JP2016201499A - 安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】高エネルギー不可視光が発生すると、これを可視光に転換して危険を知らせる警告信号とすることで、ユーザの安全を確保するための高エネルギー不可視光発光ダイオードの安全指示構成を提供する。
【解決手段】高エネルギー不可視光発光構成１０は、順方向のバイアス電圧を受けて不可視光４０を発光する高エネルギー不可視光発光層１１と、高エネルギー不可視光発光層１１の両側に設置するＰ型半導体層１２とＮ型半導体層１３とを有し、二つの電位印加層２０、２１は、それぞれＰ型半導体層１２及びＮ型半導体層１３とに接触し、安全指示構成３０は、不可視光４０を吸収して可視光５０を発光するフォトルミネセンス発光層３１を高エネルギー不可視光発光構成１０の発光面上に設置しており、これにより、高エネルギー不可視光発光構成１０が不可視光４０を発光した場合、安全指示構成３０のフォトルミネセンス発光層は可視光５０を発光して危険を知らせる。
【選択図】図４

Description

本発明は、高エネルギー不可視光の発光構成であって、特に高エネルギー不可視光の安全指示構成に関するものである。

図１を参照すると、サンドイッチ構造を構成する第一型半導体層１Ａ、活性層２Ａ及び第二型半導体層３Ａを包含する周知の垂直型発光ダイオードが示されており、前記第二型半導体層３Ａの下方には基板４Ａと第二型電極５Ａとが順次形成され、前記第一型半導体層１Ａの表面は第一型電極６Ａを設けるために用いられ、そのうち前記第一型半導体層１Ａと前記第二型半導体層３ＡはＰ型半導体及びＮ型半導体のいずれかによって構成されている。

これにより、前記第一型電極６Ａ及び前記第二型電極５Ａの間に順方向のバイアス電圧を印加すると、前記第一型半導体層１Ａ及び前記第二型半導体層３Ａは電子及び電子孔をそれぞれ提供し、前記電子及び前記電子孔は前記活性層２Ａ内において結合することができ、エネルギー準位間の電子移動によって波長が固定しているレーザ光を発生している。

図２を参照すると、同じように、サンドイッチ構造を構成する第一型半導体層１Ｂ、活性層２Ｂ及び第二型半導体層３Ｂを包含する周知の水平型発光ダイオードが示されており、前記第一型半導体層１Ｂは、基板４Ｂ上に形成され、且つ第二型電極５Ｂ及び第一型電極６Ｂが前記第二型半導体層３Ｂと前記第一型半導体層１Ｂとの同じ側面にそれぞれ設置されており、これにより、前記第一型電極６Ｂ及び前記第二型電極５Ｂの間に電圧を印加すると、電子と電子孔は前記活性層２Ｂ内において結合してレーザ光を発生することができる。

また、図３を参照すると、特許文献１であって、窒化物発光ダイオード９を包含し、前記窒化物発光ダイオード９上に、真性半導体層９Ａ、窒化物フォトルミネセンス活性層９Ｂ、真性半導体層９Ａを順次堆積する光子再利用発光ダイオードが示されており、そのうち、前記窒化物発光ダイオード９によって発生するエレクトロルミネセンス９Ｃは、前記窒化物フォトルミネセンス活性層９Ｂに入射し、もう一つの波長であるフォトルミネセンス９Ｄを発生しており、つまり、前記窒化物フォトルミネセンス活性層９Ｂは、もう一つの波長であるフォトルミネセンス９Ｄを発生するためにあり、その目的は、様々な色の光を混合することで、演色性が好ましい白色光を発生することにある。

従って、垂直型発光ダイオード、水平型発光ダイオード或いはその他の型式の発光ダイオードであったとしても、需要に応じて適切な材料を活性層２Ａ、２Ｂとすれば、様々な色の可視光及び紫外線等の高エネルギー不可視光を含む各種波長の光を放出することができる。

そのうち、紫外線等の高エネルギー不可視光は、病原性ウィルスや細菌を有効的に駆除したり、その活性化を低減したりすることで、大規模な感染の発生を防ぐため、公共の場において幅広く応用されている。

また、高エネルギー不可視光は、人の目では見えないため、知らず知らずに人体を高エネルギー不可視光に晒してしまい易く、人体に影響を及ぼす値に達すると、皮膚や目に病変が発生し、ユーザの安全と健康に害を及ぼしてしまう。

米国特許公報第ＵＳ７２２３９９８号

このことから、本発明の目的は、高エネルギー不可視光が発生すると、これを可視光に転換して危険を知らせる警告信号とすることで、ユーザの安全を確保するための高エネルギー不可視光発光ダイオードの安全指示構成を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、高エネルギー不可視光発光構成、二つの電位印加層及び安全指示構成を包括する安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオードを提供し、そのうち、前記高エネルギー不可視光発光構成は、順方向のバイアス電圧を受けて不可視光を発光する高エネルギー不可視光発光層と、前記高エネルギー不可視光発光層の両側に設置するＰ型半導体層とＮ型半導体層とを有し、前記二つの電位印加層は、それぞれ前記Ｐ型半導体層及び前記Ｎ型半導体層とに接触し、前記安全指示構成は、前記不可視光を吸収して可視光を発光するフォトルミネセンス発光層を有し、前記高エネルギー不可視光発光構成の発光面上に設置し、且つ前記発光面上において局部を露出するように立体構成を形成している。

これにより、前記高エネルギー不可視光発光構成、即ち前記高エネルギー不可視光発光層が不可視光を発光した場合、前記安全指示構成の前記フォトルミネセンス発光層は前記不可視光を吸収することによって前記可視光に転換し、且つ本発明に係る前記安全指示構成は前記発光面上において局部を露出するように立体構成を形成しているため、一部の不可視光を有効的に制御して可視光に転換しながら、大部分の不可視光を保持して使用することから、可視光を危険を知らせる警告信号とし、人体を高エネルギー不可視光に晒さないように防ぐことで、ユーザの安全を確保している。

周知の垂直型発光ダイオードの構成を示す模式図である。 周知の水平型発光ダイオードの構成を示す模式図である。 周知のフォトルミネセンス発光ダイオードの構成を示す模式図である。 本発明の構成を示す模式図である。 本発明に係るフォトルミネセンス発光層の立体構成を示す斜視図である。 本発明に係るその他の実施例の構成を示す模式図である。 本発明が不可視光を吸収して可視光に転換する様子を示す波長図である。 本発明に係るその他の実施例の構成を示す模式図である。 本発明に係る局部によって安全性の表示を示す模式図である。 本発明に係る局部によって安全性の表示を示す模式図である。 本発明に係る数字によって安全性の表示を示す模式図である。 本発明に係る文字によって安全性の表示を示す模式図である。

これより、実施例を挙げて本発明の詳細な内容及びその技術的特徴を説明するが、これ等実施例はあくまでも説明をするための例示に過ぎず、本発明の実施を制限するものではない。

まず、図４及び図５を参照すると、本発明は、高エネルギー不可視光発光構成１０、二つの電位印加層２０、２１及び安全指示構成３０を包括する安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオードを提供し、そのうち、前記高エネルギー不可視光発光構成１０は、順方向のバイアス電圧を受けて不可視光４０を発光する高エネルギー不可視光発光層１１と、前記高エネルギー不可視光発光層１１の両側に設置するＰ型半導体層１２とＮ型半導体層１３とを有している。

前記二つの電位印加層２０、２１は、それぞれ前記Ｐ型半導体層１２及び前記Ｎ型半導体層１３とに接触し、前記安全指示構成３０は、前記不可視光４０を吸収して可視光５０を発光するフォトルミネセンス発光層３１を有し、前記高エネルギー不可視光発光構成１０の発光面６０上に設置し、且つ前記発光面６０上において局部を露出するように立体構成を形成しており、その立体構成は、円柱状、六角形状、五角形状、四角形状或いは三角形状のいずれかであって、図５はその一例として三角形状が図示されている。

また、前記発光面６０の設置位置は、実際の実施において、前記Ｐ型半導体層１２表面或いは前記Ｎ型半導体層１３表面のいずれかに設置することができ、本明細書においては、前記Ｎ型半導体層１３表面に設置することを例として説明しており、且つ前記安全指示構成３０は、前記Ｎ型半導体層１３に接触する半導体層３２をさらに包括し、前記フォトルミネセンス発光層３１を前記半導体層３２上に設置しており、前記半導体層３２は、上述したことに対応してＮ型半導体或いは真性半導体のいずれかにすることができる。

次に図６を参照すると、本発明に係るその他の実施例において、前記フォトルミネセンス発光層３１は、その上にもう一つの半導体層３３をさらに設置し、前記半導体層３３は、光屈折或いは広幅化の構成を設置することで、輝度を向上することができる。

さらに図７を併せて参照すると、前記高エネルギー不可視光発光構成１０、即ち前記高エネルギー不可視光発光層１１が前記不可視光４０を発光した場合、前記安全指示構成３０の前記フォトルミネセンス発光層３１は前記不可視光４０を吸収することによって前記可視光５０に転換している。そのうち、前記高エネルギー不可視光発光層１１の発光波長は、２００〜３８０ナノメートル（不可視区間）とすることができ、前記フォトルミネセンス発光層３１の発光波長は、４１０〜５６０ナノメートル（可視区間）とすることができる。

また、前記フォトルミネセンス発光層３１の材質は、III-V族窒化物とすることができ、且つ発光機能の強化のため、無添加構成或いはマグネシウム（Ｍｇ）及びシリコン（Ｓｉ）を添加する構成のいずれかとすることができる。また、前記フォトルミネセンス発光層３１が前記不可視光４０を過度に吸収させないため、好ましい前記フォトルミネセンス発光層３１の厚さは、０．１〜２マイクロメートルに制限するか、或いは材質又は厚さのいずれかによって、前記フォトルミネセンス発光層３１の高エネルギーから低エネルギーに転換する比率を３０％より少なく制限する必要がある。

また、前記安全指示構成３０は、前記発光面６０上の全域に設置するか、或いは図８及び図９のように、前記安全指示構成３０を、前記不可視光４０の吸収量を低減し、且つ高エネルギー不可視光が使用可能な程度、前記発光面６０上の一部だけに設置することができる。また、図１０のように、前記安全指示構成３０を前記発光面６０の両側に設置することで、輝度を強化し、且つユーザに注意をさらに促している。

また、図１１及び図１２のように、前記安全指示構成３０は、数字、文字或いは数字及び文字の両方によって表示するように、前記発光面６０の一部だけに設置することもできる。文字は、例えば、その危険性を「ＵＶＢ」というように、数字は、例えば、その高エネルギー波長を「２８５」というように、具体的に表示することで、警告の目的を達している。

以上のことから、本発明は、前記高エネルギー不可視光発光構成、即ち前記高エネルギー不可視光発光層が不可視光を発光した場合、前記安全指示構成の前記フォトルミネセンス発光層は前記不可視光を吸収することによって前記可視光に転換し、且つ本発明に係る前記安全指示構成は前記発光面上において局部を露出するように立体構成を形成しているため、一部の不可視光を有効的に制御して可視光に転換しながら、大部分の不可視光を保持して使用することから、可視光を危険を知らせる警告信号とし、人体を高エネルギー不可視光に晒さないように防ぐことで、ユーザの安全を確保している。

１０ 高エネルギー不可視光発光構成
１１ 高エネルギー不可視光発光層
１２ Ｐ型半導体層
１３ Ｎ型半導体層
２０ 電位印加層
２１ 電位印加層
３０ 安全指示構成
３１ フォトルミネセンス発光層
３２ 半導体層
３３ 半導体層
４０ 不可視光
５０ 可視光
６０ 発光面

Claims (13)

1. 順方向のバイアス電圧を受けて不可視光を発光する高エネルギー不可視光発光層と、前記高エネルギー不可視光発光層の両側に設置するＰ型半導体層とＮ型半導体層とを有する高エネルギー不可視光発光構成と、
   それぞれ前記Ｐ型半導体層及び前記Ｎ型半導体層とに接触する二つの電位印加層と、
   前記不可視光を吸収して可視光を発光するフォトルミネセンス発光層を有し、前記高エネルギー不可視光発光構成の発光面上に設置し、且つ前記発光面上において局部を露出するように立体構成を形成する安全指示構成と、を包括することを特徴とする、安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード。
2. 前記高エネルギー不可視光発光層の発光波長は、２００〜３８０ナノメートルであることを特徴とする請求項１に記載の、安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード。
3. 前記安全指示構成の立体構成は、円柱状、六角形状、五角形状、四角形状或いは三角形状のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の、安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード。
4. 前記フォトルミネセンス発光層の発光波長は、４１０〜５６０ナノメートルであることを特徴とする請求項１に記載の、安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード。
5. 前記フォトルミネセンス発光層の材質は、III-V族窒化物であることを特徴とする請求項１に記載の、安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード。
6. 前記フォトルミネセンス発光層は、無添加構成或いはマグネシウム（Ｍｇ）及びシリコン（Ｓｉ）を添加する構成のいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の、安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード。
7. 前記安全指示構成は、前記発光面の一部だけに設置することを特徴とする請求項１に記載の、安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード。
8. 前記安全指示構成は、数字、文字或いは数字及び文字の両方のいずれかによって表示することを特徴とする請求項７に記載の、安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード。
9. 前記安全指示構成は、前記発光面上の全域に設置することを特徴とする請求項１に記載の、安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード。
10. 前記フォトルミネセンス発光層の厚さは、０．１〜２マイクロメートルであることを特徴とする請求項１に記載の、安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード。
11. 前記フォトルミネセンス発光層の高エネルギーから低エネルギーに転換する比率は、３０％より少ないことを特徴とする請求項１に記載の、安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード。
12. 前記発光面は、前記Ｎ型半導体層表面に設置し、且つ前記安全指示構成は、前記Ｎ型半導体層に接触する半導体層をさらに包括し、前記フォトルミネセンス発光層を前記半導体層上に設置することを特徴とする請求項１に記載の、安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード。
13. 前記フォトルミネセンス発光層は、その上にもう一つの半導体層をさらに設置することを特徴とする請求項１１に記載の、安全指示を具える高エネルギー不可視光発光ダイオード。