JP2004079933A - Ｌｅｄディスプレイとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を１ｍｍ未満の高精細な発光間隔で発光することができ、かつ各色の発光強度が高く任意の色を表示することができ、更に耐環境性があり信頼性が高いＬＥＤディスプレイとその製造方法を提供する。
【解決手段】同一基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ発光する発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが互いに隣接して微細なピッチで配置されている。また同一基板の表面に互いに隣接して微細なピッチで青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の発光領域を設定し、各色を発光する発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を各発光領域に順次または同時に形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】同一基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ発光する発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが互いに隣接して微細なピッチで配置されている。また同一基板の表面に互いに隣接して微細なピッチで青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の発光領域を設定し、各色を発光する発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を各発光領域に順次または同時に形成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を発光して任意の色を表示するＬＥＤディスプレイとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤディスプレイの発光層は、従来、発光色によって異なる材料が用いられている。例えば、赤（Ｒ）はＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＰ、緑（Ｇ）はＧａＰ、ＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＮ、青（Ｂ）はＩｎＧａＮである。そのため、従来のＬＥＤディスプレイは、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光色ごとにモールドされたＬＥＤ素子を多数並べる方式で多色表示される。このようなＬＥＤディスプレイは、例えば野外用大型ディスプレイとして既に実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のＬＥＤディスプレイは、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光色ごとにモールドされたＬＥＤ素子を多数並べるため、高精細のディスプレイにできない問題点があった。
【０００４】
この問題点を解決するために、図５に模式的に示すような３ｉｎ１フルカラーＬＥＤが実用化されている。この３ｉｎ１フルカラーＬＥＤは、リードフレーム上にＲＧＢ各色のＬＥＤチップをそれぞれ１個ずつ計３個載せて周囲をエポキシで封止したマルチチップ型のランプである。それぞれのチップから放射される光はモールドレンズの中で混色され１つの色となって外に取り出される。各チップに流す電流を適当な比率に調整することで、赤、緑、青のチップから出る光の量を変えてフルカラーの色表現を行うことができる。
【０００５】
図６は、上述した３ｉｎ１フルカラーＬＥＤを使ったＬＥＤディスプレイの模式的斜視図である。この図に示すように、一枚のパネル上に３ｉｎ１フルカラーＬＥＤを縦横に多数配置することにより、平面状の大型ＬＥＤディスプレイを容易に構成することができる。
【０００６】
しかし、３ｉｎ１フルカラーＬＥＤの大きさは、小さいものでも２〜３ｍｍの巾があるため、発光間隔が１ｍｍ未満の高精細なＬＥＤディスプレイは従来製造できなかった。
【０００７】
一方、ＬＥＤ以外の面内発光デバイスとして、有機ＥＬディスプレイや無機ＥＬディスプレイも知られている。有機ＥＬディスプレイは、携帯電話用、車載用として実用化されているが、マスク蒸着法で作製されるため、４０μｍ以上の高精細は困難であり、また有機物であるため寿命が短く、かつ耐環境性が低い問題点がある。また、無機ＥＬディスプレイは、信頼性の高い表示デバイスであり、航空機用、車載用として実用化されているが、Ｂの発光が弱いため表示可能な色が限られ、また駆動電圧が高い問題点がある。
【０００８】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を１ｍｍ未満の高精細な発光間隔で発光することができ、かつ各色の発光強度が高く任意の色を表示することができ、更に耐環境性があり信頼性が高いＬＥＤディスプレイとその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、同一基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ発光する各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を形成した、ことを特徴とするＬＥＤディスプレイが提供される。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）は、互いに隣接して微細なピッチで配置されている。
【００１１】
上記本発明の構成によれば、同一基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ発光する各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）が形成されているので、各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を、互いに隣接して微細なピッチで配置することにより、それぞれの各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）の光が混色されて任意の色を表示することができる。
またこのピッチを１ｍｍ未満にすることにより、高精細な発光間隔で発光することができる。さらに、各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）は同一基板に形成されている点以外は従来のＬＥＤと同一であるので、各色の発光強度は高く任意の色を表示することができ、かつ耐環境性があり高い信頼性が得られる。
【００１２】
また、本発明によれば、同一基板の表面に互いに隣接して微細なピッチで青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の発光領域を設定し、前記各色を発光する各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を前記発光領域に順次または同時に形成する、ことを特徴とするＬＥＤディスプレイの製造方法が提供される。
【００１３】
上記本発明の方法によれば、同一基板の表面に互いに隣接して微細なピッチで青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の発光領域を設定するので、このピッチを１ｍｍ未満にすることにより、高精細な発光間隔で発光させることができる。
また、前記Ｂ、Ｇ、Ｒの各色を発光する各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を前記発光領域に順次または同時に形成するので、各発光色に適した条件で同一基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を形成できる。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によれば、材料の選択成長、若しくは、選択ドープにより前記各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を形成する。
材料の選択成長により、選択的に結晶成長させる領域を、任意に設定することで、表示領域、表示形状を変化させることができる。
また選択ドープにより、ドーピング材料の選択、又は、成膜ガス濃度などを変えることで、同一基板内で多色の発光色を表示できるＬＥＤディスプレイが可能になる。さらに、選択的にドーピングする領域を、任意に設定することで、表示領域、表示形状を変化させることができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、結晶成長用基板（１）を反応容器（６）内で所定の温度に保持し、反応容器内にＩｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体を順次又は同時に供給し、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）またはＭＯＭＢＥ（有機金属分子ビームエピキタシー法）により、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを同一基板の表面に順次または同時に成長させる。
【００１６】
ＩｎＧａＮ中のＩｎのモル分率ｙを変化させて、ＩｎｙＧａ１−ｙＮの発光色を、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）に選択できるので、各発光色に適した所定の温度と、Ｉｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体とその組成を選択して、最適の条件で同一基板の表面に青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを所定の発光領域に成長させることができる。
【００１７】
また、基板表面に高出力パルスレーザを照射させてその照射部分に、約４００℃以上、約６５０℃未満の温度で、前記前駆体の組成を変えて、青（Ｂ）と緑（Ｇ）を発光するＩｎＧａＮを異なる位置に成長させ、次いで、約４００℃以上、約５００℃未満の温度で、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを異なる位置に成長させるのがよい。
【００１８】
この方法によれば、反応容器内にＩｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体を順次又は同時に供給し、基板表面に高出力パルスレーザを照射させてその照射部分にＩｎＧａＮを成長させるので、高出力パルスレーザにより前駆体を照射部分で励起してその分子結合（Ｎ−Ｈ結合、Ｃ−アミン結合、等）を切断し、その部分にＩｎＧａＮを成長させることができる。
【００１９】
また、レーザ光を照射してＩｎＧａＮを微小領域に成長させることができるので、Ｉｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体の比率を順次変更することにより、同一の基板上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を発光するＬＥＤを微細なピッチで形成することができる。
【００２０】
更に、約４００℃以上、約６５０℃未満の温度で、前駆体の組成を変えて、青（Ｂ）と緑（Ｇ）を発光するＩｎＧａＮを成長させた後、より低い温度で赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを成長させるので、青（Ｂ）と緑（Ｇ）を発光するＩｎＧａＮの熱分解を防止できる。
また、赤（Ｒ）を発光する赤色ＬＥＤを形成するために、約４００℃以上、約５００℃未満の温度で異なる位置に成長させるので、ＩｎＧａＮ中のＩｎのモル分率ｙを約０．７以上に高めても、基板の表面にＩｎｙＧａ１−ｙＮの半導体被膜が成長する過程でＩｎＧａＮの熱分解を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２２】
図１は、本発明によるＬＥＤディスプレイの構成図である。この図に示すように、本発明によるＬＥＤディスプレイは、同一基板１の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ発光する発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを形成したものである。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、互いに隣接して微細なピッチで配置されている。この間隔は、１ｍｍ未満の細かい（微細な）ピッチであり、好ましくは、０．１ｍｍ（１００μｍ）未満のピッチであるのがよい。
【００２３】
図２は図１の主要部の構成図である。この例における各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮダブルヘテロ構造のＬＥＤである。この図に示すように各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎの混晶からなる。各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、ＩｎＧａＮ（正確にはＩｎｙＧａ１−ｙＮ）のＩｎのモル分率ｙを調整することにより、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発色を発光するようになっている。
【００２４】
なお、本発明は図１及び図２に例示した構成に限定されず、同一基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ発光する各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが互いに隣接して微細なピッチで配置されている限りで、異なる構成のＬＥＤディスプレイであってもよい。
【００２５】
上述した本発明の構成によれば、同一基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ発光する発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが、互いに隣接して微細なピッチで形成されているので、それぞれの各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの光が混色されて任意の色を高精細な発光間隔で発光することができる。さらに、各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは同一基板に形成されている点以外は従来のＬＥＤと同一であるので、各色の発光強度は高く任意の色を表示することができ、かつ耐環境性があり高い信頼性が得られる。
【００２６】
次ぎに本発明のＬＥＤディスプレイの製造方法を説明する。
本発明の方法によれば、同一基板１の表面に互いに隣接して微細なピッチで青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の発光領域を設定し、前記各色を発光する発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを各発光領域に順次または同時に形成する。すなわち、ＬＥＤ発光可能な材料を、同一基板内の所望の領域に選択的に形成して、ＬＥＤディスプレイを作製する。
【００２７】
各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの形成は、材料の選択成長、若しくは、選択ドーピングによるのがよい。
【００２８】
各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを選択的に成長させる手段として、ＩｎＧａＮのような混晶材料の組成を制御する方法を適用することができる。すなわち、選択した領域毎に結晶成長させる組成を変えることでバンドギャップが変化し、これによって発光色が変化する。
【００２９】
所望の領域毎に成長する組成を変える手段には、局所加熱、選択光照射などを用いながら反応ガス切り替えや濃度を制御すること、フォトリソグラフィーによってパターニングした金属薄膜を用いる手段などが適用できる。
【００３０】
上述した材料の選択成長により、選択的に結晶成長させる領域を、任意に設定することで、表示領域、表示形状を変化させることができる。
【００３１】
各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを選択的にドーピングする手段として、例えばＧａＮのようなバンドギャップの広い材料にイオンドーピングして、特定の準位を形成させる手段を適用することができる。すなわち、選択した領域毎にドーピングするイオン種を変えることにより、形成される準位が変化し、それによって発光色が変化する。
【００３２】
所望の領域にドーピングする手段には、イオンビームのスキャン、基板のスキャン、フォトリソグラフィーによるパターニングなどが適用できる。
【００３３】
上述した選択ドープにより、ドーピング材料の選択、又は、成膜ガス濃度を変えることで、同一基板内で多色の発光色を表示できるＬＥＤディスプレイが可能になる。さらに、選択的にドーピングする領域を、任意に設定することで、表示領域、表示形状を変化させることができる。
【００３４】
【実施例】
図３は、本発明によるＬＥＤディスプレイの製造する装置の模式図である。この図において、レーザコントローラー１２により制御されたレーザ１４ａ（例えばエキシマレーザ）により、レーザ光１０を発生・放射する。このレーザ光１０は、光学系１４ｂとビームホモジナイザー１４ｃを通り、ミラー１４ｄで下向きに反射され、反応容器６に設けられた開口（図示せず）を通して、基板１の上面に照射される。基板１は、シリコン、ＳｉＣ又はサファイアであるのがよい。
【００３５】
レーザ光１０は、ミラー１４ｄの揺動又は光学系１４ｂの移動により基板上を走査する。また、ステージコントローラー１６により、基板１を二次元的に移動できるようになっている。更に、反応容器６（チャンバー）内はポンプ系１５及びガス導入部１７により所定のガス雰囲気にコントロールされる。
【００３６】
図４は、図３の主要部の構成図である。この図において、基板１は反応容器６内で図示しない温度調節手段（例えばヒータ）によりＩｎＧａＮが熱分解しない温度に保持される。また、反応容器６内にＩｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体がガス導入部１７より順次又は同時に供給される。ＩｎＧａＮが熱分解しない温度は、約４００℃以上、約６５０℃未満であるのがよい。なお、約４００℃未満ではＩｎＧａＮの結晶ができにくく、約６５０℃以上では熱分解しやすくなる。
【００３７】
上述した装置を用い、シリコン又はサファイアからなる基板１を反応容器６内で所定の温度に保持し、反応容器内にＩｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体を順次又は同時に供給し、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）またはＭＯＭＢＥ（有機金属分子ビームエピキタシー法）により、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを同一基板の表面に順次または同時に成長させる。
【００３８】
また、基板表面に高出力パルスレーザを照射させてその照射部分に、約４００℃以上、約６５０℃未満の温度で、前駆体の組成を変えて、青（Ｂ）と緑（Ｇ）を発光するＩｎＧａＮを異なる位置に成長させ、次いで、約４００℃以上、約５００℃未満の温度で、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを異なる位置に成長させる。
【００３９】
Ｇａの前駆体には例えばＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ｉｎの前駆体には例えばＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ｎの前駆体には例えばアンモニア、Ｎ２Ｈ２（ヒドラジン）及びＴＭＮＨ２（トリメチルアミン）を用いる。
【００４０】
なおこれらの前駆体の組成は、成長させるＩｎｙＧａ１−ｙＮ中の目的とするＩｎのモル分率ｙに応じて変えるのがよい。例えば、Ｉｎのモル分率ｙを高くするためには、Ｉｎの前駆体のモル比を多くする。
【００４１】
高出力パルスレーザには、例えば波長２７７ｎｍ以下のエキシマレーザを用いることにより、アンモニアを含む各種の前駆体を同一のパルスレーザで励起・分解してＩｎＧａＮを成長させることができる。なお、波長２７７ｎｍ以上のエキシマレーザやＹＡＧレーザ等であってもよい。ＹＡＧレーザの場合には、５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、又は２６６ｎｍの波長を用いることができる。
【００４２】
基板１の表面に高出力パルスレーザを照射させてその照射部分にＩｎＧａＮを成長させる方法には、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）またはＭＯＭＢＥ（有機金属分子ビームエピキタシー法）を適用する。
【００４３】
上述した方法によれば、ＩｎＧａＮ中のＩｎのモル分率ｙを変化させて、ＩｎｙＧａ１−ｙＮの発光色を、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）に選択できるので、各発光色に適した所定の温度と、Ｉｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体とその組成を選択して、最適の条件で同一基板の表面に青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを所定の発光領域に成長させることができる。
【００４４】
また、反応容器内にＩｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体を順次又は同時に供給し、基板表面に高出力パルスレーザを照射させてその照射部分にＩｎＧａＮを成長させるので、高出力パルスレーザにより前駆体を照射部分で励起してその分子結合（Ｎ−Ｈ結合、Ｃ−アミン結合、等）を切断し、その部分にＩｎＧａＮを成長させることができる。
【００４５】
また、レーザ光を照射してＩｎＧａＮを微小領域に成長させることができるので、Ｉｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体の比率を順次変更することにより、同一の基板上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を発光するＬＥＤを微細なピッチで形成することができる。
【００４６】
更に、約４００℃以上、約６５０℃未満の温度で、前駆体の組成を変えて、青（Ｂ）と緑（Ｇ）を発光するＩｎＧａＮを成長させた後、より低い温度で赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを成長させるので、青（Ｂ）と緑（Ｇ）を発光するＩｎＧａＮの熱分解を防止できる。
また、赤（Ｒ）を発光する赤色ＬＥＤを形成するために、約４００℃以上、約５００℃未満の温度で異なる位置に成長させるので、ＩｎＧａＮ中のＩｎのモル分率ｙを約０．７以上に高めても、基板の表面にＩｎｙＧａ１−ｙＮの半導体被膜が成長する過程でＩｎＧａＮの熱分解を防止することができる。
【００４７】
なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】
上述したように、本発明のＬＥＤディスプレイとその製造方法によれば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を１ｍｍ未満の高精細な発光間隔で発光することができ、かつ各色の発光強度が高く任意の色を表示することができ、更に耐環境性があり信頼性が高い、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＬＥＤディスプレイの構成図である。
【図２】図１の主要部の構成図である。
【図３】本発明によるＬＥＤディスプレイの製造する装置の模式図である。
【図４】図３の主要部の構成図である。
【図５】従来の３ｉｎ１フルカラーＬＥＤの模式図である。
【図６】３ｉｎ１フルカラーＬＥＤを使ったＬＥＤディスプレイの模式的斜視図である。
【符号の説明】
１ 基板、２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ 発光層、
６ 反応容器、７ ヒータ、８ 排気口、９ 放射温度計
１０ レーザ光、１２ レーザーコントローラー、
１４ａ エキシマレーザ、１４ｂ 光学系、
１４ｃ ビームホモジナイザー、１４ｄ ミラー、
１５ ポンプ系、１６ ステージコントローラー、
１７ ガス導入部
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を発光して任意の色を表示するＬＥＤディスプレイとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤディスプレイの発光層は、従来、発光色によって異なる材料が用いられている。例えば、赤（Ｒ）はＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＰ、緑（Ｇ）はＧａＰ、ＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＮ、青（Ｂ）はＩｎＧａＮである。そのため、従来のＬＥＤディスプレイは、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光色ごとにモールドされたＬＥＤ素子を多数並べる方式で多色表示される。このようなＬＥＤディスプレイは、例えば野外用大型ディスプレイとして既に実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のＬＥＤディスプレイは、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光色ごとにモールドされたＬＥＤ素子を多数並べるため、高精細のディスプレイにできない問題点があった。
【０００４】
この問題点を解決するために、図５に模式的に示すような３ｉｎ１フルカラーＬＥＤが実用化されている。この３ｉｎ１フルカラーＬＥＤは、リードフレーム上にＲＧＢ各色のＬＥＤチップをそれぞれ１個ずつ計３個載せて周囲をエポキシで封止したマルチチップ型のランプである。それぞれのチップから放射される光はモールドレンズの中で混色され１つの色となって外に取り出される。各チップに流す電流を適当な比率に調整することで、赤、緑、青のチップから出る光の量を変えてフルカラーの色表現を行うことができる。
【０００５】
図６は、上述した３ｉｎ１フルカラーＬＥＤを使ったＬＥＤディスプレイの模式的斜視図である。この図に示すように、一枚のパネル上に３ｉｎ１フルカラーＬＥＤを縦横に多数配置することにより、平面状の大型ＬＥＤディスプレイを容易に構成することができる。
【０００６】
しかし、３ｉｎ１フルカラーＬＥＤの大きさは、小さいものでも２〜３ｍｍの巾があるため、発光間隔が１ｍｍ未満の高精細なＬＥＤディスプレイは従来製造できなかった。
【０００７】
一方、ＬＥＤ以外の面内発光デバイスとして、有機ＥＬディスプレイや無機ＥＬディスプレイも知られている。有機ＥＬディスプレイは、携帯電話用、車載用として実用化されているが、マスク蒸着法で作製されるため、４０μｍ以上の高精細は困難であり、また有機物であるため寿命が短く、かつ耐環境性が低い問題点がある。また、無機ＥＬディスプレイは、信頼性の高い表示デバイスであり、航空機用、車載用として実用化されているが、Ｂの発光が弱いため表示可能な色が限られ、また駆動電圧が高い問題点がある。
【０００８】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を１ｍｍ未満の高精細な発光間隔で発光することができ、かつ各色の発光強度が高く任意の色を表示することができ、更に耐環境性があり信頼性が高いＬＥＤディスプレイとその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、同一基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ発光する各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を形成した、ことを特徴とするＬＥＤディスプレイが提供される。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）は、互いに隣接して微細なピッチで配置されている。
【００１１】
上記本発明の構成によれば、同一基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ発光する各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）が形成されているので、各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を、互いに隣接して微細なピッチで配置することにより、それぞれの各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）の光が混色されて任意の色を表示することができる。
またこのピッチを１ｍｍ未満にすることにより、高精細な発光間隔で発光することができる。さらに、各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）は同一基板に形成されている点以外は従来のＬＥＤと同一であるので、各色の発光強度は高く任意の色を表示することができ、かつ耐環境性があり高い信頼性が得られる。
【００１２】
また、本発明によれば、同一基板の表面に互いに隣接して微細なピッチで青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の発光領域を設定し、前記各色を発光する各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を前記発光領域に順次または同時に形成する、ことを特徴とするＬＥＤディスプレイの製造方法が提供される。
【００１３】
上記本発明の方法によれば、同一基板の表面に互いに隣接して微細なピッチで青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の発光領域を設定するので、このピッチを１ｍｍ未満にすることにより、高精細な発光間隔で発光させることができる。
また、前記Ｂ、Ｇ、Ｒの各色を発光する各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を前記発光領域に順次または同時に形成するので、各発光色に適した条件で同一基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を形成できる。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によれば、材料の選択成長、若しくは、選択ドープにより前記各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を形成する。
材料の選択成長により、選択的に結晶成長させる領域を、任意に設定することで、表示領域、表示形状を変化させることができる。
また選択ドープにより、ドーピング材料の選択、又は、成膜ガス濃度などを変えることで、同一基板内で多色の発光色を表示できるＬＥＤディスプレイが可能になる。さらに、選択的にドーピングする領域を、任意に設定することで、表示領域、表示形状を変化させることができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、結晶成長用基板（１）を反応容器（６）内で所定の温度に保持し、反応容器内にＩｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体を順次又は同時に供給し、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）またはＭＯＭＢＥ（有機金属分子ビームエピキタシー法）により、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを同一基板の表面に順次または同時に成長させる。
【００１６】
ＩｎＧａＮ中のＩｎのモル分率ｙを変化させて、ＩｎｙＧａ１−ｙＮの発光色を、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）に選択できるので、各発光色に適した所定の温度と、Ｉｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体とその組成を選択して、最適の条件で同一基板の表面に青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを所定の発光領域に成長させることができる。
【００１７】
また、基板表面に高出力パルスレーザを照射させてその照射部分に、約４００℃以上、約６５０℃未満の温度で、前記前駆体の組成を変えて、青（Ｂ）と緑（Ｇ）を発光するＩｎＧａＮを異なる位置に成長させ、次いで、約４００℃以上、約５００℃未満の温度で、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを異なる位置に成長させるのがよい。
【００１８】
この方法によれば、反応容器内にＩｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体を順次又は同時に供給し、基板表面に高出力パルスレーザを照射させてその照射部分にＩｎＧａＮを成長させるので、高出力パルスレーザにより前駆体を照射部分で励起してその分子結合（Ｎ−Ｈ結合、Ｃ−アミン結合、等）を切断し、その部分にＩｎＧａＮを成長させることができる。
【００１９】
また、レーザ光を照射してＩｎＧａＮを微小領域に成長させることができるので、Ｉｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体の比率を順次変更することにより、同一の基板上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を発光するＬＥＤを微細なピッチで形成することができる。
【００２０】
更に、約４００℃以上、約６５０℃未満の温度で、前駆体の組成を変えて、青（Ｂ）と緑（Ｇ）を発光するＩｎＧａＮを成長させた後、より低い温度で赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを成長させるので、青（Ｂ）と緑（Ｇ）を発光するＩｎＧａＮの熱分解を防止できる。
また、赤（Ｒ）を発光する赤色ＬＥＤを形成するために、約４００℃以上、約５００℃未満の温度で異なる位置に成長させるので、ＩｎＧａＮ中のＩｎのモル分率ｙを約０．７以上に高めても、基板の表面にＩｎｙＧａ１−ｙＮの半導体被膜が成長する過程でＩｎＧａＮの熱分解を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２２】
図１は、本発明によるＬＥＤディスプレイの構成図である。この図に示すように、本発明によるＬＥＤディスプレイは、同一基板１の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ発光する発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを形成したものである。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、互いに隣接して微細なピッチで配置されている。この間隔は、１ｍｍ未満の細かい（微細な）ピッチであり、好ましくは、０．１ｍｍ（１００μｍ）未満のピッチであるのがよい。
【００２３】
図２は図１の主要部の構成図である。この例における各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮダブルヘテロ構造のＬＥＤである。この図に示すように各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎの混晶からなる。各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、ＩｎＧａＮ（正確にはＩｎｙＧａ１−ｙＮ）のＩｎのモル分率ｙを調整することにより、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発色を発光するようになっている。
【００２４】
なお、本発明は図１及び図２に例示した構成に限定されず、同一基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ発光する各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが互いに隣接して微細なピッチで配置されている限りで、異なる構成のＬＥＤディスプレイであってもよい。
【００２５】
上述した本発明の構成によれば、同一基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ発光する発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが、互いに隣接して微細なピッチで形成されているので、それぞれの各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの光が混色されて任意の色を高精細な発光間隔で発光することができる。さらに、各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは同一基板に形成されている点以外は従来のＬＥＤと同一であるので、各色の発光強度は高く任意の色を表示することができ、かつ耐環境性があり高い信頼性が得られる。
【００２６】
次ぎに本発明のＬＥＤディスプレイの製造方法を説明する。
本発明の方法によれば、同一基板１の表面に互いに隣接して微細なピッチで青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の発光領域を設定し、前記各色を発光する発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを各発光領域に順次または同時に形成する。すなわち、ＬＥＤ発光可能な材料を、同一基板内の所望の領域に選択的に形成して、ＬＥＤディスプレイを作製する。
【００２７】
各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの形成は、材料の選択成長、若しくは、選択ドーピングによるのがよい。
【００２８】
各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを選択的に成長させる手段として、ＩｎＧａＮのような混晶材料の組成を制御する方法を適用することができる。すなわち、選択した領域毎に結晶成長させる組成を変えることでバンドギャップが変化し、これによって発光色が変化する。
【００２９】
所望の領域毎に成長する組成を変える手段には、局所加熱、選択光照射などを用いながら反応ガス切り替えや濃度を制御すること、フォトリソグラフィーによってパターニングした金属薄膜を用いる手段などが適用できる。
【００３０】
上述した材料の選択成長により、選択的に結晶成長させる領域を、任意に設定することで、表示領域、表示形状を変化させることができる。
【００３１】
各発光層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを選択的にドーピングする手段として、例えばＧａＮのようなバンドギャップの広い材料にイオンドーピングして、特定の準位を形成させる手段を適用することができる。すなわち、選択した領域毎にドーピングするイオン種を変えることにより、形成される準位が変化し、それによって発光色が変化する。
【００３２】
所望の領域にドーピングする手段には、イオンビームのスキャン、基板のスキャン、フォトリソグラフィーによるパターニングなどが適用できる。
【００３３】
上述した選択ドープにより、ドーピング材料の選択、又は、成膜ガス濃度を変えることで、同一基板内で多色の発光色を表示できるＬＥＤディスプレイが可能になる。さらに、選択的にドーピングする領域を、任意に設定することで、表示領域、表示形状を変化させることができる。
【００３４】
【実施例】
図３は、本発明によるＬＥＤディスプレイの製造する装置の模式図である。この図において、レーザコントローラー１２により制御されたレーザ１４ａ（例えばエキシマレーザ）により、レーザ光１０を発生・放射する。このレーザ光１０は、光学系１４ｂとビームホモジナイザー１４ｃを通り、ミラー１４ｄで下向きに反射され、反応容器６に設けられた開口（図示せず）を通して、基板１の上面に照射される。基板１は、シリコン、ＳｉＣ又はサファイアであるのがよい。
【００３５】
レーザ光１０は、ミラー１４ｄの揺動又は光学系１４ｂの移動により基板上を走査する。また、ステージコントローラー１６により、基板１を二次元的に移動できるようになっている。更に、反応容器６（チャンバー）内はポンプ系１５及びガス導入部１７により所定のガス雰囲気にコントロールされる。
【００３６】
図４は、図３の主要部の構成図である。この図において、基板１は反応容器６内で図示しない温度調節手段（例えばヒータ）によりＩｎＧａＮが熱分解しない温度に保持される。また、反応容器６内にＩｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体がガス導入部１７より順次又は同時に供給される。ＩｎＧａＮが熱分解しない温度は、約４００℃以上、約６５０℃未満であるのがよい。なお、約４００℃未満ではＩｎＧａＮの結晶ができにくく、約６５０℃以上では熱分解しやすくなる。
【００３７】
上述した装置を用い、シリコン又はサファイアからなる基板１を反応容器６内で所定の温度に保持し、反応容器内にＩｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体を順次又は同時に供給し、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）またはＭＯＭＢＥ（有機金属分子ビームエピキタシー法）により、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを同一基板の表面に順次または同時に成長させる。
【００３８】
また、基板表面に高出力パルスレーザを照射させてその照射部分に、約４００℃以上、約６５０℃未満の温度で、前駆体の組成を変えて、青（Ｂ）と緑（Ｇ）を発光するＩｎＧａＮを異なる位置に成長させ、次いで、約４００℃以上、約５００℃未満の温度で、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを異なる位置に成長させる。
【００３９】
Ｇａの前駆体には例えばＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ｉｎの前駆体には例えばＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ｎの前駆体には例えばアンモニア、Ｎ２Ｈ２（ヒドラジン）及びＴＭＮＨ２（トリメチルアミン）を用いる。
【００４０】
なおこれらの前駆体の組成は、成長させるＩｎｙＧａ１−ｙＮ中の目的とするＩｎのモル分率ｙに応じて変えるのがよい。例えば、Ｉｎのモル分率ｙを高くするためには、Ｉｎの前駆体のモル比を多くする。
【００４１】
高出力パルスレーザには、例えば波長２７７ｎｍ以下のエキシマレーザを用いることにより、アンモニアを含む各種の前駆体を同一のパルスレーザで励起・分解してＩｎＧａＮを成長させることができる。なお、波長２７７ｎｍ以上のエキシマレーザやＹＡＧレーザ等であってもよい。ＹＡＧレーザの場合には、５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、又は２６６ｎｍの波長を用いることができる。
【００４２】
基板１の表面に高出力パルスレーザを照射させてその照射部分にＩｎＧａＮを成長させる方法には、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）またはＭＯＭＢＥ（有機金属分子ビームエピキタシー法）を適用する。
【００４３】
上述した方法によれば、ＩｎＧａＮ中のＩｎのモル分率ｙを変化させて、ＩｎｙＧａ１−ｙＮの発光色を、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）に選択できるので、各発光色に適した所定の温度と、Ｉｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体とその組成を選択して、最適の条件で同一基板の表面に青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを所定の発光領域に成長させることができる。
【００４４】
また、反応容器内にＩｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体を順次又は同時に供給し、基板表面に高出力パルスレーザを照射させてその照射部分にＩｎＧａＮを成長させるので、高出力パルスレーザにより前駆体を照射部分で励起してその分子結合（Ｎ−Ｈ結合、Ｃ−アミン結合、等）を切断し、その部分にＩｎＧａＮを成長させることができる。
【００４５】
また、レーザ光を照射してＩｎＧａＮを微小領域に成長させることができるので、Ｉｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体の比率を順次変更することにより、同一の基板上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を発光するＬＥＤを微細なピッチで形成することができる。
【００４６】
更に、約４００℃以上、約６５０℃未満の温度で、前駆体の組成を変えて、青（Ｂ）と緑（Ｇ）を発光するＩｎＧａＮを成長させた後、より低い温度で赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを成長させるので、青（Ｂ）と緑（Ｇ）を発光するＩｎＧａＮの熱分解を防止できる。
また、赤（Ｒ）を発光する赤色ＬＥＤを形成するために、約４００℃以上、約５００℃未満の温度で異なる位置に成長させるので、ＩｎＧａＮ中のＩｎのモル分率ｙを約０．７以上に高めても、基板の表面にＩｎｙＧａ１−ｙＮの半導体被膜が成長する過程でＩｎＧａＮの熱分解を防止することができる。
【００４７】
なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】
上述したように、本発明のＬＥＤディスプレイとその製造方法によれば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を１ｍｍ未満の高精細な発光間隔で発光することができ、かつ各色の発光強度が高く任意の色を表示することができ、更に耐環境性があり信頼性が高い、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＬＥＤディスプレイの構成図である。
【図２】図１の主要部の構成図である。
【図３】本発明によるＬＥＤディスプレイの製造する装置の模式図である。
【図４】図３の主要部の構成図である。
【図５】従来の３ｉｎ１フルカラーＬＥＤの模式図である。
【図６】３ｉｎ１フルカラーＬＥＤを使ったＬＥＤディスプレイの模式的斜視図である。
【符号の説明】
１ 基板、２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ 発光層、
６ 反応容器、７ ヒータ、８ 排気口、９ 放射温度計
１０ レーザ光、１２ レーザーコントローラー、
１４ａ エキシマレーザ、１４ｂ 光学系、
１４ｃ ビームホモジナイザー、１４ｄ ミラー、
１５ ポンプ系、１６ ステージコントローラー、
１７ ガス導入部
Claims (6)
- 同一基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ発光する発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を形成した、ことを特徴とするＬＥＤディスプレイ。
- 前記赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）は、互いに隣接して微細なピッチで配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤディスプレイ。
- 同一基板の表面に互いに隣接して微細なピッチで青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の発光領域を設定し、前記各色を発光する発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を前記発光領域に順次または同時に形成する、ことを特徴とするＬＥＤディスプレイの製造方法。
- 材料の選択成長、若しくは、選択ドープにより前記各発光層（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を形成する、ことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤディスプレイの製造方法。
- 結晶成長用基板（１）を反応容器（６）内で所定の温度に保持し、反応容器内にＩｎ，Ｇａ，Ｎの前駆体を順次又は同時に供給し、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）またはＭＯＭＢＥ（有機金属分子ビームエピキタシー法）により、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを同一基板の表面に順次または同時に成長させる、ことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤディスプレイの製造方法。
- 基板表面に高出力パルスレーザを照射させてその照射部分に、約４００℃以上、約６５０℃未満の温度で、前記前駆体の組成を変えて、青（Ｂ）と緑（Ｇ）を発光するＩｎＧａＮを異なる位置に成長させ、次いで、約４００℃以上、約５００℃未満の温度で、赤（Ｒ）を発光するＩｎＧａＮを異なる位置に成長させる、ことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤディスプレイの製造方法。
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