CN112820724A - 图像显示元件及图像显示元件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种在驱动电路基板上呈阵列状地配置有微型发光元件的图像显示元件，激励光发光元件包括由化合物半导体构成的主体、配置于主体的驱动电路基板侧的金属电极以及配置于驱动电路基板的相反侧的透明电极，主体所包含的发光层配置于与主体的中央部相比靠驱动电路基板的相反侧。

Description

图像显示元件及图像显示元件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种包含微型发光元件的图像显示元件以及图像显示元件的制造方法。
背景技术
提出了在驱动电路基板(driving circuit substrate)上配置有多个构成像素的微型发光元件的显示元件。例如，在特开2002-141492号公报所公开的技术中，在硅基板上形成驱动电路，在驱动电路上配置发出紫外光的微小的发光二极管(μLED)阵列。另外，在上述技术中，公开了通过在发光二极管阵列上设置波长转换部(Wavelength conversionportion)，从而显示彩色图像的小型显示元件，其中，该波长转换部用于将紫外光转换为红色、绿色以及蓝色的可见光。
作为另一个例子，US2018/0090058A1号公报所公开的显示元件在驱动电路上呈阵列状地配置有发出蓝色、绿色、红色等的微小的发光二极管(μLED)，并由反射壁(micro-reflector)包围μLED的周围。在该方式中，现实中难以在一个像素中配置RGB3色的μLED，开发了单色显示元件。
这样的显示元件虽然小型，但具有亮度高，耐久性也高的特性。因此，作为眼镜型终端(glasses-like devices)、平视显示器(HUD：Head-Up Display)等显示装置用的显示元件而备受期待。
作为这样的显示元件的制造方法，由于驱动电路基板的材料与微型发光元件的材料不同，因此，一般采用将两者分别形成后进行贴合的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题
在专利文献2所示的由μLED和反射壁构成的像素中，可以想到组合专利文献1所示的波长转换材料来构成全彩色显示元件的方式。尤其是，通过将μLED与包围其的反射壁之间用波长转换材料填满，可以用波长转换材料覆盖μLED的底面(构成驱动电路的硅基板侧的面)以外的全部的面，因此，能够期待大幅提高波长转换效率。
但是，在这样的结构中，如果要提高发光效率，则需要减小μLED。μLED尺寸越小，则由于μLED加工时产生的损伤，μLED的内部量子效率降低，产生不能实现期待程度的发光效率的问题。另外，如果μLED小，则在加工μLED的工序中，由于构成μLED的化合物半导体层的大部分丢失，因此产生化合物半导体层的利用效率非常低的问题。
本发明的一方式是鉴于这些问题点而完成的，其目的在于，在由μLED和在包围该μLED的反射壁之间配置有波长转换材料的微发光元件构成的显示元件中，提高发光效率，降低功率消耗。并且，提供一种能够提高构成μLED的化合物半导体层的利用效率的制造方法。
用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述问题，(1)本发明的一实施方式的图像显示元件，其是在包含向微型发光元件供给电流并使所述微型发光元件发光的驱动电路的驱动电路基板上呈阵列状配置有所述微型发光元件的图像显示元件，所述微型发光元件向所述驱动电路基板的相反侧释放光，所述微型发光元件由产生激励光的激励光发光元件、包围所述激励光发光元件的反射壁以及配置于所述反射壁内侧的波长转换材料构成，所述反射壁的侧壁与所述激励光发光元件的侧壁不接触，是以相对于所述微型发光元件的光释放方向敞开的方式倾斜，所述波长转换材料吸收所述激励光，并释放波长比所述激励光长的光，所述波长转换材料覆盖所述激励光发光元件的除所述驱动电路基板侧的面之外的所有面，所述激励光发光元件包括：主体，其由化合物半导体构成；金属电极，其配置在所述主体的所述驱动电路基板侧；以及透明电极，其配置在所述驱动电路基板的相反侧。
此外，(2)本发明的一实施方式，是所述图像显示元件的制造方法，所述制造方法包括以下工序，并按照该顺序进行，所述制造方法包括：(a)在生长基板上沉积化合物半导体层；(b)除去所述化合物半导体层的一部分并形成分割槽，在分割槽之间形成主体；(c)恢复形成了所述分割槽的化合物半导体层的损伤；(d)将所述化合物半导体层的表面贴合于转印基板；(e)剥离生长基板；(f)对化合物半导体层进行研磨，除去所述分割槽的化合物半导体层，使所述主体彼此分离；(g)在所述转印基板的露出所述主体一侧的面上沉积电极膜；(h)将所述转印基板的所述电极膜侧的面贴合于驱动电路基板，此时，所述主体以与所述驱动电路基板上的驱动电极重叠的方式对准；(i)剥离所述转印基板；(j)在所述驱动电路基板上形成包含所述主体的激励光发光元件；(k)形成包围所述激励光发光元件的反射壁；(1)在所述反射壁的内部配置波长转换材料。
有益效果
通过提高微型发光元件的发光效率，能够降低功率消耗。而且，能容易地实现高效率、低功率消耗的全彩显示元件。
此外，通过有效利用构成μLED的化合物半导体，能够降低制造成本。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的图像显示元件的截面示意图。
图2是本发明第一实施方式的图像显示元件的平面示意图。
图3A是表示本发明的第一实施方式的微型发光元件的制造工序(manufacturingflow)的截面示意图。
图3B是表示上述微型发光元件的制造工序的截面示意图。
图3C是表示上述微型发光元件的制造工序的截面示意图。
图3D是表示上述微型发光元件的制造工序的截面示意图。
图4的(4-1)是表示红色波长转换部的激励光吸收量、来自红色波长转换部的激励光泄漏量的模拟结果的图。(4-2)是表示来自红色波长转换部的红色光取出效率的模拟结果的图。(4-3)是表示红色光的释放角度依赖性的模拟结果的图。(4-4)是表示对激励光与红色光的释放角度依赖性进行比较的模拟结果的图。
图5是本发明第二实施方式的图像显示元件的截面示意图。
图6是本发明第二实施方式的图像显示元件的俯视示意图。
图7是表示比较从透明部释放的蓝色光、激励光与红色光的释放角度依赖性的模拟结果的图。
图8是本发明的第三实施方式的图像显示元件的截面示意图。
图9A是表示本发明的第三实施方式的图像显示元件的制造工序的截面示意图。
图9B是表示上述图像显示元件的制造工序的截面示意图。
图9C是表示上述图像显示元件的制造工序的截面示意图。
图10的(10-1)至(10-2)是本发明第三实施方式所涉及的图像显示元件的变形例的截面示意图。
图11是本发明的第四实施方式的图像显示元件的截面示意图。
图12A是表示本发明的第四实施方式的图像显示元件的制造工序的截面示意图。
图12B是表示上述图像显示元件的制造工序的截面示意图。
图13是本发明的第五实施方式的显示元件的截面示意图。
图14A是表示本发明的第五实施方式的显示元件的制造工序的截面示意图。
图14B是表示上述图像显示元件的制造工序的截面示意图。
图14C是表示上述图像显示元件的制造工序的截面示意图。
图14D是表示上述图像显示元件的制造工序的截面示意图。
图15是本发明的第六实施方式的图像显示元件的截面示意图。
图16是本发明的第七实施方式的图像显示元件的截面示意图。
图17是本发明的第七实施方式的图像显示元件的俯视示意图。
图18是表示关于纳米天线阵列的有无对从透明部释放的蓝色光和从红色波长转换部释放的红色光的释放角度依赖性进行比较的模拟结果的图。
图19是本发明的第八实施方式的图像显示元件的截面示意图。
图20是表示关于微透镜和反射壁的有无对从红色光发光元件释放的红色光的释放角度依赖性进行比较的模拟结果的图。
图21是本发明的第九实施方式的图像显示元件的截面示意图。
图22是本发明的第九实施方式的子像素的俯视示意图。
图23A是表示本发明的第九实施方式的图像显示元件的制造工序的截面示意图。
图23B是表示上述图像显示元件的制造工序的截面示意图。
图23C是表示上述图像显示元件的制造工序的截面示意图。
具体实施方式
以下，例举具有多个微型发光元件100的图像显示元件200为例，参照图1至图23C对本发明的实施方式进行说明。另外，图像显示元件200包含多个微型发光元件100和驱动电路基板50，驱动电路基板50向位于像素区域1(pixel region)的该微型发光元件100供给电流，并控制发光。微型发光元件100在像素区域1中被配置为阵列状。微型发光元件100向与驱动电路基板50相反侧释放光。只要没有特别说明，将微型发光元件100向空气中释放光的面称为光释放面130(light emitting surface)。另外，在图像显示元件200的构成的说明中，只要没有特别说明，则将光释放面130称为上表面(第一面)，将与光释放面一侧相反侧的面称为下表面(第二面)，将除上表面以及下表面以外的侧方的面称为侧面。在相对于光释放面130的垂线方向上，将朝向空气中的方向称为前方。驱动电路基板50的表面是与多个微型发光元件100接合的接合面(bonding surface)，贴合多个微型发光元件100。只要没有特别说明，将接合面设为水平面。
驱动电路基板50在像素区域1中，配置有控制供给到各微型发光元件100的电流的微型发光元件驱动电路(micro light emitting element driving circuit)，并且在像素区域1的外侧配置有用于选择呈二维矩阵状配置的微型发光元件100的各行的行选择电路、向各列输出发光信号的列信号输出电路、基于输入信号算出发光信号的图像处理电路、输入输出电路等。在驱动电路基板50的接合面侧的表面配置有与微型发光元件100连接的N驱动电极51(N-drive electrode)(第一驱动电极)和P驱动电极52(P-drive electrode)(第二驱动电极)。驱动电路基板50一般是形成有LSI的硅基板(半导体基板)、形成有TFT的玻璃基板、塑料基板，能够以公知的技术制造，因此关于其功能、构成不再详述。
在本说明书中，仅表示微型发光元件100的N电极23N、P电极23P分别与N驱动电极51、P驱动电极52直接连接的结构，但也可以在两者之间夹有凸块、膏、纳米微粒等用于连接的部件。
以下，关于构成微型发光元件100的激励光发光元件，主要说明了由氮化物半导体构成的情况，但构成激励光发光元件的发光层的原材料并不限定于氮化物半导体，也可以是钙钛矿材料、量子点材料等其他的化部半导体材料。关于氮化物半导体层14，对N侧层11配置于驱动电路基板侧的构成进行说明，但也可以是P侧层13配置于驱动电路基板侧的构成。N侧层11、发光层12以及P侧层13各自通常不是单层而是以包含多个层被最优化，但由于与本发明的一形态没有直接关系，因此，关于N侧层11、发光层12以及P侧层13的详细结构并未详述。通常，发光层12被夹在N型层(N-type layer)和P型层(P-type layer)之间，但N型层和P型层也可以包含非掺杂层或者具有导电性相反的掺杂剂的层。因此，以下关于N型层及P型层分别记载为N侧层及P侧层。
另外，在附图中，以接近正方形的形状描绘微型发光元件100，但微型发光元件100的形状并无特别限定。微型发光元件能够取得三角形、矩形、多边形、圆形、椭圆形等各种平面形状，但设想最大长度为60μm以下。图像显示元件200设想在像素区域1中集成了3千个以上的微型发光元件。
〔第一实施方式〕
(图像显示元件200的构成)
图1是本发明的第一实施方式的图像显示元件200的像素区域1的截面示意图。图2是本发明的第一实施方式的图像显示元件200的像素区域1的俯视示意图。图1表示图2的A-A线部分的截面图。如图2所示，图像显示元件200的上表面成为多个像素5以阵列状排列的像素区域(pixel region)1。在本实施方式中，图像显示元件200是单色的显示元件，各像素5包含一个单色的微型发光元件100。如图2所示，在像素区域1中，像素5配置成阵列状，各像素5发出红色光，通过调整各自的强度来显示红色的单色图像。
微型发光元件100由放射蓝色光的激励光发光元件105、红色波长转换部32以及反射壁34构成。激励光发光元件105具备分割氮化物半导体层14而成的主体16、N电极23N(第一电极)、透明电极30(第二电极)，在光出射面侧配置有透明电极30，在驱动电路基板50侧配置有N电极23N。N电极23N与驱动电路基板50上的N驱动电极51连接。透明电极30与配置在像素间的P电极23P连接，P电极23P与驱动电路基板50上的P驱动电极52连接。根据在驱动电路基板50的N驱动电极51与P驱动电极52之间流动的电流量来控制激励光发光元件105的发光量。
构成主体16的氮化物半导体层14从驱动电路基板50侧起依次层叠有N侧层(N-side layer)11、发光层(light emission layer)12、P侧层(P-side layer)13。发光层12优选配置在氮化物半导体层14的上表面侧。优选主体16的底面被N电极23N覆盖。如果存在未被N电极23N覆盖的部分，则光从主体16向驱动电路基板50侧泄漏，产生发光效率的降低、光串扰。在N电极23N的N侧层11侧，优选铝、银那样配置反射率高的材料。另外，铝、银容易与N型层形成欧姆接触，适合于与N侧层11连接的电极。在钛、钯这样的反射率低的金属材料中，底面的光吸收增加，光释放效率降低。
在主体16的上表面存在除去了透明绝缘膜17的开口部(P接触孔18P)，在P接触孔18P上，P侧层13与透明电极30连接。透明电极30可以是例如ITO(Indium-Tin-Oxide，铟锡氧化物)、IZO(Indium-Zinc-Oxide，铟锌氧化物)等氧化物半导体，也可以是银纳米纤维膜等。ITO等透明电极材料能够与P型层容易地形成欧姆接触。为了减少激励光的吸收，优选透明电极30尽量薄。由于变薄，配线电阻有可能变高，但在本构成中，由于经由配置于像素5端的P电极23P与P驱动电极52电连接，因此，配线电阻能够保持得较低。因此，通过在主体16的上侧配置P侧层13，在下侧配置N侧层11，从而在主体16的光释放侧配置透明电极30，并且在主体16的驱动电路基板50侧配置金属电极，从而能够防止漏光。由此，能够在保持工作电压降低的同时提高激励光发光元件105的发光效率。
主体16的侧面整体被透明绝缘膜17覆盖。如果侧面的一部分被金属材料、光吸收性的树脂材料覆盖，则从主体16向红色波长转换部32的光取出被阻碍，发光效率降低。主体16的侧面优选接近垂直于水平面。通过主体16的侧面接近垂直，能够尽可能地增大发光层12的面积，提高对加工损伤的耐性。
反射壁34配置于相邻的像素5的边界，在本构成中，在具有倾斜的侧面的母材35的表面配置有反射材料36。母材35例如是对通过光刻技术形成的抗蚀剂图案进行硬烘烤而成的树脂材料。反射材料36是反射率高的铝、银的薄膜。反射材料36的表面以朝向光释放方向敞开的方式倾斜。将反射材料36的表面与水平面所成的角度设为θw。优选θw越小。
如图1所示，激励光发光元件105的周围被反射壁34包围，反射壁34的高度比激励光发光元件105高，激励光发光元件105除了底面以外整体被红色波长转换部32覆盖。红色波长转换部32的上表面是光释放面130。为了红色波长转换部32高效地吸收激励光发光元件105所释放的激励光，优选激励光发光元件105的上部的红色波长转换部32厚。对于具有一定高度的反射壁34，为了确保激励光发光元件105上的红色波长转换部32的厚度，必须使激励光发光元件105的高度薄。即，需要降低主体16的高度。例如，在像素5的配置间距为4μm、反射壁34的高度为4μm的情况下，如果作为激励光发光元件105上的红色波长转换部32的厚度要确保为2μm，则主体16的高度约为2μm以下。如果要形成更微细的像素，则优选主体16的高度为2μm以下。一般而言，主体16的高度优选为像素5的配置间距的1/2以下。
进一步地，红色波长转换部32需要覆盖激励光发光元件105的周围。即，红色波长转换部32将激励光发光元件105与反射壁34之间的空间填埋，从而能够高效地使红色波长转换部32吸收激励光。
(图像显示元件200的制造工序)
接着，使用图3A至图3D的(3-0)至(3-15)说明图像显示元件200的制造工序。图3A至图3D的(3-0)至(3-15)是表示本发明的第一实施方式的图像显示元件200的制造工序的截面示意图。
如图3A的(3-0)所示，通过在生长基板9上依次层叠N侧层11、发光层12以及P侧层13来形成氮化物半导体层14。生长基板9例如是蓝宝石基板、SiC基板、硅基板等。优选在生长基板9侧配置N侧层11。这是因为，如果P侧层13先生长，则作为掺杂剂的镁(Mg)残留在MOCVD装置的生长室中，发光层12也被引入，产生发光效率降低的问题。
如图3A的(3-1)所示，使用光刻法和干法蚀刻法，除去P侧层13、发光层12以及N侧层11的一部分，形成分割槽(separation trench)15。此时，包括发光层12的部分成为主体16。主体16由N侧层11、发光层12、P侧层13构成。如图2所示，分割槽15在俯视时沿上下方向及左右方向等间隔地形成，主体16的形状为四角柱或具有倾斜角度大的侧面的四角锥台。但是，主体16的平面形状不限于四边形，也可以是三角形、圆、椭圆或其他多边形。优选主体16的侧面16S相对于水平面的倾斜角度θb接近于90度，优选至少为80度以上。通过使倾斜角度θb接近于90度来将发光层12的面积保持得较大，能够减少在分割槽15形成时所产生的损伤的影响。倾斜角度θb也可以为100度以下。即，在图3A的(3-1)中，即使使主体16的侧壁稍微为倒锥形，光取出效率的降低也少，可以容许。
分割槽15的深度只要是N侧层11的N型杂质(通常为硅)的浓度足够高的深度即可，优选浅。通过变浅，能够减少干法蚀刻量，减少损伤。由于分割槽15的深度大致对应于主体16的高度，因此降低主体16的高度会使分割槽15的深度变浅。因此，通过降低主体16的高度，用足够厚度的红色波长转换部32覆盖激励光发光元件105，并且，通过降低损伤来提高发光效率。
在形成分割槽15后，进行形成分割槽15时产生的损伤的恢复处理。认为损伤是由于从干法蚀刻法时使用的等离子体入射到氮化物半导体层14的能量高的离子而生成的晶格缺陷、悬挂键等电子缺陷，产生非发光再结合。损伤恢复处理例如是用强碱液来除去损伤部。或者，是各种气体气氛下的高温退火(例如500℃以上)、氮化物半导体层的再生长等。在本工序中，由于氮化物半导体层14位于生长基板9上，金属材料和有机材料也没有附着，因此能够应用各种损伤恢复单元。
另一方面，不同于本工序，在驱动电路基板50上贴合氮化物半导体层14之后，在对氮化物半导体层14进行干法蚀刻的制造方法中，由于贴合时所使用的电极层露出，因此难以进行酸、碱处理。此外，驱动电路基板50通常不耐受使氮化物半导体层14生长那样的高温处理，因此高温处理的温度也被限制。(被限制到450℃以下。)在本工序中，通过使分割槽15的深度变浅，从而降低损伤，并且通过应用各种损伤恢复单元，具有能够彻底提高损伤恢复程度的优点。
在形成了分割槽15之后，如图3A的(3-2)所示，将氮化物半导体层14通过粘接材料(粘接剂/粘接层)4粘接在转印基板10上，如图3A的(3-3)所示，剥离生长基板9。在生长基板9如蓝宝石、SiC那样透明的情况下，可以使用激光剥离法。在不像硅那样透明的情况下，可以组合磨削、研磨、湿法蚀刻、等离子体蚀刻等方法来剥离基板。转印基板优选为由与驱动电路基板50相同的材料构成，且与驱动电路基板50相同程度地平坦的基板。例如，为硅基板、玻璃基板等。
接着，如图3A的(3-4)所示，研磨通过基板剥离而露出的N侧层11，完全除去分割槽15部分的N侧层11。通过这样，针对每个像素5单独分割主体16。在本制造方法中，N侧层11的大部分可以通过不会对发光层12产生损伤的研磨法来除去。其结果，能够抑制导致发光效率降低的损伤的产生。此外，在本工序中，在分割槽15部分的N侧层11消失的时刻，会出现研磨特性大不相同的粘接材料，因此研磨的终点检测容易，能够高精度地控制主体16的厚度。另外，若在图3A的(3-1)之后，在分割槽15的底部配置研磨阻止材料(例如SiN膜等)，则能够进一步提高主体16的厚度控制。
使用转印基板10在制造高度低的主体16上是重要的。如上所述，在本构成中，需要降低主体16的高度，但一般驱动电路基板50的厚度存在至少数μm以上的加工偏差，在粘贴于驱动电路基板50之后研磨氮化物半导体层14的情况下，难以控制主体16的高度偏差。驱动电路基板50的厚度虽然能够降低偏差，但制造成本上升，实际上是困难的。另一方面，由于转印基板10能够再利用，因此，即使成本高，也能够使用厚度偏差少的转印基板。因此，在将氮化物半导体层粘贴于转印基板10之后，剥离生长基板9，在通过研磨将主体16相互分离的方法中，能够减少主体16的高度偏差，制造高度更低的主体16。
接着，如图3B的(3-5)所示，沉积电极膜23L。优选地，电极膜23L与主体16直接接触，与N侧层11电气地形成欧姆接触，并且相对于激励光、激励光被波长转换的光(在本实施方式中为红色光)，具有高反射率。作为满足这样的条件的材料，有银、铝。电极膜23L不限于由银、铝构成的单层膜，也可以是在与主体16接触的面上配置有这些材料的多层膜。
接着，如图3B的(3-6)所示，相对于另外制造的驱动电路基板50，使电极膜23L与驱动电路基板50的表面相对地粘接。在粘接时，精密地对准，使得主体16配置在N驱动电极51上。以下，将转印基板10以及驱动电路基板50分别附在晶片状态的情况下进行描述，但转印基板10也可以以图像显示元件200为单位被单片化，驱动电路基板50可以是晶片状态，还可以将转印基板10以及驱动电路基板50两者以图像显示元件200为单位进行单片化。关于驱动电路基板50，仅表示N驱动电极51和P驱动电极52，省略其它结构。另外，由于需要将主体16精密地对准N驱动电极51，因此，在像素区域1以外的区域，可以预先除去电极膜23L。
贴合时，配合电极膜23L和驱动电路基板50的接合面的材料，通过表面的等离子清洁、离子照射引起的活化、加热及加压，使两片晶片贴合。为了使粘接容易，优选电极膜23L的接合面侧的构成材料和N驱动电极51及P驱动电极52的接合面侧的原材料相同。
接着，如图3B的(3-7)所示，溶解粘结材料4，除去转印基板10。接着，如图3B的(3-8)所示，使用光刻技术和干法蚀刻技术，蚀刻主体16周边部的电极膜23L。由此，配置于主体16的底面的N电极23N与配置于像素5之间的P电极23P被分离。N电极23N也可以从主体16向外侧伸出。P电极23P可以在水平面内沿纵横方向相连，也可以断开。P电极23P无需配置在全部的像素边界，也可以隔开间隔配置。由于N电极23N和P电极23P被蚀刻除去的区域成为光入射到驱动电路基板50侧的路径，因此优选尽可能地狭窄。此外，也可以在驱动电路基板50中，将与构成N驱动电极51、P驱动电极52的配线层不同的下层的配线层配置于所述区域的下侧，对光进行屏蔽。
接着，如图3B的(3-9)所示，将透明绝缘膜17作为保护膜进行沉积。透明绝缘膜17覆盖除了主体16的底部之外的所有面，覆盖N电极23N、P电极23P以及两电极的间隙等。如图3C的(3-10)所示，使用光刻技术和干法蚀刻技术，在主体16的上部开口了P接触孔18P，在P电极23P上开口了电极接触孔18M。进一步地，如图3C的(3-11)所示，沉积透明电极30。透明电极30在P接触孔18P处与P侧层13接触，在电极接触孔18M处与P电极23P接触，覆盖主体16的侧面，由此将P侧层13与P电极23P电连接。
主体16除底面以外，被透明绝缘膜17和透明电极30覆盖，激励光从主体释放到外部。透明电极30虽然少量但吸收激励光，因此优选在P侧层13与P电极23P间的电阻不变大的范围内变薄，优选为10nm至300nm。虽未图示，但优选使用光刻技术和蚀刻技术除去像素区域1以外的透明电极30来放置。此时，可以除去覆盖主体16的外周的透明电极30的一部分。通过削减覆盖主体16周围的透明电极30的面积，能够降低透明电极30导致的激励光的吸收损失。
接着，如图3C的(3-12)所示，以包围主体16的周围的方式，在像素5的边界形成作为壁的母材(wall body)35。母材35最简便的是直接使用通过光刻技术形成的抗蚀剂图案。通过母材35，像素5成为浴盆状的形状，成为在浴盆的底部配置有激励光发光元件105的结构。进一步地，如图3C的(3-13)所示，在整个面沉积反射材料膜36L。反射材料膜36L是由银或铝等反射率高的金属构成的薄膜。
接着，如图3D的(3-14)所示，利用光刻技术和干法蚀刻技术、湿法蚀刻技术，除去覆盖主体16的上表面、侧面的反射材料膜36L。由此，形成覆盖母材35的表面的反射材料36。由母材35和反射材料36构成反射壁34。反射材料36在不覆盖主体16的上表面、侧面的范围内，优选尽可能地覆盖驱动电路基板50的表面。能够减少光向驱动电路基板50的泄漏。反射壁34的侧壁34S的倾斜角度θw主要通过对母材35的侧壁倾斜角度进行控制，从而能够控制为各种值。
进一步地，如图3D的(3-15)所示，在由反射壁34形成的浴盆状的空间形成红色波长转换部32。红色波长转换部32准备作为抗蚀剂、负抗蚀剂状的材料，可以通过光刻技术来形成图案，也可以通过喷墨印刷、丝网印刷等印刷方法来形成图案。在红色波长转换部32中能够应用吸收作为激励光的蓝色光，下变频为红色光的荧光体、量子点、量子杆等的纳米粒子等。
经过以上的工序后，经过测试工序、切割工序、安装工序等，完成图像显示元件200。
(微型发光元件100的发光效率)
对如上所述形成的微型发光元件100的发光效率进行了评价。关于微型发光元件100，配置间距为4μm，主体16为正方形，一边的长度为1.0μm，侧壁的倾斜角度θb为89°，P侧层13的厚度为100nm，N侧层11的厚度为1.0μm。反射壁34的高度为3.2μm。N侧层11主要是GaN层，发光层12是由InGaN及GaN构成的多量子阱层，从发光层12发出的光的峰值波长为450nm。红色波长转换部32使用使红色发光的量子点分散在负抗蚀剂中的材料。
制作将反射壁34的侧壁34S的倾斜角度θw设为85度、80度、70度的3种样品，进行全光束测定，求出红色光发光的外部量子效率。结果如表1所示。在红色波长转换部32形成前的状态下测定的激励光的外部量子效率也作为参考表示。
[表1]
表1
Figure BDA0002784282900000161
由表1可知，激励光的外部量子效率由于θw而几乎不变化，但θw越小，红色光外部量子效率越大。认为上述3样本间的差异仅是反射壁34的形状，因此激励光发光元件105的特性没有大的差异，根据红色波长转换部32的转换效率的不同，产生表1的不同。
因此，对于上述结构，模拟了红色波长转换部32对激励光的吸收量和红色光的光取出效率。模拟使用了光线追踪法。激励光的吸收量和红色光的光取出效率的模拟结果分别示于图4的(4-1)和(4-2)。图4的(4-1)中还表示了没有红色波长转换部32而直接释放激励光时的激励光取出效率的模拟值(Direct emission)。激励光的吸收量(Blueabsorption)的θw依赖性非常弱，θw越小则稍微降低。激励光的光取出效率也很少依赖于θw，与表1的结果不矛盾。θw越小，红色光的光取出效率越大。在红色波长转换部32产生的红色光大多在光释放面被全反射，但每次在反射壁34反射，入射到光释放面的角度改变，因此，在多次重复反射之后，从光释放面向外释放。每次被反射壁34反射时，入射到光释放面的角度改变，但θw越小，角度的变化量越大，因此，θw越小，红色光的光取出效率越大。θw越小，激励光的泄漏量(Blue leakage)越多，也是相同的理由。另外，虽然存在数％的激励光泄漏，但通过在图像显示元件200的光释放面侧配置电介质多层膜、滤色器这样的带通滤波器，能够降低，因此不会成为问题。
如果将主体16的大小固定，减小θw而进行，则反射壁34与主体16重叠。如果反射材料36覆盖主体16的侧面、上表面，则红色波长转换部32的激励光吸收量下降，因此不优选。在θw＝60度时，由于产生这样的状况，因此将主体16的一边的长度缩短为0.4μm来进行计算。
图4的(4-3)表示不同的θw下的红色光的光释放角分布的模拟结果。由θw引起的变化不大。光释放角是光的行进方向相对于图像显示元件200的表面的法线方向所成的角度，0度是法线方向，90度是水平面方向。另外，图4的(4-3)与一般使用的0度具有峰值的光释放角分布不同，用相对于光释放强度乘以sin(光释放角)而得到的数值来表示。这能够直观地知晓每个光释放角的光释放量的贡献度。
在通过红色波长转换部32进行波长转换后的光和直接释放到空气中的激励光中，释放角度分布大不相同。关于θw＝65度的情况(其他条件与上述条件相同)，在图4的(4-4)中表示模拟结果。为了进行比较，还表示了朗伯分布(Lambertian)。曲线图以各自的分布的最大值进行标准化。在直接向空气中释放激励光的情况下(Air)，通过反射壁34的反射效果，强有力地向前方配光。另一方面，在波长转换的红色光(Red QD)的情况下，成为接近朗伯分布的分布。因此，由于波长转换后的红色光在前方上没有强配光，所以在AR眼镜等中使用的情况下，需要增强向前方配光的其他单元。作为配光控制单元，例如能够使用配置于红色波长转换部32的光释放面的纳米天线阵列、微透镜和微反射镜的组合等。关于此，将在第七实施方式及第八实施方式中详细叙述。
结合表1的实验结果和上述模拟结果，在表2中表示推断激励光发光元件105的内部量子效率和从激励光向红色光的波长转换内部量子效率的结果。
[表2]
表2
Figure BDA0002784282900000181
所使用的计算式如下所示。
ηei＝ηee/LEEe
ηri＝ηre/(ηei·Abs·LEEr)
从该结果可知，作为激励光发光元件105的内部量子效率，达到约60％，与通常大的LED的内部量子效率约80％相比，虽然较低，但作为微米尺寸的微LED，实现了非常高的值。在图3A至图3D的制造工序中，表示出在生长基板上进行激励光发光元件105的加工，并实施了充分的损伤恢复单元的效果。
图4的(4-1)中表示在θw＝65度的情况下使外延结构反转时的激励光吸收量和泄漏量。如图1所示，本构成在驱动电路基板50侧配置N侧层11，在光释放面侧配置P侧层，发光层12配置在主体16的上部。其结果，能够在主体16的底面配置反射率高的铝、银。(这些金属膜能够取得与N型GaN欧姆接触)，另一方面，在外延结构反转的情况下，需要在驱动电路基板50侧配置P侧层，并使金属电极与P侧层13接触。在该情况下，发光层12配置于主体16的驱动电路基板50侧。为了与P侧层13取得欧姆接触，使用反射率低的钯(Pd)等。其结果，如(4-1)所示，红色波长转换部32中的激励光吸收量下降。这是由于主体16底部的反射率下降，激励光的损失增大。关于红色光，由于主体16底部的吸收增加，所以光取出效率降低。因此，将发光层12配置于驱动电路基板50侧会降低红色光的释放效率，因此不优选。此外，即使是将N侧层11配置于主体16的驱动电路基板50侧的构成，如果P侧层13变厚，则红色光的发光效率也会降低。在模拟结果中，在发光层12位于主体16的中央部的情况下(P侧层厚度为550nm)，与图4的情况(P侧层厚度为100nm)相比，降低约5％。因此，至少发光层12应配置在主体16的上半部分的区域。
如上所述，通过由反射壁覆盖激励光发光元件的周围来形成浴盆形状，通过用波长转换材料填满浴盆内，除了所述驱动电路基板侧的面以外，用所述波长转换材料覆盖激励光发光元件。进一步地，激励光发光元件的发光层配置在驱动电路基板的相反侧，反射壁相对于所述微型发光元件的光释放方向以敞开的方式倾斜，从而能够提高红色光的外部释放效率。
〔第二实施方式〕
(图像显示元件200a的构成)
以下使用图5和图6对本发明的其他实施方式进行说明。另外，为了便于说明，对具有与上述实施方式中说明的构件相同的功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。在第二实施方式的图像显示元件200a中，具有与第一实施方式类似的构成，但在不是单色而是全彩色的显示元件这一点不同。
如图5所示，图像显示元件200a包括多个蓝色微型发光元件100B、红色微型发光元件100R、绿色微型发光元件100G以及驱动电路基板50。驱动电路基板50向处于像素区域1(pixel region)的蓝色微型发光元件100B、红色微型发光元件100R、绿色微型发光元件100G供给电流，并控制发光。蓝色微型发光元件100B、红色微型发光元件100R、绿色微型发光元件100G与第一实施方式的微型发光元件100同样地，分别具有释放蓝色光的激励光发光元件105和反射壁34。红色微型发光元件100R与第一实施方式的微型发光元件100同样地具有红色波长转换部32，绿色微型发光元件100G具有绿色波长转换部33来取代红色波长转换部32，蓝色微型发光元件100B具有透明部31来取代红色波长转换部32。
如图6所示，在像素区域1中，像素5a配置成阵列状，各像素5a包括蓝色子像素6、红色子像素7以及绿色子像素8。分别发出蓝色光、红色光、绿色光并调整各自的强度，从而作为像素5a，能够发出各种颜色的光。图5表示图6的B—B线部分的截面图。蓝色子像素6、红色子像素7以及绿色子像素8分别由蓝色微型发光元件100B、红色微型发光元件100R、绿色微型发光元件100G构成。另外，在图6中，配置有两个绿色子像素8，但构成像素的子像素的种类、数量不限于此。另外，在图6中，以接近正方形的形式描绘蓝色子像素6、红色子像素7、绿色子像素8，但也可以是矩形，也可以是圆形，也可以是椭圆形。
在本构成中，作为蓝色子像素6，采用具有透明部31的蓝色微型发光元件100B。其理由在于，由于从激励光发光元件105直接向空气中释放光，因此，经由透明部31的发光效率高。θw＝70度、80度、85度的测定结果如表3所示。与在形成透明部31前的状态下测定的激励光的外部量子效率ηee进行比较并表示。(ηee与表1相同。)
[表3]
表3外部量子效率的比较
Figure BDA0002784282900000211
这是因为，从具有高折射率的氮化物半导体向树脂的光取出效率比空气高。释放到透明树脂中的大部分激励光在光释放面被全反射，但每次被反射壁34反射时，入射到光释放面的角度改变，因此，在反复多次反射之后，从光释放面向外释放。结果，通过设置以向光释放方向敞开的方式倾斜的反射壁，光取出效率提高。
通过蓝色微型发光元件100B具有透明部31，能够使蓝色光的释放分布接近于红色光、绿色光的释放分布。图7表示关于θw＝65度下的发光强度的光释放角度依赖性的模拟结果。图7表示了来自透明部31的蓝色光(透明部)、来自红色波长转换部32的红色光(Red-QD)以及从激励光发光元件直接向空气中释放的蓝色光(Air)的光释放角度分布。通过设置透明部31，可知蓝色光的释放角分布接近红色光。在直视型的显示元件的情况下，如果因颜色而光发射角分布大不相同，则产生色调根据观察方向而变化的问题。在本构成中，能够减少这样的问题。此外，在用于AR眼镜用途的情况下，通过将与红色光、绿色光同样的配光控制单元也适用于蓝色子像素6，能够使RGB三原色的配光性一致。此外，在形成配光控制单元时，如果在蓝色子像素6中没有透明部31，则产生大的凹部，因此，配光控制单元的形成变得困难。由于具有透明部31，能够使RGB各子像素的表面形状一致，因此，配光控制单元的形成工序变得容易。
图像显示元件200a的制造方法与第一实施方式相同。即，在图3A至图3D的(3-0)至(3-14)之后，通过在各子像素中依次形成各自的波长转换部或透明部，能够制造全彩色显示元件。
如上所述，通过反射壁覆盖发出蓝色光的激励光发光元件的周围，形成浴盆形状，用红色波长转换材料填满红色子像素的浴盆内，用绿色波长转换材料填满绿色子像素的浴盆内，用透明树脂填满蓝色子像素的浴盆内，从而除了所述驱动电路基板侧的面，用所述波长转换材料或透明树脂覆盖激励光发光元件。进一步地，通过将激励光发光元件的发光层配置在驱动电路基板的相反侧，反射壁相对于所述微型发光元件的光释放方向以敞开的方式倾斜，可以提供提高各子像素的外部释放效率的全彩色显示装置。进一步地，通过使各子像素的配光性一致，能够抑制观察方向的色调变化，通过使各子像素的表面形状一致，能够使配光控制单元的配置变得容易。
〔第三实施方式〕
(图像显示元件200b的构成)
以下使用图8至图9C对本发明的其他实施方式进行说明。另外，为了便于说明，对具有与上述实施方式中说明的构件相同的功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。在第三实施方式的图像显示元件200b与第二实施方式的不同之处在于，在像素区域1内未配置P驱动电极52。除此以外，与第二实施方式相同。
如图8所示，构成图像显示元件200b的多个蓝色微型发光元件100Bb、红色微型发光元件100Rb、绿色微型发光元件100Gb在像素区域1中仅具有N电极23N，与P侧层13连接的透明电极30与反射材料36连接。反射材料36作为布线材料起作用，在未图示的像素区域1的外侧经由P电极23P与P驱动电极52连接。由此，能够扩大俯视时与反射材料36的重叠区域。因此，俯视时驱动电路基板50b的露出区域消失，能够减少光向驱动电路基板50b的泄漏。
在图9A至图9C中表示图像显示元件200b的制造方法。从图3A的(3-0)到图3B的(3-5)的工序相同，因此省略。图9A的(9-1)与图3的(3-5)相同。在图9A的(9-2)中，虽然与驱动电路基板50b贴合，但驱动电路基板50b在像素区域1内不具有P驱动电极52这一点上与第一实施方式和第二实施方式不同。接着，在图9A的(9-3)中，将转印基板10剥离。
接着，在图9A的(9-4)中，使用光刻技术和干法蚀刻技术，将电极膜23L加工成N电极23N。优选地，除去子像素的边界部的电极膜23L，N电极23N尽可能宽地覆盖子像素。接着，如图9A的(9-5)所示，将透明绝缘膜17作为保护膜进行沉积。进一步地，如图9B的(9-6)所示，在主体16的上部开口P接触孔18P，如图9B的(9-7)所示，形成透明电极30。另外，优选透明绝缘膜17在能够将N电极23N和透明电极30绝缘的范围内薄。在像素区域1内，透明绝缘膜17横跨子像素间而连续，因此，若透明绝缘膜17厚，则隔着透明绝缘膜17在子像素间产生光串扰。
接着，如图9B的(9-8)所示，形成母材35，如图9B的(9-9)所示，沉积反射材料膜36L，使用光刻技术和干法蚀刻技术，加工成反射材料36。反射材料36在底部与透明电极30电连接。反射材料36的底部从母材35的端部向主体16扩展，在不覆盖主体16的侧面的范围内，优选尽可能宽广地与N电极23N重叠。进一步地，如图9C的(9-10)所示，与第二实施方式同样地，针对每个子像素分别形成红色波长转换部32、绿色波长转换部33、透明部31。
根据本构成，能够实现与第二实施方式同样的效果。而且，能够减少光向驱动电路基板50b的泄漏，防止驱动电路的误动作，并且能够减少经由驱动电路基板50b的子像素间的光串扰。
〔变形例〕
图10表示第三实施方式的变形例。另外，在图10中，表示了第一实施方式那样的单色显示元件的情况，但也能够应用于全彩色。
图10的(10-1)所示的图像显示元件200c的反射壁34c与第一实施方式不同，由金属材料构成。由于反射壁需要具有相对于光释放方向以敞开的方式倾斜的侧壁，侧壁的光反射率越高，因此，如图10的(10-1)所示，反射壁可由单一的金属材料构成，也可以由图1中所示的多种材料的组合制成。
图10的(10-2)所示的图像显示元件200d的反射壁34d具有弯曲的侧面。如第一实施方式那样，反射壁的侧面并不限定于像第一实施方式那样由单一的倾斜面构成。可以是多个倾斜面的组合，也可以是曲面。反射壁具有相对于光释放方向以敞开的方式倾斜的侧壁，优选其平均倾斜角度小(例如，倾斜角度θw1>倾斜角度θw2)。
如上所述，在图像显示元件200c、200d的构成中，也能够实现与第一实施方式同样的效果。
〔第四实施方式〕
以下使用图11至图12B对本发明的其他实施方式进行说明。另外，为了便于说明，对具有与上述实施方式中说明的构件相同的功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。在第四实施方式的图像显示元件200e与其他实施方式的不同之处在于，如图11所示，在反射壁34c的下部具有遮光材料37。遮光材料37是绝缘性的光吸收材料或光反射材料。例如，是以高浓度含有纳米粒子状的炭黑的树脂材料、或由SiO2膜等绝缘膜包覆金属纳米粒子且使其高浓度分散于树脂中的材料。遮光材料37填埋相邻的N电极23N之间，在子像素间切割透明绝缘膜17和透明电极30。如果反射壁如反射壁34c那样是金属制，则能够完全防止子像素间的光串扰。此外，也能够防止光向驱动电路基板50b泄漏。
使用图12A和图12B说明图像显示元件200e的制造工序。图12A的(12-1)与图9A的(9-3)相同，至该工序为止的图像显示元件200e的形成工序与第二实施方式相同。接着，如图12A的(12-2)所示，不加工电极膜23L而沉积透明绝缘膜17。图12A的(12-3)及(12-4)所示的P接触孔18P的形成和透明电极30的形成与第二实施方式相同。
接着，如图12B的(12-5)所示，利用光刻技术和干法蚀刻技术，除去子像素边界的透明电极30、透明绝缘膜17、电极膜23L，形成槽24。由此，形成各子像素的激励光发光元件105的N电极23N。接着，如图12B的(12-6)所示，以填埋槽24的方式形成遮光材料37。通过光刻法，可以制作在槽24部分具有开口部的抗蚀图案，在其中流入遮光材料，也可以通过作为遮光材料的抗蚀材料直接形成图案。
接着，使用剥离法蒸镀金属膜，形成反射壁34c。也可以沉积覆盖整个表面的金属膜，使用光刻技术和干法蚀刻技术除去子像素边界部以外的金属膜，形成反射壁34c。反射壁34c的侧壁以向光释放方向敞开的方式倾斜。波长转换部的形成与其它实施方式相同，因此省略。
如上所述，在图像显示元件200e的构成中，也能够实现与第一实施方式同样的效果。进一步地，具有防止光向驱动电路基板、相邻像素泄漏，降低光串扰的效果。
〔第五实施方式〕
(图像显示元件200f的构成)
以下使用图13至图14D对本发明的其他实施方式进行说明。另外，为了便于说明，对具有与上述实施方式中说明的构件相同的功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。在第五实施方式的图像显示元件200f中，例示第一实施方式那样的单色显示元件，在像素区域1不具有P驱动电极52这点上，与第二实施方式相同。在第二实施方式中，N电极23相对于子像素的面积占据大的部分，但在本实施方式中，N驱动电极51相对于像素的面积占据大的部分。本实施方式相对于其他实施方式，制造方法不同。在迄今为止的实施方式中，意图将由于分割槽15的形成而丢失的氮化物半导体层14的大部分活用于显示元件。
图13表示作为单色显示元件的图像显示元件200f的截面示意图。N电极23N仅覆盖主体16的底部，N驱动电极51具有比N电极23N大的面积，防止光向驱动电路基板50f的泄漏。相邻的N驱动电极51之间的空间被反射壁34c的底部覆盖，在俯视观察下，N驱动电极51和反射壁34c重叠，减少光向驱动电路基板50f的泄漏。驱动电路基板50f与驱动电路基板50b类似，但在N驱动电极51的电极面积大这一点上不同。为了完全防止光的泄漏，也可以如第四实施方式那样除去反射壁34c的底部的透明电极30和透明绝缘膜17并配置遮光材料37。在图13中，反射壁34c由金属材料构成，但也可以如第一实施方式那样是母材35与反射材料36的组合。
图14A至图14D表示图像显示元件200f的制造工序。在图14A的(14-0)所示的生长基板9上使氮化物半导体层14生长的工序与其它实施方式相同。接着，如图14A的(14-1)所示，形成分割槽15，形成成为主体16的部分。与其它实施方式不同的是，主体16的配置间距为像素5的配置间距的一半。即，主体16的每单位面积的个数为像素5的密度的4倍，图14A的(14-1)所示的主体16中只有1/4是用于一个图像显示元件200f。其余用于其他图像显示元件。因此，与在其它实施方式相比，从在生长基板9上生长的氮化物半导体层14能够生产4倍的数量的图像显示元件200f。另外，在本实施方式中，以像素间距的一半形成有主体16，但也能够以1/3、1/4进行。能够分别生产9倍、16倍的数量的图像显示元件200f。
接着，如图14A的(14-2)所示，使主体16侧与转印基板10相对，贴合生长基板9与转印基板10。此时，分割槽15由埋入材料19填埋。埋入材料19是SiO2膜、树脂膜，只要是能够选择性地除去氮化物半导体层14的材料即可。主体16的表面与转印基板10经由粘接材料4粘接。粘接材料4是在后续的工序中通过点光而失去粘接力的树脂材料。在点光为紫外激光的情况下，是吸收紫外光而失去粘接力的树脂材料，在点光为可见光激光、红外光激光的情况下，是通过加热而溶胀从而失去粘接力的树脂材料。转印基板10优选相对于点光是透明的。
接着，如图14A的(14-3)所示，剥离成长基板9，如图14A的(14-4)所示，研磨N侧层11并使主体16彼此分离的工序与图3A的(3-3)以及(3-4)相同。接着，如图14B的(14-5)所示，沉积电极膜23L和覆盖膜25。电极膜23L与图3B的(3-5)相同。覆盖膜是25妨碍N电极23N与N驱动电极51的连接的材料，例如是非常薄的SiO2膜。覆盖膜25优选较薄，优选10nm至100nm。
接着，如图14B的(14-6)所示，使用光刻技术和干法蚀刻技术，除去主体16部以外的覆盖膜25和电极膜23L。由此，在各主体16形成N电极23N。优选同时除去主体16之间的分割槽15的部分的埋入材料19。接着，如图14B的(14-7)所示，使用光刻技术与干法蚀刻技术或湿法蚀刻技术，除去与驱动电路基板50f贴合的主体16上的覆盖膜25。
接着，如图14B的(14-8)所示，使主体16侧与驱动电路基板50f相对，将转印基板10和驱动电路基板50f贴合。此时，除去覆盖膜25后的主体16以与对应的N驱动电极51的中心重叠的方式精密地对准。未被N驱动电极51与盖膜25覆盖的N电极23N在该阶段接合，但被盖膜25覆盖的N电极23N不与驱动电路基板50f接合。接着，通过从转印基板10侧，对与通过N电极23N与N驱动电极51结合的主体16接触的粘合材料4照射点光，使粘合材料4的粘接力消失。
接着，如图14C的(14-10)所示，从驱动电路基板50f切断转印基板10。残留于转印基板10侧的主体通过将图14B的(14-7)以后的工序对其它驱动电路基板50f进行重复，从而将残留的主体16用于其它图像显示元件200f的制造。这样，能够不浪费地利用氮化物半导体层14。
接着，与图9A的(9-5)至图9B的(9-7)同样地，如图14C的(14-11)所示，将透明绝缘膜17作为保护膜沉积，如图14C的(14-12)所示，在主体16的上部开口P接触孔18P，如图14C的(14-13)所示，形成透明电极30。进一步地，如图14D的(14-14)所示，使用剥离法蒸镀金属膜，形成反射壁34c。也可以沉积覆盖整个表面的金属膜，使用光刻技术和干法蚀刻技术除去子像素边界部以外的金属膜，形成反射壁34c。反射壁34c的侧壁以向光释放方向敞开的方式倾斜。接着，如图14D的(14-15)所示，形成红色波长转换部32。
如上所述，在图像显示元件200f的构成中，也能够实现与第一实施方式同样的效果。进一步地，能够有效地利用构成激励光发光元件105的氮化物半导体层14。
〔第六实施方式〕
以下使用图15对本发明的其他实施方式进行说明。另外，为了便于说明，对具有与上述实施方式中说明的构件相同的功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。第六实施方式的图像显示元件200g具有与第三实施方式的全彩色显示的图像显示元件200b同样的结构，不同点如图15所示，蓝色微型发光元件100Bg的透明部31g由第一层31F和第二层31S构成。第一层31F的折射率低于第二层31S。第一层31F的上表面成为光释放面130。
通过具有这样的至少两层结构的透明部，能够提高蓝色微型发光元件100Bg的光输出。配置间距为4μm，主体16为正方形，一边的长度是1.0μm，侧壁的倾斜角度θb是89°，P侧层13的厚度是100nm，N侧层11的厚度是1.0μm。反射壁34的高度为3.2μm、θw＝65度时，将作为激励光的蓝色光(波长450nm)的光取出效率的模拟结果示于表4。第一层31F的厚度为1.0μm，折射率为1.2，第二层31S的厚度为2.1μm，折射率为1.8。构成通常的均匀的透明部31的树脂的折射率为1.62。
[表4]
表4
一层结构 两层结构
蓝色光光取出效率 49.2％ 52.5％
与透明部由单层构成的情况相比，在本构成的两层构成中，在49.2％至52.5％，具有约7％的改善效果。θw越小，这样的改善效果越大，θw＝90度时没有改善效果。在具有以向光释放方向敞开的方式倾斜的反射壁的结构中，通过在光释放面侧配置低折射率材料，在其下面侧配置折射率更高的材料，能够改善作为激励光的蓝色光的光取出效率。这是通过以高折射率树脂覆盖氮化物半导体，能够提高向树脂中的光取出效率。仅使低折射率树脂介于高折射率树脂与空气之间，释放到空气中的光量不增加，但由于在包围高折射率树脂与低折射率树脂的周围的反射壁34中的反射，入射到光释放面的角度改变，因此，在反复多次反射后，从光释放面向外释放。其结果是，通过在以向光释放方向敞开的方式倾斜的反射壁中设置高折射率树脂和低折射率树脂，能够提高光取出效率。
如图15所示的红色微型发光元件100Rg那样，红色微型发光元件100Rg的红色波长转换部32g也可以由第一层32F和第二层32S构成。绿色微型发光元件100Gg的绿色波长转换部33g也可以由第一层33F和第二层33S构成。第一层32F以及33F的折射率分别比第二层32S以及33S的折射率低，第一层32F以及33F也可以是不包含波长转换材料的透明树脂。将与蓝色微型发光元件100Bg同样的构成中的与红色微型发光元件100Rg相关的发光效率的模拟结果示于表5。在一层结构的情况下，红色波长转换部的折射率设为1.713+0.023j，两层结构的情况下的第二层的折射率设为1.806+0.047j，第一层的折射率设为1.6207。在两层结构的情况下，设想与第二层为一层结构的情况相比，包含大致2倍的波长转换材料(量子点等)。
[表5]
表5
Figure BDA0002784282900000311
在这样的结构中，激励光吸收量和红色光的光取出效率均得到提高。其结果，能够实现41.9％至46.4％提高了约10％的效率。
图像显示元件200g那样的结构在波长转换部、透明部的工序中，只要先形成第二层，之后形成第一层即可。第一层可以针对每个子像素其厚度相同，也可以不同。在子像素间第二层的厚度不同的情况下，通过同时形成第一层，能够在子像素间共用光释放面130的高度。其结果，产生配光单元的形成变得容易的优点。
如上所述，在图像显示元件200g的构成中，也能够实现与第一实施方式同样的效果。而且，能够提高微型发光元件的光输出。
〔第七实施方式〕
以下使用图16至图18对本发明的其他实施方式进行说明。另外，为了便于说明，对具有与上述实施方式中说明的构件相同的功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。第七实施方式的图像显示元件200h与第三实施方式的全彩色显示的图像显示元件200b具有相同的结构，不同点在于，如图16及图17所示，在各子像素的光释放面130配置有纳米天线阵列(NAA：Nano-Antena Array)70R、70G、70B作为配光控制单元。另外，图17的虚线C-C部分的截面示意图是图16。
天线阵列70R、70G、70B是规则地配置孤立的凸部71R、71G、71B的部件，相对于微型发光元件100Rh、100Gh、100Bh的光释放面130，分别以一定的图案配置。在图17中，俯视观察时在正三角形的顶点配置有凸部71R、71G、71B。将与相邻的凸部的距离(在本实施方式中是正方形的一边的长度)称为周期。例如，凸部71R、71G、71B的形状为圆形，直径为100nm左右，高度为150nm左右。
凸部71R、71G、71B的大小、形状、高度、配置图案优选针对光释放面130的材质、每个子像素适当优化。为了不使透过天线阵列70R、70G、70B的光量减少，优选相对于相邻的凸部71R、71G、71B之间的距离，凸部的水平方向的大小为1/2以下。此外，为了减少透过的光的偏振方向的影响，优选高度相对于凸部的水平方向的大小的比即纵横比(＝高度/凸部的水平方向的大小)在0.5至2.0之间，更优选在0.75至1.5之间。在本构成中，凸部71R、71G、71B可以是铝、银等金属材料，也可以是硅等半导体材料、钛氧化膜(TiO2)、硅氮化膜(SiN)、树脂等电介质膜。电介质膜优选折射率高。
这样的图案通过在光释放面130上沉积由构成凸部的材料构成的膜，并在与凸部对应的位置形成抗蚀图案，并通过干法蚀刻技术进行蚀刻，从而能够形成。抗蚀剂图案可以通过光刻技术、纳米压印技术形成。在本构成中，相对于微型发光元件100Rh、100Gh、100Bh的阵列排列，精密地对准天线阵列70R、70G、70B而配置。在为单色显示元件的情况下，未必需要对准。
在本构成中，针对微型发光元件100Rh、100Gh、100Bh，配置不同图案的天线阵列。在作为蓝色微型发光元件100Bh的光释放面的透明部31的表面，蓝色光用天线阵列70B在作为红色微型发光元件100Rh的光释放面的红色波长转换部32的表面配置有红色光用天线阵列70R，在作为绿色微型发光元件100Gh的光释放面的绿色波长转换部33的表面配置有绿色光用天线阵列70G。例如，蓝色光用天线阵列70B的周期为475nm，绿色光用天线阵列70G的周期为555nm，红色光用天线阵列70R的周期为675nm，凸部的配置图案均为相同的图案。如果设周期的最佳值为P，则设发光峰值的中心波长λ，则大致n·P/λ成为恒定。在图16的构成中，各子像素的光释放面的折射率的不同不大，因此，各子像素的天线阵列周期大致与波长成比例。因此，“蓝色光用天线阵列70B的周期<绿色光用天线阵列70G的周期<红色光用天线阵列70R周期”的关系成立。另外，在图16和图17中，仅在光释放面130上配置天线阵列的凸部，但也可以在反射壁34的表面上配置凸部71R、71G、71B。
图18中表示本构成中的红色微型发光元件100Rh和蓝色微型发光元件100Bh的配光分布的比较。均用最大值进行标准化。分别表示纳米天线阵列形成前和形成后的配光分布。无论在哪种情况下，通过纳米天线阵列，光释放角度为20度以下的发光强度变强，红色微型发光元件100Rh和蓝色微型发光元件100Bh的配光分布完美地一致。根据纳米天线阵列的配置，20度以下的释放光量在红色光的情况下增加至约3倍，在蓝色光的情况下增加至约4倍。这样，通过配置纳米天线阵列，能够增强向前方的发光强度，并且使各发光色的发光角度分布一致。
如上所述，在图像显示元件200h的构成中，也能够实现与第一实施方式同样的效果。而且，能够提高微型发光元件向前方的发光强度。
〔第八实施方式〕
下面，使用图19对本发明的其他实施方式进行说明。另外，为了便于说明，对具有与上述实施方式中说明的构件相同的功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。第八实施方式的图像显示元件200i具有与第三实施方式的全彩色显示的图像显示元件200b同样的结构，不同点在于，如图19所示，在各子像素的光释放面130配置有微透镜72和包围微透镜72的外周的反射壁作为配光控制单元。在本构成中，将反射壁34形成为比波长转换部32、33、透明部31高，也作为包围微透镜72的外周的反射镜使用。
在图20中表示红色微型发光元件100Ri的发光强度角度分布。为了比较而图示了没有微透镜72、没有反射壁的情况、即反射壁34与红色波长转换部32的光释放面相同高度的情况以及仅有微透镜72的情况。通过设置微透镜72，光释放量增加，但主要在光释放角度为50度以上的区域增加，向前方的光释放强度不增加。即，仅通过设置微透镜72，无法提高向前方的光释放强度，作为配光控制单元这样的构成不充分。但是，若设置包围微透镜72的外周的反射镜(反射壁34的一部分)，则能够大幅提高向前方的光释放强度。
微透镜72的截面形状只要是透镜形状即可，平面形状为矩形也能够得到同样的效果。如果用圆形来近似微透镜的截面形状的曲面，则优选其半径为红色波长转换部32的光释放面的一边的长度的一半左右。反射壁34的高度优选为与微透镜72的高度相同的程度。
关于绿色微型发光元件100Gi也是同样的。关于蓝色微型发光元件100Bi，由于微透镜72与反射壁34的效果不大，因此也能够省略微透镜72。
如上所述，在图像显示元件200i的构成中，也能够实现与第一实施方式同样的效果。进一步地，能够提高微型发光元件向前方的发光强度。
〔第九实施方式〕
下面，使用图21至图23C对本发明的其他实施方式进行说明。另外，为了便于说明，对具有与上述实施方式中说明的构件相同的功能的构件标注相同的附图标记，不重复其说明。第九实施方式的图像显示元件200j具有与第三实施方式的全彩色显示的图像显示元件200b同样的结构，不同点在于，如图21所示，激励光发光元件105j具有多个透明电极30A、30B。通过将透明电极分割为多个，能够对激励光发光元件105j附加冗余功能。因此，能够抑制由激励光发光元件105j的发光不良引起的成品率降低，提高图像显示元件200j的成品率。另外，在图21中，红色微型发光元件100Rj描绘出冗余救济后的样子，绿色微型发光元件100Gj和蓝色微型发光元件100Bj描绘出不需要冗余救济的子像素的样子。
如图22所示，配置有相对于主体16相互分离的多个透明电极30A、30B，均由第二保护膜20覆盖。在一方的透明电极(在图22中为透明电极30B)中，在第二保护膜20设置有开口部21，在另一方未设置。在开口部21中，兼用P侧的共用配线的反射材料36与透明电极30B连接。因此，通常经由透明电极30B，电流流向在激励光发光元件105j，并控制发光。但是，通过经由透明电极30B，在不流过电流的情况(导通不良)、电流过剩地流动的情况(泄漏不良)或者电流流动，但在发光量不满足规格的情况(发光不良)等下，将透明电极30B从反射材料36分割，连接变为透明电极30A，有时能够改善激励光发光元件105j的发光特性。在能够通过使电流从透明电极30A流动来控制发光的情况下，能够防止像素不良的产生，提高成品率。
如上所述，在以包围激励光发光元件105j的方式配置倾斜的反射壁34，在反射壁34的内侧覆盖激励光发光元件105j并配置波长转换部、透明部的构成中，与子像素的平面大小相比，通过减小主体16的平面尺寸，能够提高发光效率。与子像素尺寸相比，激励光发光元件105j较小，因此，如图22所示，能够设置将透明电极与反射材料36的导通部位切断的部分(切断部22D)、新连接透明电极与反射材料36的部分(连接部22C)。即，在本构成中，能够同时实现发光效率的提高和有效利用冗余救济的成品率的提高。
如图22所示，通过将切断部22D的反射材料36加工成颈状的形状，能够容易地通过激光束光、FIB(Focused Ion Beam，聚集离子束)进行切断。在连接部22C，通过激光点光、FIB，能够破坏第二保护膜20而使透明电极30A与反射材料36接触。
如图22所示，在本构成中，在俯视下，在反射材料36的底部产生较多的开口部，但延伸至主体16外侧的N电极23N抑制向驱动电路基板50b侧的光泄漏。此外，由于P侧层13通常为高电阻，因此若变薄则朝向水平方向的电流的扩散较少，如图21所示，无需在透明电极30A、30B侧分割，但也可以以与透明电极30A、30B侧连接的方式进行分割。
使用图23A至图23C，对图像显示元件200j的制造工序进行说明。图23A的(23-0)与图9B的(9-7)相同，在此之前的工序与第三实施方式相同。接着，如图23A的(23-1)所示，通过光刻技术与干法蚀刻技术或湿法蚀刻技术，将透明电极膜加工成透明电极30A与30B。另外，在图23A～图23C中，P接触孔18P在主体16的上部作为一个孔开口，但也可以形成为两个孔，在一方连接透明电极30A和P侧层13，在另一方连接透明电极30B和P侧层13。
接着，如图23A的(23-2)所示，沉积透明绝缘膜，形成第二保护膜20。接着，如图23B的(23-3)所示，在主体16的外侧，在透明电极30B上的第二保护膜20上设置开口部21。接着，如图23B的(23-4)、(23-5)所示，形成母材35，进一步形成反射材料36。反射材料36在开口部21与透明电极30B电连接。接着，进行激励光发光元件105j的发光测试，检测激励光发光元件105j的缺陷产品。以下，记载在中央的子像素中发现不良的情况。
接着，对于不良子像素，在切断部22D将反射材料36与透明电极30B切断，在连接部22C将透明电极30A与反射材料36电连接。另外，在不良症状为导通不良的情况下，也可以省略反射材料36与透明电极30B的切断。再次进行发光测试，确认特性的改善，形成图23C的(23-7)的波长转换部32、33、透明部31，完成图像显示元件200j。
另外，也可以采用仅具有本构成中的切断部22D的构成。即，在具有一个透明电极的结构中，构成为能够将透明电极与反射材料(P侧共用布线)的连接部分切断。由于驱动电路基板50b侧的缺陷可能会导致，电流一直流过微型发光元件，且时常亮灯的亮点不良。在这样的亮点不良中，通过切断切断部22D，能够切断电流，将一直亮点不良变化为黑点不良。虽然不允许亮点不良，但存在允许黑点不良的情况，因此能够降低不良率。
如上所述，在图像显示元件200j的构成中，也能够实现与第一实施方式同样的效果。进一步地，能够提高图像显示元件的制造成品率。

Claims (17)

1.一种图像显示元件，其是在包含向微型发光元件供给电流并使所述微型发光元件发光的驱动电路的驱动电路基板上呈阵列状配置有所述微型发光元件的图像显示元件，所述图像显示元件的特征在于，
所述微型发光元件向所述驱动电路基板的相反侧释放光，
所述微型发光元件由产生激励光的激励光发光元件、包围所述激励光发光元件的反射壁以及配置于所述反射壁内侧的波长转换材料构成，
所述反射壁的侧壁与所述激励光发光元件的侧壁不接触，且以相对于所述微型发光元件的光释放方向敞开的方式倾斜，
所述波长转换材料吸收所述激励光，并释放波长比所述激励光长的光，
所述波长转换材料覆盖所述激励光发光元件的除所述驱动电路基板侧的面之外的所有面，
所述激励光发光元件包括：
主体，其由化合物半导体构成；
金属电极，其配置在所述主体的所述驱动电路基板侧；以及
透明电极，其配置在所述驱动电路基板的相反侧。
2.一种图像显示元件，其是在包含向微型发光元件供给电流并使所述微型发光元件发光的驱动电路的驱动电路基板上呈阵列状配置有所述微型发光元件的图像显示元件，所述图像显示元件的特征在于，
所述微型发光元件向所述驱动电路基板的相反侧释放光，
所述微型发光元件由产生激励光的激励光发光元件、包围所述激励光发光元件的反射壁以及配置于所述反射壁内侧的透明部构成，
所述反射壁的侧壁与所述激励光发光元件的侧壁不接触，且以相对于所述微型发光元件的光释放方向敞开的方式倾斜，
所述透明部覆盖所述激励光发光元件的除所述驱动电路基板侧的面之外的所有面，
所述激励光发光元件包括：
主体，其由化合物半导体构成；
金属电极，其配置在所述主体的所述驱动电路基板侧；以及
透明电极，其配置在所述驱动电路基板的相反侧。
3.根据权利要求1或2所述的图像显示元件，其特征在于，
所述主体所包含的发光层配置在比所述主体的中央部靠近所述驱动电路基板的相反侧。
4.根据权利要求3所述的图像显示元件，其特征在于，
所述主体在所述驱动电路基板侧具有N侧层。
5.根据权利要求1或2所述的图像显示元件，其特征在于，
在所述反射壁的底部配置有绝缘性的遮光材料，所述遮光材料与所述金属电极以及所述反射壁接触。
6.根据权利要求1或2所述的图像显示元件，其特征在于，
所述微型发光元件在光释放面上具有配光控制单元。
7.根据权利要求1或2所述的图像显示元件，其特征在于，
所述金属电极与所述反射壁在俯视时重叠。
8.根据权利要求1或2所述的图像显示元件，其特征在于，
连接所述金属电极的所述驱动电路基板上的驱动电极的面积小于所述金属电极的面积。
9.根据权利要求1或2所述的图像显示元件，其特征在于，
连接所述金属电极的所述驱动电路基板上的驱动电极的面积大于所述金属电极的面积。
10.根据权利要求1所述的图像显示元件，其特征在于，
所述波长转换材料的光释放面侧的折射率比所述激励光发光元件的周边低。
11.根据权利要求2所述的图像显示元件，其特征在于，
所述透明部的光释放面侧的折射率比所述激励光发光元件的周边低。
12.根据权利要求1或2所述的图像显示元件，其特征在于，
所述反射壁的侧面的倾斜角度在85度至45度的范围内。
13.根据权利要求1或2所述的图像显示元件，其特征在于，
设置有多个所述透明电极。
14.一种图像显示元件的制造方法，所述图像显示元件为权利要求1所述的图像显示元件，所述制造方法的特征在于，所述制造方法包括以下工序，并按照该顺序进行：
(a)在生长基板上沉积化合物半导体层；
(b)除去所述化合物半导体层的一部分并形成分割槽，在分割槽之间形成主体；
(c)恢复形成了所述分割槽的化合物半导体层的损伤；
(d)将所述化合物半导体层的表面贴合于转印基板；
(e)剥离生长基板；
(f)对化合物半导体层进行研磨，除去所述分割槽的化合物半导体层，使所述主体彼此分离；
(g)在所述转印基板的露出所述主体一侧的面上沉积电极膜；
(h)将所述转印基板的所述电极膜侧的面贴合于驱动电路基板，此时，所述主体以与所述驱动电路基板上的驱动电极重叠的方式对准；
(i)剥离所述转印基板；
(j)在所述驱动电路基板上形成包含所述主体的激励光发光元件；
(k)形成包围所述激励光发光元件的反射壁；以及
(1)在所述反射壁的内部配置波长转换材料。
15.一种图像显示元件的制造方法，所述图像显示元件为权利要求2所述的图像显示元件，其特征在于，所述制造方法包括以下工序，按照该顺序进行：
(a)在生长基板上沉积化合物半导体层；
(b)除去所述化合物半导体层的一部分并形成分割槽，在分割槽之间形成主体；
(c)恢复形成了所述分割槽的化合物半导体层的损伤；
(d)将所述化合物半导体层的表面贴合于转印基板；
(e)剥离生长基板；
(f)对化合物半导体层进行研磨，除去所述分割槽的化合物半导体层，使所述主体彼此分离；
(g)在所述转印基板的露出所述主体一侧的面上沉积电极膜；
(h)将所述转印基板的所述电极膜侧的面贴合于驱动电路基板，此时，所述主体以与所述驱动电路基板上的驱动电极重叠的方式对准；
(i)剥离所述转印基板；
(j)在所述驱动电路基板上形成包含所述主体的激励光发光元件；
(k)形成包围所述激励光发光元件的反射壁；以及
(1)在所述反射壁的内部配置透明部。
16.一种图像显示元件的制造方法，所述图像显示元件是权利要求1所述的图像显示元件，其特征在于，所述制造方法包括以下工序，按照该顺序进行：
(a)在生长基板上沉积化合物半导体层；
(b)除去所述化合物半导体层的一部分并形成分割槽，在分割槽之间形成主体，此时，所述主体的配置间距为像素的配置间距的1/N，其中，N为2以上的整数；
(c)恢复形成了所述分割槽的化合物半导体层的损伤；
(d)将所述化合物半导体层的表面经由粘接材料贴合于转印基板；
(e)剥离生长基板；
(f)对化合物半导体层进行研磨，除去所述分割槽的化合物半导体层，使所述主体彼此分离；
(g)在所述转印基板的露出所述主体一侧的面上依次沉积电极膜及覆盖膜；
(h)仅残留所述主体上并除去所述电极膜和覆盖膜；
(i)除去以与所述像素的配置间距相同的间距配置的所述主体上的覆盖膜；
(j)将所述转印基板的所述电极膜侧的面贴合于驱动电路基板，此时，所述主体以与驱动电路基板上的驱动电极重叠的方式对准；
(k)相对于与除去了所述覆盖膜的主体接触的粘接材料，通过所述转印基板照射点光；
(1)将所述转印基板从所述驱动电路基板分离；
(m)在所述驱动电路基板上形成包含所述主体的激励光发光元件；
(n)形成包围所述激励光发光元件的反射壁；以及
(o)在所述反射壁的内部配置波长转换材料。
17.一种图像显示元件的制造方法，所述图像显示元件是权利要求2所述的图像显示元件，其特征在于，所述制造方法包括以下工序，按照该顺序进行：
(a)在生长基板上沉积化合物半导体层；
(b)除去所述化合物半导体层的一部分并形成分割槽，在分割槽之间形成主体，此时，所述主体的配置间距为像素的配置间距的1/N，其中，N为2以上的整数；
(c)恢复形成了所述分割槽的化合物半导体层的损伤；
(d)将所述化合物半导体层的表面经由粘接材料贴合于转印基板；
(e)剥离生长基板；
(f)对化合物半导体层进行研磨，除去所述分割槽的化合物半导体层，使所述主体彼此分离；
(g)在所述转印基板的露出所述主体一侧的面上依次沉积电极膜及覆盖膜；
(h)仅残留所述主体上并除去所述电极膜和覆盖膜；
(i)除去以与所述像素的配置间距相同的间距配置的所述主体上的覆盖膜；
(j)将所述转印基板的所述电极膜侧的面贴合于驱动电路基板，此时，所述主体以与所述驱动电路基板上的驱动电极重叠的方式对准；
(k)相对于与除去了所述覆盖膜的主体接触的粘接材料，通过所述转印基板并照射点光；
(1)将所述转印基板从所述驱动电路基板分离；
(m)在所述驱动电路基板上形成包含所述主体的激励光发光元件；
(n)形成包围所述激励光发光元件的反射壁；以及
(o)在所述反射壁的内部配置透明部。
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