JP2011138631A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体粒子を用いた画像表示装置において、明るく、コントラストが高い画像を表示可能とする。
【解決手段】画像表示装置１００は、透光性を有する前面板１０１の内面側に複数の画素１０２が配置されて構成されている。各画素は、蛍光体粒子１０５が、該蛍光体粒子と同じ屈折率を有する背景媒質１０６中に分散した発光層１０４と、蛍光体粒子を励起して発光させる励起源１０３と、前面板と発光層との間に配置され、該前面板の内面に沿う方向に周期的な屈折率分布を有する屈折率分布構造１０７とにより構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、各画素に含まれる蛍光体粒子を励起して発光させることにより画像を表示する画像表示装置に関する。

上記のような画像表示装置として、図１０に示す画素構造を有するものが知られている。図１０には、１つの画素１００２を示しており、このような画素構造を複数配列することで、画像表示装置１０００が構成される。
前面板１００１の内面側（背面側）に画素１００２が設けられている。前面板１００１は、可視光を透過させる透光性を有し、ガラスやプラスチック等で形成されている。
画素１００２は、蛍光体粒子１００５を含む発光層１００３と、蛍光体粒子１００５を励起するための励起源１００４とで構成されている。発光層１００３は、所定の真空度の領域１００６内に蛍光体粒子１００５を配置することで形成されている。蛍光体粒子１００５の周囲に配置される媒質を背景媒質という。蛍光体粒子１００５は、背景媒質中に分散している。
励起源１００４は、基板上に電子放出素子と電極とを配列し、発光層１００３の裏面に電極を設けることで構成される。電子放出素子に電界を加えることで、発光層１００３に向けて電子が放出され、蛍光体粒子１００５に電子が供給されて該蛍光体粒子１００５が励起される。また、励起源１００４の別の構成として、基板上に電極を配置し、発光層の前面あるいは背面にセルと電極を配列することで構成される。セルには、電流が流されることによってプラズマを発生し、紫外線を発生するガスが封入されている。セルに含まれるガスに電流を流すと、紫外線が発生して蛍光体粒子に照射される。これにより、蛍光体粒子が励起される。
蛍光体粒子１００５が励起されると、蛍光体粒子１００５の材料に起因する波長の光が発光する。発生した光は、前面板１００１を透過して外部領域に表示光１００７として射出する。
画像表示装置には、一般に、表示輝度が高く、かつ高いコントラストを有することが求められる。図１０の画像表示装置１０００において表示光（射出光）１００７を増大させるためには、発光層１００３で発生した光が外部領域に射出されるまでの間の光の損失を低減することが重要である。この損失の要因の一つとして、発光層１００３と前面板１００１との界面又は前面板１００１と外部領域との界面における全反射の影響が大きい。
ＬＥＤ等の発光素子において、屈折率が異なる媒質で形成された２層の界面での全反射を抑制して射出光を増大させる方法として、該２層の間に光の波長程度の周期で屈折率が変化する微細構造（屈折率分布構造）を設ける手法が特許文献１，２にて開示されている。
特許文献１では、基板およびクラッド層、活性層、電極層からなる発光素子で、素子の外部とクラッド層の間又は外部と基板との間に屈折率分布構造を設けている。屈折率分布構造によって発光素子の内部で発生した光を回折させることによって、全反射する光を低減し、外部に射出する光の量を増大させる。
また、図１０に示す画像表示装置１０００において、コントラストを向上させるためには、外光の反射光を低減し、黒表示時の最低輝度を低くすることと重要である。外光は画像表示装置に外部領域から入射して装置内で反射され、外部領域に放出される。この反射して外部領域に放出される光を、外光反射光という。外光反射光は、正反射光と拡散反射光とに分類することができる。画像表示装置の画面に垂直な方向をｚ軸とすると、正反射光は、ｚ軸に対して角度θをなす方向から装置に光を入射させた場合に、装置によって反射される光のうち入射面内においてｚ軸に対して角度−θの方向に放出される光である。また、拡散反射光は、画像表示装置に外光が入射した場合に、該装置によって反射されて外部領域に放出される光のうち、正反射光以外の光をいう。
画像表示装置１０００において、外光反射光１０１０が増大する要因の一つとして、発光層１００３における拡散反射光１００９が挙げられる。カラー陰極線管に用いられる蛍光体粒子１００５は、一般的に屈折率１．５〜２．５を有する媒質で、粒子径は数μｍ径のものが用いられている。このような蛍光体粒子１００５が凝集された発光層１００３に光が入射すると、蛍光体粒子１００５とその周囲の背景媒質１００６との界面で、屈折率差に起因した反射が起こる。また、反射光は、蛍光体粒子１００５の形状によって、様々な方向に反射される。
反射された光の一部は、外部領域に放出され、他の一部は他の蛍光体粒子１００５の表面で数回反射した後に外部領域に放出されて外光反射光１０１０となる。外光反射光１０１０が画面に垂直な方向から画像表示装置１００内に入射した場合、該画面に垂直な方向に反射する光は正反射光１００８であり、他の方向に反射する光は拡散反射光１００９である。
画像表示装置１００においては、この拡散反射光１００９が大きく、画面全体の輝度が上昇することによって、コントラストが低下する。したがって、コントラストを向上させるためには、拡散反射光１００９を低減することが必要である。
蛍光体粒子を用いた画像表示装置に関して、拡散反射光を低減する方法が特許文献２にて開示されている。特許文献２の方法では、蛍光体粒子の周囲に、ケイ酸アルカリ塩を充填した発光層を用いる。特許文献２には、このような発光層を用いることで、蛍光体粒子と、蛍光体粒子の周囲との屈折率差を小さくすることができ、これにより、蛍光体粒子の表面で発生する反射光を軽減でき、この結果、拡散反射光が低減されると記載されている。

米国特許第５，７７９，９２４号明細書 特開２００５−０２６１４０号公報

特許文献１にて開示された手法のように、蛍光体粒子の周囲に媒質を充填すると、発光層の有効屈折率が増大する。発光層の有効屈折率が増大すると、発光層と前面板との界面における屈折率差が増大する。これによって、発光層と前面板の界面におけるフレネル反射が増大し、正反射光が増大する。さらに、発光層の拡散反射光が低減すると、発光層を通過し、発光層の裏面に到達する光が増大する。この光は、発光層の裏面で反射され、発光層および前面板を伝搬して、外部領域へ放出される正反射光となる。このため、蛍光体粒子の周囲に媒質を充填すると、拡散反射光は減少するが、正反射光が増大する。したがって、特許文献１にて開示された手法では、外光反射光の低減効果は小さく、コントラストの向上効果は小さい。
また、発光層の有効屈折率が大きくなると、発光層と前面板との屈折率差が増大し、全反射角が小さくなる。このため、発光層で発生した光のうち前面板を通って外部領域に放出される表示光が減少する。
本発明は、蛍光体粒子を用いた画像表示装置であって、明るく、コントラストが高い画像を表示可能な画像表示装置を提供する。

本発明の一側面としての画像表示装置は、透光性を有する前面板の内面側に複数の画素が配置されて構成されている。各画素は、蛍光体粒子が、該蛍光体粒子と同じ屈折率を有する背景媒質中に分散した発光層と、蛍光体粒子を励起して発光させる励起源と、前面板と発光層との間に配置され、該前面板の内面に沿う方向に周期的な屈折率分布を有する屈折率分布構造とにより構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、蛍光体粒子を用いた画像表示装置において、発光層で発生する光を効率良く外部領域に放出させて明るい画像を表示することができるようにするとともに、外光反射光を低減して表示画像のコントラストを高くすることができる。

本発明の実施例１である画像表示装置の構成を示す断面図。 実施例１の画像表示装置に外部領域からの外光が画面に垂直な方向から入射したときに屈折率分布構造で発生する反射回折光の伝搬の様子を示す図。 実施例１の画像表示装置に外部領域からの外光が画面に垂直な方向から入射したときに屈折率分布構造で発生する透過回折光の伝搬の様子を示す図。 実施例１の画像表示装置において発光層で発生した光の伝搬の様子を示す図。 実施例１の画像表示装置における屈折率分布構造の例を示す図。 実施例１の画像表示装置に外部領域から波長５５０nmの光が入射したときの正反射率と拡散反射率を示す図。 実施例１の画像表示装置において、発光層の内部から外部領域に向けて光を発生させた場合に外部領域に放出される光の強度を示す図。 本発明の実施例２である画像表示装置の構成を示す断面図。 実施例２の画像表示装置における屈折率分布構造の例を示す図。 従来の画像表示装置の構成を示す断面図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である画像表示装置１００の概略構成を示す。図１は画像表示装置１００のｘｚ断面を示している。
画像表示装置１００は、前面板１０１と、該前面板１０１の内面側（背面側）に配置された画素１０２とにより構成されている。なお、図１には、１つの画素１０２のみを示しているが、画素１０２を前面板１０１の内面に沿った２次元方向に複数配列することで、２次元画像を表示可能な画像表示装置１００が実現される。
前面板１０１は、可視光を透過させる透光性を有する（透明な）媒質で形成されており、ガラスやプラスチック等の材料で形成されている。
画素１０２は、発光層１０４と、微細周期構造である屈折率分布構造１０７と、励起源１０３とにより構成されている。屈折率分布構造１０７は、前面板１０１と発光層１０４との間に配置されている。励起源１０３は、発光層１０４の背面側（屈折率分布構造１０７とは反対側）に配置されている。
発光層１０４は、蛍光体粒子１０５を、蛍光体粒子１０５と同じ屈折率を有する背景媒質１０６中に分散させることで構成されている。ここにいう「同じ屈折率」は、必ずしも完全に同じである必要はなく、同じとみなせる範囲で差を有していてもよい。さらに言えば、真空の屈折率（１．０）よりも蛍光体粒子１０５の屈折率に近い屈折率であればよい。蛍光体粒子１０５は、数μmの粒子径を有している。
屈折率分布構造１０７は、異なる屈折率を有する２種類以上の媒質で構成されている。屈折率分布構造１０７は、前面板１０１の内面、言い替えれば、画像表示装置１００の画面に沿う（前面板１０１の内面が平面であればそれに平行な）方向であるｘｙ平面内において、周期的な屈折率分布を有する構造である。屈折率分布の周期は、可視光波長と同程度から数倍程度の長さを有する。
励起源１０３は、蛍光体粒子１０５に電子を注入して蛍光体粒子１０５を励起し、発光させるための層である。励起源１０３は、例えば、基板上に電子放出素子と電極を配置し、発光層１０４の裏面に電極を設けることで構成される。電子放出素子に電界を加えると、発光層に向けて電子が放出され、蛍光体粒子１０６に電子が供給され、蛍光体粒子１０６が励起されて発光する。発生した光は、屈折率分布構造１０７および前面板１０１を透過して画像表示装置１００の外部領域に放出され、＋ｚ方向に伝搬する表示光１０8となる。
本実施例の画像表示装置１００において、コントラストを向上させることができる理由について次に説明する。
画像表示装置１００の外部領域から該装置１００に入射する光（外光）は、外部領域と前面板１０１との界面を透過して屈折率分布構造１０７に到達する。屈折率分布構造１０７に到達した光は、屈折率分布構造１０７が有する周期的な屈折率分布によって回折され、複数の回折光に分かれる。複数の回折光は、回折次数によって、異なる方向に伝搬する光となる。回折光のうち＋ｚ方向に進む光を反射回折光といい、−ｚ方向に進む光を透過回折光という。
図２には、画像表示装置１００に外部領域からの外光１０９が画面（前面板１０１）に垂直な方向から入射したときに屈折率分布構造１０７で発生する反射回折光の伝搬の様子を示している。反射回折光のうち前面板１０１と外部領域との界面における全反射角よりも大きな角度で伝搬する光は、界面で全反射される。全反射された光は、外部領域に放出されず、前面板１０１内を伝搬して減衰する。この光を減衰光１１２という。
一方、全反射角度よりも小さい角度で伝搬する回折光は、外部領域に放出され、外光反射光となる。このときの外光反射光を外光反射光１という。また、画面に垂直な方向に伝搬する光を正反射光１１０といい、それ以外の方向に伝搬する光を拡散反射光１１１という。
屈折率分布構造１０７を設けて外光１０９を回折させ、減衰光１１２を発生させると、他の回折光の強度が減少するため、外部領域に放出される外部反射光１を減少させることができる。また、外光反射光１が、正反射光１１０と拡散反射光１１１とに分割されることによって、屈折率分布構造１０７を設けない場合と比べて、正反射光１１０が低減する。屈折率分布構造１０７を設けてその構造を適切に設計することで、回折光を発生させ、外光反射光１あるいは正反射光１１０を低減することができる。
図３には、画像表示装置１００に外部領域からの外光１０９が画面（前面板１０１）に垂直な方向から入射したときに屈折率分布構造１０７で発生する透過回折光の伝搬の様子を示している。透過回折光は、複数の回折光に分かれ、各回折光の回折次数に応じた方向に伝搬する。
前述したように、発光層１０４は、蛍光体粒子１０５を該蛍光体粒子１０５と同じ屈折率を有する背景媒質中に分散配置した層となっているため、発光層１０４を光が伝搬しても、拡散反射光は発生しない。このため、発光層１０４を、真空中に蛍光体粒子１０５を配置して層として形成した場合と比べて、大幅に拡散反射光が減少する。
各回折光は、発光層１０４の裏面に到達し、その一部は反射され、他の一部は吸収される。反射された光は、発光層１０４を再び伝搬し、屈折率分布構造１０７によって回折されて複数の回折光に分かれる。これら複数の回折光のうち、一部の光は反射回折光となり、発光層１０４の裏面での反射と、屈折率分布構造１０７による回折を繰り返しながら、発光層１０４をｘｙ面内方向に伝搬する。そして、図３には示していないが、画素と画素を区切る側壁に到達して吸収される。
前面板１０１を伝搬する回折光のうち、前面板１０１と外部領域との界面における全反射角よりも大きな角度で伝搬する光は、外部領域に放出されず、前面板１０１内を伝搬して減衰する。このときの減衰する光と、発光層１０４の裏面や画素と画素を区切る側壁で吸収される光を合わせて、減衰光１１５という。
一方、全反射角度よりも小さい角度で伝搬する回折光は、外部領域に放出され、外光反射光２となる。このとき、画面に垂直な方向に伝搬する光を正反射光１１３といい、それ以外の方向に伝搬する光を拡散反射光１１４という。透過回折光のうち減衰光１１５が大きくなると、他の回折光の強度が減少するため、外部領域に放出される外部反射光２は減少する。また、外光反射光２が、正反射光１１３と拡散反射光１１４に分かれることによって、屈折率分布構造１０７を設けない場合と比べて、正反射光１１３が低減する。
屈折率分布構造１０７を設け、その構造を適切に設計することで、回折光を発生させ、外光反射光２あるいは正反射光１１３を低減することができる。
以上説明したように、本実施例の画像表示装置１００では、発光層１０４を、蛍光体粒子１０５を該蛍光体粒子１０５と同じ屈折率を有する背景媒質１０６中に分散して配置した層とすることで、発光層１０４で発生する拡散反射光を大幅に抑制することができる。また、屈折率分布構造１０７を前面板１０１と発光層１０４の間に設け、その構造を適切に設計することで、回折光を発生させて減衰光を発生させることができる。減衰光を発生させることによって、外光反射光を低減することができる。さらに、屈折率分布構造１０７によって回折光を発生させることで、外光反射光を正反射光と拡散反射光に分け、正反射光を低減させることができる。これらの効果によって、正反射光および拡散反射光が低減し、外光反射光が低減するので、高いコントラストを有する画像表示装置１００を実現することができる。
次に、本実施例の画像表示装置１００において、表示光が増大する理由について説明する。
図４には、画像表示装置１００において、発光層１０４で発生した光の伝搬の様子を示している。発光層１０４において発生する光は、すべての方向に向かって伝搬する光を含んでいる。この光が屈折率分布構造１０７に入射すると、光は回折し、複数の回折光に分かれる。各回折光は、その回折次数によって異なる方向に伝搬する。これらの回折光のうち、前面板１０１と外部領域との界面の全反射角以内の光は、外部領域に放出され、表示光となる。
図４において、x軸と点線１１７で示した線とがなす角度は、前面板１０１と外部領域との界面における全反射角を表している。また、ｘ軸と点線１１８で示した線とがなす角度は、屈折率分布構造１０７を設けない場合において、発光層１０４と前面板１０１を接合した場合の界面における全反射角を表している。
図４中の光線１１６のように、発光層１０２に存在する光のうち全反射角よりも大きな角度で伝搬する光に注目する。この光は、屈折率分布構造１０７を設けない場合は、前面板１０１と外部領域との界面、あるいは発光層１０４と前面板１０１との界面において全反射され、外部領域に放出されない光である。屈折率分布構造１０７を設けない場合は、このような光は外部領域に抽出されずに損失となる。
このような光が屈折率分布構造１０７に入射すると、屈折率分布構造１０７によって回折され、複数の回折光に分かれる。各回折光は、その回折次数によって異なる方向に伝搬する光となる。このうち、一部の光は、前面板１０１を全反射角以内の角度で伝搬する光１１９となり、前面板１０１と外部領域との界面における全反射の影響を受けずに外部領域に放出される。屈折率分布構造１０７を適切に設計することで、前面板１０１と外部領域との界面における全反射角以内の方向に伝搬する回折光を増大させることができる。そして、外部領域に放出される表示光を増大させることができる。
このように、画像表示装置１００の屈折率分布構造１０７を適切に設計することで、正反射光および拡散反射光を低減し、外光反射光を低減することができる。また、発光層１０１から外部領域に放出する光を増大させることができる。これらの効果によって、高いコントラストを有し、表示光の輝度を増大させた画像表示装置を得ることができる。
次に、屈折率分布構造１０７の例を図５に示す。図５の（ａ），（ｂ）はそれぞれ、屈折率分布構造１０７のｘｙ平面図およびｙｚ平面図である。
屈折率分布構造１０７は、第１の媒質で形成された層１０に、第２の媒質で形成された円柱構造部１１が、前述した前面板１０１の内面に沿う方向に相当するｘｙ平面内において２次元的に周期的に配置された構造を有する。この構造により、屈折率分布構造１０７は、ｘｙ平面内において２次元的に周期的な屈折率分布を有する。
表１は、このような構成の屈折率分布構造１０７を前面板１０１と発光層１０４の間に配置した場合における、外部領域からｘｙ平面に垂直な方向から波長５５０nmの光が入射したときの反射回折光および透過回折光の回折効率と伝搬角度（回折角度）を示している。
ここでは、屈折率分布構造１０７における第１の媒質の屈折率を２．３とし、第２の媒質の屈折率を１．０とする。また、屈折率分布構造１０７を、図５に示したベクトルＡ１およびＡ２を基本ベクトルとし、基本ベクトルの和あるいは差で表される位置に円柱構造部１１を配置した三角格子構造（２次元格子構造）を有する構造とする。
ベクトルＡ１は、格子周期１２の長さをａとするとき、（０．５ａ，√３ａ／０．５，０．０）のベクトルである。また、ベクトルＡ２は、（０．５ａ，−√３ａ／０．５，０．０）のベクトルである。格子周期１２は１３５０ｎｍ、円柱構造部１１の直径１３は６７５nmの長さを有する。屈折率分布構造１０７のｘｚ断面における長さ１４は、９００nmの長さを有するとする。
前面板１０１は、屈折率１．５を有する媒質により形成されたものとし、発光層１０４は、屈折率２．３の媒質で形成された蛍光体粒子１０５を、屈折率２．３の背景媒質１０６中に分散して配置した層とする。また、発光層１０４の背面側に励起源１０３が配置され、発光層１０４と励起源１０３との界面における反射率を８０％とする。
なお、回折効率の計算および後に述べる外光反射率、表示光の強度の計算は、転送行列法を用いて行った。

表１に示すように、屈折率分布構造１０７に外光が入射すると、この光は複数の回折光に分かれる。前面板１０１と外部領域との界面における全反射角は４１．８°であり、±３次の反射回折光は、前面板１０１と外部領域との全反射角よりも大きな伝搬角度となっている。このような光は、前面板１０４と外部領域との界面で全反射され、前面板１０４の中を伝搬して減衰する光となる。また、２次から−２次の反射回折光のうち、０次の回折光は正反射光となる光であり、それ以外の回折光は拡散反射光となる光であり、外光反射光が、正反射光と拡散反射光に分かれることが分かる。
図６には、画像表示装置１００に外部領域から波長５５０nmの光が入射したときの正反射率と拡散反射率を示している。縦軸は反射率を表している。正反射率は、ｘｙ平面に垂直な方向から光が入射したときのｘｙ平面に垂直な方向に反射される光の割合として算出した。また、拡散反射率は、ｘｚ平面内でｚ軸に対して４５度の角度を有する光が入射したときにｘｙ平面に垂直な方向に反射される光の割合として算出した。
図７には、発光層１０４の内部から外部領域に向けて光を発生させた場合において外部領域に放出される光の強度を示している。表示光の強度は、外部領域に抽出された光をすべて積算することで算出した。なお、図７の縦軸に示した表示光の強度の値は、屈折率分布構造１０７を設けない場合における表示光の強度の値で規格化した値である。また、図６および図７には、屈折率分布構造１０７を設けない場合の正反射率および拡散反射率の値を示した。
図６に示すように、屈折率分布構造１０７を設けると、屈折率分布構造１０７を設けない場合と比べて、正反射率が大幅に低減できる。これは、屈折率分布構造１０７を設けることによって、外光反射光が正反射光および拡散反射光に分かれているからである。また、図７の表示光の強度の値を見ると、屈折率分布構造１０７を設けることによって、大幅に強度が増加していることが分かる。
以上のように、本実施例の画像表示装置１００では、背景媒質１０６を蛍光体粒子１０５と同じ屈折率を有する媒質とし、図５で示した屈折率分布構造１０７を前面板１０１と発光層１０４の間に設けることによって、外光反射光を低減することができる。さらに、屈折率分布構造１０７を設けることによって、発光層１０４から外部領域へ放出される光を増大させることができる。これらの効果によって、高いコントラストを有し、明るい画像を表示できる画像表示装置を実現できる。
なお、励起源１０３は、基板上に電極を配置し、発光層１０４の前面あるいは背面にセルと電極を配列した構成としてもよい。セルには、電流を流すことによってプラズマを発生し、紫外線を発生するガスが封入される。セルに含まれるガスに電流を流すと、紫外線が発生し、蛍光体粒子に照射されることで、蛍光体粒子が励起される。
また、屈折率分布構造１０７は、図５で示した構造に制限されるものではなく、図５とは異なる構造パラメータを有する構造であってもよい。三角格子構造は、構造の対称性が良く、屈折率分布構造に入射する光の角度依存性が少ないため、画像表示装置１００からの外光反射光あるいは表示光の強度の角度依存性を低減することができる。
ただし、屈折率分布構造１０７は三角格子構造を有するものでなくてもよく、正方格子構造や長方格子構造等の２次元格子構造であってもよい。このような構造は、被加工基板にレジストを塗布し、２回の２光束干渉露光と現像を行うことでパターン付きのレジストマスクを形成し、被加工基板をエッチングすることで、容易に作製することができる。
また、屈折率分布構造１０７は、１次元的に周期的な屈折率分布を有する構造や、３次元的に周期的な屈折率分布を有する構造であってもよい。さらに、屈折率分布構造１０７を、異なる屈折率を有する３種類以上の媒質で構成したり、背景媒質１０６や前面板１０１と同じ媒質で構成したりしてもよい。
発光層１０４を構成する蛍光体粒子１０５およびその周囲の背景媒質１０６は、本実施例で示した屈折率を有する媒質以外の媒質でもよい。また、前面板１０１の屈折率、発光層１０４と励起源１０３との界面における反射率は、本実施例で示した値に制限されるものではない。

図８には、本発明の実施例２である画像表示装置２００の構成を示す。図８は画像表示装置２００のｘｚ断面を示している。
画像表示装置２００は、前面板２０１と、該前面板２０１の内面側に配置された赤色、緑色、青色を表示する画素２１３，２１４，２１５とにより構成されている。赤色、緑色および青色は第１の色、第２の色および第３の色に相当し、画素２１３，２１４，２１５は第１の画素、第２の画素および第３の画素に相当する。なお、本実施例では、画素２１３，２１４，２１５が赤色、緑色および青色を表示する場合ついて説明するが、これらの画素によって他の色を表示するようにしてもよい。
なお、図８には、各色用の画素２１３，２１４，２１５を１つずつ示しているが、画素２１３，２１４，２１５を前面板１０１の内面に沿った２次元方向に複数ずつ配列することで、２次元カラー画像を表示可能な画像表示装置２００が実現される。
前面板２０１は、可視光を透過させる透光性を有する（透明な）媒質で形成されており、ガラスやプラスチック等の材料で形成されている。
画素２１３，２１４，２１５は、発光層２０２と、微細周期構造である屈折率分布構造２１０，２１１，２１２と、励起源２０３とにより構成されている。そして、発光層２０２および屈折率分布構造２１０，２１１，２１２は、各色用の画素２１３，２１４，２１５において互いに異なる。
屈折率分布構造２１０，２１１，２１２は、前面板２０１と発光層２０２との間に配置されている。励起源２０３は、発光層２０２の背面側（屈折率分布構造とは反対側）に配置されている。
画素２１３，２１４，２１５の発光層２０２にはそれぞれ、赤色、緑色および青色の波長の光を発生する蛍光体粒子２０４，２０５，２０６が背景媒質２０７，２０８，２０９中に分散されている。蛍光体粒子２０４，２０５，２０６は互いに異なる屈折率を有し、背景媒質２０７，２０８，２０９はそれぞれ、蛍光体粒子２０４，２０５，２０６と同じ屈折率を有する。つまり、背景媒質２０７，２０８，２０９も互いに異なる屈折率を有する。「同じ屈折率」の意味は、実施例１にて説明した通りである。
ただし、蛍光体粒子２０４，２０５，２０６および背景媒質２０７，２０８，２０９の屈折率がすべて異なる必要はなく、画素２１３，２１４，２１５のうち少なくとも１つの画素の蛍光体粒子および背景媒質の屈折率が、他の画素のそれらと異なればよい。
また、屈折率分布構造２１０，２１１，２１２はそれぞれ、異なる屈折率を有する２種類の媒質により構成され、前面板２０１の内面に沿う方向に相当するｘｙ平面内において２次元的に周期的に配置された構造を有する。この構造により、屈折率分布構造２１０，２１１，２１２は、ｘｙ平面内において２次元的に周期的な屈折率分布を有する。また、屈折率分布の周期は、可視光波長と同程度から数倍程度の長さを有している。
ただし、屈折率分布構造２１０，２１１，２１２がすべて異なる構造を有する必要はなく、それらのうち少なくとも１つの屈折率分布構造が他の屈折率分布構造と異なる構造を有すればよい。
屈折率分布構造２１０，２１１，２１２の例を、図９の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。屈折率分布構造２１０，２１１，２１２は、ｙｚ断面の長さが同じであり、ｘｙ平面内において互いに異なる構造を有する。屈折率分布構造２１０，２１１，２１２は、第１の媒質で形成された層２０に、第２の媒質で形成された円柱構造部２１が周期的に配置された三角格子構造を有する。屈折率分布構造２１０，２１１，２１２は、屈折率分布の周期２２，２３，２４が互いに異なる。
励起源２０３は、蛍光体粒子２０４，２０５，２０６を励起し、発光させるための層である。励起源２０３は、例えば、基板上に電子放出素子と電極を配置し、発光層１０２の裏面に電極を設けることで構成される。電子放出素子に電界を加えると、発光層に向けて電子が放出され、蛍光体粒子２０４，２０５，２０６に電子が供給され、これらが励起されて発光する。発生した光は、屈折率分布構造２１０，２１１，２１２および前面板２０１を透過して外部領域に放出されて表示光２１６，２１７，２１８となる。
前述したように、本実施例の画像表示装置２００では、赤色、緑色および青色の画素２１３，２１４，２１５の蛍光体粒子２０４，２０５，２０６および背景媒質２０７，２０８，２０９はそれぞれ、互いに異なる屈折率を有する。画素ごとに異なる背景媒質２０７，２０８，２０９を用いることで、同じ屈折率を有する背景媒質を用いた場合と比べて、蛍光体粒子との屈折率差を小さくすることができ、拡散反射光をより抑制することができる。これにより、高いコントラストを有する画像表示装置を得ることができる。
また、前述したように、本実施例の画像表示装置２００では、各画素に含まれる屈折率分布構造２１０，２１１，２１２が互いに異なる構造を有する。蛍光体粒子２０４，２０５，２０６および背景媒質２０７，２０８，２０９がそれぞれ互いに異なる屈折率を有するために、発光層２０２の有効屈折率も画素ごとに異なっている。また、蛍光体粒子２０４，２０５，２０６から発生する光の波長も互いに異なる波長となる。
一般に、周期的な屈折率分布構造の反射および透過回折光の回折効率および回折角度は、屈折率分布構造の構造パラメータの他に、反射側および透過側の媒質の屈折率と、入射光の波長とで決定される。実施例１で述べたように、屈折率分布構造で発生する回折光の回折効率および回折角度が変わると、正反射光、拡散反射光および表示光の強度は変化する。そこで、各画素に含まれる発光層の有効屈折率および発光波長を考慮して、画素ごとに屈折率分布構造を適切に設計する。これにより、同じ構造を有する屈折率分布構造を各画素に設けた場合と比べて、正反射光と拡散反射光の抑制効果および表示光の増大効果を向上させることができる。これにより、高いコントラストを有し、表示光を増大させた画像表示装置を実現することができる。
なお、本実施例では、実施例１と同様に、屈折率分布構造が三角格子構造である場合について説明したが、正方格子構造や長方格子構造であってもよく、１次元的又は３次元的な屈折率分布を有する構造を用いてもよい。もちろん、屈折率分布構造は、異なる屈折率を有する３種類以上の媒質で構成してもよく、背景媒質や前面板と同じ媒質を用いて構成してもよい。
また、各画素に同じ屈折率の背景媒質を用い、各画素に設ける屈折率分布構造を互いに異ならせたり、各画素に同じ構造を有する屈折率分布構造を設け、各画素で用いる背景媒質の屈折率を互いに異ならせたりしてもよい。また、各画素に設ける屈折率分布構造のｙｚ断面における厚さが互いに異なっていてもよい。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

明るく、コントラストが高い画像を表示可能な画像表示装置を提供する。

１００ 画像表示装置
１０１ 前面板
１０２ 画素
１０３ 励起源
１０４ 発光層
１０５ 蛍光体粒子
１０６ 背景媒質
１０７ 屈折率分布構造

Claims (4)

1. 透光性を有する前面板の内面側に複数の画素が配置された画像表示装置であって、
   前記各画素は、
   蛍光体粒子が、該蛍光体粒子と同じ屈折率を有する背景媒質中に分散した発光層と、
   前記蛍光体粒子を励起して発光させる励起源と、
   前記前面板と前記発光層との間に配置され、該前面板の内面に沿う方向に周期的な屈折率分布を有する屈折率分布構造とにより構成されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記屈折率分布構造は、前記内面に沿う方向において、２次元格子構造を有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記複数の画素は、第１の色、第２の色および第３の色をそれぞれ表示する第１の画素、第２の画素および第３の画素を含み、
   前記第１、第２および第３の画素のうち少なくとも１つの画素の前記屈折率分布構造が、他の画素の前記屈折率分布構造と異なる構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記複数の画素は、第１の色、第２の色および第３の色をそれぞれ表示する第１の画素、第２の画素および第３の画素を含み、
   前記第１、第２および第３の画素のうち少なくとも１つの画素の前記蛍光体粒子および前記背景媒質の屈折率が、他の画素の前記蛍光体粒子および前記背景媒質の屈折率と異なることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像表示装置。