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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-01
(45)【発行日】2024-04-09
(54)【発明の名称】画像表示装置の製造方法および画像表示装置
(51)【国際特許分類】
H01L 33/62 20100101AFI20240402BHJP
H01L 33/60 20100101ALI20240402BHJP
H01L 33/54 20100101ALI20240402BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20240402BHJP
H01L 33/42 20100101ALI20240402BHJP
【ＦＩ】
H01L33/62
H01L33/60
H01L33/54
H01L33/32
H01L33/42
【請求項の数】
24
(21)【出願番号】P 2021530622
(86)(22)【出願日】2020-06-30
(86)【国際出願番号】 JP2020025627
(87)【国際公開番号】W WO2021006112
(87)【国際公開日】2021-01-14
【審査請求日】2023-05-30
(31)【優先権主張番号】P 2019128493
(32)【優先日】2019-07-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000226057
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108062
【弁理士】
【氏名又は名称】日向寺 雅彦
(74)【代理人】
【識別番号】100168332
【弁理士】
【氏名又は名称】小崎 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100172188
【弁理士】
【氏名又は名称】内田 敬人
(72)【発明者】
【氏名】秋元 肇
【審査官】村井 友和
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－１３５４１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１９８４８８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１７４５１９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１６５０３５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項6】
前記発光素子を形成する工程では、前記発光素子は、前記発光面側からの平面視において、前記第２半導体層の面積が前記第１半導体層の面積よりも大きくなるように加工された請求項５記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項24】
前記第２半導体層は、前記絶縁部材によって分離された請求項２３記載の画像表示装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００２－１４１４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一実施形態に係る画像表示装置の製造方法は、発光層を含む半導体層を第１基板上に有する第２基板を準備する工程と、回路素子を含む回路が形成された第３基板を準備する工程と、前記半導体層を、前記第３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素子を形成する工程と、透光性を有する絶縁部材で前記発光素子を覆う工程と、前記発光素子を前記回路素子に電気的に接続する配線層を形成する工程と、を備える。前記発光素子は、前記第３基板に貼り合わされた面に対向する発光面を含む。前記絶縁部材は、前記発光素子から放射される光が前記発光面の法線方向であって前記発光面の側に配光するように設けられる。
【0008】
本実施形態の一実施形態に係る画像表示装置は、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、前記回路素子および前記第１配線層を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた第２配線層と、前記第２配線層上に設けられ、前記第２配線層の側の面に対向する発光面を含む発光素子と、前記発光素子の少なくとも一部を覆い、透光性を有する絶縁部材と、前記発光素子に電気的に接続され、前記絶縁部材上に配設された第３配線層と、を備える。前記発光素子は、前記第２配線層上に設けられた第１導電形の第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられた発光層と、前記発光層上に設けられ、前記第１導電形と異なる第２導電形の第２半導体層を含む。前記絶縁部材は、前記発光素子から放射される光が前記発光面の法線方向であって前記発光面の側に配光するように設けられる。
【0009】
本実施形態の一実施形態に係る画像表示装置は、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、前記複数のトランジスタおよび前記第１配線層を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた第２配線層と、前記第２配線層上に設けられた第１導電形の第１半導体層と、前記第１半導体層上に配設された発光層と、前記発光層上に配設され、前記第１導電形とは異なる第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層および前記発光層を覆うとともに、前記第２半導体層の少なくとも一部を覆い、透光性を有する絶縁部材と、前記複数のトランジスタに応じて前記絶縁部材からそれぞれ露出された、前記第２半導体層の複数の露出面上に配設された透光性電極に接続された第３配線層と、を備える。前記絶縁部材は、前記発光層から放射される光が前記複数の露出面のそれぞれの法線方向であって前記複数の露出面の側に配光するように設けられる。
【発明の効果】
【0010】
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および画像表示装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】第１の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2】第１の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3A】第１の実施形態における絶縁部材のレンズ機能を説明するための模式図である。
【図3B】第１の実施形態における絶縁部材のレンズ機能を説明するための模式図である。
【図3C】第１の実施形態における絶縁部材のレンズ機能を説明するための模式図である。
【図3D】第１の実施形態における絶縁部材のレンズ機能を説明するための模式図である。
【図4】第１の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5A】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図5B】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図6A】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法の変形例を例示する模式的な断面図である。
【図6B】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法の変形例を例示する模式的な断面図である。
【図6C】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法の変形例を例示する模式的な断面図である。
【図7A】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法の変形例を例示する模式的な断面図である。
【図7B】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法の変形例を例示する模式的な断面図である。
【図8A】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図8B】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図8C】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図9】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な斜視図である。
【図10】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図11A】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図11B】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図11C】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図11D】第１の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図12】第２の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13】第２の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14A】第２の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図14B】第２の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図15A】第２の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図15B】第２の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図15C】第２の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図16】第３の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17】第３の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18A】第３の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図18B】第３の実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図19】第４の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20A】第４の実施形態の変形例の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図20B】第４の実施形態の変形例の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図20C】第４の実施形態の変形例の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図21A】第４の実施形態の変形例の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図21B】第４の実施形態の変形例の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図22A】第４の実施形態の変形例の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図22B】第４の実施形態の変形例の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図23A】第４の実施形態の変形例の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図23B】第４の実施形態の変形例の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図24】第４の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25A】第４の実施形態の変形例の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図25B】第４の実施形態の変形例の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
【図26】画素ＬＥＤ素子の特性を例示するグラフである。
【図27】第５の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28】第５の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29】第１～第４の実施形態およびこれらの変形例の画像表示装置を模式的に例示する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
（第１の実施形態）
図１は、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。画像表示装置に表示される画像を構成するピクセルは、複数のサブピクセル２０によって構成されている。
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。サブピクセル２０は、２次元平面上に配列されている。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、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。画像表示装置に表示される画像を構成するピクセルは、複数のサブピクセル２０によって構成されている。
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。サブピクセル２０は、２次元平面上に配列されている。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。
【0014】
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軸の正方向に向かって光を出力する。Ｚ軸の正方向に沿う長さを高さということがある。
【0015】
図１は、サブピクセル２０をＸＺ平面に平行な面で切断した場合の断面を模式的に示している。
図１に示すように、画像表示装置のサブピクセル２０は、トランジスタ１０３と、第１の配線層１１０と、層間絶縁膜１１２と、第２の配線層１３０と、発光素子１５０と、絶縁部材１５６と、を備える。本実施形態では、発光素子１５０を覆う絶縁部材１５６は、透光性を有しており、発光面１５１Ｓ側に凸となる面を有している。
図１に示すように、画像表示装置のサブピクセル２０は、トランジスタ１０３と、第１の配線層１１０と、層間絶縁膜１１２と、第２の配線層１３０と、発光素子１５０と、絶縁部材１５６と、を備える。本実施形態では、発光素子１５０を覆う絶縁部材１５６は、透光性を有しており、発光面１５１Ｓ側に凸となる面を有している。
【0016】
サブピクセル２０は、カラーフィルタ１８０をさらに備える。カラーフィルタ（波長変換部材）１８０は、接着層１７０上に設けられている。接着層１７０は、発光素子１５０、絶縁部材１５６および透光性電極１５９，１５９ａ，１５９ｋ上に設けられている。
【0017】
トランジスタ１０３は、基板１０２に形成されている。基板１０２には、発光素子１５０の駆動用のトランジスタ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、トランジスタ１０３は、後述する図４に示された駆動トランジスタ２６に対応し、そのほか選択トランジスタ２４やキャパシタ２８等が回路素子である。以下では、回路１０１は、回路素子が形成された素子形成領域１０４、絶縁層１０５、配線層１１０、配線層１１０と回路素子を接続するビア１１１ｄ，１１１ｓおよび回路素子間等を絶縁する絶縁膜１０８を含むものとする。基板１０２、回路１０１および層間絶縁膜１１２等のその他の構成要素を含めて回路基板１００と呼ぶことがある。
【0018】
トランジスタ１０３は、ｐ形半導体領域１０４ｂと、ｎ形半導体領域１０４ｓ，１０４ｄと、ゲート１０７と、を含む。ゲート１０７は、絶縁層１０５を介して、ｐ形半導体領域１０４ｂの上に設けられている。絶縁層１０５は、素子形成領域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との絶縁を十分にとるために設けられている。ゲート１０７に電圧が印加されると、ｐ形半導体領域１０４ｂにチャネルが形成され得る。トランジスタ１０３は、ｎチャネルトランジスタであり、たとえばｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。
【0019】
素子形成領域１０４は、基板１０２に設けられている。基板１０２は、たとえばＳｉ基板である。素子形成領域１０４は、ｐ形半導体領域１０４ｂと、ｎ形半導体領域１０４ｓ，１０４ｄと、を含む。ｐ形半導体領域１０４ｂは、基板１０２の表面付近に設けられている。ｎ形半導体領域１０４ｓ，１０４ｄは、ｐ形半導体領域１０４ｂ内でｐ形半導体領域１０４ｂの表面付近に互いに離隔して設けられている。
【0020】
基板１０２の表面には、絶縁層１０５が設けられている。絶縁層１０５は、素子形成領域１０４も覆っており、ｐ形半導体領域１０４ｂおよびｎ形半導体領域１０４ｓ，１０４ｄの表面も覆っている。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、高誘電率を有する絶縁材料の層を含んでもよい。
【0021】
絶縁層１０５を介して、ｐ形半導体領域１０４ｂの上にゲート１０７が設けられている。ゲート１０７は、ｎ形半導体領域１０４ｓ，１０４ｄの間に設けられている。ゲート１０７は、たとえば多結晶Ｓｉである。ゲート１０７は、多結晶Ｓｉよりも低抵抗のシリサイド等を含んでもよい。
【0022】
この例では、ゲート１０７および絶縁層１０５は、絶縁膜１０８で覆われている。絶縁膜１０８は、たとえばＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４等である。配線層１１０を形成する際に表面を平坦化するために、さらにＰＳＧ（Phosphorus Silicon Glass）やＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass）等の有機絶縁膜を設けるようにしてもよい。
【0023】
絶縁膜１０８には、ビア１１１ｓ，１１１ｄが形成されている。絶縁膜１０８上には、第１の配線層（第１配線層）１１０が形成されている。第１の配線層１１０は、電位の異なり得る複数の配線を含んでおり、配線１１０ｓ，１１０ｄを含んでいる。
【0024】
図１以降の断面図においては、符号を付すべき配線層に含まれる１つの配線の横の位置にその配線層の符号を表示するものとする。ビア１１１ｓ，１１１ｄは、配線層１１０の配線１１０ｓ，１１０ｄとｎ形半導体領域１０４ｓ，１０４ｄとの間にそれぞれ設けられ、これらを電気的に接続している。配線層１１０およびビア１１１ｓ，１１１ｄは、たとえばＡｌやＣｕ等の金属によって形成されている。配線層１１０およびビア１１１ｓ，１１１ｄは、高融点金属等を含んでもよい。
【0025】
絶縁膜１０８および配線層１１０上には、さらに平坦化膜として、層間絶縁膜１１２が設けられている。層間絶縁膜（絶縁膜）１１２は、たとえばＰＳＧやＢＰＳＧ等の有機絶縁膜である。層間絶縁膜１１２は、回路基板１００においてその表面を保護する保護膜としても機能する。
【0026】
第２の配線層（第２配線層）１３０は、層間絶縁膜１１２上に設けられている。配線層１３０は、第１配線１３０ａを含んでいる。第１配線（配線部分）１３０ａは、たとえばサブピクセルごとに設けられており、この例では、第１配線１３０ａ上に設けられた透光性電極１５９ａとともに、後述する図４に示す電源線３に接続されている。発光素子１５０は、第１配線１３０ａ上に設けられている。
【0027】
第１配線１３０ａを含む配線層１３０は、高導電率を有する材料で形成されている。配線層１３０は、たとえば、ＴｉやＡｌ、ＴｉとＳｎとの合金等を含む。ＣｕやＶ等、あるいはＡｇやＰｔ等の高い光反射性を有する貴金属を含んでもよい。配線層１３０は、このような高導電率を有する金属材料等で形成されているので、発光素子１５０と回路１０１とを低抵抗で電気的に接続することができる。
【0028】
第１配線１３０ａの外周は、ＸＹ平面視で発光素子１５０をＺ軸上方から投影したときの外周を含んでいる。これにより、第１配線１３０ａは、発光素子１５０の下方への光の散乱を発光面１５１Ｓ側に反射し、散乱光を遮光することができる。
【0029】
第１配線１３０ａの材料を適切に選択することによって、発光素子１５０の下方への散乱光を発光面１５１Ｓ側に反射させて発光効率を向上させることができる。また、第１配線１３０ａが、発光素子１５０の下方への散乱光を遮光することによって、トランジスタ１０３への光の到達を抑制し、トランジスタ１０３の誤動作を防止することもできる。
【0030】
発光素子１５０は、ｐ形半導体層（第１半導体層）１５３と、発光層１５２と、ｎ形半導体層（第２半導体層）１５１と、を含む。ｐ形半導体層１５３、発光層１５２およびｎ形半導体層１５１は、層間絶縁膜１１２からＺ軸の正方向に向かってこの順に積層されている。つまり、発光素子１５０の各層は、層間絶縁膜１１２の側から発光面１５１Ｓの側に向かって積層されている。
【0031】
発光素子１５０は、ＸＹ平面視で、たとえばほぼ正方形または長方形状を有しているが、角部は丸くなっていてもよい。発光素子１５０は、ＸＹ平面視で、たとえば楕円形状や円形状を有していてもよい。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、レイアウトの自由度が向上する。
【0032】
発光素子１５０には、たとえば、ＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）等の窒化物半導体が好適に用いられる。本発明の一実施形態における発光素子１５０は、いわゆる青色発光ダイオードであり、発光素子１５０が発光する光の波長は、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。
【0033】
絶縁部材１５６は、層間絶縁膜１１２の一部、第２の配線層１３０の一部および発光素子１５０の少なくとも側面を覆っている。絶縁部材１５６は、たとえば、透光性を有する有機絶縁材料等によって形成されている。絶縁部材１５６は、好ましくは、透明である。絶縁部材１５６は、絶縁部材１５６を覆う接着層１７０の屈折率に比べて十分大きな屈折率を有する。
【0034】
絶縁部材１５６の材料としては、たとえば硫黄（Ｓ）含有置換基やリン（Ｐ）原子含有基を有する高分子材料や、ポリイミド等の高分子マトリックスに高屈折率の無機ナノ粒子を導入した高屈折率ナノコンポジット材料等がよく知られているが、この限りではない。また接着層１７０の材料としては、たとえば中空ナノ粒子やポーラスナノ粒子を分散させた有機材料などがよく知られているが、やはりこの限りではなく、絶縁部材１５６の近傍に空間を設ける等の応用も可能である。
【0035】
絶縁部材１５６は、発光面１５１Ｓの側に凸となる凸面を有する。絶縁部材１５６は、発光素子１５０の側面から放射される光を発光面１５１Ｓの側に配光する凸レンズとして機能する絶縁部材である。
【0036】
図２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２は、絶縁部材１５６の機能を説明するための模式図である。図２には、図１の断面図において、第１配線１３０ａ、発光素子１５０および絶縁部材１５６の位置関係が詳細に示されている。
図２に示すように、発光素子１５０は、Ｚ軸の正方向に向かって、ｐ形半導体層１５３、発光層１５２およびｎ形半導体層１５１の順に積層されている。ｐ形半導体層１５３は、第１配線１３０ａ上の第１面１３１ａに載置されている。ここで、第１面１３１ａは、ＸＹ平面にほぼ平行な平面である。発光面１５１Ｓは、絶縁部材１５６の開口１５８から露出されており、第１面１３１ａにほぼ平行となるように設けられている。
図２は、絶縁部材１５６の機能を説明するための模式図である。図２には、図１の断面図において、第１配線１３０ａ、発光素子１５０および絶縁部材１５６の位置関係が詳細に示されている。
図２に示すように、発光素子１５０は、Ｚ軸の正方向に向かって、ｐ形半導体層１５３、発光層１５２およびｎ形半導体層１５１の順に積層されている。ｐ形半導体層１５３は、第１配線１３０ａ上の第１面１３１ａに載置されている。ここで、第１面１３１ａは、ＸＹ平面にほぼ平行な平面である。発光面１５１Ｓは、絶縁部材１５６の開口１５８から露出されており、第１面１３１ａにほぼ平行となるように設けられている。
【0037】
絶縁部材１５６は、発光素子１５０の側面を覆っている。絶縁部材１５６は、第１配線１３０ａの側から発光面１５１Ｓの側に向かって凸となる面１５７ａを有する。
【0038】
発光素子１５０の側面からは、発光層１５２が露出している。電子および正孔が注入されて励起された発光層１５２は、側面からも光を放射する。発光層１５２の側面から放射された光は、ＸＹ平面に平行な成分を有する放射光を含んでいる。ＸＹ平面に平行な成分を有する放射光は、面１５７ａから出射される。絶縁部材１５６の面１５７ａから出射される放射光が発光面１５１Ｓ側に配光されるように、面１５７ａの形状を設定することができる。
【0039】
好ましくは、絶縁部材１５６の高さＨ１（第１高さ）は、発光層１５２の面１５２ａ１（第２面）の高さＨ２（第２高さ）よりも十分高い位置に設定される。このように設定されることによって、ＸＹ平面に平行な成分を有する放射光は、発光面１５１Ｓ側に配光される。高さＨ１は、第１面１３１ａから絶縁部材１５６のもっとも高い位置までの高さである。高さＨ２における発光層１５２の面１５２ａ１はｎ形半導体層１５１が設けられている側の面である。
【0040】
図３Ａ～図３Ｄは、本実施形態における絶縁部材のレンズ機能を説明するための模式図である。
図３Ａ～図３Ｄでは、発光層１５２と面１５７ａとの位置関係の詳細が示されている。この場合においては、面１５７ａは、球面の一部であるものとする。Ｃ１～Ｃ４は、面１５７ａがなす球面の中心を示している。図３Ａ～図３Ｃの例では、中心Ｃ１～Ｃ３は、発光層１５２のＺ軸方向の長さの１／２に位置している。つまり、中心Ｃ１～Ｃ３は、発光層１５２の一方の面１５２ａ１と他方の面１５２ａ２との間の距離の１／２に位置している。図３Ｄの例では、中心Ｃ４は、発光層１５２のＺ軸方向の長さの１／２の位置よりも、Ｚ軸の負方向側にずれた位置とされている。
図３Ａ～図３Ｄでは、発光層１５２と面１５７ａとの位置関係の詳細が示されている。この場合においては、面１５７ａは、球面の一部であるものとする。Ｃ１～Ｃ４は、面１５７ａがなす球面の中心を示している。図３Ａ～図３Ｃの例では、中心Ｃ１～Ｃ３は、発光層１５２のＺ軸方向の長さの１／２に位置している。つまり、中心Ｃ１～Ｃ３は、発光層１５２の一方の面１５２ａ１と他方の面１５２ａ２との間の距離の１／２に位置している。図３Ｄの例では、中心Ｃ４は、発光層１５２のＺ軸方向の長さの１／２の位置よりも、Ｚ軸の負方向側にずれた位置とされている。
【0041】
発光層１５２は端部１５２ａ３を有しており、端部１５２ａ３は、発光層１５２の側面に含まれている。なお、一方の面１５２ａ１は、ｎ形半導体層１５１が積層されている面であり、他方の面１５２ａ２は、ｐ形半導体層１５３が積層されている面である。
【0042】
発光層１５２は、ＸＹ平面視で、Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ平行な辺を有する方形であるものとする。中心Ｃ１～Ｃ４は、発光層１５２のＹ軸に平行な辺の１／２の位置を通るＸ軸に平行な直線上にあるものとする。また、面１５７ａの内側の屈折率は、面１５７ａの外側の屈折率よりも大きいものとする。
【0043】
図３Ａに示すように、中心Ｃ１が発光層１５２内、且つ、発光層１５２のＺ軸方向の長さの１／２の位置にある場合には、端部１５２ａ３から放射された光のうち、Ｘ軸に平行な光以外の光は、面１５７ａで、発光面の方向に屈折される。
【0044】
図３Ｂに示すように、中心Ｃ２が発光層１５２の端部１５２ａ３に存在し、且つ、発光層１５２のＺ軸方向の長さの１／２の位置にある場合には、端部１５２ａ３から放射されたほぼすべての光は、面１５７ａにほぼ９０°で入射するので、ほとんど屈折せず、端部１５２ａ３からの放射光の角度のまま、面１５７ａから放射される。
【0045】
図３Ｃに示すように、中心Ｃ３が発光層１５２の外側にあり、且つ、発光層１５２のＺ軸方向の長さの１／２の位置にある場合には、端部１５２ａ３から放射された光のうち、Ｙ軸に平行な光以外の光は、面１５７ａで発光面とは直交する方向に屈折する。そのため、発光面方向に配光される光が抑制される。
【0046】
図３Ｄに示すように、中心Ｃ４が発光層１５２の端部１５２ａ３のＺ軸に平行線上にあり、且つ、発光層１５２のＺ軸方向の中心よりも、Ｚ軸の負方向にずれた位置にある場合には、Ｙ軸に平行な光以外の光は、面１５７ａで発光面とは直交する方向に屈折する。そのため、発光面方向に配光される光が抑制される。
【0047】
上述は一例であり、発光層１５２の側面から放射される光を、発光面１５１Ｓに垂直な法線方向に配光させるように、絶縁部材１５６の面１５７ａの形状を適切に設定することができる。また、絶縁部材１５６の材料および絶縁部材１５６を覆う接着層１７０の材料を適切に選定して、屈折率を設定することによって、絶縁部材１５６をより適切な配光制御手段として用いることができる。
【0048】
図１に戻って説明を続ける。
絶縁部材１５６は、開口１５８を有している。開口１５８は、発光素子１５０の上方の絶縁部材１５６の一部を除去することによって形成されている。開口１５８は、発光面１５１Ｓが絶縁部材１５６から露出するように形成されている。発光面１５１Ｓは、ｎ形半導体層１５１の面のうち発光層１５２に接する面に対向する面である。
絶縁部材１５６は、開口１５８を有している。開口１５８は、発光素子１５０の上方の絶縁部材１５６の一部を除去することによって形成されている。開口１５８は、発光面１５１Ｓが絶縁部材１５６から露出するように形成されている。発光面１５１Ｓは、ｎ形半導体層１５１の面のうち発光層１５２に接する面に対向する面である。
【0049】
発光面１５１Ｓは、好ましくは粗面加工されている。発光素子１５０は、発光面１５１Ｓが粗面とされている場合には、光の取出効率を向上させることができる。発光面１５１Ｓが粗面化されない場合には、粗面加工を行う工程を省略することができる。
【0050】
層間絶縁膜１１２には、層間絶縁膜１１２の開口１１３が設けられている。開口１１３からは、トランジスタ１０３のドレイン電極に接続された配線１１０ｄの面の一部が露出されている。この開口１１３は、第１半導体層１５１と配線１１０ｓとを電気的に接続するために層間絶縁膜１１２に形成されている。
【0051】
透光性電極１５９ｋは、粗面化された発光面１５１Ｓ上にわたって設けられており、ｎ形半導体層１５１に電気的に接続されている。透光性電極１５９ｋは、絶縁部材１５６、配線１１０ｄの露出面および層間絶縁膜１１２上に延伸して設けられている。したがって、ｎ形半導体層１５１と配線１１０ｄは、透光性電極１５９ｋによって電気的に接続されている。
【0052】
透光性電極１５９ａは、第１配線１３０ａ上に設けられており、第１配線１３０ａに電気的に接続されている。この例では、後述する図４に示すように、透光性電極１５９ａおよび第１配線１３０ａは、電源線３に接続される。したがって、ｐ形半導体層１５３は、透光性電極１５９ａおよび第１配線１３０ａによって電源線３に電気的に接続される。
【0053】
透光性電極１５９は、第２の配線層１３０のその他の配線上にも設けられている。透光性電極１５９，１５９ａ，１５９ｋ（第３配線層）は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等の透光性を有する導電膜によって形成されている。
【0054】
接着層１７０は、絶縁部材１５６、透光性電極１５９，１５９ａ，１５９ｋおよび層間絶縁膜１１２を覆っている。接着層１７０は、ほぼ透明の樹脂性接着剤であり、絶縁部材１５６や透光性電極１５９，１５９ａ，１５９ｋ等を保護し、カラーフィルタ１８０を接着するために設けられている。
【0055】
カラーフィルタ１８０は、遮光部１８１と色変換部１８２とを含む。色変換部１８２は、凸レンズ状に形成された絶縁部材１５６のほぼ直上に、ＸＹ平面視での絶縁部材１５６による配光の形状に応じて設けられている。
【0056】
色変換部１８２は、１層または２層とされる。図１には、２層の部分が示されている。１層であるか２層であるかは、サブピクセル２０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２０の発光色が赤または緑の場合には、色変換部１８２は、好ましくは２層とされる。サブピクセル２０の発光色が青の場合には、好ましくは１層とされる。
【0057】
色変換部１８２が２層の場合には、発光素子１５０により近い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。つまり、フィルタ層１８４は、色変換層１８３上に積層されている。
【0058】
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層である。赤色を発光するサブピクセル２０の場合には、発光素子１５０の波長、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２０の場合には、発光素子１５０の波長、４６７ｎｍ±２０ｎｍの光を、たとえば５３２ｎｍ±２０ｎｍ程度の波長の光に変換する。
【0059】
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。
【0060】
サブピクセル２０が発光する光の色が青色の場合には、サブピクセル２０は、色変換層１８３を介して光を出力してもよいし、色変換層１８３を介さずにそのまま光を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、サブピクセル２０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。
【0061】
青色のサブピクセル２０の場合であっても、サブピクセル２０は、フィルタ層１８４を有していてもよい。青色のサブピクセル２０にフィルタ層１８４を設けることによって、発光素子１５０の表面で生じる微小な外光反射が抑制される。
【0062】
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。
【0063】
図４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４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４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。
【0064】
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２０を含む。サブピクセル２０Ｒは、赤色の光を発光する。サブピクセル２０Ｇは、緑色の光を発光する。サブピクセル２０Ｂは、青色の光を発光する。３種類のサブピクセル２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ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。
【0065】
１つのピクセル１０は、３つのサブピクセル２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを含み、サブピクセル２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、たとえばこの例のように、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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。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。
【0070】
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。
【0071】
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ｎチャネルＭＯＳＦＥＴであり、駆動トランジスタ２６の主電極であるドレイン電極に発光素子２２のｎ電極であるカソード電極が接続されている。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等におけるトランジスタ１０３に対応し、発光素子２２は、図１等における発光素子１５０に対応する。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、発光素子２２に流れる電流が決定され、発光素子２２は、流れる電流に応じた輝度で発光する。
【0072】
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のゲート電極と接地線４との間には、キャパシタ２８が接続されている。
【0073】
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、発光素子２２に流れる電流に応じた輝度で発光する。
【0074】
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。ＲＧＢ各色のサブピクセル２０が発光する発光色および輝度によって決定された発光色および輝度で各ピクセル１０が発光して表示領域２に画像が表示される。
【0075】
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８Ｃは、本実施形態の画像表示装置の製造方法およびその変形例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の製造方法では、半導体成長基板（第２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（第１基板）１００１上に成長させた半導体層１１５０を有する。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基板が用いられる。
図５Ａ～図８Ｃは、本実施形態の画像表示装置の製造方法およびその変形例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の製造方法では、半導体成長基板（第２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（第１基板）１００１上に成長させた半導体層１１５０を有する。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基板が用いられる。
【0076】
この例では、結晶成長用基板１００１の一方の面には、バッファ層１１４０が形成されている。バッファ層（緩衝層）１１４０は、ＡｌＮ等のナイトライドが好適に用いられる。バッファ層１１４０は、ＧａＮをエピタキシャル成長させるときに、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ために用いられる。
【0077】
半導体成長基板１１９４では、バッファ層１１４０上に、ｎ形半導体層１１５１、発光層１１５２およびｐ形半導体層１１５３が、バッファ層１１４０側からこの順に積層される。半導体層１１５０の成長には、たとえば気相成長法（Chemical Vapor Deposition、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。半導体層１１５０は、たとえば、ＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）等である。
【0078】
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が生じ易く、そのような結晶はｎ形を呈する。そのため、この例のように、ｎ形半導体層１１５１から結晶成長用基板１００１に積層した場合には、生産プロセス上のマージンを大きくとれて歩留りを向上し易いという長所がある。
【0079】
ｐ形半導体層１１５３の発光層１１５２が設けられた側の面に対向する側の面には、メタル層１１３０が形成される。メタル層１１３０は、たとえばＴｉやＡｌ、ＴｉとＳｎとの合金等を含む。ＣｕやＶ等、あるいは、ＡｇやＰｔ等の高い光反射性を有する貴金属を含んでもよい。
【0080】
メタル層１１３０をｐ形半導体層１１５３の面上に形成した場合には、ｐ形半導体層１１５３をメタル層１１３０によって保護することができ、半導体成長基板１１９４の保管が容易になるというメリットを生じる。ｐ形半導体層１１５３とメタル層１１３０との界面に、ホール注入性のある材料を用いた薄膜層を形成することによって、前述の発光素子１５０の駆動電圧をより低下させることも可能である。このようなホール注入性のある材料としては、たとえばＩＴＯ膜等が好適に用いられ得る。
【0081】
図５Ｂに示すように、回路基板１１００が準備される。回路基板（第３基板）１１００は、図１等で説明した回路１０１を含む。半導体成長基板１１９４は、上下を反転させて、回路基板１１００と貼り合わされる。より詳細には、図の矢印で示したように、回路基板１１００に形成されている層間絶縁膜１１２の露出面と、半導体層１１５０上に形成されたメタル層１１３０の面とを向かい合わせて、両者を貼り合わせる。その後、結晶成長用基板１００１は、除去される。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。
【0082】
２つの基板を貼り合わせるウェハボンディングでは、たとえば、２つの基板を加熱して熱圧着により２つの基板を貼り合わせる。加熱圧着する際に、低融点金属や低融点合金を用いてもよい。低融点金属は、たとえばＳｎやＩｎ等であり、低融点合金は、たとえばＺｎやＩｎ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｂｉ等を主成分とした合金とすることができる。
【0083】
ウェハボンディングでは、上述のほか、それぞれの基板の貼り合わせ面を化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing、ＣＭＰ）等を用いて平坦化した上で、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。
【0084】
図６Ａ～図７Ｂには、ウェハボンディング工程に関する変形例が示されている。ウェハボンディング工程では、図５Ａおよび図５Ｂの工程に代えて、図６Ａ～図６Ｃの工程とすることができる。また、図５Ａおよび図５Ｂの工程に代えて、図７Ａまたは図７Ｂのいずれかの工程としてもよい。
【0085】
図６Ａ～図６Ｃでは、結晶成長用基板１００１に半導体層１１５０を形成した後、半導体層１１５０を結晶成長用基板１００１とは異なる支持基板１１９０に転写する。半導体層１１５０は、結晶成長用基板１００１上に、バッファ層１１４０を介して、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の順に成長される。
【0086】
図６Ａに示すように、半導体層１１５０を形成した後、ｎ形半導体層１１５１の発光層１１５２が設けられた側の面に対向する面、すなわちｎ形半導体層１１５１の開放された面に支持基板１１９０が接着される。支持基板１１９０は、たとえばＳｉや石英等によって形成されている。その後、結晶成長用基板１００１は、除去される。結晶成長用基板１００１の除去には、たとえばレーザリフトオフが用いられる。
【0087】
図６Ｂに示すように、バッファ層１１４０は、ウェットエッチング等によって除去される。バッファ層１１４０が除去され開放されたｐ形半導体層１１５３の面には、メタル層１１３０が形成される。
【0088】
図６Ｃに示すように、半導体層１１５０は、メタル層１１３０を介して、回路基板１１００と貼り合わされる。その後、支持基板１１９０は、レーザリフトオフ等によって除去される。
【0089】
別の変形例では、図５Ａにおいてすでに示したように、メタル層１１３０が形成された半導体成長基板１１９４が準備される。
【0090】
図７Ａに示すように、回路基板１１００の層間絶縁膜１１２上には、あらかじめメタル層１１２０が形成されている。メタル層１１２０は、好ましくは、半導体成長基板１１９４に設けられたメタル層１１３０と同一の金属材料を含んでいる。半導体層１１５０に形成されたメタル層１１３０と、回路基板１１００上に形成されたメタル層１１２０とが互いに貼り合わされる。
【0091】
メタル層は、半導体成長基板１１９４または回路基板１１００の少なくとも一方に設けられていればよい。回路基板１１００側にメタル層１１２０を形成した場合には、半導体成長基板１１９４にメタル層１１３０を設けずに、メタル層１１２０を介して、半導体層１１５０と回路基板１１００とを互いに貼り合わせるようにしてもよい。
【0092】
別の変形例では、図７Ｂに示すように、バッファ層を介さずに、結晶成長用基板１００１上に半導体層１１５０が形成される。結晶成長用基板１００１には、結晶成長用基板１００１の側から、ｎ形半導体層１１５１、発光層１１５２およびｐ形半導体層１１５３がこの順に成長される。この場合には、ウェハボンディング後にバッファ層を除去する工程を省略することができる。
【0093】
ウェハボンディング後の製造工程に戻って説明を続ける。
図８Ａに示すように、回路基板１１００がウェハボンディングによってメタル層１１３０を介して半導体層１１５０に接合された後、結晶成長用基板１００１は、ウェットエッチングやレーザリフト等によって除去される。
図８Ａに示すように、回路基板１１００がウェハボンディングによってメタル層１１３０を介して半導体層１１５０に接合された後、結晶成長用基板１００１は、ウェットエッチングやレーザリフト等によって除去される。
【0094】
図８Ｂに示すように、バッファ層１１４０をウェットエッチングやドライエッチング等によって除去した後、メタル層１１３０および半導体層１１５０は、エッチングによって、必要な形状に成形される。
【0095】
半導体層１１５０は、発光素子１５０の形状に成形される。発光素子１５０の成形には、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。その後、メタル層１１３０は、エッチングされて第２の配線層１３０が形成される。配線層１３０は、第１配線１３０ａを含む。第１配線１３０ａは、エッチングによって、上述した所望の形状に成形される。
【0096】
図８Ｃに示すように、層間絶縁膜１１２に開口１１３が形成される。開口１１３の形成は、ウェットエッチングでもドライエッチングでもよい。エッチングは、配線１１０ｄが露出するまで行われる。
【0097】
その後、層間絶縁膜１１２の一部、第１配線１３０ａの一部および発光素子１５０を覆うように絶縁部材１５６が設けられる。絶縁部材１５６は、第１配線１３０ａから発光面１５１Ｓに向かって凸となるようなドーム状の形状を有するように形成される。ＸＹ平面視で、発光素子１５０の位置の絶縁部材１５６の一部は、除去される。発光面１５１Ｓは、絶縁部材１５６が除去された開口１５８から露出される。
【0098】
絶縁部材１５６が除去された発光面１５１Ｓにわたって透光性電極１５９ｋが形成される。透光性電極１５９ｋは、絶縁部材１５６上を延伸して開口１１３から露出された配線１１０ｄを覆うように形成される。透光性電極１５９ｋの形成と同時に、透光性電極１５９ａが第１配線１３０ａ上に形成される。なお、他の配線上にも透光性電極１５９が設けられる。
【0099】
サブピクセル２０以外の回路の一部は、回路基板１１００中に形成されている。たとえば図４に示した行選択回路５は、駆動トランジスタや選択トランジスタ等とともに、回路基板１１００中に形成されることができる。つまり、行選択回路５は、上述の製造工程によって同時に組み込まれている場合がある。一方、信号電圧出力回路７は、微細加工による高集積化が可能な製造プロセスによって製造された半導体デバイスに組み込まれることが望ましい。信号電圧出力回路７は、ＣＰＵや他の回路要素とともに別の基板に実装され、たとえば後述するカラーフィルタの組み込みの前に、あるいは、カラーフィルタの組み込みの後に、回路基板１１００の配線と相互に接続される。
【0100】
好ましくは、回路基板１１００は、回路１０１を含むウェハである。回路基板１１００には、１つまたは複数の画像表示装置のための回路１０１が形成されている。あるいは、より大きな画面サイズ等の場合には、１つの画像表示装置を構成するための回路１０１が複数の回路基板１１００に分割されて形成されており、分割された回路のすべてを組み合わせて、１つの画像表示装置を構成するようにしてもよい。
【0101】
また、好ましくは、結晶成長用基板１００１は、ウェハ状の回路基板１１００と同じ大きさのウェハである。
【0102】
図９は、本実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する斜視図である。
図９に示すように、複数の半導体成長基板１１９４を準備して、１つの回路基板１１００に、複数の結晶成長用基板１００１に形成された半導体層１１５０を接合するようにしてもよい。半導体成長基板１１９４の半導体層１１５０にはメタル層１１３０が形成されている。または、回路基板１１００の層間絶縁膜１１２上にメタル層１１２０が形成されてもよい。半導体成長基板１１９４と回路基板１１００（１００）との接合の様子は、図５Ａおよび図７Ａに関連してすでに説明した。
図９に示すように、複数の半導体成長基板１１９４を準備して、１つの回路基板１１００に、複数の結晶成長用基板１００１に形成された半導体層１１５０を接合するようにしてもよい。半導体成長基板１１９４の半導体層１１５０にはメタル層１１３０が形成されている。または、回路基板１１００の層間絶縁膜１１２上にメタル層１１２０が形成されてもよい。半導体成長基板１１９４と回路基板１１００（１００）との接合の様子は、図５Ａおよび図７Ａに関連してすでに説明した。
【0103】
回路基板１１００には、複数の回路１０１がたとえば格子状に配置されている。回路１０１は、１つの画像表示装置１に必要なすべてのサブピクセル２０等を含んでいる。隣接して配置されている回路１０１の間には、スクライブライン幅の程度の間隔が設けられている。回路１０１の端部および端部付近には、回路素子等は配置されていない。
【0104】
半導体層１１５０は、その端部が結晶成長用基板１００１の端部と一致するように形成されている。そこで、半導体成長基板１１９４の端部を、回路１０１の端部と一致するように配置し、接合することによって、接合後の半導体層１１５０の端部と回路１０１の端部とを一致させることができる。
【0105】
結晶成長用基板１００１に半導体層１１５０を成長させるときに、半導体層１１５０の端部およびその近傍では、結晶品位の低下を生じ易い。そのため、半導体層１１５０の端部と回路１０１の端部とを一致させることによって、半導体成長基板１１９４上の半導体層１１５０の端部近傍における結晶品位の低下し易い領域を画像表示装置１の表示領域に使用しないようにすることができる。
【0106】
あるいは、この逆に、複数の回路基板１１００を準備して、１つの半導体成長基板１１９４の結晶成長用基板１００１上に形成された半導体層１１５０に対して、複数の回路基板１１００を接合するようにしてもよい。あるいは、少なくともここで、結晶成長用基板１００１の端部が画像表示装置１の発光素子２２（１５０）にかからないことが重要である。
【0107】
図１０は、本実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
なお、図１０では、煩雑さを避けるために、回路基板１１００内の構造や層間絶縁膜１１２、透光性電極１５９，１５９ａ，１５９ｋ等については、表示が省略されている。また、図１０には、カラーフィルタ１８０等の色変換部材の一部が表示されている。図１０では、配線層１３０、発光素子１５０、接着層１７０および表示が省略されている透光性電極１５９，１５９ｋ，１５９ａ等を含む構造物を発光回路部１７２と呼ぶ。また、回路基板１１００上に発光回路部１７２を設けた構造物を構造体１１９２と呼ぶ。
なお、図１０では、煩雑さを避けるために、回路基板１１００内の構造や層間絶縁膜１１２、透光性電極１５９，１５９ａ，１５９ｋ等については、表示が省略されている。また、図１０には、カラーフィルタ１８０等の色変換部材の一部が表示されている。図１０では、配線層１３０、発光素子１５０、接着層１７０および表示が省略されている透光性電極１５９，１５９ｋ，１５９ａ等を含む構造物を発光回路部１７２と呼ぶ。また、回路基板１１００上に発光回路部１７２を設けた構造物を構造体１１９２と呼ぶ。
【0108】
図１０に示すように、カラーフィルタ（波長変換部材）１８０は、一方の面で構造体１１９２に接着される。カラーフィルタ１８０の他方の面は、ガラス基板１８６に接着されている。カラーフィルタ１８０は、接着層１７０を介して、発光回路部１７２に接着される。
【0109】
カラーフィルタ１８０は、この例では、赤色、緑色、青色の順にＸ軸の正方向に色変換部が配列されている。赤色については、１層目に赤色の色変換層１８３Ｒが設けられている。緑色については、１層目に緑色の色変換層１８３Ｇが設けられており、いずれも２層目にはフィルタ層１８４がそれぞれ設けられている。青色については、単層の色変換層１８３Ｂが設けられていてもよいし、フィルタ層１８４が設けられていてもよい。各色変換部の間には、遮光部１８１が設けられている。
【0110】
各色の色変換層１８３Ｒ，１８３Ｇ，１８３Ｂの位置を発光素子１５０の位置に合わせて、カラーフィルタ１８０は、構造体１１９２に貼り付けられる。
【0111】
【0112】
図１１Ａに示すように、回路基板１１００に発光回路部１７２が貼り付けられた構造体１１９２が準備される。
【0113】
図１１Ｂに示すように、構造体１１９２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。
【0114】
図１１Ｃ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量子ドット蛍光体材料を用いた蛍光塗料が用いられる。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。
【0115】
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、蛍光体は噴出されない。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。
【0116】
図１１Ｄ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。
【0117】
このようにして、画像表示装置１を製造することができる。
【0118】
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、発光素子１５０を駆動するトランジスタ１０３等の回路素子を含む回路基板１１００（１００）に、発光素子１５０を形成するための発光層１１５２を含む半導体層１１５０を貼り合わせる。その後、半導体層１１５０をエッチングして発光素子１５０を形成する。そのため、回路基板１１００（１００）に個片化された発光素子を個々に転写するのに比べて、発光素子を転写する工程を著しく短縮することができる。
本実施形態の画像表示装置１の製造方法では、発光素子１５０を駆動するトランジスタ１０３等の回路素子を含む回路基板１１００（１００）に、発光素子１５０を形成するための発光層１１５２を含む半導体層１１５０を貼り合わせる。その後、半導体層１１５０をエッチングして発光素子１５０を形成する。そのため、回路基板１１００（１００）に個片化された発光素子を個々に転写するのに比べて、発光素子を転写する工程を著しく短縮することができる。
【0119】
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り、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。
【0120】
これに対して、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を個片化する前に、半導体層１１５０全体を回路基板１１００（１００）に貼り付けるので、転写工程が１回で完了する。
【0121】
回路基板上で、エッチング等により発光素子を直接形成した後に、発光素子と、回路基板１１００（１００）内の回路素子とを、透光性電極１５９ｋ，１５９ａを形成することにより電気的に接続するので、均一な接続構造を実現することができ、歩留りの低下を抑制することができる。
【0122】
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、ウェハレベルで回路基板１１００（１００）に貼り付けるので、アライメントをとる必要がない。そのため、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。貼り合わせ時にアライメントをとる必要がないので、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。
【0123】
半導体層１１５０を回路基板１１００にウェハボンディングする場合に、本実施形態では、半導体層１１５０および回路基板１１００の貼り合わせ面の少なくとも一方に、あらかじめメタル層１１３０，１１２０が形成されている。そのため、メタル層の材料を適切に選定することによって、容易にウェハボンディングを行うことができる。
【0124】
ウェハボンディング時に形成されたメタル層は、第２の配線層１３０として、発光素子１５０と外部との接続等に利用することができる。
【0125】
絶縁部材１５６は、配線層１３０から発光面１５１Ｓに向かって凸面を有する。そのため、絶縁部材１５６の凸面を適切に設定することによって、発光層１５２から放射される発光面１５１Ｓに平行な成分を有する光を発光面１５１Ｓに垂直な法線成分を有するようにして、発光面１５１Ｓ側に配光することができ、実質的に発光効率を向上させることができる。
【0126】
配線層１３０は、第１配線１３０ａを含むことができ、第１配線１３０ａを光反射性を有するものとすることができる。第１配線１３０ａが光反射性を有することによって、発光素子１５０から放射される下方への光を反射して、発光面１５１Ｓの側に再度反射して、発光効率を向上させることができる。
【0127】
第１配線１３０ａは、発光素子１５０から放射される下方への光を遮光することができるので、発光素子１５０の不要な光の散乱により、トランジスタ１０３等の回路素子が誤動作することを防止することができる。
【0128】
（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は、サブピクセル２２０をＸＺ平面に平行な面で切断した場合の断面を模式的に示している。
本実施形態では、発光素子２５０の構成および発光素子２５０を駆動するトランジスタ２０３の構成が上述の他の実施形態の場合と相違し、その他については、他の実施形態の場合と同一である。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は、サブピクセル２２０をＸＺ平面に平行な面で切断した場合の断面を模式的に示している。
本実施形態では、発光素子２５０の構成および発光素子２５０を駆動するトランジスタ２０３の構成が上述の他の実施形態の場合と相違し、その他については、他の実施形態の場合と同一である。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。
【0129】
図１２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２２０は、トランジスタ２０３と、発光素子２５０と、を含む。トランジスタ２０３は、基板１０２に形成された素子形成領域２０４に形成されている。素子形成領域２０４は、ｎ形半導体領域２０４ｂとｐ形半導体領域２０４ｓ，２０４ｄとを含む。ｎ形半導体領域２０４ｂは、基板１０２の表面付近に設けられている。ｐ形半導体領域２０４ｓ，２０４ｄは、ｎ形半導体領域２０４ｂ内でｎ形半導体領域２０４ｂの表面付近に互いに離隔して設けられている。
【0130】
絶縁層１０５を介して、ｎ形半導体領域２０４ｂの上にゲート１０７が設けられている。ゲート１０７は、ｐ形半導体領域２０４ｓ，２０４ｄの間に設けられている。
【0131】
トランジスタ２０３の上部の構造および配線の構造は、上述した他の実施形態の場合と同じである。本実施形態では、トランジスタ２０３は、ｐチャネルトランジスタであり、たとえばｐチャネルＭＯＳＦＥＴである。
【0132】
層間絶縁膜１１２上には、他の実施形態の場合と同様に、第２の配線層１３０が形成され、配線層１３０は、第２配線（配線部分）１３０ｋを含んでいる。
【0133】
発光素子２５０は、ｎ形半導体層２５１と、発光層２５２と、ｐ形半導体層２５３と、を含む。ｎ形半導体層２５１、発光層２５２およびｐ形半導体層２５３は、層間絶縁膜１１２の側から発光面２５３Ｓの側に向かってこの順に積層されている。発光素子２５０は、ＸＹ平面視で、たとえば、ほぼ正方形または長方形状をなしているが、角部は丸くなっていてもよい。発光素子２５０はＸＹ平面視で、たとえば楕円形状や円形状を有していてもよい。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、レイアウトの自由度が向上する。
【0134】
発光素子２５０は、上述の他の実施形態の場合と同じ材料でよい。発光素子２５０は、たとえば４６７ｎｍ±２０ｎｍ程度の青色光あるいは４１０ｎｍ±２０ｎｍの波長の青紫色光を発光する。
【0135】
発光素子２５０のｎ形半導体層２５１は、第２配線１３０ｋ上に設けられている。好ましくは、第２配線１３０ｋとｎ形半導体層２５１とは、オーミック接続されている。
【0136】
絶縁部材１５６は、層間絶縁膜１１２の一部、第２の配線層１３０の一部および発光素子２５０の少なくとも側面を覆っている。絶縁部材１５６は、発光面２５３Ｓの側に凸である凸面を有する。絶縁部材１５６は、開口２５８を有している。開口２５８は、発光素子２５０上に形成されており、絶縁部材１５６は、発光素子２５０の発光面２５３Ｓ上には設けられていない。絶縁部材１５６は、透光性を有する有機絶縁材料が好適に用いられる。
【0137】
発光面２５３Ｓは、ｐ形半導体層２５３の面のうち発光層２５２に接する面に対向する面である。発光面２５３Ｓは、好ましくは粗面化されている。
【0138】
発光面２５３Ｓの全面にわたって、透光性電極１５９ａが設けられている。透光性電極１５９ａは、絶縁部材１５６上に設けられ、層間絶縁膜１１２の開口１１３まで延伸している。透光性電極１５９ａは、層間絶縁膜１１２の開口１１３から露出された配線１１０ｄ上にも設けられており、ｐ形半導体層２５３と配線１１０ｄとを電気的に接続している。
【0139】
透光性電極１５９ｋは、第２配線１３０ｋ上にも設けられており、ｎ形半導体層２５１を第２配線１３０ｋとともに、他の回路に接続している。この例では、透光性電極１５９ｋおよび第２配線１３０ｋは、後述する図１３に示す接地線４に接続される。
【0140】
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が格子状に配列されている。
【0141】
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。
【0142】
本実施形態では、発光素子２２２が接地線４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、電源線３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よりも高電位側に接続されている。駆動トランジスタ２２６は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴである。
【0143】
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のゲート電極と電源線３との間に接続されている。
【0144】
行選択回路２０５および信号電圧出力回路２０７は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ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および同一極性の選択信号を、走査線２０６および信号線２０８に供給する。
【0145】
本実施形態では、駆動トランジスタ２２６の極性がｐ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。
【0146】
本実施形態の画像表示装置２０１の製造方法について説明する。
図１４Ａ～図１５Ｃは、本実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
本実施形態では、図５Ａにおいてすでに説明した半導体成長基板１１９４とは異なる半導体成長基板１２９４が準備される。
図１４Ａに示すように、半導体成長基板１２９４は、結晶成長用基板１００１上に成長させた半導体層１１５０を有する。半導体層１１５０は、この例では、バッファ層１１４０を介して結晶成長用基板１００１上に成長されているが、上述の他の実施形態の場合と同様に、バッファ層１１４０を介さずに半導体層１１５０を成長させてもよい。
図１４Ａ～図１５Ｃは、本実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
本実施形態では、図５Ａにおいてすでに説明した半導体成長基板１１９４とは異なる半導体成長基板１２９４が準備される。
図１４Ａに示すように、半導体成長基板１２９４は、結晶成長用基板１００１上に成長させた半導体層１１５０を有する。半導体層１１５０は、この例では、バッファ層１１４０を介して結晶成長用基板１００１上に成長されているが、上述の他の実施形態の場合と同様に、バッファ層１１４０を介さずに半導体層１１５０を成長させてもよい。
【0147】
本実施形態では、半導体成長基板１２９４は、バッファ層１１４０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１１３０は、ｎ形半導体層１１５１の開放された面に形成される。
【0148】
図１４Ｂに示すように、半導体成長基板１２９４は、上下を反転させて、回路基板１１００に貼り合わされる。図の矢印で示したように、回路基板１１００の一方の面と、半導体層１１５０上に形成されたメタル層１１３０の面とは、互いに貼り合わされる。回路基板１１００の貼り合わせ面は、層間絶縁膜１１２の露出面である。
【0149】
上述のウェハボンディングに際しては、図６Ａ～図７Ｂにおいて説明した変形例を適用することができる。すなわち、支持基板１１９０に半導体層１１５０を転写後、半導体成長基板を反転せずに回路基板１１００に貼り付けてもよい。この場合においては、結晶成長用基板１００１の側からｎ形半導体層１１５１、発光層１１５２およびｐ形半導体層１１５３の順に積層した半導体成長基板１１９４が用いられる。また、メタル層を半導体層１１５０および回路基板１１００の少なくとも一方に設けるようにしてもよいし、バッファ層１１４０を介さずに結晶成長させた半導体層１１５０を貼り合わせるようにしてもよい。
【0150】
図１５Ａに示すように、結晶成長用基板１００１は、回路基板１１００に貼り合わされた半導体成長基板１２９４からレーザリフトオフ等を用いて除去される。
【0151】
図１５Ｂに示すように、他の実施形態の場合と同様に、ウェットエッチングやドライエッチングを適宜用いて、バッファ層１１４０を除去し、メタル層１１３０から第２の配線層１３０を形成し、半導体層１１５０から発光素子２５０を形成する。
【0152】
図１５Ｃに示すように、層間絶縁膜１１２に開口１１３を形成し、配線１１０ｄの一部を露出させる。絶縁部材１５６は、第２配線１３０ｋの一部、層間絶縁膜１１２の一部および発光素子２５０を覆うように形成される。絶縁部材１５６の一部を除去して発光面２５３Ｓを露出させる。透光性電極１５９ａによって、ｐ形半導体層２５３と配線１１０ｄとを電気的に接続する。
【0153】
本実施形態の画像表示装置２０１の効果について説明する。
本実施形態では、上述の他の実施形態の場合と同様の効果を有する。すなわち、回路基板１１００に半導体層１１５０を貼り合わせた後、個別の発光素子２５０をエッチングにより形成するので、発光素子の転写工程を著しく短縮することができる。
本実施形態では、上述の他の実施形態の場合と同様の効果を有する。すなわち、回路基板１１００に半導体層１１５０を貼り合わせた後、個別の発光素子２５０をエッチングにより形成するので、発光素子の転写工程を著しく短縮することができる。
【0154】
絶縁部材１５６の形状を発光面２５３Ｓ側に凸となるように成形することによって、発光素子２５０からの側方や下方への放射光を発光面２５３Ｓ側に配光することができる。そのため、実質的に発光効率を向上させることができる。
【0155】
（第３の実施形態）
本実施形態では、発光素子の側面の形状が上述の他の実施形態の場合と相違する。本実施形態の他の構成要素は、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。
本実施形態では、発光素子の側面の形状が上述の他の実施形態の場合と相違する。本実施形態の他の構成要素は、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。
【0156】
図１６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１６は、サブピクセル３２０をＸＺ平面に平行な面で切断した場合の断面を模式的に示している。
本実施形態の発光素子３５０は、第１配線１３０ａの側から発光面３５１Ｓの側に向かって、ｐ形半導体層３５３、発光層３５２およびｎ形半導体層３５１の順に積層されている。発光面３５１Ｓは、ｎ形半導体層３５１の面であり、発光層３５２が設けられている面に対向する面である。
図１６は、サブピクセル３２０をＸＺ平面に平行な面で切断した場合の断面を模式的に示している。
本実施形態の発光素子３５０は、第１配線１３０ａの側から発光面３５１Ｓの側に向かって、ｐ形半導体層３５３、発光層３５２およびｎ形半導体層３５１の順に積層されている。発光面３５１Ｓは、ｎ形半導体層３５１の面であり、発光層３５２が設けられている面に対向する面である。
【0157】
発光素子３５０の側面は、発光素子３５０が設けられている第１配線１３０ａの面と、発光素子３５０の側面とのなす角度θｃは、９０°よりも小さくなるように設定されている。つまり、発光素子３５０の側面は、第１配線１３０ａからの垂直面ではなく、傾斜面である。発光素子３５０は、第１配線１３０ａの面上の底面および発光面３５１Ｓを上面とする角錐台状あるいは円錐台状等に形成されている。
【0158】
この例では、発光素子３５０の側面を覆う絶縁部材３５６の面も、発光素子３５０の側面の傾斜に応じて、第１配線１３０ａからの傾斜を有する。第１配線１３０ａの面と、絶縁部材３５６の面の角度θ１は、角度θｃよりも小さく設定されている。
【0159】
絶縁部材３５６は、透光性を有する絶縁材料であって、好ましくは、透明樹脂である。絶縁部材３５６の屈折率は、好ましくは、絶縁部材３５６を覆う接着層１７０の屈折率よりも大きい。
【0160】
図１７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１７は、第１配線１３０ａと発光素子３５０との詳細な位置関係が示されている。
図１７に示すように、第１配線１３０ａは、第１面１３１ａを有する。第１面１３１ａは、ＸＹ平面にほぼ平行な平面である。第１配線１３０ａは、高い光反射性を有する材質で形成されており、第１面１３１ａに入射する光は、高い反射率で反射するものとする。
図１７は、第１配線１３０ａと発光素子３５０との詳細な位置関係が示されている。
図１７に示すように、第１配線１３０ａは、第１面１３１ａを有する。第１面１３１ａは、ＸＹ平面にほぼ平行な平面である。第１配線１３０ａは、高い光反射性を有する材質で形成されており、第１面１３１ａに入射する光は、高い反射率で反射するものとする。
【0161】
発光素子３５０は、第１配線１３０ａの第１面１３１ａ上に載置されている。発光素子３５０は、側面３６０ａを有する。側面３６０ａは、発光面３５１Ｓと第１面１３１ａとの間の面であり、発光面３５１Ｓに隣接する面である。側面３６０ａと第１面１３１ａとの間でなす角度θｃは、９０°よりも小さい。好ましくは、角度θｃは７０°程度である。さらに好ましくは、角度θｃは、発光素子３５０の屈折率および絶縁部材３５６の屈折率にもとづいて決定される側面３６０ａにおける臨界角よりも小さい。
【0162】
絶縁部材３５６は、少なくとも、発光素子３５０の側面３６０ａを覆うように設けられている。絶縁部材３５６は、側面３５７ａを有する。側面３５７ａは、絶縁部材３５６の頂部３５７ｂと面１３１ａとの間の面である。絶縁部材３５６の頂部３５７ｂは、絶縁部材３５６の面１３１ａからの高さであって、もっとも高さの高い位置である。絶縁部材３５６の第１面１３１ａからの高さとは、第１面１３１ａと頂部３５７ｂとの間のＺ軸の正方向の長さである。
【0163】
絶縁部材３５６の側面３５７ａと面１３１ａとのなす角度θ１は、たとえば、角度θｃよりも小さい。絶縁部材３５６の側面３５７ａの形状は、この例のような直線状に限らない。絶縁部材３５６の側面３５７ａの形状は、側面３５７ａから出射する光が、発光面３５１Ｓの方向に配光されるように設定されていることが好ましい。たとえば、上述の他の実施形態の場合と同様に、側面３５７ａは、発光面３５１Ｓの側に凸面を有するようにしてもよい。
【0164】
発光素子３５０の側面３６０ａと第１配線１３０ａの第１面１３１ａとがなす角度θｃは、たとえば以下のように決定される。
発光素子３５０の屈折率ｎ０および絶縁部材３５６の屈折率ｎ１とすると、発光素子３５０から絶縁部材３５６に出射する光の臨界角θｃ０は、以下の式（１）を用いて求められる。
発光素子３５０の屈折率ｎ０および絶縁部材３５６の屈折率ｎ１とすると、発光素子３５０から絶縁部材３５６に出射する光の臨界角θｃ０は、以下の式（１）を用いて求められる。
【0165】
θｃ０＝９０°－ｓｉｎ－１（ｎ１／ｎ０） （１）
【0166】
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３５０がＧａＮによって形成され、絶縁部材３５６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３５０の屈折率ｎ０＝２．５、絶縁部材３５６の屈折率ｎ＝１．４とすることができる。これらの値を、式（１）に代入して、臨界角θｃ０＝５６°を得る。
【0167】
このことは、第１面１３１ａと側面３６０ａとのなす角度θｃを５６°とした場合には、発光層３５２から放射された光のうち第１面１３１ａに平行な光は、側面３６０ａで全反射されることを示している。また、発光層３５２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も、側面３６０ａで全反射されることを示している。
【0168】
一方、発光層３５２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は、側面３６０ａで屈折率に応じた出射角度で側面３６０ａから出射される。絶縁部材３５６に入射した光は、絶縁部材３５６の屈折率および図１６に示された接着層１７０の屈折率で決定される角度で絶縁部材３５６から出射される。接着層１７０の屈折率は、絶縁部材３５６の屈折率よりも小さく設定されるので、接着層１７０に入射される光の角度は、より発光面３５１Ｓ側に向くことになる。
【0169】
側面３６０ａで全反射された光は、第１配線１３０ａによって再度反射され、再度反射された光のうちＺ軸の正方向の成分を有する光は、発光面３５１Ｓおよび側面３６０ａから出射される。第１面１３１ａに平行な光およびＺ軸の負方向の成分を有する光は、側面３６０ａで全反射される。
【0170】
このようにして、発光層３５２から放射された光のうち、第１面１３１ａに平行な光およびＺ軸の負方向の成分を有する光は、側面３６０ａおよび第１配線１３０ａによって、Ｚ軸の正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３５０から出射される光では、発光面３５１Ｓに向かう割合が増加して、発光素子３５０の実質的な発光効率は向上する。
【0171】
θｃ＜θｃ０とすることによって、第１面１３１ａに平行な成分を有する光のほとんどを発光素子３５０内に全反射させることができる。絶縁部材３５６の屈折率をｎ＝１．４とすると、臨界角θｃ０は５６°程度となるので、設定される角度θｃ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θｃ０はより小さくなる。ただし、角度θｃ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、角度θｃを８０°以下等に設定するようにしてもよい。
【0172】
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３５０を形成する前までの工程は、上述した他の実施形態において、図５Ａ～図８Ａと同様とすることができる。以下では、図８Ａの工程よりも後の工程について説明する。
本実施形態では、発光素子３５０を形成する前までの工程は、上述した他の実施形態において、図５Ａ～図８Ａと同様とすることができる。以下では、図８Ａの工程よりも後の工程について説明する。
【0173】
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を例示する模式的な断面図である。
図１８Ａに示すように、バッファ層１１４０をウェットエッチング等によって除去した後、メタル層１１３０および半導体層１１５０は、エッチングによって、必要な形状に成形される。
図１８Ａに示すように、バッファ層１１４０をウェットエッチング等によって除去した後、メタル層１１３０および半導体層１１５０は、エッチングによって、必要な形状に成形される。
【0174】
半導体層１１５０は、さらに発光素子３５０の形状に成形される。発光素子３５０の成形には、発光素子３５０の側面３６０ａが第１配線１３０ａの面に対して、角度θｃ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、発光面３５１Ｓ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、面１３１ａの側から発光面３５１Ｓの側に向かって、線形的に増大するように設定される。
【0175】
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３５１Ｓ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３５０の側面３６０ａは、面１３１ａ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３５０は発光面３５１Ｓからの平面視において、ｐ形半導体層３５３、発光層３５２、ｎ形半導体層３５１の順に面積が大きくなるように形成される。
【0176】
その後、メタル層１１３０は、エッチングされて第２の配線層１３０が形成される。この配線層１３０は、第１配線１３０ａを含む。第１配線１３０ａは、エッチングによって、上述した形状に成形される。
【0177】
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の効果を奏しつつ、そのほかに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３５０が設けられた第１配線１３０ａの第１面１３１ａに対して、角度θｃをなす側面を有するように、発光素子３５０が形成される。角度θｃは、９０°よりも小さく、発光素子３５０および絶縁部材３５６のそれぞれの材質の屈折率で決定される臨界角θｃ０にもとづいて設定される。角度θｃは、発光層３５２から放射される光のうち、発光素子３５０の側方や下方に向かう光を、発光面３５１Ｓ側に向かう光に変換して出射することができる。角度θｃを十分小さくすることによって、発光素子３５０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の効果を奏しつつ、そのほかに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３５０が設けられた第１配線１３０ａの第１面１３１ａに対して、角度θｃをなす側面を有するように、発光素子３５０が形成される。角度θｃは、９０°よりも小さく、発光素子３５０および絶縁部材３５６のそれぞれの材質の屈折率で決定される臨界角θｃ０にもとづいて設定される。角度θｃは、発光層３５２から放射される光のうち、発光素子３５０の側方や下方に向かう光を、発光面３５１Ｓ側に向かう光に変換して出射することができる。角度θｃを十分小さくすることによって、発光素子３５０では、実質的な発光効率が向上される。
【0178】
（第４の実施形態）
本実施形態では、発光層を含む単一の半導体層に、複数の発光素子に相当する複数の発光面を形成することによって、より発光効率の高い画像表示装置を実現する。以下の説明では、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。
図１９に示すように、画像表示装置は、サブピクセル群４２０を備える。サブピクセル群４２０は、トランジスタ２０３－１，２０３－２と、第１の配線層４１０と、層間絶縁膜１１２と、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２と、半導体層４５０と、絶縁部材４５６と、を含む。
本実施形態では、発光層を含む単一の半導体層に、複数の発光素子に相当する複数の発光面を形成することによって、より発光効率の高い画像表示装置を実現する。以下の説明では、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。
図１９に示すように、画像表示装置は、サブピクセル群４２０を備える。サブピクセル群４２０は、トランジスタ２０３－１，２０３－２と、第１の配線層４１０と、層間絶縁膜１１２と、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２と、半導体層４５０と、絶縁部材４５６と、を含む。
【0179】
本実施形態では、ｐチャネルのトランジスタ２０３－１，２０３－２をオンすることによって、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２を介して半導体層４５０に正孔を注入し、配線層４６０を介して半導体層４５０に電子を注入して、発光層４５２を発光させる。駆動回路は、たとえば図１３に示す回路構成が適用される。上述の他の実施形態を用いて、半導体層のｎ形半導体層とｐ形半導体層を上下入れ替えてもよい。半導体層４５０は、ｎチャネルのトランジスタによって駆動される。その場合には、駆動回路は、たとえば図４の回路構成が適用される。
【0180】
半導体層４５０は、２つの発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２を含んでおり、サブピクセル群４２０は実質的に２つのサブピクセルを含む。本実施形態では、上述の他の実施形態の場合と同様に、実質的に２つのサブピクセルを含むサブピクセル群４２０が格子状に配列されることによって、表示領域が形成される。
【0181】
トランジスタ２０３－１，２０３－２は、素子形成領域２０４－１，２０４－２にそれぞれ形成されている。この例では、素子形成領域２０４－１，２０４－２は、ｎ形の半導体層であり、ｎ形の半導体層に離隔して形成されたｐ形の半導体層が形成されている。ｎ形の半導体層はチャネル領域を含んでおり、ｐ形の半導体層は、ソース領域およびドレイン領域をそれぞれ含んでいる。
【0182】
素子形成領域２０４－１，２０４－２上には、絶縁層１０５が形成され、絶縁層１０５を介して、ゲート１０７－１，１０７－２がそれぞれ形成されている。ゲート１０７－１，１０７－２は、トランジスタ２０３－１，２０３－２のゲートである。トランジスタ２０３－１，２０３－２は、ｐチャネルのトランジスタであり、たとえばｐチャネルＭＯＳＦＥＴである。
【0183】
２つのトランジスタ２０３－１，２０３－２上には、絶縁膜１０８が覆っている。絶縁膜１０８上に配線層４１０が形成されている。
【0184】
トランジスタ２０３－１のｐ形の半導体層と配線層４１０との間には、ビア１１１ｓ１，１１１ｄ１が設けられている。トランジスタ２０３－２のｐ形の半導体層と配線層４１０との間には、ビア１１１ｓ２，１１１ｄ２が設けられている。
【0185】
配線層４１０は、配線４１０ｓ１，４１０ｓ２，４１０ｄ１，４１０ｄ２を含む。配線４１０ｓ１，４１０ｓ２は、ビア１１１ｓ１，１１１ｓ２を介して、トランジスタ２０３－１，２０３－２のソース電極に対応するｐ形の半導体層に電気的にそれぞれ接続されている。配線４１０ｓ１，４１０ｓ２は、たとえば図１３に示した電源線３に接続されている。
【0186】
配線４１０ｄ１，４１０ｄ２は、ビア１１１ｄ１，１１１ｄ２を介して、トランジスタ２０３－１，２０３－２のドレイン電極に対応するｐ形の半導体層にそれぞれ接続されている。
【0187】
層間絶縁膜１１２は、トランジスタ２０３－１，２０３－２、配線層４１０を覆っている。プラグ４１６ａ１，４１６ａ２は、層間絶縁膜１１２上に形成されている。
【0188】
平坦化膜４１４は、層間絶縁膜１１２上に形成されている。プラグ４１６ａ１，４１６ａ２の間にも、平坦化膜４１４が設けられている。プラグ４１６ａ１，４１６ａ２は、平坦化膜１１４に埋め込まれており、平坦化膜４１４およびプラグ４１６ａ１，４１６ａ２は、ＸＹ平面視で同一の平面にある面を有している。これらの面は、層間絶縁膜１１２側の面に対向する側の面である。
【0189】
プラグ４１６ａ１と配線４１０ｄ１との間には、接続部４１５ａ１が設けられている。接続部４１５ａ１は、プラグ４１６ａ１および配線４１０ｄ１を電気的に接続する。プラグ４１６ａ２と配線４１０ｄ２との間には、接続部４１５ａ２が設けられている。接続部４１５ａ２は、プラグ４１６ａ２および配線４１０ｄ２を電気的に接続する。
【0190】
半導体層４５０は、平坦化膜４１４およびプラグ４１６ａ１，４１６ａ２上に設けられている。
【0191】
半導体層４５０は、ｐ形半導体層４５３と、発光層４５２と、ｎ形半導体層４５１と、を含む。半導体層４５０は、層間絶縁膜１１２の側から発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２の側に向かって、ｐ形半導体層４５３、発光層４５２およびｎ形半導体層４５１の順に積層されている。プラグ４１６ａ１，４１６ａ２は、ｐ形半導体層４５３と接続されている。
【0192】
絶縁部材４５６は、平坦化膜４１４の一部を覆っている。絶縁部材４５６は、半導体層４５０の一部を覆っている。好ましくは、絶縁部材４５６は、半導体層４５０の発光面（露出面）４５１Ｓ１，４５１Ｓ２を除き、ｎ形半導体層４５１の面を覆っている。絶縁部材４５６は、半導体層４５０の側面を覆っている。絶縁部材４５６は、たとえば透光性を有する有機絶縁材料等によって形成され、好ましくは透明樹脂によって形成されている。
【0193】
絶縁部材４５６は、発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２の側に凸となる面を有している。絶縁部材４５６は、この凸面によって、半導体層４５０の側面から放射される光を発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２の側に配光する。そのため、半導体層４５０の実質的な発光効率が向上される。
【0194】
半導体層４５０のうち絶縁部材４５６で覆われていない部分は、開口４５８－１，４５８－２が形成されている。開口４５８－１，４５８－２は、発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２に対応する位置に形成されている。発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２は、ｎ形半導体層４５１上の離隔した位置に形成される。発光面４５１Ｓ１は、ｎ形半導体層４５１上のトランジスタ２０３－１により近い位置に設けられている。発光面４５１Ｓ２は、ｎ形半導体層４５１上のトランジスタ２０３－２により近い位置に設けられている。
【0195】
開口４５８－１，４５８－２は、ＸＹ平面視で、たとえば正方形または長方形状である。方形に限らず、円形、楕円形あるいは六角形等の多角形であってもよい。発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２もＸＹ平面視で、正方形や長方形、その他の多角形や円形等である。発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２の形状は、開口４５８－１，４５８－２の形状と相似であってもよいし、異なる形状としてもよい。
【0196】
配線層４６０（第３配線層）は、絶縁部材４５６上に設けられている。配線層４６０は、配線４６０ｋを含む。配線４６０ｋは、開口４５８－１，４５８－２の間でｎ形半導体層４５１上に設けられている絶縁部材４５６上に設けられている。配線４６０ｋは、たとえば図１３に示した接地線４に接続されている。なお、図１９では、この配線層４６０の符号を、配線４６０ｋの符号と併記して、配線層４６０が配線４６０ｋを含むことを表している。後述する図２４においても同様である。
【0197】
透光性電極４５９ｋは、開口４５８－１，４５８－２から露出されたｎ形半導体層４５１の発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２上にわたってそれぞれ設けられている。透光性電極４５９ｋは、配線４６０ｋ上に設けられている。透光性電極４５９ｋは、発光面４５１Ｓ１と配線４６０ｋとの間に設けられるとともに、発光面４５１Ｓ２と配線４６０ｋとの間に設けられている。透光性電極４５９ｋは、発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２および配線４６０ｋを電気的に接続している。
【0198】
上述したように、開口４５８－１，４５８－２から露出されている発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２には、透光性電極４５９ｋが接続されている。そのため、透光性電極４５９ｋから供給された電子は、それぞれ露出された発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２からｎ形半導体層４５１に供給される。一方、ｐ形半導体層４５３には、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２を介して、正孔がそれぞれ供給される。
【0199】
トランジスタ２０３－１，２０３－２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。したがって、２つのトランジスタ２０３－１，２０３－２のいずれか一方から供給された正孔が発光層４５２に注入され、配線４６０ｋから供給された電子が発光層４５２に注入されて、発光層４５２は発光する。
【0200】
開口４５８－１および発光面４５１Ｓ１は、ｎ形半導体層４５１がトランジスタ２０３－１により近い位置に設けられている。そのため、トランジスタ２０３－１がオンしたときには、配線４１０ｄ１、接続部４１５ａ１およびプラグ４１６ａ１を介して、正孔が注入されて発光面４５１Ｓ１が発光する。
【0201】
一方、開口４５８－２および発光面４５１Ｓ２は、ｎ形半導体層４５１がトランジスタ２０３－２により近い位置に設けられている。そのため、トランジスタ２０３－２がオンしたときには、配線４１０ｄ２、接続部４１５ａ２およびプラグ４１６ａ２を介して、発光面４５１Ｓ２が発光する。
【0202】
本実施形態においては、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２が遮光層および反射層の役割を果たしているが、これらのプラグ４１６ａ１，４１６ａ２に挟まれた間隙には、絶縁性の平坦化膜４１４が設けられており、遮光層および反射層の役割を果たす層が設けられていない。この間隙は、両プラグ４１６ａ１，４１６ａ２間にそれぞれ異なる駆動電圧が印加されるために必要とされる。ｎ形半導体層４５１およびｐ形半導体層４５３は抵抗を有しており、この抵抗によって、半導体層５５０内では、ＸＹ平面に平行な方向に流れるドリフト電流が抑制される。そのため、実質的な発光領域は、発光面４５１Ｓ１とプラグ４１６ａ１に挟まれた領域、および発光面４５１Ｓ２とプラグ４１６ａ２に挟まれた領域に制限される。したがって、発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２の直下を覆うようにそれぞれプラグ４１６ａ１，４１６ａ２を設けておけば、遮光層および反射層の役割は十分に果たせることとなる。
【0203】
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２０Ａ～図２３Ｂは、本実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
図２０Ａ～図２１Ｂでは、回路基板４１００にプラグ４１６ａ１，４１６ａ２を形成する工程が示されている。
図２２Ａ～２３Ｂでは、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２の形成された回路基板４１００および半導体成長基板１１９４を用いて、サブピクセル群４２０を形成する工程が示されている。
図２０Ａ～図２３Ｂは、本実施形態の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
図２０Ａ～図２１Ｂでは、回路基板４１００にプラグ４１６ａ１，４１６ａ２を形成する工程が示されている。
図２２Ａ～２３Ｂでは、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２の形成された回路基板４１００および半導体成長基板１１９４を用いて、サブピクセル群４２０を形成する工程が示されている。
【0204】
図２０Ａに示すように、回路基板４１００が準備され、層間絶縁膜１１２にコンタクトホールｈ１，ｈ２が形成される。コンタクトホールｈ１，ｈ２を形成する位置は、配線４１０ｄ１，４１０ｄ２がそれぞれ設けられている位置である。コンタクトホールｈ１，ｈ２は、配線４１０ｄ１，４１０ｄ２の面が露出する深さに形成される。
【0205】
図２０Ｂに示すように、層間絶縁膜１１２上の全面にわたって、メタル層４４１６が形成される。コンタクトホールｈ１，ｈ２は、メタル層４４１６の形成と同時にメタル層４４１６と同じ導電材料で充填される。メタル層４４１６の材料で充填されたコンタクトホールｈ１，ｈ２には、接続部４１５ａ１，４１５ａ２が形成される。
【0206】
図２０Ｃに示すように、フォトリソグラフィおよびドライエッチによって、接続部４１５ａ１、４１５ａ２上にプラグ４１６ａ１，４１６ａ２を形成する。
【0207】
接続部４１５ａ１，４１５ａ２を形成せずに、配線４１０ｄ１，４１０ｄ２上に直接プラグを形成するようにしてもよい。
【0208】
図２１Ａに示すように、層間絶縁膜１１２およびプラグ４１６ａ１，４１６ａ２を覆うように、平坦化膜４４１４が塗布され、その後焼成される。平坦化膜４４１４は、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２の厚さよりも厚くなるように形成される。その後、平坦化膜４４１４の表面は、研磨される。平坦化膜４４１４の研磨にはたとえばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）が用いられる。
【0209】
図２１Ｂに示すように、研磨によって、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２の面が露出されるとともに、平坦化膜４１４が形成される。このようにして、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２および接続部４１５ａ１，４１５ａ２が形成される。
【0210】
さらに、図２２Ａに示すように、半導体成長基板１１９４およびプラグ４１６ａ１，４１６ａ２が形成された回路基板１１００が準備される。準備された半導体成長基板１１９４および回路基板４１００は、互いに貼り合わされる。
【0211】
図２２Ｂに示すように、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２が形成された回路基板４１００に半導体層１１５０が接合された後に、結晶成長用基板１００１は、レーザリフトオフ等によって除去される。
【0212】
図２３Ａに示すように、半導体層１１５０はエッチングされて、半導体層４５０が形成される。
【0213】
図２３Ｂに示すように、平坦化膜４１４の一部および半導体層４５０を覆う絶縁部材４５６が形成される。
【0214】
絶縁部材４５６上に配線層４６０が形成され、エッチングによって配線４６０ｋ等が形成される。
【0215】
発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２に対応する位置の絶縁部材４５６を除去することによって、開口４５８－１，４５８－２がそれぞれ形成される。
【0216】
開口４５８－１，４５８－２によって露出された発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２は、それぞれ粗面化される。その後、発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２と配線４６０ｋとを電気的に接続するように、透光性電極４５９ｋが形成される。
【0217】
このようにして、２つの発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２を有する半導体層４５０を共有するサブピクセル群４２０が形成される。
【0218】
本実施例では、１つの半導体層４５０に２つの発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２を設けたが、発光面の数は２つに制限されることはなく、３つあるいはそれ以上の発光面を１つの半導体層４５０に設けることも可能である。一例として、１列あるいは２列分のサブピクセルを、単一の半導体層４５０で実現してもよい。これによって後述するように、発光面１つあたりの発光に寄与しない再結合電流を削減するとともに、より微細な発光素子を実現する効果を増大させることができる。
【0219】
（変形例）
図２４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。
本変形例では、発光層４５２上に２つのｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２を設けた点で上述の第４の実施形態の場合と異なっている。他の点では、第４の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素に同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図２４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。
本変形例では、発光層４５２上に２つのｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２を設けた点で上述の第４の実施形態の場合と異なっている。他の点では、第４の実施形態の場合と同じであり、同一の構成要素に同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【0220】
図２４に示すように、本変形例の画像表示装置は、サブピクセル群４２０ａを備える。サブピクセル群４２０ａは、半導体層４５０ａを含む。半導体層４５０ａは、ｐ形半導体層４５３と、発光層４５２と、ｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２と、を含む。ｐ形半導体層４５３、発光層４５２およびｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２は、絶縁部材４５６から発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２の側に向かってこの順に積層されている。
【0221】
ｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２は、発光層４５２上をＸ軸方向に沿って離隔して配置されている。ｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２の間には、絶縁部材４５６が設けられ、ｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２は、絶縁部材４５６によって分離されている。
【0222】
ｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２は、ＸＹ平面視で、ほぼ同一の形状を有しており、その形状は、ほぼ正方形または長方形状であり、他の多角形状や円形等であってもよい。
【0223】
ｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２は、発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２をそれぞれ有する。発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２は、開口４５８－１，４５８－２によってそれぞれ露出されたｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２の面である。
【0224】
発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２のＸＹ平面視での形状は、第４の実施形態の場合の発光面の形状と同様に、ほぼ同一の形状を有し、ほぼ正方形等の形状を有する。発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２の形状は、本実施形態のような方形に限らず、円形、楕円形あるいは六角形等の多角形であってもよい。発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２の形状は、開口４５８－１，４５８－２の形状と相似であってもよいし、異なる形状としてもよい。
【0225】
発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２上には、透光性電極４５９ｋがそれぞれ設けられている。透光性電極４５９ｋは、配線４６０ｋ上にも設けられている。透光性電極４５９ｋは、配線４６０ｋと発光面４４５１Ｓ１との間に設けられるとともに、配線４６０ｋと発光面４４５１Ｓ２との間に設けられている。透光性電極４５９ｋは、配線４６０ｋおよび発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２を電気的に接続している。
【0226】
図２５Ａおよび図２５Ｂは、本変形例の画像表示装置の製造方法を例示する模式的な断面図である。
本変形例では、半導体層１１５０に、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２および接続部４１５ａ１，４１５ａ２が形成された回路基板４１００を接合するまでは、第４の実施形態の場合の図２０Ａ～図２２Ｂにおいて説明した工程と同様の工程が適用される。以下では、それ以降の工程について説明する。
本変形例では、半導体層１１５０に、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２および接続部４１５ａ１，４１５ａ２が形成された回路基板４１００を接合するまでは、第４の実施形態の場合の図２０Ａ～図２２Ｂにおいて説明した工程と同様の工程が適用される。以下では、それ以降の工程について説明する。
【0227】
図２５Ａに示すように、本変形例では、図２２Ｂにおいて、バッファ層１１４０が除去され、ｐ形半導体層１１５３、発光層１１５２およびｎ形半導体層１１５１をエッチングして、発光層４５２およびｐ形半導体層４５３を形成した後、さらにエッチングして、２つのｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２を形成する。
【0228】
ｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２は、さらに深いエッチングによって形成されてもよい。たとえば、ｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２を形成するためのエッチングは、発光層４５２内やｐ形半導体層４５３内に到達する深さまで行ってもよい。このように、ｎ形半導体層を深くエッチングする場合には、ｎ形半導体層１１５１のエッチング位置は、後述するｎ形の半導体層の発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２の外周から１μｍ以上離すことが望ましい。エッチング位置を発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２の外周から離すことによって、再結合電流を抑制することができる。
【0229】
図２５Ｂに示すように、平坦化膜４１４、プラグ４１６ａ１，４１６ａ２および半導体層４５０ａを覆う絶縁部材４５６が形成される。絶縁部材４５６上には、配線層４６０が形成され、エッチングによって配線４６０ｋ等が形成される。
【0230】
絶縁部材４５６の発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２に対応する位置に開口４５８－１，４５８－２がそれぞれ形成される。開口４５８－１，４５８－２によって露出されたｎ形の半導体層の発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２は、それぞれ粗面化される。その後、透光性電極４５９ｋが形成される。
【0231】
このようにして、２つの発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２を有するサブピクセル群４２０ａが形成される。
【0232】
本変形例の場合も、第４の実施形態の場合と同様に、発光面の数は２つに限定されることはなく、３つあるいはそれ以上の発光面を１つの半導体層４５０ａに設けてもよい。
【0233】
本実施形態の画像表示装置の効果について説明する。
図２６は、画素ＬＥＤ素子の特性を例示するグラフである。
図２６の縦軸は、発光効率［％］を表している。横軸は、画素ＬＥＤ素子に流す電流の電流密度を相対値によって表している。
図２６に示すように、電流密度の相対値が１．０より小さい領域では、画素ＬＥＤ素子の発光効率は、ほぼ一定か、単調に増加する。電流密度の相対値が１．０よりも大きい領域では、発光効率は単調に減少する。つまり、画素ＬＥＤ素子には、発光効率が最大になるような適切な電流密度が存在する。
図２６は、画素ＬＥＤ素子の特性を例示するグラフである。
図２６の縦軸は、発光効率［％］を表している。横軸は、画素ＬＥＤ素子に流す電流の電流密度を相対値によって表している。
図２６に示すように、電流密度の相対値が１．０より小さい領域では、画素ＬＥＤ素子の発光効率は、ほぼ一定か、単調に増加する。電流密度の相対値が１．０よりも大きい領域では、発光効率は単調に減少する。つまり、画素ＬＥＤ素子には、発光効率が最大になるような適切な電流密度が存在する。
【0234】
発光素子から十分な輝度が得られる程度に電流密度を抑制することによって、高効率な画像表示装置を実現することが期待される。しかしながら、低電流密度では、電流密度の低下とともに、発光効率が低下する傾向にあることが、図２６によって示されている。
【0235】
第１の実施形態から第３の実施形態において説明したように、発光素子は、発光層を含む半導体層１１５０の全層をエッチング等で個別に分離することによって形成される。このとき、発光層とｎ形の半導体層との接合面が端部に露出する。同様に、発光層とｐ形半導体層との接合面が端部に露出する。
【0236】
このような端部が存在する場合には、端部において電子および正孔が再結合する。一方で、このような再結合は、発光に寄与しない。端部での再結合は、発光素子に流す電流とはほとんど関係なく発生する。再結合は、端部の発光に寄与する接合面の長さに応じて発生するものと考えられる。
【0237】
同一寸法の立方体形状の発光素子を２個発光させる場合には、端部は、発光素子ごとに四方に形成されるため、合計８つの端部において再結合が発生し得る。
【0238】
これに対して、本実施形態では、２つの発光面を有する半導体層４５０，４５０ａでは、端部は４つである。開口４５８－１，４５８－２の間の領域は、電子や正孔の注入が少なく、発光にほとんど寄与しないので、発光に寄与する端部は、６個になると考えることができる。このように、本実施形態では、半導体層の端部の数が実質的に低減されることによって、発光に寄与しない再結合を低減し、再結合電流の減少が、駆動電流を引き下げることを可能にする。
【0239】
高精細化等のために、サブピクセル間の距離を短縮するような場合や電流密度が比較的高い場合等には、第４の実施形態のサブピクセル群４２０では、発光面４５１Ｓ１，４５１Ｓ２の距離が短くなる。この場合に、ｎ形半導体層４５１が共有されていると、隣接する発光面の側に注入された電子の一部が分流して、駆動されていない側の発光面が微発光するおそれがある。変形例では、ｎ形半導体層４４５１ａ１，４４５１ａ２を発光面４４５１Ｓ１，４４５１Ｓ２ごとに分離しているので、駆動されていない側の発光面に微発光を生じることを低減させることができる。
【0240】
本実施形態では、発光層を含む半導体層は、層間絶縁膜１１２の側から、ｐ形半導体層、発光層およびｎ形半導体層の順に積層するものであり、ｎ形半導体層の露出面を粗面化して発光効率を向上させる観点からは好ましい。上述した他の実施形態の場合と同様に、ｐ形半導体層とｎ形半導体層の積層順を代えて、ｎ形半導体層、発光層およびｐ形半導体層の順に積層するようにしてもよい。
【0241】
（第５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。
【0242】
図２７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２７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２７に示すように、画像表示装置５０１は、画像表示モジュール５０２を備える。画像表示モジュール５０２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５０２は、サブピクセル２０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５０１は、第２、第３の実施形態の場合の構成を備えるようにしてもよい。
図２７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２７に示すように、画像表示装置５０１は、画像表示モジュール５０２を備える。画像表示モジュール５０２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５０２は、サブピクセル２０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５０１は、第２、第３の実施形態の場合の構成を備えるようにしてもよい。
【0243】
画像表示装置５０１は、コントローラ５７０をさらに備えている。コントローラ５７０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。
【0244】
（変形例）
図２８は、本変形例の画像表示装置を例示するブロック図である。
図２８には、高精細薄型テレビの構成が示されている。
図２８に示すように、画像表示装置６０１は、画像表示モジュール６０２を備える。画像表示モジュール６０２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６０１は、コントローラ６７０およびフレームメモリ６８０を備える。コントローラ６７０は、バス６４０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６８０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２８は、本変形例の画像表示装置を例示するブロック図である。
図２８には、高精細薄型テレビの構成が示されている。
図２８に示すように、画像表示装置６０１は、画像表示モジュール６０２を備える。画像表示モジュール６０２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６０１は、コントローラ６７０およびフレームメモリ６８０を備える。コントローラ６７０は、バス６４０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６８０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。
【0245】
画像表示装置６０１は、Ｉ／Ｏ回路６１０を有する。Ｉ／Ｏ回路６１０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６１０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。
【0246】
画像表示装置６０１は、受信部６２０および信号処理部６３０を有する。受信部６２０には、アンテナ６２２が接続され、アンテナ６２２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６３０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＣＰＵ（Central Processing Unit）等を含んでおり、受信部６２０によって分離、生成された信号は、信号処理部６３０によって、画像データや音声データ等に分離、生成される。
【0247】
受信部６２０および信号処理部６３０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。
【0248】
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。
【0249】
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。
【0250】
図２９は、第１～第４の実施形態およびこれらの変形例の画像表示装置を模式的に例示する斜視図である。
図２９に示すように、第１～第４の実施形態の画像表示装置は、上述したように、回路基板１００上に、多数のサブピクセルを有する発光回路１７２が設けられている。発光回路部１７２上には、カラーフィルタ１８０が設けられている。なお、第５の実施形態においては、回路基板１００、発光回路部１７２およびカラーフィルタ１８０を含む構造物は、画像表示モジュール５０２，６０２とされ、画像表示装置５０１，６０１に組み込まれている。
図２９に示すように、第１～第４の実施形態の画像表示装置は、上述したように、回路基板１００上に、多数のサブピクセルを有する発光回路１７２が設けられている。発光回路部１７２上には、カラーフィルタ１８０が設けられている。なお、第５の実施形態においては、回路基板１００、発光回路部１７２およびカラーフィルタ１８０を含む構造物は、画像表示モジュール５０２，６０２とされ、画像表示装置５０１，６０１に組み込まれている。
【0251】
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、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。
【符号の説明】
【0252】
１，２０１，５０１，６０１ 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 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 回路基板、１０１ 回路、１０３，２０３，２０３－１，２０３－２ トランジスタ、１０４，２０４，２０４－１，２０４－２ 素子形成領域、１０５ 絶縁層、１０７，１０７－１，１０７－２ ゲート、１０８ 絶縁膜、１１０
第１の配線層、１１２ 層間絶縁膜、１３０ 第２の配線層、１３０ａ 第１配線、１４０ バッファ層、１５０，２５０ 発光素子、１５６，３５６，４５６ 絶縁部材、１５９，１５９ａ，１５９ｋ，４５９ｋ 透光性電極、１８０ カラーフィルタ、４６０ 配線層、４２０，４２０ａ サブピクセル群、１００１ 結晶成長用基板、１１００，４１００ 回路基板、１１４０ バッファ層、１１５０ 半導体層、１１９０ 支持基板、１１９２ 構造体、１１９４，１２９４ 半導体成長基板
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 回路基板、１０１ 回路、１０３，２０３，２０３－１，２０３－２ トランジスタ、１０４，２０４，２０４－１，２０４－２ 素子形成領域、１０５ 絶縁層、１０７，１０７－１，１０７－２ ゲート、１０８ 絶縁膜、１１０
第１の配線層、１１２ 層間絶縁膜、１３０ 第２の配線層、１３０ａ 第１配線、１４０ バッファ層、１５０，２５０ 発光素子、１５６，３５６，４５６ 絶縁部材、１５９，１５９ａ，１５９ｋ，４５９ｋ 透光性電極、１８０ カラーフィルタ、４６０ 配線層、４２０，４２０ａ サブピクセル群、１００１ 結晶成長用基板、１１００，４１００ 回路基板、１１４０ バッファ層、１１５０ 半導体層、１１９０ 支持基板、１１９２ 構造体、１１９４，１２９４ 半導体成長基板
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【図20C】
【図21A】
【図21B】
【図22A】
【図22B】
【図23A】
【図23B】
【図24】
【図25A】
【図25B】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】