WO2019124046A1 - 発光装置 - Google Patents

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WO2019124046A1
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light
fluorescence
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light emitting
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大塩 祥三
岳志 阿部
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • G02F1/133614Illuminating devices using photoluminescence, e.g. phosphors illuminated by UV or blue light

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device.
  • the present invention relates to a light emitting device formed by combining a solid light emitting element, in particular a laser diode, with a phosphor.
  • a light emitting device formed by combining a solid light emitting element and a wavelength converter including a phosphor.
  • a light emitting device for example, a white LED light source, or a laser illumination device or a laser projector is known.
  • Ce 3+ -activated phosphors that emit ultrashort-lasting fluorescence in order to alleviate the light output saturation accompanying the increase in the power density of the light that excites the phosphors.
  • a greenish (blue-green or green) Ce 3+ -activated phosphor that emits fluorescence by utilizing a combination of the Ce 3+ -activated phosphor that emits fluorescence of warm colors (orange or red), a high color rendering Illumination light can be realized.
  • Patent Document 1 discloses a light emitting device including a substrate, a light emitting element disposed on the substrate, a phosphor-containing layer, and a band pass filter formed of a multilayer film including a plurality of dielectric layers.
  • the warm-colored Ce 3+ -activated phosphor has the property of efficiently absorbing blue to blue light components.
  • the green light emitted by the green Ce 3+ -activated phosphor has a broad fluorescence spectrum shape. Therefore, in the light emitting device in which the warm Ce3 + -activated phosphor and the green Ce3 + -activated phosphor are close to each other, the light component on the short wavelength side emitted by the green Ce3 + -activated phosphor (blue to blue green ) May be absorbed by the warm-colored Ce 3+ -activated phosphor. As a result, the intensity of blue to bluish green may be reduced, and the color rendering of the output light may be reduced.
  • An object of the present invention is to provide a light emitting device capable of emitting high color rendering output light even when a plurality of Ce 3+ -activated phosphors having different color tones are in proximity to each other.
  • the light emitting device includes: a first phosphor layer containing a first phosphor consisting activated inorganic phosphor Ce 3+, activated by Ce 3+ A second phosphor layer comprising a second phosphor different from the first phosphor, the second phosphor layer being separated from the first phosphor layer, and the first phosphor
  • An optical filter provided between the layer and the second phosphor layer, and an excitation source emitting light for exciting at least one of the first phosphor and the second phosphor.
  • the second phosphor has light absorbing properties that absorb at least a portion of the first fluorescence emitted by the first phosphor.
  • the optical filter reflects at least a portion of the first fluorescence emitted by the first phosphor and transmits the second fluorescence emitted by the second phosphor.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a light emitting device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing another example of the light emitting device according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is an electron microscope observation image showing the phosphor used in the examples.
  • (A) is, Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3: shows the Ce 3+ phosphor
  • (b) is, Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3: shows the Ce 3+ phosphor. 4 in (a) is, Y 3 Al 2 (AlO 4 ) is a first phosphor 3: Fluorescence spectra of Ce 3+.
  • B in FIG.
  • FIG. 4 is a fluorescence spectrum of Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ which is a second phosphor.
  • B ') in FIG. 4 is an absorption spectrum of Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ .
  • FIG. 5 is a spectrum diagram showing light transmission characteristics of the optical interference filter used in the examples.
  • FIG. 6 is a view showing fluorescence spectra of the second phosphor Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ before and after passing through the optical interference filter.
  • FIG. 7 is a spectrum diagram showing an example of the spectral distribution of output light in the light emitting device according to the example.
  • FIG. 1 is a schematic view of a light emitting device having a structure called transmission type
  • FIG. 2 is a schematic view of a light emitting device having a structure called reflection type.
  • the light emitting device 100 of the present embodiment includes the first phosphor layer 1 and the second phosphor layer 2 which are wavelength converters.
  • the light emitting device 100 consists of a first phosphor layer 1, activated inorganic phosphor Ce 3+ comprising a first phosphor comprising a activated inorganic phosphor Ce 3+ And a second phosphor layer 2 including a second phosphor.
  • the first phosphor and the second phosphor are different from each other, and further, the color tone of the fluorescence is also different from each other.
  • the light emitting device 100 further includes an optical filter 3 provided between the first phosphor layer 1 and the second phosphor layer 2. As shown in FIGS. 1 and 2, the first phosphor layer 1 is disposed on one surface 3 a of the optical filter 3, and the other surface 3 b opposite to the surface 3 a is a second phosphor. Layer 2 is arranged. The surface 3 a of the optical filter 3 may be in contact with or separated from the first phosphor layer 1. The surface 3 b of the optical filter 3 may be in contact with or separated from the second phosphor layer 2.
  • the transmissive light emitting device 100 outputs light 5 in such a direction that the primary light 4 emitted from the excitation source 6 is transmitted through the first phosphor layer 1 and the second phosphor layer 2. It has a feature that On the other hand, as shown in FIG. 2, the reflection type light emitting device 100 emits the output light 5 in such a direction that the primary light 4 is reflected by the first phosphor layer 1 and the second phosphor layer 2. It has a feature.
  • the first phosphor layer 1 is a wavelength converter including a first phosphor emitting at least a first fluorescence 41.
  • the first phosphor layer 1 is a wavelength converter comprising a Ce 3+ -activated phosphor, Ce 3+ -activated phosphor is a fluorescent example, wavelengths below 490nm or 560 nm, preferably to less than 550nm or 500nm It emits fluorescence with a peak.
  • the first phosphor layer 1 can be produced by sealing the first phosphor with a sealing material.
  • the sealing material is preferably at least one of an organic material and an inorganic material, particularly at least one of a transparent (light transmitting) organic material and a transparent (light transmitting) inorganic material.
  • a sealing material of an organic material transparent organic materials, such as a silicone resin, are mentioned, for example.
  • a sealing material of an inorganic material transparent inorganic materials, such as low melting glass, are mentioned, for example.
  • the first phosphor layer 1 a sintered body obtained by sintering the first phosphor and having a plurality of voids therein can be used. Furthermore, as the first phosphor layer 1, it is also possible to use a ceramic body which is formed by sintering the first phosphor and does not have a plurality of voids inside. When the first phosphor layer 1 is such a sintered body or a ceramic body, manufacture and handling of the first phosphor layer 1 become easy, so that a wavelength converter suitable for industrial production can be obtained.
  • the second phosphor layer 2 is a wavelength converter that includes a second phosphor that emits a second fluorescence 42 different from the first fluorescence 41.
  • Second phosphor layer 2 is a wavelength converter comprising a Ce 3+ -activated phosphor, Ce 3+ -activated phosphor is, for example, 660 nm or more and less than wavelength of 560 nm, fluorescent preferably less than 650nm or 580nm It emits fluorescence with a peak.
  • the second phosphor layer 2 can be produced by sealing the second phosphor with the above-described sealing material. Further, as the second phosphor layer 2, a sintered body or a ceramic body formed by sintering the second phosphor can also be used.
  • the second phosphor has a light absorbing property of absorbing at least a part of the light component of the first fluorescence 41 emitted by the first phosphor.
  • the shapes of the first phosphor layer 1 and the second phosphor layer 2 are not particularly limited.
  • the first phosphor layer 1 and the second phosphor layer 2 are preferably in the form of a thin plate, and are preferably in the form of a disc or square.
  • the first phosphor layer 1 and the second phosphor layer 2 having such shapes are easy to manufacture and handle.
  • the optical filter 3 is a member having wavelength dependency of light transmittance. That is, the optical filter 3 is a member that transmits light in a specific wavelength range of incident light and reflects or absorbs light in another wavelength range.
  • the primary light 4 is light emitted by the excitation source 6.
  • the primary light 4 is light for exciting at least one of the first phosphor contained in the first phosphor layer 1 and the second phosphor contained in the second phosphor layer 2.
  • the primary light 4 is light which excites both a 1st fluorescent substance and a 2nd fluorescent substance.
  • the primary light 4 can be, for example, at least one light selected from the group consisting of near ultraviolet light, violet light and blue light.
  • the near ultraviolet light is at least one selected from the group consisting of UV-C having a wavelength of 200 to 280 nm, UV-B having a wavelength of 280 to 315 nm, and UV-A having a wavelength of 315 to 380 nm.
  • Purple light is visible light with a wavelength of 380 to 450 nm.
  • Blue light is visible light having a wavelength of 450 to 495 nm.
  • the output light 5 is light emitted by the light emitting device 100, and is, for example, white light for lighting application.
  • the output light 5 includes a primary light 4, a first fluorescence 41 formed by wavelength conversion of the primary light 4 by the first phosphor, and a wavelength conversion of the primary light 4 by the second phosphor. It is also possible to make mixed light obtained by additively mixing the two fluorescences 42.
  • the light emitting device 100 includes the first phosphor layer 1, the second phosphor layer 2, the optical filter 3, the first phosphor layer 1 and the second phosphor. And an excitation source 6 for emitting primary light 4 for exciting at least one of the layers 2. That is, the light emitting device 100 includes the first phosphor emitting the first fluorescence 41, the second phosphor emitting the second fluorescence different in color tone from the first phosphor, the optical filter 3, and the excitation. At least the source 6 is provided.
  • the optical filter 3 transmits the light component of the second fluorescence 42, but has a function of reducing the light component of the first fluorescence 41 irradiated to the second phosphor. Further, the optical filter 3 preferably has a function of transmitting the primary light 4 emitted from the excitation source 6. Furthermore, the optical filter 3 is arranged to reduce the light component of the first fluorescence 41 irradiated to the second phosphor. That is, the optical filter 3 is provided between the first phosphor layer 1 and the second phosphor layer 2 so that the first fluorescence 41 emitted from the first phosphor layer 1 is The second phosphor contained in the second phosphor layer 2 is difficult to reach.
  • primary light 4 is irradiated from the first phosphor layer 1 side or the second phosphor layer 2 side.
  • the primary light 4 is emitted upward from the second phosphor layer 2 side.
  • Part of the primary light 4 irradiated to the second phosphor layer 2 is absorbed by the second phosphor to excite the second phosphor.
  • the excited second phosphor emits the second fluorescence 42 upward. Since the optical filter 3 can transmit the second fluorescent light 42 and the primary light 4, the primary light 4 not absorbed by the second fluorescent light 42 and the second fluorescent material transmits the optical filter 3,
  • the first phosphor layer 1 is reached.
  • the optical filter 3 has a function of transmitting the second fluorescence 42 and the primary light 4 but reflecting the first fluorescence 41. Therefore, the first fluorescence 41 b emitted downward from the first phosphor is reflected by the surface 3 a of the optical filter 3 and emitted upward.
  • the second fluorescence 42 that has reached the first phosphor layer 1 is not absorbed by the first phosphor, and passes through the first phosphor layer 1.
  • the second fluorescence 42 and the primary light 4 transmitted through one phosphor layer 1 are additively mixed.
  • the output light 5 in which these light components are mixed is emitted to the outside of the light emitting device 100.
  • the optical filter 3 when the optical filter 3 is not provided between the first phosphor layer 1 and the second phosphor layer 2, the first phosphor layer 1 emitted downward from the first phosphor layer 1
  • the fluorescence 41 b reaches the second phosphor layer 2.
  • the second phosphor since the second phosphor has a property of absorbing at least a part of the first fluorescence 41 emitted by the first phosphor, the second phosphor reaches the second phosphor, and thus the second phosphor reaches the second phosphor 41b. At least a portion is absorbed by the second phosphor.
  • the light emitting device 100 of the present embodiment absorption of the light component of the first fluorescence 41 into the second phosphor is suppressed by the action of the optical filter 3. Therefore, the influence of the light absorption characteristics of the second phosphor having wavelength dependency on the first fluorescence 41 is alleviated. As a result, the fluorescence spectrum shape of the first fluorescence 41 can easily maintain its original shape, and it becomes possible to emit the output light 5 which is illumination light of high color rendering property.
  • the optical filter 3 has a function of transmitting the primary light 4 but reflecting the first fluorescence 41. Therefore, the first fluorescence 41 b emitted downward from the first phosphor is reflected by the surface 3 a of the optical filter 3 and emitted upward.
  • the primary light 4 not absorbed by the first phosphor layer 1 passes through the optical filter 3 and reaches the second phosphor layer 2.
  • Part of the primary light 4 irradiated to the second phosphor layer 2 is absorbed by the second phosphor to excite the second phosphor.
  • the excited second phosphor emits the second fluorescence 42 upward.
  • the optical filter 3 can transmit the second fluorescence 42
  • the second fluorescence 42 transmits the optical filter 3 to reach the first phosphor layer 1.
  • the second fluorescence 42 that has reached the first phosphor layer 1 is not absorbed by the first phosphor, and passes through the first phosphor layer 1.
  • a part of the primary light 4 is reflected by the surface 1a of the first phosphor layer 1, the surface 3a of the optical filter 3 and the surface 2a of the second phosphor layer 2, and is emitted upward.
  • the second fluorescence 42 transmitted through the first phosphor layer 1 and the primary light 4 are additively mixed.
  • the output light 5 in which these light components are mixed is emitted to the outside of the light emitting device 100.
  • the optical filter 3 when the optical filter 3 is not provided between the first phosphor layer 1 and the second phosphor layer 2, the first phosphor layer 1 emitted downward from the first phosphor layer 1
  • the fluorescence 41 b reaches the second phosphor layer 2. At least a portion of the first fluorescence 41 b that has reached the second phosphor is absorbed by the second phosphor, so the color rendering of the obtained output light 5 is reduced.
  • the action of the optical filter 3 prevents the light component of the first fluorescence 41 from being absorbed by the second phosphor. Therefore, the shape of the fluorescence spectrum of the first fluorescence 41 can be easily maintained, and the output light 5 with high color rendering can be emitted.
  • the first fluorescence 41 preferably has a fluorescence peak in a wavelength range of 490 nm or more and less than 560 nm.
  • the first fluorescence 41 more preferably has a fluorescence peak in the wavelength range of 500 nm or more and less than 550 nm, and more preferably in the wavelength range of 510 nm or more and less than 540 nm.
  • the second fluorescence 42 preferably has a fluorescence peak in a wavelength range of 560 nm or more and less than 660 nm.
  • the second fluorescence 42 more preferably has a fluorescence peak in a wavelength range of 580 nm or more and less than 650 nm, and further preferably has a fluorescence peak in a wavelength range of 600 nm or more and less than 640 nm.
  • a light emitting device that emits at least the green (blue-green or green) fluorescent component and the warm (orange or red) fluorescent component, which are required for high color rendering illumination.
  • the first phosphor and the second phosphor is a garnet phosphor having a garnet-type crystal structure. Moreover, it is more preferable that the first phosphor and the second phosphor are both garnet phosphors having a garnet-type crystal structure.
  • the garnet phosphor is easy to manufacture and has a high track record for solid lighting, so it is possible to obtain a light emitting device that is easy to manufacture and has excellent long-term reliability.
  • the first phosphor In the light emitting device 100, the first phosphor, Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3, Y 3 Ga 2 (AlO 4) 3, Lu 3 Al 2 (AlO 4) 3 and Lu 3 Ga 2 (AlO 4) It is preferable that it is a fluorescent substance which makes at least one selected from the group which consists of 3 a matrix. That is, the first phosphor is preferably a garnet phosphor which has any of these aluminate compounds as a matrix. A Ce 3+ -activated garnet phosphor, which has an aluminate compound as a matrix, emits fluorescence that is rich in blue-green or green light components that contributes to the improvement of the color rendering of illumination light.
  • garnet phosphors As the first phosphor, it is possible to obtain a light emitting device that emits illumination light which is advantageous in terms of color rendering properties, with a relatively large amount of blue-green or green light components.
  • garnet phosphors have a high track record for solid-state lighting, it is possible to obtain a light-emitting device excellent in long-term reliability.
  • the Ce 3+ -activated garnet phosphor formed from these aluminate compounds as a matrix contains a large amount of blue-green to green light components close to a complementary color to orange to red. Therefore, by combining with a Ce 3+ -activated phosphor composed of Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 as a matrix, a light emitting device having high efficiency and high reliability and easy to obtain white light is provided. be able to.
  • phosphor having at least one of the following as a matrix refers to a garnet phosphor having any of the following (1) to (6) as a matrix and Ce 3 + as a luminescent center.
  • the first phosphor is not limited to the phosphor formed of an aluminate compound.
  • an alkaline earth metal complex oxide having a calcium ferrite type structure an alkaline earth metal haloaluminate, a rare earth aluminate, an alkaline earth metal silicate, a rare earth oxynitriding aluminosilicate, a rare earth
  • a Ce 3+ -activated phosphor whose base material is a compound containing an aluminonitride silicate or a rare earth oxynitride silicate as a main component.
  • a Ce 3+ -activated phosphor can be used which has as a base a solid solution having any of the compounds described above as an end component.
  • M is an alkaline earth metal
  • RE is a rare earth element
  • X is at least one element selected from Zr and Hf
  • z is a numerical value satisfying 0 ⁇ z ⁇ 1.
  • the first phosphor for example, SrLu 2 O 4 , SrSc 2 O 4 , Sr 3 AlO 4 F, Ca 2 YZr 2 (AlO 4 ) 3 , Ca 3 Sc 2 (SiO 4 ) 3 , LaAlSi 6 N 10 , LaSi 3 N 5 , Y 5 (SiO 4 ) 3 N, Y 4 Si 2 O 7 N 2 , Y 2 Si 3 O 3 N 4 , La 5 Si 3 O 12 N, La 3 Si It is possible to use a Ce 3+ -activated phosphor whose base material is any compound selected from the group consisting of 8 O 4 N 11 . In addition, as the first phosphor, a Ce 3+ -activated phosphor can be used which has as a base a solid solution having any of the compounds described above as an end component.
  • These phosphors can emit fluorescence having a peak in the wavelength range of 420 nm or more and less than 530 nm, particularly in the range of 440 to 510 nm.
  • these phosphors can emit fluorescence that is rich in blue-green light components. Therefore, it is possible to obtain a light emitting device that emits illumination light which is advantageous in terms of color rendering, with relatively many blue-green light components.
  • the second phosphor is preferably a phosphor having Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 as a host. That is, the second fluorescent material is preferably a Lu 2 CaMg 2 (SiO 4) 3 is a silicate compound is a garnet fluorescent material comprising as a matrix.
  • a Ce 3+ -activated garnet phosphor which is based on Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 , emits orange light containing a large amount of red light component.
  • the said Ce ⁇ 3+ > activation garnet fluorescent substance is fluorescent substance with comparatively small temperature quenching. Therefore, by using such garnet phosphor as the second phosphor, it is possible to emit the output light 5 having a large amount of red light components which is essential for lighting applications, and to obtain a light emitting device having high efficiency and reliability. .
  • a Ce 3+ -activated garnet phosphor based on Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 emits fluorescence containing a large amount of orange or red light components close to a complementary color to blue green or green. Therefore, it is possible to obtain the white output light 5 by combining the Ce 3+ -activated garnet phosphor with the first phosphor that emits blue-green light or green light.
  • the Ce 3+ -activated garnet phosphors are Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 , Y 3 Ga 2 (AlO 4 ) 3 , Lu 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 , Lu 3 Ga 2 (AlO 4 ) 3.
  • a white-based output light 5 is obtained by combining with a Ce 3+ -activated phosphor which is a matrix.
  • the above-mentioned “phosphor having“ Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 as a host ”” is based on any of the following (1) to (5) as a base and contains Ce 3+ as a luminescent center It refers to garnet phosphor.
  • Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 which is a silicate compound
  • Solid solution ratio of Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 is 60 mol% or more, and particularly 80 mol% or more of solid solution
  • Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 A garnet compound which has been substituted to change its composition and which is not accompanied by charge compensation
  • a part of the constituent elements of Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 is substituted by another element to change its composition
  • Garnet compounds having charge compensation (5) Solid solutions comprising at least two garnet compounds selected from (1) to (4) above as end components
  • the excitation source 6 preferably emits the primary light 4 and the optical filter 3 preferably transmits the primary light 4.
  • the primary light 4 transmitted through the optical filter 3 can be used as excitation light for the first phosphor and the second phosphor.
  • at least a part of the primary light 4 is wavelength-converted by the first phosphor and converted to the first fluorescence 41.
  • the primary light 4 is at least partially wavelength-converted by the second phosphor and converted to the second fluorescence 42.
  • the primary light 4 transmitted through the optical filter 3 can also be used as a light component of the output light 5 emitted from the light emitting device 100.
  • the primary light 4 is preferably blue light having a peak in a wavelength range of 420 nm or more and less than 470 nm.
  • the primary light 4 is more preferably blue light having a peak in a wavelength range of 440 nm or more and less than 460 nm.
  • the primary light 4 is preferably a laser beam.
  • laser light having a large light density and excellent directivity and convergence can be used as the excitation light of the first and second phosphors and the output light 5 of the light emitting device.
  • the optical filter 3 is a member that transmits light in a specific wavelength range of incident light and reflects or absorbs light in another wavelength range.
  • the optical filter 3 has the light transmittance in the wavelength range of 490 nm or more and less than 560 nm than the light transmittance in the wavelength range of 440 nm or more and less than 460 nm and the light transmittance in the wavelength range of 610 nm or more and less than 630 nm. It is preferable to be small.
  • the optical filter 3 has a blue green to green light having a wavelength of 490 nm to less than 560 nm that of a blue light having a wavelength of 440 nm or more and less than 460 nm and a red light having a wavelength of 610 nm to less than 630 nm. It is preferable that the transmittance is small. Further, the optical filter 3 has a blue green to green light having a wavelength of 500 nm to less than 550 nm than a blue light having a wavelength of 440 nm to less than 460 nm and a red light having a wavelength of 610 nm to less than 630 nm. It is more preferable that the transmittance is small.
  • the optical filter 3 in which the blue and red light components are easily transmitted and the green light component is not easily transmitted, transmission of the light component on the short wavelength side (blue to blue-green) of the green light The rate can be increased relatively. Therefore, even if the second fluorescence emitted by the second phosphor is orange light having inferior red purity, it is possible to obtain the output light 5 with high color rendering property by using relatively many blue light components. It becomes.
  • the second fluorescence emitted by the second phosphor is orange light having inferior red purity, it is possible to obtain the output light 5 with high color rendering property by using relatively many blue light components. It becomes.
  • the optical filter 3 preferably has a blue light transmittance of 30% or more, and more preferably 50% or more.
  • the optical filter 3 preferably has a red light transmittance of 80% or more, more preferably 90% or more.
  • the optical filter 3 preferably has a blue-green to green light transmittance of less than 30%, more preferably less than 10%, and particularly preferably less than 5%.
  • the transmittance of blue light is preferably lower than the transmittance of red light.
  • the optical filter 3 acts so as to suppress the output ratio of the blue light component Do. Therefore, it is possible to easily obtain the output light 5 of low color temperature.
  • the upper limit of the transmittance is 100% and the lower limit is 0%. Therefore, the transmittances of blue light, red light, and blue-green to green light are numerical values within the range of 0% to 100%.
  • the optical filter 3 is preferably a member made of only an inorganic material. Since the optical filter 3 made of only an inorganic material is excellent in heat resistance and durability, a light emitting device having improved heat resistance and durability can be obtained.
  • the integral of the transmittance of the light component of 600 nm or more and less than 660 nm is more than the integral of the transmittance of the light component of 560 nm or more and less than 600 nm. It is preferable to be large.
  • the color tone of the second fluorescence 42 after passing through the optical filter 3 is superior to the color tone of the second fluorescence 42 before passing through the optical filter 3. That is, in the second fluorescence 42 after being transmitted through the optical filter 3, the red component is increased more than the second fluorescence 42 before being transmitted through the optical filter 3.
  • the output light 5 emits a red light component having a good color tone, it is easy to obtain the output light 5 with high color rendering. That is, it becomes easy to obtain the output light 5 having a high numerical value of the special color rendering index R9, which is a scale regarding the height of the saturation of red.
  • the optical filter 3 is preferably an optical interference filter.
  • the optical interference filter is formed by depositing a dielectric thin film on the surface of a substrate.
  • the dielectric thin film utilizes the change in light transmission characteristics due to interference between reflections generated at the interface between air and the dielectric, between the dielectric and the substrate, and between different dielectrics.
  • the optical filter 3 usually has a characteristic in which the transmission characteristic changes depending on the incident angle of incident light. For this reason, it is preferable that the primary light 4 emitted by the excitation source 6 be incident perpendicularly or substantially perpendicularly to the incident surface of the optical filter 3. In addition, it is also preferable to dispose the second phosphor layer 2 at a location separated from the optical filter 3. Thereby, it is suppressed that the primary light 4 and / or the second fluorescence 42 is obliquely incident on the incident surface of the optical filter 3. Therefore, the transmission characteristic of the optical filter 3 can be reflected as it is on the output light 5.
  • substantially perpendicular to the light incident surface of the optical filter 3 means a direction that is 90 ° ⁇ 10 ° with respect to the light incident surface, and a direction that is 90 ° ⁇ 5 ° with respect to the light incident surface It is more preferable that
  • the light emitting device 100 has an output including the primary light 4 emitted by the excitation source 6, the first fluorescence 41 emitted by the first phosphor, and the second fluorescence 42 emitted by the second phosphor. It is preferred to emit light 5. Thereby, it is easy to obtain the output light 5 by the additive color mixture of the light component of the primary light 4, the light component of the first fluorescence 41, and the light component of the second fluorescence 42, particularly the white output light 5. It becomes.
  • the output light 5 is preferably white light with a correlated color temperature of 2500 K or more and less than 8000 K, and more preferably 2800 K or more and 6700 K or less. As a result, it becomes easy to obtain the light emitting device 100 that emits white light that is in high demand for illumination.
  • the average color rendering index Ra of the output light 5 is preferably more than 80, more preferably 85 or more, and particularly preferably 90 or more. As a result, it is possible to obtain the light emitting device 100 that emits white light of high color rendering that is in high demand for illumination.
  • the special color rendering index R9 of the output light 5 is preferably more than 30, more preferably 50 or more, and particularly preferably 60 or more. This makes it possible to obtain the light emitting device 100 that emits white light that is in high demand for illumination and in which the red color of the illuminated object is emphasized.
  • the spectral distribution of the output light 5 can have a trail of the light transmission characteristics of the optical filter 3. As a result, it is possible to obtain the output light 5 that emits a red light component having a good color tone.
  • the output light 5 is preferably used as illumination light or a display pixel.
  • a light emitting device that can be used as a lighting device or a display device can be obtained.
  • the light emitting device 100 are a semiconductor light emitting device, an illumination light source, an illumination device, a display device and the like configured by using a phosphor, and in particular, a laser illumination and a laser projector.
  • the excitation source 6 is preferably a solid light emitting element that emits short wavelength visible light.
  • the solid state light emitting device is preferably a laser diode.
  • the light-emitting device 100 is a device for any use of outdoor illumination, store illumination, dimming system, facility illumination, marine illumination, and endoscope. Also, as a matter of course, in recent years, a light emitting device using IoT or AI, in which the progress of technology is remarkable, can be made.
  • the light emitting device 100 of this embodiment includes a first phosphor layer 1 comprising a first phosphor comprising a activated inorganic phosphor Ce 3+, inorganic fluorescence activated with Ce 3+ And a second phosphor layer 2 comprising a second phosphor different from the first phosphor.
  • the second phosphor layer 2 is provided separately from the first phosphor layer 1.
  • the light emitting device 100 further excites at least one of the optical filter 3 provided between the first phosphor layer 1 and the second phosphor layer 2, and at least one of the first phosphor and the second phosphor. And an excitation source 6 that emits light.
  • the second phosphor has a light absorbing property of absorbing at least a part of the first fluorescence 41 emitted by the first phosphor.
  • the optical filter 3 reflects at least a portion of the first fluorescence 41 emitted by the first phosphor and transmits the second fluorescence emitted by the second phosphor.
  • the optical filter 3 is interposed between the first phosphor layer 1 and the second phosphor layer 2. Therefore, since the first fluorescence 41 emitted from the first phosphor layer 1 is difficult to be absorbed by the second phosphor layer 2, the fluorescence spectrum of the first fluorescence 41 maintains its original shape. It will be easier. As a result, even when the first phosphor layer 1 and the second phosphor layer 2 having different fluorescent color tones are close to each other, it is possible to emit the output light 5 with high color rendering.
  • the transmission type light emitting device shown in FIG. 1 was manufactured.
  • the reflection type light emitting device shown in FIG. 2 is omitted in principle because it is apparent that the same function and effect as the transmission type light emitting device can be obtained.
  • Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 Ce 3+ phosphor was used as the first phosphor emitting the first fluorescence.
  • Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 Ce 3+ phosphor central particle diameter D 50 of the was 17 .mu.m.
  • a Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 Ce 3+ phosphor was used as a second phosphor that emits a second fluorescence.
  • Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 Ce 3+ phosphor central particle diameter D 50 of was 25 [mu] m.
  • Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor is prepared by heating and reacting a mixed powder of an oxide ceramic raw material and a compound functioning as a reaction accelerator at a temperature of 1300 to 1400 ° C. Made by
  • FIG. 3A shows an electron micrograph of Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor.
  • FIG. 3 (b) shows an electron micrograph of the Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor. Table 1 also summarizes the properties of these phosphors.
  • the average particle size shown in Table 1 was obtained by arbitrarily extracting 20 particles that can be recognized as primary particles by the electron microscope observation image shown in FIG. 3 and taking the average value of the longest axis lengths of those particles.
  • the magnification of the electron microscope observation image shown in FIG. 3 is 1000 times.
  • a powdery phosphor having a particle size (1/16 mm to 1/256 mm) defined as silt in geology as the first phosphor and the second phosphor.
  • the phosphor does not have to be powdery, and may be a ceramic sintered body or a single crystal phosphor.
  • a blue laser diode (LD) was used as an excitation source. Moreover, as a primary light, a blue laser diode was emitted and a blue laser light having a peak of 455 nm was used. Further, as an optical filter, an optical interference filter (product number YIF-BA600IFS) manufactured by Sigma Koki Co., Ltd. was used.
  • the light emitting device of the present example is a Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3 + phosphor that emits a first fluorescence with a peak wavelength of 540 nm and a Lu 2 CaMg 2 that emits a second fluorescence with a peak wavelength of 600 nm.
  • (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor is provided.
  • the light emitting device includes a blue laser diode for exciting Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3 + phosphor and Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor, and an optical interference filter. Have.
  • the Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor is a green phosphor that emits green light having a fluorescence peak at around 540 nm.
  • the Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor is an orange phosphor that emits orange light having a fluorescence peak at around 600 nm. That is, the Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor and the Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor are phosphors having different color tones of fluorescence.
  • the fluorescence spectrum of the Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor is similar to that of the Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor. It has overlap with the excitation spectrum. That is, the Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor has a light absorption property that absorbs a part of the fluorescence (first fluorescence) emitted by the Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor. have.
  • the light component on the short wavelength side in the fluorescence spectrum of the Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor is more Lu 2 CaMg 2 (SiO 4) It can also be seen that the overlap with the excitation spectrum of the 3 : Ce 3+ phosphor is large. That is, the Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor has the property of well absorbing the fluorescence component on the short wavelength side in the fluorescence spectrum of the Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor.
  • the fluorescent component of the Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor that is not absorbed by the Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor is emitted as it is.
  • the fluorescence component emitted by the Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor changes to one having a fluorescence spectrum shape in which the intensity of blue-green light on the short wavelength side decreases.
  • the fluorescence emitted by the Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor has a peak wavelength apparently shifted by a long wavelength.
  • this phenomenon is called "interference effect between phosphors". In this way, the intensity of the blue-green to green light components originally possessed by the Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor is reduced, and the color rendering of the output light is reduced.
  • the light transmission characteristic in the wavelength range of 350 nm or more and 800 nm or less of the optical interference filter used in the Example is shown.
  • the optical interference filter has a transmittance in the wavelength range of 440 nm or more and less than 460 nm and a transmittance in the wavelength range of 610 nm or more and less than 630 nm.
  • the transmittance is very small. That is, the optical interference filter has a significantly smaller transmittance of blue-green to green light than the transmittance of blue light and the transmittance of red light.
  • the transmittance of blue light in the wavelength range of 440 nm or more and less than 460 nm is 19% or more and less than 76%, which is higher than the transmittance of blue green to green light and higher than the transmittance of red light.
  • the transmittance of blue-green to green light in the wavelength range of 490 nm or more and less than 560 nm is 0.005% or more and less than 0.5%, which is lower than the transmittance of blue light and red light.
  • the transmittance of red light in the wavelength range of 610 nm to less than 630 nm is 99% or more and less than 100%, which is higher than the transmittance of blue light to green light.
  • the optical interference filter of the present embodiment transmits the primary light (blue laser light) and the light component of the second fluorescence, and the fluorescent component of the Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor, In particular, it has a function to make it difficult to transmit fluorescent components in the blue-green to green wavelength range.
  • permeability of the light component of 500 to 600 nm of an optical interference filter is almost zero especially in less than 595 nm. Therefore, the integral value of the transmittance of the light component having a wavelength of 600 nm or more and less than 660 nm, which is the longer wavelength side, is larger than the calculation without calculation.
  • the fluorescence distribution emitted from the Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor shows the spectral distribution after passing through the optical interference filter as a solid line.
  • the spectral distribution before the fluorescence of the Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor passes through the optical interference filter, that is, Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+
  • the fluorescence spectrum of the phosphor is also shown by the dotted line. As shown in FIG.
  • the optical interference filter has substantially zero transmittance within the wavelength range of 490 nm or more and less than 560 nm, and reflects most of blue-green to green light. Therefore, when the optical interference filter is disposed between Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3 + and Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3 + , Y 3 Al 2 (AlO 4) 3 ) The fluorescent component emitted by Ce 3+ is almost all reflected by the optical interference filter.
  • the fluorescent component reaching from the Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor to the Lu 2 CaMg 2 (SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor becomes negligible. .
  • the optical interference filter transmits blue light within a wavelength range of 440 nm or more and less than 460 nm without a small amount.
  • the output light emitted from the light emitting device of the example is blue laser light, fluorescence of Y 3 Al 2 (AlO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor, and Lu 2 CaMg 2 (O 2 ) after passing through the optical interference filter. It becomes light obtained by additive color mixing with the fluorescence of SiO 4 ) 3 : Ce 3+ phosphor.
  • FIG. 7 is an example of simulation, and shows the spectral distribution of white output light with a correlated color temperature of 3000K.
  • the average color rendering index Ra obtained from the spectral distribution of FIG. 7 was 91.8, and the special color rendering index R9 was 68.7. That is, according to the present embodiment, it is possible to obtain illumination light with high color rendering properties, in which the average color rendering index Ra exceeds 90. In addition, it is possible to obtain illumination light of high color rendering property, which has a special color rendering index R9 of more than 60.
  • the spectral distribution of FIG. 7 has a trail of light transmission characteristics of the optical interference filter of FIG. And as a result, the intensity
  • Table 2 shows the results of simulating white light with a correlated color temperature of 2500 K or more and 8000 K or less and calculating the color rendering index in the same manner as described above.
  • the average color rendering index Ra and the special color rendering index R9 can be obtained by appropriately changing the first phosphor and controlling the fluorescence spectrum and the fluorescence peak wavelength of the first fluorescence. It can be seen that it can be controlled. Further, it can be seen that illumination light with high color rendering property can be realized that achieves both the 90 or more average color rendering index Ra and the 60 or more special color rendering index R9 within the range of at least 2500K to 8000K or less.
  • a light emitting device capable of emitting output light with high color rendering even when a plurality of types of Ce 3+ -activated phosphors having different color tones are in proximity to each other.

Abstract

発光装置(100)は、Ce3+で付活された無機蛍光体からなる第一の蛍光体を含む第一の蛍光体層(1)と、Ce3+で付活された無機蛍光体からなり、第一の蛍光体とは異なる第二の蛍光体を含む第二の蛍光体層(2)とを備える。第二の蛍光体層は、第一の蛍光体層と離間して設けられている。発光装置は、さらに、第一の蛍光体層と第二の蛍光体層との間に設けられた光学フィルター(3)と、第一の蛍光体及び第二の蛍光体の少なくとも一方を励起する光を放つ励起源(6)とを備える。第二の蛍光体は、第一の蛍光体が発する第一の蛍光(41)の少なくとも一部を吸収する光吸収特性を有する。光学フィルターは、第一の蛍光体が発する第一の蛍光の少なくとも一部を反射し、第二の蛍光体が発する第二の蛍光(42)を透過する。

Description

発光装置
 本発明は、発光装置に関する。詳細には本発明は、固体発光素子、特にレーザーダイオードと、蛍光体とを組み合わせてなる発光装置に関する。
 従来、固体発光素子と、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。このような発光装置としては、例えば、白色LED光源、あるいは、レーザー照明装置やレーザープロジェクターが知られている。
 レーザー光を利用する発光装置では、蛍光体を励起する光のパワー密度の増加に伴う光出力飽和を緩和するために、超短残光性の蛍光を放つCe3+付活蛍光体の利用が好まれる。そして、緑色系(青緑又は緑色)の蛍光を放つCe3+付活蛍光体と、暖色系(橙又は赤色)の蛍光を放つCe3+付活蛍光体とを組み合わせて利用することにより、高演色性の照明光を実現できるようになる。
 また、従来より、バンドパスフィルターを備えることによって、光取り出し効率を高めるようにした発光装置も知られている。特許文献1では、基板と、該基板上に配置された発光素子と、蛍光体含有層と、複数の誘電体層を含む多層膜から成るバンドパスフィルターとを有する発光装置を開示している。
特許第6163754号公報
 一般に、暖色系のCe3+付活蛍光体は、青~青緑の光成分を効率よく吸収する特性を持つ。また、緑色系のCe3+付活蛍光体が放つ緑色系光は、ブロードな蛍光スペクトル形状を持つ。そのため、暖色系のCe3+付活蛍光体と緑色系のCe3+付活蛍光体が近接する発光装置では、緑色系のCe3+付活蛍光体が放つ短波長側の光成分(青~青緑色)が、暖色系のCe3+付活蛍光体に吸収される場合がある。その結果、青~青緑色の強度が低下し、出力光の演色性が低下する可能性があった。
 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、色調が異なる複数種類のCe3+付活蛍光体が近接した場合でも、高演色性の出力光を放つ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、Ce3+で付活された無機蛍光体からなる第一の蛍光体を含む第一の蛍光体層と、Ce3+で付活された無機蛍光体からなり、第一の蛍光体とは異なる第二の蛍光体を含み、第一の蛍光体層と離間して設けられた第二の蛍光体層と、第一の蛍光体層と第二の蛍光体層との間に設けられた光学フィルターと、第一の蛍光体及び第二の蛍光体の少なくとも一方を励起する光を放つ励起源と、を備える。第二の蛍光体は、第一の蛍光体が発する第一の蛍光の少なくとも一部を吸収する光吸収特性を有する。光学フィルターは、第一の蛍光体が発する第一の蛍光の少なくとも一部を反射し、第二の蛍光体が発する第二の蛍光を透過する。
図1は、本実施形態に係る発光装置の一例を概略的に示す断面図である。 図2は、本実施形態に係る発光装置の他の例を概略的に示す断面図である。 図3は、実施例で使用した蛍光体を示す電子顕微鏡観察像である。(a)は、YAl(AlO:Ce3+蛍光体を示し、(b)は、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体を示す。 図4中の(a)は、第一の蛍光体であるYAl(AlO:Ce3+の蛍光スペクトルである。図4中の(b)は、第二の蛍光体であるLuCaMg(SiO:Ce3+の蛍光スペクトルである。図4中の(b’)は、LuCaMg(SiO:Ce3+の吸収スペクトルである。 図5は、実施例で使用した光学干渉フィルターの光透過特性を示すスペクトル図である。 図6は、第二の蛍光体であるLuCaMg(SiO:Ce3+において、光学干渉フィルターを透過する前と透過した後の蛍光スペクトルを示す図である。 図7は、実施例に係る発光装置における出力光の分光分布の一例を示すスペクトル図である。
 以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、いずれも本実施形態の好ましい具体例を示すものである。したがって、以下の実施形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、あくまで一例であって、本実施形態を限定する趣旨ではない。なお、図1及び図2は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、図1及び図2において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
 まず、本実施形態に係る発光装置の構成について、図1及び図2を用いて説明する。図1は透過型と呼ばれる構造を持つ発光装置の概略図であり、図2は反射型と呼ばれる構造を持つ発光装置の概略図である。
 本実施形態の発光装置100は、波長変換体である第一の蛍光体層1及び第二の蛍光体層2を備えている。具体的には、発光装置100は、Ce3+で付活された無機蛍光体からなる第一の蛍光体を含む第一の蛍光体層1と、Ce3+で付活された無機蛍光体からなる第二の蛍光体を含む第二の蛍光体層2とを備えている。また、第一の蛍光体と第二の蛍光体は互いに異なる蛍光体であり、さらに蛍光の色調も互いに異なるものである。
 発光装置100は、さらに、第一の蛍光体層1と第二の蛍光体層2との間に設けられる光学フィルター3を備えている。図1及び図2に示すように、光学フィルター3の一方の面3aには第一の蛍光体層1が配置され、面3aの反対側にある他方の面3b側には第二の蛍光体層2が配置されている。光学フィルター3の面3aは、第一の蛍光体層1と接触していてもよく、離間していてもよい。また、光学フィルター3の面3bは、第二の蛍光体層2と接触していてもよく、離間していてもよい。
 透過型の発光装置100は、図1に示すように、励起源6から発せられる一次光4が第一の蛍光体層1及び第二の蛍光体層2を透過するような方向に出力光5を放つ特徴を持つ。一方、反射型の発光装置100は、図2に示すように、一次光4が、第一の蛍光体層1及び第二の蛍光体層2によって反射されるような方向に出力光5を放つ特徴を持つ。
 第一の蛍光体層1は、少なくとも第一の蛍光41を放つ第一の蛍光体を含む波長変換体である。第一の蛍光体層1は、Ce3+付活蛍光体を含んでなる波長変換体であり、Ce3+付活蛍光体は、例えば、波長が490nm以上560nm未満、好ましくは500nm以上550nm未満に蛍光ピークを持つ蛍光を放つ。
 第一の蛍光体層1は、第一の蛍光体を封止材で封止することによって作製することができる。封止材は、有機材料及び無機材料の少なくとも一方、特に、透明(透光性)有機材料及び透明(透光性)無機材料の少なくとも一方であることが好ましい。有機材料の封止材としては、例えば、シリコーン樹脂などの透明有機材料が挙げられる。無機材料の封止材としては、例えば、低融点ガラスなどの透明無機材料が挙げられる。
 また、第一の蛍光体層1としては、第一の蛍光体が焼結してなり、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。さらに、第一の蛍光体層1としては、第一の蛍光体が焼結してなり、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。第一の蛍光体層1がこのような焼結体又はセラミックス体であることにより、第一の蛍光体層1の製造や取り扱いが容易になるので、工業生産に適した波長変換体となる。
 第二の蛍光体層2は、第一の蛍光41とは異なる第二の蛍光42を放つ第二の蛍光体を含む波長変換体である。第二の蛍光体層2は、Ce3+付活蛍光体を含んでなる波長変換体であり、Ce3+付活蛍光体は、例えば、波長が560nm以上660nm未満、好ましくは580nm以上650nm未満に蛍光ピークを持つ蛍光を放つ。第二の蛍光体層2は、第一の蛍光体層1と同様に、第二の蛍光体を上述の封止材で封止することによって作製することができる。また、第二の蛍光体層2としては、第二の蛍光体を焼結してなる焼結体又はセラミックス体を用いることもできる。
 なお、第二の蛍光体は、第一の蛍光体が発する第一の蛍光41の光成分の少なくとも一部を吸収する光吸収特性を持つ。
 第一の蛍光体層1及び第二の蛍光体層2の形状は特に限定されるものではない。第一の蛍光体層1及び第二の蛍光体層2は薄板状であることが好ましく、円盤状又は角板状であることも好ましい。このような形状の第一の蛍光体層1及び第二の蛍光体層2は、製造及び取り扱いが容易となる。
 光学フィルター3は、光線透過率の波長依存性を持つ部材である。つまり、光学フィルター3は、入射光のうち特定の波長範囲の光を透過し、他の波長範囲の光を反射又は吸収する部材である。
 図1及び図2において、一次光4は、励起源6が放つ光である。そして、一次光4は、第一の蛍光体層1に含まれる第一の蛍光体、及び第二の蛍光体層2に含まれる第二の蛍光体の少なくとも一方を励起する光である。なお、一次光4は、第一の蛍光体及び第二の蛍光体の両方を励起する光であることが好ましい。
 一次光4は、例えば、近紫外線、紫色光及び青色光からなる群より選ばれる少なくとも一つの光とすることができる。なお、近紫外線は、波長200~280nmのUV-C、波長280~315nmのUV-B、及び波長315~380nmのUV-Aからなる群より選ばれる少なくとも一つである。紫色光は、波長380~450nmの可視光である。青色光は、波長450~495nmの可視光である。
 出力光5は、発光装置100が放つ光であり、例えば照明用途の白色光である。なお、出力光5は、一次光4と、一次光4が第一の蛍光体によって波長変換されてなる第一の蛍光41と、一次光4が第二の蛍光体によって波長変換されてなる第二の蛍光42とを加法混合した混色光とすることもできる。
 このように、本実施形態に係る発光装置100は、第一の蛍光体層1と、第二の蛍光体層2と、光学フィルター3と、第一の蛍光体層1及び第二の蛍光体層2の少なくとも一方を励起する一次光4を放つ励起源6とを備えている。つまり、発光装置100は、第一の蛍光41を放つ第一の蛍光体と、第一の蛍光体とは色調が異なる第二の蛍光を放つ第二の蛍光体と、光学フィルター3と、励起源6とを少なくとも備えている。
 そして、光学フィルター3は、第二の蛍光42の光成分を透過するが、第二の蛍光体に照射される第一の蛍光41の光成分を減らす機能を有する。また、光学フィルター3は、励起源6から発せられる一次光4を透過する機能を有することが好ましい。さらに、光学フィルター3は、第二の蛍光体に照射される第一の蛍光41の光成分を減らすように配置されている。つまり、光学フィルター3は、第一の蛍光体層1と第二の蛍光体層2との間に設けられることにより、第一の蛍光体層1から発せられた第一の蛍光41が、第二の蛍光体層2に含まれる第二の蛍光体に到達し難くしている。
 このような発光装置100から出力光5を放出するには、まず、励起源6を用いて、第一の蛍光体層1側又は第二の蛍光体層2側から一次光4を照射する。具体的には、図1に示す透過型の発光装置100では、第二の蛍光体層2側から上方に向かって一次光4を照射する。第二の蛍光体層2に照射された一次光4の一部は第二の蛍光体に吸収され、第二の蛍光体を励起する。そして、励起された第二の蛍光体は、上方に向かって第二の蛍光42を放出する。光学フィルター3は、第二の蛍光42及び一次光4を透過することができるため、第二の蛍光42及び第二の蛍光体に吸収されなかった一次光4は光学フィルター3を透過して、第一の蛍光体層1に到達する。
 第一の蛍光体層1に到達した一次光4の一部は第一の蛍光体に吸収され、第一の蛍光体を励起する。そして、励起された第一の蛍光体は、図1に示すように、上方及び下方に向かって第一の蛍光41を放出する。ここで、光学フィルター3は、第二の蛍光42及び一次光4は透過するが、第一の蛍光41は反射する機能を有する。そのため、第一の蛍光体から下方に向かって放出された第一の蛍光41bは、光学フィルター3の面3aで反射し、上方に放出される。なお、第一の蛍光体層1に到達した第二の蛍光42は、第一の蛍光体で吸収されず、第一の蛍光体層1を透過する。
 そして、第一の蛍光体層1から上方に発せられた第一の蛍光41a及び光学フィルター3で反射して第一の蛍光体層1を透過した第一の蛍光41bと、光学フィルター3及び第一の蛍光体層1を透過した第二の蛍光42及び一次光4とが加法混色される。その結果、これらの光成分が混色した出力光5が、発光装置100の外部に放出される。
 ここで、第一の蛍光体層1と第二の蛍光体層2との間に光学フィルター3が設けられていない場合、第一の蛍光体層1から下方に向かって放出された第一の蛍光41bは、第二の蛍光体層2に到達する。上述のように、第二の蛍光体は、第一の蛍光体が発する第一の蛍光41の少なくとも一部を吸収する特性を持つため、第二の蛍光体に到達した第一の蛍光41bの少なくとも一部は、第二の蛍光体によって吸収されてしまう。その結果、第一の蛍光41の蛍光スペクトル形状は、本来のスペクトル形状を保つことが困難となり、得られる出力光5の演色性が低下してしまう。
 しかしながら、本実施形態の発光装置100では、光学フィルター3の作用により、第一の蛍光41の光成分が第二の蛍光体に吸収されることが抑制される。そのため、波長依存性を持つ第二の蛍光体の光吸収特性が、第一の蛍光41に与える影響が緩和される。この結果、第一の蛍光41の蛍光スペクトル形状が、本来の形状を保ちやすくなり、高演色性の照明光となる出力光5を放つことが可能となる。
 図2に示す反射型の発光装置100から出力光5を放出するには、まず、励起源6を用いて、第一の蛍光体層1側から下方に向かって一次光4を照射する。第一の蛍光体層1に照射された一次光4の一部は第一の蛍光体に吸収され、第一の蛍光体を励起する。そして、励起された第一の蛍光体は、上方及び下方に向かって第一の蛍光41を放出する。ここで、光学フィルター3は、一次光4は透過するが第一の蛍光41は反射する機能を有する。そのため、第一の蛍光体から下方に向かって放出された第一の蛍光41bは、光学フィルター3の面3aで反射し、上方に放出される。
 第一の蛍光体層1に吸収されなかった一次光4は、光学フィルター3を透過して第二の蛍光体層2に到達する。第二の蛍光体層2に照射された一次光4の一部は第二の蛍光体に吸収され、第二の蛍光体を励起する。そして、励起された第二の蛍光体は、上方に向かって第二の蛍光42を放出する。ここで、光学フィルター3は、第二の蛍光42を透過することができるため、第二の蛍光42は光学フィルター3を透過して、第一の蛍光体層1に到達する。なお、第一の蛍光体層1に到達した第二の蛍光42は、第一の蛍光体で吸収されず、第一の蛍光体層1を透過する。
 なお、一次光4の一部は、第一の蛍光体層1の面1a、光学フィルター3の面3a及び第二の蛍光体層2の面2aで反射し、上方に向かって放出される。
 そして、第一の蛍光体層1から上方に発せられた第一の蛍光41a及び光学フィルター3で反射して第一の蛍光体層1を透過した第一の蛍光41bと、光学フィルター3及び第一の蛍光体層1を透過した第二の蛍光42と、一次光4とが加法混色される。その結果、これらの光成分が混色した出力光5が、発光装置100の外部に放出される。
 ここで、第一の蛍光体層1と第二の蛍光体層2との間に光学フィルター3が設けられていない場合、第一の蛍光体層1から下方に向かって放出された第一の蛍光41bは、第二の蛍光体層2に到達する。第二の蛍光体に到達した第一の蛍光41bの少なくとも一部は、第二の蛍光体によって吸収されてしまうため、得られる出力光5の演色性が低下してしまう。しかしながら、発光装置100では、光学フィルター3の作用により、第一の蛍光41の光成分が第二の蛍光体に光吸収されることが抑制される。そのため、第一の蛍光41の蛍光スペクトル形状が本来の形状を保ちやすくなり、高演色性の出力光5を放つことが可能となる。
 発光装置100において、第一の蛍光41は、490nm以上560nm未満の波長範囲内に蛍光ピークを有することが好ましい。また、第一の蛍光41は、500nm以上550nm未満の波長範囲内に蛍光ピークを有することがより好ましく、510nm以上540nm未満の波長範囲内に蛍光ピークを有することがさらに好ましい。また、第二の蛍光42は、560nm以上660nm未満の波長範囲内に蛍光ピークを有することが好ましい。また、第二の蛍光42は、580nm以上650nm未満の波長範囲内に蛍光ピークを有することがより好ましく、600nm以上640nm未満の波長範囲内に蛍光ピークを有することがさらに好ましい。この場合には、高演色性照明に必要となる、緑色系(青緑又は緑色)の蛍光成分と、暖色系(橙又は赤色)の蛍光成分とを少なくとも放つ発光装置を得ることができる。
 発光装置100において、第一の蛍光体及び第二の蛍光体の少なくとも一方は、ガーネット型の結晶構造を持つガーネット蛍光体であることが好ましい。また、第一の蛍光体及び第二の蛍光体は、両方ともガーネット型の結晶構造を持つガーネット蛍光体であることがより好ましい。ガーネット蛍光体は、製造が容易で固体照明用として高い実績を持つため、製造が容易で長期信頼性に優れる発光装置を得ることが可能となる。
 発光装置100において、第一の蛍光体は、YAl(AlO、YGa(AlO、LuAl(AlO及びLuGa(AlOからなる群より選ばれる少なくとも一つを母体としてなる蛍光体であることが好ましい。つまり、第一の蛍光体は、これらのアルミン酸塩化合物のいずれかを母体としてなるガーネット蛍光体であることが好ましい。アルミン酸塩化合物を母体としてなるCe3+付活ガーネット蛍光体は、照明光の演色性の向上に寄与する青緑色又は緑色の光成分を多く含む蛍光を放つ。そのため、第一の蛍光体としてこれらのガーネット蛍光体を用いることにより、青緑色又は緑色の光成分が相対的に多く、演色性の面で有利な照明光を放つ発光装置を得ることができる。また、ガーネット蛍光体は固体照明用として高い実績も持つため、長期信頼性に優れる発光装置を得ることができる。
 また、これらのアルミン酸塩化合物を母体にしてなるCe3+付活ガーネット蛍光体は、橙~赤色に対して補色に近い関係にある青緑~緑色の光成分を多く含む。そのため、LuCaMg(SiOを母体にしてなるCe3+付活蛍光体と組み合わせることにより、高効率かつ高信頼性を有し、白色系光を得ることが容易な発光装置とすることができる。
 ここで、上記の「YAl(AlO、YGa(AlO、LuAl(AlO及びLuGa(AlOからなる群より選ばれる少なくとも一つを母体としてなる蛍光体」とは、次の(1)~(6)のいずれかを母体とし、かつ、発光中心としてCe3+を含むガーネット蛍光体をいう。
(1)アルミン酸塩化合物であるYAl(AlO、YGa(AlO、LuAl(AlO、又は、LuGa(AlO
(2)上記したアルミン酸塩化合物から選択される少なくとも二種類のガーネット化合物を端成分としてなる固溶体
(3)上記したアルミン酸塩化合物のいずれかの固溶割合が60mol%以上、特に80mol%以上の固溶体であるガーネット化合物
(4)上記したいずれかのアルミン酸塩化合物の構成元素の一部を別の元素で置換して組成を変形させたガーネット化合物であって、電荷補償を伴わないもの
(5)上記したいずれかのアルミン酸塩化合物の構成元素の一部を別の元素で置換して組成を変形させたガーネット化合物であって、電荷補償を伴うもの
(6)上記(1)乃至(5)から選択される少なくとも二種類のガーネット化合物を端成分としてなる固溶体
 なお、第一の蛍光体としては、アルミン酸塩化合物からなる蛍光体に限定されない。第一の蛍光体としては、カルシウムフェライト型構造を持つアルカリ土類金属複合酸化物、アルカリ土類金属ハロアルミン酸塩、希土類アルミン酸塩、アルカリ土類金属珪酸塩、希土類酸窒化アルミノ珪酸塩、希土類窒化アルミノ珪酸塩、又は希土類酸窒化珪酸塩を主成分とする化合物を母体としてなるCe3+付活蛍光体を使用することができる。
 具体的には、第一の蛍光体としては、MRE、MAlOF、MREX(AlO、MRE(SiO、REAl(Si6-zAl)(N10-z)、RESi、RE(SiON、RESi、RESiON、RESi、RESi12N、及びRESi11からなる群より選ばれるいずれかの化合物を母体としてなるCe3+付活蛍光体を使用することができる。また、第一の蛍光体としては、上述のいずれかの化合物を端成分とする固溶体を母体としてなるCe3+付活蛍光体を使用することができる。但し、上記化合物において、Mはアルカリ土類金属、REは希土類元素、XはZr及びHfから選ばれる少なくとも一つの元素、zは0≦z<1を満足する数値である。
 より具体的には、第一の蛍光体としては、例えば、SrLu、SrSc、SrAlOF、CaYZr(AlO、CaSc(SiO、LaAlSi10、LaSi、Y(SiON、YSi、YSi、LaSi12N、LaSi11からなる群より選ばれるいずれかの化合物を母体としてなるCe3+付活蛍光体を使用することができる。また、第一の蛍光体としては、上述のいずれかの化合物を端成分とする固溶体を母体としてなるCe3+付活蛍光体を使用することができる。
 これらの蛍光体は、420nm以上530nm未満、特に440~510nmの波長範囲内にピークを持つ蛍光を放つことができる。また、これらの蛍光体は、青緑色の光成分を多く含む蛍光を放つことができる。そのため、青緑色の光成分が相対的に多く、演色性の面で有利な照明光を放つ発光装置を得ることができる。
 発光装置100において、第二の蛍光体は、LuCaMg(SiOを母体としてなる蛍光体であることが好ましい。つまり、第二の蛍光体は、珪酸塩化合物であるLuCaMg(SiOを母体としてなるガーネット蛍光体であることが好ましい。LuCaMg(SiOを母体としてなるCe3+付活ガーネット蛍光体は、赤色光成分を多く含む橙色光を放つ。また、当該Ce3+付活ガーネット蛍光体は、温度消光が比較的小さな蛍光体である。そのため、第二の蛍光体として、このようなガーネット蛍光体を用いることにより、照明用途で必須となる赤色光成分が多い出力光5を放ち、効率及び信頼性が高い発光装置を得ることができる。
 また、LuCaMg(SiOを母体としたCe3+付活ガーネット蛍光体は、青緑色又は緑色に対して補色に近い関係にある橙色又は赤色の光成分を多く含む蛍光を放つ。そのため、当該Ce3+付活ガーネット蛍光体を青緑色光又は緑色光を放つ第一の蛍光体と組み合わせることによって、白色系の出力光5を得ることができる。特に、当該Ce3+付活ガーネット蛍光体をYAl(AlO、YGa(AlO、LuAl(AlO、LuGa(AlOを母体としてなるCe3+付活蛍光体と組み合わせることによって、白色系の出力光5が得られる。
 ここで、上記の「LuCaMg(SiOを母体としてなる蛍光体」とは、次の(1)~(5)のいずれかを母体とし、かつ、発光中心としてCe3+を含むガーネット蛍光体をいう。
(1)珪酸塩化合物であるLuCaMg(SiO
(2)LuCaMg(SiOの固溶割合が60mol%以上、特に80mol%以上の固溶体
(3)LuCaMg(SiOの構成元素の一部を別の元素で置換して組成を変形させたガーネット化合物であって、電荷補償を伴わないもの
(4)LuCaMg(SiOの構成元素の一部を別の元素で置換して組成を変形させたガーネット化合物であって、電荷補償を伴うもの
(5)上記(1)乃至(4)から選択される少なくとも二種類のガーネット化合物を端成分としてなる固溶体
 発光装置100において、励起源6は一次光4を放ち、光学フィルター3は一次光4を透過することが好ましい。これにより、光学フィルター3を透過した一次光4は、第一の蛍光体及び第二の蛍光体の励起光として利用できる。その結果、一次光4は、少なくとも一部が第一の蛍光体によって波長変換され、第一の蛍光41へと変換される。さらに、一次光4は、少なくとも一部が第二の蛍光体によって波長変換されて、第二の蛍光42へと変換される。なお、光学フィルター3を透過した一次光4は、発光装置100から放出される出力光5の光成分としても利用することができる。
 発光装置100において、一次光4は、420nm以上470nm未満の波長範囲内にピークを有する青色光であることが好ましい。また、一次光4は、440nm以上460nm未満の波長範囲内にピークを持つ青色光であることがより好ましい。これにより、短波長可視光である青色光を、第一の蛍光体及び第二の蛍光体の励起光、並びに、発光装置の出力光5の一部として利用することができる。
 発光装置100において、一次光4はレーザー光であることが好ましい。これにより、光密度が大きく、指向性や収束性に優れるレーザー光を、第一の蛍光体及び第二の蛍光体の励起光、並びに、発光装置の出力光5として利用することができる。
 上述のように、光学フィルター3は、入射光のうち特定の波長範囲の光を透過し、他の波長範囲の光を反射又は吸収する部材である。そして、光学フィルター3は、440nm以上460nm未満の波長範囲内の光線透過率、及び、610nm以上630nm未満の波長範囲内の光線透過率よりも、490nm以上560nm未満の波長範囲内の光線透過率が小さいことが好ましい。つまり、光学フィルター3は、波長が440nm以上460nm未満の青色光の透過率、及び、波長が610nm以上630nm未満の赤色光の透過率よりも、波長が490nm以上560nm未満の青緑色乃至緑色光の透過率が小さいことが好ましい。また、光学フィルター3は、波長が440nm以上460nm未満の青色光の透過率、及び、波長が610nm以上630nm未満の赤色光の透過率よりも、波長が500nm以上550nm未満の青緑色乃至緑色光の透過率が小さいことがより好ましい。
 このように、青色と赤色の光成分は透過しやすく、緑色の光成分は透過し難い光学フィルター3を利用することにより、緑色系光における短波長側(青~青緑色)の光成分の透過率を相対的に高めることができる。そのため、仮に第二の蛍光体が放つ第二の蛍光が赤色純度に劣る橙色光であっても、比較的多い青色の光成分を利用して、高演色性の出力光5を得ることが可能となる。また、このような光学フィルターを利用することにより、赤色系光における短波長側(緑~黄)の光成分の透過率を相対的に下げることができる。そのため、仮に第二の蛍光体が放つ第二の蛍光が赤色純度に劣る橙色光であっても、赤色純度の良好な光成分を利用して、高演色性の出力光5を得ることが可能となる。
 光学フィルター3は、青色光の透過率が30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましい。また、光学フィルター3は、赤色光の透過率が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。光学フィルター3は、青緑色乃至緑色光の透過率が30%未満であることが好ましく、10%未満であることがより好ましく、5%未満であることが特に好ましい。なお、光学フィルター3において、青色光の透過率は赤色光の透過率よりも低いことが好ましい。一次光4として、蛍光体の蛍光成分に対して相対的にスペクトル半値幅が狭い青色光、例えば青色レーザー光を用いた場合、光学フィルター3は、青色光成分の出力割合を抑制するように作用する。そのため、低色温度の出力光5を容易に得ることが可能となる。
 ここで、光学フィルター3において、透過率の上限は100%であり、下限は0%である。そのため、青色光、赤色光、及び青緑色乃至緑色光の透過率は0%以上100%以下の範囲内の数値である。
 発光装置100において、光学フィルター3は、無機材料のみからなる部材であることが好ましい。無機材料のみからなる光学フィルター3は耐熱性や耐久性の面で優れるため、耐熱性や耐久性が向上した発光装置を得ることができる。
 発光装置100において、光学フィルター3は、560nm以上660nm未満の波長範囲内において、600nm以上660nm未満の光成分の透過率の積分値は、560nm以上600nm未満の光成分の透過率の積分値よりも大きいことが好ましい。これにより、光学フィルター3を透過した後の第二の蛍光42の色調は、光学フィルター3を透過する前の第二の蛍光42の色調よりも、赤色の色調が優れるものになる。つまり、光学フィルター3を透過した後の第二の蛍光42は、光学フィルター3を透過する前の第二の蛍光42よりも赤色成分が増加する。そのため、色調が良好な赤色の光成分を放つ出力光5になることから、高演色性の出力光5を得ることが容易となる。つまり、赤色の彩度の高さに関する尺度である特殊演色評価数R9の数値が高い出力光5を得ることが容易となる。
 発光装置100において、光学フィルター3は、光学干渉フィルターであることが好ましい。光学干渉フィルターは、基板の表面に誘電体薄膜を成膜してなるものである。また、誘電体薄膜は、空気と誘電体、誘電体と基板、および異なる誘電体どうしの界面で生じる反射が干渉することにより、光の透過特性が変わることを利用しているものである。このような光学干渉フィルターを用いることにより、第一の蛍光41の光成分の透過率を下げる一方で、第二の蛍光42の光成分の透過率を相対的に上げることが可能となる。また、光学干渉フィルターは、設計変更や入手も容易であるため、比較的容易に所望の発光装置を構成することが可能となる。
 なお、光学フィルター3は、通常、入射光の入射角度によって、透過特性が変わる特性を持つ。このため、励起源6が放つ一次光4は、光学フィルター3の入射面に対して垂直又は略垂直に入射することが好ましい。また、第二の蛍光体層2は、光学フィルター3から離間した場所に配置することも好ましい。これにより、一次光4及び/又は第二の蛍光42が、光学フィルター3の入射面に対して斜めに入射することが抑制される。そのため、光学フィルター3の透過特性をそのまま出力光5に反映することが可能となる。なお、「光学フィルター3の光入射面に対して略垂直」とは、光入射面に対して90°±10°となる方向をいい、光入射面に対して90°±5°となる方向であることがより好ましい。
 本実施形態において、発光装置100は、励起源6が放つ一次光4と、第一の蛍光体が放つ第一の蛍光41と、第二の蛍光体が放つ第二の蛍光42とを含む出力光5を放つことが好ましい。これにより、一次光4の光成分と、第一の蛍光41の光成分と、第二の蛍光42の光成分との加法混色による出力光5、特に白色系の出力光5を得ることが容易となる。
 発光装置100において、出力光5は、相関色温度が2500K以上8000K未満の白色光であることが好ましく、2800K以上6700K以下の白色光であることがより好ましい。これにより、照明用として需要が多い白色光を放つ発光装置100を得ることが容易となる。
 出力光5の平均演色評価数Raは80を超えることが好ましく、85以上であることがより好ましく、90以上であることが特に好ましい。これにより、照明用として需要が多い高演色性の白色光を放つ発光装置100を得ることが可能となる。
 また、出力光5の特殊演色評価数R9は30を超えることが好ましく、50以上であることがより好ましく、60以上であることが特に好ましい。これにより、照明用として需要が多く、照らされた物の赤色が強調される白色光を放つ発光装置100を得ることが可能となる。
 出力光5の分光分布は、光学フィルター3の光透過特性の証跡を持つものとすることができる。これにより、色調が良好な赤色の光成分を放つ出力光5を得ることができる。
 発光装置100において、出力光5は、照明光又は表示画素として利用されることが好ましい。これにより、照明装置または表示装置として利用できる発光装置を得ることができる。
 発光装置100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、発光装置100において、励起源6は、短波長可視光を放つ固体発光素子であることが好ましい。励起源6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。なお、固体発光素子は、特にレーザーダイオードであることが好ましい。
 なお、発光装置100は、屋外照明、店舗照明、調光システム、施設照明、海洋照明、及び内視鏡のいずれかの用途向けの装置であることが好ましい。また、当然のことながら、近年、技術の進展が目覚しいIoT又はAIを利用した発光装置とすることもできる。
 このように、本実施形態の発光装置100は、Ce3+で付活された無機蛍光体からなる第一の蛍光体を含む第一の蛍光体層1と、Ce3+で付活された無機蛍光体からなり、第一の蛍光体とは異なる第二の蛍光体を含む第二の蛍光体層2とを備える。第二の蛍光体層2は、第一の蛍光体層1と離間して設けられている。発光装置100は、さらに、第一の蛍光体層1と第二の蛍光体層2との間に設けられた光学フィルター3と、第一の蛍光体及び第二の蛍光体の少なくとも一方を励起する光を放つ励起源6とを備える。第二の蛍光体は、第一の蛍光体が発する第一の蛍光41の少なくとも一部を吸収する光吸収特性を有する。光学フィルター3は、第一の蛍光体が発する第一の蛍光41の少なくとも一部を反射し、第二の蛍光体が発する第二の蛍光42を透過する。
 発光装置100では、第一の蛍光体層1と第二の蛍光体層2との間に光学フィルター3が介在している。そのため、第一の蛍光体層1から発せられた第一の蛍光41が第二の蛍光体層2によって吸収され難くなることから、第一の蛍光41の蛍光スペクトル形状が、本来の形状を保ちやすくなる。その結果、蛍光の色調が異なる第一の蛍光体層1と第二の蛍光体層2が近接した場合でも、高演色性の出力光5を放つことが可能となる。
 以下、本実施形態を実施例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。
 実施例では、図1に示す透過型の発光装置を作製した。なお、図2に示す反射型の発光装置は、透過型の発光装置と同様の作用効果が得られることが原理的に明らかなため、説明を省略した。
 第一の蛍光を放つ第一の蛍光体として、YAl(AlO:Ce3+蛍光体を用いた。なお、YAl(AlO:Ce3+蛍光体の中心粒径D50は、17μmであった。また、第二の蛍光を放つ第二の蛍光体として、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体を用いた。なお、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体の中心粒径D50は、25μmであった。
 なお、YAl(AlO:Ce3+蛍光体は市販のものを使用し、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体は自製のものを使用した。具体的には、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体は、酸化物セラミックス原料と反応促進剤として機能する化合物との混合粉末を、1300~1400℃の温度で加熱反応させることにより作製した。
 参考のため、図3の(a)では、YAl(AlO:Ce3+蛍光体の電子顕微鏡写真を示す。図3(b)では、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体の電子顕微鏡写真を示す。また、表1には、これらの蛍光体の特性を纏めて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示す、平均的な粒子サイズは、図3に示す電子顕微鏡観察像によって一次粒子と認識できる粒子を任意に20個抽出し、それらの粒子の最長軸長さの平均値とした。なお、図3に示す電子顕微鏡観察像の倍率は1000倍である。
 本実施例では、第一の蛍光体及び第二の蛍光体として、地質学でシルトと定義される粒径(1/16mm~1/256mm)を持つ粉末状の蛍光体を準備すれば足りる。なお、蛍光体は粉末状である必要性は無く、セラミックス焼結体や単結晶の蛍光体であってもよい。
 励起源としては、青色レーザーダイオード(LD)を用いた。また、一次光としては、青色レーザーダイオードが放ち、ピークが455nmの青色レーザー光を用いた。また、光学フィルターとしては、シグマ光機株式会社製の光学干渉フィルター(品番YIF-BA600IFS)を用いた。
 本実施例の発光装置は、ピーク波長が540nmの第一の蛍光を放つYAl(AlO:Ce3+蛍光体と、ピーク波長が600nmの第二の蛍光を放つLuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体とを備えている。また、発光装置は、YAl(AlO:Ce3+蛍光体及びLuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体を励起するための青色レーザーダイオードと、光学干渉フィルターとを備えている。
 参考のため、図4では、YAl(AlO:Ce3+蛍光体の蛍光スペクトル(図4中(a))と、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体の蛍光スペクトル(図4中(b))とを示す。また、図4では、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体の光吸収率の波長依存性、つまりLuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体の励起スペクトル(図4中(b’))を合わせて示す。図4の(a)と(b)から分かるように、YAl(AlO:Ce3+蛍光体は、540nm付近に蛍光ピークを持つ緑色光を放つ緑色蛍光体である。また、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体は、600nm付近に蛍光ピークを持つ橙色光を放つ橙色蛍光体である。つまり、YAl(AlO:Ce3+蛍光体と、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体とは、互いに蛍光の色調が異なる蛍光体である。
 図4の(a)及び(b’)から分かるように、YAl(AlO:Ce3+蛍光体の蛍光スペクトルは、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体の励起スペクトルと重なりを持っている。つまり、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体は、YAl(AlO:Ce3+蛍光体が放つ蛍光(第一の蛍光)の一部を吸収する光吸収特性を持つ。
 また、図4の(a)及び(b’)を対比すると、YAl(AlO:Ce3+蛍光体の蛍光スペクトルにおける短波長側の光成分ほど、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体の励起スペクトルとの重なりが大きくなっていることも分かる。つまり、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体は、YAl(AlO:Ce3+蛍光体の蛍光スペクトルにおける短波長側の蛍光成分をよく吸収する性質を持つ。このため、光学フィルターを用いずに双方の蛍光体を近接させたときには、YAl(AlO:Ce3+蛍光体の蛍光成分の一部、特に短波長側の蛍光成分が、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体によって吸収されることになる。
 ここで、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体に吸収されなかったYAl(AlO:Ce3+蛍光体の蛍光成分は、そのまま放射されることになる。このため、YAl(AlO:Ce3+蛍光体が放つ蛍光成分は、短波長側の青緑色光の強度が低下した蛍光スペクトル形状を持つものへと変化する。その結果、YAl(AlO:Ce3+蛍光体が放つ蛍光は、ピーク波長が見かけ上、長波長シフトしたものになる。なお、説明の都合上、この現象を「蛍光体間の干渉効果」と呼ぶ。このようにして、YAl(AlO:Ce3+蛍光体が本来持つ青緑~緑色の光成分の強度が低下し、出力光の演色性が下がることになる。
 図5では、実施例で用いた光学干渉フィルターの、350nm以上800nm以下の波長範囲内における光透過特性を示す。図5から分かるように、光学干渉フィルターは、440nm以上460nm未満の波長範囲内の透過率、及び、610nm以上630nm未満の波長範囲内の透過率に対して、490nm以上560nm未満の波長範囲内の透過率が大幅に小さい。つまり、光学干渉フィルターは、青色光の透過率及び赤色光の透過率に対して、青緑色乃至緑色光の透過率が大幅に小さい。例えば、光学干渉フィルターにおいて、440nm以上460nm未満の波長範囲内の青色光の透過率は19%以上76%未満であり、青緑色乃至緑色光の透過率よりも高く、赤色光の透過率よりも低い。490nm以上560nm未満の波長範囲内の青緑色乃至緑色光の透過率は0.005%以上0.5%未満であり、青色光及び赤色光の透過率よりも低い。610nm以上630nm未満の波長範囲内の赤色光の透過率は、99%以上100%未満であり、青色光乃至緑色光の透過率よりも高い。
 このように、本実施例の光学干渉フィルターは、一次光(青色レーザー光)及び第二の蛍光の光成分を透過し、YAl(AlO:Ce3+蛍光体の蛍光成分、特に青緑乃至緑色の波長域の蛍光成分を透過し難くする機能を持っている。
 なお、光学干渉フィルターの500nm以上600nm未満の光成分の透過率の積分値は、特に595nm未満では殆どゼロである。そのため、計算するまでもなく、長波長側である600nm以上660nm未満の光成分の透過率の積分値の方が大きいものとなっている。
 図6では、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体から発せられた蛍光が、光学干渉フィルターを透過した後の分光分布を実線で示す。参考のため、図6では、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体の蛍光が光学干渉フィルターを透過する前の分光分布、つまり、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体の蛍光スペクトルも点線で示す。図6に示すように、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体の蛍光は、光学干渉フィルターを透過することによって、600nm未満の緑から黄色の波長域の蛍光成分がカットされた分光分布を持つ光となる。この結果、光学干渉フィルターを透過することによって、LuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体の蛍光は、赤色純度が良好なものになる。
 ここで、図5で示すように、光学干渉フィルターは、490nm以上560nm未満の波長範囲内の透過率が実質ゼロであり、青緑色乃至緑色光の殆どを反射する。このため、光学干渉フィルターを、YAl(AlO:Ce3+とLuCaMg(SiO:Ce3+との間に配置した場合には、YAl(AlO:Ce3+が放つ蛍光成分は、略全てが光学干渉フィルターによって反射される。そして、YAl(AlO:Ce3+蛍光体からLuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体に届く蛍光成分、特に青緑色乃至緑色の蛍光成分は無視できるものになる。その結果、蛍光体間の干渉効果を低減し、出力光の演色性の低下を抑制することが可能となる。
 また、図5で示すように、光学干渉フィルターは、440nm以上460nm未満の波長範囲内の青色光を少なからず透過する。このため、実施例の発光装置が放つ出力光は、青色レーザー光と、YAl(AlO:Ce3+蛍光体の蛍光と、光学干渉フィルターを透過した後のLuCaMg(SiO:Ce3+蛍光体の蛍光とを加法混色した光となる。
 このような加法混色光の分光分布は、今やシミュレーションで容易に得ることができる。また、シミュレーションの分光分布は、実測データとも比較的一致する。そのため、これらの光を組み合わせてなり、黒体軌跡上に位置する白色光を、シミュレーションした。
 図7はシミュレーションの一例であり、相関色温度が3000Kの白色出力光の分光分布を示す。図7の分光分布から求められる平均演色評価数Raは91.8であり、特殊演色評価数R9は68.7であった。すなわち、本実施例によれば、平均演色評価数Raが90を超える高演色性の照明光を得ることができる。また、特殊演色評価数R9が60を超える高演色性の照明光も得ることができる。
 なお、図5及び図7から分かるように、図7の分光分布は、図5の光学干渉フィルターが有する光透過特性の証跡を持つものとなっている。そして、その結果、黄色の波長域の強度が低く、青緑赤の強度のバランスがとれた分光分布となり、高い平均演色評価数Ra及び高い特殊演色評価数R9を両立する光が得られた。
 表2では、上記と同様にして、相関色温度が2500K以上8000K以下の白色光をシミュレーションし、演色評価数を算出した結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示すように、4500K以下の相関色温度の場合には、80を超える平均演色評価数Raが得られた。3000K以下の相関色温度の場合には、90を超える平均演色評価数Raが得られた。さらに、6000K以下の相関色温度の場合には、0を超える特殊演色評価数R9が得られた。4500K以下の相関色温度の場合には、30を超える特殊演色評価数R9が得られた。また、3500K以下の相関色温度の場合には、50を超える特殊演色評価数R9が得られた。
 参考のため、表3では、実施例のYAl(AlO:Ce3+蛍光体に替えて、YGa(AlO:Ce3+蛍光体を用いてシミュレーションした結果を示す。ちなみに、YAl(AlO:Ce3+蛍光体の蛍光ピーク波長は540nmであり、YGa(AlO:Ce3+蛍光体の蛍光ピーク波長は535nmであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3に示すように、2500K以上8000K以下のいずれの相関色温度の場合にも、85を超える平均演色評価数Raが得られた。3500K以上6500K未満の相関色温度の場合には、90を超える平均演色評価数Raが得られた。また、いずれの相関色温度の場合にも、60を超える特殊演色評価数R9が得られた。5500K以上の相関色温度の場合には、80を超える特殊演色評価数R9が得られた。
 また、参考のため、表4では、実施例のYAl(AlO:Ce3+蛍光体に替えて、LuAl(AlO:Ce3+蛍光体を用いてシミュレーションした結果を示す。ちなみに、YAl(AlO:Ce3+蛍光体の蛍光ピーク波長は540nmであり、LuAl(AlO:Ce3+蛍光体の蛍光ピーク波長は518nmであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表4に示すように、3000K以上の相関色温度の場合には、80を超える平均演色評価数Raが得られた。5000K以上の相関色温度の場合には、90を超える平均演色評価数Raが得られた。また、いずれの相関色温度の場合にも、60を超える特殊演色評価数R9が得られた。7000K以上の相関色温度の場合には、80を超える特殊演色評価数R9が得られた。
 このように、本実施例によれば、第一の蛍光体を適宜替えて、第一の蛍光の蛍光スペクトルや蛍光ピーク波長を制御することによって、平均演色評価数Raや特殊演色評価数R9を制御できることが分かる。そして、少なくとも2500Kから8000K以下の範囲内で、90以上の平均演色評価数Raと60以上の特殊演色評価数R9を両立する高演色性の照明光を実現し得ることが分かる。
 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。
 特願2017-241754号(出願日:2017年12月18日)の全内容は、ここに援用される。
 本開示によれば、色調が異なる複数種類のCe3+付活蛍光体が近接した場合でも、高演色性の出力光を放つことが可能な発光装置を提供することができる。
 1 第一の蛍光体層
 2 第二の蛍光体層
 3 光学フィルター
 4 一次光
 5 出力光
 6 励起源
 41,41a,41b 第一の蛍光
 42 第二の蛍光
 100 発光装置

Claims (16)

  1.  Ce3+で付活された無機蛍光体からなる第一の蛍光体を含む第一の蛍光体層と、
     Ce3+で付活された無機蛍光体からなり、前記第一の蛍光体とは異なる第二の蛍光体を含み、前記第一の蛍光体層と離間して設けられた第二の蛍光体層と、
     前記第一の蛍光体層と前記第二の蛍光体層との間に設けられた光学フィルターと、
     前記第一の蛍光体及び前記第二の蛍光体の少なくとも一方を励起する光を放つ励起源と、
     を備え、
     前記第二の蛍光体は、前記第一の蛍光体が発する第一の蛍光の少なくとも一部を吸収する光吸収特性を有し、
     前記光学フィルターは、前記第一の蛍光体が発する第一の蛍光の少なくとも一部を反射し、前記第二の蛍光体が発する第二の蛍光を透過する、発光装置。
  2.  前記第一の蛍光は、490nm以上560nm未満の波長範囲内に蛍光ピークを有し、
     前記第二の蛍光は、560nm以上660nm未満の波長範囲内に蛍光ピークを有する、請求項1に記載の発光装置。
  3.  前記第一の蛍光体及び前記第二の蛍光体の少なくとも一方は、ガーネット型の結晶構造を持つガーネット蛍光体である、請求項1又は2に記載の発光装置。
  4.  前記第一の蛍光体は、YAl(AlO、YGa(AlO、LuAl(AlO及びLuGa(AlOからなる群より選ばれる少なくとも一つを母体としてなる蛍光体である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の発光装置。
  5.  前記第二の蛍光体は、LuCaMg(SiOを母体としてなる蛍光体である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発光装置。
  6.  前記励起源は一次光を放ち、前記光学フィルターは前記一次光を透過する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発光装置。
  7.  前記一次光は、420nm以上470nm未満の波長範囲内にピークを有する青色光である、請求項6に記載の発光装置。
  8.  前記一次光はレーザー光である、請求項6又は7に記載の発光装置。
  9.  前記光学フィルターは、440nm以上460nm未満の波長範囲内の光線透過率、及び、610nm以上630nm未満の波長範囲内の光線透過率よりも、490nm以上560nm未満の波長範囲内の光線透過率が小さい、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の発光装置。
  10.  前記光学フィルターは、無機材料のみからなる部材である、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の発光装置。
  11.  前記光学フィルターを透過した後の前記第二の蛍光は、前記光学フィルターを透過する前の前記第二の蛍光よりも赤色成分が増加する、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の発光装置。
  12.  前記励起源が放つ一次光と、前記第一の蛍光体が放つ第一の蛍光と、前記第二の蛍光体が放つ第二の蛍光とを含む出力光を放つ、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の発光装置。
  13.  前記出力光は、相関色温度が2500K以上8000K未満の白色光である、請求項12に記載の発光装置。
  14.  前記出力光の平均演色評価数Raは80を超える、請求項12又は13に記載の発光装置。
  15.  前記出力光の特殊演色評価数R9は30を超える、請求項12乃至14のいずれか一項に記載の発光装置。
  16.  前記出力光は、照明光又は表示画素として利用される、請求項12乃至15のいずれか一項に記載の発光装置。
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