JP3966954B2 - Illumination device, reader, projection device, cleaning device, and a display device - Google Patents

Illumination device, reader, projection device, cleaning device, and a display device

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JP3966954B2
JP3966954B2 JP23625797A JP23625797A JP3966954B2 JP 3966954 B2 JP3966954 B2 JP 3966954B2 JP 23625797 A JP23625797 A JP 23625797A JP 23625797 A JP23625797 A JP 23625797A JP 3966954 B2 JP3966954 B2 JP 3966954B2
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川 千 里 古
田 康 一 新
本 聡 河
原 秀 人 菅
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東芝電子エンジニアリング株式会社
株式会社東芝
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Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、照明装置、読み取り装置、投影装置、浄化装置、および表示装置に関する。 The present invention relates to a lighting device, reader, projection device, cleaning device, and a display device. より詳しくは、本発明は、紫外線を発光する半導体発光素子を種々の形態に応用することにより得られる高効率、長寿命、小型軽量の照明装置、読み取り装置、投影装置、浄化装置、および表示装置に関する。 More particularly, the present invention is a high efficiency, long life obtained by applying the semiconductor light-emitting element that emits ultraviolet light to various forms, the lighting device small and lightweight, the reader, projection device, cleaning device, and a display device on.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
照明装置を始めとする種々の装置において、光源として用いる発光装置には、種々の方式が採用されている。 In various devices including the lighting device, the light emitting device used as a light source, various systems have been employed. これらの従来技術のうちで、代表的なものに蛍光灯システムがある。 Of these prior art, there is a fluorescent lamp system representative.
【0003】 [0003]
図15は、従来の蛍光灯システムの概略構成を表す模式図である。 Figure 15 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a conventional fluorescent lamp system. すなわち、蛍光灯システム900は、蛍光灯910と電源920とにより構成される。 That is, a fluorescent lamp system 900 is composed of a fluorescent lamp 910 and the power source 920. 蛍光灯910としては、ガラス管911の内部に、水銀蒸気とアルゴン(Ar)などの希ガスとの混合ガス912が封入され、ガラス管911の内壁面に蛍光物質913が塗布されているものが一般的である。 The fluorescent lamp 910, the interior of the glass tube 911, a gas mixture 912 of a rare gas such as mercury vapor and argon (Ar) is sealed, those fluorescent substances 913 are applied to the inner wall surface of the glass tube 911 it is common. このような蛍光灯910は、両端に設けられている電極915、915を介して、外部に設けられた電源920に接続されている。 Such fluorescent lamp 910, via the electrodes 915,915 which are provided at both ends are connected to a power supply 920 provided outside. 電源920は、高周波の交流電圧を発生し、この電圧が印加されることによって水銀蒸気がグロー放電を起こし、紫外線が放出される。 Power 920 generates a high-frequency AC voltage, mercury vapor by this voltage is applied to cause a glow discharge, ultraviolet rays are emitted. 放出された紫外線は、蛍光物質913に吸収されて可視光に波長変換され、ガラス管911を透過して外部に放出される。 Emitted ultraviolet rays are absorbed by the fluorescent substance 913 is wavelength-converted into visible light, it is emitted to the outside through the glass tube 911.
【0004】 [0004]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかし、図15に示したような従来の蛍光灯システムにおいては、電源920において高周波電圧を発生するために、インバータなどを用いた昇圧、高周波発生回路が必要となる。 However, in the conventional fluorescent lamp system as shown in FIG. 15, in order to generate a high frequency voltage in the power supply 920, the step-up using, for example, an inverter, a high-frequency generation circuit is required. そのために、電源920の構成が複雑となり、コストが高く、信頼性も低下しやすく、寿命も短いなどという問題があった。 Therefore, the structure of the power supply 920 is complicated, costly and reliability tends to decrease, there is a problem that such short lifetime.
【0005】 [0005]
また、蛍光灯910は、水銀蒸気のグロー放電を利用しているために、点灯時間に遅延が生じるとともに、点灯直後に放電が不安定で光量が安定しないという問題もあった。 The fluorescent lamp 910, because it uses a glow discharge mercury vapor, with a delay in lighting time occurs, discharge is unstable quantity of light after lighting has a problem of unstable. さらに、周囲温度によって、放電状態が変化するために、特に低温において、光量が低下しやすいという問題もあった。 Moreover, the ambient temperature, in order to discharge state changes, particularly in a low temperature, the amount of light is a problem that tends to lower.
【0006】 [0006]
さらに、蛍光灯910は、ガラス管に水銀蒸気を封入した構成を有するために、小型軽量化が容易でなく、寿命も短く、振動や衝撃などの機械的強度を十分に確保することも困難で、水銀による環境汚染を防止する対策も必要とされていた。 Furthermore, the fluorescent lamp 910, in order to have a structure enclosing mercury vapor in the glass tube, it is not easy miniaturization, lifetime is short, it is difficult to sufficiently secure the mechanical strength of the vibration and shock , measures to prevent environmental contamination by mercury was also required.
【0007】 [0007]
一方、従来技術として幅広く用いられてきたもうひとつの技術として電球を挙げることができる。 On the other hand, mention may be made of a light bulb as another technique that has been widely used in the prior art. しかし、電球においても、ガラス球の内部に熱フィラメントを封入した構成であるが故に、消費電力、発光効率、発熱量、寿命、機械的強度、サイズおよび重量などの多くの点で改善すべき多くの問題点があった。 However, even in the bulb, because it is a structure encapsulating hot filament inside a glass bulb, the power consumption, emission efficiency, heating value, the lifetime, mechanical strength, much to be improved in many respects, such as size and weight there was the problem of.
【0008】 [0008]
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものである。 The present invention has been made in view of the foregoing. すなわち、本発明は、簡素な構成により小型軽量化が容易で、発光波長や光量も極めて安定し、しかも、極めて長寿命な光源装置を用いた照明装置、その他各種の応用装置を提供することを目的とする。 That is, the present invention is easy to compact and lightweight with a simple arrangement, the emission wavelength and the light quantity is extremely stable, moreover, to provide a lighting device, and other various applications device using a very long life light source device for the purpose.
【0009】 [0009]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
すなわち、本発明による照明装置は、紫外線を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、前記紫外線よりも長い波長を有する2次光を放出する蛍光体と、を備えたことを特徴とし、高効率で長寿命、小型軽量などの多くの利点を有する。 That is, the lighting device according to the invention, a phosphor which emits a semiconductor light emitting element that emits ultraviolet light, said absorbing the ultraviolet semiconductor light emitting element emits the secondary light having a longer wavelength than the ultraviolet, characterized by including a has high efficiency and long life, many advantages such as small and light.
【0010】 [0010]
また、本発明による照明装置は、配線基板と、前記配線基板上に設けられた複数の半導体発光装置と、前記配線基板の周囲を覆うように設けられた透光性を有する外囲器と、を備え、前記半導体発光装置は、紫外線を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、前記紫外線よりも長い波長を有する2次光を放出する蛍光体と、を有することを特徴とし、高効率で長寿命、小型軽量などの多くの利点を有する。 The illumination device according to the invention, an envelope having a wiring board, a plurality of semiconductor light-emitting device provided on the wiring substrate, the translucent provided so as to cover the periphery of the wiring substrate, wherein the semiconductor light emitting device, a phosphor that emits a semiconductor light emitting element that emits ultraviolet light, said absorbing the ultraviolet semiconductor light emitting element emits the secondary light having a longer wavelength than the ultraviolet, It characterized by having, having high efficiency and long life, many advantages such as small and light.
【0011】 [0011]
また、前記半導体発光装置を表面実装型とすることにより、さらに明るく小型化を可能とすることができる。 Also, the semiconductor light emitting device by the surface mount, it is possible to enable further bright compact.
【0012】 [0012]
また、前記複数の半導体発光装置のうちの所定数の前記半導体発光装置が直列に接続されてなる複数のユニットを形成し、前記複数のユニットを互いに並列に接続することにより、信頼性を向上させ、駆動電圧も抑えることができる。 Further, since the predetermined number of the semiconductor light emitting device of the plurality of semiconductor light-emitting device forms a plurality of units which are connected in series, for connecting a plurality of units parallel to each other, to improve the reliability , the drive voltage can be suppressed.
【0013】 [0013]
一方、本発明による照明装置は、配線基板と、前記配線基板上に設けられた紫外線を放出する複数の半導体発光素子と、前記配線基板の周囲を覆うように設けられた透光性を有する外囲器と、を備え、さらに、前記外囲器の内壁面には蛍光体が設けられ、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、前記紫外線よりも長い波長を有する2次光を放出するようにしても、高効率で長寿命、小型軽量などの多くの利点を得ることができる。 On the other hand, the outer illumination device according to the invention having a wiring board, a plurality of semiconductor light-emitting device that emits ultraviolet rays, which is provided on the wiring substrate, the translucent provided so as to cover the periphery of the wiring substrate includes a envelope, a further, on the inner wall surface of the envelope is provided with a phosphor, said by absorbing the ultraviolet semiconductor light emitting element emits the secondary light having a longer wavelength than the ultraviolet be released, high efficiency and long life can be obtained many advantages such as small and light.
【0014】 [0014]
ここで、前記複数の半導体発光素子のうちの所定数の前記半導体発光素子が直列に接続されてなる複数のユニットを形成し、前記複数のユニットを互いに並列に接続することによっても、信頼性を向上させ、駆動電圧も抑えることができる。 Here, also by a predetermined number of the semiconductor light emitting element among the plurality of semiconductor light emitting elements form a plurality of units which are connected in series, for connecting a plurality of units in parallel with one another, the reliability improved, the driving voltage can be suppressed.
【0015】 [0015]
また、前記2次光を、可視光とすれば、高性能の可視光源を構成することができる。 Furthermore, the secondary light, if visible light, it is possible to construct a high performance visible light.
【0016】 [0016]
さらに、前記可視光は、赤色、緑色、および青色の波長領域にそれぞれ強度ピークを有するようにすれば、いわゆる「3波長型」の白色光源を構成することができる。 Further, the visible light is red, green, and if to have a blue color intensity peak in the wavelength region of, it is possible to configure a white light source of the so-called "3-wavelength type."
【0017】 [0017]
一方、高周波電圧を直流電圧に変換する変換回路をさらに備え、蛍光灯の電源に接続して前記半導体発光素子を駆動できるようにすると、従来の蛍光灯システムと互換性を得ることができ、極めて便利である。 On the other hand, further comprising a conversion circuit for converting a high-frequency voltage to a DC voltage, when connected to the power supply of the fluorescent lamp to be driving the semiconductor light emitting element, it is possible to obtain a conventional fluorescent lamp system compatible, very it is convenient.
【0018】 [0018]
一方、紫外線を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、可視光領域の波長を有する2次光を放出する蛍光体と、前記半導体発光素子にパルス状の駆動電流を供給するパルス発生器と、を備えることにより、高効率で長寿命、小型軽量などの多くの利点を有する写真機用閃光装置としての照明装置を構成することができる。 Meanwhile, a semiconductor light emitting device that emits ultraviolet light absorbs the ultraviolet said semiconductor light emitting element emits, and a phosphor that emits secondary light with a wavelength in the visible light range, pulsed in the semiconductor light emitting element by providing a pulse generator for supplying a driving current, it is possible to configure a high efficiency and long life, the lighting device as a flash device for a camera which has many advantages such as small and light.
【0019】 [0019]
また、紫外線を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、可視光領域の波長を有する2次光を放出する蛍光体と、前記可視光を反射して、所定の方向に照射する凹面鏡と、を備えることにより、高効率で長寿命、小型軽量などの多くの利点を有するランプ・ユニットとしての照明装置を構成することができる。 Also, the semiconductor light emitting device that emits ultraviolet rays, the absorb the ultraviolet semiconductor light emitting element emits, and a phosphor that emits secondary light with a wavelength in the visible light region, and reflects the visible light, a concave mirror for irradiating a predetermined direction, by providing the can be constructed high efficiency and long life, the lighting device as a lamp unit which has many advantages such as small and light.
【0020】 [0020]
さらに、前記半導体発光素子と、前記蛍光体との間に、前記紫外線を透過し、前記蛍光体から放出される前記2次光を反射するような波長選択性を有する第1の光反射膜をさらに備えることにより、波長変換効率を向上することができる。 Furthermore, said semiconductor light-emitting device, between the phosphor, transmitted through the ultraviolet, the first light reflecting film having a wavelength selectivity so as to reflect the secondary light emitted from the phosphor by further provided, it is possible to improve the efficiency of wavelength conversion. また、前記蛍光体からみて前記半導体発光素子と反対側に、前記紫外線を反射し、前記蛍光体から放出される前記2次光を透過するような波長選択性を有する第2の光反射膜をさらに備えることにより、さらに波長変換効率を向上させ、紫外線の漏洩を防ぐこともできる。 Further, on the opposite side of the phosphor viewed from the semiconductor light emitting device, and reflects the ultraviolet rays, a second light reflecting film having a wavelength selectivity so as to transmit the secondary light emitted from the phosphor by further comprising, further improves the wavelength conversion efficiency can be prevented UV leakage.
【0021】 [0021]
また、前記蛍光体からみて前記半導体発光素子と反対側に、前記紫外線を吸収し、前記蛍光体から放出される前記2次光を透過するような波長選択性を有する光吸収体をさらに備えることにより、紫外線の漏洩を防ぎ外乱光による不要な発光を防ぐこともできる。 Further, the in the phosphor viewed from the semiconductor light emitting element opposite to absorb the ultraviolet, further comprising a light absorber having wavelength selectivity so as to transmit the secondary light emitted from the phosphor Accordingly, it is possible to prevent unwanted light emission due to the disturbance light prevents UV leakage.
【0022】 [0022]
前記半導体発光素子としては、発光層に窒化ガリウム系半導体を含むことにより、紫外線を高い効率で放出することができる。 As the semiconductor light-emitting device, by including a gallium nitride-based semiconductor light-emitting layer may emit ultraviolet with high efficiency.
【0023】 [0023]
また、前記半導体発光素子としては、発光層にホウ素とガリウムと窒素とを含むことにより、さらに高い効率で紫外線を放出することができる。 Further, examples of the semiconductor light emitting element, by including boron and gallium and nitrogen to the light emitting layer may emit ultraviolet at a higher efficiency.
【0024】 [0024]
その具体的な構成としては、基板と、前記基板上に堆積された第1導電型のGaN層と、アルミニウムを含むGaNからなる第1導電型のクラッド層と、ホウ素を含むGaNからなる発光層と、アルミニウムを含むGaNからなる第2導電型のクラッド層と、を少なくとも有するものであることが望ましい。 As the specific configuration, the substrate and a first conductivity type GaN layer deposited on the substrate, a first conductivity type cladding layer made of GaN containing aluminum, light-emitting layer made of GaN containing boron If it is desirable and of a second conductivity type made of GaN containing aluminum clad layer, the one having at least.
【0025】 [0025]
また、その発光波長は、約330nmであることが望ましい。 Further, the emission wavelength is desirably about 330 nm.
【0026】 [0026]
紫外線を放出する半導体発光素子と、 A semiconductor light emitting element that emits ultraviolet light,
照明装置に関して前述したような構成は、その他、読み取り装置、投影装置、浄化装置、および表示装置についても同様に適用して、同様の効果を得ることができる。 Configured as described above with respect to the lighting device, other reader, projection device, cleaning device, and a display be applied similarly for devices, it is possible to obtain the same effect.
【0027】 [0027]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
本発明は、紫外線を発光する半導体発光素子を利用し、必要に応じて蛍光体などの波長変換機能を有する材料と組み合わせることにより、小型軽量化が容易で、発光波長や光量も極めて安定し、しかも、極めて長寿命な光源装置を用いた照明装置などの各種応用装置を提供するものである。 The present invention utilizes a semiconductor light emitting element that emits ultraviolet light, optionally by combining it with a material having a wavelength conversion function, such as a phosphor, is easy to compact and lightweight, emission wavelength and light intensity is extremely stable, Moreover, there is provided a variety of applications devices such as lighting devices using the light source device extremely long lifetime.
【0028】 [0028]
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings will be described embodiments of the present invention.
【0029】 [0029]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る照明装置を表す概略図である。 Figure 1 is a schematic view showing a lighting apparatus according to a first embodiment of the present invention. すなわち、同図(a)は、その全体斜視図であり、同図(b)は、その横断面図、同図(c)は、その配線基板の概略平面図である。 That is, this figure (a), that is a general perspective view, FIG. (B), the horizontal cross-sectional view and FIG. (C) is a schematic plan view of the wiring board.
【0030】 [0030]
本実施形態による照明装置100は、配線基板110が外囲器120Aおよび外囲器120Bの内部に収容された構成を有する。 Lighting apparatus 100 according to this embodiment has a configuration in which the wiring board 110 is accommodated inside the envelope 120A and envelope 120B. 外囲器120Aおよび120Bは、それぞれ、例えば樹脂により形成することができる。 Envelope 120A and 120B can be formed by respectively for example, a resin. 外囲器120Aは、透光性を有するカバーであり、外囲器120Bは、天井などに取り付けるためのベースとしての役割を有する。 Envelope 120A is a cover having a light-envelope 120B has a role as a base for mounting such a ceiling.
【0031】 [0031]
配線基板110の主面上には、白色の発光を放出する半導体発光装置130、130、・・・が配置されている。 On the main surface of the wiring substrate 110, the semiconductor light emitting device 130, 130 that emit white light emission, and so on it is disposed. この半導体発光装置130は、後に詳述するように、紫外線を発光する発光ダイオード(LED)と蛍光体とを備える。 The semiconductor light emitting device 130, as will be described in detail later, and a light emitting diode (LED) and a phosphor which emits ultraviolet light. このような半導体発光装置130は、例えば、赤色、緑色および青色のそれぞれの波長領域に強度ピークをを有するような、いわゆる「3波長型」の白色発光特性を有することが望ましい。 Such a semiconductor light emitting device 130 is, for example, red, such as those having an intensity peak in the green and the respective wavelength regions of blue, it is desirable to have a white light-emitting characteristics of the so-called "3-wavelength type."
【0032】 [0032]
図2は、本発明において用いて好適な半導体発光装置の構成を表す概略断面図である。 Figure 2 is a schematic sectional view showing the arrangement of a preferred semiconductor light-emitting device used in the present invention. すなわち、半導体発光装置130は、少なくとも半導体発光素子132と、蛍光体136とを備える。 That is, the semiconductor light emitting device 130 includes at least a semiconductor light emitting device 132, a phosphor 136. 半導体発光素子132は、例えばリード・フレームなどの実装部材134の上にマウントされている。 The semiconductor light emitting element 132, for example, is mounted on the mounting member 134 such as a lead frame. そして、半導体発光素子132の光取り出し経路上に蛍光体136が配置されている。 Then, the phosphor 136 is disposed on the light extraction path of the semiconductor light emitting element 132. 半導体発光素子132は、例えば、樹脂138などにより封止するようにしても良い。 The semiconductor light emitting element 132, for example, may be sealed with a resin 138.
【0033】 [0033]
半導体発光素子132は、紫外線を放出し、蛍光体136は、その紫外線を吸収して波長変換し、所定の波長を有する可視光あるいは赤外線を外部に放出する。 The semiconductor light emitting element 132, ultraviolet ray is emitted, the phosphor 136, wavelength conversion absorbs the UV to emit visible light or infrared having a predetermined wavelength to the outside.
【0034】 [0034]
蛍光体から放出される光の波長は、蛍光体の材料を適宜選択することにより、調節することができる。 Wavelength of light emitted from the phosphor, by appropriately selecting the fluorescent material, can be adjusted. 半導体発光素子132から放出される紫外線を吸収して、効率良く2次光を放出する蛍光体としては、例えば、赤色の発光を生ずるものとしては、Y 22 S:Eu、青色の発光を生ずるものとしては、(Sr、Ca、Ba、Eu) 10 (PO 46・Cl 2 、緑色の発光を生ずるものとしては、3(Ba、Mg、Eu、Mn)O・8Al 23などを挙げることができる。 Which absorb ultraviolet rays emitted from the semiconductor light emitting element 132, as the efficient phosphor that emits secondary light, for example, those that produce red light, Y 2 O 2 S: Eu, a blue light as it shall become the, (Sr, Ca, Ba, Eu) 10 (PO 4) 6 · Cl 2, as those resulting green light emission, 3 (Ba, Mg, Eu , Mn) O · 8Al 2 O 3 , etc. it can be mentioned. これらの蛍光物質を適当な割合で混合すれば、可視光領域の殆どすべての色調を表現することができる。 If mixing these fluorescent substances in an appropriate ratio, it is possible to express almost any color in the visible light region.
【0035】 [0035]
また、これらの蛍光体は、330nm付近の波長帯において吸収ピークを有する場合が多い。 These phosphors, often have an absorption peak in a wavelength band near 330 nm. 従って、これらの蛍光物質により効率的に波長変換を行うためには、半導体発光素子132が330nm付近の波長帯の紫外線を放出するようにすることが望ましい。 Therefore, in order to perform efficient wavelength conversion by these fluorescent materials, semiconductor light emitting element 132 it is desirable to emit ultraviolet rays having a wavelength band near 330 nm. このような特性を有する半導体発光素子132としては、ホウ素(B)を含んだGaNを発光層として用いたものを挙げることができ、この好適な構成については後に詳述する。 Such a semiconductor light emitting device 132 having the characteristics, what can be exemplified using boron GaN containing (B) as a light-emitting layer is described in detail later this preferred configuration.
【0036】 [0036]
一方、このような蛍光体136は、半導体発光素子132から離れてその放出光の経路上に配置しても良く、半導体発光素子132の表面上に堆積しても良く、半導体発光素子132の内部に配置あるいは含有させても良い。 On the other hand, such a phosphor 136 may be disposed in the path of the emitted light away from the semiconductor light emitting device 132 may be deposited on the surface of the semiconductor light emitting element 132, the semiconductor light emitting element 132 arrangement or may be contained in.
【0037】 [0037]
ここで、再び図1に戻ると、各半導体発光装置130は、必要とされる照明光量や、サイズ、電力などの条件に応じて、配線基板110の主面上に、所定の間隔で配置されている。 Turning now to FIG. 1 again, the semiconductor light-emitting device 130, illumination light quantity and required size, depending on the conditions such as the power, on the main surface of the wiring substrate 110 are arranged at predetermined intervals ing. 基板110の上にコンパクト且つ高密度に実装するためには、半導体発光装置130は、いわゆる「表面実装型(SMD)」のランプ構造を有することが望ましい。 To compact and high density mounting on the substrate 110, the semiconductor light emitting device 130, it is desirable to have a lamp structure of the so-called "surface mount (SMD)". このように個々の光源を小さくすることにより、それぞれについて光反射体などを設けて光源からの光を集光することができるようになり、効率が高く明るい照明装置を実現できる。 By thus reducing the individual light sources, become the light from the light source can be condensed provided such as a light reflector for each, can be realized efficiency is high bright illumination device.
【0038】 [0038]
また、基板110の上に実装される半導体発光装置130、130、・・・の相互間の接続関係としては、例えば、図1(c)に示したように、所定数の半導体発光素子130を直列に接続したユニットを形成し、それぞれのユニットを並列に接続するという接続関係が望ましい。 The semiconductor light emitting device 130, 130 is mounted on the substrate 110, the connection relationship between each other.., For example, as shown in FIG. 1 (c), the semiconductor light emitting element 130 of a predetermined number forming a unit connected in series, it is desired connection relationship of connecting the respective units in parallel. このような接続関係を採用すれば、電源電圧や駆動用電流を極端に高く設定する必要がなく、また、いずれかの半導体発光装置130が故障した場合においても、他の半導体発光装置130に与える駆動電圧の変化などの影響を低減することができる。 By employing such a connection relationship, it is not necessary to set extremely high power supply voltage and driving current, and in the case where any of the semiconductor light emitting device 130 has failed similarly provides to other semiconductor light emitting device 130 it is possible to reduce the influence of the variation of the driving voltage. すなわち、いずれかのユニットが故障した場合においても、残りのユニットは正常に動作することができ、従来の蛍光灯のように全体がだめになることがないので、信頼性の点で格段に有利となる。 That is, even when any of the unit fails, the remaining units can operate normally, because there is no possibility to become spoiled whole as in the conventional fluorescent lamp, remarkably advantageous in reliability to become. しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、この他にも、配線基板110上のすべての半導体発光装置130を直列あるいは並列に接続しても良い。 However, the present invention is not limited thereto, this addition to, may be connected to all of the semiconductor light emitting device 130 on the wiring board 110 in series or in parallel.
【0039】 [0039]
また、上述した例においては、白色に発光する半導体発光装置130を採用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。 Further, in the above example, employs a semiconductor light emitting device 130 that emits white light, the present invention is not limited thereto. この他にも、例えば、紫外線を放出する半導体発光装置を配線基板110の上に配置し、樹脂カバー120Aの内壁面上に蛍光体を堆積して、紫外線を吸収、波長変換し、白色光を外部に放出するようにしても良い。 In addition to this, for example, a semiconductor light emitting device that emits ultraviolet rays is arranged on the wiring substrate 110, and depositing a phosphor on an inner wall surface of the resin cover 120A, absorb ultraviolet, wavelength conversion, white light may be released to the outside.
【0040】 [0040]
また、従来の蛍光灯との互換性を確保するために、蛍光灯に印加される高周波駆動電圧を直流電圧に変換して半導体発光装置130に供給する変換回路を併せて設けると、極めて便利である。 Further, in order to ensure compatibility with conventional fluorescent lamps, providing together converting circuit supplied to the semiconductor light emitting device 130 converts the RF drive voltage applied to the fluorescent lamp to a DC voltage, an extremely convenient is there. 本実施形態による照明装置は、家庭・事務所用の室内灯のみならず、街灯、サークライト、マスク・アライナなどの各種製造装置用の光源、植物栽培用光源など、極めて幅広い分野において利用することができる。 Lighting device according to the present embodiment, not only the room lamp for home and offices, street light, Sark light, a light source for various manufacturing apparatuses such as a mask aligner, such as the light source for plant cultivation, be used in a very wide range of fields can.
【0041】 [0041]
本発明者の試算によれば、従来の40W型の蛍光灯に相当する光量を得るためには、例えば、66個の半導体発光装置130を4列配置すれば良い。 According to the inventor's calculations, in order to obtain the quantity of light corresponding to the fluorescent lamp of the conventional 40W type, for example, it may be arranged 66 of the semiconductor light emitting device 130 and four columns.
本発明によれば、従来の蛍光灯よりも消費電力が低く、寿命が極めて長くなるとともに、小型化、軽量化が容易であり、衝撃や振動などに対する機械的強度を顕著に改善することができる。 According to the present invention, the power consumption is lower than conventional fluorescent lamps, with life is extremely long, compact, easy to weight reduction, it is possible to remarkably improve the mechanical strength against shock or vibration . さらに、水銀による環境汚染も解消することができる。 In addition, it is also possible to eliminate environmental pollution caused by mercury.
【0042】 [0042]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。 Next, a description will be given of a second embodiment of the present invention.
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る写真機用閃光装置を表す模式図である。 Figure 3 is a schematic view showing a flash device for a camera according to a second embodiment of the present invention. すなわち、同図に表した写真機150は、レンズ152、ファインダ154とともに、いわゆるフラッシュとして、本発明による半導体発光装置130を備える。 That is, camera 150 shown in this figure, the lens 152, along with the viewfinder 154, as a so-called flash, and a semiconductor light emitting device 130 according to the present invention. 半導体発光装置130は、図2に関して前述したように、半導体発光素子と蛍光体とにより所定波長分布を有する白色光を放出する。 The semiconductor light emitting device 130, as described above with respect to FIG. 2, to emit white light having a predetermined wavelength distribution by the semiconductor light emitting element and a phosphor. また、半導体発光装置130に用いる蛍光体136の種類によっては、特定の発光波長を強調したり、場合によっては赤外線カメラなどに対しても応用が可能となる。 Also, depending on the type of phosphor 136 used in a semiconductor light emitting device 130, to highlight certain emission wavelength, application is possible even for an infrared camera in some cases. 半導体発光装置130は、パルス発生器158に接続され、パルス状の駆動電流を供給されることによりフラッシュとして用いることができる。 The semiconductor light emitting device 130 is connected to a pulse generator 158, it can be used as a flash by supplying a pulsed driving current.
【0043】 [0043]
本発明によれば、従来の電球を利用した写真機用閃光装置と比較して、消費電力が小さく、寿命が極めて長いという利点が得られる。 According to the present invention, compared to conventional light bulbs camera for flash device that uses, low power consumption, life is the advantage that extremely long. さらに、半導体発光素子の特性を生かして、超高速撮影カメラなどの特殊用途への応用も可能となる。 Furthermore, taking advantage of the characteristics of the semiconductor light-emitting device, it is applicable to special applications such as ultra high-speed imaging camera.
【0044】 [0044]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。 Next, a description will be given of a third embodiment of the present invention.
図4は、本発明の第3の実施の形態に係るランプを表す模式図である。 Figure 4 is a schematic view showing a lamp according to a third embodiment of the present invention. すなわち、本発明によるランプ・ユニット200においては、凹面鏡210の焦点付近に半導体発光装置130が配置されている。 That is, in the lamp unit 200 according to the present invention, a semiconductor light emitting device 130 is disposed in the vicinity of the focal point of the concave mirror 210. 半導体発光装置130の内部においては、半導体発光素子から放出される紫外線が蛍光体により波長変換され、白色光などの光として外部に放出される。 In the semiconductor light emitting device 130, the ultraviolet emitted from the semiconductor light emitting element is wavelength-converted by the phosphor, is emitted to the outside as a light such as white light. この光は凹面鏡210により、所定の方向に集光され、放出される。 This light by the concave mirror 210, is condensed in a predetermined direction, it is released. 半導体発光装置130の内部において、光源となる蛍光物質を凹面鏡の焦点近傍に集中して設けることにより、集光性を改善することができる。 In the semiconductor light emitting device 130, a fluorescent substance as a light source by providing concentrated near the focal point of the concave mirror, it is possible to improve the light collecting.
【0045】 [0045]
本発明によるランプ・ユニット200は、例えば車載用のヘッドランプや、懐中電灯などに応用することができる。 Lamp unit 200 according to the present invention, for example, a headlamp or a vehicle-mounted, can be applied like a flashlight. 図2に示したような半導体発光装置130は、従来の電球と比較して、小型化が極めて容易である。 The semiconductor light emitting device 130 as shown in FIG. 2, compared to conventional light bulbs, miniaturization is extremely easy. 従って、異なる発光色を有する半導体発光装置130を凹面鏡210の焦点付近に隣接して配置することができるようになる。 Therefore, it is possible to disposed adjacent the semiconductor light emitting device 130 having different emission colors in the vicinity of the focal point of the concave mirror 210. その結果として、一つのランプ200により、複数の発光色を実現できる。 As a result, by a single lamp 200, it may realize a plurality of emission colors. たとえば、ヘッドランプとフォグランプを共通のランプ・ユニットに組込むことも可能である。 For example, it is also possible to incorporate the headlamps and fog lamps in a common lamp unit. また、バックランプとストップランプの組み合わせなども可能となる。 In addition, it is also possible, such as the combination of the back lamp and the stop lamp.
【0046】 [0046]
また、半導体発光装置130の代わりに、紫外線を放出する半導体発光素子132を配置し、その紫外線を直接凹面鏡210で反射した後、蛍光体で波長変換するようにしても良い。 Further, instead of the semiconductor light emitting device 130, arranged semiconductor light emitting element 132 that emits ultraviolet light, after being reflected by the concave mirror 210 and the ultraviolet directly may be wavelength converted by the phosphor. この場合には、蛍光体は、例えば、凹面鏡210の反射面上に堆積したり、ランプ・ユニットの光出射窓部に配置すれば良い。 In this case, the phosphor is, for example, or deposited on the reflective surface of the concave mirror 210 may be disposed on the light exit window of the lamp unit.
【0047】 [0047]
本発明によれば、従来の電球を利用したランプ・ユニットと比較して、消費電力が小さく、寿命が極めて長いとともに、振動や衝撃などに対する機械的強度が顕著に改善されるという利点が得られる。 According to the present invention, as compared with the lamp unit that uses the conventional light bulbs, low power consumption, with a very long life, obtained the advantage that the mechanical strength is significantly improved with respect to vibration and shock . さらに、光源を小さくすることができるため、集光性を飛躍的に高めることが可能となり、遠方を高い照度で照らしたい場合などに特に有利となる。 Furthermore, it is possible to reduce the light source, it is possible to increase the light collecting dramatically, is particularly advantageous when you want illuminate distant at high illuminance.
【0048】 [0048]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。 Next, a description will be given of a fourth embodiment of the present invention.
図5は、本発明の第4の実施の形態に係る読み取り装置を表す模式図である。 Figure 5 is a schematic diagram showing a reading device according to a fourth embodiment of the present invention. すなわち、本発明による読み取り装置250においては、赤色の光を放出する半導体発光装置130Aと、緑色の光を放出する半導体発光装置130Bと、青色の光を放出する半導体発光装置130Cとがそれぞれ配置されている。 That is, in the reading device 250 according to the present invention comprises a semiconductor light emitting device 130A which emits red light, the semiconductor light emitting device 130B that emits green light, and a semiconductor light emitting device 130C which emit blue light are arranged ing. 半導体発光装置130A、B、Cは、それぞれ内蔵する蛍光体136の材料を変えることによって、それぞれの発光色を得ることができる。 The semiconductor light emitting device 130A, B, C, by changing the material of the phosphor 136 with a built respectively, can be obtained each emission color.
【0049】 [0049]
半導体発光装置130A、B、Cからの赤色光、緑色光、青色光は、図示しない原稿に向けて照射され、それぞれの反射光が、受光部260A、B、Cにより検出されるようにされている。 The semiconductor light emitting device 130A, B, the red light from the C, green light, blue light is irradiated toward the document, not shown, each of the reflected light, is to be detected light receiving unit 260A, B, the C there. 受光部260A、B、Cは、例えば、感光型素子やCCDなどにより構成することができる。 Light receiving unit 260A, B, C, for example, can be constituted by a photosensitive element and CCD. 本発明による読み取り装置は、ファックス(FAX)やスキャナ、あるいはコピ−機などに組込まれ、所定の原稿を読みとって電気信号に変換することができる。 Reading device according to the invention, facsimile (FAX), a scanner, or copy, - incorporated like the opportunity can be converted into an electrical signal by reading the predetermined document.
【0050】 [0050]
本発明によれば、従来の蛍光灯を利用した読み取り装置と比較して、消費電力が小さく、寿命が極めて長いとともに、振動や衝撃などに対する機械的強度が顕著に改善されるという利点が得られる。 According to the present invention, as compared with conventional fluorescent lamps reading apparatus using the power consumption is small, with a very long life, obtained the advantage that the mechanical strength is significantly improved with respect to vibration and shock .
【0051】 [0051]
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。 Next, a description will be given of a fifth embodiment of the present invention.
図6は、本発明の第5の実施の形態に係る投影装置を表す模式図である。 Figure 6 is a schematic diagram showing a projection apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. すなわち、本発明による投影装置300においては、凹面鏡310の焦点付近に半導体発光装置130が配置され、その前方に投影レンズ320が配置されている。 That is, in the projection apparatus 300 according to the present invention, a semiconductor light emitting device 130 is disposed in the vicinity of the focal point of the concave mirror 310, the projection lens 320 is arranged in front. 半導体発光装置130から放出された光は、凹面鏡310により集光され、透光性シートなどに描かれた所定の原稿340の透過パターンを、投影レンズ320により、スクリーン342上に投影する。 Light emitted from the semiconductor light emitting device 130 is condensed by the concave mirror 310, a transmission pattern of a predetermined document 340 depicted like translucent sheet, by the projection lens 320 and projected onto the screen 342.
【0052】 [0052]
本発明によれば、従来の電球を利用した読み取り装置と比較して、消費電力が小さく、発熱が少なく、寿命が極めて長いとともに、小型軽量化が容易で、振動や衝撃などに対する機械的強度が顕著に改善されるという利点が得られる。 According to the present invention, as compared with the conventional reading device using a light bulb, low power consumption, heat generation is small, with a very long life, is easy to size and weight, the mechanical strength against vibration and shock advantage is significantly improved can be obtained.
【0053】 [0053]
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。 Next, a description will be given of a sixth embodiment of the present invention.
図7は、本発明の第6の実施の形態に係る浄化装置を表す模式図である。 Figure 7 is a schematic view showing a purifying apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. すなわち、本発明による浄化装置350においては、浄化回路360に沿って、オゾン発生器370と半導体発光素子132とが配置されている。 That is, in the purification apparatus 350 according to the present invention, along the purification circuit 360, and the ozone generator 370 and the semiconductor light emitting element 132 is disposed. 浄化回路360に水355Aを供給した場合には、半導体発光素子132からの紫外線により殺菌・浄化され浄化水355Bとして排出される。 When the water was fed 355A to purification circuit 360, it is discharged as purified water 355B is sterilized and purification by ultraviolet rays from the semiconductor light emitting element 132. また紫外線照射の前に、オゾン発生器370によりオゾンを水に溶かしておくと、才ゾンによる殺菌・浄化効果に加え紫外線照射による活性酸素化を促し、殺菌・浄化効果はさらに高まる。 Also before the ultraviolet irradiation, the previously dissolved ozone in water by the ozone generator 370, encourage active oxygenated by ultraviolet irradiation in addition to the disinfection and purification effect by old Zon, sterilization and purification effects are further enhanced.
【0054】 [0054]
一方、本発明による浄化装置350は、空気の清浄化にも適する。 On the other hand, purification apparatus 350 according to the present invention is suitable for cleaning the air. すなわち、浄化回路360に空気を供給することにより、空気に半導体発光素子132からの紫外線を照射して、空気の殺菌・浄化を行うこともできる。 That is, by supplying air to the purification circuit 360, by irradiating ultraviolet rays from the semiconductor light emitting element 132 in the air can be disinfected and purification of air. また、図示しない加熱機構により、供給した空気の温度を上げて熱風として排気することにより、殺菌効果を高めた浄化装置としても良い。 Further, the heating mechanism (not shown), by evacuating the hot air to raise the temperature of the feed air may be purifier with enhanced bactericidal effect. 本発明による浄化装置350は、例えば、医療用、各種保存用ケ−ス内、冷蔵庫内などの殺菌・浄化用にも応用できる。 Purifying apparatus 350 according to the present invention, for example, medical, various storage Ke - can the scan, applicable for sterilization and purification, such as in a refrigerator.
【0055】 [0055]
本発明によれば、従来の紫外線蛍光灯を利用した浄化装置と比較して、紫外線の強度が大きく浄化能力が高いとともに、消費電力が小さく、寿命が極めて長いとともに、振動や衝撃などに対する機械的強度が顕著に改善されるという利点が得られる。 According to the present invention, as compared with the conventional cleaning apparatus using ultraviolet fluorescent lamp, with a high strength is greater purification capacity of ultraviolet, low power consumption, life with very long, the mechanical against vibration and shock strength can be obtained the advantage of being significantly improved. また、半導体発光素子132の点灯直後に瞬時に所定の安定した出力を得ることができる。 Further, it is possible to obtain a predetermined stable output instantly after lighting of the semiconductor light emitting element 132. さらに、装置全体を小型化することができるので設置が容易となり、鑑賞魚用水槽や家庭用風呂水浄化などの用途について特に有利となる。 Furthermore, it is easy to install since it is possible to reduce the size of the entire apparatus becomes particularly advantageous for applications such as viewing the fish tanks and household bath water purification.
【0056】 [0056]
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。 Next, a description will be given of a seventh embodiment of the present invention.
図8は、本発明の第7の実施の形態に係る紫外線照射装置を表す模式図である。 Figure 8 is a schematic view showing an ultraviolet irradiation device according to a seventh embodiment of the present invention. すなわち、本発明による紫外線照射装置400においては、凹面鏡410の焦点付近に半導体発光素子132が配置されている。 That is, in the ultraviolet irradiation apparatus 400 according to the present invention, a semiconductor light emitting element 132 is arranged near the focal point of the concave mirror 410. 半導体発光素子132から放出された紫外線は凹面鏡410により反射・集光されて、ターゲット440に高い照射強度で照射される。 Ultraviolet rays emitted from the semiconductor light emitting element 132 is reflected and condensed by a concave mirror 410, it is irradiated with a high radiation intensity in the target 440. このようにして、例えば、樹脂成型用や日焼け用、消毒用などの用途に応用することができる。 Thus, for example, it can be applied for and tanning resin molding, for applications such as disinfecting. また、後述するBGaN系の半導体発光素子を用いれば、人体内でビタミンDの生成に役立つ300nm付近の紫外線を高い効率で発生することができるので、健康器具としての応用も可能となる。 Further, by using the semiconductor light emitting device BGaN system to be described later, it is possible to generate the ultraviolet rays in the vicinity of 300nm to help the generation of vitamin D in the body with high efficiency, it is applicable as a fitness tool.
【0057】 [0057]
本発明によれば、従来の紫外線蛍光灯を利用した紫外線照射装置と比較して、紫外線の強度が高いとともに、消費電力が小さく、寿命が極めて長いとともに、振動や衝撃などに対する機械的強度が顕著に改善されるという利点が得られる。 According to the present invention, compared with ultraviolet irradiation apparatus using a conventional ultraviolet fluorescent lamp, the strength of the ultraviolet is high, power consumption is small, with a very long life, remarkable mechanical strength against vibration and shock advantage is improved is obtained. さらに、本発明によれば、光源を極めて小さくすることができるので、集光性を高めて紫外線照射密度を飛躍的に高めることができる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to significantly reduce the light source, it can be dramatically enhanced ultraviolet irradiation density to increase the light collecting.
【0058】 [0058]
次に、本発明の第8の実施の形態について説明する。 It will now be described an eighth embodiment of the present invention.
図9は、本発明の第8の実施の形態に係る表示装置を表す模式図である。 Figure 9 is a schematic view showing a display device according to an eighth embodiment of the present invention. すなわち、本発明による表示装置450は、紫外線を放出する半導体発光素子132と表示パネル460とを有する。 That is, the display device 450 according to the present invention includes a semiconductor light emitting element 132 that emits ultraviolet and display panel 460. 表示パネル460の裏面には、発光色の異なる複数の蛍光体により、所定の文字や図絵などが描かれている。 On the back of the display panel 460, a plurality of different phosphors emission colors, such as a predetermined character or it stands astride is depicted. 半導体発光素子132から放出された紫外線は、表示パネル460の裏面の蛍光体により波長変換され、所定の文字や図絵などのパターンを表示する。 Ultraviolet rays emitted from the semiconductor light emitting element 132 is wavelength-converted by the phosphor of the back surface of the display panel 460 to display a pattern such as a predetermined character or stands astride.
【0059】 [0059]
また、紫外線を放出する半導体発光素子132の代わりに半導体発光装置130を配置しても良い。 It is also possible to place the semiconductor light emitting device 130, instead of the semiconductor light emitting element 132 that emits ultraviolet light. この場合には、半導体発光装置130から放出される白色光などの可視光をバックライトとして、表示パネル上の所定の文字や図絵などを表示することができる。 In this case, a visible light such as white light emitted from the semiconductor light emitting device 130 as a backlight, it is possible for displaying the predetermined character and stands astride on the display panel.
【0060】 [0060]
本発明による表示装置450は、例えば、車載用インジケ−タ・ランプや、各種玩具用表示ランプ、各種警告灯、非常灯など極めて幅広に用途に応用することができる。 Display device 450 according to the present invention, for example, automotive indicator - may or data lamp, various toys display lamps, various warning lights, be applied to very wide in applications such emergency lights.
【0061】 [0061]
本発明によれば、従来の蛍光灯や電球を利用した表示装置と比較して、表示輝度が高いとともに、消費電力が小さく、寿命が極めて長いとともに、振動や衝撃などに対する機械的強度が顕著に改善されるという利点が得られる。 According to the present invention, as compared with the conventional fluorescent lamp or a display device using a light bulb, with a high display brightness, low power consumption, with a very long life, the remarkable mechanical strength against vibration and shock advantage of improved are obtained.
【0062】 [0062]
次に、本発明の第9の実施の形態について説明する。 The following describes a ninth embodiment of the present invention.
図10は、本発明の第9の実施の形態に係る半導体発光装置を表す模式図である。 Figure 10 is a schematic view showing a semiconductor light emitting device according to a ninth embodiment of the present invention. すなわち、本発明による半導体発光装置500は、紫外線を放出する半導体発光素子132と第1の光反射部510、波長変換部520、第2の光反射部530、および光吸収部540がこの順序で設けられている。 That is, the semiconductor light emitting device 500 according to the present invention, a semiconductor light emitting element 132 and the first light reflecting portion 510 that emits ultraviolet light, the wavelength converting portion 520, the second light reflecting portion 530 and the light absorbing portion 540, is in this order It is provided.
【0063】 [0063]
本実施形態における第1の光反射部510は、半導体発光素子132から放出される紫外線を透過し、波長変換部520において波長変換され放出される可視光などの2次光は反射するような波長選択性を有する。 First light reflecting portion 510 in this embodiment, transmits the ultraviolet rays emitted from the semiconductor light emitting element 132, wavelength, such as secondary light, such as visible light is reflected to be wavelength-converted in the wavelength converting portion 520 release with selectivity. すなわち、半導体発光素子132からの紫外線に対する反射率は低く、波長変換部520からの2次光の波長の光に対する反射率が高くなるように構成されている。 That is, the reflectance for the ultraviolet radiation from the semiconductor light emitting element 132 is low, and is configured so that the reflectance is higher with respect to light having a wavelength of the secondary light from the wavelength converting portion 520.
【0064】 [0064]
このような波長選択性は、例えば、ブラッグ反射鏡を利用することにより実現することができる。 Such wavelength selectivity, for example, can be realized by utilizing the Bragg reflector. すなわち、屈折率が異なる2種類の薄膜を交互に積層することにより、特定の波長領域の光に対する反射率が高い反射鏡を形成することができる。 That is, when the refractive index are stacked alternately two kinds of thin films having different, it is possible to form a high reflection mirror reflectivity for light of a specific wavelength region. 例えば、1次光の波長をλ、薄膜層の光屈折率をnとした場合に、膜厚をそれぞれλ/(4n)とした2種類の薄膜を交互に積層することにより、1次光に対する反射率が極めて高い反射鏡を形成することができる。 For example, the wavelength of the primary light lambda, when the refractive index of the thin film layer is n, by laminating two kinds of thin films respectively lambda / (4n) thickness alternately to the primary beam it can reflectivity to form a highly reflective mirror. このような2種類の薄膜は、光屈折率の差が大きいことが望ましい。 Such two films is preferably the difference in refractive index is large. その組み合わせとしては、例えば、酸化シリコン(SiO 2 )と酸化チタン(TiO 2 )、窒化アルミニウム(AlN)と窒化インジウム(InN)、あるいはこれらのうちのいずれかの材料からなる薄膜と、アルミニウム・ガリウム砒素、アルミニウム・ガリウム燐、五酸化タンタル、多結晶シリコン、非晶質シリコンなどのいずれか材料の薄膜とを適宜組み合わせても良い。 The combinations, for example, a thin film made of any material of silicon oxide (SiO 2) titanium oxide (TiO 2), indium nitride and aluminum nitride (AlN) (InN), or among these, aluminum gallium arsenic, aluminum gallium phosphide, tantalum pentoxide, polycrystalline silicon, may be appropriately combined with any material thin film, such as amorphous silicon.
【0065】 [0065]
波長変換部520は、半導体発光素子132から放出された紫外線を吸収して、より長波長の2次光を放出する役割を有する。 Wavelength converting portion 520, which absorb ultraviolet rays emitted from the semiconductor light emitting element 132 has a role to further emit secondary light having a longer wavelength. その構成としては、例えば、所定の媒体に蛍光体を含有させた層とすることができる。 As the arrangement, for example, it may be a layer which contains a phosphor to a predetermined medium. この蛍光体は、半導体発光素子132から放出される紫外線を吸収して励起され、所定の波長を有する2次光を放出する。 The phosphor is excited by absorbing ultraviolet rays emitted from the semiconductor light emitting element 132 and emit secondary light having a predetermined wavelength. 例えば、半導体発光素子132から放出される紫外線が、波長約330nmの光であり、蛍光体により波長変換された2次光は、可視光あるいは赤外線領域の所定の波長を有するようにすることができる。 For example, ultraviolet light emitted from the semiconductor light emitting element 132 is a light having a wavelength of about 330 nm, 2-order light wavelength-converted by the phosphor can be made to have a predetermined wavelength of visible light or infrared region . 2次光の波長は、蛍光体の材料を適宜選択することにより、調節することができる。 Wavelength of secondary light, by appropriately selecting the fluorescent material, can be adjusted. 紫外線領域の1次光を吸収して、効率良く2次光を放出する蛍光体としては、例えば、赤色の発光を生ずるものとしては、Y 22 S:Eu、青色の発光を生ずるものとしては、(Sr、Ca、Ba、Eu) 10 (PO 46・Cl 2 、緑色の発光を生ずるものとしては、3(Ba、Mg、Eu、Mn)O・8Al 23などを挙げることができる。 By absorbing the primary light in the ultraviolet range, the efficiency phosphor that emits secondary light, for example, those that produce red light, Y 2 O 2 S: Eu, as shall become blue light is, (Sr, Ca, Ba, Eu) 10 (PO 4) 6 · Cl 2, as shall become green luminescence, 3 (Ba, Mg, Eu , Mn) O · 8Al 2 O 3 and the like can. これらの蛍光物質を適当な割合で混合すれば、可視光領域の殆どすべての色調を表現することができる。 If mixing these fluorescent substances in an appropriate ratio, it is possible to express almost any color in the visible light region.
【0066】 [0066]
また、これらの蛍光物質は、330nm付近の波長帯において吸収ピークを有する場合が多い。 These fluorescent substances often have an absorption peak in a wavelength band near 330 nm. 従って、これらの蛍光物質により効率的に波長変換を行うためには、半導体発光素子132が330nm付近の波長帯の紫外線を放出するようにすることが望ましい。 Therefore, in order to perform efficient wavelength conversion by these fluorescent materials, semiconductor light emitting element 132 it is desirable to emit ultraviolet rays having a wavelength band near 330 nm.
【0067】 [0067]
次に、第2の光反射部530について説明する。 Next, a description will be given of the second light reflecting portion 530. 光反射部530は波長選択性を有する反射鏡であり、波長変換部520から入射する光のうちで、紫外線を反射し、2次光を透過させる役割を有する。 Light reflecting portion 530 is a reflecting mirror having wavelength selectivity, of the light incident from the wavelength conversion unit 520 reflects the UV has a role of transmitting the secondary light. すなわち、光反射部530は、紫外線の波長の光を反射し、2次光の波長の光を透過するカット・オフ・フィルタ、あるいはバンドパス・フィルタとして作用する。 That is, the light reflecting portion 530 reflects light of a wavelength of ultraviolet, acting as a cut-off filter transmits light of a wavelength of the secondary light or bandpass filter. その具体的な構成としては、例えば、前述したようなブラッグ反射鏡とすることができる。 As a specific configuration, for example, be a Bragg reflector as described above.
【0068】 [0068]
このような光反射部530を配置することにより、波長変換部520を透過して漏洩した紫外線を高い効率で反射して、波長変換部520に再び戻すことができる。 By disposing such light reflecting portion 530, the ultraviolet light that leaked through the wavelength converting portion 520 and reflected with high efficiency, it can be returned again to the wavelength conversion unit 520. このようにして戻された紫外線は、波長変換部520において波長変換され、2次光として、光反射部530を透過する。 UV returned in this way, is wavelength-converted in the wavelength converting portion 520, a secondary light, transmits light reflecting portion 530. つまり、波長変換部520の光出射側に光反射部530を配置することにより、紫外線の外部への漏洩を防止するとともに、波長変換部520を透過した紫外線を戻して高い効率で波長変換することができるようになる。 In other words, by disposing the light reflecting portion 530 on the light emitting side of the wavelength converting portion 520, thereby preventing the leakage of the ultraviolet light of the outside, to the wavelength conversion with high efficiency by returning the ultraviolet rays transmitted through the wavelength converting portion 520 so that it is. また、外部からの紫外線も光反射部530により反射できるので、外乱光により波長変換部520が励起されて不要な発光を生ずるという問題を解消することもできる。 Since it reflected by ultraviolet rays light reflecting portion 530 from the outside, can also be the wavelength converting portion 520 by ambient light to solve the problem of causing unwanted light emission is excited.
【0069】 [0069]
次に、光吸収部540について説明する。 Next, a description will be given of the optical absorption part 540. 光吸収部は、波長選択性を有する吸収体であり、紫外線を高い効率で吸収するとともに2次光は透過させる役割を有する。 Light absorbing portion, the absorption body having wavelength selectivity, the secondary light thereby absorbing ultraviolet rays with a high efficiency has a role of transmitting. すなわち、紫外線の波長の光に対する吸収率が高く、2次光の波長の光に対する吸収率は低いような吸収特性を有する。 That is, high absorptivity in the wavelength of ultraviolet to light absorptance for the light of a wavelength of the secondary light has an absorption characteristic as a low. この具体的な構成としては、例えば、透光性の媒体に所定の吸収体を分散させたものを挙げることができる。 As the specific configuration, for example, it may include those obtained by dispersing a predetermined absorber transparent medium. このような吸収体としては、例えば、2次光が赤色の光の場合には、カドミウム・レッドや弁柄を挙げることができ、2次光が青色の光の場合には、コバルト・ブルーや群青などを挙げることができる。 Such absorbers, for example, when the secondary light is red light may include cadmium red and red iron, when the secondary light is blue light, Ya cobalt blue , and the like ultramarine blue.
【0070】 [0070]
このような光吸収部540を設けることにより、光反射部530を透過した紫外線を吸収して外部への漏洩を防止することができるとともに、外部に取り出す光のスペクトルを調節して、純色性を改善することも可能となる。 By providing such a light-absorbing portion 540, it is possible to prevent leakage to the outside by absorbing ultraviolet rays having passed through the light reflecting portion 530, by adjusting the spectrum of light extracted to the outside, pure color properties improvement it is possible to. また、外部からの紫外線も光吸収部540により吸収されるので、外乱光により波長変換部520が励起されて不要な発光を生ずるという問題を解消することもできる。 Further, since the ultraviolet rays from the outside is absorbed by the light absorbing portion 540 may be the wavelength converting portion 520 by ambient light to solve the problem of causing unwanted light emission is excited.
【0071】 [0071]
本実施形態によれば、半導体発光素子132から放出された紫外線は第1の光反射部510を透過して波長変換部520に入射し、2次光に波長変換される。 According to the present embodiment, ultraviolet rays emitted from the semiconductor light emitting element 132 is incident on the wavelength converting portion 520 passes through the first light reflecting portion 510, are wavelength-converted to secondary light. また、波長変換部520において波長変換されずに透過した紫外線は、第2の光反射部530により反射されて再び波長変換部520に戻される。 Furthermore, ultraviolet rays transmitted without being wavelength converted in the wavelength converting portion 520 is returned to the wavelength converting portion 520 again and is reflected by the second light reflecting portion 530. さらに、第2の光反射部530も透過した紫外線は、光吸収部540において吸収され、外部への漏洩が防止される。 Furthermore, ultraviolet rays were also transmitted second light reflecting portion 530 is absorbed in the light absorbing portion 540, from leaking to the outside is prevented.
【0072】 [0072]
一方、波長変換部520から放出された2次光のうちで第2の光反射部510の方向に出射した光成分は、光反射部530および光吸収部540を透過して外部に取り出すことができる。 On the other hand, light components emitted toward the second light reflecting portion 510 among the secondary light emitted from the wavelength conversion unit 520, be extracted to the outside through the light reflecting portion 530 and the light absorption portion 540 it can. また、波長変換部520から放出された2次光のうちで半導体発光素子132の方向に出射した光成分は、第1の光反射部510により反射され、波長変換部520、光反射部530および光吸収部540を透過して外部に取り出すことができるようになる。 Further, the light component emitted in the direction of the semiconductor light emitting element 132 among the secondary light emitted from the wavelength conversion unit 520 is reflected by the first light reflecting portion 510, the wavelength conversion unit 520, the light reflecting portion 530 and it is possible to take out to the outside through the light absorbing portion 540.
【0073】 [0073]
ここで、第1の光反射部510を設けない場合には、波長変換部520から半導体発光素子132の方向に放出された2次光は、半導体発光素子132により吸収され、あるいは乱反射されて、外部に有効に取り出すことができない。 Here, the case without the first light reflecting portion 510, the secondary light emitted in the direction of the semiconductor light emitting element 132 from the wavelength converting portion 520 is absorbed by the semiconductor light emitting element 132, or is irregularly reflected, It can not be taken out effectively to the outside. これに対して、本実施形態によれば、第1の光反射部510を設けることにより、波長変換部520から半導体発光素子132の方向に放出される2次光を光反射部510により反射して、外部に効率良く取り出すことができるようになる。 In contrast, according to this embodiment, by providing the first light reflecting portion 510, the secondary light emitted from the wavelength conversion unit 520 in the direction of the semiconductor light emitting element 132 is reflected by the light reflecting portion 510 Te, it is possible to efficiently extracted to the outside. すなわち、光は2つの光反射部の間で多重反射したりして最終的には大部分が波長変換され、外部へ取り出されることになる。 That is, the light is mostly is wavelength-converted eventually to or multiply reflected between two light reflecting portions, it will be taken out to the outside. よって取り出し効率の極めて高い高効率発光装置を実現することができる。 Thus, it is possible to realize a very high efficiency light-emitting device of the extraction efficiency.
【0074】 [0074]
次に、本発明に用いて好適な紫外線を発光する半導体発光素子132の詳細について説明する。 Next, details of the semiconductor light emitting element 132 which emits of illustrating the preferred UV used in the present invention.
【0075】 [0075]
図11は、本発明に用いて好適な半導体発光素子132の断面構成を表す模式図である。 Figure 11 is a schematic diagram showing the cross-sectional configuration of the preferred semiconductor light-emitting device 132 used in the present invention. すなわち、半導体発光素子132は、紫外波長域で発光する発光ダイオ−ド(LED)である。 That is, the semiconductor light emitting element 132, light emission emits light in the ultraviolet wavelength region diode - a de (LED). 図11に示したように、半導体発光素子132は、サファイア基板1001上に半導体層1002〜1008が積層された構成を有する。 As shown in FIG. 11, the semiconductor light emitting element 132 has a structure in which semiconductor layers 1002 to 1008 is laminated on the sapphire substrate 1001. 各半導体層の結晶成長は、例えば有料金属化学気相成長法(MOCVD法)により行うことができる。 Crystal growth of the semiconductor layer can be carried out, for example pay metal chemical vapor deposition by (MOCVD method). それぞれの半導体層の膜厚と成長温度について以下に例示する。 The thickness of each semiconductor layer and the growth temperature are exemplified below.
【0076】 [0076]
GaNバッファ層 1002・・0.05μm、 550℃ GaN buffer layer 1002 ·· 0.05μm, 550 ℃
n−GaNコンタクト層 1003・・4.0μm、 1100℃ n-GaN contact layer 1003 ·· 4.0μm, 1100 ℃
n−AlGaNクラッド層 1004・・0.2μm、 ll00℃ n-AlGaN cladding layer 1004 ·· 0.2μm, ll00 ℃
n−BGaN活性層 1005・・0.5μm、 1200℃ n-BGaN active layer 1005 ·· 0.5μm, 1200 ℃
p−AlGaN第1クラッド層1006・・0.05μm、1100℃ p-AlGaN first cladding layer 1006 ·· 0.05μm, 1100 ℃
p−AlGaN第2クラッド層1007・・0.2μm、 1100℃ p-AlGaN second cladding layer 1007 ·· 0.2μm, 1100 ℃
p−GaNコンタクト層 1008・・0.05μm、1100℃ p-GaN contact layer 1008 ·· 0.05μm, 1100 ℃
また、電流注入用の電極1009および1010は、それぞれ、n−GaNコンタクト層1003およびp−GaNコンタクト層1008上に形成されている。 The electrodes 1009 and 1010 for current injection are formed on the respective, n-GaN contact layer 1003 and the p-GaN contact layer 1008. 半導体発光素子132が従来の素子と異なる点は、活性層1005にホウ素(B)を含む窒化ガリウム系半導体を用い、さらにその隣接する層にAlGaNを用いている点にある。 The semiconductor light emitting device 132 is different from the conventional device uses a gallium nitride-based semiconductor containing boron (B) in the active layer 1005, in that it uses an AlGaN further to the adjacent layers. 従来、Bを含む結晶はBNを中心に開発が進められてきており、その基板結晶としてはSiCが用いられ、結晶成長温度としては約1300℃という高い成長温度が必要であった。 Conventionally, the crystal containing B has been being developed around the BN, SiC is used as a substrate crystal, high growth temperature of about 1300 ° C. As the crystal growth temperature was required. しかしながら、BをGaNに混入させようと試みると、BはGaN結晶中への溶解度が低く、また基板に用いるSiCとの格子不整合が大きいという問題があった。 However, attempts to mixing B into GaN, B has a low solubility in the GaN crystal, also has a problem that the lattice mismatch between SiC used for the substrate is large. このため、例えば結晶の表面モフォロジの平坦性などの点で品質の高いBGaNの3元混晶は、これまで得られていなかった。 Thus, for example ternary mixed crystal of high in terms of flatness of the crystal surface morphology quality BGaN has not been obtained so far.
【0077】 [0077]
本半導体発光素子132の優れた点は、BGaNの下地層に耐熱性の高いAlを含むAlGaNを用いることにより、高品質のBGaN結晶を成長することができる点にある。 Excellent points of the semiconductor light emitting element 132, by using an AlGaN containing a high Al heat resistance to the underlying layer of BGaN, in that it can be grown in high quality BGaN crystals. つまり、AlGaNを1100℃で成長した後、成長温度を窒化ガリウム系の成長としては比較的高い1200℃に昇温しても、その結晶表面の平坦性が保たれることから、良質のBGaN結晶を平坦性よく成長できる。 That is, after growing at 1100 ° C. The AlGaN, even if raising the growth temperature to a relatively high 1200 ° C. As the growth of the gallium nitride-based, since the flatness of the crystal surface is maintained, the quality BGaN crystals the can grow good flatness.
【0078】 [0078]
本発明者の実験によれば、更に成長温度を上げた場合には、AlGaNの表面からのNの抜けによるものと考えられる表面荒れが顕著になり、加えてAlGaNとの格子不整合率が増加するために、成長したBGaN層の表面の平坦性が劣化した。 According to the inventor's experiments, in the case of further increasing the growth temperature, surface roughness is believed to be due to loss of N from the surface of the AlGaN becomes significant, in addition lattice mismatch ratio of the AlGaN to increase to the flatness of the surface of the grown BGaN layer is deteriorated. ここでBの濃度を増加するほど、結晶表面の平坦性は劣化する傾向が認められ、平坦な表面を有する結晶が得られたB x Ga 1-x NのB混晶比(X)は0.1以下であった。 Here as to increase the concentration of B, flatness of the crystal surface tended to deteriorate, B mole fraction of crystals obtained B x Ga 1-x N having a flat surface (X) is 0 It was .1 below. これ以上の濃度のBの混晶化は未だ困難である。 Disordering of more of the concentration of B is still difficult.
【0079】 [0079]
しかし、本発明者が得た混晶組成は、紫外波長領域での発光素子としては十分な混晶比であり、その波長は365〜300nmに対応することが分かった。 However, the present inventors have mixed crystal composition was obtained, a sufficient mole fraction as a light-emitting element in the ultraviolet wavelength region, the wavelength is found to correspond to 365~300Nm.
【0080】 [0080]
本構造が有するもう一つの利点は、比較的厚くに成長したn−GaNコンタクト層1003の上にBGaNを含む発光部を成長出来る点にある。 Another advantage of the present structure has is that it grow a light emitting portion including a BGaN on the n-GaN contact layer 1003 grown relatively thick. 図11のような素子構造を作成する際には、n側電極1009の形成にあたって、半導体層をエッチングしてn型コンタクト層1003を露出させる必要がある。 When creating a device structure as shown in FIG. 11, in forming the n-side electrode 1009, it is necessary to expose the n-type contact layer 1003 by etching a semiconductor layer. このエッチング工程の加工精度の許容度を拡大するためには、n型コンタクト層1003をある程度厚く成長することが望ましい。 To enlarge the working accuracy of the tolerance of the etching process, it is desirable to grow somewhat thick n-type contact layer 1003. しかし、BGaN混晶では厚膜成長が困難でありエッチング・プロセスの歩留まりを低下させてしまうため、n型コンタクト層として用いることが適さない。 However, since the thus lowering the yield of and etching process is difficult to thick film growth by BGaN mixed crystal, is not suitable to be used as the n-type contact layer.
【0081】 [0081]
BGaN混晶は、6H型のSiC基板に格子整合するB混晶比を有しており、導電性を有するSiC基板上に成長する場合には、電極形成のためのエッチング・プロセスが必要でなく、必ずしも厚い結晶は必要とされない。 BGaN mixed crystal has a B mole fraction lattice-matched to 6H-type SiC substrate, when grown on a SiC substrate having conductivity is not required etching process for forming electrodes , not necessarily thick crystal is necessary. しかし、その際のB混晶比は0.2と高く結晶成長自身が困難であり、また、SiC基板が紫外線の波長に対し不透明となることから単純に素子特性向上に結び付くわけではない。 However, B mole ratio was difficult high crystal growth itself and 0.2, also not SiC substrate lead to simple device properties improved since it becomes opaque to ultraviolet wavelengths.
【0082】 [0082]
以上説明したような事情により、本発明による半導体発光素子132における、GaN層/AlGaN層の上にBGaN発光層を積層した構造は、格子整合条件を必要とせずに厚膜で平坦なGaN層/AlGaN層を成長することができ、BGaNを発光層とするLEDを実現するにあたって非常に有効である。 The circumstances as described above, in the semiconductor light emitting device 132 according to the present invention, GaN layer / structure obtained by laminating BGaN luminescent layer on the AlGaN layer is a thick film without the need for lattice matching condition flat GaN layer / can grow AlGaN layer is very effective in realizing the LED to the light-emitting layer BGaN.
【0083】 [0083]
図11に示した構成において、B x Ga 1-x N活性層1005のB混晶比(X)を0.05とし、p−Al y Ga 1-y N第1クラッド層1006のAl混晶比(Y)を0.3、n−Al z Ga 1-z Nクラッド層1004およびp−Al z Ga 1-z Nクラッド層1007のAl混晶比(Z)を0.2とした半導体積層構造を作成し、350μm角のチップに加工してLEDを試作した結果、発光スペクトルピ−クが約330nmの紫外線発光を得ることができた。 In the configuration shown in FIG. 11, B mole fraction B x Ga 1-x N active layer 1005 (X) and 0.05, Al mixed crystal of p-Al y Ga 1-y N first cladding layer 1006 the ratio of (Y) 0.3, a semiconductor stack was Al content of the n-Al z Ga 1-z n cladding layer 1004 and p-Al z Ga 1-z n cladding layer 1007 (Z) 0.2 create a structure, as a result of a prototype LED by processing the tip of 350μm square, the emission spectrum peak - click it could be obtained an ultraviolet emission of approximately 330 nm. 動作電流を20mAにしたときの発光強度は約10μWであった。 Luminous intensity when the operating current to 20mA was approximately 10 .mu.W.
【0084】 [0084]
図12は、BGaNに対してシリコン(Si)をド−ビングした場合のシリコン濃度とフォトルミネッセンス(PL)発光強度との関係を示すグラフ図である。 Figure 12 is a silicon (Si) de respect BGaN - is a graph showing the relationship between the silicon concentration and the photoluminescence (PL) emission intensity in the case of Bing. すなわち、同図の横軸はBGaN中のシリコン濃度を表し、縦軸はPL発光強度を任意単位で表す。 In other words, the horizontal axis of FIG represents the silicon concentration in BGaN, the vertical axis represents the PL intensity in arbitrary units. 同図からわかるようにシリコン濃度によって、LEDの発光強度が変化する。 A silicon concentration As can be seen, the emission intensity of the LED changes. すなわち、シリコン濃度の増加にともなって、1E16cm -3付近から急激に発光強度が増加し、約1E18から1E20cm -3付近で発光強度は最大となり、それ以上高いシリコン濃度では、発光強度は急激に減少する。 That is, with the increase of silicon concentration, rapidly emission intensity increases from around 1E16 cm -3, the emission intensity at around 1E20 cm -3 to about 1E18 is maximized, the more high silicon concentration, the emission intensity sharply decreased to. 本発明者の実験によれば、このような傾向はB混晶比を変化させても変わらず、同様の結果が得られた。 According to the experiments conducted by the present inventors, this tendency does not change even by changing the B mole fraction, similar results were obtained. 図11に示した層構造において、BGaN活性層1005に対してシリコンを1E19cm -3ドーピングしたところ、発光波長は330nmで変わらず、20mAでの発光強度は約2mWまで向上した。 In the layer structure shown in FIG. 11, was 1E19 cm -3 doping silicon against BGaN active layer 1005, the emission wavelength does not change at 330 nm, emission intensity at 20mA was improved to about 2 mW. さらに活性層1005のシリコン濃度を変化させた実験の結果、シリコン濃度としては、1E17cm -3から1E21cm -3の範囲において、特性向上および積層構造を作成する上で実用上適当であることがわかった。 Further active layer 1005 results of experiments the silicon concentration was varied, and the silicon concentration in the range of 1E17 cm -3 of 1E21 cm -3, it has been found that in order to create the property enhancing and laminated structure is practically suitable .
【0085】 [0085]
図13は、本発明の異なる実施の形態に関わる紫外線発光型の半導体発光素子の概略断面構造を表す図である。 Figure 13 is a diagram illustrating a schematic sectional structure of a semiconductor light-emitting device of the ultraviolet emission type related to different embodiments of the present invention. すなわち、半導体発光素子132Bは、6H型SiC基板1101上に成長させた積層構造を有する。 That is, the semiconductor light emitting element 132B has the layered structure grown on 6H-type SiC substrate 1101. 各層の膜厚および成長温度は図11に関して前述したものとほぼ同様であり、異なる点はGaNバッファ層1102がn型にドーピングされ、n側電極1109がSiC基板1101の裏面側に形成されている点である。 Thickness of each layer and the growth temperature is substantially the same as those described above with reference to FIG. 11, differs from doped GaN buffer layer 1102 is the n-type, n-side electrode 1109 is formed on the back surface side of the SiC substrate 1101 is the point. 結晶成長は、例えば有機金属化学気相成長法(MOCVD法)により行うことができる。 Crystal growth can be performed, for example, metal organic chemical vapor deposition by (MOCVD method). 前述したように、6H型SiC基板1101を採用した場合においては、紫外線波長域において不透明になるので、基板側へ放射された光を発光素子の外部に取り出すことができなくなるというデメリットが生ずる。 As described above, in the case of adopting the 6H-type SiC substrate 1101, since the opaque in the ultraviolet wavelength range, disadvantage arises in that it becomes impossible to take out light emitted to the substrate side to the outside of the light-emitting element. しかし、GaNとの実効格子不整合率はサファイア基板の13.8%に対して3.4%と6H型−SiC基板の方が小さく、格子不整合に起因する転位や各種の結晶欠陥の密度を低減することができる。 However, the effective lattice mismatch ratio of the GaN is smaller towards the 3.4% and 6H-type -SiC substrate relative to 13.8% of the sapphire substrate, the density of dislocations and various crystal defects due to lattice mismatch it is possible to reduce the. このようにBGaN活性層1105の下地の結晶層の品質が向上することから、BGaN結晶1105の結晶品質も向上し、発光素子の発光特性を改善することができる。 Thus since the quality of the crystal layers of the underlying BGaN active layer 1105 is improved, it is possible to also improve the crystal quality of BGaN crystal 1105, to improve the emission characteristics of the light-emitting element. すなわち、6H型SiC基板1101を採用する利点は、結晶性の改善に起因する発光特性の向上である。 In other words, advantages of employing a 6H-type SiC substrate 1101 is to improve the light emission characteristics due to improved crystallinity.
【0086】 [0086]
図13に示した構造において、B x Ga 1-x N活性層1105のB混晶比(X)を0.05とし、p−Al y Ga 1-y N第1クラッド層1106のAl混晶比(Y)を0.3、n−Al z Ga 1-z Nクラッド層1104およびp−Al z Ga 1-z Nクラッド層1107のAl混晶比(Z)を0.2とした層構造を作成し、350μm角のチップに加工してLEDを作成したところ、発光スペクトルピ−クが330nmの発光を得ることができた。 In the structure shown in FIG. 13, B mole fraction B x Ga 1-x N active layer 1105 (X) and 0.05, Al mixed crystal of p-Al y Ga 1-y N first cladding layer 1106 the ratio (Y) of 0.3, n-Al z Ga 1 -z n cladding layer 1104 and p-Al z Ga 1-z n Al mixed crystal ratio of the clad layer 1107 (Z) was 0.2 layer structure create and was created a LED is processed into chips 350μm square, the emission spectrum peak - click it was possible to obtain a light emission of 330 nm.
【0087】 [0087]
x Ga 1-x N活性層1105に対してシリコンをドーピングして結晶中のシリコン濃度を1E19cm -3として作成した素子においては、動作電流を20mAにしたときの発光強度は約1.3mWであった。 In B x Ga 1-x N device produced a silicon concentration of the active layer 1105 of silicon doped into the crystal as 1E19 cm -3, the emission intensity when the operating current to 20mA is about 1.3mW there were.
【0088】 [0088]
図14は、図13に示した半導体発光素子132Bの変型例を表す断面模式図である。 Figure 14 is a cross-sectional schematic view showing a modified example of the semiconductor light emitting device 132B shown in FIG. 13. すなわち、半導体発光素子132Cは、図13に示した半導体発光素子32Bの半導体積層構造を表面側からエッチングしてn−GaNコンタクト層1103を露出させ、n側電極1109を形成したものである。 That is, the semiconductor light emitting device 132C includes a semiconductor laminated structure of the semiconductor light emitting element 32B shown in FIG. 13 by etching from the surface side to expose the n-GaN contact layer 1103 is obtained by forming the n-side electrode 1109. この構造においても素子特性に重要なBGaN活性層に与える影響は同様であり、その有用性は大きい。 Impact on important BGaN active layer in the device characteristics even in this structure is the same, its usefulness is large.
【0089】 [0089]
なお、以上説明した本発明の実施の形態は、図示した構造や前述した製造方法に限定されるものではない。 The embodiments of the present invention described above is not intended to be limited to the structure or the above-described manufacturing method illustrated. すなわち、発光層としてBGaN混晶について記したが、BlnAlGaN系の材料を用いて、注入キャリアの閉じ込めが可能なへテ口接合が形成されれば良く、BGaNの3元系に限られるものではない。 That has been noted for BGaN mixed crystal as a light emitting layer, by using a material BlnAlGaN system, confinement of the injected carriers into the available well if terrorist junction formed, it is not limited to ternary BGaN .
【0090】 [0090]
また、p側電極を形成するコンタクト層もGaN層に限定されず、InAlGaN系から選ばれる材料であれば、その特性は満足され、活性層からの発光に対して吸収損失を有する材料系の場合は膜厚を薄くすることにより対応すれば十分に特性を満足することができる。 The contact layer for forming a p-side electrode is not limited to GaN layer, as long as the material selected from the InAlGaN system, its characteristics are satisfied, if the material system having absorption loss to light emission from the active layer it can be satisfied sufficiently characteristic if dealt with by thinning the film thickness. また、前述した具体例においてはLEDについて説明したが窒化ガリウム系半導体レーザ(LD)への適用も可能である。 Although the above described LED is also applicable to a gallium nitride-based semiconductor laser (LD) in the embodiment described above.
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。 Other can be implemented in various modifications without departing from the scope of the present invention.
【0091】 [0091]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に説明する効果を奏する。 The present invention is implemented in the form as described above, the effect described below.
【0092】 [0092]
まず、本発明によれば、従来の蛍光灯や電球に比べて、高効率で、消費電力が低く、寿命も極めて長い照明装置などの各種応用装置を提供することができる。 First, according to the present invention, as compared with the conventional fluorescent lamps and bulbs, with high efficiency, low power consumption, can be life providing various application devices such as very long illumination device.
【0093】 [0093]
さらに、本発明によれば、衝撃や振動などに対する機械的強度が高く、信頼性に優れた照明装置などを提供することができる。 Furthermore, according to the present invention, high mechanical strength against shock or vibration, can provide such excellent lighting device reliability.
【0094】 [0094]
また、本発明によれば、小型、軽量化が容易であり、製造コスト、輸送コストも低減することができる。 Further, according to the present invention, a small, easy to weight, can be produced cost and transportation cost reduction.
【0095】 [0095]
また、本発明によれば、半導体発光素子の発光層からの発光を直接取り出すことがなく、蛍光物質により波長変換することとしているので、半導体発光素子の製造パラメータのばらつき、駆動電流、温度などに依存して、発光波長が変動するという問題を解消することができる。 Further, according to the present invention, without the light emitted from the light emitting layer of the semiconductor light emitting device directly, since a possible wavelength conversion by the fluorescent substance, variation in manufacturing parameters of the semiconductor light emitting device, drive current and temperature dependent, the emission wavelength can be solved the problem of fluctuation. すなわち、本発明によれば、発光波長が極めて安定で、発光輝度と発光波長とを独立して制御することができるようになる。 That is, according to the present invention, a light emitting wavelength is very stable, it is possible to independently control the light-emitting luminance and the emission wavelength.
【0096】 [0096]
また、本発明によれば、用いる蛍光物質を適宜組み合わせることによって、容易に複数の発光波長を得ることができる。 Further, according to the present invention, by combining the fluorescent substance used as appropriate, can be easily obtain a plurality of emission wavelengths. 例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)の蛍光物質を適宜混合して、発光素子に含有させれば、白色光の発光を容易に得ることができる。 For example, red (R), green (G), and appropriately mixed fluorescent material and blue (B), be contained in the light emitting element, it is possible to obtain light emission of the white light easily.
【0097】 [0097]
さらに、本発明によれば、発光層にホウ素を含んだGaNを用いることにより、蛍光体を極めて効率的に励起することができる330nm付近の紫外線を極めて高い強度で得ることができる。 Furthermore, according to the present invention, by using a GaN containing boron in the light emitting layer, it is possible to obtain the ultraviolet around 330nm which can be very efficiently excite the phosphor at an extremely high strength.
【0098】 [0098]
さらに、本発明によれば、半導体発光素子が放出する紫外線を反射して閉じこめ、また蛍光体が放出する2次光を反射して外部に導くことにより、極めて効率的に波長変換を行い、2次光を外部に取り出すことができるようになる。 Furthermore, according to the present invention, confined to reflect ultraviolet semiconductor light emitting element emits, also by guiding the outside reflects the secondary light phosphor emits performs very efficiently wavelength conversion, 2 it is possible to retrieve the next light to the outside.
【0099】 [0099]
さらに、本発明によれば、発光波長に応じて、内蔵する半導体発光素子の材料や構造を適宜選択し、変更する必要がなくなる。 Furthermore, according to the present invention, depending on the emission wavelength, by appropriately selecting the material and structure of a semiconductor light emitting device built, there is no need to change. 例えば、従来は、赤色において発光させるためには、AlGaAs系材料を用い、黄色においてはGaAsP系またはlnGaAlP系材料、緑色系においてはInGaAlP系またはGaP系材料、青色においてはInGaN系材料の如く、最適な材料をその波長に併せて選択しなければならないという問題があった。 For example, conventionally, in order to emit light in red, using a AlGaAs material, GaAsP-based or lnGaAlP material in yellow, InGaAlP-based or GaP-based materials in greenish in blue as InGaN-based materials, optimum there is a problem that must be selected such material in conjunction with the wavelength. これに対して、本発明によれば、発光波長に応じて蛍光物質の種類を適宜選択すれば良く、半導体発光素子を変更する必要がなくなる。 In contrast, according to the present invention, may be suitably selecting the type of fluorescent material in accordance with the emission wavelength, it is not necessary to change the semiconductor light-emitting element.
【0100】 [0100]
また、本発明によれば、異なる発光色を有する半導体発光素子を並べる必要がある場合においても、発光色の変更は、用いる蛍光体の種類を変えるだけで済み、半導体発光素子の材料や構造は同一とすることができる。 Further, according to the present invention, even when it is necessary to arrange the semiconductor light emitting elements having different emission colors, changes of luminescent color, requires only changing the kind of phosphor used, the material and structure of the semiconductor light emitting element it can be the same. 従って、発光装置の構成を極めて簡略化することが可能となり、製造コストを顕著に低減することができるとともに、信頼性も高く、また、駆動電流や、供給電圧、あるいは素子のサイズなどを共通にすることにより、応用範囲を顕著に拡大することができるという利点も生ずる。 Therefore, configure it is possible to extremely simplify the light emitting device, it is possible to significantly reduce the manufacturing cost, highly reliable, also the driving current or the supply voltage or the like in a common size of the device, by also arises an advantage that it is possible to remarkably expand the application range.
【0101】 [0101]
このように、本発明によれば、比較的簡略な構成により、発光波長が極めて安定で、しかも、可視光から赤外線領域までの種々の波長において高い輝度で発光させることができる照明装置、その他各種の応用装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。 Thus, according to the present invention, relatively the simpler configuration, the emission wavelength is extremely stable and, the lighting device, other various which can emit light with high luminance at various wavelengths from visible light to infrared region can provide the application device, the benefits of the industry is enormous.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る照明装置を表す概略図である。 1 is a schematic view showing a lighting apparatus according to a first embodiment of the present invention. すなわち、同図(a)は、その全体斜視図であり、同図(b)は、その横断面図、同図(c)は、その配線基板の概略平面図である。 That is, this figure (a), that is a general perspective view, FIG. (B), the horizontal cross-sectional view and FIG. (C) is a schematic plan view of the wiring board.
【図2】本発明において用いて好適な半導体発光装置の構成を表す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing the arrangement of a preferred semiconductor light-emitting device used in the present invention; FIG.
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る写真機用閃光装置を表す模式図である。 3 is a schematic diagram illustrating a flash device for a camera according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3の実施の形態に係るランプを表す模式図である。 It is a schematic view showing a lamp according to the third embodiment of the present invention; FIG.
【図5】本発明の第4の実施の形態に係る読み取り装置を表す模式図である。 5 is a schematic view showing a reader according to the fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第5の実施の形態に係る投影装置を表す模式図である。 6 is a schematic diagram showing a projection apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第6の実施の形態に係る浄化装置を表す模式図である。 7 is a schematic view showing a purifying apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第7の実施の形態に係る紫外線照射装置を表す模式図である。 8 is a schematic view showing an ultraviolet irradiation device according to a seventh embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第8の実施の形態に係る表示装置を表す模式図である。 9 is a schematic view illustrating a display device according to an eighth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第9の実施の形態に係る発光装置を表す模式図である。 It is a schematic view showing a light emitting device according to a ninth embodiment of the present invention; FIG.
【図11】本発明に用いて好適な半導体発光素子132の断面構成を表す模式図である。 11 is a schematic view showing the cross-sectional configuration of the preferred semiconductor light-emitting device 132 used in the present invention.
【図12】BGaNに対してシリコン(Si)をド−ビングした場合のシリコン濃度とフォトルミネッセンス(PL)発光強度との関係を示すグラフ図である。 [12] silicon (Si) de respect BGaN - is a graph showing the relationship between the silicon concentration and the photoluminescence (PL) emission intensity in the case of Bing.
【図13】本発明の異なる実施の形態に関わる紫外線発光型の半導体発光素子の概略断面構造を表す図である。 13 is a diagram illustrating a schematic sectional structure of a semiconductor light emitting device of an ultraviolet-emitting relating to different embodiments of the present invention.
【図14】図13に示した半導体発光素子132Bの変型例を表す断面模式図である。 14 is a cross-sectional schematic view showing a modified example of the semiconductor light emitting device 132B shown in FIG. 13.
【図15】従来の蛍光灯システムの概略構成を表す模式図である。 15 is a schematic view illustrating a schematic configuration of a conventional fluorescent lamp system.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
100 照明装置110 配線基板120A、120B 外囲器130 半導体発光装置132 半導体発光素子134 リード・フレーム136 蛍光体138 樹脂150 写真機152 レンズ154 ファインダ158 パルス発生器200 ランプ・ユニット210 凹面鏡250 読み取り装置260A、B、C 受光部300 投影装置310 凹面鏡320 投影レンズ340 原稿342 スクリーン350 浄化装置355A 水355B 浄化水360 浄化回路370 オゾン発生器400 紫外線照射装置410 凹面鏡440 ターゲット450 表示装置460 表示パネル500 半導体発光装置510 第1の光反射部520 波長変換部530 第2の光反射部540 光吸収部1001 基板1002 バッファ層1003 n型層1004、1006、1 100 lighting device 110 wiring board 120A, 120B envelope 130 semiconductor light emitting device 132 semiconductor light emitting element 134 lead frame 136 phosphor 138 resin 150 camera 152 lens 154 viewfinder 158 pulse generator 200 lamp unit 210 concave mirror 250 reader 260A , B, C the light receiving portion 300 projecting device 310 a concave mirror 320 projection lens 340 document 342 screen 350 purifier 355A water 355B purified water 360 purification circuit 370 ozone generator 400 ultraviolet irradiator 410 concave mirror 440 target 450 display device 460 display panel 500 semiconductor light emitting device 510 first light reflecting portion 520 wavelength converting portion 530 second light reflecting portion 540 light absorbing portion 1001 substrate 1002 buffer layer 1003 n-type layer 1004,1006,1 07 クラッド層1005 発光層1008 コンタクト層1009、1010 電極 07 cladding layer 1005 emitting layer 1008 contact layer 1009 and 1010 electrodes

Claims (17)

  1. 基板と、 And the substrate,
    前記基板上に形成され、Gaと、Nと、を含む第1導電型コンタクト層と、 Formed on said substrate, and Ga, and N, a first conductive-type contact layer comprising,
    前記第1導電型コンタクト層上に形成され、 AlGaNからなる第1導電型クラッド層と、 It is formed on the first conductive-type contact layer, a first conductivity type cladding layer made of AlGaN,
    前記第1導電型クラッド層上に形成され、 BGaNからなり、光を放出する活性層と、 Is formed on the first conductivity type cladding layer consists BGaN, an active layer that emits light,
    前記活性層上に形成され、 AlGaNからなる第2導電型クラッド層と、 Formed on the active layer, a second conductivity type cladding layer made of AlGaN,
    を備えることを特徴とする半導体発光素子。 The semiconductor light emitting element characterized by comprising a.
  2. 基板と、 And the substrate,
    前記基板上に形成され、Gaと、Nと、を含む第1導電型コンタクト層と、 Formed on said substrate, and Ga, and N, a first conductive-type contact layer comprising,
    前記第1導電型コンタクト層上に形成されAlGaNからなる第1導電型クラッド層と、 A first conductivity type cladding layer made of AlGaN is formed on the first conductive-type contact layer,
    前記第1導電型クラッド層上に形成され、1E17cm −3以上1E21cm −3以下の濃度のシリコンがドーピングされたB Ga 1−x N(0<x≦0.1)からなり、光を放出する活性層と、 Wherein formed on the first conductivity type cladding layer, made of 1E17 cm -3 or more 1E21 cm -3 or less of the concentration of silicon is doped B x Ga 1-x N ( 0 <x ≦ 0.1), emits light and the active layer,
    前記活性層上に形成されAlGaNからなる第2導電型クラッド層と、 A second conductivity type cladding layer made of AlGaN is formed on the active layer,
    を備えることを特徴とする半導体発光素子。 The semiconductor light emitting element characterized by comprising a.
  3. 前記基板がサファイア基板であることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the substrate is a sapphire substrate.
  4. サファイア基板と、 And the sapphire substrate,
    前記サファイア基板上に形成され、Gaと、Nと、を含む第1導電型コンタクト層と、 It is formed on the sapphire substrate, and Ga, and N, a first conductive-type contact layer comprising,
    前記第1導電型コンタクト層上に形成され、アルミニウムを含むGaNからなる第1導電型クラッド層と、 It is formed on the first conductive-type contact layer, a first conductivity type cladding layer made of GaN containing aluminum,
    前記第1導電型クラッド層上に形成され、ホウ素を含むGaNからなり、光を放出する活性層と、 It is formed on the first conductivity type cladding layer, an active layer made of GaN, which emits light containing boron,
    前記活性層上に形成され、アルミニウムを含むGaNからなる第2導電型クラッド層と、 Formed on the active layer, a second conductivity type cladding layer made of GaN containing aluminum,
    前記第2導電型クラッド層上に形成され、Gaと、Nと、を含む第2導電型コンタクト層と、 Is formed on the second conductivity type cladding layer, and Ga, and N, and a second conductive type contact layer comprising,
    前記第1導電型コンタクト層の前記活性層側の表面に前記第1導電型コンタクト層と電気的に接続して形成された第1電極と、 A first electrode formed by connecting the first conductive-type contact layer and electrically to the surface of the active layer side of the first conductive-type contact layer,
    前記第2導電型コンタクト層上に前記第2導電型コンタクト層と電気的に接続して形成された第2電極と、 A second electrode formed by connecting the second conductive type contact layer electrically to the second conductive type contact layer,
    を備えることを特徴とする半導体発光素子。 The semiconductor light emitting element characterized by comprising a.
  5. 前記活性層がB Ga 1−x N(0<x≦0.1)からなることを特徴とする請求項1又は4記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting device according to claim 1 or 4, wherein said active layer is composed of B x Ga 1-x N ( 0 <x ≦ 0.1).
  6. 前記活性層に、1E17cm −3以上1E21cm −3以下の濃度のシリコンがドーピングされていることを特徴とする請求項1又は4記載の半導体発光素子。 The active layer, the semiconductor light emitting device according to claim 1 or 4, wherein the silicon of 1E17 cm -3 or more 1E21 cm -3 or less in concentration, characterized in that it is doped.
  7. 前記第1導電型クラッド層がAlGaNからなり、前記第2導電型クラッド層がAlGaNからなることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載の半導体発光素子。 It said first conductivity type cladding layer is made of AlGaN, the semiconductor light-emitting device according to any one of claims 4 to 6 wherein the second conductive type cladding layer is characterized by comprising the AlGaN.
  8. 前記第1導電型コンタクト層がGaNからなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 7 wherein the first conductive-type contact layer is characterized by comprising the GaN.
  9. 前記活性層から放出される前記光の波長が、300nm以上365nm以下であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 8 wavelength of the light emitted from the active layer, characterized in that at 300nm or 365nm or less.
  10. 前記活性層から放出される前記光の波長が約330nmであることを特徴とする請求項記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein the wavelength of the light emitted from the active layer is about 330 nm.
  11. 紫外線を放出する半導体発光素子と、 A semiconductor light emitting element that emits ultraviolet light,
    前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して前記紫外線よりも長い波長を有する2次光を放出する蛍光体と、 And a phosphor, wherein the semiconductor light emitting element emits secondary light having a longer wavelength than the ultraviolet absorbing the ultraviolet rays emitted,
    を備え、 Equipped with a,
    前記半導体発光素子が請求項1乃至10のいずれかに記載の半導体発光素子であることを特徴とする半導体発光装置。 The semiconductor light emitting device, wherein the semiconductor light emitting element is a semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 10.
  12. 前記2次光は、可視光であることを特徴とする請求項11記載の半導体発光装置。 The secondary light, the semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein the visible light.
  13. 前記可視光は、赤色、緑色、および青色の波長領域にそれぞれ強度ピークを有することを特徴とする請求項11又は12記載の半導体発光装置。 The visible light, red, green, and semiconductor light-emitting device according to claim 11 or 12, wherein the having respective intensity peak in the blue wavelength region.
  14. 前記蛍光体が、 The phosphor is,
    赤色の発光を生ずるY S:Eu、青色の発光を生ずる(Sr、Ca、Ba、Eu) 10 (PO ・Cl 、緑色の発光を生ずる3(Ba、Mg、Eu、Mn)O・8Al 、のいずれかを含むことを特徴とする請求項11乃至13のいずれかに記載の半導体発光装置。 Produce red emission Y 2 O 2 S: Eu, results in a blue light-emitting (Sr, Ca, Ba, Eu ) 10 (PO 4) 6 · Cl 2, produces a green light emission 3 (Ba, Mg, Eu, Mn) O · 8Al 2 O 3 , a semiconductor light-emitting device according to any one of claims 11 to 13, characterized in that it comprises either a.
  15. 配線基板と、 And the wiring board,
    前記配線基板上に設けられた複数の半導体発光装置と、 A plurality of semiconductor light-emitting device provided on the wiring substrate,
    前記配線基板の周囲を覆うように設けられ透光性を有する外囲器と、 An envelope having a light transmitting property provided so as to cover the periphery of the wiring substrate,
    を備え、 Equipped with a,
    前記半導体発光装置が求項11乃至14のいずれかに記載の半導体発光装置であることを特徴とする照明装置。 Illumination device, wherein the semiconductor light emitting device is a semiconductor light emitting device according to any one of Motomeko 11 to 14.
  16. 基板上にGaと、Nと、を含む第1導電型コンタクト層を形成し、 And Ga, and N, a first conductivity type contact layer comprising forming on a substrate,
    前記第1導電型コンタクト層上に、アルミニウムを含むGaNからなる第1導電型クラッド層を、第1の成長温度で形成し、 On the first conductive-type contact layer, a first conductivity type cladding layer made of GaN containing aluminum, to form a first growth temperature,
    前記第1導電型クラッド層上に、ホウ素を含むGaNからなり光を放出する活性層を、前記第1の成長温度よりも高い第2の成長温度で形成し、 Said first conductivity type cladding layer, an active layer that emits made light of GaN containing boron, is formed at a higher than said first growth temperature second growth temperature,
    前記活性層上に、アルミニウムを含むGaNからなる第2導電型クラッド層を、前記第2の成長温度よりも低い第3の成長温度で形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 On the active layer, a second conductivity type cladding layer made of GaN containing aluminum, a method of manufacturing a semiconductor light emitting device characterized by forming in the lower than the second growth temperature third growth temperature.
  17. 前記第1導電型コンタクト層、前記第1導電型クラッド層、前記活性層、および前記第2導電型クラッド層をMOCVD法により形成し、 The first conductive-type contact layer, the first conductive clad layer, said active layer, and said second conductivity type cladding layer is formed by MOCVD,
    前記第1の成長温度および前記第3の成長温度が約1100℃であり、 The first growth temperature and the third growth temperature is about 1100 ° C.,
    前記第2の成長温度が約1200℃であることを特徴とする請求項16記載の半導体発光素子の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 16, wherein the second growth temperature is about 1200 ° C..
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