显示装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及显示装置的制造方法。特别涉及安装有LED(Light Emitting Diode)芯片的显示装置的制造方法。

背景技术

近年来，作为下一代的显示装置，对各像素安装有微小LED芯片的LED显示器的开发得到进展。通常，LED显示器具有在构成像素阵列的电路基板上安装有多个LED芯片的构造。电路基板在与各像素对应的位置具有用来使LED发光的驱动电路。这些驱动电路分别与各LED芯片电连接。

上述的驱动电路和LED芯片经由连接电极而被电连接。具体而言，设在驱动电路侧的电极焊盘和设在LED芯片侧的电极焊盘相互电连接。例如，在专利文献1中，记载了将LED芯片和电路基板用粘接层接合的技术。在该技术中，LED芯片和电路基板被粘接层粘接。因此，在LED芯片侧的电极焊盘设有导电性的突起部。该突起部将粘接层贯通而与电路基板侧的电极焊盘接触，由此将LED芯片侧的电极焊盘与电路基板侧的电极焊盘电连接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2018/0031974号说明书

发明内容

发明要解决的课题

上述以往技术中记载的技术，由于粘接层设在电路基板的整面，所以有可能构成电路的半导体元件被有机物等中包含的碱性成分污染而引起动作不良。此外，需要对于LED芯片侧的电极焊盘形成立体的突起部的复杂加工技术。

本发明的课题之一是，通过简单的方法，防止接合前的LED芯片的位置偏差并且将LED芯片与电路基板接合。

用来解决课题的手段

本发明的一实施方式的显示装置的制造方法，包括：准备包括将LED芯片进行驱动的驱动电路的电路基板；在上述电路基板之上形成连接电极；在上述连接电极之上形成粘附层；在上述粘附层之上粘接LED芯片的端子电极；通过激光的照射将上述连接电极与上述端子电极相接合。

本发明的一实施方式的显示装置，包括：电路基板，包括将LED芯片进行驱动的驱动电路；连接电极，配置在上述电路基板之上；以及LED芯片，包括对上述连接电极进行了接合的端子电极；在将上述连接电极与上述端子电极接合的合金层或该合金层的周围，与上述连接电极及上述端子电极相比以高浓度存在碳。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的显示装置的制造方法的流程图。

图2是表示本发明的一实施方式的显示装置的制造方法的剖视图。

图3是表示本发明的一实施方式的显示装置的制造方法的剖视图。

图4是表示本发明的一实施方式的显示装置的制造方法的剖视图。

图5是表示本发明的一实施方式的显示装置的制造方法的剖视图。

图6是表示本发明的一实施方式的显示装置的制造方法的剖视图。

图7是表示本发明的一实施方式的显示装置的制造方法的剖视图。

图8是表示本发明的一实施方式的显示装置的概略结构的平面图。

图9是表示本发明的一实施方式的显示装置的电路结构的框图。

图10是表示本发明的一实施方式的显示装置的像素电路的结构的电路图。

图11是表示本发明的一实施方式的显示装置的像素的结构的剖视图。

附图标记说明

11…绝缘基板；12…半导体层；13…栅极绝缘层；14…栅极电极；15…绝缘层；16…源极电极；17…漏极电极；18…布线；19…平坦化层；20…连接布线；21…绝缘层；22…阳极电极；23…阴极电极；24…平坦化层；25…安装焊盘；100…显示装置；101…电路基板；102、102a、102b…连接电极；103…粘附层；106…激光；107…合金层；110、110R、110G、110B…像素；112…显示区域；114…周边区域；116…端子区域；120、120R、120G、120B…像素电路；121…数据线；122…栅极线；123…阳极电源线；124…阴极电源线；126…选择晶体管；127…驱动晶体管；128…保持电容；130…数据驱动器电路；140…栅极驱动器电路；150…端子部；151…连接布线；152…连接布线；160…柔性印刷电路基板；170…IC芯片；201、201R、201G、201B…LED芯片；202、202a、202b、202R、202G、202B…端子电极

具体实施方式

以下，参照附图等对本发明的实施方式进行说明。但是，本发明能够在不脱离其主旨的范围中以各种各样的方式实施。本发明不限定于以下例示的实施方式的记载内容而被解释。附图为了使说明更明确而有与实际形态相比关于各部的宽度、厚度、形状等示意地表示的情况。但是，附图只不过是一例，并不限定本发明的解释。

在说明本发明的实施方式时，将从电路基板朝向LED芯片的方向设为“上”，将其相反的方向设为“下”。但是，“上”或“下”的表现只不过说明了各要素的上下关系。例如，在电路基板之上配置LED芯片这一表现也包括在电路基板与LED芯片之间隔着其他部件的情况。进而，“上”或“下”的表现不仅包括在平面视图中各要素重叠的情况，也包括不重叠的情况。

在说明本发明的实施方式时，关于具备与已经说明的要素同样的功能的要素，赋予相同的标号或对相同的标号赋予拉丁字母等标记，有将说明省略的情况。此外，关于某个要素，在需要对RGB各色区别而说明的情况下，在表示该要素的标号之后赋予R、G或B的标记来区别。但是，关于该要素，在不需要对RGB各色区别而说明的情况下，仅使用表示该要素的标号而进行说明。

[显示装置的制造方法]

图1是表示本发明的一实施方式的显示装置100的制造方法的流程图图。图2～图7是表示本发明的一实施方式的显示装置100的制造方法的剖视图。以下，使用图1对显示装置100的制造方法进行说明。此时，根据需要而使用图2～图7对各制造工序中的剖面构造进行说明。

首先，在步骤S11中，准备包括将LED芯片驱动的驱动电路的电路基板101(步骤S11)。电路基板101是所谓的有源矩阵基板。即，电路基板101具有相应于多个像素的划区，与各像素对应地包括多个薄膜晶体管(TFT)。将LED芯片驱动的驱动电路包括多个电路要素。各电路要素对应于各像素而形成。关于电路基板101的详细构造在后面叙述。

在本实施方式中，通过在玻璃基板或树脂基板等之上形成由薄膜晶体管构成的驱动电路，来准备电路基板101。但是，并不限于该例，还能够通过从第三方取得已有的电路基板101来准备电路基板101。此外，在本实施方式中，对安装例如倒装片(flip chip)型的LED芯片201(参照图11)的电路基板101进行说明。但是，LED芯片201并不限于在与电路基板101对置的面具有2个电极的倒装片型的例子。例如，LED芯片201也可以是在距电路基板101较近侧具有阳极(或阴极)、在距电路基板101较远侧具有阴极(或阳极)的构造。即，LED芯片201也可以是具有夹着阳极电极和阴极电极的发光层的构造的面朝上型的LED芯片。

接着，在步骤S12中，如图2所示，在电路基板101之上形成连接电极102。在本实施方式中，表示将例如倒装片型的LED芯片201安装到9个连接电极102之上的例子。在图2中，为了说明的方便而表示了对各像素配置有1个连接电极102的例子，但实际上对各像素至少形成2个连接电极102。LED芯片具有与N型半导体连接的端子电极及与P型半导体连接的端子电极。因此，在对各像素配置1个LED芯片的情况下，在各像素中至少需要2个连接电极102。但是，在作为LED芯片201而使用上述的面朝上型的LED芯片的情况下，在电路基板101上，对各像素形成至少1个连接电极102就可以。

连接电极102例如由具有导电性的金属材料构成。在本实施方式中，作为金属材料而使用锡(Sn)。但是，并不限于该例，还能够使用能够在与后述的LED芯片侧的端子电极之间形成共晶合金的其他金属材料。连接电极102的厚度设为例如0.2μm以上5μm以下(优选的是1μm以上3μm以下)的范围内就可以。

在形成连接电极102之后，在步骤S13中，如图3所示，在连接电极102之上形成粘附层103。粘附层103是由具有粘附性的材料构成的层。“具有粘附性”是指具有物质的粘接及剥离较容易的特性。即，在使其他物质对粘附层103接触的情况下，即使施加较弱的力也能够将其他物质固定到粘附层103之上。但是，如果施加更大的力，则能够容易地将其他物质从粘附层103剥离。

在本实施方式中，作为粘附层103而使用通过涂布含有助焊剂(flux)的树脂而形成的层。在作为粘附层103而利用含有助焊剂的树脂的情况下，助焊剂成分起到将在连接电极102的表面形成的氧化膜除去的作用。因此，能够使连接电极102的表面活化，能够得到与后述的端子电极202的稳定接合。但是，并不限于该例，作为粘附层103，例如还能够使用含有阻聚剂的树脂层。如果在树脂材料中混合阻聚剂，则在使树脂硬化了的情况下，聚合变得不充分。聚合不充分的树脂层由于表面具有粘附性，所以能够作为本实施方式的粘附层103而利用。

粘附层103的厚度例如设为5μm以下(优选的是1μm以上3μm以下)的范围内就可以。如后述那样，粘附层103被用作用来将LED芯片临时固定的层，在激光的照射工序时消失。因而，为了减少在激光照射后残留的粘附层103的成分，希望使得膜厚不超过5μm。

在本实施方式中，粘附层103仅形成在连接电极102的上表面。即，粘附层103不与电路基板101相接。在本实施方式中，由于粘附层103没有配置在电路基板101上，所以粘附层103的成分对形成于电路基板101的薄膜晶体管等半导体元件不带来不良影响。作为粘附层103的形成方法，优选使用掩模印刷法(mask printing)、喷墨法等能够有选择地形成粘附层103的方法。但是，并不限于该例，也可以通过旋涂法、狭缝涂布法等向整面涂布助焊剂等具有粘附性的材料，然后通过光刻法仅在连接电极102的上表面形成粘附层103。

接着，在步骤S14中，如图4所示，对电路基板101安装发出红色光的LED芯片201R。具体而言，首先，将LED芯片201R的端子电极202R粘接到粘附层103之上。由此，能够将LED芯片201R临时固定到连接电极102之上。另外，在本实施方式中，为了使说明简略，将连接电极102及端子电极202R仅各图示了1个，但实际上对于1个LED芯片201R设有2个连接电极102及2个端子电极202R。但是，在使用上述的面朝上型的LED芯片作为LED芯片201的情况下，根据LED芯片201的端子电极的位置，也可以是对各像素设有1个连接电极102的构造。

显示装置的精细度越高，设于电路基板101的像素数越增加，各像素的尺寸越小。若各像素的尺寸变小，则对各像素配置的LED芯片201的尺寸也变得微小，所以LED芯片201的搬运方法也变得困难。因而，在不使用粘附层103地在连接电极102之上直接载置LED芯片201的情况下，稍稍的振动也可能使LED芯片201从连接电极102掉落。

在本实施方式中，为了消除这样的不良状况，在连接电极102之上设有粘附层103。即，在图4所示的例子中，通过将LED芯片201R的端子电极202R粘接到粘附层103，能够防止因振动造成的LED芯片201R的掉落。在此情况下，不需要将LED芯片201R牢固地粘接，粘附层103只要具有能够临时固定的程度的粘接力就可以。因而，在将LED芯片201R粘接到粘附层103之后，如果是后述的激光的照射前，则即使需要将LED芯片201R更换，也能够容易地将LED芯片201R剥离。

LED芯片201R的粘接完成后，在步骤S15中，如图5所示，通过激光106的照射，将连接电极102与端子电极202R接合。该工序是通过激光106的照射使连接电极102与端子电极202R熔融接合的工序。

作为激光106，选择不被LED芯片201R吸收而被连接电极102或端子电极202R吸收的激光。在本实施方式中，例如，作为激光106，能够使用红外光或近红外光。作为激光106的光源，可以使用YAG激光器或YVO

通过激光106的照射，粘附层103消失。取而代之，在连接电极102与端子电极202R之间，形成由共晶合金构成的合金层107。如上述那样，在本实施方式中，连接电极102由锡(Sn)构成。另一方面，端子电极202R由金(Au)构成。即，在本实施方式中，作为合金层107，形成由Sn－Au共晶合金构成的层。但是，作为连接电极102及端子电极202R，只要是能够相互形成共晶合金的材料，也可以使用其他金属材料。例如，连接电极102及端子电极202R也可以都由锡(Sn)构成。

另外，通过激光106的照射，粘附层103消失，连接电极102的一部分与端子电极202R的一部分熔融而形成共晶合金。粘附层103的成分作为碳原子而分散到共晶合金中。即，有如下情况：在连接电极102与端子电极202R之间的接合部即合金层107的内部、合金层107的周围、或者连接电极102的周围，以比连接电极102及端子电极202R高的浓度存在碳。

例如，在连接电极102的面积大于LED芯片201R的端子电极202R的面积的情况下，在平面视图中形成有合金层107的周围的区域露出了连接电极102的表面。在此情况下，在露出的连接电极102的表面，以比端子电极202R高的浓度存在由于粘附层103的消失而产生的碳。此外，露出的连接电极102的表面的碳浓度比连接电极102的背面(电路基板101侧的面)的碳浓度高。进而，还有如下情况：在照射了激光106时粘附层103没有完全消失，在合金层107的周围、例如上述的露出的连接电极102的表面，残留有粘附层103。

如以上这样，通过在连接电极102与端子电极202R之间形成由共晶合金构成的合金层107，连接电极102和端子电极202R经由合金层107而接合。结果，能够对于连接电极102牢固地安装LED芯片201R。

通过图4及图5的工序将发出红色光的LED芯片201R安装后，接着，如图6所示，对于电路基板101安装发出绿色光的LED芯片201G。在LED芯片201G的安装中，也如已经说明的那样，在使端子电极202G粘接在粘附层103之上的状态下照射激光106。由此，连接电极102和端子电极202G经由合金层107而牢固地接合。

最后，如图7所示，对于电路基板101安装发出蓝色光的LED芯片201B。在LED芯片201B的安装中，也如已经说明的那样，在使端子电极202B粘接在粘附层103之上的状态下照射激光106。由此，连接电极102和端子电极202B经由合金层107而牢固地接合

另外，在本实施方式中，表示了按LED芯片201R、LED芯片201G及LED芯片201R的顺序向电路基板101上安装的例子。但是，并不限于该例，安装的顺序根据需要而适当决定就可以。

如以上说明的那样，本实施方式的制造方法中，将电路基板101侧的连接电极102和LED芯片201侧的端子电极202利用通过激光106的照射得到的熔融接合而连接。此时，在连接电极102之上预先形成粘附层103，将LED芯片201可剥离地粘接到连接电极102之上。由此，在到照射激光106为止的期间，能够维持将LED芯片201固定在连接电极102之上的状态。

根据本实施方式，由于在到照射激光106为止的期间能够将LED芯片201固定，所以能够防止LED芯片201的位置偏差。此外，在如上述那样使用含有助焊剂的树脂作为粘附层103的情况下，由于能够将连接电极102的表面的氧化膜除去，所以能够减少向连接电极102接合端子电极202时的接合不良的发生。

进而，在本实施方式中，由于仅在连接电极102的上表面设置粘附层103，所以不会在电路基板101上残留粘附层103的成分(例如碱性成分)，能够防止因粘附层103的成分造成的不良状况。除此以外，在仅设在连接电极102的上表面的情况下，由于粘附层103不对显示装置100的透光性能带来影响，所以还能够实现透明显示器。

如以上这样，根据本实施方式的制造方法，能够通过简单的方法来防止LED芯片的位置偏差并且将LED芯片接合到电路基板。

[显示装置的结构]

使用图8～图11对本发明的一实施方式的显示装置100的结构进行说明。

图8是表示本发明的一实施方式的显示装置100的概略结构的平面图。如图8所示，显示装置100具有电路基板101、柔性印刷电路基板160(FPC160)及IC芯片170。显示装置100被划分为显示区域112、周边区域114及端子区域116。

显示区域112是在行方向(D1方向)及列方向(D2方向)上配置有包含LED芯片201的多个像素110的区域。具体而言，在本实施方式中，配置有包含LED芯片201R的像素110R、包含LED芯片201G的像素110G及包含LED芯片201B的像素110B。显示区域112作为显示与影像信号对应的图像的区域发挥功能。

周边区域114是显示区域112的周围的区域。周边区域114是设有用来控制对各像素110设置的像素电路(图9所示的像素电路120)的驱动器电路(图9所示的数据驱动器电路130及栅极驱动器电路140)的区域。

端子区域116是集中了与上述的驱动器电路连接的多个布线的区域。柔性印刷电路基板160在端子区域116中与多个布线电连接。从外部装置(未图示)输出的影像信号(数据信号)或控制信号经由设于柔性印刷电路基板160的布线(未图示)而被向IC芯片170输入。IC芯片170对影像信号进行各种信号处理，生成显示控制所需要的控制信号。从IC芯片170输出的影像信号及控制信号经由柔性印刷电路基板160而被向显示装置100输入。

[显示装置100的电路结构]

图9是表示本发明的一实施方式的显示装置100的电路结构的框图。如图9所示，在显示区域112中，与各像素110对应地设有像素电路120。在本实施方式中，与像素110R、像素110G及像素110B对应地分别设有像素电路120R、像素电路120G及像素电路120B。即，在显示区域112中，在行方向(D1方向)及列方向(D2方向)上配置有多个像素电路120。

图10是表示本发明的一实施方式的显示装置100的像素电路120的结构的电路图。像素电路120配置在由数据线121、栅极线122、阳极电源线123及阴极电源线124包围的区域。本实施方式的像素电路120包括选择晶体管126、驱动晶体管127、保持电容128及LED129。LED129对应于图8所示的LED芯片201。像素电路120中的LED129以外的电路要素设于电路基板101。即，各个像素电路120相当于将LED芯片201驱动的驱动电路的多个电路要素。即，在对于电路基板101安装了LED芯片201的状态下像素电路120完成。

如图10所示，选择晶体管126的源极电极、栅极电极及漏极电极分别与数据线121、栅极线122及驱动晶体管127的栅极电极连接。驱动晶体管127的源极电极、栅极电极及漏极电极分别与阳极电源线123、选择晶体管126的漏极电极及LED129连接。在驱动晶体管127的栅极电极与漏极电极之间连接着保持电容128。即，保持电容128连接到选择晶体管126的漏极电极。LED129的阳极及阴极分别连接到驱动晶体管127的漏极电极及阴极电源线124。

对于数据线121，供给决定LED129的发光强度的等级信号。对于栅极线122，供给用来选择将等级信号写入的选择晶体管126的栅极信号。如果选择晶体管126成为ON(导通)状态，则等级信号被储存到保持电容128中。然后，如果驱动晶体管127成为ON状态，则在驱动晶体管127中流过与等级信号对应的驱动电流。如果从驱动晶体管127输出的驱动电流被输入到LED129，则LED129以对应于等级信号的发光强度发光。

再次参照图9，在相对于显示区域112在列方向(D2方向)上邻接的位置配置有数据驱动器电路130。此外，在相对于显示区域112在行方向(D1方向)上邻接的位置配置有栅极驱动器电路140。在本实施方式中，在显示区域112的两侧设置栅极驱动器电路140，但也可以是仅某一方。

数据驱动器电路130及栅极驱动器电路140都配置在周边区域114。但是，配置数据驱动器电路130的区域并不限于周边区域114。例如，数据驱动器电路130也可以配置在柔性印刷电路基板160。

图10所示的数据线121从数据驱动器电路130沿D2方向延伸，与各像素电路120中的选择晶体管126的源极电极连接。栅极线122从栅极驱动器电路140沿D1方向延伸，与各像素电路120中的选择晶体管126的栅极电极连接。

在端子区域116中配置有端子部150。端子部150经由连接布线151而与数据驱动器电路130连接。同样，端子部150经由连接布线152而与栅极驱动器电路140连接。进而，端子部150与柔性印刷电路基板160连接。

[显示装置100的剖面构造]

图11是表示本发明的一实施方式的显示装置100的像素110的结构的剖视图。如使用图10说明的那样，像素110具有设在绝缘基板11之上的驱动晶体管127。作为绝缘基板11，能够使用在玻璃基板或树脂基板之上设有绝缘层的基板。

驱动晶体管127包括半导体层12、栅极绝缘层13及栅极电极14。源极电极16及漏极电极17经由绝缘层15而连接到半导体层12。虽然图示省略，但栅极电极14与图10所示的选择晶体管126的漏极电极连接。

在与源极电极16及漏极电极17相同的层中设有布线18。布线18作为图10所示的阳极电源线123发挥功能。因此，源极电极16及布线18被在平坦化层19之上设置的连接布线20电连接。平坦化层19是使用聚酰亚胺、丙烯酸等树脂材料的透明树脂层。连接布线20是使用ITO等金属氧化物材料的透明导电层。但是，并不限于该例，作为连接布线20，还能够使用其他金属材料。

在连接布线20之上，设置由氮化硅等构成的绝缘层21。在绝缘层21之上，设置阳极电极22及阴极电极23。在本实施方式中，阳极电极22及阴极电极23是使用ITO等金属氧化物材料的透明导电层。阳极电极22经由设在平坦化层19及绝缘层21中的开口而与漏极电极17连接。

阳极电极22及阴极电极23分别经由平坦化层24而与安装焊盘25a及25b连接。安装焊盘25a及25b例如由钽、钨等金属材料构成。在安装焊盘25a及25b之上，分别设有连接电极102a及102b。连接电极102a及102b分别与图7所示的连接电极102对应。即，在本实施方式中，作为连接电极102a及102b而配置由锡(Sn)构成的电极。

连接电极102a及102b分别与LED芯片201的端子电极202a及202b接合。如上述那样，在本实施方式中，端子电极202a及202b是由金(Au)构成的电极。这里，如果着眼于连接电极102a及端子电极202a，则如使用图5说明的那样，在连接电极102a与端子电极202a之间存在未图示的合金层(图5所示的合金层107)。此外，在本实施方式中，在作为连接电极102a与端子电极202a的接合部的合金层及其周围(例如，在合金层的周围露出的连接电极102a的表面)，相比于连接电极102a的内部、连接电极102a的背面(电路基板101侧的面)、以及端子电极202a，以更高的浓度存在碳。此外，例如，在安装焊盘25a及25b的表面、或连接电极102a的表面的一部分，粘附层103也可以不消失而残留。此外，也可能是，在安装焊盘25a及25b的表面，相比于安装焊盘25a及25b的背面(平坦化层24侧的面)的浓度，以更高的浓度存在碳。以上着眼于连接电极102a及端子电极202a进行了说明，但关于连接电极102b及端子电极202b也是同样的。

LED芯片201在图10所示的电路图中相当于LED129。即，LED芯片201的端子电极202a连接到与驱动晶体管127的漏极电极17连接的阳极电极22。LED芯片201的端子电极202b与阴极电极23连接。阴极电极23与图10所示的阴极电源线124电连接。

具有以上构造的本实施方式的显示装置100由于将LED芯片201通过由激光照射带来的熔融接合而牢固地安装，所以有对于冲击等的耐受性高的优点。此外，在本实施方式中，由于在将LED芯片201临时固定在连接电极102a及102b之上的状态下进行熔融接合，所以还有LED芯片201的位置偏差非常少的优点。

(变形例1)

在上述的实施方式中，表示了仅在连接电极102的上表面配置粘附层103的例子，但并不限于该例。例如也可以是，在平面视图中，将粘附层103形成为比连接电极102大，粘附层103将连接电极102的上表面及侧面覆盖而形成。

(变形例2)

在上述的实施方式中，表示了利用由激光照射带来的熔融接合将连接电极102与端子电极202接合的例子，但并不限于该例。例如，也可以利用基于钎焊等的液相接合将连接电极102与端子电极202接合。在此情况下，根据本实施方式，在进行液相接合的处理的期间，能够将LED芯片201临时固定到连接电极102之上。此时，由于通过钎焊等熔融时的热而粘附层103消失，所以也不会损害连接电极102与端子电极202之间的电连接。

作为本发明的实施方式而描述的各实施方式及变形例只要不相互矛盾就能够适当组合而实施。基于各实施方式及变形例，本领域技术人员适当进行了构成要素的追加、删除或设计变更而得到的形态，或者进行了工序的追加、省略或条件变更而得到的形态，也只要具备本发明的主旨，就包含在本发明的范围中。

此外，即使是与通过上述各实施方式及变形例的形态得到的作用效果不同的其他作用效果，关于根据本说明书的记载而明确可知的、或本领域技术人员能够容易地预测到的，也当然应理解为是由本发明得到的。