JP2015098507A - 蛍光体及びこれを用いた発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線又は紫外光により輝線状の発光成分を放出することが可能な蛍光体を提供する。【解決手段】本発明の蛍光体は、一般式：Ｌｎ２ＳｉＯ５（式中、Ｌｎは、少なくともＣｅとＥｕとＴｂとを含む元素群である）で示される組成を有する。当該蛍光体は、紫外線又は紫外光により励起され、少なくともＥｕ３＋に起因する輝線状の赤色光成分を放射することができる。そのため、高効率と高演色性とを両立する照明光を得ることが可能となる。【選択図】図６

Description

本発明は、蛍光体及びこれを用いた発光装置に関する。詳細には、本発明は、好ましい照明光を得るために色調制御された蛍光体及びこれを用いた発光装置に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた固体照明の産業化に伴い、その用途が多様化している。そのため、従来には無い発光特性を持つ固体照明用の蛍光体が求められている。そして、これまで輝線状の緑色発光成分や赤色発光成分を放つ蛍光体が開発されている。

輝線状の緑色発光成分を放つ蛍光体としては、Ｔｂ^３＋付活蛍光体が広く知られている。Ｔｂ^３＋付活蛍光体としては、例えば（Ｌａ，Ｃｅ）ＰＯ_４：Ｔｂ^３＋、ＣｅＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９：Ｔｂ^３＋、（Ｇｄ，Ｃｅ）ＭｇＢ_５Ｏ_１０：Ｔｂ^３＋、（Ｙ，Ｃｅ）_２ＳｉＯ_４：Ｔｂ^３＋、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｔｂ^３＋を挙げることができる。また、輝線状の赤色発光成分を放つ蛍光体としては、Ｅｕ^３＋付活蛍光体が広く知られている。Ｅｕ^３＋付活蛍光体としては、例えばＹ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ_４：Ｅｕ^３＋、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｅｕ^３＋を挙げることができる（例えば、非特許文献１参照）。

ここで、上述の（Ｙ，Ｃｅ）_２ＳｉＯ_４：Ｔｂ^３＋は、高圧水銀灯用として開発された緑色蛍光体であり、紫外線により励起する蛍光体である（例えば、特許文献１参照）。つまり、（Ｙ，Ｃｅ）_２ＳｉＯ_４：Ｔｂ^３＋において、Ｃｅ^３＋はＴｂ^３＋の増感剤として機能し、３６０ｎｍ付近の強い励起帯を誘発する。そして、Ｃｅ^３＋からＴｂ^３＋へのエネルギー伝達によって、（Ｙ，Ｃｅ）_２ＳｉＯ_４：Ｔｂ^３＋はＴｂ^３＋の電子エネルギー遷移に起因する緑色輝線を放つ蛍光体となる。このようにＴｂ^３＋付活蛍光体の多くは、Ｃｅ^３＋からＴｂ^３＋へのエネルギー伝達を利用して、紫外線を緑色輝線へ波長変換するものである。

このようなエネルギー伝達によって発光成分を放つ蛍光体としては、例えばＴｂ^３＋からＥｕ^３＋へエネルギー伝達が生じるＹＴｂＳｉＯ_５：Ｅｕ^３＋が知られている（例えば、非特許文献２参照）。また、Ｃｅ^３＋からＴｂ^３＋、さらにはＴｂ^３＋からＥｕ^３＋へエネルギー伝達が生じるＴｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋，Ｅｕ^３＋（例えば、非特許文献３参照）やＹＢＯ_３：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋，Ｅｕ^３＋（例えば、非特許文献４参照）等の蛍光体も知られている。さらにこのようなエネルギー伝達が生じる蛍光体としては、Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋，Ｅｕ^３＋（例えば、非特許文献５参照）等も知られている。

特公昭５９−２７７８７号公報

蛍光体同学会編、「蛍光体ハンドブック」、株式会社オーム社、１９８７年１２月、Ｐ１０〜１３，３３２ M.Stiebler et al., "physica status solidi (a)", Vol.119, Issue 1 (1990) pp.317-326 M.Nazarov et al., "Moldavian J.Physical Sciences", Vol.5, N3-4 (2006) pp.366-372 A.A.Setlur, "Electrochemical and Solid-State Letters", 15(6) (2006) J25-J27 J.Sokolnicki, "J.Luminescence", 134(2013) pp.600-606

固体照明の高効率化と高演色化の両立には、輝線状の緑色発光成分や赤色発光成分を放つ蛍光体、好ましくは輝線状の緑色発光成分と赤色発光成分を併せ持つ蛍光体が求められる。しかしながら、このような発光成分を、紫外線又は紫外光を用いて高効率で発光する蛍光体は少なく、実用化に至る蛍光体は限られている。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、紫外線又は紫外光により輝線状の赤色発光成分を放出することが可能な蛍光体及びこれを用いた発光装置を提供することにある。

本発明の第１の態様に係る蛍光体は、一般式：Ｌｎ_２ＳｉＯ_５（式中、Ｌｎは、少なくともＣｅとＥｕとＴｂとを含む元素群である）で示される組成を有する。

本発明の第２の態様に係る蛍光体は、第１の態様に係る蛍光体において、Ｌｎが希土類元素からなる。

本発明の第３の態様に係る蛍光体は、第１又は第２の態様に係る蛍光体において、Ｌｎ_２ＳｉＯ_５はＹＴｂＳｉＯ_５の結晶格子の一部がＣｅ及びＥｕで置換されてなる。

本発明の第４の態様に係る蛍光体は、第１乃至第３の態様のいずれかに係る蛍光体において、少なくともＥｕ^３＋に起因する輝線状の蛍光成分を放つ。

本発明の第５の態様に係る蛍光体は、第４の態様に係る蛍光体において、Ｔｂ^３＋に起因する輝線状の蛍光成分を放つ。

本発明の第６の態様に係る蛍光体は、第４の態様に係る蛍光体において、６００ｎｍ以上６３０ｎｍ未満の波長領域に発光強度の最大値を持つ。

本発明の第７の態様に係る蛍光体は、第５の態様に係る蛍光体において、５４０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを持つ。

本発明の第８の態様に係る蛍光体は、第６の態様に係る蛍光体において、３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域にＣｅ^３＋に基づく励起ピークを持つ。

本発明の第９の態様に係る発光装置は、第１乃至第８の態様のいずれかに係る蛍光体を備える。

本発明の第１０の態様に係る発光装置は、第９の態様に係る発光装置において、蛍光体が３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の範囲内に強度最大値を持つ短波長可視光によって励起する。

本発明の第１１の態様に係る発光装置は、第１０の態様に係る発光装置において、短波長可視光を放つ固体発光素子をさらに備える。

本発明の蛍光体は、紫外線又は紫外光により励起され、少なくともＥｕ^３＋に起因する輝線状の赤色発光成分を放射する。そのため、高効率と高演色性とを両立する照明光を得ることが可能となる。

本発明の実施形態に係る発光装置を説明するための概略図である。 本発明の実施形態に係る半導体発光装置の一例を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は図２におけるＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。 半導体発光装置における封止部材の形成方法を説明するための図である。 実施例に係る蛍光体のＸＲＤパターンを示す図である。 実施例に係る蛍光体の励起スペクトル及び発光スペクトルを示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る蛍光体及び当該蛍光体を用いた発光装置について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

［蛍光体］
一般に蛍光体は、結晶質の化合物を構成する元素の一部を、蛍光を放つイオンとなり得る元素で部分置換した化合物を指す。このような特性を持つイオンは、通常「発光中心」と呼ばれる。そして、本実施形態の蛍光体は、当該結晶質の化合物としての母体（珪酸塩）に、発光中心としてのイオンが導入されている。これにより、当該蛍光体は、外部刺激、例えば粒子線（α線、β線、電子線）や電磁波（γ線、Ｘ線、真空紫外線、紫外線、可視光線）の照射などによって容易に励起され、蛍光を放つことが可能となる。

そして、本実施形態に係る蛍光体は、一般式（１）で示される組成を有している。
Ｌｎ_２ＳｉＯ_５ （１）
式中、Ｌｎは、少なくともセリウム（Ｃｅ）とユーロピウム（Ｅｕ）とテルビウム（Ｔｂ）とを含む元素群である。

一般に、Ｃｅ^３＋付活蛍光体は吸収した光を長波長の光に変換し、その変換光は幅の広い分光分布を持つことが知られている。それに対して、Ｔｂ^３＋付活蛍光体及びＥｕ^３＋付活蛍光体は吸収した光を長波長の光に変換するが、その変換光は複数の輝線からなる。Ｔｂ^３＋付活蛍光体の場合は、発光スペクトルにおける５４０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に強度最大値を持つことが知られている。また、Ｅｕ^３＋付活蛍光体の場合は、発光スペクトルにおける５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満の波長領域に強度最大値を持つことが知られている。

また、例えばＣｅ^３＋とＴｂ^３＋の両方を付活した蛍光体では、エネルギー伝達と呼ばれるメカニズムによって、Ｃｅ^３＋が吸収したエネルギーの少なくとも一部がＴｂ^３＋へ移動することも知られている。エネルギー伝達が生じるためには、通常Ｃｅ^３＋の発光スペクトルとＴｂ^３＋の吸収スペクトルとが重なっている必要がある。従来より、このＣｅ^３＋からＴｂ^３＋へのエネルギー伝達を利用して、ランプ用の緑色蛍光体が開発されている。このような緑色蛍光体としては、例えば、（Ｌａ，Ｃｅ，Ｔｂ）ＰＯ_４、（Ｃｅ，Ｔｂ）ＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９、及び（Ｇｄ，Ｃｅ，Ｔｂ）ＭｇＢ_５Ｏ_１０が挙げられる。ただし、当該ランプ用の緑色蛍光体の場合、励起スペクトルのピークは２５４ｎｍ付近にあり、Ｃｅ^３＋の発光成分のピークは４５０ｎｍ未満の波長域に位置する。

なお、Ｃｅ^３＋からＴｂ^３＋へのエネルギー伝達については、Ｃｅ^３＋が波長４５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の青乃至青緑色光を放つときであっても、Ｃｅ^３＋の発光スペクトルとＴｂ^３＋の吸収スペクトルとは重なりを持つことができる。そのため、原理的にＣｅ^３＋からＴｂ^３＋へのエネルギー伝達が可能である。つまり、４５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲に発光ピークを持つＣｅ^３＋付活蛍光体にＴｂ^３＋を共付活した場合であっても、Ｃｅ^３＋の発光スペクトルとＴｂ^３＋の吸収スペクトルとが重なりを持つため、Ｃｅ^３＋からＴｂ^３＋へのエネルギー伝達が生じる。さらにＴｂ^３＋の濃度が高い場合には、Ｔｂ^３＋とＣｅ^３＋の間のイオン間距離が近くなるため、Ｃｅ^３＋が吸収したエネルギーの殆ど全てがＴｂ^３＋に移動し、Ｔｂ^３＋に起因する線状の発光が主体として現れる。また、Ｔｂ^３＋の濃度が低い場合であっても、Ｃｅ^３＋が吸収したエネルギーの多くがＴｂ^３＋に移動する。そのため、Ｃｅ^３＋に起因する４５０ｎｍ以上５００ｎｍにピークを有するブロードな発光成分と、Ｔｂ^３＋に起因する５４０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の線状の発光成分とが認められるようになる。

一方で、例えばＴｂ^３＋とＥｕ^３＋の両方を付活した蛍光体でも、エネルギー伝達によってＴｂ^３＋からＥｕ^３＋へとエネルギー移動することが知られている。なお、一般に、Ｔｂ^３＋の発光スペクトルとＥｕ^３＋の吸収スペクトルとの重なりは小さいことが知られている。そこで、Ｔｂ^３＋からＥｕ^３＋へのエネルギー伝達確率を上げるには、Ｔｂ^３＋とＥｕ^３＋の距離が短くなるように、いずれか一方の蛍光体中の含有量を高めることが好ましい。

このようにＣｅ^３＋からＴｂ^３＋へはエネルギー伝達が生じ、Ｔｂ^３＋からＥｕ^３＋へもエネルギー伝達が生じる。このために、Ｃｅ^３＋とＴｂ^３＋とＥｕ^３＋とを一緒に付活した蛍光体においては、Ｃｅ^３＋からＴｂ^３＋、さらにはＴｂ^３＋からＥｕ^３＋へのエネルギー伝達によって、Ｔｂ^３＋を媒体としてＣｅ^３＋からＥｕ^３＋へのエネルギー伝達が生じることになる。

本実施形態の蛍光体の場合では、一般式（１）に示すように、珪酸塩の母体に少なくともセリウム（Ｃｅ）とユーロピウム（Ｅｕ）とテルビウム（Ｔｂ）とを含む元素群を含有している。そのため、上述のメカニズムにより、４５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満にピークを有し、比較的強度が小さいＣｅ^３＋のブロードな発光成分にＴｂ^３＋及びＥｕ^３＋の発光成分が重畳する。その結果、本実施形態の蛍光体は、少なくともＥｕ^３＋に起因する輝線状の蛍光成分を放出し、さらにＴｂ^３＋に起因する輝線状の蛍光成分を放つことが可能となる。具体的には、当該蛍光体は、５４０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満及び６００ｎｍ以上６３０ｎｍ未満の波長領域に、輝線状の発光ピークを有する特徴的な発光スペクトルを示す。

さらにＣｅ^３＋は発光中心として作用するだけでなく、Ｔｂ^３＋の増感剤としても作用し、輝線状の緑色成分を持つＴｂ^３＋の発光強度を増すことができる。また、Ｔｂ^３＋は発光中心として作用するだけでなく、Ｅｕ^３＋の増感剤としても作用し、輝線状の赤色成分を持つＥｕ^３＋の発光強度を増すことができる。一方で、Ｃｅ^３＋は、無機酸化物の結晶格子中に存在する場合、紫外線又は紫外光を吸収する機能も持つ。そのため、本実施形態の蛍光体では、Ｃｅ^３＋とＴｂ^３＋とＥｕ^３＋とを共存させることにより、紫外線又は紫外光をＣｅ^３＋が吸収し、Ｃｅ^３＋が吸収した光エネルギーを効率よくＴｂ^３＋及びＥｕ^３＋に移動させる。その結果、紫外線又は紫外光を輝線状の緑色光及び輝線状の赤色光へ波長変換するため、高効率と高演色性とを両立する照明光を得ることが可能となる。

上述のように、本実施形態の蛍光体は、一般式：Ｌｎ_２ＳｉＯ_５で表される組成を有している。そしてＬｎは、少なくともＣｅとＥｕとＴｂとを含む元素群を表している。そのためＬｎは、ＣｅとＥｕとＴｂとを含有していれば、本発明の効果を損なわない範囲で他の元素を含有していてもよい。

本実施形態の蛍光体において、Ｌｎは希土類元素からなることが好ましい。また、セリウム、ユーロピウム及びテルビウムは、これらの元素以外で三価のイオンと成り得る元素、特に希土類元素で部分置換し得る。三価のイオンと成り得る元素としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが挙げられる。これらの希土類元素は一種を単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。

さらに、本実施形態の蛍光体は、イットリウム−テルビウム珪酸塩（ＹＴｂＳｉＯ_５）の一部がＣｅ及びＥｕで置換されたものであることが好ましい。当該蛍光体がこのような化合物であることにより、紫外光をＣｅ^３＋が吸収し、吸収した光エネルギーを効率よくＴｂ^３＋及びＥｕ^３＋に移動させ、輝線状の緑色光及び赤色光へ波長変換することが可能となる。

上述のように、本実施形態の蛍光体は、Ｃｅ^３＋が吸収したエネルギーの少なくとも一部がＴｂ^３＋及びＥｕ^３＋に移動する。そのため、当該蛍光体は、少なくともＥｕ^３＋に起因する輝線状の蛍光成分を放つことが好ましい。このように、当該蛍光体は赤色輝線を少なくとも含む光を放つ蛍光体となるため、高効率と高演色性とを両立する好ましい照明光を得ることが可能となる。また、Ｃｅ^３＋が吸収したエネルギーの少なくとも一部がＴｂ^３＋にも移動することから、Ｔｂ^３＋に起因する輝線状の蛍光成分を放つことが好ましい。

なお、本実施形態の蛍光体は、Ｅｕ^３＋に起因する蛍光成分とＴｂ^３＋に起因する蛍光成分との両方を放出することができる。そして、Ｅｕ^３＋に起因する輝線状の赤色蛍光成分と、Ｔｂ^３＋に起因する輝線状の緑色蛍光成分との強度割合は、蛍光体となる化合物中のＥｕとＴｂの混合割合を変えることによって調整することが可能である。さらに化合物中のＥｕとＴｂの混合割合を変更し、Ｃｅ^３＋が吸収した光エネルギーの大部分をＴｂ^３＋からＥｕ^３＋に移動させることにより、Ｔｂ^３＋に起因する蛍光成分を大幅に減少させることも可能である。その結果、赤色輝線を高効率で放出する照明光を得ることもできる。

本実施形態の蛍光体の発光スペクトルにおいて、６００ｎｍ以上６３０ｎｍ未満の波長領域に発光強度の最大値を持つことが好ましい。この場合、Ｅｕ^３＋に起因する赤色輝線が主体となるため、高効率と高演色性とを両立する好ましい照明光を得ることが可能となる。

さらに本実施形態の蛍光体の発光スペクトルにおいて、５４０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを持つことが好ましい。この場合、上述のＥｕ^３＋に起因する赤色輝線とＴｂ^３＋に起因する緑色輝線とを併せ持つため、照明光の色合わせが容易となる。また、一つの蛍光体で、赤色輝線と緑色輝線の両方を放出するため、光源の製造工程も単純化することが可能となる。

上述のように、Ｃｅ^３＋は、無機酸化物の結晶格子中に存在する場合、紫外線又は紫外光を吸収する機能を有する。そのため、本実施形態の蛍光体は、３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域に、Ｃｅ^３＋に基づく励起ピークを持つことが好ましい。この場合、紫外線又は紫外光を放つ固体発光素子、例えば発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）と組み合わせることによって、照明光源を構成できるようになる。

さらに、本実施形態の蛍光体は、３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の範囲内に強度最大値を持つ短波長可視光によって励起することが好ましい。この場合、既存の紫外光を放つ固体発光素子を利用できるので、発光装置の製造が比較的容易となる。

このように、本実施形態に係る蛍光体は、一般式：Ｌｎ_２ＳｉＯ_５（式中、Ｌｎは、少なくともセリウム（Ｃｅ）とユーロピウム（Ｅｕ）とテルビウム（Ｔｂ）とを含む元素群を表す。）で示される組成を有している。そして、当該蛍光体は、紫外線又は紫外光で励起され、さらに少なくとも輝線状の赤色光成分を放射することができる。そのため、高効率と高演色性とを両立する照明光を得ることが可能となる。

［発光装置］
次に、本発明の実施形態に係る発光装置を説明する。本実施形態の発光装置は、上記蛍光体を備えることを特徴とする。上述のように、本実施形態の蛍光体は、少なくとも輝線状の赤色光成分を含む蛍光を放出する。このため、本実施形態の発光装置では、上記蛍光体と当該蛍光体を励起する励起源とを組み合わせることによって、効果的に色調制御された蛍光を出力することが可能となる。

なお、本実施形態の発光装置は、発光する機能を備えた電子装置を広く包含するものであり、何らかの光を発する電子装置であれば特に限定されるものではない。つまり、本実施形態の発光装置は、少なくとも本実施形態の蛍光体を利用しており、さらに当該蛍光体が放つ蛍光を少なくとも出力光として利用する発光装置である。

より詳細に説明すると、本実施形態の発光装置は、前記蛍光体と当該蛍光体を励起する励起源とを組み合わせている。そして、前記蛍光体は、励起源が放つエネルギーを吸収し、吸収したエネルギーを色調制御された蛍光に変換するものである。なお、励起源は、蛍光体の励起特性に合わせて、放電装置、電子銃、固体発光素子などから適宜選択すればよい。

従来より、蛍光体を利用する発光装置は数多くあり、例えば蛍光灯や電子管、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、白色ＬＥＤ、さらには蛍光体を利用する検出装置などがこれに該当する。広義には、蛍光体を利用する照明光源及び照明装置並びに表示装置なども発光装置であり、レーザーダイオードを備えるプロジェクターやＬＥＤバックライトを備える液晶ディスプレイなども発光装置とみなされる。ここで本実施形態の発光装置は、蛍光体が放つ蛍光の種別によって分類できるため、この分類について説明する。

電子装置に利用される蛍光現象は、学術的に幾つかに区分されており、フォトルミネッセンス、カソードルミネッセンス、エレクトロルミネッセンスなどの用語で区別されている。「フォトルミネッセンス（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）」とは、蛍光体に電磁波を照射したときに蛍光体が放つ蛍光をいう。なお、「電磁波」という用語は、Ｘ線、紫外線、可視光及び赤外線などを総称して指す。「カソードルミネッセンス（ｃａｔｈｏｄｅｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）」とは、蛍光体に電子線を照射したときに蛍光体が放つ蛍光をいう。また、エレクトロルミネッセンス（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）とは、蛍光体に電子を注入したり電界をかけたりしたときに放つ蛍光をいう。原理的にフォトルミネッセンスに近い蛍光として、サーモルミネッセンス（ｔｈｅｒｍｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）という用語もあるが、これは蛍光体に熱を加えたときに蛍光体が放つ蛍光をいう。また、原理的にカソードルミネッセンスに近い蛍光として、ラジオルミネッセンス（ｒａｄｉｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）という用語もあるが、これは蛍光体に放射線を照射したときに蛍光体が放つ蛍光をいう。

先に説明したように、本実施形態の発光装置は、上述の蛍光体が放つ蛍光を少なくとも出力光として利用するものである。そして、ここでいう蛍光は少なくとも上述のように区分することができるため、当該蛍光は、上記ルミネッセンスから選ばれる少なくとも一つの蛍光現象として置き換えることができる。

なお、蛍光体のフォトルミネッセンスを出力光として利用する発光装置の典型例としては、Ｘ線イメージインテンシファイア、蛍光灯、白色ＬＥＤ、蛍光体とレーザーダイオードを利用する半導体レーザープロジェクター及びＰＤＰが挙げられる。また、カソードルミネッセンスを出力光とする発光装置の典型例としては、電子管、蛍光表示管及びフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）が挙げられる。さらに、エレクトロルミネッセンスを出力光とする発光装置の典型例としては、無機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（無機ＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザー（ＬＤ）及び有機エレクトロルミネッセンス素子（ＯＬＥＤ）が挙げられる。

以下、図面を参考に本実施形態の発光装置を説明する。図１は、本実施形態に係る発光装置の概略を示す。図１（ａ）及び図１（ｂ）において、励起源１は、本実施形態の蛍光体２を励起するための一次光を生成する光源である。励起源１は、α線、β線、電子線などの粒子線や、γ線、Ｘ線、真空紫外線、紫外線、可視光（特に紫色光の短波長可視光）などの電磁波を放つ放射装置を用いることができる。また励起源１としては、各種の放射線発生装置や電子ビーム放射装置、放電光発生装置、固体発光素子、固体発光装置なども用いることができる。励起源１の代表的なものとしては、電子銃、Ｘ線管球、希ガス放電装置、水銀放電装置、発光ダイオード、半導体レーザーを含むレーザー光発生装置、無機又は有機のエレクトロルミネッセンス素子などが挙げられる。

また、図１（ａ）及び図１（ｂ）において、出力光４は、励起源１が放つ励起線又は励起光３によって励起された蛍光体２が放つ蛍光である。そして出力光４は、発光装置において照明光や表示光として利用されるものである。

図１（ａ）では、励起線又は励起光３を蛍光体２に照射する方向に、蛍光体２からの出力光４が放出される構造の発光装置を示す。なお、図１（ａ）に示す発光装置としては、白色ＬＥＤ光源や蛍光ランプ、電子管などが挙げられる。一方、図１（ｂ）では、励起線又は励起光３を蛍光体２に照射する方向とは逆の方向に、蛍光体２からの出力光４が放出される構造の発光装置を示す。図１（ｂ）に示す発光装置としては、プラズマディスプレイ装置や反射板付き蛍光体ホイールを利用する光源装置、プロジェクターなどが挙げられる。

本実施形態の発光装置の具体例として好ましいものは、蛍光体を利用して構成した半導体発光装置、照明光源、照明装置、ＬＥＤバックライト付き液晶パネル、ＬＥＤプロジェクター、レーザープロジェクターなどである。そして、本実施形態の発光装置は、３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の範囲内に強度最大値を持つ短波長可視光によって蛍光体を励起する構造を有することが好ましい。さらに当該発光装置は、短波長可視光を放つ固体発光素子をさらに備えることが好ましい。励起源として固体発光素子を用いることにより、衝撃に強い全固体の発光装置、例えば固体照明を実現することが可能となる。

以下、本実施形態に係る半導体発光装置の具体例を詳細に説明する。図２に示すように、本実施形態に係る半導体発光装置１００は、基板１１０、複数のＬＥＤ（発光素子）１２０、及び複数の封止部材１３０を備える。基板１１０は、例えば、セラミック基板や熱伝導樹脂などからなる絶縁層とアルミ板などからなる金属層との二層構造を有する。基板１１０は略方形の板状であって、基板１１０の短手方向（Ｘ軸方向）の幅Ｗ１が１２〜３０ｍｍであり、長手方向（Ｙ軸方向）の幅Ｗ２が１２〜３０ｍｍである。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１２０は、例えばＧａＮ系のＬＥＤであって、平面視形状が略長方形である。そしてＬＥＤ１２０は、短手方向（Ｘ軸方向）の幅Ｗ３が０．３〜１．０ｍｍ、長手方向（Ｙ軸方向）の幅Ｗ４が０．３〜１．０ｍｍ、厚み（Ｚ軸方向の幅）が０．０８〜０．３０ｍｍである。

そしてＬＥＤ１２０は、基板１１０の長手方向（Ｙ軸方向）とＬＥＤ１２０の素子列の配列方向とが一致するように配置されている。ＬＥＤ１２０は、一列に並んだ複数のＬＥＤ１２０ごと素子列を構成しており、それら素子列が基板１１０の短手方向（Ｘ軸方向）に沿って複数列並べて実装されている。具体的には、例えば、２５個のＬＥＤ１２０が５列５行でマトリックス状に実装されている。すなわち、１つの素子列は５個のＬＥＤで構成され、そのような素子列が５行並べて実装されている。

各素子列では、ＬＥＤ１２０が長手方向（Ｙ軸方向）に直線状に配列されている。このようにＬＥＤ１２０を直線状に配列することによって、それらＬＥＤ１２０を封止する封止部材１３０も直線状に形成することができる。

図３（ｂ）に示すように、各素子列は、それぞれ長尺状の封止部材１３０によって個別に封止されている。そして、１つの素子列とその素子列を封止する１つの封止部材１３０とによって、１つの発光部１０１を構成している。したがって、半導体発光装置１００は５つの発光部１０１を備えていることになる。

封止部材１３０は、蛍光体を含有した透光性の樹脂材料で形成されている。樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン・エポキシのハイブリッド樹脂、ユリア樹脂などを用いることができる。また、蛍光体としては、本実施形態の蛍光体を用いることができる。ただ、蛍光体としては、本実施形態の蛍光体のみならず、例えば、Ｅｕ^２＋、Ｃｅ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｍｎ^２＋の少なくともいずれかで付活した酸化物や酸ハロゲン化物などの酸化物系蛍光体も用いることができる。また、蛍光体としては、Ｅｕ^２＋、Ｃｅ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｍｎ^２＋の少なくともいずれかで付活した窒化物や酸窒化物などの窒化物系蛍光体、又は硫化物や酸硫化物などの硫化物系蛍光体も用いることができる。

具体的には、青色蛍光体として、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋、ＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。緑青又は青緑色蛍光体として、Ｓｒ_４Ｓｉ_３Ｏ_８Ｃｌ_４：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２４：Ｅｕ^２＋、ＢａＡｌ_８Ｏ_１３：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋が挙げられる。さらに緑青又は青緑色蛍光体として、ＢａＺｒＳｉ_３Ｏ_９：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_２ＹＺｒ_２（ＡｌＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋、Ｃａ_２ＹＨｆ_２（ＡｌＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋、Ｃａ_２ＹＺｒ_２（ＡｌＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋が挙げられる。緑色蛍光体として、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_８Ｍｇ（ＳｉＯ_４）_４Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_８Ｍｇ（ＳｉＯ_４）_４Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋が挙げられる。さらに緑色蛍光体として、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、ＣｅＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９：Ｍｎ^２＋、Ｙ_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋、Ｌｕ_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋が挙げられる。また、緑色蛍光体として、Ｙ_３Ｇａ_２（ＡｌＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｃｅ^３＋、β−Ｓｉ_３Ｎ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋が挙げられる。緑色蛍光体として、Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_３Ｓｉ_１３Ａｌ_３Ｏ_２Ｎ_２１：Ｅｕ^２＋、ＹＴｂＳｉ_４Ｎ_６Ｃ：Ｃｅ^３＋、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋が挙げられる。緑色蛍光体として、Ｃａ_２ＬａＺｒ_２（ＡｌＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋、Ｃａ_２ＴｂＺｒ_２（ＡｌＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋、Ｃａ_２ＴｂＺｒ_２（ＡｌＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋，Ｐｒ^３＋が挙げられる。緑色蛍光体として、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ^２＋、ＭｇＧａ_２Ｏ_４：Ｍｎ^２＋が挙げられる。緑色蛍光体として、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋、Ｙ_２ＳｉＯ_４：Ｃｅ^３＋，ＣｅＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９：Ｔｂ^３＋、ＧｄＭｇＢ_５Ｏ_１０：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋が挙げられる。黄又は橙色蛍光体として、（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、α−Ｃａ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ^２＋が挙げられる。黄又は橙色蛍光体として、Ｙ_２Ｓｉ_４Ｎ_６Ｃ：Ｃｅ^３＋、Ｌａ_３Ｓｉ_６Ｎ_１１：Ｃｅ^３＋、Ｙ_３ＭｇＡｌ（ＡｌＯ_４）_２（ＳｉＯ_４）：Ｃｅ^３＋が挙げられる。赤色蛍光体としては、Ｓｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、ＳｒＡｌＳｉ_４Ｎ_７：Ｅｕ^２＋、ＣａＳ：Ｅｕ^２＋、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、Ｙ_３Ｍｇ_２（ＡｌＯ_４）（ＳｉＯ_４）_２：Ｃｅ^３＋が挙げられる。また、赤色蛍光体として、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ_４：Ｅｕ^３＋、ＹＶＯ_４：Ｅｕ^３＋が挙げられる。赤色蛍光体として、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２・ＧｅＯ_２：Ｍｎ^４＋、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、ＧｄＭｇＢ_５Ｏ_１０：Ｃｅ^３＋，Ｍｎ^２＋が挙げられる。

図３に示すように、封止部材１３０は、短手方向（Ｘ軸方向）の幅Ｗ５が０．８〜３．０ｍｍ、長手方向（Ｙ軸方向）の幅Ｗ６が３．０〜４０．０ｍｍであることが好ましい。また、ＬＥＤ１２０を含めた最大厚み（Ｚ軸方向の幅）Ｔ１が０．４〜１．５ｍｍ、ＬＥＤ１２０を含めない最大厚みＴ２が０．２〜１．３ｍｍであることが好ましい。封止信頼性を確保するためには、封止部材１３０の幅Ｗ５はＬＥＤ１２０の幅Ｗ３に対して２〜７倍であることが好ましい。

封止部材１３０の短手方向に沿った断面の形状は図３（ａ）に示すように、略半楕円形である。また、封止部材１３０の長手方向の両端部１３１，１３２は、Ｒ形状になっている。具体的には、両端部１３１，１３２の形状は、図２に示すように、平面視における形状が略半円形であり、図３（ｂ）に示すように、長手方向に沿った断面の形状が約９０°の中心角を有する略扇形である。封止部材１３０の両端部１３１，１３２がこのようにＲ形状になっている場合は、それら両端部１３１，１３２において応力集中が生じ難いと共に、ＬＥＤ１２０の出射光を封止部材１３０の外部に取り出し易い。

各ＬＥＤ１２０は、基板１１０にフェイスアップ実装される。そして基板１１０に形成された配線パターン１４０によって、ＬＥＤ１２０に電力が供給する図示しない点灯回路ユニットと電気的に接続されている。配線パターン１４０は、一対の給電用のランド１４１，１４２と、各ＬＥＤ１２０に対応する位置に配置された複数のボンディング用のランド１４３とを有する。

図３に示すように、ＬＥＤ１２０は、例えば、ワイヤボンディングによりワイヤ（例えば、金ワイヤ）１５０を介してランド１４３と電気的に接続されている。ワイヤ１５０の一方の端部１５１はＬＥＤ１２０と接合され、他方の端部１５２はランド１４３と接合されている。各ワイヤ１５０は、それぞれ接続対象である発光素子の属する素子列に沿って配置されている。さらに各ワイヤ１５０の両端部１５１，１５２も素子列に沿って配置されている。各ワイヤ１５０は、ＬＥＤ１２０やランド１４３と共に封止部材１３０により封止されているため劣化し難く、また絶縁されていて安全性も高い。なお、ＬＥＤ１２０の基板１１０への実装方法は、上記のようなフェイスアップ実装に限定されず、フリップチップ実装であってもよい。

ＬＥＤ１２０は、図２に示すように、同じ素子列に属する５個のＬＥＤ１２０が直列接続され、５つの素子列が並列接続されている。なお、ＬＥＤ１２０の接続形態はこれに限定されず、素子列に関係なくどのように接続されていてもよい。ランド１４１，１４２には、図示しない点灯回路ユニットの一対のリード線が接続され、それらリード線を介して点灯回路ユニットから各ＬＥＤ１２０に電力が供給され、これにより各ＬＥＤ１２０が発光する。

封止部材１３０は、以下のような手順で形成することができる。まず、図２に示すように、一列に並んだ複数のＬＥＤ１２０からなる素子列がＸ軸方向に複数列並べて実装された基板１１０を用意する。次に図４に示すように、基板１１０に、例えばディスペンサ１６０を用いて、素子列に沿って樹脂ペースト１３５をライン状に塗布する。その後、塗布後の樹脂ペースト１３５を固化させることによって、素子列ごとに個別に封止部材１３０を形成する。

本実施形態の半導体発光装置は、照明光源用や液晶ディスプレイのバックライト用、表示装置用の光源など広く利用可能である。つまり上述のように、本実施形態の蛍光体は、視認性が良好な光を放ち得る。そのため、当該蛍光体を照明光源等に用いた場合、高演色性かつ高効率の照明光源や、高輝度画面の広色域表示が可能な表示装置を提供することができる。

このような照明光源としては、本実施形態の半導体発光装置と、当該半導体発光装置を動作させる点灯回路と、口金など照明器具との接続部品とを組み合わせて構成することができる。また、必要に応じて照明器具を組み合わせれば、照明装置や照明システムを構成することにもなる。

このように、本実施形態の発光装置は、視感度や視認性の面で良好な特性を有するため、上述の半導体発光装置や光源装置以外にも広く利用することができる。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

固相反応を利用する調製手法を用いて、実施例の蛍光体を合成し、その特性を評価した。なお、本実施例では、以下の化合物粉末を原料として使用した。

酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）：純度３Ｎ、信越化学工業株式会社製
酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）：純度３Ｎ、日本アエロジル株式会社製
酸化テルビウム（Ｔｂ_４Ｏ_７）：純度４Ｎ、信越化学工業株式会社製
酸化セリウム（ＣｅＯ_２）：純度４Ｎ、信越化学工業株式会社製
酸化ユーロピウム（Ｅｕ_２Ｏ_３）：純度３Ｎ、信越化学工業株式会社製

［試料の調製］
まず、表１に示す割合で各原料を秤量した。次に、ボールミルを用いて、これらの原料を適量の溶媒と共に混合し、１時間攪拌した。そして混合後の原料を容器に移し、乾燥機を用いて１５０℃で２時間乾燥させた。乾燥後の混合原料を乳鉢と乳棒を用いて粉砕し、焼成原料とした。その後、焼成原料をアルミナるつぼに移し、管状電気炉を用いて１４５０℃の弱還元雰囲気中で２時間焼成した。なお、弱還元雰囲気は、窒素９６％と水素４％との混合ガス雰囲気とし、混合ガス流量を１００ｃｃ／ｍｉｎとした。

このようにして、組成式がＹＴｂ_０．９７Ｃｅ_０．０２Ｅｕ_０．０１ＳｉＯ_５で表される実施例の化合物を調製した。そして、得られた実施例の化合物を使用し、以下の評価を行った。

［結晶構造解析］
実施例の化合物の結晶構造解析を行った。図５は、実施例の化合物のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示す。なお、ＸＲＤパターンは、Ｘ線回折装置（製品名：ＭｕｌｔｉＦｌｅｘ、株式会社リガク製）を用いて評価した。図５では、実施例の化合物のＸＲＤパターンと、ＰＤＦ（Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｆｉｌｅｓ）に登録されているＹ_２ＳｉＯ_５のパターン（ＰＤＦ Ｎｏ．３６−１４７６）とを示す。

図５より、実施例のＸＲＤパターンは、Ｙ_２ＳｉＯ_５のパターンと形状面での特徴が一致している。すなわち実施例の化合物のＸＲＤパターンは、回折ピークの強度比がＹ_２ＳｉＯ_５と異なっているものの、回折ピークの数に過不足がない。このようなＸＲＤパターンの一致は、実施例の化合物がＹ_２ＳｉＯ_５と同じ結晶構造を有する化合物であることを示す。そして、実施例の化合物がＹＴｂ_０．９７Ｃｅ_０．０２Ｅｕ_０．０１ＳｉＯ_５で表される化合物であることを示すものである。

［発光特性評価］
実施例の化合物の励起特性と発光特性を、分光蛍光光度計（ＦＰ−６５００（製品名：日本分光株式会社製）と、瞬間マルチ測光システム（ＱＥ−１１００：大塚電子株式会社製）とを併用して評価した。なお、測定精度を高める目的で、発光スペクトルの測定には瞬間マルチ測光システムを利用し、励起スペクトルの測定には分光蛍光光度計を利用した。そして、発光スペクトル測定時の励起波長は３５７ｎｍとし、励起スペクトル測定時のモニタ波長については発光ピーク波長、つまり５４３ｎｍ及び６１２ｎｍとした。

図６では、実施例の化合物の励起スペクトル及び発光スペクトルを示す。なお、図６において、発光スペクトル及び励起スペクトルは、いずれも最大強度を１００％として示している。図６に示すように、実施例の励起スペクトルはＣｅ^３＋によるブロードな励起帯を有し、さらに励起帯は３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の範囲内にピークを有している。具体的には、実施例の励起スペクトルは、３５７ｎｍにＣｅ^３＋に基づく励起ピークを有する。また、実施例の発光スペクトルは、５４０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の黄緑色の波長領域に輝線状の蛍光ピークを有している。さらに、６００ｎｍ以上６３０ｎｍ未満の赤色の波長領域に輝線状の蛍光ピークを有しており、この蛍光ピークは当該発光スペクトルの最大強度となっている。

以上、本発明を実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

２ 蛍光体

Claims (11)

1. 一般式：
   Ｌｎ_２ＳｉＯ_５
   （式中、Ｌｎは、少なくともＣｅとＥｕとＴｂとを含む元素群である）で示される組成を有することを特徴とする蛍光体。
2. 前記Ｌｎは、希土類元素からなることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体。
3. 前記Ｌｎ_２ＳｉＯ_５は、ＹＴｂＳｉＯ_５の結晶格子の一部がＣｅ及びＥｕで置換されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光体。
4. 少なくともＥｕ^３＋に起因する輝線状の蛍光成分を放つことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蛍光体。
5. Ｔｂ^３＋に起因する輝線状の蛍光成分を放つことを特徴とする請求項４に記載の蛍光体。
6. ６００ｎｍ以上６３０ｎｍ未満の波長領域に発光強度の最大値を持つことを特徴とする請求項４に記載の蛍光体。
7. ５４０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを持つことを特徴とする請求項５に記載の蛍光体。
8. ３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域にＣｅ^３＋に基づく励起ピークを持つことを特徴とする請求項６に記載の蛍光体。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の蛍光体を備えることを特徴とする発光装置。
10. 前記蛍光体は、３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の範囲内に強度最大値を持つ短波長可視光によって励起することを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
11. 前記短波長可視光を放つ固体発光素子をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。

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