(57)【要約】【課題】光学フィルター機能を持つ部材を使用しなくても色調制御した蛍光を得ることが可能な蛍光体を提供する。【解決手段】本発明に係る蛍光体は、母体と発光中心と光吸収イオンとを含有し、光吸収イオンは、発光中心が放つ蛍光成分を部分的に吸収して、蛍光スペクトルのくびれを誘発する。これにより、光学フィルター機能を持つ部材を使用しなくても、特殊な蛍光スペクトル形状を有し、かつ、色調制御された蛍光を得ることができる。【選択図】図４
2016188263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母体と、発光中心と、光吸収イオンとを含有し、
前記光吸収イオンは、前記発光中心が放つ蛍光成分を部分的に吸収して、蛍光スペクトルのくびれを誘発することを特徴とする蛍光体。
【請求項２】
前記蛍光体が無機化合物であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体。
【請求項３】
可視光線の波長領域に前記蛍光成分の最大強度を持つことを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光体。
【請求項４】
前記母体は柘榴石型の結晶構造を持つことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蛍光体。
【請求項５】
前記光吸収イオンを含まない場合の前記蛍光体が放つ蛍光スペクトルの半値幅は、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の蛍光体。
【請求項６】
前記発光中心は、Ｃｅ３＋であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の蛍光体。
【請求項７】
前記蛍光スペクトルのくびれは、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域にあることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の蛍光体。
【請求項８】
前記光吸収イオンの添加によって、前記蛍光スペクトルの強度最大値に対する５８０ｎｍの波長の強度が７０％未満に低下することを特徴とする請求項７に記載の蛍光体。
【請求項９】
前記光吸収イオンは、３価の希土類元素イオンであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の蛍光体。
【請求項１０】
前記光吸収イオンは、Ｎｄ３＋であることを特徴とする請求項９に記載の蛍光体。
【請求項１１】
前記光吸収イオンの添加量は、蛍光体１モル当たり０．０１モル以上０．１モル以下であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の蛍光体。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の蛍光体を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項１３】
照明光源又は照明装置であることを特徴とする請求項１２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、蛍光体及びこれを用いた発光装置に関する。詳細には、本発明は、好ましい照明光を得るために色調制御された蛍光体及びこれを用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蛍光体として、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ；Ｙ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３）が知られている。そして、特にＣｅ３＋で付活したＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体は高効率蛍光体として知られ、数多くの発光装置に利用されている。ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の特徴は、粒子線又は電磁波を照射すると励起し、超短残光性の黄〜緑色の可視光を放つことである（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ただ、蛍光体が放つ蛍光において、黄色光の強度が高い場合、照射された物体の黄ばみが目立ち、鮮やかさが低下する場合がある。そのため、従来より、照射された物体の黄ばみを低減し、物体色を鮮やかに演出する蛍光ランプが知られている。具体的には、ガラス管の内面に蛍光体層が形成され、さらにガラス管と蛍光体層との間にＮｄ３＋イオンを含んだガラス薄膜（Ｎｄガラスフリット）を形成した蛍光ランプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１１９５４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】蛍光体同学会編、「蛍光体ハンドブック」、株式会社オーム社、１９８７年１２月、Ｐ．３３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来、特許文献１のような光学フィルター機能を持つ部材を利用せずに特定波長の強度を低下させ、特殊な蛍光スペクトル形状を得ることは困難であった。また、特許文献１のように、光学フィルター機能を持つ部材を使用して蛍光の色調制御を行う場合には、当該部材を形成するためのコスト及び工数が増大するという問題があった。
【０００７】
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、光学フィルター機能を持つ部材を使用しなくても色調制御した蛍光を得ることが可能な蛍光体及びこれを用いた発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に係る蛍光体は、母体と発光中心と光吸収イオンとを含有し、光吸収イオンは、発光中心が放つ蛍光成分を部分的に吸収して、蛍光スペクトルのくびれを誘発することを要旨とする。
【０００９】
本発明の第２の態様に係る蛍光体は、第１の態様に係る蛍光体において、当該蛍光体が無機化合物であることを要旨とする。
【００１０】
本発明の第３の態様に係る蛍光体は、第１又は第２の態様に係る蛍光体において、可視光線の波長領域に蛍光成分の最大強度を持つことを要旨とする。
【００１１】
本発明の第４の態様に係る蛍光体は、第１乃至第３の態様のいずれかに係る蛍光体において、母体は柘榴石型の結晶構造を持つことを要旨とする。
【００１２】
本発明の第５の態様に係る蛍光体は、第１乃至第４の態様のいずれかに係る蛍光体において、光吸収イオンを含まない場合の当該蛍光体が放つ蛍光スペクトルの半値幅は、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満であることを要旨とする。
【００１３】
本発明の第６の態様に係る蛍光体は、第１乃至第５の態様のいずれかに係る蛍光体において、発光中心はＣｅ３＋であることを要旨とする。
【００１４】
本発明の第７の態様に係る蛍光体は、第１乃至第６の態様のいずれかに係る蛍光体において、蛍光スペクトルのくびれは５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域にあることを要旨とする。
【００１５】
本発明の第８の態様に係る蛍光体は、第７の態様に係る蛍光体において、光吸収イオンの添加によって、蛍光スペクトルの強度最大値に対する５８０ｎｍの波長の強度が７０％未満に低下することを要旨とする。
【００１６】
本発明の第９の態様に係る蛍光体は、第１乃至第８の態様のいずれかに係る蛍光体において、光吸収イオンは３価の希土類元素イオンであることを要旨とする。
【００１７】
本発明の第１０の態様に係る蛍光体は、第９の態様に係る蛍光体において、光吸収イオンはＮｄ３＋であることを要旨とする。
【００１８】
本発明の第１１の態様に係る蛍光体は、第１乃至第１０の態様のいずれかに係る蛍光体において、光吸収イオンの添加量は、蛍光体１モル当たり０．０１モル以上０．１モル以下であることを要旨とする。
【００１９】
本発明の第１２の態様に係る発光装置は、第１乃至第１１の態様のいずれかに係る蛍光体を備えることを要旨とする。
【００２０】
本発明の第１３の態様に係る発光装置は、第１２の態様に係る発光装置が照明光源又は照明装置であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の蛍光体は、光学フィルター機能を持つ部材を使用しなくても、特殊な蛍光スペクトル形状を有し、かつ、色調制御された蛍光を得ることができる。そのため、当該部材を形成するためのコスト及び工数の増大を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る発光装置を説明するための概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体発光装置の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】実施例及び比較例に係る蛍光体のＸＲＤパターンを示す図である。
【図４】実施例及び比較例に係る蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図５】固体発光素子としての青色ＬＥＤ、並びに実施例の蛍光体及び赤色蛍光体を用いて、相関色温度が５０００Ｋの三波長形の白色系出力光を放つようにした場合をシミュレーションした分光分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態に係る蛍光体及び当該蛍光体を用いた発光装置について詳細に説明する。なお図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００２４】
［蛍光体］
本発明の実施形態に係る蛍光体は、母体と発光中心と光吸収イオンとを含有する。そして、当該光吸収イオンは、発光中心が放つ蛍光成分を部分的に吸収して、蛍光スペクトルのくびれを誘発する。
【００２５】
一般に蛍光体は、結晶質の化合物を構成する元素の一部を、蛍光を放つ特性を持つイオンとなり得る元素で部分置換した化合物を指す。このような特性を持つイオンは、通常「発光中心」と呼ばれる。そして、本実施形態の蛍光体は、当該結晶質の化合物としての母体に、発光中心としてのイオンが導入されている。これにより、当該蛍光体は、外部刺激、例えば粒子線（α線、β線、電子線）や電磁波（γ線、Ｘ線、真空紫外線、紫外線、可視光線）の照射などによって容易に励起され、蛍光を放つことが可能となる。
【００２６】
さらに、本実施形態の蛍光体は、発光中心が放つ蛍光成分を部分的に吸収する光吸収イオンを導入している。これにより、蛍光体に含まれる光吸収イオンが、蛍光成分の一部を吸収するように作用するため、蛍光体自身が光学フィルター機能を持つようになる。そして、蛍光体が放つ蛍光スペクトルの形状は、特許文献１のように、光学フィルター機能を持つ部材を利用した場合と同様の形状になる。そのため、本実施形態の蛍光体は、光学フィルター機能を持つ部材を用いなくとも、当該部材を用いた場合と同様の作用効果を得ることが可能となる。
【００２７】
より詳細に説明すると、本実施形態の一例として図４では、母体がイットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３）であり、発光中心がＣｅ３＋であり、さらに光吸収イオンとしてＮｄ３＋を導入した蛍光体の蛍光スペクトルを示す。そして図４中、Ｘ＝０は光吸収イオンを導入していないＹＡＧの発光スペクトルであり、Ｘ＝０．００１、０．０１、０．１は光吸収イオンを導入したＹＡＧの発光スペクトルである。図４に示すように、光吸収イオンを含有していない場合には、ＹＡＧは可視領域に広く分布を持ち、黒体輻射に近い分光分布の蛍光を放出する。しかし、光吸収イオンとしてＮｄ３＋を導入した場合には、５８０ｎｍ付近の発光強度が低下している。
【００２８】
このように、蛍光体に光吸収イオンを導入することにより、光吸収イオンが蛍光成分の一部を吸収する。そのため、当該蛍光体の蛍光スペクトルは、光吸収イオンによって誘発された部分的なくびれを持つこととなる。したがって、本実施形態の蛍光体は、光学フィルター機能を持つ部材を使用しなくても色調制御した蛍光を得ることができる。なお、本明細書において、蛍光スペクトルの「くびれ」とは、蛍光体の蛍光スペクトルの発光強度が部分的に低下していることをいう。つまり、光吸収イオンの導入前後で、蛍光体の蛍光スペクトルの発光強度が部分的に低下する現象をいう。
【００２９】
本実施形態の蛍光体は、得られる蛍光スペクトルにくびれが生ずるものであれば、無機化合物でも有機化合物でも構わない。ただ、本実施形態の蛍光体は、無機化合物であることが好ましい。無機化合物は、有機化合物と比較すると相対的に熱的にも化学的にも安定なものが多く、さらに蛍光体としての実績を持つものも多い。そのため、蛍光体として無機化合物を使用することにより信頼性が向上する。
【００３０】
さらに、本実施形態の蛍光体は、可視光線の波長領域に蛍光成分の最大強度を持つことが好ましい。つまり、当該蛍光体は、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光領域に蛍光成分（蛍光スペクトル）の最大強度を有することが好ましい。一般的に、蛍光体を利用した発光装置は、可視光を利用するものが多いため、可視光領域に蛍光成分の最大強度を有することにより、応用の幅が広い蛍光体となる。
【００３１】
当該蛍光体を構成する母体は、柘榴石型の結晶構造を持つことが好ましい。柘榴石型（ガーネット型）の結晶構造を持つ化合物を母体として用いた蛍光体は、例えばＬＥＤ照明用など実用実績が高く、当該蛍光体を応用する発光装置の種類も多い。そのため、柘榴石型の結晶構造を持つ化合物を母体として用いた場合、産業上の利用価値が高い蛍光体となる。ここで、母体として用いられ得る柘榴石型の化合物は、上記効果が得られる限り特に限定されない。ただ、母体としては、例えばＹ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３、Ｙ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３などのアルミニウムガーネットタイプの化合物を用いることが好ましい。また、Ｃａ３Ｓｃ２（ＳｉＯ４）３なども用いることが好ましい。この中でも、発光効率が高いＹ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３が特に好ましい。
【００３２】
本実施形態の蛍光体において、光吸収イオンを含まない場合の当該蛍光体が放つ蛍光スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満であることが好ましい。つまり、図４の例では、光吸収イオンとしてのＮｄ３＋を含まないＹＡＧ：Ｃｅ３＋の蛍光スペクトルの半値幅が、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満であることが好ましい。この場合、可視領域に広く分布を持つ蛍光スペクトルとなるため、黒体輻射に近い分光分布の光を得ることが比較的容易となる。また、広い波長範囲に亘って蛍光成分が分布するので、くびれが目立つ蛍光スペクトルを容易に得ることが可能となる。
【００３３】
当該蛍光体を構成する発光中心は、蛍光体の母体として機能する化合物、すなわち母体の結晶中で、電子エネルギー遷移によって蛍光を放ち得るイオンであればよい。具体的には、ｎｓ２形イオン発光中心と呼ばれるＳｎ２＋、Ｓｂ３＋、Ｔｌ＋、Ｐｂ２＋及びＢｉ３＋や、遷移金属イオン発光中心と呼ばれるＣｒ３＋，Ｍｎ４＋，Ｍｎ２＋及びＦｅ３＋の少なくとも一つを使用することが好ましい。また、希土類イオン発光中心と呼ばれるＣｅ３＋、Ｐｒ３＋、Ｓｍ３＋、Ｔｂ３＋、Ｇｄ３＋、Ｄｙ３＋、Ｈｏ３＋、Ｔｍ３＋、Ｙｂ３＋、Ｓｍ２＋、Ｅｕ２＋、Ｅｕ３＋及びＹｂ２＋の少なくとも一つを使用することも好ましい。この中でも、発光中心は、Ｃｅ３＋であることが特に好ましい。Ｃｅ３＋は、ＬＥＤ照明用など、実用実績が高く、さらに当該蛍光体を応用する発光装置の種類も多いので、産業上の利用価値が高い蛍光体を容易に実現することが可能となる。
【００３４】
本実施形態の蛍光体の蛍光スペクトルにおいて、上記くびれは５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長領域にあることが好ましい。この場合、黄ばみの原因になる黄色光成分の強度が相対的に小さい蛍光スペクトルになる。そのため、当該蛍光が照射された物体の鮮やかさを引き立て、白さ感及び清潔感を際立たせる照明光を得る上で有利である。
【００３５】
さらに、本実施形態の蛍光体の蛍光スペクトルにおいて、光吸収イオンの添加によって、蛍光スペクトルの強度最大値に対する５８０ｎｍの波長の強度が７０％未満に低下することが好ましい。つまり、図４の蛍光スペクトルの例では、５５０ｎｍにおいて最大強度となるため、５５０ｎｍの発光強度に対する５８０ｎｍの発光強度が７０％未満であることが好ましい。この場合、黄ばみの原因になる黄色光成分の強度を大幅に抑制した蛍光スペクトルになる。そのため、当該蛍光が照射された物体の鮮やかさを引き立て、白さ感及び清潔感を際立たせる照明光を得ることができる。
【００３６】
蛍光体に導入される光吸収イオンは、発光中心が放つ蛍光成分を部分的に吸収して、蛍光スペクトルのくびれを誘発するものであれば、特に限定されない。ただ、色調制御を効率的に行う観点から、光吸収イオンは３価の希土類元素イオンであることが好ましい。３価の希土類元素イオンは、特異形状のシャープな吸収特性を持つものが多いため、特異な蛍光スペクトルを得ることが容易となる。
【００３７】
３価の希土類元素イオンとしては、Ｓｃ３＋，Ｙ３＋，Ｌａ３＋，Ｃｅ３＋，Ｐｒ３＋，Ｎｄ３＋，Ｐｍ３＋，Ｓｍ３＋及びＥｕ３＋からなる群より選ばれる少なくとも一つを挙げることができる。また、３価の希土類元素イオンとしては、Ｇｄ３＋，Ｔｂ３＋，Ｄｙ３＋，Ｈｏ３＋，Ｅｒ３＋，Ｔｍ３＋，Ｙｂ３＋及びＬｕ３＋からなる群より選ばれる少なくとも一つも挙げることができる。この中でも光吸収イオンは、Ｎｄ３＋及びＥｕ３＋の少なくともいずれか一方であることが好ましく、Ｎｄ３＋であることが特に好ましい。Ｎｄ３＋及びＥｕ３＋は、可視領域に強い吸収特性を持つため、容易に色調制御することが可能となる。特に、Ｎｄ３＋は黄色の波長領域に強い吸収特性を持つので、黄色光成分の強度を効果的に低下させることが可能となる。
【００３８】
本実施形態の蛍光体の蛍光スペクトルにおいて、光吸収イオンの添加量は、蛍光体１モル当たり０．０１モル以上０．５モル未満であることが好ましい。光吸収イオンの添加量が０．０１モル以上の場合には、蛍光成分の吸収作用が発揮され、蛍光体自身が光学フィルター機能を持つようになる。また、光吸収イオンの添加量が０．５モル未満の場合には、蛍光体の発光強度の低下を抑制することが可能となる。なお、発光強度が高く、さらに高度に色調制御された蛍光体を得る観点から、光吸収イオンの添加量は、蛍光体１モル当たり０．０１モル以上０．１モル以下であることがより好ましく、０．０３モル以上０．１モル以下であることが特に好ましい。
【００３９】
なお、本実施形態の蛍光体は、水、有機溶剤、樹脂などの溶媒や水ガラスなどと適宜混合して、スラリー状、ペースト状、ゾル状、ゲル状としたものとして利用することができる。
【００４０】
上述のように、本実施形態の蛍光体は、光吸収イオンを導入することにより、光吸収イオンが蛍光成分の一部を吸収する。そのため、蛍光スペクトルは、光吸収イオンによって誘発された部分的なくびれを持つことになる。その結果、光学フィルター機能を持つ部材を使用しなくても、色調制御された蛍光を得ることができるという従来にはない特性を有する。
【００４１】
［発光装置］
次に、本発明の実施形態に係る発光装置を説明する。本実施形態の発光装置は、上記蛍光体を備えることを特徴とする。上述のように、本実施形態の蛍光体は、特殊なスペクトル形状を有し、かつ、色調制御された蛍光を放出する。このため、本実施形態の発光装置では、上記蛍光体と当該蛍光体を励起する励起源とを組み合わせることによって、効果的に色調制御された蛍光を出力することが可能となる。
【００４２】
なお、本実施形態の発光装置は、発光する機能を備えた電子装置を広く包含するものであり、何らかの光を発する電子装置であれば特に限定されるものではない。つまり、本実施形態の発光装置は、少なくとも本実施形態の蛍光体を利用しており、さらに当該蛍光体が放つ蛍光を少なくとも出力光として利用する発光装置である。
【００４３】
より詳細に説明すると、本実施形態の発光装置は、前記蛍光体と当該蛍光体を励起する励起源とを組み合わせている。そして、前記蛍光体は、励起源が放つエネルギーを吸収し、吸収したエネルギーを色調制御された蛍光に変換するものである。なお、励起源は、蛍光体の励起特性に合わせて、放電装置、電子銃、固体発光素子などから適宜選択すればよい。
【００４４】
従来より、蛍光体を利用する発光装置は数多くあり、例えば蛍光灯や電子管、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、白色ＬＥＤ、さらには蛍光体を利用する検出装置などがこれに該当する。広義には、蛍光体を利用する照明光源及び照明装置並びに表示装置なども発光装置であり、レーザーダイオードを備えるプロジェクターやＬＥＤバックライトを備える液晶ディスプレイなども発光装置とみなされる。ここで、本実施形態の発光装置は、蛍光体が放つ蛍光の種別によって分類できるため、この分類について説明する。
【００４５】
電子装置に利用される蛍光現象は、学術的に幾つかに区分されており、フォトルミネッセンス、カソードルミネッセンス、エレクトロルミネッセンスなどの用語で区別されている。「フォトルミネッセンス（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）」とは、蛍光体に電磁波を照射したときに蛍光体が放つ蛍光をいう。なお、「電磁波」という用語は、Ｘ線、紫外線、可視光及び赤外線などを総称して指す。「カソードルミネッセンス（ｃａｔｈｏｄｅｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）」とは、蛍光体に電子線を照射したときに蛍光体が放つ蛍光をいう。また、エレクトロルミネッセンス（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）とは、蛍光体に電子を注入したり電界をかけたりしたときに放つ蛍光をいう。原理的にフォトルミネッセンスに近い蛍光として、サーモルミネッセンス（ｔｈｅｒｍｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）という用語もあるが、これは蛍光体に熱を加えたときに蛍光体が放つ蛍光をいう。また、原理的にカソードルミネッセンスに近い蛍光として、ラジオルミネッセンス（ｒａｄｉｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）という用語もあるが、これは蛍光体に放射線を照射したときに蛍光体が放つ蛍光をいう。
【００４６】
先に説明したように、本実施形態の発光装置は、上述の蛍光体が放つ蛍光を少なくとも出力光として利用するものである。そして、ここでいう蛍光は少なくとも上述のように区分することができるため、当該蛍光は、上記ルミネッセンスから選ばれる少なくとも一つの蛍光現象として置き換えることができる。
【００４７】
なお、蛍光体のフォトルミネッセンスを出力光として利用する発光装置の典型例としては、Ｘ線イメージインテンシファイア、蛍光灯、白色ＬＥＤ、蛍光体とレーザーダイオードを利用する半導体レーザープロジェクター及びＰＤＰが挙げられる。また、カソードルミネッセンスを出力光とする発光装置の典型例としては、電子管、蛍光表示管及びフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）が挙げられる。さらに、エレクトロルミネッセンスを出力光とする発光装置の典型例としては、無機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（無機ＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザー（ＬＤ）及び有機エレクトロルミネッセンス素子（ＯＬＥＤ）が挙げられる。
【００４８】
以下、図面を参考に本実施形態の発光装置を説明する。図１は、本実施形態に係る発光装置の概略を示す。図１（ａ）及び図１（ｂ）において、励起源１は、本実施形態の蛍光体２を励起するための一次光を生成する光源である。励起源１は、α線、β線、電子線などの粒子線や、γ線、Ｘ線、真空紫外線、紫外線、可視光（特に紫色光や青色光などの短波長可視光）などの電磁波を放つ放射装置を用いることができる。また励起源１としては、各種の放射線発生装置や電子ビーム放射装置、放電光発生装置、固体発光素子、固体発光装置なども用いることができる。励起源１の代表的なものとしては、電子銃、Ｘ線管球、希ガス放電装置、水銀放電装置、発光ダイオード、半導体レーザーを含むレーザー光発生装置、無機又は有機のエレクトロルミネッセンス素子などが挙げられる。
【００４９】
また、図１（ａ）及び図１（ｂ）において、出力光４は、励起源１が放つ励起線又は励起光３によって励起された蛍光体２が放つ蛍光である。そして出力光４は、発光装置において照明光や表示光として利用されるものである。
【００５０】
図１（ａ）では、励起線又は励起光３を蛍光体２に照射する方向に、蛍光体２からの出力光４が放出される構造の発光装置を示す。なお、図１（ａ）に示す発光装置としては、白色ＬＥＤ光源や蛍光ランプ、電子管などが挙げられる。一方、図１（ｂ）では、励起線又は励起光３を蛍光体２に照射する方向とは逆の方向に、蛍光体２からの出力光４が放出される構造の発光装置を示す。図１（ｂ）に示す発光装置としては、プラズマディスプレイ装置や反射板付き蛍光体ホイールを利用する光源装置、プロジェクターなどが挙げられる。
【００５１】
本実施形態の発光装置の具体例として好ましいものは、蛍光体を利用して構成した半導体発光装置、照明光源、照明装置、ＬＥＤバックライト付き液晶パネル、ＬＥＤプロジェクター、レーザープロジェクターなどである。そして特に好ましい発光装置は、短波長可視光によって蛍光体を励起する構造を持ち、短波長可視光は固体発光素子が放つようにした構造を有するものである。
【００５２】
以下、本実施形態に係る半導体発光装置の具体例を詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る半導体発光装置を模式的に示す断面図である。図２は断面図であるが、図面の見易さを考慮して透光性樹脂１０の断面を示すハッチングは省略している。
【００５３】
図２において、基板５は、固体発光素子６を固定するための基台となるものである。そして、基板５は、Ａｌ２Ｏ３及びＡｌＮなどのセラミックス、Ａｌ及びＣｕなどの金属、ガラス、シリコーン樹脂及びフィラー入りシリコーン樹脂などの樹脂から構成される。
【００５４】
また、基板５上には配線導体７が設けられ、固体発光素子６の給電電極８と配線導体７とを、金線などを用いて電気的に接続することによって、固体発光素子６に給電している。
【００５５】
一次光を生成する光源である固体発光素子６は、直流、交流又はパルスの中から選ばれる少なくともいずれかの電圧を印加する電力供給によって、電気エネルギーを近紫外線、紫色光又は青色光などの光エネルギーに変換する電光変換素子である。固体発光素子６としては、ＬＥＤ、ＬＤ、無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、有機ＥＬ素子などを用いることができる。特に、高出力かつ狭スペクトル半値幅の一次光を得るためには、固体発光素子６はＬＥＤ又はＬＤが好ましい。なお図２は、固体発光素子６を、ＩｎＧａＮ系化合物を発光層とするＬＥＤとした場合の構成を示している。
【００５６】
波長変換層９は、蛍光物質からなる蛍光体２を含み、固体発光素子６が放つ一次光を、相対的に長波長側に移動した光に波長変換する。また、図２に示すように、波長変換層９は、側壁１１で囲まれており、さらに本実施形態に係る蛍光体の粒子が透光性樹脂１０中に分散している。なお、本実施形態の半導体発光装置における波長変換層９としては、樹脂蛍光膜、透光性蛍光セラミックス、蛍光ガラスなどに蛍光体を含ませて構成することもできる。
【００５７】
波長変換層９には、蛍光体２として本実施形態に係る蛍光体を単独で使用することもできるが、必要に応じて、本実施形態に係る蛍光体とは異なる蛍光体を含むようにしてもよい。また、発光色又は組成のいずれかの面で異なる蛍光体を複種類組み合わせて用いるようにしてもよい。
【００５８】
波長変換層９に用いることができる、本実施形態の蛍光体とは異なる蛍光体としては、固体発光素子６が放つ一次光を吸収して相対的に長波長側に移動した光に波長変換する蛍光体であれば、特に限定されない。発光色として、青色光、緑青光、青緑色光、緑色光、黄色光、橙色光、赤色光を放つ各種の蛍光体から適宜選択して、半導体発光装置が所望の色の出力光を放つようにすることができる。
【００５９】
上述のように、固体発光素子６をＬＥＤ又はＬＤとした場合の半導体発光装置用の蛍光体としては、本実施形態の光吸収イオンを導入した蛍光体を用いることができる。ただ、蛍光体としては、本実施形態の蛍光体のみならず、例えば、Ｅｕ２＋、Ｃｅ３＋、Ｔｂ３＋、Ｍｎ２＋の少なくともいずれかで付活した酸化物や酸ハロゲン化物などの酸化物系蛍光体も用いることができる。また、蛍光体としては、Ｅｕ２＋、Ｃｅ３＋、Ｔｂ３＋、Ｍｎ２＋の少なくともいずれかで付活した窒化物や酸窒化物などの窒化物系蛍光体、又は硫化物や酸硫化物などの硫化物系蛍光体も用いることができる。
【００６０】
具体的には、青色蛍光体として、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋、Ｂａ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋などが挙げられる。緑青又は青緑色蛍光体として、Ｓｒ４Ｓｉ３Ｏ８Ｃｌ４：Ｅｕ２＋、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２４：Ｅｕ２＋、ＢａＡｌ８Ｏ１３：Ｅｕ２＋、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋が挙げられる。さらに緑青又は青緑色蛍光体として、ＢａＺｒＳｉ３Ｏ９：Ｅｕ２＋、Ｃａ２ＹＺｒ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｃａ２ＹＨｆ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｃａ２ＹＺｒ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋が挙げられる。緑色蛍光体として、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋が挙げられる。さらに緑色蛍光体として、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、ＣｅＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｍｎ２＋、Ｙ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋が挙げられる。また、緑色蛍光体として、Ｙ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ３＋、β−Ｓｉ３Ｎ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋が挙げられる。緑色蛍光体として、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋、Ｓｒ３Ｓｉ１３Ａｌ３Ｏ２Ｎ２１：Ｅｕ２＋、ＹＴｂＳｉ４Ｎ６Ｃ：Ｃｅ３＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋が挙げられる。緑色蛍光体として、Ｃａ２ＬａＺｒ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｃａ２ＴｂＺｒ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｃａ２ＴｂＺｒ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋，Ｐｒ３＋が挙げられる。緑色蛍光体として、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ２＋、ＭｇＧａ２Ｏ４：Ｍｎ２＋が挙げられる。緑色蛍光体として、ＬａＰＯ４：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋、Ｙ２ＳｉＯ４：Ｃｅ３＋，ＣｅＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｔｂ３＋、ＧｄＭｇＢ５Ｏ１０：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋が挙げられる。黄又は橙色蛍光体として、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、α−Ｃａ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋が挙げられる。黄又は橙色蛍光体として、Ｙ２Ｓｉ４Ｎ６Ｃ：Ｃｅ３＋、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ３＋、Ｙ３ＭｇＡｌ（ＡｌＯ４）２（ＳｉＯ４）：Ｃｅ３＋が挙げられる。赤色蛍光体としては、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、ＳｒＡｌＳｉ４Ｎ７：Ｅｕ２＋、ＣａＳ：Ｅｕ２＋、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｙ３Ｍｇ２（ＡｌＯ４）（ＳｉＯ４）２：Ｃｅ３＋が挙げられる。また、赤色蛍光体として、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋、ＹＶＯ４：Ｅｕ３＋が挙げられる。赤色蛍光体として、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＧｄＭｇＢ５Ｏ１０：Ｃｅ３＋，Ｍｎ２＋が挙げられる。
【００６１】
なお、利用する蛍光体を全て酸化物とすることで、低コストな半導体発光装置を実現することができる。
【００６２】
ここで、図２に示す半導体発光装置の製造方法の一例を説明する。まず、配線導体７を形成した基板５上に実装技術を用いて固体発光素子６を固定する。次に、ワイヤーボンディング技術等を用いて、固体発光素子６の給電電極８と配線導体７とを電気的に接続する。一方で、シリコーン樹脂などの透光性樹脂１０と蛍光体２とを十分に混合し、所定の粘度となるように調整した蛍光体ペーストを作製する。蛍光体ペースト中の蛍光体２の重量割合は、数％〜数１０％程度となるようにする。その後、固体発光素子６上に蛍光体ペーストを滴下するなどして、固体発光素子６の光取り出し面を蛍光体ペーストで覆って、蛍光体ペーストを乾燥させるなどして固化する。これにより、波長変換層９が形成された半導体発光装置を得ることができる。
【００６３】
このようにして形成された半導体発光装置では、固体発光素子６に通電して所定の電力を供給すると、固体発光素子６が短波長可視光の一次光を発光する。つまり、固体発光素子６は、例えば３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の範囲内に発光ピークを有する紫色光、又は４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ未満の範囲内に発光ピークを有する青色光を発光する。この一次光は、蛍光体２によって、色調制御された蛍光に波長変換される。
【００６４】
一次光は波長変換層９に含まれる蛍光体２に照射され、一部が蛍光体２に吸収される。蛍光体２に吸収された一次光は、蛍光体２によって、相対的に長波長側（低エネルギー側）に移動した光に波長変換される。そして、蛍光体２によって波長変換された波長変換光が透光性樹脂１０を通り抜けて半導体発光装置から出射する。一方、蛍光体２に吸収されなかった一次光も、透光性樹脂１０を通り抜けて半導体発光装置から出射する。この結果、半導体発光装置からは、蛍光体２による波長変換光と、蛍光体２に吸収されなかった一次光の両方が出射することになる。つまり、半導体発光装置からは、これら双方が加色混合された光成分が出力される。
【００６５】
なお、波長変換層９の厚みや光透過率、波長変換層９に含まれる蛍光体２の種類や混合割合、固体発光素子が放つ一次光の波長などは適宜調整できる。そのため、所望とする光源色や白色などの照明光が得られるように、光源設計すればよい。なお一次光が全て蛍光体に吸収されて波長変換される場合もあり、この場合には半導体発光装置からの出射光は蛍光体で波長変換された光のみとなる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体発光装置は、固体発光素子と、当該光を吸収して色調制御された蛍光を放つ蛍光体とを組み合わせている。特に、本実施形態に係る発光装置は、黄ばみの原因になる黄色光成分の強度が相対的に小さい蛍光を放射することができる。そのため、当該発光装置は、当該蛍光が照射された物体の鮮やかさを引き立て、白さ感及び清潔感を際立たせる照明光を容易に得ることが可能となる。さらに、上述のように、本実施形態の蛍光体は、光学フィルター機能を持つ部材を用いなくとも、当該部材を用いた場合と同様の作用効果が得られる。そのため、本実施形態の発光装置は、部品数や製造工程数を削減した単純な構造とすることが可能となる。
【００６７】
なお、本実施形態の半導体発光装置は、照明光源用や液晶ディスプレイのバックライト用、表示装置用の光源など広く利用可能である。つまり上述のように、本実施形態の蛍光体は、物体の鮮やかさを引き立て、白さ感及び清潔感を際立たせる光を放ち得る。そのため、当該蛍光体を照明光源等に用いた場合、高演色性かつ高効率の照明光源や、高輝度画面の広色域表示が可能な表示装置を提供することができる。
【００６８】
このような照明光源としては、本実施形態の半導体発光装置と、当該半導体発光装置を動作させる点灯回路と、口金など照明器具との接続部品とを組み合わせて構成することができる。また、必要に応じて照明器具を組み合わせれば、照明装置や照明システムを構成することにもなる。
【００６９】
表示装置としては、マトリックス状に配置した本実施形態の半導体発光装置と、これら半導体発光装置をＯＮ−ＯＦＦする信号回路とを組み合わせて構成することができる。また、表示装置としては、ＬＥＤバックライト機能付き液晶パネルを挙げることができる。つまり、当該表示装置は、本実施形態の半導体発光装置をライン状又はマトリックス状に配置しバックライトとして利用する。そして、バックライトと、バックライトを点灯する点灯回路又はバックライトをＯＮ−ＯＦＦ制御する制御回路と、液晶パネルとを組み合わせて構成されるものである。
【００７０】
このように、本実施形態の発光装置は、視感度や視認性の面で良好な特性を有するため、上述の半導体発光装置や光源装置以外にも広く利用することができる。
【実施例】
【００７１】
以下、本発明を実施例及び比較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。
【００７２】
固相反応を利用する調製手法を用いて、実施例及び比較例の蛍光体を合成し、その特性を評価した。なお本実施例では、以下の化合物粉末を原料として使用した。
【００７３】
酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）：純度３Ｎ、信越化学工業株式会社製
酸化アルミニウム（θ−Ａｌ２Ｏ３）：純度４Ｎ５、住友化学株式会社製
酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）：純度３Ｎ、株式会社高純度化学研究所製
酸化セリウム（ＣｅＯ２）：純度４Ｎ、信越化学工業株式会社製
【００７４】
原料同士の反応性を高める目的で、上記酸化アルミニウムとしては、住友化学株式会社製のＡＫＰ−Ｇ００８を使用した。
【００７５】
また本実施例では、反応促進剤（フラックス）として、以下の化合物粉末を使用した。
フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）：純度３Ｎ、株式会社高純度化学研究所製
炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）：純度２Ｎ５、関東化学株式会社製
【００７６】
［試料の調製］
まず、表１に示す割合で、各原料及び反応促進剤を秤量した。次に、ボールミルを用いて、これらの原料及び反応促進剤を適量の溶媒と共に混合し、１時間攪拌した。そして、混合後の原料を容器に移し、乾燥機を用いて１５０℃で２時間乾燥させた。乾燥後の混合原料を乳鉢と乳棒を用いて粉砕し、焼成原料とした。その後、焼成原料を蓋付きのアルミナるつぼに移し、箱型電気炉を用いて、１６００℃の大気中で２時間焼成した。
【００７７】
このようにして、組成式が（Ｙ１−０．０２−ｘＣｅ０．０２Ｎｄｘ）３Ａｌ５Ｏ１２（Ｘ＝０、０．００１、０．０１、０．０３、０．１、０．５）で表される実施例及び比較例の化合物を調製した。なお、Ｘ＝０．００１、０．０１、０．０３、０．１、０．５である化合物はそれぞれ実施例に相当し、Ｘ＝０である化合物は公知のＹＡＧであり、比較例に相当する。これらの実施例及び比較例の化合物を使用し、以下の評価を行った。
【００７８】
【表１】
2016188263.tif 000003
【００７９】
［結晶構造解析］
実施例（Ｘ＝０．００１、０．０１、０．１）及び比較例（Ｘ＝０）の化合物の結晶構造解析を行った。図３は、実施例及び比較例のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示す。なお、ＸＲＤパターンは、Ｘ線回折装置（製品名：ＭｕｌｔｉＦｌｅｘ、株式会社リガク製）を用いて評価した。
【００８０】
図３より、実施例と比較例を比べると、Ｘが０．００１、０．０１及び０．１のＸＲＤパターンは、比較例としたＹＡＧのＸＲＤパターンと、形状面及び強度比の特徴が概ね一致している。つまり、実施例の化合物は、それぞれＹ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３と同じ柘榴石の結晶構造を有することを示す。
【００８１】
［発光特性評価］
実施例及び比較例の化合物の発光特性を、瞬間マルチ測光システム（ＱＥ−１１００；大塚電子株式会社製）を用いて評価した。図４は、Ｘが０、０．００１、０．０１及び０．１の化合物の蛍光スペクトルを示す。なお、発光スペクトル測定時の励起波長は、２５０ｎｍとした。また、図４において、発光スペクトルは最大強度を１として示している。
【００８２】
図４に示すように、光吸収イオンとしてＮｄ３＋を導入することにより、５８０ｎｍの発光強度が低下している。さらに、Ｎｄ３＋の添加量が増加するに従い、５８０ｎｍの発光強度が減少していることが分かる。つまり、Ｎｄ３＋が、発光中心であるＣｅ３＋が放つ蛍光成分を部分的に吸収して、蛍光スペクトルのくびれを誘発していることが分かる。さらに、Ｎｄ３＋の添加量が０．０１モルの場合には、蛍光スペクトルの強度最大値に対する５８０ｎｍの波長の強度が７０％程度となるため、黄色光成分の強度を大幅に抑制できることも分かる。
【００８３】
［シミュレーションによる分光分布評価］
次に、実施例（Ｘ＝０．００１、０．０１、０．１）及び比較例（Ｘ＝０）の化合物を用いて、得られる分光分布のシミュレーションを行った。具体的には、固体発光素子としてＩｎＧａＮ青色ＬＥＤを用い、さらに上記実施例及び比較例の各化合物並びに赤色蛍光体を用いて、相関色温度５０００Ｋの三波長形の白色系出力光を放つようにした場合のシミュレーションを行った。なお、ＩｎＧａＮ青色ＬＥＤは、出力ピーク波長が４５０ｎｍである。また、赤色蛍光体は、三菱化学株式会社製の窒化物蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（ＣＡＳＮ）を用いた。図５には、上記シミュレーションにより得られた分光分布の結果を示す。なお、図５のスペクトル強度は、５５０ｎｍ付近の極大値を１として示している。
【００８４】
図５において、Ｘ＝０．００１の場合、出力光の平均演色評価数Ｒａは７８であり、平均演色評価数Ｒａが７７のＸ＝０（比較例）と比べて大きな変化は見られない。ただ、Ｘ＝０．０１の場合、５８５ｎｍ付近のスペクトル強度が低下しており、黄色光成分の強度が抑制されていることが分かる。また、平均演色評価数Ｒａも８４と十分に高く、自然光に近い照明光として利用できることが分かる。
【００８５】
さらに、Ｘ＝０．１の場合、５８５ｎｍ付近のスペクトル強度はＸ＝０．０１に比べて低下しており、さらに平均演色評価数Ｒａも９０と極めて高い値を実現できている。このようなスペクトルは、高演色性と高効率を両立する光源として高い実績を持つ三波長形の蛍光ランプが放つ分光分布に似た分布であり、本発明によれば、三波長形の蛍光ランプと遜色のない照明光を得ることができる。
【００８６】
なお、Ｘ＝０．５以上の場合についても同様に、５８５ｎｍ付近のスペクトル強度の更なる低下と平均演色評価数Ｒａの向上が期待できる。ただ、イットリウムに比べて高価なネオジムを使用量が増えることや発光効率の点から、好ましくはＸ＝０．１以下である。
【００８７】
以上、本発明を実施例及び比較例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００８８】
２  蛍光体
【図１】
2016188263.tif 000004
【図２】
2016188263.tif 000005
【図３】
2016188263.tif 000006
【図４】
2016188263.tif 000007
【図５】
2016188263.tif 000008