JP7313925B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

自発光素子である発光ダイオード（LED: Light Emitting Diode）を用いたＬＥＤディスプレイが知られているが、近年では、より高精細化した表示装置として、マイクロＬＥＤと称される微小なダイオード素子を用いた表示装置（以下、マイクロＬＥＤディスプレイと表記する）が開発されている。

このマイクロＬＥＤディスプレイは、従来の液晶表示ディスプレイや有機ＥＬディスプレイと異なり、表示領域に、チップ状の多数のマイクロＬＥＤが実装されて形成されるため、高精細化と大型化の両立が容易であり、次世代ディスプレイとして注目されている。

しかしながら、マイクロＬＥＤは光を多方向に拡散して出射するという特性を有しているため、マイクロＬＥＤディスプレイの正面方向への光量が少なく、輝度の低下を招く可能性がある。

米国特許出願公開第２０１８／０３４２６５４号明細書

本開示は、マイクロＬＥＤディスプレイの正面方向への光量を向上させ得る表示装置を提供することを目的の一つとする。

一実施形態に係る表示装置は、発光素子が実装される第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、を具備し、前記第２基板は、前記発光素子より上方であって、当該発光素子の出射面と対向する位置に半球状凹型の穴と反射板とを備え、前記反射板は、前記半球状凹型の穴の表面に設けられている。

図１は実施形態に係る表示装置の構成を概略的に示す斜視図である。 図２は同実施形態に係る表示装置の断面構造の一例を模式的に表した断面図である。 図３は同実施形態に係る表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。 図４は同実施形態に係る表示装置の製造工程の別の例を示す模式図である。 図５は同実施形態に係る表示装置に関し、発光素子からの出射光の取り出し方を説明するための模式図である。 図６は比較例に係る表示装置の断面構造の一例を模式的に表した断面図である。 図７は比較例に係る表示装置に関し、発光素子からの出射光の取り出し方を説明するための模式図である。 図８は同実施形態に係る表示装置の断面構造の別の例を模式的に表した断面図である。 図９は同実施形態に係る表示装置の断面構造のさらに別の例を模式的に表した断面図である。 図１０は同実施形態の変形例に係る表示装置の断面構造の一例を模式的に表した断面図である。 図１１は、同変形例に係る表示装置に関し、発光素子からの出射光の取り出し方を説明するための模式図である。

いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有される。また、図面は、説明をより明確にするため、実施の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。各図において、連続して配置される同一または類似の要素については符号を省略することがある。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一または類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を省略することがある。

図１は、本実施形態に係る表示装置１の構成を概略的に示す斜視図である。図１は、第１方向Ｘと、第１方向Ｘに垂直な第２方向Ｙと、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに垂直な第３方向Ｚによって規定される三次元空間を示している。なお、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で交差していても良い。

以下、本実施形態においては、表示装置１が自発光素子であるマイクロＬＥＤを用いたマイクロＬＥＤ表示装置（マイクロＬＥＤディスプレイ）である場合について主に説明する。

図１に示すように、表示装置１は、表示パネル２、第１回路基板３および第２回路基板４、等を備える。

表示パネル２は、一例では矩形状である。図示した例では、表示パネル２の短辺ＥＸは、第１方向Ｘと平行であり、表示パネル２の長辺ＥＹは、第２方向Ｙと平行である。第３方向Ｚは、表示パネル２の厚さ方向に相当する。第１方向Ｘは、表示装置１の短辺と平行な方向と読み替えられ、第２方向Ｙは、表示装置１の長辺と平行な方向と読み替えられ、第３方向Ｚは、表示装置１の厚さ方向と読み替えられても良い。表示パネル２の主面は、第１方向Ｘと第２方向Ｙとにより規定されるＸ－Ｙ平面に平行である。表示パネル２は、表示領域ＤＡ、および表示領域ＤＡの外側の非表示領域ＮＤＡを有している。非表示領域ＮＤＡは、端子領域ＭＴを有している。図示した例では、非表示領域ＮＤＡは、表示領域ＤＡを囲んでいる。

表示領域ＤＡは、画像を表示する領域であり、例えばマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸを備えている。画素ＰＸは、発光素子（マイクロＬＥＤ）および当該発光素子を駆動するためのスイッチング素子（駆動トランジスタ）等を含む。

端子領域ＭＴは、表示パネル２の短辺ＥＸに沿って設けられ、表示パネル２を外部装置等と電気的に接続するための端子を含んでいる。

第１回路基板３は、端子領域ＭＴの上に実装され、表示パネル２と電気的に接続されている。第１回路基板３は、例えばフレキシブルプリント回路基板（Flexible Printed Circuit）である。第１回路基板３は、表示パネル２を駆動する駆動ＩＣチップ（以下、パネルドライバと表記する）５等を備えている。なお、図示した例では、パネルドライバ５は、第１回路基板３の上に配置されているが、下に配置されていても良い。または、パネルドライバ５は、第１回路基板３以外に実装されていても良く、例えば表示パネル２の非表示領域ＮＤＡに実装されていてもよく、また第２回路基板４に実装されていても良い。第２回路基板４は、例えばリジットプリント回路基板(Printed Circuit Board)である。第２回路基板４は、第１回路基板３の例えば下方において第１回路基板３と接続されている。

上記したパネルドライバ５は、例えば第２回路基板４を介して制御基板（図示せず）と接続されている。パネルドライバ５は、例えば制御基板から出力される映像信号に基づいて複数の画素ＰＸを駆動することによって表示パネル２に画像を表示する制御を実行する。

なお、表示パネル２は、斜線を付して示す折り曲げ領域ＢＡを有していても良い。折り曲げ領域ＢＡは、表示装置１が電子機器等の筐体に収容される際に折り曲げられる領域である。折り曲げ領域ＢＡは、非表示領域ＮＤＡのうち端子領域ＭＴ側に位置している。折り曲げ領域ＢＡが折り曲げられた状態において、第１回路基板３および第２回路基板４は、表示パネル２と対向するように配置される。

図２は、表示装置１の断面構造を模式的に表したものである。ここでは、上記したマイクロＬＥＤと称される微小な発光ダイオード素子が表示素子として基板上に実装された例について説明する。なお、図２においては、画素を構成するＴＦＴ（Thin Film Transistor）を含む表示領域ＤＡ、端子領域ＭＴ、および当該端子領域ＭＴを含む非表示領域ＮＤＡ（額縁領域）を折り曲げるための折り曲げ領域ＢＡについて主に示している。

画素ＰＸは、例えば赤色の副画素ＳＰＲ、緑色の副画素ＳＰＧおよび青色の副画素ＳＰＢというように３つの副画素（サブピクセル）ＳＰＲ、ＳＰＧおよびＳＰＢを含んでいる。３つの副画素ＳＰＲ、ＳＰＧおよびＳＰＢはいずれも同じ構成を有する。

図２に示す表示パネル２のアレイ基板ＡＲ（第１基板）は、絶縁基板２１を備えている。絶縁基板２１としては、ＴＦＴ工程中の処理温度に耐えるのであれば特に材質は問わないが、主に石英、無アルカリガラス等のガラス基板、またはポリイミド等の樹脂基板を用いることができる。樹脂基板は可撓性を有し、シートディスプレイとして表示装置１を構成することができる。なお、樹脂基板としては、ポリイミドに限らず、他の樹脂材料を用いても良い。上記のことから、絶縁基板２１を、有機絶縁層、または樹脂層と称した方が適当な場合があり得る。

絶縁基板２１上には、三層積層構造のアンダーコート層２２が設けられている。アンダーコート層２２は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）で形成された第１層２２ａ、シリコン窒化物（ＳｉＮ）で形成された第２層２２ｂ、およびシリコン酸化物（ＳｉＯ２）で形成された第３層２２ｃを有している。最下層の第１層２２ａは、基材である絶縁基板２１との密着性向上のため、中層の第２層２２ｂは外部からの水分および不純物のブロック膜として、最上層の第３層２２ｃは第２層２２ｂ中に含有する水素原子が後述する半導体層ＳＣ側に拡散しないようにするブロック膜として、それぞれ設けられている。

なお、アンダーコート層２２は、この構造に限定されるものではない。アンダーコート層２２は、さらに積層があっても良いし、単層構造あるいは二層構造であっても良い。例えば、絶縁基板２１がガラスである場合、シリコン窒化膜は比較的密着性が良いため、当該絶縁基板２１上に直接シリコン窒化膜を形成しても構わない。

遮光層２３は、絶縁基板２１の上に配置されている。遮光層２３の位置は、後にＴＦＴを形成する箇所に合わせられている。本実施形態において、遮光層２３は、金属で形成されている。但し、遮光層２３は、黒色層等、遮光性を有する材料で形成されていれば良い。

また、本実施形態において、遮光層２３は、第１層２２ａの上に設けられ、第２層２２ｂで覆われている。なお、本実施形態と異なり、遮光層２３は、絶縁基板２１の上に設けられ、第１層２２ａで覆われていても良い。

このような遮光層２３によれば、ＴＦＴのチャネル裏面への光の侵入を抑制することができるため、絶縁基板２１側から入射され得る光に起因したＴＦＴ特性の変化を抑制することが可能である。なお、遮光層２３を導電層で形成した場合には、当該遮光層２３に所定の電位を与えることで、ＴＦＴにバックゲート効果を付与することが可能である。

上記したアンダーコート層２２の上にはＴＦＴ（例えば、駆動トランジスタＤＲＴ）が形成される。ＴＦＴとしては半導体層ＳＣにポリシリコンを利用するポリシリコンＴＦＴを例としている。本実施形態において、低温ポリシリコンを利用して半導体層ＳＣが形成されている。ＴＦＴは、ＮｃｈＴＦＴ、ＰｃｈＴＦＴのいずれを用いても良い。または、ＮｃｈＴＦＴとＰｃｈＴＦＴを同時に形成しても良い。以降、駆動トランジスタＤＲＴとしてＮｃｈＴＦＴを用いた例として説明する。

ＮｃｈＴＦＴの半導体層ＳＣは、第１領域と、第２領域と、第１領域および第２領域の間のチャネル領域と、チャネル領域および第１領域の間ならびにチャネル領域および第２領域の間にそれぞれ設けられた低濃度不純物領域と、を有する。第１および第２領域の一方がソース領域として機能し、第１および第２領域の他方がドレイン領域として機能している。

ゲート絶縁膜ＧＩはシリコン酸化膜を用い、ゲート電極ＧＥはＭｏＷ（モリブデン・タングステン）で形成されている。なお、ゲート電極ＧＥ等、ゲート絶縁膜ＧＩの上に形成される配線や電極を、１ｓｔ配線、または１ｓｔメタルと称する場合がある。ゲート電極ＧＥは、ＴＦＴのゲート電極としての機能に加え、後述する保持容量電極としての機能も有している。ここではトップゲート型のＴＦＴを例として説明しているが、ＴＦＴはボトムゲート型のＴＦＴであっても良い。

ゲート絶縁膜ＧＩおよびゲート電極ＧＥの上には、層間絶縁膜２４が設けられている。層間絶縁膜２４は、ゲート絶縁膜ＧＩおよびゲート電極ＧＥの上に、例えば、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を順に積層して構成されている。

ゲート絶縁膜ＧＩおよび層間絶縁膜２４は、折り曲げ領域ＢＡに設けられていない。そのため、折り曲げ領域ＢＡを含む絶縁基板２１上の全領域に、ゲート絶縁膜ＧＩおよび層間絶縁膜２４を形成した後、ゲート絶縁膜ＧＩおよび層間絶縁膜２４にパターニングを行って、ゲート絶縁膜ＧＩおよび層間絶縁膜２４のうち少なくとも折り曲げ領域ＢＡに相当する箇所を除去している。さらに、層間絶縁膜２４等の除去によってアンダーコート層２２が露出するため、当該アンダーコート層２２についてもパターニングを行って折り曲げ領域ＢＡに相当する箇所を除去している。アンダーコート層２２を除去した後には、絶縁基板２１を構成する例えばポリイミドが露出する。なお、アンダーコート層２２のエッチングを通じて、絶縁基板２１の上面が一部浸食された膜減りを生ずる場合がある。

この場合、層間絶縁膜２４の端部における段差部分およびアンダーコート層２２の端部における段差部分のそれぞれの下層に配線パターンを形成しておいても良い。これによれば、次の工程で形成する引き回し配線ＬＬが段差部分を横切る際に、配線パターンの上を通る。層間絶縁膜２４とアンダーコート層２２との間にはゲート電極ＧＩがあり、アンダーコート層２２と絶縁基板２１との間には例えば遮光層２３があるので、それらの層を利用して配線パターンを形成することができる。

層間絶縁膜２４の上に、ＴＦＴの第１電極Ｅ１、第２電極Ｅ２、および引き回し配線ＬＬが設けられている。第１電極Ｅ１、第２電極Ｅ２、および引き回し配線ＬＬは、それぞれ三層積層構造（Ｔｉ系／Ａｌ系／Ｔｉ系）が採用され、Ｔｉ（チタン）、Ｔｉを含む合金等Ｔｉを主成分とする金属材料からなる下層と、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌを含む合金等Ａｌを主成分とする金属材料からなる中間層と、Ｔｉ、Ｔｉを含む合金等Ｔｉを主成分とする金属材料からなる上層と、を有している。なお、第１電極Ｅ１等、層間絶縁膜２４の上に形成される配線や電極を、２ｎｄ配線、または２ｎｄメタルと称する場合がある。

第１電極Ｅ１は半導体層ＳＣの第１領域に接続され、第２電極Ｅ２は半導体層ＳＣの第２領域に接続されている。例えば、半導体層ＳＣの第１領域がソース領域として機能する場合、第１電極Ｅ１はソース電極であり、第２電極Ｅ２はドレイン電極である。第１電極Ｅ１は、層間絶縁膜２４、およびＴＦＴのゲート電極（保持容量電極）ＧＥと共に保持容量Ｃｓを形成している。

引き回し配線ＬＬは、絶縁基板２１の周縁の端部まで延在され、第１回路基板３やパネルドライバ（駆動ＩＣ）５を接続する端子を形成する。なお、引き回し配線ＬＬは、折り曲げ領域ＢＡを横切って端子部に到達するように形成されるため、層間絶縁膜２４およびアンダーコート層２２の段差を横切る。上記したように、段差部分には遮光層２３による配線パターンが形成されているため、引き回し配線ＬＬが段差の凹部で段切れを生じたとしても、下の配線パターンにコンタクトすることで導通を維持することが可能である。

ＴＦＴおよび引き回し配線ＬＬを覆うように平坦化膜２５が、層間絶縁膜２４、第１電極Ｅ１、第２電極Ｅ２、および引き回し配線ＬＬの上に形成されている。平坦化膜２５としては、感光性アクリル等の有機絶縁材料が多く用いられる。ＣＶＤ等により形成される無機絶縁材料に比べ、配線段差のカバレッジ性や、表面の平坦性に優れている。

平坦化膜２５は、画素コンタクト部および周辺領域では除去される。平坦化膜２５の上には、導電層２６が設けられている。導電層２６は、酸化物導電層として、例えばＩＴＯで形成されている。導電層２６は、例えば、平坦化膜２５の除去により第１電極Ｅ１が露出した箇所を被覆する導電層２６ａ、および引き回し配線ＬＬが露出した箇所を被覆する導電層２６ｃを含んでいる。

平坦化膜２５および導電層２６は、絶縁層２７で被覆されている。例えば、絶縁層２７はシリコン窒化膜で形成されている。絶縁層２７の上に、画素電極２８が形成されている。画素電極２８は、絶縁層２７の開口を介して導電層２６ａにコンタクトし、第１電極Ｅ１に電気的に接続されている。ここでは、画素電極２８は、発光素子ＬＥＤを実装するための接続端子となる。画素電極２８は、単一の導電層、二層以上の導電層を含む積層体で形成されている。本実施形態において、画素電極２８は、二層積層構造（Ａｌ系／Ｍｏ系）が採用され、Ｍｏ、Ｍｏを含む合金等、Ｍｏを主成分とする金属材料からなる下層と、Ａｌ、Ａｌを含む合金等、Ａｌを主成分とする金属材料からなる上層と、を有している。なお、画素電極２８は、導電層２６と同様に、ＩＴＯやＩＺＯ等の透明導電材料により形成されても良い。

画素部において、導電層２６は、画素電極２８と対向する導電層２６ｂを含んでいる。導電層２６ｂ、絶縁層２７、および画素電極２８は、補助容量Ｃａｄを形成している。なお、詳細については省略するが、上記導電層２６は、端子部の表面を被覆する導電層２６ｃを含んでいる。

絶縁層２７および画素電極２８の上に絶縁層２９が設けられている。絶縁層２９は、例えばシリコン窒化物で形成されている。絶縁層２９は、画素電極２８の端部等を絶縁すると共に、画素電極２８の表面の一部に発光素子ＬＥＤを実装するための開口を有している。絶縁層２９の開口の大きさは、発光素子ＬＥＤの実装工程における実装ずれ量等を考慮し、発光素子ＬＥＤよりも一回り大きめの開口とすることが望ましい。

表示領域ＤＡにおいて、アレイ基板ＡＲの上に、発光素子ＬＥＤが実装される。発光素子ＬＥＤは、陽極ＡＮと、陰極ＣＡと、光を放出する発光層ＬＩと、を有している。陽極ＡＮおよび陰極ＣＡは、発光層ＬＩを介して対向する位置に配置されている。なお、陽極ＡＮはアノード端子と称され、陰極ＣＡはカソード端子と称されても良い。

発光素子ＬＥＤは、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光色を有するものがそれぞれ用意されており、対応する画素電極２８に陽極側端子が接触し固定されている。図２に示す例においては、赤色の発光色を有する発光素子ＬＥＤをＬＥＤ（Ｒ）、緑色の発光色を有する発光素子ＬＥＤをＬＥＤ（Ｇ）、および青色の発光色を有する発光素子ＬＥＤをＬＥＤ（Ｂ）として示している。換言すれば、発光素子ＬＥＤ（Ｒ）は副画素ＳＰＲに含まれる発光素子ＬＥＤであり、発光素子ＬＥＤ（Ｇ）は副画素ＳＰＧに含まれる発光素子ＬＥＤであり、発光素子ＬＥＤ（Ｂ）は副画素ＳＰＢに含まれる発光素子ＬＥＤである。

発光素子ＬＥＤの陽極ＡＮと画素電極２８との間の接合は、両者の間で良好な導通が確保でき、かつ、アレイ基板ＡＲの形成物を破損しないものであれば特に限定されない。例えば低温溶融のはんだ材料を用いたリフロー工程や、導電ペーストを介して発光素子ＬＥＤをアレイ基板ＡＲ上に載せた後に焼成結合する等の手法、あるいは画素電極２８の表面と、発光素子の陽極ＡＮとに同系材料を用い、超音波接合等の固層接合の手法を採用することができる。

発光素子ＬＥＤが形成されたアレイ基板ＡＲの上には、発光素子ＬＥＤの陰極ＣＡまで達しないような膜厚で素子絶縁層３０が設けられている。素子絶縁層３０は、陽極ＡＮと、陽極ＡＮから露出した画素電極２８の表面とを少なくとも絶縁できれば良い。発光素子ＬＥＤの陰極ＣＡの表面と、発光素子ＬＥＤの側壁部分と、素子絶縁層３０との上には、対向電極３１が形成され、当該対向電極３１は、陰極ＣＡと接触し、陰極ＣＡと電気的に接続されている。対向電極３１は、発光素子ＬＥＤからの出射光を取り出すために、透明電極として形成する必要があり、透明導電材料として例えばＩＴＯを用いて形成される。なお、ＩＴＯで形成される上記導電層２６を１ｓｔＩＴＯと称する場合があり、ＩＴＯで形成される対向電極３１を２ｎｄＩＴＯと称する場合がある。対向電極３１は、表示領域ＤＡに実装された複数の発光素子ＬＥＤの陰極ＣＡを共通に接続し、表示領域ＤＡの外側に設けられた陰極コンタクト部でアレイ基板ＡＲ側に設けられた配線と接続される。

上記のように、アレイ基板ＡＲは、絶縁基板２１から対向電極３１までの構造を有している。次に、アレイ基板ＡＲと対向する対向基板ＣＴ（第２基板）について説明する。なお、図２においては、対向基板ＣＴを構成する要素のうち、非表示領域ＮＤＡに重畳する一部要素の図示を省略している。

図２に示す表示パネル２の対向基板ＣＴは、表示領域ＤＡ（および非表示領域ＮＤＡの一部）と重畳するカバー部材５０を備えている。カバー部材５０は、例えばガラスや透明樹脂材料で形成することができる。なお、カバー部材５０は、ガラスや透明樹脂材料等の透明な材料ではなく、透明でない材料により形成されても良い。また、カバー部材５０は必須の構成要素ではなく、適宜省略されても構わない。カバー部材５０の下方には、感光性アクリル等の有機絶縁材料により形成される平坦化膜５１が設けられている。

平坦化膜５１には、半球状凹型の穴Ｈが形成されている。より詳しくは、アレイ基板ＡＲに実装される発光素子ＬＥＤの上方において、平坦化膜５１は半球状凹型の穴Ｈを有している。詳細については後述するが、半球状凹型の穴Ｈは、光の取り出し効率の観点から、下方に位置する発光素子ＬＥＤの少なくとも一部（具体的には、発光素子ＬＥＤの出射面）を囲うように形成されることが望ましい。

半球状凹型の穴Ｈの表面には、反射板５２（凹面鏡）が設けられている。つまり、反射板５２もまた半球状凹型に形成されている。反射板５２は、例えば、Ａｌ（アルミ）やＡｇ（銀）等により形成される。なお、反射板５２は、発光素子ＬＥＤからの出射光を反射可能な特性を有する金属材料であれば、上記したＡｌやＡｇ以外の金属材料により形成されても良い。以下では、半球状凹型の穴Ｈおよび半球状凹型の反射板５２が設けられている部分を、ランプハウスまたはランプガイドと称する場合がある。

上記のように、対向基板ＣＴは、カバー部材５０から反射板５２までの構造を有している。

アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとは接着層４０により接着されている。つまり、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間には接着層４０が配置され、上記したランプハウスには接着層４０が充填されている。接着層４０は、光の取り出し効率の観点から、屈折率が発光素子ＬＥＤの屈折率と同一または発光素子ＬＥＤの屈折率よりも高い材料により形成されることが望ましい。

図３は、表示装置１の製造工程の一例を説明するための模式図である。ここでは、主に、対向基板ＣＴの製造工程について説明する。なお、図３においては、説明の便宜上、アレイ基板ＡＲを構成する要素を適宜省略している。
図３（ａ）に示すように、平坦化膜５１がカバー部材５０の下方（製造時は上方）に形成された後に、図３（ｂ）に示すように、パターニングを行うことで平坦化膜５１に半球状凹型の穴Ｈが形成される。その後、図３（ｃ）に示すように、半球状凹型の穴Ｈに反射材料となる金属を蒸着させパターニングを行うことで、半球状凹型の反射板５２が形成される。これにより、対向基板ＣＴが製造される。しかる後、図３（ｄ）に示すように、対向基板ＣＴとは別に製造されたアレイ基板ＡＲと、図３（ａ）～（ｃ）に示した工程により製造された対向基板ＣＴとを、接着層４０で貼り合わせることで、表示装置１が製造される。この時、アレイ基板ＡＲに実装された発光素子ＬＥＤの少なくとも一部が、対向基板ＣＴに設けられるランプハウスの中に入るように、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとを貼り合わせることが望ましい。

図４は、図３とは異なる、表示装置１の製造工程の一例を説明するための模式図である。また、図４においては図３と同様に、説明の便宜上、アレイ基板ＡＲを構成する要素を適宜省略している。
図４（ａ）に示すように、アレイ基板ＡＲを先に製造し、当該アレイ基板ＡＲ上に接着層４０を形成した後に、当該アレイ基板ＡＲに実装された発光素子ＬＥＤを覆うようにして、ランプハウス用の構造体６０が形成される。このランプハウス用の構造体６０は、例えば感光性アクリル等の有機絶縁材料により形成される。その後、図４（ｂ）に示すように、ランプハウス用の構造体６０上に反射材料となる金属を蒸着させパターニングを行うことで、半球状凹型の反射板５２が形成される。しかる後、図４（ｃ）に示すように、半球状凹型の反射板５２を覆うようにして平坦化膜５１が形成され、その後、平坦化膜５１とカバー部材５０とを貼り合わせることで対向基板ＣＴが形成され、表示装置１が製造される。この製造工程により製造される表示装置１の場合、ランプハウス内に接着層４０が充填されていない点で、図２に示した構造とは一部構造が異なっている。

図５は、表示装置１に実装された発光素子ＬＥＤからの出射光の取り出し方を説明するための模式図である。
図５の実線の矢印に示されるように、発光素子ＬＥＤからの出射光は、当該発光素子ＬＥＤと対向する位置に設けられる半球状凹型の反射板５２で反射し、当該発光素子ＬＥＤの出射面とは反対側のアレイ基板ＡＲ側から取り出される。より詳しくは、発光素子ＬＥＤからの出射光のうち、当該発光素子ＬＥＤの出射面と直交する直線（法線）とのなす角度θが＋θ１≦θ≦＋θ２および－θ２≦θ≦－θ１の範囲内にある出射光が、半球状凹型の反射板５２で反射し、アレイ基板ＡＲ側から取り出される。このため、観察者は、アレイ基板ＡＲ側から表示装置１（の表示パネル２）に表示される画像を観察する。

但し、図５の一点鎖線の矢印に示されるように、発光素子ＬＥＤからの出射光のうち、当該発光素子ＬＥＤの出射面から延びる法線とのなす角度θが０°≦θ＜＋θ１および－θ１＜θ≦０°の範囲内にある出射光は、半球状凹型の反射板５２で反射した際に、当該発光素子ＬＥＤが妨げとなってしまいアレイ基板ＡＲ側から取り出すことができない。つまり、画像の表示に寄与することができない無効な光に相当する。なお、詳細については後述するが、このように画像の表示に寄与することのできない無効な光があったとしても、本実施形態に係る表示装置１は、マイクロＬＥＤを用いた一般的な表示装置に比べて、光の取り出し効率を向上させることが可能である。

なお、発光素子ＬＥＤからの出射光のうち、当該発光素子ＬＥＤの出射面から延びる法線とのなす角度θが上記した＋θ２よりも大きい出射光は、反射板５２で反射したとしても、正面方向の光として取り出すことができないので、図５では＋θ２より大きい角度をなして出射される光の図示を省略している。同様に、発光素子ＬＥＤからの出射光のうち、当該発光素子ＬＥＤの出射面から延びる法線とのなす角度θが上記した－θ２よりも小さい出射光は、反射板５２で反射したとしても、正面方向の光として取り出すことができないので、図５では－θ２より小さい角度をなして出射される光の図示を省略している。

以下では、比較例を用いて、本実施形態に係る表示装置１の効果について説明する。なお、比較例は、本実施形態に係る表示装置１が奏し得る効果の一部を説明するためのものであって、本実施形態と比較例とで共通する構成や効果を本願発明の範囲から除外するものではない。

図６は、比較例に係る表示装置１００の断面構造を模式的に表したものである。図７は、比較例に係る表示装置１００に実装される発光素子ＬＥＤからの出射光の取り出し方を説明するための模式図である。

比較例に係る表示装置１００は、発光素子ＬＥＤと対向する位置（換言すると、発光素子ＬＥＤの出射面の上方）において、対向基板ＣＴ側に設けられる平坦化膜５１に半球状凹型の穴Ｈが形成されていない点と、この半球状凹型の穴Ｈの表面に設けられる反射板５２がない点とで、本実施形態に係る表示装置１と相違している。

比較例に係る表示装置１００においては、本実施形態に係る表示装置１における反射板５２に相当する構成がないため、発光素子ＬＥＤの出射光は対向基板ＣＴ側から取り出される。つまり、観察者は、アレイ基板ＡＲ側からではなく、対向基板ＣＴ側から表示装置１００（の表示パネル）に表示される画像を観察する。

一般的に、発光素子ＬＥＤは、高効率発光および高視角特性という特性を有している一方で、発光素子ＬＥＤの出射光は、図７に示すように、多方向に拡散されてしまうという特性がある。比較例に係る表示装置１００は、出射光の取り出し方に特に工夫が施されていないため、多方向に拡散された出射光を用いて表示パネルに画像を表示している。しかしながら、表示パネルに画像を表示するために用いられる出射光は、表示パネルの正面方向の出射光（この場合、発光素子ＬＥＤの出射面から見て正面方向の出射光）に限られるため、比較例に係る表示装置１００のように多方向に拡散された出射光を用いて画像を表示する場合、出射光の取り出し効率が低く、表示パネルの正面方向への光量が低下し、画像の輝度が低下してしまうという問題がある。これは、観察者にとって好ましいことではない。

上記した比較例に係る表示装置１００に対し、本実施形態に係る表示装置１においては、図３に示したように、発光素子ＬＥＤの出射面と対向する位置に半球状凹型の穴Ｈおよび半球状凹型の反射板５２が設けられており、発光素子ＬＥＤからの出射光は反射板５２で反射し、発光素子ＬＥＤの出射面とは反対側のアレイ基板ＡＲ側から取り出される。

本実施形態に係る表示装置１においては、発光素子ＬＥＤからの出射光を反射板５２で反射させて取り出すという工夫を施すことにより、発光素子ＬＥＤの出射面とは反対側の表示パネル２の正面方向に出射光を集光することを可能にしている。具体的には、本願発明者らの検討によれば、上記した±θ１を±３０°とし、上記した±θ２を６５°とし、反射板５２の反射率を８０％とした場合、上記したように０°≦θ＜＋３０°および－３０°＜θ≦０°の範囲内にある出射光は画像の表示に寄与することのない無効な光に相当するものの、＋３０°≦θ≦＋６５°および－６５°≦θ≦－３０°の範囲内にある出射光を発光素子ＬＥＤの出射面とは反対側の表示パネル２の正面方向に集光し有効な光として取り出すことが可能となり、比較例に係る表示装置１００に比べて、およそ２．５倍の輝度を達成することが可能となる。

なお、ここでは、発光素子ＬＥＤの出射面から延びる法線とのなす角度θが±３０°～±６５°の範囲内にある出射光を集光してアレイ基板ＡＲ側から取り出す場合について説明したが、上記した±θ１および±θ２の値は上記した値に限られるものではない。

また、本実施形態に係る表示装置１は、図２に示すように、発光素子ＬＥＤの下方において当該発光素子ＬＥＤと重畳する位置にＴＦＴ（駆動トランジスタＤＲＴ）が設けられている。本実施形態に係る表示装置１は、発光素子ＬＥＤからの出射光を反射板５２で反射させ、発光素子ＬＥＤの出射面とは反対側のアレイ基板ＡＲ側から取り出すため、発光素子ＬＥＤの下方に設けられるＴＦＴの配置によっては当該ＴＦＴが出射光を取り出すにあたって妨げとなり、光の取り出し効率が低下する可能性がある。

しかしながら、本実施形態に係る表示装置１は、上記したように、発光素子ＬＥＤの下方において当該発光素子ＬＥＤと重畳する位置（換言すると、平面視において、発光素子ＬＥＤと重畳する位置）にＴＦＴが設けられているので、反射板５２で反射した光はＴＦＴによって妨げられることなく、当該ＴＦＴの両脇を通って取り出すことが可能である。これによれば、アレイ基板ＡＲに設けられるＴＦＴに起因した光の取り出し効率の低下を抑制することが可能である。

なお、本実施形態においては、図２に示したように、ＴＦＴが発光素子ＬＥＤの下方において重畳する位置に配置される場合について説明したが、アレイ基板ＡＲ側から出射光を取り出すにあたって、光の取り出し効率を低下させないのであれば、ＴＦＴの配置は図２に示す配置と異なっていても良い。

具体的には、図８に示すように、ＴＦＴは、発光素子ＬＥＤの下方において当該発光素子ＬＥＤと重畳しない位置、より詳しくは、半球状凹型の穴Ｈと重畳しない位置に設けられるとしても良い。これによれば、上記と同様に、反射板５２で反射した光の妨げとなる要素が発光素子ＬＥＤの下方にないので、光の取り出し効率の低下を抑制することが可能である。但し、この配置の場合、１つの発光素子ＬＥＤに関する各構成要素が占める領域が増大するため、図２に示した構成に比べて、表示領域ＤＡに配置可能な発光素子ＬＥＤの個数が減少する可能性がある。

また、本実施形態では、発光素子ＬＥＤの一部が半球状凹型の穴Ｈ内（換言すると、ランプハウス内）に入っている場合、つまり、発光素子ＬＥＤの一部が半球状凹型の穴Ｈにより囲まれている場合について説明したが、発光素子ＬＥＤは、半球状凹型の穴Ｈより下方に配置され、半球状凹型の穴Ｈにより囲まれていなくても良い。しかしながら、発光素子ＬＥＤの一部が半球状凹型の穴Ｈにより囲まれている方が、発光素子ＬＥＤからの出射光が対向基板ＣＴ側に漏れ出ることがないので、光の取り出し効率の観点によれば、発光素子ＬＥＤはその一部が半球状凹型の穴Ｈにより囲まれている方が望ましい。

以上説明したように、本実施形態に係る表示装置１は、発光素子ＬＥＤが実装されるアレイ基板ＡＲと、アレイ基板ＡＲに対向する対向基板ＣＴと、を備え、この対向基板ＣＴは、発光素子ＬＥＤの上方であって、当該発光素子ＬＥＤの出射面と対向する位置に反射板５２を備えている。これによれば、発光素子ＬＥＤからの出射光を反射板５２で反射させて、表示装置１の正面方向に集光することが可能となる。つまり、マイクロＬＥＤディスプレイ（表示装置１）の正面方向への光量を向上させることが可能である。

なお、本実施形態においては、上記した図２に示したように発光素子ＬＥＤを介して陽極ＡＮと対向する位置に陰極ＣＡが配置される場合（換言すると、陽極ＡＮと陰極ＣＡとが縦置きされている場合）について説明したが、陽極ＡＮおよび陰極ＣＡの配置は図２に示す配置と異なっていても良い。

具体的には、図９に示すように、陽極ＡＮと陰極ＣＡとが間隔を空けて同層に配置されても良い（換言すると、陽極ＡＮと陰極ＣＡとは横置きされても良い）。この場合、陽極ＡＮに接続される画素電極２８の同層には横方向に所定の間隔を空けて、陰極ＣＡに接続される共通電極３１’が配置される。このような構成であっても、陽極ＡＮおよび陰極ＣＡの配置と、陽極ＡＮに接続される画素電極２８および陰極ＣＡに接続される共通電極３１’の配置とが異なる点以外は、上記した図２に示した構成と同様であるため、既に説明した各種効果と同様な効果を得ることが可能である。

なお、図９に示す陽極ＡＮおよび陰極ＣＡ間の間隙と、画素電極２８および共通電極３１’間の間隙とは、発光素子ＬＥＤの陽極ＡＮおよび陰極ＣＡの上面に沿うように例えば樹脂材料を用いて平坦化される。また、共通電極３１’は、各発光素子ＬＥＤの陰極ＣＡに接するように連続的に形成されていれば良い（ＩＯＴスパッタ等）。

以下では、本実施形態に係る表示装置１の変形例について説明する。
［変形例］
図１０は、本実施形態の変形例に係る表示装置１の断面構造を模式的に表したものである。図１１は、変形例に係る表示装置１に実装される発光素子ＬＥＤからの出射光の取り出し方を説明するための模式図である。

変形例に係る表示装置１は、図１０に示すように、対向基板ＣＴ側の平坦化膜５１に形成される半球状凹型の穴Ｈの表面全てに反射板５２が設けられていない点、換言すると、半球状凹型の穴Ｈの表面に設けられる反射板５２が発光素子ＬＥＤの出射面と直交する法線方向において開口部を有している点で、図２に示した構造と相違している。つまり、接着層４０と平坦化膜５１とは、半球状凹型の穴Ｈ内においても反射板５２の開口部を介して接している。なお、図１０に示す構造の場合、カバー部材５０は例えばガラスや透明樹脂材料等、透明な材料により形成されることが望ましい。

図２に示した構造の場合、図５に示したように、発光素子ＬＥＤからの出射光のうち、当該発光素子ＬＥＤの出射面から延びる法線とのなす角度θが０°≦θ＜＋θ１および－θ１＜θ≦０°の範囲内にある出射光は、画像の表示に寄与することのできない無効な光に相当する。これに対し、変形例に係る表示装置１の場合、図１１に示すように、発光素子ＬＥＤからの出射光のうち、当該発光素子ＬＥＤの出射面から延びる法線とのなす角度θが０°≦θ＜＋θ１および－θ１＜θ≦０°の範囲内にある出射光は対向基板ＣＴ側から取り出し、かつ、当該発光素子ＬＥＤの出射面から延びる法線とのなす角度θが＋θ１≦θ≦＋θ２および－θ２≦θ≦－θ１の範囲内にある出射光はアレイ基板ＡＲ側から取り出すことが可能である。

これによれば、観察者は、アレイ基板ＡＲ側からだけでなく、対向基板ＣＴ側からも表示装置１に表示される画像を観察することが可能となる。つまり、本変形例によれば、既に説明した各種効果と同様な効果を得ることが可能な上に、アレイ基板ＡＲ側および対向基板ＣＴ側の両面から画像を観察可能な表示装置１を提供することが可能となる。

以上説明した一実施形態によれば、マイクロＬＥＤディスプレイの正面方向への光量を向上させ得る表示装置を提供することが可能となる。

以上、本発明の実施形態として説明した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変形例に想到し得るものであり、それら変形例についても本発明の範囲に属するものと解される。例えば、上述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

また、上述の各実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について、本明細書の記載から明らかなもの、または当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１…表示装置、１０…発光素子、２１…絶縁基板、２２…アンダーコート層、２３…遮光層、２４…層間絶縁膜、２５…平坦化膜、２６…導電層、２７…絶縁層、２８…画素電極、２９…絶縁層、３０…素子絶縁層、３１…共通電極、４０…接着層、５０…カバー部材、５１…平坦化膜、５２…反射板、ＡＮ…陽極、ＡＲ…アレイ基板、ＣＡ…陰極、ＣＴ…対向基板、Ｅ１…第１電極、Ｅ２…第２電極、ＧＥ…ゲート電極、ＧＩ…ゲート絶縁膜、Ｈ…半球状凹型の穴、ＬＥＤ…発光素子、ＬＬ…引き回し配線、ＳＣ…半導体層。

Claims (9)

1. 発光素子が実装される第１基板と、
   前記第１基板に対向する第２基板と、
   を具備し、
   前記第２基板は、
   前記発光素子より上方であって、当該発光素子の出射面と対向する位置に半球状凹型の穴と反射板とを備え、
   前記反射板は、前記半球状凹型の穴の表面に設けられている、
   表示装置。
2. 前記反射板は、前記半球状凹型の穴の表面全体に設けられている、
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記発光素子の出射面は、前記半球状凹型の穴によって囲まれている、
   請求項１または請求項２に記載の表示装置。
4. 前記第１基板および前記第２基板を接着する接着層をさらに具備し、
   前記接着層は、前記発光素子の屈折率と同一の屈折率または前記発光素子の屈折率より高い屈折率を有し、
   前記半球状凹型の穴には、前記接着層が充填される、
   請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記第１基板は、
   前記発光素子より下方に配置され、当該発光素子に対して供給される電流を制御する駆動トランジスタを備え、
   前記駆動トランジスタは、
   平面視において前記発光素子と重畳する位置に配置される、
   請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記発光素子より下方に配置され、当該発光素子に対して供給される電流を制御する駆動トランジスタを備え、
   前記駆動トランジスタは、
   平面視において前記半球状凹型の穴と重畳しない位置に配置される、
   請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記反射板は、前記発光素子からの出射光のうち、当該発光素子の出射面の法線方向とのなす角度θが３０°≦θ≦６５°および－６５°≦θ≦－３０°の範囲内にある出射光を前記第１基板側に向けて反射させる、
   請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記反射板は、前記発光素子の出射面の法線方向に開口部を有して、前記半球状凹型の穴の表面に設けられている、
   請求項１に記載の表示装置。
9. 前記反射板は、前記発光素子からの出射光のうち、当該発光素子の出射面の法線方向とのなす角度θが０°≦θ＜３０°および－３０°＜θ≦０°の範囲内にある出射光を、前記開口部を介して前記第２基板側に透過させる、
   請求項８に記載の表示装置。

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