JP4890152B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、１次光を発する半導体発光素子とその１次光を吸収して２次光を発する蛍光体を含む波長変換部とを備えた発光装置に関し、特に高効率で低色温度の白色光を放射し得る発光装置に関するものである。

そのような半導体発光素子と波長変換部とを組み合わせた発光装置は、低消費電力、小型、高輝度、さらに広範囲な色再現性が期待される次世代の発光装置として注目され、その研究開発が活発に行われている。

発光素子から発せられる１次光としては、通常は紫外線の長波長側から青色の範囲、すなわち約３８０ｎｍから４８０ｎｍの範囲内の波長を有するものが用いられる。また、このような１次光を２次光に変換する用途に適した様々な蛍光体を用いた波長変換部も提案されている。

さらに、最近では、この種の発光装置に関して、効率（明るさ）のみならず、色彩感覚の多様化から種々の色温度（温白色〜電球色）での発光が望まれるようになっている。

現在の既存の白色発光装置においては、青色発光の発光素子（ピーク波長、４５０ｎｍ前後）とその青色光によって励起されて黄色発光を示す３価のセリウムで付活された（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂蛍光体または２価のユーロピウムで付活された（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄蛍光体との組み合わせが主として利用されている。

ただし、これらの発光装置では、４０００Ｋ以下の色温度の光を得ることが非常に困難であり、たとえば３０００Ｋの色温度を再現しようとすれば、後述の偏差（ｄｕｖ）が＋０．０４前後となり、非常に黄ばんだ白色光しか得られず、クリアな３０００Ｋの色温度を得ることは困難である。

したがって、この種の発光装置に関して、市場のニーズに答えるべく、クリアな低色温度の光を放射し得る製品の開発が急務となっている。
特開２００４−１８６２７８号公報 特開２００３−１２４５２７号公報 特開２００１−１２７３４６号公報 特開２００５−１０９０８５号公報

この種の発光装置に関し、特許文献１の特開２００４−１８６２７８号公報における（実施例２−２）では、（Ｃａ_0.15Ｅｕ_0.06）（Ｓｉ，Ａｌ）₁₂（Ｏ，Ｎ）₁₆蛍光体は３５０〜５００ｎｍに励起ピークを有し、５５０〜６５０ｎｍに発光ピ−クを示すことが記載されている。さらに、特許文献１中の種々の実施例では、種々の蛍光体の励起と発光の特性が記載されている。しかしながら、特許文献１は基本的には赤色の演色性を改善することに着目したものであり、低色温度の白色光については言及していない。

特許文献２の特開２００３−１２４５２７号公報における図１４は、青色ＬＥＤ（波長４６０ｎｍ）と、ＧＯ−蛍光体（黄色−オレンジ色に発光する２価のユーロピウムで付活されたサイアロン）０．５〜９％の混合割合でのＧＯ−蛍光体との間の混合物の色座標を示している。そして、特許文献２においては、所望の色の有色ＬＥＤが実現され、青色、ピンク色〜黄オレンジ色までの結合線上の色座標が達成される旨が記載されている。しかしながら、この特許文献２においても、具体的な低色温度の白色光については言及されていない。

特許文献３の特開２００１−１２７３４６号公報においては、青色発光素子、黄色発光蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）、および赤色発光蛍光体（ＣｕＳ蛍光体：波長６３０ｎｍ付近の発光）の組み合わせが開示されており、それによって演色性を高くし得ることが記載されるとともに、青、黄、および赤の三色の光を含有しているので色調が広がっている旨が記載されている。しかしながら、ＣｕＳ蛍光体は水分と反応しかつ酸化され易く、化学的に不安定であるとともに、特許文献３においても具体的な低色温度の白色光については言及されていない。

特許文献４の特開２００５−１０９０８５号公報では、紫外光を発するＬＥＤチップと、そのＬＥＤチップから発せれる紫外光で励起されて黄色系の可視光を放射するα型窒化珪素蛍光体および青色系の可視光を放射する酸化物蛍光体とを組み合わせた白色発光ダイオ−ドが記載されている。この特許文献４の場合でも、従来の白色発光装置と全く変わらず、低色温度の製品を得ることは困難である。

他方、青色発光の発光素子（ピ−ク波長が４５０ｎｍ前後）とその青色光により励起されて黄色発光を示す３価のセリウムで付活された（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂蛍光体とを用いた場合、高効率に白色光を発し得るのは発光素子からの１次光のピ−ク波長が４５０ｎｍ前後の場合だけであり、１次光のピ−ク波長が３８０ｎｍから４８０ｎｍの範囲にある場合の全ての波長領域にわたって適用することはできない。

上述のような先行技術における課題を十分に調査および検討を行った結果、本発明は、半導体発光素子からの３８０ｎｍから４８０ｎｍの範囲内の光によって高効率で発光する特定の蛍光体を用いることにより、高効率かつ低色温度の白色系の光を発する発光装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの態様による発光装置は、１次光を発する発光素子と、その１次光の一部を吸収してその波長以上の波長を含む２次光を発する波長変換部とを含み、その波長変換部は１種以上の黄色系発光蛍光体および１種以上の赤色系発光蛍光体を含み、黄色系発光蛍光体は、一般式：２（Ｍ１_1-aＥｕ_a）Ｏ・ＳｉＯ₂（式中、Ｍ１は少なくともＳｒを含み、かつＳｒを含めたＭｇ、ＣａおよびＢａから選ばれた１つあるいは複数の元素からなり、ａは０．００５≦ａ≦０．１０を満足する数であり、Ｍ１、Ｅｕを合わせた組成を１とした場合にＳｒの組成は０．５以上である）で実質的に表される２価のユーロピウム付活珪酸塩蛍光体を含み、赤色系発光蛍光体は、一般式：（Ｍ２_1-bＥｕ_b）Ｍ３ＳｉＮ₃（式中、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、Ｍ３はＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｂは０．００１≦ｂ≦０．０５を満足する数である）で実質的に表される２価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を含むことを特徴としている。

なお、この場合には、発光素子は窒化ガリウム系半導体で形成されており、その発光素子が発する１次光のピーク波長が４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲内にあればよい。

本発明の他の態様による発光装置は、１次光を発する発光素子と、その１次光の一部を吸収してその波長以上の波長を含む２次光を発する波長変換部とを含み、その波長変換部は１種以上の青色系発光蛍光体、１種以上の黄色系発光蛍光体、および１種以上の赤色系発光蛍光体を含み、青色系発光蛍光体は、一般式：（Ｍ４，Ｅｕ）₁₀（ＰＯ₄）₆・Ｃｌ₂（式中、Ｍ４はアルカリ土類金属元素であり、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を示す）で実質的に表される２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、一般式：ｃ（Ｍ５，Ｅｕ）Ｏ・ｄＡｌ₂Ｏ₃（式中、Ｍ５は２価の金属元素であり、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｃおよびｄはｃ＞０、ｄ＞０、および０．１≦ｃ／ｄ≦１．０を満足する数である）で実質的に表される２価のユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、および一般式：ｃ（Ｍ５，Ｅｕ_e，Ｍｎ_f）Ｏ・ｄＡｌ₂Ｏ₃（式中、Ｍ５は２価の金属元素であり、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｃ、ｄ、ｅおよびｆはｃ＞０、ｄ＞０、０．１≦ｃ／ｄ≦１．０、および０．００１≦ｆ／ｅ≦０．２を満足する数である）で実質的に表される２価のユーロピウムおよびマンガン付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含み、黄色系発光蛍光体は、一般式：２（Ｍ１_1-aＥｕ_a）Ｏ・ＳｉＯ₂（式中、Ｍ１は少なくともＳｒを含み、かつＳｒを含めたＭｇ、ＣａおよびＢａから選ばれた１つあるいは複数の元素からなり、ａは０．００５≦ａ≦０．１０を満足する数であり、Ｍ１、Ｅｕを合わせた組成を１とした場合にＳｒの組成は０．５以上である）で実質的に表される２価のユーロピウム付活珪酸塩蛍光体を含み、赤色系発光蛍光体は、一般式：（Ｍ２_1-bＥｕ_b）Ｍ３ＳｉＮ₃（式中、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、Ｍ３はＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｂは０．００１≦ｂ≦０．０５を満足する数である）で実質的に表される２価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を含むことを特徴としている。

なお、この場合には、発光素子は窒化ガリウム系半導体で形成されており、その発光素子が発する１次光のピ−ク波長が３８０ｎｍから４２０ｎｍの範囲内にあることが好ましい。

以上の蛍光体組成中のＭ３は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎから選ばれる少なくとも１種の元素であり得る。また、波長変換部に含まれる複数種の蛍光体は、発光素子から発せられる１次光の光路に沿って、より波長の長い２次光を発する蛍光体の順に積層されていることが好ましい。このように波長変換部を積層構造にすることによって、長波長の２次光を発する蛍光体が短波長の２次光を発する蛍光体からの発光を吸収して励起されることを防ぐことができ、これによって波長変換時における特に短波長光の発光ロスを避けることができる。

以上のような発光装置は、色温度が４０００Ｋ以下の白色光を放射することができる。なお、発光装置からの白色光の色温度が４０００Ｋを超える場合には、従来の青色発光の発光素子（ピーク波長が４５０ｎｍ前後）とその青色光により励起されて黄色発光を示す３価のセリウムで付活された（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂蛍光体または２価のユーロピウムで付活された（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄蛍光体との組み合わせにおいても、比較的偏差（ｄｕｖ）の小さいクリアな白色光を得ることができる。

以上のような本発明による蛍光体を含む波長変換部を有する発光装置では、発光素子からの発光を効率良く吸収して高効率で白色光を発するとともに、黄色みのないクリアな白色光を得ることができる。

本発明の発光装置は、１次光を発する発光素子と、前記１次光の一部を吸収して、１次光の波長以上の長さの波長を有する２次光を発する波長変換部とを基本的に備える。本発明の発光装置における波長変換部は、１種以上の黄色系発光蛍光体および１種以上の赤色系発光蛍光体を含む。

本発明の発光装置における波長変換部に用いられる黄色系発光蛍光体は、
一般式：２（Ｍ１_1-aＥｕ_a）Ｏ・ＳｉＯ₂
で実質的に表される２価のユーロピウム付活珪酸塩蛍光体である。

上記一般式中、Ｍ１はアルカリ土類金属であり、少なくともＳｒを含み、かつＳｒを含めたＭｇ、ＣａおよびＢａから選ばれた１つあるいは複数の元素からなることが好ましい。

また上記一般式中、ａの値は、０．００５≦ａ≦０．１０であり、０．０１≦ａ≦０．０５であるのが好ましい。ａの値が０．００５未満であると、十分な明るさが得られないという不具合があり、ａの値が０．１０を越えると、明るさが大きく低下するという不具合がある。また上記一般式中、Ｍ１、Ｅｕを合わせた組成を１とした場合にＳｒの組成は０．５以上である。

また、本発明の発光装置の波長変換部における黄色系発光蛍光体の粒径（平均粒径、通気法）については特に制限されるものではないが、６〜１５μｍの範囲内であるのが好ましく、８〜１３μｍの範囲内であるのがより好ましい。黄色系発光蛍光体の粒径が６μｍ未満であると、結晶成長が不十分であり、明るさが大きく低下する傾向にあり、また１５μｍを超えると、通常の樹脂中では、沈降の制御が難しくなる傾向にあるためである。

また本発明の発光装置における波長変換部に用いられる赤色系発光蛍光体は、
一般式：（Ｍ２_1-bＥｕ_b）Ｍ３ＳｉＮ₃
で実質的に表される２価のユーロピウム付活窒化物蛍光体である。

上記一般式中、Ｍ２はアルカリ土類金属であり、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を示す。また上記一般式中、Ｍ３は３価の金属元素であり、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示す。

また上記一般式中、ｂの値は、０．００１≦ｂ≦０．０５であり、０．００５≦ｂ≦０．０２であるのが好ましい。ｂの値が０．００１未満であると、十分な明るさが得られないという不具合があり、ｂの値が０．０５を越えると、濃度消光等により、明るさが大きく低下するという不具合がある。

また、本発明の発光装置の波長変換部における赤色系発光蛍光体の粒径（平均粒径、通気法）についても特に制限されるものではないが、３〜１０μｍの範囲内であるのが好ましく、４〜７μｍの範囲内であるのがより好ましい。赤色系発光蛍光体の粒径が３μｍ未満であると、結晶成長が不十分であり、明るさが大きく低下する傾向にある。一方、１０μｍを超える粒径のものを調製する場合には、異常成長した粗大粒子が生成しやすく、実用的ではない。

また本発明の発光装置においては、前記赤色系発光蛍光体として、上記一般式中、Ｍ３がＡｌ、ＧａおよびＩｎから選ばれる少なくとも１種の元素である、２価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を用いてなることが、好ましい。当該２価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を赤色系発光蛍光体として用いることで、より一層高効率に赤色系を発光することができる。

本発明の発光装置において前記波長変換部に用いられる複数の蛍光体は、波長変換部の１次光の入射側から出射側に向かって、２次光の波長の長い蛍光体順に積層されたものであることが好ましい。このように積層されてなることによって、蛍光体層から発せられた可視光はその上に積層された蛍光体層に殆ど吸収されることなく、良好に外部に取り出すことができるという効果を発揮する発光装置を提供することができる。蛍光体は、具体的には、赤色系発光蛍光体、黄色系発光蛍光体（、青色系発光蛍光体）という順で、波長変換部の１次光の入射側から出射側に向かって積層されてなるのが好適である。

本発明の発光装置における波長変換部は、上述した黄色系発光蛍光体および赤色系発光蛍光体を含有し、発光素子から発せられる１次光の一部を吸収して、１次光の波長以上の長さの波長を有する２次光を発し得るものであれば、その媒質は特に制限されるものではない。媒質（透明樹脂）としては、たとえばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂等を用いることができる。

また、波長変換部は、上述した蛍光体および媒質以外に、本発明の効果を阻害しない範囲で、適宜のＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃などの添加剤を含有していても勿論よい。

本発明の発光装置に用いられる発光素子としては、効率の観点から、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体を好ましく用いることができる。本発明の発光装置を効率的に発光させる観点から、本発明の発光装置に用いられる発光素子はピーク波長が４３０ｎｍ〜４８０ｎｍ（より好ましくは４６０ｎｍ〜４８０ｎｍ）の範囲の１次光を発するものであることが好ましい。発光素子が発する１次光のピーク波長が４３０ｎｍ未満の場合には、演色性が悪くなり、本発明の目的に合致しなくなる虞がある。また、４８０ｎｍを超えると、白色での明るさが低下し、実用的でなくなる傾向にある。

また本発明は、上述した１種以上の黄色系発光蛍光体および１種以上の赤色系発光蛍光体に加え、１種以上の青色系発光蛍光体をさらに含む波長変換部を備える発光装置を提供する。この場合、青色系発光蛍光体としては、以下の２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、２価のユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、および２価のユーロピウム及びマンガン付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくともいずれかが、好ましい。

本発明において青色系発光蛍光体として用いられる２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体は、
一般式：（Ｍ４，Ｅｕ）₁₀（ＰＯ₄）₆・Ｃｌ₂
で実質的に表される。ここで、上記一般式中、Ｍ４はアルカリ土類金属であり、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を示す。

また本発明において青色系発光蛍光体として用いられる２価のユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体は、
一般式：ｃ（Ｍ５，Ｅｕ）Ｏ・ｄＡｌ₂Ｏ₃
で実質的に表される。ここで、上記一般式中、Ｍ５は２価の金属元素であり、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を示す。

また上記一般式中、２価の金属元素とＡｌとの比率（ｃ／ｄ）は０．１≦ｃ／ｄ≦１．０であり、これ以外の組成では、満足な青色系発光蛍光体としての特性が得られない。なお、上記一般式中、ｃ＞０、ｄ＞０である。

また、本発明において青色系発光蛍光体として用いられる２価のユーロピウム及びマンガン付活アルミン酸塩蛍光体は、
一般式：ｃ（Ｍ５，Ｅｕ_e，Ｍｎ_f）Ｏ・ｄＡｌ₂Ｏ₃
で実質的に表される。上記一般式中、Ｍ５は２価の金属元素であり、上述と同様に、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を示す。

２価の金属元素とＡｌとの比率（ｃ／ｄ）は０．１≦ｃ／ｄ≦１．０であるのが好ましく、これ以外の組成では、満足な青色系発光蛍光体としての特性が得られない。また、ユーロピウムとマンガンとの比率（ｅ／ｆ）は、０．００１≦ｅ／ｆ≦０．２であるのが好ましく、０．００１未満では、マンガンの発光の寄与が認められず、０．２を超えると、白色での明るさが低下し、実用的ではない。なお、上記一般式において、ｃ＞０、ｄ＞０である。

本発明の発光装置の波長変換部における青色系発光蛍光体の粒径についても特に制限されるものではないが、２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体の場合には、３．０〜９．０μｍの範囲内であるのが好ましく、４．５〜６．５μｍの範囲内であるのがより好ましい。２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体の粒径が３．０μｍ未満であると、結晶成長が不十分であり、明るさが大きく低下する傾向にある。一方、９．０μｍを超える粒径のものを調製する場合には、異常成長した粗大粒子が生成しやすく、実用的でなくなる傾向にある。また２価のユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体あるいは２価のユーロピウムおよびマンガン付活アルミン酸塩蛍光体の場合には、２．０〜７．０μｍの範囲内であるのが好ましく、３．０〜５．０μｍの範囲内であるのがより好ましい。２価のユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体あるいは２価のユーロピウムおよびマンガン付活アルミン酸塩蛍光体の粒径が２．０μｍ未満であると、結晶成長が不十分であり、明るさが大きく低下する傾向にある。一方、７．０μｍを超える粒径のものを調製する場合には、異常成長した粗大粒子が生成しやすく、実用的でなくなる傾向にあるためである。

上述した黄色系発光蛍光体および赤色系発光蛍光体に加えて、青色系発光蛍光体をさらに含む波長変換部を備える発光装置において、黄色系発光蛍光体および赤色系発光蛍光体として好適なものは上述したのと同様である。また、このような態様の発光装置においても、前記波長変換部に用いられる複数の蛍光体は、波長変換部の光の入射側から出射側に向かって、２次光の波長の長い蛍光体順に積層されたものであることが好ましい。また、波長変換部の形成に用いられる媒質としても、上述と同様のものを好適に用いることができる。

上述した黄色系発光蛍光体および赤色系発光蛍光体に加えて、青色系発光蛍光体をさらに含む波長変換部を備える発光装置において用いられる発光素子としては、効率の観点から、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体を好ましく用いることができる。

また黄色系発光蛍光体および赤色系発光蛍光体に加えて、青色系発光蛍光体をさらに含む波長変換部を備える発光装置に用いられる発光素子は、青色系発光蛍光体を効率よく発光させる観点から、ピーク波長が３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲の一次光を発するものであることが好ましく、３９５ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲の一次光を発するものであることがより好ましい。発光素子が発する一次光のピーク波長が３８０ｎｍ未満の場合、樹脂等の劣化が無視できなくなり、実用的ではない虞がある。また、４２０ｎｍを超えると、青色系発光蛍光体の発光強度が大きく低下し、実用的ではない虞がある。

また本発明の発光装置は、相関色温度が４０００Ｋ以下の白色光を発するものであることが、好ましい。ここで、相関色温度は、ＪＩＳ−Ｚ８７２５に規格されたものを指す。

本発明の発光装置に用いられる黄色系発光蛍光体、赤色系発光蛍光体および青色系発光蛍光体は、従来公知の適宜の方法にて作製したものを用いてもよいし、また市販のものを用いても勿論よい。また、本発明の発光装置における波長変換部は、上述した黄色系発光蛍光体、赤色系発光蛍光体（および場合によっては青色系発光蛍光体）を適宜の樹脂中に分散させ、適宜の条件で成形することによって作製することが可能であり、その作製方法は特に制限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）
図１は、本発明による実施例１の発光装置を模式的縦断面図で示している。この発光装置１０は、１次光を発する発光素子１１と、１次光の少なくとも一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部１２とを備えている。この波長変換部１２は、樹脂中に分散された赤色系発光蛍光体１３と黄色系発光蛍光体１４とを含んでいる。

本実施例１においては、発光素子１１の発光層として、４５０ｎｍに発光ピーク波長を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体が利用された。波長変換部１２では、黄色系発光蛍光体１４として２（Ｓｒ_0.93Ｂａ_0.05Ｅｕ_0.02）Ｏ・ＳｉＯ₂が利用され、赤色系発光蛍光体１３として（Ｃａ_0.98Ｅｕ_0.02）ＡｌＳｉＮ₃が利用された。

すなわち、これらの黄色系発光蛍光体１４と赤色系発光蛍光体１３とを１：０．２の割合で混合して所定の樹脂中に分散させることによって、波長変換部１２が作製されている。このように、発光素子１１と波長変換部１２とを組み込んだ発光装置１０の特性が評価され、その評価結果が表１に示されている。

他方、波長変換部１２において黄色系発光蛍光体１４の組成が（Ｙ_0.50Ｇｄ_0.35Ｃｅ_0.15）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂に変更されたこと以外は実施例１と同じ条件で、比較例１の発光装置も作製された。この比較例１の発光装置の特性も評価され、その評価結果も表１に示されている。

表１から明らかなように、本実施例１の発光装置は、従来品に対応する比較例１に比べて、黄色みのないクリアな白色光が得られることが分かる。すなわち、本実施例１においては、比較例１に比べて、偏差（ｄｕｖ）が遥かに小さくなっている。

ここで、Ｔｃは発光装置の発光色の相関色温度を表し、ｄｕｖは発光色度点の黒体輻射軌跡からの偏差（U*V*W*色度図(CIE1964均等色空間)上における発光色の色度点から黒体
輻射軌跡に降ろした垂線の長さ）を表す。ｄｕｖが０．０１以下であれば通常のタングステンフィラメント電球などと同様に、着色のない白色と感じられるとされている。

なお、表１において本実施例１の発光装置の明るさは比較例１に比べて低くなっているが、比較例１と同じＴｃ−ｄｕｖの値を生じるように本発明における蛍光体の組成範囲を調整した場合には、比較例１に比べて概略同等以上の明るさを得ることができる。

他方、比較例１の場合においては、その蛍光体組成範囲をどのように調整しても、本実施例１に比べて同等のＴｃ−ｄｕｖにすることはできない。

（実施例２）
図２は、本発明による実施例２の発光装置を模式的縦断面図で示している。この発光装置は、１次光を発する発光素子１１と、１次光の少なくとも一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部２０とを備えている。この波長変換部２０は、分散された赤色系発光蛍光体を含む樹脂層２１と分散された黄色系発光蛍光体を含む樹脂層２２とを含んでいる。そして、赤色系発光蛍光体を含む樹脂層２１は発光素子１１に近接して配置され、その上に黄色系発光蛍光体を含む樹脂層２２が積層されている。

本実施例２においては、発光素子１１の発光層として、４５０ｎｍに発光ピーク波長を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体が利用された。波長変換部２０では、黄色系発光蛍光体として２（Ｓｒ_0.900Ｂａ_0.075Ｃａ_0.010Ｅｕ_0.015）Ｏ・ＳｉＯ₂が利用され、赤色系発光蛍光体として（Ｃａ_0.97Ｓｒ_0.01Ｅｕ_0.02）（Ａｌ_0.98Ｇａ_0.02）ＳｉＮ₃が利用された。

すなわち、これらの黄色系発光蛍光体と赤色系発光蛍光体とをそれぞれ個別の樹脂中に分散させ、赤色系発光蛍光体を含む樹脂層２１と黄色系発光蛍光体を含む樹脂層２２をこの順に積層して波長変換部２０が作製された。このように、発光素子１１と波長変換部２０とを組み込んだ発光装置の特性が評価され、その評価結果が表２に示されている。

他方、本実施例２の黄色系発光蛍光体と赤色系発光蛍光体とを混合して同一樹脂層中に分散させたこと以外は本実施例２と同一の条件で、参考例１の発光装置が作製された。この参考例１の発光装置の特性も評価され、その評価結果も表２に示されている。

表２から明らかなように、本実施例２の発光装置でも黄色みのないクリアな白色光が得られている。また、参考例１との比較から明らかなように、２次光の波長がより長い蛍光体を含む樹脂層を発光素子１１に近い方から順に積層することによって、その発光装置の明るさも著しく向上することが分かる。

（実施例３）
本発明による実施例３においては、発光素子の発光層として、４３５ｎｍに発光ピーク波長を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体が利用された。波長変換部には、黄色系発光蛍光体として２（Ｓｒ_0.90Ｂａ_0.07Ｃａ_0.01Ｅｕ_0.02）Ｏ・ＳｉＯ₂が利用され赤色系発光蛍光体として（Ｃａ_0.985Ｅｕ_0.015）（Ａｌ_0.99Ｉｎ_0.01）ＳｉＮ₃が利用された。これらの黄色系発光蛍光体と赤色系発光蛍光体とを所定の割合で混合して同一樹脂層中に分散させることによって、波長変換部が作製された。このような発光素子と波長変換部とを組み込んだ本実施例３の発光装置についてその特性を評価し、その評価結果が表３に示されている。

他方、発光素子の発光層として４６０ｎｍにピーク波長を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体を用いかつ黄色系発光蛍光体が（Ｙ_0.45Ｇｄ_0.42Ｃｅ_0.13）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂に変更されたこと以外は実施例３と同一の条件で、比較例２の発光装置が作製された。この比較例２の発光装置の特性も評価され、その評価結果も表３に示されている。

表３から明らかなように、本実施例３の発光装置においても、従来品に対応する比較例２に比べて、黄色みのないクリアな白色光が得られることが分かる。

（実施例４）
図３は、本発明による実施例４の発光装置を模式的縦断面図で示している。この発光装置は、１次光を発する発光素子３０と、１次光の少なくとも一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部３１とを備えている。この波長変換部３１は、分散された赤色系発光蛍光体を含む樹脂層２１と、分散された黄色系発光蛍光体を含む樹脂層２２と、分散された青色系発光蛍光体を含む樹脂層３２とを含んでいる。そして、赤色系発光蛍光体を含む樹脂層２１が発光素子３０に近接して配置され、その上に黄色系発光蛍光体を含む樹脂層２２と青色系発光蛍光体を含む樹脂層３２とが順次積層されている。

本実施例４においては、発光素子３０の発光層として、３８０ｎｍに発光ピーク波長を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体が利用された。波長変換部３１には、青色系発光蛍光体としての（Ｂａ_0.50Ｓｒ_0.35Ｅｕ_0.15）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇、黄色系発光蛍光体としての２（Ｓｒ_0.900Ｂａ_0.075Ｃａ_0.010Ｅｕ_0.015）Ｏ・ＳｉＯ₂、および赤色系発光蛍光体としての（Ｃａ_0.97Ｓｒ_0.01Ｅｕ_0.02）（Ａｌ_0.98Ｇａ_0.02）ＳｉＮ₃が利用された。すなわち、これらの青色系発光蛍光体、黄色系発光蛍光体、および赤色系発光蛍光体とをそれぞれ個別の樹脂中に分散させ、発光素子側から赤色系発光蛍光体を含む樹脂層２１、黄色系発光蛍光体を含む樹脂層２２、および青色系発光蛍光体を含む樹脂層３２の順に積層することによって、波長変換部３１が作製された。このように、発光素子３０と波長変換部３１とを組み込んだ本実施例４の発光装置についてその特性を評価し、その評価結果が表４に示されている。

他方、本実施例４の黄色系発光蛍光体、赤色系発光蛍光体、および青色系発光蛍光体とを混合して同一樹脂層中に分散させたこと以外は本実施例４と同一の条件で、参考例２の発光装置が作製された。この参考例２の発光装置の特性も評価され、その評価結果も表４に示されている。

表４から明らかなように、本実施例４の発光装置では黄色みのないクリアな白色光が得られる。また、また、参考例３との比較から明らかなように、２次光の波長がより長い蛍光体を含む樹脂層を発光素子３０に近い方から順に積層することによって、その発光装置の明るさも著しく向上することが分かる。

（実施例５〜１０）
実施例１に類似しているが発光素子の発光ピーク波長と蛍光体の組成を種々に変更することによって、本発明による実施例５〜１０と比較例３〜８の発光装置が作製された。そして、それらの発光装置について種々の特性が評価され、それらの評価結果が表５にまとめて示されている。

表５から明らかなように、本発明による実施例５〜１０の発光装置においては、従来品に相当する比較例３〜８に比べて、黄色みのないクリアな白色光が得られることが分かる。

なお、上述の各実施例の発光素子の発光ピーク波長は、それらの実施例に示された値に限定されるわけではなく、実施例１〜３および５〜８においては４３０〜４８０ｎｍの範囲内にあればよく、実施例４、９、および１０では３８０〜４２０ｎｍの範囲内にあればよい。

また、蛍光体に関しても上述の各実施例に記載された組成範囲に限定されるわけではなく、「課題を解決するための手段」の欄に記載した各構成元素の組成範囲内であればよい。

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。

以上のように、本発明によれば、半導体発光素子からの３８０ｎｍから４８０ｎｍの範囲の光によって高効率で発光する特定の蛍光体を用いることにより、高効率かつ低色温度の白色系の光を発する発光装置を提供することができる。

本発明による実施例１の発光装置における要部の模式的縦断面図である。 本発明による実施例２の発光装置における要部の模式的縦断面図である。 本発明による実施例４の発光装置における要部の模式的縦断面図である。

符号の説明

１０ 発光装置、１１ 発光素子、１２ 波長変換部、１３ 赤色系発光蛍光体、１４ 黄色系発光蛍光体、２０ 波長変換部、２１ 赤色系発光蛍光体を含む樹脂層、２２ 黄色系発光蛍光体を含む樹脂層、３０ 発光素子、３１ 波長変換部、３２ 青色系発光蛍光体を含む樹脂層。

Claims (7)

1. １次光を発する発光素子と、前記１次光の一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を含む２次光を発する波長変換部とを含み、
   前記波長変換部は１種以上の黄色系発光蛍光体および１種以上の赤色系発光蛍光体を含み、
   前記黄色系発光蛍光体は、
   一般式：２（Ｍ１_1-aＥｕ_a）Ｏ・ＳｉＯ₂
   （式中、Ｍ１は少なくともＳｒを含み、かつＳｒを含めたＭｇ、ＣａおよびＢａから選ばれた１つあるいは複数の元素からなり、ａは０．００５≦ａ≦０．１０を満足する数であり、Ｍ１、Ｅｕを合わせた組成を１とした場合にＳｒの組成は０．５以上である）
   で実質的に表される、平均粒径８〜１３μｍの２価のユーロピウム付活珪酸塩蛍光体を含み、
   前記赤色系発光蛍光体は、
   一般式：（Ｍ２_1-bＥｕ_b）Ｍ３ＳｉＮ₃
   （式中、Ｍ２はＣａを示し、Ｍ３はＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｂは０．００１≦ｂ≦０．０５を満足する数である）
   で実質的に表される、平均粒径４〜７μｍの２価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を含むことを特徴とする発光装置。
2. 前記発光素子は窒化ガリウム系半導体で形成されており、その発光素子が発する前記１次光のピーク波長が４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. １次光を発する発光素子と、前記１次光の一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を含む２次光を発する波長変換部とを含み、
   前記波長変換部は１種以上の青色系発光蛍光体、１種以上の黄色系発光蛍光体、および１種以上の赤色系発光蛍光体を含み、
   前記青色系発光蛍光体は、
   一般式：（Ｍ４，Ｅｕ）₁₀（ＰＯ₄）₆・Ｃｌ₂
   （式中、Ｍ４はアルカリ土類金属元素であり、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を示す）
   で実質的に表される、平均粒径４．５〜６．５μｍの２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、
   一般式：ｃ（Ｍ５，Ｅｕ）Ｏ・ｄＡｌ₂Ｏ₃
   （式中、Ｍ５は２価の金属元素であり、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｃとｄはｃ＞０、ｄ＞０、および０．１≦ｃ／ｄ≦１．０を満足する数である）
   で実質的に表される２価のユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、および
   一般式：ｃ（Ｍ５，Ｅｕ_e，Ｍｎ_f）Ｏ・ｄＡｌ₂Ｏ₃
   （式中、Ｍ５は２価の金属元素であり、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｃ、ｄ、ｅおよびｆはｃ＞０、ｄ＞０、０．１≦ｃ／ｄ≦１．０、および０．００１≦ｆ／ｅ≦０．２を満足する数である）
   で実質的に表される２価のユーロピウムおよびマンガン付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含み、
   前記黄色系発光蛍光体は、
   一般式：２（Ｍ１_1-aＥｕ_a）Ｏ・ＳｉＯ₂
   （式中、Ｍ１は少なくともＳｒを含み、かつＳｒを含めたＭｇ、ＣａおよびＢａから選ばれた１つあるいは複数の元素からなり、ａは０．００５≦ａ≦０．１０を満足する数であり、Ｍ１、Ｅｕを合わせた組成を１とした場合にＳｒの組成は０．５以上である）
   で実質的に表される、平均粒径８〜１３μｍの２価のユーロピウム付活珪酸塩蛍光体を含み、
   前記赤色系発光蛍光体は、
   一般式：（Ｍ２_1-bＥｕ_b）Ｍ３ＳｉＮ₃
   （式中、Ｍ２はＣａを示し、Ｍ３はＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｂは０．００１≦ｂ≦０．０５を満足する数である）
   で実質的に表される、平均粒径４〜７μｍの２価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を含むことを特徴とする発光装置。
4. 前記発光素子は窒化ガリウム系半導体で形成されており、その発光素子が発する前記１次光のピ−ク波長が３８０ｎｍから４２０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. Ｍ３はＡｌ、ＧａおよびＩｎから選ばれる少なくとも１種の元素であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発光装置。
6. 前記波長変換部に含まれる複数種の蛍光体は、前記発光素子から発せられる前記１次光の光路に沿って、より波長の長い２次光を発する蛍光体の順に積層されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の発光装置。
7. 前記発光装置は色温度が４０００Ｋ以下の白色光を放射することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の発光装置。

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