JP2019135738A - フルカラーled表示パネル及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】隣接する蛍光発光層間の混色を確実に防止する。【解決手段】紫外から青色波長帯の光を放射する複数のLED4を配線基板5上にマトリクス状に配置したLEDアレイ基板1と、三色対応の複数の前記LED4上に、感光性樹脂に蛍光色素を均一に分散させて有する蛍光レジストの島パターンとして形成され、前記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波長変換する複数の蛍光発光層2と、前記蛍光発光層2の光放出面2aを除く周面2bに被着させて設けられ、前記励起光及び前記蛍光を反射又は吸収する遮光部材3と、を備えたものである。【選択図】図2

Description

本発明は、蛍光発光層を備えたフルカラーLED表示パネルに関し、特に隣接する蛍光発光層間の混色を確実に防止し得るフルカラーLED表示パネル及びその製造方法に係るものである。
従来のフルカラー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、このような従来のフルカラー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)を隔てる隔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、未硬化部分が生じてしまうおそれがあった。そのため、上記隔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)を含有する蛍光レジストの液を充填する際に、隔壁の一部が崩れて蛍光レジストの液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隔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、隣接する蛍光発光層間の混色を確実に防止し得るフルカラーLED表示パネル及びそ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、本発明によるフルカラーLED表示パネルは、紫外から青色波長帯の光を放射する複数のLEDを配線基板上にマトリクス状に配置したLEDアレイ基板と、三色対応の複数の前記LED上に、感光性樹脂に蛍光色素を均一に分散させて有する蛍光レジストの島パターンとして形成され、前記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波長変換する複数の蛍光発光層と、前記蛍光発光層の光放出面を除く周面に被着させて設けられ、前記励起光及び前記蛍光を反射又は吸収する遮光部材と、を備えたものである。
また、本発明によるフルカラーLED表示パネルの製造方法は、紫外から青色波長帯の光を放射する複数のLEDを配線基板上にマトリクス状に配置してLEDアレイ基板を形成する第1ステップと、三色対応の複数の前記LED上に、感光性樹脂に蛍光色素を均一に分散させて有する蛍光レジストを露光及び現像して、前記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波長変換する複数の蛍光発光層の島パターンを形成する第2ステップと、前記蛍光発光層の光放出面を除く周面に被着させて、前記励起光及び前記蛍光を反射又は吸収する遮光部材を設ける第3ステップと、を行うものである。
本発明によれば、蛍光レジストの島パターンとして形成された蛍光発光層の光放出面を除く周面に被着させて遮光部材が設けられているため、従来技術と違って、隣接する蛍光発光層間の隔壁の一部が崩れて蛍光レジストの液が隣接する他の色のピクセル内に漏れ、混色を生じるという恐れが無い。したがって、隣接する蛍光発光層間の混色を確実に防止することができる。
本発明によるフルカラーLED表示パネルの第1の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。 本発明によるフルカラーLED表示パネルのLEDの接点と配線基板の電極パッドとの電気接合について説明する断面図である。 本発明によるフルカラーLED表示パネルの赤色蛍光発光層の発光スペクトルを例示するグラフである。 本発明によるフルカラーLED表示パネルの赤色蛍光発光層の色純度を例示する表である。 上記第1の実施形態の製造方法におけるLEDアレイ基板製造工程を示す説明図である。 上記第1の実施形態の製造方法における蛍光発光層形成工程を示す説明図である。 上記第1の実施形態の製造方法における遮光部材形成工程を示す説明図である。 本発明によるフルカラーLED表示パネルの第2の実施形態を示す要部拡大断面図である。 上記第2の実施形態の製造方法における蛍光発光層アレイ基板製造工程を示す説明図である。 上記第2の実施形態の製造方法における組立工程を示す説明図である。
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は本発明によるフルカラーLED表示パネルの第1の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。このフルカラー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、遮光部材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LED4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。
上記配線基板5上には、図2に示すように複数のLED4が設けられている。このLED4は、紫外から青色波長帯の光を発光するものであり、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の近紫外線を発光するLEDであっても、波長が例えば380nm〜500nmの青色光を発光するLEDであってもよい。なお、本明細書において、「上」は、フルカラーLED表示パネルの設置状態に関わらず、表示面側を言う。
詳細には、図3に示すように、LED4は、配線基板5の電極パッド6上にパターニング形成された導電性の弾性突起部7を介してLED4の接点8と上記電極パッド6とが電気接続されるようになっている。
より詳細には、上記弾性突起部7は、表面に金やアルミニウム等の良導電性の導電体膜9を被着させた樹脂製の突起10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10である。なお、図3においては、一例として弾性突起部7として表面に導電体膜9を被着させた突起10を形成した場合を示しているが、弾性突起部7は導電性フォトレジストで形成したものであってもよい。
さらに、図3に示すように、LED4は、配線基板5の電極パッド6の周囲に設けられた接着剤層11を介して配線基板5に接着固定されている。この場合、上記接着剤層11は、露光及び現像によりパターニングが可能な感光性接着剤であるとよい。又は、アンダーフィル剤であっても、紫外線硬化型の接着剤であってもよい。
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EL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(顔料又は染料)を均一に分散させて有する蛍光レジストをフォトリソグラフィーにより露光及び現像して形成された島パターンの形状を有するものである。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、レジスト膜中に数十ナノメートルオーダーの粒子径を有する蛍光色素と、数ミクロンメートルオーダーの粒子径を有し、予め定められた波長帯の光を選択的に透過する調整色素とを均一に混合、分散させて含有するものである。
より詳細には、上記調整色素は、LED4から発せられる励起光ELを透過すると共に、蛍光色素が励起されて発する蛍光FLのうち、三原色に対応する波長帯の光を透過し、それ以外の不要な波長の光を吸収するもので、カラーフィルター用の顔料又は染料を使用することができる。即ち、赤色蛍光発光層2Rには、赤色蛍光色素と赤色調整色素が含まれ、緑色蛍光発光層2Gには、緑色蛍光色素と緑色調整色素が含まれ、青色蛍光発光層2Bには、青色蛍光色素と青色調整色素が含まれている。
図4は赤色の蛍光色素と赤色対応の赤色調整色素を含有する赤色蛍光発光層2Rの発光スペクトルを例示したものであり、破線は赤色調整色素の透過スペクトルを示し、一点鎖線は赤色蛍光色素の発光スペクトルを示し、実線は上記赤色調整色素及び赤色蛍光色素を含有する赤色蛍光発光層2Rの発光スペクトルを示している。また、図5は上記赤色蛍光発光層2Rの色純度を赤色蛍光色素のみの場合と比較して示す表である。ここで使用した赤色蛍光色素は258蛍光体であり、赤色調整色素は、ピグメントレッド254(Pigment Red 254)である。そして、その混合比は、258蛍光体が20重量部、ピグメントレッド254が80重量部となっている。なお、以上は、一例を示すものであり、これに限定されない。
図5に示すように、赤色蛍光色素と赤色調整色素とを含有する赤色蛍光発光層2Rの発光特性は、発光ピークが617nm、半値幅が70nmであった。一方、赤色蛍光色素のみの発光特性は、発光ピークが612nm、半値幅が90nmであった。このように、赤色蛍光色素と赤色調整色素とを含有する赤色蛍光発光層2Rは、赤色蛍光色素のみを使用した場合に比べて、発光ピークが長波長側にシフトし、半値幅も小さくなって色純度が向上していることが分かる。
図2に示すように、上記蛍光発光層2の光放出面2aを除く周面2bに被着させて遮光部材3が設けられている。この遮光部材3は、励起光EL及び蛍光FLを反射又は吸収するもので、例えば、励起光EL及び蛍光FLを反射するアルミニウムやニッケル等の金属膜をスパッタリングやめっき等により形成したものである。又は、隣接する蛍光発光層2の間の隙間を埋めるように励起光EL及び蛍光FLを吸収する、例えば黒色樹脂を塗布して設けてもよい。なお、蛍光発光層2の光放出面2aに被着した遮光部材3は、後にフォトリソグラフィー、レーザ照射又は研磨等の種々の手法により除去される。
上記遮光部材3として金属膜が使用される場合には、蛍光発光層2内を隣接する蛍光発光層2の方向に斜めに進む励起光ELを金属膜により蛍光発光層2の内側に反射して蛍光色素の励起に使用することができ、蛍光発光層2の発光効率を向上することができる。また、蛍光発光層2内を斜めに進む蛍光FLは、金属膜により反射されて蛍光発光層2の光放出面2aから放出されるため、光利用率の向上を図ることもできる。
次に、このように構成されたフルカラーLED表示パネルの第1の実施形態の製造方法について説明する。
本発明によるフルカラーLED表示パネルの第1の実施形態の製造方法は、大別して、LEDアレイ基板製造工程と、蛍光発光層形成工程と、遮光部材形成工程とに分けられる。以下、各工程について順番に説明する。
(LEDアレイ基板製造工程)
図6はLEDアレイ基板製造工程を示す説明図である。
先ず、図6(a)に示すように、配線基板5上の電極パッド6に対応して、導電性の弾性突起部7が形成される。詳細には、配線基板5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14を使用して露光し、現像して電極パッド6上に突起10をパターニング形成する。その後、上記突起10及び電極パッド6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9をスパッタリングや蒸着等により成膜して弾性突起部7を形成する。
より詳細には、導電体膜9を成膜する前に、フォトリソグラフィーにより電極パッド6上を除く周辺部分にレジスト層を形成し、導電体膜9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9をリフトオフする。
なお、弾性突起部7は、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10であってもよい。この場合は、弾性突起部7は、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14を使用して露光し、現像して電極パッド6上に突起10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7は、フォトリソグラフィー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8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、高精細なフルカラーLED表示パネルの製造が可能となる。
また、弾性突起部7は、LED4の押圧によりLED4の接点8に弾性変形して接触するので、後述するように複数のLED4を同時に押圧した場合にも、各LED4の各接点8を弾性突起部7に確実に接触させることができる。したがって、フルカラーLED表示パネルの製造歩留りを向上することができる。
次に、図6(b)に示すように、例えばサファイア基板12上にLED表示パネルの画素ピッチと同じピッチでマトリクス状に配置して形成された、紫外から青色波長帯の光を放射する複数のLED4が、その接点8が上記配線基板5の電極パッド6に合致するように配線基板5に対してアライメントされる。
次いで、図6(c)に示すように、サファイア基板12が配線基板5に対して圧着され、LED4の接点8が配線基板5の電極パッド6に電気的に接続される。その後、図示省略の接着剤によりLED4が配線基板5に接着固定される。この場合、LED4を配線基板5に接着固定する前に、配線基板5に通電して各LED4の点灯状態を検査してもよい。そして、点灯不良と判定されたLED4又は該不良判定のLED4を含むLED列を除く良品のLED4のみを接着してもよい。
続いて、図6(d)に示すように、サファイア基板12側から良品のLED4に対してレーザ光Lを照射して良品のLED4をサファイア基板12から剥離する。これにより、図6(e)に示すように、複数のLED4を配線基板5上にマトリクス状に配置したLEDアレイ基板1が完成する。なお、配線基板5上の、不良と判定されたLED4又は該不良判定のLED4を含むLED列の抜けた部分には、予備の良品のLED4又はLED列があてがわれる。
(蛍光発光層形成工程)
図7は蛍光発光層形成工程を示す説明図である。
先ず、図7(a)に示すように、LEDアレイ基板1上に例えば赤色の蛍光レジスト13が例えばスピンコート又はスプレー塗布される。
次に、図7(b)に示すように、フォトマスク14を使用して赤色対応のLED4上の赤色の蛍光レジスト13が露光される。
次いで、上記赤色の蛍光レジスト13を所定の現像液により現像することにより、図7(c)に示すように赤色対応のLED4上に赤色の蛍光レジスト13の島パターンが残り、赤色蛍光発光層2Rが形成される。
その後、同様にして、緑色及び青色の蛍光レジストについて、LEDアレイ基板1上への塗布工程及びフォトマスクを使用したフォトリソグラフィー工程を経て、図7(d)に示すように、緑色及び青色対応のLED4上に夫々緑色蛍光発光層2G及び青色蛍光発光層2Bが形成される。
(遮光部材形成工程)
図8は遮光部材形成工程を示す説明図である。
先ず、図8(a)に示すように、蛍光発光層2の光放出面2a側からスパッタリング等により成膜して、蛍光発光層2の周面2bに遮光部材3としてのアルミニウムやニッケル等の金属膜を所定厚みで形成する。この場合、遮光部材3は、金属膜を無電解めっきにより形成してもよいし、例えば蛍光発光層2上に例えば感光性の黒色樹脂を塗布した後、紫外線硬化させて隣接する蛍光発光層2の間の隙間を上記黒色樹脂により埋めてもよい。
次に、図8(b)に示すように、蛍光発光層2の光放出面2a上の遮光部材3を、例えばフォトリソグラフィーによるエッチング、レーザ照射又は研磨により除去する。レーザ照射により金属膜を除去する場合には、約260nm〜約360nmの波長のレーザを使用するとよい。また、レーザ照射により黒色樹脂を除去する場合には、約355nm以上の波長のレーザを使用してレーザアブレーションするとよい。
その後、表示面側表面に図示省略の可視光を透過する透明な保護層及び外光の反射を防止する反射防止膜を形成することにより、第1の実施形態による本発明のフルカラーLED表示パネルが完成する。なお、LED4が青色光を発光するものである場合には、青色蛍光発光層2Bは無くてもよい。
図9は本発明によるフルカラーLED表示パネルの第2の実施形態を示す要部拡大断面図である。
第2の実施形態の第1の実施形態と異なる点は、蛍光発光層2及び遮光部材3がLEDアレイ基板1とは異なる別の透明基板15上に形成されているということである。以下、第2の実施形態の製造方法について説明する。
第2の実施形態の製造方法は、大別して、LEDアレイ基板製造工程と、蛍光発光層アレイ基板製造工程と、組立工程とに分けられる。
上記LEDアレイ基板製造工程は、第1の実施形態の製造方法と同じであり、ここでは説明を省略する。
図10は蛍光発光層アレイ基板製造工程を示す説明図である。
先ず、図10(a)に示すように、可視光を透過する例えばガラスや樹脂製の透明基板15上に例えば赤色の蛍光レジスト13が例えばスピンコート又はスプレー塗布される。
次に、図10(b)に示すように、フォトマスク14を使用して赤色の蛍光レジスト13が露光される。
次いで、上記赤色の蛍光レジスト13を所定の現像液により現像することにより、図10(c)に示すように赤色の蛍光レジスト13の島パターンが残り、赤色対応のLED4の配列ピッチと同じピッチで赤色蛍光発光層2Rが形成される。
その後、同様にして、緑色及び青色の蛍光レジスト13について、透明基板15上への塗布工程及びフォトマスクを使用したフォトリソグラフィー工程を経て、図10(d)に示すように、緑色及び青色対応のLED4の配列ピッチと同じピッチで夫々緑色蛍光発光層2G及び青色蛍光発光層2Bが形成される。
次に、図10(e)に示すように、蛍光発光層2の光放出面2a側からスパッタリング等により成膜して、蛍光発光層2の側面に遮光部材3としてのアルミニウムやニッケル等の金属膜を所定厚みで形成する。この場合、遮光部材3は、金属膜を無電解めっきにより形成してもよいし、例えば蛍光発光層2上に例えば感光性の黒色樹脂を塗布した後、紫外線硬化させて隣接する蛍光発光層2の間の隙間を上記黒色樹脂により埋めてもよい。
次いで、図10(f)に示すように、蛍光発光層2の光放出面2a上の遮光部材3を、例えばフォトリソグラフィーによるエッチング、レーザ照射又は研磨により除去する。このようにして、蛍光発光層2の光放出面2aを除く周面2bに遮光部材3を備えた蛍光発光層アレイ基板16が製造される。
図11は組立工程を示す説明図である。
先ず、図11(a)に示すように、LEDアレイ基板1上に蛍光発光層アレイ基板16が設置され、LEDアレイ基板1に予め設けられた図示省略のアライメントマークと蛍光発光層アレイ基板16に予め設けられた図示所略のアライメントマークとを使用してアライメントされ、LEDアレイ基板1の各LED4上に、蛍光発光層アレイ基板16の各蛍光発光層2が位置づけられる。
次に、図11(b)に示すように、両基板は、アライメント状態が維持されたまま圧着され、図示省略の接着剤により接合される。これにより、本発明によるフルカラーLED表示パネルの第2の実施形態が完成する。なお、第1の実施形態と同様に、LED4が青色光を発光するものである場合には、青色蛍光発光層2Bは無くてもよい。
上記第2の実施形態において、蛍光発光層2上への保護層及び反射防止膜の形成は、蛍光発光層アレイ基板16の形成後、又は上記組立工程の終了後に行ってもよい。
なお、以上の説明においては、LED4が窒化ガリウム(GaN)を主材料とした発光ダイオードである場合について述べたが、本発明はこれに限られず、LED4は有機ELも含むものである。したがって、LEDアレイ基板1のLED4を紫外から青色波長帯の光を放射する有機EL発光層で形成してもよい。
1…LEDアレイ基板
2…蛍光発光層
2a…光放出面
2b…周面
2R…赤色蛍光発光層
2G…緑色蛍光発光層
2B…青色蛍光発光層
3…遮光部材
4…LED
5…配線基板
13…蛍光レジスト
EL…励起光
FL…蛍光
詳細には、上記蛍光発光層2は、レジスト膜中に数ミクロンメートルオーダーの粒子径を有する蛍光色素と、数十ナノメートルオーダーの粒子径を有し、予め定められた波長帯の光を選択的に透過する調整色素とを均一に混合、分散させて含有するものである。

Claims (7)

  1. 紫外から青色波長帯の光を放射する複数のLEDを配線基板上にマトリクス状に配置したLEDアレイ基板と、
    三色対応の複数の前記LED上に、感光性樹脂に蛍光色素を均一に分散させて有する蛍光レジストの島パターンとして形成され、該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波長変換する複数の蛍光発光層と、
    前記蛍光発光層の光放出面を除く周面に被着させて設けられ、前記励起光及び前記蛍光を反射又は吸収する遮光部材と、
    を備えたことを特徴とするフルカラーLED表示パネル。
  2. 前記遮光部材は、前記励起光を反射する金属膜であることを特徴とする請求項1記載のフルカラーLED表示パネル。
  3. 前記蛍光レジストは、前記蛍光色素の他に、予め定められた波長帯の光を選択的に透過する調整色素をさらに含有することを特徴とする請求項1又は2記載のフルカラーLED表示パネル。
  4. 紫外から青色波長帯の光を放射する複数のLEDを配線基板上にマトリクス状に配置してLEDアレイ基板を形成する第1ステップと、
    三色対応の複数の前記LED上に、感光性樹脂に蛍光色素を均一に分散させて有する蛍光レジストを露光及び現像して、前記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波長変換する複数の蛍光発光層の島パターンを形成する第2ステップと、
    前記蛍光発光層の光放出面を除く周面に被着させて、前記励起光及び前記蛍光を反射又は吸収する遮光部材を設ける第3ステップと、
    を含むことを特徴とするフルカラーLED表示パネルの製造方法。
  5. 前記遮光部材は、前記励起光を反射する金属膜であることを特徴とする請求項4記載のフルカラーLED表示パネルの製造方法。
  6. 前記第3ステップは、前記蛍光発光層の側面に前記遮光部材を設けた後、前記光放出面に被着した前記遮光部材を除去することを特徴とする請求項4又は5記載のフルカラーLED表示パネルの製造方法。
  7. 前記蛍光レジストは、前記蛍光色素の他に、予め定められた波長帯の光を選択的に透過する調整色素をさらに含有することを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載のフルカラーLED表示パネルの製造方法。
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