JP2015034833A - 蛍光体基板、表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】蛍光体に入射した外光の影響を軽減しつつ、蛍光体で生じた蛍光を効率よく出射させることが可能な蛍光体基板、および表示装置を提供する。
【解決手段】画素領域E内に形成された光吸収層17や光反射層18の作用によって、蛍光体基板10の外部から外光が入射した場合でも、入射した外光の大部分は光吸収層17で吸収されたり、光反射層18と蛍光反射体層14との間で減衰する。従って、蛍光体基板10に入射した外光が蛍光体基板10の内部で反射されて、再び蛍光体基板10から出射される外光を大幅に低減することが可能になる。
【選択図】図1

Description

本発明は、励起光の入射によって蛍光を発する蛍光体基板、およびこれを備えた表示装置に関する。
近年、高度情報化に伴い、フラットパネルディスプレイのニーズが高まっている。フラットパネルディスプレイとしては、例えば、非自発光型の液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display, 以下、LCDと略記する)、自発光型のプラズマディスプレイ(Plasma Display Panel, 以下、PDPと略記する)、無機エレクトロルミネセンス(無機EL)ディスプレイ、有機エレクトロルミネセンス(以下、「有機EL」または「有機LED」ともいう)ディスプレイ等が知られているが、特に液晶ディスプレイは、低消費電力、低コスト、高性能(高輝度、高色再現性)の点で他のディスプレイを凌駕している。
液晶ディスプレイは、一般に、青色、赤色、緑色の3原色からなる表示画素を加色混合することによりカラー表示を行っている。従来の液晶表示装置は、青色光、赤色光、緑色光をそれぞれ選択的に透過させるカラーフィルターと、白色光源とを用いて3原色を表示する構成が一般的であった。しかしながら、白色光源を用いると、カラーフィルターによりカットされる波長成分が多く、光利用効率が悪いという問題があった。また、視野角によって輝度や色純度が変化するといった問題がある。
この解決法の一つとして、特許文献1に記載の蛍光色彩表示装置、あるいは、特許文献2に記載の液晶表示モジュールでは、励起光を発する光源を備え、この励起光により赤、緑、青の蛍光発光を生じる蛍光体を液晶表示素子の画素に対応して配置し、液晶表示素子を光シャッターとして使用し、蛍光体の蛍光によりカラー表示を行うカラー表示装置が提案されている。
このような蛍光体を備えた液晶表示装置において、蛍光体で生じた蛍光のうち、液晶表示素子に向けて出射された蛍光を有効利用するために、発光領域と液晶表示素子との間に光反射膜を形成した表示装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。一例として、特許文献1に開示されたカラー液晶表示装置によれば、励起光による発光領域と液晶表示素子との間に光反射膜を形成し、発光領域で生じた光のうち、出射側とは逆方向となる液晶表示素子に向かう光を、この光反射膜で出射側に向けて反射させることによって、発光領域で生じた光を効率よく出射させ、明るいカラー表示を実現させる。
特開昭60−50578号公報 特開平7−253576号公報 特開2009−134275号公報
しかしながら、上述した特許文献3に開示された発明では、例えば昼間の屋外や明るい照明下など、蛍光の出射側から外光が入射する環境においては、入射した外光が光反射膜によって反射され再び出射される。その結果、表示の視認性が低下し、高品位な表示が得られなくなるという課題があった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、蛍光体に入射した外光の影響を軽減しつつ、蛍光体で生じた蛍光を効率よく出射させることが可能な蛍光体基板、および表示装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のような蛍光体基板、および表示装置を提供した。
すなわち、本発明の蛍光体基板は、光透過性の基板と、該基板の一面に順に重ねて積層された蛍光体層および蛍光反射体層と、前記基板および前記蛍光反射体層の間で前記蛍光体層を複数の画素単位に区画する隔壁と、を少なくとも備えた蛍光体基板であって、
前記隔壁によって区画されたそれぞれの画素領域内において、前記基板の一面から前記蛍光体層に臨む光吸収層を備え、該光吸収層と前記蛍光反射体層との間に前記蛍光体層を介在させたことを特徴とする。
前記光吸収層が前記蛍光反射体層に臨む端面には、更に光反射層が形成されていることを特徴とする。
また、前記隔壁は蛍光反射性を有することを特徴とする。
前記光吸収体は前記基板の一面側においてそれぞれの前記画素領域の一部を遮光することを特徴とする。
また、前記光吸収体は前記基板の一面側においてそれぞれの前記画素領域を複数の開口部に分割させることを特徴とする。
前記光吸収体はそれぞれの前記画素領域において、前記基板の面広がり方向に沿って互いに対向する一方の隔壁と他方の隔壁とを横断するように形成されていることを特徴とする。
基板の面広がり方向に沿った前記光吸収体の幅Wと、前記光反射層と前記蛍光反射体層との間隔Dとは、W<6Dの関係を満たすことを特徴とする。
また、前記蛍光体層は、複数色にそれぞれ対応した画素を構成し、前記光吸収体は白色光の視感反射率が最も高い画素に少なくとも形成されていることを特徴とする。
前記蛍光体層の前記基板側に、前記基板から入射する外光のうち、前記蛍光体層を励起して蛍光を放射させる波長域の光を少なくともカットするフィルター層が更に形成されていることを特徴とする。
また、前記光反射層の前記蛍光反射体層と対向する面は、前記蛍光体層によって覆われていることを特徴とする。
前記蛍光反射体層は、所定の波長域の蛍光のみを反射させる波長選択膜からなることを特徴とする。
また、前記蛍光反射体層は、前記蛍光体層よりも屈折率が低い材料から構成されていることを特徴とする。
更に、前記光反射層は金属から構成されるとことを特徴とする。
本発明の表示装置は、前記各項記載の蛍光体基板と、前記蛍光体層を励起する励起光を出射させる光源と、前記蛍光体基板に重ねて形成され、前記蛍光体基板の前記画素に入射する前記励起光の光量を調節する表示部とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、外光の入射による出射光の特性を劣化させることなく、視認性の高い蛍光体基板、および表示装置を実現することができる。
第一実施形態に係る蛍光体基板を示す断面図である。 蛍光体基板の作用を示す断面図である。 第二実施形態に係る蛍光体基板を示す断面図である。 第三実施形態に係る蛍光体基板を示す断面図である。 第四実施形態に係る光吸収層の形成バリエーションを示す断面図である。 第一実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 第一実施形態に係る表示装置の光吸収層を示す断面図である。 第二実施形態に係る表示装置の光吸収層を示す断面図である。 検証例を示した断面図である。 検証結果を示したグラフである。
以下、図面を参照して、本発明に係る蛍光体基板、およびこの蛍光体基板を備えた表示装置の一実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
(蛍光体基板:第一実施形態)
図1(a)は第一実施形態に係る蛍光体基板を示す概略断面図であり、図1(b)は図1(a)におけるA−Aに沿った断面を基板側から俯瞰した断面図である。図1(b)におけるB−B線沿った断面が図1(a)である。
蛍光体基板10は、光透過性の基板11と、この基板11の一面11aに順に積層されたフィルター層12、蛍光体層13、および蛍光反射体層14とを備えている。なお、図1(a)においては、基板11の一面11aから下方に向かって積層している状態を示している。また、蛍光体基板10の蛍光反射体層14に隣接して、蛍光体層13を励起させる光源(バックライト、励起光源)19が配されている。
蛍光体層13の積層方向に沿った側面には、この蛍光体層13を例えば1画素単位に区画する隔壁15が形成されている。なお、以下の説明において、画素領域Eと称する場合、この隔壁15で取り囲まれた内側の領域を示すものとする。そして、基板11の一面11aと隔壁15との間、および蛍光体層13との間には、それぞれ光吸収層16,17が形成されている。このうち、光吸収層16は、フィルター層12を1画素単位に区画するように隔壁15に重ねて形成されている。
一方、光吸収層17は、隔壁15によって区画された画素領域E内において、基板11の一面11aから蛍光体層13に臨むように形成されている。例えば、光吸収層17は、図1(b)に示すように、1つの画素領域E内を8つに区切るように形成されている。なお、光吸収層17は、画素領域Eの外縁部を成す光吸収層16と一体の部材として形成されていれば良い。
このような光吸収層17は、例えば、積層方向において、基板11の一面11aからフィルター層12と同等の厚みで蛍光体層13に向けて突出し、その端面17aが蛍光体層13に臨む(露呈する)ように形成されていれば良い。即ち、光吸収層17の端面17aと蛍光反射体層14との間に蛍光体層13が介在する。
更に、光吸収層17の端面17aに重ねて、光反射層18が形成されている。光反射層18は、例えば、光吸収層17の端面17aから所定の厚みで蛍光体層13内に突出するように形成されていればよい。即ち、光吸収層17が蛍光反射体層14と対向する面17aは、蛍光体層13によって覆われ、この光吸収層17と蛍光反射体層14との間に蛍光体層13がある構成となっている。
以下、上述した本実施形態に係る蛍光体基板10を構成する各構成部材及びその形成方法について具体的に説明するが、本発明はこれら構成部材及び形成方法に限定されるものではない。
本実施形態で用いられる基板11は他面11bが蛍光の出射面を成し、光を透過可能な部材、例えば、ガラス、石英等からなる無機材料基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリカルバゾール、ポリイミド等からなるプラスティック基板、または、これらガラスや樹脂に有機絶縁材料等からなる絶縁物を表面にコーティングした基板等が挙げられる。
さらに、プラスティック基板に絶縁性の無機材料をコートした基板も好ましい。これにより、プラスティック基板を蛍光体基板10の基板11として用いた場合に最大の課題となる水分の透過による蛍光体層13の劣化を解消する事が可能となる。また、基板11の表面でのリーク(ショート)を解消する事が可能となる。
蛍光体層13は、光源(励起光源)19の励起光を吸収し、例えば、青色(B)、緑色(G)、赤色(R)に発光する青色蛍光体層、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層等から構成されている。 また、必要に応じて、シアン、イエローに発光する蛍光体を画素に加える事が好ましい。ここで、シアン、イエローに発光する画素のそれぞれの色純度を、色度図上での赤色、緑色、青色に発光する画素の色純度の点で結ばれる三角形より外側にすることで、赤色、緑色、青色の3原色を発光する画素を使用する表示装置より色再現範囲を更に広げる事が可能となる。
蛍光体層13は、以下に例示する蛍光体材料のみから構成されていてもよく、任意に添加剤等を含んでいてもよく、これらの材料が高分子材料(結着用樹脂)又は無機材料中に分散された構成であってもよい。
蛍光体層13を構成する蛍光体材料としては、公知の蛍光体材料を用いることができる。このような蛍光体材料は、有機系蛍光体材料と無機系蛍光体材料に分類され、これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
有機系蛍光体材料としては、青色蛍光色素として、スチルベンゼン系色素:1,4−ビス(2−メチルスチリル)ベンゼン、トランス−4,4‘−ジフェニルスチルベンゼン、クマリン系色素:7−ヒドロキシ−4−メチルクマリン等が挙げられる。
また、緑色蛍光色素として、クマリン系色素:2,3,5,6−1H、4H−テトラヒドロ−8−トリフロメチルキノリジン(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′−ベンゾイミダゾリル)―7−N,N−ジエチルアミノクマリン(クマリン7)、ナフタルイミド系色素:ベーシックイエロー51、ソルベントイエロー11、ソルベントイエロー116等が挙げられる。
また、赤色蛍光色素としては、シアニン系色素: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、ピリジン系色素: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、及びローダミン系色素:ローダミンB、ローダミン6G、ローダミン3B、ローダミン101、ローダミン110、ベーシックバイオレット11、スルホローダミン101等が挙げられる。
また、無機系蛍光体材料としては、青色蛍光体として、Sr227:Sn4+、Sr4Al1425:Eu2+、BaMgAl1017:Eu2+、SrGa24:Ce3+、CaGa24:Ce3+、(Ba、Sr)(Mg、Mn)Al1017:Eu2+、(Sr、Ca、Ba2、0 Mg)10(PO46Cl2:Eu2+、BaAl2SiO8:Eu2+、Sr227:Eu2+、Sr5(PO43Cl:Eu2+、(Sr,Ca,Ba)5(PO43Cl:Eu2+、BaMg2Al1627:Eu2+、(Ba,Ca)5(PO43Cl:Eu2+、Ba3MgSi28:Eu2+、Sr3MgSi28:Eu2+等が挙げられる。
なお、励起光が430nm〜490nm付近の青色光である場合は、青色画素の蛍光体層13は蛍光体を含まず、励起光を散乱する光散乱体層であっても良い。この場合、励起光がこの光散乱体層で散乱されて青色表示を担うので、青色画素の蛍光体層13には蛍光体が混入されていなくとも良い。光散乱体としては、例えば数百nm程度の径を持つ酸化チタンなどの微粒子を分散した樹脂が使われる。
また、緑色蛍光体として、(BaMg)Al1627:Eu2+,Mn2+、Sr4Al1425:Eu2+、(SrBa)Al12Si28:Eu2+、(BaMg)2SiO4:Eu2+、Y2SiO5:Ce3+,Tb3+、Sr227−Sr225:Eu2+、(BaCaMg)5(PO43Cl:Eu2+、Sr2Si38−2SrCl2:Eu2+、Zr2SiO4、MgAl1119:Ce3+,Tb3+、Ba2SiO4:Eu2+、Sr2SiO4:Eu2+、(BaSr)SiO4:Eu2+等が挙げられる。
また、赤色蛍光体としては、Y22S:Eu3+、YAlO3:Eu3+、Ca22(SiO46:Eu3+、LiY9(SiO462:Eu3+、YVO4:Eu3+、CaS:Eu3+、Gd23:Eu3+、Gd22S:Eu3+、Y(P,V)O4:Eu3+、Mg4GeO5.5F:Mn4+、Mg4GeO6:Mn4+、K5Eu2.5(WO46.25、Na5Eu2.5(WO46.25、K5Eu2.5(MoO46.25、Na5Eu2.5(MoO46.25等が挙げられる。
また、上記無機系蛍光体は、必要に応じて表面改質処理を施してもよく、その方法としてはシランカップリング剤等の化学的処理によるものや、サブミクロンオーダーの微粒子等の添加による物理的処理によるもの、更にそれらの併用によるもの等が挙げられる。
励起光による劣化、発光による劣化等の安定性を考慮すると、無機材料を使用する方が好ましい。更に無機材料を用いる場合には、平均粒径(d50)が、0.5〜50μmであることが好ましい。
平均粒径が1μm以下であると、蛍光体の発光効率が急激に低下する。また、50μm以上であると、平坦な膜を形成する事が非常に困難となり、蛍光体層と、有機EL素子との間に空乏が出来てしまい(有機EL素子(屈折率:約1.7)と無機蛍光体層(屈折率:約2.3)の間に空乏(屈折率:1.0))有機EL素子からの光が効率よく無機蛍光層に届かず、蛍光体層の発光効率の低下が起こるという問題が生じる。
また、蛍光体層13は、上記の蛍光体材料と樹脂材料を溶剤に溶解、分散させた蛍光体層形成用塗液を用いて、スピンコーティング法、ディッピング法、ドクターブレード法、吐出コート法、スプレーコート法等の塗布法、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、マイクログラビアコート法等の印刷法等による公知のウエットプロセス、上記の材料を抵抗加熱蒸着法、電子線(EB)蒸着法、分子線エピタキシー(MBE)法、スパッタリング法、有機気相蒸着(OVPD)法等の公知のドライプロセス、又は、レーザー転写法等により形成することができる。
また、蛍光体層13は、高分子樹脂として、感光性の樹脂を用いる事で、フォトリソグラフィー法により、パターン化が可能となる。
ここで、感光性樹脂としては、アクリル酸系樹脂、メタクリル酸系樹脂、ポリ桂皮酸ビニル系樹脂、硬ゴム系樹脂等の反応性ビニル基を有する感光性樹脂(光硬化型レジスト材料)の一種類又は複数種類の混合物を用いる事が可能である。
また、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、ディスペンサー法等のウエットプロセス、シャドーマスクを用いた抵抗加熱蒸着法、電子線(EB)蒸着法、分子線エピタキシー(MBE)法、スパッタリング法、有機気相蒸着(OVPD)法等の公知のドライプロセス、又は、レーザー転写法等により蛍光体材料をダイレクトにパターニングする事も可能である。
蛍光体層13の膜厚としては、通常100nm〜100μm程度であるが、1〜100μmが好ましい。膜厚が100nm未満であると、光源19からの励起光(青色発光)を十分吸収することが不可能である為、発光効率の低下、必要とされる色に青色の透過光が混じる事による色純度の悪化といった問題が生じる。更にこの光源19からの励起光(青色発光)の吸収を高め、色純度の悪影響を及ぼさない程度に青色の透過光を低減する為には、膜厚として、1μm以上とする事が好ましい。また、膜厚が100μmを超えると光源19からの青色発光を既に十分吸収する事から、効率の上昇には繋がらず、材料を消費するだけに留まり、材料コストのアップに繋がる。
フィルター層12としては、公知のカラーフィルターを用いることが可能である。カラーフィルターを設けることによって、赤色、緑色、青色画素の色純度を高める事が可能となり、蛍光体基板10の色再現範囲を拡大する事ができる。また、青色蛍光体層の場合は青色のフィルター層12を形成し、緑色蛍光体層の場合は緑色のフィルター層12を形成し、赤色蛍光体層の場合は赤色のフィルター層12を形成することによって、外光の侵入により各蛍光体が励起される励起光を吸収する。
これにより、外光による蛍光体層13の発光を低減・防止することが可能となり、コントラストの低下を低減・防止する事が出来る。このようなフィルター層12の形成により、蛍光体層13により吸収されず、透過してしまう励起光が外部に漏れ出す事も防止できるため、蛍光体層13からの発光と励起光との混色による、発光の色純度の低下を防止する事が可能となる。
蛍光反射体層14は、光源19から出射された励起光(例えば青色発光)となる波長域の光を透過させるとともに、この励起光によって励起された蛍光体層13から発する蛍光を表面反射させる材料から構成される。例えば、蛍光反射体層14は、励起光が青色発光の時は、光源19から蛍光体層13に向けて出射された青色発光を透過させるとともに、蛍光体層13が緑色蛍光体層の場合は、青色発光によって励起された緑色蛍光を基板11方向に反射させる。
このような蛍光反射体層14は、例えば、少なくとも蛍光体層13よりも屈折率が低い低屈折率材料から構成されればよく、例えば、屈折率1.35〜1.4程度のフッ素樹脂、屈折率1.4〜1.5程度のシリコーン樹脂、屈折率1.003〜1.3程度のシリカエアロゲル、屈折率1.2〜1.3程度の多孔質シリカ等の透明材料が挙げられるが、これらの材料に限定されるものではない。
また、蛍光反射体層14は、所定の波長域の蛍光のみを反射させる波長選択膜から構成されることも好ましい。例えば、蛍光反射体層14は、励起された蛍光体層13が発する波長域の蛍光のみを反射させ、それ以外の波長域の光を透過、ないし吸収するものであればよい。
蛍光体層13を囲む隔壁15は、例えば、感光性ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、メタリル系樹脂、ノボラック系樹脂またはエポキシ樹脂などの樹脂材料をフォトリソ手法等によりパターニングして形成することができる。また、光の漏れや外光によるコントラスト低下を防ぐために、カーボン微粒子や金属酸化物等の遮光性粒子を上述の感光性樹脂材料に含有させたものをパターニングして形成したものを用いても良い。また非感光性樹脂材料をスクリーン印刷等により直接パターニングして障壁を形成してもよい。
また、隔壁15は、蛍光体層13で生じた蛍光を反射する材料によって形成することが好ましい。こうすることで、蛍光体層13から側方に逃げる蛍光成分を出射側となる基板11に向けて反射させることができる。また、隔壁15の表面を反射材料で覆うことも好ましい。このような反射材料としては、例えば、アルミニウム、銀、金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−ネオジウム合金、アルミニウム−シリコン合金等の反射性金属等が挙げられる。
また、隔壁15は、蛍光体層13より厚く形成することも好ましい。これによって蛍光体層13が外部応力によって損傷することを防止することができる。また、こうした隔壁15の形状としては、矩形、円形など、画素の形状に応じて各種形状を採用することができる
光吸収層16,17は、基板11の他面11bから蛍光体層13に向けて入射した外光、例えば太陽光や照明光を吸収、減衰可能な材料から構成される。このような光吸収層16は、例えば、クロム等の金属材料や黒色の樹脂等で形成することができる。光吸収層16の膜厚は、例えば100nm〜100μm程度が好ましく、100nm〜10μm程度がさらに好ましい。
光吸収層17の端面17aに形成される光反射層18は、例えばアルミニウムや銀の金属薄膜、微粒子を分散させた散乱性白色レジストなどから構成される。散乱性白色レジストを用いる場合、隔壁15と同一の材質を用いてハーフトーン露光してそれぞれ所望の膜厚に形成すればよい。また、複数回の露光で隔壁15と光反射層18とをそれぞれ所望の膜厚に形成しても良い。また、金属薄膜をパターニングするなどして光反射層18と隔壁15とを同時に形成しても良い。
光源(バックライト)19は、蛍光体層13を励起可能な励起光を出射させる励起光発光装置であればよい。例えば、励起光として400〜500nmの青色光を照射する光源であればよい。
以上のような構成の本実施形態に係る蛍光体基板10の作用、効果を説明する。
図2(a)に示すように、蛍光体基板10は、光源19から励起光Leが蛍光反射体層14を介して蛍光体層13に入射されると、蛍光体層13が励起される。その結果、蛍光体層13から蛍光が等方的に放射される。例えば蛍光体層13の中心から等方向に放射された蛍光のうち、基板11方向に光吸収層17が形成されない部分に向けて進む蛍光F1は、そのままフィルター層12から光透過性の基板11を介して外部に出射される。
また、蛍光反射体層14に向けて放射された蛍光F2は、この蛍光反射体層14で基板11方向に反射され、フィルター層12から光透過性の基板11を介して外部に出射される。更に、画素領域E内に形成された光吸収層17の形成部分に向けて進む蛍光F3は、光吸収層17の端面17aに形成された光反射層18によって蛍光反射体層14方向に反射される。そして、蛍光反射体層14で再び基板11方向に反射され、フィルター層12から基板11を介して外部に出射される。
一方、図2(b)に示すように、蛍光体基板10に対して所定の角度から自然光(外光)が入射する場合において、例えば、画素領域E内の光吸収層17の形成部分に向けて進む自然光Ls1は、基板11を透過して光吸収層17に入射し、この光吸収層17で吸収される。また、画素領域E内の光吸収層17の形成部分以外の領域に入射した自然光Ls2の一部は、基板11からフィルター層12、蛍光体層13を経て蛍光反射体層14で反射される。そして、光吸収層17に形成された光反射層18と蛍光反射体層14との間で反射を繰り返すうちに減衰する。
このように、画素領域E内に形成された光吸収層17や光反射層18の作用によって、蛍光体基板10の外部から外光が入射した場合でも、入射した外光の大部分は光吸収層17で吸収されたり、光反射層18と蛍光反射体層14との間で減衰する。従って、蛍光体基板10に入射した外光が蛍光体基板10の内部で反射されて、再び蛍光体基板10から出射される外光を大幅に低減することが可能になる。
一方で、蛍光体基板10の蛍光体層13が励起されて生じた蛍光は、画素領域E内に光吸収層17が形成されて開口率が多少小さくなっていても、蛍光反射体層14や光吸収層17の端面17aに形成された光反射層18の作用によって、蛍光体層13で生じた蛍光の大部分を損失させることなく蛍光体基板10の外部に出射できる。
よって、本実施形態の蛍光体基板10と、蛍光体層を励起する光源と、液晶表示パネルなどの表示部とを組み合わせることで、日中の屋外や照明下など、外光が入射しやすい環境においても、視認性の高い高画質な表示を実現することが可能になる。
(蛍光体基板:第二実施形態)
図3は、第二実施形態における蛍光体基板を示す断面図である。
図3(a)に示すように、この実施形態の蛍光体基板20は、光透過性の基板21と、この基板21の一面21aに順に積層されたフィルター層22、蛍光体層23、および蛍光反射体層24とを備えている。また、蛍光体基板20の蛍光反射体層24に隣接して、蛍光体層23を励起させる光源(バックライト、励起光源)29が配されている。
蛍光体層23の積層方向に沿った側面には、この蛍光体層23を例えば1画素単位に区画する隔壁25が形成され、基板21の一面21aと隔壁25との間、および蛍光体層23との間には、それぞれ光吸収層27が形成されている。この光吸収層27のうち、隔壁25に重ねて形成されている領域は光吸収層27aとし、隔壁25で区画された画素領域Eの内部にある領域は光吸収層27bとしているが、これら光吸収層27a,27bは一体の部材として形成される。
また、光吸収層27の端面には光反射層28が形成されている。
このような光吸収層27のうち、画素領域Eの内部にある光吸収層27bの幅をW、光反射層28と蛍光反射体層24との間隔(この実施形態では蛍光体層23の厚みに相当)をDとしたときに、W<6Dを満たすように光吸収層27bが形成される。
例えば、図3(b)に示すように、励起された蛍光体23が発した蛍光のうち、蛍光体基板20の正面(θ=0度)から見て、例えば、θ=45度方向に進む蛍光F4は、最も光量が多いが光反射層28と蛍光反射体層24との間で反射を繰り返すうちに減衰する。そのため、より損失の少ない状態で蛍光F4を蛍光体基板20から外部に出射させるためには、W<6Dを満たして反射回数を6回以下に抑える必要がある。光反射層28、蛍光反射体層24で反射される際の1回あたりの反射特性を反射率90%の正反射とすると、この条件(W<6D)を満たすことで蛍光F4の損失を50%以下に保つことができる。
(蛍光体基板:第三実施形態)
図4は、第四実施形態における蛍光体基板を示す断面図である。
この実施形態の蛍光体基板30は、光透過性の基板31と、この基板31の一面31aに順に積層されたフィルター層32、蛍光体層33、および蛍光反射体層34とを備えている。また、蛍光体基板30の蛍光反射体層34に隣接して、蛍光体層33を励起させる光源(バックライト、励起光源)39が配されている。
蛍光体層33の積層方向に沿った側面には、この蛍光体層33を例えば1画素単位に区画する隔壁35が形成されている。そして、基板31の一面31aと隔壁35との間には、光吸収層36が形成されている。
一方、隔壁35で区画された画素領域E内には、基板31の一面31aから蛍光体層33に臨むように、複数領域で光吸収層37a,37bが形成されている。また、光吸収層37a,37bのそれぞれの端面には、光反射層38a,38bが形成されている。
このように、画素領域E内の複数個所に光吸収層37a,37bを形成することによって、斜め方向から入射した外光を光反射層38a,38bの厚み方向の側面でも吸収できる割合が高められ、より一層、外光の入射になる視認性の低下を軽減することが可能になる。
(蛍光体基板:第四実施形態)
図5は、第四実施形態として画素領域内での光吸収層の形成パターンのバリエーションを示した断面図である。なお、これら断面図は、いずれも蛍光体基板の積層方向に垂直な断面を俯瞰した状態を示している。
図5(a)では、画素領域E内を複数の矩形サイズに区画するように光吸収層41を形成している。
図5(b)では、画素領域E内を基板の面広がり方向に沿って、互いに対向する一方の隔壁51aと他方の隔壁51bとを横断するように光吸収層42を形成している。
図5(c)では、画素領域E内を互いに対向する一方の隔壁52aと他方の隔壁52bから矩形を間欠的に並べるように光吸収層43を形成している。
図5(d)では、画素領域E内を複数の矩形サイズが千鳥状に配列されるように光吸収層44を形成している。
図5(e)では、画素領域E内の中心部で開口面積が大きく、端部で小さくなるように光吸収層45を形成している。
図5(f)では、画素領域E内に複数の矩形の光吸収層46を形成して、隔壁近傍の開口部が残るようにしている。
なお、画素領域内に形成される光吸収層の形状は、これらバリエーションのみに限定されるものではなく、蛍光の出射特性に合わせて任意の形状に形成することができる。
(表示装置:第一実施形態)
次に、上述したように蛍光体基板をR,G,Bの各色ごとに備えた表示装置の一例を説明する。
図6は、表示装置の一例を示す断面図である。
この表示装置は、励起光を発する光源を備え、この励起光により赤、緑、青の蛍光発光を生じる蛍光体層を液晶表示パネルの画素に対応して配置し、液晶表示パネルを光シャッターとして使用し、蛍光体層の蛍光によりカラー表示を行うカラー表示装置である。
表示装置60は、蛍光体基板70と、この蛍光体基板70に重ねて配される液晶パネル(表示部)80および光源(バックライト)90とを備えている。
蛍光体基板70は、光透過性の基板71と、この基板71の一面71aに順に積層されたフィルター層72R,72G,72B、蛍光体層73R,73G,73B、および蛍光反射体層74,74,74とを備えている。このうち、フィルター層72R,蛍光体層73Rが赤色蛍光を出射する赤色画素領域R、フィルター層72G,蛍光体層73Gが緑色蛍光を出射する緑色画素領域G、フィルター層72B,蛍光体層73Bが青色蛍光を出射する青色画素領域Bをそれぞれ構成する。
もしくは、励起光が430nm〜490nm付近の青色光である場合は、青色画素の蛍光体層73Bは蛍光体を含まず、励起光を散乱する光散乱体層であっても良い。この場合、励起光がこの光散乱体層で散乱されて青色表示を担うので青色画素の蛍光体層73Bには蛍光体が混入されていなくとも良い。光散乱体としては、例えば数百nm程度の径を持つ酸化チタンなどの微粒子を分散した樹脂が使われる。
蛍光体層73R,73G,73Bの積層方向に沿った側面には、これら蛍光体層73R,73G,73Bを互いに区画する隔壁75が形成されている。そして、基板71の一面71aと隔壁75との間、および蛍光体層73との間には、それぞれ光吸収層76,77が各色ごとに形成されている。このうち、光吸収層76は、フィルター層72を1画素単位に区画するように隔壁75に重ねて形成されている。
一方、光吸収層77は、隔壁75によって区画された赤色画素領域R,緑色画素領域G,青色画素領域Bのそれぞれにおいて、基板71の一面71aから蛍光体層73R,73G,73Bに臨むように形成されている。
更に、それぞれの光吸収層77の端面に重ねて、光反射層78が形成されている。光反射層78は、例えば、光吸収層77の端面から所定の厚みで蛍光体層73R,73G,73Bにそれぞれ突出するように形成されていればよい。
液晶パネル(表示部)80は、蛍光体基板70に接する側から順に、第一偏向板81、パネル基板82、液晶層83R,83G,83B、パネル基板84、および第二偏向板85が重ねて配されている。また、液晶層83R,83G,83Bを互いに区画する分離層86が形成されている。
このような液晶パネル(表示部)80は、光源(バックライト)90からの励起光を各色の画素領域R,G,B毎に独立して選択的に透過させる光シャッターとしての機能を有する。液晶パネル80は、これら各色の画素領域R,G,Bを独立して、励起光の透過/遮断が制御される。各色の画素領域R,G,Bの配列パターンとしては、特に制限はなく、公知の配列パターンの中から、目的に応じて適宜選択することができる。
各色の画素領域R,G,Bに対応する液晶パネル80の駆動方式は、パッシブ駆動方式でも良いし、TFT等のスイッチング素子を用いたアクティブ駆動方式でも良い。液晶パネル80のスイッチングと光源90のスイッチングとを組み合わせれば、消費電力をより低減させることができるのでさらに好ましい。液晶層83R,83G,83Bのモードには、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、液晶層83R,83G,83Bのモードとして、TNモード、VAモード、OCBモード、IPSモード、ECBモードなどが用いられる。
図7は、画素領域R,G,Bのそれぞれにおける光吸収層の形成パターンを示した断面図である。この実施形態では、各色の画素領域R,G,Bをそれぞれ8つの矩形に区画するように光吸収層77がそれぞれ形成される。例えば短辺220μm、長辺660μmの57型FHD(1920×RGB×1080画素)相当の表示装置の画素の大きさを想定した場合、光吸収層77は、例えば図7中のX方向の幅Dx,Y方向の幅Dyがそれぞれ50μm、X方向の形成ピッチWxが70μm,Y方向の形成ピッチWyが120μm程度に形成されていれば良い。(また、この時、光反射層78と蛍光反射体層74の間の距離Dは10μmであった。)
このような光吸収層77および光反射層78を画素領域R,G,Bのそれぞれに形成した表示装置60は、蛍光体基板70の外部から外光が入射した場合でも、入射した外光の大部分は光吸収層77で吸収されたり、光反射層78と蛍光反射体層74との間で減衰する。従って、表示装置60に入射した外光が蛍光体基板70の内部で反射されて、再び表示装置60から出射される外光を大幅に低減することが可能になる。
一方で、蛍光体基板70の蛍光体層73R,73G,73Bが励起されて生じた蛍光は、画素領域R,G,B内にそれぞれ光吸収層77が形成されて開口率が多少小さくなっていても、蛍光反射体層74や光吸収層77の端面に形成された光反射層78の作用によって、蛍光体層73R,73G,73Bで生じた蛍光の大部分を損失させることなく表示装置60の外部に出射できる。
よって、日中の屋外や照明下など、外光が入射しやすい環境においても、視認性の高い高画質な表示が可能な表示装置60を実現することが可能になる。
光吸収層77によってそれぞれの画素領域R,G,B内を分割することにより、表示のドット感を軽減し、かつR,G,B各色間での混色が生じ、滑らかで自然な表示を実現することもできる。
(表示装置:第二実施形態)
上述したような表示装置において、画素領域R,G,Bのうち、特定の色の画素領域のみに光吸収層を形成することも効果的である。
図8は、第二実施形態の表示装置における光吸収層の形成パターンを示した断面図である。この実施形態では、各色の画素領域R,G,Bのうち、画素領域Rおよび画素領域Gにそれぞれ8つの矩形に区画するように光吸収層87を形成し、画素領域Bには光吸収層を設けない。このように、反射率が高い画素領域R,Gだけに光吸収層87を形成するだけでも、外光の反射による視認性の低下を確実に防止することが可能になる。
第一実施形態の表示装置の効果を検証した。
検証にあたって、実施例として、図9(a)に示すように、画素領域R,G,B内をそれぞれ8つの矩形に分割するように光吸収層を形成した。この時の開口率は46%である。
一方、図9(b)に示すように、画素領域R,G,B内のいずれにも光吸収層を形成しないものを従来例とした。この時の開口率は82%である。
なお、光吸収層の形成の有無以外は、実施例、従来例ともに画素領域R,G,Bのサイズや構成は同一とした。
この検証結果を図10にグラフで示す。図9のグラフによれば、測定した環境照度の全域に渡って、従来例は入射した外光の反射率が15%であったのに対し、実施例は10%まで低減された。こうした検証結果から、本実施形態の表示装置では、外光の反射による視認性の低下を抑制でき、鮮明な表示が可能であることが確認された。
10…蛍光体基板、11…基板、12…フィルター層、13…蛍光体層、14…蛍光反射体層、15…隔壁、17…光吸収層、18…光反射体層、60…表示装置。

Claims (14)

  1. 光透過性の基板と、該基板の一面に順に重ねて積層された蛍光体層および蛍光反射体層と、前記基板および前記蛍光反射体層の間で前記蛍光体層を複数の画素単位に区画する隔壁と、を少なくとも備えた蛍光体基板であって、
    前記隔壁によって区画されたそれぞれの画素領域内において、前記基板の一面から前記蛍光体層に臨む光吸収層を備え、
    該光吸収層と前記蛍光反射体層との間に前記蛍光体層を介在させたことを特徴とする蛍光体基板。
  2. 前記光吸収層が前記蛍光反射体層に臨む端面には、更に光反射層が形成されていることを特徴とする請求項1記載の蛍光体基板。
  3. 前記隔壁は蛍光反射性を有することを特徴とする請求項1または2記載の蛍光体基板。
  4. 前記光吸収体は前記基板の一面側においてそれぞれの前記画素領域の一部を遮光することを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項記載の蛍光体基板。
  5. 前記光吸収体は前記基板の一面側においてそれぞれの前記画素領域を複数の開口部に分割させることを特徴とする請求項1ないし4いずれか1項記載の蛍光体基板。
  6. 前記光吸収体はそれぞれの前記画素領域において、前記基板の面広がり方向に沿って互いに対向する一方の隔壁と他方の隔壁とを横断するように形成されていることを特徴とする請求項1ないし5いずれか1項記載の蛍光体基板。
  7. 基板の面広がり方向に沿った前記光吸収体の幅Wと、前記光反射層と前記蛍光反射体層との間隔Dとは、W<6Dの関係を満たすことを特徴とする請求項2ないし6いずれか1項記載の蛍光体基板。
  8. 前記蛍光体層は、複数色にそれぞれ対応した画素を構成し、前記光吸収体は白色光の視感反射率が最も高い画素に少なくとも形成されていることを特徴とする請求項1ないし7いずれか1項記載の蛍光体基板。
  9. 前記蛍光体層の前記基板側に、前記基板から入射する外光のうち、前記蛍光体層を励起して蛍光を放射させる波長域の光を少なくともカットするフィルタ層ーが更に形成されていることを特徴とする請求項1ないし8いずれか1項記載の蛍光体基板。
  10. 前記光反射層の前記蛍光反射体層と対向する面は、前記蛍光体層によって覆われていることを特徴とする請求項2ないし9いずれか1項記載の蛍光体基板。
  11. 前記蛍光反射体層は、所定の波長域の蛍光のみを反射させる波長選択膜からなることを特徴とする請求項1ないし10いずれか1項記載の蛍光体基板。
  12. 前記蛍光反射体層は、前記蛍光体層よりも屈折率が低い材料から構成されていることを特徴とする請求項1ないし11いずれか1項記載の蛍光体基板。
  13. 前記光反射層は金属から構成されるとことを特徴とする請求項1ないし12いずれか1項記載の蛍光体基板。
  14. 請求項1ないし13いずれか1項記載の蛍光体基板と、前記蛍光体層を励起する励起光を出射させる光源と、前記蛍光体基板に重ねて形成され、前記蛍光体基板の前記画素に入射する前記励起光の光量を調節する表示部とを備えたことを特徴とする表示装置。
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