JP4279698B2 - Ｌｅｄ素子の駆動方法及び駆動装置、照明装置並びに表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに発光波長ピークの異なる複数の発光層を有するＬＥＤ素子の駆動方法及び駆動装置、照明装置並びに表示装置に関する。

ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体や有機化合物半導体に関する技術の進展により、これら材料で構成される発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）素子を用いた照明装置が提案されている。ところが、通常のＬＥＤ素子は発光の純色性が高いので、白色のような照明装置として好適な彩度の低い色を、単一の発色層を有するＬＥＤ素子だけによって得ることは困難である。そこで、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の３種類のＬＥＤ素子が１つのパッケージ内に組み込まれ、３色の混合により一般照明のような白色光を出すＬＥＤランプを用いた照明装置、及び、青色又は紫外のような短波長を発するＬＥＤ素子と、短波長光により励起されて白色光を発する蛍光体とがモールドされたＬＥＤランプを用いた照明装置が考案されている。

しかしながら、前者の場合、赤色を発光するＬＥＤ素子がＧａＡｓ系の化合物材料で構成されているために、Ａｓを含むことに起因する環境負荷が大きい。これに加えて、前者の場合、材料系が異なるために温度などの周囲環境の変化や経年に対する特性変化の様子が異なる３種類のＬＥＤランプを用いるので、色調変化を生じやすい。一方、後者は、蛍光体による波長変換を用いるために発光効率の点で劣っており、しかも、周囲環境の変化や経年に対するＬＥＤ素子の特性変化と蛍光体の特性変化とが整合しないことによる色調変化が生じやすい。

これらの不利益を解消するために、特許文献１に記載のような単一チップで白色発光可能なＬＥＤ素子の開発が進められている。図１５は、特許文献１に記載されたＬＥＤ素子の模式図である。図１５に示すように、このＬＥＤ素子においては、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる３つの発光層１０３、１０５、１０６がバリア層１０４によって隔てられつつ積層されている。これら発光層１０３、１０５、１０６は互いに発光波長ピークが異なっており、各々赤、緑、青色領域の光を発光する。そして、上記５つの層が、基板１０１上に形成されたｎ型の電流注入層１０２と、ｐ型の電流注入層１０７との間に挟まれている。ｐ型の電流注入層１０７及びｎ型の電流注入層１０２には、それぞれ電極１０８、１０９が形成されている。

かかるＬＥＤ素子では、電極１０８、１０９間に電流を流すと、ＲＧＢの３色が混合された白色光が得られる。さらに、各発光層１０３、１０５、１０６がＩｎＧａＮからなるので、各発光層１０３、１０５、１０６の発光波長ピークを発光色が紫外領域〜赤色領域の範囲で調整することによって、種々の色調を実現することができる。係る特許文献１に記載のＬＥＤ素子を含むＬＥＤランプを照明装置に用いた場合、上述した不利益が解消されることに加えて、各ＬＥＤランプがＬＥＤ素子を１つだけを含み且つ蛍光体を含まない単純な構造を有しているという利点が得られる。

特開平１１−１２１８０６号公報（図１）

特許文献１に記載の上記ＬＥＤ素子に関する特性については、今までのところ十分な研究が行われていない。そのため、係るＬＥＤ素子が照明装置及び表示装置に用いられた場合において、ＬＥＤ素子を効果的に駆動する技術は未だ知られていない。

そこで、本発明の一つの目的は、互いに発光波長ピークの異なる複数の発光層を有するＬＥＤ素子を効果的に駆動することができる駆動方法及び駆動装置を提供することである。

本発明の別の目的は、互いに発光波長ピークの異なる複数の発光層を有するＬＥＤ素子が効果的に駆動される照明装置及び表示装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明者らが特許文献１に記載の上記ＬＥＤ素子に関する発光色の駆動電流値依存性を調査したところ、電流値の増加に応じて発光色が変化すること、例えば、電流値を１ｍＡから２００ｍＡまで増加させると、発光色の色調が、ピンクがかった白色から、青みがかった白色へと変化することが分かった。さらに、発光色が実質的に電流値だけに依存すること、言い換えると、パルス電流で駆動した場合に波高値（パルス電流値）が一定であれば発光色がデューティと実質的に無関係であることが分かった。

本発明のＬＥＤ素子の駆動方法は、かかる知見に基づいて完成されたものであって、障壁層を介して積層された電流注入によって互いに異なる発光波長ピークで発光する複数の発光層が直列に配置された、多重量子井戸構造を有する活性領域が一対のｐ層とｎ層との間に挟まれており、発光色が実質的に駆動電流値だけに依存し、駆動電流値を変化させた際の発光色の変化がＣＩＥ色度図上において曲線を描くＬＥＤ素子に関して、所望発光色に対応した電流値を指示する値を求める駆動電流値演算ステップと、前記駆動電流値演算ステップで求められた値によって指示される電流値を有する駆動電流を生成する駆動電流生成ステップと、前記駆動電流生成ステップで生成された駆動電流を前記ＬＥＤ素子に供給する駆動電流供給ステップとを備え、前記駆動電流値演算ステップにおいて、混色によって、前記ＬＥＤ素子の発光色の変化がＣＩＥ色度図上において描く前記曲線から外れた所望発光色となる互いに異なる３以上の発光色に対応した互いに異なる３以上の電流値を指示する複数の値を求め、前記駆動電流生成ステップにおいて、前記駆動電流値演算ステップで求められた３以上の値が指示する互いに異なる波高値Ｉを有する３以上のパルスを含む駆動電流を生成し、前記３以上の発光色は、ＣＩＥ色度図上において前記３以上の発光色をそれぞれ頂点としたｎ角形領域（ｎは３以上の自然数）内に前記所望発光色があるようなものである。

別の観点において、本発明はＬＥＤ素子の駆動装置であって、障壁層を介して積層された電流注入によって互いに異なる発光波長ピークで発光する複数の発光層が直列に配置された、多重量子井戸構造を有する活性領域が一対のｐ層とｎ層との間に挟まれており、発光色が実質的に駆動電流値だけに依存し、駆動電流値を変化させた際の発光色の変化がＣＩＥ色度図上において曲線を描くＬＥＤ素子に関して、所望発光色に対応した電流値を指示する値を求める駆動電流値演算手段と、前記駆動電流値演算手段で求められた値によって指示される電流値を有する駆動電流を生成する駆動電流生成手段とを備え、前記駆動電流値演算手段が、混色によって、前記ＬＥＤ素子の発光色の変化がＣＩＥ色度図上において描く前記曲線から外れた所望発光色となる互いに異なる３以上の発光色に対応した互いに異なる３以上の電流値を指示する複数の値を求め、前記駆動電流生成手段が、前記駆動電流値演算手段で求められた３以上の値が指示する互いに異なる波高値Ｉを有する３以上のパルスを含む駆動電流を生成し、前記３以上の発光色は、ＣＩＥ色度図上において前記３以上の発光色をそれぞれ頂点としたｎ角形領域（ｎは３以上の自然数）内に前記所望発光色があるようなものである。

これによると、上記のようなＬＥＤ素子を所望発光色で発光させることができる。したがって、係るＬＥＤ素子が用いられた照明装置において、発光色を所望色とすることが可能となる。また、係るＬＥＤ素子が用いられた表示装置において、各ＬＥＤ素子の特性がばらついている場合であっても、電流値を調整することで各ＬＥＤ素子の発光色を均一にすることができ、画質が向上する。さらに、ＬＥＤ素子がそれぞれ短い周期の複数の発光色で発光するので、通常のパルス駆動によっては得られない、複数の発光色が混色された色をＬＥＤ素子が発光していると観察者に感じさせることができる。加えて、３以上のパルスを含む駆動電流を生成することで、観察者に感じさせることができる色の範囲を広げることができる。

また、本発明のＬＥＤ素子の駆動方法は、前記ＬＥＤ素子に駆動電流として供給される前記ＬＥＤ素子の所望発光強度に対応したパルス電流のデューティＤを指示する値を求めるデューティ演算ステップをさらに備えていることが好ましい。そして、前記駆動電流生成ステップにおいて、前記駆動電流値演算ステップで求められた値が指示する波高値Ｉを有し且つ前記デューティ演算ステップで求められた値が指示するデューティＤを有する前記パルス電流が生成される。一方、本発明のＬＥＤ素子の駆動装置は、前記ＬＥＤ素子に駆動電流として供給される前記ＬＥＤ素子の所望発光強度に対応したパルス電流のデューティＤを指示する値を求めるデューティ演算手段をさらに備えていることが好ましい。そして、前記駆動電流生成手段が、前記駆動電流値演算手段で求められた値が指示する波高値Ｉを有し且つ前記デューティ演算手段で求められた値が指示するデューティＤを有する前記パルス電流を生成する。これによると、デューティＤ、言い換えるとパルス電流の平均駆動電力を変更することによって、ＬＥＤ素子の発光強度を所望発光強度とすることが可能となる。したがって、ＬＥＤ素子の発光強度及び発光色を独立に制御することができるようになる。よって、発光強度を変えると同時に発光色までもが変化するという、照明装置、なかでも色味の変化が肉眼によって敏感に感じられる白色光源として好ましくない現象が生じないようにすることができる。また、係るＬＥＤ素子が用いられた表示装置において、各ＬＥＤ素子の特性がばらついている場合であっても、ＬＥＤ素子ごとのデューティＤを調整することでＬＥＤ素子の発光強度を均一にすることができ、画質がさらに向上する。また、発光強度を変えずに発光色を変化させることができる、視覚効果の高い表示装置を簡単な構成で実現することができる。

このとき、前記デューティ演算ステップにおいて、前記ＬＥＤ素子の所望発光強度と前記駆動電流値演算ステップで求められた値とに基づいて、前記パルス電流のデューティＤを求めることが好ましい。このようにパルス電流の波高値Ｉを決定してからデューティＤを決定することにより、発光色が実質的に駆動電流値だけに依存するＬＥＤ素子の発光強度及び発光色の制御が容易になる。

さらにこのとき、前記駆動電流値演算ステップにおいて、前記ＬＥＤ素子の所望発光色を指示する色信号ｃを、前記ＬＥＤ素子の駆動電流値対発光色特性に従って波高値信号ｉに変換し、前記デューティ演算ステップにおいて、前記ＬＥＤ素子の所望発光強度を指示する強度信号ｐと波高値信号ｉとに基づいて、波高値信号ｉが指示する波高値Ｉの関数値とデューティＤとの積が強度信号ｐが指示する所望発光強度に相当するようなデューティＤを指示するデューティ信号ｄを演算し、前記駆動電流生成ステップにおいて、波高値信号ｉが指示する波高値Ｉ及びデューティ信号ｄが指示するデューティＤを有する前記パルス電流を生成するようにしてよい。このように、色信号ｃ、波高値信号ｉ、強度信号ｐ、デューティ信号ｄといったパラメータを用いることで、演算を簡略化することができる。

また、本発明のＬＥＤ素子の駆動方法は、前記駆動電流値演算ステップにおいて、混色によって所望発光色となる互いに異なる複数の発光色に対応した複数の電流値を指示する複数の値を求め、前記駆動電流生成ステップにおいて、前記駆動電流値演算ステップで求められた複数の値が指示する互いに異なる波高値Ｉを有する複数のパルスを含む駆動電流を生成するものであってよい。一方、本発明のＬＥＤ素子の駆動装置は、前記駆動電流値演算手段が、混色によって所望発光色となる互いに異なる複数の発光色に対応した複数の電流値を指示する複数の値を求め、前記駆動電流生成手段が、前記駆動電流値演算手段で求められた複数の値が指示する互いに異なる波高値Ｉを有する複数のパルスを含む駆動電流を生成するものであってよい。これによると、ＬＥＤ素子がそれぞれ短い周期の複数の発光色で発光するので、通常のパルス駆動によっては得られない、複数の発光色が混色された色をＬＥＤ素子が発光していると観察者に感じさせることができる。

このとき、本発明のＬＥＤ素子の駆動方法は、混色によって前記ＬＥＤ素子が所望発光強度及び所望発光色で発光しているかのように感知させる前記複数のパルスの各々のデューティＤを指示するデューティ信号ｄを、前記複数のパルスごとに求めるデューティ演算ステップをさらに備えていてよい。そして、前記駆動電流生成ステップにおいて、前記駆動電流値演算ステップで求められた複数の値が指示する互いに異なる波高値Ｉ、及び、前記デューティ演算ステップにおいて前記複数のパルスごとに求められたデューティ信号ｄによって指示されるデューティＤをそれぞれ有する複数のパルスを含む駆動電流を生成することが好ましい。一方、本発明のＬＥＤ素子の駆動装置は、混色によって前記ＬＥＤ素子が所望発光強度及び所望発光色で発光しているかのように感知させる前記複数のパルスの各々のデューティＤを指示するデューティ信号ｄを、前記複数のパルスごとに求めるデューティ演算手段をさらに備えていてよい。そして、前記駆動電流生成手段が、前記駆動電流値演算手段で求められた複数の値が指示する互いに異なる波高値Ｉ、及び、前記デューティ演算手段で前記複数のパルスごとに求められたデューティ信号ｄによって指示されるデューティＤをそれぞれ有する複数のパルスを含む駆動電流を生成することが好ましい。これにより、複数の発光色が混色された色をＬＥＤ素子が発光していると観察者に感じさせる場合においても、発光強度の制御が可能になる。

また、前記駆動電流生成ステップにおいて、前記複数のパルスが順次出現する前記駆動電流を生成することが好ましい。これにより、ＬＥＤ素子から発される複数の色が順次現れることになるので、ＬＥＤ素子の所望発光強度が大きく各パルスのデューティＤが大きい場合であっても、観察者がちらつきを感じにくくなる。

本発明のＬＥＤ素子の駆動方法では、前記駆動電流値演算ステップにおいて、前記ＬＥＤ素子の発光色信号を参照して、所望発光色に対応した電流値を指示する値を求めるようにしてもよい。これにより、所望発光色により近い色を実際に発光させることができる。

本発明のＬＥＤ素子の駆動方法において、前記発光層が窒化物系半導体からなるものであってよい。

さらに別の観点において、本発明は、上述したＬＥＤ素子の駆動装置と、前記駆動装置によって駆動されるＬＥＤ素子であって、障壁層を介して積層された電流注入によって互いに異なる発光波長ピークで発光する複数の発光層が直列に配置された、多重量子井戸構造を有する活性領域が一対のｐ層とｎ層との間に挟まれており、発光色が実質的に駆動電流値だけに依存し、駆動電流値を変化させた際の発光色の変化がＣＩＥ色度図上において曲線を描くＬＥＤ素子とを備えている照明装置である。これにより、上記の利点を有する照明装置が得られる。

さらに別の観点において、本発明は、上述したＬＥＤ素子の駆動装置と、前記駆動装置によって駆動されるＬＥＤ素子であって、障壁層を介して積層された電流注入によって互いに異なる発光波長ピークで発光する複数の発光層が直列に配置された、多重量子井戸構造を有する活性領域が一対のｐ層とｎ層との間に挟まれており、発光色が実質的に駆動電流値だけに依存し、駆動電流値を変化させた際の発光色の変化がＣＩＥ色度図上において曲線を描くＬＥＤ素子とを備えている表示装置である。これにより、上記の利点を有する表示装置が得られる。

［参考例１］
以下に本発明の参考例１について、図面を参照しつつ説明する。
〈照明装置の概略〉
本発明の参考例１に係る照明装置の外観を図１に示す。図１に示す照明装置１は、多数（約６０個）のＬＥＤランプ１０を含んでいる。ＬＥＤランプ１０が平面内にマトリクス状に集積されることで、パネル１１が形成されている。各ＬＥＤランプ１０は、１つのＬＥＤ素子２２（図２参照）を含んでいる。後述するように、ＬＥＤ素子２２は、互いに発光波長ピークの異なる２つの窒化物系半導体発光層４２、４４（図３参照）を含んでいる。パネル１１の後方には、多数のＬＥＤランプ１０を駆動するための駆動装置であるＬＥＤ点灯回路２０が配置されている。パネル１１及びＬＥＤ点灯回路２０は、外箱１３に収められている。外箱１３の前面には、多数のＬＥＤランプ１０からの出力光を拡散して均一に放出するためのディフューザ１４が取り付けられている。外箱１３の前面には、受信部１５が設けられている。受信部１５は、外箱１３とは別体のリモートコントローラから、照明装置１のＯＮ／ＯＦＦや、発光色指定、明るさ指定などの命令信号を受信するためのものである。

〈ＬＥＤ素子の構成〉
図２は、本参考例に係る照明装置１に含まれるＬＥＤ素子２２の断面図である。ＬＥＤ素子２２においては、サファイア基板３１上に、ＧａＮバッファ層（図示せず）と、ｎ型のＧａＮコンタクト層３２、ｎ型のＩｎＧａＮクラッド層３３、活性領域３４、ｐ型のＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ蒸発防止層３５、ｐ型のＧａＮコンタクト層３６が順次積層されている。ＧａＮコンタクト層３６上のほぼ全面には、パラジウム（Ｐｄ）膜からなるｐ型電極３８がパターン形成されている。ｐ型電極３８上にはモリブデン／金（Ｍｏ／Ａｕ）からなる電極パッド３９がパターン形成されている。また、ＧａＮコンタクト層３２は上面中央部が隆起部となった凸形状を有しており、その隆起部上にのみ上記各層３３〜３６が形成されている。ＧａＮコンタクト層３２の非隆起部上には、ハフニウム（Ｈｆ）膜及びその上のアルミニウム（Ａｌ）膜で構成されたｎ型電極３７がパターン形成されている。

図３は、活性領域３４の拡大断面図である。活性領域３４は、図３に示すように、ＩｎＧａＮ障壁層４１、ＩｎＧａＮ青色発光層４２、ＩｎＧａＮ障壁層４３、ＩｎＧａＮ黄色発光層４４、及び、ＩｎＧａＮ障壁層４５が、サファイア基板３１に近い方から順に積層されたものである。つまり、活性領域３４は、発光波長ピークの異なる２つの発光層４２、４４が直列に配置された２層の多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum-Well）構造を有している。各障壁層４１、４３、４５の膜厚は、２ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。井戸層である発光層４２、４４の膜厚は、共に１ｎｍ〜６ｎｍ程度である。各発光層４２、４４の膜厚及び組成は、それぞれの発光色に応じて最適となるように調整されている。

ＬＥＤ素子２２を製造するには、まず、サファイア基板３１上に、ＧａＮバッファ層を介して各層３２〜３６を積層する。その後、ＧａＮコンタクト層３６側からの反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ：Reactive Ion Beam Etching）によってドライエッチングを施し、ＧａＮコンタクト層３２を露出させる。しかる後、ＧａＮコンタクト層３２の露出面にｎ型電極３７をパターン形成すると共に、ＧａＮコンタクト層３６上にｐ型電極３８を、さらにその上に電極パッド３９をパターン形成する。

上記構造を有するＬＥＤ素子２２における発光を生じる部分の面積は、ほぼｐ型電極３８の平面積により規定される。本参考例では、ｐ型電極３８の平面積は、０．０４ｍｍ²であるが、この平面積は０．００１ｍｍ²〜１１ｍｍ²程度の範囲であれば、適宜変更できる。また、活性領域３４は２層の多重量子井戸構造を有するものに限らず、３〜１０層程度の多重量子井戸構造としてもよい。その場合であっても、各発光層に対する井戸数が多くなることによる各発光層への電流注入が不均一となるのを抑制するために、各発光層に対する井戸数を１〜４程度に抑えるのが好ましい。

ＬＥＤ素子２２における各層の組成は上述のものに限られるものではなく、適宜変形が可能である。例えば、基板３１の材料としては、サファイアの代わりに、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓなどを用いることができる。ｎ型コンタクト層３２の材料としては、ＧａＮの代わりに、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮのほか、ＧａＮとＡｌＧａＮとの超格子構造を用いることが可能である。ｎ型クラッド層３３の材料としては、ＩｎＧａＮの代わりに、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮのほかに、ＩｎＧａＮとＧａＮとの超格子構造を用いることが可能である。蒸発防止層３５の材料としては、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎの代わりに、ＡｌＩｎＧａＮのほか、ＡｌＩｎＧａＮとＡｌＧａＮ、ＧａＮ又はＩｎＧａＮとの超格子構造、ＡｌＧａＮとＧａＮ又はＩｎＧａＮとの超格子構造を用いることが可能である。活性領域３４内の発光層及び障壁層としては、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＧａＮＰ、ＩｎＧａＮＰ、ＡｌＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＩｎＧａＮＡｓ、ＡｌＧａＮＡｓのいずれかを適宜使用することができる。

さらに、活性領域３４内において、ＩｎＧａＮ青色発光層４２とＩｎＧａＮ黄色発光層４４との位置を入れ替えてもよい。また、発光層を３層以上とする場合も、発光層の位置を任意に入れ替えることが可能である。

〈ＬＥＤ素子の特性〉
図４は、ＬＥＤ素子２２を一定電流で直流駆動した場合の駆動電流値とそのときの発光色の関係（駆動電流値対発光色特性）を示したＣＩＥ標準色度図である。図４に記載のライン１８は、駆動電流値を１ｍＡから２００ｍＡまで変化させたときの発光色の変化を示す軌跡である。例えば、駆動電流が５ｍＡのときの発光色は黄色がかった白色（（ｘ，ｙ）＝（０．３８，０．３５））であるが、電流が増大するにつれて青色発光の影響が強くなり、１００ｍＡのときの発光色は青みがかった白色（（ｘ，ｙ）＝（０．２６，０．２８））となり、２００ｍＡのときの発光色はさらに青みがかった白色（（ｘ，ｙ）＝（０．２２，０．２２））となる。例えば、ＬＥＤ素子２２において（ｘ，ｙ）＝（０．３３，０．３２）の白色を得るためには、ＬＥＤ素子２２に供給される駆動電流を約１０ｍＡとする必要がある。このように、ＬＥＤ素子２２の発光色は、電流値の増加に応じて、ＣＩＥ標準色度図内を右上から左下に向かってやや上方に膨らむように湾曲した曲線に沿って変化していく。これは、ＬＥＤ素子２２からの出力における２つの発光層４２、４４の寄与の割合が駆動電流値に応じて変化するためであると推論される。

次に、ＬＥＤ素子２２をパルス電流で駆動した場合について説明する。図５に、波高値Ｉ及びデューティＤを有する方形波であるパルス電流を模式的に示す。波高値Ｉとはパルス電流の電流値である。デューティＤは、パルスの周期Ｔ1とパルス幅Ｔ2とから、Ｄ＝Ｔ2／Ｔ1と定義される。

本発明者らの研究によって、図５に示したような波高値Ｉ及びデューティＤを有するパルス電流でＬＥＤ素子２２を駆動した場合であっても、電流値を波高値Ｉと置き換えれば、図４に示される駆動電流値と発光色との関係はそのまま維持されることが判明した。すなわち、パルス電流駆動した場合のＬＥＤ素子２２の発光色は、波高値Ｉ（すなわち直流電流値）によってほぼ一義的に決定される。ただし、ＬＥＤ素子２２からの放熱を著しく不良にした場合、発熱による色調の変化が生じる。しかしながら、その変化は無視できるほど小さい。

駆動電流値が１ｍＡ〜２００ｍＡの範囲におけるＬＥＤ素子２２の発光効率の変化及び視感度の変化は、２０％程度以下と大きくない。そのため、パルス電流でＬＥＤ素子２２を駆動したとき、平均駆動電力に対応したデューティＤと波高値Ｉとの積Ｄ×Ｉが、ＬＥＤ素子２２の平均の発光強度及び見た目の明るさにほぼ比例する。しかしながら、駆動電流値が１ｍＡ〜２００ｍＡの範囲を大きく外れたときのＬＥＤ素子２２の発光効率は、駆動電流値が１ｍＡ〜２００ｍＡの範囲のときと大きく異なる。例えば、駆動電流値を１ｍＡよりもさらに小さく０．０１ｍＡとすると、ＬＥＤ素子２２の発光効率は著しく減少する。また、発光色が異なると、視感度も異なる。したがって、より一般的には、ＬＥＤ素子２２の平均の発光強度は、Ｄ×ｆ[Ｉ]で表される。ここで、波高値Ｉの関数ｆは、与えられた電流値に対する、発光効率及び視感度の変化に起因した発光強度の相対的な変化率、つまり駆動電流値対発光強度特性を表すものである。

本参考例において、ＬＥＤ素子２２に供給されるパルス電流は、ＬＥＤ素子２２からの発光を観察した人間がちらつきを感じない範囲の周期Ｔ1を有していることが望ましい。したがって、パルス電流の周期Ｔ1は３０ｍｓ以下であればよく、１０ｍｓ以下とすることがより好ましい。また、パルス電流のパルス幅Ｔ2は１ｎｓ以上であればよく、３ｎｓ以上とすることがより好ましい。これは、各発光層４２、４４におけるキャリア寿命が互いに異なるため、パルス幅Ｔ2が発光層４２、４４のキャリア寿命オーダ（ＩｎＧａＮ発光層ではサブナノ秒〜ナノ秒程度）であると、２つの発光層４２、４４の発光強度が大きく異なることがあるためである。したがって、パルス電流の周期Ｔ1を過剰に短くすることは、パルス幅Ｔ2を制限することになるため望ましくない。上記２つの要因を考慮すると、印加されるパルス電流の周期Ｔ1に対応する周波数は、１００Ｈｚ〜３００ＭＨｚ程度の範囲内とすることが好ましい。なお、本参考例に係る照明装置１を例えば液晶パネルのバックライト光源として用いる場合には、上記のような要求に加えて、パルス電流の周期Ｔ1を、液晶パネル駆動周波数に対応する時間よりも十分に短くすることが要求される。

なお、パルス電流のデューティＤを調整する手法は、(a)周期Ｔ1を一定とし、パルス幅Ｔ2だけを変化させる、(b)パルス幅Ｔ2を一定とし、周期Ｔ1だけを変化させる、(c)一定時間内のパルス数を変化させる、のいずれであってもよい。さらに、パルス電流におけるパルス間隔は一定である必要は特に無く、パルスが一定期間の前半側に集中したパルス電流や、逆に後半側に集中したパルス電流であってもよい。すなわち、ＬＥＤ素子２２の平均駆動電力が所望発光強度に対応している限り、パルスの形や幅、個数等を変更することができる。なお、パルス間隔が一定でない場合のデューティＤは、（１つのパルスのパルス幅）×（一定期間内のパルス数）／一定期間で定義される。また、本参考例においてパルス電流に含まれる各パルスは方形波であるが、パルス波形は方形波以外でも、実質的に発光色が制御できる波形であれば、どのような波形であってもよい。

図４に示される駆動電流値対発光色特性を示したＣＩＥ標準色度図は、ＬＥＤ素子２２の構造に応じて異なる。すなわち、ＬＥＤ素子２２は特定の活性領域３４を用いたものであり、活性領域３４の構成が変更されれば、ＬＥＤ素子２２の駆動電流値対発光色特性は異なるものとなる。しかしながら、本参考例の技術は、障壁層を介して積層された互いに発光波長ピークの異なる複数の発光層が一対のｐ層とｎ層との間に挟まれており、発光色が実質的に駆動電流値だけに依存するＬＥＤ素子を有する照明装置であれば、活性領域３４の構成が本参考例とは異なるＬＥＤ素子を光源として用いた照明装置にも適用可能である。

〈ＬＥＤ点灯回路の詳細〉
図６に、本参考例に係る照明装置１の制御ブロック図を示す。図６においては、図面を簡略にするために、多数のＬＥＤランプ１０のうちの１つだけを描いている。図６に示すように、ＬＥＤ点灯回路２０は、強度信号ｐ及び色信号ｃを受信し、ＬＥＤランプ１０に供給される方形波である波高値Ｉ及びデューティＤのパルス電流２１を出力する。本参考例の照明装置１において、強度信号ｐ及び色信号ｃは、各々、リモートコントローラから発せられ受信部１５を通じてＬＥＤ点灯回路２０に入力された、照明装置１の明るさを指定するための信号、及び、発光色を指定するための信号である。

ＬＥＤ点灯回路２０は、パルス電流値演算部２４と、デューティ演算部２５と、パルス電流発生部２６とを有している。パルス電流値演算部２４は、ＬＥＤ素子２２の所望発光色を指示する色信号ｃから、パルス電流の波高値Ｉを指示する波高値信号ｉを求める。具体的には、パルス電流値演算部２４は、パルス電流値演算部２４内の発光色特性記憶部２４ａに格納されたＬＥＤ素子２２の駆動電流値対発光色特性データ（図４参照）に従って、色信号ｃを波高値信号ｉに変換する。

デューティ演算部２５は、ＬＥＤ素子２２の所望発光強度を指示する強度信号ｐ及び波高値信号ｉから、デューティＤを指示するデューティ信号ｄを求める。具体的には、デューティ演算部２５は、強度信号ｐと波高値信号ｉとに基づいて、波高値信号ｉが指示する波高値ＩとデューティＤとの積（Ｄ×Ｉ）が強度信号ｐが指示する所望発光強度に相当するようなデューティＤを指示するデューティ信号ｄを求める。

波高値Ｉが１ｍＡ〜２００ｍＡの範囲を大きく外れる場合、デューティ演算部２５は、強度信号ｐと波高値信号ｉとに基づいて、波高値信号ｉが指示する波高値Ｉの関数値とデューティＤとの積（Ｄ×ｆ[Ｉ]）が強度信号ｐが指示する所望発光強度に相当するようなデューティＤを指示するデューティ信号ｄを求める。関数値ｆ[Ｉ]は、波高値信号ｉが指示する波高値Ｉから、デューティ演算部２５内の発光強度特性記憶部２５ｂに格納されたＬＥＤ素子２２の駆動電流値対発光強度特性データを参照することで求められる。

パルス電流発生部２６は、パルス電流値演算部２４が求めた波高値信号ｉが指示する波高値Ｉ及びデューティ演算部２５が求めたデューティ信号ｄが指示するデューティＤを有するパルス電流２１を、ＬＥＤ駆動電流として生成する。このように、ＬＥＤ点灯回路２０では、色信号ｃ、波高値信号ｉ、強度信号ｐ、デューティ信号ｄといったパラメータを用いて各種の演算を行うことで、演算を簡略化している。また、波高値Ｉを指示する波高値信号ｉを決定してからデューティＤを指示するデューティ信号ｄを決定するようにしているので、発光色が実質的に駆動電流値だけに依存するＬＥＤ素子２２の発光強度及び発光色の制御が容易になる。

〈ＬＥＤ点灯回路の動作例１〉
次に、ＬＥＤ点灯回路２０を中心とした照明装置１の動作例について、図７に示すフローチャートを参照しつつ説明する。ＬＥＤ点灯回路２０は、パネル１１に搭載されたすべてのＬＥＤランプ１０を同一の条件で駆動する。本動作例では、照明装置１を所望発光色（（ｘ，ｙ）＝（０．３３，０．３２））、所望発光強度Ｐ＝５で発光させる場合について説明する。なお、本明細書において、発光強度Ｐを便宜的に無単位の数値で表すことにする。この数値が大きいほど発光強度Ｐが大きいことを意味している。発光強度Ｐ＝５は、照明装置１に含まれる全ＬＥＤランプ１０を波高値１０ｍＡ、デューティ０．５で駆動したときの明るさに相当するものとする。

リモートコントローラは、操作者のマニュアル操作に基づいて、照明装置１の所望発光色、つまり（ｘ，ｙ）＝（０．３３，０．３２）を指示する色信号ｃ（便宜的にｃ33と表す）と、照明装置１の所望発光強度Ｐ＝５を指示する強度信号ｐ（便宜的にｐ5と表す）とを、赤外線信号などの無線信号として発する。受信部１５は、これら色信号ｃ＝ｃ33及び強度信号ｐ＝ｐ5を受信する。受信部１５が受信した色信号ｃ＝ｃ33及び強度信号ｐ＝ｐ5は、ＬＥＤ点灯回路２０に入力される。上述したようにＬＥＤ点灯回路２０がすべてのＬＥＤランプ１０を同一の条件で駆動するので、これら色信号ｃ＝ｃ33及び強度信号ｐ＝ｐ5は、各ＬＥＤ素子２２の所望発光色を指示する色信号、及び、各ＬＥＤ素子２２の所望発光強度を指示する強度信号でもある。

なお、リモートコントローラから照明装置１に無線送信された色信号及び強度信号をＬＥＤ点灯回路２０に供給する代わりに、照明装置１内又は照明装置１外の記憶装置（例えば、半導体メモリや磁気ディスク、光ディスク）に記憶された電子データとしての色信号及び強度信号をＬＥＤ点灯回路２０に供給してもよいし、照明装置１内又は照明装置１外の回路上に設置された可変抵抗器の抵抗値に対応した電気信号としての色信号及び強度信号をＬＥＤ点灯回路２０に供給してもよい。

ＬＥＤ点灯回路２０のパルス電流値演算部２４は、上述したように、パルス電流値演算部２４内の発光色特性記憶部２４ａに格納されたＬＥＤ素子２２の駆動電流値対発光色特性データに従って、色信号ｃを波高値信号ｉに変換する（ステップＳ１）。色信号ｃ＝ｃ33が入力された場合、発光色（ｘ，ｙ）＝（０．３３，０．３２）に対応する電流値が１０ｍＡであるので、パルス電流値演算部２４は、波高値１０ｍＡを指示する波高値信号ｉ（便宜的にｉ10と表す）を生成する。

次に、ＬＥＤ点灯回路２０のデューティ演算部２５は、上述したように、強度信号ｐと波高値信号ｉとに基づいて、発光強度特性記憶部２５ｂに格納されたＬＥＤ素子２２の駆動電流値対発光強度特性データを参照することによって、波高値信号ｉが指示する波高値ＩとデューティＤとの積（Ｄ×Ｉ）が強度信号ｐが指示する所望発光強度に相当するようなデューティＤを指示するデューティ信号ｄを求める（ステップＳ２）。波高値信号ｉ10及び強度信号ｐ5が入力された場合、デューティ演算部２５は、（波高値信号ｉ10が指示する波高値Ｉ＝１０ｍＡ）×Ｄ＝（強度信号ｐ5が指示する所望発光強度Ｐ＝５）という式から、デューティＤが０．５であることを算出し、Ｄ＝０．５を指示するデューティ信号ｄ（便宜的にｄ0.5と示す）を発生する。別の例として、波高値信号ｉ20であれば、デューティ信号ｄ0.25となり、波高値信号ｉ6であればデューティ信号ｄ0.83となる。

それから、ＬＥＤ点灯回路２０のパルス電流発生部２６は、上述したように、パルス電流値演算部２４が求めた波高値信号ｉが指示する波高値Ｉ及びデューティ演算部２５が求めたデューティ信号ｄが指示するデューティＤを有するパルス電流２１を、ＬＥＤ駆動電流として生成する（ステップＳ３）。本例では、波高値信号ｉ10及びデューティ信号ｄ0.5に従って、波高値Ｉ＝１０ｍＡ及びデューティＤ＝０．５を有するパルス電流２１を生成する。ＬＥＤ点灯回路２０は、生成されたパルス電流２１を、照明装置１内のすべてのＬＥＤ素子２２に供給する（ステップＳ４）。これにより、すべてのＬＥＤ素子２２が、（ｘ，ｙ）＝（０．３３，０．３２）に相当する同じ発光色、及び、発光強度Ｐ＝５に相当する同じ発光強度で発光する。

ＬＥＤ点灯回路２０は、入力される色信号ｃ又は強度信号ｐが変化するかどうかを常に監視している（ステップＳ５）。そして両者のいずれかが変化した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ステップＳ１に戻って上述したのと同様の処理を繰り返す。

このようにＬＥＤ点灯回路２０は、色信号ｃと強度信号ｐとの変化に伴って波高値Ｉ及びデューティＤが変化するパルス電流２１を出力する。したがって、ＬＥＤ点灯回路２０を用いると、照明装置２１の発光強度及び発光色を独立に制御することが可能である。よって、発光強度を変えると同時に発光色までもが変化するという白色光源として好ましくない現象が照明装置１に生じないようにすることができる。

〈ＬＥＤ点灯回路の動作例２〉
別の動作例として、照明装置１の所望発光色を（ｘ，ｙ）＝（０．３３，０．３２）に相当する色に維持した状態において、所望発光強度Ｐを７、５、３と時間の経過と共に切り換える場合について説明する。この場合、ＬＥＤ点灯回路２０に入力される色信号ｃはｃ33で一定であるが、強度信号ｐが所望発光強度Ｐの変化に応じてｐ7、ｐ5、ｐ3と変化する。したがって、本動作例は、図７に示したフローチャートにおいて、ステップＳ５からステップＳ１に戻る場合に相当する。

まず、ＬＥＤ点灯回路２０のパルス電流値演算部２４が、動作例１と同様に、色信号ｃ33に基づいて、波高値１０ｍＡを指示する波高値信号ｉ10を生成する。次に、ＬＥＤ点灯回路２０のデューティ演算部２５が、動作例１と同様に、強度信号ｐ7と波高値信号ｉ10とに基づいて、デューティＤ＝０．７を指示するデューティ信号ｄ0.7を発生する。その後、ＬＥＤ点灯回路２０のパルス電流発生部２６が、動作例１と同様に、波高値信号ｉ10が指示する波高値１０ｍＡ及びデューティ信号ｄ0.7が指示するデューティＤ＝０．７を有するパルス電流２１を生成する。ＬＥＤ点灯回路２０は、生成されたパルス電流２１を、照明装置１内のすべてのＬＥＤ素子２２に供給する。

しかる後、強度信号ｐがｐ5に変わると、波高値信号ｉ10はそのままでデューティ信号がｄ0.7からｄ0.5に変化する。それに伴って、パルス電流発生部２６が生成するパルス電流２１のデューティＤは０．５となる。しかる後、強度信号ｐがｐ3に変わると、波高値信号ｉ10はそのままでデューティ信号がｄ0.5からｄ0.3に変化する。それに伴って、パルス電流発生部２６が生成するパルス電流２１のデューティＤは０．３となる。つまり、パルス電流２１は、波高値が１０ｍＡのまま、所望発光強度Ｐの変化に従ってデューティＤが０．７→０．５→０．３と順次変化する電流となる。したがって、このパルス電流２１によって駆動される照明装置１は、発光色が（ｘ，ｙ）＝（０．３３，０．３２）に相当する色に保たれたまま、発光強度Ｐが７→５→３と時間の経過と共に減少する。

〈ＬＥＤ点灯回路の動作例３〉
さらに別の動作例として、照明装置１の所望発光色を（ｘ，ｙ）＝（０．３８，０．３５）に相当する色（黄みがかった白色）から（ｘ，ｙ）＝（０．２６，０．２８）に相当する色（青みがかった白色）へと切り換えると共に、この切り換えに合わせて、所望発光強度を発光強度４から発光強度７へと切り換える場合について説明する。本動作例も、ＬＥＤ点灯回路２０に入力される色信号ｃ及び強度信号ｐが変化するので、図７に示したフローチャートにおいて、ステップＳ５からステップＳ１に戻る場合に相当する。この場合、ＬＥＤ点灯回路２０に与えられる色信号ｃ及び強度信号ｐの組は、色信号ｃ38及び強度信号ｐ4から色信号ｃ26及び強度信号ｐ7に切り換えられるとする。

まず、ＬＥＤ点灯回路２０のパルス電流値演算部２４が、動作例１と同様に、色信号ｃ38に基づいて、波高値５ｍＡを指示する波高値信号ｉ5を生成する。次に、ＬＥＤ点灯回路２０のデューティ演算部２５が、動作例１と同様に、強度信号ｐ4と波高値信号ｉ5とに基づいて、デューティＤ＝０．８を指示するデューティ信号ｄ0.8を発生する。その後、ＬＥＤ点灯回路２０のパルス電流発生部２６が、動作例１と同様に、波高値信号ｉ5が指示する波高値５ｍＡ及びデューティ信号ｄ0.8が指示するデューティＤ＝０．８を有するパルス電流２１を生成する。ＬＥＤ点灯回路２０は、生成されたパルス電流２１を、照明装置１内のすべてのＬＥＤ素子２２に供給する。

しかる後、色信号ｃがｃ26に、強度信号ｐがｐ7に変わると、パルス電流値演算部２４が、色信号ｃ26に基づいて、波高値１００ｍＡを指示する波高値信号ｉ100を生成する。次に、デューティ演算部２５が、強度信号ｐ7と波高値信号ｉ100とに基づいて、デューティＤ＝０．０７を指示するデューティ信号ｄ0.07を発生する。その後、パルス電流発生部２６が、波高値信号ｉ100が指示する波高値１００ｍＡ及びデューティ信号ｄ0.07が指示するデューティＤ＝０．０７を有するパルス電流２１を生成する。ＬＥＤ点灯回路２０は、生成されたパルス電流２１を、照明装置１内のすべてのＬＥＤ素子２２に供給する。つまり、パルス電流２１は、ある時点を境に、波高値Ｉ及びデューティＤが共に切り換えられた電流となる。したがって、このパルス電流２１によって駆動される照明装置１は、発光色が黄みがかった白色で発光強度Ｐが４の状態から、発光色が青みがかった白色で発光強度Ｐが７の状態になる。

このように、照明装置１の発光色を離散的に変化させる本動作例では、波高値を５ｍＡから１００ｍＡへと２０倍に変化させている。これは、色調の変化を観察者に明確に認識させるためである。この観点からは、パルス電流２１の波高値Ｉを１０倍以上変化させることが好ましく、波高値Ｉを２０倍以上変化させることがより好ましい。

なお、動作例２では発光強度だけが切り換えられる例を、動作例３では発光色及び発光強度が共に切り換えられる例を説明したが、さらに別の動作例として、発光強度を変えずに発光色だけを切り換えるようにしてもよい。この動作例による駆動方法を参考例４で説明する表示装置（図１４参照）に適用すれば、視覚効果の高い表示装置を簡単な構成で実現できる。また、さらに別の動作例として、ＬＥＤ点灯回路２０に入力される色信号ｃを時間の経過に従って連続的に変化させて、照明装置１の発光色を連続的に変化させてもよい。

［参考例２］
次に、本発明の参考例２に係る照明装置について説明する。本参考例の照明装置は参考例１の照明装置と類似しているので、ここでは主に参考例１との相違点について説明する。なお、参考例１と同じ部材については同じ符号を付すこととして説明を省略する。

図８は、本参考例に係る照明装置の制御ブロック図である。図８においては、図面を簡略にするために、多数のＬＥＤランプ１０のうちの１つだけを描いている。図８に示すＬＥＤ点灯回路６０は、参考例１におけるＬＥＤ点灯回路２０に相当するものであって、パルス電流値演算部６２と、デューティ演算部２５と、パルス電流発生部２６とを有している。また、ＬＥＤランプ１０の近傍には、ＬＥＤランプ１０からの光を受光してその色に応じた出力色信号ｃ＿outを発生する検出器６１が配置されている。検出器６１からの出力色信号ｃ＿outは、ＬＥＤ素子２２の発光色のフィードバック信号として、リモートコントローラから与えられたＬＥＤ素子２２の所望発光色を指示する入力色信号ｃ＿inとともにパルス電流値演算部６２に入力される。

パルス電流値演算部６２は、発光色特性記憶部２４ａに格納されたＬＥＤ素子２２の駆動電流値対発光色特性データに従って、入力色信号ｃ＿in及び出力色信号ｃ＿outに基づいたフィードバック制御を行い、ＬＥＤ素子２２の発光色が入力色信号ｃ＿inで指示された所望発光色となるようなパルス電流２１の波高値Ｉを指示する波高値信号ｉを求める。出力色信号ｃ＿outが逐次変化するため、パルス電流値演算部６２が出力する波高値信号ｉも逐次変化する。そして、参考例１と同様にして、デューティ演算部２５がデューティ信号ｄを求め、パルス電流発生部２６が波高値Ｉ及びデューティＤを有するパルス電流２１を生成する。このパルス電流２１は、波高値信号ｉが逐次変化するのに伴って、波高値Ｉ及びデューティＤが逐次変化する電流となる。これにより、ＬＥＤ素子２２の発光色が入力色信号ｃ＿inで指示された所望発光色から大きく変動するのを抑制することができるため、照明装置を所望発光色に近いほぼ一定色で発光させることができる。

［参考例３］
次に、本発明の参考例３に係る照明装置について説明する。本参考例の照明装置は参考例１の照明装置と類似しているので、ここでは主に参考例１との相違点について説明する。なお、参考例１と同じ部材については同じ符号を付すこととして説明を省略する。

図９は、本参考例に係る照明装置の制御ブロック図である。図９においては、図面を簡略にするために、多数のＬＥＤランプ１０のうちの３つだけを描いている。図９に示すＬＥＤ点灯回路７０は、参考例１におけるＬＥＤ点灯回路２０に相当するものであって、パルス電流値演算部２４と、パルス発生制御部７１と、ＬＥＤランプ１０と同数のパルス電流発生部（図９には、３つのＬＥＤランプ１０と同数、つまり３つのパルス電流発生部７２ａ、７２ｂ、７２ｃが描かれている）とを有している。パルス電流値演算部２４は、発光色特性記憶部２４ａに格納されたＬＥＤ素子２２の駆動電流値対発光色特性データに従って、色信号ｃを波高値信号ｉに変換する。

パルス発生制御部７１は、ＬＥＤ素子２２の所望発光強度を指示する強度信号ｐ及び波高値信号ｉから、波高値信号ｉが指示する波高値Ｉ及び所定デューティＤ0を有するパルス電流で各ＬＥＤランプ１０を駆動したときに、いくつのＬＥＤランプ１０を駆動すれば所望発光強度が得られるかを算出する。そして、算出された個数のＬＥＤランプ１０に対応したパルス電流発生部だけに発光指示信号を出力する。図９の例では、３つのパルス電流発生部７２ａ、７２ｂ、７２ｃのうち、２つのパルス電流発生部７２ａ、７２ｂだけに発光指示信号が出力されるとする。

発光指示信号が入力されたパルス電流発生部７２ａ、７２ｂは、パルス電流値演算部２４から与えられた波高値信号ｉが指示する波高値Ｉ及び所定デューティＤ0を有するパルス電流２１を生成する。生成されたパルス電流２１は、それぞれ対応するＬＥＤランプ１０に供給される。パルス電流２１が供給されるＬＥＤランプ１０の数は、強度信号ｐの大小に応じて変化する。したがって、多数のＬＥＤランプ１０をもつ照明装置の発光強度を、パルスのデューティＤを変えることなく調整することが可能である。

本参考例の駆動方法を用いると、単一のＬＥＤランプ１０では必要とする波高値が小さいために強い強度の発光が不可能な発光色を十分大きな発光強度で発光させることができるなど、照明装置の発光可能な発光色及び発光強度の組み合わせの範囲を広げることができるという利点がある。

［実施の形態］
次に、本発明の実施の形態に係る照明装置について説明する。なお、参考例１と同じ部材については同じ符号を付すこととして説明を省略する。本実施の形態に係る照明装置に含まれるＬＥＤ素子は、活性領域の構造が参考例１〜３とは相違している。図１０は、本実施の形態に係る照明装置に含まれるＬＥＤ素子が有する活性領域３４’の模式的な断面図である。活性領域３４’は、図１０に示すように、ＩｎＧａＮ障壁層５１、ＩｎＧａＮ青色発光層５２、ＩｎＧａＮ障壁層５３、ＩｎＧａＮ緑色発光層５４、ＩｎＧａＮ障壁層５５、ＩｎＧａＮ赤色発光層５６、及び、ＩｎＧａＮ障壁層５７が、サファイア基板３１に近い方から順に積層されたものである。つまり、活性領域３４’は、発光波長ピークの異なる３つの発光層５２、５４、５６が直列に配置された３層の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。

図１１は、図１０に示すような活性領域３４’を有するＬＥＤ素子を一定電流で直流駆動した場合の駆動電流値とそのときの発光色の関係（駆動電流値対発光色特性）を示したＣＩＥ標準色度図である。図１１に記載のライン８６は、駆動電流値を１ｍＡから１００ｍＡまで変化させたときの発光色の変化を示す軌跡である。例えば、駆動電流が１ｍＡのときの発光色は（ｘ，ｙ）＝（０．４２，０．４３）に相当する白色であるが、電流が増大するにつれて緑及び青色発光の影響が強くなり、１０ｍＡのときの発光色は（ｘ，ｙ）＝（０．２５，０．４８）に相当する白色となり、１００ｍＡのときの発光色は（ｘ，ｙ）＝（０．１３，０．２０）に相当する青みがかった白色となる。このように、活性領域３４’を有するＬＥＤ素子の発光色は、電流値の増加に応じて、ＣＩＥ標準色度図内において駆動電流が５ｍＡ〜８ｍＡのときを頂点とした上に凸となった放物線に沿って変化していく。そのため、このＬＥＤ素子は、一定値を有する駆動電流で駆動しても、例えば、図１１に示すＣＩＥ色度図上において白丸で示した、（ｘ，ｙ）＝（０．２８，０．３８）の白色で発光しない。

本実施の形態において、電流値１ｍＡ、１０ｍＡ、１００ｍＡに対応した３つの発光色（ｘ，ｙ）＝（０．４２，０．４３）、（０．２５，０．４８）、（０．１３，０．２０）を、それぞれ、基本色α、β、γと呼ぶことにする。これら３つの発光色は基本色α、β、γの一例であって、上記以外の発光色を基本色としてもよい。

図１２に、本実施の形態に係る照明装置の制御ブロック図を示す。図１２においては、図面を簡略にするために、多数のＬＥＤランプ１０のうちの１つだけを描いている。図１２に示すように、ＬＥＤ点灯回路８０は、強度信号ｐ及び色信号ｃを受信し、多数のＬＥＤランプ１０に供給されるパルス電流２１を出力する。

本実施の形態におけるパルス電流２１の波形を図１３に示す。図１３に示すように、パルス電流２１においては、基本色α、β、γに対応した波高値１ｍＡ、１０ｍＡ、１００ｍＡを有する３つのパルスが、この順番で順次出現する。波高値１ｍＡのパルスの立ち上がり時刻から次の波高値１ｍＡのパルスの立ち上がり時刻までをパルス電流２１の周期Ｔ4としたとき、基本色αに対応したパルス幅Ｔ1のパルスのデューティＤaはＴ1／Ｔ4、基本色βに対応したパルス幅Ｔ2のパルスのデューティＤbはＴ2／Ｔ4、基本色γに対応したパルス幅Ｔ3のパルスのデューティＤcはＴ3／Ｔ4となる。

ＬＥＤ点灯回路８０は、パルス電流値演算部８１と、デューティ演算部８２と、パルス電流発生部８３とを有している。パルス電流値演算部８１は、ＬＥＤ素子の所望発光色を指示する色信号ｃから、発光色特性記憶部２４ａに格納されたＬＥＤ素子の駆動電流値対発光色特性データ（図１１参照）に従って、３つの基本色α、β、γに相当する波高値Ｉを指示する３つの波高値信号ｉa、ｉb、ｉcを求める。

デューティ演算部８２は、色信号ｃ、ＬＥＤ素子の所望発光強度を指示する強度信号ｐ、波高値信号ｉから、パルス幅Ｔ1〜Ｔ3の３つのパルスのデューティＤa〜Ｄcをそれぞれ指示するデューティ信号ｄa、ｄb、ｄcを求める。具体的には、デューティ演算部８２は、色信号ｃと強度信号ｐと波高値信号ｉa〜ｉcとに基づいて、基本色α、β、γの混色によって色信号ｃが指示する発光色が観察者に感知されるようにしつつ、波高値信号ｉaが指示する波高値Ｉa（本例では１ｍＡ）とデューティＤaとの積（Ｄa×Ｉa）と、波高値信号ｉbが指示する波高値Ｉb（本例では１０ｍＡ）とデューティＤbとの積（Ｄb×Ｉb）と、波高値信号ｉcが指示する波高値Ｉc（本例では１００ｍＡ）とデューティＤcとの積（Ｄc×Ｉc）との和が、強度信号ｐが指示する所望発光強度に相当するようなデューティＤa、Ｄb、Ｄcを指示するデューティ信号ｄa、ｄb、ｄcを求める。このとき、デューティ演算部８２は、発光色特性記憶部８２ａに格納されたＬＥＤ素子の駆動電流値対発光色特性データと、発光強度特性記憶部８２ｂに格納された各基本色についてのパルス幅対発光強度特性データとを参照する。

パルス電流発生部８３は、パルス電流値演算部８１が求めた波高値信号ｉa、ｉb、ｉcが指示する波高値Ｉa、Ｉb、Ｉc及びデューティ演算部８２が求めたデューティ信号ｄa、ｄb、ｄcが指示するデューティＤa、Ｄb、Ｄcをそれぞれ有する３つのパルスが順次出現するパルス電流２１を、ＬＥＤ駆動電流として生成する。

本実施の形態において、パルス幅Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3及び周期Ｔ4はいずれも１０ｍｓ程度以下と十分に短い。そのため、図１３に示すパルス電流２１によって図１１の特性を有する上記ＬＥＤ素子を駆動すると、人間の目にはＬＥＤ素子が発光する３つの基本色が個別に見えることなく、ＬＥＤ素子がそれらの混色、つまり白色を発光していると感じられる。ＬＥＤ素子の発光色は、３つの基本色の発光強度比によって決まる。各基本色の発光強度は投入電力つまりパルス幅Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3を変えることで独立に制御できるので、、ＬＥＤ素子の発光色を適宜調節することが可能である。その結果、本実施の形態によると、図５に示す通常のパルス駆動電流のような一定値を有する駆動電流で駆動してもＬＥＤ素子が所望発光色で発光しない場合であっても、ＣＩＥ色度図上において、基本色を結んだ線で囲まれた三角形領域８５内の全ての色をＬＥＤ素子が発光していると観察者に感じさせることが可能となる。例えば、図１１に示すＣＩＥ色度図上において白丸で示した、（ｘ，ｙ）＝（０．２８，０．３８）の白色を得ることが可能となる。なお、一定値を有する駆動電流で駆動するとＬＥＤ素子が所望発光色で発光する場合においても、本実施の形態のように波高値が互いに異なるパルスを組み合わせた駆動電流を用いてＬＥＤ素子を所望発光色で発光していると観察者に感じさせることが可能である。

本実施の形態において、各パルス幅Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3を固定したままパルス周期Ｔ4を変えれば、発光色を一定に保ったまま、混色としての発光強度を調節することができる。そのため、複数の発光色が混色された色をＬＥＤ素子が発光していると観察者に感じさせる場合においても、発光強度の制御が可能であるという利点がある。しかも、パルス電流２１においてパルス幅Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3の３つのパルスが順次出現するので、ＬＥＤ素子から複数の色が順次発光されることになる。そのため、ＬＥＤ素子の所望発光強度が大きく各パルスのデューティＤが大きい場合であっても、観察者がちらつきを感じにくくなる。

また、基本色として３つの色α、β、γを採用しているので、観察者に感じさせることができる色の範囲を比較的大きくすることができる。本実施の形態において、より多くの互いに異なる発光色を得るという観点からは、基本色として、ＣＩＥ色度図上で互いに距離ができるだけ遠い点を選んだ方好ましい。ただし、基本色に対応する電流値があまりに小さいと、必要程度の発光強度を得るためにパルス幅を過剰に大きくする必要が生じ、パルス周期Ｔ4も大きくせざるを得ない。パルス周期Ｔ4が１０ｍｓ程度以上になると観察者がちらつきを感じるので、電流値はあまり小さい値とならないように基本色を選択することが好ましい。以上の点を踏まえて、用途に応じて基本色を選択すればよい。なお、本実施の形態では基本色として３色を選んだが、２色又は４色以上を基本色として選択してもよい。

［参考例４］
次に、本発明の参考例４による表示装置であるディスプレイについて説明する。図１４に描かれたディスプレイ９０は、多数のＬＥＤランプ９３がＸ方向及びＹ方向にマトリクス状に配列されたディスプレイ本体９１と、その背後に配置されたＬＥＤ点灯回路ブロック９２とを有している。各ＬＥＤランプ９３は、図２及び図３で説明したＬＥＤ素子２２を含んでいる。ＬＥＤ点灯回路ブロック９２は、図６に示したＬＥＤ点灯回路２０をＬＥＤランプ９３と同数だけ有している。ＬＥＤ点灯回路ブロック９２に含まれる複数のＬＥＤ点灯回路２０は、それぞれ、１つのＬＥＤランプ９３の発光色及び発光強度を制御する。

ＬＥＤランプ９３は、互いに発光波長ピークの異なる２つのＩｎＧａＮ発光層を一対のｐ層とｎ層の間に持つ複雑な構成のＬＥＤ素子２２を含んでいるために、製造工程における微妙な条件の違いによって、その特性にばらつきが生じやすい。そこで、本参考例のように各ＬＥＤランプ９３をその特性に合わせて駆動することにより、ディスプレイ９０に含まれるすべてのＬＥＤランプ９３を、共通の所望発光色及び所望発光強度で発光させることが可能である。具体的には、各ＬＥＤ点灯回路２０において、パルス電流値演算部２４内の発光色特性記憶部２４ａに当該ＬＥＤ素子２２の駆動電流値対発光色特性データを格納しておくと共に、デューティ演算部２５内の発光強度特性記憶部２５ｂに当該ＬＥＤ素子２２の駆動電流値対発光強度特性データを格納しておく。これにより、ＬＥＤ素子２２の特性がばらついていても、そのばらつきが補正された波高値信号ｉ及びデューティ信号ｄが得られるので、たとえ各ＬＥＤランプ９３の特性がばらついていたとしても、すべてのＬＥＤランプ９３が、共通の所望発光色及び所望発光強度で発光する。そのため、ディスプレイ９０の表示画像の画質を向上させることができる。また、本参考例によるディスプレイ９０においては発光色と発光強度とを独立に調整することができるので、ディスプレイ９０の発光強度を変えずに発光色を変化させることができるという高い視覚効果が得られ、しかも構成が簡単であるという利点がある。

なお、変形例として、すべてのＬＥＤランプ９３を、各ＬＥＤランプ９３について個別に定められた所望発光色及び所望発光強度で発光させてもよい。別の変形例として、本参考例のディスプレイ９０に含まれるＬＥＤ点灯回路ブロック９２は、別の参考例（例えば参考例２又は実施の形態によるＬＥＤ点灯回路を含んでいてもよい。また、さらに別の変形例として、各ＬＥＤランプ９３は、実施の形態で説明した互いに発光波長ピークの異なる３つの発光層を有するＬＥＤ素子を持っていてもよい。

［その他の変形例］
以上、本発明の好適な実施の形態及び参考例について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述した実施の形態及び参考例においては、説明を分かり易くするために、ＬＥＤ素子において駆動電流Ｉと発光強度Ｐとが比例関係をもっている、つまり、Ｐ＝Ａ×Ｉ×Ｄ（Ａは定数）として説明してきたが、本発明はこのようなＬＥＤ素子を駆動する場合に限られるものではない。ＬＥＤ素子において発光強度Ｐを駆動電流ＩとデューティＤとの関数、すなわち、Ｐ＝Ｄ×ｆ[Ｉ]又はＰ＝ｆ’［Ｉ，Ｄ］（関数ｆ’は、与えられた駆動電流Ｉ及びデューティＤに対する発光強度を表すものである）として表すことができるのであれば、本発明を適用することが可能である。このような関数ｆ又はｆ’は、予めテーブルとして記憶装置に記憶されていてもよい。

また、上述した実施の形態及び参考例では、ＬＥＤ点灯回路２０が色信号ｃ、波高値信号ｉ、強度信号ｐ、デューティ信号ｄといったパラメータを用いて各種の演算を行うが、このようなパラメータを用いないで演算が行われてもよい。

また、上記実施の形態及び参考例においては、色調をＣＩＥ標準色度図の座標をパラメータとして表現してきたが、これは、単に説明の都合のために用いたものであり、本発明の本質に係わるものではない。したがって、色調を別のパラメータを用いて表現してもよい。

またさらに、上記実施の形態及び参考例においては、ＬＥＤ素子の出力の強さを発光強度として表わしてきたが、発光強度としては、出力の強さに相応する任意のパラメータを用いてよい。例えば、発光強度として、パワー（単位Ｗ）の他、輝度（単位ｃｄ／ｍ²）、光度（単位ｃｄ）、光度パワー（単位ｌｍ）等の絶対値や、これらの相対値などを用いることができる。

また、上述の実施の形態及び参考例では、ＬＥＤ素子の発光色が白色である場合について説明したが、本発明は発光色が白色である場合に限られるわけではない。互いに発光波長ピークの異なるＩｎＧａＮ発光層を、一対のｐ層とｎ層との間に複数持つＬＥＤ素子は、白色に限らず、純色から離れた色調（柔らかい色調）の発光色を実現できる。したがって、本発明は、ピンク、薄緑色、水色などを含む任意の発光色を示すＬＥＤ素子に関しても適用可能である。

本発明の参考例１に係る照明装置の外観図である。 図１に示す照明装置に含まれるＬＥＤ素子の断面図である。 図２に示すＬＥＤ素子に含まれる活性領域の拡大断面図である。 図２に示すＬＥＤ素子の駆動電流値対発光色特性を示したＣＩＥ標準色度図である。 波高値Ｉ及びデューティＤを有するパルス電流の波形図である。 本発明の参考例１に係る照明装置の制御ブロック図である。 本発明の参考例１に係る照明装置の一動作例を示すフローチャートである。 本発明の参考例２に係る照明装置の制御ブロック図である。 本発明の参考例３に係る照明装置の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置に含まれるＬＥＤ素子が有する活性領域の模式的な断面図である。 図１０に示すような活性領域を有するＬＥＤ素子の駆動電流値対発光色特性を示したＣＩＥ標準色度図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の制御ブロック図である。 図１２に示すＬＥＤ点灯回路が生成するパルス電流の波形図である。 本発明の参考例４に係る表示装置の外観図である。 特許文献１に記載されたＬＥＤ素子の模式的な斜視図である。

１ 照明装置
１０ ＬＥＤランプ
１１ パネル
１３ 外箱
１４ ディフューザ
１５ リモコン受信部
２０、６０、７０、８０ ＬＥＤ点灯回路
２１ パルス電流
２２ ＬＥＤ素子
２４、６２、８１ パルス電流値演算部
２４ａ 発光色特性記憶部
２５、８２ デューティ演算部
２５ｂ 発光強度特性記憶部
２６、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、８３パルス電流発生部
３１ サファイア基板
３２ ｎ型ＧａＮコンタクト層
３３ ｎ型ＩｎＧａＮクラッド層
３４、３４’ 活性領域
３５ ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ蒸発防止層
３６ ｐ型ＧａＮコンタクト層
３７ ｎ型電極
３８ ｐ型電極
３９ 電極パッド
４１、４３、４５、５１、５３、５５、５７ＩｎＧａＮ障壁層
４２、５２ ＩｎＧａＮ青色発光層
４４ ＩｎＧａＮ黄色発光層
５４ ＩｎＧａＮ緑色発光層
５６ ＩｎＧａＮ赤色発光層
６１ 検出器
７１ パルス発生制御部
８２ａ 発光色特性記憶部
８２ｂ 発光強度特性記憶部
９０ ディスプレイ（表示装置）
９１ ディスプレイ本体
９２ ＬＥＤ点灯回路
９３ ＬＥＤランプ

Claims (13)

1. 障壁層を介して積層された電流注入によって互いに異なる発光波長ピークで発光する複数の発光層が直列に配置された、多重量子井戸構造を有する活性領域が一対のｐ層とｎ層との間に挟まれており、発光色が実質的に駆動電流値だけに依存し、駆動電流値を変化させた際の発光色の変化がＣＩＥ色度図上において曲線を描くＬＥＤ素子に関して、所望発光色に対応した電流値を指示する値を求める駆動電流値演算ステップと、
   前記駆動電流値演算ステップで求められた値によって指示される電流値を有する駆動電流を生成する駆動電流生成ステップと、
   前記駆動電流生成ステップで生成された駆動電流を前記ＬＥＤ素子に供給する駆動電流供給ステップとを備え、
   前記駆動電流値演算ステップにおいて、混色によって、前記ＬＥＤ素子の発光色の変化がＣＩＥ色度図上において描く前記曲線から外れた所望発光色となる互いに異なる３以上の発光色に対応した互いに異なる３以上の電流値を指示する複数の値を求め、
   前記駆動電流生成ステップにおいて、前記駆動電流値演算ステップで求められた３以上の値が指示する互いに異なる波高値Ｉを有する３以上のパルスを含む駆動電流を生成し、
   前記３以上の発光色は、ＣＩＥ色度図上において前記３以上の発光色をそれぞれ頂点としたｎ角形領域（ｎは３以上の自然数）内に前記所望発光色があるようなものであることを特徴とするＬＥＤ素子の駆動方法。
2. 前記ＬＥＤ素子に駆動電流として供給される前記ＬＥＤ素子の所望発光強度に対応したパルス電流のデューティＤを指示する値を求めるデューティ演算ステップをさらに備えており、
   前記駆動電流生成ステップにおいて、前記駆動電流値演算ステップで求められた値が指示する波高値Ｉを有し且つ前記デューティ演算ステップで求められた値が指示するデューティＤを有する前記パルス電流を生成することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ素子の駆動方法。
3. 前記デューティ演算ステップにおいて、前記ＬＥＤ素子の所望発光強度と前記駆動電流値演算ステップで求められた値とに基づいて、前記パルス電流のデューティＤを求めることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ素子の駆動方法。
4. 前記駆動電流値演算ステップにおいて、前記ＬＥＤ素子の所望発光色を指示する色信号ｃを、前記ＬＥＤ素子の駆動電流値対発光色特性に従って波高値信号ｉに変換し、
   前記デューティ演算ステップにおいて、前記ＬＥＤ素子の所望発光強度を指示する強度信号ｐと波高値信号ｉとに基づいて、波高値信号ｉが指示する波高値Ｉの関数値とデューティＤとの積が強度信号ｐが指示する所望発光強度に相当するようなデューティＤを指示するデューティ信号ｄを演算し、
   前記駆動電流生成ステップにおいて、波高値信号ｉが指示する波高値Ｉ及びデューティ信号ｄが指示するデューティＤを有する前記パルス電流を生成することを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ素子の駆動方法。
5. 混色によって前記ＬＥＤ素子が所望発光強度及び所望発光色で発光しているかのように感知させる前記複数のパルスの各々のデューティＤを指示するデューティ信号ｄを、前記複数のパルスごとに求めるデューティ演算ステップをさらに備えており、
   前記駆動電流生成ステップにおいて、前記駆動電流値演算ステップで求められた複数の値が指示する互いに異なる波高値Ｉ、及び、前記デューティ演算ステップにおいて前記複数のパルスごとに求められたデューティ信号ｄによって指示されるデューティＤをそれぞれ有する複数のパルスを含む駆動電流を生成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＬＥＤ素子の駆動方法。
6. 前記駆動電流生成ステップにおいて、前記複数のパルスが順次出現する前記駆動電流を生成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＬＥＤ素子の駆動方法。
7. 前記駆動電流値演算ステップにおいて、前記ＬＥＤ素子の発光色信号を参照して、所望発光色に対応した電流値を指示する値を求めることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のＬＥＤ素子の駆動方法。
8. 前記発光層が窒化物系半導体からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のＬＥＤ素子の駆動方法。
9. 障壁層を介して積層された電流注入によって互いに異なる発光波長ピークで発光する複数の発光層が直列に配置された、多重量子井戸構造を有する活性領域が一対のｐ層とｎ層との間に挟まれており、発光色が実質的に駆動電流値だけに依存し、駆動電流値を変化させた際の発光色の変化がＣＩＥ色度図上において曲線を描くＬＥＤ素子に関して、所望発光色に対応した電流値を指示する値を求める駆動電流値演算手段と、
   前記駆動電流値演算手段で求められた値によって指示される電流値を有する駆動電流を生成する駆動電流生成手段とを備え、
   前記駆動電流値演算手段が、混色によって、前記ＬＥＤ素子の発光色の変化がＣＩＥ色度図上において描く前記曲線から外れた所望発光色となる互いに異なる３以上の発光色に対応した互いに異なる３以上の電流値を指示する複数の値を求め、
   前記駆動電流生成手段が、前記駆動電流値演算手段で求められた３以上の値が指示する互いに異なる波高値Ｉを有する３以上のパルスを含む駆動電流を生成し、
   前記３以上の発光色は、ＣＩＥ色度図上において前記３以上の発光色をそれぞれ頂点としたｎ角形領域（ｎは３以上の自然数）内に前記所望発光色があるようなものであることを特徴とするＬＥＤ素子の駆動装置。
10. 前記ＬＥＤ素子に駆動電流として供給される前記ＬＥＤ素子の所望発光強度に対応したパルス電流のデューティＤを指示する値を求めるデューティ演算手段をさらに備えており、
    前記駆動電流生成手段が、前記駆動電流値演算手段で求められた値が指示する波高値Ｉを有し且つ前記デューティ演算手段で求められた値が指示するデューティＤを有する前記パルス電流を生成することを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤ素子の駆動装置。
11. 混色によって前記ＬＥＤ素子が所望発光強度及び所望発光色で発光しているかのように感知させる前記複数のパルスの各々のデューティＤを指示するデューティ信号ｄを、前記複数のパルスごとに求めるデューティ演算手段をさらに備えており、
    前記駆動電流生成手段が、前記駆動電流値演算手段で求められた複数の値が指示する互いに異なる波高値Ｉ、及び、前記デューティ演算手段で前記複数のパルスごとに求められたデューティ信号ｄによって指示されるデューティＤをそれぞれ有する複数のパルスを含む駆動電流を生成することを特徴とする請求項９又は１０に記載のＬＥＤ素子の駆動装置。
12. 請求項９〜１１のいずれか１項に記載の駆動装置と、
    前記駆動装置によって駆動されるＬＥＤ素子であって、障壁層を介して積層された電流注入によって互いに異なる発光波長ピークで発光する複数の発光層が直列に配置された、多重量子井戸構造を有する活性領域が一対のｐ層とｎ層との間に挟まれており、発光色が実質的に駆動電流値だけに依存し、駆動電流値を変化させた際の発光色の変化がＣＩＥ色度図上において曲線を描くＬＥＤ素子とを備えていることを特徴とする照明装置。
13. 請求項９〜１１のいずれか１項に記載の駆動装置と、
    前記駆動装置によって駆動されるＬＥＤ素子であって、障壁層を介して積層された電流注入によって互いに異なる発光波長ピークで発光する複数の発光層が直列に配置された、多重量子井戸構造を有する活性領域が一対のｐ層とｎ層との間に挟まれており、発光色が実質的に駆動電流値だけに依存し、駆動電流値を変化させた際の発光色の変化がＣＩＥ色度図上において曲線を描くＬＥＤ素子とを備えていることを特徴とする表示装置。

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