JPH11510968A - Visible light emitting display including ultraviolet light emitting diode and ultraviolet excited visible light emitting phosphor and method of manufacturing the device - Google Patents

Visible light emitting display including ultraviolet light emitting diode and ultraviolet excited visible light emitting phosphor and method of manufacturing the device

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JPH11510968A JP10501390A JP50139098A JPH11510968A JP H11510968 A JPH11510968 A JP H11510968A JP 10501390 A JP10501390 A JP 10501390A JP 50139098 A JP50139098 A JP 50139098A JP H11510968 A JPH11510968 A JP H11510968A
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Abstract

(57)【要約】 紫外励起蛍光体をＧａＮを主成分とする紫外発光ダイオード（ＬＥＤ）で光ポンピングすることにより発光ディスプレイ及びランプを構成する。共振空胴をＬＥＤ構造内に組み込み、発光スペクトルを狭く高くする。異なる色の個別のＬＥＤ−蛍光体組合せデバイスのアレイでカラーディスプレイを構成する。このようなＬＥＤポンピング蛍光体デバイスは真空環境を必要とせず、且つ電子ビームで蛍光スクリーンをポンピングする陰極線管（ＣＲＴ）よりも遥に低い電圧で動作する。 (57) [Summary] A light emitting display and a lamp are formed by optically pumping an ultraviolet excited phosphor with an ultraviolet light emitting diode (LED) containing GaN as a main component. Resonant cavities are built into the LED structure to narrow and increase the emission spectrum. A color display is composed of an array of individual LED-phosphor combination devices of different colors. Such LED-pumped phosphor devices do not require a vacuum environment and operate at much lower voltages than cathode ray tubes (CRTs) that pump a phosphor screen with an electron beam.

Description

【発明の詳細な説明】 紫外発光ダイオード及び紫外励起可視光放射蛍光体を含む 可視発光ディスプレイ及び該デバイスの製造方法 発明の背景 本発明は、ディスプレイ及びランプのような発光デバイスに関するものであり 、特に蛍光体を含むこのようなデバイスに関するものである。 けい光表示スクリーンを用いる最も広く知られている表示デバイスはテレビジ ョンやコンピュータモニタに使用されているカラー陰極線管であろう。使用され ている蛍光体は陰極ルミネッセンス、即ち管のネック部内の電子銃からの陰極線 により励起しうるものである。陰極線の可視光への変換はかなり強いエネルギー を必要とし、代表的には２０〜３０ｋＶの動作電圧が使用されている。更に、こ の変換は管の密封ガラス容器により維持した心空中で行う必要がある。 用途を広げるために、慣例の陰極線管を平坦化する試みがなされている。しか し、これまでに最も成功したフラットディスプレイデバイスの実現例は液晶ディ スプレイ（ＬＣＤ）である。ＬＣＤは、低エネルギー消費であるとともに真空環 境を必要としないために、携帯コンピュータや、時計、電卓及び計器パネルのよ うな他の専用表示目的に広く使用されている。 しかし、ＬＣＤにも欠点がある。例えば、ＬＣＤコンピュータスクリーンの、 色、輝度及びコントラストのような表示特性は視野角に依存するが、蛍光スクリ ーンの表示特性はこのような角度依存性を有しない。 蛍光体を含むランプも既知である。例えば、慣例の蛍光ランプはランプのガラ ス容器の内表面上に紫外励起蛍光体の被膜を有する。点灯中、ランプ内のＨｇが 紫外線を放出し、この紫外線が蛍光体被膜から可視光を放射させる。しかし、Ｃ ＲＴと同様に、このようなランプも紫外放出に好適な環境（Ｈｇ蒸気）を維持す るためにガラス容器を必要とする。 ＬＥＤからの可視（青色）光をＬＥＤに結合した蛍光スクリーンにより増強す るようにした発光デバイス（特願平７−１７６７９４号の抄録）又はＬＥＤから の可視（青色）光をＬＥＤをカプセル封止する合成樹脂内に含浸させた蛍光染料 により増強する発光デバイス（特願平５−１５２６０９号の抄録）が既知である 。 特願昭６２−１８９７７０号の抄録に記載された表示デバイスは赤外発光ＬＥ Ｄと、赤外線を可視光に変換する蛍光層とを含む。このような長波長−短波長エ ネルギー変換は効率が非常に悪い。 発明の目的及び概要 従って、本発明の目的は、エネルギー効率のよい蛍光体に基づく発光デバイス を提供するにある。 本発明の他の目的は、動作のために真空環境を必要としないこのような発光デ バイスを提供することにある。 本発明の更に他の目的は、フラット又は薄い断面を有するこのような発光デバ イスを提供することにある。 本発明の更に他の目的は、上述の目的の少なくとも一つを満足するカラー表示 デバイスを提供することにある。 本発明の更に他の目的は、上述の目的の少なくとも一つを満足するランプを提 供することにある。 本発明の第１の特徴によれば、１つ以上の紫外励起可視光放射蛍光体からなる 蛍光スクリーンと、該蛍光スクリーンからの可視光放射を励起する紫外線源とを 具える可視発光デバイスにおいて、前記紫外線源がＧａＮを主成分とする少なく とも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザからなることを特徴とする。 本発明の一実施例では、ＬＥＤを単結晶基板上の多層エピタキシャル構造とし 、該構造は基板上の第１導電型の第１のＧａＮ接点層と、該接点層上の第１導電 型の第１のＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮクラッド層と、該第１のクラッド層上のＡｌy Ｇａ1-yＮの活性層と、該活性層上の第２導電型の第２のＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ クラッド層と、該第２のクラッド層上の第２導電型の第２のＧａＮ接点層と、該 第２の接点層の上面上の上部金属接点層とを具える。 本発明の好適実施例では、第１導電型はｎ型、第２導電型はｐ型であり、第１ の接点層はｎ＋型ＧａＮであり、第１のクラッド層はｎ型のＩｎxＡｌyＧａ1-x- y Ｎであり、第２のクラッド層はｐ型のＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮであり、第 ２の接点層はｐ＋型ＧａＮである。 活性領域はシングル量子井戸構造又はマルチ量子井戸構造とすることができる 。基板をサファイヤ、炭化シリコン又は酸化亜鉛のような、可視光に対し透過性 の材料からなるものとし、蛍光スクリーンを基板の上に、又は基板に隣接して設 ける。また、上部金属接点層を可視光に対し透過性にし、蛍光スクリーンをこの 上部接点層の上に、又はこの上部接点層に隣接して設けることもできる。 本発明の好適実施例では、ＬＥＤは、一方のクラッド層とその接点層との間に 位置する少なくとも１つの分布型ブラッグレフレクタ（ＤＢＲ）領域により構成 される共振空胴（ＲＣ）を含むものとする。第２のＤＢＲ領域を他方のクラッド 層とその接点層との間に位置させることができる。変形例では、上部金属接点層 として反射性金属層を用いる。２つの反射表面間の距離が共振空胴の幅を決定す る。代表的には、この幅を約λ／２ｎとし、活性領域を空胴の波腹に位置させる 。 本発明の他の特徴によれば、発光デバイスがディスプレイデバイスであって、 その蛍光スクリーンが蛍光素子のアレイを具え、該アレイが、該アレイを表示信 号に従って紫外光で走査するＬＥＤの行により光ポンピングされることを特徴と する。走査はＬＥＤの行を移動させることにより、又は回転プリズムのような光 学走査手段を用いて達成することができる。 本発明の他の実施例では、ディスプレイデバイスを個々にアドレスしうるＬＥ Ｄ−蛍光体デバイスのマトリクスアレイで構成する。 本発明の更に他の特徴は、アドレスしうるＬＥＤ−蛍光体デバイスのマトリク スアレイでランプを構成することにある。 図面の簡単な説明 図１は蛍光体をＬＥＤの上面に設けた本発明のＬＥＤ−蛍光体構造の一実施例 の断面図であり、 図２は蛍光体をＬＥＤの下の基板上に設けた本発明のＬＥＤ−蛍光体構造の他 の実施例の断面図であり、 図３はＬＥＤが共振空胴を含む点を除いて図１と同一のＬＥＤ−蛍光体構造の 更に他の実施例の断面図であり、 図４はＬＥＤが共振空胴を含む点を除いて図２と同一のＬＥＤ−蛍光体構造の 更に他の実施例の断面図であり、 図５はカラー蛍光素子のスクリーンを走査するＬＥＤの行で走査するカラーデ ィスプレイデバイスの一実施例の概略図であり、 図６は、ＬＥＤの行を固定し、スクリーンを光学的に走査する点を除いて図５ のものと同一のカラーディスプレイデバイスの他の実施例の概略図であり、 図７は個々にアドレスしうるＬＥＤ−蛍光体画素のマトリクスからなるカラー ディスプレイデバイスの更に他の実施例の概略図であり、 図８Ａ〜８Ｇは図７のデバイスの画素行の製造工程を示す断面図であり、 図９は図７のマトリクスディスプレイの一部分の回路図であり、 図１０は図４のＬＥＤ構造の底部及び上部ＤＢＲ層の構造を示す断面図であり 、 図１１は単一の紫外発光ＬＥＤとｘ，ｙ走査光学系を用いて蛍光スクリーンを 走査する本発明のカラー投映システムの更に他の実施例の概略図を示し、 図１２は３行のＬＥＤを用いる図５のカラーディスプレイデバイスの変形例の 概略図である。 好適実施例の説明 ＧａＮを主成分とする（ＩｎＡｌＧａＮ）発光ダイオード（ＬＥＤ）をどのよ うに蛍光体の光ポンピング用紫外線源として用いて可視域内のディスプレイ及び 照明に使用するかについて以下に詳細に説明する。 この紫外ＬＥＤ−蛍光体デバイスはＧａＮを主成分とする簡単なＬＥＤを必要 とし、このＬＥＤは代表的には３６３ｎｍを中心にピークを有するとともに可視 域内へと裾をひく広い発光スペクトルを有する。そのすそ部分は可視域蛍光体の 光ポンピングには有用ではない。これがため、マイクロ空胴（ここでは時々共振 空胴と称す）をＬＥＤ内の導入して発光帯域の幅を狭めてピーク発光を高めるこ とができる。 図１は簡単な構造の紫外ＬＥＤ／蛍光体デバイス１０の断面を示す。例えばサ ファイヤ、炭化シリコン又は酸化亜鉛の単結晶基板１２上に、ｎ＋型ＧａＮのエ ピタキシャルバッファ／接点層１４を設ける。このバッファ層上にＬＥＤ構造を 設け、このＬＥＤ構造は順に次のエピタキシャル層：ｎ型ＡｌＧａＮの下部クラ ッド層１６、ｉ型ＧａＮの活性領域１８、及びｐ型ＡｌＧａＮの上部クラッド層 ２０を含む。このＬＥＤ構造上に、ｐ＋型ＧａＮ接点層２２、例えばＡｕ／Ｎｉ 合金の半透明金属接点層２４を設け、接点層２４上の電圧電極２６及び紫外励起 蛍光体の蛍光層２８を設ける。ＬＥＤ構造の両側のバッファ／接点層１４上に例 えばＡｌのメタライゼーション層３０及び３４を設ける。層３０は接地電極３２ を経て接地を与え、層３４はアドレス電極として作用する。 紫外線に対するその透明性を向上させるために、接点層２２又はメタライゼー ション層２４の上面上に反射防止膜を設けるのが好ましい。このような反射防止 膜は、蛍光層内で発生した光がデバイス構造内へ後方散乱しないように、紫外域 （例えば４５０ｎｍ以下）において低い反射率及び低い吸収率を有するとともに 可視波長域（例えば４５０−６５０ｎｍ）において高い反射率及び低い吸収率を 有するものする必要がある。このような反射防止膜、例えば１／４波長積層（ブ ラッグ反射器）は公知であり、これについては説明の必要はないであろう。 動作状態において、紫外線が活性層１８から大きな矢印で示すようにほぼ一方 向に放射され、半透明接点層２４を通過して蛍光層２８に衝突し、蛍光体から可 視放射を励起する。蛍光放射は小さい矢印で示すようにランバート分布を有する 。 図２は簡単な紫外ＬＥＤ／蛍光体デバイスの第２の実施例を示し、本例では蛍 光層を例えば単結晶サファイヤ、炭化シリコン又は酸化亜鉛の紫外透明単結晶基 板の底面に設ける。紫外線に対するその透明性を向上させるために、基板を比較 的薄くし、例えば１００ミクロン程度にするとともに、研磨し、且つ図１のデバ イスの上面上に形成したタイプの反射防止膜をその底面に設ける。 基板４２上にｎ＋型ＧａＮのエピタキシャルバッファ／接点層４４を設ける。 このバッファ層上にＬＥＤ構造を設け、このＬＥＤ構造は順に次のエピタキシャ ル層：ｎ型ＡｌＧａＮの下部クラッド層４６、ＧａＮの活性領域４８、及びｐ型 ＡｌＧａＮの上部クラッド層５０を含む。このＬＥＤ構造上に、ｐ＋型ＧａＮ接 点層５２、金属接点層５４及び電圧電極５６を設ける。紫外励起蛍光体６４を透 明基板４２の底面に設ける。基板は必要な機械的強度と両立させながら比較的薄 く維持し、例えば１００ミクロン程度に維持して紫外線に対するその透明性を最 大にする。バッファ／接点層４４はメタライゼーション層５８を経て接地電極６ ０により接地され、層６２はアドレス電極として作用する。 上述のどちらの構造においても、活性層をシングル又はマルチ量子井戸構造に することができるが、既知のように、マルチ量子井戸構造の方がハイパワー用に 好適である。 共振空胴（ＲＣ）ＬＥＤ／蛍光体デバイスを図３に示す。このデバイス７０は 単結晶基板７２上に、ｎ＋型ＧａＮ接点層７４、後部分布型ブラッグレフレクタ （ＤＢＲ）層７６を具える。一例では、３８０ｎｍの共振波長に対し、このよう なＤＢＲは交互に高及び低屈折率の１５以上の層を有し、高屈折率層はＧａＮの 層（ｒ．ｉ．＝２．６５）であり、低屈折率層はＡｌxＧａ1-xＮ（ここでｘ＝０ ．２５）の層（ｒ．ｉ．＝２．４）であり、高屈折率層の厚さは約３５８５Ａで あり、低屈折率層の厚さは約３９６Ａである。 このＤＢＲ層上に、ｎ型ＡｌＧａＮの下部クラッド層７８、ＧａＮ、ＩｎＧａ Ｎ、又はＡｌＧａＮの活性層８０、ｐ型ＡｌＧａＮの上部クラッド層８２、第１ （後部）ＤＢＲ層７６と類似の構造を有するが、この後部ＤＢＲ層より層数を少 なくすることにより達成される次の関係： １−Ｒout＞１−Ｒback に従って層７６より大きな紫外線透過を有する第２の出力ＤＢＲ層８４を設ける 。代表的には、後部ＤＢＲ層の反射率は９０％上にするが、出力ＤＢＲ層の反射 率は６０〜７０％の範囲にする。更に、これらのＤＢＲ層は次の条件： ２αｄ＜＜１−Ｒout を満足させ（ここで、ｄは共振空胴の幅を決定するＤＢＲ層７６及び８４の内部 反射表面間の距離、ｎ及びαは空胴の屈折率及び吸収係数である）、共振のケン チングを阻止する。 出力ＤＢＲ層８４の上に、ｐ＋型ＧａＮの上部接点層８６、紫外半透明金属接 点層８８、及び蛍光層９０を形成する。電極９２、９４及び９６を設けてデバイ ス構造を完成させる。 距離ｄは次の方程式： φout（λ）＋φback（λ）＋４πｎｄ／λ＝２Ｎπ により決定され、ここでＮは整数（通常１）、φout（λ）、φbackは出力ミラ ー及び後部ミラーでの反射時の位相変化、λは共振波長、ｄ及びｎは共振空胴の 幅及び屈折率である。 これらのミラーがＤＢＲからなる場合には、ＤＢＲの第１の層（クラッド層と 接触する層）を高屈折率層にすると、位相変化が無視しうる程度に小さくなり、 またＤＢＲの第１の層を低屈折率層にすると、位相変化がπ／２になる。 金属ミラーの場合には、位相変化は次の方程式： φm＝arctan（２ｎｋm／（ｎ2−ｎm 2−ｋm 2） により決まり、ここでｎm、ｋmはミラーの屈折率の実数部及び虚数部であり、ｎ は空胴の屈折率である。 本発明のＬＥＤ構造内にこのような共振空胴を存在させると、一層強い方向性 放射（非ランバート放射）になり、共振波長において層表面に垂直方向の放射が 著しく強くなるとともに、垂直方向からの放射角のずれが大きくなるにつれて短 波長へのシフトが生ずる。 ＲＣＬＥＤの放射ビームの方向性は、小口径の収束光学系の使用を可能にする という他の利点を有する。 蛍光層を上部接点層上に堆積する図３に示す構成の変形例として、蛍光層を紫 外透明基板の底面に堆積し、後部及び出力ＤＢＲ層の位置を逆にすることもでき る。 他の共振空胴構造の例１００を図４に示す。この構造は、紫外透明基板１０２ 上に組み立てられ、最初にＡｌＧａＮのｎ＋接点層１０４を形成し、その上に出 力ＤＢＲ１０６、ｎ型ＩｎＧａＮの下部クラッド層１０８を形成し、次に活性層 １１０及びｐ型ＩｎＧａＮの上部クラッド層１１２を形成する。層１１２の上に 、上部ＤＢＲ層１１４及びｐ＋型ＡｌＧａＮの上部接点層１１６を形成する。上 部金属接点１１８及び電極１２４及び１２６を設けて構造を完成させる。 図４のデバイスの底部及び上部ＤＢＲ層１０６及び１１４の個々のサブ層を図 １０に示す。これらのＤＢＲ層は交互に高及び低屈折率のサブ層からなる。これ らのＤＢＲ層の反射率はサブ層の数及び高及び低屈折率サブ層間の屈折率の差に より決まる。ＤＢＲ層に好適な高屈折率材料はＳｉ3Ｎ4，ＭｇＯ，ＴｉＯ2，Ｍ ｇＦ2，ＨｆＯ2，Ｔａ2Ｏ5及びＺｎＳを含み、好適な低屈折率材料はＳｉＯ2， Ａｌ2Ｏ3，ＣａＦ2及びＨｆＦ4を含む。層１１４はＳｉＯ2（ｒ．ｉ． ＝１．５６）の１２のサブ層とＳｉ3Ｎ4（ｒ．ｉ．＝２．０９）の１１のサブ層 を交互に含み、各サブ層は１／４λの厚さを有する。出力ＤＢＲ層１０６はＡｌx Ｇａ1-xＮ（ｒ．ｉ．＝２．７）の５つのサブ層とＡｌyＧａ1-yＮ（ｒ．ｉ．＝ ２．３）の４つのサブ層を交互に含み、各サブ層は１／４λの光学的厚さｎｄを 有する。３８０ｎｍのλに対し、後部ＤＢＲの高及び低屈折率層の厚さはそれぞ れ４５５Ａ及び６０９Ａであり、出力ＤＢＲの高及び低屈折率層の厚さはそれぞ れ３５２Ａ及び４１３Ａである。 他の構成では、後部ＤＢＲ１１４を除去し、その代わりに上部金属接点層１１ ６の下部反射表面により共振空胴の後部反射面を定めることができる。このよう な金属ミラーの反射率は反射光の入射角に依存しないとともに、隣接層への良好 な電気的接触をもたらす。アルミニウムは特に良好な紫外反射材料である。 この構成の他の利点は、ｐ＋接点層１１８の再生長により共振空胴の長さｄを 変化させることにより構造を最大出力に同調させることができる点にある。 蛍光層をＬＥＤ構造上に直接堆積する代わりに、蛍光層を別の基板に堆積し、 ＬＥＤを近接配置し、ＬＥＤで蛍光層を光ポンピングさせることができる。この ようにＬＥＤと蛍光層との結合を分離すると、表示窓のような基板上の種々のカ ラー蛍光体のアレイを移動するＬＥＤ又はＬＥＤアレイにより走査し、ＬＥＤ出 力の強度を表示信号、例えばビデオ信号により制御することにより、マルチカラ ーデバイスを構成することができる。このような構成の主な利点は、所望の各色 の発光用に異なるＬＥＤ構造を製造する必要なしにマルチカラーディスプレイを 得ることができる点にある。この場合には、ＬＥＤアレイを同一デバイスのアレ イにすることができ、このアレイは単一基板上に同時に形成することができる。 カラーディスプレイ用のこのような構成の一例２００を図５に模式的に示し、 本例では蛍光表示スクリーン２１０が紫外線励起時にそれぞれ赤色、緑色及び青 色で発光する蛍光体の垂直方向ストライプのＲ，Ｇ，Ｂトリプレット２１２、２ １４、２１６の反復パターンからなる。紫外励起放射は紫外発光ＬＥＤ又はレー ザの水平行２１８から供給され、Ｒ，Ｇ，ＢによりこれらのＬＥＤが励起する特 定の蛍光体ストライプを識別してある。即ち、ＬＥＤ２２０がストライプ２１２ を、ＬＥＤ２２２がストライプ２１４を、ＬＥＤ２２４がストライプ２１６をそ れぞれ励起する。図５から明らかなように、ＬＥＤ行は表示スクリーン２１０上 の水平行２２６として示すように、各ストライプの一部分のみを励起する。この 行はディスプレイの１つの画素行を構成する。他の行を励起するには、ＬＥＤ行 を表示信号と同期してスクリーンに沿って矢印で示すように垂直方向に移動させ る。ＬＥＤによる表示スクリーンの走査時に表示入力信号２３０により個々のＬ ＥＤの紫外出力の強度を制御して、フルカラー表示を発生させる。 単一行のＬＥＤの代わりに、複数行（例えば３行）を用いてスクリーンを走査 することができる。図１２に３つのＬＥＤ行２１８ａ，２１８ｂ及び２１８ｃに 対し示すこのような構成においては、蛍光素子の行２２６に対するアドレス期間 中に、各ＬＥＤ行を同一の信号情報で、時間的に遅延して順にアドレスする。例 えば行２１８ｃを最初にアドレスし、次に行２１８ｂをアドレスし、最後に行２ １８ａをアドレスする。例えば画素Ｒが列Ｃ１の３つのＬＥＤにより照射され、 画素Ｇが列Ｃ２の３つのＬＥＤにより照射され、以下同様にして、各画素が各行 アドレス期間中に同一の表示情報で連続的に３回照射され、その結果として表示 画像の解像度を犠牲にすることなく表示の明るさが３倍に増大する。 本発明のカラーディスプレイデバイスの他の実施例３００を図６に示す。この デバイスは図５に示すデバイスに類似し、垂直蛍光体ストライプのトリプレット （３１２、３１４、３１６）からなる蛍光スクリーン３１０と、このスクリーン を表示入力信号３３０に従って紫外線で励起するＬＥＤ（３２０、３２２、３２ ４）の行３１８とを有する。しかし、図５のデバイスのようにスクリーンを垂直 方向に行走査する代わりに、ＬＥＤ行を固定し、励起紫外線を表示信号と同期し て軸Ａを中心に矢印の方向に回転する回転プリズム３２６により光学的に走査さ せる。 投映ディスプレイ用の走査システムの他の実施例を図１１に示す。この実施例 では、単一の紫外発光ＬＥＤ又はレーザ６１０を用い、ＬＥＤ６１０からの紫外 光をレンズ６１２によりビームに収束させ、軸Ａを中心に回転するプリズム６１ ４に供給してビームを蛍光スクリーン６１８上でｘ方向に走査させる。しかし、 スクリーン６１８に衝突する前に、ビームを軸Ａ’を中心に回転するミラー６１ ６から反射させてビームをスクリーン６１８上でｙ方向に走査させる。 本発明を用いてカラーディスプレイデバイスを達成する他の方法として、種々 のカラー蛍光体の層を紫外発光ＬＥＤのアレイの出力側、例えば上部半透明電極 表面に直接堆積する方法がある。 本発明のこのようなカラーディスプレイデバイス４００を図７に示す。この実 施例では、個々にアドレスしうるＲ，Ｇ，Ｂ画素（４０４、４０６、４０８等） の２次元マトリクス４０２を、入力信号源４１４から表示情報を受信する行及び 列ドライバ４１０及び４１２を用いて、慣例のライン順次式に駆動する。 各画素は、ＩｎＧａＮの活性領域を有する紫外発光ＬＥＤからなり、これらの ＬＥＤを紫外励起可視発光蛍光体の層で被覆する。 このようなマトリクスディスプレイ上に蛍光体パターンを製造する多くの可能 な技術の一つの種々の製造段を図８Ａ〜８Ｆに１つの画素行の断面図で示す。こ の方法は特に有利なプロセスであり、以下の記載から明らかになるように、セル フアライメントである。 図８Ａにおいて、基板５００が図１のＬＥＤの構造又は図３のＲＣＬＥＤの構 造に類似する同一の構造を有するＬＥＤ５０２，５０４，５０６の行を支持する 。これらのＬＥＤ上に、赤蛍光体／フォトレジストスラリー配合物の層５０８を 堆積する。この配合物内のフォトレジスト成分は紫外光線に露光されると不溶性 になる。層５０８をディスプレイの赤画素に対応するＬＥＤの駆動により紫外光 に選択的に露光させ、これらのＬＥＤを被う層を不溶性にする。次にこの層を現 像し、即ちこの層の非露光部分を溶剤で除去して”赤”ＬＥＤ上に赤蛍光層５１ ０を残存させる。次にこの処理を緑画素に対し繰り返し、アレイを緑スラリー配 合物５１２で被覆し、緑画素に対応するＬＥＤを選択的に駆動してフォトレジス トを選択的に不溶性にし、現像してまだ可溶性の部分を除去し、”緑”ＬＥＤ上 に緑蛍光層５１４を残存させる。最後に、この処理を”青”ＬＥＤに対し繰り返 し、青スラリー被覆５１６を用いて”青”ＬＥＤ上に青蛍光層５１８を残存させ る。 ＬＥＤの発光スペクトルは、それらの設計に依存して、紫外域から可視スペク トルの青域まで広げることができる。この場合には、ＬＥＤは紫外発光に加えて 若干の青色発光を有するため、青ＬＥＤは図８Ｇに示すように何も被覆しないま まにすることもできる。 上述のスラリー被覆技術の代わりに、ＬＥＤをいわゆるダスティング技術によ り被覆することができ、この技術では紫外感応フォトレジストをＬＥＤアレイ上 に被覆し、次にこの被覆の選択部分を露光して不溶性にする。この露光工程はフ ォトレジスト表面を粘着性にもする。この粘着性の段階において被覆に蛍光粒子 の乾燥粉末を散布し、これらの粒子を粘着表面に付着させる。次に、この被覆を 非露光部分を洗い流して現像する。 上述のプロセスにおいて紫外感応フォトレジストを使用すると、ＬＥＤ素子の 選択的駆動により選択的露光が可能になる。これはアドレス回路の製造を必要と するとともに蛍光体被覆の前にこのアドレス回路を行及び列ドライバに相互接続 する必要があること勿論である。代表的な駆動方法の概略図を図９に示す。図９ にはマトリクスアレイの４つの列Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４と４つの行Ｙ１，Ｙ２ ，Ｙ３，Ｙ４と、これらの行及び列に相互接続されたＬＥＤのアレイが示されて いる。信号ＩＦを行及び列に選択的に供給することにより、任意の１つのＬＥＤ 又は一行又は一列のＬＥＤ、又は他の組合せのＬＥＤを同時に駆動することがで きる。 本発明のデバイスに使用しうる代表的な紫外励起蛍光体は、 赤 ＹＯ2Ｓ2：Ｅｕ 緑 ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｇ 青 ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ である。 カラーマトリクスディスプレイの画像は直接観ることもでき、また投映光学系 を用いて壁又はスクリーンに投映することもできる。 上述のカラーマトリクスディスプレイでは、種々の画素を個々に且つ選択的に アドレスしてビデオ画像のようなカラー表示を発生させる。しかし、すべての画 素を同時に駆動すれば、このデバイスは個々のＲ，Ｇ，Ｂ素子のカラー座標及び 強度により決まる色温度を有する白色光を発生するランプになる。更に、個々の カラー素子の強度並びに組成及び混合を変えることにより色温度を調整すること ができる。このようなランプも本発明の範囲に含まれること勿論である。 或いは又、このようなランプはＬＥＤアレイの選択ＬＥＤの逐次駆動により異 なる色の光を高速シーケンスで発生することもできる。例えば、全ての赤ＬＥＤ を、次に全ての緑ＬＥＤを、次に青ＬＥＤを駆動することにより赤、緑及び青の 光を交互に発生する光源が得られ、この光源は液晶ディスプレイのようなライト バルブと組み合わせてバックライトとして使用してフレーム順次カラーディスプ レイシステムを構成するのに有用である。既知のように、このようなシステムは カラー表示信号の赤、緑及び青色成分のフレーム順次表示に基づくものであり、 フレーム周波数は観察者がこれらの成分をフルカラー表示画像に積分する周波数 とする。 本発明を限られた数の実施例について説明したが、当業者によれば他の実施例 及び変形例が明らかであり、請求の範囲に記載するように、本発明はこれらも本 発明の範囲内に含むものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION           Including ultraviolet light emitting diode and ultraviolet excited visible light emitting phosphor           Visible light emitting display and method for manufacturing the device                                Background of the Invention   The present invention relates to light emitting devices such as displays and lamps. And more particularly to such devices containing phosphors.   The most widely known display devices that use fluorescent display screens are televisions. It may be a color cathode ray tube used in applications and computer monitors. Used The phosphors used are cathodoluminescence, i.e. cathode rays from an electron gun in the neck of the tube. Can be excited by Conversion of cathode ray to visible light is quite strong energy And an operating voltage of 20 to 30 kV is typically used. In addition, Conversion must be performed in the heart, maintained by a sealed glass vessel.   Attempts have been made to flatten conventional cathode ray tubes in order to expand their use. Only The most successful example of a flat display device to date has been the LCD display. Spray (LCD). LCDs have low energy consumption and vacuum It does not require any environment, so it is necessary to use portable computers, clocks, calculators and instrument panels. Widely used for other dedicated display purposes.   However, LCDs also have disadvantages. For example, on an LCD computer screen, Display characteristics such as color, brightness and contrast depend on viewing angle, The display characteristics of the screen do not have such an angle dependence.   Lamps containing phosphors are also known. For example, a conventional fluorescent lamp is And a coating of an ultraviolet-excited phosphor on the inner surface of the container. During lighting, Hg in the lamp It emits ultraviolet light, which causes visible light to be emitted from the phosphor coating. But C Like RT, such lamps maintain an environment suitable for ultraviolet emission (Hg vapor). Requires a glass container to do so.   Visible (blue) light from the LED is enhanced by a phosphor screen coupled to the LED From a light emitting device (abstract of Japanese Patent Application No. 7-176794) or LED Fluorescent dye impregnated with visible (blue) light in a synthetic resin that encapsulates LEDs Light emitting device (abstract of Japanese Patent Application No. 5-152609) is known. .   The display device described in the abstract of Japanese Patent Application No. 62-189770 is an infrared-emitting LE D and a fluorescent layer that converts infrared light into visible light. Such a long wavelength-short wavelength energy Energy conversion is very inefficient.                            Object and Summary of the Invention   Accordingly, an object of the present invention is to provide a light emitting device based on an energy efficient phosphor. To provide.   Another object of the present invention is to provide such a light emitting device which does not require a vacuum environment for operation. To provide vice.   Yet another object of the present invention is to provide such a light emitting device having a flat or thin cross section. To provide chairs.   Still another object of the present invention is to provide a color display which satisfies at least one of the above-mentioned objects. To provide a device.   Yet another object of the present invention is to provide a lamp that satisfies at least one of the above objects. To provide.   According to a first aspect of the invention, it comprises one or more ultraviolet-excited visible light-emitting phosphors. A fluorescent screen, and an ultraviolet light source for exciting visible light radiation from the fluorescent screen. In the visible light emitting device, the ultraviolet light source is mainly composed of GaN. Both are made of one light emitting diode (LED) or laser.   In one embodiment of the present invention, the LED has a multilayer epitaxial structure on a single crystal substrate. The structure comprises a first GaN contact layer of a first conductivity type on the substrate, and a first conductive layer on the contact layer. The first In of the moldxAlyGa1-xyN cladding layer and Al on the first cladding layery Ga1-yN active layer and second In of the second conductivity type on the active layer.xAlyGa1-xyN A cladding layer; a second GaN contact layer of a second conductivity type on the second cladding layer; An upper metal contact layer on the upper surface of the second contact layer.   In a preferred embodiment of the present invention, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. Is n + type GaN, and the first cladding layer is n-type In.xAlyGa1-x- y N and the second cladding layer is p-type InxAlyGa1-xyN The contact layer No. 2 is p + type GaN.   The active region can be single or multi quantum well structure . Substrate is transparent to visible light, such as sapphire, silicon carbide or zinc oxide Fluorescent screen on or adjacent to the substrate. I can. Also, the upper metal contact layer is made transparent to visible light, and the fluorescent screen is It can also be provided on or adjacent to the upper contact layer.   In a preferred embodiment of the present invention, the LED is provided between one cladding layer and its contact layer. Consists of at least one distributed Bragg reflector (DBR) region located And the resonant cavity (RC) to be used. The second DBR region is connected to the other clad. Layer and its contact layer. In a variant, the upper metal contact layer Is used as a reflective metal layer. The distance between two reflecting surfaces determines the width of the resonant cavity You. Typically, the width is about λ / 2n, and the active region is located at the antinode of the cavity. .   According to another feature of the present invention, the light emitting device is a display device, The phosphor screen comprises an array of fluorescent elements, the array displaying the array. It is optically pumped by a row of LEDs that scan with ultraviolet light according to the number I do. Scanning can be done by moving rows of LEDs or by using a light source such as a rotating prism. This can be achieved using a scientific scanning means.   In another embodiment of the present invention, an LE capable of individually addressing display devices is provided. It is composed of a matrix array of D-phosphor devices.   Yet another feature of the present invention is a matrix of addressable LED-phosphor devices. It is to constitute a lamp with a sley array.                             BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   FIG. 1 shows an embodiment of an LED-phosphor structure of the present invention in which a phosphor is provided on the upper surface of an LED. FIG.   FIG. 2 shows another example of the LED-phosphor structure of the present invention in which the phosphor is provided on the substrate below the LED. FIG.   FIG. 3 shows the same LED-phosphor structure as FIG. 1 except that the LED includes a resonant cavity. FIG. 11 is a cross-sectional view of still another embodiment,   FIG. 4 shows the same LED-phosphor structure as FIG. 2 except that the LED includes a resonant cavity. FIG. 11 is a cross-sectional view of still another embodiment,   FIG. 5 shows a color image scanned by rows of LEDs scanning a screen of a color fluorescent element. FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a display device,   FIG. 6 shows an embodiment of FIG. 5 except that the rows of LEDs are fixed and the screen is optically scanned. FIG. 2 is a schematic diagram of another embodiment of a color display device identical to that of FIG.   FIG. 7 shows a color consisting of a matrix of individually addressable LED-phosphor pixels. FIG. 9 is a schematic diagram of still another embodiment of a display device;   8A to 8G are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a pixel row of the device of FIG.   FIG. 9 is a circuit diagram of a part of the matrix display of FIG.   FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of the bottom and upper DBR layers of the LED structure of FIG. ,   FIG. 11 shows a fluorescent screen using a single ultraviolet light emitting LED and x, y scanning optics. FIG. 6 shows a schematic diagram of yet another embodiment of a color projection system of the present invention for scanning.   FIG. 12 shows a variation of the color display device of FIG. 5 using three rows of LEDs. It is a schematic diagram.                             Description of the preferred embodiment   What is a GaN-based (InAlGaN) light-emitting diode (LED)? A display in the visible region using as an ultraviolet source for optical pumping of phosphors; Whether it is used for lighting will be described in detail below.   This UV LED-phosphor device requires a simple LED based on GaN The LED typically has a peak around 363 nm and is visible. It has a broad emission spectrum that falls into the region. The base of the visible phosphor Not useful for optical pumping. Because of this, micro-cavities (here sometimes resonant (Referred to as a cavity) in the LED to reduce the width of the emission band and increase peak emission. Can be.   FIG. 1 shows a cross section of an ultraviolet LED / phosphor device 10 having a simple structure. For example, An n + type GaN layer is formed on a single crystal substrate 12 of fire, silicon carbide or zinc oxide. A epitaxial buffer / contact layer 14 is provided. LED structure on this buffer layer In this LED structure, the lower layer of the next epitaxial layer: n-type AlGaN is sequentially formed. Layer 16, active region 18 of i-type GaN, and upper cladding layer of p-type AlGaN 20. On this LED structure, ap + type GaN contact layer 22, for example, Au / Ni An alloy translucent metal contact layer 24 is provided and a voltage electrode 26 on the contact layer 24 and ultraviolet excitation A phosphor layer 28 of a phosphor is provided. Example on buffer / contact layer 14 on both sides of LED structure For example, Al metallization layers 30 and 34 are provided. Layer 30 is ground electrode 32 , And the layer 34 acts as an address electrode.   To improve its transparency to ultraviolet light, contact layer 22 or metallization It is preferable to provide an antireflection film on the upper surface of the protective layer 24. Such anti-reflection The film is in the ultraviolet range to prevent light generated in the phosphor layer from backscattering into the device structure. (E.g., 450 nm or less) with low reflectivity and low absorptance High reflectance and low absorption in the visible wavelength range (e.g., 450-650 nm) What you need to have. Such an antireflection film, for example, 波長 wavelength lamination Rag reflectors) are known and need not be described here.   In the operating state, the ultraviolet light is substantially emitted from the active layer 18 as indicated by a large arrow. Emitted from the phosphor, collides with the fluorescent layer 28 through the translucent contact layer 24, and is Excites visual radiation. Fluorescence emission has Lambert distribution as indicated by small arrow .   FIG. 2 shows a second embodiment of a simple UV LED / phosphor device, in this case a fluorescent device. The optical layer is made of, for example, single crystal sapphire, silicon carbide or an ultraviolet transparent single crystal group of zinc oxide. Provided on the bottom of the board. Compare substrates to improve their transparency to UV light Target thinner, for example, about 100 microns, polished, and An antireflection film of the type formed on the top surface of the chair is provided on the bottom surface.   An n + type GaN epitaxial buffer / contact layer 44 is provided on a substrate 42. An LED structure is provided on the buffer layer. Layer: lower cladding layer 46 of n-type AlGaN, active region 48 of GaN, and p-type An upper cladding layer 50 of AlGaN is included. On this LED structure, a p + type GaN contact A point layer 52, a metal contact layer 54 and a voltage electrode 56 are provided. Transparent through the ultraviolet excitation phosphor 64 It is provided on the bottom surface of the bright substrate 42. Substrate is relatively thin while being compatible with required mechanical strength To a maximum of, for example, about 100 microns to maximize its transparency to ultraviolet light. Make it big. The buffer / contact layer 44 is connected to the ground electrode 6 via the metallization layer 58. Grounded by 0, layer 62 acts as an address electrode.   In either of the above structures, the active layer has a single or multi quantum well structure. As is known, multi-quantum well structures are better for higher power It is suitable.   A resonant cavity (RC) LED / phosphor device is shown in FIG. This device 70 An n + -type GaN contact layer 74 and a rear distributed Bragg reflector on a single crystal substrate 72 (DBR) layer 76 is provided. In one example, for a resonance wavelength of 380 nm, DBRs have 15 or more layers of alternating high and low refractive index, the high refractive index layer of GaN Layer (ri = 2.65), and the low refractive index layer is AlxGa1-xN (where x = 0 . 25) (ri = 2.4), and the high refractive index layer has a thickness of about 3585A. And the thickness of the low refractive index layer is about 396A.   On this DBR layer, a lower cladding layer 78 of n-type AlGaN, GaN, InGa N or AlGaN active layer 80, p-type AlGaN upper cladding layer 82, first (Rear) It has a structure similar to that of the DBR layer 76, but has a smaller number of layers than this rear DBR layer. The following relationships achieved by elimination:     1-Rout> 1-Rback To provide a second output DBR layer 84 having a greater ultraviolet transmission than layer 76 . Typically, the reflectivity of the rear DBR layer is 90% higher, while the reflectivity of the output DBR layer is The rate is in the range of 60-70%. In addition, these DBR layers have the following conditions:     2αd << 1-Rout (Where d is the interior of the DBR layers 76 and 84 that determine the width of the resonant cavity). The distance between the reflecting surfaces, n and α are the refractive index and absorption coefficient of the cavity), the resonance Prevent ching.   On the output DBR layer 84, an upper contact layer 86 of p + -type GaN, A dot layer 88 and a fluorescent layer 90 are formed. The electrodes 92, 94 and 96 are provided to Complete the structure.   The distance d is the following equation:     φout(Λ) + φback(Λ) + 4πnd / λ = 2Nπ Where N is an integer (usually 1), φout(Λ), φbackIs the output mirror -And the phase change during reflection at the rear mirror, λ is the resonance wavelength, d and n are the resonance cavities. Width and refractive index.   If these mirrors consist of a DBR, the first layer of the DBR (cladding layer and If the layer in contact is a high refractive index layer, the phase change will be negligibly small, When the first layer of the DBR is a low refractive index layer, the phase change becomes π / 2.   For a metal mirror, the phase change is the following equation:     φm= Arctan (2nkm/ (NTwo-Nm Two-Km Two) Where nm, KmAre the real and imaginary parts of the refractive index of the mirror, and n Is the refractive index of the cavity.   The presence of such resonant cavities in the LED structure of the present invention results in stronger directional properties. Radiation (non-Lambertian radiation), and radiation perpendicular to the layer surface at the resonance wavelength It becomes extremely strong and becomes shorter as the deviation of the radiation angle from the vertical direction increases. A shift to wavelength occurs.   Directivity of RCLED radiation beam allows use of small aperture focusing optics It has other advantages.   As a modification of the configuration shown in FIG. 3 in which the fluorescent layer is deposited on the upper contact layer, the fluorescent layer is It can be deposited on the bottom of the outer transparent substrate and the position of the rear and output DBR layers can be reversed You.   An example 100 of another resonant cavity structure is shown in FIG. This structure corresponds to the ultraviolet transparent substrate 102 Assembled on top, first form n + contact layer 104 of AlGaN, A power DBR 106 and an n-type InGaN lower cladding layer 108 are formed. An upper cladding layer 112 of 110 and p-type InGaN is formed. On layer 112 , An upper DBR layer 114 and an upper contact layer 116 of p + type AlGaN. Up A metal contact 118 and electrodes 124 and 126 are provided to complete the structure.   4 illustrates individual sub-layers of the bottom and top DBR layers 106 and 114 of the device of FIG. It is shown in FIG. These DBR layers consist of alternating high and low refractive index sub-layers. this The reflectivity of these DBR layers depends on the number of sublayers and the difference in refractive index between the high and low refractive index sublayers. Is determined by The preferred high refractive index material for the DBR layer is SiThreeNFour, MgO, TiOTwo, M gFTwo, HfOTwo, TaTwoOFive, And ZnS, the preferred low index material is SiO.Two, AlTwoOThree, CaFTwoAnd HfFFourincluding. Layer 114 is made of SiOTwo(Ri. = 1.56) 12 sub-layers and SiThreeNFour(Ri = 2.09) eleven sub-layers And each sub-layer has a thickness of ４λ. The output DBR layer 106 is made of Alx Ga1-xN (ri = 2.7) with 5 sub-layers and AlyGa1-yN (ri = 2.3) four sub-layers, each sub-layer having an optical thickness nd of 1 / 4λ Have. For λ of 380 nm, the thickness of the high and low refractive index layers of the rear DBR are respectively 455A and 609A, and the thicknesses of the high and low refractive index layers of the output DBR are respectively 352A and 413A.   In another configuration, the rear DBR 114 is removed and the top metal contact layer 11 The lower reflecting surface of 6 can define the rear reflecting surface of the resonant cavity. like this The reflectivity of a simple metal mirror does not depend on the angle of incidence of reflected light, Electrical contact. Aluminum is a particularly good UV reflective material.   Another advantage of this configuration is that the read length of the p + contact layer 118 reduces the length d of the resonant cavity. By varying it, the structure can be tuned to maximum output.   Instead of depositing the phosphor layer directly on the LED structure, deposit the phosphor layer on another substrate, The LEDs can be placed in close proximity and the LEDs can optically pump the phosphor layer. this As described above, when the bonding between the LED and the fluorescent layer is separated, various kinds of caps on the substrate such as a display window are separated. LED array is scanned by a moving LED or LED array By controlling the strength of the force with a display signal, for example a video signal, -Device can be configured. The main advantage of such a configuration is that each desired color Multi-color display without having to manufacture different LED structures for different light emission The point is that you can get. In this case, the LED array is And the array can be formed simultaneously on a single substrate.   An example 200 of such a configuration for a color display is schematically shown in FIG. In this example, the fluorescent display screen 210 emits red, green, and blue light when excited by ultraviolet light, respectively. R, G, B triplets 212, 2 of vertical stripes of phosphor emitting light of a color It consists of 14,216 repeating patterns. The UV excitation radiation is UV-emitting LED or laser Are supplied from the horizontal row 218 of the LED, and these LEDs are excited by R, G, B. Constant phosphor stripes are identified. That is, the LED 220 is LED 222 has a stripe 214, and LED 224 has a stripe 216. Each is excited. As can be seen from FIG. , Only a portion of each stripe is excited. this The rows make up one pixel row of the display. To excite other rows, the LED row Is moved vertically along the screen as indicated by the arrow in synchronization with the display signal. You. When the display screen is scanned by the LED, each L The intensity of the ultraviolet output of the ED is controlled to generate a full color display.   Scanning the screen using multiple rows (eg 3 rows) instead of a single row of LEDs can do. FIG. 12 shows three LED rows 218a, 218b and 218c. In such a configuration shown, the address period for the row 226 of fluorescent elements is shown. In the meantime, each LED row is sequentially addressed with the same signal information with a time delay. An example For example, address row 218c first, then address row 218b, and finally address row 2 Address 18a. For example, pixel R is illuminated by three LEDs in column C1, Pixel G is illuminated by three LEDs in column C2, and so on, with each pixel in each row. Three consecutive irradiations with the same display information during the address period, resulting in display The display brightness is tripled without sacrificing image resolution.   Another embodiment 300 of the color display device of the present invention is shown in FIG. this The device is similar to the device shown in FIG. 5, with triplets of vertical phosphor stripes (312, 314, 316) fluorescent screen 310 and this screen LED (320, 322, 32) that excites with ultraviolet light according to the display input signal 330 4) row 318. However, as in the device of FIG. Instead of row scanning in the direction, fix the LED row and synchronize the excitation UV with the display signal. Optical scanning by a rotating prism 326 that rotates in the direction of the arrow around the axis A. Let   Another embodiment of a scanning system for a projection display is shown in FIG. This example Uses a single UV-emitting LED or laser 610 and emits UV light from the LED 610. A prism 61 that converges light into a beam by a lens 612 and rotates about an axis A 4 to scan the beam on the phosphor screen 618 in the x direction. But, Mirror 61 which rotates the beam about axis A 'before impinging on screen 618 The beam reflected from 6 is scanned on the screen 618 in the y direction.   Other methods of achieving a color display device using the present invention include: The layer of color phosphor is the output side of the array of ultraviolet light emitting LEDs, for example, the upper translucent electrode There is a method of directly depositing on the surface.   Such a color display device 400 of the present invention is shown in FIG. This fruit In the embodiment, individually addressable R, G, B pixels (404, 406, 408, etc.) The two-dimensional matrix 402 of FIG. The column drivers 410 and 412 are used to drive in a conventional line sequential manner.   Each pixel is composed of an ultraviolet light emitting LED having an active region of InGaN. The LED is coated with a layer of ultraviolet excited visible light emitting phosphor.   Many possibilities for producing phosphor patterns on such matrix displays One of the various techniques is shown in FIGS. 8A-8F in cross section of one pixel row. This Is a particularly advantageous process, and as will become apparent from the following description, the cell It is alignment.   In FIG. 8A, the substrate 500 has the structure of the LED of FIG. 1 or the structure of the RCLED of FIG. Supports rows of LEDs 502, 504, 506 having the same structure similar to the structure . Over these LEDs, a layer 508 of red phosphor / photoresist slurry formulation was added. accumulate. The photoresist components in this formulation are insoluble when exposed to ultraviolet light become. Layer 508 is driven by an LED corresponding to the red pixel of the display to drive ultraviolet light. To make the layers overlying these LEDs insoluble. Next, this layer is Image, i.e. the unexposed portions of this layer are removed with a solvent and the red phosphor layer 51 is placed on the "red" LED. 0 remains. This process is then repeated for the green pixels, distributing the array in green slurry. Compound 512 and selectively drive the LED corresponding to the green pixel to the photoresist Selectively insoluble and developed to remove any still soluble parts, on a "green" LED The green fluorescent layer 514 is left. Finally, repeat this process for the "blue" LED Using a blue slurry coating 516 to leave a blue phosphor layer 518 on the "blue" LED. You.   The emission spectrum of LEDs depends on their design, from the ultraviolet to the visible spectrum. It can be extended to the blue region of torr. In this case, the LED will Because of the slight blue emission, the blue LED remains uncovered as shown in FIG. 8G. You can leave it alone.   Instead of the slurry coating technology described above, LEDs are based on so-called dusting technology. In this technique, UV-sensitive photoresist is applied on the LED array. And then expose selected portions of the coating to render it insoluble. This exposure step It also makes the photoresist surface sticky. Fluorescent particles are applied to the coating during this sticky stage. Of the dry powder to adhere these particles to the sticky surface. Next, this coating Wash off the unexposed areas and develop.   The use of UV-sensitive photoresist in the process described above allows for the The selective driving enables selective exposure. This requires the manufacture of address circuits And interconnect this addressing circuit to row and column drivers before phosphor coating Of course, you need to do that. FIG. 9 shows a schematic diagram of a typical driving method. FIG. Has four columns X1, X2, X3, X4 and four rows Y1, Y2 of the matrix array. , Y3, Y4 and an array of LEDs interconnected in these rows and columns are shown. I have. By selectively supplying the signal IF to rows and columns, any one LED Or one row or column of LEDs, or any other combination of LEDs, can be driven simultaneously. Wear.   Representative ultraviolet-excited phosphors that can be used in the device of the present invention include:     Red YOTwoSTwo: Eu     Green ZnS: Cu, Ag     Blue BaMgAlTenO17: Eu It is.   Images on the color matrix display can be viewed directly, and the projection optical system Can also be used to project on a wall or screen.   In the color matrix display described above, the various pixels are individually and selectively Address to generate a color display such as a video image. But every picture If the elements are driven simultaneously, the device will be able to use the color coordinates of the individual R, G, B elements and The lamp produces white light having a color temperature determined by the intensity. Furthermore, individual Adjusting the color temperature by changing the intensity, composition and mixing of the color elements Can be. Such a lamp is of course included in the scope of the present invention.   Alternatively, such a lamp may be altered by the sequential driving of selected LEDs of the LED array. Light of a different color can be generated in a high-speed sequence. For example, all red LEDs , Then all green LEDs and then the blue LEDs to drive the red, green and blue A light source that generates light alternately is obtained, and this light source is a light source such as a liquid crystal display. Used as a backlight in combination with a bulb to provide a frame sequential color display Useful for constructing ray systems. As is known, such a system Based on frame sequential display of red, green and blue components of the color display signal, The frame frequency is the frequency at which the observer integrates these components into a full-color display image And   Although the invention has been described with respect to a limited number of embodiments, those skilled in the art will recognize other embodiments. The present invention, as described in the claims, also clarifies variations and modifications. Included within the scope of the invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １．１つ以上の紫外励起可視光放射蛍光体からなる蛍光スクリーンと、該蛍光ス クリーンからの可視光放射を励起する紫外線源とを具える可視発光デバイスにお いて、前記紫外線源がＧａＮを主成分とする少なくとも１つの発光ダイオード（ ＬＥＤ）からなることを特徴とする可視発光デバイス。 ２．前記ＬＥＤは単結晶基板上の多層エピタキシャル構造であり、該構造は基板 上の第１導電型の第１のＧａＮ接点層と、該接点層上の第１導電型の第１のＩｎx ＡｌyＧａ1-x-yＮクラッド層と、該第１のクラッド層上のＡｌyＧａ1-yＮの活 性層と、該活性層上の第２導電型の第２のＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮクラッド層と 、該第２のクラッド層上の第２導電型の第２のＧａＮ接点層と、該第２の接点層 の上面上の上部金属接点層とを具えることを特徴とする請求項１記載の発光デバ イス。 ３．第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型であることを特徴とする請求項 ２記載の発光デバイス。 ４．第１の接点層がｎ＋型ＧａＮであり、第１のクラッド層がｎ型のＩｎxＡｌy Ｇａ1-x-yＮであり、第２のクラッド層がｐ型のＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮであり、 第２の接点層がｐ＋型ＧａＮであることを特徴とする請求項３記載の発光デバイ ス。 ５．活性領域がシングル量子井戸構造を具えることを特徴とする請求項２記載の 発光デバイス。 ６．活性領域がマルチ量子井戸構造を具えることを特徴とする請求項２記載の発 光デバイス。 ７．基板が可視光に対し透過性であることを特徴とする請求項２記載の発光デバ イス。 ８．基板がサファイヤ、炭化シリコン又は酸化亜鉛からなる群から選ばれた材料 からなることを特徴とする請求項７記載の発光デバイス。 ９．蛍光スクリーンを基板の上に、又は基板に隣接して設けたことを特徴とする 請求項７記載の発光デバイス。 10．上部金属接点層が可視光に対し透過性であることを特徴とする請求項２記載 の発光デバイス。 11．蛍光スクリーンを上部接点層の上に、又は上部接点層に隣接して設けたこと を特徴とする請求項１０記載の発光デバイス。 12．前記ＬＥＤが共振空胴（ＲＣ）を含むことを特徴とする請求項２記載の発光 デバイス。 13．共振空胴が一方のクラッド層とその接点層との間に位置する少なくとも１つ の分布型ブラッグレフレクタ（ＤＢＲ）領域により定められることを特徴とする 請求項１２記載の発光デバイス。 14．第２のＤＢＲ領域が他方のクラッド層とその接点層との間に位置することを 特徴とする請求項１３記載の発光デバイス。 15．前記ＤＢＲ領域がｎ型クラッド層とｎ＋型接点層との間に位置し、上部金属 接点層の底面が紫外反射性であることを特徴とする請求項１３記載の発光デバイ ス。 16．蛍光スクリーンが蛍光素子のアレイを具えることを特徴とする請求項１記載 の発光デバイス。 17．前記アレイは赤、緑及び青発光蛍光体の平行ストライプのトリプレットの反 復パターンを具えることを特徴とする請求項１６記載の発光デバイス。 18．前記紫外線源が、スクリーンに隣接してスクリーンに向け配置され且つ蛍光 ストライプを横切る方向に延在する１行のＬＥＤを具えることを特徴とする請求 項１７記載の発光デバイス。 19．蛍光ストライプをＬＥＤからの紫外出力で繰り返し走査する手段を具えるこ とを特徴とする請求項１８記載の発光デバイス。 20．前記走査手段は前記ＬＥＤの行をスクリーンの背後でストライプに沿って繰 り返し移動させる手段を具えることを特徴とする請求項１９記載の発光デバイス 。 21．前記走査手段は前記ＬＥＤの行とスクリーンとの間に位置する光学走査手段 を具えることを特徴とする請求項１９記載の発光デバイス。 22．個々にアドレスしうる画素の２次元アレイを具え、各画素は紫外発光ＬＥＤ を具え、少なくともいくつかの画素は紫外励起可視光放射蛍光体を具えることを 特徴とするディスプレイデバイス。 23．画素がＲ，Ｇ，Ｂトリプレットの反復パターンに配置されていることを特徴 とする請求項２２記載のディスプレイデバイス。 24．Ｒ画素に対応するＬＥＤが赤蛍光体の層で被覆され、Ｇ画素に対応するＬＥ Ｄが緑蛍光体の層で被覆されていることを特徴とする請求項２３記載のディスプ レイデバイス。 25．Ｂ画素に対応するＬＥＤが青蛍光体の層で被覆されていることを特徴とする 請求項２４記載のディスプレイデバイス。 26．アドレスしうるＬＥＤ−蛍光体デバイスのマトリクスアレイからなることを 特徴とするランプ。 27．個々にアドレスしうる紫外発光ＬＥＤのアレイと，各々１つのＬＥＤと関連 する蛍光素子のアレイとを具え、各蛍光素子が関連するＬＥＤにより励起された とき少なくとも第１及び第２の色の１つの色で発光する発光デバイスの製造方法 において、 (a) ＬＥＤアレイ上に蛍光体／フォトレジストスラリー配合物の層を堆積す るステップと、 (b) 第１の蛍光色と関連する第１組のＬＥＤをアドレスして前記層を紫外光 に選択的に露光し、前記層を選択的に不溶性にするステップと、 (c) 前記層を溶剤に接触させて前記層のまだ可溶性の部分を除去するステッ プと、 (d) 前記ステップ(a)、(b) 及び(c) を第２の蛍光色に対し繰り返すステッ プとを具え、 これらのステップにより第１及び第２の色の蛍光素子のパターンをＬＥＤに よる前記層の露光パターンに従ってＬＥＤ上に残存させることを特徴とする発光 デバイスの製造方法。 28．個々にアドレスしうる紫外発光ＬＥＤのアレイと，各々１つのＬＥＤと関連 する蛍光素子のアレイとを具え、各蛍光素子が関連するＬＥＤにより励起された とき少なくとも第１及び第２の色の１つの色で発光する発光デバイスの製造 方法において、 (a) ＬＥＤアレイ上にフォトレジスト組成物の層を堆積するステップと、 (b) 第１の蛍光色と関連する第１組のＬＥＤをアドレスして前記層を紫外光 に選択的に露光し、前記層を選択的に不溶性にするステップと、 (c) 第１の色の蛍光体粒子を前記層に付着させるステップと、 (d) 前記層を溶剤に接触させて前記層のまだ可溶性の部分を除去するステッ プと、 (e) 前記ステップ(a)、(b) 及び(c) を第２の蛍光色に対し繰り返すステッ プとを具え、 これらのステップにより第１及び第２の色の蛍光素子のパターンをＬＥＤに よる前記層の露光パターンに従ってＬＥＤ上に残存させることを特徴とする発光 デバイスの製造方法。[Claims] 1. a fluorescent screen comprising at least one ultraviolet-excited visible light emitting phosphor, Visible light emitting devices with an ultraviolet light source that excites visible light radiation from the clean And wherein the ultraviolet source is at least one light emitting diode (GaN) as a main component. A visible light-emitting device, comprising: 2. The LED is a multilayer epitaxial structure on a single crystal substrate, wherein the structure is A first GaN contact layer of a first conductivity type above the first GaN contact layer of the first conductivity type on the contact layerx AlyGa1-xyN cladding layer and Al on the first cladding layeryGa1-yActivity of N Layer and a second In of the second conductivity type on the active layer.xAlyGa1-xyWith N cladding layer , A second GaN contact layer of a second conductivity type on the second cladding layer, and the second contact layer And a top metal contact layer on the top surface of the light emitting device. chair. 3. The first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type. 3. The light emitting device according to 2. 4. The first contact layer is n + -type GaN, and the first cladding layer is n-type In.xAly Ga1-xyN and the second cladding layer is p-type InxAlyGa1-xyN 4. The light emitting device according to claim 3, wherein the second contact layer is p + type GaN. Su. 5. 3. The method according to claim 2, wherein the active region has a single quantum well structure. Light emitting device. 6. 3. The device according to claim 2, wherein the active region has a multi quantum well structure. Optical device. 7. 3. The light emitting device according to claim 2, wherein the substrate is transparent to visible light. chair. 8. The substrate is a material selected from the group consisting of sapphire, silicon carbide or zinc oxide The light emitting device according to claim 7, comprising: 9. The fluorescent screen is provided on the substrate or adjacent to the substrate. The light emitting device according to claim 7. Ten. 3. The method according to claim 2, wherein the upper metal contact layer is transparent to visible light. Light emitting device. 11． The fluorescent screen is provided on or adjacent to the upper contact layer The light emitting device according to claim 10, wherein: 12． The light emission of claim 2, wherein the LED comprises a resonant cavity (RC). device. 13. At least one resonant cavity located between one cladding layer and its contact layer Characterized by a distributed Bragg reflector (DBR) region of The light emitting device according to claim 12. 14. That the second DBR region is located between the other cladding layer and its contact layer. The light emitting device according to claim 13, wherein 15． The DBR region is located between the n-type cladding layer and the n + -type contact layer, 14. The light emitting device according to claim 13, wherein the bottom surface of the contact layer is ultraviolet reflective. Su. 16． The phosphor screen comprises an array of phosphor elements. Light emitting device. 17． The array is a parallel stripe triplet of red, green and blue emitting phosphors. 17. The light emitting device according to claim 16, comprising a reverse pattern. 18． The ultraviolet light source is positioned adjacent to the screen and directed to the screen, and Claims: A row of LEDs extending across a stripe Item 18. The light emitting device according to Item 17. 19. Provide means for repeatedly scanning the fluorescent stripe with the ultraviolet output from the LED. 19. The light emitting device according to claim 18, wherein: 20. The scanning means repeats the row of LEDs behind the screen along a stripe. 20. The light emitting device according to claim 19, further comprising means for moving the light emitting device back and forth. . twenty one. The scanning means is an optical scanning means located between the row of LEDs and the screen 20. The light emitting device according to claim 19, comprising: twenty two. Includes a two-dimensional array of individually addressable pixels, each pixel being an ultraviolet light emitting LED That at least some of the pixels comprise an ultraviolet-excited visible light emitting phosphor. Display device to be characterized. twenty three. The pixels are arranged in a repeating pattern of R, G, B triplets 23. The display device according to claim 22, wherein: twenty four. The LED corresponding to the R pixel is covered with a red phosphor layer, and the LE corresponding to the G pixel 24. The display according to claim 23, wherein D is coated with a layer of green phosphor. Ray device. twenty five. The LED corresponding to the B pixel is covered with a blue phosphor layer. The display device according to claim 24. 26. Comprising a matrix array of addressable LED-phosphor devices. Features lamp. 27. Array of individually addressable ultraviolet light emitting LEDs, each associated with one LED An array of fluorescent elements, each fluorescent element being excited by an associated LED. METHOD OF MANUFACTURING LIGHT-EMITTING DEVICE EMITTING LIGHT AT LEAST ONE OF THE FIRST AND SECOND COLOR At     (a) depositing a layer of phosphor / photoresist slurry formulation on the LED array Steps     (b) addressing a first set of LEDs associated with a first fluorescent color and directing said layer to ultraviolet light; Selectively exposing the layer to selectively insoluble;     (c) contacting the layer with a solvent to remove the still soluble portions of the layer. And     (d) repeating steps (a), (b) and (c) for the second fluorescent color And     By these steps, the pattern of the fluorescent element of the first and second colors is converted to the LED. Characterized in that the light emission is caused to remain on the LED according to the exposure pattern of the layer. Device manufacturing method. 28. Array of individually addressable ultraviolet light emitting LEDs, each associated with one LED An array of fluorescent elements, each fluorescent element being excited by an associated LED. Manufacture of a light emitting device that emits light in at least one of the first and second colors In the method,     (a) depositing a layer of a photoresist composition on the LED array;     (b) addressing a first set of LEDs associated with a first fluorescent color and directing said layer to ultraviolet light; Selectively exposing the layer to selectively insoluble;     (c) attaching phosphor particles of a first color to the layer;     (d) contacting the layer with a solvent to remove any still soluble portions of the layer. And     (e) repeating steps (a), (b) and (c) for the second fluorescent color; And     By these steps, the pattern of the fluorescent element of the first and second colors is converted to the LED. Characterized in that the light emission is caused to remain on the LED according to the exposure pattern of the layer. Device manufacturing method.
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