JP2009512220A - 多色光発光装置での効率的光抽出および変換のためのフォトニック構造 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は以下の同時係属中の同一譲受人の出願:
2005年2月28日出願のClaude C.A.Weisbuch、Aurelien J.F.David、James S.SpeckおよびSteven P.DenBaarsによる米国出願第11/067,910号「SINGLE OR MULTI−COLOR HIGH EFFICIENCY LIGHT EMITTING DIODE(LED) BY GROWTH OVER A PATTERNED SUBSTRATE」(代理人事件番号30794.122−US−01(2005−145−1));
2005年2月28日出願のClaude C.A.Weisbuch、Aurelien J.F.DavidおよびSteven P.DenBaarsによる米国出願第11/067,956号「HIGH EFFICIENCY LIGHT EMITTING DIODE(LED)WITH OPTIMIZED PHOTONIC CRYSTAL EXTRACTOR」(代理人事件番号30794.126−US−01(2005−198−1));
2005年2月28日出願のClaude C.A.Weisbuch、Aurelien J.F.David、James S.SpeckおよびSteven P.DenBaarsによる米国出願第11/067,957号「HORIZONTAL EMITTING,VERTICAL EMITTING,BEAM SHAPED,DISTRIBUTED FEEDBACK(DFB)LASERS BY GROWTH OVER A PATTERNED SUBSTRATE」(代理人事件番号30794.121−US−01(2005−144−1));
2004年9月10日出願のCarole Schwach、Claude C.A.Weisbuch、Steven P.DenBaars、Henri BenistyおよびShuji NAKAMURAによる米国出願第10/938,704号「WHITE,SINGLE OR MULTI−COLOR LIGHT EMITTING DIODES BY RECYCLING GUIDED MODES」(代理人事件番号30794.115−US−01(2004−064−1))に関し、上記の出願のすべては参照することによって本明細書に援用される。
(発明の分野)
本発明は、フォトニック結晶および蛍光体などの複数の波長光源を含む発光ダイオード(LED)に関する。
原子または分子の結晶に類似して、フォトニック結晶は、その屈折率または誘電率が空間に変化を示す材料またはシステムとして記述されることができる。この変化は周期的、準周期的であってもよく、または短距離秩序のみを有する。適用できる場合、格子の周期性は一次元(1D)、二次元(2D)、または三次元(3D)であり、通常ほとんどの用途の可視波長から赤外線波長に対応する。分布ブラッグ反射器(DBR)は、1Dフォトニック結晶の典型である。DBRは、結晶中の電子の構造に類似した、禁制エネルギまたはフォトニックギャップを有するバンド構造を提示する。この構造において光子が伝播する可能性はない。格子に欠陥が伝わると、フォトニック空洞または導波管が形成される(こうした欠陥は、強い局部的モードを可能にするフォトニックバンドギャップまたは光伝播の状態を対応する周波数で伝える)。フォトニック結晶は、オプトエレクトロニクスおよびフォトニック統合装置において多くの用途をもたらした。
本発明は、平面構造を維持しながら一層の光抽出および変換効率とともに更なる明るさを提供する新しい複数光源LEDについて説明する。LEDは複数の発光種を含み、それぞれが波長の範囲において光を放射する。この種には電気的に励起されるものと、光学的に励起されるものがある。回折格子として作用するフォトニック結晶は、効率的な光抽出および光学的に励起される種の効率的な励起を保証し、遠視野放射パターンを修正する手段を提供する。
現行の構造では、PES光の一部分、例えば約10%のみが直接抽出されるため、PESの放射によるSESの励起効率は低い。TIRモードに必要な抽出は、蛍光体の光変換効率を改善する多くの新規のアイデアを生み出す。
最後に、図12は、本発明の実施例に基づく装置の加工において行われるステップを示すフローチャートである。
これは本発明の好ましい実施例に関する説明の結論である。本発明の1つ以上の実施例に関する前述の説明は、例示および説明の目的で提示されている。本発明を網羅すること、または開示された明確な形態に制限することを意図するものではない。上記の説明に照らして、多くの修正および変型が可能である。本発明の範囲は、この詳細な記述によってではなく、本明細書に添付されている請求項によって制限される。
Claims (30)
- (a)基板と、
(b)該基板の上に形成され、電気的に注入される1つ以上の第1発光種(PES)を含む第1活性領域と、
(c)該第1領域の上に形成された1つ以上のフォトニック結晶と、
(d)該フォトニック結晶の上に形成され、光学的に励起される1つ以上の第2発光種(SES)を含む第2活性領域と
を備え、
(e)該フォトニック結晶は、該PESによって放射された導波モードを抽出することにより、該SESを光学的に励起する、高効率発光ダイオード(LED)。 - (a)電気的に注入されるPES層に1つ以上の第1発光種を含む第1活性領域と、
(b)光学的に励起されるSES層に1つ以上の第2発光種を含む第2活性領域と、
(c)該第1および第2領域に近接して形成された1つ以上のフォトニック結晶であって、該フォトニック結晶は該PESおよび該SESによって発光された導波(WG)モードを抽出する、フォトニック結晶と
を備える、高効率発光ダイオード(LED)。 - 前記第1活性領域、第2活性領域およびフォトニック結晶は、基板または他の構造によって支持される、請求項2に記載のLED。
- 散乱中心または回折格子として作用する前記フォトニック結晶は、前記PESによって発光されたWGモードを抽出し、前記SESによって発光されたWGモードを抽出し、遠視野放射パターンの指向性または等方性を制御する、請求項2に記載のLED。
- 1つ以上の中間層は、前記PES層または前記SES層の上方または下方に統合される、請求項2に記載のLED。
- 1つ以上の中間層が加工される、請求項5に記載のLED。
- 前記フォトニック結晶のパラメータは、光抽出が上方または下方に最適化されるよう選択される、請求項2に記載のLED。
- 前記フォトニック結晶のパラメータは、前記LEDにわたって変化する、請求項7に記載のLED。
- 前記フォトニック結晶は、全方向に光抽出を提供する一次元(1D)回折格子であって、その方向は該格子に対して垂直方向に近接している、請求項2に記載のLED。
- 前記フォトニック結晶は、全方向性光抽出または指向性遠視野放射パターンを提供する、周期的、準周期的、または短距離秩序を有する二次元(2D)散乱中心または回折格子である、請求項2に記載のLED。
- 前記フォトニック結晶は、全方向性光抽出および等方性発光遠視野パターンを提供する、ランダムに加工された二次元(2D)散乱領域である、請求項2に記載のLED。
- 好ましくない方向に逃げる放射光の一部を再配向するための金属性または誘電性の鏡をさらに含む、請求項2に記載のLED。
- 前記PESまたはSESから放射された光をリサイクルするための金属性または誘電性の鏡をさらに含む、請求項2に記載のLED。
- 前記PES層または前記SES層の上方または下方に配置されて微小空洞を形成する金属性または誘電性の鏡をさらに含む、請求項2に記載のLED。
- 前記SES層は、空気絶縁または高い光抽出効率を提供する別の層でコーティングされる、請求項2に記載のLED。
- (a)電気的に注入されるPES層に1つ以上の第1発光種(PES)を含む第1活性領域を形成することと、
(b)光学的に励起されるSES層に1つ以上の第2発光種(SES)を含む第2活性領域を形成することと、
(c)1つ以上のフォトニック結晶を該第1および第2領域に近接して形成することと
を含み、
該フォトニック結晶は該PESおよびSESによって放射された導波(WG)モードを抽出する、高効率発光ダイオード(LED)を加工する方法。 - 前記第1活性領域、第2活性領域およびフォトニック結晶は、基板または他の構造によって支持される、請求項16に記載の方法。
- 散乱中心または回折格子として作用する前記フォトニック結晶は、前記PESによって発光されたWGモードを抽出し、前記SESによって放射されたWGモードを抽出して、遠視野放射パターンの指向性または等方性を制御する、請求項16に記載の方法。
- 1つ以上の中間層は、前記PES層または前記SES層の上方または下方に統合される、請求項16に記載の方法。
- 1つ以上の中間層が加工される、請求項19に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶のパラメータは、光抽出が上方または下方に最適化されるよう選択される、請求項16に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶のパラメータは前記LEDにわたって変化する、請求項21に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶は、前記格子に対して垂直方向に近接して、全方向に光抽出を提供する一次元(1D)回折格子である、請求項16に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶は、全方向性光抽出または指向性遠視野放射パターンを提供する、周期的、準周期的、または短距離秩序を有する二次元(2D)散乱中心または回折格子である、請求項16に記載の方法。
- 前記フォトニック結晶は、全方向性光抽出および等方性発光遠視野パターンを提供する、ランダムに加工された二次元(2D)散乱領域である、請求項16に記載の方法。
- 好ましくない方向に逃げる放射光の一部を再配向するための金属性または誘電性の鏡を形成することをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 前記PESまたはSESから放射された光をリサイクルするための金属性または誘電性の鏡を形成することをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 前記PES層または前記SES層の上方または下方に配置されて微小空洞を形成する金属性または誘電性の鏡を形成することをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 前記SES層は、空気絶縁または高い光抽出効率を提供する別の層でコーティングされる、請求項16に記載の方法。
- 請求項16の方法に基づいて加工された装置。
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