JP2022088086A - 画像表示素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】前方に強く配光した光を放出すると共に、光クロストークを低減し、高効率且つ高品質の画像表示素子を実現する。【解決手段】画像表示素子であって、アレイ状に配置されたマイクロ発光素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを含む画素５と、前記マイクロ発光素子に電流を供給して発光させる駆動回路を含む駆動回路基板５０と、前記画素毎に配置されたマイクロレンズ２０と、前記画素間に配置され、前記マイクロ発光素子の光放出面から、前記マイクロレンズまで延伸する画素間隔壁１０と、を含み、前記駆動回路基板側から、前記マイクロ発光素子、前記画素間隔壁、前記マイクロレンズの順に配置されており、前記マイクロ発光素子は、前記駆動回路基板とは反対方向に光を放出する。【選択図】図１
Description
本発明は、マイクロ発光素子を含む画像表示素子に関する。
基板（backplane）上に、画素を構成するマイクロ発光素子が複数配置された画像表示素子が提案されている。例えば、特許文献１に開示されている技術では、シリコン基板の上に駆動回路が形成され、駆動回路の上に紫外光を発光する微小な発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイが配置される。
また、前記技術では、発光ダイオードアレイの上に、紫外光を赤色、緑色、及び青色の可視光へ変換する波長変換層（wavelength conversion layer）が設けられる事により、カラー画像を表示するマイクロディスプレイ素子が開示されている。別の形態として、青、緑、赤の発光をする化合物半導体を駆動回路上に積層した単色表示素子を用いて、フルカラー表示する方法も提案されている。
このような表示素子は、小型でありながら、輝度が高く、耐久性も高いという特性を有している。この為、眼鏡型端末（glasses-like devices）、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）等の表示素子として期待されている。
この様な画像表示素子においては、電力効率を向上する上で、発光効率を向上すると共に、発生した光を効率良く光学系に取り込む必要がある。そこで、特許文献２に開示されている様に、マイクロ発光素子上にマイクロレンズを設けることで、光取り出し効率を向上し、放出光を前方に強く配光することが提案されている。
眼鏡型端末やヘッドアップディスプレイ用の画像表示素子では、明るい表示を実現する上で、画素から放出される光を前方に集中する事が好ましい。このため、マイクロレンズを用いることが考えられる。
しかしながら、マイクロレンズを用いる構成の場合、或る画素から隣接画素へ、光が漏洩する現象（光クロストーク）が生じやすいという課題がある（図１１参照）。
本発明の一態様は、前記の問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、微細化された画素を有する画像表示素子において、前方に強く配光した光を放出すると共に、光クロストークを低減し、高効率且つ高品質の画像表示素子を実現する事である。
前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る画像表示素子は、アレイ状に配置されたマイクロ発光素子を含む画素と、前記マイクロ発光素子に電流を供給して発光させる駆動回路を含む駆動回路基板と、前記画素毎に配置されたマイクロレンズと、前記画素間に配置され、前記マイクロ発光素子の光放出面から、前記マイクロレンズまで延伸する画素間隔壁と、を備える。
前記の課題を解決するために、本発明の他の態様に係る画像表示素子は、アレイ状に配置された、マイクロ発光素子を含む画素と、上記マイクロ発光素子に電流を供給して発光させる駆動回路を含む駆動回路基板と、前記画素毎に配置されたマイクロレンズと、前記マイクロ発光素子と前記マイクロレンズの間に配置された、透明部と、を備え、前記透明部が前記マイクロレンズ毎に分割されて、隣接する前記透明部間に空隙が配置されている。
本発明の一態様によれば、互いに隣接するマイクロ発光素子間の光クロストークを防ぎ、前方放射を強くする様に配光制御した画像表示素子を実現する。これにより、コントラストや色純度が高く、且つ、消費電力が低い画像表示素子を実現する事が出来る。
＜比較例に係る構成＞
本願発明の一形態について具体的な説明を行う前に、比較例に係る構成について、以下に纏める。
本願発明の一形態について具体的な説明を行う前に、比較例に係る構成について、以下に纏める。
図１１は、比較例に係る構成を示す図である。図１１において、符号１００Ｂｐは、青色マイクロ発光素子を示し、符号１００Ｒｐは、赤色マイクロ発光素子を示し、符号１００Ｇｐは、緑色マイクロ発光素子を示し、符号１１０ｐは、発光素子間隔壁を示し、符号１３０ｐは、光放出面を示し、符号５ｐは、画素を示し、符号２０ｐは、マイクロレンズを示し、符号２１ｐは、マイクロレンズ保持部を示し、符号５０ｐは、駆動回路基板を示し、符号２００ｐは、画像表示素子を示す。
図１１に示す構成では、マイクロレンズを用いたことによって、前方に強く配光した光を放出することはできるものの、以下のような課題がある。
すなわち、図１１に示す構成では、画像表示素子を構成する画素の大きさが小さくなってくると、或る画素から隣接画素へ、光が漏洩する事で、光クロストークが生じる。光クロストークはコントラストの低下や、混色による演色性の低下を招き、画像表示素子にとっては好ましく無い。マイクロレンズアレイを配置する場合、画素の光放出面とマイクロレンズの距離は、マイクロレンズの焦点距離程度に保つことが好ましい為、或る画素から放出された光が、隣接画素のマイクロレンズに入射すると言う、光クロストークが生じる。
以下では、マイクロレンズを用いることにより、前方に強く配光した光を放出すると共に、光クロストークを低減することのできる画像表示素子について説明する。
＜実施形態＞
以下に、複数のマイクロ発光素子１００を有する画像表示素子２００を例に挙げ、図１から図１０を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、画像表示素子２００は、複数のマイクロ発光素子１００と、駆動回路基板５０とを備え、駆動回路基板５０は画素領域(pixel region)１にある該マイクロ発光素子１００に電流を供給し、発光を制御する。
以下に、複数のマイクロ発光素子１００を有する画像表示素子２００を例に挙げ、図１から図１０を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、画像表示素子２００は、複数のマイクロ発光素子１００と、駆動回路基板５０とを備え、駆動回路基板５０は画素領域(pixel region)１にある該マイクロ発光素子１００に電流を供給し、発光を制御する。
マイクロ発光素子１００は画素領域１において、アレイ状に配置されている。マイクロ発光素子１００は、駆動回路基板５０とは反対側に光を放出する。外部へ放出される光を放出光と記す。特に断らない限り、マイクロ発光素子１００が光を放出する面を光放出面（light emitting surface）と呼ぶ。
なお、画像表示素子２００の構成の説明において、特に断らない限り、光放出面を上面（第１面）、光放出面側とは反対側の面を下面（第２面）、上面及び下面以外の側方の面を側面と称する。同様に、光放出方向を上方、反対方向を下方と呼ぶ。光放出面に対する垂線方向で、空気中へ向かう方向を前方とも呼ぶ。
マイクロ発光素子１００は、化合物半導体や量子ドットからなる発光ダイオード素子や、有機ＥＬ素子、あるいは、励起光発光素子と、励起光をダウンコンバートする波長変換部よりなる発光素子であっても良い。
例えば、化合物半導体としては、紫外光から赤色までの波長帯で発光するマイクロ発光素子では、窒化物半導体（ＡｌＩｎＧａＮ系）であり、黄緑色から赤色までの波長帯で発光する場合は、ＡｌＩｎＧａＰ系である。赤色から赤外線の波長帯では、ＡｌＧａＡｓ系やＧａＡｓ系である。
励起光発光素子は、青色光、近紫外線、紫外線等の光を発する素子であり、窒化物半導体や有機ＥＬよりなる。波長変換部は、量子ドットや量子ロッド等のナノ粒子、或は蛍光体ナノ粒子を、樹脂中に分散させた樹脂材や、染料を含む樹脂材等である。
尚、マイクロ発光素子１００の光放出面は、上記の様な発光材その物である必要は無く、透明電極、透明保護膜、カラーフィルター、誘電体多層膜等であっても良い。
マイクロ発光素子１００は、アノード電極、カソード電極を有しており、駆動回路基板５０上の駆動電極と接続されている。本発明とは直接関係しない為、図示しない。
駆動回路基板５０は、画素領域１では、各マイクロ発光素子１００に供給する電流を制御するマイクロ発光素子駆動回路(micro light emitting element driving circuit)を配置し、２次元マトリックス状に配置されたマイクロ発光素子１００の各行を選択する行選択回路や、各列に発光信号を出力する列信号出力回路、入力信号に基づいて発光信号を算出する画像処理回路、入出力回路、等を画素領域１以外に配置している。
駆動回路基板５０の接合面側の表面には、マイクロ発光素子１００と接続するＰ駆動電極５２(P-drive electrode)（第２駆動電極）とＮ駆動電極５１(N-drive electrode)（第１駆動電極）が配置されている。
駆動回路基板５０は、一般的には、ＬＳＩ(Large Scale Integration)が形成されたシリコン基板（半導体基板）や、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)が形成されたガラス基板であり、公知の技術で製造できる為、その機能、構成に関しては詳述しない。
尚、図ではマイクロ発光素子１００を正方形に近い形で描いているが、マイクロ発光素子１００の形状は特に限定されない。マイクロ発光素子は矩形、多角形、円形、楕円形など様々な平面形状を取り得るが、最も大きな長さが、２０μｍ以下を想定している。画像表示素子２００は画素領域１に、３千個以上のマイクロ発光素子を集積していることを想定している。
〔実施形態１〕
（画像表示素子２００の構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る画像表示素子２００の画素領域１の断面模式図である。図２は、本発明の実施形態１に係るマイクロ発光素子１００の光放出面１３０の平面模式図である。図２に示す様に、画像表示素子２００の上面には、複数の画素５がアレイ状に配列した画素領域（pixel region）１がある。
（画像表示素子２００の構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る画像表示素子２００の画素領域１の断面模式図である。図２は、本発明の実施形態１に係るマイクロ発光素子１００の光放出面１３０の平面模式図である。図２に示す様に、画像表示素子２００の上面には、複数の画素５がアレイ状に配列した画素領域（pixel region）１がある。
本実施形態では、画像表示素子２００はフルカラー表示素子であり、各画素５は１個の青発光素子１００Ｂ、２個の緑発光素子１００Ｇ、１個の赤発光素子１００Ｒを含む。尚、青発光素子１００Ｂ、緑発光素子１００Ｇ、赤発光素子１００Ｒを総称して、マイクロ発光素子１００と呼ぶ。本構成では、マイクロ発光素子１００の上面が光放出面１３０である。このように、画素５は、互いに異なる波長で発光する複数のマイクロ発光素子１００を含む。
画素５に含まれる、青発光素子１００Ｂ、緑発光素子１００Ｇ、赤発光素子１００Ｒの個数や、配置は、図１や図２に限定されず、種々の構成が可能である。画素５は、図１や図２に示すような、青、緑、赤等のマイクロ発光素子１００を全て含む必要は無く、青発光素子１００Ｂだけを含み、単色発光画素であっても良いし、同様に、緑発光素子１００Ｇ、赤発光素子１００Ｒだけからなっても良い、２色だけを含んでも良い。
図１には、図２のＡ－Ａ線の断面図を表している。マイクロ発光素子１００は、個々に分割されており、マイクロ発光素子１００の間には、発光素子間隔壁１１０が設けられている。或るマイクロ発光素子１００の光が、離接するマイクロ発光素子１００へ入射しない様に、発光素子間隔壁１１０は遮光性である事が好ましい。特に、光のロスを低減する為、反射性である事が好ましい。
又、図１では、発光素子間隔壁１１０の側壁を垂直に描いているが、マイクロ発光素子１００の光取り出し効率を改善する為に、光放出方向に開く様に傾斜していても良い。
図１では、光放出面１３０に於いて、マイクロ発光素子１００の表面と、発光素子間隔壁１１０の表面が、同じ高さに描いているが、必ずしも同じ高さである必要は無い。又、光放出面１３０には、光取り出し効率を向上する為や、配光性を制御する為の、凹凸構造、回折パターン等が設けられていても良い。
光放出面１３０の上方には、画素間隔壁１０が配置されている。図１に示す様に、マイクロ発光素子１００、画素間隔壁１０、マイクロレンズ２０に囲まれた光路部１５は空隙である。画素間隔壁１０の側面１０Ｓは光反射性である。このように、画素間隔壁１０の側面１０Ｓは、マイクロ発光素子１００が発する光を反射する。光放出面１３０から放出された光の内、隣接画素へ向かう光は画素間隔壁１０によって反射される為、隣接画素のマイクロレンズに入射する光クロストークを完全に防止できる。
更に、画素間隔壁１０にて反射した光を、当該画素のマイクロレンズに入射させる事で、当該画素の光出力を向上できる。
画素間隔壁側面１０Ｓの反射は、鏡面反射でも拡散反射でも良い。即ち、平坦な鏡面でも良いし、凹凸面でも良い。又、高反射性の微粒子を含む樹脂材等でも良い。例えば、画素間隔壁側面１０Ｓは、可視光に対して高い反射率を有する銀やアルミニュウムで構成されていても良いし、誘電体多層膜であっても良い。
画素間隔壁１０は単一の部材で構成されていても良いし、中心部は樹脂を配置し、側面は上記の様な金属薄膜や誘電体多層膜を配置しても良い。
画素間隔壁１０は、光放出面１３０に於いては、発光素子間隔壁１１０上に配置される事が好ましい。マイクロ発光素子１００の表面を覆うと、光取り出し効率を低下させる為、画素間隔壁１０がマイクロ発光素子１００の光放出面を覆う事は好ましく無い。
図１及び図４に示す様に、画素間隔壁１０の上方には、マイクロレンズ２０を配置している。これらの図では、各画素のマイクロレンズ２０は、マイクロレンズ保持部２１によって互いに接続され、マイクロレンズアレイ２２として、一体化されている。このように、画素５は単一のマイクロレンズ２０を有している。
マイクロレンズアレイ２２は、マイクロレンズ保持部２１によって、画素間隔壁１０と接続している。即ち、マイクロレンズアレイ２２は画素隔壁１０によって、機械的に保持されている。しかし、マイクロレンズアレイ２２の構成はこれに限定されない。例えば、マイクロレンズ保持部２１を省略し、マイクロレンズ２０が直接画素間隔壁１０と接続しても良い。
或は、マイクロレンズ２０は、マイクロレンズ保持部２１を介して、画素間隔壁１０とは独立して保持されても良い。即ち、マイクロレンズ２０を含むマイクロレンズアレイ２２は、駆動回路基板５０からは、機械的に独立して保持されている。
マイクロレンズ２０の断面形状は紡錘型でも、上に凸の片面半球型、下に凸の片面半球型でも良い。マイクロレンズ２０の表面形状は、球面でも非球面でも良いし、フレネルレンズでも良い。平面形状は回転対称でも、上下左右に線対称でも良い。マイクロレンズの材質は、ガラス等の無機材でも良いし、高屈折率の樹脂材であっても良い。
マイクロレンズ２０は、光放出面１３０が、大凡、マイクロレンズ２０の下方の焦点面に来るように配置される事が好ましい。マイクロレンズ２０から放出される光を、前方に放出させる事が出来る。
以上の様に、画像表示素子２００は、画素５と、駆動回路基板５０と、マイクロレンズ２０と、画素間隔壁１０と、を備える。画素５は、アレイ状に配置された、マイクロ発光素子１００を含む。駆動回路基板５０は、マイクロ発光素子１００に電流を供給して発光させる駆動回路を含む。マイクロレンズ２０は、画素５毎に配置される。画素間隔壁１０は、画素５間に配置され、マイクロ発光素子１００の光放出面１３０から、マイクロレンズ２０まで延伸する。
以上の様に、駆動回路基板５０上にマイクロ発光素子１００を配置し、その上に画素間隔壁１０を配置し、更に画素間隔壁１０上にマイクロレンズ２０を配置する、即ち、駆動回路基板５０側から、マイクロ発光素子１００、画素間隔壁１０、マイクロレンズ２０の順に配置する事で、マイクロレンズ２０による光クロストークの発生を防止しつつ、前方放射を強める様に配光制御する事が出来る。これにより、コントラストが高く、演色性に高い、高画質の画像表示素子を提供できる。更に、前方放射を強化する事で、消費電力を低減する事が出来る。
〔実施形態２〕
実施形態２について、図５用いて説明する。実施形態１では、マイクロレンズ２０は両面が凸形状であったが、本実施形態の画像表示素子２００ａでは、マイクロレンズ２０ａは、マイクロ発光素子１００側は凸形状であるが、光放出方向側の面は平面である。それ以外の点では、実施形態１と変わりはない。
実施形態２について、図５用いて説明する。実施形態１では、マイクロレンズ２０は両面が凸形状であったが、本実施形態の画像表示素子２００ａでは、マイクロレンズ２０ａは、マイクロ発光素子１００側は凸形状であるが、光放出方向側の面は平面である。それ以外の点では、実施形態１と変わりはない。
画像表示素子２００ａでは、マイクロレンズ保持部２１ａを厚くする事が容易であり、マイクロレンズアレイ２２の機械的強度を増す事が出来る。その結果、マイクロレンズアレイ２２の製造をマイクロ発光素子１００とは、別に設ける事が出来る。例えば、ガラス基板をマイクロレンズ保持部２１ａとして、その上に凸形状のマイクロレンズ２０ａを形成した後に、画素間隔壁１０を介して、マイクロ発光素子１００上に貼り合せる事が出来る。これにより、画像表示素子２００ａの生産効率を高め、生産コストを低減する事が出来る。
更に、マイクロレンズアレイ２２を駆動回路基板５０とは切り離して保持する事で、マイクロレンズアレイ２２と光放出面１３０との距離を調整する事が容易となる。その結果、マイクロレンズアレイ２２と光放出面１３０との間の距離が、正確に、マイクロレンズ２０ａの焦点距離となる様にする事ができる。これによって、発光効率を一層高める事が出来る。
本実施形態においても、実施形態１と同様の効果を実現できる。更に、生産コストの低減や、発光効率の向上等の、副次的効果も実現できる。
〔実施形態３〕
実施形態３について、図６用いて説明する。実施形態１では、マイクロレンズ２０とマイクロ発光素子１００の間の空間である光路部１５は、空隙であったが、本実施形態の画像表示素子２００ｂでは、実施形態１に説明した光路部１５に相当する部位に透明部１１を充填している。このように、マイクロ発光素子１００、画素間隔壁１０、マイクロレンズ２０に囲まれた光路部１５は、透明材で充填されている。
実施形態３について、図６用いて説明する。実施形態１では、マイクロレンズ２０とマイクロ発光素子１００の間の空間である光路部１５は、空隙であったが、本実施形態の画像表示素子２００ｂでは、実施形態１に説明した光路部１５に相当する部位に透明部１１を充填している。このように、マイクロ発光素子１００、画素間隔壁１０、マイクロレンズ２０に囲まれた光路部１５は、透明材で充填されている。
又、マイクロレンズ２０ｂは、光放出方向には凸形状であるが、マイクロ発光素子１００側の面は平面である。それ以外の点では、実施形態１と変わりはない。
透明部１１は可視光帯域に於いて透明であり、マイクロレンズ２０より、低い屈折率を有する樹脂である。透明部１１の屈折率は低い程、好ましく、特に１．３以下が好ましい。
画像表示素子２００ｂでは、光路部を透明部１１で埋める事により、画素間隔壁１０の強度を補強し、マイクロレンズアレイ２２を保持する事が容易となる。画素間隔壁１０と透明部１１を配置すると、画素間隔壁１０と透明部１１の上面は、ほぼ平面となり、駆動回路基板５０と密着している為、画素間隔壁１０と透明部１１の上面において、更に種々の工程をなす事が可能となる。例えば、マイクロレンズ２０ｂを形成する事が出来る。
この様な製造工程では、マイクロレンズ２０ｂの下面はほぼ平面であり、上面は凸面となる。又、この様な製造工程では、マイクロレンズ保持部２１ｂは省略する事も出来る。
上記の様な製造方法では、フォトリソグラフィ技術を用いて、マイクロレンズ２０ｂを形成する事が出来る。その結果、各画素５に配置するマイクロレンズ２０ｂの位置精度を高める事ができる。
マイクロレンズ２０ｂの光軸を、画素５の中心と一致させる事が容易となる。マイクロレンズ２０ｂの光軸が、画素５の中心からずれると、光放出方向の中心が、光放出面１３０に対する垂線方向（前方）からずれる為、好ましく無い。画像表示素子２００ｂでは、マイクロレンズ２０ｂの光軸と、画素５の中心を一致させる事が容易となる為、前方への光放出強度を高める事が容易となる。
光路部を透明部１１によって埋める事により、マイクロレンズ２０ｂの焦点距離は、透明部１１が無い場合に比べて、大きくなる。その結果、マイクロレンズ２０ｂとマイクロ発光素子１００の距離が大きくなる。従って、画素間隔壁１０は高くする必要が有る。
一方、マイクロ発光素子１００の光放出面１３０が、透明部１１で覆われる事によって、マイクロ発光素子１００から光路部１５への光取り出し効率が向上する。その結果、光路部１５からマイクロレンズ２０ｂを経て、外部へ放出される光量は増す為、光放出効率を向上する事が出来る。
本実施形態においても、実施形態１と同様の効果を実現できる。更に、光放出効率を高め、前方への光放出強度を強める等の、副次的効果も実現できる。
〔実施形態４〕
実施形態４について、図７用いて説明する。実施形態１から３では、画素５間に画素間隔壁１０を配置しているが、本実施形態の画像表示素子２００ｃでは、画素間隔壁１０を設けない点において異なる。
実施形態４について、図７用いて説明する。実施形態１から３では、画素５間に画素間隔壁１０を配置しているが、本実施形態の画像表示素子２００ｃでは、画素間隔壁１０を設けない点において異なる。
図７に示す様に、画素５内のマイクロ発光素子１００の光放出面１３０を覆う様に、透明部１１ｃが配置されており、透明部１１ｃの光放出面側にマイクロレンズ２０ｃが配置されている。本構成ではマイクロレンズ接続部は必要無い。透明部１１ｃが光路部となる点は実施形態３同じである。隣接する透明部１１ｃ間には画素間空隙１２が設けられている。
このように、画像表示素子２００ｃは、アレイ状に配置された、マイクロ発光素子１００を含む画素５と、マイクロ発光素子１００に電流を供給して発光させる駆動回路を含む駆動回路基板５０と、画素５毎に配置されたマイクロレンズ２０ｃと、マイクロ発光素子１００とマイクロレンズ２０ｃとの間に配置された透明部１１ｃと、を備え、透明部１１ｃがマイクロレンズ２０ｃ毎に、分割されており、隣接する透明部１１ｃ間には空隙が設けられている。
マイクロレンズ２０ｃと光放出面１３０との距離は、マイクロレンズ２０ｃの焦点距離と等しい。マイクロレンズ２０ｃは、実施形態１の様に、上下両方向に凸形状であっても良いし、実施形態２の様に下方にのみ凸形状であっても良く、また、実施形態３の様に、上方にのみ凸形状であっても良い。
本構成では、実施形態１から３の様に、マイクロレンズを介する光クロストークを完全に防止する事は出来ないが、一定の防止効果を実現できる。
マイクロ発光素子１００から、透明部１１ｃ内に放出された光の内、透明部１１ｃの側壁１１Ｓｃに入射する角度大きい光は、全反射によって、外部には放出されない。図７に示す様に、側壁１１Ｓｃが光放出面１３０に対して垂直な場合、側壁１１Ｓｃへの入射角度θｓと光放出面１３０からの放出角度θｅとは、両者の和が９０度となる関係（θｓ＋θｅ＝９０°）にある。
側壁１１Ｓｃの全反射臨界角をθｃとすると、θｅ≦９０°－θｃの関係を満たす光は側壁１１Ｓｃから、外部へは放出されない。一方、側壁１１Ｓｃから外部へ放出される光は、θｅ＞９０°－θｃの場合である。この様な光は、近隣の画素の透明部１１ｃに入射して、マイクロレンズ２０ｃを介して外部へ放出されたとしても、前方方向からおおきくずれた方向へ放出される為に、画質には大きな影響を与えない。
マイクロレンズ２０ｃを介した光クロストークにおいて、最も大きな問題は、隣接画素から入射する光の内、マイクロレンズ２０ｃの光軸となす角度が小さな光である。この様な光は、側壁１１Ｓｃの上部を通過する。光放出面１３０から離れる程、側壁１１Ｓｃへの入射角度θｓは小さくなる為、問題となる光は全反射によって、透明部１１ｃから外部へ出ることを防止できる。
図７の様な構成は、アスペクト比の高い画素間側壁１０を形成する必要が無いと言う利点を有する。ネガレジストタイプの透明樹脂を使えば、フォトリソグラフィ技術のみで、透明部１１ｃを形成できる。低屈折率樹脂層を形成した後に、フォトリソグラフィ技術と、ドライエッチング技術を用いて、溝を設けても良い。透明部１１ｃを形成した後に、その上面にマイクロレンズ２０ｃを形成する事は容易である。
本実施形態において、駆動回路基板５０側から、マイクロ発光素子１００、透明部１１ｃ、マイクロレンズ２０ｃの順に配置されており、マイクロ発光素子１００は、駆動回路基板５０とは反対方向に光を放出する。
本実施形態においても、実施形態１と同様の効果を実現できる。更に、簡便な製造方法を使用できると言う副次的効果も実現できる。
〔実施形態５〕
実施形態５について、図８用いて説明する。本実施形態の画像表示素子２００ｄは、実施形態４と類似であるが、低い画素間側壁１０ｄを有している点に於いて異なる。図８に示す様に、マイクロ発光素子１００と接する側の、透明部間には、画素間隔壁１０ｄが設けられている。
実施形態５について、図８用いて説明する。本実施形態の画像表示素子２００ｄは、実施形態４と類似であるが、低い画素間側壁１０ｄを有している点に於いて異なる。図８に示す様に、マイクロ発光素子１００と接する側の、透明部間には、画素間隔壁１０ｄが設けられている。
実施形態４の構成では、表示画像の品質に関する直接的な影響は低減できるが、マイクロレンズ２０ｃから外部へ放出されて、迷光となる様な光の放出は防げない。画像表示素子２００ｃでは、θｅ＞９０°－θｃの関係にある光は、側壁１１Ｓｃから、外部へは放出され、隣接画素の透明部１１ｃに入射し、マイクロレンズ２０ｃを介して、外部へ放出される場合が有る。
この様な光は、前方に対して大きな角度で放出される為、表示機器の筐体等に当たり、迷光となって、コントラストを低下させる場合がある。この様な光は、側壁１１Ｓｃの低い位置（光放出面１３０に近い位置）から放出される。画素隔壁１０ｄは側壁１１Ｓｃの低い部分を覆う事で、前述の様な迷光の発生を防止する事が出来る。
図８に示す様に、画素５の水平面方向の長さをＬとすると、画素間隔壁１０ｄの光放出面１３０からの高さＨは、次の関係を満たす事が好ましい。
Ｈ ≧ Ｌ・ｔａｎθｃ
この関係を満たしているなら、側壁１１Ｓｃに入射する光の内、全反射臨界角θｃより小さな入射角で入射する光は、画素間隔壁１０ｄによって反射され、外部には放出されない。
Ｈ ≧ Ｌ・ｔａｎθｃ
この関係を満たしているなら、側壁１１Ｓｃに入射する光の内、全反射臨界角θｃより小さな入射角で入射する光は、画素間隔壁１０ｄによって反射され、外部には放出されない。
画素間隔壁１０ｄは透明部１１ｃ間を埋めても良いし、透明部１１ｃの側壁１１Ｓｃを覆う反射薄膜であっても良い。このように、マイクロ発光素子と接する側の、前記透明部の側壁には、反射膜が設けられている。
なお、本実施形態において、透明部１１ｃ間には画素間空隙１２ｄが設けられている。
本実施形態においても、実施形態１と同様の効果を実現できる。更に、迷光の発生を低減すると言う副次的効果も実現できる。
〔実施形態６〕
実施形態６について、図９を用いて説明する。本実施形態の画像表示素子２００ｅは、マイクロレンズが実施形態２と同様に、厚いマイクロレンズ保持部２１ａを有し、下面側に凸形状を有している。又、実施形態４の様に、マイクロレンズ２０ａと光放出面１３０の間に、透明部１１ｅを配置しており、透明部１１ｅ間には画素間空隙１２ｅが設けられている。
実施形態６について、図９を用いて説明する。本実施形態の画像表示素子２００ｅは、マイクロレンズが実施形態２と同様に、厚いマイクロレンズ保持部２１ａを有し、下面側に凸形状を有している。又、実施形態４の様に、マイクロレンズ２０ａと光放出面１３０の間に、透明部１１ｅを配置しており、透明部１１ｅ間には画素間空隙１２ｅが設けられている。
画像表示素子２００ｅは、マイクロレンズアレイと透明部１１ｅを、独立に製造する事が出来ると言う利点を有している。マイクロレンズ２０ａの下面側に形成した透明部１１を、駆動回路基板５０上のマイクロ発光素子１００に貼り合せる事で、画像表示素子２００ｅを製造できる。透明部１１ｅがマイクロレンズアレイを、マイクロ発光素子１００に対して固定し、適正な距離を保つことが出来る。
本実施形態においても、実施形態１と同様の効果を実現できる。
〔実施形態７〕
実施形態７について、図１０を用いて説明する。本実施形態の画像表示素子２００ｆは、各マイクロ発光素子１００が固有のマイクロレンズ２０ｆを有している点で、実施形態１と異なる。それ以外の点は、実施形態１と同様である。このように、画素５は、互いに異なる波長で発光する複数のマイクロ発光素子１００を含み、画素５は、前記複数のマイクロ発光素子１００毎にマイクロレンズを有している。
実施形態７について、図１０を用いて説明する。本実施形態の画像表示素子２００ｆは、各マイクロ発光素子１００が固有のマイクロレンズ２０ｆを有している点で、実施形態１と異なる。それ以外の点は、実施形態１と同様である。このように、画素５は、互いに異なる波長で発光する複数のマイクロ発光素子１００を含み、画素５は、前記複数のマイクロ発光素子１００毎にマイクロレンズを有している。
実施形態１の様に、画素５全体で１個のマイクロレンズ２０を共有する構造は、マイクロレンズを大きくする事ができ、各マイクロ発光素子１００から発せられる光を多く集光できると言う利点がある。
しかしながら、赤色マイクロ発光素子１００Ｒが、青色光を波長変換する事で、赤色光を発している場合には、青色マイクロ発光素子１００Ｂが発した光の一部が、マイクロレンズ２０の下面や、画素間隔壁１０等によって反射されて、赤色マイクロ発光素子１００Ｒに入射する事で、赤色光を発する場合が有る。
各マイクロ発光素子１００を画素間隔壁１０ｆによって区切り、それぞれにマイクロレンズ２０ｆを配置する事で、この様な混色の発生を完全に防止する事が出来る。
本実施形態においても、実施形態１と同様の効果を実現できる。更に、画素内での混色の発生を防止できると言う副次的効果も実現できる。
１００ マイクロ発光素子
１００Ｂ 青色マイクロ発光素子
１００Ｒ 赤色マイクロ発光素子
１００Ｇ 緑色マイクロ発光素子
１１０ 発光素子間隔壁
１３０ 光放出面
１ 画素領域
５ 画素
１０、１０ｆ 画素間隔壁
１１、１１ｃ、１１ｅ 透明部
１１Ｓｃ 透明部側壁
１０Ｓ 画素間隔壁側面
１２、１２ｄ、１２ｅ 画素間空隙
１５、１５ｆ 光路部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｆ マイクロレンズ
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｆ マイクロレンズ保持部
２２ マイクロレンズアレイ
５０ 駆動回路基板
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ、２００ｆ 画像表示素子
θｅ マイクロ発光素子の光放出角度
θｓ 透明部側壁への光の入射角度
θｃ 透明部１１の全反射臨界角度
１００Ｂ 青色マイクロ発光素子
１００Ｒ 赤色マイクロ発光素子
１００Ｇ 緑色マイクロ発光素子
１１０ 発光素子間隔壁
１３０ 光放出面
１ 画素領域
５ 画素
１０、１０ｆ 画素間隔壁
１１、１１ｃ、１１ｅ 透明部
１１Ｓｃ 透明部側壁
１０Ｓ 画素間隔壁側面
１２、１２ｄ、１２ｅ 画素間空隙
１５、１５ｆ 光路部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｆ マイクロレンズ
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｆ マイクロレンズ保持部
２２ マイクロレンズアレイ
５０ 駆動回路基板
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ、２００ｆ 画像表示素子
θｅ マイクロ発光素子の光放出角度
θｓ 透明部側壁への光の入射角度
θｃ 透明部１１の全反射臨界角度
Claims (19)
- 画像表示素子であって、
アレイ状に配置された、マイクロ発光素子を含む画素と、
前記マイクロ発光素子に電流を供給して発光させる駆動回路を含む駆動回路基板と、
前記画素毎に配置されたマイクロレンズと、
前記画素間に配置され、前記マイクロ発光素子の光放出面から、前記マイクロレンズまで延伸する画素間隔壁と、を備える
ことを特徴とする画像表示素子。 - 前記駆動回路基板側から、前記マイクロ発光素子、前記画素間隔壁、前記マイクロレンズの順に配置されており、
前記マイクロ発光素子は、前記駆動回路基板とは反対方向に光を放出する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示素子。 - 前記画素間隔壁の側面は、前記マイクロ発光素子が発する光を反射する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示素子。 - 前記マイクロ発光素子、前記画素間隔壁、前記マイクロレンズに囲まれた光路部は、空隙である
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の画像表示素子。 - 前記マイクロレンズは、前記マイクロ発光素子側には凸形状を有している
ことを特徴とする請求項４の画像表示素子。 - 前記マイクロレンズを含むマイクロレンズアレイは、前記駆動回路基板からは、機械的に独立して保持されていることを特徴とする請求項５に記載の画像表示素子。
- 前記マイクロ発光素子、前記画素間隔壁、前記マイクロレンズに囲まれた光路部は、透明材で充填されている
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の画像表示素子。 - 前記マイクロレンズは、前記マイクロ発光素子側には平面形状を有している
ことを特徴とする請求項７の画像表示素子。 - 前記画素は、互いに異なる波長で発光する複数のマイクロ発光素子を含み、前記画素は単一のマイクロレンズを有していることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の画像表示素子。
- 前記画素は、互いに異なる波長で発光する複数のマイクロ発光素子を含み、前記画素は、前記複数のマイクロ発光素子毎にマイクロレンズを有していることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の画像表示素子。
- 画像表示素子であって、
アレイ状に配置された、マイクロ発光素子を含む画素と、
上記マイクロ発光素子に電流を供給して発光させる駆動回路を含む駆動回路基板と、
前記画素毎に配置されたマイクロレンズと、
前記マイクロ発光素子と前記マイクロレンズとの間に配置された透明部と、を備え、
前記透明部が前記マイクロレンズ毎に、分割されており、隣接する前記透明部間には空隙が設けられている
ことを特徴とする画像表示素子。 - 前記駆動回路基板側から、前記マイクロ発光素子、前記透明部、前記マイクロレンズの順に配置されており、
前記マイクロ発光素子は、前記駆動回路基板とは反対方向に光を放出する
ことを特徴とする請求項１１に記載の画像表示素子。 - 前記マイクロ発光素子と接する側の、前記透明部間には、画素間隔壁が設けられている
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の画像表示素子。 - 前記画素間隔壁の高さは、前記画素の水平方向の長さをＬ、前記透明部の全反射臨界角をθｃとして、Ｌ×tanθｃ以上である
ことを特徴とする請求項１３に記載の画像表示素子。 - 前記マイクロ発光素子と接する側の、前記透明部の側壁には、反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の画像表示素子。
- 前記マイクロレンズは、前記画素毎に分離されており、前記マイクロ発光素子側の面は、平面であることを特徴とする請求項１１から１５の何れか１項に記載の画像表示素子。
- 前記マイクロレンズは、光放出方向の面が平面であるマイクロレンズ保持部によって保持されていることを特徴とする請求項１１から１５の何れか１項に記載の画像表示素子。
- 前記画素は、互いに異なる波長で発光する複数のマイクロ発光素子を含み、前記画素は単一のマイクロレンズを有していることを特徴とする請求項１１から１７の何れか１項に記載の画像表示素子。
- 前記画素は、互いに異なる波長で発光する複数のマイクロ発光素子を含み、前記画素は、前記複数のマイクロ発光素子毎にマイクロレンズを有していることを特徴とする請求項１１から１７の何れか１項に記載の画像表示素子。
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