JP2017168851A - 発光素子ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタをから射出される光の色純度を高めることが可能な発光素子ユニットを提供する。色純度が高く、色再現性の高い表示装置を提供する。
【解決手段】配線基板３１と、配線基板上に設けられた発光素子チップ３３と、配線基板上であって、且つ発光素子チップの周辺に設けられる微小光共振器４３と、発光素子チップ及び微小光共振器を覆う蛍光体層３５と、を有する発光素子ユニットである。また、着色層を有する表示パネルと、バックライトモジュールに上記発光素子ユニットを有する表示装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子ユニット、及び当該発光素子ユニットを複数有するバックライト、並
びに当該バックライトを有する表示装置に関する。

液晶表示装置のバックライトとして、冷陰極管が使用されている。しかしながら、冷陰極
管は、消費電力が大きいため、近年、冷陰極管の代わりに、消費電力が少ない発光ダイオ
ード（ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ））ユニットが使用され始め
ている（特許文献１参照。）。

発光ダイオードとして、青色を発光するＬＥＤチップ上に蛍光体を設け、青色光で蛍光体
を励起させて黄色光とし、当該黄色光及び青色光の混色により白色を発光させる発光ダイ
オードが用いられている。

また、白色を発光させるために、赤色光を発光する発光ダイオード、青色光を発光する発
光ダイオード、及び緑色光を発光するダイオードから発光する光を混合し、白色光を発光
させるバックライトがある。

特開２００４−２４０４１２号公報

しかしながら、青色を発光するＬＥＤチップ上に蛍光体を設けた発光ダイオードから発光
する光の発光スペクトルは、青色を示す波長４５０ｎｍで高い発光強度を有し、緑色を示
す波長５５０ｎｍではピークを有するものの、青色を示す波長４５０ｎｍのピークと比較
すると強度は低い。さらに、赤色を示す波長７００ｎｍではピークを有さず、強度も低い
。

このため、青色を発光するＬＥＤチップ上に蛍光体を設けた発光ダイオードから発光する
白色光がカラーフィルタを透過しても、透過した光は、緑色光及び赤色光の色純度が低い
。このため、表示装置から射出される光の色純度が低下してしまい、色再現性が低下して
しまう問題がある。

また、バックライトとして、赤色光を発光する発光ダイオード、青色光を発光する発光ダ
イオード、及び緑色光を発光するダイオードを用い、白色光を発光させると、部品数が増
加してしまい、コストが増大してしまう。

そこで、本発明の一態様は、カラーフィルタから射出される光の色純度を高めることが可
能な発光素子ユニット、及びバックライトを提供することを課題とする。また、本発明の
一形態は、色純度が高く、色再現性の高い表示装置を提供することを課題とする。

本発明の一形態は、配線基板と、配線基板上に設けられた発光素子チップと、配線基板上
であって、且つ発光素子チップの周辺に設けられる微小光共振器と、発光素子チップ及び
微小光共振器を覆う蛍光体層と、を有する発光素子ユニットである。なお、発光素子ユニ
ットにおいて、上記蛍光体層を覆う凸状の透光性を有する有機樹脂層を有してもよい。

微小光共振器は、基板上に反射層と、半透過型反射層と、反射層及び半透過型反射層の間
に設けられる透光性を有する層とを有する。また、反射層及び半透過型反射層は、ある波
長が反射し干渉することで、ピーク強度が高まる間隔で設けられる。このため、発光素子
チップから射出され、蛍光体層で反射した白色光は、微小光共振器で反射し干渉すること
で、ある波長の光となって射出される。このため、本発明の一形態の発光素子ユニットは
、ある波長のピーク強度が高められた白色光を射出することができる。当該白色光は、上
記ピークを有する色の着色層を透過すると、色純度の高い色となる。

また、本発明の一形態は、着色層を有する表示パネルと、バックライトモジュールに上記
発光素子ユニットを有する表示装置である。着色層を有する表示パネルとしては、液晶パ
ネル、第１の基板上に設けられる開口部と、当該開口部上を横に移動するＭＥＭＳと、当
該開口部に対応する着色層が設けられた第２の基板とを有する表示パネル等がある。

上記発光素子ユニットを有するバックライトモジュールは、着色層の色に合わせた波長の
ピークを有する白色光が発光されるため、表示パネルの着色層を透過する光は、色純度が
高い。このため、表示装置の色再現性を高めることができる。

本発明の一形態により、ＬＥＤチップの周辺に、微小光共振器を設けることで、カラーフ
ィルタを透過する光の色純度を高めることが可能な発光素子ユニット、及びバックライト
を提供することができる。また、本発明の一形態は、色純度が高く、色再現性の高い表示
装置を提供することができる。

本発明に係る発光素子ユニットを説明する断面図及び上面図である。 本発明に係る発光素子ユニットを説明する図である。 本発明に係るバックライトモジュールを説明する斜視図である。 本発明に係るバックライトモジュールを説明する断面図である。 本発明に係るバックライトモジュールを説明する断面図である。 本発明に係る表示装置を説明するブロック図及び回路図である。 本発明に係る表示装置を説明する断面図である。 本発明に係る表示装置を説明する断面図である。 本発明に係るバックライトモジュールを説明する上面図である。 本発明に係る表示装置を説明する上面図および断面図である。 本発明に係る表示装置を説明する上面図および断面図である。 本発明に係る表示装置を説明する断面図である。 本発明に係る表示装置のＭＥＭＳスイッチを説明する斜視図である。 本発明に係る表示装置を説明する回路図である。 テレビジョン装置およびデジタルサイネージの一例を説明する図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は以下の
説明に限定されるものではない。本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形
態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解されるからである。し
たがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容のみに限定して解釈されるものでは
ない。なお、図面を用いて本発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異な
る図面間でも共通して用いる。

（実施の形態１）
本実施の形態では、消費電力を低減することが可能な、ＬＥＤユニット及びバックライト
について、図１及び図２を用いて説明する。

図１（Ａ）は、ＬＥＤユニット３０の断面図である。

ＬＥＤユニット３０は、配線基板３１上に設けられた発光素子チップ（以下、ＬＥＤチッ
プ３３という。）と、ＬＥＤチップ３３上に設けられた蛍光体層３５と、配線基板３１及
び蛍光体層３５を覆う凸状の透光性を有する有機樹脂層３７を有する。また、ＬＥＤチッ
プ３３の電極は、それぞれ配線基板３１の側壁に設けられた端子４１ａ、４１ｂとワイヤ
ー３９ａ、３９ｂを介して、電気的に接続されている。

また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すＬＥＤチップ３３において凸状の透光性を有する
有機樹脂層３７を除いた上面図を示す。図１（Ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ３３の周
辺に微小光共振器４３を有することを特徴とする。微小光共振器４３は、白色光を任意の
波長を有する着色光へと変化させることができる素子である。

配線基板３１は、ガラスエポキシ樹脂基板、ポリイミド基板、セラミック基板、アルミナ
基板、窒化アルミニウム基板等を用いる。

ＬＥＤチップ３３は、青色光の発光が可能な発光ダイオードを用いる。青色光が可能な発
光ダイオードとしては、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体からなるダイオードが代表的であ
り、一例としてはＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘは０以上１以下、ｙは０以上１以下
、ｘ＋ｙは０以上１以下）の式で表されるＧａＮ系を有するダイオードがある。

蛍光体層３５の代表例としては、蛍光体が表面に印刷または塗装された有機樹脂層、蛍光
体が混合された有機樹脂層がある。黄色の蛍光体の代表例としては、ＹＡＧ（イットリウ
ムアルミニウムガーネット）系蛍光体、珪酸塩系蛍光体等がある。

なお、ここでは、ＬＥＤチップ３３としては、青色光の発光が可能なＬＥＤチップを用い
、蛍光体層３５として、青色の補色である黄色の蛍光体を有する蛍光体層を用いて説明し
たが、この代わりに、ＬＥＤチップ３３として緑色光の発光が可能なＬＥＤチップを用い
、蛍光体層３５として、緑色の補色である色（赤色またはマゼンタ色）の蛍光体を有する
蛍光体層を用いてもよい。

なお、青色光は発光スペクトルにおいて、４３０ｎｍ乃至４９０ｎｍに最大ピークを有す
る。また、緑色光は発光スペクトルにおいて、４９０ｎｍ乃至５５０ｎｍに最大ピークを
有する。また、黄色光は発光スペクトルにおいて、５５０ｎｍ乃至５９０ｎｍに最大ピー
クを有する。また、赤色光は発光スペクトルにおいて、６４０ｎｍ乃至７７０ｎｍに最大
ピークを有する。

凸状の透光性を有する有機樹脂層３７は、透光性を有する有機樹脂で形成する。有機樹脂
の種類には特に限定はなく、代表的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の紫外線硬化
性樹脂、可視光硬化性樹脂などを適宜用いることができる。上記透光性を有する有機樹脂
を所望の形の光が射出されるように、高さ、幅、曲率半径を決めて形成する。液滴吐出法
、塗布法また、インプリント法などを用いて形成してもよい。あらかじめ凸状に型取られ
た有機樹脂を加熱しながら押し固めてもよい。凸状の透光性を有する有機樹脂層３７は、
ＬＥＤチップ３３で発光した光を拡散させる機能を有する。

蛍光体層３５の端部が、微小光共振器４３の端部より外側に位置し、蛍光体層３５が微小
光共振器４３の全てを覆うことで、微小光共振器４３において反射電極及び半透過型反射
電極の間で全反射した光が、蛍光体層３５及び凸状の透光性を有する有機樹脂層３７の界
面で反射または屈折するため、微小光共振器４３に入射した光を効率よく利用することが
できる。

ワイヤー３９ａ、３９ｂは、金、金を含む合金、銅、または銅を含む合金で形成された金
属の細線である。

端子４１ａ、４１ｂは、ＬＥＤチップ３３の電極と接続する導電層であり、ニッケル、銅
、銀、白金、または金から選ばれた一元素、または該元素を５０％以上含む合金材料で形
成される。端子４１ａ、４１ｂと、ＬＥＤチップ３３の電極とは、熱圧着法または超音波
ボンディング法を用いたワイヤーボンディング法により接続されている。

ここで、微小光共振器４３について、図２を用いて説明する。

図２（Ａ−１）及び図２（Ａ−２）は、微小光共振器４３の拡大断面図である。

図２（Ａ−１）に示すように、微小光共振器４３は、基板４７上に設けられた反射層４９
と、反射層４９上に設けられた透光性を有する層５１と、透光性を有する層５１上に設け
られた半透過型反射層５３とを有する。また、反射層４９、透光性を有する層５１、及び
半透過型反射層５３の表面に保護層５５を設けてもよい。

また、図２（Ａ−２）に示すように、微小光共振器４３は、基板４７上に設けられた反射
層４９と、反射層４９上に設けられた透光性を有する層５１と、反射層４９及び透光性を
有する層５１上に設けられた半透過型反射層５４とを有してもよい。図２（Ａ−２）のよ
うに、透光性を有する層５１の側壁に半透過型反射層５４を設けることで、透光性を有す
る層５１の上下で全反射した光が透光性を有する層５１の側面でも全反射されるため、微
小光共振器４３に入射した光を効率よく利用することができる。

反射層４９は、反射率の高い金属材料を用いて形成する。反射層４９は、５０％以上、好
ましくは８０％以上の反射率を有する。反射率の高い金属材料としては、アルミニウム、
銀、モリブデン、タングステン、ニッケル、クロム、及びこれらの合金、並びにＡｇＰｄ
Ｃｕ合金等がある。また、反射層４９として、屈折率の異なる２種類の透明な絶縁層を交
互に積層した誘電体多層構造を用いてもよい。このとき２種類の透明な絶縁層の屈折率が
大きいほど、また層数が多いほど反射効率は高くなる。誘電体多層構造の積層構造として
は、二酸化チタン及び酸化シリコンの積層構造、硫化亜鉛及びフッ化マグネシウムの積層
構造、アモルファスシリコン及び窒化シリコンの積層構造などがある。

反射層４９は、スパッタリング法、蒸着法等を用いて形成することができる。

半透過型反射層５３は、３０％以上７０％以下、より好ましくは４０％以上６０％以下の
反射率を有する。半透過型反射層５３としては、銀、アルミニウム、アルミニウム合金、
マグネシウム−銀合金等を用いて形成することができる。なお、上記反射率を実現するた
め、半透過型反射層５３の厚さは、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下、より好ましくは７ｎｍ以上
１５ｎｍ以下とする。

半透過型反射層５３は、スパッタリング法、蒸着法等を用いて形成することができる。

透光性を有する層５１は、透光性を有する絶縁層または導電層を用いることができる。透
光性を有する絶縁層の代表例としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、アルミナ、窒
化アルミニウム、エポキシ樹脂等がある。また、透光性を有する導電層としては、酸化タ
ングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸
化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫
酸化物、インジウム亜鉛酸化物、または酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等が
ある。なお、透光性を有する層５１は、複数の層が積層されてもよい。

ここで、白色光を任意の波長を有する着色光へと変化させることができる発光素子ユニッ
トの構造について、図２（Ｂ）を用いて説明する。図２（Ｂ）は、図１（Ａ）のＬＥＤチ
ップ３３及び微小光共振器４３を覆う蛍光体層３５の拡大図である。

光は、反射層４９及び半透過型反射層５３の間において、繰り返し反射し干渉することで
、ある波長の強度が高まり、鋭いピークを有する発光スペクトルとなる。このような構造
を微小光共振器構造（マイクロキャビティ構造）という。ＬＥＤチップ３３から射出され
、蛍光体層３５の特定の位置、蛍光体層３５と凸状の透光性を有する有機樹脂層３７との
界面、凸状の透光性を有する有機樹脂層３７と空気との界面等で反射された白色光Ｗが、
微小光共振器４３に入射されると、反射層４９及び半透過型反射層５３の間で反射し干渉
して、ある波長の光Ｇが微小光共振器４３から射出する。このため、ＬＥＤユニット３０
からは、任意の波長において鋭いピークを有する発光スペクトルの白色光が射出される。

ある波長の強度を高めるためには、微小光共振器４３において、反射層４９及び半透過型
反射層５３の間の光路長Ｌを、波長に合わせて設定すればよい。このときの光路長Ｌにつ
いて、以下に説明する。

半透過型反射層５３から反射層４９へ伝播した波長λの光（θ）と、反射層４９から半透
過型反射層５３へ戻った光との干渉は、数式１のようになる。

ｓｉｎ（θ）＋ｓｉｎ（θ＋２π×２ｎＬ／λ＋π） （数１）

数式１を変形することで、数式２を求めることができる。

−２ｃｏｓ（θ＋２πｎＬ／λ）×ｓｉｎ（２πｎＬ／λ） （数２）

数式２は、ｓｉｎ（２πｎＬ／λ）が数式３の時に最大となる。

２πｎＬ／λ＝π（２ｍ＋１）／２ （ｍは整数） （数３）

以上のことから、反射層４９及び半透過型反射層５３の間の光路長Ｌを数式４とすること
で、微小光共振器４３から、波長λの強度を高めた光を射出することができる。

Ｌ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎ （数４）
なお、ｎは、透光性を有する層５１の屈折率を示す。

また、透光性を有する層５１が複数の層（ｎ層）で積層される場合、各層の屈折率をｎ_１
、ｎ_２、・・・、ｎ_ｎとし、それぞれの層において、式４で求められる光路長をｌ_１、ｌ
_２、・・・、ｌ_ｎとすると、光路長Ｌは、ｌ_１、ｌ_２、・・・、ｌ_ｎの和となる。

ここで、ＬＥＤユニットから発光する光の発光強度の概念図を図２（Ｃ）に示す。曲線５
６は、微小光共振器４３を有さないＬＥＤユニットが発光する光の発光スペクトルである
。青色を示す４５０ｎｍ近傍の波長で急峻なピークを有するが、緑色光を示す５５０ｎｍ
近傍及び赤色光のスペクトルを示す７００ｎｍ近傍のスペクトル強度は低い。このため、
当該白色光が赤色の着色層及び緑色の着色層を透過しても、色純度が低くなってしまう。

次に、光路長Ｌを赤色光の強度が高まる距離とした微小光共振器４３を有するＬＥＤユニ
ットの、発光スペクトルを曲線５６ｒに示す。また、光路長Ｌを緑色光の強度が高まる距
離とした微小光共振器４３を有するＬＥＤユニットの、発光スペクトルを曲線５６ｇに示
す。また、光路長Ｌを青色光の強度が高まる距離とした微小光共振器４３を有するＬＥＤ
ユニットの、発光スペクトルを曲線５６ｂに示す。

曲線５６ｒにおいては、青色を示す４５０ｎｍ近傍のピークと共に、赤色を示す７００ｎ
ｍ近傍においても、急峻なピークを有する。

曲線５６ｇにおいては、青色を示す４５０ｎｍ近傍のピークと共に、緑色を示す５５０ｎ
ｍ近傍においても、急峻なピークを有する。

曲線５６ｂにおいては、青色を示す４５０ｎｍ近傍において、曲線５６よりもさらに高い
強度のピークを有する。

以上のことから、ＬＥＤユニット３０において、任意の波長の強度を高める光路長を有す
る微小光共振器を設けることで、ＬＥＤユニット３０から射出される光において、従来の
発光色を射出するＬＥＤユニットより、任意の波長の強度を高めることができる。このた
め、当該光が、任意の波長において強度を高めた色を透過する着色層を透過すると、従来
よりも透過光の色純度が高まる。例えば、赤色光の強度が高い白色光が、赤色の着色層を
透過すると、従来よりも赤色の色純度が高まる。

なお、本実施の形態では、ＬＥＤチップ３３は、青色光を発光する。このため、当該ＬＥ
Ｄユニットから発光する白色光は、十分青色を示すピーク強度が高いため、青色を示す波
長を高める微小光共振器を設けなくともよい。同様に、ＬＥＤチップが赤色光または緑色
光を発光する場合はそれぞれ、赤色または緑色を示す波長を高める微小光共振器を設けな
くともよい。

次に、図１及び図２に示すＬＥＤユニットを有するバックライトモジュールについて、図
３乃至図５を用いて説明する。

図３は、直下型のバックライトモジュール４０の斜視図である。基板５８上にＬＥＤユニ
ット３０が直列に接続されて、配置されている。また、ＬＥＤユニット３０の周辺には、
反射シート６１が設けられている。なお、図示しないが、ＬＥＤユニット３０は、コネク
タおよび配線によって、制御回路基板と電気的に接続されている。ここでは、制御回路基
板は、バックライトモジュール４０の裏側に配置する。

次に、バックライトモジュールの詳細について、図４を用いて説明する。ここでは、図３
に示す破線５０のＬＥＤユニットを用いて説明する。

配線５７が形成される基板５８上に、少なくとも赤色波長のピークを有する白色光を発光
するＬＥＤユニット６０ｒ、少なくとも緑色波長のピークを有する白色光を発光するＬＥ
Ｄユニット６０ｇ、少なくとも青色波長のピークを有する白色光を発光するＬＥＤユニッ
ト６０ｂを有する。ＬＥＤユニット６０ｒ、６０ｇ、６０ｂはそれぞれ、配線５７と導電
性ペースト５９で接続されている。基板５８及び配線５７の露出部上には、反射シート６
１が設けられる。

基板５８は、作製工程中の加熱や実際の使用時に生じる発熱に耐えられる基板であれば特
に限定はない。基板５８の代表例としては、ガラス基板、プラスチック基板、ガラスエポ
キシ樹脂基板、ポリイミド基板、セラミック基板、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板
、プリント基板等がある。あらかじめ、印刷法などで配線が形成されたバックライトモジ
ュール４０用のプリント基板を用意すれば、後述する配線５７を、蒸着法、スパッタリン
グ法、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、または塗
布法などで成膜する必要がないので、歩留まりよく作製することができる。ここでは、基
板５８として、ガラスエポキシ樹脂基板を用いる。

配線５７は、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、白金、または金から選ばれた一元素、ま
たは該元素を５０％以上含む合金材料で形成される。配線５７は、蒸着法、インクジェッ
ト法、印刷法等を用いて形成する。

導電性ペースト５９は、スズ、銀、ビスマス、銅、インジウム、ニッケル、アンチモン、
亜鉛等を複数含む合金で形成される。

本実施の形態では、導電性ペーストを用いたリフロー工程により、基板５８上にＬＥＤユ
ニット６０ｒ、６０ｂ、６０ｇを実装する。代表的には、基板５８上に形成される配線５
７上に導電性ペーストをスクリーン印刷やディスペンスにより塗布し、その上にＬＥＤユ
ニット６０ｒ、６０ｂ、６０ｇをマウンタにより装着する。その後、２５０〜３５０℃に
加熱して、導電性ペーストを加熱溶融し、ＬＥＤユニット６０ｒ、６０ｂ、６０ｇの端子
及び配線５７を、電気的及び機械的に接続する。

なお、導電性ペーストを用いたリフロー工程による実装方法の代わりに、異方性導電接着
材を用い、局所的な圧着により基板５８にＬＥＤユニット６０ｒ、６０ｂ、６０ｇを実装
してもよい。

反射シート６１は、光反射塗料である白色顔料を有する基板を用いる。反射シート６１の
代表例としては、酸化亜鉛、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化シリコン、窒化ホウ素な
ど無機顔料または有機顔料等の白色塗料が表面に印刷または塗装されたプラスチック、上
記無機顔料または有機顔料等の白色塗料が混合されたプラスチック等があり、当該プラス
チックとしては、ＰＥＴ、ポリエステル、ポリオレフィン等がある。また、蛍光材を含む
発泡性ＰＥＴを用いることができる。または、反射シート６１の代わりに、基板５８及び
配線５７上に白色ソルダーレジストが塗布されてもよい。反射シート６１または白色ソル
ダーレジストにより、ＬＥＤチップから発光され、基板側に射出した光を、反射させるこ
とができる。

ＬＥＤユニット６０ｒ、６０ｂ、６０ｇは、ここでは、図１（Ａ）に示すＬＥＤユニット
３０と同様のＬＥＤユニットを用いることができる。

ＬＥＤユニット６０ｒ、６０ｇ、６０ｂにはそれぞれ、微小光共振器４３ｒ、４３ｇ、４
３ｂが設けられる。微小光共振器４３ｒ、４３ｇ、４３ｂは、それぞれＬＥＤチップから
発光した光を干渉させ、赤色光、緑色光、または青色光を発光させる。微小光共振器４３
ｒ、４３ｇ、４３ｂの光路長は、赤色光、緑色光、または青色光の波長の光の強度を高め
るように決定される。もちろん、これらの波長に限らず、微小光共振器４３ｒ、４３ｇ、
４３ｂの光路長は、任意の波長の強度を高める光路長に設定しうる。このため、微小光共
振器４３ｒ、４３ｇ、４３ｂの厚さはそれぞれ異なる。

また、図５に示すように、ＬＥＤユニット６０ｒ、６０ｇ、６０ｂ及び反射シート６１上
に透光性を有する有機樹脂層６３を設けてもよい。有機樹脂層６３は、凸状の透光性を有
する有機樹脂層３７で示した有機樹脂を適宜用いることができる。なお、凸状の透光性を
有する有機樹脂層３７及び透光性を有する有機樹脂層６３の界面に空気が含まれないよう
に形成する。さらに、凸状の透光性を有する有機樹脂層３７から射出される光の輝度を、
透光性を有する有機樹脂層６３により均一にするような光屈折率を有する材料であり、且
つ凸状の透光性を有する有機樹脂層３７の光屈折率に近いものを選択することが好ましい
。透光性を有する有機樹脂層６３は、液滴吐出法、塗布法、スピンコート、ディップなど
の方法で形成する。また、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフ
コーター等の器具を用いて形成してもよい。

以上に示すＬＥＤユニット及びバックライトモジュールを用いることで、着色層を透過し
た光の色純度を高めることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で説明したバックライトモジュールを用いた液晶表示装
置について説明する。

本実施の形態の液晶表示装置は、パッシブマトリクス表示及びアクティブマトリクス表示
どちらにおいても実施可能である。図６（Ａ）は、アクティブマトリクス表示の液晶表示
装置２００の構成を示すブロック図である。

図６（Ａ）において、液晶表示装置２００は、画像を表示する画素部２１０と、信号線駆
動回路２１４と、走査線駆動回路２１１と、画素部２１０に光を射出するバックライトモ
ジュール４０と、バックライトモジュール４０に含まれるＬＥＤユニットに送る信号を制
御するＬＥＤ制御回路２１２とを有している。さらには、画像処理回路（画像エンジンな
ど）など液晶表示装置を動作させるために必要な回路を有している。これらはすべて実施
の形態１で説明した制御回路基板に設けられている。また、上記駆動回路、処理回路及び
画像処理回路は、論理回路部と、スイッチ部またはバッファ部とに大別されるが、回路の
構成については詳細を省略する。また、上記回路の一部または全部をＩＣ等の半導体装置
で実装してもよい。

画素部２１０は、液晶パネルに設けられた複数の画素２１５から構成されている。走査線
駆動回路２１１は、画素２１５を駆動するための回路であり、パルス信号である複数の表
示選択信号を出力する機能を有する。また、信号線駆動回路２１４は、入力された画像信
号を元に表示データ信号を生成し、生成した表示データ信号を出力する機能を有する。さ
らに、出力された表示データ信号は対応する画素に入力される。

図６（Ｂ）は画素２１５の回路図を示す。画素２１５には、画素電極の電位を制御するス
イッチング素子としてトランジスタ（主に薄膜トランジスタ：ＴＦＴ）が配置されている
。ゲートが走査線２１９に電気的に接続され、第１の電極が信号線２１７に電気的に接続
された薄膜トランジスタ２２１と、第１の電極が薄膜トランジスタ２２１の第２の電極に
電気的に接続され、第２の電極が一定の電位を供給する配線（容量線ともいう。）に電気
的に接続された容量素子２２３と、一方の電極（画素電極ともいう。）が薄膜トランジス
タ２２１の第２の電極及び容量素子２２３の第１の電極に電気的に接続され、他方の電極
（対向電極ともいう。）が対向電位を供給する配線に電気的に接続された液晶素子２２５
と、を有する。

本明細書中において、液晶パネルは、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透
過を制御することで画像を表示する。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界
（横方向の電界、縦方向の電界または斜め方向の電界を含む）によって制御される。

次に、液晶表示装置２００の形態について図７に示す液晶表示装置２００の断面図を参照
して説明する。図７（Ａ）は、実施の形態１に示すバックライトモジュール４０と、バッ
クライトモジュール４０に重畳する散乱板３０１と、バックライトモジュール４０及び散
乱板３０１に重畳する第１の偏光板３０３と、バックライトモジュール４０、散乱板３０
１、及び第１の偏光板３０３と重畳する液晶パネル３０５と、バックライトモジュール４
０、散乱板３０１、第１の偏光板３０３、及び液晶パネル３０５に重畳する第２の偏光板
３０７を有している。なお、図示しないが、バックライトモジュール４０の外側に、反射
板を設け、バックライトモジュール４０から漏れた光を反射し、液晶パネル３０５に射出
してもよい。

液晶表示装置２００を動作させるために必要な回路は、液晶パネル３０５、及びバックラ
イトモジュール４０と接続される。なお、走査線駆動回路２１１及び信号線駆動回路２１
４は、液晶パネル３０５に設けてもよい。

次に、液晶表示装置２００を構成する各部材の詳細について示す。

バックライトモジュール４０は、実施の形態１に示したバックライトモジュールを用いる
。実施の形態１に示すバックライトモジュールは、任意の波長の強度を高める光路長を有
する微小光共振器を有するため、ＬＥＤユニットから射出される光において、従来の白色
光を射出するＬＥＤユニットより、任意の波長の強度を高めることができる。このため、
当該光が、任意の波長において強度を高めた色を透過する着色層を透過すると、従来より
も透過光の色純度が高まる。このため、本実施の形態に示す表示装置の色再現性を高める
ことができる。

散乱板３０１から射出される光を偏光させる第１の偏光板３０３は、散乱板３０１から射
出される光を偏光できれば特に限定はない。市販品でもよく、従来から用いられているも
のを使用することができる。例えば、ポリビニルアルコールなどの高分子で構成されてい
る偏光板を用いることができる。第１の偏光板３０３は板状のものであってもシート状（
フィルム状）のものであってもよい。さらに、液晶表示装置２００を構成する他の部材と
、できる限り光屈折率が同程度のものを使用することが好ましい。

液晶パネル３０５は、基板３１５上にスイッチング素子を有する層（以下、素子層３１７
と示す。）と、素子層３１７上に形成された画素電極３１９と、遮光層３３５、着色層３
３７、保護層３３９、及び共通電極３２３を有する対向基板３２１と、シール材３２５と
、入射される光を透過または遮断させる液晶３２７とで構成されている。また、図７には
図示していないが、画素電極３１９と共通電極３２３との間の距離（セルギャップ）を一
定に制御するために、スペーサが設けられていている。スペーサとしては、ビーズスペー
サや、絶縁層を選択的にエッチングすることで得られるスペーサ（ポストスペーサ）を用
いることができる。

基板３１５及び対向基板３２１には、透光性を有するものが好ましく、バリウムホウケイ
酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、液晶表示装置２００
及び素子層３１７の作製工程の処理温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基
板などを用いることができる。また、基板３１５及び対向基板３２１として、第３世代（
５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ、または６２０ｍｍ
×７５０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、または７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）
、第５世代（１１００ｍｍ×１３００ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）
、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）
、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ、２４５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）、第１０世代
（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等のガラス基板を用いることができる。

素子層３１７に形成されるスイッチング素子の代表例として、トランジスタがある。トラ
ンジスタについては後述するが、トランジスタは、さまざまな状況下でも液晶表示装置と
して機能するために必要な特性（例えば、高温下及び低温下で動作する温度特性）を有す
る半導体をチャネルに有することが好ましい。アモルファスシリコンをチャネル領域に用
いることはできるが、より温度特性のよい半導体の代表例としては、複数の結晶領域を持
つ微結晶シリコンや、ポリシリコン等が好ましい。また、酸化物半導体をチャネル領域に
用いることができ、酸化物半導体としては、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物等がある。ま
た、これらの半導体を用いたトランジスタは、バックライトモジュール４０の発熱や、外
光からの熱によって高温化する場合でも、しきい値電圧の変動が少なく、信頼性が高いた
め、温度変化の大きな環境下においても高性能に動作する。

画素電極３１９及び共通電極３２３には、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸
化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化
チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、または
酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を用いて形成
することができる。

遮光層３３５は、光を反射、または吸収し、遮光性を有する材料を用いる。例えば、黒色
の有機樹脂を用いることができ、感光性または非感光性のポリイミドなどの樹脂材料に、
顔料系の黒色樹脂やカーボンブラック、チタンブラック等を混合させて形成すればよい。
また、遮光性の金属層を用いることもでき、例えばクロム、モリブデン、ニッケル、チタ
ン、コバルト、銅、タングステン、またはアルミニウムなどを用いればよい。

着色層３３７は、有彩色の透光性樹脂を用いて形成することができる。有彩色の透光性樹
脂の代表例としては、感光性、非感光性の有機樹脂がある。感光性の有機樹脂層を用いる
とレジストマスク数を削減することができるため、工程が簡略化し好ましい。

有彩色は、黒、灰、白などの無彩色を除く色であり、着色層はカラーフィルタとして機能
させるため、その着色された有彩色の光のみを透過する材料で形成される。有彩色として
は、赤色、緑色、青色などを用いることができる。また、シアン、マゼンダ、イエロー（
黄）などを用いてもよい。着色された有彩色の光のみを透過するとは、着色層において透
過する光が、その有彩色の光の波長にピークを有するということである。

着色層３３７は、含ませる着色材料の濃度と光の透過率の関係に考慮して、最適な厚さを
適宜制御するとよい。

保護層３３９は、平坦性を有する絶縁層で形成する。保護層３３９の代表例としては、ア
クリル樹脂、エポキシ樹脂等がある。

なお、ここでは、着色層３３７を対向基板３２１に設けているが、素子層３１７に含まれ
る層間絶縁層として着色層を作ることもできる。例えば、層間絶縁層に、カラーフィルタ
層として機能する有彩色の透光性樹脂層を用いればよい。

層間絶縁層を着色層として直接素子基板側に形成する場合、着色層と画素領域の位置あわ
せの誤差問題が生じず、より精密な形成領域の制御ができ、微細なパターンの画素にも対
応することができる。また、層間絶縁層と着色層を同一の絶縁層で兼ねるので、工程簡略
化、低コスト化といった利点もある。

液晶３２７の光学的変調作用は、液晶３２７にかかる電界（横方向の電界、縦方向の電界
または斜め方向の電界を含む）によって制御される。液晶３２７の種類及び液晶素子の駆
動モードとしては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、ディスコ
チック液晶、サーモトロピック液晶、リオトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、強
誘電液晶、反強誘電液晶、主鎖型液晶、側鎖型高分子液晶、プラズマアドレス液晶（ＰＡ
ＬＣ）、バナナ型液晶、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕ
ｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉ
ｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モー
ド、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モー
ド、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、ＡＳＶ（
Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒ Ｖｉｅｗ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍ
ｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔ
ｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ
（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（Ａ
ｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＤＬＣ
（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ゲス
トホストモード等を用いることができる。ただし、これに限定されず、液晶素子として様
々なものを用いることができる。また、配向膜を用いてラビング工程を行うことで、液晶
３２７が配向しやすくなる。

液晶３２７は、配向膜を必要としないブルー相を示す液晶を用いて形成してもよい。ブル
ー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相か
ら等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は、狭い温度範囲でしか発現しな
いため、温度範囲を改善するために、カイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層
に適用する。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１０μ
ｓ〜１００μｓと短く、光学的に等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性
が小さい。

シール材３２５は、液晶３２７を基板３１５と対向基板３２１の間で封止する機能を有す
る。

シール材３２５としては、可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いるの
が好ましい。代表的なものとして、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミン樹脂などを用い
ることができる。また、光（代表的には紫外線）重合開始剤、熱硬化剤、フィラー、カッ
プリング剤を含んでもよい。

液晶パネル３０５から射出される光を偏光させる第２の偏光板３０７は、液晶パネル３０
５から射出される光を偏光できれば特に限定はない。第１の偏光板３０３と同じものを用
いることができる。また、液晶表示装置２００を構成する他の部材と、できる限り光屈折
率が同程度のものを使用することが好ましい。第１の偏光板３０３のスリットに対して、
第２の偏光板３０７のスリットが直交するように設ける。第２の偏光板３０７は、板状の
ものであってもシート状（フィルム状）のものであってもよい。

以上により、液晶表示装置２００を作製することができる。

次に、液晶表示装置２００の他の形態として、バックライトモジュール４０から射出され
、散乱板３０１で明るさが均一になった光の正面輝度を向上させる光学部材を、散乱板３
０１と第１の偏光板３０３との間に設けた液晶表示装置３００について説明する。

図７（Ｂ）に液晶表示装置３００の断面図を示す。液晶表示装置の画素部の正面輝度を向
上させる光学部材３３３としては、プリズムシートや、マイクロレンズシートなどの輝度
向上シート（フィルム）があり、液晶パネル３０５に対してできる限り垂直な光を入射さ
せるための光学部材である。

バックライトモジュール４０及び散乱板３０１は、図７（Ａ）の液晶表示装置２００で説
明したものを適宜用いることができる。輝度向上シート（フィルム）は１つだけ用いても
よいが、複数用いることで、液晶表示装置の画素部の正面輝度を向上させることができる
。その際、輝度向上シート（フィルム）間には、空気が含まれるように配置するだけでよ
い。

また、第１の偏光板３０３、液晶パネル３０５、及び第２の偏光板３０７は、液晶表示装
置２００で説明したものを適宜用いることができる。

散乱板３０１と光学部材３３３が接着されたバックライトモジュール４０に、液晶表示装
置２００で説明した液晶パネル３０５を重畳させることで、液晶表示装置３００を作製す
ることができる。

次に、上記液晶表示装置２００、３００において、バックライトモジュールから射出され
る光の明るさを均一にすることが可能な液晶表示装置について、図８を用いて説明する。

図８に示す液晶表示装置４００は、図５に示すような、平坦化され、且つ透光性を有する
有機樹脂層６３を有するバックライトモジュール６２を有する。また、バックライトモジ
ュール６２、散乱板３０１、第１の偏光板３０３、液晶パネル３０５、及び第２の偏光板
３０７がそれぞれ透光性を有する接着剤３１１、３１３、３２９、３３１で接着されてい
る。

つまり、液晶表示装置４００は、バックライトモジュール６２、散乱板３０１、第１の偏
光板３０３、液晶パネル３０５、及び第２の偏光板３０７がそれぞれ重畳し、且つすべて
が接着され、封止されている。全ての部材が接着された液晶表示装置４００は、液晶表示
装置４００内において、散乱板３０１、第１の偏光板３０３、液晶パネル３０５、及び第
２の偏光板３０７と比較して、屈折率の小さい空気を有する層を有さず、各々の光屈折率
の差が小さくなっており、液晶表示装置４００内での光の反射が抑制されるため、バック
ライトモジュール６２から射出される光を効率良く利用することができる。このことによ
り、ＬＥＤユニットの消費電力、さらには表示装置の表示電力を低減させることができる
。

透光性を有する接着剤３１１、３１３、３２９、３３１は、バックライトモジュール６２
と散乱板３０１と、できる限り光屈折率が同程度のものを使用することが好ましい。例え
ば、透光性を有する接着剤３１１、３１３、３２９、３３１は、エポキシ樹脂を含む接着
剤、ウレタン樹脂を含む接着剤、またはシリコーン樹脂を含む接着剤などを用いることが
できる。選択する材料に応じて、液滴吐出法、塗布法、スピンコート、ディップなどの方
法で形成する。また、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコー
ター等の器具を用いて形成してもよい。

次に、本発明の一態様の液晶表示装置におけるＬＥＤユニットの駆動方法について説明す
る。

図９は、バックライトモジュールの上面図である。バックライトモジュール４１０におい
て、ＬＥＤユニット４１１を常に点灯させておき、液晶パネルの液晶によって光の透過ま
たは非透過を制御することで画像を表示させることは、複雑な発光素子制御回路を必要と
しないため簡便である（図９（Ａ）を参照。）。

しかし、ＬＥＤユニットの消費電力は、液晶表示装置におけるすべての消費電力のうち、
大部分を占めると言われる。つまり、ＬＥＤユニットを常に点灯させておくことは、消費
電力の観点から好ましくない。

そこで、本発明の一態様である直下型のバックライトモジュールにおいて、有用なＬＥＤ
ユニットの駆動方法とて、ＬＥＤユニットを複数の領域に分け、表示画像の濃淡に合わせ
て、ＬＥＤユニット自体も領域ごとに明暗を付けるローカルディミング（局所的調光）と
いう方法がある。

図９（Ｂ）に示すバックライトモジュール４２０は、ローカルディミング状態を示す。画
像の暗い部分に対応する領域のＬＥＤユニット４２１、４２２の輝度を下げ、画像の明る
い部分に対応する領域のＬＥＤユニット４２３の輝度を上げる。この方法でＬＥＤユニッ
トを駆動させることにより、画像のコントラスト比を向上させ、ＬＥＤユニット低消費電
力化を可能にすることができる。

ここで、液晶パネル３０５の詳細について説明する。まず、アクティブマトリクス型の液
晶パネルについて、図１０を用いて説明する。

図１０（Ａ）は、液晶パネル３０５の上面図であり、２画素分の画素を示している。

図１０（Ａ）において、複数の信号線４０５（ソース電極４０５ａを含む）が互いに平行
（図中上下方向に延伸）かつ互いに離間した状態で配置されている。複数の走査線４０１
（ゲート電極４０１ａを含む）は、信号線４０５に略直交する方向（図中左右方向）に延
伸し、かつ互いに離間するように配置されている。複数の信号線は、信号線駆動回路２１
４（図６（Ａ）参照）に繋がっており、複数の走査線、及び容量配線４０３は走査線駆動
回路２１１（図６（Ａ）参照）に繋がっている。

また、容量配線４０３は、複数の走査線４０１それぞれに隣接する位置に配置されており
、走査線４０１に平行な方向、つまり、信号線４０５に略直交する方向（図中左右方向）
に延伸している。容量素子４０６は、図１０（Ａ）の一点破線で囲まれた箇所であり、ゲ
ート絶縁層４０２を誘電体として、容量配線４０３とドレイン配線４０９（ドレイン電極
４０９ａを含む）とで構成されている。画素電極３１９はドレイン配線４０９と開口部４
５０で電気的に接続されている。

画素電極３１９の電位を制御するトランジスタ４３０は、図中左上の角に配置されている
。画素電極３１９及びトランジスタ４３０は、マトリクス状に複数配置されている。

また、図１０に示す画素構成に限定されず、容量配線を設けず、画素電極と、隣り合う画
素の走査線とゲート絶縁層及び他の絶縁層を介して重ねて、容量素子を形成してもよい。
この場合、容量配線を省略することができ、画素における開口率を高めることができる。

図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ−Ｂ間における断面図である。また、図１０（Ｂ）に
おける分断されている箇所は、図１０（Ａ）のＡ−Ｂ間において省略されている箇所であ
る。

ここでは、トランジスタ４３０の構成について説明する。トランジスタ４３０は逆スタガ
型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であり、絶縁表面を有する基板である基板３１５上に形
成され、ゲート電極４０１ａ、ゲート絶縁層４０２、半導体層４０８、ソース電極４０５
ａ及びドレイン電極４０９ａを含む。これらは、所望の成膜工程、所望のフォトリソグラ
フィ工程及び所望のエッチング工程によって作製することができる。

液晶パネル３０５に適用できるトランジスタの構造は特に限定されず、例えばトップゲー
ト構造及びボトムゲート構造それぞれのスタガ型及びプレーナ型などを用いることができ
る。また、トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、
２つ形成されるダブルゲート構造もしくは３つ形成されるトリプルゲート構造であっても
よい。また、チャネル領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された２つのゲート電極を
有する、デュアルゲート型でもよい。本実施の形態のトランジスタはシングルゲート型で
ある。

トランジスタ４３０を覆い、半導体層４０８に接する絶縁層４０７、絶縁層４０７上に層
間絶縁層４１３が積層されている。

半導体層４０８は、上記したように、さまざまな状況下でも液晶表示装置として機能する
ために必要な特性（例えば、高温下でも、低温下でも動作する温度特性）を有する半導体
を用いることが好ましい。アモルファスシリコンを用いることはできるが、より温度特性
のよい半導体の代表例としては、複数の結晶領域を持つ微結晶シリコンや、ポリシリコン
等が好ましい。また、酸化物半導体も用いることができ、酸化物半導体としては、Ｉｎ−
Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物等がある。また、これらの半導体を用いたトランジスタ素子は、
バックライトモジュールの発熱や、外光からの熱によって高温化する場合でも、しきい値
電圧の変動が少なく、信頼性が高いため、温度変化の大きな環境下においても高性能に動
作する。

また、点線で示した容量素子４０６は、上記したように容量配線４０３とドレイン電極４
０９ａの間に誘電体としてゲート絶縁層４０２が積層されている。容量配線４０３は、ゲ
ート電極４０１ａと同階層であり、同じ条件で形成されるため、ゲート電極４０１ａ形成
時に形成される。つまり、トランジスタ４３０とは別に容量素子４０６を作り込む必要な
く、所望のフォトリソグラフィによって、トランジスタ４３０作製する手順で、容量素子
４０６も作製することができる。

基板３１５と対向基板３２１とを、液晶３２７を間に挟持させてシール材３２５（図７参
照）で固着する。シール材３２５及び液晶３２７は、上記したものを用いることができる
。液晶３２７を形成する方法として、ディスペンサ法（滴下法）や、基板３１５と対向基
板３２１とを貼り合わせてから毛細管現象等を用いて液晶を注入する注入法を用いること
ができる。シール材３２５に紫外線などの光硬化樹脂を用い、滴下法で液晶層を形成する
場合など、高分子安定化処理の光照射工程によってシール材３２５の硬化も行ってもよい
。

また、画素電極３１９と共通電極３２３との間の距離（セルギャップ）を一定に制御する
ためにスペーサ４１５が設けられていている。ここでは、ビーズスペーサを用いているが
、絶縁層を選択的にエッチングすることで得られるスペーサ（ポストスペーサ）を用いて
もよい。液晶３２７を用いる液晶表示装置において、セルギャップは１μｍ以上２０μｍ
以下とすることが好ましい。なお、本明細書においてセルギャップの厚さとは、液晶の厚
さ（膜厚）の最大値とする。

また、トランジスタ４３０の半導体層や、コンタクトホールと重畳する領域、または画素
間などに遮光層（ブラックマトリクス）を設ける。また、画素電極に対応する領域に着色
層を設ける。

次に、画素内のスイッチング素子（トランジスタ）を有するアクティブマトリクスの液晶
パネル３０５に比べて、簡易に作製することができるパッシブマトリクス表示の液晶パネ
ル３０５について、図１１を用いて説明する。パッシブマトリクス表示の液晶パネル３０
５には、画素内のスイッチング素子（トランジスタ）を設ける必要がないために、簡易に
作製することができる。

図１１（Ａ）は、パッシブマトリクス表示の液晶パネル３０５の上面図である。また、図
１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）におけるＣ−Ｄ間の断面図である。また、図１１（Ａ）には
、液晶３２７、遮光層３３５、着色層３３７、保護層３３９、及び対向基板３２１は省略
され図示されていないが、それぞれ、図１１（Ｂ）で示すように設けられている。

対向基板３２１と基板３１５との間には、共通電極１７０６ａ、１７０６ｂ、１７０６ｃ
、絶縁層１７０７、及び画素電極１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃが設けられている
。画素電極１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃは、アクティブマトリクス表示の画素電
極３１９（図７参照。）に相当し、共通電極１７０６ａ、１７０６ｂ、１７０６ｃは、ア
クティブマトリクス表示の共通電極３２３（図７参照）に相当する。さらに、画素電極１
７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃは、アクティブマトリクス表示の走査線駆動回路に相
当するコモンドライバで制御され、共通電極１７０６ａ、１７０６ｂ、１７０６ｃは、ア
クティブマトリクス表示の信号線駆動回路に相当するセグメントドライバで制御される。

画素電極１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃ、及び共通電極１７０６ａ、１７０６ｂ、
１７０６ｃは開口パターンを有する形状であり、液晶素子の画素領域において長方形の開
口（スリット）を有している。

画素電極１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃと共通電極１７０６ａ、１７０６ｂ、１７
０６ｃとの間に電界を形成することで、液晶３２７を制御する。液晶には水平方向の電界
が形成されるため、その電界を用いて液晶分子を制御できる。液晶分子を基板と平行な方
向で制御できるため、視野角が広くなる。

また、対向基板３２１に遮光層３３５、着色層３３７、及び保護層３３９を有する。

図示していないが、上記アクティブマトリクス表示と同様に、セルギャップを保つために
、上記スペーサを用いることができ、液晶３２７を封止するために上記シール材料を用い
ることができる。

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓ
ｙｓｔｅｍｓ）を用いて各画素におけるバックライトからの光の透過量を制御する表示装
置について、図１２乃至図１４を用いて説明する。

図１２は、三次元的な立体構造を有し、一部が可動する（即ち、移動可能な）微小構造体
であるＭＥＭＳを用いて、各画素におけるバックライトからの光の透過量を制御する表示
装置５００の断面図である。

第１の基板５０１上には、反射層５０３が形成される。反射層５０３上には、透光性を有
する絶縁層５０５が設けられる。透光性を有する絶縁層５０５上には、ＭＥＭＳスイッチ
５０７ｒ、５０７ｇ、５０７ｂが形成される。なお、図示しないが、透光性を有する絶縁
層５０５は複数の絶縁層で構成され、当該絶縁層の間にＭＥＭＳスイッチ５０７ｒ、５０
７ｇ、５０７ｂに接続するトランジスタがそれぞれ形成される。当該トランジスタは、実
施の形態２に示すトランジスタを適宜用いることができる。第１の基板５０１に対向する
第２の基板５１１は、反射層５０３に対向する位置に遮光層５１３が形成され、反射層５
０３で囲われた開口部５０３ｒ、５０３ｇ、５０３ｂそれぞれに対向する位置に着色層５
１４ｒ、５１４ｇ、５１４ｂを有する。なお、着色層５１４ｒは、赤色光を透過し、着色
層５１４ｇは、緑色光を透過し、着色層５１４ｂは、青色光を透過する。

また、第１の基板５０１側から順に、散乱板５１５、輝度向上シート５１７、及びバック
ライト５１９を有する。または、第１の基板５０１側から順に、輝度向上シート５１７、
散乱板５１５、及びバックライト５１９を有してもよい。第１の基板５０１及び散乱板５
１５、散乱板５１５及び輝度向上シート５１７、輝度向上シート５１７及びバックライト
５１９はそれぞれ、透光性を有する接着剤５２１、５２３、５２５で固着されている。

また、第２の基板５１１から、バックライト５１９を覆うように、メタルシートまたは成
型プラスチックを用いた筐体５２７を有する。

本実施の形態に示す表示装置５００は、例えば、反射層５０３に囲まれた開口部５０３ｇ
、５０３ｂを、ＭＥＭＳスイッチ５０７ｇのシャッタ５０８ｇの非開口部、ＭＥＭＳスイ
ッチ５０７ｂのシャッタ５０８ｂの非開口部で覆うことで、バックライト５１９からの光
をシャッタ５０８ｇ、５０８ｂの非開口部で反射し、バックライト５１９からの光を透過
しない。また、ＭＥＭＳスイッチ５０７ｒのシャッタ５０８ｒは、反射層５０３に囲まれ
た開口部５０３ｒを覆わず、反射層５０３上に移動する。このため、バックライト５１９
からの光は開口部５０３ｒにおいて透過し、着色層の色（ここでは、赤色。）の光が射出
される。

また、ＭＥＭＳスイッチ５０７の開閉回数またはデューティー比により、各画素の輝度や
階調を制御することができる。

第１の基板５０１、第２の基板５１１は、実施の形態２に示す液晶表示装置に用いる基板
と同様の基板を適宜用いることができる。

反射層５０３は、アルミニウム、銀、モリブデン、タングステン、ニッケル、クロム、及
びこれらの合金、並びにＡｇＰｄＣｕ合金等を用いて形成する。反射層５０３の厚さは、
３０ｎｍ以上１０００ｎｍとする。開口部の形状は、矩形、円形、楕円形、多角形等にす
ることができる。開口部５０３ｒ、５０３ｇ、５０３ｂは、バックライト５１９から射出
された光を表示装置の外側へ透過する。なお、反射層５０３は、バックライト５１９から
射出された光で、開口部を透過しなかった光を反射し、バックライトモジュールで再度反
射することで、反射光を再利用することができる。

反射層５０３は、スパッタリング法、蒸着法等で成膜した後、フォトリソグラフィ工程に
より一部をエッチングすることで形成することができる。または、反射層５０３は、印刷
法、インクジェット法等を用いて形成することができる。

透光性を有する絶縁層５０５は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化
酸化シリコン等をスパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で形成する。

ＭＥＭＳスイッチ５０７ｒ、５０７ｇ、５０７ｂはそれぞれ同じ構造である。ここでは、
ＭＥＭＳスイッチ５０７ｒを代表例に用いて、図１２及び図１３を用いて説明する。

図１３は、ＭＥＭＳスイッチ５０７ｒの斜視図である。ＭＥＭＳスイッチ５０７ｒは、ア
クチュエータ５４１に結合されたシャッタ５４３を有する。シャッタ５４３には開口部が
設けられる。アクチュエータ５４１は、２つの柔軟性を有するアクチュエータ５４５を有
する。シャッタ５４３の一方の辺は、アクチュエータ５４５に接続されている。アクチュ
エータ５４５は、シャッタ５４３を、絶縁層５０５表面に平行な横方向に移動させる機能
を有する。

アクチュエータ５４５は、シャッタ５４３及び構造体５４９に接続する可動電極５５１と
、構造体５５３に接続する可動電極５５５とを有する。可動電極５５５は、可動電極５５
１に隣接しており、可動電極５５５の一端は構造体５５３に接続し、他端は自由に動くこ
とができる。また、可動電極５５５の自由に動くことが可能な端部は、可動電極５５１及
び構造体５４９の接続部に最も近くなるように、湾曲している。

シャッタ５４３の他方の辺は、アクチュエータ５４１によって及ぼされた力に対抗する復
元力を有する、スプリング５４７に接続されている。スプリング５４７は、構造体５５７
に接続されている。

構造体５４９、５５３、５５７は、シャッタ５４３、アクチュエータ５４５、及びスプリ
ング５４７を、絶縁層５０５の表面の近傍において、浮遊させる機械的支持体として機能
する。

シャッタ５４３の下方には、反射層で囲まれる開口部５５９が設けられる。開口部５５９
は、図１２の開口部５０３ｒに相当する。

ＭＥＭＳスイッチ５０７ｒに含まれる構造体５５３は、図示しないトランジスタと接続す
る。このため、構造体５５３に接続される可動電極５５５に、トランジスタを介して任意
の電圧を印加することができる。また、構造体５４９、５５７は、それぞれ図１２に示す
反射層５０３を介して接地電極（ＧＮＤ）と接続する。このため、構造体５４９に接続す
る可動電極５５１及び構造体５５７に接続するスプリング５４７の電位は、ＧＮＤとなっ
ている。なお、構造体５４９、５５７は、任意の電圧を印加できる共通電極に電気的に接
続されてもよい。

可動電極５５５に電圧が印加されると、可動電極５５１との間の電位差により、可動電極
５５１及び可動電極５５５が電気的に引き寄せあう。この結果、可動電極５５１に接続す
るシャッタ５４３が、構造体５５３の方へ引きよせられ、構造体５５３の方へ横方向に移
動する。可動電極５５１はスプリングとして働くため、可動電極５５１及び可動電極５５
５との電位間の電圧が除去された場合に、可動電極５５１は、可動電極５５１に蓄積され
た応力を解放しながら、シャッタ５４３をその初期位置に押し戻す。

ＭＥＭＳスイッチ５０７ｒの作製方法について、以下に説明する。絶縁層５０５上にフォ
トリソグラフィ工程により所定の形状を有する犠牲層を形成する。犠牲層としては、ポリ
イミド、アクリル等の有機樹脂、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化
酸化シリコン等の無機絶縁層等で形成することができる。

次に、犠牲層上に印刷法、スパッタリング法、蒸着法等により導電層を形成した後、選択
的にエッチングをしてＭＥＭＳスイッチ５０７を形成する。または、インクジェット法に
よりＭＥＭＳスイッチ５０７を形成する。

次に、犠牲層を除去することで、空間において可動可能なＭＥＭＳスイッチ５０７ｒを形
成することができる。なお、この後、ＭＥＭＳスイッチ５０７ｒの表面を酸素プラズマ、
熱酸化等で酸化し、酸化膜を形成することが好ましい。または、原子層蒸着法、ＣＶＤ法
により、ＭＥＭＳスイッチ５０７ｒの表面に、アルミナ、酸化シリコン、窒化シリコン、
酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の絶縁
膜を形成することが好ましい。当該絶縁膜をＭＥＭＳスイッチ５０７に設けることで、Ｍ
ＥＭＳスイッチ５０７の経年劣化を低減することができる。

ＭＥＭＳスイッチ５０７ｒは、アルミニウム、銅、ニッケル、クロム、チタン、モリブデ
ン、タンタル、ネオジム等の金属または合金で形成することができる。ＭＥＭＳスイッチ
５０７は、厚さ１００ｎｍ以上５μｍ以下で形成する。

第２の基板５１１に設けられる遮光層５１３は、反射層５０３を覆うように設けられる。

第２の基板５１１に設けられる着色層５１４ｒ、５１４ｇ、５１４ｂは、実施の形態２に
示す着色層３３７と同様に形成することができる。なお、着色層は、適宜他の色を透過す
る着色層を設けることができる。

なお、図示しないが、第１の基板５０１及び第２の基板５１１は、シール材で一定間隔を
保持して固定されている。

図１２に示す散乱板５１５及び輝度向上シート５１７はそれぞれ、実施の形態２に示す散
乱板３０１及び輝度向上シートを適宜用いることができる。

バックライト５１９は、実施の形態１に示すバックライトを用いることができる。

実施の形態１に示すバックライトを用いることで、第２の基板５１１から射出される光の
色純度が高くなる。このため、表示装置の色再現性を高めることができる。また、ＭＥＭ
Ｓスイッチを有する表示装置は、バックライト５１９から射出された光の光利用効率が高
いため、バックライトの輝度を低くしても、十分高いコントラストを得ることができるた
め、表示装置の消費電力を低減することができる。

次に、本実施の形態に示す表示装置の回路図及び動作方法について、図１３及び図１４を
用いて説明する。

図１４は、本実施の形態に示す表示装置の回路図を示す。表示装置６００は、走査線駆動
回路６０１と、信号線駆動回路６０３と、画素部６０５とを有する。画素部６０５には、
走査線駆動回路６０１に接続する走査線６０９、及び信号線駆動回路６０３に接続する信
号線６１１を有する。また、画素部６０５には、画素６０７がマトリクス状に配置されて
いる。走査線駆動回路６０１は、画素６０７を駆動するための回路であり、パルス信号で
ある複数の表示選択信号を出力する機能を有する。また、信号線駆動回路６０３は、入力
された画像信号を元にデータ電圧Ｖｄを生成し、生成したデータ電圧Ｖｄを信号線６１１
に印加する機能を有する。走査線６０９にゲートが接続し、信号線６１１に第１の電極が
接続するトランジスタ６１３と、トランジスタ６１３の第２の電極と第１の端子が接続す
るＭＥＭＳスイッチ６１５と、トランジスタ６１３の第２の電極及びＭＥＭＳスイッチ６
１５の第１の端子に第１の電極が接続する容量素子６１７とが、各画素６０７に設けられ
る。ＭＥＭＳスイッチ６１５の第２の端子及び容量素子６１７の第２の電極は、接地電極
に接続する。

トランジスタ６１３は、ＭＥＭＳスイッチ６１５に印加する電圧を制御する。トランジス
タ６１３は、実施の形態２に示すトランジスタを用いることができる。また、トランジス
タの代わりに、ダイオードまたはＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ
）を用いてもよい。

ＭＥＭＳスイッチ６１５は、図１３に示すＭＥＭＳスイッチ５０７ｒに相当する。

ＭＥＭＳスイッチ６１５は、２つの可動電極を有するアクチュエータ、及びシャッタを有
する。また、２つの可動電極はそれぞれ、異なる静電容量を有する。

トランジスタ６１３は、ＭＥＭＳスイッチ６１５において、より低い静電容量を有する可
動電極５５５と構造体５５３を介して接続する。また、ＭＥＭＳスイッチ５０７の可動電
極５５１は面積の大きいシャッタ５４３に接続されているため、より高い静電容量を有し
、構造体５４９を介して、共通電極または接地電極に接続される。スプリング５４７は、
構造体５５７を介して、共通電極または接地電極に接続される。

走査線６０９に書込電圧Ｖｗｅを次々に印加し、順にトランジスタ６１３をオンにする。
また、選択された信号線６１１にデータ電圧Ｖｄを印加する。オン状態のトランジスタ６
１３に接続されるＭＥＭＳスイッチ６１５及び容量素子６１７には、データ電圧Ｖｄが書
き込まれる。このため、可動電極５５５とシャッタ５４３との間では、電位差が生じる。
当該電位差の発生に応じて、シャッタが可動電極５５５の方へ電気的に引き寄せられ、シ
ャッタが移動し、画素部の開口部とシャッタが重複せず、バックライトからの光が当該開
口部を透過する。

アナログ駆動方式の表示装置においては、各信号線６１１には、各画素６０７の所望され
る輝度に対応してデータ電圧Ｖｄが印加される。データ電圧Ｖｄに応じて、ＭＥＭＳスイ
ッチ６１５のシャッタの移動量が変化する。シャッタの移動量に応じ、画素部の開口部と
シャッタの開口部との重複面積が異なるため、または画素部の開口部とシャッタが重複し
ないため、当該開口部を透過するバックライトからの光量が異なる。

デジタル駆動方式の表示装置においては、データ電圧Ｖｄは、ＭＥＭＳスイッチ６１５の
アクチュエータが作動する電圧（作動しきい値電圧）より低い電圧、または作動しきい値
電圧より高い電圧が印加される。作動しきい値電圧より高いデータ電圧Ｖｄの印加により
、ＭＥＭＳスイッチ６１５のシャッタが移動し、画素の開口部においてバックライトから
の光が透過する。

信号線６１１に印加された電圧は、書込電圧Ｖｗｅの印加を停止した後も、画素６０７の
容量素子６１７に保持される。容量素子６１７の電圧は、ビデオフレーム全体が書き込ま
れるまで、または新しいデータが信号線６１１に書き込まれるまで、実質的に蓄積された
ままになる。このため、書込回数を最小限にすることが可能であり、表示装置の消費電力
を低減することができる。

なお、本実施の形態においては、ＭＥＭＳスイッチ６１５に接続するトランジスタが一つ
である回路図を示したが、これに限定されるものではなく、適宜トランジスタを設けるこ
とができる。

ＭＥＭＳスイッチを有する表示装置は、バックライトから射出された光の光利用効率が高
いため、バックライトの輝度を低くしても、十分高いコントラストを得ることができるた
め、表示装置の消費電力を低減することができる。

（実施の形態４）
本発明の一態様である表示装置は、さまざまな電子機器に適用することができる。電子機
器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）
などが挙げられる。さらには、屋内でのデジタルサイネージ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎ
ａｇｅ：電子看板）、ＰＩＤ（Ｐｕｂｌｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ
）、電車などの乗り物の車内広告等に適用することができる。特に、本発明の一態様であ
る表示装置は、色純度を向上させることができることため、本発明の一態様である表示装
置を、色再現性を求められる上記電子機器として用いることは有用である。そこで、本発
明の一態様である表示装置を用いた電子機器の一例を、図１５に示す。

図１５（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置１０００は、
筐体１００１に表示部１００２が組み込まれている。表示部１００２により、映像を表示
することが可能である。また、ここでは、筐体１００４により筐体１００１を支持した構
成を示している。さらに、テレビジョン装置１０００は、スピーカ１００３、操作キー１
００５（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子１００６、センサ１００
７（力、変位、位置、速度、距離、光、温度、音声、時間、電場、電流、電圧、電力、ま
たは赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン１００８等が組み込まれている
。

テレビジョン装置１０００の操作は、操作スイッチや、別体のリモコン操作機１０１０に
より行うことができる。リモコン操作機１０１０が備える操作キー１００９により、チャ
ンネルや音量の操作を行うことができ、表示部１００２に表示される映像を操作すること
ができる。また、リモコン操作機１０１０に、リモコン操作機１０１０から出力する情報
を表示する表示部１０１１を設ける構成としてもよい。

なお、テレビジョン装置１０００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機に
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向
（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。

図１５（Ｂ）は、デジタルサイネージの一例を示している。例えば、デジタルサイネージ
２０００は、２つの筐体２００２及び筐体２００４から構成されている。筐体２００２に
は、表示部２００６及び２つのスピーカ２００８、２０１０が備わっている。さらに、デ
ジタルサイネージ２０００には、ほかにセンサを設けて、人が近くにいないときは画像が
表示されないなど他の構成を設けてもよい。

本発明の一態様である表示装置は、テレビジョン装置１０００における表示部１００２、
及びデジタルサイネージ２０００における表示部２００６に用いることができ、色純度を
向上させることができる特徴を有することから、テレビジョン装置１０００及びデジタル
サイネージ２０００自体の色再現性を高めることができる。

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。

Claims (3)

1. 基板上に、発光素子チップと、微小光共振器と、蛍光体層と、を有し、
   前記蛍光体層は、前記発光素子チップ及び前記微小光共振器を覆い、
   前記微小光共振器は、前記発光素子チップの周辺に配置され、
   前記微小光共振器は、特定の発光スペクトルの波長の強度を高める機能を有することを特徴とする発光素子ユニット。
2. 基板上に、発光素子チップと、微小光共振器と、蛍光体層と、を有し、
   前記蛍光体層は、前記発光素子チップ及び前記微小光共振器を覆い、
   前記微小光共振器は、前記発光素子チップの周辺に配置され、
   前記微小光共振器は、反射層と、前記反射層上の透光性を有する層と、前記透光性を有する層上の半透過型反射層と、を有し、
   前記微小光共振器は、前記反射層と前記半透過型反射層との間で反射し干渉させた光を射出し、
   前記微小光共振器は、特定の発光スペクトルの波長の強度を高める機能を有することを特徴とする発光素子ユニット。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記基板は、ガラスエポキシ樹脂基板、ポリイミド基板、セラミック基板、アルミナ基板、又は、窒化アルミニウムからなることを特徴とする発光素子ユニット。

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