JP7492328B2 - 画像表示素子及び画像表示素子の製造方法 - Google Patents
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Description
前記マイクロ発光素子は前記駆動回路基板とは反対側に光を放出し、
前記マイクロ発光素子は励起光を発生する励起光発光素子と、前記励起光発光素子の周囲を囲う反射壁と、前記反射壁の内部に配置された波長変換材よりなり、
前記反射壁の側壁は、前記マイクロ発光素子の光放出方向に対して、開く様に傾斜しており、
前記波長変換材は、前記励起光を吸収して、前記励起光より長波長の光を放出し、
前記波長変換材は、前記励起光発光素子の前記駆動回路基板側の面を除く全ての面を覆っており、
前記励起光発光素子は化合物半導体よりなる本体と、前記本体の前記駆動回路基板側に配置された金属電極と、前記駆動回路基板とは反対側に配置された透明電極を含み、
前記本体に含まれる発光層は、前記本体の厚みの中央部より、前記駆動回路基板とは反対側に配置されており、
前記反射壁の底部に、絶縁性の遮光材が配置されており、前記駆動回路基板の表面に垂直であり且つ前記反射壁に直交する平面で切断した断面視で、前記表面と平行な方向における前記遮光材の寸法は、該方向における前記底部の寸法より小さく、
前記遮光材は、前記マイクロ発光素子から前記駆動回路基板へ光の漏洩を防止すると共に、互いに隣接する前記マイクロ発光素子間での光の漏洩を防止する。
(a)成長基板上に化合物半導体層を堆積する。
(b)前記化合物半導体層の一部を除去して分割溝を形成し、分割溝間に本体を形成する。
(c)前記分割溝を形成した化合物半導体層のダメージを回復する。
(d)前記化合物半導体層の表面を転写基板に貼り合せる。
(e)成長基板を剥離する。
(f)化合物半導体層を研磨し、前記分割溝の化合物半導体層を除去し、前記本体を互いに切り離す。
(g)前記転写基板の前記本体が露出した側の面に電極膜を堆積する。
(h)前記転写基板の前記電極膜側の面を、駆動回路基板に貼り合せる。この時、前記本体が駆動回路基板上の駆動電極と重なる様にアライメントする。
(i)前記転写基板を剥離する。
(j)駆動回路基板で、前記本体を含む励起光発光素子を形成する。
(k)前記励起光発光素子を囲う反射壁を形成する。
(l)前記反射壁の内部に波長変換材を配置する。
(画像表示素子200の構成)
図1は、本発明の実施形態1に係る画像表示素子200の画素領域1の断面模式図である。図2は、本発明の実施形態1に係る画像表示素子200の画素領域1の平面模式図である。図1は図2のA-A線部分の断面図を表している。図2に示す様に、画像表示素子200の上面は、複数の画素5がアレイ状に配列した画素領域(pixel region)1となっている。本実施形態では、画像表示素子200は単色の表示素子であり、各画素5は単色のマイクロ発光素子100が1個含まれている。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は赤色光を発し、それぞれの強度を調整する事で赤色の単色画像を表示する。
次に、画像表示素子200の製造工程を、図3Aから図3Dの(3-0)から(3-15)を用いて説明する。図3Aから図3Dの(3-0)から(3-15)は、本発明の実施形態1に係る画像表示素子200製造工程を示す断面模式図である。
以上の様に形成されたマイクロ発光素子100の発光効率を評価した。マイクロ発光素子100について、配置ピッチは4μm、本体16は正方形であり、一辺の長さは1.0μm、側壁の傾斜角度θbは89°、P側層13の厚みは100nm、N側層11の厚みは1.0μmである。反射壁34の高さは3.2μmである。N側層11は主にGaN層であり、発光層12はInGaN及びGaNによる多重量子井戸層であり、発光層12から発せられる光のピーク波長は450nmである。赤色波長変換部32はネガレジストに赤色発光する量子ドットを分散させた材料を用いた。
ηei=ηee/LEEe
ηri=ηre/(ηei・Abs・LEEr)
この結果からは、励起光発光素子105の内部量子効率として、約60%を達成しており、通常の大きなLEDの内部量子効率約80%と比べれば低いが、ミクロンサイズのマイクロLEDとしては、非常に高い値を実現している。図3Aから図3Dの製造工程に於いて、励起光発光素子105の加工を成長基板上で行い、十分なダメージ回復手段を実施した効果が表れている。
(画像表示素子200aの構成)
本発明の他の実施形態について、図5及び図6を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態2の画像表示素子200aでは、実施形態1と類似の構成を有するが、単色ではなくフルカラーの表示素子である点が異なる。
(画像表示素子200bの構成)
本発明の他の実施形態について、図8から図9Cを用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態3の画像表示素子200bでは、画素領域1内にP駆動電極52を配置していない点において、実施形態2と異なる。それ以外の点は、実施形態2と同様である。
実施形態3の変形例を図10に示す。尚、10では、実施形態1の様な単色表示素子の場合を示すが、フルカラーへの適用も可能である。
本発明の他の実施形態について、図11から図12Bを用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態4の画像表示素子200eでは、図11に示す様に、反射壁34cの下部に遮光材37を有している点に於いて、他の実施形態と異なる。遮光材37は絶縁性の光吸収材か光反射材である。例えば、ナノ粒子状のカーボンブラックを高濃度に含有する樹脂材や、金属ナノ粒子をSiO2膜等の絶縁膜で被覆し、樹脂中に高濃度に分散させた材料である。遮光材37は隣接するN電極23N間を埋め、透明絶縁膜17及び透明電極30を、サブ画素間で分断している。反射壁が34cの様に金属製であれば、サブ画素間の光クロストークを完全に防止できる。また、駆動回路基板50bへの光漏洩も防止できる。
(画像表示素子200fの構成)
本発明の他の実施形態について、図13から図14Dを用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態5の画像表示素子200fでは、実施形態1の様な単色表示素子を例示しており、画素領域1にP駆動電極52を有しない点では、実施形態2と同様である。実施形態2では、N電極23がサブ画素の面積に対して、大きな部分を占めていたが、本実施形態はN駆動電極51が、画素の面積に対して、大きな部分を占めている。本実施形態は他の実施形態に対して、製造方法が異なる。これまでの実施形態では、分割溝15の形成によって失われていた、窒化物半導体層14の多くの部分を、表示素子に活用する事を意図している。
本発明の他の実施形態について、図15を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態6の画像表示素子200gは、実施形態3のフルカラー表示の画像表示素子200bと同様の構造を有しており、相違点は図15に示す様に、青色マイクロ発光素子100Bgの透明部31gが第1層31Fと第2層31Sよりなる事である。第1層32Fの屈折率は、第2層32Sより低い。第1層31Fの上面が光放出面130となる。
本発明の他の実施形態について、図16から図18を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態7の画像表示素子200hは、実施形態3のフルカラー表示の画像表示素子200bと同様の構造を有しており、相違点は図16及び図17に示す様に、各サブ画素の光放出面130に、配光制御手段として、ナノアンテナアレイ(NAA:Nano-Antenna Array)70R、70G、70Bを配置した点である。尚、図17の破線C-C部分の断面模式図が図16である。
本発明の他の実施形態について、図19を用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態8の画像表示素子200iは、実施形態3のフルカラー表示の画像表示素子200bと同様の構造を有しており、相違点は図19に示す様に、各サブ画素の光放出面130に、配光制御手段として、マイクロレンズ72と、マイクロレンズ72の外周を囲う反射壁を配置した点である。本構成では、反射壁34を波長変換部32、33や透明部31より高く形成し、マイクロレンズ72の外周を囲う反射壁としても使用している。
本発明の他の実施形態について、図21から図23Cを用いて以下に説明する。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。実施形態9の画像表示素子200jは、実施形態3のフルカラー表示の画像表示素子200bと同様の構造を有しており、相違点は図21に示す様に、励起光発光素子105jが複数の透明電極30A、30Bを有している点である。透明電極を複数に分割する事で、励起光発光素子105jに冗長機能を付加する事ができる。従って、励起光発光素子105jの発光不良による歩留り低下を抑制し、画像表示素子200jの歩留まりを高める事ができる。
100B、100Bb、100Bg、100Bh、100Bi、100Bj 青色マイクロ発光素子
100G、100Gb、100Gg、100Gh、100Gi、100Gj 緑色マイクロ発光素子
100R、100Rb、100Rg、100Rh、100Ri、100Rj 赤色マイクロ発光素
105、105j 励起光発光素子
130 光放出面
1 画素領域
4 接着材
5、5a、5h 画素
6 青サブ画素
7 赤サブ画素
8 緑サブ画素
9a、9b、9c、9d 反射膜
10 転写基板
11 N側層(第1導電層)
12 発光層
13 P側層(第2導電層)
14 窒化物半導体層(化合物半導体)
15 分割溝
16 本体
16S 本体側面
17 透明絶縁膜
18P Pコンタクトホール
18M 電極コンタクトホール
19 埋込材
20 第2保護膜
21 開口部
22C 接続部
22D 切断部
23L 電極膜
23N N電極(第2電極)
23P P電極(第1電極)
24 溝
25 カバー膜
30、30A、30B 透明電極
31 透明部
32 赤色波長変換部
33 緑色波長変換部
34、34c、34d 反射壁
35 母材
36 反射材
36L 反射材膜
37 遮光材
50、50b、50f 駆動回路基板
51 N駆動電極(第1駆動電極)
52 P駆動電極(第2駆動電極)
70R、70G、70B ナノアンテナアレイ
71R、71G、71B 凸部
72 マイクロレンズ
200、200a、200b、200c、200d、
200e、200f、200g、200h、200i、200j 画像表示素子
θb 本体側面の傾斜角度
θw 反射壁側面の傾斜角度
Claims (13)
- マイクロ発光素子に電流を供給して発光させる駆動回路を含む駆動回路基板の上に、前記マイクロ発光素子をアレイ状に配置した画像表示素子であって、
前記マイクロ発光素子は前記駆動回路基板とは反対側に光を放出し、
前記マイクロ発光素子は励起光を発生する励起光発光素子と、前記励起光発光素子を取り巻く反射壁と、前記反射壁の内側に配置された波長変換材よりなり、
前記反射壁の側壁は、前記励起光発光素子の側壁と接触せず、前記マイクロ発光素子の光放出方向に対して、開く様に傾斜しており、
前記波長変換材は、前記励起光を吸収して、前記励起光より長波長の光を放出し、
前記波長変換材は、前記励起光発光素子の前記駆動回路基板側の面を除く全ての面を覆っており、
前記励起光発光素子は化合物半導体よりなる本体と、前記本体の前記駆動回路基板側に配置された金属電極と、前記駆動回路基板とは反対側に配置された透明電極を含み、
前記本体に含まれる発光層は、前記本体の厚みの中央部より、前記駆動回路基板とは反対側に配置されており、
前記反射壁の底部に、絶縁性の遮光材が配置されており、前記駆動回路基板の表面に垂直であり且つ前記反射壁に直交する平面で切断した断面視で、前記表面と平行な方向における前記遮光材の寸法は、該方向における前記底部の寸法より小さく、
前記遮光材は、前記マイクロ発光素子から前記駆動回路基板へ光の漏洩を防止すると共に、互いに隣接する前記マイクロ発光素子間での光の漏洩を防止する事を特徴とする画像表示素子。 - マイクロ発光素子に電流を供給して発光させる駆動回路を含む駆動回路基板の上に、前記マイクロ発光素子をアレイ状に配置した画像表示素子であって、
前記マイクロ発光素子は前記駆動回路基板とは反対側に光を放出し、
前記マイクロ発光素子は励起光を発生する励起光発光素子と、前記励起光発光素子を取り巻く反射壁と、前記反射壁の内側に配置された透明部よりなり、
前記反射壁の側壁は、前記励起光発光素子の側壁と接触せず、前記マイクロ発光素子の光放出方向に対して、開く様に傾斜しており、
前記透明部は、前記励起光発光素子の前記駆動回路基板側の面を除く全ての面を覆っており、
前記励起光発光素子は化合物半導体よりなる本体と、前記本体の前記駆動回路基板側に配置された金属電極と、前記駆動回路基板とは反対側に配置された透明電極を含み、
前記本体に含まれる発光層は、前記本体の厚みの中央部より、前記駆動回路基板とは反対側に配置されており、
前記反射壁の底部に、絶縁性の遮光材が配置されており、前記駆動回路基板の表面に垂直であり且つ前記反射壁に直交する平面で切断した断面視で、前記表面と平行な方向における前記遮光材の寸法は、該方向における前記底部の寸法より小さく、
前記遮光材は、前記マイクロ発光素子から前記駆動回路基板へ光の漏洩を防止すると共に、互いに隣接する前記マイクロ発光素子間での光の漏洩を防止する事を特徴とする画像表示素子。 - 前記マイクロ発光素子は、光放出面に配光制御手段を有している事を特徴とする請求項1または2の画像表示素子。
- 前記金属電極が接続している、前記駆動回路基板上の駆動電極の面積は、前記金属電極の面積より、小さい事を特徴とする請求項1または2の画像表示素子。
- 前記金属電極が接続している、前記駆動回路基板上の駆動電極の面積は、前記金属電極の面積より、大きい事を特徴とする請求項1または2の画像表示素子。
- 前記波長変換材は光放出面側の屈折率が、励起光発光素子の周辺より、低い事を特徴とする請求項1の画像表示素子。
- 前記透明部は光放出面側の屈折率が、励起光発光素子の周辺より、低い事を特徴とする請求項2の画像表示素子。
- 前記反射壁の側面の傾斜角度は、85度から60度の範囲である事を特徴とする請求項1または2の画像表示素子。
- 前記透明電極は複数設けられている事を特徴とする請求項1または2の画像表示素子。
- 請求項1の画像表示素子の製造方法であって、以下の工程を含み、記載の順序に従って遂行される製造方法。
(a)成長基板上に化合物半導体層を堆積する。
(b)前記化合物半導体層の一部を除去して分割溝を形成し、分割溝間に本体を形成する。
(c)前記分割溝を形成した化合物半導体層のダメージを回復する。
(d)前記化合物半導体層の表面を転写基板に貼り合せる。
(e)成長基板を剥離する。
(f)化合物半導体層を研磨し、前記分割溝の化合物半導体層を除去し、前記本体を互いに切り離す。
(g)前記転写基板の前記本体が露出した側の面に電極膜を堆積する。
(h)前記転写基板の前記電極膜側の面を、駆動回路基板に貼り合せる。この時、前記本体が駆動回路基板上の駆動電極と重なる様にアライメントする。
(i)前記転写基板を剥離する。
(j)駆動回路基板で、前記本体を含む励起光発光素子を形成する。
(k)前記励起光発光素子を囲う反射壁を形成する。
(l)前記反射壁の内部に波長変換材を配置する。 - 請求項2の画像表示素子の製造方法であって、以下の工程を含み、記載の順序に従って遂行される製造方法。
(a)成長基板上に化合物半導体層を堆積する。
(b)前記化合物半導体層の一部を除去して分割溝を形成し、分割溝間に本体を形成する。
(c)前記分割溝を形成した化合物半導体層のダメージを回復する。
(d)前記化合物半導体層の表面を転写基板に貼り合せる。
(e)成長基板を剥離する。
(f)化合物半導体層を研磨し、前記分割溝の化合物半導体層を除去し、前記本体を互いに切り離す。
(g)前記転写基板の前記本体が露出した側の面に電極膜を堆積する。
(h)前記転写基板の前記電極膜側の面を、駆動回路基板に貼り合せる。この時、前記本体が駆動回路基板上の駆動電極と重なる様にアライメントする。
(i)前記転写基板を剥離する。
(j)駆動回路基板で、前記本体を含む励起光発光素子を形成する。
(k)前記励起光発光素子を囲う反射壁を形成する。
(l)前記反射壁の内部に透明部を配置する。 - マイクロ発光素子に電流を供給して発光させる駆動回路を含む駆動回路基板の上に、前記マイクロ発光素子をアレイ状に配置した画像表示素子であって、
前記マイクロ発光素子は前記駆動回路基板とは反対側に光を放出し、
前記マイクロ発光素子は励起光を発生する励起光発光素子と、前記励起光発光素子を取り巻く反射壁と、前記反射壁の内側に配置された波長変換材よりなり、
前記反射壁の側壁は、前記励起光発光素子の側壁と接触せず、前記マイクロ発光素子の光放出方向に対して、開く様に傾斜しており、
前記波長変換材は、前記励起光を吸収して、前記励起光より長波長の光を放出し、
前記波長変換材は、前記励起光発光素子の前記駆動回路基板側の面を除く全ての面を覆っており、
前記励起光発光素子は化合物半導体よりなる本体と、前記本体の前記駆動回路基板側に配置された金属電極と、前記駆動回路基板とは反対側に配置された透明電極を含み、
前記本体に含まれる発光層は、前記本体の厚みの中央部より、前記駆動回路基板とは反対側に配置されている画像表示素子の製造方法であって、以下の工程を含み、記載の順序に従って遂行される製造方法。
(a)成長基板上に化合物半導体層を堆積する。
(b)前記化合物半導体層の一部を除去して分割溝を形成し、分割溝間に本体を形成する。この時前記本体の配置ピッチは、画素の配置ピッチの1/N(Nは2以上の整数)である。
(c)前記分割溝を形成した化合物半導体層のダメージを回復する。
(d)前記化合物半導体層の表面を、接着材を介して転写基板に貼り合せる。
(e)成長基板を剥離する。
(f)化合物半導体層を研磨し、前記分割溝の化合物半導体層を除去し、前記本体を互いに切り離す。
(g)前記転写基板の前記本体が露出した側の面に電極膜とカバー膜を、この順で堆積する。
(h)前記電極膜とカバー膜を、前記本体上のみ残して除去する。
(i)前記画素の配置ピッチと同じピッチで配置されている前記本体上のカバー膜を除去する。
(j)前記転写基板の前記電極膜側の面を、駆動回路基板に貼り合せる。この時、前記本体が駆動回路基板上の駆動電極と重なる様にアライメントする。
(k)前記カバー膜を除去した本体と接する接着材に対して、前記転写基板を通してスポット光を照射する。
(l)前記転写基板を駆動回路基板から引き離す。
(m)駆動回路基板で、前記本体を含む励起光発光素子を形成する。
(n)前記励起光発光素子を囲う反射壁を形成する。
(o)前記反射壁の内部に波長変換材を配置する。 - マイクロ発光素子に電流を供給して発光させる駆動回路を含む駆動回路基板の上に、前記マイクロ発光素子をアレイ状に配置した画像表示素子であって、
前記マイクロ発光素子は前記駆動回路基板とは反対側に光を放出し、
前記マイクロ発光素子は励起光を発生する励起光発光素子と、前記励起光発光素子を取り巻く反射壁と、前記反射壁の内側に配置された透明部よりなり、
前記反射壁の側壁は、前記励起光発光素子の側壁と接触せず、前記マイクロ発光素子の光放出方向に対して、開く様に傾斜しており、
前記透明部は、前記励起光発光素子の前記駆動回路基板側の面を除く全ての面を覆っており、
前記励起光発光素子は化合物半導体よりなる本体と、前記本体の前記駆動回路基板側に配置された金属電極と、前記駆動回路基板とは反対側に配置された透明電極を含み、
前記本体に含まれる発光層は、前記本体の厚みの中央部より、前記駆動回路基板とは反対側に配置されている画像表示素子の製造方法であって、以下の工程を含み、記載の順序に従って遂行される製造方法。
(a)成長基板上に化合物半導体層を堆積する。
(b)前記化合物半導体層の一部を除去して分割溝を形成し、分割溝間に本体を形成する。この時前記本体の配置ピッチは、画素の配置ピッチの1/N(Nは2以上の整数)である。
(c)前記分割溝を形成した化合物半導体層のダメージを回復する。
(d)前記化合物半導体層の表面を、接着材を介して転写基板に貼り合せる。
(e)成長基板を剥離する。
(f)化合物半導体層を研磨し、前記分割溝の化合物半導体層を除去し、前記本体を互いに切り離す。
(g)前記転写基板の前記本体が露出した側の面に電極膜とカバー膜を、この順で堆積する。
(h)前記電極膜とカバー膜を、前記本体上のみ残して除去する。
(i)前記画素の配置ピッチと同じピッチで配置されている前記本体上のカバー膜を除去する。
(j)前記転写基板の前記電極膜側の面を、駆動回路基板に貼り合せる。この時、前記本体が駆動回路基板上の駆動電極と重なる様にアライメントする。
(k)前記カバー膜を除去した本体と接する接着材に対して、前記転写基板を通してスポット光を照射する。
(l)前記転写基板を駆動回路基板から引き離す。
(m)駆動回路基板で、前記本体を含む励起光発光素子を形成する。
(n)前記励起光発光素子を囲う反射壁を形成する。
(o)前記反射壁の内部に透明部を配置する。
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