(57)【要約】  本発明の発光装置１は、レーザー光を放射する固体発光素子１０と、前記レーザー光を受光して光を放射する複数種類の蛍光体を含む波長変換体５０とを備え、波長変換体５０に含まれる蛍光体は、実質的にＣｅ３＋付活蛍光体からなり、前記レーザー光を受光して５８０ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する光を放射する暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体を少なくとも含み、前記蛍光体が放射する発光成分はＣｅ３＋に由来する発光成分のみからなる。
2016092743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を放射する固体発光素子と、
前記レーザー光を受光して光を放射する複数種類の蛍光体を含む波長変換体とを備え、
前記波長変換体に含まれる蛍光体は、実質的にＣｅ３＋付活蛍光体からなり、前記レーザー光を受光して５８０ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する光を放射する暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体を少なくとも含み、
前記蛍光体が放射する発光成分はＣｅ３＋に由来する発光成分のみからなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体は、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する光を放射する赤色Ｃｅ３＋付活蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記波長変換体は、無機材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記波長変換体は、前記レーザー光が透過する透明基板と、この透明基板の表面に形成され前記蛍光体を含む蛍光体層とを備え、
前記蛍光体層は、前記蛍光体と、この蛍光体を前記透明基板に接着する無機接着剤とを有することを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記波長変換体は、前記レーザー光が反射する金属基板と、この金属基板の表面に形成され前記蛍光体を含む蛍光体層とを備え、
前記蛍光体層は、前記蛍光体と、この蛍光体を前記金属基板に接着する無機接着剤とを有することを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項６】
前記波長変換体は、前記蛍光体が焼結されて作製された蛍光セラミックスからなることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項７】
前記波長変換体に含まれる全てのＣｅ３＋付活蛍光体は、Ｃｅ３＋付活酸化物蛍光体であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記Ｃｅ３＋付活酸化物蛍光体は、ガーネット構造を有するＣｅ３＋付活酸化物蛍光体であることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記レーザー光は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域内に強度最大値を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記蛍光体は、前記レーザー光を受光して４８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを持つ光を放射するＣｅ３＋付活蛍光体を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記蛍光体は、粉末状であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１２】
相関色温度が２５００Ｋ以上７０００Ｋ未満の出力光を放射することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１３】
平均演色評価数Ｒａが８０以上９０未満の出力光を放射することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１４】
レーザー照明装置又はレーザープロジェクターであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光を放射する固体発光素子と、蛍光体を複数種類含む波長変換体とを備えた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザー光を放射する固体発光素子と、複数種類の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。このようなレーザー光を照射する光源を有する発光装置としては、例えば、特許文献１に記載されるような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。レーザー光を照射する光源を有する発光装置では、一般的に、蛍光体の高光密度励起が行われる。【０００３】
従来、レーザー光を照射する光源を有する発光装置に用いられる蛍光体としては、Ｅｕ２＋付活蛍光体が用いられてきた。例えば、Ｅｕ２＋付活赤色発光蛍光体としては、特許文献１に記載される、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１２−５２４９９５号公報
【特許文献２】特表２０１２−５０５２６９号公報
【特許文献３】特開２０１３−２８６６７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】星名輝彦、「希土類イオンのルミネッセンス」、ソニー中央研究所研究情報室、昭和５８年、ｐ．７４−８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、Ｅｕ２＋付活赤色発光蛍光体を用いた上記発光装置は、発光出力が低く、かつ動作時間の経過に伴って発光出力が低下するという課題があった。なお、動作時間の経過に伴う発光出力の低下は、レーザー光の照射によりＥｕ２＋付活赤色発光蛍光体が例えば局所的に４００℃以上に加熱されることにより、酸化したり結晶構造が変質したりしたために生じると推測される。Ｅｕ２＋付活蛍光体は、Ｅｕ２＋がＥｕ３＋に酸化されやすいため組成や結晶構造が変化しやすい。また、動作時間の経過に伴う発光出力の低下は、レーザー光による高光密度励起により電子励起状態の数が増大して飽和するため、蛍光体の発光が飽和したためであるとも推測される。以下、動作時間の経過に伴う発光出力の維持の度合を長期信頼性という。例えば、動作時間の経過に伴う発光出力の低下の度合が小さい場合を長期信頼性が高いといい、動作時間の経過に伴う発光出力の低下の度合が大きい場合を長期信頼性が低いという。【０００７】
なお、Ｅｕ２＋付活蛍光体以外の蛍光体としてはＣｅ３＋付活蛍光体も知られている。例えば、Ｃｅ３＋付活赤色発光蛍光体としては、特許文献２や３に記載されるＹ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋等が知られている。Ｃｅ３＋付活蛍光体は、Ｃｅ３＋に酸化や還元が生じにくいため組成や結晶構造が変化しにくい。しかし、Ｃｅ３＋付活蛍光体のうち、特に、Ｃｅ３＋付活赤色発光蛍光体は、ストークスシフトが大きく、温度消光が大きいという課題がある。このため、Ｃｅ３＋付活赤色発光蛍光体は、レーザー光のような励起エネルギーが大きく蛍光体の温度が上昇しやすい光源を有する発光装置に用いることは困難であった。【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。本発明は、高出力で長期信頼性が高い、レーザー光を照射する光源を有する発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、レーザー光を放射する固体発光素子と、前記レーザー光を受光して光を放射する複数種類の蛍光体を含む波長変換体とを備える。前記波長変換体に含まれる蛍光体は、実質的にＣｅ３＋付活蛍光体からなる。上記発光装置は、前記レーザー光を受光して５８０ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する光を放射する暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体を少なくとも含み、前記蛍光体が放射する発光成分はＣｅ３＋に由来する発光成分のみからなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る発光装置を示す概略図である。
【図２】波長変換体の一例を示す断面図である。
【図３】波長変換体の製造工程を説明する図である。
【図４】蛍光体の大気中の熱処理温度と発光強度との関係を示す図である。
【図５】波長変換体の第１の変形例を示す断面図である。
【図６】波長変換体の第１の変形例の製造工程を説明する図である。（ａ）は、透明基板上に蛍光体塗布液を塗布した状態、（ｂ）は、透明基板上に蛍光体塗布液乾燥体を形成した状態、（ｃ）は、透明基板上に蛍光体層を形成した状態、をそれぞれ示す。
【図７】波長変換体の第２の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る発光装置を示す概略図である。
【図９】シミュレーションで作成した出力光の分光分布曲線の一例である。
【図１０】シミュレーションで作成した出力光の分光分布曲線の他の一例である。
【図１１】発光装置を用いて実際に測定した出力光の分光分布曲線の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本実施形態に係る発光装置について詳細に説明する。図１は、第１の実施形態に係る発光装置を示す概略図である。
【００１２】
［発光装置］
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る発光装置１は、レーザー光を放射する固体発光素子１０と、レーザー光を受光して光を放射する複数種類の蛍光体を含む波長変換体５０とを備える。また、発光装置１は、固体発光素子１０と波長変換体５０との間に、固体発光素子１０から放射されたレーザー光を波長変換体５０に集光するレンズ２０をさらに備える。発光装置１は、図１に示すように、固体発光素子１０から放射されたレーザー光Ｌがレンズ２０を介して波長変換体５０に入射されると、波長変換体５０が蛍光Ｆを放射するものである。なお、レーザー光を波長変換体５０に集光する必要がない場合は、レンズ２０はなくてもよい。すなわち、レンズ２０は発光装置１にとって必須の構成ではない。発光装置１は、波長変換体５０に含まれる蛍光体の種類が特定のものになっている。
【００１３】
＜固体発光素子＞
固体発光素子１０は、レーザー光を放射する固体発光素子である。このような固体発光素子としては、例えば、面発光レーザーダイオード等のレーザーダイオードが用いられる。図１に示すように、固体発光素子１０はレーザー光Ｌを放射する。
【００１４】
レーザー光は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満、好ましくは４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ未満の波長領域内に強度最大値を有するものであると、波長変換体５０に含まれる蛍光体が効率よく発光しやすい。また、レーザー光が上記波長領域内に強度最大値を有するものであると、レーザー光が視認性のよい青色光になり、蛍光体の励起光としてだけでなく、発光装置１の出力光としても無駄なく利用できるため好ましい。
【００１５】
レンズ２０は、固体発光素子１０から放射されたレーザー光Ｌを波長変換体５０に集光するものである。レーザー光Ｌは、レンズ２０を介して波長変換体５０に集光される。なお、レーザー光Ｌを波長変換体５０に集光する必要がない場合は、レンズ２０は発光装置になくてもよい。すなわち、レンズ２０は、発光装置にとって必須の構成ではない。また、後述の第２の実施形態に係る発光装置１Ａのように、レンズ２０に代えて光ファイバーを用いることもできる。
【００１６】
＜波長変換体＞
波長変換体５０は、レーザー光を受光して光を放射する複数種類の蛍光体を含むものである。図１に示すように、波長変換体５０は、レーザー光Ｌの受光により、レーザー光Ｌよりも長波長の蛍光Ｆを放射する。なお、図１に示す波長変換体５０は、後述の第１〜第３の波長変換体のうちの第１の波長変換体であるため、図１に示すように、正面５１でレーザー光Ｌを受光し、背面５２から蛍光Ｆを放射するようになっている。これに対し、第２又は第３の波長変換体は、正面でレーザー光Ｌを受光し、同じ正面で蛍光Ｆを放射する。第２又は第３の波長変換体については、後述する。
【００１７】
波長変換体５０は、無機材料からなることが好ましい。ここで無機材料とは、有機材料以外の材料を意味し、セラミックスや金属を含む概念である。なお、シロキサンの一部がアルキル基等の有機性官能基で置換された有機シロキサンも無機材料とする。
【００１８】
波長変換体５０が無機材料からなると、封止樹脂等の有機材料を含む従来の波長変換体に比較して放熱性が高い。このため、固体発光素子１０から放射されたレーザー光により蛍光体が高光密度励起された場合でも、波長変換体５０の温度上昇を効果的に抑制することができる。この結果、波長変換体５０中の蛍光体の温度消光が抑制され、発光の高出力化が可能になる。
【００１９】
無機材料からなる波長変換体５０の具体的な構成は、複数種類ある。例えば、透明基板と蛍光体層とを備える構成（第１の波長変換体）、金属基板と蛍光体層とを備える構成（第２の波長変換体）、蛍光体が焼結されて作製された透光性蛍光セラミックスからなる構成（第３の波長変換体）等がある。また、第１の波長変換体においても、透明基板が蛍光体を含む場合と含まない場合とがある。以下、それぞれの波長変換体について説明する。
【００２０】
［第１の波長変換体］
図２は、図１に示す発光装置１を構成する第１の波長変換体５０の一例を示す断面図である。図２に示すように、波長変換体５０は、レーザー光が透過する透明基板３０と、この透明基板３０の表面に形成され蛍光体を含む蛍光体層４０とを備える。波長変換体５０は、複数種類の蛍光体を含む。透明基板３０が蛍光体を含まない場合は、蛍光体層４０は複数種類の蛍光体を含む。透明基板３０が蛍光体を含む場合は、蛍光体層４０は１種以上の蛍光体を含む。波長変換体５０では、透明基板３０の表面である正面５１からレーザー光Ｌが入射され、蛍光体層４０の表面である背面５２から蛍光Ｆが放射される。
【００２１】
なお、図１には、波長変換体５０が１個である例を示すが、波長変換体５０は複数個あってもよい。この場合、複数個の波長変換体５０は、それぞれが、１種類又は複数種類の蛍光体を含むものとすることができる。例えば、黄橙色又は赤色の暖色蛍光体のみを含む波長変換体５０と、緑色蛍光体のみを含む波長変換体５０と、が別々に存在していてもよい。
【００２２】
（透明基板）
透明基板３０は、レーザー光Ｌが透過可能な透明度を有し、透明基板３０の表面である正面５１から入射されたレーザー光Ｌが透過するようになっている。透明基板３０としては、例えば、石英基板や透光性蛍光セラミックス基板が用いられる。ここで、透光性蛍光セラミックス基板とは、蛍光体を含み透光性を有するセラミックス基板である。透明基板３０が透光性蛍光セラミックス基板である場合、透明基板３０が蛍光体を含むため、蛍光体層４０は１種以上の蛍光体を含むものとなる。蛍光体としては、後述の蛍光体層で説明する蛍光体が用いられる。透明基板３０を透過したレーザー光Ｌは蛍光体層４０に導入される。なお、透明基板３０が蛍光体を含む場合は、透明基板３０からレーザー光Ｌに加えて蛍光Ｆも放射される。
【００２３】
（蛍光体層）
蛍光体層４０は、蛍光体と、この蛍光体を透明基板３０に接着する無機接着剤とを有する。蛍光体層４０は、レーザー光Ｌを受光した蛍光体が蛍光を放射する。
【００２４】
蛍光体層４０において、蛍光体は無機接着剤で接着される。無機接着剤としては、透光性を有する無機接着剤が用いられる。透光性を有する無機接着剤としては、例えば、超微粒子状のアルミナ、シリカ、低融点ガラス等が用いられる。
【００２５】
波長変換体５０に含まれる複数種類の蛍光体は、実質的にＣｅ３＋付活蛍光体からなる。このため、蛍光体層４０に含まれる蛍光体も、実質的にＣｅ３＋付活蛍光体からなる。ここで、実質的にＣｅ３＋付活蛍光体からなるとは、不純物として混入する蛍光体を除き、Ｃｅ３＋付活蛍光体のみからなる、という意味である。
【００２６】
Ｃｅ３＋は希土類イオンの中で最も短い発光寿命（１０−８〜１０−７ｓ）を持つ発光中心であるため、Ｃｅ３＋付活蛍光体では、励起状態にある蛍光体の電子エネルギーが極短時間で緩和される。このため、Ｃｅ３＋付活蛍光体では、レーザー光照射による高光密度励起下でも、励起状態にある蛍光体の電子エネルギーを極短時間で緩和することができる。したがって、波長変換体５０に含まれる蛍光体としてＣｅ３＋付活蛍光体を用いると、電子励起状態の数の増大による光出力の飽和現象である発光飽和を抑制することができる。
【００２７】
また、希土類イオンの安定な価数は三価であり、Ｃｅ３＋は安定な三価の価数を持つ発光中心である。このため、Ｃｅ３＋付活蛍光体は、レーザー光照射による高光密度励起によって蛍光体が発熱したとしても、Ｅｕ２＋付活蛍光体のような、Ｅｕ２＋付活蛍光体中のＥｕ２＋のＥｕ３＋への酸化による蛍光体結晶の変質も生じにくい。このため、波長変換体５０に含まれる蛍光体としてＣｅ３＋付活蛍光体を用いると、長期信頼性が高くなる。
【００２８】
このように、Ｃｅ３＋付活蛍光体は、発光飽和を抑制することができ、長期信頼性も高いため、レーザー光を照射する光源を有する発光装置１の波長変換体５０用の蛍光体として好適である。
【００２９】
また、波長変換体５０に含まれる全てのＣｅ３＋付活蛍光体は、Ｃｅ３＋付活酸化物蛍光体であることが好ましい。このため、蛍光体層４０に含まれる全てのＣｅ３＋付活蛍光体も、Ｃｅ３＋付活酸化物蛍光体であることが好ましい。酸化物は大気中で安定な物質であるため、レーザー光による高光密度励起によって酸化物蛍光体が発熱した場合に、窒化物蛍光体で生じるような、大気で酸化されることによる蛍光体結晶の変質が生じにくい。このため、波長変換体５０に含まれる全ての蛍光体が酸化物蛍光体であると、発光装置１の長期信頼性が高くなる。
【００３０】
波長変換体５０に含まれる蛍光体は、上記のように実質的にＣｅ３＋付活蛍光体からなり、固体発光素子１０からのレーザー光を受光して５８０ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する光を放射する暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体を少なくとも含む。すなわち、波長変換体５０に含まれる蛍光体は、前記レーザー光を受光して５８０ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する光を放射する暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体を少なくとも含む。ここで、暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体とは、暖色光を放射するＣｅ３＋付活蛍光体を意味する。また、暖色光とは、５８０ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する光を意味する。暖色光には、５８０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する黄橙光と、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する赤色光とが含まれる。このため、本実施形態における暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体とは、上記黄橙光を放射する黄橙Ｃｅ３＋付活蛍光体と、上記赤色光を放射する赤色Ｃｅ３＋付活蛍光体と、の少なくともいずれかを含むＣｅ３＋付活蛍光体を意味する。黄橙Ｃｅ３＋付活蛍光体とは、具体的には、５８０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する黄橙光を放射するＣｅ３＋付活蛍光体である。赤色Ｃｅ３＋付活蛍光体とは、具体的には、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する赤色光を放射するＣｅ３＋付活蛍光体である。
【００３１】
波長変換体５０に含まれる蛍光体は、暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体のうち、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する赤色光を放射する赤色Ｃｅ３＋付活蛍光体を少なくとも含むものであることが好ましい。波長変換体５０に含まれる蛍光体が赤色Ｃｅ３＋付活蛍光体を少なくとも含むと、出力光中の赤色光成分が増加することにより平均演色評価数（Ｒａ）の大きい高演色性の出力光が得られやすいため好ましい。
【００３２】
一般的に、暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体は、緑色Ｃｅ３＋付活蛍光体等の他の発光色を有するＣｅ３＋付活蛍光体に比較してストークスシフトが大きく、温度消光が大きい。このため、従来、暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体は、Ｃｅ３＋付活蛍光体の中でも、レーザー光のような励起エネルギーが大きく蛍光体の温度が上昇しやすい光源を有する発光装置には用いることが困難であった。これに対し、本実施形態の発光装置１では、波長変換体５０が無機材料からなるため、従来の有機材料を含む波長変換体に比較して波長変換体５０の放熱性が高い。このため、本実施形態の発光装置１では、暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体を用いることが可能となっている。
【００３３】
固体発光素子１０からのレーザー光を受光して５８０ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する光を放射する暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体としては、例えば、後述のガーネット構造を有する橙色又は赤色Ｃｅ３＋付活蛍光体が用いられる。
【００３４】
なお、暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体以外の他の発光色、具体的には橙色よりも短波長側の可視域の発光色を有するＣｅ３＋付活蛍光体は、暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体よりもストークスシフトが小さく、温度消光が小さいため、温度消光の問題は生じにくい。このため、発光装置１では、暖色蛍光体を含め、全ての蛍光体をＣｅ３＋付活蛍光体とすることが可能である。このように全ての蛍光体をＣｅ３＋付活蛍光体とすることが可能であるため、発光装置１は、温度消光の問題が生じにくく、発光強度が高いとともに、長期信頼性が高い。
【００３５】
波長変換体５０に含まれる全てのＣｅ３＋付活蛍光体は、ガーネット構造を有するＣｅ３＋付活酸化物蛍光体であることが好ましい。このため、蛍光体層４０に含まれる全てのＣｅ３＋付活蛍光体も、ガーネット構造を有するＣｅ３＋付活酸化物蛍光体であることが好ましい。ガーネット構造を有する酸化物は熱伝導性に優れる。このため、波長変換体５０に含まれる全てのＣｅ３＋付活蛍光体がガーネット構造を有するＣｅ３＋付活酸化物蛍光体であると、波長変換に伴う蛍光体の発熱が効率よく放熱され、蛍光体の温度消光が抑制され、発光の高出力化が可能になる。
【００３６】
このようなガーネット構造を有するＣｅ３＋付活蛍光体としては、例えば、以下に示す蛍光体が用いられる。
【００３７】
ガーネット構造を有する青緑色Ｃｅ３＋付活蛍光体としては、例えば、Ｃａ２ＹＺｒ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋が用いられる。ここで、青緑色Ｃｅ３＋付活蛍光体とは、４８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを持つ光を放射するＣｅ３＋付活蛍光体である。
【００３８】
ガーネット構造を有する緑色Ｃｅ３＋付活蛍光体としては、例えば、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、（Ｙ，Ｌｕ）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｙ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｙ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋が用いられる。ここで、緑色Ｃｅ３＋付活蛍光体とは、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを持つ光を放射するＣｅ３＋付活蛍光体である。
【００３９】
上記緑色Ｃｅ３＋付活蛍光体のうち、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋は、Ｙ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋に比較して、青緑色光色成分の多い緑色光を放射する。このため、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋付活緑色蛍光体を用いると平均演色評価数（Ｒａ）が比較的高い出力光を放射する発光装置を得ることが容易であり、照明用の蛍光体として好ましい。
【００４０】
ガーネット構造を有する黄緑色〜橙色Ｃｅ３＋付活蛍光体としては、例えば、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋が用いられる。ここで、黄緑色〜橙色Ｃｅ３＋付活蛍光体とは、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを持つ光を放射するＣｅ３＋付活蛍光体である。
【００４１】
ガーネット構造を有する赤色Ｃｅ３＋付活蛍光体としては、例えば、Ｙ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋、Ｙ３ＭｇＡｌ（ＡｌＯ４）２（ＳｉＯ４）：Ｃｅ３＋が用いられる。ここで、赤色Ｃｅ３＋付活蛍光体とは、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを持つ光を放射するＣｅ３＋付活蛍光体である。
【００４２】
本実施形態の発光装置は、５８０ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する光を放射する暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体を少なくとも含み、暖色Ｃｅ３＋付活蛍光体以外のＣｅ３＋付活蛍光体を任意に含む。
【００４３】
また、波長変換体５０中の蛍光体は、固体発光素子１０からのレーザー光を受光して４８０ｎｍ以上５２０ｎｍ未満、好ましくは４８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長領域内に発光ピークを有する光を放射するＣｅ３＋付活蛍光体を含むことが望ましい。このようなＣｅ３＋付活蛍光体としては、青緑色Ｃｅ３＋付活蛍光体、又は緑色Ｃｅ３＋付活蛍光体が用いられる。
【００４４】
なお、Ｃｅ３＋付活蛍光体を複数種類組み合わせて用いると、４８０ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の青緑色〜緑色〜黄色〜橙色〜赤色に亘る波長領域内に発光ピークを有する蛍光を放射する発光装置１を得ることもできる。
【００４５】
本実施形態の発光装置は、蛍光体が放射する発光成分がＣｅ３＋に由来する発光成分のみからなる。ここで、「蛍光体が放射する発光成分」とは、固体発光素子１０から放射されたレーザー光を受光して蛍光体が放射する光の成分を意味する。発光装置から放射される発光成分は、通常、固体発光素子１０から放射されたレーザー光と、蛍光体が放射する発光成分とからなる。このため、蛍光体が放射する発光成分とは、通常、発光装置から放射される全発光成分より、固体発光素子１０から放射されたレーザー光を差し引いた光成分に等しい。なお、上記の「Ｃｅ３＋に由来する発光成分」の意味については、後に説明する。
【００４６】
本実施形態の発光装置は、蛍光体が放射する発光成分がＣｅ３＋に由来する発光成分のみからなることにより、出力光中に含まれる蛍光体の発光成分の残光時間が１０−８〜１０−７ｓ、すなわち１０ｎｓ以上１００ｎｓ以下の超短残光性を示す。このため、本実施形態の発光装置によれば、レーザー光照射による高光密度励起下における発光飽和を抑制することができる。
【００４７】
上記の「Ｃｅ３＋に由来する発光成分」の意味について説明する。この「Ｃｅ３＋に由来する発光成分」とは、Ｃｅ３＋に固有の、５ｄ１電子状態（励起状態）から４ｆ１電子状態（基底状態）へのエネルギー緩和に伴って放出される発光成分を意味する。
【００４８】
「Ｃｅ３＋に由来する発光成分」についてより詳細に説明する。蛍光体中の付活剤（発光中心）からの発光成分である固有の発光スペクトルの形状については、既に専門書に多数例示されている。本実施形態の発光装置に用いられるＣｅ３＋付活蛍光体の発光スペクトル中の「Ｃｅ３＋に由来する発光成分」は、従来知られるように、ピーク波長が異なる二つのブロードな発光成分がピークの裾部分で重なる独特の形状を有する。具体的には、「Ｃｅ３＋に由来する発光成分」は、ブロードな主たる発光スペクトル成分と、この主たる発光スペクトル成分の長波長側にピークの裾部分で重なるサブピーク又はショルダーと、を有する形状になる。
【００４９】
「Ｃｅ３＋に由来する発光成分」の独特の形状は、「Ｃｅ３＋に由来する発光成分」の放射が、一つの励起準位から二つの基底準位へエネルギー緩和する許容遷移と、結晶場の影響を受けやすい最外殻の５ｄ電子が励起準位に関与することとに起因して生じる。ここで、一つの励起準位から二つの基底準位へエネルギー緩和する許容遷移とは、具体的には、一つの励起準位（２Ｄ（５ｄ１））から二つの基底準位（２Ｆｊ（４ｆ１）、Ｊ＝５／２、７／２）へエネルギー緩和する許容遷移である。
【００５０】
なお、本実施形態で用いられるＣｅ３＋付活蛍光体は、Ｃｅ３＋付活蛍光体を複数種類含むため、前記「Ｃｅ３＋に由来する発光成分」が複数ある。このため、本実施形態で用いられるＣｅ３＋付活蛍光体では、多くの場合、発光スペクトルに上記の独特の形状が明確には表れず、発光スペクトルの形状のみから「Ｃｅ３＋に由来する発光成分」を明確に判別することは困難である。しかし、このような場合でも、発光スペクトルの形状と、波長変換体の元素分析との併用により、発光スペクトル中の「Ｃｅ３＋に由来する発光成分」を判別することができる。
【００５１】
なお、Ｃｅ３＋付活蛍光体の中には、Ｔｂ３＋やＥｕ２＋やＭｎ２＋等のＣｅ３＋以外のイオンを発光中心とする共付活により、Ｃｅ３＋以外の前記イオンに由来する発光成分を放出する共付活タイプの蛍光体も知られている。これら共付活タイプの蛍光体は、「Ｔｂ３＋に由来する輝線状の発光成分」や、「Ｅｕ２＋又はＭｎ２＋に由来するピーク波長が単一のブロードな発光成分」を少なくとも放射するものが多い。しかし、本実施形態で用いられるＣｅ３＋付活蛍光体は、実質的に、このような共付活タイプの蛍光体と異なるものである。
【００５２】
固体発光素子１０から放射されるレーザー光のスペクトル半値幅は、ＬＥＤから放射される光のスペクトル半値幅よりも狭く、例えば、２０ｎｍ未満である。このため、例えば、固体発光素子１０から放射される青色レーザー光と、緑色蛍光体及び赤色蛍光体とを用いて、光の３原色である青緑赤の加法混色によって白色系の出力光を得ようとした場合、自然光の分光分布とは大幅に異なる歪んだ分光分布の光になりやすい。すなわち、青色レーザー光のスペクトル半値幅が狭いことから、青色レーザー光成分に隣接する青緑色の波長領域の光の出力が不足し、発光装置からの出力光の青緑色光部分の分光分布が歪むため、出力光の演色性が低くなりやすい。
【００５３】
これに対し、波長変換体５０が上記青緑色Ｃｅ３＋付活蛍光体を含むと、青色レーザー光成分に隣接する青緑色光が補償されることにより発光装置１からの出力光の分光分布が自然光の分光分布に近くなり演色性が向上しやすい。
【００５４】
波長変換体５０に含まれる蛍光体が粉末状であると、発光装置１からの出力光のぎらつきが緩和されるため好ましい。すなわち、波長変換体５０に含まれる蛍光体が粉末状であると、発光装置１からの出力光のぎらつきが緩和されるため好ましい。
【００５５】
レーザー光は、光束内の任意の２点の光波の位相が時間的に不変なコヒーレント光であるため、光干渉を起こして「スペックル」呼ばれる不自然なぎらつきを発生しやすい。しかし、この不自然なぎらつきは光の視認者に不快感を与えるため、照明光中にないことが好ましい。蛍光体層４０に含まれる蛍光体が粉末状であると、蛍光体の光散乱作用によりレーザー光が散乱するため、発光装置１からの出力光のぎらつきが緩和される。
【００５６】
（蛍光体の耐酸化特性）
波長変換体５０を構成する蛍光体層４０では、上記のように耐酸化性に優れたＣｅ３＋付活蛍光体が用いられる。以下に、Ｃｅ３＋付活蛍光体とＥｕ２＋付活蛍光体との耐酸化特性の比較試験結果の一例を示す。
【００５７】
Ｃｅ３＋付活蛍光体の例として、粉末状のＹ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体（市販品；試料Ａ）と粉末状のＹ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体（試作品；試料Ｂ）とを選んだ。また、Ｅｕ２＋付活蛍光体の例として、粉末状のＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋赤色蛍光体（市販品；試料Ｃ）を選んだ。
【００５８】
これら蛍光体の耐酸化特性を、蛍光体を４００〜１２００℃の範囲内の大気中で１時間加熱することによって評価した。
【００５９】
なお、Ｙ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体（試料Ｂ）の試作に当たり、その組成を、（Ｙ０．９８Ｃｅ０．０２）３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２とした。試料Ｂは、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を蛍光体原料とし、公知の固相反応を用いて合成した。固相反応の際に、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）と炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）とを反応促進剤（フラックス）として用いた。
【００６０】
なお、蛍光体原料に対する反応促進剤の混合割合は、Ｙ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体１モルに対して、ＡｌＦ３を０．０１５モル、Ｋ２ＣＯ３を０．００５モルとした。
【００６１】
上記固相反応は、公知の管状雰囲気炉を用いて行った。具体的には、蛍光体原料と反応促進剤との混合粉末を、９６％窒素４％水素の混合ガス雰囲気中に配置し、管状雰囲気炉を用い、１５００℃で２時間焼成した。これにより、Ｙ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体（試作品；試料Ｂ）を合成した。
【００６２】
なお、焼成後の試料Ｂが化合物（Ｙ，Ｃｅ）３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２であることは、Ｘ線回折法によって確認した。
【００６３】
試料Ａ、試料Ｂ及び試料Ｃについて、大気中の熱処理温度と発光強度（発光ピーク高さ）との関係を測定した。結果を図４に示す。図４中、符号Ａは、Ｙ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体（試料Ａ）のグラフである。図４中、符号Ｂは、Ｙ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体（試料Ｂ）のグラフである。図４中、符号Ｃは、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋赤色蛍光体（試料Ｃ）のグラフである。
【００６４】
図４より、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋赤色蛍光体（試料Ｃ）の発光強度が、４００℃以上の大気中加熱によって大きく低下することが分かった。これに対して、Ｙ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体（試料Ａ）及びＹ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体（試料Ｂ）の発光強度は、８００℃の大気中加熱であってもほとんど低下しないことが分かった。
【００６５】
また、試料Ａ、試料Ｂ及び試料Ｃについて、未加熱時の初期発光強度を１００％として、初期発光強度が８０％に低下するときの大気中加熱温度を調べた。この温度は、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋赤色蛍光体（試料Ｃ）では約５００℃であった。これに対して、Ｙ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体（試料Ａ）及びＹ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体（試料Ｂ）では約１０００℃と高かった。
【００６６】
以上より、大気中の加熱下での蛍光特性の安定性は、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋赤色蛍光体よりもＹ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体及びＹ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体のほうが高いことが分かった。
【００６７】
なお、蛍光特性の安定性がＥｕ２＋付活赤色蛍光体よりもＣｅ３＋付活緑色蛍光体及びＣｅ３＋付活赤色蛍光体のほうが高い理由は、発光中心として機能する希土類イオン、具体的にはＥｕ２＋及びＣｅ３＋の安定な価数が三価であることにある。
【００６８】
すなわち、Ｅｕ２＋付活蛍光体は、大気中で加熱するとＥｕ２＋が酸化してＥｕ３＋になりやすいため、Ｅｕ２＋による発光強度が小さくなりやすい。一方、Ｃｅ３＋付活蛍光体は、大気中で加熱してもＣｅ３＋の酸化や還元が生じにくいため、Ｃｅ３＋による発光強度は変化しにくい。
【００６９】
Ｅｕ２＋付活蛍光体中のＥｕ２＋が酸化されやすいことや、Ｃｅ３＋付活蛍光体中のＣｅ３＋が酸化及び還元に対して安定性が高いことは、一般的に知られている。このため、上記の試料Ａ、試料Ｂ及び試料Ｃの、大気中での加熱に対する耐酸化特性の比較結果は、試料Ａ及び試料Ｂ以外のＣｅ３＋付活蛍光体や、試料Ｃ以外のＥｕ２＋付活蛍光体にも同様に当てはまる。
【００７０】
このように、Ｃｅ３＋付活蛍光体は、Ｅｕ２＋付活蛍光体に比較して、大気中での加熱に対する耐酸化性に優れる。このため、蛍光体としてＣｅ３＋付活蛍光体のみを用いた蛍光体層４０、及び蛍光体層４０を含む波長変換体５０は、大気中での加熱に対する耐酸化性に優れる。蛍光体層４０及び波長変換体５０は、加熱に対する耐酸化性に優れるため、蛍光体層４０及び波長変換体５０の使用時及び製造時の蛍光体の熱による劣化が抑制される。
【００７１】
蛍光体層４０及び波長変換体５０のＣｅ３＋付活蛍光体の熱による劣化が小さいため、大気中、比較的高温の条件で蛍光体層４０及び波長変換体５０を製造することが可能である。すなわち、蛍光体層４０及び波長変換体５０の製造において、広い温度条件を採用することが可能になるため、耐熱性を配慮した温度条件を採用する必要がなくなり、製造プロセスの選択の幅が広くなる。
【００７２】
（作用）
第１の実施形態に係る発光装置１の作用について説明する。なお、説明の便宜のため、透明基板３０が蛍光体を含まず、蛍光体層４０が複数種類の蛍光体を含む場合について説明する。
【００７３】
はじめに、図１に示すように、固体発光素子１０から放射されたレーザー光Ｌがレンズ２０を介して波長変換体５０に集光される。波長変換体５０に放射されたレーザー光Ｌは、図２に示すように、透明基板３０及び蛍光体層４０を透過する。また、レーザー光Ｌが蛍光体層４０を透過する際に、蛍光体層４０に含まれる蛍光体が蛍光Ｆを放射する。これにより、発光装置１は、出力光として、レーザー光Ｌと蛍光Ｆとを含む光を放射する。なお、図１では、波長変換体５０が蛍光Ｆのみを放射するように記載しているが、レーザー光Ｌが波長変換体５０を透過する場合は、波長変換体５０がレーザー光Ｌも放射するようにしてもよい。例えば、レーザー光Ｌが青色レーザー光であり、蛍光Ｆが緑色光と赤色光であれば、青緑赤の光の３原色の加法混色により、白色系の出力光が得られる。また、蛍光Ｆが青緑色光を含むと、演色性がよいため好ましい。また、透明基板３０が蛍光体を含み透光性を有する透光性蛍光セラミックス基板である場合は、透明基板３０からも蛍光Ｆが放射される。
【００７４】
発光装置１は、相関色温度が２５００Ｋ以上７０００Ｋ未満、好ましくは２７００Ｋ以上５５００Ｋ未満、より好ましくは３０００Ｋ以上４０００Ｋ未満の出力光を放射することが望ましい。発光装置１の出力光の相関色温度が上記範囲内にあると、照明光として好まれる光を放射する発光装置１が得られる。発光装置１の出力光の相関色温度を上記範囲内にする方法としては、波長領域の異なるレーザー光Ｌを選んだり、波長変換体５０に含まれる複数種類の蛍光体の種類や量を調節したりする方法が用いられる。
【００７５】
発光装置１は、平均演色評価数Ｒａが８０以上９０未満の出力光を放射することが望ましい。発光装置１の出力光の平均演色評価数Ｒａが上記範囲内にあると、照明光として好まれる光を放射する発光装置１が得られる。発光装置１の出力光の平均演色評価数Ｒａを上記範囲内にする方法としては、波長領域の異なるレーザー光Ｌを選んだり、波長変換体５０に含まれる複数種類の蛍光体の種類や量を調節したりする方法が用いられる。
【００７６】
（波長変換体の製造方法）
波長変換体５０の製造方法について説明する。はじめに、透明基板３０を用意し、透明基板３０の表面に塗布する蛍光体塗布液を調製する。蛍光体塗布液は、例えば、溶媒と増粘剤と無機接着剤と蛍光体とを含む。溶媒としては、例えば、蒸留水が用いられる。増粘剤としては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）が用いられる。無機接着剤としては、例えば、超微粒子アルミナが用いられる。蛍光体塗布液は、例えば、溶媒に増粘剤を溶解させた後、さらに蛍光体及び接着剤をこの順番で添加して攪拌することにより調製する。蛍光体塗布液が複数種類の蛍光体を含む場合、蛍光体塗布液は、例えば緑色蛍光体と赤色蛍光体を含む。蛍光体塗布液中の各蛍光体の配合量を調整することにより、波長変換体から発光される光の色調を調整することができる。また、蛍光体塗布液中の蛍光体と蒸留水との混合量を変化させることにより、蛍光体塗布液の粘度を調整して、蛍光体層の厚みを調整することができる。
【００７７】
次に、図３（ａ）に示すように、透明基板３０の表面に蛍光体塗布液を滴下し、放置して、透明基板３０の表面に蛍光体塗布液層４１を形成する。さらに、図３（ｂ）に示すように、蛍光体塗布液層４１を例えば４０〜８０℃の加熱下に５〜３０分放置して蛍光体塗布液層４１を乾燥させ、蛍光体塗布液乾燥体層４２を形成する。次に、表面に蛍光体塗布液乾燥体層４２が形成された透明基板３０を増粘剤の焼失温度以上、例えば６００℃程度に加熱する。これにより、増粘剤が焼失し、図３（ｃ）に示すように、透明基板３０の表面に透光性を有する蛍光体層４０が形成され、波長変換体５０が得られる。
【００７８】
（第１の実施形態の第１変形例）
第１の実施形態の第１変形例について説明する。第１変形例は、第１の実施形態に係る発光装置１の波長変換体５０を、第２の波長変換体である波長変換体５０Ａとしたものである。
【００７９】
［第２の波長変換体］
図５は、第２の波長変換体５０Ａの一例を示す断面図である。図５に示すように、波長変換体５０Ａは、レーザー光が反射する金属基板３５と、この金属基板３５の表面に形成され蛍光体を含む蛍光体層４０Ａとを備える。波長変換体５０Ａでは、蛍光体層４０Ａの表面である正面５３からレーザー光Ｌ１が入射され、蛍光体層４０Ａと金属基板３５との界面でレーザー光Ｌ１が反射してレーザー光Ｌ２となる。また、蛍光体層４０Ａの表面である正面５３からは、レーザー光Ｌ１及びＬ２で励起された蛍光体から放射された蛍光Ｆが放射される。
【００８０】
（金属基板）
金属基板３５は、レーザー光Ｌと蛍光Ｆとが反射する金属板である。金属基板３５としては、例えば、アルミニウム基板が用いられる。レーザー光Ｌ１は金属基板３５で反射されてレーザー光Ｌ２となる。レーザー光Ｌ１及びＬ２は、共に蛍光体層４０Ａを通過し、蛍光体を励起して蛍光Ｆを放射させる。
【００８１】
（蛍光体層）
蛍光体層４０Ａは、蛍光体と、この蛍光体を金属基板３５に接着する無機接着剤とを有する。蛍光体層４０Ａを構成する蛍光体は、第１の波長変換体５０の蛍光体層４０を構成する蛍光体と同様であるため、説明を省略する。なお、金属基板３５が蛍光体を含まないため、蛍光体層４０Ａは複数種類の蛍光体を含む。
【００８２】
蛍光体層４０Ａにおいて、蛍光体は無機接着剤で接着される。無機接着剤としては、透光性を有する無機接着剤が用いられる。透光性を有する無機接着剤としては、例えば、ポリメチルシルセスキオキサン（ＰＭＳＱ）、アルミナ、シリカ等が用いられる。また、ＰＭＳＱの中でも、ＰＭＳＱゲルが好ましい。ＰＭＳＱゲルは透明性に優れるため、蛍光体層４０Ａは透光性を有する。なお、ＰＭＳＱゲルは、流動性を有するＰＭＳＱゾルが硬化したものである。
【００８３】
（作用）
第１の実施形態の第１変形例の作用について説明する。第１の実施形態の第１変形例の作用は、波長変換体５０Ａから蛍光Ｆを放射される方向が、発光装置１の波長変換体５０と異なる以外は、第１の実施形態に係る発光装置１の作用と同じである。このため、作用の説明を一部省略する。
【００８４】
図１のレンズ２０を介したレーザー光Ｌは、図５に示すように、第１変形例の波長変換体５０Ａの蛍光体層４０Ａの表面である正面５３からレーザー光Ｌ１として入射される。レーザー光Ｌ１は、蛍光体層４０Ａと金属基板３５との界面で反射してレーザー光Ｌ２となる。蛍光体層４０Ａでは、透過したレーザー光Ｌ１及びＬ２で励起された蛍光体から蛍光Ｆが放射され、蛍光Ｆは正面５３から放射される。
【００８５】
第１の実施形態の第１変形例の出力光の相関色温度及び平均演色評価数Ｒａは、第１の実施形態に係る発光装置１と同じであるため、説明を省略する。
【００８６】
（波長変換体の製造方法）
波長変換体５０Ａの製造方法について説明する。はじめに、金属基板３５を用意し、金属基板３５の表面に塗布する蛍光体塗布液を調製する。蛍光体塗布液は、例えば、溶媒と無機接着剤と蛍光体とを含む。溶媒としては、例えば、エタノール等のアルコールや、アルコールと水との混合溶媒が用いられる。アルコールとしては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の沸点の比較的低いものが、乾燥が容易であるため好ましい。無機接着剤としては、例えば、ポリメチルシルセスキオキサンゾル（ＰＭＳＱゾル）が用いられる。ＰＭＳＱゾルは、ＰＭＳＱを適宜溶媒に分散して作製してもよい。蛍光体塗布液の調製は、例えば、ゾル状等の流動性を有する無機接着剤に蛍光体を添加して攪拌し、溶媒を加えることにより行う。
【００８７】
次に、図６（ａ）に示すように、金属基板３５の表面に蛍光体塗布液を滴下し、放置して、金属基板３５の表面に蛍光体塗布液層４１Ａを形成する。さらに、図６（ｂ）に示すように、蛍光体塗布液層４１Ａを例えば室温で１〜５時間放置して蛍光体塗布液層４１Ａを乾燥させて溶媒の一部を除去し、蛍光体塗布液乾燥体層４２Ａを形成する。次に、表面に蛍光体塗布液乾燥体層４２Ａが形成された金属基板３５を、例えば、大気中、１５０〜２５０℃で０．５〜２時間加熱する。これにより、溶媒の残部が除去され、図６（ｃ）に示すように、金属基板３５の表面に透光性を有する蛍光体層４０Ａが形成され、波長変換体５０Ａが得られる。
【００８８】
（第１の実施形態の第２変形例）
第１の実施形態の第２変形例について説明する。第２変形例は、第１の実施形態に係る発光装置１の波長変換体５０を、第３の波長変換体である波長変換体５０Ｂとしたものである。
【００８９】
［第３の波長変換体］
図７は、第３の波長変換体５０Ｂの一例を示す断面図である。図７に示すように、波長変換体５０Ｂは、蛍光体が焼結されて作製された透光性蛍光セラミックス４５からなる。透光性蛍光セラミックス４５を構成する蛍光体は、粉末形状でない点以外は、第１の波長変換体５０及び第２の波長変換体５０Ａで用いられる蛍光体と同じであるため、説明を省略する。なお、透光性蛍光セラミックス４５は、複数種類の蛍光体を全て含んでいてもよいし、複数種類の蛍光体のうちの１種類以上を含むものであってもよい。また、透光性蛍光セラミックス４５が蛍光体を１種類のみ含むものである場合、他の蛍光体は透光性蛍光セラミックス４５以外の形態、例えば、波長変換体５０や波長変換体５０Ａであってもよい。
【００９０】
透光性蛍光セラミックスは、熱伝導率に優れる無機材料だけで構成されているため、放熱性が高い。このため、固体発光素子１０から放射されたレーザー光により蛍光セラミックス４５中の蛍光体が高光密度励起された場合でも、波長変換体５０Ｂの温度上昇を効果的に抑制することができる。この結果、波長変換体５０Ｂ中の蛍光体の温度消光が抑制され、発光の高出力化が可能になる。
【００９１】
（作用）
第１の実施形態の第２変形例の作用について説明する。第１の実施形態の第２変形例の作用は、波長変換体５０Ｂから蛍光Ｆが放射される部分が、第１の実施形態の第１変形例の波長変換体５０Ａと異なる以外は、第１の実施形態の第１変形例の波長変換体５０Ａの作用と同じである。このため、作用の説明を一部省略する。
【００９２】
図１のレンズ２０を介したレーザー光Ｌは、図７に示すように、第２変形例の波長変換体５０Ｂの表面である正面５５から透光性蛍光セラミックス４５にレーザー光Ｌ３として供給される。レーザー光Ｌ３は、多くが透光性蛍光セラミックス４５の正面５５から透光性蛍光セラミックス４５内に入射し、残部が正面５５で反射してレーザー光Ｌ４となる。透光性蛍光セラミックス４５は、レーザー光Ｌ３で励起された蛍光体から蛍光Ｆが放射され、蛍光Ｆは正面５５から放射される。
【００９３】
なお、波長変換体５０Ｂは、正面５５、背面５６、側面５７及び５８の組成が同じであるため、背面５６、側面５７及び５８等にレーザー光Ｌを照射することにより、それぞれの表面から蛍光Ｆを放射させることができる。
【００９４】
第１の実施形態の第２変形例の出力光の相関色温度及び平均演色評価数Ｒａは、第１の実施形態に係る発光装置１と同じであるため、説明を省略する。
【００９５】
（波長変換体の製造方法）
波長変換体５０Ｂの製造方法は、蛍光セラミックスを作製する公知の方法で製造することができる。
【００９６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る発光装置１Ａについて説明する。第２の実施形態に係る発光装置１Ａは、第１の実施形態に係る発光装置１に比較して、固体発光素子１０が複数個ある点で異なる。また、第２の実施形態に係る発光装置１Ａは、第１の実施形態に係る発光装置１に比較して、複数個の固体発光素子１０から放射されたレーザー光Ｌが、レンズ２０に代えて光ファイバー等の光伝送路２３を介して波長変換体５０に集光される点で異なる。第２の実施形態に係る発光装置１Ａは、これらの点以外は第１の実施形態に係る発光装置１と同じであるため、説明を省略する。
【００９７】
発光装置１Ａで用いられる光伝送路２３としては、公知の光ファイバーが用いられる、複数個の固体発光素子１０に対応して複数本設けられた光伝送路２３は、束ねられて光ファイバー集合体等の光伝送路集合体２５を形成する。
【００９８】
発光装置１Ａの作用は、固体発光素子１０が複数個あり、複数個の固体発光素子１０から放射されたレーザー光Ｌが、光伝送路２３及び光伝送路集合体２５を介して波長変換体５０に集光される以外は、発光装置１の作用と同じである。このため、作用の説明を省略する。
【００９９】
また、発光装置１Ａでは、発光装置１と同様に、波長変換体５０に代えて、波長変換体５０Ａや５０Ｂを用いてもよい。
【０１００】
本実施形態の発光装置は、波長変換体に用いる蛍光体として、大気中、高温での耐酸化性に優れたＣｅ３＋付活蛍光体のみを用いることから、レーザー光照射による高光密度励起下でも高出力で長期信頼性が高い。このため、本実施形態の発光装置は、レーザー照明装置又はレーザープロジェクターとして好適である。
【実施例】
【０１０１】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。【０１０２】
［実施例１］
図１に示す発光装置１を作製した。波長変換体としては、蛍光体を含まない透明基板３０と、蛍光体層４０とを備える第１の波長変換体５０を作製した。【０１０３】
はじめに、蛍光体を塗布する基板として、石英基板（５０×５０×厚さ１ｍｍ）を準備した。また、Ｃｅ３＋で付活した蛍光体として、Ｙ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体（発光ピーク：５３０ｎｍ）とＹ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体（発光ピーク：６２５ｎｍ）とを準備した。なお、上記蛍光体は中心粒子径が５〜２０μｍの範囲内の粉末蛍光体であった。【０１０４】
（蛍光体塗布液の作製）
攪拌装置を用いて溶媒としての蒸留水に、増粘剤としてのポリエチレンオキシド（ＰＥＯ、重量平均分子量：約１００万）を溶解させてＰＥＯ水溶液を得た。ＰＥＯ水溶液中のＰＥＯの配合量は、後述の蛍光体の添加の際に、上記緑色蛍光体及び上記赤色蛍光体の合計量１ｇに対して１５ｍｇとなるように調製した。【０１０５】
次に、ＰＥＯ水溶液に、上記緑色蛍光体及び上記赤色蛍光体を添加し、攪拌した。緑色蛍光体及び上記赤色蛍光体の添加量は、ＰＥＯ水溶液中のＰＥＯ１５ｍｇに対して、上記緑色蛍光体及び上記赤色蛍光体の合計量が１ｇになるようにした。さらに、蛍光体が添加されたＰＥＯ水溶液に、接着剤として超微粒子状のアルミナ（平均粒径：３０ｎｍ）を添加し、攪拌し、蛍光体塗布液を作製した。超微粒子状のアルミナの添加量は、上記緑色蛍光体及び上記赤色蛍光体の合計量１ｇに対して、３０ｍｇとなるようにした。【０１０６】
（蛍光体層の形成）
上記石英基板上に上記蛍光体塗布液を滴下し、自然放置して、石英基板の片面に蛍光体塗布液を付着させた。次に、付着した蛍光体塗布液に６０℃の温風を１０分当てることにより、蛍光体塗布液を乾燥させて、石英基板の表面に蛍光膜（蛍光体塗布液乾燥体層）を形成した。蛍光体を含む蛍光膜が形成された石英基板を電気炉に入れ、大気中、６００℃で３０分間加熱したところ、蛍光膜中のＰＥＯが燃失し、石英基板上に蛍光体層が形成された。これにより、石英基板上に蛍光体層が形成された波長変換体が得られた。なお、蛍光体層は、超微粒子状のアルミナが結合してなる透光性アルミナ層中に上記緑色蛍光体及び上記赤色蛍光体が分散したものとなっていた。得られた波長変換体と青色レーザーダイオード（ピーク波長：４５０ｎｍ）とを用いて、図１に示す発光装置１を作製した。【０１０７】
［実施例２］
透明基板として、実施例１の石英基板に代えて、発光ピーク５５５ｎｍの緑色発光を示す透光性蛍光セラミックス基板としてのＹ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋基板（１０×１０×厚さ０．５ｍｍ）を用いた。また、実施例１の蛍光体塗布液に代えて、蛍光体としてＹ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体（発光ピーク：６２５ｎｍ）のみを含む蛍光体塗布液を用いた。蛍光体塗布液中の上記赤色蛍光体の添加量は、ＰＥＯ水溶液中のＰＥＯ１５ｍｇに対して、上記赤色蛍光体が１ｇになるようにした。そして、上記透光性蛍光セラミックス基板と上記蛍光体塗布液とを用いた以外は、実施例１と同様にして、波長変換体を得、図１に示す発光装置１を作製した。波長変換体は、透光性緑色発光蛍光セラミックス基板上に赤色発光蛍光体層が形成されたものになっていた。【０１０８】
［実施例３］
図１に示す発光装置１と同様の発光装置を作製した。なお、波長変換体としては、金属基板と蛍光体層とを備える第２の波長変換体５０Ａを作製した。このため、波長変換体５０Ａからの蛍光Ｆの放射方向は、図５に示すようになった。【０１０９】
はじめに、蛍光体を塗布する基板として、金属Ａｌ基板（２０×２０×厚さ１ｍｍ）を準備した。また、Ｃｅ３＋で付活した蛍光体として、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体（発光ピーク：５１３ｎｍ）とＹ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体（発光ピーク：６２５ｎｍ）とを準備した。上記蛍光体は中心粒子径が５〜２０μｍの範囲内にある粉末蛍光体であった。【０１１０】
（蛍光体塗布液の作製）
無機接着剤として、ポリメチルシルセスキオキサンゾル（ＰＭＳＱゾル）を用いた。ＰＭＳＱゾルは、溶媒としてのエタノールにポリメチルシルセスキオキサン（ＰＭＳＱ）が分散したものであった。ＰＭＳＱゾル中のＰＭＳＱの含有量は、後述の蛍光体の添加の際に、上記緑色蛍光体及び上記赤色蛍光体の合計量１ｇに対して３５０ｍｇとなるように調製した。【０１１１】
次に、ＰＭＳＱゾルに、上記緑色蛍光体及び上記赤色蛍光体を添加し、攪拌装置を用いて攪拌した。緑色蛍光体及び上記赤色蛍光体の添加量は、ＰＭＳＱゾル中のＰＭＳＱ３５０ｍｇに対して、上記緑色蛍光体及び上記赤色蛍光体の合計量が１ｇになるようにした。さらに、蛍光体が添加されたＰＭＳＱゾルに、溶媒としてのエタノールを適宜添加し、ＰＭＳＱゾルの粘度を調整した。【０１１２】
（蛍光体層の形成）
上記金属Ａｌ基板上に上記蛍光体塗布液を滴下し、自然放置して、金属Ａｌ基板の片面に蛍光体塗布液を付着させた。次に、付着した蛍光体塗布液を室温で３時間乾燥させて、金属Ａｌ基板の表面に蛍光膜（蛍光体塗布液乾燥体層）を形成した。蛍光体を含む蛍光膜が形成された金属Ａｌ基板を乾燥機に入れ、大気中、２００℃で１時間加熱したところ、エタノールが蒸発し、金属Ａｌ基板上に透光性を有する蛍光体層が形成された。これにより、金属Ａｌ基板上に蛍光体層が形成された波長変換体が得られた。なお、蛍光体層は、ＰＭＳＱ中に上記緑色蛍光体及び上記赤色蛍光体が分散したものとなっていた。得られた波長変換体を用いて、図１に示す発光装置１と同様の発光装置を作製した。【０１１３】
実施例３の発光装置が放射する出力光の分光分布を、シミュレーションで作成した。シミュレーションは、青色レーザーダイオードの分光分布と、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体及びＹ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体の発光スペクトルデータとを用いて行った。青色レーザーダイオードのピーク波長は、４５０ｎｍ及び４６０ｎｍとした。【０１１４】
図９及び図１０に、シミュレーションで作成した出力光の分光分布曲線の一例を示す。図９は、固体発光素子である青色レーザーダイオードが放射する青色レーザー光の分光分布曲線のピーク波長が４５０ｎｍである場合の例である。図１０は、固体発光素子である青色レーザーダイオードが放射する青色レーザー光の分光分布曲線のピーク波長が４６０ｎｍである場合の例である。【０１１５】
図９及び図１０中、符号ａで示される、輝線状の鋭利なピークを有する曲線部分は、固体発光素子である青色レーザーダイオードが放射する青色レーザー光の分光分布曲線（ピーク波長：４５０ｎｍ又は４６０ｎｍ）に相当する部分である。また、図９及び図１０中、符号ｂ及び符号ｃを含む、なだらかな変化を示す曲線部分は、レーザー光を受光して波長変換体中の蛍光体が放射する蛍光の分光分布曲線に相当する部分である。より具体的には、後者の蛍光の分光分布曲線に相当する部分は、符号ｂで示される５００ｎｍ〜５３０ｎｍのショルダー状の緑色光成分と、符号ｃで示される波長６００ｎｍ以上の赤色光成分とを含む。符号ｂで示されるショルダー状の緑色光成分は、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体の発光成分である。また、符号ｃで示される波長６００ｎｍ以上の赤色光成分は、Ｙ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体の発光成分である。【０１１６】
図９及び図１０より、実施例３の発光装置を用いると青色〜赤色の光成分が得られることが分かる。なお、図９に示す分光分布を有する光は、相関色温度が３０００Ｋ、Ｒａが８５であり、図１０に示す分光分布を有する光は、相関色温度が５０００Ｋ、Ｒａが８８である。図９及び図１０に示す分光分布曲線を有する光は、共に照明用として好ましい分光分布を有するものである。なお、実施例１のＹ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体も、実施例３のＬｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体と同様の発光特性を有する。このため、実施例１のＹ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体を用いてシミュレーションした場合も、図９及び図１０と同様の結果が得られると推測される。【０１１７】
図１１は、実際の照明光の演色性を評価する目的で簡易的に構成した発光装置を用いて実際に測定した出力光の分光分布曲線の一例である。この発光装置では、励起光として、発光ピーク波長が４６０ｎｍ、発光スペクトル半値幅が約４ｎｍの青色光を用いた。また、この発光装置では、波長変換体を構成する蛍光体として、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋緑色蛍光体の２０質量部と、Ｙ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋赤色蛍光体の８０質量部と、の混合蛍光体を用いた。なお、図１１の分光分布は、マルチチャンネル分光器（ＭＣＰＤ−９８０００：大塚電子株式会社製）を用いて得たデータである。図１１に示す分光分布曲線を有する照明光は、相関色温度が５１００Ｋ、Ｒａが８１であり、照明用として好ましい光であることが分かった。【０１１８】
なお、上記簡易的に構成した発光装置において、蛍光体の混合割合、混合量、種類等を調整することにより、図９及び図１０に示すような分光分布及び色調の光を得ることが可能である。【０１１９】
特願２０１４−２５１４５２号（出願日：２０１４年１２月１２日）の全内容は、ここに援用される。【０１２０】
以上、実施例に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明の発光装置は、高出力で長期信頼性が高い。
【符号の説明】
【０１２２】
１  発光装置
１０  固体発光素子
３０  透明基板
３５  金属基板
４０、４０Ａ  蛍光体層
４１、４１Ａ  蛍光体塗布液層
４２、４２Ａ  蛍光体塗布液乾燥体層
４５  蛍光セラミックス
５０、５０Ａ、５０Ｂ  波長変換体
【図１】
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【図２】
2016092743.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016092743.tif 000007
【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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【国際調査報告】
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