JP2010087452A

JP2010087452A - 表示装置およびその製造方法

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Publication number: JP2010087452A
Application number: JP2008258144A
Authority: JP
Inventors: Hisahide Wakita; 尚英脇田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-10-03
Filing date: 2008-10-03
Publication date: 2010-04-15

Abstract

【課題】発光ダイオードを用いたディスプレイのコストを低減する。
【解決手段】基板と、基板上に設けられた電流供給線３３０および複数の画素電極３２と、複数の画素電極３２の各々の上にランダムに散布された複数の粒子状発光ダイオードと、複数の粒子状発光ダイオードを覆う対向電極とを備えている。電流供給線３３０と画素電極３２の間には、過電流により導通が絶たれるヒューズ部３３１を有している。この結晶性半導体の外周面は、複数の平坦な結晶格子面からなる。活性層は第１半導体の周囲の一部に形成されている。第２半導体は活性層の周囲を覆っている。第１半導体は対向電極と電気的に接続されている。第２半導体は、画素電極３２と電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置およびその製造方法に関し、特に、基板上に散布された複数の微粒子から構成される発光体を備えた表示装置およびその製造方法に関する。

発光効率が高く、低コストで大面積化できる発光素子および表示装置が、特許文献１に開示されている。

この特許文献１に記載された発光素子および表示装置は、図１９の断面図に示すように、基板３０１上の一対の電極３０２と３０４の間に発光層３０３を挟み、交流電源３０４で交流電圧を印加し、発光層３０３を発光させる。発光層３０３は、有機物からなるバインダ３０５に発光粒子３０６を分散させた構造を有している。樹脂中に分散させるだけなので、低コストで大面積化が容易である。図２０は、発光層３０３に含まれる発光粒子３０６の断面構造を示す断面図である。この発光粒子３０６は、図２０に示すように、球状の第１半導体部３０７（ｎ型）と、該第１半導体部３０７の表面を被覆する第２半導体部３０８（ｐ型）とを有した球状粒子であり、ｎ型半導体とｐ型半導体とを層構造で有することで、電界をかけた際に電子と正孔の衝突が生じ効率の高い発光を得ることができる。

その他、本発明に関連し得る文献として、非特許文献１が挙げられる。
特開２００６−１２７８８４号公報応用物理、第６８巻、第２号（１９９９年）、１５２頁〜１５５頁、向井孝志、中村修二、「白色および紫外発光ダイオード」

本発明者は、表示装置としての発光効率の向上および表示ムラの低下をさらに検討した。その結果、画素電極と対向電極との間に挟まれる粒子を、外周面が複数の平坦な結晶格子面からなる多面体形状を有している結晶性半導体から構成することにより、当該粒子が球状である場合と比較して極めて高い発光効率を達成できることを見出し、本発明を完成させた。

本発明の表示装置は
基板と、
前記基板上に設けられた電流供給線および複数の画素電極と、
前記複数の画素電極の各々の上にランダムに散布された複数の粒子状発光ダイオードと、
前記複数の粒子状発光ダイオードを覆う対向電極と、
を備え、
前記複数の粒子状発光ダイオードの各々は、III族−Ｖ族窒化物からなる結晶性半導体
からなり、
前記複数の粒子状発光ダイオードの各々は、第１導電型の第１半導体、活性層、および第２導電型の第２半導体からなり、
前記活性層は前記第１半導体の周囲の一部に形成されており、
前記第２半導体は前記活性層の周囲を覆っており、
前記第１半導体は、前記画素電極と前記対向電極のいずれか一方と電気的に接続されており、
前記第２半導体は、前記画素電極と前記対向電極のいずれか他方と電気的に接続されており、
前記結晶性半導体は、外周面が複数の平坦な結晶格子面からなる多面体形状を有しており、
前記電流供給線と前記画素電極との間に、過電流により導通が絶たれるヒューズ部を有する。

本発明の表示装置は、多数の粒子状発光ダイオードを画素電極上にばらまき、各々の粒子状発光ダイオードと電気的に接続された画素電極および対向電極からの電荷注入により発光する。このような、粒子状発光ダイオードを構成する結晶性半導体は、外周面が複数の平坦な結晶格子面からなる多面体形状を有していることにより、従来技術の球状の発光素子と比べて格段の高効率化を実現できる。本発明の表示装置の製造方法は、多数の粒子状発光ダイオードと画素電極および対向電極との電気的な接続を、簡易な工程で実現し、電極から粒子状発光ダイオードへの電荷注入を容易にして、高効率かつ、低コストで表示ムラが少なく、大画面化が容易な表示装置を実現できる。

また、電流供給線と画素電極との間に、ヒューズ部を設けることで、粒子状発光ダイオードの一部に短絡不良があっても、表示欠陥を小さくできる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の表示装置の画素を拡大した平面図である。

図２は図１の平面図の一部を拡大した本発明の表示装置の断面図である。

図３は本発明に係る表示装置に用いられる粒子状発光ダイオードを得るための成膜装置のブロック図である。

図４は、図３に示す成膜装置により作成した粒子状発光ダイオードの断面図である。

図５は本発明に係る表示装置の製造方法における各工程を表す断面図である。

図１、図２に示すように、本発明の表示装置は、基板３０と、基板３０上に設けられた電流供給線３３０および複数の画素電極３２と、複数の画素電極３２の各々の上にランダムに散布された複数の粒子状発光ダイオード２２と、複数の粒子状発光ダイオード２２を覆う対向電極３７とを備えている。

複数の粒子状発光ダイオード２２の各々は、III族−Ｖ族窒化物からなる結晶性半導体で構成されている。この結晶性半導体の外周面は、複数の平坦な結晶格子面からなる。

さらにこの結晶性半導体は、第１導電型の第１半導体２１ｎ（ｎ型）、活性層２１ｉ、第２導電型の第２半導体２２ｐ（ｐ型）からなる。活性層２１ｉは第１半導体２１ｎの周囲の一部に形成されている。第２半導体２１ｐは活性層２１ｉの周囲を覆っている。第１半導体２１ｎは対向電極３７と電気的に接続されている。第２半導体２１ｐは、画素電極３２と電気的に接続されている。

また、電流供給線３３０と画素電極３２の間には、過電流により導通が絶たれるヒューズ部３３１を有している。

基板３０としては、ガラスまたはプラスチック、または、表面に絶縁層を設けたステンレスなどの金属シートが使用可能である。基板３０は、図１のように、ＴＦＴ３１を設けたアクティブマトリクス型基板としてもよい。

複数の画素電極３２は、第２半導体２１ｐとオーミック接触できる材料からなる。一例を挙げれば、第２半導体２１ｐがｐ型ＧａＮである場合、画素電極３２の材料はＩＴＯまたは金が好ましい。

電流供給線１０５は大きな電流量が流れる為、低抵抗の金属配線、例えばアルミや、銅、銀、金などが好ましい。ヒューズ部を構成する材料は、過電流によって溶断する低融点金属、例えば、錫やインジウム、ハンダが好ましく、抵抗値を上げる為に、細い配線とするのがよい。抵抗値によっては、電流供給線と同じ低抵抗金属や、画素電極と同じ材料も使用可能である。

粒子状発光ダイオードを覆う対向電極３７の材料としては、第１半導体２１ｎとオーミック接触する材料、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｈｆなどを挙げることができる。対向電極３７は、Ｔｉ／Ａｌのように２層電極から構成されていても良い。画素電極３２と対向電極３７の少なくとも一方は、透明または半透明である。

粒子状発光ダイオード２２を構成するIII族-Ｖ族窒化物からなる結晶性半導体は、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウムおよびこれらの混晶からなる、単結晶または少数のグレインからなる多結晶である。

結晶性半導体の形状は多面体形状である。多面体を構成する複数の外周面は、研磨面のような人工的な面ではなく、平坦な結晶格子面で構成されている。例えば、図１、図２では、粒子状発光ダイオード２２は、側面がｍ面、底面がＣ面からなる六角柱形状である。発光ダイオード２２の形状は、これに限られず、例えば、台形状、六角錘状、テトラポット状であってもよい。ただし、多数の粒子状発光ダイオードの一部、もしくは、多面体の少数部位に、平坦な結晶格子面以外の部分があっても発光特性への影響は少ないので、外周面が平坦な結晶格子面で概ね、構成されていればよい。

さらに、後述する本発明の表示装置の製造方法により、微小な粒子状発光ダイオードをばら撒いて実装することにより、画素数が膨大でも簡易な工程で製造できる。

粒子状発光ダイオード２２は、図２のように、画素電極３２の上に、ＩＴＯや金などの導電性固着層３４で固定され、画素電極３２と第２導電型（ｐ型）の第２半導体２１ｐとが電気的に接続している。

さらに、誘電体層３５と絶縁層３６を挟んで、第1導電型（ｎ型）の第1半導体２１ｎが対向電極３７と電気的に接続している。

ＴＦＴ３１は、ゲート電極３１ｇとソース電極３１ｓを介して供給される信号により制御される。ＴＦＴ３１を介して映像情報に応じた電流が画素電極３２と対向電極３１の間に印加され、活性層２１ｉで電子とホールが再結合して発光する。

第１半導体２１ｎ、第２半導体２１ｐは、活性層２１ｉは、通常の発光ダイオードと同様の、発光効率の高いバンド構造や導電性に設定できる。例えば、第1半導体２１ｎはＳｉをドープしたｎ型ＧａＮ、第2半導体２１ｐはＭｇをドープしたｐ型ＧａＮ，活性層２１ｉはノンドープＧａＮとＩｎ_xＧａ_(1-x)Ｎ（０＜ｘ＜１）を積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造である。

活性層２１ｉは表示装置の発光層として機能するので、可視光発光または紫外線発光するバンドギャップが１．９ｅＶ以上がよく、活性層の組成を変えて、ＲＧＢ３原色を表示してもよいし、蛍光体による色変換を用いてもよい。ＴＦＴ３１は図１では１個であるが、発光ダイオードは輝度が電流値に比例するので、有機ＥＬで採用されているカレントコピアなどの複数トランジスタによる定電流駆動を採用できる。また、アクティブマトリクス型ではなく、より低コストで作成できる単純マトリクス型や、単純なセグメント表示の場合でもよい。

粒子状発光ダイオードを構成する結晶性半導体の、平坦な結晶格子面が、ミラー指数が｛０００１｝、｛１−１００｝、｛１−１０１｝のいずれか２種類以上の面を含むことが好ましい。これらの指数面からなる多面体結晶は、高効率で高輝度の発光が得られる。

これらの中でも、結晶性半導体が、｛１−１００｝面を側面とする縦長の六角柱形状の粒子であることが好ましい。

このとき、欠陥密度が非常に低い無極性面｛１−１００｝面（ｍ面）が表面の多くを占め、高効率で発光する。このような側面が底面より長い六角柱形状では、六角柱は、図１、２のように倒れて、六角柱形状の側面（第２半導体２１ｐ）が画素電極と接する確率が高くなり、ほぼ必ずｍ面が発光することになり、発光波長のばらつきが抑制され、無極性面の効果により、長波長でも効率の高い発光が得られる。

粒子状発光ダイオードを構成する結晶性半導体が、単結晶の芯粒子の表面にIII族−Ｖ族窒化物をヘテロエピタキシャル成長させた粒子であり、結晶性半導体の膜厚が１ミクロン以上であってもよい。このような構成の結晶性半導体は、転位密度の低いIII族−Ｖ族窒化物の膜が得られて、発光効率が高まる。

芯粒子は、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、ベータ酸化ガリウムからなる群から選択された少なくとも一種の材料から形成されていてもよい。これらの材料からなる芯粒子は、ＩＩＩ族―Ｖ族窒化物の結晶成長に適した物性を持つ。芯粒子の形状が、略球形もしくは角の丸まった多面体の酸化アルミニウムであってもよい。このような芯粒子は、単結晶粒子が低コストで作成でき、その表面には欠陥の少ない結晶性半導体膜を形成できる。

本発明の表示装置は、図２のように、複数の粒子状発光ダイオード２２の第２半導体２１ｐを含む部分が、誘電体層３５に埋まっており、第１半導体２１ｎの一部が誘電体層３５から突出し、かつ対向電極３７と電気的に接続されていてもよい。後述する本発明の表示装置の製造方法で、多数の微小な粒子状発光ダイオード２２を一括して実装することが可能となる。すなわち、印刷などの塗布により簡便な工法で形成した誘電体層３５により、多数の粒子状発光ダイオード２２を固定すると共に個々の発光ダイオード２２を絶縁し、かつ第１半導体２１ｎを露出させるときのマスクの役割を果たすことができる。

誘電体層３５は、前記粒子状発光ダイオード２２から放射された光によって励起されることによって、この光の波長とは異なる波長の光を発する蛍光体を含んでもよい。これにより、誘電体層３５は、前述の機能にさらに光変換の機能を併せ持つことができる。

本発明の表示装置における粒子状発光ダイオードのピーク発光波長の標準偏差をσｎｍとするとき、各画素電極上に位置する粒子状発光ダイオードの個数ｎが１６σ²よりも大きいことが好ましい。個々の粒子状発光ダイオードの特性はバラツキが大きいが、一つの画素に多数の発光ダイオード（粒子状発光ダイオード）が分散されて各粒子状発光ダイオードが発光するため、発光色が均一化される。

２５個程度の粒子状発光ダイオード数が１画素内に分散されていれば、色のばらつきは目立たないレベルに抑えることが可能である（これについては実験例において詳述する）。

１画素内に配されたすべての粒子状発光ダイオードが発光するとは限らず、非点灯不良が発生する可能性もあるため、１画素当たり２５個以上の粒子状発光ダイオードを散布することが好ましい。ただし、非点灯不良が無視できない割合で発生する場合は、個数ｎが１６σ²を十分に超えるように散布することが好ましい。

このようにして色むらを均一化できれば、輝度むらは駆動条件で補正できる。点灯の個数が多少ばらついても、あらかじめ画像のばらつきをカメラなどで測定し、ばらつきデータを参照して駆動条件を補正すれば、輝度むらをほとんど見えなくすることができ、非点灯不良が多少あっても問題はない。

テレビ画像などを表示するディスプレイの画素サイズは、家庭用の大型テレビで０．５ｍｍ程度である。このため、１つの画素内に２５個以上の粒子状発光ダイオードを配置するためには、粒子状発光ダイオードの大きさは１００μｍ以下でなければならず、不規則配置するためには粒子径と同程度の隙間が必要なので、５０μｍ以上−６０μｍ以下がさらに望ましい。

次に、本発明の表示装置の製造方法を図３から図５を用いて説明する。

まず、図４の粒子状発光ダイオードの断面（六角柱の底面に平行な面）のような、複数の粒子状発光ダイオード２２を用意する（例えば、図３のような成膜装置を用いて作成する）。複数の画素電極３２を有する基板３０を用意する。そして、図５に示す、以下の工程（Ａ）〜（Ｅ）を順に行う。各々の複数の画素電極３２上に、複数の粒子状発光ダイオード２２をランダムに散布する工程（Ａ）（図５（ａ））。複数の粒子状発光ダイオード２２が散布された各々の複数の画素電極３２上に誘電体層３５を形成することによって、複数の粒子状発光ダイオード２２の一部を誘電体層２５に埋める工程（Ｂ）（図５（ｂ））。誘電体層３５に覆われていない各粒子状発光ダイオード２２の表面をエッチングして、第１半導体２１ｎの一部を露出させる工程（Ｃ）（図５（ｃ））。第２半導体２１ｐを埋める絶縁層３６を誘電体層３５の上に形成する工程（Ｄ）（図５（ｄ））。露出させた第１半導体２１ｎ上に対向電極３７を形成する工程（Ｅ）（図５（ｅ））。

多数の粒子状発光ダイオード２２を用意する方法は、例えば、図３の成膜装置のブロック図に示すような流動床法による結晶成長により作成できる。

以下、流動床法による結晶成長を説明する。

図３に示される装置は、内部に多孔質プレート６１が配置された反応炉６０と、反応炉６０を加熱するためのヒーター６２とを備えている。多孔質プレートの素材は、反応温度に耐え、ＧａＮなどの反応生成物が付き難い材料が好ましく、例えば石英や窒化珪素がよい。搬送ガスである水素または窒素を流す配管６４ａおよび反応ガスであるアンモニアを蓄えるボンベ６４ｂは、マスフロー６５を介して反応炉６０および気化器６３ａ、６３ｂに並列的に接続されている。気化器６３ａ、６３ｂでは、結晶成長に用いられるトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）などの有機金属（ＭＯ）原料が気化され、マスフロー６５を介して送られてきた水素ガスまたは窒素ガスなどと混合された後、マスフロー６６を介して反応炉６０に供給される。

このような装置を用いる流動床法では、反応炉６０内の多孔質プレート６１の上に多数の芯粒子６７からなる粉体を置いた後、多孔質プレート６１の裏からガスを流して粉体を流動化させる。そして、ヒーター６２で反応炉６０および粉体を加熱することにより、粉体とガスとを反応させて芯粒子６７の表面を反応生成物で被覆する。この流動床法は、例えば化学工業論文集、第２２巻、第２号、４１２頁から４１４頁、千葉繁生ら、「流動層ＣＶＤ法によるＳｉ３Ｎ４微粒子のＡｌＮ被覆」に記載されている。芯粒子６７は、分散性のよい単結晶の微粒子がよく、粒径があまりに小さいと凝集して分離できなくなるので０．１ミクロン以上が好ましい。材質としては、酸化アルミニウム（アルミナまたはサファイア）、窒化ガリウム、炭化珪素、酸化亜鉛、ベータ酸化ガリウムなど、窒化ガリウムの基板として使えるものから選べる。アルミナ微粒子を芯粒子として作成する場合の詳細を以下に述べる。

乾燥したアルミナ微粒子からなる芯粒子６７の表面に、図４の断面図に示すような粒子状発光ダイオード２２を作成する。具体的には、まず、初めに、反応炉温度を１１００度として水素ガスのみを数分流して、アルミナ粒子の表面を清浄化する。反応炉の温度を５１０℃に下げて、水素ガスを搬送ガスとして用いてトリメチルガリウム、トリメチルアルミとアンモニアを反応させ、ＡｌＧａＮのバッファ層２１ａ(厚さ２５ｎｍ)を形成する。続いて、炉の温度を１０００〜１１００℃に上昇して、トリメチルガリウムにシランを混ぜてＳｉをドープした第１半導体（ｎ型ＧａＮ層）２１ｎを結晶成長させる。さらに搬送ガスを窒素に変えて、温度を８００度程度に下げ、アンドープＧａＮと、トリメチルガリウムにトリメチルインジウムを混ぜてＩｎ_xＧａ_(1-x)Ｎ｛０＜ｘ＜１｝（以下ではＩｎＧａＮと略記）を交互に数ｎｍ毎に成膜して量子井戸層を３層の多重量子井戸層（ＭＱＷ）からなる活性層２１ｉを形成する。ＭＱＷ層の上に、ビスシクロペンタディエニルマグネシウム(Ｃｐ２Ｍｇ)を混ぜたトリメチルガリウムとアンモニアを反応させて第２半導体（ｐ型ＧａＮ層）２１ｐを４００ｎｍ程度成長させ、窒素中で８００℃でアニールすることで、粒子状発光ダイオード２２を作成する。なお、ＭＯとアンモニアの比率（III/V比）や、IｎＧａＮを成膜時のＴＭＧａとＴＭＩｎの比率は、一般的なＧａＮ系ＭＯＣＶＤの条件とほぼ同様である。ＭＱＷとｐ層の厚みは概ね一定であるが、最初に成長するｎ層の作成条件によって、粒子の大きさや形が変えられる。流動床により作成した粒子状発光ダイオードの集合体にはばらつきがあるので、沈降法などの分級手段で、形状や大きさを均一化しておく。

なお、芯粒子の周りに結晶成長をさせる方法として本実施の形態で用いた流動床法は、多量の微粒子を均一に一括処理できるので好ましいが、芯粒子の周りに有機金属などの原料ガスと、反応を促進する熱などのエネルギーを供給できる方法であれば、他の方法でも構わない。例えば、粒子の浮上法を、静電浮遊法や磁場による浮遊法、プラズマ中での帯電を用いて浮遊させるなどの方法にしてもよいし、粒子を加熱板上で移動させたり、攪拌しながら、ＭＯＣＶＤを行う方法も可能である。気相成長ではなく、ＧａＮの成長に検討されているナトリウムフラックス法などの液相成長でも、芯粒子を原料融液中に浮遊させて微粒子上への結晶成長させる方法も可能である。

次に、図５を用いて、工程ＡからＥの詳細例を説明する。

本発明の表示装置の画素を拡大した平面図である図１および図５（ａ）〜（ｄ）の工程図を参照しながら、粒子状発光ダイオード２２を基板上に実装する方法を説明する。

まず、図１および図５（ａ）に示す、アモルファスシリコンのＴＦＴ３１と、例えばＩＴＯから形成される画素電極３２とが形成されたガラス基板３０を用意する。ガラス基板３０には、画素電極３２を取り囲む土手（リッジ）３３がアクリル系感光性樹脂によって形成されている。画素ピッチは、例えば縦４８０μｍ×横１６０μｍであり、リッジ３３の高さは例えば１０μｍに設定され得る。リッジ３３に囲まれた画素電極３２上に、例えばハリマ化成（株）などから発売されている金のナノ粒子を分散したペーストを滴下して乾燥し、厚さ３０ｎｍの導電性固着層３４を形成しておく。金ナノペーストを用いる代わりに、仕事関数が近いＩＴＯナノペーストを用いてもよい。この導電性固着層３４上に、前述の流動床法による結晶成長で作成した、多数の粒子状発光ダイオード２２を、チャンバー内で窒素ガスなどでブローし、自然落下させると、図１のよう画素電極３２上にランダムに散布される（図５（ａ））。溶媒中に粒子状発光ダイオード２２を分散した溶液を作成し、印刷やインクジェットなどの手法で、リッジ３３内にこの溶液を塗布し、溶媒を揮発させるという方法で散布してもよい。その後、加熱すれば、導電性固着層１３４の金ナノ粒子が融解し、粒子状発光ダイオード１２２における最表層である第２半導体（ｐ型ＧａＮ）２１ｐと融着し、画素電極３２と第２半導体２１ｐとが電気的に接続される。

図１は、上記のプロセスによって作製された表示装置における１画素の平面図であり、図中の点線部の断面が図５に相当する。図１では、ＴＦＴ１３１に接続されたソース配線３１ｓおよびゲート配線３１ｇが記載されている。図１からわかるように、粒子状発光ダイオード２２の位置は不規則である。

次に、図５（ｂ）に示すように例えばエポキシ系の透明樹脂材料のスピンコートを行い、この材料からなる誘電体層３５を形成する。このとき、誘電体層３５中にＳｉＡｌＯＮ系などの青色励起で緑や赤に発光する蛍光体を分散することにより、ＩｎＧａＮの青色以外に、緑、赤の発光を得てフルカラー化を実現することもできるし、白色化を行うことも可能である。あるいは、インジウムの組成を増やした緑色や、ＧａＡｌＡｓの赤色などの他の色の発光を示す粒子状発光ダイオードを用いることにより、ＲＧＢの画素を塗り分けてフルカラー化したり、高演色性の白色とすることも可能である。ＲＧＢ画素の塗り分けは、液晶のカラーフィルタの製造と同様の方法を応用できる。例えば、各々の発光色の粒子状発光ダイオードを溶媒中に分散させた３種の溶液を作成し、対応する画素上に印刷などで塗布したり、粒子状発光ダイオードを担持したドライフィルムによる転写法なども使える。

誘電体層３５は、樹脂以外に無機誘電体のペーストを塗布することによって形成されてもよい。例えば、酸化チタンやジルコニアのナノ粒子を分散したペーストを塗布乾燥することができる。この場合、酸化チタンおよびジルコニアの屈折率がそれぞれ２．７および２．２であるため、ＧａＮの屈折率２．５に近く、樹脂（屈折率：１．６〜１．７）を用いて誘電体層３６を形成した場合によりも、光取り出し効率が向上すると考えられる。

図５（ｃ）で、誘電体層３５を乾燥、硬化させた後、酸素アッシャーにより、粒子状発光ダイオード２２の表面上に薄く付着した樹脂を除去する。誘電体層３５から露出している粒子状発光ダイオード２２の表面を第１半導体（ｎ型ＧａＮ）２１ｎに達するまでエッチングする。エッチングは、ＧａＮ系デバイスで用いられる通常のドライエッチングでよい。例えばＣＨ₄、Ｈ₂、Ａｒ、Ｎ₂を比率が５：１５：３：３となるように混合したガスを用いたプラズマエッチによって行うことができる。

次に、例えばアクリル系レジスト材料からなる絶縁層１３６を膜厚２ミクロンの設定でスピンコートすると、突出している粒子状発光ダイオード１２２の上部は薄くなる。絶縁層１３６の表面を短時間の露光と現像、および酸素アッシャーで削ると、第２半導体２１ｐは絶縁層１３６によって埋まり、第１半導体２１ｎは露出した図５（ｄ）の状態になる。最後に図５（ｅ）のように、例えばＴｉ／Ａｌの２層電極（Ｔｉ厚：２０ｎｍ、Ａｌ厚：２００ｎｍ）からなる対向電極３７（ｎ電極）を形成する。絶縁層１３６は第２半導体２１ｐと対向電極３７を絶縁し、ｎ電極からｐ層への電流リークを防ぐ。

以上のような製造方法によれば、従来のように発光ダイオードを一つずつ実装するような手間を省けるため、膨大な数の微小な粒子状発光ダイオードを大画面における多数の画素電極上に実装することも容易になり、実装コストを激減させることが可能である。

図９を参照しながら、本発明による表示装置の制御回路について説明する。

本実施形態の表示装置は、上記の製造方法で作成した表示パネルから構成された表示部９０を備えている。表示部９０は、具体的には、図１に示される画素が行および列（マトリクス）状に複数個配列された構成を有している。各画素のＴＦＴを介して粒子状発光ダイオード（図１の参照符号「２２」で示される要素）に電圧が印加され、アクティブマトリクス駆動が実行される。

表示のための駆動回路は、走査信号をゲート線へ供給するゲートドライバ９１と、ソース線へ画像信号を供給するソースドライバ９２とを含んでおり、その動作は制御回路９３によって制御される。すなわち、制御回路９３は、ＶＲＡＭ９４から画像データを含むデータを読み出し、走査信号、画像信号、およびタイミング信号をゲートドライバ９１およびソースドライバ９２に供給し、表示部９０に画像を表示させる。

画像信号としては、発光ダイオードからなる発光装置の電流−輝度特性が線形特性ではないので、中間調の表現は、電流値で制御するよりも、駆動電流を一定にし、パルス幅を変えるパルス幅変調が好ましい。具体的には、プラズマディスプレイで用いられているサブフィールド駆動を応用するとよい。６０ヘルツの各フレームを長さの異なるサブフレームに分け、各サブフレームでの点灯、非点灯をＴＦＴのオンオフで制御することで、合計の発光時間を制御すればよい。もちろん、パネルの均一性が高まって電流−輝度特性の制御性が向上すれば、電流値とパルス幅変調の複合化を行ってもよい。

（実施の形態２）
次に、本発明の表示装置の第２の製造方法について、図６、図７を用いて説明する。図６は、本発明の表示装置の第２の製造方法の工程図、図７は、図６に対応する単純マトリクス型の本発明の表示装置の平面図である。

本発明の表示装置の第２の製造方法は、以下の工程（Ｂ１）から（Ｅ１）を含む。
工程（Ｂ１）は、表面に誘電体層が設けられたダミー基板１１３の誘電体層１１４中に粒子状発光ダイオード２２をランダムに散布して、誘電体層１１４中に複数の粒子状発光ダイオード２２の一部を埋める工程（図６（ａ））。工程（Ｂ２）は、、誘電体層に覆われていない各粒子状発光ダイオードの表面をエッチングして第１半導体を露出させる工程（図６（ｂ））。工程（Ｃ１）は，第２半導体２１ｐを埋める絶縁層１１５を誘電体層１１４の上に形成する工程（図６（ｃ））。工程（Ｃ２）は、露出した前記第１半導体２１ｎ上に画素電極１１６を設け、画素電極１１６と第１半導体２１ｎを電気的に接続する工程（図６（ｄ））。工程（Ｄ１）は、ダミー基板１１３上の誘電体層１１４側の面に、基板１１８を貼付する工程（図６（ｅ））。工程（Ｄ２）は、誘電体層１１４からダミー基板１１３を剥離する剥離工程（図６（ｆ））。そして、工程（Ｅ１）は、剥離により露出した面側の粒子状発光ダイオード２２の第２半導体２１ｐ上に対向電極１１９を形成し、対向電極１１９と第２半導体２１ｐとを電気的に接続させる工程（図６（ｇ））である。

以上の工程の前に、粒子状発光ダイオード２２を用意するが、その作成方法は、実施の形態１の製造方法の場合と同様でよい。

工程（Ｂ１）のダミー基板１１３は、ＰＥＴやポリイミド他の剥離し易く、かつ誘電体層１１４を塗布可能なフィルム素材が望ましい。誘電体層１１４は、例えば、発光ダイオードの封止に用いられるような透明なエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などが使用可能である。エポキシ樹脂等の溶液を塗布して、乾燥させる前に、発光ダイオード２２を噴霧により散布すれば図６（ａ）のように誘電体層１１４中に、粒子状発光ダイオード２２の一部が埋まる。溶媒に溶かしたエポキシ樹脂溶液中に粒子状発光ダイオード２２を混ぜて、ダミー基板１１３上に塗布して乾燥させてもよい。このとき、誘電体層１１４は固形分濃度に応じた膜厚となり、酸素アッシャーなどで粒子状発光ダイオード上の薄い皮膜を除去すれば、粒子状発光ダイオード２２の一部が誘電体層１１４に埋まる状態にできる。工程（Ｂ２）は実施の形態１と同じように、エッチングで第１半導体２１ｎを露出させる(図６（ｂ）)。

さらに、図６（ｃ）の工程（Ｃ１）では、絶縁性の高い樹脂材料をスピンコートなどで塗布して第２半導体２１ｐを埋める絶縁層１１５を形成する。酸素アッシャーなどで粒子状発光ダイオード上の薄い皮膜を除去すると、第１半導体２１ｎのみ露出する。

次の工程（Ｃ２）において、図６（ｄ）のように、画素電極１１６をスパッタや蒸着などで直接形成し、通常の微細加工によりパターニングして、図７のようにストライプ状の列電極とする。画素電極の材料は、第１半導体２１ｎとオーミック接触する金属が望ましく、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｈｆなどが使用でき、Ｔｉ／Ａｌのように２層電極としてもよい。次に、図６（ｅ）の工程（Ｄ１）では、画素電極１１６の上に接着層１１７で基板１１８をダミー基板側に接着する。基板１１８はガラス、樹脂フィルム、板状プラスチックや、絶縁層をコートした金属フィルムなどが使えるが、工程（Ｂ１）以降は、百数十度の低温で処理できるので、ＰＥＴなどの低コストで薄型軽量の汎用プラスチックが使える。駆動回路との実装を容易にするために、基板１１８の端には引き出し電極１２０を形成しておき、画素電極１１６と導電ペーストなどで導通させておいてもよい。図６（ｃ）と異なる方法として、画素電極を形成した基板を、ダミー基板側に導電性の接着層を用いて接着しても良い。この場合、導電性の接着層１１７が画素電極１１６と粒子状発光ダイオード２１ｎおよび絶縁層１１５の間に挟まる。導電性接着層としては無溶剤の銀ペーストなどが使用可能である。

図６（ｅ）の工程（Ｄ２）では、ダミー基板１１３を端から丁寧に剥がして、剥離面側の第２半導体２１ｐを露出させる。このとき、第２半導体２１ｐの表面が清浄にするために、剥離面側の誘電体層１１４の表面を酸素アッシャーなどで少し除去した方がよい。工程（Ｅ１）では、対向電極１１９をスパッタ、蒸着などで形成する（図６（ｇ））。

そして、図７のように、画素電極１１６と直交する行電極となるように加工することで、画素電極１１６と対向電極１１７が交差する単純マトリクスパネルが完成する。対向電極１１９は、第２半導体とオーミック接触する金属が好ましく、例えば、ＩＴＯやＮｉ／Ａｕが使用可能である。画素電極と対向電極のいずれかは透明または半透明でなければならないので、ＩＴＯを用いるか、金属電極を薄くするかがよい。なお、長期信頼性を確保するため、シリコーン樹脂などで封止層１２１をｐ電極１１９の上に塗布することが好ましい。これらの電極に、図７のように列ドライバー１２２と行ドライバー１２３を接続し、画素電極（列電極）１１６と対向電極（行電極）１１９間にパルス電圧を印加し、線順次走査で駆動すれば、画像表示が得られる。図７の平面図は、簡単の為に３行２列のパネルを描いているが、多数の粒子状発光ダイオードから高輝度の発光が得られるので、単純マトリクス駆動でも高デューティー比の駆動による高精細表示が可能である。

本実施例では、単純マトリクスの表示装置を例示したが、基板１１８としてＴＦＴを設けた基板を用いた場合には、アクティブマトリクス型表示装置も同様に作成できる。本実施の形態の場合、第１半導体２１ｎ上と電気的に接続するのは、画素電極でもよいし、対向電極にも設計できる。

（実施例）
まず、芯粒子として、住友化学(株)のアルミナの微粒子スミコランダム（登録商標）の粒径約３μｍの粉末を入手した。このアルミナ微粒子は、気相化学反応により作成されたフィラー用途で用いられる微粒子で、分散性の良い単結晶微粒子であるが、5500円／Ｋｇの市場価格で、これを2インチウェハーに敷き詰めたなら、０．１３円／枚に相当し、サファイアウェハーの数万分の１の低コストとなる。このような大きな価格差は、直径の大きな結晶ほど、結晶成長に時間が掛かるという物理的、工業的な理由に由来するものと言える。図１０は、この芯粒子１のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真であるが、角が丸まった多面体形状で、略球形である。

始めに、芯粒子の粉末を、燐酸に１分浸漬し、純水で繰り返しリンスした後、遠心分離で粉末を取り出し、真空乾燥機で乾燥した。この洗浄で図１の芯粒子の形状が保たれていることはＳＥＭで確認している。

次に、この粒子の表面に、実施の形態１に記載の手順で、窒化ガリウム（ＧａＮ）を成長させた。

芯粒子上のバッファ層は、５１０度Ｃで厚さ約２５ｎｍのＡｌＧａＮを付ける。次に温度を１０５０度Ｃにし、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ層を付ける。ドープ濃度や膜厚の条件を変えて、大きさや形状の異なる結晶を作成した。次に、炉の温度を７９０度Ｃに下げ、搬送ガスを窒素にして、アンドープＧａＮを７ｎｍ、Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎを３ｎｍを交互に３層、積層して、ＭＱＷからなる活性層を形成した。そして、再び１１００度Ｃとして、搬送ガスを水素に戻して、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮを４００ｎｍ成長させた。なお、膜厚やインジウム濃度は面方位によって異なるので、事前実験で得たＣ面上の数値を目安として成膜時間やガス組成などの条件を設定した。

このとき、できた半導体結晶は反応条件（時間、ガス流量、ドープ濃度など）やばらつきなどで、異なった結晶形状の粒子となった。その形状と発光特性の関係を調べるために、ｐ層（第２半導体）をつける前のＩｎＧａＮのＭＷＱ層（活性層）まで成長させた結晶粒子を取り出し、ＳＥＭ観察とＣＬによる発光特性を観察した。図１１はＭＱＷ層まで成長した多数の結晶粒子のＳＥＭ写真の１例であるが、大きさや形の異なる多数の結晶が見える。このような結晶粒子のうち、形状が大きく異なる結晶粒子のＳＥＭ写真を図１２、図１３に示す。図１２の粒子２は、代表的な形状の結晶で、図１２（ａ）は上から見た写真で、図１２（ｂ）は斜め横から見た写真である。図１２（ａ）の白矢印１０の長さが１０ミクロンを示すが、粒子は直径が短軸で２０ミクロン、長軸で４０ミクロン程度の台形状の多面体であることが分かる。ＥＢＳＤ（電子線後方散乱回折）などにより面方位を調べたところ、六角形の面３はＣ面｛０００１｝、側面４から７はＣ面に垂直なｍ面｛１−１００｝、Ｃ面となす角度が６２度の傾斜した面であった８，９は｛１−１０１｝であった。このように、いずれの面もミラー指数の絶対値が１以下の平坦な結晶格子面であり、芯粒子とは全く異なる(非相似)形状の単結晶の多面体状結晶ができていた。

一方、図１３は、特許文献１と同様に、芯粒子の上にほぼ均一な薄い膜が付いた、球形に近いＧａＮ結晶粒子であり、比較例である。

図１３の粒子１１は、図１の芯粒子１と直径が近いが、Ｘ線マイクロ分析で、ＩｎＧａＮの膜が付いていることは確認している。

図１２と図１３の粒子に、同じ電流密度の電子ビームを照射し、ＣＬ発光を測定した発光特性を図１４と図１５に示す。横軸に波長、縦軸に発光強度を表わす。、図１４（ａ）では、図３の粒子のＣＬの面３、面４、面８の各々に対応する発光特性を実線２００、破線２０１、点線２０２で示し、見易いように、各々の発光特性を図１４（ｂ）、図１４（ｃ）、図１４（ｄ）にも示した。実線２００には３つのピークがあるが、波長が３７０ｎｍ弱のピークは下地のＧａＮのバンド端発光ピークであり、４２０ｎｍ付近のピークが活性層のＩｎＧａＮの発光ピークで、５６０ｎｍ弱のピークはイエローバンドと呼ばれる結晶欠陥などに由来するピークである。実線２００、破線２０１、点線２０２のＩｎＧａＮの発光ピーク波長は各々４２０ｎｍ、３９０ｎｍ、４１５ｎｍにあり、強度は破線２０１（面４すなわちｍ面）、点線２０２（面８）、実線２００（面３すわなちＣ面）の順に強く、４５０００から９００００の強度値を示している。一方、比較例である図１３の球状の粒子の発光を示す図１５の実線２０３では、ＩｎＧａＮの発光ピークは４０５ｎｍにあり、強度値は７０００程度と、図１４の発光特性の１／１０程度の強度しかない。

高輝度で発光する平坦な多面体状結晶として、図１２以外にも、図１６の結晶２３０のように六角錘に近い形の粒子や、図１７の２３２，２３３のような六角柱のような結晶も作成できた。図１６の粒子２３０は、六角錘形状の単結晶であり、六角形の底面２３０ａがＣ面、側面２３０ｂがｍ面、斜面２３０ｃが（１−１０１）面であった。図１７の粒子２３２、２３３は、六角柱状の単結晶で、六角柱の側面がｍ面、底面がＣ面である。

図１２、図１６，図１７の多面体粒子と図１３の球状粒子の、発光強度の違いは、ＣＬ発光だけでなく、Ｈｅ−Ｃｄレーザー（波長３２５ｎｍ）で励起したＰＬ発光でも同様の傾向を示した。また、多面体粒子のＰＬ効率は、ウェハー上に形成した青色発光ダイオードの膜より強い発光が見られ、高い発光効率が得られた。特に、図１７のような六角柱状の結晶は、図１２のような台形または不定形の結晶と比べて２倍以上のＰＬ強度が得られた。図１７で分かるように、側面が底面より長い縦長の六角柱形状の結晶は、基板上にばら撒いたとき、ｍ面を上にして倒れるので、励起光はｍ面に当り、ｍ面が光ることになる。ＣＬ測定の結果が示すようにｍ面はＣ面より強い発光を示しており、側面が長い六角柱状の結晶が効率的に最も良いことと対応する。これらの多面体粒子のＭＱＷ層の上にｐ−ＧａＮを形成した粒子状発光ダイオードを形成すれば、ＣＬやＰＬの強度比と同様に、図１３のような球状結晶より、図１２、図１６、図１７の低指数面の多面体結晶の方が強いＥＬ発光を示す。

このような実験結果から、本発明は、従来のような、球状粒子ではなく、平坦な結晶格子面が主たる構成面である多面体を形成する結晶に成長させることにより、高品質の結晶ができ、高効率の発光が可能であることを明らかにした。

なお、これらの結晶の内部に芯粒子であるアルミナが入っていることは、断面ＳＥＭやＴＥＭ観察で確認している。断面観察によると、芯粒子の周りに成長した結晶は、芯粒子表面上から１ミクロン程度までの範囲には微小なグレインが多数あるが、その外側は、非常に大きな単一または数個の単結晶に覆われており、転位欠陥が殆ど見当たらない高品質の膜であった。例えば、図１２や、図１７の結晶中には転位欠陥は１，２本しか存在しないことがＴＥＭで観察されており、転位密度に換算すると１０⁶個／ｃｍ²程度以下であった。すなわち、芯粒子の表面に1ミクロン以上の膜厚で結晶成長させれば、活性層を形成する表面では、欠陥の非常に少ない良質の結晶粒子を得ることができると言える。

従来の、サファイアウェハー上のＧａＮは基板表面から極めて高密度の転位欠陥が発生し、転位は基板に垂直な方向に伸びていき、膜厚を数ミクロンの厚さにしても１０¹⁰個／ｃｍ²程もある。ウェハーのような平面基板上の結晶成長と、本実施例のようにミクロンサイズのアルミナ粒子上の結晶成長では、結晶成長の様相に大きな相違が見られる。従って、芯粒子のサイズが大きくなり、例えばｍｍサイズの大きなアルミナ粒子上に結晶成長させるなら、その表面は微視的に見ると平面により近く、結晶成長の様相もウェハー上の場合に近いと考えられる。

このような、平坦な結晶格子面を外周面に持つ多面体形状の結晶性半導体からなる多数の粒子状発光ダイオードを、実施の形態２の図６の工程断面図に示す方法で、実装し発光させた。ただし、流動層で作成した粒子状発光ダイオードは大きさにばらつきがあるので、ばらつきが数ミクロン以下となるように事前に沈降法などの分級法により大きさを揃えている。

基板は厚さ０．１ｍｍのＰＥＴフィルムからなるダミー基板１１３上に信越化学工業(株)製の発光ダイオード封止用のシリコーン樹脂を塗布し、エポキシ樹脂からなる誘電体層（厚さ３μｍ）を形成した。

次に、散布用チャンバー内において、粒子状発光ダイオードの粉末を載せた皿に乾燥した窒素ガスをブローすることにより、舞い上がった粒子状発光ダイオードをダミー基板上に落下させ、粒子状発光ダイオードを分散性よく誘電体層上に散布してから、ガラス板で軽く押さえつけてシリコーン樹脂層に埋め込ませ、１５０度Ｃで加熱して誘電体層を硬化させると、粒子状発光ダイオードは下半分ほどが埋まった状態で固定された。

次に、ドライエッチング装置により、実施の形態に記載のガス種を用いて、誘電体層から露出している粒子状発光ダイオードの表面をｎ型ＧａＮ層に達するまでエッチングした。

そして、その上に、可視光ではほぼ透明なポジ型アクリル系レジスト樹脂の絶縁層を膜厚２ミクロンの条件でスピンコートして乾燥した。この状態では粒子状発光ダイオードの上にも薄くレジストが載っているので、露光時間が通常条件の１／５のアンダー露光を行い、現像すると、粒子状発光ダイオードの表面が絶縁層中から露出していることを顕微鏡で確認した。酸素アッシャーで粒子状発光ダイオードの表面をクリーニングしてから、Ｔｉ／Ａｌ（Ｔｉ厚：２０ｎｍ、Ａｌ厚：２００ｎｍ）のｎ電極をスパッタによって成膜し、さらにストライプ状にパターニングした。

次に、図６（ｃ）に示すように、粘着樹脂からなる接着層を塗布した厚さ０．１ｍｍのポリイミド樹脂の基板を誘電体層１１４に接着した。このとき、ポリイミド基板の端に形成しておいた引出し電極とｎ電極を導電ペーストで導電させておいた。接着層による接着強度を加熱によって高めた後、ダミー基板を剥離した。誘電体層を粒子状発光ダイオードの表面が露出するまで酸素プラズマによってエッチングした後、Ｎｉ／ＩＴＯ（１０ｎｍ／１００ｎｍ）からなるｐ電極をスパッタによって蒸着し、パターンニングした。こうして、図７に示す構成を得ることができ、引出し電極とｐ電極に直流電源の端子を接触させると、粒子状発光ダイオード１１２が発光した。

ｐ電極は、金などの金属ペーストを塗布して形成することも可能であるが、蒸着やスパッタのような真空成膜の方がｐ電極のコンタクト抵抗を低下させることが容易になる。

以上のような工程により、半導体結晶の多面体の構成面であるｐ層をｐ電極に、内部にあるｎ層をｎ電極に導通させることができ、ｐ電極とｎ電極に電圧を印加することで図１８の電流電圧特性図の特性曲線２４０のような整流性が得られ、順方向電圧印加時に青紫色に発光した。閾値電圧は４ボルト弱で、７ボルト程度の印加電圧で、１万ｃｄ／ｍ²を超える高輝度で発光した。粒子状発光ダイオードの散布密度は、１００個／ｍｍ２程度で、面積比で１０％程度で発光が生じており、発光点での輝度は１０万ｃｄ／ｍ²を超えている換算になる。市販のＩｎＧａＮ−発光ダイオードと比べると若干電圧が高いが、これは電極のコンタクト抵抗の低減などの最適化により改善可能である。粒子状発光ダイオードの極性を内と外で逆にしても良いが、ｐ−ＧａＮのアニールによる活性化を容易にするためにｐ層を外側にする方が好ましい。

以上のように、本発明の発光装置は、多数の粒子状発光ダイオードを基板上にばらまいて一括して実装することにより、実装コストや基板コストを激減させ、発光ダイオードによる発光装置の最大の課題である低コスト化の課題を解決することが可能であり、このとき、粒子状発光ダイオードを構成する結晶性半導体が、外周面が複数の平坦な結晶格子面からなる多面体形状を有していることにより、高輝度、高効率の発光装置を実現できるものである。また、低コストの単結晶微粒子を芯粒子として用いることで、ウェハーコストを激減させることができ、より低コスト化が可能になる。

本実施形態の発光装置によれば、多数の発光ダイオード素子（粒子状発光ダイオード）を低コストで作製し、大面積の基板上に簡易に実装できる。その結果、高効率、低コスト、均一性の高い表示装置や照明装置を量産することが可能になる。更に、粒子状発光ダイオードの実装に必要な温度は低く、基板としてガラス以外にプラスチック基板を用いてフレキシブルなシートディスプレイなど、薄くて軽い大画面ディスプレイを実現することも可能になる。本実施形態で使用する粒子状発光ダイオードは、無機材料から形成されているため、信頼性が高く、高度な防湿処理も不要である。また、熱に強いので、非常に高い輝度が得られ、必ずしもＴＦＴは不可欠ではなく、単純マトリクス駆動により低コスト化も可能である。

粒子状発光ダイオードのサイズの下限値は、良質の結晶が得られる膜厚で規定できるが、また、誘電体層の塗布やエッチングなどのプロセス精度（０．１μｍ程度）にも応じて決定され得る。粒子状発光ダイオードがプロセス精度より十分大きくないと、電極との安定した接続を確保することが困難になる。例えば、絶縁層は、第１半導体と第２半導体とを絶縁しており、樹脂の耐圧を考慮すると１ミクロンは膜厚が必要で、粒子状発光ダイオードはその数倍以上の直径が好ましく、例えば３ミクロン程度以上であることが望ましい。

（実施例２）
発光ダイオードは特性がばらつき易く、大量生産されている市販の青色ダイオードでもばらつきは解消できておらず、ランク分けして販売されている。本発明の表示装置を大量生産した場合においても、個々の粒子状発光ダイオードの特性には、同様のばらつきが残ると想定される。そこで、一つの画素において、どの程度の数の粒子状発光ダイオードを発光させればよいかを、以下のようにシミュレーションによって求めた。

図８は、シミュレーションの結果を示す特性グラフである。グラフ中の実線３０は、
Ｉｎ_0.22Ｇａ_0.78Ｎのピーク波長λｉが４６７ｎｍの青色発光ダイオードの発光スペクトルを示す。一点鎖線１４１および点線１４２は、いずれも、発光スペクトルの形はそのままで、ピーク波長λｉを４６７ｎｍからシフトさせた発光スペクトルを示している。発光スペクトルがシフトしたときの色差ΔＥ^*ａｂを求めた。色差は、二つの色の違いを定量的に表す量であり、均等色空間中の２点間の距離で表わされる。ただし、Ｌ^*ａ^*ｂ^*を求める基となる視感度係数のデータは０．５ｎｍ刻みしか求められていないので、０．５ｎｍ未満の刻みは内挿によって補間した。

以下の式１で表される、色差ΔＥ^*ａｂは、印刷物で用いられるＣＩＥ１９７６Ｌ^*ａ^*ｂ^*表色系において、人間が感じる色の違いを数値化した指標である。

ΔＥ^*ａｂ＝［(ΔＬ^*)２＋(Δａ^*)２＋(Δｂ^*)２］１／２・・・（式１）

この式１は、最もスタンダードな色差式として印刷物の色合わせの基準などに広く利用されている。印刷インキハンドブックによると、色差１．２以下が、並置比較の実用的許容差とされている。色差が１．２以下であれば、隣接する画素の色の違いが気にならないか、あるいは、許容される。この基準を発光ダイオードの発光色に当てはめて、ΔＥ^*ａｂを計算すると、図８の実線１４０に示される標準的な発光スペクトルに対して、ピーク波長λｉが約０．５ｎｍシフトすると、ΔＥ^*ａｂが１．２となる。現状の青色発光ダイオードでは、ピーク波長λｉのばらつきは５ｎｍ程度あるため、許容色差をはるかに超えていることがわかる。従って、個々の発光ダイオードにおけるピーク波長のばらつきを均一化するためには、多数の粒子状発光ダイオードを各画素内に配置する必要がある。しかし、粒子状発光ダイオードの数を増やすことはコストの増加を招き、また画素サイズ拡大を必要とするため、適切な個数を決定することが極めて重要である。

粒子状発光ダイオードの母集団の発光波長の分布が正規分布に従うと仮定し、発光ピーク波長の標準偏差をσｎｍ、画素内に散布される粒子状発光ダイオードの個数をｎとする。これらｎ個の粒子状発光ダイオード（母集団からのサンプル）の平均値をＸａ、母集団の平均値をμとするとき、平均値Ｘａがμ−ｃσ／ｎ^0.5以上μ＋ｃσ／ｎ^0.5以下の範囲に入る確率は、ｃ＝約２のときに９５％、ｃ＝２．５８で９９％となる。

ピーク波長λｉのシフト量が許容色差に対応する±０．５ｎｍの範囲内に９５％の確率で含まれることを均一性の目安とすることができる。このことから、個数ｎは（ｃσ／０．５ｎｍ）²以上であればよいことになる。均一性の目安として、９５％確率を想定するとｃ＝２となり、ｎ≧１６σ²となる。青色発光ダイオードのばらつき（±２σ）が５ｎｍとすると、σは１．２５ｎｍとなる。ｎ≧１６σ²に代入すると、ｎ≧２５となる。

従って、２５個程度の粒子状発光ダイオード数が１画素内に分散されていれば、色のばらつきは目立たないレベルに抑えることが可能である。

（実施例３）
図１においては、電流供給線３３０は、ＴＦＴ３１のドレイン電極であり、ソース線３１ｓと同時に形成すればよい。そして、ＩＴＯからなる画素電極３２を電流供給線３３０との距離を５０ミクロン空けておき、その間に、図１のような細線状のヒューズ部３３１を設ける。厚さ０．１ミクロンの錫を蒸着した後、エッチングにより幅３ミクロンの細線を電流供給線３３０と画素電極３２をブリッジするように形成した。このようなヒューズ部では、短絡不良の粒子状発光ダイオードや、ゴミによる短絡などがあると、短絡箇所に電流が集中し、３ボルト以下で、１００ｍＡ以上の電流が流れてヒューズ部が溶断し、短絡した画素電極３２は非点灯状態になった。他の電極上の発光ダイオードは通常に発光するため、発光装置全体が非点灯不良となる率は非常に小さくできる。粒子状発光ダイオードは微小な為、実装前の検査が困難であるが、このようなヒューズ部を設けておき、出荷前の通電検査により、短絡素子のある部分の導通を遮断しておけば、検査が難しいという課題を解決できる。

本発明の表示装置は、窒化ガリウムなどの無機発光ダイオードが有する高発光効率、低電圧、高耐久性などの利点を備え、かつ薄型、大画面化が容易である。このため、家庭用の大画面壁掛けテレビや、低消費電力、超軽量で曲げられるモバイルディスプレイなどの表示装置として利用され、信号機などにも利用され得る。

本発明の実施形態１の表示装置の画素を拡大した平面図本発明の実施形態１の表示装置の画素を拡大した断面図本発明の実施形態の粒子状発光ダイオードの製造装置を表すブロック図本発明の実施形態１の粒子状発光ダイオードの断面図（ａ）から（ｅ）は、本発明の実施形態１の表示装置の製造方法を表す工程断面図（ａ）から（ｇ）は、本発明の実施形態２の表示装置の製造方法を表す工程断面図本発明の実施形態２の表示装置の平面図本発明の表示装置の発光スペクトルグラフ本発明の表示装置のブロック図（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例における芯粒子の電子顕微鏡像を示す平面図本発明の実施例の結晶性半導体の拡大写真を示す平面図（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例の結晶性半導体の電子顕微鏡像を示す拡大図本発明の例の比較例を示す粒子状半導体の電子顕微鏡像を示す平面図（ａ）から（ｄ）は、本発明の実施例の結晶性半導体の発光スペクトルグラフ本発明の実施例の比較例の粒子状半導体結晶の発光スペクトルグラフ本発明の実施例における結晶性半導体の電子顕微鏡像を示す平面図本発明の実施例における結晶性半導体の電子顕微鏡像を示す平面図本発明の実施例の表示装置の電圧―電流特性を表すグラフ従来例の発光素子および表示装置の断面図従来例の発光素子および表示装置の発光粒子の断面図

符号の説明

２１ｎ・・・第１半導体
２１ｉ・・・活性層
２１ｐ・・・第２半導体
２２・・・粒子状発光ダイオード
３０・・・基板
３１・・・ＴＦＴ
３２・・・画素電極
３５・・・誘電体層
３６・・・絶縁層
３７・・・対向電極
６７・・・芯粒子
１１３・・・ダミー基板
１１４・・・誘電体層
１１５・・・絶縁層
１１６・・・画素電極（ｎ電極）
１１７・・・接着層
１１８・・・基板
１１９・・・対向電極（ｐ電極）
２０１〜２０２・・・多面体形状の結晶粒子の発光特性
２０３・・・球状結晶粒子の発光特性
２４０・・・特性曲線

Claims

基板と、
前記基板上に設けられた電流供給線および複数の画素電極と、
前記複数の画素電極の各々の上にランダムに散布された複数の粒子状発光ダイオードと、
前記複数の粒子状発光ダイオードを覆う対向電極と、
を備え、
前記複数の粒子状発光ダイオードの各々は、III族−Ｖ族窒化物からなる結晶性半導体
からなり、
前記複数の粒子状発光ダイオードの各々は、第１導電型の第１半導体、活性層、および第２導電型の第２半導体からなり、
前記活性層は前記第１半導体の周囲の一部に形成されており、
前記第２半導体は前記活性層の周囲を覆っており、
前記第１半導体は、前記画素電極と前記対向電極のいずれか一方と電気的に接続されており、
前記第２半導体は、前記画素電極と前記対向電極のいずれか他方と電気的に接続されており、
前記結晶性半導体は、外周面が複数の平坦な結晶格子面からなる多面体形状を有しており、
前記電流供給線と前記画素電極との間に、過電流により導通が絶たれるヒューズ部を有する、表示装置。
前記結晶性半導体は、ミラー指数が｛０００１｝、｛１−１００｝、｛１−１０１｝のいずれか２種類以上の結晶格子面を有している、請求項１記載の表示装置。
前記結晶性半導体が、｛１−１００｝面を有しており、
前記｛１−１００｝面が、前記画素電極と電気的に接続されている、請求項１記載の表示装置。
前記結晶性半導体が、六角柱形状を有し、前記六角柱の側面が｛１−１００｝面である請求項３記載の表示装置。
前記結晶性半導体は、単結晶の芯粒子の表面に１ミクロン以上の膜厚の結晶を成長させた多面体形状粒子である、請求項１記載の表示装置。
前記芯粒子は、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、ベータ酸化ガリウムからなる群から選択された少なくとも一種の材料から形成されている請求項５記載の表示装置。
前記芯粒子の形状が、略球形または角の丸まった多面体の酸化アルミニウムである請求項６記載の表示装置。
前記画素電極上に誘電体層を有し、
前記第２半導体の一部分または全部が前記誘電体層に埋まっており、
前記第１半導体の一部分が前記誘電体層から突出し、かつ前記対向電極と電気的に接続されている、請求項１記載の表示装置。
前記誘電体層は、さらに蛍光体を含む、請求項８記載の表示装置。
前記基板がプラスチックから形成され、
前記基板と前記画素電極の間に接着層を有する請求項１に記載の表示装置。
前記粒子状発光ダイオードのピーク発光波長の標準偏差をσｎｍとするとき、各画素電極上に位置する前記粒子状発光ダイオードの個数ｎが１６σ²よりも大きい、請求項１に
記載の表示装置。
各々の前記画素電極に形成したトランジスタにより前記各々の画素電極上の粒子状発光ダイオードを駆動する請求項１記載の表示装置。