JP7507373B2 - 画像表示装置の製造方法および画像表示装置 - Google Patents
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Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図1は、実施形態に係る画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
図1には、本実施形態の画像表示装置のサブピクセル20の構成が模式的に示されている。画像表示装置に表示される画像を構成するピクセル10は、複数のサブピクセル20によって構成されている。
以下では、XYZの3次元座標系を用いて説明することがある。サブピクセル20は、2次元平面上に配列されている。サブピクセル20が配列された2次元平面をXY平面とする。サブピクセル20は、X軸方向およびY軸方向に沿って配列されている。
図1に示すように、画像表示装置のサブピクセル20は、トランジスタ103と、第1の配線層110と、第1の絶縁膜(層間絶縁膜)112と、発光素子150と、第2の絶縁膜(層間絶縁膜)156と、第2の配線層160と、ビア161dと、を備える。サブピクセル20は、カラーフィルタ180をさらに備える。カラーフィルタ(波長変換部材)180は、表面樹脂層170上に、透明薄膜接着層188を介して設けられている。表面樹脂層170は、発光素子150、層間絶縁膜156および配線層160上に設けられている。
サブピクセルの構成の変形例について説明する。
図2A~図2Cは、本実施形態の画像表示装置の変形例をそれぞれ例示する模式的な断面図である。
図2A以降のサブピクセルの断面図では、煩雑さを避けるため、表面樹脂層170およびカラーフィルタ180の表示が省略されている。特に記載のない場合には、第2の層間絶縁膜および第2の配線層上には、表面樹脂層およびカラーフィルタが設けられる。後述の他の実施形態およびその変形例の場合についても同様である。
図2Aに示すように、サブピクセル20aは、発光素子150aを含む。発光素子150aは、第2の層間絶縁膜(第2絶縁膜)256で覆われている。第2の層間絶縁膜256は、好ましくは白色樹脂である。層間絶縁膜256を白色樹脂とすることによって、発光素子150aが横方向や下方向に発光する光を反射させて、実質的に発光素子150aの輝度を向上させることができる。
以下の理由により、発光素子150とトランジスタ130とを、平面視で重ならないように配置することがある。p形半導体領域104bとn形の基板102との間に空乏層領域が発生し、この空乏層領域は、寄生フォトダイオードとして機能することがある。この寄生フォトダイオードは、発光素子150の直下に生じる光被照射領域と重ならないようにすることが好ましい。その場合には、発光層152を基板102の表面にXY平面視で投影したときの端部と、p形半導体領域104bの境界との距離を、少なくとも1μm程度以上離すことが好ましい。
図3に示すように、本実施形態の画像表示装置1は、表示領域2を備える。表示領域2には、サブピクセル20が配列されている。サブピクセル20は、たとえば格子状に配列されている。たとえば、サブピクセル20は、X軸に沿ってn個配列され、Y軸に沿ってm個配列される。
本実施形態では、図1において説明したように、発光素子22(150)と駆動トランジスタ26(103)が、Z軸方向に積層されており、ビア161dによって、発光素子22(150)のカソード電極と駆動トランジスタ26(103)のドレイン電極とを電気的に接続している。
配線110sは、遮光部110s1を有する。遮光部(部分)110s1は、X軸方向の長さL2およびY軸方向の長さW2を有する長方形状の部分である。遮光部110s1は、発光素子150の直下に設けられている。発光素子150は、X軸方向の長さL1およびY軸方向の長さW1を有する長方形の底面を有する。
図5A~図6Cは、本実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
図5Aに示すように、半導体成長基板1194を準備する。半導体成長基板1194は、結晶成長用基板(第1基板)1001上に成長させた半導体層1150を有する。結晶成長用基板1001は、たとえばSi基板やサファイア基板等である。好ましくは、Si基板が用いられる。
図7Aおよび図7Bは、図2Aのサブピクセル20aを形成するための製造工程を示している。本変形例では、第2の層間絶縁膜256(156)を形成するまでは、第1の実施形態の場合と同一の工程を有している。以下では、図6Bまたは図6Cの工程以降に図7A、図7Bの工程が実行されるものとして説明する。
図8Aおよび図8Bは、図2Bのサブピクセル20bを形成するための製造工程を示している。本変形例では、開口158を形成するまでは、上述の変形例の場合と同一の工程を有している。したがって、以下では、図7A以降に、図8A、図8Bの工程が実行されるものとして説明する。
なお、図9では、煩雑さを避けるために、回路基板100内や層間絶縁膜112,156内等の配線等については、表示が省略されている。また、図9には、カラーフィルタ180等の色変換部材の一部が表示されている。ここでは、バッファ層140、発光素子150、ビア161k,161d、配線層160、層間絶縁膜156および表面樹脂層170を含む構造物を発光回路部172と呼ぶ。また、回路基板100上に発光回路部172を設けた構造物を構造体1192と呼ぶ。
図10A~図10Dには、カラーフィルタをインクジェットで形成する方法が示されている。
本実施形態の画像表示装置1の製造方法では、発光素子150を駆動するトランジスタ103等の回路素子を含む回路基板1100(100)に、発光素子150のための発光層1152を含む半導体層1150を貼り合わせる。その後、半導体層1150をエッチングして発光素子150を形成する。そのため、回路基板1100(100)に個片化された発光素子を個々に転写するのに比べて、発光素子を転写する工程を著しく短縮することができる。
図11は、本実施形態に係る画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
本実施形態では、発光素子250の構成および発光素子250を駆動するトランジスタ203の構成が上述の他の実施形態の場合と相違する。上述の他の実施形態の場合と同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図12に示すように、本実施形態の画像表示装置201は、表示領域2、行選択回路205および信号電圧出力回路207を備える。表示領域2には、上述の他の実施形態の場合と同様に、たとえばサブピクセル220が格子状に配列されている。
図13A~図14Bは、本実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
本実施形態では、図5Aにおいてすでに説明した半導体成長基板1194を用いる。以下では、結晶成長用基板1001上にバッファ層1140を介してエピタキシャル成長された半導体層1150を有する半導体成長基板1194を準備した以降の工程について説明する。
図15に示すように、この変形例では、透明電極を用いずに配線と発光面との電気的接続をとる。サブピクセル220aでは、配線260k1は、透明電極を介さずに直接n形半導体層251に接続されるようにパターニングされる。
本実施形態においても、上述の他の実施形態の場合と同様の効果を有する。すなわち、回路基板1100に半導体層1150を貼り合わせた後、個別の発光素子250をエッチングにより形成するので、発光素子の転写工程を著しく短縮することができる。
本実施形態では、発光層を含む単一の半導体層に、複数の発光素子に相当する複数の発光面を形成することによって、より発光効率の高い画像表示装置を実現する。以下の説明では、上述の他の実施形態の場合と同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図16は、本実施形態に係る画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
図16に示すように、画像表示装置は、サブピクセル群320を備える。サブピクセル群320は、トランジスタ103-1,103-2と、第1の配線層310と、第1の層間絶縁膜112と、半導体層350と、第2の層間絶縁膜356と、第2の配線層360と、ビア361d1,361d2と、を含む。
図17A~図18Bは、実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
図17Aに示すように、半導体層1150がエピタキシャル成長された結晶成長用基板1001を含む半導体成長基板1194は、回路基板3100と、ウェハボンディングによって互いに接合される。結晶成長用基板1001上の半導体層1150等については、上述の他の実施形態の場合においてすでに説明した構造と同様であり、詳細な説明を省略する。また、回路基板3100についても、回路の構成が上述の他の実施形態の場合と相違するが、他のほとんどの部分ですでに説明した構造と同様である。以下では、符号のみを代えて、詳細な説明を適宜省略する。
図19は、本実施形態に係る画像表示装置の変形例の一部を例示する模式的な断面図である。
本変形例では、発光層352上に2つのn形半導体層3351a1,3351a2を設けた点で上述の第3の実施形態の場合と異なっている。他の点では、第3の実施形態の場合と同じである。
図19に示すように、本変形例の画像表示装置は、サブピクセル群320aを備える。サブピクセル群320aは、半導体層350aを含む。半導体層350aは、p形半導体層353と、発光層352と、n形半導体層3351a1,3351a2と、を含む。p形半導体層353、発光層352およびn形半導体層3351a1,3351a2は、層間絶縁膜356から発光面3351S1,3351S2に向かってこの順に積層されている。
本変形例では、半導体層1150を形成するまでは、第3の実施形態の場合に図17A~図18Aにおいて説明した工程と同様の工程が採用される。以下では、それ以降の工程について説明する。
図21は、画素LEDの特性を例示するグラフである。
図21の縦軸は、発光効率[%]を表している。横軸は、画素LEDに流す電流の電流密度を相対値によって表している。
図21に示すように、電流密度の相対値が1.0より小さい領域では、画素LEDの発光効率は、ほぼ一定か、単調に増加する。電流密度の相対値が1.0よりも大きい領域では、発光効率は単調に減少する。つまり、画素LEDには、発光効率が最大になるような適切な電流密度が存在する。
上述した画像表示装置は、適切なピクセル数を有する画像表示モジュールとして、たとえばコンピュータ用ディスプレイ、テレビ、スマートフォンのような携帯用端末、あるいは、カーナビゲーション等とすることができる。
図22には、コンピュータ用ディスプレイの構成の主要な部分が示されている。
図22に示すように、画像表示装置401は、画像表示モジュール402を備える。画像表示モジュール402は、たとえば上述した第1の実施形態の場合の構成を備えた画像表示装置である。画像表示モジュール402は、サブピクセル20が配列された表示領域2、行選択回路5および信号電圧出力回路7を含む。
図23は、本変形例の画像表示装置を例示するブロック図である。
図23には、高精細薄型テレビの構成が示されている。
図23に示すように、画像表示装置501は、画像表示モジュール502を備える。画像表示モジュール502は、たとえば上述した第1の実施形態の場合の構成を備えた画像表示装置1である。画像表示装置501は、コントローラ570およびフレームメモリ580を備える。コントローラ570は、バス540によって供給される制御信号にもとづいて、表示領域2の各サブピクセルの駆動順序を制御する。フレームメモリ580は、1フレーム分の表示データを格納し、円滑な動画再生等の処理のために用いられる。
図24に示すように、第1~第3の実施形態の画像表示装置は、上述したように、回路基板100上に、多数のサブピクセルを有する発光回路部172が設けられている。発光回路部172上には、カラーフィルタ180が設けられている。なお、第6の実施形態においては、回路基板100、発光回路部172およびカラーフィルタ180を含む構造物は、画像表示モジュール402,502とされ、画像表示装置401,501に組み込まれている。
Claims (22)
- 発光層を含む半導体層を第1基板上に形成した基板を準備する工程と、
回路素子と前記回路素子に電気的に接続された第1配線層とを含む回路が形成された第2基板に、前記半導体層を貼り合わせる工程と、
前記半導体層をエッチングして発光素子を形成する工程と、
前記発光素子を覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を貫通して前記第1配線層に達するビアを形成する工程と、
前記発光素子と前記回路素子とを前記ビアを介して電気的に接続する工程と、
を備え、
前記ビアは、異なる層に設けられた前記発光素子および前記回路素子を互いに接続し、
前記半導体層を前記第2基板に貼り合わせる前に前記第1基板を除去する工程と、
前記発光素子の表面を露出させる工程と、
をさらに備えた画像表示装置の製造方法。 - 発光層を含む半導体層を第1基板上に形成した基板を準備する工程と、
回路素子と前記回路素子に電気的に接続された第1配線層とを含む回路が形成された第2基板に、前記半導体層を貼り合わせる工程と、
前記半導体層をエッチングして発光素子を形成する工程と、
前記発光素子を覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を貫通して前記第1配線層に達するビアを形成する工程と、
前記発光素子と前記回路素子とを前記ビアを介して電気的に接続する工程と、
を備え、
前記ビアは、異なる層に設けられた前記発光素子および前記回路素子を互いに接続し、
前記半導体層を前記第2基板に貼り合わせた後に前記第1基板を除去する工程と、
前記発光素子の表面を露出させる工程と、
をさらに備えた画像表示装置の製造方法。 - 露出された前記発光素子の露出面に透明電極を形成する工程をさらに備えた請求項1または2に記載の画像表示装置の製造方法。
- 前記半導体層を、前記第1基板上に形成された緩衝層上に成長させる請求項1~3のいずれか1つに記載の画像表示装置の製造方法。
- 前記緩衝層は、窒化物を含む請求項4記載の画像表示装置の製造方法。
- 前記第1基板は、シリコンまたはサファイアを含む請求項1~5のいずれか1つに記載の画像表示装置の製造方法。
- 前記半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体を含み、
前記第2基板は、シリコンを含む請求項1~6のいずれか1つに記載の画像表示装置の製造方法。 - 前記発光素子上に波長変換部材を形成する工程をさらに備えた請求項1~7のいずれか1つに記載の画像表示装置の製造方法。
- 回路素子と、
前記回路素子に電気的に接続された第1配線層と、
前記回路素子および前記第1配線層を覆う第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に配設された発光素子と、
前記発光素子の少なくとも一部を覆う第2絶縁膜と、
前記発光素子に電気的に接続され、前記第2絶縁膜上に配設された第2配線層と、
前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を貫通し、前記第1配線層および前記第2配線層を電気的に接続する第1ビアと、
を備え、
前記第1配線層は、第1配線を含み、
前記第1配線の少なくとも一部を含む部分は、前記発光素子の直下に設けられ、
前記部分の外周は、平面視で、前記部分に投影された前記発光素子の外周を含む画像表示装置。 - 前記発光素子の前記第1絶縁膜の側の面に対向する発光面を露出させる開口を有しており、前記発光面上に透明電極を備えた請求項9記載の画像表示装置。
- 前記開口から露出された露出面は、粗面を含む請求項10記載の画像表示装置。
- 前記第1絶縁膜と前記発光素子との間に緩衝層をさらに備えた請求項9~11のいずれか1つに記載の画像表示装置。
- 前記回路素子は、トランジスタを含み、
前記発光素子は、第1導電形の第1半導体層と、前記第1導電形とは異なる第2導電形の第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられた発光層と、を含み、前記第1絶縁膜から前記第2配線層に向かって、前記第1半導体層、前記発光層、および前記第2半導体層の順に積層され、
前記第1配線層は、前記トランジスタの第1主電極に接続された第2配線を含み、
前記第2配線層は、前記第1半導体層に接続された第3配線を含み、
前記第1ビアの一端は、前記第2配線に接続され、
前記第1ビアの他端は、前記第3配線に接続された請求項9~12のいずれか1つに記載の画像表示装置。 - 前記第2絶縁膜を貫通する第2ビアをさらに備え、
前記第2ビアの一端は、前記第1半導体層に接続され、
前記第2ビアの他端は、前記第3配線に接続された請求項13記載の画像表示装置。 - 前記第1導電形は、p形であり、
前記第2導電形は、n形であり、
前記トランジスタは、pチャネルトランジスタである請求項13または14に記載の画像表示装置。 - 前記第1導電形は、n形であり、
前記第2導電形は、p形であり、
前記トランジスタは、nチャネルトランジスタである請求項13または14に記載の画像表示装置。 - 前記発光素子は、窒化ガリウム系化合物半導体を含み、
前記回路素子は、基板に形成され、前記基板は、シリコンを含む請求項9~16のいずれか1つに記載の画像表示装置。 - 前記発光素子上に波長変換部材をさらに備えた請求項9~17のいずれか1つに記載の画像表示装置。
- 複数のトランジスタと、
前記複数のトランジスタに電気的に接続された第1配線層と、
前記複数のトランジスタおよび前記第1配線層を覆う第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に配設された第1導電形の第1半導体層と、
前記第1半導体層上に配設された発光層と、
前記発光層上に配設され、前記第1導電形とは異なる第2導電形の第2半導体層と、
前記第1絶縁膜、前記発光層および前記第1半導体層を覆うとともに前記第2半導体層の少なくとも一部を覆う第2絶縁膜と、
前記複数のトランジスタに応じて前記第2絶縁膜からそれぞれ露出された、前記第2半導体層の複数の露出面上に配設された透明電極に接続された第2配線層と、
前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を貫通し、前記第1配線層の配線および前記第2配線層の配線を電気的に接続する第1ビアと、
を備えた画像表示装置。 - 前記第1配線層は、前記複数のトランジスタのうちの第1トランジスタの主電極に接続された第1配線を含み、
前記第2配線層は、前記第1半導体層に接続された第2配線を含み、
前記第1ビアは、前記第1配線と前記第2配線との間に設けられた請求項19記載の画像表示装置。 - 前記第1配線層は、前記複数のトランジスタのうちの前記第1トランジスタとは異なる第2トランジスタの主電極に接続された第3配線を含み、
前記第2配線層は、前記第1半導体層に接続された第4配線を含み、
前記第1ビアとは異なる第2ビアは、前記第3配線と前記第4配線との間に設けられた請求項20記載の画像表示装置。 - 前記第2半導体層は、前記第2絶縁膜によって分離された請求項19~21のいずれか1つに記載の画像表示装置。
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