CN113380842A - 图像显示元件 - Google Patents

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Abstract

一种图像显示元件(200)包括：微型发光元件(100)，其排列成阵列状；驱动电路基板(50)，其包含向微型发光元件(100)供给电流以使微型发光元件(100)发光的驱动电路；以及配光控制部(70)，其配置在微型发光元件(100)的光发射面上，在配光控制部(70)的周围配置有分隔壁(80)，分隔壁(80)不透射由微型发光元件(100)发射的光。

Description

图像显示元件
技术领域
本发明涉及包含微型发光元件的图像显示元件。
背景技术
提出一种在基板(backplane，背板)上配置有多个构成像素的微型发光元件的显示元件。例如，在日本特开2002-141492号公报所公开的技术中，在硅基板上形成驱动电路，在驱动电路上配置发出紫外线光的微小的发光二极管(LED)阵列。此外，在上述技术中，公开了一种小型显示元件，其通过在发光二极管阵列上，设置将紫外线光转换为红色、绿色以及蓝色的可见光的波长转换层(wavelength conversion layer)来显示彩色图像。
这种显示元件不但小型，且具有亮度高，耐久性也高等的特性。因此，有望作为眼镜型终端(glasses-like devices)、平视显示器(HUD：Head-Up Display)等显示元件。
在这样的显示元件中，在提高功率效率的基础上，需要提高发光效率，并且将产生的光高效地取入光学系统。因此，提出了如美国专利第2011/0297975号说明书所公开的那样，通过在微型发光元件上设置光子晶体结构，来提高光取出效率并对发射光进行准直的技术。
发明内容
然而，在上述日本特开2002-141492号公报所公开的微型发光元件及显示元件的结构中，也会产生如下问题：光被封入微型发光元件内部，向外部发射光的比例低，发光效率(light emission efficiency)低。
这种光取出效率(light extraction efficiency)的降低是由于构成微型发光元件的发光材料的折射率比空气、树脂大而引起的现象。由于发光效率的降低，产生功耗的增加、发热引起的温度上升的问题。
而且，上述微型发光元件表示与朗伯光谱分布接近的光发射分布，光发射角分布宽。使得在小型的眼镜型终端用的显示元件、移动用显示器中，大量地发射没有被使用的无用的光。其结果，产生上述功耗的白白增加。
因此，考虑通过在所述微型发光元件的光发射面上设置微珠、微透镜等光学元件，以增加向前方的光发射，并提高光的利用效率。其结果，能够降低功耗。然而，已知这样的尝试会增加向周边像素的光的发射，产生所谓的光串扰。光串扰会使显示图像的对比度降低。此外，在全彩显示元件中，引起如产生混色、使颜色再现性降低的问题。
本发明的一方面是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，在抑制光串扰的同时，通过提高向微型发光元件的前方的光发射效率，以实现对比度、颜色再现性高且功耗少的图像显示元件。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面的图像显示元件包括：驱动电路基板，其包含向微型发光元件供给电流以使所述微型发光元件发光的驱动电路；以及所述微型发光元件，其在所述驱动电路基板之上排列成阵列状，用于使所述微型发光元件的前方发射增加的配光控制部配置在所述微型发光元件的光发射面上，在所述配光控制部的周围配置有分隔壁，所述分隔壁不透射由所述微型发光元件发射的光。
根据本发明的一个方面的图像显示元件包括：驱动电路基板，其包含向微型发光元件供给电流以使所述微型发光元件发光的驱动电路；以及所述微型发光元件，其在所述驱动电路基板之上排列成阵列状，在所述微型发光元件的光发射面上排列多个光学元件，在多个所述光学元件的周围配置有分隔壁，所述分隔壁不透射由所述微型发光元件发射的光。
根据本发明的一方面，能够抑制微型发光元件的光串扰，并且能够控制光发射分布。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
图2是根据本发明的第一实施方式的图像显示元件的像素区域的示意性俯视图。
图3表示根据本发明的第一实施方式的光发射角分布的模拟结果。
图4是根据本发明的第一实施方式的变形例的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
图5是根据本发明的第一实施方式的变形例的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
图6是根据本发明的第一实施方式的变形例的图像显示元件的像素区域的示意性俯视图。
图7是根据本发明的第一实施方式的变形例的图像显示元件的像素区域的示意性俯视图。
图8是根据本发明的第一实施方式的变形例的图像显示元件的像素区域的示意性俯视图。
图9是根据本发明的第一实施方式的变形例的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
图10是根据本发明的第一实施方式的变形例的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
图11是根据本发明的第二实施方式的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
图12是根据本发明的第三实施方式的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
图13是根据本发明的第四实施方式的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
图14是根据本发明的第五实施方式的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
图15是根据本发明的第六实施方式的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
图16是根据本发明的第七实施方式的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
图17是根据本发明的第七实施方式的红色光微型发光元件的示意性剖视图。
图18是根据本发明的第八实施方式的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
图19是根据本发明的第九实施方式的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
图20是根据本发明的第十实施方式的图像显示元件的像素区域的示意性剖视图。
具体实施方式
下面，例举出具有多个微型发光元件100的图像显示元件200的例子，并参照附图1至图20说明本发明的实施方式。并且，图像显示元件200包括多个微型发光元件100和驱动电路基板50，并且驱动电路基板50向位于像素区域1(pixel region)中的微型发光元件100供给电流以控制发光。在像素区域1中，微型发光元件100被配置成阵列状。微型发光元件100向驱动电路基板50的相反侧发射光。
只要没有特别说明，将微型发光元件100向空气中发射光的面称为光发射面130(light emitting surface)。另外，在图像显示元件200的构成的说明中，除非另有说明，将光发射面130称为微型发光元件100的上表面(第一表面)，将与光发射面侧相反侧的面称为下表面(第二表面)，并将上表面以及下表面以外的侧方的面称为侧面。在相对于光发射面130的垂线方向上，将朝向空气中的方向称为前方。另外，关于其他构成部，也将光发射方向侧的面称为该构成部的上表面，将相反侧的面称为下表面。
驱动电路基板50在像素区域1中，配置有控制向各微型发光元件100供给的电流的微型发光元件驱动电路(micro light emitting element driving circuit)，并将选择配置成二维矩阵状的微型发光元件100的各行的行选择电路、向各列输出发光信号的列信号输出电路、基于输入信号来计算发光信号的图像处理电路、输入输出电路等配置在像素区域1的外侧。
驱动电路基板50的结合面侧的表面上配置有与微型发光元件100连接的P驱动电极52(P-drive electrode)(第二驱动电极)以及N驱动电极51(N-drive electrode)(第一驱动电极)。一般而言，驱动电路基板50是形成有LSI的硅基板(半导体基板)、或形成有TFT的玻璃基板，且能够以公知的技术制造，因此不详细说明其功能、构成。
另外，在图中以接近正方形的形式描绘微型发光元件100，但微型发光元件100的形状并无特别限定。并且，微型发光元件100可以采用矩形、多边形、圆形、椭圆形等各种平面形状，但最大长度假设为60μm以下。图像显示元件200假设为在像素区域1内集成有3千个以上的微型发光元件。
〔第一实施方式〕
(图像显示元件200的构成)
图1是根据本发明的第一实施方式的图像显示元件200的像素区域1的示意性剖视图。图2是根据本发明的第一实施方式的图像显示元件200的像素区域1的示意性俯视图。如图2所示，图像显示元件200的上表面成为多个像素5排列成阵列状的像素区域(pixelregion)1。
在本实施方式中，图像显示元件200是单色的显示元件，各像素5包含有一个单色的微型发光元件100。在本构成中，微型发光元件100的上表面是光发射面130，在光发射面130上形成有配光控制部70。配光控制部70使微型发光元件100的前方发射增加。配光控制部70将单个或多个光学元件(optical element)71紧密地排列而构成。即，配光控制装置70排列有一个或多个光学元件71。在本实施方式中，光学元件71是由折射率为1.7的透明树脂构成的、呈球形形状的微珠。配光控制部70优选覆盖微型发光元件100的光发射面130。在配光控制部70的外侧配置有分隔壁80。此外，除非另有说明，使用以图1的纸面水平方向为X轴、以纸面进深方向为Y轴、以上方向为Z轴的坐标系进行说明。即，Z轴正方向为前方。
在邻接的像素5之间配置有分隔壁80。分隔壁80将属于各像素的配光控制部70彼此分离。分隔壁80不透射由微型发光元件100发射的光。即，分隔壁80对微型发光元件100发出的光的透射率优选为至少50％以下，进一步优选为10％以下。为了防止光串扰，分隔壁80的侧面也可以具有反射性或吸收性中的任一种。而且，为了进一步提高光取出效率，分隔壁80的侧面优选具有反射性。分隔壁80的侧面具有反射性是指，优选分隔壁80的侧面的相对于所发射的光的反射率至少为50％以上，进一步为80％以上。在本构成中，分隔壁80由金属材料制成。其侧面由相对于可见光具有高反射率的金属材料制成。例如，为银、铝。另外，侧面以朝向光照射方向打开的方式倾斜。即，分隔壁80的侧面呈正锥形倾斜。优选其倾斜角度θw小于90度，更优选为45度至80度左右。分隔壁80的高度优选等于或高于配光控制部70的高度。分隔壁80配置于埋入材料60之上，优选不覆盖光发射面130。
微型发光元件100具备有由化合物半导体层14制成的主体16、共用P电极30P(第二电极)和N电极23N(第一电极)。化合物半导体层14由发出光的发光层12(1ight emissionlayer)、向发光层12注入电子的N侧层11(N-side layer、第一导电层)、向发光层12注入空穴的P侧层13(P-side layer、第二导电层)构成。例如，在从紫外线光至红色的波段发光的微型发光元件中，化合物半导体层14为氮化物半导体(AlInGaN系)，在从黄绿色至红色的波段发光的情况下，化合物半导体层14为AlInGaP系。在以红色至红外为至的波段下为AlGaAs型或GaAs型。
在下面，关于构成微型发光元件100的主体16的化合物半导体14，专门说明将P侧层13配置于光出射侧的构成，但也可以是将N侧层11配置于光出射侧的构成。N侧层11、发光层12、P侧层13通常优选为非单层而包含多个层，但由于与本专利构成没有直接关系，因此各层的详细结构没有记载。通常而言，发光层被N型层(N-type layer)与P型层(P-typelayer)所夹，N型层、P型层为非掺杂层、或视情况也有可能是包含具有导电性相反的掺杂物的层的情况，因此在下面记载为N侧层、P侧层。
图1中示出了图2的A-A线的剖视图。如图1及图2所示，微型发光元件100在驱动电路基板50上排列成二维阵列状。微型发光元件100的N电极23N形成在第二表面，共用P电极30P形成在第一表面。N电极23N连接至驱动电路基板50上的N驱动电极51。共用P电极30P连接至驱动电路基板50上的P驱动电极52。通常，P驱动电极52与共用P电极30P在像素区域1的外侧连接，因此在图1中省略。共用P电极30P是透明电极，并透射由微型发光元件100发出的光。在本构成中，共用P电极30P中的与P侧层13相接的面的相反侧的表面成为光发射面130。关于构成微型发光元件100的电极材料、保护膜、反射膜以及它们的配置与本发明没有直接关系，能够应用公知技术，因此有时不详述，而在图中省略。此外，在本构成中，由于在共用P电极30P上形成分隔壁80，因此分隔壁80也可以是共用P电极30P的一部分。
从驱动电路基板50向微型发光元件100供给的电流从P驱动电极52经由共用P电极30P而传输至P侧层13。从P侧层13通过发光层12的电流从N侧层11经过N电极23N流到N驱动电极51。如此，根据由驱动电路基板50供给的电流量，微型发光元件100以规定的强度发光。
微型发光元件100被分割为单个，并且微型发光元件100被埋入材料60所覆盖。优选光发射面130的高度与埋入材料60的高度大致相等。为了防止光泄漏到相邻像素，优选埋入材料60具有基于反射或吸收的遮光功能。在埋入材料60是透明的情况下，埋入材料60不具有遮光功能，因此优选利用金属膜来覆盖微型发光元件的侧壁。
在本构成中，在光发射面130上密集地配置作为光学元件71的微珠。在本实施方式中，微珠的平均直径为500nm，相邻微珠间的距离大致等于平均直径，微珠彼此接触。在图2中，在俯视时，在正三角形的顶点有规律地配置有微珠，但如果密集配置，则可以不必有规律地配置。另外，在图1中描绘为球状，但也可以是椭圆形状。这样的微珠可以利用涂布分散于水或有机溶剂中的料浆的方法、快速对流沉积(rapid convective deposition)法等形成。由于微珠的尺寸具有±20％左右的偏差，因此尺寸用平均值规定。
如图1所示，将蓝色发光的微型发光元件100以8μm间距排列成阵列状，并在其上以相邻距离0.5μm形成微珠。高度为0.5μm。微珠的折射率为1.7。在形成微珠前后，比较了从微型发光元件100发出的蓝色光的光量。同时点亮1万个微型发光元件100，并测量全光束强度。通过微珠的形成，发光强度已增加至1.5倍。这认为是通过微珠改善了光取出效率。而且，为了比较向前方的发射强度，测量了发射角分布，通过微珠的形成，θ≤30度的发射光量已增加至约2倍。因此，能够确认到：通过微珠存在增加前方发射的效果。在此，除非另有说明，前方发射是指主要朝向前方方向的发射，最广意义上是在θ≤45度处的发射。
进而，为了评价画质，点亮单像素，用相机拍摄显示面，并比较点亮像素与相邻像素的光量，从而评价对比度。虽然单像素的辉度提高，但从没有点亮的相邻像素也观测到点亮像素的约1/100的光量。这认为是由于微珠，光向周围的像素泄漏，而使对比度降低。
为了防止上述那样的光串扰，制作了在像素之间设置分隔壁80的结构。利用干蚀刻法蚀刻去除像素之间的微珠，并利用剥离法沉积厚度为0.6μm的铝膜。铝膜的侧壁平均倾斜80度。与没有分隔壁80的情况相比较，在具有分隔壁80的结构中，全光束强度大致相等，在θ≤30度处的前方强度增加至约1.2倍，来自相邻像素的发光强度降低到无法观测到的水平。可知分隔壁80能够增加前方发射，并且能够减少光串扰。
在本构成中，为了验证分隔壁80的效果，模拟从各像素发射的光的发射角度分布。为了比较，在没有分隔壁80的情况下，并且，在配光控制部70和分隔壁80都没有的情况下，也进行了模拟。如图1所示，光发射角θ是光发射方向与Z轴所成的角度。关于光发射的方位角方向，示出积分后的强度分布。作为化合物半导体层14，是AlGaInN系(氮化物半导体系)，发光峰值波长为450nm。主体16的大小设为平面形状是一边为2μm的正方形且厚度设为2μm，P侧层13的厚度设为200nm。模拟成主体16的周围被铝所覆盖。
光学元件71是直径为500nm的球。在俯视时，在一边为500nm的正三角形的顶点配置有光学元件71。分隔壁80的高度设为500nm，侧面的倾斜角度θw设为70度。使用了FDTD法(Finite-difference time-domain method、时域有限差分法)用于模拟。栅格尺寸为25nm，模拟区域为X：6μm，Y：6μm，Z：7μm，在模拟区域的端部配置有厚度为1μm的完全匹配层(Perfect Matched Layer)。光发射面130配置于Z＝0，在Z＞0的区域计算近场，并基于近场(Nearfield)的计算结果，计算出远方处的发射角度分布。
在图3中示出在光学元件71的折射率为2.0的情况下的光的发射角度分布。另外，在下述的表1中，示出改变了光学元件71的折射率的情况下的θ≦20度、30度、40度、90度以及90度＜θ≦180度处的光取出效率的模拟结果。表1是仅配置有配光控制部70且不具有分隔壁80的情况的模拟结果。
[表1]
折射率 2.4 2 1.7 1.43 1
θ≤20deg 3.1％ 3.3％ 2.1％ 0.8％ 0.6％
θ≤30deg 6.9％ 6.5％ 4.5％ 2.6％ 2.0％
θ≤40deg 10.3％ 12.9％ 9.5％ 5.2％ 5.0％
θ≤90deg 24.3％ 30.9％ 26.8％ 18.6％ 14.7％
90＜θ≤180deg 2.4％ 1.4％ 1.5％ 1.9％ 1.4％
在下述的表2中，示出具有配光控制部70和分隔壁80的情况。
[表2]
折射率 2.4 2 1.7 1.43
θ≤20deg 4.4％ 4.1％ 3.3％ 1.1％
θ≤30deg 7.6％ 8.4％ 7.0％ 2.5％
θ≤40deg 12.1％ 13.3％ 13.1％ 4.9％
θ≤90deg 21.8％ 27.2％ 27.7％ 14.7％
90＜θ≤180deg 0.4％ 0.7％ 0.7％ 0.5％
通过设置配光控制部70，θ≤90度处的发射增加，光取出效率被大幅改善。特别是θ≤30度处的发射增加显著。如表1所示，可知通过增大光学元件71的折射率，光取出效率提高。在主体16为氮化物半导体的情况下，光学元件71的折射率优选为1.7以上，进一步优选为2以上。在此，折射率1.7接近氮化物半导体的折射率2.47与空气(外界的介质)的折射率的几何平均(multiply mean，乘积平均数)，因此，作为光学元件71的优选的折射率的下限，优选构成发出光的部位的材料与外界的介质的折射率的几何平均值。
通过设置配光控制部70，光取出效率提高，前方发射也增加，但90度＜θ≤180度处的发射增加。这表示，通过设置配光控制部70，从比光发射面130高的位置(Z轴正方向)发射的光增加，且向Z轴负方向行进的光增加。这样的光入射到相邻像素，经由此处的反射，从而表现为犹如从相邻像素发射，因此产生光串扰。以90度＜θ≤180度发射的光具有以θ≤20度发射的光的一半以上的强度，是一个不能忽视的大小。
微珠的侧面为圆形的曲面，在配置于光发射面130上的状态下，上述曲面的上部成为倾斜角度相对于光发射面130连续变化的倾斜的侧面。90度＜θ≦180度处的发射的增加的理由在于，通过光学元件71的倾斜面，不仅向前方折射的光增加，向相反侧(光发射面130侧)折射的光也增加。因此，如果设置具有相对于光发射面130倾斜的面的、透明且具有折射性的光学元件71，则强化向前方的光发射，另一方面，必然增加导致这种光串扰的光。
另一方面，如图3所示，在配光控制部70的基础上，通过设置分隔壁80，从而能够大幅降低以90度＜θ≦180度发射的光量。如表2所示，不管光学元件71的折射率如何，都能够降低至与没有配光控制部70的情况相同程度以下。另外，由表1与表2的比较可知，通过分隔壁80，θ≤90度处的光量减少，但可以增加θ≤20度、30度、40度处的光量。即，即使作为光取出效率下降，也具有如能够强化更重要的前方发射的优点。此外，在本实施方式中，构成配光控制部70的光学元件71通过使光折射以增加向前方的光发射，但同样的功能也能够通过使光衍射来实现。在光学元件71具有一定的高度并使光衍射的情况下，与本实施方式相同，将一部分的光朝向光发射面130发射，并使光串扰产生。因此，在光学元件71通过衍射效果来控制光的行进方向的情况下，基于分隔壁80的光串扰防止效果也是有效的。
此外，比较图3的θ≤5度的部分，则可知：通过配光控制部70，该部分的光输出降低。这表示：在没有配光控制部70的情况下，存在一定量的从发光层12向前方行进的光。这认为是：这种光被配光控制部70折射并改变方向，因此在具有配光控制部70的情况下减少。即，通过设置配光控制部70，虽然存在损失的前方发射光，但远多于此的光通过被配光控制部70向前方折射，能够大幅增强前方发射。
在下述的表3中示出将分隔壁80的高度h从0.25μm变化至1μm的情况的模拟结果。
[表3]
h＝0 h＝0.25 h＝0.5 h＝0.75 h＝1
θ≤20deg 3.3％ 3.9％ 4.1％ 5.0％ 5.4％
θ≤30deg 6.5％ 7.2％ 8.4％ 9.5％ 10.6％
θ≤40deg 12.9％ 12.3％ 13.3％ 14.5％ 15.8％
θ≤90deg 30.9％ 27.6％ 27.2％ 27.1％ 27.1％
90＜θ≤180deg 2.3％ 1.6％ 0.7％ 0.5％ 0.4％
分隔壁80的侧壁角度为70度。h＝0为没有分隔壁80的情况。即使h＝0.25μm，也具有减少90度＜θ≤180度的发射并增加前方发射的效果。通过增加分隔壁80的高度，能够进一步减少90度＜θ≤180度的发射并增加前方发射。特别是，在光学元件71的高度(0.5μm)以上的分隔壁80的高度处，效果显著。
在下述的表4中表示将分隔壁80的侧壁的倾斜角度θw从90度改变至50度的情况的模拟结果。
[表4]
θw＝90 θw＝80 θw＝70 θw＝60 θw＝50
θ≤20deg 3.6％ 3.9％ 4.1％ 3.8％ 3.8％
θ≤30deg 7.1％ 8.4％ 8.4％ 8.1％ 7.7％
θ≤40deg 11.7％ 13.2％ 13.3％ 14.5％ 14.2％
θ≤90deg 25.6％ 26.9％ 27.2％ 29.6％ 29.6％
90＜θ≤180deg 1.0％ 0.8％ 0.7％ 0.6％ 0.7％
即使θw＝90度，也具有减少90度＜θ≦180度处的发射的效果。为了得到减少90度＜θ≦180度处的发射以使前方发射增加的显著的效果，优选θw为70度至60度。
如上所述，通过在微型发光元件100的光发射面130配置配光控制部70，能够大幅提高光输出，以使向前方的光发射增加。而且，通过设置分隔壁80，能够防止像素之间的光串扰，进一步提高向前方的光输出。
〔变形例〕
对于本发明的第一实施方式，配光控制部70的形态可以采取各种变化。以下，使用图4至图10说明这种变形例。虽然这些变形例中的配光控制部70或分隔壁80的构成不同，但是其他部分与第一实施方式相同。
在第一实施方式中，构成配光控制部70的光学元件71是透明的球体，但在图4所示的图像显示元件200a中，构成配光控制部70a的光学元件71a是由三棱锥的透明体构成的微锥。在图4中，虽然光学元件71a被描绘为完整的三棱锥，但也可以是在上表面具有平面的三棱锥台。微锥、三棱锥台的侧面相对于光发射面130倾斜，在配置于光发射面130上的状态下，上述侧面成为相对于光发射面130倾斜的侧面。另外，在俯视时的形状不限于圆形，也可以是椭圆形状。这样的图案通过在光发射面130上利用纳米压印法来成形树脂从而能够容易地形成。
在图5所示的图像显示元件200b中，构成配光控制部70b的光学元件71b是半球状的透明体即微穹顶。微穹顶的形状不限于半球，只要是穹顶状的形状即可，可以是任意的平面形状、截面形状。在微穹顶中，其侧面是曲面，在被配置于光发射面130上的状态下，上述曲面成为倾斜角度相对于光发射面130连续变化的倾斜的侧面。
在图6所示的图像显示元件200c中，构成配光控制部70c的光学元件与第一实施方式中的微珠相同，但配置图案不同。在配光控制部70c中，在四边形的四个角上配置有光学元件71。如此，配置图案也能够进行各种变形。
在图7所示的图像显示元件200d中，构成配光控制部70d的光学元件71d是四棱锥台形状的透明体。棱锥台的上表面也可以收敛于点，为四棱锥形状。另外，不限于四棱锥，也可以是三棱锥或三棱锥台，也可以进一步是棱数多的多棱锥或多棱锥台。多棱锥或多棱锥台的侧面倾斜，在被配置于光发射面130上的状态下，上述侧面成为相对于光发射面130倾斜的侧面。
在图8所示的图像显示元件200e中，构成配光控制部70e的光学元件71e是截面为梯形状的细长棒状的透明体的微杆。截面形状也可以是三角形。作为棒的端部的面也优选如图所示那样倾斜。微杆的侧面倾斜，在被配置于光发射面130上的状态下，上述侧面成为相对于光发射面130倾斜的侧面。
除图6的情况以外，这些形状可以通过纳米压印等光刻方法对透明树脂进行加工而形成。这些配光控制部可以精密地对光发射面130进行对准而形成，并在之后形成分隔壁80，也可以在无对准地将光学元件形成在埋入材料60上形成了之后，去除形成分隔壁80的区域的光学元件以形成分隔壁80。
在图9所示的图像显示元件200f中，用于提高构成配光控制部70f的光学元件71与光发射面130的紧密接触性的固定层72配置在光学元件71与光发射面130之间。固定层72由相对于发射的光透明的材料构成。例如是一种透明的树脂材料，其涂布于光发射面130，作为相对于后续配置的光学元件71的粘合材料发挥作用。或者是，利用纳米压印法在光发射面130上形成光学元件71时残留在光发射面130上的残留膜。残留膜由与光学元件71相同的材料制成，相对于发射的光为透明的。或者，也可以是在将光学元件71配置在光发射面130上之后作为保护膜而沉积的、如SiO2膜、SiN膜这样的无机膜或树脂膜。
在图10所示的图像显示元件200g中，分隔壁80g的构成不同。即，在第一实施方式中，分隔壁80由金属膜单体构成，图10中为在分隔壁母材81的侧壁设置有表面层82的构成。分隔壁母材81可以是SiO2、SiN等无机材料，也可以是树脂。分隔壁80g只要由不透射光的材料覆盖表面即可，并且也可以在内部包含有任何物质。分隔壁80g的侧面优选为反射率高，表面层82优选为银、铝这样的反射率高的金属薄膜。关于分隔壁的原材料，重点在于侧壁，优选为反射微型发光元件100所发出的光的金属。如果容许结构变得复杂，则可以在分隔壁的上表面配置光吸收体。
构成配光控制部的光学元件的形状、配置图案可采用各种构成。重点在于，光学元件的截面形状具有相对于光发射面130倾斜的面，以及构成光学元件的透明体的折射率。光学元件的折射率需要根据发出光的材料适当选择材料。
〔第二实施方式〕
使用图11说明本发明的其他实施方式。第二实施方式的图像显示元件200h是单色的显示元件，各像素5包含有一个单色的微型发光元件100h。在此，对红色显示元件的情况进行说明，但对其它显示颜色而言也是相同的。另外，对使用蓝色光作为激发光的情况进行说明，但也可以使用蓝紫色光(波长400nm～430nm)、紫外线光(波长不足400nm)。
微型发光元件100h由发射蓝色光的激发光发光元件105和红色波长转换部32构成。微型发光元件100h的光发射面130h是红色波长转换部32的上表面。
与第一实施方式同样地，微型发光元件100h被遮光性的埋入材料60h覆盖周围。即，激发光发光元件105和红色波长转换部32也被埋入材料60h覆盖周围。因此，能够防止微型发光元件100h之间的光串扰。
激励光发光元件105具有由氮化物半导体层14h构成的主体16h、保护膜17、P电极23P(第二电极)和N电极23N(第一电极)。氮化物半导体层14h由发出光的发光层12(lightemission1ayer：发光二极管)、向发光层12注入电子的N侧层11(N-side1ayer、第一导电层)、向发光层12注入空穴的P侧层13(P-side1ayer、第二导电层)构成。激发光发光元件105的P电极23P和N电极23N均形成于第二表面。保护膜17是绝缘膜，并保护主体16h。P电极23P和N电极23N连接到各自对应的驱动电路基板50h上的P驱动电极52和N驱动电极51。从驱动电路基板50h向激励光发光元件105供给的电流从P驱动电极52经由P电极23P而传输至P侧层13。从P侧层13通过发光层12的电流从N侧层11经过N电极23N流到N驱动电极51。如此，根据由驱动电路基板50h供给的电流量，激发光发光元件105以规定的强度发出激发光，红色波长转换部32吸收激发光，并根据激发光量发出将激发光进行了下转换的红色光。
另外，在图11的构成中，激励光发光元件105的主体16h的侧壁被描绘为相对于水平面垂直，但也可以使发光层12的周围或N侧层11的侧壁倾斜。例如，使发光层12的周围从35度倾斜60度，使N侧层11的侧面从85度倾斜70度左右。通过使侧面倾斜，能够增加入射到红色波长转换部32的激发光量，能够提高发光效率。通过使红色波长转换单元32的侧壁也倾斜，能够提高向外部的红色光发射效率。另外，这些倾斜面被透明的绝缘膜覆盖，进而其外侧由铝、银等高反射性金属膜覆盖，由此能够进一步提高光取出效率。
红色波长转换部32一般是含有吸收激发光并进行下转换的荧光体或量子点(Quantum dot)的树脂。在红色波长转换部32由量子点和基体树脂构成的情况下，也可以包含由使激发光散射的散射体。散射体是由折射率与基体树脂不同的透明体构成的具有数十nm～数百nm大小的粒子。通过延长红色波长转换部32内的激发光的光路长度，从而增加激发光吸收量。由此，可以提高从激发光到红光的转换效率。
配光控制部70h以及分隔壁80与图1所示的第一实施方式相同。与图1的不同之处在于，由于发光波长转换为红色光，并且光发射面130的折射率n变化，导致构成配光控制部70h的光学元件71h的配置周期、光学元件71h的大小、折射率变化。在包含量子点的红色波长转换部32的表面紧密地配置有平均直径为500nm的微珠。微珠是折射率为1.43的玻璃制珠。以全光束测量的光发射强度增加了15％。另一方面，θ≤30度的前方发射强度增加了9％。
此外，在图11中，将红色波长转换部32的表面描绘为平面，但由于红色波长转换部32通过涂布树脂层而形成，因此产生了少许凹陷。如此，即使光发射面130稍微偏离平面，配光控制部70h的效果也是有效的。在本实施方式中也能够实现与第一实施方式相同的效果。
〔第三实施方式〕
使用图12说明本发明的其他实施方式。与第二实施方式同样地，第三实施方式的图像显示元件200i是具有波长转换部的单色显示元件，但不同之处在于，在波长转换部的表面具有电介质多层膜74。在本构成中，电介质多层膜74的表面为光发射面130。
对红色波长转换部32进行说明，但关于其它的波长也是同样的。电介质多层膜74具有反射激发光并透射红色光的特性。由此，即使红色波长转换部32薄，也能够降低激发光的泄漏，并提高红色光的强度。
另外，在图12中，电介质多层膜74针对每个像素而被分割。若电介质多层膜74在像素之间连续，则有时会经由电介质多层膜74产生光串扰。为了不产生这样的光串扰，电介质多层膜74也最好设置在分隔壁80的内部。但是，在经由电介质多层膜74的光串扰不成问题的情况下，也可以在像素之间设置连续的电介质多层膜74。连续的电介质多层膜74能够简化形成工序。在本实施方式中也能够实现与第一实施方式相同的效果。
〔第四实施方式〕
使用图13说明本发明的其他实施方式。本构成的图像显示元件200j是RGB的三原色的全彩显示元件，像素5包含有蓝色子像素6、红色子像素7和绿色子像素8。蓝色子像素6包含有一个蓝色光微型发光元件100B，红色子像素7包含有一个红色光微型发光元件100R，绿色子像素8包含有两个绿色光微型发光元件100G。
红色光微型发光元件100R由发射蓝色光的激发光发光元件105j和红色波长转换部32构成。同样地，绿色光微型发光元件100G由激发光发光元件105j和绿色波长转换部33构成。蓝色光微型发光元件100B由激发光发光元件105j和透明部31构成。激励光发光元件105j是与第一实施方式的微型发光元件100相同的构成。此外，在本构成中，对于红色、绿色而言，将蓝色光作为激发光，并设置进行波长的下转换的波长转换部，蓝色光直接使用激发光。但是，通过将近紫外线光、紫外线光作为激发光并进行下转换，也能够产生蓝色光。此外，在以下的说明中，在无需特别区分透明部31、红色波长转换部32、绿色波长转换部33时，有时仅记载为波长转换部。
透明部31、红色波长转换部32、绿色波长转换部33也可以包含散射体。在红色波长转换部32、绿色波长转换部33中，散射体通过提高激发光的吸收效率以提高转换效率。在透明部31中，通过降低光限制效果，能够提高蓝色光的发射效率。
在本构成中，红色波长转换部32、绿色波长转换部33、透明部31的表面为光发射面130。在图13中，将第二实施方式的配光控制部70h配置于红色波长转换部32、绿色波长转换部33以及透明部31的表面，在各子像素之间形成有分隔壁80。构成配光控制部70h的光学元件71h的尺寸、形状也可以针对每个子像素改变。或者，也可以在每个子像素中设置不同的配光控制部。在本实施方式中也能够实现与第一实施方式相同的效果。
〔第五实施方式〕
使用图14说明本发明的其他实施方式。本构成的图像显示元件200k是与第四实施方式相同全彩显示元件。与第四实施方式的不同之处在于，在波长转换部上配置有彩色滤光片75。
在使用波长转换部将蓝色光转换为红色、绿色的情况下，难以完全防止作为激发光的蓝色光的泄漏。尤其是在像素被微细化而必须减薄波长转换部的厚度的情况下，可能产生激发光的泄漏。通过配置吸收激发光且透射红色光或绿色光的彩色滤光片，能够抑制激发光的泄漏。如图14所示，在红色波长转换部32上配置彩色滤光片75，在彩色滤光片表面配置配光控制部70h。对于绿色而言也一样。在这种情况下，红色光微型发光元件100Rk和绿色光微型发光元件100Gk的光发射面成为彩色滤光片表面。彩色滤光片75也可以包含有用于散射激发光的散射体。具有降低激发光的发射效率的效果。在本实施方式中也能够实现与第一实施方式相同的效果。并且，也能够实现如下的次要效果：能够降低激励光的泄漏。
〔第六实施方式〕
使用图15说明本发明的其他实施方式。本构成的图像显示元件200l是与第四实施方式相同全彩显示元件。与第四实施方式的不同之处在于，在波长转换部上配置有透明层76。
在本构成中，即使在红色波长转换部32和绿色波长转换部33的厚度变大的情况下，也能够容易地使各子像素的表面平坦。例如，若在形成埋入材料60h之后分别形成红色波长转换部32和绿色波长转换部33，之后，在形成透明部31时，使用流动性高的透明树脂也将透明树脂涂布在红色子像素7和绿色子像素8上，则能够利用树脂的流动得到平坦的表面。如果表面能够设为平坦，则配光控制部70h、分隔壁80的形成变得容易。透明树脂也可以包含有用于散射激发光的散射体。在本实施方式中也能够实现与第一实施方式相同的效果。并且，也能够实现如下的次要效果：简化配光控制部、分隔壁的制造。
〔第七实施方式〕
以下，使用图16以及图17说明本发明的其他实施方式。本构成的图像显示元件200m是与第四实施方式相同的全彩显示元件，但不同之处在于采用了QLED作为微型发光元件。在本构成中，红色光微型发光元件100Rm由P驱动电极52m、在其上形成的红色发光层110R以及在其上构成的共用N电极30N构成。如图17所示，红色发光层110R在红色发光量子点层120的两侧配置有电子传输层121和空穴传输层122。通过电子传输层121和空穴传输层122，分别向红色发光量子点层120注入电子和空穴，通过在量子点内再结合来发光。通过改变量子点的核尺寸，能够控制发光波长。因此，蓝色光微型发光元件100Bm、绿色光微型发光元件100Gm也能够同样地由QLED构成。此外，以下在无需区分颜色的情况下，有时仅记载为发光层110。由于QLED的结构的细节与本发明没有直接关系，因此并未提及。
共用N电极30N是透明导电膜。P驱动电极52m的表面优选反射率相对于可见光高。本构成中的光发射面是共用N电极30N的表面。红色光微型发光元件100Rm、蓝色光微型发光元件100Bm、绿色光微型发光元件100Gm通过第一绝缘膜19相互绝缘。第一绝缘膜优选具有遮光性。第一绝缘膜例如是包含具有光吸收性的颜料或染料的树脂材料。或者是，包含氧化钛等具有散射性粒子的树脂材料。前者具有吸收性，后者具有反射性。第一绝缘膜更优选具有反射性。
在本构成中，构成微型发光元件的共用N电极30N的表面为光发射面130，微型发光元件的表面为光发射面130。在红色光微型发光元件100Rm的共用N电极30N上配置有配光控制部70R。同样地，在绿色光微型发光元件100Gm的共用N电极30N上配置有配光控制部70G，在蓝色光微型发光元件100Bm的共用N电极30N上配置有配光控制部70B。配光控制部70B、70G、70R都是正三角形图案，关于光学元件71之间的距离，蓝色光用配光控制部70B为350nm，绿色光用配光控制部70G为400nm，红色光用配光控制部70R为500nm。通过针对每个发光颜色来改变配光控制部，能够提高各自的前方发射强度。
光学元件71的大小也可以配合发光颜色的波长来改变。也可以波长越短，越缩小光学元件71。为了简化制造工序，也可以使光学元件71的尺寸、配置图案在所有子像素中均相同。
在本构成中，在子像素之间设置有分隔壁80。分隔壁80也可以与共用N电极30N导通。由此，能够降低共用N电极30N的布线电阻。
在本构成中，在子像素之间的分隔壁80的上表面覆盖有黑矩阵78。分隔壁80对于防止光学串扰是必要的，但是如果光发射面130具有大的金属图案时，由于外部光的反射，显示图像劣化。为了防止这种情况，优选配置吸收外部光的黑矩阵78。在本构成中，通过以覆盖光出射面130的方式配置配光控制部，也能够实现与第一实施方式相同的效果。
〔变形例〕
作为第七实施方式的变形例，可以将各发光层110B、110R、110G置换为有机LED(OLED)，而不用QLED。OLED与QLED同样地是在电子传输层121和空穴传输层122之间配置有有机发光层的构成。
〔第八实施方式〕
使用图18说明本发明的其他实施方式。与第七实施方式同样地，本构成的图像显示元件200n将QLED作为微型发光元件，但不同之处在于，在将配置于QLED上的透明层76的表面作为光发射面130这一方面，以及分隔壁80n隔开QLED之间这一方面。即，分隔壁80n在子像素之间将微型发光元件和配光控制部70两者分离。QLED这样的发光材料通常折射率高，光取出效率容易变低。因此，通过在QLED上配置折射率比较高的透明树脂，以向透明树脂取出光，通过将光从透明树脂向空气中发射，由此能够提高光取出效率。从透明层76向空气中的光取出效率，由反射材料构成与透明层76接触的分隔壁的侧壁，以朝向光发射方向打开的方式倾斜，由此能够改善光取出效率。此外，在利用配光控制部70能够实现充分的光取出效率的情况下，能够省略透明层76。
各子像素被分隔壁80n隔开，分隔壁80n的侧壁以相对于光发射方向打开的方式倾斜。分隔壁80n的侧壁由高反射性材料构成。
如图18所示，侧壁相对于光发射面130以倾斜角度θw倾斜。θw优选为30度至60度。由于QLED各向同性地发光，因此，在图18中，也在水平方向上发光。通过将在该水平方向上行进的光向上方反射，能够防止光泄漏到相邻像素，并且提高光取出效率。另外，在微型发光元件100Rn、100Bn、100Gn的光输出有富余的情况下，分隔壁80n的侧壁也可以具有光吸收性。
在本构成中，透明层76也配置于分隔壁80n内，并通过侧壁，能够提高从透明层76向空气中的光取出效率。通过在透明层76的表面配置配光控制部70，能够使向前方的光发射增加。与其它实施方式同样地，配置在透明层76上的配光控制部70也可以针对每个发光颜色来改变。另外，也可以在子像素之间配置黑矩阵78。
共用N电极30N也可以与分隔壁80n导通。通过使共用N电极30N与分隔壁80n导通，即使减薄共用N电极30N，也能够防止N电极的电阻增加。分隔壁80n的上表面的高度优选比配光控制部70的表面高，并且优选为发光层110的厚度、透明层76的厚度以及配光控制部70的厚度之和以上。
在图18中，发光层110与分隔壁80n接触，但P驱动电极52m与分隔壁80n不会短路。因此，例如，空穴传输层122也可以仅配置在P驱动电极52m上。在本构成中，通过配置配光控制部，也能够实现与第一实施方式相同的效果。
〔第九实施方式〕
使用图19说明本发明的其他实施方式。本实施方式的特征在于，为了使微型发光元件之间隔绝而使用了分隔壁80o。在第一实施方式中，微型发光元件100通过埋入材料60而相互隔绝，并在埋入材料60之上设置有分隔壁80。在本实施方式中，通过分隔壁80o将微型发光元件100o与配光控制部70o相互分离。
本第九实施方式的图像显示元件200o旨在实现具有大于第一实施方式的像素的图像显示元件。在第一实施方式中，用埋入材料60覆盖微型发光元件100，并在其上设置有分隔壁80，但在本实施方式中，不使用埋入材料60而在驱动电路基板50上直接设置有分隔壁80o。即，分隔壁80o将配光控制部70o与微型发光元件100双方分离。在像素间距大、并能够增大微型发光元件100o之间的空间的情况下，能够采用这样的方式。这样的分隔壁80o不限定于金属制，也可以是由包含白色颜料的树脂构成的具有反射性的树脂材料、或包含黑色染料、颜料的具有吸收性的树脂材料。即，分隔壁80o优选不透射由微型发光元件100发射的光。
在本实施方式中，在排列了微型发光元件100o之后，形成分隔壁80o，通过使作为光学元件71o的微珠流入分隔壁80o内，以在光放出面130上排列微珠。在微型发光元件100o的侧壁与分隔壁80o之间存在空间的情况下，在微型发光元件100o的侧壁与分隔壁80o之间也残留微珠。利用透明树脂等来填埋微型发光元件100o侧壁与分隔壁80o之间，也能够使微型发光元件100o侧壁和分隔壁80o之间不残留微珠。
由于分隔壁80o也变高，因此，也能够将预先通过模具成型而形成的分隔壁80o贴合于驱动电路基板50h上。在本实施方式中也能够实现与第一实施方式相同的效果。
〔第十实施方式〕
使用图20说明本发明的其他实施方式。本构成的图像显示元件200p是与第四实施方式相同的全彩显示元件。不同之处在于，在分隔壁80p内配置波长转换部，并在其上设置配光控制部70。即，分隔壁80p在子像素之间将配光控制部70和波长转换部双方分离。
为了防止子像素之间的光串扰，需要用具有遮光性的壁覆盖波长转换部的周围。在第四实施方式中，由埋入材料60h覆盖波长转换部，但在本实施方式中，由分隔壁80p覆盖波长转换部。因此，通过在分隔壁80p内部配置波长转换层和配光控制部，从而防止由配光控制部70和波长转换部双方引起的光串扰。
在驱动电路基板50p上配置成为激励光源的蓝色微型LED105p的结构除了极性相反以外与第一实施方式类似。在共用N电极30N上配置分隔壁80p，在分隔壁80p内部，在蓝色子像素6、红色子像素7、绿色子像素8中分别形成透明部31、红色波长转换部32、绿色波长转换部33。在透明部31、红色波长转换部32、绿色波长转换部33的表面配置配光控制部70。分隔壁80p的最上部优选比配光控制部70的上表面高。
作为分隔壁80p，使用了在第一实施方式的图10所示变形例中示出的、由分隔壁母材81和表面层82构成的结构，但分隔壁80p的结构既可以是单层，也可以是更复杂的结构。在本实施方式中也能够实现与第一实施方式相同的效果。
〔附记事项〕
本发明不限于上述各实施方式，能在权利要求所示的范围中进行各种改变，将不同的实施方式中分别公开的技术手段适当组合得到的实施方式也包含于本发明的技术范围。而且，能够通过组合各实施方式分别公开的技术方法来形成新的技术特征。

Claims (20)

1.一种图像显示元件，其特征在于，包括：
驱动电路基板，其包含向微型发光元件供给电流以使所述微型发光元件发光的驱动电路；以及
所述微型发光元件，其在所述驱动电路基板之上排列成阵列状，
用于使所述微型发光元件的前方发射增加的配光控制部配置在所述微型发光元件的光发射面上，
在所述配光控制部的周围配置有分隔壁，所述分隔壁不透射由所述微型发光元件发射的光。
2.根据权利要求1所述的图像显示元件，其特征在于，
所述分隔壁的上表面的高度为所述配光控制部的上表面的高度以上。
3.根据权利要求1所述的图像显示元件，其特征在于，
所述分隔壁的侧面反射所述光。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的图像显示元件，其特征在于，
所述分隔壁的面向所述配光控制部的侧面以相对于光发射方向打开的方式倾斜。
5.根据权利要求1所述的图像显示元件，其特征在于，
所述分隔壁的面向所述配光控制部的侧面配置有反射由所述微型发光元件发射的光的金属。
6.根据权利要求1所述的图像显示元件，其特征在于，
所述分隔壁将邻接的所述微型发光元件彼此之间相互分离。
7.根据权利要求1所述的图像显示元件，其特征在于，
所述微型发光元件包含：激发光发光元件以及波长转换部，所述激发光发光元件产生激发光，所述波长转换部吸收所述激发光并发射进行了下转换的光。
8.根据权利要求7所述的图像显示元件，其特征在于，
所述分隔壁将邻接的所述波长转换部彼此之间相互分离。
9.根据权利要求7所述的图像显示元件，其特征在于，
所述波长转换部在光发射面侧具有彩色滤光片，所述彩色滤光片吸收激发光并透射已下转换的光。
10.根据权利要求7所述的图像显示元件，其特征在于，
所述波长转换部在光发射面侧具有透明层，所述透明层透射已下转换的光。
11.根据权利要求7所述的图像显示元件，其特征在于，
所述波长转换部在光发射面侧具有电介质多层膜，所述电介质多层膜反射激发光并透射已下转换的光。
12.根据权利要求1所述的图像显示元件，其特征在于，
所述微型发光元件包含有散射体。
13.根据权利要求1所述的图像显示元件，其特征在于，
所述分隔壁形成向所述微型发光元件供给电流的布线的一部分。
14.根据权利要求1所述的图像显示元件，其特征在于，
在所述分隔壁的上表面配置有黑矩阵。
15.根据权利要求1所述的图像显示元件，其特征在于，
所述配光控制部中排列有光学元件，所述光学元件相对发射光透明，并具有相对于所述光发射面倾斜的侧面。
16.根据权利要求15所述的图像显示元件，其特征在于，
所述光学元件的折射率为所述微型发光元件的发光部的折射率与外界的介质的折射率的几何平均以上。
17.根据权利要求15所述的图像显示元件，其特征在于，
所述光学元件彼此接触地配置。
18.根据权利要求1所述的图像显示元件，其特征在于，
所述图像显示元件包含：第一微型发光元件，其以第一发光波长发光；以及第二微型发光元件，其以波长比第一发光波长长的第二发光波长发光，
形成在所述第一微型发光元件的光发射面上的配光控制部是与形成在所述第二微型发光元件的光发射面上的配光控制部相同的构成。
19.一种图像显示元件，其特征在于，包括：
驱动电路基板，其包含向微型发光元件供给电流以使所述微型发光元件发光的驱动电路；以及
所述微型发光元件，其在所述驱动电路基板之上排列成阵列状，
在所述微型发光元件的光发射面上排列多个光学元件，
在多个所述光学元件的周围配置有分隔壁，所述分隔壁不透射由所述微型发光元件发射的光。
20.根据权利要求19所述的图像显示元件，其特征在于，
所述光学元件具有相对于所述光发射面倾斜的侧面。
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