JP4538951B2

JP4538951B2 - 素子の選択転写方法、画像表示装置の製造方法及び液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP4538951B2
Application number: JP2000382759A
Authority: JP
Inventors: 寿章岩渕; 喜行柳澤; 豊治大畑; 正人土居
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: JP2002182580A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光素子などの素子を基板上などに選択的に転写する素子の選択転写方法、画像表示装置の製造方法並びに液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光素子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、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）のように基板上に素子を形成するか、或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ＬＥＤパッケージを配列することが行われている。従来のＬＣＤ、ＰＤＰの如き画像表示装置においては、素子や画素のピッチとその製造プロセスに関し、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。また、例えば特開平１１−２６７３３号公報に記載される液晶表示装置においては、液晶制御素子としての薄膜デバイスの製造時に使用した基板と製品の実装時に使用する基板とを異ならせ、実装時に使用する基板に対して薄膜デバイスを転写することが行われている。
【０００３】
一方ＬＥＤディスプレイの場合にはＬＥＤ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、パッケージ化されることが行われている。この場合、パッケージ化の前もしくは後に画像表示装置としての画素ピッチに配列されるが、この画素ピッチは素子形成時の素子のピッチとは無関係とされる。
【０００４】
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３００μｍ角のものを数十μｍ角のＬＥＤチップにして、それを接続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。
【０００５】
そこで各素子を集積度高く形成し、各素子を広い領域に転写などによって離間させながら移動させ、画像表示装置などの比較的大きな表示装置を構成する技術が有り、例えば特開昭５６−１７３８５号公報に記載される発光ダイオードを用いたディスプレイ装置の製造方法や、米国特許No.５４３８２４１に記載される薄膜転写法や、特開平１１-１４２８７８号に記載される表示用トランジスタアレイパネルの形成方法などの技術が知られている。
【０００６】
特開昭５６−１７３８５号公報に記載される発光ダイオードを用いたディスプレイ装置の製造方法では、ダイシング前のＬＥＤウエーハが第１の粘着シートに貼り付けられ、同シート上でダイシングが行われ、ダイシングされたＬＥＤペレットが第２の粘着シートへ一括転写される。ダイシングされたＬＥＤペレットの中、配線基板へ転写したいＬＥＤペレットのみに選択的に導電ペーストをスクリーン印刷法により塗布する。第２粘着シートごとＬＥＤペレットを基板の電極の位置に合わせて貼り合わせ、選択的に固着させて剥離する。Ｒ，Ｇ，Ｂの発光波長の異なるＬＥＤペレットが順次選択転写する。
【０００７】
米国特許No. ５４３８２４１では基板上に密に形成した素子が粗に配置し直される転写方法が開示されており、接着剤付きの伸縮性基板に素子を転写した後、各素子の間隔と位置をモニターしながら伸縮性基板がＸ方向とＹ方向に伸張される。そして伸張された基板上の各素子が所要のディスプレイパネル上に転写される。また、特開平１１-１４２８７８号に記載される技術では、第１の基板上の液晶表示部を構成する薄膜トランジスタが第２の基板上に全体転写され、次にその第２の基板から選択的に画素ピッチに対応する第３の基板に転写する技術が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前述のような技術では、次のような問題が生ずる。先ず、ＬＥＤペレットに対して選択的に導電ペーストをスクリーン印刷法により塗布する特開昭５６−１７３８５号公報に記載される技術では、ＬＥＤペレットの如き比較的大きな素子に対しては有効であるが、現在の１００μｍ以下程度で１５μｍから２５μｍ程度の素子サイズの微小な発光デバイス等に対してはスクリーン印刷の位置ずれが大きく、適用自体非常に困難である。
【０００９】
また、米国特許No. ５４３８２４１に記載の基板上に密に形成したデバイスを粗に配置し直す転写方法では、伸縮性基板の伸長時の不動点(支点)がデバイスチップの接着面のどの位置になるかによって、デバイス位置が最小でチップサイズ(≧２０μm)だけずれるという本質的な問題を抱えている。そのために、デバイスチップ毎の精密位置制御が不可欠になる。したがって、少なくとも１μm程度の位置合わせ精度が必要な高精細ＴＦＴアレイパネルの形成には、ＴＦＴデバイスチップ毎の位置計測と制御を含む位置合わせに多大な時間を要する。さらに、熱膨張係数の大きな樹脂フィルムへの転写の場合には、位置決め前後の温度/応力変動によって位置合わせ精度が損なわれ易い。以上の理由から、量産技術として採用することには極めて大きな問題がある。
【００１０】
また、特開平１１-１４２８７８号に記載される技術では、転写対象の薄膜トランジスタ素子の部分に選択的に紫外線が選択的に照射され、薄膜トランジスタ素子と転写元基板の間に形成されたＵＶ剥離樹脂の接着力を低下させることが行われている。ところが、紫外線の照射によってＵＶ剥離樹脂の接着力が低下するには時間がかかり、プロセス上のスループットの低下を招き、また、十分は接着力の低下が得られないときでは、転写の歩留まりも低下してしまうことになる。
【００１１】
そこで、本発明は微細加工された素子を転写する際に、転写後も位置合わせ精度が損なわれることもなく、転写の歩留まりも低下しないような素子の選択転写方法、画像表示装置の製造方法、及び液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の素子の選択転写方法は、第一基板上の複数の素子から一部の素子を選択的に第二基板上に転写する素子の選択転写方法において、光透過性の基板である前記第一基板上に複数の素子を形成する工程と、熱可塑性樹脂層を前記第二基板の表面に形成する工程と、前記素子の前記第一基板側の界面もしくは前記素子と前記第一基板との間に形成された剥離層における、前記第一基板を透過したエネルギービームの照射によるアブレーションを利用することによって、前記複数の素子の内の一部の素子を選択的に前記第一基板から剥離する工程と、前記剥離された素子が前記熱可塑性樹脂層に入り込むようにして、前記熱可塑性樹脂層に前記剥離された素子を選択的に保持させることで前記第二基板に前記素子を選択的に転写する工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
上記方法によれば、熱可塑性樹脂層は保持する素子が極めて微細な構造を有している場合であっても、熱可塑性樹脂層に素子を密着させて確実に素子を保持することができ、従って素子が確実に転写される。また、例えば、レーザーなどの照射によって素子近傍に局所的にエネルギーを与えて処理することで、比較的に短時間での処理が可能となり、歩留まりの低下も防止できる。
【００１４】
また、本発明の他の素子の転写方法においては、第一基板上の複数の素子から一部の素子を選択的に第二基板上に転写する素子の選択転写方法において、光透過性の基板である第一基板上にそれぞれ尖頭部を有する複数の素子を形成する工程と、熱可塑性樹脂層を第二基板の表面に形成する工程と、前記素子の前記第一基板側の界面もしくは前記素子と前記第一基板との間に形成された剥離層における、前記第一基板を透過したエネルギービームの照射によるアブレーションを利用することによって、前記複数の素子の内の一部の素子を選択的に前記第一基板から剥離する工程と、前記剥離された素子の前記尖頭部が前記熱可塑性樹脂層に入り込むようにして、前記熱可塑性樹脂層に前記剥離された素子をそれぞれ尖頭部側から選択的に保持させることで前記第二基板に前記素子を選択的に転写する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
この選択転写方法によれば、熱可塑性樹脂層は素子の尖頭部を保持することになり、素子の尖頭部自体は素子保持層に食い込んで密着するため、確実な素子の転写が可能となる。また、素子の尖頭部を利用することで、単に平坦な素子を接着させる場合に比べて尖頭部側面の広い面積が熱可塑性樹脂層に密着することになり、確実な転写が実現され歩留まりも向上する。
【００１６】
また、本発明の画像表示装置の製造方法においては、第一基板上の複数の発光素子から一部の発光素子を選択的に第二基板上に転写して画像表示装置を製造する製造方法において、光透過性の基板である前記第一基板上に複数の発光素子を形成する工程と、熱可塑性樹脂層を前記第二基板の表面に形成する工程と、前記発光素子の前記第一基板側の界面における、前記第一基板を透過したエネルギービームの照射によるアブレーションを利用することによって、前記複数の発光素子の内の一部の発光素子を選択的に前記第一基板から剥離する工程と、前記剥離された発光素子が前記熱可塑性樹脂層に入り込むようにして、前記熱可塑性樹脂層に前記剥離された発光素子を選択的に保持させることで前記第二基板に前記発光素子を選択的に転写する工程とを繰り返し、マトリクス状に配列される各画素を発光波長の異なる発光素子を隣接させて構成することを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の液晶表示装置の製造方法においては、第一基板上の複数の薄膜トランジスタ素子から一部の薄膜トランジスタ素子を選択的に第二基板上に転写して液晶表示装置を製造する液晶表示装置の製造方法において、光透過性の基板である前記第一基板上に複数の薄膜トランジスタ素子を形成する工程と、熱可塑性樹脂層を前記第二基板の表面に形成する工程と、前記薄膜トランジスタ素子と前記第一基板との間に形成された剥離層における、前記第一基板を透過したエネルギービームの照射によるアブレーションを利用することによって、前記複数の薄膜トランジスタ素子の内の一部の薄膜トランジスタ素子を選択的に前記第一基板から剥離する工程と、前記剥離された薄膜トランジスタ素子が前記熱可塑性樹脂層に入り込むようにして、前記熱可塑性樹脂層に前記剥離された薄膜トランジスタ素子を選択的に保持させることで前記第二基板に前記薄膜トランジスタ素子を選択的に転写する工程とを繰り返し、マトリクス状に配列される各画素を制御する薄膜トランジスタ素子を各画素ごとに形成することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、初めに本発明の素子の選択転写方法を適用した場合に低コスト化などの利点を生ずる、素子間を離間して配置する拡大転写方法に説明する。
【００１９】
［選択転写の例］
図１は選択転写による拡大転写の一例を示す図である。この図１に示す選択転写においては、マトリクス状に配列された素子の一部を間引いて転写する間引き転写が行われる。間引き転写は転写元の基板と転写先の基板（部材）を対峙させて選択的に素子を転写することで行われるが、転写先の基板（部材）を大きなサイズとすることで、転写元の基板上に有る素子の全部を転写先の基板（部材）に移動させることが可能である。
【００２０】
図１は第一転写工程での拡大率３の場合の例を示しており、第一基板１０を単位とすると第二基板１１は３の二乗の９倍の面積を有する。このため転写元の基板である第一基板１０上に有る素子１２の全部を転写するために、全部で９回の転写が行われる。第一基板１０上にマトリクス状に配される素子１２を３ｘ３のマトリクス単位毎に分けて、その中の１つの素子１２が第二基板１１に順次転写されて最終的に全体の素子１２が転写される。
【００２１】
図１の（ａ）は第一基板１０上の素子１２の中３ｘ３のマトリクス単位毎で第１番目の素子１２が第二基板１１に転写されるところを模式的に示しており、図１の（ｂ）は３ｘ３のマトリクス単位毎で第２番目の素子１２が第二基板１１に転写されるところを模式的に示している。第２番目の転写では、第一基板１０の第二基板１１に対するアライメント位置が図中垂直方向にずれており、同様の間引き転写を繰り返すことで、素子１２を離間させて配置することができる。また図１の（ｃ）は３ｘ３のマトリクス単位毎で第８番目の素子１２が第二基板１１に転写されるところを模式的に示しており、図１の（ｄ）は３ｘ３のマトリクス単位毎で第９番目の素子１２が第二基板１１に転写されるところを模式的に示している。この３ｘ３のマトリクス単位毎で第９番目の素子１２が転写された時点で、第一基板１０には素子１２がなくなり、第二基板１１にはマトリクス状に複数の素子１２が離間された形式で保持されることになる。
【００２２】
［発光素子］
図２に本実施形態で使用される素子の一例としての発光素子の構造を示す。図２の（ａ）が素子断面図であり、図２の（ｂ）が平面図である。この発光素子はＧａＮ系の発光ダイオードであり、たとえばサファイヤ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ー照射によってレーザー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ヤ基板と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にできる特徴を有している。
【００２３】
まず、その構造については、ＧａＮ系半導体層からなる下地成長層３１上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層３２が形成されている。なお、下地成長層３１上には図示しない絶縁膜が存在し、六角錐形状のＧａＮ層３２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３２は、成長時に使用されるサファイヤ基板の主面を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３２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３２の傾斜したＳ面を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層３３が形成されており、その外側にマグネシュームドープのＧａＮ層３４が形成される。このマグネシュームドープのＧａＮ層３４もクラッドとして機能する。
【００２４】
このような発光ダイオードには、ｐ電極３５とｎ電極３６が形成されている。ｐ電極３５はマグネシュームドープのＧａＮ層３４上に形成されるＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。ｎ電極３６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３１の裏面側からｎ電極取り出しを行う場合は、ｎ電極３６の形成は下地成長層３１の表面側には不要となる。
【００２５】
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、特にレーザーアブレーションよって比較的簡単にサファイヤ基板から剥離することができ、レーザー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。
【００２６】
［発光素子の選択転写方法、その１］
次に、図３の(ａ)乃至（ｄ）を参照しながら、発光素子の選択転写方法について説明する。発光素子としては図２に示したようなＧａＮ系の発光ダイオードを用いている。
【００２７】
先ず、図３の(ａ)に示すように、第一基板４１の主面上には複数の発光ダイオード４２がマトリクス状に形成されている。発光ダイオード４２の大きさは数μｍ乃至約１００μｍ、好ましくは約１０μｍ乃至３０μｍ程度とすることができる。発光ダイオード４２は図２に示したようにピラミッド型の結晶成長層から構成される略六角錐形状の尖頭部４２ａを有している。発光ダイオード４２は窒化物系半導体層であるＧａＮ系の材料からなる。第一基板４１の構成材料としてはサファイヤ基板などのように発光ダイオード４２に照射されるレーザ光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４２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、素子間分離の溝が形成されていて、個々の発光ダイオード４２は分離できる状態にある。この溝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４１を第二基板４３にほとんど当接する程度の距離を空けて対峙させて選択的な転写を行う。
【００２８】
転写に際して、図３の(ａ)に示すように、第二基板４３の第一基板４１に対峙する面には接着剤層である熱可塑性樹脂層４４が予め形成されている。ここで第二基板４３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、第二基板４３上の熱可塑性樹脂層４４の例としては、例えばポリスルホン(Polysulfone)、アラミド、ポリカーボネート、熱可塑性ポリイミドなどが挙げられ、接着性を高めるために、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどを用いたり若しくは配合したりしても良く、さらには粘着性を付与するためにロジン、変性ロジン、粘着性ポリマー、テルペン、変性テルペン、炭化水素類、および塩素化炭化水素などを調合するようにしても良い。また、熱可塑性樹脂層４４の膜厚は、尖頭部４２ａの高さ程度に設定される。熱可塑性樹脂層４４は未硬化であっても良く逆に硬化していても良いが、発光ダイオード４２の尖頭部４２ａが接した際に、その尖頭部４２ａを塑性変形によって保持する程度の硬さを有していることが好ましい。
【００２９】
続いて、選択的なエネルギービームの照射を行って、レーザーアブレーションを起こさせて発光ダイオード４２を第一基板４１から剥離する。このときのエネルギービームとしては、エキシマレーザーやＹＡＧレーザーなどのレーザー光４５が使用される。レーザー光４５はそのコヒーレントな特性から、十分に照射径を絞ったサイズにすることができ、所要の走査によって必要な発光ダイオード４２の裏面に選択的に照射させることができる。選択対象位置の発光ダイオード４２をレーザー光４５にて第一基板４１の裏面から照射して発光ダイオード４２を第一基板４１からレーザーアブレーションを利用して剥離する。なお選択対象位置とは、図１のように順次移行していくものであり、所要回数に繰り返しによって全面に展開される。ＧａＮ系の発光ダイオード４２はサファイヤとの界面でレーザーアブレーションを生じさせ金属のＧａと窒素に分解することから、比較的簡単に剥離できる。なお、この際のレーザー光４５の照射径は選択にかかる発光ダイオード４２の裏面を完全に照射する程度の径である。
【００３０】
このレーザー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４２はＧａＮ層と第一基板４１の界面で分離し、図３の（ｂ）に示すように反対側の熱可塑性樹脂層４４の表面に発光ダイオード４２の尖頭部４２ａすなわちｐ電極部分を突き刺すようにして転写される。選択的なレーザー照射がなされなかった発光ダイオード４２は、そのまま第一基板４１上に残り、以降の選択転写時に転写される。なお、図３の（ｂ）では２ピッチ分だけ離間した発光ダイオード４２だけが選択的に転写されているが、必ずしも間引きされる間隔は２ピッチ分でなくとも良い。このような選択的な転写によっては発光ダイオード４２第一基板４１上に配列されている時よりも離間して第二基板４３上に配列される。
【００３１】
次に、選択的な発光ダイオード４２の第一基板４１から第二基板４３への転写を行ったところで、図３の（ｃ）に示すように、熱可塑性樹脂層４４を更に塑性変形させて各発光ダイオード４２を十分に圧着する。この圧着は、第二基板４３の熱可塑性樹脂層４４の側から、加圧板４６を加圧することで行われる。この時同時に、熱可塑性樹脂層４４を軟化させて尖頭部４２ａを有する発光ダイオード４２との接触面積を拡大させるため、熱可塑性樹脂層４４を加熱する。この加熱温度は熱可塑性樹脂層４４の軟化温度程度となるに設定される。熱可塑性樹脂層４４の加熱は、加圧板４６にパルスヒート制御装置などの加熱手段を配設することで行っても良く、第二基板４３を透過するような赤外線照射などによって行っても良い。加圧板４６の表面には離型部材４７が形成され、軟化した熱可塑性樹脂層４４と加圧板４６が接着するような問題を未然に防止する。この離型部材４７は平坦なテフロンコート層であり、加圧板４６はモリブデンやチタンなどの材料によって構成することができる。
【００３２】
加圧板４６を第二基板４３から離すと、図３の（ｄ）に示すように、テフロンコートされた離型部材４７の表面で各発光ダイオードが熱可塑性樹脂層４４と共に分離される。加圧及び加熱された熱可塑性樹脂層４４と発光ダイオード４２は、平坦な離型部材４７の面を反映してほぼ平坦な面を構成する。前述のように、熱可塑性樹脂層４４の膜厚は尖頭部４２ａの高さ程度であるため、加圧板４６の側には溶融した熱可塑性樹脂層４４が回り込むことはなく、発光ダイオード４２の平坦な裏面４２ｂが現れる。当該転写工程に続く配線工程では、発光ダイオード４２の現れた平坦な裏面４２ｂに対して配線を形成することもでき、裏面４２ｂは加圧及び加熱された熱可塑性樹脂層４４の表面と同一面であることから、その配線層の形成やパターニングは容易なものとなる。加圧板４６は、熱可塑性樹脂層４４が冷却して硬化してから離される。
【００３３】
上述の素子の選択転写方法においては、最密状態で形成された発光ダイオード４２が第二基板４３上に間引きによって離間して転写されることになる。この時、熱可塑性樹脂層４４がその塑性変形によって発光ダイオード４２の尖頭部４２ａに圧接して、確実に保持される。また、レーザーなどの照射によって素子近傍に局所的にエネルギーを与えて比較的に短時間での加熱処理が施され、低コスト化を図ることができると共に保持される位置も正確なため歩留まりの低下も防止できる。また、発光ダイオード４２の第二基板４３への転写には、ＧａＮ系材料がサファイヤとの界面で金属のＧａと窒素に分解することを利用して、比較的簡単に剥離できる。
【００３４】
上述の素子の転写方法においては、素子として発光ダイオードの例について説明したが、本発明の素子の転写方法に使用される素子として、他の発光素子、液晶制御素子、光電変換素子、圧電素子、薄膜トランジスタ素子、薄膜ダイオード素子、抵抗素子、スイッチング素子、微小磁気素子、微小光学素子から選ばれた素子若しくはその部分であっても良い。
【００３５】
［発光素子の選択転写方法、その２］
図３の選択転写方法では、加圧板４６が使用され熱可塑性樹脂層４４の加熱と加圧が行われたが、本例は加圧板を使用せずに第二基板の裏面からレーザーを照射する例である。
【００３６】
先ず、図４の(ａ)に示すように、第一基板５１の主面上には複数の発光ダイオード５２がマトリクス状に形成されている。発光ダイオード５２の大きさは数μｍ乃至約１００μｍ、好ましくは約１０μｍ乃至３０μｍ程度とすることができる。発光ダイオード５２は図２に示したようにピラミッド型の結晶成長層から構成される略六角錐形状の尖頭部５２ａを有している。発光ダイオード５２は窒化物系半導体層であるＧａＮ系の材料からなる。第一基板５１の構成材料としてはサファイヤ基板などのように発光ダイオード５２に照射されるレーザ光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５２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、素子間分離の溝が形成されていて、個々の発光ダイオード５２は分離できる状態にある。この溝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５１を第二基板５３にほとんど当接する程度の距離を空けて対峙させて選択的な転写を行う。
【００３７】
転写に際して、図４の(ａ)に示すように、第二基板５３の第一基板５１に対峙する面には接着剤層である熱可塑性樹脂層５４が予め形成されている。ここで第二基板５３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の光透過性基板を用いることができ、第二基板５３上の熱可塑性樹脂層５４の例としては、例えばポリスルホン(Polysulfone)、アラミド、ポリカーボネート、熱可塑性ポリイミドなどが挙げられ、接着性を高めるために、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどを用いたり若しくは配合したりしても良く、さらには粘着性を付与するためにロジン、変性ロジン、粘着性ポリマー、テルペン、変性テルペン、炭化水素類、および塩素化炭化水素などを調合するようにしても良い。また、熱可塑性樹脂層５４の膜厚は、尖頭部５２ａの高さ程度に設定される。熱可塑性樹脂層５４は第二基板５３に形成されている状態においては全面的に硬化した状態である。ところが、転写に際して、図４の(ａ)に示すように、レーザー光５５が選択転写にかかる素子に対応した熱可塑性樹脂層５４の領域を軟化させるために照射される。すなわち光透過性の第二基板５３をレーザー光５５が透過するように制御され、熱可塑性樹脂層５４はそのレーザー光５５の照射された領域が選択的に軟化する。このレーザー光５５は例えば赤外波長にかかるレーザー光であり、レーザー光５５の照射部分が局所的に加熱される。
【００３８】
このようにレーザー光５５によって熱可塑性樹脂層５４を選択的に照射したところで、図４の（ｂ）に示すように、軟化した熱可塑性樹脂層５４の領域に対応した領域に選択的なエネルギービームの照射を行って、レーザーアブレーションを起こさせて発光ダイオード５２を第一基板５１から剥離する。エネルギービームとしては、エキシマレーザーやＹＡＧレーザーなどのレーザー光５７が使用される。レーザー光５７はそのコヒーレントな特性から、十分に照射径を絞ったサイズにすることができ、所要の走査によって必要な発光ダイオード５７の裏面に選択的に照射させることができる。選択対象位置の発光ダイオード５２をレーザー光５７にて第一基板５１の裏面から照射して発光ダイオード５２を第一基板５１からレーザーアブレーションを利用して剥離する。なお選択対象位置とは、図１のように順次移行していくものであり、所要回数に繰り返しによって全面に展開される。ＧａＮ系の発光ダイオード５２はサファイヤとの界面でレーザーアブレーションを生じさせ金属のＧａと窒素に容易に分解することから、比較的簡単に発光ダイオード５２を剥離できる。なお、この際のレーザー光５７の照射径は選択にかかる発光ダイオード５２の裏面を完全に照射する程度の径である。
【００３９】
第一基板５１から剥離した発光ダイオード５２は、熱可塑性樹脂層５４が既に軟化しているために、その熱可塑性樹脂層５４に先ず尖頭部５２ａが接触し、次いで熱可塑性樹脂層５４が軟化しているままに尖頭部５２ａの全斜面が該熱可塑性樹脂層５４に接着する。最終的には、図４の（ｃ）に示すように、発光ダイオード５２の尖頭部５２ａの頂点部分が第二基板５３に当接するかその少し手前ぐらいのところまで行くように、発光ダイオード５２は熱可塑性樹脂層５４に保持される。レーザー光５５の照射を止めることで、照射されて軟化していた熱可塑性樹脂層５４は硬化し、その結果、発光ダイオード５２は第二基板５３に所定の位置で固着される。
【００４０】
上述の素子の選択転写方法においては、最密状態で形成された発光ダイオード５２が第二基板５３上に間引きによって離間して転写されることになる。この時、熱可塑性樹脂層５４がその塑性変形によって発光ダイオード５２の尖頭部５２ａに圧接して、確実に保持される。また、レーザーなどの照射によって素子近傍に局所的にエネルギーを与えて比較的に短時間での加熱処理が施され、低コスト化を図ることができると共に、発光ダイオード５２の保持される位置も正確なため歩留まりの低下も防止できる。また、ＧａＮ系材料で形成される発光ダイオード５２の第二基板５３への転写には、ＧａＮ系材料がサファイヤとの界面で金属のＧａと窒素に分解するレーザーアブレーションを利用して、比較的簡単に剥離できる。
【００４１】
［発光素子の選択転写方法、その３］
本例は図４に示した発光素子の選択転写方法の変形例であり、図５に示すように、第二基板と透過して照射されるレーザー光のスポットが小さくされ、発光ダイオードのｎ電極側を熱可塑性樹脂の外側に保持できる例である。
【００４２】
先ず、図５の(ａ)に示すように、第一基板６１の主面上には複数の発光ダイオード６２がマトリクス状に形成されている。前述の発光素子の選択転写方法と同様に、発光ダイオード６２の大きさは数μｍ乃至約１００μｍ、好ましくは約１０μｍ乃至３０μｍ程度とすることができる。発光ダイオード６２は図２に示したようにピラミッド型の結晶成長層から構成される略六角錐形状の尖頭部６２ａを有している。発光ダイオード６２は窒化物系半導体層であるＧａＮ系の材料からなる。第一基板６１の構成材料としてはサファイヤ基板などのように発光ダイオード６２に照射されるレーザ光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６２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、素子間分離の溝が形成されていて、個々の発光ダイオード６２は分離できる状態にある。この溝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６１を第二基板６３にほとんど当接する程度の距離を空けて対峙させて選択的な転写を行う。
【００４３】
転写に際して、図５の(ａ)に示すように、第二基板６３の第一基板６１に対峙する面には接着剤層である熱可塑性樹脂層６４が予め形成されている。ここで第二基板６３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の光透過性基板を用いることができ、第二基板６３上の熱可塑性樹脂層６４の例としては、例えばポリスルホン(Polysulfone)、アラミド、ポリカーボネート、熱可塑性ポリイミドなどが挙げられ、接着性を高めるために、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどを用いたり若しくは配合したりしても良く、さらには粘着性を付与するためにロジン、変性ロジン、粘着性ポリマー、テルペン、変性テルペン、炭化水素類、および塩素化炭化水素などを調合するようにしても良い。熱可塑性樹脂層６４は第二基板６３に形成されている状態においては全面的に硬化した状態であるが、転写に際して、図５の(ａ)に示すように、レーザー光６５が選択転写にかかる素子に対応した熱可塑性樹脂層６４の領域を軟化させるために照射される。すなわち光透過性の第二基板６３をレーザー光６５が透過するように制御され、熱可塑性樹脂層６４はそのレーザー光６５の照射された領域が選択的に軟化する。このレーザー光６５は例えば赤外波長にかかるレーザー光であり、レーザー光６５の照射部分が局所的に加熱される。特に、本例においては、このレーザー光６５の照射されるスポット径が、発光ダイオード６２の略六角錐形状の尖頭部６２ａの基端部よりも小さいサイズとされる。このため熱可塑性樹脂層６４の軟化した領域６４ｙは尖頭部６２ａの基端部よりも小さい径となり、その周囲は硬化したままに維持される。
【００４４】
このようにレーザー光６５によって熱可塑性樹脂層６４を選択的に且つそのビーム径も小さく照射したところで、図５の（ｂ）に示すように、軟化した熱可塑性樹脂層６４の領域６４ｙに対応した領域に選択的なエネルギービームの照射を行って、レーザーアブレーションを起こさせて発光ダイオード６２を第一基板６１から剥離する。このレーザーアブレーションは前述の図３や図４に示した工程と同様である。すなわちＧａＮ系の発光ダイオード６２はサファイヤとの界面でレーザーアブレーションを生じさせ金属のＧａと窒素に容易に分解することから、比較的簡単に発光ダイオード６２を剥離できる。なお、この際のレーザー光６７の照射径は選択にかかる発光ダイオード６２の裏面を完全に照射する程度の径である。
【００４５】
第一基板６１から剥離した発光ダイオード６２は、熱可塑性樹脂層６４が既に軟化しているために、その熱可塑性樹脂層６４に先ず尖頭部６２ａが接触し、次いで熱可塑性樹脂層６４が軟化しているままに尖頭部６２ａの斜面が該熱可塑性樹脂層６４に接着していく。ここで本例においては、熱可塑性樹脂層６４の軟化した領域６４ｙは尖頭部６２ａの基端部よりも小さい径であることから、尖頭部６２ａの斜面の途中が熱可塑性樹脂層６４の小径の領域６４ｙの周囲の硬化した部分で止まり、従って図５の（ｃ）に示すように、発光ダイオード６２の下地成長層の部分は熱可塑性樹脂層６４の外に置かれて、発光ダイオード６２は熱可塑性樹脂層６４に保持されることになる。このように発光ダイオード６２の裏面６２ｂが熱可塑性樹脂層６４に埋没せずに確実に保持されるため、後の工程におけるｎ電極への配線は技術的に容易な工程となる。
【００４６】
上述の素子の選択転写方法においては、最密状態で形成された発光ダイオード６２が第二基板６３上に間引きによって離間して転写されることになる。この時、熱可塑性樹脂層６４がその塑性変形によって発光ダイオード６２の尖頭部６２ａに圧接して、確実に保持される。また、レーザーなどの照射によって素子近傍に局所的にエネルギーを与えて比較的に短時間での加熱処理が施され、低コスト化を図ることができると共に、発光ダイオード６２の保持される位置も正確なため歩留まりの低下も防止できる。また、ＧａＮ系材料で形成される発光ダイオード６２の第二基板６３への転写には、ＧａＮ系材料がサファイヤとの界面で金属のＧａと窒素に分解するレーザーアブレーションを利用して、比較的簡単に剥離できる。さらに、レーザー光６５の照射径を小さくすることで、発光ダイオード６２の裏面６２ｂが熱可塑性樹脂層６４に埋没せずに確実に保持されるため、配線等を容易に進めることができる。
【００４７】
[画像表示装置の製造方法]
上述のような素子の選択転写を繰り返すことで、画像表示装置の画面全体に亘って素子を精密に配置させることが可能となる。すなわち、上述のような素子の選択転写を繰り返すことで、マトリクス状に配列される各画素を発光波長の異なる発光素子を隣接させた構成にすることができ、高解像度でしかも拡大選択転写を利用してコストの削減が可能な画像表示装置を製造できる。
【００４８】
図６は最終的な画像表示装置に近い構造を示す工程図となっていて、配線層の形成を行ったところの装置断面である。ＲＧＢの３色の発光ダイオード７９、８１、８２は前述の第二基板４３、５３，６３からさらにもう一段離間して転写されており、第三基板８０上に配列されて絶縁層７４を塗布した後、配線を施したところを示している。赤色発光ダイオード８１は六角錐のＧａＮ層を有しない構造とされ、他の青色発光ダイオード７９、緑色発光ダイオード８２とその形状が異なっている。絶縁層７４に開口部８５、８６、８７、８８、８９、９０を形成し、発光ダイオード７９、８１、８２のアノード、カソードの電極パッドと第三基板８０の配線用の電極層７７を接続する配線８３、８４、９１を形成した構造となっている。
【００４９】
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７９、８１、８２の電極パッド７６、７５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。このときのビアホールは約６０μｍ角の電極パッド７６、７５に対し、約φ２０μｍのものを形成できる。電極層７７の下部には黒クロム層７８が形成されシャドウマスクとしても機能する。また、ビアホール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レーザのパルス数で制御し、最適な深さを開口する。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して画像表示装置が完成する。
【００５０】
［薄膜トランジスタ素子の選択転写方法、その１］
次に、図７の(ａ)乃至（ｄ）を参照しながら、薄膜トランジスタ素子の選択転写方法について説明する。薄膜トランジスタ素子は選択転写によって基板上に配列させることで液晶表示装置として用いることが可能である。
【００５１】
先ず、図７の(ａ)に示すように、第一基板１０１の主面上には複数の薄膜トランジスタ素子１０２がマトリクス状に形成されている。薄膜トランジスタ素子１０２はＳＯＩ構造を有し、多結晶シリコン若しくは再結晶化されたシリコンからなる薄膜シリコン層にチャネル領域が形成される電界効果型トランジスタである。第一基板１０１の構成材料としてはガラス基板などのように薄膜トランジスタ素子１０２に照射されるレーザ光の波長の透過率の高い材料が用いられる。薄膜トランジスタ素子１０２には最終的な配線は未だなされておらず、素子間分離の溝が形成されていて、個々の薄膜トランジスタ素子１０２は分離できる状態にある。この溝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１０１を第二基板１０３にほとんど当接する程度の距離を空けて対峙させて選択的な転写を行う。なお、各薄膜トランジスタ素子１０２の第一基板１０１の主面側には、レーザー照射によってアブレーションを生ずる非晶質シリコン膜や窒化膜などの剥離膜が形成される。
【００５２】
転写に際して、図７の(ａ)に示すように、第二基板１０３の第一基板１０１に対峙する面には接着剤層である熱可塑性樹脂層１０４が予め形成されている。ここで第二基板１０３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、第二基板１０３上の熱可塑性樹脂層１０４の例としては、例えばポリスルホン(Polysulfone)、アラミド、ポリカーボネート、熱可塑性ポリイミドなどが挙げられ、接着性を高めるために、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどを用いたり若しくは配合したりしても良く、さらには粘着性を付与するためにロジン、変性ロジン、粘着性ポリマー、テルペン、変性テルペン、炭化水素類、および塩素化炭化水素などを調合するようにしても良い。また、熱可塑性樹脂層１０４は未硬化であっても良く逆に硬化していても良いが、薄膜トランジスタ素子１０２の表面部が接した際に、その表面部を塑性変形によって保持する程度の硬さを有していることが好ましい。
【００５３】
続いて、選択的なエネルギービームの照射を行って、前述の剥離膜にレーザーアブレーションを起こさせて薄膜トランジスタ素子１０２を第一基板１０１から剥離する。このときのエネルギービームとしては、エキシマレーザーやＹＡＧレーザーなどのレーザー光１０５が使用される。レーザー光１０５はそのコヒーレントな特性から、十分に照射径を絞ったサイズにすることができ、所要の走査によって必要な薄膜トランジスタ素子１０２の裏面に選択的に照射させることができる。選択対象位置の薄膜トランジスタ素子１０２をレーザー光１０５にて第一基板１０１の裏面から照射して薄膜トランジスタ素子１０２を第一基板１０１からレーザーアブレーションを利用して剥離する。なお選択対象位置とは、図１のように順次移行していくものであり、所要回数に繰り返しによって全面に展開される。本例では、薄膜トランジスタ素子１０２は第１基板１０１との界面の剥離膜によってレーザーアブレーションが発生し、比較的簡単に剥離できる。なお、この際のレーザー光１０５の照射径は選択にかかる薄膜トランジスタ素子１０２の裏面を完全に照射する程度の径である。
【００５４】
このレーザーアブレーションを利用した剥離によって、選択照射にかかる薄膜トランジスタ素子１０２はその裏面と第一基板１０１の界面で分離し、図７の（ｂ）に示すように反対側の熱可塑性樹脂層１０４の表面に薄膜トランジスタ素子１０２の表面部が一部埋没するようにして転写される。選択的なレーザー照射がなされなかった薄膜トランジスタ素子１０２は、そのまま第一基板１０１上に残り、以降の選択転写時に転写される。なお、図７の（ｂ）では２ピッチ分だけ離間した薄膜トランジスタ素子１０２だけが選択的に転写されているが、必ずしも間引きされる間隔は２ピッチ分でなくとも良い。このような選択的な転写によっては薄膜トランジスタ素子１０２第一基板１０１上に配列されている時よりも離間して第二基板１０３上に配列される。
【００５５】
次に、選択的な薄膜トランジスタ素子１０２の第一基板１０１から第二基板１０３への転写を行ったところで、図７の（ｃ）に示すように、熱可塑性樹脂層１０４を更に塑性変形させて各薄膜トランジスタ素子１０２を十分に圧着する。この圧着は、第二基板１０３の熱可塑性樹脂層１０４の側から、加圧板１０６を加圧することで行われる。この時同時に、熱可塑性樹脂層１０４を軟化させて薄膜トランジスタ素子１０２との接触面積を拡大させるため、熱可塑性樹脂層１０４を加熱する。この加熱温度は熱可塑性樹脂層１０４の軟化温度程度となるに設定される。熱可塑性樹脂層１０４の加熱は、加圧板１０６にパルスヒート制御装置などの加熱手段を配設することで行っても良く、第二基板１０３を透過するような赤外線照射などによって行っても良い。加圧板１０６の表面には離型部材１０７が形成され、軟化した熱可塑性樹脂層１０４と加圧板１０６が接着するような問題を未然に防止する。この離型部材１０７は平坦なテフロンコート層であり、加圧板１０６はモリブデンやチタンなどの材料によって構成することができる。
【００５６】
加圧板１０６を第二基板１０３から離すと、図７の（ｄ）に示すように、テフロンコートされた離型部材１０７の表面で各薄膜トランジスタ素子が熱可塑性樹脂層１０４と共に分離される。加圧及び加熱された熱可塑性樹脂層１０４と薄膜トランジスタ素子１０２は、平坦な離型部材１０７の面を反映してほぼ平坦な面を構成する。前述のように、熱可塑性樹脂層１０４の膜厚は素子の高さ程度であるため、加圧板１０６の側には溶融した熱可塑性樹脂層１０４が回り込むことはなく、薄膜トランジスタ素子１０２の平坦な裏面１０２ｂが現れる。当該転写工程に続く配線工程では、薄膜トランジスタ素子１０２の現れた平坦な裏面１０２ｂに対して配線を形成することもでき、裏面１０２ｂは加圧及び加熱された熱可塑性樹脂層１０４の表面と同一面であることから、その配線層の形成やパターニングは容易なものとなる。加圧板１０６は、熱可塑性樹脂層１０４が冷却して硬化してから離される。
【００５７】
上述の素子の選択転写方法においては、最密状態で形成された薄膜トランジスタ素子１０２が第二基板１０３上に間引きによって離間して転写されることになる。この時、熱可塑性樹脂層１０４がその塑性変形によって薄膜トランジスタ素子１０２の表面部に圧接して、確実に保持される。また、レーザーなどの照射によって素子近傍に局所的にエネルギーを与えて比較的に短時間での加熱処理が施され、低コスト化を図ることができると共に保持される位置も正確なため歩留まりの低下も防止できる。また、薄膜トランジスタ素子１０２の第二基板１０３への転写には、レーザーアブレーションを利用して、比較的簡単に剥離できる。
【００５８】
上述の素子の転写方法においては、素子として薄膜トランジスタ素子の例について説明したが、本発明の素子の転写方法に使用される素子として、他の液晶制御用素子、発光素子、光電変換素子、圧電素子、薄膜トランジスタ素子、薄膜ダイオード素子、抵抗素子、スイッチング素子、微小磁気素子、微小光学素子から選ばれた素子若しくはその部分であっても良い。
【００５９】
［薄膜トランジスタ素子の選択転写方法、その２］
図７の選択転写方法では、加圧板１０６が使用され熱可塑性樹脂層１０４の加熱と加圧が行われたが、本例は加圧板を使用せずに第二基板の裏面からレーザーを照射する例である。
【００６０】
先ず、図８の(ａ)に示すように、第一基板１１１の主面上には複数の薄膜トランジスタ素子１１２がマトリクス状に形成されている。薄膜トランジスタ素子１１２はＳＯＩ構造を有し、多結晶シリコン若しくは再結晶化されたシリコンからなる薄膜シリコン層にチャネル領域が形成される電界効果型トランジスタである。第一基板１１１の構成材料としてはガラス基板などのように薄膜トランジスタ素子１１２に照射されるレーザ光の波長の透過率の高い材料が用いられる。薄膜トランジスタ素子１１２には最終的な配線は未だなされておらず、素子間分離の溝が形成されていて、個々の薄膜トランジスタ素子１１２は分離できる状態にある。この溝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１１１を第二基板１１３にほとんど当接する程度の距離を空けて対峙させて選択的な転写を行う。なお、各薄膜トランジスタ素子１１２の第一基板１１１の主面側には、レーザー照射によってアブレーションを生ずる非晶質シリコン膜や窒化膜などの剥離膜が形成される。
【００６１】
転写に際して、図８の(ａ)に示すように、第二基板１１３の第一基板１１１に対峙する面には接着剤層である熱可塑性樹脂層１１４が予め形成されている。ここで第二基板１１３の例としては、前述に第二基板１０３と同様の材料により構成できる。熱可塑性樹脂層１１４は第二基板１１３に形成されている状態においては全面的に硬化した状態である。ところが、転写に際して、図８の(ａ)に示すように、レーザー光１１５が選択転写にかかる素子に対応した熱可塑性樹脂層１１４の領域を軟化させるために照射される。すなわち光透過性の第二基板１１３をレーザー光１１５が透過するように制御され、熱可塑性樹脂層１１４はそのレーザー光１１５の照射された領域が選択的に軟化する。このレーザー光１１５は例えば赤外波長にかかるレーザー光であり、レーザー光１１５の照射部分が局所的に加熱される。
【００６２】
このようにレーザー光１１５によって熱可塑性樹脂層１１４を選択的に照射したところで、図８の（ｂ）に示すように、軟化した熱可塑性樹脂層１１４の領域に対応した領域に選択的なエネルギービームの照射を行って、レーザーアブレーションを起こさせて薄膜トランジスタ素子１１２を第一基板１１１から剥離する。エネルギービームとしては、エキシマレーザーやＹＡＧレーザーなどのレーザー光１１７が使用される。レーザー光１１７はそのコヒーレントな特性から、十分に照射径を絞ったサイズにすることができ、所要の走査によって必要な薄膜トランジスタ素子１１７の裏面に選択的に照射させることができる。選択対象位置の薄膜トランジスタ素子１１２をレーザー光１１７にて第一基板１１１の裏面から照射して薄膜トランジスタ素子１１２を第一基板１１１からレーザーアブレーションを利用して剥離する。なお選択対象位置とは、図１のように順次移行していくものであり、所要回数に繰り返しによって全面に展開される。薄膜トランジスタ素子１１２は界面でレーザーアブレーションを生じ、比較的簡単に薄膜トランジスタ素子１１２を剥離できる。なお、この際のレーザー光１１７の照射径は選択にかかる薄膜トランジスタ素子１１２の裏面を完全に照射する程度の径である。
【００６３】
第一基板１１１から剥離した薄膜トランジスタ素子１１２は、熱可塑性樹脂層１１４が既に軟化しているために、その熱可塑性樹脂層１１４に先ず表面部が接触し、次いで熱可塑性樹脂層１１４が軟化しているままに側面部が該熱可塑性樹脂層１１４に接着する。最終的には、図８の（ｃ）に示すように、薄膜トランジスタ素子１１２が第二基板１１３に当接するかその少し手前ぐらいのところまで行くように、薄膜トランジスタ素子１１２は熱可塑性樹脂層１１４に保持される。レーザー光１１５の照射を止めることで、照射されて軟化していた熱可塑性樹脂層１１４は硬化し、その結果、薄膜トランジスタ素子１１２は第二基板１１３に所定の位置で固着される。
【００６４】
上述の素子の選択転写方法においては、最密状態で形成された薄膜トランジスタ素子１１２が第二基板１１３上に間引きによって離間して転写されることになる。この時、熱可塑性樹脂層１１４がその塑性変形によって薄膜トランジスタ素子１１２の表面に圧接して、確実に保持される。また、レーザーなどの照射によって素子近傍に局所的にエネルギーを与えて比較的に短時間での加熱処理が施され、低コスト化を図ることができると共に、薄膜トランジスタ素子１１２の保持される位置も正確なため歩留まりの低下も防止できる。また、薄膜トランジスタ素子１１２の第二基板１１３への転写には、レーザーアブレーションを利用して比較的簡単に剥離できる。
【００６５】
［薄膜トランジスタ素子の選択転写方法、その３］
本例は図８に示した薄膜トランジスタ素子の選択転写方法の変形例であり、図９に示すように、第二基板と透過して照射されるレーザー光のスポットが小さくされ、樹脂層の弾性によって薄膜トランジスタ素子が把持される例である。
【００６６】
先ず、図９の(ａ)に示すように、第一基板１２１の主面上には複数の薄膜トランジスタ素子１２２がマトリクス状に形成されている。薄膜トランジスタ素子１２２はＳＯＩ構造を有し、多結晶シリコン若しくは再結晶化されたシリコンからなる薄膜シリコン層にチャネル領域が形成される電界効果型トランジスタである。第一基板１２１の構成材料としてはガラス基板などのように薄膜トランジスタ素子１２２に照射されるレーザ光の波長の透過率の高い材料が用いられる。薄膜トランジスタ素子１２２には最終的な配線は未だなされておらず、素子間分離の溝が形成されていて、個々の薄膜トランジスタ素子１２２は分離できる状態にある。この溝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１２１を第二基板１２３にほとんど当接する程度の距離を空けて対峙させて選択的な転写を行う。なお、各薄膜トランジスタ素子１２２の第一基板１２１の主面側には、レーザー照射によってアブレーションを生ずる非晶質シリコン膜や窒化膜などの剥離膜が形成される。
【００６７】
転写に際して、図９の(ａ)に示すように、第二基板１２３の第一基板１２１に対峙する面には接着剤層である熱可塑性樹脂層１２４が予め形成されている。ここで第二基板１２３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の光透過性基板を用いることができ、第二基板１２３上の熱可塑性樹脂層１２４の例としては、例えばポリスルホン(Polysulfone)、アラミド、ポリカーボネート、熱可塑性ポリイミドなどが挙げられ、接着性を高めるために、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどを用いたり若しくは配合したりしても良く、さらには粘着性を付与するためにロジン、変性ロジン、粘着性ポリマー、テルペン、変性テルペン、炭化水素類、および塩素化炭化水素などを調合するようにしても良い。熱可塑性樹脂層１２４は第二基板１２３に形成されている状態においては全面的に硬化した状態であるが、転写に際して、図９の(ａ)に示すように、レーザー光１２５が選択転写にかかる素子に対応した熱可塑性樹脂層１２４の領域を軟化させるために照射される。すなわち光透過性の第二基板１２３をレーザー光１２５が透過するように制御され、熱可塑性樹脂層１２４はそのレーザー光１２５の照射された領域が選択的に軟化する。このレーザー光１２５は例えば赤外波長にかかるレーザー光であり、レーザー光１２５の照射部分が局所的に加熱される。特に、本例においては、このレーザー光１２５の照射されるスポット径が、薄膜トランジスタ素子１２２の素子サイズよりも小さいサイズとされる。このため熱可塑性樹脂層１２４の軟化した領域１２４ｙは薄膜トランジスタ素子１２２の素子サイズよりも小さい径となり、その周囲は硬化したままに維持される。
【００６８】
このようにレーザー光１２５によって熱可塑性樹脂層１２４を選択的に且つそのビーム径も小さく照射したところで、図９の（ｂ）に示すように、軟化した熱可塑性樹脂層１２４の領域１２４ｙに対応した領域に選択的なエネルギービームの照射を行って、レーザーアブレーションを起こさせて薄膜トランジスタ素子１２２を第一基板１２１から剥離する。このレーザーアブレーションは前述の図７や図８に示した工程と同様である。すなわち薄膜トランジスタ素子１２２は第一基板１２１との界面でレーザーアブレーションを生じさせ比較的簡単に薄膜トランジスタ素子１２２を剥離できる。なお、この際のレーザー光１２７の照射径は選択にかかる薄膜トランジスタ素子１２２の裏面を完全に照射する程度の径である。
【００６９】
第一基板１２１から剥離した薄膜トランジスタ素子１２２は、熱可塑性樹脂層１２４が既に軟化しているために、その熱可塑性樹脂層１２４に先ず表面部が接触し、次いで熱可塑性樹脂層１２４が軟化しているままに該熱可塑性樹脂層１２４に接着していく。ここで本例においては、熱可塑性樹脂層１２４の軟化した領域１２４ｙは薄膜トランジスタ素子１２２の素子サイズよりも小さい径であることから、薄膜トランジスタ素子１２２の側面が熱可塑性樹脂層１２４の小径の領域１２４ｙの周囲の硬化した部分で止まり、従って図９の（ｃ）に示すように、薄膜トランジスタ素子１２２の絶縁領域部分は熱可塑性樹脂層１２４の外に置かれて、薄膜トランジスタ素子１２２自体は熱可塑性樹脂層１２４に保持されることになる。このように薄膜トランジスタ素子１２２の裏面１２２ｂが熱可塑性樹脂層１２４に埋没せずに確実に保持されるため、後の工程における配線は技術的に容易な工程となる。
【００７０】
上述の薄膜トランジスタ素子の選択転写方法においては、最密状態で形成された薄膜トランジスタ素子１２２が第二基板１２３上に間引きによって離間して転写されることになる。この時、熱可塑性樹脂層１２４がその塑性変形によって薄膜トランジスタ素子１２２の表面部に圧接して、確実に保持される。また、レーザーなどの照射によって素子近傍に局所的にエネルギーを与えて比較的に短時間での加熱処理が施され、低コスト化を図ることができると共に、薄膜トランジスタ素子１２２の保持される位置も正確なため歩留まりの低下も防止できる。また、薄膜トランジスタ素子１２２の第二基板１２３への転写には、レーザーアブレーションを利用して比較的簡単に剥離できる。さらに、レーザー光１２５の照射径を小さくすることで、薄膜トランジスタ素子１２２の裏面１２２ｂが熱可塑性樹脂層１２４に埋没せずに確実に保持されるため、配線等を容易に進めることができる。
【００７１】
［液晶表示装置の製造方法の例］
上述のような素子の選択転写を繰り返すことで、液晶表示装置の画面全体に亘って素子を精密に配置させることが可能となる。すなわち、上述のような薄膜トランジスタ素子の選択転写を繰り返すことで、マトリクス状に配列される各画素を各画素ごとに薄膜トランジスタ素子が配された構成にすることができ、高解像度でしかも拡大選択転写を利用してコストの削減が可能な液晶表示装置を製造できる。
【００７２】
図１０は最終的な液晶表示装置に近い構造を示す工程図となっていて、配線層の形成を行ったところの装置断面である。各薄膜トランジスタ素子１３２を画素ピッチに合わせて第二基板１３８上に転写した後、図１０に示すように、層間絶縁膜１４０が各薄膜トランジスタ素子１３２上に形成され、その層間絶縁膜１４０に所要の窓部や配線部を形成した後、透明なＩＴＯなどによって構成される画素電極１４１が各画素ごとに形成され、その上に配向膜１４２が形成される。これと平行して、透明対向基板１４６上にＩＴＯ膜などによる共通電極１４５が形成され、その上に配向膜１４４が形成される。最後に、所要の空隙を持って第二基板１３８上と透明対向基板１４６上を対向させ、第二基板１３８上と透明対向基板１４６の間に液晶１４３を注入して液晶表示装置を完成する。これにより、当初高密度に製造された薄膜トランジスタ素子が最終的な基板上では離間して配置される拡大選択転写を利用し、大幅なコストの削減が可能な液晶表示装置を製造できる。なお、本実施例においては、液晶表示装置において転写される素子を薄膜トランジスタ素子としているが、転写される素子や素子の部分は駆動用のトランジスタ素子や、電極の一部、画素電極などの他の素子や素子の部分であっても良い。
【００７３】
【発明の効果】
上述の本発明の素子の選択転写方法及び画像表示装置の製造方法によれば、最密状態で形成された素子が第二基板上に離間して転写されることになり、最終製品としての画像表示装置の製造コストを下げることが可能となり、熱可塑性樹脂層がその塑性変形によって発光ダイオードの尖頭部等に圧接して、素子を確実に保持することができる。従って、選択転写に際して素子が保持される位置が正確に保持されるため、歩留まりを向上させることができる。
【００７４】
また、レーザーなどの照射によって素子近傍に局所的にエネルギーを与えて比較的に短時間での加熱処理が施され、低コスト化を図ることができる。また、ＧａＮ系材料で形成される発光ダイオードの第二基板への転写には、ＧａＮ系材料がサファイヤとの界面で金属のＧａと窒素に分解するレーザーアブレーションを利用して、比較的簡単な剥離が実現され、更なる画像表示装置の製造コスト削減に寄与できる。更にレーザービームの照射径を調整することで、ｎ電極側を熱可塑性樹脂層に埋没させないように制御することもできる。
【００７５】
上述の本発明の素子の選択転写方法及び画像表示装置の製造方法によれば、最密状態で形成された素子として、液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ素子が第二基板上に離間して転写されることになり、最終製品としての画像表示装置の製造コストを下げることが可能となる。また、選択転写に際して薄膜トランジスタ素子が保持される位置が正確に保持されるため、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の間引き転写による素子の選択転写方法を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態の素子の選択転写方法に用いられる発光素子の例を示す図であって、（ａ）断面図と（ｂ）平面図である。
【図３】本発明の実施形態の発光素子の選択転写方法（その１）を示す工程断面図であって、(ａ)はレーザー光の照射工程、（ｂ）は熱可塑性樹脂層による発光ダイオードの保持工程、（ｃ）は加圧板による加圧加熱工程、（ｄ）は加圧板の分離工程をそれぞれ示す。
【図４】本発明の実施形態の発光素子の選択転写方法（その２）を示す工程断面図であって、(ａ)は熱可塑性樹脂層の軟化工程、（ｂ）はレーザー光の照射による発光ダイオードの剥離工程、（ｃ）は熱可塑性樹脂層による発光ダイオードの保持工程をそれぞれ示す。
【図５】本発明の実施形態の発光素子の選択転写方法（その３）を示す工程断面図であって、(ａ)は径小のレーザー光による熱可塑性樹脂層の軟化工程、（ｂ）はレーザー光の照射による発光ダイオードの剥離工程、（ｃ）は熱可塑性樹脂層による発光ダイオードの保持工程をそれぞれ示す。
【図６】本発明の実施形態の画像表示装置の製造方法における配線形成工程を示す工程断面図である。
【図７】本発明の実施形態の薄膜トランジスタ素子の選択転写方法（その１）を示す工程断面図であって、(ａ)はレーザー光の照射工程、（ｂ）は熱可塑性樹脂層による薄膜トランジスタ素子の保持工程、（ｃ）は加圧板による加圧加熱工程、（ｄ）は加圧板の分離工程をそれぞれ示す。
【図８】本発明の実施形態の薄膜トランジスタ素子の選択転写方法（その２）を示す工程断面図であって、(ａ)は熱可塑性樹脂層の軟化工程、（ｂ）はレーザー光の照射による薄膜トランジスタ素子の剥離工程、（ｃ）は熱可塑性樹脂層による薄膜トランジスタ素子の保持工程をそれぞれ示す。
【図９】本発明の実施形態の薄膜トランジスタ素子の選択転写方法（その３）を示す工程断面図であって、(ａ)は径小のレーザー光による熱可塑性樹脂層の軟化工程、（ｂ）はレーザー光の照射による薄膜トランジスタ素子の剥離工程、（ｃ）は熱可塑性樹脂層による薄膜トランジスタ素子の保持工程をそれぞれ示す。
【図１０】本発明の実施形態の液晶表示装置の製造方法における組み立て工程を示す工程断面図である。
【符号の説明】
１０、４１、５１、６１、１０１、１１１，１２１第一基板
１１、４３、５３、６３１０３、１１３、１２３第二基板
１２素子
４２、５２、６２、７９、８１、８２発光ダイオード
１０２、１１２、１２２薄膜トランジスタ素子
４４、５４、６４、１０４，１１４，１２４熱可塑性樹脂層

Claims

第一基板上の複数の素子から一部の素子を選択的に第二基板上に転写する素子の選択転写方法において、
光透過性の基板である前記第一基板上に複数の素子を形成する工程と、
熱可塑性樹脂層を前記第二基板の表面に形成する工程と、
前記素子の前記第一基板側の界面もしくは前記素子と前記第一基板との間に形成された剥離層における、前記第一基板を透過したエネルギービームの照射によるアブレーションを利用することによって、前記複数の素子の内の一部の素子を選択的に前記第一基板から剥離する工程と、
前記剥離された素子が前記熱可塑性樹脂層に入り込むようにして、前記熱可塑性樹脂層に前記剥離された素子を選択的に保持させることで前記第二基板に前記素子を選択的に転写する工程とを有する
素子の選択転写方法。
前記熱可塑性樹脂層は、ポリスルホン、アラミド、ポリカーボネート、熱可塑性ポリイミドのいずれかより形成される請求項１記載の素子の選択転写方法。
前記一部の素子を選択的に前記第一基板から剥離する工程の前に、前記一部の素子に対応する領域の前記熱可塑性樹脂層はエネルギービームの照射によって加熱される請求項１記載の素子の選択転写方法。
前記エネルギービームはレーザービームである請求項３記載の素子の選択転写方法。
前記エネルギービームの照射範囲は転写される素子の径よりも小さい範囲である請求項３記載の素子の選択転写方法。
前記第二基板は光透過性の基板であり、前記熱可塑性樹脂層は前記第二基板を透過したエネルギービームの照射によって加熱される請求項３記載の素子の選択転写方法。
前記熱可塑性樹脂層に前記素子を選択的に保持させた後、前記素子の裏面側から加圧板によって各素子を前記第二基板に対して押圧する請求項１記載の素子の選択転写方法。
前記加圧板の表面には離型部材が形成されている請求項７記載の素子の選択転写方法。
前記素子は発光素子、液晶制御素子、光電変換素子、圧電素子、薄膜トランジスタ素子、薄膜ダイオード素子、抵抗素子、スイッチング素子、微小磁気素子、微小光学素子から選ばれた素子若しくはその部分である請求項１記載の素子の選択転写方法。
前記素子は尖頭部を有する半導体発光素子であり、前記尖頭部から前記熱可塑性樹脂層に圧着される請求項１記載の素子の選択転写方法。
前記素子は尖頭部を有する半導体発光素子であり、前記半導体発光素子の前記尖頭部が形成された側の裏面は略平坦面とされる請求項１記載の素子の選択転写方法。
前記素子は窒化物半導体系素子である請求項１記載の素子の選択転写方法。
第一基板上の複数の素子から一部の素子を選択的に第二基板上に転写する素子の選択転写方法において、
光透過性の基板である第一基板上にそれぞれ尖頭部を有する複数の素子を形成する工程と、
熱可塑性樹脂層を第二基板の表面に形成する工程と、
前記素子の前記第一基板側の界面もしくは前記素子と前記第一基板との間に形成された剥離層における、前記第一基板を透過したエネルギービームの照射によるアブレーションを利用することによって、前記複数の素子の内の一部の素子を選択的に前記第一基板から剥離する工程と、
前記剥離された素子の前記尖頭部が前記熱可塑性樹脂層に入り込むようにして、前記熱可塑性樹脂層に前記剥離された素子をそれぞれ尖頭部側から選択的に保持させることで前記第二基板に前記素子を選択的に転写する工程とを有する
素子の選択転写方法。
前記熱可塑性樹脂層は、ポリスルホン、アラミド、ポリカーボネート、熱可塑性ポリイミドのいずれかより形成される請求項１３記載の素子の選択転写方法。
前記一部の素子を選択的に前記第一基板から剥離する工程の前に、前記一部の素子に対応する領域の前記熱可塑性樹脂層はエネルギービームの照射によって加熱される請求項１３記載の素子の選択転写方法。
前記エネルギービームはレーザービームである請求項１５記載の素子の選択転写方法。
前記エネルギービームの照射範囲は転写される素子の径よりも小さい範囲である請求項１５記載の素子の選択転写方法。
前記第二基板は光透過性の基板であり、前記熱可塑性樹脂層は前記第二基板を透過したエネルギービームの照射によって加熱される請求項１５記載の素子の選択転写方法。
前記熱可塑性樹脂層に前記素子を選択的に保持させた後、前記素子の裏面側から加圧板によって各素子を前記第二基板に対して押圧する請求項１３記載の素子の選択転写方法。
前記加圧板の表面には離型部材が形成されている請求項１９記載の素子の選択転写方法。
前記素子は半導体発光素子である請求項１３記載の素子の選択転写方法。
前記素子は半導体発光素子であり、前記半導体発光素子の前記尖頭部が形成された側の裏面は略平坦面とされる請求項１３記載の素子の選択転写方法。
前記素子は窒化物半導体系素子である請求項１３記載の素子の選択転写方法。
第一基板上の複数の発光素子から一部の発光素子を選択的に第二基板上に転写して画像表示装置を製造する画像表示装置の製造方法において、
光透過性の基板である前記第一基板上に複数の発光素子を形成する工程と、
熱可塑性樹脂層を前記第二基板の表面に形成する工程と、
前記発光素子の前記第一基板側の界面における、前記第一基板を透過したエネルギービームの照射によるアブレーションを利用することによって、前記複数の発光素子の内の一部の発光素子を選択的に前記第一基板から剥離する工程と、
前記剥離された発光素子が前記熱可塑性樹脂層に入り込むようにして、前記熱可塑性樹脂層に前記剥離された発光素子を選択的に保持させることで前記第二基板に前記発光素子を選択的に転写する工程とを繰り返し、
マトリクス状に配列される各画素を発光波長の異なる発光素子を隣接させて構成する
画像表示装置の製造方法。
第一基板上の複数の薄膜トランジスタ素子から一部の薄膜トランジスタ素子を選択的に第二基板上に転写して液晶表示装置を製造する液晶表示装置の製造方法において、
光透過性の基板である前記第一基板上に複数の薄膜トランジスタ素子を形成する工程と、
熱可塑性樹脂層を前記第二基板の表面に形成する工程と、
前記薄膜トランジスタ素子と前記第一基板との間に形成された剥離層における、前記第一基板を透過したエネルギービームの照射によるアブレーションを利用することによって、前記複数の薄膜トランジスタ素子の内の一部の薄膜トランジスタ素子を選択的に前記第一基板から剥離する工程と、
前記剥離された薄膜トランジスタ素子が前記熱可塑性樹脂層に入り込むようにして、前記熱可塑性樹脂層に前記剥離された薄膜トランジスタ素子を選択的に保持させることで前記第二基板に前記薄膜トランジスタ素子を選択的に転写する工程とを繰り返し、
マトリクス状に配列される各画素を制御する薄膜トランジスタ素子を各画素ごとに形成する
液晶表示装置の製造方法。