JP4385481B2 - Display device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置及びその作製方法に関し、特に発光ダイオード素子を用いた表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の急速な技術の発達により、大量の情報データを処理することが可能となり、これに伴い、大量な画像情報を処理及び表示可能なフルカラー表示装置に対する要求が高まっている。このような表示装置の一つとして発光ダイオード(Light-emitting diode、以下LEDと呼ぶ)素子を利用したものがある。即ち、高輝度低電圧で駆動可能なLED素子をマトリクス状など所望の形状に配置し、個々のLED素子をそれぞれ駆動させることにより、所望の画像が得られる表示装置を作ることができる。そして、特開昭56−1738号公報、特開平5−53511号公報、特開平7−335942号公報、特開平9−197979号公報、特開平10−22529号公報、JP8306961号公報、JP7335942号公報、JP7129097号公報、JP6232456号公報、JP6045660号公報等に記載されているように、LED素子をマトリクス状に配置した多くの表示装置が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような表示装置を製造する工程においては、大画面上にLEDを1個ずつ実装配線することが必要となるが、この工程には非常に多くの時間を要し、製造歩留まりも低くなるという問題がある。
【0004】
また、LED表示装置を作製する際に、LED素子の発光面側から取り出す電極に配線された導線は、例えばLED素子が形成されているウエハや他の電極と接触して誤動作を引き起こす可能性がある。そこで、へき開する前に酸化物等の絶縁膜を成膜し、リフトオフで電極に窓あけすることで、配線された導線との接触を防ぐことができる。これらの酸化膜は、蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着(chemical vapor deposition:以下、CVDと呼ぶ。)法等の方法で成膜することができるが、蒸着法やスパッタリング法では、pn接合の露出しているLED素子の側面に十分成膜できないため、絶縁が十分でない。また、CVD法では、LED素子の側面にも成膜されるが、リフトオフのために電極上に残っているレジストの側面にまで成膜されるため、リフトオフができなくなる。また、何れの成膜法でもハンドリングを考慮すると、成膜後にへき開を行わなければならないため、へき開の際に部分的に剥がれるという問題がある。
【0005】
したがって、本発明は、上述した従来の問題点に鑑みて創案されたものであり、LED素子の実装及び電極配線が容易で生産効率が良く、高画質画像が表示可能な表示装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る表示装置は、複数の発光ダイオード素子が直線状に配列形成された棒状基板を基本単位とし、第1の支持基板に当該棒状基板がその幅方向に複数配列されることにより、上記発光ダイオード素子がマトリクス状に配列された小ユニットと、上記第1の支持基板が実装される第2の支持基板を有し、上記小ユニットがマトリクス状に配列された中ユニットと、上記第2の支持基板が実装される第3の支持基板を有し、上記中ユニットがマトリクス状に配列されていることを特徴とするものである。
【0007】
本発明に係る表示装置は、基本単位としての複数の発光ダイオード素子が直線状に配列形成された棒状基板が、当該棒状基板がその幅方向に複数配列されることにより発光ダイオード素子がマトリクス状に配列されている。
【0008】
したがって、本発明に係る表示装置は、発光ダイオード素子の実装工数及び電極の配線数が大幅に削減されるため生産効率の優れたものとなり、また、視認性の良い高画質画像を表示することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を用いて具体的に説明する。なお、本発明は、以下の例に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【0013】
図1は、本発明を適用したLED表示装置の構造を示した部分縦断面図である。LED表示装置は、第1の基板1と、第1の基板1上に実装されたLED素子の中ユニット2(以下中ユニット2と呼ぶ。)と、中ユニット2上に実装されたLED素子の小ユニット3(以下、小ユニット3と呼ぶ。)とを備えて構成される。
【0014】
第1の基板1は、中ユニット2を実装するためのものであり、絶縁性を有する材料より構成されている。第1の基板1に用いる材料としては、具体的には、樹脂等を用いることができる。第1の基板1には、所定の数の中ユニット2を実装できるように構成されており、例えば縦3個×横3個の9個の中ユニット2を実装できるように構成される。第1の基板1の底部上面の各中ユニット2が実装される部分は、中ユニット2の下部と嵌合する形状とされており、また、後述する中ユニット2に設けられた位置決めピンポスト4を嵌合させる位置決め孔が設けられている。そして、中ユニット2同士が隣り合う部分には、中ユニット2同士を離間させ、かつ固定するための隔壁5が設けられている。また、各中ユニット2が実装される部分の中心部には、後述する中ユニット2の固定ボルト6を貫通させる固定ボルト孔7が設けられている。中ユニット2は、第1の基板1に実装された際、固定ボルト6を固定ボルト孔7に貫通させ、かつ、ナット8により第1の基板1に固定される。一方、第1の基板1の外周部には、中ユニット2を固定するための外周壁9が設けられている。したがって、上記のような構成とすることにより、中ユニット2は、第1の基板1に確実に固定される。
【0015】
中ユニット1は、小ユニット3を実装するためのものであり、小ユニット3と、第2の基板10と、ドライバチップ11と、支持ケース12とを備えて構成される。そして、中ユニット2は、所定の数の小ユニット3を実装できるように構成されており、例えば縦3個×横3個の9個の中ユニット2を実装できるように構成される。図2は、中ユニット2の構成を示す縦断面図である。
【0016】
第2の基板10は、小ユニット3を実装するためのものであり、絶縁性を有する材料より構成される。この第2の基板10に用いる材料としては、具体的には、ガラスエポキシ樹脂等を用いることができる。第2の基板10の表面、即ち小ユニット3が実装される側の主面には、例えば図3に示すように金電極によるパターンが印刷されており、また、所定の位置にスルーホール13が設けられており、これらにより実装された小ユニット3と後述するドライバチップ11とが電気的に接続される。
【0017】
ドライバチップ11は、LED素子を駆動するためのものであり、第2の基板10の裏面、即ち小ユニット3が実装される側と反対側の主面に配置される。このように、中ユニット2毎に専用のドライバチップ11を配置して所定の数量のLED表示を独立して制御することにより、システムクロック周波数を低くすることが可能となる。
【0018】
また、ドライバチップ11を用いる代わりに第2の基板10の裏面、即ち小ユニット3が実装される側と反対側の主面に、例えば図4に示すようにコネクタ取り付け用の電極パターンを形成し、コネクタを取り付け、別途配置したドライブ回路に接続するような構造としても良い。
【0019】
支持ケース12は、ドライバチップ11等を保護し、かつ、中ユニット2を第1の基板1に精度良実装するためのものであり、第2の基板10の側面及び下部を覆うように構成される。支持ケース12の下部には、ユニットの位置を識別するためのユニット位置識別電極14や、電源15や信号バスライン16等が設けられている。また、支持ケース12の下部中央部には、中ユニット2を第1の基板1に固定するための固定ボルト6が設けられている。この固定ボルト6を用いることにより、中ユニット2は、確実に第1の基板1に固定される。また、支持ケース12の下部外周部には、上述した第1の基板1に設けられた位置決め孔と嵌合する位置決めピンポスト4が設けられている。中ユニット2は、この位置決めピンポスト4と第1の基板1に設けられた位置決め孔とを嵌合させることにより精度良く、かつ簡便に第1の基板1上の所定の位置に配置されることとなり、品質、生産性ともに優れたものとなる。
【0020】
小ユニット3は、LED棒状基板を実装するためのものであり、LED棒状基板と、第3の基板とを備えて構成される。
【0021】
ここで、LED棒状基板とは、図5、図6に示すように、LED素子が、当該LED素子の結晶成長に用いた基板上に、直線状に複数配置された棒状の基板をいう。図5は、LED棒状基板の平面図であり、図6は、LED棒状基板の部分拡大斜視図である。ここで、LED棒状基板の裏面、即ちLED素子が形成された側と反対の主面には、LED棒状基板上の素子全てに共通の共通n電極が設けられている。このように、LED棒状基板16上のLED素子全てに共通のn電極を形成することにより複雑な配線を要せず簡便な配線構造を取ることができる。また、LED素子1個ずつに配線が施されていないため、配線の電気的接続の信頼性の高いものとなる。
【0022】
第3の基板17は、小ユニット3を実装するためのものであり、絶縁性を有する材料より構成される。この第3の基板17に用いる材料としては、具体的には、ガラスエポキシセラミックス樹脂等を用いることができる。
【0023】
第3の基板17は、図7、図8に示すように所定の数のLED棒状基板16を実装できるように構成されており、例えば縦1本×横30本の計30本のLED棒状基板16を実装できるように構成される。第3の基板17のLED棒状基板16を実装する側の主面の各LED棒状基板16が実装される部分には、図9に示すようにLED棒状基板16を実装するためにLED棒状基板16の幅と略等しい幅を有する案内溝20が形成されている。そして、LED棒状基板16は、導電性を有する接続手段22を用いて当該案内溝20に実装されている。
【0024】
ここで、案内溝20の深さは、上述した導電性を有する接続手段22、例えば粘着性フィルムの厚みとLED棒状基板16の厚みの合計よりも浅く、かつ接続手段22の厚みよりも深く設定される。案内溝20の深さが、接続手段22の厚みとLED棒状基板16の厚みの合計よりも深い場合には、LED素子19上に形成された後述するp電極の導通が取れなくなる、若しくはp電極の導通を取ることが困難になる虞があるためである。また、案内溝20の深さが導電性を有する接続手段22の厚みよりも浅い場合には、LED棒状基板16を実装した際に接続手段22が案内溝20からはみ出してしまい隣接するLED素子19と導通してしまう虞があるためである。
【0025】
そして、図10に示すように案内溝20の底部には、LED素子19を駆動するためのn電極端子21が案内溝20の形状に沿って形成されており、当該n電極端子21上にLED棒状基板16が実装される。
これにより、LED棒状基板16の裏面、即ちLED素子19が形成された側と反対の主面に設けられた共通のn電極と、案内溝20上に設けられたn電極端子21とは導電性を有する接続手段22を介して導通することとなる。即ち、各LED素子19と第3の基板17とが導通することとなる。
【0026】
また、各n電極端子21の所定の位置には、第3の基板17も貫通するスルーホール23が形成されている。スルーホール23を形成することにより第3の基板17の裏面、即ち第3の基板17のLED棒状基板16を実装する面と反対側の主面においてn電極の電気的接続を一括して取ることができる。これにより、LED素子19の1つずつに配線を施してn電極の電気的接続を取る場合に比べて信頼性に優れたものとされる。このスルーホール23は、一つのLED棒状基板16に付き1個形成されれば良いが、より電気的接続の信頼性を高めるために複数個形成しても良い。
【0027】
また、LED棒状基板16同士が隣り合う部分には、LED棒状基板16の長手方向の側面に沿って、LED棒状基板16同士を離間させ、かつ固定するための隔壁24が設けられている。そして、この隔壁24は、所定の数のLED棒状基板16置きに、例えばLED棒状基板163本置きに幅の広い隔壁25とされ、各幅の広い隔壁25の間に位置する隔壁は幅の狭い隔壁26とされる。また、幅の広い隔壁25上には、それぞれp電極端子27が形成され、図11に示すように各p電極端子27と各p電極端子27間に挟まれたLED素子19とをワイヤで接続することにより、各LED棒状基板16のp電極の電気的接続が行われている。
【0028】
また、本発明においては、小ユニット3の第1の変形例として、図12、図13に示すように、導電性材料によりp電極配線30を形成した透明基板29をLED棒状基板16を実装した第3の基板17上に載置してp電極の電気的接続を行う構造としても良い。ここで、本明細書においては、透明基板29とは可視光が透過可能な基板を意味する。図12は、小ユニット3の第1の変形例の平面図であり、図13は、図12のX1−X2における縦断面図である。即ち、第1の変形例は、LED棒状基板16が実装された第3の基板上17に、導電性材料により直線状のp電極配線30を一主面上に形成した透明基板29が載置された構造とされる。このとき、幅の広い隔壁25上及び各LED棒状基板16上には、各p電極端子27が形成されており、当該p電極端子27は、LED棒状基板16の幅方向に一直線に並ぶように形成されている。そして、これらのp電極端子27上にp電極配線30が接するように透明基板29が載置されている。こうした構造とすることにより、各LED棒状基板16のp電極端子27は、透明基板29上に形成されたp電極配線30により電気的に接続されることとなる。そして、LED素子19上に載置する基板として透明基板29を用いることにより、LED素子19からの発光を妨げることなく、良好な状態で取り出すことができる。
【0029】
また、更に小ユニット3の第2の変形例として、図14、図15に示すように上述した第一の変形例において、透明基板29の代わりに不透明基板31を使用して、LED素子19上の部分に光取り出し窓32を設けた構造としても良い。ここで、本明細書においては、不透明基板31とは、可視光が透過不可能な基板を意味する。図14は、小ユニット3の第2の変形例の平面図であり、図15は、図14のX3−X4における縦断面図である。即ち、第2の変形例は、LED棒状基板16が実装された第3の基板17上に、導電性材料により直線状のp電極配線30を形成した不透明基板31が載置された構造とされる。このとき、幅の広い隔壁25上及び各LED棒状基板16上には、各p電極が形成されており、当該p電極は、LED棒状基板16の幅方向に一直線に並ぶように形成されている。そして、これらのp電極上に導電性の接続手段22を介してp電極配線30が接するように不透明基板32が載置される。更に、不透明基板31は、LED素子19に重畳する所定の部分に光取り出し窓32を設けた構造とされる。こうした構造とすることにより、各LED棒状基板16のp電極は、不透明基板31に形成されたp電極配線30により電気的に接続されることとなる。そして、不透明基板31には、光取り出し窓32を設けてあるため、透明基板を用いなくてもLED素子19からの発光を光取り出し窓32により良好な状態で取り出すことができる。
【0030】
また、この場合、図16に示すように光取り出し窓32に光拡散のために、光学レンズ33や拡散板を設けた構造としても良い。このように、光取り出し窓32に、光学レンズ33や拡散板を設けた構造とすることによりLED素子19から発光された光の回折を防止することができ、より良好な状態で光を取り出ることが可能となるため、より良好な画像を得ることが可能となる。
【0031】
また、更に小ユニット3の第3の変形例として、図17、図18に示すようにp電極配線30として導電性材料よりなる棒状配線34を、LED素子19上に配した構造としても良い。図17は、小ユニット3の第3の変形例の平面図であり、図18は、図17のX5−X6における縦断面図である。
【0032】
即ち、幅の広い隔壁25上及び各LED棒状基板16上には、上記第1及び第2の変形例と同様にp電極端子27が形成されており、当該p電極端子27は、LED棒状基板16の幅方向に一直線に並ぶように形成されている。そして、これらのp電極端子27を結ぶ直線上にp電極配線30として導電性材料よりなる棒状配線34を、当該棒状配線34と各p電極端子27とが接するように配する。これにより、各p電極端子27間において電気的接続を取ることができる。そして、このとき、導電性材料よりなる棒状配線34の両端には弾性体よりなる固定具35が取り付けられており、この固定具35の弾性力により棒状配線を第3の基板17に固定する構造とされる。ここで、固定具35としては、バネ等を好適に用いることができる。
【0033】
以上のように構成されたLED表示装置は、LED素子19の結晶成長に使用した基板に所定の数のLED素子19をLED素子19の長手方向に並べてLED棒状基板16を形成される。そして、このLED棒状基板16を並べることにより小ユニット3を形成する。これにより、LED素子19を1個ずつ並べる必要がないため、生産効率に優れたものとなる。
【0034】
また、電極の配線に関しては、n電極において、LED棒状基板16の裏面、即ちLED素子19が形成された側と反対側に共通のn電極を設けるため、配線数が大幅に削減され、配線の構成が簡潔化され生産効率及び配線の信頼性に優れたものとなる。
【0035】
そして、電極の配線をスルーホール23を用いて各基板の裏面で電極の集約を行い、表示画面の表面には最小限の電極配線のみが存在する構造としているため、各ユニット間の境界が目立つことにより画像情報が表示できない等の不具合が発生することがなく、良好で、視認性の良い高画質の画像が表示可能となる。
【0036】
以上のように構成されたLED表示装置は、次にようにして作製することができる。
【0037】
まず、分子線エピタキシャル成長(Molecular beam epitaxy、以下MBEと呼ぶ。)法等により、エピウエハを作製する。
【0038】
次に、エピウエハ上に以下のような方法で、LED素子を作製し、LED棒状基板を作製する。
【0039】
まず、エピウエハ上に電極パッドを形成する。上記エピウエハを洗浄し、カップリング剤等により前処理を施す。次に、エピウエハのLED素子を形成する側の主面にスピンコーターでレジストを塗布し、電極パッドの大きさ及び形状に対応したフォトマスクを用いて露光、現像を行う。そして、現像後、例えばTiとAuとをそれぞれ膜厚10nm及び200nmに蒸着法により成膜し、アセトンでリフトオフを行うことにより電極パッドを形成する。
【0040】
次に、透明電極を形成する。上記電極パッドを形成したエピウエハを洗浄し、カップリング剤等により前処理を施す。次に、スピンコーターでエピウエハのLED素子を形成する側の主面にレジストを塗布し、形成する透明電極の大きさ及び形状に対応したフォトマスクを用いて露光、現像を行う。そして、現像後、例えばAuを膜厚10nmに蒸着法により成膜し、アセトンでリフトオフを行ことにより透明電極を形成する。
【0041】
次に、素子分離を行う。透明電極を形成したエピウエハを洗浄し、カップリング剤等により前処理を施す。次に、スピンコーターでエピウエハのLED素子を形成する側の主面にレジストを塗布し、形成するLED素子の大きさ及び形状に対応したフォトマスクを用いて露光、現像を行う。そして、現像後、例えばリン酸過酸化水素水混合液中でエッチングを行うことにより素子分離を行う。
【0042】
次に、絶縁膜を形成する。素子分離を行ったエピウエハを洗浄し、カップリング剤等による前処理を施す。次に、スピンコーターでエピウエハのLED素子を形成する側の主面にレジストを塗布し、形成する透明電極の大きさ及び形状に対応したフォトマスクを用いて露光、現像を行う。そして、現像後、スパッタリング法により例えばSiO2膜を膜厚200nmに成膜し、アセトンでリフトオフを行うことにより絶縁膜を形成する。
【0043】
次に、エピウエハの裏面研磨を行う。絶縁膜を形成したエピウエハの電極パッド等を形成した側の表面に、保護膜としてスピンコーターでフォトレジストを塗布する。そして、研磨機等を用いてLED素子19の厚みが例えば100μm程度になるまでエピウエハの裏面、即ち電極パッド等を形成した側と反対側の主面の研磨を行う。
【0044】
次に、n電極を形成する。裏面研磨を施したエピウエハの裏面、即ち研磨を施した側の主面に形成された酸化膜をウエットエッチング等により除去する。次に、エピウエハの表面、即ち上記電極パッド等を形成した側の表面に保護膜として形成したフォレジストをアセトン等により除去し、エピウエハの裏面、即ちウエットエッチングを施した側の主面に例えばPd、AuGe合金、Ti、Auをそれぞれ膜厚10nm、150nm、50nm、400nm程度に蒸着法により成膜する。次に、合金化のために例えば水素を24%程度含有する不活性ガス雰囲気中で180℃の温度において5分間の熱処理を施し、n電極を形成する。
【0045】
次に、へき開を行う。n電極を形成したエピウエハに、けがき装置を用いて、LED素子19の長手方向においてはLED素子191個置きにけがき線を入れ、LED素子19の幅方向においては、例えばLED素子10個置きにけがき線を入れてへき開を行い、図5に示すようなLED棒状基板16を作製する。
【0046】
次に、LED素子19の小ユニットを作製する。まず、絶縁性を有する材料を用いて、図10に示すような第3の基板17を作製する。この第3の基板17に用いる材料としては、具体的には、ガラスエポキシ樹脂等を用いることができる。
【0047】
第3の基板17を作製するには、まず、所定の厚みの基板材料を例えば縦1cm×横1cmの大きさに切り出す。そして、第3の基板17のLED棒状基板16を実装する側の主面に各LED棒状基板16を実装するためにLED棒状基板16の幅と略等しい幅を有する案内溝20、及び隣り合うLED棒状基板16同士を離間させ、かつ固定するための隔壁を実装されるLED棒状基板16の長手方向に沿って形成する。そして、案内溝20の底部には、LED素子19を駆動するためのn電極端子を案内溝20の形状に沿って形成する。そして、各n電極端子の所定の位置に、第3の基板17も貫通するスルーホール23を形成する。このようにスルーホール23を形成することにより、第3の基板17の裏面、即ち第3の基板17のLED棒状基板16を実装する面と反対側の主面においてn電極の電気的接続を一括して取ることができる。これにより、LED素子16の1つずつに配線を施してn電極の電気的接続を取る場合に比べて配線数を大幅に削減することができ、生産効率を特段に向上させることが可能となる。また、電気的接続の信頼性に優れたものとすることができる。このとき、スルーホール23は、一つのLED棒状基板16に付き1個形成されれば良いが、より電気的接続の信頼性を高めるために複数個形成しても良い。また、スルーホール23を用いることにより、簡便に第3の基板17の裏面から中ユニットを経由してドライブ回路へ接続する構造を取ることができる。
【0048】
また、隔壁24は、所定の数のLED棒状基板16置きに、例えばLED棒状基板3本置きに幅の広い隔壁25として形成し、各幅の広い隔壁25の間に位置する隔壁は幅の狭い隔壁26として形成する。そして、幅の広い隔壁25上に、次のようにしてそれぞれp電極端子27を形成する。
【0049】
まず、所望のメタルマスクを用いて銅を18μm蒸着する。
次に、同じマスクを用いてNi、金をそれぞれ0.4μm、0.3μmの膜厚に順次蒸着してp電極端子27を形成する。また、p電極端子27は、幅の広い隔壁25上に形成されたp電極端子27とLED素子19上に形成されたp電極端子27とを結ぶ直線が、LED素子16の幅方向に平行となるように形成する。
【0050】
そして、p電極端子27の所定の位置に、第3の基板17も貫通するスルーホール23を形成する。このようにスルーホール23を形成することにより第3の基板17の裏面、即ち第3の基板17のLED棒状基板16を実装する面と反対側の主面においてn電極の電気的接続を一括して取ることができる。これにより、LED素子191つずつに配線を施してn電極の電気的接続を取る場合に比べて生産効率を特段に向上させることが可能となり、また、電気的接続の信頼性に優れたものとすることができる。このとき、スルーホール23は、一つのLED棒状基板16に付き1個形成されれば良いが、より電気的接続の信頼性を高めるために複数個形成しても良い。また、スルーホール23を用いることにより、簡便に第3の基板17の裏面から中ユニットを経由してドライブ回路へ接続する構造を取ることができる。
【0051】
次に、上記において作製したLED棒状基板16を導電性を有する接続手段22を用いて第3の基板17の案内溝20に実装する。導電性を有する接続手段22としては、例えば導電性粘着フィルム、銀ペースト、クリームはんだ等を好適に用いることができる。そして、第3の基板17にLED棒状基板16を実装することでn電極の配線が完了する。
【0052】
次にp電極の配線を行う。p電極の配線を行うには、まず、図19に示すように、幅の広い隔壁25上に形成した隣り合うp電極端子27同士をワイヤボンディングで配線を行う。
【0053】
次に、図20に示すようにその間にあるLED素子19上のp電極上に端針36を用いてワイヤ28を押し当て、所定の温度の加熱、LED棒状基板16の壁開強度以下の加圧、及び所定の周波数の超音波の印加を同時に行うことによりワイヤ28とLED素子19上のp電極端子19とを接続することができる。ここで、加熱温度、加圧力、及び超音波の周波数は、ワイヤ28及びLED棒状基板16の材質、寸法等により適宜設定されれば良い。更に、銀ペーストを用いて補強を行うことにより、より確実に接続することができる。
【0054】
また、上述した小ユニット3の第1の変形例の場合は、以下のようにしてp電極の配線を行うことができる。
【0055】
まず、第3の基板17と略同寸法を有する透明基板29の一主面上の所定の位置に、p電極配線30として例えば幅100μ、ピッチ1.0mmのAuストライプをリフトオフ法で形成する。ここで、透明基板29としては、例えば透明ガラス基板等を好適に用いることができる。
【0056】
次に、透明基板29上にスピンコーターを用いてポジ型フォトレジストを例えば10μm程度の膜厚に塗布し、所定の温度において熱処理を施す。その後、所望のパターンのフォトマスクを用いて露光し、現像を行う。ここで、透明基板29として透明ガラス基板を用いる場合は、ガラスとAuとは密着性が悪いため、例えばTi、Cr等を下地層として透明ガラス基板上に膜厚5nm程度に成膜し、当該下地層上にAuを電子ビーム蒸着法等により成膜することにより密着性を高めることができる。
【0057】
次に、アセトン中でリフトオフを行うことによりAuストライプ、即ちp電極配線30を形成することができる。
【0058】
次に、透明基板29上のAuストライプと、LED素子19上の電極パッド及び第3の基板17のp電極端子19と接続すべき所定の部分にクリームはんだを配置する。そして、透明基板29のAuストライプを形成した側の主面とLED棒状基板16とが対向するようにフリップチップボンダを用いて小ユニット基板に透明基板を載せ、リフローでこれらを接続する。
【0059】
また、上述した小ユニットの第2の変形例の場合は、以下のようにしてp電極の配線を行うことができる。
【0060】
まず、第1の変形例と同様にして、第3の基板17と略同寸法を有する不透明基板31の一主面に、p電極配線30として例えば幅100μ、ピッチ1.0mmのAuストライプをリフトオフ法で形成する。ここで、不透明基板31としては、樹脂等を好適に用いることができる。
【0061】
次に、不透明基板31上にスピンコーターを用いてポジ型フォトレジストを例えば10μm程度の膜厚に塗布し、所定の温度において熱処理を施す。その後、所望のパターンのフォトマスクを用いて露光し、現像を行う。
【0062】
次に、アセトン中でリフトオフを行うことによりAuストライプ、即ちp電極配線を形成することができる。
【0063】
次に、不透明基板31上のAuストライプと、LED素子19上の電極パッド及び第3の基板17のp電極端子27と接続すべき所定の部分にクリームはんだを配置する。そして、不透明基板31のAuストライプを形成した側の主面とLED棒状基板16とが対向するようにフリップチップボンダを用いて小ユニット基板に不透明基板31を載せ、リフローでこれらを接続する。
次に、不透明基板31のLED素子19上の部分に光取り出し窓32を形成する。光取り出し窓32の形成は、所望の金型を用意して、射出成形することにより不透明基板のLED素子上の部分に光取り出し窓を形成することができる。
そして、上記において形成した光取り出し窓32に光学レンズ33や拡散板を取り付けることで、より良好な状態でLED素子19からの光を取り出すことが可能となる。
また、上述した小ユニットの第3の変形例の場合は、以下のようにしてp電極配線を行うことができる。
【0064】
即ち、幅の広い隔壁25上及び各LED棒状基板16上には、上記第1及び第2の変形例と同様にp電極端子27が形成されており、当該p電極端子27は、幅の広い隔壁25上に形成されたp電極端子27とLED素子19上に形成されたp電極端子27とを結ぶ直線がLED素子19の幅方向と平行となるように形成されている。そして、これらのp電極端子27を結ぶ直線上にp電極配線30として導電性材料よりなる棒状配線34を、当該棒状配線34と各p電極端子27とが接するように配する。これにより、各p電極端子27間において電気的接続を取ることができる。そして、このとき、導電性材料よりなる棒状配線34の両端には弾性体よりなる固定具35が取り付ける。そして、この固定具35の弾性力により棒状配線34と第3の基板にとの間に圧力を印加し、接触させて固定する構造とする。ここで、固定具35としては、バネ等を好適に用いることができる。
【0065】
次に、保護膜を形成する。LED棒状基板16の実装とp電極の配線が施された小ユニット3を、小ユニット3と同形状であり、小ユニット3のLED棒状基板16が実装された側の主面以外を覆う構造とされた鋳型に挿入する。そして、小ユニット3のLED棒状基板16が実装された側の主面の表面のみに、保護膜材料を塗布し、硬化させることにより保護膜を形成する。鋳型の材料としては、アクリル等を好適に用いることができる。また、保護膜としては、絶縁性を有し、透明性を有し、また硬化収縮が少なく、かつ200℃程度の耐熱性を有する材料を用いることができる。このような条件を満たすものとしては、エポキシ樹脂等を好適に用いることができる。そして、保護膜が硬化した後、鋳型を剥がすことにより小ユニット3のLED棒状基板16が実装された主面のみに保護膜を形成することができる。
【0066】
次に、小ユニット3を中ユニット2に実装する。上記においてLED棒状基板16の実装、配線、保護膜形成が施された小ユニット3を第2の基板10にリフローにより実装する。
【0067】
第2の基板10には予め、小ユニット3を実装する側の主面に図3に示すようなパターンを形成する。このパターンと小ユニット3の裏面、即ちLED棒状基板16を実装した面と反対側の面に引き出されたn電極及びp電極を接触されることにより小ユニット3と中ユニット2とを電気的に接続することができる。
【0068】
また、第2の基板10には、上記パターンに対応して、第2の基板10の裏面、即ち小ユニット3が実装された側と反対側の主面に導通するスルーホール13を形成する。スルーホール13を形成することにより、第2の基板10の表面、即ち小ユニットを実装した側の面と裏面、即ち小ユニット3を実装した側と反対側の面とを導通させることができる。
次に、第2の基板10の小ユニット3を実装する側の主面上に例えばクリームはんだを配置し、フリップチップボンダで小ユニット3を中ユニット基板に実装する。そして、所定の温度例えば200℃程度の温度で熱処理を施し、小ユニットと中ユニット2とを接続する。これにより、小ユニット3と中ユニット2とが電気的に接続される。
【0069】
次に、第2の基板10の裏面、即ち小ユニット3が実装された側と反対側の主面にドライバチップ11を装着する。これにより、小ユニット3は、中ユニット2及び上述したスルーホール13を介してドライバチップ11と電気的に接続される。また、このとき、ドライバチップ11を装着する代わりに、第2の基板10の裏面、即ち小ユニット3を実装する側の主面とは反対側の主面に、図4に示すようなコネクタ取り付けの電極パターンを形成し、コネクタを取り付け、別途配置したドライブ回路に接続するような構造として作製しても良い。
【0070】
次に、第2の基板10の側面及び下部を覆うように支持ケース12を装着する。そして、支持ケース12の下部には、ユニットの位置を識別するためのユニット位置識別電極14や、電源15や信号バスライン16等を設ける。
【0071】
また、支持ケース12の下部外周部には、第1の基板1に設けられた位置決め孔と嵌合する位置決めピンポスト4を形成する。
【0072】
また、支持ケース12の下部中央部には、中ユニット2を第1の基板1に固定するための固定ボルト6を設ける。この固定ボルト6を用いることにより、中ユニット2を確実に第1の基板1に固定することができる。
【0073】
したがって、支持ケース12を装着することにより、ドライバチップ11等を保護し、かつ、中ユニット2を第1の基板1に簡便に精度良実装することができる。
【0074】
次に、中ユニット3を第1の基板1に実装する。このとき、第1の基板1の所定の位置には、上述した位置決めピンポスト4と嵌合する位置決め孔を形成する。また、第1の基板1の各中ユニット2を実装する部分の中央部には、上述した固定ボルト6を貫通させる固定ボルト孔7を設ける。また、中ユニット2を実装した際、中ユニット2同士が隣り合う部分には、中ユニット2同士を離間させ、かつ固定するための隔壁5を形成する。一方、第1の基板1の外周部には、中ユニット2を固定するために外周壁9を設ける。
【0075】
そして、中ユニット3に形成した位置決めピンポスト4と第1の基板1に設けた位置決め孔とを嵌合させることにより精度良く、かつ簡便に第1の基板1上の所定の位置に中ユニット3を実装することができる。また、このとき、固定ボルト6を固定ボルト孔7に貫通させ、かつ、ナット8により第1の基板1に固定することにより、中ユニット2を第1の基板1に確実に固定することができる。
【0076】
以上により、大画面のLED表示装置を作製することができる。
【0077】
以上において得られるLED表示装置は、LED素子の結晶成長に使用した基板に所定の数のLED素子をLED素子の長手方向に並べてLED棒状基板を形成している。そして、このLED棒状基板を並べることにより小ユニットを形成している。これにより、LED素子を1個ずつ並べる必要がないため、LED素子の実装を効率的に、かつ簡便に行うことが可能となる。
【0078】
また、電極の配線に関しては、n電極において、LED棒状基板の裏面、即ちLED素子が形成された側と反対側に共通のn電極を設けるため、配線数を大幅に削減し、電極の配線を効率的に、かつ簡便に行うことができ、生産効率及び配線の信頼性を著しく向上させることが可能となる。
【0079】
そして、電極の配線をスルーホールを用いて各基板の裏面で電極の集約を行い、表示画面の表面には最小限の電極配線のみが存在する構造としているため、各ユニット間の境界が目立つことにより画像情報が表示できない等の不具合の発生を防止することができ、良好で、視認性の良い高画質の画像が表示可能な表示装置を得ることができる。
【0080】
また、上記においてはLED素子のpn接合部やLED素子間等のショートを防ぐために、LED棒状基板を作製する工程中において、へき開を行う前にLED素子上に絶縁膜を形成しているが、次のような手法により絶縁膜を形成し、ショートを防ぐこともできる。
【0081】
まず、上記の製造方法においてLED棒状基板16を案内溝20に実装し、n電極の配線が終了した状態で、第3の基板17のLED棒状基板16を実装した側の主面にフォトレジストをスピンコーターで塗布する。
【0082】
次に、LED素子19の電極パッド上を光ビームを用いて露光する。露光は、例えば図21に示す光直接描画装置37を用いてレーザビームにより電極上を直接描画することにより行うことができる。光直接描画装置37について簡単に説明すると、光直接描画装置37は、レーザビーム発信器38と、ガルバノミラー39と、XYステージ40とを備えて構成され、LED棒状基板16は、XYステージ40上の所定の位置に固定される。レーザビーム発信器37から発振されたレーザビームは、ガルバノミラー39を介してXYステージ40上に載置されたLED棒状基板16の所定の位置に照射され、露光が行われる。レーザビームのスキャンは、X方向、即ちLED棒状基板16の幅方向のスキャンは、ガルバノミラー39により行い、Y方向、即ちLED棒状基板16の長手方向のスキャンは、LED棒状基板16を載置したXYステージ40を移動させることにより行う。ここで、光ビームとしては、発振波長413nmのKrレーザ等を好適に用いることができる。そして、所定の現像液により現像を行うことにより第3の基板のLED棒状基板16を実装した側の主面上に絶縁膜41を形成する。
【0083】
このようにして、第3の基板17のLED棒状基板16を実装した側の主面上に絶縁膜41を形成することにより、LED素子19上での絶縁効果のみでなく、第3の基板17のLED棒状基板16を実装した側の主面上の配線間の絶縁効果も得ることができる。
【0084】
また、第3の基板17上においてLED棒状基板16間の溝が絶縁膜41で埋められるため、LED棒状基板16の側面まで絶縁効果を得ることができるため、LED素子19の、pn接合部ショートを防止することができる。
【0085】
また、第3の基板17上においてLED棒状基板16間の溝が絶縁膜41で埋められるため、p電極の配線を行う際に、スクリーン印刷による配線を行うことが可能となり、生産効率を向上させることができる。なお、p電極の配線は、ワイヤボンディングにより行っても良い。
【0086】
また、光直接描画装置37を用いて光ビームでの直接描画により露光を行うため、第3の基板17上においてLED棒状基板16の位置ずれが生じている場合や、LED棒状基板16の厚みにばらつきが生じている場合等においても影響を受けることなく、良好な精度で露光を行うことができ、生産歩留まりを著しく向上させることができる。
【0087】
また、LED棒状基板16の位置ずれや、LED棒状基板16の厚みのばらつき等が少ない場合には、フォトマスクを用いて露光を行うことにより、短時間で効率良く露光を行うことが可能となり、生産効率を向上させることができる。
【0088】
したがって、上記の方法を用いることにより、生産歩留まり及び生産効率を向上させることが可能となる。
【0089】
また、上記においては、光ビームを用いた直接描画により露光を行っているが、フォトマスクを用いて、フォトマスクを透過した光により露光を行うこともできる。
【0090】
また、絶縁膜を分解するために必要な、十分に高いエネルギーを有する光ビームを絶縁膜に照射して絶縁膜を除去し、電極を絶縁膜から露出させることもできる。
【0091】
【実施例】
以下、具体的な実施例を用いて説明する。
【0092】
実施例1
上述した実施の形態に基づきLED表示装置を作製した。
【0093】
まず、MBE法により下記に示すようなエピウエハを作製した。
基板:GaAs(100) Siドープ1〜2×1018cm-3
バッファ層:GaAsSiドープ 100〜200nm
バッファ層:MEエピタキシャル(Zn/Sn25ピリオド)
バッファ層:ZnSe:Cl 10nm 濃度1×1018 〜2×1018
クラッド層:ZnMgSSe:C l1μm 濃度2×1017cm-3
MQW活性層:ZnCdSe3QW 2nmアンドープ/ZnSSe
バリア層:アンドープ5nm程度2W
クラッド層:ZnMgSSe:N 0.8nm 濃度5×1017cm-3
Na−Nd=1×1017cm-3程度
コンタクト層:ZnSSe:N 150nm 濃度2×1018cm-3
Na−Nd=5×1017cm-3程度
コンタクト層:ZnSe:N 130nm 濃度2×1018cm-3
Na−Nd=1×1017cm-3程度
コンタクト層:ZnSe:N 5nm/ZnTe:N 5nm SLグレード構造 濃度Na−Ndは、上記ZnNdまたはZnTeと同じ
コンタクト層:ZnTe:N 8nm 濃度1×1019〜1×1020cm-3
p濃度=2×1019cm-3程度
上記において、活性層のZnCdSeの組成は、波長460〜540nm(2.695〜2.295eV)の発光波長に対応するように制御した。また、クラッド層であるZnMgSSeのバンドギャップは、室温で2.88eV程度であった。そして、コンタクト付近ではキャリア濃度を下げないように成長条件を適宜調整した。
【0094】
次に、上記で作製したエピウエハに、以下のようなプロセスを用いてLED素子を形成した。LED素子1つの形状は、150×910μm、電極パッドの大きさは100×860μmとし、図1に示すような60×175μmの窓を形成した。LED素子は、1枚のウエハ上において縦横両方向に並べた状態で複数個形成した。
【0095】
電極パッド形成
上記エピウエハを洗浄し、カップリング剤により前処理を施した。次に、エピウエハのLED素子を形成する側の主面にスピンコーターでレジストを塗布し、電極パッドの大きさ及び形状に対応したフォトマスクを用いて露光、現像を行った。そして、現像後、TiとAuとをそれぞれ膜厚10nm及び200nmに蒸着法により成膜し、アセトンでリフトオフを行い、電極パッドを形成した。
【0096】
透明電極形成
次に、電極パッドを形成したエピウエハを洗浄し、カップリング剤により前処理を施した。そして、エピウエハのLED素子を形成する側の主面にスピンコーターでレジストを塗布し、透明電極の大きさ及び形状に対応したフォトマスクを用いて露光、現像を行った。そして、現像後、Auを膜厚10nmに蒸着法により成膜し、アセトンでリフトオフを行ことにより透明電極を形成した。
【0097】
素子分離
次に、透明電極を形成したエピウエハを洗浄し、カップリング剤等により前処理を施した。次に、スピンコーターでエピウエハのLED素子を形成する側の主面にレジストを塗布し、作製するLED素子の大きさ及び形状に対応したフォトマスクを用いて露光、現像を行った。そして、現像後、リン酸過酸化水素水混合液中でエッチングを行うことにより素子分離を行った。
【0098】
絶縁膜形成
次に、素子分離を行ったエピウエハを洗浄し、カップリング剤による前処理を施した。そして、スピンコーターでエピウエハのLED素子を形成する側の主面にレジストを塗布し、形成する透明電極の大きさ及び形状に対応したフォトマスクを用いて露光、現像を行った。そして、現像後、スパッタリング法により膜厚200nmのSiO2膜を成膜し、アセトンでリフトオフを行うことにより絶縁膜を形成した。
【0099】
裏面研磨
次に、絶縁膜を形成したウエハの電極パッド等を形成した側の表面に、保護膜としてスピンコーターでフォトレジストを塗布した。そして、研磨機等を用いてLED素子の厚みが100μm程度になるまでエピウエハの裏面、即ち電極パッド等を形成した側と反対側の主面の研磨を行った。
【0100】
n電極の形成
次に、裏面研磨を施したエピウエハの裏面、即ち研磨を施した側の主面に形成された酸化膜をウエットエッチング等により除去した。そして、エピウエハの表面、即ち上記電極パッド等を形成した側の表面に保護膜として形成したフォレジストをアセトン等により除去し、エピウエハの裏面、即ちウエットエッチングを施した側の主面にPd、AuGe合金、Ti、Auをこの順でそれぞれ膜厚10nm、150nm、50nm、400nmに蒸着法により成膜した。更に、合金化のために水素を24%程度含有する不活性ガス雰囲気中で180℃の温度において5分間の熱処理を施し、n電極を形成した。
【0101】
へき開
次に、n電極を形成したエピウエハに、けがき装置を用いて、LED素子の長手方向においてはLED素子1個置きにけがき線を入れ、LED素子の幅方向においては、例えばLED素子10個置きにけがき線を入れてへき開を行い、図5に示すようなLED棒状基板を作製した。
【0102】
小ユニットの作製
図7に示すような縦1cm×横1cmの小ユニット基板を作製し、上記において作製したLED棒状基板を導電性粘着フィルムを用いて基板の案内溝に実装した。案内溝底部には、図10に示すようにn電極端子を形成し、n電極端子端部にスルーホールを形成した。そして、当該スルーホールから小ユニット基板の裏面、即ちLED棒状基板を実装する側と反対側の主面のn電極端子へと導通させて、小ユニット基板の裏面から中ユニットを経由してドライバチップへと接続できる構造とした。また、LED棒状基板3本置きに幅の広い隔壁、及びp電極端子を形成し、各電極端子にスルーホールを形成した。そして、当該スルーホールから小ユニット基板の裏面、即ちLED棒状基板を実装する側と反対側の主面に形成したp電極端子に導通させて、小ユニット裏面から中ユニットを経由してドライブ回路へ接続できる構造とした。
【0103】
小ユニットの実装及び配線
導電性粘着フィルムを用いて、小ユニット基板にLED棒状基板を実装することで、n電極の配線を完了した。
【0104】
p電極の配線は、図19に示すように、まず、隣り合う幅の広い隔壁上に形成したp電極端子同士をワイヤボンディングで配線を行った。そして、図20に示すようにその間にあるLED素子上のp電極端子上で、探針を用いてワイヤをp電極端子に押し当て、加熱、加重及び超音波を印加することによりワイヤとLED素子上のp電極端子とを接続した。
【0105】
保護膜の形成
上記においてLED素子の実装と電極の配線が施された小ユニットを、小ユニットのLED棒状基板が実装された側の主面以外を覆う構造とされた小ユニットと略同形状のアクリル製の鋳型に挿入し、小ユニットのLED棒状基板が実装された側の表面のみにエポキシ樹脂を塗布した。エポキシ樹脂が硬化した後、アクリル製の鋳型を剥がし、保護膜を形成した。
【0106】
中ユニットの作製
上記において保護膜を形成した小ユニットを中ユニット基板にリフローにより実装した。中ユニット基板のパターン上にクリームはんだを配置し、フリップチップボンダで小ユニットを中ユニット基板に実装し、約200℃の温度で熱処理を施すことにより小ユニットを中ユニット基板に実装した。中ユニット基板には、裏面、即ち小ユニットを実装する側と反対側の主面にコネクタ取り付けの電極パターンが形成されており、ここからドライブ回路に接続する構造とした。
【0107】
中ユニットの実装
上記において作製した中ユニットを大ユニット基板に貼り合わせ、大画面LED表示装置を作製した。
【0108】
以上により作製した大画面LED表示装置を電流駆動により画像情報を表示させたところ、高輝度、高色品質の画像を得ることができた。
【0109】
以上において得られたLED表示装置は、LED素子の結晶成長に使用した基板にLED素子10個をLED素子の長手方向に並べてLED棒状基板を形成している。そして、このLED棒状基板を並べることにより小ユニットを形成している。これにより、LED素子を1個ずつ並べる必要がなくなりLED素子の実装を効率的に、かつ簡便に行うことができた。また、電極の配線に関しても、LED棒状基板毎に行えば良く、LED素子1個ずつ配線する必要がないため、電極の配線を効率的に、かつ簡便に行うことができ、また、配線の信頼性も向上した。そして、電極の配線をスルーホールを用いて各基板の裏面で電極の集約を行い、表示画面の表面には最小限の電極配線のみが存在する構造としているため、各ユニット間の境界が目立つことにより画像情報が表示できない等の不具合は生じることなく、良好で、視認性の良い高画質の画像が表示可能な表示装置を得ることができた。
【0110】
実施例2
実施例1においてへき開により切り出したLED棒状基板を、スピンコーターでポジ型フォトレジストを塗布し、図21に示すような光直接描画装置を用いて露光を行った。
【0111】
光源には、発振波長が413nmであるKrレーザを用いた。レーザビームのスキャンは、X方向、即ちLED棒状基板の幅方向のスキャンは、ガルバノミラーにより行い、Y方向、即ちLED棒状基板の長手方向のスキャンは、LED棒状基板を載置したXYステージを移動させることにより行った。LED棒状基板上におけるレーザビームのパワーは、約0.1mW、レーザビームの径は、約1μmとなるように光直接描画装置の光学系を調整した。
以上の条件により、LED棒状基板に形成された10個のLED素子の露光を行った。
【0112】
露光終了後、現像を行い、露出した電極に絶縁膜としてのフォトレジストがない状態ではLED素子側面のpn接合をショートしてしまう条件で銀ペーストを塗布し、180℃の熱処理を行うことにより硬化させた。
【0113】
以上により作製したLED棒状基板の裏面、即ちLED素子が形成された側と反対側の主面と、銀ペーストとの間に4Vの電圧を加え、電流を流したところ、LED素子からは、緑色の良好な発光を得ることができた。これにより、LED棒状基板のへき開後に、LED素子の表面にフォトレジストを塗布し、レーザビームで露光して電極を露出させることにより、LED素子の側面まで保護できるため、LED素子側面におけるpn接合部のショートを防止することができるといえる。
【0114】
実施例3
まず、実施例1において作製したエピウエハを準備した。
【0115】
次に、それぞれのエピウエハより、n電極の形成をする際にエピウエハの裏面、即ちウエットエッチングを施した側の主面にPd、AuGe合金、Ti、Auをこの順でそれぞれ膜厚10nm、200nm、50nm、200nmに蒸着法により成膜したこと以外は、実施例1に示したプロセスにしたがって、LED素子を形成した。LED素子1つの形状は、150×910μm、電極パッドの大きさは100×860μmとし、図1に示すような60×175μmの窓を形成した。LED素子は、1枚のウエハ上において縦横両方向に並べた状態で複数個形成した。また、LED素子は、エピウエハ毎に、実施例1と同様の緑色発光を示すLED素子と、ZnCdSeを活性層とする青色発光を示すLED素子と、同様に作製したAlGaInpを活性層とする赤色発光を示すLED素子とを作製し、緑色発光用ウエハと、青色発光用ウエハと、赤色発光用ウエハの3種類のウエハを作製した。
【0116】
次に、実施例1と同様にしてそれぞれのウエハに対してへき開を行い、幅200μm、長さ10mm、厚み100μmのLED棒状基板を作製した。
【0117】
次に、図22に示すように小ユニット基板に、LED棒状基板の幅方向に、赤色用LED棒状基板42、緑色用LED棒状基板43、青色用LED棒状基板44を導電性粘着フィルム45を用いて緑色用LED棒状基板、青色用LED棒状基板、赤色用LED棒状基板の順でそれぞれ10本ずつ実装した。
【0118】
次に、絶縁膜となるフォトレジストを小ユニット基板上にスピンコーターで塗布し、図21に示す光直接描画装置を用いて実施例2と同様にして電極パッド上をレーザビームにより直接描画し、露光を行った。そして、露光終了後、現像を行い、絶縁膜を形成した。
【0119】
次に、絶縁膜が形成された小ユニット基板上に、ストライプ状のメタルマスクを用いたスクリーン印刷法によりp電極配線をLED棒状基板の幅方向に隣接する小ユニット上のp電極同士を配線して小ユニットを作製した。
【0120】
次に、小ユニット9個を、縦3個、横3個のマトリクス状に貼り合わせることにより、フルカラー表示が可能な単純マトリクスRGB表示装置を作製した。
【0121】
以上により得られた単純マトリクスRGB表示装置を電流駆動により画像情報を表示させたところ、高輝度、高色品質の画像を得ることができた。
【0122】
また、小ユニット基板上においてLED棒状基板間の溝が絶縁膜で埋められるため、LED棒状基板の側面まで絶縁効果を得ることができるため、LED素子の、pn接合部ショートを防止することができ、高品質の画像を得ることができた。
【0123】
また、小ユニット基板上においてLED棒状基板間の溝が絶縁膜で埋められたため、p電極の配線を行う際に、スクリーン印刷による配線を行うことが可能となり、生産効率を向上させることができた。
【0124】
また、光直接描画装置を用いて光ビームでの直接描画により露光を行ったため、精度良良好な状態で露光を行うことができ、生産歩留まりを向上させることができた。
【0125】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る表示装置は、複数の発光ダイオード素子が直線状に配列形成された棒状基板を基本単位とし、当該棒状基板がその幅方向に複数配列されることにより、発光ダイオード素子がマトリクス状に配列される。
【0126】
したがって、本発明に係る表示装置は、発光ダイオード素子の実装工数及び電極の配線数が大幅に削減されるため生産効率に優れ、また、視認性の良い高画質画像を表示可能な高品質な表示装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したLED表示装置の構造を示した部分縦断面図である。
【図2】中ユニットの構成を示す縦断面図である。
【図3】第2の基板の中ユニットが実装される側の主面に印刷されたクリームはんだによるパターンの一例を示す図である。
【図4】第2の基板の中ユニットが実装される側と反対側の主面に印刷されたクリームはんだによるパターンの一例を示す図である。
【図5】LED棒状基板の平面図である。
【図6】LED棒状基板の斜視図である。
【図7】小ユニットの平面図である。
【図8】小ユニットの部分拡大図である。
【図9】小ユニットの要部断面図である。
【図10】小ユニットの要部斜視図である。
【図11】小ユニットの要部断面図である。
【図12】小ユニットの第一の変形例の要部平面図である。
【図13】小ユニットの第一の変形例の要部断面図である。
【図14】小ユニットの第2の変形例の要部平面図である。
【図15】小ユニットの第2の変形例の要部断面図である。
【図16】小ユニットの第2の変形例の要部断面図である。
【図17】小ユニットの第3の変形例の要部平面図である。
【図18】小ユニットの第3の変形例の要部断面図である。
【図19】幅の広い隔壁上のp電極端子同士をワイヤで接続した状態を示す図である。
【図20】幅の広い隔壁上のp電極端子とLED素子上のp電極端子をワイヤで接続した状態を示す図である。
【図21】光直接描画装置の構成を示す概略構成図である。
【図22】小ユニットに形成されたp電極端子をメタルマスクを用いたスクリーン印刷法により接続した状態を示す図である。
【符号の説明】
1 第1の基板、2 中ユニット、3 小ユニット、4 位置決めピンポスト、5 隔壁、6 固定ボルト、7 固定ボルト孔、8 ナット、9 外周壁、10 第2の基板、11 ドライバチップ、12 支持ケース、13 スルーホール、16 LED棒状基板、17 第3の基板、18 結晶成長に用いた基板、19 LED素子、20 案内溝、21 n電極端子、25 幅の広い隔壁、26 幅の狭い隔壁、27 p電極端子、28 ワイヤ、29 透明基板、30p電極配線、31 不透明基板、32 光取り出し窓、33 光学レンズ、34 棒状配線、35 固定具
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a display device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a display device using a light emitting diode element.
[0002]
[Prior art]
With the recent rapid development of technology, it is possible to process a large amount of information data, and accordingly, there is an increasing demand for a full-color display device capable of processing and displaying a large amount of image information. One of such display devices uses a light-emitting diode (hereinafter referred to as LED) element. That is, by arranging LED elements that can be driven with high luminance and low voltage in a desired shape such as a matrix and driving each LED element, a display device that can obtain a desired image can be manufactured. JP-A-56-1738, JP-A-5-53511, JP-A-7-335742, JP-A-9-197979, JP-A-10-22529, JP83030661, JP7335942 Many display devices in which LED elements are arranged in a matrix have been proposed as described in JP71229097, JP6232456, JP6045660, and the like.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the process of manufacturing such a display device, it is necessary to mount and wire the LEDs one by one on the large screen. However, this process takes a lot of time and the manufacturing yield is low. There is a problem of becoming.
[0004]
Further, when manufacturing an LED display device, the lead wire wired to the electrode taken out from the light emitting surface side of the LED element may come into contact with, for example, a wafer on which the LED element is formed or another electrode to cause a malfunction. is there. Therefore, an insulating film such as an oxide is formed before cleavage, and a window is opened in the electrode by lift-off, whereby contact with the wired conductor can be prevented. These oxide films can be formed by a vapor deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD) method, or the like, but the pn junction is exposed by the vapor deposition method or the sputtering method. Insulation is not sufficient because the film cannot be sufficiently formed on the side surface of the LED element. In the CVD method, a film is also formed on the side surface of the LED element. However, since the film is formed on the side surface of the resist remaining on the electrode for lift-off, the lift-off cannot be performed. In addition, in any film formation method, if handling is considered, cleavage must be performed after film formation, and thus there is a problem that the film is partially peeled off during cleavage.
[0005]
  Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and provides a display device that can easily mount LED elements and electrode wiring, has high production efficiency, and can display a high-quality image. With the goal.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  The display device according to the present invention is based on a rod-shaped substrate in which a plurality of light emitting diode elements are linearly arranged,On the first support substrateBy arranging a plurality of the rod-shaped substrates in the width direction, the light emitting diode elements are arranged in a matrix.A small unit, a second support substrate on which the first support substrate is mounted, a middle unit in which the small units are arranged in a matrix, and a third unit on which the second support substrate is mounted. The above-mentioned middle units are arranged in a matrix.It is characterized by that.
[0007]
In the display device according to the present invention, a plurality of light emitting diode elements as a basic unit are arranged in a straight line, and the light emitting diode elements are arranged in a matrix by arranging a plurality of the rod shaped substrates in the width direction. It is arranged.
[0008]
Therefore, the display device according to the present invention is excellent in production efficiency because the number of steps for mounting the light emitting diode elements and the number of wirings of the electrodes are greatly reduced, and can display a high-quality image with good visibility. it can.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following examples, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
[0013]
FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view showing the structure of an LED display device to which the present invention is applied. The LED display device includes a first substrate 1, a middle unit 2 of LED elements mounted on the first substrate 1 (hereinafter referred to as a middle unit 2), and an LED element mounted on the middle unit 2. A small unit 3 (hereinafter referred to as a small unit 3) is provided.
[0014]
The 1st board | substrate 1 is for mounting the middle unit 2, and is comprised from the material which has insulation. Specifically, a resin or the like can be used as the material used for the first substrate 1. The first substrate 1 is configured so that a predetermined number of medium units 2 can be mounted. For example, nine medium units 2 of vertical 3 × horizontal 3 can be mounted. The portion on the upper surface of the bottom portion of the first substrate 1 where each middle unit 2 is mounted is shaped to be fitted to the lower portion of the middle unit 2, and positioning pin posts 4 provided on the middle unit 2 described later are provided. Positioning holes to be fitted are provided. And the partition 5 for separating and fixing the middle units 2 is provided in the part where the middle units 2 are adjacent to each other. In addition, a fixing bolt hole 7 through which a fixing bolt 6 of the middle unit 2 to be described later passes is provided at the center of the portion where each middle unit 2 is mounted. When the middle unit 2 is mounted on the first substrate 1, the fixing bolt 6 passes through the fixing bolt hole 7 and is fixed to the first substrate 1 by the nut 8. On the other hand, an outer peripheral wall 9 for fixing the middle unit 2 is provided on the outer peripheral portion of the first substrate 1. Therefore, the middle unit 2 is securely fixed to the first substrate 1 by adopting the above configuration.
[0015]
The middle unit 1 is for mounting the small unit 3, and includes the small unit 3, the second substrate 10, the driver chip 11, and the support case 12. The middle unit 2 is configured so that a predetermined number of small units 3 can be mounted. For example, the middle unit 2 is configured to be capable of mounting 9 middle units 2 of vertical 3 × lateral 3. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the middle unit 2.
[0016]
The 2nd board | substrate 10 is for mounting the small unit 3, and is comprised from the material which has insulation. Specifically, a glass epoxy resin or the like can be used as the material used for the second substrate 10. On the surface of the second substrate 10, that is, the main surface on the side where the small unit 3 is mounted, for example, a pattern of gold electrodes is printed as shown in FIG. 3, and through holes 13 are formed at predetermined positions. The small unit 3 mounted by these and the driver chip 11 described later are electrically connected.
[0017]
The driver chip 11 is for driving the LED element, and is arranged on the back surface of the second substrate 10, that is, the main surface opposite to the side on which the small unit 3 is mounted. In this way, by arranging the dedicated driver chip 11 for each middle unit 2 and independently controlling a predetermined number of LED displays, the system clock frequency can be lowered.
[0018]
Further, instead of using the driver chip 11, an electrode pattern for attaching the connector is formed on the back surface of the second substrate 10, that is, the main surface opposite to the side on which the small unit 3 is mounted, as shown in FIG. The connector may be attached and connected to a separately arranged drive circuit.
[0019]
The support case 12 is for protecting the driver chip 11 and the like, and for mounting the middle unit 2 on the first substrate 1 with high accuracy, and is configured to cover the side surface and the lower portion of the second substrate 10. The Below the support case 12, a unit position identification electrode 14 for identifying the position of the unit, a power source 15, a signal bus line 16, and the like are provided. In addition, a fixing bolt 6 for fixing the middle unit 2 to the first substrate 1 is provided in the lower central portion of the support case 12. By using the fixing bolt 6, the middle unit 2 is securely fixed to the first substrate 1. In addition, a positioning pin post 4 that fits into the positioning hole provided in the first substrate 1 described above is provided on the lower outer peripheral portion of the support case 12. The middle unit 2 is accurately and simply placed at a predetermined position on the first substrate 1 by fitting the positioning pin posts 4 and the positioning holes provided in the first substrate 1. , Quality and productivity will be excellent.
[0020]
The small unit 3 is for mounting an LED rod-shaped substrate, and includes an LED rod-shaped substrate and a third substrate.
[0021]
Here, as shown in FIGS. 5 and 6, the LED rod-shaped substrate refers to a rod-shaped substrate in which a plurality of LED elements are linearly arranged on a substrate used for crystal growth of the LED element. FIG. 5 is a plan view of the LED bar substrate, and FIG. 6 is a partially enlarged perspective view of the LED bar substrate. Here, a common n-electrode common to all the elements on the LED rod-shaped substrate is provided on the back surface of the LED rod-shaped substrate, that is, the main surface opposite to the side on which the LED elements are formed. Thus, by forming a common n-electrode for all LED elements on the LED rod-like substrate 16, a simple wiring structure can be taken without requiring complicated wiring. In addition, since no wiring is provided for each LED element, the electrical connection of the wiring is highly reliable.
[0022]
The 3rd board | substrate 17 is for mounting the small unit 3, and is comprised from the material which has insulation. Specifically, a glass epoxy ceramic resin or the like can be used as the material used for the third substrate 17.
[0023]
The third substrate 17 is configured so that a predetermined number of LED rod-shaped substrates 16 can be mounted as shown in FIGS. 7 and 8, for example, a total of 30 LED rod-shaped substrates of 1 vertical × 30 horizontal. 16 can be implemented. In order to mount the LED rod-shaped substrate 16 as shown in FIG. 9, the LED rod-shaped substrate 16 is mounted on the portion of the main surface of the third substrate 17 on the side where the LED rod-shaped substrate 16 is mounted. A guide groove 20 having a width substantially equal to the width of is formed. The LED rod-like substrate 16 is mounted in the guide groove 20 using the connecting means 22 having conductivity.
[0024]
Here, the depth of the guide groove 20 is set to be shallower than the sum of the thickness of the connecting means 22 having conductivity described above, for example, the adhesive film and the LED rod-shaped substrate 16 and deeper than the thickness of the connecting means 22. Is done. When the depth of the guide groove 20 is deeper than the sum of the thickness of the connecting means 22 and the LED rod-like substrate 16, the p electrode formed on the LED element 19, which will be described later, cannot be conducted, or the p electrode This is because it may be difficult to achieve the conduction. If the guide groove 20 is shallower than the conductive connecting means 22, the connecting means 22 protrudes from the guide groove 20 when the LED rod substrate 16 is mounted, and the adjacent LED elements 19. This is because there is a risk of electrical continuity.
[0025]
As shown in FIG. 10, an n electrode terminal 21 for driving the LED element 19 is formed along the shape of the guide groove 20 at the bottom of the guide groove 20, and the LED is formed on the n electrode terminal 21. A rod-shaped substrate 16 is mounted.
Thereby, the back surface of the LED rod-shaped substrate 16, that is, the common n electrode provided on the main surface opposite to the side on which the LED element 19 is formed, and the n electrode terminal 21 provided on the guide groove 20 are electrically conductive. It becomes conductive through the connecting means 22 having That is, each LED element 19 and the third substrate 17 are electrically connected.
[0026]
A through hole 23 that also penetrates through the third substrate 17 is formed at a predetermined position of each n-electrode terminal 21. By forming the through-hole 23, the n electrodes are electrically connected together on the back surface of the third substrate 17, that is, the main surface of the third substrate 17 opposite to the surface on which the LED rod substrate 16 is mounted. Can do. Thereby, it is considered that the reliability is excellent as compared with the case where the wiring is applied to each of the LED elements 19 and the n electrodes are electrically connected. One through hole 23 may be formed per one LED rod-like substrate 16, but a plurality of through holes 23 may be formed in order to further improve the reliability of electrical connection.
[0027]
In addition, a partition wall 24 for separating and fixing the LED rod-shaped substrates 16 is provided along a side surface in the longitudinal direction of the LED rod-shaped substrate 16 at a portion where the LED rod-shaped substrates 16 are adjacent to each other. The partition wall 24 is a wide partition wall 25 for every predetermined number of LED rod-shaped substrates 16, for example, every 163 LED rod-shaped substrates, and the partition walls positioned between the wide partition walls 25 are narrow. The partition wall 26 is used. In addition, p electrode terminals 27 are formed on the wide partition walls 25, and the p electrode terminals 27 and the LED elements 19 sandwiched between the p electrode terminals 27 are connected by wires as shown in FIG. By doing so, the electrical connection of the p electrode of each LED rod-shaped board | substrate 16 is performed.
[0028]
In the present invention, as a first modification of the small unit 3, as shown in FIGS. 12 and 13, a transparent substrate 29 having a p-electrode wiring 30 formed of a conductive material is mounted on an LED rod-shaped substrate 16. A structure may be employed in which the p-electrode is electrically connected by being placed on the third substrate 17. Here, in this specification, the transparent substrate 29 means a substrate capable of transmitting visible light. FIG. 12 is a plan view of a first modification of the small unit 3, and FIG.1-X2FIG. That is, in the first modification, a transparent substrate 29 in which a linear p-electrode wiring 30 is formed on one main surface with a conductive material is placed on the third substrate 17 on which the LED rod substrate 16 is mounted. The structure is made. At this time, each p-electrode terminal 27 is formed on the wide partition wall 25 and each LED rod-shaped substrate 16, and the p-electrode terminal 27 is aligned in the width direction of the LED rod-shaped substrate 16. Is formed. A transparent substrate 29 is placed on the p electrode terminals 27 so that the p electrode wiring 30 is in contact therewith. With such a structure, the p-electrode terminal 27 of each LED rod-shaped substrate 16 is electrically connected by the p-electrode wiring 30 formed on the transparent substrate 29. And by using the transparent substrate 29 as a board | substrate mounted on the LED element 19, it can take out in a favorable state, without preventing the light emission from the LED element 19. FIG.
[0029]
Further, as a second modification of the small unit 3, in the first modification described above as shown in FIGS. 14 and 15, an opaque substrate 31 is used in place of the transparent substrate 29, and the LED element 19 is mounted. A structure in which the light extraction window 32 is provided in this portion may be adopted. Here, in this specification, the opaque substrate 31 means a substrate that cannot transmit visible light. FIG. 14 is a plan view of a second modification of the small unit 3, and FIG.Three-XFourFIG. That is, the second modified example has a structure in which an opaque substrate 31 in which a linear p-electrode wiring 30 is formed of a conductive material is placed on a third substrate 17 on which the LED rod-shaped substrate 16 is mounted. The At this time, each p-electrode is formed on the wide partition wall 25 and each LED rod substrate 16, and the p electrode is formed so as to be aligned in the width direction of the LED rod substrate 16. . Then, an opaque substrate 32 is placed on the p-electrode so that the p-electrode wiring 30 is in contact with the conductive connection means 22. Further, the opaque substrate 31 has a structure in which a light extraction window 32 is provided in a predetermined portion overlapping the LED element 19. With such a structure, the p-electrode of each LED rod substrate 16 is electrically connected by the p-electrode wiring 30 formed on the opaque substrate 31. Since the light extraction window 32 is provided on the opaque substrate 31, light emitted from the LED element 19 can be extracted in a good state by the light extraction window 32 without using a transparent substrate.
[0030]
In this case, as shown in FIG. 16, the light extraction window 32 may be provided with an optical lens 33 or a diffusion plate for light diffusion. As described above, by providing the light extraction window 32 with the optical lens 33 and the diffusing plate, the light emitted from the LED element 19 can be prevented from being diffracted, and the light is extracted in a better state. Therefore, a better image can be obtained.
[0031]
Further, as a third modification of the small unit 3, as shown in FIGS. 17 and 18, a bar-shaped wiring 34 made of a conductive material may be arranged on the LED element 19 as the p-electrode wiring 30. FIG. 17 is a plan view of a third modification of the small unit 3, and FIG.Five-X6FIG.
[0032]
That is, a p-electrode terminal 27 is formed on the wide partition wall 25 and each LED rod-shaped substrate 16 as in the first and second modifications, and the p-electrode terminal 27 is an LED rod-shaped substrate. It is formed so as to be aligned in 16 width directions. Then, a rod-shaped wiring 34 made of a conductive material is arranged as a p-electrode wiring 30 on a straight line connecting these p-electrode terminals 27 so that the rod-shaped wiring 34 and each p-electrode terminal 27 are in contact with each other. Thereby, electrical connection can be established between the p-electrode terminals 27. At this time, a fixture 35 made of an elastic body is attached to both ends of the rod-like wire 34 made of a conductive material, and the rod-like wire is fixed to the third substrate 17 by the elastic force of the fixture 35. It is said. Here, a spring or the like can be suitably used as the fixture 35.
[0033]
In the LED display device configured as described above, the LED rod-shaped substrate 16 is formed by arranging a predetermined number of LED elements 19 in the longitudinal direction of the LED elements 19 on the substrate used for crystal growth of the LED elements 19. And the small unit 3 is formed by arranging this LED rod-shaped board | substrate 16 side by side. Thereby, since it is not necessary to arrange the LED elements 19 one by one, it is excellent in production efficiency.
[0034]
In addition, regarding the electrode wiring, since the common n electrode is provided on the back surface of the LED rod-shaped substrate 16, that is, the side opposite to the side where the LED element 19 is formed, the number of wirings is greatly reduced. The configuration is simplified and the production efficiency and wiring reliability are excellent.
[0035]
The electrode wiring is aggregated on the back surface of each substrate using the through holes 23, and only the minimum electrode wiring exists on the surface of the display screen, so the boundary between the units is conspicuous. As a result, there is no problem that image information cannot be displayed, and a high-quality image with good visibility and good visibility can be displayed.
[0036]
The LED display device configured as described above can be manufactured as follows.
[0037]
First, an epi-wafer is manufactured by molecular beam epitaxy (hereinafter referred to as MBE) method or the like.
[0038]
Next, an LED element is produced on the epiwafer by the following method, and an LED rod-like substrate is produced.
[0039]
First, electrode pads are formed on the epi-wafer. The epi-wafer is cleaned and pretreated with a coupling agent or the like. Next, a resist is applied to the main surface of the epi-wafer on the side where the LED elements are formed by a spin coater, and exposure and development are performed using a photomask corresponding to the size and shape of the electrode pad. Then, after development, for example, Ti and Au are formed into a film thickness of 10 nm and 200 nm, respectively, by evaporation, and electrode pads are formed by performing lift-off with acetone.
[0040]
Next, a transparent electrode is formed. The epi-wafer on which the electrode pad is formed is cleaned and pretreated with a coupling agent or the like. Next, a resist is applied to the main surface of the epiwafer on the side where the LED elements are to be formed using a spin coater, and exposure and development are performed using a photomask corresponding to the size and shape of the transparent electrode to be formed. And after image development, for example, Au is formed into a film with a film thickness of 10 nm by a vapor deposition method, and a transparent electrode is formed by performing lift-off with acetone.
[0041]
Next, element isolation is performed. The epi-wafer on which the transparent electrode is formed is cleaned and pretreated with a coupling agent or the like. Next, a resist is applied to the main surface of the epiwafer on the side where the LED elements are to be formed using a spin coater, and exposure and development are performed using a photomask corresponding to the size and shape of the LED elements to be formed. Then, after development, element isolation is performed, for example, by etching in a mixed solution of hydrogen peroxide and hydrogen peroxide.
[0042]
Next, an insulating film is formed. The epi-wafer from which element isolation has been performed is cleaned and pretreated with a coupling agent or the like. Next, a resist is applied to the main surface of the epiwafer on the side where the LED elements are to be formed using a spin coater, and exposure and development are performed using a photomask corresponding to the size and shape of the transparent electrode to be formed. Then, after development, for example, SiO 2 by sputtering.2A film is formed to a thickness of 200 nm, and an insulating film is formed by performing lift-off with acetone.
[0043]
Next, the back surface of the epi wafer is polished. A photoresist is applied as a protective film to the surface of the epitaxial wafer on which the insulating film is formed on the side where the electrode pads and the like are formed using a spin coater. Then, the back surface of the epi-wafer, that is, the main surface opposite to the side on which the electrode pad or the like is formed is polished using a polishing machine or the like until the thickness of the LED element 19 becomes about 100 μm, for example.
[0044]
Next, an n-electrode is formed. The oxide film formed on the back surface of the epitaxial wafer subjected to the back surface polishing, that is, the main surface on the polished side is removed by wet etching or the like. Next, the photoresist formed as a protective film on the surface of the epi-wafer, that is, the surface on which the above electrode pads are formed is removed with acetone or the like, and the back surface of the epi-wafer, that is, the main surface on the side subjected to wet etching, for example, Pd , AuGe alloy, Ti, and Au are deposited by vapor deposition to a thickness of about 10 nm, 150 nm, 50 nm, and 400 nm, respectively. Next, for alloying, for example, heat treatment is performed for 5 minutes at a temperature of 180 ° C. in an inert gas atmosphere containing about 24% hydrogen to form an n-electrode.
[0045]
Next, cleavage is performed. In the epi-wafer on which the n-electrode is formed, a scribing device is used to put a marking line for every 191 LED elements in the longitudinal direction of the LED elements 19, and for example, 10 LED elements are placed in the width direction of the LED elements 19. A cleavage line is inserted and cleavage is performed to produce an LED rod-shaped substrate 16 as shown in FIG.
[0046]
Next, a small unit of the LED element 19 is produced. First, a third substrate 17 as shown in FIG. 10 is manufactured using an insulating material. Specifically, a glass epoxy resin or the like can be used as a material used for the third substrate 17.
[0047]
In order to manufacture the third substrate 17, first, a substrate material having a predetermined thickness is cut into a size of, for example, 1 cm in length × 1 cm in width. And the guide groove 20 which has a width | variety substantially equal to the width | variety of the LED rod-shaped board | substrate 16 in order to mount each LED rod-shaped board | substrate 16 in the main surface of the side which mounts the LED rod-shaped board | substrate 16 of the 3rd board | substrate 17, and adjacent LED A partition for separating and fixing the rod-shaped substrates 16 is formed along the longitudinal direction of the LED rod-shaped substrate 16 to be mounted. An n-electrode terminal for driving the LED element 19 is formed on the bottom of the guide groove 20 along the shape of the guide groove 20. Then, a through hole 23 that also penetrates the third substrate 17 is formed at a predetermined position of each n electrode terminal. By forming the through hole 23 in this way, the n electrodes are electrically connected together on the back surface of the third substrate 17, that is, the main surface of the third substrate 17 opposite to the surface on which the LED rod-shaped substrate 16 is mounted. Can be taken. As a result, the number of wirings can be greatly reduced as compared with the case where each of the LED elements 16 is wired and the n electrodes are electrically connected, and the production efficiency can be particularly improved. . Further, the reliability of electrical connection can be improved. At this time, one through hole 23 may be formed on one LED rod-shaped substrate 16, but a plurality of through holes 23 may be formed in order to further improve the reliability of electrical connection. In addition, by using the through hole 23, it is possible to easily connect the drive circuit from the back surface of the third substrate 17 to the drive circuit via the middle unit.
[0048]
The partition walls 24 are formed as wide partition walls 25 every predetermined number of LED rod-shaped substrates 16, for example, every three LED rod-shaped substrates, and the partition walls positioned between the wide partition walls 25 are narrow. The partition wall 26 is formed. Then, the p-electrode terminals 27 are formed on the wide partition walls 25 as follows.
[0049]
First, copper is deposited by 18 μm using a desired metal mask.
Next, using the same mask, Ni and gold are sequentially deposited to a thickness of 0.4 μm and 0.3 μm, respectively, to form a p-electrode terminal 27. The p electrode terminal 27 has a straight line connecting the p electrode terminal 27 formed on the wide partition wall 25 and the p electrode terminal 27 formed on the LED element 19 parallel to the width direction of the LED element 16. It forms so that it may become.
[0050]
Then, a through hole 23 that also penetrates the third substrate 17 is formed at a predetermined position of the p-electrode terminal 27. By forming the through-hole 23 in this way, the electrical connection of the n-electrode is collectively performed on the back surface of the third substrate 17, that is, the main surface of the third substrate 17 opposite to the surface on which the LED rod-shaped substrate 16 is mounted. Can be taken. As a result, it is possible to significantly improve the production efficiency as compared with the case where the n-electrodes are electrically connected by wiring the LED elements 191 one by one, and the reliability of the electrical connection is excellent. can do. At this time, one through hole 23 may be formed on one LED rod-shaped substrate 16, but a plurality of through holes 23 may be formed in order to further improve the reliability of electrical connection. In addition, by using the through hole 23, it is possible to easily connect the drive circuit from the back surface of the third substrate 17 to the drive circuit via the middle unit.
[0051]
Next, the LED rod-shaped substrate 16 produced in the above is mounted in the guide groove 20 of the third substrate 17 using the connecting means 22 having conductivity. As the connection means 22 having conductivity, for example, a conductive adhesive film, silver paste, cream solder or the like can be suitably used. Then, by mounting the LED rod-shaped substrate 16 on the third substrate 17, the wiring of the n-electrode is completed.
[0052]
Next, p-electrode wiring is performed. In order to wire the p-electrode, first, as shown in FIG. 19, the adjacent p-electrode terminals 27 formed on the wide partition wall 25 are wired by wire bonding.
[0053]
Next, as shown in FIG. 20, the wire 28 is pressed onto the p-electrode on the LED element 19 between them using an end needle 36, heating at a predetermined temperature, and applying a pressure not more than the wall opening strength of the LED rod-shaped substrate 16. The wire 28 and the p-electrode terminal 19 on the LED element 19 can be connected by simultaneously applying pressure and ultrasonic waves having a predetermined frequency. Here, the heating temperature, the applied pressure, and the frequency of the ultrasonic wave may be appropriately set depending on the material, dimensions, and the like of the wire 28 and the LED rod-shaped substrate 16. Furthermore, it can connect more reliably by reinforcing using a silver paste.
[0054]
In the case of the first modification of the small unit 3 described above, the p-electrode can be wired as follows.
[0055]
First, an Au stripe having a width of 100 μm and a pitch of 1.0 mm is formed as a p-electrode wiring 30 by a lift-off method at a predetermined position on one main surface of the transparent substrate 29 having substantially the same dimensions as the third substrate 17. Here, as the transparent substrate 29, for example, a transparent glass substrate or the like can be suitably used.
[0056]
Next, a positive photoresist is applied to a thickness of, for example, about 10 μm on the transparent substrate 29 using a spin coater, and heat treatment is performed at a predetermined temperature. Thereafter, exposure is performed using a photomask having a desired pattern, and development is performed. Here, when a transparent glass substrate is used as the transparent substrate 29, since glass and Au have poor adhesion, for example, Ti, Cr or the like is formed as a base layer on the transparent glass substrate to a film thickness of about 5 nm. Adhesion can be improved by forming Au on the underlayer by electron beam evaporation or the like.
[0057]
Next, the Au stripe, that is, the p-electrode wiring 30 can be formed by performing lift-off in acetone.
[0058]
Next, cream solder is disposed on a predetermined portion to be connected to the Au stripe on the transparent substrate 29, the electrode pad on the LED element 19, and the p-electrode terminal 19 of the third substrate 17. Then, the transparent substrate 29 is placed on the small unit substrate using a flip chip bonder so that the main surface of the transparent substrate 29 on which the Au stripe is formed and the LED rod-shaped substrate 16 face each other, and these are connected by reflow.
[0059]
In the case of the second modification of the small unit described above, the p-electrode can be wired as follows.
[0060]
First, as in the first modification, an Au stripe having a width of 100 μm and a pitch of 1.0 mm, for example, is lifted off as a p-electrode wiring 30 on one main surface of an opaque substrate 31 having substantially the same dimensions as the third substrate 17. Form by law. Here, as the opaque substrate 31, a resin or the like can be suitably used.
[0061]
Next, a positive photoresist is applied to the thickness of, for example, about 10 μm on the opaque substrate 31 using a spin coater, and heat treatment is performed at a predetermined temperature. Thereafter, exposure is performed using a photomask having a desired pattern, and development is performed.
[0062]
Next, an Au stripe, that is, a p-electrode wiring can be formed by performing lift-off in acetone.
[0063]
Next, cream solder is disposed on a predetermined portion to be connected to the Au stripe on the opaque substrate 31, the electrode pad on the LED element 19, and the p-electrode terminal 27 of the third substrate 17. Then, the opaque substrate 31 is mounted on the small unit substrate by using a flip chip bonder so that the main surface of the opaque substrate 31 on which the Au stripe is formed and the LED rod-shaped substrate 16 face each other, and these are connected by reflow.
Next, a light extraction window 32 is formed in a portion of the opaque substrate 31 on the LED element 19. The light extraction window 32 can be formed in a portion on the LED element of the opaque substrate by preparing a desired mold and performing injection molding.
Then, by attaching the optical lens 33 and the diffusion plate to the light extraction window 32 formed in the above, it becomes possible to extract light from the LED element 19 in a better state.
In the case of the third modification of the small unit described above, p-electrode wiring can be performed as follows.
[0064]
That is, a p-electrode terminal 27 is formed on the wide partition wall 25 and each LED rod-like substrate 16 as in the first and second modifications. The p-electrode terminal 27 has a wide width. A straight line connecting the p electrode terminal 27 formed on the partition wall 25 and the p electrode terminal 27 formed on the LED element 19 is formed to be parallel to the width direction of the LED element 19. Then, a rod-shaped wiring 34 made of a conductive material is arranged as a p-electrode wiring 30 on a straight line connecting these p-electrode terminals 27 so that the rod-shaped wiring 34 and each p-electrode terminal 27 are in contact with each other. Thereby, electrical connection can be established between the p-electrode terminals 27. At this time, a fixture 35 made of an elastic body is attached to both ends of the rod-like wiring 34 made of a conductive material. And it is set as the structure which applies a pressure between the rod-shaped wiring 34 and a 3rd board | substrate with the elastic force of this fixing tool 35, and makes it contact and fix. Here, a spring or the like can be suitably used as the fixture 35.
[0065]
Next, a protective film is formed. The small unit 3 on which the LED rod-shaped substrate 16 is mounted and the p-electrode wiring is provided has the same shape as the small unit 3 and covers the portion other than the main surface on the side where the LED rod-shaped substrate 16 of the small unit 3 is mounted. Insert into the prepared mold. And a protective film is formed by apply | coating and hardening a protective film material only to the surface of the main surface by the side of the LED rod-shaped board | substrate 16 of the small unit 3 mounted. As the mold material, acrylic or the like can be preferably used. As the protective film, a material having insulating properties, transparency, little curing shrinkage, and heat resistance of about 200 ° C. can be used. An epoxy resin or the like can be suitably used for satisfying such conditions. And after a protective film hardens | cures, a protective film can be formed only in the main surface in which the LED rod-shaped board | substrate 16 of the small unit 3 was mounted by peeling a casting_mold | template.
[0066]
Next, the small unit 3 is mounted on the middle unit 2. The small unit 3 on which the LED rod-shaped substrate 16 is mounted, wired, and protective film is formed is mounted on the second substrate 10 by reflow.
[0067]
On the second substrate 10, a pattern as shown in FIG. 3 is formed in advance on the main surface on the side where the small unit 3 is mounted. The small unit 3 and the middle unit 2 are electrically connected by contacting this pattern with the n electrode and the p electrode drawn out on the back surface of the small unit 3, that is, the surface opposite to the surface on which the LED rod-shaped substrate 16 is mounted. Can be connected.
[0068]
In addition, a through hole 13 is formed in the second substrate 10 so as to conduct to the back surface of the second substrate 10, that is, the main surface opposite to the side on which the small unit 3 is mounted, corresponding to the pattern. By forming the through hole 13, the surface of the second substrate 10, that is, the surface on the side where the small unit is mounted and the back surface, that is, the surface opposite to the side where the small unit 3 is mounted can be conducted.
Next, for example, cream solder is disposed on the main surface of the second substrate 10 on the side where the small unit 3 is mounted, and the small unit 3 is mounted on the middle unit substrate using a flip chip bonder. Then, heat treatment is performed at a predetermined temperature, for example, about 200 ° C., and the small unit and the middle unit 2 are connected. Thereby, the small unit 3 and the middle unit 2 are electrically connected.
[0069]
Next, the driver chip 11 is mounted on the back surface of the second substrate 10, that is, the main surface opposite to the side on which the small unit 3 is mounted. Thereby, the small unit 3 is electrically connected to the driver chip 11 through the middle unit 2 and the above-described through hole 13. At this time, instead of mounting the driver chip 11, the connector mounting as shown in FIG. 4 is performed on the back surface of the second substrate 10, that is, the main surface opposite to the main surface on which the small unit 3 is mounted. The electrode pattern may be formed, a connector is attached, and the electrode pattern may be connected to a separately arranged drive circuit.
[0070]
Next, the support case 12 is mounted so as to cover the side surface and the lower portion of the second substrate 10. A unit position identification electrode 14 for identifying the position of the unit, a power supply 15 and a signal bus line 16 are provided below the support case 12.
[0071]
A positioning pin post 4 that fits into a positioning hole provided in the first substrate 1 is formed on the lower outer peripheral portion of the support case 12.
[0072]
In addition, a fixing bolt 6 for fixing the middle unit 2 to the first substrate 1 is provided in the lower central portion of the support case 12. By using the fixing bolt 6, the middle unit 2 can be reliably fixed to the first substrate 1.
[0073]
Therefore, by attaching the support case 12, the driver chip 11 and the like can be protected, and the middle unit 2 can be simply and accurately mounted on the first substrate 1.
[0074]
Next, the middle unit 3 is mounted on the first substrate 1. At this time, a positioning hole for fitting with the positioning pin post 4 described above is formed at a predetermined position of the first substrate 1. In addition, a fixing bolt hole 7 through which the fixing bolt 6 described above is passed is provided in the central portion of the portion of the first substrate 1 where the middle units 2 are mounted. In addition, when the middle unit 2 is mounted, a partition wall 5 for separating and fixing the middle units 2 is formed in a portion where the middle units 2 are adjacent to each other. On the other hand, an outer peripheral wall 9 is provided on the outer peripheral portion of the first substrate 1 in order to fix the middle unit 2.
[0075]
Then, by fitting the positioning pin posts 4 formed in the middle unit 3 and the positioning holes provided in the first board 1, the middle unit 3 is placed at a predetermined position on the first board 1 with high accuracy and convenience. Can be implemented. At this time, by fixing the fixing bolt 6 through the fixing bolt hole 7 and fixing the fixing bolt 6 to the first substrate 1 with the nut 8, the middle unit 2 can be securely fixed to the first substrate 1. .
[0076]
As described above, a large-screen LED display device can be manufactured.
[0077]
In the LED display device obtained as described above, a predetermined number of LED elements are arranged in the longitudinal direction of the LED elements on the substrate used for crystal growth of the LED elements to form an LED rod-shaped substrate. A small unit is formed by arranging the LED rod-shaped substrates. Thereby, since it is not necessary to arrange the LED elements one by one, it becomes possible to mount the LED elements efficiently and simply.
[0078]
In addition, regarding the electrode wiring, since the common n electrode is provided on the back surface of the LED rod substrate, that is, the side opposite to the side where the LED element is formed, the number of wirings is greatly reduced, It can be performed efficiently and simply, and the production efficiency and the reliability of wiring can be remarkably improved.
[0079]
The electrode wiring is concentrated on the back of each substrate using through holes, and the display screen has only a minimum of electrode wiring on the surface, so the boundaries between the units are conspicuous. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of problems such as inability to display image information, and to obtain a display device capable of displaying a high-quality image with good visibility.
[0080]
Further, in the above, in order to prevent a short circuit between the LED element pn junction or between the LED elements, an insulating film is formed on the LED element before the cleavage in the process of manufacturing the LED rod-shaped substrate. An insulating film can be formed by the following method to prevent a short circuit.
[0081]
First, in the manufacturing method described above, the LED rod-shaped substrate 16 is mounted in the guide groove 20, and the n-electrode wiring is finished, and a photoresist is applied to the main surface of the third substrate 17 on the side where the LED rod-shaped substrate 16 is mounted. Apply with a spin coater.
[0082]
Next, the electrode pad of the LED element 19 is exposed using a light beam. The exposure can be performed, for example, by directly drawing on the electrode with a laser beam using an optical direct drawing device 37 shown in FIG. The optical direct drawing apparatus 37 will be briefly described. The optical direct drawing apparatus 37 includes a laser beam transmitter 38, a galvano mirror 39, and an XY stage 40. The LED rod-shaped substrate 16 is mounted on the XY stage 40. It is fixed at a predetermined position. The laser beam oscillated from the laser beam transmitter 37 is irradiated to a predetermined position of the LED rod-shaped substrate 16 placed on the XY stage 40 via the galvano mirror 39, and exposure is performed. Scanning of the laser beam is performed by the galvanometer mirror 39 in the X direction, that is, in the width direction of the LED rod-shaped substrate 16, and scanning in the Y direction, that is, in the longitudinal direction of the LED rod-shaped substrate 16, is placed on the LED rod-shaped substrate 16. This is done by moving the XY stage 40. Here, a Kr laser having an oscillation wavelength of 413 nm or the like can be suitably used as the light beam. Then, the insulating film 41 is formed on the main surface of the third substrate on which the LED rod-shaped substrate 16 is mounted by performing development with a predetermined developer.
[0083]
In this manner, by forming the insulating film 41 on the main surface of the third substrate 17 on the side where the LED rod-shaped substrate 16 is mounted, not only the insulating effect on the LED element 19 but also the third substrate 17 is formed. The insulation effect between the wirings on the main surface on the side where the LED rod-shaped substrate 16 is mounted can also be obtained.
[0084]
Further, since the groove between the LED rod-shaped substrates 16 is filled with the insulating film 41 on the third substrate 17, an insulation effect can be obtained up to the side surface of the LED rod-shaped substrate 16, so that the pn junction portion of the LED element 19 is short-circuited. Can be prevented.
[0085]
Further, since the grooves between the LED rod-shaped substrates 16 are filled with the insulating film 41 on the third substrate 17, it is possible to perform wiring by screen printing when performing p-electrode wiring, thereby improving production efficiency. be able to. The p-electrode wiring may be performed by wire bonding.
[0086]
In addition, since exposure is performed by direct drawing with a light beam using the optical direct drawing device 37, the position of the LED rod-shaped substrate 16 is shifted on the third substrate 17, or the thickness of the LED rod-shaped substrate 16 is increased. Even when there is a variation, the exposure can be performed with good accuracy without being affected, and the production yield can be remarkably improved.
[0087]
In addition, when there is little misalignment of the LED rod-shaped substrate 16, variation in the thickness of the LED rod-shaped substrate 16, etc., it becomes possible to perform exposure efficiently in a short time by performing exposure using a photomask, Production efficiency can be improved.
[0088]
Therefore, production yield and production efficiency can be improved by using the above method.
[0089]
Further, in the above, exposure is performed by direct drawing using a light beam, but exposure can also be performed by using light that has passed through the photomask using a photomask.
[0090]
Further, the insulating film can be removed by irradiating the insulating film with a light beam having sufficiently high energy necessary for decomposing the insulating film, and the electrode can be exposed from the insulating film.
[0091]
【Example】
Hereinafter, a specific example will be described.
[0092]
Example 1
An LED display device was fabricated based on the above-described embodiment.
[0093]
First, an epi wafer as shown below was produced by MBE method.
Substrate: GaAs (100) Si-doped 1-2 × 1018cm-3
Buffer layer: GaAsSi doped 100-200 nm
Buffer layer: ME epitaxial (Zn / Sn25 period)
Buffer layer: ZnSe: Cl 10 nm concentration 1 × 1018  ~ 2x1018
Clad layer: ZnMgSSe: Cll 1 μm concentration 2 × 1017cm-3
MQW active layer: ZnCdSe3QW 2 nm undoped / ZnSSe
Barrier layer: Undoped about 5nm 2W
Clad layer: ZnMgSSe: N 0.8 nm, concentration 5 × 1017cm-3
Na-Nd = 1 × 1017cm-3degree
Contact layer: ZnSSe: N 150 nm, concentration 2 × 1018cm-3
Na-Nd = 5 × 1017cm-3degree
Contact layer: ZnSe: N 130 nm concentration 2 × 1018cm-3
Na-Nd = 1 × 1017cm-3degree
Contact layer: ZnSe: N 5 nm / ZnTe: N 5 nm SL grade structure Concentration Na—Nd is the same as ZnNd or ZnTe.
Contact layer: ZnTe: N 8 nm, concentration 1 × 1019~ 1x1020cm-3
p concentration = 2 × 1019cm-3degree
In the above, the composition of ZnCdSe in the active layer was controlled so as to correspond to the emission wavelength of 460 to 540 nm (2.669 to 2.295 eV). The band gap of the ZnMgSSe that is the cladding layer was about 2.88 eV at room temperature. The growth conditions were adjusted as appropriate so as not to lower the carrier concentration in the vicinity of the contact.
[0094]
Next, an LED element was formed on the epitaxial wafer produced above using the following process. One LED element has a shape of 150 × 910 μm and an electrode pad size of 100 × 860 μm, and a window of 60 × 175 μm as shown in FIG. 1 is formed. A plurality of LED elements were formed in a state of being arranged in both vertical and horizontal directions on a single wafer.
[0095]
Electrode pad formation
The epiwafer was cleaned and pretreated with a coupling agent. Next, a resist was applied to the main surface of the epiwafer on the side where the LED elements were to be formed using a spin coater, and exposure and development were performed using a photomask corresponding to the size and shape of the electrode pad. After development, Ti and Au were formed into a film thickness of 10 nm and 200 nm, respectively, by vapor deposition, and lifted off with acetone to form an electrode pad.
[0096]
Transparent electrode formation
Next, the epiwafer on which the electrode pad was formed was washed and pretreated with a coupling agent. And the resist was apply | coated with the spin coater to the main surface by the side of forming the LED element of an epi wafer, and exposure and image development were performed using the photomask corresponding to the magnitude | size and shape of a transparent electrode. And after image development, Au was formed into a film with a film thickness of 10 nm by a vapor deposition method, and the transparent electrode was formed by performing lift-off with acetone.
[0097]
Element isolation
Next, the epiwafer on which the transparent electrode was formed was washed and pretreated with a coupling agent or the like. Next, a resist was applied to the main surface of the epiwafer on the side where the LED elements were to be formed using a spin coater, and exposure and development were performed using a photomask corresponding to the size and shape of the LED elements to be manufactured. Then, after development, element isolation was performed by etching in a mixed solution of hydrogen peroxide and hydrogen peroxide.
[0098]
Insulating film formation
Next, the epi-wafer from which element isolation was performed was washed and pre-treated with a coupling agent. Then, a resist was applied to the main surface of the epiwafer on the side where the LED elements were to be formed using a spin coater, and exposure and development were performed using a photomask corresponding to the size and shape of the transparent electrode to be formed. Then, after development, a 200 nm thick SiO 2 film is formed by sputtering.2A film was formed and lifted off with acetone to form an insulating film.
[0099]
Backside polishing
Next, a photoresist was applied as a protective film with a spin coater on the surface of the wafer on which the insulating film was formed on which the electrode pads and the like were formed. Then, the back surface of the epi-wafer, that is, the main surface opposite to the side on which the electrode pads were formed was polished until the thickness of the LED element became about 100 μm using a polishing machine or the like.
[0100]
Formation of n-electrode
Next, the oxide film formed on the back surface of the epitaxial wafer subjected to the back surface polishing, that is, the main surface on the polished side was removed by wet etching or the like. Then, the photoresist formed as a protective film on the surface of the epi-wafer, that is, the surface on which the electrode pads are formed is removed with acetone or the like. An alloy, Ti, and Au were formed in this order by film deposition to a film thickness of 10 nm, 150 nm, 50 nm, and 400 nm, respectively. Furthermore, for alloying, heat treatment was performed at 180 ° C. for 5 minutes in an inert gas atmosphere containing about 24% hydrogen to form an n-electrode.
[0101]
Cleavage
Next, on the epi-wafer on which the n-electrode is formed, a scribing device is used to put a marking line every other LED element in the longitudinal direction of the LED element, and for example, 10 LED elements in the width direction of the LED element. Cleavage lines were put in place and cleavage was carried out to produce LED rod-shaped substrates as shown in FIG.
[0102]
Small unit production
A small unit substrate measuring 1 cm in length and 1 cm in width as shown in FIG. 7 was produced, and the LED rod-like substrate produced in the above was mounted in a guide groove of the substrate using a conductive adhesive film. An n-electrode terminal was formed at the bottom of the guide groove as shown in FIG. 10, and a through hole was formed at the end of the n-electrode terminal. Then, the driver chip is made to conduct from the through hole to the back surface of the small unit substrate, that is, the n electrode terminal on the main surface opposite to the LED rod-shaped substrate mounting side, from the back surface of the small unit substrate via the middle unit. The structure can be connected to. In addition, wide barrier ribs and p-electrode terminals were formed every three LED rod-shaped substrates, and through holes were formed in each electrode terminal. Then, the through hole is electrically connected to the p-electrode terminal formed on the back surface of the small unit substrate, that is, the main surface opposite to the side on which the LED rod-shaped substrate is mounted, from the small unit back surface to the drive circuit via the middle unit. The structure is connectable.
[0103]
Small unit mounting and wiring
Wiring of the n electrode was completed by mounting the LED rod-shaped substrate on the small unit substrate using the conductive adhesive film.
[0104]
As shown in FIG. 19, p electrode wiring was first performed by wire bonding between p electrode terminals formed on adjacent wide partition walls. Then, as shown in FIG. 20, the wire and the LED element are formed by pressing the wire against the p-electrode terminal using a probe and applying heating, weighting and ultrasonic waves on the p-electrode terminal on the LED element between them. The upper p-electrode terminal was connected.
[0105]
Formation of protective film
In the above, the small unit on which the LED element is mounted and the wiring of the electrode is applied, and the acrylic mold having substantially the same shape as the small unit configured to cover the small unit other than the main surface on the side where the LED rod-shaped substrate is mounted The epoxy resin was applied only to the surface on the side where the LED rod-shaped substrate of the small unit was mounted. After the epoxy resin was cured, the acrylic mold was peeled off to form a protective film.
[0106]
Production of middle unit
The small unit with the protective film formed thereon was mounted on the middle unit substrate by reflow. Cream solder was placed on the pattern of the medium unit substrate, the small unit was mounted on the medium unit substrate with a flip chip bonder, and the small unit was mounted on the medium unit substrate by heat treatment at a temperature of about 200 ° C. The middle unit substrate has a connector-attached electrode pattern formed on the back surface, that is, the main surface opposite to the side on which the small unit is mounted, and is connected to the drive circuit from here.
[0107]
Medium unit mounting
The medium unit produced above was bonded to a large unit substrate to produce a large screen LED display device.
[0108]
When the image information was displayed on the large screen LED display device manufactured as described above by current driving, an image with high brightness and high color quality could be obtained.
[0109]
In the LED display device obtained above, 10 LED elements are arranged in the longitudinal direction of the LED elements on the substrate used for crystal growth of the LED elements to form an LED rod-shaped substrate. A small unit is formed by arranging the LED rod-shaped substrates. Thereby, it was not necessary to arrange the LED elements one by one, and the LED elements could be mounted efficiently and simply. Also, the electrode wiring may be performed for each LED rod-shaped substrate, and it is not necessary to wire one LED element at a time. Therefore, the electrode wiring can be performed efficiently and easily, and the wiring reliability can be improved. Also improved. The electrode wiring is concentrated on the back of each substrate using through holes, and the display screen has only a minimum of electrode wiring on the surface, so the boundaries between the units are conspicuous. As a result, it was possible to obtain a display device capable of displaying a high-quality image having good visibility and good visibility without causing problems such as inability to display image information.
[0110]
Example 2
The LED rod-shaped substrate cut out by cleavage in Example 1 was coated with a positive photoresist using a spin coater and exposed using an optical direct drawing apparatus as shown in FIG.
[0111]
A Kr laser having an oscillation wavelength of 413 nm was used as the light source. Scanning of the laser beam is performed by a galvanometer mirror in the X direction, that is, in the width direction of the LED rod-shaped substrate, and scanning in the Y direction, that is, the longitudinal direction of the LED rod-shaped substrate, moves the XY stage on which the LED rod-shaped substrate is mounted It was done by letting. The optical system of the direct light drawing apparatus was adjusted so that the power of the laser beam on the LED rod-shaped substrate was about 0.1 mW and the diameter of the laser beam was about 1 μm.
Under the above conditions, 10 LED elements formed on the LED rod-shaped substrate were exposed.
[0112]
After completion of exposure, development is performed, and in a state where the exposed electrode does not have a photoresist as an insulating film, a silver paste is applied under the condition that the pn junction on the side surface of the LED element is short-circuited, and cured by performing heat treatment at 180 ° C. I let you.
[0113]
When a voltage of 4 V is applied between the back surface of the LED rod-shaped substrate manufactured as described above, that is, the main surface opposite to the side where the LED element is formed, and the silver paste, and a current flows, the LED element is green. Good luminescence was obtained. Thereby, after cleaving the LED rod-shaped substrate, it is possible to protect the side surface of the LED element by applying a photoresist to the surface of the LED element and exposing the electrode by exposing with a laser beam. It can be said that short circuiting can be prevented.
[0114]
Example 3
First, the epi wafer produced in Example 1 was prepared.
[0115]
Next, from the respective epi-wafers, when forming the n-electrode, Pd, AuGe alloy, Ti, and Au in this order on the back surface of the epi-wafer, that is, the main surface on which wet etching is performed, are respectively 10 nm, 200 nm, LED elements were formed according to the process shown in Example 1 except that the film was formed by vapor deposition at 50 nm and 200 nm. One LED element has a shape of 150 × 910 μm and an electrode pad size of 100 × 860 μm, and a window of 60 × 175 μm as shown in FIG. 1 is formed. A plurality of LED elements were formed in a state of being arranged in both vertical and horizontal directions on a single wafer. In addition, for each epi-wafer, the LED element is an LED element that emits green light as in Example 1, an LED element that emits blue light using ZnCdSe as an active layer, and a red light emitting that uses AlGaInp fabricated in the same manner as an active layer. The LED element which shows this was produced, and three types of wafers, the wafer for green light emission, the wafer for blue light emission, and the wafer for red light emission, were produced.
[0116]
Next, each wafer was cleaved in the same manner as in Example 1 to produce an LED bar substrate having a width of 200 μm, a length of 10 mm, and a thickness of 100 μm.
[0117]
Next, as shown in FIG. 22, the red LED rod substrate 42, the green LED rod substrate 43, and the blue LED rod substrate 44 are used for the small unit substrate in the width direction of the LED rod substrate. Ten green LED rod substrates, blue LED rod substrates, and red LED rod substrates were mounted in this order.
[0118]
Next, a photoresist serving as an insulating film is applied onto a small unit substrate by a spin coater, and the electrode pad is directly drawn by a laser beam in the same manner as in Example 2 using the optical direct drawing apparatus shown in FIG. Exposure was performed. After the exposure, development was performed to form an insulating film.
[0119]
Next, on the small unit substrate on which the insulating film is formed, p electrode wiring is wired between the p electrodes on the small unit adjacent in the width direction of the LED rod substrate by screen printing using a striped metal mask. To make a small unit.
[0120]
Next, a simple matrix RGB display device capable of full color display was fabricated by bonding nine small units into a matrix of 3 vertical and 3 horizontal.
[0121]
When the simple matrix RGB display device obtained as described above was displayed with image information by current driving, an image with high luminance and high color quality could be obtained.
[0122]
Moreover, since the groove between the LED rod-shaped substrates is filled with an insulating film on the small unit substrate, an insulation effect can be obtained up to the side surface of the LED rod-shaped substrate, so that a pn junction short-circuit of the LED element can be prevented. High quality images could be obtained.
[0123]
In addition, since the grooves between the LED rod-shaped substrates are filled with an insulating film on the small unit substrate, when performing p-electrode wiring, it is possible to perform wiring by screen printing, which can improve the production efficiency. .
[0124]
In addition, since exposure was performed by direct drawing with a light beam using an optical direct drawing apparatus, the exposure could be performed with good accuracy and good quality, and the production yield could be improved.
[0125]
【The invention's effect】
As described above in detail, the display device according to the present invention is based on a bar-shaped substrate in which a plurality of light-emitting diode elements are linearly arranged and formed, and a plurality of the bar-shaped substrates are arranged in the width direction. The light emitting diode elements are arranged in a matrix.
[0126]
Therefore, the display device according to the present invention is excellent in production efficiency because the number of steps for mounting the light-emitting diode elements and the number of wirings of the electrodes are greatly reduced, and is a high-quality display capable of displaying a high-quality image with good visibility. It becomes a device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view showing a structure of an LED display device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a middle unit.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a pattern of cream solder printed on a main surface on a side where a middle unit of a second substrate is mounted.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a pattern of cream solder printed on a main surface opposite to a side on which a middle unit of a second substrate is mounted.
FIG. 5 is a plan view of an LED rod-shaped substrate.
FIG. 6 is a perspective view of an LED rod-shaped substrate.
FIG. 7 is a plan view of a small unit.
FIG. 8 is a partially enlarged view of a small unit.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of a small unit.
FIG. 10 is a perspective view of main parts of a small unit.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of a small unit.
FIG. 12 is a plan view of a principal part of a first modification of the small unit.
FIG. 13 is a cross-sectional view of main parts of a first modification of the small unit.
FIG. 14 is a plan view of an essential part of a second modification of the small unit.
FIG. 15 is a cross-sectional view of main parts of a second modification of the small unit.
FIG. 16 is a cross-sectional view of main parts of a second modification of the small unit.
FIG. 17 is a plan view of relevant parts of a third modification of the small unit.
FIG. 18 is a cross-sectional view of main parts of a third modification of the small unit.
FIG. 19 is a diagram showing a state in which p electrode terminals on a wide partition wall are connected by a wire.
FIG. 20 is a diagram showing a state where a p-electrode terminal on a wide partition and a p-electrode terminal on an LED element are connected by a wire.
FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an optical direct drawing apparatus.
FIG. 22 is a diagram showing a state where p-electrode terminals formed in a small unit are connected by a screen printing method using a metal mask.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st board | substrate, 2 middle unit, 3 small unit, 4 positioning pin post, 5 partition, 6 fixing bolt, 7 fixing bolt hole, 8 nut, 9 outer peripheral wall, 10 2nd board | substrate, 11 driver chip, 12 support case , 13 Through hole, 16 LED rod-shaped substrate, 17 Third substrate, 18 Substrate used for crystal growth, 19 LED element, 20 guide groove, 21 n electrode terminal, 25 wide partition, 26 narrow partition, 27 p electrode terminal, 28 wires, 29 transparent substrate, 30 p electrode wiring, 31 opaque substrate, 32 light extraction window, 33 optical lens, 34 rod-shaped wiring, 35 fixture

Claims (13)

複数の発光ダイオード素子が直線状に配列形成された棒状基板を基本単位とし、
第1の支持基板に当該棒状基板がその幅方向に複数配列されることにより、上記発光ダイオード素子がマトリクス状に配列された小ユニットと、
上記第1の支持基板が実装される第2の支持基板を有し、上記小ユニットがマトリクス状に配列された中ユニットと、
上記第2の支持基板が実装される第3の支持基板を有し、上記中ユニットがマトリクス状に配列されていることを特徴とする表示装置。
A basic unit is a rod-shaped substrate in which a plurality of light emitting diode elements are linearly arranged,
By arranging a plurality of the rod-shaped substrates in the width direction on the first support substrate, a small unit in which the light-emitting diode elements are arranged in a matrix,
A second support substrate on which the first support substrate is mounted; a middle unit in which the small units are arranged in a matrix; and
A display device, comprising: a third support substrate on which the second support substrate is mounted, wherein the middle units are arranged in a matrix.
上記各棒状基板の裏面には、上記複数の発光ダイオード素子の共通電極が設けられており、上記第1の支持基板に載置することにより、上記第1の支持基板の上記棒状基板の載置面に設けられた電極と電気的に接続され、
上記第1の支持基板の上記棒状基板の載置面に設けられた電極は、スルーホールにより上記第1の支持基板の裏面側に導出され、上記第2の支持基板に設けられた駆動回路と接続されていることを特徴とする請求項1記載の表示装置。
The back side of each rod-like substrate, the common electrode is provided, by placing on the first supporting substrate, placement of the rodlike substrate of said first support substrate of the plurality of light emitting diode elements Electrically connected to electrodes provided on the surface ,
The electrode provided on the mounting surface of the rod-shaped substrate of the first support substrate is led to the back surface side of the first support substrate through a through hole, and a drive circuit provided on the second support substrate; The display device according to claim 1, wherein the display device is connected.
上記第1の支持基板を1つの駆動単位とし、1つ若しくは複数の駆動単位毎に独立した駆動回路を備えることを特徴とする請求項2記載の表示装置。  3. The display device according to claim 2, wherein the first support substrate is used as one drive unit, and an independent drive circuit is provided for each of one or a plurality of drive units. 上記第1の支持基板は、上記棒状基板の形状に対応し上記棒状基板の位置決めをする案内溝が形成され、
上記案内溝の周囲に形成された上記第1の支持基板の凸部に電極が形成され、上記棒状基板上に形成された発光ダイオード素子の個別電極と接続されていることを特徴とする請求項3記載の表示装置。
The first support substrate has a guide groove for positioning the rod-shaped substrate corresponding to the shape of the rod-shaped substrate,
An electrode is formed on a convex portion of the first support substrate formed around the guide groove, and is connected to an individual electrode of a light emitting diode element formed on the rod-shaped substrate. 3. The display device according to 3.
上記第1の支持基板の凸部に形成された電極と上記棒状基板上に形成された発光ダイオード素子の個別電極は、一主面上に電極配線が設けられた配線基盤を、当該電極配線と上記棒状基板の発光ダイオード素子が配列された側の主面とを対向させて上記棒状基板上に配置して接続されていることを特徴とする請求項4記載の表示装置。  The electrode formed on the convex portion of the first support substrate and the individual electrode of the light-emitting diode element formed on the rod-shaped substrate have a wiring base provided with electrode wiring on one main surface, and the electrode wiring. 5. The display device according to claim 4, wherein the main surface of the rod-shaped substrate on the side where the light emitting diode elements are arranged is opposed to and disposed on the rod-shaped substrate. 上記配線基盤は、可視光が透過可能であることを特徴とする請求項5記載の表示装置。  6. The display device according to claim 5, wherein the wiring board is capable of transmitting visible light. 上記配線基盤は、可視光が透過不可能であり、上記発光ダイオード素子に重畳する所定の部分に、発光ダイオード素子が発した光を取り出すための光取り出し窓が設けられていることを特徴とする請求項5記載の表示装置。The wiring board is not capable of transmitting visible light, and a light extraction window for extracting light emitted from the light emitting diode element is provided in a predetermined portion overlapping the light emitting diode element. The display device according to claim 5. 上記光取り出し窓に、発光ダイオード素子が発した光を拡散させるための光学レンズが配されていることを特徴とする請求項7記載の表示装置。  8. The display device according to claim 7, wherein an optical lens for diffusing light emitted from the light emitting diode element is disposed in the light extraction window. 上記光取り出し窓に、発光ダイオード素子が発した光を拡散させるための拡散板が配されていることを特徴とする請求項7記載の表示装置。  8. The display device according to claim 7, wherein a diffusion plate for diffusing light emitted from the light emitting diode element is disposed in the light extraction window. 上記第1の支持基板の凸部に形成された電極は、上記第1の支持基板の案内溝の裏面側に導出され、駆動回路と接続されていることを特徴とする請求項4記載の表示装置。  5. The display according to claim 4, wherein the electrode formed on the convex portion of the first support substrate is led out to the back side of the guide groove of the first support substrate and is connected to a drive circuit. apparatus. 上記第1の支持基板の凸部に形成された電極は、スルーホールにより上記第1の支持基板の裏面に導出されていることを特徴とする請求項10記載の表示装置。  The display device according to claim 10, wherein the electrode formed on the convex portion of the first support substrate is led to the back surface of the first support substrate through a through hole. 上記第1の支持基板の凸部に形成された電極と上記棒状基板上に形成された発光ダイオード素子の個別電極は、棒状配線を上記棒状基板の発光ダイオード素子が配列された側の主面と対向させて上記棒状基板上に配置して接続されていることを特徴とする請求項4記載の表示装置。  The electrode formed on the convex portion of the first support substrate and the individual electrode of the light emitting diode element formed on the rod-shaped substrate are formed by connecting the rod-shaped wiring to the main surface of the rod-shaped substrate on the side where the light-emitting diode elements are arranged. The display device according to claim 4, wherein the display device is arranged and connected on the rod-shaped substrate so as to face each other. 上記棒状配線は、両端に弾性体よりなる固定具を備え、当該固定具の弾性力により上記第1の支持基板に固定されることを特徴とする請求項12記載の表示装置。  The display device according to claim 12, wherein the rod-shaped wiring includes a fixture made of an elastic body at both ends, and is fixed to the first support substrate by an elastic force of the fixture.
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