发光元件、发光元件的制造方法以及发光装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种产生宽波长带的发光的发光元件。发光元件（1）具备第1波长转换部（11）和第2波长转换部（12）。第1波长转换部（11）包含以A1B1Ow1所表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷。第2波长转换部（12）包含以A2B2Ow2所表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷。A1、A2包含选自La、Y、Gd、Yb及Lu中的至少一种和0.001摩尔%～5摩尔%的Bi。B1、B2包含选自Sn、Zr及Hf中的至少一种。A1中的La的含量多于A2中的La的含量。A2中的Y、Gd及Lu的含量多于A1中的Y、Gd及Lu的含量。
【专利说明】发光元件、发光元件的制造方法以及发光装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发光元件、发光元件的制造方法以及发光装置。
【背景技术】
[0002]目前，作为白色光源，众所周知有:具有蓝色LED (Light Emitting Diode，发光二极管)和含有荧光体的波长转换元件，射出白色光的白色光源，其中，该白色光为自蓝色LED射出并透过荧光体的光与来自荧光体的荧光的混合光(例如，参照专利文献I)。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特表2010-512014号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的课题
[0007]然而，在专利文献I所记载的白色光源中，存在因蓝色LED的发光特性的差异或变动等而导致射出光的色调发生变化的情况。此外，自蓝色LED或波长转换元件射出的光的波长带(帯域)较窄。因此，专利文献I所记载的白色光源难以获得优异的显色性。
[0008]鉴于此种问题，业界要求一种产生较宽的波长带的发光的发光元件。
[0009]本发明的主要目的在于，提供一种产生较宽的波长带的发光的发光元件。
[0010]用于解决问题的方法
[0011]本发明的发光元件具备第I波长转换部及第2波长转换部。第2波长转换部配置于第I波长转换部上。第I波长转换部包含以A1B1OwI (其中，A1包含选自La、Y、Gd、Yb及Lu中的至少一种、和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi，B1包含选自Sn、Zr及Hf中的至少一种，Wl为用以保持电中性的正数)所表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷。第2波长转换部包含以A2B2Ow2 (其中，A2包含选自La、Y、Gd、Yb及Lu中的至少一种、和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi，B2包含选自Sn、Zr及Hf中的至少一种，W2为用以保持电中性的正数)所表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷。A1中的La的含量多于A2中的La的含量。A2中的Y、Gd及Lu的含量多于A1中的Y、Gd及Lu的含量。
[0012]在本发明所涉及的发光元件的某特定方式中，A1包含La和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi。B1包含选自Sn、Zr及Hf中的至少一种。A2包含选自Gd及Y中的至少一种和
0.001摩尔％?5摩尔％的Bi。B2包含选自Zr及Hf中的至少一种。
[0013]在本发明所涉及的发光元件的另一特定方式中，当照射波长为360nm的光时，自第I波长转换部射出的光与自第2波长转换部射出的光的混合光为白色。
[0014]在本发明中，所谓“白色”是指:在CIE1960UV色度图中，光源的色度坐标与黑体辐射轨道的距离duv为0.02以下、且与其最接近的黑体辐射轨道上的温度即相关色温为3000K?10000K的光源。
[0015]在本发明所涉及的发光元件的另外的特定方式中，发光元件还具备设置于第I波长转换部与第2波长转换部之间的互扩散层。
[0016]在本发明的发光元件的制造方法中，形成含有第I荧光体或其前体的第I陶瓷生片。形成含有第2荧光体或其前体的第2陶瓷生片。层叠第I陶瓷生片与第2陶瓷生片而制作层叠体。进行如下烧结工序:通过烧结层叠体，而获得包含由第I陶瓷生片形成的第I波长转换部、及由第2陶瓷生片形成且与第I波长转换部接合的第2波长转换部的发光元件。
[0017]在本发明所涉及的发光元件的制造方法的某个特定方式中，在烧结工序中，以在第I波长转换部与第2波长转换部之间形成互扩散层的方式烧结层叠体。需要说明的是，此时也可以为了缓和烧结所产生的应力，而在第I生片与第2生片之间包含具有各个生片的中间的组成的第3生片，该情形也不会影响到以下说明中的作用、效果。此外，在该情形下，有时能够抑制龟裂的产生率。
[0018]在本发明所涉及的发光元件的制造方法的另一特定方式中，第I荧光体包含以A1B1Owl (其中，A1包含选自La、Y、Gd、Yb及Lu中的至少一种、和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi, B1包含选自Sn、Zr及Hf中的至少一种，Wl为用以保持电中性的正数)所表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷。第2荧光体包含以A2B2Ow2 (其中，A2包含选自La、Y、Gd、Yb及Lu中的至少一种、和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi，B2包含选自Sn、Zr及Hf中的至少一种，W2为用以保持电中性的正数)所表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷。A1中的La的含量多于A2中的La的含量。A2中的Y、Gd及Lu的含量多于A1中的Y、Gd及Lu的含量。
[0019]本发明的发光装置包含上述发光兀件、及对发光兀件射出发光兀件的激发光的光源。
[0020]发明的效果
[0021 ] 根据本发明，可提供一种产生较宽的波长带的发光的发光元件。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的一实施方式所涉及的发光元件的示意剖面图。
[0023]图2是表示第I样品的XRD分析结果的图表。
[0024]图3是表示第2样品的XRD分析结果的图表。
[0025]图4是表示对样品3的第I成形体与第2成形体的接合界面的附近部分进行WDX元素面(Zr)分析的结果的照片。
[0026]图5是表示对样品3的第I成形体与第2成形体的接合界面的附近部分进行WDX元素面(Hf)分析的结果的照片。
[0027]图6是表示第I?第3样品各自的发光光谱的图表。
[0028]图7是表示第4?第6样品各自的发光光谱的图表。
[0029]图8是第I发光装置的示意剖面图。
[0030]图9是第2发光装置的示意剖面图。
[0031]图10是第3发光装置的示意剖面图。
[0032]图11是第4发光装置的示意剖面图。
【具体实施方式】[0033]以下，对实施本发明的优选方式的一例进行说明。但是，下述实施方式仅为例示。本发明并不受下述实施方式的任何限定。
[0034]实施方式中所参照的附图为示意性地记载，存在附图中所描绘的物体的尺寸比率等与实物的尺寸比率等有所不同的情形。具体物体的尺寸比率等应参酌以下的说明而进行判断。
[0035]图1所不的发光兀件I为,在激发光入射时发出波长长于激发光的波长的光的兀件。
[0036]发光元件I具有第I波长转换部11和第2波长转换部12。第2波长转换部12配置于第I波长转换部11上。即，第I波长转换部11与第2波长转换部12层叠。
[0037]第I波长转换部11与第2波长转换部12相互接合。在第I波长转换部11与第2波长转换部12之间设置有未图示的互扩散层。该互扩散层为利用第I波长转换部11的成分和第2波长转换部12的成分相互扩散而形成的层。通过该互扩散层，第I波长转换部11与第2波长转换部12牢固地接合。此外，通过设置互扩散层，可使第I波长转换部11和第2波长转换部12之间的折射率变化缓和。因此,可使第I波长转换部11和第2波长转换部12之间的界面的光的反射率降低。其结果为可提高光的发光效率。
[0038]第I波长转换部11含有第I荧光体，该第I荧光体包含以A1B1Owi (其中，A1包含选自La、Y、Gd、Yb及Lu中的至少一种、和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi，B1包含选自Sn、Zr及Hf中的至少一种，Wl为用以保持电中性的正数)所表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷。
[0039]需要说明的是，在以A1B1OwlK表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷中，摩尔比A1 =B1并不严格地限定为1:1。本发明中，在以A1B1OwlK表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷中，也包含摩尔比A7B1为0.95?1.05的情形。
[0040]另一方面，第2波长转换部12含有第2突光体,该第2突光体包含以A2B2Ow2 (其中，A2包含选自La、Y、Gd、Yb及Lu中的至少一种、和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi，B2包含选自Sn、Zr及Hf中的至少一种，W2为用以保持电中性的正数)所表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷。
[0041]需要说明的是，在以A2B2Ow2K表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷中，摩尔比A2:B2并不严格地限定为1:1。本发明中，在以A2B2Ow2K表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷中，也包含摩尔比A2/B2为0.95?1.05的情形。
[0042]需要说明的是，W2既可与Wl相同，亦可不同。Wl及W2可分别设为例如3.5。BP,作为A1B1Owl的具体例，可列举A12B12O715作为A2B2Ow2的具体例，可列举A22B22Op
[0043]第I及第2荧光体优选通过将A1B1Owl或A2B2Ow2所表示的陶瓷在还原气氛中经热处理而成。
[0044]此处，与例如Ce =YAG荧光体等代表性的白色LED用荧光体相比，包含由A1B1Owl或A2B2Ow2所表示的陶瓷的第I及第2荧光体可产生较宽的波长带的发光。此外，在本实施方式中,A1中的La的含量多于A2中的La的含量。而且，A2中的Y、Gd及Lu的含量多于A1中的Y、Gd及Lu的含量。因此，自包含A1B1Owl所表示的陶瓷的第I荧光体射出的发光中，包含发光的中心波长位于相对较长波长侧的宽带的发光，自包含A2B2Ow2所表示的陶瓷的第2荧光体射出的发光中，包含发光的中心波长位于相对较短波长侧的宽带的发光。因此，自第I荧光体射出的宽带的光与自第2荧光体射出的宽带的光的混合光的波长带较宽。S卩，发光元件I产生较宽的波长带的发光。因此，可实现优异的显色性。此外，能够得到射出白光的发光兀件I。具体而言，优选在照射波长为360nm的光时，自第I波长转换部11射出的光与自上述第2波长转换部12射出的光的混合光为白色。
[0045]就包含A1B1Owl所表示的陶瓷的第I荧光体而言，其优选发出发光的中心波长处于550nm?700nm的光，更优选发出发光的中心波长处于600nm?700nm的光。就包含A2B2Ow2所表示的陶瓷的第2荧光体而言，其优选发出发光的中心波长处于400nm?550nm的光，更优选发出发光的中心波长处于400nm?500nm的光。
[0046]在第I荧光体中，A1优选包含La和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi。此外，B1优选包含选自Zr、Sn及Hf中的一种以上。
[0047]在第2荧光体中，A2优选包含选自Gd及Y中的一种以上和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi。此外，B2优选包含选自Hf及Zr中的一种以上。
[0048]需要说明的是，A1B1Owl或A2B2Ow2所表示的陶瓷的主成分的晶系也可以是立方晶。
[0049]由A1B1Owl或A2B2Ow2所表示的陶瓷除含有A1或AB1或B2、0成分以外，还可含有不可避免地混入的杂质(以下称为“不可避免的杂质”。作为不可避免的杂质的具体例，可列举Si02、B2O3'Al2O3 等。
[0050]接下来，对发光元件I的制造方法的一例进行说明。
[0051]首先，制作含有包含A1B1Owl所表示的陶瓷的第I荧光体、或其前体的第I陶瓷生片。具体而言，制备含有第I荧光体的第I糊剂。然后，例如通过丝网印刷法等将第I糊剂涂布在树脂片等上，由此制作第I陶瓷生片。此处，第I荧光体的前体是指可通过实施热处理等而成为第I荧光体的物质。
[0052]同样地，制作含有包含A2B2Ow2所表示的陶瓷的第2荧光体、或其前体的第2陶瓷生片。此处，第2荧光体的前体是指可通过实施热处理等而成为第2荧光体的物质。
[0053]接下来，层叠第I陶瓷生片与第2陶瓷生片。例如，可层叠多片第I陶瓷生片，并在此上层叠多片第2陶瓷生片。第I及第2陶瓷生片各自的层叠片数可根据各陶瓷生片的厚度与所欲获得的波长转换部的厚度而适当设定。也可以根据需要而压制层叠体。
[0054]接下来，烧结层叠体(烧结工序)。层叠体的烧结例如可在含氧的气氛下进行。烧结温度(最高温度)例如可设为1500°C?1800°C左右。烧结温度(最高温度)的保持时间例如可设为5小时?100小时左右。
[0055]之后，根据需要而在还原气氛中对烧结体进行热处理(还原热处理)。该热处理工序例如可在Η2/Η20气氛下进行。烧结体的热处理温度(最高温度)例如优选为800°C?1200°C，更优选为900°C?1100°C。此外，烧结体的热处理温度(最高温度)的保持时间例如可设为I小时?100小时左右。
[0056]通过以上工序，可完成发光元件1，该发光元件I包含:由至少一个第I陶瓷生片形成的第I波长转换部11、和由至少一个第2陶瓷生片形成且与第I波长转换部材11接合的第2波长转换部12。
[0057]需要说明的是，在烧结工序中，优选在第I波长转换部11与第2波长转换部12之间形成互扩散层的条件下烧结层叠体。
[0058]另外，也可考虑分别制作多个波长转换部，使用玻璃或树脂胶粘剂等将它们贴合，由此制作发光元件。然而，在这种情况下，由于波长转换部与粘接层之间的界面的反射而导致光的发光效率降低。若在波长转换部与粘接层之间的界面产生全反射，则光被封入波长转换层中，因此光的提取效率容易进一步降低。
[0059]相对于此，在本实施方式中，通过将层叠有第I陶瓷生片及第2陶瓷生片的层叠体烧结，而制作具备相互接合的第I波长转换部11及第2波长转换部12的发光元件I。因此，无需在第I波长转换部11与第2波长转换部12之间设置粘接层。因此，可抑制第I波长转换部11与第2波长转换部12之间的界面的光的反射或封入。因此，可实现较高的光提取效率。
[0060]而且，在设置有互扩散层的情况下，在第I波长转换部11与第2波长转换部12之间，折射率在厚度方向渐变。因此，可更有效地抑制光的反射。
[0061]发光元件I可与光源等组合而制成发光装置。图8是包含发光元件I的第I发光装置6的示意剖面图。第I发光装置6包含发光元件I及光源2。发光元件I配置于基板4上。光源2与发光元件I隔开间隔而配置。光源2对发光元件I射出发光元件I的激发光。作为光源2，例如可列举LED等。发光元件I因受到来自光源2的激发光而发光。在第I发光装置6中，来自光源2的激发光的一部分被反射器3反射而到达发光元件I。
[0062]从光的提取效率提高或指向性调整的观点等考虑，发光元件I的表面也可以通过研磨等机械加工或激光烧蚀一吁一 7 O > 3 >)加工等而加工成透镜形状或蛾眼结构等。此外，从同样的观点考虑，也可以在发光元件I的表面配置其他材料，该其他材料包含通过研磨等机械加工或激光烧蚀加工等，而加工成透镜形状或蛾眼结构等的树脂或玻
墙坐
[0063]图9是第2发光装置7的示意剖面图。在第2发光装置7中，发光元件I与光源2经由外延晶片5而连接。发光元件I与外延晶片5例如可通过使用胶粘剂的方法或利用热扩散的方法等而连接。外延晶片5例如由蓝宝石、碳化硅、硅、氮化铝、氮化镓等而构成。在第2发光装置7的光源2中，依次配置有第I电极24、p型层22、发光层23及η型层21。P型层22与第I电极24电连接。η型层21与第2电极25电连接。
[0064]图10是第3发光装置8的示意剖面图。在第3发光装置8中，发光元件I与光源2不经由外延晶片5而直接连接。
[0065]图11是第4发光装置9的示意剖面图。在第4发光装置9中，发光元件I与光源2不隔开间隔地接触。
[0066]以下，根据具体实施例，对本发明进一步进行详细说明，但本发明并不受以下实施例任何限定，可在不改变其主旨的范围内进行适当变更而实施。
[0067](实施例1)
[0068]首先，准备高纯度的La (OH) 3、Gd203、Y203、Zr02、Hf02、Sn02、Bi2O3 作为原料。以成为下述表I所示的组成A的方式称量这些原料，在球磨机中湿式混合20小时。使所获得的混合物干燥后，在1300°C下预烧3小时，获得预烧物。将该预烧物与水及有机分散剂及有机粘合剂一并投入球磨机中，湿式粉碎12小时。接下来，使所获得的粉碎物成形为厚度60 μ m的生片。将所获得的生片以成为IOmm见方的方式裁切，将其重叠15片并以2t/cm2的压力进行加压，由此制作IOmm见方、厚度约0.8mm的第I成形体。
[0069]除了以成为下述表I所示的组成B的方式进行称量以外，以同样的方式获得第2成形体。
[0070][表1]
【权利要求】
1.一种发光兀件，其具备: 第I波长转换部、及 第2波长转换部，其配置在所述第I波长转换部上， 所述第I波长转换部包含以A1B1Owl (其中，A1包含选自La、Y、Gd、Yb及Lu中的至少一种、和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi，B1包含选自Sn、Zr及Hf中的至少一种，Wl为用以保持电中性的正数)所表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷， 所述第2波长转换部包含以A2B2Ow2 (其中，A2包含选自La、Y、Gd、Yb及Lu中的至少一种、和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi，B2包含选自Sn、Zr及Hf中的至少一种，W2为用以保持电中性的正数)所表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷， 所述A1中的La的含量多于所述A2中的La的含量， 所述A2中的Y、Gd及Lu的含量多于所述A1中的Y、Gd及Lu的含量。
2.如权利要求1所述的发光元件，其中， 所述A1包含La和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi， 所述B1包含选自Sn、Zr及Hf中的至少一种， 所述A2包含选自Gd及Y中的至少一种和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi， 所述B2包含选自Zr及Hf中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的发光元件，其中，在照射波长为360nm的光时，自所述第I波长转换部射出的光与自所述第2波长转换部射出的光的混合光为白色。
4.如权利要求1?3中任一项所述的发光元件，其还具备设置在所述第I波长转换部与所述第2波长转换部之间的互扩散层。
5.一种发光元件的制造方法，其包括: 形成含有第I荧光体或其前体的第I陶瓷生片的工序； 形成含有第2荧光体或其前体的第2陶瓷生片的工序； 层叠所述第I陶瓷生片与所述第2陶瓷生片而制作层叠体的工序；及烧结工序，通过烧结所述层叠体，而获得包含由所述第I陶瓷生片形成的第I波长转换部、以及由所述第2陶瓷生片形成且与所述第I波长转换部接合的第2波长转换部的发光元件。
6.如权利要求5所述的发光元件的制造方法，其中，在所述烧结工序中，以在所述第I波长转换部与所述第2波长转换部之间形成互扩散层的方式烧结所述层叠体。
7.如权利要求5或6所述的发光元件的制造方法，其中， 所述第I荧光体包含以A1B1Owi (其中，A1包含选自La、Y、Gd、Yb及Lu中的至少一种、和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi，B1包含选自Sn、Zr及Hf中的至少一种，Wl为用以保持电中性的正数)所表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷， 所述第2荧光体包含以A2B2Ow2 (其中，A2包含选自La、Y、Gd、Yb及Lu中的至少一种、和0.001摩尔％?5摩尔％的Bi，B2包含选自Sn、Zr及Hf中的至少一种，W2为用以保持电中性的正数)所表示的烧绿石型化合物为主成分的陶瓷， 所述A1中的La的含量多于所述A2中的La的含量， 所述A2中的Y、Gd及Lu的含量多于所述A1中的Y、Gd及Lu的含量。
8.一种发光装置，其包含权利要求1?4中任一项所述的发光兀件、以及对发光兀件射出所述发光元件的激发光的光源。
【文档编号】H01L33/50GK103890982SQ201280051053
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年9月25日 优先权日:2011年10月18日
【发明者】吴竹悟志 申请人:株式会社村田制作所