JP2007273989A

JP2007273989A - 白色発光素子

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Publication number: JP2007273989A
Application number: JP2007086691A
Authority: JP
Inventors: Bum Joon Kim; ジュンキム、ブン; Hyun Gyu Shin; ギュシン、ヒュン
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2007-10-18
Also published as: KR100723233B1; JP5294223B2; JP2011166182A; US20070228931A1

Abstract

【課題】カラーバランス調節が容易な高品質の白色発光素子を提供する。
【解決手段】本発明による白色発光素子は、基板と、上記基板上に順次形成されたｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を有して第１放出光を出す発光構造物と、上記第１放出光の一部を吸収して他の波長の第２放出光に変換させるよう配置された波長変換用薄膜パターンとを含み、上記波長変換用薄膜パターンは第１放出光を選択的に通過させるオープン領域を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、白色発光素子に関するものであって、より詳しくは、波長変換用薄膜パターンを使用して高品質の白色光を出す白色発光素子に関する。

白色ＬＥＤ装置は、バックライトユニット（ｂａｃｋｌｉｇｈｔｕｎｉｔ）、ディスプレー、信号灯などから一般照明に至るまで幅広く使われている。特に、液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックライト用光源として使用し、小型でありつつ消費電力の少ない白色ＬＥＤ装置の需要が増加しつつある。

従来の代表的な白色ＬＥＤ装置は、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合せることにより具現されることが出来る。青色ＬＥＤから放出された青色光は、上記黄色蛍光体を励起させることによって黄色光を放出させる。青色光と黄色光との混色は、観察者には白色光として認識される。これは、最も広く使われる構造であって、黄色蛍光体の効率が９０％に上るほど高く青色ＬＥＤの効率も高いため、高輝度の製品を製作するに有利で製造工程が容易である。ところが、各々の製品から同一色を得ることが困難で、周辺温度によって色変換が生じるという短所がある。

また、白色ＬＥＤ装置は、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤを組み合することによって具現されることが出来る。これは、蛍光体の変換損失を除去することができ、高い色再現性が得られるが、費用が高く素子製作が困難であると共に、一つのチップの破損により白色の具現が困難という短所がある。

また、紫外線（ＵＶ）ＬＥＤと赤色／緑色／青色蛍光体とを組み合せて白色発光装置を具現することが出来る。このような白色発光装置は製作は容易であるものの、赤色蛍光体の効率が現在４０％を超えていないため色再現性が衰え高輝度を得るには限界がある。

他に、ＬＥＤと蛍光体薄膜とを組み合せて白色発光装置を具現することが出来る。例えば、青色ＬＥＤと黄色蛍光体薄膜とを組み合せる場合である。ＲｅｉｇｎａＢ．Ｍｕｅｌｌｅ−Ｍａｃｈ他の特許文献１は、ＬＥＤにより放出された１次光を変換させる蛍光体薄膜を有する蛍光体変換型ＬＥＤ（ｐｈｏｓｐｈｏｒ−ｃｏｎｖｅｒｔｅｄＬＥＤ）を開示している。この場合、蛍光体を含むモールド樹脂がなくとも白色光を具現することができ、小型化が可能で製作が容易である。しかし、薄膜の光転換効率を考慮しつつ厚さを調節して白色光を合わせるべきであるため、同一色の製作が比較的難しく色組合を合わせることが容易でない。

図１は、蛍光体薄膜を使用した従来の白色発光素子１０を図示した図面である。白色発光素子１０は、基板１１上に形成された発光構造物１２と、その上に蒸着された蛍光体薄膜１３とを含む。動作時に発光構造物１２は青色光を放出し、黄色蛍光体薄膜１３はこの青色光の一部を吸収して黄色光に変換させ放出する。蛍光体薄膜１３を透過した青色光は、蛍光体薄膜１３により放出された黄色光と結合して白色光Ｗを作ることになる。

このような白色発光素子１０では、薄膜の光転換効率を考慮しつつ蛍光体薄膜の厚さを調節して白色光を合わせるべきであるため、色組合またはカラーバランスを合わせることが困難で、同一色の製作が容易でない。また、蛍光体薄膜内での厚さのバラツキにより不均一な特性の白色光が表れやすい。

米国特許第６６９６７０３号

本発明は、上記の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、カラーバランス（ｃｏｌｏｒｂａｌａｎｃｅ）の調節が容易で、均一な発光特性を得ることができ、小型化に適した高品質の白色発光装置を提供することにある。

上述の技術的課題を達成すべく、本発明による白色発光素子は、基板と、上記基板上に順次形成されたｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を有し第１放出光を出す発光構造物と、上記第１放出光の一部を吸収して他の波長の第２放出光に変換させるよう配置された波長変換用薄膜パターンとを含み、上記波長変換用薄膜パターンは、第１放出光を選択的に通過させるオープン領域を形成する。上記第１放出光と第２放出光とが結合して白色光を出すことが出来る。

本発明の一実施形態によると、上記波長変換用薄膜パターンは、上記ｐ型半導体層の上面に形成されることが出来る。

本発明の他の実施形態によると、上記波長変換用薄膜パターンは、上記基板の下面に形成されることが出来る。

本発明のまた異なる実施形態によると、上記波長変換用薄膜パターンは、上記発光構造物と基板との間に形成されることが出来る。

本発明によると、上記波長変換用薄膜パターンは、上記第１放出光の波長を変換できる蛍光体、金属シリケート、酸化物、または半導体であることが出来る。例えば、上記蛍光体は、ＹＡＧ：ＣｅまたはＴＡＧ：Ｃｅであることができ、上記半導体はＡｌＧａＩｎＰまたはＺｎＳｅであることが出来る。また、上記金属シリケートは、ユーロピウム−シリケートであることが出来る。上記ユーロピウム−シリケートは、Ｅｕ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ（０＜ｘ＜３０、０＜ｙ＜３０、０＜ｚ＜３０）の組成式を有する。

好ましくは、上記波長変換用薄膜パターンは、この薄膜に入射した第１放出光を９０％以上吸収できるような厚さを有する。上記波長変換用薄膜パターンがユーロピウム−シリケートからなる場合、上記波長変換用薄膜パターンはその厚さが１乃至３μｍであることが出来る。上記波長変換用薄膜パターンは同一物質で構成される。

好ましくは、上記ｐ型半導体、活性層及びｎ型半導体は、窒化物半導体からなることが出来る。また上記基板は、サファイア、ＳｉＣまたはＧａＮ基板であることが出来る。

本発明の好ましい一実施形態によると、上記第１放出光は青色光で、上記第２放出光は緑色から赤色に至る波長帯の光、または黄色光である。

また、本発明の好ましい他の実施形態によると、上記第１放出光は、青色から緑色に至る波長帯の光で、上記第２放出光は赤色光である。

本発明の好ましい一実施形態によると、上記基板と反対側の上記発光構造物の上面方向から白色光が放出されることが出来る。

また、本発明の好ましい他の実施形態によると、上記発光構造物と反対側の上記基板の下面方向から白色光が放出されることが出来る。

本明細書において、「窒化物半導体」とは、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ（_１−_ｘ−_ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表現される２成分系（ｂｉａｎａｒｙ）、３成分系（ｔｅｒｎａｒｙ）または４成分系（ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ）化合物半導体を意味する。

本発明によると、波長変換用薄膜パターンを使用することにより、カラーバランスを容易に調節することができ、色組合を合わせるに有利である。また、パッケージのない単一チップのみで白色光を作ることができ、従来の発光素子に比べて大きさを小さくすることができ、製作工程が単純で製造費用が少ない。波長変換用薄膜パターンの大きさを調節することができるため、同一色を発する高品質の白色発光を得ることが出来る。

以下、添付の図面を参照に本発明の実施形態を詳しく説明する。しかし、本発明の実施形態は、様々な形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限られるのではない。本発明の実施形態は、当業界において平均的な知識を有している者に本発明をより完全に説明するため提供される。従って、図面において要素の形状及び大きさ等はより明確な説明のために誇張されることができ、図面上の同一符号で表示される要素は同一要素である。

本発明において用いられる波長変換用薄膜パターン物質としては、波長を変換させる蛍光体、金属シリケート、酸化物、半導体などがある。図２は、本発明の実施形態による波長変換用薄膜パターンに使用できるユーロピウム−シリケートの発光スペクトラムを示したグラフである。詳しくは、Ｅｕ_２Ｏ_３及びＳｉターゲットを使用して蒸着した後、Ｎ_２雰囲気で１０００℃で熱処理したユーロピウム−シリケートの発光スペクトラムを示したグラフである。このユーロピウム−シリケートは、シリケート内にユーロピウムがドーピングされた物質であって、Ｅｕ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ（０＜ｘ＜３０、０＜ｙ＜３０、０＜ｚ＜３０）の組成式を有する。

この発光スペクトラムは、青色乃至紫外線を励起光として使用して得た発光スペクトラムである。図２に図示された通り、上記ユーロピウム−シリケートは、緑色乃至赤色波長帯の光を出し、約５７０ｎｍの黄色波長において最大の強度を表す。従って、このユーロピウム−シリケートは、青色光を吸収して緑色乃至赤色波長帯の光を出したり、黄色光を出す蛍光体（または波長変換物質）として容易に使用されることが出来る。

図３の（ａ）及び図３の（ｂ）は、各々本発明の一実施形態による白色発光素子の概略的な断面図及び上部平面図である。図３の（ａ）及び図３の（ｂ）を参照すると、白色発光素子１００は、基板１０１上に形成された発光構造物１５０を含む。発光構造物１５０は、ｎ型半導体層１０２、活性層１０３、ｐ型半導体層１０４を備える。上記発光構造物１５０は、ｎ型半導体層１０２の一部領域が露出されたメサ構造を有する。ｎ型半導体１０２の一部露出された領域上にはｎ側電極１０５が形成され、ｐ型半導体層１０４上にはｐ側電極１０６が形成されている。ｐ型半導体層１０４上には、波長変換用薄膜パターン（即ち、パターニングされた波長変換用薄膜１０７）が形成されている。上記波長変換用薄膜パターン１０７は、ｐ型半導体層１０４を選択的に露出させるよう形成されている。この素子１００の白色光（出力光）は、基板１０１と反対側の発光構造物１５０の上面方向から出力される。即ち上記ｐ型半導体層１０４の上面が光出射面となる。

上記基板１０１としては、透明なサファイア基板、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＧａＮ基板などが使用されることが出来る。サファイア基板は、比較的低価で、高温で安定しているため、青色または緑色発光素子用の基板として多く使用される。

上記発光構造物１５０は、窒化物半導体物質からなることが出来る。窒化物半導体の発光構造物１５０は、例えば有機金属気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ、ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、分子ビーム成長法（ＭＢＥ、ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）またはハイドライド気相蒸着法（ＨＶＰＥ、ＨｙｄｒｉｄｅＶａｐｏｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）のような蒸着工程を使用して形成されることが出来る。

上記活性層１０３は、電子−正孔の再結合により光を発光する層であって、単一または多重量子井戸構造を有することが好ましい。例えば、活性層１０３は、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、またはＧａＮなどの窒化物半導体層で構成される。上記活性層１０３からは、第１放出光の青色光Ｂを発生する。

上記波長変換用薄膜パターン１０７は、第１放出光（青色光Ｂ）の波長を変換できる蛍光体、金属シリケート、酸化物、または半導体であることが出来る。上記蛍光体としては、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＴＡＧ：Ｃｅなどの黄色蛍光体を使用することが出来る。上記半導体は、ＡｌＧａＩｎＰまたはＺｎＳｅである物質からなることができ、上記金属シリケートは、ユーロピウム−シリケート（例えば、Ｅｕ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ（０＜ｘ＜３０、０＜ｙ＜３０、０＜ｚ＜３０））からなることが出来る。波長変換用薄膜パターン１０７は、スパッタリング、化学気相蒸着（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）、プラズマ化学気相蒸着（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄＣＶＤ）、金属有機化学気相蒸着（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣＶＤ）などの従来の蒸着または成長装備を用いて波長変換用薄膜を形成した後、これを選択的にエッチングすることによって製作することが出来る。

上記波長変換用薄膜パターン１０７は、ｐ型半導体層１０４を選択的に露出させるよう形成されている。即ち、上記波長変換用薄膜パターン１０７は、第１放出光Ｂを選択的に通過させるオープン領域を形成する。従って、発光構造物１５０から薄膜パターン１０７側へ進行する第１放出光（青色光；Ｂ）の一部Ｂ_１は、波長変換用薄膜パターン１０７物質を通過せずにｐ型半導体層１０４の上面から放出され、他の一部Ｂ_２は、波長変換用薄膜パターン１０７物質に吸収されることが出来る。波長変換用薄膜パターン１０７に吸収された第１放出光Ｂ_２は、薄膜パターン１０７により第２放出光に変換される。第２放出光は、黄色光Ｙまたは緑色乃至赤色波長帯の光Ｒ＋Ｇである。上記第１放出光Ｂ_２と第２放出光Ｒ＋ＧまたはＹとの結合は白色光を作ることになる。

上記波長変換用薄膜パターン１０７は、同一物質で形成されることが出来る（均一な材料）。好ましくは、波長変換用薄膜パターン１０７の厚さは、これに入射した第１放出光Ｂ_２の吸収率が９０％以上、さらに好ましくは、上記第１放出光Ｂ_２の吸収率が９９％以上になるようにする。上記波長変換用薄膜パターン１０７がユーロピウム−シリケートからなる場合、好ましくは、波長変換用薄膜パターン１０７の厚さは１乃至３μｍであることが出来る。波長変換用薄膜パターン１０７は、一般的にフォトリソグラフィー（Ｐｈｏｔｏ−Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程を通じて製作されることが出来る。

このように、第１放出光に対して９０％以上の吸収率を有するよう薄膜パターン１０７を厚くした場合、波長変換用薄膜パターン１０７の面積と薄膜パターン１０７によりオープンされた領域Ａの面積との相対的な割合を調節することによって、カラーバランス（ｃｏｌｏｒｂａｌａｎｃｅ）を非常に容易に調節することが出来る。即ち、薄膜パターン１０７の全体面積を広くすると、オープンされた領域Ａが相対的に狭くなって上記オープンされた領域Ａから放出される第１放出光Ｂ_１が減少し、薄膜パターン１０７に吸収される第１放出光Ｂ_２が増加する。従って、この薄膜パターン１０７によって得られる第２放出光Ｒ＋ＧまたはＹが増加することになる。

逆に、薄膜パターン１０７の全体面積を狭くすると、オープンされた領域Ａが相対的に広くなって上記オープンされた領域Ａから放出される第１放出光Ｂ_１が増加し、薄膜パターン１０７に吸収される第１放出光Ｂ_２が減少する。従って、この薄膜パターン１０７によって得られる第２放出光Ｒ＋ＧまたはＹが減少することになる。このように薄膜パターン１０７の面積とオープンされた領域Ａの面積との相対的な割合を変えることにより、カラーバランスの調節が容易で色組合を合わせるに有利となる。

図３の（ａ）を参照すると、オープンされた領域Ａを通過した第１放出光（青色光；Ｂ_１）は、波長変換用薄膜パターン１０７によって得られた第２放出光（緑色乃至赤色波長帯の光Ｒ＋Ｇまたは黄色光Ｙ）と結合して白色光を作ることになる。基板１０１の下面にさらに反射層（未図示）を形成させると、光出射面であるｐ型半導体層１０４の上面からの光の放出をさらに増加させることが出来る。

図３の実施形態の変形例として、図３の（ｂ）において、オープンされた領域Ａに波長変換用薄膜パターンを形成し、薄膜パターン１０７の位置にオープンされた領域を形成することも出来る。即ち、図３の（ｂ）において薄膜パターン１０７の位置とオープンされた領域Ａの位置とを相互変えることが出来る。薄膜パターン１０７の具体的な形状は、特定実施例に限られず、多様に具現されることが出来る。

このように波長変換用薄膜を使用することにより、蛍光体を入れるパッケージがなくとも白色光を得ることができ、白色発光素子を小型化することが出来る。また、波長変換用薄膜パターンの面積とオープンされた領域の面積との相対的な割合を変えることにより、カラーバランスの調節が容易で色組合を合わせることが有利である。さらに、波長変換用薄膜パターンは、波長変換用薄膜を蒸着した後に選択的にエッチングすることによって製作することができ、製造工程が比較的単純で製造費用が低減されるという長所がある。また、波長変換用薄膜の厚さ調節によるのではなく、薄膜パターンの面積とオープンされた領域の面積との相対的な割合を調節して白色光を合わせるため、各々の製品から同一色を得ることが容易で均一特性の白色光を得ることが出来る。

図４の（ａ）及び図４の（ｂ）は、各々本発明のまた異なる実施形態による白色発光素子２００の概略的な断面図及び上部平面図である。図４に図示された実施形態は図３の実施形態の変形例であって、波長変換用薄膜パターン１０７が基板１０１の下面Ｓに形成され、光出射面が上記基板１０１の下面Ｓということから相違である。上記基板１０１の下面からの光の放出を増大させるため、ｐ型半導体層１０４の下面にさらに反射層（未図示）を形成することが出来る。発光構造物１５０内の活性層１０３から発生する第１放出光Ｂと、波長変換用薄膜１０７によって得られた第２放出光Ｒ＋ＧまたはＹとは、図３に図示された実施形態と同一である。上記第１放出光（青色光；Ｂ）の一部Ｂ_１はオープンされた領域Ａ´から放出され、一部Ｂ_２は波長変換用薄膜パターン１０７に吸収される。波長変換用薄膜パターン１０７は、吸収された第１放出光Ｂ_２を第１放出光Ｂ_２と異なる波長の第２放出光（緑色乃至赤色波長帯の光Ｒ＋Ｇまたは黄色光Ｙ）に変換させる。オープンされた領域Ａ´を通過した第１放出光Ｂ_１と波長変換用薄膜パターン１０７によって得られた第２放出光Ｒ＋ＧまたはＹとが結合して白色光を作ることになる。

図４の実施形態の変形例として、図４の（ｂ）において、オープンされた領域Ａに波長変換用薄膜パターンを形成し、薄膜パターン１０７の位置にオープンされた領域を形成することが出来る。

図５の（ａ）及び図５の（ｂ）は、各々本発明のまた異なる実施形態による白色発光素子３００の概略的な断面図及び上部平面図である。図５に図示された実施形態は、「発光構造物２５０から発生する第１放出光が青色から緑色に至る波長帯の光Ｂ＋Ｇということ」と「波長変換用薄膜パターン２０７が第１放出光Ｂ＋Ｇを第２放出光の赤色光Ｒに変換させるということ」から図３の実施形態と差がある。図５の（ａ）及び図５の（ｂ）を参照すると、上記発光構造物２５０内の活性層２０３から発生した第１放出光Ｂ＋Ｇの一部Ｂ_１＋Ｇ_１は、オープンされた領域Ａから放出される。第１放出光Ｂ＋Ｇの他の一部Ｂ_２＋Ｇ_２は、波長変換用薄膜パターン２０７に吸収され第２放出光Ｒとして放出される。上記白色発光素子３００は、上記第１放出光Ｂ_１＋Ｇ_１と上記第２放出光Ｒとの混色により白色光を出力する。上記基板１０１の下面にさらに反射層（未図示）を形成させると、光出射面であるｐ型半導体層１０４の上面からの光の放出をさらに増加させることが出来る。

図６の（ａ）及び図６の（ｂ）は、各々本発明のまた異なる実施形態による白色発光素子４００の概略的な断面図及び上部平面図である。図６に図示された実施形態は図５の実施形態の変形例であって、波長変換用薄膜パターン２０７が基板１０１の下面Ｓ上に形成され、上記基板１０１の下面Ｓが光出射面ということから差がある。上記基板１０１の下面からの光放出を増大させるため、ｐ型半導体層１０４の下面にさらに反射層（未図示）を形成することが出来る。発光構造物２５０から発生する第１放出光Ｂ＋Ｇと波長変換用薄膜２０７によって得られた第２放出光Ｒとは、図５に図示された実施形態と同一である。上記第１放出光Ｂ＋Ｇの一部Ｂ_１＋Ｇ_１は、オープンされた領域Ａ´から放出され、一部Ｂ_２＋Ｇ_２は、波長変換用薄膜パターン２０７に吸収され第２放出光Ｒに変換された後に放出される。白色発光素子４００は、上記第１放出光Ｂ_１＋Ｇ_１と波長変換により得られた第２放出光Ｒとの混色によって白色光を具現する。

図７は、本発明のまた異なる実施形態による白色発光素子５００の概略的な断面図である。図７の実施形態は図３の実施形態の変形例であって、波長変換用薄膜１０７が基板１０１と発光構造物１５０との間に形成されるということに差がある。光出射面は、ｐ型半導体層１０４の上面である。光の放出を増大させるため、基板１０１の下面にさらに反射層（未図示）を形成することが出来る。発光構造物１５０内の活性層１０３から発生する第１放出光Ｂと波長変換用薄膜１０７によって得られた第２放出光Ｒ＋ＧまたはＹとは、図３に図示された実施形態と同一である。上記第１放出光（青色光；Ｂ）の一部Ｂ_１はｐ型半導体層１０４の上面から放出され、一部Ｂ_２は波長変換用薄膜パターン１０７に吸収される。波長変換用薄膜パターン１０７は、吸収された第１放出光Ｂ_２を第１放出光Ｂ_２と異なる波長の第２放出光（緑色乃至赤色波長帯の光Ｒ＋Ｇまたは黄色光Ｙ）に変換させる。第２放出光Ｒ＋ＧまたはＹは、波長変換することなくｐ型半導体層１０４の上面から放出される。ｐ型半導体層１０４の上面へ放出された第１放出光Ｂ_１は、波長変換用薄膜パターン１０７により得られた第２放出光Ｒ＋ＧまたはＹと結合して白色光を作ることになる。

図８は、本発明のまた異なる実施形態による白色発光素子６００の概略的な断面図である。図８の実施形態は図７の実施形態の変形例であって、光出射面が基板１０１の下面Ｓということから相違である。発光構造物１５０内の活性層１０３から発生する第１放出光Ｂと波長変換用薄膜１０７によって得られた第２放出光Ｒ＋ＧまたはＹは、図７に図示された実施形態と同一である。上記第１放出光Ｂの一部Ｂ_１は基板１０１の下面Ｓから放出され、一部Ｂ_２は波長変換用薄膜パターン１０７に吸収される。波長変換用薄膜パターン１０７は、吸収された第１放出光Ｂ_２を第１放出光Ｂ_２と異なる波長の第２放出光Ｒ＋ＧまたはＹに変換させる。第２放出光Ｒ＋ＧまたはＹは、波長変換することなく基板１０１の下面Ｓから放出される。基板１０１の下面Ｓから放出された第１放出光Ｂ_１は、波長変換用薄膜パターン１０７により得られた第２放出光Ｒ＋ＧまたはＹと結合して白色光を作ることになる。

図９は、本発明のまた異なる実施形態による白色発光素子７００の概略的な断面図である。図９に図示された実施形態は、「発光構造物２５０から発生する第１放出光が青色から緑色に至る波長帯の光Ｂ＋Ｇということ」と「波長変換用薄膜パターン２０７が第１放出光Ｂ＋Ｇの一部を第２放出光の赤色光Ｒに変換させるということ」から図７の実施形態と差がある。図９を参照すると、上記発光構造物２５０内の活性層２０３から発生した第１放出光Ｂ＋Ｇの一部Ｂ_１＋Ｇ_１は、ｐ型半導体層１０４の上面から放出される。第１放出光Ｂ＋Ｇの他の一部Ｂ_２＋Ｇ_２は、波長変換用薄膜パターン２０７に吸収され第２放出光Ｒとして放出される。上記白色発光素子７００は、上記第１放出光Ｂ_１＋Ｇ_１と上記第２放出光Ｒとの混色により白色光を出力する。上記基板１０１の下面にさらに反射層（未図示）を形成させると、光出射面であるｐ型半導体層１０４の上面からの光の放出をさらに増加させることが出来る。

図１０は、本発明のまた異なる実施形態による白色発光素子８００の概略的な断面図である。図１０に図示された実施形態は図９の実施形態の変形例であって、光出射面が基板１０１の下面Ｓということから相違である。発光構造物２５０内の活性層２０３から発生する第１放出光Ｂ＋Ｇと波長変換用薄膜２０７により得られた第２放出光Ｒは、図９に図示された実施形態と同一である。上記第１放出光Ｂ＋Ｇの一部Ｂ_１＋Ｇ_１は、基板１０１の下面Ｓから放出され、一部Ｂ_２＋Ｇ_２は波長変換用薄膜パターン２０７に吸収される。波長変換用薄膜パターン１０７は、吸収された第１放出光Ｂ_２＋Ｇ_２を第１放出光Ｂ_２＋Ｇ_２と異なる波長の第２放出光Ｒに変換させる。第２放出光Ｒは、波長変換することなく基板１０１の下面Ｓから放出される。基板１０１の下面Ｓから放出された第１放出光Ｂ_１＋Ｇ_１は、波長変換用薄膜パターン２０７により得られた第２放出光Ｒと結合して白色光を作ることになる。

上記の実施形態によると、波長変換用薄膜パターンを使用することにより、蛍光体を入れるパッケージがなくとも白色光を得ることができ、白色発光素子を小型化することが出来る。また波長変換用薄膜をパターン化することにより、各々の製品から同一色を得ることが容易で、均一特性の白色光を得ることが出来る。

また、波長変換用薄膜パターンの面積とオープンされた領域の面積との相対的な割合を変えることにより、カラーバランスの調節を容易にすることができ、色組合を合わせるに有利である。さらに、波長変換用薄膜パターンは、波長変換用薄膜を蒸着した後に選択的にエッチングすることによって製作することができ、製造工程が比較的単純で製造費用が低減されるという長所がある。

本発明は、上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲により限定される。また、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が出来るということは当技術分野の通常の知識を有している者には自明である。

従来の白色発光素子を図示した図面である。本発明の一実施形態において使用できるユーロピウム−シリケートの発光（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、ＰＬ）スペクトラムを示したグラフである。本発明の種々の実施形態による白色発光素子を示した断面図及び上部平面図である。本発明の種々の実施形態による白色発光素子を示した断面図及び上部平面図である。本発明の種々の実施形態による白色発光素子を示した断面図及び上部平面図である。本発明の種々の実施形態による白色発光素子を示した断面図及び上部平面図である。本発明の種々の実施形態による白色発光素子を示した断面図及び上部平面図である。本発明の種々の実施形態による白色発光素子を示した断面図及び上部平面図である。本発明の種々の実施形態による白色発光素子を示した断面図及び上部平面図である。本発明の種々の実施形態による白色発光素子を示した断面図及び上部平面図である。

符号の説明

１０１基板
１０２ｎ型半導体層
１０３、２０３活性層
１０４ｐ型半導体層
１０７、２０７波長変換用薄膜パターン
１５０、２５０発光構造物

Claims

基板と、
前記基板上に順次形成されたｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を有し第１放出光を出す発光構造物と、
前記第１放出光の一部を吸収して他の波長の第２放出光に変換させるよう配置された波長変換用薄膜パターンとを含み、
前記波長変換用薄膜パターンは、第１放出光を選択的に通過させるオープン領域を形成することを特徴とする白色発光素子。
前記波長変換用薄膜パターンは、前記ｐ型半導体層の上面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
前記波長変換用薄膜パターンは、前記基板の下面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
前記波長変換用薄膜パターンは、前記発光構造物と基板との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
前記第１放出光と第２放出光とが結合して白色光を出すことを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
前記ｐ型半導体、活性層及びｎ型半導体は、窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
前記波長変換用薄膜パターンは、前記波長変換用薄膜に入射した第１放出光を９０％以上吸収することを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
前記波長変換用薄膜パターンは、同一物質で構成されることを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
前記波長変換用薄膜パターンは、波長を変換できる蛍光体、金属シリケート、酸化物、または半導体であることを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
前記半導体は、ＡｌＧａＩｎＰまたはＺｎＳｅであることを特徴とする請求項９に記載の白色発光素子。
前記金属シリケートは、ユーロピウム−シリケートであることを特徴とする請求項９に記載の白色発光素子。
前記ユーロピウム−シリケートは、Ｅｕ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ（０＜ｘ＜３０、０＜ｙ＜３０、０＜ｚ＜３０）の組成式を有する物質からなることを特徴とする請求項１１に記載の白色発光素子。
前記第１放出光は青色光で、
前記第２放出光は緑色から赤色に至る波長帯の光、または黄色光であることを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
前記第１放出光は青色から緑色に至る波長帯の光で、
前記第２放出光は赤色光であることを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
前記基板と反対側の前記発光構造物の上面方向から白色光が放出されることを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。
前記発光構造物と反対側の前記基板の下面方向から白色光が放出されることを特徴とする請求項１に記載の白色発光素子。