発光ダイオードデバイス

专利摘要:
本発明は、発光層（１０３）と、前記発光層（１０３）の表面に配置されたフィルタ層（１０５）とを備え、前記フィルタ層（１０５）は、前記発光層からの光を受け、所定の角度レンジ内の光成分を通過させ、かつ所定の角度レンジ外の光成分を通過させないようになっている、発光ダイオードデバイスに関する。
公开号:JP2011513964A
申请号:JP2010548228
申请日:2009-02-24
公开日:2011-04-28
发明作者:コルネリス；エル ロンダ
申请人:コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ；
IPC主号:H01L33-58

专利说明:

[0001] 本発明は、発光ダイオードデバイスに関する。]
背景技術

[0002] 発光ダイオード（ＬＥＤ）は、基板に配置された発光層を備え、例えばＬＥＤチップによって形成される。この発光層、例えばライン発光蛍光層は、所定の波長に関連する所定の色の光を放出し、よって例えば、赤色または緑色光を発生する。しかしながら、この発光層は、その表面に入射する光を反射することもあり、このことは、発光された光の角度レンジを広くしてしまう。]
[0003] 米国特許第5,813,753号、米国特許第5,813,752号、欧州特許第170320号および欧州特許第275601号には、発光デバイスが記載されている。米国特許公開第2005/0243570A1号、欧州特許第0922305B1号、国際出願第WO2006/031352A2号、米国特許公開第2003/0169385A1号、米国特許第4,882,617号、米国特許第5,813,752号および米国特許第5,813,753号には、別のアプローチが記載されている。]
先行技術

[0004] 米国特許第5,813,753号
米国特許第5,813,752号
欧州特許第170320号
欧州特許第275601号
米国特許公開第2005/0243570A1号
欧州特許第0922305B1号
国際出願第WO2006/031352A2号
米国特許公開第2003/0169385A1号
米国特許第4,882,617号]
発明が解決しようとする課題

[0005] 本発明の目的は、改良された発光特性を有する発光ダイオードデバイスを提供することにある。]
課題を解決するための手段

[0006] この目的は、独立請求項の特徴事項によって達成される。]
[0007] 本発明は、発光層の表面にフィルタ層を配置すると、発光ダイオードの発光特性を改善できるという見解に基づくものである。角度放射特性を改善するために、フィルタ層は例えばフィルタ層の法線に対して所定の角度レンジ内にある光成分しか通過させない。この所定の角度レンジ外の光成分は、フィルタ層によって通過しない。これら成分は、フィルタ層によって、例えば発光層に向けて反射することができる。]
[0008] 本発明は、発光層と、発光層の表面に配置されたフィルタ層とを備え、フィルタ層は、発光層からの光を受け、所定の角度レンジ内の光成分を通過させ、かつ所定の角度レンジ外の光成分を通過させないように構成されている、発光ダイオードデバイスに関する。]
[0009] 一実施形態によれば、所定の角度レンジは、フィルタ層の法線に対して±５°のレンジ、またはフィルタ層の法線に対して±１０°のレンジ、またはフィルタ層の法線に対して±１５°のレンジ、またはフィルタ層の法線に対して±２０°のレンジ、またはフィルタ層の法線に対して±２５°のレンジである。角度レンジは、５°から１５°の間にあることが好ましい。]
[0010] １つ以上のＬＥＤおよびフラッシュを用いて、例えば所望する角度の光の分布を調節するよう、投影システム、街灯、自動車用ライト、または車内灯で、小さい角度レンジを使用できる。一般的に、投影システムは、角度レンジが小さい場合、好ましくは５°〜１５°の場合に有利であり、照明システムは、角度レンジが多少広い場合、好ましくは１５°より広い場合に有利である。ズームフラッシュの場合、多数の干渉フィルタを用いることにより、角度レンジをフレキシブルにすることが好ましい。]
[0011] 一実施形態によれば、光成分が所定の角度レンジ外にある場合、フィルタ層は、光成分を抑制、または光成分を発光層に向けて反射するように構成されている。]
[0012] 一実施形態によれば、フィルタ層は、干渉フィルタ層である。]
[0013] 一実施形態によれば、発光層は、蛍光体、特に緑色ライン発光Ｌｎ2Ｏ3：ＥｒまたはＬｎ2Ｏ3：Ｈｏ（ここで、Ｌｎ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ）または赤色ライン発光Ｋ2Ｍ（ＩＶ）Ｆ6：Ｍｎ（ここで、Ｍは、４価の金属イオンを示す）を含む。]
[0014] 一実施形態によれば、フィルタ層は、発光ダイオードによって発光できる光のスペクトル特性を調節するよう、特にカラーポイントのスペクトル特性を調節するように、所定のスペクトルの光成分を抑制又は反射又は吸収するように構成されている。]
[0015] 一実施形態によれば、フィルタ層は、複数のサブ層を含み、連続するこれらサブ層の反射率は、異なっている。]
[0016] 一実施形態によれば、フィルタ層は、０.２λ〜０.３λ（ここで、λは所望する発光波長を示す）のレンジ内の厚さを有する複数のサブ層を含む。]
[0017] 一実施形態によれば、フィルタ層は、更にレンズを形成するように構成されている。]
[0018] 本発明は、本発明の発光ダイオードデバイスを含むディスプレイデバイスにも関する。]
[0019] 本発明は、本発明の発光ダイオードデバイスを含む発光ダイオードフラッシュデバイスにも関する。]
[0020] 本発明は、更に発光層を製造するステップと、発光層の表面にフィルタ層を配置するステップとを備え、フィルタ層は、発光層からの光を受け、所定の角度レンジ内の光成分を通過させ、かつ所定の角度レンジ外の光成分を通過させないように構成されている、発光ダイオードデバイスを製造する方法にも関する。]
[0021] 以下、図面を参照し、本発明の更なる実施形態について説明する。]
図面の簡単な説明

[0022] 発光ダイオードを示す。
発光ダイオードを示す。
Ｙ2Ｏ3：Ｅｒの励起、発光および反射に対する光スペクトルを示す。]
実施例

[0023] 図１は、基板層１０１と、この基板層１０１の一表面に配置された発光層１０３と、発光層１０３の一表面に配置されたフィルタ層１０５とを備える発光ダイオードデバイスを示す。] 図１
[0024] 基板層１０１、例えばＬＥＤチップは、発光層１０３を励起するために設けられる更に別の層（例えば接触層、バンドギャップ閉じ込め層など）も含むことができる。この発光層１０３は、蛍光層でもよいし、またはLUMIRAMICプレートを含んでもよい。]
[0025] 図１に示されるように、例えば干渉フィルタ（ＩＦ）を形成するフィルタ層を、発光デバイスに関連して使用してもよいし、またはＬＥＤに基づくシステム内で使用してもよい。この干渉層１０５は、更にＬＥＤに基づくディスプレイシステムにおいて輝度およびコントラストを高めるのに貢献でき、例えば蛍光体変換ＬＥＤのためのカラー純度を高めることができ、白色発光蛍光体変換ＬＥＤに関連するＬＥＤのビンニング問題を緩和でき、または例えばＬＥＤフラッシュにおけるズーム機能を提供することもできる。] 図１
[0026] 一実施形態によれば、発光層１０３は、蛍光体粉体層および／またはLUMIRAMICプレートを含むことができる。更に、干渉フィルタは、図２に示されるようなレンズ機能を奏するよう、カーブした湾曲形状、例えば凸状または凹状形状でもよい。] 図２
[0027] 図２に示されたＬＥＤデバイスは、例えば基板１０１の特性を有する基板２０１、例えばＬＥＤチップと、例えば発光層１０３の特性を有する発光層２０３と、例えば図１のフィルタ層１０５の特性を有するフィルタ層２０５とを有する。] 図１ 図２
[0028] 更に、発光層の表面は、例えば凸状形状または凹状形状となることができ、ここでフィルタ層２０５は、発光層２０３の表面形状に従う形状を有することができる。干渉層２０５の頂部表面は、レンズを形成するように湾曲形状、例えば凸状または凹状でもよい。]
[0029] 例えば発光層１０３および２０３は、例えば緑色および／または赤色ライン発光蛍光体を含むことができ、ここでライン発光体を使用すると、光出力利得が増加する。更にライン発光蛍光体を使用すると、光学システム内の光学部品により誘導され得る色収差が小さくなる。例えば蛍光体変換ＬＥＤで利用するよう緑色ライン発光蛍光体を設けるために、例えばＬｎ2Ｏ3：ＥｒまたはＬｎ2Ｏ3：Ｈｏ（Ｌｎ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ）を使用できる。赤色ライン発光蛍光体を設けるために、例えば、Ｋ2Ｍ（ＩＶ）Ｆ6：Ｍｎ（ここで、Ｍは、４価の金属イオンを示す）を使用できる。しかしながら、例えば前方方向の、より高い光の収率を得るための青色原色も使用できる。ブロードバンド発光体に関する限り、最適な利得は減少し得るが、まだ大きな値であり得る。例えば干渉フィルタを形成するフィルタ層１０５または２０５は、より飽和状態にある又は彩度の高いカラーを得ること、例えば色域を広げることに貢献できる。この場合、本発明に係わるフィルタは、例えばディスプレイシステムに使用されると、コントラストを高められる。]
[0030] 再び図１および図２に示されたフィルタ層１０５および２０５を参照すると、反射性発光層１０３または２０３もしくは基板１０１、２０１に戻されるように反射された光は、光の成分がそれぞれのフィルタ層１０５または２０５を通過するように散乱される。このように光がＬＥＤデバイスを離間するときの角度を小さくすることができ、これによって光学系をより小さくし、かつ所望する方向の光出力を大きくすることが可能となる。] 図１ 図２
[0031] 例えば干渉フィルタを形成するフィルタ層は、所定の角度レンジ内外で干渉フィルタに到達する光成分の多数の反射を誘導する一方で、例えばＬＥＤを形成する基板により、および／または基板１０１の頂部にある発光層によって発生された光の一部に関して、上記レンジとは異なるある角度レンジ内で干渉フィルタに到達するときに、干渉層は透明であることができる。]
[0032] 更に、例えば白色発光ＬＥＤアラームにおける、例えば青色ＬＥＤの中心波長の小さい偏差を補正するためにフィルタ層を使用することができる。発光層によって発生する発光の一部を抑制することにより、ＬＥＤ光のカラーポイントを補正することも可能である。更に、光路内に干渉フィルタを挿入できるズームフラッシュを実現するために、本発明のアプローチを使用することもできる。]
[0033] 更に、蛍光粉体層も含むことができるLUMIRAMICプレートと組み合わせてフィルタ層を使用できる。]
[0034] 図１または図２に示されたフィルタ層は、多数の層から構成でき、連続する層の反射率が異なっていてもよい。例えば第１層は第１反射率を有し、第１層に続く第２層は、第１反射率よりも低いかまたは高い反射率である第２反射率を有することができる等であり、これにより、反射率が交互に低下または増加するようにできる。更に層が光を吸収しないようにこれら層を形成することもできる。更にフィルタ層は、ＳｉＯ2および／またはＴｉＯ2を含むか、これらから構成できる。しかしながら他の材料も使用できる。層の数を変えてもよく、例えばライン発光器の場合、２０層まででもよいし、またはブロードバンド発光体の場合には、増加した層数、例えば４０層まででもよい。これら層の数は、ＬＥＤチップ１０１または２０１によって発生される光の励起波長および／または発光層１０３または２０３によって発生される光の発光波長の差によっても決定され得る。フィルタ層の光学的厚さｎｄ（ｎは屈折率を示し、ｄは物理的インデックスを示す）は、０.２λ〜０.３λ（ここでλは発光された光の所望する中心波長を示す）とすることができる。] 図１ 図２
[0035] 更に粉体層もしくはLUMIRAMICプレートにフィルタ層を形成できる、例えばガラス片またはプラスチックもしくはシリコンに、例えばスパッタリング方法または気相方法に基づき、フィルタ層を別々に製造してもよい。しかしながら、このフィルタ層は、LUMIRAMICプレートに直接形成してもよい。フィルタ層１０５または２０５は、例えば発光層１０３、２０３によって形成されるルミネッセント構造に直接接触することが好ましい。]
[0036] 図３は、λPeak＝５６４ｎｍ、Ｙ2Ｏ3：０.８％Ｅｒの場合であって、フィルタ層内に、例えばＹ2Ｏ3：Ｅｒを使用したときに得られる光スペクトルを示す。特に、図３は、ナノメートルの波長にわたる相対的強度に関する反射スペクトル３０１、発光スペクトル３０３および励起スペクトル３０５の曲線を示している。] 図３
[0037] １０１基板層
１０３発光層
１０５フィルタ層
２０１基板
２０３ 発光層
２０５ フィルタ層
３０１反射スペクトル
３０３発光スペクトル
３０５ 励起スペクトル]

权利要求:

請求項1
発光層（１０３）と、前記発光層（１０３）の表面に配置されたフィルタ層（１０５）とを備え、前記フィルタ層（１０５）は、前記発光層からの光を受け、所定の角度レンジ内の光成分を通過させ、かつ前記所定の角度レンジ外の光成分を通過させないように構成されている、発光ダイオードデバイス。
請求項2
前記所定の角度レンジは、前記フィルタ層の法線に対して±５°のレンジ、または前記フィルタ層の法線に対して±１０°のレンジ、または前記フィルタ層の法線に対して±１５°のレンジ、または前記フィルタ層の法線に対して±２０°のレンジ、または前記フィルタ層の法線に対して±２５°のレンジである、請求項１に記載の発光ダイオードデバイス。
請求項3
前記光成分が前記所定の角度レンジ外にある場合、前記フィルタ層（１０５）は、光成分を抑制または吸収、もしくは前記発光層（１０３）に向けて反射するように構成されている、請求項１又は２に記載の発光ダイオードデバイス。
請求項4
前記フィルタ層（１０５）は、干渉フィルタ層である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光ダイオードデバイス。
請求項5
前記発光層（１０３）は、蛍光体、特に緑色ライン発光Ｌｎ2Ｏ3：ＥｒまたはＬｎ2Ｏ3：Ｈｏ（Ｌｎ＝Ｓｃ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ）または赤色ライン発光Ｋ2Ｍ（ＩＶ）Ｆ6：Ｍｎ（ここで、Ｍは４価の金属イオンを示す）を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオードデバイス。
請求項6
前記フィルタ層（１０５）は、発光ダイオードによって発光できる光のスペクトル特性を調節するよう、特にカラーポイントのスペクトル特性を調節するように、所定のスペクトルの光成分を抑制するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光ダイオードデバイス。
請求項7
前記フィルタ層（１０５）は、複数のサブ層を含み、連続するこれらサブ層の反射率は異なっている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光ダイオードデバイス。
請求項8
前記フィルタ層（１０５）は、０.２λ〜０.３λ（ここで、λは所望する発光波長を示す）のレンジ内の厚さを有する複数のサブ層を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光ダイオードデバイス。
請求項9
前記フィルタ層（１０５）は、更にレンズを形成するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発光ダイオードデバイス。
請求項10
請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光ダイオードデバイスを含むディスプレイデバイス。
請求項11
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発光ダイオードデバイスを含む発光ダイオードフラッシュデバイス。
請求項12
発光層を製造するステップと、前記発光層の表面にフィルタ層を配置するステップとを備え、前記フィルタ層は、前記発光層からの光を受け、所定の角度レンジ内の光成分を通過させ、かつ所定の角度レンジ外の光成分を通過させないように構成されている、発光ダイオードデバイスを製造する方法。