JP2021015732A - 表示装置および表示システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 より高い表示品位の表示が可能となる表示装置を提供する。【解決手段】 複数の画素のそれぞれは、発光層と、発光層からの光を屈折させる光学部材と、を有する。第1の画素が有する第1の光学部材は、第1の光学部材を発光層に対して正射影した場合に、第1の光学部材の頂点の位置と第1の光学部材の中心の位置とが、第1の距離で離れている。【選択図】 図2

Description

本発明は、表示装置および表示システムに関する。
AR、VR、MR等のウエラブル表示装置のニーズが高まっている。これらのウエラブル表示装置は、小型・軽量化が課題である。
特許文献1は、ウエラブル表示装置として利用可能な表示装置を提案している。図13に特許文献1に開示されている表示システムを示す。図13において、表示システム2300は、表示装置100を有しており、表示装置100から出力した光は、接眼光学系2100を介して、使用者の瞳に直接導光される。接眼光学系2100は、第1レンズ群2110と、第2レンズ群2120を有している。特許文献1に示されている表示システムによれば、最大画角が80度を超える小型・軽量化の表示システムを提供できるとされている。
特開2018−106167号
しかしながら、特許文献1の表示システムは、表示装置に関する検討が不十分であった。そこで、本発明は、より高い表示品位の表示が可能となる表示装置を提供することを目的とする。
表示装置であって、複数の画素が2次元状に配された表示領域を備え、前記複数の画素のそれぞれは、発光層と、前記発光層からの光を屈折させる光学部材と、を有し、第1の画素が有する第1の光学部材は、前記第1の光学部材を前記発光層に対して正射影した場合に、前記第1の光学部材の頂点の位置と前記第1の光学部材の中心の位置とが、第1の距離で離れていることを特徴とする。
本発明によれば、より高い表示品位の表示が可能となる表示装置を提供することが可能となる。
表示装置の概略図である。 第1実施形態における画素とマイクロレンズの配置図である。 第1実施形態における画素とマイクロレンズの配置図である。 第1実施形態における画素とマイクロレンズの配置図である。 第1実施形態における画素とマイクロレンズの配置図である。 第1実施形態における画素とマイクロレンズの配置図である。 第1実施形態における画素構造を示す図である。 第1実施形態における画素構造を示す図である。 第1実施形態における画素構造を示す図である。 第1実施形態における画素構造を示す図である。 第2実施形態における画素構造を示す図である。 第3実施形態における画素構造を示す図である。 第4実施形態における表示装置システムを示す図である。 実施形態1で説明する光学システムの図である。
図14に示すように、表示装置とユーザーの眼との間には、光学レンズ系(接眼光学系2100が配置されている。光学レンズ系は、表示装置における表示領域の中央部においては垂直方向に放出された光束がユーザーの眼に視認される光として利用される。一方で、表示領域の周辺部に向かうにつれて、高角側に傾いた方向に放出された光束がユーザーの眼に視認される光として利用される。よって、表示領域の中央部から周辺部に向かうにつれて、垂直方向に放出される光束は無駄な光として利用されない。また、無駄な光として利用されない光束は、光学レンズ系の中で意図しない反射成分になり、ゴーストや混色といった表示品位の劣化を招いてしまう可能性がある。
本発明者らは、本着想に至り、表示装置に備えられる光学部材について、表示領域の中央部に設けられる第1の光学部材の構造と、表示領域の周辺部に設けられる第2の光学部材の構造と異ならしめるという解決手段に至った。以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。
(実施形態1)
(表示装置の説明)
図1は、表示装置100を平面視した際の平面図を示している。平面視とは、半導体基板16の主面に対して垂直な方向(主面の法線方向)から表示装置100を視た際の配置である。平面視した場合に、重なっている部材については、透視可能であるものとする。
表示装置100は、有効画素が設けられた有効画素領域11と、有効画素領域11の周辺に位置する周辺回路領域13が設けられている。
有効画素領域11は四辺形であり、周辺回路領域13には周辺回路が配されている。表示装置における周辺回路は、有効画素を駆動するための駆動回路や、有効画素に入力する信号を処理する、DAC(デジタルアナログ変換回路)等の処理回路を含む。
周辺回路領域13と有効画素領域11との間には、非有効画素が設けられた非有効画素領域12が設けられている。非有効画素とは、有効画素としては機能しない、ダミー画素や基準画素、テスト画素、モニタ画素などである。
有効画素領域11に設けられている各画素には、発光層(不図示)と、発光層からの光を透過する光学部材(不図示)が設けられている。光学部材は、例えば、マイクロレンズである。発光層と光学部材の間には、カラーフィルタ(不図示)を設けてもよい。光学部材としてのマイクロレンズは、有効画素領域11だけでなく、非有効画素領域12にまで連続的に設けてもよい。また、マイクロレンズは、非有効画素領域12だけでなく、周辺回路領域13にまで連続的に設けてもよい。マイクロレンズを設ける領域と設けない領域の境界には段差が生じる可能性があるため、周辺回路領域13まで連続的にマイクロレンズを設けることが好ましい。図1では、有効画素領域11、非有効画素領域12、周辺回路領域13にマイクロレンズが設けられる例を示した。図1の符号17が、マイクロレンズが設けられている領域の外縁となる。また、カラーフィルタを設ける場合においても、図1に示すように、有効画素領域11だけでなく、非有効画素領域12や周辺回路領域13にまで連続的に設けてもよい。図1の符号14が、カラーフィルタが設けられている領域の外縁となる。マイクロレンズの一単位は所定の大きさを有するのに対して、カラーフィルタは任意の大きさを取りうるため、図1に示すように、カラーフィルタが設けられる領域の外縁14は、マイクロレンズが設けられる領域の外縁17よりも外側に配される。
図1に示した透光板15、例えばガラス基板は、半導体基板16の上に形成された有効画素領域11、非有効画素領域12、周辺回路領域13に対向して配置されている。透光板15と、半導体基板16の上に形成された有効画素領域11等とは、接合部材を介して、接合されている。接合部材は、樹脂からなるマトリックスと、マトリックに分散したフィラーとを含みうる。フィラーは樹脂であってもよい。製造工程において、透光板15と半導体基板16を同時にダイシングする場合には、透光板15と半導体基板16の外縁は一致することになる。
また、図1に示した接続領域18は、表示装置100からの出力信号を外部のデバイスと接続するために設けられた接続領域(パッド)である。
(画素の配置と光学部材の形状)
図2(A)は、有効画素領域11に設けられる各表示画素の2次元状配置例を示すものである。各画素はハニカム構造のデルタ配置で設けられている。フルカラーの表示装置の場合、R画素(赤色の発光画素)、G画素(緑色の発光画素)、B画素(青色の発光画素)の3つの画素で1セットとなるため、本実施形態で説明する各画素を、サブ画素あるいは副画素という場合もありうる。
有効画素領域11の中央には、文字Mを付した画素210が配されている。画素210からみて、X方向の正方向(右方向)には、画素220、230、240が順に配されており、X方向の負方向(左方向)には、画素250、260、270が順に配されている。図示した各画素の間には、1以上の画素が配されているが、図2(A)では、図示した各画素の間に配されている画素は、便宜上、省略している。
図2(B)および(C)は、図2(A)のA−A´断面図を示したものである。
図2(B)には、画素210、220、230、240と、これらの画素にそれぞれ対応して配されているマイクロレンズ215、225、235、245を示している。また、図2(C)には、画素210、250、260、270と、これらの画素にそれぞれ対応して配されているマイクロレンズ215、225、235、245を示している。
図2(B)および(C)の上図は、XY平面における画素とマイクロレンズの対応関係を示したものである。XY平面は、光学部材であるマイクロレンズを発光層に正射影した場合の平面である。このように正投影することを、平面視ということもある。各マイクロレンズには、Z方向の高さが等しい位置を線で結んだ等高線が記載されている。
図2(B)および(C)の下図は、各マイクロレンズのX方向の長さとZ方向の高さを示したものである。
E1は中央部側のマイクロレンズの端部、E2は周辺部側のマイクロレンズの端部、Cはマイクロレンズの中心、Tはマイクロレンズの頂点を示す。マイクロレンズの端部は、断面図においてZ方向の高さが最も低い位置である。また、マイクロレンズの中心は、マイクロレンズの端部を結ぶ線で構成されたXY平面における形状の重心である。さらに、マイクロレンズの高さは、Z方向の高さが最も高い位置である。
画素210(画素M)に設けられているマイクロレンズ215の中心Cと頂点Tは、XY平面において、一致している。ここで、一致とは、略一致のことであり、製造誤差によりわずかにずれることを許容する。また、マイクロレンズ215は、XY平面において、2回対称の形状を有する対称マイクロレンズとなっている。
これに対して、画素210よりも周辺側に配置されている画素220〜270は、
XY平面において、中心Cと頂点Tがずれるように構成されたマイクロレンズ225、235、245、255、265、275が配置されている。これらのマイクロレンズ225〜275は、XY平面において、2回対称の形状を有さない非対称マイクロレンズとなっている。ここで、周辺側とは、有効画素領域11の中央部から見て、半導体基板16の端部の方向側のことをいう。
また、X方向の正方向(右方向)に関して、画素220(第1の画素)が有するマイクロレンズ225について、距離226(第1の距離)は、中心Cと頂点Tの間のX方向の長さである。また、画素230(第2の画素)が有するマイクロレンズ235について、距離236(第2の距離)は、符号中心Cと頂点Tの間のX方向の長さである。さらに、画素240(第3の画素)が有するマイクロレンズ245について、距離246(第3の距離)は、符号中心Cと頂点Tの間のX方向の長さである。
有効画素領域の中心側に配置されている画素220の距離226よりも、画素220よりも周辺側に配置されている画素230の距離236の方が大きくなっている。また、距離236よりも、画素230よりも周辺側に配置されている画素240の距離246の方が、大きくなっている。
同様に、X方向の負方向(左方向)に関して、画素250(第4の画素)が有するマイクロレンズ255について、距離256(第4の距離)は、中心Cと頂点Tの間のX方向の長さである。また、画素260(第5の画素)が有するマイクロレンズ265について、距離266(第5の距離)は、符号中心Cと頂点Tの間のX方向の長さである。さらに、画素270(第6の画素)が有するマイクロレンズ275について、距離276(第6の距離)は、符号中心Cと頂点Tの間のX方向の長さである。
この場合においても、有効画素領域の中心側に配置されている画素250の距離256よりも、画素250よりも周辺側に配置されている画素260の距離266の方が大きくなっている。また、距離266よりも、画素260よりも周辺側に配置されている画素270の距離246の方が、大きくなっている。
図3は、図2で説明した各マイクロレンズの作用を説明する図である。図3(B)および(C)に示すように、発光層から垂直方向に放出された光束がマイクロレンズで屈折される角度は、有効画素領域の中央部から周辺側に離れるにつれて、増加している。すなわち、中央部から周辺部に離れるにつれて、発光層から垂直方向の放出された光束に対する屈折力(パワー)が大きくなっている。このため、発光層から放出される光束の放射立体角を光学レンズ系で利用される立体角の中に集めることができ、光の利用効率を向上させることができる。また、光学レンズ系で利用されない光束を低減することができるため、光学レンズ系の中で意図しない反射成分によって発生するゴーストや混色を抑制できる。このため、より高い表示品位の表示が可能となる表示装置を提供することができる。
図4(B)は、図4(A)のB−B´断面図を示したものである。B−B´線は、X方向(第1の方向)と第1の角度で交差する方向(第2の方向)の線である。
図4(A)および(B)に示すように、画素210から周辺側(B´方向)に向けて、
画素320、330、340が配置されている。画素320、330、340のそれぞれに対応して、マイクロレンズ325、335、345が設けられている。XY平面における各マイクロレンズの中心Cと頂点Tの距離について、距離336は距離326よりも大きく、距離346は距離336よりも大きくなっている。すなわち、発光層から垂直方向に放出された光束がマイクロレンズで屈折される角度は、有効画素領域の中央部から周辺側に離れるにつれて、増加している。これにより、より高い表示品位の表示が可能となる表示装置を提供することができる。
なお、図4(B)においては、画素210からB´方向の画素しか図示していないが、画素210からB方向の各画素は、図4(B)に示したマイクロレンズと線対称の形状を有するマイクロレンズが設けられている。この点に関しては、以下で説明する図5(B)、図6(B)も同様である。
図5(B)は、図5(A)のC−C´断面図を示したものである。C−C´線は、X方向(第1の方向)と第2の角度で交差する方向(第3の方向)の線である。
図5(A)および(B)に示すように、画素210から周辺側(C´方向)に向けて、
画素420、430、440が配置されている。画素420、430、440のそれぞれに対応して、マイクロレンズ425、435、445が設けられている。XY平面における各マイクロレンズの中心Cと頂点Tの距離について、距離436は距離426よりも大きく、距離446は距離436よりも大きくなっている。すなわち、発光層から垂直方向に放出された光束がマイクロレンズで屈折される角度は、有効画素領域の中央部から周辺側に離れるにつれて、増加している。これにより、より高い表示品位の表示が可能となる表示装置を提供することができる。
図6(B)は、図6(A)のD−D´断面図を示したものである。D−D´線は、X方向(第1の方向)と直交する方向(第4の方向)の線である。
図6(A)および(B)に示すように、画素210から周辺側(D´方向)に向けて、
画素520、530、540が配置されている。画素520、530、540のそれぞれに対応して、マイクロレンズ525、535、545が設けられている。XY平面における各マイクロレンズの中心Cと頂点Tの距離について、距離536は距離526よりも大きく、距離546は距離536よりも大きくなっている。すなわち、発光層から垂直方向に放出された光束がマイクロレンズで屈折される角度は、有効画素領域の中央部から周辺側に離れるにつれて、増加している。これにより、より高い表示品位の表示が可能となる表示装置を提供することができる。
(光学部材の形成方法)
上記した非対称マイクロレンズについては、露光および現像プロセスで形成することが可能である。具体的には、マイクロレンズを形成するための材料による膜(フォトレジスト膜)を形成し、連続的な諧調変化を有するマスクを用いて、フォトレジスト膜を露光および現像を行う。このようなマスクとしては、グレーマスク、或いは、露光装置の解像度以下の遮光膜からなるドットの密度分布を変化させることで結像面に連続した階調を有する光照射を可能とする面積階調マスクを用いることが可能である。
また、露光および現像プロセスで形成したマイクロレンズに対して、エッチバックを行うことにより、レンズ形状を調整することが可能である。
さらに、露光および現像プロセスを行わずに非対称マイクロレンズを形成することも可能である。例えば、特開2016−118675号の図5頭に記載されているように、小さい形状のマイクロレンズの上に樹脂を形成し、樹脂をリフローすることによっても、非対称マイクロレンズを形成することが可能である。発光層として有機層を用いる場合には、リフロープロセスの温度を所定の温度以下とする。例えば、所定の温度以下は、120℃以下である。
(発光素子の画素構造)
図7(A)から(D)のそれぞれは、図2に示した画素210から240のそれぞれの画素構造を示す図である。図7(A)から(D)で異なるのは、マイクロレンズ215から245の形状であり、これらの違いについては上記の通りである。以下、図7(A)から(D)に共通する要素について説明する。
図7において、シリコン基板610の上に、配線構造615が設けられており、配線構造615の上に第1の電極620が設けられている。隣接する画素同士の複数の第1の電極620の間には、分離部630(バンク)が設けられている。第1の電極620の上には、発光層としての有機層640と、第2の電極650が設けられている。第2の電極650の上には、封止層660、平坦化層670、カラーフィルタ層680が設けられている。
シリコン基板610には、トランジスタ等のスイッチング回路が設けられている。
配線構造615には、アルミニウム層や銅層などの多層配線層と、ビアプラグやコンタクトプラグを含む。多層配線層の間には、配線間を絶縁する絶縁膜などが設けられている。絶縁膜は酸化シリコン層や窒化シリコン層、炭化シリコン層などからなる。酸窒化シリコンや炭窒化シリコンは、窒素とシリコンを主たる元素とすることから、窒化シリコンの一種となる。
第1の電極620は、発光波長での反射率が70%以上の金属材料が望ましい。AlやAgなどの金属やそれらにSi、Cu、Ni、Ndなどを添加した合金、また、ITO、IZO、AZO、IGZOを使用できる。なお、ここでの発光波長とは、有機層640から発光されるスペクトル範囲のことを指す。第1電極620は、所望の反射率よりも高ければ、Ti、W、Mo、Au、の金属やその合金などのバリア電極との積層電極としてもよい。あるいは、ITO、IZOなどの透明酸化膜電極との積層電極としてもよい。
第1の電極620を透明導電膜とし、第1の電極620の下部に更に反射層を設ける構成としてもよい。透明導電膜としてはITO、IZO、AZO、IGZOなどを使用できる。後の実施形態で説明するように、光学距離を最適化するために、反射層と透明導電膜の間に光学調整層を設ける構成としてもよい。光学調整層は、R画素、G画素、B画素のそれぞれで、異なる光学膜厚とする。光学調整層は、シリコン窒化物(SiN)、シリコン酸窒化物(SiON)、シリコン酸化物(SiO)等で形成される。
有機層640は、蒸着法やスピンコート法など公知の技術により形成することができる。有機層640は、複数の層から構成されていてもよい。複数の層としては、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層が挙げられる。有機層640は、陽極から注入された正孔と陰極から注入された電子が有機層において再結合することで光を出射する。有機層の構成は単層でも複数層でもよい。有機層のいずれかに赤色発光材料、緑色発光材料、青色発光材料を有することができ、各発光色を混合することで白色光を得ることも可能である。
第2の電極650は、有機層640の上に配置されているため、透光性を有している。第2の電極650は、有機層640からの光の一部を透過するとともに、他の光の一部を反射する性質(すなわち半透過反射性)を持った半透過材料であってもよい。第2の電極650を構成する材料は、例えば、透明導電酸化物のような透明材料(ITO、IZO)である。あるいは、アルミニウムや銀や金などの単体金属、リチウムやセシウムなどのアルカリ金属、マグネシウムやカルシウムやバリウムなどのアルカリ土類金属、これらの金属材料を含んだ合金材料からなる半透過材料である。半透過材料は特にマグネシウムや銀を主成分とする合金が好ましい。また第2の電極650は好ましい透過率を有するならば、上記材料の積層構成であってもよい。また、第2の電極650は、複数の画素に一体で形成されていて共有されてもよい。
封止層660は、透光性を有し外部からの酸素や水分の透過性が低い無機材料を含むことが好ましい。特に、シリコン窒化物(SiN)、シリコン酸窒化物(SiON)、シリコン酸化物(SiOx)、アルミニウム酸化物(Al)、チタン酸化物(TiO)などの無機材料が好ましい。特に封止性能の面において、SiN、SiON,Alの無機材料が好ましい。封止層660の形成には化学気相堆積法(CVD法)、原子層堆積法(ALD法)、スパッタリング法を用いることが好ましい。封止層660は十分な水分遮断性能があれば、単層構造であっても、上記材料や形成手法を組み合わせた積層構造でもよい。本発明の表示装置は、発光層640とマイクロレンズ215〜245までの距離が小さい方が、隣接画素の非球面マイクロレンズへの迷光による混色を抑制することができる。よって、薄膜でもカバレッジ性能に優れた原子層堆積法(ALD法)用いて形成されたアルミニウム酸化物(Al)等の封止膜を用いることが好ましい。
平坦化膜670は、透光性を有する樹脂層で構成されうる。例えば、平坦化層は、スピンコート法を用いて形成される。
カラーフィルタ680は、それぞれ異なる色を透過するカラーフィルタである。例えば、赤色、緑色、青色の光を透過するカラーフィルタである。あるいは、シアン、マゼンタ、イエローの光を透過するカラーフィルタであってもよい。
図7では、例えば、カラーフィルタ680は緑色の光を透過するカラーフィルタである。カラーフィルタは一部もしくは全部を省略してもよい。
図1において、有効画素領域11および非有効画素領域12には、赤色、緑色、青色のパターニングされたカラーフィルタが配置されるが、周辺回路領域13の一部には、単色のカラーフィルタのみが配置される領域を有していてもよい。例えば、図1のカラーフィルタが設けられる領域の外縁14から100um以上は、青色の光を透過するカラーフィルタのみが設けられる領域としてもよい。
(RGBの画素構造)
図8(A)に、R画素、G画素、B画素を有する発光素子の構造を示す。R画素には赤色を選択的に透過するカラーフィルタ681、G画素には緑色を選択的に透過するカラーフィルタ682、B画素には、青色を選択的に透過するカラーフィルタ683が設けられている。
また、隣接するRGB画素のそれぞれには、共通の形状を有するマイクロレンズ245が設けられている。すなわち、隣接する画素同士に設けられた複数の非対称マイクロレンズは、必ずしも異なる形状である必要はない。例えば、有効画素領域を3以上のブロックに区画し、有効画素領域の中央部から周辺側に向けて、順に、第1のブロック、第2のブロック、第3のブロックとする。この場合、第1のブロックに属する画素にマイクロレンズ215を設け、第2のブロックに属する画素にマイクロレンズ225を設け、第3のブロックに属する画素にマイクロレンズ235を設けるような形態を採用してもよい。第2ブロックおよび第3ブロックのそれぞれにおいて、隣接する画素同士に設けられた複数のマイクロレンズは同一の形状となる。なお、ここで同一とは、略同一のことであり、設計誤差も許容される。
あるいは、図2に示す画素220と画素230の間に設けられている画素については、マイクロレンズ225が有する距離226と、マイクロレンズが有する距離236の間の距離を有する非対称マイクロレンズを設けてもよい。この場合、隣接する画素同士に設けられる非対称マイクロレンズの形状は異なる形状となる。
また、図8(A)では、マイクロレンズ245の中心と、各画素の中心とを一致させるような構成としたが、マイクロレンズ245の中心を、各画素の中心よりも、有効画素領域の周辺側にシフトした位置に設けてもよい。また、有効画素領域の中心から周辺側の画素になるにつれて、マイクロレンズ245の中心のシフト量を徐々に大きくなるように構成してもよい。
(本実施形態のマイクロレンズの特徴)
発光層から垂直方向に放出された光束がマイクロレンズで屈折される角度を有効画素領域の中央部から周辺側に離れるにつれて増加させるためには、特開2007−335723号の図2に示す非対称マイクロレンズを用いてもよい。この非対称マイクロレンズはティアドロップ型と呼ばれるものである。
これに対して、本願の図2から図6に示したマイクロレンズは、特開2015−012488号の図3(a)に示されているマイクロレンズに相当するレンズを用いている。
本願の図2から図6に示したマイクロレンズによれば、ティアドロップ型よりも画素に占める占有面積が大きいため、より効率よく光を集光させることが可能となる。具体的には、例えば、図2(B)の上図のXY平面に示されているように、マイクロレンズ225、235、245の外縁は、XY平面においてY方向に沿った辺を備えている。すなわち、各マイクロレンズの外縁は、複数のマイクロレンズが配されている第1の方向(X方向)と交差する第2の方向(Y方向)に沿った辺を備えている。これに対して、ティアドロップ型のマイクロレンズは、Y方向に沿った辺は備えていない。この結果、各画素において、ディアドロップ型マイクロレンズの占有面積は、本願の図2から図6に示したマイクロレンズの占有面積よりも小さくなる。占有面積の大小関係については、特開2015−012488号の図4(a)と(b)を比較すれば、理解できる。
なお、特開2007−335723号および特開2015−012488号は、撮像装置に用いるマイクロレンズであり、本実施形態のように表示装置に用いるマイクロレンズとは用途が異なる。
(本実施形態の変形例)
図8(B)は、図8(A)と比較して、カラーフィルタ681〜683がマイクロレンズ245の上部に設けられている点が異なる。マイクロレンズ245とカラーフィルタ681〜683の間には、層700が設けられている。層700は、平坦化層としての機能と、カラーフィルタ681〜683とマイクロレンズ245とを接着する接着材としての機能を有するために、樹脂で構成されていてもよい。この場合の樹脂は単一層でもよいし、平坦化層用の樹脂層と、接着材用樹脂層とを機能分離して、別々の層としてもよい。あるいは、層700はエアギャップ層(気体層)としてもよい。層700をエアギャップ層とした場合、マイクロレンズ245と層700との屈折率差が確保できるため、マイクロレンズ245の屈折力(パワー)を強くすることができ、より高い表示品位の表示が可能となる表示装置を提供することができる。
また、図9(A)は、図8(A)と比較して、マイクロレンズ245と有機層640との間に、別のマイクロレンズ800を設けた点が異なる。マイクロレンズ245だけでは、光束を十分に屈折することができない場合に、追加で別のマイクロレンズ800を設けることにより、より高い表示品位の表示が可能となる表示装置を提供することができる。層810は、層700と同様に樹脂層であっても、エアギャップ層であってもよい。また、図9(A)では、マイクロレンズ800として、非対称マイクロレンズの例を示したが、対称マイクロレンズとして、マイクロレンズの中心を画素中心から有効画素領域の周辺側にシフトした形態にしてもよい。あるいは、非対称マイクロレンズとレンズ中心シフトの両方を用いてもよい。
さらに、図9(B)は、図9(A)と比較して、マイクロレンズ245が発光層である有機層640に向かって凸形状を有している点が異なる。マイクロレンズ800とマイクロレンズ245の屈折率に対して、樹脂層810の屈折率を小さくすることで、発光層から垂直方向に放出される光束をマイクロレンズ800とマイクロレンズ245によって、同方向に屈折させることができる。このような構成の場合、マイクロレンズ245は発光層に向かって凸形状を有することとなる。
加えて、図10(A)は、図8(A)と比較して、マイクロレンズ910とカラーフィルタ681から683を、シリコン基板610とは別の基板である基板850に形成する点が異なる。シリコン基板610の上には、配線構造615から平坦化層660までを形成し、第1チップとする。他方、基板850の上には、マイクロレンズ910とカラーフィルタ681〜683を形成し、第2チップとする。そして、第1チップと第2チップを対向して張り合わせる。上記のように、層810は、樹脂層であっても、エアギャップ層であってもよい。基板850は透過性の基板であればよく、例えばガラス等である。
図10(B)は、図10(A)の変形例である。例えば、シリコン基板610の上には、配線構造615からカラーフィルタ681〜683を形成し、第1チップとする。他方、基板850の上には、マイクロレンズを形成し、第2チップとする。そして、第1チップと第2チップを対向して張り合わせる。
(実施形態2)
実施形態2は、実施形態1の図8(A)と比較して、遮光層が設けられている点が異なる。図11において、平坦化層670の上には、遮光層920が設けられており、遮光層920の上には、別の平坦化層930が設けられている。遮光層920は隣接する画素間に形成されている。遮光層920によって、隣接画素同士の混色を抑制することができる。遮光層920は、発光層としての有機層640から発光する光のうち、可視領域の波長成分を吸収する層であればよい。例えば、カラーフィルタと同様の感光性樹脂に顔料やカーボンブラックなどを分散させた構成とすることができる。また、遮光層920は、2種類以上のカラーフィルタを積層して遮光層としてもよい。遮光層920の配置は、画素の周囲を全て囲うように形成されてもよいし、一部を覆うように形成されてもよい。さらに、遮光層920は、可視領域の波長の光をすべて遮光する必要はなく、80%以上、好ましくは、90%以上の光を透過しないような構成とすればよい。
あるいは、遮光層920の代わりに、反射構造体を隣接する画素間に設けてもよい。このような構成でも隣接する画素に配されているマイクロレンズへの光入射が抑制され、隣接画素同士の混色を抑制することができる。
(実施形態3)
実施形態3は、実施形態1の図8(A)と比較して、有機層の下に光学調整層が設けられ、光学調整層の下に反射層が設けられている点が異なる。
図12において、R画素には光学調整層951、G画素には光学調整層952、B画素には光学調整層953が設けられている。各光学調整層の下には、反射層940が設けられている。光学調整層951〜953は、各画素の波長に合わせて、光学膜厚が最適化されており、光学干渉によって、RGB画素のそれぞれから放射される光の指向性を強めることができる。これにより、隣接画素に設けられている球面マイクロレンズへの迷光を抑制することが可能となる。このため、発光エネルギーの無駄がなくなり光の利用効率が向上し、かつ、迷光による混色を抑制することができる。さらに、光学干渉によって、画素ごとの波長選択性が向上するため、カラーフィルタの膜厚を薄くすることができる。このため、有機層とマイクロレンズの距離が小さく設定できるため、隣接画素のマイクロレンズに入射する迷光を抑制できる。
(実施形態4)
図13を参照して、上述の各実施形態の表示装置の適用例について説明する。表示装置は、例えばスマートグラス、HMD、スマートコンタクトのようなウェアラブルデバイスとして装着可能なシステムに適用できる。このような適用例に使用される撮像表示装置は、可視光を光電変換可能な撮像装置と、可視光を発光可能な表示装置とを有する。
図13(A)は、1つの適用例に係る眼鏡1300(スマートグラス)を説明する。眼鏡1300のレンズ1301の表面側に、CMOSセンサやSPADのような撮像装置1302が設けられている。また、レンズ1301の裏面側には、上述した各実施形態の表示装置が設けられている。
眼鏡1300は、制御装置1303をさらに備える。制御装置1303は、撮像装置1302と各実施形態に係る表示装置に電力を供給する電源として機能する。また、制御装置1303は、撮像装置1302と表示装置の動作を制御する。レンズ1301には、撮像装置1302に光を集光するための光学系が形成されている。
図13(B)は、1つの適用例に係る眼鏡1310(スマートグラス)を説明する。眼鏡1310は、制御装置1312を有しており、制御装置1312に、撮像装置1302に相当する撮像装置と、表示装置が搭載される。レンズ1311には、制御装置1312内の撮像装置と、表示装置からの発光を投影するための光学系が形成されており、レンズ1311には画像が投影される。制御装置1312は、撮像装置および表示装置に電力を供給する電源として機能するとともに、撮像装置および表示装置の動作を制御する。
(その他の実施形態)
上記実施形態では、表示装置における画素の平面配置は、ハニカム構造のデルタ配置とした。しかし、ストライプ配列、スクエア配列、ペンタイル配列、ベイヤー配列のいずれの方式でもよい。
また、上記実施形態では、有機層からは白色が発光することを前提として、画素ごとにRGBのカラーフィルタを設ける例を説明したが、RGBの各色が発光する有機層を画素ごとに設ける形態であってもよい。
また、上記実施形態では、表示素子として、有機LEDを用いることを説明した。しかし、表示素子は、発光素子であればよいため、無機LED、液晶素子、反射素子なども適用することが可能である。また、量子ドットを発光層として用いた発光素子や、量子ドットを色変換層として用いた発光素子でもよい。量子ドットの材料は、InP、CdS、PbS、ZnS、CdSeなどの材料からなる粒子であり、コアシェル型量子ドット、ペロブスカイト型量子ドットを用いることができる。
さらに、上記実施形態では、光学部材として、非対称マイクロレンズを用いたが、フレネルゾーンプレートを用いることもできる。フレネルゾーンプレートとは、光の屈折現象を利用した結像素子で、入射光に対して透明および不透明の同心円状の輪帯を繰り返した円形の透過型回折格子である。フレネルゾーンプレートの製造方法としては、フォトリソグラフィ技術やナノインプリントなどの印刷技術を用いることができる。
100 表示装置
210、220、230、240 画素
215、225、235、245 マイクロレンズ

Claims (14)

  1. 複数の画素が2次元状に配された表示領域を備え、
    前記複数の画素のそれぞれは、発光層と、前記発光層からの光を屈折させる光学部材と、を有し、
    第1の画素が有する第1の光学部材は、前記第1の光学部材を前記発光層に対して正射影した場合に、前記第1の光学部材の頂点の位置と前記第1の光学部材の中心の位置とが、第1の距離で離れていることを特徴とする表示装置。
  2. 前記表示領域において、前記第1の画素よりも周辺側に位置する第2の画素を有し、
    前記第2の画素が有する第2の光学部材は、前記第2の光学部材を前記発光層に対して正射影した場合に、前記第2の光学部材の頂点の位置と前記第2の光学部材の中心の位置とが、第2の距離で離れており、
    前記第1の距離よりも、前記第2の距離の方が大きいことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記表示領域において、前記第2の画素よりも周辺側に位置する第3の画素を有し、
    前記第3の画素が有する第3の光学部材は、前記第3の光学部材を前記発光層に対して正射影した場合に、前記第3の光学部材の頂点の位置と前記第3の光学部材の中心の位置とが、第3の距離で離れており、
    前記第2の距離よりも、前記第3の距離の方が大きいことを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記第1の画素と前記第2の画素は、第1の方向に配されており、
    前記第1の光学部材の外縁は、前記第1の光学部材を前記発光層に対して正射影した場合に、前記第1の方向と交差する第2の方向に沿った辺を備えていることを特徴とする請求項2または3に記載の表示装置。
  5. 前記光学部材は、前記発光層に向かって凸形状を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の表示装置。
  6. 前記複数の画素は、ハニカム構造のデルタ配置で設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の表示装置。
  7. 前記表示領域の中央部から周辺部に向かって、順に第1のブロック、第2のブロック、第3のブロックに区画されており、
    前記第2のブロックに属する複数の画素には、前記第1の光学部材が設けられており、
    前記第3のブロックに属する複数の画素には、前記第2の光学部材が設けられていることを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の表示装置。
  8. 前記発光層は、有機層であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の表示装置。
  9. 前記発光層と前記光学部材の間にカラーフィルタが配置されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の表示装置。
  10. 前記発光層の上に封止層が形成されており、封止層はALD法で形成されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の表示装置。
  11. 前記第1の画素と、前記第1の画素と隣接する画素の間に遮光層が配されており、
    前記遮光層は、前記発光層の上に形成されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の表示装置。
  12. 前記第1の画素は、第1の色のカラーフィルタを有し、
    前記第1の画素に隣接する画素は、第2の色のカラーフィルタを有し、
    前記第1の画素に設けられている第1の光学調整層と、前記第1の画素に隣接する画素に設けられている第2の光学調整層の光学膜厚が異なることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の表示装置。
  13. 請求項1から12のいずれか1項に記載の表示装置と、
    前記表示装置から出射される光が入射する光学レンズ系と、を備えた
    表示システム。
  14. 前記表示システムは、ウェアラブルデバイスとして装着可能に構成されていることを特徴とする請求項13に記載の表示システム。
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