JP4911082B2 - Display device and lighting device - Google Patents
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Description
この発明は、表示装置および照明装置に関し、特に、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた発光素子およびこの発光素子から発せられる光により励起される蛍光体を用いた表示装置および照明装置に適用して好適なものである。 The present invention relates to a display device and an illumination device, and more particularly to a light-emitting element using a nitride III-V compound semiconductor and a display device and an illumination device using a phosphor excited by light emitted from the light-emitting element. It is suitable for application.
GaN系半導体は直接遷移半導体であり、その禁制帯幅は1.9eVから6.2eVに亘っており、可視領域から紫外線領域におよぶ発光が可能な発光素子の実現が可能であることから、近年注目を集めており、その開発が活発に進められている。 Since GaN-based semiconductors are direct transition semiconductors, and their forbidden band ranges from 1.9 eV to 6.2 eV, it is possible to realize a light-emitting element capable of emitting light from the visible region to the ultraviolet region. It has attracted attention and its development is actively underway.
このようなGaN系発光素子を用いた装置として、全色画像表示装置が提案されている(特開平8−63119号公報)。この全色画像表示装置においては、基板上に配置されたGaN系発光ダイオードアレイによってそれぞれ赤、緑および青の3原色を発する蛍光体を励起するか、あるいは、GaN系発光ダイオードアレイによってそれぞれ赤および緑の蛍光体を励起し、青にはGaN系発光ダイオードの発光を用いる。 As an apparatus using such a GaN-based light emitting element, an all-color image display apparatus has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 8-63119). In this all-color image display device, phosphors emitting three primary colors of red, green and blue are excited by a GaN-based light emitting diode array arranged on a substrate, respectively, or red and green are respectively emitted by a GaN-based light emitting diode array. A green phosphor is excited, and light emission of a GaN-based light emitting diode is used for blue.
一方、次世代の表示装置としては、高輝度かつ高解像度であることが望まれている。このうち輝度は、発光ダイオードの出力と蛍光体の量子効率とで決まるため、蛍光体としてはより量子効率の高いものが望まれる。また、解像度は画素の大きさで決まってしまうため、蛍光材料を塗布することにより蛍光面を形成する場合には、画素の大きさに合わせて蛍光体結晶粒子の大きさも小さくしなければならない。 On the other hand, as a next-generation display device, high brightness and high resolution are desired. Of these, since the luminance is determined by the output of the light emitting diode and the quantum efficiency of the phosphor, a phosphor having a higher quantum efficiency is desired. In addition, since the resolution is determined by the size of the pixel, when the fluorescent screen is formed by applying a fluorescent material, the size of the phosphor crystal particles must be reduced in accordance with the size of the pixel.
ところが、一般に蛍光体結晶表面近傍は表面準位による非発光再結合が支配的になり、ほとんど発光に寄与しない。このため、蛍光体の結晶粒子を小さくしていくと量子効率は減少する。特に粒径1μm程度以下では、この減少が著しいと言われている。 However, in general, near the phosphor crystal surface, non-radiative recombination due to surface states is dominant, and hardly contributes to light emission. For this reason, the quantum efficiency decreases as the crystal grains of the phosphor are made smaller. In particular, it is said that this decrease is remarkable when the particle diameter is about 1 μm or less.
また、エピタキシャル成長、真空蒸着、スパッタリングなどで蛍光材料を成膜することにより蛍光面を形成することも可能であるが、これらの方法では、屈折率が大きい蛍光体面内で導波的に光が伝搬し、光が外に放射されにくくなってしまうという不都合がある。 It is also possible to form a phosphor screen by forming a phosphor material by epitaxial growth, vacuum deposition, sputtering, etc., but with these methods, light propagates in a guided manner within the phosphor surface having a large refractive index. However, there is an inconvenience that light is not easily emitted outside.
以上のような理由により、これまでは、GaN系発光素子を用いた、高輝度かつ高解像度の表示装置の実現は困難であった。 For the above reasons, it has been difficult to realize a high-luminance and high-resolution display device using a GaN-based light emitting element.
したがって、この発明の目的は、高輝度、高解像度、低消費電力、薄型の表示装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a display device with high brightness, high resolution, low power consumption, and a low profile.
この発明の他の目的は、高輝度、低消費電力、薄型、全固体型の照明装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a high-luminance, low power consumption, thin, all-solid-state lighting device.
結晶サイズを励起子ボーア半径程度まで小さくすると(以降このような結晶を「ナノクリスタル」と呼ぶ)、量子サイズ効果による励起子の閉じ込めやバンドギャップの増大が観測される(J.Chem.Phys.,Vol.80,No.9,p.1984)。このようなサイズの半導体には、フォトルミネッセンスにおける量子効率が大きくなるものもあることが報告されている(Phys.Rev.Lett.,Vol.72,No.3,p.416,1994 、MRSbulletin Vol.23,No.2,p.18,1998 および米国特許第5455489号)。この効果を、発光波長が量子サイズ効果で変化しないため比較しやすいMnドープZnS(ZnS:Mn)を例にとって説明する。表1に、メタクリル酸で表面処理したZnS:Mnナノクリスタルと、1μm以上の粒径のバルクZnS:Mn粒子とを同じ紫外線ランプによって励起したときの発光の輝度を比較して示す。表1より、ZnS:Mnナノクリスタルでは、バルクZnS:Mn粒子の5倍近く高い輝度が得られていることがわかる。 When the crystal size is reduced to about the exciton Bohr radius (hereinafter such crystals are called “nanocrystals”), exciton confinement and band gap increase due to quantum size effects are observed (J. Chem. Phys. , Vol. 80, No. 9, p. 1984). Some semiconductors of this size have been reported to have high quantum efficiency in photoluminescence (Phys. Rev. Lett., Vol. 72, No. 3, p. 416, 1994, MRSbulletin Vol. .23, No. 2, p. 18, 1998 and US Pat. No. 5,455,489). This effect will be described by taking Mn-doped ZnS (ZnS: Mn) that is easy to compare because the emission wavelength does not change due to the quantum size effect. Table 1 shows a comparison of luminance of light emission when ZnS: Mn nanocrystals surface-treated with methacrylic acid and bulk ZnS: Mn particles having a particle diameter of 1 μm or more are excited by the same ultraviolet lamp. It can be seen from Table 1 that the ZnS: Mn nanocrystals have a luminance nearly five times higher than that of the bulk ZnS: Mn particles.
表1
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ナノクリスタル バルク
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
輝度 69cd/m2 14.2cd/m2
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
このような高い量子効果と量子サイズ効果とが物理的にどのように関係しているかは未だ明確に説明されていないが、電子−正孔対形成による振動子強度の増大、エネルギー準位の量子化による発光に寄与しない状態密度の減少、結晶格子の歪みによる発光中心付近の結晶場の変化の影響、結晶表面処理などが関係していると考えられる。これらのうちどの要素が発光効率に有効に寄与しているかは明らかではないが、以下に説明する励起子ボーア半径以下の大きさの結晶で、発光効率の増大が報告されている。ここで、励起子ボーア半径とは励起子の存在確率の広がりを示すもので、4πε0 h2 /me2 (ただし、ε0 は材料の低周波誘電率、hはプランク定数、mは電子および正孔の有効質量から得られる換算質量、eは電子の電荷)で表される。例えば、ZnSの励起子ボーア半径は2nm程度である。
Table 1
-----------------------
Nanocrystal bulk
-----------------------
Luminance 69 cd / m 2 14.2 cd / m 2
-----------------------
The physical relationship between the high quantum effect and the quantum size effect has not yet been clearly explained, but the increase in the oscillator strength due to the formation of electron-hole pairs and the energy level quantum This is thought to be related to a decrease in the density of states that does not contribute to light emission due to crystallization, the effect of changes in the crystal field near the light emission center due to crystal lattice distortion, crystal surface treatment, and the like. It is not clear which of these elements contributes effectively to the luminous efficiency, but an increase in luminous efficiency has been reported for crystals having a size less than the exciton Bohr radius described below. Here, the exciton Bohr radius indicates the spread of the existence probability of excitons, and 4πε 0 h 2 / me 2 (where ε 0 is the low-frequency dielectric constant of the material, h is the Planck constant, m is the electron and The converted mass obtained from the effective mass of holes, e is the charge of electrons). For example, the exciton Bohr radius of ZnS is about 2 nm.
最も典型的な量子サイズ効果の例としては、バンドギャップの増大が挙げられる。図1はL.E.Brusらの理論を基に計算したZnSのバンドギャップの結晶サイズ依存性を示す。本来のZnSのバンドギャップは約3.5eVであるから、直径約8nmより小さい範囲で量子サイズ効果が大きくなると予測することができる。この直径の値は励起子ボーア半径の2倍の半径を有する結晶に相当する。したがって、励起子ボーア半径の2倍以下の大きさの結晶からなる蛍光体を用いることで、量子サイズ効果の発光への寄与を利用することができる。 An example of the most typical quantum size effect is an increase in the band gap. FIG. 1 shows the crystal size dependence of the band gap of ZnS calculated based on the theory of L.E.Brus et al. Since the original band gap of ZnS is about 3.5 eV, it can be predicted that the quantum size effect will increase in a range smaller than about 8 nm in diameter. This diameter value corresponds to a crystal having a radius twice the exciton Bohr radius. Therefore, the contribution of the quantum size effect to light emission can be utilized by using a phosphor made of a crystal having a size of twice or less the exciton Bohr radius.
一方、表面処理をしていない結晶では、表面に存在するイオンのダングリングボンドに励起された電子が捕獲され、非発光再結合するため、発光強度が著しく減少する。例えば、表2に示すように、アクリル酸によって表面処理されたZnS:Mnナノクリスタルでは、結晶表面のダングリングボンドが有効にターミネイトされ、表面処理されていない試料に比べて著しく発光強度が増大している。また、図2に示すように、ZnSでキャッピングしたCdSeナノクリスタルでは、同じように結晶表面のダングリングボンドがターミネイトされているだけでなく、量子井戸構造をとることで電子−正孔対がナノクリスタル内に強く閉じ込められ、再結合する。この材料では、キャッピングのないCdSeナノクリスタルに比べ一桁以上高い発光効率が得られ、50%程度の量子効率が得られる。 On the other hand, in a crystal not subjected to surface treatment, electrons excited by dangling bonds of ions existing on the surface are captured and recombined without light emission, so that the emission intensity is remarkably reduced. For example, as shown in Table 2, in the case of ZnS: Mn nanocrystals surface-treated with acrylic acid, dangling bonds on the crystal surface are effectively terminated, and the emission intensity is remarkably increased as compared with a sample that is not surface-treated. ing. In addition, as shown in FIG. 2, in the CdSe nanocrystal capped with ZnS, not only dangling bonds on the crystal surface are terminated, but also the electron-hole pair is formed by taking a quantum well structure. It is strongly confined in the crystal and recombines. With this material, a luminous efficiency that is one digit higher than that of CdSe nanocrystals without capping is obtained, and a quantum efficiency of about 50% is obtained.
表2
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
表面処理 アクリル酸 無
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
輝度 69cd/m2 9.4cd/m2
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
蛍光体としてZnSe量子ドットを用いた場合について説明する。本来室温ではZnSeは2.58eVのバンドギャップを有するが、結晶サイズを粒径8.5±1.5nm程度まで小さくすると、量子サイズ効果によりバンドギャップは2.8eV程度に大きくなり、波長435nm付近にバンド端発光が観測される(図3)。ZnSeの励起子ボーア半径は4nm程度なので、この蛍光体の結晶粒径はこれとほぼ同程度と考えられる。この蛍光体は、紫外線照射により化学反応を誘起することで、結晶表面のダングリングボンドをターミネイトすることができ、さらに結晶表面に生成される反応物質がポテンシャル障壁となるので、理想的な量子井戸構造を形成することができる。このため、紫外線処理により図4に示すように発光強度を著しく増大させることができる。
Table 2
------------------------
Surface treatment Acrylic acid
------------------------
Luminance 69 cd / m 2 9.4 cd / m 2
------------------------
A case where ZnSe quantum dots are used as the phosphor will be described. Originally, ZnSe has a band gap of 2.58 eV at room temperature, but when the crystal size is reduced to a grain size of about 8.5 ± 1.5 nm, the band gap increases to about 2.8 eV due to the quantum size effect, and the wavelength is around 435 nm. Band edge emission is observed at (Fig. 3). Since the exciton Bohr radius of ZnSe is about 4 nm, the crystal grain size of this phosphor is considered to be approximately the same. This phosphor induces a chemical reaction by irradiating ultraviolet rays, so that dangling bonds on the crystal surface can be terminated, and the reactants generated on the crystal surface serve as potential barriers, making it an ideal quantum well. A structure can be formed. For this reason, the light emission intensity can be remarkably increased by ultraviolet treatment as shown in FIG.
この蛍光体の励起スペクトル(発光強度の励起波長依存性)を図3に示す。図3より、波長270nmおよび波長370nmのところにピークが観測される。これらのうち長波長側の370nmのピークはGaNのバンドギャップに相当していることから、GaNあるいはGaNにInを添加したGaInNを活性層の材料とする紫外線発光ダイオードでこの蛍光体を励起することにより高い発光効率が得られる。また、発光ピークの半値幅も、従来の青色蛍光体に用いられている粒径が数μmのZnS:Agの60nmに比べ、ZnSe量子ドットでは20nm程度と非常に狭いので、色品質の良いディスプレイを実現することが可能である。 FIG. 3 shows an excitation spectrum (excitation wavelength dependence of emission intensity) of this phosphor. From FIG. 3, peaks are observed at wavelengths of 270 nm and 370 nm. Of these, the peak at 370 nm on the long wavelength side corresponds to the band gap of GaN, so that this phosphor is excited by an ultraviolet light emitting diode using GaN or GaInN in which GaN is doped with In as an active layer material. High luminous efficiency can be obtained. Also, the half-value width of the emission peak is very narrow, about 20 nm for ZnSe quantum dots, compared to the ZnS: Ag of 60 nm with a particle size of several μm used in conventional blue phosphors. Can be realized.
一方、緑色および赤色の蛍光体については、ZnSeの一部のZnをCdで置換したZn1-x Cdx Se(ただし、0<x≦1)量子ドットを用いることで、バンドギャップを小さくすることができる。そして、このZn1-x Cdx Se量子ドットにおいて、ZnおよびCdの組成比あるいは結晶サイズを変えることにより、所望の波長の発光を得ることができる。これらの直接バンド間遷移の発光を用いることで、フルカラーディスプレイを実現することができる。 On the other hand, for green and red phosphors, the band gap is reduced by using Zn 1-x Cd x Se (where 0 <x ≦ 1) quantum dots in which part of ZnSe is substituted with Cd. be able to. In this Zn 1-x Cd x Se quantum dot, light emission with a desired wavelength can be obtained by changing the composition ratio or crystal size of Zn and Cd. A full color display can be realized by using light emission of these direct interband transitions.
さらに、上述のようなナノクリスタルからなる赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体を混在させた白色蛍光体を用い、この白色蛍光体をGaN系発光ダイオードの光で励起することにより、白色の照明装置を得ることができる。 Furthermore, by using a white phosphor in which a red phosphor, a green phosphor and a blue phosphor composed of nanocrystals as described above are mixed, the white phosphor is excited by the light of a GaN-based light emitting diode, thereby producing a white phosphor. A lighting device can be obtained.
以上のように、量子サイズ効果を示すような微結晶、すなわちナノクリスタルからなる蛍光体には、非常に大きな量子効率を示すものがあるので、このような蛍光体を紫外線発光素子で励起することにより、効率の良い表示装置や照明装置を実現することができる。
この発明は、本発明者による以上のような検討に基づいて案出されたものである。
As described above, there are phosphors made of microcrystals that exhibit quantum size effects, that is, nanocrystals, that exhibit very large quantum efficiency. Therefore, such phosphors can be excited with an ultraviolet light emitting element. Thus, an efficient display device and lighting device can be realized.
The present invention has been devised based on the above studies by the present inventors.
すなわち、上記目的を達成するために、この発明の第1の発明は、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた発光素子と、発光素子から発せられる光により励起される蛍光体とを有する表示装置において、蛍光体が励起子ボーア半径の2倍以下の粒径を有する結晶からなることを特徴とするものである。 That is, in order to achieve the above object, the first invention of the present invention has a light emitting element using a nitride III-V group compound semiconductor and a phosphor excited by light emitted from the light emitting element. In the display device, the phosphor is made of a crystal having a particle size not larger than twice the exciton Bohr radius.
この発明の第2の発明は、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた発光素子と、発光素子から発せられる光により励起される蛍光体とを有する照明装置であって、蛍光体が励起子ボーア半径の2倍以下の粒径を有する結晶からなることを特徴とする照明装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a lighting device having a light emitting element using a nitride III-V compound semiconductor and a phosphor excited by light emitted from the light emitting element, wherein the phosphor is excited. It is an illuminating device characterized by comprising a crystal having a particle size not larger than twice the child Bohr radius.
この発明において、好適には、蛍光体を構成する結晶の表面のダングリングボンドがターミネイトされる。また、典型的には、蛍光体を構成する結晶は量子井戸構造を有する。
この発明において、発光素子は、典型的には、一次元または二次元のアレイ状に配置される。また、これらの発光素子は、典型的には、サファイア基板、SiC基板、ZnO基板などの基板上に窒化物系III−V族化合物半導体を成長させることにより形成される。
In the present invention, preferably, dangling bonds on the surface of the crystal constituting the phosphor are terminated. Moreover, typically, the crystal constituting the phosphor has a quantum well structure.
In the present invention, the light emitting elements are typically arranged in a one-dimensional or two-dimensional array. Moreover, these light emitting elements are typically formed by growing a nitride III-V group compound semiconductor on a substrate such as a sapphire substrate, a SiC substrate, or a ZnO substrate.
この発明の第1の発明において、典型的な一つの例では、蛍光体は、赤色発光部、緑色発光部および青色発光部にそれぞれ設けられた赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体からなり、これらの赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体のそれぞれに対応して発光素子が設けられ、発光素子から発せられる光によりこれらの赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体が励起されてそれぞれ赤色、緑色および青色を発光するように構成される。また、典型的なもう一つの例では、蛍光体は、赤色発光部および緑色発光部にそれぞれ設けられた赤色蛍光体および緑色蛍光体からなり、これらの赤色蛍光体および緑色蛍光体のそれぞれに対応して発光素子が設けられているとともに、青色発光部に発光素子が設けられ、発光素子から発せられる光によりこれらの赤色蛍光体および緑色蛍光体が励起されてそれぞれ赤色および緑色を発光するとともに、青色発光部に設けられた発光素子から直接青色を発光するように構成される。 In the first aspect of the present invention, in a typical example, the phosphor includes a red phosphor, a green phosphor and a blue phosphor provided in the red light emitting portion, the green light emitting portion and the blue light emitting portion, respectively. A light emitting element is provided corresponding to each of the red phosphor, the green phosphor, and the blue phosphor, and the red phosphor, the green phosphor, and the blue phosphor are excited by light emitted from the light emitting element. Each is configured to emit red, green, and blue light. In another typical example, the phosphor is composed of a red phosphor and a green phosphor provided in the red light emitting portion and the green light emitting portion, respectively, and corresponds to each of the red phosphor and the green phosphor. The light emitting element is provided, the light emitting element is provided in the blue light emitting portion, and the red phosphor and the green phosphor are excited by the light emitted from the light emitting element to emit red and green, respectively, The light emitting element provided in the blue light emitting unit is configured to emit blue light directly.
この発明の第2の発明において、典型的には、蛍光体は赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体が混在した白色蛍光体からなり、発光素子から発せられる光により白色蛍光体を構成する赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体が励起されてそれぞれ赤色、緑色および青色を発光することにより白色を発光するように構成される。 In the second aspect of the present invention, typically, the phosphor is a white phosphor in which a red phosphor, a green phosphor and a blue phosphor are mixed, and the white phosphor is constituted by light emitted from the light emitting element. The red phosphor, the green phosphor, and the blue phosphor are excited to emit red, green, and blue, respectively, thereby emitting white light.
この発明において、赤色蛍光体および緑色蛍光体を構成する結晶は例えばZn1-x Cdx Se(ただし、0<x≦1)からなり、青色蛍光体を構成する結晶は例えばZnSeからなる。 In the present invention, the crystals constituting the red phosphor and the green phosphor are made of, for example, Zn 1-x Cd x Se (where 0 <x ≦ 1), and the crystals constituting the blue phosphor are made of, for example, ZnSe.
この発明において、窒化物系III−V族化合物半導体は、Ga、Al、InおよびBからなる群より選ばれた少なくとも一種類のIII族元素と、少なくともNを含み、場合によってさらにAsまたはPを含むV族元素とからなる。この窒化物系III−V族化合物半導体の具体例を挙げると、GaN、AlGaN、AlN、GaInN、AlGaInN、InNなどである。 In this invention, the nitride-based III-V group compound semiconductor contains at least one group III element selected from the group consisting of Ga, Al, In and B, and at least N, and optionally further contains As or P. It consists of the V group element to contain. Specific examples of the nitride III-V group compound semiconductor include GaN, AlGaN, AlN, GaInN, AlGaInN, InN, and the like.
上述のように構成されたこの発明の第1の発明によれば、蛍光体が励起子ボーア半径の2倍以下の粒径を有する結晶からなるので、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた発光素子から発せられる光によりこの蛍光体を励起することにより、蛍光体の量子効率を高くすることができるとともに、蛍光体を構成する結晶のサイズが極めて小さいことにより解像度を高くすることができる。 According to the first invention of the present invention configured as described above, since the phosphor is made of a crystal having a particle size equal to or less than twice the exciton Bohr radius, the nitride III-V compound semiconductor is used. The quantum efficiency of the phosphor can be increased by exciting the phosphor with the light emitted from the light emitting element, and the resolution can be increased due to the extremely small size of the crystal constituting the phosphor. .
上述のように構成されたこの発明の第2の発明によれば、蛍光体が励起子ボーア半径の2倍以下の粒径を有する結晶からなるので、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた発光素子から発せられる光によりこの蛍光体を励起することにより、蛍光体の量子効率を高くすることができるとともに、蛍光体を構成する結晶のサイズが極めて小さいことにより、より均一な照明を得ることができる。 According to the second invention of the present invention configured as described above, since the phosphor is made of a crystal having a particle size equal to or less than twice the exciton Bohr radius, a nitride III-V compound semiconductor is used. Exciting this phosphor with light emitted from the light emitting element can increase the quantum efficiency of the phosphor and obtain a more uniform illumination due to the extremely small size of the crystals constituting the phosphor. be able to.
この発明の第1の発明によれば、蛍光体が励起子ボーア半径の2倍以下の粒径を有する結晶からなることにより、高輝度、高解像度、低消費電力、薄型の表示装置を実現することができる。
この発明の第2の発明によれば、蛍光体が励起子ボーア半径の2倍以下の粒径を有する結晶からなることにより、高輝度、低消費電力、薄型の照明装置を実現することができる。
According to the first aspect of the present invention, the phosphor is made of a crystal having a particle size equal to or less than twice the exciton Bohr radius, thereby realizing a high-luminance, high-resolution, low power consumption, thin display device. be able to.
According to the second aspect of the present invention, since the phosphor is made of a crystal having a particle size equal to or less than twice the exciton Bohr radius, a high-luminance, low power consumption, and thin lighting device can be realized. .
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
図5にこの発明の第1の実施形態によるカラー表示装置を示す。図5に示すように、この第1の実施形態によるカラー表示装置においては、表示面積に対応した大きさを有するサファイア基板1上に、GaN系発光ダイオード2が二次元アレイ状に配置されている。このGaN系発光ダイオード2の発光波長は例えば380nm程度である。サファイア基板1としては例えばc面方位のものが用いられる。これらのGaN系発光ダイオード2同士は隔壁3で互いに分離されている。これらのGaN系発光ダイオード2をはさんでサファイア基板1と対向して、サファイア基板1と同じ大きさの紫外線遮断フィルター4がサファイア基板1と平行に設けられている。この紫外線遮断フィルター4のGaN系発光ダイオード2側の主面には、各GaN系発光ダイオード2に対応して蛍光体が設けられている。具体的には、互いに隣接する三つのGaN系発光ダイオード2を一組とし、これらのGaN系発光ダイオード2のそれぞれに対して赤色蛍光体5、緑色蛍光体6および青色蛍光体7が設けられている。そして、これらの赤色蛍光体5、緑色蛍光体6および青色蛍光体7のそれぞれに対応するGaN系発光ダイオード2から発せられる光が照射されて励起されることにより、それぞれ赤色、緑色および青色を発光するようになっている。この場合、これらの一組の赤色蛍光体5、緑色蛍光体6および青色蛍光体7とこれに対応する一組のGaN系発光ダイオード2とにより1画素が形成される。
FIG. 5 shows a color display device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, in the color display device according to the first embodiment, GaN
GaN系発光ダイオード2の構造の一例を図6に示す。図6に示すように、このGaN系発光ダイオード2は、サファイア基板1上にGaNバッファ層21、n型GaNコンタクト層22、n型AlGaNクラッド層23、Ga1-x Inx N/Ga1-y Iny N多重量子井戸構造の活性層24、p型AlGaNクラッド層25およびp型GaNコンタクト層26を順次積層した構造を有する。n型AlGaNクラッド層23、活性層24、p型AlGaNクラッド層25およびp型GaNコンタクト層26は所定のメサ形状を有する。そして、p型GaNコンタクト層26上に例えばTi/Au膜からなるp側電極27がオーミックコンタクトしているとともに、n型GaNコンタクト層22上に例えばTi/Al膜からなるn側電極28がオーミックコンタクトしている。
An example of the structure of the GaN-based
このGaN系発光ダイオード2の形成は次のようにして行われる。すなわち、サファイア基板1上に有機金属化学気相成長(MOCVD)法により例えば560℃程度の温度でGaNバッファ層21を成長させた後、引き続いてMOCVD法により、このGaNバッファ層21上にn型GaNコンタクト層22、n型AlGaNクラッド層23、活性層24、p型AlGaNクラッド層25およびp型GaNコンタクト層26を順次成長させる。ここで、Inを含まない層であるn型GaNコンタクト層22、n型AlGaNクラッド層23、p型AlGaNクラッド層25およびp型GaNコンタクト層26の成長温度は1000℃程度とし、Inを含む層であるGa1-x Inx N/Ga1-y Iny N多重量子井戸構造の活性層24の成長温度は700〜800℃とする。この後、これらの層にドープされたn型不純物およびp型不純物の電気的活性化、特にp型AlGaNクラッド層25およびp型GaNコンタクト層26にドープされたp型不純物の電気的活性化のための熱処理を行う。この熱処理は、例えば窒素ガス雰囲気中において800℃の温度で行う。次に、p型GaNコンタクト層26上に所定のストライプ形状のレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして例えば反応性イオンエッチング(RIE)法によりn型GaNコンタクト層22に達するまでエッチングする。この後、このレジストパターンを除去する。次に、p型GaNコンタクト層26上にp側電極27を形成するとともに、n型GaNコンタクト層22上にn側電極28を形成する。次に、基板表面に所定のストライプ形状のレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、GaNバッファ層21、n型GaNコンタクト層22、n型AlGaNクラッド層23、Ga1-x Inx N/Ga1-y Iny N多重量子井戸構造の活性層24、p型AlGaNクラッド層25およびp型GaNコンタクト層26をエッチングする。以上により、GaN系発光ダイオード2が互いに分離された状態で二次元アレイ状に形成される。
The formation of the GaN-based
この第1の実施形態において、赤色蛍光体5としては、例えば粒径6〜10nmの例えばx=0.90のZn1-x Cdx SeからなるナノクリスタルあるいはZn1-x Cdx Se量子ドットからなるものが用いられる。また、緑色蛍光体6としては、例えば粒径6〜10nmの例えばx=0.38のZn1-x Cdx SeからなるナノクリスタルあるいはZn1-x Cdx Se量子ドットからなるものが用いられる。また、青色蛍光体6としては、粒径6〜10nm程度のZnSeからなるナノクリスタルあるいはZnSe量子ドットからなるものが用いられる。
In this first embodiment, the
上述のように構成されたこの第1の実施形態によるカラー表示装置においては、入力信号に応じた電流を各GaN系発光ダイオード2に注入し、各GaN系発光ダイオード2から発生される光により赤色蛍光体5、緑色蛍光体6および青色蛍光体7を励起することで、フルカラーの表示を行うことができる。
In the color display device according to the first embodiment configured as described above, a current corresponding to an input signal is injected into each GaN-based light-emitting
以上のように、この第1の実施形態によれば、赤色蛍光体5、緑色蛍光体6および青色蛍光体7とも、励起子ボーア半径以下の粒径の結晶、すなわちナノクリスタルからなることにより、高輝度、高解像度、低消費電力のフルカラーフラット型ディスプレイを実現することができる。
As described above, according to the first embodiment, the
図7はこの発明の第2の実施形態によるカラー表示装置を示す。図7に示すように、この第2の実施形態によるカラー表示装置においては、青色蛍光体7が設けられていない。また、GaN系発光ダイオード2の発光波長は460nm程度である。この場合、青色発光部においては、GaN系発光ダイオード2から発せられる青色の光がそのまま紫外線遮断フィルター4を通って外部に放出される。その他のことは、第1の実施形態によるカラー表示装置と同様であるので、説明を省略する。
FIG. 7 shows a color display device according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, in the color display device according to the second embodiment, the
この第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の利点を有する。 According to the second embodiment, there are advantages similar to those of the first embodiment.
図8はこの発明の第3の実施形態による照明装置を示す。図8に示すように、この第3の実施形態による照明装置においては、所定の大きさを有するサファイア基板1上に、GaN系発光ダイオード2が二次元アレイ状に配置されている。このGaN系発光ダイオード2の発光波長は例えば380nm程度である。サファイア基板1としては例えばc面のものが用いられる。これらのGaN系発光ダイオード2同士は隔壁3で互いに分離されている。これらのGaN系発光ダイオード2をはさんでサファイア基板1と対向して、サファイア基板1と同じ大きさの紫外線遮断フィルター4がサファイア基板1と平行に設けられている。この紫外線遮断フィルター4のGaN系発光ダイオード2側の主面には、各GaN系発光ダイオード2に対応して白色蛍光体8が設けられている。そして、これの白色蛍光体8に対応するGaN系発光ダイオード2から発せられる光が照射されて励起されることにより、白色を発光するようになっている。
FIG. 8 shows an illumination apparatus according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, in the illumination device according to the third embodiment, GaN-based
GaN系発光ダイオード2の構造および形成方法は第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
Since the structure and formation method of the GaN-based
この第3の実施形態において、白色蛍光体8としては、第1の実施形態において用いた赤色蛍光体5、緑色蛍光体6および青色蛍光体7をそれぞれ構成する3種類のナノクリスタルを混在させたものからなるものが用いられる。
In the third embodiment, as the
この第3の実施形態によれば、高輝度かつ低消費電力のフラット型照明装置を実現することができるとともに、従来の照明装置と異なり、全固体で機械的強度の非常に高い照明装置を実現することができる。 According to the third embodiment, a flat illumination device with high brightness and low power consumption can be realized, and unlike a conventional illumination device, an illumination device that is all solid and has very high mechanical strength is realized. can do.
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible.
例えば、上述の第1、第2および第3の実施形態において挙げた数値、構造、基板、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、基板、プロセスなどを用いてもよい。 For example, the numerical values, structures, substrates, processes, and the like given in the first, second, and third embodiments described above are merely examples, and different numerical values, structures, substrates, processes, and the like may be used as necessary. It may be used.
1・・・サファイア基板、2・・・GaN系発光ダイオード、3・・・隔壁、4・・・紫外線遮断フィルター、5・・・赤色蛍光体、6・・・緑色蛍光体、7・・・青色蛍光体、8・・・白色蛍光体
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記発光素子から発せられる光により励起される蛍光体とを有し、
上記蛍光体が6〜10nmの粒径を有するZn 1-x Cd x Se(ただし、0<x≦1)からなる結晶からなり、
上記結晶の表面のダングリングボンドがターミネイトされ、
上記蛍光体は赤色発光部および緑色発光部にそれぞれ設けられた赤色蛍光体および緑色蛍光体からなり、上記発光素子から発せられる光によりこれらの赤色蛍光体および緑色蛍光体が励起されてそれぞれ赤色および緑色を発光するとともに、青色発光部は上記発光素子から青色を発光するように構成されている表示装置。 A light emitting device that emits blue light using a nitride-based III-V compound semiconductor;
Having a phosphor excited by light emitted from the light emitting element,
The phosphor is made of a crystal made of Zn 1-x Cd x Se (where 0 <x ≦ 1) having a particle diameter of 6 to 10 nm ,
The dangling bonds on the surface of the crystal are terminated,
The phosphor is composed of a red phosphor and a green phosphor provided in a red light emitting part and a green light emitting part, respectively, and the red phosphor and the green phosphor are excited by light emitted from the light emitting element, respectively. A display device configured to emit green light and to emit blue light from the light emitting element.
上記発光素子から発せられる光により励起される蛍光体とを有し、Having a phosphor excited by light emitted from the light emitting element,
上記蛍光体が6〜10nmの粒径を有するZnZn whose particle size is 6 to 10 nm 1-x 1-x CdCd x x Se(ただし、0<x≦1)からなる結晶からなり、A crystal composed of Se (where 0 <x ≦ 1),
上記結晶の表面のダングリングボンドがターミネイトされ、The dangling bonds on the surface of the crystal are terminated,
上記蛍光体は赤色発光部および緑色発光部にそれぞれ設けられた赤色蛍光体および緑色蛍光体からなり、上記発光素子から発せられる光によりこれらの赤色蛍光体および緑色蛍光体が励起されてそれぞれ赤色および緑色を発光するとともに、青色発光部は上記発光素子から青色を発光するように構成されている照明装置。The phosphor is composed of a red phosphor and a green phosphor provided in a red light emitting part and a green light emitting part, respectively, and the red phosphor and the green phosphor are excited by light emitted from the light emitting element, respectively. An illumination device configured to emit green light and to emit blue light from the light emitting element.
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