(57)【要約】【課題】マイクロＬＥＤをマトリクス状に配置してｐ型半導体層とｎ型半導体層にマトリクス配線をそれぞれ接続するマイクロＬＥＤ表示装置において、マイクロＬＥＤの寸法に対する光出射効率を低下させないようにする。【解決手段】マイクロＬＥＤ表示装置は、基板上に形成され、Ｘ方向に延設されると共にＹ方向に並列される複数の第１電極配線と、基板の表面に交差するＺ方向に沿って第１半導体層と発光層と第２半導体層が積層された縦型構造を備え、第１半導体層が第１電極配線上に接続されるマイクロＬＥＤと、第１電極配線が形成された基板上に形成され、マイクロＬＥＤの光出射領域を開口した絶縁膜と、第２半導体層の側面に接続されるように絶縁膜上に形成され、Ｙ方向に延設されると共にＸ方向に並列される複数の第２電極配線とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロＬＥＤを基板の表面に沿った一方向であるＸ方向とそれに交差する基板の表面に沿ったＹ方向にマトリクス状に配列したマイクロＬＥＤ表示装置であって、
前記基板上に形成され、前記Ｘ方向に延設されると共に前記Ｙ方向に並列される複数の第１電極配線と、
前記表面に交差するＺ方向に沿って第１半導体層と発光層と第２半導体層が積層された縦型構造を備え、前記第１半導体層が前記第１電極配線上に接続されるマイクロＬＥＤと、
前記第１電極配線が形成された前記基板上に形成され、前記マイクロＬＥＤの光出射領域を開口した絶縁膜と、
前記第２半導体層の側面に接続されるように前記絶縁膜上に形成され、前記Ｙ方向に延設されると共に前記Ｘ方向に並列される複数の第２電極配線とを備えることを特徴とするマイクロＬＥＤ表示装置。
【請求項２】
前記第２電極配線は、前記絶縁膜に形成された凹部内に形成されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロＬＥＤ表示装置。
【請求項３】
前記第２電極配線は、内部に前記光出射領域の開口を有することを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロＬＥＤ表示装置。
【請求項４】
前記第１半導体層がｐ−ＧａＮであり、前記第２半導体層がｎ−ＧａＮであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のマイクロＬＥＤ表示装置。
【請求項５】
前記マイクロＬＥＤの光出射側に、前記マイクロＬＥＤから出射された紫外線により励起された可視光を出射する光波長変換部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のマイクロＬＥＤ表示装置。
【請求項６】
基板上のＸ方向に第１電極配線を延設させ、前記Ｘ方向に交差する基板上のＹ方向に複数の前記第１電極配線を並列させる工程と、
前記表面に交差するＺ方向に沿って第１半導体層と発光層と第２半導体層が積層された縦型構造を備えるマイクロＬＥＤを、前記第１電極配線上に前記第１半導体層を接続してマトリクス状に配列する工程と、
前記第１電極配線が形成された前記基板上に、前記マイクロＬＥＤの光出射領域が開口するように絶縁膜を形成する工程と、
前記第２半導体層の側面に接続するように、前記絶縁膜上の前記Ｙ方向に第２電極配線を延設させ、前記絶縁膜上の前記Ｘ方向に複数の前記第２電極配線を並列させる工程とを有することを特徴とするマイクロＬＥＤ表示装置の配線方法。
【請求項７】
前記第２電極配線を形成するに先だって、前記第２半導体層の側面が露出する凹部を前記絶縁膜に形成する工程を有することを特徴とする請求項６記載のマイクロＬＥＤ表示装置の配線方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロＬＥＤ表示装置及びマイクロＬＥＤ表示装置の配線方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる表示装置（ディスプレイ）は、従来から知られている。これに対して、マイクロＬＥＤ技術は、ＬＥＤ単体の大きさを数μｍ〜数十μｍのレベルまで微細化することを前提とした技術であり、このように微細化されたＬＥＤ（以下、マイクロＬＥＤ）を表示単位（例えば、画素）とする表示装置は、表示装置の軽薄短小化、高輝度化、高精細化、省エネ化等が可能になることに加えて、微細化したマイクロＬＥＤ以外の部分を透明にした透明ディスプレイやマイクロＬＥＤを実装する基板をフレキシブル基板にしたフレキシブルディスプレイなどの次世代ディスプレイを実現できるものとして注目されている。
【０００３】
マイクロＬＥＤ表示装置を量産化するためには、幾つかの解決すべき課題があると言われているが、その一つが、マイクロＬＥＤの実装・配線を如何に低コスト且つ効率的に行うかの問題である。従来、アレイ化したＬＥＤの実装には、フリップチップ実装が行われているが、マイクロＬＥＤ表示装置においても、ワイヤーボンディングなどに比べて実装面積を小さくすることができるフリップチップ実装を採用することが提案されている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６３８３０７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１は、フリップチップ実装によって単体のマイクロＬＥＤを配線基板上に実装した状態の従来技術を示している。マイクロＬＥＤ１００をマトリクス状に複数配列した表示装置を構成するためには、配列した複数のマイクロＬＥＤ１００を接続するためのマトリクス配線を基板１１０上形成することが必要になる。マトリクス配線は、例えば、互いに直交する方向に延設される下層のｎ電極配線１１１と、絶縁膜１１２を介して下層ｎ電極配線１１１の上に形成される上層のｐ電極配線１１３とによって構成される。
【０００６】
フリップチップ実装されるマイクロＬＥＤ１００は、ｎ型半導体層１０１と活性層（発光層）１０２とｐ型半導体層１０３を備え、ｎ型半導体層１０１が、絶縁膜１１２のスルーホールを介して下層のｎ電極配線１１１に接続されるｎ電極１０４に接続されており、ｐ型半導体層１０３が、絶縁膜１１２上に配線される上層のｐ電極配線１１３にｐ電極１０５を介して接続されている。
【０００７】
このような従来技術では、マイクロＬＥＤ１００の同じ面側に、ｎ電極１０４とｐ電極１０５が設けられることになるので、少なくともｐ電極１０５と重なる面積分しか発光部分が得られないことになる。このため、マイクロＬＥＤ１００の寸法がより微小になった場合に、それに応じてｎ電極１０４の面積を小さくすることができなくなるので、マイクロＬＥＤ１００の寸法に対するｎ電極１０４の占有面積が大きくなり、マイクロＬＥＤ１００の寸法に対する光出射効率が低下してしまうという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、マイクロＬＥＤをマトリクス状に配置してｐ型半導体層とｎ型半導体層にマトリクス配線をそれぞれ接続するマイクロＬＥＤ表示装置において、マイクロＬＥＤの寸法に対する光出射効率を低下させないようにすること、また、マイクロＬＥＤに接続するマトリクス配線を効率良く形成することで、マイクロＬＥＤ表示装置の生産性向上を図ること、などを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
複数のマイクロＬＥＤを基板の表面に沿った一方向であるＸ方向とそれに交差する基板の表面に沿ったＹ方向にマトリクス状に配列したマイクロＬＥＤ表示装置であって、前記基板上に形成され、前記Ｘ方向に延設されると共に前記Ｙ方向に並列される複数の第１電極配線と、前記表面に交差するＺ方向に沿って第１半導体層と発光層と第２半導体層が積層された縦型構造を備え、前記第１半導体層が前記第１電極配線上に接続されるマイクロＬＥＤと、前記第１電極配線が形成された前記基板上に形成され、前記マイクロＬＥＤの光出射領域を開口した絶縁膜と、前記第２半導体層の側面に接続されるように前記絶縁膜上に形成され、前記Ｙ方向に延設されると共に前記Ｘ方向に並列される複数の第２電極配線とを備えることを特徴とするマイクロＬＥＤ表示装置。
【発明の効果】
【００１０】
このような特徴を有するマイクロＬＥＤ表示装置は、マイクロＬＥＤをマトリクス状に配置してｐ型半導体層（第１半導体層）とｎ型半導体層（第２半導体層）にマトリクス配線をそれぞれ接続するマイクロＬＥＤ表示装置において、マイクロＬＥＤの寸法に対する光出射効率を低下させることなく、マトリクス配線を行うことができる。また、マイクロＬＥＤに接続するマトリクス配線を効率良く形成することで、マイクロＬＥＤ表示装置の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来技術のフリップチップ実装されたマイクロＬＥＤ表示装置を説明する説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るマイクロＬＥＤ表示装置の構成例を示した説明図である。
【図３】図２におけるマイクロＬＥＤ表示装置のマイクロＬＥＤ単体の配線構造を示した説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るマイクロＬＥＤ表示装置の構成例を示した説明図である。
【図５】図４におけるマイクロＬＥＤ表示装置のマイクロＬＥＤ単体の配線構造を示した説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係るマイクロＬＥＤ表示装置の配線方法の一例を説明する説明図（第１電極配線の形成とマイクロＬＥＤの実装工程）である。
【図７】本発明の実施形態に係るマイクロＬＥＤ表示装置の配線方法の一例を説明する説明図（絶縁膜の形成と凹部形成工程）である。
【図８】本発明の実施形態に係るマイクロＬＥＤ表示装置の配線方法の一例を説明する説明図（第２電極配線の形成工程）である。
【図９】本発明の実施形態に係るマイクロＬＥＤ表示装置のカラー表示の例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。各図における矢印Ｘの方向（Ｘ方向）が基板表面における一方向、矢印Ｙの方向（Ｙ方向）が基板表面におけるＸ方向と交差する方向、矢印Ｚの方向（Ｚ方向）が基板表面に交差する方向を指している。
【００１３】
図２及び図３に示すように、一つの実施形態に係るマイクロＬＥＤ表示装置１は、複数のマイクロＬＥＤ１０を基板２０の表面に沿った一方向であるＸ方向とそれに交差する基板の表面に沿ったＹ方向にマトリクス状に配列したものである。単体のマイクロＬＥＤ１０は、図３に示すように、基板２０の表面（Ｘ−Ｙ面）に交差するＺ方向に沿って第１半導体層１１と発光層１２と第２半導体層１３が積層された縦型構造を備えている。
【００１４】
基板２０上には、第１電極配線２１と第２電極配線２２が立体的に交差するように配置されてマトリクス配線を構成している。第１電極配線２１は、基板２０上に直接又は絶縁被膜等を介して形成されており、個々の第１電極配線２１が図示のＸ方向に延設されると共に、複数の第１電極配線２１が図示のＹ方向に並列されている。第２電極配線２２は、第１電極配線２１が形成された基板２０上に形成された絶縁膜２３の上に形成されており、個々の第２電極配線２２が図示のＹ方向に延設されると共に、複数の第２電極配線２２が図示のＸ方向に並列されている。
【００１５】
マイクロＬＥＤ１０の第１半導体層１１は、第１電極配線２１上に接続されており、マイクロＬＥＤ１０の第２半導体層１３は、その側面１３Ａ（Ｙ−Ｚ面）が第２電極配線２２に接続されている。光出射領域となるマイクロＬＥＤ１０の上面１３Ｂは、絶縁膜２３の開口から露出して、その上面１３Ｂには電極の接続部が形成されていない。
【００１６】
図示の例では、絶縁膜２３に凹部２３Ａを形成して、その凹部２３Ａ内にマイクロＬＥＤ１０の第２半導体層１３の側面１３Ａを露出させて、凹部２３Ａ内に第２電極配線２２を形成することで、第２電極配線２２を第２半導体層１３の側面１３Ａに接続している。しかしながら、これに限らず、例えば、縦型のマイクロＬＥＤ１０の縦方向厚さに対して絶縁膜２３の厚みを薄く形成することで、第２半導体層１３の側面１３Ａを絶縁膜２３の上に露出させ、絶縁膜２３の上に第２電極配線２２の形成することで、第２電極配線２２を第２半導体層１３の側面１３Ａに接続するようにしてもよい。
【００１７】
図４及び図５は、他の実施形態に係るマイクロＬＥＤ表示装置１を示している。図４及び図５に示した例は、第２電極配線２２が、内部に光出射領域の開口を有しており、その開口内にマイクロＬＥＤ１０が配置されている構成を備えており、その他の点は、図２及び図３に示した例と同様である。図４及び図５に示した例は、第２電極配線２２に設けた開口内の４面で、マイクロＬＥＤ１０の第２半導体層１３の側面１３Ａに第２電極配線２２が接続されている。
【００１８】
マイクロＬＥＤ１０における第１半導体層１１は、例えば、ｐ−ＧａＮであり、第２半導体層１３は、ｎ−ＧａＮであり、発光層１２は、ＭＱＷ（Multiple Quantum Well）構造の活性層である。マイクロＬＥＤ１０の材料は特に限定されるものではなく、縦型のマイクロＬＥＤ１０を構成することができる各種半導体材料を用いることができる。
【００１９】
第１電極配線２１及び第２電極配線２２は、Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ等の導電性金属を用いることができる。また、第１電極配線２１及び第２電極配線２２は、Ｎｉ等の導電性材料からなる単層又は多層膜として形成することができる。絶縁層２３は、エポキシ、ポリイミド、シリコーン等の樹脂材料、或いは、アルミナ、シリカ等の無機材料などを用いることができる。
【００２０】
基板２０は、ガラス、樹脂等、第１電極配線２１を絶縁区分できるものであればどのようなものであってもよい、また、第１電極配線２１の下地層に絶縁被膜を形成すれば、更に金属等の導電性材料を含めた任意の材料を用いることができる。また、基板２０は、リジッドな板体に限らず、フレキシブルなフィルム体などであってもよい。
【００２１】
このようなマイクロＬＥＤ表示装置１は、基板２０上にマトリクス状に複数配列されたマイクロＬＥＤ１０の個々において、光出射領域となる第２半導体層１３の上面１３Ｂには、電極接続部が設けられていないので、マイクロＬＥＤ１０の寸法に対する光出射効率を低下させること無く、複数のマイクロＬＥＤ１０を表示駆動することができる。
【００２２】
そして、個々のマイクロＬＥＤ１０は、絶縁膜２３或いは第２電極配線２２の開口から上面１３Ｂを露出しており、光出射領域となる上面１３Ｂを遮るものが無いので、マイクロＬＥＤ１０が紫外線を出射する場合には、透過波長制限を受けること無く、所望の波長の紫外線を出射することができる。
【００２３】
次に、図６〜図８によって、マイクロＬＥＤ表示装置１の形成方法（配線方法）の一例を説明する。ここに示したマイクロＬＥＤ表示装置１の形成は、図６（ａ），（ｂ）に示した第１電極配線の形成工程、図６（ｃ）に示したマイクロＬＥＤの実装工程、図７（ａ）〜（ｃ）に示した絶縁膜の形成工程、図８に示した第２電極配線の形成工程を有しているが、特にこの方法に限定されるものでは無い。
【００２４】
先ず、第１電極配線の形成工程では、図６（ａ）に示すように用意した平板状又はフィルム状の基板２０に対して、図６（ｂ）に示すように、複数の第１電極配線２１を並列させた状態で形成する。この際には、基板２０上に、Ａｌ，Ｃｕ等の金属材料をスパッタ、めっき、蒸着などの成膜技術で、例えば５００ｎｍ程度の厚さに成膜し、その後、フォトリソ技術などで、図示Ｘ方向に延び且つ図示Ｙ方向に並列された複数の第１電極配線２１をパターニングする。
【００２５】
基板２０上に第１電極配線２１を形成した後は、図６（ｃ）に示すように、予め形成され、数μｎ〜数十μｍ□の寸法に分断されたマイクロＬＥＤ１０を、第１電極配線２１の上にマトリクス状に配列させる。ここで、マイクロＬＥＤ１０の第１半導体層１１は第１電極配線２１の上に接続される。
【００２６】
第１電極配線２１の上にマイクロＬＥＤ１０を配列した後には、図７（ａ）に示すように、感光性樹脂膜である絶縁膜２３を成膜する。絶縁膜２３は、第１電極配線２１が形成された基板２０上にコーティングなどで成膜される。絶縁膜２３の成膜厚さは、例えば、マイクロＬＥＤ１０の高さが１０μｍであるとすると、８〜９μｍ程度の厚さにして、マイクロＬＥＤ１０の上部を絶縁膜２３の表面から突出させる。これは、光出射領域となるマイクロＬＥＤの上面１３Ｂを絶縁膜２３が覆わないようにするためであり、これにより、マイクロＬＥＤ１０の光出射領域が開口するように絶縁膜２３が形成される。
【００２７】
次に、図７（ｂ）に示すように、開口３１がマイクロＬＥＤ１０の側面１３Ａに位置合わせされるように露光用マスク３０を設置して、フォトリソグラフィ工程により、露光、現像、エッチングを行い、図７（ｃ）に示すような凹部２３Ａのパターンを有する絶縁膜２３を形成する。これによって、マイクロＬＥＤ１０における第２半導体層１３の側面１３Ａが凹部２３Ａ内に露出した状態になる。この際の凹部２３Ａの寸法は、幅を１〜５μｍ程度、深さを２〜３μｍ程度に設定することができる。凹部２３Ａの深さは、マイクロＬＥＤ１０の発光層１２が露出しないように設定する必要がある。
【００２８】
次に、図８（ａ）に示すように、成膜用マスク４０を形成する。成膜用マスク４０は、凹部２３Ａのパターンに対応した開口４１が形成されたマスク層であり、スパッタや蒸着などで、凹部２３Ａ内に第２電極配線２２の層を形成した後に、除去されるものである。図８（ｂ）に示すように、第２電極配線２２を成膜後に成膜用マスク４０を除去することで、マイクロＬＥＤ表示装置１が完成する。
【００２９】
このようなマイクロＬＥＤ表示装置１の配線方法によると、複数のマイクロＬＥＤ１０間の接続を第２電極配線２２の成膜によって一括して行うことが可能になる。これにより、配線コストの低減と効率化が可能になり、マイクロＬＥＤ表示装置１の生産性向上を図ることができる。
【００３０】
図９は、マイクロＬＥＤ表示装置１をカラー表示装置として用いる場合の構成例を示している。ここでは、紫外線ＵＶを出射するマイクロＬＥＤ１０の光出射側に、光波長変換部５０が設けられている。光波長変換部５０は、マイクロＬＥＤ１０から出射された紫外線ＵＶにより励起された可視光を出射するものであり、紫外線ＵＶにより赤色の光を出射する蛍光体５１と、紫外線ＵＶにより緑色の光を出射する蛍光体５２と、紫外線ＵＶにより青色の光を出射する蛍光体５３を備えている。各蛍光体５１，５２，５３は隔壁５４で区画されており、蛍光体５１，５２，５３のマイクロＬＥＤ１０側には、紫外線を透過する支持体５５が設けられ、蛍光体５１，５２，５３の光出射側には、可視光を透過し紫外線を吸収するフィルタ層５６が設けられている。このような光波長変換部５０を設けることで、フルカラー表示が可能なマイクロＬＥＤ表示装置１を実現することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１：マイクロＬＥＤ表示装置，
１０：マイクロＬＥＤ，
１１：第１半導体層，１２：発光層，１３：第２半導体層，
１３Ａ：側面，１３Ｂ：上面，
２０：基板，２１：第１電極配線，２２：第２電極配線，２３：絶縁膜，
３０：露光用マスク，３１：開口，
４０：成膜用マスク，４１：開口，
５０：光波長変換部，５１，５２，５３：蛍光体，５４：隔壁，
５５：支持体，５６：フィルタ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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