JP7200949B2 - 透明表示装置、及び透明表示装置を備えた合わせガラス - Google Patents

透明表示装置、及び透明表示装置を備えた合わせガラス Download PDF

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Description

本発明は、透明表示装置、及び透明表示装置を備えた合わせガラスに関する。
従来、発光ダイオードを表示画素として利用した表示装置が知られている。さらに、このような表示装置のうち、装置を通して背面側の像を視認できるものが知られている。例えば、特許文献1には、背景に重ね合わされた情報をディスプレイするための透明デバイスであって、透明な下層の上に堆積された導電性経路によってアドレス可能な複数のLED光源を備えているものが記載されている。
特開2006-301650号公報
しかしながら、特許文献1に記載されたような透明デバイスにおいて適切な表示能を確保するためには配線等の構成要素の配置を複雑にせざるを得ない。そのため、画面の透明性が低下して、表示装置の背面側の像の視認が困難になる可能性がある。
上記の点に鑑みて、本発明の一形態においては、発光ダイオードを備えた透明表示装置において、適切な表示能を確保しつつ、透明性を向上させることを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明の一形態は、第1の透明基材と、前記第1の透明基材上に画素ごとに配置された発光部と、前記発光部の各々に接続された配線部とを備えた透明表示装置であって、前記発光部の各々は、10,000μm以下の面積を有する少なくとも1つの発光ダイオードを含み、表示領域において、透過率が20%以下の領域の面積が30%以下であり、前記配線部は、配線本体と該配線本体に沿って形成された側縁部を備えた配線を含み、該側縁部の少なくとも一部に、前記配線本体よりも透過率の高い高透過率縁部を備えているまた、本発明の一形態は、第1の透明基材と、前記第1の透明基材上に画素ごとに配置された発光部と、前記発光部の各々に接続された配線部とを備えた透明表示装置であって、前記発光部の各々は、10,000μm 以下の面積を有する少なくとも1つの発光ダイオードを含み、表示領域において、透過率が20%以下の領域の面積が30%以下であり、前記配線部は、側縁部に凹凸を有する配線を含む
本発明の一態様によれば、発光ダイオードを備えた透明表示装置において、適切な表示能を確保しつつ、透明性を向上させることができる。
第1実施形態による透明表示装置の基本構成を説明するための模式的な断面図である。 第1実施形態による透明表示装置の概略的な平面図である。 第1実施形態における透明表示装置の変形例を説明するための模式図である。 第1実施形態における透明表示装置の変形例を説明するための模式図である。 第1実施形態における透明表示装置の変形例を説明するための模式図である。 第1実施形態における透明表示装置の変形例を説明するための模式図である。 第1実施形態における透明表示装置の変形例を説明するための模式図である。 第1実施形態における透明表示装置の変形例を説明するための模式図である。 第1実施形態における透明表示装置の変形例を説明するための模式図である。 第2実施形態による透明表示装置の基本構成を説明するための模式的な断面図である。 第2実施形態による透明表示装置の構成を説明するための模式図的な断面図である。 第2実施形態による透明表示装置の構成を説明するための模式図的な断面図である。 第2実施形態による透明表示装置の構成を説明するための模式図的な断面図である。 第3実施形態(合わせガラス)の基本構成を説明するための模式的な断面図である。 第3実施形態(合わせガラス)の応用例を示す図である。 例1~8で用いられたフォトマスクパターンを示す図である。 実施例における二重像試験で用いた装置を説明するための図である。 例9~14で用いられた一画像パターンを示す図である。 例15~18で用いられた一画像パターンを示す図である。 例19及び例20で用いられた一画像パターンを示す図である。 例21及び例22で用いられた一画像パターンを示す図である。 例15~18の回折光像のシミュレーション画像を示す図である。 光量の評価における0次光及び十次光について説明する図である。 例15~18の回折光像の、フィルタ処理後のシミュレーション画像を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して説明を省略する場合がある。また、本発明は、下記の実施形態に限定されることはない。
本発明の一形態は、第1の透明基材と、第1の透明基材上に画素ごとに配置された発光部と、発光部の各々に接続された配線部とを備えた透明表示装置であって、発光部の各々は、10,000μm以下の面積を有する少なくとも1つの発光ダイオードを含み、表示領域において透過率が20%以下の領域の面積が30%以下である。
本明細書において「透明表示装置」とは、表示装置の背面側(観察者とは反対側)に位置する人物や背景等の視覚情報を、所望の使用環境下で視認可能な表示装置を指す。なお、視認可能とは、少なくとも表示装置が非表示状態、すなわち通電されていない状態で判定されるものである。
また、本明細書において、「透明」である(或いは透光性を有する)とは、可視光線の透過率が40%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上であることを指す。また、透過率5%以上であり且つヘイズ(曇値)が10以下のものを指していてもよい。透過率が5%以上あれば、室内から日中の屋外を見た際に、室内と同じ程度、若しくはそれ以上の明るさで屋外を見ることができるため、十分な視認性を確保することが可能となる。また、透過率が40%以上あれば、観察者側と透明表示装置の向こう側(背面側)の明るさが同程度であったとしても、透明表示装置の向こう側を実質的に問題なく視認することが可能となる。また、ヘイズが10以下であれば、背景のコントラストを10に確保できるため、実質的に透明表示装置の向こう側を問題なく視認することが可能となる。「透明」とは、色が付与されているか否かは問わず、つまり無色透明であってもよく、有色透明であってもよい。なお、透過率は、ISO9050に準拠する方法により測定された値(%)を指す。ヘイズ(曇り度)は、ISO14782に準拠する方法により測定された値を指す。
また、本明細書において、「表示領域」とは、透明表示装置において画像(文字を含む)が表示される領域であって、発光部によって輝度が変化し得る最大範囲を指す。
<第1実施形態>
図1に、本発明の第1実施形態による透明表示装置1Aの基本的な構造を説明するための断面の模式図を示す。図示のように、透明表示装置1Aは、透明基材10と、透明基材10の主面上に配置された発光部20(後述の発光ダイオード21)と、同じく透明基材10の主面上に配置された配線部30Aとを有していてよい。
図2に、第1実施形態による透明表示装置1Aの模式的な部分平面図を示す。図2には、図の行方向及び列方向(それぞれ図面のx方向及びy方向)にそれぞれ2画素、計4画素が配置された領域を例示する。図2に示すように、発光部20は、表示領域内において、行方向及び列方向(それぞれ図面のx方向及びy方向)に、すなわちマトリクス状(格子状)に配置されていてよい。しかし、発光部20の配置形式はマトリクス状に限られず、千鳥格子状(オフセット状)等、同色の発光部が特定の方向に一定の間隔で配置される別の配置形式であってもよい。
複数の発光部20の各々は、透明表示装置1Aの画素(ピクセル、表示画素ともいう)ごとに設けられている。すなわち、各発光部20は、表示装置1Aの各画素に対応し、1つの発光部20が1つの画素を構成するようになっている。
各発光部20は、少なくとも1つの発光ダイオード(LED)を含む。よって、本形態では、少なくとも1つのLEDが透明表示装置1Aの各画素を構成している。このように、本形態による透明表示装置1Aは、LEDを画素として用いる表示装置であり、いわゆるLEDディスプレイ(LED表示装置)と呼ばれるものである。
各発光部20は2以上のLEDを含んでいてよい。例えば、互いに異なる波長を有する3つのLEDを含んでいてよい。より具体的には、図示の形態のように、各発光部20が、赤色系LED21R、緑色系LED21G、及び青色系LED21B(以下、合せてLED21とする場合がある)を含んでいてよい。そして、各LEDが、1つの画素を構成する各副画素(サブピクセル)に対応している。このように、各発光部20が、光の三原色(R、G、B)をそれぞれ発光することができるLEDを有することにより、3色のLEDが1組となって1つの画素を構成することができ、これにより、フルカラーの画像を表示することができる。また、各発光部20は同系色のLEDを2つ以上含んでいてもよい。これにより、映像のダイナミクスレンジを大きくしたりすることが可能となる。
本形態で用いられるLEDは、微小サイズの、いわゆるマイクロLEDと呼ばれるものである。具体的には、LEDを透明基材10上に配置した際のLEDの幅、すなわち行方向(x方向)の長さは100μm以下であってよく、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは20μm以下である。また、透明基材10上に配置した時のLEDの長さ、すなわち列方向(y方向)の長さは100μm以下であってよく、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは20μm以下である。LEDの幅及び長さの下限に特に限定はないが、製造上の諸条件等から、特にエッジ効果を低減するためにそれぞれ3μm以上であることが好ましい。
また、透明基材10上で1つのLEDが占める面積は10,000μm以下であってよい。この面積は、好ましくは1,000μm以下であり、より好ましくは100μm 以下である。なお、透明基材10上での1つのLEDが占める面積の下限は、製造上の諸条件等から10μm以上とすることができる。なお、本明細書において、LEDや配線等の構成部材が占める面積は、一画素の領域において配線部が占める面積は、平面視での面積とすることができる。
通常、視力1.5の人が1m離れた画像において太さを視認できる限界は50μmであり、15μm以下となると直接視認することが困難であると言われている。よって、上述のような微小サイズのLEDを用いることによって、比較的近接して、例えば数10cm~2m程度の距離を置いて、観察者が表示装置を観察するような場合であっても、LEDは視認されないか、又は視認されたとしてもその存在が目立たないため、表示装置の背面側の像の視認性を高めることができる。
また、透明基材10として可撓性を有する材料を用いた場合、得られた表示装置が曲げられても、上述のような微小サイズのLEDを用いているため、LEDが損傷することなく、画素として適切に機能することができる。そのため、本形態による表示装置を、曲面を有する板状体、例えば互いに直交する2方向に曲げられた板状体に装着して使用する場合、又はそのような板状体2つの間に封入して使用する場合であっても、表示装置が損傷し難い。
LED自体の透明性は低く、例えばその透過率は10%以下程度である。その理由は、LEDへ電極や光を片側に効率よく取り出すためのミラー構造をその上面若しくは下面に形成することによる。よって、微小サイズのLEDを用いることにより、LEDが光の透過を妨げる領域を低減でき、表示領域において透過率が低い領域(例えば、透過率が20%以下の領域)を低減することができる。また、微小サイズのLEDを用いることにより、画素において透過率が高い領域が増加するので、表示装置の透明性が向上し、背面側の像の視認性を向上させることができる。また、表示装置の高い透明性を確保しつつ、配線等の発光部以外の要素の構成の自由度も大きくすることができる。
用いられるLEDのタイプに限定はないが、チップ型とすることができる。LEDは、パッケージングされていない状態のものであってもよいし、全体がパッケージ内に封入されたもの、或いは少なくとも一部が樹脂で覆われたものであってもよい。覆った樹脂がレンズ機能を備えることで光の利用率や、外部への取り出し効率を上げる様なものであってもよい。また、その場合、1つのLEDが1つのパッケージ内に封入されたものであってもよいし、互いに異なる波長の光を発する3つのLEDが1つのパッケージ内に封入されたもの(3in1チップ)、同一の波長で発光するが蛍光体等により異なる種類の光を取り出せるもの等であってもよい。なお、LEDがパッケージングされている場合、上述の1つのLEDが占める面積、及びLEDの寸法(x方向寸法及びy方向寸法)はそれぞれ、パッケージ後の状態での面積及び寸法を指す。3つLEDが1つのパッケージ内に封入されている場合には、各LEDの面積はパッケージ全体の面積の3分の1以下とすることができる。
また、LEDの形状は特に限定されないが、長方形、正方形、六角形、錐構造、ピラー形状等であってよい。
LEDは、液相成長法、HDVPE法、MOCVD法等により成長させ、切断されて得られたものを実装することができる。また、LEDは、マイクロトランスファープリンティング等によって、半導体ウェハから剥離し、基材上に転写することもできる。
LEDの材料は特に限定されないが、無機材料であると好ましい。例えば、発光層の材料としては、赤色系LEDであれば、AlGaAs、GaAsP、GaP等が好ましく、緑色系LEDでは、InGaN、GaN、AlGaN、GaP、AlGaInP、ZnSe等が好ましく、青色系LEDでは、InGaN、GaN、AlGaN、ZnSe等が好ましい。
LEDの発光効率(エネルギー変換効率)は、1%以上であると好ましく、5%以上であるとより好ましく、15%以上であるとさらに好ましい。発光効率が1%以上であるLEDを用いることで、上述のようにLEDのサイズが微小であっても十分な輝度を得ることができ、日中に表示部材としての利用も可能となる。また、LEDの発光効率が15%以上であると、発熱量等を小さくすることが出来、樹脂接着層を用いた合わせガラス内部への封入が容易になる。
図2に示すように、各発光部20は所定の間隔を置いて設けられている。発光部20間のピッチは、画素のピッチに相当する。図2においては、x方向における画素ピッチをp pxで、y方向における画素ピッチをppyで示す。本明細書において画素ピッチという場合、x方向における画素ピッチppx及びy方向における画素ピッチをppyの少なくとも一方を指す。
pxは、100~3000μmとすることができ、好ましくは180~1000μmであり、より好ましくは250~400μmである。ppyは、100~3000μmとすることができ、好ましくは180~1000μmであり、より好ましくは250~400μmである。また、一画素の領域Pの面積はppx×ppyで表すことができる。一画素の面積は、1×10μm~9×10μmとすることができ、好ましくは3×10~1×10μmであり、より好ましくは6×10~2×10μmである。
画素ピッチを上記範囲とすることによって、十分な表示能を確保しつつ、高い透光性を実現することができる。また、透明表示装置の背面側からの光によって生じ得る回折現象を低減又は防止することもできる。
また、本形態による表示装置の表示領域における画素密度は、10ppi以上であってよく、好ましくは30ppi以上、より好ましくは60ppi以上とすることができる。
上記画素ピッチは、各発光部20に含まれる同色のLEDのピッチに相当し得る。例えば、x方向の画素ピッチppxは、赤色系LED21Rのx方向でのピッチに相当し、y方向の画素ピッチppyは、赤色系LED21Rのy方向でのピッチに相当し得る。
一画素の面積は、画面又は表示領域のサイズ、用途、視認距離等にもよって適宜選択することができる。一画素の面積を1×10μm~9×10μmとすることで、適切な表示能を確保しつつ、表示装置の透明性を向上させることができる。
各LEDの面積は、一画素の面積に対して、30%以下であるとよく、10%以下であると好ましく、5%以下であるとより好ましく、1%以下であるとさらに好ましい。一画素の面積に対して1つのLEDの面積を30%以下とすることで、透明性、及び表示装置の背面側の像の視認性を向上させることができる。
また、表示領域においてLEDが占める面積の合計は、30%以下であるとよく、10%以下であると好ましく、5%以下であるとより好ましく、1%以下であるとさらに好ましい。
図2では、各画素について、赤色系LED21R、緑色系LED21G、青色系LED21Bがx方向に一列に並べて配置されているが、3つのLEDの配置は図示のものに限られない。例えば、3つのLEDの配置順を変更して、緑色系LED21G、青色系LED21B、赤色系LED21Rの順に配置する等してよい。また、3つのLEDの配置方向を変更して、y方向に並べてもよい。或いは、3つのLED21R、21G、21Bを一列に配置するのではなく、各LEDを三角形の頂点に位置するように配置してもよい。
また、各発光部20が複数のLEDを備えている場合、各画素における(各発光部20における)LED同士の間隔は、100μm以下であると好ましく、10μm以下であるとより好ましい。また、各発光部20において、複数のLED同士が互いに接して配置されていてもよい。これにより、電源配線を共通化しやすくなり、開口率を向上させることができる。
なお、各発光部20が複数のLEDを含む場合、各画素における複数のLEDの配置順、配置方向等は互いに同じであってもよいし異なっていてもよい。また、各発光部20が波長の異なる光を発する3つのLEDを含む場合、一部の発光部20において、LEDがx方向又はy方向に並んで配置され、別の一部の発光部20において、各色のLEDが三角形の頂点にそれぞれ位置するように配置されていてもよい。
図2に示すように、表示装置1Aには、透明基材10の主面上に配線部30Aが設けられている。配線部30Aは、複数の線状体の配線から構成されていてよい。図示の例では、配線部30Aは、y方向に延びるデータ線(データ信号線)31a、電源線31b、及びグランド線31c(それぞれ、単に配線31とも呼ぶ)を含む。これらの各配線は、各発光部20に接続されており、各発光部20は個別に制御可能となっていてよい。表示装置1Aが、後述のICチップ50を備えている場合、各配線は、発光部20及びICチップ50の少なくとも一方に接続されていればよい。配線31の発光部20及びICチップ50の少なくとも一方へ接続される場合、配線31は、図示のように、発光部20又はICチップ50の付近において、枝分かれしていてよい。枝分かれした配線は、図示の例のようにx方向に延在していてよい。
配線部30Aの線の材料としては、銅、アルミニウム、銀、金等の金属、カーボンナノチューブ等が挙げられる。これらの材料のうち、低抵抗率であることから銅が好ましい。また、配線部30Aの線は、その表面が黒色や褐色などの暗色であってもよい。配線30Aの線の暗色化は、表面を被覆してもよく、例えば、チタン、モリブデン、クロム、タングステン、酸化銅、酸化モリブデン、窒化チタン、カーボン等で被覆することができる。このとき配線部30Aの表面を被覆する材料の屈折率は、透明基材等の近接する他の透明な部材の屈折率に近いことが反射を抑制し、迷光を吸収できるため望ましい。例えば、暗色材料の屈折率の実部が、3.0以下であると好ましく、2.0以下であるとより好ましく、1.3から1.7であるとさらに好ましい。
また、配線部30Aの線の材料の表面に暗色化合物を形成してもよく、例えば、酸化処理、水酸化処理、塩化処理、硫化処理などにより酸化銅、水酸化アルミ、塩化銀、硫化銀、酸化銅(II)、硫化銅(II)などを形成し暗色化することができる。
また、暗色化された表面をつや消し(マット)処理しても好ましい。マット処理は、Raが0.05μm以上、5μm以下であると好ましく、0.1μm以上、2μm以下であるとさらに好ましい。
配線30Aの表面を暗色にすることにより、反射光の回折光の発生を抑制する。これにより、画像のコントラスト改善、背景視認性向上に効果がある。また、不透明な表示装置に比べて透明表示装置1Aでは対策の難しい、光源からの光の回折光、透明基材からの反射光や透明基材内部を伝搬する光などの低減を図り、透明性と迷光耐性を高めることができる。
配線部30Aに含まれる各配線の幅はいずれも、100μm以下であると好ましく、50μ以下であるとより好ましく、15μm以下であるとさらに好ましい。上述のように、視力1.5の人が1m離れた画像において太さを視認できる限界は50μmであり、15μm以下となると直接視認することが困難であると言われている。よって、線の幅を100μm以下、好ましくは50μm以下とすることで、比較的近接して、例えば数10cm~2m程度の距離を置いて、観察者が表示装置を観察するような場合であっても、配線部が視認されないか、又は視認されても目立たない。そのため、表示装置の背面側の像の視認性を高めることができる。
透明表示装置1Aに外部から光が照射された場合には乱反射が生じ、場合によっては回折等が生じ得るので、表示装置1Aの向こう側の像の視認性が低下する場合がある。特に、図示の例のように、配線が、主としてx方向及びy方向に延在している場合、x方向及びy方向に延びる十字型の回折像(十字回折像と呼ぶ)が現れやすい傾向がある。これに対し、各配線の幅を小さくすることで、透明表示装置の背面側からの光によって生じ得る回折現象を低減又は防止することができ、これにより、背面側の像の視認性をさらに向上させることができる。回折を低減するという観点では、各配線の幅を好ましくは50μm以下、より好ましくは10μm以下、さらに好ましくは5μm以下とするとよい。なお、上述の透明表示装置の背面側からの光は、透明表示装置に含まれる発光部とは別の光源から発せられる光である。
また、配線部30Aに含まれる配線の幅は0.5μm以上であると好ましい。線の幅を0.5μm以上にすることで、配線抵抗が過度に上昇することを防ぐことができ、これにより、電源の電圧降下や信号強度の低下を防止することができる。
配線部30Aを構成する線の電気抵抗率は、1.0x10-6Ωm以下が好ましく、2.0x10-8Ωm以下がより好ましい。また、配線部30Aを構成する線の熱伝導率は、150~250W/(m・K)であると好ましく、350~450W/(m・K)であるとより好ましい。
配線部30Aにおいて、隣り合う配線同士の間隔(異なる機能を有する配線同士の間隔を含む)は、5~3000μmとすることができ、好ましくは10~2000μm、より好ましくは100~1000μmとすることができる。また、x方向及びy方向の少なくとも一方で、隣り合う配線同士の間隔を、5~3000μmとすることができ、好ましくは10~2000μm、より好ましくは100~1000μmとすることができる。同じ機能を有する配線同士の間隔(例えば電源線同士の間隔)は、好ましくは150~3000μmであり、より好ましくは300~1000μmとすることができる。
線が密になっていると、又は線が密になっている領域があると、背面側の像の視認を妨げる場合がある。そのため、隣り合う線同士の間隔を5μm以上とすることで、そのような視認の妨げを低減することができる。但し、配線の幅が5μm以下と小さい場合には、また、表示装置の透明性を確保できるのであれば、配線間を光の波長以下のサイズになるようにブラックマトリクス等で遮光してもよい。また、隣り合う線同士の間隔を3000μm以下とすることで、十分な表示能を確保するための配線を構成することができる。
また、配線部30Aの線同士の間隔を、x方向及びy方向の少なくとも一方において100μm以上とすることによって、乱反射や回折等による視認性の低下を防止することができる。
なお、上述の隣り合う配線同士の間隔は、配線が湾曲していたり、配線同士が平行に配置されていなかったりする等、配線同士の間隔が一定でない場合には、隣り合う配線同士の間隔の最大値とすることができる。この場合、配線としては、複数の画素に跨って延在する配線に着目することが好ましい。
図示の形態では、配線部30Aは、正面視(平面視)で、ほぼ等間隔に主としてy方向に沿って延在する配線を含む構成となっているが、配線部30Aの構成は図示のものに限られない。例えば、配線部30Aのうち、電源線31bを、x方向及びy方向の各方向に沿って、複数の画素に跨って延在するメッシュ状の配線とすることもできる。これにより、電源線が低抵抗化され、作成可能な面積の大面積化を図ることができる。また、メッシュを構成する略平行な配線の本数が、3本以上であると低抵抗化と透過率の向上とを両立でき好ましい。
また、図示の形態では、複数の画素に跨って延在するデータ線31aはy方向にのみ沿って配置されているが、複数の画素に跨って延在するデータ線をx方向及びy方向の各方向に配置することもできる。このような構成は、パネルの大面積化の観点から好ましい。
さらに、配線30Aにおいては、データ線31a、電源線31b、及びグランド線31cの少なくとも2つを厚さ方向に重ねて配置することができる。例えば、図3に模式的な断面図で示すように、データ線31aの下に、電源線31b及びグランド線31cを積層させることができる。この場合、データ線31a、電源線31b、及びグランド線31cが互いに接触しないよう、一部の配線を透明基材10内に埋め込むようにしてもよいし、配線の間に絶縁層15を挟むこともできる。
一画素の領域において配線部が占める面積は、一画素の面積に対して、30%以下であると良く、10%以下であると好ましく、5%以下であるとより好ましく、3%以下であるとさらに好ましい。また、表示領域全体において配線部が占める面積も、表示領域の面積に対して30%以下であると良く、10%以下であると好ましく、5%以下であるとより好ましく、3%以下であるとさらに好ましい。
線状体の集合体である配線部30Aの透光性は比較的低く、その透過率は例えば20%以下、或いは10%以下となり得る。そのため、一画素の領域において配線部が占める面積を30%以下とすることで、また、表示領域において配線部が占める面積を30%以下とすることで、配線部30Aが光の透過を妨げる領域を低減でき、表示領域において透過率の低い領域(例えば、透過率が20%以下の領域)を低減することができる。また、表示領域において配線部30Aが占める面積を20%以下とすることで、透過率の高い領域が増加するので、表示装置の透明性が向上し、背面側の像の視認性を向上させることができる。
さらに、各画素において(一画素の領域において)発光部20と配線部30Aとが占める面積は、一画素の面積に対して30%以下であると好ましく、20%以下であるとより好ましく、10%以下であるとさらに好ましい。また、発光部20と配線部30Aとが占める面積は、表示領域の面積に対して、30%以下であると好ましく、20%以下であるとより好ましく、10%以下であるとさらに好ましい。
透明基材10は、絶縁性を有し透明であれば特に限定されないが、樹脂を含むものが好ましく、主として樹脂からなるものが好ましい。透明基材に使用される樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル系樹脂、シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)等のオレフィン系樹脂、セルロース、アセチルセルロース、トリアセチルセルロース(TAC)等のセルロース系樹脂、ポリイミド(PI)等のイミド系樹脂等が挙げられる。また、透明基材10としては、薄手のガラス、例えば200μm以下、好ましくは100μm以下のガラス等も用いることができる。
上記の透明基材に用いられる材料のうち、耐熱性向上の観点からはポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)が好ましい。また、複屈折率が低く、透明基材を通して見た像の歪みや滲みを低減できる点では、シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)等が好ましい。
上記材料は、単独で、又は2種以上を組み合わせて、すなわち異なる材料が混合された形態で又は異なる材料からなる平面状の基材を積層させて使用することができる。透明基材10全体の厚さは、3μm~1000μmであると好ましく、5μm~200μmであるとより好ましい。透明基材10の可視光の内部透過率は、50%以上であると好ましく、70%以上であるとより好ましく、90%以上であるとさらに好ましい。
また、透明基材10は可撓性を有していると好ましい。これにより、例えば透明表示装置1Aを湾曲した板状体に装着したり、湾曲した2つの板状体で挟んで用いたり場合には、透明表示装置1Aを板状体の湾曲に容易に追従させることができる。また、100℃以上に加熱時に収縮挙動を示す素材であると、なお好ましい。
透明表示装置1Aは、図2に示すように、発光部20に接続された駆動用のICチップ50をさらに備えていてもよい。図4に、駆動用ICチップ50を備えた形態の基本的な構成を模式的に示す。各ICチップ50は、図2に示すように、各画素に対応して、すなわち画素ごとに(発光部20ごとに)配置されて、各画素を駆動することができる。また、各ICチップ50は、複数の画素に対応して、すなわち複数の画素ごとに配置されて、複数の画素を駆動することもできる。複数の画素ごとにICチップが配置されている形態の模式的な平面図を、図5に示す。図5の例では、1つのICチップが、4画素の発光部を駆動するように構成されている。
なお、ICチップ50は、透明基材10上に配置されていてもよいが、透明基材10上に、銅、銀製のパッドを配置し、その上にICチップを配置してもよい。また、上述のLED21も、同様に、パッド上に配置されていてよい。また、パッドが占める面積は、300~2000μm程度とすることができる。
ICチップ50としては、アナログ部分と論理部分とを備えたハイブリッドIC等を用いることができる。また、ICチップの面積は、100,000μm以下であってよく、10,000μm以下であると好ましく、5,000μm以下であるとより好ましい。ICチップのアナログ部分は、電流量を制御する回路の他に、昇圧回路等を含んでいても良い。ICチップ自体の透明性は低く、例えばその透過率は20%以下程度であるので、上記のサイズのICチップを用いることにより、ICチップが光の透過を妨げる領域を低減でき、表示領域において透過率の低い領域(例えば、透過率が20%以下の領域)を低減することに寄与できる。また、面積が20,000μm以下のICチップ50を用いることにより、透過率の高い領域が増加するので、表示装置の透明性が向上し、背面側の像の視認性を向上させることができる。
また、上述のように、複数の画素に対して1つのICチップが配置されている構成(図5)では、表示領域において配置されるICチップの数が少なく、ICチップの占める面積の合計が小さくなるので、表示装置の透過性をより向上させることができる。
なお、本形態では、LEDとICチップとが共にパッケージングされたICチップ付LEDを用いることもできる。また、ICチップを、薄膜トランジスタ(TFT)を含んだ回路に置き換えてもよい。
透明表示装置1AがICチップ50を備えている場合、各画素において(一画素の領域において)発光部20、配線部30A、及びICチップ50が占める面積は、一画素の面積に対して30%以下であると好ましく、20%以下であるとより好ましく、10%以下であるとさらに好ましい。また、発光部20、配線部30A、及びICチップ50が占める面積は、表示領域全体の面積に対して、30%以下であると好ましく、20%以下であるとより好ましく、10%以下であるとさらに好ましい。
さらに本形態では、透過率の低い領域を、一画素の領域において偏在させてもよい。例えば、一画素の領域において、配線部の配線同士を近接させ、また発光部及びICチップと、配線とを近接させてもよい。これにより、x方向及びy方向に一定の拡がりを持った高透過率の領域を形成することができる。例えば、一画素の領域内に、低透過率領域、例えば透過率20%以下の領域を含まないようにすることができる。低透過率の領域を、一画素の領域において偏在させることにより、背面側から光の回折をより一層抑制することができる。
本形態では、上述の構成によって、各画素における透過率の低い領域、例えば透過率20%以下の領域を30%以下に、好ましくは20%以下に、より好ましくは10%以下に抑えることができる。また、表示領域全体における透過率20%以下の領域を30%以下に、好ましくは20%以下に、より好ましくは10%以下に抑えることができる。これにより、各画素において70%以上の可視光透過率を容易に得ることができ、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上の透過率を容易に得ることができる。そして、表示領域全体においても、70%以上の可視光透過率を得ることができ、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上の透過率を容易に得ることができる。
図6~図8に、本形態の別の例を示す。図6及び図7に示す例は、図2に示す透明表示装置1Aと同様の構成を有するが、配線部30Aの配線(データ線31a、電源線31b、及びグランド線31c)が、平面視で、その接線方向が変化するように配置されている点で異なっている。本明細書において、配線の接線方向とは、配線の延在方向に延びる中心線に対する接線方向とすることができる。図6~図7に示すように、配線は、屈曲部若しくは湾曲部、又はその両方を有するように配置されていてよい。また、配線は、平面視で、所定方向に凹凸が繰り返される波形状とすることができる。
図6の例では、データ線31a及び電源線31bは、複数の屈曲部を有しており、x方向に凹凸を繰り返す形状で、y方向に延在している。いわば、両配線は、ジグザグ状(三角波状)に配置されている。図示の例では、上記配線は、所定の振幅Aを有するx方向の凹凸を、所定の波長λで繰り返すような配置を有する。なお、本明細書においては、波長λは、波形1つ分の長さ(単位μm等)を示すものであり、周期、周期長、ピッチ等と呼ぶ場合もある。
一方、図7の例では、データ線31a及び電源線31bは、曲線状の部分を含み、グランド線31cも緩やかな曲線状の部分を含む。いわば、これらの配線は、曲線波状、より具体的には正弦波状になっている。図7の例では、配線には図6の例のように角はなく、平面視で、微分可能な曲線状の部分を含むよう配置されている。すなわち、配線の接線方向が連続して変化するよう配置されている。このような曲線の形状は、例えば、正弦曲線等とすることができる。図7の例においても、配線は、所定の振幅Aを有するx方向の凹凸を、所定の波長λで繰り返すような配置を有している。
このように、配線がジグザグ状又は曲線波状になっていること(図6~図8)により、背面側にある光源からの光が表示装置において回折することを効果的に抑制することができる。これは、配線の直線状の部分を短くでき、又はなくすことができるために、回折現象が所定の一方向に連続して発生することを回避し、回折現象の発生位置が分散されることが理由であると考えられる。
配線が平面視で波形状である場合、図6及び図7に示した形状の他、正弦波以外の曲線波状、又は矩形波、鋸歯状波等の形状とすることもできる。
なお、曲線状の配線は、直線状の配線に比べて、人間の見た目にはぼやけて、視認されにくい傾向がある。そのため、配線の直線部分が少なく、曲線部分が多い程、官能的に透明性を向上させることができる。よって、図7に示すような曲線波状に配置された配線を有する構成では、回折を抑制しつつ透明性も向上させることができ、結果として、背面側の像の視認性を効果的に向上させることができる。
さらに、配線部が、屈曲部若しくは湾曲部又はその両方を有するように配置されることによって、接線方向が変化しない直線状の配線と比較して、表示領域のヘイズも低減させることができる。これは、配線自体の長さが長くなるにも関わらず、回折光の角度が小さくなり、また回折光強度も小さくなるためであるためと考えられる。表示領域のヘイズ値は、例えば、10%以下、好ましくは3%以下、より好ましくは1.0%以下とすることができる。
なお、配線が平面視で波形状である場合、振幅Aは、1~500μmとすることができ、2.5~180μmであると好ましく、5~60μmであるとさらに好ましい。また、波長λは、1000μm以下とすることができ、50~600μmであると好ましく、100~400μmであるとさらに好ましい。振幅A及び波長λを上記範囲とすることにより、背面側からの光の回折現象を抑制し、ヘイズを低減させ、また配線が過度に長くなって配線の電気抵抗が上昇することを防止することができる。
さらに、波長λに対する振幅Aの比の値(A/λ)は、0.005~0.5とすることができ、0.05~0.3であると好ましく、0.05~0.15であるとより好ましい。波長λに対する振幅Aの比の値を0.005以上とすることで、光の回折現象を効果的に抑制することができ、また1以下とすることで、配線が過度に長くなることを防止することができる。
図6及び図7の例では、配線の振幅A及び波長λは一定となっているが、一配線内で振幅A及び波長λの少なくとも一方が変動していてもよい。なお、振幅A及び波長λの少なくとも一方が変動している場合、所定の配線における振幅A又は波長λは、一画素内における当該所定の配線の振幅A又は波長λの平均値とすることができる。
同じ方向に延びる隣り合う配線同士では、振幅A、波長λ、及び位相の少なくとも1つが同じであってもよいし、振幅A、波長λ、及び位相の全てが異なっていてもよい。例えば、図7において、データ線31aと電源線31bとは、発光部20及びICチップ50への接続のための枝分かれ部分を除き、同じy方向に延在する隣同士の配線である。そして、互いに振幅A及び波長λはほぼ同じとなっているが、凹凸(波形)の位相が異なっている。
ここで、同じ方向に延びる隣り合う配線同士で、配線の振幅A及び波長λの少なくとも一方を異ならせることによって、特に波長λを異ならせることによって、背面側からの光の回折現象の抑制、及びヘイズ低減の効果をより一層向上させることができる。また、同じ方向に延びる隣り合う配線同士で、互いの位相がずれていることにより、クロストークを抑制するという効果も得られる。
また、1つの画素において、画素内の1つの配線は、少なくとも1つの屈曲部又は湾曲部を有していることで、上述の回折抑制及びヘイズ値低減の効果を得ることができる。しかし、1つの画素における少なくとも1つの配線が有する屈曲部及び湾曲部の数(合計数)は、発光部20やICチップ50への接続のための枝分かれ部分を除いて、3以上であると好ましく、10以上であるとより好ましく、30以上であるとさらに好ましい。
図8の例は、図5に示す透明表示装置1Aと同様の構成を有するが、配線部30Aのうち、電源線31bが曲線波状に配置されており、データ線31a及びグランド線31cが角を有するように屈曲して配置されている。また、発光部20とICチップ50とを接続する配線32も2箇所以上で屈曲して配置されている。図6及び図7に示す例と同様、図8の例でも、配線部30Aにおける直線状の部分(一方向に沿って直線状に延在する部分)を短くしているので、より高い背面側からの光の回折現象の抑制及びヘイズ低減の効果を得ることができる。
以上の例のように、配線部30Aが、平面視で、接線方向が変化するように配置されている配線を有する場合、配線の直線部分の長さが、500μm以下であると好ましく、100μm以下であるとより好ましい。配線の直線部分の長さを300μm以下とすることで、人間の目で見た場合に配線がぼやけて、視認されにくくなる。そのため、官能的に透明性を向上させることができる。また、配線の直線部分の長さは、製造条件等を考慮すると、2μm以上であることが好ましい。また、配線には直線部分がない、すなわち、配線が全体的に曲線状であることが好ましい。
また、配線がその接線方向が変化するように配置されていることで、本形態による表示装置1Aを、曲面を有する板状体、例えば互いに直交する2方向に曲げられた板状体(ガラス板等)に装着して使用する場合、又はそのような板状体2つの間に封入して使用する場合であっても、配線にかかる応力を低減することができるので、配線の損傷を防ぐことができる。
さらに、配線31は、平面視で直線的に配置されているか又は接線方向が変化するように配置され、配線31の少なくとも一方の側縁の全体又は一部に、配線本体311と配線本体に沿って形成された側縁部を備えてもよい。図18(a)では、配線本体311の透過率と比べて高い透過率を有する高透過率縁部312を備える。また、高透過率縁部は、外側に向かうにつれ透過率が漸次又は段階的に大きくなっている透過率変化部となっていてもよい。高透過率縁部が、外側に向かうにつれ透過率が段階的に大きくなっている場合、高透過率縁部内に透過率の異なる2~5の領域を設けることが好ましい。例えば、配線31が透過率0%であるように形成されている場合、高透過率縁部が、透過率50%の領域と透過率75%の領域とを有するように構成することができる。高透過率縁部の幅は、0.1~5μm程度とすることができ、配線本体の幅の5~30%程度とすることができる。
このように、配線31が、少なくとも一方の側縁部の全体又は一部に、高透過率縁部を有していることで、光の回折角度が変わる。そのため、光源からの光の回折光、透明基材からの反射光や透明基材内部を伝搬する光などを低減し透明性と迷光耐性を高めることができ、回折現象を低減した透明表示装置を得ることができる。
上述の高透過率縁部は、配線31の側縁に高透過率材料からなる縁部を縁取るように配置することによって形成することができる。また、配線31の下に、配線幅より幅広の高透過率材料を重ねたり、配線31を、透過率が比較的高い被覆材で被覆したりすることによって形成することもできる。また、配線31を形成する際に、側縁の厚みを全体又は一部において小さくして高透過率縁部とするようにしてもよいし、均一な材料及び厚みで
配線31を形成した後、高透過率縁部としたい部分に微細な孔を設けてもよい。また、高透過率縁部の縁部を暗色化処理してもよく、外側に向かうにつれ暗色が薄くなっていてもよい。また、前述の高透過率縁部の構成が配線本体311の一部を含んで段階的に形成されてもよい。
また、配線31は、平面視で直線的に配置されているか又は接線方向が変化するように配置されているかに関わらず、配線31の少なくとも一方の側縁部の全体又は一部に、凹凸を有していてもよい。配線の側縁部から突出する凸部の大きさは、配線の幅等の構成によって異なるが、凸部は平面視で、配線幅の5~30%程度の幅で突出していてよい。また、凸部の平面視形状の頂点は、尖っていても丸められていてもよいし、或いは平らになっていてもよい。すなわち、凸部の平面視形状は特に限定されず、三角形、四角形等の多角形、円形、及び楕円形の1以上、又はその一部とすることができる。例えば、配線の縁部に略半円形の凸部を設けることができる。その場合、2以上の異なる半径を有する略半円形の凸部を設けることによって、凹凸を不規則に形成することができる。
このような凹凸は微細であり、配線の周囲、又は平面視した場合の縁部を、エッチング処理等によって粗化することによって形成することができる。或いは、配線の周囲、又は平面視した場合の縁部に、微粒子等を付着させることによって形成してもよい。
このように、配線の側縁部の微細な凹凸を設けることによって、配線の占有面積及び透過率が同じであっても、回折現象を低減させることができる。よって、表示装置全体の透過率を確保しつつ、回折現象を低減することができる。凹凸は規則的に、例えば側縁の輪郭線が波形になるように設けることもできるが、不規則に設けられていた方が、回折現象をより一層低減することができる。
以上説明した配線30Aの各構成は、組み合わせて用いることができる。例えば、上述の高透過率縁部に凹凸を設けたり、配線31の側縁に、高透過率縁部と凹凸とを交互に設けたりすることもできる。また、高透過率縁部及び/又は凹凸は、配線以外の構成要素、例えばLEDやICチップを載置するパッドの縁部に設けられていてもよい。
さらに、回折光を低減するためには、配線30Aは、一画素内で、一方向に略平行に延びる配線の本数と、当該一方向に直交する方向に略平行に延びる配線の本数とが1:1に近付くように配線を配置することが好ましい。ここで、一方向に略平行に延びる、とは、一方向に完全に平行に延びているのではなく、一方に対して±10°の範囲内、好ましくは±5°の範囲内で延びている状態を含んでいてよい。
例えば、本形態では、画素内において、列方向(y方向)に延びる配線の数(Ny)と、行方向(x方向)に延びる配線の数(Nx)の比の値(Nx/Ny)とが1:1に近付くように配線を配置することができる。そして、列方向(y方向)に延びる配線の数(Ny)に対する、行方向(x方向)に延びる配線の数(Nx)の比の値(Nx/Ny)が、0.25~4であると好ましく、0.33~3であるとより好ましく、0.5~2であるとさらに好ましく、1であるとさらに好ましい。なお、場所によって画素内の配線の配置が異なる場合、上記の比の値は平均値とすることができる。このような画素内の配線の本数比の調整による回折光低減作用は、配線が波形状に配置されている場合に特に高い。
透明表示装置1Aでは、透明基材10上に、発光部20及び配線部30A等の構成要素を配置した構成を有しているが、透明表示装置1Aは、発光部20及び配線部30A等の構成要素を2つの透明基材で挟んだ構成とすることもできる。すなわち、図9に模式的に示すように、第1の透明基材10上に発光部20及び配線部30Aが配置され、その上にさらに第2の透明基材12が配置された構成となっていてよい。つまり、透明表示装置1Aは、少なくとも発光部20が第1の透明基材10と第2の透明基材12との間に挟まれた構成とすることができる。これにより、LED、ICチップ、及び配線といった各構成要素を、2つの透明基材10、12間に封入して保護することができる。
第2の透明基材12の材質及び厚み等は、第1の透明基材10について上述したものと同様である。また、第1の透明基材10と第2の透明基材12とでは、材質、厚み等に関して同じであってもよいし、異なっていてもよい。
透明表示装置1Aの表示領域の面積は、1×10~2×10mmとすることができ、3×10~1×10mmとすることができる。また、透明表示装置1Aの正面の面積に対して1~90%が表示領域であってもよく、5%~75%が表示領域であってもよい。また、表示領域の形状は、長方形、施方形、表示装置1Aの外形と略相似形、表示装置1Aの外形の相似形に対して、縦方向よりも、横方向に長くなったような形状であるとよい。そして、本形態は、視認距離(観察者から表示画面までの距離)が比較的短い用途で、例えば視認距離が0.2~3.0mとなるような用途で好適に用いることができる。このように視認距離が比較的短い用途でも、微小サイズのLEDを用い、透過率の低い領域が所定の割合にあることによって、透明性を向上させることができ、また表示装置越しに見える像の視認性を向上させることができる。
なお、図示の形態では、配線部30Aは透明基材10に配置されているが、配線部30は、透明基材10内に埋め込まれていているか又はその一部が埋め込まれていてもよい。また、図示の形態では、配線部30Aは二次元に規則的に、すなわち各画素が同じ構成を有するように配置されているが、不規則に配置されていてもよい。例えば、線の幅、間隔、配置順、材料等を部分的に変更して、各画素における配線部30Aの構成を相違させることができる。
第1実施形態による透明表示装置1Aは、透明基材10を準備し、透明基材10上に配線部30Aを形成し、発光部20を配置することによって製造することができる。ICチップ50を備えた透明表示装置1Aを製造する場合には、発光部20(LED21)を配置する工程において、ICチップ50も同時に配置することができる。配線部30Aの形成、発光部20の配置、ICチップ50の配置は、公知の実装技術を利用して行うことができる。例えば、半田ボールを用いる手法、トランスファープリンティング等を利用することができる。
<第2実施形態>
図10に、本発明の第2実施形態による透明表示装置1Bの基本的な構造を説明するための図を示す。図10は、透明表示装置1Bの模式的な断面図である。図10に示すように、透明表示装置1Bは、透明基材10と、透明基材10の主面上に配置された発光部20と、同じく透明基材10の主面上に配置された配線部30Bとを有していてよい。
第2実施形態の基本的な構成は、第1実施形態と同じとすることができる。しかし、配線部の少なくとも一部を、帯状の透明導電膜35で構成した配線部30Bを用いている点で第1実施形態と異なっている。第2実施形態では、配線部30Bに透明導電膜35を含めることで、表示領域の透明性を向上させることができる。
透明導電膜35自体は透明性が高いため、目立ちにくい。しかし、透明導電膜35の縁部は、その中央部に比べて視認されやすいので、透明導電膜35の幅が狭かったり、また透明導電膜35が並んで配置されている場合に透明導電膜35の縁部同士が接近したりすると、縁部が視認されやすくなって、透明性を妨げる可能性がある。
また、外部から光が照射された場合には、透明導電膜35の縁部で乱反射が生じ、場合によっては回折等が生じ得るので、表示装置の向こう側の像の視認性が低下する可能性がある。さらに、透明導電膜35の縁部同士が接近しすぎると、マイグレーションを起こす可能性がある。そのため、透明導電膜35の両縁、及び複数の隣接する透明導電膜35の縁部同士は近接していないことが好ましい。
透明導電膜35の幅は、正面視で、100μm~60000μmであると好ましく、300~5000μm以下であるとより好ましい。幅を100μm以上にすることで、配線抵抗が過度に上昇することを防ぐことができる。また、透明導電膜35の幅を300μm以上にすることで、縁部が視認されにくくなって透明性が向上するとともに、電源の電圧降下や信号強度の低下を防止することができる。また、透明導電膜35が複数配置されている場合、隣り合う透明導電膜35の縁部同士の間隔は、100μm以上であると好ましく、300μm以上であるとより好ましい。
透明導電膜35を配線部30Bの少なくとも一部として使用する場合には、透明導電膜25を、透明基材10上に成膜することができる。また、透明基材10上の他の構成、例えば絶縁層や導電層上に成膜することもできる。いずれの場合でも、透明導電膜35の厚さは、20~300nm程度とすることができる。透明導電膜35の膜厚を、10~30nm程度とすること、若しくは反射抑制層を追加することで、透明導電膜35の形状が視認されてしまう骨見え現象を抑制することができる。反射抑制層としては、SiON、アルミナ等のITOと樹脂との中間屈折率を取る物質、ジルコニア、チタニア、タンタラ、アルミナ、SiON、Si3N、シリカ等の多層膜用の高屈折率及び低屈折率の材料などを用いることができる。
図11A~11Cに、透明表示装置1Bの配線部として透明導電膜35を使用した場合の構成を模式的に示す。図11A~11Cはいずれも、透明表示装置1Bの模式的な断面図である。
図11Aの例では、透明基材10の全面にわたって、透明導電膜35が成膜されている。そして、透明導電膜35の上に、絶縁層15を介して別の配線34が形成されている。透明導電膜35と配線34とは、導電層36を介して接続されていてよい。透明導電膜35が透明基材10の全面にわたって成膜されている場合には、表示領域には、透明導電膜35の縁部が視認されにくい。そのため、透明表示装置1Bが高い透明性を有することができる。
透明導電膜35は、複数の帯状体として、透明基材10上に形成することもできる。例えば、図11Bに模式的に示すように、透明導電膜35及び35’が所定の間隔を置いて配置されていてもよい。透明導電膜35及び35’の上に別の配線34が形成される場合には、図11Aの例と同様に、配線34は絶縁層を介して配置されていてよい。
また、透明導電膜35は、単層ではなく、透明表示装置1Bの厚さ方向に複数の層に分かれて配置されていてもよい。例えば、図11Cに模式的に示すように、透明基材10の全面に透明導電膜35aが成膜され、その上に、絶縁層15aを介して、透明導電膜35b及び35b’が形成されている。透明導電膜を複数の層に分けて配置させることにより、より複雑な配線も可能となる。
透明導電膜35の可視光内部透過率は、70%以上であると好ましく、85%以上であるとより好ましい。透明導電膜35の材料としては、スズドープ酸化インジウム(酸化インジウムスズ、ITO)、フッ素ドープ酸化インジウム(FTO)、グラフェン、銀ナノワイヤ等が挙げられる。
透明導電膜35の電気抵抗率は、1.0x10-3Ωm以下が好ましく、1.0x10 -4Ωm以下がより好ましい。また、透明導電膜35の熱伝導率は、5~100W/(m・K)であると好ましく、100~3000W/(m・K)であるとより好ましい。
また、表示領域全体の面積に対する透明導電膜35の面積の割合(%)と、透明導電膜35の透過率(%)との積は、50以上であると好ましく、70以上であるとより好ましい。上記割合が50以上であること、好ましくは70以上であることで、十分な透明性を確保できる。
第1実施形態と同様に、第2実施形態においても、透明表示装置1Bは、各画素に対応してLED駆動用のICチップを備えていてよい。その場合、各画素において(一画素の領域において)発光部20及びICチップ50が占める面積は、一画素の面積に対して30%以下であると好ましく、20%以下であるとより好ましく、10%以下であるとさらに好ましい。また、発光部20及びICチップ50が占める面積は、表示領域全体の面積に対して、30%以下であると好ましく、20%以下であるとより好ましく、10%以下であるとさらに好ましい。
なお、図示の形態では、配線部30B(透明導電膜35)は透明基材10に配置されているが、配線部30Bは、透明基材10内に埋め込まれていているか又はその一部が埋め込まれていてもよい。また、図示の形態では、配線部30B(透明導電膜35)は二次元に規則的に配置されているが、不規則に配置されていてもよい。例えば、透明導電膜35の幅、間隔、配置位置、材料等を部分的に変更することができる。また、第2実施形態において、配線部30Bの一部を、上述の第1実施形態の配線部30Aとして示される線状体に変更することもできる。さらに、第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、第2の透明基材12をさらに配置して、発光部20及び配線部30B等の構成要素を2つの透明基材によって挟んだ構成とすることもできる。
<第3実施形態(透明表示装置を備えた合わせガラス)>
上述の第1実施形態及び第2実施形態による透明表示装置は、板状体に装着して使用することができるし、また2つの板状体間に封入して使用することもできる。そのような板状体は透明のものが好ましい。板状体は、例えば、板ガラス等の無機材料、ポリカーボネート、アクリル樹脂等の有機材料であってよい。
図12に、第1実施形態による透明表示装置1Aが2つの板状体間に挟持された構成を模式的に示す。図12には、両板状体として板ガラス71、72を用いて得られた合わせガラス100の模式図を示す。このような合わせガラス100は、上述のようにして得られた透明表示装置1Aを第1の板ガラス71上に載置し、さらに第2の板ガラス72を重ね、接着させることによって製造することができる。
第1及び第2の板ガラスとしては、無機ガラス及び有機ガラスのいずれでもよい。無機ガラスとしては、例えばソーダライムガラス等が挙げられる。また、無機ガラスは、未強化ガラス、強化ガラスのいずれでもよい。未強化ガラスは、溶融ガラスを板状に成形し、徐冷したものである。強化ガラスは、未強化ガラスの表面に圧縮応力層を形成したものである。強化ガラスは、物理強化ガラス(例えば風冷強化ガラス)、化学強化ガラスのいずれでもよい。一方、有機ガラスとしては、ポリカーボネート等の透明樹脂が挙げられる。また、第1の板ガラス71及び第2の板ガラス72の少なくとも一方を、2枚以上のガラスを使用して得られた合せガラス又は複層ガラスとすることもできる。第1の板ガラス71及び第2の板ガラス72のいずれについても、厚さは0.5~5mmであると好ましく、1.5~2.5mmであるとより好ましい。なお、第1の板ガラス71及び第2の板ガラス72の材質、構成、及び厚さはそれぞれ、同じであってもよく異なっていてもよい。
上記製造においては、表示装置1Aの両面の少なくとも一方において、表示装置1Aと板ガラスとの間に、接着剤又は接着剤として機能する接着層80を配置することができる。これにより、合わせガラス内で透明表示装置1Aを安定させることができる。接着層80の材料は、シクロオレフィンコポリマー(COP)、酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリビニルブチラール(PVB)等を主成分とする中間膜が挙げられる。接着層80は、透明表示装置1Aの全面又は一部に設けることができる。
また、透明表示装置を備えた合わせガラス100は、平面状のものに限られず、曲面を有していてもよい。すなわち、透明表示装置を備えた合わせガラス100は湾曲されていてもよい。この湾曲は一方向であってもよいし、第1方向とそれに直交する第2方向との2方向で湾曲されていてもよい。
湾曲した合わせガラス100を得る場合には、上述のようにして得られた透明表示装置1Aを予め熱処理し、湾曲処理された第1の板ガラス71上に載置し、さらに第1の板ガラス71と同様に、予め熱処理され、湾曲処理された第2の板ガラス72を重ねた後、加熱、加圧処理することができる。なお、第2の板ガラス72が第1の板ガラス71に対し、板厚が十分に薄い場合は、第2の板ガラス72は予め湾曲処理しなくてもよい。
なお、透明表示装置1Aに代えて透明表示装置1Bを用いた場合も、同様の製造方法で同様の構成の合わせガラス100を得ることができる。
第3実施形態による、透明表示装置を備えた合わせガラス100は、視認距離(観察者から表示画面までの距離)が、例えば0.25~4.0mとなるような用途で好適に用いることができる。具体的な用途としては、自動車、鉄道車両等の車両、建物、透明な筐体等における使用が挙げられる。より具体的には、合せガラス100は、自動車におけるフロントウィンドウ、リアウィンドウ、サイドウィンドウ、ルーフウィンドウ等の窓ガラス、電車等のその他の交通機関における窓ガラス、中刷り広告等、店舗のショーウィンドウ、ショーケース、扉付の陳列棚の窓等の少なくとも一部に組み込んで用いることができる。
このように、合せガラス100は、視認距離が比較的近い用途で用いても、上述のように微小サイズのLEDを用い、透過率の低い領域を所定の割合としているため、表示能を維持しつつ、背面側の像を視認できる透明性を確保することができる。
図13に、透明表示装置1を備えた合わせガラス100を、自動車のフロントガラスとして用いた例を模式的に示す。図13は、自動車の前方部分の模式的な断面図である。図示の合せガラス100は、透明表示装置1は、第1実施形態による透明表示装置1A又は第2実施形態による透明表示装置1Bであってよい。
自動車5で用いられる合せガラス100は湾曲している。より具体的には、合わせガラス100における少なくとも2方向で湾曲しており、例えば合わせガラス100における水平方向に延びる軸と水平方向に直交する方向に延びる軸とが湾曲している。また、図示の形態では、合せガラス100のほぼ全面にわたって透明表示装置1が封入されているが、透明表示装置1が設けられる範囲は、合せガラス100の一部、例えば合わせガラス100の面積の50%以下、30%以下であってよい。
[1.二重像試験による評価]
透明表示装置における配線の幅、画素ピッチ等を変化させた場合に、背面側から当てた光の回折をどの程度抑制できるかについて検討した。LED及びICチップがパッド上に配置されている透明表示装置を想定して、以下の例1~8に示すフォトマスクパターンを作製し、各例について二重像試験を行った。
(例1)
図14(a)に示すパターンを一画素パターンとし、この一画素パターンがマトリクス状に複数配置されたフォトマスクパターンを、透明のソーダライムガラス基材上にクロムを印刷することによって作製した。フォトマスクパターンの面積は、50mm×50mm程度であった。
上記フォトマスクパターンにおいては、パッド及び配線部が占める領域(図の黒色領域)は非透過部(透過率は約0%)であり、それ以外の領域は透過率約100%であった。
例1のフォトマスクパターンにおいては、配線幅を6μm、画素ピッチを360μmとした。また、パッド面積は10000μmであり、一画素における非透過部の面積の割合は16%であった。
(例2)
配線幅を3μmとしたこと以外は例1と同様にして、フォトマスクパターンを作製した。例2の一画素パターンを、図14(b)に示す。
(例3)
画素ピッチを720μmとしたこと以外は例1と同様にして、フォトマスクパターンを作製した。例2の一画素パターンを、図14(c)に示す。
(例4)
配線部及びパッドのパターンを、図14(d)に示すように近接させたこと以外は例1と同様にして、フォトマスクパターンを作製した。
(例5)
パッド部分のパターンを形成しなかったこと以外は例1と同様にして、フォトマスクパターンを作製した。例5の一画素パターンを、図14(e)に示す。
(例6)
パッド面積を例1の約3分の1である3200μmとし、配線幅を3μmとしたこと以外は例1と同様にして、フォトマスクパターンを作製した。例6の一画素パターンを、図14(f)に示す。
(例7)
配線幅を3μmとし、画素ピッチを720μmとしたこと以外は例1と同様にして、フォトマスクパターンを作製した。例7の一画素パターンを、図14(g)に示す。
(例8)
配線幅を3μmとし、画素ピッチを720μmとした上、配線部及びパッドのパターンを図14(h)に示すように近接させたこと以外は例1と同様にして、フォトマスクパターンを作製した。
<二重像試験>
例1~8の各フォトマスクパターンを用いて、JIS R3212に準ずる二重像試験を以下のようにして行った。
まず、光源を内部に配置した照明箱2を準備した。図15(a)に照明箱2の正面図を示し、図15(b)にそのI-I線断面図を示す。照明箱2は、高さ300mm×幅300mm×奥行150mmの正面を黒い艶消のペイントで塗ったものであり、その正面に、径12.7mmのスポット3と、その周りの幅約2mmのリング状のスリットとが形成されている。照明箱の正面の内側には、橙色のフィルタ5が装着されている。
照明箱2の正面から7m離れた位置に、試験体1としてフォトマスクパターンを配置した(図15(c))。そして、フォトマスクパターンを照明箱2の反対側にて撮影し、回折の抑制について評価を行った。本評価では、スポット光がリングにかかっているか否かを評価した。評価基準は以下の通りであり、例1をレファレンス(評価:D)としてA~Eで評価した。
A:スポット光の回折が観察されなかったか又は例1よりも極めて弱く、十字回折も観察されなかったか又は例1より極めて弱かった。
B:スポット光の回折が例1より弱く、十字回折も例1より弱かった。
C:スポット光の回折が例1と同程度又はそれ以上であるが、十字回折は例1より弱かった。
D:スポット光の回折の強さ及び十字回折の強さがともに、例1と同程度であった。
E:例1と比較して、スポット光の回折も十字回折も強かった。
Figure 0007200949000001
表1より、配線幅がより小さいもの(例3及び例6~8)、画素ピッチがより大きいもの(例3及び例7)、パッド面積がより小さいもの(例5及び例6)において、回折光抑制の効果が向上することが分かった。
[2.シミュレーションによる評価I]
透明表示装置の配線の幅、配線の直線性等を変化させた場合に、背面側からの光の回折現象をどの程度抑制できるかについて検討する。3つのLED、1つのICチップ、及び配線部を画素ごとに備えた透明表示装置を想定して、例9~14のようにパターン画像を生成し、その画像に光を当てた場合のシミュレーションをパソコンにて行い、回折光を求める。
(例9)
図16(a)に示すような一画素パターンを生成する。例9のパターン画像は、パッドを有さず、配線の幅を5μm、画素ピッチを360μmであるものを想定している。この画像においては、LED、ICチップ、及び配線部が占める領域(図の黒色領域)は非透過部(透過率は0%)とし、それ以外の領域の透過率を100%とする。このような一画素パターンが集合したパターン画像について、後述のように、回折光抑制の効果を評価する。
(例10)
配線幅を3μmとしたこと以外は例9と同様の一画素パターンを生成する。例10で用いた一画素パターンを図16(b)に示す。
(例11)
上下配線幅を25μmとしたこと以外は例9と同様の一画素パターンを生成する。例11で用いた一画素パターンを図16(c)に示す。
(例12)
各配線が、図16(d)に示すようにジグザグ状になっている点で、例9と異なる一画素パターンを生成する。例12のパターンでは、配線は直線から構成されているが、角を有するように屈曲を繰り返す構成を有している。例12の配線の繰返しの波長λは20μmであり、振幅Aは12.5μmである(図16(d)の拡大図)。
(例13)
各配線が、図16(e)に示すように曲線波状になっている点で、例9と異なる一画素パターンを生成した。すなわち、例13においては、配線は、角を有さない凹凸が繰り返されるよう湾曲している。例13の配線の繰返しの波長λは20μmであり、振幅Aは12.5μmであった(図16(e)の拡大図)。
(例14)
各配線が、図16(f)に示すように曲線波状になっている点で、例13と異なる一画素パターンを生成する。例14のパターンは、角を有さない凹凸が繰り返されている曲線状の配線を有する点では例13と同様であるが、一部の配線の曲線波状の波長が例13で用いたものと比べて大きくなっている点で、例13のパターンと異なる。具体的には、例14においては、LED及びICチップに最も近い2つの配線のパターンの曲線波状の波長が変更され、大きくなっている。例14において変更された、大きい方の波長λは80μmである。
<回折光抑制の評価>
例9~14で説明したような一画素パターンをx方向、y方向ともに無限に配置されたパターン(モデル画像)に、波長533nmの光を当てた場合に得られる回折光を計算し、回折光像を生成した。得られた回折光像から回折光抑制の評価を行う。計算には、「Introduction to Fourier Optics」(Joseph W.
Goodman著、ISBN:0-9747077-2-4)に記載の下記式(1)を用いる。
Figure 0007200949000002
式(1)において、Aは、回折次数fXとfYの回折効率の複素振幅に比例する値である。U(x,y,0)は、透明表示装置上の透過率分布や位相分布である。x,yは、透明表示装置上の座標を表し、1画素を1波長とし、画素内に原点があると仮定する。
人間が背景(環境光)中の光点を見た場合、一般的に人間の脳(眼)は、背景の明るさに対して10-1%未満の明るさの光点を認識できない。一方で、夜間において周囲を照らす光源等は、光源等自らが照らす領域よりも1000倍程度明るい光量であることが多い。そのため、夜間において人間が、回折光を発生させる可能性のある部材を通して光源等を含む背景を見た際には、回折光の各次数の強度が光源等の10-4%以上であれば、その回折光を脳(眼)が認識することができる。すなわち、人間の脳(眼)は、0次光以外の散乱光に含まれる光点のうち、光源等の光量に対して10-4%未満の光量の光点を認識できない。そこで、回折光抑制の評価では、例9~例14において、0次光を除く散乱光の光点のうち、光源等に対して10-4%以上の光量(lm)を有する光点の総数を計算する。さらに、例9の計算値を1として、例9と例10~例14とを比較する。結果を表2に示す。
Figure 0007200949000003
表2に記載されているように、配線パターンが直線であっても、線幅が細い場合(例10)や、配線幅が例9と同じであっても、配線パターンがジグザグ状若しくは三角波状(例12)や曲線波状(例13)、波長が異なる配線を含む曲線波状(例14)では、例9よりも回折光抑制効果があることが分かる。一方、配線パターンが直線であり、配線幅が太い場合(例11)では、例9よりも回折光抑制効果が劣ることが分かる。
[3.シミュレーションによる評価II]
透明表示装置の配線の構成を変化させた場合の光の回折現象の抑制について、さらなる検討を行う。所定の画素パターンを有するモデル画像を生成し、そのモデル画像に光を当てた場合のシミュレーションを行う。より具体的には、モデル画像からパソコンでの計算により回折光像を生成し、回折光像に基づき、回折現象の抑制を評価する。なお、画素パターンのモデル画像及び回折光像は、グレースケール(0~255の256階調、階調値0が黒色、階調値255が白色)を用いて生成する。
(例15)
図17(a)に示すような一画素パターンを有するフォトマスク画像を生成する。本例の画像では、各配線は直線状であり、配線の幅は5μm、画素ピッチは360μmである。また、LED等の要素がパッド上に配置された構成を想定し、パッド面積(図示の矩形部分PS)を10000μmとする。構成要素が占める領域(図の黒色領域)は、透過率0%の非透過部であって、その階調値は0であり、それ以外の領域(図の白色領域)は、透過率100%の透過部であって、その階調値は255である。
(例16)
本例では、図17(b)に示すよう各に配線を正弦曲線である波形としたこと以外は、例15と同様のパターンを有するフォトマスク画像を生成する。本例では、配線の波形は、湾曲した凹凸が繰り返されたものであり、この繰返しの波長λは72μmであり、振幅Aは3.52μmである(図17(b)の拡大図)。
(例17)
図17(c)に示すように各配線の形状が正弦曲線であるが、波形の繰返しの波長λが72μm、振幅Aが14.10であること以外は、例16と同様のパターンを有するフォトマスク画像を生成する。
(例18)
図17(d)に示すように各配線の形状が正弦曲線であるが、波形の繰返しの波長λが72μm、振幅Aが7.05μmであること以外は、例16と同様のパターンを有するフォトマスク画像を生成する。
<光量評価>
例15~例18で生成したモデル画像(図示の一画素パターンがx方向、y方向ともに無限に配置されたパターン)の中央に、波長533nmの照射光を中央に当てた場合に得られる回折光画像をそれぞれ生成する。本例では、回折光像は線形スケールで表示する。図20に、例15~例18の回折光画像を示す。
得られた回折光画像に基づき回折光抑制の評価を行った。具体的には、各回折光画像における1画素中の白色部分の面積の割合を全光量として算出する。また、本評価IIにおいては、画像の中央(照射光の中心、点O(x=0,y=0))からある程度の広がりを持った範囲、すなわち半径20ピクセルの範囲(図21のRZ)における白色部分の面積の割合を「0次光量」として、また、x=-5~5ピクセル又はy=-5~5ピクセルの範囲(図21のRC)の白色部分の面積の割合を「十字光量」として、それぞれ算出する。
<官能評価>
例15~例18で得られた回折光画像について、官能的な評価も行う。当官能評価においては、各回折光画像をハイパスフィルタ処理して、階調値128以下のグレー部分を非透過部(階調値0)に変換する。このようなフィルタ処理によって、実際には観察者によって視認され難い、黒に近いグレー部分を非透過部として扱うことによって、実際に観察者に観察される回折光像を生成することができる。図22に、例15~例18のフィルタ処理後の回折光画像を示す。
さらに、処理後の回折光画像について目視で評価を行う。本評価は、回折光の抑制を評価するものであり、具体的には、全体の印象として光が均一化と感じられるかについて、例15をリファレンスとした評価を行った。評価基準は以下の通りである。
A:例15に比べて顕著に光が均一化されていると感じられる
B:例15に比べて光が均一化されていると感じられる
C:例15に比べてどちらかといえば光が均一化されていると感じられる
D:光の均一化に関しては、例15と同等である。
表3に、例15~例18についての上記の光量評価及び官能評価の結果を示す。
Figure 0007200949000004
表3より、直線状の配線(例15)に比べ、正弦曲線の形状を有する配線(例16~例18)の方が、回折光が抑制されていることが分かる。また、例16~例18の範囲では、振幅/波長の値が大きいほど回折光抑制の効果が発揮されることが分かる。
(例19)
配線の縁部から外側に向かうにつれて透過率が段階的に低くなっていること(透過率グラデーションを設けたこと)以外は、例15と同様であるパターンのフォトマスク画像を生成する。具体的には、図18(a)に示すように、配線31Aは、配線本体311の側縁部に高透過率縁部312を有しており、この高透過率縁部312は、5μm幅の配線の縁部から0.5μm幅の透過率がより高い第1高透過率領域312a(階調値194)と、当該第1高透過率領域312aの縁部から0.5μm幅の透過率がさらに低い第2高透過率領域312b(階調値128)とからなっている。なお、第1高透過率領域312aの階調値194は、白色の階調値255に対して50%の値であり、第2透過率領域312bの階調値128は、白色の階調値255に対して25%の値である。
(例20)
配線の縁部に微細凹凸が形成されていること以外は、例15と同様の直線状のパターンを有するフォトマスク画像を生成する。具体的には、図18(b)に示すように、線幅1μmの直線状の配線部の縁部及びパッドの縁部に重なるように、半径1.0μmの円形の非透過部、及び半径2.5μmの円形の非透過部をランダムに設けることによって、配線の輪郭が微細凹凸を有するようにする。なお、本例における非透過部の面積は、例15の非透過部の面積と同じとした。また、配線の線幅は場所によって異なるが、8.0μmを超えない構成とする。
例19及び例20についても、上述の光量評価及び官能評価を行う。結果を表4に示す(例15は再掲)。
Figure 0007200949000005
表4より、配線の縁部の輪郭に微細凹凸加工を施すことによって(例19及び例20)、回折光抑制の効果を奏することが分かる。なお、例19の配線の全体幅及び例20の配線の最大幅はともに例15の配線幅よりも大きいにもかかわらず、例19及び例20では、例15よりも回折光の抑制効果が高かい。
(例21)
図19(a)に示すように各配線の形状が正弦曲線であるが、波形の繰返しの波長λが180μm、振幅Aが17.6μmであること以外は、例16と同様のパターンを有するフォトマスク画像を生成する。
(例22)
本例のパターンの配線の形状は、例21と同様の波長λ及び振幅Aを有する正弦曲線であるが、図19(b)に示すように、画素内において、列方向(y方向)に延びる配線の数(Ny)に対する、行方向(x方向)に延びる配線の数(Nx)の比の値(Nx/Ny)が、例21とは異なっている。例21では上記比の値(Nx/Ny)が約0.33であるのに対し、本例22においては上記比の値(Nx/Ny)は1.0である。
例21及び例22についても同様に、上述の光量評価を行う。また、回折光の抑制に関する官能評価も行うが、例21と例22との間での比較による評価、すなわち、例20の回折光像を見たとき、例21と比べて光が均一化されているかどうかの評価とする。結果を表5に示す。
Figure 0007200949000006
表5より、列方向に延びる配線の数に対する、行方向に延びる配線の数に対する比の値(Nx/Ny)が1に近い例22の方が、例21に比べて回折光抑制の効果が高いことが分かる。
本出願は、2018年1月25日に日本国特許庁に出願された特願2018-010774号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は参照をもってここに援用される。
1、1A、1B 透明表示装置
10、12 透明基材
15 絶縁層
20 発光部
21、21R、21G、21B 発光ダイオード(LED)
30A、30B 配線部
31a データ線
31b 電源線
31c グランド線
311 配線本体
312 高透過率縁部
312a 第1高透過率縁部
312b 第1高透過率縁部
32、34 配線
35 透明導電膜
36 導電層
50 半導体チップ
71、72 ガラス板
80 接着層
100 透明表示装置を備えた合わせガラス

Claims (16)

  1. 第1の透明基材と、前記第1の透明基材上に画素ごとに配置された発光部と、前記発光部の各々に接続された配線部とを備えた透明表示装置であって、
    前記発光部の各々は、10,000μm以下の面積を有する少なくとも1つの発光ダイオードを含み、
    表示領域において、透過率が20%以下の領域の面積が30%以下であり、
    前記配線部は、配線本体と該配線本体に沿って形成された側縁部を備えた配線を含み、該側縁部の少なくとも一部に、前記配線本体よりも透過率の高い高透過率縁部を備えている、透明表示装置。
  2. 第1の透明基材と、前記第1の透明基材上に画素ごとに配置された発光部と、前記発光部の各々に接続された配線部とを備えた透明表示装置であって、
    前記発光部の各々は、10,000μm以下の面積を有する少なくとも1つの発光ダイオードを含み、
    表示領域において、透過率が20%以下の領域の面積が30%以下であり、
    前記配線部は、側縁部に凹凸を有する配線を含む、透明表示装置。
  3. 前記配線は、幅が100μm以下の線状体である、請求項1又は2に記載の透明表示装置。
  4. 前記配線は、平面視で、微分可能な曲線状の部分を含む、請求項1~のいずれか一項に記載の透明表示装置。
  5. 前記配線の直線部分の長さが500μm以下である、請求項1~のいずれか一項に記載の透明表示装置。
  6. 前記画素内で、一方向に延びる配線の本数に対する、前記一方向に直交する方向に延びる配線の本数の比の値が、0.2~5である、請求項1~のいずれか一項に記載の透明表示装置。
  7. 前記配線部は、透明導電膜を含む、請求項1~のいずれか一項に記載の透明表示装置。
  8. 一画素又は複数の画素ごとに、前記発光部に接続された少なくとも1つの駆動用半導体チップが設けられている、請求項1~のいずれか一項に記載の透明表示装置。
  9. 前記発光部の各々は、互いに発光波長の異なる3つの発光ダイオードを含む、請求項1~のいずれか一項に記載の透明表示装置。
  10. 少なくとも前記発光部が、前記第1の透明基材と第2の透明基材との間に挟まれている、請求項1~のいずれか一項に記載の透明表示装置。
  11. 前記発光ダイオードの発光効率は1%以上である、請求項1~10のいずれか一項に記載の透明表示装置。
  12. 前記発光ダイオードは無機材料からなる、請求項1~11のいずれか一項に記載の透明表示装置。
  13. 前記画素のピッチは100~3000μmである、請求項1~12のいずれか一項に記載の透明表示装置。
  14. 前記各画素における透過率が70%以上である、請求項1~13のいずれか一項に記載の透明表示装置。
  15. 請求項1~14のいずれか一項に記載の透明表示装置が第1ガラス板と第2ガラス板との間に狭持されてなる、透明表示装置を備えた合わせガラス。
  16. 前記合わせガラスが湾曲している、請求項15に記載の透明表示装置を備えた合わせガラス。
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