JP2023175410A - 表示素子、及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長変換層のマクロな光利用効率と色純度とがともに高められた表示素子ならびに表示装置を提供すること。
【解決手段】表示素子が二次元に配列され第１の波長の光を発光する複数の発光層を備える発光層アレイと、複数の発光層の一部と光学的に結合する第１の結合部と、第１の結合部を介して採光された第１の波長の光を交互に反射させ第１の結合部から離れる方向に向けて導光するように対向配置された第１の取り出し部と第１の反射部と、を有するとともに、第１の波長の光を波長変換した第２の波長の光を第１の取り出し部を介して出射する複数の第１の変換層を備える変換層アレイと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示素子、及び表示装置に関する。

画像を表示する表示素子、及び表示装置において、高い色純度と高い発光効率とを実現するための手法として、量子ドットを含む発光層を用いる技術が知られている。発光層は励起光として一次光を用いる場合はかかる発光層は波長変換を行うため色変換層と換言される場合がある。

特許文献１は、青色を発光する無機系マイクロＬＥＤアレイとＲＧＢ各色のサブピクセルに対応する色変換層アレイとをモノリシックに構成することで、製造コストの削減とマクロな光利用効率が向上した高解像度の表示装置を開示している。特許文献１は、さらに、ＲＧＢ各色のサブピクセルに対応する色変換層アレイの後方から青色光を励起光として入射し、色変換層アレイの前方に向けて色変換した光を放射する背面光学配置をとることを開示している。このような背面光学系の配置により、特許文献１に記載された表示装置は、発光素子と色変換層との間の光学的な結合面積を担保し、発光素子から波長変換層への光の伝搬効率であるマクロな光利用効率を担保している。特許文献１は、色変換層が量子ドットと光散乱材とを含む形態を開示している。また、色変換層は波長変換層と換言される場合がある。

特開２０２０－８６４６１号公報

特許文献１に記載の背面光学系の画素構成では、波長変換層は層厚方向に存在する量子ドットの光学密度を所定値以上にすることで波長変換後の光の発光量が担保される。かかる背面光学系の画素構成では、一次光（励起光）と二次光（波長変換後の光）が利用する光路が同方向配置をとる。また、かかる背面光学系の画素構成では、一次光が波長変換層に導光されるための結合領域である第１の窓と、波長変換層が視聴者に向けて光を放出する光放出面に対応する第２の窓と、が減長変換層の層厚方向に見て重なる部分を有する重畳配置をとる。換言すると、特許文献１に記載の背面光学系の画素構成では、一次光（励起光）と二次光（波長変換後の光）とが、同軸配置をとっている。

特許文献１に記載の背面光学系の画素構成では、量子ドットの濃度、吸光係数、波長変換層の層厚等のいずれかの調整により量子ドットの光学密度を増加させ、一次光の侵入深さにおける単位深さあたりの発光強度を高めることが可能となる。一方で、ランベルト・ベ－ル則に従い一次光および二次光の少なくともいずれかの単位深さあたりの吸収も増大し発光の効果と吸光の効果の拮抗により、量子ドットの光学密度の増加に対するマクロな光利用効率の増加は頭打ちとなる。すなわち、特許文献１が採用する背面光学系の画素構成では、光学密度の調整によるマクロな光利用効率の向上には限界があった。

また、同様にして波長変換層における量子ドットの光学密度を減少させた場合、単位深さあたりの一次光および二次光の吸光は減少するものの、一次光が色変換層の光放出面側まで到達することで取り出される放出光の色純度が低下する。色純度の低下に対しては光学フィルタを波長変換層の光放出面側に設けることが採用されるが、色変換後の放出光のマクロな光利用効率は光学フィルタにより制限を受ける。

すなわち、これらの波長変換層の層厚方向の光学密度を調整する手法は、輝度の上限と色純度低下という互いに相反する問題の少なくともいずれか生じ、波長変換層のマクロな光利用効率の抜本的な改善には繋がらないことについて改善が求められていた。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、波長変換層のマクロな光利用効率と色純度とがともに高められた表示素子ならびに表示装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る表示素子は、二次元に配列され第１の波長の光を発光する複数の発光層を備える発光層アレイと、前記複数の発光層の一部と光学的に結合する第１の結合部と、前記第１の結合部を介して採光された前記第１の波長の光を交互に反射させ前記第１の結合部から離れる方向に向けて導光するように対向配置された第１の取り出し部と第１の反射部と、を有するとともに、前記第１の波長の光を波長変換した第２の波長の光を前記第１の取り出し部を介して出射する複数の第１の変換層を備える変換層アレイと、を有する。

本発明に係る表示素子によれば、波長変換層のマクロな光利用効率と色純度とがともに高められた表示素子ならびに表示装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る緑色（ａ）、赤色（ｄ）、青色（ｅ）表示素子の画素断面図、緑色表示素子を部分展開した画素平面図（ｂ）、アレイ状表示素子の平面図（ｃ）である。 第１の実施形態（ａ）と従来形態（ｂ）に係る表示素子の断面構造と、第１の実施形態（ｃ）と従来形態（ｄ）に係る波長変換層の層内構造を示す図である。 従来形態の画素配置を示す断面図（ａ）、（ｂ）である。 各実施形態に適用可能な変換層の導波路特性を示す図である。 第２～第７の実施形態に係る表示素子（ａ）～（ｆ）の画素断面図である。 第８～第１２の実施形態（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）、（ｉ）に係る表示素子の画素断面図と、第１１、第１２の実施形態に係る表示素子の画素平面（ｈ）、（ｊ）と、第８～第１０の実施形態に係る表示素子（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）の輝度分布プロファイルと、を示す図である。 第１３の実施形態に係る表示素子の画素平面図（ａ）、アレイ平面図（ｃ）と画素断面図（ｂ）である。 第１４の実施形態に係る表示素子の画素平面図（ａ）、アレイ平面図（ｃ）と画素断面図（ｂ）である。

以下、本発明の実施形態に係る表示素子について詳細に説明するが本発明はそれに限定されない。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態に係る表示素子１００について、図１（ａ）～（ｅ）、図２（ａ）、（ｃ）、を用いて説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本実施形態に係る緑色表示素子１００Ｇの画素構造を示す断面図、緑色表示素子１００Ｇの一部を展開した画素構造を示す平面図である。図１（ｃ）は、本実施形態のマトリクス配置されたアレイ状表示素子１００の平面図である。図１（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、本実施形態に係る青色表示素子１００Ｂ、青色表示素子１００Ｂの画素構造を示す断面図である。なお、表示素子の二次元状の配置はタ－ゲットとする表示性能に応じてデルタ配列（Δ配列）を含み適宜配置を変えることができる。

なお、本願明細書において、緑色、赤色、青色は、それぞれ、波長帯域として、少なくとも、５１５ｎｍ以上５４５ｎｍ以下、６１５ｎｍ以上６４５ｎｍ以下、４４５ｎｍ以上４７５ｎｍ以下のそれぞれの帯域に極大値を有するものとして扱う。より好ましくは、緑色、赤色、青色は、その極大値をとる波長が、５２８ｎｍ以上５３２ｎｍ以下、６２８ｎｍ以上６３２ｎｍ以下、４５８ｎｍ以上４６２ｎｍ以下、のそれぞれの帯域内にあるものが採用される。また、後述する各実施形態において、第２～第４の波長の光である二次光としての緑色、赤色、青色は、いずれも、帯域幅（全値半幅ＦＷＨＭ）の上限が１０ｎｍであるものが好ましく採用される。

（第１の表示素子アレイ）
次に、緑色を表示する緑色表示素子１００Ｇについて、図１（ａ）～（ｃ）、図２（ａ）、（ｃ）、を用いて説明する。緑色表示素子１００Ｇは、図１（ｃ）に示すように、第１の方向Ｄ１と第３の方向Ｄ３に沿って行列状に配置された１００－１の二次元アレイである。緑色表示素子１００Ｇは、１００－２、１００－３の各二次元アレイに置き換えても良いし、１００－１、１００－２、１００－３の表示素子アレイの一部または全部に配置されても良い。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）に平面図を示した表示素子１００の面Ａ－Ａ‘における断面の構造を示す断面図である。また、図１（ｂ）は、層方向において重なって配置される要素の理解のために、部分的に、遮光部１０ｓ、第１の取り出し部２４、第１の変換部２６の一部をトリミングして示している。

（発光層アレイ）
本実施形態に係る緑色表示素子１００Ｇは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、二次元に配列されそれぞれが第１の波長の光Ｌ１を発光する複数の発光層１０を備える発光層アレイ１０Ａを備える。発光層アレイ１０Ａは、無機半導体による発光ダイオ－ド（ＬＥＤ）、有機発光ダイオ－ド（ＯＬＥＤ）、半導体レ－ザ素子、等の自発光素子が採用される。第１の発光層１０を構成する発光素子は、マイクロキャビティ－構造を有するマイクロ発光ダイオ－ド（ＬＥＤ）や、マイクロ有機発光ダイオ－ド（ＯＬＥＤ）が採用される。このような発光素子は指向性を有する光源であるため、導波モ－ドをとるように第１の波長の光Ｌ１を第１の変換部２０に導光することができる。

発光層アレイ１０Ａは、後述する、第１の変換層２０が備える第１の結合部２２に、第１の波長の光Ｌ１を導光し、発光層１０の周辺への光の漏洩を防ぐため、第１の結合部２２と結合する領域を残して、発光層１０の周囲を遮光する遮光部１０ｓを備える。

（変換層アレイ）
さらに、緑色表示素子１００Ｇは、発光層アレイ１０Ａから導光された第１の波長の光Ｌ１を第２の波長の光Ｌ２に変換し、かつ、第１の波長の光Ｌ１と第２の波長の光Ｌ２の伝搬方向を変更する複数の第１の変換層２０を備える変換層アレイ２０Ａ、を有する。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、光の伝搬方向は、第１の変換層２０の層内における光の伝搬方向を変えるものであり、光の輸送方向、光を利用する方向、と換言する場合がある。

第１の変換層２０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の発光層１０の一部と光学的に結合する第１の結合部２２を備える。また、第１の変換層２０は、第１の結合部２２を介して採光された第１の波長（λ１）の光Ｌ１を交互に反射させるとともに第１の結合部２２から離れる方向Ｄ１に向けて第１の波長の光Ｌ１を多重反射させて導光する導波路状の光学構造を有している。かかる導波路状の光学構造は、互いに対向配置された第１の取り出し部２４、第１の反射部２８と、を有している。

（変換部）
また、第１の変換層２０は、図１（ａ）、図２（ｃ）に示すように、量子ドットとなる複数の光応答性ナノ粒子３０を含有する第１の変換部２６を備える。第１の波長（λ１）の光Ｌ１より長波長側に波長シフトした第１の波長（λ２）の光Ｌ２を発する。第２の波長λ２は、第１の波長λ１より長いと換言される。

なお、第１の変換層２０は、第１の波長の光Ｌ１の中心波長の帯域幅Δλ１を縮小し帯域幅Δλ２とし、一次光Ｌ１より色純度が高い二次光Ｌ２を生成する発光層であると換言される。第１の変換層２０は、量子ドットではなく帯域フィルタ（カラ－フィルタ）により波長変換を行う形態に置換することが可能である。

第１の変換層２０－１、第２の変換層２０－２は、第１の波長の光Ｌ１を第１の波長の光Ｌ１の波長と異なる波長の光に変換するものが採用される。変換層アレイ２０Ａは、第１の波長の光Ｌ１を第２の波長の光Ｌ２に変換する第１の変換層２０－１と、第１の波長の光Ｌ１を第３の波長の光Ｌ３に変換する第２の変換層２０－２とを含む。第２の波長の光Ｌ２は緑色が採用され、第３の波長の光Ｌ３は赤色光が採用される。本実施形態における第１の変換層、及び第２の変換層２０－２の厚さは、４μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、６μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。

蛍光体粒子が樹脂中に分散された変換層を含み構成される。蛍光体粒子としては、無機材料、有機材料を問わないが、特に量子ドットを用いることが好ましい。量子ドットは、発光スペクトルの半値全幅が狭く色純度に優れた発光を示すためである。

量子ドットに用いられる無機粒子はその大きさからナノ粒子と呼ばれることもある。量子ドットの材料としては、例えば、半導体結晶があり、ＩＶ族半導体、ＩＩＩ－Ｖ族、ＩＩ－ＶＩ族の化合物半導体、ＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族、および、ＶＩ族元素の内３つ以上の組み合わせからなる化合物半導体、などのナノ粒子が挙げられる。表示素子用の波長域で発光を示す材料として、具体的には、ＣｓＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＳｅＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅＳｅ、ＺｎＴｅＳ、ＩｎＰ、ＣｕＩｎＳ_２、ＡｇＩｎＳ_２、Ｐｂ系ペロブスカイトなどが挙げられる。これらを量子ドットの核（コア）とし、量子ドット材料を被覆化合物で覆ったコアシェル構造であってもよい。この場合、シェル部に配位子が設けられる。

量子ドットの平均粒径は、２ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることが好ましい。量子ドットでは内在する励起子のボ－ア半径以下の大きさまで量子ドットの粒径を小さくすると、量子サイズ効果により量子ドットのバンドギャップが変化する現象が生じる。例えば、ＩＩＩ－Ｖ族半導体であるＩｎＰでは、ボ－ア半径は１０ｎｍ～１４ｎｍ程度であると言われている。すなわち、量子ドットの平均粒径が、１５ｎｍ以下であれば、量子サイズ効果によるバンドギャップの制御が可能となる。量子ドットの平均粒径を２ｎｍ以上とすることで、量子ドットの合成において、量子ドットの結晶成長を制御し易くすることができる。

量子ドットは、表面に配位子を有している。配位子は、第一の量子ドットと第二の量子ドットとを有する場合に、両者を架橋する架橋構造を有してよい。架橋とは１分子が第一の量子ドットおよび第二の量子ドットに結合することである。有機配位子により架橋される場合、有機配位子の分子長により量子ドット間の距離を制御することができる。架橋する構造は具体的には、水酸基、チオ－ル基、カルボキシル基であってよい。量子ドット間には、少なくとも１個以上の有機分子を有することが好ましい。有機配位子が多いと、有機分子の両端が量子ドット表面と強く結合するため、耐熱性、及び耐環境性が向上し、発光特性の安定性が増す。

本実施形態の第１の変換層や第２の変換層に用いられる蛍光体粒子として、５０ｎｍ未満の半値全幅を有する量子ドットが好ましくは用いることができる。例えば、量子ドットとして、一般に利用可能な量子ドット、例えば、Ｓｉｇｍａ－ＡｌｄｒｉｃｈからＩｎＰ／ＺｎＳ量子ドット製品番号７７６７６９、７７６７５０、７７６７９３、７７６７７７、７７６７８５を用いることができる。第１の変換層として、製品番号７７６７５０が好ましく、第２の変換層２０－２として、製品番号７７６７７７が好ましい。また、ペロブスカイト量子ドットとして、製品番号９０５０６２、９００７４６、９００７４７、９００７４８を用いることができる。第１の変換層として、製品番号９０５０６２、あるいは９００７４６が好ましく、第２の変換層２０－２として、製品番号９００７４８が好ましい。

本実施形態に係る第１～第３の変換部２６において、ポリマ－マトリックスとなる材料は、単官能モノマ－、２官能モノマ－が採用され、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、などを挙げられる。これらを光応答性ナノ粒子とともに混合することで、フォトリソグラフィやインクジェット方式による成膜（インクジェット印刷）に適した粘度や表面張力とすることができる。また、モノマ－の濃度８５～９８ｗｔ％に対し、光重合開始剤の濃度は２～５ｗｔ％が採用される。酸化チタンは含有しない。樹脂部１７は青色光（Ｌ３）を散乱する酸化チタンなどの光散乱材を含有するが、多重散乱が生じない濃度である５ｗｔ％以下であることが望ましい。

（取り出し部）
第１の取り出し部２４は、第１の変換層２０の層内で波長変換され放射状に伝搬する第２の波長の光Ｌ２よりも、第１の結合部２２から離れる第１の方向Ｄ１に沿って伝搬する第１の波長の光Ｌ１に対する分光反射率が高い構造が採用される。このような第１の取り出し部２４を採用することにより、後述する第１の反射部２８の採用とともに、第２の波長の光Ｌ２の供給源となる第１の波長の光Ｌ１の層内の伝搬性を担保し、第２の波長の光Ｌ２の発生域を担保する。

第１の取り出し部２４は、第１の波長の光Ｌ１より第２の波長の光Ｌ２に対する分光透過率が高い構造が採用される。これにより、第１の変換層２０の層内に混在する第１の波長の光Ｌ１の表示面からの出射を制限し、第２の波長の光Ｌ２の表示面からの出射を許容し、高い色純度を担保する。

第１の取り出し部２４の分光反射特性または分光透過特性は、第１の変換部２６の層厚方向（ｚ方向）における両面と接する不図示の光学部材との屈折率ｎの差により得られる。本実施形態の表示素子１００は、図１（ａ）に示すように、第１の変換部２６の屈折率ｎ１を、第１の取り出し部２４の界面側の光学構造の屈折率ｎ２より高くしている。

第１の取り出し部２４は、誘電体多層膜を採用しても良いし、第１の取り出し部２４のように屈折率差を利用したコア／クラッド形態としても良い。

第１の取り出し部２４と第１の変換部２６との導波路状の光学構造については、第１３の実施形態の表示素子２００を扱う図５を用いて詳述する。

（反射部）
第１の反射部２８は、第１の取り出し部２４より、第２の波長の光Ｌ２に対する分光反射率が高い構造が採用される。このような第１の反射部２８を採用することにより、前述の第１の取り出し部２４の採用とともに、第２の波長の光Ｌ２の供給源となる第１の波長の光Ｌ１の層内の伝搬性を担保し、第２の波長の光Ｌ２の発生域を担保する。

第１の反射部２８の分光反射特性は、第１の変換部２６の層厚方向（ｚ方向）における両面と接する不図示の光学部材との屈折率ｎの差により得られる。本実施形態の表示素子１００は、図１（ａ）に示すように、第１の変換部２６の屈折率ｎ１を、第１の反射部２８の界面側の不図示の光学構造の屈折率ｎ２より高くしている。

第１の反射部２８は、プラズモン反射を利用した波長依存性の低い金属反射部材が採用されるが、誘電体多層膜を採用しても良いし、第１の取り出し部２４と同様にして屈折率差を利用したコア／クラッド形態としても良い。

第１の変換層２０は、第１の方向Ｄ１において、第１の結合部２２と反対側の終端に終端遮光部２０ｓを有している。

［光学部材］
光学部材は、変換部２６との間で界面を構成し、取り出し部２４または反射部２８を構成する。取り出し部２４を構成する光学部材は、取り出し部２４が透過する二次光を透過する透光性の材料が採用され、有機樹脂、無機のガラス材料等が採用される。光学部材としては、青色光、緑色光、赤色光に対しての透過率が８５％以上、より好ましくは９０％以上の透明な樹脂を用いることができる。光学部材として用いられる樹脂の屈折率は１．４５以上１．５とすることができる。

ここで、変換層２０が導波路として機能するように光学部材の屈折率は設定される。変換層の屈折率（ｎ_１）は、量子ドットの種類と濃度によって変化するが、濃度が０．０１～５ｗｔ％である場合、ｎ_１はおおむね１．４５～１．５０の範囲である。光学部材の屈折率（ｎ_２）は、比屈折率差Δ＝（ｎ_１－ｎ_２）／２ｎ_１においてΔ＝０．３～２．０％となるように設定することが好ましい。例えば、変換層の屈折率ｎ_１が１．５０とすると、Δ＝０．３５％の場合ｎ_２＝１．４９０であり、Δ＝１．５％の場合ｎ_２＝１．４５５となる。

（第２の表示素子アレイ）
次に、赤色を表示する赤色表示素子１００Ｒについて、図１（ｃ）、（ｄ）を用いて説明する。赤色表示素子１００Ｒは、図１（ｃ）に示すように、第１の方向Ｄ１と第３の方向Ｄ３に沿って行列状に配置された１００－２の二次元アレイである。赤色表示素子１００Ｒは、１００－１、１００－３の各二次元アレイに置き換えても良いし、１００－１、１００－２、１００－３の表示素子アレイの一部または全部に配置されても良い。

本実施形態の赤色表示素子１００Ｒは、第２の表示素子アレイ１００Ａとして、図１（ｄ）にその断面構造が示されている。

本実施形態の赤色表示素子１００Ｒは、緑色表示素子１００Ｇと同様にして、複数の発光層１０を備える発光層アレイ１０Ａと、複数の第２の変換層４０を備える変換層アレイ２０Ａを有する。第２の変換層４０は、第１の変換層２０と同様にして、青色または紫外色を含む第１の波長の光Ｌ１（一次光）を、長波長側に波長変換して、赤色の二次光を第３の波長の光Ｌ３として、第２の取り出し部４４から出射する形態が含まれる。第２の変換層４０は、第１の変換層２０と同様にして、青色または紫外色を含む第１の波長の光Ｌ１（一次光）を、第１の波長の光Ｌ１より狭帯域化して赤色の二次光である第２の波長の光Ｌ３を生成し第２の取り出し部４４から出射する形態が含まれる。

第２の変換層４０は、第１の変換層２０と同様にして、第２の結合部４２、第２の取り出し部４４、第２の反射部４８、第２の変換部４６、を備える。第２の変換層４０は、かかる構成を採用することにより、第２の結合部４２を介して採光された第１の波長の光Ｌ１を波長変換し第３の波長の光Ｌ３を生成し、第３の波長の光Ｌ３を第２の取り出し部４４を表示面として出射する。

すなわち、変換層アレイ２０Ａは、発光層アレイ１０Ａが複数の第１の変換層２０と光学的に結合する部分以外の領域において複数の発光層１０と光学的に結合する複数の第２の結合部４２を備える第２の変換層４０を有している。第２の変換層４０は、さらに、複数の第２の結合部４２を介して採光された第１の波長の光Ｌ１を交互に反射させ第２の結合部４２から離れる方向Ｄ１に導光するように対向配置された第２の取り出し部と第２の反射部と、を有する。第２の変換層４０は、第１の波長の光Ｌ１を波長変換した第３の波長の光Ｌ３を第２の取り出し部４４を介して出射する。

第２の変換層４０は、第１の変換層２０と同様に、第１の波長の光Ｌ１を第３の波長の光Ｌ３に変換する第２の光応答性ナノ粒子を含有する。

第２の取り出し部４４は、第１の取り出し部２４と同様に、第３の波長の光Ｌ３より第１の波長の光Ｌ１に対する分光反射率が高い構造が採用される。また、第２の取り出し部４４は、第１の取り出し部２４と同様に、第１の波長の光Ｌ１より第３の波長の光Ｌ３に対する分光透過率が高い構造が採用される。

第２の反射部４８は、第１の反射部２８と同様に、第２の取り出し部４４より、第３の波長の光Ｌ３に対する分光反射率が高い構造が採用される。

（第３の表示素子アレイ）
次に、青色を表示する青色表示素子１００Ｂについて、図１（ｃ）、（ｅ）を用いて説明する。青色表示素子１００Ｂは、図１（ｃ）に示すように、第１の方向Ｄ１と第３の方向Ｄ３に沿って行列状に配置された１００－３の二次元アレイである。青色表示素子１００Ｂは、１００－１、１００－２の各二次元アレイに置き換えても良いし、１００－１、１００－２、１００－３の表示素子アレイの一部または全部に配置されても良い。

本実施形態の青色表示素子１００Ｂは、第２の表示素子アレイ１００Ａとして、図１（ｄ）にその断面構造が示されている。

本実施形態の青色表示素子１００Ｂは、緑色表示素子１００Ｇ、赤色表示１００Ｒ、と同様にして、複数の発光層１０を備える発光層アレイ１０Ａと、複数の第３の変換層５０を備える変換層アレイ２０Ａを有する。第３の変換層５０は、緑色表示素子１００Ｇと同様にして、青色または紫外色を含む第１の波長の光Ｌ１（一次光）を採光し、第１の波長の光Ｌ１より狭帯域の青色の二次光である第４の波長の光Ｌ４を生成し、第３の取り出し部５４から出射する形態が含まれる。すなわち、第３の変換層５０は、第３の結合部５２から第３の取り出し部５４までの伝搬光路において伝搬方向を変えるが、第１の波長の光Ｌ１の波長変換は行わない形態が含まれる。

第３の変換層５０は、第１の変換層２０と同様にして、第３の結合部５２、第３の取り出し部５４、第３の反射部５８、第３の変換部５６、を備える。第３の変換層５０は、かかる構成を採用することにより、第３の結合部５２を介して採光された第１の波長の光Ｌ１を波長変換し第４の波長の光Ｌ４を生成し、第４の波長の光Ｌ４を第３の取り出し部５４を表示面として出射する。

すなわち、変換層アレイ２０Ａは、発光層アレイ１０Ａが複数の第１の変換層２０と光学的に結合する部分以外の領域において複数の発光層１０と光学的に結合する複数の第３の結合部５２を備える第３の変換層５０を有している。第３の変換層５０は、さらに、複数の第３の結合部５２を介して採光された第１の波長の光Ｌ１を交互に反射させ第３の結合部５２から離れる方向Ｄ１に導光するように対向配置された第２の取り出し部と第２の反射部と、を有する。第３の変換層５０は、第１の波長の光Ｌ１を波長変換した第４の波長の光Ｌ４を第３の取り出し部５４を介して出射する。

第３の変換層５０は、第１の変換層２０と同様に、第１の波長の光Ｌ１を第２の波長および第３の波長より第１の波長に近い第４の波長の光Ｌ４に変換する第３の光応答性ナノ粒子を含有する場合がある。第４の波長は、第１の波長より長く、第２の波長および第３の波長のいずれよりも短い形態が含まれる。

第３の取り出し部５４は、第４の波長の光Ｌ４より第１の波長の光Ｌ１に対する分光反射率が高い構造が採用される。また、第３の取り出し部５４は、第１の取り出し部２４と同様に、第１の波長の光Ｌ１より第４の波長の光Ｌ４に対する分光透過率が高い構造が採用される。

第３の反射部５８は、第１の反射部２８と同様に、第３の取り出し部５４より、第４の波長の光Ｌ４に対する分光反射率が高い構造が採用される。
第１の変換部２６、第２の変換部４６、第３の変換部５６は、第１の波長の光Ｌ１を散乱する酸化チタンなどの光散乱材を含有してもよい。第１の変換部２６、第２の変換部４６、第３の変換部５６中の光散乱材の濃度は、光散乱材同士の多重散乱が生じない濃度以下とすることが望ましく、５ｗｔ％以下が採用される。

＜技術的意義＞
次に、図２（ａ）～（ｄ）、図３（ａ）、（ｂ）を用いて、本実施形態に係る表示素子１００と、従来技術に係る表示素子９００とを対比し、表示素子１００が備える構造的な特徴と、かかる特徴が発現する本実施形態に固有の効果を説明する。

図２（ａ）は、第１の実施形態に係る表示素子１００の断面構造を示すものであり、図２（ｃ）は、第１の実施形態に係る第１の変換層２０の層内構造を示す図である。一方、図２（ｂ）は、従来技術に係る表示素子９００の断面構造を示すものであり、図２（ｄ）は、従来技術に係る表示素子９００の変換層９２０の層内構造を示す図である。図２（ｃ）、（ｄ）は、表示素子１００の第１の変換部２６、表示素子９００の変換部９２６がそれぞれ備える光応答性ナノ粒子３０の分散状態を示す図であると換言される。

表示素子１００と表示素子９００は、以下の点Ａ－Ｂ、Ｃにおいて相違する。

相違点Ａは、結合部から取り出し部までの光伝搬経路において、一次光の伝搬経路と、二次光を利用する伝搬経路と、が非同軸か、同軸かである。表示素子１００は、第１の結合部２２から第１の取り出し部２４までの光伝搬経路において、一次光と二次光の伝搬経路の方向が異なる非同軸な配置をとる。これに対し、表示素子９００は、結合部９２２から取り出し部９２４までの光伝搬経路において一次光と二次光の伝搬経路が同方向の同軸な配置をとる。すなわち、表示素子１００は、変換層２０の層厚方向Ｄ２に平行な軸に沿って見たとき、第１の結合部２２は第１の取り出し部２４とは重ならないように配置されている。変換層２０の層厚方向Ｄ２は光取り出し方向に換言される。また、表示素子１００は、変換層２０の第１の光の伝搬方向Ｄ１において、第１の結合部２２は第１の取り出し部２４とは重複しないように配置されていると換言される。

相違点Ｂは、取り出し部と対向する位置に反射部を全域に配置できるか否かである。表示素子１００は、第１の結合部２２から第１の取り出し部２４までの光伝搬経路が非同軸な配置をとり、一方、表示素子９００は、結合部９２２から取り出し部９２４までの光伝搬経路が同軸な配置をとる。

相違点Ｃは、伝搬する一次光、二次光の吸収が、発光の効果を上回らないように、光応答性ナノ粒子の光学密度を疎とできるか否かである。

以上の相違点Ａ～Ｃについて以下に説明する。

本実施形態に係る表示素子１００は、相違点ＡおよびＢにより、第１の結合部２２と第１の反射部２８との異なる機能を担う光学要素をそれぞれ適切な位置に配置することができる。このため、表示素子１００は、発光層１０から第１の変換層２０への採光特性と、第１の反射部２８の反射特性と、が互いに制約を受けずに、独立に、それぞれ好適な光学的特性を割り付けることができる。すなわち、第１の結合部２２は一次光である第１の波長の光Ｌ１に対し高い透過率を設定することが可能であり、第１の反射部２８は、第１の波長の光Ｌ１（一次光）と第２の波長の光Ｌ２（二次光）の両方に対し高い反射率と設定することが可能となる。また、表示素子１００は、波長依存性がロバストな金属層により反射部２８を構成すること、取り出し部２４の後方側全域に反射部２８を設けること、のそれぞれが可能となり、第１の変換層２０からのマクロな光の利用効率の向上が図られる。

これに対し、従来技術に係る表示素子９００は、相違点ＡおよびＢを有しないため、符号９２２の位置に、発光層９１０から一次光を採光するための光学的結合要素と、変換層９２０内で発生した二次光を反射する反射部要素を、兼用して配置する必要がある。このため、表示素子９００は、符号９２２の界面の透過率および反射率の少なくともいずれかが制約されたものとなるか、符号９２２の領域を分割して特性を割り付ける等の制約が必要となり、変換層９２０からのマクロな光の利用効率は制約を受けたものとなる。

本実施形態に係る表示素子１００は、第１の波長の光Ｌ１の伝搬経路が表示素子９００の層厚方向（ｚ方向）から層面に略平行な層面方向（ｘｙ面内方向）となり伝搬距離が１桁程度増加する。このため表示素子１００は、表示素子９００に対して、光応答性ナノ粒子の光学密度を１桁程度低下させた疎なものとすることが可能であり、相違点Ｃを有する。

このため、本実施形態に係る表示素子１００は、一次光、二次光の吸光により、二次光の生成が制約を受け難く、第１の変換層２０におけるマクロな光の利用効率が、表示素子９００に対して高いものとなる。

本実施形態に係る表示素子１００と従来技術に係る表示素子９００との、より具体的な対比を以下で説明する。

表示素子９００は、第１の波長の光Ｌ１（青色、一次光）を発する発光層９１０と、発光層９１０からの一次光を受けて第２の波長の光Ｌ２（緑色、二次光）を発する光応答性ナノ粒子を含有する変換層９２０と、が結合部９２２を介して積層されている。変換層９２０の層厚は、数μｍから１０μｍが採用される。変換層９２０は、第１の波長の光Ｌ１をかかる層厚の伝搬経路で全吸収するために、光応答性ナノ粒子３０を、図２（ｄ）のように、１０～３０ｗｔ％の濃度で含有する。変換層９２０は、第１の波長の光Ｌ１の利用効率向上や取り出し面９２４への漏れ光の低減を目的として、光散乱材３８を、として酸化チタンなどを１０～３０ｗｔ％含有する。変換層９２０は、光散乱材３８の散乱により、第１の波長の光Ｌ１を層内で多数回散乱させて、層厚方向（深さ方向、ｚ方向）の単位厚みあたりの、光応答性ナノ粒子３０に対する第１の波長の光Ｌ１の吸光の機会を増やして波長変換効率を高めている。

ここで、光応答性ナノ粒子３０（量子ドット）はスト－クスシフトが小さく、発光帯と励起帯の一部が重なっている為、自己吸収が生じ易い。よって光応答性ナノ粒子３０の光学密度が高い場合、自己吸収による発光効率の低下が生じ易くなる。加えて、光応答性ナノ粒子３０同士の相互の距離が近接するため、蛍光共鳴エネルギ－移動（ＦＲＥＴ）による発光効率の低下が生じ易くなる。また、光散乱材３８により二次光である波長変換光も散乱が生じ、実効的な光学距離の延長により光取り出し効率が低下することになる。

特に、光取り出し方向Ｄ１と反対方向に伝搬し変換層９２０の層外に出射した二次光のうち、変換層９２０に再帰入射する光は、光応答性ナノ粒子３０による自己吸収と、光散乱材３８による遮蔽効果とにより減衰し光取り出し効率が低下しやすいと考えられる。

従来技術に係るＲＧＢ画素配列の形態について図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

図３（ａ）に係る表示素子９０９は、変換層９２０－１～３の後方（発光層９１０の側）に光学部材９１８を設けて結合部９２２を構成している。結合部９２２は、変換層９２０－１～３と光学部材９１８との屈折率の差を利用して一次光Ｌ１を前方（光学部材９１４の側）に向けて散乱する機能を有する。結合部９２２は、発光層９１０－１～３からの一次光Ｌ１の採光効率と、前方への反射特性の両立の観点からその反射特性、透過特性は少なくとも一方は、前述の通り制限される。

図３（ｂ）に係る表示素子９９０は、変換層９２０－１～３の後方（発光層９１０の側）に誘電体多層膜９１７を設けて結合部９２２を構成している。これにより、波長変換光のうち、発光層９１０－１～３の側に伝搬する二次光Ｌ２、Ｌ３の再帰光を利用する。

以上申し述べたように、表示素子９０９、９９０のいずれにおいても、変換層９２０－１～３そのものによる損失と、後方に放出された二次光（波長変換後の光）の利用効率の低下、によりマクロは光利用効率が低下すると考えられる。変換層９２０－１～３そのものによる損失は、量子ドットによる自己吸収と光散乱材による遮蔽効果と、が含まれる。結合部９２２は、発光層９１０－１～３からの一次光Ｌ１の採光効率と、前方への反射特性の両立の観点からその反射特性、透過特性は少なくとも一方は、前述の通り制限される。

一方、本実施形態に係る表示素子１００は、変換層２０が第１の方向Ｄ１へ伝搬する第１の波長の光Ｌ１（一次光）に対して導波路として機能する。導波路の機能を有する変換層２０の層面方向に沿って第１の波長の光Ｌ１（青色光）を全反射により導波させながら二次光に波長変換する。本実施形態の構成によれば、従来の構成よりも、第１の波長の光Ｌ１すなわち、一次光である青色光が波長変換しながら伝搬する光路長を長くすることができる。例えば、１００μｍ×３００μｍのサブ画素の場合、光路長は短手方向１００μｍ、あるいは長手方向３００μｍとすることができる。ランベルト・ベ－ル則に従い、吸収の光路長が大きくなると、変換層２０が含有する量子ドット濃度（光応答性ナノ粒子の濃度）を減少することができる。

すなわち、従来の表示素子９００、９０９、９９０に対し、実施形態の表示素子１００は、第１の波長の光Ｌ１に対する光路長が一桁程度大きくすることが可能なため、量子ドットの濃度を一桁小さくすることが可能である。さらに、量子ドットが低濃度である場合、自己吸収やＦＲＥＴによる発光効率の低下も抑制されるため、発光効率を高めることが可能となる。よって、本実施形態の構成における量子ドットの濃度は０．０１～５ｗｔ％とすることができる。量子ドットの濃度は、要求される表示性能、一次光の駆動条件、等と並び、一次光の伝搬光路長に対応する画素サイズによって決定される。また、本実施形態の構成では、反射部２８は波長選択性ミラ－である必要はなく、Ａｌ、Ａｇ等の金属ミラ－を用いることが可能である。あるいは、誘電体多層膜で構成された波長選択性のミラ－を用いることが可能である。

（導波モ－ドと発光モ－ド）
次に、導波路状の第１～第３の変換層２０－１～３について、動作モ－ドを図１、図４を用いて説明する。

本発明の構成では、図１（ａ）に示すように、第１の変換層２０の屈折率（ｎ１）に対して、第１の取り出し部２４である界面を構成する光学部材の屈折率（ｎ２）は低く、第１の変換層２０は導波路として機能する。この結果、第１の波長の光Ｌ１（一次光、青色光）は、第１の変換層２０の層内で全反射を繰り返しながら伝搬され導波される。なお、図１（ｂ）においては、第１の変換層２０内で生成した波長変換後の光である第２の波長の光Ｌ２は理解のために一部のみ示され、第１の反射部２８を経た経路等は省略されている。第２の波長の光Ｌ２は、実際には複数の光路で構成される第１の波長の光Ｌ１の伝搬路上および光拡散材により伝搬路の周辺で発生する。第１の変換層２０の層内で発生した二次光は、光拡散材の散乱、反射部２８の反射を経るか、または、発光点（波長変換点）から直接に取り出し部２４に至り、第１の変換層２０の前方に取り出される。

屈折率の高い層（コア）が、屈折率の低い層（クラッド）に挟まれたサンドイッチ構成の場合、コア層内を伝搬する光のクラッド層への入射角度が臨界角より大きくなる場合に全反射が生じ、コア／クラッド界面で反射を繰り返すことで導波路として機能する。一般に、コア層から等方的に放射された光の全放射モ－ドのうち、コア層内で全反射を繰り返す光を導波モ－ド、コア層から取り出される光が発光モ－ドと呼ばれる。

ここで、第１の波長の光Ｌ１（一次光、青色、紫色）に対しては導波モ－ドが採用され、光取り出しの点から、第２の波長の光Ｌ２（緑色）、第３の波長の光Ｌ３（赤色）に対しては導波モ－ドの成分が相対的に少ない発光モ－ドの成分があるように設定される。より好ましくは、第２の波長の光Ｌ２、第３の波長の光Ｌ３は、発光モ－ドが導波モ－ドより多く支配的である形態が採用される。

ここで、本願明細書においては、光導波路で用いられる導波路パラメ－タＶを用いて導波モ－ドと発光モ－ドを取り扱う。

Ｖ＜２．４０５ （式１）

の式１、式２を考える。

ここでｄは膜厚、λ_０は光の波長、ｎ１とｎ２はコア層とクラッド層の屈折率である。導波路パラメ－タＶ＜２．４０５の場合、シングルモ－ド導波路となり、任意の波長に対しては、基本の導波モ－ドのみが導波可能となり、その他の放射モ－ドは発光モ－ドとなる。また、任意のコアとクラッドの比屈折率差Δ＝（ｎ_１－ｎ_２）／２ｎ_１を決定した場合、膜厚を薄くすることで、導波モ－ド数を減少させ、発光モ－ドを増加させて光取り出し効率を高めることが可能となる。膜厚が１０μｍ以上と厚い場合、マルチモ－ド導波路となり、導波モ－ドが多くなるため、光取り出し効率が低下する。本発明の構成においては、波長変換部が導波路として十分に機能する、厚さが１０μｍ以下であることが望ましいが、これ以上の厚膜であっても適用可能である。

ここで、表示色を構成する青色光、緑色光、赤色光をそれぞれ４６０ｎｍ、５３０ｎｍ、６３０ｎｍと仮定する。導波路パラメ－タは、長波長であるほど小さくなるため、導波モ－ドを少なくなる。すなわち、緑色光、赤色光に対してシングルモ－ドであり、青色光に対してマルチモ－ドとなるように、膜厚と比屈折率差を設定することができる。こうすることで、波長変換部が、青色光に対してはマルチモ－ド導波路として機能する一方で、波長変換光に対しては、放射モ－ドが優先となり、効率的に光取り出しされる構成が可能となる。

図４に、青色光、緑色光、赤色光それぞれに対して、比屈折率差Δと膜厚の関係において、導波路パラメ－タＶ＝２．４０５となる境界線を示す。任意の比屈折率差Δと膜厚を決定したプロットした場合、そのプロット点よりも各色の境界線が右側にある場合はその色はシングルモ－ドとなり、左側にある場合はその色はマルチモ－ドとなる。

例えば、膜厚が３μｍの場合、比屈折率差Δ＝０．３５とすると、青色光に対してマルチモ－ドであり、波長変換光（緑色光、赤色光）に対しては、シングルモ－ドとなる。すなわち、青色光に対しては導波路として機能し、波長変換光に対しては発光モ－ドが優先となる。膜厚が１０μｍの場合、同様の構成にするには、比屈折率差Δ＝０．０３とする必要があり、波長変換光に対してシングルモ－ドとする構成を作製するのは難しくなる。膜厚がさらに厚くなると実際に作製するのは不可になる。ただし、完全にシングルモ－ドとならなくても、シングルモ－ド条件に近づけることによる導波モ－ドの低減効果はあるため、比屈折率差Δが一定とすると膜厚が薄くなるほど光取り出し効率が増加することになる。また、シングルモ－ド導波路の場合、導波光（ここでは青色光）の一部はクラッド層にエバネッセント波として漏れ出すため、クラッド層が量子ドットを含有し、波長変換機能を有していてもよい。

（変換層の変形形態１）
次に、第２～第７の実施形態に係る表示素子１１０～１６０を、図５（ａ）～（ｆ）を用いて説明する。第２～第７の実施形態は、それぞれ、結合部を含む変換層の光学的配置が第１の実施形態と相違する第１の実施形態の変形形態に該当する。

＜第２の実施形態＞
図５（ａ）に示す第２の実施形態に係る表示素子１１０は、発光層１０と第１の変換部２６との間に空隙を介し離間した形態の結合部２３を有する点で、第１の実施形態と相違する。

＜第３の実施形態＞
図５（ｂ）に示す第３の実施形態に係る表示素子１２０は、発光層１０との間に結合部材１５を介し発光層１０と離間した形態の結合部２３を有する点で、第１、第２の実施形態と相違する。本実施形態の遮光部１０ｓは、結合部材１５の外縁まで延長されている。

＜第４の実施形態＞
図５（ｃ）に示す第４の実施形態に係る表示素子１３０は、発光層１０との間に伝搬方向を変更する変向部材１５を介し発光層１０と離間した形態の結合部２３を有する点で、第１～第３の実施形態と相違する。本実施形態の遮光部１０ｓは、変向部材１５の外縁まで延長されている。本実施形態の発光層１０からの一次光の出射方向は、第１の変換層２０の層厚方向に平行な第２の方向Ｄ２に一致する。しかしながら、第１の取り出し部２４からの二次光Ｌの取り出し領域と発光層１０からの一次光Ｌ１の出射領域は、ｘ方向において重ならないようにずれて配置された非同軸な形態となっている。

＜第５の実施形態＞
図５（ｄ）に示す第５の実施形態に係る表示素子１４０は、第１の取り出し部２４の結合部２０との反対側の終端付近に波長選択性の低い窓２４ｄを有している点において、第１～第４の実施形態と相違する。第１の発光層２０の終端側はこれ以上結合部２０から離れる方向に導波モ－ドで第１の波長の光Ｌ１を伝搬する必要が無く、窓２４ｄを設けた位置において、第１の波長の光Ｌ１の成分は実質的に吸光されているために、窓２４ｄが設けられる。

＜第６の実施形態＞
図５（ｅ）に示す第６の実施形態に係る表示素子１５０は、第１の取り出し部４の結合部２付近に前面反射部２８ｐを居所的に設けている点において、第１～第５の実施形態と相違する。これは、第１の発光層２０における伝搬経路の上流側において、第１の波長の光Ｌ１の第２の波長の光Ｌ２に対する成分比が高く取り出し部２４の波長選択性では一次光Ｌ１の前方への漏れを低減しきれないことを救済するものである。

＜第７の実施形態＞
図５（ｆ）に示す第７の実施形態に係る表示素子１６０は、第１の取り出し部４の結合部２付近に遮光部２４ｓを設けている点において、第１～第６の実施形態と相違する。遮光部２４ｓは遮光部１０ｓが延長されたものに該当する。遮光部２４ｓは、第６の実施形態の前面反射部２８ｐと同じ効果をもたらす。

（変換層の変形形態２）
次に、第８～第１２の実施形態に係る表示素子１７０～２１０を、図６（ａ）～（ｊ）を用いて説明する。第８～第１２の実施形態は、それぞれ、第１の変換層２０の光応答性ナノ粒子の光学密度において特定の層内分布を有している点において第１の実施形態と相違する第１の実施形態の変形形態に該当する。

＜第８の実施形態＞
図６（ａ）に示す第８の実施形態に係る表示素子１７０は、図６（ｂ）のように第１の方向Ｄ１において一定の光学密度（破線）で光応答性ナノ粒子が含有される第１の変換部２６ｕを有する第１の変換層２０ｕとした点において第１の実施形態と相違する。

このような第１の変換層２０ｕは、ランベルト・ベ－ル則により結合部２２から終端遮光部２０ｓに向かう範囲において、第１の変換部２６ｕからの発光する第２の波長の光Ｌ２の発光量が対数的な分布を有している。画素の発光重心を画素の中心に配置するためには、他の光学要素である第１の取り出し部２４、第１の反射部２８、等の分光特性を用いて図６（ｂ）の輝度プロファイルを緩和する方向することができる。

なお、図６（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）においては、発光量は第１の取り出し部２４における単位面積あたりの発光量を輝度として示している。

＜第９の実施形態＞
図６（ｃ）に示す第９の実施形態に係る表示素子１８０は、図６（ｄ）のように第１の方向Ｄ１に結合部２２から離れるに従い光応答性ナノ粒子の光学密度が階段状に増加する光学密度分布（破線）を有している点で、第１、第８の実施形態と相違する。

表示素子１８０は、これにより、図６（ｄ）に示すように、ランベルト・ベ－ル則により結合部２２から終端遮光部２０ｓに向かう範囲における、第２の波長の光Ｌ２の発光量の分布を第８の実施形態に比べて平滑化している。

＜第１０の実施形態＞
図６（ｅ）に示す第１０の実施形態に係る表示素子１９０は、図６（ｆ）のように第１の方向Ｄ１に結合部２２から離れるに従い光応答性ナノ粒子の光学密度が連続に増加する光学密度分布（破線）を有している点で、第１、第８、第９の実施形態と相違する。すなわち、本実施形態の第１の変換層２０は、第１の変換層２０の層面方向における第１の結合部２２からの距離の増加に伴い光応答性ナノ粒子３８の光学密度が増加するような第１の光学的勾配を有する形態と換言される。

図６（ｅ）は緑色を表示色とする画素の構成を示しているが、赤色を表示色とする画素の構成の図示は省略されているが、緑色を表示色とする表示素子１９０と同様な構成で輝度の平滑化は実現される。すなわち、第２の変換層２０－２は、２の変換層２０－２の層面方向における第２の結合部２２からの距離の増加に伴い光応答性ナノ粒子３８の光学密度が増加するような第２の光学的勾配を有する構成となる。

表示素子１８０は、これにより、図６（ｄ）に示すように、ランベルト・ベ－ル則により結合部２２から終端遮光部２０ｓに向かう範囲における、第２の波長の光Ｌ２の発光量の分布を第９の実施形態に比べてより一層、平滑化している。

＜第１１の実施形態＞
図６（ｇ）、（ｈ）に示す第１１の実施形態に係る表示素子２００は、図６（ｈ）のように結合部２２から離れるに従い光応答性ナノ粒子の光学密度が連続に空間的に増加するように楔状の不活性領域２５を有している点で、他の実施形態と相違する。

楔状の不活性領域２５は、第１の変換部２６に含有される成分のうち光応答性ナノ粒子のみが含有しない領域で構成することができる。

＜第１２の実施形態＞
図６（ｉ）、（ｊ）に示す第１２の実施形態に係る表示素子２１０は、図６（ｉ）、（ｊ）のように発光層１０が第１の結合部２０の中央に設けられている点で、他の実施形態と相違する。本実施形態の第１の変換層２０は、第８の実施形態と同様に、結合部２２から離れるｘｙ面内の方向において、一定の光学密度で光応答性ナノ粒子を含有している。このため、表示素子２１０は、微視的には、ｘｙ面内で第２の波長の光Ｌ２（波長変換後の光）は輝度分布を有するが、画素内の発光ビ－ム分布は、略同心矩形の環状発光分布となっており、ＲＧＢ各色の発光重心を画素中心に一致させることが可能となっている。

＜第１３の実施形態＞
次に第１の実施形態の表示素子１００の変形形態である第１３の実施形態の表示素子２２０について、図７（ａ）～（ｃ）を用いて説明する。図７（ｂ）は、図７（ａ）の表示素子２２０を断面Ｄ－Ｄ‘で切断した断面図である。

本実施形態の表示素子２２０は、図７（ａ）、（ｃ）のように、緑色、赤色、青色のサブ画素として複数の表示素子１３０－Ｇ、１３０－Ｒ、１３０－Ｂ、を行列状に備えている。簡単のために、本実施形態では、図面上、各画素の発光色を表す添え字－Ｇ、－Ｒ、－Ｂを、－１、－２、－３と枝番に置換して表記する場合がある。

表示素子２２０は、図７（ｂ）のように、画素の周縁を規定するブラックマトリクス２０ｓ、ブラックマトリクス２０ｓで囲まれた３種の領域内のそれぞれに、第１の発光層１０－１、第２の発光層１０－２、第３の発光層１０－３を有している。さらに、表示素子２２０は、ブラックマトリクス２０ｓで囲まれた３種の領域内のそれぞれに、第１～第３の発光層１０－１～１０－３と光学的に結合する第１～第３の変換層２０－１～２０－３を備えている。表示素子２２０は、さらに、第１～第３の変換層２０－１～２０－３の前方に、それぞれ、屈折率が変換層２０－１～２０－３より低い光学部材１２４を備え、取り出し部２４－１～２４－３を構成させている。表示素子２２０は、さらに、第１～第３の変換層２０－１～２０－３の後方に、それぞれ、屈折率が変換層２０－１～２０－３より低い光学部材１２８を備え反射部２８－１～２８－３を構成させている。ブラックマトリクス２０ｓおよび光学部材２８は、多層誘電膜２９と接合されている。
表示素子２２０は、層厚方向に平行な軸に沿って見たとき、第１の取り出し部２４－Ｇと第２の取り出し部２４－Ｒとは少なくとも重ならない部分を有するようにｘｙ面上に並置されている。同様にして、表示素子２２０は、層厚方向に平行な軸に沿って見たとき、第２の取り出し部２４－Ｒと第３の取り出し部２４－Ｂとは少なくとも重ならない部分を有するようにｘｙ面上に並置されている。なお、図７（ｂ）では、第１の取り出し部２４－Ｇと第２の取り出し部２４－Ｒは、簡単のために、省略されている。 ＜第１４の実施形態＞
次に第１３の実施形態の表示素子２３０の変形形態である第１４の実施形態の表示素子２３０について、図８（ａ）～（ｃ）を用いて説明する。図８（ｂ）は、図８（ａ）の表示素子２３０を断面Ｅ－Ｅ‘で切断した断面図である。

本実施形態の表示素子２３０は、図８（ａ）、（ｃ）のように、赤色、緑色、青色の各画素を構成する表示素子２３０－Ｒ、２３０－Ｇ、２３０－Ｂを変換層２０－Ｒの層厚方向に積層している点において、表示素子２２０と相違する。

表示素子２３０は、層厚方向に平行な軸に沿って見たとき、第１の取り出し部２４－Ｇと第２の取り出し部２４－Ｒとは、少なくとも重なる部分を有するようにｚ方向に積層配置されている。同様にして、表示素子２３０は、層厚方向に平行な軸に沿って見たとき、第２の取り出し部２４－Ｒと第３の取り出し部２４－Ｂとは、少なくとも重なる部分を有するようにｚ方向に積層配置されている。なお、図８（ｂ）では、第１の取り出し部２４－Ｇと第２の取り出し部２４－Ｒは、簡単のために、省略されている。
表示素子２３０は、図８（ｂ）のように、画素の周縁を規定するブラックマトリクス２０ｓ、ブラックマトリクス２０ｓで囲まれた一つ画素領域内に、第１の発光層１０－１、第２の発光層１０－２、第３の発光層１０－３を有している。さらに、表示素子２３０は、ブラックマトリクス２０ｓで囲まれた３種の領域内のそれぞれに、第１～第３の発光層１０－１～１０－３と光学的に結合する第１～第３の変換層２０－１～２０－３を備えている。表示素子２３０は、さらに、第１～第３の変換層２０－１～２０－３の前方に、それぞれ、屈折率が変換層２０－１～２０－３より低い光学部材３５を備え、取り出し部２４－１～３を構成させている。表示素子２３０は、さらに、第１～第３の変換層２０－１～２０－３の後方に、それぞれ、屈折率が変換層２０－１～２０－３より低い光学部材３５を備え反射部２８－１～２８－３を構成させている。ブラックマトリクス２０ｓおよび最下層の光学部材１２８は、多層誘電膜２９と接合されている。

図８（ｂ）に示すように、表示素子２３０は、光取り出し方向に積層されたサブ画素を構成する表示素子２３０－Ｂ、２３０－Ｒ、２３０－Ｇが、表示面からこの順で積層されている。

ここで、変換層２０－Ｂ、２０－Ｇ、２０－Ｒの間には、波長選択性を有する光学層３４、３６を有している。光学層３４は、変換層２０－Ｂ、２０－Ｇの間に配置され、青色光を反射し緑色光と赤色光を透過する、もしくは青色光を吸収する、さらにはそれらの両方の波長選択性を有する層として設けられる。光学層３６は、変換層２０－Ｇ、２０－Ｒの間に配置され、緑色光を反射し赤色光を透過する、もしくは緑色光を吸収する、さらにはその両方の波長選択性を有する層として設けられる。波長選択性は、分光特性と換言される場合がある。

光学層３４と光学層３６に、光学部材３５より低い屈折率を有する低屈折率層が設けられていてもよい。光学部材３５の屈折率は、骨格材料として二酸化ケイ素ＳｉＯ_２（屈折率＝１．４５）を用いる場合、１．１０以上１．３０以下が好ましく、１．１０以上１．１５以下であることがより好ましい。

ここで、光学層３４、３６が波長選択性の反射層である場合を考える。変換層２３０－Ｂから放出された光のうち、前方に放出された光はそのまま取り出され、後方に放出された光は、光学層３４によって反射され取り出される。変換層２３０－Ｇから放出された光のうち、前方に放出された光は、光学層３４と変換層２３０－Ｂを透過して取り出され、後方に放出された光は、光学層３６によって反射され、同様に取り出される。変換層２３０－Ｒから放出された光のうち、前方に放出された光は、光学層３６と変換層２３０－Ｇ、さらには光学層３４と変換層２３０－Ｂを透過して取り出され、後方に放出された光は、反射層２０によって反射され、同様に取り出される。

図８（ｂ）のような積層型のサブ画素を有する表示素子２３０は、図７（ｂ）に示す表示画素の解像度が同じ場合、変換層の面積が表示素子２２０の３倍となり、積層による吸光を考慮しても輝度の向上が期待される。あるいは、図８（ｂ）と変換層のｚ方向から見た投影面積を同じにした構成で積層すると、画素サイズが表示素子２２０の１／３になり解像度が３倍になる。

以下に本発明の実施例に係る表示素子を詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］

（クラッド層の作製）
石英基板上にＳｉＯ_２とＴｉＯ_２を同時スパッタすることにより、ＳｉＯ_２にＴｉＯ_２を４．５ａｔ％含有する膜を１μｍ成膜した（基板Ａ１）。屈折率を測定すると１．４７７であり、比屈折率差Δは１．５であった。同様に、石英基板上に反射膜としてＡｌをスパッタリング法により１００ｎｍ成膜した後、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２を同時スパッタすることにより、ＳｉＯ_２にＴｉＯ_２を４．５ａｔ％含有する光学膜を１μｍ成膜した（基板Ａ２）。

石英基板上にＳｉＯ_２とＴｉＯ_２を同時スパッタすることにより、ＳｉＯ_２にＴｉＯ_２を８．０ａｔ％含有する膜を１μｍ成膜した（基板Ｂ１）。屈折率を測定すると１．４９５であり、比屈折率差Δは０．３５であった。あった。同様に、石英基板上に反射膜としてＡｌをスパッタリング法により１００ｎｍ成膜した後、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２を同時スパッタすることにより、ＳｉＯ_２にＴｉＯ_２を８．０ａｔ％含有する膜を１μｍ成膜した（基板Ｂ２）。

（変換層の作製）
炭酸セシウム１０部、オレイン酸２７部、１－オクタデセン３８５部をフラスコに入れ、液温を１２０℃に加熱し真空ポンプで３０分脱気した。さらに乾燥窒素気流下で液温１５０℃に加熱し３０分保持し、カチオン原料液を得た。

別途、臭化鉛（ＩＩ）１０部、１－オクタデセン４９４部をフラスコに入れ、液温を１２０℃に加熱し真空ポンプで１時間脱気した。オレイン酸８９部、オレイルアミン３１部、を添加しさらに真空ポンプで３０分脱気した。その後窒素フロ－に代えて液温を１８５℃とした。

カチオン原料液４０部を添加し５秒後に氷冷した。酢酸エチル２０００部を添加し遠心分離を行ない、上澄み液を除去した。得られた残渣をトルエンに分散して固形分濃度を１重量％に調整し、ＣｓＰｂＢｒ_３のペロブスカイト型結晶構造を有する発光性ナノ結晶の分散液を得た。

上記ＣｓＰｂＢｒ_３分散液に、乾燥窒素気流を吹き付けて溶媒を除去し、ＣｓＰｂＢｒ_３ナノ結晶１ｗｔ％、３，３，５－トリメチルシクロヘキシルアクリレ－ト（ＴＭＣＨＡ）９４ｗｔ％、１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（Ｏｍｎｉｒａｄ１８４）５ｗｔ％となるように調製しインク組成物Ａを得た。

上記インク組成物をガラス基板上に塗膜し、反射スペクトルから屈折率を算出すると１．５００であった。

屈折率を測定
上記インク組成物Ａを用いて、マテリアルプリンタ－（富士フイルムＤｉｍａｔｉｘ社製、ＤＭＰ－２８５０）により、基板Ａ２の成膜した光学膜に、基板端部から変換層が横１００μｍ×縦３００μｍ×厚さ１０μｍとなるように印刷した。印刷後速やかに基板Ａ１の成膜した光学膜と挟んでＵＶ照射して硬化させ、緑色を第２の波長の光Ｌ２とする表示素子を作製した。

ＣｓＰｂＢｒ_３をＣｓＰｂ（Ｂｒ_０．３５Ｉ_０．６５）_３とした組成で同様の検討を行い、変換層が赤色発光である場合の表示素子を作製した。

［実施例２］
変換層の厚さを３μｍとした以外は実施例１と同様にして表示素子を作製した。

［実施例３］
変換層の厚さを１．５μｍとした以外は実施例１と同様にして表示素子を作製した。

［実施例４］
基板Ａ１を基板Ｂ１、基板Ａ２を基板Ｂ２とし、変換層の厚さを３μｍとした以外は実施例１と同様にして表示素子を作製した。

［実施例５］
変換層が基板端部から横３００μｍ×縦１００μｍ×厚さ３μｍとなるように印刷した以外は実施例１と同様にして表示素子を作製した。

［実施例６］
実施例１と同様に、ＣｓＰｂＢｒ_３分散液に、乾燥窒素気流を吹き付けて溶媒を除去し、ＣｓＰｂＢｒ_３ナノ結晶１ｗｔ％、３，３，５－トリメチルシクロヘキシルアクリレ－ト（ＴＭＣＨＡ）８９ｗｔ％、１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（Ｏｍｎｉｒａｄ１８４）５ｗｔ％、酸化チタン５ｗｔ％となるように調製しインク組成物Ｂを得た。

まず、変換層が基板端部から横８０μｍ×縦３００μｍ×１０μｍ厚となるように実施例１と同様にして印刷した。その横にインク組成物Ｂを用いて横２０μｍ×縦３００μｍ×１０μｍ厚となるように印刷し表示素子を作製した。この構成は図７（ｂ）に対応する。

［実施例７］
基板Ａ１を基板Ｂ１、基板Ａ２を基板Ｂ２とし、変換層の厚さを３μｍとした以外は実施例６と同様にして表示素子を作製した。この構成は図７（ｂ）に対応する。

［実施例８］
本実施例は、図８に示す光取り出し方向に積層されたサブ画素を構成した例である。

まず石英基板の上に光学層３４と光学層３６を形成した基板をそれぞれ作製した。ここで用いる光学層３４、光学層３６は特定の波長を選択的に反射、あるいは透過する波長選択性の層のことを指す。このような波長選択性の層は誘電体多層膜によって得ることができる。誘電体多層膜を構成する誘電体は、無機材料でも有機材料でもよく、これらの組み合わせでもよい。有機材料としては、例えば、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂などが挙げられる。無機材料としては、フッ化物材料や酸化物材料などの無機材料などを用いることができる。例えば、フッ化物材料としては、ＡｌＦ_２（１．３６）、ＭｇＦ_２（１．３８）、ＣａＦ_２（１．４３）、などを用いることができる。酸化物材料としては、ＳｉＯ_２（１．４５）、Ａｌ_２Ｏ_３（１．６４）、ＭｇＯ（１．７２）、Ｙ_２Ｏ_３（１．８８）、ＨｆＯ_２（２．０５）、ＳｒＴｉＯ_３（２．４４）、ＴｉＯ_２（２．４９）などを用いることができる。ここで、括弧内の数値は屈折率の参考値である。誘電体多層膜は、これらの材料種から選択される低屈折率材料と高屈折率材料が交互に積層された多層膜により構成される。

このとき各層の厚さｄは反射帯域の中心波長λ_０における各層の屈折率ｎに対し、ｄ＝λ_０／４ｎとすることで、層の境界で反射した光が打ち消しあうことで透過率が減少し反射帯域が形成される。高屈折率材料の屈折率をｎ_Ｈ、低屈折率材料の屈折率をｎ_Ｌ、とすると、中心波長の両側に幅Ｗ＝２／π×Ｓｉｎ［（ｎ_Ｈ－ｎ_Ｌ）／（ｎ_Ｈ＋ｎ_Ｌ）］×λ_０の反射帯域が形成される。

光学層３４は、青色光（４６０ｎｍ）を反射し、変換層からの発光である緑サブ画素からの緑色光（５３０ｎｍ）と、赤サブ画素からの赤色光（６３０ｎｍ）を透過するように誘電体多層膜が設計される。光学層３６は、緑サブ画素からの緑色光（５３０ｎｍ）を反射し、赤サブ画素からの赤色光（６３０ｎｍ）を透過するように誘電体多層膜が設計される。

以下、ＳｉＯ_２を低屈折率材料とし、ＴｉＯ_２を高屈折率材料として用いた例で説明する。ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２を交互に積層したものを１回とし、これを１０回繰り返してできる多層膜として用いた例について述べる。光学層３４は、入射角度が０度の入射光に対し、反射帯域の中心波長に応じてＳｉＯ_２とＴｉＯ_２の膜厚が決定される。光学層３４の例として、反射帯域の中心波長を４００ｎｍとした場合、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２の膜厚は、それぞれ６９ｎｍと４０ｎｍであり、全膜厚は１０９０ｎｍである。このとき、反射帯域の幅は約１３３ｎｍとなる。光学層３６の例として、反射帯域の中心波長を４７０ｎｍとした場合、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２の膜厚は、それぞれ８１ｎｍと４７ｎｍであり、全膜厚は１２８２ｎｍである。このとき、反射帯域の幅は約１５６ｎｍである。反射層は、スパッタ法やイオンビ－ム蒸着法、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより成膜することで作製可能である。

実施例１と同様にして、光学層３４を形成した基板を用いて変換層が緑色発光である緑色サブ画素表示素子を作製し、光学層３６を形成した基板を用いて変換層が赤色発光である赤色サブ画素表示素子を作製した。変換層の面積を３００μｍ×３００μｍとした。インク組成物ＢからＣｓＰｂＢｒ_３ナノ結晶を除いたインク組成物を用いて、実施例１と同様にして光散乱材を含有する樹脂部３００μｍ×３００μｍを作製し、青色サブ画素表示素子を作製した。Ａｌ反射膜上に赤色サブ画素表示素子、緑色サブ画素表示素子、青色サブ画素表示素子をこの順に積層し、表示素子を作製した。

［比較例１］
石英基板上に青色光を透過し、緑色光と赤色光を反射する誘電体多層膜ミラ－をイオンビ－ム蒸着法により形成した。この誘電体多層膜ミラ－青色光（４６０ｎｍ）に対しては０から３０度の入射光を透過し、３０度以上の入射光を反射する。また、緑色光（５３０ｎｍ）と赤色光（６３０ｎｍ）に対しては、全ての入射角の光を反射する。構成としては、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２からなる多層膜を用い、反射帯域の中心波長が、それぞれ５８０ｎｍ、６７０ｎｍ、７６０ｎｍである多層膜を積層した反射層を用いた。ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２の膜厚は、それぞれ１００ｎｍと５８ｎｍ、１１６ｎｍと６７ｎｍ、１３１ｎｍと７６ｎｍである。各帯域の繰り返し数は５回であり、反射層の膜厚の合計は２．７μｍである。

実施例１と同様に、ＣｓＰｂＢｒ_３分散液に、乾燥窒素気流を吹き付けて溶媒を除去し、ＣｓＰｂＢｒ_３ナノ結晶１０ｗｔ％、３，３，５－トリメチルシクロヘキシルアクリレ－ト（ＴＭＣＨＡ）７５ｗｔ％、１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（Ｏｍｎｉｒａｄ１８４）５ｗｔ％、酸化チタン１０ｗｔ％となるように調製しインク組成物Ｃを得た。

石英基板上に形成した誘電体多層膜ミラ－上に、インク組成物Ｃを用いて、変換層が横１００μｍ×縦３００μｍ×１０μｍ厚となるように実施例１と同様にして印刷して表示素子を作製した。この構成は図３（ｂ）に対応する。

［比較例２］
石英基板上に、比較例１と同じインク組成物Ｃを用いて、変換層が横１００μｍ×縦３００μｍ×１０μｍ厚となるように実施例１と同様にして印刷し表示素子を作製した。この構成は図３（ａ）に対応する。

［比較例３］
比較例１と同様に、ＣｓＰｂＢｒ_３ナノ結晶１ｗｔ％、３，３，５－トリメチルシクロヘキシルアクリレ－ト（ＴＭＣＨＡ）８４ｗｔ％、１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（Ｏｍｎｉｒａｄ１８４）５ｗｔ％、酸化チタン１０ｗｔ％となるように調製しインク組成物Ｄを得た。

石英基板上に、比較例１と同じインク組成物Ｄを用いて、変換層が横１００μｍ×縦３００μｍ×１０μｍ厚となるように実施例１と同様にして印刷し表示素子を作製した。この構成は図３（ａ）に相当する。

＜輝度の評価＞
励起光としてピ－ク発光４６０ｎｍ波長の青色光を光ファイバで導波し、出射した光をレンズで結像して横から変換層に入射した。この時、青色光の照射量（強度×面積）が一定となるようにした。つまり、単位面積当たりの青色光強度は膜厚が薄くなるほど大きくなる。実施例５のほうが大きくなる。変換層の直上に積分球を設置し、マルチチャンネル分光器Ｃ１００２７－０１（浜松ホトニクス）により、緑色は５３０ｎｍ±３０ｎｍ、赤色は６３０ｎｍ±３０ｎｍの発光スペクトルの積分値を輝度として測定した。

表１に緑色、赤色の輝度値を示す。

導波路の比屈折率差Δ＝１．５とした場合、膜厚が減少すると緑色と赤色の輝度が向上した（実施例１－３）。これは、導波モ－ドが減少するためだと考えられる。

導波路の膜厚を３μｍで一定とした場合、比屈折率差Δが小さくなると緑色と赤色の輝度が向上した（実施例２、実施例４）。これは、導波モ－ドが減少するためだと考えられる。

青色光入射方向が長手か短手に寄らず輝度はほぼ同じであった（実施例２、実施例５）。

末端に散乱部を導入すると、緑色と赤色の輝度が向上した。これは、導波モ－ドの光が光散乱部で散乱され、発光モ－ドとして光取り出しされるようになったためだと考えられる（実施例６、実施例７）。

積層型の構成にすることで、緑色と赤色の輝度が向上した。これは、変換層の面積が３倍になっているためである（実施例８）。

実施例１と比較例１より、膜厚が１０μｍと下面に反射層を設けた構成は同じであり、比較例１は発光性ナノ結晶の濃度が１０ｗｔ％であるが、緑色と赤色の輝度は相対的に小さくなった。これは、実施例１の光取り出し効率が優れていることを意味する。発光性ナノ結晶の濃度を１ｗｔ％と同じにした場合はさらに緑色と赤色の輝度が低下した（比較例２）。また、下面に反射層を設けない場合も緑色と赤色の輝度が低下した（比較例３）。

１００ 表示素子
１０Ａ 発光層アレイ
１０ 発光層
２０Ａ 変換層アレイ
２０ 第１の変換層
２２ 第１の結合部
２４ 第１の取り出し部
２６ 第１の変換部
２８ 第１の反射部

Claims (24)

1. 二次元に配列され第１の波長の光を発光する複数の発光層を備える発光層アレイと、
   前記複数の発光層の一部と光学的に結合する第１の結合部と、前記第１の結合部を介して採光された前記第１の波長の光を交互に反射させ前記第１の結合部から離れる方向に向けて導光するように対向配置された第１の取り出し部と第１の反射部と、を有するとともに、前記第１の波長の光を波長変換した第２の波長の光を前記第１の取り出し部を介して出射する複数の第１の変換層を備える変換層アレイと、を有する表示素子。
2. 前記複数の第１の変換層は、前記第１の波長の光を前記第２の波長の光に変換する第１の光応答性ナノ粒子を含有する請求項１に記載の表示素子。
3. 前記第１の取り出し部は、前記第２の波長の光より前記第１の波長の光に対する分光反射率が高い請求項１に記載の表示素子。
4. 前記第１の取り出し部は、前記第１の波長の光より前記第２の波長の光に対する分光透過率が高い請求項１に記載の表示素子。
5. 前記第２の波長は、前記第１の波長より長い請求項１に記載の表示素子。
6. 前記第１の反射部は、前記第１の取り出し部より、前記第２の波長の光に対する分光反射率が高い請求項１に記載の表示素子。
7. 前記第１の変換層は、前記層面方向における前記第１の結合部からの距離の増加に伴い前記光応答性ナノ粒子の光学密度が増加するような第１の光学的勾配を有する請求項２に記載の表示素子。
8. 前記変換層アレイは、前記発光層アレイが前記複数の第１の変換層と光学的に結合する部分以外の領域において前記複数の発光層と光学的に結合する複数の第２の結合部と、前記複数の第２の結合部を介して採光された前記第１の波長の光を交互に反射させ前記第２の結合部から離れる方向に向けて導光するように対向配置された第２の取り出し部と第２の反射部と、を有するとともに、前記第１の波長の光を波長変換した第３の波長の光を前記第２の取り出し部を介して出射する複数の第２の変換層、をさらに備える請求項１に記載の表示素子。
9. 前記複数の第２の変換層は、前記第１の波長の光を前記第３の波長の光に変換する第２の光応答性ナノ粒子を含有する請求項８に記載の表示素子。
10. 前記第２の取り出し部は、前記第３の波長の光より前記第１の波長の光に対する分光反射率が高い請求項８に記載の表示素子。
11. 前記第２の取り出し部は、前記第１の波長の光より前記第３の波長の光に対する分光透過率が高い請求項８に記載の表示素子。
12. 前記第３の波長は、前記第１の波長および前記第２の波長より長い請求項８に記載の表示素子。
13. 前記第２の反射部は、前記第２の取り出し部より、前記第３の波長の光に対する分光反射率が高い請求項８に記載の表示素子。
14. 前記第２の変換層は、前記層面方向における前記第２の結合部からの距離の増加に伴い前記光応答性ナノ粒子の光学密度が増加するような第２の光学的勾配を有する請求項９に記載の表示素子。
15. 前記変換層アレイは、前記発光層アレイが前記複数の第１の変換層または前記複数の第２の変換層と光学的に結合する部分以外の領域において前記複数の発光層と光学的に結合する第３の結合部と、前記第３の結合部を介して採光された前記第１の波長の光を交互に反射させ前記第３の結合部から離れる方向に向けて導光するように対向配置された第３の取り出し部と第３の反射部と、を有するとともに、前記第１の波長の光を波長変換した第４の波長の光または前記第１の波長の光のうち少なくとも一方を前記第３の取り出し部を介して出射する複数の第３の変換層、をさらに備える請求項１に記載の表示素子。
16. 前記複数の第３の変換層は、前記第１の波長の光を前記第２の波長および前記第３の波長より前記第１の波長に近い第４の波長の光に変換する第３の光応答性ナノ粒子を含有する請求項１５に記載の表示素子。
17. 前記第３の取り出し部は、前記第４の波長の光より前記第１の波長の光に対する分光反射率が高い請求項１５に記載の表示素子。
18. 前記第３の取り出し部は、前記第４の波長の光より前記第１の波長の光に対する分光反射率が高い請求項１５に記載の表示素子。
19. 前記第４の波長は、前記第１の波長より長い請求項１５に記載の表示素子。
20. 前記第３の反射部は、前記第３の取り出し部より、前記第４の波長の光に対する分光反射率が高い請求項１５に記載の表示素子。
21. 前記複数の第３の変換層は、前記第３の結合部から前記第３の取り出し部までの伝搬光路において伝搬方向を変えるが、前記第１の波長の光の波長変換は行わない請求項１５に記載の表示素子。
22. 前記層厚方向に平行な軸に沿って見たとき、前記第１の結合部は前記第１の取り出し部とは重ならないように配置されている請求項１に記載に表示装置。
23. 前記層厚方向に平行な軸に沿って見たとき、前記第１の取り出し部と前記第２の取り出し部とは、重ならない部分を有するように配置される請求項８に記載の表示素子。
24. 前記層厚方向に平行な軸に沿って見たとき、前記第１の取り出し部と前記第２の取り出し部とは、重なる部分を有するように配置される請求項８に記載の表示素子。

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