JPWO2010116559A1 - 表示パネルおよび表示装置 - Google Patents

Abstract

液晶表示パネル（３９）には、光を受ける対向基板（３２）の内側面（３２Ｎ）側に、その内側面（３２Ｎ）から外部への出射効率を高める回折格子（ＤＧ）が含まれる。

Description

本発明は、例えば液晶表示パネルのような表示パネル、および、そのような表示パネルを搭載する表示装置（例えば、液晶表示装置）に関する。

カラー表示可能な液晶表示装置では、液晶表示パネルにカラーフィルタが内蔵されることが多い。そして、カラーフィルタ直下に、カラーフィルタの色と同色の光を蛍光発光する蛍光体が搭載された液晶表示パネルも存在する（例えば、特許文献１）。

特開平０４−０１２３２３号公報（第１図参照）

このような蛍光体とカラーフィルタと積み重ねた液晶表示パネルに生じる問題としては、以下のようなものが挙げられる。図１１の部分拡大図に示すように、液晶表示パネルでは、蛍光体１１１Ｒはバックライトユニットからの青色の光（バックライト光；ｂｌ）を受光することで、蛍光発光し、赤色光（Ｒ）を発する。そして、この光は、種々方向に進行する。例えば、蛍光体１１１Ｒからの光の一部(光ｍｌ)は、赤色カラーフィルタ１１３Ｒの内部を進行し、カラーフィルタ基板１３２の内側面１３２Ｎに到達する。

このような場合、内側面１３２Ｎ（詳説すると、カラーフィルタ１１３Ｒと内側面１３２Ｎとの境界面）に対する光ｍｌの入射角度が臨界角を超えることがある。すると、その光ｍｌは内側面１３２Ｎにて全反射し、例えば、ブラックマトリックス１１４Ａに向かって進行する。

ブラックマトリックス１１４Ａは透過性ではなく反射性を有する。そのため、ブラックマトリックス１１４Ａに到達した光は、全反射し、例えば、青色光を透過させるものの赤色光を反射させるバンドパスフィルタ１３５に向かって進行する。そのため、バンドパスフィルタ１３５に到達した光は、反射し、ブラックマトリックス１１４Ｂに向かって進行する。そして、そのブラックマトリックス１１４Ｂに到達した光は、反射して、カラーフィルタ基板１３２の内側面１３２Ｎに向かう。

このようにして内側面１３２Ｎに到達した光の入射角度は、再度、内側面１３２Ｎにおける臨界角を超えてしまうこともある。そして、そのような光は、ブラックマトリックス１１４Ａに向けて進行し、さらに、バンドパスフィルタ１３５、ブラックマトリックス１１４Ｂ、内側面１３２Ｎへと、反射を繰り返しながら進行する。

つまり、蛍光体１１１Ｒから発せられる光のうち、内側面１３２Ｎに対する光の入射角度が臨界角よりも小さくないと、内側面１３２Ｎを透過し、外部に出射できない。そのため、このような液晶表示装置では、赤色のカラーフィルタ１１３Ｒから出射してくる光量が減少することになる｛つまり、蛍光体１１１Ｒから発せられる光量に対して、外部に出射する光量の比率（光取り出し効率）が比較的低い｝。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものである。そして、その目的は、光の取り出し効率を向上させた表示パネル、およびその表示パネルを搭載する表示装置を提供する。

表示パネルは、光の供給量を制御する光供給量制御部と、光供給量制御部からの光を受けて蛍光発光する蛍光体と、蛍光体からの光を透過させる透過基板と、を含む。そして、その表示パネルでは、光を受ける透過基板の受光面側に、その受光面から外部への出射効率を高める光取り出し構造体が含まれる。例えば、光取り出し構造体は、回折格子である。

このようになっていると、透過基板における受光面への光の入射角が臨界角よりも大きかったとしても、その光は全反射することなく、回折格子で回折（回折透過および回折反射）される。すると、受光面を経て外部に導かれる光量は、全反射を引き起こす受光面（回折格子等の無い受光面）を経て外部に導かれる光量に比べて増加する。そのため、このような表示パネルは、効率よく外部に光を導ける。

なお、回折格子に含まれる格子片は、柱体（例えば、直方体または円柱体）であると望ましい。

また、回折格子は、多角形状（例えば、三角形状または四角形状）の格子パターンを有すると望ましい。

また、回折格子に含まれる格子片は、最も長い長手を回折格子の格子面に沿わせる棒状体であり、複数ある棒状体の一部が、自身の長手方向に対して交差する第１方向に沿って並ぶことで、縞状の第１格子パターンが形成され、さらに、複数ある棒状体における別の一部が、第１方向に対して交差する第２方向に沿って並ぶことで、縞状の第２格子パターンが形成されていると望ましい。

また、回折格子を構成する格子片は、環状体であり、格子パターンが、中心を共有する複数の環状体で形成される同心円であると望ましい。

なお、表示パネルでは、以下の関係式（１）が満たされると望ましい。
０．５γ≦ｄ≦３γ … 関係式（１）
ただし、
γ：蛍光を励起させるための励起波長
ｄ：回折格子における格子片の周期間隔
である。

また、表示パネルでは、以下の関係式（２）が満たされると望ましい。
０．５ｄ≦Ｈ≦３ｄ … 関係式（２）
ただし、
ｄ：回折格子における格子片の周期間隔
Ｈ：回折格子の格子面からの格子片の高さ
である。

なお、回折格子と蛍光体との間に、蛍光発光する光の色に応じたカラーフィルタが介在すると望ましい。このようになっていると、外部に進行する光の色純度が向上する。

また、蛍光体およびカラーフィルタは、反射性の遮光材に囲まれると望ましい。このようになっていると、色の異なるカラーフィルタ同士の間で、異なる色の光が行き交わない。そのため、外部に進行する光の色純度が確実に向上する。

なお、反射性の遮光材は、金属製（例えば、アルミニウムまたは銀）であると望ましい。

また、反射性の遮光材は、可視光全域における少なくとも一部の波長域に干渉可能なバンドパスフィルタであってもよい。

なお、以上の表示パネルと、その表示パネルに対して光を供給する照明装置と、を含む表示装置も本発明といえる。

本発明の表示パネルによれば、透過基板の受光面に対して比較的大きな入射角で進入する光（要は、全反射してしまうような光）であっても、受光面を透過可能になる。そのため、このような表示パネルは、効率よく外部に光を導ける。

は、図２の部分拡大図である。 は、図１０でのＡ−Ａ’矢視断面図である。 は、円柱体の格子片で形成される回折格子（ただし、格子パターンは四角状）を含む対向基板を示す平面図である。 は、円柱体の格子片で形成される回折格子（ただし、格子パターンは三角状）を含む対向基板を示す平面図である。 は、直方体の格子片で形成される回折格子（ただし、格子パターンは四角状）を含む対向基板を示す平面図である。 は、直方体の格子片で形成される回折格子（ただし、格子パターンは三角状）を含む対向基板を示す平面図である。 は、棒状の格子片で形成される回折格子を含む対向基板を示す平面図である。 は、同心円状に並ぶ格子片で形成される回折格子を含む対向基板を示す平面図である。 は、回折格子を含む対向基板での回折光を示す光路図である。 は、液晶表示装置の分解斜視図である。 は、従来の液晶表示装置に搭載された対向基板の内側面での反射光を示す光路図である。

［実施の形態１］
実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、図面上での黒丸は紙面に対し垂直方向を意味する。また、記載される数値実施例は、一例にすぎず、その数値に限定されるものではない。

図１０は液晶表示装置（表示装置）６９の分解斜視図である。この図に示すように、液晶表示装置６９は、液晶表示パネル（表示パネル）３９とバックライトユニット（照明装置）４９とを含む。

液晶表示パネル３９は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のスイッチング素子を含むアクティブマトリックス基板３１と、このアクティブマトリックス基板３１に対向する対向基板３２とをシール材（不図示）で貼り合わせる。そして、両基板３１・３２の隙間に液晶３３が注入される（後述の図２参照）。なお、アクティブマトリックス基板３１および対向基板（透過基板）３２の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、ガラス（屈折率ｎｄ≒１．５１）が挙げられる。また、液晶表示パネル３９の詳細については、後述する。

この液晶表示パネル３９は非発光型の表示パネルなので、バックライトユニット４９からの光（バックライト光ＢＬ；後述の図２参照）を受光することで表示機能を発揮する。そのため、バックライトユニット４９からの光が液晶表示パネル３９の全面を均一に照射できれば、液晶表示パネル３９の表示品位が向上する。なお、液晶表示パネル３９では、液晶３３の配向が調整されることで、その液晶３３の透過率が部分的に変化し（要は、外部に供給される光量が変化し）、表示画像が変化する。そこで、液晶（液晶層）３３は、光供給量制御部とも称せる。

バックライトユニット４９は、ＬＥＤモジュール（光源モジュール）ＭＪ、導光板４３、および反射シート４４を含む。

ＬＥＤモジュールＭＪは光を発するモジュールであり、実装基板４１と、実装基板４１の実装面に形成された電極に実装されることで電流の供給を受け、光を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）４２と、を含む。

また、ＬＥＤモジュールＭＪは、光量確保のために、発光素子であるＬＥＤ（点状光源）４２を複数含むと望ましく、さらに、ＬＥＤ４２を列状に並列させると望ましい。ただし、図面では便宜上、一部のＬＥＤ４２のみが示されているにすぎない（なお、以降では、ＬＥＤ４２の並ぶ方向をＸ方向とも称する）

また、ＬＥＤ４２の発光色は、赤色、緑色等、種々あるが、図１０のＬＥＤ４２は、青色の光（波長４００ｎｍ程度以上で波長５００ｎｍ程度以下の光）を発する青色発光ＬＥＤ４２である。

導光板４３は、側面４３Ｓと、この側面４３Ｓを挟持するように対向して位置する天面４３Ｕおよび底面４３Ｂとを有する板状部材である。そして、側面４３Ｓの一面（受光面４３Ｓａ）は、ＬＥＤ４２の発光端に面することで、ＬＥＤ４２からの光を受光する。受光された光は、導光板４３の内部で多重反射され、面状光として天面（出射面）４３Ｕから外部に向けて出射する。

なお、以降では、受光面４３Ｓａに対して対向する側面４３Ｓを反対面４３Ｓｂとし、受光面４３Ｓａから反対面４３Ｓｂに至る方向をＹ方向と称する｛特に、このＹ方向は、Ｘ方向に対して交差する（例えば、直交する）｝。

反射シート４４は、導光板４３によって覆われるように位置する。そして、導光板４３の底面４３Ｂに面する反射シート４４の一面が反射面になる。そのため、この反射面が、ＬＥＤ４２からの光および導光板４３内部を伝播する光を、漏洩させることなく導光板４３に（詳説すると、導光板４３の底面４３Ｂを通じて）戻すように反射させる。

なお、以上のようなバックライトユニット４９では、反射シート４４および導光板４３は、この順で積み重なる（なお、この積み重なる方向をＺ方向と称する。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交する関係であると望ましい）。そして、ＬＥＤ４２からの光は導光板４３によって面状のバックライト光ＢＬになって出射し、その面状光ＢＬは液晶表示パネル３９に到達し、それによって、液晶表示パネル３９は画像を表示させる。

ここで、液晶表示パネル３９について、図１〜図１０を用いて詳説する。図２は、図１０のＡ−Ａ’線矢視断面図であり、図１は、図２の部分拡大図である。図２に示すように、液晶表示パネル３９は、液晶層３３を挟み込むアクティブマトリックス基板３１および対向基板３２の他に、偏光フィルム３４（３４Ｐ・３４Ｑ）、バンドパスフィルタ３５、蛍光体１１、散乱体１２、カラーフィルタ１３、ブラックマトリックス１４、および回折格子ＤＧを含む。

偏光フィルム３４（３４Ｐ・３４Ｑ）は、アクティブマトリックス基板３１と対向基板３２とに挟まれる液晶層３３を挟む。すなわち、液晶層３３とアクティブマトリックス基板３１との間に、１枚の偏光フィルム３４Ｐが介在し、液晶層３３と対向基板３２との間に、もう１枚の偏光フィルム３４Ｑが介在する。

詳説すると、偏光フィルム３４Ｐは，アクティブマトリックス基板３１を透過する光のうち、特定の偏光を透過させ、液晶層３３に導く。一方、偏光フィルム３４Ｑは、液晶層３３を透過する光のうち、特定の偏光を透過させ、バンドパスフィルタ３５に導く。

バンドパスフィルタ（干渉層）３５は、偏光フィルム３４Ｑを覆う。そして、このバンドパスフィルタ３５は、偏光フィルム３４Ｑを透過する青色光（Ｂ）を選択的に透過させる一方、その他の光、例えば可視光に含まれる赤色光（Ｒ）および緑色光（Ｇ）を反射させる（要は、バンドパスフィルタ３５は、可視光全域における一部の波長域に干渉する）。なお、バンドパスフィルタ３５は、ガラス薄膜に、ＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）とＴｉＯ₂（酸化チタン）とを交互に積層させて形成される。

蛍光体１１は、バンドパスフィルタ３５上に散らばって配置される。そして、この蛍光体１１は、バンドパスフィルタ３５を透過する光｛青色光（Ｂ）｝を受けて蛍光発光する（したがって、蛍光を励起させるための励起波長は、４００ｎｍ程度以上５００ｎｍ程度以下である）。詳説すると、蛍光体１１は２種類あり、１種類は波長６２０ｎｍ程度の赤色光（Ｒ）を発する赤色蛍光体１１Ｒで、もう１種類は波長５５０ｎｍ程度の緑色光（Ｇ）を発する緑色発光体１１Ｇである。

なお、蛍光体１１は、特に限定されないが、１つの画素（PIXEL）の一辺がおよそ３０μｍ以下であることを考慮し、１μｍ以下の粒径（微粒子材料）で形成されていると望ましく、例えば、ナノ粒子蛍光体および有機蛍光体が挙げられる。

散乱体１２は、蛍光体１１同様、バンドパスフィルタ３５上に散らばって配置される。そして、この散乱体１２Ｂは、バンドパスフィルタ３５を透過する光｛青色光（Ｂ）｝を受け、その光を散乱させる（なお、散乱体１２は、バンドパスフィルタ３５を透過した青色光（Ｂ）を散乱させることから、散乱体１２Ｂと称する）。

なお、この散乱体１２Ｂと、蛍光体１１Ｒと、蛍光体１１Ｇとは、バンドパスフィルタ３５上に散らばっているが、一定の規則性をもって配列すると望ましい。例えば、蛍光体１１Ｒ、蛍光体１１Ｇ、散乱体１２Ｂが三角状に並ぶデルタ配列、蛍光体１１Ｒ、蛍光体１１Ｇ、散乱体１２Ｂが交互で列状に並ぶストライプ配列、蛍光体１１Ｒ、蛍光体１１Ｇ、散乱体１２Ｂがモザイク状に並ぶモザイク配列、が挙げられる。

また、散乱体１２Ｂの材料および形状は、特に限定されるものではない。例えば、青色光（Ｂ）に対して透過性を有し、直径１μｍ程度のガラスまたは樹脂等から成る粉体が、散乱体１２Ｂの材料の一例として挙げられる。また、別例としては、透明な｛青色光（Ｂ）に対して透過性を有する｝ガラスまたは樹脂といった材料の表面が、粗面化されることで、拡散面になったものも、散乱体１２Ｂとして挙げられる。

カラーフィルタ１３は、蛍光体１１Ｒ、蛍光体１１Ｇ、散乱体１２Ｂを個別に覆う。詳説すると、赤色光（Ｒ）を透過させるカラーフィルタ１３Ｒが、蛍光体１１Ｒを覆うことで、その蛍光体１１Ｒと対向基板３２との間に介在する。同様に、緑色光（Ｇ）を透過させるカラーフィルタ１３Ｇが、蛍光体１１Ｇを覆うことで、その蛍光体１１Ｇと対向基板３２との間に介在する。また、青色光（Ｂ）を透過させるカラーフィルタ１３Ｂが、散乱体１２Ｂを覆うことで、その散乱体１２Ｂと対向基板３２との間に介在する（なお、カラーフィルタ１３が対向基板３２に密着することから、対向基板３２はカラーフィルタ基板３２とも称せる）。

つまり、カラーフィルタ１３Ｒ・１３Ｇ・１３Ｂは、蛍光体１１Ｒ、蛍光体１１Ｇ、散乱体１２Ｂから進行する光の色に応じて、それらを個別に覆う。そのため、光がカラーフィルタ１３を透過することに起因する損失は極めて少ない｛また、光の色の濃さ（色純度）が向上する｝。なお、カラーフィルタ１３（１３Ｒ・１３Ｇ・１３Ｂ）の材質は、特に限定されるものではない。

例えば、アルカリ可溶性ポリマー、多官能モノマー、および顔料成分（分散剤等の顔料分散に必要な成分も含む）を含むアルカリ可溶性のラジカル重合性ネガ型レジストが、カラーフィルタ１３の材質の一例として挙げられる。なお、アルカリ可溶性ポリマーとして、スチレン樹脂を含むラジカル重合性ネガ型レジストの場合、屈折率ｎｄは、１．５５から１．６０である。

ブラックマトリックス（遮光材）１４は、バンドパスフィルタ３５と対向基板３２との間に介在し、積み上がった蛍光体１１Ｒおよびカラーフィルタ１３Ｒと、積み上がった蛍光体１１Ｇおよびカラーフィルタ１３Ｇと、積み上がった散乱体１２Ｂおよびカラーフィルタ１３Ｂと、を個別に囲むことで区分けする（なお、分けられた領域が１つの画素となる）。

そして、このブラックマトリックス１４は、反射性を有する金属（例えば、アルミニウムまたは銀）で形成される。そのため、カラーフィルタ１３同士の境界を通じて、一方のカラーフィルタ１３から他方のカラーフィルタ１３へ光が透過することはない。つまり、ブラックマトリックス１４は、画素毎における光の遮光性を確保する（光の混色が防がれる）。

回折格子ＤＧは、カラーフィルタ１３に向く対向基板３２の受光面である内側面３２Ｎに形成される（例えば、インプリント法で、回折格子ＤＧが形成される）。詳説すると、対向基板３２の内側面３２Ｎに、格子片ＬＰが密集することで、回折格子ＤＧが完成する。そして、この回折格子ＤＧは、既知のＲＣＷＡ法（厳密結合波理論）と以下の関係式（Ｍ１）とに基づいて設計される。

ｎ2・sinθ2＝ｎ1・sinθ1＋ｍ・λ／d …（Ｍ１）
ただし、
ｎ1 ：内側面３２Ｎに対する入射側の媒質（カラーフィルタ１３
）が有する屈折率
θ1（°） ：内側面３２Ｎに入射する光がその内側面３２Ｎに対して有
する角度（入射角）
ｎ2 ：内側面３２Ｎに対する出射側の媒質（対向基板３２）が有
する屈折率
θ2（°） ：内側面３２Ｎで屈折する光がその内側面３２Ｎに対して有
する角度（出射角または反射角）
d（ｎｍ） ：回折格子ＤＧの周期間隔
ｍ ：回折次数
λ（ｎｍ）：光の波長
である（なお、θ1，θ2は、Ｙ方向およびＺ方向で規定されるＹＺ面内方向で計測される角度として考えると、理解が容易になる）。

なお、このような回折格子ＤＧの格子片ＬＰの形、および、格子片ＬＰの配置（回折格子ＤＧの格子パターン）は、特に限定されない。例えば、回折格子ＤＧの格子片ＬＰの形は、図３および図４の平面図に示すように、円柱状の柱体（円柱体）であってもよいし、図５および図６の平面図に示すように、直方状の柱体（直方体）であってもよい（なお、図３〜図６には、便宜上、図１０におけるＡ−Ａ’線を記す）。

また、格子片ＬＰの配置（格子パターン;一点鎖線参照）は、図３および図５の平面図に示すように、四角形状であってもよいし、図４および図６の平面図に示すように、三角形状であってもよい（要は、回折格子ＤＧが、多角形状の格子パターンを有していてもよい）。

また、図７の平面図に示すように、格子片ＬＰは、最も長い長手を回折格子ＤＧの格子面３２Ｎ（格子片ＬＰが並ぶことで生じる面。なお、格子面は内側面３２Ｎともいえるので、同番号を付す）に沿わせる棒状体であってもよい。そして、このような棒状体の格子片ＬＰの場合、向きの異なる２種類の格子パターン（第１格子パターンＰＴ１・第２格子パターンＰＴ２）が回折格子ＤＧに含まれてもよい。

詳説すると、複数の格子片ＬＰで構成される格子片群において、一部の格子片ＬＰが、自身の長手方向（例えば、Ｙ方向）に対して交差する方向（Ｘ方向、第１方向）に沿って並ぶことで、縞状の第１格子パターンＰＴ１が形成される。また、別の一部の格子片ＬＰが、第１格子パターンＰＴ１における格子片ＬＰの並列方向（Ｘ方向）に対して交差する方向（Ｙ方向、第２方向）に沿って並ぶことで、縞状の第２格子パターンＰＴ２が形成される。そして、第１格子パターンＰＴ１と第２格子パターンＰＴ２とが、Ｘ方向およびＹ方向毎に、隣り合って並ぶとよい。

また、図８の平面図に示すように、回折格子ＤＧを構成する格子片ＬＰが、環状体であってもよい。そして、このような環状体の格子片ＬＰの場合、図８に示すように、格子パターンが、中心を共有する複数の環状体で形成される同心円であってもよい。

そして、図３〜図８に示されるような格子パターンの場合、一例として以下のような数値実施例が挙げられる。
・回折格子ＤＧにおける格子片ＬＰの周期間隔ｄ
＝１０００（ｎｍ）
・回折格子ＤＧの格子面３２Ｎからの格子片ＬＰの高さＨ
＝ ５００（ｎｍ）

なお、回折格子ＤＧの周期間隔ｄは、蛍光を励起させるための励起波長γを利用した以下の関係式（１）の範囲に収まるように設計されている。
０．５γ≦ｄ≦３γ … 関係式（１）

また、格子片ＬＰの高さＨは、周期間隔ｄを利用した以下の関係式（２）の範囲に収まるように設計されている（図１参照）。
０．５ｄ≦Ｈ≦３ｄ … 関係式（２）

ここで、以上のような回折格子ＤＧが対向基板３２の内側面３２Ｎ側に形成されている場合、蛍光体１１Ｒ・１１Ｇおよび散乱体１２Ｂからカラーフィルタ１３Ｒ・１３Ｇ・１３Ｂを通過する光が、どのような挙動を示すか、図９を用いて説明する。

なお、便宜上、蛍光体１１Ｒの光を受けるカラーフィルタ１３Ｒに接する回折格子ＤＧだけを説明するが、この説明と同様の光（ただし、回折格子ＤＧから回折される光）の挙動が、蛍光体１１Ｇからの光を受けるカラーフィルタ１３Ｇに接する回折格子ＤＧ、および、散乱体１２Ｂからの光を受けるカラーフィルタ１３Ｂに接する回折格子ＤＧ、にも生じる。

また、図９では、便宜上、蛍光体１１Ｒおよびカラーフィルタ１３Ｒを挟んで対向するブラックマトリックス１４の一方をブラックマトリックス１４Ａ、他方をブラックマトリックス１４Ｂとする。

まず、図９に示すように、蛍光体１１Ｒからの光の一部(光ＭＬ)が、カラーフィルタ１３Ｒの内部を進行し、回折格子ＤＧを形成された内側面３２Ｎ（格子面３２Ｎ）に、臨界角よりも大きな入射角で到達したとする（実線矢印参照）。

すると、その光ＭＬは回折格子ＤＧによって、種々の次数で回折（回折透過および回折反射）される。つまり、回折格子ＤＧが内側面３２Ｎに形成されていることで、その内側面３２Ｎにて、全反射を引き起こす入射角の光ＭＬが、全反射以外の挙動を示す。

例えば、回折透過する光としては、１次回折透過する光ＤＰ（＋１）が挙げられる。この光ＤＰ（＋１）は、格子面３２Ｎを回折透過し、対向基板３２を経て外部に向かう光ＭＬの一部である（破線矢印参照）。

また、回折反射する光としては、例えば、１次回折反射する光ＤＲ（＋１）、２次回折反射する光ＤＲ（＋２）、−１次回折反射する光ＤＲ（−１）が挙げられる。

１次回折反射する光ＤＲ（＋１）は、格子面３２Ｎで回折反射し、バンドパスフィルタ３５に向かう光ＭＬの一部である（粗い一点鎖線矢印参照）。詳説すると、光ＤＲ（＋１）は、格子面３２Ｎに対して比較的小さな反射角で回折反射し、ブラックマトリックス１４Ａに到達することなく、バンドパスフィルタ３５に向かう。そして、この光ＤＲ（＋１）は、バンドパスフィルタ３５に到達すると、全反射して、格子面３２Ｎに向かい、そのまま、その格子面３２Ｎを回折透過する。

２次回折反射する光ＤＲ（＋２）は、格子面３２Ｎで回折反射し、ブラックマトリックス１４Ａに向かう光ＭＬの一部である（二点鎖線矢印参照）。詳説すると、光ＤＲ（＋２）は、格子面３２Ｎに対して比較的大きな反射角（格子面３２Ｎに対する光ＤＲ（＋１）の反射角よりも大きな反射角）で回折反射し、ブラックマトリックス１４Ａに向かう。

そして、その光ＤＲ（＋２）はブラックマトリックス１４Ａで反射した後に、バンドパスフィルタ３５に向かい、さらに、バンドパスフィルタ３５で反射する。この反射した光ＤＲ（＋２）は、ブラックマトリックス１４Ｂに向かって進み、そのブラックマトリックス１４Ｂで反射して、格子面３２Ｎに向かい、そのまま、その格子面３２Ｎを回折透過する（二点鎖線矢印参照）。

−１次回折反射する光ＤＲ（−１）は、光ＭＬの格子面３２Ｎに対する入射角と同程度の反射角で回折反射する（光ＭＬの進行元に戻るように回折反射が起きる）。そして、この回折反射した光は、バンドパスフィルタ３５に向かい、さらに、バンドパスフィルタ３５で反射する。この反射した光は、ブラックマトリックス１４Ｂに向かって進み、そのブラックマトリックス１４Ｂで反射した後に、格子面３２Ｎに向かい、そのまま、その格子面３２Ｎを回折透過する（細やかな一点鎖線矢印参照）。

以上のような回折格子ＤＧにて回折される光（回折透過光・回折反射光）は、内側面３２Ｎにおける臨界角を超えて、光ＭＬが入射したとしても生じる。そして、回折透過光は、格子面３２Ｎを経て、外部に向かって出射する。また、回折反射光も、バンドパスフィルタ３５、あるいはバンドパスフィルタ３５およびブラックマトリックス１４にて反射し、格子面３２Ｎに戻って回折透過し、外部に向かって出射する。

そのため、蛍光発光した光を受ける対向基板３２の内側面３２Ｎ側に、回折格子ＤＧが含まれていると、赤色のカラーフィルタ１３Ｒから出射してくる光量は、比較的多量になる｛つまり、蛍光体１１Ｒから発せられる光量に対して、外部に出射する光量の比率（光取り出し効率）が比較的高い｝。例えば、格子面３２Ｎを含む液晶表示パネル３９を搭載する液晶表示装置６９からの光出射量は、格子面３２Ｎの無い液晶表示パネル３９を搭載する液晶表示装置６９からの光出射量に比べて、４０〜４２％程度、向上する。

したがって、このような液晶表示パネル３９を搭載する液晶表示装置６９は、ＬＥＤ４２の発光光量（発光強度）を過剰に高めなくても、一定の明るさを確保した画像を表示できる。また、この液晶表示装置６９では、ＬＥＤ４２の発光光量を増加させない分、ＬＥＤ４２の消費電力も抑えられる。

なお、以上のような対向基板３２の内側面３２Ｎから外部への光取り出し効率（出射効率）を高める回折格子ＤＧは、蛍光体１１Ｇおよびカラーフィルタ１３Ｇにも重なる。そして、カラーフィルタ１３Ｇに面する回折格子ＤＧでは、上述同様に、内側面３２Ｎにおける臨界角を超えて、光ＭＬが入射したとしても、その光ＭＬを回折させる。そして、回折した光は、上述同様に、内側面３２Ｎから外部に出射しやすい。

また、散乱体１２Ｂおよびカラーフィルタ１３Ｂにも重なる回折格子ＤＧでも、上述同様に、内側面３２Ｎにおける臨界角を超えて、光ＭＬが入射したとしても、その光ＭＬは回折される。ただし、青色の回折反射光｛例えば、光ＤＲ（＋１）、光ＤＲ（＋２）、光ＤＲ（−１）｝は、バンドパスフィルタ３５に到達する。

バンドパスフィルタ３５は、赤色光（Ｒ）および緑色光（Ｇ）を反射させさせるものの、青色光（Ｂ）を透過させる。そのため、青色の回折反射光は、バンドパスフィルタ３５を経て、液晶層３３側へ戻る。

しかし、液晶層３３側に戻らずに、格子面３２Ｎを回折透過する光量は、蛍光体１１Ｒ・１１Ｇにて蛍光発光する光量と同程度である（すなわち、蛍光発光の変換効率上、蛍光体１１Ｒ・１１Ｇは、青色のＬＥＤ４２からの全光量と同程度の光量を蛍光発光できない）。そのため、カラーフィルタ１３Ｒ・１３Ｇ・１３Ｂ毎の出射光量は、ほぼ同程度になる。その結果、この液晶表示装置６９にて、表示される画像には色ムラが生じにくい。

［その他の実施の形態］
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

例えば、以上では、液晶層３３を経た光を受けて蛍光発光する蛍光体１１Ｒ・１１Ｇ、と、液晶層３３を経た光を受けて散乱させる散乱体１２Ｂと、蛍光体１１Ｒ・１１Ｇおよび散乱体１２Ｂからの光を透過させる対向基板３２と、を含む液晶表示パネル３９を用いて説明してきた。そして、その液晶表示パネル３９では、光を受ける対向基板３２の内側面３２Ｎ側に、その内側面３２Ｎから外部への出射効率を高める回折格子ＤＧが含まれていた。

しかし、回折格子ＤＧは、蛍光体１１Ｒ・１１Ｇおよび散乱体１２Ｂの少なくとも１つからの光を受光できるようになっていてもよい。すなわち、対向基板３２の内側面３２Ｎの全域に、回折格子ＤＧが形成されていなくてもよい。例えば、蛍光体１１からの光だけを受光可能に回折格子ＤＧを配置させた液晶表示パネル３９からの光量は、全く回折格子ＤＧのない液晶表示パネル３９からの光量に比べて、増加するためである。

また、回折格子ＤＧは、対向基板３２の内側面３２Ｎに一体的に形成されていたが、これに限らず、対向基板３２の内側面３２Ｎに対し別体の回折格子ＤＧであってもかまわない（すなわち、対向基板３２の内側面３２Ｎ側に、別体の回折格子ＤＧが位置してもよい）。要は、蛍光体１１または散乱体１２Ｂからの光が外部に向かって進行する過程（光路過程）にて、回折格子ＤＧが位置すればよい。

また、ブラックマトリックス１４は、金属製（アルミニウムまたは銀等）で形成されていた。しかし、金属以外の材料（例えば、樹脂）でもブラックマトリックス１４は形成できる。例えば、バンドパスフィルタがブラックマトリックス１４として使用されてもよい。

詳説すると、並列する２色のカラーフィルタ１３の色と同じ色の光を選択的に反射させるバンドパスフィルタ３５が、２色のカラーフィルタ１３の境界にブラックマトリックス１４として用いられるとよい。例えば、カラーフィルタ１３Ｒとカラーフィルタ１３Ｇとの境界に位置するブラックマトリックス１４には、青色光（Ｂ）を透過させるものの、赤色光（Ｒ）および緑色光（Ｇ）を反射させるバンドパスフィルタ（要は、可視光の波長全域における一部の波長域に干渉可能なバンドパスフィルタ）が使用されるとよい。もちろん、可視光の全波長域に干渉可能なバンドパスフィルタであってもよい

このようになっていれば、高価な金属材料を用いることなく、比較的安価な樹脂でブラックマトリックス１４が形成されるので、液晶表示パネル３９（ひいては液晶表示装置６９）のコストダウンが図れる。

また、以上では、バックライトユニット４９からの光（バックライト光）の外部への供給量を制御する部材として、液晶層３３が用いられた。しかし、外部への光の供給量を変える部材は、液晶層３３に限らない。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子が、外部への光の供給量を変える部材（光供給量制御部）として用いられてもかまわない。

また、バックライトユニット４９に搭載される光源も青色ＬＥＤ４２に限らず、紫外線（波長４００ｎｍ未満）を照射するＬＥＤ４２Ｕであってもよい。ただし、このようなＬＥＤ４２Ｕの場合、液晶表示装置６９では、バンドパスフィルタ３５は、紫外線（ＵＶ）を透過させるものの、その他の波長域の光を反射させる。また、蛍光体１１Ｒ・１１Ｇは、紫外線（ＵＶ）を受けて蛍光発光する。

すなわち、蛍光体１１Ｒ・１１Ｇは、紫外線（ＵＶ）に基づいて、赤色光（Ｒ）および緑色光（Ｇ）を発する。また、図１に示すような散乱体１２Ｂに替わって、紫外線（ＵＶ）を受けて蛍光発光する蛍光体１１Ｂが液晶表示装置６９に搭載される（なお、蛍光体１１Ｂは、波長４７０ｎｍ程度の青色光を発する）。

また、液晶表示装置６９に搭載される光源は、ＬＥＤ４２に限らず、蛍光管、または、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）素子あるいは無機ＥＬのような自発光材料で形成される光源等であってもよい。また、液晶表示パネル３９に限らず、その他の表示装置（例えば、プラズマディスプレイ装置、有機ＥＬディスプレイ装置等）であっても、回折格子ＤＧの搭載は可能である。

１１ 蛍光体
１１Ｒ 赤色蛍光体
１１Ｇ 緑色蛍光体
１１Ｂ 青色蛍光体
１２Ｂ 散乱体
１３ カラーフィルタ
１３Ｒ 赤色カラーフィルタ
１３Ｇ 緑色カラーフィルタ
１３Ｂ 青色カラーフィルタ
１４ ブラックマトリックス（遮光材）
ＤＧ 回折格子（光取り出し構造体）
ＬＰ 格子片
ＧＲ１ 第１格子パターン
ＧＲ２ 第２格子パターン
ｄ 回折格子における格子片の周期間隔
３１ アクティブマトリックス基板
３２ 対向基板
３２Ｎ 内側面（受光面）
３３ 液晶（光供給量制御部）
３４ 偏光フィルム
３５ バンドパスフィルタ
３９ 液晶表示パネル（表示パネル）
ＭＪ ＬＥＤモジュール
４２ ＬＥＤ（光源）
４３ 導光板
４４ 反射シート
４９ バックライトユニット（照明装置）
６９ 液晶表示装置（表示装置）

蛍光体１１は、バンドパスフィルタ３５上に散らばって配置される。そして、この蛍光体１１は、バンドパスフィルタ３５を透過する光｛青色光（Ｂ）｝を受けて蛍光発光する(したがって、蛍光を励起させるための励起波長は、４００ｎｍ程度以上５００ｎｍ程度以下である)。詳説すると、蛍光体１１は２種類あり、１種類は波長６２０ｎｍ程度の赤色光（Ｒ）を発する赤色蛍光体１１Ｒで、もう１種類は波長５５０ｎｍ程度の緑色光（Ｇ）を発する緑色蛍光体１１Ｇである。

１１ 蛍光体
１１Ｒ 赤色蛍光体
１１Ｇ 緑色蛍光体
１１Ｂ 青色蛍光体
１２Ｂ 散乱体
１３ カラーフィルタ
１３Ｒ 赤色カラーフィルタ
１３Ｇ 緑色カラーフィルタ
１３Ｂ 青色カラーフィルタ
１４ ブラックマトリックス(遮光材)
ＤＧ 回折格子(光取り出し構造体)
ＬＰ 格子片
ＰＴ１ 第１格子パターン
ＰＴ２ 第２格子パターン
ｄ 回折格子における格子片の周期間隔
３１ アクティブマトリックス基板
３２ 対向基板
３２Ｎ 内側面(受光面)
３３ 液晶(光供給量制御部)
３４ 偏光フィルム
３５ バンドパスフィルタ
３９ 液晶表示パネル(表示パネル)
ＭＪ ＬＥＤモジュール
４２ ＬＥＤ（光源）
４３ 導光板
４４ 反射シート
４９ バックライトユニット（照明装置）
６９ 液晶表示装置（表示装置）

Claims (16)

1. 光の供給量を制御する光供給量制御部と、
   上記光供給量制御部からの光を受けて蛍光発光する蛍光体と、
   上記蛍光体からの光を透過させる透過基板と、
   を含み、
   光を受ける上記透過基板の受光面側に、その受光面から外部への出射効率を高める光取り出し構造体が含まれる表示パネル。
2. 上記光取り出し構造体は、回折格子である請求項１に記載の表示パネル。
3. 上記回折格子に含まれる格子片は、柱体である請求項２に記載の表示パネル。
4. 上記柱体が、直方体または円柱体である請求項３に記載の表示パネル。
5. 上記回折格子は、多角形状の格子パターンを有する請求項２〜４のいずれか１項に記載の表示パネル。
6. 上記格子パターンが、三角形状または四角形状である請求項５に記載の表示パネル。
7. 上記回折格子に含まれる格子片は、最も長い長手を上記回折格子の格子面に沿わせる棒状体であり、
   複数ある上記棒状体の一部が、自身の長手方向に対して交差する第１方向に沿って並ぶことで、縞状の第１格子パターンが形成され、
   複数ある上記棒状体における別の一部が、上記第１方向に対して交差する第２方向に沿って並ぶことで、縞状の第２格子パターンが形成される請求項２に記載の表示パネル。
8. 上記回折格子を構成する格子片は、環状体であり、
   上記格子パターンが、中心を共有する複数の上記環状体で形成される同心円である請求項２に記載の表示パネル。
9. 以下の関係式（１）を満たす請求項２〜８のいずれか１項に記載の表示パネル。
   ０．５γ≦ｄ≦３γ … 関係式（１）
   ただし、
   γ：蛍光を励起させるための励起波長
   ｄ：上記回折格子における上記格子片の周期間隔
   である。
10. 以下の関係式（２）を満たす請求項２〜９のいずれか１項に記載の表示パネル。
    ０．５ｄ≦Ｈ≦３ｄ … 関係式（２）
    ただし、
    ｄ：上記回折格子における上記格子片の周期間隔
    Ｈ：上記回折格子の格子面からの上記格子片の高さ
    である。
11. 上記回折格子と上記蛍光体との間に、蛍光発光する光の色に応じたカラーフィルタが介在する請求項２〜１０のいずれか１項に記載の表示パネル。
12. 上記蛍光体および上記カラーフィルタは、反射性の遮光材に囲まれる請求項１１に記載の表示パネル。
13. 上記遮光材は、金属製である請求項１２に記載の表示パネル。
14. 上記遮光材は、アルミニウムまたは銀である請求項１３に記載の表示パネル。
15. 上記遮光材は、可視光全域における少なくとも一部の波長域に干渉可能なバンドパスフィルタである請求項１２に記載の表示パネル。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の上記表示パネルと、
    上記表示パネルに対して光を供給する照明装置と、
    を含む表示装置。

Images