JP2004125965A - 光共振器及び表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】所定の色の光を光の共振により増幅でき、既存の光源体から発光される光でも増幅できる光共振器を提供する。
【解決手段】光共振器１３は、ガラス製の基板３１上にハーフミラー３２、透明なバッファー層３３、ハーフミラー３４、透明なバッファー層３５、ハーフミラー３６が順に積層されて形成されている。ハーフミラー３２，３４のバッファー層３３側の面３２ａ，３４ａを反射面として第１の共振層４１が構成され、ハーフミラー３４，３６のバッファー層３５側の面３４ｂ，３６ａを反射面として第２の共振層４２が構成されている。また、面３２ａ，３６ａを反射面として第３の共振層４３が構成されている。第１の共振層４１は青色光、第２の共振層４２は緑色光、第３の共振層４３は青色光を共振させる膜厚に形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】光共振器１３は、ガラス製の基板３１上にハーフミラー３２、透明なバッファー層３３、ハーフミラー３４、透明なバッファー層３５、ハーフミラー３６が順に積層されて形成されている。ハーフミラー３２，３４のバッファー層３３側の面３２ａ，３４ａを反射面として第１の共振層４１が構成され、ハーフミラー３４，３６のバッファー層３５側の面３４ｂ，３６ａを反射面として第２の共振層４２が構成されている。また、面３２ａ，３６ａを反射面として第３の共振層４３が構成されている。第１の共振層４１は青色光、第２の共振層４２は緑色光、第３の共振層４３は青色光を共振させる膜厚に形成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光共振器及び表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、反射型の液晶表示装置や透過型の液晶表示装置、半透過型液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、透過型の液晶表示装置や半透過型液晶表示装置では、バックライト（発光源）として有機ＥＬ素子を採用する提案がなされており、このバックライトの改良技術も提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−７８５８２号公報（第４−７頁、図１）
【非特許文献１】
Ｊｉｒｏ Ｙａｍａｄａ， Ｔａｋａｓｈｉ Ｈｉｒａｎｏ， Ｙｕｉｃｈｉ Ｉｗａｓｅ， ａｎｄ Ｔａｔｓｕｙａ Ｓａｓａｏｋａ、“Ｍｉｃｒｏ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｆｕｌｌ Ｃｏｌｏｒ ＡＭ−ＯＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙｓ ”、Ｔｈｅ Ｎｉｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ａｃｔｉｖｅ−Ｍａｔｒｉｘ Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ −ＴＦＴ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ− （ＡＭ−ＬＣＤ ’０２） Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ、応用物理学会主催、２００２年７月１０日、ｐ．７７−８０
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、所定の色の光を光の共振により増幅でき、既存の光源体から発光される光でも増幅できる光共振器及び表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、光取り出し側に設けられた一部光透過性の反射体の反射面と、前記側とは反対側に設けられた一部光透過性の反射体の反射面とが相対向され、所定の波長の光を共振する共振層を有している。この発明では、一部光透過性の反射体を通過して相対向する反射面間に入った光が両反射面で反射されることにより、両反射面の間隔が半波長の自然数倍に相当する光を共振により増幅して出射できる。また、光共振器を既存の光源体に組付けることにより、既存の光源体から発光される光でも増幅できる。ここで、一部光透過性の反射体とは、所謂ハーフミラーのことであり、反射率・透過率は適宜選択される。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、光取り出し側に設けられた一部光透過性の反射体の反射面と、前記側とは反対側に設けられた全反射ミラーの反射面とが相対向され、所定の波長の光を共振する共振層を有している。この発明の光共振器は、光源の背面側、すなわち光の取り出し側と反対側に配置されて使用される。そして、請求項１に記載の発明と同様に、相対向する反射面での反射による共振により、所定の波長の光を増幅できる。また、既存の光源体から発光される光でも増幅できる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、共振層を複数有し、各共振層は、共振させる波長が、少なくとも他の一の共振層とは異なる。この発明では、複数種類の所定の波長の光を共振により強めて取り出すことができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、複数の共振層が、重なる方向において互いに隣接されて形成されている。互いに異なる波長の光を共振させる複数の共振層は、それぞれ異なる厚みに形成する必要があるが、本発明ではそれぞれ所定の厚みにした共振層を積層するだけで形成できる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、複数の共振層が、重なる方向において互いに離間した位置に形成されている。この発明では、離間した共振層それぞれの厚みを決めたうえで、共振層間の距離を調整して別の共振層を構成できるため、例えば隣接させた共振層によって別の共振層を構成する場合に比べて、設計の際の自由度を向上できる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、反射体のうち少なくとも一つは、複数の共振層の反射体として用いられている。この発明では、他の共振層の反射体を兼用する反射体があるため、各共振層を独立して設けた場合と比べて、反射体の数を少なくでき、また、光共振器の厚さを薄くできる。なお、必ずしもすべての反射体が複数の共振層の反射体として用いられるとは限らない。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、光の取り出し側から順に第１の反射体、第２の反射体、第３の反射体を備え、各反射体は一部光透過性で、第２の反射体は両面が反射面で、第１、第３の反射体の反射面と相対向している。そして、第１の反射体と第２の反射体との相対向する反射面間の距離ｔ１、第２の反射体と第３の反射体との相対向する反射面間の距離ｔ２、共振させる第１の光の波長λ１、第２の光の波長λ２、第３の光の波長λ３が以下の関係
ｔ１＝（ｎ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｎ２×λ２）／２
ｔ１＋ｔ２＝（ｎ３×λ３）／２
ただし、ｎ１、ｎ２、ｎ３は自然数
を有している。この発明では、関係式が成り立つように各波長λ１、λ２、λ３及び自然数ｎ１、ｎ２、ｎ３を設定することにより、３つの反射体だけで３種類の光を増幅できる。
【００１２】
請求項８に記載の発明では、光の取り出し側から順に第１の反射体、第２の反射体、第３の反射体を備え、第１及び第２の反射体は一部光透過性で、第３の反射体は全反射ミラーで、第２の反射体は両面が反射面で、第１、第３の反射体の反射面と相対向し、第１の反射体と第２の反射体との相対向する反射面間の距離ｔ１、第２の反射体と第３の反射体との相対向する反射面間の距離ｔ２、共振させる第１の光の波長λ１、第２の光の波長λ２、第３の光の波長λ３が以下の関係
ｔ１＝（ｎ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｎ２×λ２）／２
ｔ１＋ｔ２＝（ｎ３×λ３）／２
ただし、ｎ１、ｎ２、ｎ３は自然数
を有している。この発明の光共振器は、光源の背面側に配置されて使用される。そして、請求項７に記載の発明と同様に、３つの反射体だけで３種類の光を増幅できる。
【００１３】
請求項９に記載の発明では、複数の一部光透過性の反射体を重なる方向に有し、波長λ１の光、波長λ２の光、波長λ３の光を共振する光共振器である。そして、λ１の光を共振する反射体間の距離をｔ１、λ２の光を共振する反射体間の距離をｔ２、λ３の光を共振する反射体間の距離をｔ３とするとき、以下の関係式
ｔ１＝（ｍ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｍ２×λ２）／２
ｔ３＝（ｍ３×λ３）／２
ただし、ｍ１、ｍ２、ｍ３は自然数
が成立している。この発明では、関係式が成り立つように各反射体を設けることにより、３種類の光を増幅できる。
【００１４】
請求項１０に記載の発明では、複数の反射体を重なる方向に有し、反射体のうち光の取り出し側と反対側の反射体を全反射ミラー、他の反射体を一部光透過性とし、波長λ１の光、波長λ２の光、波長λ３の光を共振する光共振器であって、λ１の光を共振する反射体間の距離をｔ１、λ２の光を共振する反射体間の距離をｔ２、λ３の光を共振する反射体間の距離をｔ３とするとき、以下の関係式
ｔ１＝（ｍ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｍ２×λ２）／２
ｔ３＝（ｍ３×λ３）／２
ただし、ｍ１、ｍ２、ｍ３は自然数
が成立している。この発明の光共振器は、光源の背面側に配置されて使用される。そして、請求項９に記載の発明と同様に、３種類の光を増幅できる。
【００１５】
請求項１１に記載の発明では、請求項９又は請求項１０に記載の発明において、反射体のうち少なくとも一つは、複数の波長の光を共振する反射体として用いられている。この発明では、反射体の数の増加を抑えることができ、また、光共振器の厚さを薄くできる。なお、必ずしもすべての反射体が複数の波長の光を共振するとは限らない。
【００１６】
請求項１２に記載の発明では、請求項７〜請求項１１のいずれか一項に記載の発明において、共振させる波長λ１，λ２，λ３の光は、赤色光、青色光及び緑色光である。この発明では、白色光から光の３原色を共振により強めて取り出すことができる。
【００１７】
請求項１３に記載の発明では、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の発明において、光共振器は可撓性を有する。例えば光共振器が薄くて硬いと、取扱う際に割れる虞があるが、この発明では光共振器が可撓性を有することにより割れにくくすることができる。
【００１８】
請求項１４に記載の発明では、液晶表示部の背後に、バックライトと、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の光共振器とを備え、光共振器をバックライトと別体に設けている。この発明では、バックライトから、所定の色の光を共振により増幅させて取り出すことができ、同一のバックライトを用いた光共振器なしの表示装置に比べて輝度を高くできる。
【００１９】
光共振器を、すべての反射体を一部光透過性の反射体にし、バックライトにおける発光部よりも液晶表示部側に設ければ、表示装置外部から入射された光を用いても表示することもでき、また、バックライトからの光を用いても表示することができる。これらの光の輝度を高くすることも可能となる。
【００２０】
また、全反射ミラーを備えた光共振器を、バックライトの発光部に対して、光の取り出し側とは反対側に設ければ、バックライトの発光部から発せられた光のうち、光の取り出し側とは反対側に発せられた光を光の取り出し方向へ反射させて取り出すことができる。
【００２１】
請求項１５に記載の発明では、液晶表示部の背後に、バックライトと、請求項１、請求項７及び請求項９のいずれか一項に記載の光共振器とを備えた表示装置であって、光共振器をバックライトと別体に設け、バックライト及び光共振器の両方よりも光の取り出し側とは反対側に全反射ミラーを備えている。この発明では、バックライトから、所定の色の光を共振により増幅させて明るいディスプレイが得られるとともに、光共振器から光の取り出し側と反対側に出射される光を全反射ミラーで反射させて、光の取り出し側へ向けることで再利用できる。
【００２２】
請求項１６に記載の発明では、請求項１４又は請求項１５に記載の発明において、液晶表示部はカラーフィルタを有し、光共振器は、カラーフィルタに対してバックライト側に設けられ、バックライトから発光される光は複数の色の光が混合されており、カラーフィルタは、光共振器で共振された色の光の少なくとも一つを透過する。この発明では、バックライトから発光される光のうち、カラーフィルタと同色の光が光共振器において共振され、カラーフィルタと異なる色の光は減衰された状態でカラーフィルタへ達する。従って、例えば白色光をカラーフィルタに直接通す場合に比べて、カラーフィルタを薄くできたり、カラーフィルタでの透過減衰をより低減できたりする。また、カラーフィルタを通過した光の色純度が高くなる。
【００２３】
請求項１７に記載の発明では、請求項１６に記載の発明において、カラーフィルタの色はＲ、Ｇ、Ｂである。この発明では、白色光から共振により増幅させた光の３原色をカラーフィルタに透過させて、輝度及び色純度を向上できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をパッシブ・マトリックス方式の液晶表示装置に適用した一実施の形態を図１〜図４に従って説明する。図２は液晶表示装置の模式断面図、図１は光共振器の模式断面図、図３は光共振器の拡大部分模式断面図である。図１〜図３において下側に表示部が設けられている。図１〜図３ではわかりやすいように図示するため各部材の厚さの比は正確ではない。
【００２５】
図２に示すように、表示装置としての液晶表示装置１０は、パッシブ・マトリックス方式の透過型の液晶表示部としての液晶パネル１１と、バックライト１２と、光共振器１３とを備えている。光共振器１３は、液晶パネル１１とバックライト１２との間に配置されている。
【００２６】
液晶パネル１１は、一対の透明な基板１４，１５を備え、両基板１４，１５は所定の間隔を保った状態で、シール材１５ａにより貼り合わされて、その間に液晶１６が配置される。基板１４，１５は例えばガラス製である。バックライト１２側に配置された一方の基板１４には、液晶１６と対応する面に透明な電極１７が、複数、平行なストライプ状に形成されている。液晶１６と反対側の面に偏光板１８が形成されている。
【００２７】
他方の基板１５には液晶１６と対応する面にカラーフィルタ１９と、カラーフィルタ１９による凹凸を平坦化するための平坦化膜１９ａとが形成され、平坦化膜１９ａ上には透明な電極２０が電極１７と直交する状態に形成されている。基板１５の電極２０が形成された面と反対側の面には偏光板２１が形成されている。電極１７及び電極２０はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されている。電極１７及び電極２０の各交差部が液晶パネル１１の各サブピクセルとなり、サブピクセルはマトリックス状に配置されている。そして、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応するサブピクセル各１つ計３つのサブピクセルによってピクセル（画素）が構成されている。電極１７の走査により、サブピクセルが１列ずつ表示駆動可能となる。
【００２８】
図２に示すように、バックライト１２は、基板２２上に有機ＥＬ材料を含む有機ＥＬ層を有する有機ＥＬ素子２３を備えた発光装置である。バックライト１２は、基板２２が有機ＥＬ素子２３に対して液晶パネル１１側に位置するように配置されている。バックライト１２は、基板２２側から光を取り出すボトムエミッション型である。基板２２はガラス製である。
【００２９】
基板２２上には、第１電極２４と、有機ＥＬ材料を含む有機ＥＬ層２５と、第２電極２６とが、基板２２側から順に積層形成されて有機ＥＬ素子２３が構成されている。バックライト１２が全面発光するように、第１電極２４、有機ＥＬ層２５、第２電極２６は平面状で、それぞれの面積が液晶パネル１１とほぼ同じに形成されている。有機ＥＬ素子２３は、有機ＥＬ層２５が外気と接しないように、パッシベーション膜２７で被覆されている。この実施の形態では、パッシベーション膜２７は、第１電極２４、有機ＥＬ層２５及び第２電極２６の各端面と、第２電極２６の液晶パネル１１と反対側の面とを覆うように形成されている。パッシベーション膜２７は水分の透過を防止する材質、例えば窒化ケイ素ＳｉＮｘや酸化ケイ素ＳｉＯｘで形成されている。
【００３０】
有機ＥＬ層２５を挟んで配置される第１電極２４及び第２電極２６のうち、有機ＥＬ層２５に対して発光の取り出し方向側に配置された第１電極２４が光透過性とされ、有機ＥＬ層２５に対して発光の取り出し方向と反対側に配置された第２電極２６が光反射性とされている。第１電極２４はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されている。第２電極２６には金属電極が使用されている。第２電極２６は全反射ミラーとしての反射電極となるように形成されている。第２電極２６はこの実施の形態では、アルミニウムで形成されている。
【００３１】
有機ＥＬ層２５には例えば公知の構成のものが使用され、第１電極２４側から順に、正孔注入層、発光層及び電子注入層を含む少なくとも３層で構成されている。有機ＥＬ層２５は白色発光層で構成されている。この実施の形態では第１電極２４が陽極を、第２電極２６が陰極を構成している。
【００３２】
光共振器１３は、基板３１上にハーフミラー３２、透明層としてのバッファー層３３、ハーフミラー３４、透明層としてのバッファー層３５、ハーフミラー３６が順に積層されて形成されている。この実施の形態では、基板３１が液晶パネル１１の偏光板１８に組付けられ、ハーフミラー３６がバックライト１２の基板２２に組付けられている。
【００３３】
基板３１は透明な材料によって形成され、ここではガラス製である。ハーフミラー３２，３４，３６は、一部光透過性の反射体を構成している。各ハーフミラー３２，３４，３６の厚みは、光透過性を出すようにそれぞれ３０ｎｍ以下に形成されている。各ハーフミラー３２，３４，３６は金属で形成され、この実施の形態ではアルミニウムで形成されている。各バッファー層３３，３５は透明な材料によって形成されている。各バッファー層３３，３５は、この実施の形態では酸化膜、ここでは酸化ケイ素によって形成されている。
【００３４】
光共振器１３では、ハーフミラー３２とハーフミラー３４とのバッファー層３３側の相対向する面３２ａ及び面３４ａを反射面として第１の共振層４１が構成されている。また、ハーフミラー３４とハーフミラー３６とのバッファー層３５側の相対向する面３４ｂ及び面３６ａを反射面として第２の共振層４２が構成されている。また、相対向する面３２ａ，３６ａを反射面として第３の共振層４３が構成されている。第３の共振層４３は、面３２ａ，３６ａによりバッファー層３３、ハーフミラー３４、バッファー層３５を挟んでいる。このように、各共振層４１，４２，４３は、互いに離間した２つの反射体の反射面を相対向させている。
【００３５】
このように、光共振器１３は、光の取り出し側から順に第１の反射体としてのハーフミラー３２、第２の反射体としてのハーフミラー３４、第３の反射体としてのハーフミラー３６を備えていることに相当する。ハーフミラー３４は両面３４ａ，３４ｂが反射面で、面３４ａはハーフミラー３２の反射面である面３２ａと相対向し、面３４ｂはハーフミラー３６の反射面である面３６ａと相対向している。
【００３６】
この実施の形態では、λ１を第１の共振層４１が共振させる光の波長、λ２を第２の共振層４２が共振させる光の波長、λ３を第３の共振層４３が共振させる光の波長としている。また、第１の共振層４１の膜厚をｔ１、第２の共振層４２の膜厚をｔ２、第３の共振層４３の膜厚をｔ３としている。膜厚ｔ１は、ハーフミラー３２とハーフミラー３４との相対向する反射面である面３２ａ，３４ａ間の距離に相当する。また、膜厚ｔ２は、ハーフミラー３４とハーフミラー３６との相対向する反射面である面３４ｂ，３６ａ間の距離に相当し、膜厚ｔ３は、ハーフミラー３２とハーフミラー３６との相対向する反射面である面３２ａ，３６ａ間の距離に相当する。また、膜厚ｔ１は、波長λ１の光を共振するハーフミラー３２，３４間の距離に相当し、膜厚ｔ２は波長λ２の光を共振するハーフミラー３４，３６間の距離、膜厚ｔ３は波長λ３の光を共振するハーフミラー３２，３６間の距離に相当している。
【００３７】
各膜厚ｔ１，ｔ２，ｔ３は、それぞれ共振させる光の半波長の自然数倍に形成されている。すなわち、以下の関係式
ｔ１＝（ｍ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｍ２×λ２）／２ …式（１）
ｔ３＝（ｍ３×λ３）／２
ただし、ｍ１、ｍ２、ｍ３は自然数
が成立している。
【００３８】
また、この実施の形態では、波長λ３が以下の関係式
ｔ１＝（ｎ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｎ２×λ２）／２ …式（２）
ｔ１＋ｔ２＝（ｎ３×λ３）／２
ただし、ｎ１、ｎ２、ｎ３は自然数
を有するように各共振層４１〜４３は形成されている。すなわち、第１の共振層４１の膜厚ｔ１と第２の共振層４２の膜厚ｔ２との和が、第３の共振層４３の膜厚ｔ３とほぼ等しくされている。
【００３９】
この実施の形態では、第１の共振層４１は青色光を共振させる共振層、第２の共振層４２は緑色光を共振させる共振層、第３の共振層４３は赤色光を共振させる共振層となっており、波長λ１は青色光の波長、波長λ２は緑色光の波長、波長λ３は赤色光の波長となっている。この実施の形態では、ｎ１＝３、ｎ２＝１、ｎ３＝３とされている。
【００４０】
このように、共振によって増幅させたい光の波長をλ１，λ２，λ３とし、各波長λ１，λ２，λ３は、それぞれ増幅ターゲットのＢ，Ｇ，Ｒの波長としている。
【００４１】
また、増幅させるＢの波長域、増幅させるＧの波長域、増幅させるＲの波長域は、それぞれ下記の範囲の中から所望の波長域が選択されている。
λ１（Ｂ）＝４３０ｎｍ〜５００ｎｍ、λ２（Ｇ）＝５２０〜５６０ｎｍ、λ３（Ｒ）＝５７０〜６５０ｎｍ…式（３）
なお、Ｇの波長域に対してＲやＢの波長域を広くしているのは、可視光領域でＲとＢが両端に位置するために他の色に比べて波長域がもともと広いためであり、Ｇの波長域が４０ｎｍと狭いのは、Ｇが可視光領域の中央に位置するため、波長が少し変わると黄色や水色に変わるためである。また、Ｒの波長域は、自然光のＲと比べると小さな波長を含むように設定しているが、これは、色と波長との関係が、自然光の場合と、液晶表示装置やテレビ等との場合とで若干ずれるためである。
【００４２】
上記構成の光共振器１３の製造は、基板３１上に順にハーフミラー３２、バッファー層３３、ハーフミラー３４、バッファー層３５、ハーフミラー３６を蒸着することにより行なわれる。光共振器１３は、バックライト１２や液晶パネル１１と別に形成されて、バックライトに組付けられる。
【００４３】
次に上記のように構成された液晶表示装置１０の作用について説明する。
液晶パネル１１は図示しない駆動制御装置により電極１７と電極２０との間に電圧が印加され、所望のサブピクセルが透過可能となる。
【００４４】
一方、バックライト１２は電源投入されると、第１電極２４と第２電極２６との間に電圧が印加され、有機ＥＬ素子２３が白色に発光する。図４には、有機ＥＬ層２５から発光される白色発光のスペクトルを示すスペクトル線４７を２点鎖線で示している。
【００４５】
図３に示すように、有機ＥＬ層２５で発光して光共振器１３に達した光のうち、面３２ａと面３４ａとで反射される光は、第１の共振層４１において膜厚ｔ１が半波長の自然数倍になる光、ここでは青色光が共振されて増幅される。共振により青色光は、白色発光における青色より増幅される。増幅された青色光は基板３１から出射され、液晶パネル１１へ達する。
【００４６】
また、バックライト１２から光共振器１３に達した光のうち、面３４ｂ，３６ａで反射される光は、膜厚ｔ２が半波長の自然数倍になる光、ここでは緑色光が第２の共振層４２において共振され、増幅される。そして、第２の共振層４２で増幅された緑色光は、基板３１から出射されて液晶パネル１１へ達する。
【００４７】
また、バックライト１２から光共振器１３に達した光のうち、面３２ａ，３６ａで反射される光は、膜厚ｔ３が半波長の自然数倍になる光、ここでは赤色光が共振されて増幅され、基板３１から出射されて液晶パネル１１へ達する。図４には、基板３１から出射される光のスペクトルを示すスペクトル線４８を実線で示す。スペクトル線４８により示すように、ＲＧＢはシャープに分離され、スペクトル線４８のＲＧＢの各ピークが白色発光のスペクトル線４７より高くなっていることから分かるように、共振されたＲＧＢは、白色発光のＲＧＢより増幅されている。
【００４８】
スペクトル線４８に示すスペクトルを備えて液晶パネル１１へ達した光のうち、透過可能になったサブピクセル部分への光のみが、液晶パネル１１の表示側に出てくる。このときカラーフィルタ１９の図示しないＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルを通過し、その組み合わせにより所望の色が再現される。このようにして透過モードでの画面表示が行われる。
【００４９】
また、反射モードでは、バックライト１２の電源がオフに切り換えられ、第１電極２４と第２電極２６との間への電圧印加が停止されて有機ＥＬ素子２３が非発光状態になる。この状態では、外光が液晶パネル１１を通りバックライト１２側へ入射される。外光は、ハーフミラー３２，３４，３６及び反射電極である第２電極２６で反射されて液晶パネル１１へ達するが、ハーフミラー３２を通過してバッファー層３３側へ達した外光のうち、青、緑、赤の各光は、各共振層４１，４２，４３で共振されて液晶パネル１１へ達する。
【００５０】
このように、液晶表示装置１０は、ＲＧＢそれぞれの波長の光を増幅させる光共振ミラー構造を備える光共振器１３を液晶パネル１１とバックライト１２との間に組み込み、ＲＧＢがシャープに分離した発光パターンにして、図４にスペクトル線４８で示すスペクトルを得ている。これにより、液晶パネル１１のカラーフィルタ１９での透過減衰が低減し、明るいディスプレイが得られるとともに、色度が向上する。
【００５１】
この実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１） 光共振器１３は、光取り出し側に設けられたハーフミラー３２の面３２ａと、前記側とは反対側に設けられたハーフミラー３４の面３４ａとが相対向された第１の共振層４１を有している。また、ハーフミラー３４の面３４ｂと、ハーフミラー３６の面３６ａとが相対向された第２の共振層４２と、面３４ａと３６ａとが相対向された第３の共振層４３とを光共振器１３は有している。よって、両反射面間の距離を調整することにより所定の波長の光を増幅できる。従って、バックライト１２で発光される光から所定の色の光を増幅でき、輝度を向上できる。
【００５２】
（２） 光共振器１３は、バックライト１２と別体に形成してから組付けられる。従って、既存のバックライトに共振層を後付けでき、既存の光源体から発光される光でも増幅できる。また、バックライト１２を有機ＥＬ素子２３とした状態で、例えば有機ＥＬ層２５に温度などの影響を与えないように注意することなく光共振器１３を形成できるため、共振層を組付けたバックライト１２を形成しやすい。
【００５３】
（４） 光共振器１３は複数の共振層４１，４２，４３を有し、前記各共振層４１，４２，４３はそれぞれ互いに異なる波長の光を共振させるように形成されている。従って、白色光から複数種類の所定の色の光を、共振により強めて取り出すことができる。
【００５４】
（５） 各共振層４１，４２，４３は、それぞれ重なる方向において互いに離間した２つの一部光透過性の反射体の反射面を対向させて形成されている。従って、各共振層４１，４２，４３は、２つの反射体の反射面間の間隔を、共振させる光の半波長の自然数倍に形成することにより、簡単な構造によって形成できる。
【００５５】
（６） 第１の共振層４１と第２の共振層４２とが重なる方向において互いに隣接されて形成されている。第１の共振層と第２の共振層とは異なる波長の光を共振させるため、それぞれ異なる厚みに形成する必要があるが、例えば、第１及び第２の共振層を重ねずに横に、すなわち光の出射方向とは垂直の方向に並べて形成する場合、異なる厚みに作ることが難しい。しかし、両共振層が重なるように形成することにより、簡単に作ることができる。また、共振層を重ねずに横に並べた場合、光の出射方向から眺めた場合の各領域で、それぞれ一種類の光しか増幅されない。例えば、第１及び第２の共振層を重ねずに横に並べて形成する場合、例えば青色光は、第１の共振層を形成した箇所で光源から発光される光から取り出されるのみで、第２の共振層を形成した箇所で光源から発光される光からは取り出されないため、有効に使用される光が限られる。緑色光についても同様に限られる。しかし、両共振層が重なるように形成した場合、光源の全面で発光する光から青色光や緑色光を取り出せるため、光源から発光する光を有効に使用できる。
【００５６】
（７） 第１の共振層４１の反射体であるハーフミラー３２は第３の共振層４３の反射体を兼用している。言い換えれば、ハーフミラー３２は、波長λ１の光と、波長λ３の光とを共振する反射体として用いられている。また、第２の共振層４２の反射体であるハーフミラー３６は第３の共振層４３のもう一方の反射体を兼用しており、ハーフミラー３６は、波長λ２の光と、波長λ３の光とを共振する反射体として用いられている。また、ハーフミラー３４は、第１の共振層４１の反射体と、第２の共振層４２の反射体とを兼用している。従って、例えば反射体を兼用せずに各共振層毎に別々に形成する場合に比べて、反射体の数の増加を抑えることができる。また、光共振器の厚みを薄くしたり、ハーフミラーを通過する際に生じる光の透過減衰を少なくしたりできる。
【００５７】
（８） 前記関係式（１）が成立している。従って、前記関係式（１）が成り立つように各反射体を設けることにより、３つの共振層を形成して３種類の光を増幅できる。
【００５８】
（９） 前記関係式（２）が成立している。従って、前記関係式（２）が成り立つように各波長λ１、λ２、λ３及び自然数ｎ１、ｎ２、ｎ３を設定することにより、３つの反射体だけで３種類の光を増幅できる。従って、光共振器の厚みを薄くしたり、光の透過減衰を少なくしたりできる。また、重なる方向に隣接された第１及び第２の共振層４１，４２によって第３の共振層４３を簡単に構成できる。
【００５９】
（１０） 光共振器１３が共振させる第１，第２，第３の光は、赤色光、青色光及び緑色光である。従って、白色光から光の３原色を共振により強めて取り出すことができる。ＲＧＢカラー液晶表示装置において、例えばＲのカラーフィルタが、光共振器で共振された赤の光を通過するものである場合、光共振器１３を、カラーフィルタ１９より光取り出し側と反対側に設ける。これにより、輝度向上できるとともに、色純度をアップできる。
【００６０】
（１１） 液晶表示装置１０は、バックライト１２（有機ＥＬ素子２３）と、透過型の液晶パネル１１とが組み付けられており、共振層４１〜４３を備えた光共振器１３を設けている。従って、バックライトから、所定の色の光を共振により増幅させて取り出すことができ、明るいディスプレイが得られる。
【００６１】
（１２） 有機ＥＬ層２５に対し、光の取り出し側と反対側に全反射ミラー（第２電極２６）が設けられている。このため、バックライトから、所定の色の光を光共振器１３での共振により増幅させて明るいディスプレイが得られるとともに、光共振器１３で共振された光のうち、光の取り出し側と反対側に出射される光が第２電極２６で反射されて光の取り出し側へ出射される。従って、共振後に光の取り出し側と反対側に出射される光を再利用して、取り出せる光の量をより効果的に増加できる。
【００６２】
（１３）光共振器１３が、液晶パネル１１のカラーフィルタ１９に対して、バックライト側に配置されている。従って、バックライト１２から、ＲＧＢの光を光共振器１３における共振により増幅させて取り出すことにより、カラーフィルタ１９での透過減衰が低減し、同一のバックライトを用いた光共振器なしの表示装置に比べて輝度を高くできる。また、色度を向上できる。
【００６３】
（１４） カラーフィルタ１９は、光共振器１３で共振された赤、緑、青の光が透過されるようになっており、例えば、Ｒのフィルタは、光共振器で共振された赤の光を通過するようになっている。Ｇ，Ｂのフィルタも同様である。従って、バックライトから発光される光のうち、カラーフィルタと同色の光が共振層において共振され、カラーフィルタと異なる色の光は減衰された状態でカラーフィルタへ達する。従って、例えば白色光をカラーフィルタに直接通す場合に比べて、カラーフィルタを薄くできたり、カラーフィルタでの透過減衰をより低減できたりする。また、カラーフィルタを通過した光の色純度が高くなる。
【００６４】
（１５） カラーフィルタ１９の色はＲ、Ｇ、Ｂである。従って、白色光から共振により増幅させた光の３原色をカラーフィルタに透過させて、輝度及び色純度を向上できる。
【００６５】
（１６） バックライト１２は白色光の光源体である。従って、共振層で増幅させる光の種類を任意に選択できるため、例えば色変換層などを設けなくてよい。
【００６６】
（１７） バックライト１２が有機ＥＬ素子２３である。従って、例えばバックライトが無機ＥＬである場合に比べて、使用電圧を低くできる。
（１８） 有機ＥＬ素子２３は全面発光するように形成されている。従って、有機ＥＬ層２５を挟む第１電極２４及び第２電極２６を面状に形成すればよいため、電極を分割形成するような場合に比べて有機ＥＬ素子を簡単に形成できる。
【００６７】
（１９） 共振層４１，４２は、それぞれの透明層の両面に形成した反射体が両方ともハーフミラーである。従って、例えば一方の反射体を全反射ミラーに形成する場合と異なり、両方の反射体を同じ工程で形成できる。
【００６８】
（２０） 光共振器は、すべての反射体を一部光透過性の反射体にし、バックライトにおける発光部よりも液晶表示部側に設けられている。従って、表示装置外部から入射された光を用いても表示することもでき、また、バックライトからの光を用いても表示することができる。これらの光の輝度を高くすることも可能となる。
【００６９】
また、全反射ミラーを備えた光共振器を、バックライトの発光部に対して、光の取り出し側とは反対側に設ければ、バックライトの発光部から発せられた光のうち、光の取り出し側とは反対側に発せられた光を光の取り出し方向へ反射させて取り出すことができる。
【００７０】
なお、実施の形態は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変更してもよい。
○ 前記関係式（２）の自然数ｎ１、ｎ２、ｎ３は、ｎ１＝３、ｎ２＝１、ｎ３＝３であることに限らない。ただし、バックライト１２全体の膜厚が薄い方が光の透過減衰が抑えられるため、自然数ｎ１、ｎ２、ｎ３は小さい方が好ましい。
【００７１】
○ 前記関係式（２）は成立させなくてもよい。第１の共振層４１と第２の共振層４２とが重なる方向に隣接する構成に限らず、例えば、第１及び第２の共振層間に別の層を挟んで互いに離間した位置に形成してもよい。例えば図５に示すように、ハーフミラー３４上に透明層としてのバッファー層５５を形成し、バッファー層５５の上にハーフミラー５６を形成してから、ハーフミラー５６上にバッファー層３５を形成する。そして、例えば第２の共振層５８の対向する反射面を、ハーフミラー５６とハーフミラー３６とのバッファー層３５側の面５６ａ，３６ａとする。
【００７２】
また、第３の共振層５９の反射面を面３２ａ，３６ａとする。面３２ａ，３６ａ間には、バッファー層３３、ハーフミラー３４、バッファー層５５、ハーフミラー５６、バッファー層３５がある。バッファー層５５の厚みは、面３２ａ，３６ａ間の間隔がλ３の半分の自然数倍となるように形成する。この場合、膜厚ｔ１と膜厚ｔ２とを決めたうえで、バッファー層５５の厚みを調整して膜厚ｔ３を決めることができるため、膜厚ｔ１及び膜厚ｔ２だけで膜厚ｔ３を決める場合に比べて、設計の際の自由度を向上できる。
【００７３】
○ 第３の共振層の一対の反射面の両方が、第１の共振層の一方の反射面と、第２の共振層の一方の反射面とで構成されることに限らず、例えば第３の共振層の反射面の片方だけに、第１の共振層や第２の共振層の反射面を利用するようにしてもよい。例えば図６に示すように、基板２２上に第１及び第２の共振層４１，４２を順に設けた状態で、ハーフミラー３６の上に透明層としてのバッファー層６０、ハーフミラー６１を順に形成する。そして、第３の共振層６２の反射面を、面３２ａと、ハーフミラー６１のバッファー層６０側の面６１ａとしている。面３２ａ，６１ａ間には、バッファー層３３、ハーフミラー３４、バッファー層３５、ハーフミラー３６、バッファー層６０がある。バッファー層６０の厚みは、面３２ａ，６１ａ間の間隔が波長λ３の半分の自然数倍となるように形成する。この場合も、膜厚ｔ１と膜厚ｔ２とを決めたうえで、バッファー層６０の厚みを調整して膜厚ｔ３を決めることができるため、膜厚ｔ１及び膜厚ｔ２だけで膜厚ｔ３を決める場合に比べて、設計の際の自由度を向上できる。
【００７４】
○ 複数の反射体のうち一つだけを、複数の共振層の反射体として用いるのであってもよい。この場合でも、反射体の数の増加を抑えることができる。
○ 各共振層は、他の共振層の反射面を共有しないように形成してもよい。例えば上記図６に示すように基板３１上に第１の共振層４１、第２の共振層４２、バッファー層６０、ハーフミラー６１を順に設けた状態で、バッファー層６０は、その厚みが赤色光の半波長の自然数倍になるように形成する。そして、第３の共振層の対向面を、ハーフミラー３６及びハーフミラー６１のバッファー層６０側の面３６ｂ及び面６１ａとする。この場合、いずれかの共振層の厚みの精度がずれても、他の共振層の厚みには関係しないため、他の共振層での共振に影響を及ぼしにくくすることができる。
【００７５】
○ 一つの光共振器が共振層を３つ備える構成に限らず、例えば一つの光共振器が一つの共振層を備える構成にしてもよい。例えば図７（ａ）に示すように、Ｂ用の光共振器７１は、基板３１上にハーフミラー３２、バッファー層３３、ハーフミラー３４を順に形成して、面３２ａ，３４ａを対向面とする第１の共振層としてのＢ用の共振層７１ａを備える構成に形成する。同様に、図７（ｂ）に示すように、第２の共振層としてのＧ用の共振層７２ａ、第３の共振層としてのＲ用の共振層７３ａをそれぞれ備えるＧ用の光共振器７２、Ｒ用の光共振器７３を別々に作製し、ＲＧＢ３枚の光共振器７１，７２，７３を重ねてバックライトに組付けてもよい。
【００７６】
○ 共振層を１個備える光共振器と、共振層を２個備える光共振器とを作製し、一方をバックライトに組付け、他方を液晶パネル１１の中に設けてもよい。また、両方の光共振器を重ねてバックライトに組付けてもよい。
【００７７】
○ 上記の光共振器１３は、カラーフィルタ１９に対して有機ＥＬ層２５側に配置するのであれば任意の箇所に設けてもよい。例えば光共振器１３をバックライト１２と別体に設けてもよく、例えば液晶パネル１１の内部構造中に光共振器１３を組み込んでもよい。例えば図８に示すように、光共振器１３を、そのハーフミラー３６が液晶パネル１１の平坦化膜１９ａ上に位置するように組付けた状態で、基板３１のハーフミラー３２と反対側に、液晶パネル１１の電極２０を形成する。この場合でも、光共振器１３での光の共振によって明るいディスプレイが得られるとともに、色度が向上する。
【００７８】
○ バックライトと光共振器とを別体に設けるには、例えば、バックライトと光共振器との間に隙間を設けてもよい。また、バックライトと光共振器との間に透明な充実体の層を設けてもよい。
【００７９】
○ 光共振器１３は、カラーフィルタ１９より光取り出し側に設けてもよい。この場合でも、輝度向上できる。しかし、光共振器１３をカラーフィルタ１９より有機ＥＬ層２５側に設けるのが望ましい。
【００８０】
○ 共振層４１，４２，４３は、例えばバックライトの基板２２の有機ＥＬ素子２３と反対側の面に、ハーフミラー３２、バッファー層３３、…、ハーフミラー３６を順に積層して形成してもよい。
【００８１】
○ 透明層の両側に形成する反射体は、一方が一部光透過性で、他方が光透過性を備えない構成にしてもよい。例えば、液晶パネル１１、バックライト１２、光共振器１３の順に重ね、有機ＥＬ素子２３の第１及び第２電極２４，２６を両方とも透明電極に形成する。そして、光共振器１３のバックライト１２と反対側の反射体を全反射ミラーに形成し、バックライト１２側の反射体をハーフミラーに形成する。このように光源（バックライト）の背面側、すなわち光の取り出し側と反対側に光共振器が配置された場合、光共振器は、所定の波長の光を増幅する反射板として機能する。従って、例えば従来の共振しない単なる反射板を配置する場合と比べて、所定の波長の光の量を増加できる。
【００８２】
○ 上記のようにバックライトの背面側に光共振器を設け、光の取り出し側と反対側の反射体を全反射ミラーとする場合、例えばバックライトと光共振器とを別体に設けてもよい。この場合でも、所定の波長の光の量を増加できる。別体に設けるには、例えば、バックライトと光共振器との間に隙間を設ける。また、バックライトと光共振器との間に透明な充実体の層を設けてもよい。
【００８３】
○ 一部光透過性の反射体のみを備える光共振器を、バックライトの背面側に備えてもよい。この場合、光共振器の光の取り出し側と反対側に、全反射ミラーを設けるのが好ましい。
【００８４】
○ 光共振器は、基板３１側に青色光用の共振層を形成し、基板３１と反対側に緑色光用の共振層を形成する構成に限らず、例えば基板３１側に緑色光用の共振層を形成し、基板３１と反対側に青色光用の共振層を形成してもよい。
【００８５】
○ 光共振器は、可撓性を有するように形成してもよく、例えばフィルム状に形成してもよい。この場合、光共振器の基板３１が可撓性を有するように、基板３１を例えば透明な樹脂で形成する。例えば光共振器が薄くて硬いと、取扱う際に割れる虞があるが、可撓性を有することにより割れにくくすることができる。また、例えば曲面状の光源体に貼り付けることができる。
【００８６】
○ 上記のように光共振器が可撓性を有するように形成する場合、光共振器は所謂フィルムより厚く形成してもよく、例えばシート状に形成してもよい。
○ バッファー層は、透明性を備えた物質で形成すればよく、例えば窒化ケイ素で形成してもよい。また、例えばカラーフィルタのオーバーコート膜の材料のような透明な有機層や他の無機層でバッファー層を形成してもよい。
【００８７】
○ ハーフミラーはアルミニウム製に限らず、例えば銀で形成してもよい。また、ハーフミラーはマグネシウムと銀との合金で形成してもよい。
○ 同一の波長の光を増幅する共振層を複数重ねてもよい。この場合、その波長の光は、一つの共振層のみで増幅する場合と比べて、より増幅できる。
【００８８】
○ バックライトは、基板３１と反対側から有機ＥＬ素子２３の発光を取り出すトップエミッション型であってもよい。
○ 有機ＥＬ素子２３を封止するのはパッシベーション膜に限らない。例えばガラス製等の、水分や酸素の透過を遮断するとともに透明な材質よりなるカバーをパッシベーション膜に代えて配置し、このカバーと基板３１との間を図示しないシール材（例えば、エポキシ樹脂）で封止して有機ＥＬ層２５へ外部から水分や酸素が進入するのを防いでもよい。
【００８９】
○ ボトムエミッション構造では、パッシベーション膜に代えて金属製の封止缶（封止カバー）で有機ＥＬ素子２３を封止してもよい。
○ 第１電極２４が陰極で、第２電極２６が陽極でもよい。
【００９０】
○ 液晶パネルは透過型又は半透過型であればよく、パッシブ・マトリックス方式に限らず、例えばアクティブ・マトリックス方式であってもよい。
○ バックライト１２は全面発光する構成に限らず、例えばバックライトを複数の領域に分割して、各領域毎に点灯（発光）可能に構成し、液晶パネル１１の表示部のうちバックライトの点灯が必要な部分のみを選択して点灯させてもよい。この場合、バックライトを全面発光させる構成に比較して消費電力を低減できる。
【００９１】
○ 発光装置は液晶表示装置のバックライトに限らず、例えば自動車のルームランプや、室内の壁掛け用等の照明装置として形成してもよい。この場合、従来の発光装置を光源とする照明装置に比べて、光の色を鮮やかにできる。
【００９２】
○ 光源体は有機ＥＬ素子に限らず、例えば無機ＥＬ素子であってもよい。また、光源体はＥＬ素子以外のものであってよく、光共振器は、どのような光源体でも所定の波長の光を増幅できる。
【００９３】
○ 色の種類はＲＧＢに限らず、他の色であってもよい。
○ 共振させる色の数は３色に限らない。例えば２色であってもよい。
○ 光共振器は共振層を４つ以上備えてもよく、例えば、赤、青、緑以外の４色以上の組み合わせで備えてもよい。
【００９４】
○ 光源体は白色発光に限らない。
○ 本発明の光共振器をモノクロの液晶表示パネルに備えてもよい。
【００９５】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１〜請求項１７に記載の発明によれば、所定の色の光を光の共振により増幅でき、既存の光源体から発光される光でも増幅できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光共振器の模式断面図。
【図２】液晶表示装置の模式断面図。
【図３】光共振器の拡大部分模式断面図。
【図４】出射光のスペクトルを示す模式図。
【図５】別例の模式断面図。
【図６】他の別例の模式断面図。
【図７】（ａ）、（ｂ）は他の別例の模式断面図。
【図８】他の別例の模式断面図。
【符号の説明】
１０…表示装置としての液晶表示装置、１１…液晶表示部としての液晶パネル、１２…バックライト、１３，７１，７２，７３…光共振器、１９…カラーフィルタ、３２，３４，３６，５６，６１…一部光透過性の反射体としてのハーフミラー、３２ａ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，５６ａ，６１ａ…反射面としての面、３３，３５，５５，６０…透明層としてのバッファー層、４１，７１ａ…第１の共振層、４２，５８，７２ａ…第２の共振層、４３，５９，６２，７３ａ…第３の共振層、λ１，λ２，λ３…波長。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光共振器及び表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、反射型の液晶表示装置や透過型の液晶表示装置、半透過型液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、透過型の液晶表示装置や半透過型液晶表示装置では、バックライト（発光源）として有機ＥＬ素子を採用する提案がなされており、このバックライトの改良技術も提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−７８５８２号公報（第４−７頁、図１）
【非特許文献１】
Ｊｉｒｏ Ｙａｍａｄａ， Ｔａｋａｓｈｉ Ｈｉｒａｎｏ， Ｙｕｉｃｈｉ Ｉｗａｓｅ， ａｎｄ Ｔａｔｓｕｙａ Ｓａｓａｏｋａ、“Ｍｉｃｒｏ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｆｕｌｌ Ｃｏｌｏｒ ＡＭ−ＯＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙｓ ”、Ｔｈｅ Ｎｉｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ａｃｔｉｖｅ−Ｍａｔｒｉｘ Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ −ＴＦＴ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ− （ＡＭ−ＬＣＤ ’０２） Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ、応用物理学会主催、２００２年７月１０日、ｐ．７７−８０
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、所定の色の光を光の共振により増幅でき、既存の光源体から発光される光でも増幅できる光共振器及び表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、光取り出し側に設けられた一部光透過性の反射体の反射面と、前記側とは反対側に設けられた一部光透過性の反射体の反射面とが相対向され、所定の波長の光を共振する共振層を有している。この発明では、一部光透過性の反射体を通過して相対向する反射面間に入った光が両反射面で反射されることにより、両反射面の間隔が半波長の自然数倍に相当する光を共振により増幅して出射できる。また、光共振器を既存の光源体に組付けることにより、既存の光源体から発光される光でも増幅できる。ここで、一部光透過性の反射体とは、所謂ハーフミラーのことであり、反射率・透過率は適宜選択される。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、光取り出し側に設けられた一部光透過性の反射体の反射面と、前記側とは反対側に設けられた全反射ミラーの反射面とが相対向され、所定の波長の光を共振する共振層を有している。この発明の光共振器は、光源の背面側、すなわち光の取り出し側と反対側に配置されて使用される。そして、請求項１に記載の発明と同様に、相対向する反射面での反射による共振により、所定の波長の光を増幅できる。また、既存の光源体から発光される光でも増幅できる。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、共振層を複数有し、各共振層は、共振させる波長が、少なくとも他の一の共振層とは異なる。この発明では、複数種類の所定の波長の光を共振により強めて取り出すことができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、複数の共振層が、重なる方向において互いに隣接されて形成されている。互いに異なる波長の光を共振させる複数の共振層は、それぞれ異なる厚みに形成する必要があるが、本発明ではそれぞれ所定の厚みにした共振層を積層するだけで形成できる。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、複数の共振層が、重なる方向において互いに離間した位置に形成されている。この発明では、離間した共振層それぞれの厚みを決めたうえで、共振層間の距離を調整して別の共振層を構成できるため、例えば隣接させた共振層によって別の共振層を構成する場合に比べて、設計の際の自由度を向上できる。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、反射体のうち少なくとも一つは、複数の共振層の反射体として用いられている。この発明では、他の共振層の反射体を兼用する反射体があるため、各共振層を独立して設けた場合と比べて、反射体の数を少なくでき、また、光共振器の厚さを薄くできる。なお、必ずしもすべての反射体が複数の共振層の反射体として用いられるとは限らない。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、光の取り出し側から順に第１の反射体、第２の反射体、第３の反射体を備え、各反射体は一部光透過性で、第２の反射体は両面が反射面で、第１、第３の反射体の反射面と相対向している。そして、第１の反射体と第２の反射体との相対向する反射面間の距離ｔ１、第２の反射体と第３の反射体との相対向する反射面間の距離ｔ２、共振させる第１の光の波長λ１、第２の光の波長λ２、第３の光の波長λ３が以下の関係
ｔ１＝（ｎ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｎ２×λ２）／２
ｔ１＋ｔ２＝（ｎ３×λ３）／２
ただし、ｎ１、ｎ２、ｎ３は自然数
を有している。この発明では、関係式が成り立つように各波長λ１、λ２、λ３及び自然数ｎ１、ｎ２、ｎ３を設定することにより、３つの反射体だけで３種類の光を増幅できる。
【００１２】
請求項８に記載の発明では、光の取り出し側から順に第１の反射体、第２の反射体、第３の反射体を備え、第１及び第２の反射体は一部光透過性で、第３の反射体は全反射ミラーで、第２の反射体は両面が反射面で、第１、第３の反射体の反射面と相対向し、第１の反射体と第２の反射体との相対向する反射面間の距離ｔ１、第２の反射体と第３の反射体との相対向する反射面間の距離ｔ２、共振させる第１の光の波長λ１、第２の光の波長λ２、第３の光の波長λ３が以下の関係
ｔ１＝（ｎ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｎ２×λ２）／２
ｔ１＋ｔ２＝（ｎ３×λ３）／２
ただし、ｎ１、ｎ２、ｎ３は自然数
を有している。この発明の光共振器は、光源の背面側に配置されて使用される。そして、請求項７に記載の発明と同様に、３つの反射体だけで３種類の光を増幅できる。
【００１３】
請求項９に記載の発明では、複数の一部光透過性の反射体を重なる方向に有し、波長λ１の光、波長λ２の光、波長λ３の光を共振する光共振器である。そして、λ１の光を共振する反射体間の距離をｔ１、λ２の光を共振する反射体間の距離をｔ２、λ３の光を共振する反射体間の距離をｔ３とするとき、以下の関係式
ｔ１＝（ｍ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｍ２×λ２）／２
ｔ３＝（ｍ３×λ３）／２
ただし、ｍ１、ｍ２、ｍ３は自然数
が成立している。この発明では、関係式が成り立つように各反射体を設けることにより、３種類の光を増幅できる。
【００１４】
請求項１０に記載の発明では、複数の反射体を重なる方向に有し、反射体のうち光の取り出し側と反対側の反射体を全反射ミラー、他の反射体を一部光透過性とし、波長λ１の光、波長λ２の光、波長λ３の光を共振する光共振器であって、λ１の光を共振する反射体間の距離をｔ１、λ２の光を共振する反射体間の距離をｔ２、λ３の光を共振する反射体間の距離をｔ３とするとき、以下の関係式
ｔ１＝（ｍ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｍ２×λ２）／２
ｔ３＝（ｍ３×λ３）／２
ただし、ｍ１、ｍ２、ｍ３は自然数
が成立している。この発明の光共振器は、光源の背面側に配置されて使用される。そして、請求項９に記載の発明と同様に、３種類の光を増幅できる。
【００１５】
請求項１１に記載の発明では、請求項９又は請求項１０に記載の発明において、反射体のうち少なくとも一つは、複数の波長の光を共振する反射体として用いられている。この発明では、反射体の数の増加を抑えることができ、また、光共振器の厚さを薄くできる。なお、必ずしもすべての反射体が複数の波長の光を共振するとは限らない。
【００１６】
請求項１２に記載の発明では、請求項７〜請求項１１のいずれか一項に記載の発明において、共振させる波長λ１，λ２，λ３の光は、赤色光、青色光及び緑色光である。この発明では、白色光から光の３原色を共振により強めて取り出すことができる。
【００１７】
請求項１３に記載の発明では、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の発明において、光共振器は可撓性を有する。例えば光共振器が薄くて硬いと、取扱う際に割れる虞があるが、この発明では光共振器が可撓性を有することにより割れにくくすることができる。
【００１８】
請求項１４に記載の発明では、液晶表示部の背後に、バックライトと、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の光共振器とを備え、光共振器をバックライトと別体に設けている。この発明では、バックライトから、所定の色の光を共振により増幅させて取り出すことができ、同一のバックライトを用いた光共振器なしの表示装置に比べて輝度を高くできる。
【００１９】
光共振器を、すべての反射体を一部光透過性の反射体にし、バックライトにおける発光部よりも液晶表示部側に設ければ、表示装置外部から入射された光を用いても表示することもでき、また、バックライトからの光を用いても表示することができる。これらの光の輝度を高くすることも可能となる。
【００２０】
また、全反射ミラーを備えた光共振器を、バックライトの発光部に対して、光の取り出し側とは反対側に設ければ、バックライトの発光部から発せられた光のうち、光の取り出し側とは反対側に発せられた光を光の取り出し方向へ反射させて取り出すことができる。
【００２１】
請求項１５に記載の発明では、液晶表示部の背後に、バックライトと、請求項１、請求項７及び請求項９のいずれか一項に記載の光共振器とを備えた表示装置であって、光共振器をバックライトと別体に設け、バックライト及び光共振器の両方よりも光の取り出し側とは反対側に全反射ミラーを備えている。この発明では、バックライトから、所定の色の光を共振により増幅させて明るいディスプレイが得られるとともに、光共振器から光の取り出し側と反対側に出射される光を全反射ミラーで反射させて、光の取り出し側へ向けることで再利用できる。
【００２２】
請求項１６に記載の発明では、請求項１４又は請求項１５に記載の発明において、液晶表示部はカラーフィルタを有し、光共振器は、カラーフィルタに対してバックライト側に設けられ、バックライトから発光される光は複数の色の光が混合されており、カラーフィルタは、光共振器で共振された色の光の少なくとも一つを透過する。この発明では、バックライトから発光される光のうち、カラーフィルタと同色の光が光共振器において共振され、カラーフィルタと異なる色の光は減衰された状態でカラーフィルタへ達する。従って、例えば白色光をカラーフィルタに直接通す場合に比べて、カラーフィルタを薄くできたり、カラーフィルタでの透過減衰をより低減できたりする。また、カラーフィルタを通過した光の色純度が高くなる。
【００２３】
請求項１７に記載の発明では、請求項１６に記載の発明において、カラーフィルタの色はＲ、Ｇ、Ｂである。この発明では、白色光から共振により増幅させた光の３原色をカラーフィルタに透過させて、輝度及び色純度を向上できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をパッシブ・マトリックス方式の液晶表示装置に適用した一実施の形態を図１〜図４に従って説明する。図２は液晶表示装置の模式断面図、図１は光共振器の模式断面図、図３は光共振器の拡大部分模式断面図である。図１〜図３において下側に表示部が設けられている。図１〜図３ではわかりやすいように図示するため各部材の厚さの比は正確ではない。
【００２５】
図２に示すように、表示装置としての液晶表示装置１０は、パッシブ・マトリックス方式の透過型の液晶表示部としての液晶パネル１１と、バックライト１２と、光共振器１３とを備えている。光共振器１３は、液晶パネル１１とバックライト１２との間に配置されている。
【００２６】
液晶パネル１１は、一対の透明な基板１４，１５を備え、両基板１４，１５は所定の間隔を保った状態で、シール材１５ａにより貼り合わされて、その間に液晶１６が配置される。基板１４，１５は例えばガラス製である。バックライト１２側に配置された一方の基板１４には、液晶１６と対応する面に透明な電極１７が、複数、平行なストライプ状に形成されている。液晶１６と反対側の面に偏光板１８が形成されている。
【００２７】
他方の基板１５には液晶１６と対応する面にカラーフィルタ１９と、カラーフィルタ１９による凹凸を平坦化するための平坦化膜１９ａとが形成され、平坦化膜１９ａ上には透明な電極２０が電極１７と直交する状態に形成されている。基板１５の電極２０が形成された面と反対側の面には偏光板２１が形成されている。電極１７及び電極２０はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されている。電極１７及び電極２０の各交差部が液晶パネル１１の各サブピクセルとなり、サブピクセルはマトリックス状に配置されている。そして、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応するサブピクセル各１つ計３つのサブピクセルによってピクセル（画素）が構成されている。電極１７の走査により、サブピクセルが１列ずつ表示駆動可能となる。
【００２８】
図２に示すように、バックライト１２は、基板２２上に有機ＥＬ材料を含む有機ＥＬ層を有する有機ＥＬ素子２３を備えた発光装置である。バックライト１２は、基板２２が有機ＥＬ素子２３に対して液晶パネル１１側に位置するように配置されている。バックライト１２は、基板２２側から光を取り出すボトムエミッション型である。基板２２はガラス製である。
【００２９】
基板２２上には、第１電極２４と、有機ＥＬ材料を含む有機ＥＬ層２５と、第２電極２６とが、基板２２側から順に積層形成されて有機ＥＬ素子２３が構成されている。バックライト１２が全面発光するように、第１電極２４、有機ＥＬ層２５、第２電極２６は平面状で、それぞれの面積が液晶パネル１１とほぼ同じに形成されている。有機ＥＬ素子２３は、有機ＥＬ層２５が外気と接しないように、パッシベーション膜２７で被覆されている。この実施の形態では、パッシベーション膜２７は、第１電極２４、有機ＥＬ層２５及び第２電極２６の各端面と、第２電極２６の液晶パネル１１と反対側の面とを覆うように形成されている。パッシベーション膜２７は水分の透過を防止する材質、例えば窒化ケイ素ＳｉＮｘや酸化ケイ素ＳｉＯｘで形成されている。
【００３０】
有機ＥＬ層２５を挟んで配置される第１電極２４及び第２電極２６のうち、有機ＥＬ層２５に対して発光の取り出し方向側に配置された第１電極２４が光透過性とされ、有機ＥＬ層２５に対して発光の取り出し方向と反対側に配置された第２電極２６が光反射性とされている。第１電極２４はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されている。第２電極２６には金属電極が使用されている。第２電極２６は全反射ミラーとしての反射電極となるように形成されている。第２電極２６はこの実施の形態では、アルミニウムで形成されている。
【００３１】
有機ＥＬ層２５には例えば公知の構成のものが使用され、第１電極２４側から順に、正孔注入層、発光層及び電子注入層を含む少なくとも３層で構成されている。有機ＥＬ層２５は白色発光層で構成されている。この実施の形態では第１電極２４が陽極を、第２電極２６が陰極を構成している。
【００３２】
光共振器１３は、基板３１上にハーフミラー３２、透明層としてのバッファー層３３、ハーフミラー３４、透明層としてのバッファー層３５、ハーフミラー３６が順に積層されて形成されている。この実施の形態では、基板３１が液晶パネル１１の偏光板１８に組付けられ、ハーフミラー３６がバックライト１２の基板２２に組付けられている。
【００３３】
基板３１は透明な材料によって形成され、ここではガラス製である。ハーフミラー３２，３４，３６は、一部光透過性の反射体を構成している。各ハーフミラー３２，３４，３６の厚みは、光透過性を出すようにそれぞれ３０ｎｍ以下に形成されている。各ハーフミラー３２，３４，３６は金属で形成され、この実施の形態ではアルミニウムで形成されている。各バッファー層３３，３５は透明な材料によって形成されている。各バッファー層３３，３５は、この実施の形態では酸化膜、ここでは酸化ケイ素によって形成されている。
【００３４】
光共振器１３では、ハーフミラー３２とハーフミラー３４とのバッファー層３３側の相対向する面３２ａ及び面３４ａを反射面として第１の共振層４１が構成されている。また、ハーフミラー３４とハーフミラー３６とのバッファー層３５側の相対向する面３４ｂ及び面３６ａを反射面として第２の共振層４２が構成されている。また、相対向する面３２ａ，３６ａを反射面として第３の共振層４３が構成されている。第３の共振層４３は、面３２ａ，３６ａによりバッファー層３３、ハーフミラー３４、バッファー層３５を挟んでいる。このように、各共振層４１，４２，４３は、互いに離間した２つの反射体の反射面を相対向させている。
【００３５】
このように、光共振器１３は、光の取り出し側から順に第１の反射体としてのハーフミラー３２、第２の反射体としてのハーフミラー３４、第３の反射体としてのハーフミラー３６を備えていることに相当する。ハーフミラー３４は両面３４ａ，３４ｂが反射面で、面３４ａはハーフミラー３２の反射面である面３２ａと相対向し、面３４ｂはハーフミラー３６の反射面である面３６ａと相対向している。
【００３６】
この実施の形態では、λ１を第１の共振層４１が共振させる光の波長、λ２を第２の共振層４２が共振させる光の波長、λ３を第３の共振層４３が共振させる光の波長としている。また、第１の共振層４１の膜厚をｔ１、第２の共振層４２の膜厚をｔ２、第３の共振層４３の膜厚をｔ３としている。膜厚ｔ１は、ハーフミラー３２とハーフミラー３４との相対向する反射面である面３２ａ，３４ａ間の距離に相当する。また、膜厚ｔ２は、ハーフミラー３４とハーフミラー３６との相対向する反射面である面３４ｂ，３６ａ間の距離に相当し、膜厚ｔ３は、ハーフミラー３２とハーフミラー３６との相対向する反射面である面３２ａ，３６ａ間の距離に相当する。また、膜厚ｔ１は、波長λ１の光を共振するハーフミラー３２，３４間の距離に相当し、膜厚ｔ２は波長λ２の光を共振するハーフミラー３４，３６間の距離、膜厚ｔ３は波長λ３の光を共振するハーフミラー３２，３６間の距離に相当している。
【００３７】
各膜厚ｔ１，ｔ２，ｔ３は、それぞれ共振させる光の半波長の自然数倍に形成されている。すなわち、以下の関係式
ｔ１＝（ｍ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｍ２×λ２）／２ …式（１）
ｔ３＝（ｍ３×λ３）／２
ただし、ｍ１、ｍ２、ｍ３は自然数
が成立している。
【００３８】
また、この実施の形態では、波長λ３が以下の関係式
ｔ１＝（ｎ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｎ２×λ２）／２ …式（２）
ｔ１＋ｔ２＝（ｎ３×λ３）／２
ただし、ｎ１、ｎ２、ｎ３は自然数
を有するように各共振層４１〜４３は形成されている。すなわち、第１の共振層４１の膜厚ｔ１と第２の共振層４２の膜厚ｔ２との和が、第３の共振層４３の膜厚ｔ３とほぼ等しくされている。
【００３９】
この実施の形態では、第１の共振層４１は青色光を共振させる共振層、第２の共振層４２は緑色光を共振させる共振層、第３の共振層４３は赤色光を共振させる共振層となっており、波長λ１は青色光の波長、波長λ２は緑色光の波長、波長λ３は赤色光の波長となっている。この実施の形態では、ｎ１＝３、ｎ２＝１、ｎ３＝３とされている。
【００４０】
このように、共振によって増幅させたい光の波長をλ１，λ２，λ３とし、各波長λ１，λ２，λ３は、それぞれ増幅ターゲットのＢ，Ｇ，Ｒの波長としている。
【００４１】
また、増幅させるＢの波長域、増幅させるＧの波長域、増幅させるＲの波長域は、それぞれ下記の範囲の中から所望の波長域が選択されている。
λ１（Ｂ）＝４３０ｎｍ〜５００ｎｍ、λ２（Ｇ）＝５２０〜５６０ｎｍ、λ３（Ｒ）＝５７０〜６５０ｎｍ…式（３）
なお、Ｇの波長域に対してＲやＢの波長域を広くしているのは、可視光領域でＲとＢが両端に位置するために他の色に比べて波長域がもともと広いためであり、Ｇの波長域が４０ｎｍと狭いのは、Ｇが可視光領域の中央に位置するため、波長が少し変わると黄色や水色に変わるためである。また、Ｒの波長域は、自然光のＲと比べると小さな波長を含むように設定しているが、これは、色と波長との関係が、自然光の場合と、液晶表示装置やテレビ等との場合とで若干ずれるためである。
【００４２】
上記構成の光共振器１３の製造は、基板３１上に順にハーフミラー３２、バッファー層３３、ハーフミラー３４、バッファー層３５、ハーフミラー３６を蒸着することにより行なわれる。光共振器１３は、バックライト１２や液晶パネル１１と別に形成されて、バックライトに組付けられる。
【００４３】
次に上記のように構成された液晶表示装置１０の作用について説明する。
液晶パネル１１は図示しない駆動制御装置により電極１７と電極２０との間に電圧が印加され、所望のサブピクセルが透過可能となる。
【００４４】
一方、バックライト１２は電源投入されると、第１電極２４と第２電極２６との間に電圧が印加され、有機ＥＬ素子２３が白色に発光する。図４には、有機ＥＬ層２５から発光される白色発光のスペクトルを示すスペクトル線４７を２点鎖線で示している。
【００４５】
図３に示すように、有機ＥＬ層２５で発光して光共振器１３に達した光のうち、面３２ａと面３４ａとで反射される光は、第１の共振層４１において膜厚ｔ１が半波長の自然数倍になる光、ここでは青色光が共振されて増幅される。共振により青色光は、白色発光における青色より増幅される。増幅された青色光は基板３１から出射され、液晶パネル１１へ達する。
【００４６】
また、バックライト１２から光共振器１３に達した光のうち、面３４ｂ，３６ａで反射される光は、膜厚ｔ２が半波長の自然数倍になる光、ここでは緑色光が第２の共振層４２において共振され、増幅される。そして、第２の共振層４２で増幅された緑色光は、基板３１から出射されて液晶パネル１１へ達する。
【００４７】
また、バックライト１２から光共振器１３に達した光のうち、面３２ａ，３６ａで反射される光は、膜厚ｔ３が半波長の自然数倍になる光、ここでは赤色光が共振されて増幅され、基板３１から出射されて液晶パネル１１へ達する。図４には、基板３１から出射される光のスペクトルを示すスペクトル線４８を実線で示す。スペクトル線４８により示すように、ＲＧＢはシャープに分離され、スペクトル線４８のＲＧＢの各ピークが白色発光のスペクトル線４７より高くなっていることから分かるように、共振されたＲＧＢは、白色発光のＲＧＢより増幅されている。
【００４８】
スペクトル線４８に示すスペクトルを備えて液晶パネル１１へ達した光のうち、透過可能になったサブピクセル部分への光のみが、液晶パネル１１の表示側に出てくる。このときカラーフィルタ１９の図示しないＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルを通過し、その組み合わせにより所望の色が再現される。このようにして透過モードでの画面表示が行われる。
【００４９】
また、反射モードでは、バックライト１２の電源がオフに切り換えられ、第１電極２４と第２電極２６との間への電圧印加が停止されて有機ＥＬ素子２３が非発光状態になる。この状態では、外光が液晶パネル１１を通りバックライト１２側へ入射される。外光は、ハーフミラー３２，３４，３６及び反射電極である第２電極２６で反射されて液晶パネル１１へ達するが、ハーフミラー３２を通過してバッファー層３３側へ達した外光のうち、青、緑、赤の各光は、各共振層４１，４２，４３で共振されて液晶パネル１１へ達する。
【００５０】
このように、液晶表示装置１０は、ＲＧＢそれぞれの波長の光を増幅させる光共振ミラー構造を備える光共振器１３を液晶パネル１１とバックライト１２との間に組み込み、ＲＧＢがシャープに分離した発光パターンにして、図４にスペクトル線４８で示すスペクトルを得ている。これにより、液晶パネル１１のカラーフィルタ１９での透過減衰が低減し、明るいディスプレイが得られるとともに、色度が向上する。
【００５１】
この実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１） 光共振器１３は、光取り出し側に設けられたハーフミラー３２の面３２ａと、前記側とは反対側に設けられたハーフミラー３４の面３４ａとが相対向された第１の共振層４１を有している。また、ハーフミラー３４の面３４ｂと、ハーフミラー３６の面３６ａとが相対向された第２の共振層４２と、面３４ａと３６ａとが相対向された第３の共振層４３とを光共振器１３は有している。よって、両反射面間の距離を調整することにより所定の波長の光を増幅できる。従って、バックライト１２で発光される光から所定の色の光を増幅でき、輝度を向上できる。
【００５２】
（２） 光共振器１３は、バックライト１２と別体に形成してから組付けられる。従って、既存のバックライトに共振層を後付けでき、既存の光源体から発光される光でも増幅できる。また、バックライト１２を有機ＥＬ素子２３とした状態で、例えば有機ＥＬ層２５に温度などの影響を与えないように注意することなく光共振器１３を形成できるため、共振層を組付けたバックライト１２を形成しやすい。
【００５３】
（４） 光共振器１３は複数の共振層４１，４２，４３を有し、前記各共振層４１，４２，４３はそれぞれ互いに異なる波長の光を共振させるように形成されている。従って、白色光から複数種類の所定の色の光を、共振により強めて取り出すことができる。
【００５４】
（５） 各共振層４１，４２，４３は、それぞれ重なる方向において互いに離間した２つの一部光透過性の反射体の反射面を対向させて形成されている。従って、各共振層４１，４２，４３は、２つの反射体の反射面間の間隔を、共振させる光の半波長の自然数倍に形成することにより、簡単な構造によって形成できる。
【００５５】
（６） 第１の共振層４１と第２の共振層４２とが重なる方向において互いに隣接されて形成されている。第１の共振層と第２の共振層とは異なる波長の光を共振させるため、それぞれ異なる厚みに形成する必要があるが、例えば、第１及び第２の共振層を重ねずに横に、すなわち光の出射方向とは垂直の方向に並べて形成する場合、異なる厚みに作ることが難しい。しかし、両共振層が重なるように形成することにより、簡単に作ることができる。また、共振層を重ねずに横に並べた場合、光の出射方向から眺めた場合の各領域で、それぞれ一種類の光しか増幅されない。例えば、第１及び第２の共振層を重ねずに横に並べて形成する場合、例えば青色光は、第１の共振層を形成した箇所で光源から発光される光から取り出されるのみで、第２の共振層を形成した箇所で光源から発光される光からは取り出されないため、有効に使用される光が限られる。緑色光についても同様に限られる。しかし、両共振層が重なるように形成した場合、光源の全面で発光する光から青色光や緑色光を取り出せるため、光源から発光する光を有効に使用できる。
【００５６】
（７） 第１の共振層４１の反射体であるハーフミラー３２は第３の共振層４３の反射体を兼用している。言い換えれば、ハーフミラー３２は、波長λ１の光と、波長λ３の光とを共振する反射体として用いられている。また、第２の共振層４２の反射体であるハーフミラー３６は第３の共振層４３のもう一方の反射体を兼用しており、ハーフミラー３６は、波長λ２の光と、波長λ３の光とを共振する反射体として用いられている。また、ハーフミラー３４は、第１の共振層４１の反射体と、第２の共振層４２の反射体とを兼用している。従って、例えば反射体を兼用せずに各共振層毎に別々に形成する場合に比べて、反射体の数の増加を抑えることができる。また、光共振器の厚みを薄くしたり、ハーフミラーを通過する際に生じる光の透過減衰を少なくしたりできる。
【００５７】
（８） 前記関係式（１）が成立している。従って、前記関係式（１）が成り立つように各反射体を設けることにより、３つの共振層を形成して３種類の光を増幅できる。
【００５８】
（９） 前記関係式（２）が成立している。従って、前記関係式（２）が成り立つように各波長λ１、λ２、λ３及び自然数ｎ１、ｎ２、ｎ３を設定することにより、３つの反射体だけで３種類の光を増幅できる。従って、光共振器の厚みを薄くしたり、光の透過減衰を少なくしたりできる。また、重なる方向に隣接された第１及び第２の共振層４１，４２によって第３の共振層４３を簡単に構成できる。
【００５９】
（１０） 光共振器１３が共振させる第１，第２，第３の光は、赤色光、青色光及び緑色光である。従って、白色光から光の３原色を共振により強めて取り出すことができる。ＲＧＢカラー液晶表示装置において、例えばＲのカラーフィルタが、光共振器で共振された赤の光を通過するものである場合、光共振器１３を、カラーフィルタ１９より光取り出し側と反対側に設ける。これにより、輝度向上できるとともに、色純度をアップできる。
【００６０】
（１１） 液晶表示装置１０は、バックライト１２（有機ＥＬ素子２３）と、透過型の液晶パネル１１とが組み付けられており、共振層４１〜４３を備えた光共振器１３を設けている。従って、バックライトから、所定の色の光を共振により増幅させて取り出すことができ、明るいディスプレイが得られる。
【００６１】
（１２） 有機ＥＬ層２５に対し、光の取り出し側と反対側に全反射ミラー（第２電極２６）が設けられている。このため、バックライトから、所定の色の光を光共振器１３での共振により増幅させて明るいディスプレイが得られるとともに、光共振器１３で共振された光のうち、光の取り出し側と反対側に出射される光が第２電極２６で反射されて光の取り出し側へ出射される。従って、共振後に光の取り出し側と反対側に出射される光を再利用して、取り出せる光の量をより効果的に増加できる。
【００６２】
（１３）光共振器１３が、液晶パネル１１のカラーフィルタ１９に対して、バックライト側に配置されている。従って、バックライト１２から、ＲＧＢの光を光共振器１３における共振により増幅させて取り出すことにより、カラーフィルタ１９での透過減衰が低減し、同一のバックライトを用いた光共振器なしの表示装置に比べて輝度を高くできる。また、色度を向上できる。
【００６３】
（１４） カラーフィルタ１９は、光共振器１３で共振された赤、緑、青の光が透過されるようになっており、例えば、Ｒのフィルタは、光共振器で共振された赤の光を通過するようになっている。Ｇ，Ｂのフィルタも同様である。従って、バックライトから発光される光のうち、カラーフィルタと同色の光が共振層において共振され、カラーフィルタと異なる色の光は減衰された状態でカラーフィルタへ達する。従って、例えば白色光をカラーフィルタに直接通す場合に比べて、カラーフィルタを薄くできたり、カラーフィルタでの透過減衰をより低減できたりする。また、カラーフィルタを通過した光の色純度が高くなる。
【００６４】
（１５） カラーフィルタ１９の色はＲ、Ｇ、Ｂである。従って、白色光から共振により増幅させた光の３原色をカラーフィルタに透過させて、輝度及び色純度を向上できる。
【００６５】
（１６） バックライト１２は白色光の光源体である。従って、共振層で増幅させる光の種類を任意に選択できるため、例えば色変換層などを設けなくてよい。
【００６６】
（１７） バックライト１２が有機ＥＬ素子２３である。従って、例えばバックライトが無機ＥＬである場合に比べて、使用電圧を低くできる。
（１８） 有機ＥＬ素子２３は全面発光するように形成されている。従って、有機ＥＬ層２５を挟む第１電極２４及び第２電極２６を面状に形成すればよいため、電極を分割形成するような場合に比べて有機ＥＬ素子を簡単に形成できる。
【００６７】
（１９） 共振層４１，４２は、それぞれの透明層の両面に形成した反射体が両方ともハーフミラーである。従って、例えば一方の反射体を全反射ミラーに形成する場合と異なり、両方の反射体を同じ工程で形成できる。
【００６８】
（２０） 光共振器は、すべての反射体を一部光透過性の反射体にし、バックライトにおける発光部よりも液晶表示部側に設けられている。従って、表示装置外部から入射された光を用いても表示することもでき、また、バックライトからの光を用いても表示することができる。これらの光の輝度を高くすることも可能となる。
【００６９】
また、全反射ミラーを備えた光共振器を、バックライトの発光部に対して、光の取り出し側とは反対側に設ければ、バックライトの発光部から発せられた光のうち、光の取り出し側とは反対側に発せられた光を光の取り出し方向へ反射させて取り出すことができる。
【００７０】
なお、実施の形態は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変更してもよい。
○ 前記関係式（２）の自然数ｎ１、ｎ２、ｎ３は、ｎ１＝３、ｎ２＝１、ｎ３＝３であることに限らない。ただし、バックライト１２全体の膜厚が薄い方が光の透過減衰が抑えられるため、自然数ｎ１、ｎ２、ｎ３は小さい方が好ましい。
【００７１】
○ 前記関係式（２）は成立させなくてもよい。第１の共振層４１と第２の共振層４２とが重なる方向に隣接する構成に限らず、例えば、第１及び第２の共振層間に別の層を挟んで互いに離間した位置に形成してもよい。例えば図５に示すように、ハーフミラー３４上に透明層としてのバッファー層５５を形成し、バッファー層５５の上にハーフミラー５６を形成してから、ハーフミラー５６上にバッファー層３５を形成する。そして、例えば第２の共振層５８の対向する反射面を、ハーフミラー５６とハーフミラー３６とのバッファー層３５側の面５６ａ，３６ａとする。
【００７２】
また、第３の共振層５９の反射面を面３２ａ，３６ａとする。面３２ａ，３６ａ間には、バッファー層３３、ハーフミラー３４、バッファー層５５、ハーフミラー５６、バッファー層３５がある。バッファー層５５の厚みは、面３２ａ，３６ａ間の間隔がλ３の半分の自然数倍となるように形成する。この場合、膜厚ｔ１と膜厚ｔ２とを決めたうえで、バッファー層５５の厚みを調整して膜厚ｔ３を決めることができるため、膜厚ｔ１及び膜厚ｔ２だけで膜厚ｔ３を決める場合に比べて、設計の際の自由度を向上できる。
【００７３】
○ 第３の共振層の一対の反射面の両方が、第１の共振層の一方の反射面と、第２の共振層の一方の反射面とで構成されることに限らず、例えば第３の共振層の反射面の片方だけに、第１の共振層や第２の共振層の反射面を利用するようにしてもよい。例えば図６に示すように、基板２２上に第１及び第２の共振層４１，４２を順に設けた状態で、ハーフミラー３６の上に透明層としてのバッファー層６０、ハーフミラー６１を順に形成する。そして、第３の共振層６２の反射面を、面３２ａと、ハーフミラー６１のバッファー層６０側の面６１ａとしている。面３２ａ，６１ａ間には、バッファー層３３、ハーフミラー３４、バッファー層３５、ハーフミラー３６、バッファー層６０がある。バッファー層６０の厚みは、面３２ａ，６１ａ間の間隔が波長λ３の半分の自然数倍となるように形成する。この場合も、膜厚ｔ１と膜厚ｔ２とを決めたうえで、バッファー層６０の厚みを調整して膜厚ｔ３を決めることができるため、膜厚ｔ１及び膜厚ｔ２だけで膜厚ｔ３を決める場合に比べて、設計の際の自由度を向上できる。
【００７４】
○ 複数の反射体のうち一つだけを、複数の共振層の反射体として用いるのであってもよい。この場合でも、反射体の数の増加を抑えることができる。
○ 各共振層は、他の共振層の反射面を共有しないように形成してもよい。例えば上記図６に示すように基板３１上に第１の共振層４１、第２の共振層４２、バッファー層６０、ハーフミラー６１を順に設けた状態で、バッファー層６０は、その厚みが赤色光の半波長の自然数倍になるように形成する。そして、第３の共振層の対向面を、ハーフミラー３６及びハーフミラー６１のバッファー層６０側の面３６ｂ及び面６１ａとする。この場合、いずれかの共振層の厚みの精度がずれても、他の共振層の厚みには関係しないため、他の共振層での共振に影響を及ぼしにくくすることができる。
【００７５】
○ 一つの光共振器が共振層を３つ備える構成に限らず、例えば一つの光共振器が一つの共振層を備える構成にしてもよい。例えば図７（ａ）に示すように、Ｂ用の光共振器７１は、基板３１上にハーフミラー３２、バッファー層３３、ハーフミラー３４を順に形成して、面３２ａ，３４ａを対向面とする第１の共振層としてのＢ用の共振層７１ａを備える構成に形成する。同様に、図７（ｂ）に示すように、第２の共振層としてのＧ用の共振層７２ａ、第３の共振層としてのＲ用の共振層７３ａをそれぞれ備えるＧ用の光共振器７２、Ｒ用の光共振器７３を別々に作製し、ＲＧＢ３枚の光共振器７１，７２，７３を重ねてバックライトに組付けてもよい。
【００７６】
○ 共振層を１個備える光共振器と、共振層を２個備える光共振器とを作製し、一方をバックライトに組付け、他方を液晶パネル１１の中に設けてもよい。また、両方の光共振器を重ねてバックライトに組付けてもよい。
【００７７】
○ 上記の光共振器１３は、カラーフィルタ１９に対して有機ＥＬ層２５側に配置するのであれば任意の箇所に設けてもよい。例えば光共振器１３をバックライト１２と別体に設けてもよく、例えば液晶パネル１１の内部構造中に光共振器１３を組み込んでもよい。例えば図８に示すように、光共振器１３を、そのハーフミラー３６が液晶パネル１１の平坦化膜１９ａ上に位置するように組付けた状態で、基板３１のハーフミラー３２と反対側に、液晶パネル１１の電極２０を形成する。この場合でも、光共振器１３での光の共振によって明るいディスプレイが得られるとともに、色度が向上する。
【００７８】
○ バックライトと光共振器とを別体に設けるには、例えば、バックライトと光共振器との間に隙間を設けてもよい。また、バックライトと光共振器との間に透明な充実体の層を設けてもよい。
【００７９】
○ 光共振器１３は、カラーフィルタ１９より光取り出し側に設けてもよい。この場合でも、輝度向上できる。しかし、光共振器１３をカラーフィルタ１９より有機ＥＬ層２５側に設けるのが望ましい。
【００８０】
○ 共振層４１，４２，４３は、例えばバックライトの基板２２の有機ＥＬ素子２３と反対側の面に、ハーフミラー３２、バッファー層３３、…、ハーフミラー３６を順に積層して形成してもよい。
【００８１】
○ 透明層の両側に形成する反射体は、一方が一部光透過性で、他方が光透過性を備えない構成にしてもよい。例えば、液晶パネル１１、バックライト１２、光共振器１３の順に重ね、有機ＥＬ素子２３の第１及び第２電極２４，２６を両方とも透明電極に形成する。そして、光共振器１３のバックライト１２と反対側の反射体を全反射ミラーに形成し、バックライト１２側の反射体をハーフミラーに形成する。このように光源（バックライト）の背面側、すなわち光の取り出し側と反対側に光共振器が配置された場合、光共振器は、所定の波長の光を増幅する反射板として機能する。従って、例えば従来の共振しない単なる反射板を配置する場合と比べて、所定の波長の光の量を増加できる。
【００８２】
○ 上記のようにバックライトの背面側に光共振器を設け、光の取り出し側と反対側の反射体を全反射ミラーとする場合、例えばバックライトと光共振器とを別体に設けてもよい。この場合でも、所定の波長の光の量を増加できる。別体に設けるには、例えば、バックライトと光共振器との間に隙間を設ける。また、バックライトと光共振器との間に透明な充実体の層を設けてもよい。
【００８３】
○ 一部光透過性の反射体のみを備える光共振器を、バックライトの背面側に備えてもよい。この場合、光共振器の光の取り出し側と反対側に、全反射ミラーを設けるのが好ましい。
【００８４】
○ 光共振器は、基板３１側に青色光用の共振層を形成し、基板３１と反対側に緑色光用の共振層を形成する構成に限らず、例えば基板３１側に緑色光用の共振層を形成し、基板３１と反対側に青色光用の共振層を形成してもよい。
【００８５】
○ 光共振器は、可撓性を有するように形成してもよく、例えばフィルム状に形成してもよい。この場合、光共振器の基板３１が可撓性を有するように、基板３１を例えば透明な樹脂で形成する。例えば光共振器が薄くて硬いと、取扱う際に割れる虞があるが、可撓性を有することにより割れにくくすることができる。また、例えば曲面状の光源体に貼り付けることができる。
【００８６】
○ 上記のように光共振器が可撓性を有するように形成する場合、光共振器は所謂フィルムより厚く形成してもよく、例えばシート状に形成してもよい。
○ バッファー層は、透明性を備えた物質で形成すればよく、例えば窒化ケイ素で形成してもよい。また、例えばカラーフィルタのオーバーコート膜の材料のような透明な有機層や他の無機層でバッファー層を形成してもよい。
【００８７】
○ ハーフミラーはアルミニウム製に限らず、例えば銀で形成してもよい。また、ハーフミラーはマグネシウムと銀との合金で形成してもよい。
○ 同一の波長の光を増幅する共振層を複数重ねてもよい。この場合、その波長の光は、一つの共振層のみで増幅する場合と比べて、より増幅できる。
【００８８】
○ バックライトは、基板３１と反対側から有機ＥＬ素子２３の発光を取り出すトップエミッション型であってもよい。
○ 有機ＥＬ素子２３を封止するのはパッシベーション膜に限らない。例えばガラス製等の、水分や酸素の透過を遮断するとともに透明な材質よりなるカバーをパッシベーション膜に代えて配置し、このカバーと基板３１との間を図示しないシール材（例えば、エポキシ樹脂）で封止して有機ＥＬ層２５へ外部から水分や酸素が進入するのを防いでもよい。
【００８９】
○ ボトムエミッション構造では、パッシベーション膜に代えて金属製の封止缶（封止カバー）で有機ＥＬ素子２３を封止してもよい。
○ 第１電極２４が陰極で、第２電極２６が陽極でもよい。
【００９０】
○ 液晶パネルは透過型又は半透過型であればよく、パッシブ・マトリックス方式に限らず、例えばアクティブ・マトリックス方式であってもよい。
○ バックライト１２は全面発光する構成に限らず、例えばバックライトを複数の領域に分割して、各領域毎に点灯（発光）可能に構成し、液晶パネル１１の表示部のうちバックライトの点灯が必要な部分のみを選択して点灯させてもよい。この場合、バックライトを全面発光させる構成に比較して消費電力を低減できる。
【００９１】
○ 発光装置は液晶表示装置のバックライトに限らず、例えば自動車のルームランプや、室内の壁掛け用等の照明装置として形成してもよい。この場合、従来の発光装置を光源とする照明装置に比べて、光の色を鮮やかにできる。
【００９２】
○ 光源体は有機ＥＬ素子に限らず、例えば無機ＥＬ素子であってもよい。また、光源体はＥＬ素子以外のものであってよく、光共振器は、どのような光源体でも所定の波長の光を増幅できる。
【００９３】
○ 色の種類はＲＧＢに限らず、他の色であってもよい。
○ 共振させる色の数は３色に限らない。例えば２色であってもよい。
○ 光共振器は共振層を４つ以上備えてもよく、例えば、赤、青、緑以外の４色以上の組み合わせで備えてもよい。
【００９４】
○ 光源体は白色発光に限らない。
○ 本発明の光共振器をモノクロの液晶表示パネルに備えてもよい。
【００９５】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１〜請求項１７に記載の発明によれば、所定の色の光を光の共振により増幅でき、既存の光源体から発光される光でも増幅できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光共振器の模式断面図。
【図２】液晶表示装置の模式断面図。
【図３】光共振器の拡大部分模式断面図。
【図４】出射光のスペクトルを示す模式図。
【図５】別例の模式断面図。
【図６】他の別例の模式断面図。
【図７】（ａ）、（ｂ）は他の別例の模式断面図。
【図８】他の別例の模式断面図。
【符号の説明】
１０…表示装置としての液晶表示装置、１１…液晶表示部としての液晶パネル、１２…バックライト、１３，７１，７２，７３…光共振器、１９…カラーフィルタ、３２，３４，３６，５６，６１…一部光透過性の反射体としてのハーフミラー、３２ａ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，５６ａ，６１ａ…反射面としての面、３３，３５，５５，６０…透明層としてのバッファー層、４１，７１ａ…第１の共振層、４２，５８，７２ａ…第２の共振層、４３，５９，６２，７３ａ…第３の共振層、λ１，λ２，λ３…波長。
Claims (17)
- 光取り出し側に設けられた一部光透過性の反射体の反射面と、前記側とは反対側に設けられた一部光透過性の反射体の反射面とが相対向され、所定の波長の光を共振する共振層を有する光共振器。
- 光取り出し側に設けられた一部光透過性の反射体の反射面と、前記側とは反対側に設けられた全反射ミラーの反射面とが相対向され、所定の波長の光を共振する共振層を有する光共振器。
- 前記共振層を複数有し、前記各共振層は、共振させる波長が、少なくとも他の一の共振層とは異なる請求項１又は請求項２に記載の光共振器。
- 複数の前記共振層が、重なる方向において互いに隣接されて形成されている請求項３に記載の光共振器。
- 複数の前記共振層が、重なる方向において互いに離間した位置に形成されている請求項３に記載の光共振器。
- 前記反射体のうち少なくとも一つは、複数の前記共振層の反射体として用いられている請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の光共振器。
- 光の取り出し側から順に第１の反射体、第２の反射体、第３の反射体を備え、前記各反射体は一部光透過性で、前記第２の反射体は両面が反射面で、前記第１、第３の反射体の反射面と相対向し、前記第１の反射体と前記第２の反射体との相対向する前記反射面間の距離ｔ１、前記第２の反射体と前記第３の反射体との相対向する前記反射面間の距離ｔ２、共振させる第１の光の波長λ１、第２の光の波長λ２、第３の光の波長λ３が以下の関係
ｔ１＝（ｎ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｎ２×λ２）／２
ｔ１＋ｔ２＝（ｎ３×λ３）／２
ただし、ｎ１、ｎ２、ｎ３は自然数
を有する光共振器。 - 光の取り出し側から順に第１の反射体、第２の反射体、第３の反射体を備え、前記第１及び第２の反射体は一部光透過性で、前記第３の反射体は全反射ミラーで、前記第２の反射体は両面が反射面で、前記第１、第３の反射体の反射面と相対向し、前記第１の反射体と前記第２の反射体との相対向する前記反射面間の距離ｔ１、前記第２の反射体と前記第３の反射体との相対向する前記反射面間の距離ｔ２、共振させる第１の光の波長λ１、第２の光の波長λ２、第３の光の波長λ３が以下の関係
ｔ１＝（ｎ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｎ２×λ２）／２
ｔ１＋ｔ２＝（ｎ３×λ３）／２
ただし、ｎ１、ｎ２、ｎ３は自然数
を有する光共振器。 - 複数の一部光透過性の反射体を重なる方向に有し、波長λ１の光、波長λ２の光、波長λ３の光を共振する光共振器であって、
前記λ１の光を共振する反射体間の距離をｔ１、前記λ２の光を共振する反射体間の距離をｔ２、前記λ３の光を共振する反射体間の距離をｔ３とするとき、以下の関係式
ｔ１＝（ｍ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｍ２×λ２）／２
ｔ３＝（ｍ３×λ３）／２
ただし、ｍ１、ｍ２、ｍ３は自然数
が成立する光共振器。 - 複数の反射体を重なる方向に有し、前記反射体のうち光の取り出し側と反対側の反射体を全反射ミラー、他の反射体を一部光透過性とし、波長λ１の光、波長λ２の光、波長λ３の光を共振する光共振器であって、
前記λ１の光を共振する反射体間の距離をｔ１、前記λ２の光を共振する反射体間の距離をｔ２、前記λ３の光を共振する反射体間の距離をｔ３とするとき、以下の関係式
ｔ１＝（ｍ１×λ１）／２
ｔ２＝（ｍ２×λ２）／２
ｔ３＝（ｍ３×λ３）／２
ただし、ｍ１、ｍ２、ｍ３は自然数
が成立する光共振器。 - 前記反射体のうち少なくとも一つは、複数の波長の光を共振する反射体として用いられている請求項９又は請求項１０に記載の光共振器。
- 共振させる前記波長λ１，λ２，λ３の光は、赤色光、青色光及び緑色光である請求項７〜請求項１１のいずれか一項に記載の光共振器。
- 前記光共振器は可撓性を有する請求項１〜請求項１２のいずれか一つに記載の光共振器。
- 液晶表示部の背後に、バックライトと、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の光共振器とを備え、前記光共振器を前記バックライトと別体に設けた表示装置。
- 液晶表示部の背後に、バックライトと、請求項１、請求項７及び請求項９のいずれか一項に記載の光共振器とを備えた表示装置であって、前記光共振器を前記バックライトと別体に設け、前記バックライト及び前記光共振器の両方よりも光の取り出し側とは反対側に全反射ミラーを備えた表示装置。
- 前記液晶表示部はカラーフィルタを有し、前記光共振器は、前記カラーフィルタに対して前記バックライト側に設けられ、前記バックライトから発光される光は複数の色の光が混合されており、前記カラーフィルタは、前記光共振器で共振された光の少なくとも一つが透過される請求項１４又は請求項１５に記載の表示装置。
- 前記カラーフィルタの色はＲ、Ｇ、Ｂである請求項１６に記載の表示装置。
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2002
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Cited By (2)
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