JP2008263127A - Ｌｅｄ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３原色ＬＥＤ素子を積層した可視光ＬＥＤ装置において、より短波長の光がより長波長のＬＥＤ素子へ入射することを防ぎ、且つ所望の色を所望の強度で発光させることができる可視光ＬＥＤ装置を提供する。
【解決手段】緑色ＬＥＤ素子２００上に緑色以下の短波長の光を透過しないダイクロイックフィルタ３１を蒸着形成する。青色ＬＥＤ素子３００上に青色以下の短波長の光を透過しないダイクロイックフィルタ３２を蒸着形成する。フィルタ３１を形成した緑色ＬＥＤ素子２００上に透光性樹脂３３を塗布して、緑色ＬＥＤ素子２００上に赤色ＬＥＤ素子１００を接着する。フィルタ３２を形成した青色ＬＥＤ素子３００上に、透光性樹脂３４を塗布して、青色ＬＥＤ素子３００上に緑色ＬＥＤ素子２００を接着する。より短波長の光がより長波長のＬＥＤ素子へ入射することを防ぐことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ装置に関するものである。

従来から３原色の光のいずれかを発光する発光層を有する３種類のＬＥＤ素子が積層構造をなすＬＥＤ装置は知られている。
特許文献１には、半導体発光素子と、蛍光体などの波長変換材料とを種々の形態に組み合わせることにより、小型で複数の波長を有し、輝度の高い発光装置が開示されている。この特許文献には、画像表示装置の光源として、異なる発光波長を有する発光素子を積層することにより、小型の多波長型光源を構成することが記載されている。光源として、青色発光素子の上に接続手段を介して赤色発光素子が積層され、さらに接続手段を介して緑色発光素子が積層されている。このような積層された発光素子に電流を供給すると、青色発光素子からの青色光は、他の発光素子に遮蔽されずに上方に取り出すことができる。また、赤色発光素子からの赤色光は、緑色発光素子を透過して上方に取り出すことができる。そして、緑色発光素子からの緑色光は、他の発光素子に遮蔽されることなく、上方に取り出すことができる。このように各色の発光素子を積層することにより、小型で高輝度の光源を実現することができる。この装置では素子間にフィルタが配置されていない。

また、特許文献２には、青、緑、赤の３原色の発光層をアニールにより接着し積層することにより、多色光の発光を可能にする発光装置が開示されている。この発光装置には層間フィルタについての記述はない。このような構造では、より短波長の光がより長波長発光素子を励起することになるので、所望の色の光を発光できなくなる。また、特許文献３には、エピタキシャル成長により３原色の発光層を積層する発光装置が開示されている。この発光装置は、各発光層が光閉じ込め層を有しているため、光は層構造に対して水平方向にしか取り出せないものと認められる。またＬＥＤ装置による白色照明に付いても、従来の方法では、赤色用の適当な蛍光体がまだ見出されておらず、演色性が落ちることが指摘されている。
特開平１０−３１９８７７号公報 特開平８−２１３６５７号 特開平１１−２３３８２７号公報

本発明は、３原色ＬＥＤ素子を積層した可視光ＬＥＤ装置において、より短波長の光がより長波長のＬＥＤ素子へ入射することを防ぎ、且つ所望の色を所望の強度で発光させることができる可視光ＬＥＤ装置を提供する。

本発明の可視光ＬＥＤ装置の一態様は、３原色のいずれか１つの光を発光する発光層を有する３種類のＬＥＤ素子を積層してなる可視光ＬＥＤ装置において、隣接する２つの前記ＬＥＤ素子から発光される光のうち、より短波長の光を反射もしくは吸収する光学フィルタを前記隣接する２つのＬＥＤ素子間に配置したことを特徴としている。

本発明は、ＬＥＤ素子を積層した可視光ＬＥＤ装置において、より短波長の光がより長波長のＬＥＤ素子へ入射することを防ぎ、且つ所望の色を所望の強度で発光させることができる。

以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。

以下、図１乃至図３を参照して実施例１を説明する。
図１（ａ）は、赤色を発光する赤色ＬＥＤ素子の断面図、図１（ｂ）は、緑色を発光する緑色ＬＥＤ素子の断面図、図１（ｃ）は、青色を発光する青色ＬＥＤ素子の断面図、図２は、青色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子及び赤色ＬＥＤ素子を積層してなる積層体の概略断面図、図３（ａ）は、図２の積層体からなる可視光ＬＥＤ装置の概略断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の可視光ＬＥＤ装置の概略平面図である。

図１（ａ）は、可視光ＬＥＤ装置を構成する赤色ＬＥＤ素子の構造を示す断面模式図である。
本実施例は、赤、緑、青色の３原色を発光するＬＥＤ素子を、それぞれの基板上に成長した後、各ＬＥＤ間に光学フィルタを配置する形で接着し、これに電極を形成して３原色の各ＬＥＤ素子を１チップに形成するものである。また、この図において可視光ＬＥＤ装置の発光方向は下方である。

赤色ＬＥＤ素子１００は、ｐ−ＧａＡｓ基板１上に、ｐ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２、ｐ−ＡｌＧａＡｓ活性層３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層４、ｎ−ＡｌＧａＡｓコンタクト層５が形成されてなるものである。これらｐ−ＧａＡｓ基板１上に形成された半導体層は、例えば、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapour Deposition)法により順次形成される。
緑色ＬＥＤ素子２００は、ｐ−ＧａＰ基板１０上に、ｐ−ＧａＰ層１１、ｎ−ＧａＰ層１２が形成されてなるものである。これらｐ−ＧａＰ基板１上に形成された半導体層は、例えば、ＬＰＥ(Liqid Phase Epitaxy) 法により順次形成される。

青色ＬＥＤ素子３００は、サファイア基板２０上に、ＧａＮバッファー層２１、ｎ−ＧａＮコンタクト層２２、ｎ−ＡｌＧａＮ下部クラッド層２３、ｐ−ＩｎＧａＮ活性層２４、ｐ−ＡｌＧａＮ上部クラッド層２５、ｐ−ＧａＮコンタクト層２６が形成されてなるものである。これらサファイア基板２０上に形成された半導体層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により順次形成される。
図２は、これらＬＥＤ素子を積層した状態を示す図である。積層されたＬＥＤ素子は、この実施例の可視光ＬＥＤ装置の１素子を構成している。各ＬＥＤ素子は、基板２０、１０、１を下にして、青色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子及び赤色ＬＥＤ素子を積み重ねてこれらをこの実施例の可視光ＬＥＤ装置の１ＬＥＤ素子とする。

次に、このＬＥＤ素子を形成する工程を説明する。
図２に示すように、緑色ＬＥＤ素子２００のｎ−ＧａＰ層１２上に緑色以下の短波長の光を透過しないダイクロイックフィルタ３１を蒸着により形成する。また、青色ＬＥＤ素子３００のｐ−ＧａＮ層２６上に青色以下の短波長の光を透過しないダイクロイックフィルタ３２を蒸着により形成する。
ダイクロイックフィルタ３１を形成した緑色ＬＥＤ素子２００上に、エポキシ樹脂接着剤等の透光性樹脂３３を塗布して、緑色ＬＥＤ素子２００上に赤色ＬＥＤ素子１００を構成する基板１を接着する。ダイクロイックフィルタ３２を形成した青色ＬＥＤ素子３００上に、エポキシ樹脂接着剤等の透光性樹脂３４を塗布して、青色ＬＥＤ素子３００上に緑色ＬＥＤ素子２００を構成する基板１０を接着する。即ち、青色ＬＥＤ素子には緑色ＬＥＤ素子が隣接し、緑色ＬＥＤ素子には赤色ＬＥＤ素子が隣接するような構造となっている。

次に、図２に示すＬＥＤ素子を用いて可視光ＬＥＤ装置を形成する。
図３（ｂ）に示されているように、ＬＥＤ素子の上面の一隅をフォトレジストを用い、ドライエッチングによりエッチングして、青色ＬＥＤ素子のｎ−ＧａＮコンタクト層２２及びｐ−ＧａＮコンタクト層２６、緑色ＬＥＤ素子のｐ−ＧａＰ基板１０及びｎ−ＧａＰ層１２、赤色ＬＥＤ素子のｐ−ＧａＡｓ基板１のそれぞれを部分的に露出させる。露出された各部分及び上面のｎ−ＡｌＧａＡｓコンタクト層５には後に電極を形成する。

次に、エッチング処理したＬＥＤ素子表面に絶縁膜４０を形成する。絶縁膜４０は、例えば、シリコン酸化物などから構成されている。
次に、前述した電極を形成する。電極の形成方法としては、絶縁膜４０にトレンチエッチングを施して、ｎ−ＧａＮコンタクト層２２、ｐ−ＧａＮコンタクト層２６、ｐ−ＧａＰ基板１０、ｎ−ＧａＰ層１２、ｐ−ＧａＡｓ基板１及びｎ−ＡｌＧａＡｓコンタクト層５に達するトレンチを各層上に形成する。その後、例えば、銅などを各トレンチに埋め込んでトレンチ内及び絶縁膜４０表面に電極４１〜４６を形成する。電極４１は、ｎ−ＧａＮコンタクト層２２に接続され、電極４２は、ｐ−ＧａＮコンタクト層２６に接続され、電極４３は、ｐ−ＧａＰ基板１０に接続され、電極４４は、ｎ−ＧａＰ層１２に接続され、電極４５は、ｐ−ＧａＡｓ基板１に接続され、電極４６は、ｎ−ＡｌＧａＡｓコンタクト層５に接続されている（図３（ａ））。

以上により、可視光ＬＥＤ装置の基本構造が形成される。
この可視光ＬＥＤ装置は、電極４１及び４２間に電圧を印加して青色光を発光し、電極４３及び４４間に電圧を印加して緑色光を発光し、電極４５及び４６間に電圧を印加して赤色光を発光する。発光方向は、ＬＥＤ素子１００、２００、３００の積層方向であり、図の矢印方向である。電極間の電圧を調整して赤色光、緑色光及び青色光を混色して所望の可視光を発光することができる。
なお、この実施例では、光学フィルタとしてダイクロイックフィルタを用いているが、この代わりにカラーフィルタを用いても良い。ダイクロイックフィルタは、多層誘電体膜から構成され、特定の波長を透過、反射させる特性を有している。

カラーフィルタは、例えば、レジスト系であり、ある特定域の波長を透過させる特性を有している。また、カラーフィルタを各ＬＥＤ素子間の接着剤として利用することができ、このような場合、特別に接着剤を使用しなくて済む。
また、上記実施例では青色ＬＥＤ素子―緑色ＬＥＤ素子間のフィルタ３２は、青色光以下の短波長の光を透過しないようなフィルタを用いたが、青色光のみを透過しないようなフィルタを用いても良い。同様に、上記実施例では緑色ＬＥＤ素子―赤色ＬＥＤ素子間のフィルタ３１は、緑色光以下の短波長の光を透過しないフィルタを用いたが、緑色光のみを透過しないフィルタを用いるものであっても良い。
また、上記実施例では光学フィルタとして、隣接するＬＥＤ素子のうち、より短波長の光を透過しない特性のものを用いたが、当該光を反射させる特性を含んでいても良い。

また、上記実施例では、青色ＬＥＤ素子と緑色ＬＥＤ素子間のフィルタは、接着剤を用いて緑色ＬＥＤ素子上に形成させているが、このフィルタを、青色ＬＥＤ素子上に形成した後に、緑色ＬＥＤ素子に接着させても良い。同様のことは、緑色発光層と赤色発光層間についても当てはまる。
更に、白色光を含む多色光の発光では、３原色は、赤、緑、青色に限らないので、そのような場合（３原色が赤−緑−青以外の構造の場合）は、光学フィルタの特性も、隣接するＬＥＤ素子からの光のうち、より短波長の光を透過させないように選べば良い。
また、赤色ＬＥＤ素子１００のｎ−ＡｌＧａＡｓコンタクト層５上に赤色を反射させるフィルタを配置し、発光効率を高めるようにしても良い。

以上により、この実施例では、ＬＥＤ素子を積層した可視光ＬＥＤ装置において、より短波長の光がより長波長のＬＥＤ素子へ入射することを防ぎ、且つ所望の色を所望の強度で発光させることができる。

この実施例に係る赤色を発光する赤色、緑色、青色ＬＥＤ素子の断面図。 実施例の青色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子及び赤色ＬＥＤ素子を積層してなる積層体の概略断面図。 図２の積層体からなる可視光ＬＥＤ装置の概略断面図及び概略平面図。

符号の説明

１００・・・赤色ＬＥＤ素子 ２００・・・緑色ＬＥＤ素子 ３００・・・青色ＬＥＤ素子

Claims (3)

1. ３原色のいずれか１つの光を発光する発光層を有する３種類のＬＥＤ素子を積層してなる可視光ＬＥＤ装置において、隣接する２つの前記ＬＥＤ素子から発光される光のうち、より短波長の光を反射もしくは吸収する光学フィルタを前記隣接する２つのＬＥＤ素子間に配置したことを特徴とする可視光ＬＥＤ装置。
2. 前記３種類のＬＥＤ素子は、発光波長の長いＬＥＤ素子から順に積層され、前記積層する方向に発光することを特徴とする請求項１に記載の可視光ＬＥＤ装置。
3. 前記光学フィルタがより短波長の光を反射させる特性を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可視光ＬＥＤ装置。

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