JP2006083219A - 蛍光体およびこれを用いた発光装置 - Google Patents

蛍光体およびこれを用いた発光装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 白色発光の際の発光効率に優れた蛍光体およびこれを用い演色性に優れた発光装置を提供する。
【解決手段】 量子効果を有する粒径のコアと、当該コアを覆うシェルとの二層構造を備え、コアの基底エネルギが１．８５〜２．０５ｅＶの範囲にあって、コアの高次エネルギが２．３〜２．５ｅＶおよび２．６５〜２．８ｅＶの範囲になく、光吸収によってピーク波長６００〜６７０ｎｍの赤色を呈することを特徴とする蛍光体、または、量子効果を有する粒径のコアと、当該コアを覆うシェルとの二層構造を備え、コアの基底エネルギが２．３〜２．５ｅＶの範囲にあって、コアの高次エネルギが２．６５〜２．８ｅＶの範囲になく、光吸収によってピーク波長５００〜５４０ｎｍの緑色を呈することを特徴とする蛍光体、ならびに、これらの蛍光体を用いた発光装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は蛍光体およびこれを用いた発光装置に関し、さらに詳しくは、量子効果を有する蛍光体と、これを用いて白色発光を実現する発光装置に関する。なお、このような発光装置は、例えばフルカラーの表示装置や液晶パネルのバックライトなどの照明装置として、好ましく用いられるものである。
蛍光体とこれを励起する光源としての発光素子とを含む表示装置および照明装置の一例は、たとえば特許文献１に開示されている。前記特許文献１には、蛍光体として励起子ボーア半径の２倍以下で且つ異なる粒径を有する２ないし３のＺｎＣｄＳｅ半導体微結晶と、これを励起する光源としてＧａＮ系半導体発光素子とを含み、励起光源から発せられる励起光により蛍光体を励起して、緑と赤、あるいは緑と赤と青の二次光に変換し、これらを混色して白色発光を得、表示装置あるいは照明装置として用いる技術が開示されている。
特開平１１−３４０５１６号公報
ところが、本発明者らが前記特許文献１に記載された技術に従って白色発光装置を作製したところ、この発光装置においては白色光を構成する青色および緑色蛍光体の発光強度が赤色蛍光体に比して著しく低下して色バランスがくずれてしまい、照明装置として十分な演色性および発光効率が得られないことがわかった。
本発明は以上の課題に鑑み、白色発光の際の発光効率に優れた蛍光体およびこれを用い演色性に優れた発光装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、従来例の発光装置において青色および緑色蛍光体の発光強度が低下した理由を調べた結果、青色蛍光体から発せられた光が緑色および赤色蛍光体に吸収され、また緑色蛍光体から発せられた光も赤色蛍光体に吸収されしまうため、発光装置の設計から色バランスがくずれ発光強度が低下してしまうことがわかった。そこで、この問題を解決する方法を鋭意検討した結果、赤色蛍光体の高次エネルギが緑および青色発光波長と一致しないようにし、また、同じく緑色蛍光体の高次エネルギが青色発光波長と一致しないように蛍光体のバンドギャップを制御することで目的が達せられることを見い出し本発明に至った。すなわち、本発明は、以下のとおりである。
本発明の蛍光体は、量子効果を有する粒径のコアと、当該コアを覆うシェルとの二層構造を備え、コアの基底エネルギが１．８５〜２．０５ｅＶの範囲にあって、コアの高次エネルギが２．３〜２．５ｅＶおよび２．６５〜２．８ｅＶの範囲に無く、光吸収によってピーク波長６００〜６７０ｎｍの赤色を呈することを特徴とするものである（以下、かかる蛍光体を、「第一の蛍光体」と呼称する。）。
また、本発明は、量子効果を有する粒径のコアと、前記コアを覆うシェルとの二層構造を備え、前記コアの基底エネルギが２．３〜２．５ｅＶの範囲にあって、前記コアの高次エネルギが２．６５〜２．８ｅＶの範囲に無く、光吸収によってピーク波長５００〜５４０ｎｍの緑色を呈することを特徴とする蛍光体も提供する（以下、かかる蛍光体を、「第二の蛍光体」と呼称する。）。
前記第一および第二の蛍光体は、いずれも、シェルのバンドギャップが２．８ｅＶより大きいことが好ましい。
前記第一および第二の蛍光体は、いずれも、コアの粒径がボーア半径の２倍以下であるのが好ましい。
また、前記第一の蛍光体および第二の蛍光体は、いずれも、シェルの粒径が１μｍ以上であるのが好ましい。
前記第一の蛍光体および第二の蛍光体は、シェル表面が、シェルおよびコアのいずれとも異なる材料により被覆または吸着されてなるのが好ましい。ここにおいて、シェル表面を被覆または吸着する材料は無機酸化物であるのがより好ましい。
本発明の第一の蛍光体および第二の蛍光体におけるコアは、少なくともＩｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体または少なくともＺｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体にて形成されたものであるのが、好ましい。
また、本発明の第一の蛍光体および第二の蛍光体におけるシェルは、少なくともＧａを含むＩＩＩ族窒化物半導体または少なくともＺｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体にて形成されたものであるのが、好ましい。
本発明におけるコアおよびシェルは、ともにＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で形成されたものであるのが特に好ましい。
本発明は、また、赤色蛍光体と緑色蛍光体とが媒質中に均一に分散され、赤色蛍光体および緑色蛍光体が青色の励起光を吸収して二次光を発することにより、全体として白色発光を呈する発光装置であって、前記赤色蛍光体が、量子効果を有する粒径のコアと、前記コアを覆うシェルとの二層構造を備え、前記コアの基底エネルギが１．８５〜２．０５ｅＶの範囲にあって、前記コアの高次エネルギが２．３〜２．５ｅＶおよび２．６５〜２．８ｅＶの範囲にないものであり、前記緑色蛍光体が、量子効果を有する粒径のコアと、当該コアを覆うシェルとの二層構造を備え、コアの基底エネルギが２．３〜２．５ｅＶの範囲にあって、コアの高次エネルギが２．６５〜２．８ｅＶの範囲にないものであることを特徴とする発光装置をも提供する。
かかる本発明の発光装置は、前記励起光を発する光源として、３８０〜４２０ｎｍにピーク波長を有しＩＩＩ族窒化物半導体またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体にて形成された発光素子をさらに備えるのが好ましい。
また、本発明の発光装置においては、量子効果を有する粒径のコアと、当該コアを覆うシェルの二層構造を備え、コアの基底エネルギが２．６５〜２．８ｅＶの範囲にある青色蛍光体を前記媒質中に含むのが好ましい。
本発明の発光装置における前記媒質は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂のうちから選ばれる少なくともいずれかであるか、またはガラスであるのが好ましい。また、前記媒質は、前記一次光および／または前記二次光を散乱し混色する光拡散材を含むのが好ましい。
本発明の発光装置は、前記励起光を発する光源を介して前記媒質と対向するように設けられた、前記励起光および／または前記二次光を反射する反射板をさらに備えるのが好ましい。
本発明の発光装置は、また、前記励起光を発する光源と前記媒質との間に設けられた、前記励起光を透過し且つ前記二次光を遮蔽する光学膜をさらに備えるのが好ましい。ここにおいて前記光学膜は、波長３８０ｎｍ未満の紫外光を遮蔽するものであるのが好ましい。
本発明の第一の蛍光体によれば、青・緑色発光体と共に用いても光吸収を生じず、混色による白色発光において緑および青色の発光強度が損なわれない。よって、色純度と演色性に優れた白色発光を得ることができる。
また、本発明の第二の蛍光体によれば、青色発光体と共に用いても光吸収を生じず、混色による白色発光において青色の発光強度が損なわれない。よって、色純度と演色性に優れた白色発光を得ることができる。
また、本発明の発光装置によれば、上述した本発明の第一の蛍光体および第二の蛍光体を青色発光体と共に用いても光吸収を生じず、白色発光において緑および青色の発光強度が損なわれない。よって、色純度と演色性に優れた白色発光を呈する発光装置を得ることができる。
図１は、本発明の蛍光体の基本構造を模式的に示す図である。本発明の蛍光体は、第一の蛍光体、第二の蛍光体のいずれにおいても、量子効果（量子サイズ効果）を有する粒径のコア２と、当該コア２を覆うシェル３との二層構造を、基本的に備える。ここで「量子効果」とは、電子をナノメートルサイズの空間に閉じ込めることで、波動としての性質が顕著に表れる効果を指す。半導体材料で構成された蛍光体が量子効果を有する程度に小さくなると、状態密度が離散化して複数の固有値のみを取り得るようになる。この離散化した複数のエネルギ準位は、有効質量や誘電率など半導体材料の性質に加え、その粒径によって規定される。発光はこのうち伝導帯−価電子帯の基底準位間で生じ、吸収は遷移が許容された高次準位間でも生じる。本明細書において、伝導帯−価電子帯の基底準位間に相当するエネルギを「基底エネルギ」と称し、同じく遷移許容された高次準位間のエネルギを「高次エネルギ」と称する。
本発明の第一の蛍光体１は、前記コア２およびシェル３の二層構造を備え、コアの基底エネルギが１．８５〜２．０５ｅＶの範囲にあって、コアの高次エネルギが２．３〜２．５ｅＶおよび２．６５〜２．８ｅＶの範囲になく、光吸収によってピーク波長６００〜６７０ｎｍの赤色を呈する赤色蛍光体である。
本発明の第一の蛍光体においては、コアの基底エネルギが１．８５〜２．０５ｅＶ、好ましくは１．９〜１．９５ｅＶの範囲にあるものを用いる。コアの基底エネルギが１．８５ｅＶ未満であると、発光波長が赤色より著しく長くなるため、白色発光を得たときの演色性に劣るという不具合があり、また、コアの基底エネルギが２．０５ｅＶを超えると、発光波長が赤色より著しく短くなるため、白色発光を得たときの演色性に劣るという不具合があり、いずれにしても本発明の目的を達成することができないためである。なお、かかるコアの基底エネルギは、当分野において従来より行われているように、コアのみからなる蛍光体を作製して、たとえば吸収スペクトル測定装置を用い、その吸収スペクトルを分析するというようにすることによって測定することができる。
また、本発明の第一の蛍光体は、コアの高次エネルギが２．３〜２．５ｅＶおよび２．６５〜２．８ｅＶの範囲にないものを用いる。すなわち、コアの高次エネルギが２．３〜２．５ｅＶの範囲にある蛍光体であると、本発明の第一の蛍光体を緑色蛍光体と混合して白色発光を得ようとする際に、高次準位が緑色発光を吸収してしまうため、白色発光を得たときに色バランスが崩れ演色性に劣るという不具合があり、また、コアの高次エネルギが２．６５〜２．８ｅＶの範囲にある蛍光体であると、本発明の第一の蛍光体を青色蛍光体と混合して白色発光を得ようとする際に、高次準位が青色発光を吸収してしまうため、白色発光を得たときの色バランスが崩れ演色性に劣るという不具合があり、いずれにしても本発明の目的を達成することができない。なお、かかるコアの高次エネルギは、当分野において従来より行われているように、コアのみからなる蛍光体を作製して、たとえば吸収スペクトル測定装置を用い、その吸収スペクトルを分析することによって測定することができる。
本発明の第一の蛍光体におけるコアの高次エネルギは、上述した範囲外であればよく、特に制限されるものではないが、高次エネルギのうち光吸収率が高いのは、精々第二高次エネルギまでであり、基底エネルギと第一高次エネルギの差があまり大きいと、量子効果が大きすぎるため発光波長の制御が困難になってくるなどの理由により、第一高次エネルギが２．３ｅＶ未満の範囲内であるのが好ましく、第一高次エネルギおよび第二高次エネルギがいずれも２．３ｅＶ未満の範囲内であるのがより好ましい。
図２は、蛍光体の吸収スペクトルを測定した結果を示すグラフである。図２のグラフにおいて、実線は本発明の第一の蛍光体の一例（後述する実施例１）の吸収スペクトルを示しており、破線は本発明でない蛍光体の一例（後述する比較例１）の吸収スペクトルを示している。後述するように、実施例１、比較例１の蛍光体について、青色および緑色の光と混色すると、実施例１では白色発光がみられる一方、比較例１では白色発光がみられないという実験結果が得られる。本発明の第一の蛍光体によれば、その高次エネルギが緑色および青色に相当する発光エネルギと重複しないため、これらの発光体と共に用いても光吸収を生じない。このため、３原色光の混合（以下、単に「混色」と呼称する。）による白色発光において緑および青色の発光強度が損なわれず、色純度と演色性に優れた白色発光を得ることができる。
図２に示すグラフにおいて、実施例１では、６０５ｎｍおよび５８５ｎｍに吸収がみられるが、これらはいずれも青色発光ダイオードの発光波長および緑色発光ダイオードの発光波長から外れている。これによって、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた発光ダイオード素子などの青色発光素子から発せられた励起光（ピーク波長：３８０〜４２０ｎｍ、エネルギ：２．９５〜３．２５ｅＶ）は、第一の蛍光体１の外周部を形成しているシェル３によって吸収され、エネルギはシェル３によって周囲を囲まれたコア２に遷移する。吸収された光エネルギはコア２の伝導帯と価電子帯基底準位間で遷移し、基底エネルギに相当する波長の光が二次光として発せられる。シェル３はコア２から発せられる二次光のエネルギよりも大きなバンドギャップを有するので、発光は自己吸収されることなく蛍光体外へ放射される。これにより、前記青色および緑色との混色によるバランスのとれた白色発光が可能となる。これに対し、比較例１では、５４０ｎｍに吸収をもち、緑色発光ダイオードの光を吸収してしまっている。このため、その高次エネルギが緑色および青色に相当する発光エネルギと重複してしまう蛍光体では、緑色発光が赤色蛍光体に吸収されてしまうため発光強度が低下し、色バランスが変化して白色発光を行うことができない。
本発明においては、上述のようにコアの基底エネルギが１．８５〜２．０５ｅＶの間にあり、かつ、コアの高次エネルギが緑色発光波長に対応する２．３〜２．５ｅＶおよび青色発光波長に対応する２．６５〜２．８ｅＶの範囲にないものを用いる必要があるが、これら基底エネルギ、高次エネルギは、コアの粒径、組成比をどのように設定するかによって左右される。すなわち、コアの粒径、組成比を変化させることで、基底エネルギは同じでも高次エネルギが異なるようなエネルギ構造を任意に設定することができる。
なお、本発明の蛍光体の粒径は、透過型電子顕微鏡による観察やＸ線回折ピークの線幅を解析することにより求めることができるが、蛍光体内部にあるコアの粒径は、上述したコアの基底エネルギの測定方法によっても求めることができるし、またシェルに覆われた二重構造の場合でも、蛍光体の発光波長を測定することにより、量子サイズ効果による基底準位からの発光に基づくとして見積もることができる。
図３は、第一の蛍光体におけるシェルの組成を変化させ、発光強度を測定した結果について示すグラフである。図３の例では、第一の蛍光体のシェルをＩｎＧａＮにて構成し、波長４１０ｎｍのＩｎＧａＮ半導体発光素子によって励起して、Ｉｎ組成比を変化させた場合それぞれの発光強度を測定した結果を示している。図３に示すように、Ｉｎ組成が０．４以下では、シェルのバンドギャップは２．０ｅＶ以下となり、コアのバンドギャップよりも小さくなる。このためにコアへのエネルギ遷移および量子閉じ込めが起こらず、発光強度が低下したものと考えられる。また、Ｉｎ組成が０．０５以下ではシェルのバンドギャップが３．０ｅＶ以上となり、ＩｎＧａＮ半導体発光素子からの励起光を吸収しないため、発光強度が低下したものと考えられる。このような結果より、第一の蛍光体における前記シェルのバンドギャップは、コアの基底エネルギよりも大きく、励起光の波長に相当するエネルギより小さいことが必要であるが、コアの高次エネルギの場合と同様に、シェルのバンドギャップが白色発光を構成する緑色および青色に相当する発光エネルギよりも小さいと、これらの発光を吸収してしまうため、２．８ｅＶより大きいことが好ましく、特に２．９５〜３．２５ｅＶであるのがより好ましい。シェルのバンドギャップが２．９５ｅＶ以上であれば、励起光源として小型で消費電力が小さく効率の高いＩｎＧａＮ半導体発光素子を用いることができ、シェルのバンドギャップが３．２５ｅＶ以下であれば、発光装置に用いられる封止樹脂の劣化を防ぐことができるからである。さらには、前記シェルのバンドギャップが３．０〜３．１ｅＶであることが特に好ましい。このバンドギャップ範囲では、ＩｎＧａＮ半導体発光素子の量子効率が最も高い４００〜４１０ｎｍの発光を効率的に吸収することができ、低消費電力な白色発光を得ることができる。
また本発明の第二の蛍光体は、上述したコアとそれを覆うシェルとの二層構造を備え、前記コアの基底エネルギが２．３〜２．５ｅＶの範囲にあって、前記コアの高次エネルギが２．６５〜２．８ｅＶの範囲になく、光吸収によってピーク波長５００〜５４０ｎｍの緑色を呈する緑色蛍光体である。
本発明の第二の蛍光体は、コアの基底エネルギが２．３〜２．５ｅＶ、好ましくは２．３５〜２．４０ｅＶの範囲にあるものを用いる。コアの基底エネルギが２．３ｅＶ未満であると、発光波長が緑色よりも著しく長くなるため、白色発光を得たときの演色性に劣るという不具合があり、また、コアの基底エネルギが２．５ｅＶを超えると、発光波長が緑色より著しく長くなるため、白色発光を得たときの演色性に劣るという不具合があり、いずれにしても本発明の目的を達成することができないためである。なお、かかるコアの基底エネルギは、上述した第一の蛍光体の場合と同様にして測定することができる。
また、本発明の第二の蛍光体は、コアの高次エネルギが２．６５〜２．８ｅＶの範囲にないものを用いる。すなわち、コアの高次エネルギが２．６５〜２．８ｅＶの範囲にある蛍光体であると、本発明の第二の蛍光体を青色蛍光体と混合して白色発光を得ようとする際に、高次準位が青色発光を吸収してしまうため、白色発光を得たときの色バランスが崩れ演色性に劣るという不具合があり、本発明の目的を達成することができない。なお、かかるコアの高次エネルギは、上述した第一の蛍光体の場合と同様にして測定することができる。
本発明におけるコアの高次エネルギは、前記範囲外であればよく、特に制限されるものではないが、上述した第一の蛍光体の場合と同様の理由により、第一高次エネルギが２．６５ｅＶ未満であるのが好ましく、第一高次エネルギおよび第二高次エネルギがいずれも２．６５ｅＶ未満であるのがより好ましい。
このような本発明の第二の蛍光体である緑色蛍光体によっても、その高次エネルギが青色に相当する発光エネルギと重複しないため、これらの発光体と共に用いても光吸収を生じない。このため、混色による白色発光において青色の発光強度が損なわれず、色純度と演色性に優れた白色発光を得ることができる。
第二の蛍光体における前記シェルのバンドギャップは、２．８ｅＶより大きいことが好ましく、２．９５〜３．２５ｅＶであるのがより好ましい。さらには、３．０〜３．１ｅＶであることが特に好ましい。シェルのバンドギャップが２．９５ｅＶ以上であれば、励起光源として小型で消費電力が小さく効率の高いＩｎＧａＮ半導体発光素子を用いることができ、３．２５ｅＶ以下であれば、発光装置に用いられる封止樹脂の劣化を防ぐことができる。さらには、前記シェルのバンドギャップが３．０〜３．１ｅＶの範囲内にあれば、ＩｎＧａＮ半導体発光素子の量子効率が最も高い４００〜４１０ｎｍの発光を効率的に吸収することができ、低消費電力な白色発光を得ることができる。
本発明の第一の蛍光体および第二の蛍光体におけるコアは、いずれも上述したように量子効果を有する大きさであればよいが、その粒径がボーア半径の２倍以下であるのが好ましく、１／２倍以上３／２倍以下であるのがより好ましい。図４は、本発明の蛍光体（具体的には、ＩｎＮにて形成されたコアと、当該コアを覆うＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎにて形成されたシェルとの二層構造を備える赤色蛍光体）について、コアおよびシェルの粒径を変化させ、その発光効率を測定した結果を示すグラフである。図４に示すように、コアの粒径が１４ｎｍ以下で量子効果が増大することが判る。この粒径は、ボーア半径のほぼ２倍の大きさに相当する。ここで、「ボーア半径」とは励起子の存在確率の広がりを示すもので、４πεｈ2/ｍｅ2(ただし、εは誘電率、ｈはプランク定数、ｍは有効質量、ｅは電荷素量を表わす)で表わされる。ＧａＮのボーア半径は３ｎｍ程度、ＩｎＮでは７ｎｍ程度である。このように、本発明の第一の蛍光体および第二の蛍光体においては、コアとしてボーア半径の２倍以下の大きさを有する微結晶であると、量子効果による発光効率が増大するという利点がある。また、コアの粒径が小さくなるほど量子効果が顕著となり、特にボーア半径の３／２倍以下であれば発光効率が顕著に増大するので好ましい。一方、量子効果が大きくなり過ぎると、コア粒径によって発光波長が大きく変化し制御が困難となるため、ボーア半径の１／２以上であることが好ましい。
なお、本発明の第一の蛍光体および第二の蛍光体におけるコアは、その形状に特に制限はなく、球状、直方体状、多角形体状あるいは空孔や突起を有していてもよいが、電子の閉じ込めが空間的に等方性を有する理由から、球状であるのが好ましい。ここで、「球状」は、コアのアスペクト比（最小長さに対する最大長さの比）が１〜２であることを指す。また、本発明におけるコアは前記のように球状には限定されるものではないが、この場合、本明細書中におけるコアの「粒径」とは、コアを形成する微粒子結晶の最長辺に垂直な二方向の長さの平均をいうものとする。かかるコアの粒径は、透過型電子顕微鏡を用いてコアを形成する微粒子結晶の形状を観察し、上述した所定の寸法を測定するというような手順によって見積もることができる。
また、本発明の第一の蛍光体および第二の蛍光体は、いずれも、シェルの粒径が１μｍ以上であるのが好ましく、５μｍ以上であるのがより好ましい。一般に、蛍光体結晶表面近傍は表面準位による結合が顕著なため、粒径が小さくなると一次光の吸収効率が減少したり、コアへのエネルギ遷移が損なわれたりする。シェルの粒径が１μｍ以上であれば、表面欠陥の面積比が減少して吸収効率が向上し、またコアへの遷移エネルギが損なわれることがない。よって、光変換効率を向上させることができる。ここで、本発明の第一の蛍光体および第二の蛍光体において、シェルは、コアの全表面を覆ってなるように形成されてなるのが好ましいが、上述した本発明の効果を奏するのであれば、コアが一部露出した状態でコアの表面を覆ってなるように形成されてもよい。また、シェルの重心は、コアの重心と必ず一致している必要はない。ここで、本明細書中におけるシェルの「粒径」とは、コアと当該コアを覆うシェルとの二層構造を備える蛍光体における、蛍光体自体の粒径を指すものとする。
また、前記シェルの粒径は、１００μｍ以下であるのが好ましく、１０μｍ以下であるのがより好ましい。前記シェルの粒径が１０μｍを超えると、蛍光体結晶が大きくなるため、混色が均一に行われにくく、色ムラを生じやすくなる傾向にある。また、シェルの粒径が１００μｍを超えると、コアからの発光が外部へ放射されるまでにシェル内部で損失を受け、発光効率が著しく低下することがある。
また、第一の蛍光体および第二の蛍光体は、シェルおよびコアのいずれとも異なる材料によってシェルの表面が被覆あるいは吸着されてなるのが好ましい。ここで「被覆」とは、前記シェルおよびコアのいずれとも異なる材料によってシェルの表面が覆われてはいるが、前記シェルと前記シェルおよびコアのいずれとも異なる材料の間の化学的・物理的相互作用については規定されないという状態を指し、また「吸着」とは、前記シェルおよびコアのいずれとも異なる材料によってシェルの表面が覆われており、かつ前記シェルと前記シェルおよびコアのいずれとも異なる材料の間に何らかの化学的・物理的相互作用が存在するという状態を指す。
図５は、シェルおよびコアのいずれとも異なる材料にてシェルの表面が被覆または吸着されてなる本発明の蛍光体（具体的には、ＩｎＮにて形成されたコアと、当該コアを覆うＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎにて形成されたシェルと、シェル表面に吸着されたＳｉＯ2の層とを備える赤色蛍光体）について、シェルの粒径を変化させて発光効率を測定した結果を示すグラフである。上述したように、本発明の第一の蛍光体および第二の蛍光体については、シェルの粒径が１μｍ以上であるのが好ましい。しかしながら図５に示すように、前記シェルおよびコアのいずれとも異なる材料にてシェルの表面が被覆または吸着されてなる蛍光体では、シェルの粒径が１μｍ未満であっても、発光効率の顕著な低下がみられないことが判る。この理由は、シェルの表面を被覆またはシェルの表面に吸着した前記シェルおよびコアのいずれとも異なる材料によって、シェル表面の欠陥が封止されたためであると考えられる。このように、シェルおよびコアのいずれとも異なる材料によってシェルの表面が被覆あるいは吸着されてなると、シェルの粒径が小さい場合であっても発光効率が向上され、好ましい。
上述のようにシェルおよびコアのいずれとも異なる材料によってシェルの表面が被覆あるいは吸着されてなることによって、異種材料により表面欠陥がターミネートされているので、吸収した光エネルギを損なうことなくコアへ遷移させることができる。これによって、第一の蛍光体および第二の蛍光体の発光効率が向上される。特に、第一の蛍光体および第二の蛍光体のシェル粒径が１μｍ以下である場合には、表面欠陥によるエネルギ損失を抑止する効果が大きく、量子効果により吸収効率が向上するので、発光効率が飛躍的に向上される。
前記第一の蛍光体および第二の蛍光体の表面を被覆するシェルおよびコアのいずれとも異なる材料としては、たとえば、ＳｉＯ2、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｙ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ3、ＭｇＯなどの無機酸化物、メタクリル酸、アクリル酸、ラウリルリン酸、トリメトキシシランなどの有機分子などが挙げられる。中でも、欠陥抑制効果が高く、また有機材料に比べ熱や長時間の光照射などに対する耐久性が高いため、光変換効率が高く信頼性に優れた蛍光体を得ることができ、また形成が容易であることから、前記シェルおよびコアのいずれとも異なる材料は無機酸化物が好ましい。また、無機酸化物の中でも、ＳｉＯ2にて第一の蛍光体および第二の蛍光体の表面を被覆または吸着すると、製法が簡便でコストが低く、また蛍光体の発光を吸収するなどの悪影響がないというような利点があるため、特に好ましい。
前記シェルおよびコアのいずれとも異なる材料によるシェル表面への被覆または吸着の方法は、特に制限されるものではなく、材料に応じて、従来公知の適宜の手法を選択することができる。たとえば、シェルおよびコアのいずれとも異なる材料としてＳｉＯ2を用いる場合には、コアおよびシェルの二層構造の蛍光体に、３−メルカプトプロピルトリメトキシシランとクエン酸ナトリウムとを加えて表面反応させることによって、シェルの表面に吸着させることができる。
本発明の第一の蛍光体、第二の蛍光体におけるコアを形成する材料としては、当分野において蛍光体のコア形成材料として従来より広く用いられている適宜の材料を特に制限なく用いることができる。かかるコアの形成材料としては、たとえば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ−ＩＶ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などが挙げられる。中でも、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体またはＩＩ−ＶＩ族半導体は、その多くが可視域に相当する１〜３ｅＶバンドギャップを有し、混晶化やサイズ制御によってそのバンドギャップを所望の範囲に制御することができ、また、発光特性に優れた直接遷移型材料であり、さらには高純度な微結晶を再現良く大量に製造することができ、結果として高い発光効率で生産性に優れた蛍光体を得ることができることから、好ましい。
また、本発明の第一の蛍光体、第二の蛍光体におけるコアは、少なくともＩｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、または、少なくともＺｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体で形成されてなるのが好ましい。少なくともＩｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にてコアを形成すると、混晶化によってバンドギャップをおよそ１〜３ｅＶの広範囲にわたって簡便に制御することができ、可視発光を容易に実現し得るという利点がある。ここで、ＩＩＩ族元素にはＩｎの他にＡｌが含まれていてもよく、またＶ族元素にはＮ、Ａｓ、Ｐなどが含まれていてもよい。また、少なくともＺｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体にてコアを形成しても、上記少なくともＩｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の場合と同様に、可視発光を容易に実現し得るという利点がある。ここで、ＩＩ族元素にはＺｎの他にＣｄ、Ｔｅが含まれていてもよく、またＶＩ族元素にはＳ、Ｓｅ、Ｏから選ばれる少なくとも１種が含まれていてもよい。
前記少なくともＩｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、具体的には、ＩｎＮ、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＢＮ、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓが例示される。また、前記少なくともＺｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体としては、具体的には、ＺｎＯ、ＺｎＣｄＯ、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＣｄＭｇＯ、ＺｎＴｅ、ＺｎＣｄＴｅ、ＺｎＭｇＴｅ、ＺｎＭｇＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＣｄＳ、ＺｎＭｇＳ、ＺｎＣｄＭｇＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＭｇＳｅ、ＺｎＣｄＭｇＳｅ、ＺｎＭｇＣｄＳＳｅＴｅが例示される。中でも、量子効果を好適に発揮し得る観点からは、コアが２．０ｅＶより小さなバンドギャップを有し、ＡｓやＣｄなどの環境有為物質を含まないことが好ましいが、かかる条件を満たすことから、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）がコア形成材料として特に好ましい。
本発明の第一の蛍光体、第二の蛍光体におけるシェルを形成する材料としては、コアよりも大きなバンドギャップを有する材料であれば、当分野において蛍光体のシェル形成材料として従来より広く用いられている適宜の材料を特に制限なく用いることができる。かかるシェルの形成材料としては、たとえば、ＩＩＩ族窒化物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ−ＩＶ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などが挙げられる。中でも、ＩＩＩ族窒化物半導体またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体が、励起光として用いる青色波長かそれ以上に相当する２．８ｅＶ以上のバンドギャップを有し、混晶化やサイズ制御によってそのバンドギャップを所望の範囲に制御することができ、また、光吸収特性に優れた材料であり、さらには高純度な微結晶を再現よく大量に製造することができ、結果として高い光吸収効率で生産性に優れた蛍光体を得ることができるという理由により、好ましい。
また、本発明の第一の蛍光体、第二の蛍光体におけるシェルは、少なくともＧａを含むＩＩＩ族窒化物半導体、または、少なくともＺｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体で形成されてなるのが好ましい。少なくともＧａを含むＩＩＩ族窒化物半導体にてシェルを形成すると、混晶化によってバンドギャップをおよそ２．８ｅＶ以上の広範囲にわたって簡便に制御することができ、青色〜紫外域の励起光吸収を容易に実現し得るという利点があるためであり、また、少なくともＺｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体にてシェルを形成すると、上記少なくともＩｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体の場合と同様に、青色〜紫外域の励起光光吸収を容易に実現し得るという利点があるためである。
前記少なくともＧａを含むＩＩＩ族窒化物半導体としては、具体的には、ＧａＮ、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＢＮが例示される。また、前記少なくともＺｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体としては、具体的には、ＺｎＯ、ＺｎＣｄＯ、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＣｄＭｇＯ、ＺｎＳ、ＺｎＣｄＳ、ＺｎＭｇＳ、ＺｎＣｄＭｇＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＭｇＳｅ、ＺｎＣｄＭｇＳｅ、ＺｎＭｇＣｄＳＳｅＴｅが例示される。中でも、青〜紫外域の励起光吸収を好適に発揮し得る観点からは、コアが２．８ｅＶより大きなバンドギャップを有し、ＡｄやＣｄなどの環境有為物質を含まないことが好ましいが、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）がシェル形成材料として特に好ましい。
本発明の第一の蛍光体および第二の蛍光体は、コアおよびシェルが、生産効率、コストの面から、ともにＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）にて形成されるのが好ましい。ＩｎＧａＮは、前記化合物半導体の中で最も安定かつ信頼性に優れる。よって、コアおよびシェルを構成する材料が共にＩｎＧａＮ系半導体であれば、前記可視域を網羅出来る上、信頼性が高く環境負荷が低いという利点がある。また、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体と比較して、化学的に安定で信頼性が高いという利点もある。
本発明の第一の蛍光体および第二の蛍光体を基板上に形成する場合、基板としては、当分野において従来より広く用いられているサファイア基板、ＳｉＣ基板、石英ガラス基板などを特に制限なく用いることができる。中でも、低コストである理由により、石英ガラス基板上に形成されるのが好ましい。また、蛍光体の形成が低温で行える場合には、プラスチック基板や樹脂フィルム上へ形成してもよい。
蛍光体の基板上への形成は、たとえば、サファイア基板上に蛍光体を形成する場合、レーザアブレーション法を利用することにより行うことができる。具体的には、ターゲットとしてＩｎＮおよびＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ焼結体を用い、ＫｒＦエキシマレーザを用いてＩｎＮターゲットおよびＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎターゲットを交互にアブレーションし、レーザの光出力とアブレーションのタイミングなどを制御して、コアとなるＩｎＮが所望の粒径で飛散しサファイア基板に到達するまでに、シェルとなるＩｎＧａＮがコアを被覆するようにすることで、サファイア基板上に蛍光体を形成することができる。
また、基板上への形成のみならず、形成した蛍光体を微粒子粉体として回収し、樹脂中へ分散させた後に整形するなどの方法で、線状あるいは点状の発光体を構成することができる。レーザアブレーション法にて蛍光体微粒子粉末を回収する具体的な方法としては、基板に代わり集塵フィルタを設置することにより可能である。
なお、蛍光体の形成方法は、上記レーザアブレーション法に限定されるものでは勿論なく、ガスソースＭＢＥ法（たとえば、金属Ｉｎおよび金属ＧａとＮプラズマを用いる）や、化学合成法（たとえば、ＩｎＣｌ3およびＧａＣｌ3とＬｉ3Ｎなどを用いる）など、従来公知の適宜の方法により好適に形成することができる。
また本発明は、赤色蛍光体と緑色蛍光体とが媒質中に均一に分散され、赤色蛍光体および緑色蛍光体が青色の励起光を吸収して二次光を発することにより、全体として白色発光を呈する発光装置であって、前記赤色蛍光体が、量子効果を有する粒径のコアと、前記コアを覆うシェルとの二層構造を備え、前記コアの基底エネルギが１．８５〜２．０５ｅＶの範囲にあって、前記コアの高次エネルギが２．３〜２．５ｅＶおよび２．６５〜２．８ｅＶの範囲にないもの（すなわち、上述した本発明の第一の蛍光体）であり、前記緑色蛍光体が、量子効果を有する粒径のコアと、当該コアを覆うシェルの二層構造を備え、コアの基底エネルギが２．３〜２．５ｅＶの範囲にあって、コアの高次エネルギが２．６５〜２．８ｅＶの範囲にないもの（すなわち、上述した本発明の第二の蛍光体）であることを特徴とする、発光装置をも提供する。このような本発明の発光装置においては、上述したようなその高次エネルギが緑色および青色発光を吸収しないように設計された第一の蛍光体を赤色蛍光体として用い、かつ、その高次エネルギが青色発光を吸収しないように設計された第二の蛍光体を緑色蛍光体として用いることで、混色による白色発光において緑および青色の発光強度が損なわれず、エネルギ変換効率と色純度と演色性に優れた白色発光を呈する発光装置を得ることができる。
本発明の発光装置は、前記励起光を発する光源として、３８０〜４２０ｎｍにピーク波長を有しＩＩＩ族窒化物半導体またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体にて形成された発光素子（青色発光素子）をさらに備えるのが好ましい。さらには、４００〜４１０ｎｍにピーク波長を有しＩＩＩ族窒化物半導体にて形成された発光素子であればより好ましい。ＩＩＩ族窒化物半導体またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、３００〜５００ｎｍにおよぶ広範囲の紫外〜青緑色発光を高効率に得ることができる。これらの青色発光素子を励起光源に用いるとともに、赤・緑色の二次光とも混色することにより、色純度に優れた白色発光を実現出来る。更に励起光源に３８０ｎｍ以短の紫外光成分を含まないので、分散媒質などに用いる樹脂の劣化が軽減し、信頼性に優れた発光装置を得ることができる。特に、ＩＩＩ族窒化物半導体はＩＩ−ＶＩ族化合物半導体に比べ、発光効率および信頼性に優れており、４００〜４１０ｎｍのピーク発光波長範囲では発光効率が特に高く、励起光源として好ましい。
前記ＩＩＩ族窒化物半導体としては、具体的には、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）、ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）、ＩｎＧａＡｌＮが例示される。また、前記ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体としては、具体的には、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＭｇＯ、ＺｎＣｄＯ、ＺｎＭｇＯ、ＣｄＭｇＯ、ＭｇＣｄＺｎＯ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＭｇＳ、ＺｎＣｄＳ、ＺｎＭｇＳ、ＺｎＣｄＭｇＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＭｇＳｅ、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＭｇＳｅ、ＣｄＭｇＳｅ、ＺｎＣｄＭｇＳｅ、ＺｎＭｇＣｄＳＳｅＴｅ、ＺｎＭｇＳＳｅが例示される。中でも、青〜紫外域の励起光を高効率に発し、ＡｓやＣｄなどの環境有為物質を含まないことから、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子形成材料として特に好ましい。中でも、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）は、３８０〜４２０ｎｍの青紫色発光における外部量子効率が、他の波長や他の半導体に比べて高いため、発光素子の発光層材料として特に好ましい。
本発明の発光装置における発光素子は、自然放出光を用いた発光ダイオード素子に制限されるものではなく、ＳＬＤ(スーパールミネッセントダイオード)や、誘導放出光を用いた半導体レーザ素子を用いてもよい。特に半導体レーザ素子はスペクトル線幅が狹く、ピーク波長を発光素子の外部量子効率および蛍光体の励起効率が最大となる波長に合わせ込むことにより、エネルギ変換効率の極めて高い発光装置を実現することができるという利点を有する。
なお、３８０ｎｍ以下の紫外域にピーク波長を有する紫外発光素子を励起光の光源として用いることもできる。しかしながら、（１）短波長励起光源として可搬性・省電力性および信頼性に最もすぐれているのはＧａＮ系半導体発光素子であり、この材料は３８０〜４２０ｎｍの発光波長において最も高い外部量子効率を有する、（２）励起光が紫外光を含むと、蛍光体分散媒質として適している汎用的な有機樹脂(例えば、エポキシ、アクリル樹脂など)が紫外線によって劣化しやすいため、これを用いた発光装置の信頼性が低下する、などの理由により、紫外発光素子を励起光源に用いることは好ましくない。すなわち、本発明の発光装置において励起光を発するための光源としては、上述したような３８０〜４２０ｎｍにピーク波長を有する青色発光素子が最も適しており、この励起光を効率的に吸収するようにシェルのバンドギャップを設定することが好ましい。
また、本発明の発光装置においては、量子効果を有する粒径のコアと、当該コアを覆うシェルとの二層構造を備え、コアの基底エネルギが２．６５〜２．８ｅＶの範囲にある青色蛍光体を前記媒質中に含んでなるのが好ましい。本発明の発光装置においては、上述した励起光源が青色発光を兼ねるように構成することも可能ではあるが、演色性のよい青色波長と外部量子効率が最も高い半導体素子発光波長とが一致していない場合、発光装置としての効率は低減する。また、この場合には蛍光体に吸収させる光と、吸収させずに散乱させて赤・緑色発光と混色させる光の割合を制御する必要がある。励起光源とは独立して、前記青色蛍光体を媒質中に含むことにより、光吸収／散乱を制御する必要がなく、媒質中の蛍光体充填度を上げることができる。また、励起光源を外部量子効率の高い波長に最適化しても演色性を損わない。したがって、発光効率と生産性に優れた発光装置を得ることができる。
本発明の発光装置における前記媒質は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂のうちから選ばれる少なくともいずれかを含む有機樹脂であることが好ましい。赤色蛍光体および緑色蛍光体を分散させる媒質が有機樹脂であることにより、赤色蛍光体および緑色蛍光体の分散性と加工性に優れた媒質を実現できる。またエポキシ樹脂を用いると、吸湿性が低く寸法安定性に優れた媒質とすることができる利点があり、アクリル樹脂を用いると、可視光の透過性が高い媒質とすることができる利点がある。さらに、シリコン樹脂またはポリカーボネート樹脂を用いると、青紫色発光に対する耐久性に優れた媒質とすることができる利点がある。勿論、媒質は上述した有機樹脂を組み合わせて用いてもよく、たとえば励起光源側にはシリコン樹脂を、反対側の光放射面にはエポキシ樹脂を用いた二層構造とすることによって、励起光の短波長成分および外気のいずれに対しても耐久性が向上された媒質を実現することができる。
また、本発明の発光装置における前記媒質は、上述したような有機樹脂に換えて、ガラスであってもよい。ガラスは有機樹脂と比較して光透過性と耐久性が格段に優れるという利点があり、また、蛍光体の分散性にも優れ安価であるので、信頼性に優れた発光装置を低コストで製造することができるという利点がある。
媒質中における赤色蛍光体と緑色蛍光体の充填度とその割合は、蛍光体からの赤色発光および緑色発光が励起光の青色発光の散乱成分と混色されて白色発光を呈するように調整される。たとえば、媒質がエポキシ樹脂である場合、全蛍光体の充填度は重量比で５％〜５０％であるのが好ましく、このうち赤色蛍光体の割合は重量比で３０％〜８０％であるのが好ましく、緑色蛍光体の割合は重量比で３〜３０％であるのが好ましい。
また、本発明の発光装置において、発光素子と媒質との間の距離は、近いほど発光効率が高くなるため発光素子と媒質とが接するように設けてもよい。また、発光素子からの発熱により媒質が劣化するのを防ぐために、発光素子と媒質との間に間隙を設けてもよく、またＡｌＮやＳｉＣなどで構成された光透過性の熱伝導材を間に設けてもよい。
前記媒質は、前記一次光および／または前記二次光を散乱し混色する光拡散材を含むのが好ましい。光拡散材は、自身は光を吸収せず散乱させる働きを有し、媒質中の赤色発光、緑色発光および青色発光を均一に混色する働きを有するものである。かかる光拡散材としては、従来公知のたとえばＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ポリスチレン粒子などが挙げられ、中でも耐久性に優れ低コストで蛍光体の発光を吸収しない理由から、ＳｉＯ２粒子が好ましい。媒質がこのような光拡散材を含むことによって、二次光が混色されやすくなり、結果として白色光の色ムラが抑えられ、白色光の視認性が向上されるという利点がある。
図６は、本発明の好ましい第一の例の発光装置１００を簡略化して示す構造断面図である。図６に示す例の発光装置１００においては、支持基板１０１上に、励起光を発する光源としての発光素子１０２が配置され、その上に前記赤色蛍光体（本発明の第一の蛍光体）１０３と緑色蛍光体（本発明の第二の蛍光体）１０４とを均一に分散させた板状の媒質１０５が配置される。本発明の発光装置における発光素子１０２の大きさおよび配置は、特に制限はされないが、図６にはたとえば３００μｍ角の大きさの青色発光ダイオードを用い、５０μｍの等間隔でアレイ状に配置されてなる例を示している。支持基板１０１としては、アレイ状の発光素子、ならびに、赤色蛍光体および緑色蛍光が分散された媒質を支持することができるならば、その材質は任意のものを用いることができ、たとえばガラス、プラスチック、セラミックスなどを用いてよい。また、サファイアなどＩＩＩ族窒化物半導体のエピタキシャル成長用基板を支持基板１０１に用いることもでき、発光素子をアレイ状に作り付けた基板をそのまま支持基板として用いれば、発光素子の配置および配線の手間を大幅に省くことができる。また図６に示す例においては、発光素子１０２を仕切る隔壁１０６が設けられる。隔壁１０６は、当該隔壁１０６に入射した光が蛍光体を含む媒質に向けて高効率に反射されるように、その表面がたとえばＡｌ、Ｐｔ、Ａｇなどの光反射率の高い材料にて形成されるのが好ましい。
また図７は、本発明の好ましい第二の例の発光装置２００を簡略化して示す構造断面図である。図７に示す例においては、支持基板が３８０〜４２０ｎｍの光を透過するようにすると共に表面が所定の凹凸２０２が形成された、導光機能を有する支持基板（導光板）２０１とする以外は、図６に示した発光装置１００と同様の構成を備える。そして、励起光の光源である発光素子２０３として発振ピーク波長４２０ｎｍの面発光型ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子を用い、導光板２０１の側面から励起光を照射するように構成された面発光型白色発光装置として実現される。このような構成の発光装置２００によれば、図６に示した発光装置１００とは異なり励起光源を面状に多数配置する必要がないという利点をさらに有し、好ましい。
図８は、本発明の好ましい第三の例の発光装置３００を簡略化して示す構造断面図である。図８に示す例においては、前記と同様の導光板３０１を介して（すなわち、励起光を発する光源を介して）媒質３０２と対向するように、励起光および／または二次光を反射する反射板３０３が設けられてなる以外は、図７に示した発光装置２００と同様の構成を備える。このように非出射面である励起光源の、媒質側とは反対側に、上記の如き反射板３０３が設けられてなることによって、励起光源から媒質側と反対側に出射した光を反射させて媒質側へ導くことができる。また反射板は、二次光も同様に反射するので、散乱や損失を抑えて出射方向に集光させることができる。結果として、図７に示した場合と比較して、エネルギ効率がより向上される。
反射板３０３の形成材料としては、前記励起光および／または二次光を反射し得るものであれば特に制限されるものではないが、可視光全般の反射率が高いＡｇ、ＰｔまたはＡｌなどの金属材料を用いるのが好ましい。また、適宜の樹脂、ガラス、セラミックスなどで形成された支持板上に前記金属材料をコーティングして、反射板を形成するようにしてもよい。
図９は、本発明の好ましい第四の例の発光装置４００を簡略化して示す構造断面図である。図９に示す例においては、励起光の光源としてのアレイ状に配置された発光素子（青色発光ダイオード）４０１と媒質４０２との間に、前記励起光を透過し且つ前記二次光を遮蔽する光学膜（光学フィルタ）４０３が設けられてなる以外は、図６に示した例の発光装置１００と同様の構成を備える。かかる光学膜４０３がさらに設けられてなることによって、励起効率を損うことなく、二次光が励起光源側に出射あるいは散乱されて損失となるのを防ぎ、出射効率を向上できる。
前記光学膜４０３としては、波長３８０ｎｍ未満の紫外光を遮蔽するものであることが好ましい。３８０ｎｍ未満の紫外光を遮蔽する光学膜４０３が設けられてなることにより、励起光源スペクトルの裾部に若干含まれる紫外光成分を遮蔽することができる。このような紫外光成分は、蛍光体励起には寄与せず、また媒質や光学膜自身が有機樹脂で形成されてなる場合には、劣化する要因となる。また光学膜４０３を設けてなることによって、蛍光体からの二次光が励起光源側へ放射されて損失となるのを防止することができる。すなわち、本構成によって、発光装置の発光効率を向上させることができるとともに、信頼性についても格段に向上させることができる。
前記光学膜４０３は、さらには、波長３８０〜４２０ｎｍの光のみを透過し、それ以外の波長の光を反射するような機能を有するものであるのが好ましい。これによりさらに、蛍光体を効率的に励起するというような利点が発揮される。
このような光学膜を形成する材料としては、特に制限はなく、従来公知の適宜の材料を挙げることができる。たとえば、ＣａＦ2、ＭｇＦ2、ＺｎＳｅなどの光学フィルタ材料をコーティングしたポリカーボネートやポリエステルなどの有機樹脂や、誘電体多層膜を積層したガラス基板などが挙げられる。中でも、低コストで信頼性が高いなどの理由から、ＭｇＦ2をコーティングしたガラス基板にて形成された光学膜が好ましい。
図１０は、本発明の好ましい第五の例の発光装置５００を簡略化して示す構造斜視図である。図１０に示す例の発光装置５００においては、波長変換部としてコア５０２とクラッド５０３を有する光ファイバ５０１を用い、コア５０２を導波する励起光の一部がクラッド５０３側へ漏曳する構造を有すると共に、クラッド５０３に上述した赤色蛍光体（本発明の第一の蛍光体）および緑色蛍光体（本発明の第二の蛍光体）を分散させた構成を備えるものである。すなわち、図１０に示す例の発光装置５００においては、媒質として光ファイバ５０１のクラッド５０３を利用したものであり、このような構成の発光装置５００も本発明の発光装置に包含される。光ファイバ５０１としては、従来公知の適宜のものを用いることができ、特に制限はされないが、蛍光体を簡便に分散させることができるなどの理由から、コア５０２がＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）などのアクリル系樹脂にて形成され、クラッド５０３がフッ化ビニリデンやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素系樹脂にて形成された光ファイバ５０１を用いるのが好ましい。また、フッ化物ガラスやボロンガラス、シリカなどのガラスファイバを用いても本発明の効果を得ることができる。クラッド５０３には、上述した青色蛍光体や光拡散材が、さらに含有されていてもよい。
発光装置５００においては、励起光の光源である発光素子５０４としては、発振ピーク波長４０５ｎｍの端面発光型ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子を用いるのが好ましい。なお、発光素子としての形態は、発光ダイオード素子や面発光型半導体レーザ素子であってもよい。発光装置５００においては、光ファイバ５０１とＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子５０４の間に、レンズ５０５などを設けると、結合効率が向上され、好ましい。また、励起光の光源をカップリングさせる光ファイバの反対側には、励起光の光源を反射する反射板５０６を設けるのが好ましい。
図１０に示した例の発光装置５００は、線状白色光源として用いることが出来、従来の蛍光灯に代わる照明光源や、あるいはこれを編み込んでフレキシブルな面状光源としても用いることができる。
図１１は、本発明の好ましい第六の例の発光装置６００を簡略化して示す構造断面図である。図１１に示す例の発光装置６００は、カップ状のリードフレーム６０１に設置された、励起光の光源としての発光素子６０２を、上述した赤色蛍光体６０３（本発明の第一の蛍光体）および緑色蛍光体６０４（本発明の第二の蛍光体）を分散させた媒質６０５であるエポキシ樹脂にて封止してなる構成を備える。媒質６０５には、上述した青色蛍光体や光拡散材が、さらに含有されていてもよい。
発光装置６００において、励起光の光源である発光素子６０２としては、発振ピーク波長４０５ｎｍの端面発光型ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子を用いるのが好ましい。なお、発光素子としての形態は、面発光型あるいは端面発光型の半導体レーザ素子であってもよい。
図１１に示した例の発光装置６００は、点状白色光源として用いることができ、これを複数組み合わせて線状あるいは面状光源として用いることができる。この場合、上述してきた本発明の面状あるいは線状発光装置と比較して、小型化および形状複雑化が可能である。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜実施例１＞
実施例１においては、ＩＩＩ族窒化物系半導体を用いた赤色蛍光体に本発明を適用した例を示す。
ＩｎＮにて形成された粒径１３ｎｍのコアと、当該コアを覆うＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎにて形成されたシェルとの二層構造を備える蛍光体を作成した（以下、かかるコアおよびシェルが共にＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）により形成されてなる蛍光体を「ＩｎＧａＮ蛍光体」と呼称する。）。本実施例では、ＩｎＧａＮ蛍光体はレーザアブレーション法によってサファイア基板に堆積させて形成した。具体的には、ターゲットとしてＩｎＮおよびＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ焼結体を用い、ＫｒＦエキシマレーザを用いてＩｎＮターゲットとＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎターゲットを交互にアブレーションし、レーザの光出力とアブレーションのタイミングなどを制御して、コアとなるＩｎＮが所望の粒径で飛散しサファイア基板に到達するまでに、シェルとなるＩｎＧａＮがコアを被覆するようにした。こうして得られたＩｎＧａＮ蛍光体について発光スペクトルを測定したところ、蛍光ピーク波長６２０ｎｍの赤色発光が得られた。
かかる実施例１のＩｎＧａＮ蛍光体を、ピーク波長４５０ｎｍの青色発光ダイオード素子およびピーク波長５２５ｎｍの緑色発光ダイオード素子と共に混色したところ、白色発光を得ることができた。このＩｎＧａＮ蛍光体を構成するＩｎＮコアのみについて吸収スペクトルを測定したところ、図２に示すように、６０５ｎｍおよび５８５ｎｍに吸収が見られるが、これらはいずれも青色および緑色発光ダイオード素子の発光波長から外れており、青色および緑色の発光をコアが吸収しないので所望の色バランスが得られたことが判った。
＜比較例１＞
Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｎにて形成された粒径６ｎｍのコアを用いた以外は実施例１と同様にしてＩｎＧａＮ蛍光体を作製した。こうして得られた比較例１のＩｎＧａＮ蛍光体について実施例１と同様に発光スペクトル測定を行ったところ、蛍光ピーク波長６２０ｎｍの赤色発光が得られた。
次に、実施例１と同様に、比較例１のＩｎＧａＮ蛍光体について、ピーク波長４５０ｎｍの青色発光ダイオード素子およびピーク波長５２５ｎｍの緑色発光ダイオード素子と共に混色したところ、白色発光を得ることができなかった。このＩｎＧａＮ蛍光体を構成するＩｎＧａＮコアのみについて吸収スペクトルを測定したところ、図２に示すように、５４０ｎｍに吸収をもち、緑色発光ダイオードの光を吸収してしまう。すなわち、比較例１の構造では、白色発光を得られるように設計しても、緑色発光が赤色蛍光体のコアに吸収されてしまうため発光強度が低下し、色バランスが変化してしまうことが判った。このような光吸収の原因は、比較例１においてコアの高次準位に対応するエネルギが緑色発光の光エネルギと一致しているためと考えられる。
＜実施例２＞
ＩｎＮにて形成された粒径１４ｎｍのコアと、当該コアを覆うＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎにて形成された粒径３μｍのシェルとの二層構造を備える蛍光体に、さらに３−メルカプトプロピルトリメトキシシランとクエン酸ナトリウムを加えて表面反応させ、シェルの表面にＳｉＯ2分子を吸着させた。本実施例でも、実施例１と同様にして、ＩｎＧａＮ蛍光体はレーザアブレーション法によってサファイア基板に堆積させて形成した。
こうして得られた実施例２のＩｎＧａＮ蛍光体では、シェルの粒径が１μｍ以下であっても、発光効率の顕著な低下がみられず、実施例１のＩｎＧａＮ蛍光体と比較して、発光効率が向上された。
＜実施例３＞
実施例１においては、ＩＩＩ族窒化物系半導体を用いた緑色蛍光体に本発明を適用した例を示す。
Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎにて形成された粒径１０ｎｍのコアと、当該コアを覆うＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎにて形成された粒径１．２μｍのシェルとの二層構造を備える蛍光体（ＩｎＧａＮ蛍光体）を作成した。本実施例でも、実施例１と同様にして、ＩｎＧａＮ蛍光体はレーザアブレーション法によってサファイア基板に堆積させて形成した。こうして得られたＩｎＧａＮ蛍光体について発光スペクトルを測定したところ、蛍光ピーク波長５３０ｎｍの緑色発光が得られた。
かかる実施例１のＩｎＧａＮ蛍光体を、ピーク波長４５０ｎｍの青色発光ダイオード素子およびピーク波長６２５ｎｍの赤色発光ダイオード素子と共に混色したところ、白色発光を得ることができた。このＩｎＧａＮ蛍光体を構成するＩｎＧａＮコアのみについて吸収スペクトルを測定したところ、吸収線は５０５ｎｍおよび５２５ｎｍにあり、コアが青色発光を吸収しないので所望の色バランスが得られたことが判った。
＜比較例２＞
Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｎにて形成された粒径５ｎｍのコアを用いた以外は実施例１と同様にしてＩｎＧａＮ蛍光体を作製した。こうして得られた比較例２のＩｎＧａＮ蛍光体について実施例１と同様に発光スペクトル測定を行ったところ、蛍光ピーク波長５３０ｎｍの緑色発光が得られた。
次に、実施例１と同様に、比較例２のＩｎＧａＮ赤色蛍光体について、ピーク波長４５０ｎｍの青色発光ダイオード素子およびピーク波長６２５ｎｍの赤色発光ダイオード素子と共に混色したところ、白色発光を得ることができなかった。かかるＩｎＧａＮ蛍光体を構成するＩｎＧａＮコアのみについて吸収スペクトルを測定したところ、波長４５０ｎｍに吸収を持ち、青色発光ダイオード素子の光を吸収してしまうことが判った。比較例２における光吸収の原因は、比較例1の場合と同じく、ＩｎＧａＮコア１の高次に対応するエネルギが青色発光の光エネルギと一致しているためと考えられる。
＜実施例４＞
実施例４においては、ＩＩ−ＶＩ族化合物系半導体を用いた赤色蛍光体に本発明を適用した例を示す。
ＣｄＳｅにて形成された粒径８ｎｍのコアと、当該コアを覆うＺｎＳｅに形成された粒径１．２μｍのシェルとの二層構造を備える蛍光体を作成した（以下、かかる蛍光体を「ＺｎＣｄＳｅ蛍光体」と呼称する。）。本実施例では、実施例１と同様に、ＺｎＣｄＳｅ蛍光体はレーザアブレーション法によってサファイア基板に堆積させて形成した。こうして得られたＺｎＣｄＳｅ蛍光体について発光スペクトルを測定したところ、蛍光ピーク６４０ｎｍの赤色発光が得られた。
かかる実施例４のＺｎＣｄＳｅ蛍光体を、ピーク４５０ｎｍの青色発光ダイオード素子およびピーク波長５２５ｎｍの緑色発光ダイオード素子と共に混色したところ、白色発光を得ることができた。このＺｎＣｄＳｅ蛍光体を構成するＣｄＳｅコアのみについて吸収スペクトルを測定したところ、吸収線は６２０ｎｍおよび６００ｎｍにあり、緑色発光をコアが吸収しないので、所望の色バランスが得られたことが判った。
＜比較例３＞
Ｚｎ0.5Ｃｄ0.5Ｓｅにて形成された粒径３．５ｎｍのコアを用いた以外は実施例１と同様にしてＺｎＣｄＳｅ蛍光体を作製した。こうして得られた比較例３のＺｎＣｄＳｅ蛍光体について実施例１と同様に発光スペクトル測定を行ったところ、蛍光ピーク波長６４０ｎｍの赤色発光が得られた。
次に、実施例１と同様に、比較例３のＺｎＣｄＳｅ蛍光体について、ピーク波長４５０ｎｍの青色発光ダイオード素子およびピーク波長５２５ｎｍの緑色発光ダイオード素子と共に混色したところ、白色発光を得ることができなかった。かかるＺｎＣｄＳｅ蛍光体を構成するＺｎＣｄＳｅコアのみについて吸収スペクトルを測定したところ、波長５２５ｎｍに吸収を持ち、コアが緑色発光ダイオード素子の光を吸収してしまうことが判った。
＜実施例５＞
本実施例では、実施例１のＩｎＧａＮ蛍光体（赤色蛍光体）および実施例３のＩｎＧａＮ蛍光体（緑色蛍光体）を用いて、図６に示したような発光装置１００を作製した。支持基板１０１としては、石英ガラスを用いた。発光素子１０２としては、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成されたピーク波長４２０ｎｍの青色発光ダイオード素子であって、３００μｍ角の大きさのものを、５０μｍの等間隔でアレイ状に配置した。また、発光素子１０２間は、Ａｌで形成された隔壁１０６にて仕切るようにした。媒質１０５としては板状のエポキシ樹脂を用い、このエポキシ樹脂中に前記赤色蛍光体および緑色蛍光体を分散させた（蛍光体の充填度：重量比で７０％、赤色蛍光体の割合：重量比で５５％；緑色蛍光体の割合：重量比で１２％）。
このような発光装置１００の発光素子１０２に電流を流して装置を駆動させたところ、媒質の表面から白色光が放射された。発光装置１００を積分球内に設置し、放射された白色光を集光して全光束量を測定し、これを励起光源である発光素子１０２の消費電力で除することによってエネルギ効率を算出したところ、８０[ｌｍ／Ｗ]であった。また、基準光にＣＩＥ昼光（色温度：５０００Ｋ）を用い、試験色として赤・黄・黄緑・緑・青緑・青紫・紫・赤紫（明度：６、彩度：７）の８色を用いて、発光装置１００の演色評価数を
Figure 2006083219
（ここで、ｉは上記８つの試験色のいずれかを表す符号で、１〜８の値をとる）
で算出し、各々の演色評価数の総加平均
Figure 2006083219
によって算出された平均演色評価数Ｒａは９０であった。
＜比較例４＞
赤色蛍光体として比較例１のＩｎＧａＮ蛍光体を用い、緑色蛍光体として比較例２のＩｎＧａＮ蛍光体を用いた以外は、実施例５と同様の発光装置を作製した。
このような発光装置の発光素子に電流を流して装置を駆動させたところ、赤っぽい発光しか得られなかった。かかる発光装置のエネルギ変換効率は３０[ｌｍ／Ｗ]、平均演色評価数Ｒａは３０であった。
また、エポキシ樹脂中へのＩｎＧａＮ赤色蛍光体とＩｎＧａＮ緑色蛍光体の充填度と割合をどのように変えても、上述した実施例５と同様の演色性を有する白色発光は得られなかった。
＜実施例６＞
蛍光体を分散させる媒質にガラスを用いた以外は、実施例５と同様にして発光装置を作製した。
このような発光装置の発光素子に電流を流して装置を駆動させたところ、媒質の表面から白色光が放射された。かかる発光装置のエネルギ変換効率は８０ [ｌｍ／Ｗ]、平均演色評価数Ｒａは９０であった。
またこの発光装置について、一定照度２０００ルーメンで駆動し動作電流が２０％上昇するまでの時間を測定したところ、エポキシ樹脂を用いた実施例５の発光装置が３０００時間であったのに対し、本実施例の発光装置は１００００時間であった。このことから、媒質としてガラスを用いた場合、有機樹脂の場合と比較して短波長の光に対する耐久性に優れており、これを用いた発光装置は信頼性が顕著に向上することが判る。
＜実施例７＞
支持基板が３８０〜４００ｎｍの光を透過するようにすると共に表面が所定の凹凸２０２を有する導光板２０１とし、励起光源として発振ピーク波長４２０ｎｍの面発光型ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子２０３を用い、導光板２０１の側面から励起光を照射するようにした以外は、実施例５と同様にして、図７に示したような発光装置２００を作製した。
このような発光装置の発光素子に電流を流して装置を駆動させたところ、媒質の表面から白色光が放射された。かかる発光装置のエネルギ変換効率は８０ [ｌｍ／Ｗ]、平均演色評価数Ｒａは９０であった。
＜実施例８＞
ＩｎＮで形成された粒径４．５ｎｍのコアをＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎで形成された粒径１．２μｍのシェルで覆って形成され、発光ピーク波長が４２５ｎｍであるＩｎＧａＮ青色蛍光体を、媒質にさらに含ませた。さらに、励起光を発光する光源であるＩＩＩ族窒化物発光ダイオード素子のピーク波長を４０５ｎｍとした。これらの構成以外は、実施例５と同様にして発光装置を作製した。
このような発光装置の発光素子に電流を流して装置を駆動させたところ、媒質の表面から白色光が放射された。かかる発光装置のエネルギ変換効率は９０ [ｌｍ／Ｗ]、平均演色評価数Ｒａは９５であった。本実施例の発光装置においては、励起光源とは独立に青色発光を呈する蛍光体を用いたので、励起光源の吸収と散乱を制御する必要がなく、媒質中における蛍光体の充填度を向上させることができる。また、青色蛍光体の発光波長により演色性を制御できるので、励起光の波長をこれと独立に制御することができる。
＜実施例９＞
赤色・緑色および青色蛍光体の他に、粒径約１μｍのＳｉＯ2粒子を光拡散材として媒質中に分散させた以外は、実施例８と同様にして発光装置を作製した。
このような発光装置の発光素子に電流を流して装置を駆動させたところ、媒質の表面から白色光が放射された。かかる発光装置のエネルギ変換効率は９５[ｌｍ／Ｗ]、平均演色評価数Ｒａは９５であった。
＜実施例１０＞
導光板３０１の媒質３０２側とは反対側の面に、励起光および二次光を反射する金属性の反射板３０３を設置した以外は、実施例５と同様にして、図８に示したような発光装置３００を作製した。
このような発光装置の発光素子に電流を流して装置を駆動させたところ、媒質の表面から白色光が放射された。かかる発光装置のエネルギ変換効率は１００[ｌｍ／Ｗ]、平均演色評価数Ｒａは９５であった。このように反射板を設けた発光装置では、媒質と反対側に放射された励起光が反射板によって媒質側へ反射され、蛍光体励起に寄与するようになった。また、蛍光体から光出射面とは反対側放射された二次光も反射板によって光出射面側に反射されて取り出されるようになった。このため、上記のように本実施例においては他の実施例と比較してエネルギ変換効率が向上し、１００[ｌｍ／Ｗ]となった。
＜実施例１１＞
発光素子４０１と媒質４０２との間に、３８０ｎｍ未満の紫外光を遮蔽する光学膜４０３を設けた以外は、実施例５と同様にして、図９に示したような発光装置４００を作製した。
このような発光装置の発光素子に電流を流して装置を駆動させたところ、媒質の表面から白色光が放射された。かかる発光装置のエネルギ変換効率は１０５[ｌｍ／Ｗ]、平均演色評価数Ｒａは９５であった。
またこの発光装置について、実施例６と同様に、一定照度２０００ルーメンで駆動し動作電流が２０％上昇するまでの時間を測定したところ、１５０００時間であった。このように、紫外光を遮蔽する光学膜を設けた本実施例の発光装置は、媒質である樹脂の劣化が抑制されるので、耐久性が向上した。
＜実施例１２＞
発光素子と媒質との間に、波長３８０〜４２０ｎｍの光のみを透過し、それ以外の波長の光を反射する機能を有する光学膜を設けた以外は、実施例１１と同様にして発光装置を作製した。
このような発光装置の発光素子に電流を流して装置を駆動させたところ、媒質の表面から白色光が放射された。かかる発光装置のエネルギ変換効率は１１０[ｌｍ／Ｗ]、平均演色評価数Ｒａは９５であった。
また実施例１１と同様にして、一定照度２０００ルーメンで駆動し動作電流が２０％上昇するまでの時間を測定したところ、１５０００時間であった。
＜実施例１３＞
本実施例では、実施例１のＩｎＧａＮ蛍光体（赤色蛍光体）および実施例３のＩｎＧａＮ蛍光体（緑色蛍光体）をクラッド５０３に分散させた光ファイバ５０１を用いて、図１０に示したような発光装置５００を作製した。光ファイバ５０１は、ＰＭＭＡで形成されたコアを、ＰＴＦＥで形成されたクラッドにて被覆したものを用い、コア５０２を導波する励起光の一部がクラッド５０３側へ漏曳する構造とした。クラッド５０３には、さらに、実施例８で用いた青色蛍光体、実施例９で用いた光拡散材（ＳｉＯ２）を分散させた。
励起光の光源である発光素子５０４としては、発振ピーク波長４０５ｎｍの端面発光型ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子を用いた。また、光ファイバ５０１とＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子５０４の間にレンズ５０５を設け、励起光源をカップリングさせるファイバの反対側には、励起光を反射する反射板５０６を設けた。
このような発光装置５００の発光素子５０４に電流を流して装置を駆動させたところ、白色光が放射された。かかる構成の発光装置は、線状白色光源として用いることができ、従来の蛍光灯に代わる照明光源や、あるいはこれを編み込んでフレキシブルな面状光源としても用いることができる。発光装置５００のエネルギ変換効率は８０[ｌｍ／Ｗ]、平均演色評価数Ｒａは９０であった。
＜実施例１４＞
本実施例では、実施例１のＩｎＧａＮ蛍光体６０３（赤色蛍光体）および実施例３のＩｎＧａＮ蛍光体６０４（緑色蛍光体）を分散させた媒質６０５であるエポキシ樹脂にて、カップ状のリードフレーム６０１に設置された発光素子６０２を封止して、図１１に示したような発光装置６００を作製した。媒質６０５には、さらに、実施例８で用いた青色蛍光体、実施例９で用いた光拡散材（ＳｉＯ２）を分散させた。
励起光の光源である発光素子６０２としては、発振ピーク波長４０５ｎｍの端面発光型ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子を用いた。
このような発光装置６００の発光素子６０２に電流を流して装置を駆動させたところ、白色光が放射された。かかる構成の発光装置は、点状白色光源として用いることができ、これを複数組み合わせて線状あるいは面状光源として用いることができ、上述した面状あるいは線状発光装置と比較して小型化および形状複雑化が可能である。発光装置６００のエネルギ変換効率は８０[ｌｍ／Ｗ]、平均演色評価数Ｒａは９０であった。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の蛍光体の基本構造を模式的に示す図である。 蛍光体の吸収スペクトルを測定した結果を示すグラフであり、図２のグラフにおいて、実線は本発明の第一の蛍光体の一例（後述する実施例１）の吸収スペクトルを示しており、破線は本発明でない蛍光体の一例（後述する比較例１）の吸収スペクトルを示している。 第一の蛍光体におけるシェルの組成を変化させ、発光強度を測定した結果について示すグラフである。 本発明の蛍光体（具体的には、ＩｎＮにて形成されたコアと、当該コアを覆うＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎにて形成されたシェルとの二層構造を備える赤色蛍光体）について、コアおよびシェルの粒径を変化させ、その発光効率を測定した結果を示すグラフである。 コアおよびコアのいずれとも異なる材料にてシェルの表面が被覆または吸着されてなる本発明の蛍光体（具体的には、ＩｎＮにて形成されたコアと、当該コアを覆うＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎにて形成されたシェルと、シェル表面に吸着されたＳｉＯ2の層とを備える赤色蛍光体）について、シェルの粒径を変化させて発光効率を測定した結果を示すグラフである。 本発明の好ましい第一の例の発光装置１００を簡略化して示す構造断面図である。 本発明の好ましい第二の例の発光装置２００を簡略化して示す構造断面図である。 本発明の好ましい第三の例の発光装置３００を簡略化して示す構造断面図である。 本発明の好ましい第四の例の発光装置４００を簡略化して示す構造断面図である。 本発明の好ましい第五の例の発光装置５００を簡略化して示す構造斜視図である。 本発明の好ましい第六の例の発光装置６００を簡略化して示す構造断面図である。
符号の説明
１ 蛍光体、２ コア、３ シェル、１００ 発光装置、１０１ 支持基板、１０２ 発光素子、１０３ 赤色蛍光体、１０４ 緑色蛍光体、１０５ 媒質、１０６ 隔壁、２００ 発光装置、２０１ 導光板、２０２ 凹凸、２０３ 発光素子、３００ 発光装置、３０１ 導光板、３０２ 媒質、３０３ 反射板、４００ 発光装置、４０１ 発光素子、４０２ 媒質、４０３ 光学膜、５００ 発光装置、５０１ 光ファイバ、５０２ コア、５０３ クラッド、５０４ 発光素子、６００ 発光装置、６０１ リードフレーム、６０２ 発光素子、６０３ 赤色蛍光体、６０４ 緑色蛍光体、６０５ 媒質。

Claims (19)

  1. 量子効果を有する粒径のコアと、当該コアを覆うシェルとの二層構造を備え、コアの基底エネルギが１．８５〜２．０５ｅＶの範囲にあって、コアの高次エネルギが２．３〜２．５ｅＶおよび２．６５〜２．８ｅＶの範囲になく、光吸収によってピーク波長６００〜６７０ｎｍの赤色を呈することを特徴とする蛍光体。
  2. 量子効果を有する粒径のコアと、当該コアを覆うシェルとの二層構造を備え、コアの基底エネルギが２．３〜２．５ｅＶの範囲にあって、コアの高次エネルギが２．６５〜２．８ｅＶの範囲になく、光吸収によってピーク波長５００〜５４０ｎｍの緑色を呈することを特徴とする蛍光体。
  3. シェルのバンドギャップが２．８ｅＶより大きい請求項１または２に記載の蛍光体。
  4. コアの粒径がボーア半径の２倍以下である、請求項１または２に記載の蛍光体。
  5. シェルの粒径が１μｍ以上である、請求項１または２に記載の蛍光体。
  6. シェル表面が、シェルおよびコアのいずれとも異なる材料により被覆または吸着されてなる、請求項１または２に記載の蛍光体。
  7. シェル表面を被覆または吸着する材料が無機酸化物である、請求項６に記載の蛍光体。
  8. コアが少なくともＩｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体または少なくともＺｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体にて形成されたものである、請求項１または２に記載の蛍光体。
  9. シェルが少なくともＧａを含むＩＩＩ族窒化物半導体または少なくともＺｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体にて形成されたものである、請求項８に記載の蛍光体。
  10. コアおよびシェルがともにＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で形成されたものである、請求項９に記載の蛍光体。
  11. 赤色蛍光体と緑色蛍光体とが媒質中に均一に分散され、赤色蛍光体および緑色蛍光体が青色の励起光を吸収して二次光を発することにより、全体として白色発光を呈する発光装置であって、
    前記赤色蛍光体が、量子効果を有する粒径のコアと、前記コアを覆うシェルとの二層構造を備え、前記コアの基底エネルギが１．８５〜２．０５ｅＶの範囲にあって、前記コアの高次エネルギが２．３〜２．５ｅＶおよび２．６５〜２．８ｅＶの範囲にないものであり、
    前記緑色蛍光体が、量子効果を有する粒径のコアと、当該コアを覆うシェルとの二層構造を備え、コアの基底エネルギが２．３〜２．５ｅＶの範囲にあって、コアの高次エネルギが２．６５〜２．８ｅＶの範囲にないものであることを特徴とする、発光装置。
  12. 前記励起光を発する光源として、３８０〜４２０ｎｍにピーク波長を有しＩＩＩ族窒化物半導体またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体にて形成された発光素子をさらに備える、請求項１１に記載の発光装置。
  13. 量子効果を有する粒径のコアと、当該コアを覆うシェルとの二層構造を備え、コアの基底エネルギが２．６５〜２．８ｅＶの範囲にある青色蛍光体を前記媒質中に含むことを特徴とする請求項１１に記載の発光装置。
  14. 前記媒質がエポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂のうちから選ばれる少なくともいずれかを含む、請求項１１に記載の発光装置。
  15. 前記媒質がガラスである請求項１１に記載の発光装置。
  16. 前記媒質が、前記一次光および／または前記二次光を散乱し混色する光拡散材を含む請求項１１に記載の発光装置。
  17. 前記励起光を発する光源を介して前記媒質と対向するように設けられた、前記励起光および／または前記二次光を反射する反射板をさらに備える請求項１１に記載の発光装置。
  18. 前記励起光を発する光源と前記媒質との間に設けられた、前記励起光を透過し且つ前記二次光を遮蔽する光学膜をさらに備える請求項１１に記載の発光装置。
  19. 前記光学膜が波長３８０ｎｍ未満の紫外光を遮蔽するものである、請求項１８に記載の発光装置。


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