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JP6999434B2 - 表示装置、表示システム、および表示装置の製造方法 - Google Patents

表示装置、表示システム、および表示装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、下地基板上に複数の画素素子がマトリクス状に配置された表示装置、表示システム、および表示装置の製造方法に関する。
従来から、基板上に複数の画素素子をマトリクス状に配列した表示装置が知られている。こうした表示装置では、表示領域の周辺にダミー素子を設けることが考えられている（例えば、特許文献１、特許文献２、および特許文献３参照）。
特開２００７－９３６８５号公報 特開２００１－１９５０２６号公報 特許第４５７６６４７号
特許文献１に記載の電気光学装置は、画像表示を行う有効表示領域に属する表示画素と、周辺領域に属するダミー画素とを有しており、ダミー素子は、表示画素と異なり動作しない構成とされている。これによって、ダミー素子における消費電力を節約している。
特許文献２に記載のマトリクス型表示装置は、表示パネルを構成する表示に寄与する発光素子と表示に寄与しないダミー素子とを備えている。この構成では、ダミー素子の電気的特性を測定して、その結果を発光素子の電圧または電流の制御に反映している。
特許文献３に記載のドットマトリクス表示装置は、走査線と信号線との交差位置に結合された表示素子と、走査線に結合されたダミー表示素子（ダミー素子）と、表示素子に出力電圧を供給する第１の電圧源と、出力電圧より低い電圧を供給する第２の電圧源とを備え、ダミー表示素子を介して表示素子に蓄積された電荷が放電される構成とされている。この構成では、放電動作を行うことで、表示素子の誤表示を防止している。
上述した構成において、ダミー素子は、電気的な役割を補填しているが、その役割は限定的であって、色々な状況に応じた自由度がない。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、基板における画素素子の配置について、最適な表示領域を設定することで、歩留まりを向上させた表示装置、表示システム、および表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る表示装置は、基板に複数の画素素子がマトリクス状に配置された表示装置であって、前記複数の画素素子のうち、外周に位置する外側画素素子を非表示領域とし、前記外側画素素子よりも内側に位置する内側画素素子を表示領域とし、前記内側画素素子の上面を覆う蛍光体層と、前記外側画素素子の上面を覆う遮光部とを備え、前記外側画素素子は、隣接する前記内側画素素子の側に向けて側面光を照射することを特徴とする。
本発明に係る表示装置では、前記外側画素素子は、前記内側画素素子の行列を示す識別パターンが設けられている構成としてもよい。
本発明に係る表示装置では、前記識別パターンは、文字または図形を描く形状とされている構成としてもよい。
本発明に係る表示装置では、前記複数の画素素子は、それぞれ分離されており、前記複数の画素素子同士の間には、樹脂が充填されている構成としてもよい。
本発明に係る表示装置では、上面視において、前記表示領域のうち、前記樹脂が占める面積は、３０％以下とされている構成としてもよい。
本発明に係る表示システムは、本発明に係る表示装置を備えることを特徴とする。
本発明に係る表示装置の製造方法は、基板に複数の画素素子がマトリクス状に配置された表示装置の製造方法であって、前記複数の画素素子を同一の成長基板に形成する成長工程と、前記成長基板に形成された画素素子を下地基板に接合する接合工程とを含み、前記複数の画素素子のうち、外周に位置する外側画素素子を非表示領域とし、前記外側画素素子よりも内側に位置する内側画素素子を表示領域とし、前記内側画素素子の上面を覆う蛍光体層と、前記外側画素素子の上面を覆う遮光部とを形成し、前記外側画素素子は、隣接する前記内側画素素子の側に向けて側面光を照射させる構成とすることを特徴とする。
本発明に係る表示装置の製造方法は、前記複数の画素素子をそれぞれ分離する分離工程と、前記複数の画素素子同士の間に樹脂を充填する充填工程とを含む構成としてもよい。
本発明に係る表示装置の製造方法は、前記複数の画素素子を前記成長基板から剥離する剥離工程を含む構成としてもよい。
本発明に係る表示装置の製造方法は、前記成長基板から剥離された複数の画素素子の表面を研磨する研磨工程を含む構成としてもよい。
本発明に係る表示装置の製造方法では、前記画素素子は、前記外側画素素子の電極の面積が、前記内側画素素子の電極の面積よりも大きく構成してもよい。
本発明に係る表示装置の製造方法では、前記外側画素素子は、発光素子とされ、前記外側画素素子を発光させる評価工程を含む構成としてもよい。
本発明によると、表示領域のなかで外周に位置する内側画素素子についても、周囲を非表示領域の外側画素素子で囲まれている。そのため、外周と中央とで内側画素素子が配置された環境（囲まれ方）が同一になり、光のクロストークを均一化でき、周囲に照射された光による発光面ムラを改善できる。
本発明の第１実施形態に係る表示装置の模式断面図である。 図１に示す表示装置の模式上面図である。 表示装置の製造方法（成長工程）を示す模式説明図である。 表示装置の製造方法（分離工程）を示す模式説明図である。 図４の模式平面図である。 表示装置の製造方法（接合工程）を示す模式説明図である。 表示装置の製造方法（充填工程）を示す模式説明図である。 表示装置の製造方法（剥離工程）を示す模式説明図である。 表示装置の製造方法（研磨工程）を示す模式説明図である。 比較例において、画素素子から照射される光の挙動を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る表示装置において、画素素子から照射される光の挙動を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る表示装置の概略を示す模式上面図である。 本発明の第３実施形態に係る表示装置の模式断面図である。
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る表示装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る表示装置の模式断面図であって、図２は、図１に示す表示装置の模式上面図である。なお、図１は、図面の見易さを考慮して、ハッチングを省略している。
本発明の第１実施形態に係る表示装置１は、下地基板２上に複数の画素素子３がマトリクス状に配置されている。図２に示すように、複数の画素素子３のうち、外周に位置する外側画素素子３ｂが非表示領域Ｒ２とされ、内側に位置する内側画素素子３ａが表示領域Ｒ１とされている。図２では、矩形状の画素素子３が４行×５列で配置された例を示しており、各行および各列において、先頭および末尾に配置された画素素子３が外側画素素子３ｂに対応する。なお、図１では、内側画素素子３ａと外側画素素子３ｂとの位置関係を示すため、図２の２行目および３行目に対応する画素素子３を示している。また、図２では、画素素子３を４行×５列で配置したが、これに限定されず、下地基板２上に配置する画素素子３の数は、適宜設定することができる。
画素素子３は、下地基板２に対して、電極を介して接合されている。以下では、電極のうち、内側画素素子３ａに対応するものを内側電極４ａと呼び、外側画素素子３ｂに対応するものを外側電極４ｂと呼んで区別することがある。
画素素子３同士の間には、樹脂が充填されている。以下では、樹脂のうち、表示領域Ｒ１に対応するものを内側樹脂５ａと呼び、非表示領域Ｒ２および下地基板２の外周に対応するものを外側樹脂５ｂと呼んで区別することがある。つまり、上面視において、内側画素素子３ａは、内側樹脂５ａに囲まれており、外側画素素子３ｂは、外側樹脂５ｂに囲まれている。
次に、表示装置１の製造方法と併せて、各部の詳細について、図面を参照して説明する。
図３は、表示装置の製造方法（成長工程）を示す模式説明図である。
画素素子３は、公知の半導体発光素子を利用でき、ＬＥＤを用いてもよい。画素素子３の半導体層１１の構造としては、ＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造、またはダブルヘテロ構造のものが挙げられる。図３は、半導体層１１が積層された成長基板１０を示している。半導体層１１は、成長基板１０上に、エピタキシャル成長によって形成される。本実施の形態において、成長基板１０は、サファイアで形成されているが、これに限定されず、半導体層１１をエピタキシャル成長できるものであればよい。
図４は、表示装置の製造方法（分離工程）を示す模式説明図であって、図５は、図４の模式平面図である。
図３に示す成長工程の後、電極の形成と素子の分離とが行われる。具体的に、半導体層１１上には、内側画素素子３ａおよび外側画素素子３ｂの位置に対応して、内側電極４ａおよび外側電極４ｂが形成される。電極は、周知の電極形成技術で形成され、例えば、Ａｕなどの金属が用いられる。なお、電極は、これに限定されず、合金を用いたり、複数の材料を積層したりしてもよい。
さらに、半導体層１１は、選択エッチングプロセスによって、成長基板１０が部分的に露出するようにエッチングされる。これによって、一体になっていた半導体層１１が、複数の画素素子３に分割（分離）される。
図６は、表示装置の製造方法（接合工程）を示す模式説明図である。
図４に示す分離工程の後、画素素子３を下地基板２に接合する。具体的には、成長基板１０の画素素子３が設けられている面を、下地基板２に対向させて、下地基板２と成長基板１０とを押しつける。なお、図面では省略されているが、下地基板２には、予め電極等で配線が形成されていてもよく、内側画素素子３ａおよび外側画素素子３ｂの位置に応じて、パターニングされていてもよい。
下地基板２の材料は、特に限定されず、例えば、Ｓｉ上に画素素子３の発光を制御する駆動回路を形成したものを使用してもよい。
成長基板１０上の画素素子では、外側電極４ｂの面積が、内側電極４ａの面積よりも大きく構成されていることが好ましい。これによると、外側画素素子３ｂによって、下地基板２との接合強度を補強することができる。つまり、外周に設けられた外側画素素子３ｂで強く接合されているので、内側画素素子３ａでの接合を補うことができる。
図７は、表示装置の製造方法（充填工程）を示す模式説明図である。
図６に示す接合工程の後、画素素子３同士の間に樹脂が充填される。樹脂は、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂などの液状樹脂であって、例えば、空隙のサイズに合ったマイクロニードル等で注入された後、硬化される。液状樹脂を硬化させる方法は、特に限定されないが、例えば、紫外線を照射したり、加熱したりしてもよい。
空隙などに樹脂を充填する際、極端に開けた空間が存在すると、その部分への供給が促進され、他の部分への供給が滞り、樹脂の充填量に偏りが生じる。本実施の形態では、分離した画素素子３の間に樹脂を充填する際、外側画素素子３ｂが設けられているので、外周と中央とで内側画素素子３ａの囲まれ方が同一になり、均一に樹脂を充填することができる。
図８は、表示装置の製造方法（剥離工程）を示す模式説明図である。
図７に示す充填工程の後、画素素子３から成長基板１０が剥離される。成長基板１０を剥離する際、成長基板１０の一方の端部を下地基板２から離間させる方向（図では、矢符Ａの方向）に力が加えられる。成長基板１０に加えられた力は、画素素子３のうち、最外周に位置するものに加わりやすい。ここで、最外周に位置するのは、外側画素素子３ｂであるので、内側画素素子３ａへの影響を抑えることができ、画素素子３の歩留まりを向上させることができる。
また、上面視において、表示領域Ｒ１のうち、樹脂が占める面積は、３０％以下とされていることが好ましい。すなわち、表示に寄与しない樹脂の面積を出来るだけ小さく抑えることで、要求される画質を確保しつつ、外側画素素子３ｂと樹脂とによる補強を実現できる。さらに、樹脂が占める面積を小さく抑えることで、樹脂と成長基板１０とが接する面積を小さくし、成長基板１０を剥がれやすくすることができる。
図９は、表示装置の製造方法（研磨工程）を示す模式説明図である。
図８に示す剥離工程の後、画素素子３の表面（上面）が研磨される。画素素子３の研磨は、例えば、ＣＭＰ等で実施することができる。具体的に、研磨工程では、表示装置１のうち、画素素子３の上面側を研磨盤２０に押し付けた状態で、表示装置１および／または研磨盤２０を、画素素子３の上面に沿う方向（図では、矢符Ｂの方向）で摺動させる。この際、最外周に位置する画素素子３には、荷重がかかりやすく、削れ量が多くなる。ここで、外側画素素子３ｂを設けて、研磨でのムラが生じやすい位置に、内側画素素子３ａが含まれないようにすることで、表示領域Ｒ１への影響を抑え、発光面ムラを低減することができる。
上述した工程を経て、図１に示した表示装置１が製造される。このようにして製造された表示装置１に対して、特性の評価工程が行われてもよい。評価工程では、外側画素素子３ｂを発光させて実施される。つまり、成長工程において、内側画素素子３ａと同時に形成された外側画素素子３ｂを発光させることで、発光素子としての電気的特性や出来栄えを評価することができる。また、実際に発光させることで、電極と画素素子３との接合状態などを把握できる。このように、外側画素素子３ｂでの特性を評価することで、内側画素素子３ａの特性を推測することができる。
次に、画素素子３から照射される光と隣接する画素素子３との関係について、図面を参照して説明する。
図１０は、比較例において、画素素子から照射される光の挙動を示す説明図である。
光の挙動について説明するため、先ず、比較例の場合を説明する。比較例は、図１に示す表示装置１に対し、外側画素素子３ｂを設けない構成とされている。具体的に、図１０では、３つの内側画素素子３ａが並べて配置された状態を示しており、表示領域Ｒ１の周囲は、非表示領域Ｒ２に囲まれていない状態となっている。画素素子３では、主に、上面から光を照射する構成とされているが、側面からも一部の光（側面光Ｌ）が照射される。ここでの樹脂は、側面光Ｌを完全には遮断せず、一部を透過させている。なお、図１０では、図面の見易さを考慮して、画素素子３の上面から照射される光を省略している。
側面光Ｌは、隣接する画素素子３などで反射されて、表示装置１の上面側から出射する。しかし、最外周に設けられた画素素子３では、隣接する画素素子３が存在しない面があり、ここから側方へ広がるように、側面光Ｌが照射される。その結果、最外周と内側とで、側面光Ｌの出方に違いが生じ、発光面ムラの要因となってしまう。
図１１は、本発明の第１実施形態に係る表示装置において、画素素子から照射される光の挙動を示す説明図である。
図１１は、上述した図１に示す表示装置１での側面光Ｌの挙動を示している。上述したように、本発明の第１実施形態に係る表示装置１では、最外周に位置する画素素子３（外側画素素子３ｂ）が非表示領域Ｒ２とされており、発光しないように制御されている。つまり、表示領域Ｒ１のなかで外周に位置する内側画素素子３ａについても、周囲を非表示領域Ｒ２の外側画素素子３ｂで囲まれている。そのため、表示領域Ｒ１のなかで外周に位置する内側画素素子３ａから照射された側面光Ｌは、外側画素素子３ｂで反射されて、他の部分と同様に、表示装置１の上面側から出射する。このように、外周と中央とで内側画素素子３ａが配置された環境（囲まれ方）が同一になり、光のクロストークを均一化でき、周囲に照射された光による発光面ムラを改善できる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る表示装置について、図面を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の機能を有する構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。
図１２は、本発明の第２実施形態に係る表示装置の概略を示す模式上面図である。
第２実施形態では、第１実施形態に対し、外側画素素子３ｂの電極に識別パターンＳＰを設けた点で異なる。具体的に、識別パターンＳＰは、画素素子３の行列を示しており、例えば、文字または図形を描く形状とされている。識別パターンＳＰは、表示装置１を上面側から見た際、ユーザや機械などで視認できる形状とされていればよく、行および列の順に異なる数字や文字を付していけばよい。例えば、識別パターンＳＰとして、数字を用いる場合は、１から順に値を大きくしてもよい。また、文字を用いる場合は、アルファベット順に付していってもよい。このように、表示領域Ｒ１の外周に沿って設けられた識別パターンＳＰを確認することで、表示領域Ｒ１における画素素子３の位置を容易に把握でき、不具合解析等での作業性を向上させることができる。また、識別パターンＳＰとして、文字や図形を用いることで、画素素子３の行列を視覚的に把握することができる。
識別パターンＳＰは、例えば、電極等で形成され、文字や数字そのものの形状であってもよいし、抜き形状として縁取りだけであってもよい。なお、識別パターンＳＰは、上述した構成に限らず、複数の文字や図形の組み合わせであってもよい。つまり、１つの外側画素素子３ｂに対して、複数の文字を付してもよい。また、複数の矩形を規則的に配列した２次元バーコードなどを、識別パターンＳＰとして用いてもよい。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る表示装置について、図面を参照して説明する。なお、第１実施形態および第２実施形態と同様の機能を有する構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。
図１３は、本発明の第３実施形態に係る表示装置の模式断面図である。
第３実施形態は、第１実施形態に対し、内側画素素子３ａの上面を覆う蛍光体層６（色変換層）を備えた点で異なる。具体的に、内側画素素子３ａのそれぞれに対応して蛍光体層６が設けられ、外側画素素子３ｂや画素素子３同士の隙間は、遮光性樹脂７で覆われている。
蛍光体層６は、蛍光体材料、色変換材料、光散乱材料、および母材となる樹脂等で形成されており、内側画素素子３ａから照射された光に作用する。蛍光体層６は、内側画素素子３ａが照射した光の波長を変換して、赤色、緑色、青色、および黄色等の光を出射させる。なお、これに限らず、蛍光体層６は、透明層とされていてもよい。また、複数の内側画素素子３ａに対して、蛍光体層６を全て同じ構成にする必要はなく、それぞれ異なる色に変換する構成としてもよい。
上述した第１実施形態および第２実施形態では、内側画素素子３ａの点灯時に外側画素素子３ｂを非点灯とすることを説明したが、第３実施形態では、内側画素素子３ａの点灯時に外側画素素子３ｂを点灯させる場合がある。例えば、表示領域Ｒ１の画素素子３を全て点灯させる時（全点灯時）においては、最外周と内側とで内側画素素子３ａを同じような見栄えにしようとすると、最外周の内側画素素子３ａに隣接する外側画素素子３ｂも点灯させることが望ましい。図１３に示すように、蛍光体層６には、隣接する画素素子３から照射された側面光Ｌも入射するので、外側画素素子３ｂを点灯させることで、色の見え方を均一化できる。但し、外側画素素子３ｂは、それ自体が積極的に見えては表示が変わるため、遮光性樹脂７で覆われている。なお、遮光性樹脂７に換わって、遮光性の枠であっても、外部から見えなくすることができるのは、言うまでもない。また、全点灯時以外では、単に外側画素素子３ｂが存在していればよく、外側画素素子３ｂを発光させる必要はない。
上述した実施形態では、下地基板２で説明したが、これに限らず、下地基板２は、例えば、ガラスエポキシ基板などの一般的な基板以外にも、ＬＳＩチップなどの半導体チップを基板としても良いことは言うまでもない。ちなみに、ＬＳＩチップｏｎ画素素子は、スタック構造を意味する。
なお、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。
また、本発明に係る表示装置１は、特に限定されないが、例えば、液晶ディスプレイ、ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）システム、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）システム、ＭＲ（Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）システム、レーザー投影装置、およびＬＥＤ投影装置などの表示システムに好適に使用することができる。
従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
１ 表示装置
２ 下地基板（基板の一例）
３ 画素素子
３ａ 内側画素素子
３ｂ 外側画素素子
４ａ 内側電極（電極の一例）
４ｂ 外側電極（電極の一例）
５ａ 内側樹脂（樹脂の一例）
５ｂ 外側樹脂（樹脂の一例）
６ 蛍光体層
７ 遮光性樹脂
１０ 成長基板
１１ 半導体層
Ｒ１ 表示領域
Ｒ２ 非表示領域
ＳＰ 識別パターン

Claims (12)

  1. 基板に複数の画素素子がマトリクス状に配置された表示装置であって、
    前記複数の画素素子のうち、外周に位置する外側画素素子を非表示領域とし、前記外側画素素子よりも内側に位置する内側画素素子を表示領域とし、
    前記内側画素素子の上面を覆う蛍光体層と、
    前記外側画素素子の上面を覆う遮光部とを備え、
    前記外側画素素子は、隣接する前記内側画素素子の側に向けて側面光を照射すること
    を特徴とする表示装置。
  2. 請求項１に記載の表示装置であって、
    前記外側画素素子は、前記内側画素素子の行列を示す識別パターンが設けられていること
    を特徴とする表示装置。
  3. 請求項２に記載の表示装置であって、
    前記識別パターンは、文字または図形を描く形状とされていること
    を特徴とする表示装置。
  4. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の表示装置であって、
    前記複数の画素素子は、それぞれ分離されており、
    前記複数の画素素子同士の間には、樹脂が充填されていること
    を特徴とする表示装置。
  5. 請求項４に記載の表示装置であって、
    上面視において、前記表示領域のうち、前記樹脂が占める面積は、３０％以下とされていること
    を特徴とする表示装置。
  6. 請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の表示装置を備えた表示システム。
  7. 基板に複数の画素素子がマトリクス状に配置された表示装置の製造方法であって、
    前記複数の画素素子を同一の成長基板に形成する成長工程と、
    前記成長基板に形成された画素素子を下地基板に接合する接合工程とを含み、
    前記複数の画素素子のうち、外周に位置する外側画素素子を非表示領域とし、前記外側画素素子よりも内側に位置する内側画素素子を表示領域とし、
    前記内側画素素子の上面を覆う蛍光体層と、
    前記外側画素素子の上面を覆う遮光部とを形成し、
    前記外側画素素子は、隣接する前記内側画素素子の側に向けて側面光を照射させる構成とすること
    を特徴とする表示装置の製造方法。
  8. 請求項７に記載の表示装置の製造方法であって、
    前記複数の画素素子をそれぞれ分離する分離工程と、
    前記複数の画素素子同士の間に樹脂を充填する充填工程とを含むこと
    を特徴とする表示装置の製造方法。
  9. 請求項７または請求項８に記載の表示装置の製造方法であって、
    前記複数の画素素子を前記成長基板から剥離する剥離工程を含むこと
    を特徴とする表示装置の製造方法。
  10. 請求項９に記載の表示装置の製造方法であって、
    前記成長基板から剥離された複数の画素素子の表面を研磨する研磨工程を含むこと
    を特徴とする表示装置の製造方法。
  11. 請求項７から請求項１０までのいずれか１つに記載の表示装置の製造方法であって、
    前記画素素子は、前記外側画素素子の電極の面積が、前記内側画素素子の電極の面積よりも大きく構成されていること
    を特徴とする表示装置の製造方法。
  12. 請求項７から請求項１１までのいずれか１つに記載の表示装置の製造方法であって、
    前記外側画素素子は、発光素子とされ、
    前記外側画素素子を発光させる評価工程を含むこと
    を特徴とする表示装置の製造方法。
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