JP2016142894A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率を向上することが可能な表示装置を提供する。【解決手段】絶縁基板と、波長変換素子と、前記絶縁基板と前記波長変換素子との間に形成され、前記絶縁基板側の面の面積が前記波長変換素子側の面の面積より大きい光路部と、前記光路部を挟み前記光路部より低い屈折率を有する材料で形成された非光路部と、を備えた光伝搬層と、前記非光路部と前記波長変換素子との間に形成された反射膜と、を備えた表示装置。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

表示装置の一例として、白色光源のバックライトユニットと、３原色のカラーフィルタを備えた液晶表示パネルとを組み合わせた液晶表示装置が知られている。カラーフィルタは、特定の波長域だけを透過させて、他の波長域をカットするため、カットされた波長域の分だけ光の利用効率の低下を招く。

そこで、カラーフィルタの代わりに蛍光体を備え、光の利用効率を向上させた表示装置が検討されている。例えば特許文献１には、青色光を発する面状光源装置（バックライトユニット）、青色光を吸収し赤色光、又は、緑色光を発光させる蛍光体層、及び蛍光体層と面状光源装置との間に配置された光反射膜、を備えたカラー液晶表示装置が開示されている。特許文献２には、さらに蛍光体層の光源（バックライト）に対向する面とは反対側に光吸収層及びフィルター層を備え、蛍光体層が二色性色素を含んでいる表示装置が開示されている。

特開２００９−１３４２７５号公報 特開２０１３−２５４０７１号公報

本実施形態の目的は、光の利用効率を向上することが可能な表示装置を提供することにある。

本実施形態によれば、
絶縁基板と、波長変換素子と、前記絶縁基板と前記波長変換素子との間に形成され、前記絶縁基板側の面の面積が前記波長変換素子側の面の面積より大きい光路部と、前記光路部を挟み前記光路部より低い屈折率を有する材料で形成された非光路部と、を備えた光伝搬層と、前記非光路部と前記波長変換素子との間に形成された反射膜と、を備えた表示装置が提供される。

図１は、本実施形態に係る表示装置の概略を示す斜視図である。 図２は、画素の構成を示す図である。 図３は、表示装置の断面を示す図である。 図４は、反射膜の構造を示す図である。 図５は、波長変換層の形成方法を示す図である。 図６は、本実施形態における他の表示装置の断面を示す図である。 図７は、本実施形態における他の表示装置の断面を示す図である。 図８は、本実施形態における自発光素子を備えた表示装置の断面を示す図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

以下、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る表示装置の概略を示す斜視図である。

なお、本実施形態においては、表示装置が液晶表示パネルを有する場合について説明するが、これに限らず、表示パネルとして有機エレクトロルミネッセンス等の自発光型表示パネル、あるいは電気泳動素子等を有する電子ペーパ型表示パネル等、を用いたものであっても良い。

表示装置ＤＳＰは、表示パネルＰＮＬ、表示パネルＰＮＬを駆動する駆動ＩＣチップＩＣ、表示パネルＰＮＬを照明する照明装置ＢＬ、制御モジュールＣＭ、フレキシブル回路基板ＦＰＣ１、ＦＰＣ２などを備えている。なお、本実施形態において、第１方向Ｘは、例えば表示パネルＰＮＬの短辺方向である。第２方向Ｙは、第１方向Ｘに交差する方向であり、表示パネルＰＮＬの長辺方向である。また、第３方向Ｚは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに交差する方向である。

表示パネルＰＮＬは、第１基板１００と、第１基板１００に対向配置された第２基板２００と、第１基板１００と第２基板２００との間に挟持された液晶層（後述する液晶層ＬＱ）と、を備えている。表示パネルＰＮＬは、画像を表示する表示領域ＤＡ、及び、表示領域ＤＡの周辺に位置する額縁状の非表示領域ＮＤＡを備えている。表示パネルＰＮＬは、表示領域ＤＡ内において第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に並んだ画素ＰＸを備えている。

照明装置の一例であるバックライトユニットＢＬは、第１基板１００の背面側に配置されている。このようなバックライトユニットＢＬとしては、種々の形態が適用可能であるが、詳細な構造については説明を省略する。

駆動ＩＣチップＩＣは、表示パネルＰＮＬの第１基板１００上に実装されている。フレキシブル回路基板ＦＰＣ１は、第１基板１００上に実装され、表示パネルＰＮＬと制御モジュールＣＭとを接続している。フレキシブル回路基板ＦＰＣ２は、バックライトユニットＢＬと制御モジュールＣＭとを接続している。

このような構成の表示装置ＤＳＰは、バックライトユニットＢＬから表示パネルＰＮＬに入射する光を各画素ＰＸで選択的に透過することによって画像を表示する透過表示機能を備えた、いわゆる透過型の液晶表示装置に相当する。但し、表示装置ＤＳＰは、外部から表示パネルＰＮＬに向かって入射する外光を各画素ＰＸで選択的に反射することによって画像を表示する反射表示機能を備えた、いわゆる反射型の液晶表示装置であっても良いし、透過型及び反射型の双方の機能を備えた半透過型の液晶表示装置であっても良い。反射型の液晶表示装置については、照明装置として、表示パネルＰＮＬの前面側あるいは表示面側に、フロントライトユニットが配置されていても良い。以下では、透過型の液晶表示装置を例に説明する。

図２は、画素の構成を示す図である。

各画素ＰＸは、スイッチング素子ＰＳＷ、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥ、液晶層ＬＱ等を備えている。スイッチング素子ＰＳＷは、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で形成されている。スイッチング素子ＰＳＷは、ゲート線Ｇ及び信号線Ｓと電気的に接続されている。ゲート線Ｇは、例えば第１方向Ｘに延在している。信号線Ｓは、第２方向Ｙに延在している。なお、ゲート線Ｇ及び信号線Ｓは、直線状に形成されていてもよいし、それぞれの少なくとも一部が屈曲していてもよい。

画素電極ＰＥは、スイッチング素子ＰＳＷに電気的に接続されている。画素電極ＰＥは、共通電極ＣＥと対向し、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に生じる電界によって液晶層ＬＱを駆動している。保持容量ＣＳは、例えば、共通電極ＣＥと画素電極ＰＥとの間に形成される。

図３は、表示装置の断面を示す図である。なお、ここでは、表示装置ＤＳＰを第１方向Ｘに沿って切断した断面図を示す。

すなわち、表示装置ＤＳＰは、上述した表示パネルＰＮＬ及びバックライトユニットＢＬ等を備えている。なお、図示した表示パネルＰＮＬは、主として基板主面に平行な横電界を利用する表示モードに対応した構成を有しているが、特に制限される訳ではなく、基板主面に対して垂直な縦電界や、基板主面に対して斜め方向の電界、或いは、それらを組み合わせて利用する表示モードに対応した構成を有していても良い。横電界を利用する表示モードでは、例えば第１基板１００に画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥの双方が備えられた構成が適用可能である。縦電界や斜め電界を利用する表示モードでは、例えば第１基板１００に画素電極ＰＥが備えられ、第２基板２００に共通電極ＣＥが備えられた構成が適用可能である。なお、ここでの基板主面とは、互いに直交する第１方向Ｘと第２方向Ｙとで規定されるＸ−Ｙ平面と平行な面である。

表示パネルＰＮＬは、第１基板１００、第２基板２００、及び液晶層ＬＱ、を備えている。第１基板１００と第２基板２００とは所定の間隙を形成した状態で貼り合わされている。液晶層ＬＱは、第１基板１００と第２基板２００との間に保持されている。バックライトユニットＢＬは、第１基板１００の背面側に配置されている。すなわち、バックライトユニットＢＬは、第１基板１００の第２基板２００と対向する側とは反対側に位置している。

バックライトユニットＢＬは、第１基板１００と対向する出射面ＢＬＡを有し、この出射面ＢＬＡから第１波長λ１の光を第１基板１００に向けて出射する。このバックライトユニットＢＬは、出射面ＢＬＡから第１波長λ１の光を出射する構成であれば、そのタイプは特に制限されるものではない。一例では、バックライトユニットＢＬは、光源が出射面ＢＬＡと平行な面内に配置されている直下型でもよく、光源が図示しない導光板の端部に配置されたエッジ型でもよい。出射面ＢＬＡは、導光板の第１基板１００と対向する側の面であっても良いし、導光板と第１基板１００との間に配置される光学シートの表面であっても良い。第１波長λ１は、例えば、光源の発光スペクトルにおけるピーク波長に相当する。一例では、第１波長λ１は、３８０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色領域内の波長、あるいは、この青色領域よりもさらに短波長の紫外領域内の波長である。このような第１波長λ１の光を発光する光源としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザーなどが適用可能である。バックライトユニットＢＬから表示パネルＰＮＬに入射する光は、第１基板１００の主面の法線方向に平行な平行光であることが望ましい。このため、表示装置ＤＳＰは、バックライトユニットＢＬから第１基板１００への光の入射角を調整するために、バックライトユニットＢＬと第１基板１００との間にプリズムシートなどの各種光学素子を備えていていることが望ましい。なお、本実施形態において、第１基板１００は、表示装置用基板に相当する。

第１基板１００は、第１絶縁基板１１０、波長変換層１３０、光伝搬層１２０、反射膜ＲＬ、第１絶縁膜１４０、共通電極ＣＥ、第２絶縁膜１５０、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３、及び第１配向膜ＡＬ１を備えている。なお、ここでは、スイッチング素子やゲート線、信号線、各種絶縁膜の図示を省略している。

第１絶縁基板１１０は、例えばガラス基板や樹脂基板などの光透過性を有する絶縁材料を用いて形成されている。第１絶縁基板１１０は、第２基板２００と対向する側に第１主面１１０ａを有し、第１主面１１０ａとは反対側に位置する第２主面１１０ｂを有している。第２主面１１０ｂは、バックライトユニットＢＬと対向する側に位置している。

波長変換層１３０は、第１絶縁基板１１０の上側に形成されている。波長変換層１３０は、波長変換素子ＷＣ及びバンクＢＡを備えている。すなわち、波長変換素子ＷＣ及びバンクＢＡは、第１絶縁基板１１０の第１主面１１０ａと対向する側に形成されている。波長変換素子ＷＣは、例えば第１波長変換素子ＷＣ１、第２波長変換素子ＷＣ２、及び第３波長変換素子ＷＣ３を備えている。第１波長変換素子ＷＣ１、第２波長変換素子ＷＣ２、第３波長変換素子ＷＣ３は、それぞれ第１画素ＰＸ１、第２画素ＰＸ２、第３画素ＰＸ３内に形成されている。バンクＢＡは、各波長変換素子の間に形成され、各画素の境界に位置している。バンクＢＡは、例えば、樹脂材料で形成されている。バンクＢＡは、さらに、光遮光性を備えていても良い。なお、バンクＢＡが反射膜ＲＬによって覆われる場合には、バンクＢＡは透明な樹脂材料によって形成されていても良い。

第１波長変換素子ＷＣ１は、固相支持体ＳＯＬと、固相支持体ＳＯＬ中に分散した棒状の量子ドットである第１量子ロッドＱＲ１と、を備えている。第２波長変換素子ＷＣ２は、固相支持体ＳＯＬと、固相支持体ＳＯＬ中に分散した棒状の量子ドットである第２量子ロッドＱＲ２と、を備えている。第３波長変換素子ＷＣ３は、固相支持体ＳＯＬと、固相支持体ＳＯＬ中に分散した棒状の量子ドットである第３量子ロッドＱＲ３と、を備えている。固相支持体ＳＯＬは、例えば熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などの樹脂材料によって形成されている。第１量子ロッドＱＲ１、第２量子ロッドＱＲ２、及び第３量子ロッドＱＲ３は、長軸が第１主面１１０ａと平行な方向に配向している。第１量子ロッドＱＲ１は、バックライトユニットＢＬの放出する第１波長λ１の光を吸収し、第１波長λ１よりも長波長の第２波長λ２の光を発光する。第２量子ロッドＱＲ２は、第１波長λ１よりも長波長の第３波長λ３の光を発光する。第３量子ロッドＱＲ３は、第１波長λ１よりも長波長の第４波長λ４の光を発する。例えば第１波長λ１は紫外領域の波長であり、第２波長λ２は青色領域の波長であり、第３波長λ３は緑色領域の波長であり、第４波長λ４は赤色領域の波長である。

なお、波長変換素子ＷＣは、３つの波長変換素子を有する場合に限定されるものではない。例えば、第１波長λ１として青色領域の光を発するバックライトユニットＢＬが適用された場合、上記の第１波長変換素子ＷＣ１は省略してもよい。

量子ロッドとは、外形が長軸と短軸を持つ棒状の量子ドットである。量子ロッドの長軸及び短軸に沿った長さは、数ナノメートルから数十ナノメートルである。本実施形態における量子ロッドは、例えばウルツ鉱型又は閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するＩＩ−ＶＩ族半導体又はＩＩＩ−Ｖ族半導体で形成されている。このような量子ロッドの極性軸は、ｃ軸又は＜１１１＞軸であり、長軸と一致する。量子ロッドは、例えばコア・シェル構造を形成している。コアは、量子ロッドの中心に位置し、例えばセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、又はリン化インジウム（ＩｎＰ）などで形成されている。シェルは、コアの周囲を覆いコアを物理的及び化学的に安定化させている。シェルの周囲には有機分子が修飾されている場合もある。シェルは、例えば硫化亜鉛（ＺｎＳ）や硫化カドミウム（ＣｄＳ）などで形成されている。量子ロッドは、コアの半導体の種類及び大きさによって発光の波長選択性を有する。これにより、好適な発光波長を備える量子ロッドを形成し、第１波長変換素子ＷＣ１、第２波長変換素子ＷＣ２、及び第３波長変換素子ＷＣ３に配置することができる。

光伝搬層１２０は、第１絶縁基板１１０と波長変換素子ＷＣとの間に位置している。光伝搬層１２０は、光路部２１と、非光路部２２と、を備えている。光路部２１は、光伝搬層１２０を第３方向Ｚに貫通している。

光路部２１は、波長変換素子ＷＣに対向して形成されている。光路部２１は、第１絶縁基板１１０に対向する下面２１ａ、波長変換素子ＷＣと対向する上面２１ｂ、及び、下面２１ａと上面２１ｂとを繋ぐ側面２１ｃを有している。下面２１ａは、第１絶縁基板１１０の第１主面１１０ａに接している。上面２１ｂは、波長変換素子ＷＣのいずれかに接している。下面２１ａの面積は、上面２１ｂの面積より大きい。図３に示した断面図においては、光路部２１は、第１絶縁基板１１０の第１主面１１０ａから波長変換層１３０に向かうに従って第１方向Ｘに沿った幅が低減するテーパー状に形成されている。また、図示した例では、一画素当たり複数の光路部２１が配置され、これらの光路部２１は、第１方向Ｘに並んでいる。光路部２１において、下面２１ａと側面２１ｃとのなす角度θは、例えば、第１主面１１０ａの法線方向（つまり第３方向Ｚ）に入射した光を側面２１ｃで全反射させるべく、側面２１ｃへの入射角が臨界角より大きくなるように設定されることが望ましい。角度θは、上下方向において側面２１ｃの中央付近と下面２１ａの中央付近とのなす角など、断面視で直線状になっている部分同士のなす角である。下面２１ａの面積は、大きいほど望ましく、一例では、第１絶縁基板１１０の波長変換素子ＷＣに対向する領域の面積とほぼ同等である。つまり、図示した例のように、波長変換素子の各々が複数の光路部２１と対向する場合、隣り合う光路部２１の下面２１ａが繋がり、隣り合う下面２１ａの間に非光路部２２が介在しないことが望ましい。上面２１ｂの面積は、波長変換素子ＷＣに光を伝搬可能な範囲でできるだけ小さいことが望ましい。このような光路部２１は、例えば透明な樹脂などの高屈折率材料によって形成されている。

非光路部２２は、光路部２１を挟むように配置されている。図示した例では、非光路部２２は、複数の光路部２１の間にそれぞれ配置されている。非光路部２２は、光路部２１の側面２１ｃに接しており、下面２１ａ及び上面２１ｂには接していない。また、非光路部２２は、バンクＢＡと第１絶縁基板１１０との間にも形成されている。図３に示した断面図においては、非光路部２２は、第１絶縁基板１１０の第１主面１１０ａから波長変換層１３０に向かうに従って第１方向Ｘに沿った幅が増大する逆テーパー状に形成されている。このような非光路部２２は、透明な樹脂であって光路部２１より低い屈折率を有する低屈折率材料によって形成されている。光路部２１及び非光路部２２の材料は、例えば、アクリル系材料、メタクリル系材料、酸化ケイ素、窒化ケイ素である。

反射膜ＲＬは、非光路部２２と第１波長変換素子ＷＣ１との間、非光路部２２と第２波長変換素子ＷＣ２との間、非光路部２２と第３波長変換素子ＷＣ３との間に形成されている。さらに、反射膜ＲＬは、バンクＢＡと第１波長変換素子ＷＣ１との間、バンクＢＡと第２波長変換素子ＷＣ２との間、バンクＢＡと第３波長変換素子ＷＣ３との間にも形成されている。

第１絶縁膜１４０は、波長変換層１３０の液晶層ＬＱに対向する側に形成されている。なお、第１絶縁膜１４０は、バンクＢＡ及び波長変換素子ＷＣの液晶層ＬＱに対向する側の凹凸を緩和し、共通電極ＣＥが形成される側にほぼ平坦な面を有している。第１絶縁膜１４０は、例えば有機絶縁材料によって形成されている。なお、バンクＢＡ及び波長変換素子ＷＣの液晶層ＬＱに対向する側の凹凸が小さい場合などには、第１絶縁膜１４０は、無機絶縁材料によって形成されても良い。また、第１絶縁膜１４０は省略しても良い。

共通電極ＣＥは、第１絶縁膜１４０の液晶層ＬＱに対向する側に形成されている。共通電極ＣＥは、画素ＰＸ１乃至ＰＸ３に亘って配置されている。第２絶縁膜１５０は、共通電極ＣＥの液晶層ＬＱに対向する側に形成されている。第２絶縁膜１５０は、例えばシリコン窒化物やシリコン酸化物などの無機絶縁材料で形成されている。画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３は、各画素ＰＸに配置され、第２絶縁膜１５０の液晶層ＬＱに対向する側の、波長変換素子ＷＣと対向する領域に形成されている。より具体的には、画素ＰＸ１において、画素電極ＰＥ１は波長変換素子ＷＣ１と対向する領域に形成され、画素ＰＸ２において、画素電極ＰＥ２は波長変換素子ＷＣ２と対向する領域に形成され、画素ＰＸ３において、画素電極ＰＥ３は波長変換素子ＷＣ３と対向する領域に形成されている。共通電極ＣＥ及び画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３は、例えばインジウム・チン・オキサイド（ＩＴＯ）やインジウム・ジンク・オキサイド（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成されている。第１配向膜ＡＬ１は、第２絶縁膜１５０の液晶層ＬＱに対向する側に形成されている。また、第１配向膜ＡＬ１は、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３を覆っている。

第２基板２００は、第２絶縁基板２１０、及び第２配向膜ＡＬ２を備えている。第２絶縁基板２１０は、例えばガラス基板や樹脂基板などの光透過性を有する絶縁材料を用いて形成されている。第２配向膜ＡＬ２は、第２絶縁基板２１０の液晶層ＬＱに対向する側に形成されている。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、例えばポリイミドなどの樹脂材料によって形成される。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、必要に応じて配向処理がなされている。なお、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、液晶の表示モードに合わせて水平配向性や垂直配向性などの好適な配向性を備えた材料で形成される。

表示装置ＤＳＰは、さらに第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２を備えている。第１光学素子ＯＤ１は、第１絶縁基板１１０の第２主面１１０ｂ側に配置されている。すなわち、第１光学素子ＯＤ１は、第１絶縁基板１１０とバックライトユニットＢＬとの間に配置されている。第１光学素子ＯＤ１は、第１偏光子ＰＬ１を備えている。第２光学素子ＯＤ２は、第２絶縁基板２１０の主面２１０ｂ側に配置されている。ここでの主面２１０ｂは、第２絶縁基板２１０の液晶層ＬＱと対向する側とは反対側の面である。第２光学素子ＯＤ２は、第２偏光子ＰＬ２を備えている。言い換えると、第１偏光子ＰＬ１及び第２偏光子ＰＬ２は、波長変換素子ＷＣと第１絶縁基板１１０との間より外側に設けられている。なお、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２は、位相差板などの他の光学機能層を備えていてもよい。

一例では、第１偏光子ＰＬ１及び第２偏光子ＰＬ２は、それぞれの透過軸が直交するクロスニコルの位置関係で配置される。この際、第１偏光子ＰＬ１は、第１量子ロッドＱＲ１、第２量子ロッドＱＲ２、及び第３量子ロッドＱＲ３の長軸の配向方向と平行な透過軸を有することが望ましい。さらに、第２偏光子ＰＬ２は、第１量子ロッドＱＲ１、第２量子ロッドＱＲ２、及び第３量子ロッドＱＲ３の長軸の配向方向と垂直な透過軸を有することが望ましい。第１偏光子ＰＬ１及び第２偏光子ＰＬ２は、例えばポリビニルアルコールなどの樹脂材料をヨウ素や顔料などで染色したフィルムタイプの偏光子であっても良いし、微細な金属細線を等ピッチで配列させたワイヤグリッド偏光子であっても良い。

次に、本実施形態の表示装置ＤＳＰにおける動作について説明する。ここでは、画素ＰＸ１に着目する。バックライトユニットＢＬから出射された第１波長λ１の光は、第１光学素子ＯＤ１の第１偏光子ＰＬ１に入射する。第１偏光子ＰＬ１に入射した光のうち、第１偏光子ＰＬ１の透過軸と平行な偏光成分を有する直線偏光の光が透過し、第１基板１００に入射する。第１基板１００へ入射した直線偏光の光は、光伝搬層１２０において光路部２１を伝搬され、第１波長変換素子ＷＣ１へ入射する。バックライトユニットＢＬからの出射光のうち非光路部２２へ入射した光は、第１波長変換素子ＷＣ１へ入射せず、反射膜ＲＬによってバックライトユニットＢＬ側に向けて反射された後、再利用される。第１量子ロッドＱＲ１は、第１波長変換素子ＷＣ１へ入射した第1波長λ1の直線偏光の光を吸収し、第１量子ロッドＱＲ１の長軸と平行な方向へ偏光した第２波長λ２の光を発光する。第１量子ロッドＱＲ１から発光された直線偏光の光のうち、一部は液晶層ＬＱに向かって伝搬され、他の一部は反射層ＲＬによって少なくとも１回反射された後に液晶層ＬＱに向かって伝搬される。液晶層ＬＱに入射した第２波長λ２の直線偏光の光は、液晶層ＬＱのリタデーションに応じてその偏光状態が変化する。詳細は省略するが、液晶層ＬＱのリタデーションは、液晶層ＬＱに含まれる液晶分子の配向状態によって制御される。液晶分子の配向状態は、画素電極ＰＥ１と共通電極ＣＥとの間の電界によって制御される。一例では、画素電極ＰＥ１と共通電極ＣＥとの間に電界が形成されないオフ状態では、液晶層ＬＱのリタデーションはほぼゼロであり、液晶層ＬＱを透過する第２波長λ２の直線偏光の光は、その偏光状態を維持して第２基板２００を透過し、第２偏光子ＰＬ２で吸収される。つまり、オフ状態では画素ＰＸ１は黒表示となる。一方で、画素電極ＰＥ１と共通電極ＣＥとの間に電界が形成されたオン状態において、液晶層ＬＱのリタデーションがλ／２である場合、液晶層ＬＱを透過する第２波長λ２の直線偏光の光は、その偏光状態がＸ−Ｙ面内で９０°回転して第２基板２００を透過し、第２偏光子ＰＬ２を透過する。つまり、オン状態では画素ＰＸ１は、第２波長λ２の色を表示する。同様にして、画素ＰＸ２においても、オフ状態では黒表示となり、オン状態では第３波長λ３の色が表示される。また、画素ＰＸ３においても、オフ状態では黒表示となり、オン状態では第４波長λ４の色が表示される。

本実施形態によれば、多波長の白色光から所望の波長の光以外を吸収するカラーフィルタを適用した表示装置と異なり、光源から出射されたほぼ単色の出射光を波長変換層１３０で所望の波長に変換することでカラー表示を実現しているため、光源からの出射光の利用効率を向上することが可能となる。また、光伝搬層１２０の光路部２１と波長変換層１３０との間には、例えば特定波長の光を透過しその他の波長の光を反射又は吸収する波長選択性を有する反射膜などが介在していない。つまり、光路部２１を伝搬された光は、反射や吸収などの損失をほとんど生ずることなく波長変換層１３０に導入される。また、光伝搬層１２０の入射側（あるいは光源側）に位置する光路部２１の下面２１ａの面積が光伝搬層１２０の出射側（あるいは波長変換層１３０側）に位置する上面２１ｂの面積より大きいため、下面２１ａからの入射光をより多く取り込むことができる。従って、本実施形態においては、バックライトユニットＢＬなどの外部の光源から出射された光が第１基板１００に入射した際に、光伝搬層１２０を介して高い利用効率で波長変換層１３０に導入することが可能となる。しかも、波長変換層１３０においては、第１基板１００への入射光を高い利用効率で他の波長の光へ変換することができる。

また、光路部２１の側面２１ｃに入射する光の入射角が臨界角より大きくすることにより、第１主面１１０ａの法線方向に沿って光路部２１に入射した光は側面２１ｃで全反射される。このため、光路部２１に入射した光は、非光路部２２へ逸れることなく、波長変換層１３０に効率よく導入することができる。

また、光路部２１の上面２１ｂの面積を小さくすることで、非光路部２２と波長変換層１３０との間に形成される反射膜ＲＬの設置面積を大きくすることができる。このため、波長変換層１３０において変換された光をより効率よく第１絶縁基板１１０とは反対側へ反射することができる。

さらに、上記の第１基板（表示装置用基板）１００を備えた表示装置ＤＳＰとしてみた場合、第１偏光子ＰＬ１は第１量子ロッドＱＲ１の長軸と平行な透過軸を有することで、第１量子ロッドＱＲ１の光の吸収効率及び光の変換効率が向上する。第２偏光子ＰＬ２は第１量子ロッドＱＲ１の長軸と直交する透過軸を有することで、オフ状態では黒表示が実現され、オン状態では色表示が実現される。なお、画素電極ＰＥや反射膜ＲＬでの外光の反射による視認性の低下を抑制するため、オフ状態では、黒表示となるノーマリーブラックモードを適用することが望ましい。

図４は、反射膜の構造を示す図である。

反射膜ＲＬは、銀、アルミニウム、又はその他の合金などの光反射性を備える導電性の材料で形成されている。反射膜ＲＬは、例えば、金属材料の単層膜であっても良いし、複数種類の金属材料の薄膜を積層した積層膜であっても良い。ここでは、一画素ＰＸに配置された反射膜ＲＬのみを図示している。反射膜ＲＬは、複数の第１電極部Ｅ１を備える第１櫛歯電極ＲＬ１と、複数の第２電極部Ｅ２を備える第２櫛歯電極ＲＬ２と、を備えている。第１電極部Ｅ１は、第２方向Ｙに延在している。第２電極部Ｅ２は、第１電極部Ｅ２の延在方向と同じ第２方向Ｙに延在している。第１電極部Ｅ１と第２電極部Ｅ２は、離間しており、交互に第１方向Ｘに並んでいる。第１電極部Ｅ１及び第２電極部Ｅ２は、いずれも第１方向Ｘにほぼ同等の幅を有する帯状に形成されている。第１電極部Ｅ１及び第２電極部Ｅ２の幅は、図３に示した非光路部２２の第１方向Ｘに沿った幅と同等である。また、第１電極部Ｅ１と第２電極部Ｅ２との間からは、光路部２１が露出している。つまり、第１電極部Ｅ１と第２電極部Ｅ２との第１方向Ｘに沿った間隔は、光路部２１の第１方向Ｘに沿った幅と同等である。なお、図中の右側端部に位置する第１電極部Ｅ１１は、他の第１電極部Ｅ１よりも幅広に形成されている。また、図中の左側端部に位置する第２電極部Ｅ２１は、他の第２電極部Ｅ２よりも幅広に形成されている。

図５は、波長変換層の形成方法を示す図である。

以下、図５を参照しながら波長変換層１３０の形成方法の一例について簡単に説明する。まず、光伝搬層１２０の一方の主面１２０ａにバンクＢＡ１及びバンクＢＡ２が形成される。その後、バンクＢＡ１の側面、バンクＢＡ２の側面、及び、主面１２０ａのうちの非光路部２２に相当する領域に、反射膜ＲＬの第１電極部Ｅ１及び第２電極部Ｅ２が形成される。このとき、図示した例では、第２電極部Ｅ２１はバンクＢＡ１の側面に配置され、第１電極部Ｅ１１はバンクＢＡ２の側面に配置され、その他の第１電極部Ｅ１及び第２電極部Ｅ２は第１電極部Ｅ１１と第２電極部Ｅ２１との間の非光路部２２と重なる位置に交互に配置される。その後、バンクＢＡ１及びバンクＢＡ２によって区画された領域に、例えば光硬化性樹脂若しくは熱硬化性樹脂の原料を含んだ液状の液相支持体ＬＩＱを配置する。量子ロッドＱＲは、液相支持体ＬＩＱに分散している。液相支持体ＬＩＱを配置する手法としては、例えばインクジェット方式あるいは印刷方式などが適用可能である。液相支持体ＬＩＱを配置した後、これらを硬化処理する以前に、第１電極部Ｅ１及び第２電極部Ｅ２に電圧を印加し、第１電極部Ｅ１と第２電極部Ｅ２との間に電界を発生させる。バンクＢＡ２の側面に形成された第１電極部Ｅ１１とバンクＢＡ１の側面に形成された第２電極部Ｅ２１との間に形成される電界は、液相支持体ＬＩＱを横切り、主面１２０ａに略平行な方向に形成される。バンクＢＡ１及びバンクＢＡ２によって区画された領域に形成された第１電極部Ｅ１と第２電極部Ｅ２との間には、弧を描く様な電界が形成される。図４に示した通り、第１電極部Ｅ１及び第２電極部Ｅ２は第２方向Ｙに延在した帯状に形成されているため、第１電極部Ｅ１と第２電極部Ｅ２との間の電界は、Ｘ−Ｙ平面内において概ね第１方向Ｘに沿って形成される。量子ロッドＱＲはその長軸方向に極性を有するため、電界に沿って量子ロッドＱＲの長軸が配向する。すなわち、図５に示した断面図においては、量子ロッドＱＲは、その長軸が主面１２０ａに平行な方向に配向する。また、図４に示した平面図においては、量子ロッドＱＲは、その長軸が第１電極部Ｅ１及び第２電極部Ｅ２が並んだ方向である第１方向Ｘに配向する。その後、量子ロッドＱＲを配向させた状態のまま、液相支持体ＬＩＱを硬化させる。結果として、液相支持体ＬＩＱは固相支持体ＳＯＬとなり、量子ロッドＱＲの配向は固定される。

以上の様に、反射膜ＲＬが複数の第１電極部Ｅ１と、第１電極部Ｅ２から離間し交互に並ぶ複数の第２電極Ｅ２とを備えているため、量子ロッドＱＲはその長軸が第１電極部Ｅ１及び第２電極部Ｅ２の並ぶ方向に沿って配向した状態で配置させることができる。また、量子ロッドＱＲから発光する光の偏光方向は、極性軸の方向である量子ロッドＱＲの長軸方向に一致する。量子ロッドＱＲの長軸が一様に配向しているため、波長変換素子ＷＣは、量子ロッドＱＲの長軸が配向した方向に偏光した光を発光することができる。従って、量子ロッドＱＲは、液晶表示装置において、第１偏光子ＰＬ１と第２偏光子ＰＬ２との間に配置することが可能となり、表示装置の設計の自由度を向上させることができる。

次に、本実施形態における他の表示装置ＤＳＰについて、図６乃至図８で説明する。

図６は、本実施形態における他の表示装置の断面を示す図である。

図６に図示する表示装置ＤＳＰは、図３に図示した表示装置ＤＳＰと比較して、第１光学素子ＯＤ１に含まれる少なくとも第１偏光子ＰＬ１が波長変換層１３０の光伝搬層１２０とは反対の面側（あるいは液晶層ＬＱと対向する側）に配置されている点で相違しており、その他の構造については図３に図示した表示装置ＤＳＰと同一である。すなわち、第１偏光子ＰＬ１は、第１基板１００の波長変換層１３０と、液晶層ＬＱとの間に配置されている。図示した例では、第１偏光子ＰＬ１を含む第１光学素子ＯＤ１は、第１絶縁膜１４０と共通電極ＣＥとの間に配置されている。このように第１偏光子ＰＬ１が第１基板１００に内蔵される場合、第１偏光子ＰＬ１としては、フィルムタイプの偏光子であっても良いが、第１基板１００の製造過程での熱プロセスなどの影響を受けにくいワイヤグリッド偏光子が好適である。なお、バックライトユニットＢＬ及び第２光学素子ＯＤ２の表示パネルＰＮＬとの位置関係は、図３に図示した表示装置ＤＳＰと同一である。つまり、バックライトユニットＢＬは、第１基板１００の背面側に相当する第１絶縁基板１１０の第２主面１１０ｂ側に配置されている。第２偏光子ＰＬ２は、第２基板２００の外面側に相当する第２絶縁基板２１０の主面２１０ｂ側に配置されている。

このような実施形態においても、上記と同様の効果が得られる。また、波長変換層１３０における第１量子ロッドＱＲ１、第２量子ロッドＱＲ２、及び第３量子ロッドＱＲ３から発光された光の偏光度が比較的低い場合であっても、第１偏光子ＰＬ１を介して液晶層ＬＱに導入されるため、所望の偏光方向以外の光は第１偏光子ＰＬ１で吸収される。このため、所望の偏光方向以外の光による光漏れを抑制することができ、優れたコントラスト比の表示装置が提供される。

本実施形態では、波長変換層１３０が、第１偏光子ＰＬ１より下方に設けられている。よって、波長変換層１３０を通過した光は、特定の方向に偏光していなくともよい。従って、波長変換層１３０は、第１量子ロッドＱＲ１、第２量子ロッドＱＲ２、及び第３量子ロッドＱＲ３に代えて量子ドットを備え、量子ドットにより光の波長を変換してもよい。

図７は、第４の実施形態における表示装置の断面を示す図である。

図７に図示する表示装置ＤＳＰは、図３に図示した表示装置ＤＳＰと比較して、第２基板２００が液晶層ＬＱとバックライトユニットＢＬとの間に配置され、第１基板１００が液晶層ＬＱよりも表示面側（あるいはバックライトユニットＢＬから離間する側）に配置されている点で相違している。なお、図示した例では、第１偏光子ＰＬ１を含む第１光学素子ＯＤ１が第１絶縁基板１１０と光伝搬層１２０との間に配置されているが、第１光学素子ＯＤ１は第１絶縁基板１１０と第１配向膜ＡＬ１との間に配置されていても良い。すなわち、第１偏光子ＰＬ１は、第１基板１００と液晶層ＬＱとの間、又は、第１絶縁基板１１０と波長変換素子ＷＣとの間に配置される。

バックライトユニットＢＬは、第２基板２００の背面側に相当する当たる第２絶縁基板２１０の液晶層ＬＱに対向する側とは反対側の主面２１０ａに配置されている。第２偏光子ＰＬ２を含む第２光学素子ＯＤ２は、第２基板２００とバックライトユニットＢＬとの間に配置されている。第１絶縁膜１４０は、第２絶縁基板２１０の液晶層ＬＱと対向する側の主面２１０ｂに配置されている。共通電極ＣＥは第１絶縁膜１４０の液晶層ＬＱと対向する側に配置されている。第２絶縁膜１５０は、共通電極ＣＥの液晶層ＬＱと対向する側に配置されている。画素電極ＰＥは、第２絶縁膜１５０の液晶層ＬＱと対向する側に配置されている。第２配向膜ＡＬ２は、第２絶縁膜の液晶層ＬＱと対向する側に配置されている。また、第２配向膜ＡＬ２は、画素電極ＰＥを覆っている。

第１配向膜ＡＬ１は、第１絶縁基板１１０の液晶層ＬＱと対向する側の主面１１０ｂに配置されている。第１偏光子ＰＬ１を含む第１光学素子ＯＤ１は、第１絶縁基板１１０の液晶層ＬＱと対向する側とは反対側の主面１１０ａに配置されている。なお、図示した例のように、第１基板１００は、波長変換層１３０の液晶層ＬＱと対向する側とは反対側に、波長変換層１３０を保護するオーバーコート層ＯＣを備えていることが望ましい。

このような実施形態においても、上記と同様の効果が得られる。

図８は、本実施形態における自発光素子を備えた表示装置の断面を示す図である。

表示装置ＤＳＰは、第１基板１００と、第１基板１００に対向する第２基板２００を備えている。第２基板２００は、第２波長λ２の光を発する自発光素子を備えている。例えば、第２波長λ２は青色領域の波長であり、第２基板２００は青色光を発する自発光素子を備えている。

第１基板１００は、図３に示した例と同様に、第１絶縁基板１１０、光伝搬層１２０、及び、波長変換層１３０を備えている。図示した例では、第１基板１００は、波長変換層１３０の第１絶縁基板１１０と対向する側とは反対側に第１オーバーコート層ＯＣ１を備えている。波長変換層１３０は、第２波長変換素子ＷＣ２、第３波長変換素子ＷＣ３、及び非波長変換層ＮＷＣを備えている。非波長変換層ＮＷＣは、例えば固相支持体ＳＯＬなどの樹脂材料によって形成され、量子ロッドを含んでいない。また、非波長変換層ＮＷＣは、第１オーバーコート層ＯＣ１と同一の材料によって一体的に形成されていてもよい。

光伝搬層１２０は、第２波長変換素子ＷＣ２及び第３光変換素子ＷＣ３と対向する領域に光路部２１を備えている。非光路部２２は、非波長変換層ＮＷＣと対向する領域及び光路部２１の間に配置されている。光伝搬層１２０は、非波長変換層ＮＷＣの対向する領域に光路部２１を備えていなくてもよい。また、非波長変換層ＮＷＣは、バンクＢＡとの間に反射膜を備えていなくてもよい。

第２基板２００は、第２絶縁基板２１０の第１基板１００と対向する側に隔壁ＷＡを備えている。図示した例では、隔壁ＷＡは、バンクＢＡの直下に対向している。画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３は、それぞれ画素ＰＸ１乃至ＰＸ３に配置され、第２絶縁基板２１０の第１基板１００と対向する側に形成されている。また、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３は、隔壁ＷＡの間に配置されている。画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３は、光反射性を有する導電材料で形成された反射層を含んでいる。共通電極ＣＥは、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３の各々と対向している。共通電極ＣＥは、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明な導電材料で形成されている。発光層ＥＬは、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３と共通電極ＣＥとの間に配置されている。発光層ＥＬは、例えば蛍光や燐光を発する有機材料や無機材料によって形成されている。第２オーバーコート層ＯＣ２は、共通電極ＣＥの第１基板１００と対向する側に配置されている。

発光層ＥＬは、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３と共通電極ＣＥとの間に流れる電流に応じて第２波長λ２の光を発する。発光層ＥＬから第１基板１００側へ発光した光は、画素ＰＸ１において光路部２１を経由して第２波長変換素子ＷＣ２へ入射する。発光層ＥＬから第２絶縁基板２１０側へ発光した光は、画素電極ＰＥで反射された後、第２波長変換素子ＷＣ２へ入射する。その後、第２波長変換素子ＷＣ２へ入射した光は、第２量子ロッドＱＲ２によって第３波長λ３の光へ波長変換される。第２波長λ２は例えば青色領域の波長であり、第３波長λ３は例えば緑色領域の波長であり、第２波長変換素子ＷＣ２は例えば青色光を緑色光に変換する波長変換機能を有する。画素ＰＸ２において光路部２１を経由して第３波長変換素子ＷＣ３へ入射した光も同様に、第４波長λ４の光へ波長変換される。第４波長λ４は例えば赤色領域の波長であり、第３波長変換素子ＷＣ３は例えば青色光を赤色光に変換する波長変換機能を有する。画素ＰＸ３においては、光路部２１を経由して非波長変換層ＮＷＣへ入射した光は、波長変換されずに第２波長λ２の光として透過する。なお、波長変換層１３０は、第３波長λ３及び第４波長λ４と異なる波長の光を発する波長変換素子を、更に備えていてもよい。

以上の実施形態においても、上記と同様の効果が得られる。

以上説明したように、本実施形態によれば、表示装置用基板に入射した光の利用効率、あるいは、照明装置から表示パネルに入射した光の利用効率を向上ことが可能となる。このため、光源の消費電力を低減することが可能となり、表示装置あるいはこの表示装置を搭載した電子機器の低消費電力化が可能となる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

また、本件では液晶及びバックライトを用いた表示装置について説明したが、有機及び無機の発光ダイオードを用いた表示装置にも適用可能である。

１００…第１基板 ２００…第２基板 ＬＱ…液晶層 １１０…第１絶縁基板
１１０ａ…第１主面 １１０ｂ…第２主面 １２０…光伝搬層 ２１…光路部
２２…非光路部 １３０…光変換層 ＷＣ…波長変換素子 ＷＣ１…第１光変換素子
ＷＣ２…第２光変換素子 ＷＣ３…第３光変換素子 ＢＡ…バンク
ＱＲ１…第１量子ロッド ＱＲ２…第２量子ロッド ＱＲ３…第３量子ロッド
ＳＯＬ…固相支持体 １４０…第１絶縁膜 ＣＥ…共通電極 １５０…第２絶縁膜
ＰＥ…画素電極 ＡＬ１…第１配向膜 ＡＬ２…第２配向膜 ＯＤ１…第１光学素子
ＰＬ１…第１偏光子 ＯＤ２…第２光学素子 ＰＬ２…第２偏光子
λ１…第１波長 λ２…第２波長 λ３…第３波長 λ４…第４波長

Claims (6)

1. 絶縁基板と、
   波長変換素子と、
   前記絶縁基板と前記波長変換素子との間に形成され、前記絶縁基板側の面の面積が前記波長変換素子側の面の面積より大きい光路部と、前記光路部を挟み前記光路部より低い屈折率を有する材料で形成された非光路部と、を備えた光伝搬層と、
   前記非光路部と前記波長変換素子との間に形成された反射膜と、を備えた表示装置。
2. 前記波長変換素子は、吸収した光よりも長波長の光を発するとともに、その長軸が前記絶縁基板に沿った方向に配向した量子ドットを備えた、
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記量子ドットの前記長軸と平行な透過軸を有する偏光子を備え、
   前記偏光子は、前記波長変換素子と前記絶縁基板との間より外側に設けられた、
   請求項２に記載の表示装置。
4. 前記反射膜は、複数の第１電極部を有する第１櫛歯電極と、前記第１櫛歯電極から離間した複数の第２電極部を有する第２櫛歯電極とを備え、前記第１電極部と前記第２電極部とが交互に並んだ、
   請求項１に記載の表示装置。
5. さらに、前記絶縁基板、波長変換素子、光伝搬層、及び反射膜を備えた第１基板と、
   前記第１基板に対向する第２基板と、
   前記第１基板の背面側に配置された照明装置と、
   前記第２基板の外面側に配置された第２偏光子と、を備えた
   請求項１から４までのいずれか１つに記載の表示装置。
6. 青色光を発する自発光素子を備えた、
   請求項１又は２に記載の表示装置。

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