JP7197336B2 - 照明装置及び表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、照明装置及び表示装置に関する。
外光を反射させることで画像を表示させる反射型の表示装置が知られている。反射型の表示装置は、画像表示面に対向して配置される照明装置を有する(例えば、特許文献1参照)。照明装置の発光素子として、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等が用いられる。
特開2013-110052号公報
発光ダイオードを用いた照明装置は、光取出し効率の向上が望まれている。特許文献1では、光の利用効率を高めるために反射層が設けられている。しかし、特許文献1では、反射層は平板状であり、発光ダイオードの側面から出射された光を効率よく画像表示面側に出射することが困難となる可能性がある。
本発明は、光取出し効率を向上させることができる照明装置及び表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様の照明装置は、反射型の表示装置の画像表示面に対向して配置される照明装置であって、透光性基板と、前記透光性基板に設けられた複数の発光素子と、複数の前記発光素子と電気的に接続されたアノード電極と、複数の前記発光素子と電気的に接続されたカソード電極と、を有し、前記アノード電極は、凹状構造を有し、前記凹状構造の内部にそれぞれ前記発光素子が配置される複数の第1部分アノード電極と、前記第1部分アノード電極よりも小さい幅を有し、複数の前記第1部分アノード電極を接続する第2部分アノード電極と、を有する。
本発明の一態様の表示装置は、上記の照明装置と、前記照明装置から照射された光により画像を表示する表示部と、を有する。
図1は、第1実施形態に係る照明装置を備えた表示装置を模式的に示す断面図である。 図2は、第1実施形態に係る照明装置の斜視図である。 図3は、第1実施形態に係る照明装置の等価回路を示す回路図である。 図4は、第1実施形態に係る照明装置の平面図である。 図5は、図4における発光素子、アノード電極及びカソード電極を拡大して示す平面図である。 図6は、図5におけるVI-VI’断面図である。 図7は、図6における発光素子を拡大して示す断面図である。 図8は、第1実施形態の第1変形例に係る照明装置を示す断面図である。 図9は、第1実施形態の第2変形例に係る照明装置を示す断面図である。 図10は、第1実施形態の第3変形例に係る照明装置を示す断面図である。 図11は、第2実施形態に係る照明装置の等価回路を示す回路図である。 図12は、第2実施形態に係る照明装置の平面図である。 図13は、図12における発光素子、アノード電極及びカソード電極を拡大して示す平面図である。 図14は、図13におけるXIV-XIV’断面図である。 図15は、第3実施形態に係る照明装置の平面図である。 図16は、図15におけるXVI-XVI’断面図である。 図17は、第4実施形態に係る照明装置の平面図である。 図18は、図17におけるXVIII-XVIII’断面図である。 図19は、第4実施形態の第4変形例に係る照明装置の断面図である。 図20は、第5実施形態に係る照明装置の平面図である。 図21は、第5実施形態の第5変形例に係る照明装置の平面図である。 図22は、第6実施形態に係る照明装置の断面図である。 図23は、発光素子からの光が、光取出し層を伝播する様子を説明するための説明図である。 図24は、第6実施形態の第6変形例に係る照明装置の断面図である。 図25は、第6実施形態の第7変形例に係る照明装置の断面図である。 図26は、第6実施形態の第8変形例に係る照明装置の断面図である。 図27は、第6実施形態の第9変形例に係る照明装置の断面図である。 図28は、第6実施形態の第10変形例に係る照明装置の断面図である。 図29は、第6実施形態の第11変形例に係る照明装置の断面図である。 図30は、第7実施形態に係る照明装置の断面図である。 図31は、第7実施形態に係る照明装置を備えた表示装置を模式的に示す断面図である。 図32は、第7実施形態に係る照明装置を備えた表示装置を模式的に示す平面図である。 図33は、第8実施形態に係る表示装置を模式的に示す断面図である。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に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、実際の態様に比べ、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、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る照明装置を備えた表示装置を模式的に示す断面図である。図1に示すように、表示装置DSPは、反射型の表示部(表示パネル)PNLと、照明装置FRLと、を有する。照明装置FRLは、表示部PNLの前面(画像表示面)側に配置され、フロントライトとも呼ばれる。照明装置FRLは、光照射面LESと観察面OVSとを有する。光照射面LESは、発光素子LEDからの光を照射する面であり、表示装置DSPの第2基板SU2と対向する。観察面OVSは、表示装置DSPの最上面であり、表示部PNLの画像を観察する面である。
表示部DNPは、照明装置FRLから照射された光により画像を表示する。又は、表示部DNPは、外光を利用して画像を表示してもよい。表示部DNPは、第1基板SU1と、第2基板SU2と、液晶層LCと、を有する。第1基板SU1の、第2基板SU2と対向する面に画素電極PEが設けられている。画素電極PEは、画素Pixごとに設けられ、第1基板SU1に2次元マトリクス状に配置される。第2基板SU2の、第1基板SU1と対向する面には、カラーフィルタCF及び共通電極CEが設けられている。第2基板SU2の、照明装置FRLと対向する面には、円偏光板CPLが設けられている。円偏光板CPLの上面が、表示部PNLの画像表示面である。
液晶層LCは、第1基板SU1と第2基板SU2との間、すなわち、画素電極PEと共通電極CEとの間に設けられる。画素電極PEは、外光又は照明装置FRLからの光を反射する。画素電極PEは、透明画素電極と反射膜の組み合わせによって、反射膜が光を反射するといった構成であってもよい。画素電極PEは、共通電極CEとの組み合わせで、画像信号に対応した電圧を液晶層LCに印加する。これによって、液晶層LCを透過する光の状態が変化し、観察面OVSに画像が表示される。
表示部PNLの液晶駆動のための構成は特に限定するものではなく、TNモード及びVAモード、ECBモードといった縦電界モードで駆動される構成であってもよい。あるいはFFSモードやIPSモードといった横電界モードで駆動される構成であってもよい。
図2は、第1実施形態に係る照明装置の斜視図である。図2に示すように、照明装置FRLは、透光性基板SUTと、複数の発光素子LEDとを有する。透光性基板SUTは絶縁基板であり、例えば、ガラス基板、樹脂基板又は樹脂フィルム等が用いられる。透光性基板SUTは、例えば、ホウケイ酸ガラスを用いることができる。複数の発光素子LEDは、透光性基板SUTの光照射面LESに配置される。光照射面LESには、複数の発光素子LEDに給電するための複数の配線が設けられる。また、光照射面LESの上辺及び左辺には接続部CNが設けられている。接続部CNには、発光素子LEDを駆動するための駆動回路が接続される。
複数の発光素子LEDの光は、光照射面LESから表示部PNLに向けて出射される。複数の発光素子LEDの光は、光照射面LESとは反対側の観察面OVSからは出射されない。照明装置FRLは、光照射面LES及び観察面OVSのいずれから観察しても良好な透光性を有し、照明装置FRLを透過して表示部PNLの画像を観察可能である。
なお、以下の説明において、第1方向Dx及び第2方向Dyは、透光性基板SUTの一方の面SUTa(図6参照)に対して平行な方向である。第1方向Dxは、第2方向Dyと直交する。ただし、第1方向Dxは、第2方向Dyと直交しないで交差してもよい。第3方向Dzは、第1方向Dx及び第2方向Dyと直交する方向である。第3方向Dzは、例えば、透光性基板SUTの法線方向に対応する。なお、以下、平面視とは、第3方向Dzから見た場合の位置関係を示す。
図3は、第1実施形態に係る照明装置の等価回路を示す回路図である。図3に示すように、照明装置FRLは、アノード電極AD、カソード電極CD、走査配線GL及びスイッチング素子SWを有する。複数のアノード電極ADと複数のカソード電極CDとは交差して設けられる。発光素子LEDは、アノード電極ADとカソード電極CDとの交差部近傍に設けられる。
発光素子LEDのカソード(カソード端子ELED2(図7参照))は、カソード電極CDに接続される。また、発光素子LEDのアノード(アノード端子ELED1(図7参照))は、スイッチング素子SWを介してアノード電極ADに接続される。スイッチング素子SWは、n型TFT(Thin Film Transistor)で構成される。スイッチング素子SWのゲートには走査配線GLが接続される。
走査配線GLには、走査信号が供給される。走査信号に基づいてスイッチング素子SWが動作し、発光素子LEDがアノード電極ADと接続される。アノード電極ADには、アノード電源電位が供給される。カソード電極CDには、カソード電源電位が供給される。アノード電源電位は、カソード電源電位よりも高い電位である。発光素子LEDは、アノード電源電位とカソード電源電位との電位差により順方向電流(駆動電流)が供給され発光する。
図3の構造であれば、例えば、60Hz以上の高周波数で走査しながら順次各発光素子LEDを点灯する駆動を行うことができる。このような駆動でも、人間の目の残像効果により、実質的に均一な照射を行うことができる。表示部PNLの画像表示面において局所的に必要な部分だけ点灯することも可能であるため、ローカルディミングを行うことができ、コントラストの向上を図ることも可能である。また、画像表示面を専ら一様に照明する場合には、図3に示すスイッチング素子SWを省略して、構造を簡略化することも可能である。
次に、図4から図7を参照しつつ、発光素子LED、アノード電極AD、カソード電極CD及び遮光層LSの詳細な構成について説明する。図4は、第1実施形態に係る照明装置の平面図である。図5は、図4における発光素子、アノード電極及びカソード電極を拡大して示す平面図である。
図4に示すように、発光素子LEDは、第1方向Dx及び第2方向Dyにマトリクス状に配置される。発光素子LEDは、平面視で、3μm以上、100μm以下程度の大きさを有する無機発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)チップであり、マイクロLED(micro LED)と呼ばれる。また、本実施例においては、平面視で、100μm以上、200μm以下程度の大きさを有するミニLED(mini LED)を適用することもできる。
発光素子LEDには、赤色発光素子、緑色発光素子及び青色発光素子がある。赤色発光素子は赤色の光を出射する。緑色発光素子は緑色の光を出射する。青色発光素子は青色の光を出射する。それぞれの極大発光波長は、645nm、530nm、450nmである。赤色発光素子、緑色発光素子及び青色発光素子の配置は特に限定されず、ベイヤー配列にしてもよく、あるいは、各色を繰り返し配置してもよい。なお、複数の発光素子LEDは、4色以上の異なる光を出射してもよい。
複数のアノード電極ADは、全体として第2方向Dyに延出し、第1方向Dxに配列されている。アノード電極ADは、それぞれ複数の第1部分アノード電極ADaと、複数の第2部分アノード電極ADbとを有する。複数の第1部分アノード電極ADaは、第2方向Dyに配列される。複数の第2部分アノード電極ADbは、第2方向Dyに延出し、第2方向Dyに隣り合う複数の第1部分アノード電極ADaを連結する。
発光素子LEDは、第1部分アノード電極ADaの上に配置され、アノード電極ADと電気的に接続される。第1部分アノード電極ADaは、平面視で発光素子LEDを包囲するように設けられている。第2部分アノード電極ADbの第1方向Dxの幅は、第1部分アノード電極ADaの第1方向Dxの幅よりも小さい。第1部分アノード電極ADaは、円形状である。ただし、これに限定されず、第1部分アノード電極ADaは、四角形状、多角形状、あるいは、円形状、四角形状、多角形状等の一部に切り欠きが設けられた異形状等であってもよい。
複数のカソード電極CDは、全体として第1方向Dxに延出し、第2方向Dyに配列されている。カソード電極CDは、それぞれ複数の第1部分カソード電極CDaと、第2部分カソード電極CDbとを有する。複数の第1部分カソード電極CDaは、第1方向Dxに配列される。複数の第2部分カソード電極CDbは、第1方向Dxに延出し、第1方向Dxに隣り合う複数の第1部分カソード電極CDaを接続する。
図5に示すように、第1部分カソード電極CDaは、発光素子LEDと重ならない位置に設けられ、第1部分アノード電極ADaと離隔して第1部分アノード電極ADaの外周に沿って設けられる。また、第1部分カソード電極CDaは、平面視で、第2部分アノード電極ADbと交差する。第1部分カソード電極CDaは、一定の幅で形成され、例えば、第2部分カソード電極CDbと同じ幅であってもよい。第2部分カソード電極CDbは、第1部分カソード電極CDaの両端に接続され、発光素子LED及び第1部分アノード電極ADaを挟んで、第1方向Dxに隣り合う。
発光素子LEDとカソード電極CDとは、カソード接続層CDCNにより接続されている。カソード接続層CDCNは、透光性の導電材料が用いられ、例えば、インジウムスズ酸化物(ITO、Indium Tin Oxide)が用いられる。なお、第1部分カソード電極CDaは、半円状の湾曲形状であるが、これに限定されない。第1部分カソード電極CDaは、複数の直線部が連結された形状でもよい。
アノード電極AD及びカソード電極CDの材料として、導電性の金属材料が用いられ、例えば、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)の3層積層膜である。又は、アノード電極AD及びカソード電極CDの材料として、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)の3層積層膜や、モリブデンタングステン(MoW)合金、アルミニウム(Al)、モリブデンタングステン(MoW)合金の3層積層膜や、銅(Cu)を用いることができる。
図4及び図5に示すように、遮光層LSは、複数のアノード電極AD及び複数のカソード電極CDと重なる領域に設けられ、平面視で格子状である。遮光層LSの材料として、黒色顔料を含む有機膜が用いられる。遮光層LSの光の透過率は、透光性基板SUTの光の透過率よりも小さい。
遮光層LSは、第1部分遮光層LSaと、第2部分遮光層LSbと、第3部分遮光層LScと、を有する。第1部分遮光層LSaは、発光素子LED、第1部分アノード電極ADa及び第1部分カソード電極CDaと重なる領域に設けられる。第2部分遮光層LSbは、第2部分アノード電極ADbと重なり、第2方向Dyに延出する。第2部分遮光層LSbの第1方向Dxの幅は、第1部分遮光層LSaの第1方向Dxの幅よりも小さい。第3部分遮光層LScは、第2部分カソード電極CDbと重なり、第1方向Dxに延出する。第3部分遮光層LScの第2方向Dyの幅は、第1部分遮光層LSaの第2方向Dyの幅よりも小さい。
第2部分アノード電極ADbの第1方向Dxの幅は、例えば5μm程度である。第1部分アノード電極ADaの第1方向Dxの幅は、例えば30μmである。第1部分カソード電極CDa及び第2部分カソード電極CDbの第2方向Dyの幅は、例えば5μm程度である。遮光層LSは、これらを覆うように設けられ、第2部分遮光層LSb及び第3部分遮光層LScの幅は、それぞれ例えば15μm程度である。また、アノード電極ADの第1方向Dxの間隔、具体的には、第2部分アノード電極ADbの第1方向Dxの間隔は、例えば200μm程度である。カソード電極CDの第2方向Dyの間隔、具体的には、第2部分カソード電極CDbの第2方向Dyの間隔は、例えば200μm程度である。
このような構成により、照明装置FRLは、光照射面LESにおいて透光性を有する領域の面積比、すなわち、アノード電極AD、カソード電極CD及び遮光層LS等の配線で被覆されていない領域の面積比が80%以上である。これにより、照明装置FRLは、透光性に優れ明るい面状光源となる。
図6は、図5におけるVI-VI’断面図である。なお、図6は、図1に示す照明装置FRLとは、上下方向を反対に示している。すなわち、図6において、光照射面LESを上側に示している。図6に示すように、透光性基板SUTの一方の面SUTaに、遮光層LS、樹脂層CCL、アノード電極AD、接続層CL、発光素子LED、平坦化層LL、カソード電極CD及びカソード接続層CDCN、オーバーコート層OCの順に積層されている。図6に示す例では、オーバーコート層OCの表面が光照射面LESであり、透光性基板SUTの一方の面SUTaと反対側の面が観察面OVSである。
遮光層LSは、透光性基板SUTとアノード電極ADとの間に設けられ、かつ、透光性基板SUTとカソード電極CDとの間に設けられる。遮光層LSの第1部分遮光層LSa、第2部分遮光層LSb及び第3部分遮光層LScは、同層に、透光性基板SUTの一方の面SUTaの上に設けられている。
樹脂層CCLは、遮光層LS及び透光性基板SUTの上に設けられる。樹脂層CCLは、開口CCLcが設けられており、開口CCLcの底部に発光素子LEDが設けられる。より具体的には、樹脂層CCLは、上面CCLaと、壁面CCLbとを有する。壁面CCLbは、発光素子LEDの側面を囲んで設けられ、一方の面SUTaに対して傾斜している。
アノード電極ADは、樹脂層CCLと、遮光層LSとで形成される凹状構造内に設けられる。第1部分アノード電極ADaは、壁面CCLb及び遮光層LSに沿って設けられ、断面形状で、凹状構造となる。第1部分アノード電極ADaのうち、壁面CCLbに沿った部分をアノード電極傾斜部ADabとし、遮光層LSに接する部分をアノード電極底部ADaaとする。アノード電極底部ADaaは、一方の面SUTaに平行に設けられ、アノード電極傾斜部ADabは、アノード電極底部ADaaに対して傾斜する。また、第2部分アノード電極ADbは、上面CCLaに設けられる。
第1部分アノード電極ADaの凹状構造の内部に発光素子LEDが設けられる。具体的には、アノード電極底部ADaaの上に、接続層CLを介して発光素子LEDが接続される。アノード電極傾斜部ADabは、接続層CL及び発光素子LEDの側面と対向する。
平坦化層LLは、発光素子LEDの少なくとも側面を覆って、アノード電極ADの上に設けられる。平坦化層LLは、第1部分アノード電極ADaの凹状構造を平坦化するとともに、アノード電極ADとカソード電極CDとを絶縁する。
平坦化層LLには、開口LLbが設けられており、開口LLbの底部に発光素子LEDの上面が位置する。カソード電極CDは、平坦化層LLの上面LLaに設けられる。カソード接続層CDCNは、上面LLa及び開口LLbの内部に設けられ、カソード電極CDと発光素子LEDとを接続する。
オーバーコート層OCは、カソード電極CD及びカソード接続層CDCNを覆って、平坦化層LLの上に設けられる。樹脂層CCL、平坦化層LL、及びオーバーコート層OCは、いずれも透光性を有する有機膜であり、例えば、ネガレジストで形成することができる。
次に、発光素子LEDの構成について説明する。図7は、図6における発光素子を拡大して示す断面図である。図7に示すように、発光素子LEDは、発光素子基板SULED、n型クラッド層NC、発光層EM、p型クラッド層PC、アノード端子ELED1及びカソード端子ELED2を有する。発光素子基板SULEDの上に、n型クラッド層NC、発光層EM、p型クラッド層PC及びカソード端子ELED2の順に積層される。アノード端子ELED1は、発光素子基板SULEDと接続層CLとの間に設けられる。
青色の光を出射する青色発光素子において、発光層EMは、窒化インジウムガリウム(InGaN)であり、インジウムとガリウムの組成比は、例えば0.2:0.8である。p型クラッド層PCとn型クラッド層NCは、窒化ガリウム(GaN)である。発光素子基板SULEDは、炭化珪素(SiC)である。
緑色の光を出射する緑色発光素子において、発光層EMは、窒化インジウムガリウム(InGaN)であり、インジウムとガリウムの組成比は、例えば0.45:0.55である。p型クラッド層PCとn型クラッド層NCは、窒化ガリウム(GaN)である。発光素子基板SULEDは、炭化珪素(SiC)である。
赤色の光を出射する赤色発光素子において、発光層EMは、アルミニウムガリウムインジウム(AlGaIn)であり、アルミニウムとガリウムとインジウムの組成比は、例えば0.225:0.275:0.5である。p型クラッド層PCとn型クラッド層NCは、燐化アルミニウムインジウム(AlInP)である。発光素子基板SULEDは、ヒ化ガリウム(GaAs)である。
赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子のアノード端子ELED1及びカソード端子ELED2は、いずれもアルミニウムである。
各発光素子LEDの製造工程において、製造装置は、発光素子基板SULEDの上に、n型クラッド層NC、発光層EM、p型クラッド層PC及びカソード端子ELED2を成膜する。その後、製造装置は、発光素子基板SULEDを薄膜化して、発光素子基板SULEDの底面にアノード端子ELED1を形成する。そして、製造装置は、方形に切断加工した発光素子LEDを接続層CLの上に配置した。
接続層CLに銀ペーストを用いることで、発光素子LEDを配置する際に、接続層CLは、圧力に応じて変形しつつ、発光素子LEDと密着して導通する。又は、接続層CLに、アノード端子ELED1と同じ金属材料、例えばアルミニウムを用いてもよい。この場合、接続層CLの上に発光素子LEDを配置した後に加熱処理を施すことで、アノード端子ELED1と接続層CLとが一体化される。これにより、接続層CLは、発光素子LEDと良好に導通する。
図6に示すように、発光素子LEDから出射される光は、上側に出射される光Lhだけではなく、側面から出射される光Laもある。光Lhは、カソード接続層CDCN及びオーバーコート層OCを透過して、表示部PNLに出射される。本実施形態では、発光素子LEDは、アノード電極ADの凹状構造の内部に配置される。このため、光Laは、アノード電極傾斜部ADabに入射し、アノード電極傾斜部ADabで反射される。アノード電極傾斜部ADabが傾斜しているため、反射された光Liの進行方向は上側に向けられ、表示部PNL側に出射される。また、発光素子LEDから、斜め下側に向かう光は、アノード電極底部ADaaで反射されて表示部PNL側に出射される。これにより、発光素子LEDの側面から出射される光Laも表示部PNL側に出射することができる。照明装置FRLは、光取出し効率を向上させることができる。
発光素子LEDとして、マイクロLEDを用いることで、照明装置FRLの全体の透光性を維持しながら十分な明るさの光を表示部PNLに照射することができる。また、光源からの光を導光板を利用して面状に拡げて照射する照明装置と比較して、照明装置FRLからの光漏れを抑制でき、良好なコントラスト比が得られる。
また、遮光層LSが設けられているので、外光が、観察面OVSからアノード電極AD及びカソード電極CDに入射することを抑制できる。これにより、観察面OVSから、アノード電極AD及びカソード電極CDが視認されることを抑制できる。
(第1実施形態の第1変形例)
図8は、第1実施形態の第1変形例に係る照明装置を示す断面図である。なお、以下の説明において、上述した実施形態で説明した構成要素については、同じ符号を付して、説明を省略する。図8に示すように、第1変形例において、照明装置FRLは、第1遮光層LS1と第2遮光層LS2とを有する。第1遮光層LS1は、アノード電極ADと重なる領域に設けられ、透光性基板SUTとアノード電極ADとの間に設けられる。具体的には、第1遮光層LS1は、透光性基板SUTと樹脂層CCLとで形成される凹状構造内に設けられる。
第1遮光層LS1は、第1遮光層底部LS1aと、第1遮光層傾斜部LS1bと、第1遮光層連結部LS1cと、を有する。第1遮光層底部LS1aは、透光性基板SUTとアノード電極底部ADaaとの間に設けられる。第1遮光層傾斜部LS1bは、第1遮光層底部LS1aと接続され、壁面CCLbに沿って設けられる。第1遮光層傾斜部LS1bは、アノード電極傾斜部ADabと壁面CCLbとの間に設けられる。第1遮光層連結部LS1cは、樹脂層CCLの上面CCLaと第2部分アノード電極ADbとの間に設けられる。第1遮光層LS1は、平面形状において、図4に示す第1部分遮光層LSa及び第2部分遮光層LSbと同様の形状である。
第2遮光層LS2は、平坦化層LLの上面LLaに設けられ、平坦化層LLとカソード電極CDとの間に設けられる。第2遮光層LS2は、平面視において、カソード電極CDと重なる領域に設けられ、具体的には、図4に示す第3部分遮光層LSc及び第1部分カソード電極CDaと重なる領域に設けられる。第2遮光層LS2の一部は、第1遮光層LS1と重なっていてもよい。
第1変形例では、第1遮光層LS1は、アノード電極ADと接しており、第2遮光層LS2はカソード電極CDと接している。つまり、第1実施形態に比べて、第1遮光層LS1とアノード電極ADとの距離、及び第2遮光層LS2とカソード電極CDとの距離が小さくなる。このため、第1遮光層LS1及び第2遮光層LS2は、アノード電極AD及びカソード電極CDに入射する外光を抑制することができる。
(第1実施形態の第2変形例)
図9は、第1実施形態の第2変形例に係る照明装置を示す断面図である。図9に示すように、第2変形例において、照明装置FRLは、第1絶縁層IL1と第2絶縁層IL2とを有する。第1絶縁層IL1は、透光性基板SUTの法線方向において、第1遮光層LS1とアノード電極ADとの間に設けられる。第1絶縁層IL1は、複数の発光素子LEDに亘って、光照射面LESの全面に設けられる。第1絶縁層IL1は、樹脂層CCLの上面CCLa、壁面CCLbに沿って設けられ、開口CCLcの底部と重なる領域にも設けられる。
第2絶縁層IL2は、透光性基板SUTの法線方向において、第2遮光層LS2とカソード電極CDとの間に設けられる。第2絶縁層IL2の端部は、平坦化層LLとカソード接続層CDCNとの間に設けられる。第2絶縁層IL2は、開口LLbと重なる領域を除いて、複数の発光素子LEDに亘って平坦化層LLの全面に設けられる。
第1絶縁層IL1及び第2絶縁層IL2の材料として、酸化珪素(SiO)層や窒化珪素(SiN)層が適用可能である。あるいは、第1絶縁層IL1及び第2絶縁層IL2の材料として、透光性を有する有機膜を用いてもよい。
第1絶縁層IL1及び第2絶縁層IL2により、第1遮光層LS1とアノード電極ADとが絶縁され、第2遮光層LS2とカソード電極CDとが絶縁される。このため、第1遮光層LS1及び第2遮光層LS2による電界の影響が抑制され、照明装置FRLは、アノード電極AD及びカソード電極CDの劣化を抑制することができる。
(第1実施形態の第3変形例)
図10は、第1実施形態の第3変形例に係る照明装置を示す断面図である。第1実施形態、第1変形例及び第2変形例の発光素子LEDは、下部でアノード電極ADと接続され、上部でカソード電極CDと接続される垂直構造であるが、これに限定されない。図10に示すように、第3変形例において、アノード端子ELED1及びカソード端子ELED2は、いずれも発光素子LEDの上面側に設けられている。
カソード端子ELED2は開口LLbにおいてカソード接続層CDCNと電気的に接続される。アノード端子ELED1は、アノード接続層ADCNを介して接続層CLに電気的に接続される。アノード接続層ADCNは、モリブデンタングステン合金を用いることができる。又は、アノード接続層ADCNは、モリブデンタングステン合金とアルミニウムの積層膜を用いることができる。
このように、照明装置FRLは、アノード端子ELED1及びカソード端子ELED2が同一面側に配置された水平構造の発光素子LEDも適用可能である。
(第2実施形態)
図11は、第2実施形態に係る照明装置の等価回路を示す回路図である。図12は、第2実施形態に係る照明装置の平面図である。図13は、図12における発光素子、アノード電極及びカソード電極を拡大して示す平面図である。図14は、図13におけるXIV-XIV’断面図である。
図11に示すように、カソード電極CDは、アノード電極ADと第1方向Dxに隣り合って配置され、アノード電極ADと平行方向に第2方向Dyに延出している。アノード電極ADとカソード電極CDとは、第1方向Dxに交互に配置されている。発光素子LEDは、第1方向Dxに並ぶアノード電極ADとカソード電極CDとの間に設けられ、アノード電極AD及びカソード電極CDとそれぞれ電気的に接続される。
なお、図11では、図面を見やすくするために走査配線GL及びスイッチング素子SW(図3参照)を省略して示が、図3と同様に、各発光素子LEDにスイッチング素子SWが設けられ、走査配線GLは、アノード電極AD及びカソード電極CDと交差して設けられる。
図12及び図13に示すように、アノード電極AD(第1部分アノード電極ADa及び第2部分アノード電極ADb)の構成は第1実施形態と同様である。カソード電極CDは、全体として第2方向Dyに延出する。具体的には、第1部分カソード電極CDcは、第1部分アノード電極ADaと第1方向Dxに隣り合う。第1部分カソード電極CDcは、第1部分アノード電極ADaと離隔して、第1部分アノード電極ADaの外周に沿って設けられる。第1部分カソード電極CDcは、カソード接続層CDCNにより発光素子LEDと電気的に接続される。
第2部分カソード電極CDdは、第2部分アノード電極ADbと第1方向Dxに離隔して、同じ第2方向Dyに延出する。第2部分カソード電極CDdは、第1方向Dxに配列された第1部分カソード電極CDcを接続する。第2部分カソード電極CDdと第2部分アノード電極ADbとの第1方向Dxでの間隔は、例えば5μm程度である。
遮光層LSは、第1方向Dxに隣り合うアノード電極AD及びカソード電極CDと重なり、第2方向Dyに延出する。具体的には、第1部分遮光層LSaは、第1部分アノード電極ADa及び第1部分カソード電極CDcと重なる。第2部分遮光層LSbは、第2部分アノード電極ADb及び第2部分カソード電極CDdと重なる。第2部分遮光層LSbの第1方向Dxの幅は、第1部分遮光層LSaの第1方向Dxの幅よりも小さい。1つの遮光層LSに重なる1組のアノード電極AD及びカソード電極CDは、第2方向Dyに並ぶ複数の発光素子LEDに接続される。
本実施形態では、カソード電極CDとアノード電極ADとは、同じ方向(第2方向Dy)に延出しており、交差する部分を有さない。このため、図14に示すように、カソード電極CDは、アノード電極ADの第2部分アノード電極ADbと同層に、樹脂層CCLの上面CCLaに設けられる。
平坦化層LLは、アノード電極AD及びカソード電極CDを覆って設けられ、樹脂層CCLの上面CCLa及び樹脂層CCLと第1部分アノード電極ADaとで形成される凹状構造の内部に設けられる。平坦化層LLには、発光素子LEDと重なる部分に設けられた開口LLbに加え、カソード電極CDと重なる部分において開口LLcが設けられる。カソード接続層CDCNは、平坦化層LLの上に設けられ、一端側が開口LLcにおいてカソード電極CDと接続され、他端側が開口LLbにおいて発光素子LEDと接続される。
第2実施形態では、第1実施形態に比べて、遮光層LSの第1方向Dxの幅は大きくなるものの、第3部分遮光層LSc(図4参照)を設ける必要がない。このため、照明装置FRLは、第1実施形態と同様に、透光性に優れ明るい面状光源となる。また、第2実施形態では、アノード電極AD及びカソード電極CDを同一工程で形成できるので、照明装置FRLの製造工程を簡略化することができる。
なお、第2実施形態においても、上述した第1変形例から第3変形例の構成を適用することができる。例えば、遮光層LSは、アノード電極AD及びカソード電極CDと接して設けられていてもよく、あるいは、第1絶縁層IL1及び第2絶縁層IL2を介してアノード電極AD及びカソード電極CDと積層されていてもよい。この場合、遮光層LSは、樹脂層CCLの上面CCLa、壁面CCLb及び開口CCLcの底部の透光性基板SUTに沿って設けられる。
(第3実施形態)
図15は、第3実施形態に係る照明装置の平面図である。図16は、図15におけるXVI-XVI’断面図である。図15及び図16に示すように、第3実施形態において、カソード電極CDは、複数のアノード電極AD及び複数の発光素子LEDに亘って設けられ、光照射面LESの全面に連続して設けられる。つまり、1つの連続したカソード電極CDは、光照射面LESの第1方向Dx及び第2方向Dyに並ぶ複数の発光素子LEDと電気的に接続される。カソード電極CDは、いわゆるベタ平面状に形成される。カソード電極CDの材料として、透光性を有する導電性材料、例えばITOを用いることができる。
図15に示すように、遮光層LSは、アノード電極ADと重なって設けられる。第1部分遮光層LSaは、第1部分アノード電極ADaと重なっており、第1部分カソード電極CDa(図4参照)又は第1部分カソード電極CDc(図12参照)と重なる部分を有さない。このため、第3実施形態では、第1実施形態及び第2実施形態に比べ第1部分遮光層LSaの面積を小さくすることができる。
また、第2実施形態に比べて、第2部分遮光層LSbは、第2部分カソード電極CDdと重なる部分を有さないので、第1方向Dxの幅を小さくすることができる。また、第3部分遮光層LSc(図4参照)を設ける必要がなく、遮光層LSは格子状に形成されず、ストライプ状になる。これにより、照明装置FRLは、透光性を有する領域の面積比が85%以上となる。
図16に示すように、カソード電極CDは、平坦化層LLの上面LLa及び開口LLbに亘って設けられ、開口LLbで発光素子LEDと電気的に接続される。このため、第1実施形態及び第2実施形態と比べカソード接続層CDCNを設ける必要がなく、層構成を簡略化することができる。
第3実施形態においても、上述した第1変形例から第3変形例の構成を適用することができる。例えば、遮光層LSは、アノード電極ADと接して設けられていてもよく、あるいは、アノード電極ADとの間に絶縁層を介して積層されていてもよい。この場合、遮光層LSは、樹脂層CCLの上面CCLa、壁面CCLb及び開口CCLcの底部の透光性基板SUTに沿って設けられる。
(第4実施形態)
図17は、第4実施形態に係る照明装置の平面図である。図18は、図17におけるXVIII-XVIII’断面図である。第4実施形態において、第1変形例と同様に、照明装置FRLは、第1遮光層LS1と第2遮光層LS2とを有する。第1遮光層LS1は、アノード電極ADと重なる領域に設けられ、第2遮光層LS2はカソード電極CDと重なる領域に設けられる。
第4実施形態において、第1遮光層LS1とアノード電極ADとを積層して、パターニングする。また、第2遮光層LS2とカソード電極CDとを積層して、パターニングする。これにより、図17に示すように、平面視で、第1遮光層LS1の外形形状は、アノード電極ADの外形形状と同一形状となる。また、平面視で、第2遮光層LS2の外形形状は、カソード電極CDの外形形状と同一形状となる。
また、図18に示すように、断面形状において、第1遮光層LS1の端部の位置は、アノード電極ADの端部の位置と一致する。つまり、第1遮光層LS1の幅はアノード電極ADの幅と等しい。また、断面形状において、第2遮光層LS2の端部の位置は、カソード電極CDの端部の位置と一致する。つまり、第2遮光層LS2の幅はカソード電極CDの幅と等しい。なお、本実施形態において、同じ幅、同じ外形形状とは、端部の位置が一致する場合に限定されず、エッチングにより端部が傾斜して設けられている場合等、製造工程上の位置ずれが生じていてもよい。
第1遮光層LS1の材料として窒化チタンが用いられる。窒化チタンを成膜した後に、アノード電極ADを構成するチタン(Ti)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)の3層積層膜を成膜する。これらの積層膜を同一工程でパターニングすることで、第1遮光層LS1とアノード電極ADとを積層し、且つ同じ幅、同じ外形形状で形成することができる。第2遮光層LS2とカソード電極CDについても同様の工程で形成できる。
第1遮光層LS1及び第2遮光層LS2に用いられる窒化チタンは、低反射率の金属膜であり、反応性スパッタにより成膜できる。第1遮光層LS1及び第2遮光層LS2の材料として、窒化チタンに限定されず、低反射率の金属窒化物を用いることができる。
あるいは、第1遮光層LS1及び第2遮光層LS2の材料として、黒色顔料を含む非感光性の有機膜を用いることができる。この場合、非感光性の有機膜に積層されるアノード電極AD及びカソード電極CDの材料として、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)の3層積層膜等、ウェットエッチングが可能な材料を用いることができる。モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)の3層積層膜をウェットエッチングでパターニングした後、これに連続して非感光性の有機膜をウェットエッチングしてもよい。これにより、第1遮光層LS1とアノード電極ADとを同一形状にパターニングできる。
第4実施形態の照明装置FRLは、第1実施形態に比べて第1遮光層LS1及び第2遮光層LS2の面積を小さくすることができる。このため、光照射面LESにおける透光性を有する領域の面積比を大きくすることができる。これにより、照明装置FRLは、透光性に優れ明るい面状光源となる。
(第4実施形態の第4変形例)
図19は、第4実施形態の第4変形例に係る照明装置の断面図である。図19は、第2実施形態の照明装置FRLにおいて、遮光層LSとアノード電極ADとを同じ幅、同じ外形形状で形成するとともに、遮光層LSとカソード電極CDとを同じ幅、同じ外形形状で形成している。すなわち、図12において、第1方向Dxに並ぶアノード電極ADとカソード電極CDとの間に遮光層LSが設けられず、透光性を向上させることができる。本実施形態では、アノード電極AD及びカソード電極CDのそれぞれに重なる遮光層LSを同一工程で形成できるので、照明装置FRLの製造工程を簡略化するとともに、透光性を有する領域の面積比を大きくすることができる。
(第5実施形態)
図20は、第5実施形態に係る照明装置の平面図である。第5実施形態において、発光素子LED及び第1部分アノード電極ADaは、透光性基板SUTの上にランダムに配置されている。具体的には、図20に示すように、第2方向Dyに並ぶ発光素子LED及び第1部分アノード電極ADaは、第1方向Dxの位置が異なって配置される。アノード電極ADは、方向D1に沿って設けられた第2部分アノード電極ADb1と、方向D2に沿って設けられた第2部分アノード電極ADb2と、を有する。方向D1と方向D2とは、第2方向Dyに対して、互いに反対側に傾斜する方向である。第2部分アノード電極ADb1と、第2部分アノード電極ADb2とが、第2方向Dyに交互に配置されて、アノード電極ADは、ジグザグ線状に形成される。第2部分アノード電極ADb1と、第2部分アノード電極ADb2との間に発光素子LED及び第1部分アノード電極ADaが設けられる。
なお、図20では、第1方向Dxの位置が異なるように発光素子LED及び第1部分アノード電極ADaを配置しているが、これに限定されない。第1方向Dxに並ぶ発光素子LED及び第1部分アノード電極ADaにおいて、第2方向Dyの位置を異ならせてもよい。この場合、カソード電極CDも発光素子LEDの位置に対応して、発光素子LED及び第1部分アノード電極ADaと重ならないように、第1方向Dxに対して傾斜して設けられる。
また、図20では、発光素子LEDごとに第1方向Dxの位置を異ならせているが、複数の発光素子LEDを1つのグループとして、グループごとに発光素子LEDの位置を異ならせてもよい。例えば、第1方向Dxに10個、第2方向Dyに10個並ぶ合計100個の発光素子LEDを1つのグループとしてもよい。
このように、本実施形態では、発光素子LEDが透光性基板SUTの上にランダムに配置されているので、これに接続されるアノード電極AD及びカソード電極CDもランダムに配置される。このため、照明装置FRLにおいてモアレの発生を抑制することができる。
(第5実施形態の第5変形例)
図21は、第5実施形態の第5変形例に係る照明装置の平面図である。図21に示す第5変形例では、第5実施形態に比べて、複数の発光素子LED及び複数の第1部分アノード電極ADaの位置がよりランダムに配置されている。複数の発光素子LED及び複数の第1部分アノード電極ADaの位置の設定方法は、例えば、図4に示すようなマトリクス状に配置された複数の発光素子LEDの位置を基準位置として、それぞれの発光素子LEDの基準位置からのシフト量とシフト方向を乱数により決定する。これにより、複数の発光素子LED及び複数の第1部分アノード電極ADaの第1方向Dxの位置及び第2方向Dyの位置がランダムになるように決定される。
具体的には、図21に示す、第1方向Dxに並ぶ複数の発光素子LED-1、LED-2、LED-3及び第1部分アノード電極ADa-1、ADa-2、ADa-3において、第2方向Dyの位置が互いに異なる。また、発光素子LED-1と発光素子LED-2との間の第1方向Dxの距離は、発光素子LED-2と発光素子LED-3との間の第1方向Dxの距離と異なる。発光素子LED-1と発光素子LED-2との間に配置された第2部分カソード電極CDbと、発光素子LED-2と発光素子LED-3との間に配置された第2部分カソード電極CDbとの、第1方向Dxに対する傾斜角度も異なる。
同様に、第2方向Dyに並ぶ複数の発光素子LED-4、LED-2、LED-5及び第1部分アノード電極ADa-4、ADa-2、ADa-5において、第1方向Dxの位置が互いに異なる。また、発光素子LED-4と発光素子LED-2との間の第2方向Dyの距離は、発光素子LED-2と発光素子LED-5との間の第2方向Dyの距離と異なる。発光素子LED-4と発光素子LED-2との間に配置された第2部分アノード電極ADbと、発光素子LED-2と発光素子LED-5との間に配置された第2部分アノード電極ADbとの、第2方向Dyに対する傾斜角度も異なる。
図21では、ランダムに配置された9個の発光素子LEDを示している。ただし、ランダムに配置された数10個から数100個程度の複数の発光素子LEDを1まとまりの発光素子グループとして、発光素子グループを繰り返し配置してもよい。第5変形例では、図20に示す第5実施形態に比べて、複数の発光素子LED及び複数の第1部分アノード電極ADaの配置の規則性を、より低下させることができる。このため、照明装置FRLにおいてモアレの発生を抑制する効果を高めることができる。
(第6実施形態)
図22は、第6実施形態に係る照明装置の断面図である。図22に示すように、第6実施形態では、照明装置FRLは、さらに光取出し層LPLを有する。光取出し層LPLは、透光性を有する無機絶縁層であって、発光素子LEDの少なくとも一部及びアノード電極ADを覆って設けられる。具体的には、光取出し層LPLは、例えば、層厚300nm程度の酸化チタン層である。光取出し層LPLは、発光素子LEDを接続層CLの上に配置した後、CVD法で成膜することができる。
光取出し層LPLは、発光素子LEDの少なくとも一部を覆う。光取出し層LPLは、発光素子LEDの上面及び側面を囲み、さらに、発光素子LEDの周辺にも設けられる。具体的には、光取出し層LPLは、側部LPLaと、傾斜部LPLbと、延出部LPLcと、対向部LPLdと、外縁部LPLeと、頂部LPLfとを含む。
側部LPLaは、発光素子LEDの側面を囲んで設けられる。傾斜部LPLbは、側部LPLaの下端と接続され、側部LPLaと延出部LPLcとの間に設けられる。傾斜部LPLbは、接続層CLの側面に沿って設けられ、側部LPLaに対して傾斜する。
延出部LPLcは、アノード電極底部ADaaの上に設けられ、傾斜部LPLbの下端と接続される。言い換えると、透光性基板SUTの法線方向において、アノード電極ADは、遮光層LSと延出部LPLcとの間に設けられる。つまり、延出部LPLcは、側部LPLaの下端側に設けられ、平面視で、側部LPLaよりも発光素子LEDの外側、すなわち発光素子LEDの側面から離れる方向に延出する。
対向部LPLdは、発光素子LEDの側面と対向する。具体的には、対向部LPLdは、延出部LPLcの端部に接続され、樹脂層CCLの壁面CCLb及びアノード電極傾斜部ADabに沿って傾斜して設けられる。樹脂層CCLの壁面CCLbから、アノード電極傾斜部ADab、対向部LPLdの順に積層される。
外縁部LPLeは、対向部LPLdの上端に接続され、第2部分アノード電極ADb及び樹脂層CCLの上面CCLaに設けられる。
頂部LPLfは、側部LPLaの上端と接続され、発光素子LEDの上面に設けられる。言い換えると、頂部LPLfは、発光素子LEDの上面とカソード接続層CDCNとの間に設けられる。
平坦化層LLは、発光素子LEDの側面、及び光取出し層LPLを覆って樹脂層CCLの上に設けられる。平坦化層LLの開口LLbは、頂部LPLfと重なる領域に設けられる。
なお、光取出し層LPLは図22に示す構成に限定されず、適宜変更してもよい。例えば、対向部LPLd及び外縁部LPLeが設けられていない場合であってもよい。又は、発光素子LEDの上面に頂部LPLfが設けられていなくてもよい。
図23は、発光素子からの光が、光取出し層を伝播する様子を説明するための説明図である。発光素子LEDから、これに近接する層への光Laの入射のし易さは、全反射角θrで表される。全反射角θrとは、発光素子LEDで生じた光Laが、近接する層との界面において全反射される入射角度である。図23に示すように、光Laの側部LPLaへの入射角θaは、発光素子LEDの側面の法線方向と、光Laの進行方向とが成す角度である。入射角θaが全反射角θr以下の場合、透過成分が存在するので、全反射角θrが大きいほど、光Laは近接する層に入射しやすい。
ここで、発光素子LEDの屈折率をnLEDとし、近接する層の屈折率をnAJとすると、全反射角θrは下記の式(1)で表される。
θr=arcsin(nAJ/nLED) ・・・ (1)
AJ>nLEDの関係を満たす場合、全ての入射角θaで光Laは近接する層に入射できる。nAJ<nLEDの場合、nAJが大きいほど全反射角θrが大きくなるので、光Laのうち、近接する層に入射する成分が大きくなる。
本実施形態では、発光素子LEDの側面と平坦化層LLとの間に、光取出し層LPLの側部LPLaが設けられている。発光素子LEDの屈折率nLEDは、例えば、nLED=2.4であり、平坦化層LLの屈折率は、例えば1.5である。光取出し層LPLの屈折率は、nAJ=2.4程度であり、平坦化層LLの屈折率よりも大きい。すなわち、光取出し層LPLの屈折率と発光素子LEDの屈折率nLEDとの差は、平坦化層LLの屈折率と発光素子LEDの屈折率との差よりも小さい。このため、発光素子LEDの側面に接して平坦化層LLを設けた場合に比べて、本実施形態では、発光素子LEDと側部LPLaとの界面での全反射角θrが大きくなり、発光素子LEDからの光Laは、側部LPLaに入射しやすくなる。なお、発光素子LEDの屈折率nLEDは、光取出し層LPLの屈折率nAJと同じであるが、異なっていてもよい。
側部LPLaと延出部LPLcとの間に傾斜部LPLbが設けられているので、側部LPLaと延出部LPLcとを直接連結した場合に比べて、側部LPLaと傾斜部LPLbとが成す角度及び延出部LPLcと傾斜部LPLbとが成す角度が緩やかになる。これにより、側部LPLaに入射した光Lbは、傾斜部LPLbを介して延出部LPLcに良好に導かれる。
延出部LPLcの上部に平坦化層LLが設けられ、下部にアノード電極ADが設けられる。これにより、光Lbは、延出部LPLcの内部で反射しながら、発光素子LEDから離れる方向に伝播する。その過程で、光Lbの入射角が、延出部LPLcと平坦化層LLとの界面の全反射角よりも小さくなると、光Lcが上側に向けて出射される。図23では図示を省略しているが、光Lbは、対向部LPLd及び外縁部LPLeにも伝播して、光Lcが上側に向けて出射される。このように、本実施形態では、光取出し層LPLを設けたことにより、発光素子LEDからの光Laは、光取出し層LPLの全面から出射できる。これにより、照明装置FRLは、光取出し効率を向上させることができる。
また、光取出し層LPLは、光Lbを伝播させることができるため、発光素子LEDごとに光取出し層LPLを区切ることで、光Lbは、光照射面LESのうち透光性を有する部分に伝播しない。例えば、光取出し層LPLを、樹脂層CCL及び第1部分アノード電極ADaで形成される凹状構造内にのみ形成してもよい。
光取出し層LPLの材料として酸化チタン層を例示したが、これに限定されない。光取出し層LPLの材料として、高屈折率で透光性を有する材料が好ましく、例えば、酸化タンタル、酸化ニオブ、バリウムチタン酸化物等が適用可能である。また、光取出し層LPLの厚さも、あくまで一例であり適宜変更できる。
(第6実施形態の第6変形例)
図24は、第6実施形態の第6変形例に係る照明装置の断面図である。図24に示すように、第6変形例において、光取出し層LPLの頂部LPLfが設けられていない。すなわち、光取出し層LPLは、側部LPLa、傾斜部LPLb、延出部LPLc、対向部LPLd及び外縁部LPLeを有し、発光素子LEDの上面は平坦化層LLの開口LLbの底部に露出する。発光素子LEDの上面は、開口LLbにおいて、カソード接続層CDCNと直接、接する。言い換えると、発光素子LEDのカソード端子ELED2(図7参照)は、カソード電極CDと直接、接する。これにより、第6変形例では、カソード端子ELED2とカソード電極CDとの間の接続抵抗を抑制することができるので、駆動電圧(アノード電源電位)を低減できる。
(第6実施形態の第7変形例)
図25は、第6実施形態の第7変形例に係る照明装置の断面図である。図25に示すように、第7変形例において、平坦化層LLが設けられず、カソード電極CD及びカソード接続層CDCNは、光取出し層LPLの上に設けられている。具体的には、カソード接続層CDCNは、光取出し層LPLの側部LPLa、傾斜部LPLb、延出部LPLc、対向部LPLd及び外縁部LPLeに重なって設けられる。カソード電極CD及びカソード接続層CDCNは、光取出し層LPLを介してアノード電極ADと絶縁される。第7変形例においても、頂部LPLfは設けられず、カソード電極CDは、複数の発光素子LEDのカソード端子ELED2に電気的に接続される。
カソード電極CD及びカソード接続層CDCNの上に、オーバーコート層OCが設けられる。オーバーコート層OCは、樹脂層CCL及び第1部分アノード電極ADaで形成される凹状構造内に設けられる。また、オーバーコート層OCは、発光素子LEDの側面及び上面を覆って設けられ、上面が平坦化されるように発光素子LEDの高さよりも高く形成される。第7変形例では、上述した第6実施形態及び第6変形例と比較して、平坦化層LLを省略することができるため、照明装置FRLの製造コストを低減することができる。
(第6実施形態の第8変形例)
図26は、第6実施形態の第8変形例に係る照明装置の断面図である。図26に示すように、第8変形例において、光取出し層LPLの表面に複数の微小な凹部COCが設けられる。凹部COCは、側部LPLa、延出部LPLc、対向部LPLd及び外縁部LPLeに設けられる。ただし、凹部COCは、傾斜部LPLbにも設けられていてもよい。凹部COCは、光取出し層LPLの表面を削って形成することができ、例えば、サンドブラストなどの研磨剤を光取出し層LPLに吹き付ける方法で形成できる。
延出部LPLcの内部を伝播する光Lbは、延出部LPLcと平坦化層LLとの界面のうち、凹部COCが設けられていない領域で反射する。凹部COCが設けられた部分では、局所的に界面が傾いており、凹部COCが設けられていない領域とは、光Lbの入射角が異なる。このため、光Lcは、効率よく平坦化層LL側に出射される。
(第6実施形態の第9変形例)
図27は、第6実施形態の第9変形例に係る照明装置の断面図である。図27に示すように、第9変形例において、光取出し層LPLの表面に複数の微小な凸部COVが設けられる。凸部COVは、側部LPLa、延出部LPLc、対向部LPLd及び外縁部LPLeに設けられる。ただし、凸部COVは、傾斜部LPLbにも設けられていてもよい。凸部COVは、光取出し層LPLと同じ材料、例えば酸化チタンの微粒子を付着させることで形成できる。より具体的には、平坦化層LLを構成する有機材料中に酸化チタンの微粒子を混合させて平坦化層LLを形成し、平坦化層LL中の微粒子の一部が、光取出し層LPLの表面に付着することで凸部COVが形成される。
第9変形例においても、凸部COVが設けられた部分では、局所的に界面が傾いており、凸部COVが設けられていない領域とは、光Lbの入射角度が異なる。このため、光Lcは効率よく平坦化層LL側に出射される。なお、図26及び図27の構成に限定されず、光取出し層LPLの表面に複数の微小な凹凸構造が形成されていてもよい。具体的には、逆スパッタ法などにより、光取出し層LPLの表面を粗面化することで、凹凸構造を形成してもよい。
(第6実施形態の第10変形例)
図28は、第6実施形態の第10変形例に係る照明装置の断面図である。図28に示すように、第10変形例において、遮光層LSの上に複数の凸状構造PTが設けられている。複数の凸状構造PTは、遮光層LSの上に有機レジストをパターニングすることで形成できる。その後、熱処理を施すことにより有機レジストが溶融しながら固化して、複数の凸状構造PTは、曲面を有する半円状の断面構造となる。
アノード電極AD及び延出部LPLcは、遮光層LS及び複数の凸状構造PTの上に設けられる。アノード電極ADの延出部LPLcと重なる部分には、凸状構造PTの形状に倣って複数の凸部が形成される。延出部LPLcの表面にも、凸状構造PTの形状に倣って複数の凸部が形成される。
これにより、アノード電極ADと、延出部LPLcとの界面は、複数の凸部が設けられた部分で局所的に傾いており、光Lbの反射角が異なる。これにより、複数の凸部が設けられた部分と、複数の凸部が設けられていない部分とで光Lbの進行方向が変化する。光Lbのうち、延出部LPLcと平坦化層LLとの界面の法線方向に進行する成分が増大し、光Lcは、平坦化層LLに透過できる。また、延出部LPLcと平坦化層LLとの界面においても複数の凸部が設けられた部分で局所的に傾いている。これにより、凸部が設けられた部分と、凸部が設けられていない部分とは、光Lbの入射角度が異なる。このため、光Lcは効率よく平坦化層LL側に出射される。
(第6実施形態の第11変形例)
図29は、第6実施形態の第11変形例に係る照明装置の断面図である。図29に示すように、第11変形例において、遮光層LSの上に設けられた複数の凸状構造PTの断面形状は台形状である。凸状構造PTは、有機レジストの溶融温度よりも低い温度で熱処理を施すことにより形成できる。
第11変形例においても、アノード電極AD及び延出部LPLcには、凸状構造PTの形状に倣って、複数の凸部が形成される。光Lbの一部は、アノード電極ADに形成された凸部の側面で反射して、進行方向が変化する。凸部の側面で反射した光Lbは、さらに接続層CLの表面で反射する。そして、光Lcは、傾斜部LPLbから上側に向けて出射される。なお、図29では図面を見やすくするために、延出部LPLcの内部を進行する光Lbは省略している。第11変形例においても、上述した第10変形例と同様に、アノード電極AD及び延出部LPLcに形成された複数の凸部により、光Lcは効率よく平坦化層LL側に出射される。
(第7実施形態)
図30は、第7実施形態に係る照明装置の断面図である。図30に示すように、第7実施形態の照明装置FRLは、第1蛍光体層FL1及び第2蛍光体層FL2を有する。第1蛍光体層FL1及び第2蛍光体層FL2は、発光素子LEDから出射された光を波長変換して、異なる色の光を出射する。
第1蛍光体層FL1は、上述した平坦化層LLに換えて設けられており、発光素子LEDの側面を覆って設けられる。第1蛍光体層FL1は、樹脂層CCL及び第1部分アノード電極ADaで形成される凹状構造内に設けられ、樹脂層CCLの上面CCLaにも設けられる。第1蛍光体層FL1には、発光素子LEDの上面と重なる領域に開口FL1bが設けられる。カソード接続層CDCNは、第1蛍光体層FL1の上面FL1aに設けられ、開口FL1bにおいて発光素子LEDと電気的に接続される。第2蛍光体層FL2は、開口FL1bの内部に設けられ、発光素子LEDの上面を覆う。
第7実施形態では、発光素子LEDとして、青色発光素子BLEDを用いる。第1蛍光体層FL1及び第2蛍光体層FL2は、それぞれ、赤色の蛍光を発光する赤色蛍光体と、緑色の蛍光を発光する緑色蛍光体を用いる。これにより、照明装置FRLは、青色発光素子BLEDから出射された光と、第1蛍光体層FL1及び第2蛍光体層FL2の蛍光とが合わされて、白色光が出射される。
第1蛍光体層FL1は、赤色発光の量子ドットを混合したネガ型レジストをパターニングして形成される。第2蛍光体層FL2は、緑色発光の量子ドットを混合したネガ型レジストをパターニングして形成される。なお、第1蛍光体層FL1が緑色蛍光体であり、第2蛍光体層FL2が赤色蛍光体であってもよい。
量子ドットは、カドミウムセレン(CdSe)のコア構造と、これを取り巻く硫化亜鉛(ZnS)のシェル構造で構成される。緑色蛍光体は波長530nm、赤色蛍光体は波長630nmにそれぞれ蛍光の極大波長を示すように、量子ドットの粒子径が調整されている。量子ドットの吸収スペクトルは連続的で、青色発光素子BLEDの極大発光波長においても十分な吸収を示す。また、シェル構造の表面にはネガ型レジストとの相溶性を向上するための有機分子鎖を有する。なお、これに限定されず、非カドミウム系の量子ドットも適用可能である。非カドミウム系の量子ドットとして、燐化インジウム(InP)のコア構造と、硫化亜鉛(ZnS)のシェル構造で構成されるものが挙げられる。赤色蛍光体と緑色蛍光体には、量子ドットに限定されず、有機低分子や有機金属錯体を用いることができる。
第1蛍光体層FL1及び第2蛍光体層FL2は等方的に発光する。このため、第1蛍光体層FL1及び第2蛍光体層FL2で発光した光は、透光性基板SUT側に進む成分や、透光性基板SUTと平行方向に進む成分が存在する。本実施形態では、第1蛍光体層FL1及び第2蛍光体層FL2の側面及び下方にアノード電極ADが設けられている。また、壁面CCLbに設けられたアノード電極傾斜部ADabは傾斜している。
これにより、第1蛍光体層FL1及び第2蛍光体層FL2で発光した光は、アノード電極底部ADaa及びアノード電極傾斜部ADabで反射されて、上側、すなわち表示部PNL(図1参照)側に進行方向が変えられる。このように、第1蛍光体層FL1及び第2蛍光体層FL2を設けた場合であっても、照明装置FRLは、光取出し効率を向上させることができる。
本実施形態では、第1蛍光体層FL1及び第2蛍光体層FL2を設けているので、赤色発光素子、緑色発光素子及び青色発光素子の3色の発光を混合せずに、白色光を出射できる。つまり、発光素子LEDとして青色発光素子BLEDのみを用いることができる。このため、照明装置FRLの製造工程において、発光素子LEDの配列工程を簡略化することができる。
図31は、第7実施形態に係る照明装置を備えた表示装置を模式的に示す断面図である。図32は、第7実施形態に係る照明装置を備えた表示装置を模式的に示す平面図である。
図31に示すように表示装置DSPAは、照明装置FRLと表示部PNLAとを有する。表示部PNLAにおいて、第1基板SU1及び第2基板SU2は、絶縁基板であり、例えば、ガラス基板、樹脂基板又は樹脂フィルム等が用いられる。第1基板SU1及び第2基板SU2は、例えば、ホウケイ酸ガラスである。
第1基板SU1の一方の面に、遮光層DLS、アンダーコート層UC、半導体層PS、ゲート絶縁層GZL、走査配線GL、層間絶縁層LZL、ソース電極SE及びドレイン電極DE、第1平坦化層LL1、対向電極LSE、容量窒化膜LSN、画素電極PE、第1配向膜AL1の順に積層されている。画素電極PEは、光を反射する光沢を有する金属材料を含み、例えば、アルミ膜とITO膜の積層体である。画素電極PEは、駆動トランジスタTRのドレイン電極DEに接続される。画素電極PEは、共通電極CEとの組み合わせで、画像信号に対応した電圧を液晶層LCに印加する。
第2基板SU2の一方の面に、ブラックマトリクスBM、カラーフィルタCF、平坦化層LLCF、共通電極CE、第2配向膜AL2の順に積層されている。共通電極CEは、例えば、ITO膜である。
第1配向膜AL1と第2配向膜AL2との間に液晶層LCが配置される。第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2はいずれも垂直配向性のポリイミド膜である。これにより、液晶層LCの配向状態を垂直配向にするとともに、円偏光板CPLとの組み合わせにより、表示部PNLAは電圧無印加時に暗表示となる。また、液晶層LCに負の誘電率異方性の液晶材料を用いることでノーマリーブラック型の電圧-反射率特性となる。
図31では、2つの画素Pixを拡大して示しており、画素Pixの境界の上に、照明装置FRLの発光素子LEDが配置される。第2基板SU2において、カラーフィルタCFの境界にブラックマトリクスBMが設けられている。つまり、発光素子LEDは、ブラックマトリクスBMと重なる領域に配置される。
図32は、図31に示す表示装置DSPAを照明装置FRL側から見たときの透過平面図である。図32に示すように、複数の表示走査配線GCL及び複数の表示信号配線SLが交差して配列される。表示走査配線GCLは、それぞれ第1方向Dxに延出する。表示信号配線SLは、それぞれ第2方向Dyに延出する。表示走査配線GCL及び複数の表示信号配線SLで囲まれた領域が、1つの画素Pixとして構成される。
表示部PNLAの形状は特に限定されず、例えば、横長の矩形状であってもよく、縦長の矩形状であってもよい。表示部PNLAの画素Pixの数M×Nを(M,N)で表記したとき、例えば、表示部PNLAが横長の矩形状の場合には(M,N)の値として、(640,480)、(800,600)、(1024,768)などの画像表示用解像度の幾つかを例示することができる。また、表示部PNLAが縦長の矩形状の場合には相互に値を入れ替えた解像度を例示できる。
画素Pixの長辺の長さLP1を、X1μmとし、画素Pixの短辺の長さLP2を、X2μmとする。アノード電極AD及びカソード電極CDの配置間隔は、画素Pixの大きさの整数倍となっている。図32では、アノード電極ADの第1方向Dxの配置間隔は、長さLP2の9倍、すなわち、9×X2μmである。カソード電極CDの第2方向Dyの配置間隔は、長さLP1の3倍、すなわち、3×X1μmである。
アノード電極ADは表示信号配線SLと平行方向に延出し、表示信号配線SLと重なって配置される。カソード電極CDは表示走査配線GCLと平行方向に延出し、表示走査配線GCLと重なって配置される。2つのアノード電極ADと2つのカソード電極CDとで囲まれる領域に27個の画素Pixが含まれる。言い換えると、27個の画素Pixを含む四角形の領域の4つの頂点に発光素子LEDが配置される。
第1方向Dx及び第2方向Dyにおける発光素子LEDの配置間隔は、第3方向Dzにおける発光素子LEDと画素電極PEとの距離と、おおむね等しい大きさである。
これにより、表示装置DSPAは、発光素子LEDを十分な配置密度で配置することができ、表示部PNLAの画像表示面、すなわち第2基板SU2の上面に照射される光を均一にすることができる。また、アノード電極AD及びカソード電極CDが、それぞれ表示信号配線SL及び表示走査配線GCLと重なるように、照明装置FRLと表示部PNLAとを位置合わせしたことにより、モアレの発生を抑制することができる。また、表示装置DSPAは、第3方向Dzから見たときの開口率の低下を抑制できる。
本実施形態の表示装置DSPAは、照明装置FRLと表示部PNLAとを組み合わせることで、低照度の環境においてもコントラスト比や色純度の低下を抑制することができ、良好に表示を観察することができる。また、表示装置DSPAは、照度によらず一定のコントラスト比を示す。
なお、図31では、第7実施形態の照明装置FRLが設けられているが、上述した第1実施形態から第6実施形態及び各変形例の照明装置FRLを適用することができる。
(第8実施形態)
図33は、第8実施形態に係る表示装置を模式的に示す断面図である。表示部PNL、PNLAの表示素子は、液晶素子に限定されない。第8実施形態の表示装置DSPBにおいて、表示部PNLBは、表示素子として電気泳動素子が用いられた電気泳動型表示パネルである。
表示部PNLBの積層構造は、図31に示す表示部PNLAと類似している。表示部PNLBは、図31に示した円偏光板CPL、第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2が設けられていない。また、液晶層LCに換えて、電気泳動層ECが設けられている。電気泳動層ECは、画素電極PEと共通電極CEとの間に配置される。
電気泳動層ECは、帯電した白色微粒子MWPと黒色溶液BLとを内包したマイクロカプセルMCを多数有する。白色微粒子MWPは黒色溶液BL中に分散されている。白色微粒子MWPは、画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界の極性に応じて移動する。白色微粒子MWPが第2基板SU2側に移動した場合に白表示となり、白色微粒子MWPが第1基板SU1側に移動した場合に黒表示となる。なお、白色微粒子MWPの移動に要する電圧が高いため、反射型の液晶表示装置に比べて、駆動トランジスタTRは高耐圧仕様である。
第8実施形態の表示装置DSPBにおいて、白色微粒子MWPは、外光又は照明装置RFLからの光を反射して、画像を表示する。電気泳動型の表示装置DSPBにおいても、照明装置FRLと表示部PNLBとを組み合わせることで、低照度の環境においてもコントラスト比や色純度の低下を抑制することができ、良好に表示を観察することができる。また、表示装置DSPBも、照度によらず一定のコントラスト比を示す。
なお、図33では、第7実施形態の照明装置FRLが設けられているが、上述した第1実施形態から第6実施形態及び各変形例の照明装置FRLを適用することができる。
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。上述した各実施形態及び各変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも1つを行うことができる。
AD アノード電極
ADa 第1部分アノード電極
ADb 第2部分アノード電極
CCL 樹脂層
CD カソード電極
CDa、CDc 第1部分カソード電極
CDb、CDd 第2部分カソード電極
CDCN カソード接続層
CL 接続層
DSP、DSPA、DSPB 表示装置
EC 電気泳動層
ELED1 アノード端子
ELED2 カソード端子
FL1 第1蛍光体層
FL2 第2蛍光体層
FRL 照明装置
GCL 表示走査配線
IL1 第1絶縁層
IL2 第2絶縁層
LED、BLED 発光素子
LC 液晶層
LL 平坦化層
LPL 光取出し層
LS 遮光層
LS1 第1遮光層
LS2 第2遮光層
PE 画素電極
Pix 画素
PNL、PNLA、PNLB 表示部
PT 凸状構造
SL 表示信号配線
SU1 第1基板
SU2 第2基板
SUT 透光性基板

Claims (17)

  1. 反射型の表示装置の画像表示面に対向して配置される照明装置であって、
    透光性基板と、
    前記透光性基板に設けられた複数の発光素子と、
    複数の前記発光素子と電気的に接続されたアノード電極と、
    複数の前記発光素子と電気的に接続されたカソード電極と、を有し、
    前記アノード電極は、
    凹状構造を有し、前記凹状構造の内部にそれぞれ前記発光素子が配置される複数の第1部分アノード電極と、
    前記第1部分アノード電極よりも小さい幅を有し、複数の前記第1部分アノード電極を接続する第2部分アノード電極と、を有し、
    透光性を有し、前記発光素子の少なくとも一部及び前記アノード電極を覆う無機絶縁層、を有し、
    前記無機絶縁層の表面に、複数の凹部又は複数の凸部が設けられ、
    前記透光性基板の表面に平行な所定の方向での複数の前記凹部又は複数の前記凸部のそれぞれの幅は、前記所定の方向での前記発光素子の幅よりも小さく、かつ、前記無機絶縁層の表面に垂直な方向での複数の前記凹部の深さ又は複数の前記凸部の高さは、前記無機絶縁層の膜厚よりも小さい
    照明装置。
  2. 反射型の表示装置の画像表示面に対向して配置される照明装置であって、
    透光性基板と、
    前記透光性基板に設けられた複数の発光素子と、
    複数の前記発光素子と電気的に接続されたアノード電極と、
    複数の前記発光素子と電気的に接続されたカソード電極と、を有し、
    前記アノード電極は、
    凹状構造を有し、前記凹状構造の内部にそれぞれ前記発光素子が配置される複数の第1部分アノード電極と、
    前記第1部分アノード電極よりも小さい幅を有し、複数の前記第1部分アノード電極を接続する第2部分アノード電極と、を有し、
    前記アノード電極の上に設けられ、前記発光素子と重なる領域に開口が設けられた平坦化層と、
    前記透光性基板の法線方向において、前記透光性基板と、前記アノード電極及び前記カソード電極との間に設けられた遮光層と、を有し、
    前記カソード電極は、前記平坦化層の上側に設けられ、
    前記遮光層は、
    前記アノード電極と重なる領域に設けられ、前記透光性基板と前記アノード電極との間に設けられた第1遮光層と、
    前記カソード電極と重なる領域に設けられ、前記平坦化層と前記カソード電極との間に設けられた第2遮光層と、を有する
    照明装置。
  3. 前記第1部分アノード電極は、
    前記発光素子と接続されるアノード電極底部と、
    前記発光素子の側面と対向し、前記アノード電極底部に対して傾斜するアノード電極傾斜部と、を有する
    請求項1又は請求項2に記載の照明装置。
  4. 前記カソード電極は、
    前記第1部分アノード電極と離隔して、前記第1部分アノード電極の外周に沿って設けられた複数の第1部分カソード電極と
    複数の前記第1部分カソード電極を接続する第2部分カソード電極と、を有する
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の照明装置。
  5. 前記第2部分カソード電極は第1方向に延出し、
    前記第2部分アノード電極は前記第1方向と交差する第2方向に延出し、
    前記第1部分カソード電極は、平面視で、前記第2部分アノード電極と交差する
    請求項に記載の照明装置。
  6. 前記透光性基板の法線方向において、前記透光性基板と、前記アノード電極及び前記カソード電極との間に設けられた遮光層を有し、
    前記遮光層は、
    前記第1部分アノード電極及び前記第1部分カソード電極と重なる第1部分遮光層と、
    前記第2部分アノード電極と重なり、前記第1部分遮光層よりも小さい幅を有する第2部分遮光層と、
    前記第2部分カソード電極と重なり、前記第1部分遮光層よりも小さい幅を有する第3部分遮光層と、を有する
    請求項又は請求項に記載の照明装置。
  7. 平面視で、前記アノード電極と前記第1遮光層とは同じ幅を有する
    請求項に記載の照明装置。
  8. 前記カソード電極は、前記アノード電極と第1方向に隣り合って配置され、前記カソード電極及び前記アノード電極は、前記第1方向と交差する第2方向に延出する
    請求項に記載の照明装置。
  9. 前記カソード電極は、
    前記第1部分アノード電極と離隔して、前記第1部分アノード電極の外周に沿って設けられた複数の第1部分カソード電極と
    複数の前記第1部分カソード電極を接続する第2部分カソード電極と、を有し、
    前記透光性基板の法線方向において、前記透光性基板と、前記アノード電極及び前記カソード電極との間に設けられた遮光層を有し、
    前記遮光層は、
    前記第1部分アノード電極及び前記第1部分カソード電極と重なる第1部分遮光層と、
    前記第2部分アノード電極及び前記第2部分カソード電極と重なり、前記第1部分遮光層よりも小さい幅を有する第2部分遮光層と、を有する
    請求項8に記載の照明装置。
  10. 前記発光素子の側面と対向する樹脂層と、
    前記アノード電極及び前記樹脂層の上に設けられ、前記発光素子と重なる領域に開口が設けられた平坦化層を有し、
    前記カソード電極及び前記第2部分アノード電極は、前記樹脂層の上に設けられ、
    前記カソード電極は、前記平坦化層の上に設けられたカソード接続線を介して前記発光素子と電気的に接続される
    請求項8又は請求項9に記載の照明装置。
  11. 前記カソード電極は、複数の前記アノード電極及び複数の前記発光素子に亘って、前記発光素子からの光が照射される光照射面に連続して設けられる
    請求項1に記載の照明装置。
  12. 前記発光素子及び前記第1部分アノード電極は前記透光性基板の上にランダムに配置されている
    請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の照明装置。
  13. 透光性を有し、前記発光素子の少なくとも一部及び前記アノード電極を覆う無機絶縁層を有する
    請求項に記載の照明装置。
  14. 前記無機絶縁層の表面に、複数の凹部又は複数の凸部が設けられる
    請求項13に記載の照明装置。
  15. 前記発光素子の側面を覆い、前記アノード電極の前記凹状構造の内部に設けられた蛍光体層を有する
    請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の照明装置。
  16. 請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の照明装置と、
    前記照明装置から照射された光により画像を表示する表示部と、を有する
    表示装置。
  17. 前記表示部は、
    複数の画素と、
    複数の前記画素に走査信号を供給する走査配線と、
    複数の前記画素に画素信号を供給する信号配線と、を有し、
    平面視で、前記信号配線は前記アノード電極と重なって設けられ、前記走査配線は前記カソード電極と重なって設けられる
    請求項16に記載の表示装置。
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