JP2002366054A - 素子実装基板及び不良素子の修復方法 - Google Patents

素子実装基板及び不良素子の修復方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細で困難な作業を伴うことなく容易に不良
素子を修復可能とする。 【解決手段】 基板上に素子を配列し、駆動回路と接続
された配線と電気的に接続することにより実装した後、
不良素子を検出し、当該不良素子に対応した位置にリペ
ア素子を実装する。このとき、不良素子に接続される配
線を切断した後、当該配線の切断位置よりも駆動回路側
の位置にリペア素子を電気的に接続する。不良素子を取
り外すことなく、単にリペア素子の載置、固定という簡
便な工程によって不良素子の修復(リペア)が行われる
ので、例えば、実装済みの素子の取り外しや、絶縁層の
選択的な除去、修復など、困難な作業を行う必要がな
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、不良素子がリペア
素子により修復された素子実装基板及び不良素子の修復
方法に関するものであり、さらには、これを応用した画
像表示装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】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、従来、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LED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、例えば米国特許第5438241号に記
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。米国特許第5438241
号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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、LCDやP
DPなどの薄型ディスプレイ装置においては、その製造
プロセスの特性上、点灯しない不良画素の発生が不可避
であり、それを補修することは不可能である。一方、発
光源としてLEDを用いたディスプレイの場合、全ての
画素が独立して実装される構成であることから、全製造
プロセスを経た後、点灯しない画素が存在する場合、こ
れを補修することが原理的に可能である。ただし、通常
の手法により上記修復を実施しようとすると、強固に固
定された不良素子の取り外しや、絶縁層の補修など、微
細で困難な作業を伴う。
【0007】本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案
されたものであり、微細で困難な作業を伴うことなく容
易に不良素子を修復することが可能な素子実装基板及び
不良素子の修復方法を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、点灯しない不良画素が発生した場合に速
やかにこれを修復し得る画像表示装置及びその製造方法
を提供することを目的とする。
【0008】
【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、本発明に係る素子実装基板は、基板上に素子が配
線と電気的に接続された状態で配列されてなる素子実装
基板において、上記素子のうち不良素子に対応した位置
にリペア素子が実装されていることを特徴とするもので
ある。また、本発明に係る不良素子の修復方法は、基板
上に素子を配列し、駆動回路と接続された配線と電気的
に接続することにより実装した後、不良素子を検出し、
当該不良素子に対応した位置にリペア素子を実装するこ
とを特徴とするものである。
【0009】上記本発明の素子実装基板、不良素子の修
復方法においては、不良素子を取り外すことなく、単に
リペア素子の載置、固定という簡便な工程によって不良
素子の修復(リペア)が行われる。例えば、実装済みの
素子の取り外しや、絶縁層の選択的な除去、修復など、
困難な作業を行う必要がない。したがって、製造工程中
でのリペアは勿論、製品出荷後にもリペア可能である。
【0010】一方、本発明の画像表示装置は、基板上に
発光素子が配線と電気的に接続された状態でマトリクス
状に配列され、各発光素子が画素を構成してなる画像表
示装置において、上記発光素子のうち不良発光素子に対
応した位置にリペアの発光素子が実装されていることを
特徴とするものである。また、本発明の画像表示装置の
製造方法は、基板上に配線と電気的に接続された状態で
発光素子がマトリクス状に配列され、各発光素子が画素
を構成してなる画像表示装置の製造方法において、第一
基板上で前記発光素子が配列された状態よりは離間した
状態となるように前記発光素子を転写して一時保持用部
材に該発光素子を保持させる第一転写工程と、前記一時
保持用部材に保持された前記発光素子をさらに離間して
前記第二基板上に転写する第二転写工程を有し、これら
工程により基板上に素子を離間して配列し、駆動回路と
接続された配線と電気的に接続することにより実装した
後、不良発光素子を検出し、当該不良発光素子に対応し
た位置にリペアの発光素子を実装することを特徴とする
ものである。
【0011】上記画像表示装置及びその製造方法におい
ては、離間して再配列された発光素子がマトリクス状に
配置されて画像表示部分が構成される。したがって、密
な状態すなわち集積度を高くして微細加工を施して作成
された発光素子を、効率よく離間して再配置することが
でき、生産性が大幅に改善される。また、発光素子の不
良などによる点灯しない画素の修復が容易であり、しか
も新たなプロセス開発が不要である。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した素子実装
基板、不良素子の修復方法、さらにはこれを適用した画
像表示装置、画像表示装置の製造方法について、図面を
参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、
二段階拡大転写法による素子の再配列を応用した画像表
示装置を例にして説明する。
【0013】最初に、二段階拡大転写法による素子の配
列方法及び画像表示装置の製造方法の基本的な構成につ
いて説明する。二段階拡大転写法による素子の配列方法
および画像表示装置の製造方法は、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。
【0014】図1はそれぞれ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1の(a)に示す第一
基板10上に、例えば発光素子のような素子12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10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12は第一基板10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。
【0015】次に、図1の(b)に示すように、第一基
板10から各素子12が一時保持用部材に転写され、こ
の一時保持用部材の上に各素子12が保持される。この
とき、同時に素子12毎に素子周りの樹脂の被覆を行
う。素子周りの樹脂の被覆は電極パッドを形成し易く
し、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。なお、隣接する素子12は例えば複数の一時
保持用部材間での転写などにより選択分離を行うことに
より、最終的には一時保持用部材上で離間され、図示の
ようにマトリクス状に配される。すなわち素子12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。
【0016】このような第一転写工程の後、図1の
(c)に示すように、一時保持用部材11上に存在する
素子12は離間されていることから、各素子12毎に電
極パッドの形成が行われる。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1の
(c)には電極パッドは図示していない。樹脂13で固
められた各素子12に電極パッドを形成することで樹脂
形成チップ14が形成される。素子12は平面上、樹脂
形成チップ14の略中央に位置するが、一方の辺や角側
に偏った位置に存在するものであっても良い。
【0017】次に、図1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11上でマトリクス状に配される素子12が樹脂形成
チップ14ごと更に離間するように第二基板15上に転
写される。第二転写工程においても、隣接する素子12
は樹脂形成チップ14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12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12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12のピッチとな
る。ここで第一基板10から一時保持用部材11での離
間したピッチの拡大率をnとし、一時保持用部材11か
ら第二基板15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。
【0018】第二基板15上に樹脂形成チップ14ごと
離間された各素子12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12
が発光ダイオードなどの発光素子の場合には、p電極、
n電極への配線を含み、液晶制御素子の場合は、選択信
号線、電圧線や、配向電極膜などの配線等を含む。
【0019】図1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
ドの形成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10、10aから一時保持用部材11、11a
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11、11aから第二基板15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)=n+2nm+m であ
ることから、必ず2nm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。
【0020】なお、図1に示した二段階拡大転写法にお
いては、素子12を例えば発光素子としているが、これ
に限定されず、他の素子例えば液晶制御素子、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、これ
らの組み合わせなどであっても良い。
【0021】上記第二転写工程においては、発光素子は
樹脂形成チップとして取り扱われ、一時保持用部材上か
ら第二基板にそれぞれ転写されるが、この樹脂形成チッ
プについて図2及び図3を参照して説明する。樹脂形成
チップ20は、離間して配置されている素子21の周り
を樹脂22で固めたものであり、このような樹脂形成チ
ップ20は、一時保持用部材から第二基板に素子21を
転写する場合に使用できるものである。樹脂形成チップ
20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20の形状は樹脂22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2
1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。
【0022】略平板状の樹脂22の表面側と裏面側には
それぞれ電極パッド23,24が形成される。これら電
極パッド23,24の形成は全面に電極パッド23,2
4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23,24は発光素子である素子21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22にビアホールなどが形成される。
【0023】ここで電極パッド23,24は樹脂形成チ
ップ20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
であり、例えば薄膜トランジスタの場合ではソース、ゲ
ート、ドレインの3つの電極があるため、電極パッドを
3つ或いはそれ以上形成しても良い。電極パッド23,
24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23,24の形状も正方形に
限定されず他の形状としても良い。
【0024】このような樹脂形成チップ20を構成する
ことで、素子21の周りが樹脂22で被覆され平坦化に
よって精度良く電極パッド23,24を形成できるとと
もに素子21に比べて広い領域に電極パッド23,24
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23,24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。
【0025】次に、図4に本例の二段階拡大転写法で使
用される素子の一例としての発光素子の構造を示す。図
4の(a)が素子断面図であり、図4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にできる特徴を有している。
【0026】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G
aN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ウムドープのGaN層34
が形成される。このマグネシウムドープのGaN層34
もクラッドとして機能する。
【0027】このような発光ダイオードには、p電極3
5とn電極36が形成されている。p電極35はマグネ
シウムドープの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。
【0028】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。
【0029】次に、図1に示す発光素子の配列方法を応
用した画像表示装置の製造の具体的手法について説明す
る。発光素子は図4に示したGaN系の発光ダイオード
を用いている。先ず、図5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が密な状態で形
成されている。発光ダイオード42の大きさは微小なも
のとすることができ、例えば一辺約20μm程度とする
ことができる。第一基板41の構成材料としてはサファ
イア基板などのように発光ダイオード42に照射するレ
ーザの波長に対して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
42g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42gの形成は例えば反
応性イオンエッチングで行う。
【0030】次いで、第一基板41上の発光ダイオード
42を第1の一時保持用部材43上に転写する。ここで
第1の一時保持用部材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、本例では石英ガラス基板を用いた。また、第1の
一時保持用部材43の表面には、離型層として機能する
剥離層44が形成されている。剥離層44には、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
とができるが、ここではポリイミドを用いた。
【0031】転写に際しては、図5に示すように、第一
基板41上に発光ダイオード42を覆うに足る接着剤
(例えば紫外線硬化型の接着剤)45を塗布し、発光ダ
イオード42で支持されるように第1の一時保持用部材
43を重ね合わせる。この状態で、図6に示すように第
1の一時保持用部材43の裏面側から接着剤45に紫外
線(UV)を照射し、これを硬化する。第1の一時保持
用部材43は石英ガラス基板であり、上記紫外線はこれ
を透過して接着剤45を速やかに硬化する。
【0032】このとき、第1の一時保持用部材43は、
発光ダイオード42によって支持されていることから、
第一基板41と第1の一時保持用部材43との間隔は、
発光ダイオード42の高さによって決まることになる。
図6に示すように発光ダイオード42で支持されるよう
に第1の一時保持用部材43を重ね合わせた状態で接着
剤45を硬化すれば、当該接着剤45の厚さtは、第一
基板41と第1の一時保持用部材43との間隔によって
規制されることになり、発光ダイオード42の高さによ
って規制される。すなわち、第一基板41上の発光ダイ
オード42がスペーサとしての役割を果たし、一定の厚
さの接着剤層が第一基板41と第1の一時保持用部材4
3の間に形成されることになる。このように、上記の方
法では、発光ダイオード42の高さにより接着剤層の厚
みが決まるため、厳密に圧力を制御しなくとも一定の厚
みの接着剤層を形成することが可能である。
【0033】接着剤45を硬化した後、図7に示すよう
に、発光ダイオード42に対しレーザを第一基板41の
裏面から照射し、当該発光ダイオード42を第一基板4
1からレーザアブレーションを利用して剥離する。Ga
N系の発光ダイオード42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。このレーザアブレーシ
ョンを利用した剥離によって、発光ダイオード42は第
一基板41の界面で分離し、一時保持用部材43上に接
着剤45に埋め込まれた状態で転写される。
【0034】図8は、上記剥離により第一基板41を取
り除いた状態を示すものである。このとき、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41から剥離しており、その剥離面にGa46が析
出しているため、これをエッチングすることが必要であ
る。そこで、NaOH水溶液もしくは希硝酸などにより
ウエットエッチングを行い、図9に示すように、Ga4
6を除去する。さらに、酸素プラズマ(Oプラズマ)
により表面を清浄化し、ダイシングにより接着剤45を
ダイシング溝47によって切断し、発光ダイオード42
毎にダイシングした後、発光ダイオード42の選択分離
を行なう。ダイシングプロセスは通常のブレードを用い
たダイシング、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を用いたレーザによる加工を行
う。その切り込み幅は画像表示装置の画素内の接着剤4
5で覆われた発光ダイオード42の大きさに依存する
が、一例として、エキシマレーザにて溝加工を行い、チ
ップの形状を形成する。
【0035】発光ダイオード42を選択分離するには、
先ず、図11に示すように、清浄化した発光ダイオード
42上にUV接着剤48を塗布し、この上に第2の一時
保持用部材49を重ねる。この第2の一時保持用部材4
9も、先の第1の一時保持用部材43と同様、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、本例では石英ガラス基板を用いた。また、こ
の第2の一時保持用部材49の表面にもポリイミドなど
からなる剥離層50を形成しておく。
【0036】次いで、図12に示すように、転写対象と
なる発光ダイオード42aに対応した位置にのみ第1の
一時保持用部材43の裏面側からレーザを照射し、レー
ザアブレーショによりこの発光ダイオード42aを第1
の一時保持用部材43から剥離する。それと同時に、や
はり転写対象となる発光ダイオード42aに対応した位
置に、第2の一時保持用部材49の裏面側から紫外線
(UV)を照射してUV露光を行い、この部分のUV接
着剤48を硬化する。その後、第2の一時保持用部材4
9を第1の一時保持用部材43から引き剥がすと、図1
3に示すように、上記転写対象となる発光ダイオード4
2aのみが選択的に分離され、第2の一時保持用部材4
9上に転写される。
【0037】上記選択分離後、図14に示すように、転
写された発光ダイオード42を覆って樹脂を塗布し、樹
脂層51を形成する。さらに、図15に示すように、酸
素プラズマなどにより樹脂層51の厚さを削減し、図1
6に示すように、発光ダイオード42に対応した位置に
レーザの照射によりビアホール52を形成する。ビアホ
ール52の形成には、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。この
とき、ビアホール52は例えば約3〜7μmの径を開け
ることになる。
【0038】次に、上記ビアホール52を介して発光ダ
イオード42のp電極と接続されるアノード側電極パッ
ド53を形成する。このアノード側電極パッド53は、
例えばNi/Pt/Auなどで形成する。図17は、発
光ダイオード42を第2の一時保持用部材49に転写し
て、アノード電極(p電極)側のビアホール52を形成
した後、アノード側電極パッド53を形成した状態を示
している。
【0039】上記アノード側電極パッド53を形成した
後、反対側の面にカソード側電極を形成するため、第3
の一時保持用部材54への転写を行う。第3の一時保持
用部材54も、例えば石英ガラスなどからなる。転写に
際しては、図18に示すように、アノード側電極パッド
53を形成した発光ダイオード42、さらには樹脂層5
1上に接着剤55を塗布し、この上に第3の一時保持用
部材54を貼り合せる。この状態で第2の一時保持用部
材49の裏面側からレーザを照射すると、石英ガラスか
らなる第2の一時保持用部材49と、当該第2の一時保
持用部材49上に形成されたポリイミドからなる剥離層
50の界面でレーザアブレーションによる剥離が起き、
剥離層50上に形成されている発光ダイオード42や樹
脂層51は、第3の一時保持用部材54上に転写され
る。図19は、第2の一時保持用部材49を分離した状
態を示すものである。
【0040】カソード側電極の形成に際しては、上記の
転写工程を経た後、図20に示すO プラズマ処理によ
り上記剥離層50や余分な樹脂層51を除去し、発光ダ
イオード42のコンタクト半導体層(n電極)を露出さ
せる。発光ダイオード42は一時保持用部材54の接着
剤55によって保持された状態で、発光ダイオード42
の裏面がn電極側(カソード電極側)になっていて、図
21に示すように電極パッド56を形成すれば、電極パ
ッド56は発光ダイオード42の裏面と電気的に接続さ
れる。その後、電極パッド56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、例えば約60μm
角とすることができる。電極パッド56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42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】次に、上記樹脂層51や接着剤55によっ
て固められた発光ダイオード42を個別に切り出し、上
記樹脂形成チップの状態にする。切り出しは、例えばレ
ーザダイシングにより行えばよい。図22は、レーザダ
イシングによる切り出し工程を示すものである。レーザ
ダイシングは、レーザのラインビームを照射することに
より行われ、上記樹脂層51及び接着剤55を第3の一
時保持用部材54が露出するまで切断する。このレーザ
ダイシングにより各発光ダイオード42は所定の大きさ
の樹脂形成チップとして切り出され、後述の実装工程へ
と移行される。
【0042】実装工程では、機械的手段(真空吸引によ
る素子吸着)とレーザアブレーションの組み合わせによ
り発光ダイオード42(樹脂形成チップ)が第3の一時
保持用部材54から剥離される。図23は、第3の一時
保持用部材54上に配列している発光ダイオード42を
吸着装置57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58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42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、例えば直径約100μm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58の部材は例えば、Ni
電鋳により作製したもの、もしくはSUSなどの金属板
をエッチングで穴加工したものが使用され、吸着孔58
の奥には吸着チャンバ59が形成されており、この吸着
チャンバ59を負圧に制御することで発光ダイオード4
2の吸着が可能になる。発光ダイオード42はこの段階
で樹脂層51で覆われており、その上面は略平坦化され
ている。このために吸着装置57による選択的な吸着を
容易に進めることができる。
【0043】上記発光ダイオード42の剥離に際して
は、上記吸着装置57による素子吸着と、レーザアブレ
ーションによる樹脂形成チップの剥離を組み合わせ、剥
離が円滑に進むようにしている。レーザアブレーション
は、第3の一時保持用部材54の裏面側からレーザを照
射することにより行う。このレーザアブレーションによ
って、第3の一時保持用部材54と接着剤55の界面で
剥離が生ずる。
【0044】図24は発光ダイオード42を第二基板6
1に転写するところを示した図である。第二基板61
は、配線層62を有する配線基板であり、発光ダイオー
ド42を装着する際に第二基板61にあらかじめ接着剤
層63が塗布されており、その発光ダイオード42下面
の接着剤層63を硬化させ、発光ダイオード42を第二
基板61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57の吸着チャンバ59が圧力の高い
状態となり、吸着装置57と発光ダイオード42との吸
着による結合状態は解放される。接着剤層63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。第二基板61上で発光ダイ
オード42が配置される位置は、一時保持用部材54上
での配列よりも離間したものとなる。接着剤層63の樹
脂を硬化させるエネルギーは第二基板61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赤外線加熱などによって発
光ダイオード42の下面のみ硬化させ、熱可塑性接着剤
場合は、赤外線やレーザの照射によって接着剤を溶融さ
せ接着を行う。
【0045】図25は、他の色の発光ダイオード64を
第二基板61に配列させるプロセスを示す図である。図
23で用いた吸着装置57をそのまま使用して、第二基
板61にマウントする位置をその色の位置にずらすだけ
でマウントすると、画素としてのピッチは一定のまま複
数色からなる画素を形成できる。ここで、発光ダイオー
ド42と発光ダイオード64は必ずしも同じ形状でなく
とも良い。図25では、赤色の発光ダイオード64が六
角錐のGaN層を有しない構造とされ、他の発光ダイオ
ード42とその形状が異なっているが、この段階では各
発光ダイオード42、64は既に樹脂形成チップとして
樹脂層51、接着剤55で覆われており、素子構造の違
いにもかかわらず同一の取り扱いが実現される。
【0046】次いで、図26に示すように、これら発光
ダイオード42,64を含む樹脂形成チップを覆って絶
縁層65を形成する。絶縁層65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。上記絶縁層65を形成した後、配線形成
工程を行なう。図27は配線形成工程を示す図である。
絶縁層65に開口部66、67、68、69、70、7
1を形成し、発光ダイオード42、64のアノード、カ
ソードの電極パッドと第二基板61の配線層62を接続
する配線72、73、74を形成した図である。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42、64の電極パッドの面積を大きくしているので
大きくすることができ、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6
0μm角の電極パッドに対し、直径約20μmのものを
形成できる。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。
【0047】ところで、上記の工程によって配線が完了
した後、発光テストを実施したときに、発光ダイオード
が点灯せず、しかも配線に問題が無い場合には、非点灯
の原因は発光ダイオードの不良と考えられ、樹脂形成チ
ップの交換などの補修を行う必要がある。しかしなが
ら、上述のように隣接する樹脂形成チップのピッチが2
00μm程度と小さいこと、樹脂形成チップが絶縁層6
5に埋没していることなどの理由により、不良の発光ダ
イオードを含む樹脂形成チップを取り外して新たな樹脂
形成チップを取り付け、絶縁層や配線を再構築すること
は非常に困難である。そこで、本発明では、不良の発光
ダイオードが埋め込まれた樹脂形成チップの取り外しな
どの作業を行わずに、新たにリペア用の樹脂形成チップ
を追加配置を行うことにより、不良画素の補修を行うこ
ととする。
【0048】図28は、リペア用の樹脂形成チップを追
加配置した状態を示すものである。本例は、発光ダイオ
ード42が不良であった場合のリペア用樹脂形成チップ
の追加配置状態を示す。リペア用の樹脂形成チップ75
は、樹脂チップ76のほぼ中央に発光ダイオード77が
内包されてなるものであり、第二基板61との接合面7
5aには、内包される発光ダイオード77に電流を流す
ための電極ランド78a,78bが設けられている。こ
れら電極ランド78a,78bは、上記接合面75aに
おいて、その中心に対してほぼ点対称となる位置に設け
られており、樹脂形成チップ75を追加配置したとき
に、これら電極ランド78a,78bが上記配線73,
74と接することにより電気的に接続される。
【0049】以上により不良画素を補修した後、図29
に示すように、保護層79を形成し、ブラックマスク8
0を形成して画像表示装置のパネルは完成する。このと
きの保護層79は図25の絶縁層65と同様である。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
79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。
【0050】上記のようにリペア用樹脂形成チップ75
を追加配置すれば、不良である発光ダイオード42が埋
め込まれた樹脂形成チップを取り外す必要がなく、困難
な作業を伴うことなく簡単に不良画素を修復することが
できる。以下、このリペア用樹脂形成チップの追加配置
について詳述する。図30に画像表示装置の構造の一例
を示す。図30は、多数個存在する画素のうち1つの画
素部分を表している。
【0051】1画素内には、赤、青、緑の3色それぞれ
の発光源となる発光ダイオードを内包した赤色発光樹脂
形成チップ81、青色発光樹脂形成チップ82、緑色発
光樹脂形成チップ83、及び発光ダイオードを発光駆動
するための駆動トランジスタ84が例えば透明ガラス製
のディスプレイ基板85上に配置されている。各樹脂形
成チップ81,82,83が固定される配列ピッチは、
約200μm程度である。また、ディスプレイ基板85
には、これら樹脂形成チップ81,82,83及び駆動
トランジスタ84の配線を行うための配線パターンが予
め形成されている。配線パターンは、電源線a86、電
源線b87、アドレス線88、信号線R89、信号線G
90、信号線B91からなり、各樹脂形成チップ81,
82,83及び駆動トランジスタ84は、これら配線パ
ターンと接続され、相互に電気的に接続されている。
【0052】ここで改めて各樹脂形成チップの構造を説
明すると、樹脂形成チップ92は、その模式的な平面図
を図31に示すように、樹脂製のチップ93のほぼ中央
に発光ダイオード94が埋め込まれてなるものである。
その大きさは、例えば160μm角、厚さ約40μm程
度である。また、チップ93の表面には、各樹脂形成チ
ップに含まれる発光ダイオードに電流を流すための電極
ランド95a,95bがチップ93の中心に対してほぼ
点対称となる位置に設けられている。
【0053】各樹脂形成チップは、上記の通りディスプ
レイ基板上に形成された配線パターンと接続されるが、
樹脂形成チップと配線パターンの接続状態の一例を図3
2に示す。図32は、樹脂形成チップ92と配線パター
ンの接続状態を示す断面図であり、樹脂形成チップ92
や配線パターン(ここでは電源線a86、電源線b8
7、信号線G90)は、例えば透明樹脂製の絶縁層9
6,97,98を介してディスプレイ基板85上に積層
されている。また、絶縁層96,97,98に対して鉛
直方向に孔を開け、ここに導電性物質を充填して層間接
続用配線99,100を形成するとともに、これら層間
接続用配線99,100と接続される引き出し配線10
1,102を配することにより、樹脂形成チップ92の
電極ランド95aは駆動トランジスタ84と、電極ラン
ド95bは電源線b87とそれぞれ電気的に接続されて
いる。
【0054】図33は、上記接続状態を示す斜視図であ
る。なお、図33においては、絶縁層96,97,98
は省略されている。樹脂形成チップ92の配線を考えた
場合、図34に示すように、上記引き出し配線101,
102の長さが最短になるように設計するのが通常であ
る。本例では、図33に示すように、樹脂形成チップ9
3の電極ランド95a,95bの位置を変更することに
より、引き出し配線101,102に余剰部分101
a,102aを持たせ、この部分をリペア用樹脂形成チ
ップの電気的接続のための電極ランドとして利用してい
る。
【0055】図35は、リペア用樹脂形成チップ103
の構造を示すものである。このリペア用樹脂形成チップ
103は、先の樹脂形成チップ92とほぼ同じ外形寸法
の樹脂チップ104のほぼ中央に発光ダイオード105
が内包されてなるものであり、ディスプレイ基板85へ
の接合面106には、発光ダイオード105に電流を流
すための電極ランド107a,107bが樹脂チップ1
04の中心に対してほぼ点対称となる位置に設けられて
いる。
【0056】不良である樹脂形成チップ92検出された
場合、先ず、図36に示すように、不良樹脂形成チップ
92に電流が流れないように、引き出し配線101,1
02を電極ランド95a,95bの近傍(例えば線10
8,109)で切断する。次に、図37に示すように、
不良の樹脂形成チップ92とほぼ重なる位置にリペア用
樹脂形成チップ103を載置する。このとき、リペア用
樹脂形成チップ103の電極ランド107a,107b
は、図33にて示した引き出し配線101,102の余
剰部分101a,102aと当接されて電気的に導通さ
れる。したがって、新たな配線を形成することなく、リ
ペア用樹脂形成チップ103に内包される発光ダイオー
ド105に駆動電流を供給することができる。
【0057】最後に、図38に示すように、リペア用樹
脂形成チップ103を完全に固定し
【0058】不良画素の修復を完了する。図39に、不
良樹脂形成チップ92上にリペア用樹脂形成チップ10
3を載置することにより修復した状態(断面)を示す。
以上に示したように、リペアを想定した樹脂形成チップ
の配置姿勢、及び配線形状を形成することにより、実装
済みの樹脂形成チップの取り外しなどの工程を経ること
なく、配線の一部切断及びリペアチップの載置、固定と
いう簡便な工程によって樹脂形成チップに起因する不良
画素のリペアを実行することができる。
【0059】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の素子実装基板、不良素子の修復方法によれば、強固
に固定された不良素子の取り外し、絶縁層の補修などの
微細で困難な作業を行うことなく不良素子の補修(例え
ば、LED素子の不良などによる点灯しない画素の補
修)が可能である。また、本発明の素子実装基板、不良
素子の修復方法によれば、以下のような利点もある。先
ず、リペアチップの構造、寸法は樹脂形成チップと類似
しており、ほぼ同じプロセスによる製作が可能で、新た
なプロセス開発が不要である。また、ディスプレイ構造
の変更点は、樹脂形成チップの姿勢、配線長さの2点の
みであり、製造プロセスに何ら影響を与えることはな
い。さらに、リペアチップ搭載のプロセスは、樹脂形成
チップ搭載の手法を応用することができ、この点でも新
たなプロセス開発は不要である。また、リペアチップは
例えばディスプレイ構造の最上層に配置されるため、万
一リペアチップに不具合が発生した場合にも除去や再リ
ペアが容易である。さらにまた、本発明によれば、組み
立て工場における製造工程中でのリペアは勿論、製品出
荷後に例えば樹脂形成チップ起因で点灯しない画素が発
生した場合にも修理が可能である。一方、本発明の画像
表示装置やその製造方法においては、上記の利点をその
ままに、密な状態すなわち集積度を高くして微細加工を
施して作成された発光素子を、効率よく離間して再配置
することができ、したがって精度の高い画像表示装置を
生産性良く製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】素子の配列方法を示す模式図である。
【図2】樹脂形成チップの概略斜視図である。
【図3】樹脂形成チップの概略平面図である。
【図4】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5】第1の一時保持用部材の接合工程を示す概略断
面図である。
【図6】UV接着剤硬化工程を示す概略断面図である。
【図7】レーザアブレーション工程を示す概略断面図で
ある。
【図8】第一基板の分離工程を示す概略断面図である。
【図9】Ga除去工程を示す概略断面図である。
【図10】素子分離溝形成工程を示す概略断面図であ
る。
【図11】第2の一時保持用部材の接合工程を示す概略
断面図である。
【図12】選択的なレーザアブレーション及びUV露光
工程を示す概略断面図である。
【図13】発光ダイオードの選択分離工程を示す概略断
面図である。
【図14】樹脂による埋め込み工程を示す概略断面図で
ある。
【図15】樹脂層厚削減工程を示す概略断面図である。
【図16】ビア形成工程を示す概略断面図である。
【図17】アノード側電極パッド形成工程を示す概略断
面図である。
【図18】レーザアブレーション工程を示す概略断面図
である。
【図19】第2の一時保持用部材の分離工程を示す概略
断面図である。
【図20】コンタクト半導体層露出工程を示す概略断面
図である。
【図21】カソード側電極パッド形成工程を示す概略断
面図である。
【図22】レーザダイシング工程を示す概略断面図であ
る。
【図23】吸着装置による選択的ピックアップ工程を示
す概略断面図である。
【図24】第二基板への転写工程を示す概略断面図であ
る。
【図25】他の発光ダイオードの転写工程を示す概略断
面図である。
【図26】絶縁層形成工程を示す概略断面図である。
【図27】配線形成工程を示す概略断面図である。
【図28】リペア用樹脂形成チップ搭載工程を示す概略
断面図である。
【図29】保護層及びブラックマスク形成工程を示す概
略断面図である。
【図30】画素部分の概略平面図である。
【図31】樹脂形成チップの概略平面図である。
【図32】樹脂形成チップと配線パターンの接続状態を
示す概略断面図である。
【図33】樹脂形成チップと配線パターンの接続状態を
示す概略斜視図である。
【図34】引き出し配線の長さが最短になるように設計
された場合の接続状態を示す概略斜視図である。
【図35】リペア用樹脂形成チップの概略斜視図であ
る。
【図36】配線の切断工程を示す概略斜視図である。
【図37】リペア用樹脂形成チップの載置工程を示す概
略斜視図である。
【図38】リペア用樹脂形成チップの載置状態を示す概
略斜視図である。
【図39】リペア用樹脂形成チップの実装状態を示す概
略断面図である。
【符号の説明】
75,103 リペア用樹脂形成チップ 78a,78b,105a,105b電極ランド 84 駆動トランジスタ 92 樹脂形成チップ 94,105 発光ダイオード 101,102 引き出し配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大庭 央 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5C094 AA42 AA43 BA12 BA23 CA19 CA24 DA14 DA15 DB04 EA03 EA04 EA07 FB12 FB14 FB15 5F041 AA41 AA42 CB29 DB08 5G435 AA17 BB04 EE33 KK05

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に素子が配線と電気的に接続され
    た状態で配列されてなる素子実装基板において、上記素
    子のうち不良素子に対応した位置にリペア素子が実装さ
    れていることを特徴とする素子実装基板。
  2. 【請求項2】 上記不良素子に接続された配線が切断さ
    れていることを特徴とする請求項1記載の素子実装基
    板。
  3. 【請求項3】 上記各素子及びリペア素子は、樹脂に埋
    め込まれて素子チップとされていることを特徴とする請
    求項1記載の素子実装基板。
  4. 【請求項4】 上記素子チップには、上記配線と接続す
    るための複数の電極が形成されていることを特徴とする
    請求項3記載の素子実装基板。
  5. 【請求項5】 上記素子チップは、略対称となる位置に
    複数の電極が形成されていることを特徴とする請求項4
    記載の素子実装基板。
  6. 【請求項6】 上記電極の数が2であり、これら2つの
    電極が点対称となる位置に形成されていることを特徴と
    する請求項5記載の素子実装基板。
  7. 【請求項7】 上記素子チップの電極形成面が略対称形
    状とされていることを特徴とする請求項3記載の素子実
    装基板。
  8. 【請求項8】 上記素子チップの電極形成面が略正方形
    であることを特徴とする請求項7記載の素子実装基板。
  9. 【請求項9】 上記複数の電極は、上記素子チップの電
    極形成面の対角線上に中心点から略等しい距離となるよ
    うに形成されていることを特徴とする請求項8記載の素
    子実装基板。
  10. 【請求項10】 上記リペア素子が樹脂に埋め込まれた
    素子チップにおいては、上記複数の電極が同一面上に形
    成されていることを特徴とする請求項4記載の素子実装
    基板。
  11. 【請求項11】 上記素子チップに形成された電極と接
    続される配線は、その配線長が最短の経路を経て接続さ
    れる場合よりも長くなるように形成されていることを特
    徴とする請求項4記載の素子実装基板。
  12. 【請求項12】 基板上に素子を配列し、駆動回路と接
    続された配線と電気的に接続することにより実装した
    後、不良素子を検出し、当該不良素子に対応した位置に
    リペア素子を実装することを特徴とする不良素子の修復
    方法。
  13. 【請求項13】 上記不良素子に接続される配線を切断
    した後、当該配線の切断位置よりも駆動回路側の位置に
    上記リペア素子を電気的に接続することを特徴とする請
    求項12記載の不良素子の修復方法。
  14. 【請求項14】 基板上に発光素子が配線と電気的に接
    続された状態でマトリクス状に配列され、各発光素子が
    画素を構成してなる画像表示装置において、上記発光素
    子のうち不良発光素子に対応した位置にリペアの発光素
    子が実装されていることを特徴とする画像表示装置。
  15. 【請求項15】 上記不良発光素子に接続された配線が
    切断されていることを特徴とする請求項14記載の画像
    表示装置。
  16. 【請求項16】 上記不良発光素子に重ねて上記リペア
    の発光素子が配置されていることを特徴とする請求項1
    4記載の画像表示装置。
  17. 【請求項17】 上記各発光素子及びリペアの発光素子
    は、樹脂に埋め込まれて素子チップとされていることを
    特徴とする請求項14記載の画像表示装置。
  18. 【請求項18】 基板上に配線と電気的に接続された状
    態で発光素子がマトリクス状に配列され、各発光素子が
    画素を構成してなる画像表示装置の製造方法において、
    第一基板上で前記発光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前記発光素子を転写して一時保持
    用部材に該発光素子を保持させる第一転写工程と、前記
    一時保持用部材に保持された前記発光素子をさらに離間
    して前記第二基板上に転写する第二転写工程を有し、こ
    れら工程により基板上に素子を離間して配列し、駆動回
    路と接続された配線と電気的に接続することにより実装
    した後、不良発光素子を検出し、当該不良発光素子に対
    応した位置にリペアの発光素子を実装することを特徴と
    する画像表示装置の製造方法。
  19. 【請求項19】 上記不良発光素子に接続される配線を
    切断した後、当該配線の切断位置よりも駆動回路側の位
    置に上記リペアの発光素子を電気的に接続することを特
    徴とする請求項18記載の画像表示装置の製造方法。
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