(57)【要約】【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。回路配線基板１０には微小プリズム面１０ａｆが形成されている。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とをこの順に有する。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で覆われてい微小プリズム面１０ａｆ（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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面に回路配線が形成された回路配線基板と、
前記回路配線基板の前記第１の面に配設され、前記回路配線と接続された発光素子とを有し、
前記回路配線基板の前記第１の面とは逆側の、光取り出し側である第２の面の光透過領域に、凹凸が形成されていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記回路配線基板の前記第２の面に形成された凹凸は、フレネルレンズを形成していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記回路配線基板の前記第２の面に形成された凹凸は、多数の微小プリズム或いは多数の微小レンズ又は多数のレンチキュラーレンズから成ることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記回路配線基板は、透光性の母材から成り、当該母材中に分散された、光拡散材料又は蛍光体を有することを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記回路配線基板の前記第２の面には、透光性の樹脂が形成され、当該透光性の樹脂には光拡散材料又は蛍光体が分散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。
【請求項６】
前記回路配線基板の前記第２の面には、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が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は点光源である半導体発光素子を用いた、一定領域が発光しているかの如く視認される表示装置に関する。また、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【特許文献１】特開２００２−５１１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、第１の面に回路配線が形成された回路配線基板と、回路配線基板の第１の面に配設され、回路配線と接続された発光素子とを有し、回路配線基板の第１の面とは逆側の、光取り出し側である第２の面の光透過領域に、凹凸が形成されていることを特徴とする表示装置である。ここにおいて、回路配線基板は少なくとも遮光性ではないことが必要であるが、必ずしも高透過性である必要は無い。例えば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。また、回路配線基板の第２の面に形成される凹凸は、回路配線基板の第２の面を完全に覆い尽くすように、即ち凹凸の形成されていない部分が無いように形成されていても良いし、その様に全体に形成されていなくても良い。
【０００６】
請求項２に係る発明は、回路配線基板の第２の面に形成された凹凸は、フレネルレンズを形成していることを特徴とする。例えばフレネルレンズは対応する発光素子の発光領域の中心に対して設計される。この際、例えば発光素子が複数個形成される場合は、回路配線基板の第２の面を複数個の発光素子に分割して、当該各領域ごとにフレネルレンズを形成しても良く、フレネルレンズを構成する領域を細分して、隣り合う個々の領域が異なる発光素子のフレネルレンズ構成部分となるような、重層的構成としても良い。
請求項３に係る発明は、回路配線基板の第２の面に形成された凹凸は、多数の微小プリズム或いは多数の微小レンズ又は多数のレンチキュラーレンズから成ることを特徴とする。多数の微小プリズムとは、高低差が１ｍｍ未満で、規則的又は不規則的に、例えば横倒し三角柱状、角錐状又は円錐状等の、プリズム作用を有する凹凸の密集を言う。多数のレンチキュラーレンズとはいわゆる蒲鉾形のレンズが密集している状態を言う。
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、回路配線基板は、透光性の母材から成り、当該母材中に分散された、光拡散材料又は蛍光体を有することを特徴とする。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。尚、光拡散材料又は蛍光体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光拡散材料又は蛍光体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光拡散材料又は蛍光体が分散されたものを含むものとする。
【０００７】
請求項５に係る発明は、回路配線基板の第２の面には、透光性の樹脂が形成され、当該透光性の樹脂には光拡散材料又は蛍光体が分散されていることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、回路配線基板の第２の面には、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が形成されていることを特徴とする。
これらの場合、透光性の樹脂及び遮光部は、回路配線基板の第２の面に接触していても良い。この際、回路配線基板の第２の面の凹凸の凹部にそれら透光性の樹脂及び遮光部が入り込んだ構成でも良く、そうでない、凹凸の凸部頂上付近でのみそれら透光性の樹脂及び遮光部が接触した構成でも良い。或いは遮光部が形成される部分は回路配線基板の第２の面の凹凸が形成されていなくても良い。
或いは、透光性の樹脂及び遮光部は回路配線基板の第２の面に接触しないように形成されていても良い。回路配線基板の第２の面と透光性の樹脂及び遮光部の間に、例えば他の透光性材料から成る被膜が形成されていても良い。
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。
【発明の効果】
【０００８】
回路配線基板の回路配線形成側である第１の面に発光素子を設け、反対側の第２の面に光を取り出すと、極めて薄い表示装置とすることが可能である。しかし、例えば半導体発光素子を用いると、通常、数百μｍ角のチップの発光部は、実質的に点発光であるとしか視認されない。このため、２ｍｍ程度以下の厚さの回路配線基板を介して光を取り出しても、やはり点発光のように視認され、例えば数ｍｍ角乃至数ｃｍ角程度の発光領域を形成するための表示装置としてはこのままでは使いにくい。そこで、回路配線基板の第２の面に凹凸を形成する。この凹凸により、点光源から全方位に放射される光の放射方向を変えることができる。これにより、光が分散することで、正面（第１の面及び第２の面の法線方向）又は斜めのいずれの方向から注視した際も、第２の面の広い領域が発光しているかの如く視認されうる。或いは、光の方向を揃えることで、例えば正面方向（第１の面及び第２の面の法線方向）のみに光を集中させることも可能となる。
【０００９】
光の方向を揃えるためには、比較的薄い回路配線基板に設ける構造としてはフレネルレンズが好ましい。即ち、小さな高低差を有する多数の同心円環状のプリズムを形成する（請求項２）。光の方向を不規則に分散させるには、多数の微小プリズムや多数の微小レンズ、或いは多数のレンチキュラーレンズを密集させる（請求項３）。尚、光の方向を不規則に分散させる場合には、回路配線基板内部に光拡散材料を分散させておくと尚良い（請求項４）。尚、光拡散材料に替えて蛍光体を分散させておくと、光の方向を不規則に分散させる効果に加えて、発光素子の色調とは異なる光を取り出すことが可能である。
【００１０】
光の方向を不規則に分散させる場合には、当該凹凸を通過した光を更に不規則に分散させるために、透光性の樹脂層を設けて、当該樹脂層中に光拡散材料を分散させると良い。光拡散材料に替えて蛍光体を分散させておくと、光の方向を不規則に分散させる効果に加えて、発光素子の色調とは異なる光を取り出すことが可能である（請求項５）。光透過領域を所望の形状に形どるためには、遮光部を設けると良い（請求項６）。当該遮光部は、例えば薄い遮光膜で形成しても、厚い遮光性の材料から成る隔壁状としても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に用いる発光素子は、小型である点で半導体発光ダイオードが好ましい。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（ＡｌxＧａyＩｎ1-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。
【００１２】
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（ＡｌxＧａyＩｎ1-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。
【００１３】
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。但し、配線材として銅やアルミニウムのような、遮光性の導体を排除するものではない。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。基板の第２の面の凹凸の形成方法は、射出成型時に形成しても、後に切削等により形成しても良い。
【００１４】
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。
【００１５】
発光ダイオードを覆う様に反射膜を形成すると、第２の面側への光取り出し効率を向上できる。この場合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。勿論、回路配線基板の第１の面に対向するように内面に反射膜を形成した、筐体その他の構成を用いても良い。
【実施例１】
【００１６】
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の構成を示す断面図である。図１の表示装置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。回路配線基板１０の回路配線１０ｃが形成された第１の面とは反対側の第２の面には微小プリズム面１０ａｆが形成されている。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。
【００１７】
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、拡散された光が微小プリズム面１０ａｆに達し、不規則に屈折を生ずることで、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。微小プリズム面１０ａｆの作用は、より均一に発光しているように視認されることである。
【００１８】
〔変形例１〕
図２は、図１の表示装置１００の変形例に当たる、表示装置１５０の構成を示す断面図である。図２の表示装置１５０は、図１の表示装置１００の構成のうち、遮光部材４を壁状の遮光部材４ｗとして形成し、当該壁状の遮光部材４ｗで囲まれた領域に、光拡散材料が分散された透光性の樹脂５を充填し、透光性の板材６で覆ったものである。図２の表示装置１５０は、図１の表示装置１００と同様に、拡散された光が微小プリズム面１０ａｆを透過した後、光拡散材料が分散された透光性の樹脂５で更に拡散されることで、所望の形状に形どられた光透過領域Ｂがより均一に発光しているように視認される。
【実施例２】
【００１９】
図３は、本発明の具体的な第２の実施例に係る表示装置２００の構成を示す断面図である。図３の表示装置２００は、透光性の基板部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、並びに遮光部材４から成る。回路配線基板１０の回路配線１０ｃが形成された第１の面とは反対側の第２の面には、フレネルレンズ１０ｂｆが形成されている。III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の構成と、回路配線１０ｃ及びそれらの接続方法は実施例１の表示装置１００と同様である。
【００２０】
図３の表示装置２００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のフレネルレンズ１０ｂｆに達すると、ほぼ平行な光束として出力されるように構成されている。結果、回路配線基板１０の基板部１０ｂの極めて広い領域が平行光線を発する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。こうして、遮光部材４で覆われていない、光透過領域Ｂ全体が、あたかも平行光線を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２００は、フレネルレンズ１０ｂｆ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全体からの平行光線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。本実施例の表示装置２００は、設計された視認方向（図３で図内上）からの視認が良好であって、斜め方向からの視認が困難な表示装置となる。
【００２１】
〔変形例２〕
図４は、図３の表示装置２００の変形例に当たる、表示装置２５０の構成を示す断面図である。図４の表示装置２５０は、図３の表示装置２００の構成のうち、遮光部材４を壁状の遮光部材４ｗとして形成し、当該壁状の遮光部材４ｗで囲まれた領域に、光拡散材料が分散された透光性の樹脂５を充填し、透光性の板材６で覆ったものである。図４の表示装置２５０は、図３の表示装置２００と同様に、フレネルレンズ１０ｂｆを透過した平行光線が、光拡散材料が分散された透光性の樹脂５で拡散されることで、所望の形状に形どられた光透過領域Ｂが発光しているように視認される。本変形例の表示装置２５０は、斜めのいずれの方向からも視認が容易な表示装置となる。
【００２２】
上記実施例１の回路配線基板１０ａ、変形例１及び２の透光性の樹脂５としては、光拡散材料が分散されたものを用いたが、蛍光体が分散されたものを用いても良い。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。
【００２３】
上記各実施例においては、III族窒化物系化合物半導体発光素子の回路配線基板への実装方法としてワイヤボンディングを示したが、ワイヤボンディング方法としては超音波を用いるウェッジボンディングを好適に用いることができる。尚、各実施例においては基板２０側から光を取り出す構成としたが、例えば回路配線基板への実装方法をフリップチップ様として、ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐ側から光を取り出す構成としても良い。この際は、ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐに設ける電極は透光性の電極を用いると良い。
【００２４】
各実施例の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、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形成しても良い。
また、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１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。
【００２５】
上記実施例では遮光部材４又は４ｗを直接回路配線基板１０に形成した例を示したが、例えば他のフィルムに形成した後、フィルムごと回路配線基板１０に接着する方法をとることもできる。
【００２６】
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。
【００２７】
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、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III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の被膜を形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の具体的な第１の実施例に係る表示装置１００の構成を示す断面図。
【図２】変形例１の表示装置１５０の構成を示す断面図。
【図３】本発明の具体的な第２の実施例に係る表示装置２００の構成を示す断面図。
【図４】変形例２の表示装置２５０の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００３０】
１０、１０３：回路配線基板
１０ａ：光拡散材料が分散された基板部
１０ａｆ：光拡散材料が分散された基板部に形成された微小プリズム
１０ｂ：透明な材料から成る基板部
１０ｂｆ：透明な材料から成る基板部に形成されたフレネルレンズ
１０ｃ：回路配線
２０１：III族窒化物系化合物半導体発光素子
４、４ｗ：遮光部材
５：光拡散材料が分散された封止樹脂
６：透光性の板材
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又は４ｗを形成されていない領域から成る光透過領域
【図１】
2008251561.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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