熒光體及其制造方法以及發光裝置制造方法
【專利摘要】作為目的之一，提供量子效率優異的熒光體及其制造方法以及使用該熒光體的發光裝置。作為一實施方式，提供激勵光的波長為460nm時的25℃的量子效率是92％以上、包括以YAG晶體為母晶體的單晶的熒光體。
【專利說明】熒光體及其制造方法以及發光裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及熒光體及其制造方法以及發光裝置。
【背景技術】
[0002]以往，已知如下發光裝置:其具備發光元件和熒光體，上述發光元件包括發出藍色光的LED(Light Emitting D1de:發光二極管)，上述突光體接受該發光元件的光而被激勵，發出黃色光，上述發光裝置通過這些發光顏色的混合而發射白色光(例如，參照專利文獻I)。
[0003]專利文獻I記載的發光裝置是將在環氧樹脂中包含顆粒狀的熒光體配置于發出藍色光的發光元件的周圍，使得通過該發光元件自身的發射光和熒光體發出的黃色光的混合而發射白色光。
_4] 現有技術文獻_5] 專利文獻
[0006]特開 2010 - 155891 號公報
【發明內容】
_7] 發明要解決的問題
[0008]伴隨發光裝置的高功率化，發光元件的發熱成為大問題。具體是由于向元件提供的電功率導致的發光特性變動和伴隨熒光體的溫度上升的特性變動相互影響而產生的發光裝置的特性變動。
[0009]熒光體一般具有固有的量子效率(將激勵光轉換為熒光的效率)、溫度消光特性(量子效率伴隨溫度的上升而降低的性質)。如果量子效率高，則能得到使用熒光體的較高亮度的發光裝置，如果溫度消光特性優異，則能用于較高輸出的發光裝置。另外，如果激勵波長所對應的發光光譜變動小，則能制造特性變動更小的發光裝置。
[0010]因此，本發明的目的之一在于提供量子效率優異的熒光體及其制造方法以及使用該熒光體的發光裝置。另外，本發明的目的之一在于提供溫度消光優異的熒光體及其制造方法以及使用該熒光體的發光裝置。另外，本發明的目的之一在于提供相對于激勵波長在較寬的范圍內熒光光譜的變化小的熒光體及其制造方法以及使用該熒光體的發光裝置。
[0011]用于解決問題的方案
[0012]為了實現上述目的，本發明的一方式提供下述[I]?[5]的熒光體。
[0013][I] 一種熒光體，激勵光的波長為460nm時的25°C的量子效率是92%以上，包括以YAG晶體為母晶體的單晶。
[0014][2] 一種熒光體，激勵光的波長是460nm，溫度從25°C上升到100°C時的熒光強度的降低不到3%，以YAG晶體為母晶體。
[0015][3] 一種熒光體，激勵光的波長從460nm變為480nm時的、熒光光譜的半值寬度的變化是1.5nm以下，以YAG晶體為母晶體。
[0016][4]所述[I]?[3]中的任一項記載的熒光體，包含第I摻雜劑和第2摻雜劑，所述第I摻雜劑是Gd或者Lu，所述第2摻雜劑是選自包括Ce、Tb、Eu、Yb、Pr、Tm、Sm的組的I種以上的元素。
[0017][5]所述[I]?[3]中的任一項記載的熒光體，其是單相的熒光體。
[0018]另外，為了實現上述目的，本發明的其他方式提供下述[6]?[10]的發光裝置。
[0019][6] 一種發光裝置，具備:發光元件，其發出藍色系的光；以及熒光體，其以所述發光元件的光為激勵光而發出黃色系的光，所述熒光體包括以YAG晶體為母晶體的單晶，激勵光的波長為460nm時的25°C的量子效率是92%以上。
[0020][7] 一種發光裝置，具備:發光元件，其發出藍色系的光；以及熒光體，其以所述發光元件的光為激勵光而發出黃色系的光，所述熒光體以YAG晶體為母晶體，激勵光的波長為460nm、溫度從25°C上升到100°C時的熒光強度的降低不到3%。
[0021][8] 一種發光裝置，具備:發光元件，其發出藍色系的光；以及熒光體，其以所述發光元件的光為激勵光而發出黃色系的光，所述熒光體以YAG晶體為母晶體，激勵光的波長從460nm變為480nm時的、熒光光譜的半值寬度的變化是1.5nm以下。
[0022][9]所述[6]?[8]中的任一項記載的發光裝置，所述熒光體包含第I摻雜劑和第2摻雜劑，所述第I摻雜劑是Gd或者Lu，所述第2摻雜劑是選自包括Ce、Tb、Eu、Yb、Pr、Tm、Sm的組的I種以上的元素。
[0023][10]所述[6]?[8]中的任一項記載的發光裝置，所述熒光體是單相的熒光體。
[0024]另外，為了實現上述目的，本發明的其他方式提供下述[11]的熒光體的制造方法。
[0025][11] 一種熒光體的制造方法，采用柴氏拉晶法，包含:將作為Ce的原料的CeO2粉末、作為Y的原料的Y2O3粉末、作為Al的原料的Al2O3粉末、作為Gd的原料的Gd2O3粉末混合而得到混合粉末的工序；將所述混合粉末熔融而得到熔體的工序；以及使晶種接觸所述熔體，以lmm/h以下的提拉速度、1960°C以上的提拉溫度提拉以YAG晶體為母晶體、包含Ce和Gd的單晶熒光體的工序。
[0026]發明效果
[0027]根據本發明的一方式，能提供量子效率優異的熒光體及其制造方法以及使用該熒光體的發光裝置。另外，根據本發明的其他方式，能提供溫度消光優異的熒光體及其制造方法以及使用該熒光體的發光裝置。另外，根據本發明的其他方式，能提供相對于激勵波長在較寬的范圍內熒光光譜的變化小的熒光體及其制造方法以及使用該熒光體的發光裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是表示第I實施方式的熒光體和作為比較例的陶瓷粉末熒光體的激勵光的波長是460nm時的溫度消光特性的坐標圖。
[0029]圖2是表示第I實施方式的熒光體和作為比較例的陶瓷粉末熒光體的通過光致發光測定得到的熒光的光譜分布的坐標圖。
[0030]圖3是第I實施方式的熒光體和作為比較例的以往的陶瓷粉末熒光體的激勵光譜的坐標圖。
[0031]圖4A是表示第I實施方式的熒光體的粉末X射線衍射圖案的坐標圖。
[0032]圖4B是表示作為比較例的以往的陶瓷粉末熒光體的粉末X射線衍射圖案的坐標圖。
[0033]圖5是示意性地示出采用CZ法的YAG單晶熒光體的提拉的截面圖。
[0034]圖6A是第2實施方式所涉及的發光裝置的截面圖。
[0035]圖6B是構成第2實施方式所涉及的發光裝置的發光元件及其周邊部的截面圖。
[0036]圖7A是第3實施方式所涉及的發光裝置的截面圖。
[0037]圖7B是構成第3實施方式所涉及的發光裝置的發光元件的截面圖。
[0038]圖7C是第3實施方式所涉及的發光元件的俯視圖。
[0039]圖8是第4實施方式所涉及的發光裝置的截面圖。
[0040]圖9是第5實施方式所涉及的發光裝置的截面圖。
[0041]圖1OA是第6實施方式所涉及的發光裝置的截面圖。
[0042]圖1OB是構成第6實施方式所涉及的發光裝置的發光元件的截面圖。
[0043]圖11是第7方式所涉及的發光裝置的截面圖。
[0044]圖12A是第8方式所涉及的發光裝置的截面圖。
[0045]圖12B是構成第8方式所涉及的發光裝置的發光元件及其周邊部的截面圖。
【具體實施方式】
[0046][第I實施方式]
[0047](熒光體)
[0048]第I實施方式所涉及的熒光體是以Y3Al5O12 (YAG)晶體為母晶體的YAG系熒光體，例如，具有用 Y3_x_yLxMyAl5_zNz012_w(L 是 Gd 或者 Lu，M 是選自包括 Ce、Tb、Eu、Yb、Pr、Tm、Sm 的組的I種以上的元素，N是Ga或者Ιη，0彡X < 3，0 < y彡1，0彡z彡5，一 0.2彡w彡0.2)表示的組分。在此，L是置換Y的不成為發光中心的成分。M是置換Y的可成為發光中心的成分(活化劑)。另外，N是置換Al的成分。
[0049]此外，在上述的熒光體的組分中，有時一部分原子占據晶體結構上的不同位置。
[0050]該突光體能利用例如CZ法(Czochralski Method:柴氏拉晶法)、EFG法(EdgeDefined Film Fed Growth Method:定邊膜喂法)、布里奇曼法、FZ 法(Floating ZoneMethod:浮區法)等液相生長法得到。
[0051]用上述y表示的活化劑的濃度可以是0.003以上且0.2以下。這是因為:若活化劑濃度不到0.003，則為了得到所要求的光量的熒光而需要的熒光體的厚度t變厚(例如t>3mm)，因此從熒光體的單晶錠切出的數量減少。另外是因為:當活化劑的濃度超過0.2時，需要減薄熒光體(例如t < 0.1mm)，因此，由于機械強度的降低，熒光體容易產生裂紋、缺損等，并且會發生濃度消光。此外，濃度消光是指如下現象:由于發生相鄰分子間的能量轉移而使原來的能量不會作為熒光充分發射到外部(非發光躍遷)等，因此熒光強度不隨活化劑的高濃度化而增大。
[0052]另外，進一步優選，用上述y表示的活化劑的濃度是0.01以上且0.2以下。通過設為0.01，能將熒光體設為適合用于發光裝置的厚度(例如t<2mm)。S卩，熒光體的厚度優選0.1mm以上、3.0mm以下,進一步優選0.1mm以上、2.0mm以下。
[0053]本實施方式的熒光體具有優異的量子效率。例如，激勵光的波長為460nm時的25°C的量子效率是92%以上。具體地，例如在熒光體是將Yi91Gdaci3Ceatl6Al5O12作為進料組分制作的單相單晶的情況下，激勵光的波長為460nm時的量子效率是97%。另外，在熒光體是將Y2^Gda2Ceatl6Al5O12作為進料組分制作的單相單晶的情況下，在激勵光的波長是460nm時能得到92%以上的量子效率。
[0054]通過使用本實施方式的熒光體，能得到亮度較高的發光裝置。以往銷售的熒光體的量子效率是80?90%的程度，本發明的量子效率比它們高出大致10?20%的程度。在藍色發光元件中，當結溫上升到設計上限溫度附近的100°C時，發光效率降低大致10?20%的程度。通過使用本發明的熒光體，能將亮度保持為一定的明亮程度以上(使用以往的熒光體的發光裝置中元件溫度上升前的明亮程度)。
[0055]另外，例如根據文獻Solid-State Lighting Research and Development:MultiYear Program Plan March 2011 (Updated May2011) P.69 的表 Al.3,記載有量子效率(Quantum Yield(25°C ) across the visible spectrum)的 2010 年的數值是 90%, 2020 年的目標值是95%。由此可知，在業界期待著2年提高1%程度的量子效率，可以說本實施方式的熒光體是具有在申請時已超出了被設為目標的數值的量子效率的優異的熒光體。
[0056]另外，本實施方式的熒光體具有優異的溫度消光特性。例如，激勵光的波長為460nm、溫度從25°C上升到100°C時的熒光強度的降低不到3%。
[0057]圖1是表示第I實施方式的熒光體和作為比較例的以往的陶瓷粉末熒光體的、激勵光的波長為460nm時的熒光強度的溫度依賴性的坐標圖。圖1的橫軸表示熒光體的溫度(V )，縱軸表示以熒光體的25°C的熒光強度為基準的相對熒光強度。
[0058]圖1的上側的線是用□示出的本實施方式的熒光體的基于各溫度的熒光強度的測定值得到的、示出本實施方式的熒光體的熒光強度的溫度依賴性的線。圖1的下側的線是用?示出的以往的陶瓷粉末熒光體的基于各溫度的熒光強度的測定值得到的、示出以往的陶瓷粉末熒光體的熒光強度的溫度依賴性的線。
[0059]如圖1所示，上側的線接近于水平，本實施方式的熒光體的熒光強度的溫度依賴性小。例如，可知能使溫度從25°C上升到100°C時的本實施方式的熒光體的熒光強度的降低近似為不到1%，顯然不到3%。
[0060]另一方面，下側的線的斜率大，以往的陶瓷粉末熒光體的熒光強度的溫度依賴性比本實施方式的熒光體的熒光強度的溫度依賴性大。例如，能使溫度從25°C上升到100°C時的以往的陶瓷粉末熒光體的熒光強度的降低近似為10%以上。
[0061]因此，本實施方式的熒光體與以往的陶瓷粉末熒光體比較，伴隨溫度的上升的熒光強度的降低小，可以說具有優異的溫度特性。因此，還能在輸出比以往高(例如5W以上)的發光裝置中使用本實施方式的熒光體。
[0062]另外，例如根據文獻Solid-State Lighting Research and Development:MultiYear Program Plan March 2011 (Updated May2011)P.69 的表Al.3,記載有:溫度特性(從25°C到150°C)的2010年的數值是90% (降低10 %)，2020年的目標值是95 % (降低5% )，可以說本實施的熒光體是大致滿足目標值的熒光體。
[0063]另外，本實施方式的熒光體具有激勵光的波長變化時的熒光的波長變化小的性質。例如，激勵光的波長從460nm變為480nm時的、相對熒光強度為0.5的熒光波長的變化是1.5nm以下。
[0064]圖2是表示第I實施方式的熒光體和作為比較例的以往的陶瓷粉末熒光體的發光光譜的激勵波長依賴性的坐標圖。圖2的橫軸表示熒光的波長(nm)，縱軸表示將發光光譜強度的最大值設為1.0的情況下的相對強度。
[0065]圖2中示出激勵光的波長為460nm、480nm時的本實施方式的熒光體的發光光譜、激勵光的波長為460nm、480nm時的以往的陶瓷粉末突光體的發光光譜。
[0066]如圖2所示，本實施方式的熒光體的激勵光的波長為460nm時的發光光譜與激勵光的波長為480nm時的發光光譜的波形之差比以往的陶瓷粉末熒光體的激勵光的波長為460nm時的發光光譜與激勵光的波長為480nm時的發光光譜的波形之差小。
[0067]例如，關于激勵光的波長從460nm變為480nm時的、熒光光譜的半值寬度(相對熒光強度為0.5的部分的寬度)的變化，以往的陶瓷粉末熒光體是2.7nm，而本實施方式的熒光體是1.5nm。圖2中的W1、W2分別表示激勵光的波長為460nm、480nm時的本實施方式的熒光體的熒光光譜的半值寬度。另外，W3、W4分別表示激勵光的波長為460nm、480nm時的以往的陶瓷粉末熒光體的熒光光譜的半值寬度。即，W2與Wl之差是1.5nm, W4與W3之差是 2.7nm。
[0068]本實施方式的熒光體的相對于激勵波長的發光光譜變動小，因此使用本實施方式的熒光體，能制造特性變動較小的發光裝置。
[0069]圖3是表示用570nm測定的第I實施方式的熒光體和作為比較例的以往的陶瓷粉末突光體的激勵光譜的坐標圖。圖3的橫軸表不激勵波長(nm),縱軸表不突光強度(相對值)。如圖3所示，本實施方式的熒光體的激勵范圍比以往的陶瓷粉末熒光體的激勵范圍窄，可期待抑制由于再次激勵導致的損耗的效果。例如，本實施方式的熒光體的激勵光譜的半值寬度W5是69nm的程度，比83nm程度的以往的陶瓷粉末熒光體的激勵光譜的半值寬度W6小。
[0070]另外，本實施方式的熒光體的特征在于石榴石單相。圖4A、圖4B分別是表示第I實施方式的熒光體和作為比較例的以往的陶瓷粉末熒光體的粉末X射線衍射圖案的坐標圖。圖4A、圖4B的橫軸是衍射角，縱軸表示衍射強度。
[0071]圖4B的X射線衍射圖案中的箭頭標注的峰值是由于石榴石結構以外的第2相引起的峰值。即，以往的陶瓷粉末熒光體包含石榴石結構以外的第2相。另一方面，如圖4A所示，在本實施方式的熒光體的X射線衍射圖案中未看到由于第2相引起的峰值，可以說本實施方式的熒光體是單相。
[0072]另外，本實施方式的熒光體的特征在于:不包含Ba、Sr等2族元素和F、Br等17族元素，具有高純度。由于這些特征，能實現高亮度且高壽命的熒光體。
[0073]以下對本實施方式所涉及的熒光體的制造方法的一例進行說明。在以下的例子中，利用柴氏拉晶法(CZ法)培養包含Ce、Gd的YAG單晶熒光體。
[0074](熒光體的制造)
[0075]首先，作為起始原料，準備高純度(99.99%以上)的Y203、A1203、CeO2, Gd2O3的粉末，進行干式混合，得到混合粉末。此外，Y、Al、Ce以及Gd的原料粉末不限于上述物質。
[0076]例如，在培養Y2.91Gd0.03Ce0.06A15012_W ( — 0.2 彡 w 彡 0.2)單晶的情況下，將 Y2O3 粉末、Al2O3粉末、Gd2O3粉末以及CeO2粉末以2.91:5:0.03:0.12的摩爾比混合。
[0077]圖5是示意性地示出采用CZ法的YAG單晶熒光體的提拉的截面圖。晶體培養裝置80主要具備銥制的坩堝81、收納坩堝81的陶瓷制的筒狀容器82以及纏繞于筒狀容器82的周圍的高頻線圈83。
[0078]將所得到的混合粉末放入坩堝81內，在氮氣氛中利用高頻線圈83以30kW的高頻使坩堝81產生感應電流而對坩堝81加熱。由此，使混合粉末熔融，得到熔體90。
[0079]接著，準備作為YAG單晶的晶種91，在將其頂端浸潰于熔體90后，一邊使晶種91以1rpm的轉速旋轉，一邊以lmm/h以下的提拉速度、在1960°C以上的提拉溫度向< 111 >方向提拉YAG單晶熒光體92。在筒狀容器82內以每分鐘2L的流量澆注氮，在大氣壓下且在氮氣氛中進行YAG單晶熒光體92的提拉。這樣，可得到例如直徑約2.5cm、長度約5cm的YAG單晶熒光體92。
[0080]通過將YAG單晶熒光體92切成期望的大小，能得到例如用于發光裝置的板狀的單晶熒光體。另外，通過粉碎YAG單晶熒光體92，能得到顆粒狀的熒光體。
[0081]為了制造本實施方式所涉及的熒光體，在上述的制法中，單晶的提拉溫度和提拉速度特別重要。本發明人等發現:由于在YAG中添加Gd而使熔點大大上升，因此需要比不添加Gd的YAG單晶的通常的提拉溫度高的1960°C以上的提拉溫度。另外，為了抑制氣孔、氣泡、裂紋等缺陷的產生，要求比無添加的YAG單晶的通常的提拉速度慢的lmm/h以下的提拉速度。
[0082]另外，根據本制法，能將CeO2用作Ce的原料來培養單晶熒光體92。為了發揮作為熒光體的功能，要求在YAG晶體中以3價的狀態含有Ce，因此可以認為將以3價的狀態含有Ce的Ce203、Ce有機化合物用作起始原料與將以4價的狀態含有Ce的Ce2O3用作起始原料相比，容易使Ce以3價的狀態摻入到YAG晶體中。另一方面，Ce2O3^ Ce有機化合物與CeO2比較，有價格非常高的缺點。根據本制法，在使用CeO2的情況下也能將Ce以3價的狀態添加到晶體中，因此能廉價地制造熒光體。
[0083][第2實施方式]
[0084]本發明的第2實施方式是使用第I實施方式所涉及的熒光體的發光裝置。以下參照圖6A、圖6B對第2實施方式進行說明。圖6A是第2實施方式所涉及的發光裝置I的截面圖，圖6B是構成發光裝置I的發光元件10及其周邊部的截面圖。
[0085]如圖6A所示，發光裝置I包括:發光元件10，其包括LED ;熒光體2，其以覆蓋發光元件10的光出射面的方式設置，包括單一單晶；A1203等的陶瓷基板3，其支撐發光元件10 ；主體4，其包含白色的樹脂；以及透明樹脂8，其密封發光元件10和熒光體2。
[0086]陶瓷基板3具有配線部31、32，配線部31、32利用例如鎢等金屬形成圖案。配線部
31、32與發光元件10的η側電極15Α及ρ側電極15Β(后述)電連接。
[0087]主體4形成于陶瓷基板3上，在其中央部形成有開口部4Α。開口部4Α形成為開口寬度隨著從陶瓷基板3側向外部逐漸變大的圓錐狀。開口部4Α的內表面成為使發光元件10的發射光向外部反射的反射面40。
[0088]如圖6Β所示，將發光元件10的η側電極15Α和ρ側電極15Β利用凸點16、16連接到陶瓷基板3的配線部31、32，從而將發光元件10安裝于陶瓷基板3。
[0089]發光元件10是例如使用GaN系半導體化合物的倒裝芯片型，發出例如在380?490nm的波長具有光量的峰值的藍色系的光。該發光元件10在包含藍寶石等的元件基板11的第I主面Ila按順序形成有η型GaN層12、發光層13以及ρ型GaN層14。分別在η型GaN層12的露出部分形成有η側電極15Α，在ρ型GaN層14的表面形成有ρ側電極15Β。
[0090]發光層13通過從η型GaN層12和ρ型GaN層14注入載流子，從而發出藍色系的光。該發射光透射過η型GaN層12和元件基板11，從元件基板11的第2主面Ilb出射。即，元件基板11的第2主面Ilb是發光元件10的光出射面。
[0091]另外，在元件基板11的第2主面Ilb側以覆蓋第2主面Ilb的整體的方式配置有熒光體2。熒光體2包括第I實施方式所涉及的YAG系熒光體。
[0092]熒光體2是其整體包括單一單晶的平板狀的單晶熒光體。在此，單一單晶是指實質上整體視作一個單晶的物質。熒光體2具有與第2主面Ilb相等或者更大的大小。另外，熒光體2的與元件基板11相對的第I面2a在與元件基板11的第2主面Ilb之間沒有夾著其他的構件，而與元件基板11直接接觸。熒光體2和元件基板11利用分子間作用力接八口 ο
[0093]當對如上構成的發光元件10通電時，電子通過配線部31、η側電極15Α以及η型GaN層12注入到發光層13，另外，空穴通過配線部32、ρ側電極15Β以及ρ型GaN層14注入到發光層13,使發光層13發光。發光層13的藍色的發射光透射過η型GaN層12和兀件基板11而從元件基板11的第2主面Ilb出射，入射到熒光體2的第I面2a。
[0094]從第I面2a入射的光的一部分作為激勵光激勵熒光體2中的電子。熒光體2吸收來自發光元件10的藍色系的光的一部分，將吸收的光進行波長轉換，得到例如在500?630nm的波長具有光量的峰值的黃色系的光。
[0095]入射到熒光體2的藍色系的光中的一部分被熒光體2吸收而進行波長轉換，作為黃色系的光從熒光體2的第2面2b出射。另外，入射到熒光體2的光中的剩余的一部分不被熒光體2吸收而從熒光體2的第2面2b出射。藍色和黃色為互補色關系，所以發光裝置I發射由藍色光和黃色光混合而成的白色光。
[0096]另外，優選發光裝置I發出的白色光的色溫度是3800?7000K。更優選發光裝置I的白色光的色溫度是4000?5500K。白色光的色溫度能利用熒光體2的活化劑濃度、厚度等調整。
[0097][第3實施方式]
[0098]接著，參照圖7A、圖7B、圖7C對本發明的第3實施方式進行說明。圖7A是第3實施方式所涉及的發光裝置IA的截面圖，圖7B是構成發光裝置IA的發光元件1A的截面圖，圖7C是發光元件1A的俯視圖。
[0099]在本實施方式所涉及的發光裝置IA中，使發光元件的發射光入射到包括單一單晶的熒光體而進行波長轉換的構成與第2實施方式所涉及的發光裝置I相同，但是發光元件的構成和熒光體相對于發光元件的配置位置與第2實施方式不同。以下，對具有與在第2實施方式中說明的發光裝置相同的功能和構成的發光裝置IA的構成要素標注相同的附圖標記，省略說明。
[0100]如圖7A和圖7B所示，發光裝置IA以發光元件1A的元件基板11朝向陶瓷基板3側的方式配置。另外，熒光體21與發光元件1A的開口部4A側接合。熒光體21與第2實施方式所涉及的熒光體11同樣，包括第I實施方式所涉及的YAG系熒光體。
[0101]如圖7B和圖7C所示，發光元件1A具有元件基板11、η型GaN層12、發光層13、P型GaN層14，而且在P型GaN層14上具有包含ITO (Indium Tin Oxide:銦錫氧化物)的透明電極140。在透明電極140上形成有ρ側電極15B。透明電極140使從ρ側電極15Β注入的載流子擴散而注入到P型GaN層14。
[0102]如圖7C所示，熒光體21形成為在與P側電極15Β及η型GaN層12上形成的η側電極15Α對應的部分具有缺口的大致四角形形狀。另外，熒光體21的透明電極140側的第I面21a利用分子間作用力接合于透明電極140的表面140b。熒光體21的組分與第I實施方式中的熒光體2的組分相同。
[0103]如圖7A所示，發光元件1A的η側電極15Α利用焊線311連接到陶瓷基板3的配線部31。另外，發光元件1A的ρ側電極15Β利用焊線321連接到陶瓷基板3的配線部32。
[0104]當對如上構成的發光元件1A通電時，電子通過配線部31、η側電極15Α以及η型GaN層12注入到發光層13，另外，空穴通過配線部32、ρ側電極15Β、透明電極140以及ρ型GaN層14注入到發光層13,使發光層13發光。
[0105]發光層13的藍色的發射光透射過P型GaN層14和透明電極140而從透明電極140的表面140b出射。S卩，透明電極140的表面140b是發光元件1A的光出射面。從透明電極140的表面140b出射的光入射到熒光體21的第I面21a。
[0106]從第I面21a入射到熒光體21的光的一部分作為激勵光激勵熒光體21中的電子。熒光體21吸收來自發光元件1A的藍色光的一部分，將吸收的光進行波長轉換，主要得到黃色光。更詳細地，熒光體21吸收來自發光元件1A的在380?490nm的波長具有發光峰值的藍色系的光，發出在500?630nm的波長具有發光峰值的黃色系的光。
[0107]這樣，入射到熒光體21的藍色光中的一部分被熒光體21吸收而進行波長轉換，作為黃色光從熒光體21的第2面21b出射。另外，入射到熒光體21的藍色光中的剩余的一部分不被熒光體21吸收，而原樣地從熒光體21的第2面21b出射。藍色和黃色為互補色關系，所以發光裝置IA發射由藍色光和黃色光混合而成的白色光。
[0108][第4實施方式]
[0109]接著，參照圖8對本發明的第4實施方式進行說明。圖8是第4實施方式所涉及的發光裝置IB的截面圖。
[0110]在本實施方式所涉及的發光裝置IB中，使發光元件的發射光入射到包括單一單晶的熒光體并進行波長轉換的構成與第2實施方式所涉及的發光裝置I相同，但是熒光體的配置位置與第2實施方式不同。以下，對具有與在第2或者第3實施方式中說明的發光裝置相同的功能和構成的發光裝置IB的構成要素標注相同的附圖標記，省略說明。
[0111]如圖8所示，發光裝置IB在陶瓷基板3上具備發光元件10，發光元件10具有與第2實施方式同樣的構成。發光元件10從位于主體4的開口部4A側的元件基板11 (參照圖6B)的第2主面Ilb向主體4的開口部4A側出射藍色光。
[0112]熒光體22以覆蓋主體4的開口部4A的方式與主體4接合。熒光體22形成為平板狀，利用粘結劑等與主體4的上表面4b結合。熒光體22與第2實施方式所涉及的熒光體11同樣，包括第I實施方式所涉及的YAG系熒光體。另外，熒光體22比發光元件10大，整體實質上是一個單晶。
[0113]當對如上構成的發光裝置IB通電時,發光兀件10發光,從第2主面Ilb向突光體22出射藍色光。熒光體22從面對發光元件10的出射面的第I面22a吸收發光元件10的藍色的發射光，從第2面22b向外部發射黃色的熒光。
[0114]這樣，入射到熒光體22的藍色光中的一部分被熒光體22吸收而進行波長轉換，作為黃色光從熒光體22的第2面22b出射。另外，入射到熒光體22的藍色光中的剩余的一部分不被熒光體22吸收而從熒光體22的第2面22b出射。藍色和黃色為互補色關系，所以發光裝置IB發射由藍色光和黃色光混合而成的白色光。
[0115]在本實施方式中，發光元件10和熒光體22是分開的，所以與在發光元件10的出射面接合熒光體的情況比較，能使用大型的熒光體22，發光裝置IB的組裝容易性提高。
[0116][第5實施方式]
[0117]接著，參照圖9對本發明的第5實施方式進行說明。圖9是第5實施方式所涉及的發光裝置IC的截面圖。如圖9所示，在本實施方式中，發光元件與安裝發光元件的基板以及熒光體的位置關系與第4實施方式不同。以下，對具有與在第2、第3或者第4實施方式中說明的發光裝置相同的功能和構成的發光裝置IC的構成要素標注相同的附圖標記，省略說明。
[0118]本實施方式所涉及的發光裝置IC包括:主體5，其包含白色的樹脂；透明基板6，其由形成于主體5的狹縫狀的保持部51保持；熒光體22，其以覆蓋主體5的開口部5A的方式配置，包括YAG系的單一單晶；發光元件10A，其安裝于透明基板6的與熒光體22側的面相反的一側的面；以及配線部61、62，其用于對發光元件1A通電。熒光體22與第2實施方式所涉及的熒光體11同樣，包括第I實施方式所涉及的YAG系熒光體。
[0119]主體5在其中心部形成有曲面上的凹部，該凹部的表面成為使發光元件1A的發射光向熒光體22側反射的反射面50。
[0120]透明基板6包括具有透光性的構件，具有透光性的構件例如包含硅酮樹脂、丙烯酸樹脂、PET等具有透光性的樹脂或者玻璃狀物質、藍寶石、陶瓷、石英等的單晶或者多晶，透明基板6具有透射發光元件1A的發射光的透光性和絕緣性。另外，配線部61、62的一部分與透明基板6接合。發光元件1A的ρ側電極以及η側電極與配線部61、62的一端部之間利用焊線611、621電連接。配線部61、62的另一端部引出到主體5的外部。
[0121]當對如上構成的發光裝置IC通電時，發光元件1A發光，發射光的一部分透射過透明基板6而入射到熒光體22的第I面22a。另外，發光元件1A的另一部分由主體5的反射面50反射而透射過透明基板6，入射到熒光體22的第I面22a。
[0122]入射到熒光體22的光中的一部分被熒光體22吸收而進行波長轉換，剩余的一部分不被突光體22吸收而從突光體22的第2面22b出射。這樣,發光裝置IC發射由發光兀件1A發出的藍色光和通過熒光體22進行了波長轉換的黃色光混合而成的白色光。
[0123]根據本實施方式，從發光兀件1A向與突光體22側相反的一側出射的光由反射面50反射而透射過透明基板6，入射到熒光體22，所以發光裝置IC的光提取效率提高。
[0124][第6實施方式]
[0125]接著，參照圖10A、圖1OB對本發明的第6實施方式進行說明。圖1OA是第6實施方式所涉及的發光裝置ID的截面圖，圖1OB是構成發光裝置ID的發光元件7的截面圖。如圖1OA所示，在本實施方式中，發光元件的構成及其配置與第4實施方式不同。以下對具有與在第2、第3或者第4實施方式中說明的發光裝置相同的功能和構成的發光裝置ID的構成要素標注相同的附圖標記，省略說明。
[0126]在發光裝置ID中，在設于陶瓷基板3的配線部32上配置有發光元件7。如圖1OB所示，發光元件7是按順序層疊Ga2O3基板70、緩沖層71、Si摻雜的n+ — GaN層72、Si摻雜的 η — AlGaN 層 73、MQW(Multiple-Quantum Well:多量子講)層 74、Mg 慘雜的 ρ — AlGaN層75、Mg摻雜的p+ — GaN層76、ρ電極77而形成的。另外，在Ga2O3基板70的與緩沖層71相反的一側的面設有η電極78。
[0127]Ga2O3基板70包含呈η型導電性的β — Ga203。MQW層74是具有InGaN/GaN的多量子勢講結構的發光層。P電極77是包含IT0(Indium Tin Oxide:銦錫氧化物)的透明電極，與配線部32電連接。η電極78利用焊線321與陶瓷基板3的配線部31連接。此外，作為元件基板，也可以取代β — Ga2O3而使用SiC。
[0128]當對如上構成的發光元件7通電時，電子通過η電極78、Ga203基板70、緩沖層71、n+ - GaN層72以及η — AlGaN層73注入到MQW層74，另外，空穴通過ρ電極77、ρ+ — GaN層76、p - AlGaN層75注入到MQW層74，發出藍色系的光。該藍色系的發射光透射過Ga2O3基板70等而從發光元件7的出射面7a出射，入射到熒光體22的第I面22a。
[0129]熒光體22從面對發光元件7的出射面的第I面22a吸收發光元件10的藍色系的發射光，從第2面22b向外部發射黃色的熒光。
[0130]這樣，入射到熒光體22的藍色光中的一部分被熒光體22吸收而進行波長轉換，作為黃色光從熒光體22的第2面22b出射。另外，入射到熒光體22的藍色光中的剩余的一部分不被熒光體22吸收而從熒光體22的第2面22b出射。藍色和黃色為互補色關系，所以發光裝置ID發射由藍色光和黃色光混合而成的白色光。
[0131][第7實施方式]
[0132]接著，參照圖11對本發明的第7實施方式進行說明。圖11是第7實施方式所涉及的發光裝置IE的截面圖。如圖11所示，在本實施方式中，熒光體的狀態及其配置與第2實施方式不同。以下，對具有與在第2實施方式中說明的發光裝置相同的功能和構成的發光裝置IE的構成要素標注相同的附圖標記，省略說明。
[0133]如圖11所示，發光裝置IE包括:發光元件10，其包括LED ;陶瓷基板3，其支撐發光元件10 ;主體4，其包含白色的樹脂；以及透明構件101，其密封發光元件10。
[0134]在透明構件101中分散有顆粒狀的熒光體102。熒光體102是第I實施方式的熒光體的顆粒狀物，例如，通過將在第I實施方式中制造的YAG單晶熒光體92粉碎而得到。
[0135]透明構件101例如是硅酮樹脂、環氧樹脂等透明樹脂或者玻璃等透明無機材料。
[0136]分散在透明構件101中的熒光體102吸收從發光元件10發出的藍色系的光的一部分，發出例如500?630nm的波長的黃色系的熒光。沒有被熒光體102吸收的藍色系的光和從熒光體102發出的黃色系的熒光混合，從發光裝置IE發出白色的光。
[0137]此外，本實施方式的透明構件101和熒光體102也可以適用于其他的實施方式。即，也可以取代第3實施方式的透明樹脂8和熒光體21而使用本實施方式的透明構件101和熒光體102。
[0138][第8實施方式]
[0139]接著，參照圖12A、圖12B對本發明的第8實施方式進行說明。圖12A是第8實施方式所涉及的發光裝置IF的截面圖，圖12B是構成發光裝置IF的發光元件10及其周邊部的截面圖。如圖12A、圖12B所示，在本實施方式中，熒光體的狀態及其配置與第2實施方式不同。以下，對具有與在第2實施方式中說明的發光裝置相同的功能和構成的發光裝置IE的構成要素標注相同的附圖標記，省略說明。
[0140]如圖12A所示，發光裝置IF包括:發光元件10，其包括LED ;透明構件103，其以覆蓋發光元件10的光出射面的方式設置；陶瓷基板3，其支撐發光元件10 ;主體4，其包含白色的樹脂；以及透明樹脂8，其密封發光元件10和透明構件103。
[0141]在透明構件103中分散有顆粒狀的熒光體104。熒光體104是第I實施方式的熒光體的顆粒狀物，例如，通過將在第I實施方式中制造的YAG單晶熒光體92粉碎而得到。
[0142]透明構件103例如是硅酮樹脂、環氧樹脂等透明樹脂或者玻璃等透明無機材料。透明構件103例如具有與第2實施方式的熒光體2同樣的形狀、大小。
[0143]分散于透明構件103中的熒光體104吸收從發光元件10發出的藍色系的光的一部分，發出例如500?630nm的波長的黃色系的熒光。沒有被熒光體104吸收的藍色系的光和從熒光體104發出的黃色系的熒光混合，從發光裝置IF發出白色的光。
[0144]此外,本實施方式的透明構件103和突光體104也可以適用于其他的實施方式。例如，可以取代第3實施方式的熒光體21或者第4、5、6的實施方式的熒光體22而使用本實施方式的透明構件103和熒光體104。
[0145](實施方式的效果)
[0146]根據上述實施方式，能得到量子效率、溫度消光特性優異的熒光體。另外，通過使用量子效率、溫度消光特性優異的熒光體，能得到具有高亮度、高輸出、長壽命等優異特征的發光裝置。
[0147]從以上說明也可明確，本發明并不限于上述實施方式和圖示例，而是能在各權利要求記載的范圍內進行各種設計變更。例如，對熒光體的制造方法示出了一例，但是本發明的熒光體不限于利用這一例制造的熒光體。另外，也可以利用所謂炮彈型的樹脂密封發光元件和熒光體。另外，也可以是一個發光裝置具有多個發光元件的構成。另外，還可以組合如下熒光體來構成發光裝置:包含以發出藍色系的光的發光元件的光為激勵光而發出黃色系的光的單一單晶的熒光體；以及包含發出與所述熒光體不同的色調的光的單一單晶的熒光體等包含多種單一單晶的熒光體。
[0148]工業h的可利用件
[0149]提供量子效率優異的熒光體及其制造方法以及使用該熒光體的發光裝置。
[0150]附圖標記說明
[0151]1、認、比、1(:、10丨發光裝置、2、21、22、102、10七..熒光體、3丨陶瓷基板、2&、21&、22a…第I面、2b、21b、22b…第2面、4、5…主體、51…保持部、4A、5A...開口部、4b...上表面、6…透明基板、10、10A、7...發光兀件、11...兀件基板、Ila…第I主面、Ilb…第2主面、12…η型GaN層、13…發光層、14...ρ型GaN層、15Α…η側電極、15Β…ρ側電極、16…凸點、31、32、61、62…配線部、311、321、611、621…焊線、40、50…反射面、140…透明電極、140b...表面、70...Ga203 基板、71 …緩沖層、72...n+ — GaN 層、73…η — AlGaN 層、74...MQW 層、75…ρ —AlGaN層、76…p.— GaN層、77…ρ電極、78…η電極、80…晶體培養裝置、81…?甘禍、82...筒狀容器、83...高頻線圈、90...熔體、91...晶種、92…YAG單晶熒光體、101、103...透明構件
【權利要求】
1.一種突光體，其特征在于， 激勵光的波長為460nm時的25°C的量子效率是92%以上， 包括以YAG晶體為母晶體的單晶。
2.—種突光體,其特征在于， 激勵光的波長為460nm、溫度從25°C上升到100°C時的熒光強度的降低不到3%， 以YAG晶體為母晶體。
3.一種突光體，其特征在于， 激勵光的波長從460nm變為480nm時，熒光光譜的半值寬度的變化是1.5nm以下， 以YAG晶體為母晶體。
4.根據權利要求1?3中的任一項所述的熒光體，其特征在于， 包含第I摻雜劑和第2摻雜劑，所述第I摻雜劑是Gd或者Lu，所述第2摻雜劑是選自包括Ce、Tb、Eu、Yb、Pr、Tm、Sm的組的I種以上的元素。
5.根據權利要求1?3中的任一項所述的熒光體，其特征在于，是單相的熒光體。
6.一種發光裝置，其特征在于，具備: 發光元件，其發出藍色系的光；以及 熒光體，其以所述發光元件的光為激勵光而發出黃色系的光， 所述熒光體包括以YAG晶體為母晶體的單晶，激勵光的波長為460nm時的25°C的量子效率是92%以上。
7.一種發光裝置，其特征在于，具備: 發光元件，其發出藍色系的光；以及 熒光體，其以所述發光元件的光為激勵光而發出黃色系的光， 所述熒光體以YAG晶體為母晶體，激勵光的波長為460nm、溫度從25°C上升到100°C時的熒光強度的降低不到3%。
8.一種發光裝置，其特征在于，具備: 發光元件，其發出藍色系的光；以及 熒光體，其以所述發光元件的光為激勵光而發出黃色系的光， 所述熒光體以YAG晶體為母晶體，激勵光的波長從460nm變為480nm時的、熒光光譜的半值寬度的變化是1.5nm以下。
9.根據權利要求6?8中的任一項所述的發光裝置，其特征在于， 所述熒光體包含第I摻雜劑和第2摻雜劑，所述第I摻雜劑是Gd或者Lu，所述第2摻雜劑是選自包括Ce、Tb、Eu、Yb、Pr、Tm、Sm的組的I種以上的元素。
10.根據權利要求6?8中的任一項所述的發光裝置，其特征在于，所述熒光體是單相的突光體。
11.一種熒光體的制造方法，采用柴氏拉晶法，其特征在于，包含: 將作為Ce的原料的CeO2粉末、作為Y的原料的Y2O3粉末、作為Al的原料的Al2O3粉末、作為Gd的原料的Gd2O3粉末混合而得到混合粉末的工序； 將所述混合粉末熔融而得到熔體的工序；以及 使晶種接觸所述熔體，以lmm/h以下的提拉速度、1960°C以上的提拉溫度提拉以YAG晶體為母晶體、包含Ce和Gd的單晶熒光體的工序。
【文檔編號】C09K11/08GK104245883SQ201380020816
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月18日 優先權日:2012年4月24日
【發明者】渡邊誠, 豬股大介, 青木和夫, 島村清史, 恩卡納西翁·安東尼亞·加西亞·比略拉 申請人:株式會社光波, 獨立行政法人物質·材料研究機構