(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
その主面を前記第１基板の主面に対向させて配置された透明な第２基板と、
前記第１基板の前記第２基板に対向する側の主面上に配置された第１配線層と、
回路形成面を前記第１基板に向かい合わせて前記第１配線層に接続された駆動回路装置と、
前記第１基板の前記第２基板に対向する主面上に選択的に形成された接着剤層と、
前記接着剤層上に、発光面を前記駆動回路装置の前記回路形成面の向きとは反対の向きにして固定されたＬＥＤ装置と、
前記透明な第２基板の前記第１基板に対向する主面上に形成された第２配線層と、
前記ＬＥＤ装置及び前記第１配線層上に配置され、前記ＬＥＤ装置及び前記第１配線層を前記第２配線層に接続するバンプと、
を備え、前記接着剤層の前記第２基板側の面から前記第２配線層までの間には、絶縁膜が形成されていない
画像表示装置。
【請求項２】
上記駆動回路装置は、半導体基板上に回路が形成された半導体素子である請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
上記バンプが半田バンプである請求項１記載の画像表示装置。
【請求項４】
上記ＬＥＤ装置は、樹脂によりチップ部品化されている請求項１記載の画像表示装置。
【請求項５】
第１基板の主面上に第１配線層を形成するステップと、
前記第１配線上に、回路形成面を前記第１基板に向かい合わせて駆動回路装置を配置し、前記第１配線と前記駆動回路装置を接続するステップと、
前記第１基板の前記主面上に接着剤層を選択的に形成し、ＬＥＤ装置を、発光面を前記駆動回路装置の前記回路形成面の向きとは反対の向きにして前記接着剤層上に固定するステップと、
主面上に第２配線層が形成された透明な第２基板を準備し、前記第２配線層上にバンプを形成するステップと、
前記第１基板の主面と、前記第２基板の主面とを向かい合わせて重ね、前記第２配線層と前記ＬＥＤ装置、及び前記第１配線層と前記第２配線層とを前記バンプにより接続させるステップと、
を含み、前記接着剤層の前記第２基板側の面から前記第２配線層までの間には、絶縁膜を形成しない
画像表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に発光素子（ＬＥＤ）及び駆動回路部を配列した画像表示装置に関するものであり、さらにはその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光素子をマトリクス状に配列して画像表示装置に組み上げる場合には、従来、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）のように基板上に直接素子を形成するか、あるいは発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤディスプレイ）のように単体のＬＥＤパッケージを配列することが行われている。例えば、ＬＣＤ、ＰＤＰの如き画像表示装置においては、素子分離ができないために、製造プロセスの当初から各素子はその画像表示装置の画素ピッチだけ間隔を空けて形成することが通常行われている。
【０００３】
一方、ＬＥＤディスプレイの場合には、ＬＥＤチップをダイシング後に取り出し、個別にワイヤーボンドもしくはフリップチップによるバンプ接続により外部電極に接続し、パッケージ化されることが行われている。この場合、パッケージ化の前もしくは後に画像表示装置としての画素ピッチに配列されるが、この画素ピッチは素子形成時の素子のピッチとは無関係とされる。
【０００４】
発光素子であるＬＥＤ（発光ダイオード）は高価である為、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チップの大きさを従来約３００μｍ角のものを数十μｍ角のＬＥＤチップにして、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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＥＤチップを配列してＬＥＤディスプレイを構成する場合、これらＬＥＤと駆動回路部、さらには外部電気信号との電気的接続を如何にして行うかが大きな課題となる。また、ＬＥＤチップと駆動回路部（半導体素子）が混在することによるノイズの回避も課題である。例えば、ＬＥＤディスプレイを作製する場合、先ず基板上に第１配線層を形成し、接着剤層を成膜して赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップ及び駆動回路を搭載した半導体素子を配列する。そして、これらを覆って膜厚が５０μｍ程度になるように絶縁膜を形成し、接続孔を開口した後、第２配線層を形成する。このとき、絶縁膜として例えばエポキシ樹脂を用い、接続孔を開口する方法としてレーザ加工を用い、第２配線層として例えばＡｌを用いる。各形成条件及び配線パターン形成方法の一例を以下に例示する。
【０００６】
エポキシ樹脂：５０μｍ厚塗布後、１５０℃で３０分間ベーク
接続孔開口：エキシマレーザ加工（波長２４８ｎｍ、４００ｍＪ）
配線層形成：スパッタ法、Ａｌ膜厚１μｍ
配線パターン形成：レジストパターニング法＋Ｈ３ＰＯ４エッチング
【０００７】
上記のような形成条件、配線パターン形成方法にしたがって各電気的接続を行う場合、層間膜である絶縁膜には、上層である第２配線層をパターニングする際のエッチング、現像、レジスト除去に耐え得るエッチング耐性が要求される。そのためには、樹脂からなる絶縁膜を成膜した後、十分にこれを硬化する必要があり、より高温でのベークが必要となる。しかしながら、上記絶縁膜には加熱温度に応じて応力が加わることになり、前記のような高温でのベークはＬＥＤチップや半導体素子の剥がれの原因となる。そこで、層間絶縁膜には熱膨張係数の小さな材料を選択することが望まれるが、同時に、発光ダイオード（ＬＥＤ）を視認する際に妨げとならないような透明度も要求され、これら両者を満たす材料の選択は非常に難しい。
【０００８】
本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたものであり、層間絶縁膜を形成することによる不都合を解消することができ、ＬＥＤチップや半導体素子の剥がれが生ずることがなく、発光ダイオード（ＬＥＤチップ）の発光を妨げることのない配線構造を有する画像表示装置を提供することを目的とし、さらには、その製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、発光ダイオードの発光による回路（半導体素子）へのノイズ電流を低減することが可能な画像表示装置を提供することを目的とし、その製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明の画像表示装置は、第１基板と、その主面を第１基板の主面に対向させて配置された透明な第２基板と、第１基板の前記第２基板に対向する側の主面上に配置された第１配線層と、回路形成面を第１基板に向かい合わせて第１配線層に接続された駆動回路装置と、を備える。
また、第１基板の第２基板に対向する主面上に選択的に形成された接着剤層と、接着剤層上に、発光面を駆動回路装置の回路形成面の向きとは反対の向きにして固定されたＬＥＤ装置を備える。
また、透明な第２基板の第１の基板に対向する主面上に形成された第２配線層と、ＬＥＤ装置及び第１配線層上に配置され、ＬＥＤ装置及び第１配線層を第２配線層に接続するバンプと、を備える。
そして、接着剤層の第２基板側の面から第２配線層までの間には、絶縁膜が形成されていないことを特徴とする。
【００１０】
上記構成においては、発光素子や駆動回路部を絶縁膜で覆うことなく、第２基板上の第２配線層とバンプ接続し、外部電気信号と接続するようにしている。したがって、絶縁膜を形成することによる応力の問題は解消され、発光素子や駆動回路部の剥がれが生ずることはない。また、透明度の問題も同時に解消され、発光素子を視認する際の妨げになることもない。
【００１１】
さらに、発光素子の発光面と駆動回路部の回路形成面とが互いに反対方向を向くように配置するので、発光素子の発光光により回路に発生するノイズ電流も低減される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した画像表示装置及び画像表示装置の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
画像表示装置は、図１に示すように、基板１上に赤色ＬＥＤ装置２、緑色ＬＥＤ装置３、青色ＬＥＤ装置４を１組にして、これらをマトリクス状に配列するとともに、各画素のＬＥＤ装置を駆動するための駆動回路装置５を各組の赤色ＬＥＤ装置２、緑色ＬＥＤ装置３、青色ＬＥＤ装置４と近接して配置することにより構成される。ここで、各ＬＥＤ装置や駆動回路装置と外部電気回路との接続は、例えば図２に示すように行うことが考えられる。すなわち、基板１１上に第１配線層１２を形成し、この上に接着剤層１３を介してＬＥＤ装置１４や駆動回路装置１５を配列固定する。そして、これらＬＥＤ装置１４や駆動回路装置１５を覆って絶縁膜１６を成膜し、この上に第２配線層１７を形成する。第２配線層１７は、接続孔１８を介してＬＥＤ装置１４や駆動回路装置１５の電極や、第１配線層１２と電気的に接続される。ただし、このような構成を採用した場合、絶縁膜１６の応力による剥離などが問題となる。そこで、本発明では、バンプによる接続を利用することにより、このような不都合を解消する。以下、バンプによる接続方法、接続構造について説明する。
【００１４】
先ず、図３に示すように、第１基板２１上に第１配線層２２を形成し、これを覆って接着剤層２３を形成した後、この上にＬＥＤ装置２４、駆動回路装置２５を配列固定するが、ここまでは図２に示す例と同様である。なお、ここでは簡略化のためＬＥＤ装置２４を１つのみとしているが、実際には赤色ＬＥＤ装置、緑色ＬＥＤ装置、青色ＬＥＤ装置の３つを１組にして配列する。また、本例では、ＬＥＤ装置２４は図中上方に向かって発光するような構成としている。
【００１５】
ＬＥＤ装置２４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）単体であってもよいし、パッケージに収容されたものであってもよい。あるいは、樹脂などによってモールドされチップ部品化されていてもよい。駆動回路装置２５には、例えば半導体基板（Ｓｉ基板）の表面に半導体回路形成技術を利用して回路を形成してなる半導体素子が用いられる。半導体素子も、いわゆるベアチップのまま用いてもよいし、パッケージに収容された状態、あるいは樹脂などによってモールドされチップ部品化された状態で用いてもよい。
【００１６】
次いで、図４に示すように、第１配線層２２の電極取り出し部２２ａを露出させるように、接着剤層２３をレーザ加工などの手段により選択的に除去する。一方、図５に示すように、第２配線層２７が形成された第２基板２６を準備し、上記ＬＥＤ装置２４や駆動回路部２５の電極（図示は省略する。）、さらには第１配線層２２の電極取り出し部２２ａに対応した位置にバンプ２８を形成しておく。第２基板２６は、これを介して上記ＬＥＤ装置２４の発光を視認することになるため、透明基板とすることが好ましい。ただし、ＬＥＤ装置２４を図中下方に向かって発光するようにし、第１基板２１を透明基板としてこれを介してＬＥＤ装置２４の発光を視認するような構成を採用する場合には、第２基板２６は透明基板である必要はない。また、バンプ２８は、第２配線層２７とＬＥＤ装置２４や駆動回路部２５の電極、第１配線層２２の電極取り出し部２２ａとの電気的接続、機械的接続を図るものであり、例えば半田バンプが好適である。勿論、これに限らず、前記要件を満たすものであれば何れも使用することができる。
【００１７】
次に、先の第１基板２１上に第２基板２６を重ね合わせ、いわゆるバンプ接続を行う。このとき、当然のことながら、第１基板２１上のＬＥＤ装置２４，駆動回路部２５の電極や第１配線層２２の電極取り出し部２２ａと、第２基板２６上の第２配線層２７やバンプ２８が互いに対向するように、これら第１基板２１及び第２基板２６を対向させて重ね合わせる。この状態で第１基板２１と第２基板２６とを圧着すれば、図６に示すように、第２配線層２７とＬＥＤ装置２４の電極との間、第２配線層２７と駆動回路部２５の電極との間、第２配線層２７と第１配線層２２の電極取り出し部２２ａの間がそれぞれバンプ２８によって機械的に固定されると同時に電気的に接続される。
【００１８】
以上が本発明を適用した画像表示装置及びその製造方法の基本的な構成例であるが、かかる構成を採用することにより、ＬＥＤ装置２４や駆動回路装置２５に加わる応力を抑えることが可能となる。したがって、これらＬＥＤ装置２４や駆動回路装置２５が剥がれるなどの不都合が生ずることはない。また、ＬＥＤ装置２４の発光光を劣化させることなく利用することが可能であり、高品質の画像表示が可能である。
【００１９】
上記の構成において、ＬＥＤ装置２４の発光面２４ａと駆動回路装置２５の回路形成面２５ａとが同じ方向になるように配列されていると、ＬＥＤ装置２４の発光が駆動回路装置２５の回路形成面２５ａに入り込み、これが原因で回路にノイズ電流が発生する虞れがある。これを回避するには、ＬＥＤ装置２４の発光面２４ａと駆動回路装置２５の回路形成面２５ａとが互いに反対方向を向くように配置すればよい。そこで次に、ＬＥＤ装置２４の発光面２４ａと駆動回路装置２５の回路形成面２５ａとが互いに反対方向を向くように配置した例について説明する。
【００２０】
この場合には、先ず、図７に示すように、第１基板２１上に第１配線層２２を形成した後、駆動回路装置２５の回路形成面２５ａが第１基板２１と向かい合うように（回路形成面２５ａが図中下方を向くように）配置し、その電極２５ｂを第１配線層２２と接続する。次に、図８に示すように、ＬＥＤ装置２４の配列位置に接着剤層２３を選択的に形成し、この上にＬＥＤ装置２４を配置して固定する。このとき、ＬＥＤ装置２４の発光面２４ａは、図中上方であり、したがって駆動回路装置２５の回路形成面２５ａの向きとは反対である。
【００２１】
一方、図９に示すように、第２配線層２７が形成された第２基板２６を準備し、上記ＬＥＤ装置２４や第１配線層２２の電極取り出し部２２ａに対応した位置にバンプ２８を形成しておく。第２基板２６は、これを介して上記ＬＥＤ装置２４の発光を視認することになるため、透明基板とすることが好ましい。
【００２２】
次に、先の例と同様、第１基板２１上に第２基板２６を重ね合わせ、いわゆるバンプ接続を行う。第１基板２１上のＬＥＤ装置２４の電極や第１配線層２２の電極取り出し部２２ａと、第２基板２６上の第２配線層２７やバンプ２８が互いに対向するように、これら第１基板２１及び第２基板２６を対向させて重ね合わせることは、先に述べた通りである。この状態で第１基板２１と第２基板２６とを圧着すれば、図１０に示すように、第２配線層２７とＬＥＤ装置２４の電極との間、第２配線層２７と第１配線層２２の電極取り出し部２２ａの間がそれぞれバンプ２８によって機械的に固定されると同時に電気的に接続される。駆動回路装置２５の電極２５ｂは、第１配線層２２を介して第２配線層２７と電気的に接続されることになる。
【００２３】
本例では、ＬＥＤ装置２４の発光面２４ａと駆動回路装置２５の回路形成面２５ａとが互いに反対方向を向くように配置されており、ＬＥＤ装置２４の発光による影響を回避することが可能である。例えば、ＬＥＤ装置２４の発光が駆動回路装置２５の回路形成面２５ａに入り込むのを抑えることができ、これが原因で回路に発生するノイズ電流を低減することができる。
【００２４】
次に、二段階拡大転写法による素子の配列を応用した画像表示装置の製造方法を例にして、本発明の画像表示装置及び画像表示装置の製造方法について説明する。最初に、二段階拡大転写法による素子の配列方法及び画像表示装置の製造方法の基本的な構成について説明する。二段階拡大転写法による素子の配列方法および画像表示装置の製造方法は、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、本例では転写を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。
【００２５】
図１１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１１の（ａ）に示す第一基板３０上に、例えば発光素子のような素子３２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３０は例えば半導体ウエハ、ガラス基板、石英ガラス基板、サファイア基板、プラスチック基板などの種々素子形成可能な基板であるが、各素子３２は第一基板３０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。
【００２６】
次に、図１１の（ｂ）に示すように、第一基板３０から各素子３２が一時保持用部材に転写され、この一時保持用部材の上に各素子３２が保持される。このとき、同時に素子３２毎に素子周りの樹脂の被覆を行う。素子周りの樹脂の被覆は電極パッドを形成し易くし、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。なお、隣接する素子３２は例えば複数の一時保持用部材間での転写などにより選択分離を行うことにより、最終的には一時保持用部材上で離間され、図示のようにマトリクス状に配される。すなわち素子３２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。
【００２７】
このような第一転写工程の後、図１１の（ｃ）に示すように、一時保持用部材３１上に存在する素子３２は離間されていることから、各素子３２毎に電極パッドの形成が行われる。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１１の（ｃ）には電極パッドは図示していない。樹脂３３で固められた各素子３２に電極パッドを形成することで樹脂形成チップ３４が形成される。素子３２は平面上、樹脂形成チップ３４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。
【００２８】
次に、図１１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３１上でマトリクス状に配される素子３２が樹脂形成チップ３４ごと更に離間するように第二基板３５上に転写される。第二転写工程においても、隣接する素子３２は樹脂形成チップ３４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３２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３２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３２のピッチとなる。ここで第一基板３０から一時保持用部材３１での離間したピッチの拡大率をｎとし、一時保持用部材３１から第二基板３５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で表される。
【００２９】
第二基板３５上に樹脂形成チップ３４ごと離間された各素子３２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。この配線は例えば素子３２が発光ダイオードなどの発光素子の場合には、ｐ電極、ｎ電極への配線を含み、液晶制御素子の場合は、選択信号線、電圧線や、配向電極膜などの配線等を含む。
【００３０】
図１１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の形成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、本例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３０から一時保持用部材３１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３１から第二基板３５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、本例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。
【００３１】
上記第二転写工程においては、発光素子は樹脂形成チップとして取り扱われ、一時保持用部材上から第二基板にそれぞれ転写されるが、この樹脂形成チップについて図１２及び図１３を参照して説明する。樹脂形成チップ３４は、離間して配置されている素子３２の周りを樹脂３３で固めたものであり、このような樹脂形成チップ３４は、一時保持用部材から第二基板に素子３２を転写する場合に使用できるものである。樹脂形成チップ３４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３４の形状は樹脂３３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３２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。
【００３２】
略平板状の樹脂３３の表面側と裏面側にはそれぞれ電極パッド３６，３７が形成される。これら電極パッド３６，３７の形成は全面に電極パッド３６，３７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３６，３７は発光素子である素子３２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３３にビアホールなどが形成される。
【００３３】
ここで電極パッド３６，３７は樹脂形成チップ３４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しても良い。電極パッド３６，３７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３６，３７の形状も正方形に限定されず他の形状としても良い。
【００３４】
このような樹脂形成チップ３４を構成することで、素子３２の周りが樹脂３３で被覆され平坦化によって精度良く電極パッド３６，３７を形成できるとともに素子３２に比べて広い領域に電極パッド３６，３７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３６，３７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。
【００３５】
次に、図１４に本例の二段階拡大転写法で使用される素子の一例としての発光素子の構造を示す。図１４の（ａ）が素子断面図であり、図１４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、たとえばサファイア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照射によってレーザ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ア基板と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。
【００３６】
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４１上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層４２が形成されている。なお、下地成長層４１上には図示しない絶縁膜が存在し、六角錐形状のＧａＮ層４２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４２は、成長時に使用されるサファイア基板の主面を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４２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４２の傾斜したＳ面を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層４３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４４が形成される。このマグネシウムドープのＧａＮ層４４もクラッドとして機能する。
【００３７】
このような発光ダイオードには、ｐ電極４５とｎ電極４６が形成されている。ｐ電極４５はマグネシウムドープのＧａＮ層４４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４６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、下地成長層４１の裏面側からｎ電極取り出しを行う場合は、ｎ電極４６の形成は下地成長層４１の表面側には不要となる。
【００３８】
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、特にレーザアブレーションよって比較的簡単にサファイア基板から剥離することができ、レーザ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。また、他の窒化物系発光素子や化合物半導体素子などであっても良い。
【００３９】
次に、図１１に示す発光素子の配列方法を応用した画像表示装置の製造の具体的手法について説明する。発光素子は図１４に示したＧａＮ系の発光ダイオードを用いている。先ず、図１５に示すように、第一基板５１の主面上には複数の発光ダイオード５２が密な状態で形成されている。発光ダイオード５２の大きさは微小なものとすることができ、例えば一辺約２０μｍ程度とすることができる。第一基板５１の構成材料としてはサファイア基板などのように発光ダイオード５２に照射するレーザの波長に対して透過率の高い材料が用いられる。発光ダイオード５２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５２ｇが形成されていて、個々の発光ダイオード５２は分離できる状態にある。この溝５２ｇの形成は例えば反応性イオンエッチングで行う。
【００４０】
次いで、第一基板５１上の発光ダイオード５２を第１の一時保持用部材５３上に転写する。ここで第１の一時保持用部材５３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、本例では石英ガラス基板を用いた。また、第１の一時保持用部材５３の表面には、離型層として機能する剥離層５４が形成されている。剥離層５４には、フッ素コート、シリコーン樹脂、水溶性接着剤（例えばポリビニルアルコール：ＰＶＡ）、ポリイミドなどを用いることができるが、ここではポリイミドを用いた。
【００４１】
転写に際しては、図１５に示すように、第一基板５１上に発光ダイオード５２を覆うに足る接着剤（例えば紫外線硬化型の接着剤）５５を塗布し、発光ダイオード５２で支持されるように第１の一時保持用部材５３を重ね合わせる。この状態で、図１６に示すように第１の一時保持用部材５３の裏面側から接着剤５５に紫外線（ＵＶ）を照射し、これを硬化する。第１の一時保持用部材５３は石英ガラス基板であり、上記紫外線はこれを透過して接着剤５５を速やかに硬化する。
【００４２】
接着剤５５を硬化した後、図１７に示すように、発光ダイオード５２に対しレーザを第一基板５１の裏面から照射し、当該発光ダイオード５２を第一基板５１からレーザ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５２はサファイアとの界面で金属のＧａと窒素に分解することから、比較的簡単に剥離できる。照射するレーザとしてはエキシマレーザ、高調波ＹＡＧレーザなどが用いられる。このレーザアブレーションを利用した剥離によって、発光ダイオード５２は第一基板５１の界面で分離し、一時保持用部材５３上に接着剤５５に埋め込まれた状態で転写される。
【００４３】
図１８は、上記剥離により第一基板５１を取り除いた状態を示すものである。このとき、レーザにてＧａＮ系発光ダイオードをサファイア基板からなる第一基板５１から剥離しており、その剥離面にＧａ５６が析出しているため、これをエッチングすることが必要である。そこで、ＮａＯＨ水溶液もしくは希硝酸などによりウエットエッチングを行い、図１９に示すように、Ｇａ５６を除去する。さらに、図２０に示すように、酸素プラズマ（Ｏ２プラズマ）により表面を清浄化し、ダイシングにより接着剤５５を切断してダイシング溝５７を形成し、発光ダイオード５２毎にダイシングした後、発光ダイオード５２の選択分離を行なう。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を用いたレーザによる加工を行う。その切り込み幅は画像表示装置の画素内の接着剤５５で覆われた発光ダイオード５２の大きさに依存するが、一例として、エキシマレーザにて溝加工を行い、チップの形状を形成する。
【００４４】
発光ダイオード５２を選択分離するには、先ず、図２１に示すように、清浄化した発光ダイオード５２上にＵＶ接着剤５８を塗布し、この上に第２の一時保持用部材５９を重ねる。この第２の一時保持用部材５９も、先の第１の一時保持用部材５３と同様、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、本例では石英ガラス基板を用いた。また、この第２の一時保持用部材５９の表面にもポリイミドなどからなる剥離層６０を形成しておく。
【００４５】
次いで、図２２に示すように、転写対象となる発光ダイオード５２ａに対応した位置にのみ第１の一時保持用部材５３の裏面側からレーザを照射し、レーザアブレーショによりこの発光ダイオード５２ａを第１の一時保持用部材５３から剥離する。それと同時に、やはり転写対象となる発光ダイオード５２ａに対応した位置に、第２の一時保持用部材５９の裏面側から紫外線（ＵＶ）を照射してＵＶ露光を行い、この部分のＵＶ接着剤５８を硬化する。その後、第２の一時保持用部材５９を第１の一時保持用部材５３から引き剥がすと、図２３に示すように、上記転写対象となる発光ダイオード５２ａのみが選択的に分離され、第２の一時保持用部材５９上に転写される。
【００４６】
上記選択分離後、図２４に示すように、転写された発光ダイオード５２を覆って樹脂を塗布し、樹脂層６１を形成する。さらに、図２５に示すように、酸素プラズマなどにより樹脂層６１の厚さを削減し、図２６に示すように、発光ダイオード５２に対応した位置にレーザの照射によりビアホール６２を形成する。ビアホール６２の形成には、エキシマレーザ、高調波ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザなどを用いることができる。このとき、ビアホール６２は例えば約３〜７μｍの径を開けることになる。
【００４７】
次に、上記ビアホール６２を介して発光ダイオード５２のｐ電極と接続されるアノード側電極パッド６３を形成する。このアノード側電極パッド６３は、例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕなどで形成する。図２７は、発光ダイオード５２を第２の一時保持用部材５９に転写して、アノード電極（ｐ電極）側のビアホール６２を形成した後、アノード側電極パッド６３を形成した状態を示している。
【００４８】
上記アノード側電極パッド６３を形成した後、反対側の面にカソード側電極を形成するため、第３の一時保持用部材６４への転写を行う。第３の一時保持用部材６４も、例えば石英ガラスなどからなる。転写に際しては、図２８に示すように、アノード側電極パッド６３を形成した発光ダイオード５２、さらには樹脂層６１上に接着剤６５を塗布し、この上に第３の一時保持用部材６４を貼り合せる。この状態で第２の一時保持用部材５９の裏面側からレーザを照射すると、石英ガラスからなる第２の一時保持用部材５９と、当該第２の一時保持用部材５９上に形成されたポリイミドからなる剥離層６０の界面でレーザアブレーションによる剥離が起き、剥離層６０上に形成されている発光ダイオード５２や樹脂層６１は、第３の一時保持用部材６４上に転写される。図２９は、第２の一時保持用部材５９を分離した状態を示すものである。
【００４９】
カソード側電極の形成に際しては、上記の転写工程を経た後、図３０に示すＯ２プラズマ処理により上記剥離層６０や余分な樹脂層６１を除去し、発光ダイオード５２のコンタクト半導体層（ｎ電極）を露出させる。発光ダイオード５２は一時保持用部材６４の接着剤６５によって保持された状態で、発光ダイオード５２の裏面がｎ電極側（カソード電極側）になっていて、図３１に示すように電極パッド６６を形成すれば、電極パッド６６は発光ダイオード５２の裏面と電気的に接続される。その後、電極パッド６６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、例えば約６０μｍ角とすることができる。電極パッド６６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５２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。なお、上記電極パッド６６を形成する際に、先に形成したアノード側電極パッド６３と接続される引き出し電極６３ａを形成するようにすれば、後述のバンプ接続が非常に容易なものとなる。この引き出し電極６３ａは、上記樹脂層６１にビア６１ａを形成し、上記電極パッド６６を形成する際に同時にパターニングすれば簡単に形成することができる。
【００５０】
次に、上記樹脂層６１や接着剤６５によって固められた発光ダイオード５２を個別に切り出し、上記樹脂形成チップの状態にする。切り出しは、例えばレーザダイシングにより行えばよい。図３２は、レーザダイシングによる切り出し工程を示すものである。レーザダイシングは、レーザのラインビームを照射することにより行われ、上記樹脂層６１及び接着剤６５を第３の一時保持用部材６４が露出するまで切断する。このレーザダイシングにより各発光ダイオード５２は所定の大きさの樹脂形成チップとして切り出され、後述の実装工程へと移行される。
【００５１】
実装工程では、機械的手段（真空吸引による素子吸着）とレーザアブレーションの組み合わせにより発光ダイオード５２（樹脂形成チップ）が第３の一時保持用部材６４から剥離される。図３３は、第３の一時保持用部材６４上に配列している発光ダイオード５２を吸着装置６７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６８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５２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、例えば直径約１００μｍ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６８の部材は例えば、Ｎｉ電鋳により作製したもの、もしくはステンレス（ＳＵＳ）などの金属板をエッチングで穴加工したものが使用され、吸着孔６８の奥には吸着チャンバ６９が形成されており、この吸着チャンバ６９を負圧に制御することで発光ダイオード５２の吸着が可能になる。発光ダイオード５２はこの段階で樹脂層６１で覆われており、その上面は略平坦化されている。このために吸着装置６７による選択的な吸着を容易に進めることができる。
【００５２】
上記発光ダイオード５２の剥離に際しては、上記吸着装置６７による素子吸着と、レーザアブレーションによる樹脂形成チップの剥離を組み合わせ、剥離が円滑に進むようにしている。レーザアブレーションは、第３の一時保持用部材６４の裏面側からレーザを照射することにより行う。このレーザアブレーションによって、第３の一時保持用部材６４と接着剤６５の界面で剥離が生ずる。
【００５３】
図３４は発光ダイオード５２を第二基板７１に転写するところを示した図である。第二基板７１は、配線層７２を有する配線基板であり、発光ダイオード５２を装着する際に第二基板７１にあらかじめ接着剤層７３が塗布されており、その発光ダイオード５２下面の接着剤層７３を硬化させ、発光ダイオード５２を第二基板７１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６７の吸着チャンバ６９が圧力の高い状態となり、吸着装置６７と発光ダイオード５２との吸着による結合状態は解放される。接着剤層７３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。第二基板７１上で発光ダイオード５２が配置される位置は、一時保持用部材６４上での配列よりも離間したものとなる。接着剤層７３の樹脂を硬化させるエネルギーは第二基板７１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赤外線加熱などによって発光ダイオード５２の下面のみ硬化させ、熱可塑性接着剤場合は、赤外線やレーザの照射によって接着剤を溶融させ接着を行う。
【００５４】
図３５は、他の色の発光ダイオード７４を第二基板７１に配列させるプロセスを示す図である。図３３で用いた吸着装置６７をそのまま使用して、第二基板７１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複数色からなる画素を形成できる。ここで、発光ダイオード５２と発光ダイオード７４は必ずしも同じ形状でなくとも良い。図３５では、赤色の発光ダイオード７４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５２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５２、７４は既に樹脂形成チップとして樹脂層６１、接着剤６５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。
【００５５】
このように画素に対応して発光ダイオードを配列し、駆動トランジスタなどを含む半導体素子（図示は省略する。）を駆動回路部として配列した後、配線層が形成された透明基板を重ね、バンプ接続を行う。バンプ接続するには、図３６に示すように、接着剤層７３を選択的に除去し、第二基板７１上の配線層７２の取り出し電極部７２ａを露呈させる。次いで、図３７に示すように、配線層８２を形成した透明基板８１を重ね、バンプ接続を行う。上記透明基板８１上の配線層８２には、上記発光ダイオード５２，７４や駆動回路部の電極、さらには第二基板７１上の配線層７２の取り出し電極部７２ａに対応して半田バンプ８３が形成されており、これを圧着することで機械的に固定されるとともに電気的に接続される。
【００５６】
上述のような発光素子の配列方法においては、一時保持用部材に発光ダイオード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、本例の発光素子の配列方法では、発光ダイオードの周囲が硬化した樹脂層で被覆され平坦化によって精度良く電極パッド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。
【００５７】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明の画像表示装置においては、発光素子や駆動回路部を覆う絶縁膜が必要ないことから、絶縁膜に起因する不都合を解消することができる。具体的には、絶縁膜の応力による剥がれを解消することができ、発光素子や駆動回路部の剥がれの問題を解決することができる。また、透明度の問題も同時に解消することができ、発光素子を視認する際に妨げになることもない。さらに、本発明の画像表示装置において、発光素子の発光面と駆動回路部の回路形成面とが互いに反対方向を向くように配置すれば、発光素子の発光光により回路に発生するノイズ電流を低減することも可能である。
【００５８】
本発明の画像表示装置の製造方法によれば、上記利点を有する画像表示装置をバンプ接続という簡便な方法によって作製することができ、生産性、製造コストの点で有利である。また、本発明の画像表示装置の製造方法によれば、密な状態すなわち集積度を高くして微細加工を施して作成された発光素子を、効率よく離間して再配置することができ、したがって精度の高い画像表示装置を生産性良く製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＬＥＤ装置及び駆動回路装置の配列状態の一例を示す概略平面図である。
【図２】絶縁膜を形成した場合の接続例を示す概略断面図である。
【図３】本発明を適用した画像表示装置の製造工程の一例を示すものであり、ＬＥＤ装置及び駆動回路装置の配列工程を示す概略断面図である。
【図４】電極取り出し部の開口工程を示す概略断面図である。
【図５】第２配線層上へのバンプ形成工程を示す概略断面図である。
【図６】バンプによる接続工程を示す概略断面図である。
【図７】本発明を適用した画像表示装置の製造工程の他の例を示すものであり、駆動回路装置の実装工程を示す概略断面図である。
【図８】ＬＥＤ装置の配列工程を示す概略断面図である。
【図９】第２配線層上へのバンプ形成工程を示す概略断面図である。
【図１０】バンプによる接続工程を示す概略断面図である。
【図１１】素子の配列方法を示す模式図である。
【図１２】樹脂形成チップの概略斜視図である。
【図１３】樹脂形成チップの概略平面図である。
【図１４】発光素子の一例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図１５】第１の一時保持用部材の接合工程を示す概略断面図である。
【図１６】ＵＶ接着剤硬化工程を示す概略断面図である。
【図１７】レーザアブレーション工程を示す概略断面図である。
【図１８】第一基板の分離工程を示す概略断面図である。
【図１９】Ｇａ除去工程を示す概略断面図である。
【図２０】素子分離溝形成工程を示す概略断面図である。
【図２１】第２の一時保持用部材の接合工程を示す概略断面図である。
【図２２】選択的なレーザアブレーション及びＵＶ露光工程を示す概略断面図である。
【図２３】発光ダイオードの選択分離工程を示す概略断面図である。
【図２４】樹脂による埋め込み工程を示す概略断面図である。
【図２５】樹脂層厚削減工程を示す概略断面図である。
【図２６】ビア形成工程を示す概略断面図である。
【図２７】アノード側電極パッド形成工程を示す概略断面図である。
【図２８】レーザアブレーション工程を示す概略断面図である。
【図２９】第２の一時保持用部材の分離工程を示す概略断面図である。
【図３０】コンタクト半導体層露出工程を示す概略断面図である。
【図３１】カソード側電極パッド形成工程を示す概略断面図である。
【図３２】レーザダイシング工程を示す概略断面図である。
【図３３】吸着装置による選択的ピックアップ工程を示す概略断面図である。
【図３４】第二基板への転写工程を示す概略断面図である。
【図３５】他の発光ダイオードの転写工程を示す概略断面図である。
【図３６】取り出し電極部の開口工程を示す概略断面図である。
【図３７】バンプ接続工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
２１  第１基板
２２  第１配線層
２４  ＬＥＤ装置
２５  駆動回路装置
２６  第２基板
２７  第２配線層
２８  バンプ
５１  第一基板
５２  発光ダイオード
５３，５９，６４  一時保持用部材
５５  接着剤
７１  第二基板
７２，８２  配線層
８１  透明基板
８３  半田バンプ
【図１】
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【図２】
0004839533.tif 000003
【図３】
0004839533.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004839533.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004839533.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004839533.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004839533.tif 000013
【図１３】
0004839533.tif 000014
【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】
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【図１９】
0004839533.tif 000020
【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】
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【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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