JP2016176017A5

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Publication number: JP2016176017A5
Application number: JP2015058055A
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Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2017-03-09

Description

蛍光体及びこれを用いた発光装置

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、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体発光素子で励起可能であり、さらに輝線状の緑色及び／又は赤色の光成分を放つ蛍光体及びこれを用いた発光装置に関する。

従来より、発光ダイオードの光で励起可能であり、さらに輝線状の緑色及び／又は赤色の光成分を放つ無機蛍光体として、特許文献１の蛍光体が知られている。特許文献１では、例えば、Ｃａ_２ＴｂＺｒ_２（ＡｌＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋やＣａ_２ＴｂＺｒ_２（ＡｌＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋，Ｅｕ^３＋などのガーネット型の結晶構造を持つ無機化合物の蛍光体が開示されている。

また、従来より、発光ダイオードの光で励起可能で、ブロードな青緑又は緑色の光成分を放つ無機蛍光体として、特許文献２の蛍光体が知られている。特許文献２では、例えば、ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｃｅ^３＋などのカルシウムフェライト型の結晶構造を持つ無機蛍光体が開示されている。

このような蛍光体は、ＬＥＤ照明に代表される照明装置、又はバックライト機能付き液晶ディスプレイやレーザープロジェクターに代表される表示装置といった発光装置等で利用の検討がされ、実際に一部が利用されている。

国際公開第２０１４／０９７５２７号特許第４１４８２９８号明細書

しかしながら、ＬＥＤ光で励起可能であり、さらに輝線状の緑色及び／又は赤色の光成分を放つ従来の無機蛍光体は、温度消光が大きい。このため、室温で高効率の発光が得られないだけでなく、蛍光体温度の上昇によって、さらに発光効率が低下するという問題があった。

一方、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つ従来の蛍光体は、ＬＥＤ光で高効率に励起し、さらに輝線状の緑色及び／又は赤色の光成分を放つことができなかった。このため、紫色又は青色の短波長可視光を放つ固体発光素子を励起源とし、輝線状の緑色及び／又は赤色の光成分を放つ高出力の発光装置を提供することが困難であった。

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、短波長可視光で励起することが可能であり、さらに温度消光が改善された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。

上記課題を解決するために、本発明の第一の態様に係る蛍光体は、発光中心としてＣｅ ^３＋を含有し、かつ、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つ無機化合物からなる蛍光体である。そして、当該無機化合物は、ストロンチウムとルテチウムとを含有する。また、蛍光体の発光スペクトルは、４５０ｎｍ以上４８１ｎｍ以下に発光強度の最大値持つ。

本発明の第二の態様に係る発光装置は、上述の蛍光体を備える。

本発明の蛍光体は、３８０ｎｍ以上４７０ｎｍ未満の短波長可視光で高効率に励起すること可能であり、さらに温度消光が小さい。そのため、当該蛍光体を発光装置に用いた場合、装置の発光効率を向上させ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。参考例１及び２の蛍光体のＸＲＤパターンを示す図である。参考例１の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。参考例２の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。参考例１及び２の蛍光体の温度と、室温時の内部量子効率を１００％とした場合における内部量子効率の維持率（％）との関係を示すグラフである。実施例１の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。参考例１及び実施例１の蛍光体の温度と、室温時の内部量子効率を１００％とした場合における内部量子効率の維持率（％）との関係を示すグラフである。実施例２〜５の蛍光体のＸＲＤパターンを示す図である。実施例２〜５の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。実施例１及び実施例３の蛍光体の温度と、室温時の内部量子効率を１００％とした場合における内部量子効率の維持率（％）との関係を示すグラフである。実施例６及び７並びに参考例８〜１１の蛍光体のＸＲＤパターンを示す図である。実施例６及び７並びに参考例８〜１１の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。実施例６及び参考例１１の蛍光体の温度と、室温時の内部量子効率を１００％とした場合における内部量子効率の維持率（％）との関係を示すグラフである。

以下、本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、本実施形態に係る第一の蛍光体は、発光中心として、Ｃｅ^３＋とＴｂ^３＋とを含有し、かつ、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つ無機化合物からなる蛍光体である。そして、当該蛍光体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、励起帯は４００ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内にピークを有する。また、蛍光体の発光スペクトルは、発光ピーク波長が５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満のＴｂ^３＋による輝線状の蛍光成分を有する。そして、Ｔｂ^３＋による蛍光成分における５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の範囲内の発光ピークが、発光スペクトルの強度最大値となる。

また、本実施形態に係る第二の蛍光体は、発光中心として、Ｃｅ^３＋とＴｂ^３＋とＥｕ^３＋とを含有し、かつ、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つ無機化合物からなる蛍光体である。そして、当該蛍光体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、励起帯は４００ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内にピークを有する。また、蛍光体の発光スペクトルは、発光ピーク波長が５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満のＴｂ^３＋による輝線状の蛍光成分、及び発光ピーク波長が５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満のＥｕ^３＋による輝線状の蛍光成分の少なくとも一方を有する。そして、Ｔｂ^３＋による蛍光成分における５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の範囲内の発光ピーク、又はＥｕ^３＋による蛍光成分における５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満の範囲内の発光ピークが、発光スペクトルの強度最大値となる。

なお、本明細書において、「ブロードな励起帯」とは、当該励起帯に対応する励起スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）が２５ｎｍ〜１５０ｎｍであることを意味する。同様に、「ブロードな蛍光成分」とは、当該蛍光成分に対応する発光スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）が５０ｎｍ〜１５０ｎｍであることを意味する。また、「輝線状の蛍光成分」とは、当該蛍光成分に対応する発光スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）が３ｎｍ〜３０ｎｍであることを意味する。

上述のように第一の蛍光体は、発光中心として、少なくともセリウムイオン（Ｃｅ^３＋）とテルビウムイオン（Ｔｂ^３＋）とを含有している。また、第二の蛍光体は、発光中心として、セリウムイオン（Ｃｅ^３＋）とテルビウムイオン（Ｔｂ^３＋）に加えて、ユウロピウムイオン（Ｅｕ^３＋）を含有している。そして、当該蛍光体の発光スペクトルは、図６及び図７に示す特徴的な形状を有している。まず、本実施形態の蛍光体が図６及び図７に示す特徴的なスペクトルを示すメカニズムについて説明する。

一般に、Ｃｅ^３＋付活蛍光体は、吸収した光をそれよりも長波長の光に変換し、さらに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＋付活蛍光体は、吸収した光をそれよりも長波長の光に変換するが、その変換光は５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満に強度最大値を持ち、さらに複数の輝線からなることが知られている。また、Ｅｕ^３＋付活蛍光体も、吸収した光をそれよりも長波長の光に変換するが、その変換光は５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満に強度最大値を持ち、さらに複数の輝線からなることが知られている。

また、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。エネルギー伝達によるエネルギー移動が生じるためには、通常、Ｃｅ^３＋の発光スペクトルとＴｂ^３＋の吸収スペクトルが重なっている必要がある。

さらに、Ｔｂ^３＋とＥｕ^３＋の両方を付活した蛍光体でも、エネルギー伝達と呼ばれるメカニズムによって、Ｔｂ^３＋が吸収したエネルギーの少なくとも一部がＥｕ^３＋へ移動することも知られている。これは、Ｔｂ^３＋の発光スペクトルとＥｕ^３＋の吸収スペクトルが若干重なっているためである。

そして、Ｃｅ^３＋とＴｂ^３＋とＥｕ^３＋の三種類のイオンを付活した蛍光体では、Ｃｅ^３＋からＴｂ^３＋へのエネルギー伝達とＴｂ^３＋からＥｕ^３＋へのエネルギー伝達の二つが同時に起こることも知られている。これは、Ｃｅ^３＋が吸収したエネルギーの少なくとも一部がＴｂ^３＋へ移動し、さらにＴｂ^３＋を介して、Ｔｂ^３＋が吸収したエネルギーの少なくとも一部がＥｕ^３＋へと移動するためである。

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４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の紫ないし青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＋の吸収スペクトルの重なりが大きいため、伝達確率が高いことも知られている。つまり、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ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、Ｃｅ^３＋の発光スペクトルとＴｂ^３＋の吸収スペクトルの重なりが大きいため、Ｃｅ^３＋からＴｂ^３＋へエネルギー伝達する確率は高い。さらに、Ｔｂ^３＋の濃度が高い場合は、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＋に起因する輝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４００ｎｍ以上４９０ｎｍ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５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の輝線状の発光成分とが認められるようになる。

一方、Ｔｂ^３＋からＥｕ^３＋へのエネルギー伝達については、Ｔｂ^３＋の発光スペクトルとＥｕ^３＋の吸収スペクトルの重なりが小さいため、少なくともいずれかのイオンの濃度を高くする必要がある。これにより、Ｔｂ^３＋とＥｕ^３＋の間のイオン間距離が小さくなり、伝達確率を高めることができる。その結果、Ｅｕ^３＋に起因する輝線状の発光が主体として現れるようになる。

Ｃｅ^３＋からＴｂ^３＋を介するＥｕ^３＋へのエネルギー伝達は、上記したＣｅ^３＋からＴｂ^３＋へのエネルギー伝達とＴｂ^３＋からＥｕ^３＋へのエネルギー伝達の二つを含むものであるので、両者の特徴を併せ持っている。この結果、第一の蛍光体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、発光スペクトルはＴｂ^３＋による輝線状の蛍光成分を有し、さらにＴｂ^３＋に由来する発光ピークが当該発光スペクトルの強度最大値を示すものとなる。また、第二の蛍光体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、発光スペクトルは、Ｔｂ^３＋による輝線状の蛍光成分、及びＥｕ^３＋による輝線状の蛍光成分の少なくとも一方を有する。そして、Ｔｂ^３＋に由来する発光ピーク、又はＥｕ^３＋に由来する発光ピークが、当該発光スペクトルの強度最大値を示すものとなる。

また、Ｃｅ^３＋は、パリティー許容遷移となる４ｆ^１⇔５ｄ^１の電子エネルギー遷移に基づく光吸収と発光を示すことから、通常、Ｃｅ^３＋の励起スペクトルの長波長端と発光スペクトルの短波長端とは若干の重なりを持つ。このため、Ｃｅ^３＋を単独で付活した際に４５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の光を放つような蛍光体の場合、４００ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内にピークを有するＣｅ^３＋によるブロードな励起帯が認められる。

なお、Ｃｅ^３＋とＥｕ^３＋の共存は励起エネルギーの非発光緩和を助長し、発光効率の低下を誘発する原因となるため、無機化合物の結晶中におけるこれらの含有量は少ない方がよい。つまり、Ｃｅ^３＋が電子を放出してＣｅ^４＋になりやすい性質を持つのに対して、Ｅｕ^３＋が電子を受け取りＥｕ^２＋になりやすい性質を持つ。そして、無機化合物の結晶中では、Ｃｅ^３＋−Ｅｕ^３＋対がＣｅ^４＋−Ｅｕ^２＋対として安定的に存在しやすい。そのため、Ｃｅ^３＋とＥｕ^３＋の共添加は、Ｃｅ^３＋あるいはＥｕ^３＋の機能低下を誘引する。

このように、本実施形態の第一及び第二の蛍光体は、上述の発光メカニズムを利用するものである。そのため、第一及び第二の蛍光体において、無機化合物中のＴｂの原子数は、無機化合物中のＣｅの原子数よりも多いことが好ましい。これにより、Ｔｂ^３＋とＣｅ^３＋の間のイオン間距離が近くなるため、Ｔｂ^３＋に由来する輝線状の発光成分を主成分とする蛍光体を容易に得ることが可能となる。

また、第二の蛍光体のように、無機化合物中にさらにＥｕを含む場合には、無機化合物中のＴｂの原子数は、無機化合物中のＥｕの原子数よりも多いことが好ましい。これにより、比較的高濃度のＴｂが、ＣｅとＥｕとを分断する構造となる。そのため、Ｃｅ^３＋−Ｅｕ^３＋間の距離が長くなり、Ｃｅ^３＋とＥｕ^３＋の共添加に伴う発光効率の低下を抑制することが可能となる。

第一及び第二の蛍光体を構成する無機化合物は、少なくともアルカリ土類金属と希土類元素とを含有することが好ましい。アルカリ土類金属及び希土類元素は、いずれもイオン半径が１Å前後で近似しており、さらに第２族のアルカリ土類金属と第３族の希土類元素は、周期表では隣同士の関係にあり、化学的な性質も類似している。このため、光吸収イオンとして機能するＣｅ^３＋イオンや、発光中心として機能するＴｂ^３＋あるいはＥｕ^３＋イオンとの置換が容易な無機化合物を得ることが可能となる。

第一及び第二の蛍光体を構成する無機化合物は、上述のアルカリ土類金属として、少なくともストロンチウム（Ｓｒ）を含有することが好ましい。これにより、現時点では理由は不明ながらも、短波長可視光で高効率に励起することができ、輝線状の緑色及び／又は赤色の光成分を放ち、さらに温度消光が改善された無機蛍光体を得ることができる。

第一及び第二の蛍光体を構成する無機化合物がアルカリ土類金属としてＳｒを含む場合、アルカリ土類金属として、さらにカルシウム（Ｃａ）を含有することが好ましい。これにより、温度消光がさらに改善された蛍光体を得ることができる。なお、Ｃａを含むことによって温度消光が改善される理由は、次のように考えられる。つまり、Ｓｒ^２＋の格子位置を、イオン半径がＳｒ^２＋（１．１２Å）よりも小さなＣａ^２＋（０．９９Å）で置換することによって、無機化合物の結晶のイオン結合性が増加する。これにより、格子振動を伴ってエネルギー緩和する非発光遷移の確率が小さくなることに起因すると考えられる。

上述のように、第一及び第二の蛍光体を構成する無機化合物は、アルカリ土類金属と希土類元素とを含有することが好ましい。この場合、当該希土類元素として、セリウム（Ｃｅ）とテルビウム（Ｔｂ）とルテチウム（Ｌｕ）とを含有することが好ましい。Ｌｕを含むことにより、Ｔｂ^３＋を添加せずＣｅ^３＋を単独で付活した際に、４５０〜５００ｎｍの範囲内に発光ピークを持つ蛍光体が得られる。また、当該蛍光体にさらにＴｂ^３＋を共付活した場合には、Ｃｅ^３＋からＴｂ^３＋へのエネルギー伝達が生じ易いものとなる。そして、Ｔｂ^３＋は輝線状の緑色成分を放つ機能を有するイオンであるため、これによりＴｂ^３＋に由来する輝線状の発光を主成分とする蛍光体を容易に得ることができる。

第一及び第二の蛍光体を構成する無機化合物がアルカリ土類金属と希土類元素とを含有する場合、当該希土類元素としてＣｅとＴｂとＬｕに加え、さらにユウロピウム（Ｅｕ）を含むことも好ましい。Ｅｕを含むことにより、Ｔｂ^３＋を介して、Ｃｅ^３＋からＴｂ^３＋へと伝達されたエネルギーを、さらにＥｕ^３＋へと伝達することができる。そして、上述のように、Ｅｕ^３＋は赤色成分を放つ機能を有するイオンである。そのため、Ｅｕ^３＋に由来する輝線状の赤色成分を放つ蛍光体や、輝線状の赤色成分を主成分とする蛍光体を得ることができる。

第一及び第二の蛍光体を構成する無機化合物がアルカリ土類金属と希土類元素とを含有する場合、当該希土類元素としてＣｅとＴｂとＬｕに加え、さらにスカンジウム（Ｓｃ）を含むことも好ましい。Ｓｃはイオン半径が希土類元素の中で最も小さなＳｃ^３＋（０．８１Å）として、結晶中に含有される。イオン半径が小さなイオンは、最外殻電子と原子核との距離が小さく、原子核による最外殻電子の束縛力が強いため、結晶のイオン結合性を高めるように作用する。したがって、Ｓｃを含むことにより、無機化合物の結晶中のイオン結合性が高まり、これにより格子振動を伴ってエネルギー緩和する非発光遷移の確率を小さくすることができる。そして、蛍光体の温度消光は、格子振動を伴ってエネルギー緩和する非発光遷移の確率と相関するため、これにより温度消光を一層抑制することが可能となる。

第一の蛍光体を構成する無機化合物は、一般式：
ＭＸ_２Ｏ_４
で示される化合物を母体とし、当該母体を構成する元素の一部がＣｅ及びＴｂで置換されていることが好ましい。なお、式中、ＭはＳｒ及びＣａの少なくとも一方を含有し、ＸはＬｕ及びＳｃの少なくとも一方を含有する。

また、第二の蛍光体を構成する無機化合物は、一般式：
ＭＸ_２Ｏ_４
で示される化合物を母体とし、当該母体を構成する元素の一部がＣｅ、Ｔｂ及びＥｕで置換されていることが好ましい。なお、式中、ＭはＳｒ及びＣａの少なくとも一方を含有し、ＸはＬｕ及びＳｃの少なくとも一方を含有する。

第一及び第二の蛍光体を構成する無機化合物の母体として、このような化合物を使用することにより、短波長可視光で高効率に励起でき、輝線状の緑色及び／又は赤色の光成分を放ち、さらに温度消光が改善された無機蛍光体を容易に得ることができる。

一般式：ＭＸ_２Ｏ_４で示される化合物の元素Ｍは、少なくともストロンチウム（Ｓｒ）を含有し、さらにカルシウム（Ｃａ）を含有することが好ましい。なお、ストロンチウムやカルシウムは、これら以外の二価のイオンと成り得る元素で部分置換し得るものである。そのため、一般式：ＭＸ_２Ｏ_４における元素Ｍは、カルシウムフェライト型の結晶構造を損ねない範囲で、Ｓｒと、アルカリ土類金属、マグネシウム（Ｍｇ）及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群より選ばれる少なくとも一つの元素とを含有するものであってもよい。

なお、一般式：ＭＸ_２Ｏ_４で示される化合物は、元素Ｍの過半数をＳｒで占めることが好ましい。ここで、元素Ｍの過半数をＳｒで占めるとは、元素Ｍを占める原子群の中の過半数をＳｒ原子が占めることを意味する。このような組成にすることで、より高効率の蛍光体として機能し得るものとなる。なお、元素Ｍはストロンチウムのみで占められていてもよい。

また、一般式：ＭＸ_２Ｏ_４で示される化合物の元素Ｘは、少なくともルテチウム（Ｌｕ）を含有することが好ましい。なお、ルテチウムは、ルテチウム以外の三価のイオンと成り得る元素で部分置換し得るものである。そのため、一般式：ＭＸ_２Ｏ_４における元素Ｘは、カルシウムフェライト型の結晶構造を損ねない範囲で、Ｌｕと、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）からなる群より選ばれる少なくとも一つの元素とを含有するものであってもよい。

なお、一般式：ＭＸ_２Ｏ_４で示される化合物は、元素Ｘの過半数をＬｕで占めることが好ましい。ここで、元素Ｘの過半数をＬｕで占めるとは、元素Ｘを占める原子群の中の過半数をＬｕ原子が占めることを意味する。このような組成にすることで、より高効率の蛍光体として機能し得るものとなる。なお、元素Ｘはルテチウムのみで占められていてもよい。

本実施形態の蛍光体は、公知の手法により製造することが可能であり、一般的な固相反応を用いて合成することができる。

具体的には、まず、普遍的なセラミックス原料粉末である希土類酸化物、アルカリ土類金属の炭酸塩などを準備する。次に、所望の化合物の化学量論的組成又はこれに近い組成となるように原料粉末を調合し、乳鉢やボールミルなどを用いて十分に混合する。その後、アルミナるつぼなどの焼成容器を用いて、電気炉などにより混合原料を焼成することで、本実施形態の蛍光体を調製することができる。なお、混合原料を焼成する際には、大気中又は弱還元雰囲気下、１３００〜１７００℃の焼成温度にて数時間加熱することが好ましい。

なお、本実施形態の蛍光体は、水、有機溶剤、樹脂などの溶媒や水ガラスなどと適宜混合して、スラリー状、ペースト状、ゾル状、ゲル状としたものとして利用することができる。

このように、本実施形態の蛍光体において、励起スペクトルは、Ｃｅ^３＋によるブロードな励起帯を有し、当該励起帯は４００ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内にピークを有する。そのため、短波長可視光（３８０ｎｍ以上４７０ｎｍ未満の波長）を効率よく吸収して、波長変換することが可能となる。

さらに、第一の蛍光体の発光スペクトルは、発光ピーク波長が５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満のＴｂ^３＋による輝線状の蛍光成分を有する。そして、Ｔｂ^３＋による蛍光成分における、５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の範囲内の発光ピークが、蛍光体の発光スペクトルの強度最大値となる。また、第二の蛍光体の発光スペクトルは、発光ピーク波長が５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満のＴｂ^３＋による輝線状の蛍光成分、及び発光ピーク波長が５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満のＥｕ^３＋による輝線状の蛍光成分の少なくとも一方を有する。そして、Ｔｂ^３＋による蛍光成分における、５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の範囲内の発光ピーク、又はＥｕ^３＋による蛍光成分における、５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満の範囲内の発光ピークが、蛍光体の発光スペクトルの強度最大値となる。そのため、第一及び第二の蛍光体は、視認性が良好な緑色光あるいは赤色光を放出することができる。また、視感度の高い５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の範囲内、又は視感度の高い５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満の範囲内に発光成分が集中する。そのため、当該蛍光体を発光装置に用いた場合、装置の発光効率を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態の蛍光体は、発光中心がＣｅ^３＋の蛍光体とＴｂ^３＋の蛍光体を単に混合した混合物や、さらに発光中心がＥｕ^３＋の蛍光体を単に混合した混合物ではない。つまり、本実施形態の蛍光体は、Ｃｅ^３＋とＴｂ^３＋、あるいは、Ｃｅ^３＋とＴｂ^３＋とＥｕ^３＋とが、単一の化合物内で共存している。そのため、Ｃｅ^３＋が短波長可視光を吸収し、さらにＣｅ^３＋からＴｂ^３＋へのエネルギー伝達や、Ｃｅ^３＋からＴｂ^３＋を介するＥｕ^３＋へのエネルギー伝達が起こることから、上述のような特異な形状の発光スペクトルを得ることが可能となる。

［発光装置］
次に、本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、上記蛍光体を備えている。上述のように、本実施形態の蛍光体は、特殊なスペクトル形状を有し、かつ、色調制御された蛍光を放出する。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、上述の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、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（特に紫色光や青色光などの短波長可視光）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、上述のように、本実施形態の蛍光体において、励起スペクトルは、Ｃｅ^３＋によるブロードな励起帯を有し、当該励起帯は４００ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内にピークを有する。そのため、当該蛍光体は、短波長可視光を効率よく吸収して波長変換することができる。したがって、本実施形態の発光装置は、３８０ｎｍ以上４７０ｎｍ未満の範囲内にピーク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。

次に、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、セラミックス基板や熱伝導樹脂などからなる絶縁層とアルミニウム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が例えば１２〜３０ｍｍであり、長手方向（Ｙ軸方向）の幅Ｗ２が例えば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が例えば０．３〜１．０ｍｍ、長手方向（Ｙ軸方向）の幅Ｗ４が例えば０．３〜１．０ｍｍ、厚み（Ｚ軸方向の幅）が例えば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ごとに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列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が例えば０．８〜３．０ｍｍ、長手方向（Ｙ軸方向）の幅Ｗ６が例えば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が例えば０．４〜１．５ｍｍ、ＬＥＤ１２０を含めない最大厚みＴ２が例えば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に電力を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、本実施形態を実施例、比較例及び参考例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態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、比較例及び参考例に係る蛍光体を合成し、その特性を評価した。なお、実施例、比較例及び参考例では、以下の化合物粉末を原料として使用した。

炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ_３）：純度３Ｎ、関東化学株式会社製
酸化ルテチウム（Ｌｕ_２Ｏ_３）：純度３Ｎ、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
酸化テルビウム（Ｔｂ_４Ｏ_７）：純度３Ｎ、信越化学工業株式会社製
酸化ユウロピウム（Ｅｕ_２Ｏ_３）：純度３Ｎ、信越化学工業株式会社製
炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）：純度２Ｎ５、関東化学株式会社製
酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）：純度３Ｎ、関東化学株式会社製
酸化アルミニウム（θ−Ａｌ_２Ｏ_３）：純度４Ｎ５、住友化学株式会社製
酸化スカンジウム（Ｓｃ_２Ｏ_３）：純度３Ｎ、信越化学工業株式会社製

また、比較例では、反応促進剤として以下のものを用いた。
フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）：純度３Ｎ、株式会社高純度化学研究所製
炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）：純度２Ｎ５、関東化学株式会社製

［参考例１及び２］
参考例１では、目標とする蛍光体をＳｒ（Ｌｕ_{０．８９９}Ｃｅ_{０．００１}Ｔｂ_０．１）_２Ｏ_４とした。また、参考例２では、目標とする蛍光体をＳｒ（Ｌｕ_{０．８８９}Ｃｅ_{０．００１}Ｔｂ_０．１Ｅｕ_０．０１）_２Ｏ_４とした。そして、参考例１及び２の蛍光体を次のように調製した。

まず、表１に示す割合で各原料を秤量した。次に、これらの原料を適量の純水と共に、十分に湿式混合した。そして、混合後の原料を容器に移し、乾燥機を用いて１５０℃で３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、焼成原料を蓋付きのアルミナるつぼに移し、箱型電気炉を用いて、１５００〜１６００℃の大気中で２時間本焼成した。

本焼成後の焼成物を、乳鉢と乳棒とを用いて数分間解砕した後、アルミナるつぼに移し、管状電気炉を用いて１５００〜１６００℃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、アルゴン９６％と水素４％との混合ガス雰囲気とし、混合ガス流量を１００ｍｌ／ｍｉｎとした。このようにして、参考例１及び２の蛍光体を調製した。

［比較例１］
比較例１では、従来のガーネット型の結晶構造を持つ蛍光体（Ｃａ_２（Ｔｂ_０．９８Ｃｅ_０．０２）Ｚｒ_２（ＡｌＯ_４）_３）を調製した。

まず、表２に示す割合で、各原料及び反応促進剤を秤量した。次に、ボールミルを用いて、これらの原料及び反応促進剤を適量の純水と共に、十分に湿式混合した。そして、混合後の原料を容器に移し、乾燥機を用いて１２０℃で一晩乾燥させた。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、焼成原料を蓋付きのアルミナるつぼに移し、箱型電気炉を用いて、１６００℃の大気中で４時間本焼成した。

本焼成後の焼成物を、乳鉢と乳棒とを用いて数分間解砕した後、アルミナるつぼに移し、管状電気炉を用いて１６００℃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、アルゴン９６％と水素４％との混合ガス雰囲気とし、混合ガス流量を１００ｍｌ／ｍｉｎとした。このようにして、比較例１の蛍光体を調製した。

参考例１及び２で得られた蛍光体について、次の評価を行った。

まず、参考例１及び２の蛍光体の結晶構造解析を、Ｘ線回折装置（製品名：ＭｕｌｔｉＦｌｅｘ、株式会社リガク製）を用いて行った。測定結果を図５に示す。図５において、参考例１のＸＲＤパターンを（ａ）、参考例２のＸＲＤパターンを（ｂ）として示す。また、ＰＤＦ（ＰｏｗｅｒＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎＦｉｌｅｓ）に登録されている、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つＳｒＬｕ_２Ｏ_４のパターン（ＰＤＦＮｏ．３２−１２４２）を（ｃ）として示す。

図５中の（ａ）及び（ｂ）と（ｃ）とを比較して分かるように、参考例１及び２の蛍光体のＸＲＤパターンは、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つＳｒＬｕ_２Ｏ_４のパターンと概ね一致した。このことは、少なくとも参考例１及び２の蛍光体が、カルシウムフェライト型構造を有する化合物を主体にしてなることを示している。

次に、参考例１及び２の蛍光体の励起特性と発光特性を、分光蛍光光度計（ＦＰ−６５００、日本分光株式会社製）を用いて測定した。図６は、参考例１の蛍光体（Ｓｒ（Ｌｕ_{０．８９９}Ｃｅ_{０．００１}Ｔｂ_０．１）_２Ｏ_４）における発光スペクトル１ａと励起スペクトル２ａを示している。そして、図７は、参考例２の蛍光体（Ｓｒ（Ｌｕ_{０．８８９}Ｃｅ_{０．００１}Ｔｂ_０．１Ｅｕ_０．０１）_２Ｏ_４）における発光スペクトル１ｂと励起スペクトル２ｂを示している。なお、参考例１及び２の蛍光体における発光スペクトル測定時の励起波長は、各々４０７ｎｍ及び４０６ｎｍとし、励起スペクトル測定時のモニタ波長は発光ピーク波長とした。また、図６及び図７において、発光スペクトルと励起スペクトルは、いずれも最大強度を１００として規格化している。

図６から分かるように、参考例１の蛍光体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、当該励起帯は紫〜青色の波長領域に励起強度の極大値を持つ。具体的には、参考例１の蛍光体におけるＣｅ^３＋によるブロードな励起帯は、４０７ｎｍに励起強度の極大値を持つ。そのため、参考例１の蛍光体は、４００ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内の励起光を吸収して発光するという特徴を持つ。

そして、図６から、参考例１の蛍光体の発光スペクトルは、発光ピーク波長が５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満である、Ｔｂ^３＋による輝線状の蛍光成分を有している。さらに、Ｔｂ^３＋による蛍光成分における、５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の範囲内の発光ピークが、当該発光スペクトルの強度最大値となることが分かる。

また、図７から分かるように、参考例２の蛍光体の励起スペクトルは、参考例１と同様に、Ｃｅ^３＋によるブロードな励起帯を有し、当該励起帯は紫〜青色の波長領域に励起強度の極大値を持つ。具体的には、参考例２の蛍光体におけるＣｅ^３＋によるブロードな励起帯は、４０６ｎｍに励起強度の極大値を持つ。そのため、参考例２の蛍光体は、４００ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内の励起光を吸収して発光するという特徴を持つ。

そして、図７から、参考例２の蛍光体の発光スペクトルは、発光ピーク波長が５３５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満である、Ｔｂ^３＋による輝線状の蛍光成分を有している。さらに、発光ピーク波長が５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満である、Ｅｕ^３＋による輝線状の蛍光成分も有している。そして、Ｅｕ^３＋による蛍光成分における、５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満の範囲内の発光ピークが、当該発光スペクトルの強度最大値となることが分かる。

以上の通り、参考例１及び２の蛍光体は、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つ無機化合物であり、上述の特徴的な励起スペクトル及び発光スペクトルを有する蛍光体であることが分かる。

次に、参考例１及び比較例１の蛍光体の温度消光を、瞬間マルチ測光システム（ＭＰＣＤ−９８００、大塚電子株式会社製）と、加熱機構を備える量子効率測定システム（ＱＥ−１１００、大塚電子株式会社製）とを用いて評価した。

ます、参考例１及び比較例１の蛍光体における温度消光の評価手順を示す。最初に各々の蛍光体に、励起ピーク波長の光を照射して励起させ、室温下（３０℃）での内部量子効率を測定した。その後、２００℃まで１０℃刻みで蛍光体を加熱し、その都度、内部量子効率を測定した。このようにして、参考例１及び比較例１の温度消光を評価した。評価結果を図８に示す。図８では、蛍光体の温度と、室温時の内部量子効率を１００％とした場合における内部量子効率の維持率（％）との関係を示し、（Ａ）は参考例１の蛍光体の結果であり、（Ｂ）は比較例１の蛍光体の結果である。

図８の（Ａ）と（Ｂ）とを比較して分かるように、参考例１の蛍光体における内部量子効率の維持率は、比較例１よりも高い。なお、参考例２の温度消光の測定結果は省略したが、参考例１と同様の特性を示した。この理由は、参考例の蛍光体の温度消光が、Ｃｅ^３＋を単独付活した蛍光体の温度消光によって概ね決定されることによる。これについては、実施例を用いて後ほど説明する。

このように、ＬＥＤ光で励起可能であり、さらに輝線状の緑色及び／又は赤色の光成分を放つ、従来のガーネット型の結晶構造を持つ無機化合物の蛍光体は、温度消光が大きい課題があった。しかし、本実施形態の蛍光体は、温度消光が改善できることが分かる。

［実施例１］
エネルギー伝達を利用する発光メカニズムを備えた蛍光体の温度消光は、一般に、エネルギー伝達を利用する以前の蛍光体、つまり本実施形態の蛍光体ではＣｅ^３＋を単独付活した蛍光体の温度消光と同様の傾向を示す。そのため、合成作業が容易なＣｅ^３＋単独付活蛍光体を用いて、蛍光体の温度消光を調べた結果を説明する。

実施例１では、目標とする蛍光体をＳｒ（Ｌｕ_{０．９９９５}Ｃｅ_{０．０００５}）_２Ｏ_４とした。そして、実施例１の蛍光体を次のように調製した。まず、表３に示す割合で、各原料を秤量した。次に、参考例１及び２と同様にこれら原料を混合し、焼成することにより、実施例１の蛍光体を調製した。

次に、参考例１及び２と同様に、実施例１の蛍光体の結晶構造解析を行った。その結果、実施例１の化合物は、参考例１及び２と同様のＸＲＤパターンを示した。そのため、実施例１は、Ｓｒ（Ｌｕ_{０．９９９５}Ｃｅ_{０．０００５}）_２Ｏ_４で表され、カルシウムフェライト型の結晶構造を有する化合物であることが分かった。

さらに、実施例１の蛍光体の励起特性と発光特性を、参考例１及び２と同様に測定した。図９は、実施例１の蛍光体（Ｓｒ（Ｌｕ_{０．９９９５}Ｃｅ_{０．０００５}）_２Ｏ_４）における発光スペクトル１ｃと励起スペクトル２ｃとを示している。なお、実施例１の蛍光体における発光スペクトル測定時の励起波長は４０５ｎｍとし、励起スペクトル測定時のモニタ波長は発光ピーク波長とした。また、図９において、発光スペクトルと励起スペクトルは、いずれも最大強度を１００として規格化している。

図９から分かるように、実施例１の蛍光体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、当該励起帯は紫〜青色の波長領域に励起強度の最大値を持つ。具体的には、実施例１の蛍光体におけるＣｅ^３＋によるブロードな励起帯は、４０５ｎｍに励起強度の最大値を持つ。そのため、実施例１の蛍光体は、４００ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内の励起光を吸収して発光するという特徴を持つ。

そして、図９から、実施例１の蛍光体の発光スペクトルは、Ｃｅ^３＋によるブロードな蛍光成分を有し、さらに当該蛍光成分は青〜緑青光の波長領域に発光強度の最大値を持つ。具体的には、実施例１の蛍光体のＣｅ^３＋によるブロードな蛍光成分は、４５５ｎｍに発光強度の最大値を持ち、４５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲の青色〜緑青光を放つような蛍光体である。

次に、実施例１の蛍光体の温度消光を参考例１と同様に測定した。図１０では、参考例１の蛍光体の温度消光（Ａ）及び実施例１の蛍光体の温度消光（Ｃ）を比較して示す。図１０に示すように、参考例１の蛍光体の温度消光は、実施例１の蛍光体の温度消光と同様の傾向にある。そのため、エネルギー伝達を利用する発光メカニズムを備えた蛍光体の温度消光は、一般に、エネルギー伝達を利用する以前の蛍光体の温度消光で決定することができる。

［実施例２〜５］
実施例２〜５の蛍光体では、目標とする蛍光体を（Ｓｒ_１-ｘＣａ_ｘ）（Ｌｕ_{０．９９９５}Ｃｅ_{０．０００５}）_２Ｏ_４（但し、０．１≦ｘ≦０．７）で表される化合物とした。そして、実施例２〜５の蛍光体を次のように調製した。まず、表４に示す割合で各原料を秤量した。次に、参考例１及び２と同様にこれら原料を混合し、焼成することにより、実施例２〜５の蛍光体を調製した。

次に、参考例１及び２と同様に、実施例２〜５の蛍光体の結晶構造解析を行った。測定結果を図１１に示す。図１１において、実施例２のＸＲＤパターンを（ｄ）、実施例３のＸＲＤパターンを（ｅ）、実施例４のＸＲＤパターンを（ｆ）、実施例５のＸＲＤパターンを（ｇ）として示す。また、ＰＤＦに登録されている、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つＳｒＬｕ_２Ｏ_４のパターンを（ｃ）として示す。

図１１中の（ｄ）〜（ｇ）と（ｃ）とを比較して分かるように、実施例２〜５の蛍光体のＸＲＤパターンは、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つＳｒＬｕ_２Ｏ_４のパターンと概ね一致した。このことは、少なくとも実施例２〜５の蛍光体が、（Ｓｒ_１-ｘＣａ_ｘ）（Ｌｕ_{０．９９９５}Ｃｅ_{０．０００５}）_２Ｏ_４で表され、カルシウムフェライト型構造を有する化合物であることを示している。

次に、実施例２〜５の蛍光体の励起特性と発光特性を、参考例１及び２と同様に測定した。図１２は、実施例２の発光スペクトル１ｄと励起スペクトル２ｄ、実施例３の発光スペクトル１ｅと励起スペクトル２ｅ、実施例４の発光スペクトル１ｆと励起スペクトル２ｆ、及び実施例５の発光スペクトル１ｇと励起スペクトル２ｇを示している。なお、発光スペクトル測定時の励起波長は励起ピーク波長とし、励起スペクトル測定時のモニタ波長は発光ピーク波長とした。また、図１２において、発光スペクトルと励起スペクトルは、いずれも最大強度を１００として規格化している。

図１２から分かるように、Ｃａの置換量（ｘ）が増加するにつれて、発光スペクトル及び励起スペクトルは両者とも相対的に長波長側へとシフトした。具体的には、発光スペクトルと励起スペクトルのピークは、例えば、ｘの数値が０．１の実施例２では、各々４６０ｎｍと４０７ｎｍであったが、ｘの数値が０．３の実施例３では、各々４６７ｎｍと４１０ｎｍにまでシフトした。また、ｘの数値が０．５の実施例４では、各々４７８ｎｍと４１２ｎｍにまでシフトし、ｘの数値が０．７の実施例５では、各々４８１ｎｍと４１４ｎｍにまでシフトした。そして、発光スペクトルの長波長シフトに伴って、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つ蛍光体が放つ光色は、青色から青緑色へと変化した。

なお、Ｃａの置換量が増加するにつれて長波長シフトする理由は、次のように考えられる。つまり、Ｓｒ^２＋の格子位置を、イオン半径がＳｒ^２＋（１．１２Å）よりも小さなＣａ^２＋（０．９９Å）で置換することによって、結晶の格子体積が減少し、Ｃｅ^３＋−Ｏ^２−距離が縮小したことに起因すると考えられる。一般に、Ｃｅ^３＋−Ｏ^２−距離が縮小するとＣｅ^３＋−Ｏ^２−相互作用が増加し、Ｃｅ^３＋の発光準位は下がるとされている。これにより、発光準位と基底状態とのエネルギー差が減少し、Ｃｅ^３＋の励起スペクトルと発光スペクトルが、エネルギーの低い長波長側へとシフトしたと考えられる。

以上の結果は、実施例２〜５の蛍光体が、波長４０５〜４１５ｎｍ付近の紫〜青色光を効率よく吸収して、青〜青緑色光へと波長変換できることを示すものである。

次に、実施例３の蛍光体の温度消光を参考例１と同様に測定した。図１３では、実施例３の蛍光体の温度消光（Ｄ）及び実施例１の蛍光体の温度消光（Ｃ）を比較して示す。図１３に示すように、実施例３の蛍光体（（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）（Ｌｕ_{０．９９９５}Ｃｅ_{０．０００５}）_２Ｏ_４）の内部量子効率の維持率は、実施例１の蛍光体（Ｓｒ（Ｌｕ_{０．９９９５}Ｃｅ_{０．０００５}）_２Ｏ_４）よりも高い。この結果は、本実施形態に係るカルシウムフェライト型構造を有する蛍光体が、Ｃａを含むことによって、さらに温度消光が改善されることを示している。

［実施例６及び７並びに参考例８〜１１］
実施例６及び７並びに参考例８〜１１の蛍光体では、目標とする蛍光体を（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）（Ｌｕ_{０．９９７−ｙ}Ｓｃ_ｙＣｅ_{０．００３}）_２Ｏ_４（但し、０≦ｙ≦０．９９７）で表される化合物とした。そして、実施例６及び７並びに参考例８〜１１の蛍光体を次のように調製した。まず、表５に示す割合で各原料を秤量した。次に、参考例１及び２と同様にこれら原料を混合し、焼成することにより、実施例６及び７並びに参考例８〜１１の蛍光体を調製した。

まず、参考例１及び２と同様に、実施例６及び７並びに参考例８〜１１の蛍光体の結晶構造解析を行った。図１４において、実施例６のＸＲＤパターンを（ｈ）、実施例７のＸＲＤパターンを（ｉ）、参考例８のＸＲＤパターンを（ｊ）、参考例９のＸＲＤパターンを（ｋ）、参考例１０のＸＲＤパターンを（ｌ）、参考例１１のＸＲＤパターンを（ｍ）として示す。また、ＰＤＦに登録されている、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つＳｒＬｕ_２Ｏ_４のパターンを（ｃ）として示す。

図１４中の（ｈ）〜（ｌ）と（ｃ）とを比較して分かるように、実施例６及び７並びに参考例８〜１０の蛍光体のＸＲＤパターンは、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つＳｒＬｕ_２Ｏ_４のパターンと概ね一致した。このことは、少なくとも実施例６及び７並びに参考例８〜１０の蛍光体が、（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）（Ｌｕ_{０．９９７−ｙ}Ｓｃ_ｙＣｅ_{０．００３}）_２Ｏ_４で表され、カルシウムフェライト型構造を有する化合物であることを示している。

なお、図１４中の（ｍ）に示した参考例１１の蛍光体のＸＲＤパターンは、実施例６及び７並びに参考例８〜１０と異なっている。ただ、参考例１１の回折ピークの位置は、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つＳｒＬｕ_２Ｏ_４のピーク位置に対して、単純に高角度側に２〜３°ずれている。このようなＸＲＤパターンの一致は、実質的に、参考例１１の蛍光体が（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）（Ｓｃ_{０．９９７}Ｃｅ_{０．００３}）_２Ｏ_４で表され、カルシウムフェライト型の結晶構造を有する化合物であることを示している。

次に、実施例６及び７並びに参考例８〜１１の蛍光体の励起特性と発光特性を、参考例１及び２と同様に測定した。図１５は、実施例６の発光スペクトル１ｈと励起スペクトル２ｈ、実施例７の発光スペクトル１ｉと励起スペクトル２ｉ、参考例８の発光スペクトル１ｊと励起スペクトル２ｊを示している。また、図１５は、参考例９の発光スペクトル１ｋと励起スペクトル２ｋ、参考例１０の発光スペクトル１ｌと励起スペクトル２ｌ及び参考例１１の発光スペクトル１ｍと励起スペクトル２ｍを示している。なお、発光スペクトル測定時の励起波長は励起ピーク波長とし、励起スペクトル測定時のモニタ波長は発光ピーク波長とした。また、図１５において、発光スペクトルと励起スペクトルは、いずれも最大強度を１００として規格化している。

図１５から分かるように、Ｓｃの置換量（ｙ）が増加するにつれて、発光スペクトルと励起スペクトルは両者とも相対的に長波長側へとシフトした。具体的には、発光スペクトルと励起スペクトルのピークは、例えば、ｙの数値が０の実施例６では、各々４６７ｎｍと４１０ｎｍであったが、ｙの数値が０．１の実施例７では、各々４７６ｎｍと４１０ｎｍにまでシフトした。また、ｙの数値が０．３の参考例８では、各々４９０ｎｍと４１４ｎｍにまでシフトし、ｙの数値が０．５の参考例９では、各々４９０ｎｍと４２１ｎｍにまでシフトした。さらに、ｙの数値が０．７の参考例１０では、各々４９２ｎｍと４３３ｎｍにまでシフトし、ｙの数値が０．９９７の参考例１１では、各々４９６ｎｍと４４０ｎｍにまでシフトした。そして、発光スペクトルの長波長シフトに伴って、蛍光体が放つ光色は、青色から青緑色へと変化した。

なお、Ｓｃの置換量が増加するにつれて長波長シフトする理由は、次のように考えられる。つまり、Ｌｕ^３＋の格子位置を、イオン半径がＬｕ^３＋（０．８６Å）よりも小さなＳｃ^３＋（０．７５Å）で置換することによって、結晶の格子体積がさらに減少し、Ｃｅ^３＋−Ｏ^２−距離が縮小したことに起因すると考えられる。一般に、Ｃｅ^３＋−Ｏ^２−距離が縮小するとＣｅ^３＋−Ｏ^２−相互作用が増加し、Ｃｅ^３＋の発光準位は下がるとされている。これにより、発光準位と基底状態とのエネルギー差が減少し、Ｃｅ^３＋の励起スペクトルと発光スペクトルが、エネルギーの低い長波長側へとシフトしたと考えられる。

以上の結果は、実施例６及び７並びに参考例８〜１１の蛍光体が、波長４１０〜４４０ｎｍ付近の紫〜青色光を効率よく吸収して、青〜青緑色光へと波長変換できることを示すものである。

次に、実施例６及び参考例１１の蛍光体の温度消光を参考例１と同様に測定した。図１６では、実施例６の蛍光体の温度消光（Ｅ）及び参考例１１の蛍光体の温度消光（Ｆ）を比較して示す。図１６に示すように、参考例１１の蛍光体（（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）（Ｓｃ_{０．９９７}Ｃｅ_{０．００３}）_２Ｏ_４）の内部量子効率の維持率は、実施例６の蛍光体（（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）（Ｌｕ_{０．９９７}Ｃｅ_{０．００３}）_２Ｏ_４）よりも高い。この結果は、本実施形態に係るカルシウムフェライト型の結晶構造を有する蛍光体が、Ｓｃを含むことによって、さらに温度消光が改善することを示している。

なお、Ｓｃを含むことによって温度消光が改善される理由は、次のように考えられる。つまり、Ｌｕ^３＋の格子位置を、イオン半径がＬｕ^３＋（０．８６Å）よりも小さなＳｃ^３＋（０．７５Å）で置換することによって、無機化合物の結晶のイオン結合性が増加する。これにより、格子振動を伴ってエネルギー緩和する非発光遷移の確率が小さくなることに起因すると考えられる。

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

２蛍光体

Claims

発光中心としてＣｅ ^３＋を含有し、かつ、カルシウムフェライト型の結晶構造を持つ無機化合物からなる蛍光体であって、
前記無機化合物は、ストロンチウムとルテチウムとを含有し、
前記蛍光体の発光スペクトルは、４５０ｎｍ以上４８１ｎｍ以下に発光強度の最大値を持つ蛍光体。
前記無機化合物は、さらにカルシウムを含有する、請求項１に記載の蛍光体。
前記無機化合物は、さらにスカンジウムを含有する、請求項１又は２に記載の蛍光体。
当該無機化合物は、一般式：
ＭＸ _２Ｏ _４
（式中、ＭはＳｒを含有し、ＸはＬｕを含有する）で示される化合物を母体とし、前記母体を構成する元素の一部がＣｅで置換されている、請求項１に記載の蛍光体。
前記無機化合物にＣｅ ^３＋を単独付活している、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の蛍光体。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の蛍光体を備える発光装置。
前記蛍光体は、３８０ｎｍ以上４７０ｎｍ未満の範囲内にピークを持つ短波長可視光によって励起する請求項６に記載の発光装置。
前記短波長可視光を放つ固体発光素子をさらに備える請求項７に記載の発光装置。