JP2019033240A - 可撓性ｌｅｄ素子と可撓性ｌｅｄ表示パネル - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、可撓性ＬＥＤ素子と可撓性ＬＥＤ表示パネルを開示することを旨とする。【解決手段】従来技術と異なり、剥離製造工程を利用するウェハ接合技術において、ＬＥＤ素子の中のサファイヤ基板を高熱伝導性の銅基板に取り替え、本発明は、特に、薄金属製の可撓性基板と、基板保護層と、格子整合層と、発光構造と、第１電極と、第２電極とからいわゆる可撓性ＬＥＤ素子が構成される。特に、厚さが約２５〜１５０μｍの薄金属製の基板は、優れた可撓性、高熱伝導特性と耐高温性を有するので、技術作業者は、ＰＥＣＶＤやＭＯＣＶＤなどの薄膜沈着設備を利用して全自動ロールツーロール式（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）生産ラインに合わせて、本発明の可撓性ＬＥＤ素子を大量に生産することができる。説明に値するのは、薄金属製の可撓性基板は、優秀な熱伝導体なので、可撓性ＬＥＤ素子の発光時に生じる熱を効果的に排出することができる。【選択図】図３
Description
本発明は、発光素子の関連技術分野に係り、特に、良好な放熱効果を有する可撓性ＬＥＤ素子と可撓性ＬＥＤ表示パネルに関するものである。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）は、現在、広汎に応用されている発光素子の一つであり、ＬＥＤは、体積が小さく、使用寿命が長いなどの利点を有するため、人々の日常生活に広く適用されている。
図１は、伝統的なＬＥＤ素子を示す側面断面図である。図１に示すように、伝統的なＬＥＤ素子１’は、構造上、サファイヤ基板１１’と、Ｎ型半導体層１２’と、多重量子井戸構造（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ，ＭＱＷ）１３’と、Ｐ型半導体層１４’と、第１電極１５’と、第２電極１６’とを備える。
その内、よく見かけられる前記Ｎ型半導体層１２’と前記Ｐ型半導体層１４’の材料は、それぞれＮ型窒化ガリウム（ｎ−ｔｙｐｅ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ，ｎ−ＧａＮ）とＰ型窒化ガリウム（ｐ−ｔｙｐｅ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ，ｐ−ＧａＮ）である。また、多重量子井戸構造１３’は、主に、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重積層構造である。
その内、よく見かけられる前記Ｎ型半導体層１２’と前記Ｐ型半導体層１４’の材料は、それぞれＮ型窒化ガリウム（ｎ−ｔｙｐｅ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ，ｎ−ＧａＮ）とＰ型窒化ガリウム（ｐ−ｔｙｐｅ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ，ｐ−ＧａＮ）である。また、多重量子井戸構造１３’は、主に、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重積層構造である。
ＬＥＤ素子の設計と製作を熟知する電子エンジニアであれば、図１に示す伝統的なＬＥＤ素子１’はＧａＮ系青色発光ダイオード（ＧａＮ−ｂａｓｅｄ ｂｌｕｅ ＬＥＤ）であることが分かるはずであり、その製作実務上では、以下の欠点を有していた。
（１）サファイヤ基板１１’とＮ型半導体層１２’との間の格子定数の顕著な差に起因して、サファイヤ基板１１’とＮ型半導体層１２’との界面に大量のミスフィット転位（ｍｉｓｆｉｔ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）が発生することにより、電子と正孔の再結合率（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｅ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｒａｔｅ）の大幅な低下を引き起こす結果となった。
（２）サファイヤ基板１１’の熱伝導能力が極めて劣るため、ＬＥＤ素子１’の動作時に生じる熱を効果的に排出することができないので、ＬＥＤ素子１’の内部に熱蓄積現象が起こる。さらに深刻な場合には、過多な熱蓄積は、ＬＥＤ素子１’の作動不能を引き起こす結果となった。
（１）サファイヤ基板１１’とＮ型半導体層１２’との間の格子定数の顕著な差に起因して、サファイヤ基板１１’とＮ型半導体層１２’との界面に大量のミスフィット転位（ｍｉｓｆｉｔ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）が発生することにより、電子と正孔の再結合率（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｅ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｒａｔｅ）の大幅な低下を引き起こす結果となった。
（２）サファイヤ基板１１’の熱伝導能力が極めて劣るため、ＬＥＤ素子１’の動作時に生じる熱を効果的に排出することができないので、ＬＥＤ素子１’の内部に熱蓄積現象が起こる。さらに深刻な場合には、過多な熱蓄積は、ＬＥＤ素子１’の作動不能を引き起こす結果となった。
上記の欠陥を解決するために、剥離製造工程を利用するウェハ接合技術（リフトオフとボンディングアプローチ，ｌｉｆｔ−ｏｆｆ ａｎｄ ｂｏｎｄｉｎｇ ａｐｐｒｏａｃｈ）が提案されている。例えば、特許文献１（米国特許第８，５０７，３５７号明細書）には、ＬＥＤ素子の基体を剥離するための方法が開示されている。
ＬＥＤ素子の基体を剥離するための方法を示す製造工程模式図である図２Ａと図２Ｂを参照する。図２Ａと図２Ｂに示すように、当該剥離方法は、まず、サファイヤ基板１１’の上に遷移層（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）１０’を形成する。次に、前記遷移層１０’の被覆下でサファイヤ基板１１’をパターン化サファイヤ基板（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｓａｐｐｈｉｒｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ＰＳＳ）１１ａ’に加工してなる。
ＬＥＤ素子の基体を剥離するための方法を示す製造工程模式図である図２Ａと図２Ｂを参照する。図２Ａと図２Ｂに示すように、当該剥離方法は、まず、サファイヤ基板１１’の上に遷移層（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）１０’を形成する。次に、前記遷移層１０’の被覆下でサファイヤ基板１１’をパターン化サファイヤ基板（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｓａｐｐｈｉｒｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ＰＳＳ）１１ａ’に加工してなる。
継続的に、当該剥離方法は、それから、前記パターン化サファイヤ基板１１ａ’の上に阻止層１７’を形成し、その内、前記阻止層１７’は、同時にパターン化サファイヤ基板１１ａ’の複数個の溝部１１ａ１’に充満される。その後、阻止層１７’とパターン化サファイヤ基板１１ａ’との上に、順次形成されたＮ型半導体層１２’と、多重量子井戸構造１３’と、Ｐ型半導体層１４’とからＬＥＤ発光構造が構成される。注意に値することは、Ｎ型半導体層１２’とパターン化サファイヤ基板１１ａ’との間に複数個の第１孔穴１８’が存在する点である。
最終的に、Ｐ型半導体層１４’に特殊な基体層１９’が被覆された後、湿式エッチング方式を利用すると、前記複数個の第１孔穴１８’を通過してＮ型半導体層１２’の中に複数個の第２孔穴２０’がエッチングされることにより、パターン化サファイヤ基板１１ａ’をＮ型半導体層１２’から剥離させるように促すことができることから、別のＬＥＤ素子１ａ’が得られる。
最終的に、Ｐ型半導体層１４’に特殊な基体層１９’が被覆された後、湿式エッチング方式を利用すると、前記複数個の第１孔穴１８’を通過してＮ型半導体層１２’の中に複数個の第２孔穴２０’がエッチングされることにより、パターン化サファイヤ基板１１ａ’をＮ型半導体層１２’から剥離させるように促すことができることから、別のＬＥＤ素子１ａ’が得られる。
ＬＥＤ素子の設計と製作を熟知する電子エンジニアであれば、銅製の特殊な基体層１９’は、ＬＥＤ素子１ａ’の動作時に生じる熱を効果的に排出することができることが推知される。しかしながら、剥離製造工程を利用するウェハ接合技術によって作成されたＬＥＤ素子１ａ’には、実務上、依然として以下の欠点があった。
（Ａ）銅は塑性変形が容易な材料に属するので、銅製の特殊な基体層１９’は、却ってダイを切断する時（ｄｉｅ ｓａｗ ｐｒｏｃｅｓｓ）、ＬＥＤ発光構造の破損が生起してしまうことになる。
（Ｂ）一方、湿式エッチングは異方性エッチングに属するので、湿式エッチングがＮ型半導体層１２’に対して不必要なエッチングを施してしまうのを有効に把握することが困難である。
（Ａ）銅は塑性変形が容易な材料に属するので、銅製の特殊な基体層１９’は、却ってダイを切断する時（ｄｉｅ ｓａｗ ｐｒｏｃｅｓｓ）、ＬＥＤ発光構造の破損が生起してしまうことになる。
（Ｂ）一方、湿式エッチングは異方性エッチングに属するので、湿式エッチングがＮ型半導体層１２’に対して不必要なエッチングを施してしまうのを有効に把握することが困難である。
上記で説明したように、如何にしてＬＥＤ発光構造を破壊しない範囲で伝統的なＬＥＤ素子の中のサファイヤ基板を、その他の高熱伝導性基材に取り替えるかが、各ＬＥＤウェハ工場（ＬＥＤ ｆｏｕｎｄｒｉｅｓ）の重要な研究課題であることが分かる。
以上に鑑みて、本願の発明者は、極力研究考案した結果、遂に本発明の可撓性ＬＥＤ素子と可撓性ＬＥＤ表示パネルを研究開発して完成させた。
以上に鑑みて、本願の発明者は、極力研究考案した結果、遂に本発明の可撓性ＬＥＤ素子と可撓性ＬＥＤ表示パネルを研究開発して完成させた。
本発明の主要な目的は、可撓性ＬＥＤ素子と可撓性ＬＥＤ表示パネルを提供することである。従来技術と異なり、剥離製造工程を利用するウェハ接合技術において、ＬＥＤ素子の中のサファイヤ基板を高熱伝導性の銅基板に取り替え、本発明は、特に、薄金属製の可撓性基板と、基板保護層と、格子整合層と、発光構造と、第１電極と、第２電極とからいわゆる可撓性ＬＥＤ素子が構成される。説明に値するのは、厚さが約２５〜１５０μｍの薄金属基板は、優れた可撓性、高熱伝導特性と耐高温性を有するので、技術作業者は、ＰＥＣＶＤやＭＯＣＶＤなどの薄膜沈着設備を利用して全自動ロールツーロール式（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）生産ラインに合わせて、本発明の可撓性ＬＥＤ素子を大量に生産することができる点である。このほか、薄金属製の可撓性基板は、優秀な熱伝導体なので、可撓性ＬＥＤ素子の発光時に生じる熱を効果的に排出することができる。
上記した本発明の主要な目的を達成するために、本願の発明者は、前記可撓性ＬＥＤ素子の一実施例を提供する。かかる可撓性ＬＥＤ素子は、薄金属からなる可撓性基板と、前記可撓性基板の上に被覆され、または前記可撓性基板を包囲する基板保護層と、前記基板保護層の上に形成される格子整合層と、前記格子整合層の上に形成される第１半導体材料層と、前記第１半導体材料層の上に形成される活性層と、前記活性層の上に形成される第２半導体材料層とを有する発光構造と、前記第１半導体材料層に電気的に接続される第１電極と、前記第２半導体材料層の上に形成される第２電極とを備える。
また、上記した本発明の主要な目的を達成するために、本願の発明者は、さらに前記可撓性ＬＥＤ表示パネルの一実施例を提供する。かかる可撓性ＬＥＤ表示パネルは、薄金属からなる可撓性基板と、前記可撓性基板の上に被覆され、または前記可撓性基板を包囲する基板保護層と、前記基板保護層の上に形成される格子整合層と、前記格子整合層の上に形成される複数個の発光構造と、複数個の第１電極と、複数個の第２電極と、透明金属格子基板とを備え、かつ各個の発光構造は、前記格子整合層の上に形成される第１半導体材料層と、前記第１半導体材料層の上に形成される活性層と、前記活性層の上に形成される第２半導体材料層とを有し、複数個の第１電極は、それぞれ前記複数個の発光構造の前記第１半導体材料層に電気的に接続され、複数個の第２電極は、それぞれ前記複数個の発光構造の前記第２半導体材料層の上に電気的に接続され、透明金属格子基板は、透明基板と、複数本の第１金属線と、複数本の第２金属線とから構成され、前記複数本の第１金属線と前記複数本の第２金属線とは、前記透明基板の表面に形成され、また、前記複数本の第１金属線は、それぞれ前記複数個の発光構造の当該第１電極に電気的に接続され、かつ前記複数本の第２金属線は、それぞれ前記複数個の発光構造の当該第２電極に電気的に接続される。
本発明が提出した可撓性ＬＥＤ素子と可撓性ＬＥＤ表示パネルをより明瞭に記述するために、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例を以下に詳述する。
（可撓性ＬＥＤ素子の第１実施例）
本発明に係る可撓性ＬＥＤ素子の第１実施例を示す模式的斜視図である図３を参照する。
図３に示すように、本発明の可撓性ＬＥＤ素子１は、可撓性照明装置の基礎発光素子としてもよく、さらに、可撓性表示パネルの基礎画素とするのも好ましい。この可撓性ＬＥＤ素子１は、構造上、可撓性基板１１と、基板保護層１０と、格子整合層１Ｂと、発光構造１ａと、第１電極１５と、第２電極１６とを備える。本発明において、可撓性基板１１の厚さは２５μｍ〜１５０μｍの間の範囲にあり、かつその製造工程材料は、ステンレス鋼、銅、金、ニッケル、モリブデン、チタン、タングステンのうちのいずれか１種、またはそれらの２種の組み合わせ、あるいはそれらの２種以上の組み合わせであってもよい。
特に強調すべき点は、発光構造１ａが多層の半導エピタキシャル層からなることに基づいて、薄金属の耐高温特性でそれを最適な可撓性基板１１の製造工程材料とする点である。このほか、厚さが約２５〜１５０μｍの薄金属基板は、優秀な可撓性を有するのみならず、同時に高熱伝導特性も兼ね備えるので、可撓性ＬＥＤ素子１の放熱に役立つものとなる。
本発明に係る可撓性ＬＥＤ素子の第１実施例を示す模式的斜視図である図３を参照する。
図３に示すように、本発明の可撓性ＬＥＤ素子１は、可撓性照明装置の基礎発光素子としてもよく、さらに、可撓性表示パネルの基礎画素とするのも好ましい。この可撓性ＬＥＤ素子１は、構造上、可撓性基板１１と、基板保護層１０と、格子整合層１Ｂと、発光構造１ａと、第１電極１５と、第２電極１６とを備える。本発明において、可撓性基板１１の厚さは２５μｍ〜１５０μｍの間の範囲にあり、かつその製造工程材料は、ステンレス鋼、銅、金、ニッケル、モリブデン、チタン、タングステンのうちのいずれか１種、またはそれらの２種の組み合わせ、あるいはそれらの２種以上の組み合わせであってもよい。
特に強調すべき点は、発光構造１ａが多層の半導エピタキシャル層からなることに基づいて、薄金属の耐高温特性でそれを最適な可撓性基板１１の製造工程材料とする点である。このほか、厚さが約２５〜１５０μｍの薄金属基板は、優秀な可撓性を有するのみならず、同時に高熱伝導特性も兼ね備えるので、可撓性ＬＥＤ素子１の放熱に役立つものとなる。
図３に示すように、基板保護層１０は、前記可撓性基板１１の上に被覆され、かつその厚さは５０ｎｍ〜５００ｎｍの間の範囲にある。あるいは、製造工程上にも基板保護層１０が前記可撓性基板１１の全体を包囲するようにさせることができる。こうして、前記発光構造１ａの多層の半導エピタキシャル層を製造する時、基板保護層１０の阻害により可撓性基板１１がエピタキシャル材料の汚染を受けるのを効果的に回避することができる。
前記基板保護層１０の製造材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化物、ハロゲン化物、ケイ素基化合物のうちのいずれか１種、またはそれらの２種の組み合わせ、あるいはそれらの２種以上の組み合わせであってもよい。
前記基板保護層１０の製造材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化物、ハロゲン化物、ケイ素基化合物のうちのいずれか１種、またはそれらの２種の組み合わせ、あるいはそれらの２種以上の組み合わせであってもよい。
注意に値することは、基板保護層１０は、可撓性基板１１と格子整合層１Ｂとの間に位置し、かつ格子整合層１Ｂは、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アンドープの窒化ガリウム（ｕｎｄｏｐｅｄ ＧａＮ）、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）のような特定の結晶方位を有する単結晶材料から作製される点である。二酸化ケイ素と窒化アルミニウムをそれぞれ基板保護層１０と格子整合層１Ｂの模範的な材料とする。その内、窒化アルミニウムが六方晶系ウルツ鉱構造であり、ａ＝０．３１１ｎｍ、ｃ＝０．４９８ｎｍの格子定数を有する。一方、β−クリストバライト晶系の二酸化ケイ素（β−Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ，ＳｉＯ２）では、ａ＝０．４９９ｎｍの格子定数を有する。このため、薄膜沈着の製造工程を熟知するエンジニアであれば、二酸化ケイ素を基板保護層１０とすることで、可撓性基板１１を保護することが達成されるほか、それがエピタキシャル気相物質の汚染を受けるのを回避することができる以外、同時に窒化アルミニウム膜（すなわち、格子整合層１Ｂ）をｃ軸配列方向に対応させて前記基板保護層１０の上に形成させることができることが推知される。補足説明として、基板保護層１０と格子整合層１Ｂとすることができるその他の材料を、下記の表１と表２にまとめて示す。
補足説明すべき点は、格子整合層１Ｂの製造材料としては、格子定数がＧａＮの整数倍に近似する単結晶材料も選択されうる点である。例えば、ＩＩ−ＶＩ族半導体化合物の硫化亜鉛（ＺｎＳ）は格子定数ａ＝０．６２３ｎｍであり、ＩＩ−ＶＩ族半導体化合物のセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）では格子定数ａ＝０．６５３ｎｍである。一方、発光構造１ａの第１半導体材料層１２、活性層１３と第２半導体材料層１４の材料の選択は、発光色の違いによって異なる。
伝統的に、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ及びＡｌＧａＡｓを発光構造１ａの活性層１３の主要材料とすることで、発光構造１ａを波長範囲が５８０ｎｍ〜７４０ｎｍの間にある可視光を発させることができる。しかしながら、有機金属化学気相沈着（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＭＯＣＶＤ）の製造工程技術の進歩に伴って、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）、又は窒化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）も活性層１３の主要材料となりつつある。その内、ＧａＮ活性層１３を含む発光構造１ａは、青色光を発することができる。
伝統的に、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ及びＡｌＧａＡｓを発光構造１ａの活性層１３の主要材料とすることで、発光構造１ａを波長範囲が５８０ｎｍ〜７４０ｎｍの間にある可視光を発させることができる。しかしながら、有機金属化学気相沈着（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＭＯＣＶＤ）の製造工程技術の進歩に伴って、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）、又は窒化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）も活性層１３の主要材料となりつつある。その内、ＧａＮ活性層１３を含む発光構造１ａは、青色光を発することができる。
ＬＥＤダイ（ｄｉｅ）の設計と製造を熟知するデバイスエンジニアであれば、ｘの値（ｘ＜１）を増加することにより、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ活性層１３を含む発光構造１ａは、波長が長い光を発することができることは明らかである。相対的に、ｘの値（ｘ＜１）を増加することにより、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ活性層１３を含む発光構造１ａは、波長が短い光を発することができることは明らかである。ここで、補足説明すべき点は、ＧａＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮまたはＩｎｘＧａ１−ｘＮから作製された活性層１３は、第１半導体材料層１２と第２半導体材料層１４とに単一の量子井戸構造が形成される点である。その内、前記第１半導体材料層１２の製造材料は、Ｎ型窒化ガリウム（ｎ−ｔｙｐｅ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ，ｎ−ＧａＮ）であり、例えば、ケイ素（Ｓｉ）ドープの窒化ガリウムが挙げられる。加えて、前記第２半導体材料層１４の製造材料は、Ｐ型窒化ガリウム（ｐ−ｔｙｐｅ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ，ｐ−ＧａＮ）であり、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）ドープの窒化ガリウムが挙げられる。
しかしながら、電子と正孔の活性層１３内における再結合率を向上させるために、活性層１３をさらに１つの多重量子井戸構造として設計してもよい。その内、前記多重量子井戸構造は、窒化ガリウムと窒化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）との多重積層構造、窒化ガリウムと窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）との多重積層構造、または窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）と窒化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）との多重積層構造のうちのいずれか１種であってもよい。
しかしながら、電子と正孔の活性層１３内における再結合率を向上させるために、活性層１３をさらに１つの多重量子井戸構造として設計してもよい。その内、前記多重量子井戸構造は、窒化ガリウムと窒化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）との多重積層構造、窒化ガリウムと窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）との多重積層構造、または窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）と窒化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）との多重積層構造のうちのいずれか１種であってもよい。
図３を継続的に参照する。前記第１電極１５は、前記第１半導体材料層１２に電気的に接続され、かつ前記第２電極１６は、前記第２半導体材料層１４の上に形成される。その内、第１電極１５と第２電極１６の製造材料は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）のうちのいずれか１種、またはそれらの２種の組み合わせ、あるいはそれらの２種以上の組み合わせであってもよい。例えば、第１電極１５と第２電極１６は、ニッケル−金複合構造またはチタン−アルミニウム複合構造であってもよい。
（可撓性ＬＥＤ素子の第２実施例）
本発明の可撓性ＬＥＤ素子の第２実施例を示す模式的斜視図である図４を継続的に参照する。
前述した第１実施例に対して、この可撓性ＬＥＤ素子１の第２実施例は、透明導電層１７をさらに備える。図４に示すように、この透明導電層１７は、前記第１電極１５と前記第１半導体材料層１２との間に形成されると同時に、前記第２電極１６と前記第２半導体材料層１４との間に形成される。また、製造工程上について言えば、前記透明導電層１７は、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ，ＩＴＯ）薄膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜、ニッケル−金複合薄膜であってもよい。特筆すべき点は、透明導電層１７を設置する目的は、可撓性ＬＥＤ素子１のアウトカップリング効率（ｏｕｔ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を向上させることである。
本発明の可撓性ＬＥＤ素子の第２実施例を示す模式的斜視図である図４を継続的に参照する。
前述した第１実施例に対して、この可撓性ＬＥＤ素子１の第２実施例は、透明導電層１７をさらに備える。図４に示すように、この透明導電層１７は、前記第１電極１５と前記第１半導体材料層１２との間に形成されると同時に、前記第２電極１６と前記第２半導体材料層１４との間に形成される。また、製造工程上について言えば、前記透明導電層１７は、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ，ＩＴＯ）薄膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜、ニッケル−金複合薄膜であってもよい。特筆すべき点は、透明導電層１７を設置する目的は、可撓性ＬＥＤ素子１のアウトカップリング効率（ｏｕｔ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を向上させることである。
（可撓性ＬＥＤ素子の第３実施例）
ＬＥＤダイの設計と製造を熟知する半導体デバイスエンジニアであれば、図３と図４に示す可撓性ＬＥＤ素子１の２つの実施例は、いずれもＬＥＤダイ（ｄｉｅ）に属することが分かるはずである。このため、第３実施例において、可撓性ＬＥＤ素子１は、さらにＬＥＤ部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）として設計されている。本発明の可撓性ＬＥＤ素子の第３実施例を示す斜視分解図である図５を参照する。
図５に示すように、可撓性ＬＥＤ素子１の第３実施例は、台座１８と、可撓性基板１１と、基板保護層１０と、格子整合層１Ｂと、発光構造１ａと、第１電極１５と、第２電極１６と、コロイド封止カバー（ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｖｅｒ）１９と、光拡散レンズ１Ｌとを備える。
ＬＥＤダイの設計と製造を熟知する半導体デバイスエンジニアであれば、図３と図４に示す可撓性ＬＥＤ素子１の２つの実施例は、いずれもＬＥＤダイ（ｄｉｅ）に属することが分かるはずである。このため、第３実施例において、可撓性ＬＥＤ素子１は、さらにＬＥＤ部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）として設計されている。本発明の可撓性ＬＥＤ素子の第３実施例を示す斜視分解図である図５を参照する。
図５に示すように、可撓性ＬＥＤ素子１の第３実施例は、台座１８と、可撓性基板１１と、基板保護層１０と、格子整合層１Ｂと、発光構造１ａと、第１電極１５と、第２電極１６と、コロイド封止カバー（ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｖｅｒ）１９と、光拡散レンズ１Ｌとを備える。
上記に続いて、前記台座１８は、収容スロット１８１を有し、図３に示すような可撓性ＬＥＤ素子１のダイ（ｄｉｅ）をその中に収容するために用いられる。なお、第１電気端子１８３は、前記台座１８内に嵌設されて第１線接合端と第１半田接続端とを有する。その内、前記第１線接合端が前記台座１８の表面から露出され、第１電極１５に電気的に接続されるために用いられ、かつ前記第１半田接続端が前記台座１８の底面から延出する。
一方、第２電気端子１８４は、前記台座１８内に嵌設されて第２線接合端と第２半田接続端とを有する。その内、前記第２線接合端が前記台座１８の表面から露出され、第２電極１６に電気的に接続されるために用いられ、かつ前記第２半田接続端が前記台座１８の底面から延出する。
一方、第２電気端子１８４は、前記台座１８内に嵌設されて第２線接合端と第２半田接続端とを有する。その内、前記第２線接合端が前記台座１８の表面から露出され、第２電極１６に電気的に接続されるために用いられ、かつ前記第２半田接続端が前記台座１８の底面から延出する。
一方、コロイド封止カバー１９は、台座１８の上方に設けられると共に、前記収容スロット１８１のスロット口周囲に複数本の支持柱１８２が設置され、この方式により、収容スロット１８１のスロット口周囲とコロイド封止カバー１９との間に空気間隙（ａｉｒ ｇａｐ）を存するように設けられる。注意に値することは、前記コロイド封止カバー１９の上に光拡散レンズ１Ｌが設置され、かつ前記コロイド封止カバー１９の内部に複数個の光変換粒子１Ｐが散布される点である。また、前記光変換粒子１Ｐは、蛍光粉または量子ドットであってもよい。
上記の説明から明らかなように、図５に示すような可撓性ＬＥＤ素子１の第３実施例が白色ＬＥＤ部材であるため、第１半導体材料層１２と、活性層１３と、第２半導体材料層１４とからなる発光構造１ａは、波長範囲が４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの間にある青色光を発するか、あるいは波長範囲が３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの間にある紫外光を発する。
上記の説明から明らかなように、図５に示すような可撓性ＬＥＤ素子１の第３実施例が白色ＬＥＤ部材であるため、第１半導体材料層１２と、活性層１３と、第２半導体材料層１４とからなる発光構造１ａは、波長範囲が４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの間にある青色光を発するか、あるいは波長範囲が３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの間にある紫外光を発する。
一方、蛍光粉と量子ドットの種類は雑多であり、下記の表３と表４に一般によく使用されるいくつかの材料を模範的に列挙する。
（可撓性ＬＥＤ表示パネルの実施例）
上記の説明のように、本発明に係る可撓性ＬＥＤ素子を既に十分かつ明瞭に紹介してきた。次に、本発明に係る可撓性ＬＥＤ表示パネルについて継続的に説明する。本発明に係る可撓性ＬＥＤ表示パネルを示す斜視図である図６を参照する。また、本発明の可撓性ＬＥＤ表示パネルを示す部分構造分解図である図７を参照する。
図６と図７に示すように、本発明の可撓性ＬＥＤ表示パネル１００は、可撓性ＬＥＤ表示器２の中に応用することができ、さらに、可撓性基板１１と、基板保護層１０と、格子整合層１Ｂと、複数個の発光構造１ａと、複数個の第１電極１５と、複数個の第２電極１６と、透明金属格子基板１Ｍとを備える。
上記の説明のように、本発明に係る可撓性ＬＥＤ素子を既に十分かつ明瞭に紹介してきた。次に、本発明に係る可撓性ＬＥＤ表示パネルについて継続的に説明する。本発明に係る可撓性ＬＥＤ表示パネルを示す斜視図である図６を参照する。また、本発明の可撓性ＬＥＤ表示パネルを示す部分構造分解図である図７を参照する。
図６と図７に示すように、本発明の可撓性ＬＥＤ表示パネル１００は、可撓性ＬＥＤ表示器２の中に応用することができ、さらに、可撓性基板１１と、基板保護層１０と、格子整合層１Ｂと、複数個の発光構造１ａと、複数個の第１電極１５と、複数個の第２電極１６と、透明金属格子基板１Ｍとを備える。
図７に示すように、各個の発光構造１ａは、いずれも第１半導体材料層１２と、活性層１３と、第２半導体材料層１４と、第１電極１５と、第２電極１６とを有する。また、前記透明金属格子基板１Ｍは、透明基板１Ｍ１と、複数本の第１金属線１Ｍ２と、複数本の第２金属線１Ｍ３とから構成される。その内、前記複数本の第１金属線１Ｍ２と前記複数本の第２金属線１Ｍ３とは、前記透明基板１Ｍ１の表面に形成され、また、前記複数本の第１金属線１Ｍ２は、それぞれ前記複数個の発光構造１ａの当該第１電極１５に電気的に接続され、かつ前記複数本の第２金属線１Ｍ３は、それぞれ前記複数個の発光構造１ａの当該第２電極１６に電気的に接続される。
透明導電基板の設計と製作を熟知する電子エンジニアであれば、この透明金属格子基板１Ｍは、すなわち、透明導電基板に属し、かつ最適な実施形態は、すなわち、ＩＴＯ基板またはＺｎＯ基板であることが分かるはずである。
透明導電基板の設計と製作を熟知する電子エンジニアであれば、この透明金属格子基板１Ｍは、すなわち、透明導電基板に属し、かつ最適な実施形態は、すなわち、ＩＴＯ基板またはＺｎＯ基板であることが分かるはずである。
こうして、上記に本発明の可撓性ＬＥＤ素子と可撓性ＬＥＤ表示パネルを既に十分かつ明瞭に説明してきた。上記によって、本発明が下記の利点を有することが分かる。
（１）従来技術と異なり、剥離製造工程を利用するウェハ接合技術において、ＬＥＤ素子の中のサファイヤ基板を高熱伝導性の銅基板に取り替え、本発明は、特に、薄金属製の可撓性基板１１と、基板保護層１０と、格子整合層１Ｂと、発光構造１ａと、第１電極１５と、第２電極１６とからいわゆる可撓性ＬＥＤ素子１が構成される。説明に値するのは、厚さが約２５〜１５０μｍの薄金属基板は、優れた可撓性、高熱伝導特性と耐高温性を有するので、技術作業者は、ＰＥＣＶＤやＭＯＣＶＤなどの薄膜沈着設備を利用して全自動ロールツーロール式（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）生産ラインに合わせて、本発明の可撓性ＬＥＤ素子１を大量に生産することができる点である。
（２）このほか、薄金属製の可撓性基板１１は、優秀な熱伝導体に基づいて、可撓性ＬＥＤ素子１の発光時に生じる熱を効果的に排出することができる。
強調すべき点は、上記の詳細な説明は、本発明の実施可能な実施例を具体的に説明したものであり、但し、本発明の特許範囲はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的精神を逸脱しない限り、その等効果実施又は変更は、なお、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする点である。
１ 可撓性ＬＥＤ素子
１１ 可撓性基板
１０ 基板保護層
１Ｂ 格子整合層
１ａ 発光構造
１５ 第１電極
１６ 第２電極
１２ 第１半導体材料層
１３ 活性層
１４ 第２半導体材料層
１７ 透明導電層
１８ 台座
１９ コロイド封止カバー
１Ｌ 光拡散レンズ
１８１ 収容スロット
１８２ 支持柱
１８３ 第１電気端子
１８４ 第２電気端子
１Ｐ 光変換粒子
１Ｍ 透明金属格子基板
１Ｍ１ 透明基板
１Ｍ２ 第１金属線
１Ｍ３ 第２金属線
１００ 可撓性ＬＥＤ表示パネル
２ 可撓性ＬＥＤ表示器
１’ ＬＥＤ素子
１１’ サファイヤ基板
１２’ Ｎ型半導体層
１３’ 多重量子井戸構造
１４’ Ｐ型半導体層
１５’ 第１電極
１６’ 第２電極
１０’ 遷移層
１１ａ’ パターン化サファイヤ基板
１７’ 阻止層
１１ａ１’ 溝部
１８’ 第１孔穴
１９’ 特殊な基体層
２０’ 第２孔穴
１ａ’ ＬＥＤ素子
１１ 可撓性基板
１０ 基板保護層
１Ｂ 格子整合層
１ａ 発光構造
１５ 第１電極
１６ 第２電極
１２ 第１半導体材料層
１３ 活性層
１４ 第２半導体材料層
１７ 透明導電層
１８ 台座
１９ コロイド封止カバー
１Ｌ 光拡散レンズ
１８１ 収容スロット
１８２ 支持柱
１８３ 第１電気端子
１８４ 第２電気端子
１Ｐ 光変換粒子
１Ｍ 透明金属格子基板
１Ｍ１ 透明基板
１Ｍ２ 第１金属線
１Ｍ３ 第２金属線
１００ 可撓性ＬＥＤ表示パネル
２ 可撓性ＬＥＤ表示器
１’ ＬＥＤ素子
１１’ サファイヤ基板
１２’ Ｎ型半導体層
１３’ 多重量子井戸構造
１４’ Ｐ型半導体層
１５’ 第１電極
１６’ 第２電極
１０’ 遷移層
１１ａ’ パターン化サファイヤ基板
１７’ 阻止層
１１ａ１’ 溝部
１８’ 第１孔穴
１９’ 特殊な基体層
２０’ 第２孔穴
１ａ’ ＬＥＤ素子
Claims (20)
- 薄金属からなる可撓性基板と、
前記可撓性基板の上に被覆され、または前記可撓性基板を包囲する基板保護層と、
前記基板保護層の上に形成される格子整合層と、
前記格子整合層の上に形成される第１半導体材料層と、前記第１半導体材料層の上に形成される活性層と、前記活性層の上に形成される第２半導体材料層とを有する発光構造と、
前記第１半導体材料層に電気的に接続される第１電極と、
前記第２半導体材料層の上に形成される第２電極とを備えることを特徴とする、
可撓性ＬＥＤ素子。 - 前記薄金属の製造材料は、ステンレス鋼、銅、金、ニッケル、モリブデン、チタン、タングステンのうちのいずれか１種、またはそれらの２種の組み合わせ、あるいはそれらの２種以上の組み合わせであり、前記格子整合層の製造材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アンドープの窒化ガリウム（ｕｎｄｏｐｅｄ ＧａＮ）、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）のうちのいずれか１種であることを特徴とする、請求項１に記載の可撓性ＬＥＤ素子。
- 前記基板保護層の製造材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化物、ハロゲン化物、ケイ素基化合物のうちのいずれか１種、またはそれらの２種の組み合わせ、あるいはそれらの２種以上の組み合わせであることを特徴とする、請求項１に記載の可撓性ＬＥＤ素子。
- 前記第１半導体材料層の製造材料は、Ｎ型窒化ガリウム（ｎ−ｔｙｐｅ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ，ｎ−ＧａＮ）であり、かつ前記第２半導体材料層の製造材料は、Ｐ型窒化ガリウム（ｐ−ｔｙｐｅ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ，ｐ−ＧａＮ）であることを特徴とする、請求項１に記載の可撓性ＬＥＤ素子。
- 前記活性層は、前記第１半導体材料層と前記第２半導体材料層とに単一の量子井戸構造が形成され、かつ前記活性層の製造材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）、または窒化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）のうちのいずれか１種であることを特徴とする、請求項１に記載の可撓性ＬＥＤ素子。
- 前記活性層は、前記第１半導体材料層と前記第２半導体材料層とに１つの多重量子井戸構造が形成され、かつ前記多重量子井戸構造は、窒化ガリウムと窒化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）との多重積層構造、窒化ガリウムと窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）との多重積層構造、または窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）と窒化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）との多重積層構造のうちのいずれか１種であることを特徴とする、請求項１に記載の可撓性ＬＥＤ素子。
- 前記第１電極と前記第２電極の製造材料は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）のうちのいずれか１種、またはそれらの２種の組み合わせ、あるいはそれらの２種以上の組み合わせであることを特徴とする、請求項１に記載の可撓性ＬＥＤ素子。
- 前記可撓性基板の厚さは２５μｍ〜１５０μｍの間の範囲にあり、かつ前記基板保護層の厚さは５０ｎｍ〜５００ｎｍの間の範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の可撓性ＬＥＤ素子。
- 前記第１電極と前記第１半導体材料層との間に形成されると同時に、前記第２電極と前記第２半導体材料層との間に形成される透明導電層をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の可撓性ＬＥＤ素子。
- 台座と、コロイド封止カバーと、複数個の光変換粒子とをさらに備え、前記台座は、前記可撓性基板と、前記基板保護層と、前記格子整合層と、前記発光構造と、前記第１電極と、前記第２電極とをその内に収容するための収容スロットと、収容スロットのスロット口周囲に設置される複数本の支持柱と、前記台座内に嵌設されて第１線接合端と第１半田接続端とを有する第１電気端子と、前記台座内に嵌設されて第２線接合端と第２半田接続端とを有する第２電気端子とを有し、前記第１線接合端が前記台座の表面から露出され、前記第１電極に電気的に接続されるために用いられ、かつ前記第１半田接続端が前記台座の底面から延出し、前記第２線接合端が前記台座の表面から露出され、前記第２電極に電気的に接続されるために用いられ、かつ前記第２半田接続端が前記台座の底面から延出し、前記コロイド封止カバーは、前記台座の上方に設けられると共に、前記複数本の支持柱により支持されることで、前記収容スロットのスロット口周囲と前記コロイド封止カバーとの間に間隙を存し、前記複数個の光変換粒子は、前記コロイド封止カバーの中に散布されることを特徴とする、請求項１に記載の可撓性ＬＥＤ素子。
- 前記コロイド封止カバーの上に設置される光拡散レンズをさらに備えることを特徴とする、請求項１０に記載の可撓性ＬＥＤ素子。
- 薄金属からなる可撓性基板と、前記可撓性基板の上に被覆され、または前記可撓性基板を包囲する基板保護層と、前記基板保護層の上に形成される格子整合層と、前記格子整合層の上に形成される複数個の発光構造と、複数個の第１電極と、複数個の第２電極と、透明金属格子基板とを備える可撓性ＬＥＤ表示パネルであって、
かつ各個の当該発光構造は、前記格子整合層の上に形成される第１半導体材料層と、前記第１半導体材料層の上に形成される活性層と、前記活性層の上に形成される第２半導体材料層とを有し、
前記複数個の第１電極は、それぞれ前記複数個の発光構造の前記第１半導体材料層に電気的に接続され、
前記複数個の第２電極は、それぞれ前記複数個の発光構造の前記第２半導体材料層の上に電気的に接続され、
前記透明金属格子基板は、透明基板と、複数本の第１金属線と、複数本の第２金属線とから構成され、
前記複数本の第１金属線と前記複数本の第２金属線とは、前記透明基板の表面に形成され、また、前記複数本の第１金属線は、それぞれ前記複数個の発光構造の当該第１電極に電気的に接続され、かつ前記複数本の第２金属線は、それぞれ前記複数個の発光構造の当該第２電極に電気的に接続されることを特徴とする、
可撓性ＬＥＤ表示パネル。 - 前記薄金属の製造材料は、ステンレス鋼、銅、金、ニッケル、モリブデン、チタン、タングステンのうちのいずれか１種、またはそれらの２種の組み合わせ、あるいはそれらの２種以上の組み合わせであることを特徴とする、請求項１２に記載の可撓性ＬＥＤ表示パネル。
- 前記基板保護層の製造材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化物、ハロゲン化物、ケイ素基化合物のうちのいずれか１種、またはそれらの２種の組み合わせ、あるいはそれらの２種以上の組み合わせであることを特徴とする、請求項１２に記載の可撓性ＬＥＤ表示パネル。
- 前記格子整合層の製造材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アンドープの窒化ガリウム（ｕｎｄｏｐｅｄ ＧａＮ）、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）のうちのいずれか１種であることを特徴とする、請求項１２に記載の可撓性ＬＥＤ表示パネル。
- 前記第１半導体材料層の製造材料は、Ｎ型窒化ガリウム（ｎ−ｔｙｐｅ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ，ｎ−ＧａＮ）であり、かつ前記第２半導体材料層の製造材料は、Ｐ型窒化ガリウム（ｐ−ｔｙｐｅ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ，ｐ−ＧａＮ）であることを特徴とする、請求項１２に記載の可撓性ＬＥＤ表示パネル。
- 前記活性層は、前記第１半導体材料層と前記第２半導体材料層とに単一の量子井戸構造が形成され、かつ前記活性層の製造材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）、または窒化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）のうちのいずれか１種であることを特徴とする、請求項１２に記載の可撓性ＬＥＤ表示パネル。
- 前記活性層は、前記第１半導体材料層と前記第２半導体材料層とに１つの多重量子井戸構造が形成され、かつ前記多重量子井戸構造は、窒化ガリウムと窒化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）との多重積層構造、窒化ガリウムと窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）との多重積層構造、または窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）と窒化インジウムガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）との多重積層構造のうちのいずれか１種であることを特徴とする、請求項１２に記載の可撓性ＬＥＤ表示パネル。
- 当該第１電極と当該第２電極の製造材料は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）のうちのいずれか１種、またはそれらの２種の組み合わせ、あるいはそれらの２種以上の組み合わせであることを特徴とする、請求項１２に記載の可撓性ＬＥＤ表示パネル。
- 前記第１電極と前記第１半導体材料層との間に形成されると同時に、前記第２電極と前記第２半導体材料層との間に形成される透明導電層をさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載の可撓性ＬＥＤ表示パネル。
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