(57)【要約】【課題】発光素子とマイクロレンズとの位置合わせ精度を高くし、更に、特別な装置を必要としない簡単な方法を用いてレンズアレイを形成する。【解決手段】表示パネルは、基板２１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発光素子（例えば、ＬＥＤ）３１を有する発光素子アレイ３０と、各ＬＥＤ３１上に位置決めされて形成された複数の柱状のレンズ支柱４１、及び各レンズ支柱４１を覆って頂部が球面状に形成された複数のレンズ部４２を有し、各ＬＥＤ３１から放射された光を収束するレンズアレイ４０と、基板２１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ている。表示パネルを用いた表示装置では、発光素子アレイ３０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４０で狭められ、指向性が改善されて光利用効率が向上する。【選択図】図１
2011112737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配設され、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発光素子を有する発光素子アレイと、
前記各発光素子上に位置決めされて形成された複数の柱状のレンズ支柱、及び前記各レンズ支柱を覆って頂部が球面状に形成された複数のレンズ部を有し、前記各発光素子から放射された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表示パネル。
【請求項２】
前記各レンズ支柱の縦断面は、ほぼ台形であることを特徴とする請求項１記載の表示パネル。
【請求項３】
前記各レンズ支柱は、積み上げられた複数段の支柱部により形成されていることを特徴とする請求項１記載の表示パネル。
【請求項４】
前記各レンズ部間は、分離されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示パネル。
【請求項５】
前記レンズ支柱と前記レンズ部とは、光透過性がほぼ等しいレンズ材料により形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示パネル。
【請求項６】
前記レンズ支柱と前記レンズ部とは、異なる光透過性のレンズ材料により形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示パネル。
【請求項７】
前記複数の発光素子を覆う前記レンズアレイにおいて、前記複数の発光素子に前記駆動信号を供給するパッド部箇所が、開口されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の表示パネル。
【請求項８】
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、
フォトレジストからなるレンズ支柱材料を前記複数の発光素子上に塗布する工程と、
前記レンズ支柱材料にフォトリソグラフィを施すことにより、前記各発光素子上に柱状のレンズ支柱をそれぞれ形成する工程と、
複数の前記レンズ支柱上に、ドライフィルムレジストからなるレンズ材料を中空状態で転写し、前記各レンズ支柱間に空隙を生成する工程と、
前記レンズ材料を熱処理で軟化させ前記空隙を埋めることによりレンズ形状を形成し、前記各発光素子から放射された光を収束するレンズアレイを形成する工程と、
前記各発光素子を選択的に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表示パネルの製造方法。
【請求項９】
前記レンズ形状を形成した後、前記レンズ材料にフォトリソグラフィを施してパターンニングを行い、前記複数の発光素子に前記駆動信号を供給するパッド部箇所における前記レンズアレイ部分を開口することを特徴とする請求項８記載の表示パネルの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示パネルと、
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。
【請求項１１】
前記所定箇所は、スクリーン、あるいは、ハーフミラーであることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
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１０記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示パネル、表示パネルの製造方法、及び表示パネルを用いた表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自己発光素子として、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）、有機エレクトロルミネセンス素子（以下「有機ＥＬ素子」という。）、無機ＥＬ素子等があり、非自発光型素子として、液晶等がある。
【０００３】
複数の自己発光素子が２次元マトリクス状に配置された自己発光素子アレイによる表示装置は、ライトバルブ式（例えば、液晶等）と比較して光損失が少ないために効率が高い。直視型の表示装置においては、バックライトを使用しないために軽量化や薄型化が可能である。又、ヘッドアップディスプレイ（以下「ＨＵＤ」という。）、プロジェクタ、リアプロジェクション等の投射型表示装置において、液晶等の非自発光型素子を映像素子に使用する場合は、光源が必要であるが、自己発光型の場合では映像素子自体が光源となるので、光源及び光学系を必要としない。従って、装置の小型化が可能となる。
【０００４】
例えば、表示倍率５倍のＨＵＤで発光素子アレイを用いる場合、発光素子の配光特性のうち光軸方向からの角度１０〜２０°が利用可能角度であるのに対して、平面に配列された発光素子アレイの配光特性は、基本的にはランベルト分布である。この場合の光利用効率は、３〜５％程度と極めて低いという問題がある。
【０００５】
光利用効率を高めるためには、発光素子アレイ上にマイクロレンズアレイを形成することで、配光特性の広がり角を狭め、ＨＵＤの利用可能角度に入射する光を増やそうとすることが考えられる。更に、発光素子アレイ上にオンチップマイクロレンズアレイを形成するため、ボンディングパッド上はレンズ材料を除去する必要がある。
【０００６】
発光素子アレイ上のオンチップマイクロレンズアレイの作成方法としては、例えば、下記の特許文献１に記載されているガラス成形型を利用して成形を行い、露光及び現像によりパターンニングを行う方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３２７１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の特許文献１に記載されたガラス成形型を用いてマイクロレンズアレイを形成し、このマイクロレンズアレイを自己発光素子アレイ上に転写して表示パネルを製造する場合、転写時における自己発光素子アレイとマイクロレンズアレイとの位置合わせ精度を高くすることが難しく、その他、ガラス成形型の剥離性や、マイクロレンズアレイにおける光軸方向のギャップを確保するためにスペーサを形成しなければならないので、製造工程数が多くなるといった課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の表示パネルは、基板上に配設され、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発光素子を有する発光素子アレイと、前記各発光素子上に位置決めされて形成された複数の柱状のレンズ支柱、及び前記各レンズ支柱を覆って頂部が球面状に形成された複数のレンズ部を有し、前記各発光素子から放射された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。
【００１０】
本発明の表示パネルの製造方法は、駆動信号により駆動されて発光して光を出射する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、フォトレジストからなるレンズ支柱材料を前記複数の発光素子上に塗布する工程と、前記レンズ支柱材料にフォトリソグラフィを施すことにより、前記各発光素子上に柱状のレンズ支柱をそれぞれ形成する工程と、複数の前記レンズ支柱上に、ドライフィルムレジストからなるレンズ材料を中空状態で転写し、前記各レンズ支柱間に空隙を生成する工程と、前記レンズ材料を熱処理で軟化させ前記空隙を埋めることによりレンズ形状を形成し、前記各発光素子から放射された光を収束するレンズアレイを形成する工程と、前記各発光素子を選択的に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。
【００１１】
本発明の表示装置は、前記発明の表示パネルと、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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の表示パネル、表示パネルの製造方法、及び表示装置によれば、発光素子上にレンズ支柱を形成し、このレンズ支柱をレンズ部で覆ってレンズアレイを形成しているので、発光素子とレンズアレイにおけるレンズとの位置合わせ精度を高くすることができる。更に、特別な装置を必要としない簡単な方法を用いてレンズアレイを形成することができ、しかも、レンズ形状の曲率と光軸方向のギャップを任意に調整可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の実施例１における図２中の発光素子アレイチップ２０の構成及び製造方法を示す模式的な断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例１における表示パネルの全体を示す外観の斜視図である。
【図３】図３は図２の表示パネルの一部を省略した概略を示す平面図である。
【図４】図４は図２の表示パネルの等価回路を示す回路図である。
【図５】図５は図４中のアノードドライバＩＣ及びカソードドライバＩＣの構成を示す概略の回路図である。
【図６】図６は図２中の発光素子アレイチップにおける４×４マトリックス画素を示す部分的な平面図である。
【図７】図７は図６中の１画素を示す拡大図である。
【図８】図８は本発明の実施例２における発光素子アレイチップの構成及び製造方法を示す模式的な断面図である。
【図９】図９は実施例１又は２の表示パネルを用いた本発明の実施例３における投射型表示装置を示す概略の構成図である。
【図１０】図１０は実施例１又は２の表示パネルを用いた本発明の実施例４における前面投射型表示装置を示す概略の構成図である。
【図１１】図１１は実施例１又は２の表示パネルを用いた本発明の実施例５における背面投射型表示装置を示す概略の構成図である。
【図１２】図１２は実施例１又は２の表示パネルを用いた本発明の実施例６における表示装置を示す概略の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００１５】
（実施例１の表示パネルの構成）
図２は、本発明の実施例１における表示パネルの全体を示す外観の斜視図である。
【００１６】
表示パネル１は、半導体チップ実装用の基板（例えば、チップオンボード用基板、以下「ＣＯＢ」という。）１０を有している。ＣＯＢ１０は、ガラスエポキシ基板、アルミナ基板、窒化アルミニュウム（ＡｌＮ）基板、メタル基板、メタルコア基板等で構成され、表面に図示しない配線パターン等が形成されている。ＣＯＢ１０上には、複数の薄膜半導体発光素子（例えば、ＬＥＤ）等により形成された発光素子アレイチップ２０と、この発光素子アレイチップ２０を駆動する駆動回路であるアノードドライバ集積回路（以下「アノードドライバＩＣ）という。）５０及びカソードドライバＩＣ６０−１，６０−２とが、固定されている。
【００１７】
発光素子アレイチップ２０とアノードドライバＩＣ５０及びカソードドライバＩＣ６０−１，６０−２とは、ＣＯＢ１０上の図示しない配線パターンにより相互に接続されている。なお、発光素子アレイチップ２０とアノードドライバＩＣ５０及びカソードドライバＩＣ６０−１，６０−２とを、金属ワイヤで電気的に接続する場合は、発光素子アレイチップ２０、アノードドライバＩＣ５０及びカソードドライバＩＣ６０−１，６０−２を、銀ベーストや樹脂等を用いてＣＯＢ１０上に接着される。
【００１８】
ＣＯＢ１０上には、枠状のスペーサ７０を介して、発光素子アレイチップ２０、アノードドライバＩＣ５０及びカソードドライバＩＣ６０−１，６０−２を保護するカバー７１が取り付けられている。スペーサ７０の厚みは、ＣＯＢ１０の実装表面から金属ワイヤの最上部までの高さより厚く設計されている。カバー７１において、発光素子アレイチップ２０内の発光素子アレイが形成されている表示部分は、透過率８０％以上の材質（例えば、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等）であることが望ましい。カバー７１における前記表示部以外の外周部分は、不透明の材質を使用したり、又は塗装により可視光の透過を０．１％以下にすることが望ましい。カバー７１における外周部分の透過率を０．１％にすることで、発光素子アレイチップ２０から出射された光が金属ワイヤやその他のアノードドライバＩＣ５０及びカソードドライバＩＣ６０−１，６０−２等に反射して像に映り込む現象を軽減することができる。
【００１９】
ＣＯＢ１０の裏側には、図示しないヒートシンクや金属筐体が取り付けられている。ＣＯＢ１０の裏側とヒートシンクや金属筐体との間には、図示しない絶縁性の放熱ペーストや放熱シートが設けられ、発光素子アレイチップ２０からの熱を効率よく放熱するようになっている。
【００２０】
なお、ＣＯＢ１０とスペーサ７０、及び、スペーサ７０とカバー７１とは、それぞれ樹脂等で接着しても良いし、あるいは、ＣＯＢ１０、スペーサ７０及びカバー７１に螺子穴を形成し、裏側のヒートシンクや金属筐体と螺子で固定しても良い。カバー７１及びスペーサ７０は、一体型でも良い。又、ＣＯＢ１０とスペーサ７０は、一体型でも良い。
【００２１】
表示パネル１内の発光素子アレイチップ２０、アノードドライバＩＣ５０及びカソードドライバＩＣ６０−１，６０−２は、フラット型フレキシブルケーブル７２を介して、図示しない制御装置と電気的に接続される。なお、ＣＯＢ１０上には、アノードドライバＩＣ５０が１個、カソードドライバＩＣ６０−１，６０−２が２個設けられているが、回路構成によってはカソードドライバＩＣが１個でも良く、更に、それらを図示以外の配置で設けても良い。
【００２２】
図３は、図２の表示パネル１の一部を省略した概略を示す平面図である。
発光素子アレイチップ２０の外縁部には、複数のアノード配線３５及び複数のカソード配線３７が延設され、複数のワイヤボンディングパッド等のパッド部３９に接続されている。複数のアノード配線３５は、パッド部３９を介してアノードドライバＩＣ５０と電気的に接続され、更に、複数のカソード配線３７も、他のパッド部３９を介してカソードドライバＩＣ６０−１，６０−２と電気的に接続されている。
【００２３】
発光素子アレイチップ２０側の発光素子ピッチとドライバＩＣ側のパッドピッチとが異なる場合は、ドライバＩＣ側のピッチと同一なピッチのパッド部３９を発光素子アレイチップ２０内に形成し、図３のように傾斜する配線により接続を行うことにより、パッドピッチを同一に揃えることができる。発光素子ピッチとドライバＩＣ側のパッドピッチとが同一の場合には、接続配線を傾斜させなくても良い。
【００２４】
図４は、図２の表示パネル１の等価回路を示す回路図である。
表示パネル１における発光素子アレイチップ２０は、例えば、パッシブ型ｍ行ｋ列ＬＥＤドットマトリックスにより構成されている。
【００２５】
列方向には、ｋ本のアノード配線３５が並列に配置され、これらと交差する行方向には、ｍ本のカソード配線３７が並行に配置され、これらの交差箇所に、ｍ×ｋ個のＬＥＤ３１（１，１）〜２１（ｍ，ｋ）が接続されている。なお、ＬＥＤ３１に付された添え字（ｍ，ｋ）は、行方向のｍ番目、列方向のｋ番目のＬＥＤを表している。各アノード配線３５にはアノード配線抵抗ｒａがあり、これらの各アノード配線３５がアノードドライバＩＣ５０に接続されている。同様に、各カソード配線３７にはカソード配線抵抗ｒｃがあり、これらの各カソード配線３７がカソードドライバＩＣ６０−１，６０−２に接続されている。
【００２６】
図５は、図４中のアノードドライバＩＣ５０及びカソードドライバＩＣ６０−１，６０−２の構成を示す概略の回路図である。
【００２７】
アノードドライバＩＣ５０は、図示しない制御装置から供給される表示データ（例えば、発光する又は発光しないを意味する発光データ）ＤＡに応じて、発光素子アレイチップ２０の各アノード配線３５に接続されているＬＥＤ３１の列に電流を供給する機能を有している。アノードドライバＩＣ５０は、例えば、図示しない制御装置からシリアル伝送により供給されるシリアル発光データＳＤＡを入力して、直並列変換したパラレル発光データＰＤＡを出力するシフトレジスタ５１を有し、この出力側に、ラッチ回路５２が接続されている。ラッチ回路５２は、シフトレジスタ５１から出力されたパラレル発光データＰＤＡをラッチする回路であり、この出力側に、駆動回路５３が接続されている。駆動回路５３は、ラッチ回路５２の出力信号を増幅する回路であり、この出力側に、複数のアノード配線３５が接続されている。
【００２８】
カソードドライバＩＣ６０−１，６０−２は、図示しない制御装置から供給されるクロックＣＬＫ及びフレーム信号ＦＳに基づき、発光素子アレイチップ２０の各カソード配線３７に接続されているＬＥＤ３１の行を走査する機能を有し、セレクト回路６１等で構成されている。
【００２９】
図６は、図２中の発光素子アレイチップ２０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。更に、図７（ａ）〜（ｃ）は、図６中の１画素を示す拡大図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＩ１−Ｉ２線断面図、及び、同図（ｃ）は同図（ａ）中のＩ３−Ｉ４線断面図である。
【００３０】
発光素子アレイチップ２０は、基板２１を有し、この基板２１上に発光素子アレイ３０が配設されている。発光素子アレイ３０は、マトリクス状に配置された複数の薄膜半導体発光素子であるＬＥＤ３１を有し、この複数のＬＥＤ３１上に位置決めされて光収束用のレンズアレイ（例えば、マイクロレンズアレイ）４０が形成されている。
【００３１】
発光素子アレイ３０において、基板２１上には、平滑化層２２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２２上に接合されたＮ型半導体層３２を有し、この上に、Ｐ型半導体層３３ａ等を有するほぼ方形の光出射用の発光領域３３が形成されている。平滑化層２２上において、各発光領域３３の近傍には、帯状のカソード配線３７の層が行方向（横方向）に形成され、このカソード配線３７がＮ型半導体層３２の端部３２ａにオーミック接触している。各発光領域３３の周辺は、絶縁膜３４により覆われている。絶縁膜３４上には、厚膜の絶縁膜３６を介して帯状のアノード配線３５の層が列方向（縦方向）に形成され、このアノード配線３５が、発光領域３３におけるＰ型半導体層３３ａとオーミック接触している。
【００３２】
この発光素子アレイ３０の構造では、例えば、図示しない基板上に薄膜半導体のＬＥＤ３１を形成し、このＬＥＤ３１を剥離して基板２１へ接合してこの基板２１側でＬＥＤドットマトリックス構造を形成するため、基板２１とＬＥＤ３１の界面には、絶縁層となる平坦化層２２が形成されている。これにより、各画素のＬＥＤ３１を電気的に分離することができ、マトリクス構造を形成することが可能となる。
【００３３】
マトリクス状に配置されたＬＥＤ３１上には、マイクロレンズアレイ４０が形成されている。図６に示すマイクロレンズ形状は、隅の丸い方形になっているが、円形や、画素内が埋まるような形状でも良い。
【００３４】
（実施例１の発光素子アレイチップの構成、製造方法）
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例１における図２中の発光素子アレイチップ２０の構成及び製造方法を示す模式的な断面図である。
【００３５】
図１（ｅ）に示すように、発光素子アレイチップ２０は、基板２１上に複数のＬＥＤ３１がマトリクス状に配置された発光素子アレイ３０を有し、この発光素子アレイ３０における所定領域（例えば、アノード配線３５及びカソード配線３７に接続されたパッド部３９等のレンズの非有効領域４９）を除き、この発光素子アレイ３０上にマイクロレンズアレイ４０が形成されている。
【００３６】
マイクロレンズアレイ４０は、各ＬＥＤ３１上に位置決めされて形成された複数の柱状のレンズ支柱（例えば、縦断面がほぼ台形のレンズ支柱）４１と、この各レンズ支柱４１を覆って頂部が球面状に形成された複数のレンズ部４２とを有し、各ＬＥＤ３１から出射された光を収束する構成になっている。
【００３７】
ここで、レンズ支柱４１の外形は、基板２１と平行な方向の断面（横断面）がほぼ円形の円錐台、あるいは横断面がほぼ多角形の角錐台とすることができる。
【００３８】
このような構成の発光素子アレイチップ２０における製造方法の工程例（１）〜（５）を、図１（ａ）〜（ｅ）の工程図を参照しつつ、以下説明する。
【００３９】
（１）  図１（ａ）の発光素子アレイ形成工程
図１（ａ）の工程において、デバイス搭載用の基板２１を用意する。基板２１としては、例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＺｎＯ等の半導体基板、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミック基板、ガラスエポキシ基板、Ｃｕ、Ａｌ等の金属基板、プラスチック基板を使用できる。
【００４０】
基板２１上に、図６及び図７に示すような複数のＬＥＤ３１がマトリクス状に配置された発光素子アレイ３０を形成すると共に、図３に示すようなアノード配線３５、カソード配線３７及びパッド部３９を形成する。
【００４１】
ＬＥＤ３１としては、例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体材料やその混晶半導体材料でエピタキシャル成長されたＬＥＤ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳのＩＩ−ＶＩ属化合物半導体材料でエピタキシャル成長されたＬＥＤ、あるいは、有機系材料で形成されたＬＥＤを形成する。
【００４２】
ＬＥＤ３１の電極、アノード配線３５、カソード配線３７及びパッド部３９の材料は、例えば、Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｕ系メタル配線、あるいは、Ａｌ、Ｎｉ／Ａｌ、Ｎｉ／ＡｌＮｄ、Ｎｉ／ＡｌＳｉＣｕ、Ｔｉ／Ａｌ等のＡｌ系メタル配線を使用できる。更に、酸化物系の透明電極を用いることもできる。
【００４３】
（２）  図１（ｂ）のレンズ支柱形成工程
図１（ｂ）の工程において、基板２１上に、レンズ支柱４１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に、ドライフィルムレジスト（以下「ＤＦＲ」という。）を用いてラミネータ（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。
【００４４】
レンズ支柱材料は、エポキシ系又はアクリル系樹脂のネガタイプ化学増幅型の厚膜レジスト又はＤＲＦが好ましい。
【００４５】
ＤＦＲは、フィルム状のエッチングレジストであり、例えば、ベースフィルム上に塗布したフォトレジスト層を乾燥後、保護フィルムをフォトレジスト層にラミネートして形成されている。このＤＦＲは、フィルム状に加工した感光性樹脂を、厚さ２０〜２５μｍのベースフィルムと保護フィルムの間に挟み込んだ３層構造になっている。ベースフィルムは、紫外線（ＵＶ）透過性に優れ、高透明で平坦な二軸延伸ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムが適している。又、保護フィルムは、アクリル系樹脂により形成されるフォトレジスト層に対して、適度の離型性を有し、低フィッシュアイで平面性の良好なＬＤＰＥフィルムを使用することが好ましい。
【００４６】
次に、フォトリソ工程により、図示しないレジストをパターンニングし、図１（ｂ）に示す各ＬＥＤ３１に対応した位置に、所定間隔隔てて縦断面がほぼ台形のレンズ支柱４１を形成する。ほぼ台形のレンズ支柱４１の形成にステッパー（投影レンズを用いた縮小投影型露光装置）を用いて露光を行う場合は、レンズ支柱４１を形成する位置の上方に、投影レンズのフォーカス（焦点）をシフトさせた状態で露光を行うことにより形成できる。ほぼ台形の側面における垂直方向からテーパ度角が大きいほうが、半球に近い（曲率の高い）レンズ形状を形成することに適している。
【００４７】
（３）  図１（ｃ）のＤＦＲの中空転写工程
図１（ｃ）の工程において、レンズ部材料であるＤＦＲをレンズ支柱４１上及び基板２１上に、中空構造となるように転写（以下これを「中空転写」という。）する。
【００４８】
レンズ部材料としては、エポキシ系又はアクリル系樹脂のネガタイプ化学増幅型の厚膜ＤＦＲが好ましい。なお、レンズ支柱材料及びレンズ部材料には、同じ材料を用いても良く、異なる材料を用いても良い。
【００４９】
詳しくは、図１（ｃ）に示すように、転写後、各レンズ支柱４１間に、中空構造前駆体レンズ部（露光前のレンズ部）４２ａが入り込み、その下の部分に空隙４３が形成されるように行う。例えば、ラミネータにより、ラミネート室を減圧し、所定の温度及び圧力で行う。ここで、空隙４３が形成されるためには、ＤＦＲの厚みＴ１とレンズ支柱４１の厚みＴ２との関係がＴ２＜Ｔ１となることが望ましい。
【００５０】
（４）  図１（ｄ）のレンズ形状形成のための熱処理工程
本実施例１におけるレンズ支柱材料及びレンズ部材料は、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。
【００５１】
ＤＦＲの中空転写工程後、中空構造前駆体レンズ部４２ａは前駆体材料であり、フォトリソ工程を経たレンズ支柱４１は重合体材料である。マイクロレンズ形状をなす前駆体レンズ部４２ｂの形成は、重合体であるレンズ支柱４１の形状を維持させ、中空構造前駆体レンズ部４２ａのみを軟化させて空隙４３部分に落ち込むことを利用する。そのため、熱処理の温度としては、前駆体レンズ部材料が軟化し、レンズ支柱４１の形状が保持される温度を選択する。
【００５２】
以上より、中空構造前駆体レンズ部４２ａに熱処理を施すことで、図１（ｄ）に示すように、空隙４３を埋めるようにマイクロレンズ形状をなす前駆体レンズ部４２ｂが形成される。ＤＦＲの厚みとレンズ支柱４１の厚みの関係がレンズ形状やレンズの厚みを決定する。従って、所望の曲率半径と光軸方向のギャップが得られる最適な厚みの組み合わせを選択する必要がある。
【００５３】
（５）  図１（ｅ）の最終工程
図１（ｅ）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部４２ｂに露光及び現像を施すことで、パッド部３９等におけるレンズの非有効領域４９が除去された重合体レンズ部４２が形成される。露光及び現像工程においてレンズの非有効領域４９を除去したが、フォトリソ工程であるため、レンズとレンズの間をパターンニングし、スリットを入れる構造を形成することも可能である。
【００５４】
次に、重合体レンズ部４２にベーク処理を施すことによって、レンズ支柱４１とレンズ部４２からなる所望のマイクロレンズアレイ４０が得られる。なお、レンズの非有効領域４９におけるパッド部３９等の上に残渣が生じた場合は、酸素やアルゴン等によるプラズマ処理を施すことで除去できる。
【００５５】
（実施例１の表示パネルの動作）
図３〜図６の表示パネル１において、表示すべき情報が図示しない制御装置に入力されると、この制御装置が、その表示すべき情報に応じて、シリアル発光データＳＤＡを図５のアノードドライバＩＣ５０に供給する。
【００５６】
すると、発光素子アレイ３０の第１行目に含まれるＬＥＤ３１の各々について、シリアル発光データＳＤＡが、アノードドライバＩＣ５０内のシフトレジスタ５１に順次格納される。シフトレジスタ５１に格納されたシリアル発光データＳＤＡは、このシフトレジスタ５１によりパラレル発光データＰＤＡに変換された後、ラッチ回路５２に格納される。ラッチ回路５２の出力信号は駆動回路５３で増幅され、この駆動回路５３から定電流が出力され、アノード配線３５を経由して各ＬＥＤ３１のアノード端子に供給される。
【００５７】
この時、図示しない制御装置から出力されたクロックＣＬＫ及びフレーム信号ＦＳが、カソードドライバＩＣ６０−１，６０−２に入力されると、このカソードドライバＩＣ６０−１，６０−２内のセレクト回路６１により、発光素子アレイ３０の第１行目のカソード配線３７が選択される。そのため、発光素子アレイ３０の第１行目のアノード配線３５から第１行目に含まれるＬＥＤ３１に駆動電流が供給され、第１行目に含まれるＬＥＤ３１の各々がシリアル発光データＳＤＡに応じて発光動作し、光が放射される。これらの各ＬＥＤ３１から放射された光は、図１（ｅ）のマイクロレンズアレイ４０における各レンズで収束されて外部へ出射される。
【００５８】
このような発光動作がカソード配線３７の数（即ち、発光素子アレイ３０の行数分）だけ複数回繰り返され、表示すべき情報を含む１画面分の画像の光が出射される。
【００５９】
（実施例１の効果）
本実施例１の表示パネル１及びこの製造方法によれば、次の（１）〜（５）のような効果がある。
【００６０】
（１）  通常のフォトリソ工程と同様に、マイクロレンズアレイ４０のパターンニングが可能である。特に、ＬＥＤ３１上にレンズ支柱４１を形成し、このレンズ支柱４１をレンズ部４２で覆ってマイクロレンズアレイ４０を形成しているので、ＬＥＤ３１とマイクロレンズとの位置合わせ精度を高くすることができる。
【００６１】
（２）  特別な装置を必要としない簡単な方法を用いてマイクロレンズアレイ４０を形成することができる。
【００６２】
（３）  従来のような成形型を用いることなく、レンズ厚みが例えば１０μｍ以上のレンズを形成できる。
【００６３】
（４）  レンズ形状の曲率と光軸方向のギャップを任意に調整可能である。
【００６４】
（５）  図１（ｃ）の中空転写工程では、各レンズ支柱４１間に中空構造前駆体レンズ部４２ａが入り込む構造になっているので、レンズ支柱４１との密着力が向上し、レンズ支柱４１と前駆体レンズ部４２ｂとの間に強固な密着力が生じる。この密着力により、図１（ｄ）の熱処理によるレンズ形状形成工程において、加熱された空隙４３により生じる破裂や、レンズ支柱４１と前駆体レンズ部４２との剥がれを防止できると共に、空隙４３内の空気を円滑に外側に逃がすことが可能になる。
【実施例２】
【００６５】
本発明の実施例２における表示パネル１では、実施例１の発光素子アレイチップ２０に対して構成及び製造方法が異なり、その他の構成等は実施例１と同様であるので、以下、本実施例２の発光素子アレイチップについて説明する。
【００６６】
（実施例２の発光素子アレイチップの構成、製造方法）
図８（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例２における発光素子アレイチップ２０Ａの構成、及び製造方法を示す模式的な断面図であり、実施例１を示す図１（ａ）〜（ｅ）中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【００６７】
図８（ｅ）に示すように、本実施例２の発光素子アレイチップ２０Ａは、実施例１と同様に、基板２１上に複数のＬＥＤ３１がマトリクス状に配置された発光素子アレイ３０を有し、この発光素子アレイ３０における所定領域（例えば、レンズの非有効領域４９）を除き、この発光素子アレイ３０上に、実施例１とは異なる構成のマイクロレンズアレイ４０Ａが形成されている。
【００６８】
マイクロレンズアレイ４０Ａは、各ＬＥＤ３１上に位置決めされて形成された実施例１とは異なる複数のレンズ支柱（複数段、例えばサイズの異なる上下２段のレンズ支柱）４１Ａと、この各レンズ支柱４１Ａを覆って頂部が球面状に形成された実施例１と同様の複数のレンズ部４２とを有し、各ＬＥＤ３１から放射された光を収束する構成になっている。上下２段のレンズ支柱４１Ａは、ＬＥＤ３１上に形成された縦断面がほぼ方形の柱状の下段レンズ支柱４１ａと、この下段レンズ支柱４１ａ上に形成され、縦断面がほぼ方形で、且つ下段レンズ支柱４１ａよりも底面積の小さな柱状の上段レンズ支柱４１ｂとにより構成されている。
【００６９】
このような構成の発光素子アレイチップ２０Ａにおける製造方法の工程例（１）〜（５）を、図８（ａ）〜（ｅ）の工程図を参照しつつ、以下説明する。
【００７０】
（１）  図８（ａ）の発光素子アレイ形成工程と下段レンズ支柱の形成工程
図８（ａ）の工程において、実施例１と同様に、デバイス搭載用の基板２１を用意し、この基板２１上に、図６及び図７に示すような複数のＬＥＤ３１がマトリクス状に配置された発光素子アレイ３０を形成すると共に、図３に示すようなアノード配線３５、カソード配線３７及びパッド部３９を形成する。
【００７１】
発光素子アレイ３０等が形成された基板２１上に、下段レンズ支柱４１ａ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に、図示しないＤＦＲを用いてラミネータによる転写、又はスプレーコート法による塗布により、前記レジストを形成することが望ましい。
【００７２】
次に、フォトリソ工程により、図示しないレジストをパターンニングし、図８（ａ）に示す各ＬＥＤ３１に対応した位置に、所定間隔隔てて縦断面がほぼ方形で柱状の下段レンズ支柱４１ａを形成する。
【００７３】
（２）  図８（ｂ）の上段レンズ支柱材料の転写工程
図８（ｂ）の工程において、上段レンズ支柱材料４１Ｂの転写を行う。下段レンズ支柱４１ａの上に対象物を形成するため、ＤＦＲをラミネータにより、中空転写することが望ましい。
【００７４】
（３）  図８（ｃ）の上段レンズ支柱形成工程
図８（ｃ）の工程において、フォトリソ工程により、図示しないＤＦＲをパターンニングし、下段レンズ支柱４１ａに対応した位置に、所定間隔隔てて断面がほぼ方形で、且つ下段レンズ支柱４１ａよりも底面積の小さな柱状の上段レンズ支柱４１ｂを形成する。
【００７５】
（４）  図８（ｄ）のＤＦＲの中空転写工程
図８（ｄ）の工程において、実施例１の図１（ｃ）の工程と同様に、ＤＦＲの中空転写により、中空構造前駆体レンズ部４２ａを形成し、下段レンズ支柱４１ａ及び上段レンズ支柱４１ｂからなる各レンズ支柱４１Ａ間に、空隙４３を形成する。中空構造前駆体レンズ部４２ａに対し、実施例１と同様に熱処理を施すと、マイクロレンズ形状である図示しない前駆体レンズ部となる。
【００７６】
（５）  図８（ｅ）の最終工程
図８（ｅ）の工程において、実施例１の図１（ｅ）の工程と同様に、マイクロレンズ形状となった図示しない前駆体レンズ部に露光及び現像を施すことで、パッド部３９等におけるレンズの非有効領域４９が除去された重合体レンズ部４２が形成される。露光及び現像工程においてレンズの非有効領域４９を除去したが、フォトリソ工程であるため、レンズとレンズの間をパターンニングし、スリットを入れる構造を形成することも可能である。
【００７７】
次に、重合体レンズ部４２にベーク処理を施すことによって、下段レンズ支柱４１ａ及び上段レンズ支柱４１ｂからなる上下２段のレンズ支柱４１Ａと、レンズ部４２とで構成される所望のマイクロレンズアレイ４０Ａが得られる。なお、実施例１と同様に、レンズの非有効領域４９におけるパッド部３９等の上に残渣が生じた場合は、酸素やアルゴン等によるプラズマ処理を施すことで除去できる。
【００７８】
（実施例２の表示パネルの動作）
本実施例２の表示パネル１は、実施例１の表示パネル１と同様に動作する。
【００７９】
（実施例２の効果）
本実施例２の表示パネル１及びこの製造方法によれば、実施例１とほぼ同様の効果があり、更に、次の（ａ）、（ｂ）のような効果がある。
【００８０】
（ａ）  レンズ支柱４１Ａを複数段構造にしているので、縦横比（アスペクト比）の高いレンズを形成することができる。
【００８１】
（ｂ）  レンズ支柱４１Ａを複数段構造にしているので、頂点付近が各ＬＥＤ３１間幅に比べて細くなり、中空構造前駆体レンズ部４２ａが熱により空隙４３の部分に落ちこむ量が大きくなる。そのため、より半球に近いマイクロレンズが形成可能である。更に、レンズ支柱４１Ａの縦断面を台形形状としなくても、台形と同様の効果が得られるので、製造が容易である。
【００８２】
（実施例２の変形例）
実施例２は、例えば、次の（ｉ）、（ｉｉ）のように変形しても良い。
【００８３】
（ｉ）  下段レンズ支柱４１ａ及び上段レンズ支柱４１ｂの各縦断面形状は、ほぼ方形であるが、ほぼ台形にしても良い。この際、図８（ａ）、（ｃ）の工程において、例えば、縦断面がほぼ台形の下段レンズ支柱４１ａと上段レンズ支柱４１ｂとの形成にステッパーを用いて露光を行う場合は、下段レンズ支柱４１ａあるいは上段レンズ支柱４１ｂを形成する位置の上方に、投影レンズのフォーカスをシフトさせた状態で露光を行うことにより形成できる。
【００８４】
（ｉｉ）  レンズ支柱４１Ａは、上下２段構造にしたが、同様な工程を複数回繰り返すことにより、３段以上の多段構造にしても良い。多段構造では、上下２段構造とほぼ同様に、レンズ曲率と光軸方向のギャップの調整が可能であるという効果がある。
【実施例３】
【００８５】
（実施例３の投射型表示装置の構成）
図９は、実施例１又は２の表示パネル１を用いた本発明の実施例３における投射型表示装置を示す概略の構成図である。
【００８６】
この投射型表示装置８０は、例えば、ＨＵＤであり、車両、航空機等において、速度計、燃料計等の各種計器の表示情報、ナビゲーション装置の地図情報、撮影装置が取得した画像情報等の各種の情報を表示するものであり、筐体８１を有している。筐体８１は、この上面に窓８１ａが生成されており、例えば、車両内のインストルメントパネルの裏側に組み込まれている。筐体８１内の下部には、実施例１又は２の表示パネル１が配置されている。
【００８７】
表示パネル１の出射光面側の上部には、その表示パネル１から出射された画像の光を投射する光学系（例えば、反射用平面鏡８２及び拡大用凹面鏡８３）が配置されている。平面鏡８２は、表示パネル１から出射された画像の光を所定方向（例えば、ほぼ水平方向）に反射するものであり、この平面鏡８２の反射方向に凹面鏡８３が配置されている。凹面鏡８３は、平面鏡８２からの反射光を拡大し、筐体８１の窓８１ａを通して上方のウィンドシールドガラス（Ｗ／Ｓ）８４へ結像するものである。
【００８８】
（実施例３の投射型表示装置の動作）
投射型表示装置８０であるＨＵＤにおいて、表示すべき情報が図示しない制御装置に入力されると、この制御装置が、その表示すべき情報に応じて、シリアルな発光データＳＤＡを、表示パネル１中の図５のアノードドライバＩＣ５０に供給すると共に、クロックＣＬＫ及びフレーム信号ＦＳを、表示パネル１中の図５のカソードドライバＩＣ６０−１，６０−２に供給する。すると、表示パネル１中の発光素子アレイ３０が発光し、マイクロレンズアレイ４０を通して、表示すべき情報を含む画像の光が出射される。
【００８９】
表示パネル１の発光によって出射された光は、図９中の平面鏡８２で反射されて凹面鏡８３によって拡大された後、ウィンドシールドガラス８４に照射される。すると、運転者８５の視線におけるウィンドシールドガラス８４の前方に、表示パネル１が発光した画像の虚像８６が表示される。これにより、運転者８５は、視線を前方からそらすことなく、表示パネル１が発光した画像に含まれる各種の情報を視認することができる。
【００９０】
（実施例３の効果）
本実施例３の投射型表示装置８０によれば、実施例１又は２の表示パネル１を使用しているので、発光素子アレイ３０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４０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、表示パネル１の発光面から画像投射面までの光路長が長くなっても、表示パネル１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８０としてのＨＵＤを実現できる。
【実施例４】
【００９１】
図１０は、実施例１又は２の表示パネル１を用いた本発明の実施例４における前面投射型表示装置を示す概略の構成図である。
【００９２】
この前面投射型表示装置９０は、例えば、前面投射型プロジェクタであり、実施例１又は実施例２の表示パネル１を備え、この表示パネル１から出射された光が、光学系（例えば、投影レンズ）９１により拡大されて前面のスクリーン９２上に表示される。そのため、実施例３とほぼ同様の効果がある。
【実施例５】
【００９３】
図１１は、実施例１又は２の表示パネル１を用いた本発明の実施例５における背面投射型表示装置を示す概略の構成図である。
【００９４】
この前面投射型表示装置１００は、例えば、背面投射型プロジェクタであり、実施例１又は２の表示パネル１を備え、この表示パネル１から出射された光が、光学系（例えば、投影レンズ１０１及び反射鏡１０２）により、拡大されて反射され、背面からスクリーン１０３上に表示される。そのため、実施例３とほぼ同様の効果がある。
【実施例６】
【００９５】
図１２は、実施例１又は２の表示パネル１を用いた本発明の実施例６における表示装置を示す概略の構成図である。
【００９６】
この表示装置１１０は、例えば、眼鏡に装着されるヘッドマウントディスプレイであり、実施例１又は実施例２の表示パネル１がケース１１１に収容されている。ケース１１１には、接眼光学系が取り付けられている。接眼光学系は、例えば、プリズム１１２を有し、このプリズム１１２の下端部に、シート状のホログラム光学素子１１３が装着されている。
【００９７】
この表示装置１１０では、表示パネル１から出射された光が、プリズム１１２の内部で全反射されながら下端部に設けられたホログラム光学素子１１３へと導かれる。ホログラム光学素子１１３は、光を干渉させ、使用者の目１１４に虚像を結ばせる。これにより、使用者は、表示パネル１から出射された画像を観察することができ、実施例３とほぼ同様の効果がある。
【００９８】
（実施例の他の変形例）
本発明は、上記実施例及びその変形例に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ｉ）、（ｉｉ）のようなものがある。
【００９９】
（ｉ）  実施例１、２の表示パネル１は、図示以外の構成や製造方法に変更してもよい。例えば、発光素子アレイ３０をＬＥＤ３１を用いて構成したが、このＬＥＤ３１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たＥＬ素子等を用いても良い。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。
【０１００】
（ｉｉ）  実施例１、２の表示パネル１は、実施例３〜６で説明した形態に限定されず、例えば、マイクロレンズアレイ以外に投影光学系を用いない、所謂、直視型表示装置にも適用が可能である。この場合、指向性が高く、特定方向に向けて解像度の高い表示装置とすることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１      表示パネル
２０      発光素子アレイチップ
３０      発光素子アレイ
３１      ＬＥＤ
３５      アノード配線
３７      カソード配線
４０，４０Ａ      マイクロレンズアレイ
４１，４１Ａ      レンズ支柱
４１ａ      下段レンズ支柱
４１ｂ      上段レンズ支柱
４２      レンズ部
５０      アノードドライバＩＣ
６０−１，６０−２      カソードドライバＩＣ
８０      投射型表示装置
９０      前面投射型表示装置
１００      背面投射型表示装置
１１０      表示装置
【図１】
2011112737.tif 000003
【図２】
2011112737.tif 000004
【図３】
2011112737.tif 000005
【図４】
2011112737.tif 000006
【図５】
2011112737.tif 000007
【図６】
2011112737.tif 000008
【図７】
2011112737.tif 000009
【図８】
2011112737.tif 000010
【図９】
2011112737.tif 000011
【図１０】
2011112737.tif 000012
【図１１】
2011112737.tif 000013
【図１２】
2011112737.tif 000014