(57)【要約】【課題】解像度や画質、発光効率などの諸特性に優れ、且つ大画面化が容易で、製造コストの低減も実現でき、また配線不良などの問題も解決できる画像表示装置を提供する。【解決手段】複数の発光素子が配列され所要の画像信号に対応して画像を表示する画像表示装置において、発光素子一個の占有面積が２５μｍ２ 以上で１００００μｍ２ 以下とされ、複数の発光素子はそれぞれ配線用基板に実装され、複数の発光素子は、それぞれ固化された封止材に埋め込まれ、封止材の平坦化された面上に、発光素子の面積より大きい面積を有し発光素子に電気的に接続された電極パッドが形成される。【選択図】図１
2008077100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子が配列され所要の画像信号に対応して画像を表示する画像表示装置において、
前記発光素子一個の占有面積が２５μｍ２ 以上で１００００μｍ２ 以下とされ、
前記複数の発光素子はそれぞれ配線用基板に実装され、
前記複数の発光素子は、それぞれ固化された封止材に埋め込まれ、
前記封止材の平坦化された面上に、前記発光素子の面積より大きい面積を有し前記発光素子に電気的に接続された電極パッドが形成されてなる
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
一画素内の前記発光素子の占有面積に対する当該画像表示装置上の一画素分の占有面積の比が１０以上４００００以下である
ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
一画素内の前記発光素子の占有面積に対する当該画像表示装置上の一画素分の占有面積の比が１０以上１００００以下である
ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項４】
一画素は互いに波長を異ならせた３つの発光素子の組から構成する
ことを特徴とする請求項１、２、又は３記載の画像表示装置。
【請求項５】
一画素は互いに波長を異ならせた３つの発光素子の組から構成され、
前記発光素子は、結晶成長層に第１導電層、活性層及び第２導電層を有し、さらに第１導電層と電気的に接続された第１電極と第２導電層と電気的に接続された第２電極とを有して構成され、
前記結晶成長層の結晶成長時の基板側が光取出し窓となり、
前記発光素子が結晶成長時とは倒置されて前記配線用基板に実装されてなる
ことを特徴とする請求項１、２、又は３記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記第１電極と前記第２電極は、前記配線用基板の基板主面の法線方向において、前記結晶成長層を挟んでそれぞれ形成されてなる
ことを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記発光素子に電気的に接続され該発光素子に流れる電流を保持するための電流保持回路が前記発光素子毎に形成される
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、又は６記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記電流保持回路は個別のチップ状に形成され且つ前記発光素子と同様に前記配線用基板に実装されたものである
ことを特徴とする請求項７記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記電流保持回路を形成した前記電流保持回路のチップと前記発光素子は略同一のサイズを有する
ことを特徴とする請求項８記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子がマトリクス状に配列され、画像信号に応じた画像表示を行う画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量で薄型の画像表示装置として、種々の表示装置が開発されている。このような画像表示装置の主なカテゴリーとしては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた装置、液晶ディスプレイを用いた装置、プラズマディスプレイを用いた装置などがある。これら画像表示装置は、コンピューター技術の進展と共に、その適用範囲が広がりつつあり、例えば対角サイズで３０センチから１５０センチ程度の大きさの装置は、テレビジョン受像機、ビデオ再生装置、ゲーム機器の出力装置などに用いられ、また、それより小さいサイズのものでは、例えば自動車搭載型案内装置や録画装置のモニター画面などに用いられている。
【０００３】
ところが、それらの画像表示装置のいずれもが解像度、輝度、光出力対電力効率、画質などの特性の点や、大画面化、コスト面などで問題を抱えている。例えば、発光ダイオードをマトリクス状に配列した発光ダイオードアレイを用いる装置では、個々の発光ダイオードを集合的に用いてアレイを構成する。ところが、個々の発光ダイオードはそれぞれパッケージに収納されていて数ミリ程度のサイズがあり、その結果、一画素の大きさも大きくなって解像度が低下してしまう。同時に、発光ダイオードアレイを用いる画像表示装置では、画素当たりのコストが高くなり、特に大画面の装置を構成した場合には、その製品価格が高いものになってしまう。
【０００４】
液晶ディスプレイを用いた画像表示装置では、表示装置を構成するガラスなどの基板を真空にした膜形成装置等に入れ、フォトリソグラフィー技術を用いてトランジスタ等の素子の形成や配線の形成を行っており、特に液晶装置の解像度を高くしようとした場合には、ミクロンオーダーのプロセス制御が必要となる。従って、製品の歩留りを向上させるには厳格なプロセス管理が必要となり、大画面の液晶表示装置を作成しようとする場合では、コストが高くなってしまう。また、液晶表示は見る角度によってコントラストや色合いが変化する視野角依存性があり、色を変化させる場合の反応速度が遅いといった問題も抱えている。
【０００５】
また、プラズマディスプレイを用いた装置では、画素単位の狭い空間で放電を生じさせ、発生する電離ガスからの紫外光によって蛍光体を励起して可視光を発生させるというメカニズムを利用している。プラズマディスプレイを用いた装置では、このため発光効率そのものが高くはなく、消費電力が多くなってしまう。また、蛍光体による外からの光が反射して、コントラストが低下するという問題点も発生し、色再現範囲が狭いと言った問題も生ずる。
【０００６】
従って、上記画像表示装置は、そのいずれもが大型画面化が容易ではなく且つ製造コストが高くなり、それぞれ解像度やプロセス、画質、発光効率などの問題を抱えたものとなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は上述の点に鑑み、解像度や画質、発光効率などの諸特性に優れ、且つ大画面化が容易で、製造コストの低減も実現でき、また配線不良などの問題も解決できる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の画像表示装置は、複数の発光素子が配列され所要の画像信号に対応して画像を表示する画像表示装置において、前記発光素子一個の占有面積が２５μｍ２ 以上で１００００μｍ２ 以下とされ、前記複数の発光素子はそれぞれ配線用基板に実装され、前記複数の発光素子は、それぞれ固化された封止材に埋め込まれ、前記封止材の平坦化された面上に、前記発光素子の面積より大きい面積を有し前記発光素子に電気的に接続された電極パッドが形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る画像表示装置では、前記発光素子一個の占有面積が２５μｍ２以上で１００００μｍ２以下とされることから、個々の発光素子自体は微小なサイズとなり、発光素子自体を高密度に配線用基板に配設することが可能であり、大画面化も容易である。また、発光素子が封止材に埋め込まれることによって、封止材の平坦化された面上に発光素子よりも大きな電極パッドが形成されるため、微小サイズの発光素子であっても配線が容易である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の画像表示装置によれば、解像度や画質、発光効率などの諸特性に優れ、且つ大画面化が容易で、製造コストの低減も実現できる画像表示装置を得ることができる。特に、本発明の画像表示装置によれば、発光素子が一個の素子の占有面積が２５μｍ２以上で１００００μｍ２以下とされた微細なサイズであるために、発光素子自体を高密度に配線用基板に配設することが可能であり、また、個々の発光素子を完成させた後に配線用基板に対して実装するために歩留りは良好であり、大画面化する場合でもその画面全体に亘るミクロンオーダーの厳格なプロセス管理などは不要となる。
【００１１】
また、複数の発光素子が封止材に埋め込まれるので、配線用基板に実装された発光素子の位置精度が損なわれることがない。また、封止材の平坦化された面上に発光素子の面積よりも大きな面積の電極パッドが形成されているので、微細な発光素子と配線基板の配線の電気的接続を容易、確実にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は第１の実施の形態の画像表示装置の要部のレイアウトを示す図であり、図１では垂直水平方向に２画素分ずつの要部を図示している。本実施の形態の画像表示装置では、配線用基板１の主面上に水平方向に延在された複数本のアドレス線ＡＤＤ０、ＡＤＤ１が形成され、さらに図示しない層間絶縁膜を介して垂直方向に延在された複数本のデータ線ＤＬＲ０〜ＤＬＢ１が形成されている。配線用基板１は例えばガラス基板や、合成樹脂又は絶縁層で被覆された金属基板、或いはシリコン基板等の半導体製造に汎用な基板であり、アドレス線やデータ線を求められる精度で形成可能な基板であればどのような基板であっても良い。
【００１４】
アドレス線ＡＤＤ０、ＡＤＤ１は導電性の優れた金属材料層や半導体材料層と金属材料層の組み合わせ等によって形成され、その線幅は図１に示すように発光ダイオードのサイズＭに比較して広い幅にすることができる。これは次に説明するように、一個の前記発光素子の占有面積が２５μｍ２以上で１００００μｍ２以下とされた微小なサイズの発光ダイオードを実装していることから実現できるものであり、従って、順次画素を走査して所要の画像を出力させる場合のアドレス線自体の抵抗による遅れを極力低減することができる。このアドレス線ＡＤＤ０，ＡＤＤ１は水平方向に延長されており、各画素当たり１本のアドレス線が通過する。従って、水平方向に隣接する画素同士では共通のアドレス線が選択に用いられる。
【００１５】
データ線ＤＬＲ０〜ＤＬＢ１は、アドレス線と同様に、導電性の優れた金属材料層や半導体材料層と金属材料層の組み合わせ等によって形成され、その線幅は図１に示すように配線用基板１の専有面積の約半分程度を占めるように形成することもできる。このような広い線幅もアドレス線と同様に、一個の発光素子の占有面積が２５μｍ２以上で１００００μｍ２以下とされ微小なサイズの発光ダイオードを実装しているために可能である。これらデータ線ＤＬＲ０〜ＤＬＢ１は垂直方向に延長されており、各画素当たり発光ダイオードの数に応じて３本のデータ線が使用されている。例えば、図中左上の画素の発光ダイオードは、赤色発光ダイオードＤＲ００、緑色発光ダイオードＤＧ００、および青色発光ダイオードＤＢ００からなり、データ線ＤＬＲ０〜ＤＬＢ０も各発光色ごとに設けられている。データ線ＤＬＲ０〜ＤＬＢ１は垂直方向に隣接する画素の同じ発光色のダイオードの間では共通のデータ線が利用される。
【００１６】
本実施の形態の画像表示装置は、発光ダイオードをマトリクス状に配列して、所要の画像信号（映像信号すなわち動画用信号を含む。以下同様。）に応じた発光を行う。この駆動方法としては、アクティブマトリクス型液晶表示装置と同様の点順次または線順次方式で本実施の形態の画像表示装置は駆動される。発光ダイオードは、例えば、青色及び緑色の発光ダイオード用としてサファイヤ基板上に成長された窒化ガリウム系のダブルヘテロ構造多層結晶を用いることができ、赤色の発光ダイオード用として砒化ガリウム基板上に成長された砒化アルミニウムガリウムまたは燐化インジウムアルミニウムガリウム系のダブルヘテロ構造多層結晶を用いることができる。発光ダイオードは互いに波長を異ならせた３つの発光素子の組からなる画素を構成するが、異なる波長の組は赤、緑、青に限らず、他の色の組であっても良い。
【００１７】
本実施の形態の画像表示装置においては、各画素内において、水平方向に赤色の発光ダイオードＤＲ００、ＤＲ０１、ＤＲ１０、ＤＲ１１、次いで緑色の発光ダイオードＤＧ００、ＤＧ０１、ＤＧ１０、ＤＧ１１、次いで青色の発光ダイオードＤＢ００、ＤＢ０１、ＤＢ１０、ＢＧ１１が並んでいる。例えば、図中左上の画素の発光ダイオードは、赤色発光ダイオードＤＲ００、緑色発光ダイオードＤＧ００、および青色発光ダイオードＤＢ００の順にダイオードが配列されており、これら３つの発光ダイオードが１つの画素の組を構成する。
【００１８】
ここで、各発光ダイオードは、例えばそれぞれ略正方形の形状を有し、非パッケージ状態のまま或いは微小パッケージ状態（例えば１ｍｍサイズ以下程度）のまま実装されるチップ構造を有している。図１のレイアウト図では、発光ダイオードの詳細な層構造について図示しないが、それぞれ発光ダイオードの平面形状は略正方形であり、その略正方形の発光ダイオードチップを実装することで、発光ダイオードのマトリクス状の配列が構成されている。各発光ダイオードの位置は、アドレス線ＡＤＤ０、ＡＤＤ１とデータ線ＤＬＲ０〜ＤＬＢ１の交差位置に対応した位置になっており、各発光ダイオードはアドレス線に接続した電極パット部１１を介して電気的にアドレス線に接続され、同様に、データ線に接続した電極パット部１２を介して電気的にデータ線に接続される。電極パッド部１１は垂直方向に延在する小さい帯状領域であり、電極パッド部１２は水平方向に延在する小さい帯状領域である。各発光ダイオードはこれら電極パッド部１１、１２を介して電気的にアドレス線およびデータ線に接続され点順次或いは線順次の方式で駆動される。
【００１９】
一個の発光ダイオードの素子占有面積は２５μｍ２以上で１００００μｍ２以下であることから、略正方形の各発光ダイオードのサイズは、その一辺が５ミクロンから１００ミクロン程度のサイズとされる。このような微小なサイズを以って配線用基板に実装される発光ダイオードとして、各発光ダイオードは微小パッケージ状態または非パッケージ状態のまま配線用基板１に実装される。各ダイオードの製造のために、好ましくは後述の発光ダイオードの製造方法を用いて製造することができる。一方、本実施の形態の画像表示装置では、その一画素当たりのピッチが垂直方向でＶであり、水平方向でＨであって、例えば０．１ミリメートルから１ミリメートルの範囲に設定される。これは動画用（テレビジョン受像機、ビデオ機器、ゲーム機器）や情報用（例えばコンピュータ用）の画像表示装置としては、対角サイズで３０ｃｍから１５０ｃｍのものが適当であり、その画素数がＲＧＢを合わせて１画素とした場合で概ね３０万画素から２００万画素程度のものが実用上望ましく、また、人間の視覚特性からも、直視型の画像表示装置として画素ピッチを０．１ミリメートル（個人用高精細表示）から１ミリメートル（数人用動画表示）とすることが好ましいためである。従って、発光ダイオードをその一辺が５ミクロンから１００ミクロン程度のサイズとした場合では、各発光ダイオードの占有面積に対する当該画像表示装置上の一画素分の占有面積の比が１０以上４００００以下であることが好ましく、さらに１０以上１００００以下であることがより好ましい。
【００２０】
通常の画像表示装置の発光素子は、典型的には０．３ミリメール角のサイズが樹脂パッケージ前のチップサイズであり、それに樹脂パッケージを施した場合には、１ミリメートルを越えることになる。従って、例えば画素ピッチを仮に５ミリとした場合には、前記各発光ダイオードの占有面積に対する画像表示装置上の一画素分の占有面積の比が１〜２程度の数値に納まることになり、本実施の形態の如き各発光ダイオードの占有面積に対する画像表示装置上の一画素分の占有面積の比の範囲として好ましくは１０以上４００００以下であり、さらに好ましくは１０以上１００００以下の範囲であって、本実施の形態の範囲からは通常の典型的な画像表示装置はその比の範囲が外れたものとなっている。
【００２１】
このような微細なチップサイズの発光ダイオードを用いることが本実施の形態の画像表示装置の背景にあるが、微細なチップサイズであっても十分な輝度が得られることが次のように示される。すなわち、屋内用表示装置としては、その十分な輝度として必要な値は５００ｃｄ／ｍ２程度であり、これを光出力に換算すると赤色、緑色、青色の各色とも概ね５Ｗ／ｍ２となる。これを画像表示装置で実現するためには、計算上は１つの発光ダイオードの平均光出力を０．０１７μＷから１．７μＷの範囲であれば良い。ここで信頼性については通常発光ダイオードと同等と仮定して考えてみると、その駆動電流密度を同等にした場合に、多少のマージンを加えても１平方ミクロンから１００平方ミクロン程度のサイズを発光ダイオードが有していれば良く、配線用基板に実装される発光ダイオードとして、一個の発光ダイオードの占有面積を２５μｍ２以上で１００００μｍ２以下に設定することは信頼性と輝度の面で十分なものとなる。
【００２２】
微小サイズのまま実装される各発光ダイオードは、上述の如きサイズを有しており、後述する製造方法のように、素子形成用基板上に形成され、その後チップ毎に分離されて非パッケージ状態または微小パッケージ状態を以って実装されるものである。ここで非パッケージ状態とは、樹脂成形などのダイオードチップの外側を覆うような処理を施していない状態を指す。また、微小パッケージ状態とは薄い肉厚の樹脂などに被覆された状態であるが、通常のパッケージサイズよりも小さいサイズ（例えば１ｍｍ以下程度のもの）に収まっている状態を指す。後述の製造方法で詳述されるように、本実施の形態の画像表示装置に用いられる発光ダイオードはパッケージがない分またはパッケージが微小な分だけ微細なサイズで配線用基板上に実装される。
【００２３】
次に、図２及び図３を参照しながら、第２の実施の形態の画像表示装置について説明する。本実施の形態は前記第１の実施の形態の画像表示装置の変形例であり、特に各発光ダイオードに電気的に接続する電流保持回路がチップ状に実装されている例である。
【００２４】
図２のレイアウト図では、本実施の形態の画像表示装置の内の１画素分（Ｖ１ｘＨ１）の構造が示されている。第１の実施の形態のものと同様な配線用基板２１上に水平方向に延在されるアドレス線ＡＤＤと２本の電源線ＰＷ１、ＰＷ２が所要の間隔で形成されている。これらアドレス線ＡＤＤと２本の電源線ＰＷ１、ＰＷ２は、導電性の優れた金属材料層や半導体材料層と金属材料層の組み合わせ等によって形成され、その線幅は発光ダイオードや電流保持回路のチップのサイズに比較して広い幅とされる。また、同じ画素内には垂直方向に各発光ダイオード毎の信号線ＤＬＲ、ＤＬＧ、ＤＬＢが所要の間隔で形成されており、これら信号線ＤＬＲ、ＤＬＧ、ＤＬＢもアドレス線ＡＤＤと同様の構造、寸法で形成されている。
【００２５】
本実施の形態に係る画像表示装置では、発光ダイオードＤＲ、ＤＧ、ＤＢがマトリクス状に配列され、所要の画像信号に応じた発光を行う。当該画素において、赤色発光ダイオードＤＲ、緑色発光ダイオードＤＧ、および青色発光ダイオードＤＢの順にダイオードが配列されており、これら３つの発光ダイオードが１つの画素の組を構成する。各発光ダイオードＤＲ、ＤＧ、ＤＢはそれぞれ略正方形の微小なサイズを以って実装されたチップ構造を有していることは前述の実施の形態と同様である。各発光ダイオードＤＲ、ＤＧ、ＤＢは電源線ＰＷ１と電源線ＰＷ２の間の領域に実装される。
【００２６】
そして、本実施の形態の画像表示装置においては、各発光ダイオードＤＲ、ＤＧ、ＤＢに電気的に接続され各発光ダイオードＤＲ、ＤＧ、ＤＢを流れる電流保持するための電流保持回路ＰＴが各素子毎に形成されている。この電流保持回路ＰＴは、後述するトランジスタと容量を有する回路構成からなる回路であり、特に電流保持回路ＰＴは個別のチップ状に形成され微小なサイズを以って配線用基板２１に実装されたものである。本実施例では、各発光ダイオードＤＲ、ＤＧ、ＤＢと電流保持回路ＰＴを形成した前記電流保持回路チップが略同一のチップサイズを有しており、一個の発光ダイオードの素子占有面積は２５μｍ２以上で１００００μｍ２以下とされ、且つ一個の電流保持回路ＰＴのチップの占有面積も同様に２５μｍ２以上で１００００μｍ２以下とされる。このような略同一のチップサイズとすることで、同じ実装工程での実装が可能となり、製造工程を容易に実現することができる。これら各電流保持回路ＰＴは電源線ＰＷ１とアドレス線ＡＤＤの間の領域に形成される。
【００２７】
各発光ダイオードＤＲ、ＤＧ、ＤＢと電流保持回路ＰＴの間および各信号線ＤＬＲ、ＤＬＧ、ＤＬＢやアドレス線ＡＤＤ、電源線ＰＷ１、ＰＷ２の間には、配線の必要から配線部２２〜２６が形成される。配線部２２は垂直方向を長手方向とする帯状小領域であり、発光ダイオードと電源線ＰＷ２を接続する。配線部２３は垂直方向を長手方向とする帯状領域であり、発光ダイオードＤＲ、ＤＧ、ＤＢとその発光ダイオードＤＲ、ＤＧ、ＤＢを駆動する電流を保持するための電流保持回路ＰＴの間をそれぞれ接続する。配線部２４は発光ダイオードから水平に延在された後、電源線ＰＷ１に接続するために垂直に延在された帯状の領域であり、電流保持回路ＰＴと電源線ＰＷ１の間を接続する。配線部２５は垂直方向を長手方向とする帯状の小領域であり、電流保持回路ＰＴとアドレス線ＡＤＤの間を接続する。配線部２６は水平方向に延在された帯状の小領域であり、電流保持回路ＰＴと信号線ＤＬＲ、ＤＬＧ、ＤＬＢの間をそれぞれ接続する。これら各配線部２２〜２６は各発光ダイオードＤＲ、ＤＧ、ＤＢを微小なサイズを以って配線用基板に実装する場合に、後述するような接合用導電材を載置することができるものであり、電流保持回路ＰＴのチップを同様に微小なサイズを以って配線用基板に実装する場合にも後述するような接合用導電材を載置することができるものである。
【００２８】
図３は図２示す本実施の形態の画像表示装置の回路図である。図中、ダイオード３１が発光ダイオードであり、画像信号に応じて所定の色の発光を行う。なお、ダイオード３１は赤、緑、青の３色であり、水平方向で並ぶ３つのダイオード３１が１つの画素を構成しているが、図３の回路図中は説明を簡素化するために色の区別をせずに示している。このダイオード３１に接続されたトランジスタ３２、３３と容量３４が電流保持回路を構成する。電源線ＰＷ１と電源線ＰＷ２の間でダイオード３１と直列にトランジスタ３２が接続され、トランジスタ３２がオン状態の場合に限り、ダイオード３１は発光する。電源線ＰＷ１と電源線ＰＷ２の一方は接地電圧を供給し他方は電源電圧を供給する。このトランジスタ３２のゲートには容量３４の一方の端子とスイッチングトランジスタとして機能するトランジスタ３３のソース・ドレイン領域の一方が接続する。このトランジスタ３３の他方のソース・ドレイン領域は画像信号が供給される信号線ＤＬに接続され、該トランジスタ３３のゲートは水平方向に延在するアドレス線ＡＤＤに接続される。
【００２９】
アドレス線ＡＤＤはシフトレジスタ回路３６によって選択的にレベルが切り替えられる構造となっており、例えば複数のアドレス線の一本だけが高レベルにシフトして、その水平アドレスが選択されたことになる。信号線ＤＬは画像（映像）信号を各発光ダイオード３１に伝えるための配線であり、各発光ダイオード３１１つに対して一本の信号線ＤＬが対応する。アドレス線ＡＤＤはシフトレジスタ回路３６によって選択的にレベルシフトされるが、信号線ＤＬはシフトレジスタ・トランスファゲート回路３５によって走査され、選択された信号線ＤＬにはシフトレジスタ・トランスファゲート回路３５を介して画像信号が供給される。
【００３０】
トランジスタ３２のゲートに接続され且つトランジスタ３３の一方のソース・ドレイン領域に接続する容量３４は、トランジスタ３２のゲートの電位をトランジスタ３３がオフ状態となった際に維持する機能を有する。このようにトランジスタ３３がオフとなった場合でも、ゲート電圧を維持できるために、発光ダイオード３１を駆動し続けることが可能である。
【００３１】
ここで簡単に動作について説明する。水平のアドレス線ＡＤＤにシフトレジスタ回路３６から電圧を印加してアドレスを選択すると、その選択されたラインのスイッチングトランジスタ３３がオン状態となる。その時に、垂直方向に延在されている信号線ＤＬに画像信号を電圧として加えると、その電圧がスイッチングトランジスタ３３を介してトランジスタ３２のゲートに到達するが、同時に容量３４にもそのゲート電圧が蓄電され、その容量３４がトランジスタ３２のゲート電圧を維持するように動作する。水平方向のアドレス線ＡＤＤの選択動作が停止した後、すなわち選択にかかるアドレス線の電位が再び低レベルに遷移して、トランジスタ３３がオフ状態となった場合でも、容量３４はゲート電圧を維持しつづけ、原理的には次のアドレス選択が生ずるまで、容量３４は選択時のゲート電圧を保持し続けることが可能である。この容量３４がゲート電圧を維持している間は、トランジスタ３２はその維持された電圧に応じた動作を行い、発光ダイオード３１に駆動電流を流し続けることも可能である。このように発光ダイオード３１の発光している時間を長く保つことで、個々の発光ダイオードの駆動電流を低くしても画像全体の輝度を高くすることができる。
【００３２】
次に、後述の本発明の画像表示装置およびその製造方法の理解を容易にするために、参考例に係る画像表示装置およびその製造方法を、図４３乃図５１を参照しながら説明する。この参考例の製造方法は、発光素子を封止材に埋め込む構成を除いて、本発明の実施の形態にも適用できる。
【００３３】
図４３に示すように、初めにサファイヤ基板５１を用意し、図示しない低温、高温のバッファ層を形成した後、第２導電型クラッド層５２、活性層５３、第１導電型クラッド層５４が順次積層される。サファイヤ基板５１が素子形成用基板となる。ここで第２導電型クラッド層５２、活性層５３、第１導電型クラッド層５４は、例えは青色や緑色発光ダイオードを製造する場合には、窒化ガリウム系結晶成長層とすることができる。このような各層の成長によって、サファイヤ基板５１上にはｐｎ接合を有したダブルヘテロ構造の発光ダイオードが形成される。
【００３４】
次に、図４４に示すように、フォトリソグラフィー技術を用い、さらに蒸着と反応性イオンエッチングを利用して、第２導電型クラッド層５２に接続するようにｎ型電極５５が形成され、さらに第１導電型クラッド層５４に接続するようにｐ型電極５６も形成される。各電極５５、５６が各素子毎に形成されたところで、各素子の周囲を分離するように分離溝５７が形成される。この分離溝５７のパターンは一般的に残される発光ダイオードを正方形状とするために格子状となるが、これに限定されず他の形状でも良い。この分離溝５７の深さはサファイヤ基板５１の主面が露出する深さであり、第２導電型クラッド層５２は該分離溝５７によって分離されたものとなる。正方形状とされる発光ダイオードのサイズは、その占有面積が２５μｍ２以上で１００００μｍ２以下とされる程度の大きさであり、一辺のサイズは従って５μｍ乃至１００μｍである。
【００３５】
図４５に示すように、一時保持用基板６０を用意する。この一時保持用基板６０は各発光ダイオードを転写する場合に保持するための基板である。この一時保持用基板６０の表面には粘着材層６１が塗布されており、その粘着材層６１の表面６２を既に分離溝５７が形成された発光ダイオード側に圧着する。すると、粘着材層６１の表面６２には各発光ダイオードの表面側が粘着することになる。
【００３６】
次に、図４６に示すように、エネルギービームとしてエキシマレーザー光などの高出力パルス紫外線レーザーをサファイヤ基板５１の裏面側から表面側に透過するように照射する。この高出力パルス紫外線レーザーの照射によって、サファイヤ基板５１と結晶層である第２導電型クラッド層５２等の界面近傍での例えば窒化ガリウム層が窒素ガスと金属ガリウムに分解し、その第２導電型クラッド層５２とサファイヤ基板５１の間の接合力が弱くなり、その結果、図４７に示すように、サファイヤ基板５１と結晶層である第２導電型クラッド層５２との間を容易に剥離することができる。
【００３７】
サファイヤ基板５１を剥離した後、各発光ダイオードは素子分離された状態で一時保持用基板６０の粘着材層６１に保持され、図４８に示すように、その第２導電型クラッド層５２の面を吸着用治具７０で吸着する。吸着用治具７０の吸着部７２が第２導電型クラッド層５２の裏面に接したところで、当該吸着用治具７０に設けられた吸着孔７１の内部圧力を減圧することで必要な吸着が行われる。
【００３８】
吸着にかかる発光ダイオードの第２導電型クラッド層５２の裏面が十分に吸着したところで、吸着用治具７０を一時保持用基板６０から離し、図４９に示すように吸着にかかる発光ダイオードを個別に一時保持用基板６０から外す。
【００３９】
ここまでが個別の小さなサイズの発光素子の製造方法となるが、引き続いて、配線用基板に実装することで画像表示装置が製造される。図５０は、配線用基板８０に吸着用治具７０に吸着されている発光ダイオードを実装する直前の状態を示す図であり、この発光ダイオードは、一個の素子の占有面積が２５μｍ２以上で１００００μｍ２以下とされる微小なサイズを以って構成されている。この段階では、配線用基板８０が既に用意されており、この配線用基板８０上には所要の信号線やアドレス線、電源線や接地線などの配線電極８１が既に形成されている。配線用基板８０は、例えばガラス基板や、合成樹脂又は絶縁層で被覆された金属基板、或いはシリコン基板等の半導体製造に汎用な基板であり、アドレス線やデータ線を求められる精度で形成可能な基板であればどのような基板であっても良い。配線電極８１上には、接合用導電材８２が形成されている。この接合用導電材８２は圧着されることで変形しながら且つ電気的な接続を果たす材料であれば良い。
【００４０】
次に、図５１に示すように、吸着用治具７０を配線用基板８０に近づけ、所要の位置に発光ダイオードを圧着させて当該発光ダイオードを実装する。この非パッケージ状態の発光ダイオードの圧着によって接合用導電材８２は変形するが、確実に固定されて実装を完了する。このような発光ダイオードの実装作業を全部のダイオードについて繰り返し行うことでマトリクス状に画素が配列された画像表示装置が完成する。電流保持回路についても同様の非パッケージ状態のまま実装することができ、電流保持回路を有する回路構成も容易に製造することができる。
【００４１】
この参考例の画像表示装置の製造方法を用いることで、窒化ガリウム基板上に形成する発光ダイオードやシリコン基板上に形成する発光ダイオードや回路素子の微小チップ化には、レーザーなどの手段が不要であり、基板裏面からの研磨、研削、化学エッチングや分離溝形成のためのエッチッグの組み合わせによって微小チップを形成できる。
【００４２】
なお、上述の参考例では、発光ダイオードを１つずつ吸着して実装する例を説明したが、複数の吸着部を形成した治具を使用することで、その生産性を向上させることも可能であり、シリコン基板や化合物半導体基板上に素子を形成する場合には、エネルギービームの照射に限定されず、基板裏面からの研磨、研削、化学エッチングを用いても良い。
【００４３】
発光素子であるＬＥＤ（発光ダイオード）は高価である為、上述のように１枚のウエハから数多くのＬＥＤチップを製造することによりＬＥＤを用いた画像表示装置を低コストにできる。すなわち、ＬＥＤチップの大きさが約３００μｍ角のものを、上記のように数十μｍ角のＬＥＤチップにし、それを接続して画像表示装置を製造すれば画像表示装置の価格を下げることができる。
【００４４】
一方、各素子を集積度高く形成し、各素子を広い領域に転写などによって離間させながら移動させ、画像表示装置などの比較的大きな表示装置を構成する技術が有り、例えば米国特許第５４３８２４１号に記載される薄膜転写法や、特開平１１−１４２８７８号公報に記載される表示用トランジスタアレイパネルの形成方法などの技術が知られている。米国特許第５４３８２４１号では基板上に密に形成した素子が粗に配置し直される転写方法が開示されており、接着剤付きの伸縮性基板に素子を転写した後、各素子の間隔と位置をモニターしながら伸縮性基板がＸ方向とＹ方向に伸張される。そして伸張された基板上の各素子が所要のディスプレイパネル上に転写される。また、特開平１１−１４２８７８号公報に記載される技術では、第１の基板上の液晶表示部を構成する薄膜トランジスタが第２の基板上に全体転写され、次にその第２の基板から選択的に画素ピッチに対応する第３の基板に転写する技術が開示されている。
【００４５】
ところが前述のような技術では、次のような問題が生ずる。まず、前述の基板上に密に形成したディバイスを粗に配置し直す転写方法は、伸縮性基板の伸長時の不動点(支点)がディバイスチップの接着面のどの位置になるかによって、ディバイス位置が最小でチップサイズ(≧２０μｍ)だけずれるという本質的な問題を抱えている。そのために、ディバイスチップ毎の精密位置制御が不可欠になる。したがって、少なくとも１μｍ程度の位置合わせ精度が必要な高精細ＴＦＴアレイパネルの形成には、ＴＦＴディバイスチップ毎の位置計測と制御を含む位置合わせに多大な時間を要する。さらに、熱膨張係数の大きな樹脂フィルムへの転写の場合には、位置決め前後の温度／応力変動によって位置合わせ精度が損なわれ易い。以上の理由から、量産技術として採用することには極めて大きな問題がある。
【００４６】
また、特開平１１−１４２８７８号に記載される技術では、最終的な転写の後に配線電極などが作成される。ところが、高速動作や低コスト化のための高集積化によって薄膜トランジスタや発光素子などの素子サイズを小さくすることが求められており、素子を所要の画素ピッチの位置に配設した後で、配線層などを形成する場合では、微細化された素子チップが広げられた領域に配設されている状態で配線を形成する必要があり、素子の位置精度の問題から配線不良などの課題が新たに噴出することになる。
【００４７】
そこで、微細加工された素子をより広い領域に転写する際に、転写後も位置合わせ精度が損なわれることもなく、また配線不良などの問題も解決できる画像表示装置の製造方法が必要になる。
【００４８】
次に、本発明の画像表示装置及びその製造方法に適用される、二段階拡大転写法、樹脂形成チップ、発光素子、発光素子の配列方法について説明すると共に、これらを適用した本発明に係る画像表示装置及びその製造方法の実施の形態について説明する。
【００４９】
[二段階拡大転写法]
二段階拡大転写法は、高集積度をもって第一基板上に作成された素子を第一基板上で素子が配列された状態よりは離間した状態となるように一時保持用部材に転写し、次いで一時保持用部材に保持された前記素子をさらに離間して第二基板上に転写する二段階の拡大転写を行う。なお、本実施形態では転写を２段階としているが、素子を離間して配置する拡大度に応じて転写を三段階やそれ以上の多段階とすることもできる。
【００５０】
図４と図５はそれぞれ二段階拡大転写法の基本的な工程を示す図である。まず、図４の(a)に示す第一基板９０上に、発光素子である素子９２を密に形成する。素子を密に形成することで、各基板当たりに生成される素子の数を多くすることができ、製品コストを下げることができる。第一基板９０は例えば半導体ウエハ、サファイヤ基板などの素子形成可能な基板であるが、各素子９２は第一基板９０上に直接形成したものであっても良く、他の基板上で形成されたものを配列したものであっても良い。
【００５１】
次に図４の（ｂ）に示すように、第一基板９０から各素子９２が図中破線で示す一時保持用部材９１に転写され、この一時保持用部材９１の上に各素子９２が保持される。ここで隣接する素子９２は離間され、図示のようにマトリクス状に配される。すなわち素子９２はｘ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写されるが、ｘ方向に垂直なｙ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写される。このとき離間される距離は、特に限定されず、一例として後続の工程での樹脂部形成や電極パッドの形成を考慮した距離とすることができる。一時保持用部材９１上に第一基板９０から転写した際に第一基板９０上の全部の素子が離間されて転写されるようにすることができる。この場合には、一時保持用部材９１のサイズはマトリクス状に配された素子９２の数（ｘ方向、ｙ方向にそれぞれ）に離間した距離を乗じたサイズ以上であれば良い。また、一時保持用部材９１上に第一基板９０上の一部の素子が離間されて転写されるようにすることも可能である。
【００５２】
一時保持用部材９１への素子９２の転写は、後述するように、所要の吸着用治具やアクチュエーターなどを用いた機械的手段を使用して行うようにすることもでき、或いは熱や光によって軟化、硬化、架橋、劣化などの反応を生ずる樹脂などを塗布した上で熱や光を局所的に照射して剥離や接着などを生じさせて選択的に転写を行うようにしても良い。さらには、熱や光と機械的手段の組み合わせで転写するようにしても良い。一時保持用部材９１と第一基板９０の面同士を対峙させて転写することが一般的ではあるが、一旦、第一基板９０から素子９２をチップ毎にばらばらに分離し、個々の素子９２を改めて一時保持用部材９１に並べるようにしても良い。
【００５３】
このような第一転写工程の後、図４の（ｃ）に示すように、一時保持用部材９１上に存在する素子９２は離間されていることから、各素子９２ごとに素子周りの樹脂の被覆と電極パッドの形成が行われる。素子周りの樹脂の被覆は電極パッドを形成し易くし、次の第二転写工程での取り扱いを容易にするなどのために形成される。電極パッドの形成は、後述するように、最終的な配線が続く第二転写工程の後に行われるため、その際に配線不良が生じないように比較的大き目のサイズに形成されるものである。なお、図４の（ｃ）には電極パッドは図示していない。各素子９２の周りを樹脂９３が覆うことで樹脂形成チップ９４が形成される。素子９２は平面上、樹脂形成チップ９４の略中央に位置するが、一方の辺や角側に偏った位置に存在するものであっても良い。
【００５４】
次に、図４の（ｄ）に示すように、第二転写工程が行われる。この第二転写工程では一時保持用部材９１上でマトリクス状に配される素子９２が樹脂形成チップ９４ごと更に離間するように第二基板９５上に転写される。この転写も第一転写工程と同様に、所要の吸着用治具やアクチュエーターなどを用いた機械的手段を使用して行うようにすることもでき、或いは熱や光によって軟化、硬化、架橋、劣化などの反応を生ずる樹脂などを塗布した上で熱や光を局所的に照射して剥離や接着などを生じさせて選択的に転写を行うようにしても良い。さらには、熱や光と機械的手段の組み合わせで転写するようにしても良い。
【００５５】
第二転写工程においても、隣接する素子９２は樹脂形成チップ９４ごと離間され、図示のようにマトリクス状に配される。すなわち素子９２はｘ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写されるが、ｘ方向に垂直なｙ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写される。第二転写工程によって配置された素子の位置が画像表示装置などの最終製品の画素に対応する位置であるとすると、当初の素子９２間のピッチの略整数倍が第二転写工程によって配置された素子９２のピッチとなる。ここで第一基板９０から一時保持用部材９１での離間したピッチの拡大率をｎとし、一時保持用部材９１から第二基板９５での離間したピッチの拡大率をｍとすると、略整数倍の値ＥはＥ＝ｎ×ｍであらわされる。拡大率ｎ、ｍはそれぞれ整数であっても良く、整数でなくともＥが整数となる組み合わせ（例えばｎ＝２．４でｍ＝５）であれば良い。
【００５６】
第二基板９５上に樹脂形成チップ９４ごと離間された各素子９２には、配線が施される。この時、先に形成した電極パッド等を利用して接続不良を極力抑えながらの配線がなされる。この配線は素子９２が発光ダイオードなどの発光素子であるから、ｐ電極、ｎ電極への配線を含む。
【００５７】
次に、図５は図６の二段階拡大転写法の変形例であり、第一基板９０ａ上から一時保持用部材９１ａへの転写方法が異なる実施形態である。図５の（ａ）に示すように第一基板９０ａ上に発光素子９２が密に形成される。複数の素子９２は第一基板９０ａ上ではマトリクス状に配列されており、第一基板９０ａ自体は図４の第一基板９０と同様に例えば半導体ウエハ、サファイヤ基板などの素子形成可能な基板であるが、各素子１２は第一基板９０上に直接形成したものであっても良く、他の基板上で形成されたものを配列したものであっても良い。
【００５８】
このように複数の素子９２を第一基板９０ａ上にマトリクス状に形成したところで、一時保持用部材９１ａへ素子９２を離間しながら転写する。この場合には、第一基板９０ａと一時保持用部材９１ａが対峙するように保持され、第一基板９０ａ上のマトリクス状に配列された複数の素子９２を間引きするように転写する。すなわち、第一基板９０ａ上のある素子９２を転写する場合、その隣接した周囲の素子９２は転写しないで、所要距離だけ離間した位置の素子９２が第一基板９０ａと当該一時保持用部材９１ａが対峙している間に転写される。隣接した周囲の素子９２はこの間引き転写で第一基板９０ａに残されるが、別個の一時保持用部材に対して転写することで、密に形成した素子９２を無駄にすることなく有効に活用される。
【００５９】
一時保持用部材９１ａへの素子９２の転写は、後述するように、所要の吸着用治具やアクチュエーターなどを用いた機械的手段を使用して行うようにすることもでき、或いは熱や光によって軟化、硬化、架橋、劣化などの反応を生ずる樹脂などを塗布した上で熱や光を局所的に照射して剥離や接着などを生じさせて選択的に転写を行うようにしても良い。さらには、熱や光と機械的手段の組み合わせで転写するようにしても良い。
【００６０】
このような第一転写工程の後、図５の（ｃ）に示すように、一時保持用部材９１ａ上に存在する素子９２は離間されていることから、各素子９２ごとに素子周りの樹脂９３の被覆と電極パッドの形成が行われ、続いて図５の（ｄ）に示すように、第二転写工程が行われる。この第二転写工程では一時保持用部材９１ａ上でマトリクス状に配される素子９２が樹脂形成チップ９４ごと更に離間するように第二基板９５上に転写される。これら素子周りの樹脂９３の被覆と電極パッドの形成と第二転写工程は図４を用いて説明した工程と同様であり、二段階拡大転写の後で所要の配線が形成される点も同様である。
【００６１】
これら図４、図５に示した二段階拡大転写法においては、第一転写後の離間したスペースを利用して電極パッドや樹脂固めなどを行うことができ、そして第二転写後に配線が施されるが、先に形成した電極パッド等を利用して接続不良を極力抑えながらの配線がなされる。従って、画像表示装置の歩留まりを向上させることができる。また、本実施形態の二段階拡大転写法においては、素子間の距離を離間する工程が２工程であり、このような素子間の距離を離間する複数工程の拡大転写を行うことで、実際は転写回数が減ることになる。すなわち、例えば、ここで第一基板９０、９０ａから一時保持用部材９１、９１ａでの離間したピッチの拡大率を２（ｎ＝２）とし、一時保持用部材９１、９１ａから第二基板９５での離間したピッチの拡大率を２（ｍ＝２）とすると、仮に一度の転写で拡大した範囲に転写しようとしたときでは、最終拡大率が２×２の４倍で、その二乗の１６回の転写すなわち第一基板のアライメントを１６回行う必要が生ずるが、本実施形態の二段階拡大転写法では、アライメントの回数は第一転写工程での拡大率２の二乗の４回と第二転写工程での拡大率２の二乗の４回を単純に加えただけの計８回で済むことになる。即ち、同じ転写倍率を意図する場合においては、（ｎ＋ｍ）２＝ｎ２＋２ｎｍ＋ｍ２であることから、必ず２ｎｍ回だけ転写回数を減らすことができることになる。従って、製造工程も回数分だけ時間や経費の節約となり、特に拡大率の大きい場合に有益となる。
【００６２】
［間引き転写の他の例］
図６は図５の（ａ）と（ｂ）で示した間引き転写の他の一例を示す図である。間引き転写は転写元の基板と転写先の基板（部材）を対峙させて選択的に素子を転写することで行われるが、転写先の基板（部材）を大きなサイズとすることで、転写元の基板上に有る素子の全部を転写先の基板（部材）に移動させることが可能である。
【００６３】
図６は第一転写工程での拡大率３の場合の例を示しており、第一基板９０ｃを単位とすると一時保持用部材９１ｃは３の二乗の９倍の面積を有する。このため転写元の基板である第一基板９０ｃ上に有る素子９２の全部を転写するために、全部で９回の転写が行われる。第一基板９０ｃ上にマトリクス状に配される素子９２を３×３のマトリクス単位毎に分けて、その中の１つの素子９２が一時保持用部材９１ｃに順次転写されて最終的に全体の素子９２が転写される。
【００６４】
図６の（ａ）は第一基板９０ｃ上の素子９２の中３×３のマトリクス単位毎で第１番目の素子９２が一時保持用部材９１ｃに転写されるところを模式的に示しており、図６の（ｂ）は３×３のマトリクス単位毎で第２番目の素子９２が一時保持用部材９１ｃに転写されるところを模式的に示している。第２番目の転写では、第一基板９０ｃの一時保持用部材９１ｃに対するアライメント位置が図中垂直方向にずれており、同様の間引き転写を繰り返すことで、素子９２を離間させて配置することができる。また図６の（ｃ）は３×３のマトリクス単位毎で第８番目の素子９２が一時保持用部材９１ｃに転写されるところを模式的に示しており、図６の（ｄ）は３×３のマトリクス単位毎で第９番目の素子９２が一時保持用部材９１ｃに転写されるところを模式的に示している。この３×３のマトリクス単位毎で第９番目の素子９２が転写された時点で、第一基板９０ｃには素子９２がなくなり、一時保持用部材９１ｃにはマトリクス状に複数の素子９２が離間された形式で保持されることになる。以降、図４、図５の（ｃ）、（ｄ）の工程により、二段階拡大転写が実行される。
【００６５】
［樹脂形成チップ］
次に、図７および図８を参照して、一時保持用部材上で形成され、第二基板に転写される樹脂形成チップについて説明する。樹脂形成チップ１００は、離間して配置されている素子１０１の周りを樹脂１０２で固めたものであり、このような樹脂形成チップ１００は、一時保持用部材から第二基板に素子１０１を転写する場合に使用できるものである。
【００６６】
素子１０１は後述するような発光素子の例である。樹脂形成チップ１００は略平板上でその主たる面が略正方形状とされる。この樹脂形成チップ１００の形状は樹脂１０２を固めて形成された形状であり、具体的には未硬化の樹脂を各素子１０１を含むように全面に塗布し、これを硬化した後で縁の部分をダイシング等で切断することで得られる形状である。略平板状の樹脂２２の表面側と裏面側にはそれぞれ電極パッド１０３、１０４が形成される。これら電極パッド１０３、１０４の形成は全面に電極パッド１０３、１０４の材料となる金属層や多結晶シリコン層などの導電層を形成し、フォトリソグラフィー技術により所要の電極形状にパターンニングすることで形成される。これら電極パッド１０３、１０４は発光素子である素子１０１のｐ電極とｎ電極にそれぞれ接続するように形成されており、必要な場合には樹脂１０２にビアホールなどが形成される。
【００６７】
ここで電極パッド１０３、１０４は樹脂形成チップ１００の表面側と裏面側にそれぞれ形成されているが、一方の面に両方の電極パッドを形成することも可能である。電極パッド１０３、１０４の位置が平板上ずれているのは、最終的な配線形成時に上側からコンタクトをとっても重ならないようにするためである。電極パッド１０３、１０４の形状も正方形に限定されず他の形状としても良い。
【００６８】
このような樹脂形成チップ１００を構成することで、素子１０１の周りが樹脂１０２で被覆され平坦化によって精度良く電極パッド１０３、１０４を形成できるとともに素子１０１に比べて広い領域に電極パッド１０３、１０４を延在でき、次の第二転写工程での転写を吸着治具で進める場合には取り扱いが容易になる。後述するように、最終的な配線が続く第二転写工程の後に行われるため、比較的大き目のサイズの電極パッド１０３、１０４を利用した配線を行うことで、配線不良が未然に防止される。
【００６９】
［発光素子］
図９に本実施形態で使用される発光素子の構造を示す。図９の（ａ）が発光素子断面図であり、図９の（ｂ）が平面図である。この発光素子はＧａＮ系の発光ダイオードであり、たとえばサファイヤ基板上に結晶成長される素子である。このようなＧａＮ系の発光ダイオードでは、基板を透過するレーザー照射によってレーザーアブレーションが生じ、ＧａＮの窒素が気化する現象にともなってサファイヤ基板とＧａＮ系の成長層の間の界面で膜剥がれが生じ、素子分離を容易なものにできる特徴を有している。
【００７０】
まず、その構造については、ＧａＮ系半導体層からなる下地成長層１１１上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層１１２が形成されている。なお、下地成長層１１１上には図示しない絶縁膜が存在し、六角錐形状のＧａＮ層１１２はその絶縁膜を開口した部分にＭＯＣＶＤ法などによって形成される。このＧａＮ層１１２は、成長時に使用されるサファイヤ基板の主面をＣ面とした場合にＳ面（１−１０１面）で覆われたピラミッド型の成長層であり、シリコンをドープさせた領域である。このＧａＮ層１１２の傾斜したＳ面の部分はダブルへテロ構造のクラッドとして機能する。ＧａＮ層１１２の傾斜したＳ面を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層１１３が形成されており、その外側にマグネシウムドープのＧａＮ層１１４が形成される。このマグネシウムドープのＧａＮ層１１４もクラッドとして機能する。
【００７１】
このような発光ダイオードには、ｐ電極１１５とｎ電極１１６が形成されている。ｐ電極１１５はマグネシウムドープのＧａＮ層１１４上に形成されるＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。ｎ電極１１６は前述の図示しない絶縁膜を開口した部分でＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。なお、図１１に示すように下地成長層１１１の裏面側からｎ電極取り出しを行う場合は、ｎ電極１１６の形成は下地成長層１１１の表面側には不要となる。
【００７２】
このような構造のＧａＮ系の発光ダイオードは、青色発光も可能な素子であって、特にレーザーアブレーションよって比較的簡単にサファイヤ基板から剥離することができ、レーザービームを選択的に照射することで選択的な剥離が実現される。なお、ＧａＮ系の発光ダイオードとしては、平板上や帯状に活性層が形成される構造であっても良く、上端部にＣ面が形成された角錐構造のものであっても良い。
【００７３】
［発光素子の配列方法］
次に、図１０から図１２までを参照しながら、発光素子の配列方法について説明する。発光素子は図９に示したＧａＮ系の発光ダイオードを用いている。
【００７４】
先ず、図１０に示すように、第一基板１２１の主面上には複数の発光ダイオード１２２がマトリクス状に形成されている。発光ダイオード１２２の大きさは約２０μｍ程度とすることができる。第一基板１２１の構成材料としてはサファイヤ基板などのように光ダイオード１２２に照射するレーザーの波長の透過率の高い材料が用いられる。発光ダイオード１２２にはｐ電極などまでは形成されているが最終的な配線は未だなされておらず、素子間分離の溝１２２ｇが形成されていて、個々の発光ダイオード１２２は分離できる状態にある。この溝１２２ｇの形成は例えば反応性イオンエッチングで行う。このような第一基板１２１を図１０に示すように一時保持用部材１２３に対峙させて選択的な転写を行う。
【００７５】
一時保持用部材１２３の第一基板１２１に対峙する面には剥離層１２４と接着剤層１２５が２層になって形成されている。ここで一時保持用部材１２１の例としては、ガラス基板、石英ガラス基板、プラスチック基板などを用いることができ、一時保持用部材１２１上の剥離層１２４の例としては、フッ素コート、シリコン樹脂、水溶性接着剤（例えばＰＶＡ）、ポリイミドなどを用いることができる。また一時保持用部材１２３の接着剤層１２５としては紫外線（ＵＶ）硬化型接着剤、熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤のいずれかからなる層を用いることができる。一例としては、一時保持用部材１２３として石英ガラス基板を用い、剥離層１２４としてポリイミド膜４μｍを形成後、接着剤層１２５としてのＵＶ硬化型接着剤を約２０μｍ厚で塗布する。
【００７６】
一時保持用部材１２３の接着剤層１２５は、硬化した領域１２５ｓと未硬化領域１２５ｙが混在するように調整され、未硬化領域１２５ｙに選択転写にかかる発光ダイオード１２２が位置するように位置合わせされる。硬化した領域１２５ｓと未硬化領域１２５ｙが混在するような調整は、例えばＵＶ硬化型接着剤を露光機にて選択的に２００μｍピッチでＵＶ露光し、発光ダイオード１２２を転写するところは未硬化でそれ以外は硬化させてある状態にすれば良い。このようなアライメントの後、その位置の発光ダイオード１２２をレーザーにて第一基板１２１の裏面から照射して発光ダイオード１２２を第一基板１２１からレーザーアブレーションを利用して剥離する。ＧａＮ系の発光ダイオード１２２はサファイヤとの界面で金属のＧａと窒素に分解することから、比較的簡単に剥離できる。照射するレーザーとしてはエキシマレーザー、高調波ＹＡＧレーザーなどが用いられる。
【００７７】
このレーザーアブレーションを利用した剥離によって、選択照射にかかる発光ダイオード１２２はＧａＮ層と第一基板１２１の界面で分離し、反対側の接着剤層１２５の未硬化領域１２５ｙに発光ダイオード１２２のｐ電極部分を突き刺すようにして転写される。他のレーザーが照射されない領域の発光ダイオード１２２については、対応する接着剤層１２５の部分が硬化した領域１２５ｓであり、レーザーも照射されていないために 一時保持用部材１２３側に転写されることはない。なお、図１０では１つの発光ダイオード１２２だけが選択的にレーザー照射されているが、ｎピッチ分だけ離間した領域においても同様に発光ダイオード１２２はレーザー照射されているものとする。このような選択的な転写によっては発光ダイオード１２２第一基板１２１上に配列されている時よりも離間して一時保持用部材１２３上に配列される。
【００７８】
次に、選択的な発光ダイオード１２２の第一基板１２１から一時保持用部材１２３への転写を行ったところで、図１１に示すように未硬化領域１２５ｙの接着剤層１２５を硬化させて発光ダイオード１２２を固着させる。この硬化は熱や光などのエネルギーを加えることで可能である。発光ダイオード１２２は一時保持用部材１２３の接着剤層１２５に保持された状態で、発光ダイオード１２２の裏面がｎ電極側（カソード電極側）になっていて、発光ダイオード１２２の裏面には樹脂（接着剤）がないように除去、洗浄されているため、電極パッド１２６を形成した場合では、電極パッド１２６は発光ダイオード１２２の裏面と電気的に接続される。
【００７９】
接着剤層１２５の洗浄の例としては酸素プラズマで接着剤用樹脂をエッチング、ＵＶオゾン照射にて洗浄する。かつ、レーザーにてＧａＮ系発光ダイオードをサファイヤ基板からなる第一基板１２１から剥離したときには、その剥離面にＧａが析出しているため、そのＧａをエッチングすることが必要であり、ＮａＯＨ水溶液もしくは希硝酸で行うことになる。その後、電極パッド１２６をパターニングする。このときのカソード側の電極パッドは約６０μｍ角とすることができる。電極パッド１２６としては透明電極（ＩＴＯ、ＺｎＯ系など）もしくはＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの材料を用いる。透明電極の場合は発光ダイオードの裏面を大きく覆っても発光をさえぎることがないので、パターニング精度が粗く、大きな電極形成ができ、パターニングプロセスが容易になる。
【００８０】
図１２は一時保持用部材１２３から発光ダイオード１２２を第二の一時保持用部材１２７に転写して、アノード電極（ｐ電極）側のビアホール１３０を形成した後、アノード側電極パッド１２９を形成し、樹脂からなる接着剤層１２５をダイシングした状態を示している。このダイシングの結果、素子分離溝１３１が形成され、発光ダイオード１２２は素子ごとに区分けされたものになる。素子分離溝１３１はマトリクス状の各発光ダイオード１２２を分離するため、平面パターンとしては縦横に延長された複数の平行線からなる。素子分離溝１３１の底部では第二の一時保持用部材１２７の表面が臨む。第二の一時保持用部材１２７上には剥離層１２８が形成される。この剥離層１２８は例えばフッ素コート、シリコン樹脂、水溶性接着剤（例えばＰＶＡ）、ポリイミドなどを用いて作成することができる。第二の一時保持用部材１２７は、一例としてプラスチック基板にＵＶ粘着材が塗布してある、いわゆるダイシングシートであり、ＵＶが照射されると粘着力が低下するものを利用できる。一時保持部材１２７の裏面からエキシマレーザーを照射する。これにより、例えば剥離層１２４としてポリイミドを形成した場合では、ポリイミドと石英基板の界面でポリイミドのアブレーションにより剥離が発生して、各発光ダイオード１２２は第二の一時保持部材１２７側に転写される。
【００８１】
このプロセスの例として、第二の一時保持用部材１２７の表面を酸素プラズマで発光ダイオード１２２の表面が露出してくるまでエッチングする。まずビアホール１３０の形成はエキシマレーザー、高調波ＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザを用いることができる。このとき、ビアホールは約３〜７μｍの径を開けることになる。アノード側電極パッドはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕなどで形成する。ダイシングプロセスは通常のブレードを用いたダイシング、２０μｍ以下の幅の狭い切り込みが必要なときには上記レーザーを用いたレーザーによる加工を行う。その切り込み幅は画像表示装置の画素内の樹脂からなる接着剤層１２５で覆われた発光ダイオード１２２の大きさに依存する。一例として、エキシマレーザーにて幅約４０μｍの溝加工を行い、チップの形状を形成する。
【００８２】
次に、機械的手段を用いて発光ダイオード１２２が第二の一時保持用部材１２７から剥離される。図１３は、第二の一時保持用部材１２７上に配列している発光ダイオード１２２を吸着装置１３３でピックアップするところを示した図である。このときの吸着孔１３５は画像表示装置の画素ピッチにマトリクス状に開口していて、発光ダイオード１２２を多数個、一括で吸着できるようになっている。このときの開口径は、例えば約φ１００μｍで６００μｍピッチのマトリクス状に開口されて、一括で約３００個を吸着できる。このときの吸着孔１３５の部材は例えば、Ｎｉ電鋳により作製したもの、もしくはＳＵＳなどの金属板１３２をエッチングで穴加工したものが使用され、金属板１３２の吸着孔１３５の奥には、吸着チャンバ１３４が形成されており、この吸着チャンバ１３４を負圧に制御することで発光ダイオード１２２の吸着が可能になる。発光ダイオード１２２はこの段階で樹脂からなる接着剤層１２５で覆われており、その上面は略平坦化されており、このために吸着装置１３３による選択的な吸着を容易に進めることができる。
【００８３】
図１４は発光ダイオード１２２を第二基板１４０に転写するところを示した図である。第二基板１４０に装着する際に第二基板１４０にあらかじめ接着剤層１３６が塗布されており、その発光ダイオード１２２下面の接着剤層１３６を硬化させ、発光ダイオード１２２を第二基板１４０に固着して配列させることができる。この装着時には、吸着装置１３３の吸着チャンバ１３４が圧力の高い状態となり、吸着装置１３３と発光ダイオード１２２との吸着による結合状態は解放される。接着剤層１３６はＵＶ硬化型接着剤、熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤などによって構成することができる。発光ダイオード１２２が配置される位置は、一時保持用部材１２３、１２７上での配列よりも離間したものとなる。そのとき接着剤層１３６の樹脂を硬化させるエネルギーは第二基板１４０の裏面から供給される。ＵＶ硬化型接着剤の場合はＵＶ照射装置にて、熱硬化性接着剤の場合はレーザーにて発光ダイオード１２２の下面のみ硬化させ、熱可塑性接着剤場合は、同様にレーザー照射にて接着剤を溶融させ接着を行う。
【００８４】
また、第二基板１４０上にシャドウマスクとしても機能する電極層１３７を配設し、特に電極層１３７の画面側の表面すなわち当該画像表示装置を見る人がいる側の面に黒クロム層１３８を形成する。このようにすることで画像のコントラストを向上させることができると共に、黒クロム層１３８でのエネルギー吸収率を高くして、選択的に照射されるビーム１５３によって接着剤層１３６が早く硬化するようにすることができる。この転写時のＵＶ照射としては、ＵＶ硬化型接着剤の場合は約１０００ｍＪ／ｃｍ２を照射する。
【００８５】
図１５はＲＧＢの３色の発光ダイオード１２２、１４１、１４２を第二基板１４０に配列させ絶縁層１３９を塗布した状態を示す図である。図１３および図１４で用いた吸着装置１３３をそのまま使用して、第二基板１４０にマウントする位置をその色の位置にずらすだけでマウントすると、画素としてのピッチは一定のまま３色からなる画素を形成できる。絶縁層１３９としては透明エポキシ接着剤、ＵＶ硬化型接着剤、ポリイミドなどを用いることができる。３色の発光ダイオード１２２、１４１、１４２は必ずしも同じ形状でなくとも良い。図１５では赤色の発光ダイオード１４１が六角錐のＧａＮ層を有しない構造とされ、他の発光ダイオード１２２、１４２とその形状が異なっているが、この段階では各発光ダイオード１２２、１４１、１４２は既に樹脂形成チップとして樹脂からなる接着剤層１２５で覆われており、素子構造の違いにもかかわらず同一の取り扱いが実現される。
【００８６】
図１６は配線形成工程を示す図である。絶縁層１３９に開口部１４５、１４６、１４７、１４８、１４９、１５０を形成し、発光ダイオード１２２、１４１、１４２のアノード、カソードの電極パッドと第二基板１４０の配線用の電極層１３７を接続する配線１４３、１４４、１５１を形成した図である。このときに形成する開口部すなわちビアホールは発光ダイオード１２２、１４１、１４２の電極パッド１２６、１２９の面積を大きくしているのでビアホール形状は大きく、ビアホールの位置精度も各発光ダイオードに直接形成するビアホールに比べて粗い精度で形成できる。このときのビアホールは約６０μｍ角の電極パッド１２６、１２９に対し、約φ２０μｍのものを形成できる。また、ビアホールの深さは配線基板と接続するもの、アノード電極と接続するもの、カソード電極と接続するものの３種類の深さがあるのでレーザーのパルス数で制御し、最適な深さを開口する。その後、保護層を配線上に形成し、画像表示装置のパネルは完成する。このときの保護層は図１６の絶縁層１３９と透明エポキシ接着剤などの同様の材料が使用できる。この保護層は加熱硬化し配線を完全に覆う。この後、パネル端部の配線からドライバーＩＣを接続して駆動パネルを製作することになる。
【００８７】
上述のような発光素子の配列方法を用いた画像表示装置及びその製造方法によれば、一時保持用部材１２３に発光ダイオード１２２を保持させた時点で既に、素子間の距離が大きくされ、その広がった間隔を利用して比較的サイズの電極パッド１２６、１２９などを設けることが可能となる。それら比較的サイズの大きな電極パッド１２６、１２９を利用した配線が行われるために、素子サイズに比較して最終的な装置のサイズが著しく大きな場合であっても容易に配線を形成できる。また、本実施形態の発光素子の配列方法では、発光素子の周囲が硬化した接着剤層１２５で被覆され平坦化によって精度良く電極パッド１２６，１２９を形成できるとともに素子に比べて広い領域に電極パッド１２６，１２９を延在でき、次の第二転写工程での転写を吸着治具で進める場合には取り扱いが容易になる。また、発光ダイオード１２２の一時保持用部材１２３への転写には、ＧａＮ系材料がサファイヤとの界面で金属のＧａと窒素に分解することを利用して、比較的簡単に剥離できる。
【００８８】
他の実施の形態としては、図１０〜図１６の画像表示装置の製造方法を、図４、図５あるいは図６で示した発光素子を第一基板（素子形成用基板）から一時保持用部材を経て、第二基板（配線用基板）に実装する形態に転用して画像表示装置を得ることができる。このときには、第二の一時保持用部材が省略される。
【００８９】
ところで、発光ダイオードなどの発光素子をマトリクス状に配列して素子を構成した画像表示装置を製造する場合、配線用基板上に個々の発光素子を実装して製造する装置がいくつか知られている。
【００９０】
図１７は発光ダイオードの実装形態として、特許第２８９５５６６号の明細書および図面に開示される発光ダイオードである。この素子は同一面側に正負一対の電極部を有するいわゆるフリップチップ方式の発光ダイオードの例であり、リードフレーム２００は間隔を隔てて並列に配設された正負一対の電極を形成するリード部材２０１、２０６により構成されている。両リード部材２０１、２０６にはそれらの先端部２０２、２０７に発光チップ１９０を載置する平坦部２０３、２０８が形成されている。また、平坦部２０３、２０８に続く側周面にはそれら平坦部２０３、２０８から外側に傾斜して反射部２０４、２０９が一体的に形成されている。ＧａＮ青色発光チップである発光チップ１９０の各電極部分ははんだバンプ２０５を介して負極となるリード部材２０１および正極となるリード部材２０６にそれぞれ接合されている。
【００９１】
図１８は特開平９−２９３９０４号公報において説明されるチップタイプＬＥＤ（発光ダイオード）の例を示す。これは導電層を形成した絶縁性のセラミックス支持部材２１１の上にＬＥＤ素子２１３を載置し、ＬＥＤ素子２１３の電極２１４と電極端子２１２をワイヤー２１５でワイヤーボンディングし、キャビティー内に封止樹脂２１６を満たして固化した構造を有する。
【００９２】
図１９は同じく特開平９−２９３９０４号公報に開示されるチップタイプＬＥＤの例である。セラミックスの支持部材２２１に一対の電極端子２２２が形成されており、ＬＥＤ素子２２３の表面の一対の電極２２４は導電性のろう材２２５によりフリップチップ接続されている。ＬＥＤ素子２２３はセラミックス支持部材と強固に接着させるためにＬＥＤ素子と支持体の隙間に封止樹脂２２６が注入されている。
【００９３】
しかしながら、このような発光ダイオードをマトリクス状に配列して画像表示装置を製造する場合、発光ダイオードを個別にパッケージに収納してから、平面型画像表示装置などへの組み立てのためにアレイ状に複数の発光ダイオードを並べて実装する必要が生じている。ＬＥＤチップはウエハの状態から個々のチップ毎にダイシングされ、それぞれパッケージに封止されるために、１個のＬＥＤチップはベアチップの状態でサブミリ角の大きさであり、パッケージに収納した状態では数ミリ程度のサイズがある。その結果、一画素の大きさも大きくなって解像度が低下してしまい、高精細で小型の画像表示装置は容易には組み立てられないものとされていた。また、発光ダイオードがＧａＮ系の窒化物半導体である場合、通常サファイヤ基板上に発光ダイオードを形成するため、パッケージはサファイヤ基板の厚みよりも厚い厚みになっていた。
【００９４】
次に、高精細な画像表示を可能とし、しかも短時間で製造でき且つ製造プロセス上のコストも削減可能である発光素子の実装方法を工夫した画像表示装置及びその製造方法の他の実施の形態について説明する。
【００９５】
例１
図２０は発光素子の実装方法を工夫した画像表示装置の一例を示す要部断面図である。本例の画像表示装置は、図２０に示すようにフルカラー対応のカラー画像表示装置２３１であり、個々の発光素子として赤、緑、青のそれぞれの発光が可能な発光ダイオードをマトリクス状に配列したものである。
【００９６】
本例の画像表示装置２３１においては、ガラス基板もしくはプラスチック基板からなる配線用基板２４０の基板主面２４１には、あらかじめ所要の配線パターンを有して形成された配線層２４７、２４８が形成されている。ここで配線層２４８はｐ電極に信号を供給するための配線であり、配線層２４７はｎ電極に信号を供給するための配線である。これら配線層２４７、２４８の一方は共通化することもできる。
【００９７】
配線層２４８上には、結晶成長時の状態とは倒置して配設された結晶成長層２４３がｐ電極２４４を介して配されている。結晶成長層２４３は後述するように、選択成長によってマスク層の窓部を介し、倒置されて上側に位置してなる下地成長層２４５から成長した層である。この結晶成長層２４３はウルツ鉱型の結晶構造を有する窒化物半導体材料であるシリコンドープのＧａＮ層を材料とし、その傾斜した側面がＳ面（１−１０１面）で覆われた六角錐形状を呈する。また、図２０は断面図であるため、結晶成長層２４３の断面は倒置した略正三角形形状となる。
【００９８】
この結晶成長層２４３には活性層をｎ型半導体層とｐ型半導体層で挟んだ発光領域が形成される。活性層は倒置した六角錐形状の最外郭近くに形成される。本例では、隣接する発光素子の活性層のバンドギャップエネルギーは異なっていて、それぞれ赤色、緑色、青色のいずれかの発光色に対応したものとなっているが、その他の構造や寸法はほぼ同一である。
【００９９】
六角錐形状の結晶成長層２４３は結晶成長時の向きと比べて基板主面の法線方向において上下逆となるように配線用基板２４０上に実装される。従って、六角錐形状の底面が丁度上面となり、上面が光の取出し側となる。詳しくは、六角錐形状の結晶成長層２４３は結晶成長時に用いられる図示しないマスク層の窓部を介して下地成長層２４５とつながっており、そのマスク層の窓部がそのまま光の取出し口となる。
【０１００】
下地成長層２４５は選択成長の種層として機能するが、マスク層の窓部を介して結晶成長層２４３とも接続して下地成長層２４５の平坦な上面は光取出し面２５０としても利用される。さらに下地成長層２４５はｎ電極側の配線の一部としても機能し金属層からなるｎ電極２４９と結晶成長層２４３の間の電流経路となる。ｎ電極２４９は発光素子の倒置によって下地成長層２４５の下部に位置するが、結晶成長層２４３がｎ電極２４９よりは大きく成長した層であることから、ｎ電極２４９の下部にバンプ２４６を形成して、結晶成長層２４３と高さを合わせるようにしている。バンプ２４６はメッキ工程などを利用して形成される接続部であり、電解もしくは無電解によりＣｕ、Ｎｉなどのバンプを約１０ミクロンの高さで形成したものであり、その表面は酸化防止のために約０．１ミクロンのＡｕメッキが施されている。バンプ２４６の下部は実装時に基板主面２４１上に配設された配線層２４７に接続する。
【０１０１】
バンプ２４６の周囲や配線層２４７、２４８の周囲、さらには結晶成長層２４３の周囲には素子の機能の上では空隙部が形成されるが、その空隙部は本例の画像表示装置では封止材となる熱硬化接着剤や紫外線硬化型接着剤などの接着剤からなる接着剤層２４２で充填される。
【０１０２】
図２１は本例の画像表示装置に実装される個々の発光ダイオードを示す図であり、（Ａ）が素子の断面図であり、（Ｂ）が素子の上面図である。図２０に示した画像表示装置では複数の配列される発光ダイオードがそれぞれ倒置されて実装されるため、図２１のものとは基板主面の法線方向において上下逆となる。
【０１０３】
ここで図２１に示す発光ダイオードについて説明すると、配線用基板２４０とは異なる例えばサファイヤ基板などの成長用基板を用い、好ましくは下地成長層２４５上に六角錐形状または六角台形形状の結晶成長層２４３を形成するのに選択成長法が用いられる。結晶成長層２４３を選択成長によって形成する場合、容易に結晶成長層２４３は基板主面に対して傾斜した例えばＳ面などの傾斜結晶面を有した構造を呈する。特にＳ面はＣ＋面の上に選択成長した際に見られる安定面であり、比較的得やすい面であって六方晶系の面指数では（１，−１，０，１）面である。このＳ面について、窒化ガリウム系化合物半導体で結晶層を構成した場合には、Ｓ面でのボンド数は最も多いものとなる。従って、実効的にＶ／III 比が上昇することになり、積層構造の結晶性の向上に有利である。また、基板と異なる方位に成長すると基板から上に伸びた転位が曲がることもあり、欠陥の低減にも有利となる。
【０１０４】
ここで結晶成長層２４３は、第１導電型層、活性層２５１、及び第２導電型層２５２からなる発光領域を形成可能な材料層であれば良く、特に限定されるものではないが、その中でもウルツ鉱型の結晶構造を有することが好ましい。このような結晶層としては、例えばＩＩＩ族系化合物半導体やＢｅＭｇＺｎＣｄＳ系化合物半導体、ＢｅＭｇＺｎＣｄＯ系化合物半導体を用いることができ、更には窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系化合物半導体、窒化インジウム（ＩｎＮ）系化合物半導体、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合物半導体を好ましくは形成することができ、特に窒化ガリウム系化合物半導体などの窒化物半導体が好ましい。なお、本発明において、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮなどは必ずしも、３元混晶のみ、２元混晶のみの窒化物半導体を指すのではなく、例えばＩｎＧａＮでは、ＩｎＧａＮの作用を変化させない範囲での微量のＡｌ、その他の不純物を含んでいても本発明の範囲であることはいうまでもない。
【０１０５】
この結晶層の選択成長方法としては、種々の気相成長法を挙げることができ、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などの気相成長法や、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などを用いることができる。その中でもＭＯＣＶＤ法によると、迅速に結晶性の良いものが得られる。ＭＯＣＶＤ法では、ＧａソースとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、ＡｌソースとしてはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＥＡ（トリエチルアルミニウム）、Ｉｎソースとしては、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＥＩ（トリエチルインジウム）などのトリアルキル金属化合物が多く使用され、窒素源としてはアンモニア、ヒドラジンなどのガスが使用される。また、不純物ソースとしてはＳｉであればシランガス、Ｇｅであればゲルマンガス、ＭｇであればＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）、ＺｎであればＤＥＺ（ジエチルジンク）などのガスが使用される。ＭＯＣＶＤ法では、これらのガスを例えば６００°Ｃ以上に加熱された基板の表面に供給して、ガスを分解することにより、ＩｎＡｌＧａＮ系化合物半導体をエピタキシャル成長させることができる。
【０１０６】
具体的な選択成長法としては、下地成長層２４５の上に薄いマスク層を形成し、そのマスク層を選択的に開口して窓領域を形成することでも、選択成長が可能である。マスク層は例えば酸化シリコン層或いは窒化シリコン層によって構成することができる。窓領域はマスク層に形成される開口部であり、例えば六角形とすることができるが、他の形状、たとえば円形状、正方形状、三角形状、矩形状、菱形、楕円形状およびこれらの変形形状などの種種の形状にすることができる。マスク層の窓領域からの選択成長では、横方向に結晶成長が進むことから、貫通転位を抑える利点も生ずる。
【０１０７】
本例の画像表示装置に用いられる発光ダイオードにおいては、活性層２５１は傾斜した結晶面に平行な面内に延在され且つ第１導電層と第２導電層２５２に挟まれた構造とされる。活性層２５２は結晶成長層２４３に形成されるが、結晶成長層２４３に形成されるとは、結晶成長層２４３に対して半導体層を積層する場合と、結晶成長層の内部や表面の形成する場合の両方を含む。
【０１０８】
第１導電型はｐ型又はｎ型のクラッド層であり、第２導電型はその反対の導電型である。例えば結晶成長層をシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層によって構成した場合では、ｎ型クラッド層をシリコンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層によって構成し、その上にＩｎＧａＮ層を活性層２５１として形成し、さらにその上にｐ型クラッド層としてマグネシウムドープの窒化ガリウム系化合物半導体層を形成してダブルヘテロ構造をとることができる。活性層２５１であるＩｎＧａＮ層をＡｌＧａＮ層で挟む構造とすることも可能である。また、活性層２５１は単一のバルク活性層で構成することも可能であるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などの量子井戸構造を形成したものであっても良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の分離のために障壁層が併用される。活性層２５１をＩｎＧａＮ層とした場合には、特に製造工程上も製造し易い構造となり、素子の発光特性を良くすることができる。さらにこのＩｎＧａＮ層は、窒素原子の脱離しにくい構造であるＳ面の上での成長では特に結晶化しやすくしかも結晶性も良くなり、発光効率を上げることが出来る。
【０１０９】
結晶成長層２４３上に形成されるｐ電極２４４は活性層２５１に電流を注入するための電極であるが、本例においては、傾斜した結晶面を有する傾斜結晶面の表面に被着されて、最終的には発光ダイオード素子自体が倒置されることから、ｐ電極２４４は上向きに開いた反射膜としても機能し、発光ダイオード素子自体が倒置される構造から光取出し効率の向上を図ることができる。
【０１１０】
本例の画像表示装置においては、各発光ダイオード素子が結晶成長時とは倒置されて配線用基板２４０上に配設される。この時、平坦な下地成長層２４５の上面が結晶成長層２４３の活性層２５１からの光の光取出し面２５０として機能し、ｐ電極２４４の反射膜としての機能も手伝って光取出し効率を高くすることができる。結晶成長層２４３は選択成長による六角錐形状を有するが、ｎ電極２４９側にはバンプ２４６が配設されており、発生した光の光取出し面２５０として機能する各素子毎の下地成長層２４５をほぼ面一にすなわち水平に同じ高さに保つことができ、さらに接着剤２４２で周囲を固めることで結晶成長層２４３などが傾いてしまうような問題も未然に防止できる。
【０１１１】
各発光ダイオード素子は素子完成後に実装されるため、たとえば欠陥のある素子を実装しないようにすることで、画像表示装置の全体に歩留まりは向上する。また、バンプ２４６によって素子は正負一対の電極が配線用基板２４０側に集められた構造になり、電極が光取出しのための面積を減ずることもない。この点から本例の画像表示装置は高精細なカラー表示が可能であり、製造プロセス上も選択成長の利点を巧妙に取り込んだものとなっている。
【０１１２】
なお、本例の画像表示装置において、ｎ電極２４９やバンプ２４６などは隣接するダイオード間で共通としても良く、また、下地成長層２４５は隣接する素子間で共通で分離されていない構造であっても良い。また、本例では、画像表示装置はカラー表示であるとしたが、２色表示の装置や、ＲＧＢ以外の発光色の組み合わせにかかる画像表示装置であっても良い。また、各ダイオードを駆動するための選択トランジスタなどを配線用基板２４０上に配することも可能である。
【０１１３】
例２
本例は、例１の画像表示装置の異なる構造の発光ダイオードを用いた構造の装置である。本例の画像表示装置は、図２２に示すように、配線用基板２６０の基板主面２６１上に配線層２６８、２６９が形成され、それら配線層２６８、２６９上にはそれぞれバンプ２６６、２６７が形成され、バンプ２６６、２６７の上側にはｐ電極２６４、ｎ電極２６５を介して結晶成長層２６３が接続されている。結晶成長層２６３は略平板状であり、図示しない活性層が延在されており、ｐ電極２６４、ｎ電極２６５を活性層を挟む第１導電層、第２導電層に電気的に接続するように形成した後、倒置され、結晶成長層２６３の下面に位置するｐ電極２６４、ｎ電極２６５がバンプ２６６、２６７の上部に接続する。バンプ２６６、２６７の周囲は例１と同様に熱硬化接着剤や紫外線硬化型接着剤などの接着剤からなる接着剤層２６２で充填されている。
【０１１４】
本例の画像表示装置においては、ｐ電極２６４、ｎ電極２６５がバンプ２６６、２６７に接続され、光を発生させる結晶成長層２６３を水平に同じ高さに保つことができ、さらに接着剤層２６２で周囲を固めることで結晶成長層２６３などが傾いてしまうような問題も未然に防止できる。また、各発光ダイオード素子は素子完成後に実装されるため、たとえば欠陥のある素子を実装しないようにすることで、画像表示装置の全体に歩留まりは向上する。また、バンプ２６６、２６７によって素子は正負一対の電極が配線用基板２６０側に集められた構造になり、電極が光取出しのための面積を減ずることもない。この点から本実施の形態に係る画像表示装置は高精細なカラー表示が可能である。
【０１１５】
例３
本例は例１の画像表示装置の製造方法の例であり、図２３乃至図３１を参照しながらその工程順に説明する。
【０１１６】
図２３に示すように、Ｃ面を主面とするサファイヤ基板からなる成長用基板２７０が使用され、その成長用基板２７０上に低温と高温のバッファ層などからなる下地成長層２７１が形成され、その下地成長層２７１を覆ってシリコン酸化膜または窒化膜からなるマスク層が形成され、そのマスク層には結晶成長させる領域に対応して窓領域が形成される。次いで、窓領域からの選択成長による結晶成長から側面が傾斜したＳ面で覆われた六角錐形状の結晶成長層２７２が得られ、この結晶成長層２７２に図示しない第１導電層、活性層、および第２導電層が形成され、さらに、ｐ電極２７３が例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの多層金属膜によって構成され、ｎ電極２７４が例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの多層金属膜によってマスク層を開口した部分に形成される。ｐ電極２７３は例えば蒸着によって形成されるが、他方のｎ電極２７４はリフトオフなどの手法を用いて形成される。
【０１１７】
このようにｐ電極２７３とｎ電極２７４を形成した後、成長用基板２７０上の下地成長層２７１は素子毎に分離される。この素子毎の分離には例えば反応性イオンエッチングが用いられる。各素子のチップサイズについて、例示すると、素子自体は例えば２０ミクロン角程度のサイズであるが、チップのピッチは約２５ミクロン程度となる。
【０１１８】
次に、成長用基板２７０の全面にレジスト層２７５を形成し、この時のレジスト層２７５の厚みをｐ電極２７３の頂点部分の高さと同程度とする。次いでレジスト層２７５の前記ｎ電極２７４に対応した領域を開口し、図２４に示すように開口部２７６を当該レジスト層２７５に形成して底部に前記ｎ電極２７４を臨ませる。
【０１１９】
レジスト層２７５の開口部２７６に、バンプ２７７をメッキ工程などを利用して形成する。すなわち、このバンプ２７７はメッキ工程などを利用して形成される接続部であり、電解もしくは無電解によりＣｕ、Ｎｉなどのバンプを約１０ミクロンの高さで形成したものであり、その表面は酸化防止のために約０．１ミクロンのＡｕメッキが施されている。メッキバンプ２７７の形成後、図２５に示すように、レジスト層２７５が除去される。
【０１２０】
レジスト層２７５の除去後、図２６に示すように、例えばガラス基板などによって構成される転写用基板２８０上に転写材２７８が塗布されたものを用意し、先のバンプ２７７を形成した成長用基板２７０を転写用基板２８０に対向させる。ここで転写材２７８は粘着材などであり、次に照射されるレーザー光の波長に対して吸収の低い材料が好ましい。これはレーザー光によるアブレーションが低く、分離した発光素子の位置精度が良好となるからである。成長用基板２７０と転写用基板２８０の主面同士を対向させたところで、成長用基板２７０の裏面すなわち発光素子の裏面からＫｒＦエキシマレーザー或いは三倍波ＹＡＧレーザーなどのレーザー光を照射する。このレーザー光の照射によって下地成長層２７１と成長用基板２７０の界面には、窒素が発生し、発光ダイオードは素子ごと分離される。
【０１２１】
このレーザー光の照射によって分離された各発光ダイオードは、図２７に示すように、転写材２７８に埋められながら転写用基板２８０に一時的に保持される。このとき、丁度、成長用基板２７０が剥がれた面である下地成長層２７１の上面には、Ｇａ層２８１が付着している。この下地成長層２７１の上面は光取出し面となることから、Ｇａ層２８１を除去する必要があり、エッチングなどが施される。このエッチングはアルカリ系、もしくは酸系にいずれでも良いが、転写材２７８の密着強度が低下することのないようにエッチング液が選定される。
【０１２２】
画像表示装置はＲＧＢの単色の発光素子を規則的は配列させて構成されることから、図２８に示すように、配線用基板の電極ピッチに合わせて、選択的に転写用基板２８０から発光素子を取り出す。これは転写用基板２８０の基板上に保持された発光ダイオードは同一で単色の発光波長を有するとの前提によるものであり、異なる発光波長の素子を実装するためには、たとえば複数枚の転写用基板２８０が使用される。本例では、選択的な発光素子の取り出しのために、吸着ヘッド２８２が使用される。吸着ヘッド２８２の先端部２８４には、吸引孔２８３が形成され、先端部２８４にピッチは配線用基板の電極ピッチに沿ったものとなっている。吸着ヘッド２８２の先端部２８４は吸引孔２８３の周囲で平坦とされ、その平坦な部分に発光素子の光取出し面となる下地成長層２７１の上面が吸着される。この吸着作業は、個々の素子毎に行うことも可能であるが、本例のように、配線用基板の電極ピッチに合わせて複数の発光素子を同時に吸着させるようにすることもでき、本例を利用することで製造プロセスを簡略化して製造コストを低減できる。
【０１２３】
配線用基板の電極ピッチに合致した複数の発光素子は、図２９に示すように、配線用基板２９０のところまで運ばれ、該配線用基板２９０の主面に垂直な方向から基板主面に対して各素子が接着される。配線用基板２９０の主面には予め配線層２９１、２９２が形成されており、吸着ヘッド２８２が各素子を配線用基板２９０の主面に圧着した後、開放すると各発光素子は配線用基板２９０に仮接着される。配線用基板２９０の主面には接着剤２９３が塗布されており、各素子を配線用基板２９０の主面で保持するのに寄与する。ここで接着剤２９３は例えば熱硬化型接着剤や紫外線硬化型接着剤である。
【０１２４】
このような配線用基板２９０の主面への搬送を３原色の各素子について行うと、図３０に示す状態となる。この時点で隣接する素子は発光する光に波長は異なるものとされる。各素子はバンプ２７７を用いて基板主面に対して水平に維持されたまま確実に実装される。
【０１２５】
次いで、図３１に示すように加圧ヘッド２９５を各素子の光取出し側である下地成長層２７１の上面から押し付け、接着剤２９３を硬化させる。接着剤２９３が熱硬化型接着剤の場合には、加圧ヘッド２９５としてパルスヒートで加熱する加熱加圧ヘッドとすることができ、紫外線硬化型接着剤の場合には加圧しながら配線用基板２９０の裏面側から紫外線を照射することが望ましい。または、加圧ヘッド２９５をガラスや石英ガラスなどの光透過材料で構成し、上側から紫外線を照射するようにすることもできる。
【０１２６】
本例の画像表示装置の製造方法においては、配線用基板２９０の電極ピッチに合わせた複数の発光素子が一括して配線用基板２９０の主面に実装されるため、その製造コストを低減できるとともに短時間での製造が可能である。また、各素子はバンプ２７７を用いて確実に水平に実装され、傾いたりすることもなく、またアライメントのためのマージンも小さくて良くなることから、高精度に発光素子を配列されることができ、また、バンプ２７７を用いて確実な電気配線や、光取出し効率の最大化も図ることができる。
【０１２７】
また、転写用基板２８０に保持されている状態で、発光素子の検査を行うことができ、不良な素子を早期に除去して歩留まりを改善できる。また、Ｇａ層の除去を配線用基板２９０への実装前に行うことができ、エッチングで配線用基板２９０を損傷するような問題も回避できる。
【０１２８】
例４
本例は、図３２および図３３に示すように、配線用基板の電極ピッチに合わせて発光素子を形成し、直接配線用基板に実装する例である。
【０１２９】
図３２に示すように、成長用基板３０５上には配線用基板の電極ピッチに合わせて発光素子が形成されている。発光素子は前述の実施の形態と同様に下地成長層３１１上に六角錐状の結晶成長層３１２が形成され、結晶成長層３１２上にはｐ電極３１３が下地成長層３１１上には更にｎ電極３１４が形成され、ｐ電極３１３と高さを同程度とするためのバンプ３１５が形成されている。成長用基板３０５上には複数の発光素子が形成され、その間隔が配線用基板３０１の電極層３０３、３０２のピッチに対応したものとなっている。
【０１３０】
発光素子が形成された成長用基板３０５を配線用基板３０１と対向させ、成長用基板３０５の裏面からＫｒＦエキシマレーザー或いは三倍波ＹＡＧレーザーなどのレーザー光を照射することで、下地成長層３１１と成長用基板３０５の界面には、窒素が発生し、発光素子は素子ごと分離され、配線用基板３０１に保持される。
【０１３１】
図３３は発光素子が配線用基板３０１に保持された状態を示しており、以後、他の波長の発光素子についても実装を行い、接着剤３０７を硬化させることで画像表示装置が完成する。このときＧａ層３１６が下地成長層３１１の上面に形成されていることから、接着剤層３０７が紫外線硬化型の場合では、配線用基板３０１の裏面側から紫外線を照射する。接着剤層３０７が熱硬化型の場合では、例３と同じ条件での硬化工程で良い。接着剤層３０７が硬化した後でＧａ層３１６を除去することで、配線用基板３０１へのダメージを著しく低減できる。
【０１３２】
例５
本例は、図３４に示すように、配線用基板の電極ピッチに合わせて選択的にレーザー光を照射して、発光素子を直接配線用基板に実装する例である。
【０１３３】
図３４に示すように、成長用基板３２８上には発光素子が複数形成されており、発光素子は前述の例と同様に下地成長層３２７上に六角錐状の結晶成長層３２４が形成され、結晶成長層３２４上にはｐ電極３２６が下地成長層３２７上には更にｎ電極が形成され、ｐ電極３２６と高さを同程度とするためのバンプ３２５が形成されている。
【０１３４】
一方、配線用基板３２０の主面には電極層３２１、３２２が所要のピッチで形成されており、成長用基板３２８と配線用基板３２０が対向して保持された状態で、配線用基板の電極ピッチに合わせてレーザービームが照射される。成長用基板３２８の裏面からＫｒＦエキシマレーザー或いは三倍波ＹＡＧレーザーなどのレーザー光を照射することで、下地成長層３２７と成長用基板３２８の界面には、窒素が発生し、発光素子は素子ごと分離され、配線用基板３２０に保持されるが、レーザービームの照射が電極ピッチに合わせた選択的なものであるために、成長用基板３２８上の全部の発光素子が分離するわけではなく、配線用基板の電極ピッチに合わせた単色の素子だけが確実に転写される。この工程を他の波長の素子に対して繰り返すことで画像表示装置が完成する。レーザー光は単一ビームをスキャンする方法と、単一ビームで成長用基板と配線用基板を移動する方法とがある。
【０１３５】
例６
本例は２回転写用基板を用いて実装する例であり、本例を図３５乃至図３９を参照しながら説明する。
【０１３６】
図３５に示すように、成長用基板３３６上には発光素子を構成するように、下地成長層３３２上に六角錐状の結晶成長層３３３が形成され、結晶成長層３３３上にはｐ電極３３４が下地成長層３３２上には更にｎ電極が形成され、ｐ電極３３４と高さを同程度とするためのバンプ３３５が形成されている。成長用基板３３６上には発光素子は配線用基板の電極ピッチに合わせて離間している。この成長用基板３３６は転写用基板３３０と対向するように保持され、成長用基板３３６の裏面からレーザー光を照射することで、発光素子は素子ごと分離され、転写用基板３３０に転写される。転写用基板３３０にはこの時シリコン樹脂などからなる転写材３３１が形成されていて、この転写材３３１により、発光素子は素子ごとに保持される。
【０１３７】
次に、図３６に示すように、Ｇａ層の除去により、転写用基板３３０に光取出し面が外側となる形で保持され、さらに図３７に示すように、転写材３４０が上面に塗布された第２の転写用基板３４１が貼り合わせられる。この場合において、転写材３４０は例えば紫外線硬化型粘着材であり、第２の転写用基板３４１はガラスもしくは石英ガラスである。
【０１３８】
次に、最初の転写用基板３３０が剥がされることで、図３８に示すように、発光素子は第２の転写用基板３４１に転写される。
【０１３９】
そして図３９に示すように、配線用基板３４２の主面には電極層３４３、３４４が所要のピッチで形成されているところで、第２の転写用基板３４１と配線用基板３４２が対向して保持された、配線用基板の電極ピッチに合わせてレーザービームが照射される。成長用基板３２８の裏面からレーザー光を照射することで、転写材３４０のアブレーションにより発光素子は素子ごと分離され、配線用基板３４２に保持される。この転写はレーザービームの照射が電極ピッチに合わせた選択的なものであるために、成長用基板３２８上の全部の発光素子が分離するわけではなく、配線用基板の電極ピッチに合わせた単色の素子だけが確実に転写される。この工程を他の波長の素子に対して繰り返し、配線用基板３４２上の接着剤３４５を硬化させて画像表示装置が完成する。なお、転写材３４０のアブレーションの残さが発光素子裏面に付着しているときは洗浄もしくは研磨の工程を付加する。
【０１４０】
例７
本例は例６の変形例であり、図４０に示すように、第２の転写用基板３５０上の転写材３５１には、発光素子を構成するように、下地成長層３５３上に六角錐状の結晶成長層３５４が形成され、ｐ電極と高さを同程度とするためのバンプ３５５が形成されているが、第２の転写用基板３５０上において、発光素子は配線用基板の電極ピッチに合わせて離間しているのではなく、製造上で便宜なピッチで配されている。なお、その他の工程においては例６と実質的に同じである。
【０１４１】
次いで、図４１に示すように、第２の転写用基板３５０の裏面からレーザー光を選択的に照射することで、転写材３５１のアブレーションにより発光素子は素子ごと分離され、配線層３６２、３６３を有する配線用基板３６０に保持される。この転写はレーザービームの照射が電極ピッチに合わせた選択的なものであるために、全部の発光素子が一度に分離するわけではなく、配線用基板の電極ピッチに合わせた単色の素子だけが確実に転写される。この工程を他の波長の素子に対して繰り返し、配線用基板３６０上の接着剤３６１を硬化させて画像表示装置が完成する。なお、転写材３５１のアブレーションの残さが発光素子裏面に付着しているときは洗浄もしくは研磨の工程を付加する。
【０１４２】
例８
本例は、ｎ電極配線とｐ電極配線を結晶成長層について上下に分けて形成した画像表示装置の例である。本例の画像表示装置は、図４２に示すように、配線用基板３７０の基板主面３７１上にｐ電極配線３７２が形成され、そのｐ電極配線３７２の上端に接続する形で、六角錐形状の傾斜した傾斜結晶面を有する結晶成長層３７４がその周囲の接着剤層３７３に埋め込まれて支持されている。結晶成長層３７４には図示しない第１導電層、活性層、第２導電層が形成されており、この結晶成長層３７４は結晶成長時とは倒置した形で接着剤層３７３に支持されている。結晶成長層３７４の傾斜結晶面に平行な面にはｐ電極３７５が形成されており、結晶成長層３７４の上側には、結晶成長時に用いた平板状の下地成長層３７６が存在し、この下地成長層３７６の上面側が光取り出し面３７７とされ、この下地成長層３７６の光取り出し面３７７において、発光領域となる第１導電層、活性層、第２導電層の積層部とは基板主面３７１の法線方向で重ならない下地成長層３７６の角部にはｎ電極配線３７８が形成され電気的に接続されている。このｎ電極配線３７８の一部は前記接着剤層３７３上にも延在されており、たとえば樹脂層からなる接着剤層３７３が硬化した後、ｎ電極配線３７８が所要のパターンに形成される。ｎ電極配線３７８はポリイミドなどの樹脂層からなる保護層３７９によって被覆されている。
【０１４３】
本例の画像表示装置においては、ｐ電極、ｎ電極の双方が結晶成長面側に存在する発光素子とは異なり、少なくともｎ電極配線３７８は下地成長層３７６の光取り出し面３７７側に位置するために、配線の分だけ発光素子のチップサイズを小さくすることができる。また、ｎ電極配線３７８とｐ電極配線３７２は結晶成長層３７４について上下に分けて形成され、３次元的に離れることになるので、短絡することがなくなり配線幅を広く形成することが可能になる。したがって、配線の形成も容易に行うことができる。
【０１４４】
なお、上述の例では、バンプをＣｕ，ＮｉにＡｕのコートをしたものとして説明したが、半田バンプによる接続であっても良い。発光素子の電極上のバンプは半田メッキ、もしくは半田蒸着によって形成され、配線用基板に保持される接着剤の代わりにフラックスを用いて、配線用基板に予め塗布しておくことができる。発光素子はそのフラックスの粘着性により配線用基板上に保持される。３色の発光素子が剥離・転写されたら、配線用基板を一括してリフローして配線用基板と発光素子を接続しても良い。この時は配線用基板はリフロー炉に入れることになるので、ガラス基板を使用する。接続後はフラックス洗浄を行い、封止材をチップと配線用基板の間に入れて、封止材を硬化させる。半田を用いた接続の場合は、接続抵抗が低抵抗になり、半田溶融時のセルフアライメントにより発光素子のアライメント精度が改善され、画素ピッチが配線電極のパターニング精度と一致するようになるので、画素ピッチが一定になり、画像表示装置は高精細なものとなる。発光素子の修理をする場合は封止材の注入前に発光素子の点灯検査を行い、不良が発生した場合にはその発光素子の局部加熱により、半田バンプを溶融して修理をする。
【０１４５】
本例１から８係る画像表示装置においては、発光素子の結晶成長層が基板主面の法線方向において結晶成長時とは倒置されることから、電極側を結晶成長層の上側に形成した場合であっても倒置によって配線用基板に対峙する下側に位置することになり、配線用基板上に配線層を形成することで、実装の際に容易に電気的接続を図ることができる。従って、パッケージ形態する必要がなく、高密度に発光素子を配列することもできる。
【０１４６】
また、本例１から８に係る画像表示装置の製造方法においては、結晶成長層が選択成長によって形成されるため、簡単に基板主面に対して傾斜した傾斜結晶面を有する結晶成長層を形成することができ、従って、結晶成長層を倒置した場合に、光に取り出し窓を上面とすることが容易となる。また、前記第２導電層と接続する第２電極を成長用基板からの高さがほぼ同程度となるようにすることで、配線用基板との電気的な接続を確実で容易なものとすることができる。
【０１４７】
本発明において画像表示装置とは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザーなどの発光素子を用いた表示装置（ディスプレイ装置）であれば良く、発光素子が配線用基板上に配列されて、他の電子機器などに組み込まれる構造のものから、更に例示的には、テレビジョン受像機、ビデオ再生装置、コンピューターのなどの電子機器のモニター、ゲーム機器の出力装置、電子家電などのモニターなどを含み、また、比較的小さいサイズのものでは、自動車搭載型案内装置、携帯電話、携帯情報端末、録画装置や監視装置などのモニター画面などであっても良い。
【０１４８】
なお、前述の図１０〜図１５に係る素子の配列方法は、参考例として液晶制御素子の配列にも適用できる。
【０１４９】
［液晶制御素子の配列方法］
次に、図５２から図５７までを参照しながら、参考例である液晶制御素子の配列方法について説明する。液晶制御素子とは、最終製品として液晶パネルを形成した際に液晶の配向状態を制御する薄膜トランジスタである。
【０１５０】
先ず図５２に示すように、石英ガラス基板などの第一基板１６１上にアモルファスシリコン膜１６２が形成される。このアモルファスシリコン膜１６２は後の工程で犠牲となる剥離膜である。このアモルファスシリコン膜１６２上には下地絶縁膜としてシリコン酸化膜１６３が形成され、その上に薄膜トランジスタ１６４がマトリクス状に密に形成される。薄膜トランジスタ１６４はポリシリコン膜上にゲート酸化膜、ゲート電極を形成して、ポリシリコン膜にソース・ドレイン領域を形成したものである。これら薄膜トランジスタ１６４は素子分離されており、例えば反応性イオンエッチングなどの方法によって素子分離用の溝がアモルファスシリコン膜１６２の一部を露出する程度に形成される。
【０１５１】
次に図５３に示すように、このような第一基板１６１を一時保持用部材１６５に対峙させて選択的な転写を行う。一時保持用部材１６５の第一基板１６１に対峙する面には剥離層１６６と接着剤層１６７が２層になって形成されている。ここで一時保持用部材１６５の例としては、ガラス基板、石英ガラス基板、プラスチック基板などを用いることができ、一時保持用部材１６５上の剥離層１６６の例としては、フッ素コート、シリコン樹脂、水溶性接着剤（例えばＰＶＡ）、ポリイミドなどを用いることができる。また一時保持用部材１６５の接着剤層１６７としては紫外線（ＵＶ）硬化型接着剤、熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤のいずれかからなる層を用いることができる。
【０１５２】
一時保持用部材１６５の接着剤層１６７は、硬化した領域１６７ｓと未硬化領域１６７ｙが混在するように調整され、未硬化領域１６７ｙに選択転写にかかる薄膜トランジスタ１６４が位置するように位置合わせされる。硬化した領域１６７ｓと未硬化領域１６７ｙが混在するような調整は、例えばＵＶ硬化型接着剤を露光機にて選択的に露光し、薄膜トランジスタ１６４を転写するところは未硬化でそれ以外は硬化させてある状態にすれば良い。このようなアライメントの後、その位置の薄膜トランジスタ１６４をレーザーにて第一基板１６１の裏面から照射して薄膜トランジスタ１６４を第一基板１６１からレーザーアブレーションを利用して剥離する。照射するレーザーとしてはエキシマレーザー、高調波ＹＡＧレーザーなどが用いられる。
【０１５３】
このレーザーアブレーションを利用した剥離によって、選択照射にかかる薄膜トランジスタ１６４は反対側の接着剤層１６７の未硬化領域１６７ｙに転写される。他のレーザーが照射されない領域の薄膜トランジスタ１６４については、対応する接着剤層１６７の部分が硬化した領域１６７ｓであり、レーザーも照射されていないために一時保持用部材１６５側に転写されることはない。なお、図２７では１つの薄膜トランジスタ１６４だけが選択的にレーザー照射されているが、ｎピッチ分だけ離間した領域においても同様に薄膜トランジスタ１６４はレーザー照射されて転写されているものとする。このような選択的な転写によって薄膜トランジスタ１６４は第一基板１６１上に配列されている時よりも離間して一時保持用部材１６５上に配列される。
【０１５４】
次に、選択的な薄膜トランジスタ１６４の第一基板１６１から一時保持用部材１６５への転写を行ったところで、図５４に示すように未硬化領域１６７ｙの接着剤層１６７を硬化させて固着させる。この硬化は熱や光などのエネルギーを加えることで可能である。薄膜トランジスタ１６４は一時保持用部材１６５の接着剤層１６７に保持された状態で、確実に保持される。
【０１５５】
図５５に示すように、次に一時保持用部材１６５から第２の一時保持用部材１６８に薄膜トランジスタ１６４を転写する。第２の一時保持用部材１６８は薄膜トランジスタ１６４の薄膜半導体層側を第二基板上に載せるために使用され、特に薄膜トランジスタ１６４の表裏が問題とならない場合には、第２の一時保持用部材１６８は使用しなくとも良い。一時保持用部材１６５から第２の一時保持用部材１６８に転写される場合には、個々の薄膜トランジスタ１６４で分離できるように、分離溝１６７ｇが形成される。分離溝１６７ｇの底部は剥離層１６６まで至っている。または、分離溝１６７ｇは剥離層１６６も分離する。
【０１５６】
この剥離層１６６で剥離させることで、一時保持用部材１６５から第２の一時保持用部材１６８に薄膜トランジスタ１６４を転写し（図５６）、続いて、図示しない吸着手段によって第二基板上に離間しながら転写する（第二転写工程）。この工程は前述の発光素子の配列方法における図１３によって示す工程と同様である。
【０１５７】
最後に、図５７に示すように、ガラス基板や透明プラスチック基板などの第二基板１７６上に、薄膜トランジスタ１６４を離間して形成し、ゲート電極線とソース電極、ドレイン電極を形成して、薄膜トランジスタ１６４のソース、ドレインと接続する。その上に透明電極膜１７２、配向膜１７３を形成し、反対側には対向基板１６９とその表面に透明電極膜１７５、配向膜１７４を形成したものを対峙させ、液晶を封入して液晶パネルを作成する。第二基板１７６上の薄膜トランジスタ１６４は液晶の制御素子として機能する。第二基板１７６上で薄膜トランジスタ１６４は二段階の拡大転写によって十分に離間されており、第一転写工程と第二転写工程のそれぞれで離間した転写が行われる。本実施形態の二段階拡大転写法では、同じ転写倍率を意図する場合においては、第一転写工程と第二転写工程の拡大率をｎ倍、ｍ倍とすると、１回でそれだけ拡大する場合に比べて、（ｎ＋ｍ）２＝ｎ２＋２ｎｍ＋ｍ２であることから、必ず２ｎｍ回だけ転写回数を減らすことができることになる。従って、製造工程も回数分だけ時間や経費の節約となり、特に拡大率の大きい場合に有益となる。
【０１５８】
なお、図４、図５に示した二段階拡大転写法は参考例として、素子９２を発光素子以外の他の素子例えば液晶制御素子、光電変換素子、圧電素子、薄膜トランジスタ素子、薄膜ダイオード素子、抵抗素子、スイッチング素子、微小磁気素子、微小光学素子から選ばれた素子若しくはその部分、これらの組み合わせなどであっても良い。液晶制御素子とは、最終製品として液晶パネルを形成した再に液晶の配向状態を制御する薄膜トランジスタなどの素子である。液晶制御素子の場合における配線は、選択信号線、電圧線や、配向電極膜などの配線等を含む。第１基板９０、９０aは、半導体ウエハ、ガラス基板、石英ガラス基板、サファイヤ基板、プラスチック基板などの素子形成可能な基板を用いることができる。各素子は第一基板上に直接形成したものであっても良く、他の基板上で形成されたものを配列したものであっても良い。
【０１５９】
なお、図７及び８に示した樹脂形成チップは、参考例として発光素子に限らず他の素子であっても適用できる。上記したように、両方の電極パッドは、樹脂形成チップの一方の面に形成することも可能であり、例えば薄膜トランジスタの場合ではソース、ゲート、ドレインの３つの電極があるため、電極パッドを３つ或いはそれ以上形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本発明の第１の実施の形態である画像表示装置の要部のレイアウト図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である画像表示装置の要部のレイアウト図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態である画像表示装置の回路図である。
【図４】本発明の画像表示装置および製造方法の一実施の形態示す模式図である。
【図５】本発明の画像表示装置および製造方法の他の実施の形態示す模式図である。
【図６】本発明の画像表示装置および製造方法の他の実施の形態示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態の素子の配列方法における樹脂形成チップを示す概略斜視図である。
【図８】本発明に適用される樹脂形成チップの概略平面図である。
【図９】本発明に適用される発光素子の例を示す構成図であって、（ａ）断面図と（ｂ）平面図である。
【図１０】本発明の画像表示装置およびその製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図１１】本発明の画像表示装置およびその製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図１２】本発明の画像表示装置およびその製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その３）である。
【図１３】本発明の画像表示装置およびその製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その４）である。
【図１４】本発明の画像表示装置およびその製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その５）である。
【図１５】本発明の画像表示装置およびその製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その６）である。
【図１６】本発明の画像表示装置およびその製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その７）である。
【図１７】発光素子の一例を示す断面図である。
【図１８】発光素子の他の例を示す断面図である。
【図１９】発光素子の更に他の例を示す断面図である。
【図２０】発光素子の結晶成長層が倒置して実装された画像表示装置の第１の例を示す要部の断面図である。
【図２１】第１の例である画像表示装置を構成する発光ダイオードを示す構成図であって、素子の断面図（Ａ）及び素子の平面図（Ｂ）である。
【図２２】第２の例である画像表示装置の要部の断面図である。
【図２３】第３の例である画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その１）である。
【図２４】第３の例である画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その２）である。
【図２５】第３の例である画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その３）である。
【図２６】第３の例である画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その４）である。
【図２７】第３の例である画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その５）である。
【図２８】第３の例である画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その６）である。
【図２９】第３の例である画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その７）である。
【図３０】第３の例である画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その８）である。
【図３１】第３の例である画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その９）である。
【図３２】第４の例である画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その１）である。
【図３３】第４の例である画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その２）である。
【図３４】第５の例である画像表示装置の製造方法におけるエネルギービームの照射工程を示す工程断面図である。
【図３５】第６の例である画像表示装置の製造方法におけるエネルギービームの照射工程を示す工程断面図である。
【図３６】第６の例である画像表示装置の製造方法における転写工程を示す工程断面図である。
【図３７】第６の例である画像表示装置の製造方法における第２転写工程を示す工程断面図である。
【図３８】第６の例である画像表示装置の製造方法における第２転写工程後の状態を示す工程断面図である。
【図３９】第６の例である画像表示装置の製造方法における実装工程時の状態を示す工程断面図である。
【図４０】第７の例である画像表示装置の製造方法における発光素子形成時の状態を示す工程断面図である。
【図４１】第７の例である画像表示装置の製造方法におけるエネルギー照射を伴う実装工程を示す工程断面図である。
【図４２】第８の例である画像表示装置の断面図である。
【図４３】参考例に係る画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その１）である。
【図４４】参考例に係る画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その２）である。
【図４５】参考例に係る画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その３）である。
【図４６】参考例に係る画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その４）である。
【図４７】参考例に係る画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その５）である。
【図４８】参考例に係る画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その６）である。
【図４９】参考例に係る画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その７）である。
【図５０】参考例に係る画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その８）である。
【図５１】参考例に係る画像表示装置の製造方法を示す製造工程図（その９）である。
【図５２】本発明の参考例に係る液晶パネルの製造方法の例を示す製造工程図（その１）である。
【図５３】本発明の参考例に係る液晶パネルの製造方法の例を示す製造工程図（その２）である。
【図５４】本発明の参考例に係る液晶パネルの製造方法の例を示す製造工程図（その３）である。
【図５５】本発明の参考例に係る液晶パネルの製造方法の例を示す製造工程図（その４）である。
【図５６】本発明の参考例に係る液晶パネルの製造方法の例を示す製造工程図（その５）である。
【図５７】本発明の参考例に係る液晶パネルの製造方法の例を示す製造工程図（その６）である。
【符号の説明】
【０１６１】
１、２１、８０ 配線用基板
ＤＲ００〜ＤＢ１１、ＤＲ、ＤＧ、ＤＢ、３１ 発光ダイオード
ＰＴ 電流保持回路
３２、３３ トランジスタ
３４ 容量
５１ サファイヤ基板
５２ 第２導電型クラッド層
５３ 活性層
５４ 第１導電型クラッド層
５５ ｎ型電極
５６ ｐ型電極
５７ 分離溝
６０ 一時保持用基板
７０ 吸着用治具
８１ 配線電極
９０、９０ａ、９０ｃ、１２１、１６１ 第一基板
９１、９１ａ、９１ｃ、１２３、１６５ 一時保持用部材
９５、１４０、１６８ 第二基板
９２、１０１ 素子
１２２ 発光ダイオード
１６４ 薄膜トランジスタ
２４０、２６０、２９０、３０１、３２０、３４２、３６０、３７０ 配線用基板
２４３、２６３、２７２、３１２、３２４、３３３、３５４、３７４ 結晶成長層
２７０、３００、３２８、３３６ 成長用基板
２４４、２６４、２７３、３１３、３２６、３７５ ｐ電極
２４５、２７１、３１１、３２７、３３２、３５３ 下地結晶層
２４９、２６５、２７４、３１４ ｎ電極
２４６、２６６、２６７、２７７、３１５、３２５、３３５、３５５ バンプ
２８０、３３０、３４１、３５０ 転写用基板
２８２ 吸着ヘッド
【図１】
2008077100.tif 000003
【図２】
2008077100.tif 000004
【図３】
2008077100.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008077100.tif 000007
【図６】
2008077100.tif 000008
【図７】
2008077100.tif 000009
【図８】
2008077100.tif 000010
【図９】
2008077100.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2008077100.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2008077100.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
2008077100.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
2008077100.tif 000040
【図３９】
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【図４０】
2008077100.tif 000042
【図４１】
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【図４２】
2008077100.tif 000044
【図４３】
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【図４４】
2008077100.tif 000046
【図４５】
2008077100.tif 000047
【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
2008077100.tif 000050
【図４９】
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【図５０】
2008077100.tif 000052
【図５１】
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【図５２】
2008077100.tif 000054
【図５３】
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【図５４】
2008077100.tif 000056
【図５５】
2008077100.tif 000057
【図５６】
2008077100.tif 000058
【図５７】
2008077100.tif 000059
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月12日(2007.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた黒色層と、
前記黒色層より上方に設けられた、占有面積が２５μｍ２以上で１００００μｍ２以下の発光素子と、
前記発光素子を覆うように設けられた樹脂と、を有し、
前記発光素子は、第１導電層、活性層、第２導電層、前記第１導電層と電気的に接続された第１電極、及び前記第２導電層と電気的に接続された第２電極とを有し、
前記樹脂の上面は、平坦化されており、前記平坦化された面上には、前記発光素子に電気的に接続された電極パッドが形成され、
前記発光素子からの光は、前記基板側から取り出される
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
一画素内の前記発光素子の占有面積に対する当該画像表示装置上の一画素分の占有面積の比が１０以上４００００以下である
ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
一画素内の前記発光素子の占有面積に対する当該画像表示装置上の一画素分の占有面積の比が１０以上１００００以下である
ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項４】
一画素は互いに波長を異ならせた３つの発光素子の組から構成する
ことを特徴とする請求項１、２、又は３記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記第１電極及び前記第２電極は、前記基板の主面の法線方向において、前記第１導電層、活性層及び第２導電層を挟んで形成されている
ことを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記発光素子に電気的に接続され該発光素子に流れる電流を保持するための電流保持回路が前記発光素子毎に形成される
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、又は５記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記電流保持回路は個別のチップ状に形成され且つ前記発光素子と同様に前記配線用基板に実装されたものである
ことを特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記電流保持回路を形成した前記電流保持回路のチップと前記発光素子は略同一のサイズを有する
ことを特徴とする請求項７記載の画像表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の画像表示装置は、基板と、基板上に設けられた黒色層と、黒色層より上方に設けられた、占有面積が２５μｍ２以上で１００００μｍ２以下の発光素子と、発光素子を覆うように設けられた樹脂と、を有し、発光素子は、第１導電層、活性層、第２導電層、第１導電層と電気的に接続された第１電極、及び第２導電層と電気的に接続された第２電極とを有し、樹脂の上面は平坦化されており、平坦化された面上には発光素子に電気的に接続された電極パッドが形成され、発光素子からの光は、基板側から取り出されることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明に係る画像表示装置では、前記発光素子一個の占有面積が２５μｍ２以上で１００００μｍ２以下とされることから、個々の発光素子自体は微小なサイズとなり、発光素子自体を高密度に配線用基板に配設することが可能であり、大画面化も容易である。また、発光素子が封止材に埋め込まれることによって、封止材の平坦化された面上に電極パッドが形成されるため、微小サイズの発光素子であっても配線が容易である。