JP2019153783A - 画像表示素子 - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明の一形態について具体的な説明を行う前に、従来技術及び予備的構成例について、以下に纏める。
以下に、本発明の第1の実施形態に係るマイクロLED素子(micro LED element)100を光源として搭載する画像表示素子200について、図1〜図6を参照して説明する。図1は、マイクロLED素子100を複数備えた画像表示素子200の断面図である。図2は画像表示素子200の画素領域(pixel region)の上面図である。図3〜図6は、マイクロLED素子100及び、画像表示素子200の製造工程を示す図ある。
図1に示すように、画像表示素子200は、画素領域(pixel region)1と、共通接続領域(common interconnection region)2と、ダミー領域(dummy region)3と、外周部(peripheral region)4を含む。画素領域1には図2に示す様に、画素5がアレイ状に配置され、各画素5は青サブ画素6、赤サブ画素7、緑サブ画素8を含む。それぞれ、青色光、赤色光、緑色光を発し、それぞれの強度を調整する事で、画素5として、様々な色の光を発する事ができる。図1は図2のA−A‘線部分の断面図を表している。青、赤、緑サブ画素6、7、8はそれぞれマイクロLED100B,100R、100Gを含む。マイクロLED100B,100R、100Gは同一構造をしており、青色光(励起光)を発する。以下、マイクロLED100B,100R、100G全体を指す場合には、マイクロLED100と記す。尚、図2では画素は正方形であり、各サブ画素は画素と同じ長さの辺を有する長方形の形状を有するが、画素形状やサブ画素の形状は他の形状でも良く、サブ画素は青、赤、緑の3種に限定されない。
青サブ画素6では、共通N電極56上に散乱粒子(scattering particle)を含む透明樹脂パターン(transparent resin pattern)からなる透明部21(transparent portion)を有しており、マイクロLED100Bが発する青色光を、散乱粒子によって、放射方向を広げるが、波長変換する事無く、そのまま外部へ放出する。尚、透明部21は散乱粒子を含まなくても良い。赤サブ画素7は、マイクロLED100Rが発する青色光を赤色光(長波長光)に波長変換する材料を含む樹脂パターンである赤色変換部(red wavelength conversion portion)22(以下赤波長変換部22とも呼ぶ)を有しており、赤色光を放出する。緑サブ画素8は、マイクロLED100Gが発する青色光を緑色光に波長変換する材料を含む樹脂パターンである緑色変換部(green wavelength conversion portion)23(以下緑波長変換部23とも呼ぶ)を有しており、緑色光(長波長光)を放出する。
次に、マイクロLED素子100の製造方法の一例について、図3を参照して説明する。
合が多い。
緑波長変換部23と赤波長変換部22は、それぞれ量子ドットを波長変換粒子として用い、ネガレジスト中に分散し、フォトリソグラフィ技術でパターンニングする。パターニング後のそれぞれの膜厚は8μmとした。いずれも励起光となる青色光(ピーク波長450nm、ピーク半値幅17nm)の透過強度は1%となる様に、量子ドットの分散量を調整した。緑波長変換部23の発光のピーク波長は530nm、半値幅は30nmである。赤波長変換部22の発光のピーク波長は630nm、半値幅は32nmである。
本実施形態は第1の実施形態に対し、透過層25を有しない点が異なる。それ以外は、第1の実施形態と変わらない。
本実施形態は第2の実施形態に対し、緑波長変換部23、赤波長変換部22、透明部21を有せず、画素全体に黄色波長変換部30を有し、青、緑、赤の各カラーフィルタを有する点が異なる。それ以外は、第2の実施形態と変わらない。
本実施形態は第1の実施形態に対し、透過層25の製造方法が異なる。それ以外は、第1の実施形態と変わらない。
本実施形態は第1の実施形態に対し、反射層10の構成が異なる。それ以外は、第1の実施形態と変わらない。
本実施形態は第1の実施形態に対し、マイクロLED素子100fが異なる。それ以外は、第1の実施形態と変わらない。第1の実施形態のマイクロLED素子100は駆動回路基板50側にP電極19Pを有し、光射出側に共通N電極56を有する、所謂、上下電極型であるが、本実施形態のマイクロLED素子100fは片側にP、N両電極を有する構成である。
回路基板50f側にP電極19fPとN電極19fNを有している。駆動回路基板50fは、サブ画素毎にP側電極51fとN側電極52fを配置し、それぞれ、P電極19fPとN電極19fNと接続され、マイクロLED素子100fに所定の電流を流し、発光を制御する。この様な構成は、画像表示素子200fの製造工程に於いて、共通N電極56の製造工程を省略でき、製造が容易であると言う利点が有る。一方で、マイクロLED素子100fの片面にP、N両電極を配置する必要が有る為、素子の微細化はより難しく、高パワーが必要なヘッドアップディスプレイやプロジェクタ用途に適している。本実施形態では、反射層10が窒化物半導体層14内部に含まれており、発光層12より波長変換層側に配置されている。反射層10は窒化物半導体で構成されているが、第1の実施形態の様に上下方向に電流を流す必要が無く、反射層10は、反射層10を除く他の部分のN側層11(比抵抗:1.0〜10mΩcm)に比べて高抵抗であっても良い。高抵抗にする事で、窒化物半導体層14の結晶性を改善し、マイクロLED素子100fの光出力を改善する事が出来る。尚、図11ではサブ画素毎にN電極19fNを設けているが、N電極19fNはマイクロLED素子100f毎に設ける必要は無く、複数のマイクロLED素子100fが1個のN電極19fNを共有しても良い。
次に、マイクロLED素子100fの製造方法の一例について、図12を参照して説明する。図3と同じ工程に関する説明は省略する。図3との大きな相違点は、電極の配置以外に、マイクロLED素子100fを成長基板9f上で形成し、画像表示素子200f単位で個片化した後、個片単位で駆動回路基板50f上に貼り付ける、と言う製造方法の相違がある。
本実施形態は第6の実施形態に対し、マイクロLED素子100gが異なる。それ以外は、第6の実施形態と変わらない。第6の実施形態のマイクロLED素子100fでは、反射層10を窒化物半導体層で構成していたが、本実施形態のマイクロLED素子100gでは、誘電体多層膜を反射層10gとして用いる。その為、窒化物半導体層14gの成長方法が変わるが、反射層10g以外の点は、第6の実施形態と同じである。
第7の実施形態の変形例を図17に示す。本変形例は第7の実施形態で示した窒化物半導体層14gを第1の実施形態のマイクロLED素子100へ適用した物である。
10gと貫通部42を有している。それ以外の構造は、第1の実施形態のマイクロLED100と同じである。本構成では、貫通部42を通して電流を流す必要が有り、シード層40と貫通部42を構成するGaN層はN型にドーピングされて、電導性を有する。即ち、貫通部42は導電性の窒化物半導体によって埋められている。
本実施形態は第1の実施形態に対し、マイクロLED素子100iが異なる。それ以外は、第1の実施形態と変わらない。第1の実施形態のマイクロLED素子100は窒化物半導体14内部に、窒化物半導体によって構成された反射層10を有していたが、本構成の反射膜10iは、誘電体多層膜によって構成され、P側層13の外側に配置されている。即ち、発光層12より駆動回路基板50側に反射膜10iが配置されている。
3の駆動回路基板50側に透明電極層44と反射膜10iを有しており、透明電極層44はP電極19iPを介して、P側電極51と接続している。マイクロLED100iを構成する窒化物半導体層14iはN側層11iと発光層12、P側層13よりなり、反射層を含んでいなくても良い。その他の構成は、第1の実施形態と変わらない。
図19に示す様に、成長基板9上にN側層11i、発光層12、P側層13よりなる、窒化物半導体層14iを成長させた後、透明電極層44と反射層10iを堆積する。反射層10iの堆積温度は、透明電極層44が劣化しない温度範囲であれば良い為、600℃以下であれば良く、比較的高温で堆積が可能となり、安定した良好な膜を得る事ができる。透明電極層44は、ITO(インジュウム・錫・酸化物)等で有り、厚さは50nmから600nm程度である。反射層10iは、図23に示す様に、TiO2薄膜とSiO2薄膜のペアを17層積層した。TiO2薄膜の厚さは8nmから75nm、SiO2薄膜の膜厚は8nmから171nmの範囲であり、層毎に膜厚を最適化し、波長440nmから650nmの範囲内で、入射角25度以下では、反射率が平均的に80%以上となる様に最適化した。300℃の基板温度で、オンビーム蒸着法によって積層している。全体厚は2.85μmであった。
本実施形態は第1の実施形態に対し、マイクロLED素子100jの発光波長が近紫外線である青紫光(ピーク波長410nm±15nm)となり、透明部21が青波長変換部21jに置き換えられる点が大きく異なる。これに付随して、反射層10jは、赤色、緑色に加えて、青色光(ピーク波長460±15nm)も反射する様に層構成が変更される。また、透過層25jは青サブ画素6を含めて、画素領域1全体を覆い、青色から赤色までの可視域全域を透過し、青紫光だけを反射する。それ以外は、第1の実施形態と変わらない。
2 共通接続領域
3 ダミー領域
4 外周部
5 画素
6 青サブ画素
7 赤サブ画素
8 緑サブ画素
9、9g 成長基板
10、10e、10g、10i、10j 反射層
11、11e、11g、11i N側層
12、12j 発光層
13、13e P側層
14、14e、14g、14i、14j 窒化物半導体層
15、15f、15g 画素分離溝
15B、15iB 境界溝
15H、15iH 共通電極コンタクトホール
15O、15iO 露出帯
16 メサ
17 保護膜
18P P側コンタクトホール
18N N側コンタクトホール
19、19h、19i P電極層
19P、19fP、19iP P電極
19N、19fN、19iN N電極
19D、19fD、19iD ダミー電極
20 埋込材
21 透明部
21j 青色変換部(青波長変換部)
22 赤色変換部(赤波長変換部)(波長変換層)
23 緑色変換部(緑波長変換部)(波長変換層)
24 平坦部
25、25c、25f、25j 透過膜
26 パッシベーション
28 光吸収層
29 青色光吸収フィルタ
30 黄色蛍光体
31 青カラーフィルタ
32 緑カラーフィルタ
33 赤カラーフィルタ
34 透明基板
40 シード層
41 開口部
42 貫通部
43
44 透明電極層
45 開口部
50、50f 駆動回路基板
51、51f P側電極
52、52f N側電極
53 ダミー電極
54 外部接続電極
55 プラグ
56 共通N電極
100、100e、100f、100g、100h、100i、100j マイクロLED素子
100B、100Be、100Bf、100Bg、100Bh、100Bi、100Bj マイクロLED素子B(青サブ画素)
100R、100Re、100Rf、100Rg、100Rh、100Ri、100Rj マイクロLED素子R(赤サブ画素)
100G、100Ge、100Gf、100Gg、100Gh、100Gi、100Gj マイクロLED素子G(緑サブ画素)
200、200a、200b、200c、200d、200e、200f、200g、200h、200i、200j 画像表示素子
Claims (20)
- 駆動回路基板上に、
マイクロLED素子と、
前記マイクロLED素子の発する励起光を変換して、前記駆動回路基板と反対側に射出する波長変換層と、
を順に積層した画像表示素子であって、
前記マイクロLED素子は、前記波長変換層によって変換された長波長光を反射する第1の多層膜を有している
ことを特徴とする画像表示素子。 - 前記第1の多層膜は前記マイクロLED素子毎に分割されている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示素子。 - 前記第1の多層膜は、前記マイクロLED素子を構成する窒化物半導体層内部に含まれている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像表示素子。 - 前記第1の多層膜は、前記マイクロLED素子の発光層より前記波長変換層側に配置され、前記励起光を透過する事を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像表示素子。
- 前記第1の多層膜は、前記マイクロLED素子の発光層より前記駆動回路基板側に配置され、前記励起光を反射する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像表示素子。 - 前記第1の多層膜は窒化物半導体より構成されている
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像表示素子。 - 前記第1の多層膜は導電性を有する
ことを特徴とする請求項6に記載の画像表示素子。 - 前記第1の多層膜はN型導電性を有する
ことを特徴とする請求項7に記載の画像表示素子。 - 前記第1の多層膜はP型導電性を有する
ことを特徴とする請求項7に記載の画像表示素子。 - 前記第1の多層膜は高抵抗性を有する
ことを特徴とする請求項6に記載の画像表示素子。 - 前記第1の多層膜は誘電体多層膜より構成されている
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像表示素子。 - 前記第1の多層膜の一部に貫通部を有し、前記貫通部は前記マイクロLED素子毎に設けられている
ことを特徴とする請求項11項に記載の画像表示素子。 - 前記貫通部を窒化物半導体が埋めている
ことを特徴とする請求項12に記載の画像表示素子。 - 前記貫通部を電極材が埋めている
ことを特徴とする請求項12に記載の画像表示素子。 - 前記波長変換層の射出側に、前記長波長光を透過し、前記励起光を反射する第2の多層膜を有する
ことを特徴とする請求項1から14の何れか1項に記載の画像表示素子。 - 前記波長変換層の射出側に、前記長波長光を透過し、前記励起光を吸収するフィルター層を有する
ことを特徴とする請求項1から14の何れか1項に記載の画像表示素子。 - 前記波長変換層の射出側に、前記励起光を吸収し、長波長光の一部を透過するカラーフィルター層を有する
ことを特徴とする請求項1から14の何れか1項に記載の画像表示素子。 - 前記マイクロLED素子は青色光を発し、前記波長変換層は当該青色光を長波長光に変換する
ことを特徴とする請求項1から17の何れか1項に記載の画像表示素子。 - 前記第1の多層膜は、波長520±15nmと波長630±15nmで、反射率のピークを有し、
前記第2の多層膜は、波長460±15nmで、反射率のピークを有する
ことを特徴とする請求項15に記載の画像表示素子。 - 前記第1の多層膜は、波長460±15nmと波長520±15nmと波長630±15nmで、反射率のピークを有し、
前記第2の多層膜は、波長460±15nmで、反射率のピークを有する
ことを特徴とする請求項15に記載の画像表示素子。
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