JP2020091419A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精細な画像を表示することが可能でさらに薄型化された、改良された発電機能を有する表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置１０Ａは、光を吸収する蛍光体６から放射される蛍光が内部を伝搬する導光体７と、導光体７の端面に配置され、導光体７の内部を伝搬する蛍光を光電変換する光電変換部８と、液晶層を含む偏光制御部３Ａであって、導光体７の外光が入射する一方の面側に配置され、蛍光体６から放射され液晶層を透過する蛍光の偏光状態を制御することにより、画素の表示を切り替える偏光制御部３Ａと、を備え、蛍光体６から放射される一部の蛍光により画素を表示し、一部の蛍光により発電する。
【選択図】図１

Description

本発明は表示装置に関し、より詳細には、発電機能を有する表示装置に関する。

発電機能を有する従来の表示装置としては、例えば図１４および図１５に例示する特許文献１に記載の表示装置が挙げられる。

図１４に示す表示装置では、Luminescent Solar Concentrator (LSC)に光源９５ａを正対させる。ＬＳＣは、２枚の透明基板９２の間に蛍光体層９３が配置され、端面に太陽電池９４が配置されて構成されている。光源９５ａから放射された光が蛍光体層９３内の蛍光体を励起し、蛍光体が蛍光を放射する。したがって、図１４に示す構成は照明装置として機能する。また、外光Ｌｅｘｔが入射すると蛍光が放射され、その一部は透明基板９２の内部を伝搬して太陽電池９４に至り、光電変換される。したがって、図１４に示す構成は発電装置として機能する。

一方で、図１４に示す構成では、高精細な画像を表示することが困難である。仮に、例えばＬＥＤを２次元に配列して個々のＬＥＤを独立して点灯可能な構成を光源９５ａとして用いれば、簡単な画像を表示することができる。しかしながら、高精細な画像を表示するためには、ＬＥＤを高密度に配列する必要がある。例えば、スマートフォン用のディスプレイのような大きさの画像を表示するためには、製造コストが増加するため、このような構成は実用的ではない。

高精細な画像を表示するためには、図１５に示すように、外部の光源９５ｂから強度を変調した励起光ＬＢをＬＳＣ上で走査するとよい。あるいは、Digital Micro-mirror Device (DMD)のような空間光変調器を用いて面状の励起光パターンを入射してもよい。いずれの場合も、励起光の強度に応じた強度の蛍光が放射されるため、高精細な画像が表示される。また、蛍光の一部は太陽電池９４に至って光電変換されるため、図１５の構成は発電装置として機能する。

特開２０１７−１８３７２０号公報

しかしながら、図１５に示す構成では、光を投射する距離が必要となるため、装置が大型化する。装置が大型化すると、スマートフォン等の携帯機器に搭載することは困難となる。発電機能を有する従来の表示装置には、さらなる改良が求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高精細な画像を表示することが可能でさらに薄型化された、改良された発電機能を有する表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、例えば以下に示す態様を含む。
（項１）
光を吸収する蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６，３７，３７Ｒ，３７Ｇ）から放射される蛍光が内部を伝搬する導光体（７，４）と、
前記導光体（７，４）の端面に配置され、前記導光体（７，４）の内部を伝搬する前記蛍光を光電変換する光電変換部（８）と、
液晶層（３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ）を含む偏光制御部であって、前記導光体（７，４）の外光が入射する一方の面側に配置され、前記蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６，３７，３７Ｒ，３７Ｇ）から放射され前記液晶層（３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ）を透過する前記蛍光の偏光状態を制御することにより、画素の表示を切り替える偏光制御部（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）と、
を備え、
前記蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６，３７，３７Ｒ，３７Ｇ）から放射される一部の前記蛍光により前記画素を表示し、一部の前記蛍光により発電する、表示装置。
（項２）
前記偏光制御部（３Ａ）は、前記導光体（７，４）の前記一方の面側に、空気層（１１）を介して配置されている、項１に記載の表示装置。
（項３）
前記偏光制御部（３Ａ）は、前記導光体（７，４）の前記一方の面側に、誘電体層（９）を介して配置されている、項１に記載の表示装置。
（項４）
前記蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６）は、前記導光体（７，４）の表面または内部に配置されている、項１または２に記載の表示装置。
（項５）
前記蛍光体（３７，３７Ｒ，３７Ｇ）は、前記光の吸収および前記蛍光の発光に異方性を有し、前記液晶層（３３Ｂ，３３Ｃ）内に混合されている、項１から３のいずれか一項に記載の表示装置。
（項６）
前記導光体（７，４）の他方の面側に配置される面状の光源（１３）をさらに備える、項１から５のいずれか一項に記載の表示装置。
（項７）
複数の前記画素のそれぞれの位置において、前記液晶層（３３Ａ，３３Ｃ）の外光が入射する一方の面側に配置される上部帯域透過フィルタ（４１Ｒ_１，４１Ｇ_１）をさらに備え、
前記蛍光体（６Ｒ，６Ｇ，３７Ｒ，３７Ｇ）は、複数の種類の蛍光材料を含み、
複数の種類の前記蛍光材料のそれぞれについて、前記上部帯域透過フィルタ（４１Ｒ_１，４１Ｇ_１）は、当該蛍光材料を励起する波長範囲の光と、当該蛍光材料が放射する波長範囲の光とを透過させる、項１から５のいずれか一項に記載の表示装置。
（項８）
前記導光体（７，４）の他方の面側に配置される面状の光源（１３）と、
複数の前記画素のそれぞれの位置において、前記液晶層（３３Ａ，３３Ｃ）の他方の面側に配置される下部帯域透過フィルタ（４１Ｒ_２，４１Ｇ_２）と、
をさらに備え、
複数の種類の前記蛍光材料のそれぞれについて、前記下部帯域透過フィルタ（４１Ｒ_２，４１Ｇ_２）は、当該蛍光材料を励起する波長範囲の光と、当該蛍光材料が放射する波長範囲の光とを透過させる、項７に記載の表示装置。
（項９）
光拡散層（１４）をさらに備え、
当該光拡散層（１４）は、前記導光体（７，４）の他方の面側に配置されている、または、前記導光体（７，４）の前記一方の面側の、前記導光体（７，４）と前記偏光制御部（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）との間に配置されている、項１から８のいずれか一項に記載の表示装置。
（項１０）
前記蛍光体（１５，１６，３７，３７Ｒ，３７Ｇ）は、前記光の吸収および前記蛍光の発光に異方性を有し、
前記導光体（７，４）の他方の面側に配置される偏光板（５，１７）をさらに備える、項１から５および７のいずれか一項に記載の表示装置。

本発明によると、高精細な画像を表示することが可能でさらに薄型化された、改良された発電機能を有する表示装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る表示装置の模式的な断面図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る表示装置の模式的な断面図である。 第１の実施形態の第２の変形例に係る表示装置の模式的な断面図である。 第１の実施形態の第３の変形例に係る表示装置の模式的な断面図である。 第１の実施形態の第４の変形例に係る表示装置の模式的な断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る表示装置の模式的な断面図である。 第２の実施形態の第１の変形例に係る表示装置の模式的な断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る表示装置の模式的な断面図である。 第３の実施形態の第１の変形例に係る表示装置の模式的な断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る表示装置の模式的な断面図である。 発電機能を有する従来の表示装置の模式図である。 発電機能を有する従来の表示装置の模式図である。

以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明および図面において、同じ符号は同じまたは類似の構成要素を示すこととし、よって、同じまたは類似の構成要素に関する重複した説明を省略する。

また、以下の説明では、或る構成要素と他の構成要素との位置関係を説明する際の表現として、「垂直」、「平行」および「直交」等の表現を用いているが、これらの表現は、厳密に「垂直」、「平行」、「直交」であることのみを意味するのではなく、概ね「垂直」、「平行」、「直交」であることを含む意味として説明する。

［第１の実施形態］
（概要）
本発明の第１の実施形態では、表示装置（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ）は、
光を吸収する蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６）から放射される蛍光が内部を伝搬する導光体（７）と、
導光体（７）の端面に配置され、導光体（７）の内部を伝搬する蛍光を光電変換する光電変換部（８）と、
液晶層（３３Ａ）を含む偏光制御部であって、導光体（７）の外光が入射する一方の面側に配置され、蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６）から放射され液晶層（３３Ａ）を透過する蛍光の偏光状態を制御することにより、画素の表示を切り替える偏光制御部（３Ａ）と、
を備え、蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６）から放射される一部の蛍光により画素を表示し、一部の蛍光により発電する。
蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６）は、導光体（７）の表面または内部に配置されている。偏光制御部（３Ａ）は、導光体（７）の一方の面側に、空気層（１１）を介して配置されている。空気層（１１）は、偏光制御部（３Ａ）と蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６）との間に配置されている。蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６）は、偏光制御部（３Ａ）と導光体（７）の一方の面側との間に配置されている。蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１６）は層状に形成されていてもよい。

第１の実施形態に係る表示装置１０Ａによると、高精細な画像を表示することが可能でさらに薄型化された、改良された発電機能を有する表示装置を提供することができる。

（構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の模式的な断面図である。

第１の実施形態に係る表示装置１０Ａは、上部偏光板１と、上部透明基板２と、液晶層３３Ａを含む偏光制御部３Ａと、下部透明基板４と、下部偏光板５と、蛍光体層６と、導光体７と、光電変換部８と、を備える。第１の実施形態に係る表示装置１０Ａは、蛍光体層６から放射される蛍光ＦＬのＯＮ／ＯＦＦを、偏光制御部３Ａにより切り替えることにより、画像の表示を行う。

上部偏光板１と、上部透明基板２と、液晶層３３Ａを含む偏光制御部３Ａと、下部透明基板４と、下部偏光板５とは積層されて、液晶パネルを構成している。上部偏光板１の透過軸は図中ｙ軸に沿った方向とし、下部偏光板５の透過軸は図中ｘ軸に沿った方向とする。上部偏光板１の透過軸と下部偏光板５の透過軸とは直交している。例示的には、液晶パネルには、twisted nematic (TN)パネルを用いることができる。

本実施形態では、蛍光体層６と導光体７とは積層されて、液晶パネルを構成している下部偏光板５の下方に、空気層１１を介して配置されている。第１の実施形態に係る表示装置１０Ａは、蛍光体層６が液晶パネルに積層された積層構造と呼ぶことができる。

本実施形態では、蛍光体層６と導光体７と光電変換部８とがＬＳＣ（Luminescent Solar Concentrator）を構成している。本実施形態では、発光材料を含む蛍光体の層を蛍光体層６として用い、導光体７の表面に蛍光体層６を配置した構成のＬＳＣを用いる。これに代えて、導光体７の内部に蛍光体を一様に分散させた構成のＬＳＣを用いてもよい。あるいは、導光体７内に蛍光体層６を介装した構成のＬＳＣとしてもよい。発光材料に含まれている蛍光体は、外光Ｌｅｘｔ等の光を吸収して蛍光ＦＬを放射する。放射される蛍光ＦＬは、可視光域の蛍光が好ましい。本実施形態において用いる蛍光体には、等方性または異方性を有する種々の蛍光体材料を用いることができる。

光電変換部８は、本実施形態では導光体７の端面に配置されており、導光体７の内部を伝搬する蛍光ＦＬを光電変換する。光電変換により得られた電力は、図示しない二次電池等の蓄電池に蓄えられる。蓄電池は、表示装置１０Ａが備えていてもよいし、電力線に接続されて表示装置１０Ａとは別体に構成されていてもよい。光電変換部８には、例えば太陽電池を用いることができる。光電変換部８は、導光体７の端面に密着させて配置することが好ましい。

本実施形態では、液晶パネルを構成する下部偏光板５とＬＳＣを構成する蛍光体層６との間に、空気層１１が存在する。あるいは、空気層１１に代えて、低屈折率の透明な誘電材料を介して下部偏光板５と蛍光体層６とを接着してもよい。例えば、旭硝子株式会社（ＡＧＣ Ｉｎｃ．）の製品「サイトップ」（登録商標）の屈折率は１．３３であり、水と同等である。この値は標準的な樹脂やガラス材料の屈折率１．５より低いため、蛍光ＦＬが全反射により導光体７の内部に閉じ込められ易くなる。ここで重要なのは、誘電材料の屈折率の値そのものではなく、導光体７との屈折率の差を大きくすることである。これにより２つの材料の界面での全反射の臨界角が大きくなり、蛍光ＦＬが光電変換部８に至る確率が増加する。例えば、導光体７として標準的な屈折率１．５程度の樹脂やガラス材料ではなく、屈折率１．８程度のガラス材料を使うことが発電量の増加に有効である。

偏光制御部３Ａは、共通電極３１と、上部配向膜３２と、液晶層３３Ａと、下部配向膜３４と、画素電極３５と、を含む。液晶層３３Ａは液晶分子３６を含み、上部配向膜３２および下部配向膜３４間に介装されている。共通電極３１は上部配向膜３２上に配置されており、画素電極３５は下部配向膜３４下の下部透明基板４上に配置されている。共通電極３１および画素電極３５は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等により、一様な透明電極として形成されている。

図２を参照して、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａの断面構造を説明する。図２に示す断面図の上部は、例示的なＴＮ形式の液晶パネルの隣り合う画素間の境界領域の構成を示している。即ち、下部透明基板４上の画素電極３５は、画素毎に分離されており、図示していない薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などにより電位が設定される。ＴＦＴを駆動するために、金属材料を用いて下部透明基板４の表面に配線３８が形成されている。上部透明基板２の下方には、共通電極３１が配置されている。配線３８、共通電極３１および画素電極３５上には、液晶パネルの略全面にわたって上部配向膜３２または下部配向膜３４が形成されており、液晶分子３６を配向する。配向方向は、上部配向膜３２では図中ｙ軸方向であり、下部配向膜３４では図中ｘ軸方向である。電圧を印加しない（Ｖ＝０）場合には、図の左側に示すように、液晶分子３６は９０°ねじれている。液晶分子３６の駆動に十分な電圧が印加されると、図の右側に示すように、液晶分子３６は電気力線に平行に配向する。画素間の境界には、光吸収体層３９（ブラックマトリクス）が格子状に形成されており、光吸収体層３９が形成されている領域では光の透過が防止される。

なお、例示的な寸法として、上部透明基板２、下部透明基板４および導光体７は、それぞれ約０．５ｍｍ程度の厚さを有しており、上部配向膜３２、下部配向膜３４、共通電極３１、画素電極３５および液晶層３３Ａ等の、液晶パネルを構成する他の構成要素に比べてはるかに厚い。

（動作）
図２を参照して、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａの動作を説明する。外光Ｌｅｘｔが上部偏光板１に入射すると、上部偏光板１の透過軸に平行な偏光成分（図中ｙ軸方向）が透過して、液晶層３３Ａに入射する。

液晶層３３Ａに電圧が印加されていない図中左側の領域では、外光Ｌｅｘｔは、偏光制御部３Ａにおいて偏光面が進行方向に垂直な面内で９０°回転されて、蛍光体層６に至る。外光Ｌｅｘｔの偏光面と下部偏光板５の偏光軸とは平行となっており、外光Ｌｅｘｔは下部偏光板５を透過することができる。この状態は、液晶パネルが光を透過させる、液晶シャッターが「ＯＮ」の状態である。蛍光体層６に至った外光Ｌｅｘｔは蛍光体に効率よく吸収されて、蛍光体は蛍光ＦＬを放射する。また、液晶シャッターが「ＯＮ」の状態では、蛍光体層６において放射された蛍光ＦＬの一部は、液晶パネルを透過して上方へ伝搬し、外部へ放射される。これにより、この領域では「白」が表示される。ここで、液晶シャッターの透過率は連続して設定できるので、「白」という表現は中間調を含む。

蛍光ＦＬの一部は、液晶パネルを透過して外部へ放射されるものの、大部分の蛍光ＦＬは導光体７内に閉じ込められる。例示的には、導光体７の材料が約１．５の標準的な屈折率を有する場合、全反射の臨界角は約４２°となり、約７５％の蛍光ＦＬが導光体７内に閉じ込められる。導光体７内に閉じ込められた蛍光ＦＬは、全反射を繰り返して導光体７の内部を伝搬し、導光体７の端面に配置された光電変換部８に至る。光電変換部８に到達した蛍光ＦＬは、光電変換により電力に変換され、図示しない蓄電池に蓄えられる。

液晶層３３Ａに電圧が印加されている図中右側の領域では、外光Ｌｅｘｔは液晶層３３Ａを透過するが、液晶層３３Ａにおいて偏光面は回転されない。外光Ｌｅｘｔの偏光面と下部偏光板５の偏光軸とは垂直となっており、外光Ｌｅｘｔは下部偏光板５を透過することができない。この状態は、液晶パネルが光を透過させない、液晶シャッターが「ＯＦＦ」の状態である。外光Ｌｅｘｔは蛍光体層６に至ることができず、蛍光ＦＬは放射されない。これにより、この領域では「黒」が表示される。以上に説明した通り、画素毎に「白」（中間調）と「黒」の表示を設定することにより、外光を利用して画像表示と発電とが実現される。

（発電機能）
以下、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａの構成を一例として、本発明に係る表示装置の発電機能について説明する。

一般に、太陽電池の発電機能を定量的に比較するためには、パワー変換効率η_ＰＣＥ（PCE: Power Conversion Efficiency）が用いられる。パワー変換効率η_ＰＣＥは、入射光のパワーと出力される電力との比として定義される。太陽光のスペクトルは場所や時刻や天気などで変化し、また、太陽電池には多くの種類があり、変換効率も様々である。このため、ＬＳＣのパワー変換効率η_ＰＣＥを評価する際には、使用する太陽電池の特性を特定し、標準の太陽光スペクトルの下で出力電力を測定する。例えば、ＧａＡｓ太陽電池を用いたＬＳＣ（入射面の面積は５ｃｍ×５ｃｍで厚さは０．５ｃｍ）では、標準の太陽光スペクトル“ＡＭ１．５Ｇ”（放射照度１００ｍＷ／ｃｍ^２に相当）の条件下で、パワー変換効率η_ＰＣＥが最大で約７％になることが報告されている。（参考文献：L. H. Slooff, et al., phys. stat. sol. (RRL) 2, No. 6, 257-259, 2008.）

本実施形態では、液晶パネルを透過した外光が蛍光体に入射する。外光は太陽光に限定されないが、まずは非表示状態の装置に太陽光が入射して発電する場合について説明する。以下の数値例では、様々な条件を仮定しながら発電効率を求める。透過率が０．１０の液晶パネルを用いると、ＡＭ１．５Ｇの太陽光の場合では、蛍光体層６での放射照度は１０ｍＷ／ｃｍ^２となる。蛍光体の量子効率（入射した光子がそれより低エネルギーの光子に変換される確率）を０．８とすると、このときに蛍光体が放射する蛍光のパワー密度は８ｍＷ／ｃｍ^２である。導光体７の外寸が５ｃｍ×５ｃｍ×１ｃｍとすると、放射される蛍光のパワーは８ｍＷ／ｃｍ^２×２５ｃｍ^２＝２００ｍＷとなる。ここで、蛍光が等方的に放射される場合には、標準的な屈折率１．５の導光体７に蛍光が閉じ込められる確率は約０．７５である。さらに、導光体７の内部に閉じ込められた蛍光が伝搬するときの損失が無いと仮定すると、導光体７の４つの端面に設置された太陽電池８の表面には、２００ｍＷ×０．７５＝１５０ｍＷのパワーの蛍光が到達する。結晶シリコンの太陽電池８を導光体７の４つの端面に配置すると仮定し、標準的なパワー変換効率η_ＰＣＥを１５％と仮定する。この場合には、装置の発電量は、１５０ｍＷ×０．１５＝２２．５ｍＷとなる。

以上の説明では、装置の入力面が太陽光によって一様に照射されることが前提となっている。しかし、本発明では次の点において従来のＬＳＣとは前提条件が異なっている。第一に、装置に入射する光は太陽光に限定されない。第二に、入射光の一部は液晶パネルで吸収または反射され、透過した一部の光が蛍光体を励起する。第三に、一般的な使用状態では、装置の全面に一様に光が入射するとは限らない。特に、画像を表示する際には、蛍光体に入射する光の強度分布は不均一になる。そこで、以下では、これらの条件の下で入射光のパワーが電力に変換される過程を解析する。

前述のように、本発明の装置の一般的な使用状態では、入射光の強度分布は一様ではない。このため、装置の表面の１点に光が入射したときに導光体の端面に蛍光が到達する場合の光学的な効率を、解析に用いるのが合理的である。この効率η_ｏｐｔは次式で定義される。

ここで、Ｐ_ｉｎは装置の表面の１点に入射する光のパワー、Ｐ_ｅｄｇｅは導光体の端面に到達する蛍光のパワーである。Ｐ_ｅｄｇｅは入射点の座標に依存するため、η_ｏｐｔもその関数になる。仮に、η_ｏｐｔが全ての入射点の座標（ｘ，ｙ）の関数として既知であれば、任意の強度分布Ｐ_ｉｎ（ｘ，ｙ）の光が装置に入射するときの、導光体の端面に到達する蛍光のパワーＰ_ｏｕｔは次式で求められる。

η_ｏｐｔは、発電機能を解析するうえで特徴的なパラメータであるので、さらに詳細に説明する。η_ｏｐｔは、装置の表面の１点に光が入射し、蛍光材料によって光が吸収されて蛍光が発生し、発生した蛍光が太陽電池に至る、という各過程の確率の積として求められる。即ち、光が液晶パネルを透過する確率をＴ_ｐ、透過した光を蛍光材料が吸収する確率をη_α、蛍光材料の量子効率をη_ＱＥ、放射された蛍光が導光体の内部を伝搬して太陽電池へ到達する確率をη_ｔｒａｐとすると、次式が成り立つ。

上式の右辺のＴ_ｐ、η_α、η_ＱＥは、装置を構成する要素の材料の選択や光学設計により制御することができる。したがって、効率η_ｔｒａｐを知ることが重要になる。一例として、米国Sigma-Aldrich社から購入した蛍光材料Coumarin6を用いて、外寸が５．０ｃｍ×５．０ｃｍ×１．０ｃｍのＬＳＣを試作し、装置の１点に波長が約４５０ｎｍのレーザー光を入射させて、効率η_ｏｐｔを測定した。測定結果は、励起点とＬＳＣの端面との距離に応じて変化したが、端面から５ｍｍ以上離れた場合にはほぼ一定の値になった。この値η_ｏｐｔは、ＬＳＣの端面の処理に依存した。４つの端面のうち３つに黒い塗料を塗り、ほぼ完全に光が吸収される処理を施した場合には、この値η_ｏｐｔは約０．１６となり、３つの端面に反射率６７％の反射シートを設置すると、値η_ｏｐｔは約０．３に増加した。これらの値を用いると、本発明に係る表示装置の発電効率は、式（２）で求められる。このように、効率η_ｔｒａｐの値を設定することにより、様々な特性（η_ｏｐｔ）を有する装置の設計が可能になる。

次に、本発明の装置では、外光Ｌｅｘｔを利用して表示する画像のコントラストは、外光の強度に依存せず一定の値になる。この理由を以下に説明する。

図２において液晶パネルに上方から入射する外光Ｌｅｘｔの強度をＩ_α、液晶パネルの上面での反射率をＲとする。液晶パネルに黒を表示するとき（図２の右側）、観察者の目には強度ＲＩ_αの光が届く。白表示の画素（図２の左側）では、液晶パネルの透過率をＴ_ｐとすると、蛍光体に到達する外光の強度はＴ_ｐＩ_αである。蛍光材料の量子効率をη_ＱＥとすると、放射される蛍光の強度はη_ＱＥＴ_ｐＩ_αとなり、その一部が液晶パネルを透過して観察者に至る。その割合をｆとすると、観察者に至る蛍光の強度はｆη_ＱＥＴ_ｐ ^２Ｉ_αと表すことができる。以上より、表示画像のコントラスト比ＣＲは、以下の通りに求められる。

透過型液晶ディスプレイのコントラストについても同様に考察する。黒表示の場合には、表面での反射光が観察者に届く。したがって、黒表示の光の強度はＲＩ_αである。白表示の場合には、バックライトから放射された光の一部が液晶パネルを透過して観察者に至る。バックライトが放射する光の強度をＩ_ＢＬＵ、上方へ放射される割合をｆとすると、観察者に至る蛍光の強度は、ｆＴ_ｐＩ_ＢＬＵと表すことができる。したがって、表示画像のコントラスト比ＣＲは、以下のように表すことができる。

式（５）においてＩ_α→∞とすると、コントラスト比ＣＲは１に近づいて、画像の表示は不可能になる。一方で、式（４）では、コントラスト比ＣＲは１より大きな定数である。したがって、本発明の実施形態に係る表示装置による表示画像は、従来の透過型液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイに比べて、明所での視認性に優れていることが分かる。

なお、本実施形態では、等方的に蛍光が放射される蛍光体を用いたため、一般的な屈折率１．５の導光体内に蛍光が閉じ込められる確率は、約０．７５となる。発光に異方性を有する蛍光体を導光体に垂直に配向すると、この確率を約０．９１に改善することができる。さらに、屈折率１．７の導光体を用いると、確率は約０．９４にまで増加する。一方で、発光に異方性を有する蛍光体を導光体に水平に配向すると、屈折率１．５の導光体では、導光体内に蛍光が閉じ込められる確率は、約０．６６まで減少する。このように、発光に異方性を有する蛍光体を配向することにより、発電効率と表示の明るさとのどちらを優先するかを選択することができる。

このように、本実施形態に係る表示装置によると、外光のパワーを利用して画像を表示すると共に、発電を行うことができる。外光を利用して画像を表示する技術としては、反射型液晶ディスプレイが従来から知られている。反射型ディスプレイは、ＴＮなどの液晶パネルの下面に反射体を接着して構成されている。したがって、仮に、反射型ディスプレイの反射体を取り除いて代わりにＬＳＣを配置すれば、図１に示す本実施形態に係る表示装置に類似した構成となる。ここで、本実施形態では、液晶パネルとＬＳＣとを単に接着するのではなく、両者の間に空気層または低屈折率の誘電体層を介在させる点が特徴である。即ち、本実施形態では、液晶パネルとＬＳＣとの間に、空気層または低屈折率の誘電体層を介在させることにより、ＬＳＣを構成する導光体から上方へ蛍光が漏れる確率を減少させて、発電量が低下することを防いでいる。

さらに、反射型液晶ディスプレイでは、反射層によって反射された外光が液晶パネルを透過して観察者に至るので、眼に入る光のスペクトルは外光に依存する。したがって、外光のスペクトルの変化に応じて表示画像の色が変化する。これに対し、本実施形態では、外光を蛍光に変換して画像を表示するため、外光のスペクトルが変化しても、同じ色の画像を安定して表示することができる。さらに、人の知覚には、狭いスペクトルの光は明るく感じるという特徴があり、これはHelmholtz-Kohlrausch effectと呼ばれている。本実施形態では、蛍光体が放射する光は一般の外光よりスペクトルが狭いので、この現象を利用して明るい表示を実現することができる。

（効果）
以上、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａによると、高精細な画像を表示することが可能でさらに薄型化された、改良された発電機能を有する表示装置を提供することができる。

また、表示装置１０Ａによると、薄型ディスプレイで外光を利用して画像表示と発電とを実現することができる。さらに、外光を蛍光に変換することにより、色再現域が外光に依存しないため、従来の反射型液晶ディスプレイに比べて、鮮やかな色を表現することができる。そのうえ、外光の強度に比例した強度の蛍光が放射されるため、従来の透過型液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイに比べて、明所での優れた視認性を提供することができる。

［第１の実施形態の変形例］
以下において説明する第１の実施形態の変形例に係る表示装置１０Ｂ〜１０Ｅの構成は、特に言及しない限り、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａと同様であるので、重複する説明は省略する。

（変形例その１：バックライト）
図３は、第１の実施形態の第１の変形例に係る表示装置の模式的な断面図である。

第１の実施形態の第１の変形例に係る表示装置１０Ｂは、ＬＳＣを構成する導光体７の下方に面状光源１３をさらに備える点において、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａと異なっている。面状光源１３には、例えばＬＥＤ等で構成される公知のバックライトを用いることができる。

導光体７と面状光源１３との間には、さらなる空気層１２が存在してもよい。あるいは、さらなる空気層１２に代えて、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａと同様の低屈折率の誘電材料が存在してもよい。

表示装置１０Ｂによると、暗所でも画像を表示することができる。また、暗所での使用時において、光源が放出する光のパワーの一部を回収することができる。

図３を参照して、第１の実施形態の第１の変形例に係る表示装置１０Ｂの動作を説明する。暗所でも画像を表示するには、図３に示すように、ＬＳＣを構成する導光体７の下方に面状光源１３を配置して蛍光体を励起すればよい。即ち、蛍光体を励起する励起光Ｌｓｒｃは図中の下方から蛍光体層６に至り、蛍光体層６から蛍光ＦＬが放射される。蛍光体層６から放射された蛍光ＦＬの一部は、下部偏光板５の透過軸に平行な偏光成分（図中ｘ軸方向）が透過して、液晶層３３Ａに至る。

液晶層３３Ａに電圧が印加されていない図中左側の領域では、蛍光ＦＬは液晶層３３Ａにおいて偏光面が９０°回転されて上方へ伝搬し、液晶層３３Ａを離れる時には偏光面が図中ｙ軸方向になる。したがって、蛍光ＦＬは上部偏光板１を透過し外部へ放射される。これに対し、液晶層３３Ａに電圧が印加されている図中右側の領域では、蛍光ＦＬは液晶層３３Ａにおいて偏光面が回転されず上部偏光板１を透過することができない。このように、液晶層３３Ａを含む偏光制御部３Ａに印加する電圧印加の有無により、液晶シャッターのＯＮ状態／ＯＦＦ状態を切り替えて、表示のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。

一方で、蛍光ＦＬの一部は、ＬＳＣを構成する導光体７内に閉じ込められ、全反射を繰り返して導光体７の内部を伝搬し、導光体７の端面において光電変換部８に至ることにより、発電に寄与する。これにより、面状光源１３に投入した電力の一部を回収することができる。

（変形例その２：光拡散反射層）
図４は、第１の実施形態の第２の変形例に係る表示装置の模式的な断面図である。

第１の実施形態の第２の変形例に係る表示装置１０Ｃは、ＬＳＣを構成する導光体７の下方に光拡散反射層１４をさらに備える点において、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａと異なっている。光拡散反射層１４には、例えば液晶ディスプレイで用いられている公知の光拡散フィルムまたは光拡散反射フィルムを用いることができる。

導光体７と光拡散反射層１４との間には、さらなる空気層１２が存在してもよい。あるいは、さらなる空気層１２に代えて、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａと同様の低屈折率の誘電材料が存在してもよい。

表示装置１０Ｃによると、蛍光ＦＬの利用効率を向上させることができる。

図４を参照して、第１の実施形態の第２の変形例に係る表示装置１０Ｃの動作を説明する。蛍光ＦＬの一部は、ＬＳＣを構成する導光体７内に閉じ込められ、全反射を繰り返して導光体７の内部を伝搬し、導光体７の端面において光電変換部８に至るものの、一定の量の蛍光ＦＬは、導光体７の下方へも放射される。図４に示すように、導光体７の下方に光拡散反射層１４を配置して、導光体７の下方から外部へ放射されようとする蛍光ＦＬを上方へ反射することにより、蛍光ＦＬの利用効率が向上する。

なお、導光体７の下方に光拡散反射層１４を配置することに代えて、ＬＳＣを構成する蛍光体層６および導光体７の上方にまたは蛍光体層６および導光体７の間に光拡散層を配置することにより、蛍光ＦＬの利用効率を向上させてもよい。あるいは、光拡散反射層１４および光拡散層の両方を配置してもよい。

（変形例その３：異方性を有する蛍光体を用いたシースルー化）
図５は、第１の実施形態の第３の変形例に係る表示装置の模式的な断面図である。

第１の実施形態の第３の変形例に係る表示装置１０Ｄは、蛍光体層６に代えて、異方性蛍光体１５を含む異方性蛍光体層１６を備える点と、下部偏光板５に代えて、異方性蛍光体１５の配向方向に略垂直な透過軸を有する偏光板１７を導光体７の下面に備える点とにおいて、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａと異なっている。

すなわち、第３の変形例に係る表示装置１０Ｄでは、蛍光体１５，１６は、光の吸収および蛍光の発光に異方性を有している。表示装置１０Ｄは、導光体７の他方の面側に配置される偏光板１７をさらに備えている。偏光板１７の透過軸は、蛍光体１５，１６の配向方向に略垂直である。

表示装置１０Ｄによると、表示装置をシースルー化することができる。これは、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａにおいて、使用する蛍光体材料を適切に選択して構成を修正することにより実現する。具体的には、図５に示すように、光の吸収と発光に異方性がある蛍光体１５を図中ｘ軸に沿って配向し、ＴＮパネルの下面に配置されている下部偏光板５を取り除き、ＬＳＣを構成する導光体７の下面に新たに偏光板１７を追加する。偏光板１７の透過軸は、蛍光体１５の配向方向に垂直（図中ｙ軸方向）である。

図５を参照して、第１の実施形態の第３の変形例に係る表示装置１０Ｄの動作を説明する。

まず、図中の上方から下方へ伝搬する外光について説明する。液晶層３３Ａに電圧が印加されていない図中左側の領域では、外光Ｌｅｘｔは、偏光制御部３Ａにおいて偏光面が進行方向に垂直な面内で９０°回転されて、異方性蛍光体層１６に至る。液晶層３３Ａを透過した外光Ｌｅｘｔの偏光方向と異方性蛍光体１５の配向方向とは略一致しているため、外光Ｌｅｘｔはよく吸収され、異方性蛍光体層１６において蛍光ＦＬが放射される。この蛍光ＦＬには異方性蛍光体１５の配向方向に沿った偏光成分が多く含まれる。液晶シャッターが「ＯＮ」の状態では、この蛍光ＦＬの偏光状態も同様に、液晶層３３Ａにより偏光面が９０°回転されて、上部偏光板１を透過し外部へ放射される。これにより、「白」が表示される。

蛍光ＦＬの一部は、液晶パネルを透過して外部へ放射されるものの、一部の蛍光ＦＬは導光体７内に閉じ込められる。導光体７内に閉じ込められた蛍光ＦＬは、全反射を繰り返して導光体７の内部を伝搬し、導光体７の端面に配置された光電変換部８に至る。光電変換部８に到達した蛍光ＦＬは、光電変換により電力に変換され、図示しない蓄電池に蓄えられる。

これに対し、液晶層３３Ａに電圧が印加されている図中右側の領域では、外光Ｌｅｘｔは異方性蛍光体層１６に至るものの、偏光制御部３Ａにおいて偏光面が進行方向に垂直な面内で９０°回転されない。よって、液晶層３３Ａを透過した外光Ｌｅｘｔの偏光方向と、異方性蛍光体１５の配向方向とは略垂直なため一致せず、外光Ｌｅｘｔは異方性蛍光体１５において吸収されることなく、蛍光ＦＬを放射することなく異方性蛍光体層１６を透過する。これにより、「黒」が表示される。

このように、液晶層３３Ａを含む偏光制御部３Ａに印加する電圧印加の有無により、異方性蛍光体１５の励起のＯＮ状態／ＯＦＦ状態を切り替えて、表示のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。

さらに、図中の下方から上方へ伝搬する外光は、ＬＳＣを構成する導光体７の下面に配置されている偏光板１７により、異方性蛍光体１５の配向方向に垂直な成分（図中ｙ軸方向）だけが異方性蛍光体１５に至る。このような、異方性蛍光体１５の配向方向に垂直な成分の外光は、異方性蛍光体１５において吸収されることなく異方性蛍光体層１６を透過し、液晶層３３Ａに電圧が印加されている図中右側の領域では、さらに液晶層３３Ａおよび上部偏光板１の順に透過する。したがって、第３の変形例に係る表示装置１０Ｄはシースルーになる。

（変形例その４：カラー化）
図６は、第１の実施形態の第４の変形例に係る表示装置の模式的な断面図である。

第１の実施形態の第４の変形例に係る表示装置１０Ｅは、画素を構成するサブ画素のそれぞれの位置において、液晶層３３Ａを介装する一対の帯域透過フィルタ（Band Pass Filter: BPF）４１Ｒ_１，４１Ｒ_２，４１Ｇ_１，４１Ｇ_２をさらに備える点と、各色用の複数の蛍光体層６Ｒ，６Ｇを蛍光体層６に用いる点とにおいて、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａと異なっている。複数の種類の蛍光材料を含む各色用の複数の蛍光体層６Ｒ，６Ｇのそれぞれについて、一対の帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｒ_２は、蛍光材料を励起する波長範囲の光と、当該蛍光材料が放射する波長範囲の光とを透過させる。

第４の変形例に係る表示装置１０Ｅによると、カラー表示を実現することができる。表示装置１０Ｅによると、色再現域が外光Ｌｅｘｔに依存しない表示装置を提供することができる。

図６には、隣り合うサブ画素間の境界領域の断面として、赤色用のサブ画素と緑色用のサブ画素との間の境界領域を示している。図６には図示していないが、三原色の加法混色によるカラー表示を実現するために、第４の変形例に係る表示装置１０Ｅは、青色用のサブ画素についても、以下に説明する赤色用のサブ画素および緑色用のサブ画素と同様の構成を備えている。

なお、第４の変形例に係る表示装置１０Ｅの分解斜視図は、図１に示す第１の実施形態に係る表示装置１０Ａの分解斜視図において、偏光制御部３Ａを、上部帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｇ_１と偏光制御部３Ａと下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２との積層構造に入れ替え、蛍光体層６を、各色用の複数の蛍光体層６Ｒ，６Ｇに入れ替えたものに相当するため、図示を省略する。

第４の第４の変形例に係る表示装置１０Ｅは、上部偏光板１と、上部透明基板２と、上部帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｇ_１と、液晶層３３Ａを含む偏光制御部３Ａと、下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２と、下部透明基板４と、下部偏光板５と、各色用の複数の蛍光体層６Ｒ，６Ｇと、導光体７と、光電変換部８と、を備える。

上部偏光板１と、上部透明基板２と、上部帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｇ_１と、液晶層３３Ａを含む偏光制御部３Ａと、下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２と、下部透明基板４と、下部偏光板５とは積層されて、液晶パネルを構成している。

なお、下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２は、これまでの実施例の変形実施例で説明したように、暗所での視認性を確保するための光源を図６の下方へ備える構成において必須となる。外光のみを用いて表示および発電をする構成においては、下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２は省略することができる。

光電変換部８は、本実施形態では導光体７の端面に配置されており、導光体７の内部を伝搬する蛍光ＦＬ_Ｒ，ＦＬ_Ｇを光電変換する。

各色用の複数の蛍光体層６Ｒ，６Ｇは、それぞれが互いに異なる種類の蛍光材料を含む。本実施形態では、赤色用の蛍光体層６Ｒは赤色の蛍光ＦＬ_Ｒを放射し、緑色用の蛍光体層６Ｇは緑色の蛍光ＦＬ_Ｇを放射する。蛍光体層６Ｒ，６Ｇのそれぞれの発光波長の範囲は、光の三原色に対応しているのが好ましい。

上部帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｇ_１は、本実施形態では、上部透明基板２と共通電極３１との間に介装されている。下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２は、本実施形態では、画素電極３５と下部透明基板４との間に介装されている。赤色用のサブ画素に対応する位置において、赤色用の上部帯域透過フィルタ４１Ｒ_１と赤色用の下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２とは、赤色用の帯域透過フィルタの組を構成している。同様に、緑色用のサブ画素に対応する位置において、緑色用の上部帯域透過フィルタ４１Ｇ_１と緑色用の下部帯域透過フィルタ４１Ｇ_２とは、緑色用の帯域透過フィルタの組を構成している。

赤色用の帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｒ_２の組は、赤色の光を透過するだけではなく、赤色用の蛍光体層６Ｒを励起するための光を透過させる。一般に、蛍光材料の吸収スペクトルと発光スペクトルとの間には、重なる波長領域が存在する。したがって、赤色用の帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｒ_２の波長透過特性を、一般的な液晶ディスプレイに用いられるカラーフィルタの赤色の波長領域と、それよりもやや短波長側の波長領域との両方を透過するような特性とする。同様に、緑色用の帯域透過フィルタ４１Ｇ_１，４１Ｇ_２の組は、緑色の光を透過するだけではなく、緑色用の蛍光体層６Ｇを励起するための光を透過させる。

なお、赤色用の帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｒ_２の組と、緑色用の帯域透過フィルタ４１Ｇ_１，４１Ｇ_２の組との間で、透過する波長領域は互いに重ならないようにすることが好ましい。

図６を参照して、第４の変形例に係る表示装置１０Ｅの動作を説明する。なお、図６に示す例では、赤色を表示する左側のサブ画素については、液晶層３３Ａに電圧が印加されていない状態であり、緑色を表示する右側のサブ画素については、液晶層３３Ａに電圧が印加されている状態である。

外光Ｌｅｘｔが上部偏光板１に入射すると、透過軸に平行な偏光成分（図中ｙ軸方向）が透過して、偏光制御部３Ａに入射する。

図の左側に示す、赤色を表示するサブ画素に入射する外光Ｌｅｘｔは、赤色用の帯域透過フィルタ４１Ｒ_１により、透過する波長範囲が狭められる。赤色を表示する左側のサブ画素では、液晶層３３Ａに電圧が印加されていない。よって、赤色用の蛍光体層６Ｒは、赤色用の帯域透過フィルタ４１Ｒ_１を透過した外光Ｌｅｘｔを吸収することができ、赤色の蛍光ＦＬ_Ｒを放射する。

図の右側に示す、緑色を表示するサブ画素に入射する外光Ｌｅｘｔについても同様に、緑色用の帯域透過フィルタ４１Ｇ_１により、透過する波長範囲が狭められる。しかし、液晶層３３Ａに入射する光には、緑色用の蛍光体層６Ｇを励起するための光が含まれているものの、緑色を表示する右側のサブ画素では、液晶層３３Ａに電圧が印加されている。よって、緑色用の蛍光体層６Ｇは、緑色用の帯域透過フィルタ４１Ｇ_１を透過した外光Ｌｅｘｔを吸収することができず、緑色の蛍光ＦＬ_Ｇは放射されない。

このように、液晶層３３Ａを含む偏光制御部３Ａに印加する電圧印加の有無により、液晶シャッターのＯＮ状態／ＯＦＦ状態を切り替えて、表示のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。図示していない、青色用のサブ画素についても同様である。このように、３つのサブ画素に印加する電圧を調整することにより、サブ画素毎に各色の放射量を制御することができ、三原色の加法混色によりカラー表示を実現することができる。

［第２の実施形態］
以下において説明する第２の実施形態に係る表示装置２０Ａの構成は、特に言及しない限り、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａと同様であるので、重複する説明は省略する。

（概要）
本発明の第２の実施形態では、表示装置（２０Ａ，２０Ｂ）は、
光を吸収する蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６）から放射される蛍光が内部を伝搬する導光体（４）と、
導光体（４）の端面に配置され、導光体（４）の内部を伝搬する蛍光を光電変換する光電変換部（８）と、
液晶層（３３Ａ）を含む偏光制御部であって、導光体（４）の外光が入射する一方の面側に配置され、蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６）から放射され液晶層（３３Ａ）を透過する蛍光の偏光状態を制御することにより、画素の表示を切り替える偏光制御部（３Ａ）と、
を備え、蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６）から放射される一部の蛍光により画素を表示し、一部の蛍光により発電する。
蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６）は、導光体（４）の表面または内部に配置されている。偏光制御部（３Ａ）は、導光体（４）の一方の面側に、誘電体層（９）を介して配置されている。誘電体層（９）は、偏光制御部（３Ａ）と蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６）との間に配置されている。蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１５，１６）は、偏光制御部（３Ａ）と導光体（４）の一方の面側との間に配置されている。蛍光体（６，６Ｒ，６Ｇ，１６）は層状に形成されていてもよい。

第１の実施形態に係る表示装置１０Ａの構成では、液晶層３３Ａと蛍光体層６との間に、液晶パネルを構成する下部透明基板４の厚さに主に対応した一定の距離が存在する。第２の実施形態に係る表示装置２０Ａでは、この距離に起因して生じる以下の２つの問題を解決する。

第一に、仮にこの距離が画素の配列の周期に比べて大きい場合には、視差の問題が発生する。即ち、表示装置１０Ａを斜めから観察した場合に、本来は白表示とすべき画素の領域を、隣接する画素に対応する位置の蛍光体から放射された蛍光が通過し、表示画像に乱れが生じる。したがって、表示される画像の精細さが低下する。第二に、携帯機器向けの表示装置にはさらなる薄型化が求められている。しかし、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａでは、ＬＳＣを構成する蛍光体層６および導光体７の厚さだけ、表示専用の従来の表示装置に比べて厚くなる。

第２の実施形態に係る表示装置２０Ａによると、表示装置をさらに薄型化し、視差による影響を低下させて、より高精細な画像を表示することができる。

（構成）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。図８は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置の模式的な断面図である。

第２の実施形態に係る表示装置２０Ａは、上部偏光板１と、上部透明基板２と、液晶層３３Ａを含む偏光制御部３Ａと、下部偏光板５と、誘電体層９と、蛍光体層６と、下部透明基板４と、光電変換部８と、を備える。上部偏光板１と、上部透明基板２と、液晶層３３Ａを含む偏光制御部３Ａと、下部透明基板４と、下部偏光板５とは積層されて、液晶パネルを構成している。

本実施形態では、誘電体層９と蛍光体層６とは積層されて、液晶パネルを構成している下部偏光板５と下部透明基板４との間に介装されている。第２の実施形態に係る表示装置２０Ａは、蛍光体層６が液晶パネル内に配置されたIn-cell構造と呼ぶことができる。本実施形態では、蛍光体層６と、液晶パネルを構成している下部透明基板４と、光電変換部８とがＬＳＣとして機能している。

光電変換部８は、本実施形態では導光体として機能する下部透明基板４の端面に配置されており、下部透明基板４の内部を伝搬する蛍光ＦＬを光電変換する。

誘電体層９は、低屈折率の透明な誘電材料の層である。誘電体層９の材料には、例えば、旭硝子株式会社（ＡＧＣ Ｉｎｃ．）の製品「サイトップ」（登録商標）を用いることができる。「サイトップ」の屈折率は１．３３であり、水と同等である。この値は標準的な樹脂やガラス材料の屈折率１．５より低いため、蛍光ＦＬが全反射により下部透明基板４の内部に閉じ込められ易くなる。ここで重要なのは、誘電材料の屈折率の値そのものではなく、下部透明基板４との屈折率の差を大きくすることである。これにより２つの材料の界面での全反射の臨界角が大きくなり、蛍光ＦＬが光電変換部８に至る確率が増加する。例えば、下部透明基板４として標準的な屈折率１．５程度の樹脂やガラス材料ではなく、屈折率１．８程度のガラス材料を使うことが発電量の増加に有効である。

図８を参照して、第２の実施形態に係る表示装置２０Ａの断面構造を説明する。蛍光体層６および下部偏光板５は、下部透明基板４の液晶層３３Ａ側に配置されている。上部偏光板１の透過軸は図中ｙ軸に沿った方向とし、下部偏光板５の透過軸は図中ｘ軸に沿った方向とする。上部偏光板１の透過軸と下部偏光板５の透過軸とは直交している。液晶分子３６の駆動方式として、本実施形態でもＴＮ方式を採用する。即ち、図７および図８中の偏光制御部３Ａに示すように、上部配向膜３２および下部配向膜３４により、液晶分子３６の配向方向は直交している。また、下部偏光板５と蛍光体層６との間には、低屈折率の誘電体層９が存在している。導光体として機能する下部透明基板４の４つの端面には、太陽電池として機能する光電変換部８が配置されている。

（動作）
図８を参照して、第２の実施形態に係る表示装置２０Ａの動作を説明する。外光Ｌｅｘｔが上部偏光板１に入射すると、透過軸に平行な偏光成分（図中ｙ軸方向）が透過して、液晶層３３Ａに入射する。

液晶層３３Ａに電圧が印加されていない図中左側の領域では、外光Ｌｅｘｔは、液晶層３３Ａを透過する際に偏光面が９０°回転されて、蛍光体層６に至る。外光Ｌｅｘｔの偏光面と下部偏光板５の偏光軸とは平行となっており、外光Ｌｅｘｔは下部偏光板５を透過することができる。この状態は、液晶パネルが光を透過させる、液晶シャッターが「ＯＮ」の状態である。蛍光体層６に至った外光Ｌｅｘｔは蛍光体に効率よく吸収されて、蛍光体は蛍光ＦＬを放射する。また、液晶シャッターが「ＯＮ」の状態では、蛍光体層６において放射された蛍光ＦＬの一部は、液晶パネルを透過して上方へ伝搬し、外部へ放射される。これにより、画像が表示される。

蛍光ＦＬの一部は、液晶パネルを透過して外部へ放射されるものの、一部の蛍光ＦＬは下部透明基板４内に閉じ込められる。下部透明基板４内に閉じ込められた蛍光ＦＬは、全反射を繰り返して下部透明基板４の内部を伝搬し、下部透明基板４の端面に配置された光電変換部８に至る。光電変換部８に到達した蛍光ＦＬは、光電変換により電力に変換され、図示しない蓄電池に蓄えられる。

液晶層３３Ａに電圧が印加されている図中右側の領域では、外光Ｌｅｘｔの中の上部偏光板１を透過した偏光成分が液晶層３３Ａを透過するが、液晶層３３Ａにおいて偏光面は回転されない。外光Ｌｅｘｔの偏光面と下部偏光板５の偏光軸とは垂直となっており、外光Ｌｅｘｔは下部偏光板５を透過することができない。この状態は、液晶パネルが光を透過させない、液晶シャッターが「ＯＦＦ」の状態である。外光Ｌｅｘｔは蛍光体層６に至ることができず、蛍光ＦＬは放射されない。これにより、「黒」が表示される。以上に説明した通り、外光を利用して画像表示と発電とが実現される。

（効果）
以上、第２の実施形態に係る表示装置２０Ａによると、誘電体層９と蛍光体層６とを積層した構成を、液晶パネルを構成している下部偏光板５と下部透明基板４との間に介装することにより、ＬＳＣを構成するための導光体７を別途積層することなく、発電機能を有する表示装置を実現することができる。これにより、第２の実施形態に係る表示装置２０Ａによると、表示装置をさらに薄型化し、視差による影響を低下させて、より高精細な画像を表示することができる。

［第２の実施形態の変形例］
以下において説明する第２の実施形態の変形例に係る表示装置２０Ｂの構成は、特に言及しない限り、第２の実施形態に係る表示装置２０Ａと同様であるので、重複する説明は省略する。

（変形例その１：バックライト）
図９は、第２の実施形態の第１の変形例に係る表示装置の模式的な断面図である。

第２の実施形態の第１の変形例に係る表示装置２０Ｂは、液晶パネルおよびＬＳＣを構成し導光体として機能する下部透明基板４の下方に面状光源１３をさらに備える点において、第２の実施形態に係る表示装置２０Ａと異なっている。面状光源１３には、例えばＬＥＤ等で構成される公知のバックライトを用いることができる。

下部透明基板４と面状光源１３との間には、さらなる空気層１２が存在してもよい。あるいは、さらなる空気層１２に代えて、第２の実施形態に係る表示装置２０Ａと同様の低屈折率の誘電材料が存在してもよい。

表示装置２０Ｂによると、暗所でも画像を表示することができる。また、暗所での使用時において、光源が放出する光のパワーの一部を回収することができる。

図９を参照して、第２の実施形態の第１の変形例に係る表示装置２０Ｂの動作を説明する。暗所でも画像を表示するには、図９に示すように、液晶パネルおよびＬＳＣを構成する下部透明基板４の下方に面状光源１３を配置して蛍光体を励起すればよい。即ち、蛍光体を励起する励起光Ｌｓｒｃは図中の下方から蛍光体層６に至り、蛍光体層６から蛍光ＦＬが放射される。蛍光体層６から放射された蛍光ＦＬの一部は、下部偏光板５の透過軸に平行な偏光成分（図中ｘ軸方向）が透過して、液晶層３３Ａに至る。

液晶層３３Ａに電圧が印加されていない図中左側の領域では、蛍光ＦＬは液晶層３３Ａにおいて偏光面が９０°回転されて上方へ伝搬し、液晶層３３Ａを離れる時には偏光面が図中ｙ軸方向になる。したがって、蛍光ＦＬは上部偏光板１を透過し外部へ放射される。これに対し、液晶層３３Ａに電圧が印加されている図中右側の領域では、蛍光ＦＬは液晶層３３Ａにおいて偏光面が回転されず上部偏光板１を透過することができない。このように、液晶層３３Ａを含む偏光制御部３Ａに印加する電圧印加の有無により、液晶シャッターのＯＮ状態／ＯＦＦ状態を切り替えて、表示のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。

一方で、蛍光ＦＬの一部は、ＬＳＣを構成する下部透明基板４内に閉じ込められ、全反射を繰り返して下部透明基板４の内部を伝搬し、下部透明基板４の端面において光電変換部８に至ることにより、発電に寄与する。これにより、面状光源１３に投入した電力の一部を回収することができる。

［第３の実施形態］
以下において説明する第３の実施形態に係る表示装置３０Ａの構成は、特に言及しない限り、第２の実施形態に係る表示装置２０Ａと同様であるので、重複する説明は省略する。

（概要）
本発明の第３の実施形態では、表示装置（３０Ａ，３０Ｂ）は、
光を吸収する蛍光体（３７）から放射される蛍光が内部を伝搬する導光体（４）と、
導光体（４）の端面に配置され、導光体（４）の内部を伝搬する蛍光を光電変換する光電変換部（８）と、
液晶層（３３Ｂ）を含む偏光制御部であって、導光体（４）の外光が入射する一方の面側に配置され、蛍光体（３７）から放射され液晶層（３３Ｂ）を透過する蛍光の偏光状態を制御することにより、画素の表示を切り替える偏光制御部（３Ｂ）と、
を備え、蛍光体（３７）から放射される一部の蛍光により画素を表示し、一部の蛍光により発電する。
蛍光体（３７）は、光の吸収および蛍光の発光に異方性を有し、液晶層（３３Ｂ）内に混合されている。表示装置（３０Ａ，３０Ｂ）は、導光体（４）の他方の面側に配置される偏光板（５）をさらに備えることができる。

第１の実施形態に係る表示装置１０Ａおよび第２の実施形態に係る表示装置２０Ａでは、蛍光体を含む蛍光体層６を液晶層３３Ａに近接して配置している。第３の実施形態に係る表示装置３０Ａでは、蛍光体３７を液晶層３３Ｂに混合する。液晶層３３Ｂに混合する蛍光体３７は、光の吸収と発光に異方性を有している。

第３の実施形態に係る表示装置３０Ａによると、表示装置をさらに薄型化し、視差による影響を低下させて、より高精細な画像を表示することができる。

（構成）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。図１１は、本発明の第３の実施形態に係る表示装置の模式的な断面図である。

第３の実施形態に係る表示装置３０Ａは、上部偏光板１と、上部透明基板２と、液晶層３３Ｂを含む偏光制御部３Ｂと、下部透明基板４と、下部偏光板５と、光電変換部８と、を備える。上部偏光板１と、上部透明基板２と、液晶層３３Ｂを含む偏光制御部３Ｂと、下部透明基板４と、下部偏光板５とは積層されて、液晶パネルを構成している。

光電変換部８は、本実施形態では導光体として機能する下部透明基板４の端面に配置されており、下部透明基板４の内部を伝搬する蛍光ＦＬを光電変換する。

偏光制御部３Ｂは、共通電極３１と、上部配向膜３２と、液晶層３３Ｂと、下部配向膜３４と、画素電極３５と、を含む。液晶層３３Ｂは、液晶分子３６と、異方性蛍光体３７とを含み、上部配向膜３２および下部配向膜３４間に介装されている。

異方性蛍光体３７は、光の吸収と発光に異方性を有する蛍光体である。液晶層３３Ｂに電場が印加されると、異方性蛍光体３７は、液晶分子３６と共に電場の方向に沿って整列される。これはGuest-Host (GH) 技術と呼ばれている。第３の実施形態に係る表示装置３０Ａは、異方性蛍光体３７が液晶分子３６と共に整列するGuest-Host構成と呼ぶことができる。

図１１を参照して、第３の実施形態に係る表示装置３０Ａの断面構造を説明する。偏光制御部３Ｂの液晶層３３Ｂには、液晶分子３６に加えて、光の吸収と発光に異方性を有する蛍光体３７が混入されている。液晶層３３Ｂを含む偏光制御部３Ｂは、上部透明基板２と下部透明基板４との間に介装されている。上部透明基板２の上面には上部偏光板１が配置され、下部透明基板４の下面には下部偏光板５が配置されている。上部偏光板１の透過軸は図中ｙ軸に沿った方向とし、下部偏光板５の透過軸は図中ｘ軸に沿った方向とする。上部偏光板１の透過軸と下部偏光板５の透過軸とは直交している。液晶分子３６の駆動方式として、本実施形態でもＴＮ方式を採用する。即ち、図１０および図１１中の偏光制御部３Ｂに示すように、上部配向膜３２および下部配向膜３４により、液晶分子３６の配向方向は直交している。導光体として機能する下部透明基板４の４つの側面には、太陽電池として機能する光電変換部８が配置されている。

（動作）
図１１を参照して、第３の実施形態に係る表示装置３０Ａの動作を説明する。外光Ｌｅｘｔが上部偏光板１に入射すると、透過軸に平行な偏光成分（図中ｙ軸方向）が透過して、液晶層３３Ｂに入射する。

液晶層３３Ｂに電圧が印加されていない図中左側の領域では、外光Ｌｅｘｔは、液晶層３３Ｂを透過する際に偏光面が９０°回転される。異方性蛍光体３７も液晶分子３６と同じ方向を向いており、外光Ｌｅｘｔの偏光方向と異方性蛍光体３７の配向方向とは略一致しているため、外光Ｌｅｘｔはよく吸収され、異方性蛍光体３７から蛍光ＦＬが放射される。この放射される蛍光ＦＬの偏光面も、液晶分子３６の配向方向と概ね一致している。したがって、蛍光ＦＬの一部はその偏光面を回転させながら液晶層３３Ｂを図の上方へ伝搬し、液晶層３３Ｂを離れ上部透明基板２に到達するときには偏光面は図中ｙ軸方向になる。したがって、蛍光ＦＬは上部偏光板１を透過して外部へ放射される。これにより、「白」が表示される。

蛍光ＦＬの一部は、液晶パネルを透過して外部へ放射されるものの、大部分の蛍光ＦＬは下部透明基板４内に閉じ込められる。例示的には、下部透明基板４の材料が約１．５の標準的な屈折率を有する場合、約７５％の蛍光ＦＬが下部透明基板４内に閉じ込められる。下部透明基板４内に閉じ込められた蛍光ＦＬは、全反射を繰り返して下部透明基板４の内部を伝搬し、光電変換部８に至る。光電変換部８に到達した蛍光ＦＬは、光電変換により電力に変換され、図示しない蓄電池に蓄えられる。

液晶層３３Ｂに電圧が印加されている図中右側の領域では、外光Ｌｅｘｔは液晶層３３Ｂを透過するが、液晶層３３Ｂにおいて偏光面は回転されない。したがって、外光Ｌｅｘｔは、液晶層３３Ｂと下部透明基板４とを透過する。蛍光体３７は励起されないので、液晶層３３Ｂからは蛍光ＦＬは放射されない。これにより、「黒」が表示される。以上に説明した通り、外光を利用して画像表示と発電とが実現される。

（効果）
以上、第３の実施形態に係る表示装置３０Ａによると、液晶層３３Ｂに異方性蛍光体３７を混合することにより、ＬＳＣを構成するための層を別途積層することなく、発電機能を有する表示装置を実現することができる。これにより、第３の実施形態に係る表示装置３０Ａによると、表示装置をさらに薄型化し、視差による影響を低下させて、より高精細な画像を表示することができる。

［第３の実施形態の変形例］
以下において説明する第３の実施形態の変形例に係る表示装置３０Ｂの構成は、特に言及しない限り、第３の実施形態に係る表示装置３０Ａと同様であるので、重複する説明は省略する。

（変形例その１：バックライト）
図１２は、第３の実施形態の第１の変形例に係る表示装置の模式的な断面図である。

第３の実施形態の第１の変形例に係る表示装置３０Ｂは、液晶パネルを構成し導光体として機能する下部透明基板４の下方に面状光源１３をさらに備える点において、第３の実施形態に係る表示装置３０Ａと異なっている。面状光源１３には、例えばＬＥＤ等で構成される公知のバックライトを用いることができる。

下部透明基板４と面状光源１３との間には、さらなる空気層１２が存在してもよい。あるいは、さらなる空気層１２に代えて、低屈折率の誘電材料が存在してもよい。

表示装置３０Ｂによると、暗所でも画像を表示することができる。また、暗所での使用時において、光源が放出する光のパワーの一部を回収することができる。

図１２を参照して、第３の実施形態の第１の変形例に係る表示装置３０Ｂの動作を説明する。暗所でも画像を表示するには、図１２に示すように、液晶パネルを構成する下部透明基板４の下方に面状光源１３を配置して、液晶層３３Ｂ内の異方性蛍光体３７を励起すればよい。

即ち、異方性蛍光体３７を励起する励起光Ｌｓｒｃは、図中の下方から下部偏光板５に至り、下部偏光板５の透過軸に平行な偏光成分（図中ｘ軸方向）が下部偏光板５を透過する。液晶層３３Ａに電圧が印加されていない図中左側の領域では、励起光Ｌｓｒｃは液晶層３３Ｂにおいて偏光面が９０°回転されながら異方性蛍光体３７に至り、異方性蛍光体３７から蛍光ＦＬが放射される。蛍光ＦＬの一部はその偏光面を回転させながら液晶層３３Ｂを上方へ伝搬し、液晶層３３Ｂを離れ上部透明基板２に到達するときには偏光面は図中ｙ軸方向になる。したがって、蛍光ＦＬは上部偏光板１を透過して外部へ放射される。

これに対し、液晶層３３Ｂに電圧が印加されている図中右側の領域では、励起光Ｌｓｒｃは液晶層３３Ｂを透過するが、液晶層３３Ｂにおいて偏光面は回転されない。したがって、液晶層３３Ｂからは蛍光ＦＬは放射されない。また、励起光Ｌｓｒｃの偏光面は液晶層３３Ｂにおいて回転されないため、励起光Ｌｓｒｃは上部偏光板１を透過することができない。このように、液晶層３３Ｂを含む偏光制御部３Ｂに印加する電圧印加の有無により、液晶シャッターのＯＮ状態／ＯＦＦ状態を切り替えて、表示のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。

一方で、蛍光ＦＬの一部は下部透明基板４内に閉じ込められ、全反射を繰り返して下部透明基板４の内部を伝搬し、下部透明基板４の端面において光電変換部８に至ることにより、発電に寄与する。これにより、面状光源１３に投入した電力の一部を回収することができる。

［第４の実施形態］
以下において説明する第４の実施形態に係る表示装置４０Ａの構成は、特に言及しない限り、第３の実施形態に係る表示装置３０Ａと同様であるので、重複する説明は省略する。

（概要）
本発明の第４の実施形態では、表示装置（４０Ａ）は、
光を吸収する蛍光体（３７Ｒ，３７Ｇ）から放射される蛍光が内部を伝搬する導光体（４）と、
導光体（４）の端面に配置され、導光体（４）の内部を伝搬する蛍光を光電変換する光電変換部（８）と、
液晶層（３３Ｃ）を含む偏光制御部であって、導光体（４）の外光が入射する一方の面側に配置され、蛍光体（３７Ｒ，３７Ｇ）から放射され液晶層（３３Ｃ）を透過する蛍光の偏光状態を制御することにより、画素の表示を切り替える偏光制御部（３Ｃ）と、
を備え、蛍光体（３７Ｒ，３７Ｇ）から放射される一部の蛍光により画素を表示し、一部の蛍光により発電する。
蛍光体（３７Ｒ，３７Ｇ）は、光の吸収および蛍光の発光に異方性を有し、液晶層（３３Ｃ）内に混合されている。表示装置（４０Ａ）は、導光体（４）の他方の面側に配置される偏光板（５）をさらに備えることができる。
表示装置（４０Ａ）は、複数の画素のそれぞれの位置において、液晶層（３３Ｃ）を介装する一対の帯域透過フィルタ（４１Ｒ_１，４１Ｒ_２，４１Ｇ_１，４１Ｇ_２）をさらに備える。蛍光体（３７Ｒ，３７Ｇ）は、複数の種類の蛍光材料を含む。複数の種類の蛍光材料のそれぞれについて、一対の帯域透過フィルタ（４１Ｒ_１，４１Ｒ_２，４１Ｇ_１，４１Ｇ_２）は、蛍光材料を励起する波長範囲の光と、蛍光材料が放射する波長範囲の光とを透過させる。なお、外光のみを用いて表示および発電をする図示する構成においては、下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２は省略することができる。

第３の実施形態に係る表示装置３０Ａでは、光の吸収と発光に異方性を有する異方性蛍光体３７を、液晶層３３Ｂに混合している。第４の実施形態に係る表示装置４０Ａでは、複数の種類の蛍光材料を含む複数の異方性蛍光体３７Ｒ，３７Ｇを、液晶層３３Ｃに混合する。画素を構成するサブ画素のそれぞれの位置には、液晶層３３Ｃを介装する一対の帯域透過フィルタ（Band Pass Filter: BPF）４１Ｒ_１，４１Ｒ_２，４１Ｇ_１，４１Ｇ_２を配置する。複数の種類の蛍光材料のそれぞれについて、一対の帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｒ_２は、蛍光材料を励起する波長範囲の光と、当該蛍光材料が放射する波長範囲の光とを透過させる。

第４の実施形態に係る表示装置４０Ａによると、カラー表示を実現することができる。

（構成）
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る表示装置の模式的な断面図である。図１３には、隣り合うサブ画素間の境界領域の断面として、赤色用のサブ画素と緑色用のサブ画素との間の境界領域を示している。図１３には図示していないが、三原色の加法混色によるカラー表示を実現するために、第４の実施形態に係る表示装置４０Ａは、青色用のサブ画素についても、以下に説明する赤色用のサブ画素および緑色用のサブ画素と同様の構成を備えている。

なお、第４の実施形態に係る表示装置４０Ａの分解斜視図は、図１０に示す第３の実施形態に係る表示装置３０Ａの分解斜視図において、偏光制御部３Ｂを、上部帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｇ_１と偏光制御部３Ｃと下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２との積層構造に入れ替えたものに相当するため、図示を省略する。

第４の実施形態に係る表示装置４０Ａは、上部偏光板１と、上部透明基板２と、上部帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｇ_１と、液晶層３３Ｃを含む偏光制御部３Ｃと、下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２と、下部透明基板４と、下部偏光板５と、光電変換部８と、を備える。上部偏光板１と、上部透明基板２と、上部帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｇ_１と、液晶層３３Ｃを含む偏光制御部３Ｃと、下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２と、下部透明基板４と、下部偏光板５とは積層されて、液晶パネルを構成している。

なお、下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２は、これまでの実施例の変形実施例で説明したように、暗所での視認性を確保するための光源を図１３の下方へ備える構成において必須となる。外光のみを用いて表示および発電をする構成においては、下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２は省略することができる。

光電変換部８は、本実施形態では導光体として機能する下部透明基板４の端面に配置されており、下部透明基板４の内部を伝搬する蛍光ＦＬ_Ｒ，ＦＬ_Ｇを光電変換する。

偏光制御部３Ｃは、共通電極３１と、上部配向膜３２と、液晶層３３Ｃと、下部配向膜３４と、画素電極３５と、を含む。液晶層３３Ｃは、液晶分子３６と、複数の種類の蛍光材料を含む異方性蛍光体３７Ｒ，３７Ｇとを含み、上部配向膜３２および下部配向膜３４間に介装されている。

複数の異方性蛍光体３７Ｒ，３７Ｇは、それぞれが互いに異なる種類の蛍光材料を含み、それぞれが光の吸収と発光に異方性を有する蛍光体である。これらの蛍光体は、液晶層３３Ｃの内部に均一に分布している。液晶層３３Ｃに電場が印加されると、異方性蛍光体３７Ｒ，３７Ｇは、Guest-Host (GH) 技術の原理により、液晶分子３６と共に電場の方向に沿って整列される。本実施形態では、赤色用の異方性蛍光体３７Ｒは赤色の蛍光ＦＬ_Ｒを放射し、緑色用の異方性蛍光体３７Ｇは緑色の蛍光ＦＬ_Ｇを放射する。異方性蛍光体３７Ｒ，３７Ｇのそれぞれの発光波長の範囲は、光の三原色に対応しているのが好ましい。

上部帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｇ_１は、本実施形態では、上部透明基板２と共通電極３１との間に介装されている。下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２は、本実施形態では、画素電極３５と下部透明基板４との間に介装されている。赤色用のサブ画素に対応する位置において、赤色用の上部帯域透過フィルタ４１Ｒ_１と赤色用の下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２とは、赤色用の帯域透過フィルタの組を構成している。同様に、緑色用のサブ画素に対応する位置において、緑色用の上部帯域透過フィルタ４１Ｇ_１と緑色用の下部帯域透過フィルタ４１Ｇ_２とは、緑色用の帯域透過フィルタの組を構成している。

赤色用の帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｒ_２の組は、赤色の光を透過するだけではなく、赤色用の異方性蛍光体３７Ｒを励起するための光を透過させる。一般に、蛍光材料の吸収スペクトルと発光スペクトルとの間には、重なる波長領域が存在する。したがって、赤色用の帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｒ_２の波長透過特性を、一般的な液晶ディスプレイに用いられるカラーフィルタの赤色の波長領域と、それよりもやや短波長側の波長領域との両方を透過するような特性とする。同様に、緑色用の帯域透過フィルタ４１Ｇ_１，４１Ｇ_２の組は、緑色の光を透過するだけではなく、緑色用の異方性蛍光体３７Ｇを励起するための光を透過させる。

なお、赤色用の帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｒ_２の組と、緑色用の帯域透過フィルタ４１Ｇ_１，４１Ｇ_２の組との間で、透過する波長領域は互いに重ならないようにすることが好ましい。

（動作）
図１３を参照して、第４の実施形態に係る表示装置４０Ａの動作を説明する。なお、図１３に示す例では、赤色を表示する左側のサブ画素については、液晶層３３Ｃに電圧が印加されていない状態であり、緑色を表示する右側のサブ画素については、液晶層３３Ｃに電圧が印加されている状態である。

外光Ｌｅｘｔが上部偏光板１に入射すると、透過軸に平行な偏光成分（図中ｙ軸方向）が透過して、偏光制御部３Ｃに入射する。

図の左側に示す、赤色を表示するサブ画素に入射する外光Ｌｅｘｔは、赤色用の帯域透過フィルタ４１Ｒ_１により、透過する波長範囲が狭められる。赤色を表示する左側のサブ画素では、液晶層３３Ｃに電圧が印加されていない。よって、複数の異方性蛍光体３７Ｒ，３７Ｇのうち、赤色用の異方性蛍光体３７Ｒのみが、赤色用の帯域透過フィルタ４１Ｒ_１を透過した外光Ｌｅｘｔを吸収することができ、赤色の蛍光ＦＬ_Ｒを放射する。

図の右側に示す、緑色を表示するサブ画素に入射する外光Ｌｅｘｔについても同様に、緑色用の帯域透過フィルタ４１Ｇ_１により、透過する波長範囲が狭められる。しかし、液晶層３３Ｃに入射する光には、緑色用の異方性蛍光体３７Ｇを励起するための光が含まれているものの、緑色を表示する右側のサブ画素では、液晶層３３Ｃに電圧が印加されている。よって、複数の異方性蛍光体３７Ｒ，３７Ｇの何れも、緑色用の帯域透過フィルタ４１Ｇ_１を透過した外光Ｌｅｘｔを吸収することができず、緑色の蛍光ＦＬ_Ｇは放射されない。

このように、液晶層３３Ｃを含む偏光制御部３Ｃに印加する電圧印加の有無により、液晶シャッターのＯＮ状態／ＯＦＦ状態を切り替えて、表示のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。図示していない、青色用のサブ画素についても同様である。このように、３つのサブ画素に印加する電圧を調整することにより、サブ画素毎に各色の放射量を制御することができ、三原色の加法混色によりカラー表示を実現することができる。

（効果）
以上、第４の実施形態に係る表示装置４０Ａによると、複数の異方性蛍光体３７Ｒ，３７Ｇを液晶層３３Ｃに混合し、画素を構成するサブ画素のそれぞれの位置に帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｒ_２，４１Ｇ_１，４１Ｇ_２を配置することにより、発電機能を有する表示装置において、カラー表示を実現することができる。

また、本実施形態に係る表示装置４０Ａによると、色再現域が外光Ｌｅｘｔに依存しない表示装置を提供することができる。即ち、従来の反射型の液晶ディスプレイでは、外光の一部を反射して画像を表示するため、その色再現域は外光のスペクトルに依存する。これに対し、本実施形態に係る表示装置４０Ａでは、赤色用の蛍光体３７Ｒ，緑色用の蛍光体３７Ｇ，図示していない青色用の蛍光体３７Ｂがそれぞれ蛍光ＦＬ_Ｒ，ＦＬ_Ｇ，ＦＬ_Ｂを放射して画像を表示するため、色再現域は蛍光体３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂによって決定される。即ち、外光のスペクトルが変化しても表示画像の色は変わらない。さらに、例えば量子ドットや量子ロッドのような発光スペクトルが狭い蛍光材料を使用することにより、液晶ディスプレイの色再現域を広げることができる。本発明に係る表示装置においてもこれらの材料を使用することで、従来の反射型の液晶ディスプレイに比べて、画像表示の色再現域を格段に広げることができる。

なお、本実施形態では、３種類の蛍光体とそれらに対応する帯域透過フィルタとを用いてサブ画素を構成しているが、仮にこれらを４種類にすると色再現域は四角形となる。このような、用いる原色の数を増やすことにより色再現域を拡張する技術は、プロジェクタや液晶ディスプレイの分野において知られており、本発明にもこのような技術を適用することができる。

［その他の形態］
以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。

上記した第１から第４の実施形態では、蛍光ＦＬの透過を画素ごとに制御するための液晶の配向技術としてＴＮモードを用いたが、用いる液晶の駆動モードはＴＮモードに限らず、種々な駆動モードを用いることができる。例えば、ＴＮパネルに代えて、Vertical Alignment (VA)、In-Plane Switching (IPS)、Fringe Field Switching (FFS)、等の既知の液晶モードに基づく液晶パネルを用いてもよい。また、下部偏光板５を、反射型偏光板(DBEF: Double Brightness Enhancement Film)等に適宜置き換えてもよい。

上記した第１の実施形態の第４の変形例および第４の実施形態では、表示装置１０Ｅ，４０Ａのカラー表示を実現しているが、カラー表示を実現する表示装置の構成はこれらに限定されない。第１の実施形態の第１および第２の変形例、第２の実施形態の第１および第２の変形例等についても同様に、表示装置１０Ｂ，１０Ｃ，２０Ａ，２０Ｂのカラー表示を実現することができる。この場合、カラー表示化された表示装置１０Ｂ，１０Ｃ，２０Ａ，２０Ｂは、画素を構成するサブ画素のそれぞれの位置において、液晶層３３Ａを介装する一対の帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｒ_２，４１Ｇ_１，４１Ｇ_２をさらに備え、各色用の複数の蛍光体層６Ｒ，６Ｇを蛍光体層６に用いるとよい。異方性蛍光体層１６を用いる第１の実施形態の第３の変形例についても同様である。

上記した第１から第３の実施形態では、第１の変形例において、表示装置１０Ｂ，２０Ｂ，３０Ｂは面状光源１３をさらに備えている。カラー表示を実現した第４の実施形態に係る表示装置４０Ａおよび第１の実施形態の第４の変形例に係る表示装置１０Ｅについてもこれらと同様に、面状光源１３をさらに備えることにより、暗所での画像表示を可能にしてもよい。なおこの場合、表示装置４０Ａ，１０Ｅは下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２をさらに備える。

上記した第１の実施形態では、第２の変形例において、表示装置１０Ｃは光拡散反射層１４をさらに備えている。第２から第４の実施形態に係る表示装置２０Ａ，３０Ａ，４０Ａについてもこれと同様に、光拡散反射層１４をさらに備えることにより、または光拡散層を配置することにより、蛍光ＦＬの利用効率を向上させてもよい。あるいは、光拡散反射層１４および光拡散層の両方を配置してもよい。カラー表示を実現した表示装置４０Ａ，１０Ｅについてもこれらと同様である。

上記した第１の実施形態では、第３の変形例において、表示装置１０Ｄは異方性蛍光体３７を用いてシースルー化されている。第２の実施形態に係る表示装置２０Ａについてもこれと同様に、異方性蛍光体３７を用いてシースルー化されてもよい。

カラー表示を実現した上記した第４の実施形態では、上部帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｇ_１は上部透明基板２と共通電極３１との間に介装されており、下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２は画素電極３５と下部透明基板４との間に介装されているが、これら帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｇ_１，４１Ｒ_２，４１Ｇ_２の配置はこれに限定されない。上部帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｇ_１は、液晶層３３Ｃの、外光Ｌｅｘｔが入射する側の面に配置されていればよく、下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２は、液晶層３３Ｃと下部偏光板５との間に配置されていればよい。カラー表示を実現した第１の実施形態の第４の変形例に係る表示装置１０Ｅについてもこれと同様に、上部帯域透過フィルタ４１Ｒ_１，４１Ｇ_１は、液晶層３３Ａの、外光Ｌｅｘｔが入射する側の面に配置されていればよく、下部帯域透過フィルタ４１Ｒ_２，４１Ｇ_２は、液晶層３３Ａと下部偏光板５との間に配置されていればよい。

上記した第３の実施形態では、Guest-Host技術による表示装置３０Ａ，３０Ｂの構成が示されているが、表示装置３０Ａ，３０Ｂの構成はこれに限定されない。表示装置３０Ａ，３０Ｂにおいて、偏光制御部３Ｂは、導光体４の外光Ｌｅｘｔが入射する一方の面側に、空気層１１を介して配置されていてもよい。同様に、偏光制御部３Ｂは、導光体４の外光Ｌｅｘｔが入射する一方の面側に、誘電体層９を介して配置されていてもよい。

１０Ａ〜１０Ｅ，２０Ａ，２０Ｂ，３０Ａ，３０Ｂ，４０Ａ 表示装置
１ 上部偏光板
２ 上部透明基板
３Ａ〜３Ｃ 偏光制御部
４ 下部透明基板（導光体）
５ 下部偏光板
６，６Ｒ，６Ｇ 蛍光体層
７ 透明基板（導光体）
８ 光電変換部（太陽電池）
９ 誘電体層
１１ 空気層
１２ 空気層
１３ 面状光源（バックライト）
１４ 光拡散反射層
１５ 異方性蛍光体
１６ 異方性蛍光体層
１７ 偏光板
３１ 共通電極
３２ 上部配向膜
３３Ａ〜３３Ｃ 液晶層
３４ 下部配向膜
３５ 画素電極
３６ 液晶分子
３７，３７Ｒ，３７Ｇ 異方性蛍光体
３８ 配線
３９ 光吸収体層（ブラックマトリクス）
４１Ｒ_１，４１Ｒ_２，４１Ｇ_１，４１Ｇ_２ 帯域透過フィルタ
９１ 導光体
９２ 透明基板
９３ 蛍光体層
９４ 太陽電池
９５ａ，９５ｂ 光源
ＦＬ，ＦＬ_Ｒ，ＦＬ_Ｇ 蛍光
ＬＢ 励起光
Ｌｅｘｔ 外光
Ｌｓｒｃ 励起光

Claims (10)

1. 光を吸収する蛍光体から放射される蛍光が内部を伝搬する導光体と、
   前記導光体の端面に配置され、前記導光体の内部を伝搬する前記蛍光を光電変換する光電変換部と、
   液晶層を含む偏光制御部であって、前記導光体の外光が入射する一方の面側に配置され、前記蛍光体から放射され前記液晶層を透過する前記蛍光の偏光状態を制御することにより、画素の表示を切り替える偏光制御部と、
   を備え、
   前記蛍光体から放射される一部の前記蛍光により前記画素を表示し、一部の前記蛍光により発電する、表示装置。
2. 前記偏光制御部は、前記導光体の前記一方の面側に、空気層を介して配置されている、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記偏光制御部は、前記導光体の前記一方の面側に、誘電体層を介して配置されている、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記蛍光体は、前記導光体の表面または内部に配置されている、請求項１または２に記載の表示装置。
5. 前記蛍光体は、前記光の吸収および前記蛍光の発光に異方性を有し、前記液晶層内に混合されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の表示装置。
6. 前記導光体の他方の面側に配置される面状の光源をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の表示装置。
7. 複数の前記画素のそれぞれの位置において、前記液晶層の外光が入射する一方の面側に配置される上部帯域透過フィルタをさらに備え、
   前記蛍光体は、複数の種類の蛍光材料を含み、
   複数の種類の前記蛍光材料のそれぞれについて、前記上部帯域透過フィルタは、当該蛍光材料を励起する波長範囲の光と、当該蛍光材料が放射する波長範囲の光とを透過させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の表示装置。
8. 前記導光体の他方の面側に配置される面状の光源と、
   複数の前記画素のそれぞれの位置において、前記液晶層の他方の面側に配置される下部帯域透過フィルタと、
   をさらに備え、
   複数の種類の前記蛍光材料のそれぞれについて、前記下部帯域透過フィルタは、当該蛍光材料を励起する波長範囲の光と、当該蛍光材料が放射する波長範囲の光とを透過させる、請求項７に記載の表示装置。
9. 光拡散層をさらに備え、
   当該光拡散層は、前記導光体の他方の面側に配置されている、または、前記導光体の前記一方の面側の、前記導光体と前記偏光制御部との間に配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の表示装置。
10. 前記蛍光体は、前記光の吸収および前記蛍光の発光に異方性を有し、
    前記導光体の他方の面側に配置される偏光板をさらに備える、請求項１から５および７のいずれか一項に記載の表示装置。

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