JP2023154505A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードによって明るい画像を表示可能な表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置１Ａは、基板２と、前記基板２上に設けられ、複数の貫通孔を有する隔壁層３と、前記複数の貫通孔内にそれぞれ配置された複数の発光ダイオード４と、前記複数の貫通孔の位置にそれぞれ配置された複数のレンズ５とを備え、前記レンズ５は前記発光ダイオード４を間に挟んで前記基板２と向き合った第１面５ａとその裏面である第２面５ｂとを有し、前記第２面５ｂは凸面であり、前記基板２を基準とした前記凸面の頂部の高さＨ５Ｔは、前記基板２を基準とした前記隔壁層３の上面の高さＨ３と比較してより大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に関する。

ＡＲグラス及びＭＲグラスなどのヘッドマウントディスプレイは、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）又は複合現実（ＭＲ）の体験に利用可能である。ヘッドマウントディスプレイが搭載する表示装置には、低消費電力、小型且つ軽量であり、高輝度且つ高精細な画像を表示可能であることが求められる。

ヘッドマウントディスプレイへの搭載が可能な小型表示装置として、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）マイクロディスプレイ、ＬＢＳ（Laser Beam Scanning）ディスプレイ、及びＯＬＥＤ－ｏｎ－Ｓｉｌｉｃｏｎマイクロディスプレイなどの様々な表示装置の開発が行われている。しかしながら、これらの何れも、上述した要求を充分に満たすことができていない。

マイクロＬＥＤ（Light-Emitting Diode）ディスプレイは、上述した要求を満たす可能性が最も高い表示装置であると言われている。そのため、マイクロＬＥＤディスプレイに関する研究開発が盛んに進められている状況にある。

ヘッドマウントディスプレイへの搭載が可能な小型のマイクロＬＥＤディスプレイでは、発光ダイオードの前方へマイクロレンズを設置することがある（特許文献１及び２）。発光ダイオードが射出する光は、拡散光である。マイクロレンズは、発光ダイオードが射出した拡散光をコリメート光へ近づける。

中国特許出願公開第２０１９１１３０８３１０号明細書 欧州特許出願公開第１５８０１４８４号明細書

本発明は、発光ダイオードによって明るい画像を表示可能な表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面によると、基板と、前記基板上に設けられ、複数の貫通孔を有する隔壁層と、前記複数の貫通孔内にそれぞれ配置された複数の発光ダイオードと、前記複数の貫通孔の位置にそれぞれ配置された複数のレンズとを備え、前記レンズは前記発光ダイオードを間に挟んで前記基板と向き合った第１面とその裏面である第２面とを有し、前記第２面は凸面であり、前記基板を基準とした前記凸面の頂部の高さは、前記基板を基準とした前記隔壁層の上面の高さと比較してより大きいことを特徴とした表示装置が提供される。

本発明の他の側面によると、前記基板を基準とした前記凸面の周縁部の高さは、前記基板を基準とした前記隔壁層の前記上面の前記高さ以下である上記側面に係る表示装置が提供される。

本発明の更に他の側面によると、前記複数の貫通孔の各々の中に位置し、前記レンズと前記発光ダイオードとの間に介在した１以上の層を更に備えた上記側面の何れかに係る表示装置が提供される。

本発明の更に他の側面によると、上記１以上の層のうち、前記レンズと隣接したものの屈折率は、前記レンズの屈折率と比較してより小さい上記側面に係る表示装置が提供される。

本発明の更に他の側面によると、前記隔壁層は前記１以上の層の少なくとも１つと接触した光透過性部を含み、前記１以上の層のうち前記光透過性部と接触したものの屈折率は、前記光透過性部の屈折率と比較してより大きい上記側面の何れかに係る表示装置が提供される。

本発明の更に他の側面によると、前記隔壁層は多層構造を有している上記側面の何れかに係る表示装置が提供される。

本発明の更に他の側面によると、前記隔壁層は、遮光性の第１層と、前記第１層上に設けられ、光透過性樹脂からなる第２層とを含んだ上記側面に係る表示装置が提供される。

本発明の更に他の側面によると、前記隔壁層は、前記第２層上に設けられた遮光性の第３層を更に含んだ上記側面に係る表示装置が提供される。

本発明の更に他の側面によると、前記複数の貫通孔をそれぞれ充填し、各々が、前記複数のレンズの１つと前記基板との間に介在するとともに、そのレンズと向き合った前記発光ダイオードを埋め込んだ複数の充填層を更に備えた上記側面の何れかに係る表示装置が提供される。

本発明の更に他の側面によると、前記複数の充填層の少なくとも一部は波長変換層を含んだ上記側面に係る表示装置が提供される。

本発明の更に他の側面によると、前記複数の充填層のうち前記波長変換層を含んだものは、前記波長変換層と前記レンズとの間に介在した着色層を更に含んだ上記側面に係る表示装置が提供される。

本発明の更に他の側面によると、前記複数の充填層の少なくとも一部は透明樹脂層を含んだ上記側面の何れかに係る表示装置が提供される。

本発明によれば、発光ダイオードによって明るい画像を表示可能な表示装置が提供される。

図１は、本発明の第１実施形態に係る表示装置の断面図である。 図２は、本発明の第２実施形態に係る表示装置の断面図である。 図３は、本発明の第３実施形態に係る表示装置の断面図である。 図４は、本発明の第４実施形態に係る表示装置の断面図である。 図５は、本発明の第５実施形態に係る表示装置の断面図である。 図６は、本発明の第６実施形態に係る表示装置の断面図である。 図７は、本発明の第７実施形態に係る表示装置の断面図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、上記側面の何れかをより具体化したものである。以下に記載する事項は、単独で又は複数を組み合わせて、上記側面の各々に組み入れることができる。

また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、下記の構成部材の材質、形状、及び構造等によって限定されるものではない。本発明の技術的思想には、請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

なお、同様又は類似した機能を有する要素については、以下で参照する図面において同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面は模式的なものであり、或る方向の寸法と別の方向の寸法との関係、及び、或る部材の寸法と他の部材の寸法との関係等は、現実のものとは異なり得る。

＜１＞第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る表示装置の断面図である。図１に示す表示装置１Ａは、ヘッドマウントディスプレイへの搭載が可能であり、モノクローム画像を表示するマイクロＬＥＤディスプレイである。

表示装置１Ａは、基板２と、隔壁層３と、発光ダイオード４と、レンズ５と、充填層６とを含んでいる。

基板２は、例えば、半導体基板又は絶縁基板と、その一方の主面上に設けられた回路とを含んでいる。半導体基板は、例えば、シリコン基板である。絶縁基板は、例えば、ガラス基板である。回路は、例えば、発光ダイオード４をアクティブマトリクス駆動するものである。回路は、発光ダイオード４をパッシブマトリクス駆動するものであってもよい。一例によれば、基板２は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）バックプレーンである。

なお、図中、Ｘ方向及びＹ方向は、基板２の回路が設けられた面に平行であり且つ互いに交差する方向である。一例によれば、Ｘ方向及びＹ方向は、互いに対して垂直である。また、Ｚ方向は、基板２の厚さ方向であって、Ｘ方向及びＹ方向に対して垂直である。

隔壁層３は、基板２の回路が設けられた面の上に設けられている。隔壁層３は、複数の貫通孔を有している。これら貫通孔は、各々がＺ方向に伸びており、Ｘ方向及びＹ方向に配列している。

後述するように、発光ダイオード４は、これら貫通孔内にそれぞれ配置されている。隔壁層３は、或る貫通孔内に位置した発光ダイオード４が射出した光が、他の貫通孔への入射することを抑制又は防止する。

隔壁層３の各貫通孔は、上面側の開口が正方形状である。この開口は、円形などの他の形状を有していてもよい。ここで、或る構成要素「上面」は、その構成要素の表面のうち、基板２と向き合った面の裏面を意味している。

各貫通孔は、ここでは、Ｚ方向に平行な断面が矩形状である。貫通孔のＺ方向に平行な断面は、他の形状を有していてもよい。例えば、貫通孔のＺ方向に平行な断面は、順テーパ状であってもよい。

隔壁層３は、例えば、樹脂からなる。隔壁層３は、透明であってもよく、光散乱性であってもよい。光散乱性の隔壁層３は、例えば、透明樹脂と、これとは屈折率が異なる透明粒子とを含んだ混合物からなる。光散乱性の粒子を用いない場合においては、透明樹脂からなる隔壁層を光学的に反射する金属膜で被覆することが光取り出し効率の向上の観点から望ましい。

基板２を基準とした隔壁層３の上面の高さＨ３、即ち、隔壁層３の厚さは、２．８乃至１５μｍの範囲内にあることが好ましく、５乃至１０μｍの範囲内にあることがより好ましい。

隔壁層３の上面における貫通孔の最大径は、１乃至１０μｍの範囲内にあることが好ましく、２乃至５μｍの範囲内にあることがより好ましい。

発光ダイオード４は、隔壁層３の貫通孔内にそれぞれ配置されている。発光ダイオード４は、例えば、無機発光ダイオードである。各発光ダイオード４の２つの電極は、基板２の回路へ接続されている。

これら発光ダイオード４は、発光スペクトルが互いに等しい。一例によれば、発光ダイオード４は、青色発光ダイオードである。他の例によれば、発光ダイオード４は、紫外発光ダイオードである。

基板２を基準とした発光ダイオード４の上面の高さＨ４と、基板２を基準とした隔壁層３の上面の高さＨ３との比Ｈ４／Ｈ３は、０．３６乃至０．８の範囲内にあることが好ましく、０．４乃至０．７の範囲内にあることがより好ましい。

レンズ５は、隔壁層３の貫通孔の位置にそれぞれ配置されている。レンズ５の各々は、凸レンズである。各レンズ５は、第１面５ａと第２面５ｂとを有している。

第１面５ａは、発光ダイオード４を間に挟んで基板２と向き合っている。第１面５ａは、ここでは平坦面である。第２面５ｂは、第１面５ａの裏面である。第２面５ｂは凸面である。レンズ５は、第１面５ａに入射した拡散光をコリメート光に近づけて第２面５ｂから射出する。

レンズ５は、透明材料からなる。この透明材料は、有機物であってもよく、無機物であってもよい。

上記の通り、レンズ５の第２面５ｂは凸面である。この凸面の縁を基準とした凸面の頂部の高さＨは、０．３乃至３μｍの範囲内にあることが好ましく、０．６乃至１．５μｍの範囲内にあることがより好ましい。

上記の高さＨとレンズ５の最大径Ｄとの比Ｈ／Ｄは、０．０３乃至３の範囲内にあることが好ましく、０．０６乃至１．５の範囲内にあることがより好ましい。なお、レンズ５の最大径Ｄは、隔壁層３の上面における貫通孔の最大径と等しいか又はそれよりも僅かに小さい。

基板２を基準とした第２面５ｂの頂部の高さＨ５Ｔは、基板２を基準とした隔壁層３の上面の高さＨ３と比較してより大きい。後述するように、この構造を採用した場合、高さＨ５Ｔが高さＨ３以下である場合と比較して、より明るい画像を表示することができる。

高さＨ５Ｔと高さＨ３との差Ｈ５Ｔ－Ｈ３は、０．０２乃至１．５μｍの範囲内にあることが好ましく、０．１乃至０．５μｍの範囲内にあることがより好ましい。

基板２を基準とした凸面の周縁部の高さＨ５Ｐは、基板２を基準とした隔壁層３の上面の高さＨ３以下である。高さＨ５Ｐは高さＨ３よりも大きくてもよいが、この場合、第１面５ａに入射した光の一部は、第２面５ｂを透過せずに、例えば、レンズ５の側面を透過する。高さＨ５Ｐを高さＨ３以下とした場合、高さＨ５Ｐを高さＨ３よりも大きくした場合と比較して、レンズ５が拡散光をコリメート光に近づける効果が大きい。

充填層６は、隔壁層３の貫通孔をそれぞれ充填している。充填層６の各々は、レンズ５の１つと基板２との間に介在するとともに、そのレンズ５と向き合った発光ダイオード４を埋め込んでいる。充填層６の各々は、レンズ５と発光ダイオード４との間に介在した１以上の層を含んでいる。

充填層６が含んでいる１以上の層のうちレンズ５と隣接したものの屈折率は、レンズ５の屈折率と比較してより小さいことが好ましい。ここで、「屈折率」は、充填層６が射出し、レンズ５へ入射する光の屈折率である。屈折率が上記の関係を満たしている場合、充填層６からレンズ５へ向けて進行する光がそれらの間の界面によって反射されるのを抑制できる。

上記の通り、隔壁層３は、その全体が透明であるか又は光散乱性である。即ち、隔壁層３は、充填層６が含んでいる１以上の層の少なくとも１つと接触した光透過性部を含んでいる。充填層６が含んでいる１以上の層のうち光透過性部と接触したものの屈折率は、光透過性部の屈折率と比較してより大きいことが好ましい。ここで、「屈折率」は、充填層６が含んでいる１以上の層のうち光透過性部と接触したものから光透過性部へ向けて進行する光の屈折率である。屈折率が上記の関係を満たしている場合、充填層６から隔壁層３へ向けて進行する光が隔壁層３へ入射するのを抑制できる。

充填層６の各々は、下部充填層６１と上部充填層６２とを含んでいる。
下部充填層６１は、発光ダイオード４を埋め込んでいる。下部充填層６１は、例えば、波長変換層である。波長変換層は、量子ドット蛍光体などの蛍光体と透明樹脂とを含んだ層である。一例によれば、波長変換層は、発光ダイオード４が射出した青色光を、黄色光などの他の色の光へ変換する。他の例によれば、波長変換層は、発光ダイオード４が射出した紫外光を、可視域の光へ変換する。発光ダイオード４が可視域の光を射出する場合、下部充填層６１は波長変換機能を有していなくてもよい。

上部充填層６２は、下部充填層６１上に設けられている。上部充填層６２は、例えば、平坦化層としての役割を果たす層である。発光ダイオード４が青色光を射出し、下部充填層６１が青色光を黄色光へ変換する波長変換層である場合、上部充填層６２は、例えば、波長変換されることなしに波長変換層を透過した青色光と、波長変換層によって青色光から変換されてなる黄色光とを透過させる。この場合、例えば、青色と黄色との加法混色による白色の表示が可能である。

上部充填層６２には、光学フィルタの役割を更に担わせてもよい。例えば、上部充填層６２は、可視域の光の一部、紫外域の光の少なくとも一部、又はそれらの両方を吸収又は遮断するものであってもよい。上部充填層６２は省略することができる。

なお、この表示装置１Ａでは、画素ＰＸの各々は、１つの発光ダイオード４と、これと向き合ったレンズ５と、それらの間に介在した充填層６とを含んでいる。基板２が発光ダイオードをアクティブマトリクス駆動するものである場合、画素ＰＸの各々は、基板２の回路が含んでいる画素回路のうち、この画素ＰＸが含んでいる発光ダイオード４の発光動作を制御する画素回路を更に含む。

この表示装置１Ａは、例えば、以下の方法により製造することができる。
先ず、基板２に発光ダイオード４を実装する。この実装には、例えば、フリップチップボンディング技術又はワイヤボンディング技術を利用することができる。

次に、基板２上に、隔壁層３、下部充填層６１及び上部充填層６２を、この順に形成する。隔壁層３、下部充填層６１及び上部充填層６２は、例えば、紫外線硬化樹脂などの感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィによって形成することができる。

次いで、レンズ５を形成する。レンズ５は、例えば、以下の方法により形成する。
先ず、感光性樹脂からなる塗膜を、上部充填層６２及び隔壁層３を被覆するように形成する。次に、この塗膜のパターン露光及び現像を行うことにより、上部充填層６２の中央部上に各々が位置した複数の柱状体を形成する。その後、これら柱状体をリフローさせることにより、レンズ５を得る。

或いは、先ず、ポジ型の感光性樹脂からなる塗膜を、上部充填層６２及び隔壁層３を被覆するように形成する。次に、この塗膜のうち、隔壁層３に設けられた各貫通孔の中心に対応した部分から、この貫通孔の側壁に対応した部分へ向けて露光量が順次大きくなるように、及び、この隔壁のうち隔壁層３の直上に位置した部分の露光量が最大となるように設計したグレイトーンマスクを介して、塗膜を露光する。その後、現像及び硬化を行うことにより、レンズ５を得る。

或いは、先ず、ネガ型の感光性樹脂を、上部充填層６２及び隔壁層３上に塗工する。ここで、上部充填層６２及び隔壁層３は、表面自由エネルギーが相違しているとする。また、感光性樹脂の表面張力は、上部充填層６２の表面自由エネルギーとほぼ等しく、隔壁層３の表面自由エネルギーとは大きく相違しているとする。この場合、上部充填層６２は感光性樹脂によって濡れ易く、隔壁層３は感光性樹脂によって濡れ難い。それ故、上部充填層６２上には、感光性樹脂からなり、上面が凸曲面である島状部が形成される。その後、島状部を露光することにより、レンズ５を得る。

或いは、先ず、上部充填層６２を被覆した透明材料層を形成する。透明材料層は、隔壁層３を更に被覆するように形成してもよい。次に、透明材料層上に、レンズ５の中央部に対応した島状パターンからなるエッチングマスクを形成する。次いで、透明材料層をエッチングして、透明材料層のうちエッチングマスクから露出した部分を除去するとともに、エッチングマスクの下方でサイドエッチングを生じさせる。その後、エッチングマスクを除去することにより、レンズ５を得る。

以上のようにしてレンズ５を形成した後、隔壁層３の上面をエッチングして、その厚さを減じる。このエッチングは省略することができる。但し、このエッチングを行うことにより、高さＨ５Ｔが高さＨ３と比較してより大きな構造を、より確実に得ることが可能になる。

上記の発光ダイオード４は、例えば、これと同様の層構造を有している積層体を、複数の部分へと個片化することにより得られる。このようにして得られた発光ダイオード４の各々は、その端面近傍の領域が個片化によってダメージを受けている。ダメージを受けた領域は、ダメージを受けていない領域と比較して、発光効率が低い。

マイクロＬＥＤディスプレイ、特には、ヘッドマウントディスプレイへの搭載が可能なマイクロＬＥＤディスプレイでは、発光ダイオードの寸法が小さい。それ故、発光ダイオードに占める、個片化によってダメージを受けた領域の割合が大きい。

一般に、発光ダイオードは高い輝度を実現可能である。しかしながら、以上の理由から、マイクロＬＥＤディスプレイ、特には、ヘッドマウントディスプレイへの搭載が可能なマイクロＬＥＤディスプレイには、画像の明るさに関して改善の余地がある。

上記の表示装置１Ａは、明るい画像を表示することが可能である。これについて、以下に説明する。

レンズ５の第２面５ｂの頂部の高さＨ５Ｔを、隔壁層３の高さＨ３よりも大きくした場合、高さＨ５Ｔが高さＨ３と等しい場合や、高さＨ５Ｔが高さＨ３よりも小さい場合と比較して、レンズ５が射出した光のうち、隔壁層３の表面近傍の部分、即ち、隔壁層３のうち隣り合ったレンズ５によって挟まれた部分へ入射するか又はこの部分によって反射される光成分が占める割合が小さい。隔壁層３の表面近傍の部分に入射した光の多くは、表示に利用されないか又はノイズになる。そして、反射に伴う光の減衰は避けられない。それ故、上記の表示装置１Ａは、レンズ５が射出した光を表示へ効率的に利用することができ、従って、明るい画像を表示することが可能である。

また、レンズ５の第２面５ｂの頂部の高さＨ５Ｔを、隔壁層３の高さＨ３よりも大きくすると、高さＨ５Ｔが高さＨ３と等しい場合や、高さＨ５Ｔが高さＨ３よりも小さい場合と比較して、発光ダイオード４からレンズ５の第２面５ｂまでの距離を大きくすることができる。

下部充填層６１が波長変換機能を有していない場合、発光ダイオード４からレンズ５の第２面５ｂまでの距離を大きくすると、レンズ５の第１面５ａへ入射する光のうち、第１面５ａへ小さな入射角で入射する光成分の割合が大きくなる。これは、この距離を大きくすると、発光ダイオード４が射出した光のうち、隔壁層３に設けられた貫通孔の側壁によって反射されることなしに第１面５ａへ入射する光成分は反射に伴う減衰がなく且つ入射角が小さなものに限られる一方で、貫通孔の側壁によって１回以上反射された後に第１面５ａへ入射する光成分は反射時にその進行方向が変化し得るからである。例えば、隔壁層３のうち隣り合った貫通孔に挟まれた部分が順テーパ状の断面形状を有している場合、発光ダイオード４が広角側に射出した光成分は、貫通孔の側壁によって反射されることにより、その進行方向が垂直方向に近くなる。レンズ５が射出した光の指向性が高い（拡散の程度が小さい）と、観察者の眼に入射する光の割合を高めることができ、明るい画像を表示することが可能になる。

また、発光ダイオード４からレンズ５の第２面５ｂまでの距離を大きくすると、充填層６をより厚くすることができ、それ故、下部充填層６１もより厚くすることができる。波長変換機能を有している下部充填層６１を厚くすると、波長変換効率が高まる。従って、下部充填層６１が波長変換機能を有している場合も、明るい画像を表示することが可能になる。
以上の理由でも、上記の表示装置１Ａは、明るい画像を表示することが可能である。

＜２＞第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態に係る表示装置の断面図である。図２に示す表示装置１Ｂは、隔壁層３に以下の構造を採用したこと以外は、図１を参照しながら説明した表示装置１Ａと同様である。

即ち、表示装置１Ｂの隔壁層３は、多層構造を有している。具体的には、この隔壁層３は、第１層３１と第２層３２とを含んでいる。

第１層３１は、遮光性である。一例によれば、第１層３１は、黒色層である。そのような第１層３１は、例えば、バインダ樹脂と着色剤とを含んだ混合物からなる。着色剤は、例えば、黒色顔料であるか、又は、減法混色によって黒色を呈する顔料の混合物、例えば、青色顔料、緑色顔料及び赤色顔料を含んだ混合物である。第１層３１には、隔壁層３に設けられた貫通孔の下側部分としての第１貫通孔が設けられている。

第２層３２は、第１層３１上に設けられている。第２層３２は、光透過性樹脂からなる。第２層３２は、例えば、透明樹脂からなる。第２層３２には、隔壁層３に設けられた貫通孔の他の部分としての第２貫通孔が設けられている。第２貫通孔の側壁は、第１貫通孔の側壁に対して面一である。

この表示装置１Ｂは、表示装置１Ａについて上述したのと同様の効果を奏する。
また、この表示装置１Ｂでは、或る画素ＰＸの発光ダイオード４が射出し、隣の画素ＰＸの下部充填層６１へ向けて進行する光の一部は、第１層３１によって吸収される。それ故、例えば、下部充填層６１が波長変換機能を有している場合、或る画素ＰＸの発光ダイオード４が射出した光が、隣の画素ＰＸの下部充填層６１によって波長変換される可能性が低い。即ち、隔壁層３に図２の構造を採用すると、クロストークを生じ難くなる。

また、隔壁層３の全体が黒色である場合、隔壁層３による光の吸収が大きい。図２の隔壁層３は光透過性樹脂からなる第２層３２を含んでいるので、隔壁層３に図２の構造を採用することに伴って隔壁層３による光の吸収が過剰に大きくなることはない。

また、隔壁層３の全体が黒色である場合、その形成に使用する感光性樹脂も黒色である。そのような感光性樹脂は、一般に、パターン露光に使用する光に対して高い吸収率を示す。それ故、貫通孔を有し且つ厚い黒色層は、高い形状精度で形成することが難しい。図２の隔壁層は、黒色層である第１層３１だけでなく、光透過性樹脂からなる第２層３２を含んでいるので、厚く且つ高い形状精度で形成することが容易である。

なお、ここでは、基板２を基準とした第１層３１の上面の高さは、基板２を基準とした発光ダイオード４の上面の高さと比較してより小さい。基板２を基準とした第１層３１の上面の高さは、基板２を基準とした発光ダイオード４の上面の高さと等しくてもよく、この高さよりも大きくてもよい。

＜３＞第３実施形態
図３は、本発明の第３実施形態に係る表示装置の断面図である。図３に示す表示装置１Ｃは、隔壁層３に以下の構造を採用したこと以外は、図２を参照しながら説明した表示装置１Ｂと同様である。

即ち、表示装置１Ｃの隔壁層３では、第２層３２は、第１層３１の上面だけでなく、第１層３１に設けられた貫通孔の側壁も被覆している。

この表示装置１Ｃは、表示装置１Ａ及び１Ｂについて上述したのと同様の効果を奏する。また、この構造によると、発光ダイオード４が射出し、第１層３１へ向けて進行する光の一部は、第２層３２と下部充填層６１との界面によって反射される。それ故、表示装置１Ｃでは、表示装置１Ｂと比較して、第１層３１による光の吸収を生じ難い。

＜４＞第４実施形態
図４は、本発明の第４実施形態に係る表示装置の断面図である。図４に示す表示装置１Ｄは、隔壁層３に以下の構造を採用したこと以外は、図２を参照しながら説明した表示装置１Ｂと同様である。

即ち、表示装置１Ｄの隔壁層３では、第１層３１に設けられた第１貫通孔の径は、第２層３２に設けられた第２貫通孔の径と比較してより小さい。このため、隔壁層３に設けられた貫通孔の側壁は、下方から上方へ向けて拡径するように、第１層３１と第２層３２との境界の位置に段差を有している。

この表示装置１Ｄは、表示装置１Ａ及び１Ｂについて上述したのと同様の効果を奏する。また、この構造を採用すると、第１貫通孔に対する第２貫通孔の位置が表示性能へ及ぼす影響を小さくすることができる。即ち、この構造を採用すると、製造プロセスのマージンが大きくなる。

＜５＞第５実施形態
図５は、本発明の第５実施形態に係る表示装置の断面図である。図５に示す表示装置１Ｅは、隔壁層３に以下の構造を採用したこと以外は、図２を参照しながら説明した表示装置１Ｂと同様である。

即ち、表示装置１Ｅの隔壁層３は、第３層３３を更に含んでいる。第３層３３は、第２層３２上に設けられている。第３層３３は、遮光性である。一例によれば、第３層３３は、黒色層である。第３層３３は、例えば、第１層３１について上述したのと同様の材料からなる。第３層３３には、隔壁層３に設けられた貫通孔の上側部分としての第３貫通孔が設けられている。第３貫通孔の側壁は、第２貫通孔の側壁に対して面一である。第３貫通孔の側壁は、第２貫通孔の側壁に対して面一でなくてもよい。

この表示装置１Ｅは、表示装置１Ａ及び１Ｂについて上述したのと同様の効果を奏する。また、この表示装置１Ｅは、レンズ５が設けられた面に外部から光が照射された場合、第３層３３は、この光を吸収し得る。それ故、表示装置１Ｅは、表示装置１Ｂと比較して、深みがより強い黒色を表示することができ、従って、より高いコントラスト比を実現することができる。

＜６＞第６実施形態
図６は、本発明の第６実施形態に係る表示装置の断面図である。図６に示す表示装置１Ｆは、被覆層７を更に含んでいること以外は、図２を参照しながら説明した表示装置１Ｂと同様である。

被覆層７は、隔壁層３及びレンズ５を覆っている。被覆層７は、レンズ５が透過させる光を透過させ得る。被覆層７は、例えば、透明樹脂からなる透明層である。上記光に対する被覆層７の屈折率は、この光に対するレンズ５の屈折率と比較してより小さい。

この表示装置１Ｆは、表示装置１Ａについて上述したのと同様の効果を奏する。また、被覆層７は、例えば、平坦化層又は保護層としての役割を果たす。それ故、この表示装置１Ｆは、他の装置との組み合わせが容易であり、また、損傷による性能の劣化を生じ難い。

＜７＞第７実施形態
図７は、本発明の第７実施形態に係る表示装置の断面図である。図７に示す表示装置１Ｇは、ヘッドマウントディスプレイへの搭載が可能であり、カラー画像を表示するマイクロＬＥＤディスプレイである。

図７に示す表示装置１Ｇは、以下の構成を採用したこと以外は、図１を参照しながら説明した表示装置１Ａと同様である。

即ち、表示装置１Ｇは、画素ＰＸの代わりに、画素ＰＸＧを含んでいる。これら画素ＰＸＧは、Ｘ方向とＹ方向とに配列している。

画素ＰＸＧの各々は、第１サブ画素ＰＸ１と、第２サブ画素ＰＸ２と、第３サブ画素ＰＸ３とを含んでいる。各画素ＰＸＧにおいて、第１サブ画素ＰＸ１、第２サブ画素ＰＸ２及び第３サブ画素ＰＸ３は、Ｘ方向に配列している。各画素ＰＸＧにおいて、第１サブ画素ＰＸ１、第２サブ画素ＰＸ２及び第３サブ画素ＰＸ３の配列には、デルタ配列などの他の配列を採用してもよい。

第１サブ画素ＰＸ１、第２サブ画素ＰＸ２及び第３サブ画素ＰＸ３の各々は、以下の点を除き、画素ＰＸと同様である。

第１サブ画素ＰＸ１は、青色光を射出する。第１サブ画素ＰＸ１は、下部充填層６１及び上部充填層６２を含んだ充填層６の代わりに、第１下部充填層６１Ａ及び第１上部充填層６２Ａを含んだ第１充填層６Ａを含んでいる。

第２サブ画素ＰＸ２は、緑色光を射出する。第２サブ画素ＰＸ２は、下部充填層６１及び上部充填層６２を含んだ充填層６の代わりに、第２下部充填層６１Ｂ及び第２上部充填層６２Ｂを含んだ第２充填層６Ｂを含んでいる。

第３サブ画素ＰＸ３は、赤色光を射出する。第３サブ画素ＰＸ３は、下部充填層６１及び上部充填層６２を含んだ充填層６の代わりに、第３下部充填層６１Ｃ及び第３上部充填層６２Ｃを含んだ第３充填層６Ｃを含んでいる。

発光ダイオード４が青色光を射出する場合、第１下部充填層６１Ａは、青色光を波長変換することなしに透過させる無色透明な層であり、第２下部充填層６１Ｂは、青色光を緑色光へ変換する波長変換層であり、第３下部充填層６１Ｃは、青色光を赤色光へ変換する波長変換層である。この場合、第１上部充填層６２Ａは、無色透明な層であるか、又は、緑色光及び赤色光を吸収又は遮断し、青色光を透過させる青色着色層であり、第２上部充填層６２Ｂは、青色光及び赤色光を吸収又は遮断し、緑色光を透過させる緑色着色層であり、第３上部充填層６２Ｃは、青色光及び緑色光を吸収又は遮断し、赤色光を透過させる赤色着色層である。このように、青色光を射出する発光ダイオード４を使用してカラー画像を表示する場合、波長変換層と、着色層を含んだカラーフィルタとを設ける。

発光ダイオード４が紫外光を射出する場合、第１下部充填層６１Ａは、紫外光を青色光へ波長変換する波長変換層であり、第２下部充填層６１Ｂは、紫外光を緑色光へ変換する波長変換層であり、第３下部充填層６１Ｃは、紫外光を赤色光へ変換する波長変換層である。この場合、第１上部充填層６２Ａは、無色透明な層であるか、又は、緑色光及び赤色光を吸収又は遮断し、青色光を透過させる青色着色層であり、第２上部充填層６２Ｂは、無色透明な層であるか、又は、青色光及び赤色光を吸収又は遮断し、緑色光を透過させる緑色着色層であり、第３上部充填層６２Ｃは、無色透明な層であるか、又は、青色光及び緑色光を吸収又は遮断し、赤色光を透過させる赤色着色層である。このように、紫外光を射出する発光ダイオード４を使用してカラー画像を表示する場合、波長変換層を設ける。また、この場合、着色層を含んだカラーフィルタは任意である。

この表示装置１Ｇは、表示装置１Ａについて上述したのと同様の効果を奏する。また、この表示装置１Ｇは、モノクローム画像だけでなく、カラー画像も表示可能である。

＜８＞変形例
上記の表示装置には、様々な変形が可能である。
例えば、隔壁層３に設けられた貫通孔の側壁を、反射層で少なくとも部分的に被覆してもよい。また、この反射層で、隔壁層３の上面を少なくとも部分的に更に被覆してもよい。反射層を設けることにより、光の利用効率が向上する。反射層は、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。反射層が含む層は、例えば、無機誘電体層又は金属層である。反射層が含む層は、例えば、真空蒸着及びスパッタリング等の気相堆積法によって形成することができる。

表示装置１Ｇにおいては、第１上部充填層６２Ａ、第２上部充填層６２Ｂ及び第３上部充填層６２Ｃにカラーフィルタの役割を担わせる代わりに、レンズ５の上方にカラーフィルタを設置してもよい。例えば、レンズ５及び隔壁層３上にカラーフィルタを形成してもよい。或いは、透明基板とその上に設けられたカラーフィルタとを含んだカラーフィルタ基板を準備し、これをカラーフィルタがレンズ５と向き合うように設置してもよい。但し、レンズ５及び隔壁層３上にカラーフィルタを形成した場合、カラーフィルタの膜厚均一性の制御が困難なため、表示ムラ等が生じてしまう懸念がある。また、カラーフィルタ基板を設置する場合、カラーフィルタ基板と発光ダイオード４が設けられたＬＥＤ基板との位置合わせに高い精度が要求される。

或る表示装置について上述した構造又は複数の表示装置について上述した構造の組み合わせを、他の表示装置に適用してもよい。

例えば、図３又は図４を参照しながら第１層３１及び第２層３２について上述した構造を、表示装置１Ｅの第１層３１及び第２層３２に適用してもよい。図２乃至図５を参照しながら隔壁層３について説明した構造又はそれらの組み合わせは、表示装置１Ｇの隔壁層３に適用してもよい。また、図６を参照しながら説明した被覆層７は、他の表示装置に設けてもよい。

１Ａ…表示装置、１Ｂ…表示装置、１Ｃ…表示装置、１Ｄ…表示装置、１Ｅ…表示装置、１Ｆ…表示装置、１Ｇ…表示装置、２…基板、３…隔壁層、４…発光ダイオード、５…レンズ、５ａ…第１面、５ｂ…第２面、６…充填層、６Ａ…第１充填層、６Ｂ…第２充填層、６Ｃ…第３充填層、７…被覆層、３１…第１層、３２…第２層、３３…第３層、６１…下部充填層、６１Ａ…第１下部充填層、６１Ｂ…第２下部充填層、６１Ｃ…第３下部充填層、６２…上部充填層、６２Ａ…第１上部充填層、６２Ｂ…第２上部充填層、６２Ｃ…第３上部充填層、Ｄ…最大径、Ｈ…高さ、Ｈ３…高さ、Ｈ４…高さ、Ｈ５Ｐ…高さ、Ｈ５Ｔ…高さ、ＰＸ…画素、ＰＸ１…第１サブ画素、ＰＸ２…第２サブ画素、ＰＸ３…第３サブ画素、ＰＸＧ…画素。

Claims (12)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられ、複数の貫通孔を有する隔壁層と、
   前記複数の貫通孔内にそれぞれ配置された複数の発光ダイオードと、
   前記複数の貫通孔の位置にそれぞれ配置された複数のレンズとを備え、
   前記レンズは前記発光ダイオードを間に挟んで前記基板と向き合った第１面とその裏面である第２面とを有し、前記第２面は凸面であり、前記基板を基準とした前記凸面の頂部の高さは、前記基板を基準とした前記隔壁層の上面の高さと比較してより大きいことを特徴とした表示装置。
2. 前記基板を基準とした前記凸面の周縁部の高さは、前記基板を基準とした前記隔壁層の前記上面の前記高さ以下である請求項１に記載の表示装置。
3. 前記複数の貫通孔の各々の中に位置し、前記レンズと前記発光ダイオードとの間に介在した１以上の層を更に備えた請求項１に記載の表示装置。
4. 上記１以上の層のうち、前記レンズと隣接したものの屈折率は、前記レンズの屈折率と比較してより小さい請求項３に記載の表示装置。
5. 前記隔壁層は前記１以上の層の少なくとも１つと接触した光透過性部を含み、前記１以上の層のうち前記光透過性部と接触したものの屈折率は、前記光透過性部の屈折率と比較してより大きい請求項３に記載の表示装置。
6. 前記隔壁層は多層構造を有している請求項１に記載の表示装置。
7. 前記隔壁層は、遮光性の第１層と、前記第１層上に設けられ、光透過性樹脂からなる第２層とを含んだ請求項６に記載の表示装置。
8. 前記隔壁層は、前記第２層上に設けられた遮光性の第３層を更に含んだ請求項７に記載の表示装置。
9. 前記複数の貫通孔をそれぞれ充填し、各々が、前記複数のレンズの１つと前記基板との間に介在するとともに、そのレンズと向き合った前記発光ダイオードを埋め込んだ複数の充填層を更に備えた請求項１に記載の表示装置。
10. 前記複数の充填層の少なくとも一部は波長変換層を含んだ請求項９に記載の表示装置。
11. 前記複数の充填層のうち前記波長変換層を含んだものは、前記波長変換層と前記レンズとの間に介在した着色層を更に含んだ請求項１０に記載の表示装置。
12. 前記複数の充填層の少なくとも一部は透明樹脂層を含んだ請求項９に記載の表示装置。