JP2022153874A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明条件が変化しても色域が安定したカラー表示装置を提供する。【解決手段】表示装置１０Ａは、周囲から一方の面側に入射する光の透過率を制御する光スイッチ１と、複数色の発光材料２Ｇ，２Ｂ，２Ｒと特定の波長域の光を吸収する吸収材料３Ｇ，３Ｂ，３Ｒとを含み、光スイッチ１の他方の面側に配置される発光吸収部４と、発光吸収部４に含まれる複数色の発光材料２Ｇ，２Ｂ，２Ｒに光を照射する光照射部５とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は表示装置に関し、より詳細には、広くて安定した色域が得られるカラー表示装置に関する。

反射型液晶ディスプレイは、偏光板と液晶層と反射層とを用いて画素ごとに入射光の透過と吸収とを切り替えることにより画像を表示する。反射型液晶ディスプレイでは、例えば３種のカラーフィルタを用いて画素を青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の３つの領域（サブ画素と呼ぶ）に分割し、個々のサブ画素の出力（輝度）を調整して加法混色することにより、カラー表示が実現される。従来の反射型液晶ディスプレイの例としては、例えば特許文献１に記載の反射型液晶ディスプレイが挙げられる。

特開２０００－４７１９１号公報

反射型液晶ディスプレイでは、カラーフィルタは、特定の波長範囲の入射光を透過し、それ以外の波長範囲の入射光は吸収する。このため、約２／３の入射光は表示に利用できず、表示画像の輝度が低下するという問題がある。

一般に、反射型ディスプレイの色域は、入射光のスペクトルとカラーフィルタの透過特性とに依存する。カラーフィルタの透過波長域を狭めると色域は広くなるが、反射される光量が減少して表示画像の輝度が劣化する。すなわち、反射型ディスプレイの輝度と色域とはトレードオフの関係にある。例えば、２０１９年に発表された反射型液晶ディスプレイの研究例（H. Hakoi, M. Ni, J. Hashimoto, T. Sato, S. Shimada, K. Minoura, A. Itoh, K. Tanaka, H. Matsukizono and M. Otsubo, “High-performance and low-power full color reflective LCD for new applications,” SID Symp. Dig. Tech. Pap. 50, 279-282 (2019).）によると、色域はＮＴＳＣ規格の１９％と報告されている。これは色域よりも明るさを優先した設計である。また、入射光のスペクトルは照明条件に依存する。したがって、例えば昼光と室内光の下とでは色域が異なるという問題がある。

このように、反射型液晶ディスプレイをベースとする表示装置において、照明条件によらず安定した色域を実現することが求められている。本発明は、照明条件が変化しても色域が安定したカラー表示装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための本発明は、例えば以下に示す態様を含む。
（項１）
周囲から一方の面側に入射する光の透過率を制御する光スイッチと、
複数色の発光材料と特定の波長域の光を吸収する吸収材料とを含み、前記光スイッチの他方の面側に配置される発光吸収部と、
前記発光吸収部に含まれる前記複数色の発光材料に光を照射する光照射部と、
を備える表示装置。
（項２）
前記光スイッチの他方の面側に配置される反射部をさらに備え、
前記発光吸収部は、前記光スイッチと前記反射部との間に位置しており、
前記光照射部は、表面に開口を有しており、前記光スイッチの一方の面側に配置される、項１に記載の表示装置。
（項３）
特定の波長域の光を透過し当該特定の波長域以外の光を反射する層と光電変換層とが積層して構成されて、前記発光吸収部を透過する光を光電変換する光電変換部をさらに備え、
前記光電変換部は、前記光スイッチの他方の面側に配置され、
前記発光吸収部は、前記光スイッチと前記光電変換部との間に位置しており、
前記光照射部は、表面に開口を有しており、前記光スイッチの一方の面側に配置される、項１に記載の表示装置。
（項４）
前記光照射部は、電極と、透明電極と、前記電極および前記透明電極の間に介挿されて前記複数色の発光材料を励起する自発光層とを含む、項２または３に記載の表示装置。
（項５）
前記光照射部は、透明電極と、光反射性電極と、前記透明電極および前記光反射性電極の間に介挿されて前記複数色の発光材料を励起する光を放射する自発光層とを含んで、前記光スイッチの他方の面側に配置され、
前記発光吸収部は、前記光スイッチと前記光照射部との間に位置している、項１に記載の表示装置。
（項６）
前記自発光層は有機発光材料を含む、項４または５に記載の表示装置。
（項７）
前記光照射部は、前記光スイッチの一方の面側に対向して配置され、
前記光照射部から放射される光が前記光スイッチの一方の面側に入射する、項１に記載の表示装置。
（項８）
前記発光吸収部は、前記複数色の発光材料を含む発光層と、前記吸収材料を含む吸収層とが積層して構成されている、項１から７のいずれか一項に記載の表示装置。
（項９）
前記発光材料は、青色の波長域を含む光を放射する、項１から８のいずれか一項に記載の表示装置。

本発明によると、照明条件が変化しても色域が安定したカラー表示装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。 図１に示す表示装置のＸ１－Ｘ１線に沿う断面図である。 第２の実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。 図３に示す表示装置のＸ３－Ｘ３線に沿う断面図である。 第３の実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。 図５に示す表示装置のＸ５－Ｘ５線に沿う断面図である。 第４の実施形態に係る表示装置の模式的な構成を示す図である。 実施例１において発光層の効果を確認するための実験に用いる積層構造の断面図である。 実施例１において色度座標を評価した結果である。 実施例２において色度座標を評価した結果である。

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。

［発明の概要］
本発明に係る表示装置１０は、以下において説明する、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａ～第４の実施形態に係る表示装置１０Ｄを包含する。すなわち、本発明に係る表示装置（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）は、
周囲から一方の面側に入射する光の透過率を制御する光スイッチ（１）、
複数色の発光材料（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）と特定の波長域の光を吸収する吸収材料（３Ｇ，３Ｂ，３Ｒ）とを含み、光スイッチ（１）の他方の面側に配置される発光吸収部（４）と、
発光吸収部（４）に含まれる複数色の発光材料（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）に光を照射する光照射部（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）とを備える。

本発明に係る表示装置１０によると、光照射部５が、発光吸収部４に含まれる複数色の発光材料２Ｇ，２Ｂ，２Ｒに光を照射することにより、複数色の発光材料２Ｇ，２Ｂ，２Ｒのそれぞれが放射する複数の色のうち、少なくとも一色の色域を補うことができる。これにより、照明条件が変化しても色域が安定したカラー表示装置を提供することができる。好ましくは、光照射部５は、青色の光を放射する発光材料２Ｂに光を照射する。これにより、表示装置１０の色域において青色の領域が拡張される。

［第１の実施形態］
＜概要＞
本発明の第１の実施形態に係る表示装置（１０Ａ）は、
周囲から一方の面側に入射する光の透過率を制御する光スイッチ（１）と、
複数色の発光材料（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）と特定の波長域の光を吸収する吸収材料（３Ｇ，３Ｂ，３Ｒ）とを含み、光スイッチ（１）の他方の面側に配置される発光吸収部（４）と、
発光吸収部（４）に含まれる複数色の発光材料（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）に光を照射する光照射部（５）と、
光スイッチ（１）の他方の面側に配置される反射部（６）とを備え、
発光吸収部（４）は、光スイッチ（１）と反射部（６）との間に位置しており、
光照射部（５）は、表面に開口（５６）を有しており、光スイッチ（１）の一方の面側に配置されている。

第１の実施形態に係る表示装置１０Ａによると、照明条件が変化しても色域が安定したカラー表示装置を提供することができる。

＜構成＞
図１は、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、図１に示す表示装置のＸ１－Ｘ１線に沿う断面図である。発明の理解を容易にするために、表示装置１０Ａの一部の構成については、図１の分解斜視図において図示を省略している。光照射部５（５Ａ）については、反射防止膜５２および保護層５３の図示を省略し、光スイッチ１については、液晶層１１、下部偏光板１４および上部偏光板１５の図示を省略し、反射部６については支持基板６２の図示を省略している。

なお、図１および図２において、光スイッチ１の一方の面側とは光スイッチ１の図中上側を意味し、光スイッチ１の他方の面側とは光スイッチ１の図中下側を意味する。

第１の実施形態に係る表示装置１０Ａは、発光吸収部４と反射部６とを光スイッチ１の下面に備え、さらに、開口５６を有する光照射部５（本実施形態ではフロントライト５Ａとも呼ぶ）を光スイッチ１の上面に備えて構成されている。周囲から入射する光８は、フロントライト５Ａの開口５６を通じて光スイッチ１に入射する。なお、フロントライト５Ａから照射される光は、光スイッチ１に直接的に入射する。

例示的には、図２に示すフロントライト５Ａの厚さは約０．１ｍｍ、開口５６の図中横方向の長さは約０．１５ｍｍ、光スイッチ１の厚さは約０．２ｍｍ、発光吸収部４および反射部６の厚さは約０．１ｍｍである。図２の縦横比は、厚さが約０．００５ｍｍの液晶層１１を除き、ほぼ現実に忠実である。

光スイッチ１は、周囲から一方の面側に入射する光の透過率を制御する。光スイッチ１には、一般的な透過型液晶ディスプレイに用いられている公知の液晶パネルからカラーフィルタを取り除いた構成と同等のものを用いることができる。本実施形態では、光スイッチ１は、液晶層１１をＴＦＴ基板１２と対向基板１３とで挟んで構成される。ＴＦＴ基板１２および対向基板１３の表面には、下部偏光板１４および上部偏光板１５がそれぞれ積層されている。ブラックマトリクス１６（図中ではＢＭと略記）は、光を吸収する材料を用いて対向基板１３上に格子状に形成されており、サブ画素の領域間での光の透過を防止する。配線１７は、金属材料を用いてＴＦＴ基板１２の表面に格子状に形成されており、薄膜トランジスタＴＦＴ（Thin Film Transistor）を駆動する。

発光吸収部４は、複数色の発光材料（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）と特定の波長域の光を吸収する吸収材料（３Ｇ，３Ｂ，３Ｒ）とを含んでいる。本実施形態では、発光吸収部４は、複数色の発光材料２Ｇ，２Ｂ，２Ｒを含む発光層２と、吸収材料３Ｇ，３Ｂ，３Ｒを含む吸収層３とが積層して構成されている。複数色の発光層２（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）のそれぞれが発光材料を含んでおり、複数色の吸収層３（３Ｇ，３Ｂ，３Ｒ）のそれぞれが特定の波長域の光を吸収する吸収材料を含んでおり、複数色の発光層２（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）と複数色の吸収層３（３Ｇ，３Ｂ，３Ｒ）とが積層して構成されている。吸収層３には、カラーフィルタを用いることができる。

本実施形態では、発光吸収部４は、３種のカラーフィルタ３（３Ｇ，３Ｂ，３Ｒ）と３種の発光層２（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）とを用いて、緑（Ｇ）、青（Ｂ）および赤（Ｒ）のそれぞれの色について、カラーフィルタ３と発光層２とを順に積層して構成する。他の実施形態では、発光材料と特定の波長域の光を吸収する吸収材料とを一つの層内に混合することにより、カラーフィルタ３と発光層２とを一つの層として構成することもできる。

本実施形態では、図１および図２に例示するように、青色の光を放射する発光材料の領域２Ｂ（サブ画素）２つに対して、緑色の光を放射する発光材料の領域２Ｇ（サブ画素）と赤色の光を放射する発光材料の領域２Ｒ（サブ画素）とを各１つずつ用いて一つの画素を構成している。これにより、青色の画素出力を相対的に大きくすることができる。

反射部６は、支持基板６２の上に反射層６１を積層して構成する。反射部６は、発光吸収部４の下面に積層されている。発光吸収部４および反射部６は、一般的な成膜技術と、フォトリソグラフィ法やインクジェット法等による印刷技術とを適用することにより製造することができる。

光照射部５は、本実施形態では、周囲の光を透過させるための開口５６を表面に有しており、光スイッチ１の上に配置されたフロントライト５Ａとして構成される。本実施形態では、光照射部５は、平面電極と、透明電極と、平面電極および透明電極の間に介挿されて複数色の発光材料２Ｇ，２Ｂ，２Ｒを励起する自発光層５４とを含んでいる。自発光層５４は有機発光材料を含んでいる。

すなわち、フロントライト５Ａは、透明基板５１の表面に、一対の電極（図示せず）と有機発光材料を含む層とを積層して構成される。フロントライト５Ａは一般的な照明素子や表示素子に用いられる有機ＥＬ発光素子の製造技術により作製される。すなわち、有機ＥＬ発光素子５４は、有機発光材料を一対の電極で挟んで構成される。一対の電極のうち、有機ＥＬ発光素子５４の透明基板５１側の電極材料には不透明な材料を用いることができるが、その反対側の電極には、一般的なＩＴＯ（Indium Tin Oxide; ITO）のような透明な材料を用いる。有機ＥＬ発光素子５４を挟むこれら電極のための配線５５も、透明材料で形成することができる。本実施形態では、２つの配線５５の交点を含む周囲の領域のみに有機発光材料を配置することにより、発光素子５４の２次元配列が形成される。

発光素子５４の上面には、光吸収性の材料（図示せず）を配置することができる。これにより、図中上方へ放射された光が観察者に至るのを防止することができる。光吸収性の材料には、例えば光スイッチ１の対向基板１３に備えられるブラックマトリクス１６と同様の材料を用いることができる。

図２に示すように、フロントライト５Ａは、周囲から光が入射する面に反射防止膜５２を備えることができる。これにより、入射光がフロントライト５Ａの表面で反射することを防止することができる。またこれにより、明環境下でのコントラスト比を維持することができる。

フロントライト５Ａは、反射防止膜５２と反対側の面に、保護層５３を備えることができる。これにより、発光素子５４の劣化を防止することができる。青色の発光材料２Ｂを励起するために、発光素子５４の発光波長域は、短波長側の青色の波長域を含むことが好ましい。例えば、ピーク波長が約４０５ｎｍ～約４１０ｎｍの発光素子を用いて、青色の発光材料であるＢＢＯＴ（2,5-Bis(5-tert-butyl-2-benzoxyazolyl)thiophene）を励起する。他の実施形態では、発光素子５４として紫外線を放射する素子も使用することができる。なお、発光素子５４からの放射方向は図中下方に制限されるため、放射される紫外線が観察者に直接に至ることはない。

＜動作＞
周囲からの光は、フロントライト５Ａの開口５６を透過して光スイッチ１に入射する。入射光の透過および吸収の切り替えは、光スイッチ１内の液晶の配向を制御することにより行うことができる。

光スイッチ１が透過状態にあるとき、サブ画素では、光は対応する発光材料２Ｇ，２Ｂ，２Ｒを励起し、発光材料２Ｇ，２Ｂ，２Ｒに特有のスペクトルを有する光が放射される。上方へ放射された光は、光スイッチ１とフロントライト５Ａの開口５６とを順に透過して外部へ放射され、その一部が観察者に至る。下方へ放射された光は、反射層６１によって進行方向が変えられ、発光層２と、光スイッチ１と、フロントライト５Ａの開口５６とを順に透過して、その一部が観察者に至る。

また、発光層２を透過した入射光は、発光層２の下方に位置するカラーフィルタ３に至った後、特定の波長域の光のみが反射層６１によって反射され、発光層２からの光と重畳されて観察者に至る。

周囲の照明条件に依存して、青の波長域の分光強度が低い場合には、フロントライト５Ａを点灯する。フロントライト５Ａの発光素子５４から放射された光は、透過状態の光スイッチ１およびサブ画素を透過して、発光層２を励起する。放射された光の一部は前述の経路を経て観察者に至る。ここで、観察者に至る青色の成分は、発光層２から放射される光が主になる。このため、その色度座標は発光層２内に含まれる発光材料により拡張され、これにより、周囲の照明環境が変化しても安定した色域が実現される。

なお、周囲の光が全くない暗状態であっても、フロントライト５Ａを点灯することによりサブ画素の発光材料２を励起することができる。これにより、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａによれば、暗所における視認性も確保することができる。

［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１０Ｂ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の構成と同様であるので、重複する説明は省略する。

＜概要＞
本発明の第２の実施形態に係る表示装置（１０Ｂ）は、
周囲から一方の面側に入射する光の透過率を制御する光スイッチ（１）と、
複数色の発光材料（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）と特定の波長域の光を吸収する吸収材料（３Ｇ，３Ｂ，３Ｒ）とを含み、光スイッチ（１）の他方の面側に配置される発光吸収部（４）と、
発光吸収部（４）に含まれる複数色の発光材料（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）に光を照射する光照射部（５）と、
特定の波長域の光を透過し当該特定の波長域以外の光を反射する層（７３）と光電変換層（７２）とが積層して構成されて、発光吸収部（４）を透過する光を光電変換する光電変換部（７）とを備え、
光電変換部（７）は、光スイッチ（１）の他方の面側に配置され、
発光吸収部（４）は、光スイッチ（１）と光電変換部（７）との間に位置しており、
光照射部（５）は、表面に開口（５６）を有しており、光スイッチ（１）の一方の面側に配置されている。

第２の実施形態に係る表示装置１０Ｂによると、照明条件が変化しても色域が安定したカラー表示装置を提供することができる。

また、第２の実施形態に係る表示装置１０Ｂは、赤色のサブ画素の発光材料の下面にコールドミラー７３を備え、コールドミラー７３の下面に太陽電池７２を備えている。これにより、表示装置１０Ｂは発電機能を有することができ、表示装置１０Ｂへの電力の供給が困難な場合であっても、カラー画像の表示に有利である。

＜構成＞
図３は、第２の実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。図４は、図３に示す表示装置のＸ３－Ｘ３線に沿う断面図である。発明の理解を容易にするために、表示装置１０Ｂの一部の構成については、図３の分解斜視図において図示を省略している。光照射部５（５Ａ）については、反射防止膜５２および保護層５３の図示を省略し、光スイッチ１については、液晶層１１、下部偏光板１４および上部偏光板１５の図示を省略している。

第２の実施形態に係る表示装置１０Ｂは、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａが備えている反射部６に代えて、光電変換部７を備えている。これにより、第２の実施形態に係る表示装置１０Ｂには、さらに発電機能が付与される。発電機能は光電変換部７により実現される。

また、図３および図４に示すように、第２の実施形態に係る表示装置１０Ｂは、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａと同様に、光スイッチ１の上面にフロントライト５Ａを備えて構成されている。これにより、表示装置１０Ａと同様に、広くて安定した色域が得られる。

光電変換部７は、特定の波長域の光を透過し当該特定の波長域以外の光を反射する層７３と光電変換層７２とが積層して構成されて、発光吸収部４を透過する光を光電変換する。

本実施形態では、特定の波長域の光を透過し当該特定の波長域以外の光を反射する層７３にはコールドミラーを用い、光電変換層７２には太陽電池を用いる。特定の波長域は、本実施形態では赤外線の波長域である。赤外線の波長域は、近赤外線、中赤外線および遠赤外線の波長域を含む。コールドミラー７３は、赤外光を透過して可視光を反射する光学素子である。太陽電池７２には、赤外光を用いて発電できるシリコン系の太陽電池を用いる。

赤外光は、例えば太陽光やハロゲンランプ等の光源から放射される光に多く含まれている。しかしながら、赤外光は目に見えないため、表示装置における表示には直接的に利用することはできない。一方で、結晶シリコンや多結晶シリコンを用いた太陽電池は、約１１００ｎｍの波長まで感度を有するため、これらのシリコン系の太陽電池を用いれば、赤外光を用いて発電をすることができる。

＜動作＞
第１の実施形態に係る表示装置１０Ａと同様に、周囲からの光がフロントライト５Ａの開口５６を透過して光スイッチ１を透過すると発光層２が励起され、発光層２からの光と発光層２を透過して反射された光によって画像が表示される。発光層２から下方へ放射された可視光はコールドミラー７３によって反射されて上方へ向かう。赤のサブ画素の発光材料２を透過する光（赤外光）は、コールドミラー７３を透過して太陽電池７２に至る。これにより発電機能が付与される。発電量を増やしたい場合には、赤のサブ画素の発光層２が放射する光の長波長成分も透過するコールドミラーを用いる。

［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１０Ｃ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の構成と同様であるので、重複する説明は省略する。

＜概要＞
本発明の第３の実施形態に係る表示装置（１０Ｃ）は、
周囲から一方の面側に入射する光の透過率を制御する光スイッチ（１）と、
複数色の発光材料（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）と特定の波長域の光を吸収する吸収材料（３Ｇ，３Ｂ，３Ｒ）とを含み、光スイッチ（１）の他方の面側に配置される発光吸収部（４）と、
発光吸収部（４）に含まれる複数色の発光材料（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）に光を照射する光照射部（５）とを備え、
光照射部（５）は、透明電極と、光反射性電極と、透明電極および光反射性電極の間に介挿されて複数色の発光材料（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）を励起する光を放射する自発光層（５４）とを含んで、光スイッチ（１）の他方の面側に配置され、
発光吸収部（４）は、光スイッチ（１）と光照射部（５）との間に位置している。

第３の実施形態に係る表示装置１０Ｃによると、照明条件が変化しても色域が安定したカラー表示装置を提供することができる。

＜構成＞
図５は、第３の実施形態に係る表示装置の分解斜視図である。図６は、図５に示す表示装置のＸ５－Ｘ５線に沿う断面図である。発明の理解を容易にするために、表示装置１０Ａの一部の構成については、図１の分解斜視図において図示を省略している。光スイッチ１については、液晶層１１、下部偏光板１４、上部偏光板１５および反射防止膜１９の図示を省略している。

第３の実施形態に係る表示装置１０Ｃは、光照射部５の配置が第１の実施形態に係る表示装置１０Ａと異なる。第３の実施形態に係る表示装置１０Ｃは、第１の実施形態に係る表示装置１０Ａが備えるフロントライト５Ａに代えて、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）バックライト５Ｂを備えている。ＯＬＥＤバックライト５Ｂは、発光吸収部４の下面に積層されている。

光照射部５は、本実施形態では、発光吸収部４の下に配置されたＯＬＥＤバックライト５Ｂとして構成される。本実施形態では、光照射部５は、透明電極と、光反射性電極と、透明電極および光反射性電極の間に介挿されて複数色の発光材料２Ｇ，２Ｂ，２Ｒを励起する光を放射する自発光層５８とを含んで、光スイッチ１の他方の面側に配置される。発光吸収部４は、光スイッチ１と光照射部５との間に位置している。自発光層５８は有機発光材料を含んでいる。

すなわち、ＯＬＥＤバックライト５Ｂは、支持基板５７の表面に、一対の電極（図示せず）と有機発光材料を含む層５８とを積層して構成される。ＯＬＥＤバックライト５Ｂは一般的な照明素子や表示素子に用いられる有機ＥＬ発光素子の製造技術により作製される。すなわち、ＯＬＥＤバックライト５Ｂは、有機発光材料を含む層５８を一対の電極で挟んで構成される。一対の電極のうち、下側の電極は光を反射する反射性電極であり、上側の電極は透明電極である。

ＯＬＥＤバックライト５Ｂの発光波長域は、３種の発光材料を全て励起することができる。青色の発光材料２Ｂを励起するために、ＯＬＥＤバックライト５Ｂの発光波長域は、短波長側の青色の波長域を含むことが好ましい。

透明電極の上部には、有機発光材料を含む層５８を保護するための透明な保護層５９を備えることができる。保護層５９のさらに上部には、３種のカラーフィルタ３（３Ｇ，３Ｂ，３Ｒ）と３種の発光層２（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）（色変換材料層とも呼ばれる）とを順に積層して構成された発光吸収部４を備える。

＜動作＞
周囲からの光が光スイッチ１を透過して発光層２を励起すると、発光層２から下方へ放射された光は、発光層２およびカラーフィルタ３を透過した光と共に、ＯＬＥＤバックライト５Ｂの発光素子に至る。これら光は、有機ＥＬ発光素子５８の下側に位置する反射性電極により反射され、カラーフィルタ３、発光層２、光スイッチ１を順に透過して観察者に至る。青色の成分が少ない場合や暗所では、ＯＬＥＤバックライト５Ｂを点灯する。これにより、青色の光が３種の発光層２を励起する。

［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１０Ｄ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の構成と同様であるので、重複する説明は省略する。

＜概要＞
本発明の第４の実施形態に係る表示装置（１０Ｄ）は、
周囲から一方の面側に入射する光の透過率を制御する光スイッチ（１）と、
複数色の発光材料（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）と特定の波長域の光を吸収する吸収材料（３Ｇ，３Ｂ，３Ｒ）とを含み、光スイッチ（１）の他方の面側に配置される発光吸収部（４）と、
発光吸収部（４）に含まれる複数色の発光材料（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ）に光を照射する光照射部（５）とを備え、
光照射部（５）は、光スイッチ（１）の一方の面側に対向して配置され、
光照射部（５）から放射される光が光スイッチ（１）の一方の面側に入射する。

第４の実施形態に係る表示装置１０Ｄによると、照明条件が変化しても色域が安定したカラー表示装置を提供することができる。

＜構成＞
図７は、第４の実施形態に係る表示装置の模式的な構成を示す図である。

第４の実施形態に係る表示装置１０Ｄは、光照射部５の配置が第１の実施形態に係る表示装置１０Ａ～第３の実施形態に係る表示装置１０Ｃのいずれとも異なる。第４の実施形態に係る表示装置１０Ｄは、外部に配置された別体型の光照射部５Ｃを備えている。別体型の光照射部５Ｃは、本実施形態では、投写型の光源５０を用いて構成する。投写型の光源５０には、例えばレーザ光源を用いる。

第１の実施形態に係る表示装置１０Ａ～第３の実施形態に係る表示装置１０Ｃはいずれも、例えば携帯機器へ搭載するために薄型化を意識した構成である。これに対し、第４の実施形態に係る表示装置１０Ｄは、例えば電子看板のような用途を意識した構成である。

本実施形態では、図７に示すように、青色の光を放射する光源５０を、光スイッチ１および発光吸収部４とは別体に配置する。光源５０は、例えば約４０５ｎｍのレーザビームを面状に整形する。光源５０は、レーザビームを例えば２次元走査することにより、光を面状に整形する。周囲の光の青色の波長域の分光強度が小さい場合や全くの暗闇では、このような別体型の光照射部５Ｃを用いて、発光吸収部４の青のサブ画素の出力を増加させて、鮮やかな画像を表示することができる。

［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。

発光層２の平面形状や２次元配列は、図１～図７に例示する態様に限るものではない。例えば、入射光に青色成分が少ない光源下での使用が主な用途では、青色の発光層２Ｂの面積を大きくするとよい。また、光照射部５にフロントライト５Ａを用いる図１～図４に例示する構成では、発光素子５４の位置はＢＭ１６の真上であるが、発光素子５４の位置を半周期だけずらして、サブ画素を構成する発光層２および吸収層３の積層構造の中央に、発光素子５４が位置するようにしてもよい。さらに、発光素子５４を２次元に配列するのではなく、発光領域をメッシュ状あるいはストライプ状に設けてもよい。この場合には、直交する一対の配線５５の少なくとも一方には、不透明な材料を用いる。また、フロントライト５Ａに代えて、従来のエッジ点灯型のＬＥＤフロントライトも使用できる。この場合には、発光素子５４は透明基板５１の端面に配置される。

発光層２および吸収層３の積層構造の平面形状は、例示する矩形に限るものではない。面積も、材料特性と加法混色のバランスとを勘案して適宜調整することができる。

［実施例］
以下に本発明の実施例を示し、本発明の特徴をより明確にする。

実施例１では、発光材料を含む発光層とカラーフィルタと反射材料を含む反射層とを積層した構造を用いて、発光材料による色域の拡大効果を定量化した。

図８は、実施例１において発光層の効果を確認するための実験に用いる積層構造の断面図である。（Ａ）は発光層を備える構成であり、本発明の表示装置に対応している。（Ｂ）は対照実験用の構成であり、従来の反射型ディスプレイに対応している。（Ａ）および（Ｂ）のどちらも、緑のサブ画素を想定した構成である。なお、図８では、光のスイッチングに関連する偏光層や液晶層などの構成要素は図示を省略している。以下の説明では図８（Ａ）に示す構成をLuminous Reflective Display（ＬＲＤ）と呼ぶ。

図８（Ａ）に示す本発明の表示装置に対応する積層構造において、発光層９２は、透明基板９１を透過した照明光９Ｇ，９Ｂ，９Ｒの中の青から緑までの特定の波長域の光を吸収する。励起された発光層９２は緑の光９Ｇを放射する。上方へ放射された緑の光９Ｇは透明基板９１を通過して観察者に至る。下方へ放射された緑の光９Ｇは反射層９４で反射された後に観察者に至る。照明光の中の緑より長波長側の成分は発光層９２を透過する。これが反射されて観察者に至ると色域が劣化するので、カラーフィルタ９３を設けてこの成分を吸収する。

図８（Ｂ）に示す従来の反射型ディスプレイに対応する積層構造において、白色光が入射すると、青の光９Ｂと赤の光９Ｒはカラーフィルタ９３によって吸収され、緑の光９Ｇのみが反射されて観察者に至る。

実験では、ＬＲＤの緑のサブ画素の発光材料にはCoumarin 6 （Sigma Aldrich社）を、赤のサブ画素の発光材料にはLumogenF Red 305 （BASF社）を用いた。青のサブ画素については、利用できる入射光の波長域が狭いため、この実験では発光材料を用いず、図８（Ｂ）の対照実験の構成のみとした。発光層９２を有する緑のサブ画素および赤のサブ画素と、対照実験として発光層９２を有さない３色のサブ画素との合計５種の構成について、２種類の光源（ハロゲンランプおよび白色ＬＥＤ）を用いて照明した。

その結果、白色ＬＥＤによる照明の場合には、ＬＲＤの緑のサブ画素および赤のサブ画素の輝度は、対照実験の対応するサブ画素の輝度に比べて、それぞれ約１．２倍および約３．３倍に増加した。ハロゲンランプによる照明の場合には、ＬＲＤの緑のサブ画素および赤のサブ画素の輝度は、対照実験の対応するサブ画素の輝度に比べて、それぞれ約１．２倍および約１．３倍に増加した。

図９は、実施例１において色度座標を評価した結果である。（Ａ）は光源にハロゲンランプを用いた場合の結果であり、（Ｂ）は光源に白色ＬＥＤを用いた場合の結果である。

図中、実線の三角形（“ＬＲＤ”）は発光層９２付きの構成を表し、破線の三角形（“ｃｏｎｔｒｏｌ”）は発光層９２がない構成を表す。比較のために、ＮＴＳＣ規格の色域を点線の三角形（“ＮＴＳＣ”）で示す。いずれの光源の照明の下でも、実線の三角形は破線の三角形よりも大きく、発光層９２の追加が色域の拡大に有効であることを確認することができた。

なお、図９に示す“ＬＲＤ”の青の頂点と“ｃｏｎｔｒｏｌ”の青の頂点とは一致する。これは前述の通り、この実験では“ＬＲＤ”の青のサブ画素に青の発光層を用いなかったためである。また、図９の（Ａ）（Ｂ）に示す結果の間で“ＬＲＤ”の緑の色度座標および赤の色度座標がそれぞれ異なる理由は、カラーフィルタ９３を透過する照明光の成分が含まれるためである。

実施例１の実験において述べたように、“ＬＲＤ”の青のサブ画素については、照明光の中で表示に利用できる波長域が狭い。したがって、特に照明光がハロゲンランプのように、青色成分が少ない光源による照明の下では、色域が極度に狭くなる。どこでも色鮮やかな画像を表示するためには、照明条件が変化しても安定した色域を実現する仕組みが求められる。

実施例２では、青色光の放射による色域の拡大効果を定量化した。実験は、実施例１に示すＬＲＤの構造において、さらに青のサブ画素についても発光材料を用いることにより行った。青のサブ画素の発光材料にはＢＢＯＴを使用した。緑のサブ画素の発光材料にはCoumarin6を使用し、赤のサブ画素の発光材料にはLumogen F Red 305を使用した。

図１０は、実施例２において色度座標を評価した結果である。（Ａ）は光源にハロゲンランプを用いた場合の結果であり、（Ｂ）は光源に白色ＬＥＤを用いた場合の結果である。

図中、実線の三角形が本実施例の結果である。点線の三角形はＮＴＳＣ規格の色域であり、破線の三角形は反射型ディスプレイの色域である。青のサブ画素に発光材料を用いた本実施例による色域と、図９に示す実施例１において得られた色域とを比較すると、本実施例に示す構成により、色域において青色の領域が拡張され、照明条件への依存性が緩和されることを確認することができた。

１ 光スイッチ
２（２Ｇ，２Ｂ，２Ｒ） 発光層（発光材料）
３（３Ｇ，３Ｂ，３Ｒ） 吸収層（吸収材料、カラーフィルタ）
４ 発光吸収部
５ 光照射部
５Ａ フロントライト
５Ｂ ＯＬＥＤバックライト
５Ｃ 別体型の光照射部
６ 反射部
７ 光電変換部
１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ） 表示装置
１１ 液晶層
１２ ＴＦＴ基板
１３ 対向基板
１４ 下部偏光板
１５ 上部偏光板
１６ ブラックマトリクス
１７ 配線
１９ 反射防止膜
５０ 光源
５１ 透明基板
５２ 反射防止膜
５３ 保護層
５４ 自発光層（有機ＥＬ発光素子）
５５ 配線
５６ 開口
５７ 支持基板
５８ 自発光層（有機ＥＬ発光素子）
５９ 保護層
６１ 反射層
６２ 支持基板
７２ 光電変換層（太陽電池）
７３ コールドミラー
９１ 透明基板
９２ 発光層
９３ カラーフィルタ
９４ 反射層

Claims (9)

1. 周囲から一方の面側に入射する光の透過率を制御する光スイッチと、
   複数色の発光材料と特定の波長域の光を吸収する吸収材料とを含み、前記光スイッチの他方の面側に配置される発光吸収部と、
   前記発光吸収部に含まれる前記複数色の発光材料に光を照射する光照射部と、
   を備える表示装置。
2. 前記光スイッチの他方の面側に配置される反射部をさらに備え、
   前記発光吸収部は、前記光スイッチと前記反射部との間に位置しており、
   前記光照射部は、表面に開口を有しており、前記光スイッチの一方の面側に配置される、請求項１に記載の表示装置。
3. 特定の波長域の光を透過し当該特定の波長域以外の光を反射する層と光電変換層とが積層して構成されて、前記発光吸収部を透過する光を光電変換する光電変換部をさらに備え、
   前記光電変換部は、前記光スイッチの他方の面側に配置され、
   前記発光吸収部は、前記光スイッチと前記光電変換部との間に位置しており、
   前記光照射部は、表面に開口を有しており、前記光スイッチの一方の面側に配置される、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記光照射部は、電極と、透明電極と、前記電極および前記透明電極の間に介挿されて前記複数色の発光材料を励起する自発光層とを含む、請求項２または３に記載の表示装置。
5. 前記光照射部は、透明電極と、光反射性電極と、前記透明電極および前記光反射性電極の間に介挿されて前記複数色の発光材料を励起する光を放射する自発光層とを含んで、前記光スイッチの他方の面側に配置され、
   前記発光吸収部は、前記光スイッチと前記光照射部との間に位置している、請求項１に記載の表示装置。
6. 前記自発光層は有機発光材料を含む、請求項４または５に記載の表示装置。
7. 前記光照射部は、前記光スイッチの一方の面側に対向して配置され、
   前記光照射部から放射される光が前記光スイッチの一方の面側に入射する、請求項１に記載の表示装置。
8. 前記発光吸収部は、前記複数色の発光材料を含む発光層と、前記吸収材料を含む吸収層とが積層して構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の表示装置。
9. 前記発光材料は、青色の波長域を含む光を放射する、請求項１から８のいずれか一項に記載の表示装置。

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