JP2011243356A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】器具効率の高い照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、発光装置と拡散部材とを備えている。発光装置は、３８０〜４２０ｎｍの波長域にピーク波長を有する光を発する複数の発光素子と、５６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長域にピーク波長を有する可視光を発光する第１の蛍光体と、紫外線又は短波長可視光により励起され、第１の蛍光体が発光する可視光と補色の関係にある可視光を発光する第２の蛍光体と、複数の発光素子を覆う光透過部材であって、第１の蛍光体および第２の蛍光体が分散されている光透過部材と、を有している。拡散部材は、発光装置から出射された光の少なくとも一部を拡散する。光透過部材に含まれている蛍光体全体の体積濃度は、０．０１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下であり、光透過部材は、発光素子の光出射面に対して垂直な方向の厚みが０．４ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるような形状で構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置に関する。

従来、照明用の灯具としては蛍光灯や電球が多く用いられてきた。近年、このような灯具の代替として、消費電力や寿命の観点から発光ダイオードを用いた白色発光装置が種々開発されている。発光ダイオードを用いて白色光を実現する技術は幾つかあるが、例えば、青色光を発する発光ダイオードと、青色光で励起されて黄色光を発する蛍光体とを組み合わせることで実現される（特許文献１）。

一方、発光ダイオードが発する光は指向性が強く発光面積も小さい。そのため、単独の発光ダイオードによって広範囲を均一な明るさで照らすことは困難である。そこで、複数の発光ダイオードを並べた灯具が考えられるが、発光ダイオードの直上と周辺部で大きな輝度むらが生じていると、そのことが照度むらを引き起こしてしまう。そこで、照度むらを低減するために、発光ダイオードの出射面の上方に拡散板を設けた灯具やライトが考案されている。

例えば、複数の白色発光ダイオードと、発光ダイオードの光の一部が散乱するように反射させる透過乱反射層を有する透光プレートと、を備えた表示灯が知られている（特許文献２参照）。また、配列された複数の発光ダイオードと、発光ダイオードの上方に配置され、発光ダイオードの光を拡散させてＬＣＤパネルに供給するための拡散体と、を備えるバックライトが知られている（特許文献３）。

特開２００６−２６１５４０号公報 特開２００４−２２１５２８号公報 特開２００５−１１５３７２号公報

しかしながら、前述のような透光プレートや拡散体などのいわゆる拡散板の設置は、照明装置から出射する光束の低下の要因となる。特に、青色光を発する発光ダイオードと、青色光で励起されて黄色光を発する蛍光体とを組み合わた発光装置では、前述の輝度むらだけではなく、色むらが生じやすい。そのため、照射面による照度むらを抑制するために、より透過率の低い拡散板を用いる必要があり、更なる光束低下の要因となる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、器具効率の高い照明装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の照明装置は、３８０〜４２０ｎｍの波長域にピーク波長を有する紫外線又は短波長可視光を発する複数の発光素子と、紫外線又は短波長可視光により励起され、５６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長域にピーク波長を有する可視光を発光する第１の蛍光体と、紫外線又は短波長可視光により励起され、第１の蛍光体が発光する可視光と補色の関係にある可視光を発光する第２の蛍光体と、複数の発光素子を覆う光透過部材であって、第１の蛍光体および第２の蛍光体が分散されている光透過部材と、を有し、各蛍光体からの光を混合して白色を得るように構成された発光装置と、光透過部材と対向する位置に配置され、前記発光装置から出射された光の少なくとも一部を拡散する拡散部材と、を備える。光透過部材に含まれている蛍光体全体の体積濃度は、０．０１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下であり、光透過部材は、発光素子の光出射面に対して垂直な方向の厚みが０．４ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるような形状で構成されている。

この態様によると、紫外線又は短波長可視光により励起された第１の蛍光体から発した５６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長域にピーク波長を有する可視光と、紫外線又は短波長可視光により励起された第２の蛍光体が発した、第１の蛍光体が発光する可視光と補色の関係にある可視光と、を混合することで白色光が得られる。また、光透過部材における蛍光体の体積濃度や光路長を適宜設定することで、発光素子が発する光が蛍光体で効率よく吸収されるとともに、蛍光体が発した光が他の蛍光体で吸収されたり散乱されたりすることが抑制される。そのため、青色発光素子と黄色蛍光体を組み合わせた発光装置を用いた照明装置と比較して、発光面内の色むらが抑えられる。このように、照度むらの一因となる色むらが抑制されるため、比較的光透過率の高い拡散板を用いても照度むらの少ない照明装置を実現することができる。

第１の蛍光体は、その平均粒径が０．５μｍ以上１００μｍ以下であり、第２の蛍光体は、その平均粒径が０．５μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。これにより、蛍光体を光透過部材の内部で分散させることが容易になるとともに、効率の良い発光が可能となる。

第１の蛍光体の励起スペクトルの最大強度をＩｍａｘ、第２の蛍光体の発光スペクトルのピーク波長における第１の蛍光体の励起スペクトルの強度をＩａとすると、Ｉａ＜０．５×Ｉｍａｘを満たしていてもよい。これにより、第２の蛍光体から発した光が第１の蛍光体で吸収されて再発光することが抑制される。

発光素子は、隣接する発光素子との間隔が０．４ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲となるように配置されていてもよい。これにより、発光面における輝度むらが抑えられ、より広範囲にわたり均一な照明が可能となる。

拡散部材は、光透過部材との距離が３ｍｍ〜３０ｍｍの範囲となるように配置されていてもよい。これにより、照度むらを抑えつつ薄型化が可能となる。

拡散部材は、透過率が８０％〜９５％の範囲であってもよい。これにより、発光装置から出射した光が拡散部材を透過する際の光束の低下が抑えられる。

拡散部材は、拡散率が１０％以上であってもよい。これにより、発光装置から出射した光が適度に散乱され、照度むらが抑えられる。

拡散部材は、光が出射する側の面の輝度のばらつきが４５％以下となるように透過率と拡散率が設定されていてもよい。これにより、照度むらの少ない高品質な照明が可能となる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、器具効率の高い照明装置を提供することができる。

実施の形態に係る照明装置の概略断面図である。 比較例に係る照明装置の概略断面図である。 図３（ａ）は、照明装置の上面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 実施例に係る発光装置の発光モデルを模式的に示した図である。 実施例における発光装置で用いられた蛍光体の発光スペクトル及び励起スペクトルを示した図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図１は、実施の形態に係る照明装置の概略断面図である。図１に示す照明装置１００は、発光装置１０と、発光装置１０から出射された光の少なくとも一部を拡散する拡散部材２６とを備える。発光装置１０は、基板１２上に複数対の電極１４（陽極）及び電極１６（陰極）が形成されている。各電極１４上にはそれぞれ半導体発光素子１８がマウント部材２０により固定されている。半導体発光素子１８と電極１４はマウント部材２０により導通されており、半導体発光素子１８と電極１６はワイヤー２２により導通されている。複数の半導体発光素子１８の上には、複数の半導体発光素子１８を一体的に覆う蛍光層２４が設けられている。蛍光層２４を挟んで基板１２と反対側の領域には、蛍光層２４と対向するように板状の拡散部材２６が設けられている。

基板１２上のうち、前述の電極１４，１６及び半導体発光素子１８が設けられていない領域には、反射面１７が形成されている。反射面１７の形成方法としては以下の方法がある。はじめに、基板１２上に電極部分を形成し、その電極部分にマスクをした状態でその上に白色のアクリル系、ウレタン系、シリコーン系、フッ素系又はアクリル・シリコーン系の反射塗装を施す。その後、マスクを外して半導体発光素子１８をマウントする。これにより、半導体発光素子１８から上方に発せられた光によって励起された蛍光体が発する光が基板１２に向かったとしても、反射面１７により再度上方に反射される。これにより、蛍光体から生ずる光のうち、基板１２側へと向かう光についても照明に活用できるため、光取り出し効率の向上が図られる。

基板１２は、導電性を有しないが熱伝導性は高い材料によって形成されることが好ましく、例えば、セラミック基板（窒化アルミニウム基板、アルミナ基板、ムライト基板、ガラスセラミック基板）やガラスエポキシ基板等を用いることができる。なお、電極１４，１６の下に絶縁層を形成すれば、金属基板（好ましくは、アルミニウム、銅、真鍮等の熱伝導率の高い材質）、ＳｉＣ基板、カーボン基板、金属とカーボンの複合基板等を用いることができる。

電極１４及び電極１６は、金や銅等の金属材料によって形成された導電層である。

半導体発光素子１８は、本発明の発光装置に用いられる発光素子の一例であり、例えば、紫外線又は短波長可視光を発光するＬＥＤやＬＤ等を用いることができる。具体例として、ＩｎＧａＮ系の化合物半導体を挙げることができる。ＩｎＧａＮ系の化合物半導体は、Ｉｎの含有量によって発光波長域が変化する。Ｉｎの含有量が多いと発光波長が長波長となり、少ない場合は短波長となる傾向を示すが、ピーク波長が４００ｎｍ付近となる程度にＩｎが含有されたＩｎＧａＮ系の化合物半導体が発光における量子効率が最も高いことが確認されている。本実施の形態に係る半導体発光素子１８は、３８０〜４２０ｎｍの波長域にピーク波長を有する紫外線又は短波長可視光を発するものが好適である。

マウント部材２０は、例えば銀ペースト等の導電性接着剤又は金錫共晶はんだ等であり、半導体発光素子１８の下面を電極１４に固定し、半導体発光素子１８の下面側電極と基板１２上の電極１４を電気的に接続する。

ワイヤー２２は、金ワイヤー等の導電部材であり、例えば超音波熱圧着等により半導体発光素子１８の上面側電極及び電極１６に接合され、両者を電気的に接続する。

蛍光層２４は、後述する各蛍光体が分散されたバインダー部材によって複数の半導体発光素子１８を含む基板１２の上面を一体的に封止している。蛍光層２４は、例えば、液状又はゲル状のバインダー部材に蛍光体を混入した蛍光体ペーストを作製した後、その蛍光体ペーストを半導体発光素子１８の上面に板状あるいは円筒状に塗布し、その後に蛍光体ペーストのバインダー部材を硬化することにより形成される。バインダー部材としては、例えば、シリコーン樹脂やフッ素樹脂等を用いることができる。また、本実施の形態に係る発光装置は、励起光源として紫外線又は短波長可視光を用いることから、耐紫外線性能に優れたバインダー部材が好ましい。

また、蛍光層２４は、蛍光体以外の種々の物性を有する物質が混入されていてもよい。バインダー部材よりも屈折率の高い物質、例えば、金属酸化物、フッ素化合物、硫化物等が蛍光層２４に混入されることにより、蛍光層２４の屈折率を高めることができる。これにより、半導体発光素子１８から発生する光が蛍光層２４へ入射する際に生ずる全反射が低減され、蛍光層２４への励起光の取り込み効率を向上させるという効果が得られる。更に、混入する物質の粒子径をナノサイズにすることで、蛍光層２４の透明度を低下させることなく屈折率を高めることができる。また、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン等の平均粒径０．３〜３μｍ程度の白色粉末を光散乱剤として蛍光層２４に混入することができる。これにより、発光面内の輝度、色度むらを防止することができる。蛍光層２４は、半導体発光素子１８を覆う光透過層であって、後述する第１の蛍光体や第２の蛍光体が分散されている光透過部材として機能する。また、数ｎｍ〜数百ｎｍのサイズのＳｉＯ_２を混合してもよい。このような透明微粒子を混合することで蛍光体ペーストのチクソ性が高くなり、塗布した蛍光体ペーストの形状維持や硬化層における蛍光体の沈降を防止することができる。

本実施の形態に係る蛍光層２４は、半円筒形状である。なお、蛍光層２４の形状は、これに限られず、例えば、直方体であってもよい。いずれにしても、各半導体発光素子１８の光出射面１８ａから直上の蛍光層２４の表面２４ａまでの距離Ｌが大きく異ならないことが好ましい。また、蛍光層２４は、半導体発光素子１８の光出射面１８ａに対して垂直な方向の厚みが０．４ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるような形状で構成されている。このような形状の蛍光層であれば、複数の半導体発光素子１８から出射される光によって、広範囲にわたって照度むらの少ない照明が可能となる。

拡散部材２６は、蛍光層２４と対向する位置に配置され、発光装置１０から出射された光の少なくとも一部を拡散するように構成されている。拡散部材２６としては、例えば、顔料やナノ粒子が分散されたアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル等の透明性の高い樹脂が好ましい。また、適度にブラスト処理されたガラスを用いることができる。

次に、本実施の形態に係る発光装置に用いられる各蛍光体について詳述する。

（第１の蛍光体）
第１の蛍光体は、紫外又は短波長可視光により励起され可視光を発光する蛍光体であり、一般式が（Ｍ^２ _ｘ,Ｍ^３ _ｙ,Ｍ^４ _ｚ）_ｍＭ^１Ｏ_３Ｘ_{（２／ｎ）}（ここで、Ｍ^１はＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＳｎからなる群より選ばれる少なくともＳｉを含む１種以上の元素、Ｍ^２はＣａ、Ｍｇ、Ｂａ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくともＣａを含む１種以上の元素、Ｍ^３はＳｒ、Ｍｇ、Ｂａ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくともＳｒを含む１種以上の元素、Ｘは少なくとも１種のハロゲン元素、Ｍ^４は希土類元素及びＭｎからなる群より選ばれる少なくともＥｕ^２＋を含む１種以上の元素を示す。また、ｍは１≦ｍ≦４／３、ｎは５≦ｎ≦７の範囲であってもよい。また、ｘ、ｙ、ｚは、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜０．９９、０＜ｙ＜０．９９、０．０１≦ｚ≦０．３を満たす範囲であってもよい。）で表される蛍光体である。また、第１の蛍光体は、５６０〜６００ｎｍの波長域にピーク波長を有する可視光を発光する蛍光体である。

第１の蛍光体は、例えば、次のようにして得ることができる。第１の蛍光体は、原料として下記組成式（１）〜（４）で表される化合物を用いることができる。
（１）Ｍ’^１Ｏ_２（Ｍ’^１はＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ等の４価の元素を示す。）
（２）Ｍ’^２Ｏ（Ｍ’^２はＭｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ等の２価の元素を示す。）
（３）Ｍ’^３Ｘ_２（Ｍ’^３はＭｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ等の２価の元素、Ｘはハロゲン元素を示す。）
（４）Ｍ’^４（Ｍ’^４はＥｕ^２＋等の希土類元素及び／又はＭｎを示す。）

組成式（１）の原料として、例えば、ＳｉＯ_２、ＧｅＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２等を用いることができる。組成式（２）の原料として、例えば、２価の金属イオンの炭酸塩、酸化物、水酸化物等を用いることができる。組成式（３）の原料として、例えば、ＳｒＣｌ_２、ＳｒＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ、ＭｇＣｌ_２、ＭｇＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ、ＢａＣｌ_２、ＢａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ、ＺｎＣｌ_２、ＭｇＦ_２、ＳｒＦ_２、ＢａＦ_２、ＺｎＦ_２、ＭｇＢｒ_２、ＳｒＢｒ_２、ＢａＢｒ_２、ＺｎＢｒ_２、ＭｇＩ_２、ＳｒＩ_２、ＢａＩ_２、ＺｎＩ_２等を用いることができる。組成式（４）の原料として、例えば、Ｅｕ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２（ＣＯ_３）_３、Ｅｕ（ＯＨ）_３、ＥｕＣｌ_３、ＭｎＯ、Ｍｎ（ＯＨ）_２、ＭｎＣＯ_３、ＭｎＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ、Ｍｎ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ等を用いることができる。

組成式（１）の原料としては、Ｍ’^１が少なくともＳｉを含んでいることが好ましい。また、Ｓｉを、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＳｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素で一部置き換えたものでもよい。この場合、Ｍ’^１に占めるＳｉの割合が８０ｍｏｌ％以上である化合物が好ましい。組成式（２）の原料としては、Ｍ’^２が少なくともＣａを含んでいることが好ましい。また、Ｃａを、Ｍｇ、Ｂａ及びＺｎ等からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素で一部置き換えたものでもよい。この場合、Ｍ’^２に占めるＣａの割合が６０ｍｏｌ％以上である化合物が好ましい。組成式（３）の原料としては、Ｍ’^３が少なくともＳｒを含んでいることが好ましい。また、Ｓｒを、Ｍｇ、Ｂａ及びＺｎ等からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素で一部置き換えたものでもよい。この場合、Ｓｒが３０ｍｏｌ％以上である化合物が好ましい。また、組成式（３）の原料としては、Ｘが少なくともＣｌを含んでいることが好ましい。また、Ｃｌを、他のハロゲン元素で一部置き換えたものでもよい。この場合、Ｃｌの割合が５０ｍｏｌ％以上である化合物が好ましい。組成式（４）の原料としては、Ｍ’^４が２価のＥｕを必須とする希土類元素であることが好ましく、Ｍｎ又はＥｕ以外の希土類元素等を含んでもよい。

組成式（１）〜（４）の原料のモル比を、（１）：（２）＝１：０．１〜１．０、（２）：（３）＝１：０．２〜１２．０、（２）：（４）＝１：０．０５〜４．０、好ましくは、（１）：（２）＝１：０．２５〜１．０、（２）：（３）＝１：０．３〜６．０、（２）：（４）＝１：０．０５〜３．０、より好ましくは（１）：（２）＝１：０．２５〜１．０、（２）：（３）＝１：０．３〜４．０、（２）：（４）＝１：０．０５〜３．０の割合で秤量し、秤量した各原料をアルミナ乳鉢に入れ約３０分粉砕混合し、原料混合物を得る。この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、還元雰囲気の電気炉で、所定の雰囲気（Ｈ_２：Ｎ_２＝５：９５）、温度７００℃以上１１００℃未満で３〜４０時間焼成し、焼成物を得る。この焼成物を温純水で丹念に洗浄し、余剰の塩化物を洗い流すことにより第１の蛍光体を得ることができる。第１の蛍光体は、紫外線又は短波長可視光により励起され可視光を発光する。

なお、組成式（３）の原料（２価の金属ハロゲン化物）については、化学量論比以上の過剰量を秤量することが好ましい。これは、焼成中にハロゲン元素の一部が気化蒸発してしまうことを考慮したものであり、ハロゲン元素の不足に起因する蛍光体の結晶欠陥の発生を防止するためである。また、過剰に加えられた組成式（３）の原料は、焼成温度では液化し、固相反応の融剤として働き、固相反応の促進及び結晶性を向上させる。

なお、前述した原料混合物の焼成後においては、前述の過剰添加された組成式（３）の原料は、製造された蛍光体の中で不純物として存在する。そこで、純度及び発光強度が高い蛍光体を得るためには、これらの不純物を温純水で洗い流すとよい。本実施の形態の第１の蛍光体の一般式に示された組成比は、不純物を洗い流した後の組成比であり、上記のように過剰添加され不純物となった組成式（３）の原料はこの組成比において加味されていない。

（第２の蛍光体）
第２の蛍光体は、その発光色が第１の蛍光体の発光色と補色関係である４３０〜４８０ｎｍにピーク波長を有する蛍光体である。このような第２の蛍光体は、近紫外または短波長可視光を効率的に吸収し、ドミナント波長が４４０〜４７０ｎｍの光を放射する。第２の蛍光体として用いることができる蛍光体として、特に組成の限定はないが、例えば下記の一般式で表される蛍光体（１）〜（４）の中から選択できる。

（１）一般式がＭ^１ _ａ（Ｍ^２Ｏ_４）_ｂＸ_ｃ：Ｒｅ_ｄ（ここで、Ｍ^１はＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｋ、Ａｇ及びＴｌからなる群より選ばれる少なくともＣａ、Ｓｒ、Ｂａのいずれかを含む１種以上の元素、Ｍ^２はＰ、Ｖ、Ｓｉ、Ａｓ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＢからなる群より選ばれる少なくともＰを含む１種以上の元素、Ｘは少なくとも１種のハロゲン元素、Ｒｅは希土類元素及びＭｎからなる群より選ばれる少なくともＥｕ^２＋を含む１種以上の元素を示す。また、ａは４．２≦ａ≦５．８、ｂは２．５≦ｂ≦３．５、ｃは０．８＜ｃ＜１．４、ｄは０．０１＜ｄ＜０．１の範囲である）で表されている蛍光体。

（２）一般式がＭ^１ _１−ａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋ _ａ（ここで、Ｍ^１はＣａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１種以上の元素を示す。また、ａは０．００１≦ａ≦０．５の範囲である）で表されている蛍光体。

（３）一般式がＭ^１ _１−ａＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋ _ａ（ここで、Ｍ^１はＣａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１種以上の元素を示す。また、ａは０．００１≦ａ≦０．８の範囲である）で表されている蛍光体。

（４）一般式がＭ^１ _２−ａ（Ｂ_５Ｏ_９）Ｘ：Ｒｅ_ａ（ここで、Ｍ^１はＣａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１種以上の元素、Ｘは少なくとも１種のハロゲン元素を示す。また、ａは０．００１≦ａ≦０．５の範囲である）で表されている蛍光体。

第２の蛍光体の一例である（Ｃａ，Ｍｇ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋は、例えば、次のようにして得ることができる。第２の蛍光体は、原料としてＣａＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３、ＣａＣｌ_２、ＣａＨＰＯ_４、及びＥｕ_２Ｏ_３を用い、これらの原料をモル比がＣａＣＯ_３：ＭｇＣＯ_３：ＣａＣｌ_２：ＣａＨＰＯ_４：Ｅｕ_２Ｏ_３＝０．０５〜０．３５：０．０１〜０．５０：０．１７〜２．５０：１．００：０．００５〜０．０５０となるよう所定の割合で秤量し、秤量した各原料をアルミナ乳鉢に入れ約３０分粉砕混合し、原料混合物を得る。この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、２〜５％のＨ_２を含むＮ_２雰囲気中で、温度８００℃以上１２００℃未満で３時間焼成し、焼成物を得る。この焼成物を温純水で丹念に洗浄し、余剰の塩化物を洗い流すことにより第２の蛍光体を得ることができる。第２の蛍光体は、第１の蛍光体が発光する可視光と補色の関係にある可視光を発光する。

なお、前述の原料混合物を得る際のＣａＣｌ_２の秤量（モル比）については、製造される第２の蛍光体の組成比に対して、その化学量論比よりも０．５ｍｏｌ以上の過剰量を秤量することが好ましい。これにより、Ｃｌの不足に起因する第２の蛍光体の結晶欠陥の発生を防止することができる。

上述した蛍光体や発光装置について、以下、実施例を用いて更に具体的に説明するが、下記の蛍光体や発光装置の原料、製造方法、蛍光体の化学組成等の記載は本発明の蛍光体や発光装置の実施の形態を何ら制限するものではない。

はじめに、本実施例の発光装置において用いた蛍光体について詳述する。

＜蛍光体１＞
蛍光体１は、第１の蛍光体の一種であり、（Ｃａ_０．４７，Ｓｒ_０．４８，Ｅｕ_０．０５）_７／６ＳｉＯ_３Ｃｌ_２／６で表される蛍光体である。蛍光体１は、一般式（Ｍ^２ｘ，Ｍ^３ｙ，Ｍ^４ｚ）_ｍＭ^１Ｏ_３Ｘ_２／ｎにおいて、Ｍ^１＝Ｓｉ、Ｍ^２＝Ｃａ、Ｍ^３＝Ｓｒ、Ｘ＝Ｃｌ、Ｍ^４＝Ｅｕ^２＋、ｍ＝７／６、ｎ＝６、Ｍ^２，Ｍ^３，Ｍ^４の各含有量ｘ，ｙ、ｚは、それぞれ０．４７，０．４８，０．０５となるように合成されている。また、蛍光体１は、原料の混合比においてＳｉＯ_２を過剰に添加することで、蛍光体内にクリストバライトが生成されている。蛍光体１の製造は、まず、ＳｉＯ_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＳｒＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ、及びＥｕ_２Ｏ_３の各原料をこれらのモル比がＳｉＯ_２：Ｃａ（ＯＨ）_２：ＳｒＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ：Ｅｕ_２Ｏ_３＝１．１：０．４５：１．０：０．１３となるように秤量し、秤量した各原料をアルミナ乳鉢に入れ約３０分粉砕混合し、原料混合物を得た。この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ_２：Ｎ_２＝５：９５）、温度１０００℃で５〜４０時間焼成し、焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄し、蛍光体１を得た。

＜蛍光体２＞
蛍光体２は、（Ｃａ_４．６７Ｍｇ_０．５）（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ_０．０８で表される蛍光体である。蛍光体２は、前述の第２の蛍光体の一例である。蛍光体２は、一般式 Ｍ^１ _ａ（Ｍ^２Ｏ_４）_ｂＸ_ｃ：Ｒｅ_ｄにおいて、Ｍ^１＝Ｃａ／Ｍｇ（モル比９０．３／９．７）、Ｍ^２＝Ｐ、Ｘ＝Ｃｌ、Ｒｅ＝Ｅｕ^２＋、ａ＝５．１７、ｂ＝３、ｃ＝１，ｄ＝０．０８となるように合成した蛍光体である。蛍光体２の製造は、まず、ＣａＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３、ＣａＣｌ_２、ＣａＨＰＯ_４、及びＥｕ_２Ｏ_３の各原料を、これらのモル比がＣａＣＯ_３：ＭｇＣＯ_３：ＣａＣｌ_２：ＣａＨＰＯ_４：Ｅｕ_２Ｏ_３＝０．４２：０．５：３．０：１．２５：０．０４となるよう秤量し、秤量した各原料をアルミナ乳鉢に入れ約３０分粉砕混合し、原料混合物を得た。この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、２〜５％のＨ_２を含むＮ_２雰囲気中で、温度８００℃以上１２００℃未満で３時間焼成し、焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄し、本蛍光体２を得た。

次に、実施例及び比較例に係る発光装置の構成について詳述する。

＜発光装置の構成＞
（実施例）
実施例に係る発光装置は、図１に示した形状の発光装置において下記の具体的な構成を用いたものである。なお、実施例に係る発光装置では、５個の半導体発光素子１８が一列に実装されている。半導体発光素子１８同士の隙間は、５ｍｍに設定されている。

はじめに、基板１２として窒化アルミニウム基板（５ｍｍ×４０ｍｍ×１ｍｍ（厚み））を用い、その表面に金を用いて電極１４（陽極）及び電極１６（陰極）を複数対形成した。半導体発光素子１８としては、４０５ｎｍに発光ピークを持つ１ｍｍ四方のＬＥＤ（ＳｅｍｉＬＥＤｓ社製：ＭｖｐＬＥＤ^ＴＭＳＬ−Ｖ−Ｕ４０ＡＣ）を用いる。そして、各電極１４（陽極）上にディスペンサーを用いて滴下した銀ペースト（エイブルスティック社製：８４−１ＬＭＩＳＲ４）の上に前述の半導体発光素子１８の下面を接着させ、銀ペーストを１７５℃環境下で１時間硬化させた。また、ワイヤー２２としてΦ４５μｍの金ワイヤーを用い、この金ワイヤーを超音波熱圧着にて半導体発光素子１８の上面側電極及び電極１６（陰極）に接合した。また、バインダー部材としてのシリコーン樹脂を用い、これに各種の蛍光体を所定濃度となるように混入し、蛍光体ペーストを作製した。

蛍光体ペーストの調整方法としては、はじめに、前述の蛍光体１と蛍光体２を重量比２：１で混合し、白色色度に入るように調整した。その後、蛍光体ペーストを作製するマトリックス材料として、ジメチルシリコーン樹脂（東レダウコーニングシリコーン社製：ＪＣＲ６１２６）を用い、蛍光体濃度が３ｖｏｌ％になるように計量した。蛍光体ペーストは、計量した前述のバインダー材料及び前述の蛍光体を１０ｃｃの軟こう容器に略３〜５ｇ充填し、自公転ミキサー（クラボウ製マゼルスター）を用い、公転１２００回転、自転４００回転で９０秒間混合／脱泡することで作製した。

なお、蛍光体ペーストは、透光性・分散性及び、成形／充填加工性に応じた粘性に調整されている。その後、基板にマウントされた複数の半導体発光素子１８を、ポッティング、コンプレッション成形、トランスファー成形、インジェクション成形等の加工方法を用いて、蛍光体ペーストにより一体的に被覆する。

バインダー材料は、近紫外または短波長可視光に対し透明（透過率が９０％以上）であり、光耐性が良好な材料を用いる。具体的には、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ゾルゲルガラス、アクリル樹脂、無機バインダー、ガラス材料等を用いることができる。また、バインダーペーストの中には、拡散剤・チクソ剤を添加してもよい。具体的には、二酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム等の微粒子が挙げられる。

実施例に係る発光装置においては、シリカ微粒子をチクソ剤として分散させたシリコーン樹脂に所定量の蛍光体を混合／分散／脱泡し、蛍光体ペーストを作製した。その後、ディスペンサーを用い、蛍光体ペーストを半導体発光素子にディスペンス塗布した後、１５０℃環境下で１．５時間硬化させて固定化した。これにより、ディスペンス塗布した蛍光体ペーストの硬化後の寸法は、幅約４〜８ｍｍ，高さ約２〜５ｍｍ，長さ約２５ｍｍの形状となり、半導体発光素子１８が封止された。

（比較例）
図２は、比較例に係る照明装置の概略断面図である。図２に示す照明装置２００は、発光装置１１０と、発光装置１１０から出射された光の少なくとも一部を拡散する拡散部材２６とを備える。発光装置１１０は、基板１１２上に複数対の陽極１１４及び陰極１１６が形成されている。各陽極１１４上にはそれぞれ半導体発光素子１１８がマウント部材（不図示）により固定されている。半導体発光素子１１８と陽極１１４はマウント部材により導通されており、半導体発光素子１１８と陰極１１６はワイヤー１２２により導通されている。各半導体発光素子１１８の上面に、個別に蛍光層１２４が搭載されている。蛍光層１２４を挟んで基板１１２と反対側の領域には、蛍光層１２４と対向するように板状の拡散部材２６が設けられている。

比較例に係る発光装置は、構成がほぼ実施例に係る発光装置と同様であるため、以下では、実施例の発光装置と異なる構成や製法について説明する。なお、比較例に係る発光装置では、実施例と同様に５個の半導体発光素子１１８が一列に実装されている。半導体発光素子１１８同士の隙間は５ｍｍに設定されている。

半導体発光素子１１８としては、４５０ｎｍに発光ピークを持つ１ｍｍ四方のＬＥＤ（ＳｅｍｉＬＥＤｓ社製：ＭｖｐＬＥＤ^ＴＭＳＬ−Ｖ−Ｂ４５ＡＣ）用いた。蛍光体としては、セリウム付活のイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ蛍光体：化成オプトニクス株式会社製Ｐ４６−Ｙ３）を用いた。

蛍光層１２４の調整は以下のように行われる。はじめに、ジメチルシリコーン樹脂（東レダウコーニングシリコーン社製：ＪＣＲ６１２６）を用い、蛍光体濃度が２０ｖｏｌ％になるように計量した。蛍光体とジメチルシリコーン樹脂の混合は、実施例と同様な方法で行った。得られた蛍光体ペーストを、バーコーターを用い１８０μｍ厚のシート状にし、その後１５０℃で１時間硬化し、蛍光体シートを得た。得られた蛍光体シートを１ｍｍ□にトリミングし、その後ジメチルシリコーン樹脂（東レダウコーニングシリコーン社製：ＪＣＲ６１４０）を接合材として塗布し、半導体発光素子１１８の上に実装し、１５０℃で１時間硬化させ、固定化した。

前述の実施例及び比較例の発光装置を、簡易的に試作した照明装置に設置した。図３（ａ）は、照明装置の上面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図に示すように、照明装置３００は、５０ｍｍ×１８ｍｍの大きさであり、隣接する半導体発光素子の間隔は５ｍｍに設定されている。照明装置３００の内部には、蛍光層２４から出射した光を拡散部材２６に向かうように曲面が構成されたアルミ蒸着反射面３０が設けられている。また、基板１２（１１２）の上面と拡散部材２６との間隔は１１ｍｍに設定されている。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）では、蛍光体２４が一体である実施例の発光装置が記載されているが、比較例に係る発光装置は蛍光層２４の代わりに個別の蛍光層１２４が設けられている点（図２参照）が主な相違点である。

＜実施例の評価＞
実施例及び比較例に係る発光装置の発光面の面内色度分布を測定した。測定装置は、２次元輝度計（ミノルタ株式会社製）を用いた。詳細は省略するが、実施例に係る発光装置による発光は非常に狭い色度分布を有しており、発光面内における色度のばらつきが少ない。したがって、実施例に係る発光装置は、発光面の全体にわたり均一な白色光が得られる。

図４は、実施例に係る発光装置の発光モデルを模式的に示した図である。図４に示すように、実施例に係る発光装置は、ｎＵ．Ｖ．−ＬＥＤから出射された紫外線又は短波長可視光は、ほとんど蛍光体に吸収され、第１の蛍光体（Ｙ）、第２の蛍光体（Ｂ）においてランバーシアンな発光をする。しかも第１の蛍光体は、青色光をほとんど吸収しないことから、蛍光体を含有する樹脂層の厚さが変動しても発光色は変わりにくい。その結果、発光色の色度分布のばらつきを抑制できたものと考えられる。

次に、実施例に係る発光装置におけるカスケード励起の色調むらへの影響について説明する。図５は、実施例における発光装置で用いられた蛍光体の発光スペクトル及び励起スペクトルを示した図である。ここで、ラインＬ１は、実施例で用いた第１の蛍光体の励起スペクトル、ラインＬ２は、実施例で用いた第１の蛍光体の発光スペクトルを示している。また、ラインＬ３は、実施例で用いた第２の蛍光体の発光スペクトルを示している。

図５に示すように、実施例２に係る発光装置における第１の蛍光体は、その励起スペクトル（ラインＬ１）が第２の蛍光体の発光スペクトル（ラインＬ３）と重なる領域が少ない。より詳細には、第１の蛍光体の励起スペクトルの最大強度をＩｍａｘ、第２の蛍光体の発光スペクトルのピーク波長λｐにおける第１の蛍光体の励起スペクトルの強度をＩａとすると、Ｉａ＜０．５×Ｉｍａｘを満たしている。これにより、実施例２に係る発光装置においては、第２の蛍光体から発した光が第１の蛍光体で吸収されて再発光することが抑制される。

なお、各実施例の蛍光層に含まれている蛍光体全体の体積濃度は、０．０１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。蛍光体全体の体積濃度が０．０１ｖｏｌ％以上であれば、ある程度明るい光が得られる。また、蛍光体全体の体積濃度が１０ｖｏｌ％以下であれば、蛍光体粒子間で起こる散乱や減衰を少なくすることができる。また、蛍光層は、半導体発光素子の光が入射してから外部へ出射するまでの光路長が０．４ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。このような光路長とするために、例えば、蛍光層は、発光素子の光出射面に対して垂直な方向の厚みが０．４ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるような形状で構成されていてもよい。このように、光路長が０．４ｍｍ以上であれば、蛍光層に含まれる蛍光体が半導体発光素子が発する一次光を十分吸収することができる。また、光路長が２０ｍｍ以下であれば、シリコーン樹脂の使用量が抑制でき、安価な価格で提供可能である。また、第１の蛍光体は、その平均粒径が０．５μｍ以上１００μｍ以下であり、第２の蛍光体は、その平均粒径が０．５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。粒径が０．５μｍ以上であれば、蛍光体の活性が低い粒子表面層の割合を小さくすることができるため、発光効率を向上することができる。また、粒径が１００μｍ以下であれば、蛍光体を蛍光層の内部で分散させることが容易になる。

このように、実施例に係る発光装置は、紫外線又は短波長可視光により励起された第１の蛍光体から発した５６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長域にピーク波長を有する可視光と、紫外線又は短波長可視光により励起された第２の蛍光体が発した、第１の蛍光体が発光する可視光と補色の関係にある可視光と、を混合することで白色光が得られる。そのため、青色の発光素子と黄色蛍光体を組み合わせた比較例に係る発光装置と比較して、発光面内の色度のばらつきが抑えられる。また、蛍光層における蛍光体の体積濃度や、光路長（蛍光層の形状、厚み）を適宜設定することで、発光素子が発する光が蛍光体で効率よく吸収されるとともに、蛍光体が発した光が他の蛍光体で吸収されたり散乱されたりすることが抑制される。このように、照度むらの一因となる色むらが抑制されるため、比較的光透過率の高い拡散板を用いても照度むらの少ない照明装置を実現することができる。

次に、測定に使用した各拡散板の全光線透過率を表１に示す。基板１２（１１２）に対向して１１ｍｍ離れた位置に２種の板厚（１．５ｍｍ、２．５ｍｍ）の拡散板を拡散部材２６として設置し、輝度計により輝度分布を計測した。

前述の実施例及び比較例の発光装置を簡易照明装置に取り付け、実施例及び比較例の発光装置から出射される光束が同じになるように、駆動電流を調整し点灯した。その結果を表２に示す。

また、２次元輝度計（株式会社ミノルタ製）により、実施例及び比較例の発光装置において、それぞれ厚みの違う拡散板を取り付けた状態の輝度分布を測定した。その結果として、拡散板面内で最大輝度を示す点と周辺部の低輝度部との相対輝度比を表３に示す。

その結果、実施例に係る照明装置は、光束が高いにも関わらず、最大（Ｍａｘ）輝度と周辺輝度の差が少なく、均一に発光していることがわかる。

このように実施例に係る照明装置においては、板厚ｔ＝１．５ｍｍ（全光線透過率は８６％）の拡散部材を用いても十分な拡散を示し面発光する。一方、比較例に係る照明装置においては、板厚ｔ＝２．５ｍｍ（全光線透過率は８０％）の拡散部材を用いても十分な拡散は得られない。つまり、実施例に係る照明装置は、照度むらを抑えつつ器具効率を高めることができる。これは、実施例に係る照明装置では、備えている発光装置の発光面（蛍光層表面）の輝度むらや色むらが抑えられているためである。色むらの抑制という観点では、実施例に係る発光装置は、従来の青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体との組合せと異なり、補色関係にある複数種の蛍光体の発光を用いて白色を実現している。

また、輝度むらの抑制という観点では、実施例に係る発光装置は、複数の半導体発光素子が蛍光層で一体的に封止されており、発光面積が大きいため、全体の光束を下げずに蛍光層の表面での輝度が低くできる。その結果、実施例に係る発光装置では蛍光層の表面での輝度むらが小さい。一方、比較例に係る発光装置は、半導体発光素子が個別に蛍光層で覆われており、また、半導体発光素子間には蛍光層が存在していないため、実施例に係る発光装置と比較して発光面積が小さく輝度むらが大きくなる傾向にある。その結果、比較例に係る照明装置は、透過率が低く拡散率の高い拡散部材を選択しなければ照度むらを抑えることが困難である。

なお、実施例に係る照明装置は、照度むらを抑えるという観点では、発光装置が有する複数の半導体発光素子が２０ｍｍ以下の間隔で配列していることが好ましい。なお、半導体発光素子同士の間隔を狭くしすぎると照射範囲が狭くなるため、より広範囲にわたり均一な照明を実現するために、複数の半導体発光素子が０．４ｍｍ以上の間隔、より好ましくは０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下で配列されていることが好ましい。

また、実施例に係る照明装置は、照度むらを抑えるという観点では、蛍光層と拡散部材との距離が３ｍｍ以上であることが好ましい。一方、照明装置の小型化、薄型化という観点では、蛍光層と拡散部材との距離が３０ｍｍ以下であることが好ましい。

また、実施例に係る拡散部材は、透過率が８０％〜９５％の範囲が好ましい。これにより、発光装置から出射した光が拡散部材を透過する際の光束の低下が抑えられる。また、拡散部材は、拡散率が１０％以上であることが好ましい。これにより、発光装置から出射した光が適度に散乱され、照度むらが抑えられる。

以上、本発明を実施の形態や実施例をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では、複数の半導体発光素子が直列に配置されている照明装置について説明したが、求められる照明性能に応じて同心円状、放射状、方形状等の所定の配列パターンで半導体発光素子が配置された照明装置であってもよい。

本発明の発光装置は種々の灯具、例えば照明用灯具、ディスプレイ用バックライト、車両用灯具等に利用することができる。

１０ 発光装置、 １２ 基板、 １４，１６ 電極、 １７ 反射面、 １８ 半導体発光素子、 １８ａ 光出射面、 ２０ マウント部材、 ２２ ワイヤー、 ２４ 蛍光層、 ２４ａ 表面、 ２６ 拡散部材、 １００ 照明装置。

Claims (8)

1. ３８０〜４２０ｎｍの波長域にピーク波長を有する紫外線又は短波長可視光を発する複数の発光素子と、前記紫外線又は短波長可視光により励起され、５６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長域にピーク波長を有する可視光を発光する第１の蛍光体と、前記紫外線又は短波長可視光により励起され、前記第１の蛍光体が発光する可視光と補色の関係にある可視光を発光する第２の蛍光体と、前記複数の発光素子を覆う光透過部材であって、前記第１の蛍光体および前記第２の蛍光体が分散されている光透過部材と、を有し、各蛍光体からの光を混合して白色を得るように構成された発光装置と、
   前記光透過部材と対向する位置に配置され、前記発光装置から出射された光の少なくとも一部を拡散する拡散部材と、を備え、
   前記光透過部材に含まれている蛍光体全体の体積濃度は、０．０１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下であり、
   前記光透過部材は、前記発光素子の光出射面に対して垂直な方向の厚みが０．４ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるような形状で構成されている、
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記第１の蛍光体は、その平均粒径が０．５μｍ以上１００μｍ以下であり、
   前記第２の蛍光体は、その平均粒径が０．５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第１の蛍光体の励起スペクトルの最大強度をＩｍａｘ、前記第２の蛍光体の発光スペクトルのピーク波長における前記第１の蛍光体の励起スペクトルの強度をＩａとすると、Ｉａ＜０．５×Ｉｍａｘを満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記発光素子は、隣接する発光素子との間隔が０．４ｍｍ〜２０ｍｍの範囲となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の照明装置。
5. 前記拡散部材は、前記光透過部材との距離が３ｍｍ〜３０ｍｍの範囲となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
6. 前記拡散部材は、透過率が８０％〜９５％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の照明装置。
7. 前記拡散部材は、拡散率が１０％以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の照明装置。
8. 前記拡散部材は、光が出射する側の面の輝度のばらつきが４５％以下となるように透過率と拡散率が設定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の照明装置。

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