JP2018097351A - Light-emitting element and manufacturing method of light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として光学製品に用いられる発光素子及び発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a light-emitting element mainly used for optical products and a method for manufacturing the light-emitting element.
従来、照明やプロジェクターといった光学製品には水銀蒸気中のアーク放電の発光を利用する超高圧水銀ランプ等の放電光源が一般的に使用されていた。放電光源は、紫外域から可視域までの連続的なスペクトル光を放つことができる利点を有する。その一方で、放電光源は、連続点灯時間が短いことや瞬間的に点灯させることができないことなどが問題として挙げられる。この問題を解決するために、現在、放電光源に代わる光源の利用が増加している。 Conventionally, a discharge light source such as an ultrahigh pressure mercury lamp that uses arc discharge light emission in mercury vapor has been generally used for optical products such as lighting and projectors. The discharge light source has an advantage that continuous spectrum light from the ultraviolet region to the visible region can be emitted. On the other hand, the discharge light source has problems such as short continuous lighting time and inability to light up instantaneously. In order to solve this problem, the use of a light source instead of a discharge light source is now increasing.
放電光源に代わる新たな光源として、白色発光ダイオード(白色LED)やレーザー(LD)が提案されている。これらは、ある特定波長の光を放つ励起光源と、その光を吸収して蛍光を放つ蛍光体と、を組み合わせたものである。一般的には、青色光源からの光と、黄色蛍光体からの光と、を合成することで白色光を得る構成が知られている。 White light-emitting diodes (white LEDs) and lasers (LDs) have been proposed as new light sources to replace the discharge light sources. These are a combination of an excitation light source that emits light of a specific wavelength and a phosphor that absorbs the light and emits fluorescence. In general, a configuration is known in which white light is obtained by combining light from a blue light source and light from a yellow phosphor.
上記構成から得られる白色発光は、蛍光体表面から出射方向に直進する光だけではなく、出射方向に拡散した光も含まれる。よって、照明やプロジェクターといった商品で出力される発光を制御するためには、光源にレンズを組み合わせることによって光学制御する必要がある。 The white light emission obtained from the above configuration includes not only light traveling straight from the phosphor surface in the emission direction but also light diffused in the emission direction. Therefore, in order to control light emission output by a product such as an illumination or a projector, it is necessary to perform optical control by combining a lens with a light source.
特許文献1には、LEDから放射される青色光を吸収して黄色光を放射する粉末蛍光体を含む発光層が基板上に形成された構成を有するデバイスが開示されている。図5に前記特許文献1に記載のデバイスの一例を示す。このデバイスは、基板121の上に結合剤119中に粉末蛍光体120が分散した発光層122と、平凸形状を有する光透過部材123とを有し、発光層122には空気層118が含まれている。
Patent Document 1 discloses a device having a configuration in which a light emitting layer including a powder phosphor that absorbs blue light emitted from an LED and emits yellow light is formed on a substrate. FIG. 5 shows an example of the device described in Patent Document 1. This device has a
ところが、上記特許文献1のデバイスの発光層122において、粉末蛍光体120と接着剤としての性質を示す結合剤119および空気層118とが平凸形状を有する光透過部材123と基板121との間を占有している。
However, in the
基板121方向から平凸形状を有する光透過部材123方向にLEDやLDからの青色光が発光層122に照射されると、粉末蛍光体120がその光を吸収し、黄色光を放射する。このとき、黄色光は他の粉末蛍光体120や結合剤119を通過することになるが、それぞれの物質で屈折率が異なるため、平凸形状の光透過部材123方向のみならず、発光層122の横方向にも光の拡散が生じる。そのため、十分な光取出し効率を得ることができず、平凸形状を有する光透過部材123方向から検出できる光の蛍光出力は低下することになる。
When the
また、LDのような高い出力を有する励起光を上記デバイスに照射した場合、デバイス自体の温度が急速に高くなる。平凸形状を有する光透過部材123と基板121の発光層122に空気層118が存在すると、この急速な温度上昇により空気層118が膨張し、発光層122にクラックが生じる。そのため、空気層118の割合が増加し光の散乱がより発生するため、さらなる蛍光出力の低下につながる。
In addition, when the device is irradiated with excitation light having a high output such as LD, the temperature of the device itself rapidly increases. When the
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、光透過部材と発光部材とを備えた発光素子において、蛍光出力の低下を抑制することができる発光素子及び発光素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and in a light-emitting element including a light-transmitting member and a light-emitting member, a light-emitting element capable of suppressing a decrease in fluorescence output and a method for manufacturing the light-emitting element The purpose is to provide.
本発明に係る発光素子は、少なくとも2種類以上の酸化物材料からなる板状形状を有する発光部材と、
前記発光部材から放射される光をコリメートする平凸形状を有する光透過部材と、
を備え、
前記光透過部材と前記発光部材との接触部が連続的である。
A light emitting device according to the present invention includes a light emitting member having a plate shape made of at least two kinds of oxide materials,
A light transmissive member having a plano-convex shape for collimating light emitted from the light emitting member;
With
A contact portion between the light transmitting member and the light emitting member is continuous.
本発明に係る発光素子によれば、発光部材と光透過部材との接触部が連続的であるので、発光部材と光透過部材との間で蛍光の屈折が起こらないため蛍光出力の低下を抑制できるとともに、発光部材と光透過部材との接触部でクラックが生じない発光素子が実現できる。 According to the light emitting device of the present invention, since the contact portion between the light emitting member and the light transmissive member is continuous, the refraction of fluorescence does not occur between the light emitting member and the light transmissive member, thereby suppressing the decrease in the fluorescence output. In addition, it is possible to realize a light emitting element that does not cause cracks at the contact portion between the light emitting member and the light transmitting member.
第1の態様に係る発光素子は、少なくとも2種類以上の酸化物材料からなる板状形状を有する発光部材と、
前記発光部材から放射される光をコリメートする平凸形状を有する光透過部材と、
を備え、
前記光透過部材と前記発光部材との接触部が連続的である。
The light emitting device according to the first aspect includes a light emitting member having a plate shape made of at least two kinds of oxide materials,
A light transmissive member having a plano-convex shape for collimating light emitted from the light emitting member;
With
A contact portion between the light transmitting member and the light emitting member is continuous.
第2の態様に係る発光素子は、上記第1の態様において、前記発光部材は、少なくとも1つは発光中心を有さない材料であり、残りは発光中心を有する材料から構成され、
前記光透過部材は、前記発光部材の前記発光中心を有さない材料と実質的に同じ材料で構成されていることを特徴とする。
The light-emitting element according to a second aspect is the light-emitting element according to the first aspect, wherein at least one of the light-emitting members is made of a material having no light emission center, and the rest is made of a material having a light emission center.
The light transmissive member is formed of a material that is substantially the same as a material that does not have the light emission center of the light emitting member.
上記構成によって、光透過部材と発光部材との接触部において、共通する材料による連続性を得ることができる。 With the above configuration, continuity due to a common material can be obtained at the contact portion between the light transmitting member and the light emitting member.
第3の態様に係る発光素子は、上記第2の態様において、前記接触部において、前記発光中心を有さない材料と前記発光中心を有する材料とが互いに3次元的に絡み合って分布してなる。 The light emitting device according to the third aspect is the light emitting element according to the second aspect, wherein the material having no light emission center and the material having the light emission center are intertwined and distributed in a three-dimensional manner in the contact portion. .
上記構成によって、発光部材の発光中心を有する酸化物材料で発生した熱が発光中心を有さない酸化物材料に効率的に伝導し、放熱させることができる。 With the above structure, heat generated in the oxide material having the light emission center of the light emitting member can be efficiently conducted to the oxide material not having the light emission center to be radiated.
第4の態様に係る発光素子は、上記第2又は第3の態様において、前記発光中心を有さない材料がAl2O3であり、前記発光中心を有する材料がCeを含有するYAGであってもよい。 In the light emitting device according to the fourth aspect, in the second or third aspect, the material having no emission center is Al 2 O 3 and the material having the emission center is YAG containing Ce. May be.
上記構成によって、Al2O3とCeが含有したYAGとの共晶点付近で融液を凝固させると上記2つの材料が緻密に絡み合った構造となるため、機械的強度が向上する効果が得られる。 With the above configuration, when the melt is solidified in the vicinity of the eutectic point of Al 2 O 3 and Ce-containing YAG, the above two materials are closely entangled, resulting in an effect of improving the mechanical strength. It is done.
第5の態様に係る発光素子の製造方法は、発光部材の融液となる酸化アルミニウムと酸化イットリウムと酸化セリウムの各粉末をるつぼ内で加熱し、
前記るつぼの底の穴部に平凸形状を有する光透過部材の平面部を接触させ、
前記光透過部材の前記平面部に前記発光部材の融液が濡れた状態を確認後に、
前記るつぼと前記光透過部材との間隔を離間させて前記発光部材の融液を凝固させ、
前記光透過部材と前記発光部材との接触部が連続的である発光素子を製造する、
ことを特徴とする。
In the method for manufacturing a light-emitting element according to the fifth aspect, each powder of aluminum oxide, yttrium oxide, and cerium oxide serving as a melt of the light-emitting member is heated in a crucible,
Contacting the flat portion of the light transmitting member having a plano-convex shape with the hole at the bottom of the crucible;
After confirming the state in which the melt of the light emitting member is wetted on the flat portion of the light transmitting member,
The gap between the crucible and the light transmitting member is separated to solidify the melt of the light emitting member;
Producing a light emitting element in which a contact portion between the light transmitting member and the light emitting member is continuous;
It is characterized by that.
第6の態様に係る発光素子の製造方法は、上記第5の態様において、前記発光部材の融液は、
Alモル分率が75mol%以上85mol%以下、かつCeモル分率が0.02mol%以上0.4mol%以下、残部がYからなり、
製造された前記発光素子における前記発光部材の厚みを0.1mm以上0.35mm以下にすることを特徴とする。
なおここに示す発光部材の厚みは、発光素子全体の厚みから光透過部材の厚みを引いた値と定義する。
The manufacturing method of the light emitting element according to the sixth aspect is the above fifth aspect, wherein the melt of the light emitting member is:
Al mole fraction is 75 mol% or more and 85 mol% or less, Ce mole fraction is 0.02 mol% or more and 0.4 mol% or less, and the balance is Y,
The thickness of the light emitting member in the manufactured light emitting element is 0.1 mm or more and 0.35 mm or less.
Note that the thickness of the light emitting member shown here is defined as a value obtained by subtracting the thickness of the light transmitting member from the thickness of the entire light emitting element.
上記構成によって、蛍光出力および蛍光出力維持率に優れた発光素子が得られる。 With the above configuration, a light emitting device having excellent fluorescence output and fluorescence output maintenance rate can be obtained.
以下、実施の形態に係る発光素子について添付図面を参照しながら詳述する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。 Hereinafter, light-emitting elements according to embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, substantially the same members are denoted by the same reference numerals.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る発光素子100の断面構成を示す概略断面図である。
本実施の形態1に係る発光素子100は、少なくとも2種類以上の酸化物材料からなる板状形状を有する発光部材102と、発光部材102から放射される光をコリメートする平凸形状を有する光透過部材101と、を備える。また、この発光素子100は、発光部材102と光透過部材101との接触部が連続的であることを特徴とする。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a cross-sectional configuration of the light-emitting
The light-emitting
仮に発光部材102と光透過部材101が先行文献に記載された結合剤119を介して接合している場合、発光部材102側から放射された光は結合剤119との界面で屈折が生じる。この屈折により、平凸形状を有する光透過部材101の方向に放射された光の一部は発光部材102の側面方向に拡散するため、光透過部材101を通過して検出できる蛍光出力は低下する。したがって、この発光素子100では、従来とは異なり、光透過部材101と発光部材102との接触部において結合剤119を含まない構成にすることで蛍光出力の低下を抑制することができる。
If the
また、発光部材102と光透過部材101との接触部は連続的である。図2は、発光素子100を構成する前記光透過部材101と発光部材102との接触部の断面である。図2に示すように、接触部において、発光中心を有さない酸化物材料103と、発光中心を有する酸化物材料104と、は互いに3次元的に絡まるように分布しており、連続的となっている。
The contact portion between the
発光部材102に高出力の励起光が照射されると、発光物質(蛍光体、発光中心を有する酸化物材料104)の基底準位にあった電子が励起され、その電子は励起準位に遷移する。この遷移した電子が基底準位に戻る際に蛍光を放射するが、このプロセスで使用されなかったエネルギーは熱に変換される。すると、発光物質(蛍光体、発光中心を有する酸化物材料104)は発熱するため発光部材102の温度が上昇する。光透過部材101は熱の発生源にはならないが、発光部材102と連続的であるため、温度が上昇し、発光素子100の温度は総じて上昇する。
When the light-emitting
これにより発光部材102および光透過部材101は熱により膨張する。従来の発光素子のように発光部材102と光透過部材101との接触部が連続的な構造をしていない場合には、熱膨張によって発光部材102と光透過部材101との接触部にクラックが生じる場合がある。一方、実施の形態1に係る発光素子100では、発光部材102と平凸形状を有する光透過部材101との接触部を連続的な構成としている。これによって、発光部材102において熱膨張が生じても光透過部材101との接触部が連続的であるので、光透過部材101への熱伝導が良好であって応力が緩和されるため、接触部におけるクラックの発生を抑制することができる。
Thereby, the
光透過部材101は、発光中心を有さない酸化物材料103であることが望ましい。発光中心を有さない酸化物材料103は、発光部材102中にも含まれているので、光透過部材101と発光部材102との接触部において、共通する材料による連続性を得ることができる。仮に、光透過部材101においても発光中心を有する酸化物材料104を含む場合には、発光部材102の蛍光成分のうち一部が自己吸収されてしまうため、蛍光出力が低下する問題が生じる。
また、発光部材102を構成する材料のうち、少なくとも1つは発光中心を有さない酸化物材料103であり、残りは発光中心を有する酸化物材料104からなり、両者の接触部において、それらが3次元的に絡み合っていることが好ましい。
The
In addition, at least one of the materials constituting the
上述したように高出力の励起光を発光部材102に照射すると発熱する。発光部材102のすべてが、発光中心を有する酸化物材料104からなる場合、発光部材102の全体から熱が発生することになる。ここで、発光中心を有する酸化物材料104等の蛍光体の1つの特性として温度が上昇すると蛍光出力が低下する温度消光と呼ばれる現象がある。よって、蛍光出力の低下を抑制するためには、効率よく放熱できる構造にする必要がある。
As described above, when the
そこで、発光部材102においては、発光中心を有さない酸化物材料103と、発光中心を有する酸化物材料104とが3次元的に絡みあった構造にすることにより、それぞれの接触面積を増加させることができる。これによって、発光部材102の発光中心を有する酸化物材料104で発生した熱が発光中心を有さない酸化物材料103に効率的に伝導し、放熱させることが可能となる。
Therefore, in the light-emitting
なお、発光中心を有さない酸化物材料103は、例えばAl2O3が好ましい。一方、発光中心を有する酸化物材料104は、例えば、Ceを含有するYAGであることがさらに好ましい。
Note that the
発光中心を有さない酸化物材料103としては、例えば、Al2O3やZrO2、MgO、Y2O3等が挙げられるが、その中でも熱伝導率の高いAl2O3を用いることが望ましい。
また、発光中心を有する酸化物材料104としては、例えば、ガーネット構造を有するEr3Al5O12や、Y3Al5O12や、Yb3Al5O12等にCeが含有したものが挙げられるが、光学特性に優れたYAG(Y3Al5O12)にCeが含有したものが望ましい。特に、発光中心を有さない酸化物材料103としてのAl2O3と、発光中心を有する酸化物材料104としてのCeが含有したYAGとの組み合わせが好ましい。このAl2O3とCeが含有したYAGとの組み合わせは、その共晶点付近で融液を凝固させると上記2つの材料が緻密に絡み合った構造となるため、機械的強度が向上する効果が得られる。
Examples of the
Examples of the
以下、実施例に基づき、さらに具体的な説明をする。 Hereinafter, based on an Example, it demonstrates further more concretely.
(発光素子の製造方法)
本実施の形態1に係る発光素子100を作製するために結晶引下げ装置10を使用した。図3(a)〜(c)は、実施の形態1における引下げプロセスを表す概略図である。この結晶引下げ装置10は、高周波コイル1と、耐火材2と、融液4を内部に有するるつぼ3とを備える。この結晶引下げ装置10では、加熱源として高周波コイル1を有しており、高周波誘導加熱の原理により、結晶引下げ装置10内に設置されているるつぼ3が加熱される(図3(a))。るつぼ3を保温するために周囲は耐火材2で覆われている。したがって、るつぼ3内の融液4は高周波コイル1との物理的な接触なしに加熱される。るつぼ3の底面には小さな穴が開いている。このるつぼ3の底面に光透過部材101の平面を接触させる(図3(b))。融液4が光透過部材101の面に濡れ広がったことを確認したのちに引き下げることで融液4を凝固させる(図3(c))。なお、光透過部材101を引き下げる場合に限られず、るつぼ3を引き上げてもよい。あるいは、るつぼ3と光透過部材101との間隔を離間させるように、少なくとも一方を移動させてもよい。これによって、光透過部材101と連続的につながった発光部材102を有する発光素子100が得られる。
(Manufacturing method of light emitting element)
In order to manufacture the
(実施例)
前記融液4の原料となる純度99.9%の酸化アルミニウム粉末と酸化イットリウム粉末、酸化セリウム粉末を所定の比率で混合し、るつぼ3にいれる。そして、窒素ガス雰囲気にて高周波コイル1の出力を上昇させ、混合した粉末を溶解させる。このとき溶解温度は原料粉末が完全に溶融するように1900℃以上とした。その後、光透過部材101をるつぼ3の底部と接触させる。すると、るつぼ3の底から融液4が光透過部材101の平面部に濡れ始める。平面部全体に融液4が濡れ広がったことを確認した後、徐々に引下げて融液4を凝固させる。これによって、光透過部材101と連続的につながった発光部材102を有する発光素子100を作製した。
(Example)
An aluminum oxide powder having a purity of 99.9%, which is a raw material of the melt 4, an yttrium oxide powder, and a cerium oxide powder are mixed in a predetermined ratio and placed in a
本実施の形態の発光素子の効果を明らかにするために、原料粉末の種類や量を変更することによって、発光部材102の材料の種類や組成の異なる発光素子を作製した。
In order to clarify the effect of the light-emitting element of this embodiment mode, light-emitting elements having different types and compositions of the light-emitting
必要厚み以上に発光部材102の引下げが完了したら、高周波コイル1の出力を停止する。ここですると、るつぼ3内の融液4が冷却されるため、るつぼ3の底部から融液4の流出が止まる。その後、装置内を自然冷却し、光透過部材101と発光部材102とからなる発光素子100を取り出す。最後に、取り出した発光素子100の発光部材102側を研磨することにより、所望の厚みを有する発光素子100を作製した。
When the lowering of the
そこで得られた発光素子100の蛍光出力および蛍光出力維持率を評価した。
まず、発光素子100に含有されているイットリウムとアルミニウム、セリウムの濃度は、得られた発光素子100に対して発光部材102側の一部を取出し、ICP発光分光分析法により測定した。各元素のモル分率は、ICP発光分光分析で得られた濃度に基づいて、酸素Oを除くアルミニウムAl、セリウムCe、イットリウムYの各元素の濃度の合計を100モル%として算出した。
Thus, the fluorescence output and the fluorescence output maintenance rate of the light-emitting
First, the concentrations of yttrium, aluminum, and cerium contained in the light-emitting
<測定装置>
図4は、作製した発光素子の測定試料112の蛍光出力および蛍光出力維持率を測定するために使用した装置を表す概略図である。この測定装置は、青色レーザー105、偏光板106、シャッター107、プリズム108、f200レンズ109、ハーフミラー110、ミラー111、測定試料112、反射板113、加熱装置114、f75レンズ115、青色光カットフィルター116、光検出器117を備える。また、部分図Aは、f200レンズ109からf75レンズ115の間に配置されたハーフミラー110、ミラー111、測定試料112、反射板113、加熱装置114の構成を示す部分図である。
<Measurement device>
FIG. 4 is a schematic view showing an apparatus used for measuring the fluorescence output and the fluorescence output maintenance rate of the
この装置を用いて、作製したそれぞれの発光素子100の室温における蛍光出力を測定した。励起光には445nmの青色レーザー105を用いた。青色レーザー105の光強度は、偏光板106、プリズム108およびハーフミラー110を用いて調整し、測定試料112に照射する光強度が300mWになるよう調整した。青色レーザー105の光の入切はシャッター107にて制御している。また、測定試料112にΦ0.7mm径のレーザー光を照射するため、f200レンズ109を用いて制御している。部分図Aに示すように、下部へ放射する蛍光を反射させ取り出すために、測定試料112の下部には反射板113を設置した。その下には加熱装置114があり、測定試料112の温度を変化させることができる。変換された蛍光はミラー111にて反射し、f75レンズ115にてコリメート光となり、光検出器117にて蛍光出力を検出される。このとき、青色レーザー105からの青色光も含まれているため、青色光カットフィルター116にて青色光を除去し、測定試料112からの蛍光成分の蛍光出力を検出できるようにした。
Using this apparatus, the fluorescence output at room temperature of each of the manufactured light-emitting
なお、蛍光出力は光学製品に適用したときに必要となる30.0mW以上を〇(良)、30.0mW未満を×(不可)とした。 In addition, as for the fluorescence output, 30.0 mW or more required when applied to an optical product was marked as ◯ (good) and less than 30.0 mW as x (impossible).
また、測定試料112が200℃における蛍光出力を評価し、(200℃における蛍光出力の値)/(室温における蛍光出力の値)×100を蛍光出力維持率として算出した。なお、蛍光出力維持率は光学製品内部が温度上昇しても製品としての特性を保証できる90.0%以上を〇(良)、90.0%以下を×(不可)とした。
Further, the fluorescence output of the
表1に本試験に係る、発光部材中のAlモル分率、発光部材中のCeモル分率、発光部材の厚み、発光素子の製造方法等をそれぞれ変化させたときに得られた発光素子の蛍光出力および蛍光出力維持率を評価した結果をそれぞれ示す。 Table 1 shows the light emitting device obtained when the Al mole fraction in the light emitting member, the Ce mole fraction in the light emitting member, the thickness of the light emitting member, the manufacturing method of the light emitting device, etc. are changed according to this test. The results of evaluating the fluorescence output and the fluorescence output maintenance rate are shown respectively.
蛍光出力、200℃における蛍光出力維持率について、〇(良)が2つある場合は総合評価を〇(良)とした。また、×(不可)が1つでもある場合は、他の項目がどのような結果であっても総合評価は×(不可)とした。 Regarding the fluorescence output and the fluorescence output maintenance rate at 200 ° C., when there were two ◯ (good), the overall evaluation was made ◯ (good). When there is even one x (impossible), the overall evaluation is x (impossible) regardless of the result of other items.
実施例1から実施例3と比較例1および比較例2とを比較すると、Alモル分率が75mol%以上、85mol%以下の場合、蛍光出力および蛍光出力維持率は良好であることがわかる。Alモル分率が70mol%である比較例1においては、発光中心を有するAl2O3と発光中心を有さないYAGの共晶点よりもYAGが過剰にある範囲に存在するため、YAGの粗大化が発生する。すると、Al2O3とYAGの接触面積が相対的に小さくなり、発光の際に発生する熱の伝導が抑制され、放熱されにくくなる。したがって、蛍光出力維持率が低下する。Alモル分率が90mol%である比較例2においては、発光中心を有さないAl2O3と発光中心を有するYAGの共晶点よりもAl2O3が過剰にある範囲に存在するため、Al2O3の粗大化が発生する。すると、発光中心を有するYAGの割合が相対的に少なくなるとともに、Al2O3とYAGの接触面積が相対的に小さくなる。したがって、蛍光出力および蛍光出力維持率がともに低下する。 Comparing Example 1 to Example 3 with Comparative Example 1 and Comparative Example 2, it can be seen that when the Al mole fraction is 75 mol% or more and 85 mol% or less, the fluorescence output and the fluorescence output maintenance rate are good. In Comparative Example 1 in which the Al mole fraction is 70 mol%, YAG exists in a range where YAG is in excess of the eutectic point of Al 2 O 3 having an emission center and YAG not having an emission center. Coarseness occurs. Then, the contact area between Al 2 O 3 and YAG becomes relatively small, conduction of heat generated during light emission is suppressed, and heat radiation becomes difficult. Therefore, the fluorescence output maintenance rate decreases. Since the Al mole fraction in Comparative Example 2 is 90 mol%, Al 2 O 3 than the YAG eutectic point having an emission center, Al 2 O 3, based on no emission center is present in a range in excess , Al 2 O 3 coarsening occurs. Then, the ratio of YAG having the emission center is relatively reduced, and the contact area between Al 2 O 3 and YAG is relatively reduced. Therefore, both the fluorescence output and the fluorescence output maintenance rate are reduced.
実施例4および実施例5と比較例3および比較例4とを比較すると、Ceモル分率が0.02mol%以上、0.4mol%以下の場合、蛍光出力および蛍光出力維持率は良好である。Ceモル分率が0.01mol%である比較例3においては、YAG内で発光中心の役割を果たすCeが少ないために蛍光出力が低下する。一方、Ceモル分率が0.45mol%である比較例4においては、YAG内で発光中心の役割を果たすCeが多くなるが、発光中心の濃度がYAG内で高くなると近接するCeが多くなる。基底状態から励起状態に電子が遷移した場合、電子雲が拡がるが、近接するCeが多くなると、これらの拡がった電子雲が重なりあうこととなる。これにより励起状態にある電子が近接する電子雲に移動する確率が高くなり、基底状態に戻る前に失活する場合がある。したがって、蛍光出力および蛍光出力維持率は低下する。 When Example 4 and Example 5 are compared with Comparative Example 3 and Comparative Example 4, when the Ce mole fraction is 0.02 mol% or more and 0.4 mol% or less, the fluorescence output and the fluorescence output maintenance rate are good. . In Comparative Example 3 in which the Ce mole fraction is 0.01 mol%, the fluorescence output decreases because there is little Ce that plays the role of the luminescent center in YAG. On the other hand, in Comparative Example 4 in which the Ce mole fraction is 0.45 mol%, Ce that plays the role of the luminescent center in YAG increases. . When electrons transition from the ground state to the excited state, the electron cloud expands. However, when the number of adjacent Ces increases, the expanded electron clouds overlap. This increases the probability that electrons in the excited state move to the nearby electron cloud and may be deactivated before returning to the ground state. Therefore, the fluorescence output and the fluorescence output maintenance rate are reduced.
実施例6および実施例7と比較例5および比較例6を比較すると、発光部材の厚みが0.1mm以上、0.35mm以下の場合、蛍光出力および蛍光出力維持率は良好である。発光部材厚みが0.05mmである比較例5においては、厚みが小さく、励起光が発光中心を有するCeを含有するYAGに照射される確率が小さいため蛍光出力が低下する。発光部材厚みが0.4mmである比較例6においては、厚みが大きく、蛍光が発光部材の横方向に伝番することにより、光透過部材の方向から検出できる蛍光出力が低下する。また、厚みが大きくなることで蓄熱の効果が大きくなり、蛍光出力維持率が低下する。 When Example 6 and Example 7 are compared with Comparative Example 5 and Comparative Example 6, when the thickness of the light emitting member is 0.1 mm or more and 0.35 mm or less, the fluorescence output and the fluorescence output maintenance rate are good. In Comparative Example 5 in which the thickness of the light emitting member is 0.05 mm, the fluorescence output decreases because the thickness is small and the probability that the excitation light is irradiated to YAG containing Ce having the emission center is small. In Comparative Example 6 in which the light emitting member thickness is 0.4 mm, the thickness is large, and the fluorescence transmitted to the lateral direction of the light emitting member decreases the fluorescence output that can be detected from the direction of the light transmitting member. Moreover, the effect of heat storage becomes large and the fluorescence output maintenance rate falls because thickness becomes large.
すなわち、発光部材のAlモル分率が75mol%以上85mol%以下、かつCeモル分率が0.02mol%以上0.4mol%以下、残部がYからなり、さらに発光部材の厚みが0.1mm以上0.35mm以下である場合、蛍光出力および蛍光出力維持率に優れた発光素子が得られる。 That is, the Al mole fraction of the light emitting member is 75 mol% or more and 85 mol% or less, the Ce mole fraction is 0.02 mol% or more and 0.4 mol% or less, the balance is Y, and the thickness of the light emitting member is 0.1 mm or more. When the thickness is 0.35 mm or less, a light emitting device excellent in fluorescence output and fluorescence output maintenance rate can be obtained.
本発明に係る発光素子は、蛍光出力、蛍光出力維持率に優れている。また、青色光を照射させたときに黄色蛍光を発し、白色光を得る性能に優れていることから、車載用照明として利用できる可能性が高い。 The light emitting device according to the present invention is excellent in fluorescence output and fluorescence output maintenance rate. Moreover, since it is excellent in the performance which emits yellow fluorescence when irradiated with blue light and obtains white light, there is a high possibility that it can be used as in-vehicle lighting.
1 高周波コイル
2 耐火材
3 るつぼ
4 融液
10 結晶引下げ装置
100 発光素子
101 光透過部材
102 発光部材
103 発光中心を有さない酸化物材料
104 発光中心を有する酸化物材料
105 青色レーザー
106 偏光板
107 シャッター
108 プリズム
109 f200レンズ
110 ハーフミラー
111 ミラー
112 測定試料
113 反射板
114 加熱装置
115 f75レンズ
116 青色光カットフィルター
117 光検出器
118 空気層
119 結合剤
120 粉末蛍光体
121 基板
122 発光層
123 光透過部材
130 発光素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High frequency coil 2
Claims (6)
前記発光部材から放射される光をコリメートする平凸形状を有する光透過部材と、
を備え、
前記光透過部材と前記発光部材との接触部が連続的であることを特徴とする発光素子。 A light emitting member having a plate shape made of at least two kinds of oxide materials;
A light transmissive member having a plano-convex shape for collimating light emitted from the light emitting member;
With
A light emitting element, wherein a contact portion between the light transmitting member and the light emitting member is continuous.
前記光透過部材は、前記発光部材の前記発光中心を有さない材料と実質的に同じ材料で構成されている、請求項1に記載の発光素子。 The light emitting member is made of a material having at least one light emission center and the rest is made of a material having a light emission center,
The light-emitting element according to claim 1, wherein the light transmission member is made of a material that is substantially the same as a material that does not have the light emission center of the light-emitting member.
前記るつぼの底の穴部に平凸形状を有する光透過部材の平面部を接触させ、
前記光透過部材の前記平面部に前記発光部材の融液が濡れた状態を確認後に、
前記るつぼと前記光透過部材との間隔を離間させて前記発光部材の融液を凝固させ、
前記光透過部材と前記発光部材との接触部が連続的である発光素子を製造する、
発光素子の製造方法。 Heat each powder of aluminum oxide, yttrium oxide and cerium oxide, which will be the melt of the light emitting member, in a crucible,
Contacting the flat portion of the light transmitting member having a plano-convex shape with the hole at the bottom of the crucible;
After confirming the state in which the melt of the light emitting member is wetted on the flat portion of the light transmitting member,
The gap between the crucible and the light transmitting member is separated to solidify the melt of the light emitting member;
Producing a light emitting element in which a contact portion between the light transmitting member and the light emitting member is continuous;
Manufacturing method of light emitting element.
Alモル分率が75mol%以上85mol%以下、かつCeモル分率が0.02mol%以上0.4mol%以下、残部がYからなり、
製造された前記発光素子における前記発光部材の厚みを0.1mm以上0.35mm以下にすることを特徴とする請求項5に記載の発光素子の製造方法。 The melt of the light emitting member is
Al mole fraction is 75 mol% or more and 85 mol% or less, Ce mole fraction is 0.02 mol% or more and 0.4 mol% or less, and the balance is Y,
The method for manufacturing a light emitting element according to claim 5, wherein the thickness of the light emitting member in the manufactured light emitting element is 0.1 mm or more and 0.35 mm or less.
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