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JP2019102664A - Led表示パネルの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】隣接するLED間の混色を防止する。【解決手段】複数のLED4をマトリクス状に配置したLEDアレイ基板1上に、前記LED4を取り囲んで遮光壁3を設けたLED表示パネルの製造方法であって、前記遮光壁3は、透明な感光性樹脂16をフォトリソグラフィにより露光及び現像して前記遮光壁3の基材となる隔壁7を形成した後、該隔壁7の表面に前記LED4から放射される光を反射又は吸収する薄膜8を設けて形成されるものである。【選択図】図4

Description

本発明は、フルカラーのLED(light emitting diode)表示パネルの製造方法に関し、特に隣接するLED間の混色を防止したLED表示パネルの製造方法に係るものである。
従来のLED表示パネルは、青色(例えば、450nm〜495nm)又は紺青色(例えば、420nm〜450nm)の光を放出するマイクロLEDデバイスのアレイと、このマイクロLEDデバイスのアレイ上に設けられ、マイクロLEDデバイスからの青色発光又は紺青色発光を吸収して、その発光波長を赤色、緑色及び青色の各光に夫々変換する波長変換層(蛍光発光層)のアレイと、を備えたものとなっていた(例えば、特許文献1参照)。
特表2016−523450号公報
しかし、このような従来のLED表示パネルにおいて、各色対応の波長変換層(蛍光発光層)を隔てる遮光壁としてブラックマトリクスが使用されているため、例えば波長変換層の層厚が厚い場合に、ブラックマトリクスとして黒色顔料を含有する感光性樹脂を使用したときには、ブラックマトリクスの遮光性能により深部まで感光されず、未露光部分が生じてしまうおそれがあった。そのため、上記遮光壁によって囲まれた各色対応の開口(ピクセル)に、対応色の蛍光色素(顔料又は染料)を含有する蛍光発光レジストを充填する際に、遮光壁の一部が崩れて蛍光発光レジストが隣接する他の色の開口内に漏れ、混色の原因となるおそれがあった。特に、この問題は、高さ対幅のアスペクト比が大きい遮光壁において顕著となる。
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、隣接するLED間の混色を防止したLED表示パネルの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、第1の発明によるLED表示パネルの製造方法は、複数のLEDをマトリクス状に配置したLEDアレイ基板上に、前記LEDを取り囲んで遮光壁を設けたLED表示パネルの製造方法であって、前記遮光壁は、透明な感光性樹脂をフォトリソグラフィにより露光及び現像して前記遮光壁の基材となる隔壁を形成した後、該隔壁の表面に前記LEDから放射される光を反射又は吸収する薄膜を設けて形成されるものである。
また、第2の発明によるLED表示パネルの製造方法は、複数のLEDをマトリクス状に配置したLEDアレイ基板上に、前記LEDを取り囲んで遮光壁を設けたLED表示パネルの製造方法であって、透明基板上に剥離層を介して透明な感光性樹脂を塗布する段階と、前記感光性樹脂をフォトリソグラフィにより露光及び現像して前記遮光壁の基材となる隔壁を形成する段階と、前記隔壁の表面に前記LEDから放射される光を反射又は吸収する薄膜を設けて前記遮光壁を形成する段階と、前記LEDアレイ基板の各LEDが、隣接する前記遮光壁の間に収まるように前記LEDアレイ基板と前記透明基板とをアライメントした後、接着剤層を介して前記遮光壁を前記LEDアレイ基板に接合する段階と、前記剥離層を前記遮光壁から剥離して前記透明基板を取り除く段階と、を含むものである。
本発明によれば、遮光壁用の樹脂材料として透明な感光性樹脂を使用することができる。したがって、高さ対幅のアスペクト比が高い遮光壁用として厚みの厚い感光性樹脂が使用された場合であっても樹脂の深部まで完全に感光することができ、従来技術におけるようなブラックマトリクス用の感光性樹脂と違って未露光部が生じることがない。それ故、遮光壁の安定性が増すことにより、遮光壁によって囲まれた開口に例えば蛍光発光レジストを充填する際にも、遮光壁の一部が崩れて蛍光発光レジストが隣接する開口内に漏れ込むおそれがない。これにより、隣接するLED間の混色を防止することができる。
本発明によるLED表示パネルの一実施形態を示す平面図である。 図1の要部拡大断面図である。 本発明によるLED表示パネルのLEDアレイ基板製造工程を示す説明図である。 本発明によるLED表示パネルの遮光壁形成工程を示す説明図である。 上記LEDアレイ基板と遮光壁との組立工程を示す説明図である。 蛍光色素の充填工程を示す説明図である。 遮光壁の変形例を示す平面図であり、(a)は第1変形例を示し、(b)は第2変形例を示す。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明によるLED表示パネルの一実施形態を示す平面図であり、図2は、図1の要部拡大断面図である。このLED表示パネルは、映像をカラー表示するもので、LEDアレイ基板1と、蛍光発光層2と、遮光壁3と、を備えて構成されている。
上記LEDアレイ基板1は、図1に示すように複数のマイクロLED4(以下、単に「LED」という)をマトリクス状に配置して備えたものであり、外部に設けた駆動回路から駆動信号を各LED4に供給し、各LED4を個別にオン及びオフ駆動して点灯及び消灯させるための配線を設けたTFT駆動基板及びフレキシブル基板等を含む表示用配線基板5上に、上記複数のLED4を配置したものとなっている。
上記LED4は、紫外から青色波長帯の光を放射するものであり、窒化ガリウム(GaN)を主材料として製造される。なお、波長が例えば200nm〜380nmの近紫外線を放射するLEDであっても、波長が例えば380nm〜500nmの青色光を放射するLEDであってもよい。
上記LEDアレイ基板1の各LED4上には、図2に示すように蛍光発光層2が設けられている。この蛍光発光層2は、LED4から放射される励起光によって励起されて対応色の蛍光FLに夫々波長変換するものであり、赤、緑、青の光三原色に対応させて各LED4上に並べて設けられた赤色蛍光発光層2R、緑色蛍光発光層2G及び青色蛍光発光層2Bで、対応色の蛍光色素6(顔料又は染料)を含有する蛍光発光レジストである。なお、図1においては、各色対応の蛍光発光層2をストライプ状に設けた場合について示しているが、各LED4に個別に対応させて設けてもよい。
詳細には、上記蛍光発光層2は、図2に示すようにレジスト膜中に数十ミクロンオーダーの粒子径の大きい蛍光色素6aと、数十ナノメートルオーダーの粒子径の小さい蛍光色素6bとを混合、分散させたものである。なお、蛍光発光層2を粒子径の大きい蛍光色素6aだけで構成してもよいが、この場合には、蛍光色素6の充填率が低下し、励起光の表示面側への漏れ光が増してしまう。一方、蛍光発光層2を粒子径の小さい蛍光色素6bだけで構成した場合には、耐光性等の安定性が劣るという問題がある。したがって、上記のように蛍光発光層2を粒子径の大きい蛍光色素6aを主体として粒子径の小さい蛍光色素6bを混合させた混合物で構成することにより、励起光の表示面側への漏れ光を抑制すると共に、発光効率を向上させることができる。
この場合、粒子径の異なる蛍光色素6の混合比率は、体積比で粒子径の大きい蛍光色素6aが50〜90Vol%に対して、粒子径の小さい蛍光色素6bは10〜50Vol%とするのが望ましい。
上記LEDアレイ基板1上には、LED4及び各色対応の蛍光発光層2を取り囲んだ状態で接着剤層(後述の第2接着剤層17)を介して遮光壁3が設けられている。この遮光壁3は、各色対応の蛍光発光層2を互いに隔てるものであり、透明な感光性樹脂をフォトリソグラフィにより露光及び現像して形成された隔壁7の表面に被着させて、LED4から放射される励起光及び該励起光によって蛍光発光層2が励起されて発光する蛍光FLを反射又は吸収する薄膜8を備えたものである。
詳細には、上記透明な感光性樹脂は、上記蛍光発光層2中における粒子径の大きい蛍光色素6aの充填率を上げるためには、隔壁7として高さ対幅のアスペクト比が3以上を可能とする高アスペクト材料であるのが望ましい。このような高アスペクト材料としては、例えば日本化薬株式会社製のSU−8 3000等のMEMS(Micro Electronic Mechanical System)用永久膜フォトレジストがある。
また、上記隔壁7の表面に設けられた薄膜8は、具体的には、励起光を反射し易いアルミニウムやアルミ合金又はニッケル等の金属膜であり、スパッタリング、蒸着又はめっき等の公知の成膜技術により、励起光及び蛍光FLを十分に遮断できる厚み、例えば、膜厚0.2μmで成膜されている。これにより、遮光壁3に向かって蛍光発光層2を透過した励起光をアルミニウム等の金属膜から成る薄膜8で蛍光発光層2の内側に反射させ、蛍光発光層2の発光に利用することができ、蛍光発光層2の発光効率を向上することができる。
なお、本明細書において「上」は、LED表示パネルの設置状態に関わらず、常に、表示パネルの表示面側を言う。
次に、このように構成されたLED表示パネルの製造方法について説明する。
本発明によるLED表示パネルの製造方法は、複数のLED4をマトリクス状に配置したLEDアレイ基板1上に、LED4を取り囲んで遮光壁3を設けたLED表示パネルの製造方法であって、上記遮光壁3は、透明な感光性樹脂16をフォトリソグラフィにより露光及び現像して上記遮光壁3の基材となる隔壁7を形成した後、該隔壁7の表面にLED4から放射される光を反射又は吸収する薄膜8を設けて形成されるものである。
以下、LED表示パネルの製造方法について詳細に説明する。
先ず、LEDアレイ基板1の製造について説明する。LEDアレイ基板1は、複数のLED4を駆動するための配線が施された表示用配線基板5上の所定位置に近紫外から青色波長帯の光を放射する複数のLED4を上記配線と電気的に接続させた状態で取り付けて製造される。
詳細には、先ず、図3(a)に示すように光取り出し面4a側とは反対側に接点9を備えた、紫外から青色波長帯の光を発光する複数のLED4を準備する。より詳細には、複数のLED4は、表示用配線基板5上のLED配置位置の配列ピッチと同じピッチでマトリクス状に配列して、図示省略のサファイア基板上に設けられている。
次に、図3(b)に示すように表示用配線基板5に設けられた電極パッド10上に導電性の弾性突起部11をパターニング形成する。この場合、上記弾性突起部11は、表面に金やアルミニウム等の良導電性の導電体膜12を被着させた樹脂製の突起13や、フォトレジストに銀等の導電性微粒子を添加した導電性フォトレジスト又は導電性高分子を含む導電性フォトレジストで形成した突起13である。
詳細には、弾性突起部11が表面に導電体膜12を被着させた突起13である場合には、表示用配線基板5の上面の全面にフォトスペーサ用のレジストを塗布したのち、フォトマスクを使用して露光し、現像して電極パッド10上に突起13をパターニング形成した後、突起13及び電極パッド10上に、互いに導通させた状態で金又はアルミニウム等の良導電性の導電体膜12をスパッタリングや蒸着等により成膜して弾性突起部11を形成する。
この場合、導電体膜12を成膜する前に、フォトリソグラフィにより電極パッド10上を除く周辺部分にレジスト層を形成し、導電体膜12の成膜後に溶解液でレジスト層を溶解させると共に、レジスト層上の導電体膜12をリフトオフするとよい。
また、弾性突起部11が導電性フォトレジストで形成した突起13である場合には、弾性突起部11は、表示用配線基板5の上面の全面に導電性フォトレジストを所定厚みで塗布したのち、フォトマスクを使用して露光し、現像して電極パッド10上に突起13としてパターニング形成される。
このように、上記弾性突起部11は、フォトリソグラフィプロセスを適用して形成することができるので、位置及び形状に高い精度を確保することができ、LED4の接点9の間隔が10μm程度より狭くなっても容易に形成することができる。したがって、高精細なLED表示パネルの製造が可能となる。
また、弾性突起部11は、後述するようにLED4を押圧してLED4の接点9を表示用配線基板5の電極パッド10に電気接続する際、弾性突起部11が弾性変形するので、複数のLED4を同時に押圧した場合にも、各LED4の各接点9を弾性突起部11に確実に接触させることができる。したがって、LED4の接点9と電極パッド10との接触不良が減り、LED表示パネルの製造歩留りを向上することができる。なお、ここでは、弾性突起部11が表面に導電体膜12を被着させた突起13である場合について示している。
次に、図3(c)に示すように、表示用配線基板5の上面の全面に感光性接着剤を塗布したのち、フォトマスクを使用して露光し、現像して電極パッド10上の感光性接着剤が除去されるようにパターニングし、第1接着剤層20を形成する。この場合、塗布される感光性接着剤の厚みは、表示用配線基板5の電極パッド10と弾性突起部11、及びLED4の接点9を含む高さ寸法よりも大きくなるようにする。
続いて、図3(d)に示すように、LED4を、その接点9と表示用配線基板5上の電極パッド10とが互いに合致するように位置決め配置したのち、LED4の光取り出し面4a側を押圧して上記接点9と電極パッド10とを導電性の弾性突起部11を介して電気接続させる。さらに、上記第1接着剤層20を硬化させてLED4を表示用配線基板5に接着固定する。その後、公知の技術によりサファイア基板側からレーザ光を照射してサファイア基板をLED4から剥離する。このようにして、表示用配線基板5へのLED4の実装が終了し、LEDアレイ基板1が製造される。なお、上記第1接着剤層20は、熱硬化型であっても、紫外線硬化型であってもよい。
一方、別工程では、遮光壁3が形成される。以下、図4を参照して遮光壁形成工程を説明する。
先ず、図4(a)に示すように、透明基板14上にUV又は熱による剥離層15を介して透明な感光性樹脂16をmin20μm程度の厚みで、好ましくは約40μm〜約50μmの厚みで塗布する。ここで使用する感光性樹脂16は、高さ対幅のアスペクト比が3以上を可能とする高アスペクト材料であり、例えば日本化薬株式会社製のSU−8 3000等のMEMS(Micro Electronic Mechanical System)用永久膜フォトレジストが好適である。
次に、図4(b)に示すように、フォトマスクを使用して感光性樹脂16を露光及び現像し、例えば図1に示すような同一色の複数のLED4を取り囲むようにして、遮光壁3の基材となる隔壁7を形成する。その際、隔壁7に囲まれた領域内の剥離層15もエッチングして除去するとよい。又は、上記領域内の剥離層15は、残したままであってもよい。
次いで、図4(c)に示すように、スパッタリング、蒸着又は無電解めっきにより、上記隔壁7の表面にLED4から放射される光、詳細にはLED4から放射される励起光及び蛍光発光層2が励起光によって励起さて発光する蛍光FLを反射又は吸収する薄膜8、例えばアルミニウム、アルミ合金又はニッケル等の金属膜を設けて遮光壁3を形成する。これにより、遮光壁形成工程が終了する。
遮光壁3の薄膜8が励起光を反射する金属膜である場合には、遮光壁3に向かって蛍光発光層2を透過した励起光をアルミニウムやニッケル等の金属膜で蛍光発光層2の内側に反射させ、蛍光発光層2の発光に利用することができ、蛍光発光層2の発光効率を向上することができる。
続いて、LEDアレイ基板1と遮光壁3との組立工程について説明する。
先ず、図5(a)に示すように、LEDアレイ基板1上のLED4の周りに熱硬化型又はUV硬化型の接着剤を塗布して第2接着剤層17を形成する。接着剤の塗布は、ディスペンサーを使用し又はインクジェットにより行ってもよく、又は感光性接着剤をLEDアレイ基板1の全面に塗布した後、フォトマスクを使用して露光及び現像し、LED4の周りの表示用配線基板5上に第2接着剤層17を形成してもよい。
次に、図5(b)に示すように、遮光壁3を形成した透明基板14の遮光壁3側をLEDアレイ基板1のLED配置面に対面させた状態で、各基板に予め形成された図示省略のアライメントマークを使用してLEDアレイ基板1の各LED4が、隣接する遮光壁3の間に収まるようにLEDアレイ基板1と透明基板14とをアライメントする。
次いで、図5(c)に示すように、透明基板14を矢印方向に押圧して遮光壁3の先端部をLEDアレイ基板1の第2接着剤層17に密着させた状態で硬化させて遮光壁3をLEDアレイ基板1に接合する。第2接着剤層17の硬化は、使用する接着剤の種類に応じて熱硬化又はUV硬化若しくは熱及びUVを併用した硬化が行われる。
続いて、図5(d)に示すように、透明基板14側から、加熱又はUV照射して剥離層15の接着力(密着力)を低下させ、剥離層15と共に透明基板14を遮光壁3から矢印方向に剥離する。これにより、LEDアレイ基板1には、表面に薄膜8を被着させた遮光壁3が残ることになる。
次に、図6に示すように、遮光壁3で囲まれた各色対応の領域に、対応色の蛍光色素6(顔料又は染料)を含有する蛍光発光レジストを例えばインクジェットにより充填した後、これを乾燥させて蛍光発光層2を形成する。又はLEDアレイ基板1の全面に蛍光発光レジストを塗布した後、フォトマスクを使用して露光及び現像する工程を各色対応の蛍光発光レジストに対して実行し、遮光壁3で囲まれた各色対応の領域に対応色の蛍光発光層2を形成してもよい。このようにして、図1及び図2に示すような、LED表示パネルが完成する。
図7はLED表示パネルに形成される遮光壁3の変形例を示す要部拡大平面図であり、(a)は第1変形例を示し、(b)は第2変形例を示す。
図7(a)に示す第1変形例においては、隣接する三色対応のLED4及び蛍光発光層2を1画素18として、直交する第1画素配列方向(以下、「X方向」という)及び第2画素配列方向(以下、「Y方向」という)のうち、X方向の画素18間に位置する遮光壁3に、X方向と交差する隙間19を設けたものである。
また、図7(b)に示す第2変形例においては、X方向の画素18間に位置する遮光壁3に、X方向と交差する隙間19を設けると共に、Y方向の画素18間に位置する遮光壁3に、Y方向と交差する隙間19を設けたものである。
これにより、例えばLEDアレイ基板1の表示用配線基板5が可撓性を有するフレキシブル基板である場合に、図7(a)に示す第1変形例のLED表示パネルは、X方向に容易に丸めることができる。また、図7(b)に示す第2変形例のLED表示パネルは、X方向及びY方向の何れの方向にも容易に丸めることができる。したがって、LED表示パネルの持ち運びが容易になる。
なお、上記実施形態においては、透明基板14上に形成した遮光壁3をLEDアレイ基板1上に転写する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、遮光壁3をLEDアレイ基板1上に直接形成してもよい。この場合は、LEDアレイ基板1上に透明な感光性樹脂16を塗布した後、フォトマスクを使用して露光及び現像し、LED4を取り囲むように隔壁7を形成し、隔壁7側から成膜して隔壁7の表面に薄膜8を形成し、レーザ光の照射によりLED4上及びその周りに被着した薄膜8を除去するとよい。
また、以上の説明においては、複数のLED4が紫外から青色波長帯の光を放射するものであり、光三原色に対応させて複数の上記LED4上に、各LED4から放射される励起光によって励起されて対応色の蛍光に夫々波長変換する蛍光発光層2を設けたものである場合について説明したが、本発明はこれに限られず、複数のLED4は夫々、赤、緑及び青色の光を個別に発光するものであってもよい。又は、三色対応のLED4のうち、一部のLED4が紫外から青色波長帯の光を放射するLED4及び蛍光発光層2の組み合わせであってもよい。
1…LEDアレイ基板
2…蛍光発光層
3…遮光壁
4…LED
7…隔壁
8…薄膜
14…透明基板
15…剥離層
16…感光性樹脂
17…第2接着剤層(接着剤層)
18…画素
19…隙間
X…第1画素配列方向
Y…第2画素配列方向

Claims (6)

  1. 複数のLEDをマトリクス状に配置したLEDアレイ基板上に、前記LEDを取り囲んで遮光壁を設けたLED表示パネルの製造方法であって、
    前記遮光壁は、透明な感光性樹脂をフォトリソグラフィにより露光及び現像して前記遮光壁の基材となる隔壁を形成した後、該隔壁の表面に前記LEDから放射される光を反射又は吸収する薄膜を設けて形成されることを特徴とするLED表示パネルの製造方法。
  2. 複数のLEDをマトリクス状に配置したLEDアレイ基板上に、前記LEDを取り囲んで遮光壁を設けたLED表示パネルの製造方法であって、
    透明基板上に剥離層を介して透明な感光性樹脂を塗布する段階と、
    前記感光性樹脂をフォトリソグラフィにより露光及び現像して前記遮光壁の基材となる隔壁を形成する段階と、
    前記隔壁の表面に前記LEDから放射される光を反射又は吸収する薄膜を設けて前記遮光壁を形成する段階と、
    前記LEDアレイ基板の各LEDが、隣接する前記遮光壁の間に収まるように前記LEDアレイ基板と前記透明基板とをアライメントした後、接着剤層を介して前記遮光壁を前記LEDアレイ基板に接合する段階と、
    前記剥離層を前記遮光壁から剥離して前記透明基板を取り除く段階と、
    を含むことを特徴とするLED表示パネルの製造方法。
  3. 複数の前記LEDは、紫外から青色波長帯の光を放射するものであり、
    光三原色に対応させて複数の前記LED上に、各LEDから放射される励起光によって励起されて対応色の蛍光に夫々波長変換する蛍光発光層を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載のLED表示パネルの製造方法。
  4. 前記LEDを取り囲んで設けられた前記遮光壁は、前記励起光及び蛍光を反射又は吸収する薄膜を被着させて備えたものであることを特徴とする請求項3記載のLED表示パネルの製造方法。
  5. 前記感光性樹脂は、高さ対幅のアスペクト比が3以上のパターニングが可能な高アスペクト材料であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のLED表示パネルの製造方法。
  6. 隣接する三色対応の前記LEDを1画素として、直交する第1及び第2画素配列方向の少なくとも第1画素配列方向の画素間に位置する前記遮光壁に、前記第1画素配列方向と交差する隙間を設けたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のLED表示パネルの製造方法。
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