JP2002528890A - 発光ダイオードを有する蛍光体を用いての波長変換実行装置 - Google Patents
発光ダイオードを有する蛍光体を用いての波長変換実行装置Info
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Abstract
(57)【要約】
装置（５００）は、アクティブ領域（５３０）、蛍光体層（５５０）及び反射層（５２０）を備える。アクティブ領域は、第１のグループの波長から第１のバンドの波長を有する光を放出するように構成される。蛍光体層は、アクティブ領域と外部媒体との間にあってその双方に接触するように配置される。蛍光体層は、アクティブ領域から放出される光の第１のバンドの波長を第２のバンドの波長に変換するように構成される。第２のバンドの波長の中心波長は、第１のバンドの波長の中心波長よりも大きい。反射層は、アクティブ領域に光学的に結合される。アクティブ領域は、反射層と蛍光体層との間に配置される。反射層は、少なくとも第１のバンドの波長と第２のバンドの波長とを反射するように構成される。
Description
【０００１】
本願は、１９９８年１０月２１日に出願された、米国仮出願シリアル番号６０
／１０５，０５６の利益を請求する。
／１０５，０５６の利益を請求する。
【０００２】
本発明は、概して発光ダイオードに関する。より詳細には、本発明は、発光ダ
イオードを有する蛍光体を使用して波長変換を実行する方法および装置に関する
。
イオードを有する蛍光体を使用して波長変換を実行する方法および装置に関する
。
【０００３】 最近まで、紫外と青色との間の波長を有する光を放出する発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）の外部効率は低く、例えば、赤色発光ＡｌＧａＡｓＬＥＤのような他のデ
バイスに比較して、その数千分の一パーセントの範囲であった。しかしながら、
ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸デバイスでの成功は、最良な赤色発光あるいは
黄色発光ＬＥＤの効率に匹敵する効率を有する、紫外と青色との間の波長を発す
るＬＥＤの構成を可能した。例えば、室温でのＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＬＥＤの
外部効率は、４００から４５０ｎｍの発光波長で１０％に達する事が報告されて
いる。Ｎａｋａｍｕｒａ（ナカムラ氏）等の１９９５年のＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ．（応用物理文献）６７（１３）ページ１８６８を参照、およびＮａｋ
ａｍｕｒａ（ナカムラ氏）等に対する米国特許５，９５９，３０７を参照のこと
、これらは、ここに組み込まれる。ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮの高屈折率を考慮し
て、１０％外部効率は、１００％に近い内部効率を意味する。従って、紫外と青
色との間の波長を発するこれらのＬＥＤの内部効率は、周知の赤色発光あるいは
黄色発光ＬＥＤの効率よりも高い。
ＥＤ）の外部効率は低く、例えば、赤色発光ＡｌＧａＡｓＬＥＤのような他のデ
バイスに比較して、その数千分の一パーセントの範囲であった。しかしながら、
ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸デバイスでの成功は、最良な赤色発光あるいは
黄色発光ＬＥＤの効率に匹敵する効率を有する、紫外と青色との間の波長を発す
るＬＥＤの構成を可能した。例えば、室温でのＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＬＥＤの
外部効率は、４００から４５０ｎｍの発光波長で１０％に達する事が報告されて
いる。Ｎａｋａｍｕｒａ（ナカムラ氏）等の１９９５年のＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ．（応用物理文献）６７（１３）ページ１８６８を参照、およびＮａｋ
ａｍｕｒａ（ナカムラ氏）等に対する米国特許５，９５９，３０７を参照のこと
、これらは、ここに組み込まれる。ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮの高屈折率を考慮し
て、１０％外部効率は、１００％に近い内部効率を意味する。従って、紫外と青
色との間の波長を発するこれらのＬＥＤの内部効率は、周知の赤色発光あるいは
黄色発光ＬＥＤの効率よりも高い。
【０００４】 紫外と青色との間の波長を放出するＬＥＤの比較的高い効率に起因して、この
ようなデバイスは、緑色から赤色までの波長（単数又は複数）を有する光を放出
するデバイスを設計するのに優れたベースを形成出来る。しかしながら、既知の
システムは、紫外と青色との間の波長を放出するＬＥＤを効果的に組み込むこと
に失敗している。
ようなデバイスは、緑色から赤色までの波長（単数又は複数）を有する光を放出
するデバイスを設計するのに優れたベースを形成出来る。しかしながら、既知の
システムは、紫外と青色との間の波長を放出するＬＥＤを効果的に組み込むこと
に失敗している。
【０００５】
装置は、アクティブ領域、蛍光体層及び反射層を備える。アクティブ領域は、
第１のグループの波長からの第１のバンドの波長を有する光を放出するよう構成
される。蛍光体層は、アクティブ領域と外部媒体との間にあってその双方に接触
するように配置される。蛍光体層は、アクティブ領域から放出される光の第１の
バンドの波長を第２のバンドの波長に変換するように構成される。第２のバンド
の波長の中心波長は、第１のバンドの波長の中心波長よりも大きい。反射層は、
光学的にアクティブ領域に結合される。アクティブ領域は、反射層と蛍光体層と
の間に配置される。反射層は、少なくとも第１のバンドの波長と第２のバンドの
波長を反射するように構成される。
第１のグループの波長からの第１のバンドの波長を有する光を放出するよう構成
される。蛍光体層は、アクティブ領域と外部媒体との間にあってその双方に接触
するように配置される。蛍光体層は、アクティブ領域から放出される光の第１の
バンドの波長を第２のバンドの波長に変換するように構成される。第２のバンド
の波長の中心波長は、第１のバンドの波長の中心波長よりも大きい。反射層は、
光学的にアクティブ領域に結合される。アクティブ領域は、反射層と蛍光体層と
の間に配置される。反射層は、少なくとも第１のバンドの波長と第２のバンドの
波長を反射するように構成される。
【０００６】
図１は、本発明の実施の形態に従う発光デバイスを示す。発光デバイス１００
は、コンタクト層１１０、アクティブ領域１２０、基板１３０、蛍光体層１４０
、およびコンタクト１５０を含む。更に、アクティブ領域１２０は、デバイス層
１２１、アクティブ層１２２、およびデバイス層１２３を含んでもよい。
は、コンタクト層１１０、アクティブ領域１２０、基板１３０、蛍光体層１４０
、およびコンタクト１５０を含む。更に、アクティブ領域１２０は、デバイス層
１２１、アクティブ層１２２、およびデバイス層１２３を含んでもよい。
【０００７】 アクティブ領域１２０は、誘導放出処理を介して、特定のバンドの波長を有す
る光を生成するいずれのタイプの層（単数又は複数）でもよい。この特定のバン
ドの波長は、特定のアクティブ層によって生成可能なサブセットの大きなグルー
プの波長であってよい。例えば、少なくともＡｌxＧａ1-xＮ（ここでｘは、０と
１との間の値である）により構成されるアクティブ層１２２は、約３００ナノメ
ートルと約５００ナノメートル間のバンドの波長を有する光を生成出来る。この
範囲の波長（即ち、３００ｎｍから５００ｎｍ）は、紫外と青色との間である事
で特徴付けができる。他の方法として、アクティブ層１２２によって生成される
可能性のある波長のグループは、少なくともＡｌxＧａ1-xＮ（ここでｘは０と１
との間の値である）で構成されるアクティブ領域によって生成可能な波長として
説明されることができる。
る光を生成するいずれのタイプの層（単数又は複数）でもよい。この特定のバン
ドの波長は、特定のアクティブ層によって生成可能なサブセットの大きなグルー
プの波長であってよい。例えば、少なくともＡｌxＧａ1-xＮ（ここでｘは、０と
１との間の値である）により構成されるアクティブ層１２２は、約３００ナノメ
ートルと約５００ナノメートル間のバンドの波長を有する光を生成出来る。この
範囲の波長（即ち、３００ｎｍから５００ｎｍ）は、紫外と青色との間である事
で特徴付けができる。他の方法として、アクティブ層１２２によって生成される
可能性のある波長のグループは、少なくともＡｌxＧａ1-xＮ（ここでｘは０と１
との間の値である）で構成されるアクティブ領域によって生成可能な波長として
説明されることができる。
【０００８】 一実施の形態において、アクティブ層１２２は、少なくともＩｎＧａＮ／Ａｌ x Ｇａ1-xＮによって構成されることが出来、デバイス層１２１は、アクティブ層
１２２と接触するｐ−タイプＡｌＧａＮ層であってよく、且つデバイス層１２３
は、アクティブ層１２２と基板１３０との間であってそれらに接触するように配
されるｎ−タイプＡｌＧａＮ層であり得る。このタイプのアクティブ領域は、前
述の出版物に記述されている。アクティブ領域１２０は、コンタクト１１０とコ
ンタクト１５０によってアクティブにされることが可能で、ここでコンタクト１
５０は、デバイス層１２３の回りにリング形状を有する。
１２２と接触するｐ−タイプＡｌＧａＮ層であってよく、且つデバイス層１２３
は、アクティブ層１２２と基板１３０との間であってそれらに接触するように配
されるｎ−タイプＡｌＧａＮ層であり得る。このタイプのアクティブ領域は、前
述の出版物に記述されている。アクティブ領域１２０は、コンタクト１１０とコ
ンタクト１５０によってアクティブにされることが可能で、ここでコンタクト１
５０は、デバイス層１２３の回りにリング形状を有する。
【０００９】 用語「デバイス層」と「アクティブ層」の各々は、複数の層を有する超格子構
造のような複数層を含み得る。例えば、ｐ−タイプデバイス層は、全体として、
ｐ−タイプ性質を現す複数層よりなってもよい。図１で指定されている、デバイ
ス層１２１、アクティブ層１２２、デバイス層１２３の各々は、例えば、超格子
構造を有する、例えば、多層より構成されてもよい。
造のような複数層を含み得る。例えば、ｐ−タイプデバイス層は、全体として、
ｐ−タイプ性質を現す複数層よりなってもよい。図１で指定されている、デバイ
ス層１２１、アクティブ層１２２、デバイス層１２３の各々は、例えば、超格子
構造を有する、例えば、多層より構成されてもよい。
【００１０】 基板１３０は、サファイア基板、炭化珪素やデバイス層１２３に隣接して適切
に構成され得るあらゆる他の材料のような、任意の基板であり得る。
に構成され得るあらゆる他の材料のような、任意の基板であり得る。
【００１１】 蛍光体層１４０は、バインディング材料内に埋め込まれる波長変換蛍光体のマ
トリックスを有する任意の適切なタイプのコーティングであり得る。この用語「
蛍光体」は、入射光の波長（単数又は複数）を変換すると共に発光出来るあらゆ
る物質を意味することを意図する。「蛍光体」は、例えば、発光出来るポリマー
を含み得る。表１は、蛍光体層１４０が構成され得る多くの例示のコーティング
を示す。
トリックスを有する任意の適切なタイプのコーティングであり得る。この用語「
蛍光体」は、入射光の波長（単数又は複数）を変換すると共に発光出来るあらゆ
る物質を意味することを意図する。「蛍光体」は、例えば、発光出来るポリマー
を含み得る。表１は、蛍光体層１４０が構成され得る多くの例示のコーティング
を示す。
【表１】
【００１２】 図１には、コンタクト１１０がデバイス層１２１の全表面に延在していること
が示されているが、コンタクト１１０は、コンタクト１１０と１５０を介してア
クティブ層１３３内で適切な過剰キャリア濃度が可能となるように構成され得る
。例えば、コンタクト１１０は、リング形状に構成され得る。
が示されているが、コンタクト１１０は、コンタクト１１０と１５０を介してア
クティブ層１３３内で適切な過剰キャリア濃度が可能となるように構成され得る
。例えば、コンタクト１１０は、リング形状に構成され得る。
【００１３】 図２は、本発明の他の実施の形態による発光デバイスを示す。図２に示される
発光デバイス２００は、デバイス１００の基板層１３０がアクティブ層と蛍光体
層の間に配置されず、蛍光体層がデバイス層の一つに接触するように直接配置さ
れていることを除いて、図１に示される発光デバイス１００と類似している。具
体的には、発光デバイス２００は、基板２１０、コンタクト２５０、アクティブ
領域２２０、蛍光体層２３０、およびコンタクト２４０を含む。アクティブ領域
２２０は、デバイス層２２１、アクティブ層２２２およびデバイス層２２３を含
む。
発光デバイス２００は、デバイス１００の基板層１３０がアクティブ層と蛍光体
層の間に配置されず、蛍光体層がデバイス層の一つに接触するように直接配置さ
れていることを除いて、図１に示される発光デバイス１００と類似している。具
体的には、発光デバイス２００は、基板２１０、コンタクト２５０、アクティブ
領域２２０、蛍光体層２３０、およびコンタクト２４０を含む。アクティブ領域
２２０は、デバイス層２２１、アクティブ層２２２およびデバイス層２２３を含
む。
【００１４】 本発明の実施の形態の特定の構成は、蛍光体層内の蛍光体の濃度によって変化
し得る。以下の議論は、二つのタイプの構成を区別し、各構成タイプに対する発
光デバイスを設計するための方法を示す。
し得る。以下の議論は、二つのタイプの構成を区別し、各構成タイプに対する発
光デバイスを設計するための方法を示す。
【００１５】 アクティブ層（例えば、図１に示されるアクティブ層１２２；図２に示される
アクティブ層２２２）内の自然放出が等方性的に発生されると仮定され、且つ蛍
光体層（例えば、図１の蛍光体層１４０；図２の蛍光体層２３０）とは反対の方
向へ放出される放射を無視する。この場合、アクティブ領域と蛍光体層との間に
蛍光体層の屈折率ｎcよりも小さな屈折率を有する他の層が無い場合、以下の等
式は、結合効率ηc、即ち蛍光体層に結合されるアクティブ層から放出される放
射の一部、を推定する。
アクティブ層２２２）内の自然放出が等方性的に発生されると仮定され、且つ蛍
光体層（例えば、図１の蛍光体層１４０；図２の蛍光体層２３０）とは反対の方
向へ放出される放射を無視する。この場合、アクティブ領域と蛍光体層との間に
蛍光体層の屈折率ｎcよりも小さな屈折率を有する他の層が無い場合、以下の等
式は、結合効率ηc、即ち蛍光体層に結合されるアクティブ層から放出される放
射の一部、を推定する。
【式１】 方程式（１）において、ｎaは、アクティブ領域のアクティブ層（必ずしも接触
する必要はない）と蛍光体層との間に配されるアクティブ領域のデバイス層の屈
折率である。例えば、ｎaは、図１に示されるように、デバイス層１２３に関連
し、図２に示されるように、デバイス層２２３に関連する。
する必要はない）と蛍光体層との間に配されるアクティブ領域のデバイス層の屈
折率である。例えば、ｎaは、図１に示されるように、デバイス層１２３に関連
し、図２に示されるように、デバイス層２２３に関連する。
【００１６】 方程式（１）は、蛍光体層中に伝播する励起放射に対する全内部反射を考慮し
、且つ内部層インターフェース（例えば、図１に示されるように、基板１３０と
蛍光体層１４０とのインターフェース）でのフレネル反射を無視する。方程式（
１）が示すように、アクティブ領域から蛍光体層への結合効率ηcは、蛍光体層
の屈折率ｎcが増加すると増加するが、ｎcが増加すると、蛍光体層と蛍光体層の
外側の媒体（例えば、空気）との間のインターフェースに対する結合効率は、減
少する。方程式（２）は、蛍光体層と蛍光体層の外側媒体との間のインターフェ
ースの結合効率ηpを推定するために使用され得る。
、且つ内部層インターフェース（例えば、図１に示されるように、基板１３０と
蛍光体層１４０とのインターフェース）でのフレネル反射を無視する。方程式（
１）が示すように、アクティブ領域から蛍光体層への結合効率ηcは、蛍光体層
の屈折率ｎcが増加すると増加するが、ｎcが増加すると、蛍光体層と蛍光体層の
外側の媒体（例えば、空気）との間のインターフェースに対する結合効率は、減
少する。方程式（２）は、蛍光体層と蛍光体層の外側媒体との間のインターフェ
ースの結合効率ηpを推定するために使用され得る。
【式２】
【００１７】 方程式（２）において、蛍光体層と蛍光体層の外側の媒体との間のインターフ
ェースでのフレネル反射が、このインターフェースでの全内部反射と同様に、考
察される。方程式（１）と（２）は、（ワン・ライトパス・エミッタに近いもの
のもとで）発光デバイスの外部効率ηeに対する上限を関数ｎcとして生成する。
ェースでのフレネル反射が、このインターフェースでの全内部反射と同様に、考
察される。方程式（１）と（２）は、（ワン・ライトパス・エミッタに近いもの
のもとで）発光デバイスの外部効率ηeに対する上限を関数ｎcとして生成する。
【００１８】 図３は、本実施の形態による、発光デバイスに対する外部効率上限対蛍光体層
の屈折率を示すグラフである。図３が示すように、デバイスの外部効率ηeは、
ｎcがｎaに等しい時に、最大である。その結果、デバイスのインターフェースで
のフレネル反射は、最適条件、例えば、屈折率整合装置において、無視され得る
。このような考察は、アクティブ領域と蛍光体層との間に介在する層や材料が無
い場合（図２に示されるように、基板がアクティブ領域と蛍光体との間に配置さ
れていない場合）、特定の屈折率を有する蛍光体層を選択するための合理的根拠
である。
の屈折率を示すグラフである。図３が示すように、デバイスの外部効率ηeは、
ｎcがｎaに等しい時に、最大である。その結果、デバイスのインターフェースで
のフレネル反射は、最適条件、例えば、屈折率整合装置において、無視され得る
。このような考察は、アクティブ領域と蛍光体層との間に介在する層や材料が無
い場合（図２に示されるように、基板がアクティブ領域と蛍光体との間に配置さ
れていない場合）、特定の屈折率を有する蛍光体層を選択するための合理的根拠
である。
【００１９】 しかしながら、このようなアプローチは、図１に示される発光デバイス１００
のような、基板がアクティブ領域と蛍光体層との間に配置される場合、適切では
ない。このアプローチは、基板１３０が典型的にアクティブ領域屈折率ｎaより
も小さい屈折率を有するために、この場合には適切でない。例えば、基板１３０
がサファイアで構成される場合、その屈折率は、略１．７５であり、それは、ア
クティブ領域屈折率（例えば、 ）よりもかなり低い。基板の屈折率より大きな屈折率を有する蛍光体層は、外部
効率ηeを向上させない。理由は、この効率がアクティブ領域と基板とのインタ
ーフェースによって制限されるからである。換言すれば、ｎc＞ｎsの範囲内でｎ c を増加することは、蛍光体ポンピングの効率（即ち、アクティブ領域の蛍光体
層に対する結合効率）を向上させない。
のような、基板がアクティブ領域と蛍光体層との間に配置される場合、適切では
ない。このアプローチは、基板１３０が典型的にアクティブ領域屈折率ｎaより
も小さい屈折率を有するために、この場合には適切でない。例えば、基板１３０
がサファイアで構成される場合、その屈折率は、略１．７５であり、それは、ア
クティブ領域屈折率（例えば、 ）よりもかなり低い。基板の屈折率より大きな屈折率を有する蛍光体層は、外部
効率ηeを向上させない。理由は、この効率がアクティブ領域と基板とのインタ
ーフェースによって制限されるからである。換言すれば、ｎc＞ｎsの範囲内でｎ c を増加することは、蛍光体ポンピングの効率（即ち、アクティブ領域の蛍光体
層に対する結合効率）を向上させない。
【００２０】 その結果、基板がアクティブ領域と蛍光体に配置されない場合（例えば、図２
に示される発光デバイス２００）、発光デバイスの外部効率は、蛍光体層（例え
ば、蛍光体層２３０）の屈折率が蛍光体層に隣接するアクティブ領域のデバイス
層（例えば、デバイス層２２３）の屈折率と実質的に同じ場合に最大であり得る
。反対に、基板がアクティブ領域と蛍光体層の間に配される場合（例えば、図１
に示される発光デバイス１００）、基板（例えば、基板１３０）と蛍光体層（例
えば、蛍光体層１４０）の屈折率は実質的に等しくあるべきである。
に示される発光デバイス２００）、発光デバイスの外部効率は、蛍光体層（例え
ば、蛍光体層２３０）の屈折率が蛍光体層に隣接するアクティブ領域のデバイス
層（例えば、デバイス層２２３）の屈折率と実質的に同じ場合に最大であり得る
。反対に、基板がアクティブ領域と蛍光体層の間に配される場合（例えば、図１
に示される発光デバイス１００）、基板（例えば、基板１３０）と蛍光体層（例
えば、蛍光体層１４０）の屈折率は実質的に等しくあるべきである。
【００２１】 この文脈において用語「実質的に等しい」は、出来る限り実施上近接すること
を意味する。換言すれば、基板がアクティブ領域と蛍光体層との間に配されない
発光デバイスの場合、蛍光体層のバインディング材料と蛍光体は、蛍光体層の屈
折率が蛍光体層に隣接するアクティブ領域のデバイス層の屈折率に実施上近くな
るように選択され得る。前述の他の方法では、発光デバイスを設計する際に、蛍
光体層用のバインディング材料と蛍光体の二つの可能なセットの間で選択を行な
った場合、隣接デバイス層により近い整合屈折率を有するバインディング材料と
蛍光体のセットが選択されるべきである。
を意味する。換言すれば、基板がアクティブ領域と蛍光体層との間に配されない
発光デバイスの場合、蛍光体層のバインディング材料と蛍光体は、蛍光体層の屈
折率が蛍光体層に隣接するアクティブ領域のデバイス層の屈折率に実施上近くな
るように選択され得る。前述の他の方法では、発光デバイスを設計する際に、蛍
光体層用のバインディング材料と蛍光体の二つの可能なセットの間で選択を行な
った場合、隣接デバイス層により近い整合屈折率を有するバインディング材料と
蛍光体のセットが選択されるべきである。
【００２２】 あるいは、基板がアクティブ領域と蛍光体層との間に配される実施の形態では
、発光デバイスを設計する際に、蛍光体層用のバインディング材料と蛍光体の二
つの可能なセットの間で選択を行なった場合、基板により近い整合屈折率を有す
るバインディング材料と蛍光体のセットが選択されるべきである。
、発光デバイスを設計する際に、蛍光体層用のバインディング材料と蛍光体の二
つの可能なセットの間で選択を行なった場合、基板により近い整合屈折率を有す
るバインディング材料と蛍光体のセットが選択されるべきである。
【００２３】 上記の議論は、蛍光体内の蛍光濃度が低い場合には、十分であり、従って、蛍
光体層の屈折率は、光に関連する波長では実質的に変化しない。蛍光体層の屈折
率が蛍光体層用のバインディング材料の屈折率によって支配的に定義される場合
には、蛍光濃度は低い。前記他の方法では、アクティブ領域によって生成される
光に関連する波長での蛍光体層の屈折率が蛍光体層によって波長変換された光に
関連する波長での蛍光体層屈折率と実質的に同じである場合に、蛍光濃度は低い
。換言すると、蛍光体層が比較的低い分散を有する場合に、蛍光濃度は低い。
光体層の屈折率は、光に関連する波長では実質的に変化しない。蛍光体層の屈折
率が蛍光体層用のバインディング材料の屈折率によって支配的に定義される場合
には、蛍光濃度は低い。前記他の方法では、アクティブ領域によって生成される
光に関連する波長での蛍光体層の屈折率が蛍光体層によって波長変換された光に
関連する波長での蛍光体層屈折率と実質的に同じである場合に、蛍光濃度は低い
。換言すると、蛍光体層が比較的低い分散を有する場合に、蛍光濃度は低い。
【００２４】 蛍光体層がバインディング材料内で高い蛍光濃度を有する場合、他の設計思想
が存在する。このような場合、蛍光体層は、発光デバイスのアクティブ領域によ
って生成される光と関連する波長において強い吸光を有しやすい。その結果、ア
クティブ領域によって生成される光に関連する波長での蛍光体層の屈折率ｎceは
、蛍光体層によって波長変換された光と関連する波長での蛍光体層の屈折率ｎcr と異なる。これは、例えば、不純物イオン活性ＣｄＳおよびＺｎＳ蛍光体並びに
有機物質内の強いフランク−コンドン・シフトに起因する有機色素蛍光体を有す
る場合である。
が存在する。このような場合、蛍光体層は、発光デバイスのアクティブ領域によ
って生成される光と関連する波長において強い吸光を有しやすい。その結果、ア
クティブ領域によって生成される光に関連する波長での蛍光体層の屈折率ｎceは
、蛍光体層によって波長変換された光と関連する波長での蛍光体層の屈折率ｎcr と異なる。これは、例えば、不純物イオン活性ＣｄＳおよびＺｎＳ蛍光体並びに
有機物質内の強いフランク−コンドン・シフトに起因する有機色素蛍光体を有す
る場合である。
【００２５】 蛍光体層の屈折率が波長で変化するような場合、バインディング材料と蛍光体
は、アクティブ領域によって生成される光に関連する波長での蛍光体層の屈折率
ｎceが、蛍光体層に隣接すると共に接触する層（図１に示されるような基板１３
０あるいは図２に示されるようなデバイス層２２３）の屈折率と実質的に等しく
なるように選択すべきである。 の場合、反射ロスが発生せず、且つ蛍光体層の方向へ伝播するアクティブ領域中
に生成される全ての光が波長変換光へ変換され得る。同様に、また、このバイン
ディング材料と蛍光体は、蛍光体層によって波長変換された光に関連する波長で
の蛍光体層の屈折率ｎcrが蛍光体層の外側の媒体の屈折率に実質的に等しくなる
ように選択されるべきである。このような媒体は、例えば、エポキシ（例えば、
１．４と１．６との間の屈折率を有する）、空気、水、真空、あるいは独自の屈
折率をそれぞれ有する他の媒体であり得る。
は、アクティブ領域によって生成される光に関連する波長での蛍光体層の屈折率
ｎceが、蛍光体層に隣接すると共に接触する層（図１に示されるような基板１３
０あるいは図２に示されるようなデバイス層２２３）の屈折率と実質的に等しく
なるように選択すべきである。 の場合、反射ロスが発生せず、且つ蛍光体層の方向へ伝播するアクティブ領域中
に生成される全ての光が波長変換光へ変換され得る。同様に、また、このバイン
ディング材料と蛍光体は、蛍光体層によって波長変換された光に関連する波長で
の蛍光体層の屈折率ｎcrが蛍光体層の外側の媒体の屈折率に実質的に等しくなる
ように選択されるべきである。このような媒体は、例えば、エポキシ（例えば、
１．４と１．６との間の屈折率を有する）、空気、水、真空、あるいは独自の屈
折率をそれぞれ有する他の媒体であり得る。
【００２６】 この文脈における用語「実質的に等しい」は、出来る限り実施上近いことを意
味する。換言すれば、基板がアクティブ領域と蛍光体層との間に配される発光デ
バイスの場合、バインディング材料と蛍光体は、アクティブ領域によって生成さ
れる光に関連する波長での蛍光体層の屈折率ｎceが基板の屈折率に実施上近くな
るように選択され得る。同様に、蛍光体層によって波長変換された光に関連する
波長での蛍光体の屈折率ｎcrは、蛍光体層の外側の媒体の屈折率に可能な限り実
施上近接するように選択され得る。
味する。換言すれば、基板がアクティブ領域と蛍光体層との間に配される発光デ
バイスの場合、バインディング材料と蛍光体は、アクティブ領域によって生成さ
れる光に関連する波長での蛍光体層の屈折率ｎceが基板の屈折率に実施上近くな
るように選択され得る。同様に、蛍光体層によって波長変換された光に関連する
波長での蛍光体の屈折率ｎcrは、蛍光体層の外側の媒体の屈折率に可能な限り実
施上近接するように選択され得る。
【００２７】 考察中の蛍光体に対する波長変換の内部効率が１００％に近い事を考慮して、
蛍光体層の屈折率ｎcの分散は、デバイスの外部放射効率の絶対値の向上を導き
得る。方程式（２）によって与えられるηeに対する近似を使用して、波長変換
された放射に対する外部効率と蛍光体層を備えない紫外／青色発光デバイスの効
率の比率は、０．５ｎa（ｎa＋１）2／ｎcr（ｎcr＋１）2に等しい。波長変換さ
れた放射の半分のみが放出表面の方向へ伝播するため、ファクタ０．５が使用さ
れる。これにも拘らず、例えば、ｎa＝ｎce＝２．５およびｎcr＝１．５である
場合、波長変換された放射の量子効率は、紫外／青色発光デバイスの効率よりも
５０％高くなることが見込まれ、且つその絶対値は、今までのところで考えられ
るワン・ライトパス・モデルのフレームワークにおいてでさえ５％ほど高くなり
得る。
蛍光体層の屈折率ｎcの分散は、デバイスの外部放射効率の絶対値の向上を導き
得る。方程式（２）によって与えられるηeに対する近似を使用して、波長変換
された放射に対する外部効率と蛍光体層を備えない紫外／青色発光デバイスの効
率の比率は、０．５ｎa（ｎa＋１）2／ｎcr（ｎcr＋１）2に等しい。波長変換さ
れた放射の半分のみが放出表面の方向へ伝播するため、ファクタ０．５が使用さ
れる。これにも拘らず、例えば、ｎa＝ｎce＝２．５およびｎcr＝１．５である
場合、波長変換された放射の量子効率は、紫外／青色発光デバイスの効率よりも
５０％高くなることが見込まれ、且つその絶対値は、今までのところで考えられ
るワン・ライトパス・モデルのフレームワークにおいてでさえ５％ほど高くなり
得る。
【００２８】 図４は、本発明の一実施の形態に従う三色画素を有する発光デバイスの一部を
示す。発光デバイス４００は、基板４１０、デバイス層４２０、および画素４３
０、４４０と４５０を含み得る。各画素４３０、４４０と４５０は、ディスプレ
イ用途の個別のカラーを表し得る。例えば、画素４３０は、赤色に対応する波長
を有する光を生成可能であり、画素４４０は緑色に対応する波長を有する光を生
成出来、且つ画素４５０は、青色に対応する波長を有する光を生成可能である。
勿論、図４は、発光デバイスの例の一部分（即ち、３画素を有する部分）を示す
が、このような発光デバイスは、例えば、２次元アレイで多数の画素を含み得る
。このような構成において、各画素はカラーディスプレイが提供されるように個
々にアドレス可能である。
示す。発光デバイス４００は、基板４１０、デバイス層４２０、および画素４３
０、４４０と４５０を含み得る。各画素４３０、４４０と４５０は、ディスプレ
イ用途の個別のカラーを表し得る。例えば、画素４３０は、赤色に対応する波長
を有する光を生成可能であり、画素４４０は緑色に対応する波長を有する光を生
成出来、且つ画素４５０は、青色に対応する波長を有する光を生成可能である。
勿論、図４は、発光デバイスの例の一部分（即ち、３画素を有する部分）を示す
が、このような発光デバイスは、例えば、２次元アレイで多数の画素を含み得る
。このような構成において、各画素はカラーディスプレイが提供されるように個
々にアドレス可能である。
【００２９】 更に、画素４３０は、コンタクト４３１、蛍光体層４３２、デバイス層４３３
、アクティブ層４３４、およびコンタクト４３５を含む。画素４３０に対して、
アクティブ領域４３４は、デバイス層４３３、アクティブ層４３４、およびアク
ティブ層４３４とコンタクト４３５に隣接および接触するデバイス層４２０の一
部として画成可能である。
、アクティブ層４３４、およびコンタクト４３５を含む。画素４３０に対して、
アクティブ領域４３４は、デバイス層４３３、アクティブ層４３４、およびアク
ティブ層４３４とコンタクト４３５に隣接および接触するデバイス層４２０の一
部として画成可能である。
【００３０】 更に、画素４４０は、コンタクト４４１、蛍光体層４４２、デバイス層４４３
、アクティブ層４４４、およびコンタクト４４５を含む。画素４４０に対して、
アクティブ領域４４４は、デバイス層４４３、アクティブ層４４４、およびアク
ティブ層４４４とコンタクト４４５に接触するデバイス層４２０の一部として画
成可能である。
、アクティブ層４４４、およびコンタクト４４５を含む。画素４４０に対して、
アクティブ領域４４４は、デバイス層４４３、アクティブ層４４４、およびアク
ティブ層４４４とコンタクト４４５に接触するデバイス層４２０の一部として画
成可能である。
【００３１】 最後に、画素４５０は、更に、コンタクト４５１、蛍光体層４５２、デバイス
層４５３、アクティブ層４５４およびコンタクト４５５を含む。画素４５０に対
して、アクティブ領域４５４は、デバイス層４５３、アクティブ層４５４、およ
びアクティブ層とコンタクト４５５に接触するデバイス層４２０の一部として画
成可能である。
層４５３、アクティブ層４５４およびコンタクト４５５を含む。画素４５０に対
して、アクティブ領域４５４は、デバイス層４５３、アクティブ層４５４、およ
びアクティブ層とコンタクト４５５に接触するデバイス層４２０の一部として画
成可能である。
【００３２】 蛍光体層４３２、４４２および４５２は、各対応画素４３０、４４０および４
５０が、一般に赤色、緑色および青色にそれぞれ対応する波長を有する光をそれ
ぞれ放出するように選択可能である。より具体的には、画素４５０は、約４００
ナノメートルと約５５０ナノメートルとの間の中心波長を有するバンドの波長を
有する光を放出できる。画素４４０は、約４３０ナノメートルと約６５０ナノメ
ートルとの間の中心波長を有するバンドの波長を有する光を放出できる。画素４
３０は、約５５０ナノメートルと約７５０ナノメートルとの間の中心波長を有す
るバンドの波長を有する光を放出できる。
５０が、一般に赤色、緑色および青色にそれぞれ対応する波長を有する光をそれ
ぞれ放出するように選択可能である。より具体的には、画素４５０は、約４００
ナノメートルと約５５０ナノメートルとの間の中心波長を有するバンドの波長を
有する光を放出できる。画素４４０は、約４３０ナノメートルと約６５０ナノメ
ートルとの間の中心波長を有するバンドの波長を有する光を放出できる。画素４
３０は、約５５０ナノメートルと約７５０ナノメートルとの間の中心波長を有す
るバンドの波長を有する光を放出できる。
【００３３】 他の実施の形態において、約４００ナノメートルと約５５０ナノメートルとの
間の波長（即ち、青色波長）を有する光を生成する画素と関連する蛍光体層は存
在しなくてよい。換言すれば、青色波長に関連する画素のアクティブ層は、その
アクティブ層が青色波長を支配的に有する光を生成するように選択され得る。関
連蛍光体層は、波長変換を実行するために必ずしも存在する必要はない。このよ
うに、そのアクティブ層で生成された光がその関連画素に対して直接透過され得
る。
間の波長（即ち、青色波長）を有する光を生成する画素と関連する蛍光体層は存
在しなくてよい。換言すれば、青色波長に関連する画素のアクティブ層は、その
アクティブ層が青色波長を支配的に有する光を生成するように選択され得る。関
連蛍光体層は、波長変換を実行するために必ずしも存在する必要はない。このよ
うに、そのアクティブ層で生成された光がその関連画素に対して直接透過され得
る。
【００３４】 発光デバイスの外部効率は、マルチパス光プロセスの場合には、大きく増加さ
れ得る。波長変換蛍光体層から反対方向へ伝播するアクティブ層によって生成さ
れた光は、反射バックされ、それによってアクティブ層の蛍光体層へのポンピン
グ効率を２倍にする。例えば、反射層は、アクティブ領域に光学的に結合され得
る。用語「光学的に結合される」は、ここではアクティブ領域から放出された光
が反射層によって反射されるように動作上で関連付けられることを意味するため
に使用される。例えば、反射層は、アクティブ層に隣接すると共にそれに接触す
ることが可能であり、あるいは介在層（例えば、基板）が、反射層とアクティブ
層との間に配置されてもよい。
れ得る。波長変換蛍光体層から反対方向へ伝播するアクティブ層によって生成さ
れた光は、反射バックされ、それによってアクティブ層の蛍光体層へのポンピン
グ効率を２倍にする。例えば、反射層は、アクティブ領域に光学的に結合され得
る。用語「光学的に結合される」は、ここではアクティブ領域から放出された光
が反射層によって反射されるように動作上で関連付けられることを意味するため
に使用される。例えば、反射層は、アクティブ層に隣接すると共にそれに接触す
ることが可能であり、あるいは介在層（例えば、基板）が、反射層とアクティブ
層との間に配置されてもよい。
【００３５】 更に、波長選択性の他の反射層がアクティブ領域と蛍光体層との間に配置され
得る。このような波長選択反射層は、アクティブ領域内で生成された光が透過さ
れることが可能とされ、且つ蛍光体層で生成された光が発光デバイスの放出表面
へ向けて反射バックされることが可能とされる。例えば、波長選択性反射ＧａＮ
／ＡｌＧａＮフィルタはサファイア基板上で成長可能である。
得る。このような波長選択反射層は、アクティブ領域内で生成された光が透過さ
れることが可能とされ、且つ蛍光体層で生成された光が発光デバイスの放出表面
へ向けて反射バックされることが可能とされる。例えば、波長選択性反射ＧａＮ
／ＡｌＧａＮフィルタはサファイア基板上で成長可能である。
【００３６】 図５は、本層の他の実施の形態による少なくとも一つの反射層を有する発光デ
バイスを示す。発光デバイス５００は、基板５１０、コンタクト５６０、反射層
５２０、アクティブ領域５３０、反射層５４０、蛍光体層５５０およびコンタク
ト５７０を含む。アクティブ領域５３０は、デバイス層５３１、アクティブ層５
３２、およびデバイス層５３３を含む。この実施の形態において、反射層５２０
は、アクティブ領域５３０のアクティブ層５３２によって生成されたバンドの波
長を有する光、並びに蛍光体層５５０において生成された第２のバンドの波長を
有する蛍光体変換光を反射するように構成される。換言すれば、アクティブ層５
３２は、反射層５２０へ向かって伝播される第１のバンドの波長を有する光（例
えば、青色が支配的な光）を生成可能である。同様に、光は、蛍光体層５５０に
よって波長変換可能であり、反射層５２０に向かって伝播し得る。このような場
合、反射層５２０は、第１のバンドの波長を有する光と第２のバンドの波長を有
する光（例えば、蛍光体層５００によって波長変換された光）の両方を反射可能
である。
バイスを示す。発光デバイス５００は、基板５１０、コンタクト５６０、反射層
５２０、アクティブ領域５３０、反射層５４０、蛍光体層５５０およびコンタク
ト５７０を含む。アクティブ領域５３０は、デバイス層５３１、アクティブ層５
３２、およびデバイス層５３３を含む。この実施の形態において、反射層５２０
は、アクティブ領域５３０のアクティブ層５３２によって生成されたバンドの波
長を有する光、並びに蛍光体層５５０において生成された第２のバンドの波長を
有する蛍光体変換光を反射するように構成される。換言すれば、アクティブ層５
３２は、反射層５２０へ向かって伝播される第１のバンドの波長を有する光（例
えば、青色が支配的な光）を生成可能である。同様に、光は、蛍光体層５５０に
よって波長変換可能であり、反射層５２０に向かって伝播し得る。このような場
合、反射層５２０は、第１のバンドの波長を有する光と第２のバンドの波長を有
する光（例えば、蛍光体層５００によって波長変換された光）の両方を反射可能
である。
【００３７】 反射層５４０は、波長選択性反射層であり得る。換言すれば、反射層５４０は
、第１のバンドの波長を有する光（即ち、アクティブ層５３２によって生成され
る光）が透過されるのに対して、蛍光体層５５０で生成された第２のバンドの波
長を有する光（即ち、波長変換された光）が反射層５４０と蛍光体層５５０との
間の境界で反射されるように構成され得る。この境界で波長変換された光を反射
することによって、次に、この光は、発光デバイス５００をより効率的に出るこ
とが可能とされ、発光デバイス５００の他の層（例えば、デバイス層５３３、ア
クティブ層５３２、デバイス層５３１）を介して不必要に伝播することがない。
、第１のバンドの波長を有する光（即ち、アクティブ層５３２によって生成され
る光）が透過されるのに対して、蛍光体層５５０で生成された第２のバンドの波
長を有する光（即ち、波長変換された光）が反射層５４０と蛍光体層５５０との
間の境界で反射されるように構成され得る。この境界で波長変換された光を反射
することによって、次に、この光は、発光デバイス５００をより効率的に出るこ
とが可能とされ、発光デバイス５００の他の層（例えば、デバイス層５３３、ア
クティブ層５３２、デバイス層５３１）を介して不必要に伝播することがない。
【００３８】 他の実施の形態において、唯一つの反射層が存在し得る。換言すれば、他の実
施の形態において、コンタクトとデバイス層との間の反射層は、デバイス層と蛍
光体層との間に反射層を設けることなく存在し得る。他の実施の形態において、
逆もまた真であり得る。換言すれば、コンタクトとデバイス層との間の反射層は
存在しないが、デバイス層と蛍光体層との間の反射層は存在し得る。
施の形態において、コンタクトとデバイス層との間の反射層は、デバイス層と蛍
光体層との間に反射層を設けることなく存在し得る。他の実施の形態において、
逆もまた真であり得る。換言すれば、コンタクトとデバイス層との間の反射層は
存在しないが、デバイス層と蛍光体層との間の反射層は存在し得る。
【００３９】 図６は、本発明の更に他の実施の形態による反射層を有する発光デバイスを示
す。発光デバイス６００は、蛍光体層６１０、コンタクト６２０、アクティブ領
域６３０、コンタクト６４０、反射層６５０および基板６６０を含む。アクティ
ブ領域６３０は、デバイス層６３１、アクティブ層６３２およびデバイス層６３
３を含む。
す。発光デバイス６００は、蛍光体層６１０、コンタクト６２０、アクティブ領
域６３０、コンタクト６４０、反射層６５０および基板６６０を含む。アクティ
ブ領域６３０は、デバイス層６３１、アクティブ層６３２およびデバイス層６３
３を含む。
【００４０】 反射層６５０は、第１のバンドの波長を有する光（例えば、アクティブ領域６
３０のアクティブ層６３２によって生成される光）と第２のバンドの波長を有す
る光（蛍光体層６１０によって波長変換を介して生成された光）を反射するよう
に構成される。換言すれば、アクティブ層６３２によって生成された光は、反射
層６５０の方向へ伝播することが出来、且つ蛍光体層６１０における波長変換を
介して生成された光もまた、反射層６５０の方向へ伝播され得る。これらのバン
ドの波長の何れかを有する光は、反射層６５０によって反射されて光が最終的に
発光デバイス６００を出ることが出来る蛍光体層６１０へ再方向付けされる。
３０のアクティブ層６３２によって生成される光）と第２のバンドの波長を有す
る光（蛍光体層６１０によって波長変換を介して生成された光）を反射するよう
に構成される。換言すれば、アクティブ層６３２によって生成された光は、反射
層６５０の方向へ伝播することが出来、且つ蛍光体層６１０における波長変換を
介して生成された光もまた、反射層６５０の方向へ伝播され得る。これらのバン
ドの波長の何れかを有する光は、反射層６５０によって反射されて光が最終的に
発光デバイス６００を出ることが出来る蛍光体層６１０へ再方向付けされる。
【００４１】 図６に示されていないが、波長選択反射層は、デバイス層６３１と蛍光体層６
２０との間に配置され得る。このような波長選択反射層は、第１のバンドの波長
を有する光（即ち、アクティブ層６３２によって生成された光）が透過されるの
に対して、蛍光体層６２０で生成された第２のバンドの波長を有する光（即ち、
波長変換された光）が波長選択反射層と蛍光体層６２０との間の境界で反射され
るように構成され得る。
２０との間に配置され得る。このような波長選択反射層は、第１のバンドの波長
を有する光（即ち、アクティブ層６３２によって生成された光）が透過されるの
に対して、蛍光体層６２０で生成された第２のバンドの波長を有する光（即ち、
波長変換された光）が波長選択反射層と蛍光体層６２０との間の境界で反射され
るように構成され得る。
【００４２】 図６に示された反射層の概念はまた、例えば、図４に示された発光デバイス４
００のような本発明の他の実施の形態に適用可能である。このような実施の形態
において、反射層は、デバイス層４２０および基板４１０の間に加えられ得る。
このような実施の形態において、反射層は、アクティブ層４３４、４４４および
４５４で生成された光に対する波長並びに蛍光体層４３２、４４２および４５２
で生成された波長変換された光の全てを反射する。そのような他の方法では、こ
のような反射層は、例えば、アクティブ層で生成された紫外から青色の波長を支
配的に有する光を反射することが出来、且つ画素４５０に関連する青色、画素４
４０によって生成される緑色および画素４３０によって生成される赤色を支配的
に有する波長変換された光を反射し得る。同様に、波長選択反射層は、蛍光体層
４３２とデバイス層４３３との間に配置され得る。
００のような本発明の他の実施の形態に適用可能である。このような実施の形態
において、反射層は、デバイス層４２０および基板４１０の間に加えられ得る。
このような実施の形態において、反射層は、アクティブ層４３４、４４４および
４５４で生成された光に対する波長並びに蛍光体層４３２、４４２および４５２
で生成された波長変換された光の全てを反射する。そのような他の方法では、こ
のような反射層は、例えば、アクティブ層で生成された紫外から青色の波長を支
配的に有する光を反射することが出来、且つ画素４５０に関連する青色、画素４
４０によって生成される緑色および画素４３０によって生成される赤色を支配的
に有する波長変換された光を反射し得る。同様に、波長選択反射層は、蛍光体層
４３２とデバイス層４３３との間に配置され得る。
【００４３】 上述の発光デバイスの外部効率は、更に、デバイス層の平面に平行に近接する
（即ち、発光デバイスから外へ伝播する方向へ平行に近接する）方向に放出され
る光を収集することによって改良され得る。それらの有効屈折率は基板の有効屈
折率よりも高いため、アクティブ領域のＧａＮデバイス層は導波路を形成する。
デバイスの傾斜サイド壁（例えば、メサ状構造）は、放出表面（即ち、蛍光体層
の外部表面）の方向へ導波された放射を再方向付けでき、それによって、再び発
光デバイスの外部効率を略２倍にする。反射層とメサ状構造を組み込む上述の発
光デバイスは、可視スペクトルの全てに亘って２０から３０％ほど高いデバイス
の外部効率を達成することが潜在的に可能である。
（即ち、発光デバイスから外へ伝播する方向へ平行に近接する）方向に放出され
る光を収集することによって改良され得る。それらの有効屈折率は基板の有効屈
折率よりも高いため、アクティブ領域のＧａＮデバイス層は導波路を形成する。
デバイスの傾斜サイド壁（例えば、メサ状構造）は、放出表面（即ち、蛍光体層
の外部表面）の方向へ導波された放射を再方向付けでき、それによって、再び発
光デバイスの外部効率を略２倍にする。反射層とメサ状構造を組み込む上述の発
光デバイスは、可視スペクトルの全てに亘って２０から３０％ほど高いデバイス
の外部効率を達成することが潜在的に可能である。
【００４４】 図７は、本発明の実施の形態によるメサ構造を有する発光デバイスを示す。発
光デバイス７００は、コンタクト７１０、アクティブ領域７２０、コンタクト７
３０、基板７４０および蛍光体層７５０を含む。アクティブ領域７２０は、デバ
イス層７２１、アクティブ層７２２、およびデバイス層７２３を含む。基板７４
０は、第１のサイド７４１．第２のサイド７４２およびサイド壁７４３を含む。
また、図７に示すように、発光デバイス７００を介して伝播する光を示す一組の
光線は、光線７６０、７７０および７８０である。
光デバイス７００は、コンタクト７１０、アクティブ領域７２０、コンタクト７
３０、基板７４０および蛍光体層７５０を含む。アクティブ領域７２０は、デバ
イス層７２１、アクティブ層７２２、およびデバイス層７２３を含む。基板７４
０は、第１のサイド７４１．第２のサイド７４２およびサイド壁７４３を含む。
また、図７に示すように、発光デバイス７００を介して伝播する光を示す一組の
光線は、光線７６０、７７０および７８０である。
【００４５】 基板７４０は、メサ構造を形成する。より具体的には、基板７４０は、基板７
４０の第２のサイド７４２の表面に対して垂直ではない傾斜角度θを形成するサ
イド壁７４０を有する。換言すれば、基盤７４０の第１のサイド７４１が基板７
４０の第２のサイド７４２よりも小さな領域を有するので、基板７４０で形成さ
れるサイド壁７４３は傾斜面にある。
４０の第２のサイド７４２の表面に対して垂直ではない傾斜角度θを形成するサ
イド壁７４０を有する。換言すれば、基盤７４０の第１のサイド７４１が基板７
４０の第２のサイド７４２よりも小さな領域を有するので、基板７４０で形成さ
れるサイド壁７４３は傾斜面にある。
【００４６】 媒体は外部に配置され、基板７４０のサイド壁７４３と接触している。この外
部媒体は独自の屈折率を有し、７９０として図７にラベルされている。
部媒体は独自の屈折率を有し、７９０として図７にラベルされている。
【００４７】 サイド壁７４３に対して適切な特定の傾斜角度は、基板の屈折率と外部媒体７
９０の屈折率に依存する。より詳細には、基板７４０内で放出される光がスネル
の法則に従ってサイド壁７４３で相互に作用するので、外部媒体７９０の屈折率
と基板７４０の屈折率はファクタである。外部媒体７９０は、例えば、エポキシ
（例えば、１．４と１．６との間の屈折率を有する）、空気、真空、あるいは固
有の屈折率を有する他のタイプの媒体であり得る。基板７４０の屈折率は、例え
ば、１．７５と２．０の間であり得る。
９０の屈折率に依存する。より詳細には、基板７４０内で放出される光がスネル
の法則に従ってサイド壁７４３で相互に作用するので、外部媒体７９０の屈折率
と基板７４０の屈折率はファクタである。外部媒体７９０は、例えば、エポキシ
（例えば、１．４と１．６との間の屈折率を有する）、空気、真空、あるいは固
有の屈折率を有する他のタイプの媒体であり得る。基板７４０の屈折率は、例え
ば、１．７５と２．０の間であり得る。
【００４８】 基板７４０の特定の屈折率と外部媒体７９０の屈折率は、全内部反射によって
基板７４０内で伝播する光がどのように反射され得るかを定義可能である。以下
の関係は、最適傾斜角度： を定義可能であり、ここでｎ1は基板７４０の屈折率であり、ｎ2は外部媒体７９
０の屈折率である。
基板７４０内で伝播する光がどのように反射され得るかを定義可能である。以下
の関係は、最適傾斜角度： を定義可能であり、ここでｎ1は基板７４０の屈折率であり、ｎ2は外部媒体７９
０の屈折率である。
【００４９】 勿論、この関係は、ｎ2を発光デバイスの他の層の屈折率と等しくし、またｎ1 をその層の外側の媒体の屈折率と等しくすることによって、デバイスの他の層に
対して汎用化され得る。このように、丁度基板のサイド壁が傾斜され得るように
、デバイス層７２１、アクティブ層７２２、およびデバイス層７２３の対応する
サイド壁もまた傾斜され得る。層７２１、７２２および７２３に対するサイド壁
の傾斜角度は、基板７４０のサイド壁７４３の傾斜角度と同じでもよいし、異な
っていてもよい。換言すれば、第１のデバイス層、アクティブ層、第２のデバイ
ス層および／又は基板からの少なくとも一つのサイド壁は、より多くの光を放出
表面に向けるように傾斜され得る。
対して汎用化され得る。このように、丁度基板のサイド壁が傾斜され得るように
、デバイス層７２１、アクティブ層７２２、およびデバイス層７２３の対応する
サイド壁もまた傾斜され得る。層７２１、７２２および７２３に対するサイド壁
の傾斜角度は、基板７４０のサイド壁７４３の傾斜角度と同じでもよいし、異な
っていてもよい。換言すれば、第１のデバイス層、アクティブ層、第２のデバイ
ス層および／又は基板からの少なくとも一つのサイド壁は、より多くの光を放出
表面に向けるように傾斜され得る。
【００５０】 例として、外部媒体が１．４と１．７との間の屈折率を有するエポキシである
場合、基板は、約１．７５の屈折率を有するサファイアであり、アクティブ領域
の層は、約２．０の屈折率を有し、発光デバイスのサイド壁の傾斜角度θが約４
０度と６０度との間である。
場合、基板は、約１．７５の屈折率を有するサファイアであり、アクティブ領域
の層は、約２．０の屈折率を有し、発光デバイスのサイド壁の傾斜角度θが約４
０度と６０度との間である。
【００５１】 光線７７０と７８０のような、伝播の方向から変化する光線がサイド壁７４３
で全内部反射によって反射されることを可能とすることによって、より多くの光
線が蛍光体層７５０を介して発光デバイス７００から外へ伝播される。
で全内部反射によって反射されることを可能とすることによって、より多くの光
線が蛍光体層７５０を介して発光デバイス７００から外へ伝播される。
【００５２】 図８は、本発明に従って、各画素がメサ状構造を有する多数画素を有する発光
デバイスを示す。発光デバイス８００は、基板８１０、デバイス層８２０、およ
び画素８３０、８４０と８５０を含む。画素８３０は、コンタクト８３１、蛍光
体層８３２、デバイス層８３３、アクティブ層８３４およびコンタクト８３５を
含む。同様に、画素８４０は、コンタクト８４１、蛍光体層８４２、デバイス層
８４３、アクティブ層８４４およびコンタクト８４５を含む。同様に、画素８５
０は、コンタクト８５２、蛍光体層８５２、デバイス層８５３、アクティブ層８
５４、およびコンタクト８５５を含む。
デバイスを示す。発光デバイス８００は、基板８１０、デバイス層８２０、およ
び画素８３０、８４０と８５０を含む。画素８３０は、コンタクト８３１、蛍光
体層８３２、デバイス層８３３、アクティブ層８３４およびコンタクト８３５を
含む。同様に、画素８４０は、コンタクト８４１、蛍光体層８４２、デバイス層
８４３、アクティブ層８４４およびコンタクト８４５を含む。同様に、画素８５
０は、コンタクト８５２、蛍光体層８５２、デバイス層８５３、アクティブ層８
５４、およびコンタクト８５５を含む。
【００５３】 図７に示される発光デバイス７００を参照して議論されたメサ構造と同様に、
図８に示される発光デバイス８００の所与の画素又は複数の画素は、メサ構造を
有することが出来る。以下の議論は、画素８３０に関連するが、類似構造がまた
画素８４０と８５０、並びに発光デバイス８００に対する２次元画素アレイの任
意の他の画素（図示せず）に対して実施されることが出来る。
図８に示される発光デバイス８００の所与の画素又は複数の画素は、メサ構造を
有することが出来る。以下の議論は、画素８３０に関連するが、類似構造がまた
画素８４０と８５０、並びに発光デバイス８００に対する２次元画素アレイの任
意の他の画素（図示せず）に対して実施されることが出来る。
【００５４】 蛍光体８３２とアクティブ層８３４の間であってそれらに接触するように配置
されたデバイス層８３３は、アクティブ層８３４に隣接する第１のサイドと蛍光
体層８３２とサイド壁８３６に隣接する第２のサイドを有する。サイド壁８３６
の外側の媒体は、図８において、８６０とラベル付けされ、それ固有の屈折率を
有する。
されたデバイス層８３３は、アクティブ層８３４に隣接する第１のサイドと蛍光
体層８３２とサイド壁８３６に隣接する第２のサイドを有する。サイド壁８３６
の外側の媒体は、図８において、８６０とラベル付けされ、それ固有の屈折率を
有する。
【００５５】 サイド壁８３６は、角度(に傾斜され得る。この傾斜角度(は、９０度未満であ
るべきで、上述のように、(と外部媒体の屈折率とデバイス層８３３の屈折率と
の間の上述の関係に従って４０と６０度の間で変化してもよい。また、アクティ
ブ層８３４の類似のサイド壁とアクティブ層８３４に隣接するデバイス層８２０
の一部は、例えば、傾斜角度(のような角度に傾斜されてもよいことに留意すべ
きである。
るべきで、上述のように、(と外部媒体の屈折率とデバイス層８３３の屈折率と
の間の上述の関係に従って４０と６０度の間で変化してもよい。また、アクティ
ブ層８３４の類似のサイド壁とアクティブ層８３４に隣接するデバイス層８２０
の一部は、例えば、傾斜角度(のような角度に傾斜されてもよいことに留意すべ
きである。
【００５６】 勿論、本発明は、特定の構成を参照して記述されたが、他の構成も当業者には
自明であることが理解されるべきである。例えば、図は、横断面図で発光デバイ
スを示しているが、種々の構成が可能であり、デバイスの平面図が、例えば、矩
形、円形あるいは適切な任意の他の形状であってもよい。図面は、比例尺ではな
い方法で発光デバイスを示していることに留意すべきである。図面に示され且つ
ここで議論された発光デバイスは、層が直接的に一体配置された単一構造として
形成されてもよい。
自明であることが理解されるべきである。例えば、図は、横断面図で発光デバイ
スを示しているが、種々の構成が可能であり、デバイスの平面図が、例えば、矩
形、円形あるいは適切な任意の他の形状であってもよい。図面は、比例尺ではな
い方法で発光デバイスを示していることに留意すべきである。図面に示され且つ
ここで議論された発光デバイスは、層が直接的に一体配置された単一構造として
形成されてもよい。
【図１】 本発明の一実施の形態に従う発光デバイスを示す。
【図２】 本発明の他の実施の形態に従う発光デバイスを示す。
【図３】 本発明の一実施の形態に従う、発光デバイスの外部効率上限対蛍光体層の屈折
率を示すグラフである。
率を示すグラフである。
【図４】 本発明の一実施の形態に従う３色画素を有する発光デバイスの一部を示す。
【図５】 本発明の他の実施の形態に従う少なくとも一つの反射層を有する発光デバイス
を示す。
を示す。
【図６】 本発明の更に他の実施の形態に従う反射層を有する発光デバイスを示す。
【図７】 本発明の実施の形態に従うメサ構造を有する発光デバイスを示す。
【図８】 本発明の実施の形態に従う、各画素がメサ状構造を有する複数画素を有する発
光デバイスを示す。
光デバイスを示す。
１１０ コンタクト １２１ デバイス層 １２２ アクティブ層 １２３ デバイス層 １３０ 基板 １４０ 蛍光体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ ，ＺＷ (72)発明者 コノリー， ジョン， シー． アメリカ合衆国， ニュージャージー州， クラークスバーグ， ライト コート ５ (72)発明者 カーリセック， ロバート， エフ．， ジュニア アメリカ合衆国， ニュージャージー州， フレミングトン， リンデン コート 27 (72)発明者 ファーガソン， イアン， ティー． アメリカ合衆国， ニュージャージー州， プリンストン， ブリックハウス ロー ド 326 Ｆターム(参考） 5F041 AA11 CA05 CA34 CA46 CB11 CB25 CB36 FF01
Claims (10)
- 【請求項１】 アクティブ領域であって、前記アクティブ領域が第１のグル
ープの波長からの第１のバンドの波長を有する光を放出するように構成される、
アクティブ領域と； 前記アクティブ領域と外部媒体との間にあってその双方に接触するように配
される蛍光体層であって、前記蛍光体層は、前記アクティブ領域から放出される
光の前記第１のバンドの波長を第２のバンドの波長に変換するように構成され、
前記第２のバンドの波長の中心波長が前記第１のバンドの波長の中心波長よりも
大きい、蛍光体層と； 前記アクティブ領域に光学的に結合された反射層であって、前記アクティブ領
域が前記反射層と前記蛍光体層との間に配置され、前記反射層が少なくとも前記
第１のバンドの波長と前記第２のバンドの波長とを反射するように構成される、
反射層と、 を備える装置。 - 【請求項２】 前記アクティブ領域は、アクティブ層と第１のデバイス層と
第２のデバイス層と、を有し、 前記第１のデバイス層は、前記反射層と前記アクティブ領域の前記アクティブ
層との間にあってその双方に接触している、 請求項１の記載の装置。 - 【請求項３】 前記蛍光体層と前記アクティブ領域の前記第２のデバイス層
との間に配された基板と； 前記基板と前記蛍光体層との間にあってその双方に接触するように配置された
第２の反射層であって、前記第２の反射層は、前記アクティブ領域から透過され
た前記第１のバンドの波長を有する光を透過するように構成され、前記第２の反
射層は、前記蛍光体層から透過された第２のバンドの波長を有する光を反射する
ように構成される、第２の反射層と、 を更に備える、請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】 更に、基板を備え、 前記アクティブ領域は、アクティブ層と、第１のデバイス層と、第２のデバイ
ス層と、を有し、前記反射層は、前記基板と前記アクティブ領域の前記第１のデ
バイス層との間にあってその双方に接触する、 請求項１に記載の装置。 - 【請求項５】 第２のアクティブ領域であって、前記アクティブ領域は、前
記第１のバンドの波長を有する光を放出するように構成される、第２のアクティ
ブ領域と； 前記第２のアクティブ領域と前記外部媒体との間にあってその双方に接触する
ように配置された第２の蛍光体層であって、前記第２の蛍光体層は、前記第２の
アクティブ領域から放出された光の前記第１のバンドの波長を第３のバンドの波
長に変換するように構成され、前記第３のバンドの波長の中心波長が前記第１の
バンドの波長の中心波長よりも大きい、第２の蛍光体層と； 第３のアクティブ領域であって、前記第３のアクティブ領域は、アクティブ層
と第１のデバイス層と第２のデバイス層とを有し、前記第３のアクティブ領域の
前記第２のデバイス層は、前記反射層に隣接すると共にそれに接触するように配
置され、前記第３のアクティブ領域は、前記第１のバンドの波長を有する光を放
出するように構成される、第３のアクティブ領域と、 を更に備え、 前記反射層は、更に前記第２のアクティブ領域と前記第３のアクティブ領域と
に光学的に結合され、前記第２のアクティブ領域は前記反射層と前記第２の蛍光
体層との間に配置され、前記反射層は、前記第３のバンドの波長を反射するよう
に構成される、 請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】 アクティブ層と第１のデバイス層と第２のデバイス層とを有
するアクティブ領域であって、前記アクティブ領域の前記アクティブ層は、第１
のグループの波長からの第１のバンドの波長を有する光を放出するように構成さ
れる、アクティブ領域と； 蛍光体層であって、前記アクティブ領域の前記第１のデバイス層は、前記蛍光
体層と前記アクティブ領域の前記アクティブ層との間にあってその双方に接触す
るように配置され、前記蛍光体層は、前記アクティブ領域から放出された光の第
１のバンドの波長を第２のバンドの波長に変換するように構成され、前記第２の
バンドの波長の中心波長は前記第１のバンドの波長の中心波長よりも大きい、蛍
光体層と、を備え、 前記第１のデバイス層は、第１のサイド、第２のサイド、及び前記第１のサイ
ドと前記第２のサイドとの間のサイド壁を有し、前記第１のサイドは、第１のエ
リアを有すると共に前記アクティブ領域の前記アクティブ層に隣接し、前記第２
のサイドは、前記第１のエリアよりも大きな第２のエリアを有すると共に前記蛍
光体層に隣接し、 前記サイド壁は、前記第１のデバイス層の前記第２のサイドから傾斜された角
度に形成され、前記角度は、９０度未満である、 装置。 - 【請求項７】 前記角度は、約４０度と約６０度との間に実質的にある、請
求項６に記載の装置。 - 【請求項８】 前記基板は、第１の屈折率を有し、 前記基板の前記サイド壁は、第２の屈折率を有する外部媒体に隣接すると共に
接触し、 前記角度は、実質的に［９０度−ａｒｃｓｉｎ（前記第２の屈折率／前記第１
の屈折率）］未満である、請求項６に記載の装置。 - 【請求項９】 前記アクティブ領域の前記アクティブ層がサイド壁を有し、
前記サイド壁が前記第１のデバイス層の前記サイド壁の前記角度を有し、 前記アクティブ領域の前記第２のデバイス層がサイド壁を有し、前記サイド壁
が前記第１のデバイス層の前記サイド壁の前記角度を有する、 請求項６に記載の装置。 - 【請求項１０】 第２のアクティブ層と第３のデバイス層と第４のデバイス
層とを含む第２のアクティブ領域であって、前記第２のアクティブ領域の前記第
２のアクティブ層は、前記第１のバンドの波長を有する光を放出するように構成
される、第２のアクティブ領域と； 第２の蛍光体層であって、前記アクティブ領域の前記第３のデバイス層は、前
記第２の蛍光体層に接触するように配置され、前記蛍光体層は、前記第２のアク
ティブ領域から放出される光の前記第１のバンドの波長を第３のバンドの波長に
変換するように構成され、第１のバンドの波長の中心波長は、前記第１のバンド
の波長の中心波長よりも大きい、第２の蛍光体層と、 を更に備え、 前記第３のデバイス層は、第１のサイド、第２のサイド、及び前記第１のサイ
ドと前記第２のサイドとの間のサイド壁を有し、前記第３のデバイス層の前記第
１のサイドは、第１のエリアを有すると共に前記第２のアクティブ領域の前記第
２のアクティブ層に隣接しており、前記第３のデバイス層の前記第２のサイドは
、前記第３のデバイス層の前記第１のエリアよりも大きな第２のエリアを有する
と共の前記蛍光体層に隣接し、 前記第３のデバイス層の前記サイド壁は、前記第３のデバイス層の前記第２の
サイドから傾斜された第２の角度に形成され、前記第２の角度は、９０度未満で
ある、 請求項６に記載の装置。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10505698P | 1998-10-21 | 1998-10-21 | |
| US60/105,056 | 1998-10-21 | ||
| US09/420,905 US6366018B1 (en) | 1998-10-21 | 1999-10-20 | Apparatus for performing wavelength-conversion using phosphors with light emitting diodes |
| US09/420,905 | 1999-10-20 | ||
| PCT/US1999/024902 WO2000024024A1 (en) | 1998-10-21 | 1999-10-21 | Apparatus for performing wavelength-conversion using phosphors with light emitting diodes |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010120760A Division JP2010187028A (ja) | 1998-10-21 | 2010-05-26 | 発光ダイオードを有する蛍光体を用いての波長変換実行装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002528890A true JP2002528890A (ja) | 2002-09-03 |
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ID=26802207
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000577686A Pending JP2002528890A (ja) | 1998-10-21 | 1999-10-21 | 発光ダイオードを有する蛍光体を用いての波長変換実行装置 |
| JP2010120760A Pending JP2010187028A (ja) | 1998-10-21 | 2010-05-26 | 発光ダイオードを有する蛍光体を用いての波長変換実行装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2010120760A Pending JP2010187028A (ja) | 1998-10-21 | 2010-05-26 | 発光ダイオードを有する蛍光体を用いての波長変換実行装置 |
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|---|---|
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| CN (1) | CN1324494A (ja) |
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| IL (1) | IL142509A0 (ja) |
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| JP2009088299A (ja) * | 2007-09-29 | 2009-04-23 | Nichia Corp | 発光素子及びこれを備える発光装置 |
| JP2015056652A (ja) * | 2013-09-13 | 2015-03-23 | 株式会社東芝 | 窒化物半導体発光装置 |
| US9634200B2 (en) | 2015-01-20 | 2017-04-25 | Stanley Electric Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device |
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