JP2015019020A - 発光パネルとその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】2枚のシート間に複数の発光素子を保持し、発光素子が発光した状態で所望の発光を行う発光パネルとその効率的な製造方法が望まれる。【解決手段】発光パネルの製造方法は、第1の基板上に第1の電極配線を形成し、第1の電極配線の所定位置上に複数の発光素子を配置し、接着性樹脂を用いて、複数の発光素子を取り囲み、かつ空気抜き口を有するシールパターンを第1の基板上に形成し、複数の発光素子とシールパターンの間の領域にギャップコントロール剤を散布した状態で、第2の基板を第1の基板上方に配置し、第2の基板を複数の発光素子、シールパターンと接触させ、第1、第2の基板とシールパターンで画定される空間内を空気抜き口を介して真空排気し、第1、第2の基板を介した押し圧力により、前記シールパターンを押しつぶし、空気抜き口を閉鎖し、シールパターンを硬化させる。【選択図】 図1

Description

本発明は、発光パネルとその製造方法に関する。
従来から、表示面に発光ダイオード(LED)を装荷し、複数のLEDの点灯制御によって各種情報を表示する発光式の表示装置や、照明が知られている。例えば、可撓性プリント基板上に複数の発光ダイオードを装荷し、発光ダイオードの電極を基板上の導体パターンにボンディングワイヤで接続して複数の発光ダイオードを直列接続し、発光ダイオードを覆って透明樹脂層を形成したLED照明や、配線を形成した第1の透明基板上に複数のLEDを半田を用いてマウントし、ハンダをリフローして電気的接続を形成し、透明接着層を挟んで第2の透明基板を結合した、光透過型の発光モジュール等が開示されている(例えば特許文献1、特許文献2)。
導電層を備えた2枚のシート間に上下電極を有するLEDを挟持する構成も開示されている。例えば、異方性導電接着剤を介して2枚のシート上の導電層にLEDの上下電極を接続し、LEDの周囲では2枚のシート間に絶縁性スペーサを挟んだ構成が提案されている(例えば特許文献3)。
それぞれ透明電極を有する第1、第2のガラスシート間に上下電極を有する複数のLEDと、これら複数のLEDを取り囲む密閉フリットを配置し、第1、第2のガラスシートと密閉フリットで囲まれた内部空間の空気を抜いて低真空とした発光構造が提案されている(例えば特許文献4)。
特開2004−335853号公報 特開2005−340365号公報 特開2009−010204号公報 特表2009−512977号公報
2枚のシート間に複数の発光素子を保持し、発光素子が発光した状態で所望の発光を行う発光パネルとその効率的な製造方法が望まれる。
1観点によれば、
第1の基板上に第1の電極配線を形成し、
前記第1の電極配線の所定位置上に複数の発光素子を配置し、
接着性樹脂を用いて、前記複数の発光素子を取り囲み、かつ空気抜き口を有するシールパターンを前記第1の基板上に形成し、
前記複数の発光素子と前記シールパターンの間の領域にギャップコントロール剤を散布した状態で、第2の基板を前記第1の基板上方に配置し、前記第2の基板を前記複数の発光素子、前記シールパターンと接触させ、
前記第1、第2の基板と前記シールパターンで画定される空間内を前記空気抜き口を介して真空排気し、
前記第1、第2の基板を介した押し圧力により、前記シールパターンを押しつぶし、前記空気抜き口を閉鎖し、
前記シールパターンを硬化させる、
発光パネルの製造方法
が提供される。
図1Aは、実施例による発光パネルの構成を概略的に示す平面図、図1B,1Cはシールパターンの当初形状と押しつぶされた後の形状を概略的に示す平面図、図1Dはシールパターンを押しつぶした発光パネルの構成を概略的に示す断面図である と、 と、 図2A−図2Lは、実施例による発光パネルの製造プロセスを概略的に示す、平面図、側面図、または断面図である。 図3A,3B,3Cは、変形例による発光パネルを示す断面図、平面図、回路図である。 図4は、変形例による発光パネルを示す断面図である。 図5は、複数の空気抜き口を有する変形例によるシールパターンを示す平面図である。
以下、図面を参照して実施例による発光パネルを説明する。
図1Aは、2枚のシート11A,11Bの間に複数の発光ダイオード(LED)10を挟んだ、実施例による発光パネルを概略的に示す平面図である。4行、3列に配置した12個のLED10が例示されているが、LEDの個数、配置は任意に選択可能である。2枚のシートは、例えば厚さ80μmの可撓性透明ポリカーボネイトシートで形成され、その表面に透明電極12A,12Bのパターンが形成されている。以下、例として、x方向およびy方向のストライプ状透明電極パターンを用い、交点のLED10を駆動する場合を説明する。この程度の厚さのポリカーボネイトシートは、容易に変形させることができ、例えば3次元的な形状とすることもできる。なお、可撓性を持たなくてもよい場合、シート11A,11Bを透明ガラス基板で形成することもできる。
2枚のシート11A,11Bに挟まれ、複数のLED10を取り囲むループ形状のシールパターン15が接着性樹脂を用いて形成されている。シールパターン15の左辺中央部に、若干外側に飛び出し、幅が広くなっている閉鎖部16xが形成されている。
図1Bに示すように、シールパターン15は当所開口16を残してループ状の形状を有する。すなわち、開口16を介してシールパターン15の内側が外側と連絡している。開口16は、シールパターン15内部の空気を抜くための空気抜き口として機能する。
図1Cに示すように、シールパターン15を対向するシート11A,11Bの外側から押しつぶすと、シールパターン15は幅を拡張し、開口(空気抜き口)16が閉じた閉鎖部16xが形成される。なお、実際の工程としては、シート11A,11Bを含む積層構造を真空パック用袋に収納し、真空パック用袋の内側空間のみを真空排気して圧力を下げれば、真空パック用袋外側の大気圧がシート11A,11Bを介してシールパターンを押しつぶす。または、真空パック用袋の内外を真空排気し、所定の真空度に達した後真空パック用袋を閉じ、外部空間を徐々にリークして、真空パック用袋外側の大気圧がシート11A,11Bを介してシールパターンを押しつぶすようにする。
閉鎖部16は、対向する端部が開口を形成していたシールパターンを厚さ方向で押して、幅方向に広げることにより、シールパターンの両端部を接合させ、開口を閉じたものである。
図1Dは、2枚のシート11A,11BがLED10を挟んだ構成の概略断面図である。LED10は、n型層22、活性(発光)層23、p型層24を含む半導体積層構造を有し、n型層22の上にn側電極13、p型層24の上にp側電極14が形成されている。LED10が、n側電極13を下側にして下側シート11Aの透明電極12A上に配置され、上側のp側電極14の上側に、上側シート11Bの透明電極12Bが接している。下側シート11Aと上側シート11Bの間には絶縁性スペーサ17が散布されており、下側シート11A(の透明電極12A)と上側シート11B(の透明電極12B)との接触を防止している。
下側シート11Aと上側シート11Bの間の空間は、減圧されており、外気圧が下側シート11Aと上側シート11Bを両側から押圧する。透明電極12A,12Bと発光ダイオードの下側(n側)電極13、上側(p側)電極14とは押し付けられて、良好な電気的接触を形成する。シールパターン15は、下側シート11Aと上側シート11Bの間に密閉空間を形成し、真空引きによって形成した減圧状態を維持し、良好な電気的接触状態を維持する。
この構成によれば、接続用部材を用いることなくシート上の電極配線とチップ上の電極との電気的接続が形成されるので、構成要素の数を抑制し、構成を簡略化できる。透明なシート、電極を用いることにより、非駆動時にはほぼ透明で、駆動時には発光ダイオードパターンを表示する発光パネルを構成することが可能である。可撓性を有するシートを用いることにより、立体的3次元表面に発光素子を配置することが可能となる。次に、このような発光パネルの製造プロセスを説明する。
図2Aは、透明フィルムで形成された第1のシート11Aとその上に形成された第1の透明電極12Aを示す平面図である。第1のシート11Aは、例えば厚さ80μmのポリカーボネイト等の可撓性透明有機樹脂のシートで形成される。ポリカーボネイトの代わりにポリエチレンテレフタレート、アクリル系樹脂等を用いることもできる。若干透明度が低下してもよい場合は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アリル系樹脂、オレフィン系樹脂等を用いることもできる。第1の透明電極12Aは、酸化インジウム錫(ITO)膜または酸化インジウム亜鉛(IZO)膜のパターンで形成される。図には4本の横方向ストライプ状透明電極が示されている。
図2Bは、透明フィルムで形成された第2のシート11Bとその上に形成された第2の透明電極12Bを示す平面図である。第2のシート11Bは、基本的に、第1のシート11Aと同様の構成である。第2の透明電極12Bは、基本的に、第1の透明電極12Aと同様の構成である。第2の透明電極12Bは、第1の透明電極12Aとの組み合わせで、所望の交差部に電圧を印加できる形状を有する。図には3本の縦方向ストライプ状透明電極が示されている。後の工程で、第1、第2のシート11A,11Bを、透明電極12A,12Bが対向するように重ねると、3*4=12の交差領域が画定される。
第1、第2の透明電極12A、12Bは、第1、第2のシート11A、11B上にスパッタリングや真空蒸着で酸化インジウム錫(ITO)膜または酸化インジウム亜鉛(IZO)膜を成膜し、パターニングして形成する。透明電極付きのシートを出発材料としてもよい。パターニングは、例えばYVOレーザからの波長1064nm、レーザ出力10W〜100W,繰り返しパルス周期10kHz〜100kHz,レーザスポット径10μmφ〜200μmφのレーザビームをガルバノミラー等によって走査してアブレーション、熱蒸発等を生じさせて行う。例えば、レーザ出力10W,LDパワー60%、繰り返しパルス周波数40kHz,レーザスポット100μmφ、移動速度300mm/secでサンプルのパターニングを行った。
YVOレーザの代わりにYAGレーザ等を用いてもよい。レーザを用いたパターニングに代え、フォトリソグラフィとエッチングを用いたパターニングを行ってもよい。エッチングはウェットエッチングでもドライエッチングでもよい。
図2Cに示すように、第1のシート11A上の第1の透明電極12Aの12の交差領域の各々の上に、上下面に電極を有するLED10を、上下面を揃えて、配置する。図では、4本の横方向ストライプ状透明電極12Aのそれぞれの上に3つづつのLED10が配置されている。なお、この段階では、LED10は置いてあるだけで、何ら固定されていない。
図2Dに示すように、紫外線硬化型のシール用樹脂を収容したディスペンサ14を用いて、第1のシート11A上に紫外線硬化型樹脂のシールパターン15を塗布する。サンプルにおいては、設計データに従って、第1のシート11A上に、幅約1mm、高さ約0.1mmのシールパターン15を塗布した。なお、シールパターン15をスクリーン印刷などで形成することも可能である。
図2Eに示すように、シールパターン15は、LED10を取り囲むように延在し、空気抜き口(図1Bの開口)16を挟んで終端させる。シールパターン15の空気抜き口16の幅は、例えば2mm〜3mm程度とする。空気抜き口16は、シールパターン15を対向するフィルムシート11A,11B間で押圧した時、シールパターン15が押し広げられ、両側からのシールパターンが接触して空気抜き口16が閉じられるように設計する。
第2のシート11B上にギャップコントロール剤を散布する。ギャップコントロール剤として、例えばLED10の厚さ、例えば100μm〜300μm、より明らかに小さな径、例えば数μm〜40μm、を有する球状スペーサを散布する。50μm以上の径を有する球状スペーサは、目視で目立つようになる。両透明電極の接触を確実に防止するには数μm以上の径のスペーサを用いることが好ましい。サンプルにおいては、厚さ230μm、平面形状300μm×500μmのLEDチップを用い、径6μmのギャップコントロール剤を散布した。静電気を帯びさせて散布したギャップコントロール剤は、シートを立てても、裏返しても、落下しない。
なお、シールパターンを形成するシートとギャップコントロール剤を散布するシートを交換してもよい。一方のシート上にシールパターンを塗布し、ギャップコントロール剤を散布してもよい。
図2Fに示すように、第2のシート11Bの第2の透明電極12Bが、第1のシート11Aの第1の透明電極12Aと対向、交差するように、第1のシート11Aの上方に第2のシート11Bを裏返して位置合わせし、重ね合わせ、積層構造LAMを形成する。
図2Gは、第1のシート11Aの第1の透明電極12Aの上に、下側電極13、上側電極14を有するLED10を配置し、その上に第2のシート11Bの第2の透明電極12Bを位置合わせして配置した積層構造LAMの概略断面図である。図示を省略したスペーサが、図1Dに示すように配置される。図示された3つの発光ダイオードチップ10は選択した第2の透明電極12Bを介して電圧を印加することにより発光する。
図2Hに示すように、積層構造LAMを真空パック用(透明)袋18に入れる。この時、積層構造に圧力を加えてシールパターン15を押し広げることを避けるように注意する。真空パック用袋18を真空パック装置の所定の位置にセットし、図中左側の開口から真空引きを行う。サンプルにおいては、袋の中の圧力が約2mbar〜10mbar(1.5torr〜7.5torr)になるように、真空パック用透明袋18の内部を真空引きした。真空パック用袋18の内部圧力が減少し、真空パック用袋18外側の大気圧が、2枚のシート11A,11Bを外側から押圧する。
図2Iに示すように、真空パック用袋18内の真空引きによって両側のシート11A,11Bから圧力を印加されたシールパターン15は、押しつぶされて、その幅を拡大するように変形する。
図2Jに示すように、押しつぶされて高さを減少したシールパターン15は、破線で示すようにその幅を増大させる。シールパターン15の片側で広がる幅をdとし、空気抜き口16の開口幅をwとすると、(2d)>w)の条件を満たす時、空気抜き口16は閉鎖される。閉鎖された空気抜き口を16xで示す。広がる幅に若干の不均一があっても、空気抜き口16が確実に閉鎖されるように、空気抜き口16を介して対向するシールパターン15の辺の長さを拡大している。なお、所望の真空度(圧力)に達した後に空気抜き口が閉鎖するように設計することが望ましい。
図2Kに示すように、真空パック用袋18の開口を遮断する領域19において、熱圧着等を行い、真空パック用袋18の内部を封止する。真空パック用袋18の内部は減圧状態に保つことができる。サンプルにおいては、幅5mm程度のヒータで熱圧着した。
真空パックされた状態のまま、袋18を介してシールパターン15に硬化条件以上の紫外線を照射する。サンプルにおいては、17mW/cmの紫外線を60秒照射した(約1J/cm)。完成時のシールの幅は、約4mmであった。なお、シール幅は、ディスペンサの条件などにより広範囲で制御可能である。
真空パック装置の種類によっては、真空パック用袋18の内側及び外側が真空引きされる。この場合、真空排気中も、真空パック用袋18に外気圧は印加されず、真空引き口16は閉ざされない。所望の真空度(圧力)に達した後、真空パック用袋の内部を閉じ、真空パック用袋の外部を徐々に外気圧に解放するようにすればよい。真空パック用袋18の内外を一度に大気圧に開放すると、積層構造に応力が印加され、損傷を与えることがある。
図2Lに示すように、真空パック装置から真空パック用袋18を取り出す。大気圧に解放されても、真空パック用袋18の内部は減圧状態に保たれ、大気圧により外側からの押圧を受ける。
LEDチップの高さに較べて、ギャップコントロール剤の粒径は小さいものを選んでいる。透明基板上の透明電極と、LEDの電極とに積極的な導通処理は行っていないにも拘らず、透明電極とLEDの電極とが電気的に十分コンタクトされる構造となっている。LEDを発光させることが確認でき、透明シートを多少曲げたりしても発光状態に変化はなかった。また、図1Dにあるように、LEDチップ周囲では上下の基板が凹状になっており、基板間ギャップが狭くなっているため、LEDチップは位置ずれをしにくくなっている。
上記実施例においては、上下面に電極を有する発光ダイオードをそれぞれ透明電極パターンを有する透明シート間に挟んで保持した。駆動電流は上下透明シートの透明電極間に流れる。発光ダイオードの構成は上下電極型に限らない。
図3A,3B,3Cは、変形例による発光パネルを示す断面図、平面図、回路図である。
図3Aに示すように、発光ダイオードチップ10は基板21上にn型層22、活性層23、p型層24を成長し、一部領域でp型層24、活性層23をエッチしてn型層21を露出させた構成を有し、エピタキシャル成長面側にn側電極31とp側電極32を有する。第1の透明シート11A上には配線パターン34が形成され、2つの配線パターンに1つの発光ダイオードチップ10のn側電極31とp側電極32を接続する。第2の透明シート11Bは、電極配線を有さず、発光ダイオードチップ10の基板裏面上に配置される。なお、発光ダイオ−ドチップ10周辺には、図1Dに示したようにギャップコントロール剤が散布される。
図3Bは表示面の例を示す平面図である。表示イメージ36はS字形状であり、15個の発光ダイオード10が3つの直列接続に分かれて接続されている。直列接続の数は適宜変更可能である。駆動電圧等との適合性を考慮して選択できる。
図3Cは等価回路図を示す。各直列接続に電流安定化用の抵抗Rが接続されている。なお、抵抗Rはサージ電圧等に対する保護抵抗の機能も果たす。
本変形例においても閉じたシールパターン内に複数の発光ダイオードをギャップコントロール剤と共に収容配置し、シールパターン内部を真空排気する。透明シート11A,11B間の空間が減圧されることにより、外部大気圧が透明シート11A,11Bを両側から押さえる。発光ダイオードのn側電極31、p側電極32がそれぞれ対応する透明電極34に押し付けられ、良好な電気的コンタクトを形成する。
以上、発光素子の電極とシート上の透明電極との間に何ら接着構造を設けない場合を説明した。例えば、異方導電性接着剤を発光素子の電極とシート上の透明電極との間に設けて、組み立て時に仮固定機能を持たせることもできる。
図4に示すように、下側のシート11A上の透明電極12Aの所望位置の上にディスペンサを用いて例えば径100μm程度のドット状異方導電性接着剤33を滴下する。異方導電性接着剤33は、導電性粒子34と絶縁性樹脂35の混合物で構成される。導電性粒子のあるところでは、上下方向に導電性を示し、横方向には導電性を示さない。異方導電性接着剤33のパターンの上にLEDチップ10をチップマウンターを用いたり、手動でピンセットを用いて配置する。LEDチップ10の下側電極13が、異方導電性接着剤33を介して下側シート11Aの透明電極12Aと電気的に接続され、仮固定される。
LEDチップ10の上側電極14の上にドット状異方導電性接着剤33を滴下する。上側シート11Bを裏返し、透明電極12Bを、透明電極12A、LEDチップ10と位置合わせして降下させ、LEDチップ10の上側電極14と上側シート11Bの透明電極12Bとを異方導電性接着剤33を介して仮固定する。下側シートと上側シートを含む積層構造を真空パック用袋に入れ、上記実施例同様の処理を行う。熱処理を行うことなどにより、異方導電性接着剤を硬化させると、仮固定を本固定に変化させることができる。
シールパターンが1つの空気抜き口を有する場合を説明した。空気抜き口を複数も受けることも可能である。
図5に示すように、上述の実施例、変形例の空気抜き口を1つ有するシールパターンに代え、空気抜き口を複数有するシールパターン15を用いることができる。複数の空気抜き口を配置することにより、より確実に、シールパターン画定空間の真空排気を行うことができる。各空気抜き口で対向する辺の長さを延長し、確実に空気抜き口を閉鎖することは上述の実施例、変形例と同様である。
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、例示した材料、数値等は制限的なものではなく、種々変更可能である。発光ダイオードを例にとって説明したが、有機EL素子等多の種類の発光素子を用いることもできる。その他、種々の変形、改良、組み合わせ、などが可能なことは当業者に自明であろう。
10 発光素子、
11 シート、
12 透明電極、
14 ディスペンサ、
15 シールパターン、
16 開口(空気抜き口)、
16x 閉鎖部、
17 絶縁性スペーサ、
18 真空パック用袋、
19 開口を遮断する領域、
21 基板、
22 n型層、
23 活性層、
24 p型層、
31 n側電極、
32 p側電極、
33 異方導電性接着剤、
34 導電性粒子、
35 非導電性樹脂。

Claims (10)

  1. 対向配置された第1、第2の基板と、
    前記第1、第2の基板の少なくとも一方の対向面状に形成された電極配線と、
    前記電極配線に接続され、前記第1、第2の基板間に挟まれ、第1の高さを有する複数の発光素子と、
    接着性樹脂で形成され、前記複数の発光素子を配置した領域を取り囲んで、ループ状に形成されたシールパターンと、
    前記複数の発光素子と前記シールパターンとの間の領域に散布され、前記第1の高さより小さい第2の高さのギャップコントロール剤と、
    を有し、前記第1、第2の基板、前記シールパターンが密閉空間を画定し、該密閉空間の圧力が大気圧以下である発光パネル。
  2. 前記第1、第2の基板が透明フィルムまたは透明ガラスで形成され、前記ギャップコントロール剤が40μm以下の径を有する請求項1に記載の発光パネル。
  3. 前記電極配線が、第1、第2の基板上に配置され、前記発光素子が対向する2面上に電極を有する、請求項1または2に記載の発光パネル。
  4. 前記電極配線が、第1の基板上に配置された複数の配線パターンで構成され、前記発光素子が1面側に第1の電極、第2の電極を有する、請求項1または2に記載の発光パネル。
  5. 前記複数の配線パターンが、複数の発光素子を直列接続する請求項4に記載の発光パネル。
  6. 第1の基板上に第1の電極配線を形成し、
    前記第1の電極配線の所定位置上に複数の発光素子を配置し、
    接着性樹脂を用いて、前記複数の発光素子を取り囲み、かつ空気抜き口を有するシールパターンを前記第1の基板上に形成し、
    前記複数の発光素子と前記シールパターンの間の領域にギャップコントロール剤を散布した状態で、第2の基板を前記第1の基板上方に配置し、前記第2の基板を前記複数の発光素子、前記シールパターンと接触させ、
    前記第1、第2の基板と前記シールパターンで画定される空間内を前記空気抜き口を介して真空排気し、
    前記第1、第2の基板を介した押し圧力により、前記シールパターンを押しつぶし、前記空気抜き口を閉鎖し、
    前記シールパターンを硬化させる、
    発光パネルの製造方法。
  7. 前記真空排気する際には前記空気抜き口を閉鎖せず、所望の真空度に達した後、外気圧によりシールパターンを押しつぶし、前記空気抜き口を閉鎖する、
    請求項6に記載の発光パネルの製造方法。
  8. 第2の基板上に第2の電極配線を形成し、
    前記複数の発光素子が各々、対向する2面に電極を有し、
    第2の電極配線が複数の発光素子の上側電極上に配置されるように前記第2の基板を配置する、
    請求項6または7に記載の発光パネルの製造方法。
  9. 前記第2の基板上には電極配線を形成せず、前記第1の基板上に複数の配線パターンを形成し、
    前記複数の発光素子の各々が、1面に第1の電極、第2の電極を有し、
    前記発光素子の第1の電極、第2の電極が異なる配線パターンに接続されるように前記複数の発光素子を配置し、
    前記複数の発光素子が直列接続される、
    請求項6または7に記載の発光パネルの製造方法。
  10. 前記複数の発光素子を前記第1の電極配線上に配置する前に、前記複数の第1の電極配線の所定位置に異方導電性接着剤を塗布する、請求項6〜9のいずれか1項に記載の発光パネルの製造方法。
JP2013146781A 2013-07-12 2013-07-12 発光パネルとその製造方法 Active JP6204731B2 (ja)

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