JP2003186417A

JP2003186417A - 発光装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003186417A
Application number: JP2001389333A
Authority: JP
Inventors: Masaru Minami; 勝南
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】スペーサが発光素子の上に配置されても光の
散乱や屈折などが起こりにくく、光量の低下や画像のゆ
がみ等の悪影響が生じにくい発光装置、及びその製造方
法を提供すること。【解決手段】スペーサ１３と接着材１５とを実質的に
同一の材料で構成して、接着材料が硬化した後は両者が
一体化して均一となるので、発光素子１２が発する光は
スペーサ１３と接着材１５との界面に達してもほぼ直進
し、散乱されたり屈折したりすることが激減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、発光装置及びその
製造方法に関するものであり、詳しくは、発光素子を設
けた第１の基体に、透光性の第２の基体が透光性の接着
材によって接着されている発光ダイオード平面ディスプ
レイ等の発光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】画像や文字など各種の情報を表示する表
示装置の光源や発光素子として、発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）、レーザダイオード（ＬＤ）、有機エレクトロルミ
ネッセンス素子（有機ＥＬ素子）等が用いられている。
例えば、複数個のＬＥＤを基板上に２次元マトリックス
状に配置し、電源回路と各ＬＥＤへの駆動電流を制御す
る制御回路とを設けたＬＥＤ平面ディスプレイ装置があ
る。

【０００３】図９は、アクティブマトリックス方式のＬ
ＥＤディスプレイ装置の例である。この装置では、１つ
の画素５１を、画素選択用トランジスタ５２、コンデン
サ５３、ＬＥＤ５４、ＬＥＤ制御用トランジスタ５５で
構成している。ＬＥＤ５４とＬＥＤ制御用トランジスタ
５５は直列に接続し、両端をワイヤボンディングやハン
ダ付けにより基板上の電源配線（図示されていない）に
接続している。

【０００４】図９の装置では、行選択用シフトレジスタ
５６と列選択用シフトレジスタ５７によって行と列をそ
れぞれ選択し、その交点にある画素５１の動作状態を画
素選択用トランジスタ（トランスファゲート）５２によ
って設定する。つまり、トランスファゲート５２は各行
毎に選択されてＯＮし、同時に各列毎に映像信号が加え
られると、その交点にある画素のコンデンサ５３を充電
（この逆の場合は放電）し、その結果、ＬＥＤ制御用ト
ランジスタ５５がＯＮ又はＯＦＦの状態になり、ＬＥＤ
５４が発光又は消光する。垂直同期信号の１周期の間に
すべての画素が順次１回ずつ走査され、その時設定され
た動作状態は、次にその画素が走査される時まで保たれ
る。このようにして、二次元マトリックス状に配置され
たＬＥＤを映像信号に対応して発光させ、所望の画像表
示を行なうことができる。

【０００５】図１０はＬＥＤ素子の例を示すもので、図
１０（ａ）は従来型ＬＥＤ、図１０（ｂ）は窒化ガリウ
ム系半導体からなるマイクロクリスタルＬＥＤである。
６１は基板、７１は窒化ガリウム層（下地層）、６２及
び７２はｎ型窒化ガリウム層、６３及び７３は窒化イン
ジウムガリウム層（活性層）、６４及び７４はｐ型窒化
ガリウム層、６５及び７５はｐ電極、６６及び７６はｎ
電極、７７はマスク層である。これらのＬＥＤ素子で
は、ｐ型半導体とｎ型半導体との接合面に順方向に電流
を注入すると、キャリアである電子と正孔とが再結合し
て発光する。

【０００６】ところで、このようなＬＥＤなどの発光素
子を用いた発光装置では、発光素子を設けた基板を保護
する目的等のために、基板表面に透光性の第２の基板を
透光性の接着材によって接着することが多い。このと
き、表示画質を低下させないためには、２つの基板の間
隔（ギャップ）を均一に保って接着することが必須であ
る。このため、ギャップと同じ粒径をもったガラスの微
小球体等をスペーサとして接着材層の中に配し、２つの
基板間のギャップを均一に保つようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の接着材層には、
接着材とスペーサ材料という、一般的には屈折率が異な
る２種類の物質が混在しているため、発光素子が発する
光の一部は、スペーサの表面（詳しくは、接着材とスペ
ーサとの界面）で散乱されたり、屈折したりする。

【０００８】同様の方法でギャップを制御している液晶
ディスプレイでは、画素（数百μｍ程度）に対してスペ
ーサ（約５μｍ）が非常に小さいため、たとえスペーサ
が画素の上に配置されたとしても、スペーサ表面での散
乱や屈折が画像に与える影響は無視できる程度である。

【０００９】しかしながら、ＬＥＤ平面ディスプレイ装
置などの発光装置では、画素が数十μｍ程度、ギャッ
プ、つまり、スペーサである微小球体の粒径も数十μｍ
程度というように、画素の大きさとスペーサの粒径との
差が小さい。この場合、スペーサが画素の上に配置され
てしまうと、その画素のＬＥＤが発する光のかなりの部
分がスペーサの表面で散乱や屈折を受ける。

【００１０】図１１は、例えば透明基板１１１にＬＥＤ
素子１１２を設け、その上にスペーサ１１３と接着材１
１５とを用いて透明基板１１６を接着した状態の断面図
である。図中に一部拡大して示すように、スペーサ１１
３と接着材１１５との界面でＬＥＤ素子１１２からの光
の進路が散乱や屈折により変化するため、スペーサ１１
３が原因となって光量の低下や画像のゆがみ等の悪影響
が生じ、発光装置の画像を本来の画質で表示できないと
いう問題が生じることがある。

【００１１】このような問題が生じるのは、スペーサ１
１３と接着材１１５とが異なる材料からなっているため
である。

【００１２】本発明は、上記のような実情に鑑みてなさ
れたものであって、その目的は、スペーサが発光素子の
上に配置されても光の散乱や屈折などが起こりにくく、
光量の低下や画像のゆがみ等の悪影響が生じにくい発光
装置、及びその製造方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、発光素
子を設けた第１の基体と、これに対向する透光性の第２
の基体との間が透光性のスペーサによって保持されてい
ると共に、このスペーサと実質的に同一の材料からなる
透光性の接着材によって接着されている発光装置に係わ
るものである。

【００１４】また、本発明は、発光素子を設けた第１の
基体とこれに対向する透光性の第２の基体との間に、透
光性のスペーサと、このスペーサと実質的に同一の材料
からなる透光性の接着材となる接着材料とを配置する工
程と；前記第１及び第２の基体の少なくとも一方を他方
の基体の側へ加圧する工程と；加熱処理又は／及び光照
射によって前記接着材料を硬化させる工程とを有する、
発光装置の製造方法に係わるものである。

【００１５】本発明によれば、前記スペーサと前記接着
材とは実質的に同一物質からなり、前記接着材料が硬化
した後は両者が一体化するので、前記発光素子が発する
光は前記接着材と前記スペーサとの界面に達してもほぼ
直進し、散乱されたり屈折したりすることが激減する。
したがって、前記スペーサが前記発光素子の上に配置さ
れても、光量の低下や画像のゆがみ等の悪影響が生じに
くい発光装置を提供できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明においては、前記スペーサ
は、前記接着材と同じ透明樹脂で形成するのが好まし
い。

【００１７】また、本発明においては、前記スペーサの
屈折率と前記接着材の屈折率との差が０〜０．０３であ
ることが好ましい。

【００１８】また、本発明においては、前記透明樹脂が
熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂であってガラス転移温度
を有するものであることが好ましい。また、前記第１及
び第２の基体間において、前記ガラス転移温度より低い
温度に加熱して前記接着材料を硬化させるのが好まし
い。

【００１９】次に、本発明の好ましい実施の形態を図面
を参照しながら具体的に説明する。

【００２０】図１と図２は、それぞれ、ＬＥＤ等の発光
素子１２を設けた例えばガラス等の透明基板１１の上に
別のガラス等の透明基板１６をスペーサ１３及び接着材
１５を介して貼り合わせてなる発光装置（ＬＥＤディス
プレイ装置）の断面図と全体図である。

【００２１】スペーサ１３の径は約数十μｍであり、両
基板１１−１６間のギャップも約数十μｍである。発光
素子１２は図７に示したものと同様である。

【００２２】ここで注目すべきことは、スペーサ１３と
接着材１５とは実質的に同一物質であり、接着材料が硬
化した後は両者が一体化して均質化していることであ
る。したがって、図１の拡大図に示したように、発光素
子１２が発する光はスペーサ１３と接着材１５との元の
界面に達しても直進し、散乱されたり屈折したりするこ
とが激減することになる。そのため、図１や図２に見ら
れるように、スペーサ１３の一部が発光素子１２の上に
あっても画像表示性能には悪影響がない。

【００２３】スペーサ１３および接着材１５を構成する
物質としては、光の透過性に優れるエポキシ樹脂やポリ
メタクリル酸メチル等がある。

【００２４】次に、図３〜図５を参照しながら、接着材
１５及びスペーサ１３の材料として熱硬化性の透明樹脂
を用いる場合について説明する。このような樹脂として
は、エポキシ系の透明樹脂が適している。図３と図４は
スペーサの製造方法の１例を示す。図５（ａ）〜（ｃ）
は、両基板を接着する工程の１例を示す。

【００２５】まず、図３のように、平坦性の高い基板２
７の上に熱硬化性の透明樹脂原料（モノマー又はオリゴ
マー）２４をギャップ間隔よりやや大きい厚さに塗布し
た後、加熱して硬化させる。硬化後、室温まで冷却し、
ダイシングソー等の機械加工機を使い、平板状に硬化し
た透明樹脂２５に分離ライン２８を入れ、一辺の長さが
前記接着材層の厚さよりやや大きい立方体状又は直方体
状の細片に切断する。

【００２６】基板２７の材質は、樹脂の硬化温度におい
て変性、分解、反りなどがなければ、特に限定されるべ
きものではなく、例えば、セラミック基板、ガラス基
板、ポリテトラフルオロエチレン製基板、石英基板等が
挙げられる。基板２７の材質は、透明樹脂２５と剥離し
やすいものが望ましい。

【００２７】次に、図４のように、上記の細片を２枚の
平坦な研磨基板２９で上下両面から挟み込み、上と下の
研磨基板２９を互いに逆方向に回転させる。図４では、
上の研磨基板は時計回り方向（回転方向Ａ）に、下の研
磨基板は反時計回り方向（回転方向Ｂ）に回転する。そ
うすると立方体状あるいは直方体状であった透明樹脂は
角が取れていき、球状スペーサ１３に成形される。この
成形時には、初めは上下の研磨基板２９の上下から圧力
を加え、スペーサの大きさをある程度の大きさにそろえ
るが、そろった後は、球体の直径を目標の大きさに合わ
せるために、２枚の研磨基板２９間のギャップを正確に
保持する必要がある。研磨基板２９には、例えばセラミ
ック基板が適している。

【００２８】次に、図５（ａ）のように、発光素子１２
が設けられている基板１１の面上に、スペーサ１３と透
明樹脂原料（モノマー又はオリゴマー又はポリマー）２
４とを配置する。配置する方法は、例えばスプレーなど
の散布でもかまわず、とくにスペーサを規則正しく配置
する必要はない。スペーサ１３と透明樹脂原料２４とを
別々に散布してもよいし、あらかじめ混ぜ合わせたもの
を散布してもよい。散布を助けるために揮発性の溶媒を
用いる場合には、散布後、加熱などにより溶媒を完全に
蒸発させる。

【００２９】次に、基板１６を上からかぶせた後、図５
（ｂ）のように、基板１１と基板１６がスペーサ１３と
密着するように、両基板の少なくとも一方を他方の基板
の側へ加圧する。加える圧力の大きさは、１．０〜５．
０ｋｇ／ｃｍ²が適当である。加圧方法は特に指定しな
いが、例えばプレス機のようなものを使用してもかまわ
ない。

【００３０】次に、図５（ｃ）のように、この透明樹脂
がガラス転移温度Ｔｇを持つ場合、加圧したまま、この
ガラス転移温度Ｔｇより低い温度で一定時間加熱すれ
ば、基板１１と基板１６の貼り合わせが完了する。この
加熱時間は樹脂によって決まっている。例えば、透明樹
脂１５がエポキシ樹脂の一例では、次の条件が望まし
い。加熱温度：１２０℃ 加熱時間：３０分エポキシ樹脂のガラス転移温度Ｔｇは１２５℃であり、
加熱温度がＴｇより低いので、上記の操作の間、スペー
サ１３は剛性の高い状態を保っている。２つの基板のギ
ャップはこのスペーサ１３によって保持されるので、全
面にわたってギャップが均一な貼り合わせが可能とな
る。

【００３１】スペーサ１３の材料は、透明樹脂１５と同
じ熱硬化性樹脂であったから、透明樹脂原料２４が硬化
した後は、それまでは分離状態にあったスペーサ１３と
透明樹脂１５は同一物質となり、一体化して均一とな
り、両者間の界面が実質的に存在しなくなる。したがっ
て、すでに図１に示したように、スペーサ１３の表面で
発光素子１２が発した光が進路を乱されることが激減す
る。そのため、スペーサ１３が発光素子１２の上にあっ
ても、表示画質に悪影響を与えることは少なく、画素よ
りも大きなギャップを有し、ギャップが均一で大画面の
平面ディスプレイに好適な発光装置を作製できる。

【００３２】ただ、熱硬化性樹脂の場合、同じ物質から
作られているといっても、少なくとも２成分ある単量体
の混合比の違いで多少は組成が異なっており、厳密には
同一物質と言えないこともある。このような場合でも、
接着材の屈折率とスペーサの屈折率との差が０〜０．０
３であれば、表示画像に与える影響は無視できる程度で
あり、実質的に同一物質であるということができる。

【００３３】従来の無機ガラス製のスペーサは、硬さに
おいて優れているが、加工に高い温度が必要で、重いと
いう欠点がある。樹脂製のスペーサは、硬さにおいて劣
るが、加工に高温が不要で、軽く、比重が似通っている
ので未硬化の透明樹脂の中に均一に分散させやすいとい
う、副次的なメリットも持っている。

【００３４】接着材及びスペーサの材料として次に、図
６〜図８について、上記した熱硬化性樹脂に代えて熱可
塑性の透明樹脂を用いる場合を説明する。このような樹
脂としては、ポリメタクリル酸メチル等が適している。

【００３５】まず、透明な熱可塑性樹脂３５をガラス転
移温度Ｔｇより高い温度まで加温して軟化させておく。
次に、図６のように、これもガラス転移温度より高い温
度に保温した、平坦性の高い基板３７の上に熱可塑性の
透明樹脂３５を移し、上記ギャップよりやや大きい厚さ
に塗布した後、ガラス転移温度Ｔｇ以下の温度まで冷却
し、硬化させる。透明樹脂３５がポリメタクリル酸メチ
ルである場合、ガラス転移温度Ｔｇは１０５℃である。

【００３６】基板３７の材質は、樹脂を軟化させる温度
において変性、分解、反りなどがなければ、特に限定さ
れるべきものではなく、例えば、セラミック基板、ガラ
ス基板、ポリテトラフルオロエチレン製基板、石英基板
等が挙げられる。基板３７の材質は、透明樹脂３５と剥
離しやすいものが望ましい。

【００３７】室温まで冷却し、図６のように、平板状に
硬化した透明樹脂３５に分離ライン３８を入れ、一辺の
長さがギャップ間隔よりやや大きい立方体状又は直方体
状の細片に切断する。次に、図７のように、これらの細
片を２枚の平坦な研磨基板３９で上下両面から挟み込
み、上と下の研磨基板３９を互いに逆方向に回転させ
て、透明樹脂を球状スペーサ１３に成形する。以上の操
作は、図３、図４を用いて説明した上記操作と全く同じ
であるので、詳しい記述は省略する。

【００３８】次に、図８（ａ）のように、発光素子１２
が設けられている基板１１の面上に、スペーサ１３と、
望ましくは少量の重合開始剤を添加した透明樹脂原料
（モノマー、オリゴマー又はポリマー）３４とを配置す
る。透明樹脂３５がポリメタクリル酸メチルである場
合、重合開始剤としては、過酸化物やアゾ系の重合開始
剤を用いてよい。次に、基板１６を上からかぶせた後、
図８（ｂ）のように、基板１１と基板１６がスペーサ１
３と密着するように、両基板の少なくとも一方を他方の
基板の側へ加圧する。その他の操作は、図５（ａ）、
（ｂ）を用いて説明した上記操作と全く同じであるの
で、詳しい記述は省略する。

【００３９】次に、図８（ｃ）のように、加圧したま
ま、この透明樹脂３５のガラス転移温度Ｔｇより低い温
度で一定時間加熱し、更に冷却することで、基板１１と
基板１６の貼り合わせが完了する。このときの加熱温
度、加熱時間は、樹脂と重合開始剤とによって決まる。
加熱温度がＴｇより低いので、上記の操作の間、スペー
サ１３は剛性の高い状態を保っている。２つの基板のギ
ャップはこのスペーサ１３によって保持されるので、全
面にわたってギャップが均一な貼り合わせが可能とな
る。

【００４０】透明樹脂がポリメタクリル酸メチルである
場合には、加熱するかわりに、或いは加熱と同時に、紫
外光を一定時間照射することで、基板１１と基板１６の
貼り合わせを行うこともできる。この場合、重合反応は
室温で行われるから、スペーサ１３は剛性の高い状態を
保っていて、２つの基板のギャップはこのスペーサ１３
によって保持され、全面にわたってギャップが均一な貼
り合わせが可能となる。

【００４１】ポリメタクリル酸メチルは、光の透過性に
優れ、剛性も大きく、本発明に最適な材料の一つであ
る。その他、上記したと同じ効果が期待できるのは言う
までもない。

【００４２】以上に説明した実施の形態は、本発明の技
術的思想に基づいて更に変形が可能である。

【００４３】例えば、スペーサの形状として球状のみ示
したが、円柱状や立方体状でもよく、作製可能であれ
ば、特にその形状を限定するものではない。ここで円柱
状のスペーサを横に寝かして使う場合を考えてみる。円
柱状のスペーサを作るには、次のような方法が考えられ
る。加温して軟化させたポリメタクリル酸メチルを、ガ
ラス転移温度より低い温度に保たれた液体中に小さな円
形のノズルから勢いよく噴出させ急冷すると、断面が円
形の細長いワイヤに成形できる。これを適当な長さに切
断すればよい。ノズルの直径を調節して、ギャップの大
きさと同じ直径をもつワイヤにすることができる。円柱
が立たないようにするには、ワイヤの断面が軸方向に直
交しないように切断する。スペーサ同士が重ならないよ
うにするには、円柱の長さを直径の２倍未満程度にすれ
ばよい。

【００４４】その他、基板の材質もガラスに限らず、プ
ラスチック等でもよく、透明でなくても半透明であって
もよい。これは両基板間の接着材についても同様であ
る。両基板の一方、例えば発光素子のある側の基板は不
透明でもよく、シリコン基板等を用いてもよい。

【００４５】また、発光素子はガリウム系に限らず、シ
リコン系の材質で作製してもよい。

【００４６】本発明は、図９に示したアクティブ方式に
限らず、パッシブ方式のディスプレイにも適用可能であ
る。

【００４７】

【発明の作用効果】本発明によれば、スペーサと接着材
とは実質的に同一物質からなり、接着材料が硬化した後
は両者が一体化するので、発光素子が発する光は接着材
とスペーサとの界面に達してもほぼ直進し、散乱された
り屈折したりすることが激減する。したがって、スペー
サが発光素子の上に配置されても、光量の低下や画像の
ゆがみ等の悪影響が生じにくい発光装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による、発光装置（ＬＥＤ
ディスプレイ装置）の概略断面図である。

【図２】同、第１の透明基板の上に第２の透明基板を接
着した状態の概略斜視図である。

【図３】同、スペーサの製造時の一工程を示す概略斜視
図である。

【図４】同、スペーサの製造時の一工程を示す概略斜視
図である。

【図５】同、第１の透明基板と第２の透明基板の接着工
程を順次示す概略断面図である。

【図６】同、スペーサの製造時の他の一工程を示す概略
斜視図である。

【図７】同、スペーサの製造時の他の一工程を示す概略
斜視図である。

【図８】同、第１の透明基板と第２の透明基板の他の接
着工程を順次示す概略断面図である。

【図９】従来のＬＥＤディスプレイ装置の等価回路図で
ある。

【図１０】同、ＬＥＤ素子の二例の概略断面図である。

【図１１】同、ＬＥＤディスプレイ装置の概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１１、１１１…第１の基板、１２、１１２…発光素子、
１３、１１３…スペーサ、１５、１１５…接着材、１
６、１１６…第２の基板、２４…熱硬化性透明樹脂原
料、２７、３７…平坦基板、２８、３８…分離ライン、
２９、３９…研磨基板、３４…熱可塑性透明樹脂原料、
３５…熱可塑性透明樹脂、５１…画素、５２…画素選択
用トランジスタ、５３…コンデンサ、５４…ＬＥＤ、５
５…ＬＥＤ制御用トランジスタ、５６…行選択用シフト
レジスタ、５７…列選択用シフトレジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 33/14 Ｈ０５Ｂ 33/14 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子を設けた第１の基体と、これに
対向する透光性の第２の基体との間が透光性のスペーサ
によって保持されていると共に、このスペーサと実質的
に同一の材料からなる透光性の接着材によって接着され
ている発光装置。
【請求項２】前記スペーサが前記接着材と同じ透明樹
脂で形成されている、請求項１に記載した発光装置。
【請求項３】前記スペーサの屈折率と前記接着材の屈
折率との差が０〜０．０３である、請求項１に記載した
発光装置。
【請求項４】前記透明樹脂が熱可塑性樹脂又は熱硬化
性樹脂であってガラス転移温度を有する、請求項２に記
載した発光装置。
【請求項５】発光素子を設けた第１の基体とこれに対
向する透光性の第２の基体との間に、透光性のスペーサ
と、このスペーサと実質的に同一の材料からなる透光性
の接着材となる接着材料とを配置する工程と；前記第１
及び第２の基体の少なくとも一方を他方の基体の側へ加
圧する工程と；加熱処理又は／及び光照射によって前記
接着材料を硬化させる工程とを有する、発光装置の製造
方法。
【請求項６】前記スペーサが前記接着材と同じ透明樹
脂で形成されるように、各材料を選択する、請求項５に
記載した発光装置の製造方法。
【請求項７】前記スペーサの屈折率と前記接着材の屈
折率との差が０〜０．０３である、請求項５に記載した
発光装置の製造方法。
【請求項８】前記透明樹脂として、ガラス転移温度を
有する熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を使用する、請求
項６に記載した発光装置の製造方法。
【請求項９】前記第１及び第２の基体間において、前
記ガラス転移温度より低い温度に加熱して前記接着材料
を硬化させる、請求項８に記載した発光装置の製造方
法。