JP2020080383A - 表示装置の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウェハ及び回路基板の面全体を略均一に加圧して複数のLEDを回路基板に一度に接着することができる。【解決手段】回路基板の接続パターンとウェハのLEDとを対向させて、2枚の板状体でウェハと回路基板とを挟んで、ウェハ及び回路基板の両側から圧力を加える。このとき、水平方向及び鉛直方向に変形可能な板状の弾性体を、板状体とウェハとの間又は板状体と回路基板との間に設け、弾性体をウェハ又は回路基板に面接触させて、ウェハ及び回路基板の面全体を略均一に加圧する。【選択図】 図6
Description
本発明は、表示装置の製造方法及び製造装置に関する。
特許文献1には、熱硬化型接着フィルムを介して回路基板に半導体チップを仮固定し、ゴムヘッドで加圧しながら回路基板側から加熱することにより、回路基板に半導体チップを接着固定する半導体装置の製造方法が開示されている。
特許文献2には、ゴムシート部分を持つ空気室を設け、基板等の積層部材の熱膨張に伴って空気室のゴムシートを押すことによる反力及び空気室の空気自体の熱膨張により、加圧力を常に一定に保つようにした液晶素子の製造方法及び製造装置が開示されている。
特許文献1に記載の発明は、チップを1つずつ接着するため、複数のチップを一度に接着できず、製造効率が悪いという問題がある。また、特許文献2に記載の発明では、加圧力を一定に保つために、リリーフ構造のレギュレータを経由して加圧気体を空気室に供給しなければならず、装置構成が複雑になるという問題がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、面全体を略均一に加圧して複数のLEDを回路基板に一度に接着することができる表示装置の製造方法を提供することを目的とする。また、簡単な構成の装置を用いて面全体を略均一に加圧して複数のLEDを回路基板に一度に接着することができる表示装置の製造装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る表示装置の製造方法は、例えば、複数のLEDが形成された略板状のウェハと、前記LEDが接続される接続パターンを有する配線パターンが設けられた略板状の回路基板とを貼り合わせて、前記LEDと前記接続パターンとを電気的に接続する表示装置の製造方法であって、前記配線パターン、前記接続パターン、前記LED及び前記LEDの周辺のうちの少なくとも1か所に接着剤を塗布する塗布工程と、前記接続パターンと前記LEDとを対向させて、前記LEDと前記接続パターンとの位置を合わせるアライメント工程と、2枚の板状体で前記ウェハと前記回路基板とを挟んで、前記ウェハ及び前記回路基板の両側から圧力を加える貼り合わせ工程と、前記接着剤を硬化させて前記LEDを前記回路基板に固定する硬化工程と、を含み、前記貼り合わせ工程では、水平方向及び鉛直方向に変形可能な板状の弾性体を、前記板状体と前記ウェハとの間又は前記板状体と前記回路基板との間に設け、前記弾性体を前記ウェハ又は前記回路基板に面接触させて、前記ウェハ及び前記回路基板の面全体を略均一に加圧することを特徴とする。
本発明に係る表示装置の製造方法によれば、回路基板の接続パターンとウェハのLEDとを対向させて、2枚の板状体でウェハと回路基板とを挟んで、ウェハ及び回路基板の両側から圧力を加える。このとき、水平方向及び鉛直方向に変形可能な板状の弾性体を、板状体とウェハとの間又は板状体と回路基板との間に設け、弾性体をウェハ又は回路基板に面接触させる。これにより、ウェハ及び回路基板の面全体を略均一に加圧して複数のLEDを回路基板に一度に接着することができる。
ここで、前記貼り合わせ工程では、前記LEDのそれぞれにかかる荷重が略0.1gf以上となるように前記ウェハを押圧してもよい。これにより、LEDと配線パターンとが確実に当接し、LEDが点灯しないという不具合が生じるのを防ぐことができる。
ここで、前記弾性体の鉛直方向の変形量は、前記弾性体の厚さの略20%〜略30%以下であり、前記アライメント工程では、前記ウェハと前記回路基板との隙間の最大値と最小値との差が前記弾性体の鉛直方向の変形量以下となるように、前記ウェハと前記回路基板とを対向させてもよい。これにより、繰り返し荷重による弾性体の疲労やへたりの発生を防止することができる。
ここで、前記接着剤は感光性熱硬化性樹脂であり、前記塗布工程では、前記接着剤を光で硬化させ、前記貼り合わせ工程では、略100度〜略120度の範囲で前記ウェハ及び前記回路基板を加熱して前記接着剤を軟化させ、前記硬化工程では、略200度以上の温度で前記ウェハ及び前記回路基板を加熱して前記接着剤を硬化させてもよい。これにより、光で硬化した接着剤を再度軟化させてLEDと回路基板とを当接させ、熱で接着剤を硬化させてLEDを回路基板に固定することができる。
上記課題を解決するために、本発明に係る表示装置の製造装置は、例えば、複数のLEDが形成されたウェハと、前記LEDが接続される接続パターンを有する配線パターンが設けられた回路基板とを貼り合わせて、前記LEDと前記接続パターンとを電気的に接続する表示装置の製造装置であって、支持フレームと、前記支持フレームの内部に設けられており、前記回路基板又は前記ウェハを吸着する略板状の第1吸着ステージを有するステージと、前記支持フレームの内部かつ前記ステージの鉛直方向上側に設けられており、前記回路基板又は前記ウェハを吸着する略板状の第2吸着ステージと、前記支持フレームと前記第2吸着ステージとに設けられた棒状部材を移動させるアクチュエータを有し、前記第2吸着ステージを上下方向に移動させる移動部と、水平方向及び鉛直方向に変形可能な板状の弾性体であって、前記第2吸着ステージの鉛直方向下側又は前記第1吸着ステージの鉛直方向上側に設けられた弾性体と、を備え、前記弾性体は空気を通す小孔を複数有し、前記弾性体が前記第2吸着ステージの鉛直方向下側に設けられているときは、前記第2吸着ステージは前記弾性体を介して前記回路基板又は前記ウェハを吸着し、前記弾性体が前記第1吸着ステージの鉛直方向上側に設けられているときは、前記第1吸着ステージは前記弾性体を介して前記回路基板又は前記ウェハを吸着し、前記移動部は、前記第1吸着ステージ及び前記第2吸着ステージで前記ウェハ及び前記回路基板を挟み、かつ前記弾性体が前記ウェハ又は前記回路基板に面接触した状態で前記ウェハ及び前記回路基板の両側から圧力を加えるように、前記第2吸着ステージを鉛直方向下側に移動させることを特徴とする。
本発明に係る表示装置の製造装置によれば、水平方向及び鉛直方向に変形可能な板状の弾性体を、第2吸着ステージの鉛直方向下側又は第1吸着ステージの鉛直方向上側に設け、弾性体が第2吸着ステージの鉛直方向下側に設けられているときは第2吸着ステージは弾性体を介して回路基板又はウェハを吸着し、弾性体が第1吸着ステージの鉛直方向上側に設けられているときは、第1吸着ステージは弾性体を介して回路基板又はウェハを吸着する。第1吸着ステージ及び第2吸着ステージでウェハ及び回路基板を挟み、かつ弾性体がウェハ又は回路基板に面接触した状態でウェハ及び回路基板の両側から圧力を加えるように、第2吸着ステージを鉛直方向下側に移動させる。これにより、ウェハ及び回路基板の面全体を略均一に加圧して複数のLEDを回路基板に一度に接着することができる。
ここで、前記弾性体の鉛直方向の変形量は、前記ウェハ及び前記回路基板の両側から圧力を加えた状態下において、前記弾性体の厚さの略20%〜略30%以下であってもよい。これにより、繰り返し荷重による弾性体の疲労やへたりの発生を防止することができる。
ここで、前記ステージは、前記ステージの温度を略200度以上に保つ加熱部を有し、
前記弾性体は、シリコーンゴム又はフッ素ゴムであってもよい。これにより、接着剤に感光性熱硬化性樹脂を使用することができる。
前記弾性体は、シリコーンゴム又はフッ素ゴムであってもよい。これにより、接着剤に感光性熱硬化性樹脂を使用することができる。
ここで、前記棒状部材と前記第2吸着ステージとの間に設けられた力検出器と、前記力検出器での検出結果が、略0.1gfに前記ウェハに設けられた前記LEDの数を乗じた値以上となるように前記アクチュエータを制御する第1制御部と、を備えてもよい。これにより、LEDと配線パターンとが確実に当接し、LEDが点灯しないという不具合が生じるのを防ぐことができる。
ここで、前記ステージは、前記第1吸着ステージの上面の傾きを補正するステージ移動部を有し、前記ウェハの表面までの距離及び前記回路基板の表面までの距離を測定する変位センサと、前記変位センサの測定結果に基づいて、前記ウェハと前記回路基板との隙間の最大値と最小値との差が前記弾性体の鉛直方向の変形量以下となるように前記ステージ移動部を制御する第2制御部と、を備えてもよい。これにより、繰り返し荷重による弾性体の疲労やへたりが発生しないように繰り返しウェハと回路基板との貼り合わせ作業を行うことができる。
本発明によれば、面全体を略均一に加圧して複数のLEDを一度に接着することができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の製造装置や製造方法を用いて製造される表示装置1の概略を示す図である。表示装置1は、複数のマイクロLEDがマトリクス状に配置されたフルカラーLED表示パネルであり、映像をカラー表示するものである。
図1は、表示装置1の概略を示す平面図である。表示装置1は、略板状の回路基板であるバックプレーン10に複数のLED20が配置されている。LED20は、略50μm×略50μm以下の大きさの超小型のLEDであり、例えば紫外光(波長が385nm)を発光する。LED20の構造はすでに公知であるため、詳細な説明を省略する。
LED20が縦方向、横方向に連続して並んでいる。LED20の上側には、赤色蛍光発光層30R、緑色蛍光発光層30G及び青色蛍光発光層30Bを有する蛍光発光層30が設けられている。
図2は、表示装置1の概略を示す部分断面図である。バックプレーン10は、透光基板であり、例えばサファイアガラスを用いて形成される。バックプレーン10には、LED20が接続される接続パターン(図示省略)を有する配線パターン11が設けられている。配線パターン11にはLED20が接着されており、配線パターン11上の接続パターン12とLED20のp電極22およびn電極23とが電気的に接続されている。
LED20を覆うように平坦化膜32が設けられており、平坦化膜32の上側には、蛍光発光層30と、蛍光発光層30を隔てる隔壁31とが設けられている。隔壁31の表面には、混色を防止する金属膜(図示省略)が設けられている。
各LED20がサブピクセルとなり、R、G、Bの3色のサブピクセルが1画素を構成する。本実施の形態では、サブピクセルがストライプ配列(図1参照)されているが、サブピクセルの配列はモザイク配列、デルタ配列等でもよい。
配線パターン11には、駆動回路40が電気的に接続されている。駆動回路40は、駆動信号を各LED20に供給し、各LED20をそれぞれオン/オフ駆動して点灯/消灯する。
図3、4は、表示装置1の製造方法を模式的に示す図である。
<工程1> 図3(A)に示すように、配線パターン11が形成されたバックプレーンを製作する。
<工程1> 図3(A)に示すように、配線パターン11が形成されたバックプレーンを製作する。
<工程2> 図3(B)に示すように、配線パターン11やLED20を接続するための接続パターン12の上に接着剤41を塗布する。接着剤41は、配線パターン11及び接続パターン12に塗布してもよいし、配線パターン11か接続パターン12のどちらか一方に塗布してもよい。接着剤41には、導電性を有する樹脂、例えばカーボンや金属(例えば、銀)を混ぜた樹脂を用いることが望ましい。この接着剤を塗布する工程は、コーター等を用いて配線パターン11上に接着剤を塗布する工程と、略90℃で2分程度加熱して溶液を蒸発させるプリベーク工程と、バックプレーン10の上にマスク101を載置してアライメントする工程と、常温下で露光して光で接着剤を硬化させ(仮硬化)、接着剤にマスク101のパターンを転写する露光工程と、硬化していない接着剤を除去する現像工程と、を有する。
<工程3> 図3(C)に示すように、複数のLED20が形成された略板状のウェハ25と、接着剤が塗布されたバックプレーン10とを貼り合わせて、LED20を接続パターン上に固定する。当該貼り合わせ工程については、後に詳述する。
<工程4> バックプレーン10にLED20が固定されたら、図3(D)に示すように、LED20を覆うように平坦化膜32を形成する。この平坦化膜形成工程は、コーター等を用いて配線パターン11上に平坦化膜32の材料を塗布する工程と、加熱して溶液を蒸発させるプリベーク工程と、バックプレーン10の上にマスク102を載置してアライメントする工程と、常温下で露光して平坦化膜32を硬化させる露光工程と、硬化していない平坦化膜の材料を除去する現像工程と、水分等を除去するポストベーク工程と、を有する。
<工程5> 図3(E)に示すように、平坦化膜32の上側に隔壁31を形成する。この隔壁形成工程は、コーター等を用いて配線パターン11上に隔壁31の材料を塗布する工程と、加熱して溶液を蒸発させるプリベーク工程と、バックプレーン10の上にマスク103を載置してアライメントする工程と、常温下で露光して隔壁31を硬化させる露光工程と、硬化していない隔壁の材料を除去する現像工程と、水分等を除去するポストベーク工程と、を有する。
<工程6> 図3(F)に示すように、工程5で形成した隔壁31にメッキ処理を行い、隔壁31及び平坦化膜32の表面に金属膜33を形成する。メッキ処理は、例えばAuスパッタリング処理を採用することができる。
<工程7> 図3(G)に示すように、工程6で形成した金属膜33のうち、平坦化膜32の表面に形成された金属膜33を除去する。本実施の形態では、レーザー加工により金属膜を除去する。
<工程8> 図4(A)に示すように、隔壁31の間に赤色の蛍光色素(顔料又は染料)を含有する蛍光発光レジストを充填及び硬化し、赤色蛍光発光層30Rを形成する。赤色蛍光発光層30R形成工程は、スキージを用いて蛍光発光レジストを隔壁31の間に充填する工程と、加熱して溶液を蒸発させるプリベーク工程と、バックプレーン10の上にマスク104を載置してアライメントする工程と、常温下で露光して赤色蛍光発光層30Rを硬化させる露光工程と、硬化していない蛍光発光レジストを除去する現像工程と、水分等を除去するポストベーク工程と、を有する。
<工程9> 図4(B)に示すように、隔壁31の間に緑色の蛍光色素を含有する蛍光発光レジストを充填及び硬化し、緑色蛍光発光層30Gを形成する。緑色蛍光発光層30G形成工程は、マスク105を用いる点以外は赤色蛍光発光層30R形成工程と略同一であるため、説明を省略する。
<工程10> 図4(C)に示すように、隔壁31の間に青色の蛍光色素を含有する蛍光発光レジストを充填及び硬化し、青色蛍光発光層30Bを形成する。青色蛍光発光層30B形成工程は、マスク106を用いる点以外は赤色蛍光発光層30R形成工程と略同一であるため、説明を省略する。
<工程11> 図4(D)に示すように、配線パターン11にリジットフレキシブル基板43を実装する。なお、リジットフレキシブル基板以外の基板を配線パターン11に実装してもよい。
<工程12> 図4(E)に示すように、リジットフレキシブル基板43に駆動回路40を接続する。これにより、駆動回路40からの駆動信号が配線パターン11を介してLED20に伝達され、表示装置1として機能するようになる。
次に、ウェハ25とバックプレーン10とを貼り合わせて、LED20と配線パターン11とを電気的に接続する貼り合わせ工程(工程3)で用いる表示装置の製造装置について説明する。図5は、製造装置2の概略を示す図である。図5では、鉛直方向をz方向とし、z方向と略直交する方向をx方向及びy方向とする。x方向及びy方向は略直交する。
製造装置2は、主として、弾性体51と、吸着ステージ52と、力検出器53と、吸着ステージ移動部55と、ステージ60と、ステージ移動部65と、支持フレーム71と、変位センサ72と、アライメントカメラ73と、を有する。
支持フレーム71は、製造装置2の外側を覆う略箱状の筐体である。支持フレーム71の内部には、ステージ60、ステージ移動部65、弾性体51、吸着ステージ52、力検出器53等が設けられる。
ステージ60は、略板状(ここでは、略厚板状)の部材であり、上面62aにバックプレーン10が載置される。ステージ60は、主として、アライメントステージ61と、アライメントステージ61の上に設けられたヒート吸着ステージ62と、ステージ移動部65と、を有する。
アライメントステージ61は、略板状の部材であり、ステージ移動部65を介して床面に載置される。アライメントステージ61は、ステージ移動部65により、x方向、y方向及びz方向に沿って平行移動可能に設けられ、かつx軸、y軸及びz軸周りに回動可能に設けられている。図5では、ステージ移動部65のz軸に沿って平行移動させる機構のみ図示し、その他の構成は省略している。ステージ移動部65は、主として、ガイドシャフト66と、シャフト67と、シャフト67を上下方向に移動させるアクチュエータ68と、を有する。ステージ移動部65はすでに公知の技術を用いることができるため、説明を省略する。
ヒート吸着ステージ62は、アライメントステージ61の鉛直方向上側(+z側)に設けられた略板状の部材であり、アライメントステージ61に固定されている。ヒート吸着ステージ62の上面62aには、バックプレーン10が載置される。ヒート吸着ステージ62には、上面62aに開口する孔62bが形成されており、この孔62bに接続された空気吸引装置(図示省略)により空気を吸引することで、ヒート吸着ステージ62がバックプレーン10を吸着し、上面62aにバックプレーン10を固定する。なお、ヒート吸着ステージ62に多孔質材を用いてもよい。
また、ヒート吸着ステージ62は、加熱部(図示省略)を有する。加熱部は、ヒート吸着ステージ62全体を一定温度(例えば、略120度や略200度以上)に保つ。
吸着ステージ52は、略板状の部材であり、ステージ60の+z側に設けられる。吸着ステージ52には、下面52aに開口する孔52bが複数形成されており、この孔52bに接続された空気吸引装置(図示省略)により空気を吸引することで、吸着ステージ52がウェハ25を吸引する。なお、吸着ステージ52に多孔質材を用いてもよい。
弾性体51は、水平方向及び鉛直方向に変形可能な板状の弾性体である。弾性体51は、ゴム状部材であるが、耐熱性が高く繰り返し荷重による疲労やへたりが起こり難いシリコーンゴム又はフッ素ゴムを用いることが望ましい。シリコーンゴムの耐熱温度は略280℃であり、フッ素ゴムの耐熱温度は略300℃であり、シリコーンゴム及びフッ素ゴムはともに本実施の形態における最高使用温度(略230℃)以上の耐熱性を有する。ここで、シリコーンとは、ケイ素を主材料とした化合物の総称である。
本実施の形態では、弾性体51として、へたりが発生し難い硬度50のシリコーンゴムを用いる。また、繰り返し荷重による疲労やへたりを防止するため、弾性体51の鉛直方向の変形量は、弾性体51の厚さの略20%〜略30%以下(圧縮率が略20%〜略30%以下)とする。
弾性体51は、吸着ステージ52の鉛直方向下側(−z側)に設けられており、上面51cが吸着ステージ52の下面52aに面で当接する。弾性体51には、弾性体51の厚さ方向に貫通し、空気を通す小孔51bが複数形成されている。小孔51bの一端は孔52bと連通し、小孔51bの他端は下面51aに開口している。これにより、吸着ステージ52は、弾性体51を介してウェハ25を吸着し、下面51aにウェハ25を固定する。
複数の小孔51bは、平面視において略十字形状となるように並べて配置されている。小孔51bが弾性体51の略全面に配置されるように、平面視において略十字形状の中心が弾性体51の中心と略一致する。小孔51bの大きさは、特に限定しないが、略1mm程度である。ただし、小孔51bの配置及び大きさはこれに限られない。
吸着ステージ移動部55は、吸着ステージ52及び弾性体51を上下方向(z方向)に移動させる。吸着ステージ移動部55は、主として、ガイドシャフト56と、アクチュエータ58と、を有する。なお、アクチュエータ58は、電動アクチュエータ、空気圧アクチュエータ(例えば、エアシリンダ)、油圧アクチュエータ(例えば、油圧シリンダ)等を含む。
アクチュエータ58は、棒状部材57を含む。棒状部材57は、支持フレーム71及び吸着ステージ52に設けられている。棒状部材57の下端に、吸着ステージ52が設けられている。また、棒状部材57は、平面視において吸着ステージ52の中心と略一致する位置に設けられる。アクチュエータ58が棒状部材57を移動(例えば、伸縮や上下動)させることで、支持フレーム71に対する吸着ステージ52の距離が変化し、吸着ステージ52が鉛直方向に略沿って上下動する。ガイドシャフト56は、吸着ステージ52が水平方向に移動したり傾いたりしないように吸着ステージ52をガイドする。
なお、本実施の形態では、吸着ステージ移動部55は、棒状部材57を1本有するが、複数の棒状部材57を有しても良い。
力検出器53は、例えばひずみゲージを用いたロードセルであり、棒状部材57と吸着ステージ52との間に設けられる。力検出器53は、棒状部材57が吸着ステージ52を押圧する力を検出する。力検出器53はすでに公知であるため、説明を省略する。
変位センサ72は、非接触でバックプレーン10の表面10aまでの距離を測定し、また、非接触でウェハ25の表面25aまでの距離を測定する。バックプレーン10の表面10aまでの距離とウェハ25の表面25aまでの距離との差が、表面10aと表面25aとの隙間である。すなわち、変位センサ72は、表面10aと表面25aとの隙間の大きさを測定する。変位センサ72は、表面10aまでの距離及び表面25aまでの距離を、弾性体51及び吸着ステージ52の外側の領域で測定する。変位センサ72はすでに公知であるため、説明を省略する。
変位センサ72での測定結果に基づいて、ステージ移動部65を介して、アライメントステージ61をx軸及びy軸周りに回動させる。ステージ移動部65は、アライメントステージ61をx軸及びy軸周りに回動させる図示しないチルト軸を有する。ステージ60、支持フレーム71、棒状部材57、吸着ステージ52等の製造・組立公差により、バックプレーン10とウェハ25とを略平行にすることは困難である。また、ウェハ25やバックプレーン10の大きさが大きくなればなるほど、公差が大きくなってしまう。したがって、変位センサ72でバックプレーン10やウェハ25の傾きを測定し、バックプレーン10とウェハ25とができるだけ略平行になるようにチルト軸を介してアライメントステージ61及びヒート吸着ステージ62を傾ける。例えば、対角4.8インチ(106.7mm×60mm)のバックプレーン10に対してウェハ25を貼り合わせる場合には、表面10aと表面25aとの隙間の最大値と最小値との差が変位センサ72の測定限界に近い略1mm以下、すなわちウェハ25とバックプレーン10との傾きの差異が略2.1度以下となるように、チルト軸を用いて上面62aの傾きを補正して、バックプレーン10とウェハ25とを対向させる。
アライメントカメラ73は、バックプレーン10とウェハ25との位置を合わせるための画像を撮像するカメラである。アライメントカメラ73はすでに公知であるため、説明を省略する。
なお、本実施の形態では、変位センサ72及びアライメントカメラ73を使用するため、バックプレーン10及びウェハ25が弾性体51及び吸着ステージ52より大きくなっているが、バックプレーン10及びウェハ25が弾性体51及び吸着ステージ52より小さくてもよい。バックプレーン10及びウェハ25が弾性体51及び吸着ステージ52より小さくても、光学式の変位センサ72及びアライメントカメラ73を使用することで、表面10aまでの距離及び表面25aまでの距離の測定やアライメントが可能である。なお、バックプレーン10及びウェハ25が弾性体51及び吸着ステージ52より大きい場合には、バックプレーン10及びウェハ25のうちのLED20の実装範囲を弾性体51及び吸着ステージ52よりも小さくし、LED20の実装範囲が弾性体51及び吸着ステージ52と重なるようにバックプレーン10及びウェハ25を配置する。
製造装置2は、図示しない制御部を有してもよい。制御部は、主として、力検出器53での検出結果が、略0.1gfにウェハ25に設けられたLED20の数を乗じた値以上となる(後に詳述)ようにアクチュエータ58を制御する機能部と、変位センサ72の測定結果に基づいて、表面10aと表面25aとの隙間の最大値と最小値との差が弾性体51の鉛直方向の変形量以下となる(後に詳述)ようにステージ移動部65を制御する機能部と、を有する。制御部は、演算装置であるCPU(Central Processing Unit)及びメモリを備え、制御部の各機能部は、CPUが不揮発性メモリに格納された所定のプログラムを揮発性メモリに読み出して実行することにより実現される。なお、アクチュエータ58やステージ移動部65は、作業者が手動で駆動することもできる。
次に、製造装置2を用いてバックプレーン10とウェハ25とを貼り合わせる処理(工程3)について説明する。この貼り合わせ工程では、複数のLED20が形成されたウェハ25とバックプレーン10とを貼り合わせて、LED20を接続パターン上に固定する。
図6は、貼り合わせ工程を模式的に示す図である。図6では、吸着ステージ52及びヒート吸着ステージ62の図示を省略する。
1.アライメント工程
図6(A)は、アライメント工程の様子を模式的に示す図である。まず、配線パターン11が上を向くようにバックプレーン10をステージ60(ここでは、ヒート吸着ステージ62)の上面61cに固定する。また、LED20が下を向くように、ウェハ25を弾性体51の下面51aに固定する。これにより、バックプレーン10とウェハ25とが対向する。
図6(A)は、アライメント工程の様子を模式的に示す図である。まず、配線パターン11が上を向くようにバックプレーン10をステージ60(ここでは、ヒート吸着ステージ62)の上面61cに固定する。また、LED20が下を向くように、ウェハ25を弾性体51の下面51aに固定する。これにより、バックプレーン10とウェハ25とが対向する。
次に、LED20と接続パターン12(工程2において接続パターン12の上に塗布された接着剤41)との位置を合わせる。位置合わせは、アライメントカメラ73により撮像された画像をみながら、ステージ移動部65によりアライメントステージ61を移動させることにより行われる。
なお、図6(A)では、LED20のp電極22とn電極23との間に接着剤41が塗布されているが、p電極22とn電極23との間に接着剤41を塗布することは必須ではない。接着剤41は、p電極22及びn電極23そのものに塗布されていてもよいし、p電極22やn電極23の周囲に塗布されていてもよいし、配線パターン11、接続パターン12等のバックプレーン10上に塗布されていてもよい。つまり、接着剤41は、配線パターン11、接続パターン12、LED20、及びLED20の周辺のうちの少なくとも1か所に塗布されていればよい。この段階において、接着剤41は、変形可能に柔らかい状態である。接着剤41については後に詳述する。
2.貼り合わせ工程
図6(B)に示すように、吸着ステージ52及びヒート吸着ステージ62でウェハ25及びバックプレーン10を挟んで、吸着ステージ52を下方に移動させ、かつ、アライメントステージ61及びヒート吸着ステージ62を上方に移動させることで、ウェハ25及びバックプレーン10の両側から圧力を加える。
図6(B)に示すように、吸着ステージ52及びヒート吸着ステージ62でウェハ25及びバックプレーン10を挟んで、吸着ステージ52を下方に移動させ、かつ、アライメントステージ61及びヒート吸着ステージ62を上方に移動させることで、ウェハ25及びバックプレーン10の両側から圧力を加える。
棒状部材57は、吸着ステージ52を介して弾性体51を上側から押圧する。吸着ステージ52とウェハ25との間に弾性体51が設けられており、ウェハ25と弾性体51とが面接触している。棒状部材57が吸着ステージ52を押圧するのは1か所であるが、弾性体51が水平方向及び鉛直方向に変形することで、ウェハ25全体が均等に加圧される(均一な圧力分布となる)。
図7は、貼り合わせ工程において、ウェハ25及びバックプレーン10が平行でないときの様子を模式的に示す図である。図7(A)に示すように、ウェハ25及びバックプレーン10が平行でない状態でウェハ25とバックプレーン10とが当接しても、ウェハ25とバックプレーン10とをさらに近づけることで、図7(B)に示すように、弾性体51がウェハ25の傾きに倣って変形する。これにより、ウェハ25の平行度が補正され、ウェハ25及びバックプレーン10が平行な状態でウェハ25全体が均等に加圧される。
このときの弾性体51の鉛直方向の変形量が、弾性体51の厚さの略20%〜略30%以下となるように、弾性体51の厚さを選択する。すでに説明したように、表面10aと表面25aとの隙間の最大値と最小値との差△dは略1mm程度存在するため、弾性体51の鉛直方向の変形量も△d、すなわち略1mmである。弾性体51の圧縮率を略20%にするためには、弾性体51の厚さを略5mmとする。
貼り合わせ工程では、吸着ステージ移動部55は、LED20のそれぞれにかかる荷重が略0.1gf以上となるように、すなわち力検出器53での検出結果が、略0.1gfにウェハ25に設けられたLED20の数を乗じた値以上となるように、ウェハ25及びバックプレーン10に圧力を加える。例えば、300万個のLED20がウェハ25に形成されている場合には、略0.1gf×300万=略300kgf(略3000N)の圧力で弾性体51を加圧する。このように、略0.1gfにウェハ25に設けられたLED20の数を乗じた値以上の荷重をかけることで、接着剤41の塗布位置にかかわらず、バンプである接続パターン12(図6(A)参照)が接着剤41を押し分けて、LED20と接続パターン12とが確実に当接する。したがって、LED20が点灯しないという不具合を防ぐことができる。なお、図6(B)では、配線パターン11、接続パターン12及び接着剤41の図示を省略している。
なお、本実施の形態では、吸着ステージ移動部55が吸着ステージ52を下方に移動し、ステージ移動部65がステージ60を上方に移動することでウェハ25及びバックプレーン10に圧力を加えたが、ステージ60の移動は必須ではない。
3.硬化工程
図6(C)に示すように、吸着ステージ52及びステージ60でウェハ25とバックプレーン10とを挟み、ウェハ25及びバックプレーン10の両側から圧力を加えたまま、ウェハ25及びバックプレーン10を加熱して接着剤41を硬化させる。これにより、LED20がバックプレーン10に固定される。なお、図6(C)では、配線パターン11、接続パターン12及び接着剤41の図示を省略している。
図6(C)に示すように、吸着ステージ52及びステージ60でウェハ25とバックプレーン10とを挟み、ウェハ25及びバックプレーン10の両側から圧力を加えたまま、ウェハ25及びバックプレーン10を加熱して接着剤41を硬化させる。これにより、LED20がバックプレーン10に固定される。なお、図6(C)では、配線パターン11、接続パターン12及び接着剤41の図示を省略している。
ここで、接着剤41について説明する。本実施の形態では、接着剤に感光性熱硬化性樹脂を用いる。感光性熱硬化性樹脂は、光で硬化する性質を有する。また、感光性熱硬化性樹脂は、光で硬化させたとしても、ある温度までは樹脂が軟化し、ある温度以上になると再度樹脂が硬化する性質を有する。
図8は、アクリル系の感光性熱硬化性樹脂の性質を模式的に示すグラフである。図8のグラフの横軸は温度であり、縦軸は樹脂の粘度、弾性率を示す。感光性熱硬化性樹脂は、所定の温度T1(ここでは、略120℃)で粘度、弾性率ともに最小値となる特性を有する。温度T1までの領域Iは温度の上昇に伴い感光性熱硬化性樹脂の粘度、弾性率が低下し、温度T1からの領域IIは温度の上昇に伴い感光性熱硬化性樹脂の粘度、弾性率が上昇する。また、領域Iでは、感光性熱硬化性樹脂は可逆性を有し、加熱に伴って軟化し、冷却に伴って硬化する。それに対し、領域IIでは、感光性熱硬化性樹脂は可逆性を有さず、加熱に伴って硬化するが元には戻らない。
アライメント工程及び貼り合わせ工程では、ウェハ25及びバックプレーン10の温度が略110度〜略120度の範囲となるようにウェハ25及びバックプレーン10を加熱する。アライメント工程において略5分ほどウェハ25及びバックプレーン10を加熱した後、貼り合わせ工程で略10分〜略15分ほどウェハ25及びバックプレーン10の両側から圧力を加える。この温度帯では、接着剤41が軟化して粘着質になるため、ウェハ25及びバックプレーン10を加圧することで接着剤41が変形する。これにより、LED20と接続パターン12とが当接し、接着剤41がLED20又は接続パターン12により押し出されて、LED20の周囲を接着剤41が覆う。LED20を覆う接着剤41は、配線パターン11に当接している。なお、貼り合わせ時間は略10分〜略15分より短くてもよい。
硬化工程では、ウェハ25及びバックプレーン10の温度が略200度以上となるようにウェハ25及びバックプレーン10を加熱し、接着剤41を硬化させる。本実施の形態では、ウェハ25及びバックプレーン10の温度を略230度にして、略30分ほど加熱する。これにより、接着剤41が硬化し、LED20が配線パターン11の上に固定される。なお、硬化工程では、LED20の接着不良等を防止するため、略30分以上加熱を行うことが望ましい。
4.点灯確認工程
ウェハ25及びバックプレーン10の両側から圧力を加えたまま、配線パターン11に電気を供給し、LED20がすべて点灯するか否か確認する。貼り合わせ工程においてLED20のそれぞれにかかる荷重が略0.1gf以上となっていれば、LED20が点灯しないという不具合を防止できる。
ウェハ25及びバックプレーン10の両側から圧力を加えたまま、配線パターン11に電気を供給し、LED20がすべて点灯するか否か確認する。貼り合わせ工程においてLED20のそれぞれにかかる荷重が略0.1gf以上となっていれば、LED20が点灯しないという不具合を防止できる。
5.加圧開放工程
最後に、吸着ステージ移動部55が吸着ステージ52を上方に移動させることで、ウェハ25及びバックプレーン10に加えられていた圧力を除去する。以上が貼り合わせ工程の処理の流れである。
最後に、吸着ステージ移動部55が吸着ステージ52を上方に移動させることで、ウェハ25及びバックプレーン10に加えられていた圧力を除去する。以上が貼り合わせ工程の処理の流れである。
本実施の形態によれば、板状の弾性体を用いて加圧するため、ウェハ25の面全体を略均一に加圧して、ウェハ25に形成された複数のLEDを一度にバックプレーン10に固定することができる。したがって、例えば、一回の貼り合わせ工程で、4.5インチ〜5.5インチ程度の大きさのバックプレーン10の全面にLED20を固定することができる。
また、本実施の形態では、板状のゴム状部材である弾性体51がウェハ25と面接触しているため、棒状部材57により吸着ステージ52(弾性体51)を1か所で押圧したとしても、弾性体51が水平方向及び鉛直方向に変形し、ウェハ25及びバックプレーン10全体を均等に加圧することができる。
図9は、弾性体51がない場合の貼り合わせを模式的に示す図である。弾性体51がない場合には、ウェハ25が傾いた状態(図9(A)参照)で、ウェハ25及びバックプレーン10の両側から圧力を加えると、図9(B)に示すようにウェハ25とバックプレーン10との距離が近い部分に位置するLED20(図9(B)においては、一番右側のLED20)に過剰な力がかかり、LED20の破壊やウェハ25の割れにつながる恐れがある。それに対し、本実施の形態では、弾性体51を介してウェハ25及びバックプレーン10を均等に加圧するため、LED20の破壊、LED20の不均一な点灯やウェハ25の割れを防ぐことができる。
図10は、2枚の板状部材111、112の両側から圧力を加えたときに2枚の板状部材111、112に加わる圧力分布を測定する様子及びその結果を示す図である。図10(A)に示すように、板状部材111をステージ121に載置し、板状部材112を枠体122に貼着する。そして、図10(B)に示すように、ステージ121を上側に移動させることで、2枚の板状部材111、112をステージ121及び枠体122で挟んで加圧する。
図10(C)〜(E)は、2枚の板状部材111、112の間に挟んだ感圧紙の状態を示す。図10(C)は、図10(B)の二点鎖線で示すように、板状部材111、112に板状の弾性体が設けられておらず、板状部材111、112が平行でないときの圧力分布である。図10(D)は、図10(B)の長破線で示すように、板状部材111、112に板状の弾性体が設けられておらず、枠体122及び板状部材112が変形したときの圧力分布である。図10(C)、(D)においては、板状部材111と板状部材112との距離が近い部分の圧力が他の部分に比べて高くなっており、板状部材111、112を均等に加圧できていない。
それに対し、板状部材111とステージ121との間又は板状部材112と枠体122との間に板状の弾性体を設けると、図10(E)示すように、板状部材111、112を均等に加圧できる。
このように、面全体を均等に加圧するためには、板状のゴム状部材である弾性体51をウェハ25又はバックプレーン10に面接触させる必要がある。
また、本実施の形態によれば、表面10aと表面25aとの隙間の最大値と最小値との差△dが弾性体51の鉛直方向の変形量以下となるように、ステージ移動部65を介してアライメントステージ61の傾きを補正するため、繰り返し荷重による弾性体51の疲労やへたりを発生させないで、繰り返しウェハ25とバックプレーン10との貼り合わせ作業を行うことができる。
また、本実施の形態によれば、弾性体51が水平方向及び鉛直方向に変形するため、ウェハ25を吸着するための小孔51bを弾性体51に設けても、ウェハ25を均一な力で押圧することができる。小孔51bの数が多かったり小孔51bの大きさが大きかったりしても問題はない。
また、本実施の形態によれば、板状の弾性体51を介して加圧し、弾性体51の変形により加圧力の均一化を図るため、製造装置2を簡単な構成とすることができる。
なお、本実施の形態では、弾性体51をウェハ25に面接触させているが、弾性体51をバックプレーン10に面接触させてもよい。この場合には、ヒート吸着ステージ62の鉛直方向上側に弾性体51を設け、上面61cと下面51aを当接させ、小孔51bを孔61dと連通させ、ヒート吸着ステージ62が弾性体51を介してバックプレーン10を吸着し、弾性体51の上面51cにバックプレーン10を固定すればよい。
また、本実施の形態では、ステージ60がヒート吸着ステージ62を有したが、ヒート吸着ステージ62は必須ではない。ヒート吸着ステージ62に変えて、ステージ60が加熱部を有しない吸着ステージを有してもよい。例えば、支持フレーム71が恒温槽の機能を有し、支持フレーム71の内部全体を加熱するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、接着剤41に感光性熱硬化性樹脂を用いたが、接着剤の種類はこれに限られない。本発明は、加圧に加熱が必須ではないため、例えば接着剤に光硬化性樹脂を用いることも可能である。接着剤に光硬化性樹脂を用いる場合も、ヒート吸着ステージ62に変えて、加熱部を有しない吸着ステージを用いる。また、この場合には、支持フレーム71の内部(例えば、側面)に光源を設ければよい。
また、本実施の形態では、配線パターン11(接続パターン)が上を向くようにバックプレーン10をステージ60の上面61cに固定し、LED20が下を向くようにウェハ25を弾性体51の下面51aに固定して、バックプレーン10とウェハ25とを対向させたが、バックプレーン10及びウェハ25配置はこれに限られない。配線パターン11を下に向けて吸着ステージ52がバックプレーン10を吸着してバックプレーン10を下面51aに固定し、LED20を下に向けてヒート吸着ステージ62がウェハ25を吸着してウェハ25を上面61cに固定してもよい。つまり、接続パターンとLED20とが対向すればよい。
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述した各実施形態や変形例として説明した構成を適宜組み合わせた構成を採用することが可能である。
また、本発明において、「略」とは、厳密に同一である場合のみでなく、同一性を失わない程度の誤差や変形を含む概念である。例えば、略平行とは、厳密に平行の場合には限られない。また、例えば、単に平行、直交等と表現する場合において、厳密に平行、直交等の場合のみでなく、略平行、略直交等の場合を含むものとする。
1 :表示装置
2 :製造装置
10 :バックプレーン
11 :配線パターン
12 :接続パターン
20 :LED
21 :LEDユニット
22 :p電極
23 :n電極
25 :ウェハ
30 :蛍光発光層
30B :青色蛍光発光層
30G :緑色蛍光発光層
30R :赤色蛍光発光層
31 :隔壁
32 :平坦化膜
33 :金属膜
40 :駆動回路
41 :接着剤
43 :リジットフレキシブル基板
51 :弾性体
51a :下面
51b :小孔
51c :上面
52 :吸着ステージ
52a :下面
52b :孔
53 :力検出器
55 :吸着ステージ移動部
56 :ガイドシャフト
57 :シャフト
58 :アクチュエータ
60 :ステージ
61 :アライメントステージ
61c :上面
61d :孔
62 :ヒート吸着ステージ
62a :上面
62b :孔
65 :ステージ移動部
66 :ガイドシャフト
67 :シャフト
68 :アクチュエータ
71 :支持フレーム
72 :変位センサ
73 :アライメントカメラ
101、102、103、104、105、106:マスク
111、112:板状部材
121 :ステージ
122 :枠体
2 :製造装置
10 :バックプレーン
11 :配線パターン
12 :接続パターン
20 :LED
21 :LEDユニット
22 :p電極
23 :n電極
25 :ウェハ
30 :蛍光発光層
30B :青色蛍光発光層
30G :緑色蛍光発光層
30R :赤色蛍光発光層
31 :隔壁
32 :平坦化膜
33 :金属膜
40 :駆動回路
41 :接着剤
43 :リジットフレキシブル基板
51 :弾性体
51a :下面
51b :小孔
51c :上面
52 :吸着ステージ
52a :下面
52b :孔
53 :力検出器
55 :吸着ステージ移動部
56 :ガイドシャフト
57 :シャフト
58 :アクチュエータ
60 :ステージ
61 :アライメントステージ
61c :上面
61d :孔
62 :ヒート吸着ステージ
62a :上面
62b :孔
65 :ステージ移動部
66 :ガイドシャフト
67 :シャフト
68 :アクチュエータ
71 :支持フレーム
72 :変位センサ
73 :アライメントカメラ
101、102、103、104、105、106:マスク
111、112:板状部材
121 :ステージ
122 :枠体
Claims (9)
- 複数のLEDが形成された略板状のウェハと、前記LEDが接続される接続パターンを有する配線パターンが設けられた略板状の回路基板とを貼り合わせて、前記LEDと前記接続パターンとを電気的に接続する表示装置の製造方法であって、
前記配線パターン、前記接続パターン、前記LED及び前記LEDの周辺のうちの少なくとも1か所に接着剤を塗布する塗布工程と、
前記接続パターンと前記LEDとを対向させて、前記LEDと前記接続パターンとの位置を合わせるアライメント工程と、
2枚の板状体で前記ウェハと前記回路基板とを挟んで、前記ウェハ及び前記回路基板の両側から圧力を加える貼り合わせ工程と、
前記接着剤を硬化させて前記LEDを前記回路基板に固定する硬化工程と、
を含み、
前記貼り合わせ工程では、水平方向及び鉛直方向に変形可能な板状の弾性体を、前記板状体と前記ウェハとの間又は前記板状体と前記回路基板との間に設け、前記弾性体を前記ウェハ又は前記回路基板に面接触させて、前記ウェハ及び前記回路基板の面全体を略均一に加圧する
ことを特徴とする表示装置の製造方法。 - 前記貼り合わせ工程では、前記LEDのそれぞれにかかる荷重が略0.1gf以上となるように前記ウェハを押圧する
ことを特徴とする請求項1に記載の表示装置の製造方法。 - 前記弾性体の鉛直方向の変形量は、前記弾性体の厚さの略20%〜略30%以下であり、
前記アライメント工程では、前記ウェハと前記回路基板との隙間の最大値と最小値との差が前記弾性体の鉛直方向の変形量以下となるように、前記ウェハと前記回路基板とを対向させる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置の製造方法。 - 前記接着剤は感光性熱硬化性樹脂であり、
前記塗布工程では、前記接着剤を光で硬化させ、
前記貼り合わせ工程では、略100度〜略120度の範囲で前記ウェハ及び前記回路基板を加熱して前記接着剤を軟化させ、
前記硬化工程では、略200度以上の温度で前記ウェハ及び前記回路基板を加熱して前記接着剤を硬化させる
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の表示装置の製造方法。 - 複数のLEDが形成されたウェハと、前記LEDが接続される接続パターンを有する配線パターンが設けられた回路基板とを貼り合わせて、前記LEDと前記接続パターンとを電気的に接続する表示装置の製造装置であって、
支持フレームと、
前記支持フレームの内部に設けられており、前記回路基板又は前記ウェハを吸着する略板状の第1吸着ステージを有するステージと、
前記支持フレームの内部かつ前記ステージの鉛直方向上側に設けられており、前記回路基板又は前記ウェハを吸着する略板状の第2吸着ステージと、
前記支持フレームと前記第2吸着ステージとに設けられた棒状部材を移動させるアクチュエータを有し、前記第2吸着ステージを上下方向に移動させる移動部と、
水平方向及び鉛直方向に変形可能な板状の弾性体であって、前記第2吸着ステージの鉛直方向下側又は前記第1吸着ステージの鉛直方向上側に設けられた弾性体と、
を備え、
前記弾性体は空気を通す小孔を複数有し、前記弾性体が前記第2吸着ステージの鉛直方向下側に設けられているときは、前記第2吸着ステージは前記弾性体を介して前記回路基板又は前記ウェハを吸着し、前記弾性体が前記第1吸着ステージの鉛直方向上側に設けられているときは、前記第1吸着ステージは前記弾性体を介して前記回路基板又は前記ウェハを吸着し、
前記移動部は、前記第1吸着ステージ及び前記第2吸着ステージで前記ウェハ及び前記回路基板を挟み、かつ前記弾性体が前記ウェハ又は前記回路基板に面接触した状態で前記ウェハ及び前記回路基板の両側から圧力を加えるように、前記第2吸着ステージを鉛直方向下側に移動させる
ことを特徴とする表示装置の製造装置。 - 前記弾性体の鉛直方向の変形量は、前記ウェハ及び前記回路基板の両側から圧力を加えた状態下において、前記弾性体の厚さの略20%〜略30%以下である
ことを特徴とする請求項5に記載の表示装置の製造装置。 - 前記ステージは、前記ステージの温度を略200度以上に保つ加熱部を有し、
前記弾性体は、シリコーンゴム又はフッ素ゴムである
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の表示装置の製造装置。 - 前記棒状部材と前記第2吸着ステージとの間に設けられた力検出器と、
前記力検出器での検出結果が、略0.1gfに前記ウェハに設けられた前記LEDの数を乗じた値以上となるように前記アクチュエータを制御する第1制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項5から7のいずれか一項に記載の表示装置の製造装置。 - 前記ステージは、前記第1吸着ステージの上面の傾きを補正するステージ移動部を有し、
前記ウェハの表面までの距離及び前記回路基板の表面までの距離を測定する変位センサと、
前記変位センサの測定結果に基づいて、前記ウェハと前記回路基板との隙間の最大値と最小値との差が前記弾性体の鉛直方向の変形量以下となるように前記ステージ移動部を制御する第2制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項5から8のいずれか一項に記載の表示装置の製造装置。
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