JP2013250472A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学的クロストークが抑制された蛍光体励起変換方式の表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置１は、蛍光体層３２と、蛍光体層３２に含まれる蛍光体を励起する励起光を射出する光源１６と、光源１６から射出された光の透過率を制御し、蛍光体層３２に入射する光量を制御する光シャッター４１と、を備えている。光源１６と光シャッター４１との間には、誘電体多層膜からなる第１バンドパスフィルター１７が配置され、光シャッター１７と蛍光体層３２との間には、光源１６から射出された励起光を透過し蛍光体層３２から放射された蛍光を反射する第２バンドパスフィルター３４が配置されており、第１バンドパスフィルター１７の反射帯域の短波長端の波長をλ１１とし、第２バンドパスフィルター３４の反射帯域の短波長端の波長をλ２１としたときに、λ１１とλ２１とが、λ１１≦λ２１の関係を満たすように構成されている。
【選択図】図１０

Description

本発明は、蛍光体励起変換方式の表示装置に関する。

表示装置の一形態として、蛍光体励起変換方式の表示装置が知られている。蛍光体励起変換方式の表示装置は、バックライトとして青色発光ダイオード（ＬＥＤ）や近紫外発光ダイオード（ＬＥＤ）などの単色の光源を用い、液晶パネルのカラーフィルタに相当する部位に蛍光体を配置したものである。蛍光体励起色変換方式の表示装置は、バックライトから射出された光を蛍光体で波長変換し、所望の色（ＲＧＢなど）を表示する。この表示装置は、カラーフィルタ方式のものと比較して、光の吸収による損失がなく、蛍光体によって波長変換するため、光利用効率が高いという特長がある。

蛍光体励起色変換方式の表示装置では、斜め方向から蛍光体に入射した光も蛍光に変換されて一部が正面方向に取り出される。そのため、蛍光体を用いない通常の表示装置に比べて、バックライトの指向性が表示装置の正面コントラストに大きな影響を与える。よって、指向性の高いバックライトが必要となる。バックライトの指向性を高める技術としては、例えば特許文献１に開示された技術が知られている。

特許文献１の技術は、三波長型冷陰極管を用いたバックライトとカラーフィルタとを組み合わせた表示装置において、バックライトの光射出面に赤、緑、青の三つの波長の光を透過し、各色の中間の波長の光を反射する誘電体多層膜を形成したものである。誘電体多層膜は、入射する光の角度が大きくなるほど反射帯域が短波長側にシフトする特性（ブルーシフト）を有するため、このような誘電体多層膜をバックライトの光射出面に形成することで、バックライトから斜めに射出される赤、緑、青の光成分がカットされ、指向性の高いバックライトが提供される。

特開２００２−１６９０２６号公報

ところで、蛍光体励起色変換方式の表示装置では、全方向に等方発光する蛍光体を用いて表示を行うため、蛍光体からバックライト側に射出された蛍光を表示側に反射させて表示に利用することが必要となる。そのため、蛍光体と液晶層との間に蛍光を反射しバックライト光（励起光）を透過するバンドパスフィルターを設けることが知られている。バンドパスフィルターとしては、通常、誘電体多層膜が利用される。よって、このような誘電体多層膜に特許文献１のようなバックライトの指向性を高める機能を持たせれば、正面コントラストが高く、明るい表示が可能な表示装置が提供できる。

しかしながら、誘電体多層膜に蛍光反射機能とバックライトの指向性を向上する機能を兼備させようとすると、誘電体多層膜の反射帯域をバックライト光の長波長端近傍まで広げる必要がある。一般に誘電体多層膜の反射帯域を広げると誘電体多層膜の厚みは大きくなるが、誘電体多層膜の厚みが大きくなると、液晶パネルで調光し所望の画素から射出された光が、意図しない隣の画素の蛍光体に入射するという光学的クロストークが発生する。また、特許文献１の誘電体多層膜は、青と緑の中間の波長の光を透過するように設計されているが、このような誘電体多層膜を蛍光体励起変換方式の表示装置に適用すると、誘電体多層膜の透過帯域がブルーシフトによってバックライトの発光帯域まで移動し、隣接画素間の光学的クロストークがさらに大きくなる。その結果、色純度の低下やコントラストの低下を引き起こすという問題があった。

本発明の目的は、色純度の低下やコントラストの低下が抑制された蛍光体励起変換方式の表示装置を提供することにある。

本発明の表示装置は、蛍光体層と、前記蛍光体層に含まれる蛍光体を励起する励起光を射出する光源と、前記光源から射出された励起光の透過率を制御し、前記蛍光体層に入射する光量を制御する光シャッターと、を備えた蛍光体励起変換方式の表示装置であって、前記光源と前記光シャッターとの間に、誘電体多層膜からなる第１バンドパスフィルターが配置され、前記光シャッターと前記蛍光体層との間に、前記励起光を透過し前記蛍光体層から放射された蛍光を反射する第２バンドパスフィルターが配置され、前記第１バンドパスフィルターの反射帯域の短波長端の波長をλ１１とし、前記第２バンドパスフィルターの反射帯域の短波長端の波長をλ２１としたときに、前記λ１１と前記λ２１とが、λ１１≦λ２１の関係を満たす。

前記第１バンドパスフィルターの反射帯域の長波長端の波長をλ１２とし、前記光源の最大強度を示す極大波長をλ０としたときに、前記λ１１、前記λ１２および前記λ０が、０≦λ１１−λ０≦４０、且つ、λ１２−λ１１≧１８０ｎｍの関係を満たしてもよい。

前記λ１１および前記λ０が、０≦λ１１−λ０≦３５の関係を満たしてもよい。

前記λ１１および前記λ１２が、λ１２−λ１１≧２００ｎｍの関係を満たしてもよい。

前記光シャッターは、液晶層と、前記液晶層を挟む一対の偏光層と、を備え、前記一対の偏光層のうちの一方の偏光層は、前記第１バンドパスフィルターと一体化されていてもよい。

前記第１バンドパスフィルターは、前記光源の光射出面に接着されていてもよい。

本発明によれば、光学的クロストークが抑制された蛍光体励起変換方式の表示装置を提供することができる。

照明装置の一実施形態の構成および作用を説明する図である。 第１バンドパスフィルターの一例を示す概略断面図である。 実施例１の照明装置の光学特性を示す図である。 第１バンドパスフィルターおよび光源の光学特性を説明する図である。 第１バンドパスフィルターの反射帯域の大きさと第１バンドパスフィルターを斜めに透過する光の透過率との関係を示す図である。 第１バンドパスフィルターの反射帯域の大きさと第１バンドパスフィルターを斜めに透過する光の透過率との関係を示す図である。 実施例１と比較例１の照明装置の等輝度曲線を示す図である。 実施例２の照明装置の光学特性を示す図である。 実施例３の照明装置の光学特性を示す図である。 蛍光体励起変換方式の表示装置の第１実施形態を示す断面模式図である。 実施例４および比較例２の表示装置の光学特性を示す図である。 蛍光体励起変換方式の表示装置の第２実施形態を示す断面模式図である。 蛍光体励起変換方式の表示装置の第３実施形態を示す断面模式図である。 蛍光体励起変換方式の表示装置の第４実施形態を示す断面模式図である。 蛍光体励起変換方式の表示装置の第５実施形態を示す断面模式図である。

図１（ａ）は、照明装置１０の一実施形態を示す分解斜視図である。図１（ｂ）は、照明装置１０の作用を示す模式図である。

照明装置１０は、発光素子１１、導光板１２、第１光学シート１４、第２光学シート１５および反射フィルム１３を含むサイドライト型の光源１６と、光源１６の光射出面上に配置された第１バンドパスフィルター１７と、を備えている。

発光素子１１は、波長４１０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲に少なくとも１つの発光強度の極大値を有する青色発光素子である。発光素子１１としては、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）が用いられるが、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp；冷陰極管）などの他の発光素子を用いてもよい。図１では、青色ＬＥＤからなる複数の発光素子１１が導光板１２の端面に沿って配置されている。

発光素子１１から導光板１２の端面に入射した光は、導光板１２の内部を全反射しつつ伝播し、導光板１２の上面（光射出面）から概ね均一な強度で射出される。導光板１２の下面（上面とは反対側の面）には導光板１２の外部に漏れる光を導光板１２の内部に向けて反射する反射フィルム（反射層）１３が設けられている。

導光板１２の上面には、第１光学シート１４と第２光学シート１５が順に積層されている。第１光学シート１４および第２光学シート１５は、互いに集光方向が直交するプリズムシートである。第１光学シート１４および第２光学シート１５の表面には、集光効果を有するプリズムパターンが均一に形成されており、導光板１２の上面から射出された光は、第１光学シート１４および第２光学シート１５によって集光され、概ね平行化されて射出される。第１光学シート１４および第２光学シート１５としては、例えば、住友３Ｍ社製のＢＥＦ（商品名）が用いられる。

第２光学シート１５の上面（光射出面）には、第１バンドパスフィルター１７が積層されている。第１バンドパスフィルター１７は、発光素子１１の極大波長（発光強度の極大値を示す波長）の光を透過し、それよりも長波長側の光を反射する誘電体多層膜である。誘電体多層膜の反射スペクトルは、入射極角が大きくなるに従って短波長側にシフトするブルーシフトと言う特徴がある。第１バンドパスフィルター１７は、この特徴を利用して、第１バンドパスフィルター１７に対して垂直に近い角度で入射した光Ｌ１を透過し、第１バンドパスフィルター１７に対して斜めに入射した光Ｌ２を反射する。

照明装置１０では、導光板１２の上面から射出された光が、第１光学シート１４、第２光学シート１５および第１バンドパスフィルター１７を透過することにより、導光板１２の上面に対して概ね垂直な方向にコリメートされて射出される。よって、指向性の高い照明装置（指向性光源）１０が提供される。

図２は、第１バンドパスフィルター１７の一例を示す概略断面図である。図２（ａ）は全体を示す断面図であり、図２（ｂ）は一部を拡大した断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）の一部をさらに拡大した断面図である

第１バンドパスフィルター１７は、例えば、複数の有機膜を積層、延伸して形成した多層膜フィルムである。第１バンドパスフィルター１７は、光源１６側から順に、第１フィルター部１７１から第５フィルター部１７５までが積層されたものである。

第１フィルター部１７１は、１つの繰り返し単位が高屈折率層１７１Ｂ−Ｈと低屈折率層１７１Ｂ−Ｌからなり、繰り返し単位が連続的に変調された構造をなしている。繰り返し単位のうち１単位の層間隔が小さい側を１７１Ａ、１単位の層間隔が大きい側を１７１Ｂとしている。

高屈折率層１７１Ｂ−Ｈをポリエチレンナフタレートで形成し、低屈折率層１７１Ｂ−Ｌをポリエチレンテレフタレートで形成した場合、高屈折率層１７１Ｂ−Ｈと低屈折率層１７１Ｂ−Ｌの屈折率差は０．１２である。高屈折率層１７１Ｂ−Ｈを形成する材料としては、フルオレン系樹脂、低屈折率層１７１Ｂ−Ｌを形成する材料としては、フッ素系樹脂なども用いることができる。

第１バンドパスフィルター１７の厚さ方向に沿って、繰り返し単位の厚さが第１フィルター部１７１から第５フィルター部１７５に通して連続的に変調されており、その繰り返し単位の厚さが、光源１６側で最小、反対側で最大となっている。

第１バンドパスフィルター１７の繰り返し単位の厚さ（層間隔）と、第１バンドパスフィルター１７の繰り返し単位における反射波長と、媒質（第１バンドパスフィルター１７を構成する材質）の屈折率との間には、以下の式（１）の関係がある。
１単位の厚さ＝反射波長／［２×（媒質の屈折率）］ （１）

例えば、第１バンドパスフィルター１７の中の一部の繰り返し単位における反射波長が５５０ｎｍ、第１バンドパスフィルター１７の媒質の平均屈折率が１．５２の場合、上記の式（１）から、１単位の厚さは約１８１ｎｍである。

第１フィルター部１７１から第５フィルター部１７５の各層の厚さは、それぞれの層における反射波長に合わせて適宜決定される。

なお、図２では、第１バンドパスフィルター１７を第１から第５フィルター部に分けて説明したが、第１バンドパスフィルター１７は、５層の独立したバンドパスフィルターを積層したものであってもよいし、１層のバンドパスフィルターの中で、連続的に繰り返し単位の厚さが変調されたものであってもよい。また、繰り返し単位の変調は、光源側が最大、反対側で最小となっていても構わない。また、変調は単調増加や単調減少である必要はなく、両側が大きく、中央付近に最小部が存在するように変調されていてもよい。

［第１バンドパスフィルターの実施例１］
図３（ａ）は、第１バンドパスフィルター１７の反射スペクトルと発光素子１１（光源１６）の発光スペクトルの一例（実施例１）を示す図である。

前述のように、誘電体多層膜の反射スペクトルは、入射極角が大きくなるに従って短波長側にシフトするブルーシフトと言う特徴がある。誘電体多層膜に垂直に入射した光は緑〜赤色領域において反射するが、例えば斜め５０度入射した光は青〜緑領域より短波長の光を反射するなどの現象が起きる。このため、本実施形態では、反射が生じる光の角度を制御するために、第１バンドパスフィルター１７の反射帯域の短波長端の波長を所望の範囲に制御している。また、反射帯域が大きくブルーシフトすることによって、第１バンドパスフィルター１７に大きな角度で入射した光が、第１バンドパスフィルター１７をそのまま透過してしまうことを抑制するために、第１バンドパスフィルター１７の反射帯域の長波長端の波長を所望の範囲に制御している。

例えば、第１バンドパスフィルター１７の反射帯域の短波長端の波長をλ１１、第１バンドパスフィルター１７の反射帯域の長波長端の波長をλ１２、発光素子１１（光源１６）の発光強度の極大値を示す波長（極大波長）をλ０、発光素子１１の発光帯域の長波長端の波長をλ０２とすると、λ１１とλ１２は、λ１２−λ１１≧１８０ｎｍ、好ましくは、λ１２−λ１１≧２００ｎｍの関係を満たすように設計されており、λ０とλ１１は、０≦λ１１−λ０≦４０ｎｍ、好ましくは、０≦λ１１−λ０≦３５ｎｍの関係を満たすように設計されている。図３（ａ）の例では、λ１１＝４５５ｎｍ、λ１２＝６５５ｎｍ、λ０＝４５０ｎｍ、λ０２＝４８５ｎｍ、λ１２−λ１１＝２００ｎｍ、λ１１−λ０＝５ｎｍ、λ１１＜λ０２である。

図３（ｂ）および図３（ｃ）は、光源１６の光射出面に第１バンドパスフィルター１７を設置しない例（比較例１：図３（ｂ））と光源１６の光射出面に第1バンドパスフィルター１７を設置した例（実施例１：図３（ｃ））の光束分布の違いを示している。それぞれの全光束を１００％とし、±何度のコーン内に何％の光束が含まれるかを示している。図３（ｂ）および図３（ｃ）は、比較例１と実施例１のそれぞれの光束と積算光量を射出角（極角）ごとにプロットしたものである。

図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、第1バンドパスフィルター１７を設けることによって、光源１６から射出される光の広角側（入射角の大きい成分）が第1バンドパスフィルター１７で反射され、カットされる。結果として、照明装置１０から射出される全光束のうち、±２０度コーン内に含まれる光束の割合が高くなり、指向性が向上する効果が確認された。第1バンドパスフィルター１７によって、斜め成分の光がカットされるため、照明装置１０全体の光束のうち、第1バンドパスフィルター１７を透過できる光束は６１．１%となった。

指向性の高い光源１６を用いれば、第1バンドパスフィルター１７による指向性向上効果は相対的に小さくなり、透過率は相対的に高くなる。このため、用いる光源１６の指向性（光束分布）に合せて、所望の透過率や所望の指向性（斜め入射光をどの程度カットするか）等を適宜設計することが可能である。

なお、前述した第１バンドパスフィルター１７の各波長λ１１、λ１２は、次のようにして定義される。すなわち、λ１１は第１バンドパスフィルター１７の短波長側透過領域における最大透過率Ａを１００%としたときに、Ａ×０．９の透過率を示す波長と定義される。λ１２は、第１バンドパスフィルター１７の長波長側透過領域における最大透過率Ｂを１００%としたときに、Ｂ×０．９の透過率を示す波長と定義される。干渉による反射スペクトルの波打ちが生じて境界部の波長を厳密に定義しにくい場合には、Ｂ×０．９の透過率を示す最大の波長がλ１２と定義される。なお、第１バンドパスフィルター１７の反射スペクトルは、分光光度計を用いて測定される。

例えば、図４（ａ）の反射スペクトルを有する第１バンドパスフィルター１７を用いた場合、最大透過率Ａは９８．５%であるため、Ａ×０．９＝８８．６%の透過率を示す波長λ１１は４６５ｎｍとなる。また、最大透過率Ｂは９８．５%であるため、Ｂ×０．９＝８８．６%の透過率を示す最大波長λ１２は６３０ｎｍとなる。

また、前述した発光素子１１（光源１６）の各波長λ０、λ０２は、次のようにして定義される。すなわち、λ０は、発光素子１１（光源１６）の発光スペクトルにおいて発光強度が最大となる波長（発光強度が極大値を示す波長）として定義される。また、λ０２は、発光強度が最大強度（波長λ０における発光強度）の５%以下になる波長として定義される。なお、発光素子１１（光源１６）の発光スペクトルは、分光光度計を用いて測定される。

例えば、図４（ｂ）の発光スペクトルを有する発光素子１１（光源１６）を用いた場合、λ０=４５０ｎｍ、λ０２＝４８５ｎｍとなる。

図５および図６は、第１バンドパスフィルター１７の反射帯域の大きさと第１バンドパスフィルター１７を斜めに透過する光の透過率との関係を示す図である。図５（ａ）および図６（ａ）は、第１バンドパスフィルター１７の反射スペクトルを示す図であり、図５（ｂ）および図６（ｂ）は、波長４５０ｎｍにおける第１バンドパスフィルター１７の透過率の入射角依存性を示す図であり、図５（ｃ）および図６（ｃ）は、波長４８０ｎｍにおける第１バンドパスフィルター１７の光の透過率の入射角依存性を示す図である。

なお、図５の第１バンドパスフィルター１７では、λ１１＝４６５ｎｍ、λ１２＝６３０ｎｍ、（λ１２−λ１１）＝１６５ｎｍであり、図６の第１バンドパスフィルター１７ではは、λ１１＝４５５ｎｍ、λ１２＝６５５ｎｍ、（λ１２−λ１１）＝２００ｎｍである。

図５に示すように、波長４５０ｎｍの光の透過率の入射角依存性を測定すると、極角３０度以上の光は透過率がゼロとなり、透過光を抑制できることがわかる。一方、４８０ｎｍの光は、極角６０度付近から透過率が上昇し、光抜けが生じることがわかる。これに対して、図６の例では、波長４５０ｎｍ、４８０ｎｍの光に対する入射角依存性を測定すると、極角９０度付近まで透過率がゼロとなり、透過光を抑制できることがわかる。これらの結果から、第１バンドパスフィルター１７の反射帯域（λ１２−λ１１）は２００ｎｍ以上であることが好ましい。

図７（ａ）は、第１バンドパスフィルター１７を光源１６の光射出面に設置しない例（比較例１）における等輝度曲線を示す図であり、図７（ｂ）は、第１バンドパスフィルター１７を光源１６の光射出面に設置した例（実施例１）における等輝度曲線を示す図である。図７（ａ）および図７（ｂ）では、方位角が０°〜３６０°、極角０°（第１バンドパスフィルター１７の光射出面の法線方向）〜９０°の座標における等輝度曲線を示している。

図７（ａ）に示すように、図１に示した第１光学シート１４および第２光学シート１５を用いたＸＢＥＦ（クロスベフ）方式の照明装置においては、広角方向の特定の方位において、大きな光漏れが発生する。このような広角方向の光漏れは、通常の液晶表示装置においては正面方向のコントラスト低下には繋がらないが、蛍光体励起変換方式の表示装置においては、蛍光体に斜めに入射した光も蛍光に変換されると正面方向に射出されるため、正面方向のコントラストに大きな影響を与える。

一方、図７（ｂ）に示すように、ＸＢＥＦ方式の光源１６に誘電体多層膜からなる第１バンドパスフィルター１７を積層すると、極角の大きい方向での光漏れがなくなるため、このような光漏れによる正面コントラストの低下は抑制される。よって、コントラストの高い表示装置が提供できる。

［第１バンドパスフィルターの実施例２］
図８（ａ）は、第１バンドパスフィルター１７の反射スペクトルと発光素子１１の発光スペクトルの一例（実施例２）を示す図である。

図８（ａ）の例では、λ１１＝４６５ｎｍ、λ１２＝６７５ｎｍ、λ０＝４５０ｎｍ、λ０２＝４８５ｎｍ、（λ１２−λ１１）＝２１０ｎｍ、（λ１１−λ０）＝１５ｎｍ、λ１１＜λ０２である。

図８（ｂ）および図８（ｃ）は、光源１６の光射出面に第１バンドパスフィルター１７を設置しない例（比較例１：図８（ｂ））と光源１６の光射出面に第1バンドパスフィルター１７を設置した例（実施例２：図８（ｃ））の光束分布の違いを示している。それぞれの全光束を１００％とし、±何度のコーン内に何％の光束が含まれるかを示している。図８（ｂ）および図８（ｃ）は、比較例１と実施例２のそれぞれの光束と積算光量を射出角（極角）ごとにプロットしたものである。

図８（ｂ）および図８（ｃ）に示すように、実施例２においても実施例１（図３（ｂ）参照）と同様に、±２０度コーン内に収まる光束量が増えており、照明装置の指向性向上の効果が確認された。第1バンドパスフィルター１７によって、斜め成分の光がカットされるため、照明装置１０全体の光束のうち、第1バンドパスフィルター１７を透過できる光束は８０．８%となった。第1バンドパスフィルター１７の透過／反射境界部の波長が長波長側に設定されているため、指向性向上効果としては、実施例１と比較して大きくないが、透過率を高くすることができる。

［第１バンドパスフィルターの実施例３］
図９（ａ）は、第１バンドパスフィルター１７の反射スペクトルと発光素子１１の発光スペクトルの一例（実施例３）を示す図である。

図９（ａ）の例では、λ１１＝４８５ｎｍ、λ１２＝６９５ｎｍ、λ０＝４５０ｎｍ、λ０２＝４８５ｎｍ、（λ１２−λ１１）＝２１０ｎｍ、（λ１１−λ０）＝３５ｎｍ、λ１１＝λ０２である。

図９（ｂ）および図９（ｃ）は、光源１６の光射出面に第１バンドパスフィルター１７を設置しない例（比較例１：図９（ｂ））と光源１６の光射出面に第1バンドパスフィルター１７を設置した例（実施例３：図９（ｃ））の光束分布の違いを示している。それぞれの全光束を１００％とし、±何度のコーン内に何％の光束が含まれるかを示している。図９（ｂ）および図９（ｃ）は、比較例１と実施例３のそれぞれの光束と積算光量を射出角（極角）ごとにプロットしたものである。

図９（ｂ）および図９（ｃ）に示すように、実施例３では、非常に高い透過率を得ることができた、また照明装置１０の指向性向上効果も確認できた。第1バンドパスフィルター１７によって、斜め成分の光がカットされるため、照明装置１０全体の光束のうち、第1バンドパスフィルター１７を透過できる光束は８８．６%となった。ただし、実施例１、２と比較すると、（λ１１−λ０）の値が大きいため、斜め入射光が受ける第１バンドパスフィルター１７のブルーシフトの効果が小さく、光源１６からの斜め光を反射する効果、すなわち指向性向上効果は小さい。

これらの結果から、第１バンドパスフィルター１７による指向性向上効果は、（λ１１−λ０）の値が小さいほど高いことがわかる。一方、透過率は（λ１１−λ０）の値が大きい程高いことがわかる。（λ１１−λ０）の値を実施例３の値である３５よりも大きくすると、さらに高い透過率が期待できるが、指向性向上効果はほとんど期待できなくなる。本実施例３で用いた光源１６は光束分布が±４０度の範囲に広がるものであるが、蛍光体励起変換方式の表示装置を実現する上では指向性のより高い光源１６を用いることが求められる。本実施例３で用いた光源１６よりも高い指向性のものを用いた場合、斜め入射光の成分は少なく、第１バンドパスフィルター１７による指向性向上効果はさらに小さくなることから、指向性向上を目的とする場合の反射帯域は、短波長端部λ１１が、（λ１１−λ０）≦３５であることが好ましい。

［表示装置の第1実施形態］
図１０は、蛍光体励起変換方式の表示装置の第１実施形態を示す断面模式図である。

表示装置１は、照明装置１０と、照明装置１０から射出された光を蛍光体層３２で波長変換し、所望の色（ＲＧＢなど）を表示する液晶パネル５０と、を備えている。

照明装置１０は、例えば図１に示した照明装置であり、波長４１０〜４９０ｎｍの範囲に少なくとも最大強度を示す極大値を有する光源１６と、光源１６の光射出面上に配置された第１バンドパスフィルター１７とを備えている。

液晶パネル５０は、第１基板２０と、第２基板３０と、第１基板２０と第２基板３０との間に挟持された液晶層４０と、を備えている。液晶層４０は、照明装置１０からの光の偏光状態を制御する。液晶層４０としては、ＶＡ（Vertical Alignment）方式やＩＰＳ（In-Plane Switching）方式など、公知の種々の表示方式を採用することができる。

第1基板２０は、第１透明基板２１と、第１透明基板２１の外面側（液晶層４０とは反対側）に配置された第１偏光層２２と、を備えている。第１透明基板２１の内面側には、液晶層４０の配向を制御するための回路層、画素電極、配向膜などが形成されているが、図１０ではそれらの図示を省略している。

第２基板３０は、第２透明基板３１と、第２透明基板３１の内面側（液晶層４０側）に配置された蛍光体層３２と、蛍光体層３２の内面側に配置された平坦化層３３と、平坦化層３３の内面側に配置された第２バンドパスフィルター３４と、第２バンドパスフィルター３４の内面側に配置された第１保護層３５と、第１保護層３５の内面側に配置された第２偏光層３６と、第２偏光層３６の内面側に配置された第２保護層３７と、を備えている。第２保護層３７の内面側には、液晶層４０の配向を制御するための対向電極、配向膜などが形成されているが、図１０ではそれらの図示を省略している。

液晶層４０と、液晶層４０を挟持する第１偏光層２２および第２偏光層３６によって光シャッター４１が形成されている。光シャッター４１は、照明装置１０から射出された光の透過率を制御し、蛍光体層３２に入射する光量を制御する。

偏光層２２，３６としては、二色性色素を基材に塗布したもの、或いは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）に二色性色素を含浸した後、そのポリビニルアルコールを延伸させたものが用いられる。二色性色素としては、照明装置１０の極大波長（４５０ｎｍ）付近に二色比の最大部が存在するものが好ましい。このような二色性色素としては、例えば、Ａｃｉｄ ｒｅｄ ２６６、Ｂｅｎｚｏｐｕｒｐｕｒｉｎ、Ｃ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ ６７、Ｖｉｏｌｅｔ ２０、Ｃｙａｎｉｎｅ ｄｙｅ、Ｍｅｔｈｙｌ Ｏｒａｎｇｅ、Ｐｅｒｙｌｅｎｅｂｉｓｃａｒｂｏｘｉｍｉｄｅｓ、ＲＵ ３１．１５６、Ｓｉｒｉｕｓ Ｓｕｐｒａ Ｂｒｏｗｎ ＲＬＬ、ＡＨ ６５５６などが挙げられる。

液晶パネル５０を構成する各構成部材（第１透明基板２１、第１偏光層２２、第２透明基板３１、蛍光体層３２、平坦化層３３、第２バンドパスフィルター３４、第１保護層３５、第２偏光層３６、第２保護層３７、液晶層４０）は、照明装置１０から射出された光を透過する透明な材料で構成されている。ここでいう「透明な材料」とは、照明装置１０から射出される光、すなわち、発光素子１１（光源１６）の発光スペクトルの短波長端λ０１と長波長端λ０２の間の波長領域（λ０１≦λ≦λ０２）の光を透過する透明な材料を意味する。λ０１は、発光強度が最大強度（波長λ０における発光強度）の５%以下になる波長として定義される（図４（ｂ）参照）。「透明な材料」は、前記波長領域（λ０１≦λ≦λ０２）全体で高い透過率を示すものが好ましいが、少なくとも前記波長領域において表示画像が視認できる程度の透過率を有していればよい。また、液晶パネル５０を構成する各構成部材のうち、液晶層４０以外で、第１偏光層２２と第２偏光層３６との間に位置する部材（例えば第２保護層３７）は、複屈折を実質的に持たない層であることが好ましい。

蛍光体層３２には、赤色蛍光体層と、緑色蛍光体層と、青色散乱体層と、が１画素内に互いに隣接して設けられている。赤色蛍光体層は、第２偏光層３６を透過した青色の励起光によって励起され、赤色の蛍光を放射する赤色蛍光体を含む。緑色蛍光体層は、第２偏光層３６を透過した青色の励起光によって励起され、緑色の蛍光を放射する緑色蛍光体を含む。青色散乱体層は、第２偏光層３６を透過した青色の励起光を散乱し、青色の散乱光を放射する散乱体を含む。

第２バンドパスフィルター３４は、第２偏光層３６を透過した青色の励起光を透過し、蛍光体層３２から放射された蛍光（緑色蛍光体層から放射された緑色の蛍光および赤色蛍光体層から放射された赤色の蛍光）を反射する誘電体多層膜である。第２バンドパスフィルター３４も第１バンドパスフィルター１７と同様に、複数の有機膜を積層、延伸して形成した多層膜フィルムとして構成されており、高屈折率層と低屈折率層からなる繰り返し単位が連続的に変調された構造をなしている。

図１１（ａ）は、第２バンドパスフィルター３４の反射スペクトルと、発光素子１１、緑色蛍光体層および赤色蛍光体層の発光スペクトルの一例（実施例４）を示す図である。図１１（ｂ）は、第２バンドパスフィルター３４の反射スペクトルと発光素子１１、緑色蛍光体層および赤色蛍光体層の発光スペクトルの他の一例（比較例２）を示す図である。

緑色蛍光体層は、５２０ｎｍ付近に発光強度の極大値を示す波長（極大波長）を有し、赤色蛍光体層は、６２０ｎｍ付近に発光強度の極大値を示す波長（極大波長）を有する。第２バンドパスフィルター３４は、全方向に放射される蛍光を漏れなく反射できるように、緑色蛍光体層の発光帯域の短波長端付近の波長から近赤外領域の波長までの広い波長範囲に反射帯域を有する。図１１（ａ）の例（実施例４）では、第２バンドパスフィルター３４の反射帯域の短波長端の波長をλ２１、第２バンドパスフィルター３４の反射帯域の長波長端の波長をλ２２、発光素子１１の発光強度の極大値を示す波長（極大波長）をλ０、発光素子１１の発光帯域の長波長端の波長をλ０２とすると、λ２１＝４８５ｎｍ、λ２２＝１０００ｎｍ、λ０＝４５０ｎｍ、λ０２＝４８５ｎｍである。

なお、λ２２は、赤色の蛍光が第２バンドパスフィルター３４に斜めに入射した際のブルーシフトを考慮して近赤外領域の波長（１０００ｎｍ）に設定されているが、この波長λ２２は用いる蛍光体の発光スペクトルに合わせて適宜選択すればよい。

第２バンドパスフィルター３４の各波長λ２１、λ２２の定義は、第１バンドパスフィルター１７の各波長λ１１、λ１２の定義と同じである。すなわち、λ２１は第２バンドパスフィルター３４の短波長側透過領域における最大透過率Ａを１００%としたときに、Ａ×０．９の透過率を示す波長と定義される。λ２２は、第２バンドパスフィルター３４の長波長側透過領域における最大透過率Ｂを１００%としたときに、Ｂ×０．９の透過率を示す波長と定義される。干渉による反射スペクトルの波打ちが生じて境界部の波長を厳密に定義しにくい場合には、Ｂ×０．９の透過率を示す最大の波長がλ２２と定義される。なお、第２バンドパスフィルター３４の反射スペクトルは、分光光度計を用いて測定される。

第１バンドパスフィルター１７の反射帯域の短波長端の波長λ１１と第２バンドパスフィルター３４の反射帯域の短波長端の波長λ２１とは、λ１１≦λ２１の関係を満たす。前述のように、表示装置１では、第１バンドパスフィルター１７によって液晶パネル５０に大きな角度で入射する光がカットされる。そのため、第２バンドパスフィルター３４では、このような光をカットする必要がなく、そのぶん反射帯域の短波長端の波長λ２１を第１バンドパスフィルター１７の反射帯域の短波長端の波長λ１１よりも長波長側に設定することができる。一般にバンドパスフィルターの厚みは、反射帯域が広くなるほど必要な多層膜の数が多くなるため、厚くなる。そのため、第２バンドパスフィルター３４の反射帯域の短波長端の波長λ２１を長波長側に設定すれば、第２バンドパスフィルター３４の厚みが薄くなる。

例えば、図１１（ｂ）の例（比較例２）は、光源１６の光射出面に第１バンドパスフィルター１７を設けずに、第２バンドパスフィルター３４のみで蛍光の反射と斜め励起光のカットを行う例である。この例では、第２バンドパスフィルター３４で斜め励起光をカットするため、第２バンドパスフィルター３４の反射帯域を発光素子１１の極大波長λ０（４５０ｎｍ）付近まで広げる必要がある。そのため、第２バンドパスフィルター３４の厚みが厚くなり、視差が大きくなる。また、第２バンドパスフィルター３４の厚みが厚くなると、例えば緑色蛍光体層から放射された緑色光が、第２バンドパスフィルター３４で反射されて赤色蛍光体層に入射し、赤色蛍光体層から放射された赤色光と混ざって黄色光となるという色クロストークが発生し、色純度が低下する惧れがある。

本実施形態の表示装置１では、蛍光体層３２と光源１６との間に２つバンドパスフィルターを設け、光源１６に近い第１バンドパスフィルター１７に照明装置１０の指向性を高める機能を持たせ、光源１６から遠い（蛍光体層３２に近い）第２バンドパスフィルター３４に蛍光を反射する機能を持たせている。照明装置１０の指向性を高める機能と蛍光反射機能を分離して別々のバンドパスフィルター１７，３４に負担させることで、両方の機能を兼ね備えたバンドパスフィルターを１層のみ設ける場合（比較例２）に比べて、第２バンドパスフィルター３４の厚みを薄くしている。例えば、図１１（ｂ）の例（比較例２）では、第２バンドパスフィルター３４の厚みは７９．３μｍであるが、図１１（ａ）の例（実施例４）では、第２バンドパスフィルター３４の厚みは６８．７μｍである。このような構成を採用すれば、視差が少なく、色クロストークによる色純度の低下も抑制される。

以上のように、本実施形態の表示装置１においては、光源１６と光シャッター４１との間に、誘電体多層膜からなる第１バンドパスフィルター１７が配置され、光シャッター４１と蛍光体層３２との間に、光源１６から射出された励起光を透過し蛍光体層３２から放射された蛍光を反射する第２バンドパスフィルター３４が配置されて、且つ、第１バンドパスフィルター１７の反射帯域の短波長端の波長をλ１１とし、第２バンドパスフィルター３４の反射帯域の短波長端の波長をλ２１としたときに、λ１１とλ２１とが、λ１１≦λ２１の関係を満たすように構成されている。そのため、視差が少なく、光学的クロストークおよび色クロストークが抑制された表示装置１を提供することができる。

［表示装置の第２実施形態］
図１２は、蛍光体励起変換方式の表示装置の第２実施形態を示す断面模式図である。本実施形態の表示装置２において第１実施形態の表示装置１と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態において第１実施形態と異なる点は、第１バンドパスフィルター１７が第１偏光層２２と一体化されている点である。

第１偏光層２２は、第１バンドパスフィルター１７を支持基材とし、この支持基材上に第１偏光層２２の形成材料を塗布することにより形成されたものである。第１偏光層２２と第１バンドパスフィルター１７は、一体のフィルムとして提供され、第１透明基板２１および光源１６に接着される。

第１偏光層２２は、例えば、種々の有機溶媒に二色性色素を溶解して溶液を調製し、ダイコータ、スリットコータ、バーコータなどの塗布装置を用いて、第１バンドパスフィルター１７の一方の面に、その溶液を塗布し、乾燥することによって形成される。

二色性色素を配向させる方法としては、例えば、第１バンドパスフィルター１７に、二色性色素を溶解した溶液を、剪断力を加えながら塗布する方法が挙げられる。この方法によれば、剪断力を加えた方向、すなわち、溶液の塗布方向が第１偏光層２２の透過軸となり、剪断力を加えた方向と直交する方向が第１偏光層２２の吸収軸となる。

また、二色性色素を配向させる方法としては、第１バンドパスフィルター１７の一方の面に所定の配向処理を施された配向膜を形成し、その配向膜に、二色性色素を溶解した溶液を塗布することにより、二色性色素を配向させる方法が挙げられる。第１バンドパスフィルター１７に配向処理を施した後、二色性色素を溶解した溶液を塗布した場合、配向処理方向に二色性色素が配向するので、第１偏光層２２の吸収軸が配向処理方向と一致する。

本実施形態の表示装置２によれば、第１偏光層２２と第１バンドパスフィルター１７との間の空間をなくすことができるので、第１実施形態の表示装置１に比べて薄型化が可能となる。また、第１偏光層２２を塗布で形成すれば、ＰＶＡに二色性色素を含浸させて延伸するものに比べて第１偏光層２２の厚みを薄くすることができ、さらに薄型の表示装置が提供できる。

［表示装置の第３実施形態］
図１３は、蛍光体励起変換方式の表示装置の第３実施形態を示す断面模式図である。本実施形態の表示装置３において第１実施形態の表示装置１と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態において第１実施形態と異なる点は、第１バンドパスフィルター１７が光源１６と一体化されている点である。

第１バンドパスフィルター１７は、光源１６若しくは光源１６の最上層の光学部材（例えば第２光学シート１５）を支持基材とし、この支持基材上に第１バンドパスフィルター１７を構成する高屈折率層と低屈折率層を順次成膜することにより形成されたものである。第１バンドパスフィルター１７と光源１６若しくは光源１６の最上層の光学部材（例えば第２光学シート１５）は、一体の部材として提供され、第１偏光層２２に接着される。

本実施形態の表示装置３によれば、第１バンドパスフィルター１７と光源１６との間の空間をなくすことができるので、第１実施形態の表示装置１に比べて薄型化が可能となる。

［表示装置の第４実施形態］
図１４は、蛍光体励起変換方式の表示装置の第４実施形態を示す断面模式図である。本実施形態の表示装置４において第１実施形態の表示装置１と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態において第１実施形態と異なる点は、第１実施形態では、第２偏光層３６が第２透明基板３１の内面側に配置されるインセル構成が採用されていたが、本実施形態では、第２偏光層６２が第２透明基板６１の外面側に配置されるアウトセル構成が採用され、第２偏光層６２の外面側（液晶層４０側とは反対側）に第２バンドパスフィルター６４および蛍光体層６６が配置されている点である。

本実施形態の液晶パネル７０は、第１基板２０と、第２基板６０と、第１基板２０と第２基板６０との間に挟持された液晶層４０と、を備えている。

第２基板６０は、第２透明基板６１と、第２透明基板６１の外面側（液晶層４０とは反対側）に配置された第２偏光層６２と、第２偏光層６２の外面側に配置された保護層６３と、保護層６３の外面側に配置された第２バンドパスフィルター６４と、第２バンドパスフィルター６４の外面側に配置された平坦化層６５と、平坦化層６５の外面側に配置された蛍光体層６６と、を備えている。第２透明基板６１の内面側には、液晶層４０の配向を制御するための対向電極、配向膜などが形成されているが、図１４ではそれらの図示を省略している。

第２バンドパスフィルター６４および蛍光体層６６は第１実施形態の第２バンドパスフィルター３４および蛍光体層３２と同じものである。液晶層４０と、液晶層４０を挟持する第１偏光層２２および第２偏光層６２によって光シャッター４２が形成されている。光シャッター４２は、照明装置１０から射出された光の透過率を制御し、蛍光体層６６に入射する光量を制御する。

本実施形態の表示装置４では、液晶層４０と蛍光体層６６との間に第２透明基板６１が配置されているため、第２透明基板６１の厚みが厚いと、視差が大きくなり、表示特性上好ましくないが、第２透明基板６１をエッチングや研磨等により薄型化すれば、このような問題は十分に抑制される。この場合、第２偏光層６２として一般的なもの、例えば二色性色素をＰＶＡなどに含浸させ延伸させたものなどを利用でき、従来の製造方法が概ねそのまま踏襲できる。

なお、本実施形態では、照明装置１０側の構成として、第２実施形態や第３実施形態に示した構成を採用することも可能である。その場合、本実施形態の効果に加えて、第２実施形態や第３実施形態で説明した効果がさらに付加される。

［表示装置の第５実施形態］
図１５は、蛍光体励起変換方式の表示装置の第５実施形態を示す断面模式図である。本実施形態の表示装置５において第１実施形態の表示装置１と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態において第１実施形態と異なる点は、第１実施形態では、第１偏光層２２が第１透明基板２１の外面側に配置されるアウトセル構成が採用されていたが、本実施形態では、第１偏光層８２が第１透明基板８１の内面側に配置されるインセル構成が採用されている点である。

本実施形態の液晶パネル９０は、第１基板８０と、第２基板３０と、第１基板８０と第２基板３０との間に挟持された液晶層４０と、を備えている。

第１基板８０は、第１透明基板８１と、第１透明基板８１の内面側（液晶層４０側）に配置された第１偏光層８２と、第１偏光層８２の内面側に配置された保護層８３と、を備えている。保護層８３の内面側には、液晶層４０の配向を制御するための回路層、画素電極、配向膜などが形成されているが、図１５ではそれらの図示を省略している。

第１偏光層８２は、第１透明基板８１を支持基材とし、この支持基材上に第１偏光層８２の形成材料を塗布することにより形成されたものである。第１偏光層８２の形成方法は、第２実施形態で説明した第１偏光層２２の形成方法と同様である。

液晶層４０と、液晶層４０を挟持する第１偏光層８２および第２偏光層３６によって光シャッター４３が形成されている。光シャッター４３は、照明装置１０から射出された光の透過率を制御し、蛍光体層３２に入射する光量を制御する。第１透明基板８１は、照明装置１０の第１バンドパスフィルター１７に接着されている。

本実施形態の表示装置５では、第１偏光層８２を塗布で形成しているので、ＰＶＡに二色性色素を含浸させて延伸するものに比べて第１偏光層８２の厚みを薄くすることができる。よって、薄型の表示装置が提供できる。

なお、本実施形態では、照明装置１０側の構成として、第２実施形態や第３実施形態に示した構成を採用することも可能である。その場合、本実施形態の効果に加えて、第２実施形態や第３実施形態で説明した効果がさらに付加される。

［変形形態］
上記実施形態では、光源１６として、発光素子から射出された光を導光板によって面状に広げるサイドライト型の光源１６を用いたが、光源１６はこれに限らない。複数の発光素子を液晶パネルの下方に敷き詰めて、その上に拡散板を設置する直下型の光源を光源１６として用いてもよい。

また、上記実施形態では、第１バンドパスフィルター１７を光源１６の光射出面上に配置したが、第１バンドパスフィルター１７の位置はこの位置に限らない。第１バンドパスフィルター１７は、光源１６と液晶層４０との間の任意の位置に配置することができる。

本発明は、蛍光体励起変換方式の表示装置に利用することができる。

１，２，３，４，５…表示装置、１６…光源、１７…第１バンドパスフィルター、２２…第１偏光層、３２…蛍光体層、３４…第２バンドパスフィルター、３６…第２偏光層、４０…液晶層、４１，４２，４３…光シャッター、６２…第２偏光層、６４…第２バンドパスフィルター、６６…蛍光体層、８２…第１偏光層

Claims (6)

1. 蛍光体層と、前記蛍光体層に含まれる蛍光体を励起する励起光を射出する光源と、前記光源から射出された励起光の透過率を制御し、前記蛍光体層に入射する光量を制御する光シャッターと、を備えた蛍光体励起変換方式の表示装置であって、
   前記光源と前記光シャッターとの間に、誘電体多層膜からなる第１バンドパスフィルターが配置され、
   前記光シャッターと前記蛍光体層との間に、前記励起光を透過し前記蛍光体層から放射された蛍光を反射する第２バンドパスフィルターが配置され、
   前記第１バンドパスフィルターの反射帯域の短波長端の波長をλ１１とし、前記第２バンドパスフィルターの反射帯域の短波長端の波長をλ２１としたときに、前記λ１１と前記λ２１とが、λ１１≦λ２１の関係を満たす表示装置。
2. 前記第１バンドパスフィルターの反射帯域の長波長端の波長をλ１２とし、前記光源の最大強度を示す極大波長をλ０としたときに、前記λ１１、前記λ１２および前記λ０が、０≦λ１１−λ０≦４０、且つ、λ１２−λ１１≧１８０ｎｍの関係を満たす請求項１に記載の表示装置。
3. 前記λ１１および前記λ０が、０≦λ１１−λ０≦３５の関係を満たす請求項２に記載の表示装置。
4. 前記λ１１および前記λ１２が、λ１２−λ１１≧２００ｎｍの関係を満たす請求項２又は３に記載の表示装置。
5. 前記光シャッターは、液晶層と、前記液晶層を挟む一対の偏光層と、を備え、
   前記一対の偏光層のうちの一方の偏光層は、前記第１バンドパスフィルターと一体化されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記第１バンドパスフィルターは、前記光源の光射出面に接着されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の表示装置。

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