(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023092015
(43)【公開日】2023-07-03
(54)【発明の名称】マイクロLEDディスプレイ及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
G09F 9/33 20060101AFI20230626BHJP
H01L 33/60 20100101ALI20230626BHJP
H01L 33/20 20100101ALI20230626BHJP
G09F 9/30 20060101ALI20230626BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20230626BHJP
【FI】
G09F9/33
H01L33/60
H01L33/20
G09F9/30 349D
G09F9/30 338
G09F9/30 349Z
G09F9/00 338
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021206962
(22)【出願日】2021-12-21
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-03-06
(71)【出願人】
【識別番号】500221563
【氏名又は名称】ナイトライド・セミコンダクター株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人YKI国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】村本 宜彦
【テーマコード(参考)】
5C094
5F142
5F241
5G435
【Fターム(参考)】
5C094AA03
5C094AA31
5C094BA23
5C094EA05
5C094EB01
5F142AA04
5F142BA32
5F142CB12
5F142CB23
5F142CD13
5F142CD24
5F142CE04
5F142CE13
5F142CE32
5F142CF02
5F142CF23
5F142DA13
5F142DA36
5F142FA24
5F142FA32
5F142GA02
5F241AA03
5F241CA05
5F241CA40
5F241CA65
5F241CA74
5F241CB11
5F241FF06
5G435AA16
5G435AA17
5G435KK05
(57)【要約】
【課題】色毎に異なる種類のマイクロLEDを用いることなく、かつ、発光効率を向上させたマイクロLEDディスプレイ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】マイクロLEDディスプレイは、複数のマイクロUV-LEDチップ1と、マイクロUV-LEDチップ1からの紫外光をそれぞれ赤色、緑色、青色に波長変換する蛍光体28R,20G、28Bを備えるフィルム状の波長変換層32を備える。マイクロUV-LEDチップ1の側面は傾斜面が形成され、マイクロUV-LEDチップ1は、側面から出射した紫外光を反射する反射障壁材24で囲まれる。
【選択図】
図2A
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1導電型の電極と、
前記第1導電型の電極上に離間形成され、それぞれ波長405nm以下の紫外光を発光する複数のマイクロLEDと、
前記複数のマイクロLED上のそれぞれに形成された第2導電型の電極と、
前記複数のマイクロLEDの間に立設され、前記マイクロLEDの側面からの光を反射する反射障壁材と、
前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記3個のマイクロLEDの前記第2導電型の電極と接続される配線構造を有するフィルム状の配線基板と、
前記配線基板上に設けられ、前記3個のマイクロLEDからの光をそれぞれ赤色、緑色、青色に波長変換する蛍光体を備えるフィルム状の波長変換層と、
を有し、
前記マイクロLEDの側面は、前記第1導電型の電極から前記第2導電型の電極に向けて前記マイクロLEDの幅が順次狭くなるように傾斜面が形成され、
前記反射障壁材は、前記複数のマイクロLEDの積層方向に平行に、かつ前記マイクロLEDと等しい高さまで立設される、
マイクロLEDディスプレイ。
【請求項2】
請求項1に記載のマイクロLEDディスプレイにおいて、
前記マイクロLEDと前記反射障壁層の間に充填された、蛍光体を分散させた樹脂
をさらに有するマイクロLEDディスプレイ。
【請求項3】
第1導電型の電極と、
前記第1導電型の電極上に離間形成され、それぞれ波長405nm以下の紫外光を発光する複数のマイクロLEDと、
前記複数のマイクロLED上のそれぞれに形成された第2導電型の電極と、
前記複数のマイクロLEDの間に立設され、前記マイクロLEDの側面からの光を反射する反射障壁材と、
前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記3個のマイクロLEDの前記第2導電型の電極と接続される配線構造を有するフィルム状の配線基板と、
前記マイクロLEDと前記反射障壁層の間に充填された、蛍光体を分散させた樹脂であり、前記蛍光体が前記3個のマイクロLEDからの光をそれぞれ赤色、緑色、青色に波長変換する樹脂と、
を有し、
前記マイクロLEDの側面は、前記第1導電型の電極から前記第2導電型の電極に向けて前記マイクロLEDの幅が順次狭くなるように傾斜面が形成され、
前記反射障壁材は、前記複数のマイクロLEDの積層方向に平行に、かつ前記マイクロLEDと等しい高さまで立設される、
マイクロLEDディスプレイ。
【請求項4】
請求項1~3のいずれかに記載のマイクロLEDディスプレイにおいて、
前記第1導電型の電極は、銅タングステンの導電性基板である、
マイクロLEDディスプレイ。
【請求項5】
サファイア基板上に、GaNバッファ層、n型層、発光層、p型層の順に結晶成長させる工程と、
前記p層上に透明電極を蒸着形成する工程と、
前記透明電極上に導電性基板をボンディングする工程と、
前記サファイア基板と前記GaNバッファ層をリフトオフする工程と、
前記n型層側からエッチングすることで複数のマイクロLEDを形成するとともに、前記マイクロLEDの側面に傾斜面を形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDのそれぞれにn電極を蒸着形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDの前記n電極以外の部分にパッシベーション層を形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDの間に反射障壁材を立設形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記n電極上にフィルム状の配線基板を形成する工程と、
前記配線基板上に前記3個のマイクロLEDからの光をそれぞれ赤色、緑色、青色に波長変換する蛍光体を備えるフィルム状の波長変換層を形成する工程と、
を備え、
前記マイクロLEDの側面は、前記導電性基板から前記n型層に向けて前記マイクロLEDの幅が順次狭くなるように傾斜面が形成され、
前記反射障壁材は、前記複数のマイクロLEDの積層方向に平行に、かつ前記マイクロLEDと等しい高さまで立設される、
マイクロLEDディスプレイの製造方法。
【請求項6】
請求項5に記載の製造方法において、
前記複数のマイクロLEDの間に反射障壁材を立設形成する工程と、前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記n電極上にフィルム状の配線基板を形成する工程は同時に実施される、
マイクロLEDディスプレイの製造方法。
【請求項7】
請求項5に記載の製造方法において、
前記複数のマイクロLEDの間に反射障壁材を立設形成する工程の後に、前記マイクロLEDと前記反射障壁層の間に、蛍光体を分散させた樹脂を充填する工程をさらに有する、
マイクロLEDディスプレイの製造方法。
【請求項8】
サファイア基板上に、GaNバッファ層、n型層、発光層、p型層の順に結晶成長させる工程と、
前記p層上に透明電極を蒸着形成する工程と、
前記透明電極上に導電性基板をボンディングする工程と、
前記サファイア基板と前記GaNバッファ層をリフトオフする工程と、
前記n型層側からエッチングすることで複数のマイクロLEDを形成するとともに、前記マイクロLEDの側面に傾斜面を形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDのそれぞれにn電極を蒸着形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDの前記n電極以外の部分にパッシベーション層を形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDの間に反射障壁材を立設形成する工程と、
前記マイクロLEDと前記反射障壁層の間に蛍光体を分散させた樹脂を充填する工程であり、前記蛍光体が前記3個のマイクロLEDからの光をそれぞれ赤色、緑色、青色に波長変換する、工程と、
前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記n電極上にフィルム状の配線基板を形成する工程と、
を備え、
前記マイクロLEDの側面は、前記導電性基板から前記n型層に向けて前記マイクロLEDの幅が順次狭くなるように傾斜面が形成され、
前記反射障壁材は、前記複数のマイクロLEDの積層方向に平行に、かつ前記マイクロLEDと等しい高さまで立設される、
マイクロLEDディスプレイの製造方法。
【請求項9】
請求項5~8のいずれかに記載の製造方法において、
前記導電性基板は、銅タングステンである、
マイクロLEDディスプレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マイクロLEDディスプレイ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、AR(拡張現実)やVR(仮想現実)用の次世代ディスプレイとしてマイクロLEDディスプレイが期待されている。マイクロLEDは、チップサイズが100μm以下と極めて小さいため、ウェハ面内で発光強度を均一にすることが困難である。
【0003】
特許文献1には、画像表示素子の隣接画素への光漏洩を防止し、画像表示素子の正面方向の光出力を強化することで発光効率を向上することを課題として、アレイ状に配列されたマイクロ発光素子と、マイクロ発光素子に電流を供給して発光させる駆動回路を含む駆動回路基板と、マイクロ発光素子の光放出面上に配置された配光制御部(70)とを含み、配光制御部の周囲に、マイクロ発光素子が放出する光を透過しない隔壁を配置する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、チップサイズが100μm以下のマイクロLEDディスプレイでは、
(1)微細化したマイクロLEDチップは、チップサイズが50μm以下になると、特にGaP系材料を使用する赤色LEDチップの発光効率が急激に劣化する
(2)赤色にGaP系材料、青色、緑色にInGaN系材料を使用すると、駆動電圧と電流が異なるため、制御が複雑になるだけでなく、電気特性がばらつくので色むらが発生する
(3)赤色、緑色、青色の3色のマイクロLEDチップを色毎にピックアンドプレイスで実装するのに時間を要し、製造コストが増大する
という課題がある。
【0006】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであり、その目的は、色毎に異なる種類のマイクロLEDを用いることなく、かつ、発光効率を向上させたマイクロLEDディスプレイ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、第1導電型の電極と、前記第1導電型の電極上に離間形成され、それぞれ波長405nm以下の紫外光を発光する複数のマイクロLEDと、前記複数のマイクロLED上のそれぞれに形成された第2導電型の電極と、前記複数のマイクロLEDの間に立設され、前記マイクロLEDの側面からの光を反射する反射障壁材と、前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記3個のマイクロLEDの前記第2導電型の電極と接続される配線構造を有するフィルム状の配線基板と、前記配線基板上に設けられ、前記3個のマイクロLEDからの光をそれぞれ赤色、緑色、青色に波長変換する蛍光体を備えるフィルム状の波長変換層と、を有し、前記マイクロLEDの側面は、前記第1導電型の電極から前記第2導電型の電極に向けて前記マイクロLEDの幅が順次狭くなるように傾斜面が形成され、前記反射障壁材は、前記複数のマイクロLEDの積層方向に平行に、かつ前記マイクロLEDと等しい高さまで立設される、マイクロLEDディスプレイである。
【0008】
本発明の1つの実施形態では、前記マイクロLEDと前記反射障壁層の間に充填された、蛍光体を分散させた樹脂をさらに有する。
本発明の他の実施形態では、前記第1導電型の電極は、銅タングステンの導電性基板である。
【0009】
また、本発明は、サファイア基板上に、GaNバッファ層、n型層、発光層、p型層の順に結晶成長させる工程と、前記p層上に透明電極を蒸着形成する工程と、前記透明電極上に導電性基板をボンディングする工程と、前記サファイア基板と前記GaNバッファ層をリフトオフする工程と、前記n型層側からエッチングすることで複数のマイクロLEDを形成するとともに、前記マイクロLEDの側面に傾斜面を形成する工程と、前記複数のマイクロLEDのそれぞれにn電極を蒸着形成する工程と、前記複数のマイクロLEDの前記n電極以外の部分にパッシベーション層を形成する工程と、前記複数のマイクロLEDの間に反射障壁材を立設形成する工程と、前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記n電極上にフィルム状の配線基板を形成する工程と、前記配線基板上に前記3個のマイクロLEDからの光をそれぞれ赤色、緑色、青色に波長変換する蛍光体を備えるフィルム状の波長変換層を形成する工程と、を備え、前記マイクロLEDの側面は、前記導電性基板から前記n型層に向けて前記マイクロLEDの幅が順次狭くなるように傾斜面が形成され、前記反射障壁材は、前記複数のマイクロLEDの積層方向に平行に、かつ前記マイクロLEDと等しい高さまで立設される、マイクロLEDディスプレイの製造方法である。
【0010】
本発明の1つの実施形態では、前記複数のマイクロLEDの間に反射障壁材を立設形成する工程と、前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記n電極上にフィルム状の配線基板を形成する工程は同時に実施される。
【0011】
本発明の他の実施形態では、前記複数のマイクロLEDの間に反射障壁材を立設形成する工程の後に、前記マイクロLEDと前記反射障壁層の間に、蛍光体を分散させた樹脂を充填する工程をさらに有する。
【0012】
本発明のさらに他の実施形態では、前記導電性基板は、銅タングステンである。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、色毎に異なる種類のマイクロLEDを用いることなく、かつ、発光効率を向上させたマイクロLEDディスプレイ及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【
図1】実施形態のマイクロLEDの基本構成を示す模式的断面図である。
【
図2A】実施形態のマイクロLEDディスプレイの模式的断面図である。
【
図2B】実施形態のマイクロLEDディスプレイの模式的平面図である。
【
図3】実施形態のマイクロLEDディスプレイの製造方法を示す模式的断面図(その1)である。
【
図4】実施形態のマイクロLEDディスプレイの製造方法を示す模式的断面図(その2)である。
【
図5】実施形態のマイクロLEDディスプレイの製造方法を示す模式的断面図(その3)である。
【
図6】実施形態のマイクロLEDディスプレイの製造方法を示す模式的断面図(その4)である。
【
図7】実施形態のマイクロLEDディスプレイの製造方法を示す模式的断面図(その5)である。
【
図8】実施形態のマイクロLEDディスプレイの製造方法を示す模式的断面図(その6)である。
【
図9】実施形態のマイクロLEDディスプレイの製造方法を示す模式的断面図(その7)である。
【
図10】実施形態のフィルム状配線基板の平面図である。
【
図11】実施形態のマイクロLEDディスプレイの製造方法を示す模式的断面図(その8)である。
【
図12】第1変形例のマイクロLEDディスプレイの製造方法を示す模式的断面図である。
【
図13】第2変形例のマイクロLEDディスプレイの製造方法を示す模式的断面図(その1)である。
【
図14】第2変形例のマイクロLEDディスプレイの製造方法を示す模式的断面図(その2)である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【0016】
図1に、本実施形態におけるマイクロLEDディスプレイに用いられるマイクロLEDの基本的な模式的断面図を示す。
【0017】
マイクロLED1は、そのチップサイズが矩形状の平面形状において少なくともその一辺が100μm以下、より好ましくは50μm以下であり、波長405nm以下の紫外光(UV)を発光するLEDである。本実施形態のマイクロLED1は、電極配置が並行するフリップチップ構造ではなく、電極配置が上下に位置する縦型(Vertical)のVチップ構造である。
【0018】
マイクロLED1は、厚さ100μm程度の導電性の、例えば銅タングステン(CuW)の基板10上に、ITOの透明電極12、p型層14、発光層16、n型層18、n電極20が順次積層される。基板10は第1導電型の電極に相当し、n電極20は第2導電型の電極に相当する。
【0019】
p型層14は、p-GaN(GaN;Mg)コンタクト層、及び(AlGaN;Mg/GaN;Mg)p-SLS(超格子構造)層から構成される。すなわち、p―GaNコンタクト層は、ITOの透明電極12を介して放熱性のある基板10に形成される。
【0020】
発光層16は、(InGaN/AlGaN)MQW(多重量子井戸)層から構成される。
【0021】
n型層18は、(AlInGaN)/(InGaN;Si)n―SLS(超格子構造)層、及び(GaN;Si)コンタクト層から構成される。
【0022】
ここで、例えば(GaN;Si)は、SiがドープされたGaNであることを示す。かかる構成における発光波長は具体的には385nmであるが、それ以外、例えば400nmとしてもよい。385nm及び400nmともに基本的なエピタキシャル構造は同じであるが、バンドギャップエネルギの関係から385nmの方が400nmに比べて(InGaN/AlInGaN)MQW発光層16のAl含有量が多く、In含有量が少ない。
【0023】
また、マイクロLED1の側面は、基板10からn電極20までの積層方向に対してマイクロLED1の幅が順次狭くなるように傾斜面(テーパ)が形成されており、この傾斜面が形成された側面はSiO2のパッシベーション層22が形成される。傾斜面のなす角度は任意であるが、例えば45度とすることが取り出し効率を極大化する観点から好ましい。
【0024】
マイクロLED1では、一般にマイクロサイズ化に伴って相対的に側面の面積比が増大することになるところ、本実施形態ではフリップチップ構造ではなくVチップ構造とすることで、側面からの光取り出し効率が向上する。また、当該側面の形状を傾斜面形状とすることで、発光層16の側面の面積を側面が垂直の場合と比較して大きくとることができ、側面からの光取り出し効率がさらに向上する。
【0025】
また、p電極側に銅タングステン等の放熱特性に優れた基板10を用いることで、放熱性を向上し、より大きな電流を投入することが可能となるので発熱による発光効率の低下を抑制できる。
【0026】
図2Aに、
図1に示すマイクロLED1(以下では、これをマイクロUV-LEDチップ1と称する)を用いたマイクロLEDディスプレイの模式的断面図を示す。
共通の銅タングステン(CuW)の基板10上に複数(図では3個のみ示す)のマイクロUV-LEDチップ1が互いに離間して形成される。なお、平面上では複数のマイクロUV-LEDチップ1は2次元アレイ状に配置される。
【0027】
隣接するマイクロUV-LEDチップ1の間には、マイクロUV-LEDチップ1の積層方向に平行に、言い換えれば基板10の表面の法線方向に平行に反射障壁材24が立設される。反射障壁材24は、隣接するマイクロUV-LEDチップ1からの光の他のマイクロUV-LEDチップ1への漏洩を防止するとともに、マイクロUV-LEDチップ1の横方向からの光を反射して光取り出し方向(図における上方向)への光取り出し効率を増大させる機能を有し、このためマイクロUV-LEDチップ1の側面からの光(波長405nm以下の紫外光)を反射する材料、例えばアルミニウムで構成される。また、反射障壁材24の高さは、マイクロUV-LEDチップ1の高さと同一である。複数のマイクロUV-LEDチップ1は、それぞれその周囲が反射障壁材24で囲まれて互いに分割される。
【0028】
図2Bに、マイクロUV-LEDチップ1と反射障壁材24との位置関係を示す模式的平面図を示す。反射障壁材24は、平面形状が矩形状のマイクロUV-LEDチップ1を囲むようにその周囲に形成される。なお、
図2Aから分かるように、反射障壁材24は、SiO2のパッシベーション層22の上に形成される。マイクロUV-LEDチップ1の周囲は反射障壁材24で囲まれているので、発光層16の側面から出射した光は、全て反射障壁材24で反射される。
【0029】
再び
図2Aに戻り、複数のマイクロUV-LEDチップ1上には、フィルム状の配線基板26が形成される。フィルム状の配線基板26には、隣接する3個のマイクロUV-LEDチップ1のそれぞれのn電極20と対向する3つのn型電極が形成されており、隣接する3個のマイクロUV-LEDチップ1のそれぞれのn電極20と3つのn型電極とが接合するようにフィルム状の配線基板26を貼り合わせる。このとき、反射障壁材24の高さとマイクロUV-LEDチップ1の高さは同一であるため、フィルム状の配線基板26の貼り合わせが容易化・均一化される。配線基板26は、複数のマイクロUV-LEDチップ1を駆動する駆動回路を備える。駆動回路は、2次元アレイ状に配置されたマイクロUV-LEDチップ1の各行を選択する行選択回路、各列を選択する列選択回路、入力信号から発光信号を生成する画像処理回路を含む。
【0030】
フィルム状の配線基板26上には、さらに、R蛍光体28R、G蛍光体28G、B蛍光体28Bを施し、これらの蛍光体28R、28G、28Bを互いに仕切る障壁材30を備えた紫外線透過性の高いフィルム状の波長変換層32が形成される。R蛍光体28Rは、例えば透明樹脂硬化物中にマイクロUV-LEDチップ1からの紫外光を受光して、当該紫外光よりも波長の長い赤色の光を発光する蛍光体粉末を分散させて構成される。赤色蛍光体粉末としては、例えばLOS:Euである。また、緑色蛍光体粉末としては、例えばBAM:Eu,Mnであり、青色蛍光体粉末としては、例えばBAM:Euであるが、これに限定されない。ここで、LOSは、La2O2Sであり、BAMは、(Ba,Mg)Al10O17である。
【0031】
図2Aにおいて、隣接する3個のマイクロUV-LEDチップ1のうちの左側に位置するマイクロUV-LEDチップ1上にはR蛍光体28Rが配置され、中央に位置するマイクロUV-LEDチップ1上にはG蛍光体28Gが配置され、右側に位置するマイクロUV-LEDチップ1上にはB蛍光体28Bが配置され、これら隣接する3個のマイクロUV-LEDチップ1及び蛍光体28R,28G,28Bで1つの画素が構成される。隣接する3個のマイクロUV-LEDチップ1のうちの左側に位置するマイクロUV-LEDチップ1からの紫外光は、R蛍光体28Rで赤色の波長に変換されて外部に出射する。中央に位置するマイクロUV-LEDチップ1からの紫外光は、G蛍光体28Gで緑色の波長に変換されて外部に出射する。右側に位置するマイクロUV-LEDチップ1からの紫外光は、B蛍光体28Bで青色の波長に変換されて外部に出射する。
【0032】
また、隣接する3個のマイクロUV-LEDチップ1のうちの左側に位置するマイクロUV-LEDチップ1の傾斜側面から出射した紫外光は、マイクロUV-LEDチップ1を囲むように形成された反射障壁材24により反射され、その一部がR蛍光体28Rで赤色の波長に変換されて外部に出射する。他のマイクロUV-LEDチップ1についても同様である。
【0033】
このように、本実施形態では、同一種類のマイクロUV-LEDチップ1で赤色、緑色、青色の蛍光体を励起することでフルカラーを得るので、ピックアンドプレイスではなく、転写によるマストランスファーが可能となる。
【0034】
また、マイクロUV-LEDチップ1のスペクトルは可視光成分が微弱であるので、仮にUV-LEDの特性にばらつきがあったとしても、蛍光体の発光色に影響が少ない。
【0035】
また、マイクロUV-LEDチップ1のマイクロサイズ化に伴って相対的に側面の面積比が増大するので、Vチップ化により側面からの光取り出し効率を向上させることができる。そして、このような光取り出し効率の向上は、マイクロUV-LEDチップ1の側面の傾斜面化と反射障壁材24との併用によってさらに顕著なものとなる。
【0036】
また、銅タングステン(CuW)の基板10を用いることにより放熱特性が向上し、より大きな駆動電流を投入することができる。また、駆動時の発熱による発光効率の低下も抑制できる。
【0037】
次に、本実施形態におけるマイクロLEDディスプレイの製造方法について説明する。
【0038】
図3~
図11は、マイクロLEDディスプレイの製造方法を示す模式的断面図である。まず、
図3に示すように、サファイア基板30上に、GaNバッファ層32、n型層18、発光層16、p型層14の順に有機金属気相成長法(MOCVD法)を用いて結晶成長し、LED構造を形成する。ここで、n型層18にはSLS(超格子構造)層が含まれ、p型層14にもSLS(超格子構造)層が含まれる。また、発光層16には(InGaN/AlGaN)のMQW層が含まれる。
【0039】
そして、p型層の上にITOの透明電極12を蒸着形成し、その上に厚さ100μm程度の導電性のある基板10、例えば銅タングステン(CuW)の基板10をボンディングする。
【0040】
次に、
図4に示すように、サファイア基板30とGaNバッファ層32をリフトオフした後、
図5に示すように、n層側からアイソレーションエッチングすることでサイズ100μm以下、より好ましくは50μm以下の複数のマイクロLEDチップを形成する。このアイソレーションエッチングの工程では、マイクロLEDチップの側面が傾斜面(テーパ面)となるようにエッチングする。エッチングによる傾斜面の形成技術は公知である。傾斜面の角度、すなわちマイクロLEDチップの積層方向に対してなす角度は、例えば45度とする。
【0041】
次に、
図6に示すように、アイソレーションされた複数のマイクロLEDチップのそれぞれのn型層表面にn電極20を蒸着形成する。
【0042】
次に、
図7に示すように、全てのマイクロLEDチップのn層側のn電極20以外の領域にSiO
2のパッシベーション層22を形成して不動態化する。
【0043】
次に、
図8に示すように、隣接するマイクロLEDチップの間に、例えばアルミニウムのような反射率の高い材料からなる反射障壁材24を形成する。
【0044】
次に、
図9に示すように、n型電極25を有するフィルム状の配線基板26を、全てのマイクロLEDチップのn電極20とn型電極25とが接合するように貼り合わせる。
【0045】
図10は、フィルム状の配線基板26の一部平面図を示す。隣接する3つのマイクロLEDチップに対応する1画素分の構成である。3つのn型電極25が配置され、これら3つのn型電極25は駆動回路27に接続される。
【0046】
そして、
図11に示すように、障壁材30で互いに区切られたR蛍光体28R、G蛍光体28G、B蛍光体28Bを施したフィルム状の波長変換層32をマイクロLEDチップの上に貼り合わせる。
【0047】
以上のような工程でマイクロLEDディスプレイを製造することにより、ピックアンドプレイスに代えてマストランスファーすることができ、実装に要する時間を短縮することができる。すなわち、RGBやUVのLEDチップを個別に製造し、これらを画素に用いてディスプレイを製造する場合、50μm以下の極めて小さいLEDを大量かつ高精度に実装することが必須となるが、これらのLEDチップを個別にピックアップし個別に実装していく場合と比較して大幅に時間を短縮化できる。
【0048】
また、サファイア基板30とGaNバッファ層32をリフトオフして製造するので、サファイア基板30をレーザにてダイシングする工程が無く、レーザ照射に起因する発熱によるLEDチップ側面へのダメージが無く、これによる発光効率の低下を回避できる。すなわち、フリップチップ構造を採用し、赤色のGaP系LEDを強度確保のためサファイア基板に貼り合わせ、緑色、青色のInGaN系LEDと同様にエキシマレーザによりダイシングする場合には、このダイシング工程によりチップ側面は熱による大きなダメージを受け、黒化する等によりチップの発光効率が低下するが、本実施形態の製造方法ではかかる熱によるダメージを防止して発光効率の低下を回避できる。
【0049】
また、電極配置が並行するフリップチップ構造ではなくVチップ構造を用いることで、フリップチップのn電極が配置されるべきスペースが不要化されるので、成長ウェハから製造できるチップ数が増大(約2倍)する。
【0050】
さらに、アイソレーションエッチングの工程でLEDチップ側面に傾斜面を形成することで発光層側面の面積を増大させ、LEDチップの積層方向に平行に立設する反射障壁材24と相俟って、横方向からの光取り出し効率が向上する。
【0051】
<第1変形例>
実施形態では、マイクロLEDチップの間に反射障壁材24を立設し、その後にフィルム状の配線基板26を貼り合わせているが、反射障壁材24を備えたフィルム状の配線基板26を、当該反射障壁材24がマイクロLEDチップの間に位置するように位置決めしつつ貼り合わせてもよい。
【0052】
図12に、第1変形例の断面図を示す。
図7に示すように、SiO
2のパッシベーション層22を形成した後、画素サイズに合わせて形成された反射障壁材24を備えるフィルム状の配線基板26を、反射障壁材24がマイクロLEDチップの間に挿入されるように貼り合わせ、マイクロLEDチップのそれぞれのn電極20と配線基板26のn型電極25とを接合する。
【0053】
この製造方法によれば、配線基板26と反射障壁材24とが一体となっているので反射障壁材24の配置位置をより強固に固定することができるとともに、製造工程をより簡易化できる。
【0054】
<第2変形例>
また、本実施形態では、マイクロLEDチップの間に反射障壁材24を立設し、その後にフィルム状の配線基板26を貼り合わせているが、反射障壁材24を立設した後、マイクロLEDチップと反射障壁材24との間の隙間に蛍光体を分散させたシリコン系樹脂を充填し、その後にフィルム状の配線基板26を貼り合わせてもよい。
【0055】
図13に、第2変形例の断面図を示す。
図8に示すように、マイクロLEDチップの間に反射障壁材24を立設した後、マイクロLEDチップと反射障壁材24との間の隙間に蛍光体を分散させたシリコン系樹脂29R、29G、29Bを充填する。そして、
図14に示すようにフィルム状の配線基板26を貼り合わせる。
【0056】
この構成によれば、蛍光体を分散させたシリコン系樹脂を充填するため、
図11のようにフィルム状の配線基板26を貼り合わせたあとにさらに蛍光体をのせる必要がなくなり、工程の簡素化ができる効果がある。なお、必要に応じ、シリコン系樹脂を充填した後に、フィルム状の波長変換層32をマイクロLEDチップの上に貼り合わせてもよい。
【符号の説明】
【0057】
1 マイクロLED(マイクロUV-LEDチップ)、10 基板、16 発光層、20 n電極、22 パッシベーション層、24 反射障壁材、26 配線基板、28R R(赤色)蛍光体、28G G(緑色)蛍光体、28B B(青色)蛍光体、30 障壁材、32 波長変換層。
【手続補正書】
【提出日】2023-01-31
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1導電型の電極と、
前記第1導電型の電極上に離間形成され、それぞれ波長405nm以下の紫外光を発光する複数のマイクロLEDと、
前記複数のマイクロLED上のそれぞれに形成された第2導電型の電極と、
前記複数のマイクロLEDの間に立設され、前記マイクロLEDの側面からの光を反射する反射障壁材と、
前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記3個のマイクロLEDの前記第2導電型の電極と接続される配線構造を有するフィルム状の配線基板と、
前記配線基板上に設けられ、前記3個のマイクロLEDからの光をそれぞれ赤色、緑色、青色に波長変換する蛍光体を備えるフィルム状の波長変換層と、
を有し、
前記マイクロLEDの側面は、前記第1導電型の電極から前記第2導電型の電極に向けて前記マイクロLEDの幅が順次狭くなるように傾斜面が形成され、
前記反射障壁材は、前記複数のマイクロLEDの積層方向に平行に、かつ前記マイクロLEDと等しい高さまで立設される、
マイクロLEDディスプレイ。
【請求項2】
請求項1に記載のマイクロLEDディスプレイにおいて、
前記マイクロLEDと前記反射障壁材の間に充填された、蛍光体を分散させた樹脂
をさらに有するマイクロLEDディスプレイ。
【請求項3】
第1導電型の電極と、
前記第1導電型の電極上に離間形成され、それぞれ波長405nm以下の紫外光を発光する複数のマイクロLEDと、
前記複数のマイクロLED上のそれぞれに形成された第2導電型の電極と、
前記複数のマイクロLEDの間に立設され、前記マイクロLEDの側面からの光を反射する反射障壁材と、
前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記3個のマイクロLEDの前記第2導電型の電極と接続される配線構造を有するフィルム状の配線基板と、
前記マイクロLEDと前記反射障壁材の間に充填された、蛍光体を分散させた樹脂であり、前記蛍光体が前記3個のマイクロLEDからの光をそれぞれ赤色、緑色、青色に波長変換する樹脂と、
を有し、
前記マイクロLEDの側面は、前記第1導電型の電極から前記第2導電型の電極に向けて前記マイクロLEDの幅が順次狭くなるように傾斜面が形成され、
前記反射障壁材は、前記複数のマイクロLEDの積層方向に平行に、かつ前記マイクロLEDと等しい高さまで立設される、
マイクロLEDディスプレイ。
【請求項4】
請求項1~3のいずれかに記載のマイクロLEDディスプレイにおいて、
前記第1導電型の電極は、銅タングステンの導電性基板である、
マイクロLEDディスプレイ。
【請求項5】
サファイア基板上に、GaNバッファ層、n型層、発光層、p型層の順に結晶成長させる工程と、
前記p型層上に透明電極を蒸着形成する工程と、
前記透明電極上に導電性基板をボンディングする工程と、
前記サファイア基板と前記GaNバッファ層をリフトオフする工程と、
前記n型層側からエッチングすることで複数のマイクロLEDを形成するとともに、前記マイクロLEDの側面に傾斜面を形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDのそれぞれにn電極を蒸着形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDの前記n電極以外の部分にパッシベーション層を形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDの間に反射障壁材を立設形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記n電極上にフィルム状の配線基板を形成する工程と、
前記配線基板上に前記3個のマイクロLEDからの光をそれぞれ赤色、緑色、青色に波長変換する蛍光体を備えるフィルム状の波長変換層を形成する工程と、
を備え、
前記マイクロLEDの側面は、前記導電性基板から前記n型層に向けて前記マイクロLEDの幅が順次狭くなるように傾斜面が形成され、
前記反射障壁材は、前記複数のマイクロLEDの積層方向に平行に、かつ前記マイクロLEDと等しい高さまで立設される、
マイクロLEDディスプレイの製造方法。
【請求項6】
請求項5に記載の製造方法において、
前記複数のマイクロLEDの間に反射障壁材を立設形成する工程と、前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記n電極上にフィルム状の配線基板を形成する工程は同時に実施される、
マイクロLEDディスプレイの製造方法。
【請求項7】
請求項5に記載の製造方法において、
前記複数のマイクロLEDの間に反射障壁材を立設形成する工程の後に、前記マイクロLEDと前記反射障壁材の間に、蛍光体を分散させた樹脂を充填する工程をさらに有する、
マイクロLEDディスプレイの製造方法。
【請求項8】
サファイア基板上に、GaNバッファ層、n型層、発光層、p型層の順に結晶成長させる工程と、
前記p型層上に透明電極を蒸着形成する工程と、
前記透明電極上に導電性基板をボンディングする工程と、
前記サファイア基板と前記GaNバッファ層をリフトオフする工程と、
前記n型層側からエッチングすることで複数のマイクロLEDを形成するとともに、前記マイクロLEDの側面に傾斜面を形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDのそれぞれにn電極を蒸着形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDの前記n電極以外の部分にパッシベーション層を形成する工程と、
前記複数のマイクロLEDの間に反射障壁材を立設形成する工程と、
前記マイクロLEDと前記反射障壁材の間に蛍光体を分散させた樹脂を充填する工程であり、前記蛍光体が前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDからの光をそれぞれ赤色、緑色、青色に波長変換する、工程と、
前記3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記n電極上にフィルム状の配線基板を形成する工程と、
を備え、
前記マイクロLEDの側面は、前記導電性基板から前記n型層に向けて前記マイクロLEDの幅が順次狭くなるように傾斜面が形成され、
前記反射障壁材は、前記複数のマイクロLEDの積層方向に平行に、かつ前記マイクロLEDと等しい高さまで立設される、
マイクロLEDディスプレイの製造方法。
【請求項9】
請求項5~8のいずれかに記載の製造方法において、
前記導電性基板は、銅タングステンである、
マイクロLEDディスプレイの製造方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0008】
本発明の1つの実施形態では、前記マイクロLEDと前記反射障壁材の間に充填された、蛍光体を分散させた樹脂をさらに有する。本発明の他の実施形態では、前記第1導電型の電極は、銅タングステンの導電性基板である。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0009】
また、本発明は、サファイア基板上に、GaNバッファ層、n型層、発光層、p型層の順に結晶成長させる工程と、前記p型層上に透明電極を蒸着形成する工程と、前記透明電極上に導電性基板をボンディングする工程と、前記サファイア基板と前記GaNバッファ層をリフトオフする工程と、前記n型層側からエッチングすることで複数のマイクロLEDを形成するとともに、前記マイクロLEDの側面に傾斜面を形成する工程と、前記複数のマイクロLEDのそれぞれにn電極を蒸着形成する工程と、前記複数のマイクロLEDの前記n電極以外の部分にパッシベーション層を形成する工程と、前記複数のマイクロLEDの間に反射障壁材を立設形成する工程と、前記複数のマイクロLEDのうち互いに隣接する3個のマイクロLEDで1画素となるように、前記n電極上にフィルム状の配線基板を形成する工程と、前記配線基板上に前記3個のマイクロLEDからの光をそれぞれ赤色、緑色、青色に波長変換する蛍光体を備えるフィルム状の波長変換層を形成する工程と、を備え、前記マイクロLEDの側面は、前記導電性基板から前記n型層に向けて前記マイクロLEDの幅が順次狭くなるように傾斜面が形成され、前記反射障壁材は、前記複数のマイクロLEDの積層方向に平行に、かつ前記マイクロLEDと等しい高さまで立設される、マイクロLEDディスプレイの製造方法である。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0011】
本発明の他の実施形態では、前記複数のマイクロLEDの間に反射障壁材を立設形成する工程の後に、前記マイクロLEDと前記反射障壁材の間に、蛍光体を分散させた樹脂を充填する工程をさらに有する。