JP2003347588A - 白色発光素子 - Google Patents
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- Led Device Packages (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低い色温度の白色を生成することのできる長
寿命で小型軽量の白色発光素子を与えること。 【解決手段】 Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｉの何
れかを１０１７ｃｍ−３以上含むＺｎＳＳｅを塊状とし
た蛍光板と、４１０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色を発生する
ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤとを組み合わせ、青色によってＺｎ
ＳＳｅ蛍光板を励起して黄色を発生させて青色と黄色を
発生させ合成して白色とする。ＺｎＳＳｅは塊状とする
ので吸水せず劣化しない。ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤは長寿命
だし塊状のＺｎＳＳｅも劣化しないから長寿命の白色発
光素子となる。
寿命で小型軽量の白色発光素子を与えること。 【解決手段】 Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｉの何
れかを１０１７ｃｍ−３以上含むＺｎＳＳｅを塊状とし
た蛍光板と、４１０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色を発生する
ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤとを組み合わせ、青色によってＺｎ
ＳＳｅ蛍光板を励起して黄色を発生させて青色と黄色を
発生させ合成して白色とする。ＺｎＳＳｅは塊状とする
ので吸水せず劣化しない。ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤは長寿命
だし塊状のＺｎＳＳｅも劣化しないから長寿命の白色発
光素子となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単一の素子構造で
照明用、表示用、液晶バックライト用などに利用できる
白色を発生することができる白色発光素子に関するもの
である。
照明用、表示用、液晶バックライト用などに利用できる
白色を発生することができる白色発光素子に関するもの
である。
【０００２】小型の発光素子として数多くの発光ダイオ
ード（ＬＥＤ；light emitting diode）や、半導体レー
ザ（ＬＤ；laser diode）が製造され販売されている。
輝度の高いＬＥＤとして、赤色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、緑
色ＬＥＤ、青色ＬＥＤなどが市販されている。赤色ＬＥ
ＤはＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰなどを活性層としている
ＬＥＤである。黄色、緑はＧａＰを発光層とするＬＥＤ
がある。橙色・黄色はＡｌＧａＩｎＰを発光層とするＬ
ＥＤによって作り出す事ができる。
ード（ＬＥＤ；light emitting diode）や、半導体レー
ザ（ＬＤ；laser diode）が製造され販売されている。
輝度の高いＬＥＤとして、赤色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、緑
色ＬＥＤ、青色ＬＥＤなどが市販されている。赤色ＬＥ
ＤはＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰなどを活性層としている
ＬＥＤである。黄色、緑はＧａＰを発光層とするＬＥＤ
がある。橙色・黄色はＡｌＧａＩｎＰを発光層とするＬ
ＥＤによって作り出す事ができる。
【０００３】広いバンドギャップのバンド間遷移を要求
する青色が最も難しくて困難であった。ＳｉＣ、ＺｎＳ
ｅ、ＧａＮ系のものが試みられ競っていたが輝度高く寿
命の長いＧａＮ系が圧倒的に優れていることがわかり勝
敗は既に付いている。ＧａＮ系のＬＥＤは実際には活性
層がＩｎＧａＮなのでＩｎＧａＮ系ＬＥＤ、ＩｎＧａＮ
‐ＬＥＤなどと以後書く事にするが、基板はサファイヤ
で層構造の主体はＧａＮである。これらのＬＥＤやＬＤ
などの半導体発光素子はバンドギャップ遷移を利用する
から当然にスペクトル幅の狭い単色の発光である。その
ままでは半導体素子によって複合的な色を作ることはで
きない。
する青色が最も難しくて困難であった。ＳｉＣ、ＺｎＳ
ｅ、ＧａＮ系のものが試みられ競っていたが輝度高く寿
命の長いＧａＮ系が圧倒的に優れていることがわかり勝
敗は既に付いている。ＧａＮ系のＬＥＤは実際には活性
層がＩｎＧａＮなのでＩｎＧａＮ系ＬＥＤ、ＩｎＧａＮ
‐ＬＥＤなどと以後書く事にするが、基板はサファイヤ
で層構造の主体はＧａＮである。これらのＬＥＤやＬＤ
などの半導体発光素子はバンドギャップ遷移を利用する
から当然にスペクトル幅の狭い単色の発光である。その
ままでは半導体素子によって複合的な色を作ることはで
きない。
【０００４】
【従来の技術】照明用光源は単色光源では役に立たな
い。液晶用バックライトも単色光源は不可である。照明
には白色光源が必要である。特に演色性の高い白色が望
ましい。液晶用バックライトにも白色光源が必要であ
る。照明用光源としてはいまもなお白熱電球や蛍光灯が
専ら使われている。白熱電球は演色性が高いので照明と
して好適なのであるが、効率が悪いし寿命も短くかさば
るという欠点がある。蛍光灯は寿命が短く重量物が必要
であり大型の重い装置となる。
い。液晶用バックライトも単色光源は不可である。照明
には白色光源が必要である。特に演色性の高い白色が望
ましい。液晶用バックライトにも白色光源が必要であ
る。照明用光源としてはいまもなお白熱電球や蛍光灯が
専ら使われている。白熱電球は演色性が高いので照明と
して好適なのであるが、効率が悪いし寿命も短くかさば
るという欠点がある。蛍光灯は寿命が短く重量物が必要
であり大型の重い装置となる。
【０００５】より小型、より長寿命、より高効率、より
安価な白色光源の出現がつとに待たれるところである。
軽量・小型・長寿命・高効率ということであれば、それ
はもう半導体素子しかないと思われる。
安価な白色光源の出現がつとに待たれるところである。
軽量・小型・長寿命・高効率ということであれば、それ
はもう半導体素子しかないと思われる。
【０００６】事実、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥ
Ｄが存在するのであるから、これらの光の三元色を組み
合わせれば白色が合成される筈である。青、緑、赤の３
種類のＬＥＤをパネルに一様に取り付けて同時に発光さ
せると白色となる筈である。そのような３色混合ＬＥＤ
はすでに提案され一部に実施もされているようである。
３色混合で白色ができるのだが分離した単色に見えては
いけないので高密度に３種のＬＥＤを分布させなければ
ならない。
Ｄが存在するのであるから、これらの光の三元色を組み
合わせれば白色が合成される筈である。青、緑、赤の３
種類のＬＥＤをパネルに一様に取り付けて同時に発光さ
せると白色となる筈である。そのような３色混合ＬＥＤ
はすでに提案され一部に実施もされているようである。
３色混合で白色ができるのだが分離した単色に見えては
いけないので高密度に３種のＬＥＤを分布させなければ
ならない。
【０００７】それに３種類のＬＥＤは電流・電圧・発光
特性がみんな違うので電源を別にしなければならず３電
源となる。輝度にばらつきがあって揃えるのが難しい。
そのような問題があるが何よりも３種類のＬＥＤを多数
並列密集させるので高価な光源となってしまう。
特性がみんな違うので電源を別にしなければならず３電
源となる。輝度にばらつきがあって揃えるのが難しい。
そのような問題があるが何よりも３種類のＬＥＤを多数
並列密集させるので高価な光源となってしまう。
【０００８】高価な光源では普及しないし役に立たな
い。より低コストの小型白色発光素子を半導体デバイス
として作りたいものである。単一の発光素子を利用した
半導体発光素子の公知技術として二つのものがある。一
つはＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ（ＧａＮ基板上の発光素子）を
ＹＡＧ蛍光体で包囲した複合ＬＥＤである。もう一つは
ＺｎＳｅ‐ＬＥＤのＺｎＳｅ基板に不純物をドープして
蛍光体としＺｎＳｅ‐ＬＥＤ発光部（ＺｎＣｄＳｅ）の
青色によってＺｎＳｅ蛍光部を励起（ＳＡ発光と呼ぶ）
して黄色・橙色を発生させ青色と黄色・橙色の複合によ
って白色を得るものである。簡単に前者をＧａＮ系白色
発光素子（Ａ）、後者をＺｎＳｅ系白色発光素子（Ｂ）
と呼ぼう。それぞれについて説明する。
い。より低コストの小型白色発光素子を半導体デバイス
として作りたいものである。単一の発光素子を利用した
半導体発光素子の公知技術として二つのものがある。一
つはＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ（ＧａＮ基板上の発光素子）を
ＹＡＧ蛍光体で包囲した複合ＬＥＤである。もう一つは
ＺｎＳｅ‐ＬＥＤのＺｎＳｅ基板に不純物をドープして
蛍光体としＺｎＳｅ‐ＬＥＤ発光部（ＺｎＣｄＳｅ）の
青色によってＺｎＳｅ蛍光部を励起（ＳＡ発光と呼ぶ）
して黄色・橙色を発生させ青色と黄色・橙色の複合によ
って白色を得るものである。簡単に前者をＧａＮ系白色
発光素子（Ａ）、後者をＺｎＳｅ系白色発光素子（Ｂ）
と呼ぼう。それぞれについて説明する。
【０００９】（Ａ）ＧａＮ系白色発光素子（ＹＡＧ＋Ｉ
ｎＧａＮ‐ＬＥＤ；図１） これはＩｎＧａＮ‐ＬＥＤを用いるもので、例えば、 「光機能材料マニュアル」光機能材料マニュアル編
集幹事会編、オプトエレクトロニクス社刊、ｐ４５７、
１９９７年６月 に説明されている。図１にその構造を示す。
ｎＧａＮ‐ＬＥＤ；図１） これはＩｎＧａＮ‐ＬＥＤを用いるもので、例えば、 「光機能材料マニュアル」光機能材料マニュアル編
集幹事会編、オプトエレクトロニクス社刊、ｐ４５７、
１９９７年６月 に説明されている。図１にその構造を示す。
【００１０】Γ型リード２の水平部分に凹部３を設け、
凹部３の底にＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ４を取り付ける。凹部
３にはＣｅ添加ＹＡＧ蛍光剤を分散させた樹脂５を収容
する。ＹＡＧ蛍光剤には青色光を吸収して、よりエネル
ギーの低い黄色を発生するという性質がある。そのよう
にある材料がエネルギーの高い光を吸収して電子励起さ
れ励起電子が元のレベルに戻る時に出すエネルギーの低
い光を蛍光と言う。それを出す材料を蛍光剤と言う。い
ろいろなレベルを経由して元の準位に戻るのでエネルギ
ーの広がりがあり蛍光のスペクトルは広い。エネルギー
の損失分は熱になる。
凹部３の底にＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ４を取り付ける。凹部
３にはＣｅ添加ＹＡＧ蛍光剤を分散させた樹脂５を収容
する。ＹＡＧ蛍光剤には青色光を吸収して、よりエネル
ギーの低い黄色を発生するという性質がある。そのよう
にある材料がエネルギーの高い光を吸収して電子励起さ
れ励起電子が元のレベルに戻る時に出すエネルギーの低
い光を蛍光と言う。それを出す材料を蛍光剤と言う。い
ろいろなレベルを経由して元の準位に戻るのでエネルギ
ーの広がりがあり蛍光のスペクトルは広い。エネルギー
の損失分は熱になる。
【００１１】ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ４の電極６、７はワイ
ヤ８、９によってリード２とリード１０に接続される。
リード２、１０の上部や蛍光剤樹脂５は透明樹脂２０に
よって覆われる。それによって砲弾型の白色発光素子が
製作される。ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤは絶縁性のサファイヤ
基板を用いるから底面にｎ電極を設けることができず上
面２箇所にｎ電極、ｐ電極が形成されワイヤが２本必要
である。
ヤ８、９によってリード２とリード１０に接続される。
リード２、１０の上部や蛍光剤樹脂５は透明樹脂２０に
よって覆われる。それによって砲弾型の白色発光素子が
製作される。ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤは絶縁性のサファイヤ
基板を用いるから底面にｎ電極を設けることができず上
面２箇所にｎ電極、ｐ電極が形成されワイヤが２本必要
である。
【００１２】これはＩｎＧａＮ系青色ＬＥＤ４の周り
を、ＹＡＧ蛍光剤を分散させた樹脂層５で包囲し、蛍光
剤によって青色光Ｂの一部を黄色光Ｙに変換し、もとの
青色光Ｂと黄色光Ｙを合成することによって、白色Ｗ
（＝Ｂ＋Ｙ）を実現している。単一の発光素子で白色を
作ることができる。ここでＹＡＧ蛍光剤としてＣｅ賦活
されたものを使用している。ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの青色
光Ｂとして４６０ｎｍの光を使用する。ＹＡＧで変換さ
れた黄色光Ｙの中心波長は５７０ｎｍ程度である。つま
りＹＡＧは４６０ｎｍの青色光を吸収して５７０ｎｍ程
度にブロードなピークをもつ黄色光に変換するのであ
る。
を、ＹＡＧ蛍光剤を分散させた樹脂層５で包囲し、蛍光
剤によって青色光Ｂの一部を黄色光Ｙに変換し、もとの
青色光Ｂと黄色光Ｙを合成することによって、白色Ｗ
（＝Ｂ＋Ｙ）を実現している。単一の発光素子で白色を
作ることができる。ここでＹＡＧ蛍光剤としてＣｅ賦活
されたものを使用している。ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの青色
光Ｂとして４６０ｎｍの光を使用する。ＹＡＧで変換さ
れた黄色光Ｙの中心波長は５７０ｎｍ程度である。つま
りＹＡＧは４６０ｎｍの青色光を吸収して５７０ｎｍ程
度にブロードなピークをもつ黄色光に変換するのであ
る。
【００１３】発光素子のＩｎＧａＮ‐ＬＥＤは高輝度で
長寿命だから、この白色発光素子も長寿命という利点が
ある。しかしＹＡＧが不透明な材料なので青色光が強く
吸収されてしまい、しかも変換効率は良くない。これは
色温度７０００Ｋ程度の白色発光素子を実現している。
長寿命だから、この白色発光素子も長寿命という利点が
ある。しかしＹＡＧが不透明な材料なので青色光が強く
吸収されてしまい、しかも変換効率は良くない。これは
色温度７０００Ｋ程度の白色発光素子を実現している。
【００１４】（Ｂ）ＺｎＳｅ系白色発光素子（ＺｎＣｄ
Ｓｅ発光、ＺｎＳｅ基板蛍光剤；図２） これは青色光源としてＩｎＧａＮ‐ＬＥＤでなくＺｎＣ
ｄＳｅ‐ＬＥＤを使う。蛍光を利用するが独立した蛍光
剤を用いない。優れて巧妙な素子である。本出願人にな
る、
Ｓｅ発光、ＺｎＳｅ基板蛍光剤；図２） これは青色光源としてＩｎＧａＮ‐ＬＥＤでなくＺｎＣ
ｄＳｅ‐ＬＥＤを使う。蛍光を利用するが独立した蛍光
剤を用いない。優れて巧妙な素子である。本出願人にな
る、
【００１５】 特願平１０−３１６１６９号「白色Ｌ
ＥＤ」
ＥＤ」
【００１６】によって初めて提案されたものである。図
２に示すＬＥＤの構造を示す。ＧａＮ基板でなくＺｎＳ
ｅ基板２２を用いる。不純物ドープされたＺｎＳｅ基板
２２の上にＺｎＣｄＳｅエピタキシャル層よりなる発光
層を設ける。ＺｎＣｄＳｅは４８５ｎｍの青色を出す。
ＺｎＳｅ基板には、Ｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｌ、Ｂｒ
の何れかが発光中心としてドープしてある。不純物ドー
プＺｎＳｅ基板２２は青色の一部を吸収して５８５ｎｍ
に中心をもつブロードな黄色光を発生する。青色光Ｂと
黄色光Ｙが合成されて、白色Ｗを作り出す（Ｗ＝Ｂ＋
Ｙ）。
２に示すＬＥＤの構造を示す。ＧａＮ基板でなくＺｎＳ
ｅ基板２２を用いる。不純物ドープされたＺｎＳｅ基板
２２の上にＺｎＣｄＳｅエピタキシャル層よりなる発光
層を設ける。ＺｎＣｄＳｅは４８５ｎｍの青色を出す。
ＺｎＳｅ基板には、Ｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｌ、Ｂｒ
の何れかが発光中心としてドープしてある。不純物ドー
プＺｎＳｅ基板２２は青色の一部を吸収して５８５ｎｍ
に中心をもつブロードな黄色光を発生する。青色光Ｂと
黄色光Ｙが合成されて、白色Ｗを作り出す（Ｗ＝Ｂ＋
Ｙ）。
【００１７】実際には図２のＺｎＣｄＳｅ‐ＬＥＤもリ
ードに付け透明樹脂で囲んで図１の素子のように砲弾型
の発光素子にするのであるが、それは図示を略した。こ
れはｎ型ＺｎＳｅ基板に不純物ドープしてｎ型基板自体
を蛍光板として利用する。エピ層のＺｎＣｄＳｅは青色
を発し、ＺｎＳｅ基板は黄色の蛍光を発生する。両者が
合わさって白色Ｗとなる。
ードに付け透明樹脂で囲んで図１の素子のように砲弾型
の発光素子にするのであるが、それは図示を略した。こ
れはｎ型ＺｎＳｅ基板に不純物ドープしてｎ型基板自体
を蛍光板として利用する。エピ層のＺｎＣｄＳｅは青色
を発し、ＺｎＳｅ基板は黄色の蛍光を発生する。両者が
合わさって白色Ｗとなる。
【００１８】ＬＥＤであるから基板は必須である。基板
は発光層の物理的な保持機能の他に蛍光板としても機能
している。つまり基板を二重に有効利用する精緻な構造
となっている。ＹＡＧのような独立の蛍光剤が不要であ
る。それが大きい利点である。
は発光層の物理的な保持機能の他に蛍光板としても機能
している。つまり基板を二重に有効利用する精緻な構造
となっている。ＹＡＧのような独立の蛍光剤が不要であ
る。それが大きい利点である。
【００１９】不純物ドープＺｎＳｅの発光のことをＳＡ
発光（self activated）と呼ぶ。これは、４８５ｎｍの
青色光と中心波長５８５ｎｍの黄色光を使用し、１００
００Ｋ〜２５００Ｋの間の任意の色温度の白色を実現し
ている。ＺｎＳｅ基板を薄くするか不純物濃度を下げる
と蛍光が劣勢になりＺｎＣｄＳｅ発光層の青色光が有力
になる。色温度の高い白色が得られる。ＺｎＳｅ基板を
厚くするか不純物濃度を上げると蛍光が優越するから色
温度の低い白色が得られる。そのようにちょっとした工
夫でいろいろな色温度の白色を得ることができる。
発光（self activated）と呼ぶ。これは、４８５ｎｍの
青色光と中心波長５８５ｎｍの黄色光を使用し、１００
００Ｋ〜２５００Ｋの間の任意の色温度の白色を実現し
ている。ＺｎＳｅ基板を薄くするか不純物濃度を下げる
と蛍光が劣勢になりＺｎＣｄＳｅ発光層の青色光が有力
になる。色温度の高い白色が得られる。ＺｎＳｅ基板を
厚くするか不純物濃度を上げると蛍光が優越するから色
温度の低い白色が得られる。そのようにちょっとした工
夫でいろいろな色温度の白色を得ることができる。
【００２０】先述のようにバンドギャップの広い半導体
としてＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＧａＮの３つがある。ＳｉＣ
は間接遷移で効率が悪く初めから競争にならない。単結
晶基板を製造できるＺｎＳｅが一次有力であったが、現
在はサファイヤ基板上のＧａＮ、ＩｎＧａＮ薄膜による
ＩｎＧａＮ青色光が長寿命、高輝度、低コストの青色Ｌ
ＥＤとして勝利を納めている。ＩｎＧａＮ／サファイヤ
‐ＬＥＤはより波長の短い（エネルギーの高い）青色光
を発生できるし、長寿命であり高輝度である。
としてＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＧａＮの３つがある。ＳｉＣ
は間接遷移で効率が悪く初めから競争にならない。単結
晶基板を製造できるＺｎＳｅが一次有力であったが、現
在はサファイヤ基板上のＧａＮ、ＩｎＧａＮ薄膜による
ＩｎＧａＮ青色光が長寿命、高輝度、低コストの青色Ｌ
ＥＤとして勝利を納めている。ＩｎＧａＮ／サファイヤ
‐ＬＥＤはより波長の短い（エネルギーの高い）青色光
を発生できるし、長寿命であり高輝度である。
【００２１】ＺｎＳｅは寿命が短くエネルギーが低い
（波長が長い）ので青色光ＬＥＤとして遅れをとった
が、この白色発光素子Ｂでは基板自体を蛍光板とし特別
な蛍光剤を不要とし経済性に優れ低コストの白色発光素
子に成長する可能性がある。
（波長が長い）ので青色光ＬＥＤとして遅れをとった
が、この白色発光素子Ｂでは基板自体を蛍光板とし特別
な蛍光剤を不要とし経済性に優れ低コストの白色発光素
子に成長する可能性がある。
【００２２】（Ｃ）色度図（図３）
白色Ｗ＝青色Ｂ＋黄色Ｙという合成の法則はそれだけで
は厳密に理解しにくい。色度図によって説明しよう。図
３は色度図である。色度図というのは可視光源または物
体色について、三原色である赤、緑、青に対する人間の
目への刺激値を２次元のグラフに表現したものである。
光源についていえば光源光の内、人間の視覚が赤だと感
じる刺激値をｘ、緑だと感じる刺激値をｙ、青だと感じ
る刺激値をｚとする。分かりにくいが人間の視覚が基準
となっており光のエネルギー（Ｎｈν；Ｎは光子数、ν
は振動数）ではないということである。同じエネルギー
であっても緑の視感度は高く、青の視感度は低い。３つ
の変数があるのでは二次元表示できない。しかも色調を
考えるのだから総刺激量はどうでもよいことである。
は厳密に理解しにくい。色度図によって説明しよう。図
３は色度図である。色度図というのは可視光源または物
体色について、三原色である赤、緑、青に対する人間の
目への刺激値を２次元のグラフに表現したものである。
光源についていえば光源光の内、人間の視覚が赤だと感
じる刺激値をｘ、緑だと感じる刺激値をｙ、青だと感じ
る刺激値をｚとする。分かりにくいが人間の視覚が基準
となっており光のエネルギー（Ｎｈν；Ｎは光子数、ν
は振動数）ではないということである。同じエネルギー
であっても緑の視感度は高く、青の視感度は低い。３つ
の変数があるのでは二次元表示できない。しかも色調を
考えるのだから総刺激量はどうでもよいことである。
【００２３】そこで赤と緑を採用し、青を捨象した二次
元座標空間を想定する。規格化した赤ＸをＸ＝ｘ／（ｘ
＋ｙ＋ｚ）によって与え、規格化した緑をＹ＝ｙ／（ｘ
＋ｙ＋ｚ）によって与える。規格化赤を横軸に、規格化
緑を縦軸にして表示したものが色度図なのである。当然
にＸ＋Ｙ＜１でなければならない。どのような色もその
二次元座標上の一点によって表現される。単色（スペク
トルがδ関数になる）は斜め馬蹄形の曲線（実線で示
す；ａｂｃｄｅｆｇｈｉｊｋｍｎｐｑ）に載る。馬蹄形
曲線の右下の極限ａが赤の極限である。６２０、６１０
…というのは波長をｎｍで表現したものである。６２０
〜５３０ｎｍ（ａｂｃｄｅｆ）は直線に近いが、青成分
ｚが小さいので、その部分はＸ＋Ｙが１に近くてそのよ
うな直線状になる。
元座標空間を想定する。規格化した赤ＸをＸ＝ｘ／（ｘ
＋ｙ＋ｚ）によって与え、規格化した緑をＹ＝ｙ／（ｘ
＋ｙ＋ｚ）によって与える。規格化赤を横軸に、規格化
緑を縦軸にして表示したものが色度図なのである。当然
にＸ＋Ｙ＜１でなければならない。どのような色もその
二次元座標上の一点によって表現される。単色（スペク
トルがδ関数になる）は斜め馬蹄形の曲線（実線で示
す；ａｂｃｄｅｆｇｈｉｊｋｍｎｐｑ）に載る。馬蹄形
曲線の右下の極限ａが赤の極限である。６２０、６１０
…というのは波長をｎｍで表現したものである。６２０
〜５３０ｎｍ（ａｂｃｄｅｆ）は直線に近いが、青成分
ｚが小さいので、その部分はＸ＋Ｙが１に近くてそのよ
うな直線状になる。
【００２４】緑の５２０ｎｍ（ｇ）から曲線は下がり、
５１０、５０５、５００…と下がる（ｈｉ）が、これは
赤成分が殆どなく青成分と緑成分が強いのでＹ軸に沿う
ような形になる。５２０ｎｍからの低下分が青成分だと
いってよい。４９５ｎｍ（ｉ）からｘ成分も少し増える
が、それは赤成分が含まれてくるからである。赤と緑を
ｘ、ｙ座標に用いており青が捨象されている。それでは
青はどこへいったのか？それはＸ＋Ｙ＝１の斜線と座標
点の距離を２１／２倍したものとして実は色度図上に表
れている。
５１０、５０５、５００…と下がる（ｈｉ）が、これは
赤成分が殆どなく青成分と緑成分が強いのでＹ軸に沿う
ような形になる。５２０ｎｍからの低下分が青成分だと
いってよい。４９５ｎｍ（ｉ）からｘ成分も少し増える
が、それは赤成分が含まれてくるからである。赤と緑を
ｘ、ｙ座標に用いており青が捨象されている。それでは
青はどこへいったのか？それはＸ＋Ｙ＝１の斜線と座標
点の距離を２１／２倍したものとして実は色度図上に表
れている。
【００２５】馬蹄形曲線の終端ｎは紫である。紫と赤を
結ぶ直線ｎｐｑａは純紫曲線と呼ぶ。単色はこの曲線ａ
ｂｃｄｅｆｇｈｉｊｋｍｎｐｑ上にある。但し、純紫曲
線ｎｐｑａは必ずしも単色でなく説明困難である。この
部分は色彩論がなお成熟していないし、ここでは問題に
しない。
結ぶ直線ｎｐｑａは純紫曲線と呼ぶ。単色はこの曲線ａ
ｂｃｄｅｆｇｈｉｊｋｍｎｐｑ上にある。但し、純紫曲
線ｎｐｑａは必ずしも単色でなく説明困難である。この
部分は色彩論がなお成熟していないし、ここでは問題に
しない。
【００２６】複合した色は全てこの曲線の内部にある。
色彩が複雑に混合するとより内部の点によって表現され
るようになる。中央部の破線で囲んだ部分が白色領域Ｗ
である。色度図自体はもともと色成分を二次元表示する
ための工夫にすぎないが、先述の定義から青、赤、緑に
ついて線形性が保持されいるので、二つないし三つの色
の混合した色調が色度図上の混合操作に対応するという
極めて便利な性質がある。
色彩が複雑に混合するとより内部の点によって表現され
るようになる。中央部の破線で囲んだ部分が白色領域Ｗ
である。色度図自体はもともと色成分を二次元表示する
ための工夫にすぎないが、先述の定義から青、赤、緑に
ついて線形性が保持されいるので、二つないし三つの色
の混合した色調が色度図上の混合操作に対応するという
極めて便利な性質がある。
【００２７】ここで色温度について簡単に説明する。白
色といっても赤みがかったもの、黄色みがかったもの、
青みがかったものと様々である。白色の表現方法として
色度図の座標点で表現する方法もある。それはしかし直
観性を欠く。先述のように赤みがかった、青みがかかっ
たという色調による表現は分かりやすいが定量性を欠
く。人によって様々であるが色温度による表現もある。
本発明では白色を色温度によって表現するので、その定
義を述べよう。
色といっても赤みがかったもの、黄色みがかったもの、
青みがかったものと様々である。白色の表現方法として
色度図の座標点で表現する方法もある。それはしかし直
観性を欠く。先述のように赤みがかった、青みがかかっ
たという色調による表現は分かりやすいが定量性を欠
く。人によって様々であるが色温度による表現もある。
本発明では白色を色温度によって表現するので、その定
義を述べよう。
【００２８】振動数νの光はｈνのエネルギーを持つ。
光子はボソンであるから
光子はボソンであるから
【００２９】
【数１】
【００３０】というボーズ統計に従う。単位体積当たり
の光子のエネルギーの平均値Ｅｍ＝＜ｈν＞を求めた
い。波数空間の微小体積ｄｋｘｄｋｙｄｋｚ＝１につい
て一つの状態がある。振動数νはν＝ｃ／λ＝ｃｋ／２
πである。ｋ空間において球対称なのでｄｋｘｄｋｙｄ
ｋｚ＝４πｋ２ｄｋ＝３２π４ν３ｄν／ｃ３であるか
ら、確率分布は
の光子のエネルギーの平均値Ｅｍ＝＜ｈν＞を求めた
い。波数空間の微小体積ｄｋｘｄｋｙｄｋｚ＝１につい
て一つの状態がある。振動数νはν＝ｃ／λ＝ｃｋ／２
πである。ｋ空間において球対称なのでｄｋｘｄｋｙｄ
ｋｚ＝４πｋ２ｄｋ＝３２π４ν３ｄν／ｃ３であるか
ら、確率分布は
【００３１】
【数２】
【００３２】というように書くことができる。それが黒
体輻射の光子のエネルギー分布である。それにｈνを掛
けて積分すると、黒体輻射（白熱電球など）の分布とな
る。分母の絶対温度Ｔが色温度である。
体輻射の光子のエネルギー分布である。それにｈνを掛
けて積分すると、黒体輻射（白熱電球など）の分布とな
る。分母の絶対温度Ｔが色温度である。
【００３３】分布最大を示す振動数を、νｍａｘや平均
の振動数νｍとすると、それらはＴに比例する。νｍａ
ｘ／Ｔ＝ｃｏｎｓｔ１、νｍ／Ｔ＝ｃｏｎｓｔ２とな
る。平均値で言えばνｍ＝ｃｏｎｓｔ２×Ｔとなる。
の振動数νｍとすると、それらはＴに比例する。νｍａ
ｘ／Ｔ＝ｃｏｎｓｔ１、νｍ／Ｔ＝ｃｏｎｓｔ２とな
る。平均値で言えばνｍ＝ｃｏｎｓｔ２×Ｔとなる。
【００３４】黒体輻射でない場合、分布が式（１）では
ない。スペクトルをｇ（ν）として式（１）のｆ（ν）
に置き換えて、νの平均値を計算する。それをνｍと
し、それをｃｏｎｓｔ２で割ると色温度Ｔを計算でき
る。色温度がＴの白色というのは黒体輻射で分布関数の
温度がＴである場合のエネルギー分布と同じ平均値を与
えるという意味である。だから黒体輻射から離れたスペ
クトルの白色でも色温度を定義でき計算もできる。
ない。スペクトルをｇ（ν）として式（１）のｆ（ν）
に置き換えて、νの平均値を計算する。それをνｍと
し、それをｃｏｎｓｔ２で割ると色温度Ｔを計算でき
る。色温度がＴの白色というのは黒体輻射で分布関数の
温度がＴである場合のエネルギー分布と同じ平均値を与
えるという意味である。だから黒体輻射から離れたスペ
クトルの白色でも色温度を定義でき計算もできる。
【００３５】白色を評価するもう一つのパラメータは演
色性である。それは黒体輻射（３）からのズレを表した
ものである。黒体輻射は当然演色性が１００％で、白熱
電球がこれにあたる。本発明では演色性をあまり問題に
しないから演色性については述べない。
色性である。それは黒体輻射（３）からのズレを表した
ものである。黒体輻射は当然演色性が１００％で、白熱
電球がこれにあたる。本発明では演色性をあまり問題に
しないから演色性については述べない。
【００３６】先述の（Ａ）ＧａＮ系白色発光素子のＩｎ
ＧａＮ‐ＬＥＤは図３の色度図において、４６０ｎｍの
青色（ｍ点）を発生し、ＣｅドープＹＡＧ蛍光剤は青色
光を吸収して５６８ｎｍにピークのある黄色（ｄ点）を
発生する。だから（Ａ）ＧａＮ系白色発光素子（ＹＡＧ
＋ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ）は直線ｍｄ上の点に対応する複
合的な色を生成できる。直線ｍｄは白色領域Ｗの左端を
横切る。だから白色を作り出すことができる。先述の７
０００Ｋの白色というのはＷの内部のＸ＝０．３１、Ｙ
＝０．３２の点である。色温度がかなり高い白色になる
のはＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの発光する光が青色光といって
も波長が短かいからである。
ＧａＮ‐ＬＥＤは図３の色度図において、４６０ｎｍの
青色（ｍ点）を発生し、ＣｅドープＹＡＧ蛍光剤は青色
光を吸収して５６８ｎｍにピークのある黄色（ｄ点）を
発生する。だから（Ａ）ＧａＮ系白色発光素子（ＹＡＧ
＋ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ）は直線ｍｄ上の点に対応する複
合的な色を生成できる。直線ｍｄは白色領域Ｗの左端を
横切る。だから白色を作り出すことができる。先述の７
０００Ｋの白色というのはＷの内部のＸ＝０．３１、Ｙ
＝０．３２の点である。色温度がかなり高い白色になる
のはＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの発光する光が青色光といって
も波長が短かいからである。
【００３７】もう一つの（Ｂ）ＺｎＳｅ系白色発光素子
（ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ基板）は活性層のＺｎＣｄＳ
ｅが４８５ｎｍの青色光を発生し図３の色度図のｊ点に
対応する。不純物（Ａｌ、Ｉｎ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｇａ、
Ｉ）ドープＺｎＳｅの蛍光は５８５ｎｍ程度の黄色光の
蛍光を発生する。図３においてそれはｃ点にあたる。活
性層からの４８５ｎｍの青色光（ｊ点）と、ＺｎＳｅ基
板からの５８５ｎｍの黄色光（ｃ点）が合成されると直
線ｊｃ上の任意の色を作り出すことができる。好都合な
ことに、この直線ｊｃは白色領域Ｗを左から右まで横切
る。ということはＺｎＳｅ厚み、不純物濃度を変化させ
て様々の色温度の白色を作り出す事ができるということ
である。
（ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ基板）は活性層のＺｎＣｄＳ
ｅが４８５ｎｍの青色光を発生し図３の色度図のｊ点に
対応する。不純物（Ａｌ、Ｉｎ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｇａ、
Ｉ）ドープＺｎＳｅの蛍光は５８５ｎｍ程度の黄色光の
蛍光を発生する。図３においてそれはｃ点にあたる。活
性層からの４８５ｎｍの青色光（ｊ点）と、ＺｎＳｅ基
板からの５８５ｎｍの黄色光（ｃ点）が合成されると直
線ｊｃ上の任意の色を作り出すことができる。好都合な
ことに、この直線ｊｃは白色領域Ｗを左から右まで横切
る。ということはＺｎＳｅ厚み、不純物濃度を変化させ
て様々の色温度の白色を作り出す事ができるということ
である。
【００３８】ここで１００００Ｋ、８０００Ｋ、７００
０Ｋ、６０００Ｋ、５０００Ｋ、４０００Ｋ、３０００
Ｋ、２５００Ｋの色温度の白色の座標を点によって示し
た。そのようにＺｎＳｅ系白色発光素子は直線ｊｃの傾
きがゆるくて白色領域を長く横切る。そのおかげで多様
な色調（色温度）の白色を作ることができる。その点で
（Ａ）のＧａＮ系白色発光素子より便利である。
０Ｋ、６０００Ｋ、５０００Ｋ、４０００Ｋ、３０００
Ｋ、２５００Ｋの色温度の白色の座標を点によって示し
た。そのようにＺｎＳｅ系白色発光素子は直線ｊｃの傾
きがゆるくて白色領域を長く横切る。そのおかげで多様
な色調（色温度）の白色を作ることができる。その点で
（Ａ）のＧａＮ系白色発光素子より便利である。
【００３９】
【発明が解決しようとする課題】［１．ＺｎＳｅ系白色
発光素子の利点と欠点］ＺｎＳｅ系白色発光素子の色の
合成を色度図（図３）で見ると、ＺｎＣｄＳｅ‐ＬＥＤ
の青色光Ｂ（４８５ｎｍ、ｊ点）とＺｎＳｅ基板の黄色
光Ｙ（５８５ｎｍ、ｃ点）を結んだ直線ｊｃが、白色光
の軌跡（１００００Ｋ〜２５００Ｋ）と、ほぼ一致して
いる。ＺｎＳｅ基板厚みを変える、不純物濃度を変える
などして青色光Ｂと黄色光Ｙの割合を変えるだけで任意
の色温度（１００００Ｋ〜２５００Ｋ）の白色を得るこ
とができる。素子構造が小型、簡単であり電極も単純で
あるなどの利点はある。
発光素子の利点と欠点］ＺｎＳｅ系白色発光素子の色の
合成を色度図（図３）で見ると、ＺｎＣｄＳｅ‐ＬＥＤ
の青色光Ｂ（４８５ｎｍ、ｊ点）とＺｎＳｅ基板の黄色
光Ｙ（５８５ｎｍ、ｃ点）を結んだ直線ｊｃが、白色光
の軌跡（１００００Ｋ〜２５００Ｋ）と、ほぼ一致して
いる。ＺｎＳｅ基板厚みを変える、不純物濃度を変える
などして青色光Ｂと黄色光Ｙの割合を変えるだけで任意
の色温度（１００００Ｋ〜２５００Ｋ）の白色を得るこ
とができる。素子構造が小型、簡単であり電極も単純で
あるなどの利点はある。
【００４０】しかしながらＺｎＳｅ系ＬＥＤは劣化しや
すく寿命が短いことが欠点である。発光のため大電流を
流すので欠陥が増加して劣化が進行する。劣化すると発
光効率が低下する。やがて発光しなくなる。短命である
こと、それはＺｎＳｅ基板上の発光素子に共通の難点で
ある。
すく寿命が短いことが欠点である。発光のため大電流を
流すので欠陥が増加して劣化が進行する。劣化すると発
光効率が低下する。やがて発光しなくなる。短命である
こと、それはＺｎＳｅ基板上の発光素子に共通の難点で
ある。
【００４１】また青色光Ｂと黄色光Ｙを混ぜて白色Ｗを
合成する場合、必要な青色光Ｂと黄色光Ｙの比率が問題
である。エネルギーの高い４４５ｎｍ近辺の波長の青色
光を使用したとき必要な青色光の比率が最も小さくな
る。エネルギーのより低い４８５ｎｍ近辺（ｊ点）の青
色光を使用したとき、４４５ｎｍの青色光と比べて２倍
程度の青色光が必要となる（Ｂ：Ｙ＝２：１）。
合成する場合、必要な青色光Ｂと黄色光Ｙの比率が問題
である。エネルギーの高い４４５ｎｍ近辺の波長の青色
光を使用したとき必要な青色光の比率が最も小さくな
る。エネルギーのより低い４８５ｎｍ近辺（ｊ点）の青
色光を使用したとき、４４５ｎｍの青色光と比べて２倍
程度の青色光が必要となる（Ｂ：Ｙ＝２：１）。
【００４２】ここで青色光は黄色光と比べて視感度が低
いので青色光の比率が小さい方が発光効率が高くなる。
したがって、青色光をより多く必要とするＺｎＳｅ系の
白色発光素子は効率の点で不利である。
いので青色光の比率が小さい方が発光効率が高くなる。
したがって、青色光をより多く必要とするＺｎＳｅ系の
白色発光素子は効率の点で不利である。
【００４３】［２．ＧａＮ系白色発光素子の利点と欠
点］それに対して（Ａ）ＧａＮ系（ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ
＋ＹＡＧ）の白色発光素子では青色が４６０ｎｍ〜４４
５ｎｍでエネルギーが高く、必要なパワーの比はＢ：Ｙ
＝１：１であり、青色がＺｎＳｅ系に比べ半分で済む。
だから効率の点で有利である。ＧａＮ系の発光素子が長
寿命であるから、それを利用した白色発光素子も長寿命
である。そのような長所がある。
点］それに対して（Ａ）ＧａＮ系（ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ
＋ＹＡＧ）の白色発光素子では青色が４６０ｎｍ〜４４
５ｎｍでエネルギーが高く、必要なパワーの比はＢ：Ｙ
＝１：１であり、青色がＺｎＳｅ系に比べ半分で済む。
だから効率の点で有利である。ＧａＮ系の発光素子が長
寿命であるから、それを利用した白色発光素子も長寿命
である。そのような長所がある。
【００４４】しかし反面、欠点もある。ＹＡＧ＋ＩｎＧ
ａＮ‐ＬＥＤ白色発光素子は、図３から分かるように、
青色光ｍと黄色光ｄを結んだ直線ｍｄが白色の軌跡（１
００００Ｋ〜２５００Ｋ）に対して７０００Ｋで接する
ような勾配を持っているので、任意の色温度の白色を合
成することができない。７０００Ｋ付近より低い色温度
（６０００Ｋ、５０００Ｋ、２５００Ｋ等）の白色を合
成できない。
ａＮ‐ＬＥＤ白色発光素子は、図３から分かるように、
青色光ｍと黄色光ｄを結んだ直線ｍｄが白色の軌跡（１
００００Ｋ〜２５００Ｋ）に対して７０００Ｋで接する
ような勾配を持っているので、任意の色温度の白色を合
成することができない。７０００Ｋ付近より低い色温度
（６０００Ｋ、５０００Ｋ、２５００Ｋ等）の白色を合
成できない。
【００４５】一般に白色電球の色温度は３５００Ｋ近辺
の低い色温度である。ＩｎＧａＮ系白色発光素子は、白
色電球とは異なった色温度の白色しか実現できない。つ
まり照明用の白色発光素子としては使えない。液晶バッ
クライトに利用できる可能性はあるが色温度が高すぎる
という欠点がある。
の低い色温度である。ＩｎＧａＮ系白色発光素子は、白
色電球とは異なった色温度の白色しか実現できない。つ
まり照明用の白色発光素子としては使えない。液晶バッ
クライトに利用できる可能性はあるが色温度が高すぎる
という欠点がある。
【００４６】そのため優れた特性（寿命、効率）を有し
ているにもかかわらず、白色電球の代替が充分に進んで
いない。
ているにもかかわらず、白色電球の代替が充分に進んで
いない。
【００４７】色温度のより低い、具体的には６０００Ｋ
よりも低い色温度の白色を作り出せる小型の白色発光素
子を提供することが本発明の第１の目的である。長寿命
の白色発光素子を提供することが本発明の第２の目的で
ある。長寿命でなければ白熱球や蛍光灯を代替すること
ができない。
よりも低い色温度の白色を作り出せる小型の白色発光素
子を提供することが本発明の第１の目的である。長寿命
の白色発光素子を提供することが本発明の第２の目的で
ある。長寿命でなければ白熱球や蛍光灯を代替すること
ができない。
【００４８】
【課題を解決するための手段】１． 本発明は、ＩｎＧ
ａＮ‐ＬＥＤの上にＺｎＳＳｅ塊状蛍光板を積み重ねた
白色発光素子を提案する。波長の短い青色光を発光する
ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ発光の一部をＺｎＳＳｅ結晶からな
る塊状の蛍光板によって黄色光に変換し、青色光Ｂと黄
色光Ｙを混ぜ合わせる事によって白色Ｗ（Ｗ＝Ｂ＋Ｙ）
を合成する。
ａＮ‐ＬＥＤの上にＺｎＳＳｅ塊状蛍光板を積み重ねた
白色発光素子を提案する。波長の短い青色光を発光する
ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ発光の一部をＺｎＳＳｅ結晶からな
る塊状の蛍光板によって黄色光に変換し、青色光Ｂと黄
色光Ｙを混ぜ合わせる事によって白色Ｗ（Ｗ＝Ｂ＋Ｙ）
を合成する。
【００４９】２． ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤによって発生す
る青色光の波長を４１０ｎｍ〜４６０ｎｍにする。これ
は青色光でも短波長の方であり図３の色度図において左
下のｍｎの部分の発光に対応する。そのような短波長の
青色光はＺｎＳｅ系（ＺｎＣｄＳｅ活性層：４８５ｎ
ｍ；ｊ点）では作れない。それでＧａＮ系（ＩｎＧａＮ
活性層）のＬＥＤを用いる。ＩｎＧａＮ／サファイヤ‐
ＬＥＤは実績、寿命、コスト、信頼性の点でも使いやす
いものである。だから本発明は、ＬＥＤの点では先述の
従来技術（Ａ）ＹＡＧ＋ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤのものと共
通する。しかし蛍光材がＹＡＧでない。新規な物質を用
いる。
る青色光の波長を４１０ｎｍ〜４６０ｎｍにする。これ
は青色光でも短波長の方であり図３の色度図において左
下のｍｎの部分の発光に対応する。そのような短波長の
青色光はＺｎＳｅ系（ＺｎＣｄＳｅ活性層：４８５ｎ
ｍ；ｊ点）では作れない。それでＧａＮ系（ＩｎＧａＮ
活性層）のＬＥＤを用いる。ＩｎＧａＮ／サファイヤ‐
ＬＥＤは実績、寿命、コスト、信頼性の点でも使いやす
いものである。だから本発明は、ＬＥＤの点では先述の
従来技術（Ａ）ＹＡＧ＋ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤのものと共
通する。しかし蛍光材がＹＡＧでない。新規な物質を用
いる。
【００５０】３． 黄色光の波長を５７０ｎｍ〜５８０
ｎｍにする。これが本発明の新規な着想を波長によって
表現したものである。先述の従来技術（Ａ）ＹＡＧ＋Ｉ
ｎＧａＮ‐ＬＥＤは５６８ｎｍ（ｄ点）の蛍光を発生す
るＣｅドープＹＡＧを使っているから７０００Ｋの白色
しか合成できない。ｄ点は黄色光というよりは黄緑に近
い。本発明はもっと波長の長い赤に近い黄色光を発生さ
せる。色度図で５７０ｎｍ（ｖ点）と５８０ｎｍ（ｕ
点）の間の範囲のより赤に近い黄色を発生させる。その
ようにすると青色光の方では線分ｎｍの範囲で発光し、
黄色光の方では線分ｕｖの範囲で蛍光を発する。線分ｎ
ｍと線分ｕｖを結んだ直線が本発明の白色発光素子の発
光に対応する。線分ｎｍと線分ｕｖを結んだ直線（一点
鎖線）は、ＹＡＧに対応する線分ｍｄより深く白色領域
に入る。そのように直線の黄色側を少し下げたところに
本発明の工夫の一つがある。
ｎｍにする。これが本発明の新規な着想を波長によって
表現したものである。先述の従来技術（Ａ）ＹＡＧ＋Ｉ
ｎＧａＮ‐ＬＥＤは５６８ｎｍ（ｄ点）の蛍光を発生す
るＣｅドープＹＡＧを使っているから７０００Ｋの白色
しか合成できない。ｄ点は黄色光というよりは黄緑に近
い。本発明はもっと波長の長い赤に近い黄色光を発生さ
せる。色度図で５７０ｎｍ（ｖ点）と５８０ｎｍ（ｕ
点）の間の範囲のより赤に近い黄色を発生させる。その
ようにすると青色光の方では線分ｎｍの範囲で発光し、
黄色光の方では線分ｕｖの範囲で蛍光を発する。線分ｎ
ｍと線分ｕｖを結んだ直線が本発明の白色発光素子の発
光に対応する。線分ｎｍと線分ｕｖを結んだ直線（一点
鎖線）は、ＹＡＧに対応する線分ｍｄより深く白色領域
に入る。そのように直線の黄色側を少し下げたところに
本発明の工夫の一つがある。
【００５１】４． 黄色光側を少し下げる（赤色側へず
らす）ためにはＹＡＧ以外の新規な蛍光材が必要であ
る。本発明はＺｎＳｅとＺｎＳの混晶であるＺｎＳＳｅ
結晶を用いる。高純度のＺｎＳＳｅは蛍光を発しない。
発光中心となるドーパントが必要である。ドーパントは
Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉのいずれかである。
本発明で用いる蛍光材は、ＺｎＳＳｅ結晶中にＡｌ、Ｉ
ｎ、Ｇａ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉの少なくとも１元素以上の不
純物（ドーパント）が１×１０１７ｃｍ−３以上の濃度
含まれているものである。これ以下だと蛍光を充分に発
生しない。ドーパント濃度を変えたり、蛍光材の厚みを
変えることによって黄色光（ｕｖ）の比重を変更させる
ことができる。つまり色度図上の青色光・黄色光の線分
（ｍｎ〜ｕｖ）において色を示す点を線分に沿って上下
させることができる。ＹＡＧを使う従来例（Ａ；ｍｄ）
より線分が白色領域に深く進入しているから、いろいろ
な色温度の白色を合成できる。蛍光材厚みを増やす、ド
ーパント濃度を上げることによって黄色光（ｕｖ）の比
重を高め低い色温度の白色を作ることができる。
らす）ためにはＹＡＧ以外の新規な蛍光材が必要であ
る。本発明はＺｎＳｅとＺｎＳの混晶であるＺｎＳＳｅ
結晶を用いる。高純度のＺｎＳＳｅは蛍光を発しない。
発光中心となるドーパントが必要である。ドーパントは
Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉのいずれかである。
本発明で用いる蛍光材は、ＺｎＳＳｅ結晶中にＡｌ、Ｉ
ｎ、Ｇａ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉの少なくとも１元素以上の不
純物（ドーパント）が１×１０１７ｃｍ−３以上の濃度
含まれているものである。これ以下だと蛍光を充分に発
生しない。ドーパント濃度を変えたり、蛍光材の厚みを
変えることによって黄色光（ｕｖ）の比重を変更させる
ことができる。つまり色度図上の青色光・黄色光の線分
（ｍｎ〜ｕｖ）において色を示す点を線分に沿って上下
させることができる。ＹＡＧを使う従来例（Ａ；ｍｄ）
より線分が白色領域に深く進入しているから、いろいろ
な色温度の白色を合成できる。蛍光材厚みを増やす、ド
ーパント濃度を上げることによって黄色光（ｕｖ）の比
重を高め低い色温度の白色を作ることができる。
【００５２】ドーパントとしてＡｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃ
ｌ、Ｂｒ、Ｉの何れかを使うのはＺｎＳｅ基板を蛍光板
として使う従来例（Ｂ）と同じである。しかし本発明は
ＺｎＳｅではなく、ＺｎＳＳｅを蛍光板とする。さらに
ＬＥＤがＺｎＣｄＳｅでなくＩｎＧａＮである。
ｌ、Ｂｒ、Ｉの何れかを使うのはＺｎＳｅ基板を蛍光板
として使う従来例（Ｂ）と同じである。しかし本発明は
ＺｎＳｅではなく、ＺｎＳＳｅを蛍光板とする。さらに
ＬＥＤがＺｎＣｄＳｅでなくＩｎＧａＮである。
【００５３】５． ＺｎＳｅはバンドギャップが狭く、
ＺｎＳはバンドギャップが広いので、混晶比ｘによって
その中間のバンドギャップのものを作ることができる。
本発明の蛍光材の材料は、ＺｎＳＳｅ結晶中のＺｎＳの
組成比をｘ、ＺｎＳｅの組成比を（１−ｘ）とし、ｘを
０．１〜０．４にする。正しくは混晶比を入れてＺｎＳ
ｘＳｅ１−ｘ（０．１≦ｘ≦０．４）と書けばよいので
あるが簡単のため混晶比ｘを略している。ｘ＝０ならＺ
ｎＳｅが蛍光板となり従来例（Ｂ）の蛍光板と同一にな
る。しかし、それを蛍光板とすると、青色ｋｎと黄色ｃ
を結ぶ線分（ｋｎ〜ｃ）の色しかできないことになり白
色領域Ｗの下側へずれてしまう。広い範囲の任意の色温
度の白色を作る事ができない。だからＺｎＳｅ（ｘ＝
０）は否定されるのである。
ＺｎＳはバンドギャップが広いので、混晶比ｘによって
その中間のバンドギャップのものを作ることができる。
本発明の蛍光材の材料は、ＺｎＳＳｅ結晶中のＺｎＳの
組成比をｘ、ＺｎＳｅの組成比を（１−ｘ）とし、ｘを
０．１〜０．４にする。正しくは混晶比を入れてＺｎＳ
ｘＳｅ１−ｘ（０．１≦ｘ≦０．４）と書けばよいので
あるが簡単のため混晶比ｘを略している。ｘ＝０ならＺ
ｎＳｅが蛍光板となり従来例（Ｂ）の蛍光板と同一にな
る。しかし、それを蛍光板とすると、青色ｋｎと黄色ｃ
を結ぶ線分（ｋｎ〜ｃ）の色しかできないことになり白
色領域Ｗの下側へずれてしまう。広い範囲の任意の色温
度の白色を作る事ができない。だからＺｎＳｅ（ｘ＝
０）は否定されるのである。
【００５４】かといって全部をＺｎＳ（ｘ＝１）にする
と蛍光波長が短すぎて従来例（Ａ）ＹＡＧ＋ＩｎＧａＮ
‐ＬＥＤと同様に高い色温度の白色しかできないように
なる。それで本発明は混晶比をｘ＝０．１〜０．４とす
る。蛍光の波長はバンドギャップそのものではない。そ
の関係は後で述べる。
と蛍光波長が短すぎて従来例（Ａ）ＹＡＧ＋ＩｎＧａＮ
‐ＬＥＤと同様に高い色温度の白色しかできないように
なる。それで本発明は混晶比をｘ＝０．１〜０．４とす
る。蛍光の波長はバンドギャップそのものではない。そ
の関係は後で述べる。
【００５５】６． 先述のようにＺｎＳＳｅは塊状のも
のを用いる。これが本発明の重要な工夫である。粉末状
ではいけない。さらに言えば蛍光板を構成するＺｎＳＳ
ｅ結晶の平均粒径を蛍光板の厚みより大きくするのが望
ましい。従来例（Ａ）のＹＡＧはＹＡＧ（yttrium alum
inum garnet）の粉末を透明な樹脂に分散したものを蛍
光剤として利用している。そもそも蛍光板というのは蛍
光を発する材料の微粉末を透明のガラス、樹脂に分散さ
せたものが多い。粉末ではなく塊にすると光は内部へ入
らないのだから内部の蛍光剤は無駄である。できるだけ
光が当たり易く変換効率が良くなるように蛍光剤は微粉
末とし透明樹脂、ガラスに分散する。透明樹脂に光が通
り蛍光粉末に光が当たり易く、蛍光物質濃度の調整が容
易であるし、任意の形状に賦形（造形）できるからであ
る。
のを用いる。これが本発明の重要な工夫である。粉末状
ではいけない。さらに言えば蛍光板を構成するＺｎＳＳ
ｅ結晶の平均粒径を蛍光板の厚みより大きくするのが望
ましい。従来例（Ａ）のＹＡＧはＹＡＧ（yttrium alum
inum garnet）の粉末を透明な樹脂に分散したものを蛍
光剤として利用している。そもそも蛍光板というのは蛍
光を発する材料の微粉末を透明のガラス、樹脂に分散さ
せたものが多い。粉末ではなく塊にすると光は内部へ入
らないのだから内部の蛍光剤は無駄である。できるだけ
光が当たり易く変換効率が良くなるように蛍光剤は微粉
末とし透明樹脂、ガラスに分散する。透明樹脂に光が通
り蛍光粉末に光が当たり易く、蛍光物質濃度の調整が容
易であるし、任意の形状に賦形（造形）できるからであ
る。
【００５６】しかし前記の不純物をドープしたＺｎＳＳ
ｅ多結晶の微粉末を樹脂に分散させるとＹＡＧなどにな
い不都合があるということが分かった。ＺｎＳＳｅは吸
水性がある。粉末にして樹脂に分散すると樹脂に水が進
入し粉末ＺｎＳＳｅが水を吸って劣化しやすい。そのよ
うな難点を克服しなければ蛍光剤として利用できない。
そこで従来の蛍光剤と違って粉末ではなく、塊状の多結
晶、単結晶のＺｎＳＳｅを使うことにする。ここが本発
明において重要である。塊状にすると表面積が狭いので
水が入りにくく入っても表面の近くに留まる。吸水によ
る劣化も表面近傍に限定される。そのような訳で塊のＺ
ｎＳＳｅを用いる。
ｅ多結晶の微粉末を樹脂に分散させるとＹＡＧなどにな
い不都合があるということが分かった。ＺｎＳＳｅは吸
水性がある。粉末にして樹脂に分散すると樹脂に水が進
入し粉末ＺｎＳＳｅが水を吸って劣化しやすい。そのよ
うな難点を克服しなければ蛍光剤として利用できない。
そこで従来の蛍光剤と違って粉末ではなく、塊状の多結
晶、単結晶のＺｎＳＳｅを使うことにする。ここが本発
明において重要である。塊状にすると表面積が狭いので
水が入りにくく入っても表面の近くに留まる。吸水によ
る劣化も表面近傍に限定される。そのような訳で塊のＺ
ｎＳＳｅを用いる。
【００５７】多結晶の場合でも粒径が大きい方が良い。
それは粒界に水が進入しやすいということもあるが、そ
れだけではない。粒界で光が乱反射され吸収されること
があり光学的な損失の原因になる。それで粒界が大きい
方が良いのである。多結晶の平均粒径が蛍光板の厚み以
上のものがより適している。この場合どの粒塊（grai
n）も厚み方向には単結晶を保ち、平均粒径は蛍光板の
面方向において定義される。
それは粒界に水が進入しやすいということもあるが、そ
れだけではない。粒界で光が乱反射され吸収されること
があり光学的な損失の原因になる。それで粒界が大きい
方が良いのである。多結晶の平均粒径が蛍光板の厚み以
上のものがより適している。この場合どの粒塊（grai
n）も厚み方向には単結晶を保ち、平均粒径は蛍光板の
面方向において定義される。
【００５８】７． より好ましくはＺｎＳＳｅ蛍光板を
単結晶ＺｎＳＳｅによって構成する。多結晶の粒界（bo
undary）は光学的な損失の原因となるから粒界はない方
が良い。粒界がない理想的なものと言えば単結晶であ
る。だから不純物ドープＺｎＳＳｅ単結晶が本発明の蛍
光板として最適である。そうはいうもののＺｎＳＳｅ単
結晶は簡単に作れない。化学輸送法で作ることができる
が時間がかかり高コストである。コストを下げるという
点では塊状の多結晶のＺｎＳＳｅを用いることになろ
う。
単結晶ＺｎＳＳｅによって構成する。多結晶の粒界（bo
undary）は光学的な損失の原因となるから粒界はない方
が良い。粒界がない理想的なものと言えば単結晶であ
る。だから不純物ドープＺｎＳＳｅ単結晶が本発明の蛍
光板として最適である。そうはいうもののＺｎＳＳｅ単
結晶は簡単に作れない。化学輸送法で作ることができる
が時間がかかり高コストである。コストを下げるという
点では塊状の多結晶のＺｎＳＳｅを用いることになろ
う。
【００５９】８． 青色光発光ＬＥＤとして発光波長４
１０ｎｍ〜４６０ｎｍのＩｎＧａＮ系ＬＥＤを用いる。
これは既に述べているが色度図において青色光の発光領
域をｍｎにし黄色光と青色光を結ぶ線分が白色領域Ｗを
深く横切るようにするためである。それによって７００
０Ｋより低い色温度の白色を得る。
１０ｎｍ〜４６０ｎｍのＩｎＧａＮ系ＬＥＤを用いる。
これは既に述べているが色度図において青色光の発光領
域をｍｎにし黄色光と青色光を結ぶ線分が白色領域Ｗを
深く横切るようにするためである。それによって７００
０Ｋより低い色温度の白色を得る。
【００６０】９． ＺｎＳＳｅ結晶中のＺｎＳの組成比
をｘ、ＺｎＳｅの組成比を（１−ｘ）とし、青色光発光
ＬＥＤの発光波長をλＬＥＤとしたとき、λＬＥＤ≧１
２３９／（２．６５＋１．６３ｘ−０．６３ｘ２）ｎｍ
とするのが望ましい。ＺｎＳｅのバンドギャップは２．
７ｅＶで吸収端波長が４６０ｎｍである。ＺｎＳのバン
ドギャップは．３．７ｅＶで吸収端波長は３３５ｎｍで
ある。発光波長λＬＥＤの式の中は２．６５となってお
り、バンドギャップは２．７となっている。混晶ＺｎＳ
ｘＳｅ１−ｘのバンドギャップは近似的にＥｇ＝２．７
＋１．６３ｘ−０．６３ｘ２によって与えられる。バン
ドギャップで１２３９（＝ｈｃ）を割ると吸収端波長を
ｎｍ単位で表現したものになる。つまり上の式は本発明
で使う蛍光材の混晶ＺｎＳＳｅのバンドギャップより低
いエネルギーを持つ（長波長の）青色光で蛍光材を励起
するのが良いと言っているのである。それは色度図上で
ｍｎ〜ｕｖが白色領域Ｗを縦断するというのとは全く別
の話しである。少し複雑であるが、この条件はＩｎＧａ
Ｎ‐ＬＥＤの青色光がＺｎＳＳｅ蛍光材の表面で吸収さ
れず内部にまで到達して内部で吸収されて蛍光を発生す
るという条件である。半導体はバンドギャップより高い
エネルギー（短波長）の光をすぐに吸収してしまう。塊
状としたといっても蛍光材の表面は吸水の為劣化してい
る可能性がある。だから表面を使いたくない。内部まで
青色光が到達して内部でドーパントを励起して発光する
ようにしたいものである。そのため吸収されにくいＺｎ
ＳＳｅのバンドギャップよりも低いエネルギーの青色光
を用いるということである。
をｘ、ＺｎＳｅの組成比を（１−ｘ）とし、青色光発光
ＬＥＤの発光波長をλＬＥＤとしたとき、λＬＥＤ≧１
２３９／（２．６５＋１．６３ｘ−０．６３ｘ２）ｎｍ
とするのが望ましい。ＺｎＳｅのバンドギャップは２．
７ｅＶで吸収端波長が４６０ｎｍである。ＺｎＳのバン
ドギャップは．３．７ｅＶで吸収端波長は３３５ｎｍで
ある。発光波長λＬＥＤの式の中は２．６５となってお
り、バンドギャップは２．７となっている。混晶ＺｎＳ
ｘＳｅ１−ｘのバンドギャップは近似的にＥｇ＝２．７
＋１．６３ｘ−０．６３ｘ２によって与えられる。バン
ドギャップで１２３９（＝ｈｃ）を割ると吸収端波長を
ｎｍ単位で表現したものになる。つまり上の式は本発明
で使う蛍光材の混晶ＺｎＳＳｅのバンドギャップより低
いエネルギーを持つ（長波長の）青色光で蛍光材を励起
するのが良いと言っているのである。それは色度図上で
ｍｎ〜ｕｖが白色領域Ｗを縦断するというのとは全く別
の話しである。少し複雑であるが、この条件はＩｎＧａ
Ｎ‐ＬＥＤの青色光がＺｎＳＳｅ蛍光材の表面で吸収さ
れず内部にまで到達して内部で吸収されて蛍光を発生す
るという条件である。半導体はバンドギャップより高い
エネルギー（短波長）の光をすぐに吸収してしまう。塊
状としたといっても蛍光材の表面は吸水の為劣化してい
る可能性がある。だから表面を使いたくない。内部まで
青色光が到達して内部でドーパントを励起して発光する
ようにしたいものである。そのため吸収されにくいＺｎ
ＳＳｅのバンドギャップよりも低いエネルギーの青色光
を用いるということである。
【００６１】１０． Ｚｎ雰囲気で熱処理を施したＺｎ
ＳＳｅ結晶を蛍光板として使用するのが良い。熱処理に
よって欠陥が減少し散乱や非蛍光吸収が減少するからで
ある。
ＳＳｅ結晶を蛍光板として使用するのが良い。熱処理に
よって欠陥が減少し散乱や非蛍光吸収が減少するからで
ある。
【００６２】
【発明の実施の形態】７０００Ｋより低い色温度の白色
を発生させたいという上記の課題を解決するためには、
発光波長４４５ｎｍ（ｍｎ間点）近辺のＬＥＤから放出
された青色光の一部を、中心波長５７５ｎｍ（ｕｖの中
点）近辺の光に変換する蛍光材が存在すればよいことに
なる。
を発生させたいという上記の課題を解決するためには、
発光波長４４５ｎｍ（ｍｎ間点）近辺のＬＥＤから放出
された青色光の一部を、中心波長５７５ｎｍ（ｕｖの中
点）近辺の光に変換する蛍光材が存在すればよいことに
なる。
【００６３】４４５ｎｍを出すＩｎＧａＮ‐ＬＥＤは存
在し市販されており入手可能である。蛍光材が問題であ
る。５７５ｎｍの波長を出す蛍光材が必要である。従来
例（Ａ）のＣｅ‐ＹＡＧの蛍光は中心波長が５６８ｎｍ
（ｄ点）である。それは短すぎる。従来例（Ｂ）で述べ
たように、ＺｎＳｅ結晶に３族元素や７族元素（Ａｌ、
Ｉｎ、Ｇａ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｉ）を混入させた場合の発光
波長は５８５ｎｍ（ｃ点）近辺である。これは長すぎ
る。ｄ点とｃ点の中間のｕ〜ｖの波長の蛍光が欲しい。
在し市販されており入手可能である。蛍光材が問題であ
る。５７５ｎｍの波長を出す蛍光材が必要である。従来
例（Ａ）のＣｅ‐ＹＡＧの蛍光は中心波長が５６８ｎｍ
（ｄ点）である。それは短すぎる。従来例（Ｂ）で述べ
たように、ＺｎＳｅ結晶に３族元素や７族元素（Ａｌ、
Ｉｎ、Ｇａ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｉ）を混入させた場合の発光
波長は５８５ｎｍ（ｃ点）近辺である。これは長すぎ
る。ｄ点とｃ点の中間のｕ〜ｖの波長の蛍光が欲しい。
【００６４】Ｃｅ‐ＹＡＧのような通常の蛍光剤はＣｅ
などのドーパント濃度しかパラメータがないので蛍光の
中心波長を変えることができない。Ｃｅ濃度を増やすと
線分ｍｄ上で色座標がｄ点に近付くだけでありｄ点自体
を動かすことはできない。それはＹＡＧのマトリックス
の中で、Ｃｅ自体が孤立した色中心として働いているか
らである。
などのドーパント濃度しかパラメータがないので蛍光の
中心波長を変えることができない。Ｃｅ濃度を増やすと
線分ｍｄ上で色座標がｄ点に近付くだけでありｄ点自体
を動かすことはできない。それはＹＡＧのマトリックス
の中で、Ｃｅ自体が孤立した色中心として働いているか
らである。
【００６５】しかしＺｎＳｅとＺｎＳの混晶であるＺｎ
ＳｘＳｅ１−ｘ結晶ではドーパント（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇ
ａ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｉ）の他に混晶比ｘが自由に選べるパ
ラメータとして存在する。ｘ＝０のＺｎＳｅはバンドギ
ャップＥｇＺｎＳｅ＝２．７ｅＶ、ｘ＝１のＺｎＳはバ
ンドギャップがＥｇＺｎＳ＝３．７ｅＶである。つまり
１ｅＶ程度大きい。ｘによってバンドギャップは変化す
る。ＺｎＳＳｅの蛍光はドナー・アクセプタ遷移による
らしいということが分かってきた。３族、７族ドーパン
トを入れることによって比較的深いドナー、アクセプタ
の両方が生成される。そのドナー・アクセプタ遷移によ
って蛍光が出る。だから蛍光中心波長Λｑはバンドギャ
ップ波長λｇ（＝ｈｃ／Ｅｇ）よりかなり長いものとな
る。
ＳｘＳｅ１−ｘ結晶ではドーパント（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇ
ａ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｉ）の他に混晶比ｘが自由に選べるパ
ラメータとして存在する。ｘ＝０のＺｎＳｅはバンドギ
ャップＥｇＺｎＳｅ＝２．７ｅＶ、ｘ＝１のＺｎＳはバ
ンドギャップがＥｇＺｎＳ＝３．７ｅＶである。つまり
１ｅＶ程度大きい。ｘによってバンドギャップは変化す
る。ＺｎＳＳｅの蛍光はドナー・アクセプタ遷移による
らしいということが分かってきた。３族、７族ドーパン
トを入れることによって比較的深いドナー、アクセプタ
の両方が生成される。そのドナー・アクセプタ遷移によ
って蛍光が出る。だから蛍光中心波長Λｑはバンドギャ
ップ波長λｇ（＝ｈｃ／Ｅｇ）よりかなり長いものとな
る。
【００６６】すると、バンドギャップＥｇを変えるとド
ナー・アクセプタ遷移による蛍光の波長Λｑも変化させ
ることができるということである。蛍光中心波長Λｑが
バンドギャップＥｇによるということがＺｎＳＳｅの便
利な点である。これは受動的な蛍光の話しでＺｎＳｅを
能動的なＬＥＤとする場合の話ではない。複雑であるが
両者を混同してはいけない。
ナー・アクセプタ遷移による蛍光の波長Λｑも変化させ
ることができるということである。蛍光中心波長Λｑが
バンドギャップＥｇによるということがＺｎＳＳｅの便
利な点である。これは受動的な蛍光の話しでＺｎＳｅを
能動的なＬＥＤとする場合の話ではない。複雑であるが
両者を混同してはいけない。
【００６７】不純物ドープＺｎＳｅの蛍光中心波長Λｑ
ＺｎＳｅ＝５８５ｎｍであり、所望の蛍光中心波長が５
８０ｎｍ〜５７０ｎｍ（ｕ〜ｖ間）であるから１０ｎｍ
ほど短くすれば良いだけである。ＺｎＳを蛍光材とした
場合の蛍光波長は４７０ｎｍ近辺である。ＺｎＳＳｅバ
ンドギャップと蛍光波長はｘによって連続的に変化する
であろう。だとすれば、所望の蛍光波長５７０ｎｍ〜５
８０ｎｍはｘを適当に選んだ混晶ＺｎＳｘＳｅ１−ｘに
よって得られる筈である。
ＺｎＳｅ＝５８５ｎｍであり、所望の蛍光中心波長が５
８０ｎｍ〜５７０ｎｍ（ｕ〜ｖ間）であるから１０ｎｍ
ほど短くすれば良いだけである。ＺｎＳを蛍光材とした
場合の蛍光波長は４７０ｎｍ近辺である。ＺｎＳＳｅバ
ンドギャップと蛍光波長はｘによって連続的に変化する
であろう。だとすれば、所望の蛍光波長５７０ｎｍ〜５
８０ｎｍはｘを適当に選んだ混晶ＺｎＳｘＳｅ１−ｘに
よって得られる筈である。
【００６８】そこでＺｎＳの組成比ｘを適当に選び、そ
のＺｎＳｘＳｅ１−ｘ結晶に３族元素や７族元素を混入
させると５７５ｎｍ近辺での蛍光を得ることは可能であ
る筈である。好適なｘの値については後に述べる。
のＺｎＳｘＳｅ１−ｘ結晶に３族元素や７族元素を混入
させると５７５ｎｍ近辺での蛍光を得ることは可能であ
る筈である。好適なｘの値については後に述べる。
【００６９】ここで混入密度が小さいと充分な発光を得
ることができない。１×１０１７ｃｍ−３程度以上の不
純物（ドーパント）の混入（ドーピング）が必要であ
る。これ以上の濃度であって濃度を増やすと黄色光の比
重を高め、濃度を減らすと青色光の比重を高めることが
できる。蛍光材の厚みを変化させることによっても、そ
のようなことは可能である。
ることができない。１×１０１７ｃｍ−３程度以上の不
純物（ドーパント）の混入（ドーピング）が必要であ
る。これ以上の濃度であって濃度を増やすと黄色光の比
重を高め、濃度を減らすと青色光の比重を高めることが
できる。蛍光材の厚みを変化させることによっても、そ
のようなことは可能である。
【００７０】ただしＺｎＳｅ系やＺｎＳＳｅ系やＺｎＳ
系の蛍光材料は耐水性に欠けるという問題がある。経年
変化によって水を吸収し劣化する。そのためもあってＺ
ｎＳＳｅ系の材料を蛍光剤としてＩｎＧａＮ系ＬＥＤと
組み合わせた白色発光素子は実用化されていなかった。
ＹＡＧなど通常の蛍光剤は粉末を透明樹脂、透明ガラス
に分散して使う。微粉末ＺｎＳＳｅは直ちに吸水し、た
ちまち劣化し使用できなくなる。吸水劣化の問題を克服
しなければならない。
系の蛍光材料は耐水性に欠けるという問題がある。経年
変化によって水を吸収し劣化する。そのためもあってＺ
ｎＳＳｅ系の材料を蛍光剤としてＩｎＧａＮ系ＬＥＤと
組み合わせた白色発光素子は実用化されていなかった。
ＹＡＧなど通常の蛍光剤は粉末を透明樹脂、透明ガラス
に分散して使う。微粉末ＺｎＳＳｅは直ちに吸水し、た
ちまち劣化し使用できなくなる。吸水劣化の問題を克服
しなければならない。
【００７１】ここで耐水性の問題であるが、蛍光剤の表
面積が相対的に大きい場合に問題となる。耐水性を高め
るためには表面積を極力狭くするのが効果的である。半
径ｒの球の表面積は４πｒ２であり、体積は４πｒ３／
３である。表面積／体積の比は３／ｒである。その比を
下げようと思えば半径ｒを大きくすれば良いのである。
面積が相対的に大きい場合に問題となる。耐水性を高め
るためには表面積を極力狭くするのが効果的である。半
径ｒの球の表面積は４πｒ２であり、体積は４πｒ３／
３である。表面積／体積の比は３／ｒである。その比を
下げようと思えば半径ｒを大きくすれば良いのである。
【００７２】そのためには粉末状のＺｎＳＳｅを使用す
るより、大きい塊状の単結晶もしくは多結晶ＺｎＳＳｅ
の蛍光板を使用すれば良い。塊状の蛍光材というのは自
己矛盾のようで聞き慣れないが、ＺｎＳＳｅは塊状にす
れば蛍光材として利用できよう。そうすれば、蛍光材体
積に対する表面積の割合が非常に小さくなるので、耐水
性が格段に向上する筈である。
るより、大きい塊状の単結晶もしくは多結晶ＺｎＳＳｅ
の蛍光板を使用すれば良い。塊状の蛍光材というのは自
己矛盾のようで聞き慣れないが、ＺｎＳＳｅは塊状にす
れば蛍光材として利用できよう。そうすれば、蛍光材体
積に対する表面積の割合が非常に小さくなるので、耐水
性が格段に向上する筈である。
【００７３】通常、粉末だから「蛍光剤」と書くのであ
る。本発明では微粉末でない塊状のＺｎＳＳｅを使うか
ら「蛍光材」または「蛍光板」と書くことにしよう。
る。本発明では微粉末でない塊状のＺｎＳＳｅを使うか
ら「蛍光材」または「蛍光板」と書くことにしよう。
【００７４】ただし、仮に上記のような蛍光板を使用し
ても蛍光板表面近傍で青色光が全て吸収され、蛍光板内
部に青色光が進入することなく、蛍光板の表面のみが蛍
光を発生するような場合は、表面の影響が強く出るの
で、やはり耐水性の問題が顕在化する。それにＬＥＤ光
が蛍光板表面で殆ど吸収されるならば内部の蛍光材は無
駄になり非効率である。そもそも通常の蛍光体で蛍光剤
を粉末とし樹脂に分散するのは全ての蛍光剤に光が当た
るようにするための工夫であった。本発明では塊状の蛍
光板としているのだから、光が表面に留まらず内部まで
入るようにすることが必要である。それが通常の蛍光剤
と多いに事情の異なるところである。内部までＬＥＤ光
を入れるにはどうすれば良いのか？
ても蛍光板表面近傍で青色光が全て吸収され、蛍光板内
部に青色光が進入することなく、蛍光板の表面のみが蛍
光を発生するような場合は、表面の影響が強く出るの
で、やはり耐水性の問題が顕在化する。それにＬＥＤ光
が蛍光板表面で殆ど吸収されるならば内部の蛍光材は無
駄になり非効率である。そもそも通常の蛍光体で蛍光剤
を粉末とし樹脂に分散するのは全ての蛍光剤に光が当た
るようにするための工夫であった。本発明では塊状の蛍
光板としているのだから、光が表面に留まらず内部まで
入るようにすることが必要である。それが通常の蛍光剤
と多いに事情の異なるところである。内部までＬＥＤ光
を入れるにはどうすれば良いのか？
【００７５】ＬＥＤの青色光に対し、ＺｎＳＳｅが殆ど
透明であれば良いのである。通常の蛍光剤は不透明でそ
んなことはないが本発明では塊状の蛍光板を使うからＬ
ＥＤ光に対し透明のものを用いる。では透明にするには
どうすれば良いか？本発明者は、蛍光板を構成するＺｎ
ＳＳｅ結晶の禁制帯幅（バンドギャップ；Ｅｇ）より小
さなエネルギーを持った青色光を使用すれば良い、とい
うことに気付いた。
透明であれば良いのである。通常の蛍光剤は不透明でそ
んなことはないが本発明では塊状の蛍光板を使うからＬ
ＥＤ光に対し透明のものを用いる。では透明にするには
どうすれば良いか？本発明者は、蛍光板を構成するＺｎ
ＳＳｅ結晶の禁制帯幅（バンドギャップ；Ｅｇ）より小
さなエネルギーを持った青色光を使用すれば良い、とい
うことに気付いた。
【００７６】幸運なことにＺｎＳはバンドギャップが広
くて、ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの出すＬＥＤ光のエネルギー
よりも高い。ＺｎＳｅのバンドギャップはＩｎＧａＮ‐
ＬＥＤの光のエネルギーより低い。適当な混晶比ｘで、
ＩｎＧａＮ青色発光素子の発光波長λＬＥＤに対応する
エネルギーに等しいバンドギャップＥｇをもつＺｎＳＳ
ｅが存在する。その臨界混晶比より大きい混晶比ｘをも
つＺｎＳＳｅを蛍光材とすれば、バンドギャップが広く
なりＬＥＤ光に対し透明になる。ＬＥＤ光は蛍光板の内
部まで浸透できるはずである。塊状の蛍光材をＬＥＤ光
に対し透明にするという課題はそれによって鮮やかに解
決される。
くて、ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの出すＬＥＤ光のエネルギー
よりも高い。ＺｎＳｅのバンドギャップはＩｎＧａＮ‐
ＬＥＤの光のエネルギーより低い。適当な混晶比ｘで、
ＩｎＧａＮ青色発光素子の発光波長λＬＥＤに対応する
エネルギーに等しいバンドギャップＥｇをもつＺｎＳＳ
ｅが存在する。その臨界混晶比より大きい混晶比ｘをも
つＺｎＳＳｅを蛍光材とすれば、バンドギャップが広く
なりＬＥＤ光に対し透明になる。ＬＥＤ光は蛍光板の内
部まで浸透できるはずである。塊状の蛍光材をＬＥＤ光
に対し透明にするという課題はそれによって鮮やかに解
決される。
【００７７】そうすれば、青色光に対する蛍光板の吸収
係数が小さくなり、蛍光板内部にまで青色光が進入し、
蛍光板全体で青色光が発光することになる。劣化した表
面の影響が小さくなるし、内部の蛍光材も有効に利用で
きる。
係数が小さくなり、蛍光板内部にまで青色光が進入し、
蛍光板全体で青色光が発光することになる。劣化した表
面の影響が小さくなるし、内部の蛍光材も有効に利用で
きる。
【００７８】反対に青色光ＬＥＤの発光波長λＬＥＤが
ＺｎＳＳｅ混晶蛍光材のバンドギャップよりも長い（エ
ネルギーが低い）としてもよい。
ＺｎＳＳｅ混晶蛍光材のバンドギャップよりも長い（エ
ネルギーが低い）としてもよい。
【００７９】ＺｎＳＳｅ結晶中のＺｎＳ組成をｘとする
（ＺｎＳｘＳｅ１−ｘ）と、その禁制帯幅は
（ＺｎＳｘＳｅ１−ｘ）と、その禁制帯幅は
【００８０】
ＥｇＺｎＳＳｅ＝２．７＋１．６３ｘ−０．６３ｘ２（ｅＶ） （４）
【００８１】で与えられる。エネルギーをｅＶで表現
し、波長をｎｍで表現するとそれらは反比例し、その比
例定数は１２３９であるから、ＬＥＤ青色光波長λ
ＬＥＤとＺｎＳ組成ｘの関係として、
し、波長をｎｍで表現するとそれらは反比例し、その比
例定数は１２３９であるから、ＬＥＤ青色光波長λ
ＬＥＤとＺｎＳ組成ｘの関係として、
【００８２】
【数３】
【００８３】を満たせばよい。これは蛍光材の組成ｘが
決まったとしてＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの波長範囲を決める
不等式である。混晶比ｘを変化させてＺｎＳＳｅバンド
ギャップＥｇ、バンドギャップ波長λｇを（５）によっ
て計算すると次のようになる。
決まったとしてＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの波長範囲を決める
不等式である。混晶比ｘを変化させてＺｎＳＳｅバンド
ギャップＥｇ、バンドギャップ波長λｇを（５）によっ
て計算すると次のようになる。
【００８４】
【表１】
【００８５】ＩｎｙＧａ１−ｙＮ‐ＬＥＤの発光波長は
Ｉｎの混晶比ｙを変化させることによって変動させるこ
とができる。先述にようにＩｎＧａＮの好ましい発光波
長は４１０ｎｍ〜４６０ｎｍとしているが、ＩｎＧａＮ
はそれ以上の４８０ｎｍの光まで出すことができる。Ｉ
ｎの比率ｙが高いと長波長側に発光波長が移動し、Ｇａ
の比率１−ｙが高いと短波長側へ発光波長が変化する。
４１０ｎｍに対応するＺｎＳ混晶比はｘ＝０．２５２で
ある。それより大きいｘに対してバンドギャップ波長λ
ｇは４１０ｎｍよりも短くなる。だから１＞ｘ＞０．２
５２の範囲では最早式（５）はＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの発
光波長λＬＥＤを限定する条件にはならない。０＜ｘ≦
０．２５２の範囲ではバンドギャップ波長が４１０ｎｍ
以上であるから、（５）式がＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの発光
波長λＬＥＤを限定する条件となる。
Ｉｎの混晶比ｙを変化させることによって変動させるこ
とができる。先述にようにＩｎＧａＮの好ましい発光波
長は４１０ｎｍ〜４６０ｎｍとしているが、ＩｎＧａＮ
はそれ以上の４８０ｎｍの光まで出すことができる。Ｉ
ｎの比率ｙが高いと長波長側に発光波長が移動し、Ｇａ
の比率１−ｙが高いと短波長側へ発光波長が変化する。
４１０ｎｍに対応するＺｎＳ混晶比はｘ＝０．２５２で
ある。それより大きいｘに対してバンドギャップ波長λ
ｇは４１０ｎｍよりも短くなる。だから１＞ｘ＞０．２
５２の範囲では最早式（５）はＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの発
光波長λＬＥＤを限定する条件にはならない。０＜ｘ≦
０．２５２の範囲ではバンドギャップ波長が４１０ｎｍ
以上であるから、（５）式がＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの発光
波長λＬＥＤを限定する条件となる。
【００８６】λＬＥＤは４１０ｎｍ〜４６０ｎｍとする
ので、例えばｘ＝０．１の場合は４６０ｎｍ＞λＬＥＤ
＞４４１ｎｍ、ｘ＝０．２の場合は４６０ｎｍ＞λ
ＬＥＤ＞４２０ｎｍとなる。ｘ＝０の場合は式（５）か
らλＬＥＤ＞４６７ｎｍとなるが、それは４６０ｎｍ以
下という条件を満足しない。だからｘ＝０は不適であ
る。色度図において蛍光波長が５７０ｎｍ〜５８０ｎｍ
（ｕ〜ｖ）でなければならないという点でもｘ＝０が不
適であるが、それとは別に独立の（ＬＥＤ光が蛍光板内
部へ入る）条件によっても不適なのである。
ので、例えばｘ＝０．１の場合は４６０ｎｍ＞λＬＥＤ
＞４４１ｎｍ、ｘ＝０．２の場合は４６０ｎｍ＞λ
ＬＥＤ＞４２０ｎｍとなる。ｘ＝０の場合は式（５）か
らλＬＥＤ＞４６７ｎｍとなるが、それは４６０ｎｍ以
下という条件を満足しない。だからｘ＝０は不適であ
る。色度図において蛍光波長が５７０ｎｍ〜５８０ｎｍ
（ｕ〜ｖ）でなければならないという点でもｘ＝０が不
適であるが、それとは別に独立の（ＬＥＤ光が蛍光板内
部へ入る）条件によっても不適なのである。
【００８７】逆にＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの波長λＬＥＤが
先に決まっており、それに対する蛍光板のＺｎＳ混晶比
ｘを限定するものだというようにも式（５）を解釈する
こともできる。
先に決まっており、それに対する蛍光板のＺｎＳ混晶比
ｘを限定するものだというようにも式（５）を解釈する
こともできる。
【００８８】蛍光板のＺｎＳ組成ｘはこれだけではなく
て先述のように蛍光波長Λｑが５７０ｎｍ〜５８０ｎｍ
の範囲でなければならないのでそのような条件が全て満
足されるように決めるべきである。ＺｎＳＳｅの蛍光波
長ΛｑはバンドギャップＥｇによって決まるのである
が、その関係は未だ解析的にハッキリしたものではな
い。後に実験の結果によって、それを説明する。
て先述のように蛍光波長Λｑが５７０ｎｍ〜５８０ｎｍ
の範囲でなければならないのでそのような条件が全て満
足されるように決めるべきである。ＺｎＳＳｅの蛍光波
長ΛｑはバンドギャップＥｇによって決まるのである
が、その関係は未だ解析的にハッキリしたものではな
い。後に実験の結果によって、それを説明する。
【００８９】さてＺｎＳＳｅ蛍光板であるが単結晶であ
るのが最適である。単結晶では粒界が存在しないという
利点がある。それに加えて微細なＺｎＳＳｅ蛍光板を作
成する上で加工し易いという利点がある。つまり適当な
厚みを持った面方位（１００）ＺｎＳＳｅ基板を劈開す
ることによって、任意の大きさの立方体状のＺｎＳＳｅ
蛍光板を容易に作成することができる。しかし必ずしも
単結晶でなくても良い。多結晶でも構わない。多結晶で
は劈開によって分割できないが機械的に切断すればよ
い。多結晶粒界での光吸収や光散乱が変換効率を低下さ
せてしまうので、多結晶の粒界が大きい方が好ましい。
できれば平均粒界がＺｎＳＳｅ蛍光板の板厚より大きい
ことが望ましい。
るのが最適である。単結晶では粒界が存在しないという
利点がある。それに加えて微細なＺｎＳＳｅ蛍光板を作
成する上で加工し易いという利点がある。つまり適当な
厚みを持った面方位（１００）ＺｎＳＳｅ基板を劈開す
ることによって、任意の大きさの立方体状のＺｎＳＳｅ
蛍光板を容易に作成することができる。しかし必ずしも
単結晶でなくても良い。多結晶でも構わない。多結晶で
は劈開によって分割できないが機械的に切断すればよ
い。多結晶粒界での光吸収や光散乱が変換効率を低下さ
せてしまうので、多結晶の粒界が大きい方が好ましい。
できれば平均粒界がＺｎＳＳｅ蛍光板の板厚より大きい
ことが望ましい。
【００９０】ＺｎＳＳｅ蛍光板の青色光が入射する側の
面は、入射効率を高めるためにミラー研磨する事が望ま
しい。粗面であると乱反射するからである。ＺｎＳＳｅ
蛍光板のそれ以外の面に関しては必ずしもミラー研磨す
る必要はないが、加工上の必要に応じてミラー研磨して
もよい。加えて入射面に反射防止膜を形成すればよりい
っそう好ましいと考えられる。反射防止膜は透明な誘電
体膜で形成する。一層でも可能であるが多層膜にすると
反射防止の性能が向上する。
面は、入射効率を高めるためにミラー研磨する事が望ま
しい。粗面であると乱反射するからである。ＺｎＳＳｅ
蛍光板のそれ以外の面に関しては必ずしもミラー研磨す
る必要はないが、加工上の必要に応じてミラー研磨して
もよい。加えて入射面に反射防止膜を形成すればよりい
っそう好ましいと考えられる。反射防止膜は透明な誘電
体膜で形成する。一層でも可能であるが多層膜にすると
反射防止の性能が向上する。
【００９１】またＺｎＳＳｅ蛍光板内で発生した黄色光
の出射効率を高めるための表面加工を施すのも有用であ
る。
の出射効率を高めるための表面加工を施すのも有用であ
る。
【００９２】青色光の波長であるが、４４５ｎｍ近辺が
有利だと説明した。しかしながら必ずしも４４５ｎｍで
なければならないというものではない。ＬＥＤの青色光
の発光波長の違いによる発光効率の変化や、蛍光板の変
換効率の変化もあるので、本当に最適の波長は青色光発
光ＬＥＤの技術動向によって変化する。
有利だと説明した。しかしながら必ずしも４４５ｎｍで
なければならないというものではない。ＬＥＤの青色光
の発光波長の違いによる発光効率の変化や、蛍光板の変
換効率の変化もあるので、本当に最適の波長は青色光発
光ＬＥＤの技術動向によって変化する。
【００９３】しかしながら、ＺｎＳＳｅ蛍光板を使用し
て青色光の一部を黄色光に変換するのであるから変換と
いうことから考えると青色光発光の波長が４１０ｎｍ〜
４８０ｎｍの範囲になければならない。それをはずれる
と明らかに効率が低下してしまう。だから４１０ｎｍ〜
４８０ｎｍの範囲の波長の青色光を使用すべきである。
しかし色度図を見て白色を作るということから考えると
ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ青色光の波長は４１０ｎｍ〜４６０
ｎｍとするのがよい。
て青色光の一部を黄色光に変換するのであるから変換と
いうことから考えると青色光発光の波長が４１０ｎｍ〜
４８０ｎｍの範囲になければならない。それをはずれる
と明らかに効率が低下してしまう。だから４１０ｎｍ〜
４８０ｎｍの範囲の波長の青色光を使用すべきである。
しかし色度図を見て白色を作るということから考えると
ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ青色光の波長は４１０ｎｍ〜４６０
ｎｍとするのがよい。
【００９４】この範囲の青色光を使用して白色を実現す
るためには、ＺｎＳＳｅ蛍光板の発光の中心波長は５７
０ｎｍ〜５８０ｎｍにすべきである。これは色度図を見
て分かることである。
るためには、ＺｎＳＳｅ蛍光板の発光の中心波長は５７
０ｎｍ〜５８０ｎｍにすべきである。これは色度図を見
て分かることである。
【００９５】このような中心波長をもつ蛍光を示すには
ＺｎＳＳｅ結晶中のＺｎＳの組成比ｘを０．１〜０．４
にすればよい。その根拠は後に述べる。
ＺｎＳＳｅ結晶中のＺｎＳの組成比ｘを０．１〜０．４
にすればよい。その根拠は後に述べる。
【００９６】青色ＬＥＤとしてＩｎＧａＮ系のＬＥＤを
使用する場合、現在の技術では４００ｎｍ近辺の波長で
最も発光効率が高く、それよりも長波長になると発光効
率が低下する。発光効率から言って青色光の波長は４６
０ｎｍより短い方が好ましい。 だから青色光ＬＥＤと
してＩｎＧａＮ‐ＬＥＤを用いる場合は、その発光波長
は４１０ｎｍ〜４６０ｎｍということになる。だから先
述の青色光の範囲の内４６０ｎｍ〜４８０ｎｍは、白色
を作る５７０ｎｍ〜５８０ｎｍ蛍光を出すことはできる
がＬＥＤの効率が低くなるので省かれる部分である。
使用する場合、現在の技術では４００ｎｍ近辺の波長で
最も発光効率が高く、それよりも長波長になると発光効
率が低下する。発光効率から言って青色光の波長は４６
０ｎｍより短い方が好ましい。 だから青色光ＬＥＤと
してＩｎＧａＮ‐ＬＥＤを用いる場合は、その発光波長
は４１０ｎｍ〜４６０ｎｍということになる。だから先
述の青色光の範囲の内４６０ｎｍ〜４８０ｎｍは、白色
を作る５７０ｎｍ〜５８０ｎｍ蛍光を出すことはできる
がＬＥＤの効率が低くなるので省かれる部分である。
【００９７】ＺｎＳＳｅ結晶の青色光に対する吸収係数
であるが、Ｚｎ雰囲気中での熱処理の温度によって調整
することができる。熱処理によって青色光の吸収が増え
るようになる。したがって、白色を合成するために適当
な量の青色光を黄色光に変換させるためには、この吸収
係数の調整が有用である。
であるが、Ｚｎ雰囲気中での熱処理の温度によって調整
することができる。熱処理によって青色光の吸収が増え
るようになる。したがって、白色を合成するために適当
な量の青色光を黄色光に変換させるためには、この吸収
係数の調整が有用である。
【００９８】
【実施例】［実施例１（ＺｎＳ混晶比ｘによる蛍光波長
の変化）］ＺｎＳＳｅ蛍光板発光のＺｎＳ組成比（ｘ）
依存性を調べるために、ｘ＝０、０．１、０．２、０．
３、０．４、０．５、０．６のＺｎＳＳｅ結晶をヨウ素
を輸送媒体とする化学輸送法で作製した。この結晶から
切り出したＺｎＳＳｅ基板に１０００℃の温度でＺｎ雰
囲気で５０時間熱処理し、ＺｎＳＳｅ蛍光板を作製し
た。
の変化）］ＺｎＳＳｅ蛍光板発光のＺｎＳ組成比（ｘ）
依存性を調べるために、ｘ＝０、０．１、０．２、０．
３、０．４、０．５、０．６のＺｎＳＳｅ結晶をヨウ素
を輸送媒体とする化学輸送法で作製した。この結晶から
切り出したＺｎＳＳｅ基板に１０００℃の温度でＺｎ雰
囲気で５０時間熱処理し、ＺｎＳＳｅ蛍光板を作製し
た。
【００９９】このＺｎＳＳｅ基板に波長４４０ｎｍの光
を照射したときに発せられる蛍光の波長分布から、中心
波長（色度図上の点）を見積もった。結果を表２に示
す。
を照射したときに発せられる蛍光の波長分布から、中心
波長（色度図上の点）を見積もった。結果を表２に示
す。
【０１００】
【表２】
【０１０１】色度図の分析から、蛍光は５７０ｎｍ〜５
８０ｎｍである事が条件となる。ＺｎＳ混晶比が０．４
を越えると５７０ｎｍより短くなる。０．１以下である
と５８０ｎｍを越えてしまう。この結果からＺｎＳ組成
比ｘは０．１〜０．４が最適であることが判明した。蛍
光の中心波長というのはＬＥＤの発光波長のように鋭い
ピークを持つものではない。蛍光だから、なだらかな山
になり、その中心波長である。
８０ｎｍである事が条件となる。ＺｎＳ混晶比が０．４
を越えると５７０ｎｍより短くなる。０．１以下である
と５８０ｎｍを越えてしまう。この結果からＺｎＳ組成
比ｘは０．１〜０．４が最適であることが判明した。蛍
光の中心波長というのはＬＥＤの発光波長のように鋭い
ピークを持つものではない。蛍光だから、なだらかな山
になり、その中心波長である。
【０１０２】［実施例２（ｘ＝０．４、λＬＥＤ＝４２
０ｎｍ、Λｑ＝５７０ｎｍ）］ＺｎＳ組成ｘ＝０．４の
ＺｎＳ０．４Ｓｅ０．６単結晶から切り出した厚み２０
０ミクロン、面方位（１００）のＺｎＳＳｅ基板をＺｎ
雰囲気中１０００℃で熱処理した。熱処理は青色光の吸
収係数を調整するために行った。このＺｎＳＳｅ基板を
両面ミラー研磨して厚み１００ミクロンにした。このＺ
ｎＳＳｅ基板をスクライブブレークして、３００ミクロ
ン角・厚み１００ミクロンのＺｎＳＳｅ蛍光板を作製し
た。
０ｎｍ、Λｑ＝５７０ｎｍ）］ＺｎＳ組成ｘ＝０．４の
ＺｎＳ０．４Ｓｅ０．６単結晶から切り出した厚み２０
０ミクロン、面方位（１００）のＺｎＳＳｅ基板をＺｎ
雰囲気中１０００℃で熱処理した。熱処理は青色光の吸
収係数を調整するために行った。このＺｎＳＳｅ基板を
両面ミラー研磨して厚み１００ミクロンにした。このＺ
ｎＳＳｅ基板をスクライブブレークして、３００ミクロ
ン角・厚み１００ミクロンのＺｎＳＳｅ蛍光板を作製し
た。
【０１０３】またサファイヤ基板を使用したＩｎＧａＮ
活性層を持つ発光波長４２０ｎｍの青色ＬＥＤチップを
準備した。このＬＥＤチップを図４にあるように、フリ
ップチップ型に実装し、ＬＥＤの上側（サファイヤ基板
の上側）にＺｎＳＳｅ蛍光板を透明樹脂を介して張り付
けた。図４において、大きいΓ型リード２４、小さいΓ
型リード２５を組み合わせている。リードは複雑な組み
合わせになっており、大Γリード２４の孔に小Γリード
２５が挿入されるようになっている。Γ型のリード２４
には窪み２６があり、その中にＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ２７
が実装される。サファイヤ基板のＩｎＧａＮなので電極
３０、３２はエピタキシャル成長面の方に設けられる。
活性層を持つ発光波長４２０ｎｍの青色ＬＥＤチップを
準備した。このＬＥＤチップを図４にあるように、フリ
ップチップ型に実装し、ＬＥＤの上側（サファイヤ基板
の上側）にＺｎＳＳｅ蛍光板を透明樹脂を介して張り付
けた。図４において、大きいΓ型リード２４、小さいΓ
型リード２５を組み合わせている。リードは複雑な組み
合わせになっており、大Γリード２４の孔に小Γリード
２５が挿入されるようになっている。Γ型のリード２４
には窪み２６があり、その中にＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ２７
が実装される。サファイヤ基板のＩｎＧａＮなので電極
３０、３２はエピタキシャル成長面の方に設けられる。
【０１０４】通常は図１のように２本のワイヤによって
電極とリードを接続するのであるが、ここではワイヤボ
ンディングではなくて、電極３０を大Γ型リード２４
に、電極３２を小Γ型リード２５に裏返して付けてい
る。リード２４、２５は相互に浸透し合っているが接触
していない。ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ２７は裏返しなので青
色光はサファイヤ基板の方から上に向かって発射され
る。サファイヤ基板の上にＺｎＳＳｅ蛍光板２８が載っ
ている。窪み２６には拡散剤（ＳｉＣ粉末）を分散した
透明樹脂が充填してある。それらをモールド樹脂３６で
モールドし砲弾型の発光素子を製作した。それに通電す
ると、ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ２７から青色光が出て、それ
が蛍光板で黄色となる。それが透明樹脂で拡散されて広
がってゆく。それによって色温度が５０００Ｋの白色を
得る事ができた。図５は青色光Ｂによって黄色光Ｙが励
起され青色光Ｂと黄色光Ｙが混合して外部へ出てゆき白
色となる様子を示す。
電極とリードを接続するのであるが、ここではワイヤボ
ンディングではなくて、電極３０を大Γ型リード２４
に、電極３２を小Γ型リード２５に裏返して付けてい
る。リード２４、２５は相互に浸透し合っているが接触
していない。ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ２７は裏返しなので青
色光はサファイヤ基板の方から上に向かって発射され
る。サファイヤ基板の上にＺｎＳＳｅ蛍光板２８が載っ
ている。窪み２６には拡散剤（ＳｉＣ粉末）を分散した
透明樹脂が充填してある。それらをモールド樹脂３６で
モールドし砲弾型の発光素子を製作した。それに通電す
ると、ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ２７から青色光が出て、それ
が蛍光板で黄色となる。それが透明樹脂で拡散されて広
がってゆく。それによって色温度が５０００Ｋの白色を
得る事ができた。図５は青色光Ｂによって黄色光Ｙが励
起され青色光Ｂと黄色光Ｙが混合して外部へ出てゆき白
色となる様子を示す。
【０１０５】ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤを使いつつ、そのよう
な低温の色温度の白色ができるのは一つには蛍光の波長
が５６８ｎｍ（Ｃｅ‐ＹＡＧ）ではなくて５６９ｎｍ
（ＺｎＳ０．４Ｓｅ０．６）だからである。もう一つは
ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの波長を４２０ｎｍと短くしている
からである。
な低温の色温度の白色ができるのは一つには蛍光の波長
が５６８ｎｍ（Ｃｅ‐ＹＡＧ）ではなくて５６９ｎｍ
（ＺｎＳ０．４Ｓｅ０．６）だからである。もう一つは
ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの波長を４２０ｎｍと短くしている
からである。
【０１０６】［実施例３（ｘ＝０．２５、λＬＥＤ＝４
４０ｎｍ、Λｑ＝５７５ｎｍ）］実施例２のＺｎＳの組
成比ｘを０．２５に変え、また青色ＬＥＤの発光波長を
４４０ｎｍにし、他は同様にして、図４に示すような白
色発光素子を作製した。この白色発光素子に通電して発
光させたところ、色温度３５００Ｋの白色を得ることが
できた。
４０ｎｍ、Λｑ＝５７５ｎｍ）］実施例２のＺｎＳの組
成比ｘを０．２５に変え、また青色ＬＥＤの発光波長を
４４０ｎｍにし、他は同様にして、図４に示すような白
色発光素子を作製した。この白色発光素子に通電して発
光させたところ、色温度３５００Ｋの白色を得ることが
できた。
【０１０７】
【発明の効果】本発明は、４１０ｎｍ〜４６０ｎｍで発
光するＩｎＧａＮ‐ＬＥＤを青色光源とし、５７０ｎｍ
〜５８０ｎｍに中心波長をもつ蛍光を発するＺｎＳＳｅ
バルク結晶蛍光板を用い、青色ＬＥＤの青色光の一部を
蛍光板によって黄色光に変換し青色と合成することによ
って白色を発生する白色発光素子を与える。ＹＡＧ／Ｉ
ｎＧａＮ‐ＬＥＤよりも低い色温度の白色を作り出すこ
とができる。５０００Ｋより低い色温度の白色を合成す
ることもできる。ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤを使うので小型、
軽量で、劣化が少なく長寿命である。二つの色の組み合
わせなので演色性は良くない。しかし高輝度で低色温度
の白色を発生するので液晶バックライトなどに用いるこ
とができる。
光するＩｎＧａＮ‐ＬＥＤを青色光源とし、５７０ｎｍ
〜５８０ｎｍに中心波長をもつ蛍光を発するＺｎＳＳｅ
バルク結晶蛍光板を用い、青色ＬＥＤの青色光の一部を
蛍光板によって黄色光に変換し青色と合成することによ
って白色を発生する白色発光素子を与える。ＹＡＧ／Ｉ
ｎＧａＮ‐ＬＥＤよりも低い色温度の白色を作り出すこ
とができる。５０００Ｋより低い色温度の白色を合成す
ることもできる。ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤを使うので小型、
軽量で、劣化が少なく長寿命である。二つの色の組み合
わせなので演色性は良くない。しかし高輝度で低色温度
の白色を発生するので液晶バックライトなどに用いるこ
とができる。
【図１】ＣｅドープＹＡＧ蛍光剤を分散させた透明樹脂
によって青色発光ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤを囲んでＬＥＤの
青とＹＡＧの黄色の組み合わせによって高い色温度の白
色を生成できる従来例にかかる砲弾型にした白色ＬＥ
Ｄ（ＹＡＧ／ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ）の構造を示す断面
図。
によって青色発光ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤを囲んでＬＥＤの
青とＹＡＧの黄色の組み合わせによって高い色温度の白
色を生成できる従来例にかかる砲弾型にした白色ＬＥ
Ｄ（ＹＡＧ／ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ）の構造を示す断面
図。
【図２】Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｉの何れかを
ドーパントとして含むＺｎＳｅ基板上にＺｎＣｄＳｅエ
ピタキシャル層を形成し、ＺｎＣｄＳｅ発光部からの青
色によってＺｎＳｅ基板の不純物を励起して黄色を発生
させＺｎＣｄＳｅの青色とＳＡ発光の黄色を組み合わせ
ることによって白色を生成する従来例にかかる白色Ｌ
ＥＤ（ＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ）の構造を示す断面図。
ドーパントとして含むＺｎＳｅ基板上にＺｎＣｄＳｅエ
ピタキシャル層を形成し、ＺｎＣｄＳｅ発光部からの青
色によってＺｎＳｅ基板の不純物を励起して黄色を発生
させＺｎＣｄＳｅの青色とＳＡ発光の黄色を組み合わせ
ることによって白色を生成する従来例にかかる白色Ｌ
ＥＤ（ＺｎＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ）の構造を示す断面図。
【図３】白色をＬＥＤの青色と蛍光の黄色との組み合わ
せによって生成する白色発光素子の白色の原理を説明す
るための色度図。
せによって生成する白色発光素子の白色の原理を説明す
るための色度図。
【図４】波長の短い青色を発生するＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ
とＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｉの何れかをドーパ
ントとして含むＺｎＳＳｅ蛍光板とを組み合わせ、Ｉｎ
ＧａＮ‐ＬＥＤの青色によってＺｎＳＳｅ蛍光板を励起
して黄色を発生させ５０００Ｋ以下の色温度の白色を発
生させることのできる本発明の白色ＬＥＤの構造を示す
断面図。
とＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｉの何れかをドーパ
ントとして含むＺｎＳＳｅ蛍光板とを組み合わせ、Ｉｎ
ＧａＮ‐ＬＥＤの青色によってＺｎＳＳｅ蛍光板を励起
して黄色を発生させ５０００Ｋ以下の色温度の白色を発
生させることのできる本発明の白色ＬＥＤの構造を示す
断面図。
【図５】ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤの青色光によって、ＺｎＳ
Ｓｅ蛍光板を励起し黄色の蛍光を発生し、青色光と黄色
光を混合することによって白色を得る本発明の原理を説
明する図４のＬＥＤ、蛍光材の部分の拡大断面図。
Ｓｅ蛍光板を励起し黄色の蛍光を発生し、青色光と黄色
光を混合することによって白色を得る本発明の原理を説
明する図４のＬＥＤ、蛍光材の部分の拡大断面図。
２ Γ型リード
３ 凹部
４ ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ
５ ＹＡＧ蛍光剤を分散させた樹脂
６ 電極
７ 電極
８ ワイヤ
９ ワイヤ
１０ 直線リード
２０ 透明樹脂
２２ 不純物ドープＺｎＳｅ基板
２４ Γ型リード
２５ Γ型リード
２６ 凹部
２７ ＩｎＧａＮ‐ＬＥＤ
２８ ＺｎＳＳｅ蛍光板
２９ 拡散剤を分散した透明樹脂
３０ 電極
３２ 電極
３６ モールド樹脂
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4H001 CA04 CA05 CF02 XA07 XA16
XA30 XA31 XA34 XA49 YA13
YA17 YA31 YA35 YA49 YA53
5F041 AA11 AA14 AA44 AA47 CA13
CA40 CA46 CB36 DA04 DA09
DA12 DA16 DA43 DA56 DB01
FF16
Claims (6)
- 【請求項１】 波長４１０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色光を
発光するＩｎＧａＮ系ＬＥＤと、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃ
ｌ、Ｂｒ、Ｉのうち少なくとも１元素以上の不純物を１
×１０１７ｃｍ−３以上の濃度で含むＺｎＳｘＳｅ
１−ｘ結晶からなる塊状の蛍光板とを含み、ＩｎＧａＮ
系ＬＥＤの青色発光の一部を塊状ＺｎＳｘＳｅ１−ｘ結
晶蛍光板によって波長５７０ｎｍ〜５８０ｎｍの黄色光
に変換し、ＩｎＧａＮ系ＬＥＤの４１０ｎｍ〜４６０ｎ
ｍの青色光と蛍光板の５７０ｎｍ〜５８０ｎｍの黄色光
を混ぜ合わせることによって白色を合成することを特徴
とする白色発光素子。 - 【請求項２】 ＺｎＳＳｅ結晶中のＺｎＳの組成比を
ｘ、ＺｎＳｅの組成比を（１−ｘ）とし、ｘを０．１〜
０．４にすることを特徴とする請求項１に記載の白色発
光素子。 - 【請求項３】 蛍光板を構成するＺｎＳＳｅ結晶の平均
粒径を蛍光板の厚みより大きくすることを特徴とする請
求項１または２に記載の白色発光素子。 - 【請求項４】 ＺｎＳＳｅ蛍光板を単結晶ＺｎＳＳｅに
よって構成することを特徴とする請求項３に記載の白色
発光素子。 - 【請求項５】 ＺｎＳＳｅ結晶中のＺｎＳの組成比を
ｘ、ＺｎＳｅの組成比を（１−ｘ）とし、青色発光ＬＥ
Ｄの発光波長をλＬＥＤとしたときλＬＥＤ≧１２３９
／（２．６５＋１．６３ｘ−０．６３ｘ２）ｎｍとした
ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の白色発
光素子。 - 【請求項６】 Ｚｎ雰囲気中で熱処理を施したＺｎＳＳ
ｅ結晶を蛍光板として使用することを特徴とする請求項
１〜５の何れかに記載の白色発光素子。
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