CN117813697A - 发光装置和图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

发光装置(1)包括：发光元件(2)，具有发光表面(2A)；光反射部(3)，布置在发光元件(2)的侧表面侧和发光元件(2)的与发光表面(2A)相反的一侧，并且反射已从发光表面(2A)发射的光；透镜(5)，布置在发光表面(2A)侧并且会聚已从发光表面(2A)发射的光；以及遮光部(6)，布置在发光表面(2A)与透镜(5)之间，具有在厚度方向上贯通以使光从中穿过的开口(6A)，并且遮挡已从发光表面(2A)发射的光。

Description

发光装置和图像显示装置
技术领域
本公开涉及发光装置和图像显示装置。
背景技术
下面列出的PTL 1公开了显示元件和显示装置。在显示元件中，多个微型发光元件排列在驱动电路基板上。在微型发光元件的光出射侧，依次设置有波长转换部和聚光器部(透镜)。微型发光元件构成像素。聚光器部会聚光并且显示像素。显示装置包括上述显示元件。如上所述构造的显示元件和显示装置作为具有高亮度的下一代紧凑显示器而受到关注。例如，这样的显示元件和显示装置预计可应用于头戴式显示器(HMD)，诸如增强现实(AR)眼镜或虚拟现实护目镜(goggles)。
引文列表
专利文献
PTL 1：日本未经审查的专利申请公开第2019-152851号
发明内容
PTL 1中公开的显示元件和显示装置使用自发光装置作为微型发光元件。自发光装置用作各向同性地散射光的表面光源。另外，发光元件被构造为使得波长转换部的光出射表面的直径与聚光器部的直径基本相同。这使得聚光器部难以充分地将光聚集到光出射方向上。然而，为了提高光出射方向上的亮度，需要扩大像素间距、减小波长转换部的光出射面积、或者增大聚光器部的直径。
因此，对于发光装置和图像显示装置，期望满足光出射方向上的亮度的提高和像素间距的减小两者。
根据本公开的第一实施例的发光装置包括：发光元件，具有发光表面；光反射部，反射从所述发光表面发射的光，所述光反射部设置在所述发光元件的与所述发光表面相反的一侧和所述发光元件的侧表面侧；透镜，聚集从所述发光表面发射的光，所述透镜设置在发光表面侧；以及遮光部，遮挡从所述发光表面发射的光，所述遮光部设置在所述发光表面与所述透镜之间并且具有使光通过的开口，所述开口在厚度方向上贯通所述遮光部。
根据本公开的第二实施例的图像显示装置包括多个排列的发光装置。所述发光装置包括：发光元件，具有发光表面；光反射部，反射从所述发光表面发射的光，所述光反射部设置在所述发光元件的与所述发光表面相反的一侧和所述发光元件的侧表面侧；透镜，聚集从所述发光表面发射的光，所述透镜设置在发光表面侧；以及遮光部，遮挡从所述发光表面发射的光，所述遮光部设置在所述发光表面与所述透镜之间并且具有使光通过的开口，所述开口在厚度方向上贯通所述遮光部。
附图说明
图1是根据本公开的第一实施例的发光装置和图像显示装置的主要部分的横截面图。
图2是图1中所示的发光装置和图像显示装置的主要部分的平面图。
图3是用于描述图1和图2中所示的发光装置的详细结构的模型图。
图4是示出图3中所示的发光装置的开口尺寸与开口的光捕捉角度之间的关系的曲线图。
图5A是根据第一实施例的发光装置的主要部分的横截面图，该主要部分用作亮度测量对象(target)。
图5B是根据第一比较示例的发光装置的主要部分的横截面图，该主要部分用作亮度测量对象。
图5C是根据第二比较示例的发光装置的主要部分的横截面图，该主要部分用作亮度测量对象。
图6是示出与根据第一实施例的发光装置、根据第一比较示例的发光装置和根据第二比较示例的发光装置相关的亮度测量结果的曲线图。
图7是与对应于图1的用于描述根据第一实施例的发光装置和图像显示装置的制造方法的第一处理相关的横截面图。
图8是与第二处理相关的横截面图。
图9是与对应于图1的用于描述根据本公开的第二实施例的发光装置和图像显示装置的制造方法的处理相关的横截面图。
图10是根据本公开的第三实施例的发光装置的主要部分的横截面图，该主要部分对应于图1。
图11是根据本公开的第四实施例的发光装置的主要部分的横截面图，该主要部分对应于图1。
图12是根据本公开的第五实施例的发光装置的主要部分的横截面图，该主要部分对应于图1。
图13是根据本公开的第六实施例的发光装置的主要部分的横截面图，该主要部分对应于图1。
图14是根据本公开的第七实施例的发光装置的主要部分的横截面图，该主要部分对应于图1。
图15是根据本公开的第八实施例的发光装置的主要部分的横截面图，该主要部分对应于图1。
图16A是根据本公开的第九实施例的发光装置的主要部分的平面图，该主要部分对应于图2。
图16B是根据第九实施例的第一变型例的发光装置的主要部分的平面图，该主要部分对应于图16A。
图16C是根据第九实施例的第二变型例的发光装置的主要部分的平面图，该主要部分对应于图16A。
图16D是根据第九实施例的第三变型例的发光装置的主要部分的平面图，该主要部分对应于图16A。
图17是根据本公开的第十实施例的发光装置和图像显示装置的主要部分的横截面图，该主要部分对应于图1。
图18是根据本公开的第十一实施例的发光装置和图像显示装置的主要部分的横截面图，该主要部分对应于图1。
图19是根据第十一实施例的发光装置和图像显示装置的主要部分的平面图，该主要部分对应于图2。
图20是根据本公开的第十二实施例的发光装置和图像显示装置的主要部分的横截面图，该主要部分对应于图1。
图21是根据本公开的第十三实施例的发光装置的主要部分的示意性横截面图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来描述本公开的实施例的细节。应当注意，按照以下顺序给出描述。
1.第一实施例
在第一实施例中，将描述将本技术应用于发光装置和图像显示装置的示例。这里，将描述发光装置和图像显示装置的基本结构和制造方法。
2.第二实施例
在第二实施例中，将描述根据第一实施例的发光装置和图像显示装置的制造方法的变型例。
3.第三实施例
在第三实施例中，将描述根据第一实施例的发光装置和图像显示装置的光反射部的第一变型例。
4.第四实施例
在第四实施例中，将描述根据第一实施例的发光装置和图像显示装置的光反射部的第二变型例。
5.第五实施例
在第五实施例中，将描述根据第一实施例的发光装置和图像显示装置的光控制部的第一变型例。
6.第六实施例
在第六实施例中，将描述根据第一实施例的发光装置和图像显示装置的遮光部的第一变型例。
7.第七实施例
在第七实施例中，将描述根据第一实施例的发光装置和图像显示装置的遮光部的第二变型例。
8.第八实施例
在第八实施例中，将描述根据第一实施例的发光装置和图像显示装置的光控制部的第二变型例。
9.第九实施例
在第九实施例中，将描述根据第一实施例的发光装置和图像显示装置的遮光部的第三变型例。这里，将描述第三变型例的多个变体。
10.第十实施例
在第十实施例中，将描述根据第一实施例的发光装置和图像显示装置的光控制部的第三变型例。
11.第十一实施例
在第十一实施例中，将描述根据第一实施例的发光装置和图像显示装置的遮光部的第四变型例。
12.第十二实施例
在第十二实施例中，将描述根据第一实施例的发光装置和图像显示装置的透镜的第一变型例。
13.第十三实施例
在第十三实施例中，将描述根据第一实施例的发光装置和图像显示装置的透镜的第二变型例。这里，将描述第二变型例的多个变体。
14.其它实施例
<第一实施例>
将参考图1至图8来描述根据本公开的第一实施例的发光装置1和图像显示装置100。
这里，附图中适当示出的X箭头方向指示为了描述的目的而放置在平面上的发光装置1和图像显示装置100的平面方向。Y箭头方向指示与X箭头方向正交的另一个平面方向。另外，Z箭头方向指示与X箭头方向和Y箭头方向正交的向上方向。换句话说，X箭头方向、Y箭头方向和Z箭头方向分别与三维坐标系中的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向相同。应当注意，各个方向是为了理解本公开而提供的，并且不是限制与本技术相关的方向。
[发光装置1和图像显示装置100的构造]
(1)发光装置1和图像显示装置100的示意性整体构造
图1示出了发光装置1和图像显示装置100的垂直横截面构造的示例。图2示出了发光装置1和图像显示装置100的平面构造的示例。应当注意，图1中所示的横截面构造是沿着图2的线A-A截取的。另外，在图2中省略了图1中所示的结构元件的部分，具体而言，省略了透镜5。
根据第一实施例的图像显示装置100包括多个排列的发光装置1。这里，多个发光装置1在X箭头方向和Y箭头方向上排列。另外，在X箭头方向上排列成阵列的发光装置1的排列间距与在与Y箭头方向相邻的X箭头方向上排列成另一阵列的发光装置1的排列间距错开1/2。
发光装置1设置在基板10上。发光装置1包括发光元件2、光反射部3、光控制部4、透镜5和遮光部6作为主要结构元件。
(2)基板10的构造
基板10是由多个排列的发光装置1共享的基板，并且还用作图像显示装置100的基板。基板10设置有用于驱动发光装置1的驱动电路(未示出)。基板10例如包括诸如硅基板、玻璃基板、或玻璃环氧基板之类的半导体基板。
(3)发光元件2的构造
发光元件2使用自发光光源。发光元件2在从Z箭头方向观看时具有圆形形状(在下文中被简称为“平面图”)，并且在从Y箭头方向观看时具有分层形状(在下文中被简称为“侧面图”)。从Z箭头方向(在下文中被简称为“向上方向”)观看时获得的发光元件2的顶表面为发光表面2A。发光元件2从发光表面2A朝向上方向各向同性地发射光。这里，X箭头方向或Y箭头方向上的平面(在下文中被简称为“平面”)上的发光表面2A的发光直径D(参见图1和图3)为有效发射光的区域的直径的尺寸。
这里，发光元件2例如包括发光二极管(LED)。LED包括III-V族化合物半导体(无机化合物半导体)。注意，发光元件2可以是以类似方式包括化合物半导体的激光器(通过辐射受激发射进行光放大)。替选地，发光元件2可以是包括有机半导体的有机电致发光(有机EL)二极管。
(4)光反射部3的构造
光反射部3至少包括第一光反射部3A和第二光反射部3B。第一光反射部3A被设置为使得第一光反射部3A与发光元件2的发光表面2A的相反侧的底表面相对，并且第一光反射部3A在平面上延伸。第一光反射部3A将从发光表面2A发射的光等朝向上方向反射。第二光反射部3B被设置为使得第二光反射部3B在侧表面侧包围发光元件2，并且超过发光元件2竖立在第一光反射部3A上。第二光反射部3B将从发光表面2A发射的光等朝向上方向反射。这里，根据第一实施例的第二光反射部3B被设置为使得第二光反射部3B与第一光反射部3A垂直。第二光反射部3B只要具有将光朝向上方向反射的功能就足够了。因此，例如，第二光反射部3B可以具有与平面方向相对的部分，该部分是具有从第一光反射部3A朝向上方向扩大的圆锥台形状(其直径径向扩大)的倾斜表面。
根据第一实施例的光反射部3还包括第三光反射部3C。第三光反射部3C设置在遮光部6的与发光元件2的发光表面2A相对的发光表面2A侧。第三光反射部3C被设置为平坦表面。第三光反射部3C将从发光表面2A发射的光等朝发光表面2A反射。
光反射部3的第一光反射部3A、第二光反射部3B和第三光反射部3C可以彼此连接，或者可以部分或全部分离。另外，例如，第二光反射部3B的一部分可以分离。具体地，第二光反射部3B的一部分和发光元件2之间的边界以及第二光反射部3B的一部分和光控制部4之间的边界可以分离。
第一光反射部3A、第二光反射部3B和第三光反射部3C中的每一个包括具有优异的光反射特性的金属体，诸如铝(Al)。替选地，第一光反射部3A、第二光反射部3B和第三光反射部3C中的每一个的基底部分可以包括树脂体，并且金属体可以设置在树脂体的表面上，而不是通过使用金属体来形成每个光反射部的整体。另外，Ag、Au、Pt、Cu、Ti等可以实际地用作具有优异的光反射特性的金属体。
(5)光控制部4的构造
光控制部4在由光反射部3的第一光反射部3A、第二光反射部3B和第三光反射部3C包围的区域中设置在发光元件2的发光表面2A侧。根据第一实施例的光控制部4包括控制(转换)光的波长的光波长转换材料。换句话说，光控制部4吸收从发光表面2A发射的光，并且对所吸收的光的波长进行转换。例如，光控制部4将从发光表面2A发射的蓝色光转换成绿色光、红色光或蓝色光。这里，图1中的“实线”指示从发光元件2的发光表面2A发射的光。另外，“虚线箭头”指示具有由光控制部4控制的波长的光，即，荧光激发光。此外，为了描述的目的，在“实线”和“虚线箭头”之间的连接部分处设置了指示将光转换成荧光激发光的“星形符号”。作为光波长转换材料，例如可以使用无机荧光体、有机荧光体、或量子点。
(6)透镜5的构造
透镜5横跨光控制部4设置在发光元件2的相对侧。透镜5的中心位置与从发光表面2A发射的光的光轴Lc相同。作为透镜5，使用向上凸出的光学球面透镜。透镜5例如包括二氧化硅膜(SiO2)。透镜5对从发光表面2A发射的并且波长由光控制部4控制的光进行聚集。注意，透镜5可以包括诸如氮化硅膜(SiN)之类的无机材料、诸如透明树脂之类的有机材料等。
在平面上具有曲率半径R的透镜5的透镜直径Ld大于或等于发光元件2的发光直径D(参见图3)。例如，透镜5的透镜直径Ld可以比发光直径D大光反射部3的相对的第二光反射部3B在平面方向上的厚度。这样的构造允许图像显示装置100以发光装置1的排列间距与透镜5的排列间距相同的方式具有排列间距。
(7)遮光部6的构造
遮光部6具有板状形状，并且设置在光控制部4与透镜5之间。遮光部6具有开口6A，以使波长由光控制部4控制的光通过，该开口在厚度方向上贯通遮光部6。
除了开口6A之外，遮光部6在平面方向上覆盖光控制部4的整个上表面，并且遮挡从光控制部4朝透镜5行进的光。如上所述，第三光反射部3C设置在遮光部6的一侧，该侧与发光元件2相对。因此，朝遮光部6行进的光被第三光反射部3C朝发光表面2A反射。遮光部6设置有第三光反射部3C。因此，遮光部6包括Al。替选地，遮光部6可以包括不透光的树脂体，例如包括黑色墨水的树脂体。替选地，例如，遮光部6可以具有包括反射率比Al低的金属体的基底，并且可以在具有较低反射率的金属体上设置具有高反射率的金属体。
对于每个发光元件2设置开口6A。在第一实施例中，开口6A在平面图中具有与发光表面2A的形状相同的圆形形状。开口6A的开口尺寸A小于透镜直径Ld或发光直径D(参见图3)。开口尺寸A在遮光部6的厚度方向上是恒定的。这意味着开口6A具有设置在垂直平面上的开口边缘。另外，开口尺寸A大于或等于透镜5的用来自向上方向的光照射的光聚集直径(光斑直径)Ls。例如，开口尺寸A可以大于10nm。开口6A的中心位置与光轴Lc相同。开口6A使从发光表面2A发射并且由光控制部4控制的光通过。另外，开口6A使从发光表面2A发射、被光反射部3反射并且由光控制部4控制的光通过。
(8)开口尺寸A与光捕捉角度θ之间的关系
图3是用于描述发光装置1的垂直横截面构造的细节的模型。基于在发光装置1朝光学系统的投影表面7发射光时使用的光捕捉角度θ，期望地将透镜5的曲率半径R设定为发光元件2的发光直径D的一半(R＝D/2)。光捕捉角度θ是输出光与投影表面7的垂直线之间的角度。另外，将透镜直径Ld设定为与发光直径D相同的尺寸(Ls＝D)。在图3中，为了描述的目的，将光控制部4在透镜5侧的端部表面的直径示出为发光直径D。这样的构造使得可以提高从发光装置1朝投影表面7发射的光的聚集效率，并且这允许发光装置1具有低轮廓(low-profile)结构，其中发光装置1在Z箭头方向上的高度低。另外，发光位置被设定在光控制部4的表面上的、通过透镜5对具有光捕捉角度θ的光进行聚集的部分(其上获得光聚集直径Ls的部分)。发光位置与透镜5的顶点之间的距离被称为高度T。
图4示出了光捕捉角度θ和放大率之间的关系。横轴表示光捕捉角度θ，并且纵轴表示放大率。放大率由以下表达式表示。
开口尺寸A＝放大率×发光直径D
图4中所示的数据D1表示“R＝D/2”。如上所述，“R”表示透镜5的曲率半径。“D”表示发光表面2A的发光直径。数据D2表示“R＝D/2×1.2”。数据D3表示“R＝D/2×1.6”。如从图4中可见，随着曲率半径R增大，放大率趋于减小。另外，随着放大率减小，光捕捉角度θ趋于变小。此外，随着遮光部6的开口6A的开口尺寸A变小，光捕捉角度θ也趋于变小。
(9)关于发光装置1的亮度
图5A示出了根据第一实施例的发光装置1的垂直横截面构造。图5B示出了根据第一比较示例的发光装置1A的垂直横截面构造。发光装置1A不包括发光装置1的遮光部6(或第三光反射部3C)、开口6A或透镜5。图5C示出了根据第二比较示例的发光装置1B的垂直横截面构造。发光装置1B包括发光装置1的透镜5，但是不包括遮光部6(或第三光反射部3C)或开口6A。
图6示出了根据第一实施例的发光装置1、根据第一比较示例的发光装置1A和根据第二比较示例的发光装置1B的各自的亮度。纵轴表示亮度。光线追踪(Ray tracing)用于测量亮度。
图6示出了在光捕捉角度θ被设定为约±10°时获得的测量结果。数据D5表示根据第一比较示例的发光装置1A的亮度。这里，发光装置1A的亮度被设定为基准值“100％”。数据D6表示根据第二比较示例的发光装置1B的亮度。虽然发光装置1B包括透镜5，但是发光装置1B的亮度相对于发光装置1A的亮度几乎没有改变。数据D4表示根据第一实施例的发光装置1的亮度。发光装置1的亮度相对于发光装置1A的亮度和发光装置1B的亮度大幅增加。发光装置1的亮度增加达到约50％。
[发光装置1和图像显示装置100的制造方法]
接下来，将简要描述发光装置1和图像显示装置100的制造方法。图7和图8示出了与用于描述根据第一实施例的发光装置1和图像显示装置100的制造方法的处理相关的横截面图。
首先，形成包括第一光反射部3A和第二光反射部3B的光反射部3(参见图7)。在光反射部3内依次形成发光元件2和光控制部4(参见图7)。接下来，在光控制部4的上方形成遮光部6，并且在遮光部6中形成开口6A(参见图7)。在具有开口6A的遮光部6的上方形成透镜形成层5A(参见图7)。透镜形成层5A包含例如SiO2。如图7中所示，从发光装置1之间的区域去除透镜形成层5A的表面部分。这样的去除在透镜形成层5A的表面部分上形成凹槽5B。使用光刻技术和蚀刻技术来进行去除。
如图8中所示，对透镜形成层5A进行回流(reflow)处理，以从透镜形成层5A形成具有球形形状的透镜5。在一系列制造处理结束之后，可以获得发光装置1以及包括多个排列的发光装置1的图像显示装置100。
根据制造根据第一实施例的发光装置1和图像显示装置100的方法，可以一次制造大量的透镜5。这使得可以降低制造成本。
[作用效果]
如图1和图2中所示，根据第一实施例的发光装置1包括发光元件2、光反射部3、光控制部4、透镜5和遮光部6。发光元件2具有发光表面2A。光反射部3反射从发光表面2A发射的光，光反射部3设置在发光元件2的与发光表面2A相反的一侧和发光元件2的侧表面侧。光控制部4控制光的波长，光控制部4在由光反射部3包围的区域中设置在发光表面2A侧。透镜5聚集从发光表面2A发射的光，透镜5横跨光控制部4设置在发光元件2的相反侧。接下来，遮光部6遮挡从发光表面2A发射的光，遮光部6设置在光控制部4与透镜5之间并且具有使光通过的开口6A，开口6A在厚度方向上贯通遮光部6。在发光装置1中，从发光元件2的发光表面2A发射的光穿过光控制部4、通过开口6A出射、进一步被光反射部3反射、穿过光控制部4、并且通过开口6A出射。这使得可以提高光出射方向上的亮度，如图6中所示。另外，由于发光装置1使得可以提高光出射方向上的亮度，因此发光元件2的发光表面2A的发光直径D(光控制部4的端部表面的尺寸)可以与透镜5的透镜直径Ld类似。这使得可以缩窄发光装置1之间的间距。因此，当使用发光装置1和包括发光装置1的图像显示装置100时，可以满足光出射方向上的亮度的提高和像素间距的减小两者。
另外，由于发光装置1使得可以提高亮度，因此可以在节省电力的同时进行操作。另外，如图1中所示，发光装置1包括光控制部4。这使得还可以在光控制部4中捕获荧光激励光以控制光的波长，并且使得可以抑制与最终输出光相关的颜色混合。另外，由于光控制部4在发光装置1中由光反射部3包围，因此可以通过反射来延长有效光路长度。这使得对于发光装置1和图像显示装置100可以获得低轮廓的光控制部4。
另外，如图1和图3中所示，发光装置1的开口6A的开口尺寸A比透镜5的透镜直径Ld或发光表面2A的发光直径D小，并且比在发光位置处获得的透镜5的光聚集直径Ls大。这使得可以缩窄光捕捉角度θ，如图4中所示。
另外，如图1和图3中所示，发光装置1的发光表面2A的发光直径D小于或等于透镜5的透镜直径Ld。这使得可以以透镜5的排列间距与发光元件2的排列间距相同或近似的方式实现排列间距，并且可以缩窄发光装置1之间的间距。
另外，如图1中所示，发光装置1的光反射部3包括反射光的第三光反射部3C。第三光反射部3C设置在遮光部6的发光表面2A侧。因此，被第三光反射部3C反射、穿过光控制部4并且通过开口6A出射的光被添加到发光装置1中。这使得可以进一步提高光出射方向上的亮度。
另外，由上述发光装置1实现的作用效果类似于与图像显示装置100相关的作用效果。
<2.第二实施例>
接下来，将描述根据本公开的第二实施例的发光装置1和图像显示装置100。注意，在第二实施例和后续实施例中，利用相同的参考标记来表示具有与根据第一实施例的发光装置1和图像显示装置100的结构元件实质上相同的功能和结构的结构元件，并且省略了对其的重复说明。
[发光装置1和图像显示装置100的制造方法]
在第二实施例中，将描述根据第一实施例的发光装置1和图像显示装置100的制造方法的变型例。图9示出了与用于描述根据第二实施例的发光装置1和图像显示装置1的制造方法的处理相关的横截面图。
如图9中所示，根据发光装置1和图像显示装置100的制造方法，将遮光部6和透镜6接合(bond)到预先制造的光控制部4和光反射部3的第二光反射部3B上。透镜5通过使用玻璃或树脂预先形成在遮光部6上。遮光部6具有开口6A。粘合剂6B用于接合。
根据制造根据第二实施例的发光装置1和图像显示装置100的方法，可以在最佳状态下独立地进行直到发光装置1的光控制部4的制造以及遮光部6和透镜5的制造。这使得可以提高制造成品率。
[变型例]
注意，根据制造根据第二实施例的发光装置1和图像显示装置100的方法，可以通过压印光刻来制造透镜5，该压印光刻用于在诸如玻璃或树脂之类的透镜形成层上印刷模具的透镜形状。在这种情况下，可以以与根据第二实施例的发光装置1和图像显示装置100的制造方法类似的方式在制造透镜5之后接合透镜5。
<3.第三实施例>
接下来，将描述根据本公开的第三实施例的发光装置1和图像显示装置100。图10示出了根据第三实施例的发光装置1的垂直横截面构造。注意，第三至第九实施例将仅描述单个发光元件1，并且将省略关于图像显示装置100的描述。
[发光装置1的构造]
根据第三实施例的发光装置1包括第三光反射部3D，而不是根据第一实施例的发光装置1的第三光反射部3C。第三光反射部3D以与第三光反射部3C类似的方式设置在遮光部6的发光元件2侧。第三光反射部3D被设置为散射表面。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
[作用效果]
根据第三实施例的发光装置1的光反射部3包括第三光反射部3D。这使得可以使没有朝开口6A行进的光散射，并且可以有效地将光聚集到开口6A中。这使得可以进一步提高光出射方向上的亮度。
另外，第三光反射部3D预期与光控制部4包括光散射体的情况类似的光学效果。因此，这使得可以延长光控制部4中的有效光路长度。因此，这使得可以获得低轮廓的光控制部4。另外，还可以抑制颜色混合。另外，在光控制部4包括光散射体的情况下，可以减少光控制部4中包括的光散射体的量。这使得可以抑制光控制部4中的光学特性变化，并且可以提高光学可靠性。
<4.第四实施例>
接下来，将描述根据本公开的第四实施例的发光装置1。
[发光装置1的构造]
图11示出了根据第四实施例的发光装置1的垂直横截面构造。根据第四实施例的发光装置1的光反射部3包括第三光反射部3E，而不是根据第一实施例的发光装置1的第三光反射部3C。第三光反射部3E以与第三光反射部3C类似的方式设置在遮光部6的发光元件2侧。第三光反射部3E被设置为朝透镜5凹陷的弯曲表面。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
[作用效果]
根据第四实施例的发光装置1能够实现与由根据第三实施例的发光装置1实现的作用效果类似的作用效果。另外，根据第四实施例的发光装置1包括第三光反射部3E。这使得第三光反射部3E可以反射没有朝开口6A行进的光，并且可以有效地将光聚集到开口6A中。这使得可以进一步提高光出射方向上的亮度。
<5.第五实施例>
接下来，将描述根据本公开的第五实施例的发光装置1。
[发光装置1的构造]
图12示出了根据第五实施例的发光装置1的垂直横截面构造。根据第五实施例的发光装置1包括在光控制部4与发光元件2的发光表面2A之间的第二透镜8。第二透镜8具有朝发光表面2A凹陷的弯曲表面，并且聚集从发光表面2A发射的光。例如，可以通过使用与透镜5类似的材料来形成第二透镜8。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
[作用效果]
根据第五实施例的发光装置1能够实现与由根据第三实施例的发光装置1实现的作用效果类似的作用效果。另外，由于根据第五实施例的发光装置1包括第二透镜8，因此可以有效地将从发光表面2A发射的光聚集到开口6A中。这使得可以进一步提高光出射方向上的亮度。
<6.第六实施例>
接下来，将描述根据本公开的第六实施例的发光装置1。
[发光装置1的构造]
图13示出了根据第六实施例的发光装置1的垂直横截面构造。根据第六实施例的发光装置1的遮光部6具有开口6C，而不是根据第一实施例的发光装置1的开口6A。开口6C具有倾斜表面，该倾斜表面具有从光控制部4朝透镜5径向扩大的开口尺寸A。这意味着开口6C具有设置在倾斜表面上的开口边缘。开口6C的倾斜表面设置有第四光反射部3F。在遮光部6包括具有高反射率的金属体的情况下，开口6C的倾斜表面可以用作第四光反射部3F。在遮光部6包括具有低反射率的金属体的情况下，具有高反射率的第四光反射部3F单独地设置在开口6C的倾斜表面上。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
[作用效果]
根据第六实施例的发光装置1能够实现与由根据第一实施例的发光装置1实现的作用效果类似的作用效果。另外，根据第六实施例的发光装置1具有朝透镜5径向扩大的开口6C。另外，开口6C设置有第四光反射部3F。这使得设置在开口6C上的第四光反射部3F可以将高角度的光聚集到光出射方向上的前方。因此，可以进一步提高前方的亮度。
<7.第七实施例>
接下来，将描述根据本公开的第七实施例的发光装置1。
[发光装置1的构造]
图14示出了根据第七实施例的发光装置1的垂直横截面构造。根据第七实施例的发光装置1包括在根据第一实施例的发光装置1的遮光部6和透镜5之间的波长截止滤光器9A。注意，波长截止滤光器9A可以设置在遮光部6的下方。
波长截止滤光器9A被形成为长通边缘滤光器。虽然未示出其详细构造，但是波长截止滤光器9A包括多个层(例如，(0.5L，1H，0.5L)×10个层)，其中堆叠了例如高折射率材料(诸如TiO2)和低折射率材料(诸如SiO2)。波长截止滤光器9A能够仅反射其波长在光控制部4中未被控制的激发光。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
[作用效果]
根据第七实施例的发光装置1能够实现与由根据第一实施例的发光装置1实现的作用效果类似的作用效果。
另外，由于根据第七实施例的发光装置1包括波长截止滤光器9A，因此可以仅反射其波长在光控制部4中未被控制的激发光，并且可以抑制颜色混合。此外，光控制部4可以延长有效光路，并且这使得可以获得低轮廓的光控制部4。
<8.第八实施例>
接下来，将描述根据本公开的第八实施例的发光装置1。
[发光装置1的构造]
图15示出了根据第八实施例的发光装置1的垂直横截面构造。根据第八实施例的发光装置1包括在根据第一实施例的发光装置1的发光元件2与光控制部4之间的波长截止滤光器9B。
波长截止滤光器9B被形成为短通边缘滤光器。波长截止滤光器9B以与根据第七实施例的发光装置1的波长截止滤光器9A类似的方式来构造。波长截止滤光器9B能够仅反射光控制部4中的荧光激发光。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
[作用效果]
根据第八实施例的发光装置1能够实现与由根据第一实施例的发光装置1实现的作用效果类似的作用效果。
另外，由于根据第八实施例的发光装置1包括波长截止滤光器9B，因此可以仅反射光控制部4中的荧光激发光，并且可以延长光控制部4中的光路。因此，这使得可以获得低轮廓的光控制部4。
<9.第九实施例>
接下来，将描述根据本公开的第九实施例的发光装置1。
[发光装置1的构造]
图16A示出了根据第九实施例的发光装置1的平面构造。根据第九实施例的发光装置1的遮光部6具有开口6D。开口6D在平面图中具有椭圆形形状，该椭圆形形状的长轴位于X箭头方向。这意味着开口6D以光出射范围在X箭头方向上扩大并且在Y箭头方向上缩窄的方式制成。在投影表面7(参见图3)上，输出光具有椭圆形形状。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
[作用效果]
根据第九实施例的发光装置1能够实现与由根据第一实施例的发光装置1实现的作用效果类似的作用效果。
另外，由于发光装置1具有椭圆形开口6D，因此可以扩大X箭头方向上的光出射范围并且提高亮度。另一方面，可以缩窄Y箭头方向上的光出射范围并且限制光出射范围。这使得可以通过修改开口6D的形状来容易地实现限制在特定方向上的视角的显示方法，诸如与防窥屏保护器等相当的功能。
[第一变型例]
图16B示出了根据第九实施例的第一变型例的发光装置1的平面构造。根据第一变型例的发光装置1的遮光部6具有开口6E。开口6E在平面图中具有正方形形状，该正方形形状在X箭头方向和Y箭头方向上具有相等的边。在投影表面7(参见图3)上，输出光具有正方形形状。例如，在以类似于根据第九实施例的发光装置1的方式提高在特定范围内输出的光的亮度并且限制在另一特定范围内输出的光的情况下，可以优选地组合设置柱面透镜作为透镜5。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
根据第一变型例的发光装置1能够实现与由根据第九实施例的发光装置1实现的作用效果类似的作用效果。
[第二变型例]
图16C示出了根据第九实施例的第二变型例的发光装置1的平面构造。根据第二变型例的发光装置1的遮光部6具有开口6F。开口6F在平面图中具有矩形形状，该矩形形状具有在X箭头方向上的长边和在Y箭头方向上的短边。在投影表面7(参见图3)上，输出光具有矩形形状。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
根据第二变型例的发光装置1能够实现与由根据第九实施例的发光装置1实现的作用效果类似的作用效果。
[第三变型例]
图16D示出了根据第九实施例的第三变型例的发光装置1的平面构造。根据第三变型例的发光装置1的遮光部6具有开口6G。开口6G在平面图中具有多边形形状。这里，开口6G具有正六边形形状。在投影表面7(参见图3)上，输出光具有多边形形状。这里，多边形形状包括三角形、五边形、七边形和更高的多边形形状。这样的多边形形状可以具有相同长度的边，或者可以具有不同长度的边。另外，可以以与根据第一变型例的发光装置1类似的方式将柱面透镜组合到根据第三变型例的发光装置1中。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
根据第三变型例的发光装置1能够实现与由根据第九实施例的发光装置1实现的作用效果类似的作用效果。
<10.第十实施例>
接下来，将描述根据本公开的第十实施例的发光装置1和图像显示装置100。
[发光装置1的构造]
图17示出了根据第十实施例的发光装置1和图像显示装置100的垂直横截面构造。根据第十实施例的发光装置1包括光控制部40，而不是根据第一实施例的发光装置1的光控制部4。光控制部40包括控制光的散射的光散射体。光散射体包括颜色转换材料。具体地，使用了红色转换材料、绿色转换材料和蓝色转换材料。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
[作用效果]
根据第十实施例的发光装置1能够实现与由根据第一实施例的发光装置1实现的作用效果类似的作用效果。
<11.第十一实施例>
接下来，将描述根据本公开的第十一实施例的发光装置1和图像显示装置100。
[发光装置1的构造]
图18示出了根据第十一实施例的发光装置1和图像显示装置100的垂直横截面构造。图19示出了图18中所示的发光装置1和图像显示装置100的平面构造。
在根据第十一实施例的发光装置1中，光控制部4设置在包括第一光反射部3A和第二光反射部3B的单个光反射部3中，并且遮光部6具有多个开口6A。对于每个开口6A设置发光元件2。在第十一实施例中，单个光反射部3具有六个开口6A，并且六个发光元件2设置在单个光反射部3中，但是这并不限制结构元件的数量。在遮光部6上设置有精细的微透镜阵列50。微透镜阵列50包括设置在与开口6A对应的各个位置处的透镜。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
[作用效果]
根据第十一实施例的发光装置1能够实现与由根据第一实施例的发光装置1实现的作用效果相似的提高光出射方向上的亮度的作用效果。
<12.第十二实施例>
接下来，将描述根据本公开的第十二实施例的发光装置1和图像显示装置100。
[发光装置1的构造]
图20示出了根据第十二实施例的发光装置1和图像显示装置100的垂直横截面构造。
根据第十二实施例的发光装置1的遮光部6包括对置透镜51，该对置透镜51设置在遮光部6上方，并且两者之间具有间隙11。对置透镜51在光出射侧具有平坦表面。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
[作用效果]
根据第十二实施例的发光装置1能够实现与由根据第一实施例的发光装置1实现的作用效果类似的作用效果。另外，发光装置1包括在光出射侧具有平坦表面的对置透镜51。这使得可以实现机械上的益处，诸如可以将滤光器或膜附连到对置透镜51的优点。
<13.第十三实施例>
接下来，将描述根据本公开的第十三实施例的发光装置1和图像显示装置100。
[发光装置1的构造]
图21示出了根据第十三实施例的发光装置1和图像显示装置100的垂直横截面构造。
根据第十三实施例的发光装置1的透镜5在侧视图中具有梯形形状或接近于球面形状的梯形形状。
除了上述结构元件之外的结构元件与根据第一实施例的发光装置1的结构元件相同。
[作用效果]
根据第十三实施例的发光装置1和图像显示装置100能够实现与由根据第一实施例的发光装置1和图像显示装置100实现的作用效果类似的作用效果。另外，由于发光装置1和图像显示装置100包括梯形透镜5，因此这使得与球面透镜5相比，可以减少在制造期间的形状变化。因此，可以使图像显示装置100中的所有发光装置1的亮度均匀。
[变型例]
根据第十三实施例的发光装置1可以包括具有菲涅耳表面的透镜5。另外，透镜5可以是衍射透镜。这样的透镜5使得可以提高光聚集效果。另外，还可以降低透镜5的高度。
<14.其它实施例>
本技术不限于上述实施例，而是可以在不偏离本技术的范围的情况下以各种方式进行修改。例如，当使用本技术时，可以组合根据上述实施例和变型例的发光装置1和图像显示装置100中的两个或多个。
根据本公开的发光装置包括发光元件、光反射部、光控制部、透镜和遮光部。发光元件具有发光表面。光反射部反射从发光表面发射的光，光反射部设置在发光元件的与发光表面相反的一侧和发光元件的侧表面侧。光控制部控制光的波长，光控制部在由光反射部包围的区域中设置在发光表面侧。透镜聚集从发光表面发射的光，透镜横跨光控制部设置在与发光元件相反的一侧。接下来，遮光部遮挡从发光表面发射的光，遮光部设置在光控制部与透镜之间并且具有使光通过的开口，开口在厚度方向上贯通遮光部。在发光装置中，从发光元件的发光表面发射的光穿过光控制部、通过开口出射、进一步被光反射部反射、穿过光控制部、并且通过开口出射。这使得可以提高光出射方向上的亮度。另外，由于发光装置使得可以提高光出射方向上的亮度，因此发光元件的发光表面的发光直径可以与透镜的透镜直径类似。这使得可以缩窄发光装置之间的间距。因此，当使用发光装置和包括发光装置的图像显示装置时，可以满足光出射方向上的亮度的提高和像素间距的减小两者。
<根据本技术的构造>
本技术具有以下构造。根据具有以下构造的本技术，可以提供满足光出射方向上的亮度的提高和像素间距的减小两者的发光装置和图像显示装置。
(1)一种发光装置，包括：
发光元件，具有发光表面；
光反射部，反射从所述发光表面发射的光，所述光反射部设置在所述发光元件的与所述发光表面相反的一侧和所述发光元件的侧表面侧；
透镜，聚集从所述发光表面发射的光，所述透镜设置在发光表面侧；以及
遮光部，遮挡从所述发光表面发射的光，所述遮光部设置在所述发光表面与所述透镜之间并且具有使光通过的开口，所述开口在厚度方向上贯通所述遮光部。
(2)根据(1)所述的发光装置，还包括：
光控制部，控制光的波长、散射或方向中的至少一个，所述光控制部在由所述光反射部包围的区域中设置在发光表面侧。
(3)根据(1)或(2)所述的发光装置，其中，
所述开口的开口尺寸大于10nm，并且小于透镜直径和所述发光表面的发光直径，以及
所述发光直径小于或等于所述透镜直径。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的发光装置，其中，所述光反射部包括：
第一光反射部，设置在所述发光元件的与所述发光表面相反的一侧，
第二光反射部，设置在所述发光元件的所述侧表面侧，以及
第三光反射部，设置在所述遮光部的发光表面侧，所述第三光反射部反射光。
(5)根据(4)所述的发光装置，其中，第三光反射部被设置为平坦表面、散射表面或弯曲表面。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的发光装置，还包括：
第二透镜，聚集从所述发光表面发射的光，所述第二透镜设置在所述发光表面与所述遮光部之间。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的发光装置，其中，所述开口具有开口边缘，所述开口边缘是与所述发光表面垂直的表面，或者是开口尺寸朝所述透镜径向扩大的倾斜表面。
(8)根据(7)所述的发光装置，其中，所述开口边缘设置有反射光的第四光反射部。
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的发光装置，包括：
设置在所述遮光部与所述透镜之间的波长截止滤光器。
(10)根据(2)至(9)中任一项所述的发光装置，包括：
设置在所述发光表面与所述光控制部之间的波长截止滤光器。
(11)根据(2)至(10)中任一项所述的发光装置，其中，所述光控制部包括光波长转换材料。
(12)根据(2)至(10)中任一项所述的发光装置，其中，所述光控制部包括光散射体。
(13)根据(1)至(11)中任一项所述的发光装置，其中，当从所述透镜观看时，所述开口具有圆形形状、椭圆形形状、正方形形状、矩形形状、三角形形状、或多边形形状，所述多边形形状包括五边形和更高多边形形状。
(14)根据(1)至(13)中任一项所述的发光装置，其中，从所述发光表面发射的光的光轴与所述开口的中心相同。
(15)根据(1)至(14)中任一项所述的发光装置，其中，所述遮光部具有多个所述开口。
(16)根据(1)至(15)中任一项所述的发光装置，其中，对于所述开口中的每个开口设置所述透镜。
(17)根据(1)至(16)中任一项所述的发光装置，其中，所述透镜包括球面透镜、菲涅耳透镜、梯形透镜或衍射透镜。
(18)根据(1)至(17)中任一项所述的发光装置，其中，所述发光元件包括无机化合物半导体或有机化合物半导体。
(19)一种图像显示装置，包括
多个排列的发光装置，
其中，所述发光装置包括：
发光元件，具有发光表面，
光反射部，反射从所述发光表面发射的光，所述光反射部设置在所述发光元件的与所述发光表面相反的一侧和所述发光元件的侧表面侧，
透镜，聚集从所述发光表面发射的光，所述透镜设置在发光表面侧，以及
遮光部，遮挡从所述发光表面发射的光，所述遮光部设置在所述发光表面与透镜之间并且具有使光通过的开口，所述开口在厚度方向上贯通所述遮光部。
(20)根据(19)所述的图像显示装置，其中，在所述发光装置中的每个发光装置中，所述发光元件的排列间距与所述透镜的排列间距相同。
本申请要求于2020年7月30日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2021-125300的权益，其全部内容通过引用合并于此。
本领域技术人员应该理解，取决于设计要求和其它因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同形式的范围内即可。

Claims (20)

1.一种发光装置，包括：
发光元件，具有发光表面；
光反射部，反射从所述发光表面发射的光，所述光反射部设置在所述发光元件的与所述发光表面相反的一侧和所述发光元件的侧表面侧；
透镜，聚集从所述发光表面发射的光，所述透镜设置在发光表面侧；以及
遮光部，遮挡从所述发光表面发射的光，所述遮光部设置在所述发光表面与所述透镜之间并且具有使光通过的开口，所述开口在厚度方向上贯通所述遮光部。
2.根据权利要求1所述的发光装置，还包括：
光控制部，控制光的波长、散射或方向中的至少一个，所述光控制部在由所述光反射部包围的区域中设置在发光表面侧。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中，
所述开口的开口尺寸大于10nm，并且小于透镜直径和所述发光表面的发光直径，以及
所述发光直径小于或等于所述透镜直径。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述光反射部包括：
第一光反射部，设置在所述发光元件的与所述发光表面相反的一侧，
第二光反射部，设置在所述发光元件的所述侧表面侧，以及
第三光反射部，设置在所述遮光部的发光表面侧，所述第三光反射部反射光。
5.根据权利要求4所述的发光装置，其中，第三光反射部被设置为平坦表面、散射表面或弯曲表面。
6.根据权利要求1所述的发光装置，还包括：
第二透镜，聚集从所述发光表面发射的光，所述第二透镜设置在所述发光表面与所述遮光部之间。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述开口具有开口边缘，所述开口边缘是与所述发光表面垂直的表面，或者是开口尺寸朝所述透镜径向扩大的倾斜表面。
8.根据权利要求7所述的发光装置，其中，所述开口边缘设置有反射光的第四光反射部。
9.根据权利要求1所述的发光装置，包括：
设置在所述遮光部与所述透镜之间的波长截止滤光器。
10.根据权利要求2所述的发光装置，包括：
设置在所述发光表面与所述光控制部之间的波长截止滤光器。
11.根据权利要求2所述的发光装置，其中，所述光控制部包括光波长转换材料。
12.根据权利要求2所述的发光装置，其中，所述光控制部包括光散射体。
13.根据权利要求1所述的发光装置，其中，当从所述透镜观看时，所述开口具有圆形形状、椭圆形形状、正方形形状、矩形形状、三角形形状、或多边形形状，所述多边形形状包括五边形和更高多边形形状。
14.根据权利要求1所述的发光装置，其中，从所述发光表面发射的光的光轴与所述开口的中心相同。
15.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述遮光部具有多个所述开口。
16.根据权利要求1所述的发光装置，其中，对于所述开口中的每个开口设置所述透镜。
17.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述透镜包括球面透镜、菲涅耳透镜、梯形透镜或衍射透镜。
18.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述发光元件包括无机化合物半导体或有机化合物半导体。
19.一种图像显示装置，包括
多个排列的发光装置，
其中，所述发光装置包括：
发光元件，具有发光表面，
光反射部，反射从所述发光表面发射的光，所述光反射部设置在所述发光元件的与所述发光表面相反的一侧和所述发光元件的侧表面侧，
透镜，聚集从所述发光表面发射的光，所述透镜设置在发光表面侧，以及
遮光部，遮挡从所述发光表面发射的光，所述遮光部设置在所述发光表面与透镜之间并且具有使光通过的开口，所述开口在厚度方向上贯通所述遮光部。
20.根据权利要求19所述的图像显示装置，其中，在所述发光装置中的每个发光装置中，所述发光元件的排列间距与所述透镜的排列间距相同。
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