JP2006058332A - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 多色表示の電気光学装置における高画質化を実現でき、好ましくは４原色以上の多色表示においても容易かつ低コストに高画質化を実現することができる電気光学装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、光源１２２（発光手段）と、該光源の出力光の一部の波長域の光を選択的に透過させる着色部１１５Ｒ，１１５Ｇ，１１５Ｂを複数備えたカラーフィルタ１１５とを具備した多色表示型の液晶表示装置であって、前記光源１２２を具備したバックライト１２０と、カラーフィルタ１１５を具備した液晶パネル１１０との間に、前記光源１２２の出力光の一部を前記カラーフィルタ１１５の少なくとも１色の着色部の透過波長域近傍の光に変換する色変換シート（色変換手段）１３０が設けられていることを特徴とする電気光学装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気光学装置及び電子機器に関するものである。

電子機器の表示部に用いられる液晶表示装置（電気光学装置）としては、透過型ないし半透過反射型のものがよく用いられており、この種の液晶表示装置では、カラーフィルタが設けられた液晶パネルと、液晶パネルの背面側に配設されたバックライトとを備えたものが一般的である。また近年では、バックライトのコンパクト化、低消費電力化などの点から、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源としたものが多く使用されるようになってきている。

さらにＬＥＤ光源バックライトを備えた液晶表示装置の光源利用効率を高めるための提案が成されている。例えば特許文献１では、青色ＬＥＤを光源としたバックライトと、カラーフィルタとして機能する色変換層を具備した液晶パネルとを組み合わせた構成を採用することで、バックライトから出力される光を高効率にカラー表示光に変換する技術が開示されている。
特開２０００−２５８７７１号公報

ところで、最近の表示装置の分野では、表示の高画質化の要求が非常に高まっているが、従来から知られている白色ＬＥＤを用いたバックライトでは、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）の発光ピークが小さくブロードであるために表示光の色純度が低くなり、色再現域が狭くなるという問題があった。また、特許文献１に記載の技術によれば、色光を得るためのエネルギーロスを小さくでき、高輝度表示が得られるという利点がある。しかし、カラーフィルタに比して色種選択の自由度が小さい色変換層からの出力光を直接表示に用いているため、色再現域の拡大が容易ではないという問題がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、多色表示の電気光学装置における高画質化を実現でき、好ましくは４原色以上の多色表示においても容易かつ低コストに高画質化を実現することができる電気光学装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するために、発光手段と、該発光手段の出力光の一部の波長域の光を選択的に透過させる着色部を複数備えたカラーフィルタと、を具備した多色表示型の電気光学装置であって、前記発光手段とカラーフィルタとの間に、前記発光手段の出力光の一部を前記カラーフィルタの少なくとも１色の着色部の透過波長域近傍の光に変換する色変換手段が設けられていることを特徴とする電気光学装置を提供する。

この構成によれば、発光手段から射出された光をカラーフィルタに入射させるに先立って、当該カラーフィルタと発光手段との間に配設された色変換層による色変換が成されるので、各着色部に入射する光は、当該着色部の透過波長域に対応する色光を多く含んだものとなり、また前記色光の発光ピークもより先鋭化されたものとなる。したがって、着色部を透過して射出される表示光は、色変換層を設けない場合に比して高い色純度を具備した色光となるので、係る色光によって構成される表示画像は、色鮮やかで高画質の表示となる。

また、本発明では、色変換手段を設けるのみで、前記着色部の波長選択特性に対して発光手段の出力光の分光特性を一致させることができるので、発光手段自体の分光特性を変更する必要が無い。したがって本発明によれば、容易かつ低コストに高画質表示が可能な電気光学装置を得ることができる。
なお、本明細書において、「電気光学装置」とは、電界により物質の屈折率が変化して光の透過率を変化させる電気光学効果を有するもののほか、電気エネルギーを光学エネルギーに変換する発光装置等も含んで総称したものである。

本発明の電気光学装置では、前記色変換手段が、１つまたは複数の着色部に対応して設けられるとともに、前記着色部の色種毎に異なる波長変換特性を備えていることが好ましい。
この構成によれば、着色部の色種に応じて異なる波長変換特性の色変換手段が設けられるので、色変換手段による波長変換作用が、所定の着色部以外の着色部の透過光に影響しなくなり、各着色部を透過して得られる表示光の色純度をさらに高めることができ、また出力光の利用効率も高めることができる。これにより、明るく色鮮やかな高画質表示を得られるようになる。

本発明の電気光学装置では、前記カラーフィルタに、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を含む４色以上の前記着色部が設けられている構成とすることもできる。すなわち本発明の電気光学装置は４色カラーフィルタによる多原色表示電気光学装置にも好適に用いることができ、係る構成においても高画質表示を得ることができる。上記Ｒ，Ｇ，Ｂ以外の色種の着色部としては、例えば水色（Ｃ；シアン）、黄色（Ｙ；イエロー）等の着色部を設けることができる。

本発明の電気光学装置では、前記色変換手段が、前記発光手段の出力光の一部を、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ以外の色種の着色部の透過波長域近傍の光に変換する機能を備えていることが好ましい。この構成によれば、発光手段自体の特性を変更することなく、４色以上の多原色表示電気光学装置の表示画質を向上させることができる。

本発明の電気光学装置では、前記発光手段から出力された光を変調する光変調手段を備えている構成とすることができる。すなわち、発光手段の出力光を変調して高階調表示を行う電気光学装置として構成することができる。
また係る構成の電気光学装置では、前記色変換手段が、前記発光手段と光変調手段との間に設けられていることが好ましい。この構成によれば、光変調手段の構成を変更することなく表示画質を向上させることができ、製造の容易性及び製造コストの点で有利な構成となる。

そして、本発明の電気光学装置では、前記光変調手段が、一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶パネルである構成とすることができる。係る構成によれば、色鮮やかな高画質表示が可能な液晶表示装置が提供される。

さらに前記色変換手段が、前記液晶パネルを構成する基板の液晶層側に設けられていることが好ましい。この構成によれば、液晶パネル製造時に上記色変換手段を設けることができ、効率的な製造が可能になるとともに、色変換手段を液晶パネルの表示単位（ドット）毎に設けることも容易になる。

本発明の電気光学装置では、前記発光手段が、冷陰極管、ＬＥＤまたはＥＬ素子を備えた照明装置である構成とすることもできる。本発明は、上記構成の照明装置を具備した電気光学装置に好適に用いることができる。冷陰極管、ＬＥＤやＥＬ素子を光源とする照明装置では、その構造や構成材料に起因して特徴的な分光特性の出力光となる場合が多く、それらを変更したとしても、多色のカラーフィルタの波長選択特性に出力光の特性を一致させるのは困難である。また光源を変更すれば、照明装置が専用品になるため、照明装置自体のコスト増が避けられない。そこで本発明を適用し、色変換手段によって冷陰極管、ＬＥＤやＥＬ素子の発光特性とカラーフィルタの波長選択特性とを一致させるようにすれば、照明装置には汎用品を用いることができるので、照明装置自体のコストを増加させることなく表示の高画質化を実現できる。

本発明の電気光学装置では、前記照明装置が光源と該光源の光を前記カラーフィルタに導く導光板とを具備しており、前記導光板が、前記色変換手段の機能を備えている構成とすることもできる。このように導光板に色変換機能を持たせた構成とするならば、別途シート状の色変換手段を設ける必要が無く、電気光学装置の薄型化に寄与する。

本発明の電気光学装置では、前記発光手段に、互いに独立に駆動可能な複数のＥＬ素子が設けられており、前記各ＥＬ素子が、前記カラーフィルタの各着色部に対応して配置されている構成も適用できる。すなわち本発明の電気光学装置は、ＥＬ素子の光を着色部によって色光に変換し多色表示を行う方式のＥＬ表示装置の形態とすることもできる。そして係るＥＬ表示装置においても、色鮮やかな高画質表示を得ることができる。

次に本発明の電子機器は、先に記載の本発明の電気光学装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、色鮮やかな高画質表示が可能な表示部を具備した電子機器が提供される。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、以下で参照する各図面にあっては、図面を見易くするために各構成要素の厚さや大きさ等を適宜変更したり、一部を省略して表示している。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る電気光学装置の第１実施形態である液晶表示装置を示す断面構成図であり、図２は、同液晶表示装置の１画素領域（３ドット）を示す概略平面図である。
液晶表示装置１００は、アクティブマトリクス方式の透過型カラー液晶表示装置であり、液晶パネル（光変調手段）１１０と、バックライト（照明装置）１２０と、これらの間に配設された色変換シート（色変換手段）１３０とを備えて構成されている。

液晶パネル１１０は、対向配置された一対の基板１１１，１１２と、基板１１１，１１２間に挟持されるとともにシール材１１３により封止された液晶層１１４とを備えて構成されている。前面側（図示上側）の基板１１１の液晶層１１４側に、カラーフィルタ１１５が設けられており、背面側（図示下側）の基板１１２の液晶層１１４側には、回路層１１６が形成されている。

基板１１１，１１２は、ガラスや石英、プラスチック等により形成でき、透過型の液晶表示装置では透光性（透明）のものが用いられる。液晶層１１４を構成する液晶については、所定の配向状態を形成し得る液晶であれば特に限定はなく、典型的にはネマチック液晶を用いる。また液晶の初期配向形態についても、ＴＮモードに限らず、垂直配向モードも適用できる。

カラーフィルタ１１５には、３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の着色部１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂが平面的に周期的に配列されており、図示は省略したが、カラーフィルタ１１５の液晶層１１４側面には、液晶層に電界を印加する手段たる電極が設けられている。一方、回路層１１６は、基板１１１側の電極とともに液晶層１１４に電界を印加する電極を少なくとも含み、本実施形態の場合、画素スイッチング素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が設けられている。

図２に示す概略平面構成をみると、液晶パネル１１０の回路層１１６に、互いに交差する方向に延びる複数のデータ線１１６ｄと複数の走査線１１６ｇとが形成されており、これらのデータ線１１６ｄと走査線１１６ｇとに囲まれる矩形状の１領域がドット領域である。ドット領域内の回路層１１６には、画素電極１１６ｅと、ＴＦＴ１１６ｓとが設けられており、画素電極１１６ｅはＴＦＴ１１６ｓを介してデータ線１１６ｄ及び走査線１１６ｇに接続されている。一方、ドット領域内の基板１１２上には、着色部１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂのうち１つの着色部が、前記回路層１１６の画素電極１１６ｅと平面的に重なるように配されており、図示した１組の着色部１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂを含む３つのドット領域が、液晶表示装置１００の画素領域を構成している。

バックライト１２０は、導光板１２１と導光板１２１の側端面（図示では左側端）に配設された光源（発光手段）１２２とを主体として構成されている。そして、光源１２２から射出された光を導光板１２１の側端面を介して導光板内部に導入するとともに、内部で伝搬させ、導光板１２１の上面から液晶パネル１１０側へ射出するようになっている。

色変換シート１３０は、入射光の一部を特定波長域の光に変換して出力する機能を具備した光学シートであり、例えば、蛍光体や色素を樹脂材料等に混入してシート状に成形したものや、屈折率の異なる誘電体膜を積層した誘電体ハーフミラー、あるいはＡｌ薄膜を利用したハーフミラーを用いることができる。

本実施形態の場合、光源１２２は、図３に示すような分光特性を有する白色ＬＥＤ（発光ダイオード）を備えたものであり、従来から知られている青色発光チップの光を黄色蛍光体を介して取り出すことで白色光を得ているものである。青色発光チップは、例えば、サファイヤ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の基板の表面に、ＧａＩｎＮ系の化合物半導体結晶を成長させることによって形成するものであり、ｎ−ＧａＮからなるクラッド層と、ｐ−ＧａＮからなるクラッド層との間に、ＩｎＧａＮからなる発光層を挟み込んだダブルヘテロ接合構造を具備したものが好適に用いられる。

図３に示すように、上記構成の光源１２２では、青色光（４２０〜４９０ｎｍ）の領域で先鋭な発光ピークを有する一方、緑色光（５２０〜５７０ｎｍ）から赤色光（５９０〜６３０ｎｍ）の範囲における発光強度は青色光に比して小さく、またこれらの波長域の分布はなだらかなものである。一方、液晶パネル１１０のカラーフィルタ１１５の波長選択特性は図４に示すようなものであり、バックライト１２０からの出力光を、そのままカラーフィルタ１１５に透過させて表示を行ったとすれば、青色光については比較的高い色純度が得られるものの、表示光の分光特性における緑色光及び赤色光の発光強度は急峻なピークを描かないため、色純度に劣るものとなってしまう。

そこで本実施形態の液晶表示装置１００では、バックライト１２０と液晶パネル１１０との間に色変換シート１３０を配設することで、バックライト１２０の出力光の分光特性を変化させ、もってカラーフィルタの波長選択特性に一致させるようにしている。すなわち、バックライト１２０の出力光を色変換シート１３０に透過させることで、図５に示すように、緑色光及び赤色光に対応する波長域で先鋭な発光ピークを示す分光特性の照明光を得られるようにしている。そして、液晶表示装置１００は、図５に示す分光特性を有する照明光を液晶パネル１１０に入射させ、カラーフィルタ１１５を介してカラー表示を行うことで、青色光、緑色光、及び赤色光の全ての原色光で良好な色純度を得られ、色鮮やかな高画質の表示を得られるものとなっている。

なお、白色ＬＥＤの構成は、図３に示す分光特性を有するものに限られず、例えば赤、緑、青の発光チップを単一のＬＥＤ素子に封入した構成や、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを一組の発光手段として用いる構成のものもあり、これらの構成であれば各色の表示光について比較的高い色純度を得ることができる。
しかしながら、複数色の発光チップを組み合わせて白色を得るタイプの発光素子では、単色の発光チップと蛍光体との組み合わせにより白色光を得る方式に比して高コストにならざるを得ず、また複数色のＬＥＤを組み合わせて用いる場合には、導光板面内で色分離を生じやすいという問題もあり、さらには、発光チップの発光特性とカラーフィルタの波長選択性とが一致しない場合、カラーフィルタまたは発光素子自体の光学特性の調整が必要になり、さらに高コストのものとなる。
これに対して本実施形態の液晶表示装置では、単色の発光チップから白色光を得る発光手段を用いながら、高い色純度の表示を得られるようになっており、製造コストの上昇を効果的に抑制しつつ高画質の表示を得ることができるという利点を有している。

図３に示した分光特性の照明光を、図５に示す分光特性を有する照明光に変換する色変換シート１３０は、例えば蛍光色素を用いたものである場合には、青色光を緑色光に変換する蛍光色素と、青色光及び緑色光を赤色光に変換する蛍光色素を樹脂材料に混入し透光性のシートに成形したもので構成される。色変換シート１３０の基材を構成する樹脂材料としては、カラーフィルタ等の光学材の基材に用いられる、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリ塩化ビニル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂等の透光性樹脂を使用することができる。

青色光を緑色光に変換する蛍光色素としては、例えば、２、３、５、６−１Ｈ、４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフロルメチルキノリジノ（９、９ａ、１−ｇｈ）クマリン（クマリン１５３）、３−（２’−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、３−（２’−ベンズイミダゾリル）−７−Ｎ、Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン７）等のクマリン色素、ベーシックイエロー５１、または、ソルベントイエロー１１、ソルベントイエロー１１６等のナフタルイミド色素等の１種または２種以上を挙げることができる。

青色光ないし緑色光を赤色光に変換する蛍光色素としては、例えば、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチルリル）−４Ｈ−ピラン（以下ＤＣＭ）等のシアニン系色素、１−エチル−２−（４−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−１、３−ブタジエニル）−ピリジニウム−パークロレート（以下ピリジン１）等のピリジン系色素、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ等のローダミン系色素、あるいは他にオキサジン系等の１種または２種以上が挙げられる。

上記蛍光色素は、ポリメタクリル酸エステル、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、アルキッド樹脂、芳香族スルホンアミド樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂及びこれらの樹脂混合物等のバインダに予め混入させて蛍光顔料とした形態で用いることもできる。

色変換シート１３０の基材として用いる樹脂材料や蛍光顔料のバインダとして用いる樹脂材料は、消光や脱色を生じず、蛍光色素の蛍光性を低下させないものが好ましい。例えば塩基性樹脂は、一般にπ電子リッチで電子供与性であり、塩基性である蛍光色素に対して相互作用を及ぼしにくいため好適である。なお、上記樹脂材料が可視光に対して良好な透過率を有するものであることが好ましいのは勿論である。

本実施形態に係る色変換シート１３０では、光源１２２が図３に示すように緑色〜赤色の波長域でブロードの発光強度分布を示すものであるので、上述したように緑色光と赤色光の発光ピークを先鋭化するような色変換特性を有するものとしているが、色変換シート１３０の色変換特性は光源の分光特性に合わせて適宜変更可能であるのは勿論である。例えば、光源１２２に紫外光または紫色光を発する素子が用いられている場合には、光源１２２の出力光の一部を青色光に変換して出力する蛍光色素をさらに含むものとされる。紫外光または紫色光を青色光に変換する蛍光色素としては、例えば１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン（Ｂｉｓ−ＭＳＢ）；トランス−４，４’−ジフェニルスチルベン（ＤＰＳ）などのスチルベン系色素、７−ヒドロキシ−４−メチルクマリン（クマリン４）などのクマリン系色素などを用いることができる。

以上の第１実施形態では、導光板１２１の液晶パネル１１０側面（光射出面）のほぼ全面に色変換シート１３０を配設する場合を例示して説明したが、このように液晶パネル１１０の表示領域全体に渡り作用する色変換層を設ける構成としては、バックライト１２０の導光板１２１自体が色変換機能を具備している構成を例示できる。この場合、導光板１２１の製造プロセスにおいて、例えば上述した蛍光色素を導光板形成用の樹脂材料に混入し成形することで、所望の色変換特性を具備した導光板１２１を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の電気光学装置の第２の実施形態である液晶表示装置につき、図６を参照して説明する。
図６は、第２実施形態に係る液晶表示装置の断面構成図である。本実施形態の液晶表示装置２００は、第１実施形態と同様のアクティブマトリクス方式の透過型カラー液晶表示装置であり、液晶パネル（光変調手段）２１０と、バックライト（照明装置；発光手段）１２０とを主体として構成されている。
なお、画素領域の平面構成としては、図２に示した液晶表示装置１００の平面構成と同様であり、図６において図１または図２に示した構成要素と同一のものには同一の符号を付して説明を適宜省略することとする。

本実施形態の液晶表示装置２００は、カラーフィルタ１１５に入射する照明光の分光特性を変化させる色変換手段が、液晶パネル２００の基板内面側（液晶層側）で、かつ所定のドット領域に対応する領域に色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇとして設けられている点に特徴を有している。
具体的には、上記色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇは基板１１２の液晶層側面に形成された回路層２１６に設けられている。色変換層２３０Ｒが、着色部１１５Ｒを有する赤色のドット領域に対応して設けられており、色変換層２３０Ｇが着色部１１５Ｇを有する緑色のドット領域に対応して設けられている。着色部１１５Ｂを有する青色のドット領域には、色変換層は設けられておらず、バックライト１２０から入射して液晶層１１４を透過した光を直接着色部１１５Ｂに導入するようになっている。

なお、上記基板１１２の回路層２１６における色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇの形成位置は、基板１１２と、回路層２１６に含まれる電極（図２に示した画素電極１１６ｅ）との間の層であれば任意の層に形成することができる。すなわち、図６に示すように基板１１２の表面に色変換層を形成してもよく、画素電極に隣接する層に形成してもよい。あるいは、色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇが対向側の基板１１１の内面側（液晶層側）に設けられている構成であってもよい。カラーフィルタ１１５が設けられた基板１１１上に色変換層を形成する場合、カラーフィルタ１１５と基板１１１側の電極との間に当該色変換層を設けるのがよい。

色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇは、先の実施形態の色変換シート１３０と同様、蛍光色素を含む樹脂材料からなる樹脂膜や、無機材料を用いたハーフミラーにより形成することができる。そして本実施形態では、色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇはカラーフィルタ１１５の着色部の色種に応じて設けられており、色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇは互いに異なる色変換機能を具備したものとすることができるようになっている。このような構成とすることで、他の色種のドット領域に影響を与えることなく特定の着色部に対して最適な分光特性の照明光を入射させることができるようになり、各原色光の色純度を高め、高画質のカラー表示を得ることができる。また、色変換層が設けられた緑色ないし赤色のドット領域では表示に利用しない青色光をそれぞれの色光に変換する一方、色変換層が設けられていない青色のドット領域については、色変換による青色光の強度低下が生じないので、各原色光について光源の利用効率を向上させることができ、明るい表示を得ることができる。

本実施形態のように基板１１２の内面側に色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇがパターン形成されている構成では、色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇを無機材料からなるものとすることが好ましい。無機材料からなる色変換層は、ＳｉＯ₂膜とＴｉＯ₂膜とを周期的に積層形成した誘電体ハーフミラー、あるいはＡｌ薄膜を用いたハーフミラーを用いて形成されるため、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて容易かつ高精度にパターニングすることが可能だからである。これらのハーフミラーでは、積層膜ないし金属膜の膜厚調整によって容易に透過光の波長域を変更することができる。

ただし、色変換層として蛍光色素を含む樹脂膜を用いることもできるのは勿論である。この場合、緑色のドット領域に対応する色変換層２３０Ｇとしては、青色光を緑色光に変換する蛍光色素を含むものが用いられ、赤色のドット領域に対応する色変換層２３０Ｒとしては、青色光ないし緑色光を赤色光に変換する蛍光色素を含むものが用いられる。そして、樹脂膜の基材として、フォトリソグラフィ法が適用できる感光性樹脂、例えば、アクリル酸系、メタクリル酸系、ポリケイ皮酸ビニル系、環化ゴム系等の反応性ビニル基を有する光硬化型レジスト材料を用いることで、パターニング可能な樹脂膜を形成できる。具体的には、例えば適当な溶剤中に、蛍光色素や蛍光顔料とバインダー樹脂とを溶解又は分散して溶液を調製し、スピンコート，ロールコート，バーコート，キャスティング，ディッピングなどの方法で製膜する。そして乾燥後に得られた当該樹脂膜を露光、現像処理することでパターニングすることで任意の位置に色変換層を形成することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態である液晶表示装置につき、図７を参照して説明する。本実施形態の液晶表示装置３００は、先の実施形態と同様アクティブマトリクス方式の透過型カラー液晶表示装置であり、液晶パネル（光変調手段）３１０と、バックライト（照明装置；発光手段）１２０と、液晶パネル３１０とバックライト１２０との間に設けられた色変換シート（色変換手段）３３０とを備えて構成されている。
なお、本実施形態の液晶表示装置における画素領域の平面構成は、図２に示した液晶表示装置１００の平面構成を、４原色表示に対応して４ドット構成としたものである。また図６において図１から図６に示した構成要素と同一のものには同一の符号を付して説明を適宜省略することとする。

液晶パネル３１０は、一対の基板１１１，１１２間に液晶層１１４を挟持するとともに、液晶層１１４をシール材１１３によって封止した構成を具備している。基板１１２の液晶層１１４側には回路層３１６が設けられる一方、基板１１１の液晶層１１４側面には、カラーフィルタ３１５が設けられている。カラーフィルタ３１５は、図示のように、４種類の着色部１１５Ｒ（赤）、１１５Ｇ（緑）、１１５Ｂ（青）、１１５Ｃ（水色；シアン）が周期的に配列されてなる４色カラーフィルタである。回路層３１６には、先の第１実施形態と同様に、液晶に電界を印加するための画素電極が平面視マトリクス状に配列形成されており、各画素電極に対して、前記着色部１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂ、１１５Ｃのいずれかが対向配置されることで、互いに独立に駆動可能なドット領域を構成している。

そして、本実施形態に係る色変換シート３３０は、４色カラーフィルタ３１５の各着色部における波長選択特性に合わせて、バックライト１２０から供給される照明光の分光特性を変更し、表示光を構成する各原色光の色純度を高めるように作用し、これにより、４色カラーフィルタを具備した液晶表示装置においても、原色光の色純度に優れ、高画質の表示を得られるようになっている。

上記４色カラーフィルタ３１５の波長選択特性は、図８に示すようなものであり、水色の着色部１１５Ｃの透過率曲線（Ｃｙａｎ）は、青色の着色部１１５Ｂの透過率曲線（Ｂｌｕｅ）のピークと緑色の着色部１１５Ｇの透過率曲線（Ｇｒｅｅｎ）のピークとの間にピークを有するものである。一方、上記バックライト１２０は、図３に示した分光特性を具備したものである。
図３と図８との比較から明らかなように、着色部１１５Ｃの透過率におけるピーク波長（約５００ｎｍ）は、バックライト１２０の分光特性において他の波長域よりも発光強度が低い領域に相当する。したがってバックライト１２０からの照明光をそのままカラーフィルタ３１５に入射させたとすれば、表示光を構成する赤色光、緑色光、及び水色光において良好な色純度を得ることができず、また水色光については他の色光に比して十分な輝度を得ることができないものとなる。

ここで図９は、色変換シート３３０の色変換特性を説明するための分光特性図であり、同図に破線で示す曲線は図３に示したバックライト１２０の発光強度曲線である。図９に示すように、色変換シート３３０は、バックライト１２０から供給される照明光の分光特性を、波長約５００ｎｍ、約５３０ｎｍ、約６３０ｎｍの位置に、発光強度のピークを有する分光特性の照明光へと変換する。したがって、係る色変換特性を具備した色変換シート３３０をバックライト１２０と液晶パネル３１０との間に設けるならば、各着色部１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂ、１１５Ｃに対して、それらの波長選択特性とほぼ一致する発光ピークを各波長域に有した照明光を入射させることができ、表示光の色純度を高めることができるとともに、バックライト１２０から射出される照明光では比較的少ない波長成分である水色光についても発光強度を高めることができるので、色鮮やかな高画質のカラー表示を得ることができる。

以上の実施形態では、バックライト１２０の光源１２２が、青色発光チップの光を黄色蛍光体を介して取り出す構成の白色ＬＥＤである場合について説明したが、光源１２２として青色ＬＥＤを用いることもできる。図１０は、光源１２２に青色ＬＥＤを用いた場合の照明光の発光強度曲線（破線）と、色変換シート３３０を透過させた後の照明光の発光強度曲線（実線）とを示す図である。図１０に示すように、光源１２２が青色ＬＥＤである場合にも、色変換シート３３０によって青色光から水色光（波長５００ｎｍ近傍）、緑色光（波長５３０ｎｍ近傍）、及び赤色光（波長６３０ｎｍ近傍）を生成し、それぞれの波長において先鋭な発光強度のピークを有する照明光を液晶パネル３１０に対して入射させることができる。これにより、着色部１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂ、１１５Ｃのそれぞれに対して、それらの波長選択特性に合致した照明光を入射させることができ、表示光の色純度向上による表示画像の高画質化を達成できる。

また、光源１２２に青色ＬＥＤを用いる場合、発光チップは単色であるため、先の構成の白色ＬＥＤを用いたバックライトと同等以下のコストにてバックライトを提供することができ、複数色の発光チップないしＬＥＤを用いた構成のようにバックライトの高コスト化や導光板での色分離といった問題を生じることはない。

色変換シート３３０の具体的構成は、先の第１実施形態に係る色変換シート１３０と概ね同様とすることができるが、色変換シート３３０を例えば蛍光色素を含有する樹脂シートとする場合、上記蛍光色素として、青色光を水色光に変換する蛍光色素を含むものとする。このような蛍光色素としては、例えば、２、３、５、６−１Ｈ、４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフロルメチルキノリジノ（９、９ａ、１−ｇｈ）クマリン（クマリン１５３）、３−（２’−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、３−（２’−ベンズイミダゾリル）−７−Ｎ、Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン７）等のクマリン色素、ベーシックイエロー５１、または、ソルベントイエロー１１、ソルベントイエロー１１６等のナフタルイミド色素等の１種または２種以上を挙げることができる。
また誘電体ハーフミラーや金属膜ハーフミラーを色変換シート３３０に主要部に用いる場合には、これらを構成する誘電体膜や金属膜の膜厚を調整して水色光を選択的に透過させるものとすればよい。
なお、バックライト１２０の導光板１２１を蛍光色素を含有した樹脂材料により作製することで導光板１２１自体に色変換機能を持たせた構成としてもよいのは勿論である。

（第４の実施形態）
次に、図１１を参照して本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態の液晶表示装置４００は、先の実施形態と同様アクティブマトリクス方式の透過型カラー液晶表示装置であり、液晶パネル（光変調手段）４１０と、バックライト（照明装置；発光手段）１２０とを備えて構成されている。
なお、本実施形態の液晶表示装置における画素領域の平面構成は、図２に示した液晶表示装置１００の平面構成を、４原色表示に対応して４ドット構成としたものである。また図１１において図１から図１０に示した構成要素と同一のものには同一の符号を付して説明を適宜省略することとする。

液晶パネル４１０は、一対の基板１１１，１１２間に液晶層１１４を挟持するとともに、液晶層１１４をシール材１１３によって封止した構成を具備している。基板１１２の液晶層１１４側には回路層４１６が設けられる一方、基板１１１の液晶層１１４側面には、カラーフィルタ３１５が設けられている。カラーフィルタ３１５は、先の実施形態に係る液晶表示装置３００と同様、４種類の着色部１１５Ｒ（赤）、１１５Ｇ（緑）、１１５Ｂ（青）、１１５Ｃ（水色；シアン）が周期的に配列されてなる４色カラーフィルタである。

回路層４１６の下層側（基板１１２側）には、先の実施形態と同様、平面視マトリクス状に複数の画素電極（図示略）が配列形成されており、さらに本実施形態では、前記複数の画素電極の一部に対応して色変換層（色変換手段）２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｃが設けられている。すなわち、液晶パネル４１０において、着色部１１５Ｒを有する赤色のドット領域に対応して色変換層２３０Ｒが設けられ、着色部１１５Ｇを有する緑色のドット領域に対応して色変換層２３０Ｇが設けられ、着色部１１５Ｃを有するドット領域に対応して色変換層２３０Ｃが設けられている。なお、上記基板１１２の回路層４１６における色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｃの形成位置は、先の第２実施形態と同様、基板１１２表面に限定されず、回路層４１６に含まれる電極と基板１１２との間の層であれば任意の層に形成することができる。

色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇ、及び２３０Ｃは、先の第２実施形態の色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇと同様の構成を採用でき、蛍光色素を含む樹脂材料からなる樹脂膜や、無機材料を用いたハーフミラーにより形成することができる。そして本実施形態では、色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｃはカラーフィルタ３１５の着色部の色種に応じて設けられており、色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｃは互いに異なる色変換機能を具備したものとすることができるようになっている。このような構成とすることで、他の色種のドット領域に影響を与えることなく特定の着色部に対して最適な分光特性の照明光を入射させることができるようになり、各原色光の色純度を高め、高画質のカラー表示を得ることができる。また、色変換層が設けられた水色、緑色、赤色のドット領域では表示に利用しない青色光をそれぞれの色光に変換する一方、色変換層が設けられていない青色のドット領域については、色変換による青色光の強度低下が生じないので、各原色光について光源の利用効率を向上させることができ、明るい表示を得ることができる。

本実施形態のように基板１１２の内面側に色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｃがパターン形成されている構成では、色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｃを無機材料からなるものとすることが好ましい。無機材料からなる色変換層は、ＳｉＯ₂膜とＴｉＯ₂膜とを周期的に積層形成した誘電体ハーフミラー、あるいはＡｌ薄膜を用いたハーフミラーを用いて形成されるため、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて容易かつ高精度にパターニングすることが可能だからである。これらのハーフミラーでは、積層膜ないし金属膜の膜厚調整によって容易に透過光の波長域を変更することができる。ただし、蛍光色素を含有する樹脂膜をパターニングすることで色変換層を形成してもよいのは勿論である。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図１２を参照しつつ説明する。以下では、本発明の電気光学装置の一実施形態として、有機ＥＬ装置を例示して説明する。

本実施形態の有機ＥＬ装置００は、図１２に示すように、ＥＬ素子（発光手段）が形成された素子基板５３０とＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色の着色部５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂが形成された対向基板５４０とが接着層５４３を介して貼り合わされたトップエミッション型のフルカラー有機ＥＬ表示装置である。本実施形態の有機ＥＬ表示装置５００には、陽極（画素電極）５３３が設けられた素子基板５３０の上に各画素を区画するためのバンク層５３４が設けられており、このバンク層５３４に区画された領域内に、正孔注入／輸送層５３６と白色発光材料を含む発光層５３６とを積層してなる有機ＥＬ層が形成されている。換言すれば、バンク層５３４には各画素に対応する位置に開口部が設けられており、この開口部内において陽極５３３が露出された位置に上述の有機ＥＬ層が設けられている。そして、これらバンク層５３４及び有機ＥＬ層を覆うように陰極（対向電極）５３７が設けられている。

本実施形態では有機ＥＬ層で生じた光を陰極側から取り出すトップエミッション構造を採用しているため、陰極５３７にはバソクプロイン（ＢＣＰ）とセシウム（Ｃｓ）の共蒸着膜を用い、さらに導電性を付与するためにＩＴＯを積層するといった構造が採用されている。また、陽極５３３側に発した光を陰極側から取り出せるように、陽極５３３にはＡｌやＡｇ等の高反射率の金属材料や、Ａｌ／ＩＴＯ等の透光性材料と高反射率金属材料との積層構造が採用されている。
なお、陰極５３７は、バンク層５３４及び有機ＥＬ層（発光層５３６）の露出面を覆うように配置され、各画素に共通の共通電極として機能する。この場合の陰極としては、本構成の他、仕事関数の低い金属、例えばＣａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒなどと保護電極としてのＡｌ、Ａｇ、Ａｕなどを、合計で５０ｎｍ以下の厚みで製膜したものも同様に用いることができる。

素子基板５３０には、ガラスや樹脂等からなる基板本体５３０Ａの上に、回路素子部５３１、層間絶縁膜５３２が順に積層形成されており、この層間絶縁膜５３２の上に、上述の陽極５３３が各画素に対応してマトリクス状に配列形成されている。回路素子部５３１には、走査線や信号線等の各種配線や、画像信号を保持するための保持容量（いずれも図示略）、画素スイッチング素子としてのＴＦＴ５３１ａ等の回路が設けられている。本実施形態ではトップエミッション構造を採用しているため、基板本体５３０Ａは必ずしも透明である必要はない。このため、基板本体５３０Ａにはガラス等の透光性基板の他、半導体基板等の半透明或いは不透明な基板を用いることもできる。

有機ＥＬ層は正孔注入／輸送層５３５と、白色発光材料を含む白色発光層５３６とが下層側（画素電極側）から順に積層された構成をなしている。
正孔注入／輸送層５３５の形成材料としては、ポリチオフェン、ポリスチレンスルホン酸、ポリピロール、ポリアニリン及びこの誘導体などの高分子材料を好適に用いることができる。白色発光層５３６の形成材料（発光材料）としては、高分子発光体や低分子の有機発光色素、すなわち各種の蛍光物質や燐光物質などの発光物質が使用可能である。発光物質となる共役系高分子の中ではアリーレンビニレン又はポリフルオレン構造を含むものなどが特に好ましい。

また本実施形態では、上述したように有機ＥＬ層形成領域に対応した開口部を備えたバンク層５３４が設けられているので、上記正孔注入／輸送層５３５及び白色発光層５３６をインクジェット法（液滴吐出法）により形成するのに好適な構造となっている。したがって、前記発光材料としては、液滴吐出法に好適な高分子材料を用いることが望ましく、具体的には、ポリジオクチルフルオレン（ＰＦＯ）とＭＥＨ−ＰＰＶとを９：１の割合で混合したものを好適なものとして例示できる。なお、本実施形態では有機ＥＬ層が正孔注入／輸送層と発光層との２層構造であるとしているが、白色発光層５３６上に電子輸送層や電子注入層等を設けてもよいのは勿論である。

このように構成された基板は封止材５３８によって封止されている。この封止材５３８としてはガスバリア性を有するものが好ましく、例えばＳｉＯ₂等の珪素酸化物や、ＳｉＮ等の珪素窒化物、或いはＳｉＯ_xＮ_y等の珪素酸窒化物を好適に用いることができる。さらに効果的には、これら無機酸化物層の上にアクリルやポリエステル、エポキシなどの樹脂層を積層すると良い。なお、陰極３７と封止材３８との間には必要に応じて保護膜を設けてもよい。

そして、本実施形態の有機ＥＬ表示装置５００では、封止材５３８上であって、前記画素電極５３３と平面的に重なる領域に、色変換層（色変換手段）５３９Ｒ、５３９Ｇ、及び５３９Ｂが設けられている。これらの色変換層５３９Ｒ、５３９Ｇ、５３９Ｂについては、先の第２実施形態に係る色変換層２３０Ｒ、２３０Ｇと同様の構成が採用できる。つまり、蛍光色素を含む樹脂材料からなる樹脂膜や、無機材料を用いたハーフミラーにより形成することができる。

一方、対向基板５４０には、ガラスや樹脂等からなる透光性の基板本体５４０Ａの上にカラーフィルタ５４１が設けられている。カラーフィルタ５４１には、Ｒ，Ｇ，Ｂの３種類の着色部５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂが、バンク層５２１に区画される形でマトリクス状に配列されている。バンク層５２１の開口部（着色部の形成領域）は、素子基板５３０側のバンク層５３４の開口部と平面的に重なる位置に設けられている。したがって各着色部５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂは、素子基板５３０の各色変換層５３９Ｒ、５３９Ｇ、５３９Ｂ、及び有機ＥＬ層とそれぞれ平面的に重なって配置されている。

本実施形態の有機ＥＬ表示装置においても、色変換層５３９Ｒ、５３９Ｇ、５３９Ｂは、自身を透過する光の一部を所定波長の色光に変換する機能を奏し、それぞれに対応する着色部５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂに対して適切な分光特性を具備した光を供給可能になっている。すなわち、色変換層５３９Ｂは、着色部５４２Ｂの透過率曲線におけるピーク波長近傍での発光強度を高めるように作用し、色変換層５３９Ｇは、着色部５４２Ｇの透過率曲線におけるピーク波長近傍での発光強度を高めるように作用する。例えばカラーフィルタ５４１の波長選択特性が図４に示すようなものであるとすれば、色変換層５３９Ｂは、有機ＥＬ層から射出される白色光の一部を、着色部５４２Ｂにて最大透過率が得られる波長４５０ｎｍ近傍の光に変換するものとして構成され、色変換層５３９Ｇは、前記白色光の一部を波長５３０ｎｍ近傍の光に変換するものとして構成される。

このように本実施形態の有機ＥＬ表示装置５００は、発光手段たる有機ＥＬ素子から出力される白色光を、色変換層５３９Ｒ、５３９Ｇ、５３９Ｂにより所定の色光に変換して着色部５４２Ｒ、５４２Ｇ、５４２Ｂに入射させ、表示光を構成するようになっている。これにより、色変換層を設けない構成に比して各着色部から出力される色光の色純度が高く、したがって色鮮やかな高画質の表示を得ることができるようになっている。

なお、本実施形態では、発光層５３６が白色光を出力するものである場合について説明したが、発光層５３６としては、青色光や紫色光、あるいは紫外光を発するものを用いることもできる。いずれの種類の発光層を用いた場合にも、各画素に設けられた色変換層によって出力光が色変換されるので、各着色部に対してそれぞれの色種に応じて適切な分光特性を具備した光を入射させることができ、色鮮やかな高画質表示が可能な有機ＥＬ表示装置を構成することができる。

（電子機器）
図１３は、本発明に係る電子機器の構成例を示す斜視構成図である。
図１３（ａ）に示す映像モニタ１２００は、先の実施形態の液晶表示装置または有機ＥＬ表示装置を具備した表示部１２０１と、筐体１２０２と、スピーカ１２０３等を備えて構成されている。そして、この映像モニタ１２００によれば、先の液晶表示装置または有機ＥＬ表示装置による色鮮やかな高画質表示が可能である。

図１３（ｂ）に示す携帯電話１３００は、先の実施形態の液晶表示装置または有機ＥＬ表示装置を具備した表示部１３０１と、操作部１３０２と、受話部１３０３及び送話部１３０３を備えて構成されている。そして、この携帯電話１３００によれば、先の液晶表示装置または有機ＥＬ表示装置による色鮮やかな高画質表示が可能である。

上記実施の形態の電気光学装置は、上記映像モニタに限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、デジタルスチルカメラ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、色鮮やかな高画質の表示が得られるものとなっている。

図１は、第１実施形態の液晶表示装置の断面構成図。 図２は、同、画素領域を示す概略平面図。 図３は、同、バックライトの光源の分光特性を示す図。 図４は、同、カラーフィルタの波長選択特性を示す図。 図５は、同、色変換層の作用を説明するための分光特性図。 図６は、第２実施形態の液晶表示装置の断面構成図。 図７は、第３実施形態の液晶表示装置の断面構成図。 図８は、同、カラーフィルタの波長選択特性を示す図。 図９は、同、色変換層の作用を説明するための分光特性図。 図１０は、光源を代えた場合の分光特性を示す説明図。 図１１は、第４実施形態の液晶表示装置の断面構成図。 図１２は、第５実施形態の有機ＥＬ表示装置の断面構成図。 図１３は、電子機器の構成例を示す斜視構成図。

符号の説明

１００，２００，３００，４００ 液晶表示装置（電気光学装置）、５００ 有機ＥＬ表示装置（電気光学装置）、１１０，２１０，３１０，４１０ 液晶パネル（光変調手段）、１２０ バックライト（照明装置）、１３０，３３０ 色変換シート（色変換手段）、２３０Ｒ，２３０Ｇ，２３０Ｃ，５３９Ｒ，５３９Ｇ，５３９Ｂ 色変換層（色変換手段）

Claims (12)

1. 発光手段と、該発光手段の出力光の一部の波長域の光を選択的に透過させる着色部を複数備えたカラーフィルタと、を具備した多色表示型の電気光学装置であって、
   前記発光手段とカラーフィルタとの間に、前記発光手段の出力光の一部を前記カラーフィルタの少なくとも１色の着色部の透過波長域近傍の光に変換する色変換手段が設けられていることを特徴とする電気光学装置。
2. 前記色変換手段が、１つまたは複数の着色部に対応して設けられるとともに、前記着色部の色種毎に異なる波長変換特性を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記カラーフィルタに、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を含む４色以上の前記着色部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気光学装置。
4. 前記色変換手段が、前記発光手段の出力光の一部を、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ以外の色種の着色部の透過波長域近傍の光に変換する機能を備えていることを特徴とする請求項３に記載の電気光学装置。
5. 前記発光手段から出力された光を変調する光変調手段を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気光学装置。
6. 前記色変換手段が、前記発光手段と光変調手段との間に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の電気光学装置。
7. 前記光変調手段が、一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶パネルであることを特徴とする請求項５または６に記載の電気光学装置。
8. 前記色変換手段が、前記液晶パネルを構成する基板の液晶層側に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の電気光学装置。
9. 前記発光手段が、冷陰極管、ＬＥＤまたはＥＬ素子を備えた照明装置であることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の電気光学装置。
10. 前記照明装置が光源と該光源の光を前記カラーフィルタに導く導光板とを具備しており、前記導光板が、前記色変換手段の機能を備えていることを特徴とする請求項９に記載の電気光学装置。
11. 前記発光手段に、互いに独立に駆動可能な複数のＥＬ素子が設けられており、
    前記各ＥＬ素子が、前記カラーフィルタの各着色部に対応して配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気光学装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。
    

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