JP2006245580A - 埋め込まれたフォトルミネセント材料を有するフォトニック結晶の層を備えている発光素子、およびこの素子を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＬＥＤ半導体ダイからの光抽出が増大された発光素子、および素子を製造する方法を提供する。
【解決手段】ＬＥＤダイ１０２の上側層１１６の屈折率と整合する屈折率を有するフォトニック結晶の層１１０を、ＬＥＤダイ１０２上に設ける。フォトニック結晶層１１０には、フォトルミネセント材料が周期的に分散されて埋め込まれている。
【選択図】図１
【解決手段】ＬＥＤダイ１０２の上側層１１６の屈折率と整合する屈折率を有するフォトニック結晶の層１１０を、ＬＥＤダイ１０２上に設ける。フォトニック結晶層１１０には、フォトルミネセント材料が周期的に分散されて埋め込まれている。
【選択図】図１
Description
本発明は、発光素子、特に光の波長を変換する材料を備えている発光素子に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、紫外線（ＵＶ）、可視線または赤外線（ＩＲ）の波長範囲で光を発することができる。これらのＬＥＤは、一般に、狭い発光スペクトル（約± １０ｎｍ）を有している。例えば、青色ＩｎＧａＮ ＬＥＤは、４７０ｎｍ±１０ｎｍの波長の光を生成することができる。また、緑色ＩｎＧａＮ ＬＥＤは、５１０ｎｍ±１０ｎｍの波長の光を生成できる。またさらに、赤色ＡｌＩｎＧａＰ ＬＥＤは、６３０ｎｍ±１０ｎｍの波長の光を生成する。
しかし、用途によっては、所望の色の光、例えば白色光を生成するために、より広い発光スペクトルを生成することのできるＬＥＤを使用することが望ましい場合がある。発光特性のバンド範囲が狭いという特性によって、上記の単色ＬＥＤは、そのままでは、広いスペクトルの色の光を生成するのに使用することができない。よって、広いスペクトルの色の光を生成するためには、単色ＬＥＤの出力光を、１つ以上の異なる波長の別の光と混合しなくてはならない。このことは、１つ以上の蛍光材料を単色ＬＥＤの封止材に導入し、元の波長の一部を蛍光作用によってより長い波長に変換することによって達成することができる。ここで、このようなＬＥＤは蛍光ＬＥＤと呼ばれる。元の光と変換された光との組合せによって、広いスペクトルの色の光が生成し、これを、蛍光ＬＥＤから出力光として発することができる。蛍光ＬＥＤを製造するための最もよく知られた蛍光材料は、リン、例えばガーネット系のリン、シリケート系のリン、オルトシリケート系のリン、硫化物系のリン、チオガレート系のリンおよび窒化物系のリンからなる蛍光粒子である。これらのリン粒子は、通常、蛍光ＬＥＤの封止材を形成するために使用される透明の材料と混合され、これにより、蛍光ＬＥＤの半導体ダイから発せられた元の光が、蛍光ＬＥＤの封止材内で変換され、所望の出力光が生成される。
従来の蛍光ＬＥＤにおける問題点は、半導体ダイから発生した光のうち著しく多量の光が、半導体ダイと蛍光封止材との間の境界で反射することによって損失し、これにより、ＬＥＤ光出力全体が低下してしまうことである。このダイ／封止材境界での反射の原因の１つとなっているのが境界での屈折率の不整合である。
上記の問題点に鑑み、光源、例えばＬＥＤ半導体ダイからの光抽出を増大させるような発光を可能にするような素子および方法が必要とされており、本発明の課題はそのような素子および方法を提供することである。
上記課題を解決した発光素子およびこの素子を製造するための方法においては、フォトルミネセント材料が埋め込まれたフォトニック結晶の層を光源上に使用する。このフォトニック結晶の層は、光源からの光抽出を増大させるために使用する。フォトルミネセント材料が埋め込まれたフォトニック結晶の層は、異なる種類の発光素子、例えばリードフレーム実装発光ダイオード（ＬＥＤ）および表面実装ＬＥＤにおいて、反射カップが設けられている場合にも設けられていない場合にも使用することができる。
本発明の実施態様による発光素子は、光源と、この光源上に配置されたフォトニック結晶の層と、このフォトニック結晶の層内に埋め込まれたフォトルミネセント材料とを備えている。
本発明の実施態様による発光素子の製造方法では、光源を設け、この光源上にフォトニック結晶の層を形成し、その場合、このフォトニック結晶の層内にフォトルミネセント材料を埋め込む。
本発明の別の態様および利点は、本発明の原理を例示的に示した添付の図面と関連させた以下の詳しい説明から明らかとなるであろう。
図１を参照して、本発明の一実施態様による、リードフレーム実装の発光ダイオード（ＬＥＤ）１００について説明する。ＬＥＤ１００は、ＬＥＤダイ１０２、リードフレーム１０４および１０６、ボンドワイヤ１０８、三次元（３−Ｄ）フォトニック結晶の層１１０、ならびに封止材１１２を備えている。以下に詳説するように、フォトニック結晶層１１０は、ＬＥＤダイ１０２からの光抽出を増大させるものであり、これにより、ＬＥＤ１００の光出力が増大する。
ＬＥＤダイ１０２は、特定のピーク波長の光を生成する半導体チップである。つまり、ＬＥＤダイ１０２はＬＥＤ１００の光源である。図１には、ＬＥＤダイを１つしか備えていないＬＥＤ１００を示しているが、ＬＥＤは、複数のＬＥＤダイを備えていることができる。ＬＥＤダイ１０２は、紫外線ＬＥＤダイであってもよいし、青色ＬＥＤダイであってもよい。例えば、ＬＥＤダイ１０２は、青色光を発するＧａＮ系のＬＥＤダイであってよい。ＬＥＤダイ１０２は、活性領域１１４および上側層１１６を有している。ＬＥＤダイ１０２を活性化すると、ＬＥＤダイの活性領域１１４で光が発生する。発生した光の大部分は、ＬＥＤダイの上側層１１６を通ってＬＥＤ１０２から出射する。例えば、ＬＥＤダイ１０２がＧａＮ系のＬＥＤダイである場合には、ＬＥＤの上側層１１６は、ｐ−ＧａＮとすることができる。ＬＥＤダイ１０２は、接着材料１１８を使用して、リードフレーム１０４の上側表面に取り付けられるもしくは実装され、さらに、ボンドワイヤ１０８を介して別のリードフレーム１０６に電気的に接続される。リードフレーム１０４および１０６は金属からなっていて、よって、導電性である。リードフレーム１０４および１０６によって、ＬＥＤダイ１０２を駆動するために必要な電力が供給される。
この態様では、リードフレーム１０４はその上側表面に、反射カップを形成する凹部１０２を有しており、この反射カップ内に、ＬＥＤダイ１０２が取り付けられる。ＬＥＤダイ１０２が、リードフレーム１０４上に実装されるので、リードフレーム１０４がＬＥＤダイのための実装構造となると考えることができる。反射カップ１２０の表面は反射性であり、これにより、ＬＥＤダイ１０２によって発生した光の一部は、リードフレーム１０４から離れる方向に反射して、有用な出力光としてＬＥＤ１００から出射する。
ＬＥＤダイ１０２は、封止材１１２内で封止されており、この封止材１１２は、ＬＥＤダイからの光の伝搬のための媒体となっている。封止材１１２は、主領域１２２および出力領域１２４を有している。この態様では、封止材１１２の出力領域１２４は、ドーム形状となっていて、レンズとして機能する。したがって、出力光としてＬＥＤ１００から発せられた光は、封止材１１２のドーム形状の出力領域１２４によって集束される。しかし、別の態様では、封止材１１２の出力領域１２４は、水平方向に平らになっていてもよい。封止材１１２は、光学的に透過性の物質からなっており、これにより、ＬＥＤダイ１０２からの光は、封止材を通って伝搬し、出力光として出力領域１２４から出射することができる。例えば、封止材１１２は、ポリマー（液体または半固体の前駆体材料、例えばモノマーから形成されている）、エポキシ、シリコン、ガラス、またはシリコンとエポキシとのハイブリッドからなっていてよい。
図１に示すように、３−Ｄフォトニック結晶の層１１０は、ＬＥＤダイ１０２の最上表面に配置されている。よって、フォトニック結晶層１１０は、ＬＥＤダイ１０２と封止材１２との間に配置されている。この態様では、フォトニック結晶１１０は、ＬＥＤダイ１０２の最上表面上で全体に延びていて、ＬＥＤダイの最上表面全体を覆っている。別の態様では、フォトニック結晶層１１０は、ＬＥＤダイ１０２の最上表面上で部分的に延びていてもよく、ＬＥＤダイの最上表面の一部のみを覆っていてもよい。さらに別の態様では、フォトニック結晶層１１０は、ＬＥＤダイ１０２の１つ以上の側面上で部分的にまたは全体に延びていることができる。以下により詳細に説明するが、フォトニック結晶層１１０は、ＬＥＤダイ１０２からの光を制限しかつ制御するように機能して、ＬＥＤダイからの光抽出を増大させる。さらに、フォトニック結晶層１１０は、ＬＥＤダイ１０２の上側層１１６に対し、屈折率を整合させる媒体としても働き、これによりＬＥＤダイからフォトニック結晶層１１０へより多くの光が透過することが可能となり、よって、さらに光抽出が増大する。
図２に示すような従来のＬＥＤでは、ＬＥＤダイ２０２と封止材２１２との間の境界２２での反射力は、ＬＥＤダイからの光抽出を減少させてしまう重要な要因である。ダイ／封止材の境界２２２での反射力は、透過光の円錐（escaping cone）２２４を規定する全反射（ＴＩＲ）の臨界角にある程度依存する。これは、ＬＥＤダイ２０２の活性領域内で発生した光が、より高い屈折率を有する材料、例えばＬＥＤダイ２０２の上側層２２８を、図２の光路２３０で示すようなＴＩＲの臨界角より大きな入射角では出ていかないからである。また、入射角がＴＩＲの臨界角に近づくにつれ、つまり、透過光の円錐２２４のエッジに近づくにつれて、反射力が上昇する。ダイ／封止材の境界２２２で反射した光は、ＬＥＤダイ２０２の１つまたは複数の内部層で吸収される傾向が大きいので、ダイ／封止材境界での反射力を低下させることにより、ＬＥＤダイからの光抽出は増大する。
ＬＥＤのダイ／封止材境界での反射力を低下させるためには、ＬＥＤダイと封止材との間に屈折率を整合させる境界層を配置する技術がある。この屈折率を整合させる境界層は、ＴＩＲの臨界角によって規定される、透過光の円錐内での反射率を低下させ、ＴＩＲの臨界角を増大させる。この技術は、以下に説明するように、３−Ｄフォトニック結晶の層１１０を備えているＬＥＤ１００で使用される。
ダイ／封止材境界での反射力を低下させる別の技術は、境界を粗面化することである。これにより、ＴＩＲの臨界角より大きな角度で粗い表面に近づく光に関して、特に微細な表面、ひいては透過光の円錐がシフトするので、このような光が逃げていく確率が増加する。この技術は、ＬＥＤダイ１０２の上側表面を粗面化することによって、ＬＥＤ１００で用いることができる。
ＬＥＤ１００においては、フォトニック結晶層１１０が、ＬＥＤダイ１０２と封止材１１２との間の屈折率整合境界層として機能し、ダイ／封止材境界での反射力を低下させ、これにより、ＬＥＤダイからの光抽出が増大する。よって、フォトニック結晶層１１０を備えているＬＥＤダイ１０２からは、フォトニック結晶層がない場合よりも多くの光が出射するであろう。理想的には、フォトニック結晶層１１０の屈折率は、ＬＥＤダイ１０２の屈折率と等しいことが望ましい。さらに具体的には、フォトニック結晶層１１０の屈折率は、ＬＥＤダイ１０２の上側層１１６の屈折率に等しいことが望ましく、それというのは、ＬＥＤダイの異なる複数の構造層が、通常は異なる屈折率を有しているからである。ＬＥＤダイからの光抽出を増大させるための別の態様では、フォトニック結晶層１１０の屈折率は、ＬＥＤダイ１０２の上側層１１６の屈折率よりも大きくてよい。つまり、フォトニック結晶層１１０の屈折率は、ＬＥＤの上側層１１６の屈折率に実質的に等しいかまたはＬＥＤの上側層１１６の屈折率より大きくてよい。しかし、ＬＥＤダイからの光抽出を増大させるために、このフォトニック結晶層１１０の屈折率が、封止材１１２の屈折率より大きく、ＬＥＤダイの上側層の屈折率より小さくなっていてよい。
３−Ｄフォトニック結晶の層１１０は、光学的な操作エレメントとしても機能し、ＬＥＤダイ１０２の上側表面に対して垂直なただ１つの方向に向かって、つまり封止材１１２の出力領域１２４の方向に向かって光を発する。三次元のフォトニック結晶は、フォトニックバンドギャップ特性を示す三次元の周期的な構造を有しており、この構造は、光を操作するために使用される。フォトニック結晶層１１０の光学的特性によって、より多くの光がＬＥＤダイ１０２から封止材１１２内へと、封止材１１２の出力領域１２４に向かって伝搬することが可能になり、これにより、より多くの光が、有用な光としてＬＥＤ１００から出射される。一態様では、フォトニック結晶層１１０の厚みは、約０．５〜１１０μｍであってよい。しかし、別の態様では、フォトニック結晶層１１０は、これとは異なる厚みを有していることもできる。
図３に、３−Ｄフォトニック結晶の層１１０の拡大図を示す。この図３に示すように、フォトニック結晶の層１１０は、層１１０全体にわたって周期的に分散されている空洞３３４を有する組織構造３３２を備えている。組織構造３３２は、絶縁体、半導体または金属からなっていてよい。例えば、組織構造３３２は、ＡｌＧａＰ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはＺｒＯ２の材料からなっていてよい。一態様では、組織構造３３２は、単分散コロイドからなる逆オパール構造を有している。この態様では、組織構造３３２中の空洞３３４は球形である。フォトニック結晶層１１０中の球形の空洞３３４の直径は、ナノメータの範囲にあってよい。しかし、それより小さくても大きくてもよい。フォトニック結晶層１１０の空洞３３４は、フォトルミネセント材料３３６を含む。フォトニック結晶層１１０中のこのフォトルミネセント材料３３６は、ＬＥＤダイ１０２によって発生した元の光の少なくとも一部を、多色光、例えば「白」色光を生成するために使用することのできる波長を有するより長い光に変換する。よって、ＬＥＤ１００から出射した出力光の色特性は、フォトニック結晶層１１０中に含まれるフォトルミネセント材料３３６によって制御することができる。
フォトニック結晶層１１０中のフォトルミネセント材料３３６は、１つ以上の種類の非量子的な非量子リン粒子、例えばガーネット系のリン、シリケート系のリン、オルトシリケート系のリン、チオガレート系のリン、硫化物系のリンまたは窒化物系のリンを含んでいてよい。例えば、非量子リン粒子は、ＹＡＧ、ＴＡＧ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳｅＳ、ＣａＳ、ＳｒＧａ２Ｓ４、ＢａＧａ４Ｓ７またはＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７からなっていてよい。別の態様では、フォトニック結晶層１１０中のフォトルミネセント材料３３６は、１つ以上の種類の量子ドットを含んでいてよい。量子ドットは、半導体ナノ結晶としても知られ、電子および孔を閉じ込める人工的に製造された素子である。量子ドットの典型的な寸法は、ナノメータから数ミクロンまでである。量子ドットは、フォトルミネセント特性を有しており、リン粒子と同様に、光を吸収して異なる波長の光を再び発する。しかし、量子ドットから出射される光の特性は量子ドットの寸法および量子ドットの化学組成に依存し、非量子リン粒子の場合には、光特性が単に化学組成のみに依存するのとは異なる。例えば、量子ドットは、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＰｏ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＰｏ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅおよびＣｄ（Ｓ１−ｘＳｅｘ）からなっていてよいし、またはＢａＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、ＰｂＺｒｚＴｉ１−ｚＯ３、ＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＬａＭｎＯ３、ＣａＭｎＯ３、Ｌａ１−ｘＣａｘＭｎＯ３を含むの金属酸化物の群の１つからなっていてよい。一態様では、図４に示すように、フォトニック結晶層１１０中のフォトルミネセント材料３３６は量子ドット４３８を有しており、この量子ドット４３８は、フォトニック結晶層１１０中の組織構造３３２の屈折率に実質的に整合する屈折率を有するコーティング材料４４０で覆われている。例えば、コーティング材料４４０は、チタニア（ＴｉＯ２）であってよい。フォトルミネセント材料３３６が、非量子リン粒子を含んでいる場合にも、リン粒子が、フォトニック結晶層１１０中の組織構造３３２の屈折率に実質的に整合する屈折率を有しているコーティング材料で覆われていてよい。別の態様では、フォトニック結晶層１１０中のフォトルミネセント材料３３６は、レーザ色素、無機色素または有機色素を含んでいてよい。一態様では、フォトルミネセント材料３３６は、１つ以上の種類の非量子リン粒子、１つ以上の種類の量子ドット、１つ以上の種類の色素（例えばレーザ色素、無機および有機色素）のあらゆる組合せを含む。
次に、本発明の実施態様によるＬＥＤ１００の製造方法を、図１、５Ａ、５Ｂおよび５Ｃを参照して説明する。図５Ａに示すように、ＬＥＤダイ１０２はまず、接着材料１１８を使用して実装構造、つまりリードフレーム１０４に取り付けられる。次に、図５Ｂに示すように、３−Ｄフォトニック結晶層の層１１０をＬＥＤダイ１０２上に形成する。
フォトニック結晶層１１０をＬＥＤダイ１０２上に形成することは、単分散コロイドをビルディングブロック（基本要素）として使用することを含む。例えば、コロイドは、シリカもしくはポリマーコロイド球であってよく、これらは現在、広い範囲の寸法で、しかも狭い粒度分布のものが入手可能である。コロイドは、例えば、単分散コロイドの懸濁液の遠心操作、制御された乾燥もしくは閉じ込めのような自己集合技術を使用して人工オパールを形成するために使用される。人工オパールは、図３に示すような周期的に空洞３３４が分散しているフォトニック結晶層１１０の組織構造３３２を生成するための鋳型として使用される。
人工オパールの形成後、人工オパールに、ナノサイズの結晶、または絶縁体、半導体もしくは金属の前駆体を湿潤させて、フォトニック結晶層１１０の組織構造３３２を生成する。次に人工オパールに対し熱的または化学的な選択除去を行い、組織構造３３２内に周期的に分配されている空洞３３４を形成する。さらに、組織構造３３２内の空洞３３４をフォトルミネセント材料３３６で充填し、これにより、組織構造３３２中に空洞３３４が周期的に分散した構造を得る。この構造組織３３２中の空洞３３４を、フォトルミネセント材料３３６で充填し、フォトニック結晶層１１０内に埋設されたフォトルミネセント材料が得られる。
フォトニック結晶層１１０をＬＥＤダイ１０２上に形成した後、図５Ｃに示すように、ボンドワイヤ１０８をＬＥＤダイ１０２およびリードフレーム１０６に取り付け、ＬＥＤダイとリードフレーム１０６とを電気的に接続する。次に封止材１１２を、ＬＥＤダイ１０２上に形成し、これにより、図１に示すような完成したＬＥＤ１００が得られる。
図６に、本発明の別の態様によるリードフレーム実装ＬＥＤ６００を示す。図６の構成要素を表すために、同じ要素については、図１で使用した参照符号と同じ符号を用いる。この態様では、ＬＥＤ６００は、実装構造、つまり反射カップを有していないリードフレーム６０４を備えている。よって、ＬＥＤダイ１０２が取り付けられているリードフレーム６０４の上側表面は、実質的に平らである。図６に示す態様では、３−Ｄフォトニック結晶の層１１０は、ＬＥＤダイの最上表面上で全体に延びている。しかし、別の態様では、フォトニック結晶層１１０は、ＬＥＤダイ１０２の最上表面上で部分的に延びていて、ＬＥＤダイの最上表面の一部のみを覆っていてよい。さらに別の態様では、フォトニック結晶層１１０は、ＬＥＤダイ１０２の１つ以上の側面に部分的にまたは全体的に延びていてよい。
図７に、本発明の一態様による表面実装ＬＥＤ７００を示す。ＬＥＤ７００は、ＬＥＤダイ７０２、リードフレーム７０４および７０６、ボンドワイヤ７０８、３−Ｄフォトニック結晶の層７１０および封止材７１２を含む。ＬＥＤダイ７０２は、接着材料７１８を使用してリードフレーム７０４に取り付けられている。ボンドワイヤ７０８は、ＬＥＤダイ７０２およびリードフレーム７０６に接続されており、これにより、電気的接続が形成されている。ＬＥＤ７００は、さらに、ポリ（ｐ−フェニレンアセチレン）（ＰＰＡ）のハウジングまたは印刷回路基板７４２上に形成された反射カップ７２０を有している。封止材７１２は、反射カップ７２０内に配置されている。図７に示す態様では、３−Ｄフォトニック結晶の層７１０は、ＬＥＤダイ７０２の最上表面上で全体に延びている。しかし、別の態様では、フォトニック結晶層７１０は、ＬＥＤダイ７０２の最上表面で部分的に延びていて、ＬＥＤダイの最上表面の一部のみを覆っていてよい。さらに別の態様では、フォトニック結晶層７１０は、ＬＥＤダイ７０２の１つ以上の側面で部分的にまたは全体に延びていてよい。
図８に、本発明の別の態様による表面実装ＬＥＤ８００を示す。同じ構成要素であれば、図８においても、図７で使用されている同じ参照符号を使用する。この態様では、ＬＥＤ８００は反射カップを有していない。よって、ＬＥＤダイ７０２が取り付けられているリードフレーム７０４は、実質的に平らである。図８に示す態様では、３−Ｄフォトニック結晶の層７１０は、ＬＥＤダイ７０２の最上表面上で全体に延びている。しかし、別の態様では、フォトニック結晶層７１０の最上表面上で部分的に延びていてよく、ＬＥＤダイの最上表面の一部のみを覆っている。さらに別の態様では、フォトニック結晶層７１０は、ＬＥＤダイ７０２の１つ以上の側面に部分的にもしくは全体的にわたり延びていてよい。
以上、ＬＥＤとして本発明の異なる実施態様を説明したが、本発明によれば別の種類の発光素子、例えば半導体レーザ素子も可能である。実際、本発明は、１つ以上の光源に使用されるあらゆる発光素子に適用することができる。
発光素子、例えばＬＥＤの本発明の実施態様による製造方法を、図９のフローチャートに基づき説明する。ブロック９０２において、光源を設ける。例えば、光源はＬＥＤダイであってよい。次にブロック９０４において、フォトニック結晶の層を光源上に形成するが、この形成は、フォトニック結晶層内にフォトルミネセント材料を埋め込むことを含む。一態様では、フォトルミネセント材料は、フォトニック結晶層の周期的に分散された空洞内に埋め込まれるが、これは、単分散コロイド球を使用して行われる。次に、ブロック９０６において、封止材をフォトニック結晶層上に形成し、光源を封止して発光素子を形成する。
本発明の特定の態様を説明し例示したが、本発明は、ここに説明し例示した特定の形態または構成に限定されることはない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびこれと同等のものによって規定されるべきである。
以下に本発明の好ましい実施態様を示す。
１．光源と、前記光源上に配置されているフォトニック結晶の層と、前記フォトニック結晶層内に埋設されているフォトルミネセント材料とを備えている発光素子。
２．前記フォトニック結晶層が、周期的に分散された空洞を有する組織構造を含み、前記フォトルミネセント材料が、前記周期的に分散された空洞内に配置されている、上項１に記載の素子。
３．前記周期的に分散された空洞が球形状である、上項２に記載の素子。
４．前記フォトニック結晶の層が、前記光源の上側層の屈折率に実質的に等しいかまたはそれより大きい屈折率を有している、上項２に記載の素子。
５．前記フォトルミネセント材料が、量子ドットの少なくとも１つの種類および非量子リン粒子の少なくとも１つの種類を含む、上項２に記載の素子。
６．前記量子ドットおよび前記非量子リン粒子の少なくとも一部が、前記組織構造の屈折率に実質的に整合する屈折率を有するコーティング材料で被覆されている、上項５に記載の素子。
７．前記コーティング材料がチタニアを含む、上項６に記載の素子。
８．前記フォトルミネセント材料が、レーザ色素、有機色素および無機色素のうち１つを含む、上項２に記載の素子。
９．前記フォトニック結晶の層が、絶縁体、半導体および金属からなる群から選択される材料からなる、上項２に記載の素子。
１０．前記光源が発光ダイオードダイである、上項１に記載の素子。
１１．発光素子を製造する方法であって、光源を設け、前記光源上にフォトニック結晶の層を形成し、この形成が、該フォトニック結晶の層内にフォトルミネセント材料を埋め込むことを含む、方法。
１２．前記フォトニック結晶の層を形成することが、周期的に分散された空洞を有する組織構造を形成することを含み、該周期的に分散された空洞に、前記フォトルミネセント材料を埋め込む、上項１１に記載の方法。
１３．前記組織構造を形成することが、前記光源の上側層の屈折率に実質的に等しいかまたはこれより大きい屈折率を有する材料が設けられている前記周期的に分散された空洞を有する組織構造を形成することを含む、上項１２に記載の方法。
１４．前記組織構造を形成することが、コロイド球を使用して前記周期的に分散された空洞を形成することを含む、上項１２に記載の方法。
１５．前記フォトニック結晶の層が、絶縁体、半導体および金属からなる群から選択される材料からなる、上項１２に記載の素子。
１６．前記フォトルミネセント材料を埋め込むことが、量子ドットの少なくとも１つの種類および非量子リン粒子の少なくとも１つの種類を、前記フォトニック結晶層内に埋め込むことを含む、上項１１に記載の方法。
１７．前記量子ドットおよび前記非量子リン粒子のの少なくとも一部が、前記組織構造の屈折率に実質的に整合する屈折率を有するコーティング材料で覆われている、上項１６に記載の方法。
１８．前記コーティング材料がチタニアを含む、上項１７に記載の方法。
１９．発光半導体ダイと、該発光半導体ダイ上に設けられているフォトニック結晶の層であって、三次元の該フォトニック結晶が、周期的に分散された空洞を有していて、該フォトニック結晶の層が、前記発光半導体ダイの上側層の屈折率と実施的に等しいかまたはそれより大きい屈折率を有しているフォトニック結晶の層と、該フォトニック結晶の層の前記分散された空洞内にあるフォトルミネセント材料とを備えている、発光素子。
２０．前記フォトルミネセント材料が、量子ドットの少なくとも１つの種類および非量子リン粒子の少なくとも１つの種類を含んでおり、前記量子ドットおよび前記非量子リン粒子の少なくとも一部が、前記組織構造の屈折率に実質的に整合する屈折率を有するコーティング材料で覆われている、上項１９に記載の素子。
１．光源と、前記光源上に配置されているフォトニック結晶の層と、前記フォトニック結晶層内に埋設されているフォトルミネセント材料とを備えている発光素子。
２．前記フォトニック結晶層が、周期的に分散された空洞を有する組織構造を含み、前記フォトルミネセント材料が、前記周期的に分散された空洞内に配置されている、上項１に記載の素子。
３．前記周期的に分散された空洞が球形状である、上項２に記載の素子。
４．前記フォトニック結晶の層が、前記光源の上側層の屈折率に実質的に等しいかまたはそれより大きい屈折率を有している、上項２に記載の素子。
５．前記フォトルミネセント材料が、量子ドットの少なくとも１つの種類および非量子リン粒子の少なくとも１つの種類を含む、上項２に記載の素子。
６．前記量子ドットおよび前記非量子リン粒子の少なくとも一部が、前記組織構造の屈折率に実質的に整合する屈折率を有するコーティング材料で被覆されている、上項５に記載の素子。
７．前記コーティング材料がチタニアを含む、上項６に記載の素子。
８．前記フォトルミネセント材料が、レーザ色素、有機色素および無機色素のうち１つを含む、上項２に記載の素子。
９．前記フォトニック結晶の層が、絶縁体、半導体および金属からなる群から選択される材料からなる、上項２に記載の素子。
１０．前記光源が発光ダイオードダイである、上項１に記載の素子。
１１．発光素子を製造する方法であって、光源を設け、前記光源上にフォトニック結晶の層を形成し、この形成が、該フォトニック結晶の層内にフォトルミネセント材料を埋め込むことを含む、方法。
１２．前記フォトニック結晶の層を形成することが、周期的に分散された空洞を有する組織構造を形成することを含み、該周期的に分散された空洞に、前記フォトルミネセント材料を埋め込む、上項１１に記載の方法。
１３．前記組織構造を形成することが、前記光源の上側層の屈折率に実質的に等しいかまたはこれより大きい屈折率を有する材料が設けられている前記周期的に分散された空洞を有する組織構造を形成することを含む、上項１２に記載の方法。
１４．前記組織構造を形成することが、コロイド球を使用して前記周期的に分散された空洞を形成することを含む、上項１２に記載の方法。
１５．前記フォトニック結晶の層が、絶縁体、半導体および金属からなる群から選択される材料からなる、上項１２に記載の素子。
１６．前記フォトルミネセント材料を埋め込むことが、量子ドットの少なくとも１つの種類および非量子リン粒子の少なくとも１つの種類を、前記フォトニック結晶層内に埋め込むことを含む、上項１１に記載の方法。
１７．前記量子ドットおよび前記非量子リン粒子のの少なくとも一部が、前記組織構造の屈折率に実質的に整合する屈折率を有するコーティング材料で覆われている、上項１６に記載の方法。
１８．前記コーティング材料がチタニアを含む、上項１７に記載の方法。
１９．発光半導体ダイと、該発光半導体ダイ上に設けられているフォトニック結晶の層であって、三次元の該フォトニック結晶が、周期的に分散された空洞を有していて、該フォトニック結晶の層が、前記発光半導体ダイの上側層の屈折率と実施的に等しいかまたはそれより大きい屈折率を有しているフォトニック結晶の層と、該フォトニック結晶の層の前記分散された空洞内にあるフォトルミネセント材料とを備えている、発光素子。
２０．前記フォトルミネセント材料が、量子ドットの少なくとも１つの種類および非量子リン粒子の少なくとも１つの種類を含んでおり、前記量子ドットおよび前記非量子リン粒子の少なくとも一部が、前記組織構造の屈折率に実質的に整合する屈折率を有するコーティング材料で覆われている、上項１９に記載の素子。
１０２ 光源
１１６ 光源の上側層
１１０ フォトニック結晶層
３３２ フォトニック結晶層の組織構造
３３４ 空洞
３３６ フォトルミネセント材料
４３８ 量子ドット
４４０ コーティング材料
１１６ 光源の上側層
１１０ フォトニック結晶層
３３２ フォトニック結晶層の組織構造
３３４ 空洞
３３６ フォトルミネセント材料
４３８ 量子ドット
４４０ コーティング材料
Claims (10)
- 光源（１０２）と、
前記光源上に配置されているフォトニック結晶の層（１１０）と、
前記フォトニック結晶層内に埋設されているフォトルミネセント材料（３３６）と
を備えている発光素子。 - 前記フォトニック結晶層（１１０）が、周期的に分散された空洞（３３４）を有する組織構造（３３２）を含み、前記フォトルミネセント材料（３３６）が、前記周期的に分散された空洞（３３４）内に配置されている、請求項１に記載の素子。
- 前記フォトニック結晶の層（１１０）が、前記光源（１０２）の上側層（１１６）の屈折率に実質的に等しいかまたはそれより大きい屈折率を有している、請求項２に記載の素子。
- 前記フォトルミネセント材料（３３６）が、量子ドット（４３８）の少なくとも１つの種類および非量子リン粒子の少なくとも１つの種類を含む、請求項２または３に記載の素子。
- 前記量子ドット（４３８）および前記非量子リン粒子の少なくとも一部が、前記組織構造（３３２）の屈折率に実質的に整合する屈折率を有するコーティング材料（４４０）で被覆されている、請求項４に記載の素子。
- 発光素子を製造する方法であって、
光源（１０２）を設け（９０２）、
前記光源上にフォトニック結晶の層（１１０）を形成し（９０４）、この形成が、該フォトニック結晶の層内にフォトルミネセント材料（３３６）を埋め込むことを含む、方法。 - 前記フォトニック結晶の層（１１０）を形成すること（９０４）が、周期的に分散された空洞（３３４）を有する組織構造（３３２）を形成することを含み、該周期的に分散された空洞に、前記フォトルミネセント材料（３３６）を埋め込む、請求項６に記載の方法。
- 前記組織構造（３３２）を形成することが、前記光源（１０２）の上側層（１１６）の屈折率に実質的に等しいかまたはこれより大きい屈折率を有する材料が設けられている前記周期的に分散された空洞（３３４）を有する組織構造を形成することを含む、請求項７に記載の方法。
- 前記フォトルミネセント材料（３３６）を埋め込むことが、量子ドット（４３８）の少なくとも１つの種類および非量子リン粒子の少なくとも１つの種類を、前記フォトニック結晶層（１１０）内に埋め込むことを含む、請求項６から８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記量子ドット（４３８）および前記非量子リン粒子の少なくとも一部が、前記組織構造の屈折率に実質的に整合する屈折率を有するコーティング材料（４４０）で覆われている、前記７または８に記載の方法。
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