CN101853908A - 驱动GaN基半导体发光元件、平面光源装置和发光装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了驱动GaN基半导体发光元件的方法、驱动图像显示装置的GaN基半导体发光元件的方法、驱动平面光源装置的方法和驱动发光装置的方法，其中，该GaN基半导体发光元件通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层而形成，该方法包括以下步骤：通过开始注入载流子而开始发光；然后在发光亮度值变成常数之前，停止注入载流子。

Description

驱动GaN基半导体发光元件、平面光源装置和发光装置的方法

相关申请的交叉参考

本申请包含涉及于2009年3月5日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP 2009-051776中所公开的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种驱动GaN基半导体发光元件的方法、一种使用驱动GaN基半导体发光元件的方法来驱动图像显示装置的GaN基半导体发光元件的方法、一种驱动平面光源装置的方法以及一种驱动发光装置的方法。

背景技术

由氮化镓(GaN)基化合物半导体所形成的GaN基半导体发光元件可以通过混合的晶体成分或者其膜厚度控制带隙能量来实现从紫外线至红外线的发光波长。此外，用于从紫外线发出蓝色或者绿色可见光的发光二极管已经实现商用，并且该发光二极管在诸如各种显示装置、照明或者检查装置、或者消毒装置中广泛使用。此外，还开发了蓝紫激光二极管并且将其用作用于大容量光盘的写或者读的拾取器。

然而，在GaN基半导体发光元件中，当注入载流子时，众所周知，其发光波长会偏移至短波长侧。例如，在其中层叠有n型GaN层、由InGaN所形成的活性层以及p型GaN层的发光二极管(LED)中，InGaN晶体的晶格常数稍微大于GaN晶体的晶格常数。因此，如果层叠了顶部表面为C面的n型GaN层、顶部表面为C面的由InGaN所形成的活性层以及顶部表面为C面的p型GaN层，则作为将压力施加给活性层的结果，在活性层的厚度方向上产生压力自发极化(piezo spontaneous polarization)。因此，具体地，如果激发强度很高，则来自这种LED的发光波长会偏移至短波长侧，或者出现诸如发光效率劣化、操作电压增大或者亮度饱和的现象。

发明内容

为了防止在活性层的厚度方向上发生压力自发极化，在衬底的非极性平面上制造GaN基半导体发光元件是公知的(例如，JP-A-2006-196490)。然而，在通过这种方法制造的GaN基半导体发光元件中，用于发光的波长频带受到限制并且其发光效率也很低。

因此，期望提供一种驱动在其中发光波长基本上不向短波长侧偏移的GaN基半导体发光元件的方法、一种使用驱动GaN基半导体发光元件的方法驱动图像显示装置的GaN基半导体发光元件的方法、一种驱动平面光源装置的方法以及一种驱动发光装置的方法。

本发明的第一至第三实施例涉及一种驱动通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层所形成的GaN基半导体发光元件的方法。

本发明的第一至第三实施例还涉及一种驱动图像显示装置的GaN基半导体发光元件的方法，该图像显示装置包括用于显示图像的GaN基半导体发光元件，其中，通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层来形成该GaN基半导体发光元件。

本发明的第一至第三实施例还涉及一种驱动用来从背面将光照射至透射型或者半透射型液晶显示装置的平面光源装置的方法，其中，通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层来形成包括在平面光源装置中的作为光源的GaN基半导体发光元件。

本发明的第一至第三实施例还涉及一种驱动包括GaN基半导体发光元件和颜色转换材料的发光装置的方法，所述颜色转换材料用于接收从GaN基半导体发光元件所发出的光并且发出具有与从GaN基半导体发光元件所发出的光的波长不同的波长的光，其中，通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层来形成GaN基半导体发光元件。

在驱动根据本发明的第一实施例的GaN基半导体发光元件的方法、驱动根据本发明的第一实施例的图像显示装置的GaN基半导体发光元件的方法、驱动根据本发明的第一实施例的平面光源装置的方法或者驱动根据本发明的第一实施例的发光装置的方法(下文中，可以将其统称为“根据本发明的第一实施例的驱动方法”)中，在通过开始注入载流子从而开始发光以后，在发光亮度(lightemission illuminance)值变成常数以前，停止载流子的注入。在根据本发明的第一实施例的驱动方法中，即使在停止载流子注入之后，发光亮度值仍可以增大，并且在发光亮度值变成最大值之后，发光亮度值可以立即减小。

在驱动根据本发明的第二实施例的GaN基半导体发光元件的方法、驱动根据本发明的第二实施例的图像显示装置的GaN基半导体发光元件的方法、驱动根据本发明的第二实施例的平面光源装置的方法或者驱动根据本发明的第二实施例的发光装置的方法(下文中，可以将其统称为“根据本发明的第二实施例的驱动方法”)中，在通过开始注入载流子从而开始发光以后，在由于载流子注入所导致的活性层内的能量带倾斜度改变之前，停止载流子的注入。

在驱动根据本发明的第三实施例的GaN基半导体发光元件的方法、驱动根据本发明的第三实施例的图像显示装置的GaN基半导体发光元件的方法、驱动根据本发明的第三实施例的平面光源装置的方法或者驱动根据本发明的第三实施例的发光装置的方法(下文中，可以将其统称为“根据本发明的第三实施例的驱动方法”)中，在通过开始注入载流子从而开始发光以后，在由于载流子注入所导致的活性层内的屏蔽(screening)出现之前，停止载流子的注入。

在根据本发明的第一实施例的驱动方法中，在通过开始注入载流子从而开始发光以后，在发光亮度值变成常数以前，停止载流子的注入。在根据本发明的第二实施例的驱动方法中，在通过开始注入载流子从而开始发光以后，在由于载流子注入所导致的活性层内的能量带倾斜度改变之前停止载流子的注入。在根据本发明的第三实施例的驱动方法中，在通过开始注入载流子从而开始发光之后，在由于载流子注入所导致的活性层内的屏蔽出现之前，停止载流子的注入。通过在这些时刻(timing)停止载流子的注入，即，例如，通过由超短脉冲激发GaN基半导体发光元件，发光波长即使在激发强度增大时也不会偏移至短波长侧。此外，可以防止诸如发光效率劣化、操作电压增大或者必然发生的亮度饱和等现象。因此，可以实现具有高发光效率的GaN基半导体发光元件，并且GaN基半导体发光元件可以高效率地发出具有更长波长的光，可以期待在背景技术中没有实现的从黄光至红光的发光二极管的开发。

附图说明

图1为实施例1的GaN基半导体发光元件的层配置的概念图；

图2为实施例1的GaN基半导体发光元件的示意性截面图；

图3为示出了一个实例中的层叠结构的发光波长的测量结果的曲线图，在该实例中，将超短脉冲的激光照射至在实施例1中所获得的GaN基化合物半导体层的层叠结构，以执行激光激发；

图4为示出了一个参考实例中的层叠结构的发光波长的测量结果的曲线图，在该参考实例中，将连续的振荡激光照射至在实施例1中所获得的GaN基化合物半导体层的层叠结构，以执行激光激发；

图5为示出了一个实例和一个参考实例中的激发强度的相对值和光输出之间的关系的测量结果的曲线图，在该实例中，将超短脉冲的激光照射至在实施例1中所获得的GaN基化合物半导体层的层叠结构以执行激光激发，在该参考实例中照射连续的振荡激光以执行激光激发；

图6为示出了当将超短脉冲照射至在实施例1中所获得的GaN基化合物半导体层的层叠结构时载流子衰减状态的示图；

图7为示出了通过应用驱动实施例1的GaN基半导体发光元件的方法的长波长效率的改善的示图；

图8A为实施例3的无源矩阵型直视图像显示装置(1A型图像显示装置)的电路图，而图8B为一个发光元件面板的示意性截面图，其中，以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件；

图9为实施例3的有源矩阵型直视图像显示装置(1 B型图像显示装置)的电路图；

图10为包括发光元件面板的投影图像显示装置(第二型图像显示装置)的概念图，其中，以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件；

图11为包括红光发射元件面板、绿光发射元件面板以及蓝光发射元件面板的投影彩色显示图像显示装置(第三型图像显示装置)的概念图；

图12为包括GaN基半导体发光元件和光通控制装置的投影图像显示装置(第四型图像显示装置)的概念图；

图13为包括三组GaN基半导体发光元件和光通控制装置的投影彩色显示图像显示装置(第四型图像显示装置)的概念图；

图14为包括发光元件面板和光通控制装置的投影图像显示装置(第五型图像显示装置)的概念图；

图15为包括三组GaN基半导体发光元件和光通控制装置的投影彩色显示图像显示装置(第六型图像显示装置)的概念图；

图16为包括三组GaN基半导体发光元件和光通控制装置的投影彩色显示图像显示装置(第七型图像显示装置)的概念图；

图17为包括三组GaN基半导体发光元件面板和光通控制装置的投影彩色显示图像显示装置(第八型图像显示装置)的概念图；

图18为实施例4的有源矩阵型直视彩色显示图像显示装置(第九型和第十型图像显示装置)的电路图；

图19A为实施例5的平面光源装置中的发光元件的设置和配置状态的示意图，而图19B为平面光源装置和彩色液晶显示装置组件的示意性局部截面图；

图20为彩色液晶显示装置的示意性局部截面图；

图21为实施例6的彩色液晶显示装置组件的概念图；

图22为由具有倒装结构(flip-chip structure)的LED所形成的GaN基半导体发光元件的示意性截面图；以及

图23为示出了GaN基半导体发光元件中的基于在将由InGaN层所形成的阱层设置在由GaN层所形成的阻挡层中时产生的压电场(piezoelectric field)的带隙增大的概念图。

具体实施方式

下文中，将参照附图描述本发明的实施例，本发明不限于这些实施例，并且实施例的各种数值或者材料仅是示例性的。此外，将以以下顺序给予描述。

1.根据本发明的第一至第三实施例的驱动方法的总体描述

2.实施例1(驱动根据本发明第一至第三实施例的GaN基半导体发光元件的方法)

3.实施例2(涉及一种驱动根据本发明第一至第三实施例的发光装置的方法，并且应用驱动实施例1的GaN基半导体发光元件的方法)

4.实施例3(涉及一种驱动根据本发明的第一至第三实施例的图像显示装置的GaN基半导体发光元件的方法，并且应用驱动实施例1的GaN基半导体发光元件的方法)

5.实施例4(实施例3的改进实例)

6.实施例5(涉及一种驱动根据本发明的第一至第三实施例的平面光源装置的方法，并且应用驱动实施例1的GaN基半导体发光元件的方法)

7.实施例6(实施例5的改进实例及其他)

[根据本发明的第一至第三实施例的驱动方法的总体描述]

在根据包括其优选实施例的本发明的第一至第三实施例的驱动方法(下文中，统称为“本发明的驱动方法”)中，可以在InGaN基化合物半导体层上形成阱层。即，阱层可以包括铟原子，更具体地，可以包括Al_xGa_1-x-yIn_yN(x≥0，y＞0，0＜x+y≤1)。在包括这种配置的本发明的驱动方法中，从载流子注入开始至载流子注入停止的时间为10纳秒或者更短，优选地，为1纳秒或者更短，并且更优选地，为0.5纳秒或者更短。此外，在包括这种配置和形式的本发明的驱动方法中，当将注入的载流子的量转换成为活性层的每1cm²的电流量时，即，工作电流密度(或者激发强度)可以为10A/cm²或者更高，优选地，为100A/cm²或者更高，并且更优选地，为300A/cm²或者更高。此外，在包括上述各种配置和形式的本发明的驱动方法中，发光波长可以大于等于370nm并且小于等于650nm，优选地大于等于500nm并且小于等于570nm。此外，对于第一GaN基化合物半导体层和第二GaN基化合物半导体层，提供了GaN层、AlGaN层、InGaN层以及AlInGaN层。此外，在这些化合物半导体层中可以包括硼(B)原子、铊(Tl)原子、砷(As)原子、磷(P)原子或者锑(Sb)原子。

在驱动根据本发明的第一至第三实施例的图像显示装置的GaN基半导体发光元件的方法中，对于图像显示装置，(例如)提供了具有以下配置和结构的图像显示装置。此外，除非进行专门描述，否则基于图像显示装置的规格来确定用于配置图像显示装置或者发光元件面板的GaN基半导体发光元件的数量。基于图像显示装置的规格，可以进一步包括光阀。

(1)第一型图像显示装置

无源矩阵型或者有源矩阵型直视图像显示装置，包括(A)在其中以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件的发光元件面板，该装置还通过控制GaN基半导体发光元件的发光/不发光状态并直视GaN基半导体发光元件的发光状态来显示图像。

(2)第二型图像显示装置

无源矩阵型或者有源矩阵型投影图像显示装置，包括(A)在其中以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件的发光元件面板，该装置还通过控制GaN基半导体发光元件的发光/不发光状态并执行在屏幕上的投影来显示图像。

(3)第三型图像显示装置

(直视或者投影)彩色显示图像显示装置，包括：(A)红光发射元件面板(red light emitting element panel)，其中，以二维矩阵形式配置用于发射红光的半导体发光元件(例如，AlGaInP基半导体发光元件或者GaN基半导体发光元件)，(B)绿光发射元件面板(green light emitting element panel)，其中，以二维矩阵形式配置用于发射绿光的GaN基半导体发光元件，(C)蓝光发射元件面板(blue light emitting element panel)，其中，以二维矩阵形式配置用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件，以及(D)一个用于将从红光发射元件面板、绿光发射元件面板以及蓝光发射元件面板所发出的光收集到一条光路中的单元(例如，二向色棱镜(dichroic prism)，在以下描述中同样如此)，该彩色显示图像显示装置还控制红光发射半导体发光元件、绿光发射GaN基半导体发光元件以及蓝光发射GaN基半导体发光元件的发光/不发光状态。

(4)第四型图像显示装置

(直视或者投影)图像显示装置，包括：(A)GaN基半导体发光元件和(B)光通控制装置(例如，液晶显示装置、数字微镜装置(DMD)、或者硅上液晶(LCOS)，在以下描述中同样如此)，该光通控制装置为一种用来控制从GaN基半导体发光元件所发出的光的通过/不通过的光阀，以及该装置通过由该光通控制装置(lightpassing control device)控制从GaN基半导体发光元件所发出的光的通过/不通过来显示图像。

此外，GaN基半导体发光元件的数量是基于图像显示装置的规格来确定的，可以为一个或者多个。对于用来将从GaN基半导体发光元件所发出的光引导至光通控制装置的单元，可以将导光部件、微透镜阵列、反射镜(mirror)、反射板、聚光透镜(condenser lens)作为示例。

(5)第五型图像显示装置

(直视或者投影)图像显示装置，包括：(A)其中以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件的发光元件面板，和(B)光通控制装置(光阀)，用于控制从GaN基半导体发光元件所发出的光的通过/不通过，以及该装置通过由光通控制装置控制从GaN基半导体发光元件所发出的光的通过/不通过来显示图像。

(6)第六型图像显示装置

(直视或者投影)彩色显示图像显示装置，包括(A)红光发射元件面板，其中，以二维矩阵形式配置用于发射红光的半导体发光元件，以及红光通控制装置(光阀)，用于控制从红光发射元件面板所发出的光的通过/不通过，(B)绿光发射元件面板，其中，以二维矩阵形式配置用于发射绿光的GaN基半导体发光元件，以及绿光通控制装置(光阀)，用于控制从绿光发射元件面板所发出的光的通过/不通过，(C)蓝光发射元件面板，其中，以二维矩阵形式配置用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件，以及蓝光通控制装置(光阀)，用于控制从蓝光发射元件面板所发出的光的通过/不通过的，以及(D)一个单元，被配置为将穿过红光通控制装置、绿光通控制装置以及蓝光通控制装置的光聚焦到一条光路，以及该装置通过由光通控制装置控制从发光元件面板所发出的光的通过/不通过来显示图像。

(7)第七型图像显示装置

场序型(field sequential type)(直视或者投影)彩色显示图像显示装置，包括(A)用于发射红光的半导体发光元件，(B)用于发射绿光的GaN基半导体发光元件，以及(C)用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件，(D)一个单元，被配置为将从用于发射红光的半导体发光元件、用于发射绿光的GaN基半导体发光元件以及用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件所发出的光收集到一条光路，以及(E)光通控制装置(光阀)，用于控制从被配置为将光收集到一条光路的单元所发出的光的通过/不通过，以及该装置由光通控制装置通过控制从发光元件所发出的光的通过/不通过来显示图像。

(8)第八型图像显示装置

场序型(直视或者投影)彩色显示图像显示装置，包括(A)红光发射元件面板，其中，以二维矩阵形式配置用于发射红光的半导体发光元件，(B)绿光发射元件面板，其中，以二维矩阵形式配置用于发射绿光的GaN基半导体发光元件，以及(C)蓝光发射元件面板，其中，以二维矩阵形式配置用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件，(D)一个单元，被配置为将从红光发射元件面板、绿光发射元件面板以及蓝光发射元件面板所发出的光收集到一条光路，以及(E)光通控制装置(光阀)，用于控制从被配置为将光收集到一条光路的单元所发出的光的通过/不通过，以及该装置由光通控制装置通过控制从发光元件面板所发出的光的通过/不通过来显示图像。

在图像显示装置中，发光元件单元以二维矩阵形式配置，每个发光元件单元包括用于发射蓝光的第一发光元件、用于发射绿光的第二发光元件以及用于发射红光的第三发光元件并且显示彩色图像，第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件中的至少一个可以由GaN基半导体发光元件形成。对于这种图像显示装置，例如，有具有以下配置和结构的图像显示装置。此外，发光元件单元的数量是基于图像显示装置的规格来确定的。此外，基于图像显示装置的规格可以进一步包括光阀。

(9)第九型图像显示装置

无源矩阵型或者有源矩阵型直视彩色显示图像显示装置，通过控制第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件的发光/不发光状态并直视发光元件的发光状态来显示图像。

(10)第十型图像显示装置

无源矩阵型或者有源矩阵型投影彩色显示图像显示装置，通过控制第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件的发光/不发光状态并执行在屏幕上的投影来显示图像。

(11)第十一型图像显示装置

场序型(直视或者投影)彩色显示图像显示装置，包括用于控制从以二维矩阵形式所配置的发光元件单元所发出的光的通过/不通过的光通控制装置(光阀)，时分控制发光元件单元中的第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件的发光/不发光状态，并且通过由光通控制装置控制从第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件所发出的光的通过/不通过来显示图像。

在驱动根据本发明的第一至第三实施例的平面光源装置的方法的平面光源装置中，光源可以包括用于发射蓝光的第一发光元件、用于发射绿光的第二发光元件、以及用于发射红光的第三发光元件，GaN基半导体发光元件可以配置第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件中的至少一个(一种)。换句话说，第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件的一个可以由一种GaN基半导体发光元件构成，而剩余两个发光元件可以由具有另一种配置的半导体发光元件构成，第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件的任何两个可以由GaN基半导体发光元件构成，而剩余一个发光元件可以由具有另一种配置的半导体发光元件构成，或者所有的第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件可以由GaN基半导体发光元件构成。对于具有另一种配置的半导体发光元件，有用于发射红光的AlGaInP基半导体发光元件。本发明并不限于此，并且平面光源装置的光源可以由一个或者多个发光装置构成。第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件中的每一个的数量可以为一个或者多个。

平面光源装置可以为两种类型的平面光源装置(背光)，即，例如，在JP-UM-A-63-187120或者JP-A-2002-277870中所公开的下光型平面光源装置(down light type planar light source device)以及例如，在JP-A-2002-131552中所公开的边光型(edge light type)(也称为侧光型)平面光源。此外，GaN基半导体发光元件的数量基本上是任意的并且是基于平面光源装置的规格来确定的。

在下光型平面光源装置中，第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件被设置为面向液晶显示装置，并且在液晶显示装置和第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件之间设置扩散板、诸如扩散片、棱镜片、偏光转换片或者反射片的光学功能片组。

在下光型平面光源装置中，更具体地，可以在壳体中设置并且配置用于发射红光(例如，具有640nm的波长)的半导体发光元件、用于发射绿光(例如，具有530nm的波长)的GaN基半导体发光元件以及用于发射蓝光(例如，具有450nm的波长)的GaN基半导体发光元件，但本发明不仅限于此。如果在壳体中设置并且配置了用于发射红光的多个半导体发光元件、用于发射绿光的多个GaN基半导体发光元件、以及用于发射蓝光的多个GaN基半导体发光元件，则对于这些发光元件的配置状态，可以在液晶显示装置的屏幕的水平方向上设置每一行都具有一组发射红光的半导体发光元件、发射绿光的GaN基半导体发光元件以及发射蓝光的GaN基半导体发光元件的多个发光元件行，以形成发光元件行阵列，并且可以在液晶显示装置的屏幕的垂直方向上设置多个发光元件行阵列。此外，对于发光元件行，有(一个发射红光的半导体发光元件、一个发射绿光的GaN基半导体发光元件以及一个发射蓝光的GaN基半导体发光元件)、(一个发射红光的半导体发光元件、两个发射绿光的GaN基半导体发光元件以及一个发射蓝光的GaN基半导体发光元件)、(两个发射红光的半导体发光元件、两个发射绿光的GaN基半导体发光元件以及一个发射蓝光的GaN基半导体发光元件)等的多种结合。此外，可以进一步包括用于发射除红、绿以及蓝之外的第四种颜色的光的发光元件。此外，在GaN基半导体发光元件中，可以安装(例如)NIKKEI ELECTRONICS(2004年12月20日，No.889，第128页)中所描述的光拾取透镜。

同时，在边光型平面光源装置中，将导光板设置为面向液晶显示装置，将GaN基半导体发光元件设置在导光板的侧表面(接下来将描述的第一侧表面)上。导光板具有第一表面(底表面)、面对第一表面的第二表面(顶表面)、第一侧表面、第二侧表面、面对第一侧表面的第三侧表面、以及面对第二侧表面的第四侧表面。导光板的更具体的形状为具有整体上楔形截平的四棱镜形状(wedge-shaped truncated quadrangular prismatic shape)。在这种情况下，截平的四棱镜的两个相对侧表面对应于第一表面和第二表面，截平四棱镜的底表面对应于第一侧表面。优选地，在第一表面(底表面)的表面部分中设置凸部和/或凹部。光入射至导光板的第一侧表面而从第二表面(顶表面)朝向液晶显示装置发射。导光板的第二表面可以是光滑的(即，镜面)或者可以具有有漫反射效应的爆炸凸起(blast embossment)(即，微小的不规则体)。

优选地，在导光板的第一表面(底表面)中设置凸部和/或凹部。即，优选地，在导光板的第一表面中设置凸部、凹部或者不规则体。如果设置不规则体，则连续或者间断地设置凹部和凸部。设置在导光板的第一表面中的凸部和/或凹部可以是沿着与导光板的光入射方向形成预定角的方向延伸的连续凸部和/或凹部。在这种配置中，当以作为导光板的光入射方向的垂直于第一表面的虚拟平面来切割导光板时，对于连续凸形或者凹形的截面形状，可以将三角形、任何四边形(诸如正方形、矩形、梯形的)、任何多边形、任何光滑曲线(包括圆、椭圆、抛物线、双曲线以及悬链线)等作为示例。此外，当导光板的光入射方向为0度时，与导光板的光入射方向形成预定角度的方向表示60度或者120度的方向。在以下描述中同样如此。备选地，设置在导光板的第一表面中的凸部和/或凹部可以是沿着与导光板的光入射方向形成预定角度的方向延伸的断续凸部和/或凹部。在这种配置中，对于断续凸形或者凹形的截面形状，可以将多角柱(包括棱锥、圆锥、圆柱、三角棱柱、矩形棱柱)、光滑曲线(诸如部分球面、部分回转椭圆体、部分旋转抛物面或者部分旋转双曲面)作为示例。在导光板中，如果需要，在第一表面的外围部中可以不形成凸部或者凹部。此外，从光源所发出的并入射到导光板的光通过与形成在导光板的第一表面中的凸部或者凹部碰撞而发生散射，但是设置在导光板的第一表面中的凸部或者凹部的高度、深度、间距(pitch)或者形状可以是恒定的或者在与光源分离时改变。在后者的情况下，例如，当凸部或者凹部与光源分离时，其间距可以变得更小。凸部间距或者凹部间距表示根据导光板的光入射方向的凸部间距或者凹部间距。

在包括导光板的平面光源装置中，优选地，将反射部件设置为面向导光板的第一表面。将液晶显示装置设置为面向导光板的第二表面。从光源所发出的光从导光板的第一侧表面(例如，与截平四棱柱的底表面相对应的表面)入射到导光板，通过与第一表面的凸部或者凹部碰撞发生散射，从第一表面射出，从反射部件反射，再次入射到第一表面，从第二表面射出，并照射至液晶显示装置。例如，可以将扩散片或者棱镜片(prism sheet)设置在液晶显示装置和导光板的第二表面之间。备选地，可以将从光源所发出的光直接引导至导光板或者间接引导至导光板。在后者情况下，例如，使用光纤。

优选地，导光板由基本上不吸收从光源所发出的光的材料制成。具体地说，对于构成导光板的材料，例如，有玻璃或者塑性材料(例如，PMMA、聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、无定形聚丙烯基树脂(polyprophylene-based resin)、包括AS树脂的苯乙烯基树脂)。

例如，透射型彩色液晶装置包括：例如包含第一透明电极的正面面板、包含第二透明电极的背面面板、以及设置在正面面板和背面面板之间的液晶材料。

更具体地，正面面板包括：例如，由玻璃衬底或者硅衬底形成的第一衬底、设置在第一衬底的内表面上的第一透明电极(其还称为共电极并且由例如ITO形成)、以及设置在第一衬底的外表面上的偏振膜。此外，正面面板具有一种配置，其中，将由丙烯酸树脂或者环氧树脂所形成的外涂层所覆盖的滤色器设置在第一衬底的内表面上，并且在外涂层上形成第一透明电极。在第一透明电极上形成对准膜。对于滤色器的配置图案，有三角配置(deltaarrangement)、条纹配置、对角配置(diagonal arrangement)、或者矩形配置。同时，背面面板包括：由玻璃衬底或者硅衬底形成的第二衬底、形成在第二衬底的内表面上的开关元件、其导电/不导电状态通过开关元件来控制的第二透明电极(其还被称为像素电极并且由例如ITO形成)、以及设置在第二衬底的外表面上的偏振膜。在包括第二透明电极的整个表面上形成对准膜。构成透射型彩色液晶显示装置的各种部件或者液晶材料可以由已知部件和材料形成。此外，对于开关元件，可以将形成在单晶硅半导体衬底上的诸如MOS型FET或者薄膜晶体管(TFT)的三端子元件，或者诸如MIM元件、变阻器元件或者二极管的二端子元件作为示例。

在驱动根据本发明的第一至第三实施例的发光装置的方法中，对于从GaN基半导体发光元件所发出的光，有可见光、紫外线、或者可见光和紫外线的结合。此外，在发光装置中，从GaN基半导体发光元件所发出的光可以为蓝光，从颜色转换材料所发出的光可以为选自由黄光、绿光以及红光组成的组中的至少一种。作为一种通过从GaN基半导体发光元件所发出的蓝光来激发该颜色转换材料以发出红光的颜色转换材料，具体地，有发红光的荧光粉微粒，更具体地，有(ME:Eu)S(“ME”表示选自由Ca、Sr、以及Ba组成的组中的至少一种原子，在以下描述中同样如此)、(M:Sm)_x(Si，Al)₁₂(O，N)₁₆(“M”表示选自由Li、Mg、以及Ca组成的组中的至少一种原子，在以下描述中同样如此)、或者ME₂Si₅N₈:Eu、(Ca:Eu)SiN₂、(Ca:Eu)AlSiN₃。作为一种通过从GaN基半导体发光元件所发出的蓝光来激发该颜色转换材料以发出绿光的颜色转换材料，具体地，有发绿光的荧光粉微粒，更具体地，有(ME:Eu)Ga₂S₄、(M:RE)_x(Si，Al)₁₂(O，N)₁₆(“RE”表示Tb和Yb)、(M:Tb)_x(Si，Al)₁₂(O，N)₁₆、(M:Yb)_x(Si，Al)₁₂(O，N)₁₆、或者Si_6-ZAl_ZO_ZN_8-Z:Eu。此外，作为一种通过从GaN基半导体发光元件所发出的蓝光来激发该颜色转换材料以发出黄光的颜色转换材料，具体地，有发黄光的荧光粉微粒，更具体地，有YAG(钇-铝-石榴石)基荧光粉微粒。此外，可以使用一种颜色转换材料或者可以使用两种或者更多种颜色转换材料的混合物。此外，通过使用两种或者更多种颜色转换材料的混合物，除黄色、绿色、以及红色之外的颜色的光可以从颜色转换材料混合产物中发出。具体地，例如，可以发出蓝绿色光。在这种情况下，可以使用发绿光的荧光粉微粒(例如，LaPO₄:Ce、Tb、BaMgAl₁₀O₁₇:Eu、Mn、Zn₂SiO₄:Mn、MgAl₁₁O₁₉:Ce、Tb、Y₂SiO₅:Ce、Tb、MgAl₁₁O₁₉:CE、Tb、Mn)和发蓝光的荧光粉微粒(例如，BaMgAl₁₀O₁₇:Eu、BaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu、Sr₂P₂O₇:Eu、Sr₅(PO₄)₃Cl:Eu、(Sr，Ca，Ba，Mg)₅(PO₄)₃Cl:Eu、CaWO₄、CaWO₄:Pb)的混合物。

如果从GaN基半导体发光元件所发出的光为紫外线，则作为一种由从GaN基半导体发光元件所发出的紫外线来激发该颜色转换材料以发出红光的颜色转换材料，具体地，有发红光的荧光粉微粒，更具体地，有Y₂O₃:Eu、YVO₄:Eu、Y(P，V)O₄:Eu、3.5MgO·0.5MgF₂·Ge₂:Mn、CaSiO₃:Pb、Mn、Mg₆AsO₁₁:Mn、(Sr，Mg)₃(PO₄)₃:Sn、La₂O₂S:Eu、或者Y₂O₂S:Eu。此外，作为一种由从GaN基半导体发光元件所发出的紫外线来激发该颜色转换材料以发出绿光的颜色转换材料，具体地，有发绿光的荧光粉微粒，更具体地，有LaPO₄:Ce、Tb、BaMgAl₁₀O₁₇:Eu、Mn、Zn₂SiO₄:Mn、MgAl₁₁O₁₉:Ce、Tb、Y₂SiO₅:Ce、Tb、MgAl₁₁O₁₉:CE、Tb、Mn、或者Si_6-ZAl_ZO_ZN_8-Z:Eu。此外，作为一种由从GaN基半导体发光元件所发出的紫外线来激发该颜色转换材料以发出蓝光的颜色转换材料，具体地，有发蓝光的荧光粉微粒，更具体地，有BaMgAl₁₀O₁₇:Eu、BaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu、Sr₂P₂O₇:Eu、Sr₅(PO₄)₃Cl:Eu、(Sr，Ca，Ba，Mg)₅(PO₄)₃Cl:Eu、CaWO₄、或者CaWO₄:Pb。此外，作为一种由从GaN基半导体发光元件所发出的紫外线来激发该颜色转换材料以发出黄光的颜色转换材料，具体地，有发黄光的荧光粉微粒，更具体地，有YAG基荧光粉微粒。此外，可以使用一种颜色转换材料或者可以使用两种或者更多种颜色转换材料的混合物。此外，通过使用两种或者更多种颜色转换材料的混合物，可以从颜色转换材料混合产物中发出除黄、绿、以及红之外的颜色的光。具体地，例如，可以发出蓝绿色光。在这种情况下，可以使用发绿光的荧光粉微粒和发蓝光的荧光粉微粒的混合物。

颜色转换材料不仅限于荧光粉微粒，并且例如，可以使用具有纳米尺寸的CdSe/ZnS或者使用量子效应的多色/高效发光微粒(诸如具有纳米尺寸的硅)。众所周知，添加至半导体材料的稀土原子通过内壳跃迁急剧发光，可以使用利用这种技术的发光微粒。

在发光装置中，可以将从GaN基半导体发光元件所发出的光和从颜色转换材料所发出的光(例如，黄；红和绿；黄和红；绿、黄、以及红)混合以发出白光，但是本发明不仅限于此，可变的颜色照明(illumination)或者显示应用是可能的。

在包括上述实施例和配置的本发明中，没有限制活性层的短边(如果活性层的平面形状为矩形)或者小直径(如果活性层的平面形状为圆或者椭圆)，但它可以为0.1mm或者更小，优选地，为0.03mm或者更小，并且更优选地，为0.02mm或者更小。如果活性层的平面形状具有诸如多边形的不可以通过短边或者小直径定义的形状，则在考虑面积与活性层的面积相同的圆时，将圆的直径定义为“小直径”。在本发明的GaN基半导体发光元件中，具体地，具有高工作电流密度的发光波长的偏移减小了，然而，在具有更小尺寸的GaN基半导体发光元件中，发光波长的偏移的减小效果是显著的。因此，通过将本发明的驱动方法应用到比背景技术的GaN基半导体发光元件具有更小尺寸的GaN基半导体发光元件，可以(例如)使用低成本高密度(高精度)的GaN基半导体发光元件来实现图像显示装置。

例如，如果通过以矩阵形式将GaN基半导体发光元件配置在家用电视接收器中来实现普通32英寸高清电视接收器(1920×1080×RGB)，则一个像素(与子像素相对应的发射红光的元件、发射绿光的元件、以及发射蓝光的元件的结合)的尺寸通常为360μm²，每个子像素具有300μm的长边和100μm或更小的短边。备选地，例如，在通过以矩阵形式配置GaN基半导体发光元件使用透镜来执行投影的投影显示器中，与背景技术的液晶显示装置或者投影显示器的DMD光阀类似的，根据光学设计或者成本1英寸或者更小的尺寸为优选的。即使在使用二向色棱镜等的三倍板(triple plate)中，为了实现对角线尺寸为1英寸的DVD的720×480的普通分辨率，GaN基半导体发光元件的大小为30μm或者更小。即使在短边(小直径)为0.1mm或者更小并且更优选地，短边(小直径)为0.03mm或者更小时，与背景技术的驱动GaN基半导体发光元件的方法相比，仍可以显著地减小这种尺寸范围的发光波长的偏移，并且应用范围实际上被拓宽并且是有用的。

在包括上述实施例和配置的本发明中，对于形成诸如第一GaN基化合物半导体层、活性层、第二GaN基化合物半导体层的各种GaN基化合物半导体层的方法，有金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法、MBE方法、氢化物气相生长方法(其中，卤素有助于传输和反应)等。

对于MOCVD方法的有机镓源气体，有三甲基镓(TMG)气体或者三乙基镓(TEG)气体，对于氮源气体，有氨气或者肼气。此外，在具有n型导电型的GaN基化合物半导体层的形成中，例如，添加硅(Si)作为n型杂质(n型掺杂物)，在形成具有p型导电型的GaN基化合物半导体层的过程中，例如，添加镁(Mg)作为p型杂质(p型掺杂物)。此外，如果包含铝(Al)或者铟(In)作为GaN基化合物半导体层的构成原子，则使用三甲基铝(TMA)气体作为Al源，使用三乙基铟(TMI)气体作为In源。此外，使用甲硅烷(SiH₄)作为Si源，使用环戊二烯基镁气体或者甲基环戊二烯基镁或者双环戊二烯基镁(Cp₂Mg)作为Mg源。此外，对于n型杂质(n型掺杂物)，除Si以外，有Ge、Se、Sn、C或者Ti，而对于p型杂质(p型掺杂物)，除Mg以外，有Zn、Cd、Be、Ca、Ba或者O。

优选地，连接至具有p型导电型的GaN基化合物半导体层的p侧电极具有包括选自由钯(Pd)、铂(Pt)、镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)、金(Au)以及银(Ag)组成的组中的至少一种的单层配置或者多层配置。备选地，可以使用诸如氧化铟锡(ITO)的透明导电材料。在这些材料中，优选地，可以使用可以高效率反射光的银(Ag)，或者Ag/Ni、或者Ag/Ni/Pt。同时，优选地，连接至具有n型导电型的GaN基化合物半导体层的n侧电极具有包括选自由金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铝(Al)、钛(Ti)、钨(W)、铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)以及铟(In)组成的组中的至少一中的单层配置或者多层配置。例如，可以将Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au作为示例。例如，可以由诸如真空沉积方法或者溅射方法的PVD方法来形成n侧电极或者p侧电极。

为了电连接外部电极或者电连接在n侧电极或者p侧电极上的电路，可以设置衬垫电极。衬垫电极具有包括选自由钛(Ti)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)以及镍(Ni)组成的组中的至少一个的单层配置或者多层配置。可选地，衬垫电极可以具有Ti/Pt/Au的多层配置或者Ti/Au的多层配置。

在包括上述实施例和配置的本发明中，GaN基半导体发光元件的组件可以具有面朝上结构或者倒装结构。

对于GaN基半导体发光元件，更具体地，可以将发光二极管(LED)或者半导体激光器(LD)作为示例。此外，如果GaN基化合物半导体层的层叠结构具有LED结构或者激光器结构，则结构和配置不受具体限制。对于GaN基半导体发光元件的应用领域，除上述发光装置、图像显示装置、平面光源装置、以及包括彩色液晶显示器组件的液晶显示装置组件以外，还有：诸如车辆、电气化火车、轮船、飞机的运输工具的灯具装置或者灯(例如，前灯、尾灯、放置在高处的停止信号灯、小灯(small light)、转向信号灯、雾灯、室内灯、仪表面板灯、安装在各种按钮中的光源、目的地显示灯、应急灯、或者应急引导灯)，建筑物的灯具装置或者灯(户外灯、室内灯、照明装置、应急灯、应急引导灯等)，路灯，信号装置、广告显示器、机器、装置等的各种显示灯装置，隧道、地下通道等的灯或者照明系统，诸如生物显微镜等的各种检查装置、使用光的杀菌装置、与光催化剂结合的异味去除/杀菌装置、照片或者半导体光刻的曝光装置、或者用于调制光并且经由空间、光纤、或光导传送信息的装置的专用灯。

实施例1

实施例1涉及一种驱动根据本发明的第一至第三实施例的GaN基半导体发光元件的方法。实施例1的驱动GaN基半导体发光元件的方法为一种驱动通过层叠以下层所形成的GaN基半导体发光元件(在图1中示出了该GaN基半导体发光元件的层配置的概念图，图2中示出了示意性截面图)的方法：(A)具有第一导电型(具体地，n型导电型)的第一GaN基化合物半导体层13、(B)具有包括阱层和隔开阱层和阱层的阻挡层的多量子阱结构的活性层15、以及(C)具有第二导电型(具体地，p型导电型)的第二GaN基化合物半导体层17。

此外，在驱动实施例1的GaN基半导体发光元件的方法中，基于根据本发明的第一实施例的驱动方法，在通过开始注入载流子而开始光发射以后，在光发射亮度值变成常数之前停止载流子的注入。即使在停止载流子的注入以后，光发射亮度值仍然增大，而在光发射亮度值变成最大值之后，光发射亮度值立即降低。

基于根据本发明的第二实施例的驱动方法，在通过开始注入载流子而开始光发射之后，在由于载流子注入而导致活性层内的能带倾斜度改变之前，停止载流子的注入。

此外，基于根据本发明的第三实施例的驱动方法，在通过开始注入载流子从而开始光发射之后，在由于载流子注入所导致的活性层内的屏蔽(screening)出现之前停止载流子的注入。

在实施例1的GaN基半导体发光元件1中，更具体地，在发光二极管(LED)中，构成活性层15的阱层由InGaN基化合物半导体层形成。具有9层(一层的厚度为3nm)的阱层的成分具体为Al_xGa_1-x-yIn_yN(x≥0，y＞0，0＜x+y≤1)，更具体地，为Ga_0.77In_0.23N，具有8层(一层的厚度为15nm)的阻挡层具体为GaN。此外，从载流子开始注入至载流子停止注入的时间为10纳秒或者更短，具体为5纳秒。此外，例如，当注入的载流子的量被转换成为活性层的每1cm²的电流量时，注入载流子的量为300A/cm²。此外，发光波长大于等于500nm并且小于等于570nm，更具体地，为520nm到525nm。阻挡层的一层的厚度可以为15nm到40nm。

第一GaN基化合物半导体层13由以约5×10¹⁸/cm³掺杂有Si的GaN层(厚度：3μm)构成并且形成在未掺杂的GaN层(厚度：1μm)12上。此外，缓冲层11(厚度：30nm)形成在由蓝宝石所形成的衬底10上，而未掺杂的GaN层12形成在缓冲层11上。未掺杂的GaN层(厚度：5nm)14形成在第一GaN基化合物半导体层13和活性层15之间。此外，第二GaN基化合物半导体层17由以约5×10¹⁹/cm³掺杂有Mg的Al_0.15Ga_0.85N层(厚度：20nm)构成而未掺杂的GaN层(厚度：10nm)16形成在第二GaN基化合物半导体层17和活性层15之间。此外，在第二GaN基化合物半导体层17上形成以约5×10¹⁹/cm³掺杂有Mg的GaN层(厚度：100nm)18。为了改善晶体生长的活性层15的结晶度，设置了未掺杂的GaN层14，为了防止第二GaN基化合物半导体层17的掺杂剂(例如，Mg)扩散到活性层15中，设置了未掺杂的GaN层16。连接至具有p型导电型的第二GaN基化合物半导体层17的p侧电极(未示出)由Ag/Ni形成，而连接至具有n型导电型的第一GaN基化合物半导体层13的n侧电极(未示出)由Ti/Al形成。

下文中，将描述制造实施例1的GaN基半导体发光元件1的方法的概述。

[工艺-100]

首先，将具有C面的蓝宝石用作衬底10，并在1050℃的衬底温度下在由氢所形成的载气(carrier gas)中清洗该衬底10分钟，衬底温度下降至500℃。此外，基于MOCVD方法，在提供氨气(为氮的原料)的同时，提供三甲基镓(为镓的原料)(TMG)气体，以在衬底10上晶体生长具有30nm厚度并且由低温GaN所形成的缓冲层11，然后，停止TMG气体的供应。

[工艺-110]

接下来，在衬底温度升高至1020℃以后，开始提供TMG气体以在缓冲层11上晶体生长具有1μm厚度的未掺杂的GaN层12。随后，开始供应甲硅烷(SiH₄)气体(为硅的原料)，以便在未掺杂的GaN层12上晶体生长由Si掺杂的GaN(GaN:Si)形成的且厚度为3μm的n型导电型第一GaN基化合物半导体层13。此外，掺杂浓度约为5×10¹⁸/cm³。

[工艺-120]

此后，停止TMG气体和SiH₄气体的供应，将载气从氢气切换至氮气，并且衬底温度下降至750℃。通过由切换阀提供作为Ga的原料的三甲基镓(TMG)气体和作为In的原料的三乙基化镓(TEG)气体，晶体生长具有5nm厚度的未掺杂的GaN层14，基本上，形成具有多量子阱结构的活性层15，其中，多量子阱结构包括阱层和阻挡层，该阱层由未掺杂或者具有小于2×10¹⁷/cm³的n型杂质浓度的InGaN形成，而该阻挡层由未掺杂或者具有小于2×10¹⁷/cm³的n型杂质浓度的GaN形成。此外，阱层的In成分比率为(例如)0.23。阱层的In成分比率是基于期望的发光波长来确定的。

[工艺-130]

在完成多量子阱结构的形成以后，随后，衬底温度升高至800℃，同时生长具有10nm厚度的未掺杂的GaN层16，并且开始供应作为Al的原料的三甲基铝(TMA)气体和作为Mg的原料的双环戊二烯基镁(Cp₂Mg)气体，以晶体生长由具有0.15的Mg掺杂Al成分比率的AlGaN(AlGaN:Mg)所形成的、厚度为20nm的P型导电型的第二GaN基化合物半导体层17。此外，掺杂浓度约为5×10¹⁹/cm³。

[工艺-140]

其后，停止TEG气体、TMA气体以及Cp₂Mg气体的供应，将载气从氮气切换为氢气，衬底温度升高至850℃，并且开始供应TMG气体和Cp₂Mg以便在第二GaN基化合物半导体层17上晶体生长具有100nm的厚度的Mg掺杂GaN层(GaN:Mg)18。此外，掺杂浓度约为5×10¹⁹/cm³。此后，停止TEG气体和Cp₂Mg气体的供应，衬底温度降低，在600℃的衬底温度下停止氨气的供应，并且将衬底温度降低至室温，从而完成晶体生长。

当发光波长为λnm时，在活性层15的生长之后的衬底温度T_MAX满足T_MAX＜1350-0.75λ(℃)，并且优选地，满足T_MAX＜1250-0.75λ(℃)。通过利用在活性层15的生长之后的衬底温度T_MAX，如在JP-A-2002-319702中所述的，可以抑制活性层15的热劣化(thermal deterioration)。

在完成晶体生长以后，使衬底在800℃的氮气环境中经受10分钟的退火处理以激活p型杂质(p型掺杂物)。

[工艺-150]

此后，与一般LED的晶片工艺和削片工艺(chipping process)类似的，执行光刻工艺、蚀刻工艺或者通过金属沉积形成p侧电极和n侧电极的工艺，通过切割来执行削片工艺，执行树脂成型和封装，从而制造各种壳体状(shell-shaped)或者表面安装的LED。

在图2中示出了通过上述工艺所获得的实施例1的GaN基发光元件的示意性截面图。具体地，将GaN基半导体发光元件1固定至下支撑架(sub mount)21，以使GaN基半导体发光元件1经由配线(未示出)和设置在下支撑架21上方的金配线(gold wire)23A电连接至外部电极23B，外部电极23B电连接至驱动电路(未示出)。下支撑架21安装在反光杯(reflector cup)24中，而反光杯24安装在散热体(heat sink)25中。此外，将塑料透镜22设置在GaN基半导体发光元件1上，并且，在塑料透镜22和GaN基半导体发光元件1之间填充光传输介质层(未示出)，该光传输介质层包括例如环氧树脂(折射率：例如，1.5)、凝胶材料[例如，Nye公司的产品名称OCK-451(折射率：1.51)、产品名称OCK-433(折射率：1.46)]、硅橡胶、诸如相对于从GaN基半导体发光元件1所发出的光是透明的硅油化合物[例如，Toshiba Silicone Co.，Ltd的产品名称TSK5353(折射率：1.45)]的油化合物材料。

在这种GaN基半导体发光元件1中，当将由InGaN层所形成的阱层设置在由GaN层所形成的阻挡层中时，由于构成这些层的晶体的晶格常数的不同导致了在阱层中出现变形，并且由于应力而导致在活性层的方向上产生压电场。尽管在图23中示出了概念图，但是通过注入载流子以便通过压电场缓和阱层中的能带而出现了发光波长偏移至短波长侧，并且出现了屏蔽以增大带隙。

作为一个参考实例，在图4中示出了当将连续振荡激光照射至直到工艺-140才获得的第一GaN基化合物半导体层13、活性层15、和第二GaN基化合物半导体层17的层叠结构以执行激光激发时，层叠结构的发光波长的测量结果。尽管在图4中示出了两段数据“A”和“B”，但是在该数据中，如果激发强度的相对值以两位数字增加，则可以看出，层叠结构的发光波长通常以20nm变化。当连续振荡激光照射至层叠结构时，在现象上，通过开始注入载流子从而开始光发射，并且即使在光发射亮度值变成常数以后，载流子仍连续注入。备选地，通过开始注入载流子从而开始光发射，并且即使在由于载流子的注入所导致的活性层中的能量带倾斜度改变之后，仍连续注入载流子。备选地，通过开始注入载流子从而开始光发射，并且即使在由于载流子的注入而导致活性层中出现屏蔽之后，仍连续注入载流子。因此，如果改变激发强度，则层叠结构的发光波长明显改变。

反之，例如，将2皮秒的超短脉冲(即，从开始载流子注入至停止载流子注入的时间为2皮秒)照射到层叠结构，在现象上，在通过开始注入载流子从而开始发光之后，在发光亮度值变成常数之前停止载流子的注入。可选地，在通过开始注入载流子从而开始发光之后，在由于载流子的注入所导致的活性层中的能量带倾斜度改变之前，停止载流子的注入。备选地，在通过开始注入载流子从而开始发光以后，在由于载流子的注入所导致的活性层中出现屏蔽之前，停止载流子的注入。因此，即使在激发强度改变时，层叠结构的发光波长也没有改变。实际上，在图3中示出了层叠结构的发光波长的测量结果。从图3中可以看出，即使在激发强度的相对值以两位数或者更大值增加时，层叠结构的发光波长也基本上没有改变。

此外，在图6中示意性地示出了当2皮秒的超短脉冲照射到层叠结构时载流子衰减的状态。从图6中可以看出，对于载流子注入的增加，5纳秒是必须的。因此，如果在10纳秒内停止激发脉冲的照射，则即使在改变激发强度时也不容易改变屏蔽度(screeningdegree)，而且不容易改变波长。

在图5中示出了激发强度的相对值和光输出的测量结果。从图5中可以看出，在激发强度的相对值为0.1时光输出为“1”，在超短脉冲照射到层叠结构的情况下，在激发强度的相对值为1.0时光输出约为“7”(参见由“实圆”所表示的“A”数列)。反之，在将连续振荡激光照射到层叠结构的情况下，光输出在激发强度的相对值为1.0时约为“4”(参见通过“空圆”所表示的“B”数列)。当超短脉冲照射到层叠结构时，可以获得非常高的光输出。

根据实施例1的驱动方法，即使在激发强度高时，也可以可靠地防止发光波长偏移到短波长侧。因此，由于可以实现具有高发光效率的GaN基半导体发光元件，并且GaN基半导体发光元件可以以高效率发出具有更长波长的光，所以有望开发出在背景技术中没有实现的从黄至红的LED。此外，众所周知，用于发出具有长波长的光的GaN基半导体发光元件的发光效率较低。即使在该问题中，在具有相同结构的GaN基半导体发光元件中，换句话说，在具有相同的发光效率的GaN基半导体发光元件中，也可以发出具有更长波长的光并且在长波长的情况下改善效率(参见图7的概念图)。

实施例2

实施例2涉及一种发光装置，该发光装置适合用在驱动根据本发明的第一至第三实施例的发光装置的方法中。实施例2的发光装置包括GaN基半导体发光元件和颜色转换材料，该颜色转换材料接收从GaN基半导体发光元件所发出的光并且发出具有与从GaN基半导体发光元件所发出的光的波长不同的波长的光。实施例2的发光装置的结构与背景技术的发光装置的结构相同，并且(例如)在GaN基半导体发光元件的发光部上涂覆该颜色转换材料。在驱动实施例2的发光装置的方法中的驱动GaN基半导体发光元件的方法与驱动实施例1的GaN基半导体发光元件的方法基本相同，因此，将省略其详细描述。

GaN基半导体发光元件(LED)的基本配置和结构与实施例1的结构相同。即，GaN基半导体发光元件包括：(A)具有第一导电型(具体地，n型导电型)的第一GaN基化合物半导体层13、(B)具有包含阱层和隔开阱层和阱层的阻挡层的多量子阱结构的活性层15、以及(C)具有第二导电型(具体地，p型导电型)的第二GaN基化合物半导体层17。

在实施例2中，从GaN基半导体发光元件所发出的光为蓝色，从颜色转换材料所发出的光为黄色，该颜色转换材料由YAG(钇-铝-石榴石)基荧光粉微粒形成，并且混合从GaN基半导体发光元件所发出的光(蓝色)和从颜色转换材料所发出的光(黄色)，以发出白光。

备选地，在实施例2中，从GaN基半导体发光元件所发出的光为蓝色，从颜色转换材料所发出的光为绿色和红色，并且混合从GaN基半导体发光元件所发出的光(蓝色)和从颜色转换材料所发出的光(绿色和红色)，以发出白光。用于发射绿光的颜色转换材料更具体地为通过从SrGa₂S₄:Eu的GaN基半导体发光元件所发出的蓝光所激发的发绿光的荧光粉微粒。用于发红光的颜色转换材料具体地为通过从CaS:Eu的GaN基半导体发光元件所发出的蓝光所激发的发红光的荧光粉微粒。

在实施例2中，即使在为了发光装置的亮度(明亮度，brightness)而增大GaN基半导体发光元件的驱动电流(工作电流)时，用于激发颜色转换材料的GaN基半导体发光元件的发光波长也没有偏移。因此，可以防止颜色转换材料的激发效率改变、色度改变、以及不容易获得具有均匀色度的发光装置的问题。

实施例3

实施例3涉及一种图像显示装置，该图像显示装置适合用在驱动在根据本发明的实施例的图像显示装置中的GaN基半导体发光元件的方法中。实施例3的图像显示装置是一种包括用于显示图像的GaN基半导体发光元件的图像显示装置，并且GaN基半导体发光元件(LED)的基本配置和结构与实施例1的结构相同。即，GaN基半导体发光元件包括：(A)具有第一导电型(具体地，n型导电型)的第一GaN基化合物半导体层13、(B)具有包括阱层和隔开阱层和阱层的阻挡层的多量子阱结构的活性层15、以及(C)具有第二导电型(具体地，p型导电型)的第二GaN基化合物半导体层17。

对于实施例3的图像显示装置，例如，有具有以下配置和结构的图像显示装置。除非进行专门描述，否则构成图像显示装置或者发光元件面板的GaN基半导体发光元件的数量是基于图像显示装置的规格来确定的。在驱动实施例3或者以下将描述的实施例4的图像显示装置的方法中的驱动GaN基半导体发光元件的方法与驱动实施例1的GaN基半导体发光元件的方法基本相同，因此，将省略其详细描述。

在实施例3或者以下将描述的实施例4的图像显示装置中，由于发光波长即使在GaN基半导体发光元件的驱动电流(操作电流)增大时也没有偏移，所以不会出现显示的图像的变化。此外，即使在色度坐标或者在像素之间的亮度的调节中，由于GaN基半导体发光元件的发光波长没有偏移，所以也没有出现颜色再现范围缩小的问题。

(1-1)1A型图像显示装置

无源矩阵型直视图像显示装置，包括(A)在其中以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件1的发光元件面板50，并且该装置通过控制GaN基半导体发光元件1的发光/不发光状态并直视GaN基半导体发光元件1的发光状态来显示图像。

在图8A中示出了包括配置这种无源矩阵型直视图像显示装置的发光元件面板50的电路图，在图8B中示出了在其中以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件1的发光元件面板的示意性截面图，其中，每个GaN基半导体发光元件1的一个电极(p侧电极或者n侧电极)连接至列驱动器41，而每个GaN基半导体发光元件1的另一电极(n侧电极或者p侧电极)连接至行驱动器42。例如，通过行驱动器42来执行GaN基半导体发光元件1的发光/不发光状态的控制，而从列驱动器41提供用于驱动GaN基半导体发光元件1的驱动电流。

例如，发光元件面板50包括：支座(support)51，由印刷线路板制成；GaN基半导体发光元件1，安装在支座51上；X方向配线52，形成在支座51上，电连接至每个GaN基半导体发光元件1的一个电极(p侧电极或者n侧电极)，并且连接至列驱动器41或者行驱动器42；Y方向配线53，电连接至每个GaN基半导体发光元件1的另一电极(n侧电极或者p侧电极)，并且连接至行驱动器42或者列驱动器41；透明基底材料54，用于覆盖GaN基半导体发光元件1；以及微透镜55，设置在透明基底材料54上。发光元件面板50不限于这种配置。

(1-2)1B型图像显示装置

有源矩阵型直视图像显示装置，包括(A)在其中以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件1的发光元件面板，并且该装置通过控制GaN基半导体发光元件1的发光/不发光状态并直视GaN基半导体发光元件1的发光状态来显示图像。

在图9中示出了包括配置这种有源矩阵型直视图像显示装置的发光元件面板的电路图，其中，每个GaN基半导体发光元件1的一个电极(p侧电极或者n侧电极)连接至驱动器45，而驱动器45连接至列驱动器43和行驱动器44。每个GaN基半导体发光元件1的另一个电极(n侧电极或者p侧电极)连接至地线。例如，使用行驱动器44通过驱动器45来执行GaN基半导体发光元件1的发光/不发光状态的控制，从列驱动器43向驱动器45提供用于驱动GaN基半导体发光元件1的亮度信号。

(2)第二型图像显示装置

无源矩阵型或者有源矩阵型投影图像显示装置，包括(A)在其中以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件1的发光元件面板50，并且该装置通过控制GaN基半导体发光元件1的发光/不发光状态并在屏幕上执行投影来显示图像。

包括配置这种无源矩阵型图像显示装置的发光元件面板的电路图与图8A的电路图相同，包括配置这种有源矩阵型图像显示装置的发光元件面板的电路图与图9的电路图相同，因此，将省略其详细描述。图10示出了在其中以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件1的发光元件面板50的概念图，其中，从发光元件面板50所发出的光经由投影透镜56投影在屏幕上。发光元件面板50的配置和结构与参照图8B所描述的发光元件面板50的配置和结构相同，因此，将省略详细描述。

(3)第三型图像显示装置

直视或者投影彩色显示图像显示装置，包括：(A)红光发射元件面板50R，在其中以二维矩阵形式配置用于发射红光的半导体发光元件1R(例如，AlGaInP基半导体发光元件或者GaN基半导体发光元件)，(B)绿光发射元件面板50G，在其中以二维矩阵形式配置用于发射绿光的GaN基半导体发光元件1G，(C)蓝光发射元件面板50B，在其中以二维矩阵形式配置用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件1B，以及(D)一个单元(例如，二向色棱镜57)，用于将从红光发射元件面板50R、绿光发射元件面板50G以及蓝光发射元件面板50B所发出的光收集到一条光路，并且该装置控制红光发射半导体发光元件1R、绿光发射GaN基半导体发光元件1G、以及蓝光发射GaN基半导体发光元件1B的发光/不发光状态。

包括配置这种无源矩阵型图像显示装置的发光元件面板的电路图与图8A的电路图相同，包括配置这种有源矩阵型图像显示装置的发光元件面板的电路图与图9的电路图相同，因此，将省略其详细描述。此外，图11示出了在其中以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件1R、1G以及1B的发光元件面板50R、50G以及50B的概念图，其中，从发光元件面板50R、50G以及50B所发出的光被入射至二向色棱镜57，以便将它们的光路收集到一条光路，并且在直视图像显示装置中被直视或者被投影型图像显示装置中的投影透镜56投影在屏幕上。发光元件面板50R、50G、以及50B的配置和结构与参照图8B所述的发光元件面板50的配置和结构相同，因此，将省略详细描述。

在这种图像显示装置中，配置发光元件面板50R、50G以及50B的半导体发光元件1R、1G以及1B的每个优选地由在实施例1中所描述的GaN基半导体发光元件1形成，但是，如果需要，配置发光元件面板50R的半导体发光元件1R可以由AlInGaP基化合物半导体发光二极管形成，而配置发光元件面板50G和50B的半导体发光元件1G和1B可以由在实施例1中所描述的GaN基化合物发光元件1形成。

(4)第四型图像显示装置

直视或者投影图像显示装置，包括：(A)GaN基半导体发光元件101，和(B)光通控制装置(例如，包括高温多晶硅型薄膜晶体管的液晶显示装置58，在以下描述中同样如此)，其为一种用来控制从GaN基半导体发光元件101所发出的光的通过/不通过的光阀，并且该装置由液晶显示装置58(为光通控制装置)通过控制从GaN基半导体发光元件101所发出的光的通过/不通过来显示图像。

GaN基半导体发光元件的数量是基于图像显示装置的规格来确定的，可以是一个或者多个。在图12示出了图像显示装置的概念图的实例中，GaN基半导体发光元件101的数量为1个，并且GaN基半导体发光元件101安装在散热片102中。从GaN基半导体发光元件101所发出的光通过由诸如硅树脂、环氧树脂或者聚碳酸酯树脂的光透射材料所形成的导光部件或者由诸如平面镜的反射镜所形成的导光部件59引导以入射至液晶显示装置58。从液晶显示装置58所发出的光在直视图像显示装置中可以直视或者经由投影型图像显示装置中的投影透镜56被投影在屏幕上。GaN基半导体发光元件101可以是实施例1中所描述的GaN基半导体发光元件1。

此外，通过一种图像显示装置，可以获得直视或者投影彩色显示器图像显示装置，其中，该图像显示装置包括：用于发射红光的半导体发光元件(例如，AlGaInP基半导体发光元件或者GaN基半导体发光元件)101R；一种光通控制装置(例如，液晶显示装置58R)，该光通控制装置是一种用来控制从用于发射红光的半导体发光元件101R所发出的光通过/不通过的光阀；用于发射绿光的GaN基半导体发光元件101G；一种光通控制装置(例如，液晶显示装置58G)，该光通控制装置是一种用来控制从用于发射绿光的GaN基半导体发光元件101G所发出的光通过/不通过的光阀；用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件101B；一种光通控制装置(例如，液晶显示装置58B)，该光通控制装置是一种用来控制从用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件101B所发出的光的通过/未通过的光阀；用于引导从GaN基半导体发光元件101R、101G以及101B所发出的光的导光部件59R、59G以及59B；以及一个单元(例如，二向色棱镜57)，用于将光收集到一条光路。此外，在图13示出了概念图的实例为投影彩色显示图像显示装置。

在这种图像显示装置中，半导体发光元件101R、101G以及101B的每一个优选地由在实施例1中所描述的GaN基半导体发光元件1形成，但是，如果需要，半导体发光元件101R可以由AlInGaP基化合物半导体发光二极管形成，而半导体发光元件101G和101B可以由在实施例1中所描述的GaN基半导体发光元件1形成。

(5)第五型图像显示装置

直视或者投影图像显示装置，包括(A)在其中以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件的发光元件面板50，和(B)用于控制从GaN基半导体发光元件1所发出的光的通过/不通过的光通控制装置(液晶显示装置58)，并且该装置由光通控制装置(液晶显示装置58)通过控制从GaN基半导体发光元件1所发出的光的通过/不通过来显示图像。

在图14中示出了发光元件面板50的概念图，发光元件面板50的配置和结构与参照图8B所描述的发光元件面板50的配置和结构相同，因此，将省略详细描述。此外，由于通过液晶显示装置58的操作来控制从发光元件面板50所发出的光的通过/不通过和明亮度，所以配置发光元件面板50的GaN基半导体发光元件1可以一直导通或者以预定周期重复导通/截止。从发光元件面板50所发出的光入射至液晶显示装置58，并且从液晶显示装置58所发出的光在直视图像显示装置中被直视或者经由投影图像显示装置中的投影透镜56被投影在屏幕上。

(6)第六型图像显示装置

一种(直视或者投影)彩色显示图像显示装置，包括(A)在其中以二维矩阵形式配置用于发射红光的半导体发光元件(例如，AlGaInP基半导体发光元件或者GaN基半导体发光元件)1R的红光发射元件面板50R，和用于控制从红光发射元件面板50R所发出的光的通过/不通过的红光通控制装置(液晶显示装置58)，(B)在其中以二维矩阵形式配置用于发射绿光的GaN基半导体发光元件1G的绿光发射元件面板50G，和用于控制从绿光发射元件面板50G所发出的光的通过/不通过的绿光通控制装置(液晶显示装置58G)，(C)在其中以二维矩阵形式配置用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件1B的蓝光发射元件面板50B，和用于控制从蓝光发射元件面板50B所发出的光的通过/不通过的蓝光通控制装置(液晶显示装置58B)，以及(D)一个单元(例如，二向色棱镜57)，用于将穿过红光通控制装置58R、绿光通控制装置58G以及蓝光通控制装置58B的光收集到一条光路，并且该装置由光通控制装置58R、58G以及58B通过控制从发光元件面板50R、50G以及50B所发出的光的通过/不通过来显示图像。

图15示出了在其中以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件1R、1G以及1B的发光元件面板50R、50G以及50B的概念图，其中，通过光通控制装置58R、58G以及58B来控制从发光元件面板50R、50G以及50B所发出的光的通过/不通过，这些光入射至二向色棱镜57从而它们的光路被收集到一条光路，并且在直视图像显示装置中被直视或者经由投影图像显示装置中的投影透镜56被投影到屏幕上。发光元件面板50R、50G以及50B的配置和结构与参照图8B所描述的发光元件面板50的配置和结构相同，因此，将省略详细描述。

在这种图像显示装置中，配置发光元件面板50R、50G以及50B的半导体发光元件1R、1G以及1B的每一个优选地由在实施例1中所描述的GaN基半导体发光元件1形成，但是，如果需要，配置发光元件面板50R的半导体发光元件1R可以由AlInGaP基化合物半导体发光二极管形成，而配置发光元件面板50G和50B的半导体发光元件1G和1B可以由在实施例1中所描述的GaN基半导体发光元件1形成。

(7)第七型图像显示装置

场序型(直视或者投影)彩色显示图像显示装置，包括：(A)用于发射红光的半导体发光元件(例如，AlGaInP基半导体发光元件或者GaN基半导体发光元件)1R，(B)用于发射绿光的GaN基半导体发光元件1G，(C)用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件1B，(D)一个单元(例如，二向色棱镜57)，用于将从用于发射红光的半导体发光元件1R、用于发射绿光的GaN基半导体发光元件1G以及用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件1B所发出的光收集到一条光路，以及(E)光通控制装置(液晶显示装置58B)，用于控制从用于将光收集到一条光路的单元(二向色棱镜57)所发出的光的通过/不通过，并且在装置由光通控制装置58通过控制从发光元件所发出的光的通过/不通过来显示图像。

在图16中示出了半导体发光元件101R、101G以及101B的概念图，其中，将从半导体发光元件101R、101G以及101B所发出的光入射至二向色棱镜57，以便将这些光的光路收集到一条光路，通过光通控制装置58来控制从二向色棱镜57所发出的光的通过/不通过，并且该光在直视型图像显示装置中被直视或者经由投影图像显示装置中的投影透镜56被投影在屏幕上。在这种图像显示装置中，半导体发光元件101R、101G以及101B的每一个优选地由实施例1所描述的GaN基半导体发光元件1形成，但是，如果需要，半导体发光元件101R可以由AlInGaP基化合物半导体发光二极管形成，而半导体发光元件101G和101B可以由在实施例1中所描述的GaN基化合物发光元件1形成。

(8)第八型图像显示装置

场序型(直视或者投影)彩色显示图像显示装置，包括(A)在其中以二维矩阵形式配置用于发射红光的半导体发光元件(例如，AlGaInP基半导体发光元件或者GaN基半导体发光元件)1R的红光发射元件面板50R，(B)在其中以二维矩阵形式配置用于发射绿光的GaN基半导体发光元件1G的绿光发射元件面板50G，(C)在其中以二维矩阵形式配置用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件1B的蓝光发射元件面板50B，(D)一个单元(例如，二向色棱镜57)，用于将从红光发射元件面板50R、绿光发射元件面板50G以及蓝光发射元件面板50B所发出的光收集到一条光路，以及(E)光通控制装置(液晶显示装置58B)，用于控制从用于将光收集到一条光路的单元(二向色棱镜57)所发出的光的通过/不通过，并且该装置由光通控制装置58通过控制从发光元件面板50R、50G以及50B所发出的光的通过/不通过来显示图像。

在图17中示出了在其中以二维矩阵形式配置GaN基半导体发光元件1R、1G以及1B的发光元件面板50R、50G以及50B的概念图，其中，将从发光元件面板50R、50G以及50B所发出的光入射至二向色棱镜57，以便将这些光的光路收集到一条光路，通过光通控制装置58来控制从二向色棱镜57所发出的光的通过/不通过，并且该光在直视图像显示装置中被直视或者经由投影图像显示装置中的投影透镜56被投影在屏幕上。发光元件面板50R、50G以及50B的配置和结构与参照图8B所描述的发光元件面板50的配置和结构相同，因此，将省略详细描述。

在这种图像显示装置中，配置发光元件面板50R、50G以及50B的半导体发光元件1R、1G以及1B的每一个优选地由在实施例1中所描述的GaN基半导体发光元件1形成，但是，如果需要，配置发光元件面板50R的半导体发光元件1R可以由AlInGaP基化合物半导体发光二极管形成，而配置半导体发光元件面板50G和50B的半导体发光元件1G和1B可以由在实施例1中所描述的GaN基半导体发光元件1形成。

实施例4

实施例4涉及一种图像显示装置，该图像显示装置适合用于驱动根据本发明实施例的图像显示装置中的GaN基半导体发光元件的方法中。实施例4的图像显示装置是这样一种图像显示装置，在该图像显示装置中，发光元件单元UN以二维矩阵形式配置，每个发光元件单元均包括用于发射蓝光的第一发光元件、用于发射绿光的第二发光元件以及用于发射红光的第三发光元件，并且显示彩色图像，并且配置第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件中至少一个的GaN基半导体发光元件(LED)的基本配置和结构与实施例1的配置和结构相同，并且包括：(A)具有第一导电型(具体地，n型导电型)的第一GaN基化合物半导体层13、(B)具有包括阱层和隔开阱层和阱层的阻挡层的多量子阱结构的活性层15、以及(C)具有第二导电型(具体地，p型导电型)的第二GaN基化合物半导体层17。

在这种图像显示装置中，第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件中的任意一个为在实施例1中所描述的GaN基半导体发光元件1，并且，如果需要，例如，用于发射红光的发光元件可以由AlInGaP基化合物半导体发光二极管形成。

对于实施例4的图像显示装置，例如，有具有以下配置和结构的图像显示装置。此外，发光元件单元UN的数量是基于图像显示装置的规格来确定的。

(9)第九型和第十型图像显示装置

无源矩阵型或者有源矩阵型直视彩色显示图像显示装置，其通过控制第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件的发光/不发光状态并且直视发光元件的发光状态来显示图像，而无源矩阵型或者有源矩阵型投影彩色显示图像显示装置，其通过控制第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件的发光/不发光状态并且在屏幕上执行投影来显示图像。

例如，在图18中示出了包括配置这种有源矩阵型直视彩色显示图像显示装置的发光元件面板的电路图，其中，每个GaN基半导体发光元件1(在图18中，用于发射红光的半导体发光元件由“R”表示，用于发射绿光的GaN基半导体发光元件由“G”表示，用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件由“B”表示)的一个电极(p侧电极或者n侧电极)连接至驱动器45，而驱动器45连接至列驱动器43和行驱动器44。此外，每个GaN基半导体发光元件1的另一电极(n侧电极或者p侧电极)连接至地线。例如，使用行驱动器44通过驱动器45来执行GaN基半导体发光元件1的发光/不发光状态的控制，并且从列驱动器43向驱动器45提供用于驱动GaN基半导体发光元件1的亮度信号。通过驱动器45来执行用于发射红光的半导体发光元件R、用于发射绿光的GaN基半导体发光元件G以及用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件B的选择，可以时分控制用于发射红光的半导体发光元件R、用于发射绿光的GaN基半导体发光元件G以及用于发射蓝光的GaN基半导体发光元件B的发光/不发光状态或者可以对它们进行控制以同时发光。该光在直视图像显示装置中被直视或者经由投影图像显示装置中的投影透镜被投影在屏幕上。

(10)第十一型图像显示装置

场序型直视或者投影彩色显示图像显示装置，包括用于控制从以二维矩阵形式配置的发光元件单元所发出的光的通过/不通过的光通控制装置(例如，液晶显示装置)，时分控制发光元件单元中的第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件的发光/不发光状态，并且由光通控制装置通过控制从第一发光元件、第二发光元件以及第三发光元件所发出的光的通过/不通过来显示图像。

这种图像显示装置的概念图与在图10中所示的装置相同。该光在直视图像显示装置中被直视或者经由投影型图像显示装置中的投影透镜被投影在屏幕上。

实施例5

实施例5涉及一种平面光源装置以及一种包括该平面光源装置的液晶显示装置组件(更具体地，彩色液晶显示装置组件)，其中，该平面光源装置适合用在驱动本发明的实施例的平面光源装置的方法中。实施例5的平面光源装置是一种用来将光从其背面照射至透射型或者半透射型液晶显示装置的平面光源装置。实施例5的彩色液晶显示装置组件为透射型或者半透射型彩色液晶显示装置，并且彩色液晶显示装置组件包括用于将光从其背面照射至彩色液晶显示装置的平面光源装置。

在平面光源装置中所包括的作为光源的GaN基半导体发光元件(LED)的基本配置和结构与实施例1的配置和结构相同。即，GaN基半导体发光元件包括：(A)具有第一导电型(具体地，n型导电型)的第一GaN基化合物半导体层13、(B)具有包括阱层和隔开阱层和阱层的阻挡层的多量子阱结构的活性层15、以及(C)具有第二导电型(具体地，p型导电型)的第二GaN基化合物半导体层17。

在驱动实施例5或者以下将描述的实施例6的平面光源装置的方法中的驱动GaN基半导体发光元件的方法与驱动实施例1的GaN基半导体发光元件的方法相同，因此，将省略其详细描述。即使在增大GaN基半导体发光元件的驱动电流(工作电流)以增大平面光源装置(背光)的亮度(明亮度)时，GaN基半导体发光元件的发光波长也没有偏移，因此没有缩小并改变颜色再现范围。

图19A示意性地示出了实施例5中的平面光源装置中的发光元件的设置和配置状态，图19B示出了平面光源装置和彩色液晶显示装置组件的示意性局部截面图，而图20示出了彩色液晶显示装置的示意性局部截面图。

更具体地，实施例5的彩色液晶显示装置组件200包括：透射型彩色液晶显示装置210，其包含(a)包括第一透明电极224的正面面板220，(b)包括第二透明电极234的背面面板230，以及(c)设置在正面面板220和背面面板230之间的液晶材料227；和(d)具有作为光源的半导体发光元件1R、1G以及1B的平面光源装置(下光型背光)240。将平面光源装置(下光型背光)240设置为面向背面面板230以将光从背面面板侧照射至彩色液晶显示装置210。

下光型平面光源装置240包括壳体241，该壳体包括外框243和内框244。透射型彩色液晶显示装置210的端部以插入的方式通过外框243和内框244保持，该端部与外框243和内框244之间介入有间隔块245A和245B。将导入部件246设置在外框243和内框244之间，通过外框243和内框244插入的彩色液晶显示装置210不会偏离。在壳体241的内侧和上侧处，将扩散板251安装在内框244上，其中，间隔块245C和托架部件247使该板介于其间。诸如扩散片252、棱镜片253以及偏振转换片254的光学功能片组层叠在扩散板251上。

在壳体241的内侧和下侧处，包括反射片255。设置反射片255以使其反射表面面向扩散板251，并且该反射片被安装在壳体241的底部表面242A上，其中安装部件(未示出)介于其间。反射片255可以由银反射膜组成，该银反射膜具有这样的结构，在该结构中银反射膜、低折射率膜和高折射率膜顺次地层叠在片基材料上。反射片255反射从用于发射红光的多个AlGaInP基半导体发光元件1R、用于发射绿光的多个GaN基半导体发光元件1G、以及用于发射蓝光的多个GaN基半导体发光元件1B所发出的光或者通过壳体241的侧表面242B所反射的光。因此，混合从多个半导体发光元件1R、1G以及1B所发出的红色、绿色以及蓝色光，以获得具有高色纯度的白光作为照明光。照明光穿过诸如扩散板251、扩散片252、棱镜片253以及偏振转换片254的光学功能片组以从彩色液晶显示装置的背面照射至彩色液晶显示装置。

在发光元件的配置状态中，例如，可以在水平方向上配置均具有一组发射红光的AlGaInP基半导体发光元件1R、发射绿光的GaN基半导体发光元件1G以及发射蓝光的GaN基半导体发光元件1B的多个发光元件行，以形成发光元件行阵列，并且可以在垂直方向上配置多个发光元件行阵列。例如，配置发光元件阵列的发光元件的数量为(两个发射红光的AlGaInP基半导体发光元件、两个发射绿光的GaN基半导体发光元件、以及一个发射蓝光的GaN基半导体发光元件)，并且以以下顺序配置发射红光的AlGaInP基半导体发光元件、发射绿光的GaN基半导体发光元件、发射蓝光的GaN基半导体发光元件、发射绿光的GaN基半导体发光元件、以及发射红光的AlGaInP基半导体发光元件。

如在图20中所示，配置彩色液晶显示装置210的正面面板220包括，例如，由玻璃衬底所形成的第一衬底221和设置在第一衬底221的外表面上的偏振膜226。将通过由丙烯酸树脂或者环氧树脂所形成的外涂层223所覆盖的滤色器222设置在第一衬底221的内表面上，将第一透明电极(其还被称为共电极，例如由ITO形成)224设置在外涂层223上，在第一透明电极224上形成对准膜225。同时，例如，更具体地，背面面板230包括：由玻璃衬底所形成的第二衬底231、形成在第二衬底231的内表面上的开关元件(更具体地，薄膜晶体管(TFT))232、第二透明电极(其还被称为像素电极，例如由ITO形成)234(其导电/非导电状态通过开关元件232来控制)以及设置在第二衬底231的外表面上的偏振膜236。对准膜235形成在包括第二透明电极234的整个表面上。正面面板220和背面面板230在其外围部分处通过密封材料(未示出)进行粘附。此外，开关元件232并不限于TFT而可以由例如MIM元件形成。附图的参考标号237为设置在开关元件232和开关元件232之间的绝缘层。

构成透射型彩色液晶显示装置的各种部件或者液晶材料可以由已知部件和材料形成，因此，将省略其详细描述。

发射红光的半导体发光元件1R、发射绿光的GaN基半导体发光元件1G以及发射蓝光的GaN基半导体发光元件1B中的每一个均具有图2中所示结构并且被连接至驱动电路。

此外，将平面光源装置划分为多个区域并且独立且动态地控制这些区域，以使彩色液晶显示装置的亮度的动态范围变宽。即，在每个图像显示帧中将平面光源装置划分为多个区域并且平面光源装置的明亮度根据每个区域中的图像信号而改变(例如，平面光源装置的对应区域的亮度与对应于每个区域的图像区域的最大亮度成比例)以使平面光源区域的对应区域在图像的明亮区域中变亮而使平面光源装置的对应区域在图像的黑暗区域中变暗，从而明显地改善彩色液晶显示装置的对比度。此外，可以减少平均功耗。

实施例6

实施例6为实施例5的改进实例。在实施例5中，平面光源装置为下光型。相反，在实施例6中，平面光源装置为边光型。在图21中示出了实施例6的彩色液晶显示装置组件的概念图。实施例6的彩色液晶显示装置的示意性局部截面图与在图20中所示的示意性局部截面图相同。

实施例6的彩色液晶显示装置组件200A包括：透射型彩色液晶显示装置210，其中，该透射型彩色液晶显示装置包括：(a)包含第一透明电极224的正面面板220、(b)包含第二透明电极234的背面面板230、以及(c)设置在正面面板220和背面面板230之间的液晶材料227、和(d)平面光源装置(边光型背光)250，该平面光源装置包括导光板270和光源260并且将光从背面面板侧照射至彩色液晶显示装置210。将导光板270设置为面向背面面板230。

光源260包括：(例如)发射红光的AlGaInP基半导体发光元件、发射绿光的GaN基半导体发光元件以及发射蓝光的GaN基半导体发光元件。这些半导体发光元件没有具体示出。发射绿光的GaN基半导体发光元件和发射蓝光的GaN基半导体发光元件可以与在实施例1中所描述的GaN基半导体发光元件相同。配置彩色液晶显示装置210的正面面板220和背面面板230的配置和结构可以与参照图20所描述的实施例5的正面面板220和背面面板230的配置和结构相同，因此，将省略详细描述。

例如，由聚碳酸酯树脂所形成的导光板270具有第一表面(底表面)271、面对第一表面271的第二表面(顶表面)273、第一侧表面274、第二侧表面275、面对第一侧表面274的第三侧表面276、以及面对第二侧表面275的第四侧表面。导光板270的更具体的形状，可以是整体上为楔形截平的四棱镜形状。在这种情况下，截平四棱镜的两个相对侧表面对应于第一表面271和第二表面273，而截平四棱镜的底表面对应于第一侧表面274。将不规则体272设置在第一表面271的表面部分中。当以垂直于第一表面271且为导光板270的光入射方向的虚拟平面切割导光板270时，连续不规则部的截面形状为三角形。即，设置在第一表面271的表面部中的不规则体272具有棱柱形状。导光板270的第二表面273可以是光滑的(即，镜面)或者可以具有有漫反射效应的爆炸凸起(即，微小的不规则体)。反射部件281被设置为面向导光板270的第一表面271。将彩色液晶显示装置210设置为面向导光板270的第二表面273。此外，将扩散片282和棱镜片283设置在彩色液晶显示装置210和导光板270的第二表面273之间。从光源260所发出的光从导光板270的第一侧表面274(例如，与截平四棱镜的底表面相对应的表面)入射，通过与第一表面271的不规则体272碰撞而发生散射，从第一表面271射出，从反射部件281反射，再次入射至第一表面271，从第二表面273射出，并且通过扩散片282和棱镜片283照射至彩色液晶显示装置210。

尽管本发明是基于示例性实施例进行描述的，但是本发明并不限于这些实施例。在实施例中所描述的GaN基半导体发光元件的配置和结构、发光装置(其中，GaN基半导体发光元件)、图像显示装置、平面光源装置以及彩色液晶显示装置组件是示例性的，并且构成它们的部件和材料也是示例性的，它们中的所有都可以被适当地修改。可以颠倒GaN基半导体发光元件的层叠顺序。在直视图像显示装置中，可以使用将图像投影到人的视网膜上的图像显示装置。可以在GaN基半导体发光元件的相同侧(上侧)上形成n侧电极和p侧电极，或者可以将衬底10剥离而在GaN基半导体发光元件的不同侧上形成n侧电极和p侧电极，即，可以在下侧上形成n侧电极并且可以在上侧上形成p侧电极。对于电极，可以采用使用诸如银或者铝的反射电极的配置而不是透明电极，或者可以采用长边(大直径)或短边(小直径)的不同配置。

在图22中示出了由具有倒装结构的LED形成的GaN基半导体发光元件1的示意性截面图。在图22中，省略了组件的剖面线。GaN基半导体发光元件1的层配置可以与在实施例1中所描述的GaN基半导体发光元件的层配置相同。层的侧表面由钝化膜305覆盖，在暴露的第一GaN基化合物半导体层13的一部分上形成n侧电极19A，并且在Mg掺杂的GaN层18上形成用作光反射层的p侧电极19B。通过SiO₂层304和铝层303来包围GaN基半导体发光元件1的下侧。此外，通过焊接层301和302将p侧电极19B和铝层303固定至下支撑架21。当活性层15至用作光反射层的p侧电极19B的距离为L时，设置在活性层15和p侧电极19B之间的化合物半导体层的折射率为n₀，并且发光波长为λ，优选地，满足0.5(λ/n₀)≤L≤(λ/n₀)。

可以通过GaN基半导体发光元件来配置半导体激光器。对于这样的半导体激光器的层配置，可以将在GaN衬底上顺次形成以下层的配置作为示例。此外，发光波长约为450nm。

(1)Si掺杂GaN层(掺杂浓度为5×10¹⁸/cm³)，具有3μm的厚度

(2)超晶格层(Superlattice layer)，具有1μm的总厚度(厚度为2.4nm的Si掺杂的Al_0.1Ga_0.9N层和厚度为1.6nm的Si掺杂的GaN层组成一组，层叠250组，并且掺杂浓度为5×10¹⁸/cm³)

(3)Si掺杂的In_0.03Ga_0.97N层(掺杂浓度为5×10¹⁸/cm³)，具有150nm的厚度

(4)未掺杂的In_0.03Ga_0.97N层，具有5nm的厚度

(5)活性层，具有多量子阱结构(从下侧，由In_0.15Ga_0.85N层所形成的厚度为3nm的阱层/由In_0.03Ga_0.97N层所形成厚度为15nm的阻挡层/由In_0.15Ga_0.85N层所形成的厚度为3nm的阱层/由In_0.03Ga_0.97N层所形成的厚度为15nm的阻挡层/由In_0.15Ga_0.85N层所形成的厚度为3nm的阱层/由In_0.03Ga_0.97N层所形成的厚度为15nm的阻挡层/由In_0.15Ga_0.85N层所形成的厚度为3nm的阱层)

(6)未掺杂的GaN层，具有10nm的厚度

(7)超晶格层，具有20nm的总厚度(厚度为2.4nm的Mg掺杂的Al_0.2Ga_0.8N层和厚度为1.6nm的Mg掺杂的GaN层组成一组，层叠5组，并且掺杂浓度为5×10¹⁹/cm³)

(8)Mg掺杂的GaN层(掺杂浓度为1×10¹⁹/cm³)，具有120nm的厚度

(9)超晶格层，具有500nm的总厚度(厚度为2.4nm的Mg掺杂的Al_0.1Ga_0.9N层和厚度为1.6nm的Mg掺杂的GaN层组成一组，层叠125组，并且掺杂浓度为5×10¹⁹/cm³)

(10)Mg掺杂的GaN层(掺杂浓度为1×10²⁰/cm³)，具有20nm的厚度，以及

(11)Mg掺杂的In_0.15Ga_0.85N层(掺杂浓度为1×10²⁰/cm³)，具有5nm的厚度

本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其它因素，可以有多种修改、组合、再组合和改进，均应包含在本发明的权利要求或等同物的范围之内。

Claims (19)

1.一种驱动GaN基半导体发光元件的方法，所述GaN基半导体发光元件通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层而形成，所述方法包括以下步骤：

通过开始注入载流子而开始发光；然后

在发光亮度值变成常数之前，停止注入载流子。

2.根据权利要求1所述的驱动GaN基半导体发光元件的方法，其中，即使在所述的停止注入载流子之后，所述发光亮度值仍然增大，并且在所述发光亮度值变成最大值之后，所述发光亮度值立即减小。

3.一种驱动GaN基半导体发光元件的方法，所述GaN基半导体发光元件通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层而形成，所述方法包括以下步骤：

通过开始注入载流子而开始发光；然后

在由于注入载流子所导致的所述活性层内的能量带的倾斜度改变之前，停止注入载流子。

4.一种驱动GaN基半导体发光元件的方法，所述GaN基半导体发光元件通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层而形成，所述方法包括以下步骤：

通过开始注入载流子而开始发光；然后

在由于注入载流子所导致的所述活性层内的屏蔽出现之前，停止注入载流子。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的驱动GaN基半导体发光元件的方法，其中，所述阱层由InGaN基化合物半导体层形成。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的驱动GaN基半导体发光元件的方法，其中，从所述的开始注入载流子至所述的停止注入载流子的时间为10纳秒或者更短。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的驱动GaN基半导体发光元件的方法，其中，在将所注入的载流子的量转换成所述活性层的每1cm²的电流量时，所注入的载流子的量为10A/cm²或者更大。

8.根据权利要求1至4中的任一项所述的驱动GaN基半导体发光元件的方法，其中，在将所注入的载流子的量转换成所述活性层的每1cm²的电流量时，所注入的载流子的量为100A/cm²或者更大。

9.根据权利要求1至4中的任一项所述的驱动GaN基半导体发光元件的方法，其中，在将所注入的载流子的量转换成所述活性层的每1cm²的电流量时，所注入的载流子的量为300A/cm²或者更大。

10.根据权利要求1至4中的任一项所述的驱动GaN基半导体发光元件的方法，其中，发光波长大于等于500nm并且小于等于570nm。

11.一种驱动用于显示图像的包含GaN基半导体发光元件的图像显示装置中的所述GaN基半导体发光元件的方法，所述GaN基半导体发光元件通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层而形成，所述方法包括以下步骤：

通过开始注入载流子而开始发光；然后

在发光亮度值变成常数之前，停止注入载流子。

12.一种驱动用于显示图像的包含GaN基半导体发光元件的图像显示装置中的所述GaN基半导体发光元件的方法，所述GaN基半导体发光元件通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层而形成，所述方法包括以下步骤：

通过开始注入载流子而开始发光；然后

在由于注入载流子所导致的所述活性层内的能量带的倾斜度改变之前，停止注入载流子。

13.一种驱动用于显示图像的包含GaN基半导体发光元件的图像显示装置中的所述GaN基半导体发光元件的方法，所述GaN基半导体发光元件通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层而形成，所述方法包括以下步骤：

通过开始注入载流子而开始发光；然后

在由于注入载流子所导致的所述活性层内的屏蔽出现之前，停止注入载流子。

14.一种驱动用于将光从背面照射至透射型或者半透射型液晶显示装置的平面光源装置的方法，包括在所述平面光源装置中的作为光源的GaN基半导体发光元件通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层而形成，所述方法包括以下步骤：

通过开始注入载流子而开始发光；然后

在发光亮度值变成常数之前，停止注入载流子。

15.一种驱动用于将光从背面照射至透射型或者半透射型液晶显示装置的平面光源装置的方法，包括在所述平面光源装置中的作为光源的GaN基半导体发光元件通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层而形成，所述方法包括以下步骤：

通过开始注入载流子而开始发光；然后

在由于注入载流子所导致的所述活性层内的能量带的倾斜度改变之前，停止注入载流子。

16.一种驱动用于将光从背面照射至透射型或者半透射型液晶显示装置的平面光源装置的方法，包括在所述平面光源装置中的作为光源的GaN基半导体发光元件通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层而形成，所述方法包括以下步骤：

通过开始注入载流子而开始发光；然后

在由于注入载流子所导致的所述活性层内的屏蔽出现之前，停止注入载流子。

17.一种驱动包含GaN基半导体发光元件和颜色转换材料的发光装置的方法，所述颜色转换材料用于接收从所述GaN基半导体发光元件所发出的光，并发出具有与从所述GaN基半导体发光元件所发出的光的波长不同的波长的光，所述GaN基半导体发光元件通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层而形成，所述方法包括以下步骤：

通过开始注入载流子而开始发光；然后

在发光亮度值变成常数之前，停止注入载流子。

18.一种驱动包含GaN基半导体发光元件和颜色转换材料的发光装置的方法，所述颜色转换材料用于接收从所述GaN基半导体发光元件所发出的光，并发出具有与从所述GaN基半导体发光元件所发出的光的波长不同的波长的光，所述GaN基半导体发光元件通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层而形成，所述方法包括以下步骤：

通过开始注入载流子而开始发光；然后

在由于注入载流子所导致的所述活性层内的能量带的倾斜度改变之前，停止注入载流子。

19.一种驱动包含GaN基半导体发光元件和颜色转换材料的发光装置的方法，所述颜色转换材料用于接收从所述GaN基半导体发光元件所发出的光，并发出具有与从所述GaN基半导体发光元件所发出的光的波长不同的波长的光，所述GaN基半导体发光元件通过层叠具有第一导电型的第一GaN基化合物半导体层、具有阱层的活性层、具有第二导电型的第二GaN基化合物半导体层而形成，所述方法包括以下步骤：

通过开始注入载流子而开始发光；然后

在由于注入载流子所导致的所述活性层内的屏蔽出现之前，停止注入载流子。

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