JP2000164931A

JP2000164931A - 白色光源

Info

Publication number: JP2000164931A
Application number: JP10337397A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Fujiwara; 伸介藤原
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【目的】ＬＥＤの組み合わせによって演色性の高い照
明用光源を作製すること。【構成】不純物を添加したＺｎＳｅ基板上に、青色を
発する活性層を含む薄膜を形成して、活性層からの青
と、基板ＳＡ発光の黄色・橙色を発する（青＋ＳＡ発
光）ＬＥＤと、不純物を添加したＺｎＳｅ基板上に、緑
色を発する活性層を含む薄膜を形成して、活性層からの
緑と、基板ＳＡ発光の黄色・橙色を発する（緑＋ＳＡ発
光）ＬＥＤを組み合わせて白色光源とする。基板蛍光が
黄色・橙色なので演色性が改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は照明用の高演色性白
色光を発生する光源に関するものである。特に、ＬＥＤ
によって照明、表示用の白色を与えようとするものであ
る。演色性というのは白色の評価に使われる尺度であ
る。同じように白色といっても様々の白色がある。まず
色調の違いがある。赤みがかった白色もある。暖色系の
白ともいう。反対に青みがかった白色もある。寒色系の
白と言う事もある。これは色度の違いであって色自体の
属性である。人間の目によって光源自体を見たときの色
の違いである。

【０００２】照明用の光源であるからそれだけでは全て
の性質を表していることにはならない。照明には必ず対
象物がある。光源からの光が対象物に当たり、反射さ
れ、反射光が目に入るのである。だから対象物の本来の
色を忠実に再現できるのが良い白色光源である。照明用
の白色光源の場合、どれだけ忠実に再現できるか、とい
うことが問題になる。これを評価するのは難しいが、演
色性という概念がこれに当てられている。

【０００３】

【従来の技術】照明用の白色光源として、現在、白熱
球、蛍光灯などが用いられている。白熱球はフィラメン
トが赤熱されて発光するので太陽光に近い。太陽光によ
って対象物が照射されて、その反射光が対象の本来の色
であるとする。人間はもともと太陽光の下で物を見、そ
の色によって物を同定する。だから太陽光のスペクトル
が照明用光源の基準となるのは自然である。太陽光は黒
体輻射であると考えられる。黒体輻射というのは、放射
を通さない壁で囲まれた空洞内部にあって熱平衡に達し
た電磁波動であり、空洞に小さい穴を開けたときに外部
に出る輻射のスペクトルとして定義される。これは振動
数νの振動ｈνが等確率で励起されているという理想的
な状態を想定したものである。ｈはプランク定数であ
る。熱によってのみ放射が起こる場合はそのような仮定
が成り立つ。黒体輻射であれば温度Ｔだけによってスペ
クトルを決めることができる。黒体輻射の発光スペクト
ルはプランクの輻射式

【０００４】

【０００５】によって与えられるからである。ｋはボル
ツマン定数、Ｔは絶対温度、ｃは光速である。図１３に
プランクの放射スペクトル図を示す。温度が高くなると
全体のエネルギーが増大する。また、極大を与える波長
が下がってくる。全体のエネルギーはλにより積分する
ことによって得られる。それは絶対温度の４乗に比例す
る（シュテファンボルツマン法則）。λとλ＋ｄλの範
囲の光エネルギーはρ（λ）ｄλである。これの極大を
与える波長λｍは、温度だけで決まる。

【０００６】

【０００７】だから白色光が黒体輻射であるばあい、温
度によって簡単にスペクトルを表現できる。温度はピー
ク波長λｍと上記の関係にあるから黒体輻射である白色
光は温度によって表現することもある。太陽光は黒体輻
射光であると考えられる。太陽光によって照らされた反
射光スペクトルが物体固有の色である。ところが白色光
といっても熱発光でないものは黒体輻射ではない。蛍光
灯の光は輝線スペクトルを含むので、黒体輻射スペクト
ルと著しく異なる。だから蛍光灯によって見た物体の色
は、固有の色とは食い違う。この食い違いをしめすもの
が演色性である。白色では演色性が重要な因子になる。
黒体輻射（太陽光）を演色性１００とする。黒体輻射
（太陽光）から離れるに従って演色性は低くなる。白色
であっても太陽光と著しく異なる光源の演色性は低い。

【０００８】白熱球の光は熱による放射であるから黒体
輻射である。演色性は１００である。白色光源として理
想的な色なのである。しかし白熱球は光への変換効率が
悪い。寿命が著しく短い。必要な電力が大きく高熱にな
る。電圧も高い。任意の形状、サイズにすることができ
ない。変形の余地がない、など多くの欠点がある。蛍光
灯は光への変換効率がより高い。しかしサイズが大きく
て機器は重い。寿命もなお短い。小さくできないから照
明用、表示用光源としては使いにくい。演色性も悪い。

【０００９】白熱球や蛍光灯と全く異なる原理に基づく
光源として半導体光源がある。これにはＬＥＤとＬＤが
ある。ここではＬＥＤを問題にする。半導体発光素子で
あるＬＥＤ（Light Emitting Diode）は、サイズが小さ
い。軽量であるし、安価である。高速応答性に富む。電
気・光の変換効率が高い。電圧が低い。熱放射もわずか
である。消費電力が少なくて済む。白熱電球、蛍光灯と
比べれば、はるかに長寿命である。このように優れた特
徴がある。ＬＥＤやＬＤは高速応答性を生かして通信用
にも使える。ＣＤのデータ読み出しにも使われる。それ
らの目的のものは赤外光ＬＤを使う事が多い。本発明は
通信用、読み出し用のＬＥＤを対象にしない。

【００１０】高輝度の可視光を出すＬＥＤは直流または
低周波で表示用にも使われる。このようなものは変調や
復調などが問題にならない。輝度と色が問題になる。可
視光、高輝度のＬＥＤは、その特徴を生かしてＯＡ機器
などのパイロットランプや屋外表示灯のような表示用光
源として広く利用されている。表示用光源だから色があ
っても差し支えない。むしろ赤や、青、緑などの定まっ
た色があった方がよい。

【００１１】ＬＥＤは電子が活性層のバンドギャップを
飛び降りるときに光を出すことを利用するから原理的に
単色光λｇを出す。活性層バンドギャップをＥｇとする
と波長λｇは、λｇ＝ｈｃ／Ｅｇによって与えられる。
活性層のバンドギャップＥｇによって波長が厳密に一義
的に決定される。ＬＥＤの発光スペクトルはλｇをピー
クとする鋭い山になる。ピーク半値幅は狭い。現在実用
化されている可視ＬＥＤは次のような物がある。

【００１２】活性層とともに示す。（１）赤色ＬＥＤ……ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ（２）緑色・黄緑色ＬＥＤ……ＧａＰ（３）青色ＬＥＤ……ＳｉＣ（４）青色・緑色……ＧａＩｎＮ（５）橙色・黄色……ＡｌＧａＩｎＰ

【００１３】活性層のバンドギャップが色を決める。だ
から活性層は波長によって様々のものが使われる。これ
らのＬＥＤは安価であって鮮やかな色をだすから表示用
に使われる。表示だから直流または低周波駆動される。
安価ということが要求されるからプラスチックモールド
パッケージが利用される。Ｌ型リードの先端にＬＥＤチ
ップを乗せ、ＬＥＤ上部電極と相手のリードとをワイヤ
で結び全体を透明着色樹脂によってモールドしたもので
ある。パッケージ（透明樹脂）が安いのでコストを下げ
ることができる。ＬＥＤは赤、緑、青の三原色を出すも
のが出そろった。中間色（橙色、黄色、黄緑色）のＬＥ
Ｄもあるがこれらもあくまで単色であって複合中間色で
ない。表示用なら色が鮮やかで長寿命であり、消費電力
がわずかでしかも低電圧、小電流、安価というＬＥＤが
ぴったり適合する。

【００１４】通信用、表示用としてＬＥＤが使用されて
いることを説明した。さらに進んでここではＬＥＤを照
明用にも使おうとするのである。単色のＬＥＤは照明光
には本来不適である。だからこれまでＬＥＤを照明光源
として利用したものはなかった。照明というのは対象物
を照らして対象物の本来の反射光を発生させるものであ
る。反射光はもとの光源に含まれている筈である。照明
光は本来全ての色調を含むべきである。だから照明光は
白色であることが好ましい。白色であって始めて多様な
対象物本来の色を反射光として表現することができる。
単に白色であっても照明には使えない。

【００１５】白色といっても様々の白色がある。対象物
が多岐に亘るのであるから照明用の理想光源は全ての色
を含んでいなくてはいけない。それも太陽光と同じ割合
で全ての光を含むことが望ましい。単に白色と言っても
照明に適する物と不適の物がある。つまり色度だけでは
表現できない特性が照明光には要求される。対象物の色
を忠実に反射光として再現するという特性が必要にな
る。ところがＬＥＤは本来単色を出す発光素子である。

【００１６】白色というのは単色とは対極にある概念で
ある。対象物から反射され対象をそのまま表すことが必
要である。だから単独のＬＥＤはどのようにしても良い
白色光源にはならない。であるからＬＥＤを照明に使う
というのはＬＥＤの性質からすると意表を突いたことな
のである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従来から高輝度のＡｌ
ＧａＡｓ系や、ＧａＡｓＰ系の赤色ＬＥＤは広く利用さ
れてきた。近年、ＺｎＳｅ系又はＧａＮ系の高輝度の緑
から青領域の光を出すＬＥＤが実現された。ＧａＮ系と
いうが活性層はＧａＩｎＮ層である。青色ＬＥＤが出来
たということはＬＥＤの三原色が揃ったという事で意味
のある事である。白色光は三原色からなるのであるから
赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤ、緑ＬＥＤを組み合わせる事に
よってＬＥＤによる高輝度の白色光源を作製できる筈で
ある。

【００１８】三原色の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色Ｌ
ＥＤを組み合わせれば白色ができる。それはそうなので
あるが、照明用の白色としては不適である。それは本来
狭いピークを持つＬＥＤ３つを組み合わせただけでは、
依然として３つの狭いピークからなるスペクトルしか得
られない。それは太陽光の白色のスペクトルと著しく異
なる。太陽光はすべての波長にわたってなだらかな分布
を持ち、それゆえ照明に好適なのである。３原色ＬＥＤ
を作製しても見かけは白色であるが照明用としては使え
ない。照明用の白色は自然光に近いものでないといけな
い。

【００１９】白色光を照明として使用する場合、照明光
が白色であるだけでなく、演色性が高いことが要求され
る。即ち色度図上の色度座標が白色領域にあるだけでは
不十分である。ここで白色とはＪＩＳＺ８１１０で定義
されている白色とする。また今後使用する各色もＪＩＳ
Ｚ８１１０で定義されるものとする。

【００２０】演色性というのは本発明の白色を説明する
上で重要な概念である。演色性について明らかにしなけ
ればならない。しかし、その前に色度というものについ
ても定義を明らかにする必要がある。色度にもいくつも
の物がある。ＸＹ色度は最もよく使われるものである。
赤、緑、青の３つの成分によって定義するものである。
これは赤に見える光の波長分布Ｒ（λ）、緑に見える波
長分布Ｇ（λ）、青に見える波長分布Ｂ（λ）に任意の
スペクトルを分解し、その係数として赤成分ｒ、緑成分
ｇ、青成分ｂを求め、赤をｘ軸に、緑をｙ軸上に表現し
たものである。青成分はｘ軸でもｙ軸にも対応しない
が、ｒ、ｇ、ｂの和を１に正規化して、ｘ成分を赤に、
ｙ成分を緑に対応させると、３色に比率を（ｘ，ｙ）に
よって表現できる。逆にｘ，ｙから、赤成分をｘ、緑成
分をｙ、青成分を（１−ｘ−ｙ）によって求めることが
できる。

【００２１】色相を二次元の座標に表現したものが色度
図である。図１２は一般的なｘｙ色度図を示す。横軸
（ｘ）が赤の割合を示す。縦軸（ｙ）が緑の割合を示
す。ｘ＋ｙ≦１であるから、実際の色はその範囲にあ
る。色度図で太いＣ字型実線によって表現したものが単
色のカーブである。単色光の波長を実線の傍らに書いて
いる。６２０ｎｍ（赤）から５１０ｎｍ〜５３０ｎｍ
（緑）にかけては斜め上向きの直線になる。緑で折れ曲
がり下向きの線になる。５０５ｎｍ〜５００ｎｍで縦軸
に接近するのは、赤成分が殆どない、ということであ
る。さらに下がって４７０ｎｍ〜４５０ｎｍとなるとｙ
が殆ど０になる。

【００２２】このカーブの輪郭線は単色スペクトルを表
す。紫と赤を結ぶ線は単色でない。輪郭線の内部は単色
でなくて、複合色を表現する。赤の方から、複合色とし
て、赤、黄赤、黄、黄緑、緑、青緑、青、青紫などが並
んでいる。同じように緑といっても色度図上に広がりを
もつ。輪郭線にある緑はピーク半値幅の狭い鮮やかな単
色である。輪郭線から離れた緑は単色でなく半値幅の広
いスペクトルをもつ複合色である。白色というのは、
青、緑、赤がほぼ等しく含まれる領域であるから、色度
図でも中心部にある。ｘ＝０．３３、ｙ＝０．３３が白
であることは明らかである。白といってもある程度の広
がりがあり、その周りも白である。

【００２３】このように赤と緑をｘ、ｙ軸にする色度図
は単純に全ての色を表現できる。直観性に富むというほ
かにさらに利点がある。任意の二つの光を合成したもの
は色度図上のその２点を光量比で内分した点の色にな
る。つまり色の混合に関して線形性があるということで
ある。一つの光を色度（ｘ１，ｙ１）、強度ａ１で表現
し、もう一つの光を色度（ｘ２，ｙ２）、強度ａ２で表
現したとすると、これら２色を混合したものの色度（ｘ
３，ｙ３）は、

【００２４】

【００２５】

【００２６】によって与えられる。色度図にはこのよう
な色の組み合わせの線形性がある。輪郭線上の単色二つ
を組み合わせると内部の複合色を作る事ができる。とこ
ろが同じ複合色（ｘ３，ｙ３）であっても、上の式から
分かるように、元の色（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）
の取り方に関して多くの選択の余地がある。例えば緑の
（０．１２，０．５６）を作るのに、４９５ｎｍ＋５４
０ｎｍの光で合成することもできるし、５００ｎｍ＋５
６０ｎｍの光によって合成することもできる。

【００２７】これらの合成色は色度は同じであるが、ス
ペクトルが異なるから異なる光であるはずである。色度
が同じだから光自体をみると同じ色に見える。ところが
物体に当たって物体光となるばあいに違いが現れる。反
射光としての違いがある。対象に当ててその反射光の違
いを示す尺度が演色性である。色度は色自体で定義され
るので単純であるが、演色性（colour rendering prope
rties）は対象を媒介とするのでより複雑である。定義
は分かりにくく測定も難しい。

【００２８】ある光源に対して、基準となる光源を想定
する。これは５０００Ｋ以下の場合は、適当な温度Ｔの
黒体輻射光源（完全放射体）である。５０００Ｋ以上の
場合はＣＩＥ（国際照明委員会）昼光というものであ
る。ＣＩＥ昼光は太陽光とは少し違うが太陽光に近いも
のである。ＣＩＥによってそのスペクトルが１０ｎｍご
とに与えられる。これが基準光源である。以下完全放射
体又はＣＩＥ昼光というのは面倒なので基準光源という
ことにする。

【００２９】これに対して演色性を測定すべき被測定光
源がある。これを試料光源と呼ぶ。色度が同じ基準光源
と、試料光源のスペクトルを比較するのであるから、各
波長での強度の違いの２乗を足し合わせて色ズレを求め
て、１００から色ズレを引けば基準光源とのスペクトル
の差が求められる。そのようにすればいいように思える
が、そのような単純な定義ではない。照明は、対象を照
らすものであるから、対象を媒介にしてその照明として
の適否を評価しなければいけない。

【００３０】それはそうなのであるが、世の中にある全
ての物体に光を当ててその反射光を比較するというわけ
にはいかない。そこで代表的な色調をもつ１５個の試験
色Ｃ _１、Ｃ_２、…、Ｃ_１５というものを選ぶ。さまざま
の異なる色調の試験色を選択してある。ある葉の色と
か、ある女性の肌の色とかそれぞれある定まった試験色
（Ｃ_ｊ；ｊ＝１…１５）である。これに基準光源の光を
当てその反射光スペクトルを求める。試料光源の光を当
てその反射光スペクトルを求める。それを比較するので
あるが、ここでもスペクトル全体を比較しない。

【００３１】スペクトルから、ＵＶＷ色度というものを
計算する。これは先ほどの赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの違いに基
づくｘｙ色度とは違う。同じ試験色Ｃ_ｊであっても、基
準光源で照射したときの反射光のＵＶＷ色度（Ｕ_ｒ，Ｖ
_ｒ，Ｗ_ｒ）と、試料光源で照射したときのＵＶＷ色度
（Ｕ_ｓ，Ｖ_ｓ，Ｗ_ｓ）の差（Ｕ_ｒ−Ｕ_ｓ）、（Ｖ_ｒ−Ｖ
_ｓ）、（Ｗ_ｒ−Ｗ_ｓ）を色ズレ（colour shift）とい
う。色ズレは色差（colourdifference）とは違う。色差
は対象物自体が異なり、同じ光源で照らしたときの反射
光の違いを意味する。色ズレは同じ対象物を基準光源と
ある白色光源で照らしたときの違いを意味する。そして
３種の色ズレの二乗の和の平方根ΔＥ_ｊを求める。ΔＥ
_ｊはＵＶＷ色度空間における２点（Ｕ_ｒ，Ｖ_ｒ，
Ｗ_ｒ）、（Ｕ_ｓ，Ｖ_ｓ，Ｗ_ｓ）の距離である。ΔＥ_ｊに
４．６を掛けて、１００から引いた値が特殊演色評価数
Ｒ_ｊである。

【００３２】 ΔＥ_ｊ＝｛（Ｕ_ｒ−Ｕ_ｓ）^２＋（Ｖ_ｒ−Ｖ_ｓ）^２＋（Ｗ_ｒ−Ｗ_ｓ）^２｝^１／２（５）

【００３３】Ｒ_ｊ＝１００−４．６ΔＥ_ｊ（６）

【００３４】とするのである。「特殊」というのは別段
変なというような意味ではない。１５個の試験色があ
り、その内の個々の試験色に対応する演色係数であるか
ら「特殊」といっている。「個別」といったような意味
である。対象物Ｃｊは同じであるが、基準光源と試料光
源では発光スペクトルが異なるから反射光のスペクトル
も違う。スペクトルの違いを計算するためにＵＶＷ色度
を求め、その違い（偏差）を計算する。偏差は正の数で
なければならないから２乗して和を求め、平方根をと
る。４．６はその係数である。正規化の係数というわけ
ではない。便宜的な係数である。

【００３５】だから演色係数は１００以下であるが正と
は限らない。負になる場合もある。基準光源と同じ発光
スペクトルを持つなら、反射光のＵＶＷ色度偏差は０で
ある。演色性は１００である。ところが基準光源（黒体
輻射）と試料の白色は違うから反射光のＵＶＷ色度も違
う。

【００３６】黒体輻射はある波長でピークになる一つの
なだらかな山のスペクトルを持つ。試料がガス分子の励
起によって発光する光源であるばあい、いくつかの強烈
な輝線スペクトルを持つから演色性は極めて悪くなる。

【００３７】以上の説明は一つの試験色Ｃｊに関するも
のである。試験色は１５あるから１５の試験色の全てに
ついて、基準光源と試料光源の反射光のスペクトルを調
べ、ＵＶＷ色度を計算し、両光源のＵＶＷ色度偏差を求
めそれに４．６を掛けて１００から引いて特殊演色評価
数Ｒ_１、Ｒ_２、…、Ｒ_１５を求める。このようにたくさ
んの試験色を用いるのは、基準光源と試料光源のスペク
トルのズレ（shift）が全波長に渡って一様でないから
である。赤の近傍では基準光源と似ているが、青の近傍
では著しく異なるとか、様々のスペクトルのばらつきが
ある。それらに対応しなければならないから、多くの試
験色を用いる。平均演色評価数というのは、特殊演色評
価数の平均値である。この場合は１５個のＲｊの平均で
ある。

【００３８】

【００３９】これが平均演色評価数Ｒａである。ａは平
均であることを示す。ＣＩＥの規定では１５の試験色を
使うことになっているが、実際にはそのうちさらに８つ
の試験色を選んで演色性を求めることもある。その選ば
れた８つの試験色Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃ８について特殊演
色評価数を求めて平均値をとる。

【００４０】

【００４１】いずれにしても採用された試験色について
の特殊演色評価数すべての平均であるから、これが高い
ということは基準光源と似たスペクトルを持つ白色であ
り、これが低いという事は基準光源からかけ離れた白色
だということである。照明は基準光源に近いのが望まし
い。つまり照明用の白色は演色性が高い方が良いのであ
る。

【００４２】演色性は平均演色評価数（Ｒａ；１００が
最高値）で評価される。熱フィラメントからの放射光に
よる白熱電球はほぼ１００に近い。蛍光灯はガス励起と
蛍光によって発光する。だからガス原子の励起による輝
線スペクトルとその輝線発光による蛍光材励起に基づく
蛍光が含まれる。輝線の鋭く高いピークの存在が演色性
を下げる。屋内照明光源として通常使用される光源であ
る蛍光灯の場合、一般白色蛍光灯ではＲａは６１程度で
ある。３波長型昼白色蛍光灯では８８程度である。また
色合わせなどの特殊用途用としてＲａが９９に及ぶ高演
色型ＡＡＡ蛍光灯も実現されている。一般に居間、ホー
ル、オフィスなどではＲａが８０〜８９、工場作業では
Ｒａが６０〜７９の照明を使用する事が推奨されてい
る。このように照明用の光源として確立された白熱球や
蛍光灯は演色性が良い。

【００４３】それに対してＬＥＤは単独で白色の出るも
のは存在しない。バンドギャップ遷移による発光に依存
するＬＥＤは本来ある単色を出すものである。単色は白
色ではありえない。だから単独のＬＥＤは白色光源にな
らない。しからばＬＥＤを組み合わせればどうか？ＬＥ
Ｄの組み合わせによって照明用の白色を与えることも難
しい。仮に、青色光としてピーク波長４６５ｎｍ半値幅
１０ｎｍのＬＥＤ、緑色光としてピーク波長５２５ｎｍ
半値幅１０ｎｍのＬＥＤ、赤色光としてピーク波長６６
０ｎｍ半値幅４０ｎｍのＬＥＤを組み合わせて、色温度
５０００Ｋの白色光を合成した場合、Ｒａは０以下とな
り、極めて演色性の低い白色光となってしまう。それは
合成した白色光では、波長分布が飛び飛びとなってしま
うからである。

【００４４】演色性が高い白色光を合成するには可視領
域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の全波長の光を万遍なく
合成する必要がある。しかしながら通常ＬＥＤの波長の
半値幅は１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度である。純度の高い色
を出すのである。スペクトルが狭いからである。スペク
トルが狭いということは多くの場合利点であるが、演色
性という点では欠点である。１０ｎｍ〜５０ｎｍという
ように極めて狭い半値幅をもつＬＥＤの光を合わせただ
けでは演色性が高い白色光を実現することはできない。

【００４５】従って高輝度の緑から青領域のＬＥＤが実
現されたからといって、それらと赤色ＬＥＤを組み合わ
せることによって屋内照明用に使用できる白色光源を実
現出来るわけでなかった。本発明は２種類或いは３種類
のＬＥＤを組み合わせて演色性の高い光源を提供するこ
とを目的とする。

【００４６】

【課題を解決するための手段】本発明の白色光源は、不
純物としてＡｌ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉをドープしたｎ型Ｚｎ
Ｓｅ基板とその上にエピタキシャル成長した活性層をふ
くむ薄膜とよりなり、電流を流すことによって活性層か
ら青色を発生させ、その青色光の一部が基板の不純物に
おいて蛍光を発生するようにして青色と蛍光の混合色を
発生する（青色＋蛍光）ＬＥＤと、不純物としてＡｌ、
Ｃ１、Ｂｒ、Ｉをドープしたｎ型ＺｎＳｅ基板とその上
にエピタキシャル成長した活性層を含む薄膜とよりな
り、電流を流す事によって活性層から緑色を発生させ、
その緑光の一部が基板の不純物において蛍光を発生する
ようにして緑色と蛍光の混合色を発生する（緑色＋蛍
光）ＬＥＤとを組み合わせて白色を発生させるようにし
たものである。

【００４７】つまりこれは（青＋蛍光）ＬＥＤと（緑＋
蛍光）ＬＥＤの２種類のＬＥＤを組合わせた複合ＬＥＤ
装置である。青色ＬＥＤ＋緑色ＬＥＤでは白色が作り難
いし、たとえｘｙ色度で白色であっても演色性が低い。
本発明は、青ＬＥＤの代わりに、青と蛍光を発する（青
＋蛍光）ＬＥＤを使う。緑ＬＥＤの代わりに緑と蛍光を
発する（緑＋蛍光）ＬＥＤを用いる。蛍光は黄色、橙色
などでしかもブロードな分布をもつからこの白色光は演
色性に優れる。２種類のＬＥＤからなるのに高い演色性
を持つのである。このように、青、緑にＳＡ発光を組み
合わせ演色性を高めるところに本発明の骨子となる思想
が存在する。ＳＡ発光は不純物ドープＺｎＳｅ基板の青
のＬＥＤだけからでも出るので、緑ＬＥＤはＳＡ発光が
あってもなくてもよい。ＳＡ発光する緑ＬＥＤは不純物
ドープＺｎＳｅがある。ＳＡ発光しない緑ＬＥＤとして
は、ＧａＰ系の緑ＬＥＤや、ＧａＩｎＮ系の緑ＬＥＤを
利用できる。そのような単色緑ＬＥＤを使う場合は、青
ＬＥＤのＳＡ発光を増強するために、青ＬＥＤのＺｎＳ
ｅ基板厚みを増やすとか、ドーパント濃度を高めるとか
いった手当ては必要である。一般には、（青＋ＳＡ発
光）ＬＥＤ＋緑ＬＥＤの組み合わせによって白色光源を
構成するというのが本発明である。緑ＬＥＤもＺｎＳｅ
とすると基板を共通にして便利であるから、以下の説明
では、緑ＬＥＤも、不純物ドープＺｎＳｅ基板のＬＥＤ
を例に挙げて述べる。

【００４８】しかしそれでもなお演色性が不十分だとい
うばあいは、これらに加えて赤色ＬＥＤ或いは赤紫ＬＥ
Ｄを加える。赤ＬＥＤと青紫ＬＥＤの両方を加えてもよ
い。これらのＬＥＤの混合によって照明光の特性である
演色性をさらに１００に近づけることができる。青色Ｌ
ＥＤと緑色ＬＥＤの数の比は、所望の白色になるように
適当に決める。

【００４９】つまり本発明の白色光源は、１．（青＋蛍光）ＬＥＤ＋（緑＋蛍光）ＬＥＤ２．（青＋蛍光）ＬＥＤ＋（緑＋蛍光）ＬＥＤ＋赤ＬＥ
Ｄ３．（青＋蛍光）ＬＥＤ＋（緑＋蛍光）ＬＥＤ＋赤ＬＥ
Ｄ＋青紫ＬＥＤ４．（青＋蛍光）ＬＥＤ＋（緑＋蛍光）ＬＥＤ＋青紫Ｌ
ＥＤ

【００５０】というふうに表現する事ができる。蛍光は
ＺｎＳｅ基板にドープした不純物によって発生する。蛍
光を発するＬＥＤはＺｎＳｅ基板であって、発光中心を
与える不純物がドープされている。その上にエピタキシ
ャル成長法によって薄膜を形成するが、この薄膜は電流
励起によって青または緑の光を発生する。だから青色の
場合活性層は青のエネルギーに対応するバンドギャップ
を持つ半導体層である。緑色の場合活性層は緑のエネル
ギーに対応するバンドギャップを持つ半導体層である。
クラッド層は活性層の両側に設けられるが、これらは光
を閉じ込め、キャリヤを閉じ込め、かつ格子整合するよ
うな半導体層である。

【００５１】本発明の特徴は二つある。一つは従来のＬ
ＥＤのように純粋単色を出すＬＥＤでなくて、不純物を
ドープしたＺｎＳｅ基板を使い蛍光を出すようなＬＥＤ
を使うということである。もう一つはＺｎＳｅ基板ＬＥ
Ｄであって青色を出すＬＥＤと、緑色を出すＬＥＤを複
合させるということである。緑ＬＥＤはＳＡ発光があ
ってもなくてもよい。青、緑、ＳＡ発光が相補的に働い
て演色性を高める。

【００５２】初めの特徴について説明する。通常のＬＥ
Ｄではエピタキシャル薄膜の活性層で光が発生する。基
板はエピタキシャル薄膜を支持し電流を導くだけの消極
的な役割をもつだけである。エピタキシャル薄膜の活性
層が光を発するが、これに対して基板は透明であるべき
であった。本発明のＬＥＤの基板は、活性層の発する光
に対して透明でない。透明でなくて光を吸収し、より長
い波長の光を発する。つまり蛍光を発するのである。基
板の役割は消極的なものでなく、積極的に光を発するも
のである。活性層からの短い波長の光と、基板からの波
長の長い光とを組み合わせて利用するのが本発明のＬＥ
Ｄの優れた点である。

【００５３】そのようなＬＥＤの基板として、Ａｌ、
Ｉ、Ｃｌ、ＢｒなどをドープしたＺｎＳｅ基板を用い
る。これらの不純物濃度は１×１０^１７ｃｍ^−３以上で
あることが必要である。これらの不純物はｎ型であるか
ら基板をｎ型にして電流を導くという役割もある。これ
らの不純物がＺｎＳｅ中に、Ｚｎの空孔と複合欠陥を作
る。この複合欠陥が蛍光を発する中心になるらしい。こ
れをＳＡ発光と呼ぶ。ＳＡ発光は活性層で出た光を吸収
してよりエネルギーの低い光（波長は長くなる）として
放出する現象である。従来のＬＥＤではこのような基板
からの蛍光があると邪魔であるとして、できるだけ蛍光
がないようにしていた。基板の純度を上げて吸収がない
ような基板材料を使っていたのである。

【００５４】本発明は反対であって基板に積極的に不純
物をドープして蛍光が強くでるようにする。蛍光はバン
ドギャップ遷移による発光とは違い、スペクトルが幅広
く広がっている。しかもＺｎＳｅ基板の蛍光の場合（Ｓ
Ａ発光）は黄色や黄赤色、赤の範囲に広がっている。つ
まり蛍光は演色性の点から好都合な発光なのである。活
性層からの発光色が青あるいは緑である場合、青または
緑と、黄、赤のＳＡ発光が足し合わされるとそれだけで
白色に近くなる。青＋蛍光だけで白色になることもあ
る。緑＋蛍光だけで白色になることもある。蛍光の強さ
は、基板のドーパント濃度を上げることによって高める
ことができる。また基板の厚みを増やすことによっても
蛍光を強めることができる。蛍光（ＳＡ発光）の強度を
適当にすれば、一つのＬＥＤだけで白色光を作ることが
できる。それはそうなのであるが、それは色度の点で白
だというだけである。演色性の点では難点がある。

【００５５】そこで、本発明はさらに（青色＋蛍光）を
発するＬＥＤと、（緑色＋蛍光）を発するＬＥＤを組み
合わせて、照明用の光源とする。そのようにすると、発
光スペクトルは、青と緑と黄色の部分にピークをもつよ
うになり連続スペクトルに近付く。つまり演色性が高く
なるのである。

【００５６】図１に本発明のＬＥＤ装置の概念図を示
す。左側のＬＥＤは、ＺｎＳｅ基板とエピタキシャル発
光層よりなる。エピタキシャル発光層（厳密には活性
層）では青（Ｂ）の光を出す。ＺｎＳｅ基板のＳＡ発光
中心（不純物とＺｎ空孔）は青色を一部吸収し、黄色の
蛍光（Ｙ_１）を発生する。発光層からの青（Ｂ）と基板
からの黄色（Ｙ_１）が外部に出て行く。外部へ出る光は
（Ｂ＋Ｙ_１）である。右側のＬＥＤも、ＺｎＳｅ基板と
エピタキシャル発光層よりなる。エピタキシャル発光層
の活性層は少し組成が違っており、緑色（Ｇ）の光を出
す。この点で先ほどの素子と違う。ＺｎＳｅ基板のＳＡ
発光は緑色を一部吸収し、黄色の蛍光（Ｙ_２）を発生す
る。外部へ出る光は（Ｇ＋Ｙ_２）である。（Ｂ＋Ｙ_１）
ＬＥＤと、（Ｇ＋Ｙ_２）ＬＥＤをある割合で平面状に二
次元分布させる。

【００５７】図２はそのような複合ＬＥＤ装置の例をし
めす。青＋蛍光のＬＥＤは、簡単にＢＹとしめす。緑＋
蛍光を発するＬＥＤは、簡単にＧＹと示している。本発
明の複合ＬＥＤ装置は、ＢＹ＋ＧＹというように表現で
きる。

【００５８】このような複合ＬＥＤ装置は、青と緑と黄
色の領域にピークを持つスペクトルを発する。だから白
色にできる。ＢＹ、ＧＹの両方のＬＥＤの割合をかえる
と、さまざまの色調の白色を得ることができる。基板の
厚み、ドーパント濃度を変えると、蛍光（黄色、赤黄）
の割合を変えることができる。

【００５９】様々の白色が得られるだけでなく、少なく
とも３つのピークを持ち、しかもＳＡ発光のような連続
光を含むので、演色性が高くなる。演色性の高い白色で
あるから照明用に好適なのである。

【００６０】ＧＹ＋ＢＹだけの組み合わせだけでは演色
性がなお低くて要望に応じられないという場合は、他の
赤ＬＥＤあるいは、青紫ＬＥＤをも追加する。それを図
２ではＺによって表現している。本発明はこのようにＢ
Ｙ＋ＧＹのＬＥＤを縦横に並べる、或いはそれに加えて
Ｚ（赤、青紫）ＬＥＤをも並べた複合ＬＥＤ装置という
ところに特徴がある。

【００６１】

【発明の実施の形態】ＺｎＳｅのＳＡ発光は一般に５８
０ｎｍ〜６００ｎｍのピーク波長を持つ。その半値幅は
１００ｎｍ程度と広い。しかも長波長側に大きなテイル
を持つので、緑ー黄緑ー黄ー黄赤ー赤の広い範囲をカバ
ーするブロードな発光である。ここでＺｎＳｅのＳＡ発
光は、ｎ型ドーパント（Ａｌのような３族元素や、Ｉ、
Ｃｌのような７族元素）を１×１０^１７ｃｍ^−３以上ド
ーピングすることによって現れる発光であって、発光メ
カニズムはｎ型ドーパントとＺｎ空孔の複合欠陥に起因
する発光であると言われている。もちろんここでは発光
のメカニズムは詳しく論じない。本発明は基板の蛍光を
利用するところに特徴があり、ＺｎＳｅの場合はＳＡ発
光と呼ぶのである。本発明において、ＳＡ発光としてｎ
型ドーパントを１×１０^１７ｃｍ^−３以上添加したＺｎ
Ｓｅのブロードな緑ー黄緑ー黄ー黄赤ー赤の広い領域を
カバーする発光スペクトルを持つ発光とする。

【００６２】そこで、本発明は、赤色ＬＥＤの代わり
に、ＺｎＳｅのＳＡ発光を使用し、ピーク波長４６５ｎ
ｍ半値幅１０ｎｍの青色ＬＥＤ、ピーク波長５２５ｎｍ
半値幅１０ｎｍの緑色ＬＥＤ、と併せて白色光を合成す
る。こうすると、Ｒａが８０以上まで上昇し３波長型昼
白色蛍光灯並になることが判明した。演色性の評価は、
１５の試験色ではなくて、そのうちの８つの試験色Ｒ１
〜Ｒ８だけを用いた。ここで青、緑色の波長は必ずしも
上記の波長である必要はない。単に一例を示したのみで
ある。上記波長と異なる波長の青色、緑色を使用しても
同様に演色性を高める効果が期待できる。

【００６３】上記光源では、試験色Ｒ_１〜Ｒ_８の内、Ｒ
_８が低く平均であるＲａを下げている。またＲａに含ま
れない試験色Ｒ_９〜Ｒ_１５ではＲ_９が低い。Ｒ_８は紫
色、Ｒ _９は赤色に対する演色性であり、これらが低い原
因は、ＳＡ発光のピークが黄ー黄赤色の領域にあり、赤
色光が足りないからである。

【００６４】そこで赤色光を補うためにピーク波長６６
０ｎｍ半値幅４０ｎｍの赤色ＬＥＤも組み合わせて白色
光を合成すると、Ｒａを９０以上にすることが可能であ
る事が判明した。

【００６５】この光源にさらに青紫の光を加えるとさら
に演色性を高める事が可能である。例えばピーク波長４
２０ｎｍ半値幅２０ｎｍのＬＥＤも組み合わせるとＲａ
を９５以上に高めることも可能になる。

【００６６】ＳＡ発光は、ｎ型のＺｎＳｅに５４０ｎｍ
より短い波長の光を当てる事によって得られる。このＳ
Ａ発光を白色光を構成する青色光と緑色光と独立して発
光させても良いのであるが、ＺｎＳｅ基板上にＺｎＳｅ
やＺｎＣｄＳｅやＺｎＳｅＴｅ活性層としたＺｎＳｅ系
の青色もしくは緑色のＬＥＤを作製すれば活性層で放出
された光の一部分は基板側に放出され、その光が基板に
吸収されＳＡ発光として再発光する。このようにＳＡ発
光するＺｎＳｅ基板を使用すれば、緑色ＬＥＤと青色Ｌ
ＥＤの組み合わせのみで青色光、緑色光、ＳＡ発光を発
光させることができる。

【００６７】ここでＺｎＳｅ基板の厚みやｎ型ドーパン
ト濃度を変えれば、基板側に放出された青色光もしくは
緑色光が基板に吸収される割合を変化させる事が可能で
あるので、ＺｎＳｅ基板の厚みやｎ型ドーパント濃度を
変える事によって、青色光もしくは緑色光とＳＡ発光の
発光強度を制御することが可能である。

【００６８】独立した青色光、緑色光、ＳＡ発光、必要
であれば赤色光、青紫色光のランプを適当な配置で並べ
てその強度比を制御して白色光源を作製しても良いが、
単一のランプ中に各色の光源を配置すれば、単体で白色
ランプとして使用できるようになる。

【００６９】ここでＺｎＳｅの定義であるが、多少のＺ
ｎ以外の２族もしくはＳｅ以外の６族元素が含まれてい
ても、本発明の本質を損なうものではない。多少のＺｎ
以外の２族、もしくはＳｅ以外の６族元素が含まれてい
ても、緑ー黄緑ー黄ー黄赤ー赤の広い領域をカバーする
ＳＡ発光を発する限りＺｎＳｅとみなすものとする。

【００７０】さらに以下の実験において演色性の測定法
について、予め説明する。先述のように、１５或いは８
の試験色があり、基準光源と、試料光源でこれらを照ら
して、その反射光のスペクトルからＵＶＷ色度を計算
し、ＵＶＷ色度のズレ（色ズレ）の２乗和平方根をだ
し、それに４．６を掛けて１００から引いたものが演色
評価数である。

【００７１】実際にはそのような試験色が得難いし、試
験色のばらつき、測定のばらつきもある。１５の試験色
Ｃｊには反射率βｊ（λ）が波長毎（１０ｎｍ毎）に与
えられている。だから実際にものがあるのではなくて、
βｊ（λ）が決まっているのである。試験色自体が入手
できなくても演色性を評価できるようになっているので
ある。それで基準光Ｓ（λ）を照射したときの反射光Ｈ
（λ）のスペクトルが計算できる。これは

【００７２】Ｈ（λ）＝ΣＳ（λ）βｊ（λ）（９）

【００７３】である。これは１０ｎｍごとに３８０ｎｍ
〜７８０ｎｍまで加算する。同様に試料光源の光Ｔ
（λ）を照射したときの反射光Ｋ（λ）のスペクトルも
計算できる。それは、

【００７４】Ｋ（λ）＝ΣＴ（λ）βｊ（λ）（１０）

【００７５】である。Ｈ（λ）、Ｋ（λ）から、基準光
による試験色のＵＶＷ色度、試料光源により試験色のＵ
ＶＷ色度を計算する。これらの差の二乗和の平方根を求
め、４．６を掛けて１００から差し引いて特殊演色評価
数とする。以下の実施例においても、８つの試験色Ｃ１
〜Ｃ８について、計算によって特殊演色評価数を求めて
いる。平均演色評価数Ｒａは８つの平均値である。

【００７６】

【実施例】［実施例１］ＳＡ光源として、ヨウ素輸送法
で成長させたＺｎＳｅ単結晶から切りだしたＺｎＳｅ基
板を使用した。この基板のキャリア密度８×１０^１７ｃ
ｍ^−３であった。ドーパントは自然に混入したヨウ素で
ある。青色光源としてこのＺｎＳｅ基板上に作製したＺ
ｎＳｅ活性層を有するＬＥＤとし、緑色光源としてもＺ
ｎＳｅ基板上に作製したＺｎＳｅ／Ｚｎ_０．６７Ｃｄ
_０．３３Ｓｅの積層構造からなる多重量子井戸を活性層
とするＬＥＤとした。基板の厚みとしては２５０μｍの
ものを使用し、ＭＢＥ法によって図３に示すような青、
及び緑色の発光構造を作製した。

【００７７】本発光構造はｐ型にドープされたＺｎＴｅ
とＺｎＳｅの積層超格子構造からなるｐ型コンタクト層
６、ｐ型にドープされたＢｅ_０．２０Ｍｇ_０．２０Ｚｎ
_０． _６０Ｓｅ層からなるｐ型クラッド層５、ＺｎＳｅ
（青）もしくはＺｎＳｅ／Ｚｎ _０．６７Ｃｄ_０．３３Ｓ
ｅ多重量子井戸（緑）からなるダブルへテロ活性層４、
ｎ型にドープされたＺｎ_０．８５Ｍｇ_０．１５Ｓ
_０．１０Ｓｅ_０．９０層からなるｎ型クラッド層３から
なる。その他に基板１と発光構造の間のｎ型ＺｎＳｅバ
ッファ層２がある。

【００７８】下から順に述べると、１．ｎ型ＺｎＳｅ基板（ヨウ素ドープ）１２．ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２３．ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層３４．ＺｎＳｅ活性層４（青色の場合）ＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ多重井戸活性層（緑色の場合）
４５．ｐ型ＢｅＭｇＺｎＳｅクラッド層５６．ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子コンタクト層６の層構造を持つ。

【００７９】本構造のｐ型コンタクト層上にＰｄ／Ａｕ
からなる格子状のｐ側パターン電極を形成し、さらに２
０ｎｍ以下の厚みからなる薄膜全面Ａｕ電極を形成し
た。これがｐ側（ｐ型）電極である。ＺｎＳｅ基板裏側
には、Ｉｎからなるｎ側（ｎ型）電極を形成した。ｐ側
電極の格子状というのはチップの４辺近に電極を形成す
るという意味である。図１４にこれを示す。格子の周期
はチップのサイズに等しい。２０ｎｍ以下の厚みの金電
極は透明であり、光を通すことができる。Ｐｄ／Ａｕの
部分にワイヤをボンディングできる。ｐ型電極はチップ
中心にドット状パターンとして設けても良い。図１５に
これを示す。その場合は中心からの光が遮られるが、そ
れ以外の部分からは光が出るので差し支えない。

【００８０】ｎ、ｐ型電極形成後、本ウエハを２５０μ
ｍ×２５０μｍ角のサイズに切りだし、発光構造面を上
向きにして素子架台（ステム）に固定した。基板電極
（ｎ側電極）は直接にステムに接触する。素子上部のｐ
側電極はワイヤボンデイングによってもう一つのピンに
接続する。

【００８１】このチップを樹脂でモールドし、青＋ＳＡ
発光（活性層＝ＺｎＳｅ）、および緑＋ＳＡ発光（活性
層＝ＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ）を発するＬＥＤを作製し
た。図１６がその構造を示す。通常の表示用ＬＥＤと同
じである。ＬＥＤチップ１３が、Ｌ型ステム（リードピ
ン）１４の上にボンディングされる。ｐ側電極がワイヤ
１６によってもう一つのリードピン１５に接続される。
全体を透明樹脂１７によってモールドしてある。これが
一つのＬＥＤ素子である。

【００８２】これらのＬＥＤを使って図４、図５に示す
照明器具を作製した。図４は照明器具の横断平面図であ
り、図５は縦断面図である。ＢＹと略記したのが、青＋
ＳＡ発光のＬＥＤである。ＧＹと書いたのが緑＋ＳＡ発
光のＬＥＤである。蛍光（ＳＡ発光）が黄色を主として
含むことから蛍光成分をＹによって表現している。ＢＹ
とＧＹとを交互に配置している。照明器具７は正方形箱
型であり底板９、側板８を含む。底板９、側板８は、ア
ルミニウム製の高光沢反射板を用いている。上方の開口
部は乳白ガラス１０が取り付けてある。透明ガラスにす
るとＬＥＤの色が直接に見えてしまう。乳白ガラスにし
て青色、緑色などの色を混合する。この実施例におい
て、底板のサイズは３８ｍｍ×３８ｍｍであり、側板の
高さは２０ｍｍである。

【００８３】ここで（青＋ＳＡ発光）のＬＥＤを緑＋Ｓ
Ａ発光のＬＥＤに掛ける電圧を別々に制御し、白色を合
成した。合成した白色の分光分布を図６に示す。横軸が
波長（ｎｍ）、縦軸が発光強度（任意目盛り）である。
４６５ｎｍに高いピークがある。これは（青＋ＳＡ発
光）ＬＥＤ（ＢＹ）の活性層からの発光である。５５０
ｎｍのあたりに２番目のピークがある。これは（緑＋Ｓ
Ａ発光）ＬＥＤの活性層からの発光である。５７０ｎｍ
〜６２０ｎｍのあたりに低く広がった山があるがこれが
黄色、橙色、赤にわたるＳＡ発光である。両方のＬＥＤ
のＳＡ発光が重なっている。このように２種類のＬＥＤ
の組み合わせであるのに、３つのピークをもつスペクト
ルを実現できる。単に青ＬＥＤ、緑ＬＥＤを組み合わせ
たのとは違うということがスペクトルから良く分かる。

【００８４】この分光分布から色温度、Ｒａを算出する
と、色温度＝４９００Ｋ、Ｒａ＝８４であった。工場作
業場では、Ｒａが６０〜７９でよいので、この実施例の
ＬＥＤ装置を照明用に利用する事が出来る。オフィス、
居間などでは、８０〜８９のＲａが要求されるが、Ｒａ
＝８４であれば利用できる。

【００８５】［実施例２］実施例１は、青＋ＳＡ発光
（ＢＹ）ＬＥＤと、緑＋ＳＡ発光（ＧＹ）を組み合わせ
Ｒａ＝８４を実現している。しかしこれでもなおＲａが
低すぎるというような用途もある。そのような場合の為
にＢＹ＋ＧＹ＋Ｒの実施例のＬＥＤ装置を作製した。

【００８６】実施例１で使用した青＋ＳＡ発光のＬＥＤ
（ＢＹ）と、緑＋ＳＡ発光のＬＥＤ（ＧＹ）とに加え、
ＡｌＧａＡｓ系の赤色ＬＥＤ（Ｒ）を加えて、図７、図
８に示すような照明器具を作製した。底板９、側板８を
組み合わせた正方形の箱にＬＥＤを縦横に並べた点は前
例と同じである。底板、側板がアルミニウム製高光沢反
射板である点も同じである。乳白色ガラス１０で覆った
構造も同様である。ＢＹとＧＹ、Ｒを対称性が良いよう
に配列した。２５個のＬＥＤのうち、ＢＹが１２個、Ｇ
Ｙが８個、Ｒが５個である。しかしこの配分は目的によ
って自在に変更できる。ここでは、青＋ＳＡ発光のＬＥ
Ｄ、緑＋ＳＡ発光のＬＥＤ及び、赤色ＬＥＤに掛ける電
圧を別々に制御し、白色を合成した。

【００８７】合成した白色の分光分布を図９に示す。４
６５ｎｍに青の高く鋭いピークがある。５２５ｎｍに緑
の鋭いピークがある。５７０ｎｍ〜６１０ｎｍにＳＡ発
光の鈍い山がある。これらはＢＹ、ＧＹの活性層の発光
と、ＳＡ発光である。それに加えて、６５０ｎｍ〜６７
０ｎｍにもう一つのピークがある。これは赤ＬＥＤから
の発光である。赤領域がこれによって増強されるから演
色性が高くなる。

【００８８】この分光分布から色温度、Ｒａを算出する
と、色温度＝５０００Ｋ、Ｒａ＝９４であった。Ｒａが
９４あれば、工業用照明はもとより、オフィス、家庭居
間などの照明としても利用できる。一般白色蛍光灯より
もＲａにおいて勝っている。３波長型昼白色蛍光灯でも
Ｒａが８８ぐらいしか上がらないのであるから、本発明
の実施例２はこれをも越えるものである。

【００８９】［実施例３］実施例１、２の場合、チップ
一つを一つのパッケージによって封止していた。ＬＥＤ
の形状としてはありふれたものである。自由に配置を変
える事が出来るという利点がある。反面それでは小型化
ができない。またパッケージ材料を節減することもでき
ない。そこで多数のＬＥＤチップを一つのパッケージに
収容する素子構造を考えた。実施例１で作製したモール
ドする前の裸のＬＥＤを図１０、図１１に示すように配
置し、ワイヤボンディングし、乳白色のキャップをかぶ
せて白色ランプを作製した。円形の底板２０は絶縁体で
ある。その上に導体の中円板２１と、同心状の周円環２
２を設けている。間には絶縁体２３があり両者を絶縁し
ている。

【００９０】中円板２１の上には、本発明のＢＹーＬＥ
Ｄチップと、ＧＹ−ＬＥＤチップをボンディングしてい
る。ここでは中心にＢＹ一つ、周辺に６個のＢＹと、３
個のＧＹとを配列している。いずれもＺｎＳｅ基板の上
に薄膜をエピタキシャル成長させたものである。活性層
がＺｎＳｅのものが青色を発生する。活性層がＺｎＳｅ
／ＺｎＣｄＳｅのものが緑色を発生する。両方ともＺｎ
Ｓｅにはヨウ素がドープされているから黄色・橙色のＳ
Ａ発光を発する。基板側がｎ型でこれが中円板２１に直
接に接合されている。中円板２１はリードピン３２が取
り付けられる。

【００９１】上面のｐ側電極はワイヤ２４、２５、２６
によって周円環２２に接続されている。周円環２２はリ
ードピン３１に接合している。ピン３２がカソード、ピ
ン３１がアノードになる。全ての素子が、ピン３１、３
２間に並列に接続されている。だから全ての素子に等し
い電圧が印加される。ＧＹとＢＹで電圧を異ならせると
いうことはできない。底板２０の上に凹曲面のキャップ
３０が取り付けられる。キャップ３０は乳白色とする。
素子内部内部は不活性ガスが充填してある。このような
複合構造は装置を微細構造にすることができる。パッケ
ージも単純化されてコストを下げることができる。

【００９２】ここで、青色＋ＳＡ発光ＬＥＤ（ＢＹ）７
個に対して、緑＋ＳＡ発光ＬＥＤ（ＧＹ）を３個使用す
ることによって、青＋ＳＡ発光のＬＥＤと緑＋ＳＡ発光
のＬＥＤに掛ける電圧を別々に制御する事なく白色ラン
プを実現した。１０個のＬＥＤを並列回路に接続し、ラ
ンプからはｎ側、ｐ側の２電極端子のみ取り出す事にし
た。このランプに３Ｖ前後の電圧をかけることによって
白色に発光することを確認した。

【００９３】

【発明の効果】本発明は、不純物をドープしたＺｎＳｅ
基板に青、緑の発光構造体をエピタキシャル成長させ、
（青＋蛍光）あるいは（緑＋蛍光）を発するＬＥＤを作
り、これらを平面的に組み合わせて白色を作っている。
活性層の作る青、緑だけでなく、基板のＳＡ発光の黄
色、橙色をも含むから演色性の高い白色を作ることがで
きる。本来ＬＥＤは鋭いスペクトルをもつから照明には
不適であったが、本発明は、ＺｎＳｅのＳＡ発光を利用
することによって、高演色性の白色光源をＬＥＤによっ
て実現することが始めて可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する為の並列ＬＥＤ素子よ
りなる光源の一部の断面図。

【図２】本発明の原理を説明するための３種類のＬＥＤ
よりなる光源の一部の平面図。

【図３】本発明において用いられるＬＥＤの層構造を示
す断面図。

【図４】本発明の実施例１にかかる白色光源の平面図。

【図５】本発明の実施例１にかかる白色光源の縦断面
図。

【図６】本発明の実施例１にかかる白色光源の発光スペ
クトル図。

【図７】本発明の実施例２にかかる白色光源の平面図。

【図８】本発明の実施例２にかかる白色光源の縦断面
図。

【図９】本発明の実施例２にかかる白色光源の発光スペ
クトル図。

【図１０】本発明の実施例３にかかる白色光源の平面
図。

【図１１】本発明の実施例３にかかる白色光源の縦断面
図。

【図１２】一般的な色度図上での単色、中間色、白色の
定義を示す色度図。

【図１３】プランク輻射のスペクトル図。

【図１４】格子状にｐ側電極を設けたＺｎＳｅウエハの
平面図。

【図１５】ドット状にｐ側電極を設けたＺｎＳｅウエハ
の平面図。

【図１６】一般的なＬＥＤの縦断面図。

【符号の説明】１ｎ型ＺｎＳｅ基板２ｎ型ＺｎＳｅバッファ層３ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４ＺｎＳｅまたはＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ活性層５ｐ型ＢｅＭｇＺｎＳｅクラッド層６ｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子コンタクト層７パッケージ８側板９底板１０乳白ガラス１１リードピン１２リードピン１３ＬＥＤチップ１４ステム（Ｌ型リードピン）１５リードピン１６ワイヤ１７透明樹脂１９キャップ２０底板２１中円板２２周円環２３絶縁体２４ワイヤ２５ワイヤ２６ワイヤ３０キャップ３１リード３２リード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】不純物としてＡｌ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉをド
ープしたｎ型ＺｎＳｅ基板とその上にエピタキシャル成
長した活性層を含む薄膜とよりなり、電流を流すことに
よって活性層から青色光を発生させ、その青色光の一部
が基板の不純物において蛍光を発生するようにして青色
と蛍光の混合色を発生する（青色＋蛍光）ＬＥＤと、基
板とその上にエピタキシャル成長した活性層を含む薄膜
とよりなり、電流を流す事によって活性層から緑色を発
生させる緑色ＬＥＤとを組み合わせて白色を発生させる
ようにしたことを特徴とする白色光源。
【請求項２】緑色ＬＥＤが、不純物としてＡｌ、Ｃ
１、Ｂｒ、Ｉをドープしたｎ型ＺｎＳｅ基板とその上に
エピタキシャル成長した活性層を含む薄膜とよりなり、
電流を流す事によって活性層から緑色を発生させ、その
緑光の一部が基板の不純物において蛍光を発生するよう
にして緑色と蛍光の混合色を発生する（緑色＋蛍光）Ｌ
ＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の白色光
源。
【請求項３】（青色＋蛍光）ＬＥＤと、（緑色＋蛍
光）ＬＥＤに加えて、赤色ＬＥＤをも含むようにした事
を特徴とする請求項２に記載の白色光源。
【請求項４】青紫色ＬＥＤをも含むようにした事を特
徴とする請求項２又は３に記載の白色光源。
【請求項５】緑色ＬＥＤがＧａＰ系ＬＥＤ、またはＧ
ａＩｎＮ系ＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記
載の白色光源。
【請求項６】異なる色を発するＬＥＤチップを複数
個、同一のランプの中に組み込んだことを特徴とする請
求項１〜５の何れかに記載の白色光源。