JP2008195779A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】封止剤に対する蛍光体の充填量を抑え、高いパワー変換効率を有する発光装置を提供する。
【解決手段】 近紫外光によって励起される、酸窒化物系青色蛍光体およびＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体を含む発光装置。好ましくは、酸窒化物系青色蛍光体が、Ｌａ_1-aＣｅ_aＡｌ（Ｓｉ_6-bＡｌ_b）Ｎ_10-bＯ_b、（Ｓｒ，Ｂａ）_1-cＥｕ_cＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂およびＬａ_3-dＣｅ_dＳｉ₈Ｏ₁₁Ｎ₄から選ばれる少なくともいずれかである。また好ましくは、ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体は、（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）_3-eＳｍ_e（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）₅Ｏ₁₂および／または（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）_2-eＳｍ_eＳｉＯ₅の組成式で表される酸化物結晶体であるか、または、（（Ｎａ，Ｋ）₂Ｏ）_f（（Ｃａ，Ｂａ，Ｚｎ）Ｏ）_g（（Ｙ，Ｂ）₂Ｏ₃）_h（（Ａｌ，Ｌａ）₂Ｏ₃）_i）（ＳｉＯ₂）_j（Ｓｍ₂Ｏ₃）_kの組成式で表される酸化物ガラス体である。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関する。さらに詳細には、酸窒化物系青色蛍光体を用いた高効率な白色あるいは混合色の発光を呈する発光装置に関する。

半導体発光素子の高効率化に伴い、これを励起光源として蛍光体を発光させ、所望の発色を得る発光装置が数多く提案されている。特に、ＩｎＧａＮ系半導体発光素子が呈する近紫外〜青色に励起スペクトルを有する窒化物系蛍光体および酸窒化物系蛍光体は、内部量子効率（吸収した光子数に対する放射光子数の比で定義される。）の高さと優れた信頼性により、従来の管球光源に代わる固体照明光源の重要な構成要素として、近年さかんに研究がなされている。

このような窒化物系蛍光体および酸窒化物系蛍光体のうち、赤色を呈するものとしてＣａＳｉＡｌＮ₃：Ｅｕ²⁺（たとえば特開２００５−２３５９３４号公報（特許文献１）を参照。）、黄色を呈するものとしてＣａ_xＳｉ_12-(m+n)Ａｌ_(m+n)Ｏ_nＮ_16-n：Ｅｕ²⁺（たとえば特開２００２−３６３５５４号公報（特許文献２）を参照。）、緑色を呈するものとしてＳｉ_6-zＡｌ_zＯ_zＮ_8-z：Ｅｕ²⁺（たとえば特開２００５−２５５８９５号公報（特許文献３）を参照。）などが報告されている。

さらに近年、青色を呈する酸窒化物系蛍光体として、Ｍ_1-aＣｅ_aＡｌ（Ｓｉ_6-zＡｌ_z）Ｎ_10-zＯ_z（たとえば特開２００６−２３２８６８号公報（特許文献４）を参照。）および（Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ²⁺（たとえば宮本ら、「酸窒化物青色蛍光体（Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ²⁺の発光特性」、第６７回応用物理学会学術講演会 講演予稿集 Ｎｏ．３ ｐ−１３０５、２９ａ−Ｈ−１（社団法人 応用物理学会）（非特許文献１）を参照。）などが報告され、これらを組み合わせて製造した白色発光装置は、高い発光効率と優れた演色性を有することも報告された（たとえば上述した特許文献４および木村ら、「青色励起型高演色白色発光ダイオードランプ」、第６７回応用物理学会学術講演会 講演予稿集 Ｎｏ．３ ｐ−１３１８、３０ａ−Ｈ−１０（社団法人 応用物理学会）（非特許文献２）を参照。）。

このような背景には、青色発光素子と補色関係にある酸化物黄色蛍光体ＹＡＧ：Ｃｅ³⁺を用いた擬似白色では演色性は十分でなく、高いパワー変換効率と演色性を両立するためには、青色成分の一部あるいは全部を蛍光体に担わせることが有効であることが分かってきたためである。
特開２００５−２３５９３４号公報 特開２００２−３６３５５４号公報 特開２００５−２５５８９５号公報 特開２００６−２３２８６８号公報 宮本ら、「酸窒化物青色蛍光体（Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ2+の発光特性」、第６７回応用物理学会学術講演会 講演予稿集 Ｎｏ．３ ｐ−１３０５、２９ａ−Ｈ−１（社団法人 応用物理学会） 木村ら、「青色励起型高演色白色発光ダイオードランプ」、第６７回応用物理学会学術講演会 講演予稿集 Ｎｏ．３ ｐ−１３１８、３０ａ−Ｈ−１０（社団法人 応用物理学会）

蛍光体を利用した発光装置においては、パワー変換効率（半導体素子の「発光効率」と区別するため、ここでは投入電力に対する放射光束の割合（ｌｍ／Ｗ）として定義する。）の向上には、励起光の到達深度を上げ、蛍光体相互間における吸収や散乱の損失を極力抑えることが有効で、樹脂などの封止剤に対する蛍光体充填量は少ない方が望ましい。

ところが、上述した酸窒化物系の赤、黄および緑色蛍光体は、近紫外〜青色の励起光で効率よく発光する反面、励起スペクトル幅が広いため、青色蛍光体からの発光をも吸収してしまうという問題がある。このため、所望の発色を得るには、青色蛍光体の充填量を設計値よりも増大させる必要があり、蛍光体充填量が増大する。その結果、励起効率が低下し、パワー変換効率が低下するという問題が生じる。

このような背景から、白色および混合色の発光装置においては、高い発光効率を有する酸窒化物系青色蛍光体と当該蛍光体の青色発光を吸収しない赤色、黄色あるいは緑色蛍光体の組み合わせが求められていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、封止剤に対する蛍光体の充填量を抑え、高いパワー変換効率を有する発光装置を提供することである。

本発明の発光装置は、近紫外光によって励起される、酸窒化物系青色蛍光体およびＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体を含むことを特徴とする。

本発明の発光装置は、４００〜４１０ｎｍに波長ピークを有する半導体発光素子を励起光源として備えることが好ましい。

本発明の発光装置における酸窒化物系青色蛍光体は、Ｌａ_1-aＣｅ_aＡｌ（Ｓｉ_6-bＡｌ_b）Ｎ_10-bＯ_b、（Ｓｒ，Ｂａ）_1-cＥｕ_cＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂およびＬａ_3-dＣｅ_dＳｉ₈Ｏ₁₁Ｎ₄から選ばれる組成式で表される少なくともいずれかであることが好ましい。

本発明の発光装置におけるＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体は、以下の（１）または（２）であることが好ましい。

（１）（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）_3-eＳｍ_e（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）₅Ｏ₁₂および／または（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）_2-eＳｍ_eＳｉＯ₅の組成式で表される酸化物結晶体、
（２）（（Ｎａ，Ｋ）₂Ｏ）_f（（Ｃａ，Ｂａ，Ｚｎ）Ｏ）_g（（Ｙ，Ｂ）₂Ｏ₃）_h（（Ａｌ，Ｌａ）₂Ｏ₃）_i）（ＳｉＯ₂）_j（Ｓｍ₂Ｏ₃）_kの組成式で表される酸化物ガラス体。

本発明の発光装置におけるＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体は、ＩＩＩ価ユーロピウムイオンが共付活されたものであることが好ましい。

また本発明の発光装置における前記半導体発光素子は、半導体レーザ素子であることが好ましい。

本発明の発光装置は、５００〜５７０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有する緑色蛍光体をさらに含むことが好ましい。

本発明の発光装置によれば、近紫外光によって励起される酸窒化物系青色蛍光体と、同じく近紫外光によって励起され青色蛍光体からの発光を極力吸収しない赤色蛍光体とを含むことによって、封止剤に対する蛍光体の充填量を抑えつつ、高いパワー変換効率を有する発光装置を提供することである。

本発明の発光装置は、近紫外光によって励起される酸窒化物系青色蛍光体と、同じく近紫外光によって励起されるＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体を含むことを特徴とする。図１は、本発明に用いられる酸窒化物系青色蛍光体およびＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体の励起スペクトル（点線）および発光スペクトル（実線）を示すグラフであり、縦軸は強度（任意単位）、横軸は波長（ｎｍ）である。図１には、酸窒化物系青色蛍光体の一例としてＬａ_0.5Ｃｅ_0.5Ａｌ（Ｓｉ₅Ａｌ）Ｎ₉Ｏを用いた場合（図１中、（Ａ））、ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体の一例としてＹ_2.007Ｓｍ_0.003（Ａｌ_0.6Ｇａ_0.38Ｉｎ_0.02）₅Ｏ₁₂を用いた場合（図１中、（Ｂ））の励起スペクトルおよび発光スペクトルをそれぞれ示している（後述する実施例１）。また図１にば、比較として、窒化物系赤色蛍光体（ＣａＳｉＡｌＮ₃：Ｅｕ²⁺）の励起スペクトルおよび発光スペクトルについても併せて示している。

図１から分かるように、酸窒化物系青色蛍光体Ｌａ_0.5Ｃｅ_0.5Ａｌ（Ｓｉ₅Ａｌ）Ｎ₉Ｏと、窒化物系赤色蛍光体（ＣａＳｉＡｌＮ₃：Ｅｕ²⁺）とを組み合わせて用いた場合には、酸窒化物系青色蛍光体の発光スペクトルと窒化物系赤色蛍光体の励起スペクトルとが重なるため、酸窒化物系青色蛍光体の発光の一部は窒化物系赤色蛍光体に吸収され、装置外部に取り出されない。これを補うためには、酸窒化物系青色蛍光体を所望の発色が得られる設計値よりも多く混ぜ合わせる必要がある。

これに対し、本発明のように酸窒化物系青色蛍光体Ｌａ_0.5Ｃｅ_0.5Ａｌ（Ｓｉ₅Ａｌ）Ｎ₉ＯとＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体Ｙ_2.007Ｓｍ_0.003（Ａｌ_0.6Ｇａ_0.38Ｉｎ_0.02）₅Ｏ₁₂とを組み合わせて用いた場合には、図１から明らかなように、ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体の励起スペクトルのピークは酸窒化物系青色蛍光体の発光スペクトルから外れており、かつ、酸窒化物系青色蛍光体の励起スペクトルとの重なりが大きい。すなわち、このような組合せにおいては、ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体による酸窒化物系青色蛍光体の発光の吸収が少なく、同じ励起光を用いてこれらの蛍光体を効率よく励起することができる。このため、封止剤に対する蛍光体の充填量を抑えつつ略設計通りの混合比で、高いパワー変換効率を有し所望の発色が得られる発光装置を実現することができる。

本発明の発光装置に用いられる酸窒化物系青色蛍光体およびＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体は、共に、近紫外光により励起されるものである。ここで、近紫外光とは、紫外〜可視青色の境界波長領域で、概ね３７０〜４２０ｎｍの波長を有する光を指す。したがって本発明の発光装置は、このような近紫外光を照射する励起光源を備えることが好ましいが、当該励起光源は、酸窒化物系青色蛍光体およびＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体を特に効率的に励起し得る観点からは、４００ｎｍ近傍の近紫外光を照射し得るものであることが好ましく、４００〜４１０ｎｍの近紫外光を照射し得るものであることがより好ましい。

本発明に用いられ得る励起光源としては、たとえばキセノンランプなどの連続スペクトル光源とフィルターとを組み合わせて用いることもできるが、小型かつ長寿命でコストの低い、４００〜４１０ｎｍに波長ピークを有する半導体発光素子が好適である。このような半導体発光素子には、ＩＩＩ族窒化物系、ＩＩ族酸化物系、ＩＩ族硫化物系などの半導体材料を用いることができるが、４０５ｎｍに発光効率のピークを有するＩｎＧａＮを用いた半導体発光素子であることが特に好ましい。また、酸窒化物系青色蛍光体およびＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体を特に効率的に励起し得る観点からは、励起光は数ｎｍ以下の狭いスペクトル幅であることが好ましく、半導体発光素子として半導体レーザ素子を用いることが特に好ましい。

本発明に用いられる酸窒化物系青色蛍光体としては、近紫外光で励起され得るものであれば特に制限されるものではないが、実用に供する発光効率および信頼性を有し、かつ公知の製造方法によって製造できるという理由から、Ｌａ_1-aＣｅ_aＡｌ（Ｓｉ_6-bＡｌ_b）Ｎ_10-bＯ_b、（Ｓｒ，Ｂａ）_1-cＥｕ_cＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂およびＬａ_3-dＣｅ_dＳｉ₈Ｏ₁₁Ｎ₄の組成式で表される少なくともいずれかであることが好ましい。ここで、上述した各組成式における組成比を示すａ，ｂ，ｃおよびｄの好適な範囲は、特許文献４（特開２００６−２３２８６８号公報）および非特許文献１（宮本ら、「酸窒化物青色蛍光体（Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ²⁺の発光特性」、第６７回応用物理学会学術講演会 講演予稿集 Ｎｏ．３ ｐ−１３０５、２９ａ−Ｈ−１（社団法人 応用物理学会））の記載から、ａについては０．１≦ａ≦１の範囲、ｂについては０≦ｂ≦１の範囲、ｃについては０．００１≦ｃ≦０．０５の範囲、ｄについては０．０５≦ｄ≦１の範囲である。Ｌａ_1-aＣｅ_aＡｌ（Ｓｉ_6-bＡｌ_b）Ｎ_10-bＯ_bとしては、具体的には、Ｌａ_0.5Ｃｅ_0.5Ａｌ（Ｓｉ₅Ａｌ）Ｎ₉Ｏなどが例示される。（Ｓｒ，Ｂａ）_1-cＥｕ_cＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂としては、具体的には、（Ｂａ_0.75Ｓｒ_0.25）_0.95Ｅｕ_0.05Ｓｉ₂Ｏ₂Ｎ₂、Ｂａ_0.99Ｅｕ_0.01Ｓｉ₂Ｏ₂Ｎ₂、Ｓｒ_0.97Ｅｕ_0.03Ｓｉ₂Ｏ₂Ｎ₂、（Ｂａ_0.5Ｓｒ_0.5）_0.95Ｅｕ_0.05Ｓｉ₂Ｏ₂Ｎ₂などが例示される。またＬａ_3-dＣｅ_dＳｉ₈Ｏ₁₁Ｎ₄としては、具体的には、Ｌａ_2.9Ｃｅ_0.1Ｓｉ₈Ｏ₁₁Ｎ₄などが例示される。

本発明における酸窒化物系青色蛍光体として好ましく用いられるＬａ_1-aＣｅ_aＡｌ（Ｓｉ_6-bＡｌ_b）Ｎ_10-bＯ_b、（Ｓｒ，Ｂａ）_1-cＥｕ_cＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂、Ｌａ_3-dＣｅ_dＳｉ₈Ｏ₁₁Ｎ₄は、単独で用いられてもよく、組み合わせて用いられても勿論よい。同じ組成式で表されるが、組成比の異なる酸窒化物系青色蛍光体を組み合わせて用いてもよい。

本発明の発光装置における酸窒化物系青色蛍光体の含有率については特に制限されるものではないが、従来の発光装置と比較して、封止剤に対する充填量（含有率）を低く抑えつつ、高いパワー変換効率を達成することが可能である。本発明における酸窒化物系青色蛍光体の含有率は、３〜１５％の範囲内であることが好ましく、５〜１０％の範囲内であることがより好ましい。酸窒化物系青色蛍光体の含有率が３％未満である場合には、蛍光体充填量が少なすぎるため、十分な発光強度が得られないという傾向にあるためであり、また、酸窒化物系青色蛍光体の含有率が１５％を超える場合には、蛍光体充填量が多すぎるため、励起効率が低下しパワー変換効率が低下するという傾向にあるためである。なお、本発明の発光装置における酸窒化物系青色蛍光体の含有率は、たとえば樹脂封止体および充填された蛍光体の全重量に対して酸窒化物系青色蛍光体を占める重量を百分率で表すことで算出された値を指す。

本発明に用いられるＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体としては、近紫外光で励起され得るものであれば特に制限されるものではない。実用に供する発光効率および信頼性を有し、かつ公知の製造方法によって製造できるという理由から、（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）_3-eＳｍ_e（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）₅Ｏ₁₂および／または（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）_2-eＳｍ_eＳｉＯ₅の組成式で表される酸化物結晶体であることが好ましい。ここで、上記組成式におけるＳｍの組成比を示すｅは好ましくは０．００１〜０．００５の範囲内であることが好ましく、０．００２〜０．００４の範囲内であることがより好ましい。Ｓｍの組成比ｅが０．００１未満の場合には、十分な発光効率が得られず、また組成比ｅが０．００５を超える場合には、サマリウムイオンの内部量子効率が著しく低下してしまう虞がある。

（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）_3-eＳｍ_e（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）₅Ｏ₁₂としては、具体的には、Ｙ_2.007Ｓｍ_0.003（Ａｌ_0.6Ｇａ_0.38Ｉｎ_0.02）₅Ｏ₁₂、（Ｙ_0.9Ｌａ_0.1）_2.006Ｓｍ_0.004（Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4）₅Ｏ₁₂、（Ｙ_0.9Ｌｕ_0.1）_2.006Ｓｍ_0.004（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）₅Ｏ₁₂、（Ｙ_0.9Ｌａ_0.05Ｇｄ_0.05）_2.006Ｓｍ_0.004（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）₅Ｏ₁₂などが例示される。また、（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）_2-eＳｍ_eＳｉＯ₅としては、具体的には、Ｙ_2.007Ｓｍ_0.003ＳｉＯ₅、（Ｙ_0.9Ｌａ_0.1）_2.006Ｓｍ_0.004ＳｉＯ₅、（Ｙ_0.9Ｌｕ_0.1）_2.006Ｓｍ_0.004ＳｉＯ₅、（Ｙ_0.9Ｌａ_0.05Ｇｄ_0.05）_2.006Ｓｍ_0.004ＳｉＯ₅などが例示される。

また上述した酸化物結晶体よりも優れた発光効率を有する点から、本発明に用いられるＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体として、（（Ｎａ，Ｋ）₂Ｏ）_f（（Ｃａ，Ｂａ，Ｚｎ）Ｏ）_g（（Ｙ，Ｂ）₂Ｏ₃）_h（（Ａｌ，Ｌａ）₂Ｏ₃）_i）（ＳｉＯ₂）_j（Ｓｍ₂Ｏ₃）_kの組成式で表される酸化物ガラス体も好ましく用いることができる。ここで、上記組成式において組成比を示すｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊおよびｋは、ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ＋ｊ＋ｋ＝１であり、ｆ＝０．１〜０．３、ｋ＝０．００１〜０．００５が好ましい。上記組成式中、ｆまたはｋが上記範囲を逸脱する場合には、サマリウムイオンの内部量子効率が著しく低下する虞がある。（（Ｎａ，Ｋ）₂Ｏ）_f（（Ｃａ，Ｂａ，Ｚｎ）Ｏ）_g（（Ｙ，Ｂ）₂Ｏ₃）_h（（Ａｌ，Ｌａ）₂Ｏ₃）_i）（ＳｉＯ₂）_j（Ｓｍ₂Ｏ₃）_kとしては、具体的には、（Ｎａ₂Ｏ）_0.1（ＺｎＯ）_0.3（Ｂ₂Ｏ₃）_0.5（Ａｌ₂Ｏ₃）_0.05（ＳｉＯ₂）_0.037（Ｓｍ₂Ｏ₃）_0.003、（（Ｎａ_0.5Ｋ_0.5）₂Ｏ）_0.2（Ｂ₂Ｏ₃）_0.7（Ａｌ₂Ｏ₃）_0.098（Ｓｍ₂Ｏ₃）_0.002、（Ｋ₂Ｏ）_0.2（ＣａＯ）_0.1（Ｙ₂Ｏ₃）_0.5（Ｌａ₂Ｏ₃）_0.1（ＳｉＯ₂）_0.097（Ｓｍ₂Ｏ₃）_0.003などが例示される。

本発明に用いられるＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体はまた、ＩＩＩ価ユーロピウムイオンが共付活されていてもよい。この場合、ＩＩＩ価サマリウムイオンが吸収した近紫外光エネルギーの一部はＩＩＩ価ユーロピウムイオンに移動し、ＩＩＩ価ユーロピウムの発光ピークが６１０〜６３０ｎｍ近傍に現れる。このことにより、赤色蛍光体の色度を調整することができる。

ＩＩＩ価ユーロピウムイオンを共付活した赤色蛍光体の励起スペクトルピークは、ＩＩＩ価サマリウムイオンのみを付活した場合と同じく４００〜４１０ｎｍにある必要があり、ＩＩＩ価ユーロピウムイオンの付活量は、ＩＩＩ価サマリウムイオンに対し物質量比で０．１倍以上５倍未満の範囲が好ましい。ＩＩＩ価ユーロピウムイオンの付活量がＩＩＩ価サマリウムイオンに対し物質量比で０．１倍未満である場合には、ＩＩＩかユーロピウムイオンを共付活させたことによる上述した効果が現れにくい傾向にあり、また、ＩＩＩ価ユーロピウムイオンの付活量がＩＩＩ価サマリウムイオンに対し物質量比で５倍以上である場合には、ＩＩＩ価ユーロピウムイオンによる４００ｎｍ未満での光吸収が顕著となって４００〜４１０ｎｍに波長ピークを有する半導体発光素子による励起効率が低下する虞がある。

本発明の発光装置におけるＩＩＩ価サマリウムイオンを付活された赤色蛍光体の含有率については特に制限されるものではないが、当該赤色蛍光体についても、従来の発光装置と比較して封止剤に対する充填量（含有率）を低く抑えつつ、高いパワー変換効率を達成することが可能である。本発明におけるＩＩＩ価サマリウムイオンを付活された赤色蛍光体の含有率は、０．１〜３％の範囲内であることが好ましく、０．３〜１％の範囲内であることがより好ましい。ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活された赤色蛍光体の含有率が０．１％未満である場合には、蛍光体充填量が少なすぎるため、十分な発光強度が得られないという傾向にあるためであり、また、ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活された赤色蛍光体の含有率が３％を超える場合には、蛍光体充填量が多すぎるため、励起効率が低下しパワー変換効率が低下するという傾向にあるためである。なお、本発明の発光装置におけるＩＩＩ価サマリウムイオンを付活された赤色蛍光体の含有率は、たとえば封止樹脂および充填された蛍光体の全重量に対してＩＩＩ価サマリウムイオンを付活された赤色蛍光体の占める重量を百分率で表すことで算出された値を指す。

本発明の発光装置は、５００〜５７０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有する緑色蛍光体をさらに含んでいてもよい。本発明における赤色蛍光体に付活されたＩＩＩ価のサマリウムイオンは、発光スペクトルが略５５０ｎｍの緑色領域にもピークを有しているため、本発明の発光装置では、上述した酸窒化物系青色蛍光体と当該ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体とのみを組み合わせることでも照明用途に用いる演色性を実現することができる。しかしながら、これら青色蛍光体および赤色蛍光体に加えて上述した５００〜５７０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有する緑色蛍光体をさらに含むことで、さらに演色性を向上させることができる（具体的には、平均演色性評価指数Ｒａを９０〜９８程度にまで向上できる）。

本発明の発光装置に用いられ得る緑色蛍光体としては、ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体と同様に、４０５ｎｍにピークを有する半導体発光素子によって効率よく励起され、かつ、酸窒化物系青色蛍光体による蛍光を極力吸収しないことが好ましい。このような緑色蛍光体としては、たとえば、組成式（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_1-xＥｕ_xＡｌ₂Ｏ₄で表される緑色蛍光体を好ましく用いることができる。上記組成式において、ＥｕはＩＩ価イオンであり、また、アルカリ土類金属（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）に対する物質量比ｘは好ましくは０．０１〜０．１、より好ましくは０．０３〜０．０５である。上記緑色蛍光体として、具体的には、Ｓｒ_0.95Ｅｕ_0.05Ａｌ₂Ｏ₄、（Ｓｒ_0.9Ｃａ_0.1）_0.97Ｅｕ_0.03Ａｌ₂Ｏ₄、（Ｓｒ_0.95Ｂａ_0.05）_0.96Ｅｕ_0.04Ａｌ₂Ｏ₄を挙げることができる。

緑色蛍光体を含有する場合、本発明の発光装置における緑色蛍光体の含有率については特に制限されるものではないが、０．１〜２％の範囲内であることが好ましく、０．３〜１％の範囲内であることがより好ましい。緑色蛍光体体の含有率が０．１％未満である場合には、蛍光体充填量が少なすぎるため、十分な発光強度が得られないという傾向にあるためであり、また、緑色蛍光体の含有率が２％を超える場合には、蛍光体充填量が多すぎるため、励起効率が低下しパワー変換効率が低下するという傾向にあるためである。なお、本発明の発光装置における緑色蛍光体の含有率は、たとえば封止樹脂および充填された蛍光体の全重量に対して緑色蛍光体の占める重量を百分率で表すことで算出された値を指す。

ここで、図２は本発明の好ましい一例の発光装置１を模式的に示す図である。本発明の発光装置１は、たとえば図２に示す例のように、上述した青色蛍光体および赤色蛍光体（場合によってはさらに緑色蛍光体）を所定の含有率となるように混合して封止剤に充填し、混練させて得られた蛍光板２を備える。封止剤としては、特に制限されるものではないが、安価で加工性に富んだ透明樹脂が好ましく、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。中でも、水分に対する耐性および近紫外光照射に対する耐性に優れる観点から、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂を封止剤として用いることが好ましい。なお、上述した以外にも、たとえば、近紫外光に耐性の高いガラス材料を封止剤に用いてもよい。

本発明の発光装置は、酸窒化物系青色蛍光体およびＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体（場合によってはさらに緑色蛍光体）の封止剤に対する充填量（含有率）を低く抑えつつも、高いパワー変換効率を達成することが可能である。具体的には、上述したように好ましくは酸窒化物系青色蛍光体の含有率が３〜１５％、ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体の含有率が０．１〜３％で、パワー変換効率が６０〜１００ｌｍ／Ｗという高いパワー変換効率を達成することが可能である。

本発明の発光装置はまた、上述したように励起光源として半導体発光素子を備える。図２は、上述した蛍光板２は、少なくとも一方に開口を有する箱状の筐体３の当該開口に取り付けられ、この蛍光体２の直下に配置されるように、筐体３内に半導体発光素子４が設けられてなる例の発光装置１を示しているが、勿論これに限定されるものではない。

以下、実施例および比較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＞
酸窒化物系青色蛍光体としてＬａ_0.5Ｃｅ_0.5Ａｌ（Ｓｉ₅Ａｌ）Ｎ₉Ｏを３．３ｇ、ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体としてＹ_2.007Ｓｍ_0.003（Ａｌ_0.6Ｇａ_0.38Ｉｎ_0.02）₅Ｏ₁₂を１．０ｇ秤量し、モールド樹脂（信越化学製、シリコーン樹脂）６０ｇに混練した後、板状に成形して蛍光板２を作製した。この蛍光板２を一方に開口を有する箱状の筐体３の開口に取り付けた。また、筐体３内において、蛍光板２の直下に配置されるように半導体発光素子４としてピーク波長４０５ｎｍのＩｎＧａＮ系半導体発光ダイオードを設置した。このようにして、図２に示した例の発光装置１を作製した。得られた発光装置１において、ＩｎＧａＮ系半導体発光ダイオードを用いて蛍光板２を励起したところ、色度座標ｘ＝０．３３、ｙ＝０．３５の白色光が得られ、このときのパワー変換効率は６０ｌｍ／Ｗであった。なお、色度座標は、白色発光のスペクトルを測定（堀場製作所製蛍光分光高度計、ＦｌｕｏｒｏＭａｘ−３を用いた）してこれよりＣＩＥスペクトルの３刺激値を計算し、ＣＩＥ色度座標上にプロットすることで求めた。また、パワー変換効率は、発光装置１を積分球内に設置してＩｎＧａＮ系半導体発光ダイオードを照射し、蛍光板２から放射された発光を集光して全光束量を測定（Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ社製光量測定装置、ＳＬＭＳを用いた）し、これをＩｎＧａＮ系半導体発光ダイオードの消費電力で除することで算出した。

＜比較例１＞
ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体を１．０ｇの酸化物赤色蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ：Ｅｕ²⁺に代えたこと以外は、実施例１と同様にして発光装置を作製した。得られた発光装置について、実施例１と同様に測定された色度座標はｘ＝０．５、ｙ＝０．３５であり、橙色を呈した。これを実施例１で作製された発光装置と同程度の色度とするためには、樹脂中に酸窒化物系青色蛍光体Ｌａ_0.5Ｃｅ_0.5Ａｌ（Ｓｉ₅Ａｌ）Ｎ₉Ｏを６．０ｇ追加することが必要であった。酸窒化物系青色蛍光体を追加した場合について実施例１と同様にパワー変換効率を測定したところ、４０ｌｍ／Ｗに低下していた。

＜実施例２＞
酸窒化物系青色蛍光体として３．８ｇの（Ｂａ_0.75Ｓｒ_0.25）_0.95Ｅｕ_0.05Ｓｉ₂Ｏ₂Ｎ₂を用い、ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体として０．８ｇの（Ｎａ₂Ｏ）_0.1（ＺｎＯ）_0.3（Ｂ₂Ｏ₃）_0.5（Ａｌ₂Ｏ₃）_0.05（ＳｉＯ₂）_0.037（Ｓｍ₂Ｏ₃）_0.003を用いたこと以外は実施例１と同様にして、発光装置を作製した。実施例１と同様にＩｎＧａＮ系半導体発光ダイオードを用いて蛍光板２を励起したところ、色度座標ｘ＝０．３、ｙ＝０．３の白色光が得られ、このときのパワー変換効率は７５１ｍ／Ｗであった。

＜比較例２＞
ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体を０．８ｇの酸化物赤色蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ：Ｅｕ²⁺に代えたこと以外は、実施例２と同様にして発光装置を作製した。得られた発光装置について、実施例１と同様に測定された色度座標はｘ＝０．５、ｙ＝０．３であり、橙色を呈した。これを実施例１で作製された発光装置と同程度の色度とするためには、樹脂中に酸窒化物系青色蛍光体（Ｂａ_0.75Ｓｒ_0.25）_0.95Ｅｕ_0.05Ｓｉ₂Ｏ₂Ｎ₂を４．０ｇ追加することが必要であった。酸窒化物系青色蛍光体を追加した場合について実施例１と同様にパワー変換効率を測定したところ、６０ｌｍ／Ｗに低下していた。

＜実施例３＞
酸窒化物系青色蛍光体として３．０ｇのＬａ_0.5Ｃｅ_0.5Ａｌ（Ｓｉ₅Ａｌ）Ｎ₉Ｏを用い、ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体として０．２ｇのＹ_2.007Ｓｍ_0.003（Ａｌ_0.6Ｇａ_0.38Ｉｎ_0.02）₅Ｏ₁₂を用い、さらに、緑色蛍光体として１．０ｇのＳｒ_0.95Ｅｕ_0.05Ａｌ₂Ｏ₄を用いたこと以外は実施例１と同様にして発光装置を作製した。実施例１と同様にＩｎＧａＮ系半導体発光ダイオードを用いて蛍光板２を励起したところ、色度座標ｘ＝０．３、ｙ＝０．３５の白色光が得られ、このときのパワー変換効率は６０１ｍ／Ｗであった。なお、実施例１で得られた発光装置は、平均演色性評価指数Ｒａ（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、輝度：７）の８色を用いて、発光スペクトルの演色評価数を、Ｒ_i＝１００−４．６×ΔＥ_i（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Ｒａ＝Σ（ｉ＝１〜８）Ｒ_i×１／８によって算出）は８５であったが、実施例３で得られた発光装置では９０であり、緑色蛍光体を添加することで演色性が向上されていた。

＜実施例４＞
半導体発光素子４として４０５ｎｍに発振ピークを有するＩｎＧａＮ半導体レーザ素子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして発光装置を作製した。得られた発光装置について、実施例１と同様にしてパワー変換効率を測定したところ、８０ｌｍ／Ｗに向上した。これは、実施例１において半導体発光素子４として用いた発光ダイオードはスペクトル幅が５０ｎｍ程度と広く、蛍光体を効率的に励起しにくいのに対し、本実施例において半導体発光素子４として用いた半導体レーザ素子はスペクトル幅が１ｎｍ以下であり、蛍光体の励起効率が高いため、パワー変換効率が変化したと考えられる。

＜実施例５＞
ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体をＥｕを共付活したＹ_2.0074Ｓｍ_0.003Ｅｕ_0.003（Ａｌ_0.6Ｇａ_0.38Ｉｎ_0.02）₅Ｏ₁₂に代えたこと以外は、実施例１と同様にして発光装置を作製したところ、赤色蛍光体の発光効率が向上し、充填量を２５％削減できた。この結果、パワー変換効率は７０ｌｍ／Ｗに向上した。

＜実施例６＞
酸窒化物系青色蛍光体として３．５ｇのＬａ_2.9Ｃｅ_0.1Ｓｉ₈Ｏ₁₁Ｎ₄を用いたこと以外は実施例１と同様にして発光装置を作製した。実施例１と同様にＩｎＧａＮ系半導体発光ダイオードを用いて蛍光板２を励起したところ、色度座標ｘ＝０．３、ｙ＝０．３の白色光が得られ、このときのパワー変換効率は６５１ｍ／Ｗであった。

＜実施例７＞
ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体として（Ｙ_0.9Ｌａ_0.1）_2.006Ｓｍ_0.004ＳｉＯ₅を用いたこと以外は実施例６と同様にして、発光装置を作製した。実施例１と同様にＩｎＧａＮ系半導体発光ダイオードを用いて蛍光板２を励起したところ、色度座標ｘ＝０．３、ｙ＝０．３の白色光が得られ、このときのパワー変換効率は７５１ｍ／Ｗであった。

今回開示された実施の形態、実施例および比較例は、全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全ての変更が含まれることが意図される。

本発明に用いられる酸窒化物系青色蛍光体およびＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体の励起スペクトル（点線）および発光スペクトル（実線）を示すグラフであり、縦軸は強度（任意単位）、横軸は波長（ｎｍ）である。 本発明の好ましい一例の発光装置１を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 発光装置、２ 蛍光板、３ 筐体、４ 半導体発光素子。

Claims (8)

1. 近紫外光によって励起される、酸窒化物系青色蛍光体およびＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体を含む発光装置。
2. ４００〜４１０ｎｍに波長ピークを有する半導体発光素子を励起光源として備えることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記酸窒化物系青色蛍光体が、Ｌａ_1-aＣｅ_aＡｌ（Ｓｉ_6-bＡｌ_b）Ｎ_10-bＯ_b、（Ｓｒ，Ｂａ）_1-cＥｕ_cＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂およびＬａ_3-dＣｅ_dＳｉ₈Ｏ₁₁Ｎ₄から選ばれる組成式で表される少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体が、（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）_3-eＳｍ_e（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）₅Ｏ₁₂および／または（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）_2-eＳｍ_eＳｉＯ₅の組成式で表される酸化物結晶体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体が、（（Ｎａ，Ｋ）₂Ｏ）_f（（Ｃａ，Ｂａ，Ｚｎ）Ｏ）_g（（Ｙ，Ｂ）₂Ｏ₃）_h（（Ａｌ，Ｌａ）₂Ｏ₃）_i）（ＳｉＯ₂）_j（Ｓｍ₂Ｏ₃）_kの組成式で表される酸化物ガラス体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。
6. 前記ＩＩＩ価サマリウムイオンを付活した赤色蛍光体に、ＩＩＩ価ユーロピウムイオンが共付活されていることを特徴とする請求項４または５に記載の発光装置。
7. 前記半導体発光素子が半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の発光装置。
8. ５００〜５７０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有する緑色蛍光体をさらに含む、請求項１〜７のいずれかに記載の発光装置。

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