JP2014123583A - 発光装置、発光装置の製造方法、照明装置、バックライトおよび表示装置 - Google Patents

発光装置、発光装置の製造方法、照明装置、バックライトおよび表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】微細な棒状構造発光ダイオードを用いた発光装置において、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい発光装置を提供する。
【解決手段】棒状構造発光ダイオードＤが並列に接続された発光ダイオード並列回路が複数個直列に接続されて、棒状構造発光ダイオードＤが格子状に配列された格子状アレイＡ１と、格子状アレイＡ１の一端に接続された第１の電極１１と、格子状アレイの他端に接続された第２の電極１２とを備える。上記棒状構造発光ダイオードＤは、径に対する長さの比が５以上かつ２００以下であり、かつ、径が５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下である棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コアと、その半導体コアの囲む筒状のｐ型ＧaＮからなる半導体層とを有する。
【選択図】図１Ａ

Description

この発明は、発光装置、発光装置の製造方法、照明装置、バックライトおよび表示装置に関する。
従来、発光装置としては、直列に接続された発光ダイオードが複数個並列に接続されたものがある(例えば、特開２００２−１７３０２８号公報(特許文献１)参照)。
このような構成の発光装置において、微細な棒状構造を有する発光ダイオードを適用した場合、配列不良などに起因するオープン不良が多数発生することによって、製造歩留りの大きな低下を招く。
また、上記微細な棒状構造を有する発光ダイオードを用いた構造では、順方向を揃えて配列する極性制御が容易でないために直列接続では電流パスが形成できず、交流動作を実現できない。
図１８に示す直列型の発光装置の場合、定電流駆動により発光ダイオードの特性ばらつきに対して強いが、オープンモードの不良に対して弱いという問題がある(１つの発光ダイオード不良が発生すると電流パスが切れる)。
また、図１９に示す並列型の発光装置の場合、オープンモードの不良に対して強いが、低電圧駆動により素子の特性ばらつきに対して弱く、さらに、ショートモードの不良に対して弱いという問題がある(ショートモードの発光ダイオードに電流が流れ続けると、他の発光ダイオードに電流が流れない)。
さらに、図２０に示す直並列型の発光装置の場合、図１８,図１９に示す発光装置の両方の長所と短所を共に有する。
発光ダイオードを用いた一般的な発光装置では、特性ばらつきに強い直列型、もしくは、直列型を並列に並べた直並列型を採用している事例が多く、並列型は特性ばらつきおよび駆動電圧の面から採用されている事例はほとんど見られない。
このように、微細な棒状構造発光ダイオードを用いた発光装置では、発光特性のばらつきを抑えることができず、歩留まりが悪いという問題がある。
特開２００２−１７３０２８号公報
そこで、この発明の課題は、微細な棒状構造発光ダイオードを用いた発光装置において、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい発光装置および発光装置の製造方法を提供することにある。
また、この発明のもう一つの課題は、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい照明装置、バックライトおよび表示装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の発光装置は、
棒状構造発光ダイオードが並列に接続された発光ダイオード並列回路が、複数個直列に接続されて、上記棒状構造発光ダイオードが格子状に配列された格子状アレイと、
上記格子状アレイの一端に接続された第１の電極と、
上記格子状アレイの他端に接続された第２の電極と
を備え、
上記棒状構造発光ダイオードは、径に対する長さの比が５以上かつ２００以下であり、かつ、径が５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下である棒状の第１導電型の半導体コアと、その半導体コアの囲む筒状の第２導電型の半導体層とを有することを特徴とする。
上記構成によれば、棒状構造発光ダイオードが並列に接続された発光ダイオード並列回路が、複数個直列に接続されて、上記棒状構造発光ダイオードが格子状に配列された格子状アレイを用いることによって、棒状構造発光ダイオードの配列不良などに起因するオープン不良に対する耐性が高まり、製造歩留りを高めることができる。また、棒状構造発光ダイオードの半導体コアの径に対する長さの比を５以上かつ２００以下とすることにより、配列歩留まりを向上できる。さらに、半導体コアの径を５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下とすることによって、径が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度のものに比べて、半導体コアの径のばらつきを抑えることができる。したがって、微細な棒状構造発光ダイオードを用いた発光装置において、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい発光装置を実現できる。
また、一実施形態の発光装置では、
上記格子状アレイは、上記発光ダイオード並列回路が複数個直列に接続されたサブアレイを複数有し、
上記複数のサブアレイが上記第１の電極と上記第２の電極との間に並列に接続されている。
上記実施形態によれば、複数のサブアレイを第１の電極と第２の電極との間に並列に接続することによって、ショートした棒状構造発光ダイオードの直列接続パスが発生する確率を低減できる。したがって、棒状構造発光ダイオードのショート不良に起因する発光不良の発生を低減できる。
また、一実施形態の発光装置では、
上記複数のサブアレイは、上記棒状構造発光ダイオードの全てが上記第１の電極側または上記第２の電極側に向かって順方向となるように配列され、
上記各サブアレイの上記発光ダイオード並列回路における上記棒状構造発光ダイオードの数が３５以上である。
上記実施形態によれば、棒状構造発光ダイオードのショート不良に起因する電圧降下を抑制することが可能となり、発光不良の発生を低減することができる。
また、一実施形態の発光装置では、
上記複数のサブアレイは、上記第１の電極側に向かって順方向となるように接続された上記棒状構造発光ダイオードと、上記第２の電極側に向かって順方向となるように接続された上記棒状構造発光ダイオードとがランダムに配列され、
上記各サブアレイの上記発光ダイオード並列回路における上記棒状構造発光ダイオードの数は７０以上である。
上記実施形態によれば、棒状構造発光ダイオードのショート不良に起因する電圧降下を抑制することが可能となり、発光不良の発生を低減することができる。
また、一実施形態の発光装置では、
上記複数のサブアレイは、複数のサブアレイグループに分類され、
上記サブアレイグループ毎に、電源電圧を供給する電源部を備えた。
上記実施形態によれば、１つのサブアレイグループの棒状構造発光ダイオードのショート不良が発生しても、他のサブアレイグループは電源部が異なり、供給される電源電圧への影響が少ないので、発光ばらつきを低減できる。
また、一実施形態の発光装置では、
上記格子状アレイは、上記第１の電極側に向かって順方向となるように接続された上記棒状構造発光ダイオードと、上記第２の電極側に向かって順方向となるように接続された上記棒状構造発光ダイオードとがランダムに配列されている。
上記実施形態によれば、第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印加して、交流動作による駆動を実現することができる。また、棒状構造発光ダイオードを同一方向に向かって順方向に配列する必要がないので、製造プロセスが簡略化されて製造コストを低減できる。
また、この発光装置の製造方法では、
棒状構造発光ダイオードが並列に接続された発光ダイオード並列回路が、複数個直列に接続されて、上記棒状構造発光ダイオードが格子状に配列された格子状アレイと、上記格子状アレイの一端に接続された第１の電極と、上記格子状アレイの他端に接続された第２の電極とを備え、上記棒状構造発光ダイオードは、径に対する長さの比が５以上かつ２００以下であり、かつ、径が５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下である棒状の第１導電型の半導体コアと、その半導体コアの囲む筒状の第２導電型の半導体層とを有する発光装置を製造する発光装置の製造方法であって、
上記格子状アレイは、上記発光ダイオード並列回路が複数個直列に接続されたサブアレイを複数有し、
上記複数のサブアレイに対して不良の有無を判別する不良判別工程と、
上記複数のサブアレイのうち、上記不良判別工程で不良と判別されたサブアレイと上記第１の電極との接続、または、上記不良判別工程で不良と判別されたサブアレイと上記第２の電極との接続の少なくとも一方を切り離す切り離し工程と
を含むことを特徴とする。
上記構成によれば、棒状構造発光ダイオードのショート不良に起因する発光不良の発生を低コストで低減することができ、棒状構造発光ダイオードの配列不良などに起因するオープン不良に対する耐性が高まることと相俟って、製造歩留りを高めることができる。したがって、半導体コアの径に対する長さの比が５以上かつ２００以下であり、かつ、半導体コアの径が５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下である微細な棒状構造発光ダイオードを用いて、発光特性のばらつきを抑えつつ、歩留まりのよい発光装置を実現できる。
また、一実施形態の発光装置の製造方法では、
上記切り離し工程において、上記不良と判別されたサブアレイの一端と上記第１の電極とを接続する配線、または、上記不良と判別されたサブアレイの他端と上記第２の電極とを接続する配線の少なくとも一方をレーザーにより切断する。
上記実施形態によれば、棒状構造発光ダイオードのショート不良に起因する発光不良の発生を正確に除去することができる。
また、一実施形態の発光装置の製造方法では、
上記不良判別工程の前に、上記サブアレイ毎に、上記サブアレイの一端と上記第１の電極との間、または、そのサブアレイの他端と上記第２の電極との間の少なくとも一方に接続されたトランジスタを形成するトランジスタ形成工程を含む。
上記実施形態によれば、上記切り離し工程において、上記不良判別工程において不良と判別されたサブアレイの一端と上記第１の電極との間、または、上記不良と判別されたサブアレイの他端と上記第２の電極との間の少なくとも一方に接続されたトランジスタを、ゲート制御により発光動作時にオフ状態にする。これによって、棒状構造発光ダイオードのショート不良に起因する発光不良の発生を正確に除去することができる。
また、一実施形態の発光装置の製造方法では、
上記トランジスタは、薄膜トランジスタである。
上記実施形態によれば、トランジスタを安価に製造することができる。
また、一実施形態の発光装置の製造方法では、
上記不良判別工程前に、基板上に第１の配列用電極と第２の配列用電極とを形成する配列用電極形成工程と、
上記基板上の第１の配列用電極と第２の配列用電極との間に、上記棒状構造発光ダイオードを並列に接続する並列接続工程と、
上記並列接続工程の後に、上記第１の配列用電極または上記第２の配列用電極の少なくとも一方の電極の一部を除去することにより、上記棒状構造発光ダイオードが並列に複数個接続された発光ダイオード並列回路毎に分割する分割工程と、
上記分割工程の後、上記発光ダイオード並列回路を直列に接続するための接続用電極を形成する直列接続工程と
を含む。
上記実施形態によれば、棒状構造発光ダイオードのショート不良に起因する発光不良の発生を低コストで低減できる。
また、一実施形態の発光装置の製造方法では、
上記第１の電極と上記第２の電極との間に電圧を印加して、上記格子状アレイに対して、予め設定された電流を予め設定された時間流すことによって、上記格子状アレイの上記棒状構造発光ダイオードに対してスクリーニングを行うスクリーニング工程を含む。
上記実施形態によれば、棒状構造発光ダイオードのショート不良に起因する発光不良の発生を低コストで低減することができる。
また、一実施形態の発光装置の製造方法では、
上記配列工程の後かつ上記分割工程の前に、上記第１の配列用電極と上記第２の配列用電極との間に予め設定された電圧を印加することによって、上記棒状構造発光ダイオードに対してスクリーニングを行うスクリーニング工程を含む。
上記実施形態によれば、並列接続された全ての棒状構造発光ダイオードに実質的に同じ電圧が印加され、特性ばらつきに応じた電流が流れることにより、棒状構造発光ダイオードのショート不良に起因する発光不良の発生をより効率的に低減することができる。
また、この発明の照明装置では、
上記のいずれか１つの発光装置を備えたことを特徴とする。
上記構成によれば、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい照明装置を実現できる。
また、この発明のバックライトでは、
上記のいずれか１つの発光装置を備えたことを特徴とする。
上記構成によれば、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよいバックライト実現できる。
また、この発明の表示装置では、
上記のいずれか１つの発光装置を備えたことを特徴とする。
上記構成によれば、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい表示装置を実現できる。
以上より明らかなように、この発明の発光装置および発光装置の製造方法によれば、微細な棒状構造発光ダイオードを用いた発光装置において、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい発光装置および発光装置の製造方法を実現することができる。
また、この発明の照明装置、バックライトおよび表示装置によれば、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい照明装置、バックライトおよび表示装置を実現することができる。
図１Ａはこの発明の第１実施形態の発光装置の回路図である。 図１Ｂは上記発光装置の他の例の回路図である。 図１Ｃは上記発光装置の他の例の回路図である。 図２は上記発光装置の発光装置の棒状構造発光素子の一例としての発光ダイオードの側面模式図である。 図３はこの発明の第２実施形態の発光装置の回路図である。 図４はこの発明の第３実施形態の発光装置の回路図である。 図５はこの発明の第４実施形態の発光装置の回路図である。 図６は上記発光装置の要部の断面図である。 図７は上記発光装置の並列素子数に対する相対光量の関係を示す図である。 図８は並列素子数が多い場合の発光装置の要部の回路図である。 図９は並列素子数が少ない場合の発光装置の要部の回路図である。 図１０は上記発光装置の並列素子数に対する相対光量の関係を示す図である。 図１１Ａはこの発明の第５実施形態の発光装置の構成を示すブロック図である。 図１１Ｂは上記発光装置のサブアレイの回路図である。 図１１Ｃは上記第５実施形態の発光装置の変形例を示すブロック図である。 図１２はこの発明の第６実施形態の発光装置の回路図である。 図１３はこの発明の第７実施形態の発光装置の回路図である。 図１４はこの発明の第８実施形態の発光装置の全ての棒状構造発光ダイオードが並列に接続された状態を示す平面図および等価回路である。 図１５は発光ダイオード並列回路を直列に接続した状態を示す平面図および等価回路である。 図１６はこの発明の第９実施形態の発光装置のスクリーニング方法を説明するための図である。 図１７は第２のスクリーニング方法を説明するための図である。 図１８は複数の発光ダイオードを直列接続した従来の発光装置の回路図である。 図１９は複数の発光ダイオードを並列接続した従来の発光装置の回路図である。 図２０は複数の発光ダイオードが直列に接続されたサブアレイを並列に接続した構成の従来の発光装置の回路図である。
以下、この発明の発光装置、発光装置の製造方法、照明装置、バックライトおよび表示装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１Ａはこの発明の第１実施形態の発光装置の回路図を示している。この第１実施形態の発光装置は、図１Ａに示すように、複数の棒状構造発光ダイオードＤが格子状に配列された格子状アレイＡ１を備えている。この格子状アレイＡ１では、棒状構造発光ダイオードＤが並列に接続された発光ダイオード並列回路を複数個直列に接続することにより、複数の棒状構造発光ダイオードＤを格子状に配列している。
そして、この発光装置は、格子状アレイＡ１の一端に接続された第１の電極１１と、格子状アレイＡ１の他端に接続された第２の電極１２とを備えている。上記第１の電極１１に直流電源ＤＣの正極側出力端子が接続され、第２の電極１２に直流電源ＤＣの負極側出力端子が接続されている。
また、上記格子状アレイＡ１は、棒状構造発光ダイオードＤの全てが第２の電極１２側に向かって順方向となるように配列されている。すなわち、棒状構造発光ダイオードＤのカソード側が第２の電極１２側に向き、棒状構造発光ダイオードＤのアノード側が第１の電極１１側に向いている。
なお、図１Ｂに示すように、Ｎ個(Ｎは２以上の整数)の棒状構造発光ダイオードＤが直列に接続された発光ダイオード直列回路を複数個並列に接続したサブアレイＳＡ１０１を複数直列に接続して、複数の棒状構造発光ダイオードＤを格子状に配列してもよい。この場合、棒状構造発光ダイオードＤのショート不良が多い場合に有効である。
図１Ｂでは、Ｎ個(Ｎは２以上の整数)の棒状構造発光ダイオードＤが直列に接続された発光ダイオード直列回路を複数個並列に接続したサブアレイＳＡ１０１を複数直列に接続していたが、ダイオード直列回路の直列接続された棒状構造発光ダイオードＤの数は、同じである必要はない。例えば、図１Ｃに示すように、Ｎ個(Ｎは２以上の整数)の棒状構造発光ダイオードＤが直列に接続された発光ダイオード直列回路を複数個並列に接続したサブアレイＳＡ１０１と、Ｍ個(Ｍは１または３以上の整数)の棒状構造発光ダイオードＤが直列に接続された発光ダイオード直列回路を複数個並列に接続したサブアレイＳＡ１０２とを直列に接続してもよい。このような構成では、棒状構造発光ダイオードＤのオープン不良やショート不良の確率に配列場所依存がある場合、発光ダイオード直列回路の直列接続する棒状構造発光ダイオードＤの数を配列場所により変化させることにより、歩留まりを向上できる。
図２はこの発光装置の棒状構造発光ダイオードＤの側面模式図を示している。
図２に示すように、棒状構造発光ダイオードＤの形状は、断面略六角形のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１と、その半導体コア１の囲む筒状のｐ型ＧaＮからなる半導体層２とを有している。上記半導体コア１は、径に対する長さの比を５以上かつ２００以下とすると共に、径を５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下とすることによって、半導体コア１の径のばらつきを抑えることができる。
上記構成の発光装置によれば、直流電源ＤＣの正極側出力端子から第１の電極１１を介して格子状アレイＡ１の各棒状構造発光ダイオードＤに流れて、第２の電極１２を介して直流電源ＤＣの負極側出力端子に戻る。これにより、各棒状構造発光ダイオードＤが発光する。
そして、例えば、格子状アレイＡ１の各棒状構造発光ダイオードＤのうちの１つにオープン不良が発生しても、他の棒状構造発光ダイオードＤで電流パスが存在するので、光量が大きく減ることがない。また、格子状アレイＡ１の各棒状構造発光ダイオードＤのうちの１つにショート不良が発生しても、そのショート不良の棒状構造発光ダイオードＤを含む発光ダイオード並列回路の棒状構造発光ダイオードＤのみが影響を受けるだけで、他の発光ダイオード並列回路で光量が減ることはない。
したがって、この第１実施形態の発光装置では、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい発光装置を実現することができる。
このような棒状構造発光ダイオードＤは、基板上に垂直に成長させた棒状構造発光ダイオードを刈り取り、改めて基板上に配列させることによって、従来法よりも低コストで発光装置を製造することができ、製造コストを削減することができる。
また、刈り取った棒状構造発光ダイオードＤを改めて基板上に配列させるため、配列不良に起因するオープン不良(非導通モードの不良)が従来法よりも多数発生するが、図１Ａに示す回路構成とすることによって、オープン不良に対する耐性が高まり、製造歩留りを高めることができる。
〔第２実施形態〕
図３はこの発明の第２実施形態の発光装置の回路図を示している。この第２実施形態の発光装置は、棒状構造発光ダイオードＤの配列と電源を除いて第１実施形態の発光装置と同一の構成をしている。
この第２実施形態の発光装置は、図３に示すように、複数の棒状構造発光ダイオードＤが格子状に配列された格子状アレイＡ２を備えている。この格子状アレイＡ２では、棒状構造発光ダイオードＤが並列に接続された発光ダイオード並列回路を複数個直列に接続することによって、複数の棒状構造発光ダイオードＤを格子状に配列している。
そして、この発光装置は、格子状アレイＡ２の一端に接続された第１の電極２１と、格子状アレイＡ２の他端に接続された第２の電極２２とを備えている。上記第１の電極２１に交流電源ＡＣの一方の出力端子が接続され、第２の電極２２に交流電源ＡＣの他方の出力端子が接続されている。
また、上記格子状アレイＡ２は、第１の電極２１側に向かって順方向となるように接続された上記棒状構造発光ダイオードＤと、第２の電極２２側に向かって順方向となるように接続された棒状構造発光ダイオードＤとがランダムに配列されている。
上記構成の発光装置によれば、交流電源ＡＣから第１の電極２１,第２の電極２２を介して格子状アレイＡ１の各棒状構造発光ダイオードＤに交流電流が流れる。これにより、各棒状構造発光ダイオードＤが発光する。
そして、例えば、格子状アレイＡ２の各棒状構造発光ダイオードＤのうちの１つにオープン不良が発生しても、他の順方向が同一の棒状構造発光ダイオードＤで電流パスが存在するので、光量が大きく減ることがない。また、格子状アレイＡ２の各棒状構造発光ダイオードＤのうちの１つにショート不良が発生しても、そのショート不良の棒状構造発光ダイオードＤを含む発光ダイオード並列回路の棒状構造発光ダイオードＤのうち、順方向が同一のもののみが影響を受けるだけで、他の発光ダイオード並列回路で光量が減ることはない。
したがって、この第２実施形態の発光装置では、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい発光装置を実現することができる。
上記第２実施形態の発光装置は、第１実施形態の発光装置と同様の効果を有する。また、交流動作では棒状構造発光ダイオードＤを配列するときに極性制御を行う必要がなく、低コストで回路動作を実現することができる。
また、棒状構造発光ダイオードＤの極性がランダムに異なるため、従来の直列に接続した構成では、実質的に回路動作が不可能であるのに対して、この第２実施形態の発光装置では、交流動作による駆動を実現することができ、棒状構造発光ダイオードを同一方向に向かって順方向に配列する必要がないので、製造プロセスが簡略化されて製造コストを低減することができる。
〔第３実施形態〕
図４はこの発明の第３実施形態の発光装置の回路図を示している。この第３実施形態の発光装置は、棒状構造発光ダイオードＤの配列を除いて第２実施形態の発光装置と同一の構成をしている。
この第３実施形態の発光装置は、図４に示すように、棒状構造発光ダイオードＤが格子状に形成されたサブアレイＳＡ１,ＳＡ２,ＳＡ３,…を有している。複数のサブアレイＳＡ１,ＳＡ２,ＳＡ３,…で格子状アレイを構成している。上記サブアレイＳＡ１,ＳＡ２,ＳＡ３,…の夫々では、棒状構造発光ダイオードＤが並列に接続された発光ダイオード並列回路を複数個直列に接続することによって、複数の棒状構造発光ダイオードＤを格子状に配列している。
上記複数のサブアレイＳＡ１,ＳＡ２,ＳＡ３,…を第１の電極３１と第２の電極３２との間に並列に接続している。そして、上記第１の電極３１に交流電源ＡＣの一方の出力端子が接続され、第２の電極３２に交流電源ＡＣの他方の出力端子が接続されている。
また、サブアレイＳＡ１,ＳＡ２,ＳＡ３,…は、第１の電極３１側に向かって順方向となるように接続された棒状構造発光ダイオードＤと、第２の電極３２側に向かって順方向となるように接続された棒状構造発光ダイオードＤとがランダムに配列されている。
上記構成の発光装置によれば、交流電源ＡＣから第１の電極３１,第２の電極３２を介してサブアレイＳＡ１,ＳＡ２,ＳＡ３,…の各棒状構造発光ダイオードＤに交流電流が流れる。これにより、各棒状構造発光ダイオードＤが発光する。
上記第３実施形態の発光装置は、第２実施形態の発光装置と同様の効果を有する。
この第３実施形態の発光装置では、複数のサブアレイＳＡ１,ＳＡ２,ＳＡ３,…を備え、各サブアレイＳＡ１,ＳＡ２,ＳＡ３,…を並列に接続することによって、ショートした棒状構造発光ダイオードＤの直列接続パスが発生する確率を低減できるので、棒状構造発光ダイオードＤのショート不良に起因する発光不良の発生を低減することができる。
これに対して、上記第１,第２実施形態の発光装置では、棒状構造発光ダイオードＤのオープン不良に対する耐性は強いが、発光ダイオード並列回路における棒状構造発光ダイオードＤの並列数を上げた場合、棒状構造発光ダイオードＤのショート不良(短絡モードの不良)に起因する発光不良の可能性が高まる。すなわち、ショート不良の棒状構造発光ダイオードＤの直列接続パスが発生して、格子状アレイ内の正常な棒状構造発光ダイオードＤに十分な電流が流れない可能性がある。
〔第４実施形態〕
図５はこの発明の第４実施形態の発光装置の回路図を示している。この第４実施形態の発光装置は、棒状構造発光ダイオードＤの配列および電源を除いて第３実施形態の発光装置と同一の構成をしている。この第４実施形態の発光装置は、複数のサブアレイＳＡ１１,ＳＡ１２,ＳＡ１３,…は、棒状構造発光ダイオードＤの全てが第２の電極１２側に向かって順方向となるように配列されている点が第３実施形態の発光装置と異なる。
この第３実施形態の発光装置は、図５に示すように、棒状構造発光ダイオードＤが格子状に形成されたサブアレイＳＡ１１,ＳＡ１２,ＳＡ１３,…を有している。複数のサブアレイＳＡ１１,ＳＡ１２,ＳＡ１３,…で格子状アレイを構成している。上記サブアレイＳＡ１１,ＳＡ１２,ＳＡ１３,…の夫々では、棒状構造発光ダイオードＤが並列に接続された発光ダイオード並列回路を複数個直列に接続することによって、複数の棒状構造発光ダイオードＤを格子状に配列している。
上記複数のサブアレイＳＡ１１,ＳＡ１２,ＳＡ１３,…を第１の電極４１と第２の電極４２との間に並列に接続している。そして、上記第１の電極４１に直流電源ＤＣの正極側出力端子が接続され、第２の電極４２に直流電源ＤＣの負極側出力端子が接続されている。
また、上記サブアレイＳＡ１１,ＳＡ１２,ＳＡ１３,…は、複数の棒状構造発光ダイオードＤの全てが第２の電極４２側に向かって順方向となるように配列されている。すなわち、棒状構造発光ダイオードＤのカソード側が第２の電極４２側に向き、棒状構造発光ダイオードＤのアノード側が第１の電極４１側に向いている。
上記構成の発光装置によれば、直流電源ＤＣの正極側出力端子から第１の電極４１を介してサブアレイＳＡ１,ＳＡ２,ＳＡ３,…の各棒状構造発光ダイオードＤに流れて、第２の電極４２を介して直流電源ＤＣの負極側出力端子に戻る。これにより、各棒状構造発光ダイオードＤが発光する。
上記第４実施形態の発光装置は、第１実施形態の発光装置と同様の効果を有する。
また、図６は上記発光装置の要部の断面図を示しており、基板４０上に形成された第１の電極４１および第２の電極４２に跨るように、棒状構造発光ダイオードＤが基板４０の実装面に対して平行に載置されている。そして、棒状構造発光ダイオードＤの一端(アノード)と第１の電極４１とを、導電性接着剤などの金属インクからなる接着部４３により電気的に接続し、棒状構造発光ダイオードＤの他端に露出した半導体コア１の露出部分(カソード)と第２の電極４２とを、導電性接着剤などの金属インクからなる接着部４４により電気的に接続している。なお、図６では、半導体層２の外周を、半導体層２よりも抵抗の低い導電層３で覆っている。
このような実装形態の棒状構造発光ダイオードＤでは、ショート不良の一例として第１の電極４１側の半導体コア１と半導体層２との間でショートが発生する場合がある(図６に示す領域Ｓ)。
図７は上記発光装置の並列素子数に対する相対光量の関係を示しており、サブアレイ数×並列素子数＝７００に固定して、相対光量(不良率０％のときの光量に対する比)を測定している。詳しくは、棒状構造発光ダイオードＤのショートモードの不良率０.０１％、０.０５％、０.１％の場合の夫々で、並列素子数に対する相対光量の関係を測定した。
このように、サブアレイ数×並列素子数＝７００に固定し、サブアレイ数の最適化を行った結果、図７から明らかなように、サブアレイ数を２０とし、並列素子数を３５以上とすることで、棒状構造発光ダイオードＤのショート不良による他の正常な素子(発光ダイオード並列回路内)への影響を少なくできる。すなわち、並列に接続された棒状構造発光ダイオードＤが多い図８に示す発光ダイオード並列回路は、並列に接続された棒状構造発光ダイオードＤが少ない図９に示す発光ダイオード並列回路よりも、棒状構造発光ダイオードＤのショート不良による発光ダイオード並列回路の両端の電圧降下が小さい。このような効果は、並列に接続された正常な棒状構造発光ダイオードＤとショート不良の棒状構造発光ダイオードＤとの抵抗バランスから得られるものであるため、直列段数による影響は少ない。
このように、複数の棒状構造発光ダイオードＤの全てが同じ向きに配列された各サブアレイにおいて、発光ダイオード並列回路の棒状構造発光ダイオードＤの並列素子数を３５以上とすることによって、棒状構造発光ダイオードＤのショート不良に起因する電圧降下を抑制することが可能となり、発光不良の発生を低減することができる。
なお、図４に示す第３実施形態の発光装置の構成において、同様の測定をした結果を図１０に示しており、サブアレイ数×並列素子数＝１,４００に固定し、サブアレイ数の最適化を行った。この場合、図１０から明らかなように、サブアレイ数を２０とし、並列素子数を７０以上とすることで、棒状構造発光ダイオードＤのショート不良による他の正常な素子(発光ダイオード並列回路内)への影響が少ない。このような効果は、この第４実施形態の発光装置の構成のときと同様に、並列に接続された正常な棒状構造発光ダイオードＤとショート不良の棒状構造発光ダイオードＤとの抵抗バランスから得られるものであるため、直列段数による影響は少ない。
このように、複数の棒状構造発光ダイオードＤの向きがランダムな各サブアレイにおいて、発光ダイオード並列回路の棒状構造発光ダイオードＤの並列素子数を７０以上とすることによって、棒状構造発光ダイオードＤのショート不良に起因する電圧降下を抑制することが可能となり、発光不良の発生を低減することができる。
〔第５実施形態〕
図１１Ａはこの発明の第５実施形態の発光装置の回路図を示している。この第５実施形態の発光装置は、図１１Ａに示すように、電源ブロック５０と、電源ブロック５０から電源電圧が供給されたサブアレイＳＡ５１,ＳＡ５２,ＳＡ５３,ＳＡ５４,…とを備えている。この電源ブロック５０は、メイン電源部５１と、そのメイン電源部５１からの一次電源電圧が供給されたサブ電源部５２,５３とを有する。
このサブ電源部５２からの電源電圧が、第１のサブアレイグループであるサブアレイＳＡ５１,ＳＡ５３,…に供給される一方、サブ電源部５３からの電源電圧が、第２のサブアレイグループであるサブアレイＳＡ５２,ＳＡ５４,…に供給される。
また、サブアレイＳＡ５１,ＳＡ５２,ＳＡ５３,ＳＡ５４,…の夫々は、棒状構造発光ダイオードＤが並列に接続された発光ダイオード並列回路を複数個直列に接続することによって、複数の棒状構造発光ダイオードＤを格子状に配列している(図１１Ｂに示すサブアレイＳＡ５１参照)。複数のサブアレイＳＡ５１,ＳＡ５２,ＳＡ５３,ＳＡ５４,…で格子状アレイを構成している。
上記第３,第４実施形態の発光装置では、オープン／ショートなどの棒状構造発光ダイオードＤの不良に対する耐性は高まるが、棒状構造発光ダイオードＤ間における発光ばらつきを補正する手段を有していなかったが、この第５実施形態の発光装置では、複数のサブアレイを第１,第２のサブアレイグループに分類して、第１,第２のサブアレイグループ夫々に対して、サブ電源部５２,５３から電源電圧を供給することによって、より均一な発光を実現することができる。すなわち、一方のサブアレイグループの棒状構造発光ダイオードにショート不良が発生しても、他方のサブアレイグループは電源部が異なり、供給される電源電圧への影響が少ないので、発光ばらつきを低減することができる。
この第５実施形態では、複数のサブアレイを２つのサブアレイグループに分類したが、複数のサブアレイを３以上のサブアレイグループに分類し、３以上のサブ電源部を備えてもよい。
なお、サブ電源部５２,５３により電源電圧そのものを調整する代わりに、図１１Ｃに示すように、メイン電源部５１からの電圧をＰＷＭ発生部５４,５５によりＰＷＭ(パルス幅変調)のデューティーを調整してもよい。
〔第６実施形態〕
図１２はこの発明の第６実施形態の発光装置の回路図を示している。この第６実施形態の発光装置は、第３実施形態の発光装置と同一の構成をしている。
棒状構造発光ダイオードＤのオープン／ショートなどの不良に対する耐性は、上記第３実施形態の発光装置の構成によって高まるが、一定の確率で不良サブアレイが発生する確率は依然残り、この不良サブアレイが原因で発光装置全体の発光効率が低下する可能性がある。例えば、不良サブアレイに大電流が流れて、他の正常なサブアレイに十分に電流が供給されない場合が考えられる。
そこで、この第６実施形態の発光装置では、複数のサブアレイＳＡ６１,ＳＡ６２,ＳＡ６３,…に対して不良の有無を判別する(不良判別工程)。例えば、第１の電極６１と第２の電極６２との間に交流電源ＡＣから電圧を印加して、各サブアレイＳＡ６１,ＳＡ６２,ＳＡ６３,…の棒状構造発光ダイオードＤを発光させて、その発光不良の有無を判別する。
次に、不良と判別されたサブアレイの一端と第１の電極６１とを接続する配線Ｌ６１を、レーザーにより切断する(切り離し工程)。
これにより、発光不良のサブアレイを正確に除去することができる。なお、不良の生じたサブアレイを、不良と判別されたサブアレイの他端と第２の電極６２とを接続する配線Ｌ６２を、レーザーにより切断してもよし、不良の生じたサブアレイの両側の配線Ｌ６１,Ｌ６２をレーザーにより切断してもよい。
このようにして、不良の生じたサブアレイと第１の電極６１(または第２の電極６２)とを電気的に切り離す工程によって、ショート不良に起因する発光不良の発生を低コストで低減することができる。したがって、微細な棒状構造発光ダイオードを用いて、発光特性のばらつきを抑えつつ、歩留まりのよい発光装置を実現することができる。
また、サブアレイと第１の電極６１(または第２の電極６２)とをレーザーにより切り離すことによって、棒状構造発光ダイオードＤのショート不良に起因する発光不良の発生を正確に除去することができる。
〔第７実施形態〕
図１３はこの発明の第７実施形態の発光装置の回路図を示している。この第７実施形態の発光装置は、トランジスタを除いて第３実施形態の発光装置と同一の構成をしている。
この第７実施形態の発光装置は、図１３に示すように、サブアレイＳＡ７１,ＳＡ７２,ＳＡ７３,…の夫々の一端と第１の電極６１との間をトランジスタＴ７１,Ｔ７２,Ｔ７３,…で接続している。また、サブアレイＳＡ７１,ＳＡ７２,ＳＡ７３,…の夫々の他端と第２の電極６２とを接続している。
棒状構造発光ダイオードＤのオープン／ショートなどの不良に対する耐性は、上記第３実施形態の発光装置の構成によって高まるが、一定の確率で不良サブアレイが発生する確率は依然残り、この不良サブアレイが原因で発光装置全体の発光効率が低下する可能性がある。例えば、不良サブアレイに大電流が流れ、他の良品サブアレイに十分に電流が供給されない場合が考えられる。
そこで、この第７実施形態の発光装置では、サブアレイＳＡ７１,ＳＡ７２,ＳＡ７３,…の夫々の一端と第１の電極６１との間を接続するトランジスタＴ７１,Ｔ７２,Ｔ７３,…を予め形成する(トランジスタ形成工程)。
そして、トランジスタ形成工程の後に、サブアレイＳＡ７１,ＳＡ７２,ＳＡ７３,…に対して不良の有無を判別する(不良判別工程)。
次に、不良と判別されたサブアレイ(例えば図１３ではＳＡ７２,ＳＡ７３)の一端と第１の電極６１とを接続するトランジスタＴ７１によるゲート制御によりオフ状態にする。すなわち、この発光装置の動作時に、不良と判別されたサブアレイに対するトランジスタのゲートにオフ信号が印加されるように発光装置の制御回路を構成する。例えば、トランジスタのゲートを制御する制御装置を備えてもよいし、トランジスタのゲートを制御するスイッチ回路を備えてもよい。
これによって、ショート不良に起因する発光不良の発生したサブアレイを正確に除去することができる。
なお、上記トランジスタにＴＦＴ(Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ)を用いることによって、サブアレイの電源供給を制御するトランジスタを安価に製造することができる。
〔第８実施形態〕
図１４,図１５はこの発明の第８実施形態の発光装置の製造方法を説明するための図である。この第８実施形態では、第１実施形態の図１に示す構成の発光装置を製造する方法について説明する。
まず、図１４に示すように、基板１００上に第１の配列用電極１０１と第２の配列用電極１０２とを形成する(配列用電極形成工程)。
上記第１の配列用電極１０１と第２の配列用電極１０２の夫々は、互いに平行な基部１０１a,１０２aを有している。また、第１の配列用電極１０１は、基部１０１aから第２の配列用電極１０２に向かって延在する複数の分岐部１０１bを有する一方、第２の配列用電極１０２は、基部１０２aから第１の配列用電極１０１に向かってかつ第１の配列用電極１０１の分岐部１０１b間に延在する複数の分岐部１０２bを有する。この第１の配列用電極１０１と第２の配列用電極１０２は、分岐部１０１b,１０２bとの間に形成され、互いに平行にかつ交互に配列された櫛状部１０１c,１０２cを有する。
次に、基板１００上の第１の配列用電極１０１と第２の配列用電極１０２との間に、棒状構造発光ダイオードＤを並列に接続する(並列接続工程)。すなわち、第１の配列用電極１０１と第２の配列用電極１０２との櫛状部１０１c,１０２c間に複数の棒状構造発光ダイオードＤが接続される。図１４の下側に、棒状構造発光ダイオードＤが並列に接続された状態の等価回路を示している。
次に、第１の配列用電極１０１の基部１０１aと第２の配列用電極１０２の基部１０２aを除去することにより、棒状構造発光ダイオードＤが並列に複数個接続された発光ダイオード並列回路毎に分割する(分割工程)。
そうして、図１５に示すように、発光ダイオード並列回路を直列に接続するための接続用電極１０３を形成する(直列接続工程)。図１５の下側に、複数の発光ダイオード並列回路が直列に接続された状態の等価回路を示している。
これによって、製造プロセスの効率化と高歩留りを両立させることができる。
上記第８実施形態において説明したこの発明の発光装置の製造方法の配列用電極形成工程において、基板１００は絶縁基板とし、第１,第２の配列用電極１０１,０２は金属電極とする。一例として、印刷技術を利用して絶縁基板の表面に所望の電極形状の金属電極を形成することができる。また、絶縁基板の表面に金属膜および感光体膜を一様に積層し、この感光体膜を所望の電極パターンに露光・現像し、パターニングされた感光体膜をマスクとして金属膜をエッチングして金属電極を形成することができる。
なお、上記絶縁基板は、フレキシブル基板でもよい。また、上記金属電極を作製する金属の材料としては、金、銀、銅、鉄、タングステン、タングステンナイトライド、アルミニウム、タンタルやそれらの合金などを用いることができる。また、絶縁基板２１はガラス、セラミック、アルミナ、樹脂のような絶縁体、またはシリコンのような半導体表面にシリコン酸化膜を形成し、表面が絶縁性を有するような基板である。ガラス基板を用いる場合は、表面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜のような下地絶縁膜を形成するのが望ましい。
また、上記第１,第２の配列用電極１０１,０２の櫛状部１０１c,１０２c間の距離は、棒状構造発光ダイオードＤの長さよりもやや短いことが好ましい。一例として、上記櫛状部１０１c,１０２c間の距離は、棒状構造発光ダイオードＤの長さが１０μｍである場合は、６〜９μｍとすることが望ましい。
次に、基板１００上に棒状構造発光ダイオードＤを含んだ溶液としてのイソプロピルアルコール(ＩＰＡ)を薄く塗布する。なお、上記溶液としては、ＩＰＡのほかに、エチレングリコール、プロピレングリコール、メタノール、エタノール、アセトン、またはそれらの混合物でもよく、他の有機物からなる液体、水などを用いることができる。ただし、液体を通じて第１,第２の配列用電極１０１,０２間に大きな電流が流れてしまうと、第１,第２の配列用電極１０１,０２間に所望の電圧差を印加できなくなってしまう。そのような場合には、第１,第２の配列用電極１０１,０２を覆うように、基板１００表面全体に、１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度の絶縁膜をコーティングすればよい。
上記棒状構造発光ダイオードＤを含むＩＰＡを塗布する厚さは、次に棒状構造発光ダイオードＤを並列接続工程で、棒状構造発光ダイオードＤが配列できるよう、液体中で棒状構造発光ダイオードＤが移動できる厚さである。したがって、棒状構造発光ダイオードＤの太さ以上であり、例えば、数μｍ〜数ｍｍである。塗布する厚さは薄すぎると、棒状構造発光ダイオードＤが移動し難くなり、厚すぎると、液体を乾燥する時間が長くなる。好ましくは、１００μｍ〜５００μｍである。また、ＩＰＡの量に対して、発光ダイオードの個数は、１×１０４個／ｃｍ３〜１×１０７個／ｃｍ３が好ましい。
上記棒状構造発光ダイオードＤを含むＩＰＡを基板１００に塗布するために、棒状構造発光ダイオードＤを配列させる第１,第２の配列用電極１０１,０２の外周囲に枠(図示せず)を形成し、その枠内に上記棒状構造発光ダイオードＤを含むＩＰＡを所望の厚さになるよう充填するとよい。しかし、上記棒状構造発光ダイオードＤを含むＩＰＡが粘性を有する場合は、枠を必要とせずに、所望の厚さに塗布することが可能である。上記ＩＰＡやエチレングリコール、プロピレングリコール、メタノール、エタノール、アセトン、またはそれらの混合物、或いは、他の有機物からなる液体、または水などの液体は、上記棒状構造発光ダイオードＤの配列工程のためには粘性が低いほど望ましく、また加熱により蒸発しやすい方が望ましい。
次に、第１,第２の配列用電極１０１,１０２間に電位差を与える。この電位差は、例えば、０.５Ｖもしくは１Ｖの電位差とする。なお、上記電位差は０．５Ｖ〜５Ｖが好ましく、さらには、０．５Ｖ程度とするのが好ましい。第１,第２の配列用電極１０１,１０２の一方には負電荷が誘起され、第１,第２の配列用電極１０１,１０２の他方には正電荷が誘起される。この第１,第２の配列用電極１０１,１０２に棒状構造発光ダイオードＤが接近すると、棒状構造発光ダイオードＤのうち第１,第２の配列用電極１０１,１０２の一方に近い側に正電荷が誘起され、第１,第２の配列用電極１０１,１０２の他方に近い側に負電荷が誘起される。上記棒状構造発光ダイオードＤに電荷が誘起されるのは静電誘導による。よって、上記棒状構造発光ダイオードＤは、第１,第２の配列用電極１０１,１０２間に生じる電気力線に沿った姿勢になると共に、各棒状構造発光ダイオードＤに誘起された電荷がほぼ等しいので、電荷による反発力により、ほぼ等間隔に一定方向に規則正しく配列する。
このとき、第１,第２の配列用電極１０１,１０２の表面に絶縁膜がコーティングされており、かつ、第１,第２の配列用電極１０１,１０２間に与える電位差が一定(ＤＣ)であると、第１,第２の配列用電極１０１,１０２上にコーディングされた絶縁膜表面に、第１,第２の配列用電極１０１,１０２の電位と反対極性のイオンが誘起されて溶液中の電界が非常に弱くなってしまう。そのような場合は、第１,第２の配列用電極１０１,１０２間に交流電圧を印加することが好ましい。これにより、第１,第２の配列用電極１０１,１０２の電位と反対極性のイオンが誘起されるのを防ぎ、棒状構造発光ダイオードＤを正常に配列することができる。なお、第１,第２の配列用電極１０１,１０２間に印加する交流電圧の周波数は、１０Ｈｚ〜１ＭＨｚとするのが好ましいが、交流電圧の周波数が１０Ｈｚ未満のときは、発光ダイオード２４が激しく振動し、配列が乱される可能性がある。
一方、第１,第２の配列用電極１０１,１０２間に印加する交流電圧の周波数が１ＭＨｚを超える場合は、棒状構造発光ダイオードＤが第１,第２の配列用電極１０１,１０２に吸着される力が弱くなり、外部の擾乱により配列が乱されることがある。このため、棒状構造発光ダイオードＤの配列の安定のためには、上記交流電圧の周波数を５０Ｈｚ〜１ｋＨｚとすることがより好ましい。さらに、上記交流電圧の波形は、正弦波に限らず、矩形波、三角波、ノコギリ波など、周期的に変動するものであればよい。なお、上記交流電圧の振幅は一例として０.５Ｖ程度とすることが好ましい。
このように、第１,第２の配列用電極１０１,１０２間に発生した外部電場により、各棒状構造発光ダイオードＤに電荷を発生させ、電荷の引力により第１,第２の配列用電極１０１,１０２に棒状構造発光ダイオードＤを吸着させるので、棒状構造発光ダイオードＤの大きさは、液体中で移動可能な大きさであることが必要である。したがって、各棒状構造発光ダイオードＤの大きさ(最大寸法)の許容値は、液体の塗布量(塗布厚さ)により変化する。上記液体の塗布量が少ない場合は、各棒状構造発光ダイオードＤの大きさ(最大寸法)はナノスケールでなければならないが、液体の塗布量が多い場合は、各棒状構造発光ダイオードＤの大きさがミクロンオーダーであってもかまわない。
上記棒状構造発光ダイオードＤが配列を始めてしばらくすると、第１,第２の配列用電極１０１,１０２間に棒状構造発光ダイオードＤが配列する。各棒状構造発光ダイオードＤは、第１,第２の配列用電極１０１,１０２が延在している方向とは垂直な姿勢に整列して上記延在の方向にほぼ等間隔で配列する。第１,第２の配列用電極１０１,１０２間に電界が集中すると共に棒状構造発光ダイオードＤに誘起された電荷により棒状構造発光ダイオードＤ間に反発力が働いて、棒状構造発光ダイオードＤがほぼ等間隔に並ぶ。
こうして、第１,第２の配列用電極１０１,１０２間に、棒状構造発光ダイオードＤを配列させた後、基板１００を加熱または一定時間放置することにより、上記溶液の液体を蒸発させて乾燥させ、棒状構造発光ダイオードＤを第１の配列用電極１０１と２の配列用電極１０２との間の電気力線に沿って、等間隔に配列させて固着させる。
このように、上記発光装置の製造方法によれば、棒状構造発光ダイオードＤを第１,第２の配列用電極１０１,１０２間に制御性良く高精度に配列させることが可能となる。
次に、この発明の棒状構造発光ダイオードＤの製造方法の一例を説明する。
まず、ｎ型ＧａＮからなる基板上に、成長穴を有するマスクを形成する。
次に、マスクの成長穴により露出した基板上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長)装置を用いて、ｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コアを形成する。ここで、ｎ型ＧaＮは、六方晶系の結晶成長となり、基板表面に対して垂直方向をｃ軸方向にして成長させることにより、六角柱形状の半導体コアが得られる。
次に、棒状の半導体コアを覆うように基板全面にｐ型ＧaＮからなる半導体層を形成する。
次に、リフトオフにより半導体コアを覆う半導体層の部分を除く領域とマスクを除去して、棒状の半導体コアの基板側に基板側の外周面を露出させて露出部分を形成する。この状態で、上記半導体コアの基板と反対の側の端面は、半導体層により覆われている。この実施形態の露出工程では、リフトオフを用いたがエッチングにより半導体コアの一部を露出させてもよい。
次に、半導体コア切り離し工程において、超音波(例えば数１０ＫＨz)を用いて基板を基板平面に沿って振動させることにより、基板上に立設する半導体コアの基板側に近い根元を折り曲げるように、半導体層に覆われた半導体コアに対して応力が働いて、半導体層に覆われた半導体コアが基板から切り離される。こうして、基板から切り離なされた微細な棒状構造発光ダイオードＤを製造することができる。
〔第９実施形態〕
次に、この発明の第９実施形態の発光装置のスクリーニング方法について説明する。
図１６は第１実施形態の発光装置の回路図を示しており、図１６において、格子状アレイ内にショート不良の棒状構造発光ダイオードＤが存在すると、並列に接続されている他の棒状構造発光ダイオードＤに流れる電流が低下し、発光強度の低下を招く。図１６に示す縦線の棒状構造発光ダイオードＤがショート不良であるとすると、この棒状構造発光ダイオードＤに電流が集中し、同一の発光ダイオード並列回路において横線で示す正常な棒状構造発光ダイオードＤの発光強度が低下する。
＜第１のスクリーニング方法＞
このようなショート不良の棒状構造発光ダイオードＤが存在する格子状アレイに短時間大電流を流すことによって、ショート不良の棒状構造発光ダイオードＤを破壊し、オープン状態(非導通状態)にすることによって、棒状構造発光ダイオードＤのショート不良に起因する発光不良の発生を低コストで低減することができる。
＜第２のスクリーニング方法＞
また、第７実施形態の図１４で説明した複数の棒状構造発光ダイオードＤの全てを並列に接続した並列接続工程の後に、図１７に示すように、第１の配列用電極１０１と第２の配列用電極１０２との間に所定の電圧(高電圧)を印加して、並列接続された全ての棒状構造発光ダイオードＤに同じ電圧を印加することが可能となり、制御性に優れたスクリーニングができる。これにより、ショート不良素子の除去漏れの確率を低減することができる。
上記第１〜第９実施形態では、棒状の第１導電型の半導体コアと、その半導体コアの囲む筒状の第２導電型の半導体層とを有する棒状構造発光ダイオードを備えた発光装置について説明したが、棒状構造発光ダイオードはこれに限らず、棒状の第１導電型の半導体コアの外周面と、その半導体コアの囲む筒状の第２導電型の半導体層との間に量子井戸層を形成したものでもよく、上記半導体層を覆うように半導体層よりも抵抗が低い導電層を形成したものでよい。
さらに、棒状のコア部の外周を覆うように第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層とを順に形成した棒状構造発光ダイオードを用いた発光装置にこの発明を適用してもよい。例えば、ＳiＣからなる棒状のコア部の外周を、ｎ型ＧaＮからなる半導体層とｐ型ＧaＮからなる半導体層で覆った棒状構造発光ダイオードを用いてもよい。この場合、ＳiＣからなる棒状のコア部とｎ型ＧaＮからなる半導体層とで半導体コアを構成しているものとする。
上記棒状構造発光ダイオードの製造方法では、基板と半導体コアと半導体層に、ＧaＮを母材とする半導体を用いたが、ＧaＡs,ＡlＧaＡs,ＧaＡsＰ,ＩnＧaＮ,ＡlＧaＮ,ＧaＰ,ＺnＳe,ＡlＧaＩnＰなどを母材とする半導体を用いてもよい。また、基板と半導体コアをｎ型とし、半導体層をｐ型としたが、導電型が逆の棒状構造発光ダイオードとしてもよい。また、断面が六角柱の半導体コアを有する棒状構造発光ダイオードについて説明したが、これに限らず、断面が円形または楕円の棒状であってもよいし、断面が三角形などの他の多角形状の棒状の半導体コアを有する棒状構造発光ダイオードも上述と同様の製造方法で作製できる。
また、この発明の発光装置では、棒状構造発光ダイオードの半導体コアの径に対する長さの比を５以上かつ２００以下とすることにより、配列歩留まりを向上できる。また、この発明の発光装置では、棒状構造発光ダイオードの半導体コアの径は５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下が好ましく、径が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの棒状構造発光ダイオードに比べて半導体コアの径のばらつきを抑えることができ、発光面積すなわち発光特性のばらつきを低減でき、歩留まりを向上できる。
また、上記棒状構造発光ダイオードの製造方法では、ＭＯＣＶＤ装置を用いて半導体コアを結晶成長させたが、ＭＢＥ(分子線エピタキシャル)装置などの他の結晶成長装置を用いて半導体コアを形成してもよい。また、成長穴を有するマスクを用いて半導体コアを基板上に結晶成長させたが、基板上に金属種を配置して、金属種から半導体コアを結晶成長させてもよい。また、上記棒状構造発光ダイオードの製造方法では、半導体層に覆われた半導体コアを、超音波を用いて基板から切り離したが、これに限らず、切断工具を用いて半導体コアを基板から機械的に切り離してもよい。この場合、簡単な方法で基板上に設けられた微細な複数の棒状構造発光素子を短時間で切り離すことができる。
また、この発明の発光装置を、液晶表示装置などのバックライトに用いることにより、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよいバックライトを実現することができる。また、この発明の発光装置を照明装置として用いることにより、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい照明装置を実現することができる。
また、この発明の発光装置を、表示装置に用いることにより、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい表示装置を実現することができる。この表示装置では、マトリックス状に配置された画素にこの発明の発光装置を用いる。
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１〜第９実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
なお、この発明の発光装置は、
棒状構造発光ダイオードが直列に接続された発光ダイオード直列回路が、複数個並列に接続されて、上記棒状構造発光ダイオードが格子状に配列された格子状アレイと、
上記格子状アレイの一端に接続された第１の電極と、
上記格子状アレイの他端に接続された第２の電極と
を備え、
上記棒状構造発光ダイオードの全てが上記第１の電極側または上記第２の電極側に向かって順方向となるように配列され、
上記棒状構造発光ダイオードは、径に対する長さの比が５以上かつ２００以下であり、かつ、径が５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下である棒状の第１導電型の半導体コアと、その半導体コアの囲む筒状の第２導電型の半導体層とを有することを特徴とするものでもよい。
上記構成によれば、棒状構造発光ダイオードが直列に接続された発光ダイオード直列回路が、複数個並列に接続されて、上記棒状構造発光ダイオードが格子状に配列された格子状アレイを用いることによって、棒状構造発光ダイオードの配列不良などに起因するオープン不良に対する耐性が高まり、製造歩留りを高めることができる。また、棒状構造発光ダイオードの半導体コアの径に対する長さの比を５以上かつ２００以下とすることにより、配列歩留まりを向上できる。さらに、半導体コアの径を５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下とすることによって、径が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度のものに比べて、半導体コアの径のばらつきを抑えることができる。したがって、微細な棒状構造発光ダイオードを用いた発光装置において、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい発光装置を実現できる。
また、一実施形態の発光装置では、
上記格子状アレイは、上記発光ダイオード直列回路が複数個並列に接続されたサブアレイを複数有し、
上記複数のサブアレイが上記第１の電極と上記第２の電極との間に直列に接続されている。
上記実施形態によれば、複数のサブアレイを第１の電極と第２の電極との間に直列に接続することによって、ショートした棒状構造発光ダイオードの直列接続パスが発生する確率を低減できる。したがって、棒状構造発光ダイオードのショート不良に起因する発光不良の発生を低減でき、特にオープン不良が少なく、ショート不良が多い場合に有効である。
また、この発明の照明装置では、
上記のいずれか１つの発光装置を備えたことを特徴とする。
上記構成によれば、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい照明装置を実現できる。
また、この発明のバックライトでは、
上記のいずれか１つの発光装置を備えたことを特徴とする。
上記構成によれば、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよいバックライト実現できる。
また、この発明の表示装置では、
上記のいずれか１つの発光装置を備えたことを特徴とする。
上記構成によれば、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい表示装置を実現できる。
１…半導体コア
２…半導体層
１１,２１,３１,４１,６１,７１…第１の電極
１２,２２,３２,４２,６２,７２…第２の電極
４０,１００…基板
５１…メイン電源部
５２,５３…サブ電源部
５４,５５…ＰＷＭ発生部
１０１…第１の配列用電極
１０１a…基部
１０１b…分岐部
１０１c…櫛状部
１０２…第２の配列用電極
１０２a…基部
１０２b…分岐部
１０２c…櫛状部
１０３…接続用電極
Ａ１,Ａ２…格子状アレイ
Ｄ…棒状構造発光ダイオード
Ｌ６１,Ｌ６２…配線
ＳＡ１,ＳＡ２,ＳＡ３,〜,ＳＡ１１,ＳＡ１２,ＳＡ１３,〜,ＳＡ５１,ＳＡ５２,ＳＡ５３,ＳＡ５４,〜,ＳＡ６１,ＳＡ６２,ＳＡ６３,〜,ＳＡ７１,ＳＡ７２,ＳＡ７３,〜,ＳＡ１０１,ＳＡ１０２…サブアレイ
Ｔ７１,Ｔ７２,Ｔ７３,〜…トランジスタ

Claims (16)

  1. 棒状構造発光ダイオードが並列に接続された発光ダイオード並列回路が、複数個直列に接続されて、上記棒状構造発光ダイオードが格子状に配列された格子状アレイと、
    上記格子状アレイの一端に接続された第１の電極と、
    上記格子状アレイの他端に接続された第２の電極と
    を備え、
    上記棒状構造発光ダイオードは、径に対する長さの比が５以上かつ２００以下であり、かつ、径が５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下である棒状の第１導電型の半導体コアと、その半導体コアの囲む筒状の第２導電型の半導体層とを有することを特徴とする発光装置。
  2. 請求項１に記載の発光装置において、
    上記格子状アレイは、上記発光ダイオード並列回路が複数個直列に接続されたサブアレイを複数有し、
    上記複数のサブアレイが上記第１の電極と上記第２の電極との間に並列に接続されていることを特徴とする発光装置。
  3. 請求項２に記載の発光装置において、
    上記複数のサブアレイは、上記棒状構造発光ダイオードの全てが上記第１の電極側または上記第２の電極側に向かって順方向となるように配列され、
    上記各サブアレイの上記発光ダイオード並列回路における上記棒状構造発光ダイオードの数が３５以上であることを特徴とする発光装置。
  4. 請求項２に記載の発光装置において、
    上記複数のサブアレイは、上記第１の電極側に向かって順方向となるように接続された上記棒状構造発光ダイオードと、上記第２の電極側に向かって順方向となるように接続された上記棒状構造発光ダイオードとがランダムに配列され、
    上記各サブアレイの上記発光ダイオード並列回路における上記棒状構造発光ダイオードの数は７０以上であることを特徴とする発光装置。
  5. 請求項２から４までのいずれか１つに記載の発光装置において、
    上記複数のサブアレイは、複数のサブアレイグループに分類され、
    上記サブアレイグループ毎に、電源電圧を供給する電源部を備えたことを特徴とする発光装置。
  6. 請求項１または２に記載の発光装置において、
    上記格子状アレイは、上記第１の電極側に向かって順方向となるように接続された上記棒状構造発光ダイオードと、上記第２の電極側に向かって順方向となるように接続された上記棒状構造発光ダイオードとがランダムに配列されていることを特徴とする発光装置。
  7. 棒状構造発光ダイオードが並列に接続された発光ダイオード並列回路が、複数個直列に接続されて、上記棒状構造発光ダイオードが格子状に配列された格子状アレイと、上記格子状アレイの一端に接続された第１の電極と、上記格子状アレイの他端に接続された第２の電極とを備え、上記棒状構造発光ダイオードは、径に対する長さの比が５以上かつ２００以下であり、径が５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下である棒状の第１導電型の半導体コアと、その半導体コアの囲む筒状の第２導電型の半導体層とを有する発光装置を製造する発光装置の製造方法であって、
    上記格子状アレイは、上記発光ダイオード並列回路が複数個直列に接続されたサブアレイを複数有し、
    上記複数のサブアレイに対して不良の有無を判別する不良判別工程と、
    上記複数のサブアレイのうち、上記不良判別工程で不良と判別されたサブアレイと上記第１の電極との接続、または、上記不良判別工程で不良と判別されたサブアレイと上記第２の電極との接続の少なくとも一方を切り離す切り離し工程と
    を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
  8. 請求項７に記載の発光装置の製造方法において、
    上記切り離し工程において、上記不良と判別されたサブアレイの一端と上記第１の電極とを接続する配線、または、上記不良と判別されたサブアレイの他端と上記第２の電極とを接続する配線の少なくとも一方をレーザーにより切断することを特徴とする発光装置。
  9. 請求項７に記載の発光装置の製造方法において、
    上記不良判別工程の前に、上記サブアレイ毎に、上記サブアレイの一端と上記第１の電極との間、または、そのサブアレイの他端と上記第２の電極との間の少なくとも一方に接続されたトランジスタを形成するトランジスタ形成工程を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
  10. 請求項９に記載の発光装置の製造方法において、
    上記トランジスタは、薄膜トランジスタであることを特徴とする発光装置の製造方法。
  11. 請求項７から１０までのいずれか１つに記載の発光装置の製造方法において、
    上記不良判別工程前に、基板上に第１の配列用電極と第２の配列用電極とを形成する配列用電極形成工程と、
    上記基板上の第１の配列用電極と第２の配列用電極との間に、上記棒状構造発光ダイオードを並列に接続する並列接続工程と、
    上記並列接続工程の後に、上記第１の配列用電極または上記第２の配列用電極の少なくとも一方の電極の一部を除去することにより、上記棒状構造発光ダイオードが並列に複数個接続された発光ダイオード並列回路毎に分割する分割工程と、
    上記分割工程の後、上記発光ダイオード並列回路を直列に接続するための接続用電極を形成する直列接続工程と
    を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
  12. 請求項７から１１までのいずれか１つに記載の発光装置の製造方法において、
    上記第１の電極と上記第２の電極との間に電圧を印加して、上記格子状アレイに対して、予め設定された電流を予め設定された時間流すことによって、上記格子状アレイの上記棒状構造発光ダイオードに対してスクリーニングを行うスクリーニング工程を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
  13. 請求項１１に記載の発光装置の製造方法において、
    上記配列工程の後かつ上記分割工程の前に、上記第１の配列用電極と上記第２の配列用電極との間に予め設定された電圧を印加することによって、上記棒状構造発光ダイオードに対してスクリーニングを行うスクリーニング工程を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
  14. 請求項１から６までのいずれか１つに記載の発光装置を備えたことを特徴とする照明装置。
  15. 請求項１から６までのいずれか１つに記載の発光装置を備えたことを特徴とするバックライト。
  16. 請求項１から６までのいずれか１つに記載の発光装置を備えたことを特徴とする表示装置。
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