(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の基板上に配置された素子を第二の基板上に転写して前記第二の基板上に配置する素子配列方法であって、
前記第二の基板表面に、底部に前記素子を嵌合する凹部である素子配置孔を有し、内側に前記素子配置孔内を含んで液体を保持可能な構造とされるセルを形成する工程と、
前記セル内に液体を導入する工程と、
前記第一の基板上に形成された前記素子を剥離して前記セル内に転写する工程と、
前記セル内の前記液体を除去する前に、前記素子配置孔内に前記素子を自己整合で配置する工程と、を含む
素子配列方法。
【請求項２】
前記自己整合で配置する工程において、前記第二の基板に超音波振動を加えて前記素子を前記液体中で移動させることで前記素子を前記素子配置孔に嵌合させる請求項１記載の素子配列方法。
【請求項３】
前記自己整合で配置する工程において、前記液体中に前記素子を浮遊させながら前記液体を蒸発させることで前記素子を前記素子配置孔に嵌合させる請求項１記載の素子配列方法。
【請求項４】
前記セルは、前記第二の基板の基体部上に形成した樹脂より成る凸部であるセル分割部によって囲まれた領域である請求項１〜３のいずれかに記載の素子配列方法。
【請求項５】
前記セルは、前記第二の基板上に形成した撥水性のパターンによって囲まれた領域である請求項１〜４のいずれかに記載の素子配列方法。
【請求項６】
前記素子配置孔の形状を前記素子の一部の形状と略同一にする請求項１〜５のいずれかに記載の素子配列方法。
【請求項７】
前記素子配置孔または前記素子を磁化させて、前記素子が前記素子配置孔に嵌合する際の配向を制御する請求項１〜６のいずれかに記載の素子配列方法。
【請求項８】
前記素子配置孔または前記素子の表面に、前記セル内に導入される液体に対する濡れ性を変化させる処理を施す請求項１〜６のいずれかに記載の素子配列方法。
【請求項９】
前記第一の基板から前記素子を剥離して前記セルに転写する際に、前記第一の基板上の前記素子を選択的に転写する請求項１〜８のいずれかに記載の素子配列方法。
【請求項１０】
前記第一の基板の任意の位置にレーザー光を照射して、レーザーアブレーションによって前記素子の選択的な転写を行う請求項９記載の素子配列方法。
【請求項１１】
開口部を形成したマスクを介して前記第一の基板にエキシマレーザーを照射する請求項１０記載の素子配列方法。
【請求項１２】
ＹＡＧレーザーを回転ミラーで反射してマスクを介して前記第一の基板に前記レーザー光を照射する請求項１０記載の素子配列方法。
【請求項１３】
前記セル内に液体を導入する前に、前記セル内に前記素子を転写する場合に、
前記素子または前記第二の基板を静電除去した後に、前記素子の転写を行う請求項１〜１２のいずれかに記載の素子配列方法。
【請求項１４】
前記セル内に液体を導入する前に、前記セル内に前記素子を転写する場合に、
前記素子または前記第二の基板を帯電させた後に、前記素子の転写を行う請求項１〜１２のいずれかに記載の素子配列方法。
【請求項１５】
前記セル分割部を前記セル内の底部の前記素子配置孔を有する樹脂層と一体に形成して、前記素子配置孔の底部に前記基体部の表面を露出させ、
前記セル内の前記素子配置孔に前記素子を自己整合で配置して前記液体を除去した後、前記セル内を硬化性材料で充填して硬化し、
その後前記第二の基板を構成する前記基体部を剥離して、前記素子を前記セル分割部の裏面から露出させる請求項４記載の素子配列方法。
【請求項１６】
前記素子は、発光素子である請求項１〜１５のいずれかに記載の素子配列方法。
【請求項１７】
前記素子は、複数種類の素子が実装された複合素子である請求項１〜１５のいずれかに記載の素子配列方法。
【請求項１８】
前記セル内の前記底部の一部に、電極を形成する工程と、
前記電極と、前記素子配置孔内に配置した前記素子とを、導電性材料により接続する工程と、を含む請求項１〜１７のいずれかに記載の素子配列方法。
【請求項１９】
前記電極を、所定方向に延在する電気配線の一部として形成する請求項１８に記載の素子配列方法。
【請求項２０】
熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂より成る固定用樹脂層を、前記セル内に前記素子配置孔の内部を含んで形成し、
前記素子を前記素子配置孔に自己整合により配置した後、前記固定用樹脂層が硬化する温度に冷却又は加熱して固定用樹脂層を硬化させることで素子の固定を行う請求項１〜１９のいずれかに記載の素子配列方法。
【請求項２１】
第一の基板上に配置された第一の素子および第二の基板上に配置された第二の素子を第三の基板上に転写して前記第三の基板上に配置する素子配列方法であって、
前記第三の基板表面に、底部に前記第一の素子又は前記第二の素子を嵌合する凹部である素子配置孔を有し、内側に前記素子配置孔内を含んで液体を保持可能な構造とされるセルを形成する工程と、
前記セル内に液体を導入する工程と、
前記第一の基板上に形成された前記第一の素子を剥離して前記セル内に転写する工程と、
前記第二の基板上に形成された前記第二の素子を剥離して前記セル内に転写する工程と、
前記セル内の前記液体を除去する前に、前記素子配置孔内に前記第一の素子及び第二の素子を自己整合で配置する工程と、を含む
素子配列方法。
【請求項２２】
前記第一の素子と前記第二の素子とが異なる種類の素子である請求項２１記載の素子配列方法。
【請求項２３】
前記第一の素子が転写されるセルと、前記第二の素子が転写されるセルとは、前記第三の基板上の異なる領域に形成されている請求項２１又は２２記載の素子配列方法。
【請求項２４】
表面側に、複数の凹状のセルを区分する凸状のセル分割部を有し、裏面側に、複数の前記セルに対応して設けられ、前記セルの底面から前記裏面側にかけて貫通する素子配置孔を有する樹脂層と、
前記樹脂層の前記素子配置孔内に配置される発光素子と、
前記樹脂層の複数の前記セルの底面にそれぞれ配置され、複数の前記発光素子とそれぞれ接続され、所定の方向に延在する第１の配線層と、
前記樹脂層の裏面上に、複数の前記発光素子にそれぞれ接続され、前記第１の配線層と異なる方向に延在する第２の配線層と、を備え、
前記第２の配線層が光透過性の導電性材料より成り、
前記樹脂層の裏面側が表示面側とされる
表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子や薄膜素子などの微小な素子を装置基板上に複数個配列させて装置を構成するための素子配列方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、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。従来のＬＣＤ、ＰＤＰの如き画像表示装置においては、素子や画素のピッチに関し、素子分離が出来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、パッケージ化す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、この画像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。そこで、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提案されている。また、集積度高く形成された素子のうち所定の間隔に位置する素子のみを選択的に転写することで、各素子の間隔が拡がった配列を実現する方法も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、最近の技術として、いわゆる流体自己実装（Ｆｌｕｉｄ  Ｓｅｌｆ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）法による実装方法が知られてきており、例えば、エイリアン・テクノロジー社の技術にこのような実装方法ある（例えば非特許文献１参照）。この流体自己実装方法は多数の素子を製造後、流体中を流すようにして素子を搬送し、その途中でフィルム表面に形成した孔に素子を保持させ、フィルムを素子ごと実装すべき装置に合わせて転写する技術である。フィルム表面に形成される孔は実装すべき素子の形状に適合しており、多数の素子はこのような特殊なフィルム上に保持された状態で流体中から取り出され、装置上に転写される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２３１８７７号公報
【非特許文献１】［平成１５年１１月６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｌｉｅｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｃｏｍ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した特許文献１に記載された技術では、位置合わせに高い精度が要求される場合や、素子を形成した基板よりも転写先の基板が大きく複数回にわたって素子の転写を行う場合には、精密な制御を行う必要があるために転写の速度を低くする必要があった。また、素子を形成した際の素子間隔に対応した素子間隔で転写が行われるために、転写される素子の間隔は素子形成時の素子間隔の整数倍でしかなく、転写後の素子配列ピッチを任意に設定することが困難である。また、素子を成長基板から剥離して選択的に転写するために、剥離の際に必要な条件などから、剥離と同時に転写を行うことが困難であり、剥離工程と転写工程とを別作業とする必要があった。
【０００７】
また、上述した非特許文献１に記載された技術では、複数種類の素子を配列するためには、フィルム表面の孔形状と素子形状とを適合させて、流体自己実装方法を複数回実行する必要があり、作業時間が長くなりスループットが悪化するという問題があった。また、素子配列の時間を短縮し実装歩留まりを向上させるためには、配列したい素子数よりも多数の素子を用意して流体中を流す必要があり、必要な部品点数が多くなるという問題があった。さらに、フィルム表面の孔形状やフィルムの材料や表面処理、液体中に混合させる分散材などの条件を満たす必要があるために、工程の自由度が低くなるという問題があった。また、液体中でフィルム上に素子を配列した後に、液体中からフィルムを引き上げる際に素子が脱離してしまう不具合が生じるおそれがあり、製造歩留まりが悪化するという問題があった。
【０００８】
したがって本発明は、複数種類の素子を配列する場合にも確実に素子配列を行い、かつ、短時間で効率良く素子配列を行うことが可能な素子配列方法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】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明の素子配列方法は、第一の基板上に配置された素子を第二の基板上に転写して前記第二の基板上に配置する素子配列方法であって、前記第二の基板表面に、底部に前記素子を嵌合する凹部である素子配置孔を有し、内側に前記素子配置孔内を含んで液体を保持可能な構造とされるセルを形成する工程と、前記セル内に液体を導入する工程と、前記第一の基板上に形成された前記素子を剥離して前記セル内に転写する工程と、前記セル内の前記液体を除去する前に、前記素子配置孔内に前記素子を自己整合で配置する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
第二の基板を分割するセル領域内に素子を転写することで、比較的小さいセル領域内での自己整合によって素子の配置を行うことが出来るため、素子の配列に要する時間を短縮することができる。また、素子の転写に際してはセル領域内に素子を転写する大まかな位置制御をするだけでよく、セル領域内で自己整合により精密な位置制御を行うことができるため、素子の転写速度を向上させて素子配列のスループットを向上させることが可能である。
【００１１】
自己整合による配置は、セル領域内に液体を導入して第二の基板に超音波振動を加えて素子を液体中で移動させるものや、セル領域内に液体を導入して液体中に素子を浮遊させながら液体を蒸発させるものを用いることができる。素子の移動や液体の表面張力による素子の移動を用いて自己整合を行うことで、第二の基板上に多数のセルを形成して多数の素子を配列する際にも、安価かつ容易に素子配列を行うことが可能となる。
【００１２】
また、セルは第二の基板上に形成した凸部であるセル分割部や撥水性のパターンによって囲まれた領域としてもよい。第二の基板上に樹脂層の金型成形やフォトリソグラフィーなどでセル分割部の凹凸を容易に形成することができるため、微細で精密なセルを第二の基板上に形成し微細で精密な素子の配列を行うことが可能となる。
【００１３】
また、セル領域内での素子の自己整合を行うために、セルの領域内に素子が嵌合する凹部である素子配置孔を形成するとしてもよい。素子配置孔に素子が嵌合した後は、素子がセル領域内で移動しにくくなるために自己整合で素子の配置を行うことが容易になる。この際、素子配置孔の形状を素子の形状と略同一にすることや、素子配置孔または素子を磁化させて素子が素子配置孔に嵌合する際の配向を制御すること、素子配置孔または素子の表面にセル領域内に導入される液体に対する濡れ性を変化させる処理を施すなどで、素子の機能によって求められる配向を第二の基板上で行うことが可能である。
【００１４】
また、第一の基板から素子を剥離してセルに転写する際に、第一の基板上の素子を選択的に転写することで、任意のセルに対して任意の素子を転写することができるため、複数種類の素子を任意の位置に配列することや複数回の素子の転写を繰り返して行うことが容易になる。素子の選択的な転写には、第一の基板の任意の位置にレーザー光を照射して、レーザーアブレーションを用いることができる。レーザーアブレーションによる素子の選択転写では高スループット、高位置精度、高エネルギー利用率を得ることができる。レーザーアブレーションには、開口部を形成したマスクを介してエキシマレーザーを照射することや、ＹＡＧレーザーを回転ミラーで反射してマスクを介して第一の基板の任意の位置にレーザー光の照射を用いることができる。
【００１５】
セル領域内での素子の自己整合に液体を用いる場合には、セル領域内に素子を転写した後にセル領域内に液体を導入するとしても、セル領域内に液体を導入した後にセル領域内に前記素子を転写するとしてもよい。また、第二の基板上に液体を滴下し第二の基板を傾斜させてセルに液体を導入する方法や、ディスペンス機器を用いて液体を第二の基板上に拡散させセルに液体を導入する方法や、液体の噴射を行うノズルを用いて液体を滴下してセルに液体を導入する方法などにより、第二の基板上に形成されたセルに対して必要な量の液体を供給することが可能である。
【００１６】
また、素子または第二の基板を静電除去した後に素子の転写を行うことで、静電気力によって素子が想定外の位置に付着することを防止して、素子をセルに対して確実に転写することができる。逆に、素子または第二の基板を帯電させた後に素子の転写を行うことで、静電気力によって確実にセル領域内に素子が付着するようにして、素子をセルに対して確実に転写することができる。
【００１７】
第二の基板を多層構造で形成し、セル領域内の所定位置に素子を自己整合で配置した後に、第二の基板の素子が配置されていない裏面層を剥離して、素子を裏面から露出させるとしてもよい。すなわち、セルを、第二の基板の基体部上に形成した樹脂より成る凸部であるセル分割部によって囲まれた領域とするとともに、セル分割部をセル内の底部の素子配置孔を有する樹脂層と一体に形成して、素子配置孔の底部に前記基体部の表面を露出させ、セル領域内の素子配置孔に素子を自己整合で配置して前記液体を除去した後、セル内を硬化性材料で充填して硬化し、その後第二の基板を構成する基体部を剥離して、素子をセル分割部の裏面から露出させることで、第二の基板の両面から素子を露出させることができるため、素子との電気的接続を確保する配線の形成を第二の基板の両面側から行うことが出来る。第二の基板の両面から配線接続を行うことができると、配線ルールの自由度が向上するために素子を配列して製造する電子機器の設計の自由度を向上させることができる。また、第二の基板の両面から配線接続を行うことができることで、素子の配列密度を向上させることが可能となり、高集積度の電子機器を製造することが可能となる。
【００１８】
また第二の基板に配列する素子は、発光素子であるとしても複数種類の素子が実装された複合素子であるとしてもよく、素子の種類に依存せずに素子の配列を行うことが可能である。
【００１９】
また、上記課題を解決するために本発明の素子配列方法は、第一の基板上に配置された第一の素子および第二の基板上に配置された第二の素子を第三の基板上に転写して前記第三の基板上に配置する素子配列方法であって、前記第三の基板表面に、底部に前記第一の素子又は前記第二の素子を嵌合する凹部である素子配置孔を有し、内側に前記素子配置孔内を含んで液体を保持可能な構造とされるセルを形成する工程と、前記セル内に液体を導入する工程と、前記第一の基板上に形成された前記第一の素子を剥離して前記セル内に転写する工程と、前記第二の基板上に形成された前記第二の素子を剥離して前記セル内に転写する工程と、前記セル内の前記液体を除去する前に、前記素子配置孔内に前記第一の素子及び第二の素子を自己整合で配置する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
第三の基板を分割するセル領域内に素子を転写することで、比較的小さいセル領域内での自己整合によって素子の配置を行うことが出来るため、素子の配列に要する時間を短縮することができる。また、素子の転写に際してはセル領域内に素子を転写する大まかな位置制御をするだけでよく、セル領域内で自己整合により精密な位置制御を行うことができるため、素子の転写速度を向上させて素子配列のスループットを向上させることが可能である。また、第一の素子と第二の素子とをセルに対して転写するため、複数の基板上に配置されている素子を第三の基板上に精密に位置決めして配置することができる。
【００２１】
複数の基板上に配置されている素子を転写できるので、第一の素子と第二の素子とが異なる種類の素子であってもよく、様々な機能を実現するための素子を第三の基板上に効率良く精密に配列することが可能となる。また、第一の素子が転写されるセルと、第二の素子が転写されるセルとは、第三の基板上の異なる領域に形成されているとすることで、第三の基板上の任意の位置に任意の種類の素子を配置することが可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の素子配列方法では、配列基板上に形成されたセル領域内に素子を選択転写し、セル領域内で自己整合によって素子の精密な位置決定を行うことで、配列基板上に素子を配列する。セル領域は配列基板の一部領域であることから、セル領域内での自己整合を短時間で終了させることが可能となる。また、セル領域は素子を配置すべき位置よりも広い面積に形成されているため、素子の選択転写を行う際にはセル領域内に素子が落とし込まれる程度の位置精度で転写を行えばよく、精密な位置決定は自己整合により行われる。このため、素子の選択転写時の位置合わせ許容範囲を広くして素子転写のスループットを向上させて素子配列の速度を向上させることが可能となる。
【００２３】
また、本発明の素子配列方法では、素子を選択転写によってセルに落とし込むため、サファイア基板などの素子を形成した基板から素子を剥離して、直接セルに対して素子の転写を行うことができる。素子形成基板上での素子の形成は、密集したものであっても素子の転写に選択転写を用いるために任意のセルに対して任意の素子を転写することが可能である。また、セルの領域内に素子を選択転写できれば素子の精密な配列を行うことができるため、素子形成基板上に形成された素子のピッチに無関係な間隔で形成されたセルに対しても、素子を転写して自己整合による精密な配置を行うことが可能となり、配列基板上でのセルの配列に関しても自由度を向上させることが可能なる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を適用した素子配列方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお本発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００２５】
本発明の素子分離方法では、素子を配列するための配列基板をセル毎に分割して、各セル毎に素子を選択的に転写した後に、素子をセル領域内で自己整合によって所定の位置に配置するものである。セル毎に選択的に素子を転写することで、比較的小さいセル領域内での自己整合によって素子の配置を行うことが出来るため、素子の配列に要する時間を短縮することができる。また、素子の転写に際してはセル領域内に素子を転写する大まかな位置制御をするだけでよく、セル領域内で自己整合により精密な位置制御を行うことができるため、素子の転写速度を向上させて素子配列のスループットを向上させることが可能である。
［第一の実施の形態］
【００２６】
まず図１（ａ）に示すように、サファイア基板やなどによって構成される素子形成基板１０上に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）法などで例えば発光ダイオード素子１１を複数個形成する。発光ダイオード素子１１は、ｎ型ドープ層、活性層、ｐ型ドープ層、電極などが形成されており、図１（ｂ）の部分拡大図に示すように個々の発光ダイオード素子１１は素子分離溝１２によって分離されている。ここでは本発明の素子配列方法で配列を行うための素子として、発光ダイオード素子１１を例として説明するが、発光ダイオードに限らず各種機能を実現するための集積回路である例えばアクティブチップなどの半導体素子や各種蛍光体などを用いることもできる。また発光ダイオード素子１１は、コンタクト電極が形成されていたり、更に樹脂でパッケージされて引き出し電極が形成されていてもよい。
【００２７】
次に図２（ａ）に示すように、素子形成基板１０とは別に発光ダイオード素子１１を配列するための配列基板２０を形成する。配列基板２０は図２（ｂ）の部分拡大図に示すように、基体部２１上にセル分割部２２および樹脂層２２ｂが形成され、セル分割部２２で仕切られた領域が個別のセル２３を形成している。基体部２１はプラスチックやガラス基板などの平板状もしくはフィルム状の部材であり、セル分割部２２は樹脂で形成された土台である樹脂層２２ｂと一体に形成された壁上の凸部である。セル２３の領域内には、樹脂層２２ｂの間に発光ダイオード素子１１を配置するための素子配置孔２４が開口されており、素子配置孔２４の底部では基体部２１が露出した形状となっている。また、樹脂層２２ｂの上面にはフォトリソグラフィーなどで例えば電極２５が形成されている。電極２５は図中の紙面に垂直な方向に形成された電気配線であり、紙面に垂直方向に並べて形成されたセル２３内を縦断してロウ電極として機能する。
【００２８】
また、セル分割部２２で区切られた各セル２３の内部領域には、アルコールや純水などの液体２６を注入しておく。液体２６の注入後には、セル２３の内部領域は液体２６が蓄えられているため、素子配置孔２４、電極２５および樹脂層２２ｂは液体２６で覆われて、液体２６中に埋没することになる。また、液体２６はセル分割部２２で仕切られて保持されるため、セル分割部２２の表面が液体２６との親和性が低い場合には図２（ｂ）に示したように、液体２６は表面張力によって中央部分が盛り上がった状態となる。
【００２９】
各セル２３に液体２６を満たす方法は、例えば図３（ａ）に示すように、基体部２１上にセル分割部２２および電極２５を形成した後に、図３（ｂ）に示すように配列基板２０の一端に液体２６を垂らしてセル分割部２２に液体２６を供給する。その後、図３（ｃ）に示すように、配列基板２０の液体２６を供給した側を持ち上げて、配列基板２０を傾斜させて液体２６を隣接するセル２３に流していくことで、図３（ｄ）に示すように全てのセル２３に液体２６を供給する方法を用いる。この方法では、各セル２３に対して液体２６を供給するために特別な部材を必要とせず、簡単に液体２６を供給することが可能である。全てのセル２３に対して液体２６を供給することが可能であれば、後述して説明する他の液体供給方法を用いるとしても良い。
【００３０】
図４は、セル分割部２２が形成された配列基板２０を示す斜視図である。基体部２１上の全面にわたってセル分割部２２が形成されることによって、配列基板２０上にセル２３が縦横に等間隔に形成されている。各セル２３には素子配置孔２４が一つ形成されているため、発光ダイオード素子１１が素子配置孔２４に配置されると、配列基板２０上に発光ダイオード素子１１が等間隔に配置されることになる。セル分割部２２の形成方法としては、例えば、基体部２１上に平坦に積層された樹脂を金型で成形するエンボス加工や、オゾン水や硫酸などのウエットエッチングやドライエッチングで凹凸を形成する方法や、基体部２１上に感光性樹脂を塗布してフォトリソグラフィーにより凹凸を形成する方法などが挙げられる。このとき、素子配置孔２４はセル２３の中央位置に形成する必要は無く、セル２３領域内のどこに形成しても良い。またセル２３中に素子配置孔２４を複数個形成して、セル２３中に配置する発光ダイオード素子１１の個数を素子配置孔２４の複数にするとしてもよい。
【００３１】
次に、図５（ａ）に示すように素子形成基板１０と配列基板２０とを対向させ、素子形成基板１０の所定の位置に形成されている発光ダイオード素子１１を選択的に剥離させて、発光ダイオード素子１１が各セル２３に一個配分されるように落として転写を行う。セル２３に落とし込まれた発光ダイオード素子１１は、図５（ｂ）の部分拡大図を示すように、セル２３中に満たされている液体２６に浮かんでおり、素子配置孔２４が形成された位置の直上に位置するとは限らない。このとき、素子形成基板１０と配列基板２０とを空間的に離した状態で脱離させるとしてもよく、発光ダイオード素子１１が液体２６と接触する程度まで素子形成基板１０と配列基板２０とを接近させるとしても良い。素子形成基板１０と配列基板２０とを空間的に離した状態で発光ダイオード素子１１を脱離する場合には、セル２３中に確実に素子が落とし込まれるように基板間距離を調整する必要があるが、素子の転写に要する時間を短縮してスループットの向上を図ることが可能となる。
【００３２】
素子形成基板１０から発光ダイオード素子１１を剥離する方法としては、例えば、素子形成基板１０の素子が形成されていない裏面から、素子形成基板１０を透過するようにレーザー光を任意の発光ダイオード素子１１に照射するレーザーアブレーションを用いることができる。レーザーアブレーションとは、照射光を吸収した固定材料が光化学的または熱的に励起され、その表面や内部の原子又は分子の結合が切断されて放出されることであり、主に固定材料の全部または一部が溶融、蒸発、気化などの相変化を生じる現象として現れる。例えば、素子形成基板１０としてサファイア基板を用いて、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の発光ダイオード素子１１をレーザーアブレーションで剥離すると、素子と基板との界面で窒化ガリウムが金属のガリウム（Ｇａ）と窒素ガスに分解して、発光ダイオード素子１１が容易に剥離できる。
【００３３】
図６はレーザー光を素子形成基板１０の任意のセル２３に対して照射する方法を示す一例であり、エキシマレーザーとマスク投影の光学系とを用いる方法を説明する模式図である。エキシマレーザー発生装置３０から照射面積が大きなレーザー光３０ａを照射して、マスク３１に形成した開口部３２を通過するレーザー光３０ａのみを反射鏡３３に入射させる。開口部３２を通過したレーザー光３０ａは反射鏡３３で反射されてレンズ３４に入射し、レンズ３４でレーザー光３０ａが屈折されて集光されることで素子形成基板１０の所定領域にレーザー光３０ａが照射される。素子形成基板１０上の任意の位置に形成されている発光ダイオード素子１１を所定のセル２３に転写することで、確実に一つのセル２３に一つの発光ダイオード素子１１を対応させて転写を行い、高スループット、高位置精度、高エネルギー利用率の転写を行うことができる。
【００３４】
また、正確に所望のセル２３に対して発光ダイオード素子１１を転写するため、図５（ａ）に示したように、発光ダイオード素子１１の転写を繰り返して行い、赤色の発光を行う発光ダイオード素子１１Ｒおよび緑色の発光を行う発光ダイオード素子１１Ｇを所定のセル２３に転写した後に、青色の発光を行う発光ダイオード素子１１Ｂの転写を行うなど、複数種類の素子を配置することができる。したがって、同一の基板上に形成された任意のセルに対して複数種類の素子を配列するような場合にも、本発明の素子配列方法を用いて正確に素子の配列を行うことができる。また、素子形成基板１０上に発光ダイオード素子１１を密なピッチで形成し、配列基板２０上ではそれよりも疎なピッチで配列することで、原料コストおよびプロセスコストを低減することができる。
【００３５】
図７は、発光ダイオード素子１１を配列基板２０に転写するための、異なる領域に段階的に転写を繰り返すステップ転写を説明する工程図である。素子形成基板１０の面積が配列基板２０の面積よりも小さい場合には、はじめに図７（ａ）に示すように所定領域に発光ダイオード素子１１の転写と配列を行い、次に図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように段階的に発光ダイオード素子１１を転写する領域を変化させていく。段階的に繰り返して発光ダイオード素子１１の配置を行うことで、配列基板２０の全ての領域に形成されたセル２３に対して素子の配列を行うことができる。
【００３６】
この際、図７（ａ）乃至図７（ｃ）のように繰り返し発光ダイオード素子１１の配置を行う場合にも、セル分割部２２で区切られるセル２３に発光ダイオード素子１１を対応させて選択的な配置を行うとする。各段階での発光ダイオード素子１１の転写を選択的に行うことで、既に発光ダイオード素子１１が配置されたセル２３に重複して発光ダイオード素子１１が配置されることを防止できるとともに、発光ダイオード素子１１が配置されない素子抜けのセル２３を無くして、全てのセル２３に発光ダイオード素子１１を配置することができる。選択的に素子が転写されてまばらに素子形成基板１０上に残されている発光ダイオード素子１１は、複数回の選択転写を行うことで配列基板２０上に無駄なく実装することができる。
【００３７】
配列基板２０上に形成されたセル２３に発光ダイオード素子１１を落として転写した後に、セル２３内部で発光ダイオード素子１１を素子配置孔２４に配置させる。図８は、配列基板２０を超音波などで振動させることで、自己整合によって発光ダイオード素子１１の配置を行う例を示す工程図である。図８（ａ）に示すように、発光ダイオード素子１１をセル２３中で液体２６上に落とす。この際には、セル２３中での発光ダイオード素子１１が液体２６上のどこに位置しているかは問題ではなく、液体２６上に浮いた状態であればよい。次に図８（ｂ）に示すように、配列基板２０の基体部２１を上下方向および水平方向に振動させて、液体２６および発光ダイオード素子１１を移動させ、発光ダイオード素子１１を液体２６中に沈める。
【００３８】
配列基板２０の振動を持続させることで、発光ダイオード素子１１がセル２３内で微小に移動を続けて、最終的には図８（ｃ）に示すように素子配置孔２４に発光ダイオード素子１１が嵌合する。このとき、振動を配列基板２０に加える時間が短すぎる場合には、素子配置孔２４に発光ダイオード素子１１を嵌合させることができないため、十分に長い時間をかけて発光ダイオード素子１１の自己整合を実行する必要がある。しかし、セル２３はセル分割部２２で区切られた領域であるため、セル２３の面積は配列基板２０の面積よりも十分に小さくすることができ、配列基板２０上で複数の孔に複数の素子を嵌合させる従来技術と比較すると、短時間で発光ダイオード素子１１が素子配置孔２４に嵌合させる確率を高めることができる。
【００３９】
発光ダイオード素子１１と素子配置孔２４を形成する際に、発光ダイオード素子１１にテーパーを形成しておき、素子配置孔２４を発光ダイオード素子１１の形状に対応した形状とすることで、配列基板２０上に形成した素子配置孔２４に発光ダイオード素子１１を嵌合させる際の素子の上下方向を調整するとしてもよい。また、液体２６と配列基板２０表面との濡れ性や発光ダイオード素子１１と液体２６との濡れ性に応じて、発光ダイオード素子１１の移動傾向が異なるため、液体２６中での発光ダイオード素子１１の自己整合を行うためには、液体の表面張力や発光ダイオード素子１１表面の液体２６に対する濡れ性を考慮して素子の転写を行う必要がある。
【００４０】
発光ダイオード素子１１を自己整合によって素子配置孔２４に嵌合する際に、発光ダイオード素子１１の使用方法によっては素子の配向方向を制御する必要がある。そのため、発光ダイオード素子１１の形状を左右非対称なものとし、素子配置孔２４の凹み形状を発光ダイオード素子１１の外形に合わせて形成することで、配列基板２０上での発光ダイオード素子１１の縦横や左右方向を制御するとしても良い。また、発光ダイオード素子１１表面の液体２６に対する濡れ性を非対称にする表面処理を施し、素子配置孔２４表面の濡れ性を対応させることで、発光ダイオード素子１１の配向制御を行うとしてもよい。さらに、素子形成基板１０上において発光ダイオード素子１１のバンプメタルをニッケル等で形成しておき所定方向に磁化させ、素子配置孔２４もそれに合わせて磁化させて配置を行うことで、発光ダイオード素子１１の配向制御を行うとしてもよい。また、素子配置孔２４を磁化する代わりに配列基板２０に外部から磁界を加えて、磁化した発光ダイオード素子１１の配向制御を行うとしてもよい。
【００４１】
発光ダイオード素子１１が素子配置孔２４に嵌合した後に、図８（ｄ）に示すように、セル２３内に満たされていた液体２６を加熱や乾燥により蒸発させる。液体２６を蒸発させることで、セル２３内では電極２５と発光ダイオード素子１１が露出した状態となる。図８（ａ）乃至図８（ｄ）で説明したように、配列基板２０を振動させてセル２３内で発光ダイオード素子１１を移動させることにより、発光ダイオード素子１１が素子配置孔２４に自己整合によって配置されることになる。セル２３内で自己整合によって素子の位置を決定するため、本発明の素子配列方法では発光ダイオード素子１１がセル２３の領域内に位置していればよく、素子形成基板１０から発光ダイオード素子１１を剥離してセル２３中に落とす際には、素子形成基板１０と配列基板２０との位置合わせ精度にセル２３の領域程度の余裕を持たせることが可能である。
【００４２】
次に図９（ａ）に示すように、セル２３内で露出した発光ダイオード素子１１と電極２５とを透明導電性インク４０（例えばＩＴＯインク）などで電気的に接続する。次に図９（ｂ）に示すように、セル２３内に透明樹脂４２などを印刷し硬化させた後に、配列基板２０の基体部２１をセル分割部２２から剥離する。発光ダイオード素子１１は素子配置孔２４に嵌合した状態で透明樹脂４２によって固定されているために、配列基板２０をセル分割部２２から剥離しても発光ダイオード素子１１が脱離することはない。また基体部２１を剥離することによって、発光ダイオード素子１１の一面がセル分割部２２の基体部２１が形成されていた側から露出する。最後に図９（ｃ）に示すように、セル分割部２２の基体部２１が形成されていた面に電極４１を形成して、発光ダイオード素子１１を電気的に接続する。電極４１は、図中の紙面に水平方向に形成される電気配線であり、紙面に水平方向に並べて形成されたセル２３内を縦断してカラム電極として機能する。
【００４３】
上述した様に本発明の素子配列方法を用いることで、グローバル配線の一部である電極２５を予め配列基板２０上に形成しておき、発光ダイオード素子１１の転写後には発光ダイオード素子１１と電極２５を接続するのみで電気配線が完了する。セル２３は図４に示したように配列基板２０上に格子状に配列して形成されているため、発光ダイオード素子１１も格子状に配列されることになり、セル分割部２２の両面に形成された電極２５と電極４１がそれぞれロウ電極とカラム電極として機能することで、マトリクス駆動の表示装置を構成することができる。また、配列基板２０を基体部２１とセル分割部２２の二層構造としておき、発光ダイオード素子１１の選択転写を行った後に基体部２１を剥離して、発光ダイオード素子１１に対する電気的接続を両面から行うことで、発光ダイオード素子１１が小さくても配線接続を容易にして配線ルールの自由度を高めることが可能となる。
【００４４】
発光ダイオード素子１１の発光面を図９（ｃ）の図中下側で電極４１が形成された側になるように素子の配列を行った場合には、電極４１と素子をＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）やＩＴＯインクなどの透明電極で接続することで、電極４１が発光ダイオード素子１１の発光面を覆わずに電気的接続を行うことができ、光の取り出しを妨げずに良好な光取り出し効率を実現することができる。また、発光ダイオード素子１１の発光面を図９（ｃ）の図中上側で電極２５が形成された側になるように素子の配列を行った場合には、セル分割部２２と低い壁で構成される凹形状の内側や、素子配置孔２４の表面に高反射金属と透明絶縁膜との多層構造を形成することで、光取り出し効率を向上させることができる。
【００４５】
本発明の素子配列方法では、配列基板上に形成されたセル領域内に素子を選択転写し、セル領域内で自己整合によって素子の精密な位置決定を行うことで、配列基板上に素子を配列する。セル領域は配列基板の一部領域であることから、セル領域内での自己整合を短時間で終了させることが可能となる。また、セル領域は素子を配置すべき位置よりも広い面積に形成されているため、素子の選択転写を行う際にはセル領域内に素子が落とし込まれる程度の位置精度で転写を行えばよく、精密な位置決定は自己整合により行われる。このため、素子の選択転写時の位置合わせ許容範囲を広くして素子転写のスループットを向上させて素子配列の速度を向上させることが可能となる。
【００４６】
また、本発明の素子配列方法では、素子を選択転写によってセルに落とし込むため、サファイア基板などの素子を形成した基板から素子を剥離して、直接セルに対して素子の転写を行うことができる。素子形成基板上での素子の形成は、密集したものであっても素子の転写に選択転写を用いるために任意のセルに対して任意の素子を転写することが可能である。また、セルの領域内に素子を選択転写できれば素子の精密な配列を行うことができるため、素子形成基板上に形成された素子のピッチに無関係な間隔で形成されたセルに対しても、素子を転写して自己整合による精密な配置を行うことが可能となり、配列基板上でのセルの配列に関しても自由度を向上させることが可能なる。
［第二の実施の形態］
【００４７】
本発明の素子配列方法の他の実施の形態として、発光ダイオード素子をセル領域内に配置する自己整合の他の例を説明する。本実施の形態は上述した第一の実施の形態とは、セル領域内に転写した発光ダイオード素子を素子配置孔２４に配置する方法が異なるが、他の手順および構成に関しては第一の実施の形態と同様であるため説明の重複を避けるため同一部分については説明を省略する。
【００４８】
図１０はセル領域内での発光ダイオード素子の自己整合による配置の他の例を示す工程図である。本実施の形態でも上述した第一の実施の形態と同様にして、図１０（ａ）に示すように、基体部２１上にセル分割部２２が形成された配列基板２０を用意し、セル分割部２２で区切られたセル２３領域内に液体２６を満たした後に、素子形成基板１０上に形成された発光ダイオード素子１１を選択的に転写して液体２６上に落とし込む。このとき発光ダイオード素子１１がセル２３の領域内のどの位置に配置するかは特に問題ではなく、液体２６上に発光ダイオード素子１１が浮遊した状態で、セル２３領域内での移動が可能となっていればよい。
【００４９】
次に図１０（ｂ）に示すように、液体２６上に発光ダイオード素子１１が浮遊した状態のまま、加熱や乾燥によってセル２３内の液体２６を蒸発させていく。このとき、液体２６の量が徐々に減少していき、それとともに発光ダイオード素子１１も液体２６上での位置が変化していく。セル２３内では素子配置孔２４が凹形状となっているので、液体２６の蒸発過程では素子配置孔２４内に液体２６が滞留し易く、液体２６が完全に蒸発する直前には素子配置孔２４にのみ液体２６が残留した状態となる。つまり、液体２６の蒸発が進行するにしたがって、液体２６は素子配置孔２４に集約されるかのように減少していく。
【００５０】
このとき、発光ダイオード素子１１は液体２６の流動にしたがって浮遊しているので、液体２６が蒸発によって素子配置孔２４に集約される動きに追従して、液体２６の表面張力によって発光ダイオード素子１１も素子配置孔２４に近づいていき、最終的には図１０（ｃ）に示すように素子配置孔２４に発光ダイオード素子１１が嵌合される。このような液体２６の蒸発に伴う発光ダイオード素子１１の自己整合による配置では、素子配置孔２４内部の表面を液体２６に対する濡れ性が良い状態に表面処理し、素子配置孔２４以外のセル２３領域表面を液体２６に対する濡れ性が悪い状態に表面処理することで、液体２６が素子配置孔２４に集約されるような蒸発を促すことができる。液体の蒸発と表面張力による素子の移動を用いて自己整合を行うことで、配列基板上に多数のセルを形成して多数の素子を配列する際にも、安価かつ容易に素子配列を行うことが可能となる。
［第三の実施の形態］
【００５１】
本発明の素子配列方法の他の実施の形態として、各セル領域内に液体を満たす方法の他の例を説明する。本実施の形態は上述した第一の実施の形態とは、セル領域内に液体を導入する方法が異なるが、他の手順および構成に関しては第一の実施の形態と同様であるため説明の重複を避けるため同一部分については説明を省略する。第一の実施の形態では図３に示したように、配列基板２０の一方に液体２６を供給して、配列基板２０の液体２６を供給した側を持ち上げて配列基板２０を傾斜させることで、液体２６が配列基板２０上を流れて各セル２３内に液体２６が満たされるとした。しかし本発明の素子配列方法では、配列基板２０の表面をセル２３で分割して、セル２３毎に発光ダイオード素子１１を選択的に転写し、セル２３内で発光ダイオード素子１１が自己整合によって素子配置孔２４に配置されればよく、セル２３に液体を満たす方法は他のさまざまな手段によって実現することが可能である。
【００５２】
図１１（ａ）は、セル分割部２２で区切られたセル２３にノズル５０から微小量の液体を噴出させて、各セル２３に対して液体２６を滴下して導入するインクジェット方式を説明する模式図である。この方式では、ノズル５０によってセル２３に液体２６を規定量滴下した後に、隣接するセル２３上にノズル５０を移動させていくことにより、配列基板２０上の全てのセル２３に対して液体２６を導入することができる。ノズル５０としては、例えばインクジェットプリンターなどに用いられるノズル５０を用いることができ、既存のインクジェット技術を用いているために液体２６の滴下量制御や滴下位置制御を容易に行うことが可能である。
【００５３】
図１１（ａ）に示したインクジェット方式では、配列基板２０が水平となるように保持した状態で液体２６をセル２３に対して滴下することができるため、セル２３内に発光ダイオード素子１１を選択的に転写した後に、発光ダイオード素子１１が落とし込まれているセル２３に対して液体２６を滴下することが可能である。液体２６と発光ダイオード素子１１とを各セル２３内に落とした後に、配列基板２０に超音波振動を加えるなど自己整合による発光ダイオード素子１１の配置を行う。
【００５４】
液体２６をセル２３内に滴下する以前にセル２３に発光ダイオード素子１１を選択転写する場合には、発光ダイオード素子１１が微小かつ軽量であるため静電気力によって、発光ダイオード素子１１が所望の領域以外に付着してしまう可能性がある。そこで、発光ダイオード素子１１を素子形成基板１０からセル２３に転写する前に、素子形成基板１０および配列基板２０の両方を静電除去し、想定外の領域に発光ダイオード素子１１が付着することを防止することが望ましい。または、素子形成基板１０もしくは配列基板２０を故意に帯電させておき、静電気力によって確実に発光ダイオード素子１１が配列基板２０に付着するようにしてもよい。
【００５５】
図１１（ｂ）は配列基板２０上に供給された液体２６をワイパー５１で移動させ、全てのセル２３に液体２６を満たす例を示す模式図である。配列基板２０上に大量に滴下した液体２６を棒状のディスペンス機器であるワイパー５１で引き伸ばし、配列基板２０のセル分割部２２上にコーティングするような形で液体２６を各セル２３に満たしていく。また、図１１（ｃ）は、液体２６を満たした容器５２に配列基板２０をくぐらせて、セル分割部２２で区切られるセル２３内に液体２６を満たす方法を示す模式図である。本発明の素子配列方法では、いずれの方法を用いて各セル２３内に液体２６を供給してもよい。
［第四の実施の形態］
【００５６】
本発明の素子配列方法の他の実施の形態として、配列基板としてロール状の部材を用いて、流れ作業によってセルの形成、液体の滴下、素子の選択転写およびセル領域内での自己整合による素子配置を行う例を説明する。本実施の形態は上述した第一の実施の形態とは、配列基板をロール状の部材とした点と液体の滴下をインクジェット方式で行う点が異なるが、他の手順および構成に関しては第一の実施の形態と同様であるため説明の重複を避けるため同一部分については説明を省略する。
【００５７】
本発明の素子配列方法では、発光ダイオード素子１１を配列する配列基板２０は平板な板状部材である必要はなく、フィルム状のプラスチックや樹脂を用いてロール形状にした配列基板を用いてもよい。図１２は上述して説明した第一の実施の形態の素子配列方法を流れ作業で行う方法を示した工程図である。素子形成基板１０と配列基板２０とを離間させて発光ダイオード素子１１をセル２３中に落とすことで、ロール状の配列基板２０を移動させながら流れ作業で複数工程を処理するロール・トゥ・ロールプロセスで効率的に発光ダイオード素子１１の配列を行うことができる。
【００５８】
プラスチックや樹脂で形成されたロール状の配列基板２０を回転させて、ベルトコンベアー方式での流れ作業により、金型によるセル分割部２２の型押成形でセル２３を配列基板上に形成する。次に、配列基板２０の流れ方向で金型成形よりも下流側で、インクジェット方式を用いてノズル５０で液体２６をセル２３中に滴下する。その後に、素子形成基板１０から発光ダイオード素子１１をレーザーアブレーションなどで選択的に転写し、セル２３中に発光ダイオード素子１１を落とし込む。最後に、配列基板２０に超音波振動を加えて自己整合によって発光ダイオード素子１１を素子配置孔２４に配置して、液体２６を蒸発させ、配線形成や発光ダイオード素子１１の固定を行う。
【００５９】
本発明の素子配列方法は、配列基板２０の表面をセル２３で分割して、セル２３毎に発光ダイオード素子１１を選択的に転写し、セル２３内で発光ダイオード素子１１が自己整合によって素子配置孔２４に配置されればよい。したがって、配列基板２０として樹脂やプラスチックなどで形成したロール状の部材を用いても、自己整合によって正確に発光ダイオード素子１１を素子配置孔２４に配置することができる。これにより、大面積の配列基板２０に対してもロール・トゥ・ロールプロセスで効率的に発光ダイオード素子１１の配列を行うことができる。で素子の配列を行うことができ、製造に要する時間を短縮することが可能となる。
［第五の実施の形態］
【００６０】
本発明の素子配列方法の他の実施の形態として、素子形成基板上に形成された発光ダイオード素子を選択的に転写する他の例を説明する。本実施の形態は上述した第一の実施の形態とは、発光ダイオード素子の選択転写方法が異なるが、他の手順および構成に関しては第一の実施の形態と同様であるため説明の重複を避けるため同一部分については説明を省略する。本発明の素子配列方法では、配列基板２０の表面をセル２３で分割して、セル２３毎に発光ダイオード素子１１を選択的に転写し、セル２３内で発光ダイオード素子１１が自己整合によって素子配置孔２４に配置するため、確実にセル２３に所望の発光ダイオード素子１１を選択的に転写することが重要である。しかし、素子形成基板１０から発光ダイオード素子１１を選択的に剥離させる方法は、図６に示したエキシマレーザーを用いた方法以外であってもよい。
【００６１】
図１３は、本実施の形態の選択転写方法としてＹＡＧレーザーを用いて素子形成基板１０の所定の位置にレーザー光を照射する方法を示す模式図である。ＹＡＧレーザー発生装置６０から照射面積が小さいレーザー光６２を回転ミラー６１に照射して、回転ミラー６１でレーザー光６２を反射する。回転ミラー６１は、平板状の反射面が駆動可能に形成され、反射面の法線方向を変化させるような回転動作を行う装置である。図１３では回転ミラー６１として一枚の平面ミラーを用いた例を示しているが、二枚以上のミラーを組み合わせて光の反射方向を変化させる構成を用いても良い。回転ミラー６１で反射されたレーザー光６２は、回転ミラー６１の法線方向に応じて進行方向が変えられ、マスク６３に形成された開口部６４を通過するレーザー光６２のみがレンズ６５に入射する。レンズ６５でレーザー光６２が屈折されて集光されることで素子形成基板１０の所定領域にレーザー光６２が照射される。
【００６２】
回転ミラー６１で反射されたレーザー光６２は、回転ミラー６１と素子形成基板１０との間に配置されたマスク６３方向に進行していくが、マスク６３の開口部６４以外の領域に到達したレーザー光６２はマスク６３により遮光されて素子形成基板１０には到達しない。回転ミラー６１で反射されたレーザー光６２のうち、マスク６３の開口部６４に到達した光のみがマスク６３を透過してレンズ６５および素子形成基板１０に到達するため、素子形成基板１０の所望領域にのみレーザー光６２が照射されるように開口部６４とレンズ６５の配置を設計することで、選択的なレーザー光６２の照射を行うことができる。
【００６３】
素子形成基板１０のレーザー光６２が照射された領域では、上述したレーザーアブレーションによって発光ダイオード素子１１が素子形成基板１０から剥離され、選択的に発光ダイオード素子１１の転写を行うことができる。素子形成基板１０上の任意の位置に形成されている発光ダイオード素子１１を所定のセル２３に転写することで、確実に一つのセル２３に一つの発光ダイオード素子１１を対応させて転写を行うことができる。図１３を用いて説明したＹＡＧレーザーを用いた選択転写は、回転ミラー６１を用いたガルバノスキャンとマスク６３を用いたマスク投影光学系を組み合わせたレーザーシステムであり、高スループット、高位置精度、高エネルギー利用率を得ることができる。
【００６４】
また、レーザー光を用いた発光ダイオード素子１１の選択転写のほかには、基板上に粘着剤を塗布して粘着剤上に発光ダイオード素子１１を密集させて配置しておき、光の照射や熱の照射によって粘着材の粘着力を低下させて発光ダイオード素子１１を選択的に脱離させるなどの方法を用いても良い。
［第六の実施の形態］
【００６５】
本発明の素子配列方法の他の実施の形態として、配列基板の表面をセル領域に区切る方法の他の例として、撥水性のパターンを塗布することでセルを形成する例を説明する。本実施の形態は上述した第一の実施の形態とは、セルを形成するための方法が異なるが、他の手順および構成に関しては第一の実施の形態と同様であるため説明の重複を避けるため同一部分については説明を省略する。
【００６６】
図１４は本発明の素子配列方法で用いる配列基板７０上に、撥水性のパターンを塗布して表面処理を行うことでセルの形成を行う例を示す模式図である。基体部２１上に樹脂層７１を形成し、樹脂層７１が形成されていない領域を樹脂層７１から一段低い凹部とすることで素子配置孔２４を形成する。樹脂層７１上には、液体２６に対する濡れ性が低い撥水パターン７２を塗布して、撥水パターン７２によって囲まれた領域でセル２３が構成される。
【００６７】
撥水パターン７２が塗布された領域には液体２６が滞留し難いため、上述したインクジェット方式などで素子配置孔２４周辺に液体２６を滴下したとしても、撥水パターン７２上には液体２６が貯まらずに素子配置孔２４および樹脂層７１が露出した領域であるセル２３内にだけ液体２６が蓄えられる。つまり、樹脂層７１上には高低差を形成する構造は無いが、撥水パターン７２によってセル２３が分割され、各セル２３毎に個別に液体２６が蓄えられる。したがって、上述した第一の実施の形態と同様に、各セル２３に対して発光ダイオード素子１１を選択的に転写し、超音波振動などによる自己整合で発光ダイオード素子１１を素子配置孔２４に嵌合させることができる。
【００６８】
撥水パターン７２でセル２３を構成するのと同様に、液体２６に対する濡れ性が高い親水パターンを素子配置孔２４周辺領域にのみ塗布しておき、親水パターンが塗布された領域をセル２３とすることで、セル２３毎に液体２６を蓄えるとしてもよい。この場合にも、樹脂層７１上には高低差を形成する構造は無いが、親水パターンによってセル２３が決定され、各セル２３毎に個別に液体２６が蓄えられる。したがって、上述した第一の実施の形態と同様に、各セル２３に対して発光ダイオード素子１１を選択的に転写し、超音波振動などによる自己整合で発光ダイオード素子１１を素子配置孔２４に嵌合させることができる。
［第七の実施の形態］
【００６９】
本発明の素子配列方法の他の実施の形態として、発光ダイオード素子を素子配置孔に自己整合により配置した後の発光ダイオード素子の固定方法の例を説明する。本実施の形態は上述した第一の実施の形態とは、自己整合により発光ダイオード素子を配置した後に固定する方法が異なるが、他の手順および構成に関しては第一の実施の形態と同様であるため説明の重複を避けるため同一部分については説明を省略する。
【００７０】
図１５は、本発明の素子配列方法において熱可塑性で熱硬化性の樹脂を用いて発光ダイオード素子の固定を行う例を示す模式図である。本実施の形態でも、素子形成基板１０とは別に発光ダイオード素子１１を配列するための配列基板８０を形成する。配列基板８０は基体部２１上にセル分割部２２および樹脂層２２ｂが形成され、セル分割部２２で仕切られた領域が個別のセル２３を形成している。基体部２１はプラスチックやガラス基板などの平板状の部材であり、セル分割部２２は樹脂などにより構成された高い壁と低い壁の二段構造の壁状部材である。セル２３の領域内には、樹脂層２２ｂの間に発光ダイオード素子１１を配置するための素子配置孔２４が開口されている。樹脂層２２ｂおよび素子配置孔２４上には、熱可塑性で熱硬化性の樹脂によって固定用樹脂層８１が形成されている。
【００７１】
また、樹脂層２２ｂの上面にはフォトリソグラフィーなどで電極２５が形成されている。電極２５は図中の紙面に垂直な方向に形成された電気配線であり、紙面に垂直方向に並べて形成されたセル２３内を縦断してロウ電極として機能する。また、セル分割部２２で区切られた各セル２３の内部領域には、アルコールや純水などの液体２６を注入しておく。セル２３の内部領域は液体２６が蓄えられているため、素子配置孔２４、電極２５および樹脂層２２ｂは液体２６で覆われて、液体２６中に埋没することになる。
【００７２】
図１５（a）に示すように、用意された配列基板８０と素子形成基板１０とを対向させ、素子形成基板１０の所定の位置に形成されている発光ダイオード素子１１を選択的に剥離させて、発光ダイオード素子１１が各セル２３に一個配分されるように落として転写を行う。図１５（ｂ）の部分拡大図に示すように、セル２３に落とし込まれた発光ダイオード素子１１は、セル２３中に満たされている液体２６に浮かんでおり、素子配置孔２４が形成された位置の直上に位置するとは限らない。
【００７３】
次に図１５（ｂ）に示すように、液体２６中に発光ダイオード素子１１が浮遊した状態で、第一の実施の形態と同様に配列基板８０に超音波振動を加えることで、自己整合によって発光ダイオード素子１１を素子配置孔２４に嵌合させる。自己整合による発光ダイオード素子１１の配置を行った後に、配列基板８０を加熱して固定用樹脂層８１を軟化させ、発光ダイオード素子１１と素子配置孔２４の隙間をなくす。その後、配列基板８０を固定用樹脂層８１が硬化する温度に冷却または加熱して、固定用樹脂層８１を硬化させることで固定層８２へと変化させて発光ダイオード素子１１の固定を行う。
【００７４】
素子配置孔２４の内部に固定用樹脂層８１を形成しているため、自己整合により素子配置孔２４に発光ダイオード素子１１を配置させた後の発光ダイオード素子１１の固定を簡便に行うことができる。
［第八の実施の形態］
【００７５】
図１６は、本発明の素子配列方法で液体を吸収して膨張、変形する材質を用いて発光ダイオード素子の固定を行う例を示す模式図である。図１６（ａ）に示すように、配列基板９０として、基体部２１上に樹脂層９１を形成し、樹脂層９１が形成されていない領域を樹脂層９１から一段低い凹部とすることで素子配置孔２４を形成する。樹脂層９１上には、液体２６を吸収して膨張、変形する材質によって膨張パターン９２が形成され、膨張パターン９２によって囲まれた領域でセル２３が構成されている。また、膨張パターン９２で区切られた各セル２３の内部領域には、アルコールや純水などの液体２６を注入しておく。
【００７６】
次に、発光ダイオード素子１１が形成された素子形成基板１０を配列基板９０に対向させて、第一の実施の形態と同様にしてエキシマレーザーを用いた選択転写を行うことで、各セル２３に発光ダイオード素子１１を落とし込む。各セル２３内で超音波振動によって発光ダイオード素子１１を移動させることで、図１６（ｂ）に示すように自己整合によって発光ダイオード素子１１を素子配置孔２４に嵌合させる。
【００７７】
膨張パターン９２は、液体２６と反応して膨張、変形する材質によって形成されているため、時間の経過に伴って膨張パターン９２が樹脂層９１上で膨張していき、図１６（ｃ）に示すように発光ダイオード素子１１の周囲にまで到達する。これにより、膨張パターン９２によって発光ダイオード素子１１が固定され、自己整合による発光ダイオード素子１１の配置後に容易に発光ダイオード素子１１を固定することが可能となる。
［第九の実施の形態］
【００７８】
本発明の素子配列方法の他の実施の形態として、配列基板上に形成するセルの他の構成例を説明する。本実施の形態は上述した第一の実施の形態とは、配列基板上に形成されるセルの形状や配列される素子の種類が異なるが、他の手順および構成に関しては第一の実施の形態と同様であるため説明の重複を避けるため同一部分については説明を省略する。
【００７９】
図１７（ａ）乃至（ｆ）は、本発明の素子配列方法で配列基板上に形成するセルの形状および配列を示す平面図である。本発明の素子配列方法では、配列基板２０の表面をセル２３で分割して、セル２３毎に発光ダイオード素子１１を選択的に転写し、セル２３内で発光ダイオード素子１１が自己整合によって素子配置孔２４に配置するため、セル２３の形状や配置方法に自由度を持たせることができる。
【００８０】
セル２３の形状および配列の一例として、図１７（ａ）に示すように配列基板２０上に長方形のセル２３を等間隔で形成する。また、各セル２３には選択転写によって赤色の発光ダイオード素子１１Ｒと、緑色の発光ダイオード１１Ｇと、青色の発光ダイオード１１Ｂとが転写され、自己整合によってセル２３内での所定位置に配置されている。発光ダイオード素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂとが一組で画素１００を構成している。光の三原色である赤緑青を発光する画素１００が配列基板２０上に縦横に形成されることで、表示装置が形成される。
【００８１】
同様に図１７（ｂ）に示すように、配列基板２０上に略正方形のセル２３を形成して画素１０１を構成するとしてもよい。発光ダイオード素子１１をセル２３領域内に選択転写するためには、セル２３の面積が大きいほうが好ましいが、セル２３領域内での自己整合による発光ダイオード素子１１の位置決定を迅速に行うためにはセル２３の面積が小さいほうが好ましい。したがって、セル２３の面積は発光ダイオード素子１１を確実に領域内に転写できる程度の大きさとし、配列基板２０上の限られた領域をセル２３としてもよい。
【００８２】
また図１７（ｃ）に示すように、配置する発光ダイオード素子１１の種類に応じてセル２３の形状を変化させて画素１０２を構成するとしてもよい。図１７（ｃ）では赤色の発光ダイオード素子１１Ｒを配置するためのセルの形状を横長の長方形とし、青色の発光ダイオード素子１１Ｂと緑色の発光ダイオード素子１１Ｇを配置するためのセルの形状を略正方形としている。このような変則的なセル２３の形状および配列でも、素子を選択転写でセル２３内に落とした後に自己整合によって精密な素子の配置を行うこが可能である。このようなセル形状と配列は、配置する素子の種類によって素子サイズが異なる場合や、素子の機能を実現するために必要なセル面積が異なる場合に好適である。例えば、赤色の発光ダイオード素子１１Ｒが他の素子よりも大きい場合には、発光ダイオード素子１１Ｒを配置するセル２３の面積を大きくし、緑色の発光ダイオード素子１１Ｇの輝度が他の素子よりも低い場合には発光ダイオード素子１１Ｇを配置するセル２３の面積を大きくするなどが挙げられる。
【００８３】
さらに変則的なセル２３の配置としては、図１７（ｄ）に示すように、配列基板２０上に縦横に形成される画素１０３毎に、セル２３の配列を変化させるような例も可能である。この場合にも、素子を選択転写でセル２３内に落とした後に自己整合によって精密な素子の配置を行うこが可能である。
【００８４】
また、配列基板２０上に配列する素子は発光ダイオード素子１１に限定せず、図１７（ｅ）に示すように、発光ダイオード素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに加えてアクティブチップ１１Ａを配列することも可能である。素子の転写方法としては、レーザーアブレーションによる素子の剥離以外にも、上述した様に、粘着層上に密集させて配列した素子を光照射や熱照射によって剥離する方法を用いることができる。そのため、画素１０４毎に発光ダイオード素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを駆動するためのアクティブチップ１１Ａを配置するためのセル２３を形成して、アクティブマトリクス型の表示装置を構成することが可能である。
【００８５】
配列基板２０に配列する素子としては、アクティブチップの他にも、有機ＥＬなどの自発光素子、各種蛍光体、または図１８に示すように微小な基板１１１上に複数種類の素子１１２，１１３，１１４が実装されている複合素子１１０（例えばＳｉ−Ｔｒサブマウント上のＲＧＢマイクロＬＥＤなど）を用いることができる。本発明の素子配列方法では、配列基板２０の表面をセル２３で分割して、セル２３毎に素子を選択的に転写し、セル２３内で素子が自己整合によって素子配置孔２４に配置するため、素子の形状や種類に依らずに精密な位置決めを行うことが可能である。したがって、複数種類の素子を変則的なセル配列に対して簡便に配列することができるため、精密な位置決めを行う必要がある複雑な装置を簡単かつ迅速に製造することが可能となる。
【００８６】
また、配列基板２０上に形成されるセル２３の形状は略正方形や長方形などの矩形状である必要は無く、図１７（ｆ）に示すような円形状のセル２３に発光ダイオード素子１１を選択転写して、画素１０５を構成するとしてもよい。セル２３の形状や配列方法に依存せずに、発光ダイオード素子１１がセル２３領域内に落とし込まれるような選択転写を行うことで、セル２３領域内で発光ダイオード素子１１の自己整合で精密な位置決めを行うことが可能であるため、自由度の高い電子機器設計を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の素子配列方法で配列を行う発光ダイオード素子を素子形成基板上に形成した状態を示す断面図である。
【図２】本発明の素子配列方法で発光ダイオード素子を配列するための配列基板の構造を示す模式断面図であり、各セルに液体を満たした様子を示している。
【図３】本発明の素子配列方法で、配列基板上に形成された各セルに液体を満たす方法の一例を示す工程断面図である。
【図４】本発明の素子配列方法で用いられる配列基板上に形成されたセル分割部を示す外観斜視図である。
【図５】本発明の素子配列方法で素子形成基板に形成された発光ダイオード素子を選択転写によってセル領域内に転写する様子を示す工程断面図である。
【図６】本発明の素子配列方法で発光ダイオード素子を素子形成基板から選択的に剥離する方法の一例を示す工程図であり、エキシマレーザーとマスクを用いたレーザーアブレーションによる方法を示している。
【図７】本発明の素子配列方法で、素子形成基板よりも大きな面積の配列基板に対して、複数回の素子転写を繰り返して行うステップ転写を説明する工程断面図である。
【図８】本発明の素子配列方法で、各セルに転写された発光ダイオード素子をセル領域内で自己整合によって素子配置孔に配置する方法の一例を示す工程断面図であり、超音波振動による発光ダイオード素子の移動を用いる場合を示している。
【図９】本発明の素子配列方法を用いてセル領域内の素子配置孔に発光ダイオード素子を配置した後に、発光ダイオード素子に電気配線を接続する手順を説明する工程断面図である。
【図１０】本発明の第二の実施形態として、液体上に発光ダイオード素子を浮遊させた状態で液体を蒸発させていき、液体の流動と表面張力による自己整合で発光ダイオード素子の配置を行う工程図である。
【図１１】本発明の素子配置方法で各セルに液体を導入する方法を説明する模式図であり、図１１（ａ）はノズルから液体を噴射するインクジェット方式を示し、図１１（ｂ）はワイパーを用いて液体をコーティングする方法を示し、図１１（ｃ）は容器に蓄えられた液体中に配列基板をくぐらせる方法を示している。
【図１２】本発明の素子配列方法で、配列基板としてロール形状の部材を用いて流れ作業によって素子の選択転写と自己整合による配置を行う方法を示す模式図である。
【図１３】本発明の素子配列方法で発光ダイオード素子を素子形成基板から選択的に剥離する方法の一例を示す工程図であり、ＹＡＧレーザーとガルバノスキャンを用いたレーザーアブレーションによる方法を示している。
【図１４】本発明の素子配列方法で用いる配列基板上に、撥水性のパターンを塗布して表面処理を行うことでセルの形成を行う例を示す模式図である。
【図１５】本発明の素子配列方法において熱可塑性で熱硬化性の樹脂を用いて発光ダイオード素子の固定を行う例を示す模式図である。
【図１６】本発明の素子配列方法で液体を吸収して膨張する材質を用いて発光ダイオード素子の固定を行う例を示す模式図である。
【図１７】本発明の素子配列方法で配列基板上に形成するセルの形状および配列を示す平面図である。
【図１８】本発明の素子配列方法でセルに転写される素子の例として、複数の素子が実装されている複合素子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０    素子形成基板
１１    発光ダイオード素子
１２    素子分離溝
２０，７０，８０，９０    配列基板
２１    基体部
２２    セル分割部
２３    セル
２４    素子配置孔
２５，４１    電極
２６    液体
３０    エキシマレーザー発生装置
３０ａ，６２    レーザー光
３１    マスク
３２，６４    開口部
３３    反射鏡
３４，６５    レンズ
４０    透明導電性インク
４２    透明樹脂
５０    ノズル
５１    ワイパー
５２    容器
６０    レーザー発生装置
６１    回転ミラー
６３    マスク
７１，９１    樹脂層
７２    撥水パターン
８１    固定用樹脂層
８２    固定層
９２    膨張パターン
１００〜１０５    画素
１１０    複合素子
１１１    微小な基板
１１２，１１３，１１４    素子
【図１７】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【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１８】
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