(57)【要約】本願は、マイクロＬＥＤデバイス用上部基板、マイクロＬＥＤデバイス及びマイクロＬＥＤ表示装置に関する。前記マイクロＬＥＤデバイス用上部基板は、下地基板と、下地基板上に形成されて、マイクロＬＥＤ用下部基板の非開口領域を被覆可能なパターンを有する金属層と、下地基板上に形成されたグラフェン層と、下地基板上に形成されて、金属層とグラフェン層を被覆している透明粘着層と、を備える。
2021506108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロＬＥＤデバイス用上基板であって、
下地基板と、
下地基板上に形成されて、マイクロＬＥＤ用下部基板の非開口領域を被覆可能なパターンを有する金属層と、
下地基板上に形成されたグラフェン層と、
下地基板上に形成されて、金属層とグラフェン層を被覆している透明粘着層と、を備えるマイクロＬＥＤデバイス用上部基板。
【請求項２】
前記グラフェン層は、マイクロＬＥＤ用下部基板の透光領域を露出させ得る開口を有することで、マイクロＬＥＤデバイスのブラックマトリックスとして機能している、請求項１に記載のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板。
【請求項３】
グラフェン層上に形成されて、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板と貼り合わせられた時に前記下部基板のＬＥＤ及び配線以外の領域と接触する中間層をさらに備える、請求項１又は２に記載のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板。
【請求項４】
下地基板における、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板のウエハに対応する位置での前記金属層が肉厚化又は広幅化されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板。
【請求項５】
前記グラフェン層の厚さは、５μｍ以上、好ましくは５０μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の上部基板、及び
マイクロＬＥＤデバイス用下部基板を備える、マイクロＬＥＤデバイス。
【請求項７】
請求項６に記載のマイクロＬＥＤデバイスを備える、表示装置。
【請求項８】
放熱金属片をさらに備える、請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
マイクロＬＥＤデバイス用上部基板の製造方法であって、
マイクロＬＥＤ用下部基板の非開口領域を被覆可能なパターンを有する金属層を下地基板上に形成するステップと、
前記金属層が形成された下地基板上にグラフェン層を形成するステップと、
前記金属層及びグラフェン層が形成された下地基板上に透明粘着層を形成するステップと、を含む、製造方法。
【請求項１０】
下地基板における、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板のウエハに対応する位置での前記金属層の金属に対して肉厚化又は広幅化処理を行うステップをさらに含む、請求項９に記載のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板の製造方法。
【請求項１１】
中間層がマイクロＬＥＤデバイス用下部基板と貼り合わせられた時に前記マイクロＬＥＤ用下部基板のＬＥＤ及び配線以外の領域と接触するように、グラフェン層上に中間層を形成する、請求項９又は１０に記載のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、マイクロＬＥＤデバイス用上部基板、特にフレキシブルマイクロＬＥＤデバイス（Ｍｉｃｒｏ−ＬＥＤディスプレイ）の上部基板、及びこの上部基板を用いて製造されたマイクロＬＥＤデバイス（Ｏｐｅｎ  Ｃｅｌｌともいう）及びマイクロＬＥＤ表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｍｉｃｒｏ−ＬＥＤ（マイクロＬＥＤ）技術は、ＬＥＤマイクロ化及びマトリックス化の技術であり、１つのチップ上に集積させた高密度・微細寸法のＬＥＤアレイであり、ＬＥＤ表示画面の各画素をアドレス指定して個別に駆動して点灯できる場合、屋外ＬＥＤ表示画面のミニチュアバージョンと見なすことができ、この技術により画素ドットの距離がミリメートルレベルからミクロンレベルに短縮される。Ｍｉｃｒｏ  ＬＥＤディスプレイは、通常のＣＭＯＳ集積回路（相補型金属酸化膜半導体（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ））の製造プロセスを用いて下地層にてＬＥＤ表示駆動回路を作成し、次に、ＭＯＣＶＤマシンを使用して集積回路上にＬＥＤアレイを作成することによって、いわゆるＬＥＤ表示画面のミニチュアバージョンであるマイクロ表示画面が実現される。
【０００３】
１９９０年代以降、ＴＦＴ−ＬＣＤ（薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ）が盛んになり始めた。ただし、ＬＥＤは高い彩度、省電力や軽量・薄型などの特徴を有するため、一部のメーカーは、ＬＥＤをバックライトとして使用している。ただし、コストが高く、放熱が不良であり、光電効率が低いなどの問題のため、ＴＦＴ−ＬＣＤ製品では広く使用されていない。
【０００４】
２０００年まで、青色光ＬＥＤチップで蛍光体を刺激して白色光ＬＥＤを製造する方法、効率、及びコストは成熟し始めた。２００８年以降、白色光ＬＥＤバックライトモジュールは、爆発的に成長している。数年間でＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ、冷陰極蛍光ランプ）をほぼ完全に置き換え、その応用分野には、携帯電話、タブレットコンピューター、ノートブックコンピューター、デスクトップモニター、さらにはテレビなどが含まれる。
【０００５】
ただし、ＴＦＴ−ＬＣＤの非自発光表示原理により、その液晶パネル（ｏｐｅｎ  ｃｅｌｌ）の透過率は約７％以下であり、その結果、ＴＦＴ−ＬＣＤの光電効率が低くなる。さらに、白色光ＬＥＤによる彩度は、３原色ＬＥＤの彩度ほど優れておらず、ほとんどのＴＦＴ−ＬＣＤ製品は、ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ全米テレビジョンシステム委員会）の約７２％に過ぎない。さらに、ＴＦＴ−ＬＣＤの輝度は、屋外環境で１０００ｎｉｔｓ以上に向上できず、その結果、画像と色の視認性が低下し、これは、その使用の大きな欠点である。したがって、３原色ＬＥＤを自発光表示ドット画素として直接使用する別のＬＥＤ  Ｄｉｓｐｌａｙ又はＭｉｃｒｏ  ＬＥＤ  Ｄｉｓｐｌａｙの技術も発展している。
【０００６】
上記のように、マイクロ発光ダイオードディスプレイ（Ｍｉｃｒｏ  ＬＥＤ  Ｄｉｓｐｌａｙ）は新世代の表示技術であり、マイクロ化ＬＥＤアレイという構造を有し、つまり、ＬＥＤ構造設計は薄型化、小型化及びアレイ化され、その体積を現在主流となっているＬＥＤのサイズの１％にし、各画素をアドレス指定して個別に駆動して発光させることができ、画素ドットの距離を元のミリメートルレベルからミクロンレベルまで短縮する。
【０００７】
Ｍｉｃｒｏ  ＬＥＤは、ＬＥＤの特性を継承しており、低消費電力、高輝度、超高解像度・彩度、高速応答速度、超省電力、長寿命、高効率などの利点を有し、その電力消費量は約ＬＣＤの１０％、ＯＬＥＤの５０％である。同様に自己発光表示であるＯＬＥＤと比較すると、Ｍｉｃｒｏ  ＬＥＤの輝度はＯＬＥＤよりも３０倍高く、そして、解像度は１５００  ＰＰＩ（画素密度）に達し、これは、ＯＬＥＤパネルを使用する３００  ＰＰＩのＡｐｐｌｅ  Ｗａｔｃｈの５倍以上に相当する。また、材料の安定性が高く、映像のインプリントがないこともその利点の１つである。
【０００８】
ＯＬＥＤは、ＬＣＤパネルの厚さが高い、バックライトモジュールで調整する必要がある、黒レベルのコントラストが低いなどの問題を改善し、高いコントラスト比を実現できる。ただし、ＯＬＥＤは、省電力を実現するために、白い画面と高輝度表示を減らす必要がある。ＯＬＥＤの広い色域特性も、ＫＳＦ又は量子ドットとはそれほどの差異がない。一方、Ｍｉｃｒｏ  ＬＥＤは、多数のマイクロＬＥＤアレイで構成されており、高輝度、超高解像度・彩度に加えて、各画素を個別に駆動することができ、そして、省電力、高速応答速度などの利点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＬＥＤ  ｉｎｓｉｄｅによると、２０１６年から２０２１年まで、ＬＥＤ産業の複合年間成長率は２％であり、業界全体の成長は制限されると推定されている。ディスプレイ技術の発展から見ると、儲于超さんは、ＯＬＥＤ技術の発展に伴い、ほとんどの関連特許が韓国企業によって習得されて、今から始めれば韓国企業に追いつくのは難しいかもしれないと指摘した。一方、Ｍｉｃｒｏ  ＬＥＤ技術は、別の発展方向を提供する。
【００１０】
Ｍｉｃｒｏ  ＬＥＤの寸法はミクロンレベルに縮小されており、各画素（ｐｉｘｅｌ）のアドレス指定制御及びシングルドットの発光駆動が可能であるだけでなく、高輝度、低消費電力、超高解像度・彩度などの利点もある。将来、フレキシブル基板に接合して、ＯＬＥＤのようなフレキシブルな特性を実現することも可能であり、その適用範囲はより広く、より多様になる。図１は、３つの主要なディスプレイの動作原理の比較図を示している。
【００１１】
上記説明から明らかなように、本分野では、マイクロＬＥＤディスプレイの研究が緊急に必要である。マイクロＬＥＤディスプレイの構造は、特許文献１（ＷＯ２０１４／０９３０６５）に記載されており、具体的には、表示パネル及び該表示パネルを形成する方法が記載されている。該表示パネルは、画素領域及び非画素領域を有する薄膜トランジスタ基板を含むことができる。該表示領域は、バンク開口アレイと、該バンク開口アレイ内の下部電極アレイと、を含む。接地線は非画素領域に配置され、接地結合線アレイは画素領域のバンク開口間に延在し、非画素領域中の接地線に電気的に接続される。特許文献２（ＷＯ２０１４／０９３０６３）にも、マイクロＬＥＤディスプレイの構造が記載されており、具体的には、発光デバイスの反射バンク構造に関する。該反射バンク構造は、基板、基板上の絶縁層、及び絶縁層内のバンク開口アレイを含むことができ、各バンク開口は、底面と側壁を含む。反射層は、絶縁層のバンク開口のそれぞれの側壁を亘っている。
【００１２】
一般的に、ＬＥＤランプの動作安定性、品質が良いか悪いかは、ランプ本体自体の放熱に緊密に関連している。現在、業界の電子部品の放熱問題を解決する方法は、アクティブ放熱とパッシブ放熱に分けることができる。アクティブ放熱には、ファン強制放熱と電磁ジェット放熱が含まれる。ファン強制放熱は、その名前が示すように、ファンを使用して強い空気対流を生成し、熱源又はランプ本体の外に熱空気を導出することで熱を放散させることである。ファン強制放熱を使用すると、ファンの回転速度を調整することにより効果的に放熱できま、コンピューターやサーバーなどの電子製品に十分なスペースがある場合、ほとんど、ファンを用いて強制放熱を行い、この方法は、コストが低いだけでなく、非常に効果的な放熱方法である。
【００１３】
パッシブ放熱には、自然対流放熱とループヒートパイプ放熱が含まれ、そのうち、自然対流放熱は、放熱フィン、ランプハウジング、システム回路基板などのラジエーターを通して空気と直接接触する。ラジエーター周辺の空気は吸熱により熱風となり、熱風が上昇して冷風が下降することで、空気が自然に対流し、それによって、放熱効果が得られる。携帯電話やタブレットコンピューターなどの設置スペースが限られた電子製品や、ＬＥＤ光源などのファンの設置に適さない製品では、ほとんど、この放熱方式が使用されている。ただし、このような方式では、熱交換の駆動力が、熱源と周囲の空気との温度差のみであり、放熱効果を高めるには接触面積を大きくする必要がある。
【００１４】
現在、市場に出回っている高輝度ＬＥＤランプの放熱は、自然放熱を採用することが多く、放熱効果は理想的ではない。ＬＥＤ光源からなるＬＥＤランプは、ＬＥＤ、放熱構造、ドライバー、レンズで構成されているため、放熱が重要なことである。ＬＥＤが十分に放熱しない場合、ＬＥＤの寿命が影響を受ける。
【００１５】
さらに、高輝度ＬＥＤへの熱の影響も大きい。通常、熱は小寸法のチップに集中し、チップ温度の上昇により熱応力の分布が不均一になり、チップの発光効率と蛍光体のレージング効率が低下する。温度が所定値を超えると、デバイスの故障率は指数関数的に増加する。統計データから明らかなように、部材の温度が２℃上がるごとにその信頼性が１０％低下する。さらに、複数のＬＥＤが密に配置されて白色光照明システムを形成する場合、放熱の問題はより深刻になる。熱管理の問題を解決することは、高輝度ＬＥＤの応用の前提条件となっている。
【００１６】
さらに、チップの寸法も放熱には一定の関係がある。パワーＬＥＤの輝度を上げる最も直接的な方法は、入力電力を増やすことであり、しかし、アクティブ層の飽和を防ぐためにｐ−ｎ接合の寸法をその分大きくする必要がある。入力電力を増加させると、必然的に接合温度が上昇し、量子効率が低下する。シングルチューブパワーの向上は、デバイスがｐｎ接合から熱を取り出す能力に依存し、既存のチップ材料、構造、パッケージングプロセス、チップ上の電流密度を変化させず、同等の放熱条件を維持しながら、チップの寸法だけを増加すると、ジャンクション温度は上がり続ける。
【００１７】
マイクロＬＥＤ表示装置は、多数のマイクロＬＥＤアレイで構成されているため、この問題はマイクロＬＥＤ表示装置ではより顕著になり、したがって、マイクロＬＥＤ表示装置の構造を設計するときは、放熱の問題を考慮しなければならない。
【００１８】
一方、材料の分野では、さまざまな熱伝導性材料があり、本願に記載の熱伝導性材料とは、一般に熱を伝達できる物質のことであり、金属であってもよく、シリコーングリースや熱伝導性接着剤（エポキシ樹脂に熱伝導性粒子を添加したもの）、熱伝導性両面テープ、熱伝導性パッド（シリコーン材料と非シリコーン材料に分かれる）、相変化材料などの合成材料であってもよい。これらの材料にはそれぞれ長所と短所があり、用途も異なる。熱伝導率は、材料の熱物性パラメータの１つであり、固体にとって最も重要な熱物性パラメータでもある。熱伝導特性の低い材料の熱伝導率は、建物の省エネ及び断熱材の物性を特徴付ける重要なパラメータであり、パラメータ値を正確に測定することは、非常に重要な理論的及び実用的な価値を持っている。
【００１９】
サーマルギャップフィラー（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｇａｐ  Ｆｉｌｌｅｒ）には、熱伝導性パッド（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｄ）、サーマルテープ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｔａｐｅ）、サーマルグリース（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｇｒｅａｓｅ）などが含まれる。チップ又は発熱体と放熱片の間のギャップをサーマルギャップフィラーで埋める原理を利用して、熱エネルギーを伝達する経路を形成し、０．１２５ｍｍ〜１０ｍｍのギャップを埋める。チップの熱エネルギーを伝達し、放熱フィンに効果的に伝導させることで、チップの温度を下げ、チップの寿命及びパフォーマンスを向上させることができる。
【００２０】
一般的な放熱モジュールには、サーマルギャップフィラー、放熱フィン及びファンが含まれる。熱伝導の方式は、サーマルギャップフィラー（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｇａｐ  Ｆｉｌｌｅｒ）、サーマルテープ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｔａｐｅ）又はサーマルグリース（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｇｒｅａｓｅ）などの熱伝導性材料を介して熱伝導効率を向上させて、チップ表面から放熱フィンへ伝達することであり、放熱フィンの熱伝導係数が良好であり、その面積が大きいほど、放熱効果が大きくなる。チップの発熱量が大きい場合、又は機械のスペースが小さく換気が不十分な場合は、放熱モジュールに放熱ファンを追加することで熱エネルギーを放熱モジュールからすばやく伝達することがよくある。このような用途は、主にラップトップ（Ｎｏｔｅｂｏｏｋ，  Ｌａｐｔｏｐ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、通信機器（Ｔｅｌｅｃｏｍ  Ｄｅｖｉｃｅ）、液晶テレビ（ＬＣＤ  ＴＶ）、ＬＥＤ照明機器、電源ユニット（Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ  Ｕｎｉｔ  ＰＳＵ）、及びメモリモジュール（ＤＤＲ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｍｏｄｕｌｅ）などの製品に使用されている。
【００２１】
サーマルギャップフィラーは、熱伝導（Ｈｅａｔ  Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ）媒体の１種であり、通常は次のタイプがある。熱伝導性接着剤（放熱接着剤）：液体又は固体であり、エポキシ樹脂、セラミックパウダー又はアクリル接着剤で作られる。熱伝導性テープ（放熱テープ）：片面又は両面テープの形態であり、アクリル酸類、シリコーン類、及びガラス繊維メッシュ補強材料などに基づくものがある。熱伝導性シリコーンゴム（放熱シリコーンゴム）：ほとんどが固体であるが、液体の形態もあり、シリカ材料で構成されている。熱伝導性シリコーンゴムシート（放熱シリコーンゴムシート）：固体の形態であり、シリカ材料で構成される。
【００２２】
なかでも、エポキシ樹脂はサーマルギャップフィラー類物質の１種であり、最大で７．３Ｗ／ｍＫの熱伝導性と絶縁性を有するエポキシ樹脂が開発されたとの報告がある。エンジン、ＬＥＤ照明、電源コンポーネントや半導体パッケージなどの放熱用途に使用できる。
【００２３】
上記熱伝導性材料に加え、近年、グラフェンは新規な材料として広く注目されている。グラフェンは、単層炭素原子ＳＰ2をハイブリッド化して積み重ねた２次元ハニカム結晶構造を持つ炭素質材料であり、量子ホール効果、電界効果、フェルミ効果、高い光透過率や高い電子移動度などの独自の電子特性を持っている。現在、グラフェンのさまざまな用途についてさまざまな研究が行われてきた。
【００２４】
上記作用に加えて、グラフェンは非常に優れた熱伝導係数も持っている。研究者は、グラフェンの熱放射率が赤外線領域では０．９９であることを発見し、これは、黒体放射の理論的な熱放射率である１に非常に近い。したがって、グラフェンは熱放射による放熱材料として期待できる。グラフェンは、銅の約０．０９、アルミニウムの約０．０２の熱放射係数と比較して、放熱用途では、熱伝導と熱放射の両方の特性を持っている。
【００２５】
さらに、材料の熱伝導特性の測定は、一般的には、熱伝導率を使用して実施できる。熱伝導率ｋは、熱伝導係数とも呼ばれ、材料が熱を直接伝達する能力を指す。熱伝導率は、単位断面積、長さの材料が単位温度差と単位時間あたり直接伝達する熱として定義される。熱伝導率の単位はＷｍ-1Ｋ-1である。一部の物質の熱伝導率を下表１に示している。表１から分かるように、グラフェンは優れた熱伝導能力を持っている。
熱伝導率＝（ΔＱ/ＡΔt）*（ｘ/Δｔ）  式中、Ａは熱伝導体の断面積であり、（ΔＱ/Δt）は単位時間あたり伝達する熱であり、ｘは２つの熱源間の熱伝導体の厚さであり、△Ｔは温度差である。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
Ｋｈａｎら（Khan, U., O’Neill, A., Lotya, M., De, S. and Coleman, J.N. (2010) High-Concentration Solvent Exfoliation of Graphene. Small, 6, 864-871）は、１０ｖｏｌ％の多層グラフェンを熱伝導性助剤としてエポキシ樹脂に添加して熱材料として使用されており、この研究では、グラフェンを添加すると熱伝導係数が２３００％向上することが示されている。市販のサーマルインターフェースマテリアル（熱伝導性添加剤としてアルミニウム粉末又は酸化亜鉛粉末を使用）に２％を追加すると、熱伝導係数ｋの値は５．８Ｗ／ｍ・Ｋから１４Ｗ／ｍ・Ｋに増える。このことから、グラフェンは優れた熱伝導性を有する。
【００２８】
特許文献３（ＣＮ１０５８９９０５３Ａ）には、グラファイト、グラフェン及び金属イオンを用いて製造されるグラフェン放熱膜が開示されている。この特許文献では、グラフェンと金属イオンの結合を利用して、垂直方向と水平方向のグラフェン分布パターンを形成し、それにより、完全な放熱と熱伝導を実現し、このため、優れた放熱効果を実現している。この特許文献は、グラファイト、グラフェン及び金属イオンの相互作用に着目したものであり、この３種類の物質で形成されたグラフェン放熱膜の構造は安定しており、様々な場所で幅広く利用できると考えられている。
【００２９】
従来のＴＦＴ−ＬＣＤ構成では、カラー部分はカラーフィルターに由来し（図３参照）、これはＴＦＴ−ＬＣＤのコストの約２０％を占める。その中でも、近年、カラーフィルター材料について徹底した研究開発が行われて、好ましい成果を達成させた。このＴＦＴ−ＬＣＤパネルの構造図では、改善が最も急務であり、最高レベルの技術が要求されるのは、ブラックマトリックス（Ｂｌａｃｋ  Ｍａｔｒｉｘ）の部分である。ブラックマトリクスの主な機能は、以下の３つである。（１）カラーフォトレジスト（赤、緑、青などの３色フォトレジスト）の混色を防止する：ＴＦＴ−ＬＣＤのバックライトが３色のカラー層を通過する際に、光の散乱と屈折が発生し、その結果、色が混ざり合い、色の鮮やかさと純度が低下し、この３色の層を効果的に分離することはブラックマトリクスの主な作用である。（２）赤、緑、青の色のコントラスト値（コントラスト）を上げる。（３）Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒなどの駆動電極に対して旋光遮蔽性を有し、つまり、光はＴＦＴに部分的なダメージを与えるため、ブラックマトリックスを使用してＴＦＴを効果的に遮蔽する必要がある。
【００３０】
現在、ＴＦＴ−ＬＣＤパネルのカラーフィルターに使用されているブラックマトリックスのソースは、およそ、（１）金属クロム（Ｃｒ）ブラックマトリックス、（２）樹脂型ブラックマトリックス、及び（３）無電解ニッケル（Ｎｉ）メッキブラックマトリックスである。
【００３１】
マイクロＬＥＤデバイスの場合、開口を有するブラックマトリクス層が、たとえば、フレキシブル表示基板の露出した前面に形成される。ＬＥＤに使用できる例示的なブラックマトリクス材料には、炭素、金属膜（たとえば、ニッケル、アルミニウム、モリブデン、及び合金）、金属酸化物膜（たとえば、酸化クロム）、金属窒化物膜（たとえば、窒化クロム）、有機樹脂、ガラスペーストや黒色顔料又は銀粒子を含む樹脂又はペーストが含まれる。ブラックマトリックス層は、ＬＥＤがＬＥＤ間を貫通したり、隣接するＬＥＤに吸収されたりするのを防止する。したがって、ブラックマトリックス層の存在は、フレキシブル表示パネルに表示される画像のコントラストを改善する。ブラックマトリクス層は、たとえば、インクジェット印刷、スパッタリング及びエッチング、スピンコーティング、ラミネーション、又は印刷の方法によって形成され得る。
【００３２】
本願に記載された態様を研究するときに、本願の発明者は、グラフェン材料を使用してマイクロＬＥＤデバイスのブラックマトリックスを製造すると、ブラックマトリックスの作用を果たせるとともに、マイクロＬＥＤデバイスの下部基板のウエハなどから発生する熱を効率よく放散することもできるという見解を得て、つまり、本願に係る発明では、グラフェンで形成された厚くて遮光係数の高い膜が、ブラックマトリクスと放熱の２つの機能を同時に発揮している。さらに、グラフェンはインクジェット、スクリーン印刷などのプロセス技術を使用してパターン化できるため、ブラックマトリックスを簡単に形成できる。
【００３３】
本願の目的は、マイクロＬＥＤデバイスの上部基板に使用できるグラフェン放熱膜を提供することであり、このグラフェン放熱膜は、ＬＥＤの蓄熱を放散する機能と、マイクロＬＥＤディスプレイが光学コントラストを向上させるときに必要なブラックマトリックス構造の機能とを備えている。つまり、１枚の膜には、放熱と色分離（カラー構造の離間）といった２つの機能がある。
【００３４】
本願の目的は、Ｒ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）ＬＥＤ画素からの光漏れを防止することでディスプレイのコントラストを高める効果に加えて、ＬＥＤの蓄熱や発熱の熱源を外部に伝達する効果もある、特にフレキシブルマイクロＬＥＤデバイスの上部基板として利用される、マイクロＬＥＤデバイス用上部基板を提供することでもある。該上部基板のブラックマトリクスはグラフェンで形成される。ブラックマトリックスのコーティング厚さが異なる場合、可視光での光透過率は非常に低く、そして、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向における放熱機能がある。
【００３５】
本願の目的は、また、マイクロＬＥＤデバイスの一体型上部基板、特に、フレキシブルマイクロＬＥＤデバイスの一体型上部基板を提供することにあり、該上部基板は、一体型ダイアフラムの形として存在している。該一体型上部基板は、製造後、マイクロＬＥＤデバイスを製造する下流のお客様に納品し、お客様は、該一体型上部基板をマイクロＬＥＤデバイスの下部基板に直接取り付けて、位置合わせて、オープンセルとも呼ばれるマイクロＬＥＤデバイスの半製品を得ることができる。
【００３６】
本願の目的は、また、本願に記載のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板を備えるマイクロＬＥＤデバイス、及び該マイクロＬＥＤデバイスを備える表示装置を提供することにある。
【００３７】
本願の目的は、また、本願に係るマイクロＬＥＤデバイス用上部基板を製造する方法を提供することにある。
【００３８】
本願の目的は、以下の態様によって実現される。
１．マイクロＬＥＤデバイス用上部基板であって、
下地基板と、
下地基板上に形成されて、マイクロＬＥＤ用下部基板の非開口領域を被覆可能なパターンを有する金属層と、
下地基板上に形成されたグラフェン層と、
下地基板上に形成されて、金属層とグラフェン層を被覆している透明粘着層と、を備えるマイクロＬＥＤデバイス用上部基板。
２．前記グラフェン層は、マイクロＬＥＤ用下部基板の透光領域を露出させ得る開口を有することで、マイクロＬＥＤデバイスのブラックマトリックスとして機能している、項１に記載のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板。
３．グラフェン層上に形成されて、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板と貼り合わせられた時に前記下部基板のＬＥＤ及び配線以外の領域と接触する中間層をさらに備える、項１又は２に記載のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板。
４．下地基板における、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板のウエハに対応する位置での前記金属層が肉厚化又は広幅化されている、項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板。
５．前記グラフェン層の厚さは、５μｍ以上、好ましくは５０μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下である、項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板。
６．項１〜５のいずれか１項に記載の上部基板、及び
マイクロＬＥＤデバイス用下部基板を備える、マイクロＬＥＤデバイス。
７．項６に記載のマイクロＬＥＤデバイスを備える、表示装置。
８．放熱金属片をさらに備える、項７に記載の表示装置。
９．マイクロＬＥＤデバイス用上部基板の製造方法であって、
マイクロＬＥＤ用下部基板の非開口領域を被覆可能なパターンを有する金属層を下地基板上に形成するステップと、
前記金属層が形成された下地基板上にグラフェン層を形成するステップと、
前記金属層及びグラフェン層が形成された下地基板上に透明粘着層を形成するステップと、を含む、製造方法。
１０．下地基板における、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板のウエハに対応する位置での前記金属層の金属に対して肉厚化又は広幅化処理を行うステップをさらに含む、項９に記載のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板の製造方法。
１１．中間層がマイクロＬＥＤデバイス用下部基板と貼り合わせられた時に前記マイクロＬＥＤ用下部基板のＬＥＤ及び配線以外の領域と接触するように、グラフェン層上に中間層を形成する、項９又は１０に記載のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板の製造方法。
【発明の効果】
【００３９】
本願によるマイクロＬＥＤデバイス用上部基板のグラフェン膜には、放熱と色分離といった２つの機能がある。該膜は、ＬＥＤの蓄熱を放散する機能と、マイクロＬＥＤディスプレイが光学コントラストを向上させるときに必要なブラックマトリックス構造の機能とを備えている。
【００４０】
本願では、初めて、マイクロＬＥＤディスプレイ、特にフレキシブルマイクロＬＥＤ専用の「一体型上部基板」を提案しており、該上部基板は、一体型ダイアフラムの形として存在している。該一体型上部基板は、製造後、マイクロＬＥＤデバイスを製造する下流のお客様に納品し、お客様は、該一体型上部基板をマイクロＬＥＤアレイの下部基板の上に直接取り付けて、位置合わせて、半製品ディスプレイ、即ちＯｐｅｎ  Ｃｅｌｌを得る。
【００４１】
本願のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板によれば、該上部基板の上では、数億個のマイクロＬＥＤチップを駆動する集積プロセッサに対して、特定の位置に高い膜厚を有する蓄熱金属層を設計して、それにより、熱エネルギーをさらに効果的に伝達することができる。
【００４２】
本願のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板によれば、中間層が上部基板に追加されているため、特にフレキシブルマイクロＬＥＤデバイスを巻き取ったり曲げたりするプロセス中に、上部基板がマイクロＬＥＤ用下部基板のアレイに衝撃を与えることを防止し、ディスプレイの表面全体の下向きの圧力を分散できる。
【００４３】
本願によれば、本願の上部基板が有する金属パターンには、下部基板と貼り合わせる前に使用される十字状位置合わせマークがあるため、作り直す必要がなく、位置合わせ精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
本発明の様々な他の利点及び効果は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読むことにより、当業者には明らかになる。本明細書の図面は、好ましい実施形態を示すことのみを目的としており、本発明を限定するものではない。もちろん、以下に説明する図面は本発明のいくつかの実施形態にすぎず、当業者であれば、創造的な努力を必要とせずに、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。さらに、図面全体を通して、同じ符号は同じ構成部材を表す。
【図１】３つの重要なディスプレイの比較図を示す。
【図２】本願に係るマイクロＬＥＤデバイス上部基板の一実施形態の模式図を示す。
【図３】カラーフィルター及びブラックマトリックスの構造の模式図を示す。
【図４】本願に係る上部基板の製造プロセスの模式図を示す。
【図５】本願の上部基板とマイクロＬＥＤ下部基板の貼り合せプロセスの模式図を示す。
【図６】得られたマイクロＬＥＤ上下部基板を溶接してマイクロＬＥＤデバイスにするプロセスの模式図を示す。
【図７】本願で得られたマイクロＬＥＤデバイスの熱伝導経路及び光伝導経路を模式的に示す。
【図８】本願の上下部基板の主要構造の解体立体模式図を模式的に示す。
【図９】さまざまな厚さのグラフェン層のＯＤ値を示す。
【図１０】さまざまな可視光波長での所定厚さのグラフェン層の透光度を示す。
【図１１】本願で得られたマイクロＬＥＤデバイスの放熱方式の模式図を示す。
【図１２】本願で得られたディスプレイの曲げ検出実験と放熱実験の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、図面を参照しながら本願の具体的な実施例をより詳細に説明する。本願の具体的な実施例が図面に示されているが、本願は様々な形態で実施することができ、ここに記載の実施例によって限定されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、本願をより完全に理解できるように提供されるものであり、本願の範囲を当業者に完全に伝えることができる。
【００４６】
本願は、マイクロＬＥＤデバイス、及びマイクロＬＥＤ表示装置に関する。本願で使用される「マイクロ」デバイス又は「マイクロ」ＬＥＤ構造という用語は、本願の実施例による特定のデバイス又は構造の説明的な寸法を指す場合がある。本願で使用される場合、「マイクロ」デバイス又は構造という用語は、１μｍから１００μｍの寸法を指す。もちろん、当業者が理解できるように、上記の寸法が単なる例示であり、本願に係るマイクロＬＥＤデバイス又は表示装置の寸法がこれによって必ずしも制限されないとは限らず、いくつかの特定例では、より大きな又はより小さなスケールにも適用できる。
【００４７】
本願で使用される場合、「亘る」、「の上」、「の間」、及び「上」という用語は、他の層に対する１つの層の相対位置を指す。別の層を「亘る」、別の層「の上」、別の層「上」、又は別の層に「接合（接続）」された層は、他の層と直接接触していても、１つ以上の中間層があってもよい。複数の層「の間」にある層は、この複数の層に直接接触してもよく、又は１つ以上の中間層があってもよい。本願では、「被覆」とは、１つの層が別の層を完全に覆うことを意味し、つまり、ＡがＢを被覆するとは、ＡがＢを完全に覆うことを意味し、ＢがＡを亘って外界と接触する必要がある。
【００４８】
＜本願に係るマイクロＬＥＤデバイス用上部基板＞
本願によるマイクロＬＥＤデバイス用上部基板は、下地基板と、下地基板上に形成されて、マイクロＬＥＤ用下部基板の非開口領域を被覆可能なパターンを有する金属層と、下地基板上に形成されたグラフェン層と、下地基板上に形成されて、金属層とグラフェン層を被覆している透明粘着層と、を備える。
【００４９】
該下地基板は、フレキシブルプラスチック基板又はガラス基板であってもよく、この基板の材質については特に制限がなく、ＰＥＴ、ＰＩ、ＰＳやＰＰなどの材質のプラスチック基板など、ＬＥＤディスプレイの基板材料として使用できればよい。図２に示す例では、下地基板の膜厚は１５０μｍ以下であるが、これは例示的な説明に過ぎない。下地基板の厚さについては限定がなく、当業者は実際の状況に応じて設計することができる。
【００５０】
マイクロＬＥＤ用下部基板の非開口領域を被覆可能なパターンを有する金属層が該下地基板上に形成されている。該金属層は下地基板に直接形成されており、該金属層は主に、溶接用の位置、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板と位置合わせして貼り合わせるための十字状位置合わせマーク、及び後述するグラフェン自体の熱源をガイドするための、デバイスの外部に熱を伝達できる金属層を備える。該金属層が有するパターンは、位置合わせして貼り合わせるマイクロＬＥＤデバイス用下部基板の非開口領域に応じて設計され、該金属層は、ＬＥＤ用下部基板の非開口領域を被覆することができる。図２及び図４は、金属層の模式的な説明を示す。金属層を形成する金属材質については特に限定がなく、ＬＥＤディスプレイに使用可能な金属であればよく、たとえば、銅、アルミニウム、銀、鉄などの無機高熱伝導性金属、好ましくは銅である。本願の具体的な一実施形態では、下地基板上のマイクロＬＥＤデバイス用下部基板のウエハに対応する位置での金属層が肉厚化又は広幅化されていることが好ましい。この肉厚化又は広幅化によって、下部基板のウエハで発生する熱をより効率的に外部へ伝達することができる。
【００５１】
さらに、図８は、金属層の構造を模式的に示しており、該金属層がマイクロＬＥＤ用下部基板の非開口領域を被覆することができるように、該金属層は、貼り合わせるマイクロＬＥＤ用下部基板に応じて設計された所定のパターンを有することが分かる。さらに、この模式図では、金属層の金属領域の一部の領域が広くなっている、又はその膜厚が厚くなっていることがわかり、広く且つ厚くなっているこれらの部分は、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板に対応し、このような構造は、マイクロＬＥＤデバイスプロセッサ全体のグラフェン層によってもたらされる熱をすばやく受け取ることができる。
【００５２】
本願の一具体的な例では、金属層の膜厚は３０μｍ以下である。しかしながら、当業者が理解できるように、該厚さは調整可能であり、その上限についても制限がなく、上部基板全体又はＬＥＤデバイス全体、表示装置全体の寸法に応じて調整できる。
【００５３】
本願の前記上部基板では、下地基板にグラフェン層がさらに形成されており、図２及び図４に示すように、該グラフェン層は下地基板に形成されており、マイクロＬＥＤ用下部基板の透光領域を露出できる開口を有している。該グラフェン層は、マイクロＬＥＤデバイスのブラックマトリックスとして使用される。さらに、図２及び図４に示すように、開口を有するグラフェン層の一部のグラフェンは、金属層を亘って下地基板上に形成され、つまり、このグラフェンは、一部が金属層上に形成され、一部が下地基板に接触している。一部のグラフェンは、金属層を覆って下地基板上に形成され、一部のグラフェンは、金属層に接触せずに全体的に下地基板上に形成されている。グラフェン層の開口の位置も、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板に応じて設計されているため、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板の透光領域を確実に露出させ、マイクロＬＥＤデバイスのブラックマトリックスとして機能できることを確保する。
【００５４】
さらに、図８は、グラフェン層の模式図を模式的に示す。グラフェン層には、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板の透光領域を露出させ得る開口、すなわち、さまざまな色の画素の開口を有し、それにより、光を通過させることがわかる。さらに、グラフェン層には、上部基板の十字状位置合わせマークを露出させることもでき、つまり、十字状位置合わせマークに対応するグラフェン層の部分をくり抜くことで、上部基板の十字状位置合わせマークを露出させ、それにより、基板を貼り合わせるときの位置合わせ精度をさらに向上させる。ここで、十字状位置合わせマークは上部基板ＰＥＴに形成され、口字は下部基板のプラスチック基板層にある。
【００５５】
本願によるマイクロＬＥＤデバイス用上部基板では、該グラフェン層の厚さについては限定がないが、ブラックマトリックスとして十分に機能するためには、グラフェン層の厚さが１μｍ以上である必要がある。
【００５６】
本願では、グラフェン層はブラックマトリックスとして機能するため、光を遮断できる必要があり、遮光能力が強いほど、グラフェン層のＯＤ値が高く求められる。Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔの式に従って、透過光と入射光の強度を測定すれば、吸収値（Ａ）を計算できる。Ａ＝−ｌｏｇ１０（透過光強度／入射光強度）。たとえば、ＯＤ値から透過率を計算する方式を例にすると、ＯＤ＝０．０５の場合、透過度は１０＾（−０．０５）＝０．８９１で、透過率は８９．１％であり、ＯＤ＝０．５の場合、透過度は１０＾（−０．５）＝０．３１６２で、透過率は３１．６２％であり、ＯＤ＝１の場合、透過度は１０＾（−１）＝０．１で、透過率は１０％であり、ＯＤ＝２の場合、透過度は１０＾（−２）＝０．０１で、透過率は１％である。上記計算方式から分かるように、本願では、前記グラフェン層の厚さは５μｍ以上であることが好ましく、このとき、グラフェン層はブラックマトリクスとして十分に機能することができ、さらに、グラフェン層の厚さの上限については制限がなく、当業者は、マイクロＬＥＤデバイス、ディスプレイの実際のニーズ及び寸法に応じて選択して設計することができる。具体的な一実施形態では、グラフェン層の厚さは、好ましくは５０μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。
【００５７】
具体的な一実施例では、グラフェン層の膜厚が３０μｍである場合、各可視光波長での光透過率のデータが図１０にまとめられており、このデータから分かるように、この膜厚のグラフェン層は、各波長で非常に低い光透過率を有し、このため、ブラックマトリックスとして十分に機能できる。
【００５８】
本願の具体的な一実施形態では、本願のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板は、グラフェン層上に形成されて、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板と貼り合わせられた時に前記下部基板のＬＥＤ及び配線以外の領域と接触する中間層をさらに備える。本願では、この接触は物理的接触を指し、つまり、中間層は実際には、前記下部基板のＬＥＤ及び配線以外の領域に接触する。さらに、特にフレキシブルディスプレイの場合、このような中間層が存在すると、フレキシブルディスプレイを曲げたときにブラックマトリックスがマイクロＬＥＤデバイス用下部基板やプロセッサなどを押さえるのを防ぐことができる。図２には、中間層の模式的構造が示されている。さらに、図８は、中間層の立体構造及びその作用モードを示しており、該中間層を形成することにより、フレキシブルマイクロＬＥＤディスプレイを巻き取ったり湾曲したりするときに上部基板がマイクロＬＥＤデバイス用下部基板アレイへ衝撃を与えることを防止し、ディスプレイの表面全体の下向きの圧力を分散できる。
【００５９】
本願では、中間層は、フォトレジスト樹脂を形成するために一般的に使用される材料を使用して形成することができる。たとえば、フォトレジストとしても知られているネガ型フォトレジストは、感光性樹脂、増感剤（分光増感色素参照）及び溶媒という３つの主要成分で構成される感光性混合液体である。感光性樹脂が光で照射された後、露光領域で光硬化反応が迅速に発生し、この材料の物理的特性、特に溶解度、親和性などが大きく変化する。適切な溶剤処理を行った後、可溶性部分を溶解して目的のパターンが得られる。さらに、フォトレジストは、印刷回路や集積回路の製造、及び印刷製版などのプロセスに広く使用されている。フォトレジストは、技術が複雑で、種類が多い。その化学反応メカニズム及び現像原理によって、ネガ型フォトレジストとポジ型フォトレジストの２つのタイプに分類できる。ネガ型フォトレジストは光照射後に不溶性物質を形成する一方、逆に、ポジ型フォトレジストは一部の溶剤には不溶性であり、光照射後に可溶性物質となる。このような特性を使用して、フォトレジストをコーティングとして使用すると、シリコンウエハの表面にある所望の回路パターンをエッチングできる。感光性樹脂の化学構造によって、フォトレジストは以下の３つのタイプに分けることができる。（１）光重合型：エチレン性モノマーを用いて光の作用でフリーラジカルを発生させ、フリーラジカルがモノマーの重合を開始させ、最終的にポリマーを生成する。ポジ型画像を形成する性質を持つ。（２）光分解型：アジドキノン系化合物を含む材料を使用し、光照射後、光分解反応が起こり、油溶性から水溶性になり、ポジ型フォトレジストとなれる。（３）光架橋型：感光性材料にポリラウリン酸ビニルを用いて、光の作用でその分子内の二重結合が開き、鎖同士が架橋し、不溶性のネットワーク状構造を形成し、それにより耐エッチング役割を果たし、これは典型的なネガ型フォトレジストである。本願では、中間層を形成するためのフォトレジスト樹脂は、ポジ型フォトレジスト樹脂であってもよいし、ネガ型フォトレジスト樹脂であってよい。
【００６０】
本願では、中間層の膜厚については制限がなく、マイクロＬＥＤデバイス全体の上部基板及び下部基板の具体的な寸法に応じて設計でき、本願の具体的な一実施例では、中間層の膜厚は４０μｍ未満である。
【００６１】
本願では、マイクロＬＥＤデバイス用上部基板は、下地基板上に形成されて、金属層とグラフェン層を被覆している透明粘着層と、をさらに備える。該透明粘着層は、ＯＣＡ透明粘着シート（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｌｅａｒ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ）を使用できる。
【００６２】
本願で使用されるＯＣＡ透明粘着シートは、透明光学素子（たとえばレンズ）を接着するための特別な接着剤である。ＯＣＡ透明粘着シートには、無色透明であること、９０％以上の光透過率、良好な接着強度、室温又は中等温度で硬化できることや硬化収縮が小さいなどの特徴が要求される。ＯＣＡは光透過性のある両面テープと考えることができる。ＯＣＡ透明粘着シートは、タッチスクリーンの重要な原料の１つである。光学アクリル系接着剤を基材のないようにして、上下層に離型膜をそれぞれ貼り付けてなる基材フリーの両面接着テープである。ＯＣＡ透明粘着シートは、タッチスクリーンの接着剤として適している。ＯＣＡ透明粘着シートの利点は、透明、高光透過率（全光透過率＞９９％）、高接着性、高耐候性、耐水性、耐高温性、耐紫外線性、調整可能な厚さ、均一な間隔を提供すること、長期間使用しても黄変（黄色となる）、剥離や劣化の問題がないことである。
【００６３】
ＯＣＡ透明粘着シートは、抵抗式と容量式の２つの主な種類に分けられ、抵抗式の透明粘着シートは、厚さによって５０μｍと２５μｍの透明粘着シートに分けられ、容量式の透明粘着シートは１００μｍ、１７５μｍ、２００μｍの透明粘着シートに分けられる。
【００６４】
透明粘着シートは、厚さに応じてさまざまな分野に適用でき、その主な用途は、電子ペーパー、透明デバイスの接着、プロジェクションスクリーンの組み立て、航空宇宙又は軍用光学デバイスの組み立て、ディスプレイの組み立て、レンズの組み立て、抵抗式タッチスクリーンＧ＋Ｆ＋Ｆ、Ｆ＋Ｆ、容量式タッチスクリーン、パネル、ＩＣＯＮ、ガラスやポリカーボネートなどのプラスチック材料の貼り合せであり、透明光学素子（たとえばレンズなど）を接着するための特別な接着剤である。シリコーンゴム、アクリル樹脂や不飽和ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂などのバインダーはすべて光学素子の接着に適用できる。調製するときに、光学特性を改善するか、又は硬化収縮率を低減するために、通常、いくつかの処理剤が添加される。モバイル機器の表示周辺の様々な膜やスクリーン（アクリル、ガラススクリーン、タッチスクリーンなど）の固定に適している。ＯＣＡ透明粘着シートを使用すると、グレアを軽減し、ＬＣＤから放出される光の損失を減らし、ＬＣＤの輝度を上げて光透過率を向上させ、エネルギー消費量を減らしたり、コントラスト、特に強い光照射下でのコントラストを高めたり、面接続の強度を高めたり、ニュートンリングの生成を回避したり、製品の表面をより滑らかにしたり、製品の額縁をなくして、可視領域を拡大させたりするなどができる。
【００６５】
図２に示すように、該透明粘着層は、下地基板上に形成され、金属層、グラフェン層、及び必要に応じて中間層を完全に覆う。さらに、該透明粘着層は、通常、その上に保護膜を有しており、下部基板と貼り合わせる前にこの保護膜を剥離することができる。本願の具体的な一例では、ＯＣＡ透明粘着シート層の膜厚は４０μｍ未満であるが、この厚さは一例にすぎず、該層の厚さについては特に制限はない。
【００６６】
図２は、本願に係るマイクロＬＥＤデバイス用上部基板の構造模式図を示している。図４は、該上部基板の製造方法を示しており、以下、上部基板の製造方法についてさらに詳しく説明する。
【００６７】
＜本願に係るマイクロＬＥＤデバイス＞
本願は、通常Ｏｐｅｎ  Ｃｅｌｌとも呼ばれるマイクロＬＥＤデバイスをさらに含み、該マイクロＬＥＤデバイスは、本願のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板及びマイクロＬＥＤデバイス用下部基板を備える。本願のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板及びマイクロＬＥＤデバイス用下部基板は、上部基板の透明粘着層を介して互いに粘着されている。
【００６８】
一般に、図５に示すように、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板には、スイッチングトランジスタ、駆動トランジスタ、データ回線、下部電極、接地接続ライン、パターン化されたバンク層、ウエハＦＰＣを駆動するためのコンタクトパッド、及び赤色光を放出するマイクロＬＥＤ装置、緑色光を放出するマイクロＬＥＤ装置及び青色光を放出するマイクロＬＥＤ装置を備える。
【００６９】
図５は、本願のマイクロＬＥＤデバイスの製造方法の一例を示し、以下、その製造方法を詳細に説明する。
【００７０】
＜本願に係るマイクロＬＥＤ表示装置＞
本願のマイクロＬＥＤ表示装置は、本願のマイクロＬＥＤデバイスを備える。
【００７１】
一好ましい実施形態では、本願のマイクロＬＥＤ表示装置は、放熱金属片をさらに備える。放熱金属片としては、銅、アルミニウム、銀、鉄などの無機高熱伝導性金属など、熱を放散できるものであれば、任意のものを利用できるが、銅が好ましく用いられる。
【００７２】
テレビなどの大型ディスプレイの場合、放熱をさらに促進するために該放熱金属片を追加する必要があることが多く、携帯電話やタブレットコンピューターなどの中小型ディスプレイの場合、該放熱金属片を省略してもよい。
【００７３】
図７は、本願のマイクロＬＥＤ表示装置の模式図を示す。
【００７４】
＜本願に係る上部基板の製造＞
本願は、また、マイクロＬＥＤ用下部基板の非開口領域を覆えるパターンを有する金属層を下地基板上に形成するステップと、前記金属層が形成された下地基板上にグラフェン層を形成するステップと、前記金属層及びグラフェン層が形成された下地基板上に透明粘着層を形成するステップと、を含むマイクロＬＥＤデバイス用上部基板の製造方法に関する。
【００７５】
一好ましい実施形態では、本願のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板の製造方法は、下地基板における、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板のウエハに対応する位置での前記金属層の金属に対して肉厚化又は広幅化処理を行うステップをさらに含む。対応位置とは、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板のウエハに対応する位置を指し、該対応位置での金属層は実際には下部基板のウエハと接触しない。
【００７６】
一好ましい実施形態では、本願のマイクロＬＥＤデバイス用上部基板の製造方法は、中間層がマイクロＬＥＤデバイス用下部基板と貼り合わせられた時に前記マイクロＬＥＤ用下部基板のＬＥＤ及び配線以外の領域と接触するように、グラフェン層上に中間層を形成するステップをさらに含む。
【００７７】
図４は、本願に係る上部基板の製造方法の例示的な図を示す。第１ステップでは、まず、下地基板を準備し、好ましくは、該下地基板はフレキシブルプラスチック基板又はガラス基板であり、この基板の材質については特に制限がなく、ＬＥＤディスプレイに使用できる基板であればよく、たとえば、ＰＥＴ、ＰＩ材質のプラスチック基板を使用できる。このステップでは、後続の印刷ステップで使用するために、該下地基板をさらに洗浄する必要がある。このステップでは、図２に示すように、使用する下地基板の厚さは１５０μｍ以下である。ただし、この厚さは一例に過ぎず、本願に係る上部基板では、この厚さについては特に限定がなく、作製するマイクロＬＥＤデバイスの構造に応じて適宜設計できる。
【００７８】
第２ステップでは、洗浄された下地基板上に配線のスクリーン印刷ステップが実行され、下地基板上の所定位置に熱伝導性金属層及び位置合わせ層が形成される。たとえば、金属片が溶接される位置、十字状位置合わせマーク、後続で形成するグラフェン層自体の熱源をガイドするための金属層が下地基板上に形成され、該金属層は、ディスプレイの使用中に発生する熱をディスプレイの周辺に放出することができる。この方法では、銅を使用して、金属片が溶接される位置及び十字状位置合わせマークが形成される。本願に係る上部基板の具体的な一実施形態では、形成された金属溶接位置、金属十字状位置合わせマーク、及び熱伝導領域の膜厚は、図２に示されるように、２０μｍ以下である。ただし、この厚さは一例に過ぎず、本願に係る上部基板では、この厚さについては特に限定がなく、作製するマイクロＬＥＤデバイスの構造に応じて適宜設計できる。
【００７９】
第２ステップで使用される金属材質については特に限定がなく、ＬＥＤディスプレイに使用できる任意の金属、たとえば、銅、アルミニウムなどであってもよく、好ましくは銅である。スクリーン印刷は、下地基板上に１層目を形成し、必要に応じて設定した位置に遮光及び放熱機能のあるグラフェンブラックマトリクスを形成する部分を残す。第２ステップでは、マイクロＬＥＤデバイスのニーズに応じて、２回目のスクリーン印刷も実行でき、２回目の印刷では、下地基板上に形成された一部の配線を肉厚化して、それによって、マイクロＬＥＤデバイスの集積プロセッサの熱源を重点として放熱することができる。本願に係る上部基板の具体的な一実施形態では、図２に示されるように、肉厚化された金属層の膜厚は３０μｍ以下であり得る。肉厚化の操作は、マルチＬＥＤ制御を実現するために一部のメーカーがマイクロＬＥＤデバイスの生産に使用する下部基板に小さなウエハがある場合、十分に放熱するために上部基板のいくつかの重要な位置での金属配線について肉厚化をする必要があるためである。本願の上部基板を設計する際に、対象となる下流のマイクロＬＥＤデバイスのメーカーのニーズに応じて設計できるため、第２ステップでは、特定の位置で金属配線について肉厚化をすることができる。同様に、肉厚化された配線の厚さにも特に制限がなく、放熱が必要である重要な状況に応じて金属層の膜厚を設計することができる。
【００８０】
次に、第３ステップでは、スクリーン印刷により、対応する位置に遮光と放熱の機能を備えたグラフェンブラックマトリクスを形成する。本願に係る上部基板では、グラフェン層は同時に２つの機能を持っており、つまり、該グラフェン層は、赤、緑、青色の領域を分離するためのブラックマトリックスとして機能するとともに、グラフェンの優れた熱伝導作用のため放熱層として使用される。具体的な一実施形態では、図２に示すように、スクリーン印刷の手段によって形成されるグラフェン層の厚さは４０μｍ以下であるが、この厚さも例示的であり、特定の状況に応じて設計することができる。ただし、ブラックマトリクスと放熱片の役割を同時に果たすためには、該グラフェン層の厚さが少なくとも１μｍ以上であることが必要である。
【００８１】
グラフェン層を形成した後、第３ステップでは、スクリーン印刷により、たとえばフォトレジスト樹脂からなる中間層をさらに形成することもできる。特にフレキシブルマイクロＬＥＤデバイスの場合、中間層を形成すると、フレキシブルディスプレイが曲がるときに、ブラックマトリックスがマイクロＬＥＤの中間構造物に押し付けられるのを効果的に防ぐことができる。第３ステップでは、中間層を形成するステップは必須なものではなく、下流のマイクロＬＥＤデバイスメーカーによって提供される結合対象の下部基板の状況に応じて設計することができる。具体的な一実施形態では、図２に示すように、中間層の膜厚は４０μｍ以下であり、この膜厚は単なる例示であると理解されるべきである。
【００８２】
第４ステップでは、配線及びグラフェン層が形成された下地基板にＯＣＡ透明粘着シートをローリングし貼り付けるステップが実行される。具体的な一実施形態では、図２に示すように、対向するマイクロＬＥＤアレイ基板を接着するために使用できる光学グレードのＯＣＡ透明粘着シートが使用され、該ＯＣＡ透明粘着シート層の膜厚は４０μｍ以下であり、この膜厚は例示に過ぎない。
【００８３】
図４に示すように、本願の具体的な実施形態では、使用されるＯＣＡ透明粘着シートの材質は絶縁性エポキシ樹脂類の接着剤材料であるので、縦方向の熱源をグラフェン材質に伝導でき、放熱に有利である。さらに、通常、市販のＯＣＡ透明粘着シートには保護膜が貼ってあるので、第５ステップでＯＣＡ透明粘着シート層を貼り付けた上部基板には保護膜がある。
【００８４】
ここまで、「一体型上部基板」は、図４に示す方法で得られた。該上部基板は、マイクロＬＥＤデバイスの下流のメーカーに直接提供し、マイクロＬＥＤデバイスの生産に用いられることができる。
【００８５】
＜本願に係るマイクロＬＥＤデバイスの製造＞
図４に示すように、マイクロＬＥＤデバイス用上部基板を得た後、図５に示すように、それをマイクロＬＥＤデバイス用下部基板と位置合わせして貼り合わせることができる。図５に示すように、まず、マイクロＬＥＤデバイス用下部基板を取り出して、上部基板と位置合わせして貼り合わせる。マイクロＬＥＤデバイスの下部基板については特に限定がなく、本分野のメーカーによって製造された様々な下部基板であってもよい。
【００８６】
たとえば、図５に示すように、該下部基板には、スイッチングトランジスタ、駆動トランジスタ、データ回線、下部電極、接地接続ライン、パターン化されたバンク層、ウエハＦＰＣを駆動するためのコンタクトパッド、赤色光を放出するマイクロＬＥＤ装置、緑色光を放出するＬＥＤ装置及び色光を放出するＬＥＤ装置が含まれ得る。
【００８７】
貼り合わせる前に、本願の上部基板に保護膜がある場合は、まずＯＣＡ透明粘着シート層上の保護層を剥がしてから、上部基板と下部基板を位置合わせして貼り合わせる工程を実行する。位置合わせプロセス中、上部基板と下部基板の異なる位置合わせマークによって位置合わせを補助できる。
【００８８】
位置合わせ工程が完了した後、ローラーを使用して貼り合せ工程が実行され、Ｏｐｅｎ  Ｃｅｌｌとも呼ばれるマイクロＬＥＤデバイスの半製品が得られる。
【００８９】
＜本願に係るマイクロＬＥＤ表示装置の製造＞
具体的には、製造する表示装置の具体的なニーズに応じて、図５に示すように、得られたマイクロＬＥＤデバイスに銅板などの放熱金属片を溶接することができ、図６に示すように、該放熱金属片を曲げてマイクロＬＥＤ  ＴＦＴの下部基板上に配置し、空気対流方式で熱を放散させる。
【００９０】
そして、図６に示すように、表示装置を得ることができる。図６には、放熱金属片を溶接するステップが示されているが、当業者が理解できるように、該放熱金属片は表示装置に必須なものではない。テレビなどの大型ディスプレイの場合、放熱をさらに促進するために該放熱金属片を追加する必要があることが多く、携帯電話やタブレットコンピューターなどの中小型のディスプレイの場合、該放熱金属片を省略してもよい。
【００９１】
上記マイクロＬＥＤデバイス及び表示装置において、スクリーン印刷（シルクスクリーン印刷とも呼ばれる）の方式は、金属膜層及びグラフェン層の形成に使用されるが、当業者が理解できるように、膜又は層の形成方式はこれに限定されるものではなく、たとえば、インクジェット印刷、スパッタリング及びエッチング、スピンコート、ラミネートや印刷法などが挙げられる。
【実施例】
【００９２】
以下の実施例では、特に断らない限り、百分率は重量百分率を表す。
【実施例１】
【００９３】
実施例１  グラフェン層の光透過率
７５重量％の人工グラフェン粉末フィラー（泓明石墨から購入）、１０重量％のアルキルベンゼンスルホン酸樹脂担体（ユェンホングーフェン有限公司から購入）、５重量％のＮＭＰ溶剤（松益化工グーフェン有限公司から購入）を混合して、５重量％の分散剤（ＢＹＫ会社から購入、型番：Ａｎｔｉ−Ｔｅｒｒａ  ２０３）、２．５重量％の付着力促進剤（佛山塗海匯化学材料有限公司から購入、付着力促進剤型番ＨＴ９０１）、２．５重量％の消泡剤（創馨貿易社から購入、消泡剤型番ＴＳＡ７５０Ｓ）を加えて、スクリーン印刷用のスラリーを得た。本実施例では、基材として銅膜を使用し、それにさまざまな厚さでスラリーを塗布して、さまざまな厚さのグラフェン膜、つまり５μｍ、１０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、及び４５μｍ厚のグラフェン膜を得た。
【００９４】
上記で得られたさまざまなグラフェン膜について、光学密度ＯＤ値と光透過率を測定した（ＯＤ値は、日本大塚社製のカラーフィルター分光特性測定装置ＬＣＦシリーズＭＣＰＤ−９８００を使用して検出された）。
【００９５】
図９及び図１０は、それぞれ異なる厚さのグラフェン層のＯＤ値と、膜厚３０μｍのグラフェン層の光透過率を示している。本発明では、膜厚５μｍ以上のグラフェン層をブラックマトリクスとして使用できることがわかった。実施例１による結果は、グラフェン層が、十分に低い光透過率を有し、ブラックマトリクスとして使用できることを示している。
【００９６】
さらに、上記実施例に示した特定の重量百分率、上記特定の百分率に加えて、各成分の重量百分率を下表に従って適切に選択して、異なる組成のグラフェン層を得ることができる。
【表２】
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【実施例２】
【００９７】
実施例２  マイクロＬＥＤディスプレイの製造
図４〜図６に示す方式により、下地基板にＰＥＴ、ＯＣＡ透明粘着シート層と下部基板にそれぞれ通常のＯＣＡ透明粘着シート、ＬＣＤパネルメーカーが使用する通常の下部基板を使用したマイクロＬＥＤディスプレイを作製した。
【００９８】
実施例３  マイクロＬＥＤディスプレイの放熱能力の評価
赤外線カメラを使用して、実施例２で得られたＬＥＤディスプレイを監視し、図１１に示すように、一定回数の曲げ後のディスプレイの放熱結果を測定した。検出結果を図１２に示し、本願のディスプレイは、２０００回まで曲げても安定した放熱特性を持っていることがわかった。
【００９９】
本実施例に使用されるＬＥＤチップの規格は以下のとおりである。
画素寸法：０．０１００ｍｍ2
光出力輝度：＞２５０ｃｄ／ｍ2
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本願は、マイクロＬＥＤ表示装置に使用される「一体型上部基板」を提供しており、該上部基板は、一体型ダイアフラムの形として存在し、製造後、下流のお客様に直接納品し、お客様は、該一体型上部基板をマイクロＬＥＤアレイの下部基板の上に直接取り付けて、位置合わせて貼り合わせると、半製品マイクロＬＥＤデバイスを得る。
【０１０１】
本願の上部基板には、グラフェン膜があり、該膜は、ＬＥＤの蓄熱を放散する機能と、マイクロＬＥＤディスプレイが光学コントラストを向上させるときに必要なブラックマトリックス構造の機能とを備えている。
【０１０２】
さらに、本願の好ましい上部基板は、数億個のマイクロＬＥＤチップを駆動する集積プロセッサに対して、特定の位置に高い膜厚の蓄熱金属層を設計し、熱伝導を緩衝する。
【０１０３】
さらに、本願の好ましい上部基板には中間層があり、それによって、マイクロＬＥＤデバイス、特にフレキシブルマイクロＬＥＤデバイスを巻き取ったり湾曲したりするプロセス中に、上部基板がマイクロＬＥＤの下部基板のアレイに衝撃を与えることを防止し、ディスプレイの表面全体の下向きの圧力を分散できる。
【０１０４】
本願の好ましい上部基板には、下流のメーカーの下部基板と貼り合わせる前に使用される十字状位置合わせマークがあるため、位置合わせ精度を向上させることができる。
【０１０５】
本出願は、様々な修正形態及び代替形態が可能であり、具体的な実施形態は、図面において実施例にて示されており、且つ本出願で詳細に説明された。しかしながら、本出願は、開示された特定の形態に限定されることを意図していない。それどころか、本出願は、この請求範囲内のすべての修正、均等物、及び代替物を含むことを意図しており、本出願の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの法的均等物によって限定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０６】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０９３０６５号
【特許文献２】国際公開第２０１４／０９３０６３号
【特許文献３】中国特許出願公開第１０５８９９０５３号明細書
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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