JP4904304B2 - ファイバアレイ製造方法およびファイバアレイ製造装置 - Google Patents

Description

この発明は、表面上に素子および／または配線が形成された複数のファイバを該ファイバの長手方向に直交する方向に面的に配列したファイバアレイを製造するファイバアレイ製造方法およびファイバアレイ製造装置に関するものである。

通常、ディスプレイに用いられる基板は、ガラス基板などの２次元の平板基板である。２次元基板は、製造コストを下げるために、基板の大型化が進められていた。液晶ディスプレイなどに用いられる基板は、フロート法などで作られた板ガラスを研削、研磨し、所定のサイズに切断して使用されている。

２次元基板を用いた場合、ディスプレイを大型化すると、画素数は画面の大きさの２乗に比例して多くなる。この結果、画素の不良発生率が同じ場合、画面を大型化することによって歩留まりが著しく低下してしまう。また、１枚当たりの製造コストも高くなるので、歩留まりに反比例して製造コストが高くなってしまう。これは、画面上の一箇所でも素子に不良があると、その部分あるいはその周辺だけを交換して修理することができないからである。

一方、ディスプレイに関して、断面形状が矩形や円形等のファイバに発光素子を集積化したファイバ型発光素子を用いて、このファイバ型発光素子を平行に多数並べてアレイ化した平面状のディスプレイを作成するものがある（特許文献１参照）。

特表２００２−５３８５０２号公報

しかしながら、ファイバ型発光素子を平行に多数並べてアレイ化した平面状のディスプレイを作成する場合、各ファイバを吸引してアレイ配置することが考えられるが、ファイバ自体が帯電しており、またファイバ自体の自重の影響を受けて、アレイ配置のピッチ精度を高精度に得ることができないという問題点があった。

一方、各ファイバがアレイ配置される溝が形成された溝基板に各ファイバを嵌め込むことによってアレイ配置することが考えられるが、この場合、ファイバ自体が帯電および嵌め込み時の接触による帯電によってファイバが傾くとともに溝に嵌め込みにくく、さらに各ファイバの表面には、発光素子や配線などが形成されており、各ファイバの溝への嵌め込み時に、発光素子や配線を傷つけてしまうという問題点があった。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、各ファイバの表面に形成された素子を傷つけず、かつ高精度にアレイ配置されたファイバアレイを製造することができるファイバアレイ製造方法およびファイバアレイ製造装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるファイバアレイ製造方法は、表面上に素子および／または配線が形成された複数のファイバを該ファイバの長手方向に直交する方向にそれぞれ平行に配列したファイバアレイを製造するファイバアレイ製造方法であって、前記ファイバアレイの隣接するファイバの対向する面に、該ファイバの端部から電流が供給される導電線を形成する導電線形成工程と、アレイ方向に所定のピッチで形成され、前記複数のファイバが配置される複数の溝が形成されたアレイ溝基板に、前記複数のファイバをそれぞれ配置する配置工程と、前記配置工程によって配置された前記複数のファイバの導電線に電流を流し、かつアレイ方向の面に直交する磁界を印加することによって導電線に対してアレイ方向にローレンツ力を発生させ、各ファイバを各溝の一方の側面に当接させる配列工程と、前記配列工程によって配列された前記複数のファイバの配列状態を保持する保持部材を前記複数のファイバと接合させる保持工程と、を含むことを特徴とする。

また、この発明にかかるファイバアレイ製造方法は、上記の発明において、前記ファイバは、断面が略矩形形状、であり、前記導電線が形成されない一面に発光素子が形成されるとともに、該導電線が形成される面に反射層が形成され、該反射層を前記導電線として用いることを特徴とする。ここで、略矩形形状とは、略四角形状に限らず、略矩形の一辺がレンズ状に凸に成形された形状、または略矩形の一辺がレンズ状に凸に成形され、その反対辺に凹みが成形された形状等を示す。

また、この発明にかかるファイバアレイ製造方法は、上記の発明において、前記配列工程は、前記導電線にパルス電流を流すことを特徴とする。

また、この発明にかかるファイバアレイ製造方法は、上記の発明において、前記導電線は、金属膜あるいは導電性酸化膜の単層または多層膜であることを特徴とする。

また、この発明にかかるファイバアレイ製造装置は、表面上に素子および／または配線が形成された複数のファイバを該ファイバの長手方向に直交する方向にそれぞれ平行に配列したファイバアレイを製造するファイバアレイ製造装置であって、アレイ方向に所定のピッチで形成されファイバが配置される複数の溝が形成されたアレイ溝基板に、前記ファイバアレイの隣接するファイバの対向する面に、該ファイバの端部から電流が供給される導電線が形成された複数のファイバを前記アレイ溝基板の複数の溝にそれぞれ配置する配置手段と、前記複数のファイバの前記導電線に電流を流し、かつアレイ方向の面に直交する磁界を印加して前記導電線に対してアレイ方向にローレンツ力を発生させ、各ファイバを各溝の一方の側面に当接させる配列手段と、前記配列手段によって配列された各ファイバの配列状態を保持する保持部材を前記複数のファイバに接合させる接合手段と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかるファイバアレイ製造装置は、上記の発明において、前記配列手段は、各ファイバの導電線にパルス電流を供給するパルス電源を有することを特徴とする。

この発明によれば、表面上に素子および／または配線が形成された複数のファイバを該ファイバの長手方向に直交する方向にそれぞれ平行に配列したファイバアレイを製造する際、前記ファイバアレイの隣接するファイバの対向する面に、該ファイバの端部から電流が供給される導電線を形成し、その後、アレイ方向に所定のピッチで形成され、前記複数のファイバが配置される複数の溝が形成されたアレイ溝基板に、前記複数のファイバをそれぞれ配置し、その後、この配置された前記複数のファイバの導電線に電流を流し、かつアレイ方向の面に直交する磁界を印加することによって導電線に対してアレイ方向にローレンツ力を発生させ、各ファイバを各溝の一方の側面に当接させ、さらにこの配列された前記複数のファイバの配列状態を保持する保持部材を前記複数のファイバと接合させるようにしているので、ファイバの幅に比して広い溝によって各ファイバの表面に形成された素子を傷つけず、かつローレンツ力によって高精度にアレイ配置されたファイバアレイを製造することができる。

以下、図面を参照して、この発明にかかるファイバアレイ製造方法およびファイバアレイ製造装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、この発明の実施の形態にかかるファイバアレイを構成する各ファイバをアレイ溝基板に配置する状態を説明する説明図である。また、図２は、図１によって配置された各ファイバをアレイ配列するファイバアレイ製造装置の概要構成を示す模式図である。図１において、アレイ配列すべきファイバ群１０を構成する各ファイバ１は、断面が略矩形形状をなす線状体であり、１つの表面、たとえばＹ方向の表面には発光素子２などの素子や配線などのパターンが形成されるとともに、アレイ配列される方向（Ｘ方向）の対向する表面には長手方向に沿ってアルミ配線などによって実現される導電線３ａ，３ｂが形成されている。この各ファイバ１のアレイ配列方向の幅Ｗ１は、導電線３ａ，３ｂの厚みを含めて約２５０μｍである。

一方、ファイバ群１０が配置されるアレイ溝基板１１は、ガラス基板などの表面に溝１４がファイバ１の長手方向（Ｙ方向）に複数形成され、アレイ配列方向にピッチＰで高精度に形成されている。溝１４は、基板部１２上に形成された隔壁１３に挟まれた凹部であり、この各溝１４に各ファイバ１が配置される。溝１４のアレイ配列方向の幅Ｗ２は、ファイバ１のアレイ配列方向の幅Ｗ１に比して所定幅だけ広く形成され、溝１４の高さＨ２は、ファイバ１のＺ方向の高さＨ１に比して低く形成されている。ここで所定幅は、ファイバ１を溝１４に配置する場合に、導電線３ａ、３ｂが隔壁１３と接触しないために十分な幅であればよく、例えば１００μｍ程度あればよい。なお、各ファイバ１の各溝１４への配置は、各ファイバ１を把持して各溝１４に配置する図示しない配置手段によって行う。

ファイバ分１０の各ファイバが各溝１４に配置された１アレイ溝基板１１は、図２に示すファイバアレイ製造装置の磁石３１ａ，３１ｂ間に配置される。ファイバアレイ製造装置は、平行に配置された一対の平板状の磁石３１ａ，３１ｂを有するとともに、各ファイバ１の導電線３ａ，３ｂの両端に電気的に接続してパルス電流Ｉを流すパルス電源３２を有する。磁石３１ａはＮ極の磁石であり、磁石３１ｂはＳ極の磁石であり、磁石３１ａ，３１ｂ間に＋Ｚ方向に磁界Ｂを発生している。ここで、ファイバ群１０が配置されたアレイ溝基板１１は、アレイ配列方向がＸ方向となるように配置される。この状態で各導電線３ａ，３ｂにパルス電源３２を接続し、各導電線３ａ，３ｂに＋Ｙ方向に流れるパルス電流Ｉを印加すると、各導電線３ａ，３ｂにローレンツ力Ｆがアレイ配列方向の＋Ｘ方向に生じ、各ファイバ１は、各ファイバ１が配置される溝１４の＋Ｘ方向の側壁に移動し、当接する。

すなわち、図３に示すように、各ファイバ１は溝１４内に種々の隙間をもって配置され、ファイバ１の溝部１３への配置時にファイバ１の表面上に形成された素子や配線などを傷つけることがないが、隙間があるため、ファイバ１のアレイ配列方向のピッチが異なり、またファイバ長手方向においても蛇行して配置されるが、＋Ｚ方向の磁界Ｂと各導電線３ａ，３ｂに＋Ｙ方向に流れるパルス電流Ｉとによってローレンツ力Ｆによって各ファイバ１は＋Ｘ方向に移動し、ファイバ１の＋Ｘ方向に配置された直線上の隔壁１３に当接して静止する。この結果、各ファイバ１は、各隔壁１３の直線性と同じようにファイバ長手方向に直性状に配列されるとともに、アレイ配列方向（Ｘ方向）にピッチＰで精度高く配列されることになる。この場合、ファイバ１の長さが長い長尺ファイバであっても、ローレンツ力Ｆが長手方向に均一に働くため、高精度にアレイ配列することができる。すなわち、光ファイバ１の長手方向およびアレイ配列方向の両方向に対して高精度にアレイ配置することができるため、２次元的に広いファイバアレイを形成することができる。

なお、各導電線３ａ，３ｂに流れる電流をパルス電流としているが、これは、ファイバ１の断面が略矩形であり、溝１４の底部に接触する部分があるため、各ファイバ１の隔壁１３への幅寄せ移動を容易にするためである。この場合におけるパルス周波数は、ファイバ１が確実に移動できる最適な周波数を選択することが好ましい。なお、パルス電流に限らず、直流電流を印加してもよい。さらに、上述した磁界Ｂの発生手段として磁石３１ａ，３１ｂを用いたが、もちろん電磁石等によって磁界Ｂを発生させるようにしてもよい。

その後、図３に示したようにアレイ溝基板１１上で各ファイバ１がアレイ配列された状態で、図４に示すように保持部材３６を用いた金属線群３４によってこのアレイ配列されたファイバ群１０の配列状態を保持した平面状のファイバアレイを生成する。

すなわち、図４に示すように、各ファイバ１の発光素子２が形成された面であって各発光素子２間であってアレイ整列方向に、導電性樹脂などによって実現される接着部材３７を点在させ、所定のピッチでファイバ長手方向に配列された金属配線群３４の各金属線３３を接着部材３７に接合させる。これによって、各ファイバ１のファイバ配列状態が維持されたファイバアレイが生成される。

金属線群３４は、金属線３３の各端部が固定された保持部３５によって保持され、図５に示すように、接合手段４０によって保持部３５を保持して、ファイバ群１０の上部から下降させ、接合部材３７を介してファイバ群１０と接合させ、その後、接合手段４０を上昇させることによって、図６に示すように、各ファイバ１の配列状態が維持されたファイバアレイ４１を、アレイ溝基板１１から分離することができる。アレイ溝基板１１上で各ファイバ１の配列状態が維持されたままファイバ群１０を固定してもよいが、アレイ溝基板１１は、溝１３のピッチＰを高精度に形成しており、高価であるため、上述した保持部材３６を用いることによってアレイ溝基板１１を繰り返し使用することができ、ファイバアレイ４１の生産を安価に行うことができる。

ここで、金属線３３および導電性の接合部材３７を用いているのは、金属線３３および接合部材３７を介して、ファイバ１上に形成された図示しない配線や素子などと電気的な接合を持たせ、たとえば、表示装置を形成するためである。この場合、導電線３ａ，３ｂもファイバ長手方向からの電気配線として用いることができる。表示装置を製造する場合、ファイバアレイ４１を透明な部材によって形成された外装部材によって覆うようにして強度を持たせるようにすることが好ましい。

なお、ファイバ群１０の配列状態を維持して固定するだけの場合には、金属線群３４にかえて、平面的な網状部材であっても板状部材であってもよく、接合部材３７は導電性を有しなくても良い。また、金属線群３４や網状部材を用いた場合、ファイバ１間に弾性があるため、ファイバアレイ平面を任意の曲面に変形することができる。

（実施例）
ここで、上述した実施の形態で示したファイバ製造方法を用いた表示装置の製造方法について説明する。まず、図示しないリールに巻かれて断面が図７（ａ）に示すような略矩形の石英等からなる光透過性のファイバ１０１を用意し、素子を形成するための基板として用いる。このファイバ１０１の断面は、たとえば２５０μｍ×２５０μｍである。また、略矩形のファイバ１０１を製造する場合、母材の断面を略矩形にすればよい。

なお、光透過性のファイバ１０１としては、石英の他に、ホウケイ酸塩若しくはソーダ石灰ガラス、サファイヤ、その他の適切なガラス材料等のガラスファイバ、またはメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、アクリル、マイラ、ポリエステル、ポリイミド、その他の適切なプラスチック材料等からなるプラスチックファイバを用いても良い。

つぎに、ファイバ１０１をリールから引き出して図示しない成膜装置内に導き、図７（ｂ）に示すように、その外周のうち隣り合う第１面１０１ａ、第２面１０１ｂ、第３面１０１ｃの上にスパッタ法によって酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ_２）を順に堆積してなる透明電極１０２を約１００ｎｍの厚さに形成する。その透明電極材は、ファイバ１０１の第１面〜第３面１０１ａ〜１０１ｃのぞれぞれで略垂直方向に堆積される。

つぎに、図７（ｃ）に示すように、ファイバ１０１のうちの第２面１０１ｂの両側の第１面１０１ａおよび第３面１０１ｃの透明電極１０２上に反射膜１０３，１０４をスパッタ法によって所定の厚さに形成する。この反射膜１０３，１０４は、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）を順に形成した二層構造導電膜や、チタン（Ｔｉ）、アルミニウムを順に形成した二層構造導電膜から構成される。

さらに、図７（ｄ）に示すように、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）よりなる光透過性の保護絶縁膜１０５をＣＶＤ法によってファイバ１０１、透明電極１０２および反射膜１０３，１０４の上に所定の厚さに形成する。その後、保護絶縁膜１０５の上にレジスト１０６を塗布する。

その後、図７（ｅ）に示すように、レジスト１０６を露光、現像してパターニングし、ファイバ１０１の第２面１０１ｂ上の画素領域に開口部１０６ａを形成する。その開口部１０６ａは、ファイバ１０１の長手方向に沿って間隔をおいて複数形成され、それらの平面の大きさは、たとえば５０μｍ×５０μｍ以下である。なお、レジスト１０６に照射される露光光は、ファイバ１０１内を透過して反対側の第４面１０１ｄ上のレジスト１０６にも照射されるために、透明電極１０２が形成されない第４面１０１ｄ上のレジスト１０６にも開口部１０６ｂが形成される。

その後、図７（ｆ）に示すように、塩素系ガスを使用するドライエッチングによってレジスト１０６の開口部１０６ａ，１０６ｂを通して保護絶縁膜１０５をエッチングして開口部１０５ａ，１０５ｂを形成する。これによって、ファイバ１０１の第２面１０１ｂ上の開口部１０５ａを通して透明導電膜１０２の一部が露出し、第４面１０１ｄ上の開口部１０５ｂを通してファイバ１０１の一部が露出する。

さらに、図８（ａ）に示すように、保護絶縁膜１０５の開口部１０５ａとレジスト１０６の開口部１０６ａを通して有機ＥＬ膜７を蒸着法によって透明電極膜１０２上に形成し、その後マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）を順に形成してなる二層構造、またはカルシウム（Ｃａ）、アルミニウムを順に形成してなる二層構造の上部電極１０８を蒸着法によって形成する。

その後、図８（ｂ）に示すように、レジスト１０６をウェットまたはドライによって除去すると、レジスト１０６上に堆積したＯＬＥＤ膜１０７および上部電極１０８が除去されるので、ＯＬＥＤ膜１０７および上部電極１０８は、保護絶縁膜１０５の開口部１０５ａ内に選択的に残される。それらの上部電極１０８、ＯＬＥＤ膜１０８および透明電極１０２によって発光素子が構成される。その後、ファイバ１０１を所定の長さに切断する。

この切断された複数のファイバ１０１を上述した実施の形態で示したファイバアレイ製造方法を用いてアレイ配列させる。すなわち、各ファイバ１０１をファイバ１と同様に、第２面１０１ｂを上面にしてアレイ溝基板１１上に配置し、ファイバアレイ製造装置によってローレンツ力Ｆを生じさせてアレイ配列させる。この際、反射膜１０３，１０４が導電線３ａ，３ｂとして用いられる。

その後、図８（ｃ）に示すように、絶縁基板１１１上に形成された導電性のデータラインセグメント配線１１２上の半田バンプ１１３に、上部電極１０８を接続する。この絶縁基板１１１は、実施の形態で示した金属線群３４に相当し、半田バンプ１１３が接合部材３７に相当する。これによって有機ＥＬ素子を用いた表示装置が位置決め精度高く製造される。なお、ファイバ１０１の長手方向に沿って形成された透明電極１０２は、その端部で図示しない選択ライン信号配線に接続される。

この発明の実施の形態にかかるファイバアレイを構成する各ファイバをアレイ溝基板に配置する状態を説明する説明図である。 図１によって配置された各ファイバをアレイ配列するファイバアレイ製造装置の概要構成を示す模式図である。 ファイバ群の配列状態を示す側面図である。 配列されたファイバ群の保持状態を示す平面図である。 ファイバアレイの最終接合状態を示す側面図である。 製造されたファイバアレイを示す側面図である。 この発明の実施の形態のファイバアレイ製造方法を用いて製造する表示装置を構成する各ファイバの製造過程を示す工程図である。 この発明の実施の形態のファイバアレイ製造方法を用いて表示装置を製造する工程を示す工程図である。

符号の説明

１ ファイバ
２ 発光素子
３ａ，３ｂ 導電線
１０ ファイバ群
１１ アレイ溝基板
１２ 基板部
１３ 隔壁
１４ 溝
３１ａ，３１ｂ 磁石
３２ パルス電源
３３ 金属線
３４ 金属線群
３５ 保持部
３６ 保持部材
３７ 接合部材
４０ 接合手段
４１ ファイバアレイ

Claims (6)

1. 表面上に素子および／または配線が形成された複数のファイバを該ファイバの長手方向に直交する方向にそれぞれ平行に配列したファイバアレイを製造するファイバアレイ製造方法であって、
   前記ファイバアレイの隣接するファイバの対向する面に、該ファイバの端部から電流が供給される導電線を形成する導電線形成工程と、
   アレイ方向に所定のピッチで形成され、前記複数のファイバが配置される複数の溝が形成されたアレイ溝基板に、前記複数のファイバをそれぞれ配置する配置工程と、
   前記配置工程によって配置された前記複数のファイバの導電線に電流を流し、かつアレイ方向の面に直交する磁界を印加することによって導電線に対してアレイ方向にローレンツ力を発生させ、各ファイバを各溝の一方の側面に当接させる配列工程と、
   前記配列工程によって配列された前記複数のファイバの配列状態を保持する保持部材を前記複数のファイバと接合させる保持工程と、
   を含むことを特徴とするファイバアレイ製造方法。
2. 前記ファイバは、断面が略矩形形状、であり、前記導電線が形成されない一面に発光素子が形成されるとともに、該導電線が形成される面に反射層が形成され、該反射層を前記導電線として用いることを特徴とする請求項１に記載のファイバアレイ製造方法。
3. 前記配列工程は、前記導電線にパルス電流を流すことを特徴とする請求項１または２に記載のファイバアレイ製造方法。
4. 前記導電線は、金属膜あるいは導電性酸化膜の単層または多層膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のファイバアレイ製造方法。
5. 表面上に素子および／または配線が形成された複数のファイバを該ファイバの長手方向に直交する方向にそれぞれ平行に配列したファイバアレイを製造するファイバアレイ製造装置であって、
   アレイ方向に所定のピッチで形成されファイバが配置される複数の溝が形成されたアレイ溝基板に、前記ファイバアレイの隣接するファイバの対向する面に、該ファイバの端部から電流が供給される導電線が形成された複数のファイバを前記アレイ溝基板の複数の溝にそれぞれ配置する配置手段と、
   前記複数のファイバの前記導電線に電流を流し、かつアレイ方向の面に直交する磁界を印加して前記導電線に対してアレイ方向にローレンツ力を発生させ、各ファイバを各溝の一方の側面に当接させる配列手段と、
   前記配列手段によって配列された各ファイバの配列状態を保持する保持部材を前記複数のファイバに接合させる接合手段と、
   を備えたことを特徴とするファイバアレイ製造装置。
6. 前記配列手段は、各ファイバの導電線にパルス電流を供給するパルス電源を有することを特徴とする請求項５に記載のファイバアレイ製造装置。

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