JP2007047274A - 表示デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】高いエネルギー効率を有し高輝度で発光する高画質のディスプレイであって、安定性が良好で長寿命を有し、しかもシースルーディスプレイとしての利用が可能な新規な表示デバイスを提供する。
【解決手段】紫外線照射部、液晶パネルを含む光シャッター層、及び発光金属成分をガラス内部に含む発光ガラス層をこの順序に積層した構造、又は紫外線照射部、発光金属成分をガラス内部に含む発光ガラス層、及び液晶パネルを含む光シャッター層をこの順序に積層した構造を有する表示デバイス。
【選択図】図２

Description

本発明は、表示デバイスに関する。

ブラウン管は、高精細なディスプレイであるが、ビームを偏向して照射する必要があり、数十cmの距離が必要となるために薄型化が難しく、コンパクト化が進む電子機器のディスプレイとしては不適切である。

このため、薄型化に対応可能は表示装置として、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイなどの平面ディスプレイや、電界効果ディスプレイ（FED）などが開発されている。

これらのディスプレイの内で、液晶ディスプレイ以外は自発光型の装置であり、ブラウン管と同等の高画質化が期待される。しかしながら、電気から光への変換効率は、0.1%程度であり、エネルギー効率が極めて悪い。また、プラズマディスプレイは、紫外光を発生させる各セルの大きさに下限があり、小型や中型のディスプレイには対応できない。

一方、液晶ディスプレイは、比較的低電力消費型であるが、背面のバックライトの白色光をカラーフィルターで通す必要があるために、数千nit以上の高輝度が必要とされ消費電力が増大する一因ともなっている。また、液晶ディスプレイの一番の問題点としては、視野角の狭さや、画像の品位が自発発光型より劣ることがあげられる。

またバックライトの白色光をフィルターで透過させる方式であるため、明るい場所で使用できないという欠点がある。

このような問題点を克服するために、液晶ディスプレイにおける白色バックライトを紫外光バックライトにおきかえ、液晶を利用した光シャッター層により紫外線の照射を制御して、紫外線で励起する光励起用蛍光体層を励起して表示する方法が開発されている（下記特許文献１参照）。しかしながら、この方法では、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各色に発光する蛍光材料によってガラス基板上にパターンを形成した光励起用蛍光体層を用いているために、蛍光体の吸収によって輝度が下がるという問題がある。このため、さらなる発光効率の向上が期待されており、特に、高輝度で透明な蛍光体が嘱望されている。

また、透明な蛍光体を利用することで、デバイス自体が透明であるシースルーディスプレイが可能になると考えられる。この様なシースルーディスプレイは、現場の状況をオンサイトで重ねて見ることのできる表示デバイスや、ゲーム機などで利用が想定されている。

シースルーディスプレイが可能な方式としては、有機ＥＬ、無機ＥＬなどを利用した電場発光素子が知られている（例えば、下記特許文献２及び３参照）。しかしながら、有機ELについては大型化、安定性、寿命等に問題があるといわれている。無機ELについては、製造が難しく、フルカラー化が難しいという欠点がある。

また、ガラス上に透明な高輝度蛍光体薄膜を得る方法としては、半導体ナノ粒子をとじこめた透明な有機・無機ハイブリッド薄膜が開示されている（下記、特許文献４参照）。しかしながら、高輝度な半導体粒子は、Cｄ,Se,Teなどの有害な金属を含んでいることが多く、また紫外線劣化も激しいために、汎用のディスプレイへの適用は困難である。
特許第２６７３３４８号公報 特開２００４−２５３３８９号公報 特開２００２−２３５０８０号公報 特開２００２−２１１９３５号公報

本発明は、上記した各種ディスプレイ装置の欠点を解消すべくなされたものであり、その主な目的は、高いエネルギー効率を有し高輝度で発光する高画質のディスプレイであって、安定性が良好で長寿命を有し、しかもシースルーディスプレイとしての利用が可能な新規な表示デバイスを提供することである。

本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、紫外線励起により発光する蛍光金属成分をガラス内部に封入してなる発光ガラスを発光体とし、液晶パネルを光シャッターとして用いて、発光ガラスの所定の位置を紫外線で照射して発光させる構造の表示デバイスによれば、上記した目的を達成できることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、下記の表示デバイスを提供するものである。
１． 紫外線照射部、液晶パネルを含む光シャッター層、及び発光金属成分をガラス内部に含む発光ガラス層をこの順序に積層してなる表示デバイス。
２． 紫外線照射部、発光金属成分をガラス内部に含む発光ガラス層、及び液晶パネルを含む光シャッター層をこの順序に積層してなる表示デバイス。
３． 紫外線照射部が、紫外線光源と紫外線を光シャッター層に均一に照射する機能を有する部分とからなるものである上記項１又は２に記載の表示デバイス。
４． 紫外線を光シャッター層に均一に照射する機能を有する部分が、導光板と拡散板を含むものである上記項３に記載の表示デバイス。
５． 光シャッター層が、液晶パネルとその両面に設置した偏光板からなるものである上記項１〜４のいずれかに記載の表示デバイス。
６． 光シャッター層が、発光ガラス層の画素パターンに一対一で対応した光シャッター部を有するものである上記項１〜５のいずれかに記載の表示デバイス。
７． 発光ガラス層が、紫外線の照射を受けて赤、緑及び青の各色に発光する金属成分を、目的とする画素パターンの形状にガラス中に分散させてなるものである上記項１〜６のいずれかに記載の表示デバイス。

本発明の表示デバイスは、紫外線照射部、液晶パネルを含む光シャッター層、及び発光金属成分をガラス内部に含む発光ガラス層をこの順序に積層したものである。

この様な構造の表示デバイスによれば、紫外線照射部から発せられた紫外線は、光シャッター層で制御されて、発光ガラス層の所定の位置のみを照射することができる。この際、光シャッター層を情報信号によって制御することによって、紫外線照射部から照射された紫外線の照射位置及び照射時間を任意に制御することができる。発光ガラス層は、発光金属成分をガラス内部に含むものであり、紫外線照射によって高効率で蛍光を発して発光することにより、高輝度の表示が可能となる。また、該発光ガラス層は、透明性が高く、シースルーディスプレイとしての利用が可能である。

また、本発明の表示デバイスは、その他の態様として、紫外線照射部、発光金属成分をガラス内部に含む発光ガラス層、及び液晶パネルを含む光シャッター層をこの順序に積層した構造とすることもできる。この様な構造の表示デバイスによれば、紫外線照射部から発せられた紫外線によって、発光ガラス層が高効率で蛍光を発して発光し、光シャッター層によって透過光の透過位置及び透過時間を制御することによって表示デバイスとしての使用が可能となる。これにより、エネルギー効率の高い高輝度の表示ができる。特に、この構造の表示デバイスは、液晶パネルが紫外線によって直接照射されることがなく、紫外線による液晶パネルの劣化を抑制することができる点で有利である。

以下、本発明の表示デバイスについて詳細に説明する。

紫外線照射部
本発明の表示デバイスでは、通常、紫外線照射部は、紫外線光源と紫外線を光シャッター層に均一に照射する機能を有する部分とから構成される。

紫外線光源としては、波長２８０ｎｍ〜３８０ｎｍ程度の紫外線を発生できる光源装置が好ましく、例えば、公知のブラックライト、紫外線ランプ、ＬＥＤ発光素子等を用いることができる。これらの紫外線光源において、ランプ形状の紫外線発生装置では、線状の入射光となり、ＬＥＤなどの光源の場合は点状の入射光となる。ＬＥＤ等の点状の光源は、２型サイズの小型の液晶装置の場合には３〜４個用い、２０型の大型液晶の場合には数１０個並べて、紫外線のムラの解消を行うのが一般的である。

紫外線光源は、通常、後述する導光板の少なくとも１箇所の断面に密着させて設置される。また、必要に応じて、紫外線光源を導光板の断面に埋め込むように設置しても良い。また、紫外線が効率よく入射するように、光源を設置する導光板断面の反対側をアルミ箔のような反射フィルムで被っても良い。さらに紫外線光源と導光板とを密着させる際に、空気層の介在を避けるため、導光板と良く似た屈折率を有するシリコーンオイルなどを用いてもよい。

紫外線を光シャッター層に均一に照射する機能を有する部分としては、例えば、導光板を用いることができる。特に、導光板と拡散板を組み合わせた構造とすることによって、紫外線の均一な照射が可能となる。

導光板は、入射した紫外線が液晶の全体に均一に拡がるように設けられるものであり、種々の方式のものが提案されている。本発明では、特に限定なく公知の導光板を使用できる。例えば、屈折率が１．４〜１．６程度で厚さが０．６〜１．３ｍｍ程度のプラスチック材料（ポリカーボネート、アクリル樹脂等）を導光板として用いることができる。該プラスチック材料は、空気の屈折率1.0003より遥かに大きな屈折率を有するものであり、この屈折率の差により入射した紫外線は、導光板の外に放出されることなく、全反射によって導光板の全面に広がる。プラスチック材料の底面には、マイクロサイズのレンズやプリズム、或いはナノサイズのポリマーなどを分散して配置することにより、入射した紫外線は、これらの突起物にあたって散乱し、導光板の上面から面輝度が均一な紫外線として取り出すことが出来る。

拡散板は、導光板からの紫外線を散乱させ、表示パネルを均一に照射するために用いられる光学部材である。通常、上記した導光板を用いる場合であっても、光源の近傍と光源から遠い位置とでは紫外線の照射強度に差が生じることが多い。このため光源近傍では密度の高い網点マスクを用い、光源から遠い位置に向かってなだらかに網点密度が減少したマスクを用いることにより、紫外線の照射量をより均一にすることができる。通常、このようなマスクを乳白色のプラスチックフィルムなどの上に形成したものを拡散板として用いることができる。この様な拡散板を通過した紫外線は、液晶パネルの照明に適した面均一性を有する光源となる。

光シャッター層
液晶パネルを含む光シャッター層としては、例えば、液晶パネルとその両面に設置した偏光板からなるものを用いることができる。液晶パネルは、通常、２枚の液晶配向膜に挟まれた液晶からなる液晶層と、これを挟む一対の電極から構成される。この電極に対する電圧の印加状態に応じて、液晶の向きを変化させ、これにより、光シャッター層に入射する紫外線又は蛍光の透過状態を制御することができる。

例えば、２枚の結晶配向膜の方向を互いに垂直方向に設置したねじれネマティック（ＴＮ）型液晶を用い、紫外線の入射部の配向膜の配向方向と偏光板の偏光面の方向を一致させ、もう一方の偏光板の偏光面が、入射部の偏光面と直交するように設置してなる光シャッター層では、紫外線発生装置から発せられた紫外線は、偏光板を通過して直線偏光となって、液晶層に浸入する。この際、液晶配向膜が９０°ねじれて配置されているので、結晶層に浸入した偏波面が液晶分子のねじれにしたがって回転し、上部配向膜に至って90゜回転し、上部偏光板を通過して発光ガラス層を照射できる。一方、液晶層を挟んで設置している電極に電圧が加わると、液晶分子が立ち上がり、偏光板を通過して直線偏光となった紫外線は、液晶層中でねじれることがなく、そのまま進み、上部偏光板に妨げられて、その上部に設置した発光ガラス層に侵入することができない。この際、電極に電圧を印加する時間を調整して、液晶のねじれの時間を制御することによって、液晶層を通過する紫外線の単位時間あたりの量を調整して、階調状態を表現することが可能となる。

その他の液晶を用いる場合にも、同様に偏光板の偏光面の方向を適宜設定することによって、電極に電圧を印加する時間に応じて、液晶層を通過する紫外線の量を制御することができる。

光シャッター層は、後述する発光ガラス層におけるＲ．Ｇ．Ｂパターンの各画素に一対一に対応した光シャッター部を有するものとし、そのために必要な位置に電極を設置すればよい。液晶の駆動方式としては、例えば、単純マトリックス（パッシブマトリックス）方式、アクティブマトリックス方式等の公知の方式を採用できる。

以上の様に、電極に電圧を印加する時間を調整することによって液晶層における紫外線の透過時間を制御することができる。よって、発光ガラス層の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）パターンの各画素部分に対応した位置に電極を設けることによって、Ｒ、Ｇ、Ｂパターンに一対一に対応した光シャッター部を形成することができ、透過した紫外線の時間量で、蛍光体の発光時間を変えて階調表現を得ることができる。

また、発光ガラス層の上に光シャッター層を積層した構成とする場合にも、上記した構造と同様の光シャッター層を用いて、電極に電圧を印加する時間を調整することにより、発光ガラス層から発せられた蛍光の液晶層における透過時間を制御することができ、これにより、階調状態を表現することができる。

発光体
本発明の表示デバイスでは、発光体として、発光金属成分をガラス内部に含む発光ガラスを用いる。この発光ガラスは、高ケイ酸ガラスを母材として、その中に、紫外線の照射を受けて光の三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）に発光する金属成分を、所定の画素パターンに応じて分散させたものである。

この様な発光ガラスは、耐熱性、化学的耐久性、機械的強度などに優れ、紫外線の放射により強い蛍光を発するものであり、これを発光体として用いることによって、高輝度で高品位の表示が可能となる。更に、安定性が良好で、しかも紫外線による劣化が少なく、長寿命を有する表示デバイスとすることができる。また、発光ガラス自体は透明性が良好であり、シースルーデバイスとしての使用が可能である。

本発明で用いる発光ガラスは、多孔質高ケイ酸ガラスに、Ｒ，Ｇ及びＢの各色に発光する金属成分を、目的とするパターンで吸着させた後、還元性雰囲気中で焼成する方法によって得ることができる。以下この製造方法について具体的に説明する。

（１）原料（多孔質高ケイ酸ガラス）：
原料として用いる多孔質高ケイ酸ガラスは、ＳｉＯ_２を主成分とするガラスであって、比較的孔径の小さいガラスが好ましい。例えば、ＳｉＯ_２を９６重量％程度以上、好ましくは９８重量％程度以上含有し、平均細孔径が２ｎｍ〜８ｎｍ程度、好ましくは３ｎｍ〜６ｎｍ程度の酸化物ガラスが望ましい。多孔質ガラスの細孔径が大きすぎると、含浸速度が遅くなり、多孔質ガラスの細孔径が小さすぎると、ドープする金属の量が少なくなりすぎるという欠点がある。

該多孔質ガラスの空隙率は２５％〜４５％程度であることが好ましい。空隙率が低すぎると十分な量の発光元素成分を吸着させることができず、発光強度が弱くなるので好ましくない。一方、空隙率が高すぎると、ガラスに割れが生じ易くなるので好ましくない。

尚、本願明細書では、平均細孔径は、窒素吸着法によって求めたものである。また、空隙率は、多孔質ガラスの重量及び体積の測定値に基づいて、シリカ密度より空隙部分の割合を算出したものである。

この様な多孔質高ケイ酸ガラスを用いることによって、後述する焼成工程において、該多孔質ガラスの細孔が消失し、全体が収縮して透明なガラスとなる。

該多孔質高ケイ酸ガラスは、例えば、アルカリホウケイ酸塩ガラスに熱処理を施してＳｉＯ₂を主成分とする不溶相（ケイ酸相）と、Ｂ₂Ｏ₃を主成分とする可溶相（ホウ酸相）とに分相させた後、酸処理を施してアルカリ成分、ホウ酸等を溶出させることによって得ることができる。

該アルカリホウケイ酸ガラスとしては、公知のアルカリホウケイ酸ガラスをいずれも用いることができる。この様なアルカリホウケイ酸ガラスは、通常、Ｓｉ、Ｂ、Ｏ、Ｎａ、Ａｌ、Ｃａ等の元素を含むガラスである。

具体的には、ガラス全体の重量を基準として、ＳｉＯ_２を４５〜６０重量％程度、Ｂ_２Ｏ_３を２４〜４０重量％程度、アルカリ金属酸化物を５〜１０重量％程度、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜４重量％程度、ＣａＯを２〜６重量％程度含有するガラスを用いることができる。

該アルカリホウケイ酸ガラスは、通常のアルカリホウケイ酸ガラス用の原料と同様の原料を用い、目的とする組成となるように原料を混合し、加熱して溶融させた後、冷却することによって製造することができる。例えば、大気中などの含酸素雰囲気中で１３５０〜１４５０℃程度の温度で原料を溶融させた後、冷却すればよい。また、ソーダライムガラスなどの廃ガラスを原料として、これにホウ酸やその他の成分を添加し、溶融させて上記したアルカリホウケイ酸ガラスと同様の組成としたガラスも用いることができる。

上記したアルカリホウケイ酸ガラスを用いて多孔質高ケイ酸ガラスを得るには、まず、該アルカリホウケイ酸ガラスに熱処理を施すことが必要である。熱処理によって、該ガラスをＳｉＯ₂を主成分とする不溶相（ケイ酸相）と、Ｂ₂Ｏ₃を主成分とする可溶相（ホウ酸相）とに分相させることができる。

熱処理の条件については、分相が十分に進行するように適宜決めればよい。通常は、大気中などの含酸素雰囲気中において５５０〜６５０℃程度で２０〜８０時間程度加熱すればよい。

次いで、分相処理を施したアルカリホウケイ酸ガラスに対して酸処理を行う。酸処理を行うことによって、Ｂ₂Ｏ₃を主成分とする可溶相（ホウ酸相）が溶出して多孔質ガラスとなる。

酸処理については、可溶相が十分に溶出される条件とすればよく、例えば、米国特許第２１０６７４４号に記載された酸処理条件と同様の条件で行うことができる。例えば、硝酸、塩酸、硫酸などの無機酸を０．５〜２規定程度の濃度で含む酸水溶液を用い、分相処理を施したアルカリケイ酸ガラスをこの溶液中に８０〜１００℃程度で１６〜４０時間程度浸漬すればよい。処理時間が不足すると、ホウ酸相を十分に溶出させることができず、一方、処理時間が長くなると、ガラスに割れなどが生じ易くなるので好ましくない。

上記した酸処理は、２回以上繰り返しても良い。

以上の方法によって、本発明で用いる多孔質高ケイ酸ガラスを得ることができる。

母材とする高ケイ酸ガラスの厚さについては、特に限定的ではないが、例えば、１〜２ｍｍ程度の厚さのガラスを用いればよい。

（２）吸着工程
上記した多孔質高ケイ酸ガラスに、Ｒ，Ｇ，及びＢの各色に発光する金属成分を、目的とする画素パターンに応じた形状に吸着させる。

吸着させる金属成分としては、赤色（Ｒ）に発光する成分として、Sm^２＋、Mn^２＋、Eu³⁺等、緑色（Ｇ）に発光する成分として、Tb³⁺,Cu^＋ 等、青色（Ｂ）に発光する成分として、Eu^２＋,Sn²⁺ 等を用いることができる。これらの発光成分は単独で用いても良いが、他のイオン、例えば、Eu³⁺とＹ³⁺,Tb³⁺とCe^３＋のように他イオンを共存させることで発光強度が増加するため、その場合は、他イオンを共ドープさせることが望ましい。ドープする発光成分の量としては、通常、金属成分が吸着されている部分までの濃度として、50ppm〜2000ppm程度、好ましくは、200ppm〜500ppm程度とすればよい。

発光金属成分を吸着させる方法については、特に限定的ではなく、目的とする画素パターンに応じた形状に上記した各色に対応する発光金属成分を吸着させればよい。例えば、多孔質ガラス上に所定のマスクパターンを有するポリマーマスクを貼り付けて、発光金属成分を含む溶液中に浸漬するか、或いは、該溶液を塗布する方法、ディスペンサーを用いて上記した発光金属成分を含む溶液を所定のパターンで塗布する方法、所定のマスクパターンを形成した多孔質ガラスにＣＶＤ、スパッタ等の気相法を利用して発光金属成分をドープさせる方法等を採用できる。通常は、各色に発光する元素ごと上記した方法を採用して、目的とする画素パターンとなるように各金属元素を吸着させればよい。

発光金属成分を含む溶液としては、目的とする発光色に応じた金属成分を含む化合物を溶解した溶液を用いることができる。例えば、上記元素を含む硝酸塩、酸化物、塩化物、炭酸塩、硫酸塩、有機金属塩等の化合物、これら化合物の水和物等を含む溶液を用いることができる。該溶液における溶媒については、特に限定はなく、水、有機溶媒などを適宜選択すればよい。

発光金属成分を含む化合物の濃度については、特に限定的ではなく、使用する金属成分が完全に溶解する濃度であればよく、例えば、０．１〜１０重量％程度の濃度の水溶液を用いることができる。金属成分の濃度が高すぎると、焼成時に表面への金属成分の析出や、曇りが発生しやすくなる。一方、濃度が低すぎると吸着量が不足して十分な発光性能が得られないので好ましくない。

また、多孔質ガラスに金属成分を吸着させた後、一旦これを乾燥し、再び金属成分を吸着させてもよい。金属成分等を吸着させる工程と乾燥工程は、複数回繰り返すことも可能である。これにより、上記多孔質ガラスに発光元素成分を確実に吸着させることが可能となる。

上記した発光金属成分は、母材とする高ケイ酸ガラスの全体に含まれていなくてもよく、必要とする発光の程度に応じて、多孔質ガラス中に吸着される深さを決めればよい。金属成分の吸着深さは、浸漬時間、塗布後の放置時間等を調整することによって制御することができ、通常は５０〜２００μｍ程度の深さまで吸着させればよい。

更に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に発光する元素を吸着させた各画素部分の境界の非発光部分には、紫外線により発光することなく、紫外線の吸収性を有する金属成分を吸着させることが好ましい。この様な金属成分としては、Ｆｅなどを例示でき、通常、これらの金属成分が吸着されている部分までの濃度として100ppm〜500ppm程度とすればよい。

これらの成分を吸着させる方法としては、上記したＲ、Ｇ、Ｂの各色に発光する各金属成分を吸着させる方法と同様の方法を採用できる。この様な非発光金属成分を各画素の境界部分に吸着させることによって、紫外線のもれを防止して、より高品質の表示が可能となる。

（３）焼成工程
上記した方法で多孔質ガラスに発光金属成分を吸着させた後、該多孔質ガラスを焼成する。これにより、多孔質ガラスの細孔が消失し、全体が収縮して透明なガラスとなる。

焼成温度は、９００〜１６００℃程度とすることが好ましい。この程度の温度範囲で焼成することによって、発光金属成分が吸着した多孔質ガラスの孔径、表面状態等を適切に制御して、紫外光透過性、耐熱性、化学的耐久性、機械的強度等に優れ、強い蛍光を発する発光ガラスを得ることができる。

これに対して、焼成温度が９００℃を下回ると、十分な蛍光を発する発光ガラスが得られず、一方、焼成温度が１６００℃を上回ると、焼成した場合に基質のガラスが軟化することがあるので好ましくない。

焼成雰囲気については、還元性雰囲気中とすることが必要である。還元性雰囲気中で焼成することによって、大気中などの酸化雰囲気中で焼成する場合と比較して、発光強度の大きい発光ガラスを得ることができる。この理由については、明確ではないが、還元性雰囲気中で焼成する場合には、発光元素成分とガラスとの界面が、酸化性雰囲気で焼成した場合とは異なる状態となっていることによるものと思われる。還元性雰囲気中で焼成する方法については、特に限定はなく、例えば、水素ガス等の還元性ガスの雰囲気中で焼成する方法、カーボンを入れたアルミナるつぼ中で焼成する方法等が挙げられる。

焼成時間については特に限定的ではないが、目的とする焼成の程度に応じて、３０分〜３時間程度の範囲から適宜決めればよい。焼成時間が短すぎると十分に細孔が消失しないので好ましくない。

焼成して得られた酸化物ガラスの冷却方法については、特に限定されるものではなく、例えば、一定温度の恒温槽内で冷却する方法、大気中に放置する方法等が挙げられる。この様に、焼成後のガラスは、放冷しても良いが、急速に冷却することによって、ガラスマトリックスと金属成分との反応を防止して、より強い蛍光を発する発光ガラスとすることができる。冷却速度は、適宜設定可能であるが、例えば、５℃／秒程度以上、好ましくは１０℃／秒程度以上の冷却速度とすればよい。

（４）発光ガラス
上記した方法で得られるガラスは、ＳｉＯ_２を９６重量％程度以上、Ｂ_２Ｏ_３を０．５〜３重量％程度、Ａｌ_２Ｏ_３を０．１〜１．５重量％程度含有するガラスとなる。

Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に発光する金属成分は、母材とする多孔質ガラスの細孔部の焼結によって形成されるシリカ相の界面部分に、凝集することなく分散した状態で存在する。この様な構造のガラスは、金属成分が凝集することなく、均一性良く分散していることにより、紫外光によって励起される際に非常に強い発光を示し、紫外線を可視域の光へ高効率に変換することができ、高輝度の表示が可能となる。

さらに、該発光ガラスは、ガラス母体が安定な酸化物ガラスであるため、耐熱性、化学的耐久性、機械的強度等にも優れている。したがって、紫外光照射による欠陥も発生し難いという利点がある。

また、該発光ガラスは、多量のシリカを含むため、ガラス母体の紫外線透過率が高く、短波長の光で励起でき、さらに、紫外線照射による欠陥が発生し難いという特徴を有する。

更に、該発光ガラスは、透明性に優れたものであり、シースルーデバイスとしての利用が可能である。

表示デバイス
本発明の表示デバイスは、紫外線照射部、液晶パネルを含む光シャッター層、及び発光金属成分をガラス内部に含む発光ガラス層をこの順序に積層した構造、又は紫外線照射部、発光金属成分をガラス内部に含む発光ガラス層、及び液晶パネルを含む光シャッター層をこの順序に積層した構造を有するものである。この様な構成の表示デバイスとすることによって、紫外線の照射による高輝度、高品位の表示が可能となる。

また、従来のＴＮ型液晶表示装置では、ねじれ透過光を前後の偏光板で挟んで取り出す構造であるため視野角が狭いという深刻な問題があり、その解消のために複雑でコストアップやバックライト電力の上昇を招く手法が採用されていた。しかしながら、本発明の表示デバイスの内で、特に、表示装置の前面に発光ガラスを設置する構造のデバイスでは、発光ガラスから生じる可視光によって表示を行うので、視野角は左右、上下とも180度に近い数値が得られる。このため、最も単純な形式の液晶パネルを使用しても、視野角の広い表示が可能となる。

尚、本発明の表示デバイスでは、有害な紫外線の外部への漏れを防ぐために、紫外線カットフィルターの板で挟んでシールした構造とすることが好ましい。この場合、紫外線カットフィルターとして、公知の紫外線カットフィルターを用いることができる。例えば、ＩＴＹ−４３０という商標名（五鈴精工硝子（株）製）で市販されている紫外線カッタフィルターなどを使用できる。

また、多孔質ガラスの前面にＣｕＣｌをドープし、焼成することで蛍光ガラスの表面に紫外線カットフィルターの機能をもたせることが可能である。

本発明の表示デバイスによれば、以下の様な優れた効果が奏される。
（１）紫外線を光源として高輝度に発光させることができるので、明るい場所においても高品位の表示が可能である。
（２）使用する発光体は発光金属成分をガラス内部に含む発光ガラスであり、耐熱性、化学的耐久性、機械的強度などが良好である。よって、該発光ガラスを用いることによって、安定性が良好で紫外線による劣化が少なく、長寿命を有する表示デバイスとすることができる。
（３）発光ガラス自体は透明性が良好であり、シースルーデバイスとしての使用が可能である。例えば、発光ガラスの背景に、別の画像、文字データ等を重ねて表示するような応用が可能となる。また、背景に黒色の光を良く吸収する板を配することにより、きわめて高いコントラストが得られ、明るい屋外でも高い視認性を得ることができる。
（４）紫外線励起による蛍光体の発光は、現在液晶で用いられているカラーフィルター透過方式より効率が高く、消費電力の低減効果がある。
（５）表示装置の前面に発光ガラスを設置する構造とする場合には、発光面を直視することで、視野角に制限がなくなる。
（６）紫外線照射部の上に発光ガラス層を積層した構造とする場合には、液晶パネルが紫外線によって直接照射されることがなく、紫外線による液晶パネルの劣化を抑制することができる。

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。

実施例１
Ｎａ_２Ｏ ８．５重量％、ＣａＯ ３．６重量％、Ｂ_２Ｏ_３３１．２重量％、ＳｉＯ_２５３．７重量％、及びＡｌ_２Ｏ_３２．９重量％からなる組成のガラスを作製し、５８５℃で４８時間熱処理した。その後、１Ｎ硝酸水溶液中に熱処理後のガラスを浸漬して、９５℃で１６時間加熱した。これにより、大きさ約４ｃｍ角の多孔質ガラスを得た。この多孔質ガラスの平均細孔径は約４ｎｍであった。

次いで、武蔵エンジニアリング（株）ディスペンサーを用いて、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）に発光する金属成分を含む溶液を図１に示す画素パターンとなるように塗布し、更に、各画素間の非発光部分には、非発光性の金属元素を含む溶液を塗布した。

具体的には、青色発光部にはEu(NO₃)₃・６H₂O 0.09gを10mlの水に溶かした溶液、緑色発光部にはCuCl₂ 0.05gを10mlの水に溶かした溶液、赤色発光部にはMn(NO₃)₂・6H₂Oを0.26gを10mlに溶かした溶液を、それぞれ約10nlずつ塗布し、非発光部分には、Fe(NO₃)_３を0.０2gを10mlの水に溶かした溶液を塗布した。

これらの溶液を塗布した多孔質ガラスを乾燥後、1150℃まで５時間程度かけて昇温し、２時間程度で還元雰囲気中で焼成した。次いで、焼成後のガラスを、800番のSiC研磨剤、1000番のSiC研磨剤で順次研磨した後、CeO_２研磨剤で研磨して、所定のＲ．Ｇ．Ｂパターンとなるように金属元素を分散させた発光ガラスを得た。

この発光ガラスを用いて、図２に示す構造の表示ディスプレイを作製した。

紫外線光源としては、CCFL（コールドカソード蛍光管）から円筒ガラス内面に塗布された蛍光体を除去することで得られる254nmの波長を持つ紫外線光源を用いた。この紫外線光源を、導光板の断面に密着させて設置した。

導光板としては、厚さ2mmで大きさ４ｃｍ角のポリカーボネート製で、底部に光源から出た光が反射して全面に散乱拡散するような、ピラミッド状の突起があるものを用いた。導光板の紫外線光源を密着させた断面の反対側はアルミ箔で被った。
導光板の上面には、市販の拡散板（PET基材にプラスチックビーズ拡散材がコートされているもの）を設置し、これにより、液晶パネルに均一な紫外線を照射するための紫外線照射部を作製した。

次いで、液晶（ＬＣＤ）パネルを準備して、これを互いに直交する２枚の偏光板の間に置いて接着することによって、ＬＣＤパネルを含む光シャッター層を形成した。

ＬＣＤパネルには、列ドライブと行ドライブからなるドライブ回路を取り付けた。ドライブ回路は、フレキシブル基板にドライバーや必要な回路部品一切が搭載されているものであり、ＬＣＤパネルのエッジ部分に導出された端子に異方性導電フィルムを用いて熱圧着した。

この様にして得られたＬＣＤパネル、偏光板、蛍光ガラス、紫外線照射部、及びドライブ回路接着部を外部衝撃や応力から保護するため、耐衝撃性能の優れたポリカーボネートを成形して得られるフレームを被せることにより、本発明の表示デバイスを完成した。

このドライブ回路に給電し、画像信号を与えることによって、ＬＣＤの個々のピクセル（赤、青、緑からなる画素）がON/OFFし、ON/OFF時間を制御することで、蛍光ガラスに入射する紫外光の量が変化して、明るい画素と暗い画素が得られた。

実施例１で作製した発光ガラスのＲ、Ｇ、Ｂパターンを示す図面。 実施例１の表示デバイスを模式的に示す概略図。

Claims (7)

1. 紫外線照射部、液晶パネルを含む光シャッター層、及び発光金属成分をガラス内部に含む発光ガラス層をこの順序に積層してなる表示デバイス。
2. 紫外線照射部、発光金属成分をガラス内部に含む発光ガラス層、及び液晶パネルを含む光シャッター層をこの順序に積層してなる表示デバイス。
3. 紫外線照射部が、紫外線光源と紫外線を光シャッター層に均一に照射する機能を有する部分とからなるものである請求項１又は２に記載の表示デバイス。
4. 紫外線を光シャッター層に均一に照射する機能を有する部分が、導光板と拡散板を含むものである請求項３に記載の表示デバイス。
5. 光シャッター層が、液晶パネルとその両面に設置した偏光板からなるものである請求項１〜４のいずれかに記載の表示デバイス。
6. 光シャッター層が、発光ガラス層の画素パターンに一対一で対応した光シャッター部を有するものである請求項１〜５のいずれかに記載の表示デバイス。
7. 発光ガラス層が、紫外線の照射を受けて赤、緑及び青の各色に発光する金属成分を、目的とする画素パターンの形状にガラス中に分散させてなるものである請求項１〜６のいずれかに記載の表示デバイス。
   

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