JP6061581B2

JP6061581B2 - ディスプレイ装置

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Publication number: JP6061581B2
Application number: JP2012205476A
Authority: JP
Inventors: ジャスティン勇司ホ; 琵琶　剛志; 剛志琵琶
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: CN103680335A; US9967926B2; US9693401B2; JP2014060320A; CN103680335B; US20180235038A1; US10231294B2; US20140077682A1; US20170249909A1

Description

本開示は、ディスプレイ装置に関する。

従来、発光素子としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いたディスプレイ装置が種々提案されている。ＬＥＤを用いたディスプレイ装置（以下、ＬＥＤディスプレイという）では、複数のＬＥＤが２次元状に配置して構成される。

また、このような構成のＬＥＤディスプレイでは、従来、光取り出し効率の向上を図るための技術が、種々提案されている。例えば、光取り出し効率の向上を図るため、ＬＥＤをレンズ状に造形した樹脂カプセルで封止する技術が提案されている（例えば非特許文献１参照）。

Sheng Liu, Xiaobing Luo："Led Packaging for Lighting Applications: Design, Manufacturing, and Testing", John Wiley and Sons, 2011

上述のように、従来、ＬＥＤディスプレイにおいて、その光取り出し効率を向上させるための技術が種々提案されているが、この技術分野では、光取り出し効率の向上だけでなく、ＬＥＤディスプレイの小型化も可能にする技術の開発が望まれている。

本開示は、上記要望に応えるためになされたものであり、本開示の目的は、優れた光取り出し効率を有し、かつ、小型化も可能となるディスプレイ装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本開示のディスプレイ装置は、発光素子本体部と、低屈折率層部と、パッケージ部材とを備える構成とし、低屈折率層部及びパッケージ部材を次のように構成する。低屈折率層部は、発光素子本体部の光出射面上に設けられ、第１の屈折率を有する。また、パッケージ部材は、発光素子本体部及び低屈折率層部を内部に封止するように設けられ、光出射面が平坦面であり、かつ、第１の屈折率より大きい第２の屈折率を有する。さらに、発光素子本体部から低屈折率層部を介して射出される光の抽出領域と重ならない領域に設けられた遮光層を備え、この遮光層は、発光素子本体部の光出射面と対向する領域に開口部を有し、開口部の面積がパッケージ部材の光出射面における光の抽出領域の面積以上である。
そして、本開示の一のディスプレイ装置は、さらに、パッケージ部材内に設けられ、発光素子本体部を駆動する発光素子駆動回路を備えている。
また、本開示の他のディスプレイ装置は、さらに、パッケージ部材上に設けられたスクリーンを備え、パッケージ部材とスクリーンの間に、或いは、スクリーンの上に、遮光層が設けられ、遮光層の開口部の端部をスクリーンの光出射面に投影した位置と発光素子本体部の光出射面の端部位置とを結ぶ直線と、パッケージ部材の光出射面との間の角度が全反射の臨界角である。

本開示では、発光素子本体部上に、光出射面が平坦面であるパッケージ部材の屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率層部を設ける。それゆえ、本開示では、パッケージ部材の光出射面における光の全反射の臨界角より小さな角度で、発光素子本体部からパッケージ部材の光出射面に入射される光成分を増大させることができる。

上述のように、本開示では、パッケージ部材の光出射面における光の全反射の臨界角より小さな角度で、発光素子本体部からパッケージ部材の光出射面に入射される光成分を増大させることができるので、優れた光取り出し効率を得ることができる。また、本開示では、光出射面が平坦面であるパッケージ部材を用いるので、ディスプレイ装置の小型化を図ることもできる。すなわち、本開示によれば、優れた光取り出し効率を有し、かつ、小型化も可能となるディスプレイ装置を提供することができる。

従来の発光素子（比較例１のパッケージ形態）における光取り出し動作の様子を示す図である。本開示の第１の実施形態に係る発光素子の概略構成、パッケージ形態、及び、光取り出し動作の様子を図である。第１の実施形態及び比較例１のパッケージ形態に対して行った光線追跡シミュレーションの評価結果を示す図である。比較例２及び３のパッケージ形態を説明するための図である。比較例２及び３のパッケージ形態に対して行った光線追跡シミュレーションの評価結果を示す図である。第１の実施形態のパッケージ形態における低屈折率層部の厚さと、輝度改善率との関係を示す図である。第１の実施形態のパッケージ形態における低屈折率層部の屈折率と、輝度改善率との関係を示す図である。本開示の第２の実施形態に係るディスプレイ装置の概略構成断面図である。ブラック樹脂層の効果（機能）を説明するための図である。ブラック樹脂層の効果（機能）を説明するための図である。第２の実施形態のディスプレイ装置における光の取り出し動作の様子を示す図である。変形例１〜３に係るディスプレイ装置の概略構成断面図である。

以下に、本開示の実施形態に係る発光素子、及び、それを備えるディスプレイ装置の一例を、図面を参照しながら下記の順で説明する。ただし、本開示は下記の例に限定されない。
１．第１の実施形態：発光素子の構成
２．第２の実施形態：ディスプレイ装置の構成

＜１．第１の実施形態：発光素子の構成＞
まず、第１の実施形態に係る発光素子の構成について説明する前に、ＬＥＤを用いた従来のＬＥＤディスプレイにおいて、ＬＥＤディスプレイの小型化を図る際に発生し得る課題について具体的に説明する。

ＬＥＤディスプレイにおいて、各ＬＥＤを従来のようにレンズ状に造形された樹脂カプセルで封止した場合、ＬＥＤのパッケージ全体が大きくなる傾向があり、これにより、ＬＥＤディスプレイの小型化が制限される。この課題を解消してＬＥＤディスプレイの小型化を図る手法としては、光出射面の形状が平坦なパッケージ部材でＬＥＤを封止する手法が考えられる。すなわち、光出射面がレンズ構造を有さない平坦面であるパッケージ部材でＬＥＤを封止することによりＬＥＤディスプレイの小型化が可能になる。

しかしながら、この手法では、光取り出し効率が低下するという課題が発生する。この課題を、図１を参照しながら、具体的に説明する。なお、図１は、ＬＥＤを光出射面の形状が平坦な樹脂部材（パッケージ部材）で封止した場合（比較例１のパッケージ形態）における光取り出し動作の様子を示す図である。

ＬＥＤ１０から射出された光（黒矢印）のうち、樹脂部材２０の光出射面２０ａに対して、光が全反射する臨界角（後述の図２中のθ０）より大きい角度θ１で入射する光成分は、光出射面２０ａから外部に取り出すことができる。一方、樹脂部材２０の光出射面２０ａに対して、全反射の臨界角より小さい角度θ２で入射する光成分は、光出射面２０ａで全反射され、外部に取り出すことができない。それゆえ、図１に示す比較例１のＬＥＤ１０のパッケージ形態では、光取り出し効率が低下する。

そこで、本実施形態では、光出射面２０ａの形状が平坦である樹脂部材２０でＬＥＤ１０を封止した際にも優れた光取り出し効率が得られる発光素子の構成を提案する。

［発光素子の構成及びパッケージ形態］
図２は、第１の実施形態に係る発光素子の断面構成、パッケージ形態、及び、光取り出し動作の様子を示す図である。なお、図２に示す本実施形態の発光素子１の構成及び樹脂部材２０（パッケージ部材）の構成において、図１に示す比較例１のそれらと同様の構成には同じ符号を付して示す。

発光素子１は、ＬＥＤ１０（発光素子本体）と、ＬＥＤ１０の光出射面上に設けられた低屈折率層部１１とを備える。なお、ＬＥＤ１０は、例えば、従来市販されている任意のＬＥＤで構成することができる。

低屈折率層部１１は、発光素子１を封止する樹脂部材２０の屈折率（第２の屈折率）より小さな屈折率（第１の屈折率）を有する。なお、低屈折率層部１１は、樹脂部材２０の屈折率より小さい屈折率を有する材料であれば、任意の材料で形成することができる。例えば、低屈折率層部１１をＳｉＯ_２やエアロジェルなどで形成してもよいし、低屈折率層部１１をエアギャップで形成してもよい。低屈折率層部１１をＳｉＯ_２で形成する場合には、例えば、ＳｉＯ_２の蒸着角度により、その屈折率を制御することができ、１．０８程度の屈折率を得ることができる。また、低屈折率層部１１をエアロジェルで形成した場合には、例えば１．０１程度の屈折率を得ることができる。

また、低屈折率層部１１の厚さは、任意に設定することができ、例えば、１μｍ程度の厚さに設定することができる。なお、低屈折率層部１１の屈折率及び厚さは、例えば、後述するＬＥＤディスプレイで必要とする光取り出し開口部の寸法等の条件に応じて適宜設定することができる。

そして、本実施形態のパッケージ形態では、図２に示すように、光出射面２０ａが平坦面である樹脂部材２０により、上記構成の発光素子１の低屈折率層部１１側の表面（発光素子１の光出射面）を封止する。

なお、樹脂部材２０は、低屈折率層部１１の屈折率より大きい屈折率を有する樹脂材料であれば任意の樹脂材料で形成することができる。また、後述の第２の実施形態のＬＥＤディスプレイのように、樹脂部材２０上にブラック樹脂層やスクリーンを設ける場合には、これらの構成部材と屈折率マッチングがとれるような材料で樹脂部材２０を形成することが好ましい。

［発光素子の光取り出し動作］
次に、図２に示す本実施形態の発光素子１のパッケージ形態における光の取り出し動作を説明する。まず、ＬＥＤ１０から射出された光は、低屈折率層部１１を介して、樹脂部材２０に入射される。この際、低屈折率層部１１と樹脂部材２０との界面では、両者の屈折率差により、光の進行方向が変化する。具体的には、低屈折率層部１１の屈折率が樹脂部材２０のそれより小さいので、光の進路が、低屈折率層部１１と樹脂部材２０との界面において、図２に示すように、樹脂部材２０の厚さ方向に近づく方向に変化する。すなわち、本実施形態では、低屈折率層部１１から射出される光の角度範囲は、低屈折率層部１１を設けない場合（比較例１）に比べて狭くなる（絞り込まれる）。

この際、ＬＥＤ１０から射出された光（黒矢印）のうち、樹脂部材２０の光出射面２０ａに対して、全反射の臨界角θ０より小さな角度で射出された光成分の進路も同様に低屈折率層部１１と樹脂部材２０との界面で変更される。この結果、これらの光成分の一部は、低屈折率層部１１を通過した後、その光の光出射面２０ａに対する進行方向の角度が、全反射の臨界角θ０より大きくなり、光出射面２０ａから外部に取り出せるようになる。

すなわち、図１に示す比較例１のパッケージ形態では外部に取り出すことのできなかった光成分の一部を、本実施形態の発光素子１を用いることにより、外部に取り出すことができる。この動作を、図３Ａ及び３Ｂを参照しながら具体的に説明する。

図３Ａは、図１に示す比較例１のパッケージ形態において、光線追跡シミュレーションにより計算された、ＬＥＤ１０からの出射光の光路を示す図である。また、図３Ｂは、図２に示す本実施形態のパッケージ形態において、光線追跡シミュレーションにより計算された、発光素子１からの出射光の光路を示す図である。なお、図３Ａ中の白線で込まれた長方形領域は、ＬＥＤ１０の配置領域であり、図３Ｂ中の白線で込まれた長方形領域は、発光素子１の配置領域である。

図３Ａ及び３Ｂの比較から明らかなように、本実施形態の発光素子１を用いた場合には、比較例１の場合に比べて、発光素子１からの光の出射範囲が絞り込まれる（出射角度の範囲が狭くなる）。また、図３Ａ及び３Ｂの比較から明らかなように、本実施形態の発光素子１のパッケージ形態（光取り出し形態）では、比較例１に比べて、光出射面２０ａから外部に取り出される光の量が増加することが分かる。これは、ＬＥＤ１０の光出射面に低屈折率層部１１を設けたことにより、樹脂部材２０の光出射面２０ａに全反射の臨界角θ０より大きな角度で入射される光成分（全反射しない光成分）が、比較例１のそれより増加するためである。

上述のように、本実施形態の発光素子１を用いることにより、比較例１の構成では外部に取り出すことのできなかった光成分の一部を、外部に取り出すことができる。それゆえ、本実施形態の発光素子１を用いた場合には、比較例１（図１）のパッケージ形態に比べて、光取り出し効率を向上させることができる。

［比較例２及び３のパッケージ形態］
ここで、さらに、本実施形態のパッケージ形態（光取り出し形態）を、ＬＥＤ１０を上記従来技術のようにレンズ状に造形された樹脂カプセルで封止した場合のパッケージ形態（光取り出し形態）と比較する。図４Ａ及び４Ｂに、そのパッケージ形態を示す。

図４Ａは、低屈折率層部を設けない発光素子（ＬＥＤのみ）をレンズ状に造形された樹脂カプセルで封止した場合（比較例２のパッケージ形態）における光の取り出し動作の様子を示す図である。一方、図４Ｂは、低屈折率層部を備える発光素子をレンズ状に造形された樹脂カプセルで封止した場合（比較例３のパッケージ形態）における光の取り出し動作の様子を示す図である。なお、図４Ａ及び４Ｂにそれぞれ示す比較例２及び３のパッケージ形態において、図２に示す本実施形態のパッケージ形態と同様の構成には同じ符号を付して示す。

図４Ａと、図１との比較から明らかなように、比較例２のパッケージ形態は、図１に示す比較例１のパッケージ形態において、ＬＥＤ１０のパッケージ部材として、光出射面３０ａがレンズ状に造形された樹脂部材３０を用いた構成である。また、図４Ｂと、図２との比較から明らかなように、比較例３のパッケージ形態は、図２に示す本実施形態のパッケージ形態において、ＬＥＤ１０のパッケージ部材として、光出射面３０ａがレンズ状に造形された樹脂部材３０を用いた構成である。

また、図５Ａ及び５Ｂに、それぞれ比較例２及び３のパッケージ形態において、光線追跡シミュレーションにより計算された、ＬＥＤ１０（発光素子１）からの出射光の光路を示す。なお、図５Ａ及び５Ｂ中の白線で込まれた半円領域は、樹脂部材３０の配置領域である。

図５Ａ及び５Ｂの比較から明らかなように、比較例３ではＬＥＤ１０の発光面上に、低屈折率層部１１を設けているので、比較例２の場合に比べて、発光素子１からの光の出射範囲が絞り込まれ、光の出射角度の範囲が狭くなることが分かる。

［光取り出し効率の評価］
ここで、上述した第１の実施形態、比較例１〜３の各種パッケージ形態（光取り出し形態）において、樹脂部材から射出される光の輝度をシミュレーションにより算出し比較した。なお、このシミュレーション解析では、低屈折率層部１１の屈折率ｎを１．０７〜１．２の範囲内の所定の値（１．１０）とし、樹脂部材の屈折率は１．４８とした。下記表１にその評価結果を示す。なお、下記表１では、比較例１のパッケージ形態（図１）における出射光の輝度を１（基準）とし、それに対する相対的な輝度を示す。

表１から明らかなように、本実施形態のパッケージ形態では、比較例１のパッケージ形態に比べて、約２９％程度、輝度が向上することが分かる。すなわち、ＬＥＤ１０（発光素子１）を光出射面２０ａが平坦面である樹脂部材２０でパッケージする場合、ＬＥＤ１０の光出射面上に低屈折率層部１１を設けることにより、光取り出し効率が改善されることが分かる。

なお、表１から明らかなように、本実施形態のパッケージ形態では、ＬＥＤ１０（発光素子１）を光出射面３０ａがレンズ状の樹脂部材３０でパッケージする場合（比較例２及び３）に比べて輝度が劣ることが分かる。しかしながら、比較例２及び３のパッケージ形態では、パッケージ部材として、光出射面３０ａがレンズ状に造形された樹脂部材３０を用いるので、上述のように、ＬＥＤディスプレイの小型化が制限される。それに対して、本実施形態では光出射面２０ａが平坦面である樹脂部材２０で発光素子１をパッケージするので、ＬＥＤディスプレイの小型化の観点では、本実施形態の構成は、比較例２及び３より優位である。

また、ここでは、さらに、本実施形態のパッケージ形態（光取り出し形態）における、低屈折率層部１１の厚さ及び屈折率と、輝度の改善率との関係をシミュレーションにより評価した。その評価結果を、図６及び７に示す。

図６は、低屈折率層部１１の屈折率ｎを１．０（エアギャップ）とした場合の低屈折率層部１１の厚さと、輝度改善率との関係を示す特性図であり、横軸が低屈折率層部１１の厚さであり、縦軸が輝度改善率である。また、図７は、低屈折率層部１１の厚さを１．０μｍとした場合の低屈折率層部１１の屈折率ｎと、輝度改善率との関係を示す特性図であり、横軸が低屈折率層部１１の屈折率ｎであり、縦軸が輝度改善率である。

また、このシミュレーション解析では、樹脂部材の屈折率を１．４８とし、樹脂部材の厚さを１７μｍとし、全反射の臨界角θ０は４２度とした。さらに、このシミュレーション解析において、輝度改善率は、図１に示す比較例１のパッケージ形態の輝度を基準とした。

図６から明らかなように、評価した低屈折率層部１１の膜厚の範囲内では、ＬＥＤ１０上に低屈折率層部１１を設けることにより輝度（光取り出し効率）が改善されることが分かる。また、図７から明らかなように、低屈折率層部１１の屈折率ｎを樹脂部材の屈折率（１．４８）より低くすることにより、輝度（光取り出し効率）が改善されることが分かる。

以上のことから、本実施形態の発光素子１をＬＥＤディスプレイの発光素子として用い、かつ、光出射面２０ａが平坦面である樹脂部材２０で発光素子１を封止することにより、ＬＥＤディスプレイの小型化を図りつつ、優れた光取り出し効率を得ることができる。

＜２．第２の実施形態：ディスプレイ装置の構成＞
次に、本開示の第２の実施形態に係るディスプレイ装置の構成例を説明する。なお、本実施形態では、ディスプレイ装置として、ＬＥＤディスプレイを例に挙げて説明する。

［ＬＥＤディスプレイの構成］
図８に、第２の実施形態に係るＬＥＤディスプレイの概略構成を示す。図８は、本実施形態のＬＥＤディスプレイの概略構成断面図である。なお、図８に示す本実施形態のＬＥＤディスプレイ４０において、図２に示す上記第１の実施形態の発光素子１のパッケージ形態と同様の構成には同じ符号を付して示す。

ＬＥＤディスプレイ４０は、発光素子１と、樹脂部材２０（パッケージ部材）と、実装基板４１と、配線４２と、ブラック樹脂層４３（遮光層）と、スクリーン４４とを備える。そして、本実施形態では、実装基板４１の一方の表面上に、配線４２、発光素子１、樹脂部材２０、ブラック樹脂層４３、及び、スクリーン４４が、この順で積層される。なお、図８には、説明を簡略化するため、一つの発光素子１付近の概略構成を示すが、実際には、ＬＥＤディスプレイ４０は、複数の発光素子１を備え、該複数の発光素子１が、実装基板４１上に、２次元状に配置される。

発光素子１は、上記第１の実施形態と同様に、ＬＥＤ１０と、該ＬＥＤ１０の光出射面上に形成された低屈折率層部１１とで構成される。また、樹脂部材２０もまた、上記第１の実施形態と同様に、光出射面２０ａが平坦面である封止部材（パッケージ部材）で構成される。

なお、本実施形態では、樹脂部材２０上にスクリーン４４及びブラック樹脂層４３を設けるので、後述する外光反射の影響を低減するために、スクリーン４４及びブラック樹脂層４３と屈折率マッチングした樹脂で樹脂部材２０を形成する。また、本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、発光素子１の低屈折率層部１１の屈折率は、樹脂部材２０の屈折率より小さくする。

実装基板４１は、発光素子１を実装可能な基板であれば、任意の基板で構成することができ、例えば、ガラス基板等で構成することができる。配線４２は、ＬＥＤ１０と電気的に接続されており、ＬＥＤ１０に電力を供給する。

ブラック樹脂層４３は、樹脂部材２０のスクリーン４４側表面の所定領域に埋め込むように形成される。なお、ブラック樹脂層４３は、従来市販されているブラック樹脂材を用いて形成することができる。

また、ブラック樹脂層４３の発光素子１の光出射面１ａと対向する領域（光出射面１ａの直上領域）には、開口部４３ａ（光取り出し開口部）が設けられる。そして、開口部４３ａの寸法は、開口部４３ａの端部をスクリーン４４の光出射面４４ａに投影した位置と発光素子１の光出射面１ａの端部位置とを結ぶ直線（図８中の点線）と、光出射面２０ａとの間の角度が全反射の臨界角θ０となるように、設定される。すなわち、発光素子１の光出射面１ａの上部には、光出射面２０ａに対する側部の傾きが全反射の臨界角θ０となるコーン状（錘体状）の光抽出領域４０ａが形成される。

本実施形態の発光素子１では、上記第１の実施形態で説明したように、低屈折率層部１１により、ＬＥＤ１０から射出された光の出射範囲を絞り込むことができるので、ブラック樹脂層４３の開口部４３ａを介して効率よく光を外部に射出することができる。

なお、本実施形態では、図８に示すように、樹脂部材２０の光出射面２０ａにおけるコーン状（錘体状）の光抽出領域４０ａの面積を、ブラック樹脂層４３の開口部４３ａの面積より小さくする例を説明するが、本開示はこれに限定されない。開口部４３ａの面積が樹脂部材２０の光出射面２０ａにおける光抽出領域４０ａの面積以上となる範囲であれば、ブラック樹脂層４３の開口部４３ａの構成（面積、形状等）を任意に設定することができる。ただし、開口部４３ａの面積を大きくしすぎると、後述する配線４２での外光反射の影響を低減する効果が小さくなる。それゆえ、本実施形態では、ブラック樹脂層４３の開口部４３ａの面積が、樹脂部材２０の光出射面２０ａにおける光抽出領域４０ａの面積により近くなるように、開口部４３ａを構成することが好ましい。

スクリーン４４は、樹脂部材２０及びブラック樹脂層４３上に、設けられ、光透過性を有する材料（例えばガラス等）で形成される。

［ブラック樹脂層の機能及び効果］
次に、本実施形態のＬＥＤディスプレイ４０において、ブラック樹脂層４３を設けることにより得られる効果を、図９〜１１を参照しながら説明する。

なお、図９は、低屈折率層部を備えない発光素子（ＬＥＤのみ）を光出射面が平坦面である樹脂部材で封止した場合のＬＥＤディスプレイ（比較例４）の概略構成断面図である。また、図１０Ａ及び１０Ｂは、低屈折率層部を備えない発光素子を用いたＬＥＤディスプレイにおいて、さらにブラック樹脂層４３を設けたＬＥＤディスプレイ（比較例５及び６）の概略構成断面図である。そして、図１１は、本実施形態のＬＥＤディスプレイ４０における光取り出し動作の様子を示す図である。なお、図９、並びに、図１０Ａ及び１０Ｂに示す各種比較例のＬＥＤディスプレイにおいて、図８に示す本実施形態のＬＥＤディスプレイ４０と同様の構成には、同じ符号を付して示す。

比較例４のＬＥＤディスプレイ１００は、図９に示すように、実装基板４１の一方の表面上に、配線４２、ＬＥＤ１０、樹脂部材１０１、及び、スクリーン４４が、この順で積層して設けられた構成を有する。また、ＬＥＤディスプレイ１００では、樹脂部材１０１は、低屈折率樹脂材料で形成される。なお、樹脂部材１０１には、ボイドが含まれていてもよい。

比較例４のＬＥＤディスプレイ１００の構成では、ＬＥＤディスプレイ１００の周囲からＬＥＤディスプレイ１００に入射される外光Ｌ０は、スクリーン４４及び配線４２等で反射される（図９中の白抜き矢印Ｌ１及びＬ２参照）。この場合、スクリーン４４及び配線４２からの反射光の影響により、ＬＥＤディスプレイ１００のコントラスト特性が低下する可能性がある。この課題を解消する手法としては、次の２つの手法が考えられる。

まず、配線４２からの反射光を抑制する手法として、図１０Ａに示すＬＥＤディスプレイ１１０（比較例５）のように、配線４２の表面上にブラック樹脂層４３を設ける手法が考えられる。しかしながら、この手法では、スクリーン４４で反射される外光成分（図１０Ａ中の白抜き矢印Ｌ１）の影響を抑制することができない。

また、上記課題を解消する別の手法としては、ＬＥＤディスプレイを、図１０Ｂに示すＬＥＤディスプレイ１２０（比較例６）のように構成する手法が考えられる。比較例６のＬＥＤディスプレイ１２０では、ブラック樹脂層４３をスクリーン４４と樹脂部材２０との間に設け、ＬＥＤ１０上の光抽出領域４０ａに対応するブラック樹脂層４３の領域に開口部４３ａを設ける。さらに、比較例６のＬＥＤディスプレイ１２０では、ＬＥＤ１０を封止する樹脂部材２０を、本実施形態と同様に、ブラック樹脂層４３及びスクリーン４４と屈折率マッチングする樹脂材料で形成する。

この場合には、スクリーン４４での外光反射を抑制することができる。また、この構成では、外光Ｌ０の入射側から見て、配線４２はブラック樹脂層４３に隠れた状態となるので、配線４２での外光反射も抑制することができる。しかしながら、比較例６のＬＥＤディスプレイ１２０では、ＬＥＤ１０上に低屈折率層部を設けないので、全反射の臨界角θ０より小さな角度でＬＥＤ１０からスクリーン４４に入射される光成分は、ブラック樹脂層４３に吸収され外部に取り出すことができない。それゆえ、比較例６のＬＥＤディスプレイ１２０では、外光反射の影響（コントラストの低下）を抑制することはできるが、光取り出し効率が低下する。

上記比較例５及び６の構成に対して、本実施形態のＬＥＤディスプレイ４０では、ブラック樹脂層４３をスクリーン４４と樹脂部材２０との間に設けるので、比較例６と同様に、外光反射の影響（コントラストの低下）を抑制することができる。また、本実施形態のＬＥＤディスプレイ４０では、ＬＥＤ１０上に低屈折率層部１１を設けるので、図１１に示すように、全反射の臨界角θ０より小さな角度で発光素子１からスクリーン４４に入射する光成分を増大させることができる。すなわち、本実施形態では、発光素子１で発光された光の大部分が、ブラック樹脂層４３の開口部４３ａ（コーン状の光抽出領域４０ａ）を介して外部に射出され、これにより、光取り出し効率を向上させることができる。

以上のことから、本実施形態では、光取り出し効率及びコントラスト特性の両方に優れたＬＥＤディスプレイ４０を提供することができる。さらに、本実施形態では、発光素子１を光出射面が平坦面である樹脂部材２０で封止（パッケージ）するので、小フットプリントのＬＥＤディスプレイ４０（フラットパネルディスプレイ）を提供することができる。

なお、上記第２の実施形態では、外光Ｌ０の影響を除去するための遮光層として、ブラック樹脂材で形成された層を用いた例を説明したが、本開示はこれに限定されない。上記第２の実施形態では、ブラック樹脂層４３と同様の遮光機能を有する膜であれば、任意の膜で遮光層を構成することができる。

また、上記第２の実施形態では、ブラック樹脂層４３をスクリーン４４と樹脂部材２０との間に設ける構成例を説明したが、本開示はこれに限定されない。ブラック樹脂層４３の配置位置は、上記第２の実施形態と同様に、高い光取り出し効率を維持しつつ、ブラック樹脂層４３を設けない場合に比べて、ＬＥＤディスプレイのコントラスト特性を改善することができる位置であれば任意である。その各種変形例（変形例１〜３）を、図１２Ａ〜１２Ｃに示す。図１２Ａ〜１２Ｃは、それぞれ変形例１〜３のＬＥＤディスプレイの概略構成断面図である。なお、図１２Ａ〜１２Ｃのそれぞれに示す各変形例のＬＥＤディスプレイにおいて、図８に示す上記第２の実施形態のＬＥＤディスプレイ４０と同様の構成には、同じ符号を付して示す。

変形例１のＬＥＤディスプレイ５１では、図１２Ａに示すように、ブラック樹脂層４３が配線４２上で且つ発光素子１の配置領域と重ならない位置に設けられる。

また、変形例２のＬＥＤディスプレイ５２では、図１２Ｂに示すように、ブラック樹脂層４３がスクリーン４４の光出射面上に設けられる。なお、この例においても、上記第２の実施形態と同様に、発光素子１の光出射面１ａの上部に形成されるコーン状（錘体状）の光抽出領域４０ａと重ならない領域に、ブラック樹脂層４３が形成される。

さらに、変形例３のＬＥＤディスプレイ５３では、図１２Ｃに示すように、２つのブラック樹脂層（第１ブラック樹脂層５４及び第２ブラック樹脂層５５）が設けられる。そして、変形例３では、第１ブラック樹脂層５４が、上記第２の実施形態と同様に、樹脂部材２０の光出射面に埋め込むようにして設けられ、第２ブラック樹脂層５５が、上記変形例１と同様に、配線４２上に設けられる。

上記変形例１〜３のＬＥＤディスプレイにおいても、ブラック樹脂層４３を設けない場合に比べて、スクリーン４４及び／又は配線４２での外光の反射の影響を低減することができ、ＬＥＤディスプレイのコントラスト特性を改善することができる。

さらに、上記第２の実施形態では、ブラック樹脂層４３及びスクリーン４４を備えるＬＥＤディスプレイ４０について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、ブラック樹脂層４３及びスクリーン４４を設けずに樹脂部材２０がスクリーンを兼ねる構成にしてもよい。

なお、本発明のディスプレイ装置（ＬＥＤディスプレイ）では、比較例１に対して、光取り出し効率を向上させることで、樹脂部材２０の平面内に導波する光の成分を減少させることができる。これにより、本発明では、次のような効果も得られる。

樹脂部材２０内に導波した光は、最終的には、樹脂部材２０や周辺部材に吸収されるが、この場合、ＬＥＤ１０から射出される強力な光によって樹脂部材２０や周辺部材が劣化する可能性がある。具体的には、例えばエポキシ、アクリル、シリコーン等のＬＥＤディスプレイで一般に用いられる封止樹脂は、例えば光の吸収による着色や収縮、又は、ガス発生などの劣化の問題を有する。

しかしながら、本発明のＬＥＤディスプレイでは、上述のように、樹脂部材２０内を導波する光の成分を減少させることができるので、このような問題を軽減することができ、ＬＥＤディスプレイの寿命を向上させることができる。また、上記第２の実施形態のように、ブラック樹脂層４３を設けた場合には、樹脂部材２０内を導波する光の成分をさらに低減することができる。それゆえ、本発明では、ＬＥＤ１０（発光素子１）を封止する領域に光可塑性樹脂や光硬化性樹脂などの光によって変質しやすい樹脂を用いることができる。すなわち、樹脂部材２０を光可塑性樹脂や光硬化性樹脂などの樹脂を用いて形成することができる。

また、本発明のディスプレイ装置では、ＬＥＤ１０（発光素子１）と隣接してＬＥＤ駆動用のＴＦＴ（Thin Film Transistor）やＩＣ（Integrated Circuit）チップなどの回路（発光素子駆動回路）を配置することもできる。

樹脂部材２０で封止される領域内にこのようなＴＦＴやＩＣチップを設けた場合、ＬＥＤ１０から射出される光によって励起されるキャリアが、ＴＦＴやＩＣチップを誤動作させる可能性がある。しかしながら、本発明のＬＥＤディスプレイでは、上述のように、樹脂部材２０内を導波する光の成分を減少させることができ、ブラック樹脂層４３を設けても光取り出し効率が低下しない。それゆえ、本発明のディスプレイ装置において、ＬＥＤ１０（発光素子１）と隣接してＬＥＤ駆動用のＴＦＴやＩＣチップを配置しても、輝度とコントラスト比を低下させずに、安定した駆動が可能となる。

また、上記第１及び第２の実施形態では、光源としてＬＥＤを用いる例を説明したが、本開示は、これに限定されない。光源として、例えば有機ＥＬ（Electroluminescence）、無機ＥＬ等の自発光方式の光源を用いてもよい。また、光源として、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ディスプレイの各画素を構成する光透過部等のように、微小開口部を通過する光を利用する疑似光源を用いてもよい。

なお、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
（１）
発光素子本体部と、
前記発光素子本体部の光出射面上に設けられ、第１の屈折率を有する低屈折率層部と、
前記発光素子本体部及び前記低屈折率層部を内部に封止するように設けられ、光出射面が平坦面であり、かつ、前記第１の屈折率より大きい第２の屈折率を有するパッケージ部材と
を備えるディスプレイ装置。
（２）
さらに、前記発光素子本体部から前記低屈折率層部を介して射出される光の抽出領域と重ならない領域に設けられた遮光層を備える
（１）に記載のディスプレイ装置。
（３）
前記遮光層が、前記発光素子本体部の光出射面側の所定位置に設けられている
（２）に記載のディスプレイ装置。
（４）
前記遮光層が、ブラック樹脂で形成されている
（２）又は（３）に記載のディスプレイ装置。
（５）
さらに、前記パッケージ部材上に設けられたスクリーンを備え、
前記パッケージ部材が、前記スクリーンと屈折率マッチングした部材で構成されている
（１）〜（４）のいずれか一項に記載のディスプレイ装置。
（６）
前記パッケージ部材が、光可塑性樹脂又は光硬化性樹脂で形成された樹脂部材を含む
（１）〜（５）のいずれか一項に記載のディスプレイ装置。
（７）
さらに、前記パッケージ部材内に設けられ、前記発光素子本体を駆動する発光素子駆動回路を備える
（１）〜（６）のいずれか一項に記載のディスプレイ装置。
（８）
発光素子本体部と、
光出射面が平坦面でありかつ前記発光素子本体部を内部に封止するパッケージ部材の屈折率よりも小さい屈折率を有し、前記発光素子本体部の光出射面上に設けられた低屈折率層部と
を備える発光素子。

１…発光素子、１０…ＬＥＤ、１１…低屈折率層部、２０…樹脂部材、４０，５１，５２，５３…ＬＥＤディスプレイ、４０ａ…光抽出領域、４１…実装基板、４２…配線、４３…ブラック樹脂層、４４…スクリーン、５４…第１ブラック樹脂層、５５…第２ブラック樹脂層

Claims

発光素子本体部と、
前記発光素子本体部の光出射面上に設けられ、第１の屈折率を有する低屈折率層部と、
前記発光素子本体部及び前記低屈折率層部を内部に封止するように設けられ、光出射面が平坦面であり、かつ、前記第１の屈折率より大きい第２の屈折率を有するパッケージ部材と、
前記発光素子本体部から前記低屈折率層部を介して射出される光の抽出領域と重ならない領域に設けられた遮光層と、
前記パッケージ部材内に設けられ、前記発光素子本体部を駆動する発光素子駆動回路を備え、
前記遮光層は、前記発光素子本体部の光出射面と対向する領域に開口部を有し、前記開口部の面積が前記パッケージ部材の前記光出射面における前記光の抽出領域の面積以上である
ディスプレイ装置。
前記遮光層が、ブラック樹脂で形成されている
請求項１に記載のディスプレイ装置。
さらに、前記パッケージ部材上に設けられたスクリーンを備え、前記パッケージ部材と前記スクリーンの間に、或いは、前記スクリーンの上に、前記遮光層が設けられている
請求項１又は請求項２に記載のディスプレイ装置。
前記パッケージ部材が、光可塑性樹脂又は光硬化性樹脂で形成された樹脂部材を含む
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
発光素子本体部と、
前記発光素子本体部の光出射面上に設けられ、第１の屈折率を有する低屈折率層部と、
前記発光素子本体部及び前記低屈折率層部を内部に封止するように設けられ、光出射面が平坦面であり、かつ、前記第１の屈折率より大きい第２の屈折率を有するパッケージ部材と、
前記発光素子本体部から前記低屈折率層部を介して射出される光の抽出領域と重ならない領域に設けられた遮光層と、
前記パッケージ部材上に設けられたスクリーンを備え、
前記パッケージ部材と前記スクリーンの間に、或いは、前記スクリーンの上に、前記遮光層が設けられ、
前記遮光層は、前記発光素子本体部の光出射面と対向する領域に開口部を有し、前記開口部の面積が前記パッケージ部材の前記光出射面における前記光の抽出領域の面積以上であり、
前記遮光層の前記開口部の端部を前記スクリーンの光出射面に投影した位置と前記発光素子本体部の光出射面の端部位置とを結ぶ直線と、前記パッケージ部材の前記光出射面との間の角度が全反射の臨界角である
ディスプレイ装置。
前記遮光層が、ブラック樹脂で形成されている
請求項５に記載のディスプレイ装置。
前記パッケージ部材が、光可塑性樹脂又は光硬化性樹脂で形成された樹脂部材を含む
請求項５又は請求項６に記載のディスプレイ装置。