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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layer
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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.

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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a self-luminous element, a method of manufacturing the same, a lighting device, and a two-dimensional display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、発光ダイオード(以下、「LE
D」という。)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、
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。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。
2. Description of the Related Art Conventionally, a light emitting diode (hereinafter referred to as "LE
D ". ), Flat panel displays, backlights for liquid crystal displays, light sources for projection, etc. have been tried, but the luminous efficiency of LEDs is not sufficient,
It is difficult to uniformly emit light over a large area. Further, the luminous efficiency is not sufficient even in an electroluminescent (hereinafter, referred to as “EL”) 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。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。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。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。発光層1の発光角度分布は等方的である。つまり、
立体角で4πの大きさである。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。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。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 luminous efficiency can be expressed by internal quantum efficiency × external take-out efficiency. The external take-out efficiency is mainly determined by the difference in the refractive index of the components making up the LED and EL. Therefore, a structure for extracting light from the sapphire substrate side by using a GaN-LED as shown in FIG. 24 will be specifically described. The refractive index of the layer (GaN) 2 in contact with the light emitting layer and the refractive index of the sapphire substrate 6 are 2.46 and 1.76, respectively. The light emitting angle distribution of the light emitting layer 1 is isotropic. That is,
It is 4π in solid angle. Light rays exceeding the critical angle determined by the difference in the refractive index at the interface with the sapphire substrate 6 are confined in the layer (GaN) 2 in contact with the light emitting layer. Here, the critical angle is 46 °, and the solid angle in this range is 2π × 0.3. Even when 100% is reflected on the surface of the p electrode 3 on the back surface, only 30% of the light enters 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。結局20%の光線のみ前面に出
射する。
Similarly, even at the interface from the sapphire substrate 6 to the ball lens 8 (refractive index 1.5) as shown in FIG. 25, a light beam exceeding the critical angle of 58 °, as shown in FIG. reflect. Eventually, only 20% of the light is emitted to the front.

【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。すなわち、一般
的なGaN−LEDの構造は、図26Aに示すように、
サファイア基板6が下にある構造である。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。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。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。
[0005] The same applies to a structure in which the sapphire substrate side is a back surface and a reflection film is formed on the back surface. That is, the structure of a general GaN-LED is as shown in FIG. 26A.
This is a structure in which a sapphire substrate 6 is provided below. Although the angular distribution of the light emitted from the light emitting layer is 4π, the light out of the light emitted to the sapphire substrate 6 that exceeds the critical angle determined by the refractive index difference from the sapphire substrate 6 is out of the sapphire substrate 6. The light is totally reflected at the interface and goes to the transparent electrode 25 side. When ITO is used as the transparent electrode 25, the refractive index is generally larger than that of the sapphire substrate 6 (1.8 to 1.9), and the light totally reflected at the interface with the sapphire substrate 6 is also totally reflected at the interface of ITO, and Does not come out. The light beam that has passed through the sapphire substrate 6 is reflected by the reflection plate on the back surface, and travels 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。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。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。なお、上述のことは、
GaN以外の材料についても同様である。
Among the light beams that have passed through the transparent electrode 25, those that exceed a critical angle determined by the ratio of the refractive index of the transparent electrode 25 to the refractive index of the ball lens 8 shown in FIG. 26B are totally reflected. As a result, the ratio of light rays that can enter the ball lens 8 depends on the critical angle determined by the ratio of the refractive index of GaN to the refractive index of the ball lens 8. If light rays leaking from the side surface by repeating total reflection are ignored, it is about 20%. Note that the above
The same applies to materials 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。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。
[0007] Furthermore, the efficiency of external extraction is also a problem for EL devices (organic and inorganic). Many materials constituting the organic EL have a refractive index of about 1.5, but the external 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。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。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
7Aに示すようになる。n電極7から離れるに従い発光
強度は小さくなる。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。
Another problem is that when the light emitting area is increased to increase the total luminous flux, the effective light emitting area cannot be increased due to current concentration near the electrodes. FIG. 27 shows an example of the emission intensity distribution when the input current is changed in the LED. That is, as shown in FIG. 27B, the change in the light emission intensity on the line aa passing through the n-electrode 7 is shown in FIG.
7A. The emission intensity decreases as the distance from the n-electrode 7 increases. This tendency is remarkable as the applied current increases, and it is found that it is difficult to obtain a uniform 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。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。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems, and has as its object to provide a self-luminous element capable of improving luminous efficiency, a method of manufacturing the same, and a two-dimensional display device. Further, another object of the present invention is to provide a lighting device that can improve luminous efficiency and emit light uniformly over 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、
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。(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。
(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。
The self-luminous element according to the present invention comprises:
A light-emitting layer, directly or via another layer, a layer in contact with the light-emitting layer, and an electrode formed on the light-emitting layer on the side opposite to the layer in contact with the light-emitting layer, wherein the electrode has a reflective function; A self-luminous element that emits light from a surface of the layer that is in contact with the light-emitting layer and that is opposite to the light-emitting layer, characterized in that: (A) The layer in contact with the light emitting layer has a shape whose side surface is open in the direction in which light is emitted.
(B) At least a portion of the side surface has a shape that totally reflects light from the light emitting layer.

【0011】また、本発明の自発光素子の製造方法は、
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。
Further, the method for manufacturing a self-luminous element according to the present invention comprises:
Forming a light emitting layer and a layer in contact with the light emitting layer on the substrate; further forming a silicon oxide film; forming an opening in the silicon oxide film; Forming a recess in a layer in contact with the light emitting layer by etching, wherein the recess becomes 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。
Further, the lighting device of the present invention includes a plurality of the self-luminous elements having the above-described configuration.

【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, in the two-dimensional display device of the present invention, one or two or more of the above-mentioned self-luminous elements are formed as one pixel.

【0014】本発明の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。
A self-luminous element of the present invention and a method of manufacturing the same;
According to the lighting device, and the two-dimensional display device, the side surface of the layer in contact with the light-emitting layer has a shape that is open in a direction in which light is emitted,
Forming at least a part of the side surface in a shape in which light from the light emitting layer is totally reflected, or from an opening, by reactive ion etching to form a concave portion in a layer in contact with the light emitting layer, Since the width becomes narrower toward the bottom, or because the lighting device arranges a plurality of self-luminous elements, or because the two-dimensional display device uses one or more self-luminous elements as one pixel, the external extraction efficiency is increased. Can be improved, and the occurrence of uneven emission intensity can be suppressed.

【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。まず、自発光素子、たとえば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 present invention will be described below. First, a self-luminous element such as an LED or EL
An embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.

【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。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。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。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。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。
In the self-luminous element, the light beam confined inside under the condition of total reflection is guided in a direction perpendicular to the substrate while repeating reflection at the interface. For example, in the case of a GaN-LED structure having an electrode on the back surface and a sapphire substrate on the front surface, light is guided while totally reflecting at the interface between the sapphire substrate and GaN and reflecting metal at the opposing electrode surface. At this time, since the reflection on the metal surface always involves absorption, and absorption occurs in the light emitting layer when the light crosses the light emitting layer, the amount of light attenuates as the number of reflections increases. A part of the light is emitted from the end face to the outside, but in a direction orthogonal to the substrate, it cannot be an effective light beam. The present invention is a structure that makes effective use of the invalid light emission in the side direction, and specifically, is characterized in that the side surface is inclined from the normal direction of the substrate.

【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。この臨界
角をθ1とする。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。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。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。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。
The angle of inclination is set so that the interface is in a condition of total reflection for a ray parallel to the substrate. This critical angle is defined as θ1. By satisfying this condition, it is possible to satisfy the condition of total reflection on the side surface for almost all light emission. Assuming that the metal electrode is located on the back surface, a light beam having an angle lower than an angle parallel to the substrate is reflected by the back electrode to satisfy the condition of total reflection on the side surface. However, a light beam that reaches the side surface directly without being reflected by the back electrode may not be satisfied. Therefore, it is desirable that the position of the light emitting layer is as close to the back electrode as possible.

【0018】つぎに、基板との界面での全反射条件を考
える。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。この臨界角
をθ2とする。この角度が臨界角を超えないように設定
する。
Next, the condition of total reflection at the interface with the substrate will be considered. The line connecting the boundary point of the interface between the opposing side surface and the substrate with the light emitted from the end of the light emitting layer partitioned by the inclined side surface toward the substrate side is the maximum incident angle on the substrate. This critical angle is defined as θ2. The 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。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。
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。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。
By satisfying the above two conditions, almost all light beams are emitted to the substrate side. A shape satisfying these two conditions will be specifically described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the side surface of the shape satisfying these two conditions is a part of the paraboloid shape. In the self-luminous element shown in FIG. 1, light generated from the light emitting layer 1 is emitted from the sapphire substrate 6 through the layer (GaN) 2 in contact with the light emitting layer.

【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。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。GaNの屈折率とエアーの屈折率で決まる臨界角θ
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。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
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。
In FIG. 1, a light-emitting layer 1 is a layer that emits light by applying a voltage between a p-electrode 3 and an n-electrode (not shown). The layer (GaN) 2 in contact with the light emitting layer is made of GaN and is in contact with the light emitting layer 1. Critical angle θ determined by the refractive index of GaN and the refractive index of air
1 is 24 °, and the critical angle θ2 determined by the refractive index of GaN and the refractive index of the sapphire substrate 6 is 46 °. A parabolic shape that satisfies these two conditions is, for example, a size L1 on the emission side of 10
When it is set to 0, the focal length of the paraboloid is 6.2, the size L2 of the light emitting layer is 55.6, and the thickness d of GaN is 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。p電極3
は、発光層1に対して、発光層に接する層(GaN)2
の反対側に形成されている。また、p電極3は、p側G
aN19を介して、発光層1と接している。このp電極
3は、金属からなり反射機能を有している。
A sapphire substrate 6 is joined to the light emitting side of the layer (GaN) 2 in contact with the light emitting layer. p electrode 3
Represents a layer (GaN) 2 in contact with the light emitting layer with respect to the light emitting layer 1
Is formed on the opposite side. The p-electrode 3 is connected to the p-side G
It is in contact with the light emitting layer 1 via aN19. The p electrode 3 is made of metal and has a reflection function.

【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。すなわち、図1における発光層に接する層(Ga
N)2および発光層1がそれぞれ、図2のn側GaN1
7および発光層(GaInN)20に相当する。また、
図1においては、発光層1とp電極3の間は、p側Ga
N19のみとしているが、実際には図2に示すように、
AlGaN18およびp側GaN19の2層が存在しい
る。ここで、発光層(GaInN)20および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。また、図1に示すように、図2のAlGa
N18を省略できる。
Incidentally, a detailed structure of the layer (GaN) 2 in contact with the light emitting layer, the light emitting layer 1 and the p-side GaN 19 in FIG. 1 is as shown in FIG. That is, the layer (Ga) in contact with the light emitting layer in FIG.
N) 2 and the light emitting layer 1 are respectively n-side GaN 1 of FIG.
7 and the light emitting layer (GaInN) 20. Also,
In FIG. 1, p-side Ga is provided between the light emitting layer 1 and the p-electrode 3.
Although only N19 is used, actually, as shown in FIG.
There are two layers, AlGaN 18 and p-side GaN 19. Here, the light emitting layer (GaInN) 20 and AlGa
Since N18 is sufficiently thin with respect to the wavelength of light, the distance between the p-electrode 3 and the sapphire substrate 6 can be represented by the refractive index of GaN. Also, as shown in FIG.
N18 can be omitted.

【0023】上述したように、発光層に接する層(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。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。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。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。
As described above, the layer (Ga) in contact with the light emitting layer
The N) 2 desirably has a parabolic shape as shown in FIG. However, the layer (GaN) 2 in contact with the light emitting layer is not limited to the above-mentioned parabolic shape. As modifications thereof, cones and hexagons as shown in FIGS. 3B and C, quadrangular pyramids as shown in FIG. 4A, and division shapes as shown in FIGS. Parabolic shapes and the like can be mentioned. In short, the layer (GaN) 2 which is in contact with the light emitting layer has a shape whose side surface is open in the light emitting direction, that is, the side surface is inclined so that the back surface is convex with respect to the light emitting surface. If at least a part of the side surface has a shape that totally reflects the light from the light emitting layer, the external extraction efficiency can be improved.

【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。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
aN)2の厚さをどの程度厚くするかで決まる。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。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。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。
Next, an embodiment of the invention relating to a lighting device will be described with reference to FIGS. The practical dimensions of the self-luminous element described above are based on the layer (G
aN) 2 is determined by the thickness. When the layer (GaN) 2 in contact with the light emitting layer is set to, for example, 7 μm, the chip size becomes 10 μm, and a plurality of illumination devices need to be arranged in order to obtain an absolute light quantity. Various arrangements of the self-light emitting elements are conceivable as shown in FIGS. A one-dimensional structure having a parabolic or trapezoidal cross section as shown in FIG. 7 is also conceivable.

【0025】照明装置として、実現した構造の例が図8
および9である。図9に示す、各自発光素子のp電極3
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。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。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。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。
FIG. 8 shows an example of a structure realized as a lighting device.
And 9. P electrode 3 of each self-luminous element shown in FIG.
Is electrically connected to the p-electrode bonding pad 11 of the submount substrate 13 shown in FIG. 8 by soldering or the like. The n-electrode 7 is formed on the side surface in order to make the light emitting area as small as possible. 9A is an ineffective light emitting area, and is electrically connected to the n-electrode bonding pad 12 of the submount substrate 13 by soldering or the like. The number of divisions is determined by the required amount of light, driving conditions, the thickness of the layer (GaN) 2 in contact with the light emitting layer due to process restrictions, 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。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。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。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。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。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。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。
As shown in FIG. 9, the divided elements are driven in parallel. On the n side, each of the divided elements is wired in series with electrodes formed on the side surfaces. In order to uniformly inject current into each of the divided elements, it is necessary to reduce the n-side wiring resistance or increase the resistance in series with each element. When the series resistance of each element is increased, there is a problem that the drive voltage increases and the efficiency of the series resistance decreases. In this sense, it is desirable to reduce the n-side wiring resistance. In this structure, a relatively thick wiring electrode can be formed by using the side surface. Thereby, the wiring resistance can be reduced, and the driving can be performed without variation among the divided elements.

【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。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。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。ただし、直列の分割数倍駆動電圧
は上昇する。
As a wiring method, as shown in FIG. 10, a structure in which the entire light emitting region is divided into a plurality of regions and each is connected in series can be adopted. That is, as shown in FIG. 10B, the structure has a structure in which the rear surface of a part of the divided convex portion (GaN) 16 and the side surface of the convex portion (GaN) 16 adjacent thereto are electrically connected. When the same material as in the example described with reference to FIG. 9 is used, uniform driving can be performed even when the electrode film thickness is relatively small. However, the driving voltage is increased by the number of times divided in series.

【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。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
からなるバス電極を形成することもできる。
Regarding the formation of the n-side electrode, the sapphire substrate may be removed after crystal growth, and a transparent electrode may be formed in a planar manner. In this case, since the resistance may be high only with the transparent electrode, the mesh electrode 24 as shown in FIG. 11 or the stripe electrode 27 as shown in FIG.
A bus electrode made of

【0029】本構造によりサファイア基板側に100%
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。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)
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。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。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。
With this structure, 100% is applied to the sapphire substrate side.
Although it is possible to emit a light beam close to the substrate, it is desirable to process the sapphire substrate into a ball lens shape or to form a ball lens using a material having a refractive index close to that of the substrate in order to extract the light efficiently into the air. Here, the ball lens is a layer (GaN) in contact with the light emitting layer as shown in FIG.
A lens having a spherical shape centered on the interface position between the substrate 2 and the sapphire substrate 6. Further, the material for bonding the sapphire substrate 6 and the ball lens 8 is desirably a material having a refractive index close to those of the two. The reason for this is to reduce the reflection at the interface between the sapphire substrate 6 and the ball lens 8 and increase the external 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。ボールレンズの屈折率が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。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。その時臨界
角は38°となる。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。
Generally, the material used for the optical lens and the bonding material for bonding the substrate and the lens are often smaller than the refractive index of sapphire. The refractive index of the ball lens is 1.5
In this case, the overall external extraction efficiency can be improved by reviewing the shape of the layer (GaN) 2 in contact with the light emitting layer. In determining the conditions for total reflection between the substrate and GaN, the substrate is designed with a refractive index of 1.5. At that time, the critical angle becomes 38 °. When L1 is 100, the focal length of the paraboloid is 5.4, the size L2 of the light emitting layer is 49, and the depth d is 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。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。
If the refractive index of the substrate is set to air, the extraction efficiency into the air can be made close to 100% in the absence of a ball lens. At this time, assuming that the critical angle is 24 ° and L1 is 100, the focal length of the paraboloid is 4.1, the light emitting layer size L2 is 37, and the depth d is 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。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。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。
As described above, by increasing d with respect to L1, a lens function can be added, and the entire lighting device can be simplified. On the other hand, since the size of the light emitting layer becomes smaller, it is necessary to increase the chip size to obtain the same light amount. Therefore, the ratio between L1 and d is determined in consideration of the yield of the LED production process, the number of chips determined by the relationship between the substrate size and the chip size, the overall design of the lighting device, 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。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。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SiO2 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。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。
Next, an embodiment of the invention relating to a method for manufacturing a self-luminous element will be described with reference to FIGS. The process example here is a method using reactive ion etching. That is, normal planar crystal growth is performed on a sapphire substrate, and then the GaN layer is divided into inclined side structures by reactive ion etching using SiO 2 or the like as a mask. A cross-sectional view of the final self-luminous element is as shown in FIG.

【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。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
(発光層に接する層)などを形成する。
Next, a method for manufacturing a self-luminous element using reactive ion etching will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 15, in the LED structure growth step of Step 1, normal planar crystal growth is performed on the sapphire substrate 6, and the light emitting layer (GaInN) 20 and the n-side GaN 17 are formed on the sapphire substrate 6.
(A layer in contact with the light emitting layer) and the like.

【0035】工程2のSiO2 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(SiO2 )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。
In the step of forming the SiO 2 layer in step 2, a silicon oxide film (SiO 2 ) 29 having a thickness of about 200 μm is formed on the wafer on which the LED structure has been grown by a method such as vacuum deposition, sputtering, or plasma CVD. .

【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。
In the step of forming a photoresist pattern in step 3, a pattern of the photoresist 30 is formed so that a portion from which silicon oxide is removed becomes an opening.

【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。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。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。
In the etching step of Step 4, an opening is formed in the silicon oxide film. This may be wet etching or dry etching. In the case of wet etching, only silicon oxide is removed using Buffered-HF or 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。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。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。そこで、
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。
In the step of removing the photoresist in step 5, the resist used as the silicon oxide etching mask is removed. When wet etching is used in step 4, the resist is removed with an appropriate organic solvent. When dry etching is used in step 4, the resist is deteriorated and cannot be removed with an ordinary organic solvent. Therefore,
The resist is ashed (ashed) by oxygen plasma and completely removed by a 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。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。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
Fパワー100Wで行う。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。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。すなわち、凹部は、底に行くほど狭くなって
いる。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。
As shown in FIG. 16, in the reactive ion etching step of step 6, a recess is formed in the layer in contact with the light emitting layer from the opening by reactive ion etching. That is, the n-cladding layer is exposed by reactive ion etching using the pattern-transferred silicon oxide film as an etching mask. The etching conditions are, for example, Cl (chlorine) gas at a flow rate of 12 sccm, Ar (argon) at a flow rate of 2 sccm, gas pressure of 0.12 Pa, R
The operation is performed at an F power of 100 W. 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, but the silicon oxide film is similarly etched, and the side surface of the pattern of the silicon oxide film is slightly receded. Due to this property, the pattern width of the silicon oxide becomes narrower as the etching proceeds, and the GaN-based material is etched in a tapered shape (plateau shape) as shown in 6 of FIG. That is, the concave portion becomes narrower toward the bottom. As the silicon oxide film is thinner, the recession due to the etching increases, and the taper angle can be increased.

【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。
In the step of forming a photoresist pattern in step 7, a resist pattern is formed such that the bottom surface of the LED structure remaining on the plateau (the n-side GaN 17 exposed by etching) is opened.

【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。材料と膜厚は、
例えばTi/Al/Pt/Au(Tiが最初の層)=1
0/100/100/300nmを採用することができ
る。
In the step 8 for forming an n-electrode, an n-electrode is formed by vacuum evaporation or the like. The material and film thickness are
For example, Ti / Al / Pt / Au (Ti is the first layer) = 1
0/100/100/300 nm can be adopted.

【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。この後、窒素雰囲気中で800℃、10分
の熱処理を行う。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
N19の低抵抗化も行われる。
In the step of removing the photoresist and alloying in step 9, the lift-off method is used to leave only the electrode formed in the resist opening and remove the other portions. Thereafter, a heat treatment is performed at 800 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. As a result, the n-side GaN 17 is also heated, so that hydrogen contained in this layer is removed, and the p-side Ga
The resistance of N19 is also reduced.

【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 step of forming a photoresist pattern in step 10, in order to form a p-side electrode, the photoresist is so formed that the plateau-shaped upper surface left by etching becomes an opening. 30 is patterned.

【0044】工程11のエッチングの工程においては、
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。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。
In the etching step of step 11,
Using the photoresist pattern as an etching mask, the underlying silicon oxide film is removed. As the etching method, the same method as described in Step 4 can be used.

【0045】工程12のp電極形成の工程においては、
p側電極を真空蒸着などで形成する。材料と膜厚は、例
えばNi/Pt/Au(Niが最初)=10/100/
300nmを採用することができる。
In the step 12 of forming the p-electrode,
The p-side electrode is formed by vacuum evaporation or the like. The material and the film thickness are, for example, Ni / Pt / Au (Ni is first) = 10/100 /
300 nm can be adopted.

【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。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。
In the step of removing the photoresist in step 13, the portions other than the electrode 3 formed on the p-side are removed using an organic solvent such as acetone. As the method for removing the photoresist, the same method as described in Step 9 can be used.

【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。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。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。
Next, an embodiment of the invention relating to a two-dimensional display device will be described with reference to FIGS. The self-luminous element of the present invention can be applied not only to a simple light source but also to a two-dimensional display device having one or more self-luminous elements as one pixel, that is, a matrix display. That is, each self-luminous element or a plurality of self-luminous elements form one pixel, and function as an XY matrix display 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。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。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。
FIGS. 18 and 19 show examples in which a TFT switch is connected to the p-side electrode of each light emitting element. Thereby, a matrix display element using LEDs is realized. That is, for active matrix driving, an active element corresponding to one pixel is connected to 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、
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。つぎに、走査線38に走査パルスを入力し、
スイッチングTFT36を開く。スイッチング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。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。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。
The operation of the circuit will be described with reference to FIG.
First, a data signal corresponding to line-sequential scanning is supplied to the signal line 31. Next, a scanning pulse is input to the scanning line 38,
The switching TFT 36 is opened. Switching TFT3
While the switch 6 is open, the storage capacitor 37 is charged with the potential difference between the potential of the capacitance line 38 and the potential of the signal line 31. Next, the storage capacitor 37 holds data until the switching TFT 36 is closed and a scanning pulse in the next frame cycle is input. A current corresponding to the voltage held in the storage capacitor 37 is supplied from the power supply line 32 to the LED 34, and the LED lights up 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。ここ
で、ゲート40は、蓄積容量に接続しており、駆動TF
Tを所定の電流値で動作させるものである。また、ドレ
イン41は、凸部(GaN)16のLEDと駆動TFT
ドレインを接続するものである。ソース42は、駆動T
FTソース側と電源ラインとを接続するものである。
In the example of the matrix display shown in FIG. 19, a common electrode 33 is formed around each of the convex portions (GaN) 16 (including side surfaces). Here, the gate 40 is connected to the storage capacitor, and the drive TF
T is operated at a predetermined current value. The drain 41 is composed of the LED of the convex portion (GaN) 16 and the driving TFT.
It connects the drain. Source 42 is driven T
The FT source is connected to the power supply 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。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。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。凸
部(GaN)16の前面側に形成されているn電極7
は、少なくとも一部が透明である必要がある。
FIG. 20 shows an example of application to an XY simple matrix display. As shown in FIG. 20, for simple matrix driving, the back surface of each convex portion (GaN) 16 or a plurality of convex portions (GaN) 16 is connected to a row or column electrode. Further, a column or row electrode is formed in a direction orthogonal to the above-mentioned row or column electrode. N-electrode 7 formed on the front side of convex portion (GaN) 16
Must 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。例えば、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。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。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。GaAsは不透明であるため結晶成長後除去する必
要がある。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。
Although the above description has been made with reference to GaN, the luminous efficiency of the LED element can be improved by using other materials in the same shape. For example, Al
In the case of a quaternary mixed crystal of GaNInP, the refractive index is estimated to be about 3.4. Estimating the optimal shape for incidence on the 1.5 ball lens results in a parabolic focal length of 3.62, a luminous layer size L2 of 47, and a depth d of 135, with a critical angle of 26 °, L1 being 100. In GaN, the sapphire substrate is transparent, but GaAs is used as the substrate for the quaternary mixed crystal. GaAs is opaque and must be removed after crystal growth. Except for this point, the process is the same as that for GaN described above.

【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。本発明はLEDにとどまらな
い。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。
Next, another embodiment of the present invention relating to a lighting device and a two-dimensional display device will be described with reference to FIGS. The present invention goes beyond LEDs. For an EL (organic, inorganic) device, the external take-out efficiency can be improved.

【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、
および凸部43を順次張り合わせた構造が考えられる。
ここで、凸部43は、透明電極44を介して、発光層4
5に接している。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。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。
For example, as shown in FIG. 21, an electrode (reflection layer) 46, a light emitting layer 45, a transparent electrode 44,
And a structure in which the projections 43 are sequentially laminated.
Here, the convex portion 43 is provided with the light emitting layer 4 via the transparent electrode 44.
5 is touched. When the refractive index of the light emitting layer 45 is about 1.5, the refractive index is smaller than the material of the transparent electrode 44. The total reflection in the light emitting layer occurs when the refractive index of the material in contact with the light emitting layer is smaller than the refractive index of the material of the light emitting layer, and 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。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。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。
In the case where the protrusion 43 shown in FIG. 21 is formed of a portion not directly in contact with the light emitting layer 45, the selection of the material of the protrusion 43 has a problem with the refractive index. In this case, if the light emitting layer 45 is made of a material having a refractive index smaller than that of the light emitting layer 45, an angle exceeding the total reflection condition exists at the interface between the transparent electrode 44 and the convex portion 43. Therefore, the refractive index of the material of the convex portion 43 needs to be equal to or larger 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。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
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。
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
は66となる。
The critical angle at the interface with air is 41.8 °. When there is no protrusion 43 on the transparent electrode 44, the external extraction efficiency is at most 25%, but the light emitting area and the protrusion 43
Have a one-to-one correspondence, and if the light emitting layer is sufficiently thinner than the convex portion 43, an extraction efficiency close to 100% can be obtained.
Assuming that L1 is 100, the parabolic focal length is 8.2, the light emitting layer size L2 is 37, and the depth d is 100.
Becomes 66.

【0057】図22は発光層45の1画素と比べ凸部4
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。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。
FIG. 22 shows a projection 4 compared to one pixel of the light emitting layer 45.
3 is small and a plurality of protrusions 43 correspond to one pixel. This structure has an advantage that alignment between the light emitting portion and the convex portion 43 is unnecessary.

【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。凸部43下で発光した光線は凸部4
3内面で全反射し、外部に出射する。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。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。つぎに、凸部43内面で全反射し、外部に概ね出射
する。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
に入射し、外部に取り出される。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。
As shown in FIG. 23, the effect of the projection 43 differs depending on the light emission angle and position. The light beam emitted under the convex portion 43 is
3, the light is totally reflected by the inner surface and emitted to the outside. The light emission other than below the convex portion 43 may be a ray totally reflected at the interface and a ray smaller than the critical angle. Light rays having a critical angle or less are emitted to a material having a small refractive index (in some cases, air), and almost all enter the convex 43 portion. Next, the light is totally reflected by the inner surface of the convex portion 43 and is substantially emitted to the outside. Light rays having an angle larger than the critical angle repeat total internal reflection between the back surface and the material having a small refractive index.
And is extracted outside. In this structure, light leakage may occur in adjacent pixels, and therefore, it is desirable that the reflective layer 48 be provided 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。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。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the side surface of the layer that is in contact with the light emitting layer has a shape that is open in the light emitting direction, and at least a part of the side surface is in contact with the light emitting layer. Forming a concave portion in the layer in contact with the light emitting layer by reactive ion etching from the opening or from the opening, or the concave portion becomes narrower toward the bottom, or lighting Since the device arranges a plurality of self-luminous elements, or the two-dimensional display device uses one or more self-luminous elements as one pixel, it is possible to improve the external extraction efficiency and to improve the light emission intensity. The occurrence of unevenness can be suppressed. Therefore, luminous efficiency can be improved, and a large area can be uniformly illuminated.

【0060】それによって、低消費電力で明るい光源、
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。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。
Accordingly, a bright light source with low power consumption,
A lighting device (a direct-view large-screen XY display device, an LCD backlight, a projector light source, various lighting devices) becomes possible. Further, a two-dimensional display device driven by an XY matrix (passive or active) is possible.

【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。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can adopt various other configurations without departing from the gist of the present invention.

【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。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。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。
The present invention has the following effects. The side surface of the layer in contact with the light-emitting layer has a shape that is open in the direction in which light is emitted, and at least a part of the side surface has a shape that totally reflects light from the light-emitting layer. Forming a concave portion in a layer in contact with the light-emitting layer by ion etching, wherein the concave portion becomes narrower toward the bottom, or the two-dimensional display device includes one or more self-luminous elements as one pixel. Therefore, the luminous efficiency can be improved. In addition, since the lighting device has a plurality of self-luminous elements arranged, the luminous efficiency can be improved and a large area can emit light uniformly.

【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。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the invention relating to a self-luminous element.

【図2】GaN−LEDの素子構造の例を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an element structure of a 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)。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a protrusion relating to a self-luminous element (part 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)。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a protrusion related 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)。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an arrangement of protrusions according to a self-luminous element (part 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)。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an arrangement of protrusions according to a 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)。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an arrangement of protrusions according to a 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。
FIG. 8 is a diagram showing a submount substrate used in the invention relating to the lighting 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。
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of the invention relating to a lighting 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。
FIG. 10 is a diagram showing another embodiment of the present invention relating to a 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。
FIG. 11 is a diagram showing another embodiment of the invention relating to a 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。
FIG. 12 is a diagram showing another embodiment of the invention relating to a 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。
FIG. 13 is a diagram showing an example in which a ball lens is bonded to an array of self-luminous elements.

【図14】本発明に係る自発光素子の例を示す断面図で
ある。
FIG. 14 is a sectional view showing an example of a self-luminous 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)。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a manufacturing process of the self-luminous element (part 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)。
FIG. 16 is a diagram illustrating 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)。
FIG. 17 is a view illustrating an example of a manufacturing step 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。
FIG. 18 is a diagram showing an embodiment of the invention relating to a 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。
FIG. 19 is a diagram showing an embodiment of the invention relating to a 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。
FIG. 20 is a diagram showing an embodiment of the invention relating to a 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。
FIG. 21 is a diagram showing another embodiment of the invention relating to a 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。
FIG. 22 is a diagram showing another embodiment of the invention relating to a 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。
FIG. 23 is a diagram showing another embodiment of the invention relating to a 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。FIG. 24 is a diagram illustrating 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。
FIG. 25 is a view showing an example in which a conventional self-luminous element is bonded to a ball lens.

【図26】従来の自発光素子の他の例を示す図である。FIG. 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。
FIG. 27 is a diagram showing a light-emission intensity distribution in a conventional self-luminous element when the applied current is changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1‥‥発光層、2‥‥発光層に接する層(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側入力端子、10‥‥n側入力端子、11‥‥p
電極接合パッド、12‥‥n電極接合パッド、13‥‥
サブマウント基板、14‥‥n電極取り出し部、15‥
‥LED基板、16‥‥凸部(GaN)、17‥‥n側
GaN、18‥‥AlGaN、19‥‥p側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‥
‥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
Nバッファ、29‥‥SiO2 、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
‥‥スイッチングTFT、37‥‥蓄積容量、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
‥‥基板、48‥‥反射層、49‥‥電極、50‥‥端
子(反射板)
1} light-emitting layer, 2} layer in contact with light-emitting layer (GaN), 3
{P electrode, 4} self-luminous element, 5} side surface, 6} sapphire substrate, 7} n electrode, 8} ball lens, 9
‥‥ p-side input terminal, 10 ‥‥ n-side input terminal, 11 ‥‥ p
Electrode bonding pad, 12 mm n electrode bonding pad, 13 mm
Submount substrate, 14 ‥‥ n electrode take-out part, 15 ‥
{LED substrate, 16} convex part (GaN), 17 n-side GaN, 18 AlGaN, 19 p-side GaN, 2
0 ° light-emitting layer (GaInN), 21 ° p-electrode extraction portion, 22 ° insulating layer, 23 ° contact electrode, 24 °
{Mesh electrode, 25} Transparent electrode, 26} Wire bonding, 27% Stripe electrode, 28% Ga
N buffer, 29 SiO 2 , 30 photoresist, 31 signal line, 32 power line, 33 common electrode, 34 LED, 35 drive TFT, 36
{Switching TFT, 37} Storage capacitance, 38}
Capacitance line, 39 ° scanning line, 40 ° gate, 41 ° drain, 42 ° source, 43 ° convex, 44 ° transparent electrode, 45 ° light emitting layer, 46 ° electrode (reflective film) , 47
{Substrate, 48} reflective layer, 49 electrode, 50 terminal (reflective plate)

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 Continued on the front page 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】[Claims] 【請求項1】 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。 (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。 (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。
1. A light emitting layer, directly or through another layer,
A layer in contact with the light-emitting layer, and an electrode formed on the side of the light-emitting layer opposite to the layer in contact with the light-emitting layer, wherein the electrode is
A self-luminous element which has a reflecting function and emits light from a surface of a layer which is in contact with the light-emitting layer and which is opposite to the light-emitting layer. (A) The layer in contact with the light emitting layer has a shape whose side surface is open in the direction in which light is emitted. (B) At least a portion of the side surface has a shape that totally reflects light from the light emitting layer.
【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、
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ことを特徴とする自
発光素子の製造方法。
A step of forming a light-emitting layer and a layer in contact with the light-emitting layer on a substrate; a step of forming a silicon oxide film; a step of forming an opening in the silicon oxide film; From, by reactive ion etching,
Forming a concave portion in a layer in contact with the light emitting layer,
The method for manufacturing a self-luminous element, wherein the concave portion becomes narrower toward the bottom.
【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 lighting device, comprising a plurality of the self-luminous elements according to claim 1 arranged.
【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。
4. A two-dimensional display device, wherein one or two or more of the self-luminous elements according to claim 1 constitute one pixel.
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