In general, a phosphor has inherent quantum efficiency (efficiency of converting excitation light into fluorescence) and temperature quenching property (property that quantum efficiency decreases as the temperature rises). If the quantum efficiency is high, a light emitting device having a higher brightness using a phosphor can be obtained, and if the temperature quenching characteristic is excellent, it can be used in a light emitting device having a higher output.

そこで、本発明の目的の1つは、高温条件下においても優れた特性を発揮する単結晶蛍光体が用いられた発光装置を提供することにある。 Therefore, one of the objects of the present invention is to provide a light emitting device using a single crystal phosphor that exhibits excellent characteristics even under high temperature conditions.

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記[1]〜[5]の発光装置を提供する。 One aspect of the present invention provides the following light emitting devices [1] to [5] in order to achieve the above object.

[1]380〜490nmの波長に光量のピークを有するレーザー光を出射するレーザー素子と、前記レーザー素子と離間して配置されて前記レーザー光を吸収して25℃のときに514〜544nmの波長に光量のピークを有する波長変換光を放射する平板状の単結晶蛍光体とを含み、前記単結晶蛍光体は、組成式(Y1−x−y−zLuGdCe 3+aAl5−a12(0≦x≦0.9994、0≦y≦0.0302、0.0006≦z≦0.0067、−0.010≦a≦0.251)で表される組成を有し、前記レーザー光のピーク波長が450nmであるとき、300℃における内部量子効率の、25℃における内部量子効率に対する比の値が0.82〜1.00である、発光装置 [1] A laser element that emits a laser beam having a peak light amount at a wavelength of 380 to 490 nm and a laser element that is arranged apart from the laser element to absorb the laser beam and have a temperature of 514 to 544 nm at 25 ° C. and a plate-shaped single crystal phosphor that emits wavelength-converted light having a peak of light intensity to wavelength, the single crystalline phosphor composition formula (Y 1-x-y- z Lu x Gd y Ce z) 3 + a The composition represented by Al 5-a O 12 (0 ≦ x ≦ 0.9994, 0 ≦ y ≦ 0.0302, 0.0006 ≦ z ≦ 0.0067, −0.010 ≦ a ≦ 0.251) A light emitting device having a value of the ratio of the internal quantum efficiency at 300 ° C. to the internal quantum efficiency at 25 ° C. of 0.82 to 1.00 when the peak wavelength of the laser light is 450 nm .

]レーザープロジェクタ及びレーザーヘッドライトのいずれか1つに用いられる、前記[1]に記載の発光装置。 [ 2 ] The light emitting device according to the above [1] , which is used for any one of a laser projector and a laser headlight.

]前記組成において、x+z=1、y=0である、前記[1]又は[2]に記載の発光装置。 [ 3 ] The light emitting device according to the above [1] or [2] , wherein x + z = 1 and y = 0 in the composition.

]前記平板状の単結晶蛍光体は、前記レーザー素子を包囲する本体の、前記レーザー素子上に位置する開口部を形成された上面に結合されている、前記[1]〜[]のいずれか1項に記載の発光装置。 [ 4 ] The flat plate-shaped single crystal phosphor is bonded to the upper surface of the main body surrounding the laser element, which has an opening located on the laser element. [1] to [ 3 ] The light emitting device according to any one of the above items.

]前記平板状の単結晶蛍光体は、前記レーザー素子の光出射面より大きい面積の光入射面を有する、前記[1]〜[]のいずれか1項に記載の発光装置。 [5] The flat plate-shaped single crystal phosphor has a light incident surface of larger area than the light emitting surface of the laser element, the [1] to the light emitting device according to any one of [4].

本発明の一態様によれば、高温条件下においても優れた特性を発揮する単結晶蛍光体が用いられた発光装置を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a light emitting device using a single crystal phosphor that exhibits excellent characteristics even under high temperature conditions.

図1は、第1の実施の形態に係る、CZ法による単結晶蛍光体インゴットの引き上げを模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing pulling up of a single crystal phosphor ingot by the CZ method according to the first embodiment. 図2(a)は、第1の実施の形態に係る単結晶蛍光体の、蛍光のピーク波長(nm)と、内部量子効率ηint(300℃)との関係を表すグラフである。また、図2(b)は、本実施の形態に係る単結晶蛍光体の、蛍光のピーク波長(nm)と、内部量子効率の比の値ηint(300℃)/ηint(25℃)との関係を表すグラフである。FIG. 2A is a graph showing the relationship between the peak wavelength of fluorescence (nm) and the internal quantum efficiency η int (300 ° C.) of the single crystal phosphor according to the first embodiment. Further, FIG. 2B shows the value of the ratio of the peak wavelength (nm) of fluorescence and the internal quantum efficiency of the single crystal phosphor according to the present embodiment η int (300 ° C.) / η int (25 ° C.). It is a graph showing the relationship with. 図3は、第1の実施の形態に係る単結晶蛍光体の、蛍光のピーク波長(nm)と、外部量子効率の比の値ηext(300℃)/ηext(25℃)との関係を表すグラフである。FIG. 3 shows the relationship between the peak wavelength of fluorescence (nm) of the single crystal phosphor according to the first embodiment and the value of the ratio of the external quantum efficiency η ext (300 ° C.) / η ext (25 ° C.). It is a graph showing. 図4(a)は、第2の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図であり、図4(b)は、その発光装置を構成する発光素子及びその周辺部の垂直断面図である。FIG. 4A is a vertical cross-sectional view of the light emitting device according to the second embodiment, and FIG. 4B is a vertical cross-sectional view of the light emitting element constituting the light emitting device and its peripheral portion. 図5(a)は、第3の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図、図5(b)は、その発光装置を構成する発光素子の垂直断面図、図5(c)は、発光素子の平面図である。5 (a) is a vertical cross-sectional view of a light emitting device according to a third embodiment, FIG. 5 (b) is a vertical cross-sectional view of a light emitting element constituting the light emitting device, and FIG. 5 (c) is a light emitting device. It is a top view of the element. 図6は、第4の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of the light emitting device according to the fourth embodiment. 図7は、第5の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of the light emitting device according to the fifth embodiment. 図8(a)は、第6の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図、図8(b)は、その発光装置を構成する発光素子の垂直断面図である。FIG. 8A is a vertical cross-sectional view of the light emitting device according to the sixth embodiment, and FIG. 8B is a vertical cross-sectional view of the light emitting element constituting the light emitting device. 図9は、第7の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。FIG. 9 is a vertical cross-sectional view of the light emitting device according to the seventh embodiment. 図10(a)は、第8の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図であり、図10(b)は、その発光装置を構成する発光素子及びその周辺部の垂直断面図である。FIG. 10A is a vertical cross-sectional view of the light emitting device according to the eighth embodiment, and FIG. 10B is a vertical cross-sectional view of the light emitting element constituting the light emitting device and its peripheral portion. 図11は、第9の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。FIG. 11 is a vertical cross-sectional view of the light emitting device according to the ninth embodiment.

[第1の実施の形態]
〔単結晶蛍光体〕
第1の実施の形態に係る単結晶蛍光体は、YAl12(YAG)結晶を母結晶とするYAG系蛍光体であり、組成式(Y1−x−y−zLuGdCe3+aAl5−a12(0≦x≦0.9994、0≦y≦0.0669、0.0002≦z≦0.0067、−0.016≦a≦0.315)で表される組成を有する。ここで、Lu、Gdは、Yを置換する発光中心とならない成分である。Ceは、Yを置換する発光中心となり得る成分(付活剤)である。
[First Embodiment]
[Single crystal phosphor]
The single crystal phosphor according to the first embodiment is a YAG-based phosphor having a Y 3 Al 5 O 12 (YAG) crystal as a mother crystal, and has a composition formula (Y 1-x-y-z Lu x Gd). y Ce z) 3 + a Al 5-a O 12 (0 ≦ x ≦ 0.9994,0 ≦ y ≦ 0.0669,0.0002 ≦ z ≦ 0.0067, at -0.016 ≦ a ≦ 0.315) Has the composition represented. Here, Lu and Gd are components that do not serve as emission centers that replace Y. Ce is a component (activation agent) that can serve as a light emitting center that replaces Y.

なお、上記の単結晶蛍光体の組成のうち、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。また、上記の組成式における組成比のOの値は12と記述されるが、上記の組成は、不可避的に混入または欠損する酸素の存在により組成比のOの値が僅かに12からずれた組成も含む。また、組成式におけるaの値は、単結晶蛍光体の製造上、不可避的に変化する値であるが、−0.016≦a≦0.315程度の数値範囲内での変化は、単結晶蛍光体の物性にほとんど影響を及ぼさない。 In the composition of the above-mentioned single crystal phosphor, some atoms may occupy different positions in the crystal structure. Further, the O value of the composition ratio in the above composition formula is described as 12, but in the above composition, the O value of the composition ratio is slightly deviated from 12 due to the presence of oxygen inevitably mixed or deficient. Also includes composition. Further, the value of a in the composition formula is a value that inevitably changes in the production of the single crystal phosphor, but the change within the numerical range of about −0.016 ≦ a ≦ 0.315 is a single crystal. It has almost no effect on the physical properties of the phosphor.

また、本実施の形態の蛍光体は、Ba、Sr等の2族元素及びF、Br等の17族元素を含まず、高い純度を有することを特徴とする。これらの特徴により高輝度で高寿命な蛍光体を実現できる。 Further, the phosphor of the present embodiment is characterized in that it does not contain Group 2 elements such as Ba and Sr and Group 17 elements such as F and Br, and has high purity. With these features, a phosphor with high brightness and long life can be realized.

Ceの濃度を表す上記組成式におけるzの数値の範囲が0.0002≦z≦0.0067であるのは、yの数値が0.0002よりも小さい場合は、Ce濃度が低すぎるために、励起光の吸収が小さくなり、外部量子効率が小さくなりすぎるという問題が生じ、0.0067よりも大きい場合は、単結晶蛍光体のインゴットを育成する際にクラックやボイド等が生じ、結晶品質が低下する可能性が高くなるためである。 The range of the numerical value of z in the above composition formula representing the concentration of Ce is 0.0002 ≦ z ≦ 0.0067 because when the numerical value of y is smaller than 0.0002, the Ce concentration is too low. There is a problem that the absorption of excitation light becomes small and the external quantum efficiency becomes too small. If it is larger than 0.0067, cracks and voids occur when growing an ingot of a single crystal phosphor, and the crystal quality is deteriorated. This is because there is a high possibility that it will decrease.

この単結晶蛍光体は、例えば、CZ法(Czochralski Method)、EFG法(Edge Defined Film Fed Growth Method)、ブリッジマン法、FZ法(Floating Zone Method)、ベルヌーイ法等の液相成長法によって得ることができる。これらの液相成長法により得られた単結晶蛍光体のインゴットを切断して平板状に加工したり、粉砕して粉末状に加工したりすることにより、後述する発光装置に用いることができる。 This single crystal phosphor can be obtained by, for example, a liquid phase growth method such as the CZ method (Czochralski Method), the EFG method (Edge Defined Film Fed Growth Method), the Bridgman method, the FZ method (Floating Zone Method), and the Verneuil method. Can be done. By cutting the single crystal phosphor ingot obtained by these liquid phase growth methods and processing it into a flat plate, or by pulverizing it and processing it into a powder, it can be used in a light emitting device described later.

本実施の形態の単結晶蛍光体は、優れた内部量子効率を有する。例えば、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの内部量子効率は0.91以上である。 The single crystal phosphor of this embodiment has excellent internal quantum efficiency. For example, the internal quantum efficiency is 0.91 or more when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm.

文献Solid-State Lighting Research and Development: Multi Year Program Plan March 2011 (Updated May 2011) P.69 の表 A1.3 によれば、内部量子効率(Quantum Yield (25°C) across the visible spectrum)の2010年の数値は0.90であり、2020年の目標値が0.95であることが記載されている。このことから、業界では、2年で0.01程度の量子効率の向上が期待されていることがわかり、本実施の形態の蛍光体は、出願時において目標とされる数値に近い、又は超えた量子効率を有する優れた蛍光体であるといえる。 According to Table A1.3 on page 69 of the literature Solid-State Lighting Research and Development: Multi Year Program Plan March 2011 (Updated May 2011), 2010 of internal quantum efficiency (Quantum Yield (25 ° C) across the visible spectrum) It is stated that the year number is 0.90 and the target value for 2020 is 0.95. From this, it can be seen that the industry is expected to improve the quantum efficiency by about 0.01 in two years, and the phosphor of the present embodiment is close to or exceeds the target value at the time of filing. It can be said that it is an excellent phosphor having quantum efficiency.

また、本実施の形態の単結晶蛍光体の少なくとも一部(詳細は後述する)は、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が514nm以上かつ544nm以下である試料において、温度が300℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの内部量子効率が0.90以上である。 Further, at least a part of the single crystal phosphor of the present embodiment (details will be described later) has a fluorescence peak wavelength of 514 nm or more and 544 nm or less when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm. In a certain sample, the internal quantum efficiency is 0.90 or more when the temperature is 300 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm.

また、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が544nmより大きく546nm以下である試料において、温度が300℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの内部量子効率が0.80以上である。 Further, in a sample in which the peak wavelength of fluorescence is larger than 544 nm and 546 nm or less when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm, the inside when the temperature is 300 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm. The quantum efficiency is 0.80 or more.

これらの単結晶蛍光体は、300℃という高温条件下においても高い内部量子効率を保つことができるため、例えば、励起光がレーザー光であるレーザープロジェクタやレーザーヘッドライトのように、単位面積当たりの輝度が極めて高い発光装置に用いられる蛍光体として優れた機能を発揮することができる。 Since these single crystal phosphors can maintain high internal quantum efficiency even under a high temperature condition of 300 ° C., for example, such as a laser projector or a laser headlight in which the excitation light is laser light, per unit area. It can exhibit excellent functions as a phosphor used in a light emitting device having extremely high brightness.

また、上記の温度が300℃のときに高い内部量子効率を示す単結晶蛍光体は、優れた温度消光特性を有する。例えば、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が514nm以上かつ544nm以下である試料において、温度が300℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの内部量子効率の、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの内部量子効率に対する比の値が0.90以上である。 Further, the single crystal phosphor exhibiting high internal quantum efficiency when the temperature is 300 ° C. has excellent temperature quenching characteristics. For example, in a sample in which the peak wavelength of fluorescence is 514 nm or more and 544 nm or less when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm, the inside when the temperature is 300 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm. The value of the ratio of the quantum efficiency to the internal quantum efficiency when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm is 0.90 or more.

また、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が544nmより大きく546nm以下である試料において、温度が300℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの内部量子効率の、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの内部量子効率に対する比の値が0.80以上である。 Further, in a sample in which the peak wavelength of fluorescence is larger than 544 nm and 546 nm or less when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm, the inside when the temperature is 300 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm. The value of the ratio of the quantum efficiency to the internal quantum efficiency when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm is 0.80 or more.

また、例えば、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が514nm以上かつ544nm以下である試料において、温度が300℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの外部量子効率の、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの外部量子効率に対する比の値が0.85以上である。 Further, for example, in a sample in which the peak wavelength of fluorescence is 514 nm or more and 544 nm or less when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm, when the temperature is 300 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm. The value of the ratio of the external quantum efficiency to the external quantum efficiency when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm is 0.85 or more.

また、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が544nmより大きく546nm以下である試料において、温度が300℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの外部量子効率の、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの外部量子効率に対する比の値が0.80以上である。 Further, in a sample in which the peak wavelength of fluorescence is larger than 544 nm and 546 nm or less when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm, the outside when the temperature is 300 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm. The value of the ratio of the quantum efficiency to the external quantum efficiency when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm is 0.80 or more.

〔多結晶蛍光体との比較〕
Ceにより付活されたYAG系単結晶蛍光体とYAG系多結晶蛍光体粉末とでは、Ceの濃度と発光色の関係が大きく異なる。例えば、特許文献(特開2010−24278号公報)には、組成式(Y1−zCeAl12で表される組成を有する多結晶蛍光体粉末では0.003≦z≦0.2のCe濃度範囲で一定の色度(0.41,0.56)の光を発することが記載されている。一方、本実施の形態の単結晶蛍光体では、Ce濃度に依存して色度が変化し、例えば、上記特許文献の多結晶蛍光体粉末と同じ色度(0.41,0.56)の光を発するための組成は(Y1−zCeAl12(z=0.0005)である。
[Comparison with polycrystalline phosphor]
The relationship between the concentration of Ce and the emission color is significantly different between the YAG-based single crystal phosphor activated by Ce and the YAG-based polycrystalline phosphor powder. For example, Patent Document (JP-2010-24278), 0.003 ≦ z ≦ a polycrystalline phosphor powder having a composition represented by the composition formula (Y 1-z Ce z) 3 Al 5 O 12 It is described that it emits light with a constant chromaticity (0.41, 0.56) in the Ce concentration range of 0.2. On the other hand, in the single crystal phosphor of the present embodiment, the chromaticity changes depending on the Ce concentration, and for example, the chromaticity (0.41, 0.56) is the same as that of the polycrystalline phosphor powder of the above patent document. the composition for emitting light is (Y 1-z Ce z) 3 Al 5 O 12 (z = 0.0005).

また、特許文献(特許第3503139号公報)には、組成式(Y1−a−bLuCeAl12で表される組成を有する多結晶蛍光体粉末が、a=0.99、b=0.01のときには発光色度が(0.339,0.579)となり、a=0.495、b=0.01のときには発光色度が(0.377,0.570)となることが記載されている。この多結晶蛍光体粉末に含まれるCeの濃度も、本実施の形態の単結晶蛍光体に含まれるCeの濃度と比較して桁違いに高い。 Further, in Patent Document (Japanese Patent No. 3503139), a polycrystalline phosphor powder having a composition represented by the composition formula (Y 1-ab Lu a Ce b ) 3 Al 5 O 12 is a = 0. When .99 and b = 0.01, the emission chromaticity is (0.339, 0.579), and when a = 0.495 and b = 0.01, the emission chromaticity is (0.377, 0.570). ) Is stated. The concentration of Ce contained in the polycrystalline phosphor powder is also orders of magnitude higher than the concentration of Ce contained in the single crystal phosphor of the present embodiment.

このように、単結晶蛍光体においては、所望の色の光を発するために添加されるCeの濃度が、多結晶蛍光体と比較して極めて少なく、高価なCeの使用量を低減することができる。 As described above, in the single crystal phosphor, the concentration of Ce added to emit light of a desired color is extremely low as compared with the polycrystalline phosphor, and the amount of expensive Ce used can be reduced. can.

以下に、本実施の形態に係る単結晶蛍光体の製造方法の一例について説明する。以下の例においては、チョクラルスキー法(CZ法)により単結晶蛍光体を育成する。 An example of a method for producing a single crystal phosphor according to the present embodiment will be described below. In the following example, the single crystal phosphor is grown by the Czochralski method (CZ method).

〔単結晶蛍光体の製造〕
まず、出発原料として、高純度(99.99%以上)のY、Lu、Gd、CeO、Alの粉末を用意し、乾式混合を行い、混合粉末を得る。なお、Y、Lu、Gd、Ce、及びAlの原料粉末は、上記のものに限られない。また、Lu又はGdを含まない単結晶蛍光体を製造する場合は、それらの原料粉末は用いない。
[Manufacturing of single crystal phosphor]
First, high-purity (99.99% or more) powders of Y 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , CeO 2 , and Al 2 O 3 are prepared as starting materials, and dry-mixed and mixed. Get the powder. The raw material powders of Y, Lu, Gd, Ce, and Al are not limited to those described above. Further, when producing a single crystal phosphor containing no Lu or Gd, those raw material powders are not used.

図1は、CZ法による単結晶蛍光体インゴットの引き上げを模式的に示す断面図である。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。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the pulling up of a single crystal phosphor ingot by the CZ method. The crystal growing device 80 mainly includes an iridium crucible 81, a ceramic tubular container 82 accommodating the crucible 81, and a high-frequency coil 83 wound around the tubular container 82.

得られた混合粉末をルツボ81内に入れ、窒素雰囲気中で高周波コイル83により30kWの高周波エネルギーをルツボ81に供給して誘導電流を生じさせ、ルツボ81を加熱する。これにより混合粉末を溶融し、融液90を得る。 The obtained mixed powder is put into the crucible 81, and a high frequency energy of 30 kW is supplied to the crucible 81 by a high frequency coil 83 in a nitrogen atmosphere to generate an induced current, and the crucible 81 is heated. As a result, the mixed powder is melted to obtain a melt 90.

次に、YAG単結晶である種結晶91を用意して、その先端を融液90に接触させた後、10rpmの回転数で回転させながら1mm/h以下の引き上げ速度で引き上げ、1960℃以上の引き上げ温度で<111>方向に単結晶蛍光体インゴット92を育成する。この単結晶蛍光体インゴット92の育成は、筒状容器内に毎分2Lの流量で窒素を流し込み、大気圧下、窒素雰囲気中で行われる。 Next, a seed crystal 91, which is a YAG single crystal, is prepared, and the tip thereof is brought into contact with the melt 90, and then the seed crystal 91 is pulled up at a pulling speed of 1 mm / h or less while rotating at a rotation speed of 10 rpm to 1960 ° C. or higher. The single crystal phosphor ingot 92 is grown in the <111> direction at the raising temperature. The growth of the single crystal phosphor ingot 92 is carried out by pouring nitrogen into a cylindrical container at a flow rate of 2 L / min, under atmospheric pressure, and in a nitrogen atmosphere.

こうして、例えば、直径約2.5cm、長さ約5cmの単結晶蛍光体インゴット92が得られる。得られた単結晶蛍光体インゴット92を所望の大きさに切り出すことにより、例えば、発光装置に用いる平板状の単結晶蛍光体を得ることができる。また、単結晶蛍光体インゴット92を粉砕することにより、粒子状の単結晶蛍光体を得ることができる。 Thus, for example, a single crystal phosphor ingot 92 having a diameter of about 2.5 cm and a length of about 5 cm can be obtained. By cutting out the obtained single crystal phosphor ingot 92 to a desired size, for example, a flat plate-shaped single crystal phosphor used in a light emitting device can be obtained. Further, by pulverizing the single crystal phosphor ingot 92, a particulate single crystal phosphor can be obtained.

〔単結晶蛍光体の評価〕
組成の異なる複数の第1の実施の形態に係る単結晶蛍光体を製造し、組成の分析、CIE色度、内部量子効率、及び外部量子効率の評価を行った。
[Evaluation of single crystal phosphor]
Single crystal phosphors according to a plurality of first embodiments having different compositions were produced, and the composition was analyzed, the CIE chromaticity, the internal quantum efficiency, and the external quantum efficiency were evaluated.

組成分析は、高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により行った。また、Ce濃度が極めて小さい単結晶蛍光体に対しては、ICP質量分析法(ICP−MS)を併用した。 Composition analysis was performed by radio frequency inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy. In addition, ICP mass spectrometry (ICP-MS) was used in combination with a single crystal phosphor having an extremely low Ce concentration.

CIE色度座標の評価においては、CIE1931等色関数を用いて、励起光のピーク波長が450nmであるときの単結晶蛍光体の発光スペクトルのCIE色度座標を求めた。 In the evaluation of the CIE chromaticity coordinates, the CIE chromaticity coordinates of the emission spectrum of the single crystal phosphor when the peak wavelength of the excitation light was 450 nm were obtained by using the CIE 1931 color matching function.

内部量子効率及び外部量子効率の評価は、積分半球ユニットを備えた量子効率測定システムを用いて行った。以下に、単結晶蛍光体の内部量子効率及び外部量子効率の具体的な測定方法について述べる。 Evaluation of internal quantum efficiency and external quantum efficiency was performed using a quantum efficiency measurement system equipped with an integrating hemisphere unit. The specific measurement methods of the internal quantum efficiency and the external quantum efficiency of the single crystal phosphor will be described below.

まず、積分半球ユニット内に設置した標準試料としての硫酸バリウム粉末に励起光を照射し、励起光スペクトルを測定する。次に、積分半球ユニット内の硫酸バリウム上に設置した単結晶蛍光体に励起光を照射して、励起反射光スペクトル及び蛍光発光スペクトルを測定する。次に、積分半球ユニット内で拡散反射させた励起光を硫酸バリウム上に設置した単結晶蛍光体に照射し、再励起蛍光発光スペクトルを測定する。 First, the barium sulfate powder as a standard sample placed in the integrating hemisphere unit is irradiated with excitation light, and the excitation light spectrum is measured. Next, the single crystal phosphor placed on barium sulfate in the integrating hemisphere unit is irradiated with excitation light, and the excitation reflected light spectrum and the fluorescence emission spectrum are measured. Next, the excitation light diffusely reflected in the integrating hemisphere unit is irradiated to the single crystal phosphor placed on barium sulfate, and the re-excitation fluorescence emission spectrum is measured.

そして、蛍光発光スペクトルから求められる光量子数と再励起蛍光発光スペクトルから求められる光量子数との差を、励起光スペクトルから求められる光量子数と励起反射光スペクトルから求められる光量子数との差で除すことにより、内部量子効率を求める。 Then, the difference between the photon number obtained from the fluorescence emission spectrum and the photon number obtained from the re-excitation fluorescence emission spectrum is divided by the difference between the photon number obtained from the excitation light spectrum and the photon number obtained from the excitation reflected light spectrum. By doing so, the internal quantum efficiency is obtained.

また、蛍光発光スペクトルから求められる光量子数と再励起蛍光発光スペクトルから求められる光量子数との差を、励起光スペクトルから求められる光量子数で除すことにより、外部量子効率を求める。 Further, the external quantum efficiency is obtained by dividing the difference between the photon number obtained from the fluorescence emission spectrum and the photon number obtained from the reexcitation fluorescence emission spectrum by the photon number obtained from the excitation light spectrum.

次の表1及び表2に、評価の結果を示す。表1には試料番号1〜23の単結晶蛍光体試料の評価結果を示し、表2には試料番号24〜46の単結晶蛍光体試料の評価結果を示す。 The results of the evaluation are shown in Tables 1 and 2 below. Table 1 shows the evaluation results of the single crystal phosphor samples of sample numbers 1 to 23, and Table 2 shows the evaluation results of the single crystal phosphor samples of sample numbers 24 to 46.

表1及び表2は、本実施の形態に係る単結晶蛍光体の組成式におけるx、y、z、aの値、測定時の単結晶蛍光体の温度(℃)、励起光のピーク波長が440、450、460nmであるときの内部量子効率(ηint)、内部量子効率ηintの温度特性の指標となるηint(300℃)/ηint(25℃)、励起光のピーク波長が440、450、460nmであるときの外部量子効率(ηext)、外部量子効率ηextの温度特性の指標となるηint(300℃)/ηint(25℃)、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長λp(nm)、及び励起光のピーク波長が450nmであるときのCIE色度座標を示す。 Tables 1 and 2 show the values of x, y, z, and a in the composition formula of the single crystal phosphor according to the present embodiment, the temperature (° C.) of the single crystal phosphor at the time of measurement, and the peak wavelength of the excitation light. Internal quantum efficiency (η int ) at 440, 450, 460 nm, η int (300 ° C) / η int (25 ° C), which is an index of the temperature characteristics of internal quantum efficiency η int , and the peak wavelength of excitation light is 440. , 450 nm, external quantum efficiency (η ext ), η int (300 ° C) / η int (25 ° C), which is an index of the temperature characteristics of the external quantum efficiency η ext , and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm. The peak wavelength λp (nm) of fluorescence at a certain time and the CIE chromaticity coordinates when the peak wavelength of excitation light is 450 nm are shown.

ここで、ηint(300℃)は温度が300℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの内部量子効率、ηint(25℃)は温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの内部量子効率であり、ηint(300℃)/ηint(25℃)は、ηint(300℃)のηint(25℃)に対する比の値である。また、ηext(300℃)は温度が300℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの外部量子効率、ηext(25℃)は温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの外部量子効率であり、ηext(300℃)/ηext(25℃)は、ηext(300℃)のηext(25℃)に対する比の値である。 Here, η int (300 ° C.) has an internal quantum efficiency when the temperature is 300 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm, and η int (25 ° C.) has a temperature of 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm. It is the internal quantum efficiency at a certain time, and η int (300 ° C.) / η int (25 ° C.) is a value of the ratio of η int (300 ° C.) to η int (25 ° C.). Further, η ext (300 ° C.) has an external quantum efficiency when the temperature is 300 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm, and η ext (25 ° C.) has a temperature of 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm. Η ext (300 ° C.) / η ext (25 ° C.) is the value of the ratio of η ext (300 ° C.) to η ext (25 ° C.).

評価された単結晶蛍光体の試料の形状については、試料番号2の試料が直径10mm、厚さ1.0mmの円形の板であり、試料番号17、23の試料が直径10mm、厚さ0.3mmの円形の板であり、試料番号46の試料が粉末であり、それ以外の試料が一辺の長さが10mm、厚さ0.3mmの正方形の板である。また、粉末状の試料を除く全ての試料は、両面が鏡面研磨されたものである。 Regarding the shape of the evaluated single crystal phosphor sample, the sample of sample number 2 is a circular plate having a diameter of 10 mm and a thickness of 1.0 mm, and the samples of sample numbers 17 and 23 have a diameter of 10 mm and a thickness of 0. It is a 3 mm circular plate, the sample of sample number 46 is powder, and the other samples are square plates having a side length of 10 mm and a thickness of 0.3 mm. In addition, all the samples except the powdered sample are mirror-polished on both sides.

試料の形状は、原理的に外部量子効率の測定値に影響を与えるが、同一の試料における外部量子効率の比の値、例えば、ηext(300℃)/ηext(25℃)の値は、試料の形状に依存しない。一方、内部量子効率の測定値は、試料の形状の影響をほとんど受けない。 The shape of the sample affects the measured value of the external quantum efficiency in principle, but the value of the ratio of the external quantum efficiency in the same sample, for example, the value of η ext (300 ° C) / η ext (25 ° C) , Does not depend on the shape of the sample. On the other hand, the measured value of internal quantum efficiency is hardly affected by the shape of the sample.

Figure 0006955704
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Figure 0006955704
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表1によれば、評価された単結晶蛍光体の試料の組成は、組成式(Y1−x−y−zLuGdCe3+aAl5−a12(0≦x≦0.9994、0≦y≦0.0669、0.0002≦z≦0.0067、−0.016≦a≦0.315)で表される組成に含まれる。 According to Table 1, the composition of the sample of the evaluated single crystal phosphor, the composition formula (Y 1-x-y- z Lu x Gd y Ce z) 3 + a Al 5-a O 12 (0 ≦ x ≦ 0 It is included in the composition represented by .9994, 0 ≦ y ≦ 0.0669, 0.0002 ≦ z ≦ 0.0067, −0.016 ≦ a ≦ 0.315).

表1によれば、評価された全ての単結晶蛍光体の試料の、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの内部量子効率は、0.91以上である。 According to Table 1, the internal quantum efficiency of all the evaluated single crystal phosphor samples at a temperature of 25 ° C. and a peak wavelength of excitation light of 450 nm is 0.91 or more.

図2(a)は、本実施の形態に係る単結晶蛍光体の、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長(nm)と、内部量子効率ηint(300℃)との関係を表すグラフである。また、図2(b)は、本実施の形態に係る単結晶蛍光体の、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長(nm)と、内部量子効率の比の値ηint(300℃)/ηint(25℃)との関係を表すグラフである。 FIG. 2A shows the peak wavelength (nm) of fluorescence of the single crystal phosphor according to the present embodiment when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm, and the internal quantum efficiency η int ( It is a graph showing the relationship with (300 ° C.). Further, FIG. 2B shows the peak wavelength (nm) of fluorescence of the single crystal phosphor according to the present embodiment when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm, and the internal quantum efficiency. It is a graph which shows the relationship with the ratio value η int (300 ° C.) / η int (25 ° C.).

図2(a)、(b)のマーク“○”が本実施の形態に係る平板状の単結晶蛍光体(試料番号4、7、8、30、45)の測定値、マーク“◇”が粉末状の単結晶蛍光体(試料番号46)の測定値、マーク“◆”が、比較例としてのCeにより付活されたYAG系多結晶蛍光体粉末の測定値である。 The marks "○" in FIGS. 2 (a) and 2 (b) are the measured values of the flat plate-shaped single crystal phosphors (sample numbers 4, 7, 8, 30, 45) according to the present embodiment, and the marks "◇" are The measured value of the powdered single crystal phosphor (Sample No. 46), the mark “◆” is the measured value of the YAG-based polycrystalline phosphor powder activated by Ce as a comparative example.

図2(a)によれば、本実施の形態に係る単結晶蛍光体の内部量子効率ηint(300℃)は、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が514nm以上かつ544nm以下である試料において0.90以上であり、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が544nmより大きく546nm以下である試料において0.80以上である。 According to FIG. 2A, the internal quantum efficiency η int (300 ° C.) of the single crystal phosphor according to the present embodiment is the fluorescence peak when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm. In the sample having a wavelength of 514 nm or more and 544 nm or less, the fluorescence peak wavelength is greater than 544 nm and 546 nm or less when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm. 80 or more.

また、図2(a)によれば、多結晶蛍光体の内部量子効率ηint(300℃)は、本実施の形態に係る単結晶蛍光体の内部量子効率ηint(300℃)よりも小さく、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が514nm以上かつ544nm以下の試料において0.85を下回り、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が544nmより大きく546nm以下の試料において0.75を下回る。 Further, according to FIG. 2A, the internal quantum efficiency η int (300 ° C.) of the polycrystalline phosphor is smaller than the internal quantum efficiency η int (300 ° C.) of the single crystal phosphor according to the present embodiment. When the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm, the peak wavelength of fluorescence is less than 0.85 in the sample of 514 nm or more and 544 nm or less, the temperature is 25 ° C., and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm. When the peak wavelength of fluorescence is greater than 544 nm and less than 0.75 in a sample of 546 nm or less.

図2(b)によれば、本実施の形態に係る単結晶蛍光体の内部量子効率の比の値ηint(300℃)/ηint(25℃)は、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が514nm以上かつ544nm以下である試料において0.90以上であり、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が544nmより大きく546nm以下である試料において0.80以上である。 According to FIG. 2 (b), the value of the ratio of the internal quantum efficiencies of the single crystal phosphor according to the present embodiment, η int (300 ° C.) / η int (25 ° C.), has a temperature of 25 ° C. and the excitation light. In a sample in which the peak wavelength of fluorescence is 514 nm or more and 544 nm or less when the peak wavelength is 450 nm, the peak wavelength of fluorescence is 0.90 or more, the temperature is 25 ° C., and the peak wavelength of excitation light is 450 nm. It is 0.80 or more in a sample larger than 544 nm and 546 nm or less.

また、図2(b)によれば、多結晶蛍光体の内部量子効率の比の値ηint(300℃)/ηint(25℃)は、本実施の形態に係る単結晶蛍光体の内部量子効率の比の値ηint(300℃)/ηint(25℃)よりも小さく、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が514nm以上かつ544nm以下の試料において0.90を下回り、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が544nmより大きく546nm以下である試料において0.80を下回る。 Further, according to FIG. 2B, the value of the ratio of the internal quantum efficiency of the polycrystalline phosphor, η int (300 ° C.) / η int (25 ° C.), is the inside of the single crystal phosphor according to the present embodiment. The peak wavelength of fluorescence is 514 nm or more and 544 nm or less when the ratio value of quantum efficiency is smaller than η int (300 ° C.) / η int (25 ° C.), the temperature is 25 ° C., and the peak wavelength of excitation light is 450 nm. In the sample, it is less than 0.90, and in the sample where the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm, the peak wavelength of fluorescence is larger than 544 nm and 546 nm or less, it is less than 0.80.

図3は、本実施の形態に係る単結晶蛍光体の、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長(nm)と、外部量子効率の比の値ηext(300℃)/ηext(25℃)との関係を表すグラフである。 FIG. 3 shows the value η ext of the ratio of the peak wavelength (nm) of fluorescence of the single crystal phosphor according to the present embodiment when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm to the external quantum efficiency. It is a graph which shows the relationship with (300 degreeC) / η ext (25 degreeC).

図3のマーク“○”が本実施の形態に係る平板状の単結晶蛍光体(試料番号4、7、8、30、45)の測定値、マーク“◇”が粉末状の単結晶蛍光体(試料番号46)の測定値、マーク“◆”が、比較例としてのCeにより付活されたYAG系多結晶蛍光体粉末の測定値である。 The mark "○" in FIG. 3 is the measured value of the flat plate-shaped single crystal phosphor (sample numbers 4, 7, 8, 30, 45) according to the present embodiment, and the mark "◇" is the powdered single crystal phosphor. The measured value of (Sample No. 46), the mark “◆”, is the measured value of the YAG-based polycrystalline phosphor powder activated by Ce as a comparative example.

図3によれば、本実施の形態に係る単結晶蛍光体の外部量子効率の比の値ηext(300℃)/ηext(25℃)は、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が514nm以上かつ544nm以下である試料において0.85以上であり、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が544nmより大きく546nm以下である試料において0.80以上である。 According to FIG. 3, the value of the ratio of the external quantum efficiency of the single crystal phosphor according to the present embodiment, η ext (300 ° C.) / η ext (25 ° C.), has a temperature of 25 ° C. and a peak wavelength of excitation light. In a sample in which the peak wavelength of fluorescence at 450 nm is 514 nm or more and 544 nm or less, the peak wavelength of fluorescence is 0.85 or more, the temperature is 25 ° C., and the peak wavelength of excitation light is 450 nm, which is larger than 544 nm. It is 0.80 or more in a sample having a wavelength of 546 nm or less.

図3によれば、多結晶蛍光体の外部量子効率の比の値ηext(300℃)/ηext(25℃)は、本実施の形態に係る単結晶蛍光体の外部量子効率の比の値ηext(300℃)/ηext(25℃)よりも小さく、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が514nm以上かつ544nm以下の試料において0.85を下回り、温度が25℃、励起光のピーク波長が450nmであるときの蛍光のピーク波長が544nmより大きく546nm以下の試料において0.75を下回る。 According to FIG. 3, the value of the ratio of the external quantum efficiency of the polycrystalline phosphor is η ext (300 ° C.) / η ext (25 ° C.), which is the ratio of the external quantum efficiency of the single crystal phosphor according to the present embodiment. 0.85 in a sample with a fluorescence peak wavelength of 514 nm or more and 544 nm or less when the value is smaller than η ext (300 ° C.) / η ext (25 ° C.), the temperature is 25 ° C., and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm. The peak wavelength of fluorescence is greater than 544 nm and less than 0.75 in a sample of 546 nm or less when the temperature is 25 ° C. and the peak wavelength of the excitation light is 450 nm.

[第2の実施の形態]
本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態に係る単結晶蛍光体を用いた発光装置である。以下に、第2の実施の形態について、図4を参照して説明する。図4(a)は、第2の実施の形態に係る発光装置1の垂直断面図であり、図4(b)は、発光装置1を構成する発光素子10及びその周辺部の垂直断面図である。
[Second Embodiment]
The second embodiment of the present invention is a light emitting device using the single crystal phosphor according to the first embodiment. The second embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 4A is a vertical cross-sectional view of the light emitting device 1 according to the second embodiment, and FIG. 4B is a vertical cross-sectional view of the light emitting element 10 constituting the light emitting device 1 and its peripheral portion. be.

図4(a)に示すように、発光装置1は、LED等の発光素子である発光素子10と、発光素子10の光出射面を覆うように設けられた、第1の実施の形態の単結晶蛍光体からなる蛍光体2と、発光素子10を支持するAl等からなるセラミック基板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とを有する。 As shown in FIG. 4A, the light emitting device 1 is provided so as to cover the light emitting element 10 which is a light emitting element such as an LED and the light emitting surface of the light emitting element 10. A fluorescent substance 2 made of a crystalline phosphor, a ceramic substrate 3 made of Al 2 O 3 or the like that supports the light emitting element 10, a main body 4 made of a white resin, and a transparent resin that seals the light emitting element 10 and the phosphor 2. Has 8 and.

セラミック基板3は、例えばタングステン等の金属からパターン形成される配線部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に電気的に接続されている。 The ceramic substrate 3 has wiring portions 31 and 32 that are patterned from 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 of the light emitting element 10.

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。 The main body 4 is formed on a ceramic substrate 3, and an opening 4A is formed in a central portion thereof. The opening 4A is formed in a tapered 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 by the light emitting element 10 toward the outside.

図4(b)に示すように、発光素子10のn側電極15A及びp側電極15Bは、それぞれセラミック基板3の配線部31、32にバンプ16を介して接続される。 As shown in FIG. 4B, the n-side electrode 15A and the p-side electrode 15B of the light emitting element 10 are connected to the wiring portions 31 and 32 of the ceramic substrate 3 via bumps 16, respectively.

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の素子であり、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。 The light emitting device 10 is, for example, a flip-chip type device using a GaN-based semiconductor compound, and emits blue-based light having a light amount peak at a wavelength of, for example, 380 to 490 nm. In the light emitting element 10, 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.

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。 The light emitting layer 13 emits blue light by injecting carriers from the n-type GaN layer 12 and the p-type GaN layer 14. This emitted light passes through the n-type GaN layer 12 and the element substrate 11 and is emitted from the second main surface 11b of the element substrate 11. That is, the second main surface 11b of the element substrate 11 is the light emitting surface of the light emitting element 10.

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が設置されている。例えば、蛍光体2と素子基板11とが直接接触する場合は、蛍光体2の素子基板11に対向する第1の面2aと素子基板11の第2の主面11bとが分子間力によって接合される。 On the second main surface 11b side of the element substrate 11, the phosphor 2 is installed so as to cover the entire second main surface 11b. For example, when the phosphor 2 and the element substrate 11 are in direct contact with each other, the first surface 2a of the phosphor 2 facing the element substrate 11 and the second main surface 11b of the element substrate 11 are joined by an intramolecular force. Will be done.

蛍光体2は、平板状の単結晶蛍光体である。平板状の単結晶蛍光体は、粒子状の蛍光体のように樹脂中に分散させる必要がないため、光や熱による樹脂の劣化に起因する発光色の変化等の問題が生じない。このため、発光装置1のような平板状の単結晶蛍光体を用いる発光装置は、高輝度、高出力、高温等の条件下における長期信頼性が極めて高い。蛍光体2は、第2の主面11bと同等もしくはそれ以上の大きさを有する。 The phosphor 2 is a flat plate-shaped single crystal phosphor. Since the flat plate-shaped single crystal phosphor does not need to be dispersed in the resin unlike the particulate phosphor, problems such as a change in emission color due to deterioration of the resin due to light or heat do not occur. Therefore, a light emitting device using a flat plate-shaped single crystal phosphor such as the light emitting device 1 has extremely high long-term reliability under conditions such as high brightness, high output, and high temperature. The phosphor 2 has a size equal to or larger than that of the second main surface 11b.

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。 When the light emitting element 10 configured as described above is energized, electrons are injected into the light emitting layer 13 via 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 are also energized. , And holes are injected into the light emitting layer 13 via 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 and is emitted from the second main surface 11b of the element substrate 11 and incident on the first surface 2a of the phosphor 2.

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中の電子を励起する。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、例えば、514〜546nm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。 A part of the light incident from the first surface 2a excites the electrons in the phosphor 2 as excitation light. The phosphor 2 absorbs a part of the bluish light from the light emitting element 10 and converts the wavelength into a yellowish light having a light amount peak at a wavelength of 514 to 546 nm, for example.

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。 A part of the bluish light incident on the phosphor 2 is absorbed by the phosphor 2 and wavelength-converted, and is emitted from the second surface 2b of the phosphor 2 as yellowish 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 2b of the phosphor 2. Since blue and yellow have a complementary color relationship, the light emitting device 1 emits white light, which is a mixture of blue light and yellow light.

また、この発光装置1が発する白色光の色温度は、4500K以上に設定することが可能である。白色光の色温度は、蛍光体2のLuやGdの濃度、または付活剤であるCeの濃度等によって調整することができる。さらに蛍光体2よりも長波長な蛍光スペクトルを有する第2の蛍光体を加えることで、発光装置1が発する白色光の色温度を4500K未満に調整することが可能である。 Further, the color temperature of the white light emitted by the light emitting device 1 can be set to 4500 K or higher. The color temperature of the white light can be adjusted by the concentration of Lu or Gd of the phosphor 2, the concentration of Ce which is an activator, or the like. Further, by adding a second phosphor having a fluorescence spectrum longer than that of the phosphor 2, the color temperature of the white light emitted by the light emitting device 1 can be adjusted to less than 4500 K.

[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5を参照して説明する。図5(a)は、第3の実施の形態に係る発光装置1Aの垂直断面図、図5(b)は、発光装置1Aを構成する発光素子10Aの垂直断面図、図5(c)は、発光素子10Aの平面図である。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 (a) is a vertical cross-sectional view of the light emitting device 1A according to the third embodiment, FIG. 5 (b) is a vertical cross-sectional view of the light emitting element 10A constituting the light emitting device 1A, and FIG. 5 (c) is a vertical cross-sectional view. , Is a plan view of the light emitting element 10A.

本実施の形態に係る発光装置1Aは、発光素子の発光光が単結晶蛍光体に入射して波長変換される構成は第2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2の実施の形態とは異なっている。以下、第2の実施の形態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。 The light emitting device 1A according to the present embodiment has the same configuration as the light emitting device 1 according to the second embodiment in that the light emitted from the light emitting element is incident on the single crystal phosphor and the wavelength is converted. The configuration and the arrangement position of the phosphor with respect to the light emitting element are different from those of the second embodiment. Hereinafter, the components of the light emitting device 1A having the same functions and configurations as those of the second embodiment are designated by common reference numerals and the description thereof will be omitted.

図5(a)及び図5(b)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、蛍光体21が接合されている。蛍光体21は、第2の実施の形態に係る蛍光体2と同様に、第1の実施の形態に係る単結晶蛍光体からなる。 As shown in FIGS. 5A and 5B, 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, the phosphor 21 is bonded to the opening 4A side of the light emitting element 10A. The phosphor 21 is composed of the single crystal phosphor according to the first embodiment, similarly to the phosphor 2 according to the second embodiment.

図5(b)及び図5(c)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。 As shown in FIGS. 5 (b) and 5 (c), the light emitting element 10A has an element substrate 11, an n-type GaN layer 12, a light emitting layer 13, and a p-type GaN layer 14, and further includes a p-type GaN layer 14. It has a transparent electrode 140 made of ITO (Indium Tin Oxide) on the top. 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.

蛍光体21は、図5(c)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。 As shown in FIG. 5C, the phosphor 21 is formed in a substantially quadrangular 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. ing. Further, in the phosphor 21, the first surface 21a on the transparent electrode 140 side is bonded to the surface 140b of the transparent electrode 140 by an intramolecular force.

図5(a)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。 As shown in FIG. 5A, the n-side electrode 15A of the light emitting element 10A is connected to the wiring portion 31 of the ceramic substrate 3 by the bonding wire 311. Further, the p-side electrode 15B of the light emitting element 10A is connected to the wiring portion 32 of the ceramic substrate 3 by the bonding wire 321.

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。 When the light emitting element 10A configured as described above is energized, electrons are injected into the light emitting layer 13 via 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 are also energized. Holes are injected into the light emitting layer 13 via the transparent electrode 140 and the p-type GaN layer 14, and the light emitting layer 13 emits light.

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。 The blue light emitted from the light emitting layer 13 passes through the p-type GaN layer 14 and the transparent electrode 140 and is emitted from the surface 140b of the transparent electrode 140. That is, the surface 140b of the transparent electrode 140 is the light emitting surface of the light emitting element 10A. The light emitted from the surface 140b of the transparent electrode 140 is incident on the first surface 21a of the phosphor 21.

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中の電子を励起する。蛍光体21は、発光素子10Aからの青色光の一部を吸収し、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からの青色系の光を吸収し、例えば、514〜546nmの波長に発光ピークを有する黄色系の光を発する。 A part of the light incident on the phosphor 21 from the first surface 21a excites the electrons in the phosphor 21 as excitation light. The phosphor 21 absorbs a part of the blue light from the light emitting element 10A and converts the wavelength into yellow light. More specifically, the phosphor 21 absorbs bluish light from the light emitting element 10A and emits yellowish light having an emission peak at a wavelength of, for example, 514 to 546 nm.

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。 In this way, a part of the blue light incident on the phosphor 21 is absorbed by the phosphor 21 and wavelength-converted, and is emitted as yellow light from the second surface 21b of the phosphor 21. Further, the remaining part of the blue light incident on the phosphor 21 is not absorbed by the phosphor 21, but is emitted as it is from the second surface 21b of the phosphor 21. Since blue and yellow have a complementary color relationship, the light emitting device 1A emits white light, which is a mixture of blue light and yellow light.

[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6を参照して説明する。図6は、第4の実施の形態に係る発光装置1Bの垂直断面図である。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of the light emitting device 1B according to the fourth embodiment.

本実施の形態に係る発光装置1Bは、発光素子の発光光が単結晶蛍光体に入射して波長変換される構成は第2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2の実施の形態とは異なっている。以下、第2又は第3の実施の形態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。 The light emitting device 1B according to the present embodiment has the same configuration as the light emitting device 1 according to the second embodiment in that the light emitted from the light emitting element is incident on the single crystal phosphor and the wavelength is converted. The placement position is different from that of the second embodiment. Hereinafter, the components of the light emitting device 1B having the same functions and configurations as those of the second or third embodiment are designated by common reference numerals and the description thereof will be omitted.

図6に示すように、発光装置1Bは、セラミック基板3上に、第2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4(b)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。 As shown in FIG. 6, the light emitting device 1B includes a light emitting element 10 having the same configuration as that of the second embodiment on the ceramic substrate 3. The light emitting element 10 emits blue light from the second main surface 11b of the element substrate 11 (see FIG. 4B) located on the opening 4A side of the main body 4 toward the opening 4A side of the main body 4.

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は、第2の実施の形態に係る蛍光体2と同様に、第1の実施の形態に係る単結晶蛍光体からなる。また、蛍光体22は、発光素子10よりも大きい。 A phosphor 22 is bonded 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 is composed of the single crystal phosphor according to the first embodiment, similarly to the phosphor 2 according to the second embodiment. Further, the phosphor 22 is larger than the light emitting element 10.

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の青色の発光光を吸収し、黄色の蛍光を第2の面22bから外部に放射する。 When the light emitting device 1B configured as described above is energized, the light emitting element 10 emits light, and blue light is emitted from the second main surface 11b toward the phosphor 22. The phosphor 22 absorbs the blue emitted light of the light emitting element 10 from the first surface 22a facing the exit surface of the light emitting element 10, and radiates yellow fluorescence from the second surface 22b to the outside.

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。 In this way, a part of the blue light incident on the phosphor 22 is absorbed by the phosphor 22 and wavelength-converted, and is emitted as yellow light from the second surface 22b of the phosphor 22. Further, the remaining part of the blue light incident on the phosphor 22 is not absorbed by the phosphor 22 and is emitted from the second surface 22b of the phosphor 22. Since blue and yellow have a complementary color relationship, the light emitting device 1B emits white light, which is a mixture of blue light and yellow light.

本実施の形態においては、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。 In the present embodiment, since the light emitting element 10 and the phosphor 22 are separated from each other, a 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. The ease of assembling the light emitting device 1B is enhanced.

[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7を参照して説明する。図7は、第5の実施の形態に係る発光装置1Cの断面図である。図7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4の実施の形態とは異なっている。以下、第2、第3又は第4の実施の形態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。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of the light emitting device 1C according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 7, in 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 fourth embodiment. Hereinafter, the components of the light emitting device 1C having the same functions and configurations as those of the second, third, or fourth embodiment are designated by common reference numerals and the description thereof will be omitted.

本実施の形態に係る発光装置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とを有する。蛍光体22は、第2の実施の形態に係る蛍光体11と同様に、第1の実施の形態に係る単結晶蛍光体からなる。 The light emitting device 1C according to the present embodiment covers the main body 5 made of white resin, the transparent substrate 6 held by the slit-shaped holding portion 51 formed in the main body 5, and the opening 5A of the main body 5. It has a phosphor 22 arranged in the transparent substrate 6, a light emitting element 10A mounted on a surface of the transparent substrate 6 opposite to the surface on the phosphor 22 side, and wiring portions 61 and 62 for energizing the light emitting element 10A. .. The phosphor 22 is composed of the single crystal phosphor according to the first embodiment, similarly to the phosphor 11 according to the second embodiment.

本体5は、その中心部に半球状の凹部が形成され、この凹部の表面が発光素子10Aの発光光を蛍光体22側に反射する反射面50となっている。 The main body 5 has a hemispherical concave portion formed in the center thereof, and the surface of the concave portion serves as a reflecting surface 50 that reflects the emitted light of the light emitting element 10A toward the phosphor 22 side.

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側電極は、それぞれ配線部61、62の一端部と、ボンディングワイヤ611、621を介して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。 The transparent substrate 6 is made of a translucent resin such as a silicone resin, an acrylic resin, or PET, or a translucent member made of a glassy substance, sapphire, ceramics, quartz, or the like, and is a light emitting element. It has translucency and insulation that allows the emitted light of 10A to pass through. Further, a part of the wiring portions 61 and 62 is joined to the transparent substrate 6. The p-side electrode and the n-side electrode of the light emitting element 10A are electrically connected to one end of the wiring portions 61 and 62, respectively, via the bonding wires 611 and 621. The other ends of the wiring portions 61 and 62 are pulled out to the outside of the main body 5.

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。 When the light emitting device 1C configured as described above is energized, the light emitting element 10A emits light, and a part of the emitted light is transmitted through the transparent substrate 6 and incident on the first surface 22a of the phosphor 22. Further, the other part of the light emitting element 10A is reflected by the reflecting surface 50 of the main body 5, passes through the transparent substrate 6, and is incident on the first surface 22a of the phosphor 22.

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。 A part of the light incident on the phosphor 22 is absorbed by the phosphor 22 to convert the wavelength, and the remaining part is not absorbed by the phosphor 22 and is emitted from the second surface 22b of the phosphor 22. .. As described above, the light emitting device 1C emits white light which is a mixture of the blue light emitted by the light emitting element 10A and the yellow light whose wavelength is converted by the phosphor 22.

本実施の形態によれば、発光素子10Aから蛍光体22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22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。 According to the present embodiment, the light emitted from the light emitting element 10A to the side opposite to the phosphor 22 side is reflected by the reflecting surface 50, transmitted through the transparent substrate 6, and is incident on the phosphor 22. Therefore, the light emitting device 1C Light extraction efficiency is increased.

[第6の実施の形態]
次に、本発明の第6の実施の形態について、図8を参照して説明する。図8(a)は、第6の実施の形態に係る発光装置1Dの垂直断面図、図8(b)は、発光装置1Dを構成する発光素子7の垂直断面図である。図8(a)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4の実施の形態とは異なっている。以下、第2、第3又は第4の実施の形態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。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8A is a vertical cross-sectional view of the light emitting device 1D according to the sixth embodiment, and FIG. 8B is a vertical cross-sectional view of the light emitting element 7 constituting the light emitting device 1D. As shown in FIG. 8A, in the present embodiment, the configuration and arrangement of the light emitting elements are different from those in the fourth embodiment. Hereinafter, the components of the light emitting device 1D having the same functions and configurations as those of the second, third, or fourth embodiment are designated by common reference numerals and the description thereof will be omitted.

発光装置1Dにおいては、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8(b)に示すように、Ga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、Ga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。 In the light emitting device 1D, the light emitting element 7 is arranged on the wiring portion 32 provided on the ceramic substrate 3. As shown in FIG. 8B, 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 74, Mg-doped p-AlGaN layer 75, Mg-doped p + -GaN layer 76, and p electrode 77 are laminated in this order. Further, an n electrode 78 is provided on the surface of the Ga 2 O 3 substrate 70 opposite to the buffer layer 71.

Ga基板70は、n型の導電型を示すβ−Ga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32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31に接続されている。なお、素子基板としては、β−Gaに替えて、SiCを用いてもよい。 The Ga 2 O 3 substrate 70 is made of β-Ga 2 O 3 which is an n-type conductive type. 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 portion 32. The n electrode 78 is connected to the wiring portion 31 of the ceramic substrate 3 by the bonding wire 321. As the element substrate, SiC may be used instead of β-Ga 2 O 3.

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、Ga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、Ga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。 When the light emitting element 7 configured as described above is energized, electrons pass 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, and the electrons are transferred to the MQW layer 74. Also, holes are injected into the MQW layer 74 via the p electrode 77, the p + -GaN layer 76, and the p-AlGaN layer 75 to emit blue light. This blue-based emitted light passes through the Ga 2 O 3 substrate 70 and the like, is emitted from the emitting surface 7a of the light emitting element 7, and is incident on the first surface 22a of the phosphor 22.

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吸収し、黄色の蛍光を第2の面22bから外部に放射する。 The phosphor 22 absorbs the bluish emission light of the light emitting element 10 from the first surface 22a facing the emission surface of the light emitting element 7, and radiates yellow fluorescence from the second surface 22b to the outside.

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。 In this way, a part of the blue light incident on the phosphor 22 is absorbed by the phosphor 22 and wavelength-converted, and is emitted as yellow light from the second surface 22b of the phosphor 22. Further, the remaining part of the blue light incident on the phosphor 22 is not absorbed by the phosphor 22 and is emitted from the second surface 22b of the phosphor 22. Since blue and yellow have a complementary color relationship, the light emitting device 1D emits white light, which is a mixture of blue light and yellow light.

[第7の実施の形態]
次に、本発明の第7の実施の形態について、図9を参照して説明する。図9は、第7の実施の形態に係る発光装置1Eの垂直断面図である。図9に示すように、本実施の形態では、蛍光体の状態及びその配置が第2の実施の形態とは異なっている。以下、第2の実施の形態と同一の機能及び構成を有する発光装置1E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。
[7th Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a vertical cross-sectional view of the light emitting device 1E according to the seventh embodiment. As shown in FIG. 9, in the present embodiment, the state of the phosphor and its arrangement are different from those in the second embodiment. Hereinafter, the components of the light emitting device 1E having the same functions and configurations as those of the second embodiment are designated by common reference numerals and the description thereof will be omitted.

図9に示すように、発光装置1Eは、LED等の発光素子である発光素子10と、発光素子10を支持するセラミック基板3と、白色の樹脂からなる本体4と、発光素子10を封止する透明部材101とを有する。 As shown in FIG. 9, the light emitting device 1E seals a light emitting element 10 which is a light emitting element such as an LED, a ceramic substrate 3 which supports the light emitting element 10, a main body 4 made of white resin, and a light emitting element 10. It has a transparent member 101 to be formed.

透明部材101中には、粒状の蛍光体102が分散している。蛍光体102は、第1の実施の形態の単結晶蛍光体からなり、例えば、第1の実施の形態において製造された単結晶蛍光体インゴット92を粉砕することにより得られる。 Granular phosphors 102 are dispersed in the transparent member 101. The phosphor 102 comprises the single crystal phosphor of the first embodiment, and is obtained, for example, by pulverizing the single crystal phosphor ingot 92 produced in the first embodiment.

透明部材101は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の透明樹脂、またはガラス等の透明無機材料である。 The transparent member 101 is, for example, a transparent resin such as a silicone resin or an epoxy resin, or a transparent inorganic material such as glass.

透明部材101中に分散した蛍光体102は、発光素子10から発せられた青色系の光の一部を吸収し、例えば、514〜546nmの波長に発光ピークを有する黄色系の蛍光を発する。蛍光体102に吸収されなかった青色系の光と、蛍光体102から発せられた黄色系の蛍光が混合し、白色の光が発光装置1Eから発せられる。 The phosphor 102 dispersed in the transparent member 101 absorbs a part of the bluish light emitted from the light emitting element 10, and emits yellowish fluorescence having an emission peak at a wavelength of 514 to 546 nm, for example. The bluish light that was not absorbed by the phosphor 102 and the yellowish fluorescence emitted from the phosphor 102 are mixed, and white light is emitted from the light emitting device 1E.

なお、本実施の形態の透明部材101及び蛍光体102は、他の実施の形態に適用されてもよい。すなわち、本実施の形態の透明部材101及び蛍光体102を、第3の実施の形態の透明樹脂8及び蛍光体21の代わりに用いてもよい。 The transparent member 101 and the phosphor 102 of the present embodiment may be applied to other embodiments. That is, the transparent member 101 and the phosphor 102 of the present embodiment may be used in place of the transparent resin 8 and the phosphor 21 of the third embodiment.

[第8の実施の形態]
次に、本発明の第8の実施の形態について、図10を参照して説明する。図10(a)は、第8の実施の形態に係る発光装置1Fの垂直断面図であり、図10(b)は、発光装置1Fを構成する発光素子10及びその周辺部の垂直断面図である。図10に示すように、本実施の形態では、蛍光体の状態及びその配置が第2の実施の形態とは異なっている。以下、第2の実施の形態と同一の機能及び構成を有する発光装置1F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。
[Eighth Embodiment]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10A is a vertical cross-sectional view of the light emitting device 1F according to the eighth embodiment, and FIG. 10B is a vertical cross-sectional view of the light emitting element 10 constituting the light emitting device 1F and its peripheral portion. be. As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the state of the phosphor and its arrangement are different from those in the second embodiment. Hereinafter, the components of the light emitting device 1F having the same functions and configurations as those of the second embodiment are designated by common reference numerals and the description thereof will be omitted.

図10(a)に示すように、発光装置1Fは、LED等の発光素子である発光素子10と、発光素子10の光出射面を覆うように設けられた透明部材103と、発光素子10を支持するセラミック基板3と、白色の樹脂からなる本体4と、発光素子10及び透明部材103を封止する透明樹脂8とを有する。 As shown in FIG. 10A, the light emitting device 1F includes a light emitting element 10 which is a light emitting element such as an LED, a transparent member 103 provided so as to cover the light emitting surface of the light emitting element 10, and the light emitting element 10. It has a ceramic substrate 3 to support, a main body 4 made of white resin, and a transparent resin 8 for sealing the light emitting element 10 and the transparent member 103.

透明部材103中には、粒子状の蛍光体104が分散している。蛍光体104は、第1の実施の形態の単結晶蛍光体からなり、例えば、第1の実施の形態において製造された単結晶蛍光体インゴット92を粉砕することにより得られる。 Particulate phosphors 104 are dispersed in the transparent member 103. The phosphor 104 comprises the single crystal phosphor of the first embodiment, and is obtained, for example, by pulverizing the single crystal phosphor ingot 92 produced in the first embodiment.

透明部材103は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の透明樹脂、またはガラス等の透明無機材料である。透明部材103は、例えば、第2の実施の形態の蛍光体2と同様の形状、大きさを有する。 The transparent member 103 is, for example, a transparent resin such as a silicone resin or an epoxy resin, or a transparent inorganic material such as glass. The transparent member 103 has, for example, the same shape and size as the phosphor 2 of the second embodiment.

透明部材103中に分散した蛍光体104は、発光素子10から発せられた青色系の光の一部を吸収し、例えば、514〜546nmの波長に発光ピークを有する黄色系の蛍光を発する。蛍光体104に吸収されなかった青色系の光と、蛍光体104から発せられた黄色系の蛍光が混合し、白色の光が発光装置1Fから発せられる。 The phosphor 104 dispersed in the transparent member 103 absorbs a part of the bluish light emitted from the light emitting element 10, and emits yellowish fluorescence having an emission peak at a wavelength of 514 to 546 nm, for example. The bluish light that was not absorbed by the phosphor 104 and the yellowish fluorescence emitted from the phosphor 104 are mixed, and white light is emitted from the light emitting device 1F.

なお、本実施の形態の透明部材103及び蛍光体104は、他の実施の形態に適用されてもよい。例えば、本実施の形態の透明部材103及び蛍光体104を、第3の実施の形態の蛍光体21、又は第4、5、6の実施の形態の蛍光体22の代わりに用いてもよい。 The transparent member 103 and the phosphor 104 of the present embodiment may be applied to other embodiments. For example, the transparent member 103 and the phosphor 104 of the present embodiment may be used in place of the phosphor 21 of the third embodiment or the phosphor 22 of the fourth, fifth, and sixth embodiments.

[第9の実施の形態]
次に、本発明の第9の実施の形態について、図11を参照して説明する。図11は、第9の実施の形態に係る発光装置1Gの垂直断面図である。図11に示すように、本実施の形態では、粒子状の単結晶蛍光体を含む透明部材の形状が第8の実施の形態とは異なっている。以下、第8の実施の形態と同一の機能及び構成を有する発光装置1G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。
[9th Embodiment]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a vertical cross-sectional view of the light emitting device 1G according to the ninth embodiment. As shown in FIG. 11, in the present embodiment, the shape of the transparent member including the particulate single crystal phosphor is different from that in the eighth embodiment. Hereinafter, the components of the light emitting device 1G having the same functions and configurations as those of the eighth embodiment are designated by common reference numerals and the description thereof will be omitted.

図11に示すように、発光装置1Gは、LED等の発光素子である発光素子10と、発光素子10を支持するセラミック基板3と、発光素子10の表面及びセラミック基板3の上面を覆うように設けられた透明部材103とを有する。 As shown in FIG. 11, the light emitting device 1G covers the light emitting element 10 which is a light emitting element such as an LED, the ceramic substrate 3 which supports the light emitting element 10, the surface of the light emitting element 10, and the upper surface of the ceramic substrate 3. It has a transparent member 103 provided.

透明部材103中には、粒子状の蛍光体104が分散している。蛍光体104は、第1の実施の形態の単結晶蛍光体からなり、例えば、第1の実施の形態において製造された単結晶蛍光体インゴット92を粉砕することにより得られる。 Particulate phosphors 104 are dispersed in the transparent member 103. The phosphor 104 comprises the single crystal phosphor of the first embodiment, and is obtained, for example, by pulverizing the single crystal phosphor ingot 92 produced in the first embodiment.

透明部材103は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の透明樹脂、またはガラス等の透明無機材料である。なお、本実施の形態の透明部材103は、塗布法等を用いる製造工程上、発光素子10の表面上だけでなくセラミック基板3上にも形成される場合があるが、セラミック基板3上には形成されなくてもよい。 The transparent member 103 is, for example, a transparent resin such as a silicone resin or an epoxy resin, or a transparent inorganic material such as glass. The transparent member 103 of the present embodiment may be formed not only on the surface of the light emitting element 10 but also on the ceramic substrate 3 in the manufacturing process using the coating method or the like, but on the ceramic substrate 3 It does not have to be formed.

透明部材103中に分散した蛍光体104は、発光素子10から発せられた青色系の光の一部を吸収し、例えば、514〜546nmの波長に発光ピークを有する黄色系の蛍光を発する。蛍光体104に吸収されなかった青色系の光と、蛍光体104から発せられた黄色系の蛍光が混合し、白色の光が発光装置1Gから発せられる。 The phosphor 104 dispersed in the transparent member 103 absorbs a part of the bluish light emitted from the light emitting element 10, and emits yellowish fluorescence having an emission peak at a wavelength of 514 to 546 nm, for example. The bluish light that was not absorbed by the phosphor 104 and the yellowish fluorescence emitted from the phosphor 104 are mixed, and white light is emitted from the light emitting device 1G.

(実施の形態の効果)
上記実施の形態によれば、量子効率や温度消光特性に優れた蛍光体を得ることができる。また、量子効率や温度消光特性に優れた蛍光体を用いることにより、高輝度、高出力、長寿命等の優れた特徴を有する発光装置を得ることができる。
(Effect of embodiment)
According to the above embodiment, it is possible to obtain a phosphor having excellent quantum efficiency and temperature quenching characteristics. Further, by using a phosphor having excellent quantum efficiency and temperature quenching characteristics, it is possible to obtain a light emitting device having excellent features such as high brightness, high output, and long life.

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、蛍光体の製造方法について一例を示したが、本発明の蛍光体は、この一例によって製造されたものに限定されない。また、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結晶蛍光体と、前記単結晶蛍光体と異なる色調の光を発する単結晶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。 As is clear from the above description, the present invention is not limited to the above-described embodiments and illustrated examples, and various design changes can be made within the scope described in each claim. For example, an example of a method for producing a fluorescent substance has been shown, but the fluorescent substance of the present invention is not limited to the one produced by this example. Further, the light emitting element and the phosphor may be sealed with a so-called bullet-shaped resin. Further, one light emitting device may have a plurality of light emitting elements. Furthermore, a plurality of singles such as a single crystal phosphor that emits yellowish light by using the light of a light emitting element that emits blueish light as excitation light and a single crystal phosphor that emits light having a color tone different from that of the single crystal phosphor. A light emitting device may be configured by combining phosphors made of a single crystal of the above.

また、上記実施の形態は、エネルギー効率が高く、省エネルギーを実現することのできるLED発光装置等の発光装置、又はその発光装置に用いられる単結晶蛍光体であるため、省エネルギー効果を有する。 Further, the above-described embodiment has an energy saving effect because it is a light emitting device such as an LED light emitting device capable of realizing high energy efficiency and energy saving, or a single crystal phosphor used in the light emitting device.

1、1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G…発光装置、2、21、22、102、104…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、621…ボンディングワイヤ、40、50…反射面、140…透明電極、140b…表面、70…Ga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…単結晶蛍光体インゴット、101、103…透明部材 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G ... light emitting device, 2, 21, 22, 102, 104 ... phosphor, 3 ... ceramic substrate, 2a, 21a, 22a ... first surface, 2b, 21b, 22b ... Second surface, 4, 5 ... Main body, 51 ... Holding part, 4A, 5A ... Opening, 4b ... Top surface, 6 ... Transparent substrate, 10, 10A, 7 ... Light emitting element, 11 ... Element substrate, 11a ... 1st main surface, 11b ... 2nd main surface, 12 ... n-type GaN layer, 13 ... light emitting layer, 14 ... p-type GaN layer, 15A ... n-side electrode, 15B ... p-side electrode, 16 ... bump , 31, 32, 61, 62 ... Wiring part, 311, 321, 611, 621 ... Bonding wire, 40, 50 ... Reflective surface, 140 ... Transparent electrode, 140b ... Surface, 70 ... Ga 2 O 3 substrate, 71 ... Buffer Layer, 72 ... n + -GaN layer, 73 ... n-AlGaN layer, 74 ... MQW layer, 75 ... p-AlGaN layer, 76 ... p + -GaN layer, 77 ... p electrode, 78 ... n electrode, 80 ... crystal Growing device, 81 ... Rutsubo, 82 ... Cylindrical container, 83 ... High frequency coil, 90 ... Melt, 91 ... Seed crystal, 92 ... Single crystal phosphor ingot, 101, 103 ... Transparent member

Claims (5)

380〜490nmの波長に光量のピークを有するレーザー光を出射するレーザー素子と、
前記レーザー素子と離間して配置されて前記レーザー光を吸収して25℃のときに514〜544nmの波長に光量のピークを有する波長変換光を放射する平板状の単結晶蛍光体とを含み、
前記単結晶蛍光体は、組成式(Y1−x−y−zLuGdCe3+aAl5−a12(0≦x≦0.9994、0≦y≦0.0302、0.0006≦z≦0.0067、−0.010≦a≦0.251)で表される組成を有し、
前記レーザー光のピーク波長が450nmであるとき、300℃における内部量子効率の、25℃における内部量子効率に対する比の値が0.82〜1.00である、
発光装置。
A laser element that emits laser light having a peak light intensity at a wavelength of 380 to 490 nm,
Includes a flat plate-shaped single crystal phosphor that is arranged apart from the laser element, absorbs the laser light, and emits wavelength-converted light having a wavelength peak at a wavelength of 514 to 544 nm at 25 ° C. ,
The single crystal phosphor, the composition formula (Y 1-x-y- z Lu x Gd y Ce z) 3 + a Al 5-a O 12 (0 ≦ x ≦ 0.9994,0 ≦ y ≦ 0.0302,0 It has a composition represented by 0006 ≦ z ≦ 0.0067, −0.010 ≦ a ≦ 0.251).
When the peak wavelength of the laser light is 450 nm, the value of the ratio of the internal quantum efficiency at 300 ° C. to the internal quantum efficiency at 25 ° C. is 0.82 to 1.00.
Light emitting device.
レーザープロジェクタ及びレーザーヘッドライトのいずれか1つに用いられる、
請求項に記載の発光装置。
Used for any one of laser projectors and laser headlights,
The light emitting device according to claim 1.
前記組成において、x+z=1、y=0である、
請求項1又は2に記載の発光装置。
In the above composition, x + z = 1 and y = 0.
The light emitting device according to claim 1 or 2.
前記平板状の単結晶蛍光体は、前記レーザー素子を包囲する本体の、前記レーザー素子上に位置する開口部を形成された上面に結合されている、
請求項1〜のいずれか1項に記載の発光装置。
The flat plate-shaped single crystal phosphor is coupled to the upper surface of the main body surrounding the laser element, which has an opening located on the laser element.
The light emitting device according to any one of claims 1 to 3.
前記平板状の単結晶蛍光体は、前記レーザー素子の光出射面より大きい面積の光入射面を有する、
請求項1〜のいずれか1項に記載の発光装置。
It said plate-shaped single crystal phosphor has a light incident surface of larger area than the light emitting surface of the laser element,
The light emitting device according to any one of claims 1 to 4.
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