JP6751922B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は発光装置に関する。詳細には本発明は、一般照明や特殊照明に好適に用いることができ、高演色性の出力光を放つことが可能な発光装置に関する。

従来、レーザー光を放射する固体発光素子と、複数種類のＣｅ^３＋付活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。このような発光装置としては、例えば特許文献１に記載の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、一般に、蛍光体の高密度光励起が行われる。そして、特許文献１の発光装置は、高密度光励起下であっても蛍光体が発光飽和し難いため、高出力を発揮することができる。

国際公開第２０１６／０９２７４３号

しかしながら、レーザー光を放射する固体発光素子と、蛍光体としてＣｅ^３＋付活蛍光体のみを含む波長変換体とを組み合わせてなる発光装置は、レーザー光の波長近傍における出力光の強度がゼロに近くなるという課題があった。また、レーザー光と蛍光体を利用する従来の発光装置は、視感度に少なからず影響を与える波長範囲における分光分布の強度差が大きく、一般照明に適する高演色性の出力光を得ることが困難であった。

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、広い波長範囲に亘って高演色性の光を放射することが可能な発光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、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。波長変換体に含まれる蛍光体は、実質的にＣｅ^３＋付活蛍光体からなる。そして、発光装置の出力光は、少なくとも４２０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の波長範囲に亘って光成分を持つ。

図１は、本発明の第一の実施形態に係る発光装置を示す概略図である。 図２は、波長変換体の一例を示す断面図である。 図３は、波長変換体の製造工程を説明する図である。 図４は、波長変換体の第一の変形例を示す断面図である。 図５は、波長変換体の第一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を示し、（ｂ）は透明基板上に蛍光体塗布液乾燥体を形成した状態を示し、（ｃ）は透明基板上に蛍光体層を形成した状態を示す。 図６は、波長変換体の第二の変形例を示す断面図である。 図７は、本発明の第二の実施形態に係る発光装置を示す概略図である。 図８は、実施例の発光装置から放射された出力光の分光分布の一例を示すグラフである。

以下、本実施形態に係る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。

上述のように、固体発光素子と、蛍光体としてＣｅ^３＋付活蛍光体のみを含む波長変換体とを組み合わせてなる従来の発光装置は、レーザー光の波長近傍における出力光の強度がゼロに近くなる場合があった。その原因として、Ｃｅ^３＋付活蛍光体が、スペクトルの半値幅が広い蛍光を放つことや、可視領域における分光分布の強度差が大きいこと、さらにレーザー光の強度が突出することが挙げられる。

さらに、従来の青色レーザー光を利用する技術の延長では、照明光の平均演色評価数Ｒａの改善には限界があった。これは、Ｃｅ^３＋付活蛍光体が、励起スペクトルの長波長端と蛍光スペクトルの短波長端とが重なる特性を持つことに起因して、青緑色系蛍光体が放つ光成分の一部が暖色系蛍光体によって吸収されることが原因である。

このような状況に鑑み、本実施形態の発光装置は、視感度に影響を与える波長範囲における分光分布の強度差を小さくし、一般照明や高演色性が求められる特殊照明に好適に用いることができる装置である。

［第一の実施形態］
第一の実施形態に係る発光装置１は、図１に示すように、レーザー光Ｌを放射する固体発光素子１０と、レーザー光Ｌ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Ｌ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、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。

固体発光素子１０は、レーザー光Ｌを放射する発光素子である。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。

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。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１に設けなくてもよい。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。また、後述の第二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。

波長変換体５０は、レーザー光Ｌ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、後述の第一〜第三の波長変換体のうちの第一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、後述の第二又は第三の波長変換体は、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。

発光装置１は、レーザー光Ｌを放射する固体発光素子１０と、レーザー光Ｌ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。さらに波長変換体５０に含まれる蛍光体は、実質的にＣｅ^３＋付活蛍光体からなる。そして、発光装置１の出力光は、少なくとも４２０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の波長範囲に亘って光成分を持つものである。発光装置１は、視感度が比較的高い可視光の波長範囲、即ち４２０〜７００ｎｍの波長範囲において光成分を持ち、分光分布の強度差が小さい連続スペクトルの光を放つことができる。そのため、発光装置１は自然光に近い光を放ち、一般照明や特殊照明に好適に用いることができる。

発光装置１において、波長変換体５０に含まれる複数種類の蛍光体は、実質的にＣｅ^３＋付活蛍光体からなる。「実質的にＣｅ^３＋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、Ｃｅ^３＋付活蛍光体のみからなるという意味である。

Ｃｅ^３＋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、Ｃｅ^３＋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、Ｃｅ^３＋付活蛍光体では、レーザー光照射による高密度光励起下でも、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Ｃｅ^３＋付活蛍光体を用いると、発光飽和を抑制することができる。なお、「発光飽和」とは、励起状態の電子数の増大による光出力の飽和現象をいう。

また、希土類イオンの安定な価数は三価であり、Ｃｅ^３＋は安定な三価の価数を持つ発光中心である。このため、Ｃｅ^３＋付活蛍光体は、レーザー光照射による高密度光励起によって蛍光体が発熱したとしても、蛍光体結晶の変質が生じにくい。具体的には、Ｃｅ^３＋付活蛍光体は、Ｅｕ^２＋付活蛍光体のような、Ｅｕ^２＋付活蛍光体中におけるＥｕ^２＋からＥｕ^３＋への酸化による結晶の変質が生じにくい。このため、波長変換体５０に含まれる蛍光体としてＣｅ^３＋付活蛍光体を用いると、長期信頼性が高くなる。

このように、Ｃｅ^３＋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で用いられる波長変換体５０用の蛍光体として好適である。

発光装置１において、レーザー光は、３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を有することが好ましく、３９５ｎｍ以上４１５ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を有することがより好ましい。これにより、少なくとも青色系の蛍光、つまり青又は青緑色の蛍光を放つＣｅ^３＋付活蛍光体を励起できるようになる。そのため、発光装置１は、Ｃｅ^３＋によってもたらされ、蛍光スペクトルの半値幅が広い青色系の蛍光成分を放つことが可能となる。

複数種類の蛍光体は、４３５ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を有する第一の蛍光を放つ第一の蛍光体と、５８０ｎｍ以上６３０ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を有する第二の蛍光を放つ第二の蛍光体とを含むことが好ましい。これにより、波長変換体５０は、１００ｎｍ前後の広い半値幅を持つ蛍光スペクトルを発することが可能な青色系のＣｅ^３＋付活蛍光体と暖色系のＣｅ^３＋付活蛍光体を含有することになる。そのため、発光装置１は、少なくとも４２０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の波長範囲に亘る光成分を持つ出力光を放つことが可能となる。なお、「青色系のＣｅ^３＋付活蛍光体」とは、青色又は青緑色の蛍光を放つＣｅ^３＋付活蛍光体をいい、「暖色系のＣｅ^３＋付活蛍光体」とは、黄色、橙色又は赤色の蛍光を放つＣｅ^３＋付活蛍光体をいう。また、第一の蛍光体は、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を有する第一の蛍光を放つことがより好ましい。第二の蛍光体は、５９０ｎｍ以上６２０ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を有する第二の蛍光を放つことがより好ましい。

発光装置１において、複数種類の蛍光体は、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を有する第三の蛍光を放つ第三の蛍光体をさらに含むことが好ましい。これにより、発光装置１の出力光が緑色系の光成分を持つようになるので、照らされた物における緑色の見え方を鮮やかにすることが可能となる。また、視感度の高い光成分を持つようになるため、高光束の出力光を得ることが可能となる。

このように発光装置１は、青色又は青緑色の光成分と、黄色、橙色又は赤色の光成分と、必要に応じて加える緑色の光成分との加法混色によって、需要の多い白色の出力光を放射するものである。また、Ｃｅ^３＋の電子エネルギー遷移に起因する、蛍光スペクトルの半値幅が広い光成分を利用して、少なくとも４２０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の分光分布を構成している。そのため、発光装置１は、平均演色評価数Ｒａの大きな白色の出力光を得ることができるようになる。

なお、発光装置１において、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未満の波長範囲内に発光ピークを有する光を放射するＣｅ^３＋付活蛍光体を含有してもよい。また、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５００ｎｍ未満の波長範囲内に発光ピークを有する光を放射するＣｅ^３＋付活蛍光体を含有してもよい。このようなＣｅ^３＋付活蛍光体としては、青緑色系のＣｅ^３＋付活蛍光体又は緑色系のＣｅ^３＋付活蛍光体を用いることができる。

発光装置１において、第二の蛍光体の励起スペクトルは、レーザー光Ｌが最大強度になる波長における強度よりも、波長４２０ｎｍにおける強度の方が大きくてもよい。さらに、第一の蛍光体はレーザー光Ｌによって励起され、第二の蛍光体は少なくとも第一の蛍光体によって励起されることが好ましい。つまり、例えば、レーザー光Ｌが最大強度になる波長が４０５ｎｍの場合、第二の蛍光体の励起スペクトルは、波長４０５ｎｍにおける強度よりも波長４２０ｎｍにおける強度の方が大きくてもよい。この場合、第一の蛍光体の発光スペクトルと第二の蛍光体の励起スペクトルは、重なりを持つ可能性が高くなる。そして、このような第二の蛍光体を用いた場合、第一の蛍光体がレーザー光Ｌによって励起され、第二の蛍光体は第一の蛍光体が発する蛍光によって励起されるようになる。そのため、第二の蛍光体がレーザー光Ｌによって殆ど励起されない蛍光体であっても、第一の蛍光体を介することによって、第一の蛍光体が発する蛍光により励起することが可能となる。

なお、第二の蛍光体の励起スペクトルは、３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を持たないものであってもよい。または、第二の蛍光体は、波長４２０ｎｍにおける励起スペクトルの強度が、波長４３５ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲内における励起スペクトルの強度最大値の１／５に満たないものであってもよい。若しくは、第二の蛍光体は、波長４２０ｎｍにおける励起スペクトルの強度が、波長４３５ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲内における励起スペクトルの強度最大値の１／１０に満たないものであってもよい。つまり、第二の蛍光体は、レーザー光で高効率励起されない蛍光体であってもよい。これにより、第二の蛍光体がレーザー光によって殆ど励起されない蛍光体であっても、第一の蛍光体を介することによって、第一の蛍光により励起できるようになる。

発光装置１において、第一の蛍光体は、カルシウムフェライト型構造を持つアルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属ハロアルミン酸塩、希土類アルミン酸塩、希土類酸窒化アルミノ珪酸塩、及び希土類窒化アルミノ珪酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする化合物（ａ）を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。または、第一の蛍光体は、カルシウムフェライト型構造を持つアルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属ハロアルミン酸塩、希土類アルミン酸塩、希土類酸窒化アルミノ珪酸塩、及び希土類窒化アルミノ珪酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一つを母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることがより好ましい。これにより、３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を持つレーザー光の一部を青色系の光成分に変換できるようになり、蛍光スペクトルの半値幅が大きな青色系の光成分を得ることができるようになる。

具体的には、第一の蛍光体は、ＭＲＥ_２Ｏ_４、Ｍ_３ＡｌＯ_４Ｆ、Ｍ_２ＲＥＸ_２（ＡｌＯ_４）_３、ＲＥＡｌ（Ｓｉ_６−ｚＡｌ_ｚ）（Ｎ_１０−ｚＯ_ｚ）、及びＲＥ_３Ｓｉ_３Ｎ_５からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする化合物（ｂ）を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。若しくは、第一の蛍光体は、ＭＲＥ_２Ｏ_４、Ｍ_３ＡｌＯ_４Ｆ、Ｍ_２ＲＥＸ_２（ＡｌＯ_４）_３、ＲＥＡｌ（Ｓｉ_６−ｚＡｌ_ｚ）（Ｎ_１０−ｚＯ_ｚ）、及びＲＥ_３Ｓｉ_３Ｎ_５からなる群より選ばれる少なくとも一つを母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。または、第一の蛍光体は、当該化合物（ｂ）を端成分とする固溶体を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。なお、Ｍはアルカリ土類金属であり、ＲＥは希土類元素であり、ＸはＺｒ及びＨｆの少なくともいずれか一方であり、ｚは０≦ｚ＜１を満足する数値である。

より具体的には、例えば、第一の蛍光体は、ＳｒＬｕ_２Ｏ_４、ＳｒＳｃ_２Ｏ_４、Ｓｒ_３ＡｌＯ_４Ｆ、Ｃａ_２ＹＺｒ_２（ＡｌＯ_４）_３、ＬａＡｌＳｉ_６Ｎ_１０、及びＬａ_３Ｓｉ_３Ｎ_５からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする化合物を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。若しくは、第一の蛍光体は、ＳｒＬｕ_２Ｏ_４、ＳｒＳｃ_２Ｏ_４、Ｓｒ_３ＡｌＯ_４Ｆ、Ｃａ_２ＹＺｒ_２（ＡｌＯ_４）_３、ＬａＡｌＳｉ_６Ｎ_１０、及びＬａ_３Ｓｉ_３Ｎ_５からなる群より選ばれる少なくとも一つを母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。または、第一の蛍光体は、ＳｒＬｕ_２Ｏ_４、ＳｒＳｃ_２Ｏ_４、Ｓｒ_３ＡｌＯ_４Ｆ、Ｃａ_２ＹＺｒ_２（ＡｌＯ_４）_３、ＬａＡｌＳｉ_６Ｎ_１０、及びＬａ_３Ｓｉ_３Ｎ_５からなる群より選ばれる少なくとも一つを端成分とする固溶体を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。

このような蛍光体は、３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長範囲内の光を効率よく吸収し、４３５ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を有する青色系の光に高効率に変換することができる。そのため、このような蛍光体を第一の蛍光体として用いることにより、青〜青緑色の光成分を得ることが容易となる。

発光装置１において、第二の蛍光体は、希土類珪酸塩、希土類アルミン酸塩、希土類アルミノ珪酸塩、アルカリ土類金属窒化アルミノ珪酸塩、及び希土類窒化珪酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする化合物（ｃ）を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。または、第二の蛍光体は、希土類珪酸塩、希土類アルミン酸塩、希土類アルミノ珪酸塩、アルカリ土類金属窒化アルミノ珪酸塩、及び希土類窒化珪酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一つを母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。このような第二の蛍光体を用いることで、第一の蛍光体が発する蛍光の一部を暖色系の光成分に変換できるようになる。そのため、蛍光スペクトルの半値幅が大きな暖色系の光成分を得ることができるようになる。

具体的には、第二の蛍光体は、ＲＥ_２ＭＭｇ（ＳｉＯ_４）_３、ＲＥ_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、ＲＥ_３Ｍｇ_２（ＳｉＯ_４）_２（ＡｌＯ_４）、ＭＡｌＳｉＮ_３、及びＲＥ_３Ｓｉ_６Ｎ_１１からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする化合物（ｄ）を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。若しくは、第二の蛍光体は、ＲＥ_２ＭＭｇ（ＳｉＯ_４）_３、ＲＥ_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、ＲＥ_３Ｍｇ_２（ＳｉＯ_４）_２（ＡｌＯ_４）、ＭＡｌＳｉＮ_３、及びＲＥ_３Ｓｉ_６Ｎ_１１からなる群より選ばれる少なくとも一つを母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。または、第二の蛍光体は、当該化合物（ｄ）を端成分とする固溶体を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。なお、Ｍはアルカリ土類金属であり、ＲＥは希土類元素である。

より具体的には、例えば、第二の蛍光体は、Ｌｕ_２ＣａＭｇ（ＳｉＯ_４）_３、（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、Ｙ_３Ｍｇ_２（ＳｉＯ_４）_２（ＡｌＯ_４）、ＣａＡｌＳｉＮ_３、及びＬａ_３Ｓｉ_６Ｎ_１１からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする化合物を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。若しくは、第二の蛍光体は、Ｌｕ_２ＣａＭｇ（ＳｉＯ_４）_３、（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、Ｙ_３Ｍｇ_２（ＳｉＯ_４）_２（ＡｌＯ_４）、ＣａＡｌＳｉＮ_３、及びＬａ_３Ｓｉ_６Ｎ_１１からなる群より選ばれる少なくとも一つを母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。または、第二の蛍光体は、Ｌｕ_２ＣａＭｇ（ＳｉＯ_４）_３、（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、Ｙ_３Ｍｇ_２（ＳｉＯ_４）_２（ＡｌＯ_４）、ＣａＡｌＳｉＮ_３、及びＬａ_３Ｓｉ_６Ｎ_１１からなる群より選ばれる少なくとも一つを端成分とする固溶体を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。

このような蛍光体は、４３５ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲内の光を効率よく吸収し、５８０ｎｍ以上６３０ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を有する暖色系の光に高効率に変換する。そのため、このような蛍光体を第二の蛍光体として用いることにより、橙〜赤色の光成分を容易に得ることが可能となる。

なお、温度消光の面で有利な第二の蛍光体は、Ｌｕ_２ＣａＭｇ（ＳｉＯ_４）_３又はＣａＡｌＳｉＮ_３のいずれかを主成分とする化合物、または当該化合物を端成分とする固溶体を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体である。

発光装置１において、第二の蛍光体は、４３５ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲内に励起スペクトルの強度最大値を持つことが好ましく、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の波長範囲内に励起スペクトルの強度最大値を持つことがより好ましい。これにより、第一の蛍光体が放つ蛍光の一部を、第二の蛍光体により暖色系の光成分に高効率に変換することが可能となる。

発光装置１においては、第一の蛍光体の蛍光スペクトルのピーク波長をλ_ｅｍ、第二の蛍光体の励起スペクトルのピーク波長をλ_ｅｘとしたとき、λ_ｅｍとλ_ｅｘの差分は２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましい。これにより、第一の蛍光体が放つ蛍光によって、第二の蛍光体が効率よく励起されることになり、暖色系の光成分を容易に得ることが可能となる。その一方で、第一の蛍光体が発する蛍光強度が高い光成分は、第二の蛍光体への光吸収効率が大きくなり、第一の蛍光体が発する蛍光強度が低い光成分は、第二の蛍光体への光吸収効率が小さくなる。そのため、第二の蛍光体による干渉効果の波長依存性は均一化され、第一の蛍光体による青色系の光成分を容易に得ることが可能となる。

発光装置１において、第三の蛍光体は、ガーネット型又はカルシウムフェライト型の結晶構造を持つ化合物を主成分とする化合物（ｅ）を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。または、第三の蛍光体は、ガーネット型又はカルシウムフェライト型の結晶構造を持つ化合物を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。このような第三の蛍光体を用いることで、視感度が高く、緑色系の光成分を多く持つ出力光を得ることができるようになる。

具体的には、第三の蛍光体は、Ｍ_３ＲＥ_２（ＳｉＯ_４）_３、ＲＥ_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、及びＭＲＥ_２Ｏ_４からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする化合物（ｅ）を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。若しくは、第三の蛍光体は、Ｍ_３ＲＥ_２（ＳｉＯ_４）_３、ＲＥ_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、及びＭＲＥ_２Ｏ_４からなる群より選ばれる少なくとも一つを母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。または、第三の蛍光体は、当該化合物（ｅ）を端成分とする固溶体を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。なお、Ｍはアルカリ土類金属であり、ＲＥは希土類元素である。

より具体的には、例えば、第三の蛍光体は、Ｃａ_３Ｓｃ_２（ＳｉＯ_４）_３、Ｌｕ_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、Ｙ_３（Ｇａ，Ａｌ）_２（ＡｌＯ_４）_３、Ｙ_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｏ_４からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする化合物を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。若しくは、第三の蛍光体は、Ｃａ_３Ｓｃ_２（ＳｉＯ_４）_３、Ｌｕ_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、Ｙ_３（Ｇａ，Ａｌ）_２（ＡｌＯ_４）_３、Ｙ_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｏ_４からなる群より選ばれる少なくとも一つを母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。または、第三の蛍光体は、Ｃａ_３Ｓｃ_２（ＳｉＯ_４）_３、Ｌｕ_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、Ｙ_３（Ｇａ，Ａｌ）_２（ＡｌＯ_４）_３、Ｙ_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｏ_４からなる群より選ばれる少なくとも一つを端成分とする固溶体を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であることが好ましい。

このような蛍光体は、４３５ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲内の光をよく吸収し、５１０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を有する緑色系の光に高効率に変換する。そのため、このような蛍光体を第三の蛍光体として用いることにより、緑色の光成分を容易に得ることが可能となる。

発光装置１において、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。波長変換体５０が無機材料からなることにより、封止樹脂等の有機材料を含む従来の波長変換体と比較して熱伝導性が高くなるため、放熱設計が容易となる。このため、固体発光素子１０から放射されたレーザー光Ｌにより蛍光体が高密度光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。

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（第一の波長変換体）、金属基板と蛍光体層とを備える構成（第二の波長変換体）、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（第三の波長変換体）等がある。また、第一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。

図２は、図１に示す発光装置１を構成する第一の波長変換体５０の一例を示す断面図である。第一の波長変換体５０は、レーザー光が透過する透明基板３０と、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。そして、蛍光体層４０は、蛍光体と、蛍光体を透明基板３０に接着する無機接着剤とを有する。

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、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。

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、石英基板やサファイヤ基板、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。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。

蛍光体層４０は、蛍光体と、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。

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。

発光装置１においては、波長変換体５０を照射するレーザー光Ｌの光密度は、少なくとも２Ｗ／ｍｍ^２以上にすることができ、一般照明用として好ましいとされる２Ｗ／ｍｍ^２以上１５Ｗ／ｍｍ^２未満とすることもできる。医療用照明として好ましいとされる１０Ｗ／ｍｍ^２以上５０Ｗ／ｍｍ^２未満とすることもできる。プロジェクタ用として好ましいとされる４０Ｗ／ｍｍ^２を超える光密度にすることもできる。発光装置１は、少なくとも６０Ｗ／ｍｍ^２までの光密度の評価で蛍光体の発光飽和が認められないことから、レーザー光Ｌの光密度は１００Ｗ／ｍｍ^２未満にすることができる予想される。

波長変換体５０に含まれる全てのＣｅ^３＋付活蛍光体は、酸化物系の蛍光体であることが好ましく、酸化物蛍光体であることがより好ましい。このため、蛍光体層４０に含まれる全てのＣｅ^３＋付活蛍光体も、酸化物系の蛍光体であることが好ましい。なお、酸化物系の蛍光体とは、酸素を含むが窒素は含まない蛍光体をいい、例えばカルシウムフェライト型構造を持つアルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属ハロアルミン酸塩、希土類アルミン酸塩を挙げることができる。

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密度光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。

また、波長変換体に含まれる全てのＣｅ^３＋付活蛍光体は、窒化物系の蛍光体であることも好ましく、窒化物蛍光体又は酸窒化物蛍光体であることがより好ましい。このため、蛍光体層４０に含まれる全てのＣｅ^３＋付活蛍光体も、窒化物系の蛍光体であることが好ましい。

窒化物は共有結合性が強く、組成の面で様々な変形例を取り得るため、蛍光色の制御や温度消光の改善も容易である。また、熱伝導性にも優れるため、発光装置の小型化にも有利である。このため、波長変換体５０に含まれる全ての蛍光体が窒化物系の蛍光体であると、発光装置１が放つ光の色調制御が容易であり、小型の装置設計も容易になる。

また、波長変換体５０に含まれるＣｅ^３＋付活蛍光体は、ガーネット構造を有する蛍光体を含有することも好ましい。また、波長変換体５０に含まれる全てのＣｅ^３＋付活蛍光体は、ガーネット構造を有する酸化物蛍光体であることも好ましい。このため、蛍光体層４０に含まれるＣｅ^３＋付活蛍光体も、ガーネット構造を有する蛍光体を含むことが好ましい。また、蛍光体層４０に含まれる全てのＣｅ^３＋付活蛍光体が、ガーネット構造を有する酸化物蛍光体であることも好ましい。

ガーネット構造を有する蛍光体、特に酸化物は、球に近い多面体の粒子形状を持ち、蛍光体粒子群の分散性に優れる。このため、波長変換体５０に含まれるＣｅ^３＋付活蛍光体がガーネット構造を有する蛍光体であると、光透過性に優れる波長変換体を比較的容易に製造できるようになり、高出力化が容易になる。

上述のように、本実施形態の発光装置１は、Ｃｅ^３＋に由来する発光成分のみを、蛍光体による発光成分として出力光に利用する。これにより、蛍光体の発光成分は超短残光性（１０^−８〜１０^−７ｓ、つまり、１０ｎｓ以上１００ｎｓ以下）となり、レーザー光照射による高密度光励起下における発光飽和を抑制することができる。なお、「Ｃｅ^３＋に由来する発光成分」とは、Ｃｅ^３＋に固有の、５ｄ^１電子状態（励起状態）から４ｆ^１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指す。

ちなみに、付活剤（発光中心）に固有の発光スペクトル形状については専門書に多数例示されている。そして、「Ｃｅ^３＋に由来する発光成分」は、ピーク波長が異なる二つのブロードな発光成分が重なってなる独特の発光スペクトル形状を持つ発光成分である。言い換えれば、「Ｃｅ^３＋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の長波長側にサブピーク又はショルダーを持つ形状を持つ発光成分である。この独特の形状は、Ｃｅ^３＋に由来する発光成分が、一つの励起準位（^２Ｄ（５ｄ^１））から二つの基底準位（^２Ｆ_ｊ（４ｆ^１）、Ｊ＝５／２、７／２）へとエネルギー緩和する許容遷移に起因する。さらに、この形状は、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に起因する。

本実施形態の発光装置では「Ｃｅ^３＋に由来する発光成分」が複数となるため、多くの場合、上記した独特の形状の判別には至らない。ただ、波長変換体の元素分析との併用によって、上記した独特の形状を判別することが可能となる。

Ｃｅ^３＋付活蛍光体の中には、Ｔｂ^３＋やＥｕ^２＋、Ｍｎ^２＋などのＣｅ^３＋以外のイオンを発光中心として共付活し、Ｃｅ^３＋以外の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幾つか知られる。これら共付活タイプの蛍光体では、「Ｔｂ^３＋に由来する輝線状の発光成分」や、「Ｅｕ^２＋あるいはＭｎ^２＋に由来するピーク波長が単一のブロードな発光成分」を少なくとも放つものが多い。しかしながら、本実施形態の発光装置は、実質的に、このような共付活タイプの蛍光体を利用するものではない。

ここで、一般的に、暖色系のＣｅ^３＋付活蛍光体は、緑色系のＣｅ^３＋付活蛍光体等の他の発光色を有するＣｅ^３＋付活蛍光体と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、暖色系のＣｅ^３＋付活蛍光体は、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が困難であった。これに対し、発光装置１では、波長変換体５０が無機材料からなってもよいことから、従来の有機材料を含む波長変換体と比較して、波長変換体５０の放熱性が高い。このため、発光装置１では、暖色系のＣｅ^３＋付活蛍光体を用いることができる。

そして、暖色系のＣｅ^３＋付活蛍光体は、固体発光素子１０からのレーザー光Ｌを受光して５８０ｎｍ以上６３０ｎｍ未満の波長範囲内に発光ピークを有する光を放射することができる。このような暖色系のＣｅ^３＋付活蛍光体としては、例えば、上記のガーネット構造を有する橙色系または赤色系のＣｅ^３＋付活蛍光体が用いられる。

なお、暖色系のＣｅ^３＋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発光色を有するＣｅ^３＋付活蛍光体は、暖色系のＣｅ^３＋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。そのため、橙色よりも短波長側の発光色を有するＣｅ^３＋付活蛍光体は、温度消光の問題が生じ難い。このため、発光装置１では、暖色系蛍光体を含め、全ての蛍光体をＣｅ^３＋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Ｃｅ^３＋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難く、発光強度が高いとともに長期信頼性が高い。

波長変換体５０に含まれる蛍光体が粉末状の場合には、発光装置１から発せられる出力光の中の、レーザー光に起因する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から発せられる出力光のぎらつきが緩和されるため好ましい。

レーザー光は、光束内の任意の２点における光波の位相関係が時間的に不変であるコヒーレント光である。そのため、光干渉を起こして「スペックル」と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、照明光中に存在し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の場合には、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。

なお、波長変換体５０に含まれる蛍光体は、平均粒子径が３μｍ〜１００μｍであることが好ましい。蛍光体の平均粒子径がこの範囲内であることにより、発光装置１から発せられる出力光のぎらつきを効果的に緩和することが可能となる。なお、波長変換体５０に含まれる蛍光体の平均粒子径は、波長変換体５０の断面を走査型電子顕微鏡で測定することにより求めることができる。

第一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。

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に照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が紫色レーザー光であり、蛍光Ｆが青緑色光と橙色光であれば、青緑と橙の光の加法混色により、白色系の出力光が得られる。なお、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。

発光装置１は、相関色温度（Ｔｃ）が２５００Ｋ以上７０００Ｋ未満の出力光を放射することが好ましい。また、発光装置１は、２７００Ｋ以上５５００Ｋ未満の出力光を放射することがより好ましく、３０００Ｋ以上４０００Ｋ未満の出力光を放射することがさらに好ましい。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、波長範囲の異なるレーザー光Ｌを選択したり、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する方法が用いられる。

発光装置１は、平均演色評価数Ｒａが８０以上９８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高演色性の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、波長範囲の異なるレーザー光Ｌを選択したり、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する方法が用いられる。

次に、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、さらに蛍光体及び無機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、例えば青色蛍光体と橙色蛍光体を含む。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。

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。

（第一の実施形態における第一の変形例）
第一の実施形態における第一の変形例について説明する。第一の変形例は、第一の実施形態に係る発光装置１の波長変換体５０を、第二の波長変換体である波長変換体５０Ａとしたものである。

図４は、第二の波長変換体５０Ａの一例を示す断面図である。本実施形態に係る第二の波長変換体５０Ａは、レーザー光Ｌ_１が反射する金属基板３５と、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。蛍光体層４０Ａは、蛍光体と、蛍光体を金属基板３５に接着する無機接着剤とを有する。

図４に示すように、波長変換体５０Ａは、レーザー光Ｌ_１が反射する金属基板３５と、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Ｌ_１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Ｌ_１が反射して、レーザー光Ｌ_２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Ｌ_１，Ｌ_２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。

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Ｌ_１は金属基板３５で反射されてレーザー光Ｌ_２となる。レーザー光Ｌ_１，Ｌ_２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。

蛍光体層４０Ａは、蛍光体と、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、第一の波長変換体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は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。

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。

第一の実施形態における第一の変形例の作用について説明する。第一の実施形態における第一の変形例の作用は、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、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。

図１のレンズ２０を介したレーザー光Ｌは、図４に示すように、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Ｌ_１として入射する。レーザー光Ｌ_１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Ｌ_２となる。蛍光体層４０Ａでは、透過したレーザー光Ｌ_１，Ｌ_２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。

第一の実施形態における第一の変形例の出力光の相関色温度及び平均演色評価数Ｒａは、第一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。

次に、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。

次に、図５（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５（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５（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。

（第一の実施形態における第二の変形例）
第一の実施形態における第二の変形例について説明する。第二の変形例は、第一の実施形態に係る発光装置１の波長変換体５０を、第三の波長変換体である波長変換体５０Ｂとしたものである。図６は、第三の波長変換体５０Ｂの一例を示す断面図である。第三の波長変換体５０Ｂは、蛍光体を焼結してなる蛍光セラミックスからなる。

図６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、第一の波長変換体５０及び第二の波長変換体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。

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透光性蛍光セラミックス４５中の蛍光体が高密度光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。

第一の実施形態における第二の変形例の作用について説明する。第二の変形例の作用は、波長変換体５０Ｂから蛍光Ｆが放射される部分が第一の変形例の波長変換体５０Ａと異なる以外は、第一の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。

図１のレンズ２０を介したレーザー光Ｌは、図６に示すように、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Ｌ_３として照射される。レーザー光Ｌ_３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Ｌ_４となる。透光性蛍光セラミックス４５では、レーザー光Ｌ_３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。

なお、波長変換体５０Ｂは、正面５５、背面５６、側面５７及び側面５８の組成が同じであるため、背面５６、側面５７及び側面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。

第一の実施形態における第二の変形例の出力光の相関色温度及び平均演色評価数Ｒａは、第一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。なお、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。

［第二の実施形態］
第二の実施形態に係る発光装置１Ａについて説明する。第二の実施形態に係る発光装置１Ａは、第一の実施形態に係る発光装置１と比較して、固体発光素子１０が複数個存在する点で異なる。また、発光装置１Ａは、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に集光されている。発光装置１Ａは、これらの点以外は第一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。

図７に示すように、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。

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。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又は波長変換体５０Ｂを用いてもよい。

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、超短残光性で大気中でも安定なＣｅ^３＋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密度光励起下でも発光飽和し難く、高出力で長期信頼性が高い。そして、出力光は、少なくとも４２０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の波長範囲に亘って光成分を持つ。このため、本実施形態の発光装置は、レーザー照明装置として好適である。

以下、本実施形態を実施例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれら実施例に限定されるものではない。

本実施例では、本実施形態の作用効果を安全かつ簡便に得る目的で、波長変換体として、混合蛍光体粉末の圧粉体を利用した。また、擬似レーザー光として、ピーク波長４０５ｎｍ（紫色）のモノクロ光を利用した。つまり、混合蛍光体粉末の圧粉体を波長変換体とし、モノクロ光を擬似レーザー光とする発光装置の実施例とした。

具体的には、モノクロ光を励起光とし、混合蛍光体粉末の圧粉体に照射した。そして、圧粉体によって反射した励起光の反射光成分と、励起光の照射によって波長変換体から放たれる蛍光成分とが混合された混合光を得た。さらに、当該混合光の分光分布を瞬間マルチ測光システム（ＭＣＰＤ−９８００、大塚電子株式会社製）で調べた。その後、反射光成分強度を増減することによって混合光の色調を制御し、本実施形態の作用効果を簡易評価した。

なお、このような簡易な手法で本実施形態の発光装置の作用効果を評価できることは、当業者には自明ともいえることである。

本実施例では、第一の蛍光体として、青緑色の蛍光を放つ（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）Ｌｕ_２Ｏ_４：Ｃｅ^３＋蛍光体を利用した。また、第二の蛍光体として、橙色の蛍光を放つＬｕ_２ＣａＭｇ_２（ＳｉＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋蛍光体を利用した。

なお、上記（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）Ｌｕ_２Ｏ_４：Ｃｅ^３＋蛍光体は、一般式（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）（Ｌｕ_{０．９９９５}Ｃｅ_{０．０００５}）_２Ｏ_４で示されるカルシウムフェライト型の結晶構造を持つ化合物である。そして、（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）Ｌｕ_２Ｏ_４：Ｃｅ^３＋蛍光体は、励起ピーク波長が４１０ｎｍ付近にあり、蛍光ピーク波長が４７２ｎｍ付近にあった。

一方、上記Ｌｕ_２ＣａＭｇ_２（ＳｉＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋蛍光体は、一般式（Ｌｕ_０．９７Ｃｅ_０．０３）_２ＣａＭｇ_２（ＳｉＯ_４）_３で示されるガーネット型の結晶構造を持つ化合物である。そして、Ｌｕ_２ＣａＭｇ_２（ＳｉＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋蛍光体は、励起ピーク波長が４７０ｎｍ付近にあり、蛍光ピーク波長が６００ｎｍ付近にあった。なお、上記Ｌｕ_２ＣａＭｇ_２（ＳｉＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋蛍光体の４０５ｎｍ付近の励起強度は、励起ピーク波長における強度の２０％程度と小さい。これは、Ｌｕ_２ＣａＭｇ_２（ＳｉＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋蛍光体が、４０５ｎｍの紫色のモノクロ光では殆ど励起されず、実質的に蛍光を放たない蛍光体であることを意味する。

（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）Ｌｕ_２Ｏ_４：Ｃｅ^３＋蛍光体とＬｕ_２ＣａＭｇ_２（ＳｉＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋蛍光体を、質量比が概ね５：４（０．６９ｇ：０．５５ｇ）となる割合で調合し、アルミナ乳鉢とアルミナ乳棒を用いて５分間の手混合をした。混合蛍光体粉末を、φ１２ｃｍ、深さ２ｍｍのサンプルホルダーに若干多めに投入した後、スライドガラスを利用して混合粉末の表面が平らになるように手で軽く押さえ、波長変換体として利用する圧粉体とした。

その後、圧粉体に波長４０５ｎｍのモノクロ光を照射し、圧粉体による当該モノクロ光の反射光成分と、圧粉体から放たれる蛍光成分との混合光を分光測定した。さらに、当該分光分布の反射光成分の強度を下げて、相関色温度が６５００Ｋの白色光となるように調整した。

なお、レーザー光と蛍光体層を利用する実際の発光装置では、波長４１０ｎｍ未満の光を吸収カットする光学フィルター（ハイパスフィルター／ローカットフィルター）を備えることで、反射光成分の強度を下げた発光装置とすることができる。また、励起光の光吸収率が上がるように厚みなどを調整した波長変換体を利用することで、反射光成分の強度を下げた発光装置とすることもできる。

図８に、このようにして得た白色光の分光分布を示す。図８に示すように、４０５ｎｍのモノクロ光によって実質的に蛍光を放たないＬｕ_２ＣａＭｇ_２（ＳｉＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋蛍光体を利用しているにも関わらず、６００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲に蛍光成分が認められた。つまり、Ｌｕ_２ＣａＭｇ_２（ＳｉＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋蛍光体を利用しているにも関わらず、当該モノクロ光の励起によって、橙〜赤〜深赤色の波長範囲に蛍光成分が認められた。

この蛍光成分が認められた理由は、次にように推測される。（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）Ｌｕ_２Ｏ_４：Ｃｅ^３＋蛍光体の蛍光スペクトルのピーク波長（４７２ｎｍ付近）と、Ｌｕ_２ＣａＭｇ_２（ＳｉＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋蛍光体の励起スペクトルのピーク波長（４７０ｎｍ付近）の差分は、数ｎｍと小さい。そのため、（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）Ｌｕ_２Ｏ_４：Ｃｅ^３＋蛍光体の蛍光によってＬｕ_２ＣａＭｇ_２（ＳｉＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋蛍光体が励起され、Ｌｕ_２ＣａＭｇ_２（ＳｉＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋蛍光体が蛍光を放つようになったと考えられる。つまり、（Ｓｒ_０．７Ｃａ_０．３）Ｌｕ_２Ｏ_４：Ｃｅ^３＋蛍光体からＬｕ_２ＣａＭｇ_２（ＳｉＯ_４）_３：Ｃｅ^３＋蛍光体へのエネルギー伝達によって、紫色のモノクロ光の一部が橙色の蛍光へと波長変換されたことを示すものである。

なお、実施例の発光装置から発せられた照明光の各種指数は表１の通りであり、本実施形態によれば、平均演色評価数（Ｒａ）が９０以上の白色光を実現できることが分かった。なお、表２では、平均演色評価数（Ｒａ）を算出した指数Ｒ１〜Ｒ８と、特殊演色評価数を算出する指数Ｒ９〜Ｒ１５を示す。

以上、実施例に沿って本実施形態の内容を説明したが、本実施形態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とこれによる特性調整などが可能であることは、当業者には自明である。

特願２０１７−０２９１９４号（出願日：２０１７年２月２０日）の全内容は、ここに援用される。

本発明によれば、広い波長範囲に亘って高演色性の光を放射することが可能な発光装置を得ることができる。

１，１Ａ 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
５０，５０Ａ，５０Ｂ 波長変換体
Ｆ 蛍光
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ レーザー光

Claims (19)

1. ３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を有する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Ｃｅ^３＋付活蛍光体からなり、
   複数種類の前記蛍光体は、４３５ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を有する第一の蛍光を放つ第一の蛍光体と、５８０ｎｍ以上６３０ｎｍ未満の波長範囲内に強度最大値を有する第二の蛍光を放つ第二の蛍光体のみからなり、
   前記第一の蛍光体は前記レーザー光によって励起され、前記第二の蛍光体は少なくとも前記第一の蛍光体が発する蛍光によって励起され、
   出力光は、少なくとも４２０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の波長範囲に亘って光成分を持つ、発光装置。
2. 前記第二の蛍光体の励起スペクトルは、前記レーザー光が最大強度になる波長における強度よりも、波長４２０ｎｍにおける強度の方が大きい、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第一の蛍光体は、カルシウムフェライト型構造を持つアルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属ハロアルミン酸塩、希土類アルミン酸塩、希土類酸窒化アルミノ珪酸塩、及び希土類窒化アルミノ珪酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする化合物（ａ）を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体である、請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記第一の蛍光体は、ＭＲＥ_２Ｏ_４、Ｍ_３ＡｌＯ_４Ｆ、Ｍ_２ＲＥＸ_２（ＡｌＯ_４）_３、ＲＥＡｌ（Ｓｉ_６−ｚＡｌ_ｚ）（Ｎ_１０−ｚＯ_ｚ）、及びＲＥ_３Ｓｉ_３Ｎ_５からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする化合物（ｂ）、または前記化合物（ｂ）を端成分とする固溶体を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であり、
   前記Ｍはアルカリ土類金属であり、前記ＲＥは希土類元素であり、前記ＸはＺｒ及びＨｆの少なくともいずれか一方であり、前記ｚは０≦ｚ＜１を満足する数値である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記第二の蛍光体は、希土類珪酸塩、希土類アルミン酸塩、希土類アルミノ珪酸塩、アルカリ土類金属窒化アルミノ珪酸塩、及び希土類窒化珪酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする化合物（ｃ）を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記第二の蛍光体は、ＲＥ_２ＭＭｇ（ＳｉＯ_４）_３、ＲＥ_３Ａｌ_２（ＡｌＯ_４）_３、ＲＥ_３Ｍｇ_２（ＳｉＯ_４）_２（ＡｌＯ_４）、ＭＡｌＳｉＮ_３、及びＲＥ_３Ｓｉ_６Ｎ_１１からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする化合物（ｄ）、または前記化合物（ｄ）を端成分とする固溶体を母体としてなるＣｅ^３＋付活蛍光体であり、
   前記Ｍはアルカリ土類金属であり、前記ＲＥは希土類元素である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記第二の蛍光体は、４３５ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲内に励起スペクトルの強度最大値を持つ、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。
8. 前記第一の蛍光体の蛍光スペクトルのピーク波長をλ_ｅｍ、前記第二の蛍光体の励起スペクトルのピーク波長をλ_ｅｘとしたとき、λ_ｅｍとλ_ｅｘの差分は２０ｎｍ以下である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光装置。
9. 前記波長変換体は無機材料からなる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光装置。
10. 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、前記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、前記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、請求項９に記載の発光装置。
11. 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、前記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、前記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、請求項９に記載の発光装置。
12. 前記波長変換体は、前記蛍光体を焼結してなる蛍光セラミックスからなる、請求項９に記載の発光装置。
13. 前記波長変換体に含まれる全てのＣｅ^３＋付活蛍光体は酸化物系の蛍光体である、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の発光装置。
14. 前記波長変換体に含まれる全てのＣｅ^３＋付活蛍光体は窒化物系の蛍光体である、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の発光装置。
15. 前記波長変換体に含まれるＣｅ^３＋付活蛍光体は、ガーネット構造を有する蛍光体を含有する、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の発光装置。
16. 前記蛍光体は、平均粒子径が３μｍ〜１００μｍである、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の発光装置。
17. 相関色温度が２５００Ｋ以上７０００Ｋ未満の前記出力光を放射する、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の発光装置。
18. 平均演色評価数Ｒａが８０以上９８未満の前記出力光を放射する、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の発光装置。
19. レーザー照明装置である、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の発光装置。

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