(57)【要約】  発光システムが開示される。発光システムは第１の色を有する出力光を発する。この発光システムには、第１の信号に対応して第１の波長での光を発する第１のエレクトロルミネセンスデバイスが含まれる。この第１の波長は実質的に、第１の信号とは独立である。発せられた第１の波長光の強度は、実質的に第１の信号に比例する。この発光システムは更に、第２のエレクトロルミネセンスデバイス及び第１の光変換層を含む第１の発光素子を含む。第２のエレクトロルミネセンスデバイスは、第２の信号に対応して第２の波長の光を発する。第１の光変換層は、半導体ポテンシャル井戸を含み、第２の波長の光の少なくとも一部を、第２の波長よりも長い第３の波長の光へと変換する。この発光システムは、第１の波長の光と第３の波長の光とを組み合わせて、第１の色の出力光を形成する。第１の信号及び第２の信号の一方が、信号の最大定格の約５０％から、最大定格の約１００％へと変化したが、第２の信号に対する第１の信号の比が実質的に不変である場合、出力光の第１の色は実質的に不変のままである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の色を有する出力光を発する発光システムであって、
第１の信号に対応して第１の波長の光を発する第１のエレクトロルミネセンスデバイスであり、該第１の波長は実質的に該第１の信号から独立であり、かつ、発せられる該第１の波長光の強度は該第１の信号に実質的に比例している、第１のエレクトロルミネセンスデバイスと、
第２のエレクトロルミネセンスデバイス及び第１の光変換層を含む第１の発光素子であり、
該第２のエレクトロルミネセンスデバイスは、第２の信号に対応して第２の波長の光を発し、
該第１の光変換層は、半導体ポテンシャル井戸を含み、第２の波長の光の少なくとも一部を、第２の波長よりも長い第３の波長の光へと変換する、第１の発光素子とを含み、
該発光システムは、該第１の波長の光と該第３の波長の光とを組み合わせて該第１の色を有する該出力光を形成し、該第１の信号と該第２の信号の一方が、該信号の最大定格の約５０％から該最大定格の約１００％へと変化するが、該第１の信号対該第２の信号の比が実質的に不変のままである場合、該出力光の該第１の色は実質的に不変のままである、発光システム。
【請求項２】
前記第２の波長が前記第２の信号から実質的に独立である、請求項１に記載の発光システム。
【請求項３】
発せられた前記第２の波長光の強度が、第２の信号に実質的に比例する、請求項１に記載の発光システム。
【請求項４】
前記第１及び第２のエレクトロルミネセントデバイスのうち少なくとも１つがＬＥＤである、請求項１に記載の発光システム。
【請求項５】
前記ＬＥＤがＩＩＩ〜Ｖ族ＬＥＤである、請求項４に記載の発光システム。
【請求項６】
前記第１及び第２のエレクトロルミネセントデバイスのそれぞれが、少なくとも１つのポテンシャル井戸を含み、該第１及び第２のエレクトロルミネセントデバイスにある各ポテンシャル井戸は、同じ半導体合金を含む、請求項１に記載の発光システム。
【請求項７】
前記第１及び第２のエレクトロルミネセントデバイスにある各ポテンシャル井戸が、同じ厚さを有する、請求項６に記載の発光システム。
【請求項８】
前記第１及び第２のエレクトロルミネセントデバイスにある各ポテンシャル井戸が、ＧａＩｎＮを含む、請求項６に記載の発光システム。
【請求項９】
前記第１及び第２のエレクトロルミネセントデバイスにある各ポテンシャル井戸が、ＧａＮを含む層に直接隣接している、請求項８に記載の発光システム。
【請求項１０】
前記第１の光変換層内の前記ポテンシャル井戸が、ＩＩ〜ＶＩ族化合物を含む、請求項１に記載の発光システム。
【請求項１１】
前記第１の光変換層内の前記ポテンシャル井戸が、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ又はＺｎＳｅＴｅを含む、請求項１０に記載の発光システム。
【請求項１２】
前記第１の波長が、前記第２の波長に実質的に等しい、請求項１に記載の発光システム。
【請求項１３】
前記第１の波長及び前記第２の波長のうち少なくとも１つが青色である、請求項１に記載の発光システム。
【請求項１４】
前記第３の波長が緑色又は赤色である、請求項１に記載の発光システム。
【請求項１５】
前記第１の及び第２のエレクトロルミネセントデバイスが、実質的に同一の光学的及び電気的特性を有する、請求項１に記載の発光システム。
【請求項１６】
前記第１の信号における１０％の変化によって、前記第１の波長に生じる変化が１％以下である、請求項１に記載の発光システム。
【請求項１７】
発せられる前記第１の波長の前記強度が、前記第１の信号のｋ１倍であり、ｋ１は実定数である、請求項１に記載の発光システム。
【請求項１８】
前記第２の信号における１０％の変化によって、前記第２の波長に生じる変化が１％以下である、請求項１に記載の発光システム。
【請求項１９】
発せられる前記第２の波長の前記強度が、前記第１の信号のｋ２倍であり、ｋ２は実定数である、請求項１に記載の発光システム。
【請求項２０】
前記第１の光変換層が、前記第２の波長の光の実質的にすべてを、前記第３の波長の光に変換する、請求項１に記載の発光システム。
【請求項２１】
前記第１の光変換層が、前記第２の波長の光の少なくとも５０％を、前記第３の波長の光に変換する、請求項２０に記載の発光システム。
【請求項２２】
前記第１の光変換層が、前記第２の波長の光の少なくとも７０％を、前記第３の波長の光に変換する、請求項２０に記載の発光システム。
【請求項２３】
前記第１の光変換層が、前記第２の波長の光の少なくとも９０％を、前記第３の波長の光に変換する、請求項２０に記載の発光システム。
【請求項２４】
未変換の第２の波長光のかなりの部分が、前記発光システムによって吸収される、請求項１に記載の発光システム。
【請求項２５】
前記の未変換の第２の波長光の少なくとも５０％が、前記発光システムによって吸収される、請求項２４に記載の発光システム。
【請求項２６】
前記の未変換の第２の波長光の少なくとも７０％が、前記発光システムによって吸収される、請求項２４に記載の発光システム。
【請求項２７】
前記の未変換の第２の波長光の少なくとも９０％が、前記発光システムによって吸収される、請求項２４に記載の発光システム。
【請求項２８】
前記第１の色が、緑色、黄色、琥珀色、赤色、及び白色のうち１つである、請求項１に記載の発光システム。
【請求項２９】
前記第１及び第２の信号が同じ制御信号から発せられる、請求項１に記載の発光システム。
【請求項３０】
前記制御信号が実質的に変化するが、前記第１の信号対前記第２の信号の比が実質的に不変のままである場合、前記出力光の前記第１の色が実質的に不変のままである、請求項２９に記載の発光システム。
【請求項３１】
前記制御信号が約１０％変化し、前記第１の信号対前記第２の信号の比が約１％以下変化した場合、前記第１の色のｕ’及びｖ’色座標それぞれの変化が０．００３以下である、請求項３０に記載の発光システム。
【請求項３２】
第３のエレクトロルミネセンスデバイス及び第２の光変換層を含む第２の発光素子を更に含む発光システムであって、
該第３のエレクトロルミネセンスデバイスは、第３の信号に対応して第４の波長の光を発し、
該第２の光変換層は、半導体ポテンシャル井戸を含み、第４の波長の光の少なくとも一部を、第２の波長よりも長い第５の波長の光へと変換し、
該発光システムは、該第１の波長、該第３の波長、該第５の波長の光を組み合わせて該第１の色を有する該出力光を形成し、該第１の信号、該第２の信号、及び該第３の信号のうち１つが、該信号の最大定格の約５０％から該最大定格の約１００％へと変化するが、該第１の信号対該第２の信号の比が実質的に不変のままであり、かつ該第１の信号対該第３の信号の比が実質的に不変のままである場合、該出力光の該第１の色は実質的に不変のままである、請求項１に記載の発光システム。
【請求項３３】
前記第４の波長が、前記第１の波長に実質的に等しい、請求項３２に記載の発光システム。
【請求項３４】
前記第１、第２及び第３のエレクトロルミネセントデバイスのそれぞれが、少なくとも１つのポテンシャル井戸を含み、該第１、第２及び第３のエレクトロルミネセントデバイスにある各ポテンシャル井戸は、同じ半導体合金を含む、請求項３２に記載の発光システム。
【請求項３５】
前記第１、第２及び第３エレクトロルミネセントデバイスにある各ポテンシャル井戸が、同じ厚さを有する、請求項３４に記載の発光システム。
【請求項３６】
第１の色を有する出力光を発する発光システムであって、
第１の波長の光を発する第１のエレクトロルミネセンスデバイスと、
第１の発光素子と、
コントローラと、を含み、
該第１の発光素子が、
第２の波長の光を発する第２のエレクトロルミネセンスデバイスと、
半導体ポテンシャル井戸を含み、該第２の波長の光の少なくとも一部をより長い第３の波長の光へと変換し、これにより該発光システムが該第１の波長と該第３の波長を組み合わせて該第１の色を有する該出力光を形成する、第１の光変換層と、を含み、
該コントローラが、入力信号を受け取り、該第１のエレクトロルミネセンスデバイスを駆動するために該制御信号に対応して第１の信号を出力し、かつ、該第２のエレクトロルミネセンスデバイスを駆動するために該制御信号に対応して第２の信号を出力し、該制御信号が該制御信号の最大定格の約５０％から約１００％へと変化するが該第１の信号対該第２の信号の比は実質的に不変であるとき、該出力光の該第１の色が実質的に不変である、発光システム。
【請求項３７】
前記第１のエレクトロルミネセンスデバイスの出力光強度と前記第２のエレクトロルミネセンスデバイスの出力光強度との比が、前記制御信号の最大定格の約５０％〜約１００％の範囲において、該制御信号から実質的に独立である、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項３８】
前記第１及び第２のエレクトロルミネセントデバイスのうち少なくとも１つがＬＥＤである、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項３９】
前記ＬＥＤがＩＩＩ〜Ｖ族ＬＥＤである、請求項３８に記載の発光システム。
【請求項４０】
前記ポテンシャル井戸がＩＩ〜ＶＩ族化合物を含む、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項４１】
前記第１の光変換層内の前記半導体ポテンシャル井戸が、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ又はＺｎＳｅＴｅを含む、請求項４０に記載の発光システム。
【請求項４２】
前記第１の波長が、前記第２の波長に実質的に等しい、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項４３】
前記第１の波長及び前記第２の波長のうち少なくとも１つがＵＶ又は青色である、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項４４】
前記第３の波長が緑色、黄色、琥珀色又は赤色である、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項４５】
前記第１及び第２のエレクトロルミネセントデバイスが、実質的に同一の光学的及び電気的特性を有する、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項４６】
前記第１の信号における１０％の変化によって、前記第１の波長に生じる変化が１％以下である、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項４７】
発せられる前記第１の波長の前記強度が、前記第１の信号のｋ１倍であり、ｋ１は実定数である、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項４８】
前記第２の信号における１０％の変化によって、前記第２の波長に生じる変化が１％以下である、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項４９】
発せられる前記第２の波長の前記強度が、前記第１の信号のｋ２倍であり、ｋ２は実定数である、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項５０】
前記第１の光変換層が、前記第２の波長の光の実質的にすべてを、前記第３の波長の光に変換する、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項５１】
前記第１の光変換層が、前記第２の波長の光の少なくとも５０％を、前記第３の波長の光に変換する、請求項５０に記載の発光システム。
【請求項５２】
前記第１の光変換層が、前記第２の波長の光の少なくとも７０％を、前記第３の波長の光に変換する、請求項５０に記載の発光システム。
【請求項５３】
前記第１の光変換層が、前記第２の波長の光の少なくとも９０％を、前記第３の波長の光に変換する、請求項５０に記載の発光システム。
【請求項５４】
未変換の第２の波長光のかなりの部分が、前記発光システムによって吸収される、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項５５】
前記の未変換の第２の波長光の少なくとも５０％が、前記発光システムによって吸収される、請求項５４に記載の発光システム。
【請求項５６】
前記の未変換の第２の波長光の少なくとも７０％が、前記発光システムによって吸収される、請求項５４に記載の発光システム。
【請求項５７】
前記の未変換の第２の波長光の少なくとも９０％が、前記発光システムによって吸収される、請求項５４に記載の発光システム。
【請求項５８】
前記第１の色が、緑色、黄色、琥珀色、赤色及び白色のうち１つである、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項５９】
前記第１及び第２の信号が同じ制御信号から発せられる、請求項３６に記載の発光システム。
【請求項６０】
前記制御信号が、該制御信号の最大定格の約５０％から、約１００％へと変化するが前記第１の信号対前記第２の信号の比が実質的に不変である場合、前記出力光の前記第１の色が実質的に不変のままである、請求項５９に記載の発光システム。
【請求項６１】
前記制御信号が約５０％から約１００％へと変化し、前記第１の信号対前記第２の信号の比が約１％以下変化した場合、前記第１の色のｘ及びｙ色座標それぞれの変化が０．００３以下である、請求項６０に記載の発光システム。
【請求項６２】
入力信号に対応して第１の色を有する第１の光を発する第１のＬＥＤと、
該入力信号に対応して第２の色を有する第２の光を発する第２のＬＥＤと、
ＩＩ〜ＶＩ族半導体ポテンシャル井戸を有し、該第２の光の少なくとも一部を第３の色を有する第３の光に変換する光変換層と、を含む発光システムであって、該発光システムが、該第１の光及び該第３の光を組み合わせることによってある出力色及びある出力強度を有する光を出力し、該入力信号の変化により該出力強度は変化するが該出力色は変化しない、発光システム。
【請求項６３】
前記第１及び第２のＬＥＤのそれぞれが、少なくとも１つのポテンシャル井戸を含み、該第１及び第２のＬＥＤにある各ポテンシャル井戸は、同じ半導体合金を含む、請求項６２に記載の発光システム。
【請求項６４】
前記第１及び第２のＬＥＤにある各ポテンシャル井戸が、同じ厚さを有する、請求項６３に記載の発光システム。
【請求項６５】
前記出力色の変化が、前記入力信号の変化を引き起こさない、請求項６２に記載の発光システム。
【請求項６６】
ある出力色を有する出力光を発する発光システムであって、該システムが主要色の光を発する主ＬＥＤ及びＮ個（Ｎ≧１）の発光素子を含み、ｉ番目の発光素子（ｉ＝１〜Ｎ）が、
ｉ番目のＬＥＤ色の光を発するｉ番目のＬＥＤと、
半導体ポテンシャル井戸を含み、ｉ番目のＬＥＤ色の光の少なくとも一部を、ｉ番目のＬＥＤ色とは異なるｉ番目の中間色の光に変換し、ｉがｊと等しくないときに、ｉ番目の中間色はｊ番目の中間色とは異なり、該発光システムが、主要色の光と、ｉ番目の中間色の光（ｉ＝１〜Ｎ）とを組み合わせることによって、該出力色を有する該出力光を形成する、ｉ番目の光変換層と、
入力信号を受け取り、該主ＬＥＤを駆動するために該入力信号に対応して主信号を出力し、該ｉ番目のＬＥＤを駆動するために該入力信号に対応してｉ番目の信号（ｉ＝１〜Ｎ）を出力し、該入力信号が該入力信号の最大定格の約５０％から約１００％へと変化するが該主信号対該ｉ番目信号（ｉ＝１〜Ｎ）の比は実質的に不変であるとき、該出力光の該出力色が実質的に不変である、コントローラと、を含む、発光システム。
【請求項６７】
前記主ＬＥＤの出力光強度と前記ｉ番目ＬＥＤ（ｉ＝１〜Ｎ）の出力光強度との比が、前記入力信号の最大定格の約５０％〜約１００％の範囲において、該入力信号から実質的に独立である、請求項６６に記載の発光システム。
【請求項６８】
前記出力色が白色であり、Ｎ＝２であり、前記主要色並びに前記第１及び第２のＬＥＤ色それぞれが青色であり、前記第１の中間色が緑色であり、並びに前記第２の中間色が赤色である、請求項６６に記載の発光システム。
【請求項６９】
前記主ＬＥＤ及びｉ番目ＬＥＤ（ｉ＝１〜Ｎ）のそれぞれが、少なくとも１つのポテンシャル井戸を含み、各ポテンシャル井戸は、同じ半導体合金を含む、請求項６６に記載の発光システム。
【請求項７０】
各ポテンシャル井戸が同じ厚さを有する、請求項６９に記載の発光システム。
【請求項７１】
第１の信号Ｓ１に対応して第１の波長λ１の第１の光を発する第１の発光素子と、
第２の発光素子と、を含む発光システムであって、該第２の発光素子が
第２の信号Ｓ２に対応して、λ１とは異なる第２の波長λ２の第２の光を発する第１のエレクトロルミネセンスデバイスと、
半導体ポテンシャル井戸を含み、第２の光の一部を、λ１及びλ２とは異なる波長λ３の第３の光に変換し、第２の光の一部をλ２の第４の光として透過する、第１の光変換層と、を含み、
該発光システムが、第１の光、第３の光及び第４の光を組み合わせて、第１の色Ｃｏを有する出力光を形成し、Ｓ１信号及びＳ２信号が該信号の最大定格の約５０％から該最大定格の約１００％へと変化するが、比Ｓ１／Ｓ２が実質的に不変のままであるとき、該第１の色Ｃｏは実質的に不変のままである、発光システム。
【請求項７２】
前記第１の発光素子が
前記Ｓ２信号に対応して、第４の波長λ４の第５の光を発する、第２のエレクトロルミネセンスデバイスと、
半導体ポテンシャル井戸を含み、該第５の光の少なくとも一部を前記第１の波長λ１の前記第１の光に変換する、第２の光変換層と、を含む、請求項７１に記載の発光システム。
【請求項７３】
波長λ２及びλ４がそれぞれ青色光に対応する、請求項７２に記載の発光システム。
【請求項７４】
λ２とλ４との間の差が７０ｎｍ以下である、請求項７２に記載の発光システム。
【請求項７５】
λ２とλ４との間の差が５０ｎｍ以下である、請求項７２に記載の発光システム。
【請求項７６】
λ２とλ４との間の差が３０ｎｍ以下である、請求項７２に記載の発光システム。
【請求項７７】
λ２とλ４との間の差が１０ｎｍ以下である、請求項７２に記載の発光システム。
【請求項７８】
前記第１の発光素子の出力スペクトルが前記第１の波長λ１を中心としている、請求項７１に記載の発光システム。
【請求項７９】
前記第１のエレクトロルミネセンスデバイスがＬＥＤである、請求項７１に記載の発光システム。
【請求項８０】
λ１が緑色光に対応し、λ２が青色光に対応し、λ３が赤色光に対応し、第１の項Ｃｏが白色光に対応する、請求項７１に記載の発光システム。
【請求項８１】
Ｓ１信号及びＳ２信号の一方が、該信号の最大定格の約５０％から、該最大定格の約１００％へと変化するとき、該比Ｓ１／Ｓ２の変化は約３％以下であり、Ｃｏの変化Δ（ｕ’，ｖ’）は０．００３以下であり、ｕ’とｖ’は色Ｃｏの色座標である、請求項７１に記載の発光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体に、半導体発光デバイスに関する。本発明は特に、安定な出力色を有する半導体発光デバイスに該当する。
【背景技術】
【０００２】
発光デバイスは、投射型ディスプレイシステム、液晶ディスプレイ用のバックライトなどを含む、多種多様な用途で使用される。投射システムは、通常、高圧水銀ランプなど、１つ以上の白色光源を使用する。白色光線は、普通、三原色、すなわち、赤色、緑色、及び青色に分かれ、それぞれの画像形成空間光変調器へと導かれて、原色ごとに画像を生成する。得られる原色画像ビームは、組み合わされ、見るために投射スクリーン上に投射される。
【０００３】
ごく最近では、発光ダイオード（ＬＥＤ）が白色光源の代替として考えられている。ＬＥＤは、従来の光源に匹敵する輝度及び動作寿命を提供する可能性を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら現在のＬＥＤ、特に緑色、黄色及び琥珀色を発するＬＥＤは、比較的効率が悪い。更に、従来型の光源は通常、出力光強度に応じて変化するスペクトル特性を有する。しばしば、この発光のスペクトル特性（例えば色）を安定化させるために、複雑かつ高価な手段が採用される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
全般に、本発明は半導体発光デバイスに関する。１つの実施形態において、発光システムは第１の色を有する出力光を発する。この発光システムには、第１の信号に対応して第１の波長での光を発する第１のエレクトロルミネセンスデバイスが含まれる。この第１の波長は実質的に、第１の信号とは独立である。発せられた第１の波長光の強度は、実質的に第１の信号に比例する。この発光システムは更に、第２のエレクトロルミネセンスデバイス及び第１の光変換層を含む、第１の発光素子を含む。第２のエレクトロルミネセンスデバイスは、第２の信号に対応して第２の波長の光を発する。第１の光変換層は、半導体ポテンシャル井戸を含み、第２の波長の光の少なくとも一部を、第２の波長よりも長い第３の波長の光へと変換する。この発光システムは、第１の波長の光と第３の波長の光とを組み合わせて、第１の色の出力光を形成する。第１の信号及び第２の信号の一方が、信号の最大定格の約５０％から、最大定格の約１００％へと変化したが、第２の信号に対する第１の信号の比が実質的に不変である場合、出力光の第１の色は実質的に不変のままである。
【０００６】
別の実施形態において、発光システムは第１の色を有する出力光を発する。この発光システムは、第１の波長の光を発する第１のエレクトロルミネセンスデバイスと、第２の波長の光を発する第２のエレクトロルミネセンスデバイスを含む第１の発光素子と、半導体ポテンシャル井戸を含み、第２の波長の光の少なくとも一部を、それより長い第３の波長の光に変換する、第１の光変換層とを含む。この発光システムは、第１の波長及び第３の波長の光を組み合わせて、第１の色を有する出力光を形成する。この発光システムは更に、入力信号を受け取り、第１のエレクトロルミネセンスデバイスを駆動するためにその制御信号に対応して第１の信号を出力し、第２のエレクトロルミネセンスデバイスを駆動するためにその制御信号に対応して第２の信号を出力する、コントローラを含む。この制御信号が、制御信号の最大定格の約５０％から、約１００％へと変化したが、第２の信号に対する第１の信号の比が実質的に不変である場合、出力光の第１の色は実質的に不変のままである。
【０００７】
別の実施形態において、発光システムは、入力信号に対応して第１の色の第１の光を発する第１のＬＥＤと、入力信号に対応して第２の色の第２の光を発する第２のＬＥＤと、ＩＩ〜ＶＩ族半導体ポテンシャル井戸を含み、第２の光の少なくとも一部を第３の色の第３の光へと変換する、光変換層と、を含む。この発光システムは、第１の光と第３の光とを合わせることによって、ある出力色及びある出力強度での光を出力する。入力信号の変化は出力強度を変化させるが、出力色には変化を起こさない。
【０００８】
別の実施形態において、発光システムは出力色を有する出力光を発する。発光システムには、主要色の光を発する主ＬＥＤと、Ｎ個の発光素子（Ｎ≧１）とが含まれる。ｉ番目の発光素子（ｉ＝１〜Ｎ）は、ｉ番目のＬＥＤ色の光を発するｉ番目のＬＥＤと、半導体ポテンシャル井戸を含みｉ番目のＬＥＤ色の光の少なくとも一部をｉ番目のＬＥＤ色とは異なるｉ番目の中間色の光に変換するｉ番目の光変換層とを含む。ｉがｊに等しくないとき、ｉ番目の中間色は、ｊ番目の中間色とは異なる。この発光システムは、主要色の光と、ｉ番目の中間色（ｉ＝１〜Ｎ）の光とを組み合わせて、出力色を備えた出力光を形成する。この発光システムには更に、入力信号を受け取り、主要ＬＥＤを駆動するための入力信号に対応して主信号を出力し、かつ、ｉ番目のＬＥＤを駆動するための入力信号に対応してｉ番目の信号（ｉ＝１〜Ｎ）を出力する、コントローラが含まれる。この入力信号が、入力信号の最大定格の約５０％から約１００％へと変化したが、ｉ番目の信号に対する主信号の比は実質的に不変である場合（ｉ＝１〜Ｎ）、出力光の出力色は実質的に不変のままである。
【０００９】
別の実施形態において、発光システムには、第１の信号Ｓ１に対応して第１の波長λ１の第１の光を発する第１のエレクトロルミネセンスデバイスと、第２の信号Ｓ２に対応して第２の波長λ２の第２の光を発する第２のエレクトロルミネセンスデバイスを含む第１の発光素子とを含む。ここでλ２はλ１とは異なる。この第１の発光素子は更に、半導体ポテンシャル井戸を含んだ第１の光変換層を含む。この第１の光変換層は、第２の光の一部を、λ１及びλ２とは異なる第３の波長λ３の第３の光変換し、第２の光の一部をλ２の第４の光として透過する。この発光システムは、第１の光、第３の光及び第４の光を組み合わせて、第１の色Ｃｏを有する出力光を形成する。Ｓ１信号及びＳ２信号の一方が、信号の最大定格の約５０％から、最大定格の約１００％へと変化したが、比Ｓ１／Ｓ２は実質的に不変である場合、第１の色Ｃｏは実質的に不変のままである。いくつかの場合において、λ１は緑色光に対応し、λ２は青色光に対応し、λ３は赤色光に対応し、第１の色Ｃｏは白色光に対応する。いくつかの場合において、Ｓ１信号及びＳ２信号の一方が、信号の最大定格の約５０％から、最大定格の約１００％へと変化するとき、比Ｓ１／Ｓ２の変化は約３％以下であり、Ｃｏの変化Δ（ｕ’，ｖ’）は０．００３以下であり、ｕ’とｖ’は色ＣｏのＣＩＥ色座標である。
【００１０】
本発明は、添付の図面に関連して以下の本発明の種の実施形態の詳細な説明を考慮したとき、より完全に理解し正しく認識され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】発光システムの概略側面図。
【図２】光変換層の概略側面図。
【図３Ａ】ポテンシャル井戸についての代表的な伝導帯プロファイルの概略図。
【図３Ｂ】ポテンシャル井戸についての代表的な伝導帯プロファイルの概略図。
【図３Ｃ】ポテンシャル井戸についての代表的な伝導帯プロファイルの概略図。
【図３Ｄ】ポテンシャル井戸についての代表的な伝導帯プロファイルの概略図。
【図３Ｅ】ポテンシャル井戸についての代表的な伝導帯プロファイルの概略図。
【図３Ｆ】ポテンシャル井戸についての代表的な伝導帯プロファイルの概略図。
【図４】光変換層の概略バンドダイヤグラム。
【図５】別の発光システムの概略側面図。
【図６】別の発光システムの概略側面図。
【図７】実施例１に記述されている発光システムの概略側面図。
【００１２】
多数の図で使用される同一の参照番号は、同一又は類似の特性及び機能を有する同一又は類似の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本出願は、半導体光源と１つ以上の波長変換器を包含し、変換器が半導体波長変換器であり得る、半導体発光デバイスを開示する。特に、開示されるデバイスは、改善された安定性を備えたスペクトル特性を有する。開示されるデバイスの少なくともいくつかについて、発せられる出力光は、改善された色安定性を有する。例えば、発せられた光の色座標値は、出力強度の変化に対しても、実質的に不変のままである。この開示される安定なデバイスは、例えば安定な発光ダイオード（ＬＥＤ）などの安定な光源と、例えば安定な燐光体又は半導体光変換ポテンシャル井戸などの安定な光変換器とを採用している。この開示されるデバイスは、例えば、出力光の色を安定させるために１つ以上のフィードバックシステムを採用している半導体光源に比べて、従来の安定な光源よりも低コストで、改善されたスペクトル安定性を呈する。
【００１４】
開示されるデバイスのうちいくつかは、例えば安定なＩＩ〜ＶＩ族半導体ポテンシャル井戸などの、安定な半導体ポテンシャル井戸を含む。いくつかの場合において、安定な色変換器は、例えば高い変換効率などの、付加的な望ましい特性を有する。
【００１５】
いくつかの開示されるデバイスは、ＩＩＩ〜Ｖ族などの同一の半導体群からの光源と光変換層を有する。このような場合には、例えば、ＩＩＩ〜Ｖ族波長変換器をＩＩＩ〜Ｖ族ＬＥＤなどのＩＩＩ〜Ｖ族光源の上に直接モノリシックに成長させ、作製することが実行可能であることもある。しかしながら、いくつかの場合において、高い変換効率、及び／又はその他の望ましい特性を有する波長変換器は、このＬＥＤが属するのとは異なる半導体群によるものであってもよい。そのような場合では、一方の部品を他方の上に高品質に成長させることは不可能であるか、又は実現不可能な場合がある。例えば、高効率波長変換器はＩＩ〜ＶＩ族からのものであり得、ＬＥＤなどの光源は、ＩＩＩ〜Ｖ族からのものであり得る。このような場合、光変換器を光源に取り付けるためにいろいろな方法を使用することができる。このような方法の一部は、米国特許出願第６０／９７８３０４号（２００７年１０月８日）に記述されている。
【００１６】
いくつかの適用例では、例えば緑色波長などの第１の波長で光を発する、スペクトル的に安定な光源を有することが望ましい場合がある。しかしながらそのような適用例においては、そのような安定な光源が利用できないことがあり、またたとえ利用できても、非効率的、高価、及び／又は許容できないほど嵩高であり得る。そのような適用例においては、本出願において開示されるデバイスを有利に利用することができる。このデバイスは、第１の波長で発光する安定なＩＩＩ〜Ｖ族ＬＥＤと、第１の波長の光から第２の波長の光へと変換（例えば下方変換）するための安定なＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸とを含めることができる。本出願において開示されるデバイスは、改善された安定性に加え、例えば高効率、製造コストの低さ、及び／又は小型であることなど、他の潜在的利点も有し得る。本明細書で使用するとき、下方変換は、変換された光の波長が、変換されていない光又は入射光の波長よりも大きいことを意味する。
【００１７】
開示される発光デバイスは例えば、１つ以上の色（例えば１つ以上の原色など）、又は白色光を出力するよう割り当てることができる。開示される発光デバイスの発光効率及びコンパクトさは、重量、サイズ、及び／又は消費電力が低減された携帯型の投射システムなど、新規の改良された光学システムをもたらすことができる。
【００１８】
いくつかの場合において、ピクセルサイズの光源アレイを形成することによって、ピクセル化されたディスプレイの作製に使用することができる。そのような場合では、表示される画像が、画像輝度の変化が起こらないか又は非常に微小であるようなスペクトル特性を有し得る。
【００１９】
いくつかの場合において、本出願で開示される発光デバイスのアレイは、例えば、投射システム又は他の光学システムで使用するための、適応照明システムなどの照明システムで使用することができる。
【００２０】
いくつかの場合において、開示される発光デバイスは、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）バックライトなどのディスプレイバックライトとして使用することができる。例えばいくつかの場合において、ＬＣＤディスプレイは複数のディスプレイゾーン又は領域を有するゾーンディスプレイであり得、ディスプレイのゾーン又は領域が別々に、各ゾーンでの望ましい輝度に従って動的に点灯することができる。そのような場合において、本出願で開示される１つ以上の発光システムが、各ゾーンを点灯させるのに有利に使用され得る。全般に、ゾーンディスプレイは特定のゾーンのコントラストを高め、同時に、電力消費量を低下させるという利点を有し得る。
【００２１】
いくつかの場合において、開示される発光デバイスは、例えば室内照明などの一般的な照明システムに使用することができる。例えば、開示されるデバイスは、調光スイッチで制御される自立式又は据付型照明器具の一部として使用することができる。いくつかの場合において、開示されるデバイスは、例えば室内において特定の部分を特に明るくするアクセント照明に使用することができる。例えば、このデバイスは、アートギャラリー内で彫刻、建築の特徴、又は絵画を強調照明するのに使用することができる。
【００２２】
いくつかの場合において、開示される発光デバイスは、広告表示、電光掲示板、チャンネル文字、バックライトのライトボックス、及び同等物などの標識用途に使用することができる。例えば、開示される発光デバイスは、表示時刻（昼間か夜間か）による条件に依存し、同時に、全体の電力使用量を最小限に抑えるような表示標識に供給される電力を調節するのに使用することができる。
【００２３】
図１は、発光システム１００の概略図である。強度Ｉｏと、ＣＩＥ色座標ｕ１’及びｖ１’並びに色座標ｘｏ及びｙｏに対応する第１の色Ｃｏとを有する出力光１９０を発する。発光システム１００には、一次コントローラ１１０、二次コントローラ１２５、第１のエレクトロルミネセンスデバイス１５０、第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０、及び第１の光変換層１８０が含まれる。
【００２４】
第１のエレクトロルミネセンスデバイス１５０は、値Ｓ１を有する第１の信号１３０に対応して、第１の波長λ１及び強度Ｉ１の光１５５を発する。第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０は、値Ｓ２を有する第２の信号１４０に対応して、第２の波長λ２及び強度Ｉ２の光１６５を発する。信号１３０及び１４０は、二次コントローラ１２５が、一次コントローラ１１０から、値Ｓｏを有する制御信号１２０を受け取ったときに生成される。
【００２５】
全般に、第１の波長λ１及び第２の波長λ２は、実質的に等しいことも等しくないこともある。いくつかの場合において、波長λ１とλ２は実質的に等しいことがある。そのような場合、この２つの波長の差は、１５ｎｍ以下、又は１０ｎｍ以下、又は５ｎｍ以下、又は３ｎｍ以下であり得る。
【００２６】
いくつかの場合において、発せられた光１５５及び１６５は、実質的に単一波長光であり得る。そのような場合、波長λ１及びλ２は、それぞれが、約５０ｎｍ以下、又は約３０ｎｍ以下、又は約１５ｎｍ以下、又は約１０ｎｍ以下、又は約５ｎｍ以下のスペクトル半値全幅（ＦＷＨＭ）を伴うピーク発光波長であり得る。いくつかの場合において、１つ以上の発せられた光１５５及び１６５は比較的広い発光スペクトルを有し得る。そのような場合において、発光スペクトルのＦＷＨＭは、５０ｎｍ以上、又は７０ｎｍ以上、又は１００ｎｍ以上であり得る。広域スペクトル光１５５の場合において、波長λ１はピーク波長又は中央波長を意味し得る。
【００２７】
いくつかの場合において、第１の波長λ１は実質的に第１の信号Ｓ１，から独立であり、発せられた第１の波長光１５５の光強度Ｉ１は実質的に、第１の信号Ｓ１に比例している。例えば、そのような場合において、第１の信号１３０が、第１の信号の最大定格の約８０％から約１００％へ変化、又は約５０％から約１００％へ変化すると、約１０ｎｍ以下、又は約８ｎｍ以下、又は５ｎｍ以下、又は３ｎｍ以下のλ１のずれをもたらす。別の例として、そのような場合において、Ｉ１とＳ１は実質的に、Ｉ１＝ｋ１・Ｓ１の線形関係を満たし、式中ｋ１は実定数である。
【００２８】
いくつかの場合において、第２の波長λ２は実質的に第２の信号Ｓ２から独立であり、発せられた第２の波長光１６５の光強度Ｉ２は実質的に、第２の信号Ｓ２に比例している。例えば、そのような場合において、第２の信号１４０が、第２の信号の最大定格の約８０％から約１００％へ変化、又は約５０％から約１００％へ変化すると、約１０ｎｍ以下、又は約８ｎｍ以下、又は５ｎｍ以下、又は３ｎｍ以下のλ２のずれをもたらす。別の例として、そのような場合において、Ｉ２とＳ２は実質的に、Ｉ２＝ｋ２・Ｓ２の線形関係を満たし、式中ｋ２は実定数である。いくつかの場合において、λ２は第２の信号Ｓ２に依存しているが、波長λ２のすべての光は実質的に、発光システムによって吸収され、このシステムから発せられない。そのような場合において、波長λ２又は光１６５に関連する色は、出力色Ｃｏに影響しない。
【００２９】
第１の光変換層１８０は、第２の波長λ２の光１６５の少なくとも一部分を、第３の波長λ３及び強度Ｉ３の光１８５に変換し、式中λ３はλ２よりも長い。発光システム１００は、波長λ１の光と波長λ３の光とを合わせて、ＣＩＥ色座標ｕｏ’及びｖｏ’並びに色座標ｘｏ及びｙｏの第１の色Ｃｏを有する出力光１９０を形成する。全般に、色Ｃｏは、用途に望ましい可能性がある任意の色であり得る。いくつかの場合において、色Ｃｏは緑色、琥珀色、赤色、赤紫色、青緑色、又は白色のうち１つであり得る。例えば、いくつかの場合において、λ１は緑色光に対応し、λ２は青色光に対応することが可能である。第１の光変換層１８０は、λ２の青色光１６５の一部を、赤色に対応する波長λ３の光１８５に変換することができ、青色光１６５の一部をλ２の青色光１６７として透過させることができる。そのような場合、出力光１９０は、未変換の青色光１６７、変換された赤色光１８５、及びＬＥＤによって発せられた緑色光１５５の組み合わせであり得、いくつかの場合に、これらの組み合わせは白色光１９０をもたらし得る。
【００３０】
いくつかの場合において、λ２の光１６５の一部は、光変換層１８０によって波長λ３の光に変換されない。そのような場合において、未変換光の少なくとも一部が、波長λ２及び強度Ｉ４の光１６７として光変換層から発せられ得る。いくつかの場合において、この未変換光の少なくとも一部は、所望による光吸収層１８７によって吸収され得る。このとき、光吸収層は、少なくとも波長λ３について実質的に光学的に透過性であり得る。例えば、そのような場合、光吸収層１８７は、波長λ３で、５０％以上、又は６０％以上、又は７０％以上、又は８０％以上、又は９０％以上、又は９５％以上の光学的透過性を有し得る。
【００３１】
いくつかの場合において、光吸収層１８７は、任意の未変換の第２の波長光のうちかなりの部分を吸収することができる。例えば、そのような場合、光吸収層１８７は、１以上、又は２以上、又は３以上、又は４以上、又は５以上の吸光度を有し得る。別の例として、そのような場合、光吸収層１８７は、未変換第２の波長光のうち５０％以上、又は７０％以上、又は９０％以上、又は９５％以上、又は９９％以上、又は９９．９％以上を吸収する。光吸収層１８７の例は、例えば、米国特許出願第６１／０７５９１８号（２００８年６月２６日出願）に記述されている。
【００３２】
いくつかの場合において、第１の光変換層１８０は、波長λ２の光１６５の実質的にすべてを波長λ３の光１８５に変換する。例えば、そのような場合において、第１の光変換層１８０は、波長λ２の光の５０％以上、又は６０％以上、又は７０％以上、又は８０％以上、又は９０％以上、又は９５％以上を、波長λ３の光に変換する。
【００３３】
全般に、第１のエレクトロルミネセンスデバイス１５０及び第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０は、信号に対応して、望ましい波長の光を発することが可能な任意の光源であり得る。例えば、いくつかの場合において、エレクトロルミネセンスデバイス１５０及び１６０の一方又は両方が、ＵＶ、紫色光、又は青色光を発するＬＥＤであり得る。
【００３４】
いくつかの場合において、エレクトロルミネセンスデバイス１５０及び１６０の一方又は両方が、１層以上のｐ型及び／又はｎ型半導体層、１層以上のアクティブ又は発光層（１つ以上のポテンシャル井戸及び／又は量子井戸を含み得る）、緩衝層、基材層、及びスーパーストレート（superstrate）層を含み得る。
【００３５】
いくつかの場合において、エレクトロルミネセンスデバイス１５０及び１６０の一方又は両方が、ＩＩＩ〜Ｖ族ＬＥＤなどのＩＩＩ〜Ｖ族半導体光源であり得、ＡｌＧａＩｎＮ半導体合金を含み得る。例えば、エレクトロルミネセンスデバイス１５０及び１６０の一方又は両方が、ＧａＮ系又はＺｎＯ系ＬＥＤであり得る。いくつかの場合において、ＧａＮ系ＬＥＤの発光スペクトル（例えば色スペクトル）は、実質的に、ＬＥＤに印加される入力励起信号の値から独立であり得る。例えば、第１のエレクトロルミネセンスデバイス１５０がＧａＮ系ＬＥＤを含む場合、第１の信号１３０が、第１の信号の最大定格の約８０％から約１００％へ、又は約５０％から約１００％へと変化すると、波長λ１の光のＣＩＥ色座標ｕ１’及びｖ１’は、１％以下、又は０．６％以下、又は０．５％以下、又は０．３％以下、又は０．１％以下だけ変化する。また、光１６５の色点における変化Δ（ｕ１’，ｖ１’）は、０．０１以下、又は０．００５以下、又は０．００４以下、又は０．００３以下、又は０．００２以下、又は０．００１以下である。
【００３６】
全般に、制御信号１２０、第１の信号１３０及び第２の信号１４０はそれぞれ、標準の使用条件下での最大定格を有する。例えば、各信号は、最大定格を伴う電流又は電圧であり得る。いくつかの場合において、第１のエレクトロルミネセンスデバイス１５０及び第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０がそれぞれ、ＧａＮ系ＬＥＤと、１つ以上のＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸を含む第１の光変換層１８０とを含む場合、制御信号１２０が信号の最大定格の約８０％から信号の最大定格の約１００％へと変化した場合、又は、信号の最大定格の約５０％から信号の最大定格の１００％へと変化したが、第１の信号１３０対第２の信号１４０の比（すなわち、比Ｓ１／Ｓ２）は実質的に不変のままであり、出力光１９０の第１の色Ｃｏは実質的に不変のままである。例えば、そのような場合において、ＳｏがＳｏの最大定格の約５０％から約１００％へと変化したが、比Ｓ１／Ｓ２の変化が約５％以下、又は約３％以下、又は約１％以下、又は約０．５％以下、又は約０．１％以下、又は約０．０１％以下である場合、色Ｃｏの色座標ｕｏ’及びｖｏ’はそれぞれ、０．０１以下、又は０．００５以下、又は０．００４以下、又は０．００３以下、又は０．００２以下、又は０．００１以下であり、Ｃｏの変化Δ（ｕｏ’，ｖｏ’）は、０．０１以下、又は０．００５以下、又は０．００４以下、又は０．００３以下、又は０．００２以下、又は０．００１以下である。別の例として、そのような場合において、Ｓｏが最大定格の約５０％から約１００％へと変化し、第１の信号対第２の信号の比の変化が約１％以下である場合、Ｃｏの色座標ｕｏ’及びｖｏ’の変化はそれぞれ、０．０１以下、又は０．００５以下、又は０．００４以下、又は０．００３以下、又は０．００２以下、又は０．００１以下であり、Ｃｏの変化Δ（ｕｏ’，ｖｏ’）は、０．００４以下、又は０．００３以下、又は０．００２以下、又は０．００１以下である。
【００３７】
全般に、色空間中の色点Ｃｏの位置は、少なくとも部分的に、第１のエレクトロルミネセンスデバイス１５０の光出力の強度Ｉ１と、発光エレメント１７０の光出力の強度Ｉ３に依存する。いくつかの場合において、光１６７の強度Ｉ４が強度Ｉ１及びＩ３に比べてごくわずかである場合、又は、λ１及びλ２が実質的に等しい場合などの場合、色点Ｃｏは、λ１で強度Ｉ１を有する出力光１５５の色点、及びλ３で強度Ｉ３を有する出力光１８５の色点の、線形関数である。そのような場合において、色点Ｃｏの位置は、光１５５及び１８５の色点を結ぶ色線分上にある。そのような場合において、色Ｃｏは、実質的に固定された色点であり、これはすなわち、個々の強度Ｉ１及びＩ３が、例えば制御信号Ｓｏの変化に伴って変化し得るが、比Ｉ１／Ｉ３は実質的に不変のままであることを意味する。
【００３８】
いくつかの場合において、出力光１９０は、ＲＧＢ原色系における青色、緑色、又は赤色、あるいはＣＭＹＫ原色系における青緑色、赤紫色、及び黄色などの、原色に対応させることができる。いくつかの場合において、出力光１９０は原色ではない。例えば、そのような場合において、Ｃｏは琥珀色、赤紫色、又は白色であり得る。
【００３９】
いくつかの場合において、光変換層１８０は、第２の波長λ２の光１６５の少なくとも一部分を、第２の波長光の少なくとも一部分を吸収させ、吸収した光の少なくとも一部分を第３の波長光として再発光させることにより、波長λ３の光１８５へと変換することができる。第３の波長λ３は、第２の波長λ２より長い。
【００４０】
第１の光変換層１８０は、第２の波長の光１６５の少なくとも一部分を、第３の波長の光１８５へと変換することができる、任意の層を含み得る。例えば、光変換層１８０には、燐光体（燐光性材料）、蛍光染料、ポリフルオレンなどの共役発光有機材料、ポテンシャル井戸、量子井戸、又は量子ドットを含めることができる。光変換層として使用し得る代表的な燐光体には、チオガリウム酸ストロンチウム、ドーピングされたＧａＮ、銅活性化硫化亜鉛、銀活性化硫化亜鉛、ケイ酸塩系燐光体、及びアルミン酸系燐光体が挙げられる。
【００４１】
無機半導体ポテンシャル及び量子井戸などの無機ポテンシャル及び量子井戸は、通常、高い光変換効率を有しており、水分などの環境要素の影響を受けにくいことにより、より信頼性が高い。更に、無機ポテンシャル及び量子井戸は、より狭い出力スペクトルを有する傾向にあり、例えば、改善された色域をもたらす。
【００４２】
図２は、光変換層１８０に含まれ得る代表的な層の概略図である。代表的な変換層１８０には、第１のウィンドウ２２０及び第２のウィンドウ２６０、第１の光吸収層２３０及び第２の光吸収層２５０、並びに再発光層としてポテンシャル井戸２４０が含まれる。いくつかの場合において、光変換層１８０には、ＩＩ〜ＶＩ族化合物の層が少なくとも１層含まれる。例えば、そのような場合において、再発光層又はポテンシャル井戸２４０は、ＬＥＤ  １６０によって発せられた光の少なくとも一部分（例えば紫外線、紫色光又は青色光）を、より長い波長（例えば緑色又は赤色の光）へと変換することができる、１つ以上のＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸を含み得る。
【００４３】
いくつかの場合において、オーバーコートの外側表面は、構造化された層の外側表面に形状的に一致する。量子井戸は、一般に、量子化効果が井戸内の電子正孔対再結合のためのエネルギーを増大させるほど充分に薄いポテンシャル井戸を意味する。量子井戸は、通常、約１００ｎｍ以下又は約１０ｎｍ以下の厚さを有する。
【００４４】
いくつかの場合において、ポテンシャル井戸又は量子井戸、あるいは再発光層２４０は、第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０によって発せられるフォトンのエネルギーより小さいバンドギャップエネルギーを有する、ＩＩ〜ＶＩ族半導体ポテンシャル井戸又は量子井戸を含む。全般に、ポテンシャル井戸又は量子井戸２４０の遷移エネルギーは、ポテンシャル井戸又は量子井戸が再発光するフォトンのエネルギーに実質的に等しい。
【００４５】
いくつかの場合において、ポテンシャル井戸又は再発光層２４０は、合金の３つの構成要素として化合物ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、及びＭｇＳｅを有する、ＣｄＭｇＺｎＳｅ合金を含み得る。いくつかの場合では、Ｃｄ、Ｍｇ、及びＺｎのうちの１つ以上、特にＭｇは、合金に存在しなくてもよい。例えば、ポテンシャル井戸又は再発光層２４０は、赤色で再発光可能なＣｄ０．７０Ｚｎ０．３０Ｓｅ量子井戸、又は緑色で再発光可能なＣｄ０．３３Ｚｎ０．６７Ｓｅ量子井戸を含み得る。別の例として、ポテンシャル井戸又は再発光層２４０は、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｅ、及び所望によりＭｇの合金を含むことができ、その場合、この合金系は、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅによって表すことができる。別の例として、ポテンシャル井戸又は再発光層２４０は、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｓｅ、及び所望によりＺｎの１つ以上の合金を含み得る。いくつかの場合において、ポテンシャル井戸はＺｎＳｅＴｅを含み得る。いくつかの場合において、量子井戸又は再発光層２４０は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、又は約２ｎｍ〜約３５ｎｍの範囲の厚さを有する。
【００４６】
いくつかの場合において、第１の光変換層１８０は、図２には明示されていない追加の層を含み得る。例えば、第１の光変換層１８０は、半導体（ＩＩ〜ＶＩ族半導体など）の、ポテンシャル井戸２４０内の歪みを補償又は軽減するための歪み補償層を含み得る。歪み補償層は、例えば、ポテンシャル井戸と第１の吸収層２３０との間、及び／又は第２の吸収層２５０との間に配置することができる。歪み補償層は、例えば、ＺｎＳＳｅ及び／又はＢｅＺｎＳｅを含むことができる。
【００４７】
全般に、ポテンシャル井戸２４０は、任意の伝導帯及び／又は価数帯プロファイルを有し得る。ポテンシャル井戸についてのいくつかの代表的な伝導帯プロファイルが図３Ａ〜３Ｆに概略的に示されており、ＥＣは、伝導帯エネルギーを表す。具体的には、図３Ａに示されるポテンシャル井戸３１０は、正方形又は長方形プロファイルを有し、図３Ｂに示されるポテンシャル井戸３２０は、第２の長方形プロファイル３２２及び第３の長方形プロファイル３２３と組み合わされた第１の長方形プロファイル３２１を有し、図３Ｃに示されるポテンシャル井戸３３０は、直線的に傾斜したプロファイルを有し、図３Ｄに示されるポテンシャル井戸３４０は、長方形プロファイル３４２と組み合わされた、直線的に傾斜したプロファイル３４１を有し、図３Ｅに示されるポテンシャル井戸３５０は、放物線状など、湾曲したプロファイルを有し、図３Ｆに示されるポテンシャル井戸３６０は、長方形プロファイル３６２と組み合わされた放物線状プロファイル３６１を有する。
【００４８】
いくつかの場合において、ポテンシャル井戸又は再発光層２４０は、ｎドーピング又はｐドーピングすることができ、このドーピングは、任意の好適な方法によって、かつ例えば塩素又はヨウ素などの任意の好適なドーパントを含めることによって、達成することができる。いくつかの場合において、ドーパントの数密度は、約１０１７ｃｍ−３〜約１０１８ｃｍ−３の範囲にある。その他の代表的なドーパントには、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｆ、Ｂｒ、及びＮが挙げられる。
【００４９】
いくつかの場合において、第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０と第１の光変換層１８０は、２つの異なる半導体群から得ることができる。例えば、そのような場合において、第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０は、ＩＩＩ〜Ｖ族半導体デバイスであり得、第１の光変換層１８０はＩＩ〜ＶＩ族半導体デバイスであり得る。いくつかの場合において、第２のエレクトロルミネッセンスデバイス１６０はＡｌＧａＩｎＮ半導体合金を含むことができ、第１の光変換層１８０はＣｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ半導体合金を含むことができ、ここで括弧に括られている材料は任意の材料である。
【００５０】
いくつかの場合において、第１の光変換層１８０及び／又は発光システム１００は、単一のポテンシャル井戸を有し得る。いくつかの場合において、第１の光変換層１８０及び／又は発光システム１００は、複数のポテンシャル井戸を有し得る。例えば、いくつかの場合において、第１の光変換層１８０は２つ以上のポテンシャル井戸、又は５つ以上のポテンシャル井戸、又は１０個以上のポテンシャル井戸を有することができ、いくつかの場合において、各ポテンシャル井戸は２つの光吸収層の間に、かつ密接に隣接して、配置される。
【００５１】
第１の光吸収層２３０及び第２の光吸収層２５０は、ポテンシャル井戸２４０に隣接し、エレクトロルミネセンスデバイス１６０から発せられた光の吸収を助ける。いくつかの場合において、吸収層は、ポテンシャル井戸２４０に十分に近い位置にあり、これにより光吸収層中の光発生キャリアがポテンシャル井戸へと効果的に拡散できる。いくつかの場合において、光吸収層は、例えば無機半導体（例えばＩＩ〜ＶＩ族半導体）などの半導体を含み得る。例えば、吸収層２３０及び２５０の少なくとも１つは、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ半導体合金を含み得る。いくつかの場合において、第１の光吸収層２３０及び第２の光吸収層２５０のすべて又は少なくとも一部分を、ｎドーピング又はｐドーピングすることができ、このドーピングは、任意の好適な方法によって、かつ例えば塩素又はヨウ素などの任意の好適なドーパントを含めることによって、達成することができる。いくつかの場合において、ドーパントの数密度は、約１０１７ｃｍ−３〜約１０１８ｃｍ−３の範囲にある。その他の代表的なドーパントには、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｆ、Ｂｒ及びＮが挙げられる。
【００５２】
いくつかの場合において、光吸収層は、エレクトロルミネッセンスデバイス１６０から発せられるフォトンのエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有する。そのような場合では、光吸収層は、光源によって放射される光を強力に吸収することができる。いくつかの場合において、光吸収層は、ポテンシャル井戸２４０の遷移エネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。そのような場合では、光吸収層は、ポテンシャル井戸によって再発光される光に対して、実質的に、光学的に透明である。
【００５３】
いくつかの場合において、光吸収層２３０及び２５０の少なくとも１つは、ポテンシャル井戸２４０に密接に隣接してもよく、すなわち、１つ又は数個の介在層が吸収層とポテンシャル井戸との間に配置されてもよい。いくつかの場合において、光吸収層２３０及び２５０の少なくとも１つは、ポテンシャル井戸２４０に直接隣接してもよく、すなわち、いずれの介在層も吸収層とポテンシャル井戸との間に配置されない。
【００５４】
図２の代表的な第１の光変換層１８０には、２つの光吸収層２３０及び２５０が含まれている。全般に、光変換層は、ゼロ、１層、２層、又は３層以上の吸収層を有し得る。全般に、光吸収層は、ポテンシャル井戸２４０に十分近接しており、よって光吸収層内の光生成キャリアは、ポテンシャル井戸に拡散する適切な機会を有する。いくつかの場合において、第１の光変換層１８０内の光吸収層すべての厚さの合計は、光１６５のかなりの部分、例えば６０％以上、又は７０％以上、又は８０％以上、又は９０％以上を吸収するのに十分なほど大きい。
【００５５】
第一のウィンドウ２２０及び第２のウィンドウ２６０は、主としてバリヤを提供するように設計され、これによって吸収層で光生成される電子−正孔対などのキャリアは、自由又は外部面（第１の光変換層１８０の表面２２２など）に移動しないか、又は移動する可能性が少ない。例えば、第１のウィンドウ２２０は主として、ＬＥＤ  １６０によって発せられる光によって第１の吸収層２３０内に生成されたキャリアが、非放射的に再結合し得る面２２２に移動することを阻止するよう設計されている。いくつかの場合において、ウィンドウ２２０及び２６０は、ＬＥＤ  １６０によって発せられるフォトンのエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。そのような場合において、ウィンドウ２２０及び２６０は、ＬＥＤ  １６０によって発せられる光、及びポテンシャル井戸２４０によって再発光される光に対して、実質的に、光学的に透明である。
【００５６】
図２の、代表的な第１の光変換層１８０には、２つのウィンドウが含まれる。全般に、光変換層はゼロ、１つ、又は２つ以上のウィンドウを有し得る。例えば、いくつかの場合において、第１の光変換層１８０は、ＬＥＤ  １６０とポテンシャル井戸２４０との間に、又はＬＥＤ  １６０と吸収層２３０との間に配置される単一のウィンドウを有することができる。
【００５７】
いくつかの場合において、光変換層１８０内において２層の隣接する層間の境界面の位置は、明確又ははっきりとした境界面であり得る。いくつかの場合において、層内の材料組成物は、厚さ方向に沿った距離に応じて変化し、２つの隣接する層間の境界面は、明確でなくてもよく、例えば段階的な境界面であってもよい。例えば、いくつかの場合において、第１の吸収層２３０及び第１のウィンドウ２２０は、同じ材料構成成分を有するが、異なる材料濃度であり得る。そのような場合では、吸収層の材料組成物は、ウィンドウ層の材料組成物に徐々に変化し２層間の段階的な境界面が得られる。例えば、両方の層がＭｇを含む場合では、Ｍｇの濃度は吸収層からウィンドウへ段階的に移るときに増加していてもよい。
【００５８】
代表的な光変換層１８０は、２つの吸収層２３０及び２５０の間に位置する単一のポテンシャル井戸２４０を含む。全般に、ポテンシャル井戸の一方の側にある層（例えば層２３０）は、光源１６０から発せられた第２の波長λ２の光１６５を吸収することもしないこともある。全般に、光変換層１８０は１つ以上のポテンシャル井戸を有し得、各ポテンシャル井戸は、大きなバンドギャップエネルギーを有する２層の間に配置される。例えば、図４は、２つのポテンシャル井戸４４０及び４４１を含む光変換層４８０の概略図である。ポテンシャル井戸４４０は、それぞれポテンシャル井戸４４０よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する層４３０と４５０との間に配置され、ポテンシャル井戸４４１は、それぞれポテンシャル井戸４４１よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する層４５０と４６０との間に配置される。全般に、層４３０、４５０及び４６０の主要機能は、対応するポテンシャル井戸内のキャリアを閉じ込めることである。いくつかの場合において、層４３０、４５０及び４６０は第２の波長の光１６５を吸収することができない。そのような場合において、これらの層のバンドギャップエネルギーは、λ２の光の第２のフォトンエネルギーよりも大きい。いくつかの場合において、１層又は複数の層４３０、４５０及び４６０は、第２の波長の光１６５を吸収することができる。そのような場合において、光吸収層は、第２のフォトンエネルギーよりも小さいが、対応するポテンシャル井戸の遷移エネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。
【００５９】
図１の代表的な発光システム１００において、光吸収層１８７は、第１の光変換層１８０とは別でかつ分離されているか、又は外部にある。全般に、光吸収層１８７は、第１の光変換層１８０に含まれることも含まれないこともある。例えば、いくつかの場合において、第１の光吸収層２３０及び第２の光吸収層２５０は、ＬＥＤ  １６０から発せられた光の必要な吸収を提供し得る。別の例として、いくつかの場合において、光吸収層４３０、４５０及び４６０は、ＬＥＤ  １６０から発せられた光の必要な吸収を提供し得る。
【００６０】
再び図１を参照し、いくつかの場合において、第１及び第２のエレクトロルミネセンスデバイスは、実質的に同一の光学的及び電気的特性を有し得る。例えば、そのような場合において、ＬＥＤ系エレクトロルミネセンスデバイスにあるすべてのポテンシャル井戸又は量子井戸は、同じ半導体合金で作製される。例えば、青のＬＥＤについては、ポテンシャル井戸をすべてＧａＩｎＮで作製することができる。別の例として、ＬＥＤにおけるすべてのポテンシャル井戸又は量子井戸は、実質的に同じ厚さを有する。そのような場合において、ポテンシャル井戸又は量子井戸の厚さの変動は、５０％以下、又は４０％以下、又は３０％以下、又は２０％以下、又は１０％以下、又は５％以下である。更に別の例として、発光システム１００内のＬＥＤなどのエレクトロルミネセンスデバイスすべてが、同じ作製プロセスを用いて同じ材料系で作製される。また別の例において、いくつかの場合において、例えばエレクトロルミネセンスデバイスがＬＥＤであるとき、このデバイスは同じ構成を有し、同じウエハ又は基材上に作製される。また別の例として、第１及び第２のエレクトロルミネセンスデバイスは、所定の駆動電流に対して、実質的に同じ順電圧を有し得る。例えば、所定の駆動電流に対して、ＬＥＤの順電圧間の差は、１０％以下、又は５％以下、又は１％以下である。別の例として、同じ駆動電流がエレクトロルミネセンスデバイスに印加された場合、駆動電流が、駆動電流の通常の操作範囲内で変化しても、順電圧は実質的に等しいままである。そのような場合において、２つのＬＥＤの入力電流信号が、入力信号の通常の操作範囲内で変化するとき、対応する順電圧はそれぞれはっきりと変化し得るが、順電圧間の差は１０％以下、又は５％以下、又は１％以下に留まる。
【００６１】
いくつかの場合において、Ｓ１＝Ｓ２について、第１のエレクトロルミネセンスデバイスの出力光強度Ｐ１（Ｓ１）の、第２のエレクトロルミネセンスデバイスの出力光強度Ｐ２（Ｓ２）に対する比（すなわち、Ｐ１（Ｓ１）／Ｐ２（Ｓ２））は、駆動信号の最大定格の約８０％〜約１００％、又は約５０％〜約１００％の範囲において、実質的に駆動信号Ｓ１及びＳ２から独立である。例えば、そのような場合において、Ｓ１がＳ１について最大定格の約５０％から約１００％へ変化すると、比Ｐ１（Ｓ１）／Ｐ２（Ｓ２）は１０％以下、又は５％以下、又は１％以下変化する。
【００６２】
いくつかの場合において、例えば、効率、ピーク波長、及び／又は順電圧に基づいてグループ分けされているとき、同じビン又はＬＥＤグループに由来する場合には、第１及び第２のＬＥＤエレクトロルミネセンスデバイスは、実質的に同一の光学的及び電気的特性を有する。例えば、そのような場合において、第１及び第２のＬＥＤエレクトロルミネセンスデバイスは、ビン内のＬＥＤの波長範囲が５ｎｍ以下、又は３ｎｍ以下である、同じビンに由来する。
【００６３】
いくつかの場合において、第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０（例えばＬＥＤ  １６０）は、図１の概略図に示すように、第１の光変換層１８０から分離した状態であり得る。いくつかの場合において、この２つの構成要素を装着することが望ましいことがある。全般に、第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０は、例えば、ホットメルト接着剤、溶接、圧力、熱、又はこれら方法の任意の組み合わせ、又は、例えば米国特許出願第６０／９７８３０４号（２００７年１０月８日出願）に記述されているような、用途において望ましい可能性がある他の方法などの、接着剤２７０（図２）などの任意の好適な方法によって、第１の光変換層１８０に装着又は結合させることができる。好適なホットメルト接着剤の例としては、半結晶ポリオレフィン、熱可塑性ポリエステル、及びアクリル樹脂が挙げられる。
【００６４】
他の代表的な接着材料には、Ｎｏｒｌａｎｄ  ８３Ｈ（Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（ニュージャージー州クランベリー）より供給）などのアクリレート系光学接着剤、Ｓｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ瞬間接着剤（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（ミネソタ州セントポール）より供給）などのシアノアクリレート、Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅ（商標）（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ（ミシガン州ミッドランド）より供給）などのベンゾシクロブテン、ＣｒｙｓｔａｌＢｏｎｄ（Ｔｅｄ  Ｐｅｌｌａ  Ｉｎｃ．（カリフォルニア州レディング）より供給）などの透明ワックス；ケイ酸ナトリウム系の液状ガラス、水ガラス若しくは溶解性ガラス、及びスピンオンガラス（ＳＯＧ）など、を含む、光学的に透明なポリマー接着剤などの、光学的に透明なポリマー材料が挙げられる。
【００６５】
いくつかの場合において、半導体ＬＥＤ  １６０は、例えば、「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｗａｆｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ」（Ｑ．−Ｙ．Ｔｏｎｇ  ａｎｄ  Ｕ．Ｇｏｓｅｌｅ（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９９９））の第４章及び第１０章に記載されているウエハ結合技法により半導体光変換層１８０に装着することができる。
【００６６】
いくつかの場合において、発光システム１００は、第１の波長λ１の光を受け取る第２の光変換層１８０’を含み得、その受け取った光の少なくとも一部を波長λ１’の光１５５’に変換することができる。そのような場合において、エレクトロルミネセンスデバイス１５０と光変換層１８０’との組み合わせが、第１の信号Ｓ１に対応して波長λ１’の光１５５’を発する、エレクトロルミネセンス素子を形成する。そのような場合において、発光システムの出力光１９０は、色Ｃｏを有し、第３の波長λ３の光１８５と、波長λ１’の光１５５’との組み合わせであり得る。
【００６７】
いくつかの場合において、光変換層１８０’の出力光は、実質的に波長λ１’であり得る。そのような場合において、エレクトロルミネセンスデバイス１５０及び光変換層１８０’の組み合わせの出力スペクトルは、λ１’に中心があり得、いくつかの場合においては、小さなＦＷＨＭ、例えば約５０ｎｍ以下、又は約３０ｎｍ以下、又は約１５ｎｍ以下、又は約１０ｎｍ以下、又は約５ｎｍ以下のＦＷＨＭを有し得る。そのような場合において、光変換層１８０’は光１５５のかなりの部分を遮断し、この遮断は、例えば反射、変換、吸収、又はこれらの任意の組み合わせによって達成することができる。例えば、そのような場合において、光変換層１８０’は光１５５の９０％以上、又は９５％以上、又は９７％以上、又は９９％以上、又は９９．５％以上を遮断する。
【００６８】
いくつかの場合において、第１の光変換層１８０はλ２の光１６５の少なくとも一部を第３の波長λ３の光１８５へと変換し、光１６５の一部をλ２の光１６７として透過させる。そのような場合において、発光システムの出力光１９０は、色Ｃｏを有し、波長λ３の光１８５と、波長λ２の光１６７、及び波長λ１の光１５５’との組み合わせであり得る。いくつかの場合において、第１の信号１３０（Ｓ１）及び第２の信号１４０（Ｓ２）の一方が、信号の最大定格の約８０％から、又は約５０％から、最大定格の約１００％へと変化したが、比Ｓ１／Ｓ２は実質的に不変である場合、第１の色Ｃｏは実質的に不変のままである。例えば、信号のうち１つが、信号最大定格の約５０％から最大定格の約１００％まで変化したとき、比Ｓ１／Ｓ２の変化は約３％以下であり、Ｃｏの変化Δ（ｕ’，ｖ’）は０．００３以下である。
【００６９】
いくつかの場合において、波長λ１及びλ２は可視スペクトル内の同じ色範囲に属する。例えば、いくつかの場合において、各波長λ１及びλ２は青色光に対応する。いくつかの場合において、波長λ１とλ２の間の差は、約７０ｎｍ以下、又は約６０ｎｍ以下、又は約５０ｎｍ以下、又は約４０ｎｍ以下、又は約３０ｎｍ以下、又は約２０ｎｍ以下、又は約１０ｎｍ以下、又は約７ｎｍ以下、又は約５ｎｍ以下である。
【００７０】
いくつかの場合において、各波長λ１及びλ２は青色光に対応し、波長λ１’は緑色光に対応し、λ３は赤色光に対応し、第１の色Ｃｏは白色光に対応し得る。
【００７１】
図５は、強度Ｉｏ、ＣＩＥ色座標ｕｏ’及びｖｏ’に対応する第１の色Ｃｏを有する出力光１９０を発する発光システム５００の概略図である。発光システム５００には、コントローラ５１０、第１のエレクトロルミネセンスデバイス１５０、並びに、第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０と第１の光変換層１８０を含む第１の発光デバイス５５０、が含まれる。
【００７２】
第１のエレクトロルミネセンスデバイス１５０は、値ＳＳ１を有する第１の信号５３０に対応して、第１の波長λ１、強度Ｉ１の光１５５を発する。第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０は、値ＳＳ２を有する第２の信号５４０に対応して、第２の波長λ２、強度Ｉ２の光１６５を発する。信号５３０及び５４０は、コントローラ５１０が値Ｍｏを有する入力信号５０５を受け取った時に生成される。
【００７３】
いくつかの場合において、コントローラ５１０は入力信号Ｍｏを受け取り、これに対して、第１のエレクトロルミネセンスデバイス１５０を駆動するための第１の信号５３０を出力し、第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０を駆動するための第２の信号５４０を出力する。
【００７４】
全般に、第１の波長λ１及び第２の波長λ２は、実質的に等しいことも等しくないこともある。いくつかの場合において、波長λ１とλ２は実質的に等しいことがある。例えばそのような場合、この２つのピーク波長の差は、１５ｎｍ以下、又は１０ｎｍ以下、又は５ｎｍ以下であり得る。
【００７５】
いくつかの場合において、第１の波長λ１は実質的に第１の信号ＳＳ１，から独立であり、発せられた第１の波長光１５５の光強度Ｉ１は実質的に、第１の信号ＳＳ１に比例している。例えば、そのような場合において、第１の信号５３０が、第１の信号の最大定格の約８０％から約１００％へ変化、又は約５０％から約１００％へ変化すると、約１％以下、又は約０．５％以下、又は約０．１％以下、又は約０．０１％以下のλ１の変化をもたらす。別の例として、そのような場合において、Ｉ１とＳＳ１は実質的に、Ｉ１＝ｋ１１・ＳＳ１の線形関係を満たし、式中ｋ１１は実定数である。
【００７６】
いくつかの場合において、第２の波長λ２は実質的に第２の信号ＳＳ２から独立であり、発せられた第２の波長光１６５の光強度Ｉ２は実質的に、第２の信号ＳＳ２に比例している。例えば、そのような場合において、第２の信号５４０が、第１の信号の最大定格の約８０％から約１００％へ変化、又は約５０％から約１００％へ変化すると、約１％以下、又は約０．５％以下、又は約０．１％以下、又は約０．０１％以下のλ２の変化をもたらす。別の例として、そのような場合において、Ｉ２とＳＳ２は実質的に、Ｉ２＝ｋ２２・ＳＳ２の線形関係を満たし、式中ｋ２２は実定数である。
【００７７】
第１の光変換層１８０は、第２の波長λ２の光１６５の少なくとも一部分を、第３の波長λ３及び強度Ｉ３の光１８５に変換し、式中λ３はλ２よりも長い。発光システム５００は、波長λ１の光と波長λ３の光をを合わせて、ＣＩＥ色座標ｕｏ’及びｖｏ’の第１の色Ｃｏを有する出力光１９０を形成する。全般に、色Ｃｏは、用途に望ましい可能性がある任意の色であり得る。いくつかの場合において、色Ｃｏは緑色、黄色、琥珀色、赤色、及び白色のうち１つであり得る。
【００７８】
いくつかの場合において、第１の光変換層１８０は、波長λ２の光１６５の実質的にすべてを波長λ３の光１８５に変換する。いくつかの場合において、第１の光変換層１６５は、波長λ２の光の５０％以上、又は６０％以上、又は７０％以上、又は８０％以上、又は９０％以上、又は９５％以上を、波長λ３の光に変換する。
【００７９】
いくつかの場合において、λ２の光１６５の一部は、光変換層１８０によって波長λ３の光に変換されない。そのような場合において、未変換光の少なくとも一部が、波長λ２及び強度Ｉ４の光１６７として光変換層から発せられ得る。いくつかの場合において、この未変換光の少なくとも一部は、所望による光吸収層１８７によって吸収され得る。このとき、光吸収層は、少なくとも波長λ３について実質的に光学的に透過性である。
【００８０】
いくつかの場合において、光吸収層１８７は、任意の未変換の第２の波長光のうちかなりの部分を吸収することができる。例えば、そのような場合、光吸収層１８７は、１以上、又は２以上、又は３以上、又は４以上、又は５以上の吸光度を有する。
【００８１】
いくつかの場合において、図１〜２及び４に関連して記述されているさまざまな層と同様に、エレクトロルミネセンスデバイス１５０及び１６０のエレクトロルミネセンスデバイス１５０及び１６０の一方又は両方が、１層以上のｐ型及び／又はｎ型半導体層、１層以上のアクティブ又は発光層（１つ以上のポテンシャル井戸及び／又は量子井戸を含み得る）、緩衝層、基材層、及びスーパーストレート（superstrate）層を含み得る。
【００８２】
いくつかの場合において、エレクトロルミネセンスデバイス１５０及び１６０の一方又は両方が、ＩＩＩ〜Ｖ族ＬＥＤなどのＩＩＩ〜Ｖ族半導体光源であり得、ＡｌＧａＩｎＮ半導体合金を含み得る。例えば、エレクトロルミネセンスデバイス１５０及び１６０の一方又は両方が、ＧａＮ系ＬＥＤであり得る。いくつかの場合において、ＧａＮ系ＬＥＤの発光スペクトル（例えば色スペクトル）は、実質的に、ＬＥＤに印加される入力励起信号の値から独立であり得る。例えば、いくつかの場合において、例えば第１のエレクトロルミネセンスデバイス１５０がＧａＮ系ＬＥＤを含むとき、第１の信号５３０が信号の最大定格の約８０％から約１００％へ、又は、約５０％から１００％へと変化した場合、波長λ１の光１５５の色座標ｕ１’及びｖ１’の変化は、１％以下、又は０．５％以下、又は０．１％以下である。
【００８３】
いくつかの場合において、例えばエレクトロルミネセンスデバイス１５０及び１６０のそれぞれがＧａＮ系ＬＥＤを含み、第１の光変換層１８０が１つ以上のＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸を含む場合、入力信号５０５が実質的に変化するが、第１の信号５３０の第２の信号５４０に対する比（すなわち、比ＳＳ１／ＳＳ２）は実質的に不変のままであるとき、出力光１９０の第１の色Ｃｏは実質的に不変のままである。例えば、そのような場合において、ＭｏがＭｏの最大定格の約８０％から約１００％へ、又は約５０％から約１００％へと変化したが、比ＳＳ１／ＳＳ２は、約１％以下、又は約０．５％以下、又は約０．１％以下、又は約０．０１％以下だけ変化した場合、色Ｃｏにおける変化Δ（ｕｏ’，ｖｏ’）は、０．０１以下、又は０．００５以下、又は０．００４以下、又は０．００３以下、又は０．００２以下、又は０．００１以下である。別の例として、そのような場合において、ＭｏがＭｏの最大定格の約８０％から約１００％へ、又は約５０％から約１００％へと変化し、第１の信号対第２の信号の比の変化が約１％以下である場合、色ＣｏのＣＩＥ色座標ｕｏ’及びｖｏ’の変化は、０．０１以下、又は０．００５以下、又は０．００４以下、又は０．００３以下、又は０．００２以下、又は０．００１以下であり、色Ｃｏにおける変化Δ（ｕｏ’，ｖｏ’）は、０．０１以下、又は０．００５以下、又は０．００４以下、又は０．００３以下、又は０．００２以下、又は０．００１以下である。
【００８４】
いくつかの場合において、光変換層１８０は、第２の波長λ２の光１６５の少なくとも一部分を、第２の波長光の少なくとも一部分を吸収させ、吸収した光の少なくとも一部分を第３の波長光として再発光させることにより、波長λ３の光１８５へと変換することができる。第３の波長λ３は、第２の波長λ２より長い。
【００８５】
いくつかの場合において、第１の光変換層１８０及び／又は発光システム５００は、単一のポテンシャル井戸を有する。いくつかの場合において、第１の光変換層１８０及び／又は発光システム５００は、複数のポテンシャル井戸を含む。例えば、そのような場合、第１の光変換層１８０は、少なくとも２つのポテンシャル井戸、又は少なくとも５つのポテンシャル井戸、又は少なくとも１０個のポテンシャル井戸を有し得る。
【００８６】
代表的な発光システム５００において、光吸収層１８７は、第１の光吸収層１８０とは別でかつ分離されているか、又は外部にある。全般に、光吸収層１８７は、第１の光吸収層１８０に含まれることも含まれないこともある。例えば、いくつかの場合において、第１の光吸収層２３０及び第２の光吸収層２５０（図２）は、第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０から発せられた光の必要な吸収を提供し得る。別の例として、いくつかの場合において、光吸収層４３０、４５０及び４６０（図４）は、第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０から発せられた光の必要な吸収を提供し得る。
【００８７】
いくつかの場合において、第１のエレクトロルミネセンスデバイス１５０及び第２のエレクトロルミネセンスデバイス１６０はそれぞれ、実質的に同一の光学的及び電気的特性を有し得る。例えば、そのような場合において、ＬＥＤエレクトロルミネセンスデバイスにあるすべてのポテンシャル井戸又は量子井戸は、同じ半導体合金で作製される。例えば、青色のＬＥＤについては、ポテンシャル井戸がＧａＩｎＮで作製される。別の例として、ＬＥＤにおけるすべてのポテンシャル井戸又は量子井戸は、実質的に同じ厚さを有する。そのような場合において、ポテンシャル井戸又は量子井戸の厚さの変動は、５０％以下、又は４０％以下、又は３０％以下、又は２０％以下、又は１０％以下、又は５％以下である。更に別の例として、発光システム５００内のＬＥＤなどのエレクトロルミネセンスデバイスすべてが、同じ作製プロセスを用いて同じ材料系で作製される。また別の例において、いくつかの場合において、例えばエレクトロルミネセンスデバイスがＬＥＤであるとき、このデバイスは同じ構成を有し、同じウエハ又は基材上に作製される。また別の例として、第１及び第２のＬＥＤは、所定の駆動電流に対して、実質的に同じ順電圧を有し得る。例えば、所定の駆動電流に対して、順電圧間の差は、１０％以下、又は５％以下、又は１％以下である。別の例として、同じ駆動電流がエレクトロルミネセンスデバイスに印加された場合、駆動電流が、駆動電流の通常の操作範囲内で変化しても、順電圧は実質的に等しいままである。そのような場合において、２つのＬＥＤの入力電流信号が、入力信号の通常の操作範囲内で変化するとき、対応する順電圧はそれぞれはっきりと変化し得るが、順電圧間の差は１０％以下、又は５％以下、又は１％以下に留まる。
【００８８】
いくつかの場合において、ＳＳ１＝ＳＳ２について、第１のエレクトロルミネセンスデバイスの出力光強度Ｐ１（ＳＳ１）の、第２のエレクトロルミネセンスデバイスの出力光強度Ｐ２（ＳＳ２）に対する比（すなわち、Ｐ１（ＳＳ１）／Ｐ２（ＳＳ２））は、駆動信号ＳＳ１の最大定格の約１％から約１００％の範囲において、駆動信号ＳＳ１及びＳＳ２から実質的に独立である。例えば、そのような場合において、ＳＳ１がＳＳ１について最大定格の約５０％から約１００％へ変化すると、比Ｐ１（ＳＳ１）／Ｐ２（ＳＳ２）は１０％以下、又は５％以下、又は１％以下変化する。
【００８９】
図６は、図５の入力信号Ｍｏに類似の値Ｎｉｎｐｕｔを有する入力信号６０５に対応する、第１の色Ｃ１及び第１の強度Ｉ１を有する第１の光６５５を発する第１のＬＥＤ６５０を含む発光システム６００の概略図である。この発光システムは更に、入力信号６０５に対応する第２の色Ｃ２及び第２の強度Ｉ２を有する第２の光６６５を発する第２のＬＥＤ６６０を含む第１のエレクトロルミネセンス素子６７１と、ＩＩ〜ＶＩ族半導体材料を含み得る、光変換層１８０に類似の、第１の光変換層６８０とを含む。光変換層６８０は、第２の光６６５の少なくとも一部を、第３の色Ｃ’２及び強度Ｉ’２を有する第３の光６８５に変換する。
【００９０】
発光システム６００は、第１の光６５５及び第３の光６８５を組み合わせることにより、出力色Ｃｏ及び出力強度Ｉｏを有する光６９０を出力する。いくつかの場合において、色座標ｕｏ’及びｖｏ’を有する色Ｃｏは、Ｎｉｎｐｕｔから実質的に独立である。例えば、そのような場合において、ＮｉｎｐｕｔがＮｉｎｐｕｔの最大定格の約８０％から約１００％へと変化し、又は約５０％から約１００％へと変化することにより、ＣＩＥ色座標ｕｏ’及びｖｏ’のそれぞれが、０．０１以下、又は０．００５以下、又は０．００４以下、又は０．００３以下、又は０．００２以下、又は０．００１以下の変化をもたらし得、及び、０．０１以下、又は０．００５以下、又は０．００４以下、又は０．００３以下、又は０．００２以下、又は０．００１以下のＣｏにおける変化Δ（ｕｏ’，ｖｏ’）をもたらし得る。
【００９１】
いくつかの場合において、入力信号Ｎｉｎｐｕｔの変化は、出力光６９０の出力強度Ｉｏに変化をもたらし得るが、出力光のＣｏには変化をもたらさない。いくつかの場合において、出力強度は実質的に、入力信号の所定の範囲（例えば通常の操作範囲）にわたって入力強度と実質的に線形関数関係にある。そのような場合において、Ｉｏ及びＮｉｎｐｕｔは実質的に、式Ｉｏ＝ｋ３・Ｎｉｎｐｕｔを満たし、式中ｋ３は実定数である。いくつかの場合において、Ｉｏは入力信号Ｎｉｎｐｕｔの関数（例えば線形関数関係）であり、出力色Ｃｏは入力信号Ｎｉｎｐｕｔから独立である。
【００９２】
いくつかの場合において、発光システム６００は、出力色Ｃｏの変化に対する入力信号Ｎｉｎｐｕｔ調整のためのフィードバックシステムは含まれていない。そのような場合において、出力Ｃｏは実質的に入力信号Ｎｉｎｐｕｔに影響することなく（例えば、実質的に変化させることなく）、変化することができる。例えば、いくつかの場合において、色ＣｏのＣＩＥ色座標ｕｏ’及びｖｏ’のいずれかにおける約１０％の変化、又は色Ｃｏにおける約１０％の変化Δ（ｕｏ’，ｖｏ’）が、入力信号Ｎｉｎｐｕｔの強度に、１％以下、又は０．１％以下、又は０．０５％以下、又は０．０１％以下の変化を起こし得る。
【００９３】
いくつかの場合において、発光システム６００は、１つ以上の追加のエレクトロルミネセンス素子を含み得る。例えば、発光システム６００は更に、入力信号６０５に対応する第４の色Ｃ３及び第４の強度Ｉ３を有する第４の光６６６を発する第３のＬＥＤ６６１を含む第２のエレクトロルミネセンス素子６７２と、ＩＩ〜ＶＩ族半導体材料を含み得る、第１の光変換層１８０に類似の、第２の光変換層６８１とを含む。光変換層６８１は、第４の光６６６の少なくとも一部を、第５の色Ｃ’３及び第５の強度Ｉ’３を有する第５の光６８６に変換する。そのような場合において、発光システム６００は、第１の光６５５、第３の光６８５、及び第５の光６８６を組み合わせることにより、出力色Ｃｏ及び出力強度Ｉｏを有する光６９０を出力する。いくつかの場合において、ＣＩＥ色座標ｕｏ’及びｖｏ’を有する色Ｃｏは、Ｎｉｎｐｕｔから実質的に独立である。例えば、そのような場合において、ＮｉｎｐｕｔがＮｉｎｐｕｔの最大定格の約８０％から約１００％へと変化し、又は約５０％から約１００％へと変化することにより、ｕｏ’及びｖｏ’のそれぞれが、０．０１以下、又は０．００５以下、又は０．００４以下、又は０．００３以下、又は０．００２以下、又は０．００１以下の変化をもたらし得、及び、０．０１以下、又は０．００５以下、又は０．００４以下、又は０．００３以下、又は０．００２以下、又は０．００１以下の色Ｃｏにおける変化Δ（ｕｏ’，ｖｏ’）をもたらし得る。
【００９４】
全般に、出力色Ｃｏ及び出力強度Ｉｏを有する出力光６９０を伴う発光システム６００には、主要色で光を出力する主ＬＥＤ  ６５０と、Ｎ個の発光素子とが含まれ、式中Ｎ≧１である。ｉ番目の発光素子（ｉ＝１〜Ｎ）は、ｉ番目のＬＥＤ色（例えば１番目のＬＥＤ色）で光を発するｉ番目のＬＥＤ（例えば１番目のＬＥＤ）と、半導体ポテンシャル井戸を含むｉ番目の光変換層（例えば１番目の光変換層）とを含む。ｉ番目の光変換層は、ｉ番目のＬＥＤ色でのｉ番目のＬＥＤからの光の少なくとも一部を、ｉ番目のＬＥＤ色とは異なるｉ番目の中間色（例えば１番目の中間色）の光へと変換する。いくつかの場合において、ｉとｊが異なるとき、ｉ番目の中間色は、ｊ番目の中間色とは異なる。発光システム６００は、ｉ番目の中間色（ｉ＝１〜Ｎ）での光の主要色での光を合わせて、出力色Ｃｏ及びＣＩＥ色座標ｕｏ’及びｖｏ’を有する出力光６９０を形成する。
【００９５】
いくつかの場合において、発光システム６００は、コントローラ５１０に類似のコントローラを有し、これが入力信号Ｎｉｎｐｕｔを受け取り、主要ＬＥＤを駆動するための入力信号に対応して主信号を出力し、かつ、ｉ番目のＬＥＤを駆動するための入力信号に対応してｉ番目の信号（ｉ＝１〜Ｎ）を出力する。いくつかの場合において、入力信号Ｎｉｎｐｕｔが、入力信号の最大定格の約８０％から約１００％へ、又は約５０％から約１００％へと変化したが、ｉ番目の信号に対する主信号の比は実質的に不変である場合（ｉ＝１〜Ｎ）、出力光の出力色は実質的に不変のままである。
【００９６】
いくつかの場合において、発光システム６００のＬＥＤは、実質的に同一の光学的及び電気的特性を有する。例えば、そのような場合において、ＬＥＤ中のすべてのポテンシャル井戸又は量子井戸は、同じ半導体合金で作製され、実質的に同じ厚さを有する。そのような場合において、ポテンシャル井戸又は量子井戸の厚さの変動は、５０％以下、又は４０％以下、又は３０％以下、又は２０％以下、又は１０％以下、又は５％以下である。別の例として、発光システム６００内のＬＥＤすべてが、同じ作製プロセスを用いて同じ材料系で作製される。別の例として、いくつかの場合において、ＬＥＤは同じ構造を有し、同じウエハ又は基材上で作製される。また別の例として、これらＬＥＤは、所定の駆動電流に対して、実質的に同じ順電圧を有し得る。
【００９７】
いくつかの場合において、主要ＬＥＤの出力光強度Ｐｍ（Ｎｉｎｐｕｔ）の、ｉ番目のＬＥＤ（ｉ＝１〜Ｎ）の出力光強度Ｐｉ（Ｎｉｎｐｕｔ）に対する比（すなわち、Ｐｍ（Ｎｉｎｐｕｔ）／Ｐｉ（Ｎｉｎｐｕｔ））は、出力信号の最大定格の約５０％〜約１００％の範囲において、入力信号から実質的に独立である。例えば、そのような場合において、Ｍｏが、Ｎｉｎｐｕｔの最大定格の約８０％から約１００％に、又は約５０％から約１００％に変化すると、比Ｐｍ（Ｎｉｎｐｕｔ）／Ｐｉ（Ｎｉｎｐｕｔ）の変化は、１０％以下、又は５％以下、又は１％以下である。
【００９８】
全般に、発光素子の数Ｎは、用途に望ましい可能性がある任意の数であり得る。例えば、いくつかの場合において、Ｎは２であり得る。いくつかの場合において、例として、出力色Ｃｏは白色であり得、主要色Ｃ１並びに第１及び第２のＬＥＤ色（すなわち、Ｃ２及びＣ３）は青色であり得、第１の中間色Ｃ’２は緑色であり得、第２の中間色Ｃ’３は赤色であり得る。
【００９９】
開示される構成の利点のいくつかは、下記の実施例によって更に詳しく説明される。この実施例で列挙される特定の材料、量及び寸法、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に制限するものと解釈すべきではない。
【実施例】
【０１００】
（実施例１）
図７に概略図を示す発光システム７００が作製された。作製された発光システムは、図１の発光システム１００に類似であった。第１の波長λ１の光を発する回路７１０、及び第２の波長λ２の光を発する回路７２０が作製された。回路７１０において、入力電圧Ｖｉｎが、オペアンプＯＰ１、トランジスタＱ１及び抵抗Ｒ１＝４９０ｋΩ、Ｒ２＝１０ｋΩ及びＲ３＝１Ωを介してＬＥＤ  ７５０に印加された。入力電圧Ｖｉｎの最大定格は６ボルトであった。
【０１０１】
回路７２０において、発光素子７７０には、光変換層７８０に接着されたＬＥＤ  ７６０が含まれた。入力電圧Ｖｉｎが、オペアンプＯＰ２、トランジスタＱ２及び抵抗Ｒ４＝４９０ｋΩ、Ｒ５＝３ｋΩ及びＲ６＝１Ωを介してＬＥＤ  ７６０に印加された。抵抗、オペアンプ及びトランジスタは、Ｄｉｇｉ−Ｋｅｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ミネソタ州シーフリバーフォールズ）から購入された。
【０１０２】
２つの青色発光ＬＥＤ  ７５０及び７６０は、Ｅｐｉｓｔａｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（台湾・新竹）から購入された。ＬＥＤはシリコン基材に結合したエピタキシャルＡｌＧａＩｎＮ系ＬＥＤであった。ＬＥＤの上面の一部を微量の金で被覆して、電流を波及させ、ワイヤ結合のためのパッドを供給した。ＬＥＤ  ７５０及び７６０のピーク発光波長は、λ１＝４５７であった。
【０１０３】
多層半導体構造が作製された。推定された材料組成物、厚さ、及びバルクバンドギャップエネルギーを表Ｉにまとめる。
【０１０４】
【表１】
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【０１０５】
最初に、ＧａＩｎＡｓ緩衝層をＩｎＰ基板上にモレキュラービームエピタキシー（ＭＢＥ）により成長させて、次に行うＩＩ〜ＶＩ族成長のための表面を作製した。次に、コーティングされた基材を、超高真空移送システムを通って別のＭＢＥチャンバへと移し、様々なＩＩ〜ＶＩ族エピタキシャル層を成長させた。この多層半導体構成体には４つのＣｄＺｎＳｅ量子井戸が含まれた。各量子井戸は、ポテンシャル井戸２４０に類似であり、バルクエネルギーギャップ（Ｅｇ）は約１．８８ｅＶであった。各量子井戸は、光吸収層２３０及び２５０に類似の、２層のＣｄＭｇＺｎＳｅ光吸収層の間に挟み込まれた。この光吸収層はエネルギーギャップが約２．５２ｅＶであり、４５７ｎｍの青色光を強力に吸収する能力を有した。この多層半導体構成体には更に、ウィンドウ２２０及び２６０に類似の２つのウィンドウが含まれた。この多層半導体構成体には更に、２層のグレーディング層が含まれ、それぞれがウィンドウと光吸収層との間にあった。グレーディング層の材料組成は、光吸収側の光吸収層の材料組成から、ウィンドウ側のウィンドウの材料組成へと、徐々に変化していた。
【０１０６】
次に、多層半導体構成体のウィンドウ側を、Ｎｏｒｌａｎｄ光学接着剤８３Ｈ（Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．（ニュージャージー州クランベリー））を用いて、ＬＥＤ  ７６０の出力側又は上面に接着した。接着剤結合層の厚さは、約１μｍ〜約１０μｍの範囲であった。
【０１０７】
次に、３ＨＣｌ：１Ｈ２Ｏ溶液で、ＩｎＰ基材を除去した。ＧａＩｎＡｓ緩衝層でエッチング剤を停止した。３０ｍＬの水酸化アンモニウム（３０重量％）、５ｍＬの過酸化水素（３０重量％）、４０ｇのアジピン酸、及び２００ｍＬの水の攪拌溶液中で緩衝層を引き続いて除去し、ＬＥＤ  ７６０に接着したＩＩ〜ＶＩ変換層７８０のみを残した。
【０１０８】
次に、変換層及び接着剤結合層を通過してバイアスのエッチングを行い、ＬＥＤの上面の金コーティング部分に電気的接触を生成した。バイアスは、ネガ型フォトレジスト（ＮＲ７−１０００ＰＹ、Ｆｕｔｕｒｒｅｘ（ニュージャージー州フランクリン））を使用して、従来の接触式フォトリソグラフィーを用いて作製された。バイアス作製において、ＨＣｌ（３０重量％）を容積１０倍のＨ２Ｏと混合し、Ｂｒを飽和させた中に、この構成体を約１０分間浸すことにより、変換層中のＩＩ〜ＶＩ族層がエッチングされた。次いで、圧力２００ｍＴｏｒｒ、ＲＦ出力２００Ｗで２０分間、Ｏｘｆｏｒｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（英国オックスフォードシア）のプラズマ反応イオンエッチングシステム中で、この構成体を酸素プラズマに曝すことによって、接着剤結合層とパターン化フォトレジストがエッチングされ、図７の発光素子７７０を得た。光変換層７８０はλ１＝４５７ｎｍの光７６５を、λ２＝６３４ｎｍの光７６７に変換した。
【０１０９】
発光システム７００の出力光７９３は、λ１＝４５７ｎｍの光７５５と、λ２＝６３４ｎｍの光７６７との組み合わせであった。入力電圧Ｖｉｎの値は、６ボルトから４．７５ボルトへと変化した。それぞれの場合において、ＬＥＤ  ７５０を通って流れる電流Ｓ１の値、７６０を通って流れる電流Ｓ２の値、及び出力光７９３の色座標ｕ’及びｖ’が測定された。この結果が表ＩＩにまとめられている。
【０１１０】
【表２】
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【０１１１】
入力電圧Ｖｉｎが、６．０ボルト（入力電圧の最大定格の約１００％）から、４．７５ボルト（入力電圧の最大定格の約７９％）へと変化したとき、出力光７９３の色座標ｕ’は、０．１９５０から０．１９６６へと変化し（Δｕ’＝０．００１６）、出力光の色座標ｖ’は、０．１７３９から０．１７２０へと変化し（Δｕ’＝−０．００１９）、結果として変化Δ（ｕ’，ｖ’）は０．００２５であった。更に、電流Ｓ１は約２０．１％変化し、電流Ｓ２は約２０．６％変化したが、電流比Ｓ１／Ｓ２は約０．５９％しか変化しなかった。
【０１１２】
本明細書で使用するとき、「垂直の」、「水平の」、「上方の」、「下方の」、「左」、「右」、「上側」及び「下側」、「最上」及び「最下」などの用語、並びに他の類似の用語は、諸図に示される相対的位置を指す。一般に、物理的な実施形態は、異なる向きを有する可能性があり、その場合、それらの用語は、そのデバイスの実際の向きに修正された相対的位置を指すものとする。例えば、図２における構成体が、この図における向きと比較して上下を逆さにされた場合にも、第１の吸収層２３０は、依然として、ポテンシャル井戸又は再発光層２４０の「上」にあると見なされる。
【０１１３】
本発明のさまざまな態様の説明を容易にするために本発明の特定の実施例を上記に詳細に説明したが、本発明は、それら実施例の詳細に限定されるものではないことを理解すべきである。むしろ添付の特許請求の範囲により規定されるように本発明の趣旨及び範囲内にあるすべての変形例、実施形態及び代替例をすべて網羅しようとするものである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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