JP2013011803A - ディスプレイモジュール及びその製造方法と表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板11上に配設され、駆動信号により駆動されて発光して光を放射する複数のLED31、各LED31上に位置決めされて形成された複数の柱状の第1のレンズ支柱21、及び各第1のレンズ支柱21上に設けられた第2のレンズ支柱22とを覆って頂部が球面状に形成された複数のレンズ部23を有し、各LED31から放射された光を収束するレンズアレイ20と、基板11上に設けられ、各LED31を選択的に駆動する駆動回路とを備えるディスプレイモジュールDM10およびDM10を備える表示装置。
【選択図】図1−2
Description
図2は、本発明の実施例1におけるDM10の全体を示す外観の斜視図である。
図3は、図2中のDM10の等価回路を示す回路図である。
図4は、本発明の実施例1における発光素子アレイチップを示す拡大平面図である。
基板11上には、平滑化層43を介して、ほぼ方形のLED31が接合されている。LED31は、例えば、平滑化層43上に接合されたN型半導体層44と、発光領域45とを有している。発光領域45には、活性層45aが形成され、その表面に、P型半導体層45p等が形成されている。平滑化層43上において、帯状のカソード配線33は、N型半導体層44のNコンタクト部44nまで延長されてオーミック接触している。
図1−1(a)〜(d)及び図1−2(e)〜(h)は、本発明の実施例1における図2中のDM10の製造工程を示す模式的な断面図である。
(1) 図1−1(a)のLED素子アレイ形成工程
図1−1(b)の工程において、基板11上に、レンズ支柱12の材料である図示しないレジストを所定の厚みで形成し、必要に応じて露光前熱処理を行う。基板面内の均一性を確保するため、ドライフィルムレジスト(以下「DFR」という。)を用いてラミネート(貼合装置)による転写、又は、スプレーコート法による塗布により形成することが望ましい。
図1−1(c)の工程において、レンズ支柱部の材料であるDFRをレンズ支柱21上及び基板11上に、中空構造になるように転写(以下、これを「中空転写」という。)する。
本実施例1におけるレンズ支柱材料及び曲面レンズ部材料は、ネガ型レジストであり、塗布又は転写、露光前熱処理、露光、露光後熱処理、及び現像からなるフォトリソ工程により、パターンニングされる。フォトリソ工程において、露光、露光後熱処理、及び現像の工程を経た前記ネガ型レジスト(これを「重合体材料」という。)は、重合体となる。そのため、露光、露光後熱処理、及び現像の工程を経ていない前記ネガ型レジスト(これを「前駆体材料」という。)と比較すると、重合体材料の方が分子同土の結合が強くなる。従って、前駆体材料と重合体材料とでは軟化温度点が異なり、前駆体材料の方が低温で軟化する。
図1−2(e)の工程において、曲面形状となったレンズ支柱材料22bに露光、露光後熱処理、現像を施すことで、縦断面が上部曲線形状であり、柱状の重合体である第2のレンズ支柱22がパターニング形成される。第2のレンズ支柱22は、LED素子及び第1のレンズ支柱21に対応した位置の第1のレンズ支柱21上に形成される。
図1−2(f)の工程において、レンズ部23の材料であるDFRを、第1のレンズ支柱21、第2のレンズ支柱22、及び基板11上に中空転写する。
図1−2(g)の工程において、前駆体材料であるレンズ部23bの形成は、重合体である第1のレンズ支柱21及び第2のレンズ支柱22の形状を維持させ、中空構造レンズ部材料23aのみを軟化し、第1のレンズ支柱21及び第2のレンズ支柱22の形状が保持される温度を選択する。
図1−2(h)の工程において、マイクロレンズ形状となった前駆体レンズ24bに露光、露光後熱処理、及び現像を施すことで、LMD領域外25及びマイクロレンズ20の間の空隙19が除去された重合体であるレンズ部23が形成される。フォトリソ工程により空隙19を除去したが、設計によっては除去しない構造を形成することも可能である。
図1〜図5のDM10において、表示すべき情報が図3の表示制御手段13aに入力されると、表示制御手段13aは、その表示すべき情報に応じてアノードドライバ13bにアノード駆動信号を供給する。すると、LMD12の第1行目に含まれるLED31の各々についての発光データが、アノードドライバ13b内のシフトレジスタに順次格納される。シフトレジスタに格納された発光データは、このシフトレジスタによりパラレル発光データに変換された後、ラッチ回路に格納される。ラッチ回路の出力信号と出力イネーブル信号により、定電流回路から所望の電流を、アノード配線32を経由して各LED31に供給する。
本実施例1のDM10及びこの製造方法によれば、次の(a)〜(h)のような効果がある。
実施例1は、第1のレンズ支柱21及び第2のレンズ支柱22の2段構造であるが、図1−1(c),(d),1−2(e)の工程を複数回繰り返すことにより、3段以上の多段構造としてもよい。多段構造にすることにより、レンズ曲率と光軸方向のギャップの調整が可能になるという効果がある。
図6は、本発明の実施例2における発光素子アレイチップを示す拡大平面図である。
基板11上には、平滑化層43を介して、ほぼ方形のLED素子31が接合されている。平滑化層43上において、帯状のカソード配線33は、Nコンタクト電極33nを有し、N型半導体層44のNコンタクト部44aでオーミック接触している。
図8−1(a)〜(c)及び図8−2(d)〜(g)は、本発明の実施例2における図2中のDM10の製造工程を示す模式的な断面図である。
図8−1(a)〜(c)の工程は、LED31上にアノード配線が描かれている以外は、実施例1の図1−1(a)〜(c)の工程と同じであるので、説明を割愛する。
図8−2(d)は、第1のレンズ支柱21上に、複数の第2のレンズ支柱(22l,22r)22が形成された状態を示している。図8−1(c)の工程において、第1のレンズ支柱21及び基板11上に空中転写されたDFRを、フォトリソ工程により、パターニングする。
図8−2(e)の工程において、レンズ部23の材料であるDFRをレンズ支柱、第1のレンズ支柱22l,22r、及び基板11上に中空転写する。
図8−2(f)の工程において、DFRの中空転写工程後、中空構造レンズ部材料23aは前駆体材料であり、フォトリソ工程を経た第1のレンズ支柱21及び複数の第2のレンズ支柱22は重合体材料である。
図8−2(g)の工程において、複数の曲面が結合した曲面レンズ形状となった前駆体レンズ部23bに露光、露光後熱処理、及び現像を施すことで、LMD領域外25が除去された重合体であるレンズ23が形成される。
実施例2のDM20は、図7に示したように、LED31の発光領域45がPコンタクト電極32pによって、2分されている。2分された発光領域45のうち、左発光領域45lの中心にある左発光領域中心軸50lは単レンズ15lの頂部を貫く形状であり、右発光領域45rの中心にある右発光領域中心軸50rは単レンズ15rの頂部を貫く形状である。
本実施例2のDM及びこの製造方法によれば、本実施例1と同様の効果に加え、次の(i)〜(k)のような効果がある。
実施例2の図6〜図8において、LED31が1個接続された場合について述べたが、2個以上のLEDが直列に接続された場合も、同様の動作を行うことができる。
この図9では、LED31内に、LED31−1と31−2とが直列に接続されてLED31を構成する場合のLMD12における4×4マトリックス画素を示す部分的な平面図である。LED31が2個のLEDが直列接続された点以外は、図6と同様である。
アノード配線32から延長されたPコンタクト電極32pは絶縁層46上に形成されLED31−1のP型半導体層45pにオーミック接続される。LED31−1のN型半導体層44上には、オーミック接合されたNコンタクト電極33nが形成されている。LED31−1とLED31−2は、LED31−1のNコンタクト電極33nと、LED31−2のPコンタクト電極32pとを、直列接続配線47を介し接続することで、電気的に接続している。LED31−2のPコンタクト電極32pとP型半導体層45pとはオーミックに接合している。LED31−2のN型半導体層44上には、Nコンタクト電極33nがオーミックに接合され、カソード配線33へ接続されている。
基板11上には、平滑化層43を介して、LED31−1及びLED31−2が接合されている。LED31−1及びLED31−2は、例えば、平滑化層43上に接合されたN型半導体層44l及び44rと、活性層45al及び45arを有し、表面にはP型半導体層45pl及び45pr等を有する。LED31−1及び31−2の周辺は、図示しない絶縁膜により覆われている。LED31−2におけるN型半導体44rは、Nコンタクト電極33naとオーミック接合され、カソード配線33へ接続される。
図12は、本発明の実施例2の他の変形例を示す発光素子アレイチップの拡大平面図である。
図14は、実施例1又は2のDM10を用いた本発明の実施例3における投射型表示装置60を示す概略の構成図である。
投射型表示装置60であるHUDにおいて、表示すべき情報がDM10中の図3の表示制御手段13aに入力されると、この表示制御手段13aが、その表示すべき情報に応じて、アノード駆動信号をDM10中の図3のアノードドライバ13bに供給すると共に、カソード駆動信号を、DM10中の図2のカソードドライバ13c,13dに供給する。すると、DM10中のLMD12が発光し、マイクロレンズアレイ20を通して、表示すべき情報を含む画像の光が出射される。
本実施例3の投射型表示装置60によれば、実施例1又は2のDM10を使用しているので、LMD12で発光した光の配光特性の広がり角度がマイクロレンズアレイ20で狭められ、指向性が改善されて光利用効率が向上する。そのため、DM10の発光面から画像投射面までの光路長が長くなっても、DM10から出射される画像の光を効率良く投射できる。しかも、構造が簡単で、小型化が可能な投射型表示装置60としてのHUDを実現できる。
実施例1又は2のDM10は、図示以外の構成や製造方法に変更してもよい。例えば、発光素子にLEDを用いて構成したが、このLEDに代えて、有機系材料で形成されたEL素子や、無機系材料で形成されてEL素子等を用いてもよい。これにより、実施例1、2とほぼ同様の作用効果を奏することができる。
11 基板
12 LMD
13 駆動回路
13a 表示制御手段
13b アノードドライバ
13c,13d カソードドライバ
14 フラット型フレキシブルケーブル
15 マイクロレンズ
17、18、19 レンズ支柱間空隙
20 マイクロレンズアレイ
21 第1のレンズ支柱
22 第2のレンズ支柱
23 レンズ部
24 ダミーレンズアレイ
25 LMD領域外
31 LED素子
32 アノード配線
32p Pコンタクト電極
33 カソード配線
33n Nコンタクト電極
42 層間絶縁膜
43 平滑化層
44 N型半導体層
44n Nコンタクト部
45 発光領域
45a 活性層
45p P型半導体層
46 絶縁層
50,50l,50r,50−1,50−2,50a,50b,50c,50d
マイクロレンズの中心線
60 投射型表示装置
70 前面投射型表示装置
80 背面投射型表示装置
90 表示装置
Claims (8)
- 基板上に形成され、駆動信号により駆動されて光を放射する複数の発光素子が配列された発光素子アレイと、
前記各発光素子上にそれぞれ位置決めされて形成された柱状の複数の第1のレンズ支柱と、前記各第1のレンズ支柱上にそれぞれ形成された頂部が曲面状の複数の第2のレンズ支柱と、前記各第1のレンズ支柱及び前記各第2のレンズ支柱を覆って頂部が曲面状に形成された複数のレンズ部とを有し、前記各発光素子から放射された前記光を収束するレンズアレイと、
前記基板上に設けられ、前記各発光素子を選択的に駆動する駆動回路と、
を備えたことを特徴とするディスプレイモジュール。 - 基板上に形成され、駆動信号により駆動されて光を放射する複数の発光素子が配列された発光素子アレイと、
前記各発光素子上にそれぞれ位置決めされて形成された柱状の複数の第1のレンズ支柱と、前記各第1のレンズ支柱上にそれぞれ形成された2つ以上の第2のレンズ支柱と、前記各第1のレンズ支柱及び前記各第2のレンズ支柱を覆って頂部が2つ以上の曲面により形成された複数のレンズ部と、を有し、前記各発光素子から放射された前記光を前記各頂部によりそれぞれ収束するレンズアレイと、
前記基板上に設けられ、前記各発光素子を選択的に駆動する駆動回路と、
を備えたことを特徴とするディスプレイモジュール。 - 複数の発光素子が配列された発光素子アレイを基板上に形成する工程と、
前記各発光素子上に、柱状の第1のレンズ支柱をそれぞれ形成する工程と、
前記第1のレンズ支柱及び前記基板上に、レンズ支柱材料を被着する工程と、
前記レンズ支柱材料に熱処理を施し、前記レンズ支柱材料を軟化させて、前記各第1のレンズ支柱間を埋めることによって、前記各第1のレンズ支柱の頂部に曲面レンズ支柱をそれぞれ形成する工程と、
前記各曲面レンズ支柱に対し、フォトリソグラフィを施すことによって、縦断面が上部曲線形状の柱状の第2のレンズ支柱をそれぞれ形成する工程と、
前記第1のレンズ支柱、前記第2のレンズ支柱及び前記基板上に、レンズ部材料を被着する工程と、
前記レンズ部材料に熱処理を施し、前記レンズ部材料のみを軟化させて、前記各第1のレンズ支柱間を埋めることによって、前記各第2のレンズ支柱の頂部に曲面レンズをそれぞれ形成する工程と、
前記各曲面レンズに対し、フォトリソグラフィを施すことによって、重合体レンズをそれぞれ形成する工程と、
前記各発光素子を駆動する駆動回路を、前記基板上に固定する工程と、
を有することを特徴とするディスプレイモジュールの製造方法。 - 複数の発光素子が配列された発光素子アレイを基板上に形成する工程と、
前記各発光素子上に、柱状の第1のレンズ支柱をそれぞれ形成する工程と、
前記第1のレンズ支柱及び前記基板上に、レンズ支柱材料を被着する工程と、
前記レンズ支柱材料に対し、フォトリソグラフィによるパターニング処理を施し、複数の第2のレンズ支柱を形成する工程と、
前記複数の第2のレンズ支柱及び前記基板上に、レンズ部材料を被着する工程と、
前記レンズ部材料に熱処理を施し、前記レンズ部材料のみを軟化させて、前記各第1のレンズ支柱及び前記各第2のレンズ支柱の間を埋めることによって、前記各第2のレンズ支柱の頂部に曲面レンズをそれぞれ形成する工程と、
前記各曲面レンズに対し、フォトリソグラフィによるパターニング処理を施し、重合体レンズをそれぞれ形成する工程と、
前記各発光素子を駆動する駆動回路を、前記基板上に固定する工程と、
を有することを特徴とするディスプレイモジュールの製造方法。 - 請求項1又は2記載のディスプレイモジュールを備え、前記レンズアレイからの出射光を表示することを特徴とする表示装置。
- 請求項1又は2記載のディスプレイモジュールと、
前記レンズアレイからの出射光を所定箇所へ投影して表示させる光学系と、
を備えたことを特徴とする表示装置。 - 前記所定箇所は、スクリーン、又はハーフミラーであることを特徴とする請求項6記載の表示装置。
- 前記所定箇所は、ホログラム光学素子であることを特徴とする請求項6記載の表示装置。
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