(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と蛍光体層とを備え、
前記発光素子は、４４０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ青色発光素子であり、
前記蛍光体層は、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有し、Ｅｕ2+又はＣｅ3+を発光中心イオンとして含む緑色蛍光体と、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有し、Ｅｕ2+を発光中心イオンとして含む窒化物又は酸窒化物の赤色蛍光体とを含み、
前記緑色蛍光体と前記赤色蛍光体とは、前記青色発光素子が放つ光によって励起されて発光し、
前記緑色蛍光体、前記赤色蛍光体及び前記青色発光素子が放つ発光成分を出力光として含む発光装置であって、
前記蛍光体層は、Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活された蛍光体以外の蛍光体を実質的に含まず、
前記緑色蛍光体は、前記青色発光素子が放つ光のピークである励起波長よりも短波長側に励起ピークを有し、
前記緑色蛍光体は、その励起スペクトルの最長波長側の励起ピークが、前記青色発光素子の発光ピークの波長領域になく、
前記緑色蛍光体は、Ｅｕ2+で付活された窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体、Ｅｕ2+で付活されたアルミン酸塩蛍光体、Ｃｅ3+で付活された窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体、及びＣｅ3+で付活されたガーネット構造を有する蛍光体からなる群から選ばれる少なくとも１つの緑色蛍光体であり、
前記赤色蛍光体は、ニトリドアルミノシリケート系の赤色蛍光体であることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記赤色蛍光体は、組成式（Ｍ1-xＥｕx）ＡｌＳｉＮ3で表される蛍光体であり、前記ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選ばれる少なくとも１つの元素であり、前記ｘは、式０．００５≦ｘ≦０．３を満たす数値である請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記赤色蛍光体は、組成式（Ｍ1-xＥｕx）2Ｓｉ4ＡｌＯＮ7で表される蛍光体であり、前記Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選ばれる少なくとも１つの元素であり、前記ｘは、式０．００５≦ｘ≦０．３を満たす数値である請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記緑色蛍光体は、前記青色発光素子が放つ光のピークである励起波長下における内部量子効率が８０％以上である請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記蛍光体層は、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する黄色蛍光体をさらに含む請求項１〜４のいずれかに記載の発光装置。
【請求項６】
前記蛍光体層は、前記赤色蛍光体以外の蛍光体として、窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体を実質的に含まない請求項１〜５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項７】
前記緑色蛍光体は、Ｓｒ1.5Ａｌ3Ｓｉ9Ｎ16：Ｅｕ2+、Ｃａ1.5Ａｌ3Ｓｉ9Ｎ16：Ｅｕ2+、ＣａＳｉＡｌ2Ｏ3Ｎ2：Ｅｕ2+、ＳｒＳｉＡｌ2Ｏ3Ｎ2：Ｅｕ2+、ＣａＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ2+、ＳｒＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ2+、ＢａＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ2+、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ2+、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｃｅ3+、Ｃａ1.5Ａｌ3Ｓｉ9Ｎ16：Ｃｅ3+、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｃｅ3+、Ｙ3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12:Ｃｅ3+、ＢａＹ2ＳｉＡｌ4Ｏ12:Ｃｅ3+、及びＣａ3Ｓｃ2Ｓｉ3Ｏ12:Ｃｅ3+からなる群から選ばれるいずれかである請求項１〜６のいずれかに記載の発光装置。
【請求項８】
前記青色発光素子の発光ピーク波長は、４５０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である請求項１〜７のいずれかに記載の発光装置。
【請求項９】
前記緑色蛍光体の発光ピーク波長は、５１０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である請求項１〜８のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１０】
前記緑色蛍光体の発光ピーク波長は、５２５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満である請求項１〜８のいずれかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物蛍光体と発光素子とを組み合わせてなる発光装置、特に、例えば暖色系の白色光を放つ発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤色系光を放つ窒化物蛍光体として、６３０ｎｍ付近の波長領域に発光ピークを有するＣａＳｉＮ2：Ｅｕ2+蛍光体が知られている。この蛍光体は、３７０ｎｍ付近の波長領域に励起スペクトルのピークを有し、３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域の近紫外光〜紫色系光による励起で高出力の赤色系光を放つため、上記近紫外光〜紫色系光を放つ発光素子と組み合わせた発光装置への応用が有望視されている（例えば、非特許文献１参照。）。赤色系光を放つ窒化物蛍光体は、上記ＣａＳｉＮ2：Ｅｕ2+蛍光体以外にも、例えば、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+蛍光体（例えば、特許文献１参照。）が見出されている。
【０００３】
また、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の緑〜黄〜橙色領域に発光ピークを有する蛍光体として、発光中心イオンにＥｕ2+を含む、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体及びアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体等が知られている。これらの蛍光体は、４００ｎｍ付近の波長領域に励起ピークを有し、上述の近紫外光〜紫色系光による励起によって高出力の緑〜黄〜橙色系光を放つ。このため、上記近紫外光〜紫色系光を放つ発光素子と組み合わせた発光装置への応用が有望視されている。さらに、上記波長領域に発光ピークを有する蛍光体として、発光中心イオンにＥｕ2+を含むチオガレート蛍光体や、Ｃｅ3+を含むガーネット構造を有する蛍光体等も知られている（例えば、特許文献２〜７参照。）。
【０００４】
一方、従来から、波長３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の近紫外〜紫色領域に発光ピークを有する発光素子（以下、紫色発光素子という。）、又は、波長４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の青色領域に発光ピークを有する発光素子（以下、青色発光素子という。）と、上記発光素子が放つ光によって励起する蛍光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６、７参照。）。
【０００５】
上記紫色発光素子を用い、かつ、高い光束と高い演色性とを両立させる発光装置には、暖色系の白色光を放つ発光装置として、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+蛍光体やＹ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+蛍光体等の赤色系光を放つ酸硫化物蛍光体を多用した発光装置がある。また、白色光を放つ発光装置として、上記酸硫化物蛍光体と緑〜黄〜橙色系光を放つ蛍光体とを組み合わせて用いた発光装置や、さらに青色系光を放つ蛍光体を組み合わせた発光装置もある。上記緑〜黄〜橙色系光を放つ蛍光体としては、Ｅｕ2+で付活されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体や硫化亜鉛蛍光体等が用いられ、上記青色系光を放つ蛍光体としては、Ｅｕ2+で付活されたアルミン酸塩蛍光体やＥｕ2+で付活されたハロ燐酸塩蛍光体等が用いられている（例えば、特許文献７〜９参照。）。
【０００６】
上記青色発光素子を用いた発光装置には、暖色系の白色光を放ち、かつ、高い光束と高い演色性とを両立させる発光装置として、赤色系光を放つＳｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+蛍光体やＣａＳ：Ｅｕ2+蛍光体を用いた発光装置がある。また、上記赤色蛍光体と他の蛍光体とを組み合わせて用いた発光装置もある。上記他の蛍光体としては、例えば、ＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体及びＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+黄色蛍光体が知られている（例えば、特許文献１０、１１参照。）。
【０００７】
なお、本発明に関する蛍光体の内部量子効率及び外部量子効率の測定技術については、すでに高精度な測定が可能な技術が確立しており、蛍光ランプ用の一部の蛍光体については、特定の励起波長の光照射下（２５４ｎｍ紫外線励起下）での絶対値が知られている（例えば、非特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００３−５１５６６５号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４５２７号公報
【特許文献３】特開２００２−３６３５５４号公報
【特許文献４】特開２００３−２０３５０４号公報
【特許文献５】特開２００３−２０６４８１号公報
【特許文献６】特開平１０−２４２５１３号公報
【特許文献７】国際公開第０２／０５４５０２号パンフレット
【特許文献８】国際公開第０３／０３２４０７号パンフレット
【特許文献９】特開２００３−１１０１５０号公報
【特許文献１０】特表２００３−５１５６５５号公報
【特許文献１１】特開２００４−１０７８６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】上田恭太ほか、「電気化学会第７１回大会学術講演予稿集」、電気化学学会、２００４年、ｐ．７５
【非特許文献２】大久保和明ほか、「照明学会誌」、平成１１年、第８３巻、第２号、ｐ．８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上述した発光素子と蛍光体とを備えた発光装置には、高い光束と高い演色性とを両立させるものが少ないのが現状である。一方、発光装置に求められる要求は年々多様化しており、特に暖色系の白色光を放つ発光装置の開発が期待されている。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、高い光束と高い演色性とを両立する発光装置、特に、暖色系の白色光を放つ発光装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、発光素子と蛍光体層とを備え、前記発光素子は、４４０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ青色発光素子であり、前記蛍光体層は、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有し、Ｅｕ2+又はＣｅ3+を発光中心イオンとして含む緑色蛍光体と、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有し、Ｅｕ2+を発光中心イオンとして含む窒化物又は酸窒化物の赤色蛍光体とを含み、前記緑色蛍光体と前記赤色蛍光体とは、前記青色発光素子が放つ光によって励起されて発光し、前記緑色蛍光体、前記赤色蛍光体及び前記青色発光素子が放つ発光成分を出力光として含む発光装置であって、前記蛍光体層は、Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活された蛍光体以外の蛍光体を実質的に含まず、前記緑色蛍光体は、前記青色発光素子が放つ光のピークである励起波長よりも短波長側に励起ピークを有し、前記赤色蛍光体は、ニトリドアルミノシリケート系の赤色蛍光体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高い光束と高い演色性とを両立する発光装置、特に、暖色系の白色光を放つ発光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態における半導体発光素子の断面図である。
【図２】本発明の実施形態における半導体発光素子の断面図である。
【図３】本発明の実施形態における半導体発光素子の断面図である。
【図４】本発明の実施形態における照明・表示装置の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態における照明・表示装置の構成を示す概略図である。
【図６】本発明の実施形態における照明モジュールの斜視図である。
【図７】本発明の実施形態における照明モジュールの斜視図である。
【図８】本発明の実施形態における照明装置の斜視図である。
【図９】本発明の実施形態における照明装置の側面図Ａと底面図Ｂである。
【図１０】本発明の実施形態における画像表示装置の斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態における数字表示装置の斜視図である。
【図１２】ＳｒＳｉＮ2：Ｅｕ2+赤色蛍光体の発光特性を示す図である。
【図１３】ＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体の発光特性を示す図である。
【図１４】Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+赤色蛍光体の発光特性を示す図である。
【図１５】（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体の発光特性を示す図である。
【図１６】（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体の発光特性を示す図である。
【図１７】（Ｓｒ，Ｃａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体の発光特性を示す図である。
【図１８】０．７５（Ｃａ0.9Ｅｕ0.1）Ｏ・２．２５ＡｌＮ・３．２５Ｓｉ3Ｎ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体の発光特性を示す図である。
【図１９】（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+黄色蛍光体の発光特性を示す図である。
【図２０】ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+青色蛍光体の発光特性を示す図である。
【図２１】Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25：Ｅｕ2+青緑色蛍光体の発光特性を示す図である。
【図２２】（Ｓｒ，Ｂａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+青色蛍光体の発光特性を示す図である。
【図２３】Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+赤色蛍光体の発光特性を示す図である。
【図２４】本発明の実施例１における発光装置の斜視図である。
【図２５】本発明の実施例１における発光装置の一部断面図である。
【図２６】本発明の実施例１における発光装置の発光スペクトルである。
【図２７】本発明の比較例１における発光装置の発光スペクトルである。
【図２８】本発明の実施例１及び比較例１における、相関色温度と相対光束との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図２９】本発明の実施例１及び比較例１における、相関色温度とＲａとの関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図３０】本発明の実施例２における、相関色温度とＲａとの関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図３１】本発明の実施例２における、相関色温度とＲ９との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図３２】本発明の実施例２における、相関色温度と相対光束との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図３３】本発明の実施例２における発光装置の発光スペクトルである。
【図３４】本発明の実施例３における発光装置の発光スペクトルである。
【図３５】本発明の比較例２における発光装置の発光スペクトルである。
【図３６】本発明の実施例３及び比較例２における、相関色温度と相対光束との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図３７】本発明の実施例３及び比較例２における、理想的な蛍光体を用いた発光装置の相関色温度と相対光束との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図３８】本発明の実施例３及び比較例２における、相関色温度とＲａとの関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図３９】本発明の実施例３及び比較例２における、相関色温度とＲ９との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図４０】本発明の実施例３における、相関色温度４５００Ｋ（ｄｕｖ＝０）の暖色系白色光を放つ発光装置の発光スペクトルをシミュレーションした結果を示す図である。
【図４１】本発明の実施例３における、相関色温度５５００Ｋ（ｄｕｖ＝０）の暖色系白色光を放つ発光装置の発光スペクトルをシミュレーションした結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ｅｕ2+で付活された蛍光体の特性を詳細に調べたところ、以下（１）〜（３）に示す蛍光体は、波長３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の近紫外〜紫色領域に発光ピークを有する紫色発光素子の励起下における内部量子効率だけでなく、波長４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満、特に、波長４４０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の青色領域に発光ピークを有する青色発光素子の励起下における内部量子効率も高く、良好なものは、その内部量子効率が９０％〜１００％であることが見出された。
（１）  Ｅｕ2+で付活され、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有するアルカリ土類金属オルト珪酸塩系、チオガレート系、アルミン酸塩系及び窒化物系（ニトリドシリケート系やサイアロン系等）の緑色蛍光体、例えば、（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、ＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ2+、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ2+、ＢａＳｉＮ2：Ｅｕ2+、Ｓｒ1.5Ａｌ3Ｓｉ9Ｎ16：Ｅｕ2+等の蛍光体。
（２）  Ｅｕ2+で付活され、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有するアルカリ土類金属オルト珪酸塩系、チオガレート系及び窒化物系（ニトリドシリケート系やサイアロン系等）の黄色蛍光体、例えば、（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、ＣａＧａ2Ｓ4：Ｅｕ2+、０．７５（Ｃａ0.9Ｅｕ0.1）Ｏ・２．２５ＡｌＮ・３．２５Ｓｉ3Ｎ4：Ｅｕ2+、Ｃａ1.5Ａｌ3Ｓｉ9Ｎ16：Ｅｕ2+、（Ｓｒ，Ｃａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、ＣａＳｉＡｌ2Ｏ3Ｎ2：Ｅｕ2+、ＣａＳｉ6ＡｌＯＮ9：Ｅｕ2+等の蛍光体。
（３）  Ｅｕ2+で付活され、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する窒化物系（ニトリドシリケート系、ニトリドアルミノシリケート系等）の赤色蛍光体、例えば、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+、ＳｒＳｉＮ2：Ｅｕ2+、ＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+、Ｓｒ2Ｓｉ4ＡｌＯＮ7：Ｅｕ2+等の蛍光体。
【００１６】
これらの蛍光体の励起スペクトルは、上記青色発光素子の放つ光の波長よりも短波長領域に、多くは波長３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の近紫外〜紫色領域に励起ピークを有するため、上記青色発光素子の励起下における外部量子効率は必ずしも高くない。しかし内部量子効率は、励起スペクトルから予想される以上に高い７０％以上、特に良好な場合は９０％〜１００％であることがわかった。
【００１７】
一例として、図１２に、ＳｒＳｉＮ2：Ｅｕ2+赤色蛍光体の内部量子効率１６、外部量子効率１７及び励起スペクトル１８を示し、また、参考のため、蛍光体の発光スペクトル１９も示した。また、図１３〜図１８には、ＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体（図１３）、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+赤色蛍光体（図１４）、（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体（図１５）、（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体（図１６）、（Ｓｒ，Ｃａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体（図１７）、０．７５（Ｃａ0.9Ｅｕ0.1）Ｏ・２．２５ＡｌＮ・３．２５Ｓｉ3Ｎ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体（図１８）について、図１２と同様に示した。例えば、図１６に示した、Ｅｕ2+で付活されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体である（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体の外部量子効率は、波長４４０ｎｍの青色発光素子の励起下において約７５％、波長４６０ｎｍにおいて約６７％、波長４７０ｎｍにおいて約６０％である。しかし内部量子効率は、波長４４０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の青色領域において、いずれも励起スペクトルから予想される以上に高い８５％以上であり、特に良好な場合は約９４％であることがわかった。
【００１８】
また、上述の蛍光体以外にも、Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活された蛍光体は同様の特性をもつことがわかった。一例として、図１９〜図２２に、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+黄色蛍光体（図１９）、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+青色蛍光体（図２０）、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25：Ｅｕ2+青緑色蛍光体（図２１）、（Ｓｒ，Ｂａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+青色蛍光体（図２２）について、図１２と同様に示した。
【００１９】
図１２〜図２２より、各蛍光体の外部量子効率の励起波長依存性は、励起スペクトルの形状と類似し、励起スペクトルのピークよりも長波長の光の励起下において、例えば、上記青色発光素子の励起下において外部量子効率は必ずしも高い数値でないが、内部量子効率は上記青色発光素子の励起下においても高い数値を示すことがわかる。また、図１２〜図１８及び図２０〜２２より、各蛍光体は、上記紫色発光素子の励起下における内部量子効率が高く、良好なものは９０％〜１００％であることもわかる。
【００２０】
さらに調べたところ、上記（１）〜（３）以外の蛍光体にも、以下（４）及び（５）に示す蛍光体は、上記紫色発光素子の励起下における内部量子効率が高いことがわかった。
（４）  Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活され、４９０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する窒化物系（ニトリドシリケート系、サイアロン系等）の青緑色又は緑色蛍光体、例えば、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｃｅ3+、ＳｒＳｉＡｌ2Ｏ3Ｎ2：Ｅｕ2+、Ｃａ1.5Ａｌ3Ｓｉ9Ｎ16：Ｃｅ3+等の蛍光体。
（５）Ｅｕ2+で付活され、４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有するアルカリ土類金属オルト珪酸塩系、ハロ燐酸塩系の青緑又は青色蛍光体、例えば、Ｂａ3ＭｇＳｉ2Ｏ8：Ｅｕ2+、（Ｓｒ，Ｃａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+等の蛍光体。
【００２１】
これらの蛍光体の励起スペクトルは、波長３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の近紫外〜紫色領域に励起ピークを有するため、上記紫色発光素子の励起下における外部量子効率は高くない。
【００２２】
一例として、図２３に、従来上記紫色発光素子と組み合わせて多用されているＬａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+赤色蛍光体の内部量子効率１６、外部量子効率１７、及び励起スペクトル１８を示し、また、参考のため、蛍光体の発光スペクトル１９も示した。図２３からわかるように、上記Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+赤色蛍光体の内部量子効率と外部量子効率は、励起スペクトルのピークが３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の紫色領域、しかも、約３６０〜３８０ｎｍ程度以上の励起波長では、励起波長の増加とともに急激に低下する。例えば、励起波長が、３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の紫色領域において、励起波長を次第に長くした場合、内部量子効率は、約８０％（３８０ｎｍ）、約６２％（４００ｎｍ）、約２５％（４２０ｎｍ）と、低い水準で大きく変化する。
【００２３】
また、データは省略するが、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+赤色蛍光体の内部量子効率、外部量子効率及び励起スペクトルは、上述したＬａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+の内部量子効率、外部量子効率及び励起スペクトルの特性が、短波長側に１０〜５０ｎｍシフトしたものである。
【００２４】
すなわち、従来上記紫色発光素子と組み合わせて多用されているＬａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+赤色蛍光体及びＹ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+赤色蛍光体は、波長３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の近紫外〜紫色領域、特に波長３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の紫色領域に発光ピークを有する発光素子の放つ光を高い変換効率で赤色光に波長変換することが、材料物性上困難な蛍光体であることがわかる。
【００２５】
なお、上記Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+赤色蛍光体及びＹ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+赤色蛍光体が、上述した内部量子効率の励起波長依存性を示すのは、Ｅｕ3+が電荷移動状態（ＣＴＳ：ｃｈａｒｇｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｔａｔｅ）を励起状態としており、ＣＴＳを経てＥｕ3+の４ｆエネルギー準位に励起エネルギーが緩和してから発光した場合には、高効率発光し、ＣＴＳを経ずにＥｕ3+の直接励起によって発光した場合には、高効率発光しないことに起因する。上記ＣＴＳとは、周りの陰イオン（Ｏ又はＳ）からＥｕ3+の方へ電子が１個移った状態のことである。従って、上述したメカニズムに起因して、上記酸硫化物系の赤色蛍光体と発光素子、特に紫色発光素子とを用いて、高光束の発光装置を得ることは難しい。
【００２６】
さらに、紫色発光素子を用いて複数種類の蛍光体を励起させる白色発光装置を構成した場合、色バランスとの兼ね合いから、その出力光の強度は、内部量子効率が最も低い蛍光体の内部量子効率と相関関係がある。すなわち、発光装置を構成する蛍光体の中に、内部量子効率の低い蛍光体が１つでもあれば、出力光の強度も低くなり、高光束の白色系光を得ることはできない。
【００２７】
ここで、内部量子効率とは、蛍光体に吸収された励起光の量子数に対して、蛍光体から放射される光の量子数の割合を示し、外部量子効率とは、蛍光体を照射する励起光の量子数に対して、蛍光体から放射される光の量子数の割合を示す。つまり、高い量子効率は、励起光が効率よく光変換されていることを表す。量子効率の測定方法は、既に確立されており、上述した非特許文献２に詳しい。
【００２８】
内部量子効率が高い蛍光体に吸収された発光素子の放つ光は、効率よく光変換されて放出される。一方、蛍光体に吸収されなかった発光素子の放つ光は、そのまま放出される。そのため、上述した波長領域に発光ピークを有する発光素子と、その発光素子の放つ光の励起下において内部量子効率が高い蛍光体とを備えた発光装置は、光エネルギーを効率よく使用できることになる。従って、上記（１）〜（５）の蛍光体と上記発光素子とを、少なくとも組み合わせることによって、高光束かつ高演色の発光装置とすることができる。
【００２９】
一方、上述した波長領域に発光ピークを有する発光素子と、その発光素子の放つ光の励起下において内部量子効率が低い蛍光体とを備えた発光装置は、発光素子が放つ光エネルギーを効率よく変換できないために、光束が低い発光装置になる。
【００３０】
なお、３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の近紫外〜紫色領域に発光ピークを有する発光素子と、その発光素子の放つ光の励起下において外部量子効率が低い蛍光体とを備えた発光装置は、視感度が低く光束向上にほとんど関与しない近紫外〜紫色領域の光を放つため、蛍光体層の厚みを増やす、蛍光体層中の蛍光体濃度を高める等して、上記発光素子の放つ光を蛍光体に多く吸収させなければ、光束が低い発光装置になる。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３２】
（実施形態１）
本発明の発光装置の一例は、窒化物蛍光体を含む蛍光体層と発光素子とを備え、上記発光素子は、３６０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有し、上記窒化物蛍光体は、上記発光素子が放つ光によって励起されて発光し、上記窒化物蛍光体が放つ発光成分を出力光として少なくとも含む発光装置である。また、上記窒化物蛍光体は、Ｅｕ2+で付活され、かつ、組成式（Ｍ1-xＥｕx）ＡｌＳｉＮ3で表される蛍光体であり、上記Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選ばれる少なくとも１つの元素であり、上記ｘは、式０．００５≦ｘ≦０．３を満たす数値である。
【００３３】
上記発光素子は、電気エネルギーを光に換える光電変換素子であり、３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満又は４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満、より好ましくは３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満又は４４０ｎｍ以上５００ｎｍ未満のいずれかの波長領域に発光ピークを有する光を放つものであれば特に限定されず、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、面発光ＬＤ、無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、有機ＥＬ素子等を用いることができる。
【００３４】
なお、発光素子として、ＧａＮ系化合物を発光層としたＬＥＤやＬＤを用いる場合には、高い出力が得られる理由で、好ましくは３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満、より好ましくは３９５ｎｍ以上４１５ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を放つ紫色発光素子、又は、好ましくは４４０ｎｍ以上５００ｎｍ未満、より好ましくは４５０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を放つ青色発光素子にするとよい。
【００３５】
上記出力光は、上記発光素子が放つ発光成分を含むことが好ましい。特に、上記発光素子が、青色系領域に発光ピークを有する発光素子である場合、上記窒化物蛍光体が放つ発光成分と、上記発光素子が放つ発光成分とを出力光に含めば、より高い演色性を有する白色光が得られ、より好ましい。
【００３６】
上記窒化物蛍光体は、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する暖色系光、好ましくは６１０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する赤色系光を放つ上記組成式（Ｍ1-xＥｕx）ＡｌＳｉＮ3で表される窒化物蛍光体であり、上述した３６０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域の励起光下における内部量子効率が高い窒化物蛍光体、例えば、図１３に示したＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体やＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体等に該当する。
【００３７】
内部量子効率が高い窒化物蛍光体を含む蛍光体層と、上記発光素子とを少なくとも備えた発光装置は、光エネルギーを効率よく出力することができる。上記のように構成された発光装置は、暖色系発光成分の強度が強く、特殊演色評価数Ｒ９の数値が大きな装置になる。これはＬａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+蛍光体を用いた従来の発光装置やＳｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+蛍光体とＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）：Ｃｅ系蛍光体とを組み合わせて用いた従来の発光装置に匹敵する、高い光束と高い演色性とをもつ。
【００３８】
本実施形態の発光装置は、上記窒化物蛍光体を含む蛍光体層と、上記発光素子とを少なくとも備えていれば、特に限定されるものではなく、例えば、半導体発光素子、白色発光ダイオード（以下、白色ＬＥＤという。）、白色ＬＥＤを用いた表示装置及び白色ＬＥＤを用いた照明装置等が該当する。より具体的には、白色ＬＥＤを用いた表示装置としては、例えば、ＬＥＤ情報表示端末、ＬＥＤ交通信号灯、自動車用のＬＥＤランプ等がある。白色ＬＥＤを用いた照明装置としては、例えば、ＬＥＤ屋内外照明灯、車内ＬＥＤ灯、ＬＥＤ非常灯、ＬＥＤ装飾灯等がある。
【００３９】
この中でも、上記白色ＬＥＤが特に好ましい。一般に従来のＬＥＤは、その発光原理から、特定の波長の光を放つ単色光源の発光素子である。つまり、従来のＬＥＤからは白色系光を放つ発光素子は得られない。これに対して、本実施形態の白色ＬＥＤは、例えば、従来のＬＥＤと蛍光体とを組み合わせる方法によって白色蛍光を得ることができる。
【００４０】
本実施形態において、上記窒化物蛍光体は、上記元素Ｍの主成分をＳｒ又はＣａとすると、良好な色調と強い発光強度を得られ、より好ましい。なお、主成分をＳｒ又はＣａとするとは、元素Ｍの５０原子％以上がＳｒ又はＣａのいずれか１つの元素であることをいう。また、元素Ｍの８０原子％以上がＳｒ又はＣａのいずれか１つの元素であることが好ましく、元素Ｍの全原子がＳｒ又はＣａのいずれか１つの元素であることがより好ましい。
【００４１】
また、上記発光素子は、注入型エレクトロルミネッセンス素子を用いると、強い出力光を放ち、好ましい。注入型エレクトロルミネッセンス素子とは、電界によって電子と正孔を注入し、電子−正孔対を再結合させることによって、電気エネルギーが光エネルギーに変換されて蛍光物質が発光する光電変換素子のことであり、例えば、ＬＥＤ、ＬＤ、面発光ＬＤ等をいう。特に、上記発光素子に、ＧａＮ系の半導体を活性層に含むＬＥＤやＬＤを用いると、強く安定した出力光を得られ、より好ましい。
【００４２】
（実施形態２）
本発明の発光装置の他の一例としては、上述した実施形態１の蛍光体層に、Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活され、かつ、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色蛍光体を、さらに含む構成にしてもよい。上記緑色蛍光体は、実施形態１で説明した発光素子が放つ光によって励起されて、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に、好ましくは５１０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長領域、より好ましくは５２５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を放つ蛍光体であれば、特に限定されない。
【００４３】
例えば、青色発光素子を用いる場合、励起スペクトルの最長波長側の励起ピークが４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域にない緑色蛍光体、すなわち、励起スペクトルの最長波長側の励起ピークが４２０ｎｍ未満の波長領域にある緑色蛍光体であっても構わない。
【００４４】
上記緑色蛍光体は、上述した３６０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域の励起光下における内部量子効率が高い蛍光体、例えば、図１５に示した（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体等に該当する。この蛍光体を少なくとも含む蛍光体層と、上記発光素子とを少なくとも備えた発光装置は、光エネルギーを効率よく出力するので好ましい。この発光装置は、出力光に含まれる緑色系の発光強度が強くなり、演色性が向上する。また、緑色系光は視感度が高く、光束はより高くなる。特に、蛍光体層に含まれる蛍光体の組み合わせによっては、平均演色評価数（Ｒａ）が９０以上の、高い演色性をもつ出力光を得ることが可能である。
【００４５】
上記緑色蛍光体を、Ｅｕ2+で付活された窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体、例えばＢａＳｉＮ2：Ｅｕ2+、Ｓｒ1.5Ａｌ3Ｓｉ9Ｎ16：Ｅｕ2+、Ｃａ1.5Ａｌ3Ｓｉ9Ｎ16：Ｅｕ2+、ＣａＳｉＡｌ2Ｏ3Ｎ2：Ｅｕ2+、ＳｒＳｉＡｌ2Ｏ3Ｎ2：Ｅｕ2+、ＣａＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ2+、ＳｒＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ2+、ＢａＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ2+等、Ｅｕ2+で付活されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体、例えば（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、（Ｂａ，Ｃａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+等、Ｅｕ2+で付活されたチオガレート蛍光体、例えばＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ2+等、Ｅｕ2+で付活されたアルミン酸塩蛍光体、例えばＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ2+等、Ｅｕ2+とＭｎ2+で共付活されたアルミン酸塩蛍光体、例えばＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+，Ｍｎ2+等、Ｃｅ3+で付活された窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体、例えば、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｃｅ3+、Ｃａ1.5Ａｌ3Ｓｉ9Ｎ16：Ｃｅ3+、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｃｅ3+等、及び、Ｃｅ3+で付活されたガーネット構造を有する蛍光体、例えばＹ3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ3+、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+、ＢａＹ2ＳｉＡｌ4Ｏ12：Ｃｅ3+、Ｃａ3Ｓｃ2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅ3+等にすると、上記発光素子の励起下における内部量子効率が高くなり、さらに好ましい。
【００４６】
従って、本実施形態の発光装置は、実施形態１の窒化物蛍光体と上記緑色蛍光体とを少なくとも含む蛍光体層と、実施形態１の発光素子とを備え、上記窒化物蛍光体が放つ赤色系の発光成分と上記緑色蛍光体が放つ緑色系の発光成分とを出力光に含む発光装置である。
【００４７】
（実施形態３）
本発明の発光装置のさらに他の一例としては、上述した実施形態１又は実施形態２の蛍光体層に、Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活され、かつ、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する黄色蛍光体を、さらに含む構成にしてもよい。上記黄色蛍光体は、実施形態１で説明した発光素子が放つ光によって励起されて、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域に、好ましくは５６５ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を放つ蛍光体であれば、特に限定されない。
【００４８】
例えば、青色発光素子を用いる場合、励起スペクトルの最長波長側の励起ピークが４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域にない黄色蛍光体、すなわち、励起スペクトルの最長波長側の励起ピークが４２０ｎｍ未満の波長領域にある黄色蛍光体であっても構わない。
【００４９】
上記黄色蛍光体は、上述した３６０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域の励起光下における内部量子効率が高い蛍光体、例えば、図１６に示した（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体、図１７に示した（Ｓｒ，Ｃａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体、図１８に示した０．７５（Ｃａ0.9Ｅｕ0.1）Ｏ・２．２５ＡｌＮ・３．２５Ｓｉ3Ｎ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体等、及び４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域の励起光下における内部量子効率が高い蛍光体、例えば、図１９に示した（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+黄色蛍光体等に該当する。この蛍光体を少なくとも含む蛍光体層と、上記発光素子とを少なくとも備えた発光装置は、光エネルギーを効率よく出力するので好ましい。この発光装置は、出力光に含まれる黄色系の発光強度が強くなり、演色性が向上し、特に温色系又は暖色系の発光を放つ発光装置を提供できる。また、黄色系光は比較的視感度が高く、光束は高くなる。特に、蛍光体層の材料設計によっては、Ｒａが９０以上の、高い演色性をもつ出力光を得ることが可能である。
【００５０】
上記黄色蛍光体を、Ｅｕ2+で付活された窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体、例えば０．７５（Ｃａ0.9Ｅｕ0.1）Ｏ・２．２５ＡｌＮ・３．２５Ｓｉ3Ｎ4：Ｅｕ2+、Ｃａ1.5Ａｌ3Ｓｉ9Ｎ16：Ｅｕ2+、ＣａＳｉＡｌ2Ｏ3Ｎ2：Ｅｕ2+、ＣａＳｉ6ＡｌＯＮ9：Ｅｕ2+等、Ｅｕ2+で付活されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体、例えば（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、（Ｓｒ，Ｃａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+等、Ｅｕ2+で付活されたチオガレート蛍光体、例えばＣａＧａ2Ｓ4：Ｅｕ2+等、及び、Ｃｅ3+で付活されたガーネット構造を有する蛍光体、例えば（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+等にすると、上記発光素子の励起下における内部量子効率が高くなり、さらに好ましい。
【００５１】
従って、本実施形態の発光装置は、実施形態１の窒化物蛍光体と上記黄色蛍光体とを少なくとも含む蛍光体層と、実施形態１の発光素子とを備え、上記窒化物蛍光体が放つ赤色系の発光成分と上記黄色蛍光体が放つ黄色系の発光成分とを出力光に含む発光装置である。
【００５２】
（実施形態４）
本発明の発光装置のさらに他の一例としては、上述した実施形態１〜３のいずれかに記載された蛍光体層に、Ｅｕ2+で付活された、４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色蛍光体を、さらに含む構成にしてもよい。上記青色蛍光体は、実施形態１で説明した発光素子が放つ光によって励起されて、４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域に、演色性と出力の点で、好ましくは４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する蛍光体であれば、特に限定されない。このとき、発光素子は、実施形態１で説明した発光素子であれば特に限定されないが、紫色発光素子を用いれば、蛍光体材料の選択の幅が広がるために、発光装置が放つ光の光色設計がしやすいだけでなく、発光素子の投入電力等の駆動条件によって発光素子が放つ光の波長位置が変動しても出力光に与える影響が少ないので好ましい。
【００５３】
上記青色蛍光体は、上述した３６０ｎｍ以上５００ｎｍ未満、好ましくは３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域の励起光下における内部量子効率が高い蛍光体、例えば、図２０に示したＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+青色蛍光体、図２１に示したＳｒ4Ａｌ14Ｏ25：Ｅｕ2+青色蛍光体、図２２に示した（Ｓｒ，Ｂａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+青色蛍光体等に該当する。この蛍光体を含む蛍光体層と、上記発光素子とを少なくとも備えた発光装置は、光エネルギーを効率よく出力するので好ましい。この発光装置は、出力光に含まれる青色系の発光強度が強くなり、演色性が向上し、光束は高くなる。特に、蛍光体層の材料設計によっては、Ｒａが９０以上の、高い演色性をもつ出力光を得ることが可能であり、Ｒ１〜Ｒ１５の全ての特殊演色評価数が８０以上、好ましい場合では８５以上、より好ましい場合では９０以上の太陽光に近い白色の出力光を得ることが可能である。例えば、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+、（Ｓｒ，Ｂａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+、Ｂａ3ＭｇＳｉ2Ｏ8：Ｅｕ2+、ＳｒＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+、（Ｓｒ，Ｃａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+、Ｂａ5ＳｉＯ4Ｃｌ6：Ｅｕ2+、ＢａＡｌ8Ｏ1.5：Ｅｕ2+、Ｓｒ10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+、青色蛍光体等を用いることによって、上記高い演色性と特殊演色評価数とをもつ出力光を得ることができる。
【００５４】
また、上記青色蛍光体を、Ｅｕ2+で付活された窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体、例えばＳｒＳｉＡｌ2Ｏ3Ｎ2：Ｅｕ2+等、Ｅｕ2+で付活されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体、例えばＢａ3ＭｇＳｉ2Ｏ8：Ｅｕ2+、Ｓｒ3ＭｇＳｉ2Ｏ8：Ｅｕ2+等、Ｅｕ2+で付活されたアルミン酸塩蛍光体、例えばＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+、ＢａＡｌ8Ｏ13：Ｅｕ2+、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25：Ｅｕ2+等、及びＥｕ2+で付活されたハロ燐酸塩蛍光体、例えばＳｒ10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+、（Ｓｒ，Ｃａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+、（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+等にすると、上記発光素子の励起下における内部量子効率が高くなり、さらに好ましい。
【００５５】
実施形態１〜４において、上記蛍光体層に含まれる蛍光体は、高い光束を得るために、Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活された蛍光体以外の蛍光体を実質的に含まない構成にするのが好ましく、窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体以外の無機蛍光体を実質的に含まない構成にするのが好ましい。上記蛍光体を、Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活された蛍光体以外の蛍光体を実質的に含まない構成にするとは、蛍光体層に含まれる蛍光体の９０重量％以上、好ましくは９５重量％以上、より好ましくは９８重量％以上の蛍光体が、Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活された蛍光体であることを意味する。また、窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体以外の無機蛍光体を実質的に含まない構成にするとは、蛍光体層に含まれる蛍光体の９０重量％以上、好ましくは９５重量％以上、より好ましくは９８重量％以上の蛍光体が、窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体であることを意味する。上記窒化物蛍光体及び酸窒化物蛍光体は、１００℃〜１５０℃の動作温度下及び周囲温度下においても、比較的高い内部量子効率を保持し、かつ、発光スペクトルの波長のピークが、例えば前述のアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体又はガーネット構造を有する蛍光体のように短波長側へシフトしない。そのため、上述の構成をした発光装置は、投入電力を増やして励起光強度を強めても、あるいは高温雰囲気下で使用しても、発光色変動が少なく、安定した出力光が得られ好ましい。
【００５６】
なお、高い光束を放つ発光装置を得るためには、蛍光体層に実質的に含まれる蛍光体の中で、発光素子が放つ光励起下において最も内部量子効率が低い蛍光体は、内部量子効率（絶対値）が、８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは９０％以上の蛍光体とする。
【００５７】
（実施形態５）
本発明の発光装置のさらに他の一例は、蛍光体を含む蛍光体層と発光素子とを備え、上記発光素子は、３６０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有し、上記蛍光体は、上記発光素子が放つ光によって励起されて発光し、上記蛍光体が放つ発光成分を出力光として少なくとも含む発光装置である。また、上記蛍光体は、Ｅｕ2+で付活され、かつ、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体と、Ｅｕ2+で付活され、かつ、５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有するアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体とを含み、上記発光素子が放つ光励起下において、これらの蛍光体の内部量子効率が８０％以上である。
【００５８】
上記発光素子は、実施形態１で説明した発光素子と同様のものを使用することができる。
【００５９】
上記出力光は、上記発光素子が放つ発光成分を含むことが好ましい。特に、上記発光素子が、青色系の波長領域に発光ピークを有する発光素子である場合、上記蛍光体が放つ発光成分と、上記発光素子が放つ発光成分とを出力光に含めば、より高い演色性を有する白色光が得られ、より好ましい。
【００６０】
上記Ｅｕ2+で付活された窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体は、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する暖色系光、好ましくは６１０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する赤色系光を放つ蛍光体であり、上述した３６０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域の励起光下における内部量子効率が高い蛍光体に該当する。より詳細には、組成式（Ｍ1-xＥｕx）ＡｌＳｉＮ3で表されるニトリドアルミノシリケート蛍光体、例えば、図１３に示したＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体やＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体等、組成式（Ｍ1-xＥｕx）ＳｉＮ2で表されるニトリドシリケート蛍光体、例えば、図１２に示したＳｒＳｉＮ2：Ｅｕ2+赤色蛍光体やＣａＳｉＮ2：Ｅｕ2+赤色蛍光体等、組成式（Ｍ1-xＥｕx）2Ｓｉ5Ｎ8で表されるニトリドシリケート蛍光体、例えば、図１４に示したＳｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+赤色蛍光体、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+赤色蛍光体又はＢａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+赤色蛍光体等、及び、組成式（Ｍ1-xＥｕx）2Ｓｉ4ＡｌＯＮ7で表されるオクソニトリドアルミノシリケート蛍光体、例えば、Ｓｒ2Ｓｉ4ＡｌＯＮ7：Ｅｕ2+赤色蛍光体等を用いればよい。但し、上記組成式のＭは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選ばれる少なくとも１つの元素であり、ｘは、式０．００５≦ｘ≦０．３を満たす数値である。
【００６１】
また、上記アルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体は、Ｅｕ2+で付活され、かつ、５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満、好ましくは５２５ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する蛍光体であり、より詳細には、５２５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に、さらに好ましくは５３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する緑色蛍光体、例えば、図１５に示した（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体等、又は、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する黄色蛍光体、例えば、図１６に示した（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体、図１７に示した（Ｓｒ，Ｃａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体等であり、上述した３６０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域の励起光下における内部量子効率が高い蛍光体に該当する。
【００６２】
上記蛍光体は、上記発光素子が放つ光励起下において、これらの蛍光体の内部量子効率が８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは９０％以上である。上述のように内部量子効率が高い蛍光体を含む蛍光体層と、上記発光素子とを少なくとも備えた発光装置は、光エネルギーを効率よく出力することができる。また、上記のような窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体を用いて構成された発光装置は、暖色系発光成分の強度が強く、特殊演色評価数Ｒ９の数値が大きな装置になる。
【００６３】
また、上記構成の発光装置は、信頼性に課題のある硫化物系蛍光体を用いることなく、また、高価な窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体の使用を赤色蛍光体にのみ用いることによって、高光束かつ高演色の白色光源を提供でき、白色光源等の発光装置の低コスト化を図ることができる。
【００６４】
本実施形態の発光装置は、上記Ｅｕ2+で付活されて赤色光を放つ上記窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体と、Ｅｕ2+で付活された上記アルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体とを含む蛍光体層と、上記発光素子とを少なくとも備えていれば、特に限定されるものではなく、例えば、上述した白色ＬＥＤ等が該当する。
【００６５】
本実施形態において、前述の組成式で表される窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体は、前述の元素Ｍの主成分をＳｒ又はＣａとすると、良好な色調と強い発光強度を得られ、より好ましい。なお、主成分をＳｒ又はＣａとするとは、元素Ｍの５０原子％以上がＳｒ又はＣａのいずれか１つの元素であることをいう。また、元素Ｍの８０原子％以上がＳｒ又はＣａのいずれか１つの元素であることが好ましく、元素Ｍの全原子がＳｒ又はＣａのいずれか１つの元素であることがより好ましい。
【００６６】
また、上記発光素子は、注入型エレクトロルミネッセンス素子を用いると、強い出力光を放ち、好ましい。注入型エレクトロルミネッセンス素子とは、電界によって電子と正孔を注入し、電子−正孔対を再結合させることによって、電気エネルギーが光エネルギーに変換されて蛍光物質が発光する光電変換素子のことであり、例えば、ＬＥＤ、ＬＤ、面発光ＬＤ等をいう。特に、上記発光素子に、ＧａＮ系の半導体を活性層に含むＬＥＤやＬＤを用いると、強く安定した出力光を得られ、より好ましい。
【００６７】
上記アルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体として、Ｅｕ2+で付活された、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域、好ましくは５２５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域、より好ましくは５３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する緑色蛍光体、例えば、（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、（Ｂａ，Ｃａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+等を使用することが好ましい。この緑色蛍光体を用いた発光装置は、出力光に含まれる緑色系の発光強度が強くなり、演色性が向上する。また、緑色系光は視感度が高く、光束はより高くなる。特に、蛍光体層に含まれる蛍光体の組み合わせによっては、Ｒａが９０以上の、高い演色性をもつ出力光を得ることが可能である。
【００６８】
さらに、上記アルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体として、Ｅｕ2+で付活された、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域に、好ましくは５６５ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する黄色蛍光体、例えば、（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+を使用することが好ましい。この黄色蛍光体を用いた発光装置は、出力光に含まれる黄色系の発光強度が強くなり、演色性が向上し、特に温色系又は暖色系の発光を放つ発光装置を提供できる。また、黄色系光は比較的視感度が高く、光束は高くなる。特に、蛍光体層の材料設計によっては、Ｒａが９０以上の、高い演色性をもつ出力光を得ることが可能である。また、上記黄色蛍光体に近い蛍光を放つ（Ｓｒ，Ｃａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体等を使用することも好ましい。
【００６９】
本実施形態においては、上記蛍光体層に含まれる前述の赤色蛍光体以外の蛍光体として、窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体を実質的に含まないことが好ましい。これにより、発光装置に用いる窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体の使用量を最少限にでき、発光装置の製造コストの低減を図ることができる。また、上記蛍光体層に含まれる前述の赤色蛍光体以外の蛍光体として、硫化物系蛍光体を実質的に含まないことが好ましい。これにより、発光装置の信頼性を高めることができ、例えば、劣化等の経時変化の少ない発光装置を提供できる。
【００７０】
なお、実施形態５においても、上記蛍光体層に含まれる蛍光体は、高い光束を得るために、Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活された蛍光体以外の蛍光体を実質的に含まない構成にするのが好ましい。また、蛍光体層に実質的に含まれる蛍光体の中で、発光素子が放つ光の励起下において、最も内部量子効率が低い蛍光体の内部量子効率は、８０％以上とすることが好ましい。
【００７１】
以下、本発明の発光装置の実施形態を、図面を用いて説明する。
【００７２】
図１、図２、図３は、本発明の発光装置の一例を示す半導体発光素子の断面図である。
【００７３】
図１は、サブマウント素子４の上に、少なくとも１つの発光素子１を導通搭載し、蛍光体２を含む蛍光体層３を兼ねる母材によって封止した構造の半導体発光素子を示す。図２は、リードフレーム５のマウント・リードに設けたカップ６に、少なくとも１つの発光素子１を導通搭載し、さらにカップ６内に蛍光体２を含む蛍光体層３を設け、全体を、例えば樹脂等の封止材７を用いて封止した構造の半導体発光素子を示す。図３は、筐体８内に、少なくとも１つの発光素子１を導通搭載し、さらに蛍光体２を含む蛍光体層３を設けた構造の、チップタイプの半導体発光素子を示す。
【００７４】
図１〜図３において、発光素子１は電気エネルギーを光に換える光電変換素子であり、３６０ｎｍ以上５００ｎｍ未満、好ましくは３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満又は４４０ｎｍ以上５００ｎｍ未満、より好ましくは３９５ｎｍ以上４１５ｎｍ以下又は４５０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を放つ発光素子であれば特に限定されず、例えば、ＬＥＤ、ＬＤ、面発光ＬＤ、無機ＥＬ素子、有機ＥＬ素子等を用いればよい。特に、半導体発光素子の高出力化のためには、ＬＥＤ又は面発光ＬＤが好ましい。
【００７５】
図１〜図３において、蛍光体層３は、蛍光体２として、組成式（Ｍ1-xＥｕx）ＡｌＳｉＮ3で表される窒化物蛍光体であり、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選ばれる少なくとも１つの元素であり、ｘは式０．００５≦ｘ≦０．３を満たす数値である蛍光体を少なくとも分散させて構成する。
【００７６】
蛍光体層３の母材に用いる材料は特に限定されず、一般に透明な、例えばエポキシ樹脂、シリコン樹脂等の樹脂や低融点ガラス等を用いればよい。発光強度の動作時間に伴う低下が少ない発光装置を提供する目的で好ましい上記母材は、シリコン樹脂又は低融点ガラス等の透光性無機材料であり、より好ましくは上記透光性無機材料である。例えば、蛍光体層３の母材に上記透明樹脂を用いた場合、窒化物蛍光体の含有量は５〜８０重量％が好ましく、１０〜６０重量％がより好ましい。蛍光体層３に含まれる窒化物蛍光体は、上記発光素子１が駆動によって放つ光の一部又は全部を吸収して、赤色系光に変換するため、少なくとも窒化物蛍光体が放つ発光成分を半導体発光素子の出力光として含む。
【００７７】
また、蛍光体２として、少なくとも組成式（Ｍ1-xＥｕx）ＡｌＳｉＮ3で表される窒化物蛍光体を含む場合、蛍光体層３は、上記窒化物蛍光体以外の蛍光体をさらに含んでもよいし、含まなくてもよい。例えば、上述した、Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活され、３６０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域の励起光下における内部量子効率が高いアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体、窒化物蛍光体及び酸窒化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロ燐酸塩蛍光体、チオガレート蛍光体等を、以下（１）〜（６）に示す組み合わせで用い、発光素子１を３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する紫色発光素子とすると、発光素子１が放つ光によって蛍光体が高効率励起され、複数の蛍光体が放つ光の混色等によって、例えば、白色系光を放つ半導体発光素子になる。
（１）  ４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満、好ましくは４４０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ青色蛍光体と、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満、好ましくは５１０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を放つ緑色蛍光体と、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満、好ましくは５６５ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を放つ黄色蛍光体と、上記窒化物蛍光体とを含む蛍光体層。
（２）  ４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満、好ましくは４４０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ青色蛍光体と、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満、好ましくは５１０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を放つ緑色蛍光体と、上記窒化物蛍光体とを含む蛍光体層。
（３）  ４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満、好ましくは４４０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ青色蛍光体と、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満、好ましくは５６５ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を放つ黄色蛍光体と、上記窒化物蛍光体とを含む蛍光体層。
（４）  ５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に、好ましくは５２５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ緑色蛍光体と、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域に、好ましくは５６５ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を放つ黄色蛍光体と、上記窒化物蛍光体とを含む蛍光体層。
上記黄色蛍光体と、上記窒化物蛍光体とを含む蛍光体層。
（５）  上記黄色蛍光体と、上記窒化物蛍光体とを含む蛍光体層。
（６）  上記緑色蛍光体と、上記窒化物蛍光体とを含む蛍光体層。
【００７８】
また、上記蛍光体を、以下（７）〜（９）に示す組み合わせで用い、発光素子１を４２０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色発光素子とすると、発光素子１が放つ光と蛍光体が放つ光との混色等によって、白色系光を放つ半導体発光素子になる。
（７）  ５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に、好ましくは５２５ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ緑色蛍光体と、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域に、好ましくは５６５ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を放つ黄色蛍光体と、上記窒化物蛍光体とを含む蛍光体層。
（８）  上記黄色蛍光体と、上記窒化物蛍光体とを含む蛍光体層。
（９）  上記緑色蛍光体と、上記窒化物蛍光体とを含む蛍光体層。
【００７９】
なお、発光素子を青色発光素子とする場合、上記緑色蛍光体、上記黄色蛍光体としては、Ｅｕ2+で付活されたアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体、Ｅｕ2+で付活された窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体の他にも、Ｃｅ3+で付活されたガーネット構造を有する蛍光体（特に、ＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体）、Ｅｕ2+で付活されたチオガレート蛍光体等から広く選択可能である。さらに具体的に説明すると、例えば、ＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体、Ｙ3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ3+緑色蛍光体、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+緑色蛍光体、ＢａＹ2ＳｉＡｌ4Ｏ12：Ｃｅ3+緑色蛍光体、Ｃａ3Ｓｃ2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅ3+緑色蛍光体、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+黄色蛍光体、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+，Ｐｒ3+黄色蛍光体、ＣａＧａ2Ｓ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体等が使用できる。
【００８０】
あるいは、図１〜図３において蛍光体層３は、蛍光体２として、少なくともＥｕ2+で付活されて赤色光を放つ窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体と、Ｅｕ2+で付活され、かつ、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満又は５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満のいずれかの波長領域に発光ピークを有するアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体とを分散させて構成する。
【００８１】
蛍光体層３は、上述した蛍光体層３の母材を用いればよい。また、蛍光体層３に含まれる蛍光体２は、上記発光素子１が放つ光の一部又は全部を吸収して光に変換するため、半導体発光素子の出力光は、窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体が放つ発光成分と、アルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体が放つ発光成分とを少なくとも含む。
【００８２】
また、蛍光体２として、Ｅｕ2+で付活されて赤色光を放つ窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体と、Ｅｕ2+で付活され、かつ、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満又は５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満のいずれかの波長領域に発光ピークを有するアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体とを含む場合も、蛍光体層３は、上記窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体、及びアルカリ土類金属オルト珪酸塩蛍光体以外の蛍光体をさらに含んでもよいし、含まなくてもよい。
【００８３】
但し、窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体や硫化物系蛍光体の使用量を削減する目的では、上記以外の窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体や硫化物系蛍光体を含まないことが好ましい。
【００８４】
例えば、上述したＥｕ2+又はＣｅ3+で付活され、３６０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域の励起下において内部量子効率が高い、アルミン酸塩蛍光体、ハロ燐酸塩蛍光体等と、上記（１）〜（６）に示した蛍光体とを組み合わせて用いれば、発光素子１が放つ光によって蛍光体が高効率励起され、複数の蛍光体が放つ光の混色によって、白色系光を放つ半導体発光素子になる。また、上記（７）〜（９）に示した蛍光体とを組み合わせて用いれば、発光素子１が放つ光と蛍光体が放つ光との混色によって、白色系光を放つ半導体発光素子になる。
【００８５】
本実施形態の半導体発光素子において、上記青色発光素子の励起下における外部量子効率は必ずしも高くないが内部量子効率は高い蛍光体を用いるので、例えば、青色発光素子が放つ光と蛍光体が放つ光の混色によって、所望の白色系光を得ようとした場合、比較的多くの蛍光体を必要とする。従って、所望の白色系光を得ようとすると、必然的に蛍光体層の厚みを増す必要がある。一方、蛍光体層の厚さが増加すると、白色系光の色むらが少ない発光装置になるメリットもある。
【００８６】
蛍光体層３を複層又は多層構造として、その一部の層に上記窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体を含む蛍光体層とすれば、本実施形態の半導体発光素子である発光装置の発光の色斑や出力斑を抑制できるので好ましい。
【００８７】
なお、Ｅｕ2+を発光中心イオンとして含む窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体は、青、緑、黄の可視光を吸収して赤色光に変換するため、上記窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体を含む蛍光体層３を、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体のいずれかの蛍光体と上記窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体とを混合して形成すると、上記青、緑、黄色蛍光体の発光も吸収して、上記窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体が赤色光を放つことになる。このため、発光装置の発光色の制御が、蛍光体層の製造工程上の理由で難しくなる。この課題を防ぐため、蛍光体層３を複層又は多層構造とし、上記発光素子１の主光出力面に最も近い層を、赤色光を放つ窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体として、上記青、緑、黄色蛍光体の発光によって励起され難くすることが好ましい。また、Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活された上記黄色蛍光体は青色系光や緑色系光で励起され、Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活された上記緑色蛍光体は青色系光で励起されるため、発光色の異なる複種類の蛍光体を混合して蛍光体層３を形成した場合には、前述の課題と同様の課題が生じることになる。この課題を解決するために、本実施形態における半導体発光装置は、蛍光体層３を複層又は多層構造とし、発光素子１の主光出力面から遠い層に、波長の短い光を放つ蛍光体を含む層を構成することが好ましい。
【００８８】
本実施形態の半導体発光素子は、上記発光素子と、この発光素子の励起下における内部量子効率が高く、励起光を効率よく赤色系光に変換する窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体を少なくとも含む蛍光体層とを備え、少なくとも上記窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体が放つ赤色系の発光成分を出力光に含む発光装置であり、高い光束と高い演色性とを両立する発光装置、特に暖色系の白色光を放つ発光装置になる。また、上記発光素子が青色発光素子の場合、上記出力光は、上記発光素子が放つ発光成分をさらに含む発光装置となる。
【００８９】
図４及び図５は、本発明の発光装置の一例を示す、照明・表示装置の構成の概略図である。図４は、上述の蛍光体２を含む蛍光体層３と発光素子１とを組み合わせた半導体発光素子９を少なくとも１つ用いて構成した照明・表示装置と、その出力光１０とを示す。図５は、少なくとも１つの発光素子１と上述の蛍光体２を含む蛍光体層３を組み合わせてなる照明・表示装置と、その出力光１０とを示す。発光素子１及び蛍光体層３については、先に説明した半導体発光素子の場合と同様のものを使用できる。また、このような構成の照明・表示装置の作用や効果等についても、先に説明した半導体発光素子の場合と同様である。
【００９０】
図６〜図１１は、上記図４及び図５で概略を示した、本発明の発光装置の実施形態である照明・表示装置を組み込んだ具体例を示す図である。図６は、一体型の発光部１１を有する照明モジュール１２の斜視図を示す。図７は、複数の発光部１１を有する照明モジュール１２の斜視図を示す。図８は、発光部１１を有し、スイッチ１３によってＯＮ−ＯＦＦ制御や光量制御可能な卓上スタンド型の照明装置の斜視図である。図９は、ねじ込み式口金１４と、反射板１５と、複数の発光部１１を有する照明モジュール１２を用いて構成した光源としての照明装置の側面図Ａと底面図Ｂである。図１０は、発光部１１を備えた平板型の画像表示装置の斜視図である。図１１は、発光部１１を備えたセグメント式の数字表示装置の斜視図である。
【００９１】
本実施形態の照明・表示装置は、上記発光素子の励起下における内部量子効率が高い蛍光体を用い、特に赤色系の発光成分の強度が強く、演色性の良好な半導体発光素子を用いて構成しているので、従来の照明・表示装置に対して同等以上に優れた、高い光束と、特に赤色系の発光成分の強度が強く高い演色性とを両立する照明・表示装置になる。
【実施例】
【００９２】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
【００９３】
（実施例１）
本実施例では、発光装置として、図２４に示すカード型の照明モジュール光源を作製し、発光特性を評価した。図２５は、図２４の一部断面図である。
【００９４】
まず、半導体発光素子２１の製造方法を説明する。ｎ型Ｓｉウエハー上に、元々、マトリックス状に形成した、Ｓｉダイオード素子（サブマウント素子）２２の、各々対をなすｎ電極２３とｐ電極２４の上に、マイクロバンブ２５を介して、ＧａＩｎＮを発光層として４７０ｎｍ付近に発光ピークを有する発光を放つ青色ＬＥＤチップ２６を導通搭載した。
【００９５】
なお、元々マトリックス状に形成した、各々のＳｉダイオード素子２２の上に、青色ＬＥＤチップ２６を導通搭載したため、結果として、青色ＬＥＤチップ２６も、マトリックス状に実装されていることになる。
【００９６】
続いて、ｎ電極２３とｐ電極２４とを、各々青色ＬＥＤチップ２６のｎ電極及びｐ電極に接続した後、印刷技術を用いて、上記青色ＬＥＤチップ２６の周辺部に蛍光体２を含む蛍光体層３を形成した。さらに、上記蛍光体層３の上面を研削して平坦化した後、ダイヤモンドカッターを用いて個々に切断分離して半導体発光素子２１を形成した。
【００９７】
次に、アルミニウム金属基板２７（大きさ３ｃｍ×３ｃｍ、厚さ１ｍｍ）上に、第１の絶縁体厚膜２８（厚さ７５μｍ）、銅電極２９（厚さ約１０μｍ、幅０．５ｍｍ）、第２の絶縁体厚膜３０（厚さ３０μｍ）、電極パッド３１ａ及び３１ｂ（厚さ約１０μｍ、合計６４対）を順次積層して放熱性多層基板３２を形成した。上記第１の絶縁体厚膜２８と上記第２の絶縁体厚膜３０は、熱圧着によって形成したアルミナ分散エポキシ樹脂からなる。また、上記銅電極２９はエッチング技術によってパターニング形成したものであり、上記電極パッド３１ａ及び３１ｂは、エッチング技術によって形成した給電用のマイナス及びプラスの電極である。なお、第２の絶縁体厚膜３０の一部にはコンタクトホールを設け、上記電極パッド３１ａ及び３１ｂは、上記銅電極２９を通して給電できるように形成した。
【００９８】
次に、半導体発光素子２１を放熱性多層基板３２上の所定の位置に載置した。このとき、Ｓｉダイオード素子２２の裏面電極（ｎ電極）３３は、Ａｇペーストを用いて電極パッド３１ａに固着接続し、ｐ電極２４上のボンディングパッド部３５は、Ａｕワイヤー３４を用いて電極パッド３１ｂに接続して、半導体発光素子２１に給電できるように形成した。
【００９９】
次に、逆円錐筒状の研削穴を有するアルミニウム金属反射板３６を、放熱性多層基板３２上に、接着剤を用いて接着した。このとき、放熱性多層基板３２上の半導体発光素子２１は、アルミニウム金属反射板３６の研削穴部に収まるように形成した。さらに、半導体発光素子２１と研削穴部の全体を包み覆うように、エポキシ樹脂を用いたドーム状のレンズ３７を形成し、実施例１の発光装置を得た。
【０１００】
図２４は、実施例１の発光装置の斜視図である。実施例１では、半導体発光素子２１を６４個用いてカード型の照明モジュール光源を作製し、発光特性を評価した。
【０１０１】
実施例１は、銅電極２９に、半導体発光素子２１を３２個直列接続した２つの半導体発光素子群に各々４０ｍＡ程度、合わせて８０ｍＡ程度の電流を流すことによって、半導体発光素子２１を駆動させ、出力光を得た。この出力光は、上記青色ＬＥＤチップ２６が放つ光と、この光によって励起されて発光した、蛍光体層３に含まれる蛍光体が放つ光の混色光である。さらに、この出力光は、ＬＥＤチップ及び蛍光体の種類と量を適宜選択することにより、任意の白色光を得られた。
【０１０２】
以下、蛍光体層３について詳説する。
【０１０３】
蛍光体層３は、蛍光体を添加したエポキシ樹脂を乾固して形成した。実施例１では、蛍光体として、波長６２５ｎｍ付近に発光ピークを有するＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体（中心粒径：２．２μｍ、最大内部量子効率：６０％）と、波長５５５ｎｍ付近に発光ピークを有する（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体（中心粒径：１２．７μｍ、最大内部量子効率：９１％）の２種類を用い、エポキシ樹脂には、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂を主成分とするエポキシ樹脂（主材）と、脂環式酸無水物を主成分とするエポキシ樹脂（硬化材）の二液混合型のエポキシ樹脂を用いた。ＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体と（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体とは重量割合、約１：１０で混合し、この混合蛍光体とエポキシ樹脂とは重量割合、約１：３（蛍光体濃度＝２５重量％）で混合した。
【０１０４】
（比較例１）
蛍光体に波長６２５ｎｍ付近に発光ピークを有するＳｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+赤色蛍光体（中心粒径：１．８μｍ、最大内部量子効率：６２％）と、波長５６０ｎｍ付近に発光ピークを有するＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+黄色蛍光体（中心粒径：１７．６μｍ、最大内部量子効率：９８％）の２種類を用いて、カード型の照明モジュール光源を実施例１と同様に作製した。蛍光体層３としては、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+赤色蛍光体とＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+黄色蛍光体とを重量割合、約１：６で混合し、この混合蛍光体とエポキシ樹脂とを重量割合、約１：１４（蛍光体濃度＝６．７重量％）で混合したものを用いた。そして実施例１と同様に、半導体発光素子に電流を流すことにより出力光を得て、その発光特性を評価した。
【０１０５】
蛍光体層３の厚さは、等しい光色（相関色温度約３８００Ｋ、ｄｕｖ、色度）の白色光を得るため、実施例１が厚さ約５００μｍ、比較例１が厚さ約１００μｍに形成した。なお、実施例１のＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体と比較例１のＳｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+赤色蛍光体の発光特性は元々類似している。そこで、さらに比較精度を高める目的で、実施例１の蛍光体は、比較例１と出来る限り発光性能の似た緑色蛍光体を選択した。実施例１の（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体と、図１５に示した（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体とは、ＳｒとＢａの原子比は異なるが、内部量子効率及び外部量子効率の励起波長依存性は類似している。
【０１０６】
以下、実施例１と比較例１にかかる発光装置の発光特性を説明する。
【０１０７】
図２６、図２７に実施例１及び比較例１の発光スペクトルをそれぞれ示した。図２６、図２７からわかるように、実施例１及び比較例１の発光装置は、よく似た発光スペクトルをもち、いずれも４７０ｎｍ付近と６００ｎｍ付近に発光ピークを有する白色光、すなわち、青色系光と黄色系光の混色によって白色光を放つ。
【０１０８】
表１に、実施例１と比較例１の発光装置の発光特性を示す。
【０１０９】
【表１】
0005604482.tif 000002
【０１１０】
表１のｄｕｖは白色光の黒体放射軌跡からのずれを示す指数である。Ｒａは平均演色評価数、Ｒ９は赤色の特殊演色評価数であり、基準光で見た色を１００として、試験光が試験色をどれだけ忠実に再現しているかを表す。
【０１１１】
ほぼ等しい光色（相関色温度、ｄｕｖ及び色度）の条件下で、実施例１は、４７０ｎｍの光照射下での発光強度が低い（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体を用いたにも関わらず、比較例１とほぼ等しいＲａ、Ｒ９及び光束を示した。すなわち、実施例１は、高演色性と高光束を両立する従来の発光装置である比較例１と、同等の発光性能を有することがわかった。この理由として、青色ＬＥＤの放つ光照射下における、実施例１で用いた蛍光体の内部量子効率が高く、蛍光体に吸収された青色ＬＥＤの放つ光が効率良く波長変換されて発光するとともに、吸収されなかった青色ＬＥＤの放つ光が効率良く出力されたことが考えられる。
【０１１２】
なお、発光装置の相関色温度は、上記蛍光体濃度や蛍光体層の厚みを変えることによって任意に調整可能であり、所定の分光分布と所定の内部量子効率を有する少なくとも１つの蛍光体と、透過率が１００％の例えば樹脂等の母材とを用いて蛍光体層を構成し、さらに、所定の分光分布を有する一定出力の発光素子を用いて発光装置を構成し、出力光の相関色温度を変えた場合の演色評価数、光束等の発光特性は、シミュレーションによって評価できる。但し、演色評価数だけであれば、内部量子効率の数値は無くてもよく、蛍光体と発光素子の分光分布だけでシミュレーション評価可能である。そこで、上記発光装置の高演色性と高光束を両立する光色を調べるため、実施例１及び比較例１の発光装置が放つ白色光の、ｄｕｖを０として相関色温度を変えた場合のＲａと相対光束の挙動とを、シミュレーションによって評価した。
【０１１３】
図２８に、実施例１及び比較例１の発光装置が放つ白色光の、相関色温度を変えた場合の相対光束を、シミュレーションによって評価した結果を示した。図２８から、実施例１及び比較例１は同様の振る舞いを示し、白色光の相関色温度が３０００Ｋ以上６０００Ｋ以下、好ましくは３５００Ｋ以上５０００Ｋ以下の発光装置を作製した場合、実施例１は、比較例１において相関色温度を３７９７Ｋにした場合の光束の９５〜１００％に当たる比較的高い光束を示すことがわかる。なお、上記比較例１の相関色温度を３７９７Ｋにした場合の光束は、図２８中に実線で示した。
【０１１４】
また、図２９に、実施例１及び比較例１の発光装置が放つ白色光の、相関色温度を変えた場合の相対光束を、シミュレーションによって評価した結果を示した。実施例１及び比較例１は、白色光の相関色温度が２０００Ｋ以上５０００Ｋ以下、好ましくは２５００Ｋ以上４０００Ｋ以下の発光装置を作製した場合に、Ｒａが８０以上の比較的高い数値を示すことがわかる。
【０１１５】
図２８及び図２９より、実施例１及び比較例１は、白色光の相関色温度が３０００Ｋ以上５０００Ｋ以下、好ましくは３０００Ｋ以上４５００Ｋ以下、より好ましくは３５００Ｋ以上４０００Ｋ以下の発光装置を作製した場合に、高い光束と高いＲａを両立する発光装置を得られることがわかる。
【０１１６】
（実施例２）
実施例１の（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体を、波長５５５ｎｍ付近に発光ピークを有する蛍光体から、波長５３５ｎｍ付近に発光ピークを有する蛍光体に変更し、ｄｕｖを０として相関色温度を変化させた発光装置を構成し実施例２とした。
【０１１７】
図３０に、実施例２の放つ白色光のＲａをシミュレーションによって評価した結果を示した。図３０から、相関色温度の低い発光装置ほど高いＲａを示し、相関色温度が２０００Ｋ以上５０００Ｋ以下の白色光を放つ発光装置を作製した場合に、Ｒａが８０以上を示し、さらに、相対色温度３０００Ｋ以下の場合には、Ｒａが９０以上を示すことがわかる。
【０１１８】
図３１に、実施例２の放つ白色光のＲ９をシミュレーションによって評価した結果を示した。図３１から、相関色温度が２０００Ｋ以上８０００Ｋ以下の白色光を放つ発光装置を作製した場合に、Ｒ９が４０以上の高い数値を示し、２５００Ｋ以上６５００Ｋ以下にした場合には約６０以上、３０００Ｋ以上５０００Ｋ以下にした場合には約８０以上の高いＲ９を示すことがわかる。
【０１１９】
図３２に、実施例２の発光装置が放つ白色光の、相関色温度を変えた場合の相対光束を、シミュレーションによって評価した結果を示した。図３２から、実施例２を白色光の相関色温度が２５００Ｋ以上８０００Ｋ以下、好ましくは３０００Ｋ以上５０００Ｋ以下、より好ましくは３５００Ｋ以上４５００Ｋ以下の発光装置を作製した場合に、実施例２は、比較例１において相関色温度を３７９７Ｋにした場合の光束の８２〜８５％に当たる比較的高い光束を示すことがわかる。なお、上記比較例１の相関色温度を３７９７Ｋにした場合の光束は、図３２中に実線で示した。
【０１２０】
図３０〜図３２より、実施例２の発光装置は、相関色温度が３０００Ｋ以上５０００Ｋ以下の白色光を放つ発光装置は、Ｒａ及びＲ９が８０以上であり、かつ、高い光束を両立する、演色性の高い出力光を放つ。さらに、相関色温度が３５００Ｋ以上４５００Ｋ以下の場合には、Ｒａ及びＲ９が８２以上であり、かつ、高い光束を両立する、より好ましい演色性の出力光を放ち、特に、相対色温度約４０００Ｋの場合には、Ｒａ及びＲ９が８５以上であり、かつ、より高い光束を両立する、よりいっそう好ましい演色性の出力光を放つ。
【０１２１】
図３３には、特に好ましい相関色温度４０００Ｋ（ｄｕｖ＝０）の暖色系白色光を放つ実施例２の発光装置の、発光スペクトルのシミュレーションデータを示した。この発光スペクトルの場合、色度（ｘ，ｙ）は（０．３８０５，０．３７６８）であり、Ｒａが８６、Ｒ９が９５である。この発光スペクトルの形状は、青色ＬＥＤによる４６０〜４８０ｎｍの波長領域の発光ピークと、希土類イオンの５ｄ−４ｆ電子遷移に基づく発光を放つ実施例２の緑色蛍光体による５２０〜５５０ｎｍの波長領域の発光ピークと、希土類イオンの５ｄ−４ｆ電子遷移に基づく発光を放つ実施例２の赤色蛍光体による６１０〜６４０ｎｍの波長領域の発光ピークとの強度の比率、４６０〜４８０ｎｍ：５２０〜５５０ｎｍ：６１０〜６４０ｎｍが、２４〜２８：１２〜１５：１６〜２０である。本発明の好ましい形態の一つは、発光ピークが上記比率の発光スペクトルの形状を有する暖色系白色光を放つことを特徴とする発光装置である。なお、上述の希土類イオンの５ｄ−４ｆ電子遷移に基づく発光を放つ蛍光体とは、主にＥｕ2+又はＣｅ3+の希土類イオンを発光中心イオンとして含む蛍光体を示す。このような蛍光体は、発光ピークの波長が同じ場合、蛍光体母体の種類に関わらず、似通った発光スペクトルの形状になる。
【０１２２】
また、実施例１の緑色蛍光体を、５２０〜５５０ｎｍの波長範囲に発光ピークを有する（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体に変更し、５６０〜５８０ｎｍの波長範囲に発光ピークを有する（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+黄色蛍光体をさらに加えた場合、シミュレーションによって演色性の高い発光装置を得られることがわかった。例えば、相対色温度３８００Ｋ、ｄｕｖ＝０、色度（０．３８９７，０．３８２３）の出力光において、Ｒａが８８、Ｒ９が７２、相対光束が９３％であった。
【０１２３】
実施例１の緑色蛍光体を、さらに短い、例えば５２０ｎｍの波長領域に発光ピークを有する（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体に変更した場合、ｄｕｖ＝０となる光色条件の下で、相関色温度と、Ｒａ、Ｒ９及び相対光束との関係を、シミュレーションによって評価した。その結果、緑色蛍光体の発光ピークの波長が短い発光装置ほど、Ｒａ、Ｒ９及び相対光束の数値は低くなり、照明装置としての性能が低下することがわかった。例えば、波長５２０ｎｍに発光ピークを有する緑色蛍光体を用いた場合、相関色温度３８００Ｋ、ｄｕｖ＝０、色度（０．３８９７，０．３８２３）では、Ｒａが８０、Ｒ９が７１、相対光束が８５％であった。以上より、発光ピークの波長が５２５ｎｍ以上の緑色蛍光体を用いることが好ましい。
【０１２４】
なお、実施例１及び実施例２は、ＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体を用いたが、組成式（Ｍ1-xＥｕx）ＡｌＳｉＮ3で表される赤色蛍光体であり、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選ばれる少なくとも１つの元素であり、ｘは、式０．００５≦ｘ≦０．３を満たす数値であれば、特に限定されるものではない。例えば、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体にも、同様の作用効果が認められる。
【０１２５】
また、ＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体の代わりに、例えば、類似の発光特性を示す、公知の窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体、例えば、組成式（Ｍ1-xＥｕx）ＳｉＮ2あるいは組成式（Ｍ1-xＥｕx）2Ｓｉ5Ｎ8等で表されるニトリドシリケート蛍光体や、組成式（Ｍ1-xＥｕx）2Ｓｉ4ＡｌＯＮ7で表されるオクソニトリドアルミノシリケート蛍光体等を用いた場合でも、同様の作用効果が認められる。但し、上記組成式のＭは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選ばれる少なくとも１つの元素であり、ｘは、式０．００５≦ｘ≦０．３を満たす数値である。
【０１２６】
また、緑色蛍光体及び黄色蛍光体は上述の実施例で使用したものに限定されず、５２５ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ蛍光体であれば、例えば、４２０ｎｍ未満の波長領域に励起スペクトルの最長波長側の励起ピークを有する蛍光体を使用することもできる。なお、白色ＬＥＤに用いられる蛍光体として公知なＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体、例えば、（Ｙ3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ3+緑色蛍光体、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+緑色蛍光体、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+黄色蛍光体、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+，Ｐｒ3+黄色蛍光体等を、上記緑色蛍光体又は黄色蛍光体としても、同様の作用効果が認められる。
【０１２７】
（実施例３）
本実施例では、実施例１又は２で説明した青色ＬＥＤチップ２６の代わりに、ＧａＩｎＮを発光層として４０５ｎｍ付近に発光ピークを有する発光を放つ紫色ＬＥＤチップを導通搭載して、図２４及び図２５に示すカード型の照明モジュール光源を作製し、発光特性を評価した。本実施例の出力光は、少なくとも、上記紫色ＬＥＤチップが放つ光によって励起されて発光した、蛍光体層３に含まれる蛍光体が放つ光を主体にしてなる混色光である。さらに、この出力光は、蛍光体の種類と量を適宜選択することにより、任意の白色光を得られた。
【０１２８】
以下、本実施例の蛍光体層３について詳説する。
【０１２９】
蛍光体層３は、蛍光体を添加したエポキシ樹脂を乾固して形成した。本実施例では、蛍光体として、波長６２５ｎｍ付近に発光ピークを有するＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体（中心粒径：２．２μｍ、最大内部量子効率：６０％、４０５ｎｍ励起下での内部量子効率：約６０％）と、波長５３５ｎｍ付近に発光ピークを有する（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体（中心粒径：１５．２μｍ、最大内部量子効率：９７％、４０５ｎｍ励起下での内部量子効率：約９７％）と、波長４５０ｎｍ付近に発光ピークを有するＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+青色蛍光体（中心粒径：８．５μｍ、最大内部量子効率：約１００％、４０５ｎｍ励起下での内部量子効率：約１００％）の３種類を用い、エポキシ樹脂には、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂を主成分とするエポキシ樹脂（主材）と、脂環式酸無水物を主成分とするエポキシ樹脂（硬化材）の二液混合型のエポキシ樹脂を用いた。なお、上記ＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体は、製造条件が未だ最適化されていないために、内部量子効率は低いが、今後製造条件の最適化によって、１．５倍以上の内部量子効率の改善が可能である。ＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体と（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体とＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+青色蛍光体は、重量割合、約６：１１：３０で混合し、この混合蛍光体とエポキシ樹脂とは重量割合、約１：３（蛍光体濃度＝２５重量％）で混合した。
【０１３０】
（比較例２）
蛍光体に波長６２６ｎｍ付近に発光ピークを有するＬａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+赤色蛍光体（中心粒径：９．３μｍ、最大内部量子効率：８４％、４０５ｎｍ励起下での内部量子効率：約５０％）と、波長５３５ｎｍ付近に発光ピークを有する（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体（中心粒径：１５．２μｍ、最大内部量子効率：９７％、４０５ｎｍ励起下での内部量子効率：約９７％）と、波長４５０ｎｍ付近に発光ピークを有するＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+青色蛍光体（中心粒径：８．５μｍ、最大内部量子効率：約１００％、４０５ｎｍ励起下での内部量子効率：約１００％）の３種類を用いて、カード型の照明モジュール光源を実施例３と同様に作製した。蛍光体層３としては、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+赤色蛍光体と（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+緑色蛍光体とＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+青色蛍光とを重量割合、約１５５：２０：３３で混合し、この混合蛍光体とエポキシ樹脂とを重量割合、約１：３（蛍光体濃度＝２５重量％）で混合したものを用いた。そして実施例３と同様に、半導体発光素子に電流を流すことにより出力光を得て、その発光特性を評価した。
【０１３１】
蛍光体層３の厚さは、等しい光色（相関色温度約３８００Ｋ、ｄｕｖ、色度）の白色光を得るため、実施例３と比較例２、共に、厚さ約５００μｍに形成した。
【０１３２】
以下、実施例３と比較例２にかかる発光装置の発光特性を説明する。
【０１３３】
図３４、図３５に実施例３及び比較例２の発光スペクトルをそれぞれ示した。図３４、図３５からわかるように、実施例３及び比較例２の発光装置は、いずれも４０５ｎｍ付近、４５０ｎｍ付近、５３５ｎｍ付近、６２５ｎｍ付近に発光ピークを有する白色系の光、すなわち、紫色光と青色光と緑色光と赤色光の混色によって白色光を放つ。なお、４０５ｎｍ付近の発光ピークは、上記紫色発光素子の光の漏れであり、４５０ｎｍ付近、５３５ｎｍ付近、及び６２５ｎｍ付近の発光ピークは蛍光体によって、上記紫色光が波長変換された光である。
【０１３４】
表２に、実施例３と比較例２の発光装置の発光特性を示す。
【０１３５】
【表２】
0005604482.tif 000003
【０１３６】
表２のｄｕｖは白色光の黒体放射軌跡からのずれを示す指数である。Ｒａは平均演色評価数、Ｒ１〜Ｒ１５は特殊演色評価数であり、基準光で見た色を１００として、試験光が試験色をどれだけ忠実に再現しているかを示す。特にＲ９は、赤色の特殊演色評価数である。
【０１３７】
蛍光体の製造条件が最適化されておらず、最大内部量子効率が６０％と性能の低い赤色蛍光体を用いているにも関わらず、実施例３は、ほぼ等しい光色（相関色温度、ｄｕｖ及び色度）の条件下で、比較例２よりも相対光束が１７％高い白色系光を放った。比較例２で用いた赤色蛍光体の最大内部量子効率は８３％であり、発光装置の出力効率はさらに約２０％改善される可能性はあるが、実施例３で用いた赤色蛍光体の場合では、最大内部量子効率は６０％であり、発光装置の白色出力はさらに約６５％以上改善できる余地がある。すなわち、理論的にも、最終的には、実施例３の、発光装置の材料構成の方が高い光束の白色系光を放つことになる。
【０１３８】
また、実施例３の発光装置は、少なくとも上記した蛍光体を組み合わせて、相関色温度３８００Ｋの白色光を放つように構成した場合には、比較例２よりも大きなＲａを示した。また、Ｒ９だけでなくＲ１〜Ｒ１５の全ての特殊演色評価数において、比較例２よりも大きな数値が得られた。このことは、実施例３が、演色性の極めて良好な白色光を放つことを示すものである。
【０１３９】
なお、実施例３の発光装置は、Ｒ１〜Ｒ１５の特殊演色評価数の数値が、いずれも８０以上の演色性の高い白色光を放つ発光装置であり、太陽光に近い光を放つことを示している。このような発光装置は、特に医療用に適するものであり、例えば内視鏡用等に応用可能なＬＥＤ光源を提供するとともに、太陽光に近い光の下で診断可能な、優れた内視鏡システムを提供することもできるようになる。
【０１４０】
以下、上記発光装置の高演色性と高光束を両立する光色を調べるため、実施例３及び比較例２の発光装置が放つ白色光の、ｄｕｖを０として相関色温度を変えた場合のＲａと相対光束の挙動とを、シミュレーションによって評価した結果を説明する。
【０１４１】
図３６に、実施例３及び比較例２の発光装置が放つ白色光の、相関色温度を変えた場合の相対光束を、シミュレーションによって評価した結果を示した。図３６から、実施例３の発光装置は、２０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下の広い相関色温度範囲に渡って、比較例２よりも、１０〜２０％程度高い光束の白色光を放つことがわかる。また、実施例３の発光装置は、出力光の相関色温度が２５００Ｋ以上１２０００Ｋ以下、好ましくは３５００Ｋ以上７０００Ｋ以下の発光装置を作製した場合に、比較例２において相関色温度を３７９２Ｋにした場合の光束の１１０〜１１５％レベル以上に相当する比較的高い光束を示すことがわかる。なお、上記比較例２の相関色温度を３７９２Ｋにした場合の光束は、図３６中に実線で示した。
【０１４２】
以下、実施例３及び比較例２で用いた各蛍光体について、製造条件が十分最適化され、最大内部量子効率が１００％の蛍光体が得られたと仮定し、この理想的な蛍光体を用いた場合の光束をシミュレーション評価した結果を示す。本シミュレーションでは、図１３、図１５、図２０及び図２３から、各蛍光体の４０５ｎｍ励起下における内部量子効率を下記表３に示すように見積もり評価した。
【０１４３】
【表３】
0005604482.tif 000004
【０１４４】
図３７に、理想的な蛍光体を用いた場合に、実施例３及び比較例２の発光装置が放つ白色光の、相関色温度を変えた場合の相対光束を、シミュレーションによって評価した結果を示した。図３７から、実施例３の発光装置において、理想的な蛍光体を用いた場合には、２０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下の広い相関色温度範囲に渡って、比較例２よりも、４５〜６５％程度高い光束の白色光を放つことがわかる。また、白色光の相関色温度が２５００Ｋ以上１２０００Ｋ以下、好ましくは３５００Ｋ以上６０００Ｋ以下の発光装置を作製した場合に、比較例２において相関色温度を３７９２Ｋにした場合の光束の１５０〜１６０％以上に相当する比較的高い光束を示すことがわかる。なお、上記比較例２の相関色温度を３７９２Ｋにした場合の光束は、図３７中に実線で示した。
【０１４５】
すなわち、今後のＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体の高性能化によって、同一の相関色温度の評価の下で、比較例２よりも４５〜６５％程度高い光束を放つ発光装置が得られることが予測できる。
【０１４６】
また、図３８に、実施例３及び比較例２の発光装置が放つ白色光の、相関色温度を変えた場合の平均演色評価数（Ｒａ）を、シミュレーションによって評価した結果を示した。実施例３の発光装置は、白色光の相関色温度が２０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下の広い相関色温度範囲に渡って、９０以上の高いＲａを示し、好ましくは３０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下の発光装置を作製した場合に、９５以上の非常に高いＲａを示すことがわかる。
【０１４７】
図３９には、実施例３及び比較例２の発光装置が放つ白色光の、相関色温度を変えた場合の赤色の特殊演色評価数（Ｒ９）を、シミュレーションによって評価した結果を示した。相関色温度２５００Ｋ以上１２０００Ｋ以下の実施例３の発光装置は、比較例２よりも大きなＲ９の数値を示した。また、白色光の相関色温度が２０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下の広い相関色温度範囲に渡って、３０以上の高いＲ９を示し、３０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下では７０以上、３５００Ｋ以上１２０００Ｋでは８０以上、５０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下では９０以上の高いＲ９を示し、赤色演色評価数の高い白色光を放つ好ましい発光装置になることがわかる。なお、Ｒ９の最大値（９６〜９８）は、６０００Ｋ以上８０００Ｋ以下の相関色温度範囲で得ることができた。
【０１４８】
図３６〜図３８より、実施例３の発光装置は、２０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下の広い相関色温度範囲に渡って、比較例２よりも、高い光束と高いＲａの白色光を放つことがわかる。また、白色光の相関色温度が２５００Ｋ以上１２０００Ｋ以下、好ましくは３５００Ｋ以上７０００Ｋ以下、より好ましくは４０００Ｋ以上５５００Ｋ以下の発光装置を作製した場合に、高い光束と高いＲａを両立する発光装置を得られることがわかる。
【０１４９】
また、図３６〜図３９より、実施例３の発光装置は、２５００Ｋ以上１２０００Ｋ以下の広い相関色温度範囲に渡って、比較例２よりも、高い光束と高いＲ９の白色光を放つことがわかる。また、白色光の相関色温度が３０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下、好ましくは３５００Ｋ以上１２０００Ｋ以下、より好ましくは５０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下、特に好ましくは６０００Ｋ以上８０００Ｋ以下の発光装置を作製した場合に、高い光束と高いＲ９を両立する発光装置を得られることがわかる。
【０１５０】
図４０には、光束とＲａの特に好ましい相関色温度４５００Ｋ（ｄｕｖ＝０）の暖色系白色光を放つ実施例３の発光装置の、発光スペクトルのシミュレーションデータを示した。この発光スペクトルの場合、色度（ｘ，ｙ）は（０．３６０８，０．３６３５）であり、Ｒａが９６、Ｒ１が９８、Ｒ２及びＲ６〜Ｒ８が９７、Ｒ３、Ｒ１０及びＲ１１が９１、Ｒ４及びＲ１４が９４、Ｒ５、Ｒ１３及びＲ１５が９９、Ｒ９及びＲ１２が８８である。これより、Ｒ１〜Ｒ１５の全ての特殊演色評価数が８５以上の演色性の良好な白色光を放つ発光装置を提供できることがわかる。この発光スペクトルの形状は、紫色ＬＥＤによる４００〜４１０ｎｍの波長領域の発光ピークと、希土類イオンの５ｄ−４ｆ電子遷移に基づく発光を放つ実施例３のＲＧＢ蛍光体による４４０〜４６０ｎｍ、５２０〜５４０ｎｍ及び６１０〜６４０ｎｍの波長領域の発光ピークとの強度の比率、４００〜４１０ｎｍ：４４０〜４６０ｎｍ：５２０〜５４０ｎｍ：６１０〜６４０ｎｍが、８〜１０：１２〜１４：１５〜１７：１６〜１８である。本発明の好ましい形態の一つは、発光ピークが上記比率の発光スペクトルの形状を有する暖色系白色光を放つことを特徴とする発光装置である。なお、上述の希土類イオンの５ｄ−４ｆ電子遷移に基づく発光を放つ蛍光体とは、主にＥｕ2+又はＣｅ3+の希土類イオンを発光中心イオンとして含む蛍光体を示す。このような蛍光体は、発光ピークの波長が同じ場合、蛍光体母体の種類に関わらず、似通った発光スペクトルの形状になる。
【０１５１】
図４１には、光束とＲａの特に好ましい相関色温度５５００Ｋ（ｄｕｖ＝０）の白色光を放つ実施例３の発光装置の、発光スペクトルのシミュレーションデータを示した。この発光スペクトルの場合、色度（ｘ，ｙ）は（０．３３２４，０．３４１０）であり、Ｒａが９６、Ｒ１及びＲ１３が９８、Ｒ２及びＲ８及びＲ１５が９７、Ｒ３及びＲ１２が９０、Ｒ４が９２、Ｒ５が９９、Ｒ６が９６、Ｒ７が９５、Ｒ９及びＲ１４が９４、Ｒ１０及びＲ１１が９１である。すなわち、本発明によれば、Ｒ１〜Ｒ１５の全ての特殊演色評価数が９０以上の、例えば医療用途に適する、太陽光に近い白色光を放つ発光装置も提供可能である。なお、この発光スペクトルの形状は、紫色ＬＥＤによる４００〜４１０ｎｍの波長領域の発光ピークと、希土類イオンの５ｄ−４ｆ電子遷移に基づく発光を放つ実施例３のＲＧＢ蛍光体による４４０〜４６０ｎｍ、５２０〜５４０ｎｍ及び６１０〜６４０ｎｍの波長領域における発光ピークとの強度の比率、４００〜４１０ｎｍ：４４０〜４６０ｎｍ：５２０〜５４０ｎｍ：６１０〜６４０ｎｍが、４〜６：９〜１１：８〜１０：７〜９である。本発明の好ましい形態の一つは、発光ピークが上記比率の発光スペクトルの形状を有する白色光を放つことを特徴とする発光装置である。
【０１５２】
実施例３では、紫色ＬＥＤと、赤緑青（ＲＧＢ）の３種類の蛍光体を組み合わせてなり、赤色蛍光体をＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+とした場合を説明したが、上記紫色ＬＥＤと、ＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+又はＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+等の上記（Ｍ1-xＥｕx）ＡｌＳｉＮ3の組成式で表される蛍光体とを少なくとも組み合わせて構成し、蛍光体の構成を、赤黄緑青（ＲＹＧＢ）の４種類、あるいは、赤黄青（ＲＹＢ）の３種類等とした場合でも同様の作用と効果が認められる。
【０１５３】
また、実施例３では、ＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体を用いた場合を説明したが、組成式（Ｍ1-xＥｕx）ＡｌＳｉＮ3で表される蛍光体であり、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選ばれる少なくとも１つの元素であり、ｘは式０．００５≦ｘ≦０．３を満たす数値であれば、特に限定されるものではない。また、緑色蛍光体は上述の実施例で使用した緑色蛍光体に限定されず、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ緑色蛍光体であれば特に限定されない。上記緑色蛍光体に代えて、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ黄色蛍光体を用いても良い。なお、発光出力の好ましい、上記緑又は黄色蛍光体は、Ｅｕ2+又はＣｅ3+で付活された蛍光体である。
【０１５４】
なお、ＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体の特性は、従来の赤色蛍光体、例えば、ＳｒＳｉＮ2：Ｅｕ2+、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+、Ｓｒ2Ｓｉ4ＡｌＯＮ7：Ｅｕ2+等の窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体と似通っているので、実施例２又は実施例３において、ＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+赤色蛍光体に代えて、上記従来の窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体を用いた場合でも、同様の作用効果が認められる。
【０１５５】
以下、参考のために、上述した蛍光体のうち、ＳｒＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+、ＳｒＳｉＮ2：Ｅｕ2+、（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+（発光ピーク：５５５ｎｍ）、（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+（発光ピーク：５３５ｎｍ）、（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+（発光ピーク：５２０ｎｍ）、（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+（発光ピーク：５７０ｎｍ）の製造方法を説明する。なお、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+黄色蛍光体、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+赤色蛍光体及びＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+青色蛍光体は、市販のものを用いた。
【０１５６】
表４、表５に、各蛍光体の製造に用いた原料化合物の重量を示した。
【０１５７】
【表４】
0005604482.tif 000005
【０１５８】
【表５】
0005604482.tif 000006
【０１５９】
表４に示した３種類の赤色蛍光体の製造方法を説明する。まず、グローブボックスと乳鉢等を用いて、表４に示した所定の化合物を乾燥窒素雰囲気中で混合し、混合粉末を得た。このとき、反応促進剤（フラックス）は用いなかった。次に、混合粉末をアルミナルツボに仕込み、温度８００〜１４００℃の窒素雰囲気中で２〜４時間仮焼成した後、温度１６００〜１８００℃の窒素９７％、水素３％雰囲気中で２時間本焼成して、赤色蛍光体を合成した。本焼成後の蛍光体粉末の体色は橙色であった。本焼成の後、解砕、分級、洗浄、乾燥の所定の後処理を施し、赤色蛍光体を得た。
【０１６０】
次に、表５に示した４種類の緑色蛍光体及び黄色蛍光体の製造方法を説明する。まず、乳鉢を用いて、表５に示した所定の化合物を大気中で混合し、混合粉末を得た。次に、混合粉末をアルミナルツボに仕込み、温度９５０〜１０００℃の大気中で２〜４時間仮焼成して、仮焼成粉末を得た。この仮焼成粉末に、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）粉末３．６２０ｇをフラックスとして添加し混合した後、温度１２００〜１３００℃の窒素９７％、水素３％雰囲気中で４時間本焼成して、緑色蛍光体及び黄色蛍光体合成した。なお、本焼成後の蛍光体粉末の体色は緑〜黄色であった。本焼成後、解砕、分級、洗浄、乾燥の所定の後処理を施し、緑色蛍光体及び黄色蛍光体を得た。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
以上説明したように、本発明によれば、高い演色性と高光束を両立する、白色発光を放つ発光装置を提供することができる。特に、暖色系の白色発光を放つ、赤色系発光成分の強度の強いＬＥＤ光源等の発光装置を提供でき、その工業的価値は大きい。
【符号の説明】
【０１６２】
１    発光素子
２    蛍光体
３    蛍光体層
４    サブマウント素子
５    リードフレーム
６    カップ
７    封止材
８    筐体
９    半導体発光素子
１０    出力光
１１    発光部
１２    照明モジュール
１３    スイッチ
１４    ねじ込み式口金
１５    反射板
１６    蛍光体の内部量子効率
１７    蛍光体の外部量子効率
１８    蛍光体の励起スペクトル
１９    蛍光体の発光スペクトル
２１    半導体発光素子
２２    Ｓｉダイオード素子
２３    ｎ電極
２４    ｐ電極
２５    マイクロバンブ
２６    青色ＬＥＤチップ
２７    アルミニウム金属基板
２８    第１の絶縁体厚膜
２９    銅電極
３０    第２の絶縁体厚膜
３１ａ、３１ｂ  電極パッド
３２    放熱性多層基板
３３    裏面電極
３４    Ａｕワイヤー
３５    ボンディングパッド部
３６    アルミニウム金属反射板
３７    レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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