JP2012502474A - 高アスペクト比を有する単色光源 - Google Patents

Abstract

発光システムが開示される。一実施形態において、発光システムは、第１の波長で発光するＬＥＤを含む。放射された第１の波長の光の主要部分は、最小横寸法Ｗｍｉｎを有するＬＥＤの上面からＬＥＤを出射する。放射された第１の波長の光の残りの部分は、最大縁厚Ｔｍａｘ（１２２、１２４）を有するＬＥＤの１つ以上の側面からＬＥＤを出射する。比率Ｗｍｉｎ／Ｔｍａｘは、少なくとも３０である。この発光システムは、半導体ポテンシャル井戸を備える再発光半導体構造体を更に含む。この再発光半導体構造体は、上面からＬＥＤを出射する第１の波長の光を受容し、受容した光の少なくとも一部を第２の波長の光に変換する。発光システムを出射する第２の波長のすべての光の総合発光強度は、発光システムを出射する第１の波長のすべての光の総合光強度の少なくとも４倍である。

Description

本発明は、概して半導体発光デバイスに関する。本発明は、特に単色の半導体発光デバイスに適用可能である。

単色発光ダイオード（ＬＥＤ）は、照明など光学的用途において重要性が増している。この様な装置の例は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のコンピュターのモニターやテレビの様なディスプレイのバックライトにある。波長変換発光ダイオードは、ＬＥＤでは本来生成されない、又は効率的に生成されない色の光が必要な用途における使用が増えている。幾つかの既知の発光デバイスは、例えば、青色光を放射するＬＥＤなどの光源と、青色光を例えば赤色光に変換するための光変換層とを含む。

しかしこのような既知のデバイスでは、未変換の青色光の一部が漏れて赤色光と混合し、非単色光となる。更に、このような既知の発光デバイスのスペクトル特性は、方向に応じて異なる。

概して、本発明は半導体発光デバイスに関する。一実施形態において、発光システムは、第１の波長で発光するＬＥＤを含む。放射された第１の波長の光の主要部分は、最小横寸法Ｗ_ｍｉｎを有するＬＥＤの上面からＬＥＤを出射する。放射された第１の波長の光の残りの部分は、最大縁厚Ｔ_ｍａｘを有するＬＥＤの１つ以上の側面からＬＥＤを出射する。比率Ｗ_ｍｉｎ／Ｔ_ｍａｘは、少なくとも３０である。この発光システムは、半導体ポテンシャル井戸を備える再発光半導体構造体を更に含む。この再発光半導体構造体は、上面からＬＥＤを出射する第１の波長の光を受容し、受容した光の少なくとも一部を第２の波長の光に変換する。発光システムを出射する第２の波長のすべての光の総合発光強度は、発光システムを出射する第１の波長のすべての光の総合光強度の少なくとも４倍である。ある場合では、第１の方向に沿って発光システムから放射された光は第１の色度座標セットを有し、第２の方向に沿って発光システムから放射された光は、実質的に第１の色度座標セットと同じである第２の色度座標セットを有する。第１の方向と第２の方向との間の角度は、２０度以上である。ある場合では、第１の色度座標セットは、ｕ_１’及びｖ_１’であり、第２の色度座標セットは、ｕ_２’及びｖ_２’であり、ｕ_１’とｕ_２’との差の絶対値及びｖ_１’とｖ_２’との差の絶対値は、それぞれ０．０１以下である。ある場合では、上面は、長さＬ及び幅Ｗを有する矩形であり、幅は上面の最小横寸法である。ある場合では、再発光半導体構造体は、受容した光の少なくとも２０％を第２の波長の光に変換する。

別の実施形態において、発光システムは、第１の波長で発光するＬＥＤを含み、ＬＥＤの上面からの発光を強化し、ＬＥＤの１つ以上の側面からの発光を抑制するパターンを含む。この発光システムは、ＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸を含み、ＬＥＤを出射する第１の波長の光を受容し、受容した光の少なくとも一部を第２の波長の光に変換する再発光半導体構造体を更に含む。発光システムを出射する第２の波長のすべての光の総合発光強度は、発光システムを出射する第１の波長のすべての光の総合光強度の少なくとも４倍である。ある場合では、このパターンは周期的である。ある場合では、このパターンは非周期的である。ある場合では、このパターンは準周期的である。ある場合では、このＬＥＤは１つ以上の層を含み、このパターンは、層の一部に厚みパターンを含む。ある場合では、このＬＥＤ内のポテンシャル井戸がパターンを含む。ある場合では、ＬＥＤを出射し、再発光半導体構造体で受容された第１の波長の光の相当部分は、ＬＥＤの上面を通過してＬＥＤを出射する。ある場合では、第１の方向に沿って発光システムから放射された光は第１の色度座標セットを有し、第２の方向に沿って発光システムから放射された光は、実質的に第１の色度座標セットと同じである第２の色度座標セットを有する。このような場合、第１の方向と第２の方向との間の角度は、２０度以上である。ある場合では、第１の色度座標セットは、ｕ_１’及びｖ_１’であり、第２の色度座標セットは、ｕ_２’及びｖ_２’であり、ｕ_１’とｕ_２’との差の絶対値及びｖ_１’とｖ_２’との差の絶対値は、それぞれ０．０１以下である。

別の実施形態において、発光システムは、第１の波長で発光し、エレクトロルミネッセンスデバイスの上面からの発光を強化し、エレクトロルミネッセンスデバイスの１つ以上の側面からの発光を抑制する形状を有するエレクトロルミネッセンスデバイスを含む。この発光システムは、ＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸を含み、上面からエレクトロルミネッセンスデバイスを出射する第１の波長の光を受容し、受容した光の少なくとも一部を第２の波長の光に変換する再発光半導体構造体を更に含む。発光システムを出射する第２の波長のすべての光の総合発光強度は、発光システムを出射する第１の波長のすべての光の総合光強度の少なくとも４倍である。ある場合では、このエレクトロルミネッセンスデバイスは、エレクトロルミネッセンスデバイスの側面に向けてエレクトロルミネッセンスデバイス内を伝搬する第１の波長の光の相当部分を上面に向けて方向転換させる形状である。ある場合では、このエレクトロルミネッセンスデバイスは、第１の側面及び第１の側面とは平行ではない第２の側面を有する。ある場合では、このエレクトロルミネッセンスデバイスは、上面に対して垂直な平面に実質的に台形の横断面を有する。ある場合では、このＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸は、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ又はＺｎＳｅＴｅを含む。

別の実施形態において、発光システムは、第１の波長でエレクトロルミネッセンスデバイスの上面から発光する、エレクトロルミネッセンスデバイスを含む。この発光システムは、遮断しなければ側面から出射する第１の波長の光を遮断するための、エレクトロルミネッセンスデバイスの側面に隣接する構造体を更に含む。この発光システムは、ＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸を含み、エレクトロルミネッセンスデバイスを出射する第１の波長の光を受容し、受容した光の少なくとも一部を第２の波長の光に変換する再発光半導体構造体を更に含む。発光システムを出射する第２の波長のすべての光の総合発光強度は、発光システムを出射する第１の波長のすべての光の総合光強度の少なくとも４倍である。ある場合では、第１の波長の光を遮断するための、エレクトロルミネッセンスデバイスの側面に隣接する構造体は、主として光を吸収することによって光を遮断する。ある場合では、第１の波長の光を遮断するための、エレクトロルミネッセンスデバイスの側面に隣接する構造体は、主として光を反射させることによって光を遮断する。ある場合では、エレクトロルミネッセンスデバイスの側面に隣接する構造体は第１の波長の光を遮断するが、電磁スペクトルの可視範囲内にある他の波長の光は遮断しない。ある場合では、この構造体は電気絶縁性であり、エレクトロルミネッセンスデバイスの少なくとも１つの電極に直接接触する。ある場合では、この構造体は、遮断しなければ再発光半導体構造体の側面から出射する第１の波長又は第２の波長の光も遮断する。ある場合では、エレクトロルミネッセンスデバイスを出射し、再発光半導体構造体によって受容された第１の波長の光の相当部分は、エレクトロルミネッセンスデバイスの上面を通過してエレクトロルミネッセンスデバイスから出射する。ある場合では、この発光システムは、構造体と構造体に隣接する側面との間に中間領域も含む。

別の実施形態において、発光システムは、第１の波長λ１の光を反射する反射板を含む。この発光システムは、反射板に配置され、第１の波長で発光するエレクトロルミネッセンスデバイスを更に含む。このエレクトロルミネッセンスデバイスは、第１の波長の光子を生成するための活性領域を有する。活性領域と反射板との間の距離は、エレクトロルミネッセンスデバイスの上面からの発光が強化され、エレクトロルミネッセンスデバイスの１つ以上の側面からの発光が抑制される距離である。この発光システムは、ＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸を含み、上面からエレクトロルミネッセンスデバイスを出射する第１の波長の光を受容し、受容した光の少なくとも一部を第２の波長の光に変換する再発光半導体構造体を更に含む。発光システムを出射する第２の波長のすべての光の総合発光強度は、発光システムを出射する第１の波長のすべての光の総合光強度の少なくとも４倍である。ある場合では、この反射板は金属を含む。ある場合では、この反射板はブラッグ反射器を含む。ある場合では、この反射板は、ＬＥＤ全体に電流を横方向に拡散できる。ある場合では、活性領域と反射板との間の距離は、約０．６λ_１〜約１．４λ_１の範囲である。ある場合では、この距離は、約０．６λ_１〜約０．８λ_１の範囲である。ある場合では、この距離は、約１．２λ_１〜約１．４λ_１の範囲である。ある場合では、第１の方向に沿って発光システムから放射された光は第１の色度座標セットを有し、第２の方向に沿って発光システムから放射された光は、実質的に第１の色度座標セットと同じである第２の色度座標セットを有する。このような場合、第１の方向と第２の方向との間の角度は、２０度以上である。ある場合では、第１の色度座標セットは、ｕ_１’及びｖ_１’であり、第２の色度座標セットは、ｕ_２’及びｖ_２’であり、ｕ_１’とｕ_２’との差の絶対値及びｖ_１’とｖ_２’との差の絶対値は、それぞれ０．０１以下である。

本発明は、添付の図面に関連して以下の本発明の種々の実施形態の詳細な説明を考慮して、より完全に理解し正しく認識することができる。
光放出システムの概略側面図。 異なる例示の方向に沿って発光する発光システムの概略側面図。 再発光構造体の概略側面図。 別の発光システムの概略側面図。 異なる位置にパターンを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）の概略側面図。 矩形パターンの概略平面図。 三角形パターンの概略平面図。 別の発光システムの概略側面図。 別の発光システムの概略側面図。 別の発光システムの概略側面図。 光遮断構造体と発光システムの側面との間に中間領域を有する発光システムの概略平面図。 波長の関数としての発光システムの出力スペクトルのプロット。 伝搬方向の関数としての発光システムの光出力率のプロット。 別の発光システムの概略側面図。

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。

本出願は、半導体光源と１つ以上の波長変換器とを含み、変換器が半導体波長変換器であってよい、半導体発光デバイスを開示している。具体的には、開示されるデバイスは、単色である。つまり、放射光のスペクトル分布は、発光波長に相当する単一のピークと、狭いスペクトル半値全幅（ＦＷＨＭ）とを有する。このような場合、ＦＭＨＭは、約５０ｎｍ未満、又は約１０ｎｍ未満、又は約５ｎｍ未満、又は約１ｎｍ未満であってよい。ある場合では、半導体光源の波長λ_１は、約３５０ｎｍ〜約６５０ｎｍ、又は約３５０ｎｍ〜約６００ｎ、又は約３５０ｎｍ〜約５５０ｎｍ、又は約３５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、又は約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍの範囲であってよい。例えば、波長λ_１は、約３６５ｎｍ又は約４０５ｎｍであってよい。

開示されるデバイスの幾つかは、異なる方向への放射光について実質的に同じスペクトル特性を有する。例えば、放射光の色度座標は、異なる方向に沿ってデバイスを出射する光についても実質的に同じであってよい。開示される単色デバイスの幾つかは、発光ダイオード（ＬＥＤ）と、蛍光体又は半導体光変換ポテンシャル井戸若しくは量子井戸などの光変換器とを用いる。開示されるデバイスは、発光方向の関数として改善されたスペクトル安定度を示してよい。

開示されるデバイスの幾つかは、光源と、ＩＩＩ〜Ｖ半導体族などの同じ半導体族による光変換層とを有する。このような場合では、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、作製することは実行可能であることもある。しかしある場合では、高い変換効率及び／又は他の望ましい特性を有する所望の波長で発光できる波長変換器が、ＬＥＤが属する半導体族とは異なる半導体族のものであってよい。そのような場合では、一方のコンポーネント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、高効率安定波長変換器は、ＩＩ〜ＶＩ族のものであってよく、ＬＥＤなどの光源は、ＩＩＩ〜Ｖ族のものであってよい。そのような場合には、光変換器を光源に取り付けるために様々な方法を採用することができる。このような方法の幾つかは、米国特許出願第６１／０１２６０８号（２００７年１２月１０日出願）に開示されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

幾つかの用途では、緑色波長など所望の単一波長で発光する光源を有することが望ましい場合がある。しかしこのような用途では、小型で効率的な光源を使用できない場合がある。このような用途では、本出願で開示されるデバイスを有利に使用することができ、このデバイスは、より小さいなど所望の波長とは異なる単一の波長で発光する単色ＩＩＩ〜Ｖ族ＬＥＤと、放射光を所望の単一波長に（ダウンコンバートするなど）変換するための効率的なＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸とを含んでよい。本出願で開示されるデバイスは、単色性の向上に加えて、高変換効率、低製造原価、及び／又小型など他の潜在的利点を有してよい。本明細書で使用するとき、ダウンコンバートは、変換された光の光子エネルギーが、未変換の光、つまり入射光の光子エネルギーよりも小さいことを意味する。還元すれば、変換された光の波長は、入射光の波長よりも大きい。

ある場合では、開示される発光デバイスは、ピクセルサイズの光源のアレイを形成することによって、ピクセルディスプレイを作製するために使用されてよい。このような場合、表示される画像は、発光方向又は観察方向の関数として変化しない、又はほとんど変化しないスペクトル特性を有してよい。

ある場合では、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されてよい。

図１は、基板１０５と、基板に配置された底面電極１１０と、第１の波長λ_１で発光し、底面電極と電気的に接続するＬＥＤ １２０と、ＬＥＤによるλ_１の放射光の少なくとも一部をより長い波長λ_２に変換するためにＬＥＤに配置された再発光構造体１４０と、再発光構造体をＬＥＤに取り付けるための任意の接着層１３０と、ＬＥＤと電気的に接続する上面電極１１２と、導線１１６で電極１１０に接続され、導線１１４で電極１１２に接続されたＬＥＤに電圧を加えるための電源１８０とを含む概略的な発光システム１００である。

ＬＥＤ １２０は実質的に、スペクトル半値全幅（ＦＷＨＭ）の狭い第１のピーク波長λ_１で、光１６０を放射する、単色ＬＥＤである。例えば、ＦＷＨＭは、約５０ｎｍ未満、又は約３０ｎｍ未満、又は約１５ｎｍ未満、又は約１０ｎｍ未満、又は約５ｎｍ未満、又は約１ｎｍ未満であってよい。

ＬＥＤ １２０は、用途において望ましい及び／又は使用可能な任意の形状を有して活性上面、つまり発光面１２８を有する（活性上面とは、ＬＥＤによって上面を通過して放射された光が、実質的に上面全体に広がることを意味する）。上面１２８は、最小横寸法Ｗ_ｍｉｎを有する。例えば、発光面１２８は正方形であってよい。この場合、最小横寸法Ｗ_ｍｉｎは正方形の幅に等しい。別の実施例として、上面は、長さＬと、Ｌよりも小さい幅Ｗを有する矩形であってよく、この場合、上面の最小横寸法Ｗ_ｍｉｎはＷである。このような場合、幅Ｗは、約５０μｍ〜約１０００μｍ、又は約１００μｍ〜約６００μｍ、又は約２００μｍ〜約５００μｍの範囲であってよい。ある場合では、Ｗは、約２５０μｍ、又は約３００μｍ、又は約３５０μｍ、又は約４０００μｍ、又は約４５００μｍであってよい。ある場合では、幅Ｗは、約１μｍ〜約５０μｍ、又は約１μｍ〜約４０μｍ、又は約１μｍ〜約３０μｍの範囲であってよい。

長さＬは、約５００μｍ〜約３０００μｍ、又は約７００μｍ〜約２５００μｍ、又は約９００μｍ〜約２０００μｍ、又は約１０００μｍ〜約２０００μｍの範囲であってよい。ある場合では、Ｌは、約１１００μｍ、又は約１２００μｍ、又は約１５００μｍ、又は約１７００μｍ、又は約１９００μｍであってよい。更に別の実施例として、上面は、寸法Ｄを有する円形であってよく、この場合、上面の最小横寸法Ｗ_ｍｉｎはＤである。

ある場合では、ＬＥＤ １２０の活性上面、つまり発光面１２８が修正されて、新しい活性上面を画定してよい。例えば、ＬＥＤの活性上面が、例えば不伝導性コーティングを使用して選択的にパターン化されて、新しい活性上面を画定してよい。概して、活性上面はＬＥＤの主要発光領域、つまり出射領域であり、放射光線はこの領域を通過して、再発光構造体１４０に向かってＬＥＤを出射する。このような場合、放射光線は、実質的に上面全体からＬＥＤを出射する。

概して、ＬＥＤからの放射光は、様々な方向に沿って伝搬してよい。ある場合では、様々な放射光は、様々な方向に沿って伝搬してよい。ある場合では、当初所定の方向に沿って伝搬していた放射光線は、例えば、ＬＥＤの内面の反射又は散乱が原因で方向を変更してよい。ある場合では、光線１６０Ａ、１６０Ｂ、及び１６０Ｃなどの幾つかの光線は上方向に伝搬し、再発光構造体１４０に向かって上面１２８を出射してよい。幾つかの他の光線は、異なる方向に伝搬し、上面１２８以外の領域からＬＥＤを出射してよい。例えば、光線１６０ＤはＬＥＤの第１の側面１２２からＬＥＤを出射し、光線１６０ＥはＬＥＤの第２の側面１２４からＬＥＤを出射する。ある場合では、このような光線は、再発光構造体１４０に入射しない。したがって、波長λ_２の光に変換されることはできない。しかし、このような光線は、出力光線の一部として最終的には発光システム１００を出射できる。この場合、出力光線は波長λ_１及びλ_２の両方の光を有することができる。ある場合では、発光システム１００から漏れたλ_１の光は、特定の方向（ただし、すべての方向ではない）に沿って伝搬する。このような場合、システムの出力光は、異なる方向に沿って、異なる色など異なるスペクトル特性を有してよい。

ある場合では、放射された第１の波長の光の主要部分がλ_１の光１６０として活性上面１２８から再発光構造体１４０に向かってＬＥＤ １２０を出射する。このような場合、ＬＥＤを出射する波長λ_１の光の少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％は、再発光構造体１４０に向かって上面を通過する。放射された第１の波長の光の残りの部分は、上面１２８を通過してＬＥＤを出射するのではなく、例えば、ＬＥＤの側面１２２及び１２４などＬＥＤの１つ以上の側面から出射する。

例えば側面１２２などのＬＥＤの側面は、最大高さＴ_ｍａｘを有する最大の出射孔又は開口部を画定し、第１の波長λ_１の光はここを通過してＬＥＤを出射してよい。概して、Ｔ_ｍａｘは、少なくとも実質的にλ_１で光学的に透明である、ＬＥＤ内の様々な層の厚さの合計に相当する。ある場合では、Ｔ_ｍａｘは、ＬＥＤ内の全半導体層の厚さの合計に相当する。ある場合では、Ｔ_ｍａｘは、λ_１で透明ではない縁部を除くＬＥＤの最大縁厚さに相当する。ある場合では、Ｔ_ｍａｘは、約１μｍ〜約１０００μｍ、又は約２μｍ〜約５００μｍ、又は約３μｍ〜約４００μｍの範囲である。ある場合では、Ｔ_ｍａｘは、約４μｍ、又は約１０μｍ、又は約２０ｍ、又は約５０μｍ、又は約１００μｍ、又は約２００μｍ、又は約３００μｍである。ある場合では、比率Ｗ_ｍｉｎ／Ｔ_ｍａｘは十分に大きく、λ_１でＬＥＤを出射する光の主要部分は上面１２８から出射し、より小さい残りの部分は側面などＬＥＤの他の領域から出射する。例えば、このような場合、比率Ｗ_ｍｉｎ／Ｔ_ｍａｘは、少なくとも約３０、又は少なくとも約４０、又は少なくとも約５０、又は少なくとも約７０、又は少なくとも約１００、又は少なくとも約２００、又は少なくとも約５００である。

再発光構造体１４０は、ＬＥＤ １２０の上面１２８からＬＥＤを出射する第１の波長（λ_１）の光を受容し、受容した光の少なくとも一部をスペクトル半値全幅（ＦＷＨＭ）が約５０ｎｍ未満、又は約３０ｎｍ未満、又は約１５ｎｍ未満、又は約１０ｎｍ未満、又は約５ｎｍ未満、又は約１ｎｍ未満である第２のピーク波長λ_２を有する、実質的に単色の光１７０にダウンコンバートする。図１に概略的に示されるように、再発光構造体は、波長λ_１を有する光線１６０Ａの少なくとも一部を波長λ_２を有する光線１７０Ａに、波長λ_１を有する光線１６０Ｂの少なくとも一部を波長λ_２を有する光線１７０Ｂに、波長λ_１を有する光線１６０Ｃの少なくとも一部を波長λ_２を有する光線１７０Ｃに変換するが、概して、変換された光線は、相当する入射光線の方向とは異なる方向に沿って伝搬してよい。例えば、入射光線１６０Ａは、図１に概略的に示されるようにｙ軸に沿って伝搬してよく、変換された光線１７０Ａは、例えばｘ軸又はｘ軸とｙ軸との間の任意の場所に位置する方向に沿って伝搬してよい。

ある場合では、光線１６０Ｂなど光線の一部は、再発光構造体によって変換されなくてもよい。このような場合、λ_１の未変換の光の少なくとも一部は、再発光構造体の活性上面、つまり発光面１４８を通過して光線１６０Ｂ’として再発光構造体１４０によって伝搬されてよい。ある場合では、再発光構造体１４０は、ＬＥＤ １２０から受容する第１の波長の少なくとも２０％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％を第２の波長の光に変換する。

例示の発光システム１００では、光１７０は再発光構造体の活性上面から発光システムを出射するが、ある場合では、変換された光の一部は、上面１４８以外の場所から発光システムを出射してよい。例えば、図１に明示されていない一部の変換された光線は、再発光構造体の１つ以上の側面から発光システムを出射してよい。別の例では、一部の変換された光線は、例えば発光システムの内面からの１つ以上の反射を受けた後で、ＬＥＤ １２０の側面１２２及び１２４を通過して発光システムを出射してよい。

概して、再発光構造体１４０は、光１６０の少なくとも一部を光１７０に変換できる任意の構造体又は材料を含んでよい。例えば、再発光構造体１４０は、蛍光体、蛍光染料、ポリフルオレンなどの共役発光有機材料、又は光輝性半導体層を含んでよい。再発光構造体１４０として使用できる例示の蛍光体としては、ストロンチウムチオガレート、ドープＧａＮ、銅活性化硫化亜鉛、及び銀活性化硫化亜鉛が挙げられる。その他の有用な蛍光体としては、ドープＹＡＧ、ケイ酸塩、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、及びアルミン酸塩系蛍光体が挙げられる。かかる蛍光体の例には、Ｃｅ：ＹＡＧ、ＳｒＳｉＯＮ：Ｅｕ、ＳｒＢａＳｉＯ：Ｅｕ、ＳｒＳｉＮ：Ｅｕ及びＢａＳｒＳｉＮ：Ｅｕが挙げられる。

ある場合では、再発光構造体１４０は、Ｃｅ：ＹＡＧスラブなどのスラブ蛍光体（slab phosphor）を含んでよい。Ｃｅ：ＹＡＧスラブは、例えば、米国特許第７，３６１，９３８号に記載されているように、例えばＣｅ：ＹＡＧ蛍光粒子を高温かつ高圧で焼成して、実質的に光学的に透過性かつ非散乱性のスラブを形成することにより作製することができる。

ある場合では、再発光構造体１４０は、ポテンシャル井戸、量子井戸、量子細線、量子ドット、又はそれぞれの多数の若しくは複数を含んでよい。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、例えば、有機材料と比べて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、無機ポテンシャル井戸及び量子井戸は、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。

本明細書で使用するとき、ポテンシャル井戸は、キャリアを１つの次元内だけに閉じ込めるように設計された多層半導体構造内の半導体層（１つ又は複数）を意味しており、その際、半導体層（１つ又は複数）は、周囲の層よりも低い伝導帯エネルギー、及び／又は周囲の層よりも高い価電子帯エネルギーを有する。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十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。量子細線は、２つの直交方向に沿ってキャリア閉じ込めを提供し、通常、それぞれのキャリア閉じ込め方向に沿って約１００ｎｍ以下又は約１０ｎｍ以下の厚さを有する。量子ドットは、３個の相互直交方向に沿ってキャリア閉じ込めを提供し、通常、約１００ｎｍ以下又は約１０ｎｍ以下の最大寸法を有する。

ある場合では、ＬＥＤ １２０は、ピーク発光の１つの波長である波長λ_１で１つ以上のピークを備える発光スペクトルを有する。ある場合では、ＬＥＤ １２０は、本質的に単一の波長λ_１で発光する。つまり、放射スペクトルは、λ_１の狭いピークと、狭いスペクトル半値全幅（ＦＷＨＭ）とを有する。このような場合、ＦＭＨＭは、約５０ｎｍ未満、又は約１０ｎｍ未満、又は約５ｎｍ未満、又は約１ｎｍ未満であってよい。ある場合では、ＬＥＤ光源は、ＩＩＩ〜Ｖ族ＬＥＤ光源であってよい。ある場合では、ＬＥＤ光源の代わりにＩＩＩ〜Ｖ族半導体レーザ光源などの半導体レーザ光源を使用してよい。ある場合では、ポンプ波長λ_１は、約３５０ｎｍと約５００ｎｍとの間である。例えば、このような場合、λ_１は、約４０５ｎｍであってよい。

ある場合では、発光システム１００を出射する光は、実質的に単色である。つまり、出射光は、実質的に第２の波長λ_２の光であり、第１の波長の光をほとんど含まないか、全く含まない。このような場合、発光システム１００を出射する第２の波長λ_２のすべての光の総合発光強度、つまり合計発光強度は、発光システムを出射する第１の波長λ_１のすべての光の総合発光強度、つまり合計発光強度の少なくとも４倍、又は少なくとも１０倍、又は少なくとも２０倍、又は少なくとも５０倍である。発光システム１００の総合発光強度は、すべての放射角度及び方向について１つ以上の波長でシステムの出力強度を統合することによって測定され、ある場合では、４π平方ラジアン又は４πステラジアンであってよい。

ある場合では、異なる方向に沿って発光システム１００を出射する光は、色などの異なるスペクトル特性を有してよい。例えば、異なる方向に沿って進む光は、異なる比率の第１の波長の光及び第２の波長の光を有してよい。例えば、図２は、第１の方向２１０（ｙ軸）に実質的に沿って光２２０を放射し、異なる第２の方向２４０に実質的に沿って光２３０を放射する発光システム１００を概略的に示す。ある場合では、光２２０及び２３０は異なるスペクトル特性を有してよい。例えば、光２２０は、光２３０よりも大きい第２の波長内容を有してよい。ある場合、例えば比率Ｗ_ｍｉｎ／Ｔ_ｍａｘが十分に大きい場合には、光２２０及び２３０は、実質的に同じスペクトル特性を有してよい。例えば、ある場合では、光２２０は、色度座標ｘ_１及びｙ_１を有する第１の色Ｃ_１を有してよく、光２３０は、色度座標ｘ_２及びｙ_２を有する第２の色Ｃ_２を有してよく、色Ｃ_１と色Ｃ_２とは実質的に同じである。このような場合、ｘ_１とｘ_２との差の絶対値及びｙ_１とｙ_２との差の絶対値は、それぞれ約０．０１以下、又は約０．００５以下、又は約０．００２以下、又は約０．００１以下、又は約０．０００５以下である。

ある場合では、第１の方向２１０と第２の方向２４０との間の角度θは、約１０度以上、又は約１５度以上、又は約２０度以上、又は約２５度以上、又は約３０度以上、又は約３５度以上、又は約４０度以上、又は約４５度以上、又は約５０度以上、又は約５５度以上、又は約６０度以上、又は約６５度以上、又は約７０度以上である。

概して、ＬＥＤ １２０は、所望の波長で発光できる任意のＬＥＤであってよい。例えば、ある場合では、ＬＥＤ １２０は、ＵＶ光、紫色光、又は青色光を放射するＬＥＤであってよい。ある場合では、ＬＥＤ １２０は、１つ以上のｐ型半導体層及び／又はｎ型半導体層、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１つ以上の活性層、緩衝層、基板層、並びにスーパーストレート（superstrate）層を含んでよい。

ある場合では、ＬＥＤ １２０は、ＩＩＩ〜Ｖ族半導体ＬＥＤであってよく、ＡｌＧａＩｎＮ半導体合金を包含してよい。例えば、ＬＥＤ １２０は、ＧａＮ系ＬＥＤであってよい。ある場合では、色スペクトルなどのＬＥＤ １２０の発光スペクトルは、電源１８０によってＬＥＤに印加される入力励起信号のサイズ又は大きさには実質的に依存しなくてよい。例えば、ある場合、ＬＥＤ １２０がＧａＮ系ＬＥＤであり、電源１８０の励起信号又は出力が励起信号の最大定格の約５０％から約１００％に変化した場合には、波長λ_１でＬＥＤ １２０から放射される光１６０の色度座標ｘ_１及びｙ_１は、それぞれ約１％以下、又は約０．５％以下、又は約０．１％以下変化する。

ある場合、例えば、ＬＥＤ １２０がＧａＮ系ＬＥＤであり、再発光構造体１４０が１つ以上のＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸を含み、電源１８０の励起信号又は出力が励起信号の最大定格の約５０％から約１００％に変化した場合には、波長λ_２の光１７０の色度座標ｘ_２及びｙ_２は、それぞれ約１％以下、又は約０．５％以下、又は約０．１％以下変化する。

ある場合では、再発光構造体１４０は、第１の波長λ_１の光の少なくとも一部を吸収し、吸収した光の少なくとも一部を第２の波長λ_２の光として再発光することによって第１の波長の入射光線１６０の少なくとも一部を第２の波長の出力光１７０に変換する。この場合、第２の波長λ_２は、第１の波長λ_１よりも大きい。例えば、ある場合では、第１の波長λ_１はＵＶ、紫色、又は青色であり、第２の波長λ_２は青色、緑色、黄色、琥珀色、又は赤色である。

図３は、再発光構造体１４０に類似の再発光構造体３４０に含まれてよい、様々な例示の層の概略である。具体的には、再発光構造体３４０は、第１のウィンドウ３２０、第２のウィンドウ３６０、第１の光吸収層３３０、第２の吸収層３５０、及びポテンシャル井戸３７０を含む。

ある場合では、ポテンシャル井戸３７０は、ＬＥＤ １２０が発光する光子のエネルギーＥ_１よりも小さい遷移エネルギーＥ_ｐｗを有する、ＩＩ〜ＶＩ族半導体ポテンシャル井戸である。概して、ポテンシャル井戸３７０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光子のエネルギーＥ_２に実質的に等しい。

ある場合では、ポテンシャル井戸３７０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合金を含むことができる。ある場合では、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３７０は、赤色で再放射することができるＣｄ_０．７０Ｚｎ_０．３０Ｓｅ量子井戸、又は緑色で再放射することができるＣｄ_０．３３Ｚｎ_０．６７Ｓｅ量子井戸を含むことができる。別の例として、ポテンシャル井戸３７０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、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３７０は、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｓｅ、及び所望選択のＺｎの合金を含むことができる。ある場合では、ポテンシャル井戸はＺｎＳｅＴｅを含むことができる。ある場合では、量子井戸３７０は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、又は約２ｎｍ〜約３５ｎｍの範囲の厚さを有する。

一般に、ポテンシャル井戸３７０は、任意の伝導及び／又は価電子帯プロファイルを有することができる。例示のプロファイルは、例えば、米国特許出願第６０／８９３８０４号に記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

ある場合では、ポテンシャル井戸３７０は、ｎドープ又はｐドープされていてよく、その際、ドーピングは、任意の好適な方法によって、及び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。ある場合では、ＬＥＤ １２０及び再発光構造体３４０は、２つの異なる半導体族からのものであってもよい。例えば、このような場合、ＬＥＤ １２０はＩＩＩ〜Ｖ族半導体デバイスであってよく、再発光構造体３４０はＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸であってよい。ある場合では、ＬＥＤ １２０はＡｌＧａＩｎＮ半導体合金を含んでよく、再発光構造体３４０はＣｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ半導体合金を含んでよい（ここで括弧に括られている材料は任意の材料である）。

例示の再発光構造体３４０は、１つのポテンシャル井戸を含む。ある場合では、再発光構造体３４０は多数のポテンシャル井戸を有してよい。例えば、このような場合、再発光構造体３４０は、少なくとも２個のポテンシャル井戸、又は少なくとも５個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てよい。ある場合では、再発光構造体３４０は、少なくとも２個のポテンシャル井戸、又は少なくとも３個のポテンシャル井戸、又は少なくとも４個のポテンシャル井戸を有してよく、ポテンシャル井戸の少なくとも幾つかは、異なる遷移エネルギーを有する。

一部の例では、ポテンシャル井戸３７０は、第１の波長λ_１の光を実質的に吸収する。例えば、このような場合、ポテンシャル井戸３７０は、ポテンシャル井戸に入射する第１の波長λ_１の光の少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも５０％を吸収する。一部の例では、ポテンシャル井戸３７０は、第１の波長λ_１において実質的に光透過性である。例えば、このような場合、ポテンシャル井戸３７０は、ポテンシャル井戸に入射する第１の波長λ_１の光の少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％を伝搬する。

ある場合では、再発光構造体３４０は、ＩＩ〜ＶＩ族化合物の少なくとも１つの層を含む。例えば、このような場合、再発光構造体３４０は、ＬＥＤ １２０が発光するＵＶ光、紫色光、又は青色光などの光の少なくとも一部を緑色光又は赤色光などのより長い波長の光に変換できる１つ以上のＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸を含んでよい。

第１の吸収層３３０及び第２の吸収層３５０は、ポテンシャル井戸３７０に隣接して、ＬＥＤ １２０から放射される光の吸収を助ける。ある場合では、吸収層は１つ以上の材料を含み、１つ以上の材料内の光生成キャリアがポテンシャル井戸へと効率的に拡散できる。ある場合では、光吸収層は、ＩＩ〜ＶＩ族半導体など、無機半導体などの半導体を含んでもよい。例えば、吸収層３３０及び３５０の少なくとも１つは、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ半導体合金を含んでもよい。

ある場合では、光吸収層は、ＬＥＤ １２０が放射した光子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。例えば、このような場合、再発光構造体３４０内の光吸収層は、ＬＥＤ １２０から再発光構造体３４０に入射する第１の波長λ_１の入射光の少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％を吸収できる。ある場合では、光吸収層は、ポテンシャル井戸３７０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放射される光に対して、実質的に、光学的に透明である。例えば、このような場合、再発光構造体３４０内の光吸収層は、ポテンシャル井戸３７０が放射した第２の波長λ_２の光の少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％を伝搬できる。

ある場合では、光吸収層３３０及び３５０の少なくとも１つは、ポテンシャル井戸３７０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。ある場合では、光吸収層３３０及び３５０の少なくとも１つは、ポテンシャル井戸３７０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。

例示の再発光構造体３４０は、２個の光吸収層３３０及び３５０を含む。概して、光変換層は、０、１、２又はそれ以上の光吸収層を含んでよい。概して、光吸収層は、ポテンシャル井戸３７０に十分密接しており、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。ある場合、例えば再発光構造体３４０が光吸収層を含まないか、十分な数の光吸収層を含まない場合には、再発光構造体内のポテンシャル井戸は、実質的に第１の波長λ_１で光を吸収できる。

第１のウィンドウ３２０及び第２のウィンドウ３６０は、主としてバリアを提供するように設計され、吸収層で光生成される電子−正孔対などのキャリアは、面３２２など再発光構造体３４０の自由面、つまり外部面に拡散ないしは別の方法で移動しないか、又は拡散ないしは別の方法で移動する機会がほとんどない。例えば、第１のウィンドウ３２０は、少なくとも部分的にＬＥＤ １２０が放射した吸収光の結果として第１の吸収層３３０で生成されたキャリアが、無放射で再結合できる面３２２に拡散しないように設計されている。ある場合では、ウィンドウ３２０及び３６０は、ＬＥＤ １２０で放射される光子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。このような場合、ウィンドウ３２０及び３６０は、ＬＥＤ １２０で放射される光、及びポテンシャル井戸３７０で再発光される光に対して、実質的に、光学的に透明である。例えば、このような場合、第１の波長λ_１又は第２の波長λ_２でのウィンドウ３２０及び３６０の光透過率は、少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％である。

図３の例示の再発光構造体３４０は、２個のウィンドウを含む。概して、光変換層は、０、１、２又はそれ以上のウィンドウを含んでよい。例えば、ある場合では、再発光構造体３４０は、ＬＥＤ １２０とポテンシャル井戸３７０との間又はＬＥＤ １２０と光吸収層３３０との間に配置された単一のウィンドウを有してよい。

ある場合では、再発光構造体３４０内の２つの隣接する層間の境界面の位置は、明確に画定された、つまりはっきりとした境界面であってよい。ある場合では、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。例えばある場合では、第１の吸収層３３０及び第１のウィンドウ３２０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。

例示の再発光構造体３４０は、２つの光吸収層３３０と３５０との間に配置された単一のポテンシャル井戸３７０を含む。概して、再発光構造体３４０は１つ以上のポテンシャル井戸を有してよい。ある場合では、再発光構造体３４０内のポテンシャル井戸は、より大きいバンドギャップエネルギーを有する２層の間に直接隣接して配置され、２層のうち少なくとも１つは、実質的に第１の波長λ_１の光を吸収している。

ある場合では、再発光構造体３４０は、図３に明示される層以外の層を含んでよい。例えば、再発光構造体３４０は、再発光構造体３４０における歪みを補償又は緩和するために、ＩＩ〜ＶＩ族歪補償層などの歪補償層を含んでよい。歪補償層は、例えば、ポテンシャル井戸３７０と第１の吸収層３３０及び／又は第２の吸収層３５０との間に配置されてよい。歪補償層は、例えば、ＺｎＳＳｅ及び／又はＢｅＺｎＳｅを含むことができる。

図１を再び参照すると、基板１０５は、用途において好適な任意の材料を含んでよい。例えば、基板１０５は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ、サファイア、ＳｉＣ、及びＺｎＳｅを含んでよく、又はそれらで作製されてよい。場合によっては、基板１０５は、Ｓｉ基板、ＧａＮ基板、又はＳｉＣ基板とすることができる。ある場合では、基板１０５は、ｎドープ、ｐドープ、絶縁、又は半絶縁であってよく、ドーピングは、任意の好適な方法によって、及び／又は任意の好適なドーパントを含めることによって、達成されてよい。

ある場合では、ＬＥＤ １２０は、再発光構造体１４０から分離していてよい。ある場合では、例えば接着層１３０を使用してこの２つを結合することが望ましいこともある。概して、ＬＥＤ １２０は、ホットメルト接着剤などの接着剤、溶接、加圧、熱、若しくはこのような方法の任意の組み合わせなどの任意の好適な方法によって、又は用途において望ましいことのある他の方法によって、再発光構造体１４０に取り付けるか、接合することができる。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。

他の例示の接着材料としては、Ｎｏｒｌａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ｃｒａｎｂｕｒｙ，ＮＪ）から供給されるＮｏｒｌａｎｄ ８３Ｈなどのアクリレート系光学接着剤など光学的に透明なポリマー接着剤を含む光学的に透明なポリマー材料、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から供給されるＳｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ瞬間接着剤などのシアノアクリレート、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）から供給されるＣｙｃｌｏｔｅｎｅ（商標）などのベンゾシクロブテン、Ｔｅｄ Ｐｅｌｌａ Ｉｎｃ．（Ｒｅｄｄｉｎｇ，ＣＡ）から供給されるＣｒｙｓｔａｌＢｏｎｄなどの透明ワックス、ケイ酸ナトリウム系の液体、水、又は可溶性ガラス、及びスピンオンガラス（ＳＯＧ）などが挙げられる。

ある場合では、ＬＥＤ １２０は、例えば、Ｑ．−Ｙ．Ｔｏｎｇ ａｎｄ Ｕ．Ｇｏｓｅｌｅ，「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ」（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９９９）の第４章及び第１０章に記載されているようにウエファー結合技法によって再発光構造体１４０に取り付けることができる。

図４は、活性上面４２８、第１の側面４２２、及び第２の側面４２４を有するＬＥＤ ４２０を含む発光システム４００の概略側面図である。このＬＥＤは、第１の波長λ_１の光４６０を放射することができ、一般のｙ方向に沿うなど１つ以上の所定の方向に沿ってＬＥＤからの発光を強化し、一般のｘ方向及びｚ方向に沿うなど他の方向に沿って発光を抑制するように設計されている内部パターン４９０（ＬＥＤに対して内部）を含む。この場合、所定の方向及び他の方向は、異なる用途によって異なってよい。例示の発光システム４００では、パターン４９０は、ＬＥＤの活性上面４２８からの発光を強化又は増加するように設計されている。パターン４９０は、ＬＥＤの１つ以上の側面からの発光を減少又は抑制するように更に設計されている。例えば、パターン４９０は、ｙ軸に沿って光線４６０Ａ、４６０Ｂ、及び４６０Ｃの放射を強化して、上面４２８からＬＥＤを出射させ、第１の側面４２２からの光線４６０Ｄの放射及び第２の側面４２４からの光線４６０Ｅの放射を抑制する。

パターン４９０は、主として１つ以上の所定の方向に沿って発光を強化し、１つ以上の他の所定の方向に沿って発光を抑制できる任意のパターンであってよい。幾つかの例示のプロファイルは、例えば、米国特許出願第５，９５５，７４９号及び同第６，８３１，３０２号に記載されており、これらはともに参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。ある場合では、パターン４９０は位相パターンであってよい。つまりこのパターンは、少なくとも主として屈折率パターンである。このような場合、屈折率は１つ以上の方向に沿って変化し、その結果、パターンが形成される。ある場合では、パターン４９０は、少なくとも主として層厚パターン又は表面レリーフパターンであってよい。このような場合、１つ以上の層の厚みは１つ以上の方向に沿って変化し、その結果、レリーフ又は厚みパターンが形成される。例えば、ある場合では、パターン４９０は、正方形又は正弦波形状の位相格子又は厚み格子などの位相格子又は厚み格子であってよい。

ある場合では、厚みパターン又はレリーフパターンは、１つ以上の層にパターンをエッチングすることによって形成されてよい。ある場合では、エッチングは、１つ以上の層の１つ以上の領域を完全に貫通してよい。ある場合では、ＬＥＤ ４２０は多数の層を含み、このパターン４９０は、ＬＥＤの１つ以上の層内の厚みパターンである。

ある場合では、パターン４９０は周期的なパターンであってよい。ある場合では、パターン４９０は周期的な誘電率パターンであってよい。ある場合では、パターン４９０は非周期的又は準周期的なパターンであってよい。ある場合では、パターン４９０は、一次元、つまり線パターン、二次元、つまり表面パターン、三次元、つまり容積パターン、又はこれらの任意の組み合わせであってよい。

パターン４９０は、ＬＥＤ ４２０内の異なる位置にあってよく、ＬＥＤは、１つ以上のｐ型及び／又はｎ型半導体層、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１つ以上の活性発光層、１つ以上の緩衝層、及び用途において望ましい場合があり得るその他の層を含んでよい。例えば、図５は、ｎドープされている上クラッド層５１０、量子井戸５２０、及びｐドープされている下クラッド層５４０を含むＬＥＤ ５００の概略側面図である。図５は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造を示す。ある場合では、ＬＥＤ ５００は、図５に明示されていない多重量子井戸（ＭＱＷ）を含んでよい。ある場合では、パターン４９０は、完全にＬＥＤの１つの層内にあってよい。例えば、パターン５３０は、完全に上クラッド層５１０内にあり、パターン５３１は完全に量子井戸５２０内にあり、パターン５３２は完全に下クラッド層５４０内にある。ある場合、例えばパターン５２０の場合には、ＬＥＤ内のポテンシャル井戸又は量子井戸は、パターン全体を含む。ある場合では、パターン４９０の全体は、２つ以上の直接隣接する層内に含まれてよい。つまり、例えば、１つの層がパターンの一部を含み、直接隣接する層がパターンの残りの部分を含む。例えば、パターン５３４は、完全に直接隣接する層５１０及び５２０内にある。別の例として、パターン５３３は、直接隣接する層５１０、５２０、及び５４０内にある。ある場合では、パターン４９０は、ＬＥＤ内の境界面にあってよい。例えば、パターン５３５は、層５２０と５４０との間の境界面５２５にある。

ある場合では、パターン４９０は、三角形、正方形、又は矩形のアレイを形成してよい。例えば、図６Ａのパターン６１０は、要素６１５の三角形のアレイを形成し、図６Ｂのパターン６２０は、要素６２５の矩形のアレイを形成する。ある場合では、パターン４９０は、２つ以上のパターン又はアレイの重ね合わせであってよい。

図４を再び参照すると、再発光構造体１４０は、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ又はＺｎＳｅＴｅポテンシャル井戸などのＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸を含んでよい。再発光構造体１４０は、ＬＥＤ ４２０を出射する波長λ_１の光４６０を受容し、受容した光の少なくとも一部を第２の波長λ_２の光４７０に変換する。ある場合では、ＬＥＤ ４２０を出射し、再発光構造体１４０で受容された第１の波長の光の相当部分は、ＬＥＤの活性上面４２８を通過してＬＥＤを出射する。例えば、このような場合、ＬＥＤ ４２０を出射し、再発光構造体１４０で受容された第１の波長の光４６０の少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％、又は少なくとも９８％は、ＬＥＤの活性上面４２８を通過してＬＥＤを出射する。

ある場合では、発光システム４００を出射する光は、実質的に単色である。つまり、出射光は、実質的に第２の波長λ_２の光であり、第１の波長λ_１の光をほとんど含まないか、全く含まない。このような場合、発光システム４００を出射する第２の波長λ_２のすべての光の総合発光強度、つまり合計発光強度は、発光システム４００を出射する第１の波長λ_１のすべての光の総合発光強度、つまり合計発光強度の少なくとも４倍、又は少なくとも１０倍、又は少なくとも２０倍、又は少なくとも５０倍である。

ある場合では、異なる方向に沿って発光システム４００を出射する光は、色などの異なるスペクトル特性を有してよい。例えば、異なる方向に沿って進む光は、異なる比率の第１の波長の光及び第２の波長の光を有してよい。例えば、出力光４７０は、実質的に第１の方向４７５（ｙ軸）に沿って伝搬してよく、出力光４７１は、実質的に第２の方向４７６に沿って伝搬してよい。ある場合では、光４７０及び４７１は異なるスペクトル特性を有してよい。例えば、光４７０は、光４７１よりも大きい第２の波長内容を有してよい。ある場合、例えばパターン４９０によって主としてｙに沿った発光がもたらされる場合には、光４７０及び４７１は、実質的に同じスペクトル特性を有する。例えば、ある場合では、光４７０は、ＣＩＥ色度座標ｕ_１’及びｖ_１’と、色度座標ｘ_１及びｙ_１とを有する第１の色Ｃ_１を有してよく、光４７１は、色度座標ｕ_２’及びｖ_２’と、色度座標ｘ_２及びｙ_２とを有する第２の色Ｃ_２を有してよく、色Ｃ_１と色Ｃ_２とは実質的に同じである。このような場合、ｕ_１’とｕ_２’との差の絶対値及びｖ_１’とｖ_２’との差の絶対値は、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、又は０．０００５以下であり、色Ｃ_１とＣ_２との差Δ（ｕ’，ｖ’）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、又は０．０００５以下である。

ある場合では、第１の方向４７５と第２の方向４７６との間の角度θは、約１０度以上、約１５度以上、約２０度以上、約２５度以上、約３０度以上、約３５度以上、約４０度以上、約４５度以上、約５０度以上、約５５度以上、約６０度以上、約６５度以上、約７０度以上である。

図８は、第１の波長λ_１の光８６０を放射できる、ＬＥＤ ８２０などのエレクトロルミネッセンスデバイス８２０を含む発光システム８００の概略側面図である。ＬＥＤ ８２０は、第１の波長λ_１でのエレクトロルミネッセンスデバイスの活性上面８２８からの発光を強化し、側面８２２及び８２４などのエレクトロルミネッセンスデバイスの１つ以上の側面など他の方向からの発光を抑制するための形状を有する。

ある場合では、ＬＥＤ ８２０は、側面８２２又は８２４などのＬＥＤの側面に向けてＬＥＤ ８２０内を伝搬する第１の波長の光の相当部分を活性上面８２８に向けて方向転換させる形状である。例えば、図８のＬＥＤ ８２０は、上面に垂直なｘｙ面などの平面に実質的に台形の横断面を有する。この側面は、第１の側面８２２に向けて伝搬する波長λ_１の光線８６０Ａを、光線８６０Ａ’として上面８２８に向けて側面８２２によって方向転換させ、波長λ_１の光線８６０Ｂを、光線８６０Ｂ’として上面８２８に向けて側面８２４によって方向転換させるように設計され、配置される。

例示の発光システム８００では、ＬＥＤ ８２０は、円錐台又はピラミッドの形状を有し、第１の側面８２２と第２の側面８２４は平行ではない。概して、ＬＥＤ ８２０は、第１の波長λ_１でのＬＥＤ ８２０からの発光を強化し、側面８２２及び８２４などＬＥＤ ８２０の１つ以上の側面からの発光を抑制できる任意の形状を有してよい。

発光システム８００は、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ又はＺｎＳｅＴｅポテンシャル井戸などのＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸を含み、ＬＥＤ ８２０を出射する第１の波長の光を受容し、受容した光の少なくとも一部を第２の波長λ_２の光に変換する再発光構造体１４０を更に含む。例えば、再発光構造体１４０は、ＬＥＤ ８２０を出射する波長λ_１の光８６０を受容し、受容した光の少なくとも一部を第２の波長λ_２の光８７０に変換する。ある場合では、ＬＥＤ ８２０を出射し、再発光構造体１４０で受容される第１の波長の光の相当部分は、ＬＥＤの活性上面８２８を通過してＬＥＤを出射する。例えば、このような場合、ＬＥＤ ８２０を出射し、再発光構造体１４０で受容される第１の波長の光８６０の少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％、又は少なくとも９８％は、ＬＥＤの活性上面８２８を通過してＬＥＤを出射する。

ある場合では、発光システム８００を出射する光は、実質的に単色である。つまり、出射光は、実質的に第２の波長λ_２の光であり、第１の波長λ_１の光をほとんど含まないか、全く含まない。このような場合、発光システム８００を出射する第２の波長λ_２のすべての光の総合発光強度、つまり合計発光強度は、発光システム８００を出射する第１の波長λ_１のすべての光の総合発光強度、つまり合計発光強度の少なくとも４倍、又は少なくとも１０倍、又は少なくとも２０倍、又は少なくとも５０倍である。

ある場合では、異なる方向に沿って発光システム８００を出射する光は、色などの異なるスペクトル特性を有してよい。例えば、異なる方向に沿って進む光は、異なる比率の第１の波長の光及び第２の波長の光を有してよい。例えば、実質的に第１の方向８７４（ｙ軸）に沿って伝搬する出力光８７０及び実質的に第２の方向８７６に沿って伝搬する出力光８７２は、異なるスペクトル特性を有してよい。例えば、光８７０は、光８７２よりも大きい第２の波長内容を有してよい。ある場合、例えば側面８２２及び８２４が、他の方向に沿って伝搬する光を方向転換させることによって主としてｙ軸に沿った発光を強化する場合には、光８７０及び８７２は、実質的に同じスペクトル特性を有する。例えば、このような場合、光８７０は、ＣＩＥ色度座標ｕ_１’及びｖ_１’と、色度座標ｘ_１及びｙ_１とを有する第１の色Ｃ_１を有してよく、光８７２は、色度座標ｕ_２’及びｖ_２’と、色度座標ｘ_２及びｙ_２とを有する第２の色Ｃ_２を有してよく、色Ｃ_１と色Ｃ_２とは実質的に同じである。このような場合、ｕ_１’とｕ_２’との差の絶対値及びｖ_１’とｖ_２’との差の絶対値は、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、又は０．０００５以下であり、色Ｃ_１とＣ_２との差Δ（ｕ’，ｖ’）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、又は０．０００５以下である。

ある場合では、第１の方向８７４と第２の方向８７６との間の角度θは、約１０度以上、又は約１５度以上、又は約２０度以上、又は約２５度以上、又は約３０度以上、又は約３５度以上、又は約４０度以上、又は約４５度以上、又は約５０度以上、又は約５５度以上、又は約６０度以上、又は約６５度以上、又は約７０度以上である。

図９は、第１の側面９２２、第２の側面９２４、及び活性上面９２８を含み、第１の波長λ_１の光９６０を上面９２８から放射できる、ＬＥＤ １２０などのエレクトロルミネッセンスデバイス１２０を含む、発光システム９００の概略側面図である。発光システム９００は、遮断しなければ側面から出射する第１の波長λ_１の光を遮断するための、エレクトロルミネッセンスデバイス１２０の側面に隣接する又は側面付近にある１つ以上の光遮断構造体を更に含む。例えば、光遮断構造体９１０は、遮断しなければ側面９２２から出射する、第１の波長λ_１の放射光９６０Ａを遮断し、遮断しなければ側面９２４から出射する、第１の波長λ_１の放射光９０６Ｂを遮断する。ある場合では、光遮断構造体９１０及び９２０は、別個の独立した構造体であってよい。ある場合では、光遮断構造体９１０及び９２０は、発光システムの１つ以上の側面から出射しないように光を遮断する構造体の一体部分であってよい。

再発光構造体１４０は、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ又はＺｎＳｅＴｅポテンシャル井戸などのＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸を含み、活性上面９２８からエレクトロルミネッセンスデバイスを出射する第１の波長の光９６０を受容し、受容した光の少なくとも一部を第２の波長λ_２の光９７０に変換する。

光遮断構造体９１０及び９２０は、用途において望ましい及び／又は使用可能な任意の手段で、横方向に伝搬する光を遮断してよい。例えば、ある場合では、光遮断構造体９１０及び９２０は、主に光を吸収することによって光を遮断する。光吸収構造体の例としては、様々なフォトレジストなどのポリマーが挙げられる。他のある場合では、光遮断構造体９１０及び９２０は、主に光を反射させることによって光を遮断する。光反射構造体の例としては、銀又はアルミニウムなどの金属が挙げられる。ある場合では、構造体は、部分的に光を吸収し、部分的に光を反射させることによって光を遮断する。

ある場合では、光遮断構造体９１０及び９２０の１つ以上は、第１の波長λ_１の光を遮断するが、所定の波長範囲内にある他の波長を遮断しなくてよい。例えば、第１の光９６０がＵＶ光、紫色光、又は青色光であり、変換された光９７０が緑色光、又は赤色光の場合、光遮断構造体９１０及び９２０は、ＵＶ光、紫色光、又は青色光を遮断するが、電磁スペクトルの可視範囲にある他の光は遮断しなくてよい。

ある場合では、光遮断構造体９１０及び９２０は電気絶縁性であり、エレクトロルミネッセンスデバイスの少なくとも１つの電極に直接接続しているか、直接接触していてよい。例えば、電気絶縁性の光遮断構造体９１０の場合、この構造体は、２つの電極間で電気的短絡を起こさずに（例えば、構造体９２０を貫通して）底面電極１１０及び上面電極１１２に直接接触してよい。

ある場合では、光遮断構造体９１０及び９２０は、ＬＥＤ １２０の側面から出射する光を遮断するが、再発光構造体１４０など発光システムの他の要素の側面からの光は遮断しない。ある場合、例えば例示の発光システム９００システムの場合では、光遮断構造体９１０は上方向に延び、再発光構造体１４０の側面９４２を覆う。このような場合、光遮断構造体９１０は、遮断しなければ再発光半導体構造体の側面９４２を出射する、第１の波長λ_１の光及び／又は第２の波長λ_２の光を遮断してよい。

ある場合では、ＬＥＤ １２０の側面とこの側面に隣接する光遮断構造体との間に中間領域がある。例えば、図１０は、光遮断構造体９１０及び９２０とＬＥＤ １２０の４側面との間に中間領域１０２０を含む、発光システム９００の概略平面図である。

ある場合では、発光システム９００を出射する光は、実質的に単色である。つまり、出射光は、実質的に第２の波長λ_２の光であり、第１の波長λ_１の光をほとんど含まないか、全く含まない。このような場合、発光システム９００を出射する第２の波長λ_２のすべての光の総合発光強度、つまり合計発光強度は、発光システム９００を出射する第１の波長λ_１のすべての光の総合発光強度、つまり合計発光強度の少なくとも４倍、又は少なくとも１０倍、又は少なくとも２０倍、又は少なくとも５０倍である。

ある場合では、異なる方向に沿って発光システム９００を出射する光は、色などの異なるスペクトル特性を有してよい。例えば、異なる方向に沿って進む光は、異なる比率の第１の波長の光及び第２の波長の光を有してよい。例えば、実質的に第１の方向９７４（ｙ軸）に沿って伝搬する出力光９７０及び実質的に第２の方向９７６に沿って伝搬する出力光９７２は、異なるスペクトル特性を有してよい。例えば、光９７０は、光９７２よりも大きい第２の波長内容を有してよい。ある場合、例えば光遮断構造体９１０及び９２０がエレクトロルミネッセンスデバイスの側面から発光システムを出射する光９６０を遮断する場合には、光９７０及び９７２は実質的に同じスペクトル特性を有する。例えば、ある場合では、光９７０は、ＣＩＥ色度座標ｕ_１’及びｖ_１’と、色度座標ｘ_１及びｙ_１とを有する第１の色Ｃ_１を有してよく、光９７２は、色度座標ｕ_２’及びｖ_２’と、色度座標ｘ_２及びｙ_２とを有する第２の色Ｃ_２を有してよく、色Ｃ_１と色Ｃ_２とは実質的に同じである。このような場合、ｕ_１’とｕ_２’との差の絶対値及びｖ_１’とｖ_２’との差の絶対値は、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、又は０．０００５以下であり、色Ｃ_１とＣ_２との差Δ（ｕ’，ｖ’）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、又は０．０００５以下である。

ある場合では、第１の方向９７４と第２の方向９７６との間の角度θは、約１０度以上、又は約１５度以上、又は約２０度以上、又は約２５度以上、又は約３０度以上、又は約３５度以上、又は約４０度以上、又は約４５度以上、又は約５０度以上、又は約５５度以上、又は約６０度以上、又は約６５度以上、又は約７０度以上である。

ある場合では、光遮断構造体は、活性発光表面のサイズにも影響を与えてよい。例えば、図７では、光遮断構造体７１０は、ＬＥＤ １２０の側面７１２からＬＥＤを出射する光７３０を遮断し、光遮断構造体７２０は、ＬＥＤ １２０の側面７１４からＬＥＤを出射する光７３１を遮断する。側面からの発光の遮断に加えて、光遮断構造体７１０及び７２０は、ＬＥＤの上面７２８の一部に沿っても延び、そうすることによって、ＬＥＤ １２０の有効発光面をより小さい横寸法「ｄ」を有するより小さい活性上面７２８へと縮小できる。ある場合では、光遮断構造体７１０及び７２０は、１つ以上のフォトレジストなどの光吸収ポリマーを含んでよい。

開示される構造体の利点の一部を、以下の実施例によって更に説明する。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１）
発光システム１００に類似の、琥珀色光を放射する発光システムを作製した。λ_１＝４５５ｎｍの光を放射できるＬＥＤをＥｐｉｓｔａｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｈｓｉｎ Ｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ）から購入した。ＬＥＤは、シリコンウエファーに接合されたエピタキシャルＡｌＧａＩｎＮ系ＬＥＤであった。電流を拡散させ、ワイヤー接合用パッドをもたらすために、ＬＥＤウエファーの上面の一部をゴールドトレースで金属化した。

再発光構造体１４０に類似の多層再発光半導体構造体を作製した。材料組成物の相対的な層順序及び推定値、厚さ、並びにバルクのバンドギャップエネルギーを表Ｉに要約する。

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、以降のＩＩ〜ＶＩ成長のための表面を作製した。続いて、異なるＩＩ〜Ｖ族エピタキシャル層を成長させるために、超高真空移送システムを通って別のＭＢＥチャンバにコーティングされた基板を移動させた。再発光半導体構造体は、４個のＣｄＺｎＳｅ量子井戸を含んでいた。各量子井戸は、ポテンシャル井戸３４０に類似であり、約２．０９ｅＶのバルクのエネルギーギャップ（Ｅｇ）を有した。各量子井戸は、光吸収層３３０及び３５０に類似の２つのＣｄＭｇＺｎＳｅ光吸収層の間に挟まれた。光吸収層は、約２．４８ｅＶのエネルギーギャップを有し、ＬＥＤが放射する青色光を強力に吸収できた。再発光半導体構造体は、ウィンドウ３６０に類似のウィンドウと、光吸収層とウィンドウ層との間のグレーディング層とを更に含んでいた。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材料組成へと漸次変化した。

次に、接着層１３０に類似の接着層を使用して、ＬＥＤの発光面、つまり上面に再発光構造体のウィンドウ側を接合した。接着層は、Ｎｏｒｌａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．（Ｃｒａｎｂｕｒｙ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）から入手したＮｏｒｌａｎｄ光学接着剤８３Ｈだった。接着層の厚さは、約４マイクロメートル〜約８μｍだった。

次に、３ＨＣｌ：１Ｈ_２Ｏ溶液を使用してＩｎＰ基板を除去した。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の水の攪拌した溶液中で緩衝層を引き続いて除去して、ＬＥＤに接着したＩＩ〜ＶＩ族再発光構造体のみを残した。

次に、ＬＥＤの上面の金でコーティングされた部分と電気的に接触させるために、再発光構造体及び接着層を貫通する通路をエッチングした。通路は、ネガティブフォトレジスト（Ｆｕｔｕｒｒｅｘ（Ｆｒａｎｋｌｉｎ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）から入手したＮＲ７−１０００ＰＹ）を使用して従来の接触フォトリトグラフィーによって作製した。通路の作製時には、容積比２４０ Ｈ_２Ｏ：４０ ＨＢｒ：１ Ｂｒ_２の溶液に２．５分間構造体を浸漬することによって再発光構造体のＩＩ〜ＶＩ層をエッチングし、Ｏｘｆｏｒｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｏｘｆｏｒｄｓｈｉｒｅ，ＵＫ）から入手したプラズマ反応性イオンエッチングシステム内に１．９Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）の圧力、８０ＷのＲＦ電力、及び１２００Ｗの誘導結合プラズマ電力で酸素プラズマに構造体を曝露することによって接着層をエッチングした。酸素プラズマは、パターン付きネガティブフォトレジスト層も除去した。

図１１は、ＬＥＤを３５０ｍＡ及び２０ミリ秒パルスで駆動した場合に結果として生じた発光システムの軸上（つまり、例えば図１ではθ＝０度）の出力スペクトル１１１０を示す。この発光システムは、第２の波長λ_２＝５９７の変換されたピーク発光１１２０及び第１の波長λ_１＝４５５ｎｍの残留ピーク発光１１３０を有する。出力光の約１．３％は第１の波長だった。つまり、４５５ｎｍでの出力光束は、発光システムで放射された全光束の約１．３％であり、５９７ｎｍでの出力光束は、発光システムで放射された全光束の約９８．７％だった。同様に作製した第２の発光システムの４５５での平均出力光率は、約１．４３％だった。発光システム９００を出射した５７９ｎｍのすべての光の合計発光強度は、発光システムを出射した４５５ｎｍのすべての光の合計発光強度の約７０倍だった。Ｗ_ｍｉｎは１ｍｍ、Ｔ_ｍａｘは８マイクロメートルであり、その結果、比率Ｗ_ｍｉｎ／Ｔ_ｍａｘは１２５となった。

図１２は、例えば図２を参照して他の場所に記載される角度θによって画定されるように、異なる伝搬方向対する４５５ｎｍの出力光の比率を示す。水平線１２１０は６０度の線であり、約６０度未満のθについて、４５５ｎｍの出力光の比率が約３．４％未満であることを示す。

図１３は、反射板１３１０に配置され、第１の波長λ_１の光１３４０を放射できるエレクトロルミネッセンスデバイス１３２０と、エレクトロルミネッセンスデバイス１３２０を再発光構造体１４０に接合するための任意の接着層とを含む発光システム１３００の概略側面図である。

ＬＥＤ １３２０などのエレクトロルミネッセンスデバイス１３２０は、波長λ_１の光子の放射が主として発生する活性領域１３３０を含む。ある場合、例えばエレクトロルミネッセンスデバイスがＬＥＤの場合には、活性領域は１つ以上のポテンシャル井戸及び／又は量子井戸を含む。ある場合では、活性領域１３３０と反射板１３１０との間の距離「ｈ」は、Ｓｈｅｎ ｅｔ ａｌ．，「Ｏｐｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅｌｌ−ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ」，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８２，Ｎｏ．１４，ｐｐ．２２２１〜２２２３（２００３）に記載されるように、エレクトロルミネッセンスデバイスにおける光学的空洞効果を高めるように選択される。このような場合、光学的空洞効果は、第１の波長λ_１でのエレクトロルミネッセンスデバイスの活性上面１３２８からの発光を強化し、側面１３２２及び１３２４などのエレクトロルミネッセンスデバイスの１つ以上の側面など他の方向からの発光を抑制する。このような場合、距離「ｈ」は、エレクトロルミネッセンスデバイスを出射する第１の波長の光の相当部分が、エレクトロルミネッセンスデバイスの上面１３２８から出射する距離である。例えば、このような場合、エレクトロルミネッセンスデバイスを出射する波長λ_１の光の少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％は、再発光構造体１４０に向かって上面１３２８を通過する。例えば、このような場合、距離「ｈ」は、約０．６λ_１〜約１．４λ_１の範囲、又は約０．６λ_１〜約０．８λ_１の範囲、又は約１．２λ_１〜約１．４λ_１の範囲であってよい。

再発光構造体１４０は、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ又はＺｎＳｅＴｅポテンシャル井戸などのＩＩ〜ＶＩ族ポテンシャル井戸を含み、エレクトロルミネッセンスデバイス１３２０を出射する第１の波長の光１３４０を受容し、受容した光の少なくとも一部を第２の波長λ_２の光１３５０に変換する。ある場合では、発光システム１３００を出射する光は、実質的に単色である。つまり、出射光は、実質的に第２の波長λ_２の光であり、第１の波長λ_１の光をほとんど含まないか、全く含まない。このような場合、発光システム１３００を出射する第２の波長λ_２のすべての光の総合発光強度、つまり合計発光強度は、発光システム１３００を出射する第１の波長λ_１のすべての光の総合発光強度、つまり合計発光強度の少なくとも４倍、又は少なくとも１０倍、又は少なくとも２０倍、又は少なくとも５０倍である。

ある場合では、異なる方向に沿って発光システム１３００を出射する光は、色などの異なるスペクトル特性を有してよい。例えば、異なる方向に沿って進む光は、異なる比率の第１の波長の光及び第２の波長の光を有してよい。例えば、実質的に第１の方向１３６０（ｙ軸）に沿って伝搬する出力光１３５５及び実質的に第２の方向１３６５に沿って伝搬する出力光１３５７は、異なるスペクトル特性を有してよい。例えば、光１３５７は、光１３５５よりも大きい第２の波長内容を有してよい。ある場合、例えば、距離「ｈ」がエレクトロルミネッセンスデバイスによる主としてｙ軸に沿った発光を強化するように選択される場合には、光１３５５及び１３５７は、実質的に同じスペクトル特性を有する。例えば、このような場合、光１３５５は、ＣＩＥ色度座標ｕ_１’及びｖ_１’と、色度座標ｘ_１及びｙ_１とを有する第１の色Ｃ_１を有してよく、光１３５７は、色度座標ｕ_２’及びｖ_２’と、色度座標ｘ_２及びｙ_２とを有する第２の色Ｃ_２を有してよく、色Ｃ_１と色Ｃ_２とは実質的に同じである。このような場合、ｕ_１’とｕ_２’との差の絶対値及びｖ_１’とｖ_２’との差の絶対値は、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、又は０．０００５以下であり、色Ｃ_１とＣ_２との差Δ（ｕ’，ｖ’）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、又は０．０００５以下である。

ある場合では、第１の方向１３６０と第２の方向１３６５との間の角度θは、約１０度以上、又は約１５度以上、又は約２０度以上、又は約２５度以上、又は約３０度以上、又は約３５度以上、又は約４０度以上、又は約４５度以上、又は約５０度以上、又は約５５度以上、又は約６０度以上、又は約６５度以上、又は約７０度以上である。

概して、反射板１３１０は、波長λ_１の光を反射できる任意の反射板であってよい。例えば、ある場合では、反射板１３１０は、銀、金、アルミニウムなどの金属を含有する金属反射器であってよい。別の例として、ある場合では、反射板１３１０は、ブラッグ反射器であってよい。

ある場合、例えばエレクトロルミネッセンスデバイス１３２０がＬＥＤの場合には、反射板１３１０は、エレクトロルミネッセンスデバイス用の電流拡散電極であってよい。このような場合、反射板１３１０は、印加された電流をエレクトロルミネッセンスデバイス全体に横方向（ｘ方向及びｚ方向）に拡散してよい。

ある場合では、反射板１３１０は、実質的に第１の波長で反射する。例えば、このような場合、第１の波長λ_１での反射板１３１０の反射率は、少なくとも８０％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％、又は少なくとも９９％、又は少なくとも９９．５％、又は少なくとも９９．９％である。ある場合では、反射板１３１０は、実質的に第２の波長λ_２で反射する。例えば、このような場合、第２の波長λ_２での反射板１３１０の反射率は、少なくとも８０％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％、又は少なくとも９９％、又は少なくとも９９．５％、又は少なくとも９９．９％である。

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。広くは、物理的実施形態は異なる配向を有することができ、その場合、用語は、装置の実際の配向に修正された相対位置を意味することを意図している。例えば、図１２の構造体が９０度回転されても、線１２１０はそれでもなお「水平」線と見なされる。

本発明の様々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。

Claims (25)

1. 第１の波長で発光するＬＥＤであって、前記放射された第１の波長の光の主要部分が、最小横寸法Ｗ_ｍｉｎを有する前記ＬＥＤの上面から前記ＬＥＤを出射し、前記放射された第１の波長の光の残りの部分が、最大縁厚Ｔ_ｍａｘを有する前記ＬＥＤの１つ以上の側面から前記ＬＥＤを出射し、比率Ｗ_ｍｉｎ／Ｔ_ｍａｘが少なくとも３０であるＬＥＤと、
   半導体ポテンシャル井戸を含み、前記上面から前記ＬＥＤを出射する前記第１の波長の光を受容し、前記受容した光の少なくとも一部を第２の波長の光に変換する再発光半導体構造体であって、前記発光システムを出射する前記第２の波長のすべての光の総合発光強度が、前記発光システムを出射する前記第１の波長のすべての光の総合発光強度の少なくとも４倍である再発光半導体構造体と、を含む発光システム。
2. 第１の方向に沿って前記発光システムから放射された光が、第１の色度座標セットを有し、第２の方向に沿って前記発光システムから放射された光が、前記第１の色座標セットと実質的に同じである第２の色度座標セットを有し、前記第１の方向と前記第２の方向との間の角度が２０度以上である、請求項１に記載の発光システム。
3. 前記第１の方向と前記第２の方向との間の角度が３０度以上である、請求項２に記載の発光システム。
4. 前記第１の方向と前記第２の方向との間の角度が４０度以上である、請求項２に記載の発光システム。
5. 前記第１の方向と前記第２の方向との間の角度が５０度以上である、請求項２に記載の発光システム。
6. 前記第１の色度座標セットがｕ_１’及びｖ_１’であり、前記第２の色度座標セットがｕ_２’及びｖ_２’であって、ｕ_１’とｕ_２’との差の絶対値及びｖ_１’とｖ_２’との差の絶対値がそれぞれ０．０１以下である、請求項２に記載の発光システム。
7. ｕ_１’とｕ_２’との差の絶対値及びｖ_１’とｖ_２’との差の絶対値がそれぞれ０．００５以下である、請求項６に記載の発光システム。
8. ｕ_１’とｕ_２’との差の絶対値及びｖ_１’とｖ_２’との差の絶対値がそれぞれ０．００１以下である、請求項６に記載の発光システム。
9. 前記ＬＥＤがＩＩＩ〜Ｖ族ＬＥＤである、請求項１に記載の発光システム。
10. 前記上面が長さＬ及び幅Ｗを有する矩形であり、前記幅が前記上面の最小横寸法である、請求項１に記載の発光システム。
11. 比率Ｗ_ｍｉｎ／Ｔ_ｍａｘが少なくとも４０である、請求項１に記載の発光システム。
12. 前記比率Ｗ_ｍｉｎ／Ｔ_ｍａｘが少なくとも１００である、請求項１に記載の発光システム。
13. 前記半導体ポテンシャル井戸がＩＩ〜ＶＩ族材料を含む、請求項１に記載の発光システム。
14. 前記ポテンシャル井戸がＣｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ又はＺｎＳｅＴｅを含む、請求項１３に記載の発光システム。
15. 前記第１の波長が青色であり、前記第２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。
16. 前記発光システムを出射する前記第２の波長のすべての光の前記総合発光強度が、前記発光システムを出射する前記第１の波長のすべての光の総合光強度の少なくとも１０倍である、請求項１に記載の発光システム。
17. 前記発光システムを出射する前記第２の波長のすべての光の前記総合発光強度が、前記発光システムを出射する前記第１の波長のすべての光の総合光強度の少なくとも２０倍である、請求項１に記載の発光システム。
18. 前記再発光半導体構造体が、前記受容した光の少なくとも２０％を前記第２の波長の光に変換する、請求項１に記載の発光システム。
19. 前記再発光半導体構造体が、前記受容した光の少なくとも３０％を前記第２の波長の光に変換する、請求項１に記載の発光システム。
20. 第１の波長で発光し、エレクトロルミネッセンスデバイスの上面からの発光を強化し、前記エレクトロルミネッセンスデバイスの１つ以上の側面からの発光を抑制するための形状を有するエレクトロルミネッセンスデバイスと、
    ＩＩ〜Ｖ族ポテンシャル井戸を含み、前記上面から前記エレクトロルミネッセンスデバイスを出射する前記第１の波長の光を受容し、前記受容した光の少なくとも一部を第２の波長の光に変換する再発光半導体構造体であって、前記発光システムを出射する前記第２の波長のすべての光の総合発光強度が、前記発光システムを出射する前記第１の波長のすべての光の総合発光強度の少なくとも４倍である再発光半導体構造体と、を含む発光システム。
21. 前記エレクトロルミネッセンスデバイスが、前記エレクトロルミネッセンスデバイスの側面に向けて前記エレクトロルミネッセンスデバイス内を伝搬する前記第１の波長の光の相当部分を前記上面に向けて方向転換させる形状である、請求項２０に記載の発光システム。
22. 前記エレクトロルミネッセンスデバイスが、第１の側面及び前記第１の側面とは平行ではない第２の側面を有する、請求項２０に記載の発光システム。
23. 前記エレクトロルミネッセンスデバイスが、前記上面に対して垂直な平面に実質的に台形の横断面を有する、請求項２０に記載の発光システム。
24. 前記エレクトロルミネッセンスデバイスがＬＥＤを含む、請求項２０に記載の発光システム。
25. 前記ＩＩ〜Ｖ族ポテンシャル井戸がＣｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ又はＺｎＳｅＴｅを含む、請求項２０に記載の発光システム。

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