JP2001085738A - Self-emitting element and manufacturing method of the same and illuminating device and two-dimensional display device - Google Patents

Self-emitting element and manufacturing method of the same and illuminating device and two-dimensional display device

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JP2001085738A JP25758399A JP25758399A JP2001085738A JP 2001085738 A JP2001085738 A JP 2001085738A JP 25758399 A JP25758399 A JP 25758399A JP 25758399 A JP25758399 A JP 25758399A JP 2001085738 A JP2001085738 A JP 2001085738A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a self-emitting element for improving the light-emitting efficiency.
SOLUTION: In this self-emitting element 4, a layer (GaN) 2 brought into contact with a light emitting layer, a light-emitting layer 1, a p side GaN 19, and a p electrode 3 are formed on a sapphire substrate 6. Lights, generated from the light-emitting layer 1, are emitted through the layer (GaN) 2 brought into contact with the light emitting layer to the direction of the sapphire substrate 6. In this case, the p electrode 3 is made of metal and provided with a reflecting function. Also, the side face of the layer (GaN) 2 brought into contact with the light emitting layer is shaped, so as to open in the direction in which lights are emitted. Moreover, at least one part of the side face of the layer (GaN) 2, brought into contact with the light emitting layer, is shaped so that lights from the light emitting layer 1 can be totally reflected.
COPYRIGHT: (C)2001,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自発光素子およびその製造方法、照明装置、並びに2次元表示装置に関する。 The present invention relates to the self-emission element and a manufacturing method thereof, an illumination device, and to two-dimensional display device.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来、発光ダイオード(以下、「LE Conventionally, a light emitting diode (hereinafter, "LE
D」という。 D "that. )を並べた平面ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト、プロジェクションの光源等が試みられているが、LEDの発光効率が十分でないこと、 ) Sorting plane display, a backlight of a liquid crystal display, or a light source for a projection have been attempted, luminous efficiency of the LED is not sufficient,
大きな面積を均一に発光することが困難であることが問題点として挙げられる。 It is possible to uniformly emit large area is difficult to be mentioned as a problem. また、エレクトロルミネセント(以下、「EL」という。)ディスプレイにおいても発光効率が十分ではない。 In addition, electroluminescent (hereinafter referred to as "EL".) Light-emitting efficiency is not sufficient even in the display.

【0003】 [0003]

【発明が解決しようとする課題】発光効率は内部量子効率×外部取り出し効率で表せる。 Luminous efficiency [SUMMARY OF THE INVENTION] can be expressed by the internal quantum efficiency × external extraction efficiency. 外部取り出し効率は主にLED、ELを構成している部品の屈折率の差で決まる。 Extraction efficiency is mainly LED, determined by the difference in the refractive index of the components constituting the EL. そこで、図24に示すような、GaN−LEDでサファイア基板側から光を取り出す構造について具体的に説明する。 Therefore, as shown in FIG. 24 will be described in detail the structure in which light is extracted from the sapphire substrate side GaN-LED. 発光層に接する層(GaN)2とサファイア基板6の屈折率はそれぞれ、2.46、1.76である。 Respectively the layer in contact with the light-emitting layer (GaN) 2 refractive index of the sapphire substrate 6 is 2.46,1.76. 発光層1の発光角度分布は等方的である。 Emission angle distribution of the light-emitting layer 1 is isotropic. つまり、 That is,
立体角で4πの大きさである。 It is the magnitude of the 4π solid angle. サファイア基板6との界面で屈折率差で決まる臨界角を超える光線は発光層に接する層(GaN)2に閉じ込められる。 Light exceeds the critical angle determined by the refractive index difference at the interface between the sapphire substrate 6 is confined in the layer (GaN) 2 in contact with the light-emitting layer. ここで、臨界角は46°となり、この範囲の立体角は2π×0.3となる。 Here, the critical angle becomes 46 °, the solid angle in this range becomes 2 [pi × 0.3. 裏面のp電極3の表面で100%反射した場合でも30%の光しかサファイア基板6に入らない。 The back surface of the 30% of the light even if the reflected 100% at the surface of the p electrode 3 only enter the sapphire substrate 6.

【0004】同様にサファイア基板6から、図25に示すようなボールレンズ8(屈折率1.5)に入射する界面でも臨界角58°を超える光線は、図24に示すように、裏面側に反射する。 [0004] from the sapphire substrate 6 in the same manner, light rays that exceed the critical angle 58 ° even at the interface enters the ball lens 8 (refractive index 1.5) as shown in FIG. 25, as shown in FIG. 24, on the back side reflect. 結局20%の光線のみ前面に出射する。 Eventually emitted to the front only 20% of the light.

【0005】サファイア基板側を裏面としてその裏面に反射膜を形成した構造でも同様である。 [0005] The same applies to the structure of forming the reflective film on the back surface of the sapphire substrate side as the back. すなわち、一般的なGaN−LEDの構造は、図26Aに示すように、 That is, the structure of a general GaN-LED, as shown in FIG. 26A,
サファイア基板6が下にある構造である。 Sapphire substrate 6 is the underlying structure. 発光層から発せられた光線の角度分布は4πの大きさであるが、サファイア基板6側に出射した光線の内サファイア基板6との屈折率差で決まる臨界角を超える光線はサファイア基板6との界面で全反射し、透明電極25側に向かう。 Angular distribution of light emitted from the light-emitting layer is the magnitude of 4π but light exceeds the critical angle determined by the refractive index difference between the inner sapphire substrate 6 of the light beam emitted to the sapphire substrate 6 side of the sapphire substrate 6 totally reflected at the interface, toward the transparent electrode 25 side. 透明電極25としてITOを使うと屈折率は一般的にサファイア基板6より大きく(1.8〜1.9)、サファイア基板6との界面で全反射した光線はITOの界面でも全反射し、外部には出てこない。 Refractive index and use ITO as the transparent electrode 25 is generally larger than the sapphire substrate 6 (1.8 to 1.9), light totally reflected at the interface between the sapphire substrate 6 is totally reflected at the interface of ITO, external It does not come out to. サファイア基板6を通過した光線は裏面の反射板で反射し、透明電極25側に向かう。 Light passing through the sapphire substrate 6 is reflected by the rear surface of the reflector toward the transparent electrode 25 side.

【0006】透明電極25を通過した光線の内、透明電極25の屈折率と、図26Bに示すボールレンズ8の屈折率の比で決まる臨界角を超える光線は全反射する。 [0006] Of the light rays passing through the transparent electrode 25, and the refractive index of the transparent electrode 25, light rays that exceed the critical angle determined by the ratio of the refractive index of the ball lens 8 shown in FIG. 26B is totally reflected. 結局、ボールレンズ8に入射できる光線の比率はGaNの屈折率とボールレンズ8の屈折率の比で決まる臨界角に依存する。 After all, the proportion of light that can be incident on the ball lens 8 is dependent on the critical angle determined by the ratio of the refractive index of GaN having a refractive index and a ball lens 8. 全反射を繰り返し側面から漏れる光線を無視すればおよそ20%程度になる。 Be approximately 20% ignoring rays leaking from repeating side total reflection. なお、上述のことは、 It should be noted that, of the above-mentioned thing,
GaN以外の材料についても同様である。 The same applies to the material other than GaN.

【0007】さらに、ELデバイス(有機、無機)についても外部取り出し効率が問題となる。 Furthermore, EL devices (organic, inorganic) external extraction efficiency also becomes a problem. 有機ELを構成する材料は屈折率が1.5程度のものが多いが外部取り出し効率は高々25%程度である。 The material constituting the organic EL has many of about 1.5 refractive index extraction efficiency is at most about 25%.

【0008】もうひとつの問題点は、全光束を増加するために発光面積を増加した場合、電極近傍に電流が集中することで有効発光面積を広くできないことが挙げられる。 [0008] Another problem is that if you increase the light emitting area to increase the total luminous flux, current to the electrodes near the like may not be able to widen the effective light emitting area by concentrating. 図27にLEDで投入電流を変えたときの発光強度分布例を示す。 It shows an emission intensity distribution example when varying the electric current applied by LED 27. すなわち、図27Bに示すように、n電極7を通るa−a線上で発光強度の変化をみると、図2 That is, as shown in FIG. 27B, looking at the change in emission intensity at a-a line passing through the n-electrode 7, FIG. 2
7Aに示すようになる。 As shown in 7A. n電極7から離れるに従い発光強度は小さくなる。 Luminous intensity as the distance from the n-electrode 7 is reduced. この傾向は、投入電流が大きくなると、顕著であり、均一な発光強度分布を得ることが困難であることがわかる。 This tendency, when making current increases, is remarkable, it can be seen that it is difficult to obtain uniform light emission intensity distribution.

【0009】本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、発光効率を向上させることができる自発光素子およびその製造方法、並びに2次元表示装置を提供することを目的とする。 [0009] The present invention has been made in view of such problems, self-luminous device and a manufacturing method thereof that can improve the luminous efficiency, and an object of the invention to provide a two-dimensional display device. さらに、本発明は、発光効率を向上させることができ、かつ大きな面積を均一に発光させることができる照明装置を提供することを目的とする。 Furthermore, the present invention can improve the luminous efficiency, and an object thereof to provide an illumination device capable of uniformly emitting a large area.

【0010】 [0010]

【課題を解決するための手段】本発明の自発光素子は、 Means for Solving the Problems] self-luminous device of the present invention,
発光層と、直接または他の層を介して、発光層に接する層と、上記発光層の、上記発光層に接する層と反対側に形成された電極とを含み、上記電極は、反射機能を有し、上記発光層に接する層の、発光層と反対側の面から光を出射する自発光素子において、以下のことを特徴とする自発光素子である。 A light emitting layer, directly or via another layer, the layer in contact with the light-emitting layer, the light emitting layer, and a electrode formed in a layer on the opposite side in contact with the light-emitting layer, the electrode, the reflection function a, a layer in contact with the light-emitting layer, the self-luminous element that emits light from the surface opposite to the light-emitting layer, a self-luminous element, characterized in that:. (イ)発光層に接する層は、その側面が光を出射する方向に開いた形状を有する。 (B) a layer in contact with the light-emitting layer has a shape open in the direction in which the side surfaces emit light.
(ロ)上記側面の少なくとも1部は、発光層からの光を全反射する形状を有する。 (Ii) at least a portion of the side surface has a shape that totally reflects the light from the light emitting layer.

【0011】また、本発明の自発光素子の製造方法は、 Further, the method of manufacturing the light emitting device of the present invention,
基板上に発光層および発光層に接する層を形成する工程と、さらに、酸化シリコン膜を形成する工程と、上記酸化シリコン膜に、開口部を形成する工程と、上記開口部から、反応性イオンエッチングにより、上記発光層に接する層に凹部を形成する工程とを含み、上記凹部は、底に行くほど狭くなるものである。 Forming a layer in contact with the light-emitting layer and the luminescent layer on the substrate, further forming a silicon oxide film, the above silicon oxide film, forming an opening, from the opening, reactive ion by etching, and forming a recess in the layer in contact with the light-emitting layer, the recess is made narrower toward the bottom.

【0012】また、本発明の照明装置は、上述構成の自発光素子を、複数個配列するものである。 [0012] The illumination device of the present invention, a self-luminous element configuration described above is for a plurality sequence.

【0013】また、本発明の2次元表示装置は、1または2以上の上述構成の自発光素子を、1画素とするものである。 Further, two-dimensional display device of the present invention, a self-emission device of one or more of the above configuration, it is an 1 pixel.

【0014】本発明の自発光素子およびその製造方法、 [0014] self-emitting device and a manufacturing method thereof of the present invention,
照明装置、並びに2次元表示装置によれば、発光層に接する層の側面が光を出射する方向に開いた形状を有し、 Illumination device, and according to the two-dimensional display device has a shape the side surface of the layer in contact with the light-emitting layer is opened in the direction for emitting light,
側面の少なくとも1部が、発光層からの光を全反射する形状を有するので、または、開口部から、反応性イオンエッチングにより、発光層に接する層に凹部を形成する工程とを含み、凹部が底に行くほど狭くなるので、または、照明装置が自発光素子を複数個配列するので、または、2次元表示装置が、1または2以上の自発光素子を、1画素とするので、外部取り出し効率を向上させることができ、発光強度の面的なむらの発生を抑制できる。 At least a portion of the side surface, because it has a shape that totally reflects the light from the light emitting layer, or, from the opening, by reactive ion etching, and forming a recess in the layer in contact with the light-emitting layer, recesses since the more narrowed toward the bottom, or, since the illumination device is arranging a plurality self-emission element, or two-dimensional display device, one or more of the self-luminous element, since one pixel, extraction efficiency can be improved, it is possible to suppress the generation of surface non-uniformity of the emission intensity.

【0015】 [0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter will be described an embodiment of the present invention. まず、自発光素子、たとえばLED、EL First, self-luminous element, for example LED, EL
などに係る発明の実施の形態について、図1〜4を参照しながら説明する。 Embodiments of the invention according to such will be described with reference to FIGS. 1-4.

【0016】自発光素子においては、全反射条件で内部に閉じ込められた光線は界面で反射を繰り返しながら基板と直交する方向に導光される。 [0016] In the self-luminous element, the light rays trapped within the total reflection condition is guided in the direction perpendicular to the substrate while being repeatedly reflected at the interface. 例えば裏面が電極、前面にサファイア基板が位置するGaN−LED構造の場合、サファイア基板とGaN界面で全反射し、対向する電極面で金属反射をしながら導光される。 For example the back surface electrode, in the case of GaN-LED structure sapphire substrate on the front is located, totally reflected at the sapphire substrate and the GaN interface, it is guided with a metal reflective at the electrode surface which faces. この時金属表面の反射は必ず吸収を伴うこと、および、発光層を交差するとき発光層での吸収も起こるので、反射の回数の増加に伴って光量は減衰する。 Be accompanied by reflection always absorbed at this time the metal surface, and, since also occurs absorption in the light-emitting layer when crossing the light-emitting layer, the light amount is attenuated with increasing number of reflections. その一部は端面から外部に出射するが基板と直交する方向であり、有効な光線とはなり得ない。 And in part it will be direction is emitted to the outside perpendicular to the substrate from the end face, not be a valid ray. 本発明は、この側面方向への無効発光を有効に利用する構造であり、具体的には側面が基板法線方向から傾斜した構造を特徴とする。 The present invention is a structure for effectively utilizing the invalid emission to this lateral, specifically side surfaces and wherein the inclined structure from the substrate normal direction.

【0017】この傾斜角度を、基板と平行な光線に対し、界面が全反射条件となるように設定する。 [0017] The inclination angle, with respect to the substrate and parallel rays, the interface is set to be a total reflection condition. この臨界角をθ1とする。 The critical angle is θ1. この条件を満たすことで概ね全ての発光に対して側面の全反射条件を満たすことができる。 It can satisfy the total reflection condition of the side surface with respect to substantially all of the light emitting by satisfying this condition. 裏面に金属電極を位置することを前提にすれば、基板と平行な角度よりも下側の角度の光線については裏面電極で反射して側面の全反射条件を満たすことになる。 If the assumption that the position of the metal electrode on the back surface, thus satisfying the total reflection condition of the side surface is reflected by the back electrode for light of the lower angle than the substrate and parallel angles. ただし、裏面電極で反射しないで直接側面に達する光線については満たさない場合がある。 However, it may not satisfied for rays reaching the direct side not reflected by the back electrode. よって、発光層の位置はできるだけ裏面電極に近いほうが望ましい。 Therefore, the position of the light-emitting layer should as close as possible to the rear surface electrode is desirable.

【0018】つぎに、基板との界面での全反射条件を考える。 [0018] Next, consider the total reflection condition at the interface with the substrate. 傾斜した側面で仕切られた発光層の端部から基板側に出射した光線で対向する側面と基板との界面の境界点を結んだ線が基板への最大入射角となる。 Connecting the boundary point of the interface from the end portion of the partitioned by inclined side light emitting layer and the side surface and the substrate opposed to each other in the light rays emitted to the substrate side line becomes the maximum angle of incidence on the substrate. この臨界角をθ2とする。 The critical angle is θ2. この角度が臨界角を超えないように設定する。 This angle is set so as not to exceed the critical angle.

【0019】上記2つの条件を満たすことで、基板側に概ね全ての光線が出射する。 [0019] By the above two conditions, substantially all of the light is emitted to the substrate side. この2つの条件を満たす形状について、図1を参照しながら、具体的に説明する。 This satisfies two conditions shaped, with reference to FIG. 1, it will be described in detail.
図1に示すように、この2つの条件を満たす形状は側面が放物面形状の一部となる。 As shown in FIG. 1, the two conditions are met the shape becomes a part of the side surface is a paraboloid. 図1に示す自発光素子においては、発光層1から発生した光を発光層に接する層(GaN)2を通して、サファイア基板6から出射している。 In the self-luminous device shown in Figure 1, through the layer (GaN) 2 in contact with the light generated from the light emitting layer 1 for the light emitting layer and emitted from the sapphire substrate 6.

【0020】図1において、発光層1は、p電極3およびn電極(図示していない)の間に電圧をかけることにより、光を発光させる層である。 [0020] In FIG. 1, the light emitting layer 1, by applying a voltage between the p-electrode 3 and the n electrode (not shown) is a layer for emitting light. また、発光層に接する層(GaN)2は、GaNからなり発光層1に接している。 The layer (GaN) 2 in contact with the light-emitting layer is in contact with the light-emitting layer 1 made of GaN. GaNの屈折率とエアーの屈折率で決まる臨界角θ The critical angle determined by the refractive index and the refractive index of air GaN theta
1は24°、GaNの屈折率とサファイア基板6の屈折率で決まる臨界角θ2は46°である。 1 24 °, the critical angle θ2 determined by the refractive index of GaN and the refractive index of the sapphire substrate 6 is 46 °. この二つの条件を満たす放物面形状は例えば出射側のサイズL1を10 The two conditions are satisfied parabolic shape the size L1 of, for example, the exit side 10
0としたとき、放物面の焦点距離が、6.2、発光層のサイズL2が55.6、GaNの厚さdが70となる。 0 the time, the focal length of the paraboloid, 6.2, size L2 of the light-emitting layer is 55.6, GaN of the thickness d of 70.

【0021】発光層に接する層(GaN)2の光の出射側には、サファイア基板6が接合されている。 [0021] the emission side of the layer in contact with the light-emitting layer (GaN) 2 light sapphire substrate 6 is bonded. p電極3 p-electrode 3
は、発光層1に対して、発光層に接する層(GaN)2 , To the light-emitting layer 1, the layer in contact with the light-emitting layer (GaN) 2
の反対側に形成されている。 It is formed on the opposite side. また、p電極3は、p側G Further, p electrode 3, p-side G
aN19を介して、発光層1と接している。 Through AN19, in contact with the luminescent layer 1. このp電極3は、金属からなり反射機能を有している。 The p electrode 3 has a reflection function of a metal.

【0022】なお、図1における、発光層に接する層(GaN)2、発光層1、およびp側GaN19からなる構造を詳細に表すと、図2に示すような構造となっている。 [0022] Incidentally, in FIG. 1, the layer in contact with the light-emitting layer (GaN) 2, expressed in detail a structure consisting of the light-emitting layer 1, and the p-side GaN19, has a structure shown in FIG. すなわち、図1における発光層に接する層(Ga That is, the layer in contact with the light-emitting layer in FIG. 1 (Ga
N)2および発光層1がそれぞれ、図2のn側GaN1 N) 2 and the light emitting layer 1, respectively, n-side GaN1 in FIG
7および発光層(GaInN)20に相当する。 7 and the light-emitting layer (GaInN) corresponding to 20. また、 Also,
図1においては、発光層1とp電極3の間は、p側Ga In Figure 1, between the light-emitting layer 1 and the p-electrode 3, p-side Ga
N19のみとしているが、実際には図2に示すように、 N19 is only but, in practice, as shown in FIG. 2,
AlGaN18およびp側GaN19の2層が存在しいる。 Two layers are present in AlGaN18 and p-side GaN19. ここで、発光層(GaInN)20およびAlGa Here, the light emitting layer (GaInN) 20 and AlGa
N18は、光の波長に対して充分薄いので、p電極3とサファイア基板6との間はGaNの屈折率で代表することができる。 N18 is, since thin enough for the wavelength of light, between the p-electrode 3 and the sapphire substrate 6 can be represented by the refractive index of GaN. また、図1に示すように、図2のAlGa Further, as shown in FIG. 1, AlGa in FIG
N18を省略できる。 N18 can be omitted.

【0023】上述したように、発光層に接する層(Ga [0023] As described above, the layer in contact with the light-emitting layer (Ga
N)2は、その外部取り出し効率を向上させるため、図3Aに示すような放物面形状が望ましい。 N) 2, in order to improve the extraction efficiency, it is desirable parabolic shape as shown in Figure 3A. ただし、発光層に接する層(GaN)2は、上述の放物面形状に限定されるわけではない。 However, the layer (GaN) 2 in contact with the light-emitting layer is not limited to parabolic shape described above. その変形例として、図3BおよびCに示すような円錐および6角錐、図4Aに示すような4角錐、並びに、図4BおよびCに示すような分割形状が6角形、正方形でそれぞれの断面形状が放物線形状のもの等を挙げることができる。 As a variant, the conical and hexagonal pyramid as shown in FIG. 3B and C, 4-sided pyramid as shown in FIG. 4A, and the divided shape hexagon as shown in FIG. 4B and C, each cross-sectional shape with a square those parabolic and the like. 要するに、発光層に接する層(GaN)2は、その側面が光を出射する方向に開いた形状を有しているもの、すなわちその側面が出射面に対して裏面を凸とするように傾斜しているものであり、側面の少なくとも1部が発光層からの光を全反射する形状を有しているものであれば、外部取り出し効率を向上させることができる。 In short, the layer (GaN) 2 in contact with the light-emitting layer, the side surface which has a shape open in the direction of emitting light, that is inclined to the side surface is a convex back surface with respect to the emission surface and it is those which, as long as at least a portion of the side surface has a shape that totally reflects the light from the light emitting layer, it is possible to improve the extraction efficiency.

【0024】つぎに、照明装置に係る発明の実施の形態について、図5〜13を参照しながら説明する。 Next, embodiments of the invention according to a lighting device will be described with reference to FIG. 5-13. 上述した自発光素子の実用的な寸法は、発光層に接する層(G Practical dimensions of the self-emission element described above, the layer in contact with the light-emitting layer (G
aN)2の厚さをどの程度厚くするかで決まる。 aN) depends on the thickness of 2 in how much thicker. 発光層に接する層(GaN)2を例えば7μmに設定した場合、チップサイズは10μmとなり、照明装置として絶対光量を得るには複数個配列する必要がある。 If you set the layer in contact with the light-emitting layer (GaN) 2 for example 7 [mu] m, the chip size has to be several sequences to obtain the absolute light intensity 10μm next, as a lighting device. それぞれの自発光素子の配列については、図5および6のようにさまざまな配列が考えられる。 For sequence of each self-luminous element, various sequences are conceivable as shown in Fig. 5 and 6. また、図7に示すような、断面形状が放物線または台形の1次元構造も考えられる。 Further, as shown in FIG. 7, the cross-sectional shape is also conceivable 1-dimensional structure of the parabolic or trapezoidal.

【0025】照明装置として、実現した構造の例が図8 [0025] Examples of a lighting device, and realizes the structure in FIG. 8
および9である。 And 9. 図9に示す、各自発光素子のp電極3 FIG 9, p electrode 3 of each light-emitting element
は、図8に示すサブマウント基板13のp電極接合パッド11と半田等で電気的に接続する。 It is electrically connected with the p-electrode bonding pad 11 and the solder or the like of the sub-mount substrate 13 shown in FIG. また、n電極7は発光領域をできる限り小さくするため、側面に形成している。 Further, n electrodes 7 to minimize the emission region are formed on the side surface. 図9Aに示すn電極取り出し部14は、無効発光領域であり、上述サブマウント基板13のn電極接合パッド12と半田等で電気的に接続する。 n electrode extraction portion 14 shown in FIG. 9A is an ineffective light emitting area are electrically connected with the n-electrode bonding pad 12 and the solder or the like above the submount substrate 13. 分割数は必要光量、駆動条件、プロセス上の制約からくる発光層に接する層(GaN)2の厚さ等で決まる。 The number of divisions required quantity, the driving conditions, the layer in contact with the light-emitting layer coming from limitations in the process of (GaN) 2 determined by the thickness and the like.

【0026】図9に示すように、分割された各素子は並列に駆動することになる。 As shown in FIG. 9, the elements which are divided will be driven in parallel. n側は分割された各素子が側面に形成された電極で直列に配線されることになる。 n side is that each element is divided is wired in series with electrodes formed on the side surface. 分割された各素子に均一に電流を注入するためにはn側の配線抵抗を小さくするか、各素子に直列な抵抗を大きくする必要がある。 Or to inject a uniform current to each element that is divided to reduce the wiring resistance of the n-side, it is necessary to increase the series resistance to each element. 各素子の直列抵抗を大きくすると駆動電圧が上昇すること、直列抵抗分効率が低下することが問題となる。 That a driving voltage to the series resistance increase of the elements is increased, that is the series resistance component efficiency is lowered becomes a problem. n側の配線抵抗を小さくすることがこの意味で望ましい。 It is desirable in this sense to reduce the wiring resistance of the n-side. 本構造は側面を利用することで、比較的厚い配線電極を形成することができる。 This structure is by using a side, it is possible to form a relatively thick wire electrode. それにより、配線抵抗を小さくでき、各分割された素子間でばらつきなく駆動することができる。 Thereby, the wiring resistance can be reduced, it is possible to without variations driven between each divided element.

【0027】また、配線の方法は、図10に示すように全発光領域を複数に分割し、それぞれを直列に接続する構造も採用することができる。 Further, the method of wiring can be divided into a plurality of entire light-emitting region as shown in FIG. 10, the structure also employed to connect each series. すなわち、図10Bに示すように、分割された一部の凸部(GaN)16の裏面とそれと隣接する凸部(GaN)16の側面が電気的に接続されている構造である。 That is, as shown in FIG. 10B, the rear surface and the convex portion (GaN) 16 side surface of the adjacent that of the convex portion of a part that is divided (GaN) 16 is a structure that is electrically connected. 図9で述べた例と同じ材料をつかった場合、比較的電極膜厚が薄くても均一に駆動させることができる。 If using the same material as the example described in Figure 9, it can be relatively well the electrode film thickness is thinly and uniformly driven. ただし、直列の分割数倍駆動電圧は上昇する。 However, the series of divided several times driving voltage rises.

【0028】また、n側の電極形成に関しては、結晶成長後サファイア基板を除去し、透明電極を平面的に形成することもできる。 [0028] With respect to the n-side electrode formation may be removed sapphire substrate after the crystal growth, to form a transparent electrode in a plane. この場合、透明電極のみでは抵抗が高い可能性があるため、図11に示すようなメッシュ電極24、または図12に示すようなストライプ電極27 In this case, the transparent since the electrode only are resistant likely, stripe electrode as shown in a mesh electrode 24 or 12, as shown in FIG. 11 27
からなるバス電極を形成することもできる。 It is also possible to form a bus electrode made of.

【0029】本構造によりサファイア基板側に100% [0029] 100% of the sapphire substrate side in accordance with the present structure
に近い光線を出射させることができるが、エアー中に効率良く取り出すためにはサファイア基板をボールレンズ状に加工するか、基板と近い屈折率の材料でボールレンズを形成することが望ましい。 Although it is possible to emit light close to, or in order to efficiently extract in air is processing the sapphire substrate to the ball lens shape, it is desirable to form the ball lens material of the substrate and the refractive index close. ここで、ボールレンズとは、図13に示すように、発光層に接する層(GaN) Here, the ball lens, as shown in FIG. 13, in contact with the light-emitting layer a layer (GaN)
2とサファイア基板6の界面位置を中心とした球面形状のレンズのことである。 Is that of the 2 and the spherical shape around the interface position of the sapphire substrate 6 lenses. また、サファイア基板6とボールレンズ8を接着する材料は屈折率が両者と近い材料が望ましい。 The material for bonding the sapphire substrate 6 and the ball lens 8 has a refractive index of both the close material is desirable. この理由は、サファイア基板6とボールレンズ8の界面の反射を低減し、外部取り出し効率を高くするためである。 The reason for this is to reduce the reflection at the interface of the sapphire substrate 6 and the ball lens 8, in order to increase the extraction efficiency.

【0030】一般的に光学レンズに用いる材料および基板とレンズを接着する接着材料はサファイアの屈折率よりも小さなものが多い。 [0030] Generally an adhesive material to bond the material and the substrate and the lens used in the optical lens small one is larger than the refractive index of sapphire. ボールレンズの屈折率が1.5 The refractive index of the ball lens is 1.5
とした場合に総合的外部取り出し効率を改善するには発光層に接する層(GaN)2の形状を見直すことで可能となる。 And to improve the overall extraction efficiency when becomes possible by reviewing the layer (GaN) 2 shape in contact with the light-emitting layer. 上述した基板とGaNとの全反射条件を決める上で基板の屈折率を1.5として設計する。 The refractive index of the substrate in determining the total reflection condition of the above-mentioned substrate and the GaN designed as 1.5. その時臨界角は38°となる。 Then the critical angle is 38 °. L1を100とした場合、放物面の焦点距離は5.4、発光層サイズL2は49、深さdは88となる。 If L1 was 100, the focal length of the paraboloid 5.4, the light-emitting layer size L2 is 49, the depth d becomes 88.

【0031】もう一歩進めて、基板屈折率をエアーとすることでボールレンズがない状態でエアー中への取り出し効率を100%に近くすることができる。 The advancing one step, the extraction efficiency into air can be close to 100% substrate refractive index in the absence of ball lenses by the air. この時臨界角は24°、L1を100とすると、放物面の焦点距離は4.1、発光層サイズL2は37、深さdは133となる。 In this case the critical angle 24 °, when the L1 is 100, the focal length of the paraboloid 4.1, the light-emitting layer size L2 is 37, the depth d becomes 133.

【0032】以上のようにL1に対して、dを大きくすることでレンズ機能を付加することができ照明装置全体の簡素化が可能となる。 [0032] For L1 as described above, simplification of the whole can be illuminated device adding a lens function by increasing the d becomes possible. 一方、発光層の大きさは小さくなるため、同じ光量を得るためにはチップサイズを大きくする必要がある。 Meanwhile, since the size of the light emitting layer is reduced, in order to obtain the same amount of light, it is necessary to increase the chip size. よって、L1とdの比率はLED作成プロセス歩留まり、基板サイズとチップサイズの関係できまる取り個数、照明装置全体設計等の制約の中で決定される。 Therefore, the ratio of L1 and d are determined LED created process yield, the relationship can be round-up the number of substrate size and chip size, in the constraints of the entire lighting device design and the like.

【0033】つぎに、自発光素子の製造方法に係る発明の実施の形態について、図14〜17を参照しながら説明する。 [0033] Next, embodiments of the invention relating to the method of manufacturing the light-emitting element will be described with reference to FIG. 14-17. ここでのプロセス例は、反応性イオンエッチングを使う方法である。 Process example here is the method of using a reactive ion etching. すなわち、サファイア基板上に通常のプレナー結晶成長を行い、その後SiO 2等をマスクとして反応性イオンエッチングによりGaN層を傾斜した側面構造に分割するものである。 That is, performs the normal planar crystal growth on a sapphire substrate, it is to then split the SiO 2 or the like on the side surface structure inclined the GaN layer by reactive ion etching as a mask. 最終的な自発光素子の断面図は図14に示すとおりである。 Sectional view of the final self-luminous element is as shown in FIG. 14.

【0034】つぎに、反応性イオンエッチングを用いる、自発光素子の製造方法について、図15〜17を参照しながら説明する。 Next, using reactive ion etching, a method for manufacturing a self-light-emitting element will be described with reference to FIG. 15-17. まず、図15に示すように、工程1のLED構造成長の工程においては、サファイア基板6上に通常のプレナー結晶成長を行い、サファイア基板6上に発光層(GaInN)20およびn側GaN17 First, as shown in FIG. 15, in the LED structure growth process of the process 1 is subjected to ordinary planar crystal growth on a sapphire substrate 6, the light-emitting layer on a sapphire substrate 6 (GaInN) 20 and an n-side GaN17
(発光層に接する層)などを形成する。 (The layer in contact with the light-emitting layer) is formed, and the like.

【0035】工程2のSiO 2層形成の工程においては、LED構造を成長したウェハ上に厚さ200μm程度の酸化シリコン膜(SiO 2 )29を真空蒸着、スパッタリング、プラズマCVDなどの方法により形成する。 [0035] In process of the SiO 2 layer formation step 2, a silicon oxide film having a thickness of about 200μm onto a wafer grown an LED structure vacuum deposition (SiO 2) 29, is formed by sputtering, plasma CVD method or the like .

【0036】工程3のフォトレジストのパターン形成の工程においては、酸化シリコンを除去する部分が開口部となるようにフォトレジスト30のパターンを形成する。 [0036] In the photoresist pattern forming process of step 3, the portion for removing the silicon oxide to form a pattern of the photoresist 30 such that the openings.

【0037】工程4のエッチングの工程においては、酸化シリコン膜に、開口部を形成する。 [0037] In the etching step 4 step, the silicon oxide film to form an opening. これはウェットエッチングでもドライエッチングでもよい。 It may be dry etching or wet etching. ウェットエッチングの場合はBuffered−HFやHFなどを用いて酸化シリコンのみ除去する。 For wet etching only the silicon oxide is removed by using a Buffered-HF and HF.

【0038】工程5のフォトレジスト除去の工程においては、酸化シリコンのエッチングマスクに使ったレジストを除去する。 [0038] In the photoresist removal process of step 5, the resist is removed using an etching mask of silicon oxide. 工程4でウェットエッチングを使った場合は適当な有機溶剤でレジストを除去する。 If using wet etching in step 4 of removing the resist in a suitable organic solvent. また、工程4でドライエッチングを使った場合はレジストが変質しているので普通の有機溶剤では除去できない。 Also, if using the dry etching in step 4 it can not be removed by common organic solvents since the resist is deteriorated. そこで、 there,
酸素プラズマによりレジストをアッシング(灰化)処理してレジスト剥離液により完全に除去する。 The resist by oxygen plasma ashing process to be completely removed by the resist stripper.

【0039】図16に示すように、工程6の反応性イオンエッチングの工程においては、開口部から、反応性イオンエッチングにより、発光層に接する層に凹部を形成する。 As shown in FIG. 16, in the step of reactive ion etching step 6, from the opening, by reactive ion etching to form a recess in the layer in contact with the light-emitting layer. すなわち、パターン転写された酸化シリコン膜をエッチングマスクとして、反応性イオンエッチングによりnクラッド層を露出させる。 That is, a silicon oxide film which is pattern transfer as an etch mask, to expose the n-cladding layer by reactive ion etching. エッチング条件は例えば、Cl(塩素)ガスを12sccm、Ar(アルゴン)を2sccmの流量で、ガス圧力0.12Pa、R Etching conditions, for example, Cl to (chlorine) gas 12 sccm, Ar and (argon) at a flow rate of 2 sccm, gas pressure 0.12 Pa, R
Fパワー100Wで行う。 Carried out in the F power 100W. このとき、酸化シリコン膜のエッチング速度はLEDを構成しているGaN系材料のエッチング速度より小さいが、酸化シリコン膜も同様にエッチングされ、酸化シリコン膜のパターンの側面が少し後退する。 At this time, the etching rate of the silicon oxide film is smaller than the etching rate of the GaN-based material constituting the LED, a silicon film oxide is also etched in the same manner, the side surface of the pattern of the silicon oxide film is slightly retracted. この性質によりエッチングが進むほど酸化シリコンのパターン幅が狭くなり、図16の6に示したように、GaN系材料はテーパ状(台地状)にエッチングされる。 Pattern width of about silicon oxide progresses etched by this property is narrowed, as shown in 6 in FIG. 16, GaN-based material is etched in a tapered shape (plateau). すなわち、凹部は、底に行くほど狭くなっている。 In other words, the recess is narrower as it goes to the bottom. 酸化シリコン膜が薄いほどエッチングによる後退が大きくなって、テーパ角を大きくすることができる。 And retraction increases due to etching as a silicon oxide film is thin, it is possible to increase the taper angle.

【0040】工程7のフォトレジストのパターン形成の工程においては、台地状に残ったLED構造の底面(エッチングにより露出したn側GaN17)が開口するようにレジストパターンを形成する。 [0040] In the photoresist pattern forming process of the process 7, the bottom surface of the remaining LED structure plateau (n-side GaN17 exposed by etching) to form a resist pattern so as to open.

【0041】工程8のn電極形成の工程においては、真空蒸着などを用いてn電極を形成する。 [0041] In the n-electrode forming process of the process 8, to form an n electrode by using a vacuum vapor deposition. 材料と膜厚は、 Material and thickness,
例えばTi/Al/Pt/Au(Tiが最初の層)=1 For example Ti / Al / Pt / Au (Ti the first layer) = 1
0/100/100/300nmを採用することができる。 It is possible to adopt a 0/100/100 / 300nm.

【0042】工程9のフォトレジスト除去およびアロイ処理の工程においては、リフトオフ法を用いて、レジスト開口部に形成された電極のみを残し、それ以外の部分を除去する。 [0042] In step photoresist removal and alloying process step 9, by lift-off, leaving only the electrodes formed on the resist opening portion, removing the other portions. この後、窒素雰囲気中で800℃、10分の熱処理を行う。 After this, 800 ℃ in a nitrogen atmosphere, a heat treatment is carried out for 10 minutes. これにより、n側GaN17も加熱されるので、この層に含まれる水素が除去され、p側Ga Thus, since the n-side GaN17 also heated, hydrogen contained in the layer is removed, p-side Ga
N19の低抵抗化も行われる。 The resistance of the N19 is also performed.

【0043】図17に示すように、工程10のフォトレジストのパターン形成の工程においては、p側の電極形成のために、エッチングで残った台地状の上面が開口部となるように、フォトレジスト30をパターニングする。 As shown in FIG. 17, in the photoresist pattern forming process of the process 10, for forming electrodes of p-side, so that the remaining plateau-like upper surface by etching the opening, a photoresist patterning the 30.

【0044】工程11のエッチングの工程においては、 [0044] In the process of etching process 11,
このフォトレジストパターンをエッチングマスクとして、その下の酸化シリコン膜を除去する。 The photoresist pattern as an etching mask to remove the silicon oxide film thereunder. エッチングの方法は工程4で説明したと同じ方法を用いることができる。 The etching method may use the same method as described in Step 4.

【0045】工程12のp電極形成の工程においては、 [0045] In the p-electrode forming process of the process 12,
p側電極を真空蒸着などで形成する。 The p-side electrode is formed by vacuum deposition. 材料と膜厚は、例えばNi/Pt/Au(Niが最初)=10/100/ Material and thickness of the film is, for example Ni / Pt / Au (Ni first) = 10/100 /
300nmを採用することができる。 It is possible to employ a 300nm.

【0046】工程13のフォトレジスト除去の工程においては、アセトンなどの有機溶剤を用いて、p側形成された電極3以外を除去する。 [0046] In the photoresist removal step of the process 13, by using an organic solvent such as acetone, to remove the non-electrode 3 p-side formation. フォトレジスト除去の方法は工程9で説明したと同じ方法を用いることができる。 The method of photoresist removal may be the same method as described in step 9.

【0047】つぎに、2次元表示装置に係る発明の実施の形態について、図18〜20を参照しながら説明する。 Next, embodiments of the invention according to the two-dimensional display device will be described with reference to FIG. 18-20. 本発明の自発光素子は、単なる光源としてではなく、1または2以上の自発光素子を、1画素とする2次元表示装置、すなわちマトリクスディスプレイへの応用もできる。 Self-luminous device of the present invention, rather than as a mere source, one or more of the self-luminous element, 2-dimensional display device according to one pixel, i.e., application to the matrix display can be. つまり、個々の自発光素子もしくは複数の自発光素子が1画素を形成し、全体でXYマトリクスのディスプレイとして機能するものである。 That is, those in which individual self-luminous element or a plurality of self-luminous element forms one pixel, which functions as a display of XY matrix as a whole.

【0048】図18および19は、各自発光素子のp側電極にTFTスイッチを接続した例である。 [0048] Figures 18 and 19 are examples of connecting the TFT switches the p-side electrode of each light-emitting element. これにより、LEDをつかったマトリクスディスプレイ素子が実現する。 Thus, the matrix display device is realized which uses a LED. すなわち、アクティブマトリクス駆動のために、個々の自発光素子もしくは複数の自発光素子の裏面側に1画素に対応したアクティブ素子が接続されている。 That is, for the active matrix drive, the active element is connected corresponding to one pixel on the back side of each self-luminous element or a plurality of self-luminous elements.

【0049】図18において回路の動作を説明すると、 [0049] In operation of the circuit in FIG. 18,
まず、信号線31に線順次走査に対応したデータ信号を供給する。 First, and supplies a data signal corresponding to the line sequential scanning signal line 31. つぎに、走査線38に走査パルスを入力し、 Then, enter the scanning pulses to the scanning lines 38,
スイッチングTFT36を開く。 Opening the switching TFT36. スイッチングTFT3 Switching TFT3
6が開いている間、容量線38の電位と信号線31の電位の差の電位が蓄積容量37に充電される。 While 6 is open, the potential difference of the potentials of the signal line 31 of the capacitor line 38 is charged to the storage capacitor 37. つぎに、スイッチングTFT36が閉じ、つぎのフレーム周期での走査パルスが入力されるまで、蓄積容量37はデータを保持する。 Next, the switching TFT36 is closed, until the scan pulse for the frame period of the next is input, the storage capacitor 37 holds the data. 蓄積容量37に保持された電圧に対応した電流が電源ライン32からLED34に供給され、つぎのフレームまで点灯する。 Corresponding to the voltage held in the storage capacitor 37 current is supplied from the power supply line 32 to the LED 34, it is lit until the next frame.

【0050】図19に示すマトリックスディスクプレイの例においては、個々の凸部(GaN)16の周囲(側面を含む)にコモン電極33が形成されている。 [0050] In the example of the matrix disc play 19, the common electrode 33 is formed around the individual protrusions (GaN) 16 (including a side surface). ここで、ゲート40は、蓄積容量に接続しており、駆動TF Here, the gate 40 is connected to the storage capacitor, the driving TF
Tを所定の電流値で動作させるものである。 The T is intended to operate at a predetermined current value. また、ドレイン41は、凸部(GaN)16のLEDと駆動TFT The drain 41 is, LED and driver TFT of the projections (GaN) 16
ドレインを接続するものである。 It is intended to connect the drain. ソース42は、駆動T Source 42, the drive T
FTソース側と電源ラインとを接続するものである。 It is used to connect the FT source side and the power line.

【0051】また、図20はXY単純マトリクスディスプレイへの応用例である。 [0051] Further, FIG 20 is an example of application to XY passive matrix display. 図20に示すように、単純マトリクス駆動のために、個々の凸部(GaN)16もしくは複数の凸部(GaN)16の裏面が行もしくは列電極に接続されでいる。 As shown in FIG. 20, for the simple matrix driving, each of the projections (GaN) 16 or a plurality of protrusions (GaN) 16 rear surface of which is connected to the row or column electrodes. また、上記の行もしくは列電極と直交する方向に列もしくは行電極が形成されている。 The column or row electrodes are formed in a direction perpendicular to the row or column electrodes. 凸部(GaN)16の前面側に形成されているn電極7 n electrode 7 formed on the front side of the protrusion (GaN) 16
は、少なくとも一部が透明である必要がある。 Is, there should be at least partially transparent.

【0052】以上の説明はGaNについて述べたがそれ以外の材料についても同様の形状にすることでLED素子の発光効率を向上させることができる。 [0052] The above description can improve the luminous efficiency of the LED element by has been described GaN to a similar shape for the other materials. 例えば、Al For example, Al
GaNInPの4元混晶の場合、屈折率は3.4程度と見積もられる。 For quaternary mixed crystal of GaNInP, refractive index is estimated to be about 3.4. 1.5のボールレンズに入射する最適形状を見積もると、臨界角26°、L1を100として放物面焦点距離3.62、発光層サイズL2は47、深さdは135となる。 When estimating the optimum shape incident on 1.5 ball lens, the critical angle 26 °, parabolic focal length 3.62 to L1 as 100, the light emitting layer size L2 is 47, the depth d becomes 135. GaNではサファイア基板が透明であるが、この4元系混晶にはGaAsを基板として使う。 Although sapphire substrate in GaN is transparent, this quaternary mixed crystal using GaAs as a substrate. GaAsは不透明であるため結晶成長後除去する必要がある。 GaAs, it is necessary to remove after the crystal growth because it is opaque. この点を除けばプロセスは上述のGaNの場合と同様である。 Apart from this process is similar to that of the above-described GaN.

【0053】つぎに、照明装置、および2次元表示装置に係る他の発明の実施の形態について、図21〜23を参照しながら説明する。 Next, the lighting device, and embodiments of the other inventions of the 2-dimensional display device will be described with reference to FIG. 21-23. 本発明はLEDにとどまらない。 The present invention is not confined to the LED. EL(有機、無機)デバイスについても外部取り出し効率を向上させることができる。 EL (organic, inorganic) can be improved external extraction efficiency for the device.

【0054】例えば、図21に示すように、基板47上に、電極(反射層)46、発光層45、透明電極44、 [0054] For example, as shown in FIG. 21, on the substrate 47, the electrode (reflective layer) 46, the light emitting layer 45, the transparent electrode 44,
および凸部43を順次張り合わせた構造が考えられる。 And sequentially laminated structure of protrusions 43 are contemplated.
ここで、凸部43は、透明電極44を介して、発光層4 Here, the convex portion 43, via the transparent electrode 44, the light-emitting layer 4
5に接している。 5 are in contact with each other. 発光層45の屈折率が1.5程度の場合、透明電極44の材料より屈折率が小さい。 If the refractive index of the light emitting layer 45 is about 1.5, than the refractive index is less material for the transparent electrode 44. 発光層内で全反射するのは、接する材料の屈折率が発光層の材料の屈折率よりも小さい場合であり、ここではその問題は生じない。 To total reflection in the light-emitting layer is the refractive index of the contact material is less than the refractive index of the material of the light-emitting layer, the problem does not occur here.

【0055】なお、図21に示すような凸部43を発光層45と直接かかわらない部分で構成している場合、凸部43の材料の選択には屈折率が問題となる。 [0055] Incidentally, if configured in a portion not related to projection 43 as shown in FIG. 21 directly and the light emitting layer 45, the refractive index in the selection of the material of the convex portion 43 becomes a problem. この場合、発光層45の屈折率よりも小さい材料で構成すると透明電極44と凸部43の界面で全反射条件を超える角度が存在することになる。 In this case, the angle exceeding the total reflection condition when configured with smaller material than the refractive index at the interface between the transparent electrode 44 and the projection 43 of the light emitting layer 45 exists. そこで、凸部43の材料の屈折率は、発光層45の材料の屈折率と同じか大きいことが必要である。 Therefore, the refractive index of the material of the convex portion 43, it is necessary that the same or greater than the refractive index of the material of the light emitting layer 45.

【0056】エアーとの界面臨界角は41.8°である。 [0056] interface the critical angle of the air is 41.8 °. 透明電極44上に凸部43がない場合では外部取り出し効率は高々25%であるが、発光エリアと凸部43 But in the absence of the convex portion 43 on the transparent electrode 44 is extraction efficiency is at most 25%, the light emitting area and the convex portion 43
が一対一の対応をしていて、凸部43に比べて十分発光層が薄ければ100%に近い取り出し効率が得られる。 There have been a one-to-one correspondence, extraction efficiency is obtained close to 100% if thin enough light emitting layer as compared with the projection 43.
理想的な凸部43の形状はL1を100とした場合、放物面焦点距離8.2、発光層サイズL2は37、深さd If the shape of the ideal projection 43 in which the L1 and 100, paraboloid focal length 8.2, the light-emitting layer size L2 is 37, the depth d
は66となる。 It will be 66.

【0057】図22は発光層45の1画素と比べ凸部4 [0057] Figure 22 is a convex portion 4 compared with one pixel of the light emitting layer 45
3が小さく、1画素に複数の凸部43が対応している構造である。 3 is small, a structure in which a plurality of convex portions 43 corresponds to one pixel. この構造では、発光部と凸部43の位置合わせが不要であることが利点である。 In this structure, it is an advantage alignment of the light emitting portion and the convex portion 43 is not required.

【0058】図23に示すように発光角度、位置で凸部43の効果は違う。 [0058] emission angle as shown in FIG. 23, the effect of the convex portion 43 at the position is different. 凸部43下で発光した光線は凸部4 Rays emitted in the lower projection 43 is convex portion 4
3内面で全反射し、外部に出射する。 3 is totally reflected by the inner surface, it is emitted to the outside. 凸部43下以外の発光は界面で全反射する光線と臨界角以下の光線の場合がある。 Emission not under the convex portion 43 in some cases the ray and the critical angle or less of the light beam totally reflected at the interface. 臨界角以下の光線は屈折率の小さい材料(エアーの場合もある)に出射し、概ね全て凸43部に入射する。 Critical angle or less of the light beam is emitted to a material having a small refractive index (in the case of air also), enters substantially all the convex 43 parts. つぎに、凸部43内面で全反射し、外部に概ね出射する。 Then totally reflected by the convex portion 43 the inner surface is generally emitted to the outside. 臨界角より大きい角度の光線は裏面と屈折率の小さな材料との間で全反射を繰り返し、いずれは凸部43 Large ray angles than the critical angle repeatedly totally reflected between the small material of the back surface and the refractive index, either the convex portion 43
に入射し、外部に取り出される。 Incident on, is taken out. この構造では隣接画素に光漏れが生ずる場合があるので、隣接画素との間に反射層48があることが望ましい。 Since this structure is sometimes light leakage to an adjacent pixel occurs, it is desirable to have the reflective layer 48 between the adjacent pixels.

【0059】以上のことから、本発明の実施の形態によれば、発光層に接する層の側面が光を出射する方向に開いた形状を有し、側面の少なくとも1部が、発光層からの光を全反射する形状を有するので、または、開口部から、反応性イオンエッチングにより、発光層に接する層に凹部を形成する工程とを含み、凹部が底に行くほど狭くなるので、または、照明装置が自発光素子を複数個配列するので、または、2次元表示装置が、1または2以上の自発光素子を、1画素とするので、外部取り出し効率を向上させることができ、発光強度の面的なむらの発生を抑制できる。 [0059] From the foregoing, according to the embodiment of the present invention has a shape the side surface of the layer in contact with the light-emitting layer is opened in the direction of emitting light, at least a portion of the side surface, from the light-emitting layer because it has a shape that totally reflect light, or, from the opening, by reactive ion etching, and forming a recess in the layer in contact with the light-emitting layer, since the recess becomes narrower toward the bottom, or, lighting since device is arranging a plurality self-emission element, or two-dimensional display device, one or more of the self-luminous element, since one pixel, it is possible to improve the extraction efficiency, the surface of the emission intensity the occurrence of non-uniformity can be suppressed. したがって、発光効率を向上させることができ、大きな面積を均一に発光させることができる。 Therefore, it is possible to improve the luminous efficiency, it can be uniformly emitting a large area.

【0060】それによって、低消費電力で明るい光源、 [0060] Thereby, a bright light source with low power consumption,
照明装置(直視型大画面XY表示装置、LCDバックライト、プロジェクター光源、各種照明装置)が可能となる。 Lighting apparatus (direct-view-type large screen XY display, LCD backlight, a projector light source, various illumination device) becomes possible. また、XYマトリクス(パッシブ、アクティブ)駆動の2次元表示装置が可能である。 Further, it is possible XY matrix (passive, active) two-dimensional display device driving.

【0061】なお、本発明は上述の実施の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。 [0061] The present invention is to obtain take various other configurations without departing from the gist of the present invention is not limited to the embodiments described above is a matter of course.

【0062】 [0062]

【発明の効果】本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。 According to the present invention, an effect as described below. 発光層に接する層の側面が光を出射する方向に開いた形状を有し、側面の少なくとも1部が、発光層からの光を全反射する形状を有するので、または、開口部から、反応性イオンエッチングにより、発光層に接する層に凹部を形成する工程とを含み、凹部が底に行くほど狭くなるので、または、2次元表示装置が、1または2以上の自発光素子を、1画素とするので、発光効率を向上させることができる。 Shaped side surface of the layer in contact with the light-emitting layer is opened in the direction of emitting light, at least a portion of the side surface, because it has a shape that totally reflects the light from the light emitting layer, or, from the opening, the reactive by ion etching, and forming a recess in the layer in contact with the light-emitting layer, since the recess becomes narrower toward the bottom, or, 2-dimensional display device, one or more of the self-emission element, and a pixel since, it is possible to improve the luminous efficiency. また、照明装置が自発光素子を複数個配列するので、発光効率を向上させることができ、かつ大きな面積を均一に発光させることができる。 Further, since the lighting device is arranging a plurality self-emission element, it is possible to improve the luminous efficiency, and can be uniformly emitting a large area.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】自発光素子に係る発明の実施の形態を示す図である。 1 is a diagram showing an embodiment of the invention according to the self-luminous element.

【図2】GaN−LEDの素子構造の例を示す図である。 2 is a diagram showing an example of the element structure of GaN-LED.

【図3】自発光素子に係る凸部の例を示す図である(その1)。 3 is a diagram showing an example of a protrusion according to a self-luminous element (1).

【図4】自発光素子に係る凸部の例を示す図である(その2)。 4 is a diagram showing an example of a protrusion according to a self-luminous element (Part 2).

【図5】自発光素子に係る凸部の配列の例を示す図である(その1)。 5 is a diagram showing an example of arrangement of the projections according to the self-emission device (No. 1).

【図6】自発光素子に係る凸部の配列の例を示す図である(その2)。 6 is a diagram showing an example of arrangement of the projections according to the self-luminous element (Part 2).

【図7】自発光素子に係る凸部の配列の例を示す図である(その3)。 7 is a diagram showing an example of arrangement of the projections according to the self-luminous element (Part 3).

【図8】照明装置に係る発明に用いるサブマウント基板を示す図である。 8 is a diagram showing a sub-mount substrate used in the invention according to the illumination device.

【図9】照明装置に係る発明の実施の形態を示す図である。 9 is a diagram showing an embodiment of the invention according to the illumination device.

【図10】照明装置に係る他の発明の実施の形態を示す図である。 10 is a diagram showing an embodiment of another invention relating to the lighting device.

【図11】照明装置に係る他の発明の実施の形態を示す図である。 11 is a diagram showing an embodiment of another invention relating to the lighting device.

【図12】照明装置に係る他の発明の実施の形態を示す図である。 12 is a diagram showing an embodiment of another invention relating to the lighting device.

【図13】自発光素子を配列したものにボールレンズを接着した例を示す図である。 13 is a diagram showing an example of bonding the ball lens in that an array of self-luminous element.

【図14】本発明に係る自発光素子の例を示す断面図である。 14 is a cross-sectional view showing an example of a self-emission element according to the present invention.

【図15】自発光素子の製造工程の例を示す図である(その1)。 15 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the self-emission device (No. 1).

【図16】自発光素子の製造工程の例を示す図である(その2)。 16 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the self-luminous element (Part 2).

【図17】自発光素子の製造工程の例を示す図である(その3)。 17 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the self-luminous element (Part 3).

【図18】2次元表示装置に係る発明の実施の形態を示す図である。 18 is a diagram showing an embodiment of the invention according to two-dimensional display device.

【図19】2次元表示装置に係る発明の実施の形態を示す図である。 19 is a diagram showing an embodiment of the invention according to two-dimensional display device.

【図20】2次元表示装置に係る発明の実施の形態を示す図である。 20 is a diagram showing an embodiment of the invention according to two-dimensional display device.

【図21】照明装置または2次元表示装置に係る他の発明の実施の形態を示す図である。 21 is a diagram showing an embodiment of another invention relating to the lighting device or a two-dimensional display device.

【図22】照明装置または2次元表示装置に係る他の発明の実施の形態を示す図である。 22 is a diagram showing an embodiment of another invention relating to the lighting device or a two-dimensional display device.

【図23】照明装置または2次元表示装置に係る他の発明の実施の形態を示す図である。 23 is a diagram showing an embodiment of another invention relating to the lighting device or a two-dimensional display device.

【図24】従来の自発光素子の例を示す図である。 24 is a diagram showing an example of a conventional self-luminous element.

【図25】従来の自発光素子をボールレンズに接着した例を示す図である。 [Figure 25] The conventional self-luminous element is a diagram showing an example of adhering to the ball lens.

【図26】従来の自発光素子の他の例を示す図である。 26 is a diagram showing another example of a conventional self-luminous element.

【図27】従来の自発光素子における、投入電流を変えたときの発光強度分布を示す図である。 [27] in a conventional self-luminous element is a graph showing an emission intensity distribution when changing the charged current.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1‥‥発光層、2‥‥発光層に接する層(GaN)、3 1 ‥‥ emitting layer, 2 ‥‥ contact with the light emitting layer a layer (GaN), 3
‥‥p電極、4‥‥自発光素子、5‥‥側面、6‥‥サファイア基板、7‥‥n電極、8‥‥ボールレンズ、9 ‥‥ p electrode, 4 ‥‥ self-luminous element, 5 ‥‥ side, 6 ‥‥ sapphire substrate, 7 ‥‥ n electrode, 8 ‥‥ ball lens, 9
‥‥p側入力端子、10‥‥n側入力端子、11‥‥p ‥‥ p-side input terminal, 10 ‥‥ n-side input terminal, 11 ‥‥ p
電極接合パッド、12‥‥n電極接合パッド、13‥‥ Electrode bonding pad, 12 ‥‥ n electrode bond pad, 13 ‥‥
サブマウント基板、14‥‥n電極取り出し部、15‥ Submount substrate, 14 ‥‥ n electrode extraction portion, 15 ‥
‥LED基板、16‥‥凸部(GaN)、17‥‥n側GaN、18‥‥AlGaN、19‥‥p側GaN、2 ‥ LED substrate, 16 ‥‥ protrusion (GaN), 17 ‥‥ n-side GaN, 18 ‥‥ AlGaN, 19 ‥‥ p-side GaN, 2
0‥‥発光層(GaInN)、21‥‥p電極取り出し部、22‥‥絶縁層、23‥‥コンタクト電極、24‥ 0 ‥‥ emitting layer (GaInN), 21 ‥‥ p electrode extraction portion, 22 ‥‥ insulating layer, 23 ‥‥ contact electrode, 24 ‥
‥メッシュ電極、25‥‥透明電極、26‥‥ワイヤーボンディング、27‥‥ストライブ電極、28‥‥Ga ‥ mesh electrode, 25 ‥‥ transparent electrode, 26 ‥‥ wire bonding, 27 ‥‥ stripe electrode, 28 ‥‥ Ga
Nバッファ、29‥‥SiO 2 、30‥‥フォトレジスト、31‥‥信号線、32‥‥電源ライン、33‥‥コモン電極、34‥‥LED、35‥‥駆動TFT、36 N buffer, 29 ‥‥ SiO 2, 30 ‥‥ photoresist, 31 ‥‥ signal line, 32 ‥‥ power line, 33 ‥‥ common electrode, 34 ‥‥ LED, 35 ‥‥ driving TFT, 36
‥‥スイッチングTFT、37‥‥蓄積容量、38‥‥ ‥‥ switching TFT, 37 ‥‥ storage capacitor, 38 ‥‥
容量線、39‥‥走査線、40‥‥ゲート、41‥‥ドレイン、42‥‥ソース、43‥‥凸部、44‥‥透明電極、45‥‥発光層、46‥‥電極(反射膜)、47 Capacitor line, 39 ‥‥ scanning lines, 40 ‥‥ gate, 41 ‥‥ drain, 42 ‥‥ source, 43 ‥‥ protrusion, 44 ‥‥ transparent electrode, 45 ‥‥ emitting layer, 46 ‥‥ electrode (reflective film) , 47
‥‥基板、48‥‥反射層、49‥‥電極、50‥‥端子(反射板) ‥‥ substrate, 48 ‥‥ reflective layer, 49 ‥‥ electrode, 50 ‥‥ terminal (reflector)

フロントページの続き Fターム(参考) 3K007 AB03 AB17 AB18 BA06 CB01 CC01 DA01 DB03 EC00 FA01 5F041 AA03 CA34 CA40 CA46 CA74 CB11 CB22 CB25 EE23 Front page of the continued F-term (reference) 3K007 AB03 AB17 AB18 BA06 CB01 CC01 DA01 DB03 EC00 FA01 5F041 AA03 CA34 CA40 CA46 CA74 CB11 CB22 CB25 EE23

Claims (4)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 発光層と、直接または他の層を介して、 1. A through the light-emitting layer, directly or another layer,
    発光層に接する層と、上記発光層の、上記発光層に接する層と反対側に形成された電極とを含み、上記電極は、 Includes a layer in contact with the light-emitting layer, the light emitting layer, and an electrode formed in a layer on the opposite side in contact with the light-emitting layer, the electrode,
    反射機能を有し、上記発光層に接する層の、発光層と反対側の面から光を出射する自発光素子において、以下のことを特徴とする自発光素子。 A reflecting function, the layer in contact with the light emitting layer, the self-luminous element that emits light from the surface opposite to the light-emitting layer, the self-luminous element, characterized in that:. (イ)発光層に接する層は、その側面が光を出射する方向に開いた形状を有する。 (B) a layer in contact with the light-emitting layer has a shape open in the direction in which the side surfaces emit light. (ロ)上記側面の少なくとも1部は、発光層からの光を全反射する形状を有する。 (Ii) at least a portion of the side surface has a shape that totally reflects the light from the light emitting layer.
  2. 【請求項2】 基板上に発光層および発光層に接する層を形成する工程と、さらに、酸化シリコン膜を形成する工程と、上記酸化シリコン膜に、開口部を形成する工程と、上記開口部から、反応性イオンエッチングにより、 2. A process for forming a layer in contact with the light-emitting layer and the luminescent layer on the substrate, further forming a silicon oxide film, the above silicon oxide film, forming an opening, the opening from the reactive ion etching,
    上記発光層に接する層に凹部を形成する工程とを含み、 And forming a recess in the layer in contact with the light-emitting layer,
    上記凹部は、底に行くほど狭くなることを特徴とする自発光素子の製造方法。 The recess is the method of manufacturing the light emitting device characterized by narrower toward the bottom.
  3. 【請求項3】 請求項1記載の自発光素子を、複数個配列することを特徴とする照明装置。 3. A self-light emitting device according to claim 1, wherein the illumination device, characterized by arranging a plurality.
  4. 【請求項4】 1または2以上の請求項1記載の自発光素子を、1画素とすることを特徴とする2次元表示装置。 Wherein one or more of the self-luminous device according to claim 1, 2-dimensional display apparatus characterized by a single pixel.
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