JP2022073188A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】受光素子と発光素子とを備える新たな表示装置を提供すること。【解決手段】表示装置は、第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面とを含む基板と、前記基板の側方に配置された第１発光素子と、前記基板の前記第２面側に配置された複数の受光素子と、前記基板の前記第１面上に配置された複数の第２発光素子と、前記受光素子の出力に基づいて前記第２発光素子の駆動を制御する第１駆動素子と、を備え、前記第１発光素子の光出射面は前記第１面から前記第２面に向かう第１方向に向けられ、前記第２発光素子の光出射面は前記第２面から前記第１面に向かう第２方向に向けられる。【選択図】図４

Description

本発明は、表示装置に関する。
受光素子と発光素子とを有する半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
特開平２－２０３３８１号公報 特開２０２０－１３４４７４号公報 特開２０１１－１３９７２６号公報
本発明は、受光素子と発光素子とを備える新たな表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、表示装置は、第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面とを含む基板と、前記基板の側方に配置された第１発光素子と、前記基板の前記第２面側に配置された複数の受光素子と、前記基板の前記第１面上に配置された複数の第２発光素子と、前記受光素子の出力に基づいて前記第２発光素子の駆動を制御する第１駆動素子と、を備え、前記第１発光素子の光出射面は前記第１面から前記第２面に向かう第１方向に向けられ、前記第２発光素子の光出射面は前記第２面から前記第１面に向かう第２方向に向けられる。
本発明によれば、受光素子と発光素子とを備える新たな表示装置を提供することができる。
本発明の一実施形態の表示装置の模式斜視図である。 図１において保持部材を取り除いた複数の表示部分の模式斜視図である。 図２における１つの表示部分の模式斜視図である。 図３におけるIV－IV線に沿った模式断面図である。 図４における受光素子および第２発光素子が配置された部分のさらに詳細な模式断面図である。 本発明の一実施形態の表示装置における基板の第１面側の模式平面図である。 本発明の一実施形態の表示装置における基板の第２面側の模式平面図である。 図６に示す１つの画素部の模式平面図である。 図７に示す１つの画素部の模式平面図である。 本発明の一実施形態の表示装置における受光素子、第１駆動素子、および第２発光素子の接続関係を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の表示装置の使用例を示す模式図である。 本発明の一実施形態の表示装置における受光素子、第１駆動素子、および第２発光素子の配置関係の他の例を示す模式断面図である。
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ構成には同じ符号を付している。
図１は、本発明の一実施形態の表示装置１の模式斜視図である。
表示装置１は、複数の表示部分２と、複数の表示部分２を保持する保持部材１０とを含む。表示部分２が１つの場合と比べて、複数の表示部分２を用いることにより、表示範囲を広げることができる。
図２は、図１において保持部材１０を取り除いた複数の表示部分２の模式斜視図である。複数の表示部分２は、例えばマトリクス状に配置されている。
図３は、１つの表示部分２の模式斜視図である。
図４は、図３におけるIV－IV線に沿った模式断面図である。
なお、図２、図３は、説明を簡単にするために、一部の部材を省略して図示している。
本発明の一実施形態の表示装置１は、第１面２１と、第１面２１の反対側に位置する第２面２２とを含む基板２０と、基板２０の側方に配置された第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲと、基板２０の第２面２２側に配置された複数の受光素子５０と、基板２０の第１面２１上に配置された複数の第２発光素子４０と、受光素子５０の出力に基づいて第２発光素子４０の駆動を制御する第１駆動素子６０と、を備え、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの光出射面３１は第１面２１から第２面２２に向かう第１方向Ａに向けられ、第２発光素子４０の光出射面４１は第２面２２から第１面２１に向かう第２方向Ｂに向けられる。これにより、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲからの光が照射された被対象物の形状を反映して第２発光素子４０によって表示することができる。
表示部分２は、基板２０と、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲと、複数の受光素子５０と、複数の第２発光素子４０とを含む。
保持部材１０は、可撓性を有する材料であることが好ましい。各表示部分２の間が可撓性の材料からなる保持部材１０で保持されることで、多様な形状の物体に対して取り付けることができる。図４において、保持部材１０は、樹脂部材であってもよい。樹脂部材は可撓性を有する保持材料として用いることができる。樹脂部材は、少なくとも第１樹脂部材１１と、第１樹脂部材１１上に配置された第２樹脂部材１２とを含む。第１樹脂部材１１は、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが発する光、および受光素子５０が受光する光に対して透過性を有する。第１樹脂部材１１は、例えば、透過率が５０％以上１００％以下の材料を用いることができる。好ましくは、第１樹脂部材１１は、透過率が８０％以上１００％以下の材料を用いることができる。第２樹脂部材１２は、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲおよび第２発光素子４０が発する光に対して反射性を有する。第２樹脂部材１２は、例えば、積分球を用いたときの反射率が５０％以上１００％以下の材料を用いることができる。第２樹脂部材１２は、好ましくは、積分球を用いたときの反射率が８０％以上１００％以下の材料を用いることができる。第２樹脂部材１２は、例えば、酸化チタンなどの粒子を含む。また、保持部材１０は、透光性のハイドロゲルを含んでいてもよい。
基板２０は、第１面２１と、第１面２１の反対側に位置する第２面２２とを含む。基板２０は、第２面２２を第１樹脂部材１１の上面と接触して配置されている。基板２０は、例えばシリコン基板である。シリコン基板は、受光素子５０を第２面２２側に設けることが容易である。また、受光素子５０および後述する第１駆動素子６０をシリコン基板内に作製することもできるので好ましい。また、基板２０がシリコン基板であれば、第２駆動素子７０もシリコン基板内に作製することができる。
第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲは、基板２０の側方において第１樹脂部材１１上に配置されている。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの光出射面３１は、基板２０の第１面２１から第２面２２に向かう第１方向Ａに向けられる。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲは、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）、またはレーザーダイオード（Laser Diode）である。レーザーダイオードの場合は、垂直共振器型端面発光レーザー（Vertical Cavity Surface Emitting Laser ; VCSEL）のような面発光レーザーを用いることが好ましい。面発光レーザーは、光出射面と同一面側に電極を設けることができるので、端面発光型レーザーと比べて容易に第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲとして配置することができる。
第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが発する光の波長は、受光素子５０が受光することができる波長である。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが発する光に応じた光を受光素子５０は受光し、第２発光素子４０によって表示することができる。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが発する光は、例えば波長変換部材もしくは被照射対象物との相互作用によって波長変換され、これが受光素子５０が受光することができる波長の光となってもよい。１つの表示部分２において、発光ピーク波長が互いに異なる複数の第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが配置されている。これにより、可視化することができる対象が増える。また、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが発する光の照射対象が有する吸収率や反射率の波長依存性に応じて適切な発光ピーク波長の光を用いることができる。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの発光ピーク波長は、例えば、１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の間隔で離すことができる。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの発光ピーク波長は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の間隔で離れていてもよい。これにより、光の照射対象の吸収端が立ち上がる前と後のピーク波長を有する第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲを参照光として用いることができるので、適切な波長を選択し、表示させることできる。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲのピーク波長の差は、被照射対象物の吸収端に応じて適宜変更することができ、例えば、１ｎｍ以上にすることもできる。また、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが発する光の発光ピーク波長の間隔が１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることで、第１発光素子３０Ｒが発する光が、照射対象によって反射された反射光と、第１発光素子３０ＩＲが発する光が照射対象によって反射された反射光とを、受光素子５０が受光したときに、両者を区別しやすくなる。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが発する光として、例えば紫外光、青色光、緑色光、黄色光、赤色光、近赤外光を用いることができる。これらの波長の光は、受光素子５０が受光することができる波長から適宜選択することができる。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの半値幅は、例えば、３０ｎｍ以下である。例えば、第１発光素子３０Ｒは赤色光を発し、第１発光素子３０ＩＲは赤外光を発する。
なお、本明細書において紫外光とは、発光ピーク波長が３６５ｎｍ以上４１０ｎｍ未満の範囲にあるものを指す。また、青色光とは、発光ピーク波長が４１０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の範囲にあるものを指す。また、緑色光とは、発光ピーク波長が５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の範囲にあるものを指す。また、黄色光とは、発光ピーク波長が５７０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の範囲にあるものを指す。また、赤色光とは、発光ピーク波長が６００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の範囲にあるものを指す。また、近赤外光とは、発光ピーク波長が７５０ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の範囲にあるものを指す。紫外領域に特異な吸収がある場合は、紫外光を用いることが好ましい。紫外領域に特異な吸収がある材料として、例えば、酸化チタンが挙げられる。例えば生体観察を行う場合は、赤色光と近赤外光を用いることが好ましい。赤色光と近赤外光は生体を透過しやすい波長領域といわれている。例えば、このことを利用して血液の状態を観察することができる。
基板２０の第２面２２側に複数の受光素子５０が配置されている。受光素子５０は、例えば、フォトダイオードである。フォトダイオードの主材料は、無機半導体材料が好ましく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）が挙げられる。基板２０がシリコン基板である場合には、フォトダイオードの主材料は、特にＳｉを用いることが好ましい。これにより、第２面２２側に不純物をドーピングすることで、第２面２２側の基板２０内部にフォトダイオードを設けることができる。基板２０の主材料と、後述する第１駆動素子６０の主材料と、受光素子５０の主材料とが同一となることで、これらを基板２０内に一体的に設けることができる。これにより、基板２０の内部に受光素子５０を設けることができるので、基板２０の外部に受光素子５０を設ける場合と比べて、表示装置１を薄くすることができる。
基板２０の第１面２１上に複数の第２発光素子４０が配置されている。第２発光素子４０の光出射面４１は、基板２０の第２面２２から第１面２１に向かう第２方向Ｂに向けられる。第２発光素子４０は、例えばＬＥＤである。ＬＥＤの主材料は、無機半導体材料が好ましい。ＬＥＤの主材料に無機半導体を用いることで、有機半導体を用いる場合と比べて輝度を向上させることができる。ＬＥＤの主材料は、例えば、窒化ガリウム系半導体、ガリウムヒ素系半導体である。例えば、第２発光素子４０の発光ピーク波長は、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの発光ピーク波長よりも短くてよい。
図５は、受光素子５０および第２発光素子４０が配置された部分のさらに詳細な模式断面図である。
基板２０の第２面２２側には第１駆動素子６０が配置されている。第１駆動素子６０は、受光素子５０の出力に基づいて第２発光素子４０の駆動を制御する。例えば、受光素子５０がフォトダイオードの場合、フォトダイオードで光電変換された電流に応じて第２発光素子４０の駆動を制御する。複数の受光素子５０の数および複数の第２発光素子４０の数に対応して、複数の第１駆動素子６０が配置されている。例えば、第１駆動素子６０の数は、受光素子５０の数と同数である。また、例えば、第１駆動素子６０は、複数の第２発光素子４０の一つと接続されているか、もしくは２又は３の第２発光素子４０と接続されている。第１駆動素子６０は、基板２０の第２面２２側に形成されたトランジスタを含む半導体集積回路として形成されている。
基板２０の第２面２２には配線部１２０が配置されている。配線部１２０は、絶縁層１２１と、絶縁層１２１中に配置された多層配線層とを含む。多層配線層の材料は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）又は銀（Ａｇ）である。なお、図５には、多層配線層のうち、最も基板２０側に位置する１層の第１配線層１２２のみを示す。また、絶縁層１２１中には、多層配線層間を接続するビアも形成されている。絶縁層１２１は、受光素子５０が受光する光に対する透過性を有する。
受光素子５０および第１駆動素子６０は、第１配線層１２２と電気的に接続されている。第２発光素子４０は、導電性の接合材、例えばバンプ６２を介して基板２０の第１面２１上に配置されている。基板２０には、第１面２１と第２面２２との間を貫通する第１導電部材６１が形成されている。第１面２１と第２面２２とを貫通しない電極を用いる場合と比べて、第２発光素子４０と後述する第１配線層１２２とを短い距離で接続することができるので、電力のロスを低減することができる。基板２０がシリコン基板である場合、第１導電部材６１は、いわゆるシリコン貫通電極であり、ＴＳＶ（through-silicon via）と呼ばれる。第１導電部材６１の材料は、例えば、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）又は金（Ａｕ）である。
第１導電部材６１は、第１面２１側に配置されたバンプ６２と、第２面２２側に配置された第１配線層１２２とを接続している。第２発光素子４０は、光出射面４１の反対側に正側と負側の電極を有し、その電極は第１導電部材６１と接続されている。第２発光素子４０は、バンプ６２および第１導電部材６１を介して第１配線層１２２と電気的に接続されている。受光素子５０、第１駆動素子６０、および第２発光素子４０は、第１配線層１２２を含む多層配線層を介して互いに電気的に接続されている。
図６は、基板２０の第１面２１側の模式平面図である。
図７は、基板２０の第２面２２側の模式平面図である。
図８は、図６に示す１つの画素部Ｐの模式平面図である。
図９は、図７に示す１つの画素部Ｐの模式平面図である。
図６～図９を参照する。複数の受光素子５０の一つが、複数の第１駆動素子６０の一つを介して、第２発光素子４０の少なくとも一つと電気的に接続されている。第１駆動素子６０の一つと、複数の受光素子５０のうち前記第１駆動素子６０の一つと最も近い受光素子５０とが接続されている。また、第１駆動素子６０の一つと、複数の第２発光素子４０のうち前記第１駆動素子６０の一つと最も近い第２発光素子４０とが接続されている。これにより、第１駆動素子６０と最も近い受光素子５０および第２発光素子４０とを接続しない場合と比べて、互いに接続対象の受光素子５０、第１駆動素子６０、および第２発光素子４０の間の配線長を短くすることができるので、第２発光素子４０の駆動時の電力損失を減らすことができる。
表示部分２は、さらに第２駆動素子７０と、第２導電部材８０とを含む。第２駆動素子７０は、トランジスタを含む半導体集積回路として形成されている。第２駆動素子７０は基板２０の第２面２２側に形成されていてもよい。第２駆動素子７０は、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの駆動を制御する。第２導電部材８０は、基板２０の側方に配置され、保持部材１０に保持され、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲと第２駆動素子７０とを電気的に接続している。これにより、基板２０の第２面２２側に形成された第２駆動素子７０を用いて第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの駆動を制御することができる。第２駆動素子７０を表示装置１の外部に設ける必要がなく、表示装置１を小型化することができる。
第１樹脂部材１１中に第２配線層１７が配置されている。第２配線層１７は、例えば多層配線層である。基板２０は第２面２２を第１樹脂部材１１の上面に対向させて第１樹脂部材１１上に配置され、基板２０の第２面２２側に配置された第２駆動素子７０は、導電性の接続部材９３を介して第２配線層１７と電気的に接続されている。受光素子５０の受光面は、第１樹脂部材１１の上面に対向している。
基板２０の第２面２２と、第１樹脂部材１１の上面との間には、第３樹脂部材１０３が設けられている。第３樹脂部材１０３は接続部材９３の側面を覆っている。また、第３樹脂部材１０３は、受光素子５０の受光面と、第１樹脂部材１１の上面との間にも設けられている。第３樹脂部材１０３は、受光素子５０が受光する光に対して透過性を有する。第３樹脂部材１０３は、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂を用いることができる。
第２導電部材８０は、導電性の接続部材９２を介して第２配線層１７と電気的に接続されている。第２導電部材８０と、第１樹脂部材１１の上面との間には第４樹脂部材１０２が設けられている。第４樹脂部材１０２は、接続部材９２の側面を覆っている。第４樹脂部材１０２は、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂を用いることができる。第２導電部材８０は、例えば銅（Ｃｕ）からなる金属のチップ（またはブロック）である。または、第２導電部材８０は、絶縁体または半導体に上下を貫通する電極が形成された構成であってもよい。または、第２導電部材８０は、第２樹脂部材１２に形成された貫通孔内に設けられた金属または導電性ペーストであってもよい。
第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲは、接続部材９１を介して第２配線層１７と電気的に接続されている。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲと、第１樹脂部材１１の上面との間には樹脂１０１が設けられている。樹脂１０１は、接続部材９１の側面を覆っている。
保持部材１０は、基板２０、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲ、および第２発光素子４０を保持し、第３面１３と、第３面１３の反対側に位置する第４面１４とを含む。第３面１３は基板２０の第１面２１と対向し、第４面１４は基板２０の第２面２２と対向する。これにより、基板２０、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲ、および第２発光素子４０を一体化でき、実装が容易となる。
第３面１３上には、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲと第２導電部材８０とを電気的に接続する第３配線層１９が配置されている。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲは、例えば、光出射面３１側と、その反対側にそれぞれの電極を有する。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの上側の電極は、第３配線層１９、第２導電部材８０、接続部材９２、第２配線層１７、および接続部材９３を介して、第２駆動素子７０と電気的に接続されている。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの下側の電極は、接続部材９１、第２配線層１７、および接続部材９３を介して、第２駆動素子７０と電気的に接続されている。
保持部材１０は、前述した各構成を保持する。第２樹脂部材１２は、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの側面、第２導電部材８０の側面、第２発光素子４０の側面、基板２０の側面、および基板２０の第１面２１を覆っている。第２樹脂部材１２は、例えば、白色の樹脂である。具体的には、ＴｉＯ２粒子を含むシリコーン樹脂である。第２発光素子４０が発する光を第２樹脂部材１２で反射し、輝度を向上させることにより、表示装置のコントラストを高めることができる。
第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが発した光は、保持部材１０の第４面１４から表示装置１の外部に参照光として出射する。この参照光は、後述するように例えば人の血管などの可視化対象物で反射され、この反射光は第４面１４から第１樹脂部材１１を透過して受光素子５０に入射する。
第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの光出射面３１は、基板２０の第２面２２よりも保持部材１０の第４面１４側に突出していない。これにより、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲから出射した光が直接受光素子５０に入射することが抑制され、受光素子５０による不要な光の誤検出を軽減することができる。
表示部分２は、第１遮光膜８１、第２遮光膜８２、第３遮光膜８３、第４遮光膜８４、および第５遮光膜８５をさらに含む。これらの遮光膜の色は、例えば、暗色系もしくは黒色系である。第１遮光膜８１、第２遮光膜８２、第３遮光膜８３、第４遮光膜８４、および第５遮光膜８５は、例えば酸化クロムなどのブラックマトリクス材料からなる。または、遮光膜８１～８５は、カーボンもしくは顔料を含むシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等からなる。顔料は、好ましくは暗色系もしくは黒色系である。第４遮光膜８４および第５遮光膜８５は顔料を含むシリコーン樹脂やエポキシ樹脂であることが好ましい。これらの材料は導電性を有していないので、表示装置がショートすることを回避することができる。
第１遮光膜８１は、基板２０の側面に配置されている。この第１遮光膜８１により、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲから出射した光が基板２０の側面を介して受光素子５０に入射することが抑制され、受光素子５０による不要な光の誤検出を防ぐことができる。
第１樹脂部材１１の上面において光の経路以外に第２遮光膜８２、第４遮光膜８４、および第５遮光膜８５が配置されている。平面視において、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲと受光素子５０との間に第２遮光膜８２が配置されている。これにより迷光を低減することができる。また、基板２０の第２面２２と、第１樹脂部材１１の上面との間に第４遮光膜８４が配置されている。これにより、受光素子５０へ入射する光の入射角度を制限することができる。よって、受光素子５０へ入射する迷光を低減することができる。また、平面視において、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲと保持部材１０の端面（側面）との間の第１樹脂部材１１の上面に第５遮光膜８５が配置されている。これにより、迷光を低減することができる。
受光素子５０の受光面は、平面視において、第４遮光膜８４と重ならない。この第４遮光膜８４により、保持部材１０の第４面１４側から受光素子５０に対する光の入射角度を制限することができる。これにより、可視化対象物（光の照射対象）の形状や位置をより正確に反映した像の取得が可能になる。また、第４遮光膜８４は、第１駆動素子６０に光の照射対象からの反射光が吸収されることを低減し、第１駆動素子６０の誤動作を抑制することができる。
保持部材１０の第３面１３に第３遮光膜８３が配置されている。第２発光素子４０の光出射面４１は、第３遮光膜８３から露出している。この第３遮光膜８３により、複数の第２発光素子４０の発光によって得られる像のコントラストを向上させることができる。また、第３遮光膜８３は第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの上面のうち、第３配線層１９が設けられている部分以外を覆うことができる。これにより、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが発する光が表示側へ漏れることを低減し、複数の第２発光素子４０の発光によって得られる像のコントラストを向上させることができる。さらに、自然光（外光）が表示装置内部に侵入することを抑制することができる。これにより、迷光を抑制することができる。
第２発光素子４０の光出射面４１上に、光学部材１１０を配置してもよい。光学部材１１０は、例えば、ガラス、または波長変換部材である。波長変換部材は蛍光体を含んでいてもよい。蛍光体は例えば、ＹＡＧを含んでよい。また、波長変換部材は、波長変換可能な半導体ナノ粒子を含んでいてもよい。光学部材１１０を配置する場合、好ましくは、波長変換部材を配置する。これにより、第２発光素子４０からの光を目的に応じて波長変換することができる。
保持部材１０の第３面１３上に、第２発光素子４０が発する光に対して透過性を有する保護層１１１が配置されている。保護層１１１は、第３遮光膜８３および光学部材１１０を覆っている。または、光学部材１１０を設けずに、保護層１１１で第２発光素子４０の光出射面４１を直接覆ってもよい。
基板２０に複数の画素部Ｐがマトリクス状に配置されている。各画素部Ｐは、第１面２１側に第２発光素子４０を含み、第２面２２側に受光素子５０および受光素子５０の出力に基づいて第２発光素子４０の駆動を制御する第１駆動素子６０を含む。すなわち、基板２０の第２面２２側に複数の受光素子５０がマトリクス状に配置されている。また、基板２０の第１面２１上に、複数の受光素子５０と同数の複数の第２発光素子４０がマトリクス状に配置されている。
また、図７に示すように、基板２０の第２面２２における複数の画素部Ｐが配置された領域の外側の領域に、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲを駆動するための第２駆動素子７０が配置されている。
図９に示すように、各画素部Ｐは、基板２０の第２面２２側に配置された第１駆動素子６０をさらに含む。
図１０は、各画素部Ｐにおける受光素子５０、第１駆動素子６０、および第２発光素子４０の接続関係を示すブロック図である。
第１駆動素子６０は、カレントアンプ６５と、トランスインピーダンスアンプ６６と、パルス幅変調回路６７と、ドライバ６８とを含む。
カレントアンプ６５は、図５に示す第１配線層１２２を介して、受光素子５０と電気的に接続され、受光素子５０が出力する電流を増幅する。
トランスインピーダンスアンプ６６は、カレントアンプ６５と電気的に接続され、カレントアンプ６５で増幅された電流を電圧に変換する。
パルス幅変調回路６７は、トランスインピーダンスアンプ６６と電気的に接続され、トランスインピーダンスアンプ６６が出力する電圧の大きさに基づいて決定されたデューティ比をもつＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を発振する。
ドライバ６８は、パルス幅変調回路６７と電気的に接続され、パルス幅変調回路６７が出力するＰＷＭ信号に基づいて、第２発光素子４０に供給する電流を生成する。
ドライバ６８は、図５に示す第１配線層１２２、第１導電部材６１、およびバンプ６２を介して第２発光素子４０の正側と負側の両電極と電気的に接続され、第２発光素子４０をＰＷＭ制御して、第２発光素子４０を発光させる。第２発光素子４０は、受光素子５０が受光した光の強さに応じた明るさで発光する。
なお、第２発光素子４０をＰＷＭ制御することに限らず、受光素子５０が受光した光の強さに応じて第２発光素子４０に供給する電流値を可変することで第２発光素子４０が発光する光の明るさを制御してもよい。
図１１は、本実施形態の表示装置１の使用例を示す模式図である。
本実施形態の表示装置１は、人体、例えば人の腕２００に装着することができる。保持部材１０の第４面１４が腕２００の皮膚の表面に密着する。その状態で、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲを発光させる。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが発した参照光（例えば、赤色光のみ、または赤外光のみ、または赤色光及び赤外光の両方）は皮膚を透過して、血管に照射される。
受光素子５０は、例えば、血管で反射した参照光の入射を受け、受光した光を電気信号（電流）に変換する。その電気信号を受けた前述した第１駆動素子６０は、受光素子５０が受光した光の強さに応じた明るさで第２発光素子４０を発光させる。
複数の第２発光素子４０と複数の受光素子５０とは例えば１対１の関係で配置位置及び電気的接続が対応し、複数の第２発光素子４０の発光によって保持部材１０の第３面１３側に、複数の受光素子５０で受けた光の像、すなわち血管の形状が反映された画像が表示される。すなわち、肉眼では見ない皮膚の下の血管を可視化することができる。
本実施形態によれば、表示用の第２発光素子４０を駆動するための第１駆動素子６０、参照光用の第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲを駆動するための第２駆動素子７０、受光素子５０、およびそれらを電気的に接続するための第１導電部材６１や第１配線層１２２を、半導体ウェーハ（例えばシリコンウェーハ）に対するウェーハプロセスで形成することができる。これにより、受光素子５０の数、第２発光素子４０の数、およびこれらに接続された第１駆動素子６０の数を増やして解像度を高めつつも、小型化且つ薄型化された表示装置１を安価に得ることができる。
また、図１、図２に示すように、互いに分離された複数の表示部分２を、可撓性を有する保持部材１０で保持することで、表示装置１を曲げることが可能となり、皮膚の表面に密着させ、より正確な血管の画像を得ることが可能となる。また、それぞれの表示部分２ごとに第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲを配置することで、参照光を血管にムラを少なく照射できる。
図１２は、受光素子５０、第１駆動素子６０、および第２発光素子４０の配置関係の他の例を示す模式断面図である。
この例では、第２発光素子４０は、受光素子５０の上方における基板２０の第１面２１上に配置されている。これは、平面視において、受光素子５０と、第２発光素子４０の少なくとも一部と、が重なることを指す。なお、平面視において、受光素子５０と、第２発光素子４０の全てと、が重なる方が好ましい。これにより、受光素子５０が光を受けた位置、すなわち受光素子５０の下方の可視化対象物の位置をより正確に反映した画像を表示できる。基板２０の第１面２１には、第２発光素子４０と接続された配線層６９が形成され、配線層６９は第１駆動素子６０の上方まで延びている。その配線層６９と第１駆動素子６０との間の基板２０内には導電部材（導電ビア）１６１が形成されている。導電部材１６１は、配線層６９と第１駆動素子６０とを接続している。したがって、第２発光素子４０は、配線層６９および導電部材１６１を介して、第１駆動素子６０と電気的に接続されている。
第１樹脂部材１１は、屈折率の異なる複数の層から構成されてもよい。例えば、第４面１４側に第１樹脂部材１１内の他の層と相対的に屈折率の高い層を配置することで、全反射を利用して、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲからの参照光が受光素子５０に直接入射するのを抑制することができる。
参照光用の第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲは、発光ピーク波長（発光色）が同じ１種類のものだけでもよい。本実施形態のように、発光ピーク波長の異なる２種類の第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲを設けることで、例えば、参照光の波長による血管での反射率の違いや、皮膚の透過率の違いに応じて、適切な第１発光素子を選択できる。また、可視化対象物としては血管に限らず、血管以外の生体情報の可視化も可能である。また、人体以外にも用いることができる。
また、参照光として赤色光と赤外光を血管に照射し、受光素子５０が受け取る赤色光の反射光量と赤外光の反射光量との比から、酸素飽和度（ＳｐＯ２）の測定も可能である。また、赤色領域は、還元ヘモグロビンに対して高い吸収係数を有し、近赤外領域では吸収係数は低い。一方で、酸化ヘモグロビンは、赤色領域では吸収係数が低く、近赤外領域では還元ヘモグロビンよりも高い吸収係数を有する。これらの関係から、赤色光と近赤外光とを比較することにより、ヘモグロビンの酸化状態を観察することができる。例えば、皮膚表面から数ｍｍから十数ｍｍまでに位置する血管に第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが発する光を照射する場合は、血中酸素の酸素飽和度によって、ヘモグロビンの吸収率が変化するため、照射対象の酸素飽和度によって、適当なピーク波長を選択する必要がある。例えば、酸素飽和度が８３％の条件の血管を観察する場合は、第１発光素子３０Ｒは赤色光を発し、第１発光素子３０ＩＲは赤外光を発することが好ましい。これにより、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが発する光が血管で反射され、受光素子５０へ到達しやすくなる。
また、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲの光出射面３１を第２方向Ｂに設定してもよい。もしくは、第２発光素子４０の光出射面４１を第１方向Ａに設定してもよい。これらの場合、第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲと第２発光素子４０の光出射方向を一致させることができる。第１発光素子３０Ｒ、３０ＩＲが発する光の反射光を受光素子５０が受光し、反射光の強度や入射角度の情報をもとに、第２発光素子４０を発光させることができる。例えば、第１発光素子３０Ｒ、３０をＬｉＤＡＲ用光源として使い、受光素子５０が得た情報をもとに第２発光素子４０の配光を制御して、表示することもできる。
第２発光素子４０の発光色は、単色でもよく、複数色あってもよい。さらに、第２発光素子４０は、基板２０と一体化していてもよい。例えば、基板２０は第２発光素子４０の成長基板であってよい。また、受光素子５０は基板２０と一体化していなくてもよい。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、図１及び図２に示すように、複数の表示部分２が保持部材１０で保持されることで、隣り合う表示部分２の間が可撓性を有する保持部材１０により多様な形状の物体に対して利用することができる。本発明の上述した実施形態を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものである。
１…表示装置、２…表示部分、１０…保持部材、１１…第１樹脂部材、１２…第２樹脂部材、１３…第３面、１４…第４面、２０…基板、２１…第１面、２２…第２面、３０Ｒ,３０ＩＲ…第１発光素子、３１…第１発光素子の光出射面、４０…第２発光素子、４１…第２発光素子の光出射面、５０…受光素子、６０…第１駆動素子、６１…第１導電部材、７０…第２駆動素子、８０…第２導電部材、８１…第１遮光膜、８２…第２遮光膜、８３…第３遮光膜、８４…第４遮光膜、１１１…保護層、Ｐ…画素部

Claims (14)

  1. 第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面とを含む基板と、
    前記基板の側方に配置された第１発光素子と、
    前記基板の前記第２面側に配置された複数の受光素子と、
    前記基板の前記第１面上に配置された複数の第２発光素子と、
    前記受光素子の出力に基づいて前記第２発光素子の駆動を制御する第１駆動素子と、を備え、
    前記第１発光素子の光出射面は前記第１面から前記第２面に向かう第１方向に向けられ、前記第２発光素子の光出射面は前記第２面から前記第１面に向かう第２方向に向けられる表示装置。
  2. 前記基板の側面に配置された第１遮光膜をさらに備える請求項１に記載の表示装置。
  3. 平面視において、前記第１発光素子と前記受光素子との間に配置される第２遮光膜をさらに備える請求項１または２に記載の表示装置。
  4. 前記基板の前記第１面と前記第２面との間を貫通し、前記第２発光素子と電気的に接続された第１導電部材と、
    前記第２面側に配置され、前記第１導電部材および前記第１駆動素子と電気的に接続された配線層と、
    をさらに備える請求項１～３のいずれか１つに記載の表示装置。
  5. 前記第１発光素子が発する光の波長は、前記受光素子が受光することができる波長である請求項１～４のいずれか１つに記載の表示装置。
  6. 前記第１発光素子として、発光ピーク波長が異なる複数の発光素子が配置される請求項１～５のいずれか１つに記載の表示装置。
  7. 前記第１駆動素子は複数設けられており、
    前記複数の受光素子の一つが、前記複数の第１駆動素子の一つを介して前記第２発光素子の少なくとも一つと接続されている請求項１～６のいずれか１つに記載の表示装置。
  8. 前記第１駆動素子の一つと、前記複数の受光素子のうち前記第１駆動素子の一つと最も近い前記受光素子と、が接続され、
    前記第１駆動素子の一つと、前記複数の第２発光素子のうち前記第１駆動素子の一つと最も近い前記第２発光素子と、が接続される請求項７に記載の表示装置。
  9. 前記基板、前記第１発光素子、および前記第２発光素子を保持し、前記基板の前記第１面と対向する第３面と、前記基板の前記第２面と対向する第４面とを含む保持部材をさらに備える請求項１～８のいずれか１つに記載の表示装置。
  10. 前記第１発光素子の前記光出射面は、前記基板の前記第２面よりも前記保持部材の前記第４面側に突出していない請求項９に記載の表示装置。
  11. 前記第１発光素子の駆動を制御する第２駆動素子と、
    前記基板の側方に配置され、前記保持部材に保持され、前記第１発光素子と前記第２駆動素子とを電気的に接続する第２導電部材をさらに備える請求項９または１０に記載の表示装置。
  12. 前記保持部材の前記第３面に配置される第３遮光膜をさらに備え、
    前記第２発光素子の前記光出射面は、前記第３遮光膜から露出している請求項９～１１のいずれか１つに記載の表示装置。
  13. 前記基板と、前記第１発光素子と、前記受光素子と、前記第２発光素子と、前記第１駆動素子とを含む表示部分を複数有し、
    複数の前記表示部分は、前記保持部材で保持されている請求項９～１２のいずれか１つに記載の表示装置。
  14. 前記保持部材は樹脂部材である請求項９～１３のいずれか１つに記載の表示装置。
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