特開 2022-128556 マイクロＬＥＤディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022128556

(43)【公開日】2022-09-02

(54)【発明の名称】マイクロＬＥＤディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G09G 3/32 20160101AFI20220826BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20220826BHJP

   G09G 3/20 20060101ALI20220826BHJP

   G09F 9/33 20060101ALI20220826BHJP

   G09F 9/30 20060101ALI20220826BHJP

   G09F 9/00 20060101ALI20220826BHJP

【ＦＩ】

G09G3/32 A

H01L33/00 J

G09G3/20 621E

G09G3/20 622K

G09G3/20 623V

G09G3/20 641A

G09F9/33

G09F9/30 338

G09F9/30 330

G09F9/00 346A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021026892

(22)【出願日】2021-02-23

(71)【出願人】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100087723

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 修

(74)【代理人】

【識別番号】100165962

【弁理士】

【氏名又は名称】一色 昭則

(74)【代理人】

【識別番号】100206357

【弁理士】

【氏名又は名称】角谷 智広

(72)【発明者】

【氏名】五所野尾 浩一

【テーマコード（参考）】

5C080

5C094

5C380

5F241

5G435

【Ｆターム（参考）】

5C080AA07

5C080BB05

5C080BB06

5C080CC03

5C080DD01

5C080DD22

5C080EE29

5C080EE30

5C080FF11

5C080FF13

5C080JJ03

5C080JJ06

5C080KK52

5C094AA07

5C094AA08

5C094BA03

5C094BA23

5C094CA19

5C094EA04

5C380AA03

5C380AB06

5C380AB19

5C380AB31

5C380AB33

5C380AB34

5C380AB50

5C380BA11

5C380BB22

5C380CA10

5C380CA39

5C380CB01

5C380CB23

5C380CC26

5C380CC62

5C380CD070

5C380DA02

5C380DA07

5F241AA21

5F241BB07

5F241BB18

5F241BC03

5F241BC47

5F241CB22

5F241FF06

5G435AA03

5G435AA04

5G435BB04

5G435EE37

(57)【要約】

【課題】モノリシック型のマイクロＬＥＤディスプレイの駆動に適した駆動装置を提供すること。
【解決手段】領域Ａと領域Ｂとでそれぞれ独立して駆動装置２によって各ピクセル（ＬＥＤ２５）の発光が制御される。領域Ａでは、走査線回路２０によって発光させる行が順に走査される。これにより、走査線回路２０によって選択された行のトランジスタ２４がオンとなり、ＬＥＤ２５に電流を流すことが可能な状態となる。そして、列方向については、ＰＷＭ回路２１の制御によってＬＥＤ２５に流す電流のデューティー比が制御され、各列のＬＥＤ２５の発光強度が制御される。同様に、領域Ｂにおいても走査線回路２０によって発光させる行が順に走査され、ＰＷＭ回路２１によって各列のＬＥＤ２５の発光強度が制御される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モノリシック型で複数の発光部がマトリクス状に配列されたマイクロＬＥＤディスプレイ素子と、前記マイクロＬＥＤディスプレイ素子を駆動する駆動装置と、を有したマイクロＬＥＤディスプレイにおいて、
前記発光部は複数の領域に分割され、各前記領域ごとに独立に駆動装置によって駆動され、
前記駆動装置は、
領域内の前記発光部のうち発光させる行を順に１つずつ選択して走査する走査線回路と、
前記発光部ごとに設けられ、前記走査線回路によって選択された行はオンとなって前記発光部に電流が流れる状態となり、選択されていない行はオフとなって前記発光部に電流が流れないように制御するトランジスタと、
領域内の前記発光部の列ごとに設けられ、前記発光部に流す電流をパルス変調してデューティー比を制御するＰＷＭ回路と、
を有することを特徴とするマイクロＬＥＤディスプレイ。

【請求項2】

前記マイクロＬＥＤディスプレイ素子は、各発光部ごとにｐ電極が設けられ、ｎ電極は各発光部で共通化されている、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤディスプレイ。

【請求項3】

各前記領域は、行数が１０～１００となるように分割されている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロＬＥＤディスプレイ。

【請求項4】

マイクロＬＥＤディスプレイ素子および前記駆動装置は、実装基板上に実装されており、前記駆動装置は、マイクロＬＥＤディスプレイ素子の下部に実装されている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のマイクロＬＥＤディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モノリシック型のマイクロＬＥＤディスプレイに関するものであり、特に駆動方式に特徴を有するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、ディスプレイの高精細化が求められており、マイクロＬＥＤディスプレイが注目されている（特許文献１～３）。マイクロＬＥＤディスプレイは、１～１００μｍオーダーの微小なＬＥＤをマトリクス状に配列したディスプレイである。特許文献１には、マイクロＬＥＤを個々のチップとしたものが記載されており、特許文献２、３には、１つの基板上に複数のマイクロＬＥＤを作製したモノリシック型のマイクロＬＥＤディスプレイが記載されている。モノリシック型は微細化の点で優れている。

【0003】

マイクロＬＥＤディスプレイの駆動方式としては、パッシブマトリクスとアクティブマトリクスが考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－２０７２９３号公報

【特許文献2】特開２０１８－１４４７５号公報

【特許文献3】特開２０２０－１１９９６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、パッシブマトリクスでは、１行ずつ順次スキャンして駆動する方式のため、行が増えると１行当たりの発光時間が減少し、明るくすることが困難であった。また、サブピクセルごとにｎ電極を設ける必要があり、マイクロＬＥＤディスプレイを微細化することが困難であった。このため、通常、マイクロＬＥＤディスプレイはアクティブマトリクスにより駆動していた。

【0006】

一方、アクティブマトリクスでは、各サブピクセルの明るさの情報を保持する回路と、その情報を元にして駆動する回路とが必要であり、構成がパッシブマトリクスに比べて複雑となる問題があった。また、アクティブマトリクスでは、電流の大きさで各サブピクセルの明るさを制御しようとすると、色が変化してしまう問題があった。これは、ＬＥＤの発光波長は電流の大きさによって変化するためである。発光波長が変化しないように、各サブピクセルの明るさをＰＷＭ制御することが考えられるが、ＰＷＭ回路のサイズは大きく、サブピクセルのサイズを小さくすることができない。

【0007】

このように、従来のパッシブマトリクスやアクティブマトリクスは、モノリシック型のマイクロＬＥＤディスプレイの駆動には適していなかった。

【0008】

そこで本発明の目的は、モノリシック型のマイクロＬＥＤディスプレイの駆動をより適したものとすることである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、モノリシック型で複数の発光部がマトリクス状に配列されたマイクロＬＥＤディスプレイ素子と、マイクロＬＥＤディスプレイ素子を駆動する駆動装置と、を有したマイクロＬＥＤディスプレイにおいて、発光部は複数の領域に分割され、各領域ごとに独立に駆動装置によって駆動され、駆動装置は、領域内の発光部のうち発光させる行を順に１つずつ選択して走査する走査線回路と、発光部ごとに設けられ、走査線回路によって選択された行はオンとなって発光部に電流が流れる状態となり、選択されていない行はオフとなって発光部に電流が流れないように制御するトランジスタと、領域内の発光部の列ごとに設けられ、発光部に流す電流をパルス変調してデューティー比を制御するＰＷＭ回路と、を有することを特徴とするマイクロＬＥＤディスプレイである。

【0010】

本発明において、マイクロＬＥＤディスプレイ素子は、各発光部ごとにｐ電極が設けられ、ｎ電極は各発光部で共通化されていてもよい。

【0011】

本発明において、各領域は、行数が１０～１００となるように分割されていてもよい。

【0012】

本発明において、マイクロＬＥＤディスプレイ素子および駆動装置は、実装基板上に実装されており、駆動装置は、マイクロＬＥＤディスプレイ素子の下部に実装されていてもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、マイクロＬＥＤディスプレイを複数の領域に分割して駆動するため、１行当たりの発光時間の減少を抑制することができる。また、各領域はアクティブマトリクスで駆動するため、マイクロＬＥＤディスプレイのｎ電極をサブピクセルごとに設ける必要はなく、共通化することができ、微細化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施例１のマイクロＬＥＤディスプレイの構成を示した図。

【図2】マイクロＬＥＤディスプレイ素子１の構成を示した図。

【図3】駆動装置２の構成を示した図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

【実施例0016】

図１は、実施例１のマイクロＬＥＤディスプレイの構成を示した図である。図１に示すように、実施例１のマイクロＬＥＤディスプレイは、モノリシック型のマイクロＬＥＤ素子１と、駆動装置２と、によって構成されている。

【0017】

（マイクロＬＥＤディスプレイ素子１の構成）
まず、マイクロＬＥＤディスプレイ素子１の構成について説明する。図２は、マイクロＬＥＤ素子１の構成を示した図であり、図２（ａ）は上面から見た図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ－Ａでの断面図である。

【0018】

マイクロＬＥＤディスプレイ素子１は、１つの素子に複数の発光部がマトリクス状に配列されたモノリシック型のIII 族窒化物半導体からなる発光素子である。図２のように、マイクロＬＥＤディスプレイ素子１は、基板１０と、ｎ層１１と、発光層１２と、ｐ層１３と、ｐ電極１４と、ｎ電極１５と、を有している。また、マイクロＬＥＤディスプレイ素子１は、単色のディスプレイであり、１つのピクセルは１つのサブピクセルで構成されている。マイクロＬＥＤディスプレイ素子１は基板１０裏面側から光を取り出すフリップチップ型の素子であり、実装基板３にフェイスダウンで実装されている。

【0019】

次に、マイクロＬＥＤディスプレイ素子１の各構成要素について説明する。

【0020】

基板１０は、III 族窒化物半導体を成長させる成長基板であり、たとえばサファイア、ＧａＮ、ＳｉＣである。

【0021】

ｎ層１１は、基板１０上に設けられたｎ型の半導体層である。発光層１２は、ｎ層１１上に設けられた半導体層であり、ＭＱＷ構造やＳＱＷ構造の層である。たとえば、ＡｌＧａＮからなる障壁層とＩＮＧａＮからなる井戸層を交互に積層させた青色発光の層である。ｐ層１３は、発光層１２上に設けられたｐ型の半導体層である。

【0022】

ｐ電極１４は、ｐ層１３上に複数設けられ、マトリクス状のパターンに配列されている。このｐ電極１４が配置されている領域の直下の発光層１２がそれぞれ発光し、１ピクセルとなる。言い換えれば、ｐ電極１４はピクセルごとに配置されている。ｐ電極１４の材料は、たとえばＩＴＯ、ＩＺＯ、Ａｇなどである。

【0023】

ｎ電極１５は、マイクロＬＥＤディスプレイ素子１の外周に沿った矩形の環状のパターンである。マイクロＬＥＤディスプレイ素子１の外周はエッチングによりｎ層１１に達する溝が設けられており、その溝の底面に露出するｎ層１１上にｎ電極１５が設けられている。ｎ電極は１つであり、各ピクセルに共通となっている。ｎ電極１５の材料は、たとえばＴｉ／Ａｌなどの積層体である。

【0024】

マイクロＬＥＤディスプレイ素子１は、各ピクセルを分離するための溝を設けておらず、ｎ電極１４も各ピクセルで共通化されている。そのため、微細化が可能となっている。

【0025】

（駆動装置２の構成）
図３（ａ）は、マイクロＬＥＤディスプレイの領域の分割について示した図であり、図３（ｂ）は、駆動装置２の回路図を示している。

【0026】

図３（ａ）のように、マイクロＬＥＤディスプレイのピクセルは、複数の領域に分割されており、その領域ごとに駆動装置２が設けられている。そして、駆動装置２によって各領域が独立に駆動される。領域の分割の仕方は任意であるが、たとえば次のように分割するとよい。行方向については行数が１０～１００となるように分割し、列方向には分割しない。もちろん、列方向に領域を分割してもよい。以下、説明を簡単にするため、領域Ａ、Ｂの２分割であるとする。

【0027】

駆動装置２は、走査線回路２０と、ＰＷＭ回路２１と、走査線２２と、データ線２３と、トランジスタ２４と、を有している。また、図３（ｂ）の回路図中、マイクロＬＥＤディスプレイのピクセルをＬＥＤ２５として示す。走査線回路２０やＰＷＭ回路２１は、ＬＳＩ素子として実現され、実装基板３上に実装されている。駆動装置２、特に走査線回路２０やＰＷＭ回路２１は、マイクロＬＥＤディスプレイ素子１の下部に実装してもよい。マイクロＬＥＤディスプレイ全体としての面積を小さくすることができ、小型化を図ることができる。

【0028】

走査線回路２０は、マイクロＬＥＤディスプレイの行ごとに設けられた走査線２２のうち、１つを順に選択して導通させる回路である。

【0029】

ＰＷＭ回路２１は、マイクロＬＥＤディスプレイの列ごとに設けられていて、データ線２３が接続されている。ＰＷＭ回路２１は、ＬＥＤ２５に流す電流をパルス変調する回路であり、デューティー比によってＬＥＤ２５の明るさを制御する回路である。ＰＷＭ制御とすることにより、ＬＥＤ２５の発光波長にずれを生じさせることなく明るさを制御することができる。

【0030】

このように、ＰＷＭ回路２１は列ごとに設けられるため、ＬＥＤ２５ごとにＰＷＭ回路２１を設ける場合よりも回路数を少なくすることができ、マイクロＬＥＤディスプレイの微細化を図ることができる。

【0031】

走査線２２は、マイクロＬＥＤディスプレイの行ごとに設けられている。走査線２２は、対応する行の各トランジスタ２４のゲートに並列接続されている。

【0032】

データ線２３は、マイクロＬＥＤディスプレイの列ごとに設けられている。データ線２３は、対応する列の各トランジスタ２４のドレインに並列接続されている。

【0033】

トランジスタ２４は、ピクセルごとに設けられている。トランジスタ２４のゲートは走査線２２に接続され、ドレインはデータ線２３に接続され、ソースはＬＥＤ２５のアノード（ｐ電極１４）に接続されている。トランジスタ２４のオンオフはゲートへの電圧印加によって制御され、オン状態のときは線路が導通してＬＥＤ２５に電流が流れる状態となり、オフ状態のときは線路が遮断してＬＥＤ２５に電流が流れない。

【0034】

次に、駆動装置２によるマイクロＬＥＤディスプレイの駆動について説明する。

【0035】

マイクロＬＥＤディスプレイの表示のための信号が入力されると、領域Ａと領域Ｂとでそれぞれ独立して駆動装置２によって各ピクセル（ＬＥＤ２５）の発光が制御される。

【0036】

領域Ａでは、走査線回路２０によって発光させる行が順に走査される。つまり、ある１つの走査線２２が選択されて導通し、その走査線２２に接続された複数のトランジスタ２４のゲートに電圧が印加される。たとえば、領域Ａにおける一番上の行から順に一番下の行まで順に走査される。これにより、走査線回路２０によって選択された行のトランジスタ２４がオンとなり、ＬＥＤ２５に電流を流すことが可能な状態となる。

【0037】

そして、列方向については、ＰＷＭ回路２１の制御によってＬＥＤ２５に流す電流のデューティー比が制御され、各列のＬＥＤ２５の発光強度が制御される。なお、走査線回路２０によって選択されていない行のＬＥＤ２５については、トランジスタ２４がオフとなっているため発光しない。

【0038】

同様に、領域Ｂにおいても走査線回路２０によって発光させる行が順に走査され、ＰＷＭ回路２１によって各列のＬＥＤ２５の発光強度が制御される。以上のように領域Ａ、Ｂの各ピクセルの発光が制御され、その結果、マイクロＬＥＤディスプレイ全体の各ピクセルの発光が制御される。

【0039】

ここで、領域Ａ、ＢにおいてＬＥＤ２５は１行ずつ発光するので、一行当たりの発光時間は短くなる。しかし、ディスプレイの領域をＡ、Ｂに分けることで走査数を低減しているため、全体を走査する場合よりも発光時間を長くすることができる。また、各ＬＥＤ２５の発光強度もＰＷＭ回路２１によって十分に明るくなるように制御可能である。したがって、パッシブマトリクスの場合のような問題は生じず、ピクセル数を増大させることが可能である。

【0040】

以上、実施例１のマイクロＬＥＤディスプレイによれば、マイクロＬＥＤディスプレイを複数の領域に分割して駆動するため、１行当たりの発光時間の減少を抑制することができる。そのため、ピクセル数を増大させることが可能である。

【0041】

また、マイクロＬＥＤ素子１においてｎ電極１５をサブピクセルごとに設ける必要がなく、共通化することができる。また、各サブピクセルを素子分離する必要はなく、ｎ層１１がサブピクセルごとに分離されている必要もない。また、ＰＷＭ回路２１は列ごとに設けられるため、回路規模の増大が抑制されている。そのため、マイクロＬＥＤディスプレイの微細化が可能である。

【0042】

このように、実施例１は、モノリシック型のマイクロＬＥＤディスプレイの駆動に適した方式となっている。

【0043】

なお、実施例１のマイクロＬＥＤディスプレイは単色のディスプレイであるが、フルカラーのディスプレイにも当然適用可能である。その場合、青色、緑色、赤色の各色の発光層を有した構造でもよいし、青色と緑色の発光層を有し、赤色は青色光を変換することで得る構造でもよいし、紫外線を発光する発光層を有し、紫外線を青色、緑色、赤色の各色に変換する構造でもよい。

【0044】

また、実施例１では、駆動回路２のトランジスタ２４は実装基板３に実装されているが、マイクロＬＥＤディスプレイ素子１内にモノリシックに作製されていてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明は、たとえば、ＶＲ、ＡＲのヘッドマウントディスプレイやプロジェクタとして利用できる。

【符号の説明】

【0046】

１：マイクロＬＥＤディスプレイ素子
２：駆動装置
１０：基板
１１：ｎ層
１２：発光層
１３：ｐ層
１４：ｐ電極
１５：ｎ電極
２０：走査線回路
２１：ＰＷＭ回路
２２：走査線
２３：データ線
２４：トランジスタ
２５：ＬＥＤ

【図1】

【図2】

【図3】