JPH1187770A

JPH1187770A - 照明装置、読み取り装置、投影装置、浄化装置、および表示装置

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Publication number: JPH1187770A
Application number: JP23625797A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kawamoto; 本聡河; Hideto Sugawara; 原秀人菅; Koichi Nitta; 田康一新; Chisato Furukawa; 川千里古
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 1999-03-30
Anticipated expiration: 2017-09-01
Also published as: JP3966954B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡素な構成により小型軽量化が容易で、発光
波長や光量も極めて安定し、しかも、極めて長寿命な光
源装置を用いた照明装置、その他各種の応用装置を提供
することを目的とする。【解決手段】紫外線を発光する半導体発光素子を利用
し、必要に応じて蛍光体などの波長変換機能を有する材
料と組み合わせることにより、小型軽量化が容易で、発
光波長や光量も極めて安定し、しかも、極めて長寿命な
光源装置を用いた照明装置などの各種応用装置を提供す
るものである。半導体発光素子としては、特に３３０ｎ
ｍ付近の発光波長を有するものが望ましく、発光層にＢ
ＧａＮを用いたものが好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置、読み取
り装置、投影装置、浄化装置、および表示装置に関す
る。より詳しくは、本発明は、紫外線を発光する半導体
発光素子を種々の形態に応用することにより得られる高
効率、長寿命、小型軽量の照明装置、読み取り装置、投
影装置、浄化装置、および表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】照明装置を始めとする種々の装置におい
て、光源として用いる発光装置には、種々の方式が採用
されている。これらの従来技術のうちで、代表的なもの
に蛍光灯システムがある。

【０００３】図１５は、従来の蛍光灯システムの概略構
成を表す模式図である。すなわち、蛍光灯システム９０
０は、蛍光灯９１０と電源９２０とにより構成される。
蛍光灯９１０としては、ガラス管９１１の内部に、水銀
蒸気とアルゴン（Ａｒ）などの希ガスとの混合ガス９１
２が封入され、ガラス管９１１の内壁面に蛍光物質９１
３が塗布されているものが一般的である。このような蛍
光灯９１０は、両端に設けられている電極９１５、９１
５を介して、外部に設けられた電源９２０に接続されて
いる。電源９２０は、高周波の交流電圧を発生し、この
電圧が印加されることによって水銀蒸気がグロー放電を
起こし、紫外線が放出される。放出された紫外線は、蛍
光物質９１３に吸収されて可視光に波長変換され、ガラ
ス管９１１を透過して外部に放出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１５に示し
たような従来の蛍光灯システムにおいては、電源９２０
において高周波電圧を発生するために、インバータなど
を用いた昇圧、高周波発生回路が必要となる。そのため
に、電源９２０の構成が複雑となり、コストが高く、信
頼性も低下しやすく、寿命も短いなどという問題があっ
た。

【０００５】また、蛍光灯９１０は、水銀蒸気のグロー
放電を利用しているために、点灯時間に遅延が生じると
ともに、点灯直後に放電が不安定で光量が安定しないと
いう問題もあった。さらに、周囲温度によって、放電状
態が変化するために、特に低温において、光量が低下し
やすいという問題もあった。

【０００６】さらに、蛍光灯９１０は、ガラス管に水銀
蒸気を封入した構成を有するために、小型軽量化が容易
でなく、寿命も短く、振動や衝撃などの機械的強度を十
分に確保することも困難で、水銀による環境汚染を防止
する対策も必要とされていた。

【０００７】一方、従来技術として幅広く用いられてき
たもうひとつの技術として電球を挙げることができる。
しかし、電球においても、ガラス球の内部に熱フィラメ
ントを封入した構成であるが故に、消費電力、発光効
率、発熱量、寿命、機械的強度、サイズおよび重量など
の多くの点で改善すべき多くの問題点があった。

【０００８】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
である。すなわち、本発明は、簡素な構成により小型軽
量化が容易で、発光波長や光量も極めて安定し、しか
も、極めて長寿命な光源装置を用いた照明装置、その他
各種の応用装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明による
照明装置は、紫外線を放出する半導体発光素子と、前記
半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、前記
紫外線よりも長い波長を有する２次光を放出する蛍光体
と、を備えたことを特徴とし、高効率で長寿命、小型軽
量などの多くの利点を有する。

【００１０】また、本発明による照明装置は、配線基板
と、前記配線基板上に設けられた複数の半導体発光装置
と、前記配線基板の周囲を覆うように設けられた透光性
を有する外囲器と、を備え、前記半導体発光装置は、紫
外線を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子
が放出する前記紫外線を吸収して、前記紫外線よりも長
い波長を有する２次光を放出する蛍光体と、を有するこ
とを特徴とし、高効率で長寿命、小型軽量などの多くの
利点を有する。

【００１１】また、前記半導体発光装置を表面実装型と
することにより、さらに明るく小型化を可能とすること
ができる。

【００１２】また、前記複数の半導体発光装置のうちの
所定数の前記半導体発光装置が直列に接続されてなる複
数のユニットを形成し、前記複数のユニットを互いに並
列に接続することにより、信頼性を向上させ、駆動電圧
も抑えることができる。

【００１３】一方、本発明による照明装置は、配線基板
と、前記配線基板上に設けられた紫外線を放出する複数
の半導体発光素子と、前記配線基板の周囲を覆うように
設けられた透光性を有する外囲器と、を備え、さらに、
前記外囲器の内壁面には蛍光体が設けられ、前記半導体
発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、前記紫外線
よりも長い波長を有する２次光を放出するようにして
も、高効率で長寿命、小型軽量などの多くの利点を得る
ことができる。

【００１４】ここで、前記複数の半導体発光素子のうち
の所定数の前記半導体発光素子が直列に接続されてなる
複数のユニットを形成し、前記複数のユニットを互いに
並列に接続することによっても、信頼性を向上させ、駆
動電圧も抑えることができる。

【００１５】また、前記２次光を、可視光とすれば、高
性能の可視光源を構成することができる。

【００１６】さらに、前記可視光は、赤色、緑色、およ
び青色の波長領域にそれぞれ強度ピークを有するように
すれば、いわゆる「３波長型」の白色光源を構成するこ
とができる。

【００１７】一方、高周波電圧を直流電圧に変換する変
換回路をさらに備え、蛍光灯の電源に接続して前記半導
体発光素子を駆動できるようにすると、従来の蛍光灯シ
ステムと互換性を得ることができ、極めて便利である。

【００１８】一方、紫外線を放出する半導体発光素子
と、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収し
て、可視光領域の波長を有する２次光を放出する蛍光体
と、前記半導体発光素子にパルス状の駆動電流を供給す
るパルス発生器と、を備えることにより、高効率で長寿
命、小型軽量などの多くの利点を有する写真機用閃光装
置としての照明装置を構成することができる。

【００１９】また、紫外線を放出する半導体発光素子
と、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収し
て、可視光領域の波長を有する２次光を放出する蛍光体
と、前記可視光を反射して、所定の方向に照射する凹面
鏡と、を備えることにより、高効率で長寿命、小型軽量
などの多くの利点を有するランプ・ユニットとしての照
明装置を構成することができる。

【００２０】さらに、前記半導体発光素子と、前記蛍光
体との間に、前記紫外線を透過し、前記蛍光体から放出
される前記２次光を反射するような波長選択性を有する
第１の光反射膜をさらに備えることにより、波長変換効
率を向上することができる。また、前記蛍光体からみて
前記半導体発光素子と反対側に、前記紫外線を反射し、
前記蛍光体から放出される前記２次光を透過するような
波長選択性を有する第２の光反射膜をさらに備えること
により、さらに波長変換効率を向上させ、紫外線の漏洩
を防ぐこともできる。

【００２１】また、前記蛍光体からみて前記半導体発光
素子と反対側に、前記紫外線を吸収し、前記蛍光体から
放出される前記２次光を透過するような波長選択性を有
する光吸収体をさらに備えることにより、紫外線の漏洩
を防ぎ外乱光による不要な発光を防ぐこともできる。

【００２２】前記半導体発光素子としては、発光層に窒
化ガリウム系半導体を含むことにより、紫外線を高い効
率で放出することができる。

【００２３】また、前記半導体発光素子としては、発光
層にホウ素とガリウムと窒素とを含むことにより、さら
に高い効率で紫外線を放出することができる。

【００２４】その具体的な構成としては、基板と、前記
基板上に堆積された第１導電型のＧａＮ層と、アルミニ
ウムを含むＧａＮからなる第１導電型のクラッド層と、
ホウ素を含むＧａＮからなる発光層と、アルミニウムを
含むＧａＮからなる第２導電型のクラッド層と、を少な
くとも有するものであることが望ましい。

【００２５】また、その発光波長は、約３３０ｎｍであ
ることが望ましい。

【００２６】紫外線を放出する半導体発光素子と、照明
装置に関して前述したような構成は、その他、読み取り
装置、投影装置、浄化装置、および表示装置についても
同様に適用して、同様の効果を得ることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明は、紫外線を発光する半導
体発光素子を利用し、必要に応じて蛍光体などの波長変
換機能を有する材料と組み合わせることにより、小型軽
量化が容易で、発光波長や光量も極めて安定し、しか
も、極めて長寿命な光源装置を用いた照明装置などの各
種応用装置を提供するものである。

【００２８】以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の
形態について説明する。

【００２９】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る
照明装置を表す概略図である。すなわち、同図（ａ）
は、その全体斜視図であり、同図（ｂ）は、その横断面
図、同図（ｃ）は、その配線基板の概略平面図である。

【００３０】本実施形態による照明装置１００は、配線
基板１１０が外囲器１２０Ａおよび外囲器１２０Ｂの内
部に収容された構成を有する。外囲器１２０Ａおよび１
２０Ｂは、それぞれ、例えば樹脂により形成することが
できる。外囲器１２０Ａは、透光性を有するカバーであ
り、外囲器１２０Ｂは、天井などに取り付けるためのベ
ースとしての役割を有する。

【００３１】配線基板１１０の主面上には、白色の発光
を放出する半導体発光装置１３０、１３０、・・・が配
置されている。この半導体発光装置１３０は、後に詳述
するように、紫外線を発光する発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）と蛍光体とを備える。このような半導体発光装置１
３０は、例えば、赤色、緑色および青色のそれぞれの波
長領域に強度ピークをを有するような、いわゆる「３波
長型」の白色発光特性を有することが望ましい。

【００３２】図２は、本発明において用いて好適な半導
体発光装置の構成を表す概略断面図である。すなわち、
半導体発光装置１３０は、少なくとも半導体発光素子１
３２と、蛍光体１３６とを備える。半導体発光素子１３
２は、例えばリード・フレームなどの実装部材１３４の
上にマウントされている。そして、半導体発光素子１３
２の光取り出し経路上に蛍光体１３６が配置されてい
る。半導体発光素子１３２は、例えば、樹脂１３８など
により封止するようにしても良い。

【００３３】半導体発光素子１３２は、紫外線を放出
し、蛍光体１３６は、その紫外線を吸収して波長変換
し、所定の波長を有する可視光あるいは赤外線を外部に
放出する。

【００３４】蛍光体から放出される光の波長は、蛍光体
の材料を適宜選択することにより、調節することができ
る。半導体発光素子１３２から放出される紫外線を吸収
して、効率良く２次光を放出する蛍光体としては、例え
ば、赤色の発光を生ずるものとしては、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅ
ｕ、青色の発光を生ずるものとしては、（Ｓｒ、Ｃａ、
Ｂａ、Ｅｕ）₁₀（ＰＯ₄）₆・Ｃｌ₂、緑色の発光を生ず
るものとしては、３（Ｂａ、Ｍｇ、Ｅｕ、Ｍｎ）Ｏ・８
Ａｌ₂Ｏ₃などを挙げることができる。これらの蛍光物質
を適当な割合で混合すれば、可視光領域の殆どすべての
色調を表現することができる。

【００３５】また、これらの蛍光体は、３３０ｎｍ付近
の波長帯において吸収ピークを有する場合が多い。従っ
て、これらの蛍光物質により効率的に波長変換を行うた
めには、半導体発光素子１３２が３３０ｎｍ付近の波長
帯の紫外線を放出するようにすることが望ましい。この
ような特性を有する半導体発光素子１３２としては、ホ
ウ素（Ｂ）を含んだＧａＮを発光層として用いたものを
挙げることができ、この好適な構成については後に詳述
する。

【００３６】一方、このような蛍光体１３６は、半導体
発光素子１３２から離れてその放出光の経路上に配置し
ても良く、半導体発光素子１３２の表面上に堆積しても
良く、半導体発光素子１３２の内部に配置あるいは含有
させても良い。

【００３７】ここで、再び図１に戻ると、各半導体発光
装置１３０は、必要とされる照明光量や、サイズ、電力
などの条件に応じて、配線基板１１０の主面上に、所定
の間隔で配置されている。基板１１０の上にコンパクト
且つ高密度に実装するためには、半導体発光装置１３０
は、いわゆる「表面実装型（ＳＭＤ）」のランプ構造を
有することが望ましい。このように個々の光源を小さく
することにより、それぞれについて光反射体などを設け
て光源からの光を集光することができるようになり、効
率が高く明るい照明装置を実現できる。

【００３８】また、基板１１０の上に実装される半導体
発光装置１３０、１３０、・・・の相互間の接続関係と
しては、例えば、図１（ｃ）に示したように、所定数の
半導体発光素子１３０を直列に接続したユニットを形成
し、それぞれのユニットを並列に接続するという接続関
係が望ましい。このような接続関係を採用すれば、電源
電圧や駆動用電流を極端に高く設定する必要がなく、ま
た、いずれかの半導体発光装置１３０が故障した場合に
おいても、他の半導体発光装置１３０に与える駆動電圧
の変化などの影響を低減することができる。すなわち、
いずれかのユニットが故障した場合においても、残りの
ユニットは正常に動作することができ、従来の蛍光灯の
ように全体がだめになることがないので、信頼性の点で
格段に有利となる。しかし、本発明はこれに限定される
ものではなく、この他にも、配線基板１１０上のすべて
の半導体発光装置１３０を直列あるいは並列に接続して
も良い。

【００３９】また、上述した例においては、白色に発光
する半導体発光装置１３０を採用しているが、本発明は
これに限定されるものではない。この他にも、例えば、
紫外線を放出する半導体発光装置を配線基板１１０の上
に配置し、樹脂カバー１２０Ａの内壁面上に蛍光体を堆
積して、紫外線を吸収、波長変換し、白色光を外部に放
出するようにしても良い。

【００４０】また、従来の蛍光灯との互換性を確保する
ために、蛍光灯に印加される高周波駆動電圧を直流電圧
に変換して半導体発光装置１３０に供給する変換回路を
併せて設けると、極めて便利である。本実施形態による
照明装置は、家庭・事務所用の室内灯のみならず、街
灯、サークライト、マスク・アライナなどの各種製造装
置用の光源、植物栽培用光源など、極めて幅広い分野に
おいて利用することができる。

【００４１】本発明者の試算によれば、従来の４０Ｗ型
の蛍光灯に相当する光量を得るためには、例えば、６６
個の半導体発光装置１３０を４列配置すれば良い。本発
明によれば、従来の蛍光灯よりも消費電力が低く、寿命
が極めて長くなるとともに、小型化、軽量化が容易であ
り、衝撃や振動などに対する機械的強度を顕著に改善す
ることができる。さらに、水銀による環境汚染も解消す
ることができる。

【００４２】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る写
真機用閃光装置を表す模式図である。すなわち、同図に
表した写真機１５０は、レンズ１５２、ファインダ１５
４とともに、いわゆるフラッシュとして、本発明による
半導体発光装置１３０を備える。半導体発光装置１３０
は、図２に関して前述したように、半導体発光素子と蛍
光体とにより所定波長分布を有する白色光を放出する。
また、半導体発光装置１３０に用いる蛍光体１３６の種
類によっては、特定の発光波長を強調したり、場合によ
っては赤外線カメラなどに対しても応用が可能となる。
半導体発光装置１３０は、パルス発生器１５８に接続さ
れ、パルス状の駆動電流を供給されることによりフラッ
シュとして用いることができる。

【００４３】本発明によれば、従来の電球を利用した写
真機用閃光装置と比較して、消費電力が小さく、寿命が
極めて長いという利点が得られる。さらに、半導体発光
素子の特性を生かして、超高速撮影カメラなどの特殊用
途への応用も可能となる。

【００４４】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。図４は、本発明の第３の実施の形態に係るラ
ンプを表す模式図である。すなわち、本発明によるラン
プ・ユニット２００においては、凹面鏡２１０の焦点付
近に半導体発光装置１３０が配置されている。半導体発
光装置１３０の内部においては、半導体発光素子から放
出される紫外線が蛍光体により波長変換され、白色光な
どの光として外部に放出される。この光は凹面鏡２１０
により、所定の方向に集光され、放出される。半導体発
光装置１３０の内部において、光源となる蛍光物質を凹
面鏡の焦点近傍に集中して設けることにより、集光性を
改善することができる。

【００４５】本発明によるランプ・ユニット２００は、
例えば車載用のヘッドランプや、懐中電灯などに応用す
ることができる。図２に示したような半導体発光装置１
３０は、従来の電球と比較して、小型化が極めて容易で
ある。従って、異なる発光色を有する半導体発光装置１
３０を凹面鏡２１０の焦点付近に隣接して配置すること
ができるようになる。その結果として、一つのランプ２
００により、複数の発光色を実現できる。たとえば、ヘ
ッドランプとフォグランプを共通のランプ・ユニットに
組込むことも可能である。また、バックランプとストッ
プランプの組み合わせなども可能となる。

【００４６】また、半導体発光装置１３０の代わりに、
紫外線を放出する半導体発光素子１３２を配置し、その
紫外線を直接凹面鏡２１０で反射した後、蛍光体で波長
変換するようにしても良い。この場合には、蛍光体は、
例えば、凹面鏡２１０の反射面上に堆積したり、ランプ
・ユニットの光出射窓部に配置すれば良い。

【００４７】本発明によれば、従来の電球を利用したラ
ンプ・ユニットと比較して、消費電力が小さく、寿命が
極めて長いとともに、振動や衝撃などに対する機械的強
度が顕著に改善されるという利点が得られる。さらに、
光源を小さくすることができるため、集光性を飛躍的に
高めることが可能となり、遠方を高い照度で照らしたい
場合などに特に有利となる。

【００４８】次に、本発明の第４の実施の形態について
説明する。図５は、本発明の第４の実施の形態に係る読
み取り装置を表す模式図である。すなわち、本発明によ
る読み取り装置２５０においては、赤色の光を放出する
半導体発光装置１３０Ａと、緑色の光を放出する半導体
発光装置１３０Ｂと、青色の光を放出する半導体発光装
置１３０Ｃとがそれぞれ配置されている。半導体発光装
置１３０Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ内蔵する蛍光体１３６
の材料を変えることによって、それぞれの発光色を得る
ことができる。

【００４９】半導体発光装置１３０Ａ、Ｂ、Ｃからの赤
色光、緑色光、青色光は、図示しない原稿に向けて照射
され、それぞれの反射光が、受光部２６０Ａ、Ｂ、Ｃに
より検出されるようにされている。受光部２６０Ａ、
Ｂ、Ｃは、例えば、感光型素子やＣＣＤなどにより構成
することができる。本発明による読み取り装置は、ファ
ックス（ＦＡＸ）やスキャナ、あるいはコピ−機などに
組込まれ、所定の原稿を読みとって電気信号に変換する
ことができる。

【００５０】本発明によれば、従来の蛍光灯を利用した
読み取り装置と比較して、消費電力が小さく、寿命が極
めて長いとともに、振動や衝撃などに対する機械的強度
が顕著に改善されるという利点が得られる。

【００５１】次に、本発明の第５の実施の形態について
説明する。図６は、本発明の第５の実施の形態に係る投
影装置を表す模式図である。すなわち、本発明による投
影装置３００においては、凹面鏡３１０の焦点付近に半
導体発光装置１３０が配置され、その前方に投影レンズ
３２０が配置されている。半導体発光装置１３０から放
出された光は、凹面鏡３１０により集光され、透光性シ
ートなどに描かれた所定の原稿３４０の透過パターン
を、投影レンズ３２０により、スクリーン３４２上に投
影する。

【００５２】本発明によれば、従来の電球を利用した読
み取り装置と比較して、消費電力が小さく、発熱が少な
く、寿命が極めて長いとともに、小型軽量化が容易で、
振動や衝撃などに対する機械的強度が顕著に改善される
という利点が得られる。

【００５３】次に、本発明の第６の実施の形態について
説明する。図７は、本発明の第６の実施の形態に係る浄
化装置を表す模式図である。すなわち、本発明による浄
化装置３５０においては、浄化回路３６０に沿って、オ
ゾン発生器３７０と半導体発光素子１３２とが配置され
ている。浄化回路３６０に水３５５Ａを供給した場合に
は、半導体発光素子１３２からの紫外線により殺菌・浄
化され浄化水３５５Ｂとして排出される。また紫外線照
射の前に、オゾン発生器３７０によりオゾンを水に溶か
しておくと、才ゾンによる殺菌・浄化効果に加え紫外線
照射による活性酸素化を促し、殺菌・浄化効果はさらに
高まる。

【００５４】一方、本発明による浄化装置３５０は、空
気の清浄化にも適する。すなわち、浄化回路３６０に空
気を供給することにより、空気に半導体発光素子１３２
からの紫外線を照射して、空気の殺菌・浄化を行うこと
もできる。また、図示しない加熱機構により、供給した
空気の温度を上げて熱風として排気することにより、殺
菌効果を高めた浄化装置としても良い。本発明による浄
化装置３５０は、例えば、医療用、各種保存用ケ−ス
内、冷蔵庫内などの殺菌・浄化用にも応用できる。

【００５５】本発明によれば、従来の紫外線蛍光灯を利
用した浄化装置と比較して、紫外線の強度が大きく浄化
能力が高いとともに、消費電力が小さく、寿命が極めて
長いとともに、振動や衝撃などに対する機械的強度が顕
著に改善されるという利点が得られる。また、半導体発
光素子１３２の点灯直後に瞬時に所定の安定した出力を
得ることができる。さらに、装置全体を小型化すること
ができるので設置が容易となり、鑑賞魚用水槽や家庭用
風呂水浄化などの用途について特に有利となる。

【００５６】次に、本発明の第７の実施の形態について
説明する。図８は、本発明の第７の実施の形態に係る紫
外線照射装置を表す模式図である。すなわち、本発明に
よる紫外線照射装置４００においては、凹面鏡４１０の
焦点付近に半導体発光素子１３２が配置されている。半
導体発光素子１３２から放出された紫外線は凹面鏡４１
０により反射・集光されて、ターゲット４４０に高い照
射強度で照射される。このようにして、例えば、樹脂成
型用や日焼け用、消毒用などの用途に応用することがで
きる。また、後述するＢＧａＮ系の半導体発光素子を用
いれば、人体内でビタミンＤの生成に役立つ３００ｎｍ
付近の紫外線を高い効率で発生することができるので、
健康器具としての応用も可能となる。

【００５７】本発明によれば、従来の紫外線蛍光灯を利
用した紫外線照射装置と比較して、紫外線の強度が高い
とともに、消費電力が小さく、寿命が極めて長いととも
に、振動や衝撃などに対する機械的強度が顕著に改善さ
れるという利点が得られる。さらに、本発明によれば、
光源を極めて小さくすることができるので、集光性を高
めて紫外線照射密度を飛躍的に高めることができる。

【００５８】次に、本発明の第８の実施の形態について
説明する。図９は、本発明の第８の実施の形態に係る表
示装置を表す模式図である。すなわち、本発明による表
示装置４５０は、紫外線を放出する半導体発光素子１３
２と表示パネル４６０とを有する。表示パネル４６０の
裏面には、発光色の異なる複数の蛍光体により、所定の
文字や図絵などが描かれている。半導体発光素子１３２
から放出された紫外線は、表示パネル４６０の裏面の蛍
光体により波長変換され、所定の文字や図絵などのパタ
ーンを表示する。

【００５９】また、紫外線を放出する半導体発光素子１
３２の代わりに半導体発光装置１３０を配置しても良
い。この場合には、半導体発光装置１３０から放出され
る白色光などの可視光をバックライトとして、表示パネ
ル上の所定の文字や図絵などを表示することができる。

【００６０】本発明による表示装置４５０は、例えば、
車載用インジケ−タ・ランプや、各種玩具用表示ラン
プ、各種警告灯、非常灯など極めて幅広に用途に応用す
ることができる。

【００６１】本発明によれば、従来の蛍光灯や電球を利
用した表示装置と比較して、表示輝度が高いとともに、
消費電力が小さく、寿命が極めて長いとともに、振動や
衝撃などに対する機械的強度が顕著に改善されるという
利点が得られる。

【００６２】次に、本発明の第９の実施の形態について
説明する。図１０は、本発明の第９の実施の形態に係る
半導体発光装置を表す模式図である。すなわち、本発明
による半導体発光装置５００は、紫外線を放出する半導
体発光素子１３２と第１の光反射部５１０、波長変換部
５２０、第２の光反射部５３０、および光吸収部５４０
がこの順序で設けられている。

【００６３】本実施形態における第１の光反射部５１０
は、半導体発光素子１３２から放出される紫外線を透過
し、波長変換部５２０において波長変換され放出される
可視光などの２次光は反射するような波長選択性を有す
る。すなわち、半導体発光素子１３２からの紫外線に対
する反射率は低く、波長変換部５２０からの２次光の波
長の光に対する反射率が高くなるように構成されてい
る。

【００６４】このような波長選択性は、例えば、ブラッ
グ反射鏡を利用することにより実現することができる。
すなわち、屈折率が異なる２種類の薄膜を交互に積層す
ることにより、特定の波長領域の光に対する反射率が高
い反射鏡を形成することができる。例えば、１次光の波
長をλ、薄膜層の光屈折率をｎとした場合に、膜厚をそ
れぞれλ／（４ｎ）とした２種類の薄膜を交互に積層す
ることにより、１次光に対する反射率が極めて高い反射
鏡を形成することができる。このような２種類の薄膜
は、光屈折率の差が大きいことが望ましい。その組み合
わせとしては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）と酸
化チタン（ＴｉＯ₂）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と
窒化インジウム（ＩｎＮ）、あるいはこれらのうちのい
ずれかの材料からなる薄膜と、アルミニウム・ガリウム
砒素、アルミニウム・ガリウム燐、五酸化タンタル、多
結晶シリコン、非晶質シリコンなどのいずれか材料の薄
膜とを適宜組み合わせても良い。

【００６５】波長変換部５２０は、半導体発光素子１３
２から放出された紫外線を吸収して、より長波長の２次
光を放出する役割を有する。その構成としては、例え
ば、所定の媒体に蛍光体を含有させた層とすることがで
きる。この蛍光体は、半導体発光素子１３２から放出さ
れる紫外線を吸収して励起され、所定の波長を有する２
次光を放出する。例えば、半導体発光素子１３２から放
出される紫外線が、波長約３３０ｎｍの光であり、蛍光
体により波長変換された２次光は、可視光あるいは赤外
線領域の所定の波長を有するようにすることができる。
２次光の波長は、蛍光体の材料を適宜選択することによ
り、調節することができる。紫外線領域の１次光を吸収
して、効率良く２次光を放出する蛍光体としては、例え
ば、赤色の発光を生ずるものとしては、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅ
ｕ、青色の発光を生ずるものとしては、（Ｓｒ、Ｃａ、
Ｂａ、Ｅｕ）₁₀（ＰＯ₄）₆・Ｃｌ₂、緑色の発光を生ず
るものとしては、３（Ｂａ、Ｍｇ、Ｅｕ、Ｍｎ）Ｏ・８
Ａｌ₂Ｏ₃などを挙げることができる。これらの蛍光物質
を適当な割合で混合すれば、可視光領域の殆どすべての
色調を表現することができる。

【００６６】また、これらの蛍光物質は、３３０ｎｍ付
近の波長帯において吸収ピークを有する場合が多い。従
って、これらの蛍光物質により効率的に波長変換を行う
ためには、半導体発光素子１３２が３３０ｎｍ付近の波
長帯の紫外線を放出するようにすることが望ましい。

【００６７】次に、第２の光反射部５３０について説明
する。光反射部５３０は波長選択性を有する反射鏡であ
り、波長変換部５２０から入射する光のうちで、紫外線
を反射し、２次光を透過させる役割を有する。すなわ
ち、光反射部５３０は、紫外線の波長の光を反射し、２
次光の波長の光を透過するカット・オフ・フィルタ、あ
るいはバンドパス・フィルタとして作用する。その具体
的な構成としては、例えば、前述したようなブラッグ反
射鏡とすることができる。

【００６８】このような光反射部５３０を配置すること
により、波長変換部５２０を透過して漏洩した紫外線を
高い効率で反射して、波長変換部５２０に再び戻すこと
ができる。このようにして戻された紫外線は、波長変換
部５２０において波長変換され、２次光として、光反射
部５３０を透過する。つまり、波長変換部５２０の光出
射側に光反射部５３０を配置することにより、紫外線の
外部への漏洩を防止するとともに、波長変換部５２０を
透過した紫外線を戻して高い効率で波長変換することが
できるようになる。また、外部からの紫外線も光反射部
５３０により反射できるので、外乱光により波長変換部
５２０が励起されて不要な発光を生ずるという問題を解
消することもできる。

【００６９】次に、光吸収部５４０について説明する。
光吸収部は、波長選択性を有する吸収体であり、紫外線
を高い効率で吸収するとともに２次光は透過させる役割
を有する。すなわち、紫外線の波長の光に対する吸収率
が高く、２次光の波長の光に対する吸収率は低いような
吸収特性を有する。この具体的な構成としては、例え
ば、透光性の媒体に所定の吸収体を分散させたものを挙
げることができる。このような吸収体としては、例え
ば、２次光が赤色の光の場合には、カドミウム・レッド
や弁柄を挙げることができ、２次光が青色の光の場合に
は、コバルト・ブルーや群青などを挙げることができ
る。

【００７０】このような光吸収部５４０を設けることに
より、光反射部５３０を透過した紫外線を吸収して外部
への漏洩を防止することができるとともに、外部に取り
出す光のスペクトルを調節して、純色性を改善すること
も可能となる。また、外部からの紫外線も光吸収部５４
０により吸収されるので、外乱光により波長変換部５２
０が励起されて不要な発光を生ずるという問題を解消す
ることもできる。

【００７１】本実施形態によれば、半導体発光素子１３
２から放出された紫外線は第１の光反射部５１０を透過
して波長変換部５２０に入射し、２次光に波長変換され
る。また、波長変換部５２０において波長変換されずに
透過した紫外線は、第２の光反射部５３０により反射さ
れて再び波長変換部５２０に戻される。さらに、第２の
光反射部５３０も透過した紫外線は、光吸収部５４０に
おいて吸収され、外部への漏洩が防止される。

【００７２】一方、波長変換部５２０から放出された２
次光のうちで第２の光反射部５１０の方向に出射した光
成分は、光反射部５３０および光吸収部５４０を透過し
て外部に取り出すことができる。また、波長変換部５２
０から放出された２次光のうちで半導体発光素子１３２
の方向に出射した光成分は、第１の光反射部５１０によ
り反射され、波長変換部５２０、光反射部５３０および
光吸収部５４０を透過して外部に取り出すことができる
ようになる。

【００７３】ここで、第１の光反射部５１０を設けない
場合には、波長変換部５２０から半導体発光素子１３２
の方向に放出された２次光は、半導体発光素子１３２に
より吸収され、あるいは乱反射されて、外部に有効に取
り出すことができない。これに対して、本実施形態によ
れば、第１の光反射部５１０を設けることにより、波長
変換部５２０から半導体発光素子１３２の方向に放出さ
れる２次光を光反射部５１０により反射して、外部に効
率良く取り出すことができるようになる。すなわち、光
は２つの光反射部の間で多重反射したりして最終的には
大部分が波長変換され、外部へ取り出されることにな
る。よって取り出し効率の極めて高い高効率発光装置を
実現することができる。

【００７４】次に、本発明に用いて好適な紫外線を発光
する半導体発光素子１３２の詳細について説明する。

【００７５】図１１は、本発明に用いて好適な半導体発
光素子１３２の断面構成を表す模式図である。すなわ
ち、半導体発光素子１３２は、紫外波長域で発光する発
光ダイオ−ド（ＬＥＤ）である。図１１に示したよう
に、半導体発光素子１３２は、サファイア基板１００１
上に半導体層１００２〜１００８が積層された構成を有
する。各半導体層の結晶成長は、例えば有料金属化学気
相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により行うことができる。そ
れぞれの半導体層の膜厚と成長温度について以下に例示
する。

【００７６】ＧａＮバッファ層１００２・・０．０５μｍ、５５０℃ ｎ−ＧａＮコンタクト層１００３・・４．０μｍ、１１００℃ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１００４・・０．２μｍ、ｌｌ００℃ ｎ−ＢＧａＮ活性層１００５・・０．５μｍ、１２００℃ ｐ−ＡｌＧａＮ第１クラッド層１００６・・０．０５μｍ、１１００℃ ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド層１００７・・０．２μｍ、１１００℃ ｐ−ＧａＮコンタクト層１００８・・０．０５μｍ、１１００℃ また、電流注入用の電極１００９および１０１０は、そ
れぞれ、ｎ−ＧａＮコンタクト層１００３およびｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層１００８上に形成されている。半導体
発光素子１３２が従来の素子と異なる点は、活性層１０
０５にホウ素（Ｂ）を含む窒化ガリウム系半導体を用
い、さらにその隣接する層にＡｌＧａＮを用いている点
にある。従来、Ｂを含む結晶はＢＮを中心に開発が進め
られてきており、その基板結晶としてはＳｉＣが用いら
れ、結晶成長温度としては約１３００℃という高い成長
温度が必要であった。しかしながら、ＢをＧａＮに混入
させようと試みると、ＢはＧａＮ結晶中への溶解度が低
く、また基板に用いるＳｉＣとの格子不整合が大きいと
いう問題があった。このため、例えば結晶の表面モフォ
ロジの平坦性などの点で品質の高いＢＧａＮの３元混晶
は、これまで得られていなかった。

【００７７】本半導体発光素子１３２の優れた点は、Ｂ
ＧａＮの下地層に耐熱性の高いＡｌを含むＡｌＧａＮを
用いることにより、高品質のＢＧａＮ結晶を成長するこ
とができる点にある。つまり、ＡｌＧａＮを１１００℃
で成長した後、成長温度を窒化ガリウム系の成長として
は比較的高い１２００℃に昇温しても、その結晶表面の
平坦性が保たれることから、良質のＢＧａＮ結晶を平坦
性よく成長できる。

【００７８】本発明者の実験によれば、更に成長温度を
上げた場合には、ＡｌＧａＮの表面からのＮの抜けによ
るものと考えられる表面荒れが顕著になり、加えてＡｌ
ＧａＮとの格子不整合率が増加するために、成長したＢ
ＧａＮ層の表面の平坦性が劣化した。ここでＢの濃度を
増加するほど、結晶表面の平坦性は劣化する傾向が認め
られ、平坦な表面を有する結晶が得られたＢ_xＧａ_1-xＮ
のＢ混晶比（Ｘ）は０．１以下であった。これ以上の濃
度のＢの混晶化は未だ困難である。

【００７９】しかし、本発明者が得た混晶組成は、紫外
波長領域での発光素子としては十分な混晶比であり、そ
の波長は３６５〜３００ｎｍに対応することが分かっ
た。

【００８０】本構造が有するもう一つの利点は、比較的
厚くに成長したｎ−ＧａＮコンタクト層１００３の上に
ＢＧａＮを含む発光部を成長出来る点にある。図１１の
ような素子構造を作成する際には、ｎ側電極１００９の
形成にあたって、半導体層をエッチングしてｎ型コンタ
クト層１００３を露出させる必要がある。このエッチン
グ工程の加工精度の許容度を拡大するためには、ｎ型コ
ンタクト層１００３をある程度厚く成長することが望ま
しい。しかし、ＢＧａＮ混晶では厚膜成長が困難であり
エッチング・プロセスの歩留まりを低下させてしまうた
め、ｎ型コンタクト層として用いることが適さない。

【００８１】ＢＧａＮ混晶は、６Ｈ型のＳｉＣ基板に格
子整合するＢ混晶比を有しており、導電性を有するＳｉ
Ｃ基板上に成長する場合には、電極形成のためのエッチ
ング・プロセスが必要でなく、必ずしも厚い結晶は必要
とされない。しかし、その際のＢ混晶比は０．２と高く
結晶成長自身が困難であり、また、ＳｉＣ基板が紫外線
の波長に対し不透明となることから単純に素子特性向上
に結び付くわけではない。

【００８２】以上説明したような事情により、本発明に
よる半導体発光素子１３２における、ＧａＮ層／ＡｌＧ
ａＮ層の上にＢＧａＮ発光層を積層した構造は、格子整
合条件を必要とせずに厚膜で平坦なＧａＮ層／ＡｌＧａ
Ｎ層を成長することができ、ＢＧａＮを発光層とするＬ
ＥＤを実現するにあたって非常に有効である。

【００８３】図１１に示した構成において、Ｂ_xＧａ_1-x
Ｎ活性層１００５のＢ混晶比（Ｘ）を０．０５とし、ｐ
−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第１クラッド層１００６のＡｌ混晶比
（Ｙ）を０．３、ｎ−Ａｌ_zＧａ_1-zＮクラッド層１００
４およびｐ−Ａｌ_zＧａ_1-zＮクラッド層１００７のＡｌ
混晶比（Ｚ）を０．２とした半導体積層構造を作成し、
３５０μｍ角のチップに加工してＬＥＤを試作した結
果、発光スペクトルピ−クが約３３０ｎｍの紫外線発光
を得ることができた。動作電流を２０ｍＡにしたときの
発光強度は約１０μＷであった。

【００８４】図１２は、ＢＧａＮに対してシリコン（Ｓ
ｉ）をド−ビングした場合のシリコン濃度とフォトルミ
ネッセンス（ＰＬ）発光強度との関係を示すグラフ図で
ある。すなわち、同図の横軸はＢＧａＮ中のシリコン濃
度を表し、縦軸はＰＬ発光強度を任意単位で表す。同図
からわかるようにシリコン濃度によって、ＬＥＤの発光
強度が変化する。すなわち、シリコン濃度の増加にとも
なって、１Ｅ１６ｃｍ^-3付近から急激に発光強度が増加
し、約１Ｅ１８から１Ｅ２０ｃｍ^-3付近で発光強度は最
大となり、それ以上高いシリコン濃度では、発光強度は
急激に減少する。本発明者の実験によれば、このような
傾向はＢ混晶比を変化させても変わらず、同様の結果が
得られた。図１１に示した層構造において、ＢＧａＮ活
性層１００５に対してシリコンを１Ｅ１９ｃｍ^-3ドーピ
ングしたところ、発光波長は３３０ｎｍで変わらず、２
０ｍＡでの発光強度は約２ｍＷまで向上した。さらに活
性層１００５のシリコン濃度を変化させた実験の結果、
シリコン濃度としては、１Ｅ１７ｃｍ^-3から１Ｅ２１ｃ
ｍ^-3の範囲において、特性向上および積層構造を作成す
る上で実用上適当であることがわかった。

【００８５】図１３は、本発明の異なる実施の形態に関
わる紫外線発光型の半導体発光素子の概略断面構造を表
す図である。すなわち、半導体発光素子１３２Ｂは、６
Ｈ型ＳｉＣ基板１１０１上に成長させた積層構造を有す
る。各層の膜厚および成長温度は図１１に関して前述し
たものとほぼ同様であり、異なる点はＧａＮバッファ層
１１０２がｎ型にドーピングされ、ｎ側電極１１０９が
ＳｉＣ基板１１０１の裏面側に形成されている点であ
る。結晶成長は、例えば有機金属化学気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ法）により行うことができる。前述したように、
６Ｈ型ＳｉＣ基板１１０１を採用した場合においては、
紫外線波長域において不透明になるので、基板側へ放射
された光を発光素子の外部に取り出すことができなくな
るというデメリットが生ずる。しかし、ＧａＮとの実効
格子不整合率はサファイア基板の１３．８％に対して
３．４％と６Ｈ型−ＳｉＣ基板の方が小さく、格子不整
合に起因する転位や各種の結晶欠陥の密度を低減するこ
とができる。このようにＢＧａＮ活性層１１０５の下地
の結晶層の品質が向上することから、ＢＧａＮ結晶１１
０５の結晶品質も向上し、発光素子の発光特性を改善す
ることができる。すなわち、６Ｈ型ＳｉＣ基板１１０１
を採用する利点は、結晶性の改善に起因する発光特性の
向上である。

【００８６】図１３に示した構造において、Ｂ_xＧａ_1-x
Ｎ活性層１１０５のＢ混晶比（Ｘ）を０．０５とし、ｐ
−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第１クラッド層１１０６のＡｌ混晶比
（Ｙ）を０．３、ｎ−Ａｌ_zＧａ_1-zＮクラッド層１１０
４およびｐ−Ａｌ_zＧａ_1-zＮクラッド層１１０７のＡｌ
混晶比（Ｚ）を０．２とした層構造を作成し、３５０μ
ｍ角のチップに加工してＬＥＤを作成したところ、発光
スペクトルピ−クが３３０ｎｍの発光を得ることができ
た。

【００８７】Ｂ_xＧａ^1-xＮ活性層１１０５に対してシリ
コンをドーピングして結晶中のシリコン濃度を１Ｅ１９
ｃｍ^-3として作成した素子においては、動作電流を２０
ｍＡにしたときの発光強度は約１．３ｍＷであった。

【００８８】図１４は、図１３に示した半導体発光素子
１３２Ｂの変型例を表す断面模式図である。すなわち、
半導体発光素子１３２Ｃは、図１３に示した半導体発光
素子３２Ｂの半導体積層構造を表面側からエッチングし
てｎ−ＧａＮコンタクト層１１０３を露出させ、ｎ側電
極１１０９を形成したものである。この構造においても
素子特性に重要なＢＧａＮ活性層に与える影響は同様で
あり、その有用性は大きい。

【００８９】なお、以上説明した本発明の実施の形態
は、図示した構造や前述した製造方法に限定されるもの
ではない。すなわち、発光層としてＢＧａＮ混晶につい
て記したが、ＢｌｎＡｌＧａＮ系の材料を用いて、注入
キャリアの閉じ込めが可能なへテ口接合が形成されれば
良く、ＢＧａＮの３元系に限られるものではない。

【００９０】また、ｐ側電極を形成するコンタクト層も
ＧａＮ層に限定されず、ＩｎＡｌＧａＮ系から選ばれる
材料であれば、その特性は満足され、活性層からの発光
に対して吸収損失を有する材料系の場合は膜厚を薄くす
ることにより対応すれば十分に特性を満足することがで
きる。また、前述した具体例においてはＬＥＤについて
説明したが窒化ガリウム系半導体レーザ（ＬＤ）への適
用も可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施可能である。

【００９１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に説明する効果を奏する。

【００９２】まず、本発明によれば、従来の蛍光灯や電
球に比べて、高効率で、消費電力が低く、寿命も極めて
長い照明装置などの各種応用装置を提供することができ
る。

【００９３】さらに、本発明によれば、衝撃や振動など
に対する機械的強度が高く、信頼性に優れた照明装置な
どを提供することができる。

【００９４】また、本発明によれば、小型、軽量化が容
易であり、製造コスト、輸送コストも低減することがで
きる。

【００９５】また、本発明によれば、半導体発光素子の
発光層からの発光を直接取り出すことがなく、蛍光物質
により波長変換することとしているので、半導体発光素
子の製造パラメータのばらつき、駆動電流、温度などに
依存して、発光波長が変動するという問題を解消するこ
とができる。すなわち、本発明によれば、発光波長が極
めて安定で、発光輝度と発光波長とを独立して制御する
ことができるようになる。

【００９６】また、本発明によれば、用いる蛍光物質を
適宜組み合わせることによって、容易に複数の発光波長
を得ることができる。例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）の蛍光物質を適宜混合して、発光素子に含有させ
れば、白色光の発光を容易に得ることができる。

【００９７】さらに、本発明によれば、発光層にホウ素
を含んだＧａＮを用いることにより、蛍光体を極めて効
率的に励起することができる３３０ｎｍ付近の紫外線を
極めて高い強度で得ることができる。

【００９８】さらに、本発明によれば、半導体発光素子
が放出する紫外線を反射して閉じこめ、また蛍光体が放
出する２次光を反射して外部に導くことにより、極めて
効率的に波長変換を行い、２次光を外部に取り出すこと
ができるようになる。

【００９９】さらに、本発明によれば、発光波長に応じ
て、内蔵する半導体発光素子の材料や構造を適宜選択
し、変更する必要がなくなる。例えば、従来は、赤色に
おいて発光させるためには、ＡｌＧａＡｓ系材料を用
い、黄色においてはＧａＡｓＰ系またはｌｎＧａＡｌＰ
系材料、緑色系においてはＩｎＧａＡｌＰ系またはＧａ
Ｐ系材料、青色においてはＩｎＧａＮ系材料の如く、最
適な材料をその波長に併せて選択しなければならないと
いう問題があった。これに対して、本発明によれば、発
光波長に応じて蛍光物質の種類を適宜選択すれば良く、
半導体発光素子を変更する必要がなくなる。

【０１００】また、本発明によれば、異なる発光色を有
する半導体発光素子を並べる必要がある場合において
も、発光色の変更は、用いる蛍光体の種類を変えるだけ
で済み、半導体発光素子の材料や構造は同一とすること
ができる。従って、発光装置の構成を極めて簡略化する
ことが可能となり、製造コストを顕著に低減することが
できるとともに、信頼性も高く、また、駆動電流や、供
給電圧、あるいは素子のサイズなどを共通にすることに
より、応用範囲を顕著に拡大することができるという利
点も生ずる。

【０１０１】このように、本発明によれば、比較的簡略
な構成により、発光波長が極めて安定で、しかも、可視
光から赤外線領域までの種々の波長において高い輝度で
発光させることができる照明装置、その他各種の応用装
置を提供することができ、産業上のメリットは多大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る照明装置を表
す概略図である。すなわち、同図（ａ）は、その全体斜
視図であり、同図（ｂ）は、その横断面図、同図（ｃ）
は、その配線基板の概略平面図である。

【図２】本発明において用いて好適な半導体発光装置の
構成を表す概略断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る写真機用閃光
装置を表す模式図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係るランプを表す
模式図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態に係る読み取り装置
を表す模式図である。

【図６】本発明の第５の実施の形態に係る投影装置を表
す模式図である。

【図７】本発明の第６の実施の形態に係る浄化装置を表
す模式図である。

【図８】本発明の第７の実施の形態に係る紫外線照射装
置を表す模式図である。

【図９】本発明の第８の実施の形態に係る表示装置を表
す模式図である。

【図１０】本発明の第９の実施の形態に係る発光装置を
表す模式図である。

【図１１】本発明に用いて好適な半導体発光素子１３２
の断面構成を表す模式図である。

【図１２】ＢＧａＮに対してシリコン（Ｓｉ）をド−ビ
ングした場合のシリコン濃度とフォトルミネッセンス
（ＰＬ）発光強度との関係を示すグラフ図である。

【図１３】本発明の異なる実施の形態に関わる紫外線発
光型の半導体発光素子の概略断面構造を表す図である。

【図１４】図１３に示した半導体発光素子１３２Ｂの変
型例を表す断面模式図である。

【図１５】従来の蛍光灯システムの概略構成を表す模式
図である。

【符号の説明】

１００照明装置１１０配線基板１２０Ａ、１２０Ｂ外囲器１３０半導体発光装置１３２半導体発光素子１３４リード・フレーム１３６蛍光体１３８樹脂１５０写真機１５２レンズ１５４ファインダ１５８パルス発生器２００ランプ・ユニット２１０凹面鏡２５０読み取り装置２６０Ａ、Ｂ、Ｃ受光部３００投影装置３１０凹面鏡３２０投影レンズ３４０原稿３４２スクリーン３５０浄化装置３５５Ａ水３５５Ｂ浄化水３６０浄化回路３７０オゾン発生器４００紫外線照射装置４１０凹面鏡４４０ターゲット４５０表示装置４６０表示パネル５００半導体発光装置５１０第１の光反射部５２０波長変換部５３０第２の光反射部５４０光吸収部１００１基板１００２バッファ層１００３ｎ型層１００４、１００６、１００７クラッド層１００５発光層１００８コンタクト層１００９、１０１０電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０２Ｆ 1/78 Ｃ０２Ｆ 1/78 Ｆ２１Ｍ 1/00 Ｆ２１Ｍ 1/00 ＡＦ２１Ｖ 19/00 Ｆ２１Ｖ 19/00 Ｐ // Ｈ０１Ｓ 3/18 Ｈ０１Ｓ 3/18 (72)発明者新田康一神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社東芝川崎事業所内 (72)発明者古川千里神奈川県川崎市川崎区日進町７番地１東芝電子エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紫外線を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、
前記紫外線よりも長い波長を有する２次光を放出する蛍
光体と、を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】配線基板と、前記配線基板上に設けられた複数の半導体発光装置と、前記配線基板の周囲を覆うように設けられた透光性を有
する外囲器と、を備え、前記半導体発光装置は、紫外線を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、
前記紫外線よりも長い波長を有する２次光を放出する蛍
光体と、を有することを特徴とする照明装置。
【請求項３】前記半導体発光装置は表面実装型であるこ
とを特徴とする請求項２記載の照明装置。
【請求項４】前記複数の半導体発光装置のうちの所定数
の前記半導体発光装置が直列に接続されてなる複数のユ
ニットが形成され、前記複数のユニットが互いに並列に
接続されていることを特徴とする請求項２または３に記
載の照明装置。
【請求項５】配線基板と、前記配線基板上に設けられた紫外線を放出する複数の半
導体発光素子と、前記配線基板の周囲を覆うように設けられた透光性を有
する外囲器と、を備え、さらに、前記外囲器の内壁面には蛍光体が設けられ、前記半導体
発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、前記紫外線
よりも長い波長を有する２次光を放出するようにしたこ
とを特徴とする照明装置。
【請求項６】前記複数の半導体発光素子のうちの所定数
の前記半導体発光素子が直列に接続されてなる複数のユ
ニットが形成され、前記複数のユニットが互いに並列に
接続されていることを特徴とする請求項５記載の照明装
置。
【請求項７】前記２次光は、可視光であることを特徴と
する請求項１〜６のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項８】前記可視光は、赤色、緑色、および青色の
波長領域にそれぞれ強度ピークを有することを特徴とす
る請求項７記載の照明装置。
【請求項９】高周波電圧を直流電圧に変換する変換回路
をさらに備え、蛍光灯の電源に接続して前記半導体発光
素子を駆動できるようにしたことを特徴とする請求項１
〜８のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項１０】紫外線を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、
可視光領域の波長を有する２次光を放出する蛍光体と、前記半導体発光素子にパルス状の駆動電流を供給するパ
ルス発生器と、を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１１】紫外線を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、
可視光領域の波長を有する２次光を放出する蛍光体と、前記可視光を反射して、所定の方向に照射する凹面鏡
と、を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】前記半導体発光素子と、前記蛍光体との
間に、前記紫外線を透過し、前記蛍光体から放出される
前記２次光を反射するような波長選択性を有する第１の
光反射膜をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１
１のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１３】前記蛍光体からみて前記半導体発光素子
と反対側に、前記紫外線を反射し、前記蛍光体から放出
される前記２次光を透過するような波長選択性を有する
第２の光反射膜をさらに備えたことを特徴とする請求項
１〜１２のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項１４】前記蛍光体からみて前記半導体発光素子
と反対側に、前記紫外線を吸収し、前記蛍光体から放出
される前記２次光を透過するような波長選択性を有する
光吸収体をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１
３のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項１５】前記半導体発光素子は、発光層に窒化ガ
リウム系半導体を含むことを特徴とする請求項１〜１４
のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項１６】前記半導体発光素子は、発光層にホウ素
とガリウムと窒素とを含むことを特徴とする請求項１〜
１４のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項１７】前記半導体発光素子は、基板と、前記基板上に堆積された第１導電型のＧａＮ層と、アルミニウムを含むＧａＮからなる第１導電型のクラッ
ド層と、ホウ素を含むＧａＮからなる発光層と、アルミニウムを含むＧａＮからなる第２導電型のクラッ
ド層と、を少なくとも有することを特徴とする請求項１６記載の
照明装置。
【請求項１８】前記半導体発光素子の発光波長は、約３
３０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜１７のいず
れか１つに記載の照明装置。
【請求項１９】紫外線を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、
前記紫外線よりも波長の長い光を放出する蛍光体と、外部において反射された前記波長の長い光を検出する受
光部と、を備え、前記蛍光体が放出した光を原稿に照射すること
によって読みとるよあにしたことを特徴とする読み取り
装置。
【請求項２０】前記半導体発光素子は、発光層に窒化ガ
リウム系半導体を含むことを特徴とする請求項１９記載
の読み取り装置。
【請求項２１】前記半導体発光素子は、発光層にホウ素
とガリウムと窒素とを含むことを特徴とする請求項１９
または２０に記載の読み取り装置。
【請求項２２】前記半導体発光素子は、基板と、前記基板上に堆積された第１導電型のＧａＮ層と、アルミニウムを含むＧａＮからなる第１導電型のクラッ
ド層と、ホウ素を含むＧａＮからなる発光層と、アルミニウムを含むＧａＮからなる第２導電型のクラッ
ド層と、を少なくとも有することを特徴とする請求項２１記載の
読み取り装置。
【請求項２３】前記半導体発光素子の発光波長は、約３
３０ｎｍであることを特徴とする請求項１９〜２２のい
ずれか１つに記載の読み取り装置。
【請求項２４】紫外線を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、
可視光を放出する蛍光体と、前記可視光を集光してスクリーンに投影する光学系と、を備え、透光性の媒体上のパターンを拡大投影するよう
にしたことを特徴とする投影装置。
【請求項２５】前記半導体発光素子は、発光層に窒化ガ
リウム系半導体を含むことを特徴とする請求項２４記載
の投影装置。
【請求項２６】前記半導体発光素子は、発光層にホウ素
とガリウムと窒素とを含むことを特徴とする請求項２４
または２５に記載の投影装置。
【請求項２７】前記半導体発光素子は、基板と、前記基板上に堆積された第１導電型のＧａＮ層と、アルミニウムを含むＧａＮからなる第１導電型のクラッ
ド層と、ホウ素を含むＧａＮからなる発光層と、アルミニウムを含むＧａＮからなる第２導電型のクラッ
ド層と、を少なくとも有することを特徴とする請求項２６記載の
投影装置。
【請求項２８】前記半導体発光素子の発光波長は、約３
３０ｎｍであることを特徴とする請求項２４〜２７のい
ずれか１つに記載の投影装置。
【請求項２９】液体あるいは気体を通過させる浄化回路
と、前記浄化回路上に設けられた紫外線を放出する半導体発
光素子と、を備えた浄化装置。
【請求項３０】前記浄化回路上に、オゾン発生器をさら
に備え、前記オゾン発生器により発生したオゾンを含有
した液体に前記紫外線を照射するようにした請求項２９
記載の浄化装置。
【請求項３１】前記浄化回路上に、加熱装置をさらに備
え、前記浄化回路において浄化された気体を昇温して排
気するようにした請求項２９記載の浄化装置。
【請求項３２】前記半導体発光素子は、発光層に窒化ガ
リウム系半導体を含むことを特徴とする請求項２９〜３
１のいずれか１つに記載の浄化装置。
【請求項３３】前記半導体発光素子は、発光層にホウ素
とガリウムと窒素とを含むことを特徴とする請求項２９
〜３２のいずれか１つに記載の浄化装置。
【請求項３４】前記半導体発光素子は、基板と、前記基板上に堆積された第１導電型のＧａＮ層と、アルミニウムを含むＧａＮからなる第１導電型のクラッ
ド層と、ホウ素を含むＧａＮからなる発光層と、アルミニウムを含むＧａＮからなる第２導電型のクラッ
ド層と、を少なくとも有することを特徴とする請求項３３記載の
浄化装置。
【請求項３５】前記半導体発光素子の発光波長は、約３
３０ｎｍであることを特徴とする請求項２９〜３４のい
ずれか１つに記載の浄化装置。
【請求項３６】紫外線を放出する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放出する前記紫外線を吸収して、
可視光を放出する蛍光体が堆積された表示パネルと、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項３７】前記半導体発光素子は、発光層に窒化ガ
リウム系半導体を含むことを特徴とする請求項３６記載
の表示装置。
【請求項３８】前記半導体発光素子は、発光層にホウ素
とガリウムと窒素とを含むことを特徴とする請求項３６
または３７に記載の表示装置。
【請求項３９】前記半導体発光素子は、基板と、前記基板上に堆積された第１導電型のＧａＮ層と、アルミニウムを含むＧａＮからなる第１導電型のクラッ
ド層と、ホウ素を含むＧａＮからなる発光層と、アルミニウムを含むＧａＮからなる第２導電型のクラッ
ド層と、を少なくとも有することを特徴とする請求項３８記載の
表示装置。
【請求項４０】前記半導体発光素子の発光波長は、約３
３０ｎｍであることを特徴とする請求項３６〜３９のい
ずれか１つに記載の表示装置。