JPH11510968A - 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 - Google Patents

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。

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Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮクラッド層と、該第１のクラッド層上のＡｌ_y Ｇａ_1-yＮの活性層と、該活性層上の第２導電型の第２のＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-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Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_{1-x- y} Ｎであり、第２のクラッド層はｐ型のＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-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Ａｌ_xＧａ_1-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−Ｒ_out＞１−Ｒ_back 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−Ｒ_out 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： φ_out（λ）＋φ_back（λ）＋４πｎｄ／λ＝２Ｎπ により決定され、ここでＮは整数（通常１）、φ_out（λ）、φ_back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： φ_m＝arctan（２ｎｋ_m／（ｎ²−ｎ_m ²−ｋ_m ²） により決まり、ここでｎ_m、ｋ_m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Ａｌ_x Ｇａ_1-xＮ（ｒ．ｉ．＝２．７）の５つのサブ層とＡｌ_yＧａ_1-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。

Claims (1)

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Ｉｎ_x Ａｌ_yＧａ_1-x-yＮクラッド層と、該第１のクラッド層上のＡｌ_yＧａ_1-yＮの活 性層と、該活性層上の第２導電型の第２のＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-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Ｉｎ_xＡｌ_y Ｇａ_1-x-yＮであり、第２のクラッド層がｐ型のＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-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。