(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に接着層を形成し、
略六角錐形状または略六角錐台形状である素子を落下させ、前記接着層上に前記素子を部分的に実装する
ことを特徴とする素子の実装方法。
【請求項２】
前記素子は、第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を含む結晶層を有する
ことを特徴とする請求項１記載の素子の実装方法。
【請求項３】
前記結晶層は、ウルツ鉱型の結晶構造を有する
ことを特徴とする請求項２記載の素子の実装方法。
【請求項４】
前記結晶層は、窒化物半導体からなる
ことを特徴とする請求項２記載の素子の実装方法。
【請求項５】
前記窒化物半導体は、窒化ガリウム系半導体からなる
ことを特徴とする請求項４記載の素子の実装方法。
【請求項６】
前記素子は、複数の発光色の発光素子からなる
ことを特徴とする請求項１記載の素子の実装方法。
【請求項７】
前記発光色が、赤色、緑色、青色である
ことを特徴とする請求項６記載の素子の実装方法。
【請求項８】
前記発光色毎に前記発光素子を配置する
ことを特徴とする請求項７記載の素子の実装方法。
【請求項９】
前記基板上に配線を形成し、当該配線上に前記素子を配置する
ことを特徴とする請求項１記載の素子の実装方法。
【請求項１０】
前記配線を導電性接着剤により形成し、且つ当該導電性接着剤により前記素子を前記基板上に固定する
ことを特徴とする請求項９記載の素子の実装方法。
【請求項１１】
前記基板上に前記素子を配置後、前記導電性接着剤に対して熱処理を施す
ことを特徴とする請求項１０記載の素子の実装方法。
【請求項１２】
前記素子の大きさが２０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載の素子の実装方法。
【請求項１３】
前記素子を流体中で落下させる
ことを特徴とする請求項１記載の素子の実装方法。
【請求項１４】
前記流体が気体である
ことを特徴とする請求項１３記載の素子の実装方法。
【請求項１５】
前記気体が空気である
ことを特徴とする請求項１４記載の素子の実装方法。
【請求項１６】
前記流体が液体である
ことを特徴とする請求項１３記載の素子の実装方法。
【請求項１７】
前記液体が超純水である
ことを特徴とする請求項１６記載の素子の実装方法。
【請求項１８】
基板上に接着層を形成し、
略六角錐形状または略六角錐台形状である発光素子を落下させ、前記接着層上に前記発光素子を部分的に実装する
ことを特徴とする照明装置の製造方法。
【請求項１９】
前記発光素子は、第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を含む結晶層を有する
ことを特徴とする請求項１８記載の照明装置の製造方法。
【請求項２０】
前記結晶層は、ウルツ鉱型の結晶構造を有する
ことを特徴とする請求項１９記載の照明装置の製造方法。
【請求項２１】
前記結晶層は、窒化物半導体からなる
ことを特徴とする請求項１９記載の照明装置の製造方法。
【請求項２２】
前記窒化物半導体は、窒化ガリウム系半導体からなる
ことを特徴とする請求項２１記載の照明装置の製造方法。
【請求項２３】
前記発光素子は、複数の発光色の発光素子からなる
ことを特徴とする請求項１８記載の照明装置の製造方法。
【請求項２４】
前記発光色が、赤色、緑色、青色である
ことを特徴とする請求項２３記載の照明装置の製造方法。
【請求項２５】
前記発光色毎に前記発光素子を配置する
ことを特徴とする請求項２４記載の照明装置の製造方法。
【請求項２６】
前記基板上に配線を形成し、当該配線上に前記発光素子を配置する
ことを特徴とする請求項１８記載の照明装置の製造方法。
【請求項２７】
前記配線を導電性接着剤により形成し、且つ当該導電性接着剤により前記発光素子を前記基板上に固定する
ことを特徴とする請求項２６記載の照明装置の製造方法。
【請求項２８】
前記基板上に前記発光素子を配置後、前記導電性接着剤に対して熱処理を施す
ことを特徴とする請求項２７記載の照明装置の製造方法。
【請求項２９】
前記発光素子の大きさが２０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１８記載の照明装置の製造方法。
【請求項３０】
前記発光素子を流体中で落下させる
ことを特徴とする請求項１８記載の照明装置の製造方法。
【請求項３１】
前記流体が気体である
ことを特徴とする請求項３０記載の照明装置の製造方法。
【請求項３２】
前記気体が空気である
ことを特徴とする請求項３１記載の照明装置の製造方法。
【請求項３３】
前記流体が液体である
ことを特徴とする請求項３０記載の照明装置の製造方法。
【請求項３４】
前記液体が超純水である
ことを特徴とする請求項３３記載の照明装置の製造方法。
【請求項３５】
基板上に接着層を形成し、
略六角錐形状または略六角錐台形状である発光素子を落下させ、前記接着層上に前記発光素子を部分的に実装する
ことを特徴とする画像表示装置の製造方法。
【請求項３６】
前記発光素子は、第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を含む結晶層を有する
ことを特徴とする請求項３５記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項３７】
前記結晶層は、ウルツ鉱型の結晶構造を有する
ことを特徴とする請求項３６記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項３８】
前記結晶層は、窒化物半導体からなる
ことを特徴とする請求項３６記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項３９】
前記窒化物半導体は、窒化ガリウム系半導体からなる
ことを特徴とする請求項３８記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項４０】
前記発光素子は、複数の発光色の発光素子からなる
ことを特徴とする請求項３５記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項４１】
前記複数の発光色が、赤色、緑色、青色の発光色の発光素子のいずれか、または任意の組み合わせからなる
ことを特徴とする請求項４０記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項４２】
前記発光色毎に前記発光素子を配置する
ことを特徴とする請求項４１記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項４３】
前記基板上に配線を形成し、当該配線上に前記発光素子を配置する
ことを特徴とする請求項３５記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項４４】
前記配線を導電性接着剤により形成し、且つ当該導電性接着剤により前記発光素子を前記基板上に固定する
ことを特徴とする請求項４３記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項４５】
前記基板上に前記発光素子を配置後、前記導電性接着剤に対して熱処理を施す
ことを特徴とする請求項４４記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項４６】
前記発光素子の大きさが２０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項３５記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項４７】
前記発光素子を流体中で落下させる
ことを特徴とする請求項３５記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項４８】
前記流体が気体である
ことを特徴とする請求項４７記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項４９】
前記気体が空気である
ことを特徴とする請求項４８記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項５０】
前記流体が液体である
ことを特徴とする請求項４７記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項５１】
前記液体が超純水である
ことを特徴とする請求項５０記載の画像表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、素子の実装方法、照明装置の製造方法、画像表示装置の製造方法に関し、特に素子をランダムに配置する素子の実装方法、及びこれを適用した照明装置の製造方法、画像表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、電子機器等においては、微細な素子、電子部品、電子デバイス、さらにはそれらをプラスチックのような絶縁体に埋め込んだ電子部品等を多数配列することにより構成されたものが広く用いられている。例えば、発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤディスプレイ）や発光ダイオード照明装置（ＬＥＤ照明装置）では、発光素子をマトリクス状に配列して画像表示装置に組み上げている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの電子機器を構成する場合には、ＬＥＤを数μｍ程度の誤差で実装することが要求されるため、微小な素子を用いて表示装置等を構成するうえではいかに少ない誤差で素子を実装するかが技術的な問題となっている。そして、従来、素子を実装する手法としては、例えば、図１６（ａ）に示すようにベース基板１０１上の接着層１０２に素子１０３を配置し、図１６（ｂ）に示すように真空吸着ヘッド１０４を用いて素子１０２を取り出し、図１６（ｃ）に示すように他の基板１０５の接着層１０６上に置くことにより素子を実装する技術がある。しかしながら、このような方法で精度良く素子を配列するのには非常に手間が掛かるという問題がある。
【０００４】
また、発光素子としては例えば窒素ガリウムを用いた発光素子等があるが、発光素子として窒素ガリウムを用いた発光素子を用いる場合、窒素をガリウム中に均一に配置するためにエピタキシャル成長により作製する。この場合、異なる部分から成長してきた分子同士の境界線で転位線が発生する。そして、この転位線では、キャリア、もしくはホールが停滞するため、半導体としての品質が低下してしまう。
【０００５】
また、このような発光素子を、単体の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitted Diode、以下、ＬＥＤと称する。）や表示装置等において用いる場合には、十分な光量を得るためには少なくても数十μｍ程度の大きさを必要とする。しかしながら、気相成長させる場合、素子が成長するにつれて品質が悪くなる傾向があり、数十μｍ程度の大きさのＬＥＤを得るのは歩留まりの問題からも高度な技術が必要とされ、製造が困難である。
【０００６】
一方、比較的小さな大きさのＬＥＤを用いて画像表示装置等を構成するには、発光量を稼ぐためにより多数のＬＥＤを使用しなければならず、したがって、より多数のＬＥＤを基板上に配列しなければならないため、製造に係る工数が増加してしまうという問題がある。
【０００７】
また、ＬＥＤを用いた照明装置や画像表示装置では、画像の面積に対して発光点が小さいため、発光点から発光された光を分散させる必要がある。
【０００８】
しかしながら、このような問題を解決して、十分な光量を有する画像表示装置を簡便に製造する方法は確立されていないのが現状である。
【０００９】
そこで、本発明は、上述したような従来の実情に鑑みて創案されたものであり、簡便に素子の実装が可能である素子の実装方法、及び生産性に優れた照明装置の製造方法及び画像表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成する本発明に係る素子の実装方法は、基板上に接着層を形成し、略六角錐形状または略六角錐台形状である素子を落下させ、接着層上に素子を部分的に実装することを特徴とするものである。
【００１１】
以上のような本発明に係る素子の実装方法では、基板上に素子を落下させることにより基板上に素子を部分的に実装するため、非常に簡単に且つ短時間で実装基板上に素子が実装される。
【００１２】
また、以上のような目的を達成する本発明に係る照明装置の製造方法は、基板上に接着層を形成し、略六角錐形状または略六角錐台形状である発光素子を落下させ、接着層上に発光素子を部分的に実装することを特徴とするものである。
【００１３】
以上のように構成された本発明に係る照明装置の製造方法では、規則性をもって基板上に発光素子を配列するのではなく、部分的に、任意な状態で発光素子を配置する。したがって、この照明装置の製造方法では、発光素子を整然と配列する必要がないため、従来の発光素子が所定のパターンで配列された照明装置の製造方法と比較して遙かに簡単、且つ短時間で照明装置が製造される。
【００１４】
また、以上のような目的を達成する本発明に係る画像表示装置の製造方法は、基板上に接着層を形成し、略六角錐形状または略六角錐台形状である発光素子を落下させ、接着層上に発光素子を部分的に実装することを特徴とするものである。
【００１５】
以上のような本発明に係る画像表示装置の製造方法では、規則性をもって基板上に発光素子を配列するのではなく、部分的に、任意な状態で発光素子を配置する。したがって、この画像表示装置の製造方法では、発光素子を整然と配列する必要がないため、従来の発光素子が所定のパターンで配列された画像表示装置の製造方法と比較して遙かに簡単、且つ短時間で画像表示装置が製造される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した素子の実装方法、照明装置及びその製造方法、画像表示装置及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。先ず、基本となる素子の実装方法について説明する。
【００１７】
本発明に係る素子の実装方法は、実装基板上に複数の素子を実装する素子の実装方法であって、素子を流体中で自然落下させることにより当該素子を実装基板上にランダムに配置することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明においては、素子として、いわゆるピラミッド形の発光ダイオード（以下、ピラミッド型ＬＥＤと呼ぶ場合がある。）を用いることができる。以下、このピラミッド型ＬＥＤについて説明する。
【００１９】
このＬＥＤは、基板上に当該基板の主面に対して傾斜したＳ面または該Ｓ面に実質的に等価な面を有する結晶層を形成し、当該Ｓ面または当該Ｓ面に実質的に等価な面に平行な面内に延在する第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を前記結晶層に形成してなることを特徴とするものである。
【００２０】
このＬＥＤに用いられる基板は、後述のＳ面またはそのＳ面に等価な面を有する結晶層を形成し得るものであれば特に限定されず、種々のものを使用できる。例示すると、基板として用いることができるのは、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３、Ａ面、Ｒ面、Ｃ面を含む。）ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む。）ＧａＮ、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＭｇＯ、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＩｎＡｌＧａＮなどからなる基板であり、好ましくはこれらの材料からなる六方晶系基板または立方晶系基板であり、より好ましくは六方晶系基板である。例えば、サファイヤ基板を用いる場合では、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体の材料を成長させる場合に多く利用されているＣ面を主面としたサファイヤ基板を用いることができる。この場合の基板主面としてのＣ面は、５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。
【００２１】
この基板上に形成される結晶層は基板の主面に対して傾斜したＳ面または当該Ｓ面に実質的に等価な面を有している。この結晶層は後述のＳ面または当該Ｓ面に実質的に等価な面に平行な面に第１導電型層、活性層、及び第２導電型層からなる発光領域を形成可能な材料層であれば良く、特に限定されるものではないが、その中でもウルツ鉱型の結晶構造を有することが好ましい。
【００２２】
このような結晶層としては、例えばＩＩＩ族系化合物半導体やＢｅＭｇＺｎＣｄＳ系化合物半導体を用いることができ、更には窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系化合物半導体、窒化インジウム（ＩｎＮ）系化合物半導体、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合物半導体を好ましくは形成することができ、特に窒化ガリウム系化合物半導体が好ましい。
【００２３】
なお、このＬＥＤにおいて、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮなどは必ずしも、３元混晶のみ、２元混晶のみの窒化物半導体を指すのではなく、例えばＩｎＧａＮでは、ＩｎＧａＮの作用を変化させない範囲での微量のＡｌ、その他の不純物を含んでいても良いことはいうまでもない。また、Ｓ面に実質的に等価な面とは、Ｓ面に対して５乃至６度の範囲で傾いた面方位を含むものである。
【００２４】
この結晶層の成長方法としては、種々の気相成長法を挙げることができ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などの気相成長法や、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などを用いることができる。その中でもＭＯＶＰＥ法によると、迅速に結晶性の良いものが得られる。
【００２５】
ＭＯＶＰＥ法では、ＧａソースとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、ＡｌソースとしてはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＥＡ（トリエチルアルミニウム）、Ｉｎソースとしては、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＥＩ（トリエチルインジウム）などのアルキル金属化合物が多く使用され、窒素源としてはアンモニア、ヒドラジンなどのガスが使用される。また、不純物ソースとしてはＳｉであればシランガス、Ｇｅであればゲルマンガス、ＭｇであればＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）、ＺｎであればＤＥＺ（ジエチルジンク）などのガスが使用される。
【００２６】
ＭＯＣＶＤ法では、これらのガスを例えば６００℃以上に加熱された基板の表面に供給して、ガスを分解することにより、ＩｎＡｌＧａＮ系化合物半導体をエピタキシャル成長させることができる。
【００２７】
結晶層を形成する前に、下地成長層を基板上に形成することが好ましい。この下地成長層は例えば窒化ガリウム層や窒化アルミ二ウム層からなり、下地成長層は低温バッファ層と高温バッファ層との組合せ或いはバッファ層と結晶種として機能する結晶種層との組合せからなる構造であっても良い。この下地成長層も結晶層と同様に、種々の気相成長法で形成することができ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などの気相成長法を用いることができる。
【００２８】
結晶層の成長を低温バッファ層から始めるとマスク上にポリ結晶が析出しやすくなって、それが問題となる。そこで、結晶種層を含んでからその上に基板と異なる面を成長することで、さらに結晶性の良い結晶が成長できる。また、選択成長を用いて結晶成長を行うには結晶種層がないとバッファ層から形成する必要があるが、もしバッファ層から選択成長を行うと成長の阻害された成長しなくても良い部分に成長が起こりやすくなる。したがって、結晶種層を用いることで、成長が必要な領域に選択性良く結晶を成長させることができることになる。バッファ層は基板と窒化物半導体の格子不整合を緩和するという目的もある。したがって、窒化物半導体と格子定数の近い基板、格子定数が一致した基板を用いる場合にはバッファ層が形成されない場合もある。たとえば、ＳｉＣ上にはＡｌＮを低温にしないでバッファ層をつけることもあり、Ｓｉ基板上にはＡｌＮ、ＧａＮをやはり低温にしないでバッファ層として成長することもあり、それでも良質のＧａＮを形成できる。また、バッファ層を特に設けない構造であっても良く、  においては、結晶層は少なくともＳ面又はＳ面に実質的に等価な面を有する構造を有しているが、特に、結晶層はＳ面または該Ｓ面に実質的に等価な面が略六角錐形状の斜面をそれぞれ構成する構造であっても良く、或いは、Ｓ面または当該Ｓ面に実質的に等価な面が略六角錐台形状の斜面をそれぞれ構成する共にＣ面または当該Ｃ面に実質的に等価な面が前記略六角錐台形状の上平面部を構成する構造、いわゆる略六角錐台形状であっても良い。これら略六角錐形状や略六角錐台形状は、正確に六角錐であることを必要とせず、その中の幾つかの面が消失したようなものも含む。また、結晶層の結晶面間の稜線は必ずしも直線でなくとも良い。また、略六角錐形状や略六角錐台形状は直線状に延在された形状であっても良い。
【００２９】
具体的な選択成長法としては、そのような選択成長は下地成長層の一部を選択的に除去することを利用して行われる、あるいは、選択的に前記下地成長層上にまたは前記下地成長層形成前に形成されたマスク層の開口された部分を利用して行われる。例えば、前記下地成長層がバッファ層と結晶種層とからなる場合、バッファ層上の結晶種層を点在する１０μｍ径程度の小領域に細分化し、それぞれの部分からの結晶成長によってＳ面等を有する結晶層を形成することが可能である。
【００３０】
例えば、細分化された結晶種層は、発光素子として分離するためのマージンを見込んで離間するように配列することができ、個々の小領域としては、帯状、格子状、円形状、正方形状、六角形状、三角形状、矩形状、菱形状およびこれらの変形形状などの形状にすることができる。下地成長層の上にマスク層を形成し、そのマスク層を選択的に開口して窓領域を形成することでも、選択成長が可能である。マスク層は例えば酸化シリコン層或いは窒化シリコン層によって構成することができる。前述のような略六角錐台形状や略六角錐形状が直線状に延在された形状である場合、一方向を長手方向とするような角錐台や角錐形状はマスク層の窓領域を帯状にしたり、結晶種層を帯状にしたりすることで可能である。
【００３１】
選択成長を用いマスク層の窓領域を１０μｍ程度の円形（或いは辺が１−１００方向の六角形、または辺が１１−２０方向の六角形など）にすることでその約２倍程度の選択成長領域まで簡単に作製できる。またＳ面が基板と異なる方向であれば転位を曲げる効果、および転位を遮蔽する効果があるために、転位密度の低減にも役立つ。
【００３２】
本発明者らの行った実験において、カソードルミネッセンスを用いて成長した六角錐台形状を観測してみると、Ｓ面の結晶は良質でありＣ＋面に比較して発光効率が高くなっていることが示されている。特にＩｎＧａＮ活性層の成長温度は７００〜８００℃であるため、アンモニアの分解効率が低く、よりＮ種が必要とされる。またＡＦＭで表面を見たところステップが揃ってＩｎＧａＮ取り込みに適した面が観測された。さらにその上、Ｍｇドープ層の成長表面は一般にＡＦＭレベルでの表面状態が悪いが、Ｓ面の成長によりこのＭｇドープ層も良い表面状態で成長し、しかもドーピング条件がかなり異なることがわかっている。
【００３３】
また、顕微フォトルミネッセンスマッピングを行うと、０．５−１μｍ程度の分解能で測定することができるが、Ｃ＋面の上に成長した通常の方法では、１μｍピッチ程度のむらが存在し、選択成長でＳ面を得た試料については均一な結果が得られた。また、ＳＥＭで見た斜面の平坦性もＣ＋  面より滑らかに成っている。
【００３４】
また、選択成長マスクを用いて選択成長する場合であって、選択マスク開口部の上だけに成長する際には横方向成長が存在しないため、マイクロチャネルエピタキシーを用いて横方向成長させ窓領域より拡大した形状にすることが可能である。このようなマイクロチャネルエピタキシーを用いて横方向成長をした方が貫通転位を避けやすくなり、転位が減ることがわかっている。またこのような横方向成長により発光領域も増大し、さらに電流の均一化、電流集中の回避、および電流密度の低減を図ることができる。
【００３５】
この半導体発光素子は、Ｓ面または当該Ｓ面に実質的に等価な面に平行な面内に延在する第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を結晶層に形成する。第１導電型はｐ型又はｎ型のクラッド層であり、第２導電型はその反対の導電型である。例えばＳ面を構成する結晶層をシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層によって構成した場合では、ｎ型クラッド層をシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層によって構成し、その上にＩｎＧａＮ層を活性層として形成し、さらにその上にｐ型クラッド層としてマグネシウムドープの窒化ガリウム系化合物半導体層を形成してダブルヘテロ構造をとることができる。活性層であるＩｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造とすることも可能である。
【００３６】
また、活性層は単一のバルク活性層で構成することも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子井戸構造を形成したものであっても良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のために障壁層が併用される。活性層をＩｎＧａＮ層とした場合には、特に製造工程上も製造し易い構造となり、素子の発光特性を良くすることができる。さらにこのＩｎＧａＮ層は、窒素原子の脱離しにくい構造であるＳ面の上での成長では特に結晶化しやすくしかも結晶性も良くなり、発光効率を上げることができる。
【００３７】
なお、窒化物半導体はノンドープでも結晶中にできる窒素空孔のためにｎ型となる性質があるが、通常Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅなどのドナー不純物を結晶成長中にドープすることで、キャリア濃度の好ましいｎ型とすることができる。また、窒化物半導体をｐ型とするには、結晶中にＭｇ、Ｚｎ、Ｃ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａなどのアクセプター不純物をドープすることによって得られるが、高キャリア濃度のｐ層を得るためには、アクセプター不純物のドープ後、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気で４００℃以上のアニーリングを行うことが好ましく、電子線照射などにより活性化する方法もあり、マイクロ波照射、光照射などで活性化する方法もある。
【００３８】
これら第１導電型層、活性層、及び第２導電型層はＳ面または該Ｓ面に実質的に等価な面に平行な面内に延在されるが、このような面内への延在はＳ面等が形成されているところで続けて結晶成長させれば容易に行うことができる。結晶層が略六角錐形状や略六角錐台形状となり、各傾斜面がＳ面等とされる場合では、第１導電型層、活性層、及び第２導電型層からなる発光領域を全部又は一部のＳ面上に形成することができる。略六角錐台形状の場合には、基板主面に平行な上面上にも第１導電型層、活性層、及び第２導電型層を形成できる。傾斜したＳ面を利用して発光させることで、平行平板では多重反射により光が減衰していくが、傾いた面があると光は多重反射の影響を免れて半導体の外にでることができるという利点がある。第１導電型層すなわちクラッド層はＳ面を構成する結晶層と同じ材料で同じ導電型とすることができ、Ｓ面を構成する結晶層を形成した後、連続的に濃度を調整しながら形成することもでき、また他の例として、Ｓ面の構成する結晶層の一部が第１導電型層として機能する構造であっても良い。
【００３９】
この半導体発光素子では、傾斜したＳ面の結晶性の良さを利用して、発光効率を高めることができる。特に、結晶性が良いＳ面にのみ電流を注入すると、Ｓ面はＩｎの取り込みも良く結晶性も良いので発光効率を高くすることができる。また、活性層の実質的なＳ面に平行な面内に延在する面積は該活性層を基板又は前記下地成長層の主面に投影した場合の面積より大きいものとすることができる。
【００４０】
このように活性層の面積を大きなものとすることで、素子の発光する面積が大きくなり、それだけで電流密度を低減することができる。また、活性層の面積を大きくとることで、輝度飽和の低減に役立ち、これにより発光効率を上げることができる。
【００４１】
六角錐形状の結晶層を考えた場合、Ｓ面の特に頂点近く部分がステップの状態が悪くなり、頂点部は発光効率が低くなっている。これは六角錐形状の素子では、それぞれの面のほぼ中心部分を中心に頂点側、側辺左側、側辺右側、底面側に４箇所に区分され、特に頂点側部分は最もステップの状態が波打っていて、頂上付近になると異常成長が起こりやすくなっているためである。これに対して、側辺側の二箇所はどちらもステップがほぼ直線状でしかもステップが密集しており極めて良好な成長状態になっており、また、底面に近い部分はやや波打つステップであるが、頂点側ほどの異常成長は起こっていない。
【００４２】
そこで、この半導体発光素子では、活性層への電流注入は頂点近傍側で周囲側よりも低密度となるように制御することが可能である。このような頂点近傍側で低密度の電流を流すためには、電極を斜面の側部には形成するが、頂点部分では電極を形成しないような構造とする、或いは頂点部分に電極形成前に電流ブロック領域を形成する構造とすることができる。
【００４３】
結晶層と第２導電型層には、それぞれ電極が形成される。接触抵抗を下げるために、コンタクト層を形成し、その後で電極をコンタクト層上に形成しても良い。これらの電極を蒸着法により形成する場合、ｐ電極、ｎ電極が結晶層とマスクの下に形成された結晶種層との双方についてしまうと短絡してしまうことがあり、それぞれ精度良く蒸着することが必要となる。
【００４４】
この半導体発光素子は複数個を並べて画像表示装置や照明装置を構成することが可能である。各素子を３原色分揃え、走査可能に配列することで、Ｓ面を利用して電極面積を抑えることができるため、少ない面積でディスプレイとして利用できる。
【００４５】
このようなピラミッド型ＬＥＤとして、図１に示すようなピラミッド型ＬＥＤ１を用いる。その構造については、ＧａＮ系半導体層からなる下地成長層２上に選択成長された六角錐形状のｎ層であるＧａＮ層３が形成されている。下地成長層２上には絶縁膜４が存在し、六角錐形状のＧａＮ層３はその絶縁膜４を開口した部分にＭＯＣＶＤ法などによって形成されている。このＧａＮ層３は、成長時に使用されるサファイヤ基板の主面をＣ面とした場合にＳ面（１−１０１面）で覆われたピラミッド型の成長層であり、シリコンをドープさせた領域である。このＧａＮ層３の傾斜したＳ面の部分はダブルへテロ構造のクラッドとして機能する。ＧａＮ層３の傾斜したＳ面を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層５が形成されており、その外側にｐ層であるマグネシウムドープのＧａＮ層６が形成されている。このマグネシウムドープのＧａＮ層６もクラッドとして機能する。そして、ＧａＮ層６の傾斜したＳ面を覆うようにｐ電極７が形成されている。ｐ電極７はマグネシウムドープのＧａＮ層６上に形成されるＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成されている。
【００４６】
図２は、本発明に係る素子の実装方法を適用して上述したようなピラミッド型ＬＥＤ１を基板１１に実装した状態を示す断面図である。図２に示すようにピラミッド型ＬＥＤ１を基板１１上に実装するには、まず、図３に示すようにピラミッド型ＬＥＤ１を実装する基板１１の主面上に例えば接着剤により接着層１２を形成する。ここで、ピラミッド型ＬＥＤ１を実装する基板１１は特に限定されるものではなく、使用用途等の諸条件により適宜選択することが可能である。また、接着層１２も接着剤に限定されるものではなく、ピラミッド型ＬＥＤ１を基板に固定することができれば良く、種々の材料を用いることが可能である。接着層１２を接着剤により構成する場合は、接着剤としては例えば熱可塑性樹脂等が好適である。そして、接着層１２の厚みにも特に制限はない。
【００４７】
次に、接着層１２を形成した基板１１を、接着層１２が上となるように略平坦な場所に配し、さらにピラミッド型ＬＥＤ１を、図４に示すように当該基板１１上であってピラミッド型ＬＥＤ１を実装する位置、すなわち接着層１２を形成した位置に対応する所定の高さに配置する。そして、ピラミッド型ＬＥＤ１を基板１１上に自然落下させる。このとき、ピラミッド型ＬＥＤ１を大気中において自然落下させる。
【００４８】
ピラミッド型ＬＥＤ１を大気中において自然落下させると、落下初期においてピラミッド型ＬＥＤ１は、図５に示すように様々な方向を向いている。しかしながら、ピラミッド型ＬＥＤ１は直ぐに当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下になるように回転を始める。そして、ピラミッド型ＬＥＤ１は、図６に示すように基板に落下する直前までには、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下を向いた状態、すなわち、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面と基板とが対向した状態となっている。その結果、ピラミッド型ＬＥＤ１は、図７に示すように当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下を向いた状態、すなわち、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面と基板１１とが対向した状態で基板１１上に落下する。そして、基板１１上には接着層１２が形成されているため、基板１１上に落下したピラミッド型ＬＥＤ１は、落下した位置において接着層１２により基板１１に固定される。また、例えば接着層１２として熱硬化性樹脂などを使用した場合には、接着層１２に対して例えばレーザ加熱等により熱処理を施すことにより接着層１２を硬化させてピラミッド型ＬＥＤ１を基板１１上に固定することができる。このとき、ピラミッド型ＬＥＤ１は、何らかの規則性をもって基板１１上に配列されるのではなく、図７に示すようにランダムに、任意な状態で基板１１上に配置される。以上により、ピラミッド型ＬＥＤ１を基板１１上にランダムに実装することができる。
【００４９】
上記において、ピラミッド型ＬＥＤ１が当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下を向いた状態、すなわち、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面と基板とが対向した状態で基板上に落下するか否かは、ピラミッド型ＬＥＤ１の大きさと、ピラミッド型ＬＥＤ１が散布された環境、すなわちピラミッド型ＬＥＤ１が自然落下する環境に依存する。例えば大気中において２０μｍ以下の大きさの物質が音速以下の速度で動く場合には、大気は粘性流体として取り扱うことができる。そして、粘性流体中を落下した場合に、ピラミッド型ＬＥＤ１は、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下を向いた状態、すなわち、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面と基板とが対向した状態で基板上に落下する。したがって、２０μｍ以下の大きさのピラミッド型ＬＥＤ１を、粘性流体として取り扱うことができる流体中において落下させることにより、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下を向いた状態、すなわち、当該ピラミッド型ＬＥＤのＣ面と基板とが対向した状態で基板１１上に落下させることができる。このような粘性流体として取り扱うことができる流体は、気体でも良く、また液体でも良い。そして、具体的には、空気、すなわち大気の他に超純水や、不純物である固形物を含有しない液体を用いることができる。
【００５０】
また、上記においてピラミッド型ＬＥＤ１は、当該ピラミッド型ＬＥＤ１の高さの略１０倍以上の高さから落下させることが好ましい。ピラミッド型ＬＥＤ１を当該ピラミッド型ＬＥＤ１の高さの１０倍以上の高さから自然落下させることにより、ピラミッド型ＬＥＤ１が、落下初期の様々な方向を向いた状態から回転して当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下を向いた状態、すなわち、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面と基板とが対向した状態になる時間を確保できる。これにより、ピラミッド型ＬＥＤ１を、確実に当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下を向いた状態、すなわち、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面と基板１１とが対向した状態となって基板１１上に落下させることができる。
【００５１】
また、上記において、基板１１上に予め配線を形成しておいても良い。こうすることによりピラミッド型ＬＥＤ１の電気接続が簡単に行える。また、この配線を接着導電性接着剤により形成し、当該導電性接着剤によりピラミッド型ＬＥＤ１を基板に固定する構成としても良い。このような構成とすることにより、ピラミッド型ＬＥＤ１の電気接続と固定とを一括して行うことができる。
【００５２】
また、例えば赤色、青色、緑色の三色の発光色からなるピラミッド型ＬＥＤ１を基板１１上に配置する場合は、発光色ごとに上述した操作を繰り返して行えば良い。これにより、例えば赤色、青色、緑色の三色を備えたフルカラーの画素を構成することができる。
【００５３】
以上のような素子の実装方法においては、基板１１上に接着層１２を形成してその上からピラミッド型ＬＥＤ１を散布、すなわち、自然落下させることで基板１１上に素子を実装するため、非常に簡単にピラミッド型ＬＥＤ１を実装することができる。したがって、例えば真空吸着ヘッド等を用いてピラミッド型ＬＥＤ１を一個ずつ実装する場合等と比較して遙かに簡単、且つ短時間でピラミッド型ＬＥＤ１を実装することが可能とされている。したがって、この素子の実装方法は、効率良く素子を実装することが可能とされている。すなわち、この素子の実装方法は、作業効率の良好な、生産性に優れた方法であるといえる。
【００５４】
また、この素子の実装方法では、接着層１２上に落下しなかったピラミッド型ＬＥＤ１（図示せず）は基板１１上に固定されることがなく、接着層１２上に落下したピラミッド型ＬＥＤ１のみを基板１１上に固定することが可能である。したがって、この素子の実装方法では、ピラミッド型ＬＥＤ１を基板１１の所望の位置のみに部分的に実装することを非常に簡単に行うことができる。すなわち、ピラミッド型ＬＥＤ１を実装したい位置のみに部分的に接着層１２を形成することにより、選択的なピラミッド型ＬＥＤ１の実装が簡単に実現される。そして、接着層１２上に落下しなかったピラミッド型ＬＥＤ１は、固定されていないため、風圧で吹き飛ばす、液体で押し流す等の手段により基板１１上から簡単に除去、回収することができ、再利用することが可能である。
【００５５】
そして、この素子の実装方法では、ピラミッド型ＬＥＤ１の大きさが変化した場合においても、ピラミッド型ＬＥＤ１を散布する際の環境となる流体を選択し、その流体の粘度を制御することにより種々の大きさのピラミッド型ＬＥＤ１の実装に対応可能である。ただし、上述したようにピラミッド型ＬＥＤ１の大きさは、２０μｍを限度とする。
【００５６】
また、上述した素子の実装方法の変形例として、例えばインクや揮発性溶剤等の液体中にピラミッド型ＬＥＤ１を分散させ、この液体を基板１１上に塗布するような形態を取ることも可能である。この場合、ピラミッド型ＬＥＤ１を分散させる液体は、上記において説明した条件を満たすことが必要である。そして、塗布する前に液体を良く撹拌してピラミッド型ＬＥＤ１を液体中に良く分散させ、沈殿しないようにしておく。そして、この液体を基板１１上の所定の位置に塗布することにより液体が上述した粘性流体の役割を果たし、上記と同様にしてピラミッド型ＬＥＤ１を基板１１上に実装することができる。
【００５７】
次に、上述した素子の実装方法を適用した本発明に係る照明装置及びその製造方法について説明する。図８は、本発明を適用して構成したＬＥＤ照明装置の一構成例を示す発光面の要部断面図である。図８において１は基板２２上に実装された複数個のピラミッド型ＬＥＤ１であり、接着層２３により基板２２に固定されている。そして、これらのピラミッド型ＬＥＤ１が透光性を有する材料で形成された容器２４内に密封されてＬＥＤモジュール２１が構成され、このＬＥＤモジュール２１を複数個用いて発光面が形成され、ＬＥＤ照明装置が構成される。２５はピラミッド型ＬＥＤ１と対向する容器２４の上部に設けられたレンズであり、容器２４と基板２２とは、接着剤等により固定されている。２６は容器２４内に充填された水又はアルコールのような有機溶剤等から成る液体である。このような構成により、容器２４内でピラミッド型ＬＥＤ１が液体２４と直接接触して放熱するため、ピラミッド型ＬＥＤ１の発熱による温度の上昇を抑えることができる。その結果、基板２２へのピラミッド型ＬＥＤ１の実装密度を大きくすることができるとともに、ピラミッド型ＬＥＤ１自体の発光効率も高めることができる。また、このＬＥＤ照明装置では、ピラミッド型ＬＥＤ１として上述した素子の実装方法で説明したピラミッド型ＬＥＤ１を用いている。そして、ピラミッド型ＬＥＤ１は、基板２２上に何らかの規則性をもって配列されているのではなく、ランダムに、任意な状態で基板２２上に配置されている。さらに、このＬＥＤ照明装置では、ピラミッド型ＬＥＤ１は、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下を向いた状態、すなわち、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面と基板２２とが対向した状態で基板２２上に実装されている。
【００５８】
以上のようなＬＥＤ照明装置では、ピラミッド型ＬＥＤ１は規則性をもって基板２２上に配列されているのではなく、ランダムに、任意な状態で基板２２上に配置されている。したがって、このＬＥＤ照明装置では、ピラミッド型ＬＥＤ１を整然と精度良く配置する、すなわちピラミッド型ＬＥＤ１を配列する必要がないため、従来のＬＥＤが所定のパターンで配列されたＬＥＤ照明装置と比較して遙かに簡単、且つ短時間で製造することが可能とされている。したがって、このＬＥＤ照明装置は、作業効率に優れた、生産性に優れたＬＥＤ照明装置とされている。
【００５９】
また、以上のようなＬＥＤ照明装置では、ピラミッド型ＬＥＤ１は、常にＣ面が基板２２と対向した状態で基板２２上に実装されているため、極性が統一されており、品質が均一化されたＬＥＤ照明装置とされている。
【００６０】
また、以上のようなＬＥＤ照明装置においては、ピラミッド型ＬＥＤ１の大きさは、サブミクロンから数ミクロン程度の比較的小さな大きさとすることが好ましい。通常、ＬＥＤを用いて照明装置を構成する場合は、発光量を稼ぐためにできるだけ大きなＬＥＤを用いることが好ましい。しかしながら、上述したピラミッド型ＬＥＤ１を例えば気相成長法により成長させて形成する場合には、素子が成長するにつれて品質が低下してしまう傾向がある。そして、このような素子を用いて照明装置を構成した場合には、照明装置の品質も良好なものとはならない。また、歩留まり等の問題もあり、数十μｍ程度の比較的大きなピラミッド型ＬＥＤ１を得ることは非常に困難である。一方、比較的小さな大きさのＬＥＤを用いて照明装置を構成しようとした場合には、ＬＥＤの品質は良いが、発光量を稼ぐためにより多数のＬＥＤを使用しなければならず、したがって、より多数のＬＥＤを基板上に配列しなければならないため、製造に係る工数が増加してしまうという問題がある。
【００６１】
しかしながら、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、ピラミッド型ＬＥＤ１を整然と精度良く配置されておらず、ピラミッド型ＬＥＤ１がランダムに、任意の状態で配置された構成とされているため、すなわち、ピラミッド型ＬＥＤ１を配列させる必要がないため、使用するピラミッド型ＬＥＤ１の数量が多くなっても製造に係る工数が増加する等の問題が生じない。したがって、このＬＥＤ照明装置では、サブミクロンから数ミクロン程度の比較的小さな大きさのピラミッド型ＬＥＤ１を用いることにより、十分な光量を有し、高品質で且つ生産性に優れたＬＥＤ照明装置を実現することができる。
【００６２】
また、ＬＥＤモジュール２１内においてピラミッド型ＬＥＤ１がランダムに配置されているため、ＬＥＤモジュール２１内においては、多少の輝度むらが生じるが、各ピラミッド型ＬＥＤ１から照射される光は、レンズ２５により適当に分散されてＬＥＤモジュール２１の外部へ照射されるため、略均一化された照射光が得られる。
【００６３】
また、このＬＥＤ照明装置では、ピラミッド型ＬＥＤ１の発光色は特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜選択することができる。すなわち、発光色が白色のピラミッド型ＬＥＤ１のみを用いてＬＥＤ照明装置を構成しても良く、また、赤色、青色、緑色等のピラミッド型ＬＥＤ１をそれぞれ単独で、もしくは任意の組合せで用いてＬＥＤ照明装置を構成しても良い。
【００６４】
また、このＬＥＤ照明装置においては、上述した第１配線となる接着層２３もしくは第２配線となる配線２８に光透過性材料を用いることにより発光を効率よく取り出すことができるＬＥＤ照明装置を構成することができる。
【００６５】
以上のようなＬＥＤ照明装置は、以下のようにして製造することができる。まず、図３に示すようにピラミッド型ＬＥＤ１を実装する基板２２の主面上に導電性接着剤によりピラミッド型ＬＥＤ１の下側の配線である第１配線の機能を兼ねた接着層２３を形成する。ここで、ピラミッド型ＬＥＤ１を実装する基板２２の構成材料は特に限定されるものではなく、使用用途等の諸条件により適宜選択することが可能である。
【００６６】
次に、接着層２３を形成した基板２２を、接着層２３が上となるように略平坦な場所に配し、ピラミッド型ＬＥＤ１を、図３に示すように当該基板２２上であってピラミッド型ＬＥＤ１を実装する位置、すなわち接着層２３を形成した位置に対応する所定の高さに配置する。そして、ピラミッド型ＬＥＤ１を基板２２上に自然落下させる。このとき、ピラミッド型ＬＥＤ１を大気中において自然落下させる。
【００６７】
ピラミッド型ＬＥＤ１を大気中において自然落下させると、当該ピラミッド型ＬＥＤ１は、上述したように落下初期においては図５に示すように様々な方向を向いている。しかしながら、ピラミッド型ＬＥＤ１は直ぐに当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下になるように回転を始める。そして、ピラミッド型ＬＥＤ１は、図６に示すように基板２２に落下する直前までには、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下を向いた状態、すなわち、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面と基板２２とが対向した状態となっている。その結果、ピラミッド型ＬＥＤ１は、図７に示すように当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下を向いた状態、すなわち、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面と基板とが対向した状態で基板２２上に落下する。
【００６８】
そして、基板２２上には接着層２３が形成されているため、基板２２上に落下したピラミッド型ＬＥＤ１は、落下した位置において接着層２３により基板２２に固定される。このとき、ピラミッド型ＬＥＤ１は、何らかの規則性をもって基板２２上に配列されるのではなく、図７に示すようにランダムに、任意な状態で基板２２上に配置される。
【００６９】
次に、接着層２３におけるピラミッド型ＬＥＤ１に対応する部分にのみ例えば照射エネルギー０．２ｍＪ／ｃｍ２、波長３５５ｎｍのＹＡＧ３倍波を照射してアニールを施すことにより電気接続を行う。
【００７０】
次に、図９に示すように基板２２及びピラミッド型ＬＥＤ１上に粘度の低い絶縁性の樹脂２７を塗布する。ここで、樹脂２７として粘度の低い樹脂を用いることにより、確実にピラミッド型ＬＥＤ１を樹脂２７で埋めることができる。そして、図１０に示すようにその上から第２配線となるピラミッド型ＬＥＤ１の上側の配線２８を形成することによりピラミッド型ＬＥＤ１の上面における電気接続を行う。ここで、配線間の幅は、大きさが最大であるピラミッド型ＬＥＤ１の大きさよりも大きくする。
【００７１】
そして、図１１に示すようにピラミッド型ＬＥＤ１をレンズ２５が上部に設けられた容器２４内に密封し、当該容器２４内に水又はアルコールのような有機溶剤等から成る液体２６を充填することによりＬＥＤモジュール２１を構成し、このＬＥＤモジュール２１を複数個用いてＬＥＤ照明装置を構成する。
【００７２】
以上のようなＬＥＤ照明装置の製造方法においては、基板２２上に接着層２３を形成してその上からピラミッド型ＬＥＤ１を散布することで基板２２上にピラミッド型ＬＥＤ１を実装するため、非常に簡単にピラミッド型ＬＥＤ１を実装することができる。すなわち、例えば真空吸着ヘッド等を用いて素子を一個ずつ実装する場合等と比較して遙かに簡単、且つ短時間で素子を実装することが可能とされている。したがって、このＬＥＤ照明装置の製造方法では、効率良く照明装置を製造することが可能とされている。すなわち、このＬＥＤ照明装置の製造方法は、作業効率の良好な、生産性に優れた方法であるといえる。
【００７３】
また、このＬＥＤ照明装置の製造方法では、接着層２３上に落下しなかったピラミッド型ＬＥＤ１は基板２２上に固定されることがなく、接着層２３上に落下したピラミッド型ＬＥＤ１のみを基板２２上に固定することが可能である。したがって、このＬＥＤ照明装置の製造方法では、ピラミッド型ＬＥＤ１を基板２２の所望の位置のみに部分的に実装することを非常に簡単に行うことができる。すなわち、ピラミッド型ＬＥＤ１を実装したい位置のみに部分的に接着層２３を形成することにより、選択的な実装が簡単に実現される。そして、接着層２３上に落下しなかったピラミッド型ＬＥＤ１は固定されていないため、風圧で吹き飛ばす、液体で押し流す等の手段により基板２２上から簡単に除去、回収することができ、再利用することが可能である。
【００７４】
そして、このＬＥＤ照明装置の製造方法では、ピラミッド型ＬＥＤ１の大きさが変化した場合においても、ピラミッド型ＬＥＤ１を散布する際の環境となる流体を選択し、その流体の粘度を制御することにより種々の大きさのピラミッド型ＬＥＤ１の実装に対応可能である。すなわち、上記においては、ピラミッド型ＬＥＤ１を大気中において自然落下させているが、ピラミッド型ＬＥＤ１を自然落下させる環境は上述した素子の実装方法と同様に粘性流体として取り扱うことができる流体中であれば良く、気体でも良く、また液体でも良い。そして、具体的には、空気、すなわち大気の他に超純水や、不純物である固形物を含有しない液体を用いることができる。ただし、上述したように素子の大きさは、２０μｍを限度とする。
【００７５】
また、以上のようなＬＥＤ照明装置の製造方法においては、ピラミッド型ＬＥＤ１としては、サブミクロンから数ミクロン程度の比較的小さなピラミッド型ＬＥＤ１を用いることが好ましい。通常、ＬＥＤを用いて照明装置を構成する場合は、発光量を稼ぐためにできるだけ大きなＬＥＤを用いることが好ましい。しかしながら、上述したピラミッド型ＬＥＤ１を例えば気相成長法により成長させて形成する場合には、素子が成長するにつれて品質が低下してしまう傾向がある。そして、このような素子を用いて照明装置を構成した場合には、照明装置の品質も良好なものとはならない。また、歩留まり等の問題もあり、数十μｍ程度の比較的大きなピラミッド型ＬＥＤ１を得ることは非常に困難である。一方、比較的小さな大きさのＬＥＤを用いて照明装置を構成しようとした場合には、ＬＥＤの品質は良いが、発光量を稼ぐためにより多数のＬＥＤを使用しなければならず、したがって、より多数のＬＥＤを基板上に配列しなければならないため、製造に係る工数が増加してしまうという問題がある。
【００７６】
しかしながら、本発明に係るＬＥＤ照明装置の製造方法では、ピラミッド型ＬＥＤ１を整然と精度良く配置する必要はなく、ピラミッド型ＬＥＤ１をランダムに、任意の状態で配置するため、すなわち、ピラミッド型ＬＥＤ１を配列させる必要がないため、使用するピラミッド型ＬＥＤ１の数量が多くなっても製造に係る工数が増加する等の問題が生じない。したがって、このＬＥＤ照明装置の製造方法では、サブミクロンから数ミクロン程度の比較的小さな大きさのピラミッド型ＬＥＤ１を用いることにより、十分な光量を有し、高品質で且つ生産性に優れたＬＥＤ照明装置を簡単に製造することが可能とされている。
【００７７】
また、以上のＬＥＤ照明装置の製造方法では、使用するピラミッド型ＬＥＤ１の発光色は特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜選択することができる。すなわち、発光色が白色のピラミッド型ＬＥＤ１のみを用いてＬＥＤ照明装置を構成しても良く、また、赤色、青色、緑色等のピラミッド型ＬＥＤ１をそれぞれ単独で、もしくは任意の組合せで用いてＬＥＤ照明装置を構成しても良い。そして、複数の発光色のピラミッド型ＬＥＤ１を用いてＬＥＤ照明装置を構成する場合には、発光色ごとに上述した操作を繰り返すことによりピラミッド型ＬＥＤ１を実装すれば良い。
【００７８】
次に、上述した素子の実装方法を適用した本発明に係る画像表示装置及びその製造方法について説明する。図１２は、本発明を適用して構成したＬＥＤ表示装置３１の構成を示す斜視図である。ＬＥＤ表示装置３１では、任意の複数個のパネルモジュール３４（一例として４×４の１６個構成）がタイリングされて構成された小ユニット３２を、さらに任意の複数個（一例として３×３の９個構成）タイリングすることにより中ユニット３３が構成されている。そして、この中ユニット３３がさらに任意の複数個（一例として２２×１６の３５２個構成）タイリングされることにより表示パネルが構成され、薄型大画面のＬＥＤ表示装置３１が構成されている。
【００７９】
また、このＬＥＤ表示装置３１では、図１３に示すように１つのパネルモジュール３４に任意の数のＬＥＤが実装されて１画素を構成しており、当該パネルモジュール３４内に実装するＬＥＤとして上述した素子の実装方法で説明したピラミッド型ＬＥＤ１を用いている。そして、ピラミッド型ＬＥＤ１は、基板３５上に何らかの規則性をもって配列されているのではなく、ランダムに、任意な状態で基板３５上に配置されている。さらに、このＬＥＤ表示装置３１では、ピラミッド型ＬＥＤ１は、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下を向いた状態、すなわち、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面と基板３５とが対向した状態で基板３５上に実装されている。
【００８０】
以上のようなＬＥＤ表示装置３１では、ピラミッド型ＬＥＤ１は規則性をもって基板３５上に配列されているのではなく、ランダムに、任意な状態で基板３５上に配置されている。したがって、このＬＥＤ表示装置３１では、ピラミッド型ＬＥＤ１を整然と精度良く配置する、すなわちピラミッド型ＬＥＤ１を配列する必要がないため、従来のＬＥＤが所定のパターンで配列されたＬＥＤ表示装置と比較して遙かに簡単、且つ短時間で製造することが可能とされている。したがって、このＬＥＤ表示装置３１は、作業効率に優れた、生産性に優れたＬＥＤ表示装置とされている。
【００８１】
また、以上のようなＬＥＤ表示装置３１では、ピラミッド型ＬＥＤ１は、常にＣ面が基板３５と対向した状態で基板３５上に実装されているため、極性が統一されており、品質が均一化されたＬＥＤ表示装置とされている。
【００８２】
また、以上のようなＬＥＤ表示装置３１においては、ピラミッド型ＬＥＤ１の大きさは、サブミクロンから数ミクロン程度の比較的小さな大きさとすることが好ましい。通常、ＬＥＤを用いて画像表示装置を構成する場合は、発光量を稼ぐためにできるだけ大きなＬＥＤを用いることが好ましい。しかしながら、上述したピラミッド型ＬＥＤ１を例えば気相成長法により成長させて形成する場合には、素子が成長するにつれて品質が低下してしまう傾向がある。そして、このような素子を用いて画像表示装置を構成した場合には、画像表示装置の品質も良好なものとはならない。また、歩留まり等の問題もあり、数十μｍ程度の比較的大きなピラミッド型ＬＥＤ１を得ることは非常に困難である。一方、比較的小さな大きさのＬＥＤを用いて画像表示装置を構成しようとした場合には、ＬＥＤの品質は良いが、発光量を稼ぐためにより多数のＬＥＤを使用しなければならず、したがって、より多数のＬＥＤを基板上に配列しなければならないため、製造に係る工数が増加してしまうという問題がある。
【００８３】
しかしながら、本発明に係るＬＥＤ表示装置３１では、ピラミッド型ＬＥＤ１を整然と精度良く配置されておらず、ピラミッド型ＬＥＤ１がランダムに、任意の状態で配置された構成とされているため、すなわち、ピラミッド型ＬＥＤ１を配列させる必要がないため、使用するピラミッド型ＬＥＤ１の数量が多くなっても製造に係る工数が増加する等の問題が生じない。したがって、このＬＥＤ表示装置３１では、サブミクロンから数ミクロン程度の比較的小さな大きさのピラミッド型ＬＥＤ１を用いることにより、十分な光量を有し、高品質で且つ生産性に優れたＬＥＤ表示装置を実現することができる。
【００８４】
また、このＬＥＤ表示装置３１では、各パネルモジュール３４に実装されているピラミッド型ＬＥＤ１の数が異なる。すなわち、あるモジュールには４個のピラミッド型ＬＥＤ１が実装されているが、他のパネルモジュールには、１個しかピラミッド型ＬＥＤ１が実装されていないような状況が生じる。すなわち、このＬＥＤ表示装置においては、１画素を１個のピラミッド型ＬＥＤ１により構成しても良く、また、１画素を複数のピラミッド型ＬＥＤ１により構成しても良い。
【００８５】
この場合、パネルモジュール間で多少の輝度むらが生じる虞がある。しかしながら、ＬＥＤ表示装置３１は定電流回路で駆動されるため、各パネルモジュールの消費電力は一定である。したがって、各パネルモジュールに実装されたピラミッド型ＬＥＤ１の数が少ないほどピラミッド型ＬＥＤ１には負荷が掛かるが、エネルギー的にはエネルギー消費効率が一定であれば各モジュールで同じ光量が得られるため、実用に際しては何ら支障はない。
【００８６】
また、以上のＬＥＤ表示装置３１では、ピラミッド型ＬＥＤ１の発光色は特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜選択することができる。すなわち、発光色が白色のピラミッド型ＬＥＤ１のみを用いてＬＥＤ表示装置３１を構成しても良く、また、赤色、青色、緑色等のピラミッド型ＬＥＤ１をそれぞれ単独で、または任意の組合せで、もしくはフルカラーで用いてＬＥＤ表示装置３１を構成しても良い。
【００８７】
また、このＬＥＤ表示装置においては、上述した第１配線となる接着層３６もしくは第２配線となる配線３８に光透過性材料を用いることにより発光を効率よく取り出すことができるＬＥＤ表示装置を構成することができる。
【００８８】
以上のようなＬＥＤ表示装置３１は、以下のようにして製造することができる。まず、図３に示すようにピラミッド型ＬＥＤ１を実装する基板３５の主面上に導電性接着剤によりピラミッド型ＬＥＤ１の下側の配線である第１配線の機能を兼ねた接着層３６を形成する。ここで、ピラミッド型ＬＥＤ１を実装する基板３５の構成材料は特に限定されるものではなく、使用用途等の諸条件により適宜選択することが可能である。
【００８９】
次に、接着層３６を形成した基板３５を、接着層３６が上となるように略平坦な場所に配し、ピラミッド型ＬＥＤ１を、図４に示すように当該基板３５上であって、ピラミッド型ＬＥＤ１を実装する位置、すなわち接着層３６を形成した位置に対応する所定の高さに配置する。そして、ピラミッド型ＬＥＤ１を基板３５上に自然落下させる。このとき、ピラミッド型ＬＥＤ１を大気中において自然落下させる。
【００９０】
ピラミッド型ＬＥＤ１を大気中において自然落下させると、当該ピラミッド型ＬＥＤ１は、上述したように落下初期においては図５に示すように様々な方向を向いている。しかしながら、ピラミッド型ＬＥＤ１は直ぐに当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下になるように回転を始める。そして、ピラミッド型ＬＥＤ１は、図６に示すように基板に落下する直前までには、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下を向いた状態、すなわち、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面と基板３５とが対向した状態となっている。その結果、ピラミッド型ＬＥＤ１は、図７に示すように当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面が下を向いた状態、すなわち、当該ピラミッド型ＬＥＤ１のＣ面と基板とが対向した状態で基板３５上に落下する。そして、基板３５上には接着層３６が形成されているため、基板３５上に落下したピラミッド型ＬＥＤ１は、落下した位置において接着層３６により基板に固定される。このとき、ピラミッド型ＬＥＤ１は、何らかの規則性をもって基板３５上に配列されるのではなく、図７に示すようにランダムに、任意な状態で基板３５上に配置される。
【００９１】
次に、接着層３６におけるピラミッド型ＬＥＤ１に対応する部分にのみ例えば照射エネルギー０．２ｍＪ／ｃｍ２、波長３５５ｎｍのＹＡＧ３倍波を照射してアニールを施すことにより電気接続を行う。
【００９２】
次に、図１４に示すように基板３５及びピラミッド型ＬＥＤ１上に粘度の低い絶縁性の樹脂を塗布する。ここで、粘度の低い樹脂を用いることにより、確実にピラミッド型ＬＥＤ１を樹脂で埋めることができる。そして、図１５に示すようにその上から第２配線であるピラミッド型ＬＥＤ１の上側の配線３８を形成することによりピラミッド型ＬＥＤ１の上面における電気接続を行う。ここで、配線間の幅は、大きさが最大であるピラミッド型ＬＥＤ１の大きさよりも大きくする。以上のようにしてパネルモジュール３４を構成し、このパネルモジュール３４を複数個タイリングすることにより小ユニット３２を構成し、小ユニット３２を複数個タイリングすることにより中ユニット３３を構成し、さらに中ユニット３３を複数個タイリングすることによりＬＥＤ表示装置３１を構成する。
【００９３】
以上のようなＬＥＤ表示装置の製造方法においては、基板３５上に接着層３６を形成してその上からピラミッド型ＬＥＤ１を散布することで基板３５上にピラミッド型ＬＥＤ１を実装するため、非常に簡単にピラミッド型ＬＥＤ１を実装することができる。すなわち、例えば真空吸着ヘッド等を用いて素子を一個ずつ実装する場合等と比較して遙かに簡単、且つ短時間で素子を実装することが可能とされている。したがって、このＬＥＤ表示装置の製造方法では、効率良くＬＥＤ表示装置を製造することが可能とされている。すなわち、このＬＥＤ表示装置の製造方法は、作業効率の良好な、生産性に優れた方法であるといえる。
【００９４】
また、このＬＥＤ表示装置の製造方法では、接着層３６上に落下しなかったピラミッド型ＬＥＤ１は基板３５上に固定されることがなく、接着層３６上に落下したピラミッド型ＬＥＤ１のみを基板３５上に固定することが可能である。したがって、このＬＥＤ表示装置の製造方法では、ピラミッド型ＬＥＤ１を基板３５の所望の位置のみに部分的に実装することを非常に簡単に行うことができる。すなわち、ピラミッド型ＬＥＤ１を実装したい位置のみに部分的に接着層３６を形成することにより、選択的な実装が簡単に実現される。そして、接着層３６上に落下しなかったピラミッド型ＬＥＤ１は固定されていないため、風圧で吹き飛ばす、液体で押し流す等の手段により基板３５上から簡単に除去、回収することができ、再利用することが可能である。
【００９５】
そして、このＬＥＤ表示装置の実装方法では、ピラミッド型ＬＥＤ１の大きさが変化した場合においても、ピラミッド型ＬＥＤ１を散布する際の環境となる流体を選択し、その流体の粘度を制御することにより種々の大きさのピラミッド型ＬＥＤ１の実装に対応可能である。すなわち、上記においては、ピラミッド型ＬＥＤ１を大気中において自然落下させているが、ピラミッド型ＬＥＤ１を自然落下させる環境は上述した素子の実装方法と同様に粘性流体として取り扱うことができる流体中であれば良く、気体でも良く、また液体でも良い。そして、具体的には、空気、すなわち大気の他に超純水や、不純物である固形物を含有しない液体を用いることができる。ただし、上述したように素子の大きさは、２０μｍを限度とする。
【００９６】
また、以上のようなＬＥＤ表示装置の製造方法においては、ピラミッド型ＬＥＤ１としては、サブミクロンから数ミクロン程度の比較的小さなピラミッド型ＬＥＤ１を用いることが好ましい。通常、ＬＥＤを用いて画像表示装置を構成する場合は、発光量を稼ぐためにできるだけ大きなＬＥＤを用いることが好ましい。しかしながら、上述したピラミッド型ＬＥＤ１を例えば気相成長法により成長させて形成する場合には、素子が成長するにつれて品質が低下してしまう傾向がある。そして、このような素子を用いて画像表示装置を構成した場合には、画像表示装置の品質も良好なものとはならない。また、歩留まり等の問題もあり、数十μｍ程度の比較的大きなピラミッド型ＬＥＤ１を得ることは非常に困難である。一方、比較的小さな大きさのＬＥＤを用いて画像表示装置を構成しようとした場合には、ＬＥＤの品質は良いが、発光量を稼ぐためにより多数のＬＥＤを使用しなければならず、したがって、より多数のＬＥＤを基板上に配列しなければならないため、製造に係る工数が増加してしまうという問題がある。
【００９７】
しかしながら、このＬＥＤ表示装置の製造方法では、ピラミッド型ＬＥＤ１を整然と精度良く配置する必要はなく、ピラミッド型ＬＥＤ１をランダムに、任意の状態で配置するため、すなわち、ピラミッド型ＬＥＤ１を配列させる必要がないため、使用するピラミッド型ＬＥＤ１の数量が多くなっても製造に係る工数が増加する等の問題が生じない。したがって、このＬＥＤ表示装置の製造方法では、サブミクロンから数ミクロン程度の比較的小さな大きさのピラミッド型ＬＥＤ１を用いることにより、十分な光量を有し、高品質で且つ生産性に優れたＬＥＤ表示装置を簡単に製造することが可能とされている。
【００９８】
また、以上のＬＥＤ表示装置の製造方法では、使用するピラミッド型ＬＥＤ１の発光色は特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜選択することができる。すなわち、発光色が白色のピラミッド型ＬＥＤ１のみを用いてＬＥＤ表示装置３１を構成しても良く、また、赤色、青色、緑色等のピラミッド型ＬＥＤ１をそれぞれ単独で、もしくは任意の組合せで用いてＬＥＤ表示装置３１を構成しても良い。そして、複数の発光色のピラミッド型ＬＥＤ１を用いてＬＥＤ表示装置３１を構成する場合には、発光色ごとに上述した操作を繰り返すことによりピラミッド型ＬＥＤ１を実装すれば良い。
【００９９】
【発明の効果】
本発明に係る素子の実装方法は、基板上に接着層を形成し、略六角錐形状または略六角錐台形状である素子を落下させ、接着層上に素子を部分的に実装するものである。
【０１００】
以上のような本発明に係る素子の実装方法では、基板上に素子を落下させることにより基板上に素子を部分的に実装するため、非常に簡単に且つ短時間で実装基板上に素子を実装することが可能とされる。
【０１０１】
また、本発明に係る照明装置の製造方法は、基板上に接着層を形成し、略六角錐形状または略六角錐台形状である発光素子を落下させ、接着層上に発光素子を部分的に実装するものである。
【０１０２】
以上のように構成された本発明に係る照明装置の製造方法では、規則性をもって基板上に発光素子を配列するのではなく、部分的に、任意な状態で発光素子を配置する。したがって、この照明装置の製造方法では、発光素子を整然と配列する必要がないため、従来の発光素子が所定のパターンで配列された照明装置の製造方法と比較して遙かに簡単、且つ短時間で照明装置を製造することが可能であり、効率良く照明装置を製造することが可能とされている。
【０１０３】
また、本発明に係る画像表示装置の製造方法は、基板上に接着層を形成し、略六角錐形状または略六角錐台形状である発光素子を落下させ、接着層上に発光素子を部分的に実装するものである。
【０１０４】
以上のような本発明に係る画像表示装置の製造方法では、規則性をもって基板上に発光素子を配列するのではなく、部分的に、任意な状態で発光素子を配置する。したがって、この画像表示装置の製造方法では、発光素子を整然と配列する必要がないため、従来の発光素子が所定のパターンで配列された画像表示装置の製造方法と比較して遙かに簡単、且つ短時間で画像表示装置を製造することが可能であり、効率良く画像表示装置を製造することが可能とされている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ピラミッド型ＬＥＤの一構成例を示す断面図である。
【図２】  ピラミッド型ＬＥＤを基板上に実装した状態を示す断面図である。
【図３】  基板の主面上に接着剤により接着層を形成した状態を示す断面図である。
【図４】  ピラミッド型ＬＥＤ基板上であって接着層を形成した位置に対応する所定の高さに配置した状態を示す図である。
【図５】  ピラミッド型ＬＥＤが自然落下する状態を示す図である。
【図６】  ピラミッド型ＬＥＤが自然落下する状態を示す図である。
【図７】  ピラミッド型ＬＥＤが基板上に落下した状態を示す図である。
【図８】  ＬＥＤ照明装置の一構成例を示す断面図である。
【図９】  ＬＥＤ照明装置の製造工程を説明する図であり、樹脂を塗布した状態を示す断面図である。
【図１０】  ＬＥＤ照明装置の製造工程を説明する図であり、配線を形成した状態を示す断面図である。
【図１１】  ピラミッド型ＬＥＤを容器内に密封した状態を示す断面図である。
【図１２】  ＬＥＤ表示装置の一構成例を示す斜視図である。
【図１３】  パネルモジュールを示す断面図である。
【図１４】  ＬＥＤ表示装置の製造工程を説明する図であり、樹脂を塗布した状態を示す断面図である。
【図１５】  ＬＥＤ表示装置の製造工程を説明する図であり、配線を形成した状態を示す断面図である。
【図１６】  従来の素子の実装方法を説明する図である。
【符号の説明】
１  ピラミッド型ＬＥＤ
１１  基板
１２  接着増
２１  ＬＥＤモジュール
２２  基板
２３  接着層
２７  樹脂
２８  配線
３１  ＬＥＤ表示装置
３５  基板
３６  接着層
３７  樹脂
３８  配線
【図１】
0004114341.tif 000002
【図２】
0004114341.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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