JP6839891B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置に関する。詳細には本発明は、一般照明や特殊照明に好適に用いることができ、さらに波長変換体の温度上昇に伴う白色光の色調変化が人の目に判り難く、かつ、高演色の出力光を放射することが可能な発光装置に関する。
従来、レーザー光を放射する固体発光素子と、複数種類のＣｅ３＋付活蛍光体を含む波長変換体とを組み合わせてなる発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、青色のレーザー光を放射する固体発光素子と、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体及びＹ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体を含む波長変換体と、を組み合わせた高演色性の発光装置が開示されている。このような発光装置は、高密度光励起下であっても蛍光体が発光飽和し難いため、高出力を発揮することができる。なお、発光飽和とは、励起光密度の増大とともに、蛍光体の放射する光強度が飽和する現象をいう。
一方、上述のＹ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体とは別に、赤色系光を放射するＣｅ３＋付活蛍光体として、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋橙色蛍光体も知られている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、Ｙ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体は、温度消光が大きく、実用化には更なる検討が必要となる。なお、温度消光は、蛍光体温度の上昇とともに発光効率が低下する現象をいう。
一方で、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋橙色蛍光体は、温度消光は比較的小さいが、放射する光に含まれる赤色成分が少ない。そのため、青色のレーザー光を放射する固体発光素子と、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体及びＬｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋橙色蛍光体を含む波長変換体とを組み合わせた発光装置の出力光は、演色性が低いという問題があった。さらに、このような発光装置の出力光は、波長変換体の温度上昇に伴う色調変化が人の目に判り易く、容易に感知されてしまうという問題があった。
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、温度上昇時の白色光の色調変化が人の目に判り難く、かつ、高演色の出力光を放射することが可能な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、本発明の態様に係る発光装置は、青色系のレーザー光を放射する固体発光素子と、レーザー光を吸収して当該レーザー光よりも長波長の光に波長変換する波長変換体と、を備える。波長変換体は、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋を主成分とする珪酸塩蛍光体と、Ｌｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋（式中、ｘは０＜ｘ≦１を満足する数値である）を主成分とするアルミン酸塩蛍光体と、を含む。
以下、本実施形態に係る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。
本実施形態の発光装置は、青色系のレーザー光を放射する固体発光素子と、レーザー光を吸収して当該レーザー光よりも長波長の光に波長変換する波長変換体とを備えている。当該発光装置において、波長変換体は、固体発光素子が放つ光エネルギーを吸収し、吸収した光エネルギーを色調制御された可視光に変換する機能を有する。固体発光素子を用いた発光装置にこのような波長変換体を用いることにより、固体発光素子が放つ光を色調制御し、所望の光を得ることが可能となる。
［固体発光素子］
本実施形態において、固体発光素子は、青色光を放射する発光素子であることが好ましく、青色系のレーザー光を放射する発光素子であることがより好ましい。このような固体発光素子は特に限定されないが、例えば、面発光レーザーダイオード等のレーザーダイオードを用いることができる。また、固体発光素子としては、無機または有機のエレクトロルミネッセンス素子を用いることもできる。
本実施形態において、固体発光素子は、青色光を放射する発光素子であることが好ましく、青色系のレーザー光を放射する発光素子であることがより好ましい。このような固体発光素子は特に限定されないが、例えば、面発光レーザーダイオード等のレーザーダイオードを用いることができる。また、固体発光素子としては、無機または有機のエレクトロルミネッセンス素子を用いることもできる。
固体発光素子が発するレーザー光は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満、好ましくは４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ未満の波長領域内に強度最大値を有することが好ましい。これにより、波長変換体に含まれる蛍光体を効率よく励起することが可能となる。また、レーザー光が上記波長領域内に強度最大値を有する場合には、レーザー光が視認性のよい青色光になり、蛍光体の励起光としてだけでなく、発光装置の出力光としても無駄なく利用することができる。
［波長変換体］
本実施形態において、波長変換体は複数種類の蛍光体を含有している。具体的には、波長変換体は、少なくとも珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体を含んでいる。
本実施形態において、波長変換体は複数種類の蛍光体を含有している。具体的には、波長変換体は、少なくとも珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体を含んでいる。
波長変換体に含まれる珪酸塩蛍光体は、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋を主成分としている。この珪酸塩蛍光体は、一般式：Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３で表される化合物を主成分とするガーネット構造の珪酸塩と、発光中心として機能するイオンであるＣｅ３＋とを含む。このような珪酸塩は結晶性が良好であるため、単分散性に優れ、高発光効率と高光吸収率を兼ね備える蛍光体を得ることが可能となる。
上述の「一般式：Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３で表される化合物を主成分とするガーネット構造の珪酸塩」は、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３のみからなり、ガーネット型の結晶構造を持つ珪酸塩をいう。又は、「一般式：Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３で表される珪酸塩を主成分とするガーネット構造の珪酸塩」は、端成分となるＬｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３珪酸塩の固溶割合が７０ｍｏｌ％以上の固溶体であって、ガーネット型の結晶構造を持つ珪酸塩をいう。なお、当該珪酸塩において、端成分となるＬｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３珪酸塩の固溶割合は９０ｍｏｌ％以上であることがより好ましい。
珪酸塩がＬｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３を含む固溶体である場合、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３に被固溶する化合物は特に限定されない。被固溶する化合物としては、例えば、Ｌｕ２ＭｇＭｇ２（ＳｉＯ４）３のような、化合物としての実在が推定される仮想化合物も包含する。この理由は、当業者にとって公知であるように、実在が推定される化合物が被固溶した形態の固溶体の実例が、数多く存在するためである。
固溶体である珪酸塩の具体例としては、（１−ｘ）Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３・ｘＬｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３、（１−ｘ）Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３・ｘＬｕ３Ｍｇ２（ＳｉＯ４）２（ＡｌＯ４）、（１−ｘ）Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３・ｘＣａ３Ｓｃ２（ＳｉＯ４）３、（１−ｘ）Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３・ｘＬｕ２ＭｇＭｇ２（ＳｉＯ４）３などが挙げられる。ここで、ｘは０≦ｘ＜０．３を満たす数値であることが好ましく、０≦ｘ＜０．１を満たす数値であることがより好ましい。
上述のように、珪酸塩蛍光体は、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３を主成分とする珪酸塩と、発光中心として機能するＣｅ３＋とを含む。このような珪酸塩蛍光体は、波長４６０ｎｍ付近の青色光を吸収して、波長６００ｎｍ付近に蛍光ピークを持つ橙色光に波長変換することができる。
珪酸塩蛍光体は、５８０ｎｍ以上６３０ｎｍ未満の波長範囲内に蛍光ピークを有する光を放つ蛍光体であることが好ましい。具体的には、励起光のピーク波長が４５５ｎｍである場合、珪酸塩蛍光体は、室温において、５８０ｎｍ以上６３０ｎｍ未満の波長範囲内に蛍光ピークを有する光を放つ蛍光体であることがより好ましい。この波長範囲内に蛍光ピークを有することにより、青色系のレーザー光を放射する固体発光素子および後述するアルミン酸塩蛍光体と組み合わせることで、演色性の高い白色光を得ることが可能となる。また、発光装置からの出力光の分光分布が自然光の分光分布に近くなるため、より高演色の白色光の放射が可能な発光装置を得ることが可能となる。
波長変換体に含まれるアルミン酸塩蛍光体は、Ｌｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋を主成分とする。なお、式中、ｘは０＜ｘ≦１を満足する数値である。このアルミン酸塩蛍光体は、一般式：Ｌｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３で表される化合物を主成分とするガーネット構造のアルミン酸塩と、発光中心として機能するイオンであるＣｅ３＋とを含む。このようなアルミン酸塩は、上述の珪酸塩と同様に結晶性が良好であるため、単分散性に優れ、高発光効率と高光吸収率を兼ね備える蛍光体を得ることが可能となる。
上述の「一般式：Ｌｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３で表される化合物を主成分とするアルミン酸塩」は、Ｌｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３のみからなるアルミン酸塩をいう。又は、「一般式：Ｌｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３で表される化合物を主成分とするアルミン酸塩」は、端成分となるＬｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３の固溶割合が７０ｍｏｌ％以上の固溶体であるアルミン酸塩をいう。そして、当該アルミン酸塩は、ガーネット型の結晶構造を持つ。なお、当該アルミン酸塩において、端成分となるＬｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３の固溶割合は９０ｍｏｌ％以上であることがより好ましい。
なお、上述の珪酸塩と同様に、アルミン酸塩がＬｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３を含む固溶体である場合、Ｌｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３に被固溶する化合物は特に限定されない。
上述のように、アルミン酸塩蛍光体は、Ｌｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３を主成分とするアルミン酸塩と、発光中心として機能するＣｅ３＋とを含む。このようなアルミン酸塩蛍光体は、特許文献１に記載のＬｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋と同様に、波長４６０ｎｍ付近の青色光を吸収して、４９０ｎｍ〜５６０ｎｍ未満の波長領域内に蛍光ピークを持つ青緑から緑色の光に波長変換することができる。
アルミン酸塩蛍光体は、４９０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長範囲内に蛍光ピークを有する光を放つ蛍光体であることが好ましい。また、アルミン酸塩蛍光体は、４９０ｎｍ以上５３０ｎｍ未満の波長範囲内に蛍光ピークを有する光を放つ蛍光体であることがより好ましく、４９０ｎｍ以上５１５ｎｍ未満の波長範囲内に蛍光ピークを有する光を放つ蛍光体であることが特に好ましい。具体的には、励起光のピーク波長が４５５ｎｍである場合、アルミン酸塩蛍光体は、室温において、４９０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長範囲内に蛍光ピークを有する光を放つ蛍光体であることが好ましい。また、励起光のピーク波長が４５５ｎｍである場合、アルミン酸塩蛍光体は、室温において、４９０ｎｍ以上５３０ｎｍ未満、特に４９０ｎｍ以上５１５ｎｍ未満の波長範囲内に蛍光ピークを有する光を放つ蛍光体であることがより好ましい。この波長範囲内に蛍光ピークを有することにより、青色系のレーザー光を放射する固体発光素子および珪酸塩蛍光体と組み合わせることで、演色性の高い白色光を得ることが可能となる。
ここで、特許文献１に記載のＬｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋は温度消光が小さいため、低温から高温にかけて高い発光効率を維持することができる。これに対して、本実施形態に係るアルミン酸塩蛍光体であるＬｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋は、ガリウムの添加量が増加するにつれて、温度消光を大きくすることができる。そして、上述のように、珪酸塩蛍光体であるＬｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋は、温度消光が比較的小さいとはいえ、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋と比較すると温度消光が大きい。そのため、アルミン酸塩蛍光体に添加するガリウム量を調整することにより、高温時におけるＬｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋とＬｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋との間の温度消光の度合いの差を低減することが可能となる。
波長変換体に含まれる珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体は、上述のように、発光中心としてＣｅ３＋を含んでいる。Ｃｅ３＋の蛍光寿命は１０−８〜１０−７ｓであり、Ｅｕ２＋等の他の発光中心と比較しても残光性が極めて短い。このため、ハイパワーレーザー光などの高密度の光励起条件下でも、蛍光出力の飽和現象が少なく、励起光の密度にほぼ比例する高い蛍光出力を得ることができる。また、Ｃｅ３＋は、母体によって発光色が変化することから、出力光の色調を変えることが容易である。
本実施形態の波長変換体に含まれる珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体は、粉末状であることが好ましい。そして、珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体は、平均粒子径が３μｍ以上であることが好ましい。具体的には、珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体は粒子群であって、当該珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体の平均粒子径が３μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることが特に好ましい。珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体の平均粒子径が３μｍ以上であることにより、発光装置用に使用しやすい蛍光体となる。また、このような珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体は、青色光などの短波長可視光を効率的に吸収することができる。
珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体において、平均粒子径の上限は特に限定されないが、発光装置用の蛍光体として好適に用いる場合には、５０μｍ未満であることが好ましく、３０μｍ未満であることがより好ましい。なお、珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体の平均粒子径は、分散した蛍光体の粒子群を顕微鏡で観察した際の、粒子の最長軸長さの平均値をいう。そのため、珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体の平均粒子径は、分散した蛍光体が一次粒子と二次粒子の混合物である場合には、当該一次粒子の最長軸長さと当該二次粒子の最長軸長さの合計の平均値をいう。
次に、本実施形態に係る珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体の製造方法について説明する。
珪酸塩蛍光体は、オーソドックスな固相反応を用いて合成することができる。具体的には、珪酸塩蛍光体の場合、まず、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び酸化セリウム（ＣｅＯ２）などの原料粉末を準備する。次に、所望の化合物の化学量論的組成また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、スターラーなどを用いて十分に混合する。十分に混合されるのであれば、混合方式は乾式混合でも湿式混合でもよい。湿式混合の場合は、媒質としてイオン交換水やエタノール、イソプロピルアルコール、アセトンなどを用いることができるが、その他の媒質でもよく、限定するものではない。
その後、アルミナるつぼや白金るつぼ、磁性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、混合原料の焼成物を得ることができる。なお、混合原料を焼成する際には、大気中または還元雰囲気下、７００〜１０００℃の焼成温度にて数時間加熱することが好ましい。
ここで、珪酸塩蛍光体を製造する際には反応促進剤を使用してもよく、反応促進剤としては塩化リチウム（ＬｉＣｌ）を使用することができる。また、反応促進剤の使用量は、合成する１モルの蛍光体に対して、２〜５モルの反応促進剤を使用することが好ましい。
そして、上述のように得られた混合原料の焼成物と反応促進剤とを混合した後に本焼成することにより、珪酸塩蛍光体を得ることができる。混合原料の焼成物と反応促進剤との混合方法は特に限定されず、例えば乾式混合により行うことができる。また、本焼成は、還元雰囲気下、１１００〜１４００℃の焼成温度にて数時間加熱することが好ましい。
アルミン酸塩蛍光体も、珪酸塩蛍光体と同様に、オーソドックスな固相反応を用いて合成することができる。具体的には、アルミン酸塩蛍光体の場合、まず、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）及び酸化セリウム（ＣｅＯ２）などの原料粉末を準備する。次に、珪酸塩蛍光体と同様に、所望の化合物の化学量論的組成また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、スターラーなどを用いて十分に混合する。
その後、アルミナるつぼや白金るつぼ、磁性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、アルミン酸塩蛍光体を得ることができる。なお、焼成は、大気雰囲気下、１４００〜１６００℃の焼成温度にて数時間加熱することが好ましい。
図１乃至図３では、本実施形態に係る波長変換体の断面を概略的に示している。本実施形態に係る波長変換体１００は、図１に示すように、珪酸塩蛍光体１及びアルミン酸塩蛍光体２が封止体３の内部で分散した構成とすることができる。封止体３は、蛍光体粒子を封止する封止物であり、無機材料及び有機材料の少なくとも一方を用いることができる。このような無機材料としては、例えば、低融点ガラスなどの透明無機材料を挙げることができる。また、有機材料としては、例えば、シリコーン樹脂などの透明有機材料を挙げることができる。封止体３として無機材料を用いた場合、全て無機物質からなる波長変換体１００とすることができるため、熱伝導性に優れ放熱性の面で有利な波長変換体を得ることができる。一方、封止体３として有機材料を用いた場合、樹脂中に蛍光体が分散した波長変換体１００を得ることできる。このような波長変換体は、公知の方法により容易に製造することができる。
なお、本実施形態の波長変換体は、図２に示すように、封止体３を使用しない波長変換体１００Ａとすることもできる。この場合、有機または無機の結着剤を利用して、蛍光体同士を固着すればよい。また、珪酸塩蛍光体１とアルミン酸塩蛍光体２との加熱反応を利用して、蛍光体同士を固着することもできる。結着剤としては、一般的に利用される樹脂系の接着剤、またはセラミックス微粒子や低融点ガラスなどを使用することができる。封止体３を利用しない波長変換体は厚みを薄くすることができるため、発光装置に好適に用いることができる。
図３に示すように、本実施形態の波長変換体１００Ｂは、板状のアルミン酸塩蛍光体２の表面に、封止体３を利用せずに珪酸塩蛍光体１の粒子群を固着させた構造とすることもできる。この場合、板状のアルミン酸塩蛍光体２として、複数の蛍光体粒子が焼結し、内部に複数の空隙を有する焼結体を用いることができる。また、板状のアルミン酸塩蛍光体２として、複数の蛍光体粒子が焼結し、内部に複数の空隙を有しないセラミックス体を用いることもできる。
本実施形態の発光装置において、波長変換体は無機化合物のみからなることが好ましい。つまり、珪酸塩蛍光体、アルミン酸塩蛍光体及び必要に応じて使用する封止体の全てが無機化合物からなることが好ましく、これら全てが無機酸化物からなることがより好ましい。これにより、熱伝導性の良好な波長変換体になるため、放熱性に優れた光源設計が容易となる。このため、波長変換体中の蛍光体の温度消光が抑制され、高い出力光の放射が可能な発光装置を得ることが可能となる。また、無機化合物のみからなる場合、大気中での取り扱いが容易となるだけでなく、波長変換体の製造が容易となる。そのため、工業生産に適した波長変換体とすることが可能となる。
［発光装置の構成］
本実施形態の発光装置の構成について、より詳細に説明する。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。また、発光装置は、照明光源及び照明装置並びに表示装置なども包含する。そのため、レーザーダイオードを備える照明装置やプロジェクターなども発光装置とみなされる。
本実施形態の発光装置の構成について、より詳細に説明する。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。また、発光装置は、照明光源及び照明装置並びに表示装置なども包含する。そのため、レーザーダイオードを備える照明装置やプロジェクターなども発光装置とみなされる。
上述のように、本実施形態の発光装置は、固体発光素子と、固体発光素子が発するレーザー光を吸収して当該レーザー光よりも長波長の光に波長変換する波長変換体とを備えている。波長変換体の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。
図４は、本実施形態に係る発光装置の概略を示す。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、励起源１０１は、本実施形態の波長変換体１００が備える蛍光体を励起するための励起光１０２を生成する光源である。そして、励起源１０１としては、レーザー光を発する固体発光素子を用いる。
図４（ａ）及び図４（ｂ）において、出力光１０３は、励起源１０１が放つ励起光１０２と、励起光１０２によって励起された波長変換体１００中の蛍光体が放つ蛍光とが加法混色された光である。そして、出力光１０３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４（ａ）では、励起光１０２を波長変換体１００に照射する方向に、波長変換体１００からの出力光１０３が放出される構造の発光装置を示す。なお、図４（ａ）に示す発光装置としては、白色発光ダイオード光源や透過型のレーザー照明装置のほか、蛍光ランプ、電子管なども挙げられる。一方、図４（ｂ）では、励起光１０２を波長変換体１００に照射する方向とは逆の方向に、波長変換体１００からの出力光１０３が放出される構造の発光装置を示す。図４（ｂ）に示す発光装置としては、反射型のレーザー照明装置、例えば、反射板付き蛍光体ホイールを利用する光源装置やプロジェクターなどが挙げられる。
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、表示装置などであり、特にレーザー照明やレーザープロジェクターである。そして、当該発光装置は、屋外照明、店舗照明、調光システム、施設照明、海洋照明、プロジェクター、および内視鏡のいずれかの用途に好適に用いることができる。
上述のように、発光装置は、青色光を放射する固体発光素子と、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋を主成分とする珪酸塩蛍光体及びＬｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋を主成分とするアルミン酸塩蛍光体を含む波長変換体とを備える。そして、珪酸塩蛍光体は、青色光を吸収して橙色光に波長変換することができ、アルミン酸塩蛍光体は、青色光を吸収して、青緑から緑色の光に波長変換することができる。そのため、発光装置では、固体発光素子が放射する青色光と、珪酸塩蛍光体が放つ蛍光（橙色光）と、アルミン酸塩蛍光体が放つ蛍光（青緑から緑色の光）との加法混色により、高演色の白色光を放射することが可能となる。つまり、図５に示す日本工業規格ＪＩＳ Ｚ８１１０において参考図として示されるｘｙ色度図において、白色領域の光を放つことが可能となる。
ここで、アルミン酸塩蛍光体は、ガリウムの添加量が増加するにつれて、蛍光を短波長化することができる。そのため、アルミン酸塩蛍光体のガリウム量を調整することにより、珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体の蛍光色を補足関係に近づけることができる。また、上述のように、アルミン酸塩蛍光体は、ガリウムの添加量が増加するにつれて、温度消光を大きくすることができる。そのため、アルミン酸塩蛍光体のガリウム量を調整することにより、珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体が高温になるにつれて生じる温度消光の度合いを同等にすることができる。
そして、珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体の温度消光の度合いが同等である場合には、図６に示すように、発光装置の出力光の色調を符号Ａから符号Ｂに変化させることができる。符号Ａは、波長変換体が低温（例えば３０℃）のときに発光装置から放射される出力光の色度座標の一例である。符号Ｂは、波長変換体が高温（例えば１５０℃）のときに発光装置から放射される出力光の色度座標の一例である。
この出力光の色調変化は、図５に示すように白色領域で生じており、かつ、黒体放射軌跡に対して平行に近い方向に変化している。このように、色調変化が白色領域で生じ、かつ、黒体放射軌跡に対して平行に近い方向に変化した場合には、出力光の色調変化を人の目で感知することが極めて難しい。そのため、高パワーで波長変換体を励起させ、波長変換体の温度が上昇した場合でも、発光装置が高演色の白色光を放射し続けていると認識させることが可能となる。
ここで、特許文献１に記載され、ガリウムが添加されていないアルミン酸塩蛍光体であるＬｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋は、温度消光が小さい。そのため、低温から高温にかけて高い発光効率を維持することができる。ただ、珪酸塩蛍光体であるＬｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋は、温度消光が比較的小さいとはいえ、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋と比較すると温度消光が大きい。このため、波長変換体の蛍光体として、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋とＬｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋を用いた場合、珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体が高温になるにつれて生じる温度消光の度合いに大きな差が生じる。
そして、珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体の温度消光の度合いに大きな差がある場合には、図６に示すように、発光装置の出力光の色調が符号Ｃから符号Ｄに変化してしまう。符号Ｃは、この珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体からなる波長変換体が低温（例えば３０℃）のときに発光装置から放射される出力光の色度座標の一例である。符号Ｄは、当該波長変換体が高温（例えば１５０℃）のときに発光装置から放射される出力光の色度座標の一例である。
この出力光の色調変化は、図５に示すように白色領域から緑みの白の領域に向けて生じており、かつ、黒体放射軌跡に対して垂直に近い方向に変化している。このように、色調変化が白色領域から緑みの白の領域に向けて生じ、かつ、黒体放射軌跡に対して垂直に近い方向に変化した場合には、出力光の色調変化は人の目で容易に感知されてしまう。つまり、光の波長による人の眼の感受性は、色の感覚だけでなく明るさの感覚もあり、波長によって異なってくる。同じエネルギーの光であっても、黄色や緑色の光は明るく感じられるが、赤色や青色の光は暗く感じられる。そして、明所視における標準比視感度の最大波長は５５５ｎｍであり、人の眼は緑色光の感受性が高い。そのため、色調が白色領域から緑色領域に変化した場合、この色調変化は容易に感知されてしまう。したがって、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋とＬｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋を用いた波長変換体を高パワーで励起させ、波長変換体の温度が上昇した場合、出力光の色調が変化したと容易に認識されてしまう。
これに対して、上述のように、本実施形態の発光装置では、出力光の色調変化は、白色領域で生じており、かつ、黒体放射軌跡に対して平行に近い方向に変化している。そのため、波長変換体の温度が上昇した場合でも、発光装置が高演色の白色光を放射し続けていると認識させることが可能となる。
このように、本実施形態に係る発光装置は、青色系のレーザー光を放射する固体発光素子と、レーザー光を吸収して当該レーザー光よりも長波長の光に波長変換する波長変換体と、を備える。そして、波長変換体は、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋を主成分とする珪酸塩蛍光体と、Ｌｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋（式中、ｘは０＜ｘ≦１を満足する数値である）を主成分とするアルミン酸塩蛍光体と、を含む。このような構成により、珪酸塩蛍光体の橙色の光成分と、それに対してほぼ補色の関係にあるアルミン酸塩蛍光体の青緑色の光成分と、レーザー光の青色の光成分との加法混色による、高演色の白色光の放射が可能となる。また、高パワー励起などによって波長変換体の温度が上昇した場合には、出力光が黒体放射軌跡に対して垂直に近い方向に色調変化せずに、黒体放射軌跡に対して平行に近い方向に色調変化する。そのため、この色調変化が人の目に判り難い発光装置を得ることが可能となる。
また、従来の発光装置では、高温時でも高い発光効率を得るために、波長変換体に温度消光が小さい蛍光体を使用する傾向がある。しかしながら、本実施形態の発光装置では、アルミン酸塩蛍光体の温度消光を意図的に大きくし、珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体の温度消光の度合いを同等にしている。これにより、波長変換体の温度が上昇した場合でも、発光装置が高演色の白色光を放射し続けていると認識させることを可能としている。
なお、アルミン酸塩蛍光体におけるＬｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋において、ｘは０．３≦ｘ≦１を満足する数値であることが好ましく、０．５≦ｘ≦１を満足する数値であることがより好ましい。これにより、珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体の温度消光の度合いをより同等にし、発光装置の色調変化をさらに感知し難くすることが可能となる。
本実施形態の発光装置において、珪酸塩蛍光体の１５０℃における内部量子効率維持率と、アルミン酸塩蛍光体の１５０℃における内部量子効率維持率との差は、１０％以下であることが好ましい。また、当該内部量子効率維持率との差は、５％以下であることがより好ましい。「１５０℃における内部量子効率維持率」とは、３０℃で測定した内部量子効率を１００％とした場合における、１５０℃で測定した内部量子効率をいう。そのため、３０℃で測定した内部量子効率を１００％とした場合、１５０℃で測定した内部量子効率が８０％のときには、内部量子効率維持率は８０％である。
１５０℃における、珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体との内部量子効率維持率の差が１０％以下であることにより、珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体の温度消光の度合いを同等にすることができる。そのため、高パワー励起などによって、波長変換体の温度が上昇した場合であっても、出力光が黒体放射軌跡に対して垂直に近い方向に色調変化せずに、黒体放射軌跡に対して平行に近い方向に色調変化する。そのため、この変化が人の目に分かり難くなり、発光装置が高演色の白色光を放射し続けていると認識させることが可能となる。
発光装置は、平均演色評価数Ｒａが８０以上９８未満の出力光を放射することが好ましい。発光装置の出力光の平均演色評価数Ｒａが上記範囲内にある場合には、照明光として好まれる高演色性の光を放射する発光装置が得られる。発光装置の出力光の平均演色評価数Ｒａを上記範囲内にする方法としては、波長範囲の異なるレーザー光を選択したり、波長変換体に含まれる珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体の量を調節する方法が用いられる。
また、発光装置は、相関色温度（Ｔｃ）が２５００Ｋ以上８０００Ｋ未満の出力光を放射することが好ましい。また、発光装置は、２７００Ｋ以上５５００Ｋ未満の出力光を放射することがより好ましく、３０００Ｋ以上４０００Ｋ未満の出力光を放射することがさらに好ましい。発光装置の出力光の相関色温度が上記範囲内にある場合には、照明光として好まれる光を放射する発光装置が得られる。発光装置の出力光の相関色温度を上記範囲内にする方法としては、波長範囲の異なるレーザー光を選択したり、波長変換体に含まれる珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体の量を調節する方法が用いられる。
本実施形態の発光装置は、波長変換体に用いる蛍光体として、超短残光性で大気中でも安定なＣｅ３＋で付活された蛍光体を用いている。そのため、レーザー光照射による高密度光励起下でも発光飽和し難く、高出力で長期信頼性が高い。このため、本実施形態の発光装置は、レーザー照明装置であることが好ましい。
以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態は実施例に限定されるものではない。
［蛍光体の調製］
固相反応を利用する調製手法を用いて、実施例及び比較例で使用する珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体を合成した。なお、珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体を合成する際、以下の化合物粉末を主原料として使用した。
酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）：純度３Ｎ、信越化学工業株式会社製
炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）：純度２Ｎ５、関東化学株式会社製
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）：純度３Ｎ、和光純薬工業株式会社製
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）：純度＞３Ｎ、日本アエロジル株式会社製
酸化アルミニウム（θ−Ａｌ２Ｏ３）：純度４Ｎ５、住友化学株式会社製ＡＫＰ−Ｇ００８
酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）：純度４Ｎ、和光純薬工業株式会社製
固相反応を利用する調製手法を用いて、実施例及び比較例で使用する珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体を合成した。なお、珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体を合成する際、以下の化合物粉末を主原料として使用した。
酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）：純度３Ｎ、信越化学工業株式会社製
炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）：純度２Ｎ５、関東化学株式会社製
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）：純度３Ｎ、和光純薬工業株式会社製
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）：純度＞３Ｎ、日本アエロジル株式会社製
酸化アルミニウム（θ−Ａｌ２Ｏ３）：純度４Ｎ５、住友化学株式会社製ＡＫＰ−Ｇ００８
酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）：純度４Ｎ、和光純薬工業株式会社製
また、珪酸塩蛍光体を合成する際、以下の化合物粉末を反応促進剤（フラックス）として使用した。
塩化リチウム（ＬｉＣｌ）：純度２Ｎ、和光純薬工業株式会社製
塩化リチウム（ＬｉＣｌ）：純度２Ｎ、和光純薬工業株式会社製
・（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３の合成
まず、酸化ルテチウム、酸化セリウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、及び二酸化ケイ素を、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３の化学量論的組成となるように秤量した。次に、これらの原料を乳鉢と乳棒を用いて乾式混合し、蛍光体原料を得た。そして、当該蛍光体原料に反応促進剤を添加した後、乳鉢と乳棒を用いて乾式混合した。なお、蛍光体原料に対する反応促進剤の混合割合は、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３１モルに対して、ＬｉＣｌが３モルとなるように調整した。
まず、酸化ルテチウム、酸化セリウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、及び二酸化ケイ素を、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３の化学量論的組成となるように秤量した。次に、これらの原料を乳鉢と乳棒を用いて乾式混合し、蛍光体原料を得た。そして、当該蛍光体原料に反応促進剤を添加した後、乳鉢と乳棒を用いて乾式混合した。なお、蛍光体原料に対する反応促進剤の混合割合は、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３１モルに対して、ＬｉＣｌが３モルとなるように調整した。
このようにして準備した混合粉末を、管状雰囲気炉を用いて１３５０℃の還元雰囲気中（９６ｖｏｌ％窒素４ｖｏｌ％水素雰囲気中）で１時間焼成した。焼成の際の昇温速度と降温速度は、いずれも４００℃／時間とした。その後、焼成物をアルミナ乳鉢およびアルミナ乳棒を用いて解砕処理した。これにより、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３を合成した。
なお、焼成後の試料が（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３であることは、Ｘ線回折法によって確認した。
・（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）２（ＡｌＯ４）３、及び（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３の合成
まず、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、及び酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を、各蛍光体の化学量論的組成となるように秤量した。次に、これらの原料を乳鉢と乳棒を用いて乾式混合し、蛍光体原料を得た。
まず、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、及び酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を、各蛍光体の化学量論的組成となるように秤量した。次に、これらの原料を乳鉢と乳棒を用いて乾式混合し、蛍光体原料を得た。
このようにして準備した混合粉末を、大気雰囲気炉を用いて１５５０℃で２時間焼成した。焼成の際の昇温速度と降温速度は、いずれも４００℃／時間とした。その後、焼成物をアルミナ乳鉢およびアルミナ乳棒を用いて解砕処理した。これにより、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）２（ＡｌＯ４）３、及び（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３を合成した。なお、これらの蛍光体を合成する際には、反応促進剤（フラックス）は用いなかった。
なお、焼成後の試料が（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）２（ＡｌＯ４）３、及び（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３であることは、Ｘ線回折法によって確認した。
そして、実施例１では、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３と（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）２（ＡｌＯ４）３とを組み合わせて波長変換体とした。実施例２では、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３と（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３とを組み合わせて波長変換体とした。比較例では、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３と（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３とを組み合わせて波長変換体とした。
［評価］
（内部量子効率評価）
上述で得られた珪酸塩蛍光体（（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３）、及びアルミン酸塩蛍光体（（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）２（ＡｌＯ４）３、及び（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３）の内部量子効率を各々測定した。これらの蛍光体における内部量子効率の測定は、大塚電子株式会社製の量子効率測定システムＱＥ-１１００を用いて行った。測定および解析条件は以下の通りである。
励起波長：４５０ｎｍ
積算回数：３０回
露光時間：オート
測定温度範囲：３０℃〜１５０℃
測定温度ステップ：１０℃
励起光波長範囲：±２０ｎｍ
蛍光波長範囲：３７０ｎｍ〜８００ｎｍ
（内部量子効率評価）
上述で得られた珪酸塩蛍光体（（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３）、及びアルミン酸塩蛍光体（（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）２（ＡｌＯ４）３、及び（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３）の内部量子効率を各々測定した。これらの蛍光体における内部量子効率の測定は、大塚電子株式会社製の量子効率測定システムＱＥ-１１００を用いて行った。測定および解析条件は以下の通りである。
励起波長：４５０ｎｍ
積算回数：３０回
露光時間：オート
測定温度範囲：３０℃〜１５０℃
測定温度ステップ：１０℃
励起光波長範囲：±２０ｎｍ
蛍光波長範囲：３７０ｎｍ〜８００ｎｍ
そして、珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体に関し、３０℃での内部量子効率を１００％とした際の１５０℃における内部量子効率を、内部量子効率維持率として求めた。実施例１及び２並びに比較例で使用した蛍光体と、各蛍光体の内部量子効率維持率を表１に纏めて示す。なお、内部量子効率維持率は温度消光の尺度であり、温度上昇時の当該維持率が低いほど、温度消光が大きいことを示す。
また、表１には、内部量子効率評価の際に合わせて測定した、実施例１及び２並びに比較例で使用した蛍光体の蛍光ピーク波長も示す。
表１に示すように、実施例１で使用した（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３と（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）２（ＡｌＯ４）３は、内部量子効率維持率がそれぞれ８４％と８９％である。そのため、これらの蛍光体における内部量子効率維持率の差は５％である。実施例２で使用した（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３と（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３は、内部量子効率維持率がそれぞれ８４％と８２％である。そのため、これらの蛍光体における内部量子効率維持率の差は２％である。このように、実施例の珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体の温度消光差は比較的小さいことが分かる。なお、Ｌｕ３(Ａｌ１−ｘＧａｘ)２(ＡｌＯ４)３：Ｃｅ３＋が表１に示すような蛍光特性を示すことは従来知られておらず、本実験によって初めて判明したことである。
これに対し、比較例で使用した（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３と（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３は、内部量子効率維持率がそれぞれ８４％と９９％である。そのため、これらの蛍光体における内部量子効率維持率の差は１５％である。このように、比較例の珪酸塩蛍光体とアルミン酸塩蛍光体の温度消光差は、比較的大きいことが分かる。
（出力光評価）
まず、上述で得られた珪酸塩蛍光体（（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３）、及びアルミン酸塩蛍光体（（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）２（ＡｌＯ４）３、及び（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３）の発光スペクトルを測定した。発光スペクトルは、量子効率測定システム（製品名：ＱＥ−１１００、大塚電子株式会社製）を用いて測定した。なお、発光スペクトルを測定する際の励起ピーク波長は４５０ｎｍとした。また、珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体の各発光スペクトルは、３０℃及び１５０℃で測定した。
まず、上述で得られた珪酸塩蛍光体（（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３）、及びアルミン酸塩蛍光体（（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）２（ＡｌＯ４）３、及び（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３）の発光スペクトルを測定した。発光スペクトルは、量子効率測定システム（製品名：ＱＥ−１１００、大塚電子株式会社製）を用いて測定した。なお、発光スペクトルを測定する際の励起ピーク波長は４５０ｎｍとした。また、珪酸塩蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体の各発光スペクトルは、３０℃及び１５０℃で測定した。
次に、上述のようにして得られた各蛍光体の発光スペクトルを用いて、各例の発光装置が放射する出力光の分光分布を、シミュレーションで作成した。なお、シミュレーションは、３０℃及び１５０℃で測定した各蛍光体の発光スペクトルを用いて行い、３０℃で放射された出力光の分光分布と１５０℃で放射された出力光の分光分布の両方を作成した。
つまり、実施例１に係る出力光の分光分布は、青色レーザーダイオード、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２(ＳｉＯ４)３、及び（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）２(ＡｌＯ４)３の各分光分布を足し合わせることで得た。実施例２に係る出力光の分光分布は、青色レーザーダイオード、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２(ＳｉＯ４)３、及び（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ｇａ２(ＡｌＯ４)３の各分光分布を足し合わせることで得た。また、比較例１に係る出力光の分光分布は、青色レーザーダイオード、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）２ＣａＭｇ２(ＳｉＯ４)３、及び（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ２(ＡｌＯ４)３の各分光分布を足し合わせることで得た。なお、青色レーザーダイオードのピーク波長は４５０ｎｍであった。
そして、シミュレーションで得られた分光分布から、実施例１及び２並びに比較例の発光装置における、３０℃と１５０℃の平均演色評価数Ｒａ及び相関色温度を求めた。得られた平均演色評価数Ｒａ及び相関色温度を表２に示す。
表２に示すように、実施例１の発光装置は、３０℃及び１５０℃のいずれも平均演色評価数Ｒａが８０程度となり、高演色の白色光が得られることが分かる。また、実施例２の発光装置は、３０℃及び１５０℃のいずれも平均演色評価数Ｒａが８５を超えており、高温でも高演色の白色光が得られることが分かる。
しかしながら、比較例の発光装置は、３０℃及び１５０℃のいずれも平均演色評価数Ｒａが７７となり、実施例と比べて演色性が低下している。上述のように、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋は橙色蛍光体であり、放射する光に含まれる赤色成分が少ない。さらに、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋は緑色蛍光体であり、放射する光に含まれる青緑色成分が少ない。そのため、比較例のように、青色レーザーダイオードと、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋及びＬｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋を含む波長変換体とを組み合わせた発光装置の出力光は、演色性が低下してしまう。
これに対して、実施例のＬｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋は、発光波長がＬｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋よりも短波長側にシフトしている。そのため、Ｌｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋が発する青緑色の光成分は、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋が発する橙色の光成分とほぼ補色の関係になる。その結果、青色レーザーダイオードと、Ｌｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋及びＬｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋を含む波長変換体とを組み合わせた発光装置の出力光は、演色性を高めることが可能となる。
次に、シミュレーションで得られた分光分布から、実施例１及び２並びに比較例の発光装置における、３０℃と１５０℃の色度座標ｘ，ｙを求めた。各例における３０℃及び１５０℃の色度座標ｘ，ｙを図７に示す。また、図７では、黒体放射軌跡も合わせて示す。
図７に示すように、実施例１及び２の発光装置は、波長変換体の温度が３０℃から１５０℃に上昇した場合でも、黒体放射軌跡に対して平行に近い方向に色調変化していることが分かる。そして、図５と図７を比較した場合、実施例１及び２の色調は、白色領域において変化していることが分かる。そのため、温度上昇により色調変化した場合でも、この色調変化が人の目に判り難くなる。したがって、波長変換体の温度が上昇しても、高演色の白色光を得られる発光装置となることが分かる。
これに対し、図７に示すように、比較例の発光装置が３０℃から１５０℃に温度が上昇した場合、黒体放射軌跡に対して垂直に近い方向に色調変化していることが分かる。つまり、図５と図７を比較した場合、比較例の発光装置における波長変換体の温度が上昇するにつれて、色調が白色領域から緑みの白色の領域に変化してしまう。そして、上述のように、人の眼は緑色光の感受性が高い。そのため、色調が白色領域から緑みの白色の領域に移動した場合、この色調変化は容易に感知されてしまう。
このように、実施例の発光装置は、温度上昇時に、黒体放射軌跡に対して平行方向に色ずれし、出力光の色調変化が人の目に判り難い発光装置になる。これに対して、比較例の発光装置は、温度上昇時に、黒体放射軌跡に対して垂直に近い方向に色ずれし、出力光の色調変化が人の目に判り易い発光装置になる。そのため、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋からなる蛍光体と、Ｌｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋からなる蛍光体とを併用することで、温度上昇時の色調変化が判り難く、高演色性の発光装置が得られることが分かる。
以上、本実施形態を実施例及び比較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。
特願２０１７−１４２５３９号（出願日：２０１７年７月２４日）の全内容は、ここに援用される。
本発明によれば、温度上昇時の白色光の色調変化が人の目に判り難く、かつ、高演色の出力光を放射することが可能な発光装置を提供することができる。
１ 珪酸塩蛍光体
２ アルミン酸塩蛍光体
１００，１００Ａ，１００Ｂ 波長変換体
２ アルミン酸塩蛍光体
１００，１００Ａ，１００Ｂ 波長変換体
Claims (8)
- 青色系のレーザー光を放射する固体発光素子と、
前記レーザー光を吸収して当該レーザー光よりも長波長の光に波長変換する波長変換体と、
を備え、
前記波長変換体は、
Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋を主成分とする珪酸塩蛍光体と、
Ｌｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋（式中、ｘは０＜ｘ≦１を満足する数値である）を主成分とするアルミン酸塩蛍光体と、
を含む、発光装置。 - 前記珪酸塩蛍光体は、５８０ｎｍ以上６３０ｎｍ未満の波長範囲内に蛍光ピークを有する光を放つ蛍光体である、請求項１に記載の発光装置。
- 前記アルミン酸塩蛍光体は、４９０ｎｍ以上５３０ｎｍ未満の波長範囲内に蛍光ピークを有する光を放つ蛍光体である、請求項１又は２に記載の発光装置。
- 前記珪酸塩蛍光体の１５０℃における内部量子効率維持率と、前記アルミン酸塩蛍光体の１５０℃における内部量子効率維持率との差は、１０％以下である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記波長変換体は無機化合物のみからなる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
- 平均演色評価数Ｒａが８０以上９８未満の出力光を放射する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
- 相関色温度が２５００Ｋ以上８０００Ｋ未満の出力光を放射する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。
- レーザー照明装置である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光装置。
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