JPH08202288A

JPH08202288A - 半導体発光素子の配置構造とそれを用いてなる表示装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08202288A
Application number: JP1419995A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Watabe; 信一渡部; Kazuyuki Tadatomo; 一行只友
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】互いに発光波長の異なる任意数の発光素子か
ら発せられる光が、同軸状に重なり合って出力され得る
発光素子の配置構造を提供し、さらに、その配置構造を
用いた小型で高解像のカラー表示装置とその製造方法を
提供すること。【構成】赤色発光素子１からの赤色光Ｌ１が、緑色発
光素子２から青色発光素子３へと順に通過し、緑色発光
素子２からの緑色光Ｌ２が、赤色光Ｌ１と共に重なり合
って青色発光素子３を通過するように、これらが配置さ
れることによって、３つの発光素子からの３色の光が、
赤色、緑色、青色の順に次々と同軸状に重なり合い、そ
の全て重なり合った光が、青色発光素子の出力面から外
界に放出され得るように配置される発光素子の配置構造
であり、この配置構造を多数集合させて構成される表示
装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子の配列
構造と、それを用いた表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体発光素子（以下、「発光素
子」）を用いてカラー表示装置を構成する場合におい
て、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、カラ
ー表示の３原色である赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色
（Ｂ）によるカラー表示装置を構成するのであれば、そ
の個々の画素は、従来のカラーテレビのブラウン管の画
素と同様、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に発光する３つのＬＥＤ
を互いに近接配置し一組として構成されるものであっ
た。例えば、一般的な釣鐘状にモールドされたＬＥＤで
は、モールド底部の面上に各々３原色に発光する３つの
発光素子を形成し、各色の発光強度を調整して混色を表
現している。ただし、このようなＬＥＤは、モールドの
直径がφ３〜５ｍｍ程度にも達し、小型のカラー表示装
置には適さない。一方、同一の基板上に３原色の発光素
子を２次元のマトリクッス状に集積化して形成し、各Ｌ
ＥＤ間の距離をより近接させる検討も従来よりなされて
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な、発光素子を用いてフルカラー表示をする場合におけ
る１画素を構成するための従来の思想は、Ｒ、Ｇ、Ｂの
３原色の発光素子を同一面上に先ず並べることが基本で
あって、それらの発光を混ぜ合わせるもの、あるいは、
人間が遠くから見てあたかもそれらが１つに混ざり合っ
たかのように見えることを利用するもの等である。この
ような発光素子の配列の思想では、技術の向上によって
発光素子はより微小化し、またそれらの配置間隔はより
近接するが、１画素の面積は、３色の発光素子が占める
面積よりも小さくはならない。換言すると、１画素の面
積は、１色の発光素子の出力面の面積の少なくとも３倍
の大きさとなっていたのである。

【０００４】本発明の目的は、互いに発光波長の異なる
任意数の発光素子から発せられる光が、同軸状に重なり
合って出力され得る発光素子の配置構造を提供すること
である。本発明の他の目的は、上記発光素子の配置構造
を用いて上記画素配列上の問題を解消し、小型で解像度
の高い、カラー表示装置を提供することである。本発明
のその他の目的は、上記表示装置をより小型で解像度が
高く、高品質で容易に製造できる態様およびその製造方
法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の発光素子の配置
構造は、次の特徴を有するものである。 (1) 互いに異なる波長で任意の強さの光を発する２以上
の発光素子を光源として有し、これらの発光素子の発す
る光が全て次々と同軸状に重なり合い、その全て重なり
合った光が、これらの発光素子の中で最も短い波長の光
を発する発光素子の出力面から外界に放出され得るよう
に、これらの発光素子が下記（Ａ）の条件を満足するよ
うに配置され、かつ、下記（Ｂ）の条件を満足するよう
に形成されるものであることを特徴とする発光素子の配
置構造。（Ａ）光源となる発光素子のうち、最も短い波長の光を
発する発光素子以外の発光素子の出力面から放出された
光は、いずれも、その発光素子に次いで長い波長の光を
発する発光素子に入射し、その発光部を通過し、その発
光部から発せられた光と重ね合わせられて、共にその発
光素子の出力面から放出される。（Ｂ）光源となる発光素子は、その発光部から発せられ
る光の波長よりも長い波長の光を、外部より入射させ発
光部を通過させ出力面から放出しうるものである。ただ
し、光源となる発光素子のうち、最も長い波長の光を発
する発光素子は、そのように形成されなくてもよい。 (2) 発光素子への光の入射が、その発光素子の出力面の
反対側の面から入射するものであって、光を放出する側
の発光素子の出力面と、その光が入射する側の半発光素
子の出力面の反対側の面とが、直接的に接続された関
係、または、光透過性の物質、導波路を介して間接的に
接続された関係である上記 (1)記載の発光素子の配置構
造。 (3) 光源となる発光素子の数が３であり、各々の発光素
子から発せられる光の波長が、カラー表示の３原色に対
応する波長である上記 (1)記載の発光素子の配置構造。 (4) カラー表示の３原色に対応する波長の光を発する３
つの発光素子のうち、青色光を発する発光素子がＧａＮ
系化合物半導体からなる発光部を有するものであり、緑
色光を発する発光素子がＧａＮ系化合物半導体またはＧ
ａＩｎＰ系化合物半導体からなる発光部を有するもので
あり、赤色光を発する発光素子がＧａＩｎＰ系化合物半
導体またはＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなる発光部
を有するものである上記 (3)記載の発光素子の配置構
造。 (5) 光源となる発光素子が、発光ダイオードまたは表面
放射型の半導体レーザである上記 (1)記載の発光素子の
配置構造。

【０００６】また、本発明の表示装置は、以下の特徴を
有するものである。 (6) 上記 (1)〜(5) に記載の発光素子の配置構造が複数
集合し、各々の発光素子の配置構造の外界への出力面が
所定の配列に従って配置されてなる表示装置。 (7) 上記 (1)〜(5) に記載の発光素子の配置構造が複数
集合するための態様が、同一の波長の光を発する発光素
子が同一基板上に所定の配列に従って複数集積されて集
合体が予め形成され、該集合体が、これらの各集合体間
で同じ配列位置に相当する発光素子同士の光軸が一致す
るように位置決めされることによって達成されるもので
ある上記 (6)に記載の表示装置。

【０００７】さらに、本発明の表示装置の製造方法は、
以下の特徴を有するものである。 (8) 同一の波長の光を発する発光素子を同一基板上に所
定の配列に従って複数集積し、単色の表示装置として機
能し得る発光素子の集合体を形成し、互いに異なる波長
の光を発する当該集合体を２以上光源として用い、これ
らの集合体間で同じ配列位置に対応する発光素子同士が
発する光が全て次々と同軸状に重なり合い、その全て重
なり合った光が、前記発光素子同士の中で最も短い波長
の光を発する発光素子の出力面から外界に放出され得る
ように、これらの集合体を下記（Ｃ）の条件を満足する
ように配置し、かつ、（Ｄ）の条件を満足するように形
成することを特徴とする表示装置の製造方法。（Ｃ）光源となる集合体のうち、最も短い波長の光を発
する集合体以外の集合体の各発光素子の出力面から放出
された光は、いずれも、その集合体に次いで長い波長の
光を発する集合体の同じ配列位置に対応する発光素子に
基板側から入射し、その発光部を通過し、その発光部か
ら発せられた光と重ね合わせられて、共にその発光素子
の出力面から放出される。（Ｄ）光源となる集合体の各発光素子は、その発光部か
ら発せられる光の波長よりも長い波長の光を、基板側よ
り入射させ発光部を通過させ出力面から放出し得るもの
である。ただし、最も長い波長の光を発する集合体の各
発光素子は、そのように形成されなくてもよい。 (9) 発光素子が発光ダイオードまたは表面放射型の半導
体レーザであって、光源となる集合体の数が３であり、
各集合体から発せられる光の波長がカラー表示の３原色
に対応する波長である上記(8) 記載の表示装置の製造方
法。

【０００８】

【作用】本発明による発光素子の配置構造（以下、「発
光素子の配置構造」を「配置構造」という）は、その配
置の特徴によって、光源からの光が波長の長いものから
短いものへと、順番に次々と重なり合い、それらが最後
に通過する発光素子から全ての光源の光が出力されると
いう作用を示すものである。

【０００９】この作用を、最も簡単な構成例として、２
つのＬＥＤを光源として用いる場合について説明する。
互いに相異なる波長の光を発する２つのＬＥＤのうち、
波長の長い方の光を発するＬＥＤ(1) から発せられた光
(1) が、波長の短い方の光を発するＬＥＤ(2) の内部に
入射し通過し、該ＬＥＤ(2) から発せられた光(2) と同
軸状に重なり合い、この２種類の光が共にＬＥＤ(2) の
出力面から外界に発せられるという作用である。この作
用によって、ＬＥＤ(2) は、単独のＬＥＤでありなが
ら、あたかも２つのＬＥＤの混合色の光を自在に発する
かのように見える。ただし、このような作用を得るため
には、上記した２つの条件（Ａ）、（Ｂ）を満たさねば
ならない。この２つの条件を次に説明する。

【００１０】条件（Ａ）は、上記２つのＬＥＤのうち、
どちらのＬＥＤの光を、もう一方のＬＥＤに入射させる
かという配置の順番を決定するための条件であって、必
ず、波長の長い方の光が波長の短い方の光を発するＬＥ
Ｄを通過するような順番とすることを含むものである。
この条件（Ａ）による配置の順番は、本発明の重要な特
徴であって、発光波長が発光部に用いられる半導体結晶
（特に、光が発生する部分）のバンドギャップによって
ほぼ決定されること、またそのような半導体結晶が、そ
れ自体のバンドギャップよりも小さいエネルギーの光は
通過させるが、大きいエネルギーの光は吸収し通過させ
ないことを利用するものである。光の持つエネルギーと
は、その光の波長の逆数、または周波数に比例して決定
されるものである。即ち、条件（Ａ）は、発光素子を配
置するに際し、その発光部のバンドギャップの大きい順
に、全体の出力側から並べることを含むものである。

【００１１】条件（Ｂ）は、条件（Ａ）に従って入射す
る光を、受け入れる側の発光素子の基板や電極、その他
の構成要素が通過させるように、これらの材料や構造を
決定することを示すものである。例えば、入射する光が
通過し得る性質の材料を選択することや、入射する光が
通過できない材料であっても光路を妨げない構造とする
ことである。

【００１２】上記説明は２つのＬＥＤを用いる場合につ
いて説明したものであるが、３つ以上の発光素子を用い
る場合であっても、それらの中のどの２つの発光素子
も、上記２つのＬＥＤを用いる場合と同様の関係を有す
るものである。ただし、３つ以上の発光素子を用いる場
合、条件（Ａ）の「最も短い波長の光を発する発光素子
以外の発光素子の出力面から放出された光」とは、その
発光素子自体から発せられた光および／またはその発光
素子を通過してきた光である。具体的に説明すると、最
も長い波長の光は、その次に長い波長の光を発する発光
素子に入射し、その発光素子から発せられる光と重なり
合って共にその発光素子から放出され、さらに次の発光
素子に入射し、という具合に、発光素子を通過するごと
に次々とその発光素子から発せられる光が重なり合って
行き、しかも上記（Ａ）の条件によって、最も長い波長
の光から、最も短い波長の光へと順番に重なり合って行
き、最後には、光源となる全ての発光素子から発せられ
る光が１つになって、最も短い光を発する発光素子の出
力面から放出される。

【００１３】３つ以上の発光素子を光源として用いる場
合、特に、それらが各々Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に発光する
ものである場合には、外界への最終の出力を担当する青
色発光素子を、その出力面に垂直な方向から見たとき、
その青色発光素子は、単独のＬＥＤでありながら、あた
かも赤色から青色まで自在に色相が変化するフルカラー
の発光を行ない得るかのように見える。

【００１４】上記のような配置構造を複数集合させ、カ
ラー表示装置を形成することによって、複数の色を配列
するときに生ずる特有の問題が解消される。特にそれ
は、従来の発光素子によるカラー表示装置やカラーテレ
ビのブラウン間が有していた問題であって、画面上で隣
合った画素中の同じ原色同士を隣接させないように配置
し、各色がよりランダムに混ざり合っているように見せ
るための問題である。本発明による表示装置によって、
従来問題であったＲ、Ｇ、Ｂの３原色をどのように配
置して１画素とするか、個々の画素をどのように配置
して１画面を構成するか、というカラー表示画面に特有
の問題そのものが無くなる。

【００１５】さらに本発明では、上記カラー表示装置を
高密度に集積し得る態様とその製造方法を示すものであ
るが、そのための上記（Ｃ）と（Ｄ）の条件は、上記
（Ａ）と（Ｂ）の条件と基本的には同じである。

【００１６】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明する。実施例１本実施例では、発光素子として、各々Ｒ、Ｇ、Ｂの３原
色に発光する３つのＬＥＤを用いた場合の配置構造の一
例を示す。図１は、本発明の配置構造の一実施例を模式
的に示す断面図である。同図において、１は赤色ＬＥ
Ｄ、２は緑色ＬＥＤ、３は青色ＬＥＤであって、各ＬＥ
Ｄ１〜３の構造は、共に各々の基板１１、２１、３１上
に、発光部の一例として、ダブルヘテロ接合によって活
性層をｐｎ型のクラッド層によって挟んだ発光部１２、
２２、３２が形成されている。ハッチングを施した部分
は電極である。これら光源となる３つのＬＥＤが、これ
らのうちで最も長い波長である赤色光を発するものが最
下層となり、最も短い波長の青色光へと順番に積層され
ている。また、各ＬＥＤの発光の光軸は全て実質的に一
致するように配置されている。

【００１７】上記のような配置構造とすることによっ
て、最下層にある赤色ＬＥＤ１の発光部１２から発せら
れた赤色光Ｌ１は、そのＬＥＤから放出された後、赤色
光の次に波長の長い緑色光を発するＬＥＤ２に入射し、
その発光部２２を通過し、そこから発せられた緑色光Ｌ
２と同じ向きに重ね合わせられて、Ｌ１、Ｌ２共にＬＥ
Ｄ２の出力面から放出され得る。さらに、緑色ＬＥＤ２
からから放出されたＬ１、Ｌ２は、より波長の短い青色
光を発するＬＥＤ３に入射し、その発光部３２を通過
し、青色光Ｌ３と重ね合わせられて、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３
共にＬＥＤ３の出力面ａから放出され得る。ただし、各
ＬＥＤの基板および電極は、外部から入射する光をさえ
ぎらない材料または構造によって形成されている（ＬＥ
Ｄ１の基板１１と最下層の電極１４はそのように形成さ
れなくてもよい）。これによって、各ＬＥＤの発光の強
さを個々に制御したとき、ＬＥＤ３は、赤色から青色ま
で自在に色相を変化させ得る光を放出するように見え
る。

【００１８】各発光素子同士の接続は、出力面と基板の
裏面とが密着するような、直接的なものでも、光をさえ
ぎらない物質を介する間接的なものでもよい。各発光素
子同士を接続する際の位置関係は、各発光の光軸が実使
用上問題ない範囲で全て一致するように配置されるもの
であればよい。各光軸を一致させるためには、各発光素
子の出力光の光軸が同一直線上に一致するように各ＬＥ
Ｄを配置することが容易であって好ましいが、各ＬＥＤ
の光軸が全て異なる任意の直線上にあっても、光ファイ
バー等の光導波路を介在させることによって各光軸を一
致させることが可能である。各ＬＥＤ同士を接続した状
態で固定する方法は特に限定されないが、光をさえぎら
ない性質の接着剤を介するもの、モールドやチューブ
等、各ＬＥＤの側面で互いを連結する構造、光をさえぎ
らない物質で全ＬＥＤを積層方向に上下面から挟むよう
な構造等が例示される。

【００１９】光がＬＥＤに入射するとき、該ＬＥＤのど
の部分から光を入射させるかは、該ＬＥＤの構造に従
う。図１の例のような一般的なＬＥＤの構造では、光
は、次に入射すべきＬＥＤに、基板の裏面から、該ＬＥ
Ｄの出力光の光軸の延長線に一致して入射するものとな
る。

【００２０】光源として用いられるＬＥＤは、本実施例
ではＲ、Ｇ、Ｂの３原色を各々発するものであるが、各
発光の波長と光源の数はこれに限定されず、赤外から紫
外の波長まで、人の目の視感度に対応する波長を中心と
した波長領域から、用途に応じて、互いに異なる波長を
２以上任意の数だけ選んでもよい。

【００２１】基板は、格子定数の整合性等をもって、発
光部や、必要に応じて設けられる機能的な層を結晶成長
させるための基礎となり得る結晶であれば、単一の元素
からなる半導体、化合物半導体の他、サファイヤのよう
な絶縁体等、どのようなものであってもよい。ただし、
上記のように、より波長の長い光が外部から入射する場
合は、その光をさえぎらない材料、即ち、その光のエネ
ルギーよりも大きなバンドギャップの材料によって形成
する。具体的な材料は、発光部を形成する半導体材料の
例示と共に後述する。

【００２２】発光部は、光が発生する部分そのものに加
えて、半導体結晶が光を発するメカニズムに直接関係す
る部分を含むものであり、ホモ接合やヘテロ接合など２
層からなるｐｎ接合構造、図１のような活性層を有する
ダブルヘテロ接合の構造の他、１つまたは多重の量子井
戸の構造を有するものが例示される。各ＬＥＤの発光部
の構造、さらにはＬＥＤ全体の構造は、光源ごとに最適
のものを自由に選択してよい。

【００２３】光源をＲ、Ｇ、Ｂの３原色とする場合、各
々の発光素子の基板と発光部に用いられる好ましい材料
の組合せとしては、次のものが例示される。青色光を発
する発光素子では、発光部の材料としてＧａＮ系化合物
半導体が挙げられ、その中でも特にＩｎ_aＧａ_bＡｌ
_1-a-bＮ、（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で決定される化
合物半導体が好ましい。なかでも、発光部が活性層を有
するダブルヘテロ接合の構造である場合には、活性層と
してＧａＩｎＮ、クラッド層としてＡｌＧａＮを用いる
組合せが好ましいものとして挙げられる。このときの基
板の材料としては、ＧａＮ結晶やサファイヤ結晶等が挙
げられる。また、その他の好ましい例としては、基板に
ＺｎＳｅを用い、ダブルヘテロ接合構造の発光部とし
て、活性層にＺｎＳＳｅ、クラッド層にＺｎＭｇＳＳｅ
を用いる組合せが挙げられる。

【００２４】緑色光を発する発光素子では、発光部の材
料として上記と同様のＧａＮ系化合物半導体が挙げられ
る他、ＧａＩｎＰ系化合物半導体、その中でも特にＡｌ
_cＧａ_dＩｎ_1-c-dＰ、（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）で
決定される化合物半導体が好ましいものとして挙げられ
る。青色光の場合と同様、発光部がダブルヘテロ接合の
構造である場合には、基板にＧａＮ結晶やサファイヤ結
晶等を用い、活性層にＧａＩｎＮ、クラッド層にＡｌＧ
ａＮを用いる組合せ、基板にＧａＰ結晶を用い、活性層
およびクラッド層にＡｌＧａＩｎＰを用いる組合せの
他、基板にＺｎＳｅを用い、活性層にＺｎＣｄＳｅ、ク
ラッド層にＺｎＭｇＳＳｅを用いる組合せが挙げられ
る。

【００２５】赤色光を発する発光素子では、発光部の材
料として上記と同様のＧａＩｎＰ系化合物半導体の他、
ＡｌＧａＡｓを用いる例が挙げられる。発光部がダブル
ヘテロ接合の構造である場合には、基板にＧａＡｓ結晶
を用い、活性層にＧａＩｎＰ、クラッド層にＡｌＧａＩ
ｎＰを用いる組合せ、基板にＧａＡｓ結晶を用い、活性
層およびクラッド層にＡｌＧａＡｓを用いる組合せが挙
げられる。

【００２６】表１に、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色を光源とする
場合の基板と発光部に用いられる各化合物半導体の組成
比の具体的な一例を示す。ただし、同表の各発光部の構
造は、全てダブルヘテロ接合の場合を例示したものであ
り、各発光部の上段が活性層に用いられる材料、下段が
クラッド層に用いられる材料である。また、各化合物半
導体の組成比（添字の数字）の実例は、特に好ましい例
であって、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色を各々最適な色相の３原
色となるように自由に決定し、微妙な調整を行なっても
よい。同表において各光源ごとに示した例の中から、好
ましい材料の組合せを自由に選び出し配置構造を形成し
てよい。また、発光部の材料には、必要に応じて、その
他の波長の光を発する公知の材料を用いてもよい。

【００２７】

【表１】

【００２８】各ＬＥＤの電極は、外部から入射する光を
さえぎらない材料または構造によって形成される。光を
さえぎらない材料によるものとしては、ＩＴＯ（Ｉｎ、
Ｓｎの複合酸化物）等の透明電極が挙げられ、光をさえ
ぎらない構造としては、例えば図１に示すように、光路
を各ＬＥＤの中央とし、その部分に貫通孔を設け光を通
過させる電極構造等が挙げられる。また、光をさえぎる
ような電極材料であっても、極めて薄く形成することに
よって、光を通過させる電極とすることができる。

【００２９】本実施例では、発光素子としてＬＥＤを用
いたものを示したが、ＬＥＤに代えて、半導体レーザ
（ＬＤ）等、他の発光素子を用いてよい。各発光素子へ
の光の入射は、ＬＥＤと同様に、各発光素子の出力面と
反対側の面から出力光と同軸状の入射とすることが好ま
しい。ＬＤを光源として用いる場合、そのＬＤの構造は
特に限定されないが、本発明が、複数の発光素子の積層
を実使用上の好ましい態様とすることから、表面放射型
のＬＤ（「垂直共振型面発光レーザ」とも呼ばれる）の
構造を用いることが好ましい。

【００３０】表面放射型のＬＤを用いる場合、発振する
レーザ光の外部への放出方向を、一方向に特定するに
は、共振器を構成する一対の反射部のうち、放出を意図
する側の反射率を低く設定することが１つの方法として
例示される。上記ＬＥＤを光源として用いる場合と同
様、各ＬＤの発光部や共振器の構造、さらにはＬＤ全体
の構造は、光源ごとに最適のものを自由に選択してよ
い。

【００３１】各ＬＤ同士の接続関係、各ＬＤの発光の波
長と光源の数等は、上記ＬＥＤの場合と同様である。ま
た、基板、発光部に用いられる半導体材料、共振器を構
成する反射部、電極の材料等が、より長い光を通過させ
得るように材料や構造を選択することも上記ＬＥＤの場
合と同様である。

【００３２】実施例２本発明の配置構造は複数集めて用いることにより、小型
で解像度の高い優れた表示装置を構成し得る。本実施例
ではその表示装置について具体的に説明する。１つ１つ
の配置構造は、実施例１と同様、各々Ｒ、Ｇ、Ｂの３原
色に発光する３つのＬＥＤを光源とした。図２は、本実
施例の構造を模式的に示す斜視図である。同図に示す例
は、本発明の配置構造が複数集合し、各々の配置構造の
外界への出力面が、同一の平面上にマトリックス状に並
ぶよう配置されて、１つの表示装置が構成されたもので
ある。また、配置構造は、Ａ11、Ａ12、Ａ21、Ａ22の４
つだけを説明のために互いに間隔を開けて図示してい
る。また、各配置構造は、図１と同様、赤色ＬＥＤ１、
緑色ＬＥＤ２、青色ＬＥＤ３を光源とするものである。
各配置構造の出力面ａ11、ａ12、ａ21、ａ22から外界に
放出される光は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の光が重なり合っ
た任意の色相の光であって、図では太い矢印で示されて
いる。

【００３３】このような表示装置の構成によって、作用
において述べたように、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色をどのよう
に配置して１画素とし、また、その個々の画素をどのよ
うに配置して１画面を構成するかという、カラー表示画
面に特有の問題そのものを無くすことができる。

【００３４】本発明の表示装置は、本実施例の構成以外
に、本発明による配置構造のいずれを用いてもよい。例
えば、本実施例のように発光素子がＬＥＤであれば、カ
ラーの表示画面が得られるが、発光素子をＬＤとするこ
とによって、プロジェクターのように目的物に画像を表
示し得る投光型の表示装置が得られる。また、用途に応
じて、これらの配置構造を任意に混合して集合させても
よい。

【００３５】本発明の表示装置を構成するために集合さ
せるべき配置構造の数、および、これらの配置の態様は
特に限定されないが、配置構造の出力面を同一面上にマ
トリックス状に配列し、テレビ画面のように画像を表示
し得るような配置が本発明の特徴を最もよく表す態様で
ある。このための配列の要素の数は、簡単な文字を示す
ための４×４個程度（可能ならばそれ以下）から、各種
電光掲示板、コンピュータのカラーディスプレイ、カラ
ーテレビのブラウン管等の画面に相当する配列、それ以
上の多数の配列、またさらに、集合した複数の配置構造
を１画素とし、これらがさらに集まって画面を構成する
もの等、用途に応じて配列してよく、それらの発光の制
御は自由である。また、表示装置の表示面、即ち、配置
構造の出力面を配置すべき面は、本実施例のような同一
平面だけでなく、球面、円柱面、円錐面、他の任意の曲
面の他、不連続に折れ曲がる多面等、用途に応じて自由
に選択してよい。

【００３６】実施例３本実施例では、光源の種類、配列等の点では上記実施例
２と同一であるが、個々の画素となる配置構造の集積度
や生産性において、より優れた態様を、その製造方法と
共に示す。図３は、本実施例の構造の一部を模式的に示
す斜視図である。同図に示す例では、３原色に発光する
ＬＥＤは、予め、同一の発光色毎に同一の基板上に複数
集積され、青色ＬＥＤの集合体ＤＢ、緑色ＬＥＤの集合
体ＤＧ、赤色ＬＥＤの集合体ＤＲを形成している。例え
ば、集合体ＤＢには、所定の設計仕様の配列数、ピッチ
に従ってマトリックス状（ＤＢ11〜ＤＢ33〜）に青色Ｌ
ＥＤが配置されている。他の色の集合体も同様である。
そして、これらの集合体が、各集合体間で同じ配列位置
に相当するＬＥＤ同士、例えばＤＢ11、ＤＧ11、ＤＲ1
1、の光軸が一致するように位置決めされ、表示装置が
構成されている。集合体ＤＢの個々の青色ＬＥＤから外
界に放出される光は、図２の例と同様、Ｒ、Ｇ、Ｂの３
原色の光が重なり合った任意の色相の光であって、図で
は太い矢印で示されている。また、光軸の一致した３個
１組が、実施例１の配置構造に相当する。

【００３７】上記構成による本実施例の動作は、実施例
２の表示装置と全く同様である。しかし、本実施例は、
先に同じ発光色の発光素子を同じ基板上に多数集積した
集合体を形成しておき、これら各集合体を波長の順に配
置する例である。実施例２と本実施例とは、結果として
同一の３次元のマトリックスの配列を構成するものであ
るが、製造工程が異なることによって、各発光素子同士
の連結の態様や集積度等が異なる。本実施例は、本発明
の表示装置の態様例の中でも、特に小型で解像度の高い
カラーディスプレイ装置に適したものである。

【００３８】本実施例の製造方法を概略的に説明する。
先ず、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の光を発するＬＥＤを、各色
ごとに別々の基板上に、例えば縦１００ドット×横１０
０ドットのマトリックスの配列となるように形成する。
このとき、各集合体の基板や電極等は、実施例１と全く
同様、より長い波長の光をさえぎらない材料または構造
とする。さらに各集合体の個々のＬＥＤに対して、これ
らを自在に発光させ得る制御が可能なように回路パター
ンを形成する。各発光素子および回路パターンの形成
は、公知の集積回路技術を用いてよい。この時点で、各
色のＬＥＤの集合体は、各々、単色の表示装置として機
能し得る。

【００３９】次に、作用および実施例１と全く同様に、
これら３つの集合体を、赤色、緑色、青色の順に下層か
ら上層へ積層する。また、図３の構造の説明と同様に、
各集合体間で同じ配列位置に相当するＬＥＤ同士、例え
ばＤＢ11とＤＧ11とＤＲ11、の光軸が一致するように、
３つの集合体を位置決めし、表示装置を得る。各集合体
同士の接続方法は、実施例１と同様である。

【００４０】各集合体に形成される発光素子は、実施例
１および実施例２と同様、ＬＥＤ、ＬＤ等、どのような
発光素子であってもよい。また、本実施例に従って製造
された表示装置を１つの画素として、これを実施例２に
従って集合させ、より大きな集合体を形成するような組
合せも任意である。

【００４１】

【発明の効果】本発明の配置構造は、上記説明のような
発光素子の特徴ある配置と各々の構造によって、例え
ば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの３つのＬＥ
Ｄから発せられる光を、同軸状に重ね合わせて出力する
ことが可能である。この配置構造を集合させることによ
って、小型で解像度の高い、カラー表示装置を提供する
ことができ、また、３原色をどのように配置して１画素
とし、その画素をどのように配置して１画面とするか、
というカラー表示画面に特有の問題そのものが解消され
た。さらに、本発明の表示装置を構成するための態様と
して、予め、同一基板上に同一発光色の発光素子を多数
マトリックス状に形成し、光源毎の集合体を形成してお
き、これらを互いに組み合わせる態様とすることで、光
源毎の集合体を別個に製造することが可能となる。この
ことによって、光源毎の集合体の製造には、従来の発光
素子の製造における結晶成長のプロセス、および、同一
の結晶基板上への大規模な集積技術がそのまま適用で
き、高密度化によってより小型で解像度が高く、安定し
た品質で、しかも低コストに製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配置構造の一実施例を模式的に示す断
面図である。

【図２】本発明の表示装置の構造の一実施例を模式的に
示す斜視図である。

【図３】本発明の表示装置の構造の他の実施例を模式的
に示す斜視図である。

【符号の説明】

１赤色ＬＥＤ２緑色ＬＥＤ３青色ＬＥＤＬ１赤色光Ｌ２緑色光Ｌ３青色光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 5/66 １０３ 9/12 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに異なる波長で任意の強さの光を発
する２以上の半導体発光素子を光源として有し、これら
の半導体発光素子の発する光が全て次々と同軸状に重な
り合い、その全て重なり合った光が、これらの半導体発
光素子の中で最も短い波長の光を発する半導体発光素子
の出力面から外界に放出され得るように、これらの半導
体発光素子が下記（Ａ）の条件を満足するように配置さ
れ、かつ、下記（Ｂ）の条件を満足するように形成され
るものであることを特徴とする半導体発光素子の配置構
造。（Ａ）光源となる半導体発光素子のうち、最も短い波長
の光を発する半導体発光素子以外の半導体発光素子の出
力面から放出された光は、いずれも、その半導体発光素
子に次いで長い波長の光を発する半導体発光素子に入射
し、その発光部を通過し、その発光部から発せられた光
と重ね合わせられて、共にその半導体発光素子の出力面
から放出される。（Ｂ）光源となる半導体発光素子は、その発光部から発
せられる光の波長よりも長い波長の光を、外部より入射
させ発光部を通過させ出力面から放出しうるものであ
る。ただし、光源となる半導体発光素子のうち、最も長
い波長の光を発する半導体発光素子は、そのように形成
されなくてもよい。
【請求項２】半導体発光素子への光の入射が、その半
導体発光素子の出力面の反対側の面から入射するもので
あって、光を放出する側の半導体発光素子の出力面と、
その光が入射する側の半導体発光素子の出力面の反対側
の面とが、直接的に接続された関係、または、光透過性
の物質、導波路を介して間接的に接続された関係である
請求項１記載の半導体発光素子の配置構造。
【請求項３】光源となる半導体発光素子の数が３であ
り、各々の半導体発光素子から発せられる光の波長がカ
ラー表示の３原色に対応する波長である請求項１記載の
半導体発光素子の配置構造。
【請求項４】カラー表示の３原色に対応する波長の光
を発する３つの半導体発光素子のうち、青色光を発する
半導体発光素子がＧａＮ系化合物半導体からなる発光部
を有するものであり、緑色光を発する半導体発光素子が
ＧａＮ系化合物半導体またはＧａＩｎＰ系化合物半導体
からなる発光部を有するものであり、赤色光を発する半
導体発光素子がＧａＩｎＰ系化合物半導体またはＡｌＧ
ａＡｓ系化合物半導体からなる発光部を有するものであ
る請求項３記載の半導体発光素子の配置構造。
【請求項５】光源となる半導体発光素子が、発光ダイ
オードまたは表面放射型の半導体レーザである請求項１
記載の半導体発光素子の配置構造。
【請求項６】請求項１〜５に記載の半導体発光素子の
配置構造が複数集合し、各々の半導体発光素子の配置構
造の外界への出力面が、所定の配列に従って配置されて
なる表示装置。
【請求項７】請求項１〜５に記載の半導体発光素子の
配置構造が複数集合するための態様が、同一の波長の光
を発する半導体発光素子が同一基板上に所定の配列に従
って複数集積されて集合体が予め形成され、該集合体
が、これらの各集合体間で同じ配列位置に相当する半導
体発光素子同士の光軸が一致するように位置決めされる
ことによって達成されるものである請求項６に記載の表
示装置。
【請求項８】同一の波長の光を発する半導体発光素子
を同一基板上に所定の配列に従って複数集積し、単色の
表示装置として機能し得る半導体発光素子の集合体を形
成し、互いに異なる波長の光を発する当該集合体を２以
上光源として用い、これらの集合体間で同じ配列位置に
対応する半導体発光素子同士が発する光が全て次々と同
軸状に重なり合い、その全て重なり合った光が、前記半
導体発光素子同士の中で最も短い波長の光を発する半導
体発光素子の出力面から外界に放出され得るように、こ
れらの集合体を下記（Ｃ）の条件を満足するように配置
し、かつ、下記（Ｄ）の条件を満足するように形成する
ことを特徴とする表示装置の製造方法。（Ｃ）光源となる集合体のうち、最も短い波長の光を発
する集合体以外の集合体の各半導体発光素子の出力面か
ら放出された光は、いずれも、その集合体に次いで長い
波長の光を発する集合体の同じ配列位置に対応する半導
体発光素子に基板側から入射し、その発光部を通過し、
その発光部から発せられた光と重ね合わせられて、共に
その半導体発光素子の出力面から放出される。（Ｄ）光源となる集合体の各半導体発光素子は、その発
光部から発せられる光の波長よりも長い波長の光を、基
板側より入射させ発光部を通過させ出力面から放出し得
るものである。ただし、最も長い波長の光を発する集合
体の各半導体発光素子は、そのように形成されなくても
よい。
【請求項９】半導体発光素子が発光ダイオードまたは
表面放射型の半導体レーザであって、光源となる集合体
の数が３であり、各集合体から発せられる光の波長がカ
ラー表示の３原色に対応する波長である請求項８記載の
表示装置の製造方法。