WO2011058780A1 - 液晶表示装置、及び液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

液晶表示装置、及び液晶表示装置の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device that displays a color image and a method for manufacturing the liquid crystal display device.
  • the liquid crystal display device generally includes a display panel provided with a color filter and a backlight serving as a light source for illuminating the display panel.
  • a display panel provided with a color filter and a backlight serving as a light source for illuminating the display panel.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a main part of a commonly used liquid crystal display device.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the problem of the liquid crystal display device of FIG.
  • the liquid crystal display device 101 includes a liquid crystal display panel 110 and a backlight 130.
  • the liquid crystal display panel 110 is for displaying a color image, and a plurality of pixels 125 including a pixel 125R for displaying red, a pixel 125G for displaying green, and a pixel 125B for displaying blue are arranged.
  • the liquid crystal display panel 110 includes a polarizing plate 114, a glass substrate 112, a SiO2 film 115, a pixel electrode 116, a liquid crystal layer 117, an upper electrode 118, a color filter 113, a glass substrate 119, in order from the side where the backlight 130 is disposed. And the polarizing layer 120 is arranged.
  • a plurality of pixel driving TFTs 121 are arranged for each of the pixels 125R, 125G, and 125B.
  • the liquid crystal layer 117 is sealed in the liquid crystal display panel 110 by a seal 122.
  • the thickness of the liquid crystal layer 115 is regulated by a plurality of spacers 123 provided in the liquid crystal layer 115.
  • the color filter 113 is arranged on a glass substrate 119 which is a glass substrate far from the backlight 130 in the liquid crystal display panel 110.
  • the color filter 113 includes a color filter 113R that transmits red (R) light, a color filter 113G that transmits green (G) light, and a color filter 113B that transmits blue (B) light.
  • the color filter 113R is disposed on the pixel 125R
  • the color filter 113G is disposed on the pixel 123G
  • the color filter 113B is disposed on the pixel 125B.
  • a black matrix 113B1 is arranged between the color filters 113R, 113G, and 113B.
  • the backlight 130 is a surface light source that emits white (W) light including a spectrum of visible light from red to blue.
  • the liquid crystal display device 101 performs color display by transmitting the white light emitted from the backlight 130 through the color filters 113R, 113G, and 113B.
  • the backlight 130 emits white light 131W including red light 131R, green light 131G, and blue light 131B.
  • the color filter 113R arranged in the liquid crystal display panel 110 transmits the spectrum of the red light 131R out of the spectrum of the red light 131R, the green light 131G, and the blue light 131B, and transmits the green light 131G and the blue light 131G.
  • the spectrum of the light 131B absorbs.
  • the color filter 113G transmits the spectrum of the green light 131G and absorbs the spectrum of the red light 131R and the blue light 131B.
  • the color filter 113B transmits the spectrum of the blue light 131B and absorbs the spectrum of the green light 131G and the red light 131R.
  • the white light 131W emitted from the backlight 130 becomes one third of energy before and after passing through the color filters 117R, 117G, and 117B. End up. That is, in the configuration like the liquid crystal display device 101, the use efficiency of the light is reduced to 1/3 because the color filter 113 is provided.
  • a liquid crystal display device having a light source and a liquid crystal display panel provided with a fluorescent material (or phosphorescent material) that emits red light, green light, or blue light when excited by the ultraviolet light instead of the color filter is provided.
  • a fluorescent material or phosphorescent material
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a liquid crystal display device disclosed in Patent Document 3.
  • the liquid crystal display device shown in FIG. 6 includes a plurality of ultraviolet light emission sources 239, an ultraviolet transmission visible light reflection filter glass substrate 234, a polarizing plate 237, a second glass substrate 230, a liquid crystal 233, and a first glass substrate. 220 and a polarizing plate 238.
  • the first glass substrate 220 and the second glass substrate 230 are disposed to face each other with the liquid crystal 233 interposed therebetween.
  • a TFT (not shown) and a plurality of pixel electrodes 221 are disposed adjacent to the TFT on one surface (the surface facing the second glass substrate 230) of the first glass substrate 220.
  • a polarizing plate 238 is disposed on the surface.
  • a common electrode 231 is disposed on one surface of the second glass substrate 230 (the surface on the side facing the first glass substrate 220), and on the other surface, an ultraviolet transmissive visible light reflection filter glass substrate 234 is disposed. Is arranged.
  • a light emitting phosphor 236 composed of a blue light emitting phosphor B ′, a green light emitting phosphor G ′, and a blue light emitting phosphor B ′ is formed for each pixel via a black matrix pattern 235.
  • a polarizing plate 237 is disposed thereon, and the polarizing plate 237 and the other surface of the second glass substrate 230 are fixed.
  • the ultraviolet light emitted from the ultraviolet light emission source 239 passes through the ultraviolet light transmission visible light reflection filter glass substrate 234 and enters the light emitting phosphor layer 236.
  • the light emitting phosphor 236 emits light corresponding to each color by receiving ultraviolet light.
  • the light emitted from the light emitting phosphor 236 passes through the polarizing plate 237, the second glass substrate 230, the common electrode 231, the liquid crystal 233, the pixel electrode 221, the first glass substrate 220, and the polarizing plate 238 to the surface side. Lighted.
  • Patent Document 4 discloses a liquid crystal display device using blue light as a light source for emitting a phosphor.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the liquid crystal display device of Patent Document 4.
  • the liquid crystal display device illustrated in FIG. 7 includes, in order from the observer 330 side, a glass substrate 301, a phosphor layer 303, a polarizing layer 304, a thin strip transparent electrode 305, a liquid crystal layer 306, a thin strip transparent electrode 307, a polarizing layer 308, and a glass. It has a structure of a substrate 302 and a blue light emitting diode 320.
  • the phosphor layer 303 is a layer in which a phosphor for red light emission, a phosphor for green light emission, and a phosphor for blue light emission are provided in a stripe shape or a mosaic shape.
  • the blue light emitting diode 320 is combined with a light guide plate 321 and a reflection plate 322, and light emitted from the blue light emitting diode 320 passes through the light guide plate 321 as blue light 310 in order, a glass substrate 302, and a polarizing layer.
  • the light passes through 308, the strip-shaped transparent electrode 307, the liquid crystal layer 306, the strip-shaped transparent electrode 305, and the polarizing layer 304 and enters the phosphor layer 303.
  • the phosphor layer 303 emits light according to each color, transmits the colored light toward the observer 330 side through the glass substrate 301.
  • Patent Documents 1 to 3 since the color filter is not used, the light use efficiency of the light source can be improved.
  • Patent Documents 1 to 3 when ultraviolet light is used as light incident on a fluorescent material or phosphorescent material, the light source that emits ultraviolet light has a high energy density, so that the lifetime of the package material constituting the light source is long. There arises a problem that it is shortened and reliability is lowered. Further, in Patent Document 3, an ultraviolet light transmitting visible light reflecting filter glass substrate 234 is used so that ultraviolet light having a short wavelength for exciting the fluorescent material is not attenuated. The problem is that it is expensive and the cost increases.
  • blue light having a short wavelength is used to excite the phosphor for red light emission, the green light emission phosphor, and the blue light emission phosphor in the phosphor layer 303.
  • 310 transmits through the liquid crystal layer 306. That is, even when light other than blue, such as red or green, is emitted, the blue light 310 is transmitted through the liquid crystal layer 306.
  • the liquid crystal layer 306 is rapidly deteriorated, and the reliability of the liquid crystal display device is impaired.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to improve the light use efficiency of the light source, and to suppress the decrease in reliability and the increase in cost.
  • a liquid crystal display device includes a liquid crystal display panel that displays an image and a light source that emits light to the liquid crystal display panel.
  • the display panel includes a first substrate disposed on the light source side, and a second substrate disposed opposite to the first substrate via a liquid crystal layer.
  • a method of manufacturing a liquid crystal display device includes a liquid crystal display panel that displays an image and a light source that emits light to the liquid crystal display panel.
  • the phosphor layer is excited by the blue light emitted from the light source.
  • blue light has higher energy than visible light. For this reason, by exciting the phosphor layer with blue light, a sufficient excitation intensity of the phosphor layer can be obtained, and an image with high luminance can be displayed.
  • the load on the circuit that drives the light source is less than when a light source that emits ultraviolet light is used as a light source for exciting the phosphor layer. It is small and can improve reliability.
  • the phosphor layer is connected to the liquid crystal layer of the first substrate on the side where the light source is disposed, of the first substrate and the second substrate that are arranged to face each other with the liquid crystal layer interposed therebetween. Arranged in between.
  • the blue light emitted from the light source passes through the first substrate and reaches the phosphor layer.
  • the light emitted from the phosphor layer by being excited by the blue light from the light source passes through the liquid crystal layer and the second substrate. In this way, an image can be displayed on the liquid crystal display panel.
  • the amount of blue light emitted from a light source with high energy can be reduced through the liquid crystal layer.
  • the amount of blue light transmitted through the liquid crystal layer can be reduced, so that deterioration of the liquid crystal layer can be suppressed. , Reliability can be improved.
  • the phosphor layer is disposed on the first substrate disposed on the light source side, the distance between the light source and the phosphor layer is short, for example, a member that attenuates light such as a liquid crystal layer is interposed. Therefore, sufficient excitation intensity to the phosphor layer can be obtained, and the luminance of the image displayed on the liquid crystal display panel can be improved.
  • the phosphor layer can emit a plurality of different colors for displaying the image, it is not necessary to provide a color filter. For this reason, since light is not absorbed by the color filter, the light use efficiency of the light source can be improved.
  • the liquid crystal display device of the present invention includes a liquid crystal display panel that displays an image and a light source that emits light to the liquid crystal display panel, and the liquid crystal display panel is disposed on the light source side.
  • a substrate and a second substrate disposed opposite to the first substrate with a liquid crystal layer interposed therebetween, and the image is displayed between the liquid crystal layer on the first substrate.
  • a plurality of phosphor layers for emitting different colors are arranged, and the light source emits blue light for exciting the phosphor layer.
  • the method for manufacturing a liquid crystal display device is a method for manufacturing a liquid crystal display device including a liquid crystal display panel that displays an image and a light source that emits light to the liquid crystal display panel.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a liquid crystal display device described in Patent Document 3.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a liquid crystal display device described in Patent Document 4.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a liquid crystal display device described in Patent Document 4.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main configuration of a liquid crystal display device 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the liquid crystal display device 1 includes a liquid crystal display panel 10 and a backlight 30.
  • the liquid crystal display panel 10 displays a color image for the observer 40.
  • the surface (side) of the liquid crystal display panel 10 on which an image is displayed is referred to as a front surface (side), and the opposite surface (side) is referred to as a back surface (side).
  • the backlight 30 is disposed on the back side of the liquid crystal display panel 10.
  • the backlight 30 is a plurality of blue LEDs (light emitting diodes) 32 as light sources that emit blue light, a substrate 33 that supports the plurality of blue LEDs 32, and a light for diffusing and collecting light emitted from the blue LEDs 32.
  • An optical sheet 31 is provided.
  • the optical sheet 31 diffuses and collects the blue light of the blue LED 32 in order to use the blue light of the blue LED 32 as a uniform surface light source.
  • a known one can be used, and a plurality of optical sheets such as a diffusion plate, a diffusion sheet, and a condensing lens sheet (not shown) are laminated.
  • the blue LED 32 emits light to the liquid crystal display panel 10 and is a light source for exciting a phosphor (details will be described later) included in the liquid crystal display panel 10. Since the blue LED 32 has low power consumption and a long life, the use of the blue LED 32 as a light source for exciting the phosphor can reduce the power consumption and the life of the liquid crystal display device 1. In addition, by using the blue LED 32 as a light source for exciting the phosphor, light having a specific peak wavelength (near 460 nm) can be emitted, and the phosphor can be excited efficiently.
  • the emission wavelength of the blue LED 32 is preferably about 400 nm or more and 530 nm or less. Furthermore, by setting the emission wavelength to about 420 nm or more and 490 nm or less, it is possible to suppress deterioration of the phosphor material and efficiently excite the phosphor. .
  • the blue LED 32 can be configured by forming a semiconductor such as InGaN as a light emitting layer on a substrate by MOCVD or the like.
  • the light source for exciting the phosphor is not limited to the blue LED 32, and it is sufficient that the light source can emit blue light.
  • the light source for exciting the phosphor may be, for example, electroluminescence (EL) that emits blue light, a cold cathode tube that emits blue light, or the like.
  • the backlight 30 is described as a direct type backlight in which a plurality of blue LEDs 32 are arranged on the surface of the substrate 33.
  • the blue LEDs 32 are arranged on the side surfaces of the light guide plate, and A side light type system that performs surface light emission by combining a light guide plate and a reflection plate may be used.
  • the liquid crystal display panel 10 is an active matrix type liquid crystal display panel in which a plurality of pixels 25 for displaying a color image are arranged in a matrix.
  • each pixel 25 includes a plurality of pixels 25R for displaying red, a plurality of pixels 25G for displaying green, and a plurality of pixels 25B for displaying blue in the color image. It shall consist of
  • the liquid crystal display panel 10 includes a glass substrate (first substrate) 12, a phosphor layer 13, a polarizing layer 14, an insulating film 15, a pixel electrode 16, a liquid crystal layer 17, in order from the back side where the backlight 30 is disposed.
  • An upper electrode 18, a glass substrate (second substrate) 19, and a polarizing plate 20 are disposed.
  • a driving TFT 21 for each of the pixels 25R, 25G, and 25B is disposed for each of the pixels 25R, 25G, and 25B.
  • a plurality of spacers 23 are dispersed in the liquid crystal layer 17, and the thickness of the liquid crystal layer 17 is defined by the spacers 23.
  • the liquid crystal layer 17 is sealed in the liquid crystal display panel 10 by a seal 22 provided at the ends of the glass substrate 12 and the glass substrate 19.
  • the glass substrate 12 only needs to be able to transmit the blue light emitted from the backlight 30. Therefore, a glass material such as non-alkali glass used in a normal liquid crystal display device is used as the glass substrate 12, which has a high transmittance in the visible light wavelength band even though the attenuation is large in the wavelength band of ultraviolet light. be able to.
  • a glass material such as non-alkali glass used in a normal liquid crystal display device is used as the glass substrate 12, which has a high transmittance in the visible light wavelength band even though the attenuation is large in the wavelength band of ultraviolet light. be able to.
  • the alkali-free glass that can be used for the glass substrate 12 include aluminosilicate glass.
  • glass is generally produced by mixing silicon dioxide (SiO 2 ) (called silicate) as a main component and various metal compounds as subcomponents.
  • Soda glass (called blue plate glass), commonly used as building window glass, is made by mixing silicon dioxide (SiO 2 ) with sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) / calcium carbonate (CaCO 3 ). Is done.
  • an alkali component (soda) such as Na or Ca
  • the glass transition temperature (melting point) of silicon dioxide is lowered, and it becomes easy to process.
  • an alkali component (soda) such as Na or Ca
  • the transparency is high, the expansion and contraction is small in a high-temperature film forming process such as the TFT 21, and the thin film characteristics (electrical characteristics) of the TFT 12 are not affected.
  • alkali-free glass with a small amount of alkali components is required.
  • an alkali-free glass that is easily processed without an alkali component is made.
  • an aluminosilicate glass is used as the alkali-free glass.
  • such alkali-free glass is more expensive than soda glass.
  • the pixel electrode 16 and the upper electrode 18 are transparent electrodes made of a transparent material such as ITO.
  • the pixel electrode 16 is connected to the TFT 21 for each of the pixels 25R, 25G, and 25B.
  • the upper electrode 18 functions as a common (COM) electrode.
  • the liquid crystal layer 17 is driven by the electric field between the pixel electrode 16 and the upper electrode 18 in units of the pixels 25R, 25G, and 25B, so that the apertures (luminance) of the pixels 25R, 25G, and 25B are increased.
  • the color image is displayed under control.
  • the phosphor layer 13 is excited by the blue light emitted from the blue LED 32, whereby a plurality of phosphors 13R that emit red light, a plurality of phosphors 13G that emit green light, and a plurality of phosphors that emit blue light. Phosphor 13B.
  • the phosphor 13R is disposed in the opening of the pixel 25R
  • the phosphor 13G is disposed in the opening of the pixel 25G
  • the phosphor 13B is disposed in the opening of the pixel 25B.
  • a black BM13B1 black matrix
  • BM13Bl should just be able to suppress the crosstalk of the light which each fluorescent substance 13R * 13G * 13B light-emits, and it replaces with BM13Bl and provides the partition of a reflecting film between each fluorescent substance 13R * 13G * 13B. May be.
  • the phosphors 13R, 13G, 13B and BM13Bl are formed by being laminated on the glass substrate 12.
  • a pattern printing method using photolithography can be used for the formation of the phosphor layer 13.
  • the phosphor layer 13 may be formed by an ink jet method after previously forming BM13B1 (or a reflection film) as a bump.
  • Eu 3+ activated phosphor is typical for the phosphor 13R emitting red light
  • Tb 3+ activated phosphor is typical for the phosphor 13G emitting green light, and these compounds can be used. .
  • a red light emitter, a green light emitter, and a blue light emitter as described in Patent Document 6 can be used for the phosphor 13R, the phosphor 13G, and the phosphor 13B, respectively.
  • red light emitters examples include cyanine dyes such as 4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (p-dimethylaminostillin) -4H-bilane (DCM), 1-ethyl-2- (4- (p Examples thereof include pyridine-based dyes such as -dimethylaminophenyl) -1,3-butadienyl) -pyridium-bercolite (pyridine 1), and these can be used for the phosphor 13R.
  • cyanine dyes such as 4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (p-dimethylaminostillin) -4H-bilane (DCM), 1-ethyl-2- (4-
  • pyridine-based dyes such as -dimethylaminophenyl) -1,3-butadienyl) -pyridium-bercolite (pyridine 1), and these can be used for the phosphor 13R.
  • green luminescent material examples include 2,3,5,6-1H, 4H-tetrahydro-8-trifluoromethylquinolidine (9,9a, 1-gh) coumarin (coumarin 153); 3- (2 And coumarin dyes such as' -benzothiazolyl) -7-diethylaminocoumarin (coumarin 6); 3- (2'-benzoimidazolyl) -7-N, N-diethylaminocoumarin (coumarin 30). It can be used as 13G.
  • the phosphor 13B it is preferable to use a phosphor material that can convert blue light emitted from the blue LED 32 into a purer blue.
  • the blue light emitter include stilbene dyes such as 1,4-bis (2-methylstyrin) benzene and trans-4,4'-diphenylstilbene, and these can be used as the phosphor 13B.
  • the polarizing layer 14 is laminated on the phosphor layer 13 and BM13Bl. That is, the polarizing layer 14 is disposed between the phosphor layer 13 and the liquid crystal layer 17.
  • the polarizing layer 14 for example, a wire grid polarizer using a thin metal wire structure aligned with a pitch interval shorter than the wavelength of visible light can be used.
  • the wire grid polarizer has high optical performance (polarization function) and may be as thin as about a submicron. Furthermore, since the wire grid polarizer is a thin metal wire, it is resistant to high temperature processing and solvents. Therefore, the wire grid polarizer is optimal as a polarizer (so-called in-cell polalizer) formed in the liquid crystal cell (that is, between the glass substrates 12 and 19).
  • a material for such a fine metal wire a known material can be used, for example, a metal such as aluminum, silver, gold, copper, molybdenum, tantalum, tin, nickel, indium, magnesium, iron, chromium, silicon, Alternatively, an alloy containing these can be used.
  • a method of manufacturing a wire grid polarizer a method is generally known in which a metal thin film is formed by vapor deposition (or sputtering) and then patterned by exposure and chemical etching by a photolithography method.
  • the polarizing layer 14 is disposed between the phosphor layer 13 and the liquid crystal layer 17.
  • the polarizing layer 14 is formed by directly stacking on the phosphor layer 13. That is, the phosphor layer 13 and the polarizing layer 14 are formed in contact with each other.
  • the metal thin film which becomes the polarizing layer 14 formed on the phosphor layer 13 is subjected to exposure by photolithography and chemical etching for patterning, the phosphor layer 13 is damaged by exposure and chemicals. It may be altered.
  • the wire grid polarization is performed using a nanoimprint method (a method in which a fine metal wire is directly printed by a fine mold). It is preferable to form a child. For this reason, since it is not necessary to use chemicals for exposure and etching, it is possible to prevent the phosphor layer 13 from being damaged by exposure or being altered by chemicals for etching. For this reason, it can prevent that each color purity of the red light emitted from fluorescent substance 13R, the green light emitted from fluorescent substance 13G, and the blue light emitted from fluorescent substance 13B falls. For this reason, it is possible to prevent the quality of the color image displayed on the liquid crystal display device 1 from deteriorating.
  • the polarizing layer 14 may be configured such that the pitch of the fine metal wires is changed for each region laminated on each phosphor 13R, phosphor 13G, and phosphor 13B. .
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a modification of the polarizing layer 14 of the liquid crystal display device 1.
  • the polarizing layer 14a includes a region 14R stacked on the phosphor 13R, a region 14G stacked on the phosphor 13G, and a region 14B stacked on the phosphor 13B. The rest is the same as the polarizing layer 14 It is.
  • the polarizing layer 14a transmits light having a long wavelength among the regions 14R, 14G, and 14B that transmit red light, green light, and blue light, which are different colors emitted from the phosphor layer 13, respectively.
  • the regions 14G and 14B that transmit light having a shorter wavelength than the region 14R that performs light are smaller in the region 14B than the regions 14R and 14G, and the region 14B has a smaller metal wire pitch of the wire grid polarizer. It is arranged in.
  • the ratio between the transmittance and the extinction rate is reduced with respect to light having a short wavelength among the light emitted from the phosphors 13R, 13G, and 13B. For this reason, among the regions 14R, 14G, and 14B of the polarizing layer 14a, it is preferable to reduce the metal wire pitch in the region that transmits light having a short wavelength.
  • the region 14G that transmits green light has a smaller metal wire pitch than the region 14R that transmits red light, and the region 14B that transmits blue light than the region 14G that transmits green light. Is preferably formed so as to reduce the pitch of the fine metal wires.
  • the polarizing layer 14 may be an organic polymer material such as a derivative described in Patent Document 4 or a guest-host linear liquid crystal polymer.
  • wire grid polarizers have higher heat resistance than organic polymer materials such as derivatives and guest / host linear liquid crystal polymers, and are used at temperatures as high as about 300 to 350 ° used in conventional TFT film forming processes. Can also withstand.
  • a conventional TFT film forming process requiring a high temperature process without providing the polarizing layer 14 in the liquid crystal display panel 10 can be used. For this reason, since the conventional TFT film forming process can be used after the polarizing layer 14 is disposed, it is not necessary to change the TFT film forming process, and the manufacturing cost is not increased.
  • the liquid crystal display device 1 can be thinned, and the blue light emitted from the blue LED 32 can be used without increasing the manufacturing cost.
  • the phosphor layer 13 can be excited efficiently.
  • the polarizing plate 237 is placed outside the second glass substrate 230 and the first glass substrate 220 as in the liquid crystal display device of FIG. It is not necessary to provide a configuration in which three glass substrates are required as in the configuration in which the ultraviolet transmissive visible light reflection filter glass substrate 234 for suppressing the attenuation of ultraviolet light is further provided. For this reason, an increase in cost is not caused.
  • the liquid crystal display panel 10 can be configured with two glass substrates 12 and 19 and the cost can be prevented from increasing.
  • the polarizing layer when the polarizing layer is directly laminated on the phosphor layer 13, it is not necessary to use the photolithography method for forming the pattern of the polarizing layer 14 by forming the polarizing layer 14 by the nanoimprint method. 13 can be prevented from being damaged by exposure or being altered by etching chemicals. For this reason, it can suppress that the light from blue LED32 attenuate
  • the insulating film 15 is laminated on the polarizing layer 14.
  • SiO 2 can be used as the insulating film 15 and functions as a protective film for the phosphor layer 13 and the polarizing layer 14.
  • the phosphor layer 13 is hermetically formed between the glass substrate 12 and the insulating film 15, so that the phosphors 13R, 13G, and 13B are excited when the phosphors 13R, 13G, and 13B emit light.
  • the oxidation deterioration of 13B can be prevented, and the lifetime of the phosphors 13R, 13G, and 13B can be extended.
  • the pixel electrode 16 and the TFT 21 are formed by being laminated on the insulating film 15.
  • the pixel electrode 16 and the TFT 21 are positioned by mask alignment, so that the pixel electrodes 16 and the TFTs 21 of the pixels 25R, 25G, and 25B on which the phosphors 13R, 13G, and 13B are formed are arranged. It is formed at the position to be.
  • the structure of TFT21 is not specifically limited, A well-known structure is applicable.
  • the glass substrate 19 is a counter substrate disposed so as to be opposed to the glass substrate 12 on which the pixel electrode 16 and the TFT 21 are formed via the liquid crystal layer 17.
  • the glass substrate 19 can be made of the same material as the glass substrate 12 described above.
  • An upper electrode 18 is formed on the glass substrate 19.
  • the glass substrate 19 on which the upper electrode 18 is formed and the glass substrate 12 on which the pixel electrode 16 and the TFT 21 are formed are bonded together, liquid crystal is injected from the injection port, and the injection port is sealed with a seal 22. A liquid crystal layer 17 is formed.
  • the liquid crystal display panel 10 is formed by attaching the polarizing plate 20 to the outside of the glass substrate 19 (on the side opposite to the side on which the liquid crystal layer 17 is formed).
  • the optical sheet 31 of the backlight 30 is disposed outside the glass substrate 12 of the liquid crystal display panel 10 thus formed (on the side opposite to the side on which the liquid crystal layer 17 is formed).
  • the glass substrate 12 is disposed on the light source (blue LED 32) side.
  • Blue light emitted from the blue LED 32 passes through the optical sheet 31 and the glass substrate 12, and enters the phosphors 13R, 13G, and 13B, which are color layers. As a result, the phosphors 13R, 13G, and 13B are excited.
  • the phosphors 13R, 13G, and 13B excited by the blue light emitted from the blue LED 32 emit red light, green light, and blue light.
  • the red light, green light, and blue light emitted from the phosphors 13R, 13G, and 13B are the polarizing layer 14, the insulating film 15, the pixel electrode 16, the liquid crystal layer 17, the upper electrode 18, the glass substrate 19, and By passing through the polarizing plate 20, it is observed as a color image by the observer 40.
  • the red light, the green light, and the blue light emitted from the phosphors 13R, 13G, and 13B are transmitted through the corresponding pixels 25R, 25G, and 25B, and intensities corresponding to the openings of the pixels 25R, 25G, and 25B. Modulation (brightness adjustment) is performed. Thereby, the liquid crystal display device 1 can display a full-color image.
  • the phosphors 13R, 13G, and 13B are sufficiently excited and emitted by exciting the phosphors 13R, 13G, and 13B with blue light having high energy (that is, having a short wavelength) in visible light. be able to.
  • blue light has lower energy than ultraviolet light, the load on the circuit for driving the light source is small compared to the case where phosphors 13R, 13G, and 13B are excited by ultraviolet light. Can be improved.
  • blue light and green light can be expressed as follows.
  • Eb represents the energy of blue light emitted by the blue LED 32
  • Eg represents an energy of green light phosphor 13G to emit light
  • T 1 represents the amount of heat.
  • Eb hc / ⁇ b
  • ⁇ g represents the wavelength of green light emitted from the phosphor 13G.
  • the magnitude relationship between energy and wavelength is as follows.
  • the relationship between blue light and red light can be expressed as follows.
  • Er represents the energy of the red light fluorescent material 13R emits light
  • T 2 represents the amount of heat
  • Er hc / ⁇ r ⁇ r is the wavelength of red light emitted from the phosphor 13R.
  • the three primary colors necessary for displaying a color image are obtained by the red light, the green light, and the blue light emitted from each of the phosphor 13R, the phosphor 13G, and the phosphor 13B. .
  • the phosphor 13R and the phosphor 13G emit red light and green light, respectively, by being excited by blue light from the blue LED 32 having a wavelength shorter than that of the light emitted from each.
  • the phosphor 13B converts the blue light emitted from the blue LED 32 into blue light with high color purity. That is, the phosphor 13 ⁇ / b> B functions as a color conversion filter that matches the color purity of the blue light of the blue LED 32.
  • the liquid crystal display device 1 may be configured to convert the color purity of the blue light of the blue LED 32 by providing a color filter that transmits blue light instead of the phosphor 13B.
  • quartz glass Pyrex glass
  • the phosphors 13 ⁇ / b> R, 13 ⁇ / b> G, and 13 ⁇ / b> B are excited by blue light, so that the glass substrate 12 can be made of a material used for a general liquid crystal panel, and thus the cost increases And sufficient excitation intensity of the phosphors 13R, 13G, and 13B can be obtained.
  • the phosphor layer 13 is disposed immediately above the glass substrate 12. That is, the phosphor layer 13 is disposed between the glass substrate 12 of the liquid crystal display panel 10 and the liquid crystal layer 17 of the glass substrate 12 located on the light source side among the glass substrates 19. For this reason, the blue light emitted from the backlight 30 passes through only one glass substrate 12 and excites the phosphors 13R, 13G, and 13B. That is, the glass substrate 12 is the only member interposed between the backlight 30 and the phosphor layer 13.
  • the blue light 310 emitted from the light guide plate 321 passes through the glass substrate 302, the polarizing layer 308, the liquid crystal layer 306, and the polarizing layer 304 as in the liquid crystal display device of Patent Document 4 described with reference to FIG.
  • the polarizing layer 308 the liquid crystal layer 306, and the polarizing layer 304 as in the liquid crystal display device of Patent Document 4 described with reference to FIG.
  • the blue light emitted from the backlight 30 does not directly pass through the liquid crystal layer 17, and once in the phosphor layer 303, It is converted into red light or green light, which has lower energy than blue light, and passes through the liquid crystal layer 17.
  • the amount of blue light transmitted through the liquid crystal layer 17 can be reduced as compared with the liquid crystal display device of FIG. 5 described above, so that deterioration of the liquid crystal layer 17 can be suppressed and reliability can be improved. Can do.
  • the phosphor layer 13 is disposed on the glass substrate 12 on the light source side, so that the parallax can be reduced, and the adjacent pixels Color mixing (crosstalk) between 25R, 25G, and 25B can be reduced.
  • full color is obtained by excitation light emission by the phosphors 13R, 13G, and 13B formed for the pixels 25R, 25G, and 25B and intensity modulation of the apertures of the pixels 25R, 25G, and 25B.
  • Image display can be performed. That is, in the liquid crystal display device 1, full-color image display can be performed by red light, green light, and blue light emitted from the phosphors 13R, 13G, and 13B, so that color conversion using a color filter is not necessary. There is no need to provide a color filter.
  • the liquid crystal display device 1 performs full-color image display using red light, green light, and blue light emitted from the phosphors 13R, 13G, and 13B, regardless of the color filter. Compared with the case where the light is used, the light loss (about 60 to 70%) due to the color filter can be reduced, and the light utilization efficiency of the backlight 30 can be improved about three times. For this reason, the electric power input to the backlight 30 necessary for expressing the desired screen luminance can be reduced to 1/3.
  • color pigments are generally dispersed with color pigments.
  • a part of the polarization of the light transmitted through the color filter is eliminated, and an unnecessary polarization component is mixed in the light transmitted through the color filter.
  • the luminance decreases in the high luminance region within the plane of the image display screen, and the low luminance.
  • the brightness increases in the region (it can be expressed that the white of the display image sinks and the black floats). Such a problem causes a decrease in contrast of the display image.
  • the liquid crystal display device 1 has an in-cell polarizer structure in which the polarizing layer 14 is arranged inside the liquid crystal display panel 10 as described above.
  • the polarizing layer 14 is provided outside the liquid crystal display panel 10 (between the glass substrate 12 and the backlight 30).
  • crosstalk between adjacent pixels 25R, 25G, and 25B can be reduced.
  • further light leakage stray light
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main configuration of a liquid crystal display device 2 according to the second embodiment of the present invention.
  • members having the same functions as those in the drawings explained in the first embodiment are given the same reference numerals and explanations thereof are omitted.
  • the liquid crystal display device 2 is different from the liquid crystal display device 1 in that it includes a phosphor layer 13a instead of the phosphor layer 13 of the liquid crystal display device 1 and further includes a transparent resin 13Tr.
  • the phosphor layer 13a includes a phosphor 13R that emits two different colors and a phosphor 13G.
  • a transparent resin 13Tr made of a transparent resin material is disposed on the glass substrate 12 and in the opening of the pixel 25B.
  • the polarizing layer 14 is formed by laminating the phosphor layer 13a and the transparent resin 13Tr.
  • the red light emitted from the phosphor 13R is emitted from the pixel 25R
  • the green light emitted from the phosphor 13G is emitted from the pixel 25G
  • the blue LED 32 is emitted from the pixel 25B.
  • Blue light transmitted through the transparent resin 13Tr is emitted.
  • red light and green light are emitted from the phosphors 13R and 13G, and blue light is emitted from the blue LED 32.
  • blue light is excited without using a color conversion filter or the like to excite the phosphor 13 ⁇ / b> R and the phosphor 13 ⁇ / b> G. Blue light emitted from the blue LED 32 is used.
  • the liquid crystal display device 2 compared to the case where a color conversion filter or the like is used to obtain blue light among the three primary colors of light necessary for displaying a color image, the influence of light absorption and transmission loss is increased. Therefore, there is an advantage that the light use efficiency is good.
  • the transparent resin 13Tr is provided between the glass substrate 12 and the polarizing layer 14 at the opening of the pixel 25B, it is possible to prevent a step in the polarizing layer 14 from occurring.
  • the transparent resin 13Tr formed in the pixel 25B may be omitted. That is, the polarizing layer 14 may be laminated on the glass substrate 12 in the opening of the pixel 25B.
  • the blue light emitted from the blue LED 32 can be prevented from being absorbed by the transparent resin 13Tr, the utilization efficiency of the blue light emitted from the blue LED 32 can be further improved. .
  • the liquid crystal display device of the present invention includes a liquid crystal display panel that displays an image, and a light source that emits light to the liquid crystal display panel.
  • a first substrate disposed on the light source side; and a second substrate disposed opposite to the first substrate with a liquid crystal layer interposed therebetween, the liquid crystal layer including the liquid crystal
  • a phosphor layer that emits a plurality of different colors for displaying the image is disposed between the layers, and the light source emits blue light for exciting the phosphor layer. It is said.
  • a method of manufacturing a liquid crystal display device includes a liquid crystal display panel that displays an image and a light source that emits light to the liquid crystal display panel.
  • the phosphor layer is excited by the blue light emitted from the light source.
  • blue light has higher energy than visible light. For this reason, by exciting the phosphor layer with blue light, a sufficient excitation intensity of the phosphor layer can be obtained, and an image with high luminance can be displayed.
  • the load on the circuit that drives the light source is less than when a light source that emits ultraviolet light is used as a light source for exciting the phosphor layer. It is small and can improve reliability.
  • the phosphor layer is connected to the liquid crystal layer of the first substrate on the side where the light source is disposed, of the first substrate and the second substrate that are arranged to face each other with the liquid crystal layer interposed therebetween. Arranged in between.
  • the blue light emitted from the light source passes through the first substrate and reaches the phosphor layer.
  • the light emitted from the phosphor layer by being excited by the blue light from the light source passes through the liquid crystal layer and the second substrate. In this way, an image can be displayed on the liquid crystal display panel.
  • the amount of blue light emitted from a light source with high energy can be reduced through the liquid crystal layer.
  • the amount of blue light transmitted through the liquid crystal layer can be reduced, so that deterioration of the liquid crystal layer can be suppressed. , Reliability can be improved.
  • the phosphor layer is disposed on the first substrate disposed on the light source side, the distance between the light source and the phosphor layer is short, for example, a member that attenuates light such as a liquid crystal layer is interposed. Therefore, sufficient excitation intensity to the phosphor layer can be obtained, and the luminance of the image displayed on the liquid crystal display panel can be improved.
  • the phosphor layer can emit a plurality of different colors for displaying the image, it is not necessary to provide a color filter. For this reason, since light is not absorbed by the color filter, the light use efficiency of the light source can be improved.
  • a polarizing layer is disposed between the phosphor layer and the liquid crystal layer.
  • the polarizing layer is disposed between the phosphor layer and the liquid crystal layer, blue light emitted from the light source is used to excite the phosphor layer. Attenuation at the layer can be suppressed. Thereby, the phosphor layer can be efficiently excited by the light emitted from the light source.
  • the light of a plurality of different colors emitted from the phosphor layer includes at least red light and green light.
  • the light of a plurality of different colors emitted from the phosphor layer preferably includes blue light.
  • the image quality can be improved by using a phosphor material that emits a purer blue light than the blue light emitted from the light source.
  • the polarizing layer is preferably a wire grid polarizer.
  • the wire grid polarizer since the wire grid polarizer has high optical performance as a polarizing layer, the film thickness can be reduced.
  • the wire grid polarizer has high heat resistance and can withstand high temperatures used in a manufacturing process in which a polarizing layer is not provided in the liquid crystal display panel. For this reason, in order to provide a polarizing layer in a liquid crystal display panel, the said polarizing layer can be provided between the said fluorescent substance layer and the said liquid crystal layer, without making a manufacturing process change significantly.
  • the liquid crystal display device can be thinned, and the phosphor layer can be efficiently excited by the blue light emitted from the light source without increasing the manufacturing cost.
  • a region transmitting light having a short wavelength is compared with a region transmitting light having a long wavelength among regions transmitting the plurality of different colors of light emitted from the phosphor layer.
  • the wire grid polarizer is preferably arranged so that the metal fine wire pitch is small.
  • the light source is preferably a light emitting diode. According to the above configuration, the light-emitting diode has low power consumption and a long lifetime, so that it is possible to reduce the power consumption and the lifetime of the liquid crystal display device.
  • a phosphor layer that emits light is arranged, and the plurality of pixels for displaying green light are arranged with a phosphor layer that emits green light, and the plurality of pixels for displaying blue light are It is preferable that a transparent resin made of a transparent resin material is provided.
  • red light and green light are emitted from the phosphor layer emitting red light and the phosphor layer emitting green light, respectively.
  • blue light is emitted from the light source.
  • the first substrate is preferably made of alkali-free glass.
  • the phosphor layer is disposed between the first substrate and the liquid crystal layer, and the light source emits blue light for exciting the phosphor layer. Therefore, as the first substrate, a glass material such as non-alkali glass used in a normal liquid crystal display device, which has a high attenuation in the wavelength band of visible light but has a high transmittance in the wavelength band of ultraviolet light. Can be used.
  • the method for manufacturing the liquid crystal display device preferably includes a step of forming a polarizing layer by laminating the phosphor layer formed on the first substrate.
  • the polarizing layer is disposed between the phosphor layer and the liquid crystal layer, the blue light emitted from the light source is used to excite the phosphor layer. Attenuation at the polarizing layer can be suppressed. Thereby, the liquid crystal display device which can excite a fluorescent substance layer efficiently with the light emitted from the said light source can be formed.
  • the polarizing layer is preferably formed by a nanoimprint method.
  • the liquid crystal display device of the present invention excites a phosphor with blue light and performs color image display using light emitted from the excited phosphor, low power consumption and high luminance are required.
  • the present invention can be suitably used for a liquid crystal display device and a method for manufacturing a liquid crystal device.
  • Liquid crystal display device 1 Liquid crystal display device 2
  • Liquid crystal display device 10 Liquid crystal display panel 12 Glass substrate (1st board

Abstract

 液晶表示装置(1)は、画像を表示する液晶表示パネル(10)と、液晶表示パネル(10)に対して光を発光する青色LED(32)とを備え、液晶表示パネル(10)は、青色LED(32)が配されている側のガラス基板(12)と、液晶層(17)を介してガラス基板(12)と対向配置されているガラス基板(19)とを備えており、ガラス基板(12)には、液晶層(17)との間に、上記画像を表示するための複数の異なる色を発光する蛍光体層(13)が配されており、青色LED(32)は、蛍光体層(13)を励起するための青色光を発光する。これにより、光源の光の利用効率の向上や、信頼性の低下やコストの増大の抑制を行う。

Description

液晶表示装置、及び液晶表示装置の製造方法
 本発明は、カラー画像を表示する液晶表示装置、及び液晶表示装置の製造方法に関する。
 液晶表示装置は、一般的に、カラーフィルタが配されている表示パネルと、当該表示パネルに光を照明する光源となるバックライトとを備えている。このような液晶表示装置の構成およびその課題について、図4、図5を用いて説明する。
 図4は、一般的に用いられている液晶表示装置の要部の構成を表す断面図である。図5は、図4の液晶表示装置の課題を説明する図である。
 図4に示すように、液晶表示装置101は、液晶表示パネル110と、バックライト130とを備えている。液晶表示パネル110は、カラー画像を表示するためのものであり、赤色を表示する画素125R、緑色を表示する画素125G、及び青色を表示する画素125Bからなる画素125が複数配置されている。
 液晶表示パネル110は、バックライト130が配されている側から順に、偏光板114、ガラス基板112、SiO2膜115、画素電極116、液晶層117、上部電極118、カラーフィルタ113、ガラス基板119、および偏光層120が配されている。
 ガラス基板112には、各画素125R・125G・125Bごとに、画素駆動用のTFT121が複数配されている。液晶層117は、シール122によって液晶表示パネル110内に封止されている。また、液晶層115は、液晶層115中に複数設けられたスペーサ123によって、その厚さが規定されている。
 カラーフィルタ113は、液晶表示パネル110のうち、バックライト130から遠い側のガラス基板であるガラス基板119に配されている。カラーフィルタ113は、赤色(R)光を透過するカラーフィルタ113Rと、緑色(G)光を透過するカラーフィルタ113Gと、青色(B)光を透過するカラーフィルタ113Bとからなる。カラーフィルタ113Rは画素125Rに配されており、カラーフィルタ113Gは画素123Gに配されており、カラーフィルタ113Bは画素125Bに配されている。また、各カラーフィルタ113R・113G・113B間には、ブラックマトリクス113Blが配されている。
 バックライト130は、赤色から青色までの可視光全域のスペクトルを含む白色(W)光を発光する面光源である。
 液晶表示装置101は、バックライト130から発光された白色光を、各カラーフィルタ113R・113G・113Bを透過させることにより、カラー表示を行う。
 図5に示すように、バックライト130は、赤色光131Rと、緑色光131Gと、青色光131Bとを含む白色光131Wを発光する。
 そして、液晶表示パネル110に配されているカラーフィルタ113Rは、赤色光131Rと、緑色光131Gと、青色光131Bとの各スペクトルのうち、赤色光131Rのスペクトルを透過し、緑色光131G及び青色光131Bのスペクトルは吸収する。同様に、カラーフィルタ113Gは、緑色光131Gのスペクトルを透過し、赤色光131R及び青色光131Bのスペクトルは吸収する。さらに、カラーフィルタ113Bは、青色光131Bのスペクトルは透過し、緑色光131G及び赤色光131Rのスペクトルは吸収する。
 このような、各カラーフィルタ113R・113G・113Bの吸収により、バックライト130から発光された白色光131Wは、各カラーフィルタ117R・117G・117Bを透過する前後では、エネルギーが3分の1となってしまう。つまり、液晶表示装置101のような構成では、カラーフィルタ113を備えていることで、光の利用効率が1/3に低下する。
 このような、カラーフィルタが光を吸収することによる光の利用効率の低下を防止するために、例えば、特許文献1~3のように、バックライトの白色光源に替えて、紫外光を照射する光源と、カラーフィルタに替えて上記紫外光で励起されることで赤色光、緑色光、または青色光を発光する蛍光物質(または燐光物質)が配された液晶表示パネルとを有する液晶表示装置が開発されている。
 特許文献3の液晶表示装置の構成について、図6を用いて説明する。図6は、特許文献3の液晶表示装置の構成を表す断面図である。
 図6に示す液晶表示装置は、複数の紫外線発光源239と、紫外線透過可視光反射フィルタガラス基板234と、偏光板237と、第2のガラス基板230と、液晶233と、第1のガラス基板220と、偏光板238とを備えている。
 第1のガラス基板220と、第2のガラス基板230とは液晶233を介して対向配置されている。第1のガラス基板220の一方の面(第2のガラス基板230と対向する側の面)には、図示しないTFTと、当該TFTと隣接して複数の画素電極221が配されており、他方の面には、偏光板238が配されている。
 第2のガラス基板230の一方の面(第1のガラス基板220と対向する側の面)には共通電極231が配されており、他方の面には、紫外線透過可視光反射フィルタガラス基板234が配されている。
 紫外線透過可視光反射フィルタガラス基板234には、紫外光を透過させるための石英ガラス板上に、ZnSとSiO2とが交互に積層されている。さらにその上に、青色発光蛍光体B’、緑色発光蛍光体G’、及び青色発光蛍光体B’からなる発光蛍光体236が、ブラックマトリクスパターン235を介して、それぞれ画素毎に形成されている。さらに、その上に、偏光板237が配されており、そして、偏光板237と、第2のガラス基板230の他方の面とが固着されている。
 このように構成された液晶表示装置では、紫外線発光源239から発光された紫外線は、紫外線透過可視光反射フィルタガラス基板234を透過し、発光蛍光体層236に入光する。そして、発光蛍光体236は、紫外光を入光することで、それぞれの色に応じた光を発光する。発光蛍光体236から発光された光は、偏光板237、第2のガラス基板230、共通電極231、液晶233、画素電極221、第1のガラス基板220及び偏光板238を介して、表面側に投光される。
 また、特許文献4には、蛍光体を発光させる光源として、青色光を用いた液晶表示装置が開示されている。
 図7は、特許文献4の液晶表示装置の構成を表す断面図である。
 図7に示す液晶表示装置は、観察者330側から順に、ガラス基板301、蛍光体層303、偏光層304、細帯状透明電極305、液晶層306、細帯状透明電極307、偏光層308、ガラス基板302、青色発光ダイオード320の構造を有している。
 蛍光体層303は、赤色発光用の蛍光体、緑色発光用の蛍光体、及び青色発光用の蛍光体がストライプ状や、モザイク状に設けられているものである。
 青色発光ダイオード320は、導光板321、及び反射板322と組み合わされており、この青色発光ダイオード320から発光された光が導光板321を介して、青色光310として、順にガラス基板302、偏光層308、細帯状透明電極307、液晶層306、細帯状透明電極305、偏光層304を透過し、蛍光体層303に入光する。そして、蛍光体層303は、それぞれの色に応じて発光し、ガラス基板301を透過して、観察者330側へとカラー化された光を投光する。
日本国公開特許公報「特開昭51‐109798号公報(1976年9月28日公開)」 日本国公開特許公報「特開昭63‐216029号公報(1988年9月8日公開)」 日本国公開特許公報「特開昭63‐15221号公報(1988年1月22日公開)」 日本国公開特許公報「特開平11‐237632号公報(1999年8月31日公開)」 日本国公開特許公報「特開平11‐199781号公報(1999年7月27日公開)」 日本国公開特許公報「特開平9‐245511号公報(1997年9月19日公開)」
 上述したように、特許文献1~3では、カラーフィルタを用いていないので、光源の光の利用効率を向上させることができる。
 しかしながら、特許文献1~3のように、蛍光物質または燐光物質に入射させる光に紫外光を用いた場合、紫外光を発光する光源はエネルギー密度が高いので、光源を構成するパッケージ材の寿命が短くなったり、信頼性が低下するという課題が生じる。さらに、特許文献3では、蛍光物質を励起する波長が短い紫外光が減衰しないように、紫外線透過可視光反射フィルタガラス基板234を用いているが、紫外線透過可視光反射フィルタガラス基板234は非常に高価であり、コストが増大するという課題を生じる。
 また、特許文献4では、蛍光体層303の赤色発光用の蛍光体、緑色発光用の蛍光体、および青色発光用の蛍光体を励起するために、波長が短い(すなわちエネルギーが高い)青色光310が液晶層306を透過する。つまり、赤色や緑色など青色以外の光を発光する場合であっても、青色光310が液晶層306を透過する。
 このため、液晶層306の劣化が早くなり、液晶表示装置としての信頼性を損なうことになる。
 また、青色発光ダイオード320から発光された青色光310は、蛍光体層303に到達するまでの間に、偏光層308と液晶層306とを透過するので、エネルギーの減衰が大きく、蛍光体層303を励起する十分な強度を得ることができず、蛍光体層303の蛍光体の発光強度が弱くなる。このため、特許文献4の液晶表示装置では、輝度が低下するという課題を生じる。
 本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源の光の利用効率の向上や、信頼性の低下やコストの増大の抑制を行うことである。
 上記の課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、画像を表示する液晶表示パネルと、当該液晶表示パネルに対して光を発光する光源とを備えている液晶表示装置において、上記液晶表示パネルは、上記光源側に配されている第1の基板と、液晶層を介して、上記第1の基板と対向配置される第2の基板とを備えており、上記第1の基板には、上記液晶層との間に、上記画像を表示するための複数の異なる色を発光する蛍光体層が配されており、上記光源は、上記蛍光体層を励起するための青色光を発光することを特徴としている。
 上記の課題を解決するために、本発明の液晶表示装置の製造方法は、画像を表示する液晶表示パネルと、当該液晶表示パネルに対して光を発光する光源とを備えている液晶表示装置の製造方法において、第1の基板に、上記画像を表示するための複数の異なる色を発光する蛍光体層を形成する工程と、上記第1の基板の対向基板である第2の基板を、上記蛍光体層を介して上記第1の基板と貼りあわせ、上記第1の基板及び上記第2の基板間に液晶を注入して液晶層を形成する工程と、上記光源として青色光を発光する光源を用い、当該青色光が上記第1の基板を透過して、上記蛍光体層に入射するように、上記光源を配する工程とを含むことを特徴とする。
 上記構成によると、上記蛍光体層は、上記光源から発光される青色光によって、励起される。ここで、青色光は、可視光の中でもエネルギーが高い。このため、青色光により、上記蛍光体層を励起することで、上記蛍光体層の十分な励起強度を得ることができ、輝度が高い画像を表示することができる。
 また、青色光は、紫外光よりもエネルギーが小さいので、蛍光体層を励起するための光源として、紫外光を発光する光源を用いた場合と比較して、光源を駆動する回路への負荷が小さく、信頼性を向上させることができる。
 さらに、蛍光体層を励起するための光源として青色光を用いることで、光源として紫外光を用いる場合のように、紫外光を透過させるための高価な材質のガラスを液晶表示パネルに配する必要がないので、蛍光体層への十分な励起強度を得ることができ、かつ、コストの増大を防止することができる。
 また、上記蛍光体層は、上記液晶層を介して互いに対向配置される第1の基板及び第2の基板のうち、光源が配されている側の第1の基板の、上記液晶層との間に配されている。
 このため、上記光源から発光された青色光は、上記第1の基板を透過して、上記蛍光体層に到達する。そして、上記光源からの青色光により励起されることで、蛍光体層から発光された光は、上記液晶層及び上記第2の基板を透過する。このようにして、液晶表示パネルに画像を表示することができる。
 このため、エネルギーが高い光源から発光された青色光が、液晶層を透過する量を低減することができる。これにより、例えば、上記第2の基板に上記蛍光体層を設けた場合と比較して、液晶層を透過する青色光の量を低減することができるので、液晶層の劣化を抑えることができ、信頼性を向上させることができる。
 また、上記蛍光体層は、上記光源側に配されている第1の基板に配されているので、光源と蛍光体層との距離が近く、例えば、液晶層など光を減衰させる部材が介在しないので、蛍光体層への十分な励起強度を得ることができ、液晶表示パネルで表示する画像の輝度を向上させることができる。
 さらに、上記蛍光体層により、上記画像を表示するための複数の異なる色を発光することができるので、カラーフィルタを設ける必要がない。このため、カラーフィルタによる光の吸収が無いので、光源の光の利用効率を向上させることができる。
 このように上記構成によると、光源の光の利用効率の向上と、信頼性の低下やコストの増大の抑制とを行うことができる。
 本発明の液晶表示装置は、画像を表示する液晶表示パネルと、当該液晶表示パネルに対して光を発光する光源とを備え、上記液晶表示パネルは、上記光源側に配されている第1の基板と、液晶層を介して、上記第1の基板と対向配置される第2の基板とを備えており、上記第1の基板には、上記液晶層との間に、上記画像を表示するための複数の異なる色を発光する蛍光体層が配されており、上記光源は、上記蛍光体層を励起するための青色光を発光する。
 本発明の液晶表示装置の製造方法は、画像を表示する液晶表示パネルと、当該液晶表示パネルに対して光を発光する光源とを備えている液晶表示装置の製造方法であり、第1の基板に、上記画像を表示するための複数の異なる色を発光する蛍光体層を形成する工程と、上記第1の基板の対向基板である第2の基板を、上記蛍光体層を介して上記第1の基板と貼りあわせ、上記第1の基板及び上記第2の基板間に液晶を注入して液晶層を形成する工程と、上記光源として青色光を発光する光源を用い、当該青色光が上記第1の基板を透過して、上記蛍光体層に入射するように、上記光源を配する工程とを含む。
 それゆえ、信頼性の低下やコストの増大を抑制し、かつ、光源の光の利用効率を向上させることができるという効果を奏する。
本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示装置の要部構成を表す断面図である。 上記液晶表示装置の偏光層の変形例を表す図である。 本発明の第2の実施の形態に係る液晶表示装置の要部構成を表す断面図である。 従来の液晶表示装置の構成を表す断面図である。 図4の液晶表示装置の課題を説明する図である。 特許文献3に記載の液晶表示装置の構成を表す断面図である。 特許文献4に記載の液晶表示装置の構成を表す断面図である。
〔実施の形態1〕
 以下、本発明の第1の実施の形態について、詳細に説明する。
 図1は、本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示装置1の要部構成を表す断面図である。
 図1に示すように、液晶表示装置1は、液晶表示パネル10と、バックライト30とを備えている。
 液晶表示パネル10は、観察者40に対して、カラー画像を表示するものである。なお、以下の説明では、液晶表示パネル10の画像を表示する側の面(側)を表面(側)と称し、反対側の面(側)を背面(側)と称する。
 バックライト30は、液晶表示パネル10の背面側に配されている。バックライト30は、青色光を発光する光源としての複数の青色LED(発光ダイオード)32と、複数の青色LED32を支持する基板33と、青色LED32から発光された光を拡散及び集光するための光学シート31とを備えている。
 光学シート31は、青色LED32の青色光を均一な面光源とするために、青色LED32の青色光を拡散および集光するものである。光学シート31は、公知のものを使用することができ、図示しない拡散板、拡散シート、集光レンズシート等の複数の光学シートを積層したものである。
 青色LED32は、液晶表示パネル10に光を発光するものであり、液晶表示パネル10に含まれている蛍光体(詳細は後述する)を励起するための光源である。青色LED32は、消費電力が小さく、寿命が長いので、蛍光体を励起するための光源として、青色LED32を用いることにより、液晶表示装置1の低消費電力化、超寿命化を行うことができる。また、蛍光体を励起するための光源として、青色LED32を用いることで、特定のピーク波長(460nm付近)の光を発光することができ、効率よく蛍光体を励起することができる。
 青色LED32の発光波長としては、400nm以上530nm以下程度が好ましく、さらには、420nm以上490nm以下程度とすることで、蛍光体材料の劣化を抑制し、かつ、効率よく蛍光体を励起することができる。
 青色LED32は、例えば、特許文献5に記載されているように、MOCVD法等により、基板上にInGaN等の半導体を発光層として形成することにより、構成することができる。
 なお、上記蛍光体を励起するための光源は、青色LED32に限定されるものではなく、青色光を発光することができればよい。上記蛍光体を励起するための光源としては、例えば、青色光を発光するエレクトロルミネッセンス(EL)や、青色光を発光する冷陰極管などであってもよい。
 また、本実施の形態では、バックライト30は、基板33の表面に複数の青色LED32が配されている直下型方式のバックライトとして説明するが、青色LED32を導光板の側面に配し、当該導光版と反射板とを組み合わせることで面発光を行うサイドライト型方式であってもよい。
 液晶表示パネル10は、カラー画像を表示するための複数の画素25がマトリクス状に配列されたアクティブマトリクス型の液晶表示パネルである。本実施の形態では、各画素25は、カラー画像のうち、赤色を表示するための複数の画素25Rと、緑色を表示するための複数の画素25Gと、青色を表示するための複数の画素25Bとからなるものとする。
 液晶表示パネル10は、バックライト30が配されている背面側から順に、ガラス基板(第1の基板)12、蛍光体層13、偏光層14、絶縁膜15、画素電極16、液晶層17、上部電極18、ガラス基板(第2の基板)19、及び偏光板20が配されている。
 また、絶縁膜15上であって、各画素25R・25G・25Bごとに、各画素25R・25G・25Bの駆動用のTFT21が配されている。液晶層17には、複数のスペーサ23が分散されており、スペーサ23によって、液晶層17の厚さが規定されている。そして液晶層17は、ガラス基板12と、ガラス基板19との端部に設けられたシール22によって液晶表示パネル10内に封止されている。
 ガラス基板12は、バックライト30から発光された青色光を透過することができればよい。このため、ガラス基板12として、紫外光の波長帯域では減衰が大きくても、可視光の波長帯域では透過率が高い、通常の液晶表示装置で用いられている無アルカリガラスなどのガラス材料を用いることができる。ガラス基板12に用いることができる無アルカリガラスとしては、例えば、アルミノ珪酸塩ガラスなどをあげることができる。
 このため、例えば、蛍光体層13を励起するために紫外光を用いる場合のように、ガラス基板12に、紫外光を透過させる必要がないので、紫外光の減衰を抑えるための高価な石英ガラス(パイレックス(登録商標)ガラス)などを、ガラス基板12として用いる必要はない。
 ここで、ガラスは一般的に、主成分である二酸化ケイ素(SiO)(ケイ酸塩と呼ばれている)と、副成分となる種々の金属化合物と、を混合して作製される。一般的に建物の窓ガラスとして使われるソーダガラス(青板ガラスと呼ばれている)は、二酸化ケイ素(SiO)に炭酸ナトリウム(NaCO)/炭酸カルシウム(CaCO)を混合して作製される。NaやCa等のアルカリ成分(ソーダ)を添加する事で、二酸化ケイ素のガラス転移温度(融点)が下がり、加工し易くなる。そのかわり、NaやCa等のアルカリ成分(ソーダ)を添加する事で、透明度が落ち(青っぽくなり)、熱膨張も大きくなるという課題が生じる。
 一方、液晶表示装置1のガラス基板12用には、透明性が高い事、TFT21等の高温製膜プロセスにて伸び縮みが少ない事、TFT12の薄膜特性(電気特性)に影響を及ぼさない事、などが要求される理由から、アルカリ成分の少ない無アルカリガラスが必要となる。二酸化ケイ素にアルミナを添加する事により、アルカリ成分なしで加工が容易な無アルカリガラスが作られ、液晶表示装置1のガラス基板12用には、無アルカリガラスとしてアルミノ珪酸塩ガラスが使われる。但し、このような無アルカリガラスは、ソーダガラスよりは高価である。
 画素電極16と、上部電極18とは、ITOなどの透明材料からなる透明電極である。画素電極16は、画素25R・25G・25BごとにTFT21と接続して配されている。上部電極18は、共通(COM)電極として機能するものである。そして、画素電極16と、上部電極18との間の電界により、各画素25R・25G・25B単位で、液晶層17が駆動されることで、各画素25R・25G・25Bの開口(輝度)が制御され、カラー画像の表示が行われる。
 蛍光体層13は、青色LED32が発光する青色光で励起されることで、赤色光を発光する複数の蛍光体13Rと、緑色光を発光する複数の蛍光体13Gと、青色光を発光する複数の蛍光体13Bとを備えている。蛍光体13Rは画素25Rの開口部に配されており、蛍光体13Gは画素25Gの開口部に配されており、蛍光体13Bは画素25Bの開口部に配されている。
 また、各蛍光体13R・13G・13Bの間には、互いの発光する光の色が混色すること(クロストーク)を抑制する為に、黒色のBM13Bl(ブラックマトリクス)を配している。なお、BM13Blは、各蛍光体13R・13G・13Bが発光する光のクロストークを抑制することができればよく、BM13Blに替えて、各蛍光体13R・13G・13B間に、反射膜の仕切りを設けてもよい。
 蛍光体13R・13G・13B及びBM13Blは、ガラス基板12に積層して形成されている。蛍光体層13の形成には、フォトリソでのパターン印刷法を用いることができる。或いは、予めBM13Bl(または反射膜)をバンプとして形成した後に、蛍光体層13をインクジェット法にて形成してもよい。
 赤色光を発光する蛍光体13RにはEu3+付活蛍光体が、緑色光を発光する蛍光体13GにはTb3+付活蛍光体が、それぞれ代表的であり、それらの化合物を用いることができる。
 また、以下のように、特許文献6に記載されているような、赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体を、それぞれ、蛍光体13R、蛍光体13G、及び蛍光体13Bに用いることができる。
 赤色発光体として、例えば、4-ジシアノメチレン-2-メチル-6-(p-ジメチルアミノスチルリン)-4H-ビラン(DCM)等のシアニン系色素、1-エチル-2-(4-(p-ジメチルアミノフェニル)-1,3-ブタジエニル)-ピリジウムーバーコライト(ピリジン1)等のピリジン系色素が挙げられ、これらを蛍光体13Rに用いることができる。
 また、緑色発光体としては、例えば、2,3,5,6-1H,4H-テトラヒドロ-8-トリフルオロメチルキノリジン(9,9a,1-gh)クマリン(クマリン153);3-(2’-ベンゾチアゾリル)-7-ジエチルアミノクマリン(クマリン6);3-(2’-ベンゾイミダゾリル)-7-N,N-ジエチルアミノクマリン(クマリン30)等のクマリン系色素を挙げることができ、これらを蛍光体13Gとして用いることができる。
 蛍光体13Bについては、青色LED32が発光する青色光をより純粋な青色に変換できる蛍光体材料を用いることが好ましい。青色発光体としては、1,4-ビス(2-メチルスチリン)ベンゼン、トランス-4,4’-ジフェニルスチルベン等のスチルベン系色素を挙げることができ、これらを蛍光体13Bとして用いることができる。
 偏光層14は、蛍光体層13及びBM13Blに積層されている。つまり、偏光層14は、蛍光体層13と、液晶層17との間に配されている。偏光層14として、例えば、可視光の波長よりも短いピッチ間隔で整列させた金属細線構造を用いたワイヤグリッド偏光子を用いることができる。ワイヤグリッド偏光子は、高い光学性能(偏光機能)を有し、サブミクロン程度と厚みが薄くてよい。さらに、ワイヤグリッド偏光子は金属細線であるので、高温処理及び溶媒に対して耐性を有している。このため、ワイヤグリッド偏光子は、液晶セル内(つまりガラス基板12・19間)に形成する偏光子(いわゆる、in-cell polalizer)として最適である。
 このような金属細線の材料としては、公知のものを用いることができ、例えば、アルミニウム、銀、金、銅、モリブデン、タンタル、すず、ニッケル、インジウム、マグネシウム、鉄、クロム、シリコンなどの金属、またはこれらを含む合金などを用いることができる。
 ここで、ワイヤグリッド偏光子の製法には、金属薄膜を蒸着(或いはスパッタ)により成膜した後、フォトリソ法により、露光、及び化学エッチングによりパターニングを行う手法が一般的に知られている。
 しかし、偏光層14は、蛍光体層13と液晶層17との間に配されている。本実施の形態では、偏光層14は、蛍光体層13に直接、積層して形成する。つまり、蛍光体層13と、偏光層14とを接触して形成する。
 このため、蛍光体層13に成膜した偏光層14となる金属薄膜を、パターニングのために、フォトリソ法による露光、及び化学エッチングを行うと、蛍光体層13が、露光による損傷及び化学薬品により変質する場合がある。
 このように、蛍光体層13が変質することを防止するために、偏光層14を形成する際、ナノインプリント法(微細金型にて金属細線を直接印刷形成する方法)を用いて、ワイヤグリッド偏光子を形成することが好ましい。このため、露光及びエッチング用の化学薬品を使用する必要がないので、蛍光体層13が露光により損傷したり、エッチング用の化学薬品により変質したりすることを防止することができる。このため、蛍光体13Rから発光される赤色光、蛍光体13Gから発光される緑色光、及び蛍光体13Bから発光される青色光のそれぞれの色純度が低下することを防止することができる。このため、液晶表示装置1に表示されるカラー画像の画質が劣化することを防止することができる。
 また、偏光層14としては、図2に示すように、各蛍光体13R・蛍光体13G・蛍光体13Bのそれぞれに積層されている領域ごとに、金属細線のピッチを変更するようにしてもよい。
 図2は、液晶表示装置1の偏光層14の変形例を表す図である。
 偏光層14aは、蛍光体13Rに積層されている領域14Rと、蛍光体13Gに積層されている領域14Gと、蛍光体13Bに積層されている領域14Bとを含み、その他は偏光層14と同様である。
 偏光層14aは、蛍光体層13が発光する複数の異なる色である赤色光、緑色光、及び青色光のそれぞれを透過する領域14R、領域14G、及び領域14Bのうち、波長が長い光を透過する領域14Rと比べ、波長が短い光を透過する領域14G・14Bの方が、また、領域14R、領域14Gと比べ、領域14Bの方が、上記ワイヤグリッド偏光子の金属細線ピッチが小さくなるように配されている。
 偏光層14aのワイヤグリッド偏光子は、蛍光体13R・13G・13Bそれぞれから発光される光のうち、波長が短い光に対して、透過率と消光率との比が低下する。このため、偏光層14aの領域14R・14G・14Bのうち、波長が短い光を透過する領域ほど、金属細線ピッチを小さくすることが好ましい。
 つまり、偏光層14aは、赤色光を透過する領域14Rより緑色光を透過する領域14Gの方が金属細線ピッチを小さく、また、緑色光を透過する領域14Gより青色光を透過する領域14Bの方が金属細線ピッチを小さくするように形成されていることが好ましい。
 これにより、波長が短い光の透過率及び消光率の比を向上させることができるので、高い偏光機能を得ることができる。
 なお、偏光層14として、特許文献4に記載されている誘導体やゲスト・ホスト直鎖型液晶ポリマーのような有機高分子材料を用いてもよい。しかし、ワイヤグリッド偏光子は、誘導体やゲスト・ホスト直鎖型液晶ポリマーのような有機高分子材料より耐熱性が高く、従来のTFT成膜プロセスで使用される約300~350°程度の高温にも耐えることができる。
 このため、偏光層14にワイヤグリッド偏光子を用いることで、液晶表示パネル10内に偏光層14を設けない、従来の高温プロセスを要するTFT成膜プロセスを使用することができる。このため、偏光層14を配した後、従来のTFT成膜プロセスを用いることができるので、TFT成膜プロセスを変更する必要がなく、製造コストの増大を招くことがない。
 このように、偏光層14に、ワイヤグリッド偏光子を用いることで、液晶表示装置1の薄膜化を行うことができると共に、製造コストの増大を招くことなく、青色LED32から発光された青色光によって、効率よく蛍光体層13を励起することができる。
 さらに、偏光層14を、液晶表示パネル10の内部に設けることで、図4の液晶表示装置のように偏光板237を、第2のガラス基板230と、第1のガラス基板220との外部に設ける構成のように、さらに、紫外光の減衰を抑えるための紫外線透過可視光反射フィルタガラス基板234を設けるように、ガラス基板を3枚要するような構成とする必要がない。このため、コストの増加を招くことがない。
 すなわち、偏光層14を、液晶表示パネル10の内部であって、蛍光体層13に積層して配することで、青色LED32からの光が、偏光層14で減衰することがないので、ガラス基板12及びガラス基板19のガラス基板2枚で、液晶表示パネル10を構成することができ、コストが増大することを防止することができる。
 加えて、蛍光体層13に偏光層を直接積層する場合、偏光層14をナノインプリント法により形成することで、偏光層14のパターンの形成のためにフォトリソ法を用いる必要がないので、蛍光体層13が露光により損傷したり、エッチング用の化学薬品により変質したりすることを防止することができる。このため、青色LED32からの光が偏光層14で減衰することを抑制することができ、かつ、蛍光体層13から発光される光の色純度の劣化を防止することができる。
 絶縁膜15は、偏光層14に積層されている。絶縁膜15としては、例えば、SiO2などを用いることができ、蛍光体層13及び偏光層14の保護膜として機能する。このように、蛍光体層13を、ガラス基板12と、絶縁膜15との間に、密閉して形成することで、蛍光体13R・13G・13Bが励起発光する際の蛍光体13R・13G・13Bの酸化劣化を防止することができ、蛍光体13R・13G・13Bの寿命を延伸することができる。
 画素電極16及びTFT21は、絶縁膜15に積層して形成される。画素電極16及びTFT21は、マスクアライメントにて、位置決めが行なわれることで、蛍光体13R・13G・13Bのそれぞれが形成された各画素25R・25G・25Bの、各画素電極16及び各TFT21を配置すべき位置に形成される。なお、TFT21の構造は、特に限定されるものではなく、公知の構造を適用することができる。
 ガラス基板19は、画素電極16及びTFT21が形成されたガラス基板12に対して、液晶層17を介して対向配置される対向基板である。ガラス基板19は、上述したガラス基板12と同様の材質のものを使用することができる。ガラス基板19には、上部電極18が形成される。
 そして、上部電極18が形成されたガラス基板19と、画素電極16及びTFT21が形成されたガラス基板12とを貼り合わせ、注入口より液晶を注入し、当該注入口をシール22でシールすることで、液晶層17が形成される。
 そして、ガラス基板19の外側(液晶層17が形成されている側とは反対側)に、偏光板20を貼り付けることにより、液晶表示パネル10が形成される。このように形成された液晶表示パネル10のガラス基板12の外側(液晶層17が形成されている側とは反対側)に、バックライト30の光学シート31を配置する。このようにして、液晶表示パネル10のガラス基板19と、ガラス基板12とのうち、ガラス基板12が光源(青色LED32)側に配置される。
 青色LED32が発光する青色光は、光学シート31、ガラス基板12を透過し、色層である蛍光体13R・13G・13Bに入射する。これにより、蛍光体13R・13G・13Bが励起される。そして、青色LED32が発光する青色光によって励起された蛍光体13R・13G・13Bは、各赤色光、緑色光、及び青色光を発光する。そして、蛍光体13R・13G・13Bから発光された、赤色光、緑色光、及び青色光は、偏光層14、絶縁膜15、画素電極16、液晶層17、上部電極18、ガラス基板19、及び偏光板20を透過することで、観察者40にカラー画像として観察される。つまり、蛍光体13R・13G・13Bから発光された、赤色光、緑色光、及び青色光は、対応する画素25R・25G・25Bを透過し、画素25R・25G・25Bごとの開口に応じた強度変調(輝度の調整)がなされる。これにより、液晶表示装置1は、フルカラー画像を表示することができる。
 このように、可視光のなかで、エネルギーが高い(つまり波長が短い)青色光により、蛍光体13R・13G・13Bを励起することで、蛍光体13R・13G・13Bを十分に、励起発光させることができる。また、青色光は、紫外光よりもエネルギーが低いので、紫外光により蛍光体13R・13G・13Bを励起する場合と比較して、光源を駆動するための回路への負荷が小さいので、信頼性を向上させることができる。
 ここで、波長とエネルギーとの関係は、以下の式で表すことができる。
E=hc/λ
E:エネルギー〔eV〕、λ:波長〔nm〕、h:プランク定数、c:光速
 上式で示される通り、光の波長とエネルギーとは逆相関の関係があり、波長の短い光はエネルギーが高く、波長の長い光はエネルギーが低い。各蛍光体13R・13G・13B(特に蛍光体13R・13G)は、高エネルギーの光で励起され、低エネルギーの光を発光し、残りのエネルギーを吸収し、当該吸収したエネルギーは熱となる。
 このエネルギーと熱との関係は以下のように表すことができる。
例えば、青色光と緑色光とでは以下のように表すことができる。
Eb=Eg+T
bは青色を表し、gは緑色を表す。Ebは青色LED32が発光する青色光のエネルギーを表し、Egは蛍光体13Gが発光する緑色光のエネルギーを表し、Tは熱量を表す。
Eb=hc/λb
Eg=hc/λg
λbは青色LED32が発光する青色光の波長を表し、λgは蛍光体13Gが発光する緑色光の波長を表す。
エネルギー、及び波長の大小関係は以下の通りである。
Eb>Eg、λb<λg
 また、青色光と赤色光との関係も同様に、以下のように表すことができる。
Eb=Er+T
rは赤色を表し、Erは蛍光体13Rが発光する赤色光のエネルギーを表し、Tは熱量を表す。
Er=hc/λr
λrは蛍光体13Rが発光する赤色光の波長である。
エネルギー、及び波長の大小関係は以下の通りである。
Eb>Er、λb<λr
なお、Eb=Eg+T=Er+Tと表すことができるので、T<Tである。
 液晶表示装置1では、蛍光体13R、蛍光体13G、及び蛍光体13Bのそれぞれから発光される赤色光、緑色光、及び青色光によって、カラー画像を表示するために必要な3原色を得ている。
 蛍光体13R、蛍光体13Gは、それぞれが発光する光より波長が短い、青色LED32からの青色光により励起されることで、それぞれ赤色光、緑色光を発光する。
 また、蛍光体13Bは、青色LED32から発光される青色を、色純度が高い青色光へと変換する。つまり、蛍光体13Bは、青色LED32の青色光の色純度を揃える色変換フィルタとして機能する。
 このように、青色LED32の青色光の色純度を変換する蛍光体13Bを配することで、色調や、視差を向上させることができる。なお、液晶表示装置1では、蛍光体13Bに替えて、青色光を透過するカラーフィルタを設けることで、青色LED32の青色光の色純度を変換する構成としてもよい。
 また、光源として紫外光を用いる場合、蛍光体13R・13G・13Bの十分な励起強度を得るためには、ガラス基板を透過する紫外光の減衰を抑えるために、石英ガラス(パイレックガラス)などの高価が材質のガラス基板を用いる必要がある。一方、液晶表示装置1では、青色光によって、蛍光体13R・13G・13Bを励起するので、一般的な液晶パネルに使用されている材質でガラス基板12を構成することができるので、コストの増大を防止し、かつ、蛍光体13R・13G・13Bの十分な励起強度を得ることができる。
 また、蛍光体層13は、ガラス基板12の直上に配されている。つまり、蛍光体層13は、液晶表示パネル10のガラス基板12と、ガラス基板19とのうち、光源側に位置するガラス基板12の液晶層17との間に配されている。このため、バックライト30から発光された青色光は、ガラス基板12の一枚のみを透過して、蛍光体13R・13G・13Bを励起する。つまり、バックライト30と、蛍光体層13との間に介在する部材が、ガラス基板12だけである。
 このため、図5を用いて説明した特許文献4の液晶表示装置のように、導光板321から出射した青色光310が、ガラス基板302、偏光層308、液晶層306、及び偏光層304を透過して、蛍光体層303を励起する場合と比べて、蛍光体層13を励起する強度の低下を防止することができる。
 また、蛍光体層13が、光源側であるガラス基板12に配されているので、バックライト30から発光された青色光は直接、液晶層17を透過せず、一旦、蛍光体層303で、青色光よりエネルギーが低い、赤色光や緑色光に変換されて、液晶層17を透過する。
 このため、上述した図5の液晶表示装置と比べて、液晶層17を透過する青色光の量を低減することができるので、液晶層17の劣化を抑えることができ、信頼性を向上させることができる。
 さらに、蛍光体層13が、光源側であるガラス基板12に配されているので、バックライト30と、蛍光体層13との距離が短くなることで、視差を小さくすることができ、隣接画素25R・25G・25B間での混色(クロストーク)を小さくすることができる。
 また、液晶表示装置1の構成によると、画素25R・25G・25Bごとに形成されている蛍光体13R・13G・13Bでの励起発光と、画素25R・25G・25Bの開口の強度変調により、フルカラーの画像表示を行うことができる。つまり、液晶表示装置1では、蛍光体13R・13G・13Bから発光される赤色光、緑色光、及び青色光によって、フルカラーの画像表示を行うことができるので、カラーフィルタによる色変換は不要であり、カラーフィルタを設ける必要がない。
 このように、液晶表示装置1では、カラーフィルタによらず、蛍光体13R・13G・13Bから発光される赤色光、緑色光、及び青色光により、フルカラーの画像表示を行うので、カラーフィルタを用いた場合に比べ、カラーフィルタによる光損失(約60~70%)を削減することができ、バックライト30の光利用効率を約3倍程度向上させることができる。このため、所望の画面輝度を表出するために必要なバックライト30に投入する電力を1/3に低減することができる。
 さらに、カラーフィルタは色変換を行うために、一般的に色素顔料が分散されている。この色素顔料で光が散乱することにより、カラーフィルタを透過した光の偏光の一部が解消され、カラーフィルタを透過した光には不要な偏光成分が混じることになる。このような不要な偏光成分が混じった光が上偏光板(観察者側に配されている偏光板)を透過すると、画像表示画面の面内で、高輝度領域では輝度が低下し、低輝度領域では輝度が上昇する(表示画像の白色が沈み、黒が浮くと表現できる)という問題が生じる。このような問題は、表示画像のコントラスト低下の原因となっている。
 一方、液晶表示装置1では、カラーフィルタを用いる必要がないので、上述したような問題は生じず、カラーフィルタを用いた液晶表示装置と比較して、コントラストを向上させることができる。
 加えて、液晶表示装置1では、上述したように、液晶表示パネル10の内部に偏光層14が配されているインセル偏光子の構造である。このように、偏光層14を、液晶表示パネル10の内部に設けることにより、偏光層14を、液晶表示パネル10の外部(ガラス基板12と、バックライト30との間)に設けた場合と比べて、隣接する画素25R・25G・25B間でのクロストークを低減することができる。このように、液晶表示パネル10内に偏光層14を設けることで、さらなる光漏れ(迷光)の軽減することができるので、さらにコントラスト向上効果を得ることができる。
 〔実施の形態2〕
 本発明の表示装置に関する他の実施形態について、図3に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図3は、本発明の第2の実施の形態に係る液晶表示装置2の要部構成を表す断面図である。なお、説明の便宜上、前記実施の形態1にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
 液晶表示装置2は、液晶表示装置1の蛍光体層13に替えて蛍光体層13aを備え、さらに、透明樹脂13Trを備えている点で、液晶表示装置1と異なる。
 蛍光体層13aは、2色の異なる色を発光する蛍光体13Rと、蛍光体13Gとを備えている。そして、ガラス基板12上であって、画素25Bの開口部には、透明な樹脂材料からなる透明樹脂13Trが配されている。そして、偏光層14は、蛍光体層13a及び透明樹脂13Trに積層して形成されている。
 これにより、画素25Rからは、蛍光体13Rから発光された赤色光が出射し、画素25Gからは、蛍光体13Gから発光された緑色光が出射し、画素25Bからは、青色LED32から発光され、透明樹脂13Trを透過した青色光が出射する。
 液晶表示装置2では、カラー画像を表示するために必要な光の3原色のうち、赤色光及び緑色光は、蛍光体13R及び蛍光体13Gから発光され、青色光は青色LED32から発光される。
 このように、液晶表示装置2では、カラー画像を表示するために必要な光の3原色のうち、青色光を、色変換フィルタなどを用いず、蛍光体13R、及び蛍光体13Gを励起するための青色LED32から発光される青色光を用いている。
 このため、液晶表示装置2では、カラー画像を表示するために必要な光の3原色のうち青色光を得るために色変換フィルタなどを用いた場合と比べ、光の吸収や、透過損失の影響が少ないので、光の利用効率がよいという利点がある。
 また、画素25Bの開口部であって、ガラス基板12と、偏光層14との間に透明樹脂13Trを設けるので、偏光層14に段差が生じることを防止することができる。
 なお、液晶表示装置2では、さらに、画素25Bに形成される透明樹脂13Trを省略した構成としてもよい。つまり、画素25Bの開口部では、ガラス基板12上に偏光層14が積層されて形成されていてもよい。
 これにより、青色LED32から発光される青色光が、透明樹脂13Trで吸収されることを防止することができるので、さらに、青色LED32から発光される青色光の光の利用効率を向上させることができる。
 なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
 上記のように、本発明の液晶表示装置は、画像を表示する液晶表示パネルと、当該液晶表示パネルに対して光を発光する光源とを備えている液晶表示装置において、上記液晶表示パネルは、上記光源側に配されている第1の基板と、液晶層を介して、上記第1の基板と対向配置される第2の基板とを備えており、上記第1の基板には、上記液晶層との間に、上記画像を表示するための複数の異なる色を発光する蛍光体層が配されており、上記光源は、上記蛍光体層を励起するための青色光を発光することを特徴としている。
 上記の課題を解決するために、本発明の液晶表示装置の製造方法は、画像を表示する液晶表示パネルと、当該液晶表示パネルに対して光を発光する光源とを備えている液晶表示装置の製造方法において、第1の基板に、上記画像を表示するための複数の異なる色を発光する蛍光体層を形成する工程と、上記第1の基板の対向基板である第2の基板を、上記蛍光体層を介して上記第1の基板と貼りあわせ、上記第1の基板及び上記第2の基板間に液晶を注入して液晶層を形成する工程と、上記光源として青色光を発光する光源を用い、当該青色光が上記第1の基板を透過して、上記蛍光体層に入射するように、上記光源を配する工程とを含むことを特徴とする。
 上記構成によると、上記蛍光体層は、上記光源から発光される青色光によって、励起される。ここで、青色光は、可視光の中でもエネルギーが高い。このため、青色光により、上記蛍光体層を励起することで、上記蛍光体層の十分な励起強度を得ることができ、輝度が高い画像を表示することができる。
 また、青色光は、紫外光よりもエネルギーが小さいので、蛍光体層を励起するための光源として、紫外光を発光する光源を用いた場合と比較して、光源を駆動する回路への負荷が小さく、信頼性を向上させることができる。
 さらに、蛍光体層を励起するための光源として青色光を用いることで、光源として紫外光を用いる場合のように、紫外光を透過させるための高価な材質のガラスを液晶表示パネルに配する必要がないので、蛍光体層への十分な励起強度を得ることができ、かつ、コストの増大を防止することができる。
 また、上記蛍光体層は、上記液晶層を介して互いに対向配置される第1の基板及び第2の基板のうち、光源が配されている側の第1の基板の、上記液晶層との間に配されている。
 このため、上記光源から発光された青色光は、上記第1の基板を透過して、上記蛍光体層に到達する。そして、上記光源からの青色光により励起されることで、蛍光体層から発光された光は、上記液晶層及び上記第2の基板を透過する。このようにして、液晶表示パネルに画像を表示することができる。
 このため、エネルギーが高い光源から発光された青色光が、液晶層を透過する量を低減することができる。これにより、例えば、上記第2の基板に上記蛍光体層を設けた場合と比較して、液晶層を透過する青色光の量を低減することができるので、液晶層の劣化を抑えることができ、信頼性を向上させることができる。
 また、上記蛍光体層は、上記光源側に配されている第1の基板に配されているので、光源と蛍光体層との距離が近く、例えば、液晶層など光を減衰させる部材が介在しないので、蛍光体層への十分な励起強度を得ることができ、液晶表示パネルで表示する画像の輝度を向上させることができる。
 さらに、上記蛍光体層により、上記画像を表示するための複数の異なる色を発光することができるので、カラーフィルタを設ける必要がない。このため、カラーフィルタによる光の吸収が無いので、光源の光の利用効率を向上させることができる。
 このように上記構成によると、光源の光の利用効率の向上と、信頼性の低下やコストの増大の抑制とを行うことができる。
 上記蛍光体層と、上記液晶層との間に偏光層が配されていることが好ましい。
 上記構成により、上記偏光層は、上記蛍光体層と、上記液晶層との間に配されているので、上記蛍光体層を励起するために、上記光源から発光された青色光が、上記偏光層で減衰することを抑制することができる。これにより、上記光源から発光される光により、蛍光体層を効率よく励起することができる。
 上記蛍光体層が発光する複数の異なる色の光は、少なくとも赤色光と、緑色光とを含むことが好ましい。上記構成により、上記蛍光体層から発光される赤色光及び緑色光と、上記光源から発光される青色光により、カラーの画像を表示することができる。
 上記蛍光体層が発光する複数の異なる色の光は、青色光を含むことが好ましい。上記構成により、上記光源から発光される青色光より、より純粋な青色光を発光させる蛍光体材料を用いることにより、画質を向上させることができる。
 上記偏光層は、ワイヤグリッド偏光子であることが好ましい。上記構成によると、ワイヤグリッド偏光子は、偏光層としての光学性能が高いので、膜厚を薄くすることができる。また、ワイヤグリッド偏光子は、耐熱性が高く、偏光層を液晶表示パネル内に設けない製造プロセスで用いられている高温にも耐えることができる。このため、偏光層を液晶表示パネル内に設けるために、製造プロセスの大幅な変更を行うことなく、上記偏光層を、上記蛍光体層と、上記液晶層との間に設けることができる。
 このため、液晶表示装置の薄膜化を行うことができ、製造コストの増大を招くことなく、上記光源から発光された青色光によって、効率よく上記蛍光体層を励起することができる。
 上記偏光層は、上記蛍光体層が発光する上記複数の異なる色の光のそれぞれを透過する領域のうち、波長が長い光を透過する領域と比べ、波長が短い光を透過する領域の方が、上記ワイヤグリッド偏光子の金属細線ピッチが小さくなるように配されていることが好ましい。
 上記構成により、上記蛍光体層から発光される光のうち、波長が短い光でも、上記偏光層により透過率及び消光率の比が低下することを防止することができるので、高い偏光機能を得ることができる。
 上記光源は、発光ダイオードであることが好ましい。上記構成によると、発光ダイオードは、消費電力が小さく、寿命が長いので、液晶表示装置の低消費電力化、長寿命化を行うことができる。
 赤色を表示するための複数の画素と、緑色を表示するための複数の画素と、青色を表示するための複数の画素とを備え、上記赤色を表示するための複数の画素には、上記赤色光を発光する蛍光体層が配され、上記緑色を表示するための複数の画素には、上記緑色光を発光する蛍光体層が配され、上記青色を表示するための複数の画素には、透明な樹脂材料からなる透明樹脂が配されていることが好ましい。
 上記構成により、カラー画像を表示するために必要な光の3原色のうち、赤色光及び緑色光は、それぞれ、赤色光を発光する蛍光体層、緑色光を発光する蛍光体層から発光される。そして、上記3原色のうち青色光は、上記光源から発光される。
 このため、カラー画像を表示するために必要な光の3原色のうち青色光を得るために色変換フィルタなどを用いた場合と比べ、光の吸収や、透過損失の影響が少ないので、光の利用効率がよい。
 上記第1の基板は、無アルカリガラスからなることが好ましい。上記構成によると、上記第1の基板には、上記液晶層との間に、上記蛍光体層が配されており、上記光源は、上記蛍光体層を励起するための青色光を発光する。このため、上記第1の基板として、紫外光の波長帯域では減衰が大きくても、可視光の波長帯域では透過率が高い、通常の液晶表示装置で用いられている無アルカリガラスなどのガラス材料を用いることができる。
 このため、例えば、上記蛍光体層を励起するために紫外光を用いる場合のように、第1の基板に、紫外光を透過させる必要がないので、紫外光の減衰を抑えるための高価な石英ガラス(パイレックスガラス)などを、第1の基板として用いる必要はない。
 また、上記液晶表示装置の製造方法においては、上記第1の基板に形成された上記蛍光体層に積層して、偏光層を形成する工程を含むことが好ましい。
 上記構成により、上記偏光層は、上記蛍光体層と、上記液晶層との間に配されることになるので、上記蛍光体層を励起するために、上記光源から発光された青色光が、上記偏光層で減衰することを抑制することができる。これにより、上記光源から発光される光により、蛍光体層を効率よく励起することができる液晶表示装置を形成することができる。
 また、上記液晶表示装置の製造方法においては、上記偏光層を、ナノインプリント法により形成することが好ましい。上記構成により、上記偏光層を、例えば、フォトリソ法によって形成する場合のように、露光や化学エッチング用の化学薬品を用いる必要がないので、蛍光体層が露光により損傷しり、化学薬品により変質したりすることを防止することができる。このため、表示する画像の画質の劣化を防止した液晶表示装置を製造することができる。
 本発明の液晶表示装置は、青色光により蛍光体を励起して、励起された蛍光体から発光された光を用いて、カラーの画像表示を行うので、低消費電力化や高輝度化が要求される液晶表示装置、及び液晶装置の製造方法に好適に利用することができる。
 1   液晶表示装置
 2   液晶表示装置
 10  液晶表示パネル
 12  ガラス基板(第1の基板)
 13  蛍光体層
 13a 蛍光体層
 13R・13G・13B 蛍光体
 13Tr 透明樹脂
 14  偏光層
 14a 偏光層
 17  液晶層
 19  ガラス基板(第2の基板)
 25  画素
 25R・25G・25B 画素
 30  バックライト
 32  青色LED(光源)

Claims (12)

  1.  画像を表示する液晶表示パネルと、当該液晶表示パネルに対して光を発光する光源とを備えている液晶表示装置において、
     上記液晶表示パネルは、上記光源側に配されている第1の基板と、液晶層を介して、上記第1の基板と対向配置される第2の基板とを備えており、
     上記第1の基板には、上記液晶層との間に、上記画像を表示するための複数の異なる色を発光する蛍光体層が配されており、
     上記光源は、上記蛍光体層を励起するための青色光を発光することを特徴とする液晶表示装置。
  2.  上記蛍光体層と、上記液晶層との間に偏光層が配されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3.  上記蛍光体層が発光する複数の異なる色の光は、少なくとも赤色光と、緑色光とを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
  4.  上記蛍光体層が発光する複数の異なる色の光は、青色光を含むことを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
  5.  上記偏光層は、ワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
  6.  上記偏光層は、上記蛍光体層が発光する上記複数の異なる色の光のそれぞれを透過する領域のうち、波長が長い光を透過する領域と比べ、波長が短い光を透過する領域の方が、上記ワイヤグリッド偏光子の金属細線ピッチが小さくなるように配されていることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
  7.  上記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項1~6の何れか1項に記載の液晶表示装置。
  8.  赤色を表示するための複数の画素と、緑色を表示するための複数の画素と、青色を表示するための複数の画素とを備え、
     上記赤色を表示するための複数の画素には、上記赤色光を発光する蛍光体層が配され、
     上記緑色を表示するための複数の画素には、上記緑色光を発光する蛍光体層が配され、
     上記青色を表示するための複数の画素には、透明な樹脂材料からなる透明樹脂が配されていることを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
  9.  上記第1の基板は、無アルカリガラスからなることを特徴とする請求項1~8の何れか1項に記載の液晶表示装置。
  10.  画像を表示する液晶表示パネルと、当該液晶表示パネルに対して光を発光する光源とを備える液晶表示装置の製造方法において、
     第1の基板に、上記画像を表示するための複数の異なる色を発光する蛍光体層を形成する工程と、
     上記第1の基板の対向基板である第2の基板を、上記蛍光体層を介して上記第1の基板と貼りあわせ、上記第1の基板及び上記第2の基板間に液晶を注入して液晶層を形成する工程と、
     上記光源として青色光を発光する光源を用い、当該青色光が上記第1の基板を透過して、上記蛍光体層に入射するように、上記光源を配する工程とを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  11.  上記第1の基板に形成された上記蛍光体層に積層して、偏光層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置の製造方法。
  12.  上記偏光層を、ナノインプリント法により形成することを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
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