显示器模块及其制造方法和显示装置的制作方法

专利名称：显示器模块及其制造方法和显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示器模块(以下称为“DM”)及其制造方法和使用了 DM的显示装置。
背景技术：
过去，作为自发光元件，有发光二极管(以下称为“LED”)、有机电致发光元件(以下称为“有机EL元件”)、无机EL元件等，作为非自发光型元件有液晶等。利用将多个自发光元件配置成ニ维矩阵状的自发光元件阵列的显示装置，与光阀式(例如液晶等)相比，光损耗減少，因而效率高。在直视型的显示装置中，由于不使用光阀，因而能够实现轻量化和薄型化。另外，在平视显示器(以下称为“HUD”)、投影仪、背投电视机等投影式显示装置中，在影像元件使用液晶等非自发光型元件时需要光源，而在使用自发光型元件时，由于影像元件自身就是光源，因而不需要光源及光学系统。因此，能够实现装置的小型化。
例如，在显示倍率为5倍的HUD采用发光元件阵列的情况下，发光元件的配光特性中与光轴方向所成的夹角10° 20°是可利用角度，而被排列成平面状的发光元件阵列的配光特性基本上是朗伯(Lambertian)分布。在这种情况下,存在光利用效率极低约为3% 5%的问题。为了提高光利用效率，考虑通过在发光元件阵列上形成微透镜阵列，縮小配光特性的扩散角，增加以HUD的可利用角度入射的光。另外，为了在发光元件阵列上形成片上微透镜阵列，需要在焊盘上去除透镜材料。作为发光元件阵列上的片上微透镜阵列的形成方法，例如已经知道下述专利文献I记载的利用玻璃成形模具来进行成形，通过曝光及显影来进行构图的方法。现有技术文献专利文献专利文献I日本特开2006— 327182号公报但是，在使用过去的专利文献I记载的玻璃成形模具来形成微透镜阵列，并将该微透镜阵列转印到自发光元件阵列上来制造DM的情况下，很难提高转印时的自发光元件阵列与微透镜阵列的对位精度。另外，为了确保玻璃成形模具的剥离性能和微透镜阵列的光轴方向的间隙，必须形成垫片，因而存在制造步骤数量增多的问题。

发明内容
本发明中的第一发明的DM的特征在干，该DM具有发光元件阵列，其形成于基板上，并且排列了利用驱动信号进行驱动而放射光的多个发光元件；透镜阵列；以及驱动电路。所述透镜阵列具有柱状的多个第I透镜支柱，它们分别被定位形成于所述各个发光元件上；多个第2透镜支柱，它们分别形成于各个所述第I透镜支柱上，且顶部为曲面状；以及多个透镜部，它们覆盖各个所述第I透镜支柱和各个所述第2透镜支柱，并且顶部形成为曲面状，所述透镜阵列用于使从各个所述发光元件放射的所述光会聚。另外，所述驱动电路是设于所述基板上的、有选择地驱动发光元件的电路。第二发明的DM的特征在于，与所述第一发明的DM的一祥具有发光元件阵列，其形成于基板上，并且排列了利用驱动信号进行驱动而放射光的多个发光元件；透镜阵列；以及驱动电路。所述透镜阵列具有柱状的多个第I透镜支柱，它们分别被定位形成于各个发光元件上；两个以上的第2透镜支柱，它们分别形成于各个所述第I透镜支柱上；以及多个透镜部，它们覆盖各个所述第I透镜支柱和各个所述第2透镜支柱，顶部利用两个以上的曲面而形成，所述透镜阵列用于通过各个所述顶部使从各个所述发光元件放射的所述光分别会聚。另外，所述驱动电路是设于所述基板上的、有选择地驱动各个所述发光元件的电路。第三发明的DM的制造方法的特征在于，包括以下步骤在基板上形成排列有多个 发光元件的发光元件阵列；在各个所述发光元件上分別形成柱状的第I透镜支柱；在所述第I透镜支柱及所述基板上被覆透镜支柱材料；对所述透镜支柱材料实施热处理，使所述透镜支柱材料软化而填充各个所述第I透镜支柱之间，由此在各个所述第I透镜支柱的顶部分别形成曲面透镜支柱；对各个所述曲面透镜支柱实施光刻，由此分别形成纵截面为上部曲线形状的柱状的第2透镜支柱；在所述第I透镜支柱、所述第2透镜支柱以及所述基板上被覆透镜部材料；对所述透镜部材料实施热处理，仅使所述透镜部材料软化而填充各个所述第I透镜支柱之间，由此在各个所述第2透镜支柱的顶部分别形成曲面透镜；对各个所述曲面透镜实施光刻，由此分别形成聚合物透镜；以及将驱动各个所述发光元件的驱动电路固定在所述基板上。第四发明的DM的制造方法的特征在于，包括以下步骤在基板上形成排列有多个发光元件的发光元件阵列；在各个所述发光元件上分別形成柱状的第I透镜支柱；在所述第I透镜支柱及所述基板上被覆透镜支柱材料；对所述透镜支柱材料实施基于光刻的构图处理，由此形成多个第2透镜支柱；在所述多个第2透镜支柱及所述基板上被覆透镜部材料；对所述透镜部材料实施热处理，仅使所述透镜部材料软化而填充各个所述第I透镜支柱及各个所述第2透镜支柱之间，由此在各个所述第2透镜支柱的顶部分别形成曲面透镜；对各个所述曲面透镜实施基于光刻的构图处理，由此分别形成聚合物透镜；以及将驱动各个所述发光元件的驱动电路固定在所述基板上。第五发明的显示装置的特征在于，该显示装置具有所述第一或者第二发明的DM，并显示来自所述透镜阵列的出射光。第六发明的显示装置的特征在于，该显示装置具有所述第一或者第二发明的DM、以及向预定位置投影来自所述透镜阵列的出射光而进行显示的光学系统。根据本发明中的第一发明的DM及第三发明的DM的制造方法，在发光元件上形成第I透镜支柱，再在第I透镜支柱上形成第2透镜支柱，利用透镜部覆盖该第I及第2透镜支柱来形成透镜阵列，因而能够利用不需要特殊装置的简单方法来形成透镜阵列。而且，能够提高发光元件与透镜阵列中的透镜的对位精度，因而能够提高DM的光利用效率。根据第二发明的DM及第四发明的DM的制造方法，透镜阵列具有利用具有两个以上的顶部的曲面而形成的多个透镜部，因而能够任意调整发光元件的光轴和透镜阵列中的透镜的光轴，能够提高DM的光利用效率。
根据第五及第六发明的显示装置，由于使用光利用效率良好的DM，因而能够提供光利用效率良好的显示装置。


图I 一 I是示出本发明的实施例I的图2中的DM的制造步骤的示意剖视图。图I 一 2是示出本发明的实施例I的图2中的DM的制造步骤的示意剖视图。图2是示出本发明的实施例I的DM整体的立体图。图3是示出图2中的DM的等效电路的电路图。图4是示出本发明的实施例I的发光元件阵列芯片的放大俯视图。图5是示出图4中的I个像素的结构的沿Il 一 12线的放大剖视图。 图6是示出本发明的实施例2的发光元件阵列芯片的放大俯视图。图7是示出图6中的I个像素的结构的沿13 — 14线的放大剖视图。图8 — I是示出本发明的实施例2的图2中的DM的制造步骤的示意剖视图。图8 — 2是示出本发明的实施例2的图2中的DM的制造步骤的示意剖视图。图9是示出本发明的实施例2的变形例的发光元件阵列芯片的放大俯视图。图10是示出图9中的I个像素的结构的放大俯视图。图11是示出图10中的I个像素的结构的沿15 — 16线的放大剖视图。图12是示出本发明的实施例2的另ー个变形例的发光元件阵列芯片的放大俯视图。图13是示出图12中的沿17 — 18线的放大剖视图和沿19 一 IlO线的放大剖视图。图14是示出本发明的实施例3的投影式显示装置的简要结构图。图15是示出本发明的实施例4的前投式显示装置的简要结构图。图16是示出本发明的实施例5的背投式显示装置的简要结构图。图17是示出本发明的实施例6的显示装置的简要结构图。标号说明IODM ; 11基板；12LMD ；13驱动电路；13a显示控制单元；13b阳极驱动器;13c、13d阴极驱动器；14扁平式挠性线缆；15微透镜；17、18、19透镜支柱间空隙；20微透镜阵列；21第I透镜支柱；22第2透镜支柱；23透镜部；24虚设透镜阵列；25LMD区域外部；31LED元件；32阳极布线；32p P触点电极；33阴极布线；33nN触点电极；42层间绝缘膜；43平滑层；44N型半导体层；44n N触点部；45发光区域；45a活性层；45p P型半导体层；46绝缘层；
50、501、50r、50 — 2、50a、50b、50c、50d微透镜的中心线；60投影式显示装置；70前投式显示装置；80背投式显示装置；90显示装置。
具体实施例方式通过对照附图来阅读以下优选的实施例的说明，能够理解用于实施本发明的方式。但是，附图仅是用来进行说明，不能限定本发明的范围。实施例I(实施例I的DM的结构)
图2是示出本发明的实施例I的DMlO整体的外观立体图。DMlO具有基板11。基板11例如利用3し6&ム8、6& 、11^、6&队2110等半导体基板，AlNai2O3等陶瓷基板，玻璃基板，玻璃环氧树脂基板，Cu, Al等金属基板，塑料基板等构成。在基板11的表面形成有未图示的布线图案和LED微显示器(以下称为“LMD”)12。LMD利用多个薄膜半导体发光元件(例如“LED”)等构成。另外，在各个薄膜半导体发光元件上形成有未图示的微透镜，利用这些多个微透镜构成微透镜阵列。在基板11采用导电性材料的情况下，在基板表面与布线图案之间以及基板表面与多个薄膜半导体发光元件之间形成有绝缘层。在基板11上固定有用于驱动LMD 12的驱动电路13、和扁平式挠性线缆14。LMD12和驱动电路13通过未图示的布线图案而相互连接。在驱动电路13的基板11侧具有凸出形成的端子，例如使用各向异性导电树脂(ACF)进行面朝下的压接，由此与形成于基板11上的未图示的布线图案电气连接。
扁平式挠性线缆14和驱动电路13通过形成于基板11上的未图示的布线图案而相互连接。扁平式挠性线缆14和布线图案例如通过使用各向异性导电树脂(ACF)进行压接而电气连接。在基板11的背面侧安装有未图示的散热器和金属框体。在基板11的背面侧与散热器和金属框体之间设有未图示的绝缘性的散热片，使得来自LMD12和驱动电路13的热量高效散热。DMlO内的驱动电路13通过扁平式挠性线缆14与未图示的外部的控制电路电气连接。扁平式挠性线缆14只不过是将DMlO内的驱动电路13和未图示的外部的控制电路连接的代表性示例，DMlO内的驱动电路13与未图示的外部的控制电路的连接不限于扁平式挠性线缆14。(DM的等效电路)图3是示出图2中的DMlO的等效电路的电路图。DMlO具有利用无源型m行k列LED点矩阵构成的LMD12、和驱动电路13。驱动电路13具有显示控制単元13a、阳极驱动器13b、阴极驱动器13c、和阴极驱动器13d。优选显示控制单元13a、阳极驱动器13b、阴极驱动器13c、13d形成为一体。LMD12利用无源型m行k列LED点矩阵构成。在LMD12中，在列方向上排列配置有k条阳极布线32，在与这些阳极布线交叉的方向上排列配置有m条阴极布线33。在k条阳极布线32与m条阴极布线33的交叉位置连接了 mXkfLED 31 (I,I) (m, k)。另外，LED 31后面附带的字符(m, k)表示行方向为第m个、列方向为第k个的 LED 31。这些k条阳极布线32与阳极驱动器331连接。m条阴极布线33与和相邻的阴极布线33不同的阴极连接布线33a、33b连接。奇数号的阴极布线33通过m/2条阴极布线33a与阴极驱动器13c连接。并且，偶数号的阴极布线33通过m/2条阴极布线33b与阴极驱动器13d连接。显示控制单元13a对从未图示的外部的控制电路等提供的显示数据等进行分析，将该显示数据变换为用于显示在LMD12上的预定位置的矩阵数据。即，在将待显示的图像数据设为在各个矩阵的交点处提供的LED31的像素単位的点数据的情况下，产生用于提供该点坐标的阳极驱动信号和阴极驱动信号。并且，也进行上述的以各个帧为单位的驱动和驱动比(占空比)控制。显示控制単元13a例如由以下部分等构成具有预定的运算功能的处理器和复合逻辑电路；缓冲器，其进行所述处理器等与外部的控制电路等的数据的发送和接收；存储电路，其存储来自外部的控制电路等的数据；定时信号产生电路(谐振电路)，其提供针对控制电路的定时信号、显示定时信号、和针对存储电路等的读写定时信号等；驱动信号输出电路，其将来自存储电路的读出或者对其进行加工而得到的显示数据作为驱动信号进行输出；以及各种寄存器，其存储从外部提供的显示功能和控制命令等。阳极驱动器13b具有如下功能根据从显示控制单元13a提供的阳极驱动信号(例如表示发光或者不发光的发光数据)，向与LMD12的各个阳极布线32连接的LED31的列供给电流。阳极驱动器13b具有移位寄存器，该移位寄存器输入例如阳极驱动信号，并输出 经由串行并行变换得到的并行发光数据，在该移位寄存器的输出侧连接了锁存电路。锁存电路是对从移位寄存器输出的并行发光数据进行锁存的电路，在其输出侧连接了恒流电路。根据锁存电路的输出和输出使能信号，从恒流电路供给预期的电流。在该恒流电路的输出侧连接了多个阳极布线32。阴极驱动器13c、13d具有根据从显示控制单元13a提供的阴极驱动信号，对与各个阴极布线33连接的LED31的行进行扫描的功能，例如利用选择电路等构成。(实施例I的带透镜发光元件的构造)图4是示出本发明的实施例I的发光元件阵列芯片的放大俯视图。在该图4中示出了图2中的LMD12中的DMlO的4X4矩阵像素的一部分平面。LMD12具有多个LED31，其是形成于基板11上的薄膜半导体发光元件；和会聚用的多个透镜(例如微透镜)15，其被定位形成于该LED31上。另外，在基板11上具有帯状的阴极布线33，其形成于行方向(横向)；和帯状的阳极布线32，其形成于列方向(纵向)，并通过层间绝缘膜42与阴极布线33绝缘。微透镜15的形状是圆形的，被分离为各个透镜，但也可以是四角为圆弧的方形、或诸如像素内被填充的形状。图5是示出图4中的I个像素的结构的沿Il 一 12线的放大剖视图。基本呈方形的LED31通过平滑层43接合于基板11上。LED31例如具有被接合于平滑层43上的N型半导体层44、和发光区域45。在发光区域45中形成有活性层45a，在其表面形成有P型半导体层45p等。在平滑层43上，帯状的阴极布线33延伸到N型半导体层44的N触点部44n而实现欧姆接触。发光区域45的周围被绝缘膜46覆盖。在绝缘膜46上，帯状的阳极布线32的层隔着层间绝缘膜42形成于列方向(纵向)。阳极布线32在与P型半导体层45p的接触位置即P触点部32p，与发光区域45的P型半导体层45p实现欧姆接触。在这种LMD12的构造中，例如在未图示的生长基板上形成薄膜半导体的LED31，将该LED31剥离并与基板11接合，在该基板11侧形成LED点矩阵构造。在基板11与LED31的界面形成有作为绝缘层的平滑层43。由此，能够将各个像素的LED31电气分离，能够形成矩阵构造。在LED31上形成有微透镜15。(实施例I的DM的结构)
图I 一 I (a) (d)和图I 一 2 (e) (h)是示出本发明的实施例I的图2中的DM的制造步骤的示意剖视图。如图I 一 2 (h)所示，DMlO具有在基板11上将多个LED31配置成矩阵状而构成的LMD12。在LMD12的各个LED31上形成有微透镜15，利用该微透镜15形成微透镜阵列20。在微透镜阵列20的外周部形成有无助于显示器显示的虚设微透镜(dummymicrolens) 24。在图I 一 2中，在微透镜阵列20的外周仅形成有I个虚设微透镜24，但也可以形成多个。并且，也可以不形成虚设微透镜24。LMD区域外部25是焊盘区域，例如作为驱动电路13的凸出连接用的焊盘区域、扁平式挠性线缆14与布线图案的连接用的焊盘区域、LMD发光试验用的焊盘区域、阴极连接布线和阳极连接布线等用途，除了形成有虚设微透镜24的区域之外，将微透镜和透镜材料去除。微透镜阵列20构成为具有柱状的第I透镜支柱21，其被定位形成于各个LED31 上，且多个纵截面基本呈方形；第2透镜支柱22(例如上部曲面形状透镜支柱)，其形成于该各个第I透镜支柱21上；以及多个透镜部23，其覆盖各个第I透镜支柱21和各个第2透镜支柱22，且顶部形成为曲面状，微透镜阵列20使从各个LED31出射的光会聚。下面，參照图I — I (a) (d)和图I —2 (e) (h)对这样构成的DMlO的制造方法的步骤示例(I) (8 )进行说明。(实施例I的DM的制造方法)(I)图I — I (a)的LED元件阵列形成步骤在图I 一 I (a)的步骤中，准备器件安装用的基板11。基板11能够使用例如Si、GaAs, GaP, InP, GaN, ZnO等半导体基板，AIN、Al2O3等陶瓷基板，玻璃基板，玻璃环氧树脂基板，Cu、Al等金属基板，塑料基板等。在基板11上形成如图3和图4所示的将多个LED31配置成矩阵状构成的LMD12，同时形成如图3所示的阳极布线32、阴极布线33和焊盘区域25。关于LED31，例如有利用 AIN, GaN, InN, InP、GaP、A1P、AlAs、GaAs、InAs 等 III-V族化合物半导体材料或其混晶半导体材料进行外延生长得到的LED，利用ZnO、ZnSe、CdS等II-VI族化合物半导体材料进行外延生长得到的LED，或者利用有机类材料形成的LED等。LED31的电极、阳极布线32、阴极布线33、未图示的各个连接布线、未图示的各个焊盘区域等的布线材料，例如可以使用Au、Ti/Pt/Au、Ti/Au、AuGeNi/Au、AuGe/Ni/Au、Au族金属布线，或者六1、附/^1、附/^1制、附/^151(11、11/^1等八1族金属布线。另外，也可以使用氧化物类的透明电极。(2)图I 一 I (b)的第I透镜支柱形成步骤在图I 一 I (b)的步骤中，在基板11上按预定厚度形成作为透镜支柱12的材料的未图示的抗蚀剂，井根据需要进行曝光前热处理。为了确保基板面内的均匀性，优选使用干膜抗蚀剂(以下称为“DFR”)通过基于层压装置(贴合装置)的转印或者基于旋转涂敷法的涂敷来形成。透镜支柱21的材料优选环氧树脂类、硅酮类、氟类树脂、或者丙烯类树脂的无源化学放大式的厚膜抗蚀剂或者DFR。DFR是薄膜状的抗蚀剂，例如在使涂敷于基膜上的光致抗蚀剂层干燥后，在光致抗蚀剂层上层压形成保护膜。该DFR形成为将加工成薄膜状的感光性树脂夹在20 25 ii m厚的基膜与保护膜之间的三层构造。基膜适合采用紫外线(UV)透射性能良好、透明度高且平坦的双轴延伸PET (聚对苯ニ甲酸こニ醇酷)薄膜。另外，保护膜优选使用相对于光致抗蚀剂层具有适度的分离性能、低缩孔而且平面性能良好的LDPE薄膜。然后，通过光刻步骤对未图示的抗蚀剂进行构图，在图I 一 I (b)所示的与各个LED31对应的位置形成隔开预定间隔的、纵截面基本呈方形的柱状的透镜支柱21。(3)图I — I (C)的曲面透镜支柱形成用的DFR的空心转印步骤在图1 — 1 (c)的步骤中，将透镜支柱部的材料即DFR以使其成为空心构造的方式转印到透镜支柱21上和基板11上(下面，将该转印称为“空心转印”)。作为透镜支柱部的材料，优选环氧树脂类或者丙烯类树脂的无源化学放大式的厚膜DFR。另外，透镜支柱材料及透镜部材料可以使用相同的材料，也可以使用不同的材料。
具体地讲，如图I 一 I (C)所示，在进行空心转印后，使得空心构造曲面透镜支柱材料(曝光前的曲面透镜支柱)23a进入各个透镜支柱21之间，在其下面的部分中形成有曲面透镜支柱形成空隙17。例如，利用层压装置将层压室减压，在预定的温度及压カ下进行处理。(4)图I 一 I (d)的曲面透镜支柱形成用的热处理步骤本实施例I中的透镜支柱材料及曲面透镜部材料是无源抗蚀剂，通过涂敷或者转印、曝光前热处理、包括曝光、曝光后热处理及显影的光刻步骤进行构图。在光刻步骤中，经过了曝光、曝光后热处理及显影的步骤的所述无源抗蚀剂(将其称为“聚合物材料”)成为聚合物。因此，与没有经过曝光、曝光后热处理及显影的步骤的所述无源抗蚀剂(将其称为“前驱体材料”)相比，聚合物材料的分子间的接合增强。因此，前驱体材料和聚合物材料的软化温度不同，前驱体材料在低温下即软化。在DFR的空心转印步骤之后，空心构造曲面透镜支柱材料22a成为前驱体材料，经过了光刻步骤的透镜支柱22b成为聚合物材料。呈曲面形状的前驱体曲面透镜支柱材料22b的形状保持作为聚合物的透镜支柱21的形状，并且利用仅使透镜支柱材料22a软化而进入曲面透镜支柱形成空隙17部分中的材料。因此，作为热处理的温度是选择前驱体曲面透镜支柱材料软化、并保持透镜支柱21的形状的温度。通过以上步骤，对空心构造曲面透镜支柱材料22a实施热处理，如图I 一 I (d)所示形成了填充曲面透镜支柱形成空隙17的呈曲面形状的前驱体曲面透镜22b。DFR的厚度与透镜支柱21的厚度的关系确定了曲面形状和支柱厚度。另外，该厚度和曲面形状成为确定透镜部的形状的ー个參数。(5)图I 一 2 (e)的第2透镜支柱形成步骤在图I 一 2 (e)的步骤中，对成为曲面形状的透镜支柱材料22b实施曝光、曝光后热处理、显影，由此作为柱状的聚合物的第2透镜支柱22形成为纵截面呈上部曲线形状的图案。第2透镜支柱22形成于LED元件以及与第I透镜支柱21对应的位置的第I透镜支柱21上。(6)图I — 2 Cf)的透镜部形成用的DFR的空心转印步骤在图I 一 2 (f)的步骤中，将作为透镜部23的材料的DFR空心转印到第I透镜支柱21、第2透镜支柱22以及基板11上。作为透镜部的材料，优选环氧树脂类、硅酮类、氟类树脂、或者丙烯类树脂的无源化学放大式的厚膜抗蚀剂或者DFR。另外，第I透镜支柱21的材料、第2透镜支柱22的材料以及透镜部23的材料可以使用相同的材料，也可以使用不同的材料。具体地讲，如图I 一 2 (f)所示，在进行空心转印后，使得空心构造透镜部材料(曝光前的透镜部)23a进入各个第I透镜支柱21及第2透镜支柱22之间，在其下面的部分中形成有透镜部形成空隙18。例如，利用层压装置将层压室减压，在预定的温度及压カ下进行处理。(7)图I 一 2 (g)的透镜部形成用的热处理步骤在图I 一 2 (g)的步骤中，在形成作为前驱体材料的透镜部23b时选择这样的温度，即能够保持作为聚合物的第I透镜支柱21和第2透镜支柱22的形状，仅使空心构造透镜部材料23a软化，并且保持第I透镜支柱21和第2透镜支柱22的形状。 通过以上步骤，对空心构造透镜部材料23a实施热处理，如图I 一 2 (g)所示形成了填充透镜部形成空隙18的呈曲面形状的聚合物的透镜部23b。根据DFR的厚度、第I透镜支柱21和第2透镜支柱22的厚度、第2透镜支柱22的形状，确定透镜部23的形状。因此，需要选择能够得到预期的曲率半径和光轴方向的间隙的最佳厚度的组合、和第2透镜支柱22的形状。(8)图I 一 2 (h)的最后步骤在图I 一 2 (h)的步骤中，对形成为微透镜形状的前驱体透镜24b实施曝光、曝光后热处理及显影，由此形成去除了 LMD区域外部25与微透镜20之间的空隙19的聚合物即透镜部23。通过光刻步骤去除了空隙19，但也可以通过设计而形成不去除空隙19的构造。然后，对透镜部23实施烘干处理，得到由第I透镜支柱21、第2透镜支柱22和透镜部23构成的预期的微透镜阵列20和虚设透镜阵列24。另外，当在LMD区域外部25的各个焊盘区域等上产生了残渣的情况下，通过实施基于氧气和氩气等的等离子处理来去除。(实施例I的DM的动作)在图I 图5的DMlO中，在应该显示的信息被输入到图3的显示控制单元13a后，显示控制単元13a根据该应该显示的信息向阳极驱动器13b提供阳极驱动信号。然后，与LMD12的第I行中所包含的各个LED31相关的发光数据被依次存储在阳极驱动器13b内的移位寄存器中。被存储于移位寄存器中的发光数据在经由该移位寄存器被变换为并行发光数据后，被存储于锁存电路中。根据锁存电路的输出信号和输出使能信号，从恒流电路经由阳极布线32向各个LED31供给预期的电流。此时，从显示控制单元13a提供的阴极驱动信号被输入阴极驱动器13c、13d，由该阴极驱动器13c、13d内的选择电路选择LMD12的第I行的阴极布线33。因此，从LMD12的第I行的阳极布线32向第I行中所包含的LED31供给驱动电流，第I行中所包含的各个LED31根据发光数据而进行发光动作,并放射光。从这些各个LED31放射的光经由图I 一 2 (h)中的微透镜阵列20中的各个透镜部23被会聚而向外部出射。按照阴极布线33的数量(即LED31的行数量)反复进行这种发光动作，从而出射包含应该显示的信息的与I个像素对应的图像的光。
(实施例I的效果)根据本实施例I的DMlO及其制造方法，能够得到诸如下述(a) (h)的效果。(a)能够与通常的光刻步骤相同地实现微透镜阵列20的构图。尤其是在LED31上形成第I透镜支柱21，在该第I透镜支柱21上形成第2透镜支柱22，并用透镜部23进行覆盖，由此形成微透镜阵列20，因而能够提高LED31与微透镜15的对位精度。(b)能够使用不需要特殊装置的简单方法来形成微透镜阵列20。(C)不需使用诸如过去的成形模具，即可形成透镜厚度例如为IOym以上的透镜。(d)根据第I透镜支柱21和第2透镜支柱22的设计，能够任意调整透镜形状的曲率和光轴方向的间隙。(e)由于形成为第I透镜支柱21与第2透镜支柱22的双层构造，因而能够形成纵 横比(纵横尺寸比)较大的透镜。(f)通过在形成透镜之前形成第2透镜支柱22，在透镜外周也能够稳定地控制曲率。(g)在图I 一 I (C)和图I 一 2 (f)的空心转印步骤中，由于形成为前驱体材料进入各个透镜支柱21、22之间的构造，因而与各个透镜支柱21、22的紧密粘接カ提高，在透镜支柱21、22与前驱体材料之间产生牢靠的紧密粘接力。在以后实施热处理的曲面形状形成步骤中，能够利用该紧密粘接力防止由于被加热后的空隙而产生的破裂、透镜支柱与前驱体材料的剥离，并且能够使空隙内的空气顺利排放到外側。(h)由于形成为第I透镜支柱21与第2透镜支柱22的双层构造，顶点附近相比各个LED31间隔变细，空心构造前驱体透镜部23a通过受热而进入空隙18部分的量増大。因此，能够形成更近似半球的微透镜15。另外，即使微透镜15是近似半球的形状，也能够稳定地控制透镜外周的曲率。(实施例I的变形例)实施例I示出了第I透镜支柱21与第2透镜支柱22的双层构造，但也可以是，通过将图I 一 I (C)、(d)、图I 一 2 (e)的步骤反复进行数次，形成为三层以上的多层构造。通过形成多层构造，得到能够调整透镜曲率和光轴方向的间隙的效果。(实施例2)本发明的实施例2的DMlO的整体外观和DMlO的等效电路与实施例I相同，因而省略其说明，下面对本实施例2与实施例I的不同之处进行说明。(实施例2的带透镜发光元件的构造)图6是示出本发明的实施例2的发光元件阵列芯片的放大俯视图。 在该图6中示出了图2中的LMD12中的DM的4 X 4矩阵像素的一部分平面。LMD12由形成于基板11上的多个LED31、和被定位于该LED31上的多个微透镜15构成。LED15具有基本呈方形的发光区域45，发光区域45被P触点电极32p分割成为图中的上下两个区域。图6所示的微透镜15的形状基本呈圆形，被分离为各个透镜，但也可以是四角为圆弧的方形、或诸如像素内被填充的形状。发光区域43的形状基本呈方形，但也可以是长方形、椭圆形、四角为圆弧的方形或多边形。图7是示出图6中的I个像素的结构的沿13 — 14线的放大剖视图。
在基板11上通过平滑层43接合了基本呈方形的LED31。在平滑层43上，帯状的阴极布线33具有N触点电极33n，并在N型半导体层44的N触点部44a实现欧姆接触。发光区域45被P触点电极32p分割成为图中的左右两个区域。将图中左侧的发光区域设为左侧发光区域451，将图中右侧的发光区域设为右侧发光区域45r。另外，在图7中，在发光区域45的中心、左侧发光区域451的中心、以及右侧发光区域45r的中心分别具有中心线50、中心线501和中心线50r。微透镜15具有以中心线501为光轴中心的曲面透镜的一部分151、和以中心线50r为光轴中心的曲面透镜的一部分15r。(实施例2的DM的制造步骤)图8 — I (a) (C)和图8 — 2 (d) (g)是示出本发明的实施例2的图2中的DMlO的制造步骤的示意剖视图。

下面，參照图8 - I (a) (C)和图8 — 2 (d) (g)对本发明的实施例2的DMlO的制造方法的步骤示例(I) (7)进行说明。(I) (3)图 8 — I (a) (C)的步骤图8 — I (a) (C)的步骤除了在LED31上描画出了阳极布线之外，其它与实施例I的图I 一 I (a) (C)的步骤相同，因而省略说明。(4)图8 — 2 (d)的第2透镜支柱形成步骤图8 — 2 (d)示出了在第I透镜支柱21上形成有多个第2透镜支柱(221、22r)22的状态。在图8 — I (c)的步骤中，对于被空心转印到第I透镜支柱21及基板11上的DFR,通过光刻步骤进行构图。具体地讲，在各个第I透镜支柱21上，在距离第I透镜支柱21的中心隔开预定间隔的左侧形成第2透镜支柱221，在距离第I透镜支柱21的中心隔开预定间隔的右侧形成第2透镜支柱22r。根据第I透镜支柱21以及第2透镜支柱221、22r的位置和横截面的大小，能够任意控制透镜部23的高度和将多个曲面接合而成的透镜部23的各个曲率。(5)图8 — 2 Ce)的透镜部形成用的DFR的空心转印步骤在图8 — 2 Ce)的步骤中，将作为透镜部23的材料的DFR空心转印到透镜支柱、第I透镜支柱221、22r以及基板11上。具体地讲，如图8 — 2 (e)所示，在进行空心转印之后，使得空心构造透镜部材料(曝光前的透镜部)23a进入第2透镜支柱221、22i■之间，在其下面的部分中形成有部分曲面透镜部形成空隙17。另外，使得空心构造透镜部材料(曝光前的透镜部)23a进入多个第2透镜支柱22之间以及各个第I透镜支柱21之间，在其下面的部分中形成有透镜部形成空隙18。例如，利用层压装置将层压室减压，在预定的温度及压カ下进行处理。(6)图8-2 (f)的透镜部形成用的热处理步骤在图8-2 (f)的步骤中，在DFR的空心转印步骤之后，空心构造透镜部材料23a成为前驱体材料，经过了光刻步骤的第I透镜支柱21及多个第2透镜支柱22成为聚合物材料。呈曲面形状的前驱体透镜部23b的形状保持作为聚合物的第I透镜支柱21及第2透镜支柱22的形状，并且利用仅使空心构造透镜部材料23a软化而进入部分曲面透镜部形成空隙17及曲面透镜部形成空隙18部分中的材料。因此，作为热处理的温度是选择能够使空心构造透镜部材料23a软化、并保持第I透镜支柱21及多个第2透镜支柱22的形状的温度。通过以上步骤，对空心构造透镜部材料23a实施热处理，如图8 一 2 (f)所示形成了填充部分曲面透镜部空隙17及曲面透镜部形成空隙18的透镜部23的形状。透镜部23的I个像素的透镜15的形状是如图7所示，将以中心线501为光轴中心的曲面透镜151和以中心线50r为光轴中心的曲面透镜15r相接合而得到的形状。通过改变DFR的厚度和温度条件，能够任意控制透镜的高度和将多个曲面相接合而构成的曲面透镜部15的各个曲率。(7)图8 — 2 (g)的最后步骤
在图8 — 2 (g)的步骤中，对形成为将多个曲面相接合而得到的曲面透镜形状的前驱体透镜部23b实施曝光、曝光后热处理及显影，由此形成去除了 LMD区域外部25的聚合物即透镜23。在图8 — 2 (g)的步骤中，对各个微透镜20进行了构图，且存在微透镜空隙19，但也能够形成为将相邻的各个微透镜15连接的结构。然后，实施烘干处理，得到由第I透镜支柱21和多个第2透镜支柱22和透镜部23构成的期望的微透镜阵列20和虚设微透镜阵列24。另外，当在LMD区域外部25的各个焊盘区域等上产生了残渣的情况下，通过实施基于氧气和氩气等的等离子处理来去除。(实施例2的DM的动作)实施例2的DM如图7所示，LED 31的发光区域45通过P接触电极32p被分成两半，被成分两半后的发光区域45中、处于左发光区域451的中心处的左发光区域中心轴501是贯通单透镜151的顶部的形状，处于右发光区域45r的中心处的右发光区域中心轴50r是贯通单透镜15r的顶部的形状。从这些各个LED31放射的光在处于与左发光区域451和右发光区域45r各自的中心一致的光轴上的多个微透镜15会聚而向外部出射。(实施例2的效果)根据本实施例2的DM及其制造方法，在与本实施例I相同的效果基础上，还具有诸如下述(i) (k)的效果。(i)通过形成多个第2透镜支柱22，能够形成将多个部分曲面相接合而构成的透镜23。(j)在发光区域被划分为多个区域的情况下，能够形成顶部位于被划分后的各个发光区域的光轴的透镜15，因而能够提供光利用效率高的DM。(k)在图8 — 2 (e)及图8 — 2 (f)的空心转印步骤中，由于形成为前驱体材料进入各个透镜支柱间的构造，因而与各个支柱的紧密粘接カ提高，第I透镜支柱及第2透镜支柱与前驱体材料产生牢靠的紧密粘接力。在后面基于热处理的曲面形状形成步骤中，能够利用该紧密粘接力防止由于被加热后的空隙而产生的破裂、和透镜支柱与前驱体材料的剥离，并且能够使空隙内的空气顺利排放到外側。(实施例2的DM变形例的构造说明)在实施例2的图6 图8中说明了连接I个LED31的情况，但在串联连接两个以上的LED的情况下，也能够进行相同的动作。图9是示出本发明的实施例2的变形例的发光元件阵列芯片的放大俯视图。在该图9中示出了在LED31中串联地连接LED31 — I和31 — 2来构成LED31时的LMD12中的4X4矩阵像素的局部俯视图。LED31除了串联连接两个LED之外，其它与图6相同。图10是示出图9中的I个像素的结构的放大俯视图。从阳极布线32延伸的P触点电极32p形成于绝缘层46上，并与LED31 — I的P型半导体层45p欧姆连接。在LED31 — I的N型半导体层44上形成有被欧姆接合的N触点电极33n。LED31 一 I和LED31 — 2通过串联连接布线47将LED31 — I的N触点电极33n和LED31 — 2的P触点电极32p连接，由此实现电气连接。LED31 — 2的P触点电极32p和 P型半导体层45p进行欧姆接合。在LED31 — 2的N型半导体层44上N触点电极33n被欧姆接合，并与阴极布线33连接。图11是示出图10中的I个像素的沿15-16线的放大剖视图。在基板11上，通过平滑层43将LED31-1和LED31-2进行接合。LED31-1和LED31 —2例如具有被接合于平滑层43上的N型半导体层441和44r、活性层45al和45ar，在表面上具有P型半导体层45pl和45pr等。LED31 — I和31 — 2的周围被未图示的绝缘膜覆盖。LED31 — 2中的N型半导体层44r与N触点电极33na进行欧姆接合，并与阴极布线33连接。LED31被分割为LED31 — I和LED31 — 2这两个元件，将LED31 — I的发光区域的中心轴设为发光区域中心轴50 — 1，将LED31 — 2的发光区域的中心轴设为发光区域中心轴50 — 2。微透镜15是将以发光区域中心轴50 — I为光轴中心的曲面透镜的一部分15 一 I、和以发光区域中心轴50 — 2为光轴中心的曲面透镜的一部分15 — 2进行接合而成的形状。与实施例I相同，根据发光数据从LED31 — I和LED31 — 2放射光。所放射的光分别在微透镜15的一部分15 — I和微透镜15的一部分15 — 2被会聚后出射到外部。(实施例2的DM的另ー个变形例的构造说明)图12是示出本发明的实施例2的另ー个变形例的发光元件阵列芯片的放大俯视图。在该图12中示出了在LED31中串联地连接4个LED时的、图2中的LMD12的4X4矩阵像素的一部分平面。在图12中，LED元件31a、31b、31c、31d被串联连接。LED31a与阳极布线连接，分割LED31d与阴极布线连接。图13(a)是图12中的沿17 — 18线的放大剖视图，图13(b)是图12中的沿19 一IlO线的放大剖视图。如图13 (a)和图13 (b)所示，通过形成使透镜的光轴与LED31内的4个发光区域45各自的中心一致的构造，能够使光高效地向外部出射，能够提供光利用效率高的微透镜阵列。实施例3(实施例3的投影式显示装置的结构)图14是示出使用了实施例I或者2的DMlO的本发明的实施例3的投影式显示装置60的简要结构图。
该投影式显示装置60例如是HUD，用于在车辆、航空设备等中显示速度仪和燃料仪等各种仪器的显示信息、导航装置的地图信息、由摄影装置取得的图像信息等各种信息，该投影式显示装置60具有框体61。框体61在其上表面形成有窗ロ 61a，例如被装配在车辆内的仪表面板的背面侧。在框体61内的下部配置有实施例I或者2的DM10。在DMlO的出射光面侧的上部配置有对从该DMlO出射的图像的光进行投影的光学系统(例如反射用平面镜62和放大用凹面镜63)。平面镜62用于使从DMlO出射的图像的光向预定方向(例如基本水平方向)反射，在该平面镜62的反射方向配置有凹面镜63。凹面镜63将来自平面镜62的反射光放大，然后使光通过框体61的窗ロ 61a在上方的风挡玻璃(W/S)64上成像。(实施例3的投影式显示装置的动作)在作为投影式显示装置60的HUD中，在应该显示的信息被输入DMlO中的图3的显示控制単元13a后，该显示控制单元13a根据该应该显示的信息，向DMlO中的图3的阳 极驱动器13b提供阳极驱动信号，同时向DMlO中的图2的阴极驱动器13c、13d提供阴极驱动信号。然后，DMlO中的LMD12发光，再通过微透镜阵列20，出射包括应该显示的信息的图像的光。通过DMlO的发光而出射的光在图14中的平面镜62反射，再经由凹面镜63被放大，然后照射到风挡玻璃64上。然后，在驾驶员65的视线中的风挡玻璃64的前方显示出由DMlO发光的图像的虚像66。由此，驾驶员65不需使视线偏移前方，即可目视确认由DMlO发光的图像中所包含的各种信息。(实施例3的效果)根据本实施例3的投影式显示装置60，由于使用了实施例I或者2的DM10，因而在LMD12发光的光的配光特性的扩散角度经由微透镜阵列20被缩小，指向性得到改善，光利用效率提高。因此，即使从DMlO的发光面到图像投影面的光路长度变长时，也能够高效地对从DMlO出射的图像的光进行投影。而且，能够实现构造简单且小型化的作为投影式显示装置60的HUD。实施例4图15是示出使用了实施例I或者2的DMlO的本发明的实施例4的前投式显示装置的简要结构图。该前投式显示装置70例如是前投式投影仪，其具有实施例I或者2的DM10，从该DMlO出射的光经由光学系统(例如投影透镜)71被放大，并显示于前面的屏幕72上。因此，具有与实施例3基本相同的效果。实施例5图16是示出使用了实施例I或者2的DMlO的本发明的实施例5的背投式显示装置的简要结构图。该背投式显示装置80例如是背投式投影仪，其具有实施例I或者2的DM10，从该DMlO出射的光经由光学系统(例如投影透镜81和反射镜82)被放大并反射，再从背面显示于屏幕83上。因此，具有与实施例3基本相同的效果。实施例6图17是示出使用了实施例I或者2的DMlO的本发明的实施例6的显示装置的简要结构图。该显示装置90例如是被安装于眼镜上的头戴式显示器，实施例I或者实施例2的DMlO被收纳于壳体91中。在壳体91中安装有目镜光学系统。目镜光学系统例如具有棱镜92，在该棱镜92的下端部安装有片状的全息光学元件93。在该显示装置90中，从DMlO出射的光在棱镜92的内部进行全反射，并被引导到设于下端部的全息光学元件93。全息光学元件93对光进行干扰，使在使用者的眼睛94中形成虚像。由此，使用者能够观察从DMlO出射的图像，具有与实施例3基本相同的效果。实施例的另ー个变形例实施例I或者2的DMlO也可以变更为图示之外的结构和制造方法。例如，在图示中是使用LED构成发光元件，但也可以使用由有机类材料形成的EL元件、或由无机类材料形成的EL元件等来取代该LED。由此，能够发挥与实施例1、2基本相同的作用效果。
实施例I或者2的DMlO不限于在实施例3 6中说明的方式，例如除微透镜阵列之外，也能够应用于不使用投影光学系统的所谓直视型显示装置。在这种情况下，能够实现指向性良好、面向特定方向的析像度较高的显示装置。
权利要求
1.一种显示器模块，其特征在于，该显示器模块具有 发光元件阵列，其形成于基板上，并且排列了利用驱动信号进行驱动而放射光的多个发光兀件； 透镜阵列，该透镜阵列具有柱状的多个第I透镜支柱，它们分别被定位形成于各个所述发光元件上；多个第2透镜支柱，它们分别形成于各个所述第I透镜支柱上，且顶部为曲面状；以及多个透镜部，它们覆盖各个所述第I透镜支柱和各个所述第2透镜支柱，并且顶部形成为曲面状，所述透镜阵列用于使从各个所述发光元件放射的所述光会聚；以及驱动电路，其设于所述基板上，有选择地驱动各个所述发光元件。
2.—种显示器模块，其特征在于，该显示器模块具有 发光元件阵列，其形成于基板上，并且排列了利用驱动信号进行驱动而放射光的多个发光兀件； 透镜阵列，该透镜阵列具有柱状的多个第I透镜支柱，它们分别被定位形成于各个所述发光元件上；两个以上的第2透镜支柱，它们分别形成于各个所述第I透镜支柱上；以及多个透镜部，它们覆盖各个所述第I透镜支柱和各个所述第2透镜支柱，顶部由两个以上的曲面形成，所述透镜阵列用于通过各个所述顶部使从各个所述发光元件放射的所述光分别会聚；以及 驱动电路，其设于所述基板上，有选择地驱动各个所述发光元件。
3.—种显示器模块的制造方法，其特征在于，包括以下步骤 在基板上形成排列有多个发光元件的发光元件阵列； 在各个所述发光元件上分別形成柱状的第I透镜支柱； 在所述第I透镜支柱及所述基板上被覆透镜支柱材料； 对所述透镜支柱材料实施热处理，使所述透镜支柱材料软化而填充各个所述第I透镜支柱之间，由此在各个所述第I透镜支柱的顶部分别形成曲面透镜支柱； 对各个所述曲面透镜支柱实施光刻，由此分别形成纵截面为上部曲线形状的柱状的第2透镜支柱； 在所述第I透镜支柱、所述第2透镜支柱以及所述基板上被覆透镜部材料； 对所述透镜部材料实施热处理，仅使所述透镜部材料软化而填充各个所述第I透镜支柱之间，由此在各个所述第2透镜支柱的顶部分别形成曲面透镜； 对各个所述曲面透镜实施光刻，由此分别形成聚合物透镜；以及 将驱动各个所述发光元件的驱动电路固定在所述基板上。
4.一种显示器模块的制造方法，其特征在于，包括以下步骤 在基板上形成排列有多个发光元件的发光元件阵列； 在各个所述发光元件上分別形成柱状的第I透镜支柱； 在所述第I透镜支柱及所述基板上被覆透镜支柱材料； 对所述透镜支柱材料实施基于光刻的构图处理，由此形成多个第2透镜支柱； 在所述多个第2透镜支柱及所述基板上被覆透镜部材料； 对所述透镜部材料实施热处理，仅使所述透镜部材料软化而填充各个所述第I透镜支柱及各个所述第2透镜支柱之间，由此在各个所述第2透镜支柱的顶部分别形成曲面透镜;对各个所述曲面透镜实施基于光刻的构图处理，由此分别形成聚合物透镜；以及 将驱动各个所述发光元件的驱动电路固定在所述基板上。
5.一种显示装置，其特征在于，该显示装置具有权利要求I或2所述的显示器模块，并显示来自所述透镜阵列的出射光。
6.一种显示装置，其特征在于，该显示装置具有 权利要求I或2所述的显示器模块；以及 光学系统，其向预定位置投影来自所述透镜阵列的出射光而进行显示。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在干，所述预定位置是屏幕或者半透半反镜。
8.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述预定位置是全息光学元件。
全文摘要
本发明提供显示器模块及其制造方法和显示装置。本发明使用提高发光元件与微透镜的对位精度，而且不需要特殊装置的简单方法来形成透镜阵列。作为解决手段，DM具有多个LED，它们设于基板上，利用驱动信号进行驱动而发光并放射光；透镜阵列，其具有多个透镜部，使从各个LED放射的光会聚，所述透镜部的顶部形成为球面状，并覆盖被定位形成于各个LED上的多个柱状的第1透镜支柱、和设于各个第1透镜支柱上的第2透镜支柱；以及驱动电路，其设于基板上，用于有选择地驱动各个LED。在使用DM的显示装置中，在各个LED发光的光的配光特性的扩散角度经由微透镜阵列被缩小，指向性得到改善，光利用效率提高。
文档编号G09F9/00GK102855814SQ20121022214
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月28日 优先权日2011年6月30日
发明者谷川兼一, 藤田稔 申请人:日本冲信息株式会社