JP6970790B2 - 発光素子および半導体デバイス - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(画素内に配置した2種の青色発光素子を用いて表示を行う表示装置の例)
1−1.構成
1−2.作用・効果
2.変形例1〜4(画素内に2種以上の青色発光素子を配置のバリエーション例)
3.変形例5〜7(画素群内に2種以上の青色発光素子を配置する場合の例)
4.変形例8(緑色発光素子および赤色発光素子についても2種以上配置する場合の例)
5.変形例9(QDフィルタを用いる場合の例)
6.第2の実施の形態(ユニット内に配置した2種の青色発光素子を用いて発光を行う照明装置の例)
7.第3の実施の形態(半導体層の下面に電極を有する発光素子の例)
7−1.発光素子の構成
7−2.発光ユニットの構成
7−3.作用・効果
8.第4の実施の形態(半導体層の上面および下面に電極を有する発光素子の例)
8−1.発光素子の構成
8−2.発光ユニットの構成
8−3.作用・効果
9.適用例
(1−1.構成)
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る表示装置(表示装置1)の全体構成を表すものである。表示装置1は、例えば、画素アレイ部100と、駆動部200と、補正処理部300と、制御部400とを備えたものである。画素アレイ部100は、例えば複数の画素Pを含んで構成されている。
図2は、画素Pの構成例を表したものである。上記のように、画素アレイ部100では、1画素P内に、R,G,Bの3原色の発光素子がそれぞれ配置される。本実施の形態では、R,G,Bの3原色のうち、青色(第1原色)の発光素子として、2種の発光素子(青色発光素子10B1,10B2)を含んでいる。この例では、青色以外の原色(緑色および赤色)の発光素子(緑色発光素子10G,赤色発光素子10R)は、それぞれ1つずつ配置されている。また、画素P内において、赤色発光素子10Rと、緑色発光素子10Gと、青色発光素子10B1,10B2とが、全体として2行2列で(2×2の配列を成して)配置されている。青色発光素子10B1,10B2は、行方向(図の左右方向)に沿って並んで配置されている。
本実施の形態の表示装置1では、外部から入力された映像信号に基づき、駆動部200が画素アレイ部100の各画素へ駆動電流を供給する(駆動信号を出力する)。各画素Pでは、供給された駆動電流に基づいて、R,G,Bの3原色のLED(赤色発光素子10R,緑色発光素子10Gおよび青色発光素子10B1,10B2)がそれぞれ所定の輝度で発光する。画素P毎の3原色の加法混色により、画素アレイ部100に映像が表示される。
図12および図13は、上記第1の実施の形態の表示装置1の適用例に係る電子機器の一例を表したものである。表示装置1は、図12に示した表示ユニット310として、図13に示したようなタイリングデバイス4を構成することができる。表示ユニット310は、上述の画素アレイ部100を有する素子基板330と実装基板320とが組み合わせられたものである。タイリングデバイス4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。タイリングデバイス4は、複数の表示ユニット310が2次元配置されたものであり、屋内外に設置される大型のディスプレイとして好適に使用される。タイリングデバイス4は、詳細は後述するが、例えば、図46に示した表示ユニット310と、表示ユニット310を駆動する駆動回路(図示せず)とを備えている。
図14Aは、変形例1−1に係る画素の構成例を表す平面模式図である。図14Bは、変形例1−2に係る画素の構成例を表す平面模式図である。上記第1の実施の形態では、画素Pにおいて、2つの青色発光素子10B1,10B2が行方向に沿って並んで配置された構成を例示したが、画素P内における青色発光素子10B1,10B2の配置はこれに限定されるものではない。例えば、図14Aに示した変形例1−1のように、2×2の画素配列において、斜め方向に沿って青色発光素子10B1,10B2が配置されていてもよい。また、図示は省略するが、青色発光素子10B1,10B2が列方向に沿って配置されていても構わない。
図15Aは、変形例2−1に係る画素の構成例を表す平面模式図である。図15Bは、変形例2−2に係る画素の構成例を表す平面模式図である。図15Cは、変形例2−3に係る画素の構成例を表す平面模式図である。上記第1の実施の形態では、画素P内に、計2つの青色発光素子10B1,10B2が配置された構成を例示したが、画素Pに配置される青色発光素子の個数(種類)は、これに限定されるものではない。
図16Aは、変形例3−1に係る画素の構成例を表す平面模式図である。図16Bは、変形例3−2に係る画素の構成例を表す平面模式図である。図16Cは、変形例3−3に係る画素の構成例を表す平面模式図である。これらの変形例3−1〜3−3のように、画素P内に、4つの青色発光素子10B1〜10B4が配置されていてもよい。この場合、青色発光素子10B4は、青色発光素子10B1〜10B3の各波長帯とは異なる波長帯に発光ピーク波長を有している。
して)配置されている。
図17Aは、変形例4−1に係る画素の構成例を表す平面模式図である。図17Bは、変形例4−2に係る画素の構成例を表す平面模式図である。上記第1の実施の形態では、画素P内に、赤色発光素子10Rおよび緑色発光素子10Gが1つずつ配置された構成を例示したが、画素Pに配置される赤色発光素子および緑色発光素子の個数(種類)は、これに限定されるものではない。
図18Aは、変形例5−1に係る画素の構成例を表す平面模式図である。図18Bは、変形例5−2に係る画素の構成例を表す平面模式図である。上記第1の実施の形態および変形例1〜4では、1つの画素P内に、青色の発光素子(あるいは赤色および緑色の発光素子)として、異なる波長帯に発光ピーク波長をもつ2以上の発光素子が配置された構成について説明した。しかしながら、青色の発光素子は、画素P内ではなく、複数の画素Pからなる画素群内に(複数の画素Pに跨って)配置されていてもよい。この場合、青色の発光素子の出力比率についての補正係数は、画素群毎に設定される。
図19Aは、変形例6−1に係る画素の構成例を表す平面模式図である。図19Bは、変形例6−2に係る画素の構成例を表す平面模式図である。上記変形例5−1,5−2では、1つの画素群に、計2つの青色発光素子10B1,10B2が配置された構成を例示したが、画素群に配置される青色発光素子の個数(種類)は、これに限定されるものではない。
図20Aは、変形例7−1に係る画素の構成例を表す平面模式図である。図20Bは、変形例7−2に係る画素の構成例を表す平面模式図である。図20Cは、変形例7−3に係る画素の構成例を表す平面模式図である。上記変形例5−1,5−2では、1つの画素群に、計2つの青色発光素子10B1,10B2が配置された構成を例示したが、画素群に配置される青色発光素子の個数(種類)は、これに限定されるものではない。
図21は、変形例8に係るG波長の補正について説明するための特性図である。図22は、変形例8に係るR波長の補正について説明するための特性図である。画素Pにおいて、上記変形例4−1,4−2において説明した構成とすることで、赤色および緑色の波長ばらつきに起因する表示への影響を軽減することができ、より画品位の向上に有利となる。
図23は、変形例9に係るQD(量子ドット)フィルタの一例を説明するための特性図である。上記実施の形態などでは、原色の波長ばらつきに対して、画素Pあるいは画素群内に2種以上の発光素子を配置することで、波長ばらつきによる色むらなどを軽減したが、本変形例のように、所定の波長変換フィルタを用いて波長ばらつきを軽減してもよい。即ち、本変形例では、例えばQDフィルタなどの波長変換フィルタを画素アレイ部100に配置することで、QDフィルタのもつ吸収特性および発光特性に応じた波長での出力が可能となり、面内の波長ばらつきを軽減することができる。
図26は、本開示の第2の実施の形態に係る照明装置(照明装置5)の要部構成を表すものである。照明装置5は、例えば2次元配置された複数のユニットUを含んで構成された素子アレイ部500を備えたものである。1つのユニットU内には、2以上の原色(ここではR,G,Bの3原色)の光を発する発光素子が配置されている。発光素子としては、例えば、赤(R),緑(G),青(B)の色光を発する発光ダイオード(LED)が挙げられる。赤色LED(赤色発光素子)は、例えばAlGaInP系の材料、緑色LED(緑色発光素子)および青色LED(青色発光素子)は、例えばAlGaInN系の材料から構成されている。この素子アレイ部500では、例えば図示しない駆動部によりユニットUが駆動されて各ユニットU内のLEDの輝度が調整されることで、例えば白色の照明光が得られる。
図28Aは、例えば、本開示の表示装置(例えば、表示装置1)および照明装置(照明装置5)に用いられる青色発光素子10B1,10B2,緑色発光素子10G,赤色発光素子10Rおよび青色発光素子40B1,40B2,緑色発光素子40G,赤色発光素子40Rの一例としての発光素子(発光素子10)の断面構成を表したものである。図28Bは、図28Aに示した発光素子10の平面構成を表したものである。なお、図28Aは、図28Bに示した発光素子10のI−I線における断面を表したものである。この発光素子10は、Flip-Chip構造のLEDチップであり、例えば、上記表示装置1の表示画素(画素P)に配置されている青色発光素子10B,緑色発光素子10Gおよび赤色発光素子10Rとして用いられるものである。
発光素子10は、所定の波長体の光を上面(光取り出し面S2)から発する固体発光素子であり、具体的には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エハから切り出した状態のものを指しており、成形した樹脂など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100mm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。LEDチップの平面形状は、例えば、略正方形となっている。LEDチップは薄片状となっており、LEDチップのアスペクト比(高さ/幅)は、例えば、0.1以上1未満となっている。
図29Aは、発光ユニット2の概略構成の一例を斜視的に表したものである。図29Bは、図29Aの発光ユニット2のII−II線における断面構成の一例を表したものである。発光ユニット2は、例えば、上記画素Pとして適用可能なものであり、複数の発光素子10を薄い肉厚の樹脂で被った微小パッケージである。
次に、本実施の形態の発光素子10の作用・効果について説明する。
図38Aは、本開示の第4の実施の形態に係る発光素子(発光素子50)の断面構成を表したものであり、図38Bは、図38Aに示した発光素子50の平面構成を表したものである。なお、図38Aは、図38Bに示した発光素子50のIV−IV線における断面を表したものである。この発光素子50は、上下電極構造のLEDチップであり、上記第3の実施の形態で説明した発光素子10と同様に、例えば、上記表示装置1の表示画素(画素P)に配置されている青色発光素子10B,緑色発光素子10Gおよび赤色発光素子10Rとして用いられるものである。
発光素子50は、所定の波長体の光を上面(光取り出し面S5)から発する固体発光素子であり、具体的にはLEDチップである。LEDチップとは、結晶成長に用いたウエハから切り出した状態のものを指しており、成形した樹脂など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100mm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。LEDチップの平面形状は、例えば、略正方形となっている。LEDチップは薄片状となっており、LEDチップのアスペクト比(高さ/幅)は、例えば、0.1以上1未満となっている。
なお、金属層57は、製造誤差に起因する厚さの不均一性を有していてもよい。
図39Aは、発光ユニット3の概略構成の一例を斜視的に表したものである。図39Bは、図39Aの発光ユニット3のV−V線における断面構成の一例を表したものである。発光ユニット3は、上記画素Pとして適用可能なものであり、複数の発光素子を薄い肉厚の樹脂で被った微小パッケージである。ここでは、上記第3の実施の形態と同様に、簡略化して赤色発光素子50R、青色発光素子50Bおよび緑色発光素子50Gを一列に配置した例を挙げて説明する。
次に、本実施の形態の発光素子50の作用・効果について説明する。
以下に、上記第3の実施の形態および第4の実施の形態において説明した発光素子10,50の適用例について説明する。上記第3、第4の実施の形態の発光素子10,50は、これらをそれぞれ用いた発光ユニット2または発光ユニット3を表示画素(画素P)として備えた表示装置(例えば、表示装置1)、あるいは、発光素子10,50を個別にあるいは、発光ユニット2または発光ユニット3として備えた照明装置(例えば、照明装置600A,600B,600C)に適用することができる。以下にその一例を示す。
図46は、例えば図13に示した表示装置(タイリングデバイス4)を構成する表示ユニット310の概略構成の一例を斜視的に表したものである。
図48Aおよび図48Bは、発光素子10または発光素子50を用いた照明装置の一例である照明装置600Aの平面構成(図48A)および斜視方向(図48B)の構成を表したものである。図48Aおよび図48Bに示したように、発光素子10または発光素子50は、円盤状の実装用ステージ(実装基板)上に、例えば4つの発光素子10が、例えば、点対称に配置されている。勿論、発光素子10の配置方法は、点対称以外の方法で配置されていてもよい。
(1)
第1面および第2面を有すると共に、前記第1面側から順に、第1導電型層、活性層および第2導電型層を積層してなる半導体層と、
前記第1導電型層と電気的に接続されると共に、前記第1面に設けられ、実装時に基板と電気的に接続される引き出し電極を含む、面内方向に厚みが異なる第1電極と、
前記第2導電型層と電気的に接続されると共に、前記第2面に設けられ、前記第2面の中心部を対称の中心とした際に、前記第2面内において非対称に設けられた第2電極と
を備えた発光素子。
(2)
前記第1電極の厚みは、前記第2電極の形成領域が広い方が薄く、狭い方が厚い、前記(1)に記載の発光素子。
(3)
前記第2面は、前記基板に対して傾きを有する、前記(1)または(2)に記載の発光素子。
(4)
前記半導体層の前記第1面および前記第1面と前記第2面との間の側面全体は、絶縁層および金属層がこの順に設けられた積層構造によって被覆されている、前記(1)乃至(3)のうちのいずれか1つに記載の発光素子。
(5)
複数の発光素子を有し、
前記複数の発光素子は、
第1面および第2面を有すると共に、前記第1面側から順に、第1導電型層、活性層および第2導電型層を積層してなる半導体層と、
前記第1導電型層と電気的に接続されると共に、前記第1面に設けられ、実装時に基板と電気的に接続される引き出し電極を含む、面内方向に厚みが異なる第1電極と、
前記第2導電型層と電気的に接続されると共に、前記第2面に設けられ、前記第2面の中心部を対称の中心とした際に、前記第2面内において非対称に設けられた第2電極と
を備えた半導体デバイス。
Claims (5)
- 第1面および第2面を有すると共に、前記第1面側から順に、第1導電型層、活性層および第2導電型層を積層してなる半導体層と、
前記第1導電型層と電気的に接続されると共に、前記第1面に設けられ、実装時に基板と電気的に接続される引き出し電極を含む、面内方向に厚みが異なる第1電極と、
前記第2導電型層と電気的に接続されると共に、前記第2面に設けられ、前記第2面の中心部を対称の中心とした際に、前記第2面内において非対称に設けられた第2電極と
を備えた発光素子。 - 前記第1電極の厚みは、前記第2電極の形成領域が広い方が薄く、狭い方が厚い、請求項1に記載の発光素子。
- 前記第2面は、前記基板に対して傾きを有する、請求項1に記載の発光素子。
- 前記半導体層の前記第1面および前記第1面と前記第2面との間の側面全体は、絶縁層および金属層がこの順に設けられた積層構造によって被覆されている、請求項1に記載の発光素子。
- 複数の発光素子を有し、
前記複数の発光素子は、
第1面および第2面を有すると共に、前記第1面側から順に、第1導電型層、活性層および第2導電型層を積層してなる半導体層と、
前記第1導電型層と電気的に接続されると共に、前記第1面に設けられ、実装時に基板と電気的に接続される引き出し電極を含む、面内方向に厚みが異なる第1電極と、
前記第2導電型層と電気的に接続されると共に、前記第2面に設けられ、前記第2面の中心部を対称の中心とした際に、前記第2面内において非対称に設けられた第2電極と
を備えた半導体デバイス。
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