(57)【要約】  本発明は、可変色の発光装置（１０）に関し、光を放射する発光ダイオード（１２）を備え、このダイオードは、複数の導電層（１４，１６，１８）を備え、それらのうちの少なくともひとつは、ダイオードに広がる側方電流が制限されて、少なくとも２つの独立して電気的にアドレス指定可能なセグメント（３６）を形成し、オプションである数のセグメントを照明する。少なくともひとつの数のセグメントには、波長変換器（３４）が設けられ、関連するセグメントから放射された光の少なくとも一部分を変換して、所定の原色の光を発生するように適合している。また、本発明は、少なくともひとつのそうした発光装置を組み込まれたシステムと、そうした発光装置を制御するための方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変色の発光装置（１０）であって、
光を放射する発光ダイオード（１２）を備え、前記ダイオードは、複数の導電層（１４，１６，１８）からなり、それらのうちの少なくともひとつは、ダイオードでの側方への電流拡散が制限されて、少なくとも２つの独立して電気的にアドレス指定可能なセグメント（３６）が形成され、これにより選択可能な数のセグメントを照明可能とするように構成され、
少なくともひとつのセグメントには、関連するセグメントから放射された光の少なくとも一部分を変換して、所定の原色の光を発生するように構成された波長変換器（３４）が設けられていることを特徴とする可変色の発光装置。
【請求項２】
前記ダイオードは、Ｎ型層（１６）とＰ型層（１８）との間に介在されてなる、単一の連続した活性層（１４）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の可変色の発光装置。
【請求項３】
前記少なくとも２つの独立して電気的にアドレス指定可能なセグメントは、同一の連続した単一の活性層を共有していることを特徴とする請求項２に記載の可変色の発光装置。
【請求項４】
前記ダイオードは、少なくともひとつの高抵抗領域（４０）を備え、前記少なくともひとつの高抵抗領域による延長部が、前記セグメントを画定していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の可変色の発光装置。
【請求項５】
前記少なくともひとつの高抵抗領域は、前記Ｐ型層に組み込まれていることを特徴とする請求項４に記載の可変色の発光装置。
【請求項６】
前記少なくともひとつの高抵抗領域は、前記Ｎ型層に組み込まれていることを特徴とする請求項４に記載の可変色の発光装置。
【請求項７】
前記少なくともひとつの高抵抗領域は、前記活性層、及び、前記Ｐ型層及びＮ型層の少なくともひとつに組み込まれていることを特徴とする請求項４に記載の可変色の発光装置。
【請求項８】
電気接点（２８）はＰ型層に接続され、前記Ｐ型層の厚みは、ダイオードでの側方への拡散電流を制限するような厚みに設定され、これにより、前記セグメントは、接点とＰ型層との間の接触領域により規定されていることを特徴とする請求項２に記載の可変色の発光装置。
【請求項９】
前記ダイオードは、モノリシック成長であることを特徴とする請求項１に記載の可変色の発光装置。
【請求項１０】
少なくともひとつの波長変換器は、機械的及び光学的に、ダイオードと接触していることを特徴とする請求項１に記載の可変色の発光装置。
【請求項１１】
可変色の照明システム（５０）であって、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載された、少なくともひとつの可変色の発光装置（１０）と、
少なくともひとつの制御装置（５２）であって、各制御装置が、少なくともひとつの可変色の発光装置に接続され、入力制御信号（５４）に応じて、所望の混合色を発生させるように、関連する発光装置におけるそれぞれのセグメントの照明の強度を変更可能に構成された、上記制御装置と、
を備えていることを特徴とする可変色の照明システム。
【請求項１２】
可変色の照明システムネットワーク（６４）であって、
ネットワーク内で制御装置に接続された、請求項１１に記載された、複数の可変色の発光システム（５０）と、
ユーザインターフェース（６２）からの命令に基づいて、前記ネットワークを介して、制御装置に入力制御信号を供給するための中央演算装置（６０）と、
を備えていることを特徴とする可変色の照明システムネットワーク。
【請求項１３】
可変色の発光装置組立体であって、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載された、複数の可変色の発光装置（１０）を備え、
発光装置のひとつで任意の波長変換器との組み合わせで所定の原色の光の放射に対応したセグメントが、少なくともひとつの他の発光装置で同じ原色の光の放射に対応したセグメントと直列に接続されていることを特徴とする可変色の発光装置組立体。
【請求項１４】
可変色の照明システムのための制御装置（５２）であって、
システムが、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載された、可変色の発光装置（１０）を少なくともひとつ備え、
制御装置は、少なくともひとつの可変色の発光装置に接続され、入力制御信号（５４）に応じて、所望の混合色を発生させるように、関連する発光装置における各セグメントの照明の強度を変更可能に構成されていることを特徴とする制御装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載された、可変色の発光装置（１０）を制御するための方法であって、
入力制御信号（５４）に応じて、発光装置における各セグメントの照明の強度を変更して、所望の混合色を発生させることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変色の発光装置、及び、少なくともひとつのそうした発光装置が組み込まれたシステム、及び、そうした発光装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ひとつの色で投影された光を、他の色で投影された光と組み合わせると、第３の色が生じることは良く知られている。また、３つの最も一般に使用される原色（すなわち、赤色、緑色、及び青色）を異なる比率にて組み合わせると、可視光のスペクトルにおいて、ほとんどあらゆる色を発生できることも、良く知られている。
【０００３】
これらの理解は、様々な可変色の照明システムにおいて広く利用され、原色を所定のやり方にて混合することで、異なる色を発生させている。そうした装置は、例えば、照明の目的に使用される。ひとつのそうしたシステムは、米国特許第６，０１６，０３８号に開示されている。米国特許第６，０１６，０３８号においては、他の公知の可変色の照明システム及び多色の発光装置と同様に、それぞれの原色を生成するために、ひとつの独立した光源、すなわち、ひとつの発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用されている。すなわち、システムは、複数の光源を備え、それぞれが単一色を提供する。別の例は、米国特許第５，９５２，６８１号に開示されており、多色のＬＥＤは、基板上に配置された３つの個別のＬＥＤチップから構成され、ＬＥＤは、波長変換層と組み合わせられて、赤色、緑色、及び青色の光を放射する。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，０１６，０３８号
【特許文献２】米国特許第５，９５２，６８１号
【０００５】
しかしながら、既存のシステム及び装置における不都合は、個々の光源から原色を混合することが困難なことである。光源は、空間的に隔てられているので（光源は、例えば、米国特許第５，９５２，６８１号に見られるように、通常、互いに並んで、横方向に分離して配置される。）、すべての種類の光学的解決手段は、光を混合して、放射されるビームの全体にわたって均一な色の混合を保証するために適用される。例えば、ビームスプリッタ／コンバイナー、ダイクロイックミラー、拡散プレートなどが使用される。そうした光学的解決手段は、高価であり、及び／又は、光源効率を減少させるなど、特に、個々の光源が互いに整列不良であると不都合がある。光源は、回転され又は傾けられ、これは、特にいわゆる蛍光体変換ＬＥＤで、色と強度の不均一を生じさせる。
【０００６】
さらに、カラー照明システムにおいて、原色をそれぞれ発生させる、複数の別個の光源を用いる場合、均一なカラー照明システムを得るために、問題点について考えなければならない。すなわち、輝度や、放射された照射の波長などについて、個々の光源が合致することを確保しなければならない。
【０００７】
複数の別々の光源を用いる場合の他の不都合は、不必要に大きな空間を占めることである。例えば、米国特許第５，９５２，６８１号においては、それぞれのチップに、Ｎ型の電極を繰り返して使用しているために、比較的大きな非放射領域が存在している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、これらの問題点を解決し、改良された可変色の発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的、及び以下の説明から明らかになるその他の目的は、特許請求の範囲に記載された、可変色の発光装置によって、及び、少なくともひとつのそうした発光装置を組み込まれたシステムによって、及びそうした発光装置の制御方法によって、達成される。
【００１０】
本発明のひとつの観点によって提供される、可変色の発光装置は、光を放射する発光ダイオードを備え、このダイオードは、選択可能な数のセグメントを照明するため、複数の導電層を備え、それらのうちの少なくともひとつは、少なくとも２つの独立して電気的にアドレス指定可能なセグメントを形成するため、ダイオードでの側方拡散電流が制限されており、少なくともひとつの数のセグメントには、関連するセグメントから放射された光の少なくとも一部分を変換して、所定の原色の光を発生するように構成された波長変換器が設けられている。
【００１１】
本発明が基礎とする理解は、ダイオードでの拡散電流を制限することで、ダイオードを複数の独立した、または、独立してアドレス指定可能な、セグメント又は部分に分割できることである。ダイオードは、適当な波長変換器と組み合わせると、複数の異なる色を可変式に放射するために使用でき、これらの色を組み合わせて又は混合して、所望の総合的な出力色を得る。ひとつのセグメント、複数のセグメント、又はすべてのセグメントは、任意の与えられた時に照明でき、それぞれのセグメントの照明の強度は、好ましくは、所望の総合的な出力色及び電力に応じて、変更される。それぞれの波長変換器は、その関連するセグメントと、空間的に及び幾何学的に合致する。
【００１２】
少なくとも２つのセグメントを有し、その１つに波長変換器が設けられていることは、発光装置が、少なくとも２つの原色（組み合わせて又は混合されて、第３の色になる）を放射できることを意味している。例えば、発光装置が２つのセグメントを備えていると仮定する。この場合には、２つのセグメントのそれぞれには、別々の波長変換器が設けられ、これにより、２つの異なる原色を発生させることができる。変形例としては、１つのセグメントには、波長変換器が設けられ、所定の原色を発生し、他の（原色の）色は、他のセグメントから直接放射される光の色になっていても良い。
【００１３】
本発明による可変色の発光装置の利点は、原色が同一の源に由来し（ほとんどの用途において、事実上、点光源に近づく）、それにより、放射された原色を混合するための高価で効率の悪い光学系の必要性が減少することである。また、そうした可変色の発光装置は、ほとんど空間を占めることがなく、発光装置における放射領域は、かなり増加する。さらに、ひとつのダイオードを有する発光装置を使用するとき、ほとんどの上述した問題点から解放される。
【００１４】
ダイオードは、好ましくは、Ｎ型層とＰ型層との間に介在されてなる、単一の連続活性層を備えている。さらに、少なくとも２つの独立して電気的にアドレス指定可能なセグメントは、好ましくは、同一の単一の連続活性層を共有しており、すなわち、単一の連続活性層の異なる部分が、異なるセグメントに属している。
【００１５】
さらに、ダイオードは、好ましくは、モノリシック成長である。本発明による複数の独立してアドレス指定可能なセグメントを有してなる、単一の（モノリシック成長の）ダイオードと、モノリスのダイオードの集団を基板に取り付けられてなる、従来技術による装置との間の違いに留意すべきである。前者は、単一実体の構造であるが、後者は、複数の個々の実体からなる構造である。
【００１６】
上述した電流の制限は、様々な方法によって達成できる。ひとつの実施形態においては、ダイオードは、少なくともひとつの高抵抗領域を備え、その延長部がセグメントを規定している。ここでの抵抗は、電流の流れに対する妨害を称する。従って、少なくともひとつの高抵抗領域は、ダイオードに広がる電流を制限する。少なくともひとつの高抵抗領域は、例えば、エッチングの分離又はダイオードのブロッキングチャネルによって達成される。また、機械的な研磨、または、レーザのアブレーションを使用しても良い。変形例としては、ダイオードのホスト材料に不動態化ドーパントを実行することで、ダイオードの領域を電気的に不動態化させても良い。
【００１７】
少なくともひとつの高抵抗領域は、好ましくは、ダイオードの少なくともひとつの導電層に組み込まれる。それは、例えば、Ｐ型層に組み込まれる。単数又は複数の高抵抗領域は、Ｐ型層が連続又は不連続であるようにＰ型層で延長部を有している。ここで、活性層及びＮ型層は電気的に構造化されておらず、電流の拡散は、Ｐ型層における高抵抗領域によって決定される。高抵抗領域は、代わりに、同様なやり方にて、Ｎ型層に組み込んでも良く、その場合には、活性層及びＰ型層が電気的に構造化されない。
【００１８】
変形例としては、少なくともひとつの高抵抗領域は、活性層に、及び、Ｐ型層及びＮ型層のうち少なくともひとつに、組み込まれる。この場合には、少なくともひとつの高抵抗領域は、活性層が連続性を維持するように、すなわち一体的に形成されるように、活性層において横方向／水平方向の延長部を有するべきである。少なくともひとつの高抵抗領域は、例えば、Ｐ型層及び活性層の両方に組み込まれる（この場合、Ｎ型層は電気的に構造化されず、電流の拡散は、２つの構造化された層（すなわち、Ｐ型層及び活性層）における、または、すべての導電層（すなわち、Ｐ型層、活性層、及びＮ型層）における、高抵抗領域によって決定される。）。
【００１９】
好ましくは、複数の高抵抗領域は、それらが組み込まれるすべての層において、同一の水平方向の又は横方向の延長部を有する。これは、単一のマスクと、単一のエッチングステップを利用して達成される。しかしながら、ひとつの層における高抵抗領域は、別の層とは異なる横方向の延長部又はパターンを有することも可能である。これは、２つのマスクと、２つのエッチングステップを利用して達成される。２つのマスクはパターンの部分について重なり合ってもよく、片方が第１のものの延長部であってもよく、それらが完全に異なっていてもよい等である。これは、構造化されて不連続なＰ型層と併せて、構造化されるが連続的な活性層を可能にする。
【００２０】
少なくともひとつの高抵抗領域が、すべての導電層に組み込まれる場合には、構造化された活性層及びＮ型層は、連続的であるべきであり、一方、構造化されたＰ型層は、連続的又は不連続で良い。好ましくは、少なくともひとつの高抵抗領域は、Ｎ型層の断面の部分を通って垂直に延び、セグメントとＮ型の接点との間の電流が、完全に遮断されることを回避する。
【００２１】
他の実施形態においては、電気接点は、Ｐ型層に接続され、Ｐ型層の厚みは、ダイオード内における横方向の電流の拡散が制限されるようなものであり、これにより、接点とＰ型層との間の接触領域によって、セグメントが形成される。従って、ダイオードにおいて広がる横方向の電流は、Ｐ型層の厚みと、Ｐ型層に接続された電気接点のサイズ及び範囲とによって、決定される。
【００２２】
さらに別の実施形態においては、少なくともひとつの波長変換器は、機械的に及び光学的に、ダイオードに接触する。これにより提供される利点は、ダイオードの様々な要素間の境界における屈折及び／又は反射に起因して、隣接するセグメントに関連した波長変換器に広がる、セグメントからの放射の量が減少することである。
【００２３】
本発明による発光装置は、例えば、活性層から入射する光の少なくとも一部分を赤色の光に変換するように構成してなる少なくともひとつの波長変換器と、入射する光の少なくとも一部分を緑色の光に変換するように構成してなる少なくともひとつの波長変換器と、入射する光の少なくとも一部分を青色の光に変換するように構成してなる少なくともひとつの波長変換器と、を備え、従って、ＲＧＢ発光装置を形成している。ダイオードの活性層が青色の光を放射する場合には、青色の波長変換器は省略することができる。変形例としては、本発明による発光装置は、例えば、少なくともひとつの波長変換器を備え、活性層から入射する青色の光の少なくとも一部分を黄色の光に変換するように適合し、白色光を生成する。しかしながら、様々な他の色の組合せが可能であることに留意されたい。
【００２４】
本発明の別の観点によれば、可変色の照明システムが提供され、前述した可変色の発光装置の少なくともひとつと、少なくともひとつの制御装置であって、それぞれの制御装置は、少なくともひとつの可変色の発光装置に接続され、入力制御信号に応じて所望の混合色を発生させるように、関連する発光装置におけるそれぞれのセグメントの照明の強度を変更することができる、上記制御装置と、を備えている。
【００２５】
本発明のさらに別の観点によれば、可変色の照明システムネットワークが提供され、前述した、複数の可変色の発光システムを備え、そのシステムの制御装置は、ネットワークに接続され、入力制御信号を供給するための中央演算装置は、ユーザインターフェースからの命令に基づいて、前記ネットワークを介して、制御装置に接続されている。
【００２６】
本発明のさらに別の観点によれば、可変色の発光装置組立体が提供され、前述した、複数の可変色の発光装置を備え、所定の原色の光を放射するセグメントは、ひとつの発光装置における任意の波長変換器と組み合わせられて、少なくともひとつの他方の発光装置における、同じ原色の光を放射するセグメントと直列に結合されている。
【００２７】
本発明のさらに別の観点によれば、可変色の照明システムのための制御装置が提供され、システムは、前述した、可変色の発光装置を少なくともひとつ備え、制御装置は、少なくともひとつの可変色の発光装置に接続され、入力制御信号に応じて所望の混合色を発生させるため、関連する発光装置におけるそれぞれのセグメントの照明の強度を変更するように構成されている。
【００２８】
本発明のさらに別の実施形態によれば、前述した、可変色の発光装置を制御するための方法が提供され、この方法は、発光装置におけるそれぞれのセグメントの照明の強度を変更して、入力制御信号に応じて、所望の混合色を発生させる。
【００２９】
これらの本発明の更なる観点は、本発明の最初に議論した観点と同様な利点を提供する。
【００３０】
本発明のこれらの及びその他の観点については、現時点において好ましい、本発明の実施形態を示した添付図面を参照して、以下に、より詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は、本発明の実施形態による、可変色の発光装置１０を示した側断面図である。発光装置１０は、発光ダイオード１２を備え、この発光ダイオードは、活性層１４を、Ｎ型層１６とＰ型層１８との間に介在させて構成されている。これらの層は、例えば、適切にドーピングされた、ＧａＮ層である。ダイオード１２は、電気接点２２が設けられたサブマウント２０に取り付けられ、電気接点は、ダイオードを駆動するための回路（図示せず）に接続されている。Ｎ型層１６には、接点２４が設けられ、（半田バンプ２６によって）ひとつの電気接点２２に半田付けされ、それにより、Ｎ型層１６を、ダイオードを駆動する回路に接続している。Ｐ型層１８は、同様に、接点２８ａ〜２８ｃ、半田バンプ３０ａ〜３０ｃ、及び電気接点２２を介して、回路に接続されている。Ｎ型層の上部には、透明基板３２が設けられ、透明基板３２の上部には、波長変換器３４ａ〜３４ｃが設けられている。
【００３２】
図２は、図１の可変色の発光装置１０を示した部分的な底面図であって、Ｐ型層の接点２８ａ〜２８ｃと、Ｐ型層１８と、波長変換器３４ａ〜３４ｃとを示している。すべての底面を示した図ではなく、要素は、「ピラミッド」式に描かれているため、例えば、上部にある波長変換器が示されている。しかしながら、実際の実施形態においては、このピラミッド構造は、必ずしも適用されるとは限らない。
【００３３】
可変色の発光装置１０のデザインのために、ダイオード１２は、複数のセグメント３６ａ〜３６ｃに分割され、これらのセグメントは、光を放射するために、独立して動作する。セグメント３６において、活性層１４によって放射された照射は、関連付けられた波長変換器３４によって変換される。発光装置１０の動作に際しては、所望の総合的な出力に応じて、ひとつのセグメント、複数のセグメント、または、すべてのセグメントが、所定の時に、適切なセグメントをアドレス指定することで、発光する。また、所定のセグメントから放射される、放射の強度を制御することができる。このように、同一のダイオードから、様々な色を放射することができる。
【００３４】
例えば、波長変換器３４ａ〜３４ｃは、それぞれ、赤色、緑色、青色に対応していると仮定する。セグメント３６ａを動作させ又はアドレス指定することで、赤色の光が放射される。セグメント３６ａ及び３６ｂをアドレス指定することで、赤色の光と緑色の光が放射される。すべての３つのセグメント３６ａ〜３６ｃをアドレス指定することで、赤色と緑色と青色との光が放射される。
【００３５】
ダイオードにおける独立して発光する別個のセグメントは、ダイオードで電流が広がることを制限することで作ることが可能になる。図１及び図２のダイオードでの電流の拡散を制限する原理は、以下に説明する。
【００３６】
特定の体積での電流拡散は、体積の特性（表面積対深さ）、及び、電子／ホールの移動度によって決定される。半導体においては、後者は、拡散係数によって記述される。可視光の発光ダイオードにおける基本的な材料である、ＡｌＩｎＧａＰ及びＡｌＩｎＧａＮ材料のシステムを含む、多くの化合物半導体において、ｎ型の材料に関連する電子移動度と、ｐ型の材料に関連するホール移動度との間には、ドーピングレベルに応じて、しばしば１オーダーの大きさを越えるような、大きな違いが存在する。外部電場が、ｐドープ半導体又はｎドープ半導体（例えば、Ｐ型層１８又はＮ型層１６）に適用されるとき、電荷電流は、（適用された外部電場による）ドリフトと、拡散との組合せによって記述される。代表的なドーピングレベル（１０17〜１０18ｃｍ3）においては、これは、ｎ型領域において強い横方向の電流拡散をもたらし、ｐ型材料においては、ほとんどそうした拡散をもたらさない。従って、充分な横方向の拡散のためには、厚いｐドープ領域が必要である。
【００３７】
図１及び図２の発光装置１０において、Ｐ型層の厚みは、層に広がる横方向の電流、すなわち、図１の水平方向に広がる電流が、制限されるように選択される。このように、独立してアドレス指定可能なセグメント３６は、接点２８とＰ型層１４との間の接触領域により規定される。従って、図１及び図２に示した実施形態においては、電流の拡散は、Ｐ型層１４の厚みと、接点２８ａ〜２８ｃのサイズ及び配置とによって定められる。図１及び図２に示すように、接点２８ａ〜２８ｃのサイズは、セグメント３６ａ〜３６ｃを画定する助けとなる。また、波長変換器３４ａ〜３４ｃのサイズ及び配置は、セグメント３６ａ〜３６ｃに対応する。
【００３８】
図１及び図２に示した発光装置１０においては、異なるセグメント３６間に、いくらかの電流の拡散が生じる。このことは、第１のセグメントが活性化すると、電流は隣接する第２のセグメントに広がって、この第２のセグメントの少なくとも一部分が発光することを意味している。この不要な電流の拡散を抑制するために、（例えば、図３乃至図６に示すように）ダイオードに高抵抗領域を組み込んで、この高抵抗領域で、セグメントを分離／画定し、あるセグメントにおける電流が、隣接するいずれかのセグメントに相互作用するのを阻止している。
【００３９】
図３ａ及び図３ｂに示した発光装置は、Ｐ型層１８が高抵抗領域４０によって構造化されている点を除いて、図１と同様である。図３において、高抵抗領域４０は、Ｐ型層１８に「充填された」溝部として組み込まれている。すなわち、高抵抗領域４０は、Ｐ型層１８の断面の一部で、垂直に延びるが、このとき、Ｐ型層は連続した状態に保持される。変形例としては、高抵抗領域４０は、Ｐ型層１８の断面の全体にわたって、垂直に延び、図３ｂに示すように、活性層１４に達していても良い。
【００４０】
図４ａ及び図４ｂには、Ｐ型層における高抵抗領域４０の水平ないし横方向の延長部の例を示している。図４ａにおいては、高抵抗領域は、Ｐ型層のほとんど全幅にわたって延びている。図４ｂにおいては、高抵抗領域は、Ｐ型層の全幅にわたって延びている。図３ａ及び図３ｂ、及び図４ａ及び図４ｂに示すように、高抵抗領域４０の延長部は、セグメント３６を制限し／画定している。高抵抗領域４０は、例えば、エッチング、イオンプランテーションなどによって実現される。
【００４１】
また、図３ｂ及び図４ｂに示した変形例の組合せは、不連続なＰ型層をもたらすことに留意されたい。不連続なＰ型層は、電流の閉じ込めを改良する。
【００４２】
セグメント間における不要な電流の拡散をさらに抑制するために、高抵抗領域４０は、図５に示すように、活性層１４の中に延びても良く、または、図６に示すように、Ｎ型層１６にまで延びても良い。図６においては、高抵抗領域４０は、Ｎ型層１６の断面の一部に、垂直に延びている。Ｎ型層１６は、任意のセグメント３６がＮ型接点２４及び回路２２から完全に電気的に遮断されることを回避するために、連続したままに残される。高抵抗領域は、層内において、同一の又は異なった、横方向の延長部を有している。例えば、Ｐ型層における高抵抗領域は、Ｐ型層が不連続になる延長部を有し、活性層における高抵抗領域は、活性層が連続したままに残されるような、すなわち、一体的に（単一のピースで）形成されるような、延長部を有している。活性層１４における高抵抗領域４０のデザインの例は、得られたセグメントと共に、図８ａ乃至図８ｍに示している。図８ａ乃至図８ｄのそれぞれは、矩形の形状である活性層を示していて、少なくともひとつの高抵抗領域は、活性層の短絡側に対して平行に延びている。図８ｅ乃至図８ｇのそれぞれは、正方形の形状である活性層を示していて、高抵抗領域の全体的なデザインは、本質的に十字形になっている。図８ｈ乃至図８ｍのそれぞれは、円形の形状である活性層を示していて、図８ｈ及び図８ｉにおいては、高抵抗領域は全体的に星形の形態を有していて、図８ｊにおいては、高抵抗領域は螺旋形状の形態を有していて、図８ｋ乃至図８ｍにおいては、高抵抗領域は十字形タイプの形状を有している。
【００４３】
上述したセグメント間における電流の拡散とは別に、光学的な「クロストーク」がピクセル間には存在する。すなわち、活性層からの放射は、Ｎ型層と透明基板を通して、変換器へ放射され、ダイオードの様々な要素の間の境界にて、屈折及び／又は反射する。屈折／反射の後に、放射は、隣接するセグメントに関連した、波長又は色変換器に達する。この光学的な「クロストーク」を抑制するために、ダイオードにおける関連する要素は、屈折率を合致させて、屈折／反射を回避することができる。さらに、光学的な「クロストーク」の効果は、Ｎ型層と変換器との間にある透明基板を除去することで減少し、変換器を、図７に示すように、ダイオードと光学的及び機械的に接触させる。図７において、変換器は、Ｎ型層に直接取り付けられている。透明基板は、同様なやり方で、図１乃至図６に示した任意の発光装置において、省略することができることに留意されたい。
【００４４】
また、３×１の構成を有する発光装置について説明したけれども（例えば、図２参照）、本発明による発光装置は、より多くのセグメントを備えても良く、例えば、図９に示すように、３×３の構成で９個のセグメントを有していても良い。図９に示した発光装置１０は、一組のひとつの青色変換器３４ｃと、一組の４つの赤色変換器３４ａと、一組の４つの緑色変換器３４ｂとを備えている。これに対応して、下層にあるダイオードは、９個のアドレス指定可能なセグメントに分割されている。
【００４５】
さらに、上述したタイプの複数の発光装置を組み合わせても良い。例えば、３×１の発光装置を３つ組み合わせて、３×３の発光装置としても良い。この場合には、異なる３×１の発光装置におけるセグメントは、直列に接続される。例えば、それぞれの３×１の発光装置が、赤色の変換器をもったセグメントを備えている場合には、これらの３つの「赤色のセグメント」は、直列に接続され、赤色の「カラーチャネル」を形成し、単一のドライバによる単一の駆動電流によって駆動される。すなわち、いくつかのセグメントを、グループとしてアドレス指定しても良い。直列の構成を（並列接続を用いてそれぞれのセグメントを独立にアドレス指定する代わりに）用いる利点は、電流よりもむしろ電圧が高まり、これは、ドライバにとって利益である。また、複数のセグメントに単一の接続を用いることは、必要な接続の数を減少させる。
【００４６】
本願において開示された可変色の発光装置は、有利に、可変色の照明システムに組み込むことができ、その例を図１０に示している。
【００４７】
図１０は、可変色の発光装置１０を備えてなる、可変色の照明システム５０を示したブロック図である。可変色の発光装置１０は、上述した任意のタイプのもので良い。発光装置１０は、制御装置５２に結合されている。制御装置５２は、入力制御信号５４に基づいて、関連する発光装置を制御することができる。より詳しくは、制御装置５２は、入力制御信号に応答して、所望の混合色を発生させるために、関連する発光装置におけるそれぞれのセグメントからの放射の強度を変化させることができる。
【００４８】
可変色の照明システム５０はさらに、発光装置１０の出力を処理するように構成してなる、様々な光学系５６を備えている。光学系は、例えば、ビーム成形光学系、混合光学系、均一化光学系などである。
【００４９】
また、可変色の照明システム５０は、発光装置１０の様々な特性を測定するように構成してなるセンサ５８を備え、実際の色及び発光装置の出力の光束、発光装置の温度などを測定する。こうした測定を行う理由は、動作中に温度が上昇すると、発光装置の光学的特性が変化するためである。実際の出力の測定値は、フィードバック値として使用され、制御装置は、発光装置を調整し、実際の出力が可能な限り所望の出力に等しくなるようにする。従って、発光装置の出力の精度は改善される。
【００５０】
さらに、可変色の照明システム５０は、多くの追加的な要素を備え、例えば、動作中の温度を低く保つための、能動的な及び／又は受動的な冷却要素、故障の検出のための、電圧及び／又は電流検出器などを備える。
【００５１】
いくつかの可変色の照明システム５０をさらに、互いに接続して、図１１に示すように、可変色の照明システムのネットワークを形成しても良い。図１１において、可変色の照明システムのネットワーク６４は、３つの可変色の照明システム５０ａ〜５０ｃと、制御装置５２ａ〜５２ｃとを備え、これらの制御装置は、ネットワークにおいて、中央演算装置６０に接続されている。制御装置５２ａ〜５２ｃは、例えば、共通するデータバスに接続され、データバスは、中央演算装置６０に接続される。任意の様々な異なるプロトコル（例えば、ＤＭＸ、ＤＡＬＩなど）を使用して、中央演算装置６０と制御装置５２ａ〜５２ｃとの間にて、または、制御装置間にて、データを伝送する。
【００５２】
中央演算装置６０は、さらにユーザインターフェース６２に接続される。
【００５３】
照明システムネットワーク６４の動作に際しては、ユーザは、ユーザインターフェース６２を介して、所望の色、所望の光束出力、照明パターンなどを、照明システムネットワークのために設定する。ユーザの入力は、中央演算装置６０に伝送され、中央演算装置は、制御装置５２ａ〜５２ｃに、対応する入力制御信号５４ａ〜５４ｃを供給する。それぞれの制御装置５２は、前述したように、入力制御信号に従って、関連する発光装置１０を制御する。
【００５４】
当業者は理解するだろうが、本発明は、決して、上述した好ましい実施形態に制限されるものではない。逆に、特許請求の範囲の範囲内において、多くの変形例及び改変例が可能である。例えば、上述した例においては、フリップチップの構成を示したけれども、例えば、ダイオードの上側に接点パッドを有してなる、ワイヤボンドダイオードを使用することも可能である。
【００５５】
さらに、図１１には、３つの可変色の発光装置を具備したネットワークを示したけれども、本発明は、これに関して制限されず、任意の数の発光装置を照明システムに使用できることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態による、可変色の発光装置を示した側断面図である。
【図２】図１の可変色の発光装置を示した部分的な底面図である。
【図３】図３ａ及び図３ｂは、本発明の別の実施形態による、可変色の発光装置を示した側断面図である。
【図４】図４ａ及び図４ｂは、図３ａ及び図３ｂの可変色の発光装置のための、例示的な高抵抗領域のパターンを示した部分的な底面図である。
【図５】図３ａ及び図３ｂの可変色の発光装置の変形例を示した側断面図である。
【図６】図３ａ及び図３ｂの可変色の発光装置の別の変形例を示した側断面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態による、可変色の発光装置を示した側断面図である。
【図８】図８ａ〜図８ｍは、様々な活性層の構造を示した模式的な上面図である。
【図９】３×３の構成を有してなる、可変色の発光装置を示した上面図である。
【図１０】本発明による可変色の発光装置を備えてなる、可変色の照明システムを示したブロック図である。
【図１１】図１０の可変色の発光システムの複数を備えてなる、可変光の照明システムネットワークを示したブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  発光装置
１２  発光ダイオード
１４  活性層
１６  Ｎ型層
１８  Ｐ型層
２０  サブマウント
２２  電気接点
２４  接点
２６  半田バンプ
２８ａ−２８ｃ  接点
３０ａ−３０ｃ  半田バンプ
３２  透明基板
３４ａ−３４ｃ  波長変換器
３６ａ−３６ｃ  セグメント
４０  高抵抗領域
５０  照明システム
５２  制御装置
５４  入力制御信号
５６  光学系
５８  センサ
６０  中央演算装置
６２  ユーザインターフェース
６４  照明システムネットワーク
【図１】
2009509326.tif 000003
【図２】
2009509326.tif 000004
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
2009509326.tif 000008
【図５】
2009509326.tif 000009
【図６】
2009509326.tif 000010
【図７】
2009509326.tif 000011
【図８ａ】
2009509326.tif 000012
【図８ｂ】
2009509326.tif 000013
【図８ｃ】
2009509326.tif 000014
【図８ｄ】
2009509326.tif 000015
【図８ｅ】
2009509326.tif 000016
【図８ｆ】
2009509326.tif 000017
【図８ｇ】
2009509326.tif 000018
【図８ｈ】
2009509326.tif 000019
【図８ｉ】
2009509326.tif 000020
【図８ｊ】
2009509326.tif 000021
【図８ｋ】
2009509326.tif 000022
【図８ｌ】
2009509326.tif 000023
【図８ｍ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年4月2日(2008.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変色の発光装置（１０）であって、
光を放射する発光ダイオード（１２）を備え、前記ダイオードは、
Ｎ型層（１６）とＰ型層（１８）との間に介在されてなる単一の連続した活性層（１４）を有する複数の導電層（１４，１６，１８）と、
少なくとも２つのセグメント（３６）であって、少なくともそのうちのひとつには、関連するセグメントから放射された光の少なくとも一部分を変換して、所定の原色の光を発生するように構成された波長変換器（３４）が設けられた、上記少なくとも２つのセグメント（３６）と、を備え、
複数の導電層（１４，１６，１８）のうちの少なくともひとつは、ダイオードでの側方への電流拡散が制限されるように構成され、これにより、ダイオードの前記少なくとも２つのセグメント（３６）が、各セグメントの独立した照明を可能にするために、独立して電気的にアドレス指定可能に構成されていることを特徴とする可変色の発光装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つの独立して電気的にアドレス指定可能なセグメントは、同一の連続した単一の活性層を共有していることを特徴とする請求項１に記載の可変色の発光装置。
【請求項３】
前記ダイオードは、少なくともひとつの高抵抗領域（４０）を備え、前記少なくともひとつの高抵抗領域による延長部が、前記セグメントを画定していることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変色の発光装置。
【請求項４】
前記少なくともひとつの高抵抗領域は、前記Ｐ型層に組み込まれていることを特徴とする請求項３に記載の可変色の発光装置。
【請求項５】
前記少なくともひとつの高抵抗領域は、前記Ｎ型層に組み込まれていることを特徴とする請求項３に記載の可変色の発光装置。
【請求項６】
前記少なくともひとつの高抵抗領域は、前記活性層、及び、前記Ｐ型層及びＮ型層の少なくともひとつに組み込まれていることを特徴とする請求項３に記載の可変色の発光装置。
【請求項７】
電気接点（２８）はＰ型層に接続され、前記Ｐ型層の厚みは、ダイオードでの側方への拡散電流を制限するような厚みに設定され、これにより、前記セグメントは、接点とＰ型層との間の接触領域により規定されていることを特徴とする請求項１に記載の可変色の発光装置。
【請求項８】
前記ダイオードは、モノリシック成長であることを特徴とする請求項１に記載の可変色の発光装置。
【請求項９】
少なくともひとつの波長変換器は、機械的及び光学的に、ダイオードと接触していることを特徴とする請求項１に記載の可変色の発光装置。
【請求項１０】
可変色の照明システム（５０）であって、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載された、少なくともひとつの可変色の発光装置（１０）と、
少なくともひとつの制御装置（５２）であって、各制御装置が、少なくともひとつの可変色の発光装置に接続され、入力制御信号（５４）に応じて、所望の混合色を発生させるように、関連する発光装置におけるそれぞれのセグメントの照明の強度を変更可能に構成された、上記制御装置と、
を備えていることを特徴とする可変色の照明システム。
【請求項１１】
可変色の照明システムネットワーク（６４）であって、
ネットワーク内で制御装置に接続された、請求項１０に記載された、複数の可変色の発光システム（５０）と、
ユーザインターフェース（６２）からの命令に基づいて、前記ネットワークを介して、制御装置に入力制御信号を供給するための中央演算装置（６０）と、
を備えていることを特徴とする可変色の照明システムネットワーク。
【請求項１２】
可変色の発光装置組立体であって、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載された、複数の可変色の発光装置（１０）を備え、
発光装置のひとつで任意の波長変換器との組み合わせで所定の原色の光の放射に対応したセグメントが、少なくともひとつの他の発光装置で同じ原色の光の放射に対応したセグメントと直列に接続されていることを特徴とする可変色の発光装置組立体。
【請求項１３】
可変色の照明システムを制御するように構成された制御装置（５２）であって、
システムが、請求項１乃至９のいずれか一項に記載された、可変色の発光装置（１０）を少なくともひとつ備え、
制御装置は、少なくともひとつの可変色の発光装置に接続され、入力制御信号（５４）に応じて、所望の混合色を発生させるように、関連する発光装置における各セグメントの照明の強度を変更可能に構成されていることを特徴とする制御装置。
【請求項１４】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載された、可変色の発光装置（１０）を制御する方法であって、
入力制御信号（５４）に応じて、発光装置における各セグメントの照明の強度を変更して、所望の混合色を発生させることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2009509326.tif 000028
2009509326.tif 000029
2009509326.tif 000030