JP2008235566A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】極めて薄い表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置１００は、光拡散材料が分散された基板部１０ａと回路配線１０ｃとから成る回路配線基板１０、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１、ワイヤボンディング３ｎ及び３ｐ、並びに遮光部材４から成る。III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１は、絶縁性基板２０と、ｎ型領域２１ｎと、ｐ型領域２２ｐとをこの順に有し、発光領域を太線Ａで示した。III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の発光領域（太線）Ａから発せられた光が、回路配線基板１０の基板部１０ａに達すると、基板部１０ａ内に分散された光拡散材料により、光が拡散し、回路配線基板１０の基板部１０ａの極めて広い領域が二次的な発光源となったのと同じ状態になる（太線の矢印）。こうして、遮光部材４で覆われていない領域Ｂ全体が、あたかも発光しているように視認される。
【選択図】図１

Description

本発明は１乃至十数個の発光ダイオードを用いた薄型の表示装置に関する。本発明は、特に、点灯及び非点灯の切替により、各種装置の電源のオンオフ又は作動状況の表示等を行う装置として有用である。尚、点灯及び非点灯の切替には、異なる色調の発光ダイオードの何れかを点灯させる又は全てを点灯させることによる、表示装置における色調の切替をも含むものとする。尚、本発明は、異なる色調の各発光ダイオードの発光強度を調整することにより、表示装置の色調を任意に調整するものを排除するものではない。

窒化ガリウム系の青色及び緑色発光ダイオードが比較的安価に提供されるようになり、ガリウムヒ素系の赤色発光ダイオードと併せて発光ダイオードの３原色が揃い、フルカラーのディスプレイマトリクスやフルカラーの表示装置が多種開発されている。例えば特許文献１には、光取り出し領域が１つのキャラクター（図柄）を形成するようにした、複数個の発光ダイオードを用いた携帯電話の表示装置が開示されている。
特開２００２−５１１３５号公報

特許文献１においては、回路配線基板に発光ダイオードを配設した上、他の表示領域に発光が漏れないように隔壁部を設ける構造としている。このような構成では、十分に薄い表示装置が構成できない。

そこで本発明者らは、全く新しい発想により、十分に薄い表示装置を着想し、本願発明を完成させた。

請求項１に係る発明は、蛍光体又は光拡散材料が分散された回路配線基板と、回路配線基板の光取り出し側である第１の面上に、光を透過させる光透過領域を除いた部分に形成された遮光部と、回路配線基板の他方の側である第２の面上に配置され、回路配線に接続された発光ダイオードとを有し、第１の面上の光透過領域が所望の光取り出し形状を形成していることを特徴とする表示装置である。
請求項２に係る発明は、回路配線基板と、回路配線基板の光取り出し側である第１の面上に、光を透過させる光透過領域を除いた部分に形成された遮光部と、回路配線基板の他方の側である第２の面上に配置され、回路配線に接続された発光ダイオードとを有し、第１の面上の光透過領域が所望の光取り出し形状を形成しており、少なくとも第１の面上の光透過領域に対応して発光ダイオードを封止する、蛍光体又は光拡散材料が分散された樹脂を更に有することを特徴とする表示装置である。
請求項３に係る発明は、回路配線基板と、回路配線基板の光取り出し側である第１の面上に、光を透過させる光透過領域を除いた部分に形成された遮光部と、第１の面上の光透過領域に少なくとも形成された、蛍光体又は光拡散材料を含む層と、回路配線基板の他方の側である第２の面上に配置され、回路配線に接続された発光ダイオードとを有し、第１の面上の光透過領域が所望の光取り出し形状を形成していることを特徴とする表示装置である。

本願の各請求項に係る発明において、回路配線基板は、遮光性ではないことを必要とするが、蛍光体又は光拡散材料が分散された場合は必ずしも光に対して高透過性である必要は無い。更には、いずれの請求項に係る発明においても、視覚的効果を狙って、いわゆるスモーク状となったものや、着色されたものなど、任意の透光性（光の波長に対する透過率）を有するものとして良い。回路配線基板に形成する回路配線は、例えば透明材料を用いても良いが、不透明材料の金属膜としても構わない。発光ダイオードの構成と回路配線基板の回路配線との接続方法は任意である。封止樹脂を用いる場合の封止樹脂も必ずしも光に対して高透過性である必要は無い。蛍光体とは例えば発光ダイオードの発光波長を変換するものを言い、発光ダイオード自身の発光波長の光と、蛍光体による変換された発光波長の光が合わさって、他の色調に視認できるものを想定するものである。光拡散材料は、発光ダイオードから直線方向にのみ光を取り出すのではなく、光透過領域全体が、いずれの方向からも発光しているように視認できるようにするものである。また、遮光部は、光反射材と光吸収材のいずれから成るものをも含むものとするが、例えば光反射材を用いる場合は、視覚の面から、視認側には光吸収材を設けることが好ましい。

請求項１において、蛍光体又は光拡散材料が分散された回路配線基板とは、回路配線基板の厚さ方向に均一に蛍光体又は光拡散材料が分散されたものに限定されず、表裏どちらかに集中して蛍光体又は光拡散材料が分散されたものを含むものとする。
また、請求項２において遮光部を設けていない領域に対応してとは、遮光部を設けていない領域が光透過領域であり、その全体がいずれの方向からも発光しているように視認できるようにするためのものである。そのためには、遮光部を設けていない領域と回路配線基板を介して反対側に、蛍光体又は光拡散材料が分散された封止樹脂を設けるとの構成である。
また、請求項３において少なくとも遮光部を設けていない部分に蛍光体又は光拡散材料を含む層が形成されているとは、遮光部を設けた部分に当該層が形成されているものを排除するものでなく、また、遮光部と当該層と回路配線基板の上下関係は限定されないものとする。例えば回路配線基板、当該層、遮光部の順であっても良く、当該層、回路配線基板、遮光部の順であっても良い。

請求項４に係る発明は、少なくとも遮光部を設けていない領域に対応して、回路配線基板の発光ダイオードを覆うように設けた反射膜を有することを特徴とする。当該反射膜は、発光ダイオードに直接形成することを排除しないが、他の絶縁材を介して発光ダイオードを間接的に覆うものをも含むものとする。
請求項５に係る発明は、遮光部は、透明薄膜の上に形成された遮光性の材料により形成されていることを特徴とする。請求項６に係る発明は、遮光部は、回路配線基板の光取り出し側の面に形成された遮光性の材料により形成されていることを特徴とする。
請求項５と請求項６の差異は、例えば遮光部を形成した薄膜の透明シートを回路配線基板に後跡づけするか、回路配線基板自体に遮光部を形成をするかの違いである。

回路配線基板の回路配線側に発光ダイオードを配設し、回路配線基板の反対側を光取り出し面とすると、発光ダイオードの厚さと回路配線基板の厚さを加えたのみの、極めて薄い表示装置が形成できる。尤も、発光ダイオードをワイヤボンディングした場合や封止樹脂を形成するなどして当該表示装置の厚さは若干厚くなるものの、極限に薄い表示装置であることは変わりない。

単に透明な回路配線基板の一方の面に発光ダイオードを配設しても、当該発光ダイオード自身が視認されてしまうのみである。そこで回路配線基板内部に光拡散材料を分散させる、回路配線基板に光拡散材料を含む層を表裏どちらかに設ける、発光ダイオードを封止する樹脂に光拡散材料を分散させるのいずれかの手段を取れば、光取り出し形状の全体が発光するように視認させることができる。
また、上記光拡散材料に替えて、又は光拡散材料に加えて、蛍光体を用いると、光取り出し形状の全体を、発光ダイオード単色での色とは異なる色調に発光させることができる。（以上、請求項１乃至３の効果）

発光ダイオードを覆うように反射膜を設けると、光取り出し側とは反対側に漏れる光を光取り出し側に導くことができ、発光ダイオードの発する光を有効活用することができる。

本発明に用いる発光ダイオードは、単色、フルカラー、その他任意である。また、１つの図柄を形成する１つの領域に用いる発光ダイオードの個数も任意である。発光ダイオードとしては、必要な色調を発光するものを任意に選択できる。例えばIII族窒化物系化合物半導体（Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ）を用いた紫色乃至緑色の発光ダイオードを選択しても良い。蛍光体と組み合わせる場合は、近紫外乃至青色領域の発光波長の発光ダイオードと黄色蛍光体を組み合わせて白色ダイオードとしても良く、所望色の蛍光体と紫外線発光ダイオードを組み合わせても良い。

発光ダイオードの電極構造も任意であり、回路配線基板の回路配線との接続方法も任意に選択できる。例えばIII族窒化物系化合物半導体（Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ）発光素子を用いる場合、いわゆるフェイスアップタイプの構造（ｐ型半導体層側に光取り出し）でチップ基板裏面に反射膜を形成しても良い。この場合、回路配線基板との接続ははんだバンプとして良い。或いはいわゆるフリップチップタイプの構造（絶縁基板側に光取り出し）でｐ型半導体層側に反射膜を有するものを、ワイヤボンディングしても良い。ワイヤボンディングの際、超音波を用いるウエッジボンディングによれば加熱処理が不要であり、他の構成部分に悪影響が少なくなる。これらの詳細については後述する。

回路配線基板の材料は、遮光性の母材が不適当であるほかは全く任意である。母材は透光性を有する樹脂又は無機材料が好ましい。光透過領域に対応する部分の配線材を酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）とすると、表示の際に配線の陰が生じない。光拡散材料としては球形その他の微粒子が入手可能であり、回路配線基板の母材に分散するほか、当該光拡散材料を塗布固定した薄膜を用いても良い。蛍光体や有機染料を用いる場合も同様である。

遮光部を形成する材料は、基本的には光吸収材が好ましいが、回路配線基板側を光反射材とした光吸収材との２重構造としても良い。遮光部の形成は、用いる材料に対応して、スクリーン印刷、蒸着その他の方法を用いることができる。遮光材料を形成したフィルムの貼り付けによっても良い。封止樹脂は母材樹脂、その他添加剤とも全く任意であり、光拡散材料、蛍光体、有機染料その他を含有させる場合も任意に選択できる。尚、本発明においては、封止樹脂を無機材料に置き換えることを排除するものではない。

発光ダイオードを覆う様に形成する反射膜については、任意の金属その他を用いることが可能であるが、回路配線基板の回路配線との絶縁を保つため、絶縁材を介する等の工夫が必要である。

図１は、本発明の具体的な第１の実施例に係る表示装置１００の要部を示す断面図である。表示装置１００は、光拡散材料が分散された基板部１０ａと回路配線１０ｃとから成る回路配線基板１０、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１、ワイヤボンディング３ｎ及び３ｐ、並びに遮光部材４から成る。III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１は、絶縁性基板２０と、ｎ型III族窒化物系化合物半導体領域２１ｎと、ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐとをこの順に有する。図１では発光領域をｎ型III族窒化物系化合物半導体領域２１ｎと、ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐとに挟まれた太線Ａで示した。当該領域Ａは、ｐｎ界面の他、単層、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造の発光層としうるものであって、簡略に示したものである。図１では省略したが、ｎ型III族窒化物系化合物半導体領域２１ｎとワイヤボンディング３ｎとの間にはｎ電極が、ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐとワイヤボンディング３ｐとの間にはｐ電極が形成されているものとする。また、図１では回路配線１０ｃが基板部１０ａの図１内下側でIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０１が配置されていない大部分の面積を覆うかのように記載したが、回路配線１０ｃは、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１に通電可能なように形成されれば良く、基板部１０ａの下側を覆う必要は無い。

図１の表示装置１００においては、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の発光領域（太線）Ａから発せられた光が、回路配線基板１０の基板部１０ａに達すると、基板部１０ａ内に分散された光拡散材料により、光が拡散することとなる。結果、回路配線基板１０の基板部１０ａの極めて広い領域が二次的な発光源となったのと同じ状態になる。これを図１で太線の矢印で示した。即ち、発光領域（太線）Ａからの光が基板部１０ａ内で様々な方向に拡散することとなる。こうして、最終的には、遮光部材４で覆われていない、光透過領域Ｂ全体が、あたかも発光しているように視認される。このように、図１の表示装置１００は、光拡散材料が分散された基板部１０ａにより、点光源であるIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の発光が、光透過領域Ｂ全体からの発光であるように視認できる。よって、遮光部材４を所望形状にすることで、所望の形状に形どられた光透過領域Ｂの表示装置とすることが可能となる。

図２は、本発明の具体的な第２の実施例に係る表示装置２００の要部を示す断面図である。表示装置２００は、光拡散材料が分散された基板部１０ａと回路配線１０ｃとから成る回路配線基板１０については図１の表示装置１００と同様のものを用いる。一方、図２の表示装置２００はIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０２を、フリップチップのように回路配線１０ｃに接続している。即ち、図２の表示装置２００に用いるIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０２は、基本的には図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０１と同様に、絶縁性基板２０と、ｎ型III族窒化物系化合物半導体領域２１ｎと、ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐとをこの順に有し、ｎ型III族窒化物系化合物半導体領域２１ｎと、ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐとに挟まれた発光領域（太線）Ａを有する。ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐは図示しないｐ電極を介して回路配線１０ｃと接続され、ｎ型III族窒化物系化合物半導体領域２１ｎは図示しないｎ電極と、バンプ３ｂを介して回路配線１０ｃと接続されている。尚、図示しないｐ電極は透光性の薄膜電極であるものとする。

図２の表示装置２００も、図１の表示装置１００と同様に、発光領域（太線）Ａからの光が基板部１０ａ内で様々な方向に拡散することとなり、最終的には、遮光部材４で覆われていない、光透過領域Ｂ全体が、あたかも発光しているように視認される。よって遮光部材４を所望形状にすることで、所望の形状に形どられた光透過領域Ｂの表示装置とすることが可能となる。

〔基板部１０ａの変形例〕
図１の基板部１０ａ内に分散された光拡散材料に替えて、蛍光体を用いると、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の発光波長と異なる波長の光を当該蛍光体から発することが可能となる。例えば、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の発光波長を青色領域とし、当該発光波長を吸収して黄色の蛍光を発する蛍光体を用いれば、光透過領域Ｂから白色発光を得ることも可能である。或いはIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の発光波長を紫外領域とし、当該発光波長を吸収して任意色の蛍光を発する蛍光体を用いれば、光透過領域Ｂから任意色の発光を得ることも可能である。この際、蛍光色の異なる蛍光体を混合すると、更に色調の調整が容易となる。更には、図１の基板部１０ａとして着色された板材を用いれば、発光素子の色調を変化させることも可能である。以上は図２の基板部１０ａにも同様に言える。

〔発光素子に反射膜を形成する場合〕
図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０１においては、図示しない、ｐ電極とｎ電極を高反射性の電極とすることで、図２のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０２においては、絶縁性基板２０の裏面（図２内で下側の面）に高反射性の膜を形成することで、発光領域Ａから各図内で下方向に漏れる光を回路配線基板１０の基板部１０ａ側に反射させることができる。反射膜を、更に筐体状あるいは覆いとして次の実施例のように形成しても良い。

また、図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０１や図２のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０２を樹脂封止したり、回路配線１０ｃを絶縁材料で被覆することも任意である。

図３は、本発明の具体的な第３の実施例に係る表示装置３００の要部を示す断面図である。表示装置３００は、透明な材料から成る基板部１０ｂと回路配線１０ｃとから成る回路配線基板１０３、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１、ワイヤボンディング３ｎ及び３ｐ、遮光部材４、光拡散材料を含む封止樹脂５、並びに高反射性金属から成る枠部６から成る。図３の表示装置３００は、光拡散材料を封止樹脂５に混合して、回路配線基板１０３の基板部１０ｂには含有させない他は、回路配線１０ｃ、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１、ワイヤボンディング３ｎ及び３ｐ、並びに遮光部材４の基本構成は図１の表示装置１００と同様である。

図３の表示装置３００においては、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の発光領域（太線）Ａから発せられた光が、回路配線基板１０３の基板部１０ｂに達した場合はそのまま図内の上方向に透過する。一方、発光領域（太線）Ａから発せられた光が、直接又は高反射性金属から成る枠部６にて反射された後に封止樹脂５に混合された光拡散材料に到達すると、当該光拡散材料により、光が拡散することとなる。結果、回路配線基板１０３の下部の極めて広い領域が二次的な発光源となったのと同じ状態になる。これを図３で太線の矢印で示した。即ち、発光領域（太線）Ａからの光が封止樹脂５内で様々な方向に拡散することとなる。こうして、最終的には、遮光部材４で覆われていない、光透過領域Ｂ全体が、あたかも発光しているように視認される。このように、図３の表示装置３００は、光拡散材料が分散された封止樹脂５により、点光源であるIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の発光が、光透過領域Ｂ全体からの発光であるように視認できる。よって、遮光部材４を所望形状にすることで、所望の形状に形どられた光透過領域Ｂの表示装置とすることが可能となる。

〔実施例３の変形例〕
図３の表示装置３００のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０１に替えて、図２の表示装置２００のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０２と同様に接続しても良い。また、図３の表示装置３００の透明な材料から成る基板部１０ｂに替えて、図１の表示装置１００の、光拡散材料が分散された基板部１０ａを用いても良い。この場合、光拡散材料が分散された封止樹脂５と光拡散材料が分散された基板部１０ａとの２箇所で光が拡散される結果、光透過領域Ｂ全体がより均一に発光しているように視認される。

〔その他の変形例〕
例えば、図４．Ａのように、遮光部材４は、基板部１０ａ又は１０ｂに直接設けられるのでなく、透明な材料から成る薄膜（フィルム）４１に例えば印刷等により設けて、その後、基板部１０ａ又は１０ｂに、遮光部材４を設けた透明な材料から成る薄膜（フィルム）４１を接着することとしても良い。

また、図４．Ｂのように、透明な材料から成る基板部１０ｂに、光拡散材料を有する薄膜（フィルム）１０４を接着して、光拡散材料を表面に有する回路配線基板を形成しても良い。この際、光拡散材料を有する薄膜（フィルム）１０４を接着する側は、図４．Ｂのように遮光部材４を形成する光取り出し側としても良く、逆に回路配線１０ｃを形成する側としても良い。いずれの場合も透明な材料から成る基板部１０ｂに光拡散材料を有する薄膜（フィルム）１０４を接着してから遮光部材４や回路配線１０ｃを形成しても良く、逆に遮光部材４や回路配線１０ｃを形成したのちに光拡散材料を有する薄膜（フィルム）１０４を接着しても良い。導通のための孔あけ等の処置は任意に行われる。

以上の実施例に本願発明は限定されるものではない。実施例に挙げた構成を基礎として、入手可能な任意の部材等を用いて適宜変更可能である。例えば、発光素子はIII族窒化物系化合物半導体発光素子に限定されるものではなく、赤乃至黄緑色のＧａＡｓ系、ＩｎＰ系の発光素子を用いても良い。導電性のチップ基板を用いた素子を回路配線と接続する場合は当該基板を直接回路配線と接続しても良い。本願発明は、遮光部材を形成されていない領域から成る光透過領域Ｂが最終的に光っているかのように視認されれば良く、回路配線や発光素子及びそれらを導通させるワイヤやはんだ、バンプ等については必ずしも透光性のものを用いなければならないわけではない。光拡散材料は回路配線基板の基板部と封止樹脂の両方に分散させても良く、更に光拡散材料を有する薄膜（光拡散シート）を光取り出し側に重ねても良い。光拡散材料と蛍光体を併用することは当然本願発明に包含される。

尚、発光素子の回路配線基板への固定方法は任意である。絶縁性基板を有するものについては図では説明を省略したが、接着剤を用いても良い。
また、図３では高反射性金属から成る枠部を形成する場合を示したが、例えば高反射性部材を含んだペースト等にディップして被膜を形成しても良い。

本発明は、発光領域単位で図柄を表示することや、発光領域の二次元配列によって数値等を表示することで、任意の表示用途に利用することができ、例えば車両のフロントパネルの表示装置や、デジタル表示の時計や、家電製品の表示部などに利用することができる。また、オン／オフ状態を点灯／非点灯にて表示する機能を有する押し下げスイッチの操作部とすることができる。

本発明の具体的な第１の実施例に係る表示装置１００の要部を示す断面図。 本発明の具体的な第２の実施例に係る表示装置２００の要部を示す断面図。 本発明の具体的な第３の実施例に係る表示装置３００の要部を示す断面図。 変形例を示す断面図。 他の変形例を示す断面図。

符号の説明

１０、１０３：回路配線基板
１０ａ：光拡散材料が分散された基板部
１０ｂ：透明な材料から成る基板部
１０ｃ：回路配線
１０４：光拡散材料を有する薄膜（フィルム）
２０１：III族窒化物系化合物半導体発光素子
４：遮光部材
４１：透明な材料から成る薄膜（フィルム）
５：光拡散材料が分散された封止樹脂
６：高反射性金属から成る枠部
Ａ：III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の発光領域
Ｂ：遮光部材４を形成されていない領域から成る光透過領域

Claims (6)

1. 蛍光体又は光拡散材料が分散された回路配線基板と、
   前記回路配線基板の光取り出し側である第１の面上に、光を透過させる光透過領域を除いた部分に形成された遮光部と、
   前記回路配線基板の他方の側である第２の面上に配置され、回路配線に接続された発光ダイオードとを有し、
   前記第１の面上の前記光透過領域が所望の光取り出し形状を形成していることを特徴とする表示装置。
2. 回路配線基板と、
   前記回路配線基板の光取り出し側である第１の面上に、光を透過させる光透過領域を除いた部分に形成された遮光部と、
   前記回路配線基板の他方の側である第２の面上に配置され、回路配線に接続された発光ダイオードとを有し、
   前記第１の面上の前記光透過領域が所望の光取り出し形状を形成しており、
   少なくとも前記第１の面上の前記光透過領域に対応して、前記発光ダイオードを封止する、蛍光体又は光拡散材料が分散された樹脂を更に有することを特徴とする表示装置。
3. 回路配線基板と、
   前記回路配線基板の光取り出し側である第１の面上に、光を透過させる光透過領域を除いた部分に形成された遮光部と、
   前記第１の面上の前記光透過領域に少なくとも形成された、蛍光体又は光拡散材料を含む層と、
   前記回路配線基板の他方側である第２の面上に配置され、回路配線に接続された発光ダイオードとを有し、
   前記第１の面上の前記光透過領域が所望の光取り出し形状を形成していることを特徴とする表示装置。
4. 少なくとも前記遮光部を設けていない領域に対応して、前記回路配線基板の前記発光ダイオードを覆うように設けた反射膜を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記遮光部は、透明薄膜の上に形成された遮光性の材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記遮光部は、回路配線基板の光取り出し側の面に形成された遮光性の材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれれか１項に記載の表示装置。

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