JP2014165498A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】演色性を向上させ、太陽光と類似する発光装置を提供する。
【解決手段】赤色波長を有する第１の発光ダイオードチップ、前記第１の発光ダイオードチップと異なる赤色波長を有する第２の発光ダイオードチップ、及び前記第１及び第２の発光ダイオードチップの周辺に配置された複数の第３の発光ダイオードチップを含み、太陽光に類似する波長帯の光を出射することを特徴とする発光装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関し、特に、演色性を向上させ得る発光装置に関する。

一般的な発光素子（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間で電子と正孔とが再結合されることによって光を発生する。

前記発光素子は、ディスプレイ装置及び照明装置に多様に適用されている。

最近、当該技術分野で高輝度発光素子が導入されている。一般的な発光素子は、黄色蛍光体と青色発光チップとを組み合わせることによって白色光を実現している。

しかし、一般的な発光素子から発生した光は、特定の波長帯に限定的に存在するため、演色性が低下するという問題をもたらす。

前記演色性を向上させるために赤色発光ダイオードが追加的に使用されるが、前記赤色発光ダイオードの配列に従って演色性が多様に変化し、顧客の要求を満たす高い演色性の発光素子を作製することが困難であるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、演色性を向上させ、太陽光と類似する光を出射することができる発光装置を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る発光装置は、赤色波長を有する第１の発光ダイオードチップ、前記第１の発光ダイオードチップと異なる赤色波長を有する第２の発光ダイオードチップ、及び前記第１及び第２の発光ダイオードチップの周辺に配置された複数の第３の発光ダイオードチップを含み、太陽光と類似する波長帯を有する光を出射することによって、演色性を向上させ得るという長所を有する。

前記第３の発光ダイオードチップは、複数の井戸層と複数の障壁層とが交互に積層された量子井戸構造の活性層を有し、前記複数の井戸層は、少なくとも２つの異なる厚さを有する。

前記第３の発光ダイオードチップは、前記活性層の一面上に配置されたｎ型半導体層、及び前記活性層の他面上に配置されたｐ型半導体層を含み、前記複数の井戸層は、前記ｎ型半導体層と近接した少なくとも一つの第１の井戸層と、前記ｐ型半導体層と近接した少なくとも一つの第２の井戸層とを含み、前記第２の井戸層の厚さは、前記第１の井戸層の厚さより厚い。

前記少なくとも一つの第２の井戸層は互いに異なる厚さを有し、前記少なくとも一つの第１の井戸層は均一な厚さを有する。

前記第１の井戸層は４１０ｎｍの波長を有する光を出射し、前記第２の井戸層は４５０ｎｍの波長を有する光を出射する。

前記井戸層はＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）の組成式を有し、前記障壁層はＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）の組成式を有する。

前記第１の発光ダイオードチップは６００ｎｍないし６３０ｎｍの波長を有する光を出射し、前記第２の発光ダイオードチップは６３０ｎｍないし６６０ｎｍの波長を有する光を出射する。

発光装置は、前記第１ないし第３の発光ダイオードチップが実装される基板をさらに含み、前記基板上には、互いに対称の第１及び第２の導電性パターンを含む。

前記第１及び第２の発光ダイオードチップは、前記基板の中心部を基準にして両側に離隔するように配置され、前記第１の発光ダイオードチップは前記第１の導電性パターンと接続され、前記第２の発光ダイオードチップは前記第２の導電性パターンと接続される。

前記複数の第３の発光ダイオードチップは、前記基板の縁部領域と隣接するように互いに離隔されて配置され、垂直、水平及び対角線方向に互いに対称に前記第１及び第２の導電性パターンに接続される。

本発明の一実施形態によると、本発明は、互いに異なる波長帯の赤色光を出射する第１及び第２の発光ダイオードチップと、少なくとも２つの波長帯の青色光を出射する第３の発光ダイオードによって、最終出力波長帯の演色性を向上させることができる。したがって、本発明の発光素子は、太陽光と類似する光を提供することができる。

さらに、本発明の第３の発光ダイオードチップは、ｐ型半導体層と近接した井戸層の厚さを他の井戸層より相対的に厚く設計し、長波長帯の青色光を発光することによって半値幅を広く実現することができる。すなわち、本発明は、少なくとも２つの互いに異なる青色波長帯を提供することによって、演色性に優れる発光素子を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る発光装置を示した平面図である。 図１の第３の発光ダイオードチップを示した断面図である。 量子井戸構造の活性層を示した断面図である。 本発明に係る第３の発光ダイオードのエネルギーバンドギャップを示した図である。

以下、添付の各図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。以下に述べる実施形態は、当業者に本発明の思想を十分に伝達するために例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下で説明する実施形態に限定されるものではなく、他の形態に具体化することもできる。そして、各図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために誇張して表現する場合もある。明細書全体にわたって同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係る発光装置を示した平面図で、図２は、図１の第３の発光ダイオードチップを示した断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る発光装置１００は、基板１１０と、基板１１０上に形成された第１及び第２の導電性パターン１４０ａ、１４０ｂと、基板１１０上に実装される第１及び第２の発光ダイオードチップ１３０ａ、１３０ｂと、基板１１０上に実装される複数の第３の発光ダイオードチップ１２０とを含む。

第１の発光ダイオードチップ１３０ａは赤色波長を有する。具体的には、第１の発光ダイオードチップ１３０ａは、６００ｎｍないし６３０ｎｍの波長帯の光を出射する。

第２の発光ダイオードチップ１３０ｂは赤色波長を有する。具体的には、第２の発光ダイオード１３０ｂは、６３０ｎｍないし６６０ｎｍの波長帯の光を出射する。

第１及び第２の発光ダイオードチップ１３０ａ、１３０ｂのピーク波長帯は互いに異なり、第１の発光ダイオードチップ１３０ａは、第２の発光ダイオードチップ１３０ｂより低い波長帯の赤色光を発光する。

第１及び第２の発光ダイオードチップ１３０ａ、１３０ｂは、基板１１０の中心部を基準にして一定間隔離隔して並んで配置される。すなわち、第１及び第２の発光ダイオードチップ１３０ａ、１３０ｂは、基板１１０の中心部を基準にして左右方向に対称に配置されてもよい。

第３の発光ダイオードチップ１２０は、基板１１０上で互いに一定間隔離隔されて、基板１１０の縁部領域と隣接した領域に配置される。すなわち、発光装置は、基板１１０の縁部領域と対応するように第３の発光ダイオードチップ１２０を複数含む。前第３の発光ダイオードチップ１２０は、基板１１０上で垂直方向、水平方向及び対角線方向に対称に配置されてもよい。

第３の発光ダイオードチップ１２０は、少なくとも２つ以上の青色波長帯を有する。すなわち、第３の発光ダイオードチップ１２０は、一般的な青色発光ダイオードチップと比べて半値幅（ＦＷＨＭ：ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ）が広いという特徴を有する。ここで、半値幅（ＦＷＨＭ）とは、第３の発光ダイオードチップ１２０のピーク波長帯の約半分に該当する幅と定義することができる。

本発明に係る第３の発光ダイオードチップ１２０は、量子井戸構造の活性層が井戸層を含む新しい構造によって半値幅（ＦＷＨＭ）の広い青色光を実現することができる。

第１及び第２の導電性パターン１４０ａ、１４０ｂは、基板１１０上で互いに対称に並んで配置される。すなわち、第１及び第２の導電性パターン１４０ａ、１４０ｂは、基板１１０の中心部を基準にして左右方向に対称に形成されてもよい。

第１の導電性パターン１４０ａには、第１の発光ダイオードチップ１３０ａ及び複数の第３の発光ダイオードチップ１２０の一部がボンディングワイヤ１５０によって接続され、第２の導電性パターン１４０ｂには、第２の発光ダイオードチップ１３０ｂ及び複数の第３の発光ダイオードチップ１２０の一部がボンディングワイヤ１５０によって接続される。

理解を促進するために第３の発光ダイオードチップ１２０を具体的に説明する。第３の発光ダイオードチップ１２０は、成長基板２１０、バッファ層２１１、第１の導電型半導体層２２０、活性層２３０、第２の導電型半導体層２４０、透明電極層２５０、第１及び第２の電極２６０、２７０を含む。

成長基板２１０は、サファイア基板、スピネル基板、窒化ガリウム基板、シリコンカーバイド基板又はシリコン基板といった窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させるための成長基板であってもよいが、必ずしもこれらに限定されることはない。

活性層２３０、第１及び第２の導電型半導体層２２０、２４０は、窒化ガリウム系列の化合物半導体物質、すなわち、（Ａｌ，Iｎ，Ｇａ）Ｎで形成されてもよい。活性層２３０においては、要求される波長帯の光、例えば、紫外線又は可視光を出射するように組成元素及び組成比が決定される。活性層２３０、第１及び第２の導電型半導体層２２０、２４０は、ＭＯＣＶＤ又はＭＢＥ技術を使用して形成されてもよい。

活性層２３０は、多重量子井戸構造を有し、エネルギーバンドのバンドギャップ差によって光を出射する。本実施形態において、活性層２３０は、複数の井戸層と複数の障壁層とが交互に積層された構造を有し、複数の井戸層は、少なくとも２つの異なる厚さを有してもよい。

第１の導電型半導体層２２０はｎ型窒化物半導体層であり、第２の導電型半導体層２４０はｐ型窒化物半導体層である。第１及び第２の導電型半導体層２２０、２４０は、単一層又は多層に形成されてもよい。

透明電極層２５０は、ＩＴＯなどの透明酸化物又はＮｉ／Ａｕで形成されてもよく、第２の導電型半導体層２４０にオーミックコンタクトされる。

第１の電極２６０は第１の導電型半導体層２２０上に形成され、第２の電極２７０は第２の導電型半導体層２４０上に形成される。

第１の電極２６０は、第２の導電型半導体層２４０及び活性層２３０の一部がエッチングされて露出した第１の導電型半導体層２２０上に形成されてもよい。

以上で説明した本発明の発光素子１００は、互いに異なる波長帯の赤色光を出射する第１及び第２の発光ダイオードチップ１３０ａ、１３０ｂと、少なくとも２つの波長帯の青色光を出射する第３の発光ダイオード１２０とにより、最終出力波長帯の演色性を向上させることができる。したがって、本発明の発光素子１００は、太陽光と類似する光を出射することができる。

図３は、量子井戸構造の活性層を示した断面図であり、図４は、本発明に係る第３の発光ダイオードのエネルギーバンドギャップを示した図である。

図２ないし図４に示すように、本発明の活性層２３０は、多重量子井戸構造を有する。すなわち、活性層２３０は、第１ないし第４の障壁層２３１ａないし２３１ｄ及び第１ないし第３の井戸層２３３ａないし２３３ｃが交互に積層された構造を有する。

ここで、本実施形態では、活性層２３０が４個の障壁層と３個の井戸層と含む一例を説明しているが、本発明はこれに限定されることはない。

第１ないし第３の井戸層２３３ａないし２３３ｃは、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）の組成式を有する半導体材料で形成されてもよい。

前記第１ないし第４の障壁層２３１ａないし２３１ｄは、Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）の組成式を有する半導体材料で形成されてもよい。

第１の井戸層２３３ａ及び第１の障壁層２３１ａはｎ型半導体層と近接して配置され、前記第３の井戸層２３３ｃ及び第４の障壁層２３１ｄはｐ型半導体層と近接して配置される。

第１ないし第３の障壁層２３１ａないし２３１ｃにはｎ型不純物がドープされてもよく、ｐ型半導体層と近接した第４の障壁層２３１ｄは不純物を含まなくてもよい。

第１ないし第３の井戸層２３３ａないし２３３ｃは、少なくとも２つの異なる厚さを有してもよい。本発明の一実施形態では、第１及び第２の井戸層２３３ａ及び２３３ｂは同一の第１の厚さ（ｔ１）を有してもよく、第３の井戸層２３３ｃは、第１及び第２の井戸層２３３ａ及び２３３ｂより厚い第２の厚さ（ｔ２）を有してもよい。

第１及び第２の井戸層２３３ａ及び２３３ｂは、成長の安定性のために同一の厚さを有する。

第３の井戸層２３３ｃは、ｐ型半導体層と近接して配置される。したがって、活性層２３０は、ｐ型半導体層と近接した第３の井戸層２３３ｃの厚さを形成することができる。

ここで、ｐ型半導体層と近接した第３の井戸層２３３ｃの第２の厚さ（ｔ２）が第１及び第２の井戸層２３３ａ及び２３３ｂの第１の厚さ（ｔ１）より相対的に厚く設計された理由としては、ｐ型半導体層と近接した領域で再結合が活発に行われるためである。ここでは、第１の厚さ（ｔ１）よりも相対的に厚い第２の厚さ（ｔ２）を有する層が第３の井戸層２３３ｃのみである例を説明しているが、第１の厚さ（ｔ１）よりも相対的に厚い厚さを有する追加的な井戸層がｐ型半導体層と近接して配置されてもよい。追加的な井戸層は、第１の厚さ（ｔ１）よりも相対的に厚ければ、第２の厚さ（ｔ２）を有してもよく、第２の厚さ（ｔ２）とは異なる厚さを有してもよい。追加的な井戸層は、追加的な障壁層を介して第２の井戸層２３３ｂと第３の井戸層２３３ｃの井戸層との間に配置されてもよい。また、追加的な井戸層は、追加的な障壁層を介して第３の井戸層２３３ｃの井戸層とｐ型半導体層との間に配置されてもよい。

第３の井戸層２３３ｃは約４５０ｎｍの波長帯の光を出射し、第１及び第２の井戸層２３３ａ及び２３３ｂは４１０ｎｍの波長帯の光を出射する。

したがって、本発明に係る第３の発光ダイオードチップは、ｐ型半導体層と近接した第３の井戸層２３３ｃの厚さを第１及び第２の井戸層２３３ａ及び２３３ｂより相対的に厚く設計し、長波長帯の青色光を発光することによって半値幅を広く実現することができる。

すなわち、本発明は、少なくとも２つの互いに異なる青色波長帯を提供することによって、演色性に優れる発光素子を実現することができる。

以上では、いくつかの実施形態について説明したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではない。また、特定の実施形態で説明した構成要素は、本願発明の思想を逸脱しない限り、他の実施形態で同一に又は類似する形に適用することができる。

１２０：第３の発光ダイオードチップ、１３０ａ：第１の発光ダイオードチップ、１３０ｂ：第２の発光ダイオードチップ、２３０：活性層、２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、２３１ｄ：第１ないし第４の障壁層、２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃ：第１ないし第３の井戸層

Claims (13)

1. 赤色波長を有する第１の発光ダイオードチップ、
   前記第１の発光ダイオードチップと異なる赤色波長を有する第２の発光ダイオードチップ、及び
   前記第１及び第２の発光ダイオードチップの周辺に配置された複数の第３の発光ダイオードチップを含み、
   太陽光に類似する波長帯の光を出射することを特徴とする発光装置。
2. 前記複数の第３の発光ダイオードチップは、複数の井戸層と複数の障壁層とが交互に積層された量子井戸構造の活性層を有し、前記複数の井戸層は、少なくとも２つの異なる厚さを有する、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第３の発光ダイオードチップは、
   前記活性層の一面上に配置されたｎ型半導体層、及び
   前記活性層の他面上に配置されたｐ型半導体層を含み、
   前記複数の井戸層は、前記ｎ型半導体層と近接した少なくとも一つの第１の井戸層と、前記ｐ型半導体層と近接した少なくとも一つの第２の井戸層と、を含み、
   前記第２の井戸層の厚さは、前記第１の井戸層の厚さより厚い、請求項１に記載の発光装置。
4. 前記少なくとも一つの第２の井戸層は、互いに異なる厚さを有する、請求項３に記載の発光装置。
5. 前記少なくとも一つの第１の井戸層は均一な厚さを有する、請求項３に記載の発光装置。
6. 前記第１の井戸層は４１０ｎｍの波長を有する光を出射する、請求項３に記載の発光装置。
7. 前記第２の井戸層は４５０ｎｍの波長を有する光を出射する、請求項３に記載の発光装置。
8. 前記井戸層はＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）の組成式を有し、前記障壁層はＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）の組成式を有する、請求項１に記載の発光装置。
9. 前記第１の発光ダイオードチップは６００ｎｍないし６３０ｎｍの波長を有する光を出射する、請求項１に記載の発光装置。
10. 前記第２の発光ダイオードチップは６３０ｎｍないし６６０ｎｍの波長を有する光を出射する、請求項８に記載の発光装置。
11. 前記第１ないし第３の発光ダイオードチップが実装される基板をさらに含み、
    前記基板上には互いに対称の第１及び第２の導電性パターンを含む、請求項１に記載の発光装置。
12. 前記第１及び第２の発光ダイオードチップは、前記基板の中心部を基準にして両側に離隔するように配置され、前記第１の発光ダイオードチップは前記第１の導電性パターンと接続され、前記第２の発光ダイオードチップは前記第２の導電性パターンと接続された、請求項１１に記載の発光装置。
13. 前記複数の第３の発光ダイオードチップは、前記基板の縁部領域と隣接するように互いに離隔されて配置され、垂直、水平及び対角線方向に互いに対称に前記第１及び第２の導電性パターンに接続された、請求項１１に記載の発光装置。