JP7760065B2 - 表示装置とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態の一つは、表示装置、照明装置、およびこれらの製造方法に関する。例えば、本発明の実施形態の一つは、無機半導体材料を含む発光素子を備える表示素子や照明装置、およびこれらの製造方法に関する。

近年、無機半導体を含む発光素子（無機ＬＥＤ）が種々の照明装置や表示装置に利用されている。無機ＬＥＤは、高輝度の発光を与えることができ、寿命が長いことから、無機ＬＥＤを利用することで、消費電力が低く、信頼性の高い表示装置や照明装置を提供することができる（例えば、特許文献１、２参照）。

国際公開第２０２１／１６１１２６号 米国特許第１０９３７８１５号明細書

本発明の実施形態の一つは、新規な構造を有する表示装置、照明装置、およびこれらの製造方法を提供することを課題の一つとする。あるいは、本発明の実施形態の一つは、無機半導体を含む発光素子を備え、高効率で駆動可能な表示装置、照明装置、およびこれらの製造方法を提供することを課題の一つとする。

本発明の実施形態の一つは、表示装置である。この表示装置は、基板、および基板上に位置する複数の画素と少なくとも一つの反射素子を備える。複数の画素の各々は、画素回路と発光素子を有し、発光素子は、画素回路と電気的に接続される画素電極、画素電極上の第１の積層構造体、および第１の積層構造体上の共通電極を有する。少なくとも一つの反射素子は、下部電極、下部電極上の第２の積層構造体、および第２の積層構造体と重なる反射膜を有する。第１の積層構造体および第２の積層構造体の各々は、複数の無機半導体層を含む。

本発明の実施形態の一つは、照明装置である。この照明装置は、基板、および基板上に位置する複数の光源単位と少なくとも一つの反射素子を備える。複数の光源単位の各々は、光源回路と発光素子を有し、発光素子は、光源回路と電気的に接続される第１の電極、第１の電極上の第１の積層構造体、および第１の積層構造体上の第２の電極を有する。少なくとも一つの反射素子は、下部電極、下部電極上の第２の積層構造体、および第２の積層構造体と重なる反射膜を有する。第１の積層構造体および第２の積層構造体の各々は、複数の無機半導体層を含む 。

本発明の実施形態の一つは、表示装置の製造方法である。この製造方法は、基板上に複数の画素回路を形成すること、複数の画素回路上に、複数の開口を有する平坦化膜を形成すること、平坦化膜上に、複数の開口を介して複数の画素回路と電気的に接続される導電膜を形成すること、第１の転写基板上に位置し、複数の無機半導体層を含む積層体を導電膜に貼り合わせること、第１の転写基板を剥離すること、積層体を成形して複数の第１の積層構造体と少なくとも一つの第２の積層構造体を形成すること、導電膜を成形することで、複数の第１の積層構造体とそれぞれ重なり、複数の画素回路とそれぞれ電気的に接続される複数の画素電極、および少なくとも一つの第２の積層構造体と重なり、複数の画素回路のいずれとも電気的に分離される下部電極を形成すること、少なくとも一つの第２の積層構造体と重なる反射膜を形成すること、少なくとも一つの第２の積層構造体と反射膜を埋め込み、複数の第１の積層構造体の端部を覆う隔壁を形成すること、ならびに複数の第１の積層構造体と少なくとも一つの第２の積層構造体の上に、第１の積層構造体と電気的に接続され、反射膜から離隔する共通電極を形成することを含む。

本発明の実施形態の一つは、照明装置の製造方法である。この製造方法は、基板上に複数の光源回路を形成すること、複数の光源回路上に、複数の開口を有する平坦化膜を形成すること、平坦化膜上に、複数の開口を介して複数の光源回路と電気的に接続される導電膜を形成すること、第１の転写基板上に位置し、複数の無機半導体層を含む積層体を導電膜に貼り合わせること、第１の転写基板を剥離すること、積層体を成形して複数の第１の積層構造体と少なくとも一つの第２の積層構造体を形成すること、導電膜を成形することで、複数の第１の積層構造体とそれぞれ重なり、複数の光源回路とそれぞれ電気的に接続される複数の第１の電極、および少なくとも一つの第２の積層構造体と重なり、複数の光源回路のいずれとも電気的に分離される下部電極を形成すること、少なくとも一つの第２の積層構造体と重なる反射膜を形成すること、少なくとも一つの第２の積層構造体と反射膜を埋め込み、複数の第１の積層構造体の端部を覆う隔壁を形成すること、ならびに複数の第１の積層構造体と少なくとも一つの第２の積層構造体の上に、第１の積層構造体と電気的に接続され、反射膜から離隔する第２の電極を形成することを含む。

本発明の実施形態に係る表示装置の模式的上面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的上面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的上面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的上面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的上面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的上面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的上面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する模式的端面図。

以下、本発明の各実施形態について、図面などを参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。同一、あるいは類似する複数の構造を総じて表す際にはこの符号が用いられ、これらを個々に表す際には符号の後にハイフンと自然数が加えられる。

本明細書および請求項において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りのない限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

本明細書および請求項において、「ある構造体が他の構造体から露出する」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。また、この表現で表される態様は、ある構造体が他の構造体と接していない態様も含む。

本発明の実施形態において、複数の膜が同一の工程で同時に形成された場合、これらの膜は同一の層構造、同一の材料、同一の組成を有する。したがって、これら複数の膜は同一層内に存在しているものと定義する。

＜第１実施形態＞
本実施形態では、本発明の実施形態の一つである表示装置１００の構造について説明する。

１．全体構成
図１に表示装置１００の模式的上面図を示す。図１に示すように、表示装置１００は基板１０２を有し、その上に複数の画素１０４と後述する複数の反射素子（図１には示されない）が設けられる。全ての画素１０４と反射素子を包含する最小面積の領域、およびこれを取り囲む領域がそれぞれ表示領域と周辺領域として定義される。

周辺領域には画素１０４を駆動するための駆動回路が設けられる。図１に示した例では、複数の画素１０４を挟む二つの走査線駆動回路１０６や、アナログスイッチなどを含む信号線駆動回路１０８が設けられる。走査線駆動回路１０６や信号線駆動回路１０８からは図示しない配線が基板１０２の一辺へ延び、基板１０２の端部で露出されて端子１１０を形成する。端子１１０は、図示しないフレキシブル印刷回路（ＦＰＣ）基板などのコネクタと電気的に接続され、外部回路から電源や映像信号がコネクタを介して表示装置１００に供給される。色情報を与える最小単位である画素１０４を映像信号に従って駆動することで、所望の映像が表示領域上に表示される。

表示領域の一部の拡大上面図を図２Ａに模式的に示す。図２Ａから理解されるように、表示領域には、複数の画素１０４とともに少なくとも一つまたは複数の反射素子１３０がさらに設けられる。複数の反射素子１３０を設ける場合には、複数の画素１０４と複数の反射素子１３０は、全体として複数の行と列を有するマトリクス形状に配置することができる。図２Ａでは、３行５列のマトリクス形状に配置された六つの画素１０４と四つの反射素子１３０が示されている。複数の画素１０４と複数の反射素子１３０は、図２Ａに示すように、行方向および／または列方向において交互するように配置することができる。あるいは、隣接する二つの反射素子１３０の間に複数の画素１０４を配置してもよく、隣接する二つの画素１０４の間に複数の反射素子１３０を配置してもよい。例えば図２Ｂに示すように、行方向において、二つの画素１０４が隣接する二つの反射素子１３０に挟まれてもよい。

あるいは、図３Ａと図３Ｂに示すように、複数の反射素子１３０の各々は、一つまたは複数の画素１０４を囲む開口を備えるように形成してもよい。一つの反射素子１３０に囲まれる画素１０４の数は任意であり、各反射素子１３０は三つ以上の画素１０４を囲んでもよい。また、反射素子１３０が囲む画素１０４の数も、表示領域内で同一でもよく、異なってもよい。あるいは、図４Ａと図４Ｂに示すように、格子状の形状を備える一つまたは複数の反射素子１３０を表示装置１００に設けてもよい。すなわち、各反射素子１３０に複数の開口を設け、各開口に一つまたは複数の画素１０４を配置してもよい。以下、代表的な例として、図２Ａに示された複数の画素１０４と複数の反射素子１３０が行方向に交互に配置された構成について主に説明するが、以下の説明は他の配置にも適用することができる。

２．基板と対向基板
図２の鎖線Ａ－Ａ´に沿った端面の模式図を図５に示す。図５に示すように、表示装置１００は基板１０２に加え、基板１０２に対向する対向基板１５０を有しており、これらの間に画素１０４や反射素子１３０が設けられる。基板１０２としては、例えばガラス基板、石英基板、単結晶シリコン基板などを用いることができる。あるいは、ポリイミドやポリアミド、ポリカルボナートなどの高分子を含む基板を用いてもよい。同様に、対向基板１５０としてもガラス基板や石英基板、高分子を含む基板などを用いることができる。基板１０２と対向基板１５０は、可撓性を有していてもよい。後述するように、表示装置１００は、画素１０４で生成する光を対向基板１５０を介して取り出されるように構成することができる。この場合、対向基板１５０は可視光を透過するように構成される。

３．画素
（１）画素回路
各画素１０４には、基板１０２上に直接、またはバリア層として機能するアンダーコート１１２を介し、画素１０４を制御するための画素回路が設けられる。アンダーコート１１２は、基板１０２からアルカリ金属イオンなどの不純物が画素回路などへ浸入することを防ぐ膜であり、窒化ケイ素や酸化ケイ素などのケイ素含有無機化合物を含む一つまたは複数の膜によって構成することができる。

画素回路の構成に制約はなく、画素１０４の駆動方法に応じて一つまたは複数のトランジスタや容量素子で画素回路を構成すればよい。画素回路に含まれるトランジスタの構成にも制約はなく、ボトムゲート型トランジスタやトップゲート型トランジスタの一方または両者を適宜組み合わせることができる。トランジスタの活性層に含まれる材料にも制約はなく、シリコンを活性層に有するシリコントランジスタや、インジウム－ガリウム酸化物やインジウム－ガリウム－亜鉛酸化物などの酸化物半導体を活性層に含むトランジスタを用いて画素回路を構成してもよい。

画素回路上には、平坦な上面を与えるための平坦化膜１１６が設けられる。平坦化膜１１６は、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリシロキサン樹脂などの高分子材料を含む。任意の構成として、平坦化膜１１６上にケイ素含有無機化合物を含む一つまたは複数の膜によって構成される保護絶縁膜１１８を設けてもよい。

（２）発光素子
画素１０４にはさらに、画素回路と電気的に接続される発光素子１２０が設けられる。発光素子１２０は、基本的な構成として画素電極１２２、画素電極１２２上の第１の積層構造体１２４、および第１の積層構造体１２４上の共通電極１２６を含む。図５に示す例では、平坦化膜１１６や保護絶縁膜１１８に設けられる開口を介して画素電極１２２が画素回路中のトランジスタ１１４と接続されることで、画素回路と発光素子１２０が電気的に接続される。

画素電極１２２は、第１の積層構造体１２４にキャリア（ホールまたは電子）を注入すると同時に、第１の積層構造体１２４から出射される光を共通電極１２６側に反射する機能を備える電極である。画素電極１２２は、例えばインジウムとスズの混合酸化物（ＩＴＯ）やインジウムと亜鉛の混合酸化物（ＩＺＯ）などの可視光に対して透過性を示す導電性酸化物、銀やアルミニウムなどの金属（０価の金属）、もしくはこれらの金属の合金を含む。画素電極１２２は単層構造、積層構造のいずれを有してもよい。画素電極１２２が透光性導電性酸化物を含む場合、透光性導電性酸化物を含む膜と金属を含む膜を積層した構造を採用し、後者を利用して光を反射させればよい。発光素子１２０からの光を画素電極１２２によって反射して共通電極１２６側から取り出すため、金属を含む膜は、可視光を透過しない程度の厚さ以上で形成される。

図５の拡大図に示すように、画素電極１２２上には、第１の積層構造体１２４との接着性を向上させるために、導電性接着層１２３を設けてもよい。導電性接着層１２３には、例えばはんだなどの合金や、金、銀、銅、ニッケルなどの金属を用いることができる。

共通電極１２６は、複数の画素１０４に亘って設けられる。すなわち、共通電極１２６は、複数の画素１０４に共有される。共通電極１２６は、複数の画素１０４の第１の積層構造体１２４と電気的に接続されるが、反射素子１３０の第２の積層構造体（後述）１３４とは電気的、物理的に接続されないように配置される。

共通電極１２６は、第１の積層構造体１２４にキャリアを注入し、かつ、第１の積層構造体１２４から出射される光を透過するように構成される。具体的には、ＩＴＯやＩＺＯなどの可視光を透過する導電性酸化物や、アルミニウムや銀、マグネシウムなどの金属（０価の金属）が含まれるように共通電極１２６が構成される。共通電極１２６が０価の金属を含む場合、可視光が透過できる程度の厚さで共通電極１２６が設けられる。

発光素子１２０の模式的端面図を図６Ａに示す。図６Ａに示されるように、第１の積層構造体１２４は、無機半導体を含む複数の機能層を積層することで構成される。無機半導体としては、第１３族元素と第１５族元素を含む化合物が挙げられる。より具体的には、アルミニウム、ガリウム、および／またはインジウム、ならびに窒素、リン、および／またはヒ素を含む半導体が挙げられる。典型的には、ガリウム系材料が挙げられる。例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）などの窒化ガリウム系材料、リン化ガリウム（ＧａＰ）、アルミニウムインジウムガリウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）などのリン化ガリウム系材料が例示される。各機能層にはドーパントがさらに含まれてもよい。ドーパントとしては、ケイ素やゲルマニウム、マグネシウム、亜鉛、カドミウム、ベリリウムなどの元素が挙げられる。これらの元素を添加することで、各機能層の価電子制御が可能となり、真性（ｉ型）を維持するだけでなく、バンドギャップの制御、ｐ型またはｎ型の導電性の付与などが可能となる。

第１の積層構造体１２４は、画素電極１２２と共通電極１２６からキャリアの注入を受け、内部でキャリアが再結合して発光するように複数の機能層が組み合わされて構成される。機能層の数には制約はなく、少なくともホール輸送層、電子輸送層、および発光層を備えていればよい。例えば図６Ａに示すように、画素電極１２２と共通電極１２６がそれぞれホールと電子を注入するための陽極と陰極として機能する場合には、ｐ型の導電性を有する一つまたは二つの機能層１２４－１、１２４－２、ｎ型の導電性を有する一つまたは二つの機能層１２４－４、１２４－５、および発光層として機能する機能層１２４－３で第１の積層構造体１２４を形成することができる。例えば、ｐ－ＧａＮとｐ－ＡｌＧａＮをそれぞれ含む機能層１２４－１、１２４－２、ｎ－ＡｌＧａＮとｎ－ＧａＮをそれぞれ含む機能層１２４－４、１２４－５、およびこれらに挟持され、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮなどを含む発光層として機能層１２４－３を設ければよい。画素電極１２２と共通電極１２６がそれぞれ陰極と陽極として機能する場合には、上記機能層の積層順を逆転すればよい。

発光層として機能する機能層１２４－３は、単層構造でもよく、あるいは量子井戸構造を有してもよい。量子井戸構造とは、バンドギャップが異なり、１から５ｎｍ程度の厚さを有する複数の薄膜を交互に積層した構造であり、例えばＩｎＧａＮとＧａＮの交互積層体、ＧａＩｎＡｓＰとＩｎＰの交互積層体、ＡｌＩｎＡｓとＩｎＧａＡｓの交互積層体などが例示される。

４．反射素子
反射素子１３０は、発光素子１２０の第１の積層構造体１２４から出射される光の一部を対向基板１５０側に反射する機能を有する、電気的に浮遊した素子である。発光素子１２０から出射される光は、発光層として機能する機能層からほぼ等方的に進むが、進行方向が基板１０２の法線に対して一定の角度を超えると、基板１０２と対向基板１５０の間で全反射を繰り返し、その後減衰する。このため、発光素子１２０が生成する光の一部を取り出すことができない。しかしながら、反射素子１３０を設けることで、基板１０２の法線に対して大きな角度で第１の積層構造体１２４から出射される光の進行方向を上方向（対向基板１５０側）に変えることができるため、全反射が抑制され、光の取出し効率、すなわち、表示装置１００の効率を向上させ、消費電力を低減することができる。

図５に示すように、反射素子１３０は、下部電極１３２と下部電極１３２上の第２の積層構造体１３４を含む。後述するように、下部電極１３２は、画素電極１２２と同一の工程で形成される。このため、下部電極１３２は、画素電極１２２と同一の構造を有することができる。すなわち、画素電極１２２と下部電極１３２の間で、組成、機能層の数と積層順、厚さを互いに同一にすることができる。同様に、第２の積層構造体１３４は、第１の積層構造体１２４と同一の工程で形成される。このため、第２の積層構造体１３４は、第１の積層構造体１２４と同一の構造を有することができる。すなわち、第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４の間で、組成、機能層の数と積層順、厚さを互いに同一にすることができる。例えば、第１の積層構造体１２４が画素電極１２２側から順に機能層１２４－１から１２４－５を有している場合、第２の積層構造体１３４は、これらの機能層１２１－１から１２１－５とそれぞれ同一の組成、構造を有する機能層１３４－１から１３４－５が下部電極１３２側から順に積層されることによって構成される（図６Ｂ）。図示しないが、画素１０４と同様に、下部電極１３２と第２の積層構造体１３４の間にも導電性接着層１２３が設けられてもよい。

第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４上には、隔壁１４０が設けられる。隔壁１４０は下部電極１３２と第２の積層構造体１３４を埋め込み、第２の積層構造体１３４が露出しないように形成される。これにより、第２の積層構造体１３４は、隔壁１４０を介して共通電極１２６から離隔する。一方、画素１０４では、隔壁１４０は第１の積層構造体１２４の端部を覆い、その他の部分を露出するように設けられる。この構造により、第１の積層構造体１２４と共通電極１２６との電気的接続が行われる。

隔壁１４０は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シロキサン樹脂、ポリイミド樹脂などの高分子材料を含む。このため、隔壁１４０の屈折率は１．５から１．８程度となる。一方、第２の積層構造体１３４は第１の積層構造体１２４と同様、無機半導体を含む複数の機能層で構成されるため、無機半導体の特性を反映し、その屈折率は高く、例えば２．２から２．５程度となる。したがって、隔壁１４０と第２の積層構造体１３４の間には大きな屈折率差が存在するため、フレネル反射が生じ、その結果、第１の積層構造体１２４から出射される光を反射させることができる。

より効率良く対向基板１５０側へ光を反射させるため、第２の積層構造体１３４は、その側面が下部電極１３２の法線から傾くように構成することが好ましい（図６Ｂ参照。）。すなわち、下部電極１３２からの距離が増大するに従って幅（下部電極１３２の上面に平行な面における長さ）が減少するテーパー形状を有するように第２の積層構造体１３４を構成することが好ましい。下部電極１３２の上面と第２の積層構造体１３４の側面がなす角度θは、例えば７０°以上９０°未満または８０°以上９０°未満の範囲から選択される。後述するように、第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４は、同一の工程で形成される。したがって、画素電極１２２の上面と第１の積層構造体１２４の側面がなす角度も角度θと同一または実質的に同一となる。

第１の積層構造体１２４から出射する光をさらに効率よく反射させるため、図７に示すように、第２の積層構造体１３４の上に反射膜１３６を設けてもよい。反射膜１３６は可視光に対して高い反射率を有することが好ましく、したがって、アルミニウムや銀、タングステン、タンタル、モリブデン、チタンなどの金属を含むように構成される。あるいは、酸化チタンと酸化ケイ素などの屈折率が互いに異なる材料の薄膜の交互積層体である誘電体多層膜で反射膜１３６を構成してもよい。反射膜１３６は、図７に示すように下部電極１３２と接してもよく、図示しないが保護絶縁膜１１８または平坦化膜１１６と接してもよい。反射膜１３６も隔壁１４０によって覆われ、共通電極１２６から離隔する。

５．その他の構成
任意の構成として、共通電極１２６上に封止膜１４２を設けてもよい。封止膜１４２は発光素子１２０や画素回路に水などの不純物の浸入を防ぐために設けられる。封止膜１４２は、例えば窒化ケイ素や酸化ケイ素などのケイ素含有無機化合物、および／またはアクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの高分子を含む。例えば、ケイ素含有無機化合物を含む膜で高分子を含む膜を挟持した構造を採用することができる。さらに任意の構成として、対向基板１５０からの不純物の浸入を防ぐためのオーバーコート１５２を対向基板１５０と接するように設けてもよい。

６．変形例
表示装置１００は、画素１０４で生成する光を基板１０２を介して取り出すように構成することもできる。この場合、基板１０２としては、可視光を透過するよう、ガラス基板や石英基板、高分子を含む基板などが用いられる。また、画素電極１２２は、ＩＴＯやＩＺＯなどの可視光を透過する導電性酸化物を含むように形成され、一方、共通電極１２６は第１の積層構造体１２４から出射される光を画素電極１２２側に反射するよう、銀やアルミニウムなどの金属を含むように構成される。

ここで、図８に示すように、第１の積層構造体１２４から出射される光を反射素子１３０によって画素電極１２２側に効率よく反射させるため、下部電極１３２からの距離が増大するに従って幅が増大する逆テーパー形状を有するように第２の積層構造体１３４を構成することが好ましい。第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４は、同一の工程で形成されるため、第１の積層構造体１２４も逆テーパー形状を備える。

上述したように、表示装置１００では、複数の画素１０４とともに、画素１０４で得られる光を対向基板１５０または基板１０２側へ反射させるための機構として複数の反射素子１３０が設けられる。このため、従来の表示装置では全反射によって利用されていないかった光も表示に利用することができるため、表示装置１００は高い効率と小さな消費電力を示す。また、同一の輝度を得るために必要な電力を低減することができるため、各発光素子１２０への負担が軽減され、その結果、表示装置１００の信頼性を向上させることが可能である。

なお、本実施形態では、本発明の実施形態の一つとして表示装置を説明したが、同様の構成を照明装置にも利用することができる。この場合には、画素回路に対応する光源回路にはより簡素化された構造を採用することができ、例えばトランジスタや容量素子を設けず、駆動回路または外部スイッチを用い、画素１０４に対応する光源素子に供給する電力や信号を制御してもよい。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、第１実施形態で述べた表示装置１００とは異なる構造を有する表示装置２００について説明する。第１実施形態で述べた構成と同一または類似する構成については、説明を省略することがある。

図９に表示装置２００の模式的端面図を示す。図９では、三つの画素１０４－１から１０４－３が示されている。表示装置２００が表示装置１００と異なる点の一つは、色変換層１５４が少なくとも一部の画素１０４に設けられており、これにより、フルカラー表示が可能である点である。

具体的には、表示装置２００の各画素１０４には、紫外光から青色光を発光可能な発光素子１２０が設けられる。より具体的には、２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長領域に少なくとも一つのピークを有する光を出射可能な発光素子１２０が各画素１０４に配置される。このような短波長の光は、発光層として機能する機能層に窒化ガリウムやセレン化亜鉛などを用いればよい。さらに、緑色の光を得るための画素（ここでは画素１０４－２）と赤色の光を得るための画素（ここでは画素１０４－３）に色変換層１５４－１、１５４－２がそれぞれ設ける。色変換層１５４は、例えば対向基板１５０とオーバーコート１５２の間または封止膜１４２とオーバーコート１５２の間に、対応する画素１０４の第１の積層構造体１２４と重なるように設けられる。色変換層１５４－１と１５４－２は、発光素子１２０から出射される光を吸収し、それぞれ緑色と赤色の発光を与える色変換材料、および色変換材料を分散させるための樹脂を含む。色変換材料としては、有機または無機発光体を用いてもよく、あるいは量子ドットでもよい。量子ドットとしては、数ｎｍから２０ｎｍ程度の粒径を有するセレン化カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、セレン化亜鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛などが挙げられる。なお、青色の発光を得るための画素（ここでは画素１０４－１）には、色変換層１５４を設けなくてもよく、設けてもよい。色変換層１５４を設ける場合には、発光素子１２０から出射される光を吸収し、青色の発光を与える色変換層を用いればよい。

このような構成では、画素１０４－１の発光素子１２０から得られる光は直接、または図示しない青色発光を与える色変換層を介して取り出される。これに対し、画素１０４－２と１０４－３では、発光素子１２０から得られる光はそれぞれ色変換層１５４－１、１５４－２によって緑色と赤色の光に変換される。その結果、画素１０４の駆動を制御することで、フルカラー表示が可能となる。

なお、隣接する画素１０４からの光による混色を避けるため、反射素子１３０と重なる遮光膜（ブラックマトリクス）１５８を任意の構成として設けてもよい。遮光膜１５８は、上下方向で第２の積層構造体１３４の一部または全体と重なる。また、図示しないが、各発光素子１２０を白色発光可能なように構成し、各画素に色変換層１５４に替わってカラーフィルタを設けてもよい。

上述した構造を有する表示装置２００は、フルカラー表示可能な表示装置として利用することができる。また、上記構造を照明装置に適用することで、照明色を変更可能な照明を提供することも可能である。

＜第３実施形態＞
本実施形態では、本発明の実施形態に係る表示装置と照明装置の製造方法を説明する。ここでは、第１実施形態で述べた表示装置１００の製造方法を例として説明する。第１、第２実施形態で述べた構成と同一または類似する構成については説明を省略することがある。なお、表示装置１００は、基板１０２上に種々の導電膜、絶縁膜、半導体膜を形成し、これらを適宜パターニングすることで製造することができるが、保護絶縁膜１１８までは公知の方法や材料を利用して形成することができるので、詳細な説明は割愛する。

基板１０２上にトランジスタ１１４を含む画素回路を形成し、その上に平坦化膜１１６や保護絶縁膜１１８を形成する（図５、図７参照）。その後、エッチングによって平坦化膜１１６と保護絶縁膜１１８にトランジスタ１１４に達する開口を形成し、開口を介してトランジスタ１１４と電気的に接続される導電膜１６０を表示領域全体に形成する（図１０）。導電膜１６０は化学気相成長（ＣＶＤ）法の一つである有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、あるいはスパッタリング法を用いて形成すればよい。導電膜１６０は、その後の成形工程によって画素電極１２２と下部電極１３２を与える。したがって、導電膜１６０は、その組成と層構造が画素電極１２２と下部電極１３２で採用される組成と層構造とそれぞれ同一になるように形成される。

画素１０４と反射素子１３０にそれぞれ形成される第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４は、転写法によって形成される。すなわち、基板１０２とは異なる転写基板１７０に第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４を与える積層体が形成され、その後、積層体が導電膜１６０上に転写される。したがって、機能層の積層順は、転写基板１７０上と基板１０２上で反転する。

具体的には、図１１に示すように、まず、転写基板１７０上に剥離層１７２を形成する。転写基板１７０は、後述するレーザーリフトオフ（ＬＬＯ）法で剥離層１７２を分解するために用いられるレーザ光を透過する基板であればよい。具体的には、サファイア基板、ガラス基板、石英基板などを用いることができる。剥離層１７２は、レーザ光によって分解される材料を有する膜であり、例えばＧａＮを含む膜が例示される。剥離層１７２の厚さは、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲で適宜選択すればよい。その後、剥離層１７２上に第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４を与える機能層を順次形成する。転写法によって層の積層順が逆転するため、例えば第１の積層構造体１２４が基板１０２側から順に機能層１２４－１、１２４－２、１２４－３、１２４－４、１２４－５の順で有する場合（図６Ａ）、機能層１２４－５、１２４－４、１２４－３、１２４－２、１２４－１とそれぞれ同一の組成、構造を有する機能層１７４－１、１７４－２、１７４－３、１７４－４、１７４－５を転写基板１７０側から順に積層する。

剥離層１７２や機能層１７４の形成は、ＭＯＣＶＤ法、あるいはスパッタリング法を用いて行えばよい。剥離層１７２や機能層１７４のそれぞれは、単結晶構造でもよく、多結晶または微結晶構造でもよい。

この後、機能層１７４と導電膜１６０を貼り合わせる（図１２）。貼り合わせの前に、導電性接着層１２３を導電膜１６０の上に設けてもよい。具体的には、はんだを塗布する、あるいは金、銀、銅、ニッケルなどの金属微粒子が樹脂に分散されたペーストを塗布・焼成して導電性接着層１２３を形成すればよい。その後、ＬＬＯ法を適用して転写基板１７０を剥離する。具体的には、図１２の矢印で表されるように、転写基板１７０を介してレーザ光を照射する。レーザ光の波長は、剥離層１７２が吸収可能な波長から選択すればよく、例えばＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）を用いればよい。これにより、剥離層１７２が分解し、その結果、転写基板１７０と機能層１７４間の接着力が失われ、転写基板１７０を機能層１７４から剥離することができる（図１３）。

引き続き、機能層１７４をフォトリソグラフィーによって成形する。すなわち、機能層１７４上に図示しないレジストマスクを適宜形成し、ドライエッチングまたはウェットエッチングによってレジストマスクから露出した機能層１７４を除去し、その後レジストマスクを除去する。これにより、導電膜１６０上に第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４が形成される（図１４）。エッチングは、得られる第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４がテーパー形状を有するように行うことが好ましい。

引き続き、導電膜１６０をフォトリソグラフィーによって成形する。すなわち、導電膜１６０上に第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４を覆うレジストマスク（図示しない）を適宜形成し、ドライエッチングまたはウェットエッチングによってレジストマスクから露出した導電膜１６０を除去し、その後レジストマスクを除去する。これにより、第１の積層構造体１２４と重なり、トランジスタ１１４との電気的接続が維持された画素電極１２２、および第２の積層構造体１３４と重なり、トランジスタ１１４を含む全ての画素回路から電気的に分離した下部電極１３２が形成される（図１５）。

なお、図示しないが、第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４に逆テーパー形状を付与する場合には（図８参照。）、機能層１７４と導電膜１６０を貼り合わせる前に、転写基板１７０上で機能層１７４を成形してテーパー形状を有する第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４を形成する。また、転写基板１７０と基板１０２を貼り合わせる前に予め導電膜１６０をエッチングによって成形して画素電極１２２と下部電極１３２を形成する。その後、第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４をそれぞれ画素電極１２２と下部電極１３２に貼り合わせ、転写基板１７０を剥離すればよい。

反射膜１３６を設ける場合には、第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４を覆うように反射膜１３６を設ける。反射膜１３６は、ＣＶＤ法またはスパッタリング法を適用して形成すればよい。その後、図示しないレジストマスクの形成、エッチング、レジストマスクの除去を行うことで、第２の積層構造体１３４と重なる複数の反射膜１３６を形成することができる（図１６）。あるいは、図１７に示すように、導電膜１６０を成形する前に第１の積層構造体１２４、第２の積層構造体１３４、および導電膜１６０を覆うように反射膜１３６を設け、その後、レジストマスク１７８を形成し、レジストマスク１７８と第１の積層構造体１２４をマスクとして導電膜１６０と反射膜１３６を同時にまたは段階的にエッチング成形してもよい（図１８）。エッチング条件（すなわち、サイドエッチングの程度）にも依存するが、この場合には、導電膜１６０の側面と反射膜１３６の側面は同一平面上に位置し、第１の積層構造体１２４の底面の辺と画素電極１２２の上面の辺が一致してもよい。

引き続き、隔壁１４０を形成する。隔壁１４０は、感光性を有するアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリシロキサン樹脂などの樹脂をスピンコート法やインクジェット法、印刷法などを適用して形成し、その後フォトマスクを介した露光、焼成、現像を行って形成すればよい。隔壁１４０は、反射素子１３０の第２の積層構造体１３４と反射膜１３６を埋め込み、画素１０４の第１の積層構造体１２４の端部を覆うとともに、第１の積層構造体１２４の一部を露出するように形成される（図１６）。

この後、スパッタリング法などを用いて共通電極１２６を形成し、さらに封止膜１４２が設けられる。色変換層１５４やカラーフィルタ、オーバーコート１５２は、対向基板１５０上に設けられ、その後、対向基板１５０と基板１０２を接着剤を用いて互いに固定することで、表示装置１００を製造することができる（図５、図７）。共通電極１２６の形成とそれ以降の工程は、公知の方法や材料を用いて行うことができるため、詳細な説明は割愛する。

上述した方法では、第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４は、転写基板１７０上に設けられた機能層１７４を基板１０２上に転写することで形成される。すなわち、上述した製造方法では１回の転写工程を含む。しかしながら、複数の転写工程を行ってもよい。この場合には、図１９に示すように、転写基板１７０上に剥離層１７２を形成し、その上に機能層１７４を形成する。機能層１７４の積層順は、基板１０２上における第１の積層構造体１２４と第２の積層構造体１３４に含まれる機能層の積層順と同一となる。また、転写工程を二回行うため、剥離層１７６を機能層１７４上に設けることが好ましい。

この後、機能層１７４を転写基板１７０とは異なる転写基板（以下、中継基板）１８０に貼り合わせる（図２０）。さらに、転写基板１７０側からのレーザ光照射による剥離層１７２の分解、転写基板１７０の剥離を行い、中継基板上１８０に積層された機能層１７４が得られる（図２１）。引き続き、機能層１７４を中継基板１８０と基板１０２で挟むように中継基板１８０と基板１０２を貼り合わせ、その後、ＬＬＯ法を用いて中継基板１８０を剥離すればよい。また、第１の積層構造体１２４や第２の積層構造体１３４に逆テーパー形状を付与する場合には、中継基板１８０上の機能層１７４を成形してテーパー形状を形成し、その後、予め画素電極１２２と下部電極１３２が形成された基板１０２に中継基板１８０を貼り合わせればよい。この後の工程は上述した工程と同様であるので、説明は割愛する。

本発明の実施形態の一つに係る製造方法では、画素１０４からの光取出し効率を向上させるための反射素子１３０は、画素１０４と同時に形成される。換言すると、反射素子１３０を設けるための新たな工程を別途追加する必要がない。このため、製造コストの増大を招くこと無く、高い効率を有する表示装置や照明装置を製造することができる。

本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態の表示装置を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１００：表示装置、１０２：基板、１０４：画素、１０４－１：画素、１０４－２：画素、１０４－３：画素、１０６：走査線駆動回路、１０８：信号線駆動回路、１１０：端子、１１２：アンダーコート、１１４：トランジスタ、１１６：平坦化膜、１１８：保護絶縁膜、１２０：発光素子、１２１－１：機能層、１２２：画素電極、１２３：導電性接着層、１２４：第１の積層構造体、１２４－１：機能層、１２４－２：機能層、１２４－３：機能層、１２４－４：機能層、１２４－５：機能層、１２６：共通電極、１３０：反
射素子、１３２：下部電極、１３４：第２の積層構造体、１３４－１：機能層、１３４－２：機能層、１３４－３：機能層、１３４－４：機能層、１３４－５：機能層、１３６：反射膜、１４０：隔壁、１４２：封止膜、１５０：対向基板、１５２：オーバーコート、１５４：色変換層、１５４－１：色変換層、１５４－２：色変換層、１５８：遮光膜、１６０：導電膜、１７０：転写基板、１７２：剥離層、１７４：機能層、１７４－１：機能層、１７４－２：機能層、１７４－３：機能層、１７４－４：機能層、１７４－５：機能層、１７６：剥離層、１７８：レジストマスク、１８０：中継基板、２００：表示装置

Claims (18)

1. 基板、および
   前記基板上に位置する複数の画素と少なくとも一つの反射素子を備え、
   前記複数の画素の各々は、
   画素回路、ならびに
   前記画素回路と電気的に接続される画素電極、前記画素電極上の第１の積層構造体、および前記第１の積層構造体上の共通電極を有する発光素子を有し、
   前記少なくとも一つの反射素子は、前記複数の画素から選択される隣接する二つの画素の間に位置し、
   前記少なくとも一つの反射素子は、
   下部電極、
   前記下部電極上の第２の積層構造体、および
   前記第２の積層構造体と重なる反射膜を有し、
   前記第１の積層構造体および前記第２の積層構造体の各々は、複数の無機半導体層を含む、表示装置。
2. 前記少なくとも一つの反射素子は、電気的に浮遊する、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記少なくとも一つの反射素子は複数の反射素子を含み、
   前記複数の画素と前記複数の反射素子は、いずれもマトリクス形状に配置され、
   前記マトリクス形状の行方向または列方向において、前記複数の画素と前記複数の反射素子は、互いに交互する、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記少なくとも一つの反射素子は複数の反射素子を含み、
   前記複数の画素と前記複数の反射素子は、いずれもマトリクス形状に配置され、
   前記マトリクス形状の行方向または列方向において、複数の前記画素が隣接する二つの前記反射素子に挟まれる、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記少なくとも一つの反射素子は、前記複数の画素の一つまたは二つ以上を囲む開口を有する、請求項１に記載の表示装置。
6. 前記反射膜は、隔壁を介して前記共通電極から離隔する、請求項１に記載の表示装置。
7. 前記隔壁は、前記少なくとも一つの反射素子の前記反射膜と前記第２の積層構造体を埋め込み、前記複数の画素の前記第１の積層構造体の端部を覆う、請求項６に記載の表示装置。
8. 前記第１の積層構造体と前記第２の積層構造体の幅は、前記基板からの距離が増大するに従って減少する、請求項１に記載の表示装置。
9. 前記第１の積層構造体と前記第２の積層構造体は、ガリウム系材料を含む、請求項１に記載の表示装置。
10. 基板上に複数の画素回路を形成すること、
    前記複数の画素回路上に、複数の開口を有する平坦化膜を形成すること、
    前記平坦化膜上に、前記複数の開口を介して前記複数の画素回路と電気的に接続される導電膜を形成すること、
    第１の転写基板上に位置し、複数の無機半導体層を含む積層体を前記導電膜に貼り合わせること、
    前記第１の転写基板を剥離すること、
    前記積層体を成形して複数の第１の積層構造体と少なくとも一つの第２の積層構造体を形成すること、
    前記導電膜を成形することで、
    前記複数の第１の積層構造体とそれぞれ重なり、前記複数の画素回路とそれぞれ電気的に接続される複数の画素電極、および
    前記少なくとも一つの第２の積層構造体と重なり、前記複数の画素回路のいずれとも電気的に分離される下部電極を形成すること、
    前記少なくとも一つの第２の積層構造体と重なる反射膜を形成すること、
    前記少なくとも一つの第２の積層構造体と前記反射膜を埋め込み、前記複数の第１の積層構造体の端部を覆う隔壁を形成すること、ならびに
    前記複数の第１の積層構造体と前記少なくとも一つの第２の積層構造体の上に、前記第１の積層構造体と電気的に接続され、前記反射膜から離隔する共通電極を形成することを含み、
    前記少なくとも一つの第２の積層構造体は、前記複数の第１の積層構造体から選択される隣接する二つの第１の積層構造体の間に位置する、表示装置の製造方法。
11. 前記基板はガラス基板または石英基板であり、
    前記第１の転写基板は、ガラス基板、単結晶シリコン基板、または単結晶サファイア基板である、請求項１０に記載の製造方法。
12. 前記第１の転写基板の剥離の前に、前記第１の転写基板を介して前記積層体にレーザ光を照射することをさらに含む、請求項１０に記載の製造方法。
13. 前記積層体の成形は、前記基板からの距離が増大するに従って前記複数の第１の積層構造体と前記少なくとも一つの第２の積層構造体の幅が減少するように行われる、請求項１０に記載の製造方法。
14. 前記少なくとも一つの第２の積層構造体は複数の第２の積層構造体を含み、
    前記積層体の成形は、前記複数の第１の積層構造体と前記複数の第２の積層構造体がいずれもマトリクス形状に配置され、かつ、前記マトリクス形状の行または列方向において、前記複数の第１の積層構造体と前記複数の第２の積層構造体が交互するように行われる、請求項１０に記載の製造方法。
15. 前記少なくとも一つの第２の積層構造体は複数の第２の積層構造体を含み、
    前記積層体の成形は、前記複数の第１の積層構造体と前記複数の第２の積層構造体がいずれもマトリクス形状に配置され、かつ前記マトリクス形状の行方向または列方向において、前記複数の第１の積層構造体から選択される二つ以上の前記第１の積層構造体が隣接する二つの前記第２の積層構造体に挟まれるように行われる、請求項１０に記載の製造方法。
16. 前記積層体の成形は、前記少なくとも一つの第２の積層構造体が前記複数の第１の積層構造体の少なくとも一つを囲む開口を有するように行われる、請求項１０に記載の製造方法。
17. 第２の転写基板に前記積層体を形成すること、および
    前記積層体を前記第２の転写基板から前記第１の転写基板に転写することをさらに含む、請求項１０に記載の製造方法。
18. 前記第１の積層構造体と前記少なくとも一つの第２の積層構造体は、ガリウム系材料を含む、請求項１０に記載の製造方法。