JP2020101720A - 照明装置および反射型表示装置 - Google Patents

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昌哉 玉置
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Abstract

【課題】照明装置と表示装置との光学干渉を軽減でき、しかも、照明装置の発光を制御することで視認性を高め、高い光利用効率を実現できる照明装置を提供する。【解決手段】光の反射を電気的に制御することで表示を行う反射型の表示装置10と対向するように配置された照明装置20において、透光性の基板上に分散して配置された複数の発光部21があり、発光部から出射される光の放射分布を変える光制御層を配置し、発光部の配置周期が表示装置の画素12の配列周期と異なる周期で配列されている。【選択図】図1

Description

本発明は、反射型表示装置の照明装置に係り、特に、照明装置の発光素子から照射される光の出力を制御することができる機能を備えた照明装置、及び、照明装置を備えた表示装置に関する。
環境光や照明光を利用し、光の反射特性を制御することによって画像を表示する反射型表示装置がある。
反射型表示装置としては、反射型液晶表示パネルや電子ペーパーなどがあり、反射型液晶表示パネルは、光を反射する反射を備えており、液晶層によって光の反射率を制御することによって画像を表示する。また、電子ペーパーは、例えば白色と黒色とカラーの顔料を画像データに応じて移動させるなどといった電気的な駆動によって、表面付近の顔料種類を変えて画像を表示する。
反射型の表示部を備えた表示装置は外光を利用して画像を表示するため、透過型LCDのバックライトやOLEDにみられる発熱も少ないことから、大容量の冷却装置等が不要で、低消費電力駆動が可能で、薄型化、軽量化を実現することができ、例えば、時計や屋外用の広告表示装置として期待されている。
反射型の表示装置は、明るい外光環境下であれば、画像を視認することができる。しかしながら、薄暗い、または暗い外光環境下では画像の視認性が著しく低下する。照度の低い環境下における視認性を高めるために、反射表示装置の前面から反射表示部に光を照射する補助照明装置(フロントライト方式)を備えた構成が知られている。
このような照明装置として、基板上に分散して配列された複数の発光素子部を備えた照明装置が提案されている(特許文献1参照)。この照明装置は、表示装置の表示領域に平面的に重なるように、透光性の基板に小さい発光領域を持つ発光素子を所定の間隔で配置し、発光素子からの発光で反射型表示装置を照明することで、暗い環境での視認性を確保できる。
特表2010−547161号公報 特開2010−198415号公報 特開2013−73868号公報 特開2013−218057号公報
上述した特許文献に記載の照明装置は、光を透過させることが可能な透光性基板の片側平面に等方的に光を放射する機能を備えて反射型表示を照射する。
しかしながら、照明装置と反射型表示装置、例えば反射型液晶表示装置と照明装置とを組み合わせた場合、表示装置の画素と照明装置の発光部と発光状態を制御するための電極配線とが干渉し、いわゆるモアレが発生することがある。また、照明装置から放射される光の強度分布によって、反射型表示装置の光学特性や光利用効率を低下させることがある。屋内外問わず高い視認性を持ち、低消費電力を実現できる表示装置への期待は高い。反射表示装置の補助照明としてだけでなく、部分的に観測者側にも発光させる、直視する表示デバイスとしての応用も期待されている。
本発明の目的は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、反射型表示装置と照明装置の干渉によるモアレを抑制し、照明装置からの出射光を制御することで、光の利用効率の高め、均一性の高い照明装置を提供することにある。
表示装置と観測者側との間に、平面視で重なるように配置された照明装置を備え、前記表示装置は、単位画素が、表示平面上の第1の方向に沿って、第1画素周期で配列され、かつ、第2の方向に沿って、第2画素周期で配列された表示領域を構成し、
周囲環境もしくは照明装置からの光の反射を電気的に制御することで表示を行う反射型の表示装置であり、前記照明装置は、透光性の基板の第1平面上に分散して配置される複数の発光部をもち、前記発光部は、第1電極が形成され、第1電極を覆うように絶縁層が形成され、前記絶縁層に、第1電極に平面視で重なり面積が小さいコンタクト部(絶縁層を除去した部分)を設け、前記コンタクト部を覆うように電流駆動型の発光層が堆積され、発光層に接するように第2電極を堆積した積層構造であり、第1電極と第2電極の、少なくとも一方は透光性の導電層で、発光層から出射される光の発光分布を変える光制御構造を具備し、前記発光部は、第1方向に沿って第1発光間隔を隔てて配列され、第2方向に沿って第2発光間隔を隔てて配列され、前記表示装置の第1画素周期と照明装置の第1発光間隔との比、および、第2画素周期と第2発光間隔との比が、非整数倍であることを特徴とする照明装置である。
表示装置と観測者側との間に、平面視で重なるように配置された照明装置を備え、前記表示装置は、単位画素が、表示平面上の第1の方向に沿って、第1画素周期で配列され、かつ、第2の方向に沿って、第2画素周期で配列された表示領域を構成し周囲環境もしくは照明装置からの光の反射を電気的に制御することで表示を行う反射型の表示装置であり、前記照明装置は、透光性の基板の第1平面上に分散して配置される複数の発光部をもち、前記発光部は、第1電極が形成され、第1電極を覆うように絶縁層が形成され、前記絶縁層に、第1電極に平面視で重なり面積が小さいコンタクト部(絶縁層を除去した部分)を設け、前記コンタクト部を覆うように電流駆動型の発光層が堆積され、発光層に接するように第2電極を堆積した積層構造であり、第1電極と第2電極の、少なくとも一方は透光性の導電層で、発光層から出射される光の発光分布を変える光制御構造を具備し、前記照明装置の第1方向もしくは第2方向に沿って隣接する発光部の第一方向への隣接距離が少なくとも2種類以上ありランダム配列されている照明装置である
表示装置と観測者側との間に、平面視で重なるように配置された照明装置を備え、前記表示装置は、単位画素が、表示平面上の第1の方向に沿って、第1画素周期で配列され、かつ、第2の方向に沿って、第2画素周期で配列された表示領域を構成し周囲環境もしくは照明装置からの光の反射を電気的に制御することで表示を行う反射型の表示装置であり、前記照明装置は、透光性の基板の第1平面上に分散して配置される複数の発光部をもち、前記発光部は、第1電極が形成され、第1電極を覆うように絶縁層が形成され、前記絶縁層に、第1電極に平面視で重なり面積が小さいコンタクト部(絶縁層を除去した部分)を設け、前記コンタクト部を覆うように電流駆動型の発光層が堆積され、発光層に接するように第2電極を堆積した積層構造であり、第1電極と第2電極の、少なくとも一方は透光性の導電層で、発光層から出射される光の発光分布を変える光制御構造を具備し、前記反射型の表示装置と前記照明装置との間に、前記表示装置の表示領域と平面視で重なるように配置された光制御機能層を具備し、前記光制御機能層は、入射した光の発光分布を、前記光制御機能層を通過後に、入射時とは異なる光の発光分布に変換するするような特徴を有する照明装置である。
表示装置と観測者側との間に、平面視で重なるように配置された照明装置を備え、前記表示装置は、単位画素が、表示平面上の第1の方向に沿って、第1画素周期で配列され、かつ、第2の方向に沿って、第2画素周期で配列された表示領域を構成し周囲環境もしくは照明装置からの光の反射を電気的に制御することで表示を行う反射型の表示装置であり、前記照明装置は、透光性の基板の第1平面上に分散して配置される複数の発光部をもち、前記発光部は、第1電極が形成され、第1電極を覆うように絶縁層が形成され、前記絶縁層に、第1電極に平面視で重なり面積が小さいコンタクト部(絶縁層を除去した部分)を設け、前記コンタクト部を覆うように電流駆動型の発光層が堆積され、発光層に接するように第2電極を堆積した積層構造であり、第1電極と第2電極の、少なくとも一方は透光性の導電層で、発光層から出射される光の発光分布を変える光制御構造を具備し、前記照明装置で、照明装置面内を、2つ以上の領域に分割し、それぞれ点灯状態を独立に制御できることを特徴とする照明装置である。
表示装置と観測者側との間に、平面視で重なるように配置された照明装置を備え、前記表示装置は、単位画素が、表示平面上の第1の方向に沿って、第1画素周期で配列され、かつ、第2の方向に沿って、第2画素周期で配列された表示領域を構成し周囲環境もしくは照明装置からの光の反射を電気的に制御することで表示を行う反射型の表示装置であり、前記照明装置は、透光性の基板の第1平面上に分散して配置される複数の発光部をもち、前記発光部は、第1電極が形成され、第1電極を覆うように絶縁層が形成され、前記絶縁層に、第1電極に平面視で重なり面積が小さいコンタクト部(絶縁層を除去した部分)を設け、前記コンタクト部を覆うように電流駆動型の発光層が堆積され、発光層に接するように第2電極を堆積した積層構造であり、第1電極と第2電極の、少なくとも一方は透光性の導電層で、発光層から出射される光の発光分布を変える光制御構造を具備し、前記照明装置で発光素子が形成されている基板平面上に、第1電極と第2電極とは電気的に絶縁された導電配線を用いてセンサを形成していることを特徴とする照明装置である。
表示装置と観測者側との間に、平面視で重なるように配置された照明装置を備え、前記表示装置は、単位画素が、表示平面上の第1の方向に沿って、第1画素周期で配列され、かつ、第2の方向に沿って、第2画素周期で配列された表示領域を構成し周囲環境もしくは照明装置からの光の反射を電気的に制御することで表示を行う反射型の表示装置であり、前記照明装置は、透光性の基板の第1平面上に分散して配置される複数の発光部をもち、前記発光部は、第1電極が形成され、第1電極を覆うように絶縁層が形成され、前記絶縁層に、第1電極に平面視で重なり面積が小さいコンタクト部(絶縁層を除去した部分)を設け、前記コンタクト部を覆うように電流駆動型の発光層が堆積され、発光層に接するように第2電極を堆積した積層構造であり、第1電極と第2電極の、少なくとも一方は透光性の導電層で、発光層から出射される光の発光分布を変える光制御構造を具備し、前記照明装置で、発光素子が形成されている基板平面上に、第1電極と第2電極に電気的に接続している給電の為の配線の一部に、スリット部が設けられていることを特徴とする、請求項1乃至5の何れかに記載の照明装置である。
上記構成により、反射型表示装置の表示特性および光利用効率を改善可能な照明装置および、照明装置を具備した表示装置を提供することができる。
本発明の実施の形態に係る照明装置を備えた表示装置の模式的な分解斜視図である。 表示装置の画素の配列を示した平面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の配置を示した平面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置および表示装置との配置関係の模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の配置間隔を示した図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部から照明される光の表示装置上の分布を示した平面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の配置周期と表示装置の画素配列周期との周期の違いが画質に及ぼす影響を調査した結果を示した図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の配置周期と表示装置の画素配列周期と比が画質に及ぼす影響を調査した結果を示した図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部のランダム配置設計を説明する図である。 本発明の実施の形態に係る表示装置の画素配列周期と照明装置の発光部の配置にランダム配置設計を行った際の画質に及ぼす影響を調査した結果を示した図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部のランダム設計を説明する図である。 本発明の実施の形態に係る表示装置の画素配列周期と照明装置の発光部の配置にランダム設計を行った際の画質に及ぼす影響を調査した結果を示した図である。 図13の(A)乃至(C)は、本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の構成を説明するための模式的な断面図である。 図14の(1)乃至(6)は、本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の構成を説明するための模式的な断面図である。照明装置の発光部の構成を説明するための模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の構成と光の分布を説明するための模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置を表示装置と光機能層を示す模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置を表示装置と光機能層を示す模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の点灯を制御する為の配線を模式的に示した平面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の点灯を部分的に制御する為の配線を模式的に示した平面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の点灯を部分的に制御する為の配線を模式的に示した平面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部と近接検知素子を制御する関係を説明する為の模式的な平面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の電極形状を説明するための模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の電極形状を説明するための模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の電極形状を説明するための模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の電極形状を説明するための模式的な断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置の発光部の電極形状を説明するための模式的な断面図である。 照明装置を備えた表示装置の適用例を示す模式的な分解斜視図である。 照明装置を備えた表示装置の適用例を示す模式的な分解斜視図である。 照明装置を備えた表示装置の適用例を示す模式的な分解斜視図である。
本開示に係る照明装置および表示装置に関する説明を以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら記述する。なお、開示の内容は、あくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨と同義な変形例について容易に想到し得るものについては、本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の実施形態に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで例示であって、本発明の解釈を限定するものではない。
図1は、実施の形態に係る照明装置20を備えた表示装置10の模式的な分解斜視図である。表示装置10は、複数の画素12で構成される表示領域11、及び、表示領域11に平面視で重なるように配置される照明装置20を備えている。表示装置10は、例えば、反射型の液晶表示パネルや電子ペーパーから成る。以下の説明において表示装置10はカラー表示でもモノクロ表示でもよく、これに限るものではない。
図1の表示装置10と照明装置20を平面に表したものを図2と図3に示す。図2の表示装置10は、表示する映像信号に応じて動作する図示せぬ表示部用の駆動回路によって駆動され、画素12はX(第1の方向)―Y(第2の方向)平面上に周期的に配列されている。表示領域11の、隣接画素は、X方向に距離PX、Y方向に距離PYを保って面内に規則的に配されている。図2のPXとPYはいわゆる画素サイズを示している。次に、表示装置のX−Y平面に垂直に交わる方向(Z方向)に、図3に示す照明装置20と図2の表示装置10は、平面視で重なるように配置されている。照明装置の発光部21は、第1電極に接続している金属配線22と第2電極に電気的に接している透光性を示す導電層23から電流供給を受け発光する電流駆動型の発光素子が形成されている。また、第1電極と第2電極で発光素子の発光状態を制御する。
図4は、図1の照明装置20と表示装置10とが一体型となった表示装置の構造断面図を示す。照明装置20は、表示装置10と接着層31を介してラミネートされている構成を示している。また、照明装置20は、透光性の基板30の平面上に周期的に分散配置された複数の発光部21を備え、発光部21から放射される発光40は、反射型の表示装置10側へ放射されるよう、発光素子が形成されている。次に、図4に示した表示装置10の構造について説明する。表示装置10は、反射型の液晶表示装置の概略図を示しており、互いに対向するアレイ基板14と対向基板13とを有している。アレイ基板14と対向基板13との間には液晶層18が設けられている。アレイ基板14には、図2に示すように、第1の方向、第2の方向に周期的に配列された、複数の画素12を有する。アレイ基板14上の画素12は、不図示だが、電気的に液晶層に電圧を制御するTFTスイッチング素子を具備していて、画素電極は、例えばAl(アルミニウム)又はAg(銀)のような反射率の高い金属光沢を有する材料で形成されている。外光が画素電極に反射することで、観測者に画像を表示する。
表示装置10の対向基板13は、例えばガラス等の透明性を有する基板から成り、対向基板13は液晶層18側に接する面に、対向電極及びカラーフィルタを有する。対向電極は、カラーフィルタ層と液晶層18との間に設けられている。画素は、複数の副次画素に分割されており、例えば、3つの副次画素に分割され構成される画素12の場合、第1の副次画素には第1の色15(例えば赤色R)、第2の副次画素には第2の色16(例えば緑色G)及び第3の副次画素には第1の色17(例えば青色B)を透過するカラーフィルタが形成されている。副次画素に分割され、複数の異なる色を透過するカラーフィルタの隣接部や副次画素の周囲は、遮光機能を持つ材料で区切られている構造でもよい。また、カラーフィルタ層を覆うように対向電極が形成され、対向電極はITO(Indium Tin Oxide)又はIZO(Indium Zinc Oxide)等の透光性を有する導電性材料で形成されている。液晶層は、アレイ基板14上に形成された反射電極と対向基板13上に形成された対向電極との間で、画像に応じた電圧が印加され、液晶層18内に電界を生じさせる。液晶層18に印加された電圧により生じた電界により液晶素子の配列秩序が変わり、複屈折率が変化し、外光の反射量を調整する。液晶モードは、縦電界方式でも、表示面に平行な方向に電界を発生させる横電界方式であってもよい。
図3は照明装置20の発光素子からの放射光を直視できる方向から見た平面図で、第1方向に延在する配線22が第2方向に複数形成され、配線22は図2の表示装置10の表示領域11以外で結線されている。照明装置20は、また、第1方向(X方向)に延在する配線22は発光部21で発光素子の第1電極と電気的につながっている。次に、発光部21を覆うように形成されている平面電極23は発光部21で発光素子に第2電極として接している。また、発光部21の配置ピッチは、X方向(第1の方向)に距離LXを隔てて配列され、Y方向に距離LYを隔てて配列した構成となる。発光部21を、X−Y平面上にX方向にn番目、Y方向にm行目とし、L(n、m)と例示する場合、例えば、図3の最上部の発光部の左側からn番目に配列されている発光部を、それぞれをL(11)、L(12)から、L(n1)と表され、任意の発光部21はL(nm)で表す。
図5は、図3の照明装置20の発光領域の一部を拡大した図である。図1、図2の発光部21の位置および配線配置はあくまで例示に過ぎない。また、図示を用いるの都合上、サイズを拡大して模式的に示した。発光点21の配置位置関係を示す。発光点L(n、m)は、X―Y平面で表す場合、X方向に隣接する発光点間の配置周期はLX、Y方向に隣接する発光点間の配置周期はLYとなっているが、発光点L(n、m)とL(n、m+1)とは、発光点の配置座標がX方向に△LX、Y方向にLY隔て配置されており、発光点をY方向に平行移動しても発光点の中心座標は重ならないことを特徴としている。
図6の発光点L(nm)を中心として点線で表されるLUM(n、m)は、発光点L(n、m)からの放射される光が、表示装置の表示領域平面上を照明する領域を示した図である。図はあくまで例示に過ぎない。一般に、表示領域平面上の照度は、発光点からの距離に依存し、発光点との距離が短く、平面視で発光点と重なる部分ほど照度が高い。発光点からの距離が長くなるほど、照度は低下する傾向を示す。前述したとおり、隣接する図6に示すようなY方向に隣接するYによってX方向への配列位置をかえることで、反射表示装置の表面上での照度分布の平滑性が向上し、反射表示装置の画質向上することができる。以上のような照明装置においては、発光点L(n.m)が、X方向に距離LX、Y方向に距離LYを隔てて配置された照明装置20と、図2に示した表示画素がX方向に距離PX、Y方向に距離PYで配置された表示装置10とを、平面視で重ねると、配列周期の干渉によりモアレが発生することがある。
図7は、画素の配列周期が異なる表示装置と発光部の配置周期がことなる照明装置を組み合わせた場合の画質を評価した結果を示す。3つの条件の表示装置の画素配列に対し、それぞれ照明装置の発光部の配列周期の条件を振った場合のモアレの観察評価結果をモアレレベルとしている。モアレの評価結果は、最も良好である場合(モアレが表示に与える影響が最も小さい場合)をレベル1とし、最も不良である場合(モアレが表示に与える影響が最も大きい場合)をレベル4として、レベル1〜4の4段階で評価した。表示装置画素配列1における画素ピッチPXおよびPYは、いずれも80umである。表示装置画素配列2における画素ピッチPXおよびPYは、いずれも90umである。表示装置画素配列3における画素ピッチPXは90umであり、画素ピッチPYは120umである。
これらの評価において、表示装置画素配列1に関しては、評価例8、13−17がレベル4、評価例1、2、9−12、18、26、29、33がレベル3、評価例3、4、7、19−21、25、30、32がレベル2、評価例5、6、22−24、27、28、31がレベル1となった。表示装置画素配列2に関しては、評価例25がレベル4、評価例12−14、26、30がレベル3、評価例1−7、11、15−24、29、31がレベル2、評価例8−10、27、28、32、33がレベル1となった。表示装置画素配列3に関しては、評価例5、16、17、21−23、27、33がレベル3、評価例2−4、6−8、14、15、18−20、24−26、28、31、32がレベル2、評価例1、9−13、29、30がレベル1となった。図7において、レベル2の評価結果等には薄いグレーでハッチングを付しており、レベル3またはレベル4の評価結果等には濃いグレーでハッチングを付している。
また、図8には、実験結果をもとに、表示装置の配列周期と照明装置の配置周期との比とモアレレベルの関係図を示す。画質に影響を及ぼさない、もしくは、観測者が不快に感じない範囲は、斜線で示される範囲となる。
図8に示す観測者が不快に感じない範囲を設計可能な範囲とすると、図4に示す表示装置の画素周期PX、PY,と発光部の周期LX、LYとの比、LX/PX、LY/PYは、(N+M)倍の範囲が好ましく、Nは整数、Mは小数を示しており、0.05<M<0.45,0.55<M<0.95となる。さらに、0.2<M<0.4,0.6<M<0.8であれば、画質に影響をほぼ及ばさない設計となり、より好ましい。
このように、照明装置の平面上に分散して配置された発光部および電極配線の周期的配列間隔と、反射表示装置の画素配列間隔を適切に設計することで干渉による画質への影響を防ぐことができる。
図9には、発光部の配置におけるランダム設計の説明図、および図10にはある画素配列周期の表示装置と発光部の配置にランダム設計を行った照明装置を組み合わせた場合の画質を評価した結果の一例を示す。図9に示す第1の方向に関して、隣接する発光部間の距離をLX11、LX21のように示し、照明装置の発光面全体で発光部間距離の平均をとったものはLX(ave)とする。発光部はおおよそ等ピッチで配列しているが、ランダム設計により本来の等ピッチ配置よりずれた箇所に配置されており、そのずれ量は発光部ごとに必ずしも一致しない。図10は隣接発光部間距離(LX11、LX21・・・)の最大値および最小値と発光面全体の発光部間距離LX(ave)の関係とそのときの表示品位の関係を示したものである。
これらの評価結果において、発光部間距離の最大値と最小値と面内における平均値LX(ave)の関係を、平均値に対するばらつきで示しており、評価例1から評価例6では平均値に対するばらつきが大きくなるほどモアレレベルが改善している。一方で評価例7、8ではモアレレベルは改善しているものの表示がざらざらして見えるざらつき不良が発生しているため、表示品位としては悪くなる。評価例9から評価例14、評価例15から評価例21に関しても同様であり、平均値に対するばらつきが大きくなるとモアレレベルは改善しているが、大きくなりすぎるとざらつき不良が発生する。評価結果より、配置のピッチによらず平均値に対するばらつきが、20umより大きくなってくるとざらつきが増え、表示の品位としては許容できない程度になり不具合となる。
ここでは第1の方向に関する評価結果のみ示すが、図8に示すようにランダム配置の設計は第2の方向にもなされており、第2の方向における発光部の配置ピッチ(LY11、LY21・・・)の最大値および最小値と発光面全体の配置ピッチの平均値LY(ave)の関係がおよぼす表示品位への影響も同様の結果となる。
図11には、もう一例として、、発光部の配置におけるランダム設計の説明図、および図12にはある画素配列周期の表示装置と発光部の配置にランダム設計を行った照明装置を組み合わせた場合の画質を評価した結果を示す。前述の図9および図10にて説明した評価例では、第1の方向および第2の方向における発光部間の距離(LX11、LX21・・・およびLY11、LY21・・・)と発光面内全体で発光部間の距離の平均をとった値(LX(ave)およびLY(ave))との関係と、そのときの表示品位の評価結果を示した。本例では、ある1つの発光部から見たときに最も近接する複数の発光部との距離(例えば図11のW21−22、W12−22、W23−22、W33−22、W32−22、W31−22)の平均をとった値Waveを定義する。図12ではこのWaveをさらに発光面全体の各発光部について平均をとった値に対して、面内の各発光部におけるWaveの値がある範囲でばらつかせ、表示品位がどのように変化するかを評価した結果を示している。
これらの評価結果において、発光面内におけるWaveの最大値および最小値と面内における平均値と平均値と最大値および最小値から割り出される全体平均に対するばらつきを示しており、評価例1から評価例5では全体平均に対するばらつきが大きくなるほどモアレレベルが改善している。一方で評価例6、7ではモアレレベルは改善しているものの表示がざらざらして見えるざらつき不良が発生しているため、表示品位としては悪くなる。評価例8から評価例13、評価例14から評価例20に関しても同様であり、全体平均に対するばらつきが大きくなるとモアレレベルは改善しているが、大きくなりすぎるとざらつき不良が発生する。評価結果より、発光部の配置のピッチによらず全体平均に対するWaveのばらつきが、10umより大きくなってくるとざらつきが増え、表示の品位としては許容できない程度になり不具合となる。
図13の(A)乃至(C)に、実施の形態に係る照明装置20の発光部の断面図を示す。透光性の基材41の平面上に設けられた、発光層26からの発光が、観測者に直視されず、観測者側からの外光の反射を防ぎ表示装置の視認性を阻害しない為の遮光層24aがパターン形成され、遮光層24aに平面的に重なるように、導電性を示す金属光沢を有した材料で形成された光制御層24bを備えており、光制御層24bは、発光素子を駆動するための第1電極として機能する。反射層24bは、絶縁層25で覆われ、発光領域の断面幅EXにあたる領域の絶縁層25が除去されたコンタクト部に、発光層26が覆っている。発光層26は、照明装置の発光領域全面を覆っていてもよいし、コンタクト部を完全に覆い、コンタクト部よりも大きな面積を持つように部分的に覆う構造でもよい。発光層26に平面的に重なるように透光性を有する導電層27aが積層され、導電層27aは第2電極として機能する。また、発光素子全体の劣化を防止し、平坦性を保つための劣化防止層41が素子全体を覆っている。
遮光層24aは、光を吸収する材料、例えば黒色の樹脂膜、酸化クロム膜、誘電率の異なる複数の積層膜で形成される。光制御層24b、例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)及び、それらの元素を主体とする合金等で形成される。また、遮光層24aと反射層24bは、層をそれぞれ基板上に堆積し、パターニングをして形成するか、または、遮光層24aと反射層24bを堆積後にパターン形成してもよい。発光領域の形状は、円、正四角形、長方形、多角形のいずれでもよく、遮光層24aは、光制御層24bと同じ大きさSX、もしくは、遮光層24a≧光制御層24b>発光領域幅EXという大小関係になっていることが好ましい。また、導電層27aは、例えば、酸化インジウム錫膜(ITO:Indium Tin Oxide)、酸化インジウム亜鉛(IZO:Indium Zinc Oxide)、などの材料によって形成される。
次に、発光層26は、電流駆動型の発光素子であり、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子(OEL:organic electro-luminescence)、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)といった発光素子を用いることができる。有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光層26に、不図示のホール注入層、ホール輸送層、有機層、電子輸送層、電子注入層を含んでいる。有機層は、2色以上の異なる発光、例えば、赤色と緑色と青色、青色発光と黄色発光、シアン発光とオレンジ発光を上記の不図示の各層で積層し、白色を発光する構成としてもよい。もしくは、2種類以上の異なる発光層を平面に近接させて配置し、表示装置面上で発光素子の光を加法混色することによって白色を発光する構成としてもよい。図示した発光層26は全面に堆積しているが、コンタクト部を覆うように部分的に形成してもよい。
以上のような構成により、図13(A)は、発光素子から放射される光が基材41と対向する劣化防止層42側に分布するように制御される。反射型表示装置の表示領域は、発光素子の劣化防止層を含む保護膜42と対向するように配置される。次に、図13(B)は、透光性の基材41の平面上に設けられた、発光層26からの発光が、観測者に直視されず、観測者側からの外光の反射を防ぎ表示装置の視認性を阻害しない為の遮光層24aがパターン形成され、遮光層24aに平面的に重なるように、導電性を示す金属光沢を有した材料で形成された光制御層24bを備えている。光制御層24bに平面視で重なるように、透光性の導電層27bが堆積されている。導電層27bは絶縁層25で覆われ、発光領域の幅EXにあたる領域の絶縁層25は除去され、発光層26が積層されている。導電層27bは、発光素子を駆動するための第1電極として機能する。光制御層24bと導電層27bは接している構成でも、別の層を介して接していてもよい。さらに、発光層26に平面的に重なるように透光性を有する導電層27aが積層され、導電層27aは第2電極として機能する。
遮光層24aは、光を吸収する材料、例えば黒色の樹脂膜、酸化クロム膜、誘電率の異なる複数の積層膜で形成される。光制御層24b、例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)及び、それらの元素を主体とする合金等で形成される。また、遮光層24aと反射層24bは、層をそれぞれ基板上に堆積し、パターニングをして形成するか、または、遮光層24aと反射層24bを堆積後にパターン形成してもよい。発光領域の形状は、円、正四角形、長方形、多角形のいずれでもよく、遮光層24aは、光制御層24bと同じ大きさSX、もしくは、遮光層24a≧光制御層24b>発光領域幅EXという大小関係になっていることが好ましい。また、導電層27a、導電層27bは、例えば、酸化インジウム錫膜(ITO:Indium Tin Oxide)、酸化インジウム亜鉛(IZO:Indium Zinc Oxide)、などの材料によって形成される。
次に、発光層26は、電流駆動型の発光素子であり、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子(OEL:organic electro-luminescence)、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)といった発光素子を用いることができる。有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光層26に、不図示のホール注入層、ホール輸送層、有機層、電子輸送層、電子注入層を含んでいる。有機層は、2色以上の異なる発光、例えば、赤色と緑色と青色、青色発光と黄色発光、シアン発光とオレンジ発光を上記の不図示の各層で積層し、白色を発光する構成としてもよい。もしくは、2種類以上の異なる発光層を平面に近接させて配置し、表示装置面上で発光素子の光を加法混色することによって白色を発光する構成としてもよい。図示した発光層26は全面に堆積しているが、コンタクト部を覆うように部分的に形成してもよい。
以上のような構成により、図13(B)は、発光素子から放射される光が基材41と対向する劣化防止層42側に分布するように制御される。反射型表示装置の表示領域は、発光素子の劣化防止層を含む保護膜42と対向するように配置される。
図13(C)に、実施の形態に係る照明装置20の発光部の断面図を示す。透光性の基材41の平面上に設けられた、透光性の導電層27aが堆積されており、導電層27aは絶縁層25で覆われ、発光領域の幅EXにあたる領域の絶縁層25は除去され、発光層26が積層されている。発光領域に平面的に重なるように、金属光沢を有する導電層24bを形成し、さらに、発光層からの発光が、劣化防止層42方向に漏れず、劣化防止層側から入射される光の反射を防ぐために、遮光層24aが形成されている。
遮光層24aは、光を吸収する材料、例えば黒色の樹脂膜、酸化クロム膜、誘電率の異なる複数の積層膜で形成される。光制御層24b、例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)及び、それらの元素を主体とする合金等で形成される。また、遮光層24aと反射層24bは、層をそれぞれ基板上に堆積し、パターニングをして形成するか、または、遮光層24aと反射層24bを堆積後にパターン形成してもよい。発光領域の形状は、円、正四角形、長方形、多角形のいずれでもよく、遮光層24aは、光制御層24bと同じ大きさSX、もしくは、遮光層24a≧光制御層24b>発光領域幅EXという大小関係になっていることが好ましい。また、導電層27a、導電層27bは、例えば、酸化インジウム錫膜(ITO:Indium Tin Oxide)、酸化インジウム亜鉛(IZO:Indium Zinc Oxide)、などの材料によって形成される。
次に、発光層26は、電流駆動型の発光素子であり、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子(OEL:organic electro-luminescence)、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)といった発光素子を用いることができる。有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光層26に、不図示のホール注入層、ホール輸送層、有機層、電子輸送層、電子注入層を含んでいる。有機層は、2色以上の異なる発光、例えば、赤色と緑色と青色、青色発光と黄色発光、シアン発光とオレンジ発光を上記の不図示の各層で積層し、白色を発光する構成としてもよい。もしくは、2種類以上の異なる発光層を平面に近接させて配置し、表示装置面上で発光素子の光を加法混色することによって白色を発光する構成としてもよい。図示した発光層26は全面に堆積しているが、コンタクト部を覆うように部分的に形成してもよい。
上記のような構成により、図13(C)は、発光素子から放射される光が基材41側に分布するように制御されている。したがって、図13(C)の構成をもつ照明装置の場合、反射型表示装置の表示領域は、透光性の基板41と対向するように配置される。
反射型の表示装置の種類によっては表示装置に入射する光の角度により、光学特性すなわち表示品位が変化することがある。例えば、反射型液晶表示装置の場合などは、表示領域の画素が規則的に配列されている平面に垂直な方向からの観測した場合、垂直な方向に近い角度で表示装置に入射する光に対するコントラストや色の彩度等の光学特性は高く、垂直方向からの角度が大きくなるにつれて、徐々に低くなることがある。さらに、反射型液晶表示装置の場合は、観測者が表示装置を観測する角度や、外光もしくは照明装置からの放射光の角度に対する強度分布によって光学特性が変化することがあり、表示装置の特性、使用設置される環境等を十分に考慮する必要がある。自然光を制御することは困難であるが、照明装置からの放射光の角度に対する強度分布を適切に制御することで、光学特性ならびに光利用効率(電力の光変換効率)の高い、照明装置を具備した表示装置の提供が可能となる。
図14(1)乃至(6)は、実施の形態に係る照明装置20の発光部の変形例を示す。例示の構成材料については、図13(A)乃至(C)の説明で記述しているために、ここでは図を用いて変形例の構造について説明する。図14(1)の変形例では、基材41の平面は、透光性の樹脂を用いた絶縁層29で覆われ、絶縁層29には凹部が形成されている。絶縁層29の凹部には、発光層26からの発光が、観測者に直視されず、観測者側からの外光の反射を防ぎ表示装置の視認性を阻害しない為の遮光層24aがパターン形成され、遮光層24aに平面的に重なるように、導電性を示す金属光沢を有した材料で形成された光制御層24bを備えており、光制御層24bは、発光素子を駆動するための第1電極として機能する。反射層24bは、絶縁層25で覆われ、凹部領域の絶縁層25が除去されたコンタクト部を形成する。また、発光層はコンタクト部を覆っている。発光層26は、照明装置の発光領域全面を覆っていてもよいし、コンタクト部を完全に覆い、コンタクト部よりも大きな面積を持つように部分的に覆う構造でもよい。発光層26に平面的に重なるように透光性を有する導電層27aが積層され、導電層27aは第2電極として機能する。また、発光素子全体の劣化を防止し、平坦性を保つための劣化防止層41が素子全体を覆っている。
上記のように、発光領域が凹構造を有している場合、発光層26、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子などは非常に薄い堆積層で構成されている為、凹凸の屈曲点付近で発光層26の膜厚が不均一に堆積することがあり、発光層26を介して接している第1電極と第2電極とが直接電気的に短絡することがある。そのため、発光層26と光機能層24bを、凹部の屈曲部や平坦度が低い部分を避けて接するように絶縁層25のコンタクト部を形成するのが好ましい。
図14(1)では、発光層26から放射される光のうち、劣化防止層42にはおよそ等方的な強度分布を持つ放射光となるが、基材41側に放射する光は凹形状を有する光制御層で反射される際に基板平面に垂直な光の成分を増加することが可能となる。
次に、図14(2)の変形例では、基材41の平面上に設けられた、発光層26からの発光が、観測者に直視されず、観測者側からの外光の反射を防ぎ表示装置の視認性を阻害しない為の遮光層24aが形成されている。また、遮光層24aは、透光性の樹脂を用いた絶縁層29で覆われ、絶縁層29には一つの凹部が形成されている。絶縁層29の凹部と平面視で重なり、導電性を示す金属光沢を有した材料で形成された光制御層24bが形成されており、光制御層24bは、発光素子を駆動するための第1電極として機能する。光制御層24bは遮光層24aよりも面積が小さく、基材41側から基板平面に垂直な方向から見た場合に、遮光層24aで覆われ、光制御層24bは視認することができない。また、光制御層24bは、絶縁層25で覆われ、凹部領域の絶縁層25が除去されたコンタクト部を形成する。また、発光層はコンタクト部を覆っている。発光層26は、照明装置の発光領域全面を覆っていてもよいし、コンタクト部を完全に覆い、コンタクト部よりも大きな面積を持つように部分的に覆う構造でもよい。発光層26に平面的に重なるように透光性を有する導電層27aが積層され、導電層27aは第2電極として機能する。また、発光素子全体の劣化を防止し、平坦性を保つための劣化防止層41が素子全体を覆っている。
上記のように、発光部に対して、発光領域が凹構造で形成されている場合、発光層26、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子などは非常に薄い堆積層で構成されている為、凹凸の屈曲点付近で発光層26の膜厚が不均一に堆積することがあり、発光層26を介して接している第1電極と第2電極とが直接電気的に短絡することがある。そのため、発光層26と光機能層24bを、凹部の屈曲部や平坦度が低い部分を避けて接するように絶縁層25のコンタクト部を形成するのが好ましい。
図14(2)では、発光層26から放射される光のうち、劣化防止層42にはおよそ等方的な強度分布を持つ放射光となるが、基材41側に放射する光は凹形状を有する光制御層で反射される際に基板平面に垂直な光の成分を増加させる。
次に、図14(3)の変形例では、基材41の平面上に設けられた、発光層26からの発光が、観測者に直視されず、観測者側からの外光の反射を防ぎ表示装置の視認性を阻害しない為の遮光層24aが形成されている。また、遮光層24aは、透光性の樹脂を用いた絶縁層29で覆われ、絶縁層29には複数の凹部が形成されている。絶縁層29の複数の凹部と平面視で重なり、導電性を示す金属光沢を有した材料で形成された光制御層24bが形成されており、光制御層24bは、発光素子を駆動するための第1電極として機能する。光制御層24bは遮光層24aよりも面積が小さく、基材41側から基板平面に垂直な方向から見た場合に、遮光層24aで覆われ、光制御層24bは視認することができない。また、光制御層24bは、絶縁層25で覆われ、凹部領域の絶縁層25が除去されたコンタクト部を形成する。また、発光層はコンタクト部を覆っている。発光層26は、照明装置の発光領域全面を覆っていてもよいし、コンタクト部を完全に覆い、コンタクト部よりも大きな面積を持つように部分的に覆う構造でもよい。発光層26に平面的に重なるように透光性を有する導電層27aが積層され、導電層27aは第2電極として機能する。また、発光素子全体の劣化を防止し、平坦性を保つための劣化防止層41が素子全体を覆っている。
上記のように、発光部に対して、複数の発光領域が凹構造で形成されている場合、発光層26、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子などは非常に薄い堆積層で構成されている為、凹凸の屈曲点付近で発光層26の膜厚が不均一に堆積することがあり、発光層26を介して接している第1電極と第2電極とが直接電気的に短絡することがある。そのため、発光層26と光機能層24bを、凹部の屈曲部や平坦度が低い部分を避けて接するように絶縁層25のコンタクト部を形成するのが好ましい。
図14(3)では、発光層26から放射される光のうち、劣化防止層42にはおよそ等方的な強度分布を持つ放射光となるが、基材41側に放射する光は細かな複数の凹形状を有する光制御層で反射され、図14(2)に比べ、表示基板平面に垂直な光の成分を増加させることができる。
次に、図14(4)の変形例では、基材41の平面上に設けられた、発光層26からの発光が、観測者に直視されず、観測者側からの外光の反射を防ぎ表示装置の視認性を阻害しない為の遮光層24aが形成されている。また、遮光層24aは、透光性の樹脂を用いた絶縁層29で覆われ、絶縁層29には複数の凹部が形成されている。絶縁層29の複数の凹部と平面視で重なり、金属光沢を有する導電材料で形成された光制御層24bが形成されている。また、光制御層24bに、凹凸部を含む発光素子全面を覆うように絶縁層28を堆積し、凹凸部の差の少ないおよそ平坦な表面を形成し、透光性を有する導電性の導電層27aを堆積する。導電層27aは第1電極として機能し、図示したように、絶縁層28にコンタクト部を形成し光機能層24bと電気的につながっている構造でもよいし、つながっていなくても良い。さらに、導電層27aは絶縁層25で覆われ、凹部領域の絶縁層25が除去されたコンタクト部を形成する。また、発光層はコンタクト部を覆っている。発光層26は、照明装置の発光領域全面を覆っていてもよいし、コンタクト部を完全に覆い、コンタクト部よりも大きな面積を持つように部分的に覆う構造でもよい。発光層26に平面的に重なるように透光性を有する導電層27aが積層され、導電層27aは第2電極として機能する。また、発光素子全体の劣化を防止し、平坦性を保つための劣化防止層41が素子全体を覆っている。
図14(4)は、発光部に対して、複数の発光領域が凹構造で形成されているが、図14(2),図14(3)に比べ、発光層26と導電層27a、導電層27bの接する面は、およそ平坦であるため、発光部での電極間短絡の短絡は発生しにくい構造となる。したがって、図14(4)は、発光領域の面積を大きくとることができ、発光層26から放射される光のうち、劣化防止層42にはおよそ等方的な強度分布を持つ放射光となるが、基材41側に放射する光は細かな複数の凹形状を有する光制御層で反射され、表示基板平面に垂直な光の成分を増加させることができる。
図14(1)乃至図14(4)までは、光制御層24bの形状を台形の凹凸構造を図示して説明したが、台形形状に限られない。例えば、図14(5)に示すように放物線状の形状でもよいし、図14(6)に示すように、発光領域が一方向へ傾斜している非対称な構造でもよい。
以上のように発光部の構造を図14(1)乃至図14(6)を用いて説明したが、表示装置の光学特性や照明装置を含む表示装置と観測者の位置を考慮して、光制御層23bの凹凸構造の形状を適切に形成し、照明装置から放射される光の分布を制御することで、光の利用効率が高められ、低消費電力でも明るい表示を提供できる。
図15を用いて、発光部21の電極構造について説明する。透光性の基材41の平面上に設けられた、発光層26からの発光が、観測者に直視されず、観測者側からの外光の反射を防ぎ表示装置の視認性を阻害しない為の遮光層24aがパターン形成され、遮光層24aに平面的に重なるように、導電性を示す金属光沢を有した材料で形成された光制御層24bを備えており、光制御層24bは、発光素子を駆動するための第1電極として機能する。反射層24bは、絶縁層25で覆われ、、絶縁層25は、発光部の中心から同心円状にスリットがパターニングされ、発光領域の絶縁層25が除去されたコンタクト部に、発光層26が積層されている。さらに、発光層26に平面的に重なるように透光性を有する導電層27aが積層され、導電層27aは第2電極として機能する。また、発光素子全体の劣化を防止し、平坦性を保つための劣化防止層41が素子全体を覆っている。
図16は、図15の平面図を示す。発光部21には、発光領域43aと非発光領域43bが、発光部の中心に対して、同心円状に交互に形成されている。図10Bの発光点の中心部は、非発光領域43bであり、発光中心からそれぞれLr1、Lr2、Lr3、Lr4の距離を離れて、非発光領域43bが形成されている。図15に示す発光部21の周期的に異なる発光位置からの光の位相の違いにより、特定の焦点で振幅が強め合うように設計されてる。隣接する発光領域から放射される光は、例えば、パターンの焦点で位相は同じで1波長分だけ異なるため、互いに足しあわされて振幅が大きくなる。このように、図16の電極形状から放射される光は、図15に示すように、発光面からの距離H離れた焦点Fで強め合うように設計されてる。
また、この発光部21の中心から、発光領域との距離Hは、次式で表される。λ0は波長で、Hは焦点までの距離を示している。一般にゾーンプレートとも呼ばれることがある。
尚、発光領域43aと非発光領域43bは、発光中心部分が発光領域でもよく、その場合は隣接する発光領域の距離は次式であらわされる。
以上のように、発光部の電極構造を図15、図16を用いて説明したが、表示装置の光学特性や照明装置を含む表示装置と観測者の位置を考慮して、発光領域と非発光領域を同心円状に形成し、照明装置から放射される光の振幅を増大させ、集光するように制御することで、光の利用効率が高められ、低消費電力でも明るい表示を提供できる。
次に、別の実施の形態に係る照明装置によれば、図17に示すように、前述した照明装置20と表示装置10との間に、光制御層50aが配置されている。光制御層50aは、外光および照明装置から光制御層50aに入射する光の角度に対する強度分布とは異なる光の角度に対する強度分布に変えて出射する機能を有する。図17に詳細は不図示だが、およそ球面レンズが発光部に対応するように形成されており、照明装置20からの光を表示装置10の表示領域を含む平面に垂直に近づく角度に屈折させる例を図示している。光制御層50aは、非球面レンズが発光部に対応するように形成されていてもよいし、複数の発光部に対して、一つのレンズが対応している、例えばレンチキュラーレンズでもよい。上記のマイクロレンズ、レンチキュラーレンズは、レンズ材質と空気との屈折率差を利用する場合には表面に凹凸構造が形成されていることになる。
また、円柱状の断面の中心から外周に向かって放物線状に屈折率を分布させることにより、球面のマイクロレンズと同様の効果を有した円筒形のレンズがある。円筒レンズを発光部に対応するように平面に配列し、円柱形の最外周部の屈折率とおおむね同じ屈折率をもつ材質で円筒レンズ間を埋めることにより、表面の平滑な光制御層50aを作成することが可能である。
上記のように、外光および照明装置からの放射光の分布を制御して、反射型の表示装置20に入射することで、入射光を効率よく反射されることができ、光学特性すなわち見栄えの良好な表示装置を提供できる。
次に、別の実施の形態に係る照明装置によれば、図18に示すように、前述した照明装置20と表示装置10との間に、光制御層50bが配置されている。光制御層50aは、外光および照明装置から光制御層50aに入射する光の角度に対する強度分布とは異なる光の角度に対する強度分布に変えて出射する機能を有する。光制御層50bは、例えば、入射光の角度により光の散乱特性が異なる異方性散乱層である。異方性散乱層は、図18に示すように、散乱を示す角度範囲に入射した光を入射した角度よりも表示装置10の表示領域を含む平面に垂直に近づく角度側に散乱する。照明装置からの特定の放射光を、表示装置10の垂直方向に多く分布させることができる。光制御層50bは、視野角特性や観測者の位置、仕様環境を考慮し設計されるが、反射型の表示装置の多くの場合は、表示装置10の垂直方向に多く分布させることが好ましい。
異方性散乱層は、基材の屈折率とは異なる屈折率をもつ微小な領域が、柱状もしくはルーバー状に形成されており、特定の範囲の入射角を持つ光に対して散乱するように設計されている。一方、それ以外の角度範囲から入射される光に対しては、およそ散乱しない。例えば、外光が入射する角度の光に対しては、散乱せずに表示装置に入射させるように光制御層50bを配置し、照明装置からの放射光の一部を制御する。
上記のように、外光および照明装置からの放射光の分布を制御して、反射型の表示装置20に入射することで、入射光を効率よく反射されることができ、光学特性すなわち見栄えの良好な表示装置を提供できる。
次に、別の実施の形態に係る照明装置によれば、図19に示すように、X軸(第1の方向)に周期的に配置した複数の発光部21を同時に駆動できるように導電配線が延在しており、導電配線は発光素子の発光層に接する第1電極と電気的につながっている。図19の例示では、X方向に延在した導電配線をY方向に2本ずつ結線し、結線された導電配線E1a、導電配線E1b、導電配線E1cから発光素子を駆動する第1電極に給電する。次に、図19のE2aは透光性を有する導電層で形成し、すべての発光素子と接するように形成され、発光素子の発光層に接する第2電極と電気的につながっている。以上のように、発光素子の第1電極と導通しているE1a、E1b、E1cと第2電極と導通しているE2aを用いることで、領域ごとの点灯状態を制御可能とする。
次に、図20は、X軸(第1の方向)に周期的に配置した複数の発光部21を同時に駆動できるように導電配線が延在しており、導電配線は発光素子の発光層に接する第1電極と電気的につながっている。図20の例示では、X方向に延在した導電配線をY方向に2本ずつ結線し、結線された導電配線E1a、導電配線E1b、導電配線E1cから発光素子を駆動する第1電極に給電する。次に、図20の電極E2a、電極E2bは透光性を有する導電層で面内を2分割するように形成され、それぞれ発光素子の発光層に接する第2電極と電気的につながっている。上記のように、発光素子の第1電極と導通しているE1a、E1b、E1cと第2電極と導通しているE2a、E2bを用い、単純マトリクス駆動することで、領域ごとの点灯状態を制御可能とする。
以上のように照明装置の点灯状態を部分的に制御できることで、例えば、表示装置の一部にのみ情報を表示する際には、より低消費電力で動作することが可能となる。また、環境光の強度と表示装置の画像データに対応して点灯状態を制御することで、より低消費電力で動作することが可能となる。さらに、分割数を増えると、画像データのうち、強調したい領域を明るく表示することや、画像の明暗をより明確に表現することが可能となる。これにより、低消費電力の実現とともに、視認性の高い照明装置付きの表示装置を提供することが可能となる。
また、図21は、X軸(第1の方向)に周期的に配置した複数の発光部21を同時に駆動できるように導電配線が延在しており、導電配線は発光素子の発光層に接する第1電極と電気的につながっている。図19の例示では、X方向に延在した導電配線をY方向に2本ずつ結線し、結線された導電配線E1a、導電配線E1b、導電配線E1cから発光素子を駆動する第1電極に給電する。次に、図20の電極E2a、電極E2bは透光性を有する導電層で面内2つの領域に形成され、それぞれ発光素子の発光層に接する第2電極と電気的につながっている。
上記のように、発光素子の第1電極と導通しているE1a、E1b、E1cと第2電極と導通しているE2a、E2cを用い、領域ごとの点灯状態を制御可能とする。また、図21の例示では、E1a,E1bとE2aで点灯制御する領域には、発光部からの放射光が直視できる向きに発光素子が形成されている。また、E1cとE2cで点灯制御する領域には、発光部からの放射光が直視できる向きとは逆向きとなるように発光素子が形成されている。以上のように照明装置の点灯状態および発光素子からの放射光の向きを制御することで、反射表示装置の視認性を高める為の照明装置として、また観測者に直接情報を伝達する表示装置の機能を有する照明装置を提供することが可能となる。
次に、別の実施の形態に係る照明装置によれば、図22に示すように、照明装置に発光部と近接検出センサ(タッチセンサ)とを備えた照明装置の配線が照明装置上に形成されている。図22では、発光素子に電気的に接続されてる第1電極に対して、X軸(第1の方向)に沿って周期的に配置した発光部を同時に点灯できるように配線22を形成し、それぞれの配線をすべての発光部を同時に点灯できるように結線している。次に、図14の配線23は透光性を有する導電層で形成された第2電極であり、Y軸(第2の方向)にすべての発光素子と接するように配線されている。このように、第1電極と第2電極との交点で発光層と接する発光部は点灯するが、その他の交差部は絶縁層が覆っているために発光層が堆積されていたとしても発光部として機能することはない。
また、図22は、X軸(第1の方向)に沿って発光部に平面的に重ならない導電性を有する配線61a、配線61bと、Y軸(第2の方向)に沿って発光部に平面的に重ならない導電性を有する配線60a、配線60b、配線60cが絶縁層を介して形成されている。配線61a、配線61bは駆動信号パルスを印加する送信側の駆動電極として、配線60a、配線60b、配線60cは、近接検出信号を出力する近接検出電極として形成されている。図22に示す駆動電極と近接検出電極は絶縁膜を介して、平面視で互いに交差した交差部分に静電容量が生じ、人体の一部などが近接した際の静電容量の変化を検出して、近接の有無と位置情報を得る。
また、図22では、近接検出電極と駆動電極は交差部で対向し、ストライプ状に複数に分割されているがこの形状に限られない。例えば、駆動電極も櫛歯形状であっても、曲線形状でもよい。また、近接検出電極または駆動電極は、複数に分割されていればよく、分割するスリット形状は直線であっても、屈曲部を持つ形状でもあっても、曲線であってもよい。
また、図22では、近接検出センサを照明領域全面に配置した例示としているが、照明領域と近接センサを配置する領域は重ならない領域に配置してもよい。
また、照明装置に、発光部用に用いられている導電層もしくは追加の導電層に、フォトダイオードを接するように形成して、外光照度の検出や反射表示の反射輝度を検出する機能を有する照明装置としてもよい。
また、照明装置に、発光部用に用いられている導電層もしくは追加の導電層で電極および回路を形成し、抵抗値の変化で温度を検出する機能を有する照明装置としてもよい。
以上のように、照明装置に、発光部用に用いられている導電層もしくは追加の導電層で近接検出センサを形成することは、反射型表示装置に、近接センサを形成したセンサ基板を平面視で重なるように積層する構造に比べて、表示装置全体の薄型化や光学特性に及ぼす影響を抑制することができる。また、照明装置に形成するセンサは、照度や温度を検出するセンサでもよく、センサ基板を平面視で表示装置と重なるように積層する構造に比べて、表示装置全体の薄型化や光学特性に及ぼす影響を抑制した表示装置を提供することができる。
次に、照明装置の発光部21の電極並びに電極に給電する配線の平面構造を図23から図27の例示を用いて説明する。図23乃至図27には、発光部21のうち、第1電極22(平面図向かって左)の平面図、と第2電極23(平面図向かって右)を示す。第1電極と第2電極の間に不図示だが絶縁膜が堆積されており、発光領域21の絶縁膜は除去され、発光層が堆積された構造となっている。図23乃至図27は、発光点を直視する方向から見た例示となっている。
照明装置を製造する際に、照明装置の発光部21の発光領域に欠陥があり、第1電極と第2電極が短絡すると、全面もしくは発光部21の第1電極と第2電極のいずれかと電気的に接続されている発光点へ十分な電流を供給できなくなり輝度低下を引き起こしたりする為、照明装置として機能しないことがある。また、発光部21以外でも、第1電極と第2電極の絶縁膜に欠陥がある場合にも同様に、照明装置として機能しないことがある。照明装置に発生する1箇所の不良で、照明装置全体として機能しなくなるため、完成品の良品率が低下してしまうという問題もある。
図23に、発光点21に発生した欠陥による照明装置の点灯不良を避けるための電極構造例を模式的に表す。発光部に電気的に短絡した不良が存在する場合は、不良のある発光点21への電流供給を立ち切ることが必要となる。図23の場合、発光部に電流供給する配線を、切断位置を表す点線R1部で、レーザー等を用いて切断することで、第1電極22からの電流供給が断つことができ、不良発光部は機能しなくなるが、他の発光部は点灯することができる。また、第1電極と第2電極との間には、絶縁層もしくは、絶縁層と発光層が堆積されいるが、R1部を切断する際に、第1電極と第2電極との距離が近い為、切断時に短絡することがあり、切断位置R1部に対向する平面的に重なるの第2電極にスリット70Aを設けて、第1電極を切断する際の短絡を防止する構造を設ける構造を有している。
図24は、発光点21に発生した欠陥による照明装置の点灯不良を避けるための電極構造を模式的に表す。発光部に電気的に短絡した不良が存在する場合は、不良のある発光点21への電流供給を立ち切ることが必要となる。図24に示すように、発光部21に電流供給する配線の一部にスリット71を設け、切断位置R1部にて切断する。図15Bの場合、スリットの一部を切断することで、発光部21への電流供給は行われず、一方、他の発光点に供給する配線としては機能する為、同一配線上にある発光層の輝度を維持できる構造となる。また、第1電極と第2電極との間には、絶縁層もしくは、絶縁層と発光層が堆積されいるが、R1部を切断する際に、第1電極と第2電極との距離が近い為、切断時に短絡してしまうことがあるため、切断位置R1部に対向する平面的に重なるの第2電極にスリット70Bを設けて、第1電極を切断する際の短絡を防止する構造を設ける構造を有している。
図25は、発光点21に発生した欠陥による照明装置の点灯不良を避けるための電極構造を模式的に表す。発光部に電気的に短絡した不良が存在する場合は、不良のある発光点21への電流供給を立ち切ることが必要となる。図25に示すように、発光部21に電流供給する第2配線23の一部にスリット70Cを設け、切断位置R1部にて切断する。切断位置R1に平面的に重なる第1電極22および第1電極に接続している配線はなく、前述した切断時の短絡は避けられる。第2電極の一部を切断することで、発光部21への電流供給は行われないが、第2電極は他の発光点に供給する配線としては機能する為、第2電極を切断する際の短絡を防止する構造を設ける構造を有している。
図26は、発光点21に発生した欠陥による照明装置の点灯不良を避けるための電極構造を模式的に表す。発光部に電気的に短絡した不良が存在する場合は、不良のある発光点21への電流供給を立ち切ることが必要となる。図26に示すように、発光部21に電流供給する平面電極27Bの一部にスリット72を設け、切断位置R1部にて切断する。図26の場合、スリットの一部を切断することで、発光部21への電流供給は行われず、一方、他の発光点に供給する配線としては機能する為、同一配線上にある発光層の輝度を維持できる構造となる。また、第1電極と第2電極との間には、絶縁層もしくは、絶縁層と発光層が堆積されいるが、R1部を切断する際に、第1電極と第2電極との距離が近い為、切断時に短絡してしまうことがあるため、切断位置R1部に対向する平面的に重なるの第2電極にスリットを設けて、第1電極を切断する際の短絡を防止する構造を設ける構造を有している。また、スリット形状とスリット位置を図27のように形成してもよいし、第1電極と第2電極のスリット形状を入れ替えてもよい。
また、スリットの形状は上記のパターンに限定されるものではなく、円形、矩形、多角形、有限な幅を持つライン状で直線、曲線のいずれでもよく、第1電極、第2電極のうち、少なくとも1一方の電極平面上にスリットを設け、電極の一部を切断し、発光点21への電流供給を断つ際の第1電極と第2電極との短絡を防止できるスリットを形成する構造であればよい。
以上の構造は、欠陥のある発光部に対して、発光部への電流供給を断ち切ることができ、他の発光点への影響を抑制できる。また、電流供給を断ち切る際に副次的に発生する短絡不良を避けられ、完成品の良品率を高められる。不良発光部から光の放射はないが、照明装置には微小な発光部を複数配置しており、また、近接する発光点は放射領域が重なるように発光点は千鳥配列している為、一つの発光点が不点灯な場合でも、欠陥による輝度ムラ、表示ムラは、不快に感じないレベルを実現できる。
(適用例1)
図28を用いて、反射型表示装置10と照明装置20の適用例について説明する。照明装置20と表示装置10は平面的に重なるように配置され、照明装置20は発光領域90と発光領域91に、発光方向の異なる放射光分布をもつ素子が形成されている。発光領域90に形成した発光素子からの放射光は表示装置の表示領域11に放射され、発光領域91に形成した発光素子からの放射光は観測者側に発光するように構成されている。発光領域90は、反射型の表示装置の照明装置として機能し、周囲の環境が暗い場合などに点灯することで、表示の視認を可能とする。発光領域91に表示装置、例えば、単純マトリクス素子を形成し情報を表示したり、情報端末等が情報を受信した時に点滅したり、また、操作スイッチ類の位置を視覚的に補助したり、表示装置本体を起動することなく、観測者に様々な情報を提供することを可能にする。
(適用例2)
図29を用いて、反射型表示装置10と照明装置20の適用例について説明する。照明装置20と表示装置10は平面的に重なるように配置され、照明装置20は発光領域90と発光領域92に、発光方向の異なる放射光分布をもつ素子が形成されている。発光領域91に形成した発光素子からの放射光は表示装置の表示領域11に放射され、発光領域92に形成した発光素子からの放射光は観測者側に発光するように構成されている。発光領域90は、反射型の表示装置の照明装置として機能し、周囲の環境が暗い場合などに点灯することで、表示の視認を可能とする。発光領域92と平面視で重なるように、撮像素子93を配置し、例えば、照明装置20を点灯し、観測者側から指を載せ、指紋を撮像素子93で読み込む認証する機能の提供が可能となる。また、撮像素子で顔を認証することも可能となる。
(適用例3)
図30を用いて、反射型表示装置10と照明装置20の適用例について説明する。照明装置20と表示装置10は平面的に重なるように配置され、照明装置20は発光領域90と発光領域92に、発光方向の異なる放射光分布をもつ素子が形成されている。発光領域91に形成した発光素子からの放射光は表示装置の表示領域11に放射され、発光領域94に形成した発光素子からの放射光は観測者側に発光するように構成されている。発光領域90は、反射型の表示装置の照明装置として機能し、周囲の環境が暗い場合などに点灯することで、表示の視認を可能とする。発光領域94には、発光素子と静電容量型近接検出素子が形成されている。近接検出素子により、表示画面の操作を行う、例えば、表示画像の頁を変える操作等が可能となり、操作部を発光領域とすることで、静電容量型近接検出素子のセンサ位置を視覚的に誘導することで、操作性に優れた表示装置の提供が可能となる。また、照明装置20の発光部と同じ基板平面に素子を形成することで表面が平滑な意匠設計をもつ照明装置付き表示装置の提供を可能とする。
上述した実施の形態に係る画像表示装置は、携帯電話、スマートフォン、タブレットなどの携帯端末装置、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ、或いは、車両に設けられるメータ又はカーナビゲーションシステムなどのあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
本発明の実施形態および適用例で述べた様態によりもたらされる他の作用効果について、本明細書に記載された内容から、当業者において適宜想到し得る内容については、当然に本発明によりもたらされる効果と解される。
10・・・表示装置
11・・・表示領域
12・・・画素
13・・・対向基板(カラーフィルタ基板)
14・・・駆動回路基板(TFT基板)
15,16,17・・・第1、第2、第3のカラーフィルタ層
18・・・液晶層
20・・・照明装置
21・・・発光部
22・・・第1電極配線
23・・・第2電極配線
24a・・・遮光層
24b・・・光制御層
25、28、29・・・絶縁層
27a,27b・・・透光性の電極
40・・・放射光
41・・・基材
42・・・劣化防止層
43a・・・発光領域
43b・・・非発光領域
50a,50b・・・光制御層
51・・・発光領域
70A,70B,70C,70D,70E・・・第2電極のスリット部
71,72,73・・・第1電極のスリット部
90,92,94・・・照明領域
93・・・撮像素子
L(n、m) 発光部の配列位置
LUM(n、m) 発光部の照明領域
LX 発光部の第1方向への配置周期
LY 発光部の第2方向への配置周期
PX 画素の第1方向への配列周期
PY 画素の第2方向への配列周期
SX 遮光部サイズ
EX 遮光部サイズ

Claims (24)

  1. 表示装置と観測者側との間に、平面視で重なるように配置された照明装置を備え、前記表示装置は、単位画素が、表示平面上の第1の方向に沿って、第1画素周期で配列され、かつ、第2の方向に沿って、第2画素周期で配列された表示領域を構成し、周囲環境もしくは照明装置からの光の反射を電気的に制御することで表示を行う反射型の表示装置であり、前記照明装置は、透光性の基板の第1平面上に分散して配置される複数の発光部をもち、前記発光部は、第1電極が形成され、第1電極を覆うように絶縁層が形成され、前記絶縁層に、第1電極に平面視で重なり面積が小さいコンタクト部(絶縁層を除去した部分)を設け、前記コンタクト部を覆うように電流駆動型の発光層が堆積され、発光層に接するように第2電極を堆積した積層構造であり、第1電極と第2電極の、少なくとも一方は透光性の導電層で、発光層から出射される光の発光分布を変える光制御構造を具備し、前記発光部は、第1方向に沿って第1発光間隔を隔てて配列され、第2方向に沿って第2発光間隔を隔てて配列され、前記表示装置の第1画素周期と照明装置の第1発光間隔との比、および、第2画素周期と第2発光間隔との比が、非整数倍であることを特徴とする照明装置。
  2. 前記表示装置の第1画素周期と前記照明装置の第1発光間隔との比、および、前記表示装置の第2画素周期と前記照明装置の第2発光間隔との比が、(N+X)倍として表され、Nは整数、Xは小数点以下を示し、0.05<X<0.45、0.55<X<0.95で表わされる範囲であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置
  3. 前記照明装置の第1方向に沿って第1発光間隔を隔てて配列された複数の発光部の中心座標と、第2方向に沿って第2発光間隔を隔てて、第1方向に沿って第1発光間隔を隔てて配列された複数の発光部の中心座標が、第2の方向へ平行移動しても重ならないように配置したことを特徴とする請求項1乃至2の何れかに記載の照明装置。
  4. 表示装置と観測者側との間に、平面視で重なるように配置された照明装置を備え、前記表示装置は、単位画素が、表示平面上の第1の方向に沿って、第1画素周期で配列され、かつ、第2の方向に沿って、第2画素周期で配列された表示領域を構成し、周囲環境もしくは照明装置からの光の反射を電気的に制御することで表示を行う反射型の表示装置であり、前記照明装置は、透光性の基板の第1平面上に分散して配置される複数の発光部をもち、前記発光部は、第1電極が形成され、第1電極を覆うように絶縁層が形成され、前記絶縁層に、第1電極に平面視で重なり面積が小さいコンタクト部(絶縁層を除去した部分)を設け、前記コンタクト部を覆うように電流駆動型の発光層が堆積され、発光層に接するように第2電極を堆積した積層構造であり、第1電極と第2電極の、少なくとも一方は透光性の導電層で、発光層から出射される光の発光分布を変える光制御構造を具備し、前記照明装置の第1方向に沿って隣接する発光部の第一方向への隣接距離が少なくとも2種類以上あり、且つ、前記照明装置の発光面全体における、第一方向への隣接発光部間の距離の平均距離と、それそれ隣接する発光部の距離との差の絶対値が、20um以下であり、また、前記照明装置の第1方向に沿って隣接する発光部の第一方向への隣接距離がランダムで、且つ、前記照明装置の発光面全体における、第一方向への隣接発光部間の距離の平均距離と、それそれ隣接する発光部の距離との差の絶対値が、20um以下であることを特徴とする照明装置。
  5. 前記照明装置の任意の一つの発光部を中心に周囲に配置されている発光部との中心を結ぶ直線距離の平均を周辺との隣接平均距離とし、前記照明装置の発光面全体に配列されたすべての発光部の周辺との隣接平均距離の平均値と、任意の一つの発光部を中心に周囲に配置されている発光部の周辺との隣接平均距離の差の絶対値が10um以下であることを特徴とする、請求項4に記載の照明装置。
  6. 前記発光層に接する第1電極、第2電極のうち、一方が金属光沢を有する導電層で形成されていることを特徴とする、請求項1乃至5の何れかに記載の照明装置。
  7. 前記発光層に接する第1電極、第2電極のうち、一方が金属光沢を有する導電層で、前記導電層が凹凸構造を有していることを特徴とする、請求項1乃至5の何れかに記載の照明装置。
  8. 前記発光層に接する第1電極、第2電極は透光性の導電層で形成され、いずれか一方の電極側に、発光領域に平面視で重なり、発光領域よりも大きな面積の金属光沢を有する反射層に凹凸構造が形成されていることを特徴とする、請求項1乃至5何れかに記載の照明装置。
  9. 前記発光層に接する第1電極、第2電極のうち、少なくとも一方の電極に給電する為の配線は、電極を形成する材料と同一の導電層で形成されていることを特徴とする、請求項1乃至5の何れかに記載の照明装置。
  10. 前記発光層に接する第1電極、第2電極に給電する為の配線が金属配線であることを特徴とする、請求項1乃至5の何れかに記載の照明装置。
  11. 前記金属光沢有する導電層または反射層の一方の平面に平面視で重なり、面積的に等しい、もしくは大きい、光の反射を低減する低反射層、もしくは光を吸収する光吸収層を積層していることを特徴とする、請求項1乃至5の何れかに記載の照明装置。
  12. 前記1つの発光部に対して、複数のコンタクト部を形成して、発光領域と非発光領域とが混在していることを特徴とする、請求項1乃至5の何れかに記載の照明装置。
  13. 前記1つの発光部に対して、複数の発光領域と非発光領域が、発光部中心からの距離が等しく交互に形成されていることを特徴とする照明装置。
  14. 前記1つの発光部に対して、複数の発光領域と非発光領域が、発光部中心からの距離は等しく交互に形成されており、中心部が非発光領域で、中心からの非発光領域との距離とが、焦点距離をHとし波長をλ0で表した場合に、条件式(1)で表されることを特徴とする、請求項8に記載の照明装置。
  15. 前記1つの発光部に対して、複数の発光領域と非発光領域が、発光部中心からの距離は等しく交互に形成されており、中心部が発光領域で、中心からの発光領域との距離とが、焦点距離をHとし波長をλ0で表した場合に、条件式(2)で表されることを特徴とする、請求項8に記載の照明装置。
  16. 前記反射型の表示装置と前記照明装置との間に、前記表示装置の表示領域と平面視で重なるように配置された光制御機能層を具備し、前記光制御機能層は、入射した光の発光分布を、前記光制御機能層を通過後に、入射時とは異なる光の発光分布に変換するするような特徴を有する照明装置。
  17. 前記反射型の表示装置と前記照明装置と間に設置した前記光制御機能層は、前記光制御機能層に入射した光の発光分布が、前記光制御機能層を通過後に、入射時とは異なる光の発光分布となるような、異方性散乱特性を有することを特徴とする照明装置。
  18. 前記照明装置で、照明装置面内を、2つ以上の領域に分割し、それぞれ点灯状態を独立に制御できることを特徴とする照明装置。
  19. 前記分割された領域に対して、金属光沢を有する反射導電層もしくは反射層が、発光層を挟んで対向する位置に形成され、2種類以上の異なる放射光分布を持つことを特徴とする照明装置。
  20. 前記照明装置の少なくとも一つの領域は、観測者側から直視が可能な発光分布をもち、単純マトリックス駆動表示を行うことを特徴とする、請求項19に記載の照明装置。
  21. 前記照明装置で発光素子が形成されている基板平面上に、第1電極と第2電極とは電気的に絶縁された導電配線を用いてセンサを形成していることを特徴とする照明装置。
  22. 前記照明装置上に形成されたセンサは、容量検出型の入力装置であることを特徴とする、請求項21に記載の照明装置。
  23. 前記照明装置で、発光素子が形成されている基板平面上に、第1電極と第2電極に電気的に接続している給電の為の配線の一部に、スリット部が設けられていることを特徴とする、請求項1乃至5の何れかに記載の照明装置。
  24. 前記、第1電極と第2電極に電気的に接続している給電のため配線の一部に導電層がないスリット部が設けられて、スリット部内の領域に、平面視で、第1電極もしくは第2電極に電気的に接続している給電のため配線の一部領域と、第1電極と第2電極に電気的に接続している給電のため配線が全く重ならない領域を持つことを特徴とする、請求項1乃至5の何れかに記載の照明装置。
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