JP2013033971A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可視光領域における放射束強度の偏りを低減し、太陽光や白熱電球の光のように連続したスペクトルを持つ発光装置の提供。
【解決手段】励起光源からの光を吸収して波長変換する波長変換部材を有する発光装置であって、その発光スペクトルは、励起光源からの光がエネルギー強度の最大値を示す波長を第１の波長、波長変換部材からの光がエネルギー強度の最大値を示す波長を第２の波長、第１の波長と第２の波長との間で発光装置の発光スペクトルがエネルギー強度の最小値を示す波長を第３の波長、６５０ｎｍを第４の波長として、第１の波長におけるエネルギー強度と第３の波長におけるエネルギー強度の比は１００：１５〜１５０であり、第１の波長におけるエネルギー強度と第４の波長におけるエネルギー強度の比は、１００：４５〜２００の関係である。
【選択図】図６

Description

本発明は、液晶バックライト光源、照明器具、ディスプレイのバックライト光源、カメラのフラッシュライト、動画照明補助光源などに用いられる発光装置に関する。特に演色性が求められる発光装置に関する。

現在、蛍光ランプが一般的な照明器具として使用されている。しかし、環境対策として水銀レス光源への移行が強く要望されており、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」ともいう）やレーザーダイオード（以下、「ＬＤ」という）などの発光素子を用いた発光装置が注目されている。

これらの発光素子を用いた発光装置は、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、該発光素子は半導体素子であるため球切れなどの心配がない。さらに初期駆動特性が優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、ＬＥＤやＬＤなどの発光素子を用いる発光装置は、各種の光源として利用されている。

従来、ＬＥＤを用いた白色発光装置には、以下の２種類の組合せが知られている。

１つ目として青色ＬＥＤと黄色に発光するいわゆるＹＡＧ蛍光体とを組み合わせた発光装置がある。この発光装置は、青色ＬＥＤの光によりＹＡＧ蛍光体を励起して、青色光と黄色光との混色光により白色光を放出するものである。この発光装置は、消費電力を低減することができ、ＬＥＤの駆動制御を容易に行え、混色性も良好であることから、広く一般に使用されている。

２つ目として青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤを組み合わせた発光装置がある。これらの発光装置は、いわゆる三波長の発光装置であり、３つのＬＥＤからの光により白色光を放出するものである。この発光装置は、消費電力を低減することができ、液晶透過後の色表示範囲が広い。さらに高効率化かつ高演色性化を図るため、青色ＬＥＤと、青緑色ＬＥＤと、橙色ＬＥＤと、赤色ＬＥＤと、を組み合わせた発光装置がある（例えば、特許文献１）。

特開２００３−４５２０６号公報

しかし、１つ目の発光装置は、青色光と黄色光との組合せであるため、白熱電球に比べて青緑領域及び赤色領域における放射束が小さく、可視光領域における放射束強度に偏りがある。

２つ目の発光装置は、混色し難く、演色性に乏しいものである。ＬＥＤから放出される光は蛍光体から放出される光と異なりシャープな光であるため、各ＬＥＤから放出される光を混合しても、連続した発光スペクトルを実現し難い。特に各ＬＥＤの発光ピーク間におけるエネルギー強度が低い。また、一つの光源において３つ以上のＬＥＤを要するため、駆動制御が複雑になり、また色調調整も複雑になる。

これらの発光装置によって照射された物体の色は、太陽光や白熱電球の光のように連続したスペクトルを持つ白色光を照射光源として用いた場合と異なる表面色と判断されることもある。

なお、青色ＬＥＤに代えて、紫外ＬＥＤを用いた発光装置も知られている。紫外ＬＥＤと蛍光体とを用いる発光装置においては、可視光領域における放射束強度の偏りを低減することもできる。しかし、この発光装置は紫外線を含むため、紫外線を外部に漏らさない対策を施さなければならない。また、紫外線により部材の劣化が促進される。さらに、紫外ＬＥＤはほとんど視感できないため、発光装置から漏れた紫外光を可視光として有効に利用することはできず、発光効率が低くなる。

以上のことから、本発明は、可視光領域における放射束強度の偏りを低減し、太陽光や白熱電球の光のように連続したスペクトルを持つ発光装置を提供することを目的とする。

上記の問題点を解決すべく、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに到った。

本発明の発光装置は、可視光の短波長領域の光を発する励起光源と、
前記励起光源からの光を吸収して波長変換し、前記励起光源からの光よりも長波長領域の光を発する波長変換部材と、を有し、
色温度が４０００Ｋ以上５０００Ｋ以下の光を発光する発光装置であって、
前記発光装置の可視光領域における発光スペクトルは、前記励起光源からの光がエネルギー強度の最大値を示す波長を第１の波長、前記波長変換部材からの光がエネルギー強度の最大値を示す波長を第２の波長、前記第１の波長と前記第２の波長との間で前記発光装置の発光スペクトルがエネルギー強度の最小値を示す波長を第３の波長、６５０ｎｍを第４の波長として、
前記第１の波長におけるエネルギー強度と前記第３の波長におけるエネルギー強度の比は１００：１５〜１５０であり、
前記第１の波長におけるエネルギー強度と第４の波長におけるエネルギー強度の比は、１００：４５〜２００の関係であることを特徴とする。これにより太陽光や白熱電球の光のように連続した発光スペクトルを持つ発光装置を提供することができる。また、赤色領域の発光を高めることもできる。また、演色性を高めることもできる。さらに、本発光装置は可視光を発する励起光源を用いるため、紫外線はほとんど照射されず、部材の劣化促進を防止し、紫外線の漏れ対策も施さなくてもよい。特に、前記第１の波長のエネルギー強度と前記第３の波長のエネルギー強度は、（第１の波長のエネルギー強度）：（第３の波長のエネルギー強度）＝１００：２０〜１００が好ましい。高輝度を維持しつつ、高い演色性を得ることができるからである。特に、前記第１の波長のエネルギー強度と第４の波長のエネルギー強度は、（第１の波長のエネルギー強度）：（第４の波長のエネルギー強度）＝１００：４５〜１００の関係であることが好ましい。これにより高輝度、かつ、特に特殊演色評価数（Ｒ９）を高め、赤色領域の発光を高めることができる。

なお、波長変換部材は励起光源からの光を吸収するため、波長変換部材が吸収する光量が多くなると、励起光源から外部に照射される光量が低下し、所定の色温度及び所定の発光色を示さなくなる。よって、第１の波長のエネルギー強度と第２〜第４の波長のエネルギー強度とを所定の範囲となるように、励起光源と波長変換部材とを選択したものである。

前記発光装置は、平均演色評価数が７５以上９９以下であることが好ましい。これにより演色性の高い発光装置を提供することができる。

前記励起光源は発光素子であり、前記波長変換部材は１の蛍光物質又は組成の異なる２種以上の蛍光物質を有するものであることが好ましい。これにより小型で電力効率の良い発光装置を提供することができる。

前記発光スペクトルは、さらに６８０ｎｍを第５の波長として、前記第１の波長のエネルギー強度と第５の波長のエネルギー強度は、（第１の波長のエネルギー強度）：（第５の波長のエネルギー強度）＝１００：２５〜２００の関係であることが好ましい。このことからさらに赤色領域の発光を高めることにより太陽光や白熱電球の光のような連続した発光スペクトルとすることができる。前記第１の波長のエネルギー強度と第５の波長のエネルギー強度は、（第１の波長のエネルギー強度）：（第５の波長のエネルギー強度）＝１００：３０〜１００の関係であることが好ましい。これにより特に特殊演色評価数（Ｒ９）を高め、赤色領域の発光を高めることができる。

前記波長変換部材は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の希土類元素により賦活される、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群から選ばれる少なくとも１種の第ＩＩ族元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選ばれる少なくとも１種の第ＩＶ族元素と、Ａｌ、Ｂ、Ｎからなる群から選ばれるＮを必須とする少なくとも１種の第ＩＩＩ族元素と、を含む窒化物蛍光体を有することが好ましい。この窒化物蛍光体は可視光の長波長領域に発光ピークを有するため、赤色領域のエネルギー強度を高めることができる。また、この窒化物蛍光体はブロードな発光スペクトルを持つため、演色性に優れた発光装置を提供することができる。さらに、硫化物の蛍光体などに比べて耐熱性に優れているため、熱による劣化が少ない。

本発明は、可視光領域における放射束強度の偏りを低減した発光装置を提供することができる。また、太陽光や白熱電球の光のように連続したスペクトルを持つ高輝度の発光装置を提供することができる。さらに、照明光の品質を評価する方法の一つである演色評価数が改善し、高演色性の発光装置を提供することができる。

実施の形態に係る発光装置を示す概略斜視図である。 実施の形態に係る発光装置を示す概略ＩＩ−ＩＩ断面図である。 実施例に用いる発光素子の発光スペクトルを示す図である。 Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅの蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 ＣａＳｉＡｌＢ_ｘＮ_３＋ｘ：Ｅｕの蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 実施例１乃至８の発光スペクトルを示す図である。 Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕの蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 実施例９乃至１７の発光スペクトルを示す図である。 発光スペクトルの比較を示す図である。 （Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅの蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 比較例１乃至９の発光スペクトルを示す図である。

以下、本発明に係る発光装置及びその製造方法を、実施の形態及び実施例を用いて説明する。だたし、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。

図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置を示す概略斜視図である。図１において、図面を明瞭にするため、波長変換部材５０を省略している。図２は、実施の形態に係る発光装置を示す概略ＩＩ−ＩＩ断面図である。

発光装置１００は、励起光源としての発光素子１０と、発光素子１０を載置する底面部２０ａと底面部２０ａから延びる側面部２０ｂとを持つ凹部を有するパッケージ２０と、波長変換部材５０と、を有している。パッケージ２０の凹部の底面部２０ａの一部には、第１の電極３０ａと第２の電極３０ｂとを設けている。第１の電極３０ａは、パッケージ２０の外側の隅部及び背面部に繋がっており、その外側の隅部及び背面部が外部電極と電気的に接続されている。同様に、第２の電極３０ｂは、パッケージ２０の外側の隅部及び背面部に繋がっており、その外側の隅部及び背面部が外部電極と電気的に接続されている。発光素子１０はパッケージ２０の凹部の底面に設ける第１の電極３０ａ上に載置されている。波長変換部材５０としては、蛍光物質５２を樹脂５１中に混合したものを使用している。

発光素子１０は、例えばＧａＮ系の化合物半導体からなり、絶縁性のサファイア基板の上に、ｎ型の化合物半導体を積層し、その上にｐ型の化合物半導体を積層する。発光素子１０のサファイア基板側を第１の電極３０ａ上に載置しているが、化合物半導体側を第１の電極３０ａ上に載置することもできる。ｎ型層の上面に形成されたｎ側電極はワイヤ４０により第１の電極３０ａに電気的に接続されている。また、ｐ型層の上面に形成されたｐ側電極はワイヤ４０により第２の電極３０ｂに電気的に接続されている。第１の電極３０ａと第２の電極３０ｂは一対の正負の電極である。発光素子１０は、ＧａＮ系の他、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＡｌＧａＮ系のものなども使用することができる。発光素子１０は、青紫色、青色光や緑色光などの可視光の短波長領域の光を発するものを使用する。発光素子１０は、４００ｎｍ〜４９５ｎｍに発光ピークを有するものが好ましく、より好ましくは４４０ｎｍ〜４９５ｎｍに発光ピーク波長を有する。蛍光物質５２に吸収されずに透過した光を有効に利用することができること、紫外線を放出しないこと、高いエネルギーを有していることなどからである。

パッケージ２０は、上向きに開口する凹部を形成している。凹部は、発光素子１０を載置する底面部２０ａと、底面部２０ａから延びる側面部２０ｂと、を持っている。パッケージ２０の形状は、特に限定されるものではなく、パッケージ２０の底部の投影形状が円、楕円、四角形、多角形又は略これらに対応する形状等、種々のものが挙げられる。パッケージ２０の大きさは特に限定されず、例えば０．１ｍｍ^２〜１００ｍｍ^２のものなどが挙げられる。パッケージ２０の厚さは、１００μｍ〜２０ｍｍ程度が挙げられる。パッケージ２０の材質はセラミックスを使用しているが、特に限定されず、公知の材料、通常、耐熱性樹脂である熱可塑性エンジニアリングポリマー、熱硬化性樹脂等の１種又は２種以上を組み合わせて形成することができる。例えば、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、芳香族ナイロン（ＰＰＡ）、エポキシ樹脂、硬質シリコーンレジンなどが挙げられる。なかでも、熱可塑性エンジニアリングポリマーがコスト面で適当である。また、パッケージ２０には、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ、シリカ、チタン酸バリウム、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、ホワイトカーボン、タルク、炭酸マグネシウム、窒化ホウ素、グラスファイバー等の無機フィラー等の１種又は２種以上が組み合わされて添加されていてもよい。さらに酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤等の添加剤が適宜添加されていてもよい。パッケージ２０の凹部の開口部分は円形状であるが、楕円形状や四角形状、多角形並びに略これらに対応する形状等を形成していても良い。

第１の電極３０ａ及び第２の電極３０ｂは、セラミックスのパッケージ２０と一体成形されている。第１の電極３０ａ及び第２の電極３０ｂは無電解メッキを施したものでも良いし、露光処理、エッチング処理、レジスト除去等の工程を経た銅箔にニッケル及び金に電解メッキを施したものでも良い。第１の電極３０ａ及び第２の電極３０ｂは、銅、鉄等の合金による高熱伝導体により形成することができる。また、これら合金の表面に銀、アルミ、金等のメッキが施されていても良い。

発光素子１０は、第１の電極３０ａ上に接合部材を介して直接載置されている。保護素子１１も第１の電極３０ａ上に載置されている。そのほか、保護素子１１上に発光素子１０を載置し、該保護素子を第１の電極３０ａ上に接合部材を介して載置することもできる。保護素子１１とは、発光素子１０等の半導体素子と共にパッケージ２０の凹部内に収納される素子であり、他の半導体素子を過電圧による破壊から保護するためのものである。保護素子１１は、半導体構造を有するものの他、半導体構造を有しないものも含む。保護素子１１としては、例えば、ツェナーダイオード、コンデンサ、ダイアック等が挙げられる。

ツェナーダイオードは、正電極を有するｐ型半導体領域と、負電極を有するｎ型半導体領域とを有し、保護素子の負電極および正電極が発光素子のｐ側電極とｎ側電極に対して逆並列となるように接続される。このように、保護素子をツェナーダイオードとすることにより、正負電極間に過大な電圧が印加されても、発光素子の正負両電極間はツェナー電圧に保持されることとなり、過大な電圧から発光素子を保護し、素子破壊や性能劣化の発生を防止することができる。

コンデンサは、表面実装用のチップ部品を用いることができる。このような構造のコンデンサは、両側に帯状の電極が設けられており、この電極が発光素子の正電極および負電極に並列接続される。正負電極間に過電圧が印加された場合、この過電圧によって充電電流がコンデンサに流れ、コンデンサの端子電圧を瞬時に下げ、発光素子に対する印加電圧が上がらないようにすることにより、発光素子を過電圧から保護することができる。また、高周波成分を含むノイズが印加された場合も、コンデンサがバイパスコンデンサとして機能するので、外来ノイズを排除することができる。

波長変換部材５０は、蛍光物質５２が樹脂５１中に混合したものを使用することが好ましい。樹脂５１中には更にフィラー、拡散剤、顔料、光吸収部材なども混合することができる。蛍光物質５２に代えて若しくは蛍光物質５２と共に、蛍光染料も使用することができる。蛍光物質５２は、発光素子１０からの光を吸収して波長変換され、発光素子１０からの光よりも長波長領域の光を発する。エネルギー変換効率の観点から効率的である。樹脂５１は、波長を大きく変換するものではないが、波長変換可能な蛍光物質５２を樹脂５１中に混合しておくことで蛍光物質５２を容易に固定することができる。蛍光物質５２と樹脂５１を合わせて波長変換部材５０としたものである。樹脂５１は、耐熱性の良いシリコーン樹脂やエポキシ樹脂、非晶質ポリアミド樹脂、フッ素樹脂などを用いることができる。蛍光物質５２はＣｅ等の希土類系元素で賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体とＥｕ等の希土類元素により賦活される窒化物蛍光体とを用いて白色に発光する発光装置を製造することが高演色性や高輝度の観点から好ましいが、これに限定されることなく種々の蛍光体を使用することができる。

発光装置１００からは、発光素子１０の光と、波長変換部材５０からの光と、が混合したものが放出される。発光装置１００から放出される光は、４０００Ｋ以上５０００Ｋ以下となるように発光素子１０の発光波長、波長変換部材５０からの光の分光分布の波長を調整することが好ましい。特に、分光分布の調整は波長変換部材５０に含有される蛍光物質５２の組成や配合量を調整することで簡便に行うことができる。

発光装置１００の可視光領域における発光スペクトルは、励起光源である発光素子１０のエネルギー強度の最大値を示す波長を第１の波長、波長変換部材５０のエネルギー強度の最大値を示す波長を第２の波長、第１の波長と第２の波長との間で発光装置の発光スペクトルがエネルギー強度の最小値を示す波長を第３の波長、６５０ｎｍを第４の波長として、第１の波長のエネルギー強度と第３の波長のエネルギー強度は、（第１の波長のエネルギー強度）：（第３の波長のエネルギー強度）＝１００：１５〜１５０の関係である。また、第１の波長のエネルギー強度と第４の波長のエネルギー強度は、（第１の波長のエネルギー強度）：（第４の波長のエネルギー強度）＝１００：４５〜２００の関係である。例えば、青色（第１の波長領域）に発光する励起光源と、緑色から黄色（第２の波長領域）に発光する波長変換部材とを用いる場合、青緑色（第３の波長領域）の発光を高めることにより連続した発光スペクトルとすることができるものである。例えば、約４５０ｎｍ（第１の波長）に発光ピーク（エネルギー強度）を有する発光素子１０と、約５３０ｎｍ又は約６５０ｎｍ（第２の波長）に発光ピーク（エネルギー強度）を有する蛍光物質５２と、を用いると、約４８０ｎｍ（第３の波長）にエネルギー強度の最小値を示す。このとき約４５０ｎｍのエネルギー強度を１００としたとき、約４８０ｎｍのエネルギー強度が２０〜４０の関係となっている。また、発光装置１００は平均演色評価数が７５以上９９以下に発光するものである。平均演色評価数が８５以上１００以下に発光するものがより好ましい。特に平均演色評価数が９１以上９９以下に発光するものが好ましい。上記説明では発光素子１０を４５０ｎｍにしたものを例にとって説明したが、該波長に限定されるものではなく、４４０ｎｍや４２０ｎｍなどに発光ピーク波長を有するものも使用することができる。発光素子１０をより可視光領域の短波長側（４００ｎｍ〜４２０ｎｍ）に発光ピーク波長を有するものを使用したとき、蛍光物質５２も可視光領域の短波長側に発光ピーク波長を有するものを選択する。これにより第３の波長のエネルギー強度を高くした発光装置１００を提供することができる。

従来の発光装置は、約４５０ｎｍ（第１の波長）に発光ピーク（エネルギー強度）を有する発光素子と、約５６０ｎｍ（第２の波長）に発光ピーク（エネルギー強度）を有する蛍光物質と、を用いている。この場合は、約４８５ｎｍ〜５００ｎｍ（第３の波長）にエネルギー強度の最小値を示す。このとき約４５０ｎｍのエネルギー強度を１００としたとき、約４８５ｎｍ〜５００ｎｍのエネルギー強度が１０％以下の関係となっている。この従来の発光装置よりも、演色性を一層高めることが求められている。

また、従来の３波長ＬＥＤを用いる発光装置と異なり、本発明の発光装置１００は連続したスペクトルを有するため太陽光や白熱電球の光に近い発光装置を提供することができる。

なお、色温度の違いにより平均演色評価数、特殊演色評価数が異なってくる。そのためエネルギー強度の発光スペクトルが似ているものがあったとしても、色温度の異なるもの同士の対比は正確ではないが、色温度４０００Ｋ〜５０００Ｋの範囲では、第１の波長、第２の波長、第３の波長におけるエネルギー強度を所定の範囲にすることにより演色性が向上する。

本明細書中における「可視光の短波長領域」は、λｐ＝３８０ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の波長領域をいう。また、「紫外領域」は、λｐ＝３８０ｎｍ未満までの波長領域をいう。本明細書における実施例および比較例の発光特性は、ＪＩＳ Ｚ ８７２４−１９９７に準拠した方法により測定した。この測定結果を元に、平均演色評価数および特殊演色評価数をＪＩＳ Ｚ ８７２６−１９９０に準拠した計算により求めた。

（蛍光物質）
蛍光物質５２は樹脂５１中に含有されていることが好ましい。

蛍光物質５２は、例えば、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。

Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体は、Ｍ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。また、Ｍ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：ＥｕのほかＭＳｉ_７Ｎ_１０：Ｅｕ、Ｍ_１．８Ｓｉ_５Ｏ_０．２Ｎ_８：Ｅｕ、Ｍ_０．９Ｓｉ_７Ｏ_０．１Ｎ_１０：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などもある。

また、Ｅｕ等の希土類元素により賦活され、第ＩＩ族元素Ｍと、Ｓｉと、Ａｌと、Ｎとを含む窒化物蛍光体で、紫外線乃至青色光を吸収して黄赤色から赤色の範囲に発光する。この窒化物蛍光体は、一般式がＭ_ｗＡｌ_ｘＳｉ_ｙＮ_{（（２／３）ｗ＋ｘ＋（４／３）ｙ）}：Ｅｕで示され、さらに添加元素として希土類元素及び４価の元素、３価の元素から選ばれる少なくとも１種の元素を含む。ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの群から選ばれる少なくとも１種である。

上記一般式において、ｗ、ｘ、ｙの範囲は好ましくは０．０４≦ｗ≦９、ｘ＝１、０．０５６≦ｙ≦１８とする。またｗ、ｘ、ｙの範囲は０．０４≦ｗ≦３、ｘ＝１、０．１４３≦ｙ≦８．７としてもよく、より好ましくは０．０５≦ｗ≦３、ｘ＝１、０．１６７≦ｙ≦８．７としても良い。

また窒化物蛍光体は、ホウ素Ｂを追加した一般式Ｍ_ｗＡｌ_ｘＳｉ_ｙＢ_ｚＮ_{（（２／３）ｗ＋ｘ＋（４／３）ｙ＋ｚ）}：Ｅｕとすることもできる。上記においても、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの群から選ばれる少なくとも１種であり、０．０４≦ｗ≦９、ｘ＝１、０．０５６≦ｙ≦１８、０．０００５≦ｚ≦０．５である。ホウ素を添加する場合、そのモル濃度ｚは、上述の通り０．５以下とし、好ましくは０．３以下、さらに０．０００５よりも大きく設定される。さらに好ましくは、ホウ素のモル濃度は、０．００１以上であって、０．２以下に設定される。

またこれらの窒化物蛍光体は、さらにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕの群から選ばれる少なくとも１種、またはＳｃ、Ｙ、Ｇａ、Ｉｎのいずれか１種、またはＧｅ、Ｚｒのいずれか１種、が含有されている。これらを含有することによりＧｄ、Ｎｄ、Ｔｍよりも同等以上の輝度、量子効率またはピーク強度を出力することができる。

Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体は、ＭＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。

Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体には、Ｍ_５（ＰＯ_４）_３Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１種以上である。）などがある。

アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体には、Ｍ_２Ｂ_５Ｏ_９Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）などがある。

アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｒ、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｒ、ＣａＡｌ_２Ｏ_４：Ｒ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｒ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_１２：Ｒ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｒ（Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１種以上である。）などがある。

アルカリ土類硫化物蛍光体には、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕなどがある。

Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体には、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ_０．８Ｇｄ_０．２）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｙ_３（Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２）_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体などがある。また、Ｙの一部若しくは全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換したＴｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅなどもある。

その他の蛍光体には、ＺｎＳ：Ｅｕ、Ｚｎ_２ＧｅＯ_４：Ｍｎ、ＭＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。

上述の蛍光体は、所望に応じてＥｕに代えて、又は、Ｅｕに加えてＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉから選択される１種以上を含有させることもできる。

Ｃａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系オキシ窒化物ガラス蛍光体とは、モル％表示で、ＣａＣＯ_３ をＣａＯに換算して２０〜５０モル％、Ａｌ_２Ｏ_３を０〜３０モル％、ＳｉＯを２５〜６０モル％、ＡｌＮを５〜５０モル％、希土類酸化物または遷移金属酸化物を０．１〜２０モル％とし、５成分の合計が１００モル％となるオキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体である。尚、オキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体では、窒素含有量が１５ｗｔ％以下であることが好ましく、希土類酸化物イオンの他に増感剤となる他の希土類元素イオンを希土類酸化物として蛍光ガラス中に０．１〜１０モル％の範囲の含有量で共賦活剤として含むことが好ましい。

また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。

蛍光体は５３５ｎｍ以下に発光ピーク波長を有する蛍光体と、６４５ｎｍ以上に発光ピーク波長を有する蛍光体との組合せが好ましい。２種以上の蛍光体の組合せは、蛍光体を個々に測定した場合、最も短波長側にある発光ピーク波長と最も長波長側にある発光ピーク波長との波長の差が１００ｎｍ以上であることが好ましい。特に１１０ｎｍ以上が好ましい。これにより、ブロードな発光スペクトルを有する演色性の高い発光装置を提供することができるからである。これは最も短波長側にある発光ピーク波長と最も長波長側にある発光ピーク波長との間に、発光ピーク波長を持つ、異なる蛍光体を用いるものでも良い。また、上記目的を達成できる１種の蛍光体を用いてもよい。なお、上記の１１０ｎｍの波長の差がある、２種以上の蛍光体を組み合わせて発光装置とし、その発光装置の発光スペクトルを測定した場合、上記の１１０ｎｍよりも短い波長の差となる。

より具体的には、次の２種類の蛍光物質を組み合わせ、本件所定の発光スペクトルを実現することが好ましい。下記のＹＡＧ蛍光体は、黄色のブロードな発光を示し、下記の窒化物蛍光体は、赤色のブロードな発光を示すため、本件所定の発光スペクトルを容易に実現し、演色性に優れた発光装置が実現できる。
（ａ）５００ｎｍ以上、６００ｎｍ以下（より好ましくは５３５ｎｍ以下）に発光ピーク波長を有するＹＡＧ蛍光体
ここでＹＡＧ蛍光体とは、MxAyDzで表されるガーネット構造の蛍光体を指す。
M=Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Luの
いずれかを含む金属元素
A=Al又はBのいずれかを含む金属元素
D=Oおよび／またはN
1≦x≦4
4≦y≦6
5≦z≦15
（ｂ）６００ｎｍ以上（より好ましくは６４５ｎｍ以上）、７００ｎｍ以下に発光ピーク波長を有する窒化物蛍光体
ここで窒化物蛍光体とは、M_xA_yD_zおよび／またはM_hA_iE_jD_lで表される蛍光体の単体もしくは混合品をいう。
M=Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Luのいずれかと、
Mg, Ca, Sr, Ba, Znのいずれかとを含む金属元素
A=Si, Geのいずれかを含む金属元素
E=Al, Bのいずれかを含む金属元素
D=Nおよび／またはOで構成される
1≦x≦3
3≦y≦7
4≦z≦17
1≦h≦3
1≦i≦3
1≦j≦3
3≦l≦14

さらに、上記ＹＡＧ蛍光体と窒化物蛍光体に加えて、下記のアルカリ土類アルミン酸塩蛍光体を用いると、第３の波長におけるエネルギー強度が高くなるため、一層演色性が良好となる。
（ｃ）４５０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下に発光ピーク波長を有するアルカリ土類アルミン酸塩蛍光体
ここでアルカリ土類アルミン酸塩蛍光体とは、MxAyDzで表される蛍光体を指す。
M=Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Luのいずれかと、
Mg, Ca, Sr, Ba, Znのいずれかを含む金属元素
A=Al, Bのいずれかを含む金属元素
D=Oおよび／またはN
2≦x≦6
10≦y≦18
11≦z≦33

＜実施例１乃至８＞
実施例１乃至８の発光装置は、実施の形態に係る発光装置を用いる。図１は、実施の形態に係る発光装置を示す概略斜視図である。図２は、実施の形態に係る発光装置を示す概略ＩＩ−ＩＩ断面図である。図３は、実施例に用いる発光素子の発光スペクトルを示す図である。図４は、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅの蛍光体の発光スペクトルを示す図である。励起光は４６０ｎｍである。図５は、ＣａＳｉＡｌＢ_ｘＮ_３＋ｘ：Ｅｕの蛍光体の発光スペクトルを示す図である。励起光は４６０ｎｍである。図６は、実施例１乃至８の発光スペクトルを示す図である。実施例に係る発光装置１００は、上述の実施の形態に係る発光装置の説明を参酌するため一部説明を省略する。本明細書において発光色、色度座標は、特に明記のない限り、ＣＩＥ（国際照明委員会）の定めたＣＩＥ表色系に従うものとする。

実施例１乃至８の発光装置は、発光素子１０と、底面部２０ａと側面部２０ｂとを持つ凹部を有するパッケージ２０と、蛍光物質５２を樹脂５１中に混合した波長変換部材５０と、を用いる。

パッケージ２０の材質はＡｌ_２Ｏ_３を主成分とするセラミックスであり、縦横３５０ｍｍ、高さ１０ｍｍのものを使用する。

発光素子１０は、□６００μｍのＩＴＯダイスであり、約４５０ｎｍに発光ピーク波長を持つものを使用する。この発光素子１０は青色に発光する。保護素子１１にツェナーダイオードを使用する。

蛍光物質５２は、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅの組成の第１のＹＡＧ蛍光体と、ＣａＳｉＡｌＢ_ｘＮ_３＋ｘ：Ｅｕ（ｘ＞０）の組成の窒化物蛍光体を使用する。第１のＹＡＧ蛍光体は５３０ｎｍ付近に発光ピーク波長を持つブロードな発光スペクトルを有する。窒化物蛍光体は、約６５０ｎｍに発光ピーク波長を持つブロードな発光スペクトルを有する。樹脂５１中における蛍光物質５２の配合量は、（樹脂５１の重量）：（第１のＹＡＧ蛍光体の重量）：（窒化物蛍光体の重量）＝３：０．４０〜０．６０：０．０６５〜０．０９５である。この蛍光物質５２の量は、樹脂５１中に均一に第１のＹＡＧ蛍光体及び窒化物蛍光体を混合した配合量である。この均一に混合した波長変換部材５０をパッケージ２０の凹部内に滴下する。パッケージ２０は非常に小型であるため、波長変換部材５０の蛍光物質５２の分散具合や、滴下量により、配合量が同じでも異なる色度座標を示すことがある。

表１は、実施例１乃至８の発光装置の発光特性を示す。

実施例１乃至８の発光装置は色温度４０００Ｋ〜５０００Ｋになるものを種々製造した。平均演色評価数（Ｒａ）、特殊演色評価数（Ｒ１〜Ｒ１５）は、ＪＩＳ Ｚ ８７２６−１９９０の方法で、相関色温度の等しい基準の光により求めた。実施例９乃至１７、比較例１乃至９も同様である。

実施例１乃至８の発光装置の平均演色評価数（Ｒａ）はいずれも９１以上と極めて高い演色性を示した。また、実施例１乃至８の特殊演色評価数（Ｒ１〜Ｒ１５）も極めて高い演色性を示した。特に、赤色を示す特殊演色評価数（Ｒ９）は７０以上である。後述する比較例の発光装置、即ち、赤味成分が少なかった、青色発光素子と黄色蛍光体（第２のＹＡＧ蛍光体；（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）との白色発光装置に比べて、演色性を改善することができた。

＜実施例９乃至１７＞
実施例９乃至１７は、実施例１乃至８の蛍光物質５２にさらにＳｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕのアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体を使用したものである。図７は、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕの蛍光体の発光スペクトルを示す図である。励起光は４００ｎｍである。図８は、実施例９乃至１７の発光スペクトルを示す図である。

実施例９乃至１７は、実施例１乃至８の発光装置１００と蛍光物質５２を除いて同じである。実施例９乃至１７は、蛍光物質５２に、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅの組成の第１のＹＡＧ蛍光体と、ＣａＳｉＡｌＢ_ｘＮ_３＋ｘ：Ｅｕ（ｘ＞０）の組成の窒化物蛍光体と、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕのアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体と、を使用する。Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕのアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体は、約４００ｎｍで励起させたとき、４９５ｎｍ付近に発光ピーク波長を持つややブロードな発光スペクトルを有する。樹脂５１中における蛍光物質５２の配合量は、（樹脂５１の重量）：（第１のＹＡＧ蛍光体の重量）：（窒化物蛍光体の重量）：（アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体）＝３：０．２５〜０．６０：０．０６５〜０．１００：０．０５〜０．４０である。実施例１１乃至１７は、実施例９又は１０よりもアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体の配合量は多い。

表２は、実施例９乃至１７の発光装置の発光特性を示す。

実施例９乃至１７の発光装置の平均演色評価数（Ｒａ）はいずれも９２以上と極めて高い演色性を示した。特にアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体の量を増やした実施例１１乃至１７については９５以上と極めて高い演色性を示した。また、実施例９乃至１７の特殊演色評価数（Ｒ１〜Ｒ１５）も極めて高い演色性を示した。特に、赤色を示す特殊演色評価数（Ｒ９）は７０以上、特にアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体の量を増やした実施例１１乃至１７については８０以上である。後述する比較例の発光装置、即ち、赤味成分が少なかった、青色発光素子と黄色蛍光体（第２のＹＡＧ蛍光体；（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）との白色発光装置に比べて、演色性を改善することができた。特に、第３の波長のエネルギー強度を補うための蛍光体を蛍光物質５２中に混入することにより一層演色性を改善することができる。また、第３の波長のエネルギー強度を補う蛍光体で拡散された励起光源からの光により、可視光領域の長波長側に発光する蛍光体（例えば窒化物蛍光体）が効率よく励起され、赤味成分が更に増加する。

図９は、発光スペクトルの比較を示す図である。図９は、実施例３、実施例１０、比較例４の色温度４２００Ｋにおけるエネルギー強度を比較するためのものである。

実施例１乃至１７は、発光素子１０のエネルギー強度の最大値を示す約４５０ｎｍ（第１の波長）と、蛍光物質５２のエネルギー強度の最大値を示す５３０ｎｍ〜６５０ｎｍ（第２の波長）と、第１の波長と第２の波長との間のエネルギー強度の最小値を示す約４８０ｎｍ（第３の波長）と、を示す発光スペクトルを有する。

図に示す発光スペクトルおいて、比較例４の第３の波長（４８８ｎｍ）のエネルギー強度は８％であるのに対し、実施例３及び実施例１０の第３の波長（４８１ｎｍ）のエネルギー強度はそれぞれ２７％及び３０％である。また、赤味成分を示す波長域（一例として第４の波長の６５０ｎｍ）のエネルギー強度は比較例３３％であるのに対し、実施例３及び実施例１０のエネルギー強度はそれぞれ６２％及び６９％である。さらに、赤味成分を示す波長域（一例として第５の波長の６８０ｎｍ）のエネルギー強度は比較例１８％であるのに対し、実施例３及び実施例１０のエネルギー強度はそれぞれ４３％及び４７％である。

説明上、実施例３、実施例１０、比較例４で第１の波長、第２の波長、第３の波長のエネルギー強度を示したが、その他の実施例についてもそれぞれの波長のエネルギー強度を測定した。その結果、実施例１乃至１７において、第１の波長のエネルギー強度を１００％としたとき、第３の波長のエネルギー強度は２０％〜３５％となる。ただし、第３の波長のエネルギー強度を１５％以上１５０％以下とすることで本発明の目的を達成することができる。なお、比較例１乃至９の第３の波長のエネルギー強度は７％〜１０％である。この範囲では平均演色評価数（Ｒａ）は７３．７以下である。

また、赤味成分を示す波長域（６５０ｎｍ）のエネルギー強度は実施例１乃至１７において４５％〜８０％である。ただし、６５０ｎｍの波長のエネルギー強度を４５％以上２００％以下とすることで本発明の目的を達成することができる。なお、比較例１乃至９における６５０ｎｍの波長のエネルギー強度は２４％〜４２％である。この範囲では特殊演色評価数（Ｒ９）は０以下である。

さらに、赤味成分を示す波長域（一例として第５の波長の６８０ｎｍ）のエネルギー強度は実施例１乃至１７において２５％〜６０％である。ただし、６８０ｎｍの波長のエネルギー強度を２５％以上２００％以下とすることで本発明の目的を達成することができる。なお、比較例１乃至９における６８０ｎｍの波長のエネルギー強度は１３％〜２３％である。この範囲では特殊演色評価数（Ｒ９）は０以下である。

＜比較例１乃至９＞
比較例１乃至９は、実施例１乃至１７の蛍光物質５２に（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｎ_１２：Ｃｅの第２のＹＡＧ蛍光体を使用したものである。図１０は、（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅの蛍光体の発光スペクトルを示す図である。励起光は４６０ｎｍである。図１１は、比較例１乃至９の発光スペクトルを示す図である。

比較例１乃至９は、実施例１乃至１７の発光装置１００と蛍光物質５２を除いて同じである。比較例１乃至９は、蛍光物質５２に、（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅの第２のＹＡＧ蛍光体を使用する。第２のＹＡＧ蛍光体は、５７０ｎｍ付近に発光ピーク波長を持つブロードな発光スペクトルを持つ。樹脂５１中における蛍光物質５２の配合量は、（樹脂５１の重量）：（第２のＹＡＧ蛍光体の重量）＝３：０．２２０〜０．３００である。

表３は、比較例１乃至９の発光装置の発光特性を示す。

比較例１乃至９の発光装置の平均演色評価数（Ｒａ）はいずれも６８．１〜７３．７を示した。また、比較例１乃至９の赤色を示す特殊演色評価数（Ｒ９）は−２８．２〜−１．３であった。

本発明の発光装置は、液晶のバックライト光源、照明器具、ディスプレイのバックライト光源、カメラのフラッシュライト、動画照明補助光源などに利用することができる。特に演色性が求められる照明装置や光源に使用することができる。

１０ 発光素子
１１ 保護素子
２０ パッケージ
２０ａ 底面部
２０ｂ 側面部
３０ａ 第１の電極
３０ｂ 第２の電極
４０ ワイヤ
５０ 波長変換部材
５１ 樹脂
５２ 蛍光物質

Claims (1)

1. 可視光の短波長領域の光を発する励起光源と、
   前記励起光源からの光を吸収して波長変換し、前記励起光源からの光よりも長波長領域の光を発する波長変換部材と、を有し、
   色温度が４０００Ｋ以上５０００Ｋ以下の光を発光する発光装置であって、
   前記発光装置の可視光領域における発光スペクトルは、前記励起光源からの光がエネルギー強度の最大値を示す波長を第１の波長、前記波長変換部材からの光がエネルギー強度の最大値を示す波長を第２の波長、前記第１の波長と前記第２の波長との間で前記発光装置の発光スペクトルがエネルギー強度の最小値を示す波長を第３の波長、６５０ｎｍを第４の波長として、
   前記第１の波長におけるエネルギー強度と前記第３の波長におけるエネルギー強度の比は１００：１５〜１５０であり、
   前記第１の波長におけるエネルギー強度と第４の波長におけるエネルギー強度の比は、１００：４５〜２００の関係であることを特徴とする発光装置。

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