JP2010177390A - 素子の移載方法および表示装置の製造方法 - Google Patents

素子の移載方法および表示装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】第１基板との接着性を確保しつつもアブレーションによって第１基板から剥離し易く簡便に第２基板に移載可能な移載方法を提供する。
【解決手段】光透過性を有する第１基板１１上に、光透過性を有する接着層９を介して剥離層７と発光素子１５とをこの順に積層配置する。第1基板１１における発光素子１５の配置面側に、第２基板１７上の粘着層１９を対向配置させる。第１基板１１側から剥離層７に対してレーザ光Ｌｈを照射する光照射を行なうことにより、剥離層７をアブレーションさせ、第１基板１１上に接着層９を残して発光素子１５を第２基板１７上に移載する。
【選択図】図２

Description

本発明は素子の移載方法および表示装置の製造方法に関し、特にはアブレーション技術によって第１基板側から第２基板側に素子を移載する方法およびこの方法を適用した表示装置の製造方法に関する。
発光ダイオード（light Emitting Diode：ＬＥＤ）を配列した表示装置の製造においては、ウェハ上に微細なピッチで配列形成された発光ダイオードを、画素の配列に合わせたピッチに拡大して再配列した状態で装置基板上に移載する工程が行なわれている。この移載工程には、アブレーション技術の適用が試みられており、例えば次のように行なわれる。
先ず、第１基板上に、樹脂材料からなる接着性の剥離層上に素子（発光ダイオード）を配列させた状態とする。そして、第１基板における素子配列面側に、第２基板の粘着層の形成面を向かい合わせて配置し、第１基板側から移載の対象となる素子に対応する位置のみに選択的にレーザ光を照射する。これにより、第１基板上の剥離層を瞬間的に蒸散（アブレーション）させて第１基板側から素子を剥離し、剥離した素子を第２基板上の粘着層に接着固定させる。
以上のようなアブレーション技術においては、剥離層（樹脂層）と素子との間に、例えば金属材料からなる光吸収層を設け、この光吸収層に対して光を照射する構成が提案されている。このような構成では、光吸収層で発生する熱によって剥離層（樹脂層）をアブレーションさせることにより、紫外領域よりも長波長の光を利用して剥離層（樹脂層）をアブレーションさせることができるとしている（以上、下記特許文献1参照）。
特開２００５−４５０７４号公報（例えば図１および段落００１２参照）
しかしながら、上述したアブレーション技術を適用した素子の移載方法では、光吸収層はアブレーションされず、その発生熱によって剥離層をアブレーションさせるため、光吸収層および剥離層の選択の自由度が狭く、また転写可能なレーザエネルギーのウインドウが狭いという問題がある。また、アブレーションによって除去される剥離層が、素子と第１基板との間の接着層を兼ねた構成となっている。このため、例えば第１基板上の素子に対して加工処理を施すことが可能な程度に十分な接着力を有しながらも、光照射によってアブレーションされ易い材料設計が困難であった。
このような課題を解決するための本発明の素子の移載方法は次のように行なう。先ず、光透過性を有する第１基板上に、光透過性を有する接着層を介して剥離層と素子とをこの積層順に配置する。次に、第1基板における発光素子の配置面側に、第２基板上の粘着層を対向配置する。この状態で、第１基板側から前記剥離層に対して光照射を行なうことにより当該剥離層をアブレーションさせ、当該第１基板上に前記接着層を残して第２基板上に素子を移載する。
また本発明はこのような手順で発光素子を第１基板から第２基板上に移載する工程を行なう表示装置の製造方法でもある。
このような構成では、接着層よりも素子側に設けた剥離層をアブレーションさせて素子（発光素子）を第１基板から第２基板上に移載する構成であるため、素子側に接着層を残すこと無く、第２基板側に素子が移載される。しかも、接着層と剥離層とを分けたことにより、接着層によって第１基板−素子間の接着性を十分に確保しつつ、アブレーションのためのレーザエネルギーのウインドウが広くアブレーションされ易い剥離層により素子の移載が確実に行われるようになる。
以上説明したように本発明によれば、接着層と剥離層とを分けたことにより、接着層によって第１基板−素子間の接着性を十分に確保でき、かつアブレーションされ易い剥離層により素子の移載を確実に行うことが可能になる。この結果、例えば第１基板上において素子に対して加工処理を施すことができ、また接着層を素子側に残さずに第２基板上に素子を移載できるため、その後の接着層の除去工程を行う必要もない。
第１実施形態を説明する断面工程図（その１）である。 第１実施形態を説明する断面工程図（その２）である。 第１実施形態を説明する断面工程図（その３）である。 本発明を適用して作製される表示装置の一例を示す回路構成図である。 第２実施形態を説明する断面工程図（その１）である。 第２実施形態を説明する断面工程図（その２）である。
以下、本発明の各実施の形態を以下の順序で説明する。
１．第１実施形態（中継基板上において発光素子を素子分離する例）
２．第２実施形態（素子形成のための成長用基板上において発光素子を素子分離する例）
尚、第１実施形態および第２実施形態においては、発光素子を装置基板上に配列した表示装置の製造に本発明を適用した製造手順を説明する。
＜１．第１実施形態＞
先ず、図１（１）に示すように、半導体結晶を成長させるためのサファイアなどからなる成長用基板１上に、層構造の半導体層３をエピタキシャル成長させる。ここでは、先ず例えばＭＯ−ＣＶＤ法などの結晶成長法により、第１導電型（例えばｎ型）の化合物半導体層、活性層、および第２導電型（例えばｐ型）の化合物半導体層をこの順にエピタキシャル成長させてなる半導体層３を形成する。
次に、図１（２）に示すように、半導体層３上に第１電極５および剥離層７を配列形成する。
第１電極５は、第２導電型電極（例えばｐ電極）であり、ニッケル（Ｎｉ）上に白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を積層した層構成として形成される。また以降に行なうアブレーション工程においてこの第１電極５を光熱変換層として用いる場合には、第１電極５は、光を効率良く吸収して光のエネルギーを熱に変換することが可能な導電性材料を用いて構成されることが好ましい。このような材料としては、チタン（Ｔｉ）、ニクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）などが例示される。
また剥離層７は、光照射によってアブレーションされ易い材料を用いて構成される。このような剥離層７は、以降に行なうアブレーション工程において用いられる光（レーザ光）に対しての吸収係数が１×１０6[ｍ-1]以上であることが好ましく、また膜厚１μｍ以下であるいことが好ましい。具体的には、アブレーションの際の光照射で現実的に用いられる波長１９０ｎｍ以上の光の吸収係数が１０7[ｍ-1]以上であり、膜厚０．１μｍ程度で構成されていることとする。このような材料としては、ポリイミド、ポリフェニレンベンゾビスオキサゾール等の樹脂材料を用いることができる。尚、剥離層７を構成する材料は、樹脂材料に限定されることはなく、金属材料であっても良い。剥離層７を構成する金属材料として、第１電極５を構成する金属材料が選択される場合であれば、第１電極５の表面層を剥離層７としても良い。
以上のような第１電極５および剥離層７は、例えば第１電極５および剥離層７を構成する材料膜を成膜した後、これらの材料膜をパターンエッチングするか、またはリフトオフ法を適用してパターン形成される。
次いで、図１（３）に示すように、半導体層３、第１電極５、および剥離層７が形成された成長用基板１上に、未硬化の接着層９を介して第１基板１１を貼り合わせる。
このうち接着層９は、以降に行うアブレーション工程において用いられる波長の光に対して光透過性を有することが重要であり、アブレーション工程において用いられる光（レーザ光）に対しての吸収係数が１×１０6[ｍ-1]以下であることが好ましい。具体的には、アブレーションの際の光照射で現実的に用いられる波長１９０ｎｍ以上の光の吸収係数が１０4[ｍ-1]以下であることが好ましい。
例えば、この光として波長４５０ｎｍ以下のパルスレーザ光を用いる場合であれば、接着層９は、フッ素（Ｆ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の少なくとも一方を含有する材料か、あるいはアイオノマー樹脂材料を用いて構成されることが好ましい。このような材料としては、フッ素（Ｆ）を含有する材料であれば非晶質のフッ素ポリマー、共役結合を持たない環状フッ素ポリマー、450nm以下の発色団を持たないフッ素ポリマーが例示される。またシリコン（Ｓｉ）を含有する材料であれば、450nm以下の発色団を持たないジメチルシリコーン樹脂が例示される。またアイオノマー樹脂であれば、ポリオレフィン系アイオノマーなどが例示される。これらの材料は、波長４５０ｎｍ以下の光に対して非常に高い透過性を示す。
第１基板１１は、中継用の支持基板として用いられるものであるが、以降に行なわれるアブレーションの際の光を透過させる材質で構成されることが重要である。このため基板１１は、例えばサファイア等の光透過性に優れた材料基板からなることとする。
尚、接着層９は、成長用基板１または第１基板１１の何れか一方に、例えばスピンコート法などによって予め塗布成膜されることとする。この際、接着層９の表面平坦性を確保することを考慮すると、この時点でより表面平坦な第１基板１１上に接着層９を塗布成膜することが好ましい。また、成長用基板１と第１基板１１とを貼り合わせた後には、接着層９を硬化させる。
以上の後、図１（４）に示すように、半導体層３から成長用基板１を剥離除去し、第１基板１１上に剥離層７、第１電極５、および半導体層３を移載する。この際、成長用基板１側からのレーザ照射によって、成長用基板１と半導体層３との界面をアブレーションさせることにより、半導体層３上から成長用基板１を剥離除去する。
次に、図２（１）に示すように、半導体層３上に、第２電極１３を配列形成する。これらの第２電極１３は、第１導電型電極（例えばｎ電極）であり、例えばチタン（Ｔｉ）上に白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）の積層構造を用いて構成される。各第２電極１３は、第１電極５に対応させて各素子部分にパターン形成する。この際、例えば第２電極１３を構成する材料膜を成膜した後、この材料膜をパターンエッチングするか、またはリフトオフ法を適用して第２電極１３のパターン形成を行う。
次いで、図２（２）に示すように、半導体層３をパターンエッチングすることによって素子分離を行ない、第１基板１１上に複数の発光素子（発光ダイオード）１５が配列形成された状態とする。この際、第１基板１１上の接着層９も半導体層３と同一パターンでエッチングしても良い。またこの接着層９は、パターニングせずにそのままベタ膜状で第１基板１１上に残しても良い。
以上により、光透過性を有する第１基板１１上に、光透過性を有する接着層９を介して剥離層７と発光素子１５がこの順に積層配置された状態とする。
その後、図２（３）に示すように、第１基板１１における発光素子１５の配列面に、第２基板１７の粘着層１９形成面を対向配置し、粘着層１９を介して第１基板１１に対して第２基板１７を貼り合わせる。この際、第１基板１１と第２基板１７とを互いに押し圧して圧着させる。
ここで用いる第２基板１７は、中継用の支持基板であり、特に光透過性を有する必要はない。このため通常のガラス基板からなるものであって良い。
また粘着層１９は、接着層９に要求されるような接着性が求められることはなく、微粘着性を有していれば良い。さらにこの粘着層１９は、第１基板１１と第２基板１７とを互いに押し圧した場合に、発光素子１５側に設けられた第２電極１３を食い込ませた状態で保持できる性質を有していても良い。これにより、粘着層１９は、発光素子１５の凹凸を吸収して広い範囲に先着された状態となる。
この状態で、サファイア等からなる第１基板１１側から、選択された発光素子１５のみに対してレーザ光Ｌｈを照射する光照射を行なう。これにより、選択された発光素子１５に対応する接着層９を透過して剥離層７にレーザ光Ｌｈが照射され、剥離層７がアブレーションされる。この光照射においては、例えば波長４５０ｎｍ以下のパルスレーザ光Ｌｈを用いる。
尚、この際に用いられるレーザ光Ｌｈは、接着層９と剥離層７との吸収係数の差が十分大きく、かつ剥離層７をレーザアブレーションで昇華させることのできる波長やパルスエネルギーを選定することが重要である。このようなレーザ光Ｌｈとしては、例えば波長２６６ｎｍのＹＡＧレーザ、波長２４８ｎｍのエキシマレーザ、波長１９３ｎｍのエキシマレーザなどを用が用いられる。
また、この光照射は、剥離層７が完全にアブレーションされた除去されるエネルギーで行なうことが好ましい。例えば、剥離層７として前述のポリイミド、ポリフェニレンベンゾビスオキサゾール等の樹脂材料を用いた場合であれば、レーザパワーは０．０１〜１[Ｊ／ｃｍ2]とする。これにより、膜厚０．１μｍ程度の剥離層７は完全にアブレーションされ、しかも発光素子１５が光照射によるダメージを受けることもない。
次に、図２（４）に示すように、第１基板１１と第２基板１７とを剥離する。これにより、剥離層７がアブレーションによって除去された発光素子１５は、第２基板１７の粘着層１９に粘着して第２基板１７側に移載される。この際、接着層９は、第１基板１１上に残される。一方、光照射の対象外となった他の発光素子１５は、粘着層１９よりも接着力が強固な接着層９に接着固定されて第１基板１１側に残される。これにより、第１基板１１上の発光素子１５のうちの一部を、第２基板１７上に選択的に移載する。
尚、図面においては、１つの発光素子１５のみを第２基板１７上に選択的に移載した図を示した。しかしながら、先の工程において、第１基板１１上の複数の発光素子１５に対して選択的に光照射を行なうことにより、第２基板１７上には、例えば第１基板１１上に複数個置きに配置された複数の発光素子１５を選択的に移載することができる。これにより、第２基板１７上には、成長用基板（１）および第１基板（１１）上における配列間隔を所定状態に拡大した状態で、発光素子１５が再配列された状態となる。
次に、図３（１）に、第２基板１７における発光素子１５の移載面側に、装置基板２１を対向配置する。この装置基板２１上には、第１配線２３および第１配線２３に接続された導電性接着層２５がパターン形成されている。そして、第２基板１７における発光素子１５の移載面と、装置基板２１における第１配線２３および導電性接着層２５の形成面とを向かい合わせ、発光素子１５と導電性接着層２５とを１：１で位置合わせする。
この状態で、装置基板２１と第２基板１７とを圧着することにより、導電性接合層２５と発光素子１５の第１電極５とを接合させる。
そして図３（２）に示すように、装置基板２１と第２基板１７とを剥離することにより、第２基板１７側の全ての発光素子１５を、装置基板２１上に移載する。
以上の後には、装置基板２１上に、発光素子１５を埋め込む状態で層間絶縁膜２７を成膜し、この層間絶縁膜２７に接続孔２７ａを形成して発光素子１５の第２電極１３を露出させる。この際、発光素子１５の第２電極１３上には、剥離層（７）や接着層（９）が残されていないため、これらの層の除去工程を行うことなく層間絶縁膜２７を成膜することができ、また層間絶縁膜２７のエッチングのみで接続孔１７ａを形成可能である。
次で、層間絶縁膜２７上に、接続孔２７ａを介して第２電極１３に接続された第２配線２９を形成し、表示装置３１を完成させる。
図４には、以上のようにして形成される表示装置３１の回路構成の一例を示す。この図に示すように、この表示装置３１の装置基板２１上には、表示領域２１ａとその周辺領域２１ｂとが設定されている。表示領域２１ａは、複数の第１配線２３と第２配線２９とが縦横に配線されており、それぞれの交差部に対応して前述した発光素子１５を有する画素部が設けられた画素アレイ部として構成されている。また周辺領域２１ｂには、第１配線２３を走査駆動する行駆動回路３３と、第２配線２９に信号を供給する列駆動回路３５とが配置されている。
そして、行駆動回路３３によって選択された行の発光素子１５に、列駆動回路３５から信号が供給され、この信号に応じた輝度で発光素子１５が発光する。
尚、以上のような画素回路の構成は、あくまでも一例であり、必要に応じて各画素内に駆動用の薄膜トランジスタや容量素子を用いた画素回路を設けてアクティブマトリックス駆動としても良い。
以上説明した第１実施形態の手順は、図２（３）を用いて説明した発光素子１５の移載において、接着層９よりも発光素子１５側に設けた剥離層７をアブレーションさせて発光素子１５を第１基板１１から第２基板１７上に移載する構成である。このため、図２(４)に示すように、第１基板１１上に接着層９を残して第２基板１７上に発光素子１５を移載することができる。また、接着層９と剥離層７とを分けたことにより、接着層９によって第１基板１１−発光素子１５間の接着性を十分に確保しつつ、アブレーションのためのレーザエネルギーのウインドウが広くアブレーションされ易い材料を選択して構成された剥離層７により発光素子１５の移載を確実に行うことが可能になる。
この結果、例えば第１基板１１上において、第１基板１１との接着性が確保された発光素子１５に対して加工処理を施すことができる。また接着層９を発光素子１５側に残さずに第２基板１７上に発光素子１５を移載できるため、移載後に接着層９の除去工程を行う必要もなく、工程手順を簡略化できる。
＜２．第２実施形態＞
図５,６に示す第２実施形態の製造手順が、第１実施形態の製造手順と異なるところは、光透過性を有する第１基板１１上に、光透過性を有する接着層９を介して剥離層７と発光素子１５をこの順に積層配置するまでの手順にある。それ以降の工程は、第１実施形態と同様である。以下、第２実施形態の製造手順を図５,６に基づいて説明する。尚、第１実施形態と重複する記載は省略する。
先ず、図５（１）に示すように、半導体結晶を成長させるためのサファイアなどからなる成長用基板１上に、第１導電型（例えばｎ型）の化合物半導体層、活性層、および第２導電型（例えばｐ型）の化合物半導体層をこの順にエピタキシャル成長させてなる半導体層３を形成する。この工程は、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様に行なう。
次に、図５（２）に示すように、この半導体層３上に、第１電極５および剥離層７を配列形成する。この工程は、第１実施形態において図１（２）を用いて説明したと同様に行なう。
その後、図５（３）に示すように、半導体層３をパターンエッチングすることにより、成長用基板１上において素子分離を行ない、成長用基板１上に複数の発光素子（発光ダイオード）１５が配列形成された状態とする。尚、これらの発光素子１５は、第２電極が設けられていないものとなる。
次に、図５（４）に示すように、半導体層３、第１電極５、および剥離層７が形成され素子分離された成長用基板１上に、未硬化の接着層９を介して第１基板１１を貼り合わせる。これらの接着層９および第１基板１１は、第１実施形態と同様のものであることとする。また、成長用基板１と第１基板１１とを貼り合わせた後には、接着層９を硬化させる。
次いで、図６（１）に示すように、半導体層３から成長用基板１を剥離除去し、第１基板１１上に、剥離層７、第１電極５、および半導体層３を移載する。この際、成長用基板１側からのレーザ照射によって、成長用基板１と半導体層３との界面をアブレーションさせることにより、半導体層３上から成長用基板１を剥離除去する。
その後、図６（２）に示すように、半導体層３上に、第２電極１３を配列形成する。第２電極１３の形成は、第１実施形態において図１（２）を用いて説明したと同様に行なう。
以上により、光透過性を有する第１基板１１上に、光透過性を有する接着層９を介して、剥離層７と、第２電極１３を備えた発光素子１５がこの順に積層配置された状態とする。
以上の後は、第１実施形態において図２（３）〜図３（３）を用いて説明したと同様の工程を行なう。これにより、第１基板１１上の発光素子１５のうちの一部を、第２基板１７上に選択的に移載し、さらに第１配線２３および導電性接着層２５がパターン形成された装置基板２１上に移載し、層間絶縁膜２７および第２配線２９を形成した表示装置３１を完成させる。
以上説明した第２実施形態であっても、図２（３）を用いて説明した発光素子１５の移載を第１実施形態と同様に行なうため、第１実施形態と同様に接着層９によって第１基板１１−発光素子１５間の接着性を十分に確保しつつ、アブレーションされ易い剥離層７により発光素子１５の移載を確実に行うことが可能になる。
尚、上述した第１実施形態および第２実施形態においては、表示装置の製造工程において発光素子（発光ダイオード）１５を移載する方法を説明した。しかしながら、アブレーショによって第１基板と第２基板との間で選択的に移載される素子がこれに限定されることはなく、表示装置の製造であれば発光ダイオード以外の発光素子であっても良い。また、本発明の素子の移載方法は、表示装置の製造への適用に限定されることはなく、この場合であれば、発光素子以外の素子、例えば抵抗素子、スイッチング素子、圧電素子、さらにはこれらを組み合わせたパッケージ素子であっても良く、同様の効果を得ることができる。
５…第１電極、７…剥離層、９…接着層、１１…第１基板、１５…発光素子、１７…第２基板、１９…粘着層、３１…表示装置、Ｌｈ…レーザ光

Claims (5)

  1. 光透過性を有する第１基板上に、光透過性を有する接着層を介して剥離層と素子とをこの積層順に配置し、
    前記第1基板における素子の配置面側に、第２基板上の粘着層を対向配置し、
    前記第１基板側から前記剥離層に対して光照射を行なうことにより当該剥離層をアブレーションさせ、当該第１基板上に前記接着層を残して前記素子を前記第２基板上に移載する
    素子の移載方法。
  2. 前記剥離層は樹脂材料からなり、
    前記光照射は、前記剥離層が完全にアブレーションされるエネルギーで行なう
    請求項１に記載の素子の移載方法。
  3. 前記接着層は、フッ素（Ｆ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の少なくとも一方を含有するか、またはアイオノマー樹脂からなる材料を用いて構成され、
    前記光照射の際には、波長４５０ｎｍ以下のパルスレーザ光を用いる
    請求項１または２に記載の素子の移載方法。
  4. 前記素子における前記剥離層側の界面は、金属材料からなる電極で構成されており、
    前記光照射の際には前記電極が光熱変換層として機能する
    請求項１〜３の何れかに記載の素子の移載方法。
  5. 光透過性を有する第１基板上に、光透過性を有する接着層を介して剥離層と発光素子とをこの順に積層配置し、
    前記第1基板における前記発光素子の配置面側に、第２基板上の粘着層を対向配置し、
    前記第１基板側から前記剥離層に対して光照射を行なうことにより当該剥離層をアブレーションさせ、当該第１基板上に前記接着層を残して前記発光素子を前記第２基板上に移載する
    表示装置の製造方法。
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