(57)【要約】  本開示の一実施形態の発光デバイスは、第１の面および第２の面を有すると共に、第１の面に、側面に第１の反射膜が設けられた開口を有する反射構造体と、第１導電型層、活性層および第２導電型層を積層してなり、反射構造体の開口と活性層とが対向配置された半導体発光素子と、第１の面および第２の面を有し、第１の面側に半導体発光素子が、第２の面側に反射構造体が配置されると共に、第２の面の少なくとも一部が反射構造体の第１の面と接している、光透過性を有する支持部材とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面および第２の面を有すると共に、前記第１の面に、側面に第１の反射膜が設けられた開口を有する反射構造体と、
第１導電型層、活性層および第２導電型層を積層してなり、前記反射構造体の前記開口と前記活性層とが対向配置された半導体発光素子と、
第１の面および第２の面を有し、前記第１の面側に前記半導体発光素子が、前記第２の面側に前記反射構造体が配置されると共に、前記第２の面の少なくとも一部が前記反射構造体の前記第１の面と接している、光透過性を有する支持部材と
を備えた発光デバイス。
【請求項２】
前記支持部材は、前記反射構造体と対向する前記第２の面の少なくとも一部に凹凸を有する、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記開口内には、複数の散乱粒子を含む樹脂が充填されている、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記開口内に充填された前記樹脂は、前記半導体発光素子から出射された光を異なる波長に変換する複数の蛍光体粒子をさらに含む、請求項３に記載の発光デバイス。
【請求項５】
平面視において、前記活性層は、前記反射構造体の前記開口の底部以下の大きさを有する、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記半導体発光素子の前記活性層の幅は、５μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記半導体発光素子は、前記第１導電型層と電気的に接続された第１電極と、前記第２導電型層と電気的に接続された第２電極とを有し、
前記半導体発光素子と前記支持部材との積層体において、前記第１電極および前記第２電極を除く前記半導体発光素子の表面および前記支持部材の前記第１の面および側面に第２の反射膜がさらに設けられている、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記半導体発光素子は、前記第１導電型層、前記活性層および前記第２導電型層を積層してなる半導体層の側面が積層方向と交差する傾斜面となっている、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記支持部材は導電性を有すると共に、前記第２導電型層と接し、
前記第２電極は、前記支持部材の前記第１の面上に設けられている、請求項７に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
前記反射構造体および前記支持部材は導電性を有すると共に、前記支持部材は前記第２導電型層と接し、
前記第２電極は、前記反射構造体の前記第１の面上または前記第２の面上に設けられている、請求項７に記載の発光デバイス。
【請求項１１】
前記反射構造体の前記開口内に充填された前記樹脂の少なくとも一部は、前記半導体発光素子の前記第１導電型層または前記第２導電型層と接している、請求項３に記載の発光デバイス。
【請求項１２】
前記支持部材は貫通孔を有し、
前記反射構造体の前記開口内に充填された前記樹脂は、前記貫通孔を介して、前記半導体発光素子の前記第１導電型層または前記第２導電型層内に突出している、請求項３に記載の発光デバイス。
【請求項１３】
前記反射構造体と前記支持部材との間または前記支持部材と前記半導体発光素子との間に、さらに接着層を有する、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１４】
前記反射構造体の前記第１の面側には、封止層および励起光除去層の少なくとも一方がさらに配設されている、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１５】
前記反射構造体の前記第１の面側には、レンズがさらに配設されている、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１６】
前記開口の側面は、前記開口の断面が前記反射構造体の前記第２の面から前記反射構造体の前記第１の面に向かって広がるテーパ角を有する、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１７】
前記散乱粒子は、平均粒径１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の誘電体物質である、請求項３に記載の発光デバイス。
【請求項１８】
前記散乱粒子は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）のうちの少なくとも１種からなる、請求項３に記載の発光デバイス。
【請求項１９】
前記蛍光体粒子は、量子ドット蛍光体である、請求項４に記載の発光デバイス。
【請求項２０】
複数の発光デバイスを備え、
前記複数の発光デバイスは、
第１の面および第２の面を有すると共に、前記第１の面に、側面に第１の反射膜が設けられた開口を有する反射構造体と、
第１導電型層、活性層および第２導電型層を積層してなり、前記反射構造体の前記開口と前記活性層とが対向配置された半導体発光素子と、
第１の面および第２の面を有し、前記第１の面側に前記半導体発光素子が、前記第２の面側に前記反射構造体が配置されると共に、前記第２の面の少なくとも一部が前記反射構造体の前記第１の面と接している、光透過性を有する支持部材と
を有する画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば、固体光源の出射面上に蛍光体層を有する発光デバイスおよびこれを備えた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を複数個集めて構成した照明装置や画像表示装置が普及してきている。例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の各色光を発する３つのＬＥＤを１ピクセルとし、これを２次元マトリクス状に配置したＬＥＤディスプレイが提案されており、ＬＥＤディスプレイの光源として、ＬＥＤ上に蛍光体を配置し、蛍光体による色変換により所望の発色を得る色変換方式の発光装置の開発が進められている。【０００３】
ところで、蛍光体として量子ドットを用いた色変換方式の発光素子では、前方方向の光取り出し効率の向上が求められている。前方方向の光取り出し効率を向上させる方法としては、例えば、特許文献１において、ＬＥＤの結晶成長基板に貫通穴を設け、この貫通穴の中に蛍光体を充填することで結晶成長基板をリフレクタとして用いた半導体発光素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５８３００号公報
【発明の概要】
【０００５】
このように、ＬＥＤディスプレイでは、高輝度且つ低消費電力を実現するために、発光デバイスの光取り出し効率の向上が求められている。
【０００６】
光取り出し効率を向上させることが可能な発光デバイスおよび画像表示装置を提供することが望ましい。
【０００７】
本開示の一実施形態の発光デバイスは、第１の面および第２の面を有すると共に、第１の面に、側面に第１の反射膜が設けられた開口を有する反射構造体と、第１導電型層、活性層および第２導電型層を積層してなり、反射構造体の開口と活性層とが対向配置された半導体発光素子と、第１の面および第２の面を有し、第１の面側に半導体発光素子が、第２の面側に反射構造体が配置されると共に、第２の面の少なくとも一部が反射構造体の第１の面と接している、光透過性を有する支持部材とを備えたものである。
【０００８】
本開示の一実施形態の画像表示装置は、上記本開示の一実施形態の発光デバイスを複数備えたものである。
【０００９】
本開示の一実施形態の発光デバイスおよび一実施形態の画像表示装置では、半導体発光素子上に、光透過性を有する支持部材を介して、側面に反射膜（第１の反射膜）が設けられた開口を有する反射構造体を積層するようにした。これにより、半導体発光素子の素子サイズが反射構造体の開口以下となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。
【図２Ａ】図１に示した発光デバイスの上方から見た平面模式図である。
【図２Ｂ】図１に示した発光デバイスの下方から見た平面模式図である。
【図３Ａ】図１に示した発光デバイスの支持部材および反射構造体の形状の一例を表す平面図である。
【図３Ｂ】図１に示した発光デバイスの支持部材および反射構造体の形状の他の例を表す平面図である。
【図３Ｃ】図１に示した発光デバイスの支持部材および反射構造体の形状の他の例を表す平面図である。
【図４Ａ】図１に示した支持部材の凹凸形状の一例を表す平面図（Ａ）および断面図（Ｂ）である。
【図４Ｂ】図１に示した支持部材の凹凸形状の他の例を表す平面図（Ａ）および断面図（Ｂ）である。
【図４Ｃ】図１に示した支持部材の凹凸形状の他の例を表す平面図（Ａ）および断面図（Ｂ）である。
【図４Ｄ】図１に示した支持部材の凹凸形状の他の例を表す平面図（Ａ）および断面図（Ｂ）である。
【図５Ａ】図１に示した発光デバイスの製造工程の一例を表す断面模式図である。
【図５Ｂ】図５Ａに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ｃ】図５Ｂに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ｄ】図５Ｃに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ｅ】図５Ｄに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ｆ】図５Ｅに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ｇ】図５Ｆに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ｈ】図５Ｇに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ｉ】図５Ｈに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ｊ】図５Ｉに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ｋ】図５Ｊに続く工程を表す断面模式図である。
【図５Ｌ】図５Ｋに続く工程を表す断面模式図である。
【図６】図１に示した発光デバイスを複数備えた発光ユニットの構成の一例を表す断面模式図である。
【図７】図６に示した発光ユニットを備えた画像表示装置の構成の一例を表す斜視図である。
【図８】図７に示した画像表示装置のレイアウトの一例を表す模式図である。
【図９】アクティブマトリクス駆動方式の画素回路図である。
【図１０】本開示の第２の実施の形態に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。
【図１１】本開示の変形例１に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。
【図１２】本開示の変形例１に係る発光デバイスの構成の他の例を表す断面模式図である。
【図１３】本開示の変形例１に係る発光デバイスの構成の他の例を表す断面模式図である。
【図１４Ａ】本開示の変形例２に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。
【図１４Ｂ】本開示の変形例２に係る発光デバイスの構成の他の例を表す断面模式図である。
【図１４Ｃ】本開示の変形例２に係る発光デバイスの構成の他の例を表す断面模式図である。
【図１５】図１４Ａに示した発光デバイスの断面形状を表す模式図である。
【図１６Ａ】図１４Ｂに示した発光デバイスの一の位置における断面形状を表す模式図である。
【図１６Ｂ】図１４Ｂに示した発光デバイスの他の位置における断面形状を表す模式図である。
【図１７】本開示の変形例３に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。
【図１８】図１７に示した発光デバイスの平面模式図である。
【図１９】本開示の変形例４に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。
【図２０】本開示の変形例４に係る発光デバイスの構成の他の例を表す断面模式図である。
【図２１】本開示の変形例５に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。
【図２２】本開示の変形例５に係る発光デバイスの構成の他の例を表す断面模式図である。
【図２３】本開示の変形例５に係る発光デバイスの構成の他の例を表す断面模式図である。
【図２４】本開示の変形例６に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。
【図２５】本開示の変形例７に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。
【図２６】実験例１の発光デバイスの構成を表す断面模式図である。
【図２７】実験例２の発光デバイスの構成を表す断面模式図である。
【図２８】実験例３の発光デバイスの構成を表す断面模式図である。
【図２９】実験例４の発光デバイスの構成を表す断面模式図である。
【図３０】実験例５の発光デバイスの構成を表す断面模式図である。
【図３１】実験例６の発光デバイスの構成を表す断面模式図である。
【図３２】実験例７の発光デバイスの構成を表す断面模式図である。
【図３３】実験例１〜７の光取り出し効率を表す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．第１の実施の形態（発光素子と反射構造体との間に支持部材を有する発光デバイスの例）
１−１．発光デバイスの構成
１−２．発光デバイスの製造方法
１−３．発光ユニットの構成
１−４．画像表示装置の構成
１−５．作用・効果
２．第２の実施の形態（発光素子の側面を傾斜面とした例）
３．変形例１（導電性を有する支持部材を用いた例）
４．変形例２（支持部材の形状の例）
５．変形例３（充填層を発光素子の第２導電型層まで突出させた例）
６．変形例４（反射構造体の開口形状の例）
７．変形例５（接着層を用いて貼り合わせた例）
８．変形例６（反射構造体として光透過性を有する基板を用いた例）
９．変形例７（反射構造体上に光学部材を設けた例）
１０．実施例
【００１２】
＜１．第１の実施の形態＞
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る発光デバイス（発光デバイス１）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図２Ａは、図１に示した発光デバイスの上方から見た平面構成を模式的に表したものである。図２Ｂは、図１に示した発光デバイスの下方から見た平面構成を模式的に表したものである。なお、図１は、図２Ａおよび図２Ｂに示したＩ−Ｉ線における断面を表している。この発光デバイス１は、例えばいわゆるＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置（例えば、画像表示装置１００、図７参照）の表示画素として好適に用いられるものである。
【００１３】
本実施の形態の発光デバイス１は、発光素子１０の光出射面（面１０Ｓ２）側に、光透過性を有する支持部材２０および反射構造体３０がこの順に積層されたものである。反射構造体３０は、発光素子１０と対向する位置に開口３０Ｈを有し、その開口３０Ｈの側面（面３０Ｓ３）には反射膜３２が設けられている。開口３０Ｈ内には、例えば、蛍光体粒子３３１および散乱粒子３３２が樹脂３３３中に分散されてなる充填層３３が設けられている。
【００１４】
（１−１．発光デバイスの構成）
発光素子１０は、所定の波長帯の光を上面（光取り出し面Ｓ２）から発する固体発光素子であり、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップである。ＬＥＤチップとは、結晶成長に用いたウェハから切り出した状態のものを指しており、成形した樹脂等で覆われたパッケージタイプのものではないことを指している。ＬＥＤチップは、例えば５μｍ以上１００μｍ以下のサイズとなっており、いわゆるマイクロＬＥＤと呼ばれるものである。発光素子１０は、本開示の「半導体発光素子」の一具体例に相当する。
【００１５】
発光素子１０は、第１導電型層１１、活性層１２および第２導電型層１３を順に積層してなると共に、第２導電型層１３が光取り出し面Ｓ２（面１０Ｓ２）となる半導体層を有する。この半導体層は、第１導電型層１１および活性層１２を含む柱状のメサ部Ｍが設けられており、光取り出し面１０Ｓ２と対向する面（面１０Ｓ１）に、第１導電型層１１が露出する凸部と、第２導電型層１３が露出する凹部とからなる段差を有する。本実施の形態では、この凸部および凹部を含む、光取り出し面１０Ｓ２に対向する面（面１０Ｓ１側）を下面とする。また、平面視において、活性層１２は、反射構造体３０に設けられた開口３０Ｈの底部以下の幅を有する。発光素子１０は、さらに、第１導電型層１１に電気的と接続される第１電極１４および第２導電型層１３に電気的と接続される第２電極１５をする。本実施の形態の発光素子１０では、第１電極１４および第２電極１５は、それぞれ、面１０Ｓ１側に設けられている。具体的には、第１電極１４は、下面の凸部である第１導電型層の面１０Ｓ１上に配置され、第２電極１５は、下面の凹部である第２導電型層の面１０Ｓ１上に配置されている。
【００１６】
発光素子１０の第１導電型層１１、活性層１２および第２導電型層１３の側面には、絶縁膜１６Ａおよび反射膜１６Ｂからなる積層膜１６が設けられている。積層膜１６は、例えば、第１電極１４および第２電極１５の周縁まで延在しており、第１電極１４上に設けられた開口１６Ｈ１および第２電極１５上に設けられた開口１６Ｈ２によって、第１電極および第２電極は外部に露出している。積層膜１６は、さらに、後述する支持部材２０の側面まで延在しており、その端部が例えば反射構造体３０の面２０Ｓ２に接している。
【００１７】
半導体層を構成する第１導電型層１１，活性層１２および第２導電型層１３は、所望の波長帯の光によって適宜材料を選択する。発光素子１０は、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料からなり、例えば、発光波長が３６０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の紫外線または、例えば、発光波長が４３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の青色帯域の光を発する。活性層１２は、例えば、ＧａＩｎＮ系材料を用いて形成することが好ましい。
【００１８】
第１電極１４は、第１導電型層１１に接すると共に、第１導電型層１１に電気的に接続されている。即ち、第１電極１４は第１導電型層１１とオーミック接触している。第１電極１４は、例えば金属電極であり、例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との多層膜（Ｎｉ／Ａｕ）として構成されている。この他、第１電極１４は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電材料用いて構成されていてもよい。
【００１９】
第２電極１５は、第２導電型層１３に接すると共に、第２導電型層１３に電気的に接続されている。即ち、第２電極１５は第２導電型層１３とオーミック接触している。第２電極１５は、例えば金属電極であり、例えば、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との多層膜（Ｔｉ／Ａｌ）やクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）との多層膜（Ｃｒ／Ａｕ）として構成されている。この他、第２電極１５は、例えばＩＴＯ等の透明導電材料用いて構成されていてもよい。
【００２０】
積層膜１６は、上記のように、半導体層の側面から下面にかけて形成された層であり、半導体層に対して絶縁膜１６Ａおよび反射膜１６Ｂの順に積層されている。絶縁膜１６Ａおよび反射膜１６Ｂは、それぞれ、薄い膜であり、例えば、ＣＶＤ、蒸着、スパッタ等の薄膜形成プロセスによって形成することができる。
【００２１】
絶縁膜１６Ａは、反射膜１６Ｂと半導体層との電気的な絶縁をとるためのものである。絶縁膜１６Ａの材料としては、活性層１２から発せられる光に対して透明な材料、例えば、ＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4，Ａｌ2Ｏ3，ＴｉＯ2，ＴｉＮ等が挙げられる。絶縁膜１６Ａの厚みは、例えば、５０ｎｍ〜１μｍ程度である。反射膜１６Ｂは、活性層１２から発せられた光を遮蔽もしくは反射するためのものである。反射膜１６Ｂは、絶縁膜１６Ａの表面に接して形成されている。反射膜１６Ｂは、開口１６Ｈ１および開口１６Ｈ２において、例えば、絶縁膜１６Ａの端部よりも少し後退した箇所まで形成されている。これにより、反射膜１６Ｂは、半導体層、第１電極１４および第２電極１５と絶縁膜１６Ａによって絶縁分離（電気的に分離）されている。反射膜１６Ｂの材料としては、活性層１２から発せられる光を反射する材料、例えば、Ｔｉ，Ａｌ，銅（Ｃｕ），Ａｕ，Ｎｉ，またはそれらの合金からなる。反射膜１６Ｂの厚みは、例えば、５０ｎｍ〜１μｍ程度である。
【００２２】
なお、反射膜１６Ｂ上には、さらに絶縁膜を形成するようにしてもよい。その場合、絶縁膜は、第１電極１４および第２電極１５上において、反射膜１６Ｂの端部を覆うように、絶縁膜１６Ａ上まで形成することが好ましい。これにより、後述する発光デバイス１（１Ｂ，１Ｇ，１Ｒ）を駆動基板４１上に実装する際に、駆動基板４１上のパッド電極４２，４３と第１電極１４および第２電極１５とを互いに接合するバンプ４４，４５と反射膜１６Ｂとの短絡を防ぐことができる（図６参照）。
【００２３】
支持部材２０は、発光素子１０を支持するためのものである。支持部材２０は、光透過性を有する材料を用いて形成されており、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料によって形成されている。支持部材２０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板３１上に結晶成長されたＧａＮ系半導体材料からなる。具体的には、詳細は後述するが、Ｓｉ基板上に結晶成長された、いわゆるバッファ層およびテンプレート層によって構成されている。支持部材２０が発光素子１０を支持することにより、後述する反射構造体３０の面３０Ｓ１側の開口３１Ｈの大きさよりも発光素子１０を小さくすることができる。また、発光素子１０と反射構造体３０との位置合わせを容易にすることができる。
【００２４】
反射構造体３０は、発光素子１０から出射される光（励起光ＥＬ）を吸収して波長変換された光（例えば蛍光、あるいは、後述するＬｂ，Ｌｇ，Ｌｒ）を上方へ取り出すためのものである。反射構造体３０は、対向する面３０Ｓ１および面３０Ｓ２を有する。面３０Ｓ１は励起光ＥＬが入射面であり、面３０Ｓ２が波長変換された光の光取り出し面である。反射構造体３０は、発光素子１０の半導体層や上記バッファ層およびテンプレート層が結晶成長するＳｉ基板によって構成されている。反射構造体３０は、例えば面３０Ｓ１と面３０Ｓ２との間を貫通する開口Ｈを有する。開口３０Ｈの開口幅は、面３０Ｓ１側の開口幅３１Ｗ１よりも面３０Ｓ２側の開口幅３１Ｗ２が大きく、その側面は傾斜面（テーパ）となっている。開口３０Ｈの側面（面３０Ｓ３）には、反射膜３２が設けられている。開口３０Ｈ内には、上記のように、複数の蛍光体粒子３３１および複数の散乱粒子３３２が樹脂３３３中に分散されてなる充填層３３が設けられている。
【００２５】
反射膜３２は、発光素子１０から出射され、例えば散乱粒子３３２によって散乱された励起光ＥＬや、蛍光体粒３３３１から発せられた蛍光を充填層３３内に反射するためのものである。反射膜３２は、励起光ＥＬおよび蛍光に対して光入射角度に依らず高い反射率を有する材料を用いて形成することが好ましい。反射膜３２の材料としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）および白金（Ｐｔ）等が挙げられる。
【００２６】
充填層３３は、発光素子１０から出射される励起光ＥＬを吸収して波長変換するものであり、上記のように、複数の蛍光体粒子３３１および複数の散乱粒子３３２が樹脂３３３に分散して形成されている。
【００２７】
蛍光体粒子３３１は、発光素子１０から出射される励起光ＥＬを吸収して蛍光を発するものであり、例えば、４３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の青色波長、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の緑色波長あるいは６１０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の赤色波長の蛍光を発する粒子状の蛍光体である。蛍光体粒子３３１は、例えば、無機蛍光体、有機蛍光体および量子ドット蛍光体を用いることができる。蛍光体粒子３３１は、例えば、平均粒径が１００ｎｍ以下であることが望ましく、その場合、例えば量子ドット蛍光体を用いることが望ましい。もしくは、例えば３μｍ以下の微粒子蛍光体を用いることが望ましい。
【００２８】
量子ドット蛍光体の蛍光波長（蛍光色）を決定する最も大きな要素は、量子ドットを構成する材料のバンドギャップエネルギーである。このため、所望の蛍光色に応じて材料を選択することが望ましい。例えば、赤色の蛍光を得る場合には、量子ドット蛍光体材料は、例えば、ＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＡｓＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＴｅＳｅおよびＣｄＴｅ等から選択することが好ましい。緑色の蛍光を得る場合には、量子ドット蛍光体材料は、例えば、ＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＳおよびＣｄＳｅＳ等から選択することが好ましい。青色の蛍光を得る場合には、量子ドット蛍光体材料は、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＺｎＳおよびＣｄＳｅＳ等から選択することが好ましい。なお、量子ドット蛍光体材料は、上記に限定されるものではなく、例えば、ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＩｎＧａＳおよびＡｇＩｎＳ2等を用いてもよい。この他に、例えば、ＣｓＰｂ（Ｃｌ／Ｂｒ)3、ＣｓＰｂＢｒ3、ＣｓＰｂ（Ｉ／Ｂｒ）3およびＣｓＰｂＩ3等からなるペロブスカイトナノ蛍光体を用いてもよい。
【００２９】
また、量子ドット蛍光体は、その粒径によっても蛍光色を制御することができる。例えば、粒径が小さくなるに従って蛍光波長は短波化する。色純度の高い蛍光を得るためには、粒径が制御された蛍光体粒子を選択することが望ましい。
【００３０】
量子ドット蛍光体は、例えば５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の平均粒径を有し、例えば平均粒径２ｎｍ〜１０ｎｍ程度の発光を伴うコア部と、コア部を覆い、保護するシェル層とからなるコア／シェル構造を有することが好ましい。シェル層は１層または複数層から構成されている。シェル層は、さらに、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等の無機膜で覆われていてもよい。量子ドット蛍光体の表面には、多数の有機配位子が配位しており、この有機配位子によって、量子ドット蛍光体と溶媒とを混合した際に、量子ドット蛍光体の凝集が抑制されると共に、分散性が向上する。
【００３１】
量子ドット蛍光体の充填には、例えば、量子ドット蛍光体と混合された樹脂の粘度に応じて、これを吐出または塗布するインクジェット式またはニードル式ディスペンサを用いる。これは無版式の印刷方式に分類され、上記方式では、障壁の中にのみ選択的に量子ドット蛍光体を充填することが可能であるため量子ドット蛍光体材料の利用効率を高めることが可能である。有版式の印刷方式であるスクリーン印刷やグラビア印刷技術を用いて定められた場所に量子ドット蛍光体を塗布するようにしてもよい。この他、スピンコータ等のように、基材全体に量子ドット蛍光体材料を塗布するようにしてもよい。
【００３２】
散乱粒子３３２は、発光素子１０から出射された励起光ＥＬや蛍光体粒子３３１から発せられた蛍光を散乱させると共に、配光の偏りを低減するためのものである。散乱粒子３３２は、平均粒径が蛍光体粒子３３１よりも大きく、屈折率が充填材１２３よりも大きいものが好ましい。散乱粒子３３２は、例えば１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の粒径を有する誘電体物質を用いることが好ましい。具体的な散乱粒子３３２の材料としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）等が挙げられる。
【００３３】
なお、散乱粒子３３２は、例えば、充填材１２３中に混入させた気泡や凝集した蛍光体粒子３３１であってもよい。
【００３４】
樹脂３３３は、蛍光体粒子３３１および散乱粒子３３２を均質に分散させるためのものであり、例えば、励起光ＥＬに対して光透過性を有する材料を用いて形成することが好ましい。具体的な樹脂３３３の材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂が挙げられる。この他、ゾル−ゲルガラス等を用いてもよい。
【００３５】
なお、樹脂３３３は必ずしも必要なく、中空構造内に蛍光体粒子３３１および散乱粒子３３２を封入するようにしてもよい。
【００３６】
また、図２Ａでは、矩形状（正方形状）の平面形状を有する反射構造体３０を示したが、反射構造体３０の平面形状はこれに限らない。例えば、図３Ａに示したように長方形状であってもよいし、図３Ｂに示したような円または楕円形状、あるいは、図３Ｃに示した多角形状であってもよい。
【００３７】
更に、発光デバイス１は、支持部材２０と充填層３３との界面に凹凸構造を有することが好ましい。即ち、支持部材２０は、反射構造体３０の開口３１Ｈと対向する支持部材２０の面２０Ｓ２に凹凸構造２０Ｃを有することが好ましい。これにより、発光素子１０から出射される励起光ＥＬのうち、臨界角以上の光が発光素子１０内で反射を繰り返すうちに臨界角よりも小さくなった光を充填層３３内に導くことが可能となる。凹凸構造２０Ｃは、例えばエッチャントによって支持部材２０の表面（面２０Ｓ２）をランダムに荒らすことで形成することができる。この他、凹凸構造２０Ｃは、例えばフォトリソグラフィを用いて形成するようにしてもよい。フォトリソグラフィを用いて凹凸構造２０Ｃを形成する場合には、その形状を制御することができる。凹凸構造２０Ｃを構成する凸部２０Ｃ１の形状は、例えば、図４Ａおよび図４Ｂに示したように円錐形状としてもよいし、図４Ｃおよび図４Ｄに示したように多角形状としてもよい。なお、図４Ａ〜図４Ｄの（Ａ）は、発光デバイス１を上方から見た平面図であり、（Ｂ）は、図４Ａ〜図４Ｄの（Ａ）に示したＩＩ−ＩＩ線における支持部材２０の断面図である。
【００３８】
（１−２．発光デバイスの製造方法）
本実施の形態の発光デバイス１は、例えば、次のようにして製造することができる。図５Ａ〜図５Ｌは、発光デバイス１の製造工程の一例を表したものである。
【００３９】
まず、図５Ａに示したように、例えば２００μｍ〜４００μｍの厚みを有するＳｉ基板３１の面３１Ｓ１上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、例えばＡｌＮ膜またはＡｌＧａＮ膜を成長させバッファ層を形成する。次に、バッファ層上に、例えばＭＯＣＶＤを用いて、ＳｉＮ層またはｉ−ＧａＮ層を成長させテンプレート層を形成する。続いて、支持部材２０上に、例えばｎ−ＧａＮ層からなる第２導電型層１３、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とが交互に積層された多重量子井戸活性層（活性層１２）およびｐ−ＧａＮ層からなる第１導電型層１１を重に形成する。
【００４０】
次に、図５Ｂに示したように、例えばドライエッチングにより、第１導電型層１１および活性層１２ならびに第２導電型層１３の一部を除去する。続いて、図５Ｃに示したように、例えばドライエッチングにより、発光領域および上記下面の凹部を構成する領域以外の第２導電型層１３を除去する。次に、図５Ｄに示したように、例えばドライエッチングにより、テンプレート層およびバッファ層を加工する。これにより、Ｓｉ基板３１上に支持部材２０が形成される。
【００４１】
続いて、図５Ｅに示したように、例えば蒸着法により第１導電型層１１上に、例えばパラジウム（Ｐｄ）膜を成膜したのち、リフトオフによりＰｄ膜を加工して第１電極１４を形成する。次に、図５Ｆに示したように、例えば蒸着法により第２導電型層１３上に、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜を成膜したのち、リフトオフによりＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を加工して第２電極１５を形成する。続いて、第１電極１４および第２電極１５の表面から第１導電型層１１、活性層１２および第２導電型層１３の側面、ならびに支持部材２０の面２０Ｓ１および側面に、例えば化学気相成長法（ＣＶＤ）を用いて、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる絶縁膜１６Ａを形成する。次に、例えばウェットエッチングにより第１電極１４および第２電極１５上の絶縁膜１６Ａの一部を除去し、第１電極１４および第２電極１５を露出させる。続いて、図５Ｈに示したように、絶縁膜１６Ａ上に、例えばスパッタにより、例えば銀（Ａｇ）膜を成膜したのち、例えばウェットエッチングにより第１電極１４および第２電極１５上のＡｇ膜を除去し、第１電極１４および第２電極１５を露出させる。
【００４２】
次に、発光素子１０をガラス基板等に貼り合わせたのち、図５Ｉに示したように、Ｓｉ基板３１を、例えば研削や研磨によって３０μｍ以下の厚みに薄膜化する。続いて、図５Ｊに示したように、例えば、フッ化水素（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ3）および水（Ｈ2Ｏ）からなるエッチング液を用いた等方性ウェットエッチングにより、Ｓｉ基板３１を除去する。これにより、Ｓｉ基板３１の面３０Ｓ２と面３０Ｓ１とを貫通する開口３１Ｈが形成される。
【００４３】
なお、開口３１Ｈの形成は、異方性エッチングによって形成するようにしてもよい。反射構造体はＳｉ（１００）基板によって構成されている。Ｓｉ基板３１を水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液でエッチングすると、結晶面によるエッチング速度の違いにより異方性エッチングされる。Ｓｉ（１００）基板３１を異方性エッチングすると、Ｓｉ（１１１）面の５５°の結晶面による斜面が得られる。この斜面を開口３０Ｈの側壁（側面）として利用することで、側面の角度が均一な反射構造体３０が得られる。反射構造体３０の開口３０Ｈの角度は、上方方向への光取り出し効率や配光特性に影響を与える。従って、上記異方性エッチングを用いることで、均一性の高い発光デバイス１が得られるようになる。
【００４４】
次に、図５Ｋに示したように、開口３０Ｈ内の支持部材２０の表面（面２０Ｓ２）を、例えばＫＯＨ溶液を用いてエッチングする。これにより、開口３０Ｈ内の支持部材２０の表面（面２０Ｓ２）に凹凸構造２０Ｃが形成される。このとき、反射構造体３０は、レジスト膜等の保護膜により保護される（図示せず）。続いて、図５Ｌに示したように、例えばスパッタにより、開口３０Ｈの側面（面３０Ｓ３）にＡｇ膜を成膜したのち、開口３０Ｈの側面（面３０Ｓ３）以外のＡｇ膜を、例えばウェットエッチングにより除去する。最後に、開口３０Ｈ内に、例えばインクジェットにより蛍光体粒子３３１および散乱粒子３３２を分散させた樹脂３３３を充填したのち、熱処理により樹脂３３３を硬化し、充填層３３を形成する。以上により、図１等に示した発光デバイス１が製造される。
【００４５】
（１−３．発光ユニットの構成）
図６は、例えば、画像表示装置１００の表示画素として用いられる発光ユニット１Ａの断面構成を模式的に表したものである。
【００４６】
発光ユニット１Ａは、複数の発光デバイス１が互いに所定の間隙を介して一列に配置されたものである。発光ユニット１Ａは、例えば、発光デバイス１の配設方向に延在する細長い形状となっている。互いに隣り合う２つの発光デバイス１の隙間は、例えば、各発光デバイス１のサイズと同等か、それよりも大きくなっている。なお、上記隙間は、場合によっては各発光デバイス１のサイズよりも狭くなっていてもよい。
【００４７】
各発光デバイス１は、互いに異なる波長の光を発するようになっている。例えば発光ユニット１Ａは、図６に示したように、青色帯の蛍光（Ｌｂ）を発する発光デバイス１Ｂ、緑色帯の蛍光（Ｌｇ）を発する発光デバイス１Ｇおよび赤色帯の蛍光（Ｌｒ）を発する発光デバイス１Ｒの３つの発光デバイスによって構成されている。例えば、発光ユニット１Ａが発光デバイス１の配列方向に延在する細長い形状となっている場合には、発光デバイス１Ｂは、例えば、発光ユニット１Ａの短辺近傍に配置され、発光デバイス１Ｒは、例えば、発光ユニット１Ａの短辺のうち発光デバイス１Ｂの近接する短辺とは異なる短辺の近傍に配置されている。発光デバイス１Ｇは、例えば、発光デバイス１Ｒと発光デバイス１Ｂとの間に配置されている。なお、発光デバイス１Ｂ，１Ｇ，１Ｒのそれぞれの位置は、上記に限定されるものではない。
【００４８】
各発光デバイス１Ｂ，１Ｇ，１Ｒは、例えば、励起光ＥＬとして青色光を発する発光素子１０上に、支持部材２０を介して、各発光デバイス１Ｂ，１Ｇ，１Ｒと対向する位置に、充填層３３を有する反射構造体３０が配置されている。発光デバイス１Ｂ上に配置された充填層３３には、例えば散乱粒子３３２のみが樹脂３３３中に分散されており、発光素子１０から出射された励起光ＥＬは、散乱粒子３３２によって散乱されて青色光Ｌｂとして取り出される。発光デバイス１Ｇの充填層３３には、緑色の蛍光を発する蛍光体粒子３３１と散乱粒子３３２とが樹脂３３３中に分散されており、発光素子１０から出射された励起光ＥＬは、蛍光体粒子３３１によって緑色光に変換されると共に散乱粒子３３２によって散乱されて緑色光Ｌｇとして取り出される。発光デバイス１Ｒの充填層３３には、赤色の蛍光を発する蛍光体粒子３３１と散乱粒子３３２とが樹脂３３３中に分散されており、発光素子１０から出射された励起光ＥＬは、蛍光体粒子３３１によって赤色光に変換されると共に散乱粒子３３２によって散乱されて赤色光Ｌｒとして取り出される。
【００４９】
発光ユニット１Ａは、図６に示したように、例えば、パッド電極４２，４３およびバンプ４４，４５を介して駆動基板４１上に実装される。なお、駆動基板４１への実装は、Ｃｕ−Ｃｕ接合等の他の接合方法を用いてもよい。
【００５０】
なお、図６では、ＲＧＢに対応する３色の蛍光を発する発光ユニット１Ａを示したが、発光ユニット１Ａの構成はこれに限らない。例えば、発光ユニット１Ａは、互いに同じ波長の光を発する複数の発光デバイスからなる単色の蛍光を発光ユニットとして構成してもよいし、例えばＲＧやＲＢのように２色の蛍光を発する発光ユニットとして構成するようにしてもよい。あるいは、ＲＧＢＷのように４色以上の蛍光を発する発光ユニットとして構成するようにしてもよい。更に、図６では、例えば画像表示装置１００の各表示画素を構成する発光ユニット１Ａを示したが、これに限らない。例えば、画像表示装置１００の全表示画素を１つの発光ユニット１Ａで構成するようにしてもよい。その場合、ＲＧＢに対応する各発光デバイス１Ｂ，１Ｇ，１Ｒは、それぞれモザイク状に規則的に配置される。
【００５１】
（１−４．画像表示装置の構成）
図７は、画像表示装置（画像表示装置１００）の概略構成の一例を斜視的に表したものである。画像表示装置１００は、いわゆるＬＥＤディスプレイと呼ばれるものであり、表示画素としてＬＥＤが用いられたものである。画像表示装置１００は、例えば図７に示したように、表示パネル１０１０と、表示パネル１０１０を駆動する駆動回路（図示せず）とを備えている。
【００５２】
表示パネル１０１０は、実装基板１０２０と、透明基板１０３０とを互いに重ね合わせたものである。透明基板１０３０の表面が映像表示面となっており、中央部分に表示領域１００Ａを有し、その周囲に、非表示領域であるフレーム領域１００Ｂを有している。
【００５３】
図８は、実装基板１０２０の透明基板１０３０側の表面のうち表示領域１００Ａに対応する領域のレイアウトの一例を表したものである。実装基板１０２０の表面のうち表示領域１００Ａに対応する領域には、例えば図８に示したように、複数のデータ配線１０２１が所定の方向に延在して形成されており、かつ所定のピッチで並列配置されている。実装基板１０２０の表面のうち表示領域１００Ａに対応する領域には、さらに、例えば、複数のスキャン配線１０２２がデータ配線１０２１と交差（例えば、直交）する方向に延在して形成されており、且つ、所定のピッチで並列配置されている。データ配線１０２１およびスキャン配線１０２２は、例えば、Ｃｕ（銅）等の導電性材料からなる。
【００５４】
スキャン配線１０２２は、例えば、最表層に形成されており、例えば、基材表面に形成された絶縁層（図示せず）上に形成されている。なお、実装基板１０２０の基材は、例えば、ガラス基板、または樹脂基板等からなり、基材上の絶縁層は、例えば、ＳｉＮx、ＳｉＯx、またはＡｌxＯyからなる。一方、データ配線１０２１は、スキャン配線１０２２を含む最表層とは異なる層（例えば、最表層よりも下の層）内に形成されており、例えば、基材上の絶縁層内に形成されている。絶縁層の表面上には、スキャン配線１０２２の他に、例えば、必要に応じてブラックが設けられている。ブラックは、コントラストを高めるためのものであり、光吸収性の材料によって構成されている。ブラックは、例えば、絶縁層の表面のうち少なくとも後述のパッド電極１０２１Ｂ，１０２２Ｂの非形成領域に形成されている。なお、ブラックは、必要に応じて省略することも可能である。
【００５５】
データ配線１０２１とスキャン配線１０２２との交差部分の近傍が表示画素１０２３となっており、複数の表示画素１０２３が表示領域１００Ａ内においてマトリクス状に配置されている。各表示画素１０２３には、複数の発光デバイス１を含む発光ユニット１Ａが実装されている。なお、図８には、３つの発光デバイス１Ｒ，１Ｇ，１Ｂで一つの表示画素１０２３が構成されており、発光デバイス１Ｒから赤色の光を、発光デバイス１Ｇから緑色の光を、発光デバイス１Ｂから青色の光をそれぞれ出力することができるようになっている場合が例示されている。
【００５６】
なお、図７に示した画像表示装置１００は、パッシブマトリクス型の画像表示装置の一例であり、本実施の形態の発光デバイス１は、アクティブマトリクス型の画像表示装置にも適用することができる。なお、アクティブマトリクス型の画像表示装置では、例えば、図７に示したフレーム領域１００Ｂは不要となる。
【００５７】
パッシブマトリクス型の駆動方式では、スキャン配線数を多くすると各発光デバイスに割り当てられる時間が短くなるため、デューティ比の低下に伴い注入電流を増加させなければならず、発光効率や素子寿命が低下する虞がある。これを避けるには、最大輝度設定値を低くしていく必要がある。また、配線抵抗および寄生容量による電圧降下および信号遅延等の問題から、走査線数の多い大画面や高精細な画像表示装置では、画面を複数の部分画面に分割し並列にパッシブマトリクス駆動する方式、または発光デバイスをアクティブ駆動する方式が採用される。並列パッシブマトリクス駆動では、部分画面ごとに配線を裏面に引き出して駆動回路を接続し、各部分画面に合わせて画像信号も分割・並列化する必要がある等、表示装置全体の構造の複雑化や回路規模の増大を招くことになる。一方、アクティブ駆動方式では、画素単位で信号電圧保持および電圧電流変換回路を設けることにより、上記のような画面分割を行わない、あるいは少なくとも分割数が少ない状態で、パッシブマトリクス駆動より高い輝度を得ることができる。
【００５８】
図９は、一般的なアクティブマトリクス駆動方式の画素回路の一例を表したものである。アクティブマトリクス駆動方式では、画素（発光デバイス１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ、データ配線１０２１とスキャン配線１０２２との交差部分近傍）ごとにスイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）、駆動トランジスタ（Ｔｒ２）および容量素子（Ｃｓ）がそれぞれ設けられている。アクティブマトリクス駆動方式では、スイッチングトランジスタをスイッチとして、Ｖｓｉｇを容量素子に書き込むことに加え、駆動トランジスタを電源（Ｖｃｃ）−Ｖｓｉｇの電位差で電流制御する電流源として用いて発光デバイスを電流変調する。実際には、トランジスタごとに特性ばらつきがあるため、同じＶｓｉｇを書き込んでも各画素で発光デバイスに印加される電流がばらつき、画像表示装置の表示均一性が低下する。そのため、一般には、トランジスタの特性のばらつきを補正する回路が付加されるが、電流変化に伴い発光波長が変化する発光デバイスを用いる場合には、後述するようにパルス幅変調による階調制御を合わせて行うことが望ましく、回路がさらに複雑になる。本実施の形態の発光デバイスでは、電流変化に伴う発光波長の変化が低減されることから、比較的簡単な電流変調駆動回路で画像表示装置を構成することができる。
【００５９】
発光ユニット１Ａには、例えば発光デバイス１Ｒ，１Ｇ，１Ｂごとに一対の端子電極が設けられている。そして、一方の端子電極が、例えばデータ配線１０２１に電気的に接続されており、他方の端子電極、例えばスキャン配線１０２２に電気的に接続されている。例えば、端子電極は、データ配線１０２１に設けられた分枝１０２１Ａの先端のパッド電極１０２１Ｂに電気的に接続されている。また、例えば、端子電極は、スキャン配線１０２２に設けられた分枝１０２２Ａの先端のパッド電極１０２２Ｂに電気的に接続されている。
【００６０】
各パッド電極１０２１Ｂ，１０２２Ｂは、例えば、最表層に形成されており、例えば、図７に示したように、各発光ユニット１Ａが実装される部位に設けられている。ここで、パッド電極１０２１Ｂ，１０２２Ｂは、例えば、Ａｕ（金）等の導電性材料からなる。
【００６１】
駆動回路は、映像信号に基づいて各表示画素１０２３（各発光ユニット１Ａ）を駆動するものである。駆動回路は、例えば、表示画素１０２３に接続されたデータ配線１０２１を駆動するデータドライバと、表示画素１０２３に接続されたスキャン配線１０２２を駆動するスキャンドライバとにより構成されている。駆動回路は、例えば、実装基板１０２０上に実装されていてもよいし、表示パネル１０１０とは別体で設けられ、かつ配線（図示せず）を介して実装基板１０２０と接続されていてもよい。
【００６２】
（１−５．作用・効果）
本実施の形態の発光デバイス１では、光透過性を有する支持部材２０を間に、発光素子１０と反射構造体３０とを積層するようにした。これにより、発光素子１０の素子サイズを、発光素子１０と対向する反射構造体３０の開口３０Ｈの開口幅３０Ｗ１以下となる。
【００６３】
よって、本実施の形態の発光デバイス１では、反射構造体３０を構成するＳｉ基板３１によって吸収される光を少なくなり、光取り出し効率を向上させることが可能となる。
【００６４】
また、本実施の形態の発光デバイス１では、反射構造体３０の開口３０Ｈ内に設けられた充填層３３に面する支持部材２０の面２０Ｓ２に凹凸構造２０Ｃを設けるようにした。これにより、支持部材２０と充填層３３との界面での反射角度が変化し、従来、発光素子１０と充填層３３との界面で全反射していた成分の損失を減少させることが可能となる。よって、光取り出し効率をさらに向上させることが可能となる。
【００６５】
更に、本実施の形態の発光デバイス１のように、いわゆるマイクロＬＥＤと呼ばれる発光素子１０では、発光素子１０と反射構造体３０の充填層３３との位置ずれの影響は一般的なサイズ（例えば１００μｍ以上１０ｍｍ以下）のＬＥＤと比較して大きい。このため、位置ずれは、例えば２μｍ以下に抑えることが望まれる。これに対して、本実施の形態では、発光素子１０と反射構造体３０とを、上述したような一体の半導体プロセスで製造するようにしたので、位置ずれの小さい発光デバイスが得られる。よって、光取り出し効率および配光特性が均一な発光デバイスを提供することが可能となる。
【００６６】
更にまた、本実施の形態では、充填層３３の周囲を固体で封止できるため、水分や酸素の侵入が低減される。また、本実施の形態は、発光素子１０と充填層３３との間に接着剤を用いずに作製することができるため、発光素子１０から出射される励起光ＥＬによる接着剤の劣化による影響が排除される。よって、信頼性を向上させることが可能となる。
【００６７】
次に、第２の実施の形態および変形例１〜７について説明する。なお、第１の実施の形態の発光デバイス１に対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６８】
＜２．第２の実施の形態＞
図１０は、本開示の第２の実施の形態に係る発光デバイス（発光デバイス２）の断面構成の一例を模式的に表したものである。この発光デバイス２は、上記第１の実施の形態における発光デバイス１と同様に、例えばいわゆるＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置の表示画素として好適に用いられるものである。
【００６９】
発光デバイス２は、発光素子１０の光出射面（面１０Ｓ２）側に、光透過性を有する支持部材２０および反射構造体３０がこの順に積層されたものである。反射構造体３０は、発光素子１０と対向する位置に開口３０Ｈを有し、その開口３０Ｈの側面（面３０Ｓ３）には反射膜３２が設けられている。開口３０Ｈ内には、例えば、蛍光体粒子３３１および散乱粒子３３２が樹脂３３３中に分散されてなる充填層３３が設けられている。本実施の形態の発光デバイス２は、発光素子１０を構成する第１導電型層１１および活性層１２を含む柱状のメサ部Ｍが積層方向（Ｙ軸方向）と交差する傾斜面（面１０Ｓ３）となっている点が、上記第１の実施の形態とは異なる。また、支持部材２０の側面も本実施の形態の発光素子１０と同様に傾斜面となっている。
【００７０】
このように、発光素子１０を構成する半導体層および支持部材２０の側面を傾斜面とすることにより、半導体層および支持部材２０の側面で反射された光の反射角が変化する。具体的には、臨界角以下の角度の成分に変化させることが可能となる。よって、上記第１の実施の形態の効果に加えて、光取り出し効率をさらに向上させることが可能となるという効果を奏する。
【００７１】
＜３．変形例１＞
図１１は、本開示の変形例１に係る発光デバイス（発光デバイス３Ａ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。この発光デバイス３Ａは、上記第１の実施の形態における発光デバイス１と同様に、例えばいわゆるＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置の表示画素として好適に用いられるものである。
【００７２】
発光デバイス３Ａは、発光素子１０の光出射面（面１０Ｓ２）側に、光透過性を有する支持部材２０および反射構造体３０がこの順に積層されたものである。反射構造体３０は、発光素子１０と対向する位置に開口３０Ｈを有し、その開口３０Ｈの側面（面３０Ｓ３）には反射膜３２が設けられている。開口３０Ｈ内には、例えば、蛍光体粒子３３１および散乱粒子３３２が樹脂３３３中に分散されてなる充填層３３が設けられている。本変形例の発光デバイス３Ａは、支持部材２０が導電性を有する材料を用いて形成された点が、上記第１の実施の形態とは異なる。このため、第２電極１５を支持部材２０の面２０Ｓ１上に配置し、支持部材２０を介して第２導電型層１３と電気的に接続することが可能となる。また、第２導電型層１３は、第１導電型層１１および活性層１２と同じ形状として形成することができるため、第２導電型層１３の凹部側へ伝播する成分が削減される。よって、上記第１の実施の形態の効果に加えて、光取り出し効率をさらに向上させることが可能となるという効果を奏する。また、第２導電型層１３を別途加工する工程が不要となるため、製造工程が簡略化される。
【００７３】
更に、反射構造体３０のＳｉ基板３１を、導電性を有する材料を用いて形成するようにしてもよい。これにより、図１２に示した発光デバイス３Ｂ発光デバイス３Ｂおよび図１３に示した発光デバイス３Ｃのように、第２電極１５を、反射構造体３０の面３０Ｓ１上あるいは、面３０Ｓ２上に設置することが可能となる。よって、反射膜１６Ｂによって覆われる発光素子１０の側面の面積が拡大する。よって、光取り出し効率をさらに向上させることが可能となる。また、第２電極１５の配置の自由度が向上する。
【００７４】
＜４．変形例２＞
図１４Ａは、本開示の変形例２に係る発光デバイス（発光デバイス４Ａ）の上方から見た平面構成の一例を模式的に表したものである。この発光デバイス４Ａは、上記第１の実施の形態における発光デバイス１と同様に、例えばいわゆるＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置の表示画素として好適に用いられるものである。
【００７５】
上記第１の実施の形態では、支持部材２０が発光素子１０の光取り出し面１０Ｓ２の前面を覆う例を示したがこれに限らない。支持部材２０は、図１４Ａに示したように、少なくとも一部が発光素子１０よりも外側に延在していればよい。よって、支持部材２０は、図１４Ｂに示した発光デバイス４Ｂおよび図１４Ｃに示した発光デバイス４Ｃのように、発光素子１０の光取り出し面１０Ｓ２に、分割して配置するようにしてもよい。なお、図１５は、図１４Ａに示したＩＩＩ−ＩＩＩ線における発光デバイス４Ａの断面を表したものである。図１６Ａは、図１４Ｂに示したＩＶ−ＩＶ線における発光デバイス４Ｂの断面を表したものであり、図１６Ｂは、図１４Ｂに示したＶ−Ｖ線における発光デバイス４Ｂの断面を表したものである。
【００７６】
＜５．変形例３＞
図１７は、本開示の変形例３に係る発光デバイス（発光デバイス５）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図１８は、図１７に示した発光デバイス５の上方から見た平面構成の一例を模式的に表したものである。この発光デバイス５は、上記第１の実施の形態における発光デバイス１と同様に、例えばいわゆるＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置の表示画素として好適に用いられるものである。
【００７７】
発光デバイス５は、発光素子１０の光出射面（面１０Ｓ２）側に、光透過性を有する支持部材２０および反射構造体３０がこの順に積層されたものである。反射構造体３０は、発光素子１０と対向する位置に開口３０Ｈを有し、その開口３０Ｈの側面（面３０Ｓ３）には反射膜３２が設けられている。本変形例の発光デバイス５は、支持部材２０と充填層３３とが接する開口３０Ｈの周縁部に、支持部材２０および第２導電型層１３の一部まで貫通する溝Ｇが設けられており、この溝Ｇを介して充填層３３が第２導電型層１３まで突出している点が、上記第１の実施の形態とは異なる。なお、溝Ｇは、発光素子１０の発光領域Ｘよりも外側に設けることが好ましい。また、溝Ｇは、電流の注入経路ｒＥを確保するために開口３０Ｈの周縁部に断続的に形成することが好ましい。
【００７８】
このように、支持部材２０と充填層３３とが接すると共に、発光素子１０の発光領域Ｘよりも外側の開口３０Ｈの周縁部に支持部材２０および第２導電型層１３の一部を貫通する溝Ｇを設け、溝Ｇ内を充填層３３で埋設するようにしたので、励起光ＥＬや蛍光の横方向への伝播する成分を発光領域Ｘよりも内側に反射させることが可能となる。よって、上記第１の実施の形態の効果に加えて、光取り出し効率をさらに向上させることが可能となるという効果を奏する。
【００７９】
＜６．変形例４＞
図１９は、本開示の変形例４に係る発光デバイス（発光デバイス６Ａ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図２０は、本開示の変形例４に係る発光デバイス（発光デバイス６Ｂ）の断面構成の他の例を模式的に表したものである。この発光デバイス６Ａ，６Ｂは、上記第１の実施の形態における発光デバイス１と同様に、例えばいわゆるＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置の表示画素として好適に用いられるものである。
【００８０】
上記第１の実施の形態では、反射構造体３０の開口３０Ｈの側面（面３０Ｓ３）を傾斜面とした例を示したがこれに限らない。例えば、開口３０Ｈの側面（面３０Ｓ３）は、図１９に示したように、曲面としてもよいし、あるいは、図２０に示したように、反射構造体３０の面３０Ｓ１，３０Ｓ２に対して垂直としてもよい。
【００８１】
発光デバイス６Ａでは、開口３０Ｈの側面（面３０Ｓ３）を曲面とすることにより、面３０Ｓ３が一定角度の斜面となっている例えば図１に示した発光デバイス１と比較して、開口３０Ｈの側面（面３０Ｓ３）において上方向に反射される割合が大きくなる。これにより、光取り出し効率をさらに向上させることが可能となる。
【００８２】
発光デバイス６Ｂでは、開口３０Ｈの側面（面３０Ｓ３）を垂直面とすることにより、面３０Ｓ３が一定角度の斜面である場合と比較して光取り出し効率は低下するものの、素子サイズを小型化することが可能となるという効果を奏する。
【００８３】
＜７．変形例５＞
図２１は、本開示の変形例５に係る発光デバイス（発光デバイス７Ａ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。この発光デバイス７Ａは、上記第１の実施の形態における発光デバイス１と同様に、例えばいわゆるＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置の表示画素として好適に用いられるものである。
【００８４】
本変形例の発光デバイス７Ａは、発光素子１０と支持部材２０とが接着層５１を介して貼り合わされたものである。発光素子１０は、例えばサファイア基板上に成長させたものである。発光デバイス７Ａは、以下のようにして製造することができる。
【００８５】
まず、サファイア基板上に、上記第１の実施の形態と同様に、第１導電型層１１まで形成したのち、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）の手法を用いてサファイア基板を剥離する。次に、Ｓｉ（１００）基板を別途用意し、Ｓｉ（１００）基板の表面に、例えばプラズマＣＶＤによりＳｉＯ2膜を形成し、支持部材２０を形成する。続いて、異方性エッチングを用いてＳｉ（１００）基板を加工して反射構造体３０を形成したのち、サファイア基板を剥離した発光素子１０と支持部材２０とを接着層５１を介して貼り合わせる。その後、上記第１の実施の形態で説明した方法を用いて発光素子１０の側面および支持部材２０の側面を覆う絶縁膜１６Ａおよび反射膜１６Ｂからなる積層膜１６を成膜したのち、開口３０Ｈおよび開口３０Ｈ内における支持部材２０の面２０Ｓ２への凹凸構造２０Ｓの形成、ならびに、開口３０Ｈへの充填層３３の形成を行う。
【００８６】
このように、発光素子１０と支持部材２０とを接着層５１を用いて貼り合わせて発光デバイス７Ａを形成することで、一般的に広く利用されている結晶成長基板や結晶成長方法を用いることが可能となる。よって、安価で発光効率の高い発光素子を得ることが可能となる。
【００８７】
本変形例を用いることにより、反射構造体３０を樹脂モールドで作製することがでるようになり、反射構造体３０の開口３０Ｈの側面形状の自由度が向上する。よって、上記第１の実施の形態における効果に加えて、配光特性の制御性を向上させることが可能となるという効果を奏する。
【００８８】
なお、発光デバイス７Ａでは、発光素子１０と支持部材２０とを接着層５１を介して貼り合わせた例を示したがこれに限らない。例えば、図２２に示した発光デバイス７Ｂのように、支持部材２０と反射構造体３０とを接着層５１を介して貼り合わせるようにしてもよい。また、図２３に示した発光デバイス７Ｃのように、開口３０Ｈの外側のみに接着層５１を設けて支持部材２０と反射構造体３０とを貼り合わせるようにしてもよい。これにより、発光素子１０から出射される励起光ＥＬによる接着剤の劣化による影響が低減することが可能となる。
【００８９】
＜８．変形例６＞
図２４は、本開示の変形例６に係る発光デバイス（発光デバイス８）の断面構成の一例を模式的に表したものである。この発光デバイス８は、上記第１の実施の形態における発光デバイス１と同様に、例えばいわゆるＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置の表示画素として好適に用いられるものである。
【００９０】
反射構造体３０は、例えば、光透過性を有するサファイア基板６１を用いて形成するようにしてもよい。その際には、開口３０Ｈは、必ずしも反射構造体３０の面３０Ｓ１および面３０Ｓ２を貫通する必要はなく、面３０Ｓ１の一部を残してもよい。
【００９１】
なお、残したサファイア基板６１の一部を支持部材２０として用いるようにしてもよい。また、サファイア基板６１のように光透過性を有する基材を用いて反射構造体３０を形成する場合には、図２４に示したように、光取り出し面となる面３０Ｓ２上に反射膜３２を延在させることが好ましい。これにより、励起光ＥＬがサファイア基板６１を伝播することによる混色の発生を低減することが可能となる。
【００９２】
＜９．変形例７＞
図２５は、本開示の変形例７に係る発光デバイス（発光デバイス９）の断面構成の一例を模式的に表したものである。この発光デバイス９は、上記第１の実施の形態における発光デバイス１と同様に、例えばいわゆるＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置の表示画素として好適に用いられるものである。
【００９３】
本変形例の発光デバイス９は、反射構造体３０上に封止層５２、励起光除去層５３、接着層５４およびレンズ５５がこの順に形成された点が上記第１の実施の形態とは異なる。
【００９４】
封止層５２は、充填層３３を封止すると共に蛍光を透過させるものである。封止層５２は、例えば、低温で成膜可能なＴＥＯＳ−ＳｉＯ2膜を、プラズマＣＶＤを用いて形成することが好ましい。この他、封止層５２の材料としては、例えば、ＳｉＮxやＡｌＯx等が挙げられる。
【００９５】
励起光除去層５３は、励起光の透過による色域の悪化を防ぐためのものである。励起光除去層５３は、例えば、イエローフィルタを、例えばスピンコートを用いて形成することが好ましい。
【００９６】
レンズ５５は、反射構造体３０の面３０Ｓ２から取り出されるランバーシアンに配光特性を用途に応じて最適化し、光の利用効率を高めるためのものである。レンズ５５は、接着層５４を介して励起光除去層５３上に貼り合わされている。レンズ５５は、樹脂モールドで作製された樹脂レンズを用いることができる。この他、ガラス等、他の材料によって構成されたものでもよい。
【００９７】
＜１０．実施例＞
以下に、本開示例を含み、蛍光の取り出し効率を検証するために、光線追跡シミュレーションを行った。
【００９８】
（シミュレーション１）
表１は、光線シミュレーションを行った各発光デバイスの構成（実験例１〜７）をまとめたものである。図２６〜図３２は、実験例１〜７として用いた各発光デバイスの断面形状を表したものである。表１は、発光素子の素子サイズ（Ｗ１）、支持部材幅（Ｗ２）、下部開口幅（Ｗ３）および上部開口幅（Ｗ４）を発光素子の発光領域幅（Ｗｘ）を基準とした相対値としてまとめたものである。
【００９９】
【表１】
2020153191.tif 000003
【０１００】
図３１は、実験例１〜７における蛍光の取り出し効率のシミュレーション結果を表したものである。実験例１〜３および実験例４〜６の結果から、反射構造体の下部開口幅（Ｗ３）よりも発光素子の素子サイズ（Ｗ１）を小さくすることで光取り出し効率が向上することがわかった。また、実験例１〜３と実験例４〜６との結果を比較して、支持部材（または発光素子表面）に凹凸構造を設けることで光取り出し効率が向上し、特に、発光素子の素子サイズ（Ｗ１）が下部開口幅（Ｗ３）よりも小さいときに凹凸構造の効果が大きくなることがわかった。更に、実験例７の結果から、発光素子の側面を傾斜面とすることにより、光取り出し効率が大幅に向上することがわかった。
【０１０１】
以上、第１、第２の実施の形態および変形例１〜７ならびに実施例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
【０１０２】
なお、本開示は以下のような構成をとることも可能である。以下の構成の本技術によれば、半導体発光素子上に、光透過性を有する支持部材を介して、側面に反射膜（第１の反射膜）が設けられた開口を有する反射構造体を積層するようにしたので、半導体発光素子の素子サイズが反射構造体の開口以下となる。よって、光取り出し効率を向上させることが可能となる。
（１）
第１の面および第２の面を有すると共に、前記第１の面に、側面に第１の反射膜が設けられた開口を有する反射構造体と、
第１導電型層、活性層および第２導電型層を積層してなり、前記反射構造体の前記開口と前記活性層とが対向配置された半導体発光素子と、
第１の面および第２の面を有し、前記第１の面側に前記半導体発光素子が、前記第２の面側に前記反射構造体が配置されると共に、前記第２の面の少なくとも一部が前記反射構造体の前記第１の面と接している、光透過性を有する支持部材と
を備えた発光デバイス。
（２）
前記支持部材は、前記反射構造体と対向する前記第２の面の少なくとも一部に凹凸を有する、前記（１）に記載の発光デバイス。
（３）
前記開口内には、複数の散乱粒子を含む樹脂が充填されている、前記（１）または（２）に記載の発光デバイス。
（４）
前記開口内に充填された前記樹脂は、前記半導体発光素子から出射された光を異なる波長に変換する複数の蛍光体粒子をさらに含む、前記（３）に記載の発光デバイス。
（５）
平面視において、前記活性層は、前記反射構造体の前記開口の底部以下の大きさを有する、前記（１）乃至（４）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（６）
前記半導体発光素子の前記活性層の幅は、５μｍ以上１００μｍ以下である、前記（１）乃至（５）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（７）
前記半導体発光素子は、前記第１導電型層と電気的に接続された第１電極と、前記第２導電型層と電気的に接続された第２電極とを有し、
前記半導体発光素子と前記支持部材との積層体において、前記第１電極および前記第２電極を除く前記半導体発光素子の表面および前記支持部材の前記第１の面および側面に第２の反射膜がさらに設けられている、前記（１）乃至（６）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（８）
前記半導体発光素子は、前記第１導電型層、前記活性層および前記第２導電型層を積層してなる半導体層の側面が積層方向と交差する傾斜面となっている、前記（１）乃至（７）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（９）
前記支持部材は導電性を有すると共に、前記第２導電型層と接し、
前記第２電極は、前記支持部材の前記第１の面上に設けられている、前記（７）に記載の発光デバイス。
（１０）
前記反射構造体および前記支持部材は導電性を有すると共に、前記支持部材は前記第２導電型層と接し、
前記第２電極は、前記反射構造体の前記第１の面上または前記第２の面上に設けられている、前記（７）乃至（９）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１１）
前記反射構造体の前記開口内に充填された前記樹脂の少なくとも一部は、前記半導体発光素子の前記第１導電型層または前記第２導電型層と接している、前記（３）乃至（１０）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１２）
前記支持部材は貫通孔を有し、
前記反射構造体の前記開口内に充填された前記樹脂は、前記貫通孔を介して、前記半導体発光素子の前記第１導電型層または前記第２導電型層内に突出している、前記（３）乃至（１１）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１３）
前記反射構造体と前記支持部材との間または前記支持部材と前記半導体発光素子との間に、さらに接着層を有する、前記（１）乃至（１２）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１４）
前記反射構造体の前記第１の面側には、封止層および励起光除去層の少なくとも一方がさらに配設されている、前記（１）乃至（１３）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１５）
前記反射構造体の前記第１の面側には、レンズがさらに配設されている、前記（１）乃至（１４）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１６）
前記開口の側面は、前記開口の断面が前記反射構造体の前記第２の面から前記反射構造体の前記第１の面に向かって広がるテーパ角を有する、前記（１）乃至（１５）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１７）
前記散乱粒子は、平均粒径１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の誘電体物質である、前記（３）乃至（１６）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１８）
前記散乱粒子は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）のうちの少なくとも１種からなる、前記（３）乃至（１７）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１９）
前記蛍光体粒子は、量子ドット蛍光体である、前記（４）乃至（１８）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（２０）
複数の発光デバイスを備え、
前記複数の発光デバイスは、
第１の面および第２の面を有すると共に、前記第１の面に、側面に第１の反射膜が設けられた開口を有する反射構造体と、
第１導電型層、活性層および第２導電型層を積層してなり、前記反射構造体の前記開口と前記活性層とが対向配置された半導体発光素子と、
第１の面および第２の面を有し、前記第１の面側に前記半導体発光素子が、前記第２の面側に前記反射構造体が配置されると共に、前記第２の面の少なくとも一部が前記反射構造体の前記第１の面と接している、光透過性を有する支持部材と
を有する画像表示装置。
【０１０３】
本出願は、日本国特許庁において２０１９年１月２５日に出願された日本特許出願番号２０１９−０１０８１３号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
【０１０４】
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【図１】
2020153191.tif 000004
【図２Ａ】
2020153191.tif 000005
【図２Ｂ】
2020153191.tif 000006
【図３Ａ】
2020153191.tif 000007
【図３Ｂ】
2020153191.tif 000008
【図３Ｃ】
2020153191.tif 000009
【図４Ａ】
2020153191.tif 000010
【図４Ｂ】
2020153191.tif 000011
【図４Ｃ】
2020153191.tif 000012
【図４Ｄ】
2020153191.tif 000013
【図５Ａ】
2020153191.tif 000014
【図５Ｂ】
2020153191.tif 000015
【図５Ｃ】
2020153191.tif 000016
【図５Ｄ】
2020153191.tif 000017
【図５Ｅ】
2020153191.tif 000018
【図５Ｆ】
2020153191.tif 000019
【図５Ｇ】
2020153191.tif 000020
【図５Ｈ】
2020153191.tif 000021
【図５Ｉ】
2020153191.tif 000022
【図５Ｊ】
2020153191.tif 000023
【図５Ｋ】
2020153191.tif 000024
【図５Ｌ】
2020153191.tif 000025
【図６】
2020153191.tif 000026
【図７】
2020153191.tif 000027
【図８】
2020153191.tif 000028
【図９】
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【図１０】
2020153191.tif 000030
【図１１】
2020153191.tif 000031
【図１２】
2020153191.tif 000032
【図１３】
2020153191.tif 000033
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
2020153191.tif 000035
【図１４Ｃ】
2020153191.tif 000036
【図１５】
2020153191.tif 000037
【図１６Ａ】
2020153191.tif 000038
【図１６Ｂ】
2020153191.tif 000039
【図１７】
2020153191.tif 000040
【図１８】
2020153191.tif 000041
【図１９】
2020153191.tif 000042
【図２０】
2020153191.tif 000043
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
2020153191.tif 000051
【図２９】
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【図３０】
2020153191.tif 000053
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
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2020153191.tif 000058
2020153191.tif 000059
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