JP2003005674A - 表示素子及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＬＥＤディスプレイにおける画素落ちや輝度
ムラを抑制する。 【解決手段】 同色に発光する複数の発光素子を備えた
表示素子、及びかかる表示素子がマトリクス状に配列さ
れてなる画像表示装置である。複数の発光素子は例え
ば、絶縁性材料に埋め込まれ表示素子とされる。赤色発
光素子、緑色発光素子、及び青色発光素子を備える場合
には、各色に発光する発光素子をそれぞれ複数備える。
同色に発光する発光素子を複数備えた表示素子において
は、１つの発光素子が不良で点灯しなくても残りの発光
素子が発光するために、画素落ちとなることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同色に発光する発
光素子を例えば絶縁性材料に埋め込んでモジュール化し
てなる表示素子に関するものであり、さらには、かかる
表示素子をマトリクス状に配列した画像表示装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】画素をマトリクス状に配列して画像表示
装置に組み上げる場合には、従来、液晶表示装置（ＬＣ
Ｄ：Liquid Crystal Display）やプラズマディスプレイ
パネル（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）のように基板
上に直接素子を形成するか、あるいは発光ダイオードデ
ィスプレイ（ＬＥＤディスプレイ）のように単体のＬＥ
Ｄパッケージを配列することが行われている。例えば、
ＬＣＤ、ＰＤＰの如き画像表示装置においては、素子分
離ができないために、製造プロセスの当初から各素子は
その画像表示装置の画素ピッチだけ間隔を空けて形成す
ることが通常行われている。

【０００３】一方、ＬＥＤディスプレイの場合には、Ｌ
ＥＤチップをダイシング後に取り出し、個別にワイヤー
ボンドもしくはフリップチップによるバンプ接続により
外部電極に接続し、パッケージ化することが行われてい
る。発光素子であるＬＥＤ（発光ダイオード）は高価で
ある為、１枚のウエハから数多くのＬＥＤチップを製造
することによりＬＥＤを用いた画像表示装置を低コスト
にできる。すなわち、ＬＥＤチップの大きさを従来約３
００μｍ角のものを数十μｍ角のＬＥＤチップにし、そ
れをパッケージ化して画像表示装置を製造すれば画像表
示装置の価格を下げることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、発光ダ
イオード（ＬＥＤ）を用いた画像表示装置（ＬＥＤディ
スプレイ）は、通常、ＬＥＤ単体を画素単位とし、それ
を規則的に平面上に実装することにより構成している
が、このような従来型のＬＥＤディスプレイの場合、実
装されたＬＥＤに不良があると、ＬＥＤが点灯しない画
素落ちが発生し、画像品質を大きく損なうことになる。
また、上記のような従来型のＬＥＤディスプレイでは、
ＬＥＤの発光量に個体差があると画素によって発光量に
むらが生じ、均一な画像が得られないという問題もあ
る。さらに、ＬＥＤ単体を画素単位として実装するＬＥ
Ｄディスプレイでは、画面全体に対してＬＥＤ発光面の
占める割合が非常に少なく、各ＬＥＤが輝点として目立
ち輝度ムラが発生し易いという欠点も有する。

【０００５】本発明は、このような従来の実情に鑑みて
提案されたものであり、画素落ちや輝度ムラを抑制する
ことが可能で、高品質な画像表示が可能な表示素子及び
画像表示装置を提供することを目的とする。さらに、本
発明は、多大な製造コストを要することなく発光素子を
モジュール化することが可能で、しかもその搬送や基体
への実装も容易であるような構造を有する表示素子を提
供することを目的とし、これにより生産性に優れ製造コ
ストを抑えることが可能な画像表示装置を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の表示素子は、同色に発光する複数の発光
素子を備えていることを特徴とするものである。また、
本発明の画像表示装置は、同色に発光する複数の発光素
子を備えた表示素子がマトリクス状に配列されてなるこ
とを特徴とするものである。同色に発光する発光素子を
複数備えた表示素子においては、そのうちの１つの発光
素子が不良で点灯しなくても残りの発光素子が発光する
ために、画素落ちとなることはない。したがって、ＬＥ
Ｄ不良による画素落ちの可能性は非常に低い。また、各
表示素子は、複数の発光素子を備えるため、各発光素子
の発光量にばらつきがあったとしても平均化され、画素
毎の発光量の差は緩和される。さらに、画面に占める発
光面積が大きくなり、発光点も分散するため輝度ムラが
抑えられる。

【０００７】また、本発明の表示素子及び画像表示装置
においては、複数の発光素子は例えば絶縁性材料に埋め
込まれてモジュール化され、表示素子とされる。このよ
うに、微細に形成された発光素子を絶縁性材料に埋め込
むことにより取り扱い易い大きさに再形成しモジュール
化すれば、製造コストが極限まで抑えられ、それと同時
にハンドリング性が確保されるので、搬送なども容易で
ある。また、このモジュール化された表示素子の表面に
発光素子の駆動電極を引き出し形成することにより、基
体上に形成された電源線や信号線などを簡単にこれら駆
動電極と接続することができ、基体への実装も極めて容
易なものとなる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した表示素子
及び画像表示装置について、図面を参照しながら詳細に
説明する。

【０００９】＜表示素子及び画像表示装置の基本構成＞
本発明の画像表示装置は、各画素を構成する表示素子が
それぞれ複数の発光素子を備えていることが大きな特徴
点である。例えば、図１は、単色のＬＥＤディスプレイ
の一例を示すものであり、ディスプレイ本体１にマトリ
クス状に配列される各表示素子２には、それぞれ複数
（本例では３つ）の発光素子（ＬＥＤ）３，４，５が実
装されている。これら３つの発光素子３，４，５は、同
色に発光するＬＥＤであり、全く同じ構成のものが用い
られている。

【００１０】上記の構成は、カラーＬＥＤディスプレイ
に適用することも可能である。カラーＬＥＤディスプレ
イの場合、赤、青、緑の３色のＬＥＤで１画素が構成さ
れるが、１画素単色当たり複数のＬＥＤを実装する。図
２は、１画素単色当たり３個のＬＥＤを実装したカラー
ＬＥＤディスプレイの構成例を示すものであり、ディス
プレイ本体１１にマトリクス状に配列される各表示素子
１２には、各色当たりそれぞれ３個の発光素子が内在さ
れている。例えば、表示素子１２には、３個の赤色発光
ＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃが内在されており、これ
らを全て光らせることによって赤色の画素を形成する。
同様に、上記表示素子１２には、青色発光ＬＥＤ１４
ａ，１４ｂ，１４ｃ及び緑色発光ＬＥＤ１５ａ，１５
ｂ，１５ｃが内在されており、これらを光らせることに
より青色の画素、緑色の画素を形成する。

【００１１】上記ＬＥＤディスプレイにおいては、いす
れの場合にも、単色画素を構成する複数のＬＥＤは、並
列に接続されており、駆動回路は単色１画素当たり１つ
で、これら複数のＬＥＤの全てを駆動する。例えば、上
記図１に示す単色のＬＥＤディスプレイでは、発光素子
３，４，５が並列に接続され、これらは全て同一の駆動
回路によって駆動される。上記カラーＬＥＤディスプレ
イでは、赤色発光ＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃが並列
に接続され、やはり同一の駆動回路によって駆動され
る。同様に、青色発光ＬＥＤ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及
び緑色発光ＬＥＤ１５ａ，１５ｂ，１５ｃもそれぞれ並
列に接続され、それぞれ同一の駆動回路によって駆動さ
れる。

【００１２】図３は、単色画素の回路図の一例を示すも
のである。図３に示すように、同色に発光するＬＥＤ２
１，２２，２３は並列に接続されており、同一の駆動回
路によって駆動される。このような構成を採用すれば、
画素落ちの可能性が非常に低くなる。例えば、いずれか
１つのＬＥＤが不良であったとしても、残りのＬＥＤは
発光することから、画素落ちとなることはない。また、
ＬＥＤの発光量に個体差があったとしても、複数個用い
ているために画素全体では平均化され、画素全体の発光
量の差は少ないものとなる。さらに、各ＬＥＤに供給す
るソース電流は少なくて済み、ＬＥＤの入力限界が高く
なくとも多くの発光量を得ることができる。さらにま
た、発光点が分散されるため、画面に占める発光面積の
割合が大きくなり、輝度ムラが抑えられる。

【００１３】上記図３に示すように複数のＬＥＤ２１，
２２，２３を並列接続した場合、駆動回路が定電流駆動
であれば、ＬＥＤの個数によらず画素全体へ供給される
駆動電流は変わらないため、仮にＬＥＤ中に不良品があ
ったとしても、画素全体ではほぼ同じ輝度を確保するこ
とができる。図４は、３つのＬＥＤのうち１つのＬＥＤ
２３が断線（絶縁不良）している状態を示すものであ
る。ＬＥＤ２３は、断線のため点灯しないが、残りの２
つのＬＥＤ２１，２２は点灯状態が保たれる。また、残
りのＬＥＤ２１，２２に供給される駆動電流は３つとも
点灯しているときと変わらない（ＬＥＤ２１，２２の個
々に供給される駆動電流は増えることになる）ので、画
素全体の輝度は、３つのＬＥＤ２１，２２，２３が全て
点灯している場合とほとんど変わらない。すなわち、定
電流駆動の場合には、ＬＥＤの断線（絶縁不良）が生じ
ても、そのまま問題なく使用することができる。また、
図５に示すように、３つのＬＥＤのうち１つのＬＥＤ２
３が短絡している場合には、不良のＬＥＤ２３の接続を
レーザ光などで切断し、断線状態とすることで、同様に
問題なく使用することができる。

【００１４】＜表示素子の具体的構造＞本発明の表示素
子３１は、例えば図６に示すように、同色に発光する複
数（ここでは３個）の発光素子３２，３３，３４を絶縁
性材料（例えばイミド材料やエポキシ材料）３５に埋め
込み、この絶縁性材料３５の表面に各発光素子３２，３
３，３４に対応して駆動電極３６ａ，３６ｂ，３７ａ，
３７ｂ，３８ａ，３８ｂを形成してなるものである。各
発光素子３２，３３，３４は、一方向が収束形状となっ
ており、先細り形状（例えば円錐形状や多角錐形状）と
なっている先端部３２ａ，３３ａ，３４ａが、上記絶縁
性材料３５から露出しており、この部分（ｐ電極）で上
記駆動電極３６ａ，３７ａ，３８ａが接続されている。
他方の駆動電極３６ｂ，３７ｂ，３８ｂは、絶縁性材料
３５に形成された開口部３５ａ，３５ｂ，３５ｃを介し
て各発光素子３２，３３，３４の他方の電極（ｎ電極）
と接続されている。

【００１５】上記発光素子３２，３３，３４は例えばＧ
ａＮ系の発光ダイオードであり、サファイア基板上に結
晶成長される素子である。このようなＧａＮ系の発光ダ
イオードでは、基板を透過するレーザ照射によってレー
ザアブレーションが生じ、ＧａＮの窒素が気化する現象
にともなってサファイア基板とＧａＮ系の成長層の間の
界面で膜剥がれが生じ、素子分離を容易なものとするこ
とができるという特徴を有している。

【００１６】その構造については、図７（ａ）及び
（ｂ）に示すように、ＧａＮ系半導体層からなる下地成
長層４１上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層４２
が形成されている。なお、下地成長層４１上には図示し
ない絶縁膜が存在し、六角錐形状のＧａＮ層４２はその
絶縁膜を開口した部分にＭＯＣＶＤ法などによって形成
される。このＧａＮ層４２は、成長時に使用されるサフ
ァイア基板の主面をＣ面とした場合にＳ面（１−１０１
面）で覆われたピラミッド型の成長層であり、シリコン
をドープさせた領域である。このＧａＮ層４２の傾斜し
たＳ面の部分はダブルへテロ構造のクラッドとして機能
する。ＧａＮ層４２の傾斜したＳ面を覆うように活性層
であるＩｎＧａＮ層４３が形成されており、その外側に
マグネシウムドープのＧａＮ層４４が形成される。この
マグネシウムドープのＧａＮ層４４もクラッドとして機
能する。

【００１７】このような発光ダイオードには、上記駆動
電極３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ
と接続されるｐ電極４５とｎ電極４６が形成されてい
る。ｐ電極４５はマグネシウムドープのＧａＮ層４４上
に形成されるＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐ
ｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。ｎ電極
４６は前述の図示しない絶縁膜を開口した部分でＴｉ／
Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成され
る。なお、下地成長層４１の裏面側からｎ電極取り出し
を行う場合は、ｎ電極４６の形成は下地成長層４１の表
面側には不要となる。

【００１８】このような構造のＧａＮ系の発光ダイオー
ドは、青色発光も可能な素子であって、特にレーザアブ
レーションよって比較的簡単にサファイア基板から剥離
することができ、レーザビームを選択的に照射すること
で選択的な剥離が実現される。なお、ＧａＮ系の発光ダ
イオードとしては、平板上や帯状に活性層が形成される
構造であっても良く、上端部にＣ面が形成された角錐構
造のものであっても良い。また、他の窒化物系発光素子
や化合物半導体素子などであっても良い。

【００１９】以上が本発明の表示素子の基本的な構造で
あるが、上記のような構成を採用することにより、発光
素子３２，３３，３４が微細な形状であるにも関わら
ず、表示素子３１としては取り扱いが容易な大きさとな
る。発光素子３２，３３，３４自体が微細であるという
ことは、発光素子３２，３３，３４のコスト低減に繋が
る。また、上記駆動電極３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７
ｂ，３８ａ，３８ｂは、発光素子３２，３３，３４の大
きさによって制約されず、次工程の再配線に対しても十
分な大きさの電極として形成することができる。

【００２０】また、上記表示素子は、カラー化に対応す
ることも可能である。図８は、カラー化に対応した表示
素子の一例を示すものである。この表示素子５１におい
ては、樹脂などの絶縁性材料５２に３色のＬＥＤ（赤色
発光ダイオード５３、青色発光ダイオード５４、緑色発
光ダイオード５５）が埋め込まれている。各発光ダイオ
ード５３，５４，５５の一方の電極は、接地される共通
電極５６と接続されており、他方の電極はそれぞれ駆動
電極５７，５８，５９と接続されている。なお、図示は
省略するが、各色の発光ダイオードは、それぞれ複数
（例えば各３個）配されており、各駆動電極５７，５
８，５９に対して並列接続されている。

【００２１】以上のように構成される表示素子において
は、高価な発光素子（例えばＬＥＤ）を例えば２０μｍ
角、乃至は５μｍ角以下というような微細に形成し、こ
の微細な発光素子をイミド材料、エポキシ材料などのプ
ラスチック材料（絶縁性材料）で包み込み、発光素子の
高さでチップ部品化して大きく再形成している。この状
態にした上で発光素子のｐ，ｎ両電極に接続した電極を
絶縁性材料上に引き出すようにしているので、微細化し
た発光素子のハンドリング性を確保し、併せて電源線や
信号線などとの接続も容易に実現することができる。

【００２２】＜２段階拡大転写法による表示装置の製造
＞上記の通り、本発明の表示素子は、絶縁性材料によっ
て微細な発光素子が大きく再形成され、ハンドリング性
が格段に向上している。そこで、この特徴を生かして発
光素子を拡大転写し、画像表示装置を製造することが可
能である。以下、二段階拡大転写法を例にして、表示装
置の製造方法を説明する。

【００２３】本例では、先ず、高集積度をもって第一基
板上に作成された素子を第一基板上で素子が配列された
状態よりは離間した状態となるように一時保持用部材に
転写し、次いで一時保持用部材に保持された前記素子を
さらに離間して第二基板上に転写する二段階の拡大転写
を行う。なお、本例では転写を２段階としているが、素
子を離間して配置する拡大度に応じて転写を三段階やそ
れ以上の多段階とすることもできる。また、以下の各図
面においては、樹脂形成チップに含まれる発光素子（発
光ダイオード）を１つのみ記載しているが、先にも述べ
たように各樹脂形成チップは複数の発光ダイオードを備
えている。例えば、カラーＬＥＤディスプレイを構成す
る場合には、各色毎に複数の発光ダイオードを備え、例
えば３色×３個＝９個の発光ダイオードを備える。

【００２４】図９は二段階拡大転写法の基本的な工程を
示す図である。まず、図９の(a)に示す第一基板６０上
に、例えば発光素子のような素子６２を密に形成する。
素子を密に形成することで、各基板当たりに生成される
素子の数を多くすることができ、製品コストを下げるこ
とができる。第一基板６０は例えば半導体ウエハ、ガラ
ス基板、石英ガラス基板、サファイア基板、プラスチッ
ク基板などの種々素子形成可能な基板であるが、各素子
６２は第一基板６０上に直接形成したものであっても良
く、他の基板上で形成されたものを配列したものであっ
ても良い。

【００２５】次に図９の(b)に示すように、第一基板６
０から各素子６２が図中破線で示す一時保持用部材６１
に転写され、この一時保持用部材６１の上に各素子６２
が保持される。ここで隣接する素子６２は離間され、図
示のようにマトリクス状に配される。すなわち素子６２
はｘ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写され
るが、ｘ方向に垂直なｙ方向にもそれぞれ素子の間を広
げるように転写される。このとき離間される距離は、特
に限定されず、一例として後続の工程での樹脂部形成や
電極パッドの形成を考慮した距離とすることができる。
一時保持用部材６１上に第一基板６０から転写した際に
第一基板６０上の全部の素子が離間されて転写されるよ
うにすることができる。この場合には、一時保持用部材
６１のサイズはマトリクス状に配された素子６２の数
（ｘ方向、ｙ方向にそれぞれ）に離間した距離を乗じた
サイズ以上であれば良い。また、一時保持用部材６１上
に第一基板６０上の一部の素子が離間されて転写される
ようにすることも可能である。

【００２６】このような第一転写工程の後、図９の(c)
に示すように、一時保持用部材６１上に存在する素子６
２は離間されていることから、素子周りの樹脂の被覆と
電極パッドの形成が行われる。素子周りの樹脂の被覆は
電極パッドを形成し易くし、次の第二転写工程での取り
扱いを容易にするなどのために形成される。電極パッド
の形成は、後述するように、最終的な配線が続く第二転
写工程の後に行われるため、その際に配線不良が生じな
いように比較的大き目のサイズに形成されるものであ
る。なお、図９の(c)には電極パッドは図示していな
い。各素子６２の周りを樹脂６３が覆うことで樹脂形成
チップ６４（本発明の表示素子に相当する。）が形成さ
れる。また、１つの樹脂形成チップ６４には、複数の素
子６２が含まれるように素子周りの樹脂の被覆を行う。

【００２７】次に、図９の(d)に示すように、第二転写
工程が行われる。この第二転写工程では一時保持用部材
６１上でマトリクス状に配される素子６２が樹脂形成チ
ップ６４ごと更に離間するように第二基板６５上に転写
される。

【００２８】第二転写工程においても、隣接する素子６
２は樹脂形成チップ６４ごと離間され、図示のようにマ
トリクス状に配される。すなわち素子６２はｘ方向にも
それぞれ素子の間を広げるように転写されるが、ｘ方向
に垂直なｙ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転
写される。第二転写工程によって配置された素子の位置
が画像表示装置などの最終製品の画素に対応する位置で
あるとすると、当初の素子６２間のピッチの略整数倍が
第二転写工程によって配置された素子６２のピッチとな
る。ここで第一基板６０から一時保持用部材６１での離
間したピッチの拡大率をｎとし、一時保持用部材６１か
ら第二基板６５での離間したピッチの拡大率をｍとする
と、略整数倍の値ＥはＥ＝ｎ×ｍで表される。拡大率
ｎ、ｍはそれぞれ整数であれば良い。

【００２９】第二基板６５上に樹脂形成チップ６４ごと
離間された各素子６２には、配線が施される。この時、
先に形成した電極パッド等を利用して接続不良を極力抑
えながらの配線がなされる。この配線は例えば素子６２
が発光ダイオードなどの発光素子の場合には、ｐ電極、
ｎ電極への配線を含む。

【００３０】図９に示した二段階拡大転写法において
は、第一転写後の離間したスペースを利用して電極パッ
ドや樹脂固めなどを行うことができ、そして第二転写後
に配線が施されるが、先に形成した電極パッド等を利用
して接続不良を極力抑えながらの配線がなされる。従っ
て、画像表示装置の歩留まりを向上させることができ
る。また、本例の二段階拡大転写法においては、素子間
の距離を離間する工程が２工程であり、このような素子
間の距離を離間する複数工程の拡大転写を行うことで、
実際は転写回数が減ることになる。すなわち、例えば、
ここで第一基板６０から一時保持用部材６１での離間し
たピッチの拡大率を２（ｎ＝２）とし、一時保持用部材
６１から第二基板６５での離間したピッチの拡大率を２
（ｍ＝２）とすると、仮に一度の転写で拡大した範囲に
転写しようとしたときでは、最終拡大率が２×２の４倍
で、その二乗の１６回の転写すなわち第一基板のアライ
メントを１６回行う必要が生ずるが、本例の二段階拡大
転写法では、アライメントの回数は第一転写工程での拡
大率２の二乗の４回と第二転写工程での拡大率２の二乗
の４回を単純に加えただけの計８回で済むことになる。
即ち、同じ転写倍率を意図する場合においては、（ｎ＋
ｍ）^２＝ｎ^２＋２ｎｍ＋ｍ^２であることから、必ず２ｎ
ｍ回だけ転写回数を減らすことができることになる。従
って、製造工程も回数分だけ時間や経費の節約となり、
特に拡大率の大きい場合に有益となる。

【００３１】次に、上記二段階拡大転写法において表示
素子として用いられる樹脂形成チップ６４について説明
する。この樹脂形成チップ６４は、基本的な構造は図６
に示す表示素子と同様であるが、一方の電極パッドが発
光素子の底面側に形成されている点が異なる。具体的に
は、図１０及び図１１に示すように、樹脂形成チップ６
４は略平板上でその主たる面が略正方形状とされる。こ
の樹脂形成チップ６４の形状は樹脂６３を固めて形成さ
れた形状であり、具体的には未硬化の樹脂を各素子６２
を含むように全面に塗布し、これを硬化した後で縁の部
分をダイシング等で切断することで得られる形状であ
る。

【００３２】略平板状の樹脂６３の表面側と裏面側には
それぞれ電極パッド６６，６７が形成される。これら電
極パッド６６，６７の形成は全面に電極パッド６６，６
７の材料となる金属層や多結晶シリコン層などの導電層
を形成し、フォトリソグラフィー技術により所要の電極
形状にパターンニングすることで形成される。これら電
極パッド６６，６７は発光素子である素子６２のｐ電極
とｎ電極にそれぞれ接続するように形成されており、必
要な場合には樹脂６３にビアホールなどが形成される。

【００３３】ここで電極パッド６６，６７は樹脂形成チ
ップ６４の表面側と裏面側にそれぞれ形成されている
が、一方の面に両方の電極パッドを形成することも可能
である。電極パッド６６，６７の位置が平板上ずれてい
るのは、最終的な配線形成時に上側からコンタクトをと
っても重ならないようにするためである。電極パッド６
６，６７の形状も正方形に限定されず他の形状としても
良い。

【００３４】このような樹脂形成チップ６４を構成する
ことで、素子６２の周りが樹脂６３で被覆され平坦化に
よって精度良く電極パッド６６，６７を形成できるとと
もに素子６２に比べて広い領域に電極パッド６６，６７
を延在でき、次の第二転写工程での転写を吸着治具で進
める場合には取り扱いが容易になる。後述するように、
最終的な配線が続く第二転写工程の後に行われるため、
比較的大き目のサイズの電極パッド６６，６７を利用し
た配線を行うことで、配線不良が未然に防止される。な
お、これら図１０及び図１１においても、樹脂形成チッ
プ６４に含まれる素子６２を１つのみ記載しているが、
実際には各樹脂形成チップ６４には複数の素子６２が含
まれている。

【００３５】次に、図１２から図１８までを参照しなが
ら、図９に示す発光素子の配列方法の具体的手法につい
て説明する。先ず、図１２に示すように、第一基板７１
の主面上には複数の発光ダイオード７２がマトリクス状
に形成されている。発光ダイオード７２の大きさは約２
０μｍ程度とすることができる。第一基板７１の構成材
料としてはサファイア基板などのように光ダイオード７
２に照射するレーザの波長の透過率の高い材料が用いら
れる。発光ダイオード７２にはｐ電極などまでは形成さ
れているが最終的な配線は未だなされておらず、素子間
分離の溝７２ｇが形成されていて、個々の発光ダイオー
ド７２は分離できる状態にある。この溝７２ｇの形成は
例えば反応性イオンエッチングで行う。このような第一
基板７１を一時保持用部材７３に対峙させて図１２に示
すように選択的な転写を行う。

【００３６】一時保持用部材７３の第一基板７１に対峙
する面には剥離層７４と接着剤層７５が２層になって形
成されている。ここで一時保持用部材７３の例として
は、ガラス基板、石英ガラス基板、プラスチック基板な
どを用いることができ、一時保持用部材７３上の剥離層
７４の例としては、フッ素コート、シリコーン樹脂、水
溶性接着剤（例えばポリビニルアルコール：ＰＶＡ）、
ポリイミドなどを用いることができる。また一時保持用
部材７３の接着剤層７５としては紫外線（ＵＶ）硬化型
接着剤、熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤のいずれかか
らなる層を用いることができる。一例としては、一時保
持用部材７３として石英ガラス基板を用い、剥離層７４
としてポリイミド膜４μｍを形成後、接着剤層７５とし
てのＵＶ硬化型接着剤を約２０μｍ厚で塗布する。

【００３７】一時保持用部材７３の接着剤層７５は、硬
化した領域７５ｓと未硬化領域７５ｙが混在するように
調整され、未硬化領域７５ｙに選択転写にかかる発光ダ
イオード７２が位置するように位置合わせされる。硬化
した領域７５ｓと未硬化領域７５ｙが混在するような調
整は、例えばＵＶ硬化型接着剤を露光機にて選択的に２
００μｍピッチでＵＶ露光し、発光ダイオード７２を転
写するところは未硬化でそれ以外は硬化させてある状態
にすればよい。このようなアライメントの後、転写対象
位置の発光ダイオード７２に対しレーザを第一基板７１
の裏面から照射し、当該発光ダイオード７２を第一基板
７１からレーザアブレーションを利用して剥離する。Ｇ
ａＮ系の発光ダイオード７２はサファイアとの界面で金
属のＧａと窒素に分解することから、比較的簡単に剥離
できる。照射するレーザとしてはエキシマレーザ、高調
波ＹＡＧレーザなどが用いられる。

【００３８】このレーザアブレーションを利用した剥離
によって、選択照射にかかる発光ダイオード７２はＧａ
Ｎ層と第一基板７１の界面で分離し、反対側の接着剤層
７５にｐ電極部分を突き刺すようにして転写される。他
のレーザが照射されない領域の発光ダイオード７２につ
いては、対応する接着剤層７５の部分が硬化した領域ｓ
であり、レーザも照射されていないために、一時保持用
部材７３側に転写されることはない。なお、図１２では
１つの発光ダイオード７２だけが選択的にレーザ照射さ
れているが、実際には複数個の発光ダイオード７２にレ
ーザ照射を行い、同時に転写する。また、カラー化に対
応して３色の発光ダイオードを選択転写する場合には、
上記工程を各色発光ダイオード毎に繰り返し行えばよ
い。

【００３９】発光ダイオード７２は一時保持用部材７３
の接着剤層７５に保持された状態で、発光ダイオード７
２の裏面がｎ電極側（カソード電極側）になっていて、
発光ダイオード７２の裏面には樹脂（接着剤）がないよ
うに除去、洗浄されているため、図１３に示すように電
極パッド７６を形成すれば、電極パッド７６は発光ダイ
オード７２の裏面と電気的に接続される。

【００４０】接着剤層７５の洗浄の例としては酸素プラ
ズマで接着剤用樹脂をエッチング、ＵＶオゾン照射にて
洗浄する。かつ、レーザにてＧａＮ系発光ダイオードを
サファイア基板からなる第一基板７１から剥離したとき
には、その剥離面にＧａが析出しているため、そのＧａ
をエッチングすることが必要であり、ＮａＯＨ水溶液も
しくは希硝酸で行うことになる。その後、電極パッド７
６をパターニングする。このときのカソード側の電極パ
ッドは約６０μｍ角とすることができる。電極パッド７
６としては透明電極（ＩＴＯ、ＺｎＯ系など）もしくは
Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの材料を用いる。透明電極
の場合は発光ダイオードの裏面を大きく覆っても発光を
さえぎることがないので、パターニング精度が粗く、大
きな電極形成ができ、パターニングプロセスが容易にな
る。

【００４１】上記電極パッド７６の形成の後、ダイシン
グプロセスにより複数の発光ダイオード７２を含む表示
素子毎に硬化した接着剤層７５を分断し、各発光ダイオ
ード７２に対応した樹脂形成チップとする。ここで、ダ
イシングプロセスは、機械的手段を用いたダイシング、
あるいはレーザビームを用いたレーザダイシングにより
行う。ダイシングによる切り込み幅は画像表示装置の画
素内の接着剤層７５で覆われた発光ダイオード７２の大
きさに依存するが、例えば２０μｍ以下の幅の狭い切り
込みが必要なときには、上記レーザビームを用いたレー
ザによる加工を行うことが必要である。このとき、レー
ザビームとしては、エキシマレーザ、高調波ＹＡＧレー
ザ、炭酸ガスレーザなどを用いることができる。

【００４２】図１４は一時保持用部材７４から発光ダイ
オード７２を第二の一時保持用部材７７に転写して、ア
ノード電極（ｐ電極）側のビアホール８０を形成した
後、アノード側電極パッド７９を形成し、樹脂からなる
接着剤層７５をダイシングした状態を示している。この
ダイシングの結果、素子分離溝８１が形成され、発光ダ
イオード７２は複数の素子ごとに区分けされたものにな
る。素子分離溝８１はマトリクス状の各発光ダイオード
７２群を分離するため、平面パターンとしては縦横に延
長された複数の平行線からなる。素子分離溝８１の底部
では第二の一時保持用部材７７の表面が臨む。第二の一
時保持用部材７７は、一例としてプラスチック基板にＵ
Ｖ粘着材が塗布してある、いわゆるダイシングシートで
あり、ＵＶが照射されると粘着力が低下するものを利用
できる。

【００４３】なお、上記転写の際には、剥離層７４を形
成した一時保持部材７３の裏面からエキシマレーザを照
射する。これにより、例えば剥離層７４としてポリイミ
ドを形成した場合では、ポリイミドのアブレーションに
より剥離が発生して、各発光ダイオード７２は第二の一
時保持部材７７側に転写される。さらに、上記アノード
電極パッド７９の形成プロセスの例としては、接着剤層
７５の表面を酸素プラズマで発光ダイオード７２表面の
ｐ電極が露出してくるまでエッチングする。ビアホール
８０の形成はエキシマレーザ、高調波ＹＡＧレーザ、炭
酸ガスレーザを用いることができる。このとき、ビアホ
ールは約３〜７μｍの径を開けることになる。アノード
側電極パッド７９はＮｉ／Ｐｔ／Ａｕなどで形成する。

【００４４】次に、機械的手段を用いて複数の発光ダイ
オード７２を含む表示素子が第二の一時保持用部材７７
から剥離される。このとき、第二の一時保持用部材７７
上には剥離層７８が形成されている。この剥離層７８は
例えばフッ素コート、シリコーン樹脂、水溶性接着剤
（例えばＰＶＡ）、ポリイミドなどを用いて作成するこ
とができる。このような剥離層７８を形成した一時保持
部材７７の裏面から例えばＹＡＧ第３高調波レーザを照
射する。これにより、例えば剥離層７８としてポリイミ
ドを形成した場合では、ポリイミドと石英基板の界面で
ポリイミドのアブレーションにより剥離が発生して、各
発光ダイオード７２は第二の一時保持部材７７から上記
機械的手段により容易に剥離可能となる。

【００４５】図１５は、第二の一時保持用部材７７上に
配列している発光ダイオード７２を吸着装置８３でピッ
クアップするところを示した図である。このときの吸着
孔８５は画像表示装置の画素ピッチにマトリクス状に開
口していて、発光ダイオード７２を多数個、一括で吸着
できるようになっている。このときの開口径は、例えば
約φ１００μｍで６００μｍピッチのマトリクス状に開
口されて、一括で約３００個を吸着できる。このときの
吸着孔８５の部材は例えば、Ｎｉ電鋳により作製したも
の、もしくはステンレス（ＳＵＳ）などの金属板８２を
エッチングで穴加工したものが使用され、金属板８２の
吸着孔８５の奥には、吸着チャンバ８４が形成されてお
り、この吸着チャンバ８４を負圧に制御することで発光
ダイオード７２の吸着が可能になる。発光ダイオード７
２はこの段階で樹脂７３で覆われており、その上面は略
平坦化されており、このために吸着装置８３による選択
的な吸着を容易に進めることができる。

【００４６】図１６は発光ダイオード７２を第二基板９
０に転写するところを示した図である。第二基板９０に
装着する際に第二基板９０にあらかじめ接着剤層８６が
塗布されており、その発光ダイオード７２下面の接着剤
層８６を硬化させ、発光ダイオード７２を第二基板９０
に固着して配列させることができる。この装着時には、
吸着装置８３の吸着チャンバ８４が圧力の高い状態とな
り、吸着装置８３と発光ダイオード７２との吸着による
結合状態は解放される。接着剤層８６はＵＶ硬化型接着
剤、熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤などによって構成
することができる。発光ダイオード７２が配置される位
置は、一時保持用部材７３、７７上での配列よりも離間
したものとなる。そのとき接着剤層８６の樹脂を硬化さ
せるエネルギーは第二基板９０の裏面から供給される。
ＵＶ硬化型接着剤の場合はＵＶ照射装置にて、熱硬化性
接着剤の場合はレーザにて発光ダイオード７２の下面の
み硬化させ、熱可塑性接着剤場合は、同様にレーザ照射
にて接着剤を溶融させ接着を行う。

【００４７】また、第二基板９０上にシャドウマスクと
しても機能する電極層８７を配設し、特に電極層８７の
画面側の表面すなわち当該表示装置を見る人がいる側の
面に黒クロム層８８を形成する。このようにすることで
画像のコントラストを向上させることができると共に、
黒クロム層８８でのエネルギー吸収率を高くして、選択
的に照射されるビーム１０３によって接着剤層８６が早
く硬化するようにすることができる。この転写時のＵＶ
照射としては、ＵＶ硬化型接着剤の場合は約1000mJ/cm²
を照射する。

【００４８】図１７は複数の表示素子を第二基板９０に
配列させ絶縁層８９を塗布した状態を示す図である。図
１５および図１６で用いた吸着装置８３をそのまま使用
して、第二基板９０にマウントする位置をずらすだけで
マウントすると、ピッチは一定のまま各画素を形成でき
る。絶縁層８９としては透明エポキシ接着剤、ＵＶ硬化
型接着剤、ポリイミドなどを用いることができる。

【００４９】次に、図１８に示すように、発光ダイオー
ド７２の電極パッド７６，７９や第二基板９０上の電極
層８７に対応して、これらを電気的に接続するために開
口部（ビアホール）９５、９６、９７、９８、９９、１
００を形成し、さらに配線を形成する。この開口部の形
成も例えばレーザビームを用いて行う。

【００５０】このときに形成する開口部すなわちビアホ
ールは、発光ダイオード７２の電極パッド７６、７９の
面積を大きくしているので、ビアホール形状は大きく、
ビアホールの位置精度も各発光ダイオードに直接形成す
るビアホールに比べて粗い精度で形成できる。例えば、
このときのビアホールは約６０μｍ角の電極パッド７
６、７９に対し、約φ２０μｍのものを形成できる。ま
た、ビアホールＨの深さは配線基板と接続するもの、ア
ノード電極と接続するもの、カソード電極と接続するも
のの３種類の深さがあるので、形成に当たっては例えば
レーザのパルス数でこれを制御し、最適な深さを開口す
る。

【００５１】絶縁層８９に開口部９５、９６、９７、９
８、９９、１００を形成した後、発光ダイオード７２の
アノード、カソードの電極パッドと第二基板９０の配線
用の電極層８７を接続する配線９３、９４、１０１を形
成する。その後、保護層を配線上に形成し、画像表示装
置のパネルは完成する。このときの保護層は図１７の絶
縁層８９と同様、透明エポキシ接着剤などの材料が使用
できる。この保護層は加熱硬化し配線を完全に覆う。こ
の後、パネル端部の配線からドライバーＩＣを接続して
駆動パネルを製作することになる。

【００５２】上述のような発光素子の配列方法において
は、一時保持用部材７３に発光ダイオード７２を保持さ
せた時点で既に、素子間の距離が大きくされ、その広が
った間隔を利用して比較的サイズの電極パッド７６、７
９などを設けることが可能となる。それら比較的サイズ
の大きな電極パッド７６、７９を利用した配線が行われ
るために、素子サイズに比較して最終的な装置のサイズ
が著しく大きな場合であっても容易に配線を形成でき
る。また、本例の発光素子の配列方法では、発光ダイオ
ード７２の周囲が硬化した接着剤層７５で被覆され平坦
化によって精度良く電極パッド７６，７９を形成できる
とともに素子に比べて広い領域に電極パッド７６，７９
を延在でき、次の第二転写工程での転写を吸着治具で進
める場合には取り扱いが容易になる。

【００５３】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、画素落ちのない高品質な画像表示が可能な
表示素子及び画像表示装置を提供することが可能であ
る。また、各発光素子の発光量にばらつきがあったとし
てもこれを平均化し、画素毎の発光量の差を緩和するこ
とができ、さらに、画面に占める発光面積を大きくし、
発光点を分散して輝度ムラを抑えることもできる。さら
にまた、本発明によれば、多大な製造コストを要するこ
となく発光素子をモジュール化することが可能であり、
しかも搬送や基体への実装も容易であるような構造を実
現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】同色に発光する発光素子を複数有する表示素子
を配列したＬＥＤディスプレイの一例を示す模式図であ
る。

【図２】Ｒ，Ｇ，Ｂ３色に発光する発光素子をそれぞれ
複数有する表示素子を配列したカラーＬＥＤディスプレ
イの一例を示す模式図である。

【図３】単色画素における発光素子の接続状態を示す回
路図である。

【図４】１つの発光素子が断線した状態を示す回路図で
ある。

【図５】１つの発光素子が短絡した状態を示す回路図で
ある。

【図６】絶縁性材料に複数の発光素子を埋め込んだ表示
素子の一例を示す概略断面図である。

【図７】発光素子の一例を示す図であって、（ａ）は断
面図、（ｂ）は平面図である。

【図８】３色の発光素子を埋め込んだ表示素子の一例を
示す概略平面図である。

【図９】素子の配列方法を示す模式図である。

【図１０】樹脂形成チップの概略斜視図である。

【図１１】樹脂形成チップの概略平面図である。

【図１２】第一転写工程を示す概略断面図である。

【図１３】電極パッド形成工程を示す概略断面図であ
る。

【図１４】第二の一時保持用部材への転写後の電極パッ
ド形成工程及びダイシング工程を示す概略断面図であ
る。

【図１５】吸着工程を示す概略断面図である。

【図１６】第二転写工程を示す概略断面図である。

【図１７】絶縁層の形成工程を示す概略断面図である。

【図１８】配線形成工程を示す概略断面図である。

【符号の説明】

２，１２ 表示素子 ３，４，５，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，３２，３３，３
４ 発光素子（ＬＥＤ） ３５ 絶縁性材料 ３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ 駆
動電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C094 AA03 AA42 AA43 AA44 BA23 CA19 CA24 DB01 FA01 FA02 GB10 5F041 AA10 AA31 CA40 CA46 CA65 CA74 CA76 CA77 CA82 CA92 DA13 DA14 DA20 FF06

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同色に発光する複数の発光素子を備えて
   いることを特徴とする表示素子。
2. 【請求項２】 上記複数の発光素子は絶縁性材料に埋め
   込まれ表示素子とされていることを特徴とする請求項１
   記載の表示素子。
3. 【請求項３】 上記発光素子の駆動電極が絶縁性材料表
   面に引き出し形成されていることを特徴とする請求項２
   記載の表示素子。
4. 【請求項４】 赤色発光素子、緑色発光素子、及び青色
   発光素子を備え、各色に発光する発光素子をそれぞれ複
   数備えていることを特徴とする請求項１記載の表示素
   子。
5. 【請求項５】 上記発光素子は、先細り形状となる先端
   部を有することを特徴とする請求項１記載の表示素子。
6. 【請求項６】 上記先端部は、円錐形状または多角錐形
   状であることを特徴とする請求項５記載の表示素子。
7. 【請求項７】 上記同色に発光する複数の発光素子は、
   並列接続されていることを特徴とする請求項１記載の表
   示素子。
8. 【請求項８】 上記発光素子は、半導体素子であること
   を特徴とする請求項１記載の表示素子。
9. 【請求項９】 上記発光素子は、窒化物半導体を用いた
   半導体素子であることを特徴とする請求項１記載の表示
   素子。
10. 【請求項１０】 上記発光素子は、半導体ＬＥＤ素子で
    あることを特徴とする請求項１記載の表示素子。
11. 【請求項１１】 上記絶縁性材料は、イミド材料及び／
    又はエポキシ材料を含むことを特徴とする請求項２記載
    の表示素子。
12. 【請求項１２】 同色に発光する複数の発光素子を備え
    た表示素子がマトリクス状に配列されてなる画像表示装
    置。
13. 【請求項１３】 上記複数の発光素子は絶縁性材料に埋
    め込まれ表示素子とされていることを特徴とする請求項
    １２記載の画像表示装置。
14. 【請求項１４】 上記表示素子において、発光素子の駆
    動電極が絶縁性材料表面に引き出し形成されてなること
    を特徴とする請求項１３記載の画像表示装置。
15. 【請求項１５】 上記表示素子は、赤色発光素子、緑色
    発光素子、及び青色発光素子を備え、各色に発光する発
    光素子をそれぞれ複数備えていることを特徴とする請求
    項１２記載の画像表示装置。
16. 【請求項１６】 上記発光素子は、先細り形状となる先
    端部を有することを特徴とする請求項１２記載の画像表
    示装置。
17. 【請求項１７】 上記先端部は、円錐形状または多角錐
    形状であることを特徴とする請求項１６記載の画像表示
    装置。
18. 【請求項１８】 上記同色に発光する複数の発光素子
    は、並列接続されていることを特徴とする請求項１２記
    載の画像表示装置。
19. 【請求項１９】 上記発光素子は、半導体素子であるこ
    とを特徴とする請求項１２記載の画像表示装置。
20. 【請求項２０】 上記発光素子は、窒化物半導体を用い
    た半導体素子であることを特徴とする請求項１２記載の
    画像表示装置。
21. 【請求項２１】 上記発光素子は、半導体ＬＥＤ素子で
    あることを特徴とする請求項１２記載の画像表示装置。
22. 【請求項２２】 上記絶縁性材料は、イミド材料及び／
    又はエポキシ材料を含むことを特徴とする請求項１３記
    載の画像表示装置。