JP2014110285A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
発光体からの青色光を高い効率で蛍光体に入射させることで輝度を高めるとともに、発光体からの青色光が隣接する蛍光体に入射することを防ぎ、混色の発生を防止することが可能な表示装置を提供する。
【解決手段】
積層された半導体層から形成され、青色光を発光する薄膜発光体と、前記薄膜発光体が複数の列に並べられた基板と、前記薄膜発光体と前記基板との間に設けられた反射鏡と、前記薄膜発光体の列に対応させて蛍光体が列状に形成された蛍光体フィルムとを備え、前記薄膜発光体に前記蛍光体をほぼ隙間なく密着させて前記基板と前記蛍光体フィルムとが配置されたことを特徴とした表示装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ダイオードを発光体とした表示装置に関するものである。

従来の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を発光体とした表示装置には、例えば、特許文献１の図３等に開示されるように、発光体たる、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の青色ＬＥＤ（以下、ＧａＮ青色ＬＥＤと称する。）の発光により得られる青色光に加え、ＧａＮ青色ＬＥＤに対応して配置された蛍光体がＧａＮ青色ＬＥＤの発光により励起されることで赤色光又は緑色光を発光するものがある。

特開２００２−２１７４５４号公報

しかしながら、従来の表示装置では、ＧａＮ青色ＬＥＤの厚みが約３００μｍと厚く、ＧａＮ青色ＬＥＤと蛍光体との配置距離が開いていた。このようにＧａＮ青色ＬＥＤと蛍光体との配置距離が開いていると、ＧａＮ青色ＬＥＤから出射された青色光は蛍光体に入射する前に拡散するため蛍光体に入射する効率が低くなる。このため、従来の表示装置では輝度が低いといった問題があった。また、拡散した青色光が隣接する蛍光体に入射することで混色が発生するといった問題もあった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、発光体からの青色光を高い効率で蛍光体に入射させることで輝度を高めるとともに、発光体からの青色光が隣接する蛍光体に入射することを防ぎ、混色の発生を防止することが可能な表示装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る表示装置は、積層された半導体層から形成され、青色光を発光する薄膜発光体と、前記薄膜発光体が複数の列に並べられた基板と、前記薄膜発光体と前記基板との間に設けられた反射鏡と、前記薄膜発光体の列に対応させて蛍光体が列状に形成された蛍光体フィルムとを備え、前記薄膜発光体に前記蛍光体をほぼ隙間なく密着させて前記基板と前記蛍光体フィルムとが配置されたことを特徴としている。

本発明によれば、発光体からの青色光を高い効率で蛍光体に入射させることで輝度を高めるとともに、発光体からの青色光が隣接する蛍光体に入射することを防ぎ、混色の発生を防止することが可能な表示装置を提供することができる。

表示装置の発光部分の構成を説明する部分断面概略図である。 図１中Ａ部分を拡大した部分断面概略図である。 表示装置の基板の概略図である。 表示装置の概略図である。 表示装置の発光部分の構成を説明する部分断面概略図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に係る表示装置１０の発光部分１０ａの構成を説明する部分断面概略図である。表示装置１０は入力された映像信号に基づき、赤色，緑色，青色の光を発光することでフルカラー画像を表示することが可能な装置である。

薄膜半導体発光素子としての薄膜発光素子１は、その厚み（図中、Ｘの長さに相当）が約２μｍのＧａＮ系の薄膜で形成された薄膜発光体５，薄膜発光体６，薄膜発光体７を備える。これらの薄膜発光体５，薄膜発光体６，薄膜発光体７は直線状に複数の列に並べられている。

薄膜発光体５，薄膜発光体６，薄膜発光体７は共通に構成された共通半導体層としてのカソード層４の上にＮクラッド層３７，活性層３６，Ｐクラッド層３５が順次形成された発光ダイオードの構造を有し、青色光を発光する。そして、アノード電極３４はＰクラッド層３５に形成され、カソード電極３３はカソード層４に形成される。なお、カソード電極３３は薄膜発光体５，薄膜発光体６，薄膜発光体７に対して共通に導通され、アノード電極３４は個別に配線される。

基板９は、ポリシリコンが形成されたガラス基板等である。基板９には、カソード電極３３とアノード電極３４とが配線された駆動部３８が設けられている。基板９に設けられた駆動部３８は入力された映像信号に基づき、薄膜発光体５，薄膜発光体６，薄膜発光体７を駆動制御する。

反射鏡１６は金属膜により形成され、基板９上の薄膜発光素子１に対応する位置に設けられている。カソード層４と接する側の反射鏡１６の反射鏡外面１６ａは表面粗さが数ナノメートルとなるように平坦化されている。また、反射鏡１６と接する側のカソード層４のカソード層外面４ａも同様に、表面粗さが数ナノメートルとなるように平坦化されている。図２に示すように、カソード層４のカソード層外面４ａは反射鏡１６の反射鏡外面１６ａに分子間力で貼り付けられている。数ナノメートルに平坦化された外面同士を押し付けることによって分子間力が働き、安定した貼り付けを行うことができる。

ここで、薄膜発光素子１の作成方法について説明する。まず、単結晶半導体薄膜層をサファイア等の母材基板上に犠牲層を挟んで、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）等により形成させる。そして、犠牲層を露出するように、単結晶半導体薄膜層をウエットエッチング法又はドライエッチング法により島状に分離エッチングする。最後に、犠牲層を選択的にエッチングすることにより単結晶半導体薄膜層を母材基板から剥離して薄膜発光素子１を得る。このようにして、厚みが約２μｍの薄膜発光素子１を作成することができる。

蛍光体フィルム１１は、透明な樹脂フィルム等からなる透明基材８上に赤色用蛍光体としての赤色蛍光体２と緑色用蛍光体としての緑色蛍光体３とが列状に配置されたフィルム部材である。赤色蛍光体２と緑色蛍光体３との形成にはＹＡＧ系蛍光体を使用することができ、これらを透明基材８に列状に塗布することで赤色蛍光体２と緑色蛍光体３とを形成することができる。図１に示されるように、赤色蛍光体２は薄膜発光体５に対応させて配置され、薄膜発光体５とほぼ隙間なく密着している。同様に、緑色蛍光体３は薄膜発光体７に対応させて配置され、薄膜発光体７とほぼ隙間なく密着している。これに対して、薄膜発光体６に対応させた蛍光体は配置されていない。したがって、本実施形態に係る蛍光体フィルム１１は、赤色用蛍光体である赤色蛍光体２の列と、蛍光体が配置されていない列と、緑色用蛍光体である緑色蛍光体３の列とが順に繰り返して並べられた形状となっている。

図３は表示装置１０の基板９の概略図である。図２にも示したように、薄膜発光素子１は反射鏡１６を介して基板９に分子間力で貼り付けられて２次元に並べられている。なお、図３においては、薄膜発光体５，薄膜発光体６，薄膜発光体７を備えた薄膜発光体素子１を１単位として、これを縦５列、横５列（５×５＝２５個）に２次元的に並べて表示装置１０を構成したた例について示しているが、本発明はこれに限定されず、表示装置１０が表示するカラー画像の解像度に応じて薄膜発光素子１の単位数を適宜決定すればよい。

図４は表示装置１０の概略図である。前述したように、表示装置１０は基板９と蛍光体フィルム１１とを含む。蛍光体フィルム１１における透明基材８上の赤色蛍光体２と緑色蛍光体３とは列状（帯状）に配置され、薄膜発光素子１の両端の薄膜発光体５，薄膜発光体７とに対応させて配置される。蛍光体フィルム１１は基板９と周縁部１５において接着され、薄膜発光素子１、赤色蛍光体２、及び緑色蛍光体３を外部に対して封止する。これにより、薄膜発光素子１、赤色蛍光体２、及び緑色蛍光体３が空気や水蒸気が触れることを防ぎ、これらが劣化することを防止することができる。

次に、本実施形態に係る動作について説明する。基板９に設けられた駆動部３８は入力された映像信号に基づき、赤色駆動信号、青色駆動信号及び緑色駆動信号を発生する。薄膜発光体５に赤色駆動信号が入力されると、薄膜発光体５の活性層３６は青色光を発光する。そして、薄膜発光体５が発光した青色光は赤色蛍光体２に入射し赤色光に変換され、透明基材８を透過する。同様に、薄膜発光体７に緑色駆動信号が入力されると、薄膜発光体７の活性層３６は青色光を発光する。そして、薄膜発光体７が発光した青色光は緑色蛍光体３に入射し緑色光に変換され、透明基材８を透過する。同様に、薄膜発光体６に青色駆動信号が入力されると、薄膜発光体６の活性層３６は青色光を発光する。しかしながら、薄膜発光体６に対応させた蛍光体は配置されていないため、薄膜発光体６が発光した青色光はそのまま透明基材８を透過することになる。

以上の動作、すなわち、薄膜発光素子１の駆動による青色光の発光と、蛍光体フィルム１１上の赤色蛍光体２又は緑色蛍光体３による色変換とが図４に示す表示装置１０全体において行われ、表示装置１０は入力された映像信号に基づくフルカラー表示を行うことができる。

本実施形態において、薄膜発光体５，薄膜発光体６，薄膜発光体７の厚みは約２μｍと薄い。そして、薄膜発光体５と赤色蛍光体２又は薄膜発光体７と緑色蛍光体３は、それぞれ隙間なく配置されているので、例えば、薄膜発光体５が蛍光体フィルム１１方向に発光した青色光が拡散したとしても、殆どの青色光は赤色蛍光体２に入射することになる。また、薄膜発光体５が基板９方向に発光した青色光は反射鏡１６によって反射される。前述したように、薄膜発光体５の厚みは約２μｍと薄いため、青色光が拡散したとしても、その殆どの青色光は薄膜発光体５を透過して赤色発光体５に入射する。薄膜発光体５が発光した青色光のほぼ全てが赤色蛍光体２に入射され、赤色光に変換される。薄膜発光体５が発光した青色光が赤色蛍光体２に入射せずに青色光のまま出射されることは少なく、これにより混色の発生を防止することができる。同様に、薄膜発光体７が発光した青色光のほぼ全てが緑色蛍光体３に入射せずに青色光のまま出射されることは少ない。これにより、青色光の使用効率を向上させることができるとともに、表示装置１０の輝度を高めることができる。

また、本実施形態においては、薄膜発光体６に対応させた蛍光体が配置されていないため、蛍光体フィルム１１上の赤色蛍光体２と緑色蛍光体３との間に隙間を設けることができる。これにより、蛍光体の密度が高い場合での蛍光体の塗布位置や塗布幅に対するマージンが広くなるため、赤色蛍光体２と緑色蛍光体３との重なりを防ぐことができるとともに、蛍光体の塗布の歩留まりを高くすることができる。

本実施形態の説明においては、反射鏡を基板上の薄膜発光体に対応する位置に設けた形態について説明したが、これに限らず、反射鏡を薄膜発光体の裏面に設けることも可能であり、本実施形態と同様な効果を得ることができる。

以上のように、第１の実施形態によれば、約２μｍの厚みを有する薄膜発光体に対させた反射鏡を設けた上に、当該薄膜発光体と蛍光体とをほぼ隙間無く密着して配置したため、発光体からの青色光を高い効率で蛍光体に入射させることができる。その結果、表示装置の輝度を高めるとともに、発光体からの青色光が隣接する蛍光体に入射することを防ぎ、混色の発生を防止することができる。

［第２の実施形態］
図５は、本実施形態に係る表示装置の発光部分２０ａの構成を説明する部分断面概略図である。本実施形態の説明においては、第１の実施形態と同一な構成については同一の符号を付してその説明は省略する。

本実施形態に係る蛍光体フィルム１３は、第１の実施形態と同様に、透明な樹脂フィルム等からなる透明基材８上に赤色蛍光体２と緑色蛍光体３とが列状に配置されたフィルム部材である。また、蛍光体フィルム１３は、透明基材８の蛍光体が配置される面とは逆側の面にアレイ状に形成されたレンズ１２を備える。レンズ１２は、透明基材８上に透明樹脂で凸状にフォトリソグラフィー技術で成型してもよいし、透明基材８と一体的にモールド成型してもよい。なお、レンズ１２は薄膜発光体５，薄膜発光体６，薄膜発光体７のそれぞれの中央部に対応して設けられ、それぞれの薄膜発光体と同じ間隔で配列される。

次に、本実施形態に係る動作について説明する。本実施形態に係る表示装置は、第１の実施形態に係る表示装置１０と同様に動作する。すなわち、基板９に設けられた駆動部は３８は、入力された映像信号に基づき、赤色駆動信号、青色駆動信号及び緑色駆動信号を発生する。薄膜発光体５に赤色駆動信号が入力されると、薄膜発光体５の活性層３６は青色光を発光する。そして、薄膜発光体５が発光した青色光は赤色蛍光体２に入射し赤色光に変換される。赤色蛍光体２を出射した赤色光はレンズ１２によって集光される。レンズ１２から出射される赤色光は指向性を有する。同様に、薄膜発光体７に緑色駆動信号が入力されると、薄膜発光体７の活性層３６は青色光を発光する。そして、薄膜発光体７が発光した青色光は緑色蛍光体３に入射し緑色光に変換される。緑色蛍光体３を出射した緑色光はレンズ１２によって集光される。レンズ１２から出射される緑色光は赤色光と同様に指向性を有する。これに対して、薄膜発光体６に青色駆動信号が入力されると、薄膜発光体６の活性層３６は青色光を発光する。しかしながら、薄膜発光体６に対応させた蛍光体は配置されてていないため、薄膜発光体６が発光した青色光はそのままレンズ１２によって集光される。レンズ１２から出射される青色光は赤色光、緑色光と同様に指向性を有する。

レンズ１２から出射された各色の光は指向性を有し、表示装置を正面から観察したとき、光量が増えるため、表示されるカラー画像を明るく観察することが可能となる。これにより、薄膜発光体５，薄膜発光体６，薄膜発光体７を駆動させる駆動電流を減ずることができ、表示装置が消費する消費電力を低減することができる。

以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、蛍光体フィルムにおける透明基材の蛍光体が塗布される側の面とは反対側の面にアレイ状に形成されたレンズを設けたため、レンズ１２を介して薄膜発光体から出射された各色の光に指向性を与えることができる。その結果、表示装置の駆動に要する消費電力を低減することができる。

本発明は、フルカラーの表示装置として、通信装置の端末装置、ＴＶの受像装置、又はプロジェクタの映像装置等に利用することができる。

１ 薄膜発光素子
２ 赤色蛍光体
３ 緑色蛍光体
４ カソード層
４ａ カソード層外面
５ 薄膜発光体
６ 薄膜発光体
７ 薄膜発光体
８ 透明基材
９ 基板
１０ 表示装置
１０ａ 発光部分
１１ 蛍光体フィルム
１２ レンズ
１３ 蛍光体フィルム
１５ 周縁部
１６ 反射鏡
１６ａ 反射鏡外面
２０ａ 発光部分
３３ カソード電極
３４ アノード電極
３５ Ｐクラッド層
３６ 活性層
３７ Ｎクラッド層
３８駆動

Claims (6)

1. 積層された半導体層から形成され、青色光を発光する薄膜発光体と、
   前記薄膜発光体が複数の列に並べられた基板と、
   前記薄膜発光体と前記基板との間に設けられた反射鏡と、
   前記薄膜発光体の列に対応させて蛍光体が列状に形成された蛍光体フィルムとを備え、
   前記薄膜発光体に前記蛍光体をほぼ隙間なく密着させて前記基板と前記蛍光体フィルムとが配置されたことを特徴とする表示装置。
2. 前記薄膜発光体の厚みは約２μｍであることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 共通半導体層上に前記薄膜発光体が直線状に並べらて形成された薄膜半導体発光素子が分子間力により前記基板に貼り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の表示装置。
4. 前記蛍光体フィルムは赤色用蛍光体の列と、蛍光体が配置されていない列と、緑色用蛍光体の列とが順に繰り返して並べられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の表示装置。
5. 前記蛍光体フィルムは前記基板と周縁部において接着され、前記薄膜発光体と前記蛍光体とを外部に対して封止することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の表示装置。
6. 前記蛍光体フィルムには前記蛍光体が配置される面と反対側の面に前記薄膜発光体に対応して集光レンズが形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の表示装置。