JP2022051428A - 画像表示装置の製造方法および画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光素子の転写工程を短縮し、歩留りを向上した画像表示装置の製造方法および画像表示装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る画像表示装置の製造方法は、透光性基板上102に形成された回路素子、第1配線層110および第1絶縁膜112を含む第1基板を準備する工程と、半導体層を準備する工程と、前記半導体層を第1メタル層を介して第2基板に接合する工程と、前記半導体層を前記第1基板に貼り合わせる工程と、前記半導体層をエッチングして、発光面151Sと上面とを含む発光素子150を形成する工程と、前記第1メタル層をエッチングして、前記上面を覆い電気的に接続された電極165aを形成する工程と、前記第1絶縁膜、前記発光素子および前記電極を覆う第2絶縁膜156を形成する工程と、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を貫通する第1ビアを形成する工程と、前記第2絶縁膜上に第2配線層160を形成する工程と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、画像表示装置の製造方法および画像表示装置に関する。
高輝度、広視野角、高コントラストで低消費電力の薄型の画像表示装置の実現が望まれている。このような市場要求に対応するように、自発光素子を利用した表示装置の開発が進められている。
自発光素子として、微細発光素子であるマイクロLEDを用いた表示装置の登場が期待されている。マイクロLEDを用いた表示装置の製造方法として、個々に形成されたマイクロLEDを駆動回路に順次転写する方法が紹介されている。しかしながら、フルハイビジョンや4K、8K等と高画質になるにつれて、マイクロLEDの素子数が多くなると、多数のマイクロLEDを個々に形成して、駆動回路等を形成した基板に順次転写するのでは、転写工程に膨大な時間を要する。さらに、マイクロLEDと駆動回路等との接続不良等が発生し、歩留りの低下を生じるおそれがある。
Si基板上に発光層を含む半導体層を成長させ、半導体層に電極を形成した後、駆動回路が形成された回路基板に貼り合わせる技術が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
本発明の一実施形態は、発光素子の転写工程を短縮し、歩留りを向上した画像表示装置の製造方法および画像表示装置を提供する。
本発明の一実施形態に係る画像表示装置の製造方法は、透光性基板の第1面上に形成された回路素子と、前記回路素子に接続された第1配線層と、前記回路素子および前記第1配線層を覆う第1絶縁膜と、を含む第1基板を準備する工程と、発光層を含む半導体層を準備する工程と、前記半導体層を、第1メタル層を介して第2基板に接合する工程と、前記半導体層を前記第1基板に貼り合わせる工程と、前記第2基板を除去する工程と、前記半導体層をエッチングして、前記第1絶縁膜上の発光面と前記発光面に対向して設けられた上面とを含む発光素子を形成する工程と、前記第1メタル層をエッチングして、前記上面を覆い前記上面に電気的に接続された電極を形成する工程と、前記第1絶縁膜、前記発光素子および前記電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を貫通する第1ビアを形成する工程と、前記第2絶縁膜上に第2配線層を形成する工程と、を備える。前記第1ビアは、前記第1配線層と前記第2配線層との間に設けられ、前記第1配線層と前記第2配線層とを電気的に接続する。
本発明の一実施形態に係る画像表示装置の製造方法は、透光性基板の第1面上に形成された回路素子と、前記回路素子に接続された第1配線層と、前記回路素子および前記第1配線層を覆う第1絶縁膜と、を含む第1基板を準備する工程と、発光層を含む半導体層を準備する工程と、前記半導体層を前記第1基板に貼り合わせる工程と、前記半導体層を貼り合わせる工程の後に前記半導体層上に第2メタル層を形成する工程と、前記半導体層をエッチングして、前記第1絶縁膜上の発光面と前記発光面に対向する上面とを含む発光素子を形成する工程と、前記第2メタル層をエッチングして、前記上面を覆い前記上面に電気的に接続された電極を形成する工程と、前記第1絶縁膜、前記発光素子および前記電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を貫通する第1ビアを形成する工程と、前記第2絶縁膜上に第2配線層を形成する工程と、を備える。前記第1ビアは、前記第1配線層と前記第2配線層との間に設けられ、前記第1配線層と前記第2配線層とを電気的に接続する。
本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、第1面を有する光透過性部材と、前記第1面上に設けられた回路素子と、前記回路素子に電気的に接続された第1配線層と、前記第1面、前記回路素子および前記第1配線層を覆う第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に発光面と前記発光面に対向する上面とを含む発光素子と、前記上面上を覆い前記上面に電気的に接続された電極と、前記第1絶縁膜、前記発光素子および前記電極を覆う第2絶縁膜と、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を貫通して設けられた第1ビアと、前記第2絶縁膜上に設けられた第2配線層と、を備える。前記第1ビアは、前記第1配線層と前記第2配線層との間に設けられ、前記第1配線層と前記第2配線層とを電気的に接続する。
本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、第1面を有する光透過性部材と、前記第1面上に設けられた複数のトランジスタと、前記複数のトランジスタに電気的に接続された第1配線層と、前記第1面、前記複数のトランジスタおよび前記第1配線層を覆う第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に、複数の発光領域を形成し得る発光面を含む第1半導体層と、前記第1半導体層上に設けられた複数の発光層と、前記複数の発光層上にそれぞれ設けられ、前記第1半導体層とは異なる導電形を有する複数の第2半導体層と、前記複数の第2半導体層上にそれぞれ設けられ前記複数の第2半導体層に電気的に接続された複数の電極と、前記第1絶縁膜、前記第1半導体層、前記複数の発光層、前記複数の第2半導体層および前記複数の電極を覆う第2絶縁膜と、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を貫通して設けられた複数の第1ビアと、前記第2絶縁膜上に設けられた第2配線層と、を備える。前記複数の第1ビアは、前記第1配線層と前記第2配線層との間に設けられ、前記第1配線層および前記第2配線層を電気的に接続する。
本発明の一実施形態に係る画像表示装置は、第1面を有する光透過性部材と、前記第1面上に設けられた回路素子と、前記回路素子に電気的に接続された第1配線層と、前記第1面、前記回路素子および前記第1配線層を覆う第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に発光面と前記発光面に対向する上面とを含む複数の発光素子と、前記上面上を覆い前記上面に電気的に接続された複数の電極と、前記第1絶縁膜、前記複数の発光素子および前記複数の電極を覆う第2絶縁膜と、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を貫通して設けられた第1ビアと、前記第2絶縁膜上に設けられた第2配線層と、を備える。前記第1ビアは、前記第1配線層と前記第2配線層との間に設けられ、前記第1配線層と前記第2配線層とを電気的に接続する。
本発明の一実施形態によれば、発光素子の転写工程を短縮し、歩留りを向上した画像表示装置の製造方法が実現される。
本発明の一実施形態によれば、発光素子の転写工程を短縮し、歩留りを向上した画像表示装置が実現される。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
図1には、本実施形態の画像表示装置のサブピクセル20の構成が模式的に示されている。本実施形態および後述する他の実施形態のうち第2の実施形態、第5の実施形態および第6の実施形態では、カラーフィルタを装着しない場合の例を示しているので、たとえば、これらをモノクロの画像表示装置等とする場合には、サブピクセルは、1つのピクセルとなる。本明細書では、1つのサブピクセルで1つのピクセルを形成する場合にも、複数のサブピクセルで1つのピクセルを形成する場合でも、1つの発光素子を含む発光要素をサブピクセルと呼ぶこととする。
図1は、本実施形態に係る画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
図1には、本実施形態の画像表示装置のサブピクセル20の構成が模式的に示されている。本実施形態および後述する他の実施形態のうち第2の実施形態、第5の実施形態および第6の実施形態では、カラーフィルタを装着しない場合の例を示しているので、たとえば、これらをモノクロの画像表示装置等とする場合には、サブピクセルは、1つのピクセルとなる。本明細書では、1つのサブピクセルで1つのピクセルを形成する場合にも、複数のサブピクセルで1つのピクセルを形成する場合でも、1つの発光素子を含む発光要素をサブピクセルと呼ぶこととする。
以下では、XYZの3次元座標系を用いて説明することがある。発光素子150は、後述する図11に示すように、2次元平面状に配列されている。発光素子150は、サブピクセル20ごとに設けられている。サブピクセル20が配列された2次元平面をXY平面とする。サブピクセル20は、X軸方向およびY軸方向に沿って配列されている。図1は、後述の図4のAA'線における矢視断面を表しており、XY平面に垂直な複数の平面における断面を1つの平面上でつなげた断面図としている。他の図においても、図1のように、XY平面に垂直な複数の平面における断面図では、X軸およびY軸は図示されず、XY平面に垂直なZ軸が示されている。つまり、これらの図では、Z軸に垂直な平面がXY平面とされている。
以下では、Z軸の正方向を「上」や「上方」、Z軸の負方向を「下」や「下方」のようにいうことがあるが、Z軸に沿う方向は、必ずしも重力がかかる方向に限定するものではない。Z軸に沿った方向の長さを高さということがある。
サブピクセル20は、XY平面にほぼ平行な発光面151Sを有している。発光面151Sは、主として、XY平面に直交するZ軸の負方向に向かって光を放射する面である。本実施形態および後述する変形例やすべての実施形態においては、発光面は、Z軸の負方向に向かって光を放射する。
図1に示すように、画像表示装置のサブピクセル20は、基板(光透過性部材)102と、トランジスタ(回路素子)103と、第1配線層110と、第1層間絶縁膜(第1絶縁膜)112と、発光素子150と、光反射性を有する電極165aと、第2層間絶縁膜(第2絶縁膜)156と、ビア(第1ビア)161dと、第2配線層160と、を含む。
本実施形態では、基板102は、2つの面を有しており、一方の面102a上には、TFT下層膜106が設けられている。TFT下層膜106上には、トランジスタ103等の回路素子が形成されている。第1面102aは、XY平面にほぼ平行な平坦面である。本実施形態の画像表示装置にカラーフィルタを設ける場合には、カラーフィルタは、基板102の他方の面102b上に形成される。他方の面102bは、一方の面102aに対向する面である。後述する他の実施形態についても、カラーフィルタを設けていない場合には、上述と同様に、基板の2つの面のうち発光素子が形成された面に対向する面にカラーフィルタを設けるようにしてもよい。基板102は、透光性基板であり、たとえばガラス基板である。
基板102上にTFT下層膜106を介して、回路101が形成され、回路101は、光透過性を有する第1層間絶縁膜112で覆われている。発光素子150は、第1層間絶縁膜112上に設けられている。発光素子150は、第1層間絶縁膜112を介して設けられたトランジスタ103によって駆動される。トランジスタ103は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、TFT)である。TFTを含む回路素子を大型のガラス基板上に形成するプロセスは、液晶パネルや有機ELパネル等の製造のために確立しており、既存のプラントを利用することができる利点がある。
以下、サブピクセル20の構成について、詳細に説明する。
トランジスタ103は、TFT下層膜106上に形成されている。TFT下層膜106は、トランジスタ103の形成時に平坦性を確保するとともに、加熱処理時にトランジスタ103のTFTチャネルを汚染等から保護するために設けられている。TFT下層膜106は、SiO2等の絶縁膜であり、光透過性を有している。
トランジスタ103は、TFT下層膜106上に形成されている。TFT下層膜106は、トランジスタ103の形成時に平坦性を確保するとともに、加熱処理時にトランジスタ103のTFTチャネルを汚染等から保護するために設けられている。TFT下層膜106は、SiO2等の絶縁膜であり、光透過性を有している。
TFT下層膜106上には、トランジスタ103のほか、他のトランジスタやキャパシタ等の回路素子が形成され、配線等によって回路101を構成している。たとえば、後述する図3において、トランジスタ103は、駆動トランジスタ26に対応する。そのほか図3において、選択トランジスタ24やキャパシタ28等が回路素子である。回路101は、TFTチャネル104、絶縁層105、絶縁膜108、ビア111s,111dおよび第1配線層110を含むものとする。
トランジスタ103は、この例では、pチャネルのTFTである。トランジスタ103は、TFTチャネル104と、ゲート107と、を含む。TFTチャネル104は、好ましくは、低温ポリシリコン(Low Temperature Poly Silicon、LTPS)プロセスによって形成されている。LTPSプロセスでは、TFTチャネル104は、TFT下層膜106上に形成されたアモルファスSiの領域を多結晶化し、活性化することによって形成される。たとえば、アモルファスSiの領域の多結晶化、活性化には、レーザによるレーザアニーリングが用いられる。LTPSプロセスによって形成されたTFTは、十分高い移動度を有する。
TFTチャネル104は、領域104s,104i,104dを含む。領域104s,104i,104dは、いずれもTFT下層膜106上に設けられている。領域104iは、領域104sと領域104dとの間に設けられている。領域104s,104dは、ホウ素イオン(B+)もしくはフッ化ホウ素イオン(BF2+)等のp形不純物がドープされており、ビア111s,111dとオーミック接続されている。
絶縁層105は、TFT下層膜106およびTFTチャネル104上に設けられている。絶縁層105は、たとえばSiO2である。絶縁層105は、覆っている領域に応じてSiO2やSi3N4等を含む多層の絶縁層であってもよい。絶縁層105は、光透過性を有するように十分薄く形成されている。
ゲート107は、絶縁層105を介して、TFTチャネル104上に設けられている。絶縁層105は、TFTチャネル104とゲート107とを絶縁するとともに、隣接する他の回路素子から絶縁するために設けられている。領域104sよりも低い電位がゲート107に印加されると、領域104iにチャネルが形成されることによって、領域104s,104d間に流れる電流を制御することができる。
ゲート107は、たとえば多結晶Siで形成されていてもよいし、W、Mo等の高融点金属で形成されていてもよい。ゲート107は、多結晶Si膜によって形成される場合には、たとえばCVD等によって形成される。
絶縁膜108は、絶縁層105およびゲート107上に設けられている。絶縁膜108は、光透過性を有する絶縁材料で形成され、たとえばSiO2やSi3N4等の無機膜である。好ましくは、絶縁膜108は、SiO2およびSi3N4等の積層膜である。絶縁膜108は、隣接して配置されたトランジスタ103等の回路素子を互いに分離するために設けられている。絶縁膜108は、第1配線層110を形成するのに支障のない程度の平坦度を有する面を提供する。
第1配線層110は、絶縁膜108上に設けられている。第1配線層110は、電位の異なり得る複数の配線を含むことができる。第1配線層110は、配線110s,110dを含む。配線110s,110dは、分離して形成されており、異なる電位に接続することができる。
図1以降の断面図においては、特に断らない限り、配線層を表す符号は、その配線層を構成する配線の横に表示されるものとする。
配線110sは、領域104sの上方に設けられている。配線110sは、たとえば後述する図3に示される電源線3に接続されている。配線110dは、領域104dの上方に設けられている。配線110dには、ビア161dの一端が接続されている。ビア161dの他端は、第2配線層160に接続されている。
ビア111s,111dは、絶縁膜108および絶縁層105を貫通して設けられている。ビア111sは、配線110sと領域104sとの間に設けられ、配線110sおよび領域104sを電気的に接続している。ビア111dは、配線110dと領域104dとの間に設けられ、配線110dおよび領域104dを電気的に接続している。
配線110sは、ビア111sを介して、領域104sに接続されている。領域104sは、トランジスタ103のソース領域である。したがって、トランジスタ103のソース領域は、ビア111sおよび配線110sを介して、たとえば図3の回路の電源線3に電気的に接続される。
配線110dは、ビア111dを介して、領域104dに接続されている。領域104dは、トランジスタ103のドレイン領域である。したがって、トランジスタ103のドレイン領域は、ビア111d、配線110dおよびビア161dを介して、第2配線層160に電気的に接続される。
第1層間絶縁膜112は、絶縁膜108および第1配線層110上を覆って設けられている。第1層間絶縁膜112は、光透過性を有する材料で形成されている。第1層間絶縁膜112は、たとえば、有機樹脂によって形成されており、有機透明樹脂である。第1層間絶縁膜112は、後述する製造方法において説明するように、発光層を有する半導体層を貼り合わせるための平坦化面112Fを提供する。
基板102、TFT下層膜106、回路101および第1層間絶縁膜112は、駆動回路部100を構成する。発光素子150は、駆動回路部100上に設けられている。
発光素子150は、平坦化面112F上に設けられた発光面151Sを含む。発光素子150は、発光面151Sに対向して設けられた上面153Uを含む。この例では、発光面151Sおよび上面153UのXY平面視での外周形状は、方形または長方形であり、発光素子150は、平坦化面112F上に発光面151Sを有する角柱状の素子である。角柱の断面は、5角形以上の多角形でもよい。発光素子150は、角柱状の素子に限らず、円柱状の素子であってもよい。
発光素子150は、n形半導体層151と、発光層152と、p形半導体層153と、を含む。n形半導体層151、発光層152およびp形半導体層153は、発光面151Sから上面153Uに向かってこの順に積層されている。n形半導体層151である発光面151Sは、平坦化面112Fに接して設けられている。したがって、発光素子150は、第1層間絶縁膜112、絶縁膜108、絶縁層105、TFT下層膜106および基板102を介して、Z軸の負方向に光を放射する。
n形半導体層151は、接続部151aを含む。接続部151aは、平坦化面112F上をn形半導体層151から一方向に突出するように設けられている。接続部151aの平坦化面112Fからの高さは、n形半導体層151の平坦化面112Fからの高さと同じか、n形半導体層151の平坦化面112Fからの高さよりも低い。接続部151aは、n形半導体層151の一部である。接続部151aは、ビア161kの一端に接続されて、n形半導体層151は、接続部151aを介して、ビア161kに電気的に接続される。
発光素子150が角柱状の形状の場合には、発光素子150のXY平面視の形状は、たとえばほぼ正方形または長方形である。発光素子150のXY平面視の形状が方形を含む多角形の場合には、発光素子150の角部は丸くてもよい。発光素子150のXY平面視の形状が円柱状の形状の場合には、発光素子150のXY平面視の形状は、円形に限らず、たとえば楕円形であってもよい。平面視での発光素子の形状や配置等を適切に選定することによって、配線レイアウト等の自由度が向上する。
発光素子150には、たとえば、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y<1)等の発光層を含む窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。以下では、上述の窒化ガリウム系化合物半導体を、単に窒化ガリウム(GaN)と呼ぶことがある。本発明の一実施形態における発光素子150は、いわゆる発光ダイオードである。発光素子150が発光する光の波長は、近紫外域から可視光域の範囲の波長であればよく、たとえば467nm±20nm程度である。発光素子150が発光する光の波長は、410nm±20nm程度の青紫発光としてもよい。発光素子150が発光する光の波長は、上述の値に限らず、適切なものとすることができる。
光反射性を有する電極165aは、上面153U上にわたって設けられている。電極165aは、上面153Uと接続部161aの一端との間に設けられている。電極165aは、遮光性を有する導電材料で形成されており、遮光性を発揮するように十分な厚さで形成されている。電極165aは、p形半導体層153とオーミック接続を実現する。電極165aは、光反射性を有する金属材料等によって形成されており、発光素子150の上方への放射光や散乱光を発光面151S側に反射する。これによって、発光素子150では、実質的な発光効率が向上される。
第2層間絶縁膜156は、平坦化面112F、発光素子150および電極165aを覆っている。第2層間絶縁膜156は、隣接して配置された発光素子150を分離する。第2層間絶縁膜156は、隣接して配置された発光素子150に設けられた電極165aも分離する。第2層間絶縁膜156は、発光素子150を覆うことによって、周囲環境から、発光素子150を保護する。第2層間絶縁膜156の表面は、層間絶縁膜156上に第2配線層160が形成できる程度の平坦性があればよい。
第2層間絶縁膜156は、有機絶縁材料によって形成されている。第2層間絶縁膜156に用いられる有機絶縁材料は、好ましくは白色樹脂である。第2層間絶縁膜156を白色樹脂とすることによって、発光素子150の横方向の出射光や、発光面151Sと平坦化面112Fとの界面等に起因する戻り光を反射することができる。そのため、発光素子150の発光効率は、実質的に向上される。
白色樹脂は、SOG(Spin On Glass)等のシリコン系樹脂やノボラック型フェノール系樹脂等の透明樹脂に、ミー(Mie)散乱効果を有する散乱性微粒子を分散させることによって形成される。散乱性微粒子は、無色または白色であり、発光素子150が発光する光の波長の1/10程度から数倍程度の直径を有する。好適に用いられる散乱性微粒子は、光の波長の1/2程度の直径を有する。たとえば、このような散乱性微粒子としては、TiO2、Al2O3、ZnO等が挙げられる。
白色樹脂は、透明樹脂内に分散された多数の微細な空孔などを活用することによっても、形成されることができる。第1層間絶縁膜112を白色化する場合には、SOG等に重ねて、たとえば、ALD(Atomic-Layer-Deposition)やCVDで形成されたSiO2膜等を用いてもよい。
第2層間絶縁膜156は、黒色樹脂であってもよい。第2層間絶縁膜156を黒色樹脂とすることによって、サブピクセル20内における光の散乱が抑制され、迷光がより効果的に抑制される。迷光が抑制された画像表示装置は、よりシャープな画像を表示することが可能である。
第2配線層160は、第2層間絶縁膜156上に設けられている。第2配線層160は、電位の異なり得る複数の配線を含むことができる。第2配線層160は、配線160k,160aを含む。配線160k,160aは、分離して形成されており、異なる電位に接続することができる。
配線160kの一部は、接続部151aの上方に設けられている。配線160kの他の一部は、たとえば図3の回路の接地線4に接続される。配線160aの一部は、上面153Uの上方に設けられている配線160aと上面153Uとの間に接続部161aが設けられており、上面153Uは、接続部161aによって配線160aに接続されている。配線160aの他の一部は、配線110dの上方に設けられている。
ビア161dは、第2層間絶縁膜156および第1層間絶縁膜112を貫通して配線110dに達するように設けられている。ビア161dは、配線(第1配線)160aと配線110dとの間に設けられ、配線160aと配線110dとを電気的に接続する。したがって、p形半導体層153は、電極165a、接続部161a、配線160a、ビア161d、配線110dおよびビア111dを介して、トランジスタ103のドレイン領域に電気的に接続されている。
ビア(第2ビア)161kは、第2層間絶縁膜156を貫通し接続部151aに達するように設けられている。ビア161kは、配線(第2配線)160kと接続部151aとの間に設けられ、配線160kと接続部151aとを接続する。したがって、n形半導体層151は、接続部151a、ビア161kおよび配線160kを介して、たとえば図3の回路の接地線4に電気的に接続される。
配線層110、接続部161aおよびビア111s,111d,161k,161dは、たとえばAlやAlの合金、AlとTi等との積層膜等によって形成されている。たとえば、AlとTiの積層膜では、Tiの薄膜上にAlが積層され、さらにAl上にTiが積層されている。
外部の環境から保護するために、これらを覆う保護層を、第2層間絶縁膜156および第2配線層160上にわたって設けるようにしてもよい。
図2は、本実施形態の変形例に係る画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
図2の変形例では、第1配線層110を構成する配線110s,110dの形状が第1の実施形態の場合と相違する。他の構成要素は、第1の実施形態の場合と同じである。同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図2に示すように、変形例の画像表示装置は、サブピクセル20aを含む。サブピクセル20aは、第1配線層110を含んでいる。第1配線層110は、配線110s1,110d1を含む。配線110s1は、ビア111sを介して、トランジスタ103のソース領域に接続されており、たとえば後述の図3の回路の電源線3に接続される。配線110d1は、ビア111dを介して、トランジスタのドレイン領域に接続されており、ビア161dを介して、配線160aに接続されている。
図2の変形例では、第1配線層110を構成する配線110s,110dの形状が第1の実施形態の場合と相違する。他の構成要素は、第1の実施形態の場合と同じである。同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図2に示すように、変形例の画像表示装置は、サブピクセル20aを含む。サブピクセル20aは、第1配線層110を含んでいる。第1配線層110は、配線110s1,110d1を含む。配線110s1は、ビア111sを介して、トランジスタ103のソース領域に接続されており、たとえば後述の図3の回路の電源線3に接続される。配線110d1は、ビア111dを介して、トランジスタのドレイン領域に接続されており、ビア161dを介して、配線160aに接続されている。
配線110s1,110d1は、このような回路接続機能のほか、TFTチャネル104を遮光する第1部分として機能する。すなわち、第1部分は、配線110s1,110d1のうち少なくとも一方が、トランジスタ103のTFTチャネル104を覆うように設けられており、発光素子150からの光を遮光する。配線110s1,110d1が第1部分としてTFTチャネル104を覆い、あるいは、配線110s1が単独で第1部分としてTFTチャネルを覆うことができ、配線110d1が単独で第1部分としてTFTチャネル104を覆うことができる。第1部分がTFTチャネル104のほとんどを覆うことによって、発光素子150から放射された光は、第1部分によってTFTチャネル104に到達することが抑制される。そのため、光の照射によるトランジスタ103の誤動作を防止することができる。
図3は、本実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的なブロック図である。
図3に示すように、本実施形態の画像表示装置1は、表示領域2を備える。表示領域2には、サブピクセル20が配列されている。サブピクセル20は、たとえば格子状に配列されている。たとえば、サブピクセル20は、X軸に沿ってn個配列され、Y軸に沿ってm個配列される。
図3に示すように、本実施形態の画像表示装置1は、表示領域2を備える。表示領域2には、サブピクセル20が配列されている。サブピクセル20は、たとえば格子状に配列されている。たとえば、サブピクセル20は、X軸に沿ってn個配列され、Y軸に沿ってm個配列される。
画像表示装置1は、電源線3および接地線4をさらに有する。電源線3および接地線4は、サブピクセル20の配列に沿って、格子状に布線されている。電源線3および接地線4は、各サブピクセル20に電気的に接続され、電源端子3aとGND端子4aとの間に接続された直流電源から各サブピクセル20に電力を供給する。電源端子3aおよびGND端子4aは、電源線3および接地線4の端部にそれぞれ設けられ、表示領域2の外部に設けられた直流電源回路に接続される。電源端子3aは、GND端子4aを基準にして正の電圧が供給される。
画像表示装置1は、走査線6および信号線8をさらに有する。走査線6は、X軸に平行な方向に布線されている。つまり、走査線6は、サブピクセル20の行方向の配列に沿って布線されている。信号線8は、Y軸に平行な方向に布線されている。つまり、信号線8は、サブピクセル20の列方向の配列に沿って布線されている。
画像表示装置1は、行選択回路5および信号電圧出力回路7をさらに有する。行選択回路5および信号電圧出力回路7は、表示領域2の外縁に沿って設けられている。行選択回路5は、表示領域2の外縁のY軸方向に沿って設けられている。行選択回路5は、各列のサブピクセル20に走査線6を介して電気的に接続され、各サブピクセル20に選択信号を供給する。
信号電圧出力回路7は、表示領域2の外縁のX軸方向に沿って設けられている。信号電圧出力回路7は、各行のサブピクセル20に信号線8を介して電気的に接続され、各サブピクセル20に信号電圧を供給する。
サブピクセル20は、発光素子22と、選択トランジスタ24と、駆動トランジスタ26と、キャパシタ28と、を含む。図3および後述する図4において、選択トランジスタ24はT1と表示され、駆動トランジスタ26はT2と表示され、キャパシタ28はCmと表示されることがある。
発光素子22は、駆動トランジスタ26と直列に接続されている。本実施形態では、駆動トランジスタ26はpチャネルのTFTであり、駆動トランジスタ26のドレイン電極に、発光素子22のアノード電極が接続されている。駆動トランジスタ26および選択トランジスタ24の主電極は、ドレイン電極およびソース電極である。発光素子22のアノード電極は、p形半導体層に接続されている。発光素子22のカソード電極は、n形半導体層に接続されている。発光素子22および駆動トランジスタ26の直列回路は、電源線3と接地線4との間に接続されている。駆動トランジスタ26は、図1におけるトランジスタ103に対応し、発光素子22は、図1における発光素子150に対応する。発光素子22に流れる電流は、駆動トランジスタ26のゲート-ソース間に印加される電圧によって決定され、発光素子22は、流れる電流に応じた輝度で発光する。
選択トランジスタ24は、駆動トランジスタ26のゲート電極と信号線8との間に主電極を介して接続されている。選択トランジスタ24のゲート電極は、走査線6に接続されている。駆動トランジスタ26のゲート電極と電源線3との間には、キャパシタ28が接続されている。
行選択回路5は、m行のサブピクセル20の配列から、1行を選択して走査線6に選択信号を供給する。信号電圧出力回路7は、選択された行の各サブピクセル20に必要なアナログ電圧値を有する信号電圧を供給する。選択された行のサブピクセル20の駆動トランジスタ26のゲート-ソース間には、信号電圧が印加される。信号電圧は、キャパシタ28によって保持される。駆動トランジスタ26は、信号電圧に応じた電流を発光素子22に流す。発光素子22は、流れた電流に応じた輝度で発光する。
行選択回路5は、選択する行を順次切り替えて選択信号を供給する。つまり、行選択回路5は、サブピクセル20が配列された行を走査する。順次走査されたサブピクセル20の発光素子22には、信号電圧に応じた電流が流れて発光する。サブピクセル20は、発光素子22の流れる電流によって輝度が決定される。サブピクセル20は、決定された輝度にもとづく階調で発光し、表示領域2に画像が表示される。
図4は、本実施形態の画像表示装置の一部を例示する模式的な平面図である。
図4では、AA’線は、図1等の断面図における切断線を表している。本実施形態では、発光素子150および駆動用のトランジスタ103は、第1層間絶縁膜112および第2層間絶縁膜156を介して、Z軸方向に積層されている。発光素子150は、図3では発光素子22に対応する。駆動用のトランジスタ103は、図3では駆動トランジスタ26に対応し、T2とも表記される。
図4では、AA’線は、図1等の断面図における切断線を表している。本実施形態では、発光素子150および駆動用のトランジスタ103は、第1層間絶縁膜112および第2層間絶縁膜156を介して、Z軸方向に積層されている。発光素子150は、図3では発光素子22に対応する。駆動用のトランジスタ103は、図3では駆動トランジスタ26に対応し、T2とも表記される。
図4に示すように、発光素子150のアノード電極は、図1に示したp形半導体層153によって提供される。電極165aは、p形半導体層153の上面153U上に設けられている。電極165aは、接続部161aを介して、配線160aに接続されている。配線160aは、コンタクトホール161d1によってビア161dに接続され、配線160aは、ビア161dを介して、下層に設けられた配線110dに接続される。
配線110dは、図1に示したビア111dを介して、トランジスタ103のドレイン電極に接続されている。トランジスタ103のドレイン電極は、図1に示した領域104dである。トランジスタ103のソース電極は、図1に示したビア111sを介して、配線110sに接続されている。トランジスタ103のソース電極は、図1に示した領域104sである。この例では、第1配線層110は、電源線3を含んでおり、配線110sは、電源線3に接続されている。
発光素子150のカソード電極は、接続部151aによって提供される。接続部151aは、トランジスタ103や配線層110の上層に設けられている。接続部151aは、ビア161kを介して、配線160kに電気的に接続される。より具体的には、ビア161kの一端は、接続部151aに接続されている。ビア161kの他端は、コンタクトホール161k1を介して、配線160kに接続されている。配線160kは、接地線4に接続されている。
このように、発光素子150は、ビア161dを用いることによって、発光素子150よりも下層に設けられた第1配線層110を第2配線層160に電気的に接続させることができる。発光素子150は、ビア161kを用いることによって、第2配線層160よりも下方に設けられた接続部151aを第2配線層160に電気的に接続させることができる。
本実施形態の画像表示装置1の製造方法について説明する。
図5A~図8Bは、本実施形態の画像表示装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
図5Aに示すように、本実施形態の画像表示装置1の製造方法では、基板102が準備される。TFT下層膜106は、第1面102a上に形成される。TFT下層膜106は、たとえばCVD法によって形成される。形成されたTFT下層膜106上に、Si層1104が形成される。Si層1104は、成膜時にはアモルファスSiの層であり、成膜後に、たとえばエキシマレーザパルスを複数回走査することによって多結晶化されたSi層1104が形成される。
図5A~図8Bは、本実施形態の画像表示装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
図5Aに示すように、本実施形態の画像表示装置1の製造方法では、基板102が準備される。TFT下層膜106は、第1面102a上に形成される。TFT下層膜106は、たとえばCVD法によって形成される。形成されたTFT下層膜106上に、Si層1104が形成される。Si層1104は、成膜時にはアモルファスSiの層であり、成膜後に、たとえばエキシマレーザパルスを複数回走査することによって多結晶化されたSi層1104が形成される。
図5Bに示すように、TFT下層膜106上の所定の位置に、トランジスタ103が形成される。たとえば、LTPSプロセスでは、トランジスタ103は、次のようにして形成される。
図5Aに示した多結晶化されたSi層1104は、図4で示されるトランジスタ103のようにアイランド状に加工され、TFTチャネル104が形成される。TFT下層膜106およびTFTチャネル104を覆うように絶縁層105が形成される。絶縁層105は、ゲート絶縁膜として機能する。TFTチャネル104上に絶縁層105を介して、ゲート107が形成される。ゲート107に対して、B+等の不純物を選択的にドーピングし、熱活性化することによって、トランジスタ103は形成される。領域104s,104dは、p形の活性領域とされ、それぞれトランジスタ103のソース領域、ドレイン領域として機能する。領域104iは、n形の活性領域とされ、チャネルとして機能する。
図6に示すように、絶縁膜108は、絶縁層105およびゲート107を覆うように設けられる。絶縁膜108の形成には、絶縁膜108の材質に応じて適切な製法が適用される。たとえば、絶縁膜108がSiO2で形成される場合には、ALDやCVD等の技術が用いられる。
絶縁膜108の平坦度は、第1配線層110を形成することができる程度でよく、必ずしも平坦化工程を行わなくてもよい。絶縁膜108に平坦化工程を施さない場合には、平坦化工程のための工程数を削減することができる。
絶縁膜108および絶縁層105を貫通してビア111s,111dが形成される。ビア111sは、領域104sに達するように形成される。ビア111dは、領域104dに達するように形成される。ビア111s,111dを形成するためのビアホール形成には、たとえばRIE等が用いられる。
配線110s,110dを含む第1配線層110は、絶縁膜108上に形成される。配線110sは、ビア111sの一端に接続される。配線110dは、ビア111dの一端に接続される。第1配線層110は、ビア111s,111dの形成と同時に形成されてもよい。
第1層間絶縁膜(第1絶縁膜)112は、絶縁膜108および第1配線層110上を覆って形成される。第1層間絶縁膜112は、化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing、CMP)等によって表面を平坦化し、平坦化面112Fが形成される。
このようにして、基板102を含む駆動回路部(第1基板)100が形成される。駆動回路部100の製造工程は、この後説明するウェハー貼り合わせの工程とは別のプラントで実行されてもよいし、ウェハー貼り合わせの工程と同じプラントで実行されてもよい。
図7Aに示すように、半導体成長基板1194が準備される。半導体成長基板1194は、結晶成長用基板1001および半導体層1150を含む。結晶成長用基板1001は、たとえばSi基板やサファイア基板等である。好ましくは、Si基板が結晶成長用基板1001として用いられる。また、低温スパッタ法等の低温結晶成長プロセスを用いる場合には、より安価なガラス基板等を用いることも可能である。
半導体層1150は、結晶成長用基板1001上に形成されている。半導体層1150は、n形半導体層1151、発光層1152およびp形半導体層1153を含む。n形半導体層1151、発光層1152およびp形半導体層1153は、結晶成長用基板1001の側から、この順に積層されている。
半導体層1150の形成には、たとえばCVD法が用いられ、有機金属気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition、MOCVD法)が好適に用いられる。あるいは、低温スパッタ法を用いることによって、700℃以下のプロセス温度でも、半導体層1150のエピタキシャル結晶成長が可能である。このような低温スパッタ法を用いることによって、耐熱性の低いガラス基板や装置を使うことが可能になるため、製造コストの低減をはかることができる。
半導体層1150は、たとえば、GaNを含み、より詳細には、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y<1)等を含む。
結晶成長の初期には結晶格子定数の不整合に起因する結晶欠陥を生じる場合があり、結晶欠陥を生じた結晶はn形を呈する。そのため、この例のように、半導体層1150を、結晶成長用基板1001上にn形半導体層1151から形成した場合には、生産プロセス上のマージンを大きくとることができるので、歩留りを向上し易いという長所がある。
p形半導体層1153上にメタル層(第1メタル層)1161が形成される。メタル層1161は、p形半導体層1153の露出面1153E上に形成される。
結晶成長用基板1001上に半導体層1150を形成する場合に、図7Aでは図示しないが、バッファ層を介して半導体層1150を形成するようにしてもよい。バッファ層は、たとえばAlN等の窒化物が用いられる。結晶成長用基板1001上にバッファ層を介して半導体層1150を結晶成長させることによって、GaNの結晶と結晶成長用基板1001との界面での不整合を緩和することができる。そのため、半導体層1150の半導体結晶の品質が向上することが期待される。一方、本実施形態では、n形半導体層1151を平坦化面112Fに貼り合わせるので、貼り合わせの前にバッファ層を除去する工程が追加される。後述の他の実施形態の場合も同様である。
図7Bに示すように、支持基板(第2基板)1190が準備される。支持基板1190は、一方の面1190E上にメタル層(第1メタル層)1162が形成されている。支持基板1190は、たとえば石英ガラスやSi等によって形成されている。
半導体成長基板1194は、半導体成長基板1194上に形成されたメタル層1161を、支持基板1190上に形成されたメタル層1162に対向させて配置される。半導体層1150は、メタル層1161,1162を介して、支持基板1190に接合される。メタル層1161,1162は、光反射性を有する導電材料であれば、同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。メタル層は、図1に示した電極165aに成形した場合に、遮光性を有することで十分な光反射性を実現できる程度の厚さであれば、半導体成長基板1194または支持基板1190のいずれか一方に形成するようにしてもよい。
図8Aに示すように、半導体層1150にメタル層(第1メタル層)1163を介して支持基板1190が接合された後には、図7Bに示した結晶成長用基板1001は除去され、基板1195が形成される。メタル層1163は、2つのメタル層1161,1162の接合形成物である。結晶成長用基板1001の除去には、たとえばウェットエッチングやレーザリフトオフが用いられる。
基板1195の半導体層1150は、平坦化面112Fに貼り合わせられる。平坦化面112Fに貼り合わされる面は、n形半導体層1151の露出面1151Eである。その後、支持基板1190は除去される。支持基板1190の除去もウェットエッチングやレーザリフトオフが用いられる。
基板貼り合わせの工程では、たとえば、それぞれの基板を加熱して熱圧着することによって、基板同士が貼り合わせられる。上述のほか、それぞれの基板の貼り合わせ面をCMP等を用いてさらに平坦化した上で、真空中で貼り合わせ面をプラズマ処理により清浄化して密着させるようにしてもよい。
半導体層1150を駆動回路部100に貼り合わせる場合には、1つの半導体層1150を1つの駆動回路部100に貼り合わせるときと、複数の半導体層1150を1つの駆動回路部100に貼り合わせるときがある。1つの半導体層1150を1つの駆動回路部100に貼り合わせるときには、駆動回路部100を構成する基板102のサイズは、たとえば数10mm角から150mm角程度の長方形状や正方形状等とすることができる。この場合には、基板1195上に形成された半導体層1150は、基板102のサイズに応じたサイズとすることができる。
複数の半導体層1150を1つの駆動回路部100に貼り合わせるときには、駆動回路部100を構成する基板102は、たとえば、1500mm×1800mm程度のほぼ長方形のガラス基板を用いることができる。基板1195に形成された半導体層1150は、数10mm角から150mm角程度の長方形状または正方形状とされ、ウェハー寸法に換算して、たとえば、4インチから6インチ程度のサイズとすることができる。基板102のサイズは、画像表示装置のサイズ等に応じて、適切に選定される。
図9は、本実施形態の画像表示装置の製造方法の一部を例示する斜視図である。
図9は、複数の半導体層1150を1つの駆動回路部100に貼り合わせるときの例を模式的に示している。
図9の矢印の上の図は、複数の基板1195が格子状に配置されていることを示している。図9の矢印の下の図は、平坦化面112Fが形成された駆動回路部100が配置されていることを示している。図9は、格子状に配置された複数の基板1195が2点鎖線の位置に貼り合わされることを、矢印によって示している。
図9は、複数の半導体層1150を1つの駆動回路部100に貼り合わせるときの例を模式的に示している。
図9の矢印の上の図は、複数の基板1195が格子状に配置されていることを示している。図9の矢印の下の図は、平坦化面112Fが形成された駆動回路部100が配置されていることを示している。図9は、格子状に配置された複数の基板1195が2点鎖線の位置に貼り合わされることを、矢印によって示している。
半導体層1150の端部およびその付近では、半導体結晶の品質が低下するため、半導体層1150の端部およびその付近に発光素子150が形成されないように留意する必要がある。
図9に示すように、半導体層1150の端部は、支持基板1190の端部とほぼ一致するように形成されている。そのため、複数の基板1195は、隣接する基板1195同士で、なるべく隙間を生じないように、たとえば図9の実線で示したように、格子状に、駆動回路部100に対向して配置される。半導体層1150は、図9の2点鎖線で示したように、駆動回路部100の平坦化面112F上に貼り合わされる。
図9に示すように、半導体層1150の端部は、支持基板1190の端部とほぼ一致するように形成されている。そのため、複数の基板1195は、隣接する基板1195同士で、なるべく隙間を生じないように、たとえば図9の実線で示したように、格子状に、駆動回路部100に対向して配置される。半導体層1150は、図9の2点鎖線で示したように、駆動回路部100の平坦化面112F上に貼り合わされる。
1つの駆動回路部100に複数の半導体層1150が貼り合わされた場合には、その後の工程において、複数の半導体層1150が貼り合わされた駆動回路部100を基板102ごと分割して、分割数に応じた数量およびサイズの画像表示装置とすることができる。半導体結晶の品質の低下している半導体層1150の端部が、表示領域の端部となることが好ましいので、分割する単位は、好ましくは、基板1195の形状に一致するように設定される。
ウェハー貼り合わせの製造工程では、半導体成長基板1194を形成するまでの工程および基板1195を形成した後の処理を行う工程は、同一のプラントで実行されてもよいし、異なるプラントで実行されてもよい。たとえば、基板1195を第1プラントで製造し、第1プラントとは異なる第2プラントに基板1195を搬入して、貼り合わせ工程を実行してもよい。
半導体層1150を基板102に貼り合わせる方法は、上述に限らず、次の方法とすることもできる。すなわち、半導体層1150は、結晶成長用基板1001上に形成後、容器に収納され、たとえば容器内では支持基板1190を装着されて、保管される。保管後、半導体層1150は、容器から取り出されて、駆動回路部100に貼り合わせられる。また、半導体層1150は、支持基板1190に装着されることなく、容器に保管される。保管後、半導体層1150は、容器から取り出されて、そのまま駆動回路部100に貼り合わされる。
図10Aおよび図10Bは、本実施形態の画像表示装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
図10Aに示すように、図8Bに示したメタル層1163は、エッチングによって所定の形状に加工され、電極165aが形成される。電極165aの形成には、ドライエッチングやウェットエッチングが用いられる。
図10Aに示すように、図8Bに示したメタル層1163は、エッチングによって所定の形状に加工され、電極165aが形成される。電極165aの形成には、ドライエッチングやウェットエッチングが用いられる。
図8Bに示した半導体層1150は、エッチングによって所定の形状に加工され、発光素子150が形成される。発光素子150では、接続部151aが形成され、その後、さらにエッチングすることによって、他の部分が形成される。これによって、平坦化面112F上をn形半導体層151から一方向に突出する接続部151aを有する発光素子150を形成することができる。発光素子150の形成には、たとえばドライエッチングプロセスが用いられ、好適には、異方性プラズマエッチング(Reactive Ion Etching、RIE)が用いられる。
第2層間絶縁膜(第2絶縁膜)156は、平坦化面112F、発光素子150および電極165aを覆うように形成される。
図10Bに示すように、ビア161d(第1ビア)は、第2層間絶縁膜156および第1層間絶縁膜112を貫通し、配線110dに達するビアホールを導電材料で埋め込むことによって形成される。ビア(第2ビア)161kは、第2層間絶縁膜156を貫通し、接続部151aに達するビアホールを導電材料で埋め込むことによって形成される。接続部161aは、電極165aに達するように形成されたコンタクトホールを埋め込んで形成される。ビアホールやコンタクトホールの形成には、たとえばRIE等が用いられる。
配線160a,160kを含む第2配線層160は、第2層間絶縁膜156上に形成される。配線160aは、接続部161aおよびビア161dの一端に接続される。配線160kは、ビア161kの一端に接続される。第2配線層160は、ビア161k,161dおよび接続部161aの形成と同時に形成されてもよい。
図2に示す、本実施形態の変形例のサブピクセル20aの場合には、第1配線層110の形成工程において、配線110s1,110d1の少なくとも一方を含む第1部分がTFTチャネル104を覆うような形状に成形される。第1配線層110を形成した後には、上述の第1の実施形態の場合と同様の製造工程によって、図2に示したサブピクセル20aが形成される。
このようにして、サブピクセル20,20aが形成され、画像表示装置が形成される。
図11は、本実施形態の画像表示装置を例示する模式的な斜視図である。
図11に示すように、本実施形態の画像表示装置は、駆動回路部100の平坦化面112F上に、多数の発光素子150を有する発光回路部172が設けられている。発光回路部172は、発光素子150、電極165a、これらを覆う第2層間絶縁膜156および第2配線層160を含む構造体である。上述したように、発光回路部172および駆動回路部100は、図1等に示したビア161dで電気的に接続されている。
図11に示すように、本実施形態の画像表示装置は、駆動回路部100の平坦化面112F上に、多数の発光素子150を有する発光回路部172が設けられている。発光回路部172は、発光素子150、電極165a、これらを覆う第2層間絶縁膜156および第2配線層160を含む構造体である。上述したように、発光回路部172および駆動回路部100は、図1等に示したビア161dで電気的に接続されている。
図11に示した構成は、カラーフィルタを設けていない場合の例であり、後述する他の実施形態においてカラーフィルタを設けない場合に適用される。また、後述する図19に示す第3の実施形態や図27に示す第4の実施形態の場合を適用して、本実施形態においても、カラーフィルタを設けることができる。
本実施形態の画像表示装置1の効果について説明する。
本実施形態の画像表示装置1の製造方法では、駆動回路部100の平坦化面112F上に半導体層1150を貼り合わせた後、半導体層1150をエッチングして発光素子150が形成される。その後、発光素子150は、第2層間絶縁膜156で覆われ、第1配線層110や外部回路との電気的接続をはかる第2配線層160が形成される。そのため、平坦化面112F上に個片化された発光素子を個々に転写するのに比べて、製造工程が著しく短縮される。
本実施形態の画像表示装置1の製造方法では、駆動回路部100の平坦化面112F上に半導体層1150を貼り合わせた後、半導体層1150をエッチングして発光素子150が形成される。その後、発光素子150は、第2層間絶縁膜156で覆われ、第1配線層110や外部回路との電気的接続をはかる第2配線層160が形成される。そのため、平坦化面112F上に個片化された発光素子を個々に転写するのに比べて、製造工程が著しく短縮される。
たとえば、4K画質の画像表示装置では、サブピクセルの数は2400万個を超え、8K画質の画像表示装置の場合には、サブピクセルの数は9900万個を超える。これだけ大量の発光素子を個々に形成し、回路基板に実装するのでは、膨大な時間を要することとなる。そのため、マイクロLEDによる画像表示装置を現実的なコストで実現することは困難である。また、大量の発光素子を個々に実装したのでは、実装時の接続不良等による歩留りが低下し、さらなるコスト上昇が避けられないが、本実施形態の画像表示装置の製造方法では以下のような効果が得られる。
上述したとおり、本実施形態の画像表示装置1の製造方法では、半導体層1150全体を平坦化面112Fに貼り合わせた後に、エッチングにより発光素子を形成するので、発光素子の転写工程は1回で完了する。したがって、本実施形態の画像表示装置1の製造方法では、従来の製造方法に対して転写工程の時間を短縮し、工程数を削減することができる。
さらに、半導体層1150をあらかじめ個片化したり、回路素子に対応した位置に電極を形成したりすることなく、半導体層1150をウェハレベルで平坦化面112Fに貼り合わせる。そのため、貼り合わせの段階での位置合わせが不要となる。したがって、貼り合わせ工程を短時間で容易に行うことが可能になる。貼り合わせ時に位置合わせをする必要がないので、発光素子150の小型化も容易であり、高精細化されたディスプレイに好適である。
本実施形態では、駆動回路部100は、TFT等を含む駆動回路や走査回路等を含むことができる。LTPSプロセス等を用いることにより、ガラス基板等の光透過性のある基板に駆動回路部100を構成する回路101を作りこむことができ、既存のフラットパネルディスプレイの製造プロセスやプラントを利用することができるとの利点がある。
本実施形態では、発光素子150は、トランジスタ103等よりも上層に形成される。異なる層に形成された発光素子150およびトランジスタ103等を含む回路101、第2層間絶縁膜156および第1層間絶縁膜112を貫通するビア161dを形成することによって、相互に接続することができる。このように技術的に確立した多層配線技術を用いることによって、均一な接続構造を容易に実現することができ、歩留りを向上させることができる。したがって、発光素子等の接続不良による歩留りの低下が抑制される。
本実施形態の画像表示装置1では、発光面151Sから出力された光は、第1層間絶縁膜112、絶縁膜108、絶縁層105、TFT下層膜106および基板102を含む光路を介して、画像表示装置1の外部へ放射される。第1層間絶縁膜112、絶縁膜108、絶縁層105およびTFT下層膜106の合計の厚さは、たとえば1μm程度から数μm程度におよぶ場合がある。つまり、発光面151Sから出力された光は、1μm程度から数μm程度の光路を経て、外部に放射される。そのため、発光面151Sから出力された光は、外部に直接放射される場合よりも光路の長さに応じて減衰される。
本実施形態では、発光面151Sに対向して設けられた上面153U上にわたって、電極165aが設けられている。そのため、発光素子150の上方への散乱等は、電極165aによって発光面151S側に反射される。
発光素子150は、発光面151Sおよび上面153U以外を第2層間絶縁膜156によって覆われている。第2層間絶縁膜156を白色樹脂等の光反射性の高い材料で形成することによって、発光素子150の側方への散乱光等を反射して、発光素子150の側方に漏れないようにすることができる。
このように、本実施形態の画像表示装置では、電極165aおよび第2層間絶縁膜156で発光素子150を覆って、発光面151S以外の方向へ進行する光を発光素子150内に閉じ込めることができる。発光素子150内に閉じ込められた光は、発光素子150と第2層間絶縁膜156との界面で反射され、一部は、発光面151S側に誘導される。したがって、発光素子150は、実質的な発光効率が向上され、発光面151Sから外部に放射されるまでの光路が長く、光の強度が減衰されても、十分な強度の光を外部に放射することができる。
本実施形態では、上述のように発光面151Sからは、十分な強度の光が出力されるので、出力された光がTFTチャネル104に照射されると、トランジスタ103が誤動作するおそれがある。本変形例の画像表示装置では、配線110s1,110d1の少なくとも一方を含む第1部分は、TFTチャネル104を覆うように設けられている。そのため、発光面151Sから出力された光が第1部分によって、大部分が遮光されて、発光面151Sから出力された光は、TFTチャネル104に到達しにくくなる。したがって、光の照射によるトランジスタ103の誤動作が抑制される。
(第2の実施形態)
図12は、本実施形態に係る画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
図12に示すように、本実施形態の画像表示装置は、サブピクセル220を備えており、サブピクセル220は、p形半導体層253が発光面253Sを提供する点で、上述した他の実施形態の場合と相違する。本実施形態では、発光素子250の構成が上述した他の実施形態の場合と相違することにより、発光素子250を駆動するトランジスタ203の構成も相違する。他の実施形態の場合と同一の構成要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
図12は、本実施形態に係る画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
図12に示すように、本実施形態の画像表示装置は、サブピクセル220を備えており、サブピクセル220は、p形半導体層253が発光面253Sを提供する点で、上述した他の実施形態の場合と相違する。本実施形態では、発光素子250の構成が上述した他の実施形態の場合と相違することにより、発光素子250を駆動するトランジスタ203の構成も相違する。他の実施形態の場合と同一の構成要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
本実施形態の画像表示装置のサブピクセル220は、基板102と、トランジスタ203と、第1配線層110と、第1層間絶縁膜112と、発光素子250と、電極265kと、第2層間絶縁膜156と、ビア161dと、第2配線層160と、を含む。
トランジスタ203は、TFT下層膜106上に設けられている。トランジスタ203は、nチャネルのTFTである。トランジスタ203は、TFTチャネル204と、ゲート107と、を含む。好ましくは、トランジスタ203は、上述の他の実施形態の場合と同様に、LTPSプロセス等によって形成されている。本実施形態では、回路101は、TFTチャネル204、絶縁層105、絶縁膜108、ビア111s,111dおよび第1配線層110を含むものとする。
TFTチャネル204は、領域204s,204i,204dを含む。領域204s,204i,204dは、TFT下層膜106上に設けられている。領域204s,204dは、リンイオン(P-)等のn形不純物がドープされている。領域204sは、ビア111sとオーミック接続されている。領域204dは、ビア111dとオーミック接続されている。
ゲート107は、絶縁層105を介して、TFTチャネル204上に設けられている。絶縁層105は、TFTチャネル204とゲート107とを絶縁する。
トランジスタ203では、領域204sよりも高い電圧がゲート107に印加されると、領域204iにチャネルが形成される。領域204s,204d間に流れる電流は、ゲート107の領域204sに対する電圧によって制御される。TFTチャネル204やゲート107は、上述の他の実施形態の場合のTFTチャネル104やゲート107と同様の材料、製法で形成されている。絶縁層105およびゲート107は、上述の他の実施形態の場合と同様に、絶縁膜108で覆われており、絶縁膜108上には、第1配線層110が設けられている。
第1配線層110は、配線110s,110dを含んでいる。配線110sは、領域204sの上方に設けられている。配線110sは、たとえば後述する図13に示される接地線4に接続される。配線110dは、領域204dの上方に設けられている。上述した他の実施形態の場合と同様に、配線110dは、ビア161dに接続され、ビア161dを介して、第2配線層160に電気的に接続されている。
ビア111sは、配線110sと領域204sとの間に設けられている。ビア111sは、配線110sと領域204sとを電気的に接続している。ビア111dは、配線110dと領域204dとの間に設けられている。ビア111dは、配線110dと領域204dとを電気的に接続している。ビア111s,111dは、上述の他の実施形態の場合と同様の材料および製法で形成されている。
第1層間絶縁膜112は、上述の他の実施形態の場合と同様に、絶縁膜108および第1配線層110を覆って設けられており、平坦化面112Fを含む。
発光素子250は、平坦化面112F上に設けられている。発光素子250は、平坦化面112F上に設けられた発光面253Sを含む。発光面253Sは、平坦化面112Fに接している。発光素子250は、発光面253Sに対向して設けられた上面251Uを含む。発光素子250は、上述の他の実施形態の場合と同様に、角柱状あるいは円柱状の素子である。
発光素子250は、p形半導体層253と、発光層252と、n形半導体層251と、を含む。p形半導体層253、発光層252およびn形半導体層251は、発光面253Sから上面251Uに向かって、この順に積層されている。本実施形態では、発光面253Sは、p形半導体層253によって提供される。
発光素子250は、接続部253aを含んでいる。接続部253aは、平坦化面112F上をp形半導体層253から一方向に突出するように設けられている。接続部253aの平坦化面112Fからの高さは、p形半導体層253の平坦化面112Fからの高さと同じか低い。接続部253aは、p形半導体層253の一部である。接続部253aは、ビア261aの一端に接続されており、p形半導体層253は、ビア261aを介して、第2配線層160に電気的に接続されている。
発光素子250は、上述の他の実施形態の場合と同様のXY平面視の形状を有する。回路素子のレイアウト等に応じて、適切な形状が選定される。
発光素子250は、上述の他の実施形態の場合と同様の発光ダイオードである。すなわち、発光素子250が発光する光の波長は、たとえば467nm±20nm程度の青色発光、あるいは、410nm±20nm程度の青紫発光である。発光素子250が発光する光の波長は、上述の値に限らず、適切なものとすることができる。
上述の他の実施形態の場合と同様に、第2層間絶縁膜156は、平坦化面112Fおよび発光素子250を覆って設けられている。第2層間絶縁膜156上には、第2配線層160が設けられている。
第2配線層160は、配線260a,260kを含む。配線260a,260kは、分離して形成されており、異なる電位に接続することができる。配線260aの一部は、接続部253aの上方に設けられている。配線260aの他の一部は、たとえば図13の回路の電源線3に接続される。配線260kの一部は、上面251Uの上方に設けられている。配線260kと上面251Uとの間には、接続部261kが設けられており、上面251Uは、接続部261kによって配線260kに接続されている。配線260kの他の一部は、配線110dの上方に設けられている。
ビア161dは、配線260kと配線110dとの間に設けられ、配線260kと配線110dとを電気的に接続する。したがって、n形半導体層251は、光反射性を有する電極265k、配線260k、ビア161d、配線110dおよびビア111dを介して、トランジスタ203のドレイン領域に電気的に接続されている。
ビア261aは、第2層間絶縁膜156を貫通し、接続部253aに達するように設けられている。ビア261aは、配線260aと接続部253aとの間に設けられ、配線260aと接続部253aとを電気的に接続する。したがって、p形半導体層253は、接続部253a、ビア261aおよび配線260aを介して、たとえば図13の回路の電源線3に電気的に接続される。
図13は、本実施形態に係る画像表示装置を例示する模式的なブロック図である。
図13に示すように、本実施形態の画像表示装置201は、表示領域2、行選択回路205および信号電圧出力回路207を備える。表示領域2には、上述の他の実施形態の場合と同様に、たとえばサブピクセル220がXY平面上に格子状に配列されている。
図13に示すように、本実施形態の画像表示装置201は、表示領域2、行選択回路205および信号電圧出力回路207を備える。表示領域2には、上述の他の実施形態の場合と同様に、たとえばサブピクセル220がXY平面上に格子状に配列されている。
サブピクセル220は、発光素子222と、選択トランジスタ224と、駆動トランジスタ226と、キャパシタ228と、を含む。図13において、選択トランジスタ224はT1と表示され、駆動トランジスタ226はT2と表示され、キャパシタ228はCmと表示されることがある。
本実施形態では、発光素子222が電源線3側に設けられており、発光素子222に直列に接続された駆動トランジスタ226は、接地線4側に設けられている。つまり、駆動トランジスタ226は、発光素子222よりも低電位側に接続されている。駆動トランジスタ226は、nチャネルのトランジスタである。
駆動トランジスタ226のゲート電極と信号線208との間には、選択トランジスタ224が接続されている。キャパシタ228は、駆動トランジスタ226のゲート電極と接地線4との間に接続されている。
行選択回路205および信号電圧出力回路207は、nチャネルのトランジスタである駆動トランジスタ226を駆動するために、上述の他の実施形態と異なる極性の信号電圧を、信号線208に供給する。
本実施形態では、駆動トランジスタ226の極性がnチャネルであることから、信号電圧の極性等が上述の他の実施形態の場合と相違する。すなわち、行選択回路205は、m行のサブピクセル220の配列から、順次1行を選択するように走査線206に選択信号を供給する。信号電圧出力回路207は、選択された行の各サブピクセル220に必要なアナログ電圧値を有する信号電圧を供給する。選択された行のサブピクセル220の駆動トランジスタ226は、信号電圧に応じた電流を発光素子222に流す。発光素子222は、流れた電流に応じた輝度で発光する。
本実施形態の画像表示装置の製造方法について説明する。
図14A~図15は、本実施形態の画像表示装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
図14Aに示すように、半導体成長基板1194が準備される。半導体成長基板1194については、図7Aに関連してすでに説明したが、本実施形態では、半導体成長基板1194の半導体層1150上に図7Aに示したメタル層1161を形成しない。
図14Aに示すように、半導体成長基板1194が準備される。半導体成長基板1194については、図7Aに関連してすでに説明したが、本実施形態では、半導体成長基板1194の半導体層1150上に図7Aに示したメタル層1161を形成しない。
図14Bに示すように、半導体成長基板1194の半導体層1150は、駆動回路部100に貼り合わされる。この貼り合わせ工程では、p形半導体層1153の露出面1153Eは、平坦化面112Fに貼り合わされる。
その後、結晶成長用基板1001は除去され、図15に示すように、平坦化面112Fに貼り合わされた半導体層1150上に、メタル層(第2メタル層)1164が形成される。メタル層1164は、n形半導体層1151の露出面1151E上に形成される。メタル層1164は、上述した他の実施形態の場合のメタル層1161,1162の形成材料と同様の材料を用いることができる。
図16A~図17Bは、本実施形態の画像表示装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
図16A~図17Bに示された工程は、図14A~図15に示された工程に代えて適用される。図16A~図17Bに示された工程では、半導体層1150を支持基板1190に転写した後に、駆動回路部100に貼り合わせる。メタル層1161,1162は、半導体層1150を駆動回路部100に貼り合わせる前に形成される。
図16A~図17Bに示された工程は、図14A~図15に示された工程に代えて適用される。図16A~図17Bに示された工程では、半導体層1150を支持基板1190に転写した後に、駆動回路部100に貼り合わせる。メタル層1161,1162は、半導体層1150を駆動回路部100に貼り合わせる前に形成される。
図16Aに示すように、半導体成長基板1294が準備される。半導体成長基板1294は、図7Aや図14Aで示した半導体成長基板1194とは異なる構成を有している。半導体成長基板1294では、半導体層1150は、結晶成長用基板1001の側から、p形半導体層1153、発光層1152およびn形半導体層1151の順に積層されている。メタル層1161は、n形半導体層1151の露出面1151E上に形成される。
図16Bに示すように、支持基板1190が準備される。支持基板1190は、一方の面1190Eにメタル層1162が形成される。半導体層1150は、メタル層1161,1162を介して、支持基板1190に接合され、図17Aに示す基板1295が準備される。
図17Aに示すように、基板1295は、駆動回路部100に貼り合わされる。基板1295は、支持基板1190上にメタル層1163を介して半導体層1150が接合されている。平坦化面112Fとの貼り合わせ面は、p形半導体層1153の露出面1153Eである。
図17Bに示すように、支持基板1190が除去される。支持基板1190の除去には、ウェットエッチングやレーザリフトオフが用いられるのは、上述の他の実施形態の場合と同様である。このようにして、p形半導体層1153を駆動回路部100に貼り合わせることができる。
図18Aおよび図18Bは、本実施形態の画像表示装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
図18Aに示すように、図15に示したメタル層1164または図17Bに示したメタル層1163は、所定の形状に加工され、電極265kが形成される。図15または図17Bに示した半導体層1150は、所定の形状に加工され、発光素子250が形成される。発光素子250の形成では、上述の他の実施形態の場合と同様に、接続部253aが形成され、他の部分が形成される。
図18Aに示すように、図15に示したメタル層1164または図17Bに示したメタル層1163は、所定の形状に加工され、電極265kが形成される。図15または図17Bに示した半導体層1150は、所定の形状に加工され、発光素子250が形成される。発光素子250の形成では、上述の他の実施形態の場合と同様に、接続部253aが形成され、他の部分が形成される。
第2層間絶縁膜156は、平坦化面112F、発光素子250および電極265kを覆って形成される。
図18Bに示すように、第2層間絶縁膜156および第1層間絶縁膜112を貫通し、配線110dに達するように、ビア161dが形成される。第2層間絶縁膜156を貫通し、接続部253aに達するようにビア261aが形成される。接続部261kは、電極265kに達するように形成される。配線260a,260kを含む第2配線層160が形成され、配線260aとビア261aが接続され、配線260kとビア161dが接続される。配線260kは、接続部261kとも接続される。第2配線層160は、ビア261a,161dおよび接続部261kの形成と同時に形成されてもよい。
このようにして、サブピクセル220が形成され、画像表示装置201が形成される。
本実施形態の画像表示装置の効果について説明する。
本実施形態の画像表示装置では、上述の他の実施形態の場合と同様に、発光素子250を形成するための転写工程の時間を短縮し、工程数を削減することができる。このほか、半導体層1150の結晶成長工程において、n形半導体層1151から結晶成長させた場合に、支持基板1190への転写を不要とすることができるので、工程数を削減することができる。
本実施形態の画像表示装置では、上述の他の実施形態の場合と同様に、発光素子250を形成するための転写工程の時間を短縮し、工程数を削減することができる。このほか、半導体層1150の結晶成長工程において、n形半導体層1151から結晶成長させた場合に、支持基板1190への転写を不要とすることができるので、工程数を削減することができる。
本実施形態の画像表示装置201では、p形半導体層253を発光面253Sとすることができるので、回路構成上の自由度が増し、製品の設計効率を向上させることが可能になる。
(第3の実施形態)
図19は、本実施形態に係る画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
本実施形態では、n形半導体層151を発光面151S1とする発光素子150とする点で上述の他の実施形態の場合と相違する。本実施形態では、遮光層330を含んでいる。本実施形態では、発光面151S1側にカラーフィルタ180を装着している。上述の他の実施形態の場合と同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図19は、本実施形態に係る画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
本実施形態では、n形半導体層151を発光面151S1とする発光素子150とする点で上述の他の実施形態の場合と相違する。本実施形態では、遮光層330を含んでいる。本実施形態では、発光面151S1側にカラーフィルタ180を装着している。上述の他の実施形態の場合と同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図19に示すように、本実施形態の画像表示装置のサブピクセル320は、カラーフィルタ180と、トランジスタ103と、第1配線層110と、遮光層330と、第1層間絶縁膜112と、発光素子150と、電極165aと、第2層間絶縁膜156と、ビア161dと、を含む。トランジスタ103は、pチャネルのTFTであり、第1の実施形態および第2の実施形態の場合と同じである。発光素子150は、n形半導体層151による発光面151S1を提供する。本実施形態では、発光面151S1は、粗面化されている。
カラーフィルタ180は、遮光部181と色変換部182とを含む。このようにカラーフィルタ(波長変換部材)180は、光透過性を有する色変換部182を含んでいるので、光透過性の部材である。色変換部182は、発光素子150の発光面151S1の直下に発光面151S1の形状に応じて設けられている。カラーフィルタ180では、色変換部182以外の部分は、遮光部181とされている。遮光部181は、いわゆるブラックマトリクスであり、隣接する色変換部182から発光される光の混色等によるにじみを低減し、シャープな画像を表示することを可能にする。
色変換部182は、1層または2層以上とされる。図19には、色変換部182が2層の場合が示されている。色変換部182が1層であるか2層であるかは、サブピクセル320が発光する光の色、すなわち波長によって決定される。サブピクセル320の発光色が赤の場合には、好ましくは、色変換部182は、色変換層183および赤色の光を通過させるフィルタ層184の2層とされる。サブピクセル320の発光色が緑の場合には、好ましくは、色変換部182は、色変換層183および緑色の光を通過させるフィルタ層184の2層とされる。サブピクセル320の発光色が青の場合には、好ましくは1層とされる。
色変換部182が2層の場合には、1層目が色変換層183であり、2層目がフィルタ層184である。1層目の色変換層183は、発光素子150により近い位置に設けられている。フィルタ層184は、色変換層183上に積層されている。
色変換層183は、発光素子150が発光する光の波長を所望の波長に変換する。赤色を発光するサブピクセル320の場合には、発光素子150の波長である467nm±20nmの光を、たとえば630nm±20nm程度の波長の光に変換する。緑色を発光するサブピクセル320の場合には、発光素子150の波長である467nm±20nmの光を、たとえば532nm±20nm程度の波長の光に変換する。
フィルタ層184は、色変換層183で色変換されずに残存した青色発光の波長成分を遮断する。
サブピクセル320が発光する光の色が青色の場合には、色変換層183を介してもよいし、色変換層183を介さずにそのまま出力するようにしてもよい。発光素子150が発光する光の波長が467nm±20nm程度の場合には、色変換層183を介さずに光を出力してもよい。発光素子150が発光する光の波長を410nm±20nmとする場合には、出力する光の波長を467nm±20nm程度に変換するために、1層の色変換層183を設けることが好ましい。
青色のサブピクセル320の場合であっても、サブピクセル320は、フィルタ層184を有してもよい。青色のサブピクセル320に青色の光が透過するフィルタ層184を設けることによって、発光素子150の表面で生じる青色の光以外の微小な外光反射が抑制される。
カラーフィルタ180は、第1面180aを有している。第1面180a上には、透明薄膜接着層188が設けられている。駆動回路部100は、透明薄膜接着層188を介して、第1面180a上に設けられている。本実施形態では、駆動回路部100は、TFT下層膜106、回路101および第1層間絶縁膜112を含んでいる。
本実施形態では、TFT下層膜106上にpチャネルのトランジスタ103が形成されている。トランジスタ103は、TFTであり、その構成等については、上述した第1の実施形態および第2の実施形態の場合と同じであり、詳細な説明を省略する。
本実施形態では、第1層間絶縁膜112は、2つの絶縁膜112a,112bを含む。絶縁膜112a,112bは、同じ材料で形成されて、第1層間絶縁膜112を形成している。絶縁膜(第1絶縁膜)112aは、絶縁膜108および第1配線層110上に設けられている。絶縁膜112a上には、遮光層330が設けられている。遮光層330上には、絶縁膜(第3絶縁膜)112bが設けられており、遮光層330は、絶縁膜112a,112bの間に設けられている。遮光層330は、第1層間絶縁膜112と第2層間絶縁膜156との間にわたって一部を除いて全面に設けられている。
遮光層330は、遮光性を有する材料であれば導電性の有無を問わないが、たとえば、光反射性を有する金属材料で形成されている。遮光層330は、黒色樹脂によって形成するようにしてもよい。遮光層330を黒色樹脂により形成した場合には、あらかじめビアの径よりも大きい貫通孔を形成することなく、第1層間絶縁膜112等とともに一括してビアを形成することができる。
発光素子150は、第1層間絶縁膜112、絶縁膜108、絶縁層105およびTFT下層膜106を介して、出射した光をカラーフィルタ180に到達させる。そのため、遮光層330は、発光素子150が出射した光のための経路を確保するために、貫通孔331Lが設けられている。ビア161dは、第2層間絶縁膜156および第1層間絶縁膜112を貫通して設けられているので、遮光層330を導電材料で形成した場合には、ビア161dを通すための貫通孔331dが設けられる。
発光素子150からの発光は、発光面151S1と貫通孔331Lの重なる領域から射出される。したがって、製造上のばらつき等によって両者の位置がずれると、発光素子150ごとに光が射出される領域の大きさにばらつきが生じるおそれがある。そのため、製造上のばらつき等が生じた場合を想定して、貫通孔331Lの内径が発光面151S1の外周を含むように設定することが望ましい。たとえば、貫通孔331Lの内径は、発光面151S1の外周よりも若干大きめに形成される。
遮光層330は、遮光部330aを含んでおり、遮光部330aは、TFTチャネル104のほとんどを覆うように設けられている。好ましくは、遮光部330aの外周は、XY平面視で、遮光部330aにTFTチャネル104を投影したときに、TFTチャネル104の外周を含むように設定される。
このように遮光部330aを設定することによって、発光素子150の下方に光が放射された場合であっても、散乱光等は、遮光部330aによって遮光され、TFTチャネル104にほとんど到達できないので、トランジスタ103の誤動作を抑制することができる。
遮光層330は、TFTチャネル104の直上部分を含む限定された領域に他の部分から分離されて設けられてもよい。この例では、遮光層330は、いずれの電位にも接続されないが、接地電位や電源電位等の特定の電位に接続されるようにしてもよい。遮光層330が分離された複数の部分を有する場合には、すべてを共通の電位にしてもよいし、部分ごとに異なる電位に接続してもよい。
発光素子150は、平坦化面112F上に設けられている。発光素子150の発光面151S1は、粗面化されている。発光面151S1と第1層間絶縁膜112との間には、透明平坦化膜155が設けられている。透明平坦化膜155は、粗面化された発光面151S1を平坦化面112Fに密着するように平坦化面を提供する。
発光素子150は、発光面151S1および上面153Uを含む角柱状あるいは円柱状の素子である。発光面151S1は、透明平坦化膜155を介して透明薄膜接着層188に接している。上面153Uは、発光面151S1に対向して設けられた面である。
発光素子150は、n形半導体層151と、発光層152と、p形半導体層153と、を含んでいる。n形半導体層151、発光層152およびp形半導体層153は、発光面151S1から上面153Uに向かって、この順に積層されている。
発光素子150は、接続部151aを含んでいる。接続部151aは、透明平坦化膜155を介して、平坦化面112F上をn形半導体層151から一方向に突出するように形成されている。接続部151aは、n形半導体層151の一部である。接続部151aは、ビア161kの一端に接続されて、n形半導体層151を、ビア161kを介して、配線160kに接続する。発光素子150の構成は、発光面151S1が粗面化されているほかは、上述の第1の実施形態の場合と同じであるので、さらなる詳細な説明を省略する。
電極165aは、上面153Uにわたって設けられている。電極165aは、上面153Uと接続部161aとの間に設けられている。電極165aは、発光素子150の上面153U側への散乱光等を発光面151S1側に反射して、発光素子150の発光効率を向上させる点で上述の他の実施形態の場合と同じであり、さらなる詳細な説明を省略する。
第2層間絶縁膜156は、平坦化面112F、発光素子150および透明平坦化膜155を覆って設けられている。ビア161d、接続部161aおよび第2配線層160のそれぞれの構成は、上述の第1の実施形態の場合と同じであり、詳細な説明を省略する。
図20は、本実施形態の画像表示装置を例示する模式的なブロック図である。
図20に示すように、本実施形態の画像表示装置301では、表示領域2には、サブピクセル320が配列されている。サブピクセル320は、たとえば格子状に配列されている。たとえば、サブピクセル320は、X軸に沿ってn個配列され、Y軸に沿ってm個配列される。
図20に示すように、本実施形態の画像表示装置301では、表示領域2には、サブピクセル320が配列されている。サブピクセル320は、たとえば格子状に配列されている。たとえば、サブピクセル320は、X軸に沿ってn個配列され、Y軸に沿ってm個配列される。
ピクセル10は、異なる色の光を発光する複数のサブピクセル320を含む。サブピクセル320Rは、赤色の光を発光する。サブピクセル320Gは、緑色の光を発光する。サブピクセル320Bは、青色の光を発光する。3種類のサブピクセル320R,320G,320Bが所望の輝度で発光することによって、1つのピクセル10の発光色および輝度が決定される。
1つのピクセル10は、3つのサブピクセル320R,320G,320Bを含んでおり、サブピクセル320R,320G,320Bは、たとえばX軸上を直線状に配列されている。各ピクセル10は、同じ色のサブピクセルが同じ列に配列されていてもよいし、この例のように、列ごとに異なる色のサブピクセルが配列されていてもよい。
本実施形態の画像表示装置301では、電源線3、接地線4、走査線6および信号線8の構成は、上述した第1の実施形態の場合と同じである。画像表示装置301では、3種類のサブピクセルをそれぞれ設定された輝度で発光させて、1つのピクセル10の発光色および輝度を決定する点では、第1の実施形態の場合と相違する。そのための信号の構成等が異なり得る以外には、第1の実施形態の場合の図3の例と同じであるため、回路構成についての詳細な説明を省略する。
本実施形態の画像表示装置の製造方法について説明する。
図21A~図23Bは、本実施形態の画像表示装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
本実施形態の画像表示装置の製造方法では、図6に示した駆動回路部100を準備する工程のうち、第1配線層110を形成するまでは、同じ製造工程が適用される。本実施形態の製造方法では、第1配線層110を形成した後の工程から説明する。
図21Aに示すように、絶縁膜108および第1配線層110上に、絶縁膜112aが形成される。貫通孔331L,331dを含む遮光層330は、たとえば絶縁膜112a上にメタル層を形成した後、エッチングにより加工されて形成される。遮光部330aは、遮光層330形成時に、TFTチャネル104上に形成される。
図21A~図23Bは、本実施形態の画像表示装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
本実施形態の画像表示装置の製造方法では、図6に示した駆動回路部100を準備する工程のうち、第1配線層110を形成するまでは、同じ製造工程が適用される。本実施形態の製造方法では、第1配線層110を形成した後の工程から説明する。
図21Aに示すように、絶縁膜108および第1配線層110上に、絶縁膜112aが形成される。貫通孔331L,331dを含む遮光層330は、たとえば絶縁膜112a上にメタル層を形成した後、エッチングにより加工されて形成される。遮光部330aは、遮光層330形成時に、TFTチャネル104上に形成される。
図21Bに示すように、絶縁膜112aおよび遮光層330上に、絶縁膜112bが形成される。貫通孔331L,331dは、絶縁膜112bによって埋め込まれ、表面が平坦化され平坦化面112Fが形成される。
図22Aに示すように、図8Aに示した基板1195が準備される。基板1195は、図7A~図8Aにおいて説明した工程が適用される。基板1195のn形半導体層1151は、粗面化され、粗面化された露出面1151E1が形成される。露出面1151E1上にわたって、透明平坦化膜1155が形成される。透明平坦化膜1155は、光透過性を有する膜である。形成された透明平坦化膜1155の露出面1155Eは、平坦化される。露出面1155Eの平坦化には、たとえばCMPが用いられる。
図22Bに示すように、半導体層1150は、駆動回路部100に貼り合わされる。貼り合わせの面は、半導体層1150は、透明平坦化膜1155の露出面1155Eであり、駆動回路部100は、平坦化面112Fである。
上述は、半導体層1150および支持基板1190の少なくとも一方にメタル層を形成し、メタル層を介して支持基板1190に半導体層1150を転写した後に、半導体層1150を基板102に貼り合わせる工程についての説明である。第2の実施形態において図14A~図15を用いて説明したように、半導体層1150を支持基板1190に転写せず、半導体層1150を基板102に貼り合わせた後に、半導体層1150上にメタル層を形成するようにしてもよい。
図23Aに示すように、図22Bに示したメタル層1163および半導体層1150は、所定の形状にエッチングされ、電極165aおよび発光素子150が形成される。電極165aおよび発光素子150の形成工程は、上述した他の実施形態の場合と同じである。透明平坦化膜155は、発光素子150の形成時に同時に形成される。この例では、基板102は後に除去されるため、駆動回路部100は、TFT下層膜106、回路101および第1層間絶縁膜112を含む構成となっている。
第2層間絶縁膜156は、平坦化面112F、発光素子150および電極165aを覆って形成される。透明平坦化膜155が発光素子150の側面で露出する場合には、第2層間絶縁膜156は、透明平坦化膜155上も覆って設けられる。
図23Bに示すように、ビア161d,161k、接続部161aおよび第2配線層160は、上述の他の実施形態の場合と同様にして、第2層間絶縁膜156上に形成される。
図24Aに示すように、第2層間絶縁膜156および第2配線層160上に、接着層1170が形成され、接着層1170を介して補強基板1180が接着される。その後、基板102は、除去されて、カラーフィルタ180の形成面1192Aが露出される。基板102の除去には、ウェットエッチングやレーザリフトオフが用いられる。
図24Bに示すように、形成面1192Aに、透明薄膜接着層188を介してカラーフィルタ(波長変換部材)180が接着される。
カラーフィルタ180を装着する際に基板102を除去する目的は、発光面151S1からの放射光の透過損失を低減することにある。そのため、基板102の除去に際しては、基板102のすべてを除去する場合に限らず、たとえば基板102の一部を除去してカラーフィルタ180を形成するようにしてもよい。基板102の一部を除去するとは、基板102をエッチング等により薄層化することである。あるいは、基板102をあらかじめ透明樹脂等で多層構造に構成しておき、一部の層を剥離することによって、実質的に薄層化するようにしてもよい。
図25A~図25Dは、本実施形態の画像表示装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
図25A~図25Dには、カラーフィルタをインクジェット方式で形成する方法が示されている。この製造工程は、上述した図24Bに示した工程に代えて適用される。
図25A~図25Dには、カラーフィルタをインクジェット方式で形成する方法が示されている。この製造工程は、上述した図24Bに示した工程に代えて適用される。
図25Aに示すように、基板102が除去され、形成面1192Aが露出された構造体1192が準備される。構造体1192は、駆動回路部100、発光素子150、ビア161d,161k、第2配線層160、接着層1170および補強基板1180を含んでいる。
図25Bに示すように、カラーフィルタの形成面1192A上に遮光部181が形成される。遮光部181は、たとえばスクリーン印刷やフォトリソグラフィ技術等を用いて形成される。
図25Cに示すように、発光色に応じた蛍光体は、インクジェットノズルから噴出され、色変換層183を形成する。蛍光体は、遮光部181が形成されていない領域を着色する。蛍光体は、たとえば一般的な蛍光体材料やペロブスカイト蛍光体材料、量子ドット蛍光体材料を用いた蛍光塗料が用いられる。ペロブスカイト蛍光体材料や量子ドット蛍光体材料を用いた場合には、各発光色を実現できるとともに、単色性が高く、色再現性を高くできるので好ましい。インクジェットノズルによる描画の後、適切な温度および時間で乾燥処理を行う。着色時の塗膜の厚さは、遮光部181の厚さよりも薄く設定されている。
すでに説明したように、青色発光のサブピクセルについては、色変換部を形成しない場合には、色変換層183は形成されない。また、青色発光のサブピクセルについて、青色の色変換層を形成する際に、色変換部は1層でよい場合には、好ましくは、青色の蛍光体の塗膜の厚さは、遮光部181の厚さと同じ程度とされる。
図25Dに示すように、フィルタ層184のための塗料は、インクジェットノズルから噴出される。塗料は、蛍光体の塗膜に重ねて塗布される。蛍光体および塗料の塗膜の合計の厚さは、遮光部181の厚さと同じ程度とされる。
フィルムタイプのカラーフィルタであっても、インクジェット式のカラーフィルタであっても、色変換効率を向上させるためには、色変換層183は可能な限り厚いことが望ましい。その一方で、色変換層183が厚すぎると、色変換された光の出射光はランバーシアンに近似されるのに対して、色変換されない青色光は、遮光部181によって射出角が制限される。そのために、表示画像の表示色に視角依存性が生じてしまうという問題が生じてしまう。色変換されない青色光の配光に、色変換層183を設けるサブピクセルの光の配光を合わせるためには、色変換層183の厚さは、遮光部181の開口サイズの半分程度とすることが望ましい。
たとえば、250ppi程度の高精細な画像表示装置の場合には、サブピクセル20のピッチは、30μm程度となるので、色変換層183の厚さは、15μm程度が望ましい。ここで、色変換材料が球状の蛍光体粒子からなる場合には、発光素子150からの光漏れを抑制するために、最密構造状に積層されることが好ましい。そのためには、少なくとも粒子の層は3層とされる必要がある。したがって、色変換層183を構成する蛍光体材料の粒径は、たとえば、5μm程度以下とすることが好ましく、3μm程度以下とすることがさらに好ましい。ペロブスカイト蛍光体材料や量子ドット蛍光体材料等は、酸素や水分で容易に劣化するため、色変換層183は、SiO2等の無機膜で封止されることが好ましい。
図26は、本実施形態の画像表示装置を例示する模式的な斜視図である。
図26に示すように、本実施形態の画像表示装置は、カラーフィルタ180上に、駆動回路部100が設けられている。多数の発光素子150を有する発光回路部172は、駆動回路部100上に設けられている。発光回路部172および駆動回路部100は、ビア161dで電気的に接続されている。
図26に示すように、本実施形態の画像表示装置は、カラーフィルタ180上に、駆動回路部100が設けられている。多数の発光素子150を有する発光回路部172は、駆動回路部100上に設けられている。発光回路部172および駆動回路部100は、ビア161dで電気的に接続されている。
本実施形態では、カラーフィルタ180を設けて、フルカラーの画像表示装置301を構成可能とするものであるが、上述の他の実施形態の場合と同様に、カラーフィルタを設けずに、画像表示装置を構成してもよい。その場合には、たとえば基板102を除去せず、そのまま残すようにしてもよい。
本実施形態の画像表示装置301の効果について説明する。
本実施形態の画像表示装置301の製造方法では、上述の他の実施形態の場合と同様に、発光素子150を形成するための転写工程の時間を短縮し、工程数を削減することができるとの効果のほか、発光面151S1をp形よりも低抵抗のn形半導体層151としているので、n形半導体層151を厚く形成でき、発光面151S1を十分に粗面化することができる。
本実施形態の画像表示装置301の製造方法では、上述の他の実施形態の場合と同様に、発光素子150を形成するための転写工程の時間を短縮し、工程数を削減することができるとの効果のほか、発光面151S1をp形よりも低抵抗のn形半導体層151としているので、n形半導体層151を厚く形成でき、発光面151S1を十分に粗面化することができる。
本実施形態の画像表示装置301では、発光面151S1を粗面化することによって、放射光が拡散されるので、小形の発光素子150であっても、十分な発光面積の光源として用いられることができる。
本実施形態の画像表示装置301では、遮光層330が、絶縁膜112a,112bの間に設けられている。遮光層330は、発光素子150とトランジスタ103との間に設けられている。そのため、発光素子150が光を放射しても、放射された光がTFTチャネル104まで到達しにくく、トランジスタ103の誤動作を防止することができる。
遮光層330は、金属等の導電材料で形成することができ、遮光層330をいずれかの電位に接続することができる。たとえば遮光層330の一部をトランジスタ103等のスイッチング素子等の直下に配置し、接地電位や電源電位等に接続することによって、ノイズ抑制に役立てることも可能である。
遮光層330は、本実施形態の場合の適用に限らず、上述した他の実施形態や後述する他の実施形態のサブピクセルに共通して適用することができる。他の実施形態に適用した場合においても、上述と同様の効果を得ることができる。
上述の例では、粗面化された発光面を有する発光素子の構成および製造方法について説明した。接続部を有する発光素子では、本実施形態の場合のように、粗面化された発光面を適用することができる。具体的な適用では、第1の実施形態およびその変形例の場合の発光素子150、第2の実施形態の場合の発光素子250および後述する第6の実施形態の半導体層650である。これらの発光素子の構成要素に発光面の粗面化を適用することによって、上述の効果を有するものとすることができる。なお、他の実施形態の場合においても、接続部を設けた発光素子を適用することによって、発光面の粗面化を適用することができる。
(第4の実施形態)
図27は、本実施形態の画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
本実施形態では、発光素子150と平坦化面112Fとの間に第3配線層440を含む点で上述した他の実施形態の場合と相違する。第3配線層440は、光透過性を有する導電膜によって形成されており、発光素子150に電気的に接続されている。発光素子150は、発光面151Sで第3配線層440に接続されている。本実施形態では、有機透明樹脂の基板402上に発光素子150を含む構造物が形成され、基板402を介してカラーフィルタ180が設けられている点で上述の他の実施形態の場合と相違する。他の点では、上述した他の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図27は、本実施形態の画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
本実施形態では、発光素子150と平坦化面112Fとの間に第3配線層440を含む点で上述した他の実施形態の場合と相違する。第3配線層440は、光透過性を有する導電膜によって形成されており、発光素子150に電気的に接続されている。発光素子150は、発光面151Sで第3配線層440に接続されている。本実施形態では、有機透明樹脂の基板402上に発光素子150を含む構造物が形成され、基板402を介してカラーフィルタ180が設けられている点で上述の他の実施形態の場合と相違する。他の点では、上述した他の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図27に示すように、本実施形態の画像表示装置のサブピクセル420は、カラーフィルタ180と、基板(光透過性部材)402と、トランジスタ103と、第1配線層110と、第1層間絶縁膜112と、第3配線層440と、発光素子150と、電極165aと、第2層間絶縁膜156と、ビア161dと、第2配線層160と、を含む。
基板402は、光透過性を有する基板であり、たとえば透明樹脂製の基板である。好ましくは、この例のように、基板402の一方の面である第1面402a上には、TFT下層膜106が形成されている。基板402の他方の面(第2面)402bには、カラーフィルタ(波長変換部材)180が設けられている。本実施形態では、駆動回路部100は、基板402、TFT下層膜106、回路101および第1層間絶縁膜112を含む構成とされている。駆動回路部100の構成は、基板402を除き、第1の実施形態や第2の実施形態の場合と同じであり、詳細な説明を省略する。
第3配線層440は、平坦化面112F上に設けられている。第3配線層440は、配線440aを含む。配線440aは、発光素子150と平坦化面112Fとの間に設けられている。第3配線層440は、複数の発光素子150に応じて、複数の配線440aを含んでおり、この例では、それぞれの配線440aは、分離されている。
第3配線層440は、光透過性を有する導電膜で形成されている。導電膜は、たとえばITOやZnO等の透明導電膜とされる。配線440aも同じ材料で形成されている。
第3配線層440および配線440aは、平坦化面112Fに接している。発光素子150は、発光面151Sで配線440aに接しており、配線440aに電気的に接続されている。配線440aの外周は、XY平面視で、配線440aに発光素子150を投影したときに、発光素子150の外周を含むように設定されている。配線440aは、発光面151Sの直下から平坦化面112F上を一方向に突出するように設けられている。配線440aの突出した領域には、ビア161kの一端が接続されている。ビア161kは、配線160kと配線440aとの間で、配線160kと配線440aとを電気的に接続する。したがって、n形半導体層151は、配線440a、ビア161kおよび配線160kを介して、たとえば上述した図20の回路の接地線4に電気的に接続されている。
カラーフィルタ180は、基板402の他方の面402b上に設けられている。カラーフィルタ180は、第3の実施形態において説明したものと同じである。カラーフィルタ180は、貼り付けられたフィルム形式のものであってもよいし、インクジェット方式で形成されたものでもよい。
その他の構成は、第1の実施形態の場合と同じであり、詳細な説明を省略する。
本実施形態の画像表示装置の製造方法について説明する。
図28A~図30Bは、本実施形態の画像表示装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
図28Aに示すように、基板1195が準備される。基板1195は、図8Aにおいて示したものと同じである。基板1195は、図7Aおよび図7Bに示した工程によって、形成される。基板1195のn形半導体層1151上に、光透過性を有する導電層1440が形成される。導電層1440は、n形半導体層1151の露出面1151E上に形成される。
図28A~図30Bは、本実施形態の画像表示装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
図28Aに示すように、基板1195が準備される。基板1195は、図8Aにおいて示したものと同じである。基板1195は、図7Aおよび図7Bに示した工程によって、形成される。基板1195のn形半導体層1151上に、光透過性を有する導電層1440が形成される。導電層1440は、n形半導体層1151の露出面1151E上に形成される。
図28Bに示すように、基板102上に形成された駆動回路部100が準備される。半導体層1150は、導電層1440を介して、駆動回路部100の平坦化面112Fに貼り合わされる。その後、支持基板1190は、ウェットエッチングやレーザリフトオフによって除去される。
図29Aに示すように、図28Bに示したメタル層1163および半導体層1150は、エッチングによって、それぞれ所定の形状に加工され、電極165aおよび発光素子150がそれぞれ形成される。
導電層1440は、配線440aを含む形状に加工され、第3配線層440が形成される。第3配線層440および配線440aの形成工程は、電極165aおよび発光素子150の形成工程の前でもよいし、後でもよい。
その後、他の実施形態の場合と同様に、第2層間絶縁膜156が形成される。第2層間絶縁膜156は、平坦化面112F、第3配線層440、発光素子150および電極165aを覆う。
図29Bに示すように、ビア161d,161k、接続部161aおよび第2配線層160は、上述の他の実施形態の場合と同様にして、第2層間絶縁膜156上に形成される。ビア161kは、配線160kと配線440aとの間に設けられ、配線160kと配線440aとを電気的に接続する。
図30Aに示すように、基板102は、ウェットエッチングやレーザリフトオフを用いて除去される。基板102を除去する前に、第3の実施形態の場合と同様に、第2配線層160の側に接着層を介して、補強基板を設けるようにしてもよい。
図30Bに示すように、カラーフィルタ(波長変換部材)180は、第2面402bに形成される。カラーフィルタ180の形成は、フィルム形式であってもよいし、インクジェット方式であってもよい。
本実施形態では、有機透明樹脂の基板402に代えて、第3の実施形態の場合と同様に、ガラス基板を薄層化したり、ガラス基板をすべて除去して、ガラス基板が除去された面にカラーフィルタ180を設けるようにしてもよい。
本実施形態の画像表示装置の効果について説明する。
本実施形態の画像表示装置では、上述の他の実施形態の場合と同様に、発光素子150を形成するための転写工程の時間を短縮し、工程数を削減することができるとの効果を有する。
本実施形態の画像表示装置では、上述の他の実施形態の場合と同様に、発光素子150を形成するための転写工程の時間を短縮し、工程数を削減することができるとの効果を有する。
第3配線層440および配線440aは、ITO等の光透過性を有する導電膜によって形成されているので、加工が容易であり、発光素子150、電極165aおよび第3配線層440の一連の製造工程を短縮できる場合がある。
本実施形態では、第3配線層440および配線440aを用いて、発光面151S側の電極引き出しを行っているので、縦型の発光素子150とすることができる。縦型の発光素子150では、半導体層を流れる電流を、XY平面に沿った方向の成分を減らして、ほぼZ軸に沿った方向とすることができるので、半導体層における損失を低減することができるとのメリットがある。
本実施形態では、基板402が有機透明樹脂により形成されているので、可撓性を有する。そのため、画像表示装置401は、曲げ加工が可能になり、曲面への貼り付けや、ウェアラブル端末等への利用等を違和感なく実現することができる。
本実施形態では、画像表示装置は、カラーフィルタ180を備えているが、上述の他の実施形態のようにカラーフィルタを備えない構成としてもよい。
(第5の実施形態)
図31は、本実施形態の画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
本実施形態では、発光素子550の構成が他の実施形態の場合と相違する。その他の構成要素は、上述の他の実施形態の場合と同じである。同一の構成要素には同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
図32に示すように、第3配線層440は、配線540aを含む。第3配線層440および配線540aは、平坦化面112Fに接している。発光素子550は、発光面551Sで配線540aに接しており、配線540aに電気的に接続されている。配線540aの外周は、XY平面視で、配線540aに発光素子550を投影したときに、発光素子550の外周を含むように設定されている。配線540aは、発光面551Sの直下から平坦化面112F上を一方向に突出するように設けられている。配線540aの突出した領域には、ビア161kの一端が接続されている。したがって、n形半導体層151は、配線540a、ビア161kおよび配線160kを介して、たとえば上述した図3の回路の接地線4に電気的に接続されている。
図31は、本実施形態の画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
本実施形態では、発光素子550の構成が他の実施形態の場合と相違する。その他の構成要素は、上述の他の実施形態の場合と同じである。同一の構成要素には同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
図32に示すように、第3配線層440は、配線540aを含む。第3配線層440および配線540aは、平坦化面112Fに接している。発光素子550は、発光面551Sで配線540aに接しており、配線540aに電気的に接続されている。配線540aの外周は、XY平面視で、配線540aに発光素子550を投影したときに、発光素子550の外周を含むように設定されている。配線540aは、発光面551Sの直下から平坦化面112F上を一方向に突出するように設けられている。配線540aの突出した領域には、ビア161kの一端が接続されている。したがって、n形半導体層151は、配線540a、ビア161kおよび配線160kを介して、たとえば上述した図3の回路の接地線4に電気的に接続されている。
本実施形態では、遮光層330が設けられている。遮光層330は、第3の実施形態において図19を用いて説明したものと同じである。遮光層330は、遮光部330aを含んでいる。好ましくは、遮光部330aの外周は、XY平面視で、遮光部330aにTFTチャネル104を投影したときに、TFTチャネル104の外周を含むように設定されている。遮光層330は、貫通孔331L,331dが設けられている。貫通孔331Lは、光路のために設けられ、貫通孔331dは、ビア161dからの絶縁のために設けられている。
発光素子550は、配線540a上に設けられている。発光素子550は、Z軸の正方向に向かって、XY平面視での面積が小さくなるように形成された角錐台状または円錐台状の素子である。
図32は、図31の発光素子550部分の拡大図であり、平坦化面112Fと発光素子550との詳細な位置関係が示されている。
図32に示すように、平坦化面112Fは、XY平面にほぼ平行な平面である。発光素子550は、平坦化面112F上に設けられており、発光面551Sは、平坦化面112Fにほぼ平行な面である。平坦化面112F上には、配線540aが設けられ、発光面551Sは、配線540aを介して平坦化面112F上に設けられている。配線540aの厚さは、十分に薄く、光の反射および吸収は、十分に小さいものとする。
図32に示すように、平坦化面112Fは、XY平面にほぼ平行な平面である。発光素子550は、平坦化面112F上に設けられており、発光面551Sは、平坦化面112Fにほぼ平行な面である。平坦化面112F上には、配線540aが設けられ、発光面551Sは、配線540aを介して平坦化面112F上に設けられている。配線540aの厚さは、十分に薄く、光の反射および吸収は、十分に小さいものとする。
発光素子550は、側面555aを有する。側面555aは、上面553Uと平坦化面112Fとの間の面であり、発光面551Sに隣接する面である。側面555aと平坦化面112Fとの間でなす角度の内角θは、90°よりも小さい。好ましくは、内角θは70°程度である。さらに好ましくは、内角θは、発光素子550の屈折率および第2層間絶縁膜156の屈折率にもとづいて決定される側面555aにおける臨界角よりも小さい。発光素子550は、第2層間絶縁膜156に覆われており、側面555aは、第2層間絶縁膜156と接している。
発光素子550の側面555aと平坦化面112Fとがなす内角θの臨界角θcは、たとえば以下のように決定される。
発光素子550の屈折率n0および第2層間絶縁膜156の屈折率n1とすると、発光素子550から第2層間絶縁膜156に出射する光の臨界角θcは、以下の式(1)を用いて求められる。
発光素子550の屈折率n0および第2層間絶縁膜156の屈折率n1とすると、発光素子550から第2層間絶縁膜156に出射する光の臨界角θcは、以下の式(1)を用いて求められる。
θc=90°-sin-1(n1/n0) (1)
たとえば、アクリル樹脂等の一般的な透明有機絶縁材料の屈折率は1.4~1.5前後であることが知られている。そこで、発光素子550がGaNによって形成され、第2層間絶縁膜156が一般的な透明有機絶縁材料によって形成されている場合には、発光素子550の屈折率n0=2.5、第2層間絶縁膜156の屈折率n=1.4とすることができる。これらの値を、式(1)に代入することによって、臨界角θc=56°を得る。
このことは、平坦化面112Fと側面555aとのなす内角θをθc=56°とした場合に、発光層552から放射された光のうち平坦化面112Fに平行な光は、側面555aで全反射されることを示している。また、発光層552から放射された光のうち、Z軸の正方向の成分を有する光も、側面555aで全反射されることを示している。上述では、簡単のため、第2層間絶縁膜156を透明樹脂としたが、透明樹脂を白色樹脂とした場合であっても、白色樹脂のための散乱性微粒子の屈折率への影響は小さいので、上述の計算では無視している。
一方、発光層552から放射された光のうち、Z軸の負方向の成分を有する光は、側面555aで屈折率に応じた出射角度で側面555aから出射される。第2層間絶縁膜156に入射した光は、第2層間絶縁膜156の屈折率で決定される角度で第2層間絶縁膜156から出射される。
側面555aで全反射された光は、光反射性を有する電極565aによって再度反射され、再度反射された光のうちZ軸の負方向の成分を有する光は、発光面551Sおよび側面555aから出射される。平坦化面112Fに平行な光およびZ軸の正方向の成分を有する光は、側面555aで全反射される。
このようにして、発光層552から放射された光のうち、平坦化面112Fに平行な光およびZ軸の正方向の成分を有する光は、側面555aおよび電極565aによって、Z軸の負方向に向かう成分を有する光に変換される。したがって、発光素子550から出射される光では、発光面551Sに向かう割合が増加して、発光素子550の実質的な発光効率は向上する。
θ<θcとすることによって、平坦化面112Fに平行な成分を有する光のほとんどを発光素子550内に全反射させることができる。第2層間絶縁膜156の屈折率をn=1.4とすると、臨界角θcは56°程度となるので、設定される内角θは、45°や30°等にすることがより好ましい。また、屈折率nがより大きい材料では臨界角θcはより小さくなる。ただし、内角θを70°程度に設定しても、Z軸の負方向の成分を有する光のほとんどを、Z軸の正方向の成分を有する光に変換することできるので、製造ばらつき等を考慮して、たとえば、内角θを80°以下等に設定するようにしてもよい。
本実施形態の画像表示装置の製造方法について説明する。
本実施形態では、発光素子550および電極565aの製造工程が他の実施形態の場合と相違し、他の製造工程は、上述した他の実施形態の場合を適用することができる。以下では、製造工程のうち相違する部分について説明する。
本実施形態では、図32に示した発光素子550の形状とするために、以下の工程が実行される。
図28Bに示した半導体層1150は、平坦化面112Fに貼り合わされた後、図31に示した発光素子550の形状にエッチングによって加工される。発光素子550の成形には、図32に示した側面555aが平坦化面112Fに対して、内角θをなすように、エッチングのレートが選定される。たとえば、エッチングは、上面553Uに近いほど高いエッチングレートが選定される。好ましくは、エッチングレートは、発光面551Sの側から上面553Uの側に向かって、線形的に増大するように設定される。
本実施形態では、発光素子550および電極565aの製造工程が他の実施形態の場合と相違し、他の製造工程は、上述した他の実施形態の場合を適用することができる。以下では、製造工程のうち相違する部分について説明する。
本実施形態では、図32に示した発光素子550の形状とするために、以下の工程が実行される。
図28Bに示した半導体層1150は、平坦化面112Fに貼り合わされた後、図31に示した発光素子550の形状にエッチングによって加工される。発光素子550の成形には、図32に示した側面555aが平坦化面112Fに対して、内角θをなすように、エッチングのレートが選定される。たとえば、エッチングは、上面553Uに近いほど高いエッチングレートが選定される。好ましくは、エッチングレートは、発光面551Sの側から上面553Uの側に向かって、線形的に増大するように設定される。
具体的には、たとえば、ドライエッチング時のレジストマスクパターンをその端部に向かって次第に薄くなるように露光時に工夫しておく。これにより、ドライエッチング時にレジストの薄い部分から徐々に後退して、発光面551Sから上面553Uの側に向かってエッチング量を大きくすることができる。これによって、発光素子550の側面555aは、平坦化面112Fに対して、一定の角度をなすように形成される。このため、発光素子550では、上面553Uからの各層のXY平視での面積は、p形半導体層553、発光層552、n形半導体層551の順に面積が大きくなるように形成される。
その後、他の実施形態の場合と同様にして、サブピクセル520が形成される。
本実施形態の画像表示装置の効果について説明する。
本実施形態の画像表示装置は、上述した他の実施形態の画像表示装置と同様に、発光素子550を形成するための転写工程の時間を短縮し、工程数を削減することができるとの効果のほか、以下の効果を奏する。
本実施形態の画像表示装置では、発光素子550が設けられた平坦化面112Fに対して、内角θをなす側面555aを有するように、発光素子550が形成される。内角θは、90°よりも小さく、発光素子550および第2層間絶縁膜156のそれぞれの材質の屈折率で決定される臨界角θcにもとづいて設定される。内角θは、発光層552から放射される光のうち、発光素子550の側方や上方に向かう光を、発光面551S側に向かう光に変換して出射することができる。内角θを十分小さくすることによって、発光素子550では、実質的な発光効率が向上される。
本実施形態の画像表示装置は、上述した他の実施形態の画像表示装置と同様に、発光素子550を形成するための転写工程の時間を短縮し、工程数を削減することができるとの効果のほか、以下の効果を奏する。
本実施形態の画像表示装置では、発光素子550が設けられた平坦化面112Fに対して、内角θをなす側面555aを有するように、発光素子550が形成される。内角θは、90°よりも小さく、発光素子550および第2層間絶縁膜156のそれぞれの材質の屈折率で決定される臨界角θcにもとづいて設定される。内角θは、発光層552から放射される光のうち、発光素子550の側方や上方に向かう光を、発光面551S側に向かう光に変換して出射することができる。内角θを十分小さくすることによって、発光素子550では、実質的な発光効率が向上される。
本実施形態では、発光素子550は、縦型の素子とし、第3配線層440を用いてビア161kと接続する。これに限らず、発光素子に、平坦化面112F上に形成される接続部を設け、接続部を介してビア161kと接続するようにしてもよい。
(第6の実施形態)
図33は、本実施形態の画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
本実施形態では、画像表示装置は、1つの発光面に複数の発光領域を含むサブピクセル群620を備える点で他の実施形態と相違する。同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図33に示すように、本実施形態の画像表示装置は、サブピクセル群620を備える。サブピクセル群620は、基板102と、複数のトランジスタ103-1,103-2と、第1配線層110と、第1層間絶縁膜112と、半導体層650と、光反射性を有する電極660a1,660a2と、第2層間絶縁膜156と、ビア661d1,661d2と、を含む。半導体層650は、平坦化面112F上に設けられている。
図33は、本実施形態の画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
本実施形態では、画像表示装置は、1つの発光面に複数の発光領域を含むサブピクセル群620を備える点で他の実施形態と相違する。同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図33に示すように、本実施形態の画像表示装置は、サブピクセル群620を備える。サブピクセル群620は、基板102と、複数のトランジスタ103-1,103-2と、第1配線層110と、第1層間絶縁膜112と、半導体層650と、光反射性を有する電極660a1,660a2と、第2層間絶縁膜156と、ビア661d1,661d2と、を含む。半導体層650は、平坦化面112F上に設けられている。
本実施形態では、pチャネルのトランジスタ103-1,103-2をオンすることによって、第1配線層110およびビア661d1,661d2を介して半導体層650の一方から正孔を注入する。pチャネルのトランジスタ103-1,103-2をオンすることによって、第2配線層160を介して半導体層650の他方から電子を注入する。半導体層650は、正孔および電子を注入され、正孔および電子の結合によって、分離された発光層652a1,652a2が発光する。発光層652a1,652a2を駆動するための駆動回路は、たとえば図2に示した回路構成が適用される。第2の実施形態の例を用いて、半導体層のn形半導体層とp形半導体層を入れ替えて、nチャネルのトランジスタで半導体層を駆動する構成とすることもできる。その場合には、駆動回路は、図13の回路構成が適用される。
サブピクセル群620の構成について詳細に説明する。
TFT下層膜106は、第1面102a上に形成されている。TFT下層膜106は、平坦化されており、TFT下層膜106上にTFTチャネル104-1,104-2等が形成されている。
絶縁層105は、TFT下層膜106およびTFTチャネル104-1,104-2を覆っている。ゲート107-1は、絶縁層105を介して、TFTチャネル104-1上に設けられている。ゲート107-2は、絶縁層105を介して、TFTチャネル104-2上に設けられている。トランジスタ103-1は、TFTチャネル104-1とゲート107-1とを含む。トランジスタ103-2は、TFTチャネル104-2とゲート107-2とを含む。
TFTチャネル104-1は、p形にドープされた領域104s1,104d1を含んでおり、領域104s1,104d1は、トランジスタ103-1のソース領域、ドレイン領域である。領域104i1は、n形にドープされており、トランジスタ103-1のチャネルを形成する。TFTチャネル104-2も同様に、p形にドープされた領域104s2,104d2を含んでおり、領域104s2,104d2は、トランジスタ103-2のソース領域、ドレイン領域である。領域104i2は、n形にドープされており、トランジスタ103-2のチャネルを形成する。
絶縁膜108は、絶縁層105およびゲート107-1,107-2を覆っている。本実施形態では、回路101は、TFTチャネル104-1,104-2、絶縁層105、絶縁膜108、ビア111s1,111d1,111s2,111d2および第1配線層110を含むものとする。
第1配線層110は、絶縁膜108上に設けられている。第1配線層110は、配線610f,610s1,610s2,610d1,610d2,を含む。
配線(第2部分)610fは、発光領域651R1,651R2の間に設けられている。配線610fは、この例では、図33に図示された回路要素のいずれにも電気的に接続されていないが、任意の電位あるいは回路要素に接続することができる。配線610fは、発光領域651R1,651R2の間に配置されることによって、発光領域651R1,651R2のそれぞれから出射される光を遮蔽する。
配線610s1は、領域104s1の上方に設けられている。ビア111s1は、配線610s1と領域104s1との間に設けられ、配線610s1と領域104s1とを電気的に接続する。配線610s2は、領域104s2の上方に設けられている。ビア111s2は、配線610s2と領域104s2との間に設けられ、配線610s2と領域104s2とを電気的に接続する。配線610s1,610s2は、たとえば図3に示した回路の電源線3に接続される。
配線610d1は、領域104d1の上方に設けられている。ビア111d1は、配線610d1と領域104d1との間に設けられ、配線610d1と領域104d1とを電気的に接続する。配線610d1は、ビア661d1の一端に接続されている。配線610d2は、領域104d2の上方に設けられている。ビア111d2は、配線610d2と領域104d2との間に設けられ、配線610d2と領域104d2とを電気的に接続する。配線610d2は、ビア661d2の一端に接続されている。
第1層間絶縁膜112は、絶縁膜108および第1配線層110を覆って設けられている。第1層間絶縁膜112は、平坦化面112Fを有する。
半導体層650は、平坦化面112Fに接する発光面651Sを有する。発光面651Sは、n形半導体層651の面である。発光面651Sは、複数の発光領域651R1,651R2を含む。
半導体層650は、n形半導体層651と、発光層652a1,652a2と、p形半導体層653a1,653a2と、を含む。発光層652a1は、n形半導体層651上に設けられている。発光層652a2は、発光層652a1と分離され離間して、n形半導体層651上に設けられている。p形半導体層653a1は、発光層652a1上に設けられている。p形半導体層653a2は、p形半導体層653a1とは分離され離間して、発光層652a2上に設けられている。
p形半導体層653a1は、発光層652a1が設けられた面に対向して設けられた上面653U1を有する。p形半導体層653a2は、発光層652a2が設けられた面に対向して設けられた上面653U2を有する。
発光領域651R1は、発光面651Sのうち、上面653U1に対向する領域にほぼ一致する領域である。発光領域651R2は、発光面651Sのうち、上面653U2に対向する領域にほぼ一致する領域である。
図34は、本実施形態の画像表示装置の一部を例示する模式的な断面図である。
図34は、発光領域651R1,651R2を説明するための模式図である。
図34に示すように、発光領域651R1,651R2は、発光面651S上の面である。図34では、半導体層650のうち、発光領域651R1,651R2を含む部分を発光部R1,R2とそれぞれ呼ぶ。発光部R1は、n形半導体層651の一部、発光層652a1およびp形半導体層653a1を含んでいる。発光部R2は、n形半導体層651の一部、発光層652a2およびp形半導体層653a2を含んでいる。
図34は、発光領域651R1,651R2を説明するための模式図である。
図34に示すように、発光領域651R1,651R2は、発光面651S上の面である。図34では、半導体層650のうち、発光領域651R1,651R2を含む部分を発光部R1,R2とそれぞれ呼ぶ。発光部R1は、n形半導体層651の一部、発光層652a1およびp形半導体層653a1を含んでいる。発光部R2は、n形半導体層651の一部、発光層652a2およびp形半導体層653a2を含んでいる。
半導体層650は、接続部R0を含んでいる。接続部R0は、発光部R1,R2の間に設けられており、n形半導体層651の一部である。接続部R0には、図33に示したビア661kの一端が接続されており、発光部R1,R2間の電流の経路を提供する。
発光部R1では、接続部R0を介して供給された電子は、発光層652a1に供給される。発光部R1では、電極660a1を介して供給された正孔は、発光層652a1に供給される。発光層652a1に供給された電子および正孔は、結合されて発光する。発光層652a1で発光された光は、発光部R1のn形半導体層651の部分をとおって発光面651Sに達する。光は、発光部R1内をZ軸方向に沿ってほぼ直進するので、発光面651Sのうち発光するのは、発光領域651R1となる。したがって、この例では、発光領域651R1は、XY平面視で、発光面651Sに投影された発光層652a1の外周が囲む領域にほぼ一致する。
発光部R2についても発光部R1と同様である。すなわち、発光部R2では、接続部R0を介して供給された電子は、発光層652a2に供給される。発光部R2では、電極660a2を介して供給された正孔は、発光層652a2に供給される。発光層652a2に供給された電子および正孔は、結合されて発光する。発光層652a2で発光された光は、発光部R2のn形半導体層651の部分をとおって発光面651Sに達する。光は、発光部R2内をZ軸方向に沿ってほぼ直進するので、発光面651Sのうち発光するのは、発光領域651R2となる。したがって、この例では、発光領域651R2は、XY平面視で、発光面651Sに投影された発光層652a2の外周が囲む領域にほぼ一致する。
このようにして、半導体層650において、n形半導体層651を共有して、発光面651S上に複数の発光領域651R1,651R2を形成するようにできる。
本実施形態では、半導体層650の複数の発光層652a1,652a2および複数のp形半導体層653a1,653a2において、n形半導体層651の一部を接続部R0とすることによって、半導体層650を形成することができる。したがって、上述した第1の実施形態や第2の実施形態等の場合の発光素子150,250の形成方法と同様にして、半導体層650を形成することができる。
図33に戻って説明を続ける。
第2層間絶縁膜156は、平坦化面112F、半導体層650および電極660a1,660a2上に設けられている。
第2層間絶縁膜156は、平坦化面112F、半導体層650および電極660a1,660a2上に設けられている。
第2配線層160は、第2層間絶縁膜156上に設けられている。第2配線層160は、配線660d1,660d2,660kを含む。配線660d1は、接続部661a1を介して、電極660a1に接続されている。配線660d2は、接続部661a2を介して、電極660a2に接続されている。配線660kは、たとえば図2の回路の接地線4に接続されている。
ビア661d1は、第2層間絶縁膜156および第1層間絶縁膜112を貫通し、配線610d1に達するように設けられている。ビア661d1は、配線660d1と配線610d1との間に設けられ、配線660d1と配線610d1とを電気的に接続する。ビア661d2は、第2層間絶縁膜156および第1層間絶縁膜112を貫通し、配線610d2に達するように設けられている。ビア661d2は、配線660d2と配線610d2との間に設けられ、配線660d2と配線610d2とを電気的に接続する。
ビア661kは、第2層間絶縁膜156を貫通し、n形半導体層651に達するように設けられている。ビア661kは、配線660kとn形半導体層651との間で、配線660kとn形半導体層651とを電気的に接続する。
たとえば、トランジスタ103-1,103-2は、隣接するサブピクセルの駆動トランジスタであり、順次駆動される。トランジスタ103-1から供給された正孔が発光層652a1に注入され、配線660kから供給された電子が発光層652a1に注入されると、発光層652a1は発光し、発光領域651R1から光が放射される。トランジスタ103-2から供給された正孔が発光層652a2に注入され、配線660kから供給された電子が発光層652a2に注入されると、発光層652a2は発光し、発光領域651R2から光が放射される。
本実施形態の画像表示装置の効果について説明する。
本実施形態の画像表示装置は、上述した他の実施形態の画像表示装置と同様に、半導体層650を形成するための転写工程の時間を短縮し、工程数を削減することができるとの効果を奏する。このほか、複数の発光部R1,R2について、接続部R0を共有することができるので、接続部R0に設けるビア661kの数を減らすことが可能になる。ビアの本数を減らすことによって、サブピクセル群620を構成する発光部R1,R2のピッチを縮小することが可能になり、小型、高精細の画像表示装置とすることが可能になる。
本実施形態の画像表示装置は、上述した他の実施形態の画像表示装置と同様に、半導体層650を形成するための転写工程の時間を短縮し、工程数を削減することができるとの効果を奏する。このほか、複数の発光部R1,R2について、接続部R0を共有することができるので、接続部R0に設けるビア661kの数を減らすことが可能になる。ビアの本数を減らすことによって、サブピクセル群620を構成する発光部R1,R2のピッチを縮小することが可能になり、小型、高精細の画像表示装置とすることが可能になる。
本実施形態では、発光領域651R1,651R2は、出射した光が外部に放射されるまでに、第1層間絶縁膜112、絶縁膜108、絶縁層105、TFT下層膜106および基板102を通過する必要がある。このため、外部に放射されるまでの経路で、光が広がることが考えられる。本実施形態では、光が外部に放射されるまでの経路の途中に配線610fを設けているので、広がる光を遮蔽することによって、隣接する画素から出射される光が混光することを防止する。そのため、画素ピッチを狭くして高画質の画像表示装置を実現することが可能になる。この例では、2つの発光領域の場合について説明したが、発光面に形成される発光領域の数は、2つに限るものではなく、3つ以上の任意の数にすることができる。
(第7の実施形態)
上述した画像表示装置は、適切なピクセル数を有する画像表示モジュールとして、たとえばコンピュータ用ディスプレイ、テレビ、スマートフォンのような携帯用端末、あるいは、カーナビゲーション等とすることができる。
上述した画像表示装置は、適切なピクセル数を有する画像表示モジュールとして、たとえばコンピュータ用ディスプレイ、テレビ、スマートフォンのような携帯用端末、あるいは、カーナビゲーション等とすることができる。
図35は、本実施形態に係る画像表示装置を例示するブロック図である。
図35には、コンピュータ用ディスプレイの構成の主要な部分が示されている。
図35に示すように、画像表示装置701は、画像表示モジュール702を備える。画像表示モジュール702は、たとえば上述した第1の実施形態の場合の構成を備えた画像表示装置である。画像表示モジュール702は、サブピクセル20を含む複数のサブピクセルが配列された表示領域2、行選択回路5および信号電圧出力回路7を含む。
図35には、コンピュータ用ディスプレイの構成の主要な部分が示されている。
図35に示すように、画像表示装置701は、画像表示モジュール702を備える。画像表示モジュール702は、たとえば上述した第1の実施形態の場合の構成を備えた画像表示装置である。画像表示モジュール702は、サブピクセル20を含む複数のサブピクセルが配列された表示領域2、行選択回路5および信号電圧出力回路7を含む。
画像表示装置701は、コントローラ770をさらに備えている。コントローラ770は、図示しないインタフェース回路によって分離、生成される制御信号を入力して、行選択回路5および信号電圧出力回路7に対して、各サブピクセルの駆動および駆動順序を制御する。
(変形例)
上述した画像表示装置は、適切なピクセル数を有する画像表示モジュールとして、たとえばコンピュータ用ディスプレイ、テレビ、スマートフォンのような携帯用端末、あるいは、カーナビゲーション等とすることができる。
上述した画像表示装置は、適切なピクセル数を有する画像表示モジュールとして、たとえばコンピュータ用ディスプレイ、テレビ、スマートフォンのような携帯用端末、あるいは、カーナビゲーション等とすることができる。
図36は、本実施形態の変形例に係る画像表示装置を例示するブロック図である。
図36には、高精細薄型テレビの構成が示されている。
図36に示すように、画像表示装置801は、画像表示モジュール802を備える。画像表示モジュール802は、たとえば上述した第1の実施形態の場合の構成を備えた画像表示装置1である。画像表示装置801は、コントローラ870およびフレームメモリ880を備える。コントローラ870は、バス840によって供給される制御信号にもとづいて、表示領域2の各サブピクセルの駆動順序を制御する。フレームメモリ880は、1フレーム分の表示データを格納し、円滑な動画再生等の処理のために用いられる。
図36には、高精細薄型テレビの構成が示されている。
図36に示すように、画像表示装置801は、画像表示モジュール802を備える。画像表示モジュール802は、たとえば上述した第1の実施形態の場合の構成を備えた画像表示装置1である。画像表示装置801は、コントローラ870およびフレームメモリ880を備える。コントローラ870は、バス840によって供給される制御信号にもとづいて、表示領域2の各サブピクセルの駆動順序を制御する。フレームメモリ880は、1フレーム分の表示データを格納し、円滑な動画再生等の処理のために用いられる。
画像表示装置801は、I/O回路810を有する。I/O回路810は、図36では、単に「I/O」と表記されている。I/O回路810は、外部の端末や装置等と接続するためのインタフェース回路等を提供する。I/O回路810には、たとえば外付けのハードディスク装置等を接続するUSBインタフェースや、オーディオインタフェース等が含まれる。
画像表示装置801は、受信部820および信号処理部830を有する。受信部820には、アンテナ822が接続され、アンテナ822によって受信された電波から必要な信号を分離、生成する。信号処理部830は、DSP(Digital Signal Processor)やCPU(Central Processing Unit)等を含んでおり、受信部820によって分離、生成された信号は、信号処理部830によって、画像データや音声データ等に分離、生成される。
受信部820および信号処理部830を、携帯電話の送受信用やWiFi用、GPS受信器等の高周波通信モジュールとすることによって、他の画像表示装置とすることもできる。たとえば、適切な画面サイズおよび解像度の画像表示モジュールを備えた画像表示装置は、スマートフォンやカーナビゲーションシステム等の携帯情報端末とすることができる。
本実施形態の場合の画像表示モジュールは、第1の実施形態の場合の画像表示装置の構成に限らず、その変形例や他の実施形態の場合としてもよい。本実施形態および変形例の場合の画像表示モジュールは、図9および図26で示したように、多数のサブピクセルを含む構成とされる。
以上説明した実施形態によれば、発光素子の転写工程を短縮し、歩留りを向上した画像表示装置の製造方法および画像表示装置を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
1,201,301,701,801 画像表示装置、2 表示領域、3 電源線、4 接地線、5,205 行選択回路、6,206 走査線、7,207 信号電圧出力回路、8,208 信号線、10 ピクセル、20,220,320,420,520 サブピクセル、22,222 発光素子、24,224 選択トランジスタ、26,226 駆動トランジスタ、28,228 キャパシタ、100 駆動回路部、101 回路、102,402 基板、103a,180a,402a 第1面、103,103-1,103-2,203 トランジスタ、104,104-1,104-2,204 TFTチャネル、105 絶縁層、107,107-1,107-2 ゲート、108 絶縁膜、110 第1配線層、112 第1層間絶縁膜、150,250,550 発光素子、151S,151S1,253S,551S,651S 発光面、156 第2層間絶縁膜、165a,265k,565a,660a1,660a2 電極、161d,161k,661k ビア、172 発光回路部、180 カラーフィルタ、620 サブピクセル群、661a1,661a2 接続部、1001 結晶成長用基板、1150 半導体層、1161,1162,1163,1164 メタル層、1180 補強基板、1190 支持基板、1192 構造体、1194,1294 半導体成長基板
Claims (24)
- 透光性基板の第1面上に形成された回路素子と、前記回路素子に接続された第1配線層と、前記回路素子および前記第1配線層を覆う第1絶縁膜と、を含む第1基板を準備する工程と、
発光層を含む半導体層を準備する工程と、
前記半導体層を、第1メタル層を介して第2基板に接合する工程と、
前記半導体層を前記第1基板に貼り合わせる工程と、
前記第2基板を除去する工程と、
前記半導体層をエッチングして、前記第1絶縁膜上の発光面と前記発光面に対向して設けられた上面とを含む発光素子を形成する工程と、
前記第1メタル層をエッチングして、前記上面を覆い前記上面に電気的に接続された電極を形成する工程と、
前記第1絶縁膜、前記発光素子および前記電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を貫通する第1ビアを形成する工程と、
前記第2絶縁膜上に第2配線層を形成する工程と、
を備え、
前記第1ビアは、前記第1配線層と前記第2配線層との間に設けられ、前記第1配線層と前記第2配線層とを電気的に接続する画像表示装置の製造方法。 - 前記半導体層を準備する工程は、前記半導体層を形成した後、前記半導体層上に前記第1メタル層を形成する工程を含む請求項1記載の画像表示装置の製造方法。
- 前記半導体層を接合する工程の前に前記第2基板の接合面上に前記第1メタル層を形成する工程をさらに備えた請求項1記載の画像表示装置の製造方法。
- 透光性基板の第1面上に形成された回路素子と、前記回路素子に接続された第1配線層と、前記回路素子および前記第1配線層を覆う第1絶縁膜と、を含む第1基板を準備する工程と、
発光層を含む半導体層を準備する工程と、
前記半導体層を前記第1基板に貼り合わせる工程と、
前記半導体層を貼り合わせる工程の後に前記半導体層上に第2メタル層を形成する工程と、
前記半導体層をエッチングして、前記第1絶縁膜上の発光面と前記発光面に対向する上面とを含む発光素子を形成する工程と、
前記第2メタル層をエッチングして、前記上面を覆い前記上面に電気的に接続された電極を形成する工程と、
前記第1絶縁膜、前記発光素子および前記電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を貫通する第1ビアを形成する工程と、
前記第2絶縁膜上に第2配線層を形成する工程と、
を備え、
前記第1ビアは、前記第1配線層と前記第2配線層との間に設けられ、前記第1配線層と前記第2配線層とを電気的に接続する画像表示装置の製造方法。 - 前記半導体層を貼り合わせる工程の前に、前記半導体層の露出面を粗面化し、粗面化された面上にわたって光透過性を有する膜を形成する工程をさらに備えた請求項1~4のいずれか1つに記載の画像表示装置の製造方法。
- 前記第2絶縁膜を貫通する第2ビアを形成する工程をさらに備え、
前記発光素子は、前記第1絶縁膜上に形成された接続部を含み、
前記第2ビアは、前記第2配線層と前記接続部との間に設けられ、前記第2配線層と前記接続部とを電気的に接続する請求項1~5のいずれか1つに記載の画像表示装置の製造方法。 - 前記半導体層を前記第1基板に貼り合わせる工程の前に前記半導体層上に光透過性を有する導電層を形成する工程と、
前記半導体層を前記第1基板に貼り合わせる工程の後に前記導電層をエッチングして第3配線層を形成する工程と、
をさらに備えた請求項1~4のいずれか1つに記載の画像表示装置の製造方法。 - 前記第2絶縁膜を貫通する第2ビアを形成する工程をさらに備え、
前記第2ビアは、前記第2配線層と前記第3配線層との間に設けられ、前記第2配線層と前記第3配線層とを電気的に接続する請求項7記載の画像表示装置の製造方法。 - 前記第1基板を準備する工程は、前記回路素子を覆う遮光層を形成する工程を含む請求項1~8のいずれか1つに記載の画像表示装置の製造方法。
- 前記半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体を含む請求項1~9のいずれか1つに記載の画像表示装置の製造方法。
- 前記第1面に対向する第2面に波長変換部材を形成する工程をさらに備えた請求項1~10のいずれか1つに記載の画像表示装置の製造方法。
- 前記透光性基板を除去し、前記透光性基板に代えて波長変換部材を形成する工程をさらに備えた請求項1~10のいずれか1つの記載の画像表示装置の製造方法。
- 第1面を有する光透過性部材と、
前記第1面上に設けられた回路素子と、
前記回路素子に電気的に接続された第1配線層と、
前記第1面、前記回路素子および前記第1配線層を覆う第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に発光面と前記発光面に対向する上面とを含む発光素子と、
前記上面上を覆い前記上面に電気的に接続された電極と、
前記第1絶縁膜、前記発光素子および前記電極を覆う第2絶縁膜と、
前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を貫通して設けられた第1ビアと、
前記第2絶縁膜上に設けられた第2配線層と、
を備え、
前記第1ビアは、前記第1配線層と前記第2配線層との間に設けられ、前記第1配線層と前記第2配線層とを電気的に接続する画像表示装置。 - 前記第2絶縁膜を貫通して設けられた第2ビアをさらに備え、
前記発光素子は、前記第1絶縁膜上に形成された接続部を含み、
前記第2配線層は、第1配線と、前記第1配線から分離された第2配線と、を含み、
前記第1ビアは、前記第1配線と前記第1配線層との間に設けられ、前記第1配線と前記第1配線層とを電気的に接続し、
前記第2ビアは、前記第2配線と前記接続部との間に設けられ、前記第2配線と前記接続部とを電気的に接続する請求項13記載の画像表示装置。 - 前記発光面は、粗面化された請求項13または14に記載の画像表示装置。
- 前記第1絶縁膜と前記発光面との間に設けられた光透過性を有する第3配線層と、
前記第2絶縁膜を貫通して設けられた第2ビアと、
をさらに備え、
前記第2配線層は、第1配線と、前記第1配線から分離された第2配線と、を含み、
前記第1ビアは、前記第1配線と前記第1配線層との間に設けられ、前記第1配線と前記第1配線層とを電気的に接続し、
前記第2ビアは、前記第2配線と前記第3配線層との間に設けられ、前記第2配線と前記第3配線層とを電気的に接続する請求項13記載の画像表示装置。 - 前記発光面と前記発光素子の側面とのなす角度は、90°よりも小さい請求項16記載の画像表示装置。
- 前記第1配線層は、前記回路素子を覆う第1部分を含む請求項13~17のいずれか1つに記載の画像表示装置。
- 前記第1絶縁膜上に設けられた遮光層と、
前記遮光層と前記第2絶縁膜との間に設けられた第3絶縁膜と、
をさらに備えた請求項13~18のいずれか1つに記載の画像表示装置。 - 前記発光素子は、窒化ガリウム系化合物半導体を含む請求項13~19のいずれか1つに記載の画像表示装置。
- 前記第1面に対向する第2面に設けられた波長変換部材をさらに備えた請求項13~20のいずれか1つに記載の画像表示装置。
- 第1面を有する光透過性部材と、
前記第1面上に設けられた複数のトランジスタと、
前記複数のトランジスタに電気的に接続された第1配線層と、
前記第1面、前記複数のトランジスタおよび前記第1配線層を覆う第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に、複数の発光領域を形成し得る発光面を含む第1半導体層と、
前記第1半導体層上に設けられた複数の発光層と、
前記複数の発光層上にそれぞれ設けられ、前記第1半導体層とは異なる導電形を有する複数の第2半導体層と、
前記複数の第2半導体層上にそれぞれ設けられ前記複数の第2半導体層に電気的に接続された複数の電極と、
前記第1絶縁膜、前記第1半導体層、前記複数の発光層、前記複数の第2半導体層および前記複数の電極を覆う第2絶縁膜と、
前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を貫通して設けられた複数の第1ビアと、
前記第2絶縁膜上に設けられた第2配線層と、
を備え、
前記複数の第2半導体層、前記複数の発光層および前記複数の電極は、前記第2絶縁膜によって分離され、
前記複数の第1ビアは、前記第1配線層と前記第2配線層との間に設けられ、前記第1配線層および前記第2配線層を電気的に接続する画像表示装置。 - 前記複数の発光領域は、前記複数の発光層の平面視での位置に応じて形成され、
前記第1配線層は、前記複数の発光領域のうち隣接して形成された発光領域間に設けられた第2部分を含む請求項21記載の画像表示装置。 - 第1面を有する光透過性部材と、
前記第1面上に設けられた回路素子と、
前記回路素子に電気的に接続された第1配線層と、
前記第1面、前記回路素子および前記第1配線層を覆う第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に発光面と前記発光面に対向する上面とを含む複数の発光素子と、
前記上面上を覆い前記上面に電気的に接続された複数の電極と、
前記第1絶縁膜、前記複数の発光素子および前記複数の電極を覆う第2絶縁膜と、
前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を貫通して設けられた第1ビアと、
前記第2絶縁膜上に設けられた第2配線層と、
を備え、
前記第1ビアは、前記第1配線層と前記第2配線層との間に設けられ、前記第1配線層と前記第2配線層とを電気的に接続する画像表示装置。
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