【手続補正書】
【提出日】平成20年1月24日(2008.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  表示装置およびその製造方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体の面上に設けられた接続用電極と、
前記基体の面上に配置され、電極を有する半導体発光素子と、
前記接続用電極及び前記半導体発光素子を覆って形成された絶縁層と、を有し、
前記絶縁層には、前記半導体発光素子の前記電極と前記絶縁層の上面との間を電気的に接続する第１の接続開孔と、前記絶縁層の上面と前記接続用電極との間を電気的に接続する第２の接続開孔とが形成されていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表示装置であって、
前記半導体発光素子の電極は、前記半導体発光素子の上端部に形成された第１の電極部と、前記半導体発光素子の下端部に形成された第２の電極部とを有しており、前記第１及び第２の電極部の何れか一方は、前記第１及び第２の接続開孔を介して前記接続用電極に接続されていることを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の表示装置であって、
前記絶縁層は、ポリイミド樹脂、紫外線硬化樹脂、エポキシ樹脂、または合成ゴムを含む塗膜形成の可能な高分子化合物からなることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の表示装置であって、
前記半導体発光素子は、発光領域から前記基体の面上へ向かう方向を主たる発光方向とするものであり、前記発光領域より上部に下方への反射面を有していることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の表示装置であって、
前記半導体発光素子は、角錐形状または角錐台形状に形成されており、それらが有する面のうち少なくとも傾斜面の何れか一面が前記反射面とされていることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の表示装置であって、
前記半導体発光素子は、窒化ガリウム系半導体の六方晶からなり、（１−１０１）面に平行な活性層を有していることを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項６に記載の表示装置であって、
前記半導体発光素子は、基板上で（０００１）面を下端面とし、（１−１０１）面およびこれと等価な面を前記傾斜面として、六角錐形状または六角錐台形状に結晶成長された窒化ガリウム系半導体であり、（１−１０１）面およびこれと等価な面に平行な活性層を有していることを特徴とする表示装置。
【請求項８】
請求項１に記載の表示装置であって、
前記表示装置は、単色の前記半導体発光素子、または異なる色を発光する複数種の前記半導体発光素子の組み合わせを配置した画像表示装置または照明装置であることを特徴とする表示装置。
【請求項９】
複数の半導体発光素子を接続用電極が設けられた基体面上に配置し、
前記半導体発光層及び前記接続用電極を絶縁層で覆い、
前記絶縁層に、前記半導体発光素子の電極および前記接続用電極に達する接続開孔を形成し、
前記絶縁層の全面に導体金属を成膜し、
前記導体金属をパターニングすることを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の表示装置の製造方法であって、
前記半導体発光素子の電極は、前記半導体発光素子の上端部に形成された第１の電極部と、前記半導体発光素子の下端部に形成された第２の電極部とを有しており、前記第１及び第２の電極部の何れか一方は、前記接続開孔を介して前記接続用電極に接続されていることを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の表示装置の製造方法であって、
前記絶縁層は、ポリイミド樹脂、紫外線硬化樹脂、エポキシ樹脂、または合成ゴムを含む塗膜形成の可能な高分子化合物からなることを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の表示装置の製造方法であって、
前記半導体発光素子は、発光領域から前記基体の面上へ向かう方向を主たる発光方向とするものであり、前記発光領域より上部に下方への反射面を有していることを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の表示装置の製造方法であって、
前記半導体発光素子は、角錐形状または角錐台形状に形成されており、それらが有する面のうち少なくとも傾斜面の何れか一面が前記反射面とされていることを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の表示装置の製造方法であって、
前記半導体発光素子は、窒化ガリウム系半導体の六方晶からなり、（１−１０１）面に平行な活性層を有していることを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の表示装置の製造方法であって、
前記半導体発光素子は、基板上で（０００１）面を下端面とし、（１−１０１）面およびこれと等価な面を前記傾斜面として、六角錐形状または六角錐台形状に結晶成長された窒化ガリウム系半導体であり、（１−１０１）面およびこれと等価な面に平行な活性層を有していることを特徴とする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】
本発明は表示装置およびその製造方法に関するものであり、更に詳しくは、微小なサイズの複数の半導体発光素子が基体面に間隔をあけて配置された表示装置およびその製造方法に関するものであり、更には輝度の大きい半導体発光素子が配置された表示装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用する従来の表示装置は、その一例の要部の裏面側の斜視図である図１０に示すように、比較的大きい寸法（例えば５ｍｍ角）に規格化された高価なＬＥＤモジュール１０２を基体面１０１上へ二次元に密に配置して固定した後、各ＬＥＤモジュール１０２のアノード電極１０３、およびカソード電極１０４をワイヤボンディングやハンダ付けにより基体上の配線に接続して製造されるが、このようにして製造される表示装置１００は、ＬＥＤモジュール１０２にウェーハから切り出した通常０．３ｍｍ角程度のＬＥＤチップが１画素あたりに使用され、数十万画素の全画面を総計すると多数の化合物半導体ウェーハが使用されるので材料コストが高価になっているほか、それらＬＥＤモジュール１０２の配置、固定、ワイヤボンディングやハンダ付けに設備および作業工数を要することから、必然的に高コストなものとなっている。
【０００３】
また、個々のＬＥＤチップは、図１１に模式的に示すように、Ｐ電極１０７を備えたｐ型半導体１０６と、ｎ電極１０９を備えたｎ型半導体１０８とが活性層１０５を挟むように平面的に積み重ねたプレーナー構造のものが採用されている。この活性層１０５に生じる発光は基本的には全方位へ向かうが、半導体の有する比較的大きい屈折率と半導体の内部から界面（表面）ヘの入射角との関係もあって、主として上下方向に向かう光が界面を透過して外側へ放射される。従って、上方（背面側）へ向かう光が電極面等で反射されて下方（前面側）へ向かうものを考慮しても、下方への発光効率は低く、更には、背面側へ照射された光が隣り合うＬＥＤモジュールへ入射して表示装置の画像に滲みを発生させるという問題もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、第一には、微小な半導体発光素子を基体面へ間隔をあけて配置して簡易に固定され、結果的に低コストである表示装置およびその製造方法を提供することを課題とする。また、第二には、微小なサイズでありながら十分な輝度を有する半導体発光素子を備えた表示装置およびその製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
なお、特開昭５７−４５５８３号公報には、低コスト化させ、信頼性を向上させた表示装置として、発光ダイオードを絶縁材料で埋めた装置が開示されているが、その実施例で使用されている発光ダイオードはウェーハから切り出したプレーナー構造の発光ダイオードチップであり、アノード電極とカソード電極はウェーハの状態であるときに取り付けられたものである。また、基板上に整列させて固定した発光ダイオード間を埋める絶縁層として使用されているエポキシ樹脂は発光ダイオードの上端面と略同一平面をなすように注入され硬化されたものであり、かつその表面をラッピングなどによって平滑化させたものである。
【０００６】
また、特開平３−３５５６８号公報には、ｐｎ接合領域が小さい発光ダイオード内から外側の透明プラスチックとの界面を透過して放射される光の割合を大幅に向上させるものとして、発光ダイオードのｐｎ接合領域より上方の光路となる半導体部分の上端側を截頭角錐型に切削したものが開示されている。すなわち、発光ダイオードとその周囲の透明プラスチックとは屈折率の差が大きく、点光源から界面へ向かう光のうち、界面と直交する入射角０度の光、および点光源からの円錐角が例えば２７度の範囲内にある光は界面を透過するが、それ以外の入射角の大きい光は界面で反射されて発光ダイオード内から外側へ出ることができず、反射を繰り返して消滅する。すなわち、この現象を可及的に回避せんとするものである。
【０００７】
そのほか、特開平１１−７５０１９号公報には、発光ダイオードを使用した光源装置として、発光ダイオードである半導体チップの上方に角度４５度の傾斜ミラーを設けたものが示されているが、このミラーは発光ダイオードから上方へ出る光を直角に曲げて側方へ反射させるためのものであり、かつ青色、緑色、赤色の各発光ダイオードからの光を同一光軸上へ反射させるためにダイクロイックミラーが使用されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、基体と、前記基体の面上に設けられた接続用電極と、前記基体の面上に配置され、電極を有する半導体発光素子と、前記接続用電極及び前記半導体発光素子を覆って形成された絶縁層と、を有し、前記絶縁層には、前記半導体発光素子の前記電極と前記絶縁層の上面との間を電気的に接続する第１の接続開孔と、前記絶縁層の上面と前記接続用電極との間を電気的に接続する第２の接続開孔とが形成されていることを特徴とする表示装置によって解決される。
【０００９】
また、上記の課題は、複数の半導体発光素子を接続用電極が設けられた基体面上に配置し、前記半導体発光層及び前記接続用電極を絶縁層で覆い、前記絶縁層に、前記半導体発光素子の電極および前記接続用電極に達する接続開孔を形成し、前記絶縁層の全面に導体金属を成膜し、前記導体金属をパターニングすることを特徴とする表示装置の製造方法によって解決される。
【００１０】
この構成により、表示装置の単位面積当りのコストを格段に低下させることができる。
【００１１】
本発明に係る表示装置においては、半導体発光素子が発光領域から基体面上へ向かう方向を主たる発光方向とするものであり、発光領域より上部に下方への反射面を有している。このような表示装置は、半導体発光素子の発光を反射面によって効果的に下端面へ向かわせる。
【００１２】
半導体発光素子が角錐形状または角錐台形状に形成されており、それらが有する面のうちの少なくとも傾斜面の何れか一面が反射面とされていることで、多角錐または多角錐台の傾斜面、および多角錐台にあっては上面も反射面として発光を下端面側へ集中させることができる。
【００１３】
本発明に係る表示装置においては、前記半導体発光素子が窒化ガリウム系半導体の六方晶からなり、（１−１０１）面に平行な活性層を備えている。このような表示装置は窒化ガリウム系半導体の（１−１０１）面に平行な活性層の発光効率が高いこと、更には、（１−１０１）面に設ける電極面を反射面することが可能であり、優れた発光性能を示す。
【００１４】
また、半導体発光素子が成長の基板上で（０００１）面を下端面とし、（１−１０１）面およびこれと等価な面を傾斜面として、六角錐形状または六角錐台形状に結晶成長された窒化ガリウム系半導体であり、（１−１０１）面およびこれと等価な面に平行な活性層を備えている。このような表示装置は、窒化ガリウム系半導体の（１−１０１）面に平行な活性層の発光効率が高いこと、更には、（１−１０１）面に設ける電極面を反射面することが可能であり、発光を下端面側へ集中させ特に優れた発光性能を示す。
【００１５】
更に、本発明に係る表示装置は、単色の半導体発光素子のみ、または異なる色を発光する複数種の半導体発光素子の組み合わせを配置した画像表示装置または照明装置とすることができる。このような表示装置は発光ダイオードまたは半導体レーザによる輝度の高い画像表示装置または照明装置を与える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の表示装置およびその製造方法は、上述したように、複数の半導体発光素子が基体面上に配置されて取り付けられた表示装置において、半導体発光素子が第一絶縁層で埋め込まれた状態、または埋め込まれない裸の状態で、間隔をあけて基体面上に配置されて固定され、更に半導体発光素子を覆って基体面に第二絶縁層が形成されており、第一絶縁層および第二絶縁層の所要箇所に穿設された接続開孔を介して半導体発光素子の上端部電極および下端部電極が引き出されている装置およびその製造方法である。
【００１７】
表示装置に使用する半導体発光素子は、ｐ型半導体とｎ型半導体との接合面に順方向に電流を注入した時にキャリアである電子と正孔とが再結合して発光するものであればよく、半導体発光素子の材料は特に限定されない。上記のような発光を生ずる半導体としては、青色に発光する窒化ガリウム(ＧａＮ)、緑色に発光するリン化ガリウム(ＧａＰ)、赤色に発光するヒ化リン化ガリウム（ＧａＡｓＰ）、ヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）等のガリウム系の化合物半導体が知られている。そのほか、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）も発光性が知られている。勿論、これら以外の材料からなるものであってもよい。
【００１８】
ＧａＮ系半導体を例にとれば、ｐ型半導体は結晶中にＭｇ、Ｚｎ、Ｃ等のアクセプタ不純物をド−プすることによって得られ、ｎ型半導体はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ等のドナー不純物をドープすることによって得られる。そして、ｐｎ接合を好ましくはヘテロ接合、より好ましくは、例えばＩｎＧａＮ層を活性層とし、これを挟む一方のｎ型クラッド層をＳｉドーピングしたＧａＮ系半導体、他方のｐ型クラッド層をＭｇドーピングしたＧａＮ系半導体とするダブルへテロ接合とすることにより、格段に優れた発光特性が得られる。また、活性層は単一のバルク活性層とする以外に量子井戸構造としてもよい。
【００１９】
上記のような各種の半導体発光素子の材料となる化合物半導体は有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、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）などによって製造され高価であるから、ハンドリングが可能である限り可及的に微小な寸法形状とすることが望ましい。そのような微小な半導体発光素子は、半導体発光素子用として製造された化合物半導体のウェーハから半導体発光素子をチップ状に切り出すよりは、例えばサファイア基板上で化合物半導体を選択的に結晶成長させることによって比較的容易に得られる。このような選択的な結晶成長によって、下端面の一辺の寸法が１００〜２００μｍ程度、またはそれ以下、例えば１０〜５０μｍ程度のサイズの半導体発光素子を得ることができる。必要によっては、結晶成長させた後に立体形状を調整する加工処理を施してもよい。
【００２０】
そして、得られる微小な半導体発光素子のｐ型半導体には例えばＮｉ／Ａｕを蒸着してｐ電極を取り付け、ｎ型半導体には例えばＴｉ／Ａｕを蒸着してｎ電極を取り付ける。電極を取り付けた微少な半導体発光素子はそのまま基体面に配置し固定してもよいが、半導体発光素子を特に微小な形状とし、その周囲を第一絶縁層で埋め込むことにより見掛け上のサイズを大にしてハンドリングを容易化させることができる。また、表示装置の前面側への発光性に優れたものとするには、使用する半導体発光素子の立体形状に配慮が必要である。以下、表示装置の前面パネルとなる透明な基体面への微小な半導体発光素子の配置と固定、および表示装置の前面側への発光性に優れた半導体発光素子とするための半導体発光素子の形状について説明する。
【００２１】
「微小な半導体発光素子の見掛け上のサイズを大にして配置する場合」
以下、見掛け上のサイズを大にする場合について説明する。成長の基板面に結晶成長させた微小な半導体発光素子（例えば１０〜１００μｍサイズ）を透明支持体面に一定の間隔（例えばピッチ１００〜３００μｍ）をあけて固定し、半導体発光素子の上端部と下端面を除いて埋め込むように第一絶縁材料を層状に形成させた後、中央部に微小な半導体発光素子を存在させるように第一絶縁層をダイシングすることによって、半導体発光素子の見掛け上のサイズを大にすることができる。上端部を残すのは電極の引き出しのためであり、下端面を残すのは発光の放射面となるからであるが、下端面から電極を引き出してもよい。上記の透明支持体へのＧａＮ系半導体発光素子の固定に例えばポリイミド接着剤を使用しておけば、必要に応じて透明支持体側からレーザを照射することによりポリイミドが崩解し透明支持体を容易に取り外すことができる。そのほか、紫外線硬化性粘着剤を使用し、第一絶縁層を形成させた後に透明支持体側から紫外線を照射して紫外線硬化性粘着剤を硬化させ粘着性を失わせて半導体発光素子から透明支持体を取り外すことも可能である。
【００２２】
上記の第一絶縁層に使用する材料は有機物または無機物の何れであってもよく、その種類、適用方法は特に限定されないが、無機物のＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４を採用する場合にはＣＶＤ法（化学的気相成長法）や蒸着またはスパッタリング法の適用を要するに対し、有機物であるエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、合成ゴム等の高分子化合物を採用する場合には簡易な塗布法によって基体面が大面積の場合にも容易に絶縁層を形成させることができ、表示装置を低コスト化させることが可能である。なお塗布による絶縁膜としてスピンオングラスのガラス膜も使用し得る。
【００２３】
第一絶縁層で埋め込みダイシングした半導体発光素子は、後に基体面で更に間隔（例えばピッチ３００〜９００μｍ）をあけて配置し固定して第二絶縁層で埋め込むので、駆動回路と接続し易いように電極を引き出しておくことが好ましい。例えば上端部にｐ電極があり、下端部にｎ電極が存在すると仮定して、露出されている上端部から第一絶縁層の上面にかけて導体金属を適用して第一絶縁材料の上面にｐ電極を大きい面積で引き出すことができる。従って、次に第二絶縁層から第一絶縁層上のｐ電極への接続開孔を設ける場合に位置ずれを生じにくい。また、第一絶縁層の上面から下端部のｎ電極に至る接続開孔を穿設して、その接続開孔を導体金属で埋め、続けて第一絶縁層の上面にかけて適用することによりｎ電極を大きい面積で引き出すことができる。そのほか、ｎ電極は半導体発光素子の下端面から引き出してもよいことは前述した通りである。この場合、下端面は発光面であるから発光の障害とならないように、透明な引き出し電極を使用することが望ましい。
【００２４】
上述の見掛け上のサイズを大にした半導体発光素子は、表示装置の表示パネルとなる透明な基体に上述したように例えばピッチ３００〜９００μｍ程度で間隔をあけて配置され固定される。配置は一次元または二次元に行うのが一般的であるが、三次元に配置してもよい。配置した後の固定は、上記の第一絶縁層によって半導体発光素子の見掛け上のサイズを大にした方法と同様な方法を採用することができる。すなわち、基体面に配置され固定された半導体発光素子を覆って基体面に第二絶縁材料の層を形成させる。この第二絶縁層には、無機物または有機物の何れかを採用し得るが、第一絶縁層と同質の材料を使用することが好ましい。異なった絶縁材料を積層して使用すると、それらの界面における接着性の不足や熱膨張性係数の違いによる問題を生ずる怖れがあるからである。
【００２５】
第二絶縁層によって半導体発光素子を第一絶縁層と共に覆った後に、第一絶縁層の上面に引き出されている半導体発光素子のｐ電極、ｎ電極を更に第二絶縁層の上面に引き出してそれぞれの駆動回路と接続する。その接続には種々の方法がある。その一例は、第二絶縁層の上面から第一絶縁層の上面に至る２本の接続開孔を穿設して、一方はｐ電極、他方はｎ電極を第二絶縁層の上面に引き出し、例えば引き出されたｐ電極はそのまま対応する駆動回路と接続し、引き出されたｎ電極はその部分から基体面上に設けられている接続用電極に至る接続開孔を穿設して、その接続開孔を導体金属で埋めることにより、その接続用電極を経由し基体面上で対応する駆動回路に接続することができる。
【００２６】
「微小な半導体発光素子をそのまま配置する場合」
微小なサイズの半導体発光素子であっても１００〜２００μｍ程度のサイズのものは、絶縁層に埋め込んで特に見掛け上のサイズを大にすることなく、裸のまま直接に透明な基体面に配置し固定することができる。勿論、１００μｍ以下のサイズの半導体発光素子を裸のままハンドリングしてもよいことは言うまでもない。個々の裸の半導体発光素子の上端部をピックアップして基体面に間隔をあけて一定のピッチで配置するには、真空下の吸着と大気圧下の脱着、または紫外線硬化性粘着剤による粘着と基体面側からの紫外線照射による粘着性の失活等の手段を採用することができる。
【００２７】
透明接着剤を所定部分に塗布した基体面に上記のようにピックアップした半導体発光素子を例えば３００〜９００μｍ程度のピッチで配置して固定する。この場合、半導体発光素子の下端面に透明接着剤を塗布しておいてもよい。そして、基体面に配置し接着させて固定した半導体発光素子に対して、これらを覆うように直接に第二絶縁材料を層状に形成させる。半導体発光素子の電極の第二絶縁層の上面への引き出しは上述の見掛け上のサイズを大にする場合と同様である。
【００２８】
「半導体発光素子の立体形状」
透明な基体面に配置し固定する半導体発光素子の形状によって、基体面側、すなわち半導体発光素子の下端面側への輝度を向上させることが可能である。半導体発光素子の発光領域（活性層）からの発光のうち、発光領域から上方へ向かう光は上端部の電極面等を反射面として下端面側へ向かう光とし得るが、下端面に垂直な側面へ向う光は側面で反射させても下端面ヘ向かう光とはなりにくい。従って半導体発光素子は下端面となす角度が４５±２０度の範囲内にある傾斜面を有するものであることが望ましく、このような傾斜面に反射面を設けることにより側方へ向かう発光成分を反射させて効果的に下端面の方へ向かう光とすることができる。この傾斜面は必ずしも鏡面のような平滑な面でなくてもよい。なお、傾斜面の下端面となす角度を上記の範囲外とした場合には側方へ向う光を反射させても下端面へ向かう光量はそれ程には増大しないので高輝度化の効果は認め難くなる。
【００２９】
傾斜面は、片流れ屋根的斜面、切妻屋根的斜面、方形屋根的斜面であってもよい。更には半導体発光素子が角錐形状または角錐台形状を有するものであることが好ましい。角錐、角錐台の傾斜面、および多角錐台にあっては上面も反射面とすることにより、半導体発光素子の発光を一層効果的に下端面側へ向けることができる。ここに言う角錐または角錐台には、三角錐、四角錐、五角錐、六角錐から円錐に近似した多角錐に至る各種の角錐と、それらに対応する角錐台が含まれる。そのほか上記の４５±２０度の傾斜面を有するものとして、上記の傾斜面を窪みの傾斜面とするカルデラ状の窪みを上端部に有する半導体発光素子であってもよい。そして、上記のような傾斜面を有する半導体発光素子は、選択的な結晶成長によって自然発生的に得られるもののほか、選択的結晶成長の後に面出し加工を施したものであってもよい。また、ウェーハから微少な半導体発光素子を切り出す時に傾斜面を与えたものであってもよい。上記のような傾斜面を得る加工手段としてイオンビームやレーザビームを使用することができる。
【００３０】
半導体発光素子として使用する化合物半導体のうち、緑色に発光するリン化ガリウム(ＧａＰ)や、赤色に発光するヒ化リン化ガリウム（ＧａＡｓＰ）、ヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）等は立方晶に属し、選択的に結晶成長させた場合に六面体となり、上記のような下端面に対する傾斜面を持たないので、後加工して傾斜面を設けて反射面とすることが望ましい。他方、青色に発光するＧａＮ系半導体は六方晶に属し六方柱（六角柱）ないしは六方錐（六角錐）の結晶構造をとるが、サファイア基板の（０００１）面で選択的に十分に結晶成長させた場合には下端面と傾斜した（１−１０１）面およびこれと等価な面を備えた六方錐(六角錐)の結晶構造を取り、成長に十分な時間をかけない場合には六角錐台となる。また、特許第２８３０８１４号公報には、サファイア基板の（１−１０１）面で選択成長させた場合には、断面が台形状で下端面と平行な上面が（１−１０１）面、その両側の傾斜面の一方が（１−１０１）面、他方が（０１１１）面になると記載されている。本発明の半導体発光素子は上記のような傾斜面を有するものを含む。更には、サファイア基板の（０００１）面での成長のさせ方によってＧａＮ系半導体発光素子は裏返しにした舟底形状となるが、本発明の半導体発光素子はこのような傾斜面を有するものも含む。
【００３１】
上述したように、半導体発光素子である発光ダイオードには、材料によってそれぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に発光するものがあるので、これらの発光ダイオードを組み合わせて画素を構成し、輝度の高いフルカラーの画像表示装置とすることができる。上記の発光ダイオードに共振ミラーを設けることにより半導体レーザとすることは容易であるので、単色または三原色を組み合わせた半導体レーザによる照明装置や道路標識を製造することも可能である。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の表示装置およびその製造方法を実施例により図面を参照して具体的に説明する。
【００３３】
（実施例１）
図１、図２は微小なサイズのＧａＮ系半導体発光素子１１を高分子化合物に埋め込んで見掛け上のサイズを大にしハンドリングを容易化させる場合のステップを示す断面図である。すなわち、図１は図示を省略した透明支持体面に下端面の長辺の大きさが１００μｍサイズのＧａＮ系半導体発光素子１１を３１０μｍピッチで配置し、図示を省略したポリイミド接着剤で固定した後、ＧａＮ系半導体発光素子１１の上端部と下端面を除いて、エポキシ樹脂の溶液を塗布、乾燥し、硬化させることによる絶縁層２１を形成させて埋め込んだもの１個分を示す。
【００３４】
このＧａＮ系半導体発光素子１１の詳細は図３のＡの断面図、図３のＢの平面図に示すように、図示を省略したサファイア基板の（０００１）面に設けたＳｉＯ２マスクの開口部に温度５００℃でバッファ層、続いて１０００℃でシリコンをドーピングしたｎ型の窒化ガリウム（ＧａＮ：Ｓｉ）１２を平板状に形成させ、更にその上へ設けたＳｉＯ２マスク１３の開口部に１０００℃で結晶成長させることにより六角錐形状のｎ型半導体（ＧａＮ：Ｓｉ）１４が得られる。そして、この六角錐の（１−１０１）面およびこれに等価な傾斜面上に、成長温度を下げてＩｎＧａＮからなる活性層１５を設け、更にその上へマグネシウムをドーピングしたｐ型の窒化ガリウム（ＧａＮ：Ｍｇ）層１６を成長させた後、その表層部のｐ型（ＧａＮ：Ｍｇ）層１６にＮｉ／Ａｕを蒸着して発光の反射面ともなるｐ電極１８を取り付け、平板状の（ＧａＮ：Ｓｉ）下地部１２の上面のＳｉＯ２マスク１３に開口を設けて、Ｔｉ／Ａｕを蒸着しｎ電極１９を取り付けたものである。
【００３５】
図２の半導体発光素子１１は、図１の状態においてエポキシ樹脂の第一絶縁層２１の上面からＧａＮ系半導体発光素子１１の下地部１２に設けたｎ電極１９に至る接続開孔２２を穿設して全面にアルミニウムを蒸着またはスパッタリングした後、リソグラフィによって要部を残してエッチングし、上端部のｐ電極１８と下地部１２のｎ電極１９とにそれぞれに引き出し電極１８ｄ、引き出し電極１９ｄを設け、更にＧａＮ系半導体発光素子１１が略中央部に存在するように、第一絶縁層２１を３００μｍサイズでダイシングしたものについて、透明支持体側からレーザビームを照射しポリイミド接着剤を崩壊させて透明支持体を取り外したものである。このプラスチックで埋め込んで見掛けのサイズを大にした半導体発光素子１１は引き出し電極１８ｄ、１９ｄを駆動回路に接続し電流を注入することにより、下端面側へ青色の光を放射する表示装置として作動させることができる。
【００３６】
（実施例２）
図４、図５は実施例１の第一絶縁層２１で埋め込んだ３００μｍサイズのＧａＮ系半導体発光素子１１を基体３１の面上に間隔をあけて配置し固定する場合を示す断面図である。すなわち、図４は、図２に示したエポキシ樹脂の第一絶縁層２１で埋めた半導体発光素子１１を表示装置の表示パネルとなる透明な基体３１の面に４００μｍピッチで配置し固定した場合を示す図である。すなわち、基体３１の上面には接続用電極３２が所定の間隔で設けられており、それらの接続用電極３２の間に上記の第一絶縁層２１で埋めた半導体発光素子１１を透明接着剤３３で固定した後、それらの全面を覆うようにエポキシ樹脂溶液を塗布し、乾燥、加熱硬化させてエポキシ樹脂による第二絶縁層３４を形成させた状態を示す。
【００３７】
図５は、図４の状態において、第二絶縁層３４の上面から内部のＧａＮ系半導体発光素子１１の引き出し電極１８ｄおよび基体３１の上面の接続用電極３２に至る２本の接続開孔３５、３６を設けると共に、同じく第二絶縁層３４の上面からＧａＮ系半導体発光素子１１の引き出し電極１９ｄに至る接続開孔３７を設けた後、全面にアルミニウムの蒸着またはスパッタリングを行い、リソグラフィによって要部を残してエッチングしＧａＮ系半導体発光素子１１のｐ電極１８は基体３１の面上において、またｎ電極１９は第二絶縁層３４の上面において、それぞれ図示されない駆動回路と接続するようにしたものである。このように微小な寸法形状としたＧａＮ系半導体発光素子１１をエポキシ樹脂の第一絶縁層２１で埋め込み見掛けのサイズの大きい半導体発光素子１１とすることによってハンドリングが容易化されるほか、第二絶縁層２１の上面に大きい面積の引き出し電極１８ｄ、１９ｄを設けることができるので、続くステップにおいてエポキシ樹脂による第二絶縁層３４からの電極の引き出しが容易化されるというメリットがある。
【００３８】
（実施例３）
図６、図７は微小なＧａＮ系半導体発光素子１１を絶縁層で埋めてサイズを大にすることなく裸のままで、表示装置の表示パネルとなる基体３１の面上に配置して固定する場合を示す断面図である。すなわち、図６は基体３１の上面に一定の間隔で設けられている接続用電極３２の間に、真空吸引チャックでピックアップした１００μｍサイズのＧａＮ系半導体発光素子１１を真空吸引チャックで裸のままピックアップして、基体３１の上面に４００μｍのピッチで配置し、透明接着剤３３によって固定した後、それらの全面にエポキシ樹脂溶液を塗布し、乾燥、加熱硬化させて第二絶縁層３４を形成させた状態を示す。
【００３９】
図７は図６の状態において、エポキシ樹脂による第二絶縁層３４の上面から内部のＧａＮ系半導体発光素子１１のｐ電極１８、基体３１の上面の接続用電極３２、およびＧａＮ系半導体発光素子１１の下地部１２のｎ電極１９に至る３本の接続開孔３５’、３６’、３７’を穿設した後、全面にアルミニウムの蒸着またはスパッタリングを行いリソグラフィによって要部を残してエッチングし、ＧａＮ系半導体発光素子１１のｐ極１８は基体３１の面上において、またｎ極１９は第二絶縁層３４の上面において、それぞれ図示されない駆動回路と接続するようにしたものである。この場合においても微小として低コスト化させたＧａＮ系半導体発光素子１１を基体３１の面上に間隔をあけて配置しているので、得られる表示装置を低コスト化させる。
【００４０】
以上、本発明の表示装置およびその製造方法を実施例によって説明したが、勿論、本発明はこれらによって限られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００４１】
例えば、実施例１、実施例２においては六角錐形状の微小なＧａＮ系半導体発光素子１１によって表示装置を製造する場合を説明したが、これ以外の結晶構造の微小なサイズのＧａＮ系半導体発光素子についても同様に、表示装置とすることができる。図８は図３に示した六角錐形状の場合と同様にしてサファイア基板の（０００１）面にＧａＮ系半導体を選択的に結晶成長させたものを示す断面図であるが、十分に時間を掛けない場合には六角錐台形状のｎ型（ＧａＮ：Ｓｉ）半導体４１が得られる。そして、このｎ型（ＧａＮ：Ｓｉ）半導体４１の下端面と平行な上面である（０００１）面と、六角錐の傾斜面に相当する（１−１０１）面にＩｎＧａＮからなる活性層４５を設け、更にその上へｐ型（ＧａＮ：Ｍｇ）半導体層４６を成長させた後、表層のｐ型（ＧａＮ：Ｍｇ）半導体層４６にＮｉ／Ａｕを蒸着してｐ電極４８を設け、ＳｉＯ2 マスク４３を開口して露出させた平板状のｎ型（ＧａＮ：Ｓｉ）半導体の下地部４２の上面にＴｉ／Ａｕを蒸着してｎ電極４９を設けたものである。この場合は六角錐台の傾斜面と上面とが発光の反射面となる。
【００４２】
また、図９はサファイア基板の（０００１）面に成長させたｎ型（ＧａＮ：Ｓｉ）半導体の下地部５２にＳｉＯ2 のマスク５３を設け、そのマスク５３に設けた＜１−１００＞方向に長い矩形の開口において、選択的に結晶成長させて得られるＧａＮ系半導体５１は裏返しにした舟底形状となり、傾斜した（１−１０１）面と（１１−２２）面を持つが、このような傾斜面を有するＧａＮ系半導体発光素子５１も表示装置に使用することができる。
【００４３】
また本実施例においては、半導体発光素子に使用するＧａＮ系半導体の結晶成長の基板にとして、サファイア基板の（０００１）面を使用する場合を例示したが、これ以外の面を使用してもよく、サファイア以外の基板、例えばＧａＮウェーハやＳｉＣウェーハを基板として結晶成長されたものであってもよい。また本実施例においては第一絶縁層、第二絶縁層の材料としてエポキシ樹脂を例示したが、耐熱性のポリイミド樹脂のような熱硬化性樹脂、塩化ビニル系共重合樹脂のような熱可塑性樹脂、ポリウレタンゴムなどの合成ゴムも使用し得る。また、これら高分子の有機物に代えて、無機物の絶縁材料、例えば酸化シリコンや窒化シリコンを層状に堆積させたものであってもよい。
【００４４】
また実施例１、２においては、図３に示したように、ｐ型半導体１６が上側、ｎ型半導体１４が下側となっているＧａＮ系半導体発光素子１１を示したが、これらの位置を逆にした半導体発光素子であってもよい。また実施例１の図１においては、あらかじめｐ電極１８、ｎ電極１９を取り付けた半導体発光素子１１を使用したが、図２において導電性金属を蒸着またはスパッタリングする時に、電極を設けると共に引き続いて第一絶縁層の上面に引き出すようにしてもよい。
【００４５】
また本実施例においては、半導体発光素子として発光ダイオードを取り上げたが、例えば発光ダイオードの両端面を鏡面とする共振器を設けることによって半導体レーザが得られるので、単色の半導体レーザないしは三原色の半導体レーザによる照明装置や道路標識を製造することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、表示装置の単位面積当りの半導体発光素子の占める面積を小さく、また配線を単純化させ、コストを格段に低下させることができる。また、半導体発光素子にＧａＮ系半導体の六方晶を用いることで、優れた発光性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】微小なサイズのＧａＮ系半導体発光素子が上端部と下端面を除いて第一絶縁層（エポキシ樹脂）に埋め込まれている状態を示す断面図である。
【図２】図１に続いて、第一絶縁層の上面からＧａＮ系半導体発光素子の下端部電極に至る接続開孔を穿設して、全面にアルミニウムの蒸着またはスパッタリングを施した後、フォトリソグラフィにより要部を残してエッチングし、上端部のｐ電極と下端部のｎ電極とを第一絶縁層の上面に引き出した状態を示す。
【図３】六角錐形状に結晶成長されたＧａＮ系半導体発光素子の詳細を示す図であり、Ａは縦断面図、Ｂは平面図である。
【図４】図２に示したＧａＮ系半導体発光素子が一定の間隔をあけて表示装置の透明な基体上に配置され、透明接着剤で固定された後、ＧａＮ系半導体発光素子を覆って第二絶縁層（エポキシ樹脂）が形成された状態を示す断面図である。
【図５】図４に続いて、第二絶縁層の所要箇所に接続開孔を穿設し、第一絶縁層の上面の引き出されているｐ電極とｎ電極が続いて第二絶縁層の上面に引き出され、更に、ｐ電極は基体面の接続用電極に導かれた状態を示す。
【図６】第一絶縁層に埋め込まれない裸のＧａＮ系半導体発光素子が一定の間隔をあけて表示装置の透明な基体上に配置され、透明接着剤で固定された後、ＧａＮ系半導体発光素子を覆って第二絶縁層が形成された状態を示す断面図である。
【図７】図６に続いて、第二絶縁層の所要箇所に接続開孔を穿設して、裸のＧａＮ系半導体発光素子のｐ電極とｎ電極が第二絶縁層の上面に引き出され、更にｎ電極が基体面の接続用電極に導かれた状態を示す。
【図８】六角錐台形状に結晶成長されたＧａＮ系半導体発光素子の断面図である。
【図９】ＧａＮ系半導体発光素子を所定の方向に長い矩形のマスク開口から成長させた場合の六角錐台形状の斜視図である。
【図１０】従来の発光ダイオ−ドによる表示装置の要部の裏面側の斜視図であり、比較的大きい寸法に規格化されたＬＥＤモジュールが密に配列されている。
【図１１】発光ダイオードを模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１１・・・半導体発光素子
１４・・・ｎ型半導体
１５・・・活性層
１６・・・ｐ型半導体
１８・・・ｐ電極
１９・・・ｎ電極
２１・・・第一絶縁層
３１・・・透明な基体
３２・・・接続用電極
３３・・・透明接着剤
３４・・・第二絶縁層