JP4914929B2 - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、製造コストを抑制可能な発光装置およびその製造方法に関する。

従来、複数の発光ダイオードを極性を揃えて並列に接続して直流で駆動する発光装置がある(特許文献１(特開２００７−１３４４３０号公報)参照)。この発光装置の回路を簡略化したものを図１１に示す。図１１に示す発光装置では、複数の発光ダイオード１０１を極性を揃えて並列に接続して直流で駆動している。

しかし、上記従来の発光装置では、複数の発光ダイオード１０１の極性を揃えて並列接続する必要があるので、特に、発光ダイオードのサイズが小さい場合や発光ダイオードの接続個数が多い場合に製造コストが高くなり、製造自体が困難になる。

特開２００７−１３４４３０号公報

そこで、この発明の課題は、製造が容易になり製造コストが抑えられる複数の発光ダイオードを備える発光装置およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の発光装置は、
第１の電極と、
第２の電極と、
上記第１の電極と第２の電極との間で並列接続された複数の発光ダイオードで構成される並列構成単位を少なくとも１個有すると共に上記第１の電極と第２の電極との間に接続された発光ダイオード回路とを備え、
上記並列構成単位を構成する上記複数の発光ダイオードは、
上記第１の電極を上記第２の電極よりも高電位としたときに順方向配置となるように配置された第１の発光ダイオードと、
上記第２の電極を上記第１の電極よりも高電位としたときに順方向配置となるように配置された第２の発光ダイオードとからなり、
上記並列構成単位では、上記第１の発光ダイオードと上記第２の発光ダイオードとが混在して配置され、
交流電源によって上記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印加して上記複数の発光ダイオードが駆動され、
上記発光ダイオードは、
第１導電型のコア部と、
上記第１導電型のコア部の外周面を被覆する第２導電型のシェル部とを有し、
上記第１導電型のコア部の外周面の一部が上記第２導電型のシェル部から露出していることを特徴としている。

この発明の発光装置によれば、上記第１,第２の電極間に接続する複数の発光ダイオードの極性を揃えて配列する必要がないので、製造時に複数の発光ダイオードの極性(向き)を揃える工程が不要となり工程を簡略化できる。また、発光ダイオードの極性(向き)を識別するために、発光ダイオードにマークを設ける必要がなく、極性識別のために発光ダイオードを特別な形状にする必要がなくなる。よって、発光ダイオードの製造工程を簡略化でき、製造コストも抑えることができる。なお、発光ダイオードのサイズが小さな場合や発光ダイオードの個数が多い場合、極性を揃えて発光ダイオードを配列するものに比べて、上記製造工程を格段に簡略化できる。

また、一実施形態の発光装置では、
上記発光ダイオード回路は、
上記並列構成単位が複数個直列に接続されてなる。

この実施形態の発光装置によれば、上記第１の電極と第２の電極との間に接続する発光ダイオードの極性(向き)を揃える工程が不要となり工程を簡略化できる。また、上記発光ダイオードの極性(向き)を識別するために、発光ダイオードにマークを設ける必要がなく、極性識別のために発光ダイオードを特別な形状にする必要もなくなる。よって、この実施形態の発光装置によれば、発光ダイオードの製造工程を簡略化でき、製造コストも抑えることができる。特に、発光ダイオードの最大寸法が、１００μｍ以下の小さなサイズの場合には、微細サイズの部品となり極性(向き)を揃える作業が難しくなるので、極性を揃えて発光ダイオードを配列する場合に比べて製造工程を格段に簡略化できる。

さらに、この実施形態では、上記並列構成単位が複数個直列に接続されているので、或る１つの並列構成単位の１つの発光ダイオードのショート不良によって上記或る１つの並列構成単位の発光ダイオードが唯１つとして発光しなくなった場合でも、他の並列構成単位の発光ダイオードは発光し続けることができる。それゆえ、この実施形態の発光装置は、高歩留りであり、信頼性も高くすることが可能となる。また、この実施形態の発光装置によれば、面状の発光領域が容易に得られる。

また、一実施形態の発光装置では、
上記発光ダイオード回路は、上記並列構成単位を１個有し、
上記第１の発光ダイオードは、
上記第１の電極にアノードが接続されていると共に上記第２の電極にカソードが接続され、
上記第２の発光ダイオードは、
上記第１の電極にカソードが接続されていると共に上記第２の電極にアノードが接続されている。

この実施形態の発光装置によれば、上記第１,第２の電極間に接続する複数の発光ダイオードの極性を揃えて配列する必要がないので、製造時に複数の発光ダイオードの極性(向き)を揃える工程が不要となり工程を簡略化できる。また、発光ダイオードの極性(向き)を識別するために、発光ダイオードにマークを設ける必要がなく、極性識別のために発光ダイオードを特別な形状にする必要がなくなる。よって、発光ダイオードの製造工程を簡略化でき、製造コストも抑えることができる。なお、発光ダイオードのサイズが小さな場合や発光ダイオードの個数が多い場合、極性を揃えて発光ダイオードを配列するものに比べて、上記製造工程を格段に簡略化できる。

また、一実施形態の発光装置では、
上記複数の並列構成単位の各並列構成単位は、互いに、等しい個数の発光ダイオードで構成されている。

この実施形態の発光装置によれば、各発光ダイオードを流れる電流量を等しくすることができるから、各発光ダイオードに均等に電流を流して、全体として効率よく発光させ、信頼性を高くすることが可能となる。

また、一実施形態の発光装置では、
上記並列構成単位がｍ個(ｍは２以上の自然数)の発光ダイオードにより構成され、
上記並列構成単位がｎ個(ｎは２以上の自然数)直列に接続されて上記発光ダイオード回路が構築されており、
上記ｍと上記ｎは、１−（１−（１／２）^ｍ−１）^ｎ≦０．０５なる関係を満たす。

この実施形態の発光装置によれば、上記発光ダイオード回路全体としての不良率を５％以下にすることができる。

これについて以下に説明する。まず、１つの並列構成単位を構成するｍ個の発光ダイオードが全て同じ向きとなる確率は、(１／２)^ｍ−１である。これは、２項分布の性質と、発光ダイオードが全て同じ向きとなる場合が２通り(全て一方向の場合および全て他方向の場合)あることから導かれる。これより、１つの並列構成単位が上記不良を起こさない確率は、１−(１／２)^ｍ−１である。この並列構成単位がｎ個直列に接続されるとき、発光ダイオード回路全体として上記不良を起こさない確率は(１−(１／２)^ｍ−１)^ｎであるから、発光ダイオード回路全体としての不良率Ｐは、Ｐ＝１−(１−(１／２)^ｍ−１)^ｎで表される。よって、上記ｍと上記ｎが、１−（１−（１／２）^ｍ−１）^ｎ≦０．０５なる関係を満たすことで、上記発光ダイオード回路全体としての不良率を５％以下にすることができる。

また、一実施形態の発光装置では、上記複数の発光ダイオードの個数は、１００個以上かつ１億個以下である。

この実施形態によれば、上記発光ダイオードの個数が１００個以上であるので、交流駆動で起こる点滅によるちらつきを抑制できる。

すなわち、上記複数の発光ダイオードの向きはランダムであり、各発光ダイオードについて、一方の向きと他方の向きとがそれぞれ２分の１の確率で発生するから、ｐ＝０．５の二項分布を考える。ここで、ｎ個の発光ダイオードがあって、或る向きの発光ダイオードをＸ個(一度に発光するダイオードの個数)とする。すると、二項分布の性質から、Ｘの期待値Ｅ(Ｘ)は、Ｅ(Ｘ)＝ｎｐであり、分散Ｖ(Ｘ)＝ｎｐ(１−ｐ)となる。そして、Ｘがその期待値であるＥ(Ｘ)＝ｎｐ からどれだけずれるかの目安は分散の平方根{Ｖ(Ｘ)}^１／２ であり、正規分布の場合は標準偏差と呼ばれる。この目安(分散の平方根)が期待値の１０％となる場合、次式(１)が成立する。
{ｎｐ(１−ｐ)}^１／２ ＝０．１ｎｐ … (１)

この式(１)に、ｐ＝０．５を代入して、ｎを解くと、ｎ＝１００となる。これは、明るさのばらつきが期待値の１０％となる条件を解くと、発光ダイオードの個数が１００個であることを示している。

なお、上記発光ダイオードの個数の上限値(１億個)は現在の実質的な製造限界である。

また、一実施形態の発光装置では、上記交流電源の交流周波数は、６０Ｈｚ以上かつ１ＭＨｚ以下である。

この実施形態によれば、上記交流電源の交流周波数を６０Ｈｚ以上としたことで、交流駆動で起こる発光ダイオードの点滅によるちらつきを抑制できる。また、上記交流電源の交流周波数を１ＭＨｚ以下にしたので、高周波による配線内での損失を抑制できる。交流電源の交流周波数が１ＭＨｚを超えると高周波による配線内での損失が無視できなくなる。

また、一実施形態の発光装置では、上記交流電源から受ける交流は、矩形波である。

この実施形態によれば、矩形波の交流で発光ダイオードを駆動するので、発光ダイオードを最も効率よく発光させることができる。例えば、正弦波の交流で発光ダイオードを駆動する場合、正弦波の立ち上がりと立下りの勾配があるので、平均発光強度が弱くなる。

また、一実施形態の発光装置では、１つの基板上に上記第１の電極と第２の電極が形成されている。

この実施形態によれば、１つの基板上に第１,第２の電極および複数の発光ダイオードを実装できる。

また、一実施形態の発光装置では、上記第１の電極と第２の電極は、上記基板表面に沿って延在していると共に互いに対向しており、
上記第１の電極は、上記第２の電極に向かって突出していると共に上記延在方向に沿って並ぶように形成された複数の突出部を有し、
上記第２の電極は、上記第１の電極に向かって突出していると共に上記延在方向に沿って並ぶように形成された複数の突出部を有し、
上記第１の電極の突出部と上記第２の電極の突出部とが対向しており、
上記第１の発光ダイオードは、
上記第１の電極の突出部にアノードが接続されていると共に上記第２の電極の突出部にカソードが接続され、
上記第２の発光ダイオードは、
上記第１の電極の突出部にカソードが接続されていると共に上記第２の電極の突出部にアノードが接続されている。

この実施形態によれば、基板上で上記第１,第２の電極が延在している方向に沿って形成された第１,第２の電極の突出部間に第１,第２の発光ダイオードが接続されているので、上記電極の延在方向に沿って上記突出部間の間隔で複数の発光ダイオードを配置することができる。つまり、上記基板上に形成した第１,第２の電極およびその突出部によって、上記複数の発光ダイオードの配置を設定できる。

また、一実施形態の発光装置では、最大寸法が１００μｍ以下である。

この実施形態によれば、上記発光ダイオードの最大寸法が１００μｍ以下である。このような微細サイズの物体(発光ダイオード)を向きも考慮して配置するには、微細サイズの物体を予め向きを揃えて準備しておくことが必要になる。もしくは、微細なサイズの物体を掴んでから向きを揃える作業が必要になる。よって、この実施形態のように、発光ダイオードの最大寸法が１００μｍ以下の微細な場合は、発光ダイオードの向きがランダムでよい本発明に好適となる。また、発光ダイオードのサイズが小さいので、熱が発光領域に篭らず、熱による出力低下や寿命低下を防ぐことができる。

また、一実施形態の発光装置では、上記発光ダイオードは、棒状である。

この実施形態によれば、発光ダイオードが棒状であるので、配置方向を制御し易い。

また、一実施形態の発光装置では、
上記第１,第２の電極に上記発光ダイオードを構成する半導体層が直接接続されている。

この実施形態によれば、上記発光ダイオードを一方向に揃えるための方向性を識別するための構造(例えば片方が長いリード線等)が存在しないので、上記発光ダイオードの製造工程が簡略化される。

また、一実施形態の発光装置では、
上記発光ダイオードは、
第１導電型のコア部と、
上記第１導電型のコア部の外周面を被覆する第２導電型のシェル部とを有し、
上記第１導電型のコア部の外周面の一部が上記第２導電型のシェル部から露出している。

この実施形態によれば、上記第１導電型のコア部と第２導電型のシェル部との接合面をコア部の外周面に沿って形成でき、発光面の増大を図れる。また、上記コア部の外周面の一部が第２導電型のシェル部から露出しているので、上記コア部の外周面の一部への電極の接続が容易になる。

また、一実施形態の発光装置では、
上記発光ダイオードのコア部は円柱状であり、
上記発光ダイオードのシェル部は上記円柱状のコア部の外周面を被覆し、
上記円柱状のコア部の外周面の一部が上記シェル部から露出しており、
上記円柱状のコア部と上記シェル部との接合面は上記コア部の周りに同心円状に形成されている。

この実施形態によれば、上記第１導電型の円柱状のコア部と第２導電型のシェル部との接合面をコア部の外周面に沿って円筒状に形成でき、発光面の増大を図れる。また、上記コア部の外周面の一部が第２導電型のシェル部から露出しているので、上記コア部の外周面の一部への電極の接続が容易になる。

また、一実施形態の発光装置の製造方法では、
第１の電極と第２の電極を有する基板を用意する工程と、
上記基板に最大寸法が１００μｍ以下の複数の発光ダイオードを含んだ溶液を塗布する工程と、
上記第１の電極と第２の電極に電圧を印加して上記発光ダイオードを上記第１,第２の電極によって規定される位置に配列させる工程とを備える。

この実施形態の製造方法によれば、いわゆる誘電泳動を用いて、上記第１,第２の電極によって規定される位置に微細な発光ダイオードを配置できる。この製造方法では、発光ダイオードの向きを一方に決めることが困難なので、発光ダイオードの向き(極性)が混在している本発明の発光装置を製造するのに好適である。

また、一実施形態のディスプレイ用バックライトは、上記発光装置を有するので、製造が容易であり製造コストが抑えられる。

また、一実施形態の照明装置は、上記発光装置を有するので、製造が容易であり製造コストが抑えられる。

また、一実施形態のＬＥＤディスプレイは、上記発光装置を有するので、製造が容易であり製造コストが抑えられる。

この発明の発光装置によれば、並列に接続する複数の発光ダイオードの極性を揃えて配列する必要がないので、製造時に複数の発光ダイオードの極性(向き)を揃える工程が不要となり工程を簡略化できる。また、発光ダイオードの極性(向き)を識別するために、発光ダイオードにマークを設ける必要がなく、発光ダイオードを特別な形状にする必要がなくなる。よって、発光ダイオードの製造工程を簡略化でき、製造コストも抑えることができる。

この発明の発光装置の第１実施形態の電気回路構成を模式的に示す図である。 上記実施形態を駆動する交流電源の交流波形の一例を示す波形図である。 この発明の発光装置の第２実施形態の電気回路構成を示す回路図である。 上記実施形態の変形例を示す回路図である。 上記実施形態のもう１つの変形例を示す回路図である。 上記実施形態の各並列構成単位において発光ダイオードを並列に接続する個数ｍと上記並列構成単位を直列に接続する個数ｎに対する不良率Ｐを示す図である。 この発明の発光装置の第３実施形態を示す模式的な平面図である。 上記実施形態の発光ダイオードの構成の一例を示す斜視図である。 上記発光ダイオードの端面図である。 棒状構造の発光ダイオードの製造方法の工程図である。 図９Ａに続く棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。 図９Ｂに続く棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。 図９Ｃに続く棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。 図９Ｄに続く棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。 この発明の第５実施形態としてのＬＥＤディスプレイの１画素の回路を示す図である。 従来の発光装置を示す図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

(第１の実施の形態)
図１に、この発明の発光装置の第１実施形態の電気回路構成を模式的に示す。この第１実施形態の発光装置は、第１の電極１および第２の電極２と、上記第１の電極１と第２の電極２との間に並列に接続された５個の発光ダイオード３〜７を備える。上記発光ダイオード３,４,６は、第２の発光ダイオードであり、第１の電極１にカソードが接続されていると共に上記第２の電極２にアノードが接続されている。一方、上記発光ダイオード５,７は、第１の発光ダイオードであり、上記第１の電極１にアノードが接続されていると共に第２の電極２にカソードが接続されている。上記第１の電極１と第２の電極２には交流電源１０が接続され、この交流電源１０は、上記第１の電極１と第２の電極２に交流電圧を印加する。この実施形態では、上記交流電源１０による交流電圧の周波数を６０Ｈｚとした。図１に示すように、上記５個の発光ダイオード３〜７は、第１の電極１にカソードが接続されている発光ダイオード３,４,６と第２の電極２にカソードが接続されている発光ダイオード５,７とが上記第１の電極１と第２の電極２との間で混在して配置されている。本実施形態では、５つの発光ダイオード３〜７のうち３つが一方向に接続(第１の電極１にカソードが接続)され、残りの２つが他方向に接続(第２の電極２にカソードが接続)されている。しかしながら、この一方向に接続された発光ダイオードの個数と他方向に接続された発光ダイオードの個数との割合はこれに限るものではなく、他の割合であってもよい。すなわち、一方向に接続される発光ダイオードと他方向に接続される発光ダイオードの数は、同数程度でなくてもよいし、その割合が一定でなくてもよい。このことは、本発明の発光装置の製造時に、発光ダイオードの向きを制御する必要がなく、ランダムに配列しても良いことを示している。なお、一方向に接続される発光ダイオードと他方向に接続される発光ダイオードの数の比が著しく大きくなった場合には、発光のちらつきの原因となることがあるが、これを抑制するための方法は後述する。

この実施形態の発光装置によれば、上記第１の電極１と第２の電極２との間に並列に接続する５個の発光ダイオード３〜７の極性を揃えて配列する必要がないので、製造時に５個の発光ダイオード３〜７の極性(向き)を揃える工程が不要となり工程を簡略化できる。また、上記発光ダイオード３〜７の極性(向き)を識別するために、発光ダイオード３〜７にマークを設ける必要がなく、極性識別のために発光ダイオード３〜７を特別な形状にする必要もなくなる。

よって、この実施形態の発光装置によれば、発光ダイオード３〜７の製造工程を簡略化でき、製造コストも抑えることができる。特に、発光ダイオード３〜７の最大寸法が、１００μｍ以下の小さなサイズの場合には、微細サイズの部品となり極性(向き)を揃える作業が難しくなるので、極性を揃えて発光ダイオードを配列する場合に比べて製造工程を格段に簡略化できる。

尚、上記実施形態では、第１の電極１と第２の電極２との間に接続する発光ダイオードの個数を５個としたが５個未満または６個以上としてもよい。例えば、第１の電極１と第２の電極２との間に接続する発光ダイオードの個数を１００個以上とすることによって、交流駆動で起こる点滅によるちらつきを抑制でき、明るさのばらつきを期待値の１０％以下に抑制可能となる。これについて以下に説明する。

すなわち、上記複数の発光ダイオードの向きはランダムであり、各発光ダイオードについて、一方の向きと他方の向きとがそれぞれ２分の１の確率で発生するから、ｐ＝０．５の二項分布を考える。ここで、ｎ個の発光ダイオードがあって、或る向きの発光ダイオードをＸ個(一度に発光するダイオードの個数)とする。すると、二項分布の性質から、Ｘの期待値Ｅ(Ｘ)は、Ｅ(Ｘ)＝ｎｐであり、分散Ｖ(Ｘ)＝ｎｐ(１−ｐ)となる。そして、Ｘがその期待値であるＥ(Ｘ)＝ｎｐ からどれだけずれるかの目安は分散の平方根{Ｖ(Ｘ)}^１／２ であり、正規分布の場合は標準偏差と呼ばれる。この目安(分散の平方根)が期待値の１０％となる場合、次式(１)が成立する。
{ｎｐ(１−ｐ)}^１／２ ＝０．１ｎｐ … (１)

この式(１)に、ｐ＝０．５を代入して、ｎを解くと、ｎ＝１００となる。これは、明るさのばらつきが期待値の１０％となる条件を解くと、発光ダイオードの個数が１００個であることを示している。

なお、現在の実質的な製造限界から第１の電極１と第２の電極２との間に接続できる発光ダイオードの個数の上限値は約１億個である。このように、第１の電極１と第２の電極２との間に接続する発光ダイオードの個数が多い場合、極性を揃えて発光ダイオードを配列するものに比べて、製造工程を格段に簡略化できる。

また、上記実施形態では、上記交流電源１０による交流電圧の周波数を６０Ｈｚとしたが、上記交流電圧の周波数は６０Ｈｚ未満でもよい。もっとも、上記交流電圧の周波数を６０Ｈｚ以上にすることによって、交流駆動で起こる発光ダイオードの点滅によるちらつきを抑制できる。一方、上記交流電圧の周波数を１ＭＨｚ以下にすることによって、高周波による配線内での損失を抑制できる。交流電源の交流周波数が１ＭＨｚを超えると高周波による配線内での損失が無視できなくなる。また、上記交流電圧の波形は、正弦波、三角波、矩形波、あるいはその他の周期的に変化する交流波形でもよいが、矩形波とすることが望ましい。一例として、図２に示すような矩形波の交流で発光ダイオードを駆動することにより、発光ダイオードを最も効率よく発光させることができる。これに対して、正弦波の交流で発光ダイオードを駆動する場合、正弦波の立ち上がりと立下りの勾配があるので、平均発光強度が弱くなる。

また、図１では、上記第１の電極１と第２の電極２との間に接続された発光ダイオード３〜７は交流電源１０に直接接続されているが、発光ダイオード３〜７と交流電源１０との間に他の素子または回路が存在していても良い。例えば、発光ダイオード３〜７に交流電圧が印加される限りにおいて、発光ダイオード３〜７と交流電源１０との間に、抵抗、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、その他の素子、またはこれらを組み合わせた回路があってもよい。また、発光ダイオード３〜７に交流電圧が印加される限りにおいて、発光ダイオード３〜７と並列に、抵抗、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、その他の素子、またはこれらを組み合わせた回路があってもよい。

また、この実施形態では、図１に示すように、発光ダイオード３、４、６が一方向(カソードが第１の電極１)に接続され、発光ダイオード５、７が他方向(カソードが第２の電極２)に接続されている。よって、上記一方向に接続された発光ダイオード３、４、６からみれば、上記他方向に接続された発光ダイオード５、７は保護ダイオードの役割をしている。すなわち、上記一方向に接続された発光ダイオード３、４、６に、サージ等により大きな逆方向電圧が印加された場合でも、上記他方向に接続された発光ダイオード５、７に直ちに順方向電流が流れ、図示しない電源１０中の抵抗または発光ダイオードと電源１０との間に設けられた抵抗により電圧降下が起こり、上記一方向に接続された発光ダイオード３、４、６に大きな逆方向電圧が印加されるのを防ぐことができる。同様に、上記他方向に接続された発光ダイオード５、７からみれば、上記一方向に接続された発光ダイオード３、４、６は保護ダイオードの役割をしている。すなわち、発光ダイオード３〜７は発光ダイオードとしての機能のみならず、保護ダイオードとしての機能を発揮することとなる。これにより、少ない部品で高い信頼性の発光装置を得ることができる。

(第２の実施の形態)
次に、図３を参照して、この発明の発光装置の第２実施形態を説明する。図３は、この第２実施形態の電気回路構成を模式的に示す回路図である。

図３に、この発明の発光装置の第２実施形態の電気回路構成を模式的に示す。この第２実施形態の発光装置は、第１の電極２０１および第２の電極２０２と、上記第１の電極２０１と第２の電極２０２との間に直並列に接続された２４個の発光ダイオード３１１〜３１６,３２１〜３２６,３３１〜３３６,３４１〜３４６からなる発光ダイオード回路２０３を備える。

６個の発光ダイオード３１１〜３１６は並列に接続されており、並列構成単位４０１をなしている。同様に、６個の発光ダイオード３２１〜３２６、６個の発光ダイオード３３１〜３３６および６個の発光ダイオード３４１〜３４６も、それぞれ並列構成単位４０２,４０３,４０４をなしている。これら４個の並列構成単位４０１〜４０４が直列に接続されて発光ダイオード回路２０３をなし、その両端が第１の電極２０１および第２の電極２０２に接続されている。

各並列構成単位４０１〜４０４では、互いに逆向きである２つの向きで接続された発光ダイオードが混在している。

具体的には、発光ダイオード３１１〜３１６が構成する並列構成単位４０１では、第２の発光ダイオードとしての発光ダイオード３１１,３１３,３１５,３１６のカソードが第１の電極２０１に直接接続され、発光ダイオード３１１,３１３,３１５,３１６のアノードが他の並列構成単位４０２〜４０４を介して第２の電極２０２に接続される。また、第１の発光ダイオードとしての発光ダイオード３１２,３１４のアノードが第１の電極２０１に直接接続され、発光ダイオード３１２,３１４のカソードが他の並列構成単位４０２〜４０４を介して第２の電極２０２に接続されている。また、発光ダイオード３２１〜３２６が構成する並列構成単位４０２では、第２の発光ダイオードとしての発光ダイオード３２１,３２４,３２５のカソードが他の並列構成単位４０１を介して第１の電極２０１に接続され、発光ダイオード３２１,３２４,３２５のアノードが他の並列構成単位４０３,４０４を介して第２の電極２０２に接続される。また、並列構成単位４０２の第１の発光ダイオードとしての発光ダイオード３２２,３２３,３２６のアノードが他の並列構成単位４０１を介して第１の電極２０１に接続され、発光ダイオード３２２,３２３,３２６のカソードが他の並列構成単位４０３,４０４を介して第２の電極２０２に接続されている。

すなわち、上記並列構成単位４０１では、第２の発光ダイオードとしての発光ダイオード３１１,３１３,３１５,３１６が第２の電極２０２から第１の電極２０１に向かって順方向であり、第１の発光ダイオードとしての発光ダイオード３１２,３１４が第１の電極２０１から第２の電極２０２に向かって順方向である。また、上記並列構成単位４０２では、第２の発光ダイオードとしての発光ダイオード３２１,３２４,３２５が第２の電極２０２から第１の電極２０１に向かって順方向であり、第１の発光ダイオードとしての発光ダイオード３２２,３２３,３２６が第１の電極２０１から第２の電極２０２に向かって順方向である。

また、上記並列構成単位４０３では、第２の発光ダイオードとしての発光ダイオード３３３,３３５,３３６が第２の電極２０２から第１の電極２０１に向かって順方向であり、第１の発光ダイオードとしての発光ダイオード３３１,３３２,３３４が第１の電極２０１から第２の電極２０２に向かって順方向である。また、上記並列構成単位４０４では、第２の発光ダイオードとしての発光ダイオード３４１,３４３,３４５,３４６が第２の電極２０２から第１の電極２０１に向かって順方向であり、第１の発光ダイオードとしての発光ダイオード３４２,３４４が第１の電極２０１から第２の電極２０２に向かって順方向である。

上記第１の電極２０１と第２の電極２０２には交流電源２１０が接続され、この交流電源２１０は、上記第１の電極２０１と第２の電極２０２に交流電圧を印加する。この実施形態では、上記交流電源２１０による交流電圧の周波数を６０Ｈｚとした。

上述のように、各並列構成単位４０１〜４０４を構成する発光ダイオードは、互いに逆向きである２つの向きで接続された発光ダイオードが混在している。図３に示すように、上記２つの向きのうちの一方向に接続された発光ダイオードの数と、他方向に接続された発光ダイオードの数は並列構成単位毎に異なっていても良い。このことは、本発明の発光装置の製造時に、発光ダイオードの向きを制御する必要がなく、ランダムに配列しても良いことを示している。

また、図３では、上記第１の電極２０１と第２の電極２０２との間に直列に接続された並列構成単位４０１〜４０４は交流電源２１０に直接接続されているが、直列に接続された並列構成単位と交流電源２１０との間に他の素子または回路が存在していても良い。例えば、直列に接続された並列構成単位４０１〜４０４に交流電圧が印加される限りにおいて、上記直列に接続された並列構成単位４０１〜４０４と交流電源２１０との間に、抵抗、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、その他の素子、またはこれらを組み合わせた回路があってもよい。また、直列に接続された並列構成単位４０１〜４０４に交流電圧が印加される限りにおいて、上記直列に接続された並列構成単位４０１〜４０４と並列に、抵抗、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、その他の素子、またはこれらを組み合わせた回路があってもよい。また、各並列構成単位４０１〜４０４に交流電圧が印加される限りにおいて、各並列構成単位４０１〜４０４間に、抵抗、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、その他の素子、またはこれらを組み合わせた回路があってもよい。例えば、図４に示す一例では、並列構成単位４０２と並列構成単位４０３との間に電流調整用の抵抗Ｒ１が接続されている。更には、上記並列構成単位４０１〜４０４を構成する各発光ダイオードに交流電圧が印加される限りにおいて、上記並列構成単位４０１〜４０４内に、抵抗、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、その他の素子、またはこれらを組み合わせた回路があってもよい。例えば、図５に示す一例では、並列構成単位４０２,並列構成単位４０３を構成する各発光ダイオード３２１〜３２６,３３１〜３３６と直列にそれぞれ電流調整用の抵抗Ｒ２が設けられている。

この実施形態の発光装置によれば、上記第１の電極２０１と第２の電極２０２との間に接続する発光ダイオードの極性(向き)を揃える工程が不要となり工程を簡略化できる。また、上記発光ダイオードの極性(向き)を識別するために、発光ダイオードにマークを設ける必要がなく、極性識別のために発光ダイオードを特別な形状にする必要もなくなる。

よって、この実施形態の発光装置によれば、発光ダイオードの製造工程を簡略化でき、製造コストも抑えることができる。特に、発光ダイオードの最大寸法が、１００μｍ以下の小さなサイズの場合には、微細サイズの部品となり極性(向き)を揃える作業が難しくなるので、極性を揃えて発光ダイオードを配列する場合に比べて製造工程を格段に簡略化できる。

この実施形態では、図３に示すように、各並列構成単位４０１〜４０４内で、一方向に接続された発光ダイオードと、他方向に接続された発光ダイオードとが混在している。この点で、１つの並列構成単位４０１,４０２,４０３,４０４を構成する複数の発光ダイオードは、前述の第１実施形態の発光ダイオード３〜７(図１参照)と同様である。よって、この第２実施形態は、前述の第１実施形態の発光ダイオード３〜７を、多段にしたものといえる。

したがって、前述の第１実施形態で説明した、一方向に接続された発光ダイオードからみれば、他方向に接続された発光ダイオードは保護ダイオードの役割をしており、他方向に接続された発光ダイオードからみれば、一方向に接続された発光ダイオードは保護ダイオードの役割をしているという特徴は、この第２実施形態でも成立する。それゆえ、この第２実施形態でも、各発光ダイオードは発光ダイオードとしての機能のみならず、保護ダイオードとしての機能を発揮することとなる。これにより、少ない部品で高い信頼性の発光装置を得ることができる。

更には、この第２実施形態の発光装置は、前述の第１実施形態の発光装置に比べて、ショート不良に対して強いという利点を有している。例えば、前述の第１実施形態の発光ダイオード３〜７(図１を参照)のいずれか１つでもショート不良を起こせば、発光ダイオードは唯１つとして発光しなくなる。一方、この第２実施形態では、例えば、図３の発光ダイオード３１１がショート不良を起こすと、並列構成単位４０１の発光ダイオード３１１〜３１６が発光しなくなるものの、他の並列構成単位４０２〜４０４の発光ダイオードは発光し続けることができる。それゆえ、この第２実施形態の発光装置は、高歩留りであり、信頼性も高くすることが可能となる。

尚、上記第２実施形態では、各並列構成単位４０１〜４０４を構成する発光ダイオードの数は全て同じ(６個)であるが、この限りではない。すなわち、各並列構成単位を構成する発光ダイオードの個数は６個以下でも６個以上でもよく例えば１００個以上でもよい。また、各並列構成単位を構成する発光ダイオードの数を、並列構成単位毎に変えてもよい。例えば、並列構成単位４０１を６個の発光ダイオードで構成し、並列構成単位４０２を５個の発光ダイオードで構成し、並列構成単位４０３および４０４を７個の発光ダイオードで構成することもできる。しかしながら、図３に示すように、各並列構成単位４０１〜４０４を構成する発光ダイオードの個数がそれぞれ等しいことが好ましい。なぜならば、各並列構成単位４０１〜４０４は直列に接続されているため、各並列構成単位４０１〜４０４を流れる総電流量は各並列構成単位で等しく、よって各並列構成単位４０１〜４０４を構成する発光ダイオードの数を等しくすることにより、各発光ダイオードを流れる電流量を等しくすることができるからである。これにより、各発光ダイオードに均等に電流を流して、全体として効率よく発光させ、信頼性を高くすることが可能となる。

ところで、この第２実施形態を実施するにあたり、第１の電極２０１と第２の電極２０２との間に接続する発光ダイオードの極性(向き)を揃える工程を省略する。このため、発光ダイオードの向きが偶然に決定される場合においては、１つの並列構成単位４０１〜４０４を構成する発光ダイオードが(偶然)全て同じ向きになってしまう不良が発生する。この状態で、第１,第２の電極２０１,２０２に交流を印加した場合、この不良の並列構成単位は半周期で全く電流を通さないため、この半周期で全ての発光ダイオードが消灯してしまう。ここでは、各並列構成単位は全て同じｍ個の発光ダイオードからなり、この並列構成単位がｎ個直列に接続されている場合の不良発生率を考察する。

先ず、１つの並列構成単位を構成するｍ個の発光ダイオードが全て同じ向き(極性)となる確率は、(１／２)^ｍ−１である。これは、２項分布の性質と、発光ダイオードが全て同じ向きとなる場合が２通り(全て一方向の場合および全て他方向の場合)あることから導かれる。これより、１つの並列構成単位が上記不良を起こさない確率は、１−(１／２)^ｍ−１である。この並列構成単位がｎ個直列に接続されるとき、発光ダイオード回路全体として上記不良を起こさない確率は(１−(１／２)^ｍ−１)^ｎであるから、発光ダイオード回路全体としての不良率Ｐは、Ｐ＝１−(１−(１／２)^ｍ−１)^ｎで表される。

図６に示す表は、各並列構成単位において発光ダイオードを並列に接続する個数ｍと上記並列構成単位を直列に接続する個数ｎに対する不良率Ｐが記されている。この表から、例えば、上記並列接続個数ｍ＝９の場合は、上記直列接続個数ｎが２以下で不良率が１％以下となり、ｎが１３以下で不良率が５％以下となることが判る。量産の観点からは、Ｐが０．０５(５％)以下、すなわち、１−(１−(１／２)^ｍ−１)^ｎ≦０．０５なる関係を満たすこと(図６の表において太線Ｌ１よりも右側の領域)が好ましく、Ｐが０．０１以下(１％)以下であること(図６の表において太線Ｌ２よりも右側の領域)が更に好ましい。

なお、現在の実質的な製造限界から第１の電極２０１と第２の電極２０２との間に接続できる発光ダイオードの個数の上限値は約１億個である。このように、第１の電極２０１と第２の電極２０２との間に接続する発光ダイオードの個数が多い場合、極性を揃えて発光ダイオードを配列するものに比べて、製造工程を格段に簡略化できる。

また、上記実施形態では、上記交流電源２１０による交流電圧の周波数を６０Ｈｚとしたが、上記交流電圧の周波数は６０Ｈｚ未満でもよい。もっとも、上記交流電圧の周波数を６０Ｈｚ以上にすることによって、交流駆動で起こる発光ダイオードの点滅によるちらつきを抑制できる。一方、上記交流電圧の周波数を１ＭＨｚ以下にすることによって、高周波による配線内での損失を抑制できる。交流電源の交流周波数が１ＭＨｚを超えると高周波による配線内での損失が無視できなくなる。また、上記交流電圧の波形は、正弦波、三角波、矩形波、あるいはその他の周期的に変化する交流波形でもよいが、矩形波とすることが望ましい。一例として、図２に示すような矩形波の交流で発光ダイオードを駆動することにより、発光ダイオードを最も効率よく発光させることができる。これに対して、正弦波の交流で発光ダイオードを駆動する場合、正弦波の立ち上がりと立下りの勾配があるので、平均発光強度が弱くなる。

(第３の実施の形態)
次に、図７を参照して、この発明の発光装置の第３実施形態を説明する。図７は、この第３実施形態を示す模式的な平面図である。

この第３実施形態の発光装置は、基板２１と、基板２１上に形成された第１の電極２２と、基板２１上に形成された第２の電極２３と、４個の発光ダイオード２４,２５,２６,２７を備える。この第１の電極２２と第２の電極２３は、上記基板２１の表面２１Ａに沿って互いに略平行に延在していて互いに対向している。上記第１の電極２２は、この第１の電極２２が延在している方向に沿って或る間隔を隔てて並んでいると共に第２の電極２３に向かって突き出した４つの突出部２２Ａ,２２Ｂ,２２Ｃ,２２Ｄを有する。また、上記第２の電極２３は、この第２の電極２３が延在している方向に沿って或る間隔を隔てて並んでいると共に第１の電極２２に向かって突き出した４つの突出部２３Ａ,２３Ｂ,２３Ｃ,２３Ｄを有する。上記第１の電極２２の４つの突出部２２Ａ,２２Ｂ,２２Ｃ,２２Ｄは、それぞれ、上記第２の電極２３の４つの突出部２３Ａ,２３Ｂ,２３Ｃ,２３Ｄに対向している。

図７に示す一例では、第１の発光ダイオードとしての上記発光ダイオード２４,２６は、アノードＡが第１の電極２２の突出部２２Ａ,２２Ｃに接続され、カソードＫが第２の電極２３の突出部２３Ａ,２３Ｃに接続されている。また、第２の発光ダイオードとしての上記発光ダイオード２５,２７は、カソードＫが第１の電極２２の突出部２２Ｂ,２２Ｄに接続され、アノードＡが第２の電極２３の突出部２３Ｂ,２３Ｄに接続されている。この実施形態では、一例として、上記発光ダイオード２４〜２７を棒状とし、長さＬを１０μｍとした。

また、上記第１の電極２２と第２の電極２３には、交流電源２８が接続される。この実施形態では、交流電源２８の交流周波数を６０Ｈｚとした。図７に示すように、上記４個の発光ダイオード２４〜２７は、第１の電極２２にアノードＡが接続されている発光ダイオード２４,２６と第２の電極２３にアノードＡが接続されている発光ダイオード２５,２７とが上記第１の電極２２と第２の電極２３との間で混在して配置されている。なお、図７に示す一例では、第１の電極２２にアノードＡが接続されている発光ダイオード２４,２６と第２の電極２３にアノードＡが接続されている発光ダイオード２５,２７とを交互に配列したが、発光ダイオード２６と２７とが入れ替わってもよい。すなわち、第１の電極２２の突出部２２ＡにアノードＡが接続された発光ダイオード２４と突出部２２ＤにアノードＡが接続された発光ダイオード２６との間に、カソードＫが第１の電極２２の突出部２２Ｂに接続された発光ダイオード２５とカソードＫが第１の電極２２の突出部２２Ｃに接続された発光ダイオード２７を配列してもよい。また、一方向に接続(第１の電極２２にカソードが接続)された発光ダイオードの数と、他方向に接続(第２の電極２３にカソードが接続)された発光ダイオードの数の割合はこれに限るものではなく、他の割合であってもよい。すなわち、一方向に接続される発光ダイオードと他方向に接続される発光ダイオードの数は、同数でなくてもよいし、その割合が一定でなくてもよい。このことは、本発明の発光装置の製造時に、発光ダイオードの向きを制御する必要がなく、ランダムに配列しても良いことを示している。なお、一方向に接続される発光ダイオードと他方向に接続される発光ダイオードの数の比が著しく大きくなった場合には、発光のちらつきの原因となることがあるが、これを抑制するための方法は後述する。

この実施形態の発光装置によれば、上記第１の電極２２と第２の電極２３との間に並列に接続する４個の発光ダイオード２４〜２７を極性を揃えて配列する必要がないので、製造時に４個の発光ダイオード２４〜２７の極性(向き)を揃える工程が不要となり工程を簡略化できる。また、上記発光ダイオード２４〜２７の極性(向き)を識別するために、発光ダイオード２４〜２７にマークを設ける必要がなく、極性識別のために発光ダイオード２４〜２７を特別な形状にする必要もなくなる。したがって、この実施形態の発光装置によれば、発光ダイオード２４〜２７の製造工程を簡略化でき、製造コストも抑えることができる。特に、この実施形態のように、発光ダイオード２４〜２７の最大寸法が、１０μｍで１００μｍ以下の小さなサイズの場合には、微細サイズの部品となって極性を揃える作業が難しくなるので、極性を揃えて発光ダイオードを配列する場合に比べて製造工程を格段に簡略化できる。なお、上記発光ダイオード２４〜２７の最大寸法が、１０μｍ未満でもよく、１０μｍを超えてもよい。

また、この実施形態によれば、基板２１上に第１,第２の電極２２,２３および４個の発光ダイオード２４〜２７を実装でき、基板２１上で上記第１,第２の電極２２,２３が延在している方向に沿って或る間隔で配置された第１,第２の電極２２,２３の突出部２２Ａ〜２２Ｄ,２３Ａ〜２３Ｄ間に発光ダイオード２４〜２７が接続されているので、上記電極２２,２３の延在方向に沿って上記４個の発光ダイオード２４〜２７を一列に配列できる。つまり、上記基板２１上に形成した第１,第２の電極２２,２３およびその突出部２２Ａ〜２２Ｄ,２３Ａ〜２３Ｄによって、上記４個の発光ダイオードの配置を設定できる。また、この実施形態では、発光ダイオード２４〜２７が棒状であるので、第１の電極２２の各突出部２２Ａ〜２２Ｄと第２の電極２３の各突出部２３Ａ〜２３Ｄとの間で各突出部の突出の方向へ配置方向を制御し易くなる。

尚、上記実施形態では、第１の電極２２と第２の電極２３との間に接続する発光ダイオードの個数を４個としたが４個未満または５個以上としてもよい。例えば、第１の電極２２と第２の電極２３との間に接続する発光ダイオードの個数を１００個以上とすることによって、交流駆動で起こる点滅によるちらつきを抑制でき、明るさのばらつきを期待値の１０％以下に抑制可能となる。これについて以下に説明する。

すなわち、上記複数の発光ダイオードの向きはランダムであり、各発光ダイオードについて、一方の向きと他方の向きとがそれぞれ２分の１の確率で発生するから、ｐ＝０．５の二項分布を考える。ここで、ｎ個の発光ダイオードがあって、或る向きの発光ダイオードをＸ個(一度に発光するダイオードの個数)とする。すると、二項分布の性質から、Ｘの期待値Ｅ(Ｘ)は、Ｅ(Ｘ)＝ｎｐであり、分散Ｖ(Ｘ)＝ｎｐ(１−ｐ)となる。そして、Ｘがその期待値であるＥ(Ｘ)＝ｎｐ からどれだけずれるかの目安は分散の平方根{Ｖ(Ｘ)}^１／２ であり、正規分布の場合は標準偏差と呼ばれる。この目安(分散の平方根)が期待値の１０％となる場合、次式(１)が成立する。
{ｎｐ(１−ｐ)}^１／２ ＝０．１ｎｐ … (１)

この式(１)に、ｐ＝０．５を代入して、ｎを解くと、ｎ＝１００となる。これは、明るさのばらつきが期待値の１０％となる条件を解くと、発光ダイオードの個数が１００個であることを示している。

なお、現在の実質的な製造限界から第１の電極２２と第２の電極２３との間に接続できる発光ダイオードの個数の上限値は約１億個である。このように、第１の電極２２と第２の電極２３との間に接続する発光ダイオードの個数が多い場合、極性を揃えて発光ダイオードを配列するものに比べて、製造工程を格段に簡略化できる。また、上記実施形態では、上記交流電源２８による交流電圧の周波数を６０Ｈｚとしたが、上記交流電圧の周波数は６０Ｈｚ未満でもよい。もっとも、上記交流電圧の周波数を６０Ｈｚ以上にすることによって、交流駆動で起こる発光ダイオードの点滅によるちらつきを抑制できる。一方、上記交流電圧の周波数を１ＭＨｚ以下にすることによって、高周波による配線内での損失を抑制できる。また、上記交流電圧の波形は、正弦波、三角波、矩形波、あるいはその他の波形でもよいが、矩形波とすることが望ましい。一例として、図２に示すような矩形波の交流で発光ダイオードを駆動することにより、発光ダイオードを最も効率よく発光させることができる。また、上記各発光ダイオード２４〜２７を構成する半導体層であるＰ型半導体層とＮ型半導体層を第１の電極２２,２３の各突出部２２Ａ〜２２Ｄ,２３Ａ〜２３Ｄに直接に接続することが好ましい。これにより、各発光ダイオード２４〜２７を電極２２,２３に極性を揃えて接続するためのリード線等が無い構造となり、各発光ダイオードの極性を揃える必要のない本実施形態には好適である。

例えば、図８Ａに示すように、上記各発光ダイオード２４〜２７を、Ｎ型の半導体で作製された円柱状のコア部３１と、この円柱状のコア部３１の外周面３２を被覆するＰ型の半導体で作製された円筒状のシェル部３３とで構成してもよい。なお、図８Ｂは、円柱状のコア部３１の端面３１Ｄ側から軸方向に見た様子を示す端面図である。上記円柱状のコア部３１の外周面３２の一部３２Ａが上記シェル部３３から露出している。また、上記円柱状のコア部３１と上記シェル部３３との接合面３５は上記円柱状のコア部３１の周りに同心円状に形成されている。上記シェル部３３から露出したコア部３１の一部３１ＡがカソードＫをなし、上記シェル部３３の端部３３ＡがアノードＡをなす。そして、上記カソードＫ,アノードＡは、第１,第２の電極２２,２３の突出部２２Ａ〜２２Ｄ,突出部２３Ａ〜２３Ｄのうちのいずれかに直接接続される。図８に示す構成の発光ダイオードは、上記Ｎ型の円柱状のコア部３１とＰ型のシェル部３３との接合面３５をコア部３１の外周面３２に沿って円筒状に形成でき、発光面の増大を図れる。また、上記コア部３１の外周面３２の一部３２ＡがＰ型のシェル部３３から露出しているので、上記コア部３１の外周面３２の一部３２Ａへの電極２２,２３の接続が容易になる。

なお、コア部３１の一端３１Ｂの端面３１Ｃは上記シェル部３３の端部３３Ａから露出していてもよいが、上記シェル部３３の端部３３Ａがコア部３１の一端３１Ｂの端面３１Ｃを被覆する構成とすることで、シェル部３３の端部３３Ａを第１,第２の電極２２,２３の突出部により接続し易くなる。また、上記シェル部３３を形成する半導体をＮ型とし、上記コア部３１を形成する半導体をＰ型としてもよい。また、図８に示す構成では、コア部３１を円柱状としシェル部３３を円筒状としたが、多角柱状のコア部と多角筒状のシェル部としてもよい。例えば、六角柱状のコア部と六角筒状のシェル部としてもよく、四角柱状のコア部と四角筒状のシェル部としてもよく、三角柱状のコア部と三角筒状のシェル部としてもよい。また、楕円柱状のコア部と楕円筒状のシェル部としてもよい。

(第４の実施の形態)
次に、この発明の第４実施形態として、発光装置の製造方法を説明する。この第４実施形態では、図７を参照して前述の第３実施形態で説明されたような発光装置を製造する方法を説明する。

この第４実施形態では、まず、表面２１Ａに第１の電極２２と第２の電極２３が形成された基板２１を用意する。この基板２１は絶縁基板とし、第１,第２の電極２２,２３は金属電極とする。一例として、印刷技術を利用して絶縁基板２１の表面２１Ａに所望の電極形状の金属電極２２,２３を形成することができる。また、絶縁基板２１の表面２１Ａに金属膜及び感光体膜を一様に積層し、この感光体膜を所望の電極パターンに露光・現像し、パターニングされた感光体膜をマスクとして金属膜をエッチングして第１の電極２２と第２の電極２３を形成することができる。

なお、上記金属電極２２,２３を作製する金属の材料としては、金、銀、銅、鉄、タングステン、タングステンナイトライド、アルミニウム、タンタルやそれらの合金などを用いることができる。また、絶縁基板２１はガラス、セラミック、アルミナ、樹脂のような絶縁体、またはシリコンのような半導体表面にシリコン酸化膜を形成し、表面が絶縁性を有するような基板である。ガラス基板を用いる場合は、表面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜のような下地絶縁膜を形成するのが望ましい。

また、上記第１の電極２２の突出部２２Ａと第２の電極２３の突出部２３Ａとの間の距離は、発光ダイオード２４〜２７の長さよりもやや短いことが好ましい。一例として、上記距離は、発光ダイオード２４〜２７の長さが１０μｍである場合は、６〜９μｍとすることが望ましい。すなわち、上記距離は、発光ダイオード２４〜２７の長さの６０〜９０％程度、より好ましくは上記長さの８０〜９０％とすることが望ましい。上記第１の電極２２の突出部２２Ｂ,２２Ｃ,２２Ｄと上記第２の電極２３の突出部２３Ｂ,２３Ｃ,２３Ｄとの間の距離についても、上記突出部２２Ａと突出部２３Ａとの間の距離と同様である。

次に、上記絶縁基板２１上に発光ダイオード２４〜２７を配列する手順を説明する。まず、上記絶縁基板２１上に発光ダイオード２４〜２７を含んだ溶液としてのイソプロピルアルコール(ＩＰＡ)を薄く塗布する。なお、上記溶液としては、ＩＰＡのほかに、エチレングリコール、プロピレングリコール、メタノール、エタノール、アセトン、またはそれらの混合物でもよく、他の有機物からなる液体、水などを用いることができる。ただし、液体を通じて金属電極２２,２３間に大きな電流が流れてしまうと、金属電極２２,２３間に所望の電圧差を印加できなくなってしまう。そのような場合には、金属電極２２,２３を覆うように、絶縁基板２１表面全体に、１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度の絶縁膜をコーティングすればよい。

上記発光ダイオード２４〜２７を含むＩＰＡを塗布する厚さは、次に発光ダイオード２４〜２７を配列する工程で、発光ダイオード２４〜２７が配列できるよう、液体中で発光ダイオード２４〜２７が移動できる厚さである。したがって、発光ダイオード２４〜２７の太さ以上であり、例えば、数μｍ〜数ｍｍである。塗布する厚さは薄すぎると、発光ダイオード２４〜２７が移動し難くなり、厚すぎると、液体を乾燥する時間が長くなる。好ましくは、１００μｍ〜５００μｍである。また、ＩＰＡの量に対して、発光ダイオードの個数は、 １×１０^４個／ｃｍ^３ 〜 １×１０^７個／ｃｍ^３ が好ましい。

上記発光ダイオード２４〜２７を含むＩＰＡを絶縁基板２１に塗布するために、発光ダイオード２４〜２７を配列させる金属電極２２,２３の外周囲に枠(図示せず)を形成し、その枠内に上記発光ダイオード２４〜２７を含むＩＰＡを所望の厚さになるよう充填するとよい。しかし、上記発光ダイオード２４〜２７を含むＩＰＡが粘性を有する場合は、枠を必要とせずに、所望の厚さに塗布することが可能である。上記ＩＰＡやエチレングリコール、プロピレングリコール、メタノール、エタノール、アセトン、またはそれらの混合物、或いは、他の有機物からなる液体、または水などの液体は、上記発光ダイオード２４〜２７の配列工程のためには粘性が低いほど望ましく、また加熱により蒸発しやすい方が望ましい。

次に、金属電極２２、２３間に電位差を与える。この電位差は、例えば、０．５Ｖもしくは１Ｖの電位差とする。なお、この金属電極２２と２３の電位差は、０．１〜１０Ｖを印加することができるが、０．１Ｖ以下では発光ダイオード２４〜２７の配列姿勢が乱れ始め、１０Ｖ以上では金属電極間の絶縁が問題になり始める。したがって、上記電位差は０．５Ｖ〜５Ｖが好ましく、さらには、０．５Ｖ程度とするのが好ましい。金属電極２２に電位ＶＬを与え、金属電極２３に上記電位ＶＬよりも高い電位ＶＨ(ＶＬ＜ＶＨ)を与えると、金属電極２２には負電荷が誘起され、金属電極２３には正電荷が誘起される。この金属電極２２,２３に上記発光ダイオード２４〜２７が接近すると、発光ダイオード２４〜２７のうち金属電極２２に近い側に正電荷が誘起され、金属電極２３に近い側に負電荷が誘起される。上記発光ダイオード２４〜２７に電荷が誘起されるのは静電誘導による。よって、上記発光ダイオード２４〜２７は、金属電極２２、２３間に生じる電気力線に沿った姿勢になると共に、各発光ダイオード２４〜２７に誘起された電荷がほぼ等しいので、電荷による反発力により、ほぼ等間隔に一定方向に規則正しく配列する。このとき、金属電極２２、２３の表面に絶縁膜がコーティングされており、かつ、金属電極２２、２３間に与える電位差が一定(ＤＣ)であると、金属電極２２、２３上にコーディングされた絶縁膜表面に、金属電極２２、２３の電位と反対極性のイオンが誘起されて溶液中の電界が非常に弱くなってしまう。そのような場合は、金属電極２２,２３間に交流電圧を印加することが好ましい。これにより、金属電極２２、２３の電位と反対極性のイオンが誘起されるのを防ぎ、発光ダイオード２４を正常に配列することができる。なお、金属電極２２,２３間に印加する交流電圧の周波数は、１０Ｈｚ〜１ＭＨｚとするのが好ましいが、交流電圧の周波数が１０Ｈｚ未満のときは、発光ダイオード２４が激しく振動し、配列が乱される可能性がある。一方、金属電極２２,２３間に印加する交流電圧の周波数が１ＭＨｚを超える場合は、発光ダイオード２４〜２７が金属電極２２,２３に吸着される力が弱くなり、外部の擾乱により配列が乱されることがある。このため、発光ダイオード２４〜２７の配列の安定のためには、上記交流電圧の周波数を５０Ｈｚ〜１ｋＨｚとすることがより好ましい。さらに、上記交流電圧の波形は、正弦波に限らず、矩形波、三角波、ノコギリ波など、周期的に変動するものであればよい。なお、上記交流電圧の振幅は一例として０．５Ｖ程度とすることが好ましい。

このように、本実施形態では、金属電極２２,２３間に発生した外部電場により、各発光ダイオード２４〜２７に電荷を発生させ、電荷の引力により金属電極２２,２３に発光ダイオード２４〜２７を吸着させるので、発光ダイオード２４〜２７の大きさは、液体中で移動可能な大きさであることが必要である。したがって、各発光ダイオード２４〜２７の大きさ(最大寸法)の許容値は、液体の塗布量(塗布厚さ)により変化する。上記液体の塗布量が少ない場合は、各発光ダイオード２４〜２７の大きさ(最大寸法)はナノスケールでなければならないが、液体の塗布量が多い場合は、各発光ダイオード２４〜２７の大きさがミクロンオーダーであってもかまわない。

上記発光ダイオード２４〜２７が配列を始めてしばらくすると、図７に模式的に示すように、電極２２の突出部２２Ａ〜２２Ｄと電極２３の突出部２３Ａ〜２３Ｄとの間に発光ダイオード２４〜２７が配列する。各発光ダイオード２４〜２７は、金属電極２２,２３が延在している方向とは垂直な姿勢に整列して上記延在の方向にほぼ等間隔で配列する。突出部２２Ａ〜２２Ｄと突出部２３Ａ〜２３Ｄとの間に電界が集中すると共に発光ダイオード２４〜２７に誘起された電荷により発光ダイオード２４〜２７間に反発力が働いて、発光ダイオード２４〜２７がほぼ等間隔に並ぶ。

なお、図７に仮想線で示すように、上記溶液に含まれるが上記発光ダイオード２４〜２７以外の発光ダイオードＺが、電極２２や電極２３に吸着する場合もある。この場合には、上記電極２２,２３間に交流電圧を印加しつつ、上記電極２２,２３の周囲にＩＰＡ等の溶液を流すことによって、上記電極２２や電極２３に吸着した発光ダイオードＺを除去できる。これにより、歩留まりの向上を図れる。

こうして、金属電極２２,２３の突出部２２Ａ〜２２Ｄと突出部２３Ａ〜２３Ｄとの間に、発光ダイオード２４〜２７を配列させた後、基板２１を加熱または一定時間放置することにより、上記溶液の液体を蒸発させて乾燥させ、発光ダイオード２４〜２７を金属電極２２と２３との間の電気力線に沿って、等間隔に配列させて固着させる。

以上のように、本実施形態の発光装置の製造方法によれば、発光ダイオード２４〜２７を、金属電極２２,２３の突出部２２Ａ〜２２Ｄと突出部２３Ａ〜２３Ｄとの間に制御性良く高精度に配列させることが可能となる。また、本実施形態の方法では、各発光ダイオード２４〜２７の向き(極性)を一方に決めることが困難で、各発光ダイオード２４〜２７の向きが図７に示されている状態になるとも限らないが、上述の如く、上記実施形態の発光装置では、図７の配列状態に限られるものではなく、各発光ダイオード２４〜２７の向きがランダムで混在していてもよい。よって、本実施形態の製造方法は、発光ダイオードの向き(極性)が混在している本発明の上記実施形態のような発光装置を製造するのに好適である。また、本実施形態の製造方法では、一例として４個の発光ダイオードを配列する場合を説明したが、本発明の発光装置の製造方法は、多数の微細な発光ダイオードを一度に電極間に配列,接続可能になるので、発光ダイオードのサイズが小さく(一例として１００μｍ以下)であり、第１の電極２２と第２の電極２３との間に接続する発光ダイオードの個数が多数個(例えば１００個以上)である場合に特に有利である。

尚、上記実施形態では、第１の電極２２と第２の電極２３が、突出部２２Ａ〜２２Ｄと突出部２３Ａ〜２３Ｄを有している場合を説明したが、第１,第２の電極が上述のような突出部を有していない電極である場合にも、本実施形態を適用できる。この場合、第１の電極と第２の電極との間の寸法を配置する発光ダイオードの長さよりもやや短く設定する。

また、この実施形態の発光装置の製造方法では、前述の第２実施形態の発光装置の複数の並列構成単位を有する発光ダイオード回路２０３を作製する場合にも適用できる。この場合、上記第１,第２の電極２２,２３を各並列構成単位４０１〜４０４の両端に配置し、上述と同様に絶縁基板２１に発光ダイオード３１１〜３１６,３２１〜３２６,３３１〜３３６,３４１〜３４６を含む液体を塗布して第１,第２の電極２２,２３間に電圧を印加して上記第１,第２の電極間に上記発光ダイオードを配列させて固着させる。その後、上記第１,第２の電極２２,２３とは別の配線、例えば上部配線等により各並列構成単位４０１〜４０４を直列に接続する。

次に、図９Ａ〜図９Ｅを参照して、前述の第３実施形態で説明した様な棒状構造の発光ダイオードの製造方法の一例を説明する。まず、図９Ａに示すように、ｎ型ＧａＮからなる基板７１上に、成長穴７２ａを有するマスク７２を形成する。次に、図９Ｂに示すように、半導体コア形成工程において、マスク７２の成長穴７２ａにより露出した基板７１上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長)装置を用いて、ｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア７３を形成する。ここで、ｎ型ＧaＮは、六方晶系の結晶成長となり、基板７１表面に対して垂直方向をｃ軸方向にして成長させることにより、六角柱形状の半導体コアが得られる。

次に、図９Ｃに示すように、半導体層形成工程において、棒状の半導体コア７３を覆うように基板７１全面にｐ型ＧaＮからなる半導体層７４を形成する。次に、図９Ｄに示すように、露出工程において、リフトオフにより半導体コア７３を覆う半導体層７４ａの部分を除く領域とマスク７２を除去して、棒状の半導体コア７３の基板７１側に基板側の外周面を露出させて露出部分７３aを形成する。この状態で、上記半導体コア７３の基板７１と反対の側の端面は、半導体層７４ａにより覆われている。この実施形態の露出工程では、リフトオフを用いたがエッチングにより半導体コアの一部を露出させてもよい。

次に、切り離し工程において、超音波(例えば数１０ＫＨz)を用いて基板７１を基板平面に沿って振動させることにより、基板７１上に立設する半導体コア７３の基板７１側に近い根元を折り曲げるように、半導体層７４ａに覆われた半導体コア７３に対して応力が働いて、図９Ｅに示すように、半導体層７４ａに覆われた半導体コア７３が基板７１から切り離される。こうして、基板７１から切り離なされた微細な棒状構造発光素子７０を製造することができる。この棒状構造の発光ダイオードの製造方法では、棒状構造発光素子７０の直径を１μｍ、長さを１０μｍとしている。

上記発光ダイオードの製造方法では、基板７１と半導体コア７３と半導体層７４aに、ＧaＮを母材とする半導体を用いたが、ＧaＡs,ＡlＧaＡs,ＧaＡsＰ,ＩnＧaＮ,ＡlＧaＮ,ＧaＰ,ＺnＳe,ＡlＧaＩnＰなどを母材とする半導体を用いてもよい。また、基板と半導体コアをｎ型とし、半導体層をｐ型としたが、導電型が逆の棒状構造発光ダイオードとしてもよい。また、断面が六角柱の半導体コアを有する棒状構造発光ダイオードの製造方法について説明したが、これに限らず、断面が円形または楕円の棒状であってもよいし、断面が三角形などの他の多角形状の棒状の半導体コアを有する棒状構造発光ダイオードも上述と同様の製造方法で作製できる。また、上記発光ダイオードの製造方法では、棒状構造発光ダイオードの直径を１μｍとし長さを１０μｍのマイクロオーダーサイズとしたが、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの素子としてよい。上記棒状構造発光ダイオードの半導体コアの直径は５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下が好ましく、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの棒状構造発光ダイオードに比べて半導体コアの直径のばらつきを抑えることができ、発光面積すなわち発光特性のばらつきを低減でき、歩留まりを向上できる。

また、上記発光ダイオードの製造方法では、ＭＯＣＶＤ装置を用いて半導体コア７３を結晶成長させたが、ＭＢＥ(分子線エピタキシャル)装置などの他の結晶成長装置を用いて半導体コアを形成してもよい。また、成長穴を有するマスクを用いて半導体コアを基板上に結晶成長させたが、基板上に金属種を配置して、金属種から半導体コアを結晶成長させてもよい。また、上記発光ダイオードの製造方法では、半導体層７４ａに覆われた半導体コア７３を、超音波を用いて基板７１から切り離したが、これに限らず、切断工具を用いて半導体コアを基板から機械的に切り離してもよい。この場合、簡単な方法で基板上に設けられた微細な複数の棒状構造発光素子を短時間で切り離すことができる。

また、上記発光ダイオードの製造方法で製造された棒状構造の発光ダイオードは、前述の第３実施形態おける発光ダイオードだけでなく前述の第１,第２実施形態における発光ダイオードとして用いてもよい。

(第５の実施の形態)
次に、図１０に、本発明の第５実施形態としてのＬＥＤディスプレイの１画素の回路を示す。この第５実施形態は、前述の第１,第２,第３実施形態で説明した発光装置もしくは前述の第４実施形態の製造方法で製造した発光装置のうちの１つを備え、図１０に示すように、上記発光装置が有する複数の発光ダイオードのうちの１つを、１画素の画素ＬＥＤ５１として備える。なお、上記画素ＬＥＤ５１は、この画素ＬＥＤ５１とは逆極性の画素ＬＥＤ５２でもよい。

この第５実施形態のＬＥＤディスプレイは、アクティブマトリックスアドレス方式であり、選択電圧パルスが行アドレス線Ｘ１に供給され、データ信号が列アドレス線Ｙ１に送られる。上記選択電圧パルスがトランジスタＴ１のゲートに入力されて、トランジスタＴ１がオンすると、上記データ信号は、トランジスタＴ１のソースからドレインに伝達され、データ信号はキャパシタＣに電圧として記憶される。トランジスタＴ２は画素ＬＥＤ５１の駆動用であり、画素ＬＥＤ５１は上記トランジスタＴ２を経て交流電源Ｖｓに接続されている。よって、トランジスタＴ１からのデータ信号でトランジスタＴ２がオンすることにより、画素ＬＥＤ５１は、上記交流電源Ｖｓによって交流電圧で駆動される。

この実施形態のＬＥＤディスプレイは、図１０に示す１画素がマトリックス状に配列されている。このマトリックス状に配列された各画素の画素ＬＥＤ５１もしくは画素ＬＥＤ５２とトランジスタＴ１,Ｔ２が基板上に形成されている。この基板上において、各画素の画素ＬＥＤ５１または５２は、前述の第４実施形態で説明した製造方法でもって第１の電極と第２の電極との間に配列でき、上記複数の画素ＬＥＤ５１,５２がランダムに配列された発光装置として製造できる。したがって、本実施形態のＬＥＤディスプレイを容易に製造できて製造コストを抑えることができる。

なお、ディスプレイ用バックライトや照明装置に用いる発光装置を、上述の第１,第２,第３実施形態で説明した発光装置や前述の第４実施形態の製造方法で製造した発光装置とすることによって、製造を容易にでき製造コストを抑えることができる。また、上記各実施形態で説明した各発光ダイオードを作製する半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＡｌＧａＩｎＰ等の半導体を採用できる。また、上記各発光ダイオードを量子井戸構造を有するものとして発光効率を向上させてもよい。

１、２２、２０１ 第１の電極
２、２３、２０２ 第２の電極
３〜７、２４〜２７、３１１〜３１６、３２１〜３２６、３３１〜３３６、３４１〜３４６ 発光ダイオード
１０、２１０ 交流電源
２１ 基板
２１Ａ 表面
２２Ａ〜２２Ｄ、２３Ａ〜２３Ｄ 突出部
Ａ アノード
Ｋ カソード
３１ コア部
３１Ｂ 一端
３１Ｃ 端面
３２ 外周面
３２Ａ 一部
３３ シェル部
３３Ａ 端部
３５ 接合面
２０３ 発光ダイオード回路
４０１〜４０４ 並列構成単位

Claims (16)

1. 第１の電極と、
   第２の電極と、
   上記第１の電極と第２の電極との間で並列接続された複数の発光ダイオードで構成される並列構成単位を少なくとも１個有すると共に上記第１の電極と第２の電極との間に接続された発光ダイオード回路と
   を備え、
   上記並列構成単位を構成する上記複数の発光ダイオードは、
   上記第１の電極を上記第２の電極よりも高電位としたときに順方向配置となるように配置された第１の発光ダイオードと、
   上記第２の電極を上記第１の電極よりも高電位としたときに順方向配置となるように配置された第２の発光ダイオードと
   からなり、
   上記並列構成単位では、
   上記第１の発光ダイオードと上記第２の発光ダイオードとが混在して配置され、
   交流電源によって上記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印加して上記複数の発光ダイオードが駆動され、
   上記発光ダイオードは、
   第１導電型のコア部と、
   上記第１導電型のコア部の外周面を被覆する第２導電型のシェル部とを有し、
   上記第１導電型のコア部の外周面の一部が上記第２導電型のシェル部から露出していることを特徴とする発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置において、
   上記発光ダイオードのコア部は円柱状であり、
   上記発光ダイオードのシェル部は上記円柱状のコア部の外周面を被覆し、
   上記円柱状のコア部の外周面の一部が上記シェル部から露出しており、
   上記円柱状のコア部と上記シェル部との接合面は上記コア部の周りに同心円状に形成されていることを特徴とする発光装置。
3. 請求項１または２に記載の発光装置において、
   上記発光ダイオード回路は、
   上記並列構成単位が複数個直列に接続されてなることを特徴とする発光装置。
4. 請求項１または２に記載の発光装置において、
   上記発光ダイオード回路は、上記並列構成単位を１個有し、
   上記第１の発光ダイオードは、
   上記第１の電極にアノードが接続されていると共に上記第２の電極にカソードが接続され、
   上記第２の発光ダイオードは、
   上記第１の電極にカソードが接続されていると共に上記第２の電極にアノードが接続されていることを特徴とする発光装置。
5. 請求項３に記載の発光装置において、
   上記複数の並列構成単位は、互いに、等しい個数の発光ダイオードで構成されていることを特徴とする発光装置。
6. 請求項３に記載の発光装置において、
   上記並列構成単位がｍ個(ｍは２以上の自然数)の発光ダイオードにより構成され、
   上記並列構成単位がｎ個(ｎは２以上の自然数)直列に接続されて上記発光ダイオード回路が構築されており、
   上記ｍと上記ｎは、１−（１−（１／２）^ｍ−１）^ｎ≦０．０５なる関係を満たすことを特徴とする発光装置。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の発光装置において、
   上記複数の発光ダイオードの個数は、１００個以上かつ１億個以下であることを特徴とする発光装置。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の発光装置において、
   上記交流電源の交流周波数は、６０Ｈｚ以上かつ１ＭＨｚ以下であることを特徴とする発光装置。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の発光装置において、
   上記交流電源から受ける交流は、矩形波であることを特徴とする発光装置。
10. 請求項１から９のいずれか１つに記載の発光装置において、
    １つの基板上に上記第１の電極と第２の電極が形成されていることを特徴とする発光装置。
11. 請求項１０に記載の発光装置において、
    上記第１の電極と第２の電極は、上記基板表面に沿って延在していると共に互いに対向しており、
    上記第１の電極は、上記第２の電極に向かって突出していると共に上記延在方向に沿って並ぶように形成された複数の突出部を有し、
    上記第２の電極は、上記第１の電極に向かって突出していると共に上記延在方向に沿って並ぶように形成された複数の突出部を有し、
    上記第１の電極の突出部と上記第２の電極の突出部とが対向しており、
    上記第１の発光ダイオードは、
    上記第１の電極の突出部にアノードが接続されていると共に上記第２の電極の突出部にカソードが接続され、
    上記第２の発光ダイオードは、
    上記第１の電極の突出部にカソードが接続されていると共に上記第２の電極の突出部にアノードが接続されていることを特徴とする発光装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１つに記載の発光装置において、
    上記発光ダイオードの最大寸法が１００μｍ以下であることを特徴とする発光装置。
13. 請求項１から１２のいずれか１つに記載の発光装置において、
    上記第１,第２の電極に上記発光ダイオードを構成する半導体層が直接接続されていることを特徴とする発光装置。
14. 請求項１から１３のいずれか１つに記載の発光装置を有するディスプレイ用バックライト。
15. 請求項１から１３のいずれか１つに記載の発光装置を有する照明装置。
16. 請求項１から１３のいずれか１つに記載の発光装置を有するＬＥＤディスプレイ。

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