JP2013537003A - 高輝度・高演色性の温白色ｌｅｄチップ - Google Patents

高輝度・高演色性の温白色ｌｅｄチップ Download PDF

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Abstract

高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップであって、白色光を発光する白色光部分と、波長５８０ｎｍ〜６６０ｎｍの色光を発光する色光部分と、Ｎ極（8，294，394，494）と、Ｐ極（7）とを備える。前記Ｎ極（8，294，394，494）とＰ極（7）とが電気的に接続され、前記温白色ＬＥＤチップは色温度が２４００Ｋ〜３５００Ｋであり、且つ演色指数が８５より大きい温白色の光を直接に発光する。このチップを点灯する場合、白色光部分が白色光を直接に発光するか、若しくは、青色光部分によって蛍光粉末が励起されて白色光を形成し、色光部分が励起されて発光する波長５８０ｎｍ〜６６０ｎｍの色光がこの白色光を補償して、高輝度・高演色性の低色温度の光源を形成する。

Description

本発明は半導体照明分野に関し、特に、高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップに関する。
半導体照明は、環境保護、超長寿命、高効率・省エネ、悪環境に対する耐久性、簡単な構造、小型軽量、迅速な応答、低動作電圧及び良い安全性などの特徴を持つため、白熱電球、蛍光灯及び省エネランプの後の第４世代の照明電気光源と位置付けられ、２１世紀のグリーン光源と呼ばれる。

現在、青色光ＬＥＤチップに蛍光粉末を入れることは白色光ＬＥＤ技術の主流となっている。蛍光粉末の変換による白色光ＬＥＤ技術は、この蛍光粉末の発光スペクトルにおける赤色光成分の欠けのため、低色温度と高演色性とを同時に実現しにくい。しかしながら、日常生活で、人々は既に低色温度（３０００Ｋ左右）の照明光源に慣れ、且つ博物館、外科手術等の特殊な照明場所で高演色性光源の潜在的な応用可能性を有する。このため、低色温度と高演色性を有する白色光ＬＥＤの発展は重要な意味を持つ。
本発明が解決しようとする課題は、従来の低色温度光源の輝度及び低演色指数の問題を解決する高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップを提供することにある。
前記課題を解決するために採用する方法として、本発明の高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップにおいて、前記温白色ＬＥＤチップは白色光を発光する白色光部分と、波長５８０ｎｍ〜６６０ｎｍの色光を発光する色光部分と、Ｎ極と、Ｐ極とを備え、前記Ｎ極とＰ極とが電気的に接続され、前記温白色ＬＥＤチップは色温度が２４００Ｋ〜３５００Ｋであり、且つ演色指数が８５より大きい温白色の光を直接に発光する。
本発明のさらなる改良として、前記白色光は、チップが励起されて青色光を発生し、更に青色光によって蛍光粉末が励起されて形成され、若しくは、チップが直接に励起されて白色光を発光する。
本発明のさらなる改良として、前記蛍光粉末は、チップの表面にスパッタリングされたり、吸着されたり、直接に成長されている。
本発明のさらなる改良として、前記白色光の色温度は３０００Ｋ〜１００００Ｋにある。
本発明のさらなる改良として、前記波長５８０ｎｍ〜６６０ｎｍの色光は赤色光、黄色光またはオレンジ色光である。
従来の技術に比べ、本発明の高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップは、白色光部分および色光部分という２つの部分を含み、前記白色光部分と色光部分がそれぞれ成長して形成され、それによって、チップの異なる領域が異なる色の光を発光するようになり、色光部分が励起されて発光する波長５８０ｎｍ〜６６０ｎｍの色光がこの白色光部分が励起されて発光する白色光を補償して、高輝度・高演色性低色温度の光源を形成する。また、本発明の製造方法が比較的に簡単で、コストが低い。
本発明による高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップは更に以下の利点を有する。
１、ＬＥＤランプの光効率を効果的に向上でき、演色指数が９０より大きい場合に、このＬＥＤチップの光効率が１００ｌｍ／ｗ以上に達することができ、従来の技術のＬＥＤチップからの光効率と比べて、少なくとも２５％向上させることができる。
２、本発明の構造設計が精巧であり、０．１Ｗ以上の中、大出力のＬＥＤの製造に利用でき、製品の信頼性、一致性を向上させると共に、機器設備を用いて大量生産することによって生産効率を大幅に向上させることができ、製品のコストを低減させることができる。
３、蛍光ゲルの使用量を効果的に制御することによって、製品の光効率を増大できるだけでなく、製品のコストを効果的に低減することができる。
４、本発明は独特な設計を採用することによって、単一のチップで温白色の光の効果を実現でき、他の蛍光粉末の使用によるコスト増加や信?性の低下等の問題を避けることができる。
本発明の高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップの第１実施形態の構造の断面図である。 本発明の高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップの第１実施形態の平面図である。 本発明の高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップの第２実施形態の構造の断面図である。 本発明の高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップの第３実施形態の構造の断面図である。 本発明の高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップの第４実施形態の構造の断面図である。
本発明の目的、技術方案及び利点がより明らかになるために、以下、添付図面及び実施形態を参照して、本発明を詳細に説明する。理解すべきことは、ここで述べた具体的な実施形態は、本発明を解釈するためのものだけであり、本発明を限定するものではない。
図１及び図２を参照する。図１は本発明による高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップの第１実施形態であり、この高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップは、まず、金属有機化学気相成長ウエハー炉（ＭＯＣＶＤ）にて、下から上へ順にベース１、バッファー層２、Ｎ層３、量子井戸層４、Ｐ層５、電流拡散層６などの白色光部分の基本的なエピタキシャル構造を順に完成し、且つ、電流拡散層６の上表面にスパッタリングまたは吸着の方式で一層の蛍光粉末層９を形成し、そして、この白色光部分のエピタキシャル構造の中間で、白色光部分のＮ層から再び成長の方式でＰ層１５、量子井戸層１４、Ｎ層１３を順に成長させ、これによって、色光部分を形成し、そして、色光部分のＮ層１３にＮ極８を設置し、さらにこの電流拡散層６にＰ極７を設置し、そしてＬＥＤのＰ極とＮ極に対して加工し、最後に、ＬＥＤウエハーに対してスクライビングやテスト、分別選択作業を行うことによって、所望のＬＥＤチップを得ることができる。
図３を参照する。図３は本発明による高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップの第２実施形態であり、この高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップの製造プロセスは下記の通りである。まず、金属有機化学気相成長ウエハー炉（ＭＯＣＶＤ）にて、ベース２１、バッファー層２２、Ｐ層２３、量子井戸層２４、Ｎ層２５などの色光部分の基本的なエピタキシャル構造を順に完成し、そして、この色光部分にＰ層２７、量子井戸層２８、Ｎ層２９、電流拡散層２９２を再び成長させ、且つスパッタリングまたは吸着の方式でＰ層２７、量子井戸層２８、Ｎ層２９、電流拡散層２９２に覆って一層の蛍光粉末層２９６を形成し、これによって、白色光部分を形成し、そして、電流拡散層２９２にＮ極２９４を設置し、前記ベース２１にＰ極を設置し、そして、ＬＥＤチップのＰ極とＮ極に対して加工し、最後に、ＬＥＤチップのウエハーに対してスクライビングやテスト、分別選択作業を行うことによって、ＬＥＤチップを得ることができる。
図４を参照する。図４は本発明による高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップの第３実施形態であり、この高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップの製造プロセスは下記の通りである。まず、金属有機化学気相成長ウエハー炉（ＭＯＣＶＤ）にて、ベース３１、バッファー層３２、Ｐ層３３、量子井戸層３４、Ｎ層３５などの白色光部分の基本的なエピタキシャル構造を順に完成し、且つ、前記ベース３１、バッファー層３２、Ｐ層３３、量子井戸層３４、Ｎ層３５の側面にスパッタリングまたは吸着の方式で一層の蛍光粉末層３９６を形成し、そして、白色光部分の上方にＰ層３７、量子井戸層３８、Ｎ層３９、電流拡散層３９２を再び成長させ、これによって、色光部分を形成し、そして、電流拡散層３９２にＮ極３９４を設置し、前記ベース３１にＰ極を設置し、そして、ＬＥＤチップ上のＰ極とＮ極に対して加工を行い、且つ、ＬＥＤチップのウエハーに対してスクライビングやテスト、分別選択作業を行うことによって、所望のＬＥＤチップを得ることができる。
図５を参照する。図５は本発明による高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップの第４実施形態であり、この高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップの製造プロセスは下記の通りである。まず、金属有機化学気相成長ウエハー炉（ＭＯＣＶＤ）にて、ベース４１、バッファー層４２、Ｐ層４３、量子井戸層４４、Ｎ層４５などの色光部分の基本的なエピタキシャル構造を順に完成し、そして、この色光部分にＰ層４７、量子井戸層４８、Ｎ層４９、電流拡散層４９２を再び成長させ、これによって、白色光部分を形成し、そして、電流拡散層２９２にＮ極２９４を設置し、そして、ＬＥＤチップのＰ極とＮ極に対して加工を行い、最後に、ＬＥＤチップのウエハーに対してスクライビングやテスト、分別選択作業を行うことによって、所望のＬＥＤチップを得ることができる。
以上の４つの具体的な実施形態において、前記ベースとしてはサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ材料でよい。
以上の４つの具体的な実施形態では、実際の必要に応じて白色光部分に塗装した蛍光粉末層の厚み及び蛍光粉末の色の割合を調整して、様々な異なる色温度要求を満たすことができる。
前記白色光部分と色光部分という２つの異なる発光色の部分は、まず白色光部分を成長させて、そして色光部分を成長させても良く、まず色光部分を成長させて、そして白色光部分を成長させてもよい。
前記白色光部分は蛍光粉末が励起されて白色光を形成し、前記白色光の色温度は３０００Ｋ〜１００００Ｋにあり、前記色光部分が励起されて発光する波長５８０ｎｍ〜６６０ｎｍの色光がこの白色光を補光し、高輝度・高演色性の低色温度の光源を形成することができる。前記波長５８０ｎｍ〜６６０ｎｍの色光は赤色光、黄色光またはオレンジ色光である。
本発明は高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップであり、前記温白色ＬＥＤチップは色温度が２４００Ｋ〜３５００Ｋであり、且つ演色指数が８５より大きい温白色の光を直接に発光し、前記温白色ＬＥＤチップが白色光部分と色光部分とを含み、ここで、それらがそれぞれ成長して形成したものであることによって、チップの異なる領域が異なる色の光を発光するようになり、前記白色光部分は白色光部分が直接に励起されて白色光を発光しても良く、青色光部分が励起されて青色光を発光し、そして青色光によって青色光部分の表面に塗装または成長した蛍光粉末が励起されて白色光を間接的に発光しても良い。
チップを点灯する場合に、白色光部分が励起されて白色光を直接に発光したり、青色光部分によって蛍光粉末が励起されて白色光を形成し、色光部分が励起されて発光する波長５８０ｎｍ〜６６０ｎｍの色光がこの白色光を補償して、高輝度・高演色性の低色温度の光源を形成する。また、本発明の製造方法が比較的に簡単で、コストが低い。
本発明による高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップは下記の利点を有する。
１、ＬＥＤランプの光効率を効果的に向上でき、演色指数が９０より大きい場合に、このＬＥＤチップの光効率が１００ｌｍ／ｗ以上に達することができ、従来の技術のＬＥＤチップからの光効率と比べて、少なくとも２５％向上させることができる。
２、本発明の構造設計が精巧であり、０．１Ｗ以上の中、大出力のＬＥＤの製造に利用でき、製品の信頼性、一致性を向上でき、それとともに、機器設備を用いて大量生産することによって生産効率を大幅に向上でき、製品のコストを低減させることができる。
３、蛍光ゲルの使用量を効果的に制御することによって、製品の光効率を増大できるだけでなく、製品のコストを効果的に低減させることができる。
４、本発明は独特な設計を採用することによって、単一のチップで温白色の光の効果を実現することができ、他の蛍光粉末の使用によるコスト増加や信?性の低下等の問題を避けることができる。
本発明は高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップの製造方法を更に提供する。当該製造方法は以下のステップを含む。
ステップ１において、温白色ＬＥＤチップにおける白色光部分及び色光部分を成長させる。
ステップ２において、前記白色光部分及び色光部分にＮ極及びＰ極を形成する。
本発明のさらなる改良として、前記白色光部分は、まず、青色光を発光する青色光部分を成長させ、そして前記青色光部分に一層の蛍光粉末を塗装して形成する。前記蛍光粉末はスパッタリング、成長または吸着の方式で前記青色光部分に形成される。
本発明のさらなる改良として、まず白色光部分を成長させてから色光部分を成長させ、若しくは、まず前記色光部分を成長させてから白色光部分を成長させる。
以上で述べたのは本発明の好ましい実施形態に過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明の趣旨や原則の範囲で行われた修正や同等な切り替え、改良等はすべて本発明の保護範囲に含まれるべきである。
本発明による高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップは更に以下の利点を有する。
１、ＬＥＤランプの光効率を効果的に向上でき、演色指数が９０より大きい場合に、このＬＥＤチップの光効率が１００ｌｍ／ｗ以上に達することができ、従来の技術のＬＥＤチップからの光効率と比べて、少なくとも２５％向上させることができる。
２、本発明の構造設計が精巧であり、０．１Ｗ以上の中、大出力のＬＥＤの製造に利用でき、製品の信頼性、一致性を向上させると共に、機器設備を用いて大量生産することによって生産効率を大幅に向上させることができ、製品のコストを低減させることができる。
３、蛍光ゲルの使用量を効果的に制御することによって、製品の光効率を増大できるだけでなく、製品のコストを効果的に低減することができる。
４、本発明は独特な設計を採用することによって、単一のチップで温白色の光の効果を実現でき、他の蛍光粉末の使用によるコスト増加や信頼性の低下等の問題を避けることができる。
本発明による高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップは下記の利点を有する。
１、ＬＥＤランプの光効率を効果的に向上でき、演色指数が９０より大きい場合に、このＬＥＤチップの光効率が１００ｌｍ／ｗ以上に達することができ、従来の技術のＬＥＤチップからの光効率と比べて、少なくとも２５％向上させることができる。
２、本発明の構造設計が精巧であり、０．１Ｗ以上の中、大出力のＬＥＤの製造に利用でき、製品の信頼性、一致性を向上でき、それとともに、機器設備を用いて大量生産することによって生産効率を大幅に向上でき、製品のコストを低減させることができる。
３、蛍光ゲルの使用量を効果的に制御することによって、製品の光効率を増大できるだけでなく、製品のコストを効果的に低減させることができる。
４、本発明は独特な設計を採用することによって、単一のチップで温白色の光の効果を実現することができ、他の蛍光粉末の使用によるコスト増加や信頼性の低下等の問題を避けることができる。

Claims (5)

  1. 高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップであって、
    前記温白色ＬＥＤチップは白色光を発光する白色光部分と、波長５８０ｎｍ〜６６０ｎｍの色光を発光する色光部分と、Ｎ極と、Ｐ極とを備え、前記Ｎ極とＰ極とが電気的に接続され、前記温白色ＬＥＤチップは色温度が２４００Ｋ〜３５００Ｋであり、且つ演色指数が８５より大きい温白色の光を直接に発光することを特徴とする高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップ。
  2. 前記白色光は、チップが励起されて青色光を発生し、更に青色光によって蛍光粉末が励起されて形成され、若しくは、チップが直接に励起されて白色光を発光することを特徴とする請求項１に記載の高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップ。
  3. 前記蛍光粉末は、チップの表面にスパッタリングされたり、吸着されたり、若しくは、直接に成長されていることを特徴とする請求項２に記載の高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップ。
  4. 前記白色光の色温度は３０００Ｋ〜１００００Ｋであることを特徴とする請求項１に記載の高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップ。
  5. 前記波長５８０ｎｍ〜６６０ｎｍの色光は赤色光、黄色光またはオレンジ色光であることを特徴とする請求項１に記載の高輝度・高演色性の温白色ＬＥＤチップ。
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