(57)【要約】      （修正有）【課題】赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有する、ワンチップＬＥＤを提供すること。【解決手段】ベース、２つの導電性ピン、該ベース上に配置され、該２つの導電性ピンに電気的に接続されたワンチップ発光素子、該ワンチップ発光素子をパッケージングするためのパッケージ材料、および該パッケージ材料に加えられ、発光波長が５８５ｎｍ〜７１０ｎｍの範囲である赤色蛍光粉末を備え、ここで該ワンチップ発光素子が、基板３１、Ｎ型クラッド層３３、Ｐ型クラッド層３９、該Ｎ型クラッド層とＰ型クラッド層の間に形成され、発光波長が５１０ｎｍ〜５８５ｎｍの範囲である少なくとも１つの緑発光層３４、および該Ｎ型クラッド層とＰ型クラッド層の間に形成され、発光波長が４００ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲である少なくとも１つの青発光層３６を含む。【選択図】図３
2005303320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース、
２つの導電性ピン、
該ベース上に配置され、該２つの導電性ピンに電気的に接続されたワンチップ発光素子、
該ワンチップ発光素子をパッケージングするためのパッケージ材料、および
該パッケージ材料に加えられ、発光波長が５８５ｎｍ〜７１０ｎｍの範囲である赤色蛍光粉末
を備え、ここで該ワンチップ発光素子が、
基板、
Ｎ型クラッド層、
Ｐ型クラッド層、
該Ｎ型クラッド層とＰ型クラッド層の間に形成され、発光波長が５１０ｎｍ〜５８５ｎｍの範囲である少なくとも１つの緑発光層、および
該Ｎ型クラッド層とＰ型クラッド層の間に形成され、発光波長が４００ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲である少なくとも１つの青発光層
を含んでなる、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップ発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項２】
青発光層がＰ型クラッド層より下に形成され、緑発光層がＮ型クラッド層より上に形成される、請求項１に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項３】
青発光層が量子ドット青発光層であり、緑発光層が量子ドット緑発光層である、請求項２に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項４】
青発光層が量子ドット青発光層であり、緑発光層が量子井戸緑発光層である、請求項２に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項５】
緑発光層がＰ型クラッド層より下に形成され、青発光層がＮ型クラッド層より上に形成される、請求項１に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項６】
青発光層が量子ドット青発光層であり、緑発光層が量子ドット緑発光層である、請求項５に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項７】
青発光層が、量子井戸青発光層であり、緑発光層が量子ドット緑発光層である、請求項５に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項８】
第１緑発光層が、Ｐ型クラッド層より下に形成され、第２緑発光層がＮ型クラッド層より上に形成され、青発光層が第１緑発光層と第２緑発光層の間に形成される、請求項１に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項９】
第１青発光層が、Ｐ型クラッド層より下に形成され、第２青発光層がＮ型クラッド層より上に形成され、緑発光層が第１緑発光層と第２緑発光層の間に形成される、請求項１に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項１０】
ワンチップ発光素子が、Ｎ型クラッド層とＰ型クラッド層の間に形成される少なくとも１つのＵＶ発光層をさらに含んでなる、請求項１に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項１１】
ＵＶ発光層が、Ｐ型クラッド層より下に形成され、量子ドット発光層である、請求項１０に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項１２】
ワンチップ発光素子が、それぞれ前記２つの導電性ピンに電気的に接続される２つの電極をさらに含んでなる、請求項１に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項１３】
赤色蛍光粉末の赤色光が、青発光層からの青色光による励起によって生じ、該青発光層からの青色光の波長が４００ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲である、請求項１に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項１４】
赤色蛍光粉末の赤色光が、緑発光層からの緑色光による励起によって生じ、該緑発光層からの緑色光の波長が５１０ｎｍ〜５８５ｎｍの範囲である、請求項１に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項１５】
赤色蛍光粉末の赤色光が、青発光層からの青色光および緑発光層からの緑色光による励起によって生じ、該青発光層からの青色光の波長が４００ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲であり、該緑発光層からの緑色光の波長が５１０ｎｍ〜５８５ｎｍの範囲である、請求項１に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項１６】
赤色蛍光粉末の赤色光が、青発光層からの青色光と、緑発光層からの緑色光と、ＵＶ発光層からのＵＶ光による励起によって生じ、該ＵＶ発光層からのＵＶ光の波長が２５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲であり、該青発光層からの青色光の波長が４００ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲であり、該緑発光層からの緑色光の波長が５１０ｎｍ〜５８５ｎｍの範囲である、請求項１０に記載のワンチップＬＥＤ。
【請求項１７】
請求項１に記載の、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有する複数のワンチップＬＥＤを有する背面光源、
液晶ユニット部、および
色フィルタ
を備えるディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明はワンチップ発光ダイオード（single-chip light-emitting diode）（ＬＥＤ）、特に赤、青および緑の波長の３つのスペクトルを有するワンチップＬＥＤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の記載
近年、携帯電話、デジタルカメラ、デジタルカムコーダー、個人用携帯端末（ＰＤＡ）もしくは携帯コンピューター等のフルカラーディスプレイ電子製品を省電力ならびに軽量化、小型化する要望が増加している。従って、ＬＤＣスクリーンの背面光源としての冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）の従来の適用は、設計に必要とされる特性に合わない場合がある。そして、ＬＣＤスクリーン用の新しい背面光源を開発することが望ましい。
【０００３】
現在、フルカラーＬＣＤ技術において、ＳＴＮ-ＬＣＤまたはＴＦＴ-ＬＣＤ等のいずれの設計にも白色背面光源が用いられる。そして、赤、青および緑の３画素は、ＲＧＢ色フィルタを通り抜ける光を制御することによって発生させ得る。従来より、白色光源には、ＬＣＤスクリーンの背面光源としてＣＣＦＬを利用する。しかし、その高消費電力性により、ＣＣＦＬは大容量であり、使用するときに、直流（ＤＣ）を変換装置によりＡＣ電圧に変換されなければならない。さらに、ＣＣＦＬは環境に対して水銀汚染をもたらす。従って、小型あるいは中型の携帯電子製品には、ＣＣＦＬは背面光源としての最良の選択肢ではない。
【０００４】
従って、本発明者らは、ＣＣＦＬの代わりにＬＥＤを使用する事を検討し始めた。ＬＥＤは小容量、低電力消費性および無環境汚染という様々な利点があるので、赤、青および緑の光の波長の変調によって、より良い高演色性を得られうる。
【０００５】
最も初期の従来技術は、赤、青および緑のチップパッケージを使って赤、青および緑の光の３つの波長を提供するものである。理論的には、この方法は、ＬＣＤ背面光源に最も好ましい選択肢である。赤、青および緑色光は直接得られるので、望ましい光源を発生させるのに、赤、青および緑色フィルタは必要でない。しかしながら、赤色光材料は青および緑色光材料と異なるため、およびこの方法によれば回路が複雑および高価であるため、光と色の調和をとることは難しく、互いに異なる３色の減衰率が不安定な品質をもたらし、そのため、この方法の操作の複雑さとコストはＣＣＦＬよりもかなり高い。従って、それは携帯電子背面光源には最良の選択肢ではない。
【０００６】
市販の小型化ＬＣＤ背面光源のほとんどに使用されている技術は、特許文献１および対応米国特許の特許文献２に関する、日亜化学工業株式会社によって開発された白色光素子である。白色光素子技術では、青色ＬＥＤをその補色の蛍光粉末と共にパッケージし、青色光によってその補色の蛍光粉末を励起させた後、発生した青色の補色が、蛍光粉末に吸収されない残りの青色光と混色され、かくして白色背面光源として使用され得る白色光源が発生する。青色光の補色のスペクトルは、主に黄色波長であるので、色フィルタにより生じる赤色光源に対する望ましい緑色の比は高くなく、それによってＬＣＤ背面光源における光度が十分でないという問題を引き起こす。
【０００７】
さらに、特許文献３は、３つの波長のスペクトルを有する白色ＬＥＤ素子、および、赤、青および緑色蛍光粉末を励起するためのＵＶ  ＬＥＤを使用する方法を開示している。この方法では、ＵＶ  AlGaN  ＬＥＤの寿命が短いので、発光性能が乏しい。さらに、異なる光電効果特性および寿命を有する３種類の蛍光粉末が同時に使用されているため、色および寿命の信頼性が減少する。また、ＵＶ光は、３色の蛍光粉末を同時に励起する必要がある。
【０００８】
さらに、特許文献４は、青色ＬＥＤが、緑色および赤色蛍光粉末を励起するために使用されることを開示している。青色光に関して、ほとんどの赤色および緑色蛍光粉末の吸収速度および変換速度はかなり乏しいので、これら２種類の蛍光粉末が単一青色光源により同時に励起された場合、光度は不十分である。
【０００９】
従って、上記の問題を解決するために、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップＬＥＤを提供することが必要である。
【００１０】
【特許文献１】台湾特許第383508号
【特許文献２】米国特許第5,998,925号
【特許文献３】台湾特許第172159号
【特許文献４】台湾特許第563261号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有する、ワンチップＬＥＤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
具体的には、本発明の要旨は以下の通りである。
【００１３】
[１]  ベース、
２つの導電性ピン、
該ベース上に配置され、該２つの導電性ピンに電気的に接続されたワンチップ発光素子（single-chip light-emitting element）、
該ワンチップ発光素子をパッケージングするためのパッケージ材料、および
該パッケージ材料に加えられ、発光波長が５８５ｎｍ〜７１０ｎｍの範囲である赤色蛍光粉末
を備え、ここで該ワンチップ発光素子が、
基板、
Ｎ型クラッド層、
Ｐ型クラッド層、
該Ｎ型クラッド層とＰ型クラッド層の間に形成され、発光波長が５１０ｎｍ〜５８５ｎｍの範囲である少なくとも１つの緑発光層、および
該Ｎ型クラッド層とＰ型クラッド層の間に形成され、発光波長が４００ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲である少なくとも１つの青発光層
を含む、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップ発光ダイオード（ＬＥＤ）、
[２]   青発光層がＰ型クラッド層より下に形成され、緑発光層がＮ型クラッド層より上に形成される、[１]に記載のワンチップＬＥＤ、
[３]  青発光層が量子ドット青発光層であり、緑発光層が量子ドット緑発光層である、[２]に記載のワンチップＬＥＤ、
[４]  青発光層が量子ドット青発光層であり、緑発光層が量子井戸緑発光層である、[２]に記載のワンチップＬＥＤ、
[５]  緑発光層がＰ型クラッド層より下に形成され、青発光層がＮ型クラッド層より上に形成される、[１]に記載のワンチップＬＥＤ、
[６]  青発光層が量子ドット青発光層であり、緑発光層が量子ドット緑発光層である、[５]に記載のワンチップＬＥＤ、
[７]  青発光層が、量子井戸青発光層であり、緑発光層が量子ドット緑発光層である、[５]に記載のワンチップＬＥＤ、
[８]  第１緑発光層が、Ｐ型クラッド層より下に形成され、第２緑発光層がＮ型クラッド層より上に形成され、青発光層が第１緑発光層と第２緑発光層の間に形成される、[１]に記載のワンチップＬＥＤ、
[９]  第１青発光層が、Ｐ型クラッド層より下に形成され、第２青発光層がＮ型クラッド層より上に形成され、緑発光層が第１緑発光層と第２緑発光層の間に形成される、[１]に記載のワンチップＬＥＤ、
[１０]  ワンチップ発光素子が、Ｎ型クラッド層とＰ型クラッド層の間に形成される少なくとも１つのＵＶ発光層をさらに含む、[１]に記載のワンチップＬＥＤ、
[１１]  ＵＶ発光層が、Ｐ型クラッド層より下に形成され、量子ドット発光層である、[１０]に記載のワンチップＬＥＤ、
[１２]  ワンチップ発光素子が、それぞれ前記２つの導電性ピンに電気的に接続される２つの電極をさらに含む、[１]に記載のワンチップＬＥＤ、
[１３]  赤色蛍光粉末の赤色光が、青発光層からの青色光による励起によって生じ、該青発光層からの青色光の波長が４００ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲である、[１]に記載のワンチップＬＥＤ、
[１４]  赤色蛍光粉末の赤色光が、緑発光層からの緑色光による励起によって生じ、該緑発光層からの緑色光の波長が５１０ｎｍ〜５８５ｎｍの範囲である、[１]に記載のワンチップＬＥＤ、
[１５]  赤色蛍光粉末の赤色光が、青発光層からの青色光および緑発光層からの緑色光による励起によって生じ、該青発光層からの青色光の波長が４００ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲であり、該緑発光層からの緑色光の波長が５１０ｎｍ〜５８５ｎｍの範囲である、[１]に記載のワンチップＬＥＤ、
[１６]  赤色蛍光粉末の赤色光が、青発光層からの青色光と、緑発光層からの緑色光と、ＵＶ発光層からのＵＶ光による励起によって生じ、該ＵＶ発光層からのＵＶ光の波長が２５０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲であり、該青発光層からの青色光の波長が４００ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲であり、該緑発光層からの緑色光の波長が５１０ｎｍ〜５８５ｎｍの範囲である、[１０]に記載のワンチップＬＥＤ、ならびに
[１７]  [１]に記載の、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有する複数のワンチップＬＥＤを有する背面光源、
液晶ユニット部、および
色フィルタ
を備えたディスプレイ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有する、ワンチップＬＥＤを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
発明の要旨
本発明の目的の１つは、ベース、２つの導電ピン、ワンチップ発光素子、パッケージ材料、赤色蛍光粉末を備える、赤、青および緑の波長の3つの発光スペクトルを有するワンチップＬＥＤを提供することである。ワンチップ発光素子はベース上に配置され、２つの導電性ピンに電気的に接続される。パッケージ材料は、ワンチップ発光素子をパッケージングするために使用される。赤色蛍光粉末はパッケージ材料に加えられ、ここでワンチップ発光素子は、基板、Ｎ型クラッド層、Ｐ型クラッド層、少なくとも１つの緑発光層、および少なくとも１つの青発光層を備える。緑発光層および青発光層は、Ｎ型クラッド層およびＰ型クラッド層の間に形成される。
【００１６】
本発明の、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップＬＥＤ、緑および青色スペクトルは、ワンチップ発光素子の青発光層と緑発光層にそれぞれ提供される直接光源である。赤色光スペクトルは、ワンチップ発光素子の青色光もしくは緑色光またはその組み合わせにより、赤色蛍光粉末を励起させることによって生じる赤色光である。従って、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップＬＥＤは、高演色性、好ましい省電力性、小容量を提供するために、液晶ディスプレイ部の背面光源、電灯、装飾灯、暖白色光を有する指示灯に適用され得る。
【００１７】
発明の詳細な説明
図面を参照しながら、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップＬＥＤおよびワンチップ素子を、本発明の態様に従って説明する。これらの図面では、同じもしくは類似する部分は、同じもしくは類似する参照番号および名称で表示されている。加えて、図面は説明のための概略図にすぎず、従って構造寸法の比率は、実際の構造寸法とは異なり得る。
【００１８】
図１を参照すると、本発明による赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップＬＥＤ１０の構造が示されている。赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップＬＥＤ１０は、ベース１１、２つの導電性ピン１２および１３、ワンチップ発光素子１４、パッケージ材料１７、ならびに赤色蛍光粉末１８を備える。ワンチップ発光素子１４はベース１１上に配置され、２つのワイヤー１５、１６によって、導電性ピン１２、１３に電気的に接続されている。パッケージ材料１７はワンチップ発光素子１４をパッケージングするために使用される。赤色蛍光粉末１８はパッケージ材料１７に加えられる。ベース１１は不透明な材料から作られるが、パッケージ材料１７は透明な材料（例えばエポキシ）から作られる。
【００１９】
ワンチップ発光素子１４は基板、バッファ層、第１導電クラッド層、第２導電クラッド層、少なくとも１つの緑発光層、および少なくとも１つの青発光層を備える。バッファ層は基板上に形成される。第１導電クラッド層はバッファ層上に形成される。緑発光層および青発光層は、第１導電クラッド層および第２導電クラッド層の間に形成される。ワンチップ発光素子１４の構造は、以下に詳細に説明する。
【００２０】
図２を参照すると、本発明による赤、青および緑の波長の３つのスペクトルを有するワンチップＬＥＤの発光強度と発光スペクトルの分布曲線２０が示されている。スペクトル分布曲線２０は青色光スペクトル２１、緑色光スペクトル２２、および赤色光スペクトル２３を含み、ここで青色光スペクトル２１および緑色光スペクトル２２は、ワンチップ発光素子の青発光層および緑発光層にそれぞれ提供される直接光源である。青色光スペクトル２１は４００ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲であり、緑色光スペクトル２２は５１０ｎｍ〜５８５ｎｍの範囲である。赤色光スペクトル２３は、ワンチップ発光の青色光もしくは緑色光またはそれらの組み合わせによって、赤色蛍光粉末が励起されることによって生じる赤色光である。赤色光スペクトル２３は５８５ｎｍ〜７１０ｎｍの範囲である。従って、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップＬＥＤは、高演色性、好ましい省電力性、小容量を提供するために、液晶ディスプレイ部、電灯、装飾灯および暖白色光を有する指示灯に適用され得る。
【００２１】
図３を参照すると、本発明による第１態様のワンチップ発光素子３０の構造が示されている。ワンチップ発光素子３０は、基板３１、バッファ層３２、第１導電クラッド層３３、７つの量子ドット緑発光層３４、３５等、３つの量子ドット青発光層３６、３７、３８、および第２導電クラッド層３９を備える。ワンチップ白色光素子３０は、図１のワイヤー１５、１６により２つの導電性ピン１２、１３に接続するための２つの電極をさらに備える。
【００２２】
バッファ層３２は基板３１上に形成される。第１導電クラッド層３３はバッファ層３２上に形成され、電子を提供するためのＮ型クラッド層であり得る。第２導電クラッド層３９は量子ドット青発光層３８上に形成され、電子正孔を提供するためのＰ型クラッド層であり得る。バッファ層３２、第１導電クラッド層３３および第２導電クラッド層３９はすべてAl(1-x-y)InyGaxNとして表されるAlGaN構造のものである。
【００２３】
７つの量子ドット緑発光層３４、３５等は、順次第１導電クラッド層３３上に形成される。量子ドット緑発光層３４を例として取り上げると、これは複数の量子ドット３４１、３４２を有する。量子ドット発光層３４は、第１障壁層３４３および第２障壁層３４４をさらに備える。第１障壁層３４３は量子ドット３４１、３４２より下に存在するが、第２障壁層３４４は量子ドット３４１、３４２より上に存在する。第１障壁層３４３および第２障壁層３４４は、ともにAl(1-x-y)InyGaxNとして表されるAlGaN構造中のものである。第１障壁層３４３および第２障壁層３４４の両方のエネルギー障壁は、量子ドット３４１、３４２のエネルギー障壁よりも大きくなければならない。
【００２４】
３つの量子ドット青発光層３６、３７、３８は、順次量子ドット緑発光層３５上に配列される。それぞれの量子ドット青発光層には、複数の量子ドットが設けられている。量子ドット青発光層３６を例として取り上げると、これは複数の量子ドット３６１、３６２、第一障壁層３６３、および第２障壁層３６４を有する。
【００２５】
図４を参照すると、ワンチップ発光素子３０のスペクトル分布曲線４０は青色光スペクトル４１および緑色光スペクトル４２を含む。青色光スペクトル４１および緑色光スペクトル４２は、ワンチップ発光素子３０の青発光層および緑発光層にそれぞれ提供される直接光源である。ここで、量子ドット青発光層の最大発光強度の発光波長は４５８ｎｍであり、量子ドット緑発光層の最大発光強度の発光波長は５２５ｎｍである。ワンチップ発光素子３０には、１つの発光構造体中に量子ドット緑発光層と量子ドット青発光層の両方が設けられている。よって、ワンチップ発光素子３０には、２波長スペクトル特性が提供され得る。
【００２６】
ワンチップ発光素子３０には量子ドット構造の発光層が使用され、その光の混色特性は、量子井戸を使用する従来技術よりも優れ、異なる波長の光の混色効果が、遮蔽層のトンネル効果を減らすことにより得られうるという規定に限定されない。従って、ワンチップ構造中で増やされた複数の波長を有する発光層の光の混色効果および発光強度は、量子ドット発光層技術によって改良され得る。さらに、異なる発光層間の光混色割合は、量子ドット発光層の量子ドット分布密度を支配（dominate）によって制御され得る。  
【００２７】
また、量子ドット青発光層または量子ドット緑発光層の発光波長スペクトルのＦＷＨＭ（半値全幅）は、量子ドット寸法またはインジウム含有量によって制御され得、その結果、量子ドット寸法またはインジウム含有量を調節することにより、および量子ドットの不均一分布特性を制御することにより、広いスペクトルを有する特性が得られうる。広いスペクトル特性が量子ドットの不均一分布密度を制御することによって得られうるという技術的な特徴は、特許出願第092123734号に開示され、本明細書中では繰り返さない。
【００２８】
第１態様において、ワンチップ発光素子３０には、７つの量子ドット緑発光層および３つの量子ドット青発光層の構造が使用される。しかしながら、本発明は、このような発光層構造に限定されない。本発明では、Ｐ型クラッド層３９に隣接するワンチップ発光素子３０の青発光層は量子ドット構造でなければならないが、Ｐ型クラッド層３９から離れた緑発光層は、量子ドット構造または量子井戸構造のどちらでもよい。
【００２９】
図５を参照すると、本発明による第２態様のワンチップ発光素子５０が示されている。図５では、第１態様の構造におけるものと同じ部分は、同様の参照番号により示され、特に記載のない限り同じ構造および同じ機能を有し得る。
【００３０】
図５に示されるように、本発明による第２態様のワンチップ発光素子５０は、第１導電クラッド層３３および第２導電クラッド層３９の間にあり、４つの量子井戸青発光層５１、５３等、および３つの量子ドット緑発光層５４、５５および５６を備え、ここで４つの量子井戸青発光層５１、５３等は、第１導電クラッド層３３（Ｎ型クラッド層）上に順次形成される。量子井戸青発光層５１を例として取り上げると、量子井戸青発光層５１には、量子井戸構造５１１、ならびに２つの障壁層５１２および５１３が設けられている。
【００３１】
３つの量子ドット緑発光層５４、５５および５６は量子ドット青発光層５３上に順次形成される。また、それぞれの量子ドット緑発光層には、複数の量子ドットが設けられている。量子ドット緑発光層５４を例として取り上げると、それは複数の量子ドット５４１、５４２および２つの障壁層５４３、５４４を有する。さらに、それぞれの層の量子ドットは、不均一に分布するように設計される。従って量子ドットは、不均一分布特性をもち、よって量子ドット発光層５４、５５および５６の発光波長スペクトルのＦＷＨＭは増加する。
【００３２】
図６を参照すると、ワンチップ発光素子５０のスペクトル分布曲線６０は、青色光スペクトル６１および緑色光スペクトル６２を含む。青色光スペクトル６１および緑色光スペクトル６２は、ワンチップ発光素子５０の青発光層および緑発光層にそれぞれ提供される直接光源であり、ここで量子ドット青発光層の最大発光強度の発光波長は４６０ｎｍであり、量子ドット緑発光層の最大発光強度の発光波長は５５０ｎｍである。また、３つの量子ドット緑発光層は、広い波長スペクトルの特性を提供してもよい。
【００３３】
本発明による第２態様のワンチップ発光素子５０は、第1態様のものと異なる。第２態様のワンチップ発光素子５０には、青発光層として量子ドット構造ではなく量子井戸構造を使用する。ワンチップ発光素子５０の構造は、量子ドット緑発光層と量子井戸青発光層の両方を同時に持つので、ワンチップ発光素子５０にも２波長特性が提供され得る。従って、第２態様のワンチップ発光素子５０では、Ｐ型クラッド層３９から離れた青発光層には、量子井戸構造を用い得る。
【００３４】
図７を参照すると、本発明による第３態様のワンチップ発光素子７０は、第１導電クラッド層３３および第２導電クラッド層３９の間にあり、７つの量子井戸緑発光層７１、７３等、量子ドット青発光層７４ならびに２つの量子ドットＵＶ発光層７５および７６を備える。７つの量子井戸緑発光層７１、７３等は、第１導電クラッド層３３（Ｎ型クラッド層）上に順次形成される。量子井戸緑発光層７１を例として取り上げると、量子井戸緑発光層７１には、量子井戸構造７１１ならびに２つの障壁層７１２および７１３が設けられている。
【００３５】
量子ドット青発光層７４は量子井戸緑発光層７３上に配置される。量子ドット青発光層７４は、複数の量子ドット７４１、７４２および２つの障壁層７３４、７４４を有する。２つの量子ドット紫外発光層７５、７６は量子ドット青発光層７４上に配置される。このような量子ドット紫外発光層にも複数の量子ドットおよび２つの障壁層が設けられている。
【００３６】
図８を参照すると、ワンチップ発光素子７０のスペクトル分布曲線８０は、ＵＶ光スペクトル８１、青色光スペクトル８２および緑色光スペクトル８３を含む。ＵＶ光スペクトル８１、青色光スペクトル８２および緑色光スペクトル８３は、ワンチップ発光素子７０のＵＶ発光層、青発光層および緑発光層にそれぞれ提供される直接光源である。ここで、量子ドットＵＶ発光層の最大発光強度の発光波長は４０５ｎｍであり、量子ドット青発光層の最大発光強度の発光波長は４６５ｎｍであり、量子ドット緑発光層の最大発光強度の発光波長は５３５ｎｍである。
【００３７】
従って、第３態様のワンチップ発光素子７０は、３つの波長（ＵＶ光、青色光および緑色光）を発生できる。第３態様のワンチップ発光素子７０が、図１のワンチップ発光素子１４として使用される場合、図１のワンチップＬＥＤ１０中の赤色蛍光粉末１８は、赤色光を発生させるために、青、緑色光もしくはＵＶ光によって個別に励起されるか、またはこれら３つの励起源の内どれか２つによって励起されるか、または同時に３つの光源により励起され得、発光強度を増加させる。ＵＶ発光層からのＵＶ光の波長の範囲は２５０ｎｍ〜４００ｎｍであり、青発光層からの青色光の波長の範囲は４００ｎｍ〜４９５ｎｍであり、緑発光層からの緑色光の波長の範囲は５１０ｎｍ〜５８５ｎｍである。
【００３８】
本発明による、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップＬＥＤは、液晶ディスプレイ部の背面光に適用され得る。図９を参照すると、ディスプレイ９０は背面光源９１、液晶ユニット部９２および色フィルタ９３を備える。背面光源９１は、複数のワンチップＬＥＤ、すなわち上記の本発明による、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップＬＥＤを備える。前述の上記態様によると、赤、緑および青の波長の背面光源は、狭いスペクトルに変調し、かつ色フィルタ９３のスペクトル内に完全に含めると、色フィルタ９３に適合する最も好ましい効率が得られ得る。
【００３９】
図１０を参照すると、赤、青および緑の波長の３つのスペクトルを有するワンチップＬＥＤおよび色フィルタ９３を組み合わせた、背面光源９１の発光スペクトル分布曲線１００が示され、ここで背面光源９１のスペクトル分布曲線には、青色光スペクトル１０１、緑色光スペクトル１０２および赤色光スペクトル１０３が提供されており、色フィルタ９３のスペクトル分布曲線には、青色光スペクトル１０４、緑色光スペクトル１０５および赤色光スペクトル１０６（点線で示される）が提供されている。赤、緑および青の光の３つの波長の背面光源９１は、狭いスペクトルに変調し、かつ色フィルタ９３のスペクトル内に完全に含めると、色フィルタ９３に適合する最も好ましい効率が得られ得る。青色光スペクトル１０１および青スペクトル１０４を例として取り上げると、青色光スペクトル１０１は狭いスペクトルであり、青スペクトル１０４により完全に想定され得、よって最も好ましい効率が達成される。
【００４０】
さらに、種々のディスプレイは、その製作において、異なる設計の赤、青および緑のスペクトルを有し得る。本発明に記載の赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップＬＥＤには、異なる波長特性を有する赤、青および緑色光スペクトルが、製造業者による設計と関連した異なるディスプレイに応じて製作され得る。さらに、本発明に記載の、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップＬＥＤは、広いスペクトルの特性を得るために、量子ドット発光層を利用することによって調整され得、その結果、ワンチップＬＥＤのこのようなスペクトルには、種々のディスプレイのスペクトル設計のために適用される広いスペクトルの特性が提供され得る。
【００４１】
本発明の前述の態様におけるワンチップ発光素子の基板３１は、第１導電基板（Ｎ型導電基板）、第２導電基板または絶縁基板であり得る。第２導電基板は、Ｐ型導電基板、SiC、GaN、Si等であり得る。絶縁基板は、Al2O3、AlN、ZnO等であり得る。
【００４２】
本発明で使用される赤色蛍光粉末は、LiEuW2O8、CaS:Eu2+、SrS:Eu2+、Ba2Si5N8、Y2O2S:Eu3+、Bi3+、YVO4:Eu3+、Bi3+、Y2O3:Eu3+、Bi3+等の混合物であり得る。あるいは、赤色蛍光粉末は、Y2O2S:Eu3+、Bi3+、YVO4:Eu3+、Bi3+、Y2O3:Eu3+、Bi3+等の混合物であってもよい。
【００４３】
ワンチップＬＥＤのワンチップ白色光素子は、上記態様の層の量および順序に限定されず、第１導電クラッド層上に形成された第１青発光層および第２導電クラッド層より下に形成された第２青発光層、そして第１青発光層と第２青発光層との間に形成された緑発光層を有してもよい。あるいはまた、それは第１導電クラッド層上に形成された第１緑発光層、第２導電クラッド層より下に形成された第２緑発光層、および第１緑発光層と第２緑発光層との間に形成された青発光層を有してもよい。それはまた、第１導電クラッド層と第２導電クラッド層との間に交互に形成される緑発光層および青発光層（交互の層の量および順序は規則的または不規則である）を有してもよい。
【００４４】
本発明の態様を図示し、記述したが、様々な変形や改良が当業者によって行われ得る。したがって、本発明の態様は限定的な意味ではなく、例示的な意味で記載している。本発明は、説明したような特定の形態に限定され得ず、本発明の趣旨および範囲を維持する全ての変形例は、添付の特許請求の範囲において定義される範囲内であるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明による、赤、青および緑の波長の３つの発光スペクトルを有するワンチップＬＥＤの構造を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明による、赤、青および緑の波長の３つのスペクトルを有するワンチップＬＥＤの光度と発光スペクトルを示す分布図である。
【図３】図３は、本発明による第１態様のワンチップ発光素子の構造を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明による第１態様のワンチップ発光素子の光度と光スペクトルを示す分布図である。
【図５】図５は、本発明による第２態様のワンチップ発光素子の構造を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明による第２態様のワンチップ発光素子の光度と光スペクトルを示す分布図である。
【図７】図７は、本発明による第３態様のワンチップ発光素子の構造を示す概略図である。
【図８】図８は、本発明による第３態様のワンチップ発光素子の光度と光スペクトルを示す分布図である。
【図９】図９は、本発明によるディスプレイに適用したワンチップ発光素子の構造を示す概略図である。
【図１０】図１０は、本発明によるディスプレイの背面光源および色フィルタの光度と光スペクトルを示す分布図である。
【図１】
2005303320.tif 000003
【図２】
2005303320.tif 000004
【図３】
2005303320.tif 000005
【図４】
2005303320.tif 000006
【図５】
2005303320.tif 000007
【図６】
2005303320.tif 000008
【図７】
2005303320.tif 000009
【図８】
2005303320.tif 000010
【図９】
2005303320.tif 000011
【図１０】
2005303320.tif 000012
【外国語明細書】
2005303320000001.pdf
2005303320000002.pdf
2005303320000003.pdf
2005303320000004.pdf