JP2013254071A - 蛍光体基板、表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体に入射した外光の影響を軽減しつつ、蛍光体で生じた蛍光を効率よく出射させることが可能な蛍光体基板、および表示装置を提供する。
【解決手段】蛍光体層１３は、二色性色素（二色性蛍光色素）ＤＤが溶解分散された液晶ポリマーから構成されている。二色性色素ＤＤを溶解分散した液晶ポリマー（液晶材料）を隔壁１５で区画された領域に充填することによって蛍光体層１３が形成される。二色性色素は一軸方向に長く延びる分子構造をもつ。蛍光体層１３においては、二色性色素ＤＤの遷移双極子モーメントの法線が基板１１の一面１１ａに対して±４５°未満となる角度範囲で配向させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、励起光の入射によって蛍光を発する蛍光体基板、およびこれを備えた表示装置に関する。

近年、高度情報化に伴い、フラットパネルディスプレイのニーズが高まっている。フラットパネルディスプレイとしては、例えば、非自発光型の液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display, 以下、ＬＣＤと略記する）、自発光型のプラズマディスプレイ（Plasma Display Panel, 以下、ＰＤＰと略記する）、無機エレクトロルミネセンス（無機ＥＬ）ディスプレイ、有機エレクトロルミネセンス（以下、「有機ＥＬ」または「有機ＬＥＤ」ともいう）ディスプレイ等が知られているが、特に液晶ディスプレイは、低消費電力、低コスト、高性能（高輝度、高色再現性）の点で他のディスプレイを凌駕している。

液晶ディスプレイは、一般に、青色、赤色、緑色の３原色からなる表示画素を加色混合することによりカラー表示を行っている。従来の液晶表示装置は、青色光、赤色光、緑色光をそれぞれ選択的に透過させるカラーフィルターと、白色光源とを用いて３原色を表示する構成が一般的であった。しかしながら、白色光源を用いると、カラーフィルターによりカットされる波長成分が多く、光利用効率が悪いという問題があった。また、視野角によって輝度や色純度が変化するといった問題がある。

この解決法の一つとして、特許文献１に記載の蛍光色彩表示装置、あるいは、特許文献２に記載の液晶表示モジュールでは、励起光を発する光源を備え、この励起光により赤、緑、青の蛍光発光を生じる蛍光体を液晶表示素子の画素に対応して配置し、液晶表示素子を光シャッターとして使用し、蛍光体の蛍光によりカラー表示を行うカラー表示装置が提案されている。

このような蛍光体を備えた液晶表示装置において、蛍光体で生じた蛍光のうち、液晶表示素子に向けて出射された蛍光を有効利用するために、発光領域と液晶表示素子との間に光反射膜を形成した表示装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。一例として、特許文献１に開示されたカラー液晶表示装置によれば、励起光による発光領域と液晶表示素子との間に光反射膜を形成し、発光領域で生じた光のうち、出射側とは逆方向となる液晶表示素子に向かう光を、この光反射膜で出射側に向けて反射させることによって、発光領域で生じた光を効率よく出射させ、明るいカラー表示を実現させる。

特開昭６０−５０５７８号公報 特開平７−２５３５７６号公報 特開２００９−１３４２７５公報

しかしながら、上述した特許文献３に開示された発明では、例えば昼間の屋外や明るい照明下など、蛍光の出射側から外光が入射する環境においては、入射した外光が光反射膜によって反射され再び出射される。その結果、表示の視認性が低下し、高品位な表示が得られなくなるという課題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、蛍光体に入射した外光の影響を軽減しつつ、蛍光体で生じた蛍光を効率よく出射させることが可能な蛍光体基板、および表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のような蛍光体基板、および表示装置を提供した。
すなわち、本発明の蛍光体基板は、光透過性の基板と、該基板の一面に順に重ねて積層された蛍光体層および蛍光反射体層と、前記基板および前記蛍光反射体層の間で前記蛍光体層を複数の画素単位に区画する隔壁と、を少なくとも備えた蛍光体基板であって、
前記隔壁によって区画されたそれぞれの画素領域内において、前記基板の一面から前記蛍光体層に臨む光吸収層を備え、前記蛍光体層は前記光吸収層と前記蛍光反射体層との間に配され、前記蛍光体層は二色性色素を含み、該二色性色素の構成分子を、遷移双極子モーメントの法線が前記基板の一面に対して±４５°未満となる角度範囲で配向させたことを特徴とする。

前記二色性色素の構成分子は、液晶材料を媒体として配向させることを特徴とする。
前記蛍光反射体層が前記蛍光体層と対向する面の反対面には、入射光を屈曲させる光制御層が更に配されていることを特徴とする。
前記蛍光体層は 前記二色性色素と前記二色性色素よりも二色性比が小さい吸収色素を含み、該吸収色素は前記二色性色素から発光される波長のエネルギーを受け取り発光する波長変換材料であることを特徴とする。

また、本発明の蛍光体基板は、光透過性の基板と、該基板の一面に順に重ねて積層された蛍光体層および蛍光反射体層と、前記基板および前記蛍光反射体層の間で前記蛍光体層を複数の画素単位に区画する隔壁と、を少なくとも備えた蛍光体基板であって、
前記隔壁によって区画されたそれぞれの画素領域内において、前記基板の一面から前記蛍光体層に臨む光吸収層を備え、前記蛍光体層は前記光吸収層と前記蛍光反射体層との間に配され、前記隔壁は、前記基板から前記蛍光反射体層に向けて幅が広がるように形成され、前記隔壁の側面は傾斜面を成すことを特徴とする。

前記光吸収層が前記蛍光反射体層に臨む端面には、更に光反射層が形成されていることを特徴とする。
前記蛍光反射体層および前記光反射層は、前記蛍光体層よりも屈折率が低い低屈折率層からなることを特徴とする。
前記蛍光体層の屈折率ｎ１と、前記蛍光反射体層および前記光反射層の屈折率ｎ２との屈折率比は、ｎ１／ｎ２＞１．１５であることを特徴とする。

前記傾斜面は蛍光反射性を有することを特徴とする。
前記傾斜面は前記画素領域内を更に複数の小領域に区画することを特徴とする。
前記傾斜面は前記基板の一面に対して３９°以上、９０°未満の角度範囲で傾斜していることを特徴とする。

前記光吸収体は前記基板の一面側においてそれぞれの前記画素領域を複数の開口部に分割させることを特徴とする。
前記蛍光体層の前記基板側に、前記基板から入射する外光のうち、前記蛍光体層を励起して蛍光を放射させる波長域の光を少なくともカットするフィルタ層が更に形成されていることを特徴とする。
前記光反射層の前記蛍光反射体層と対向する面は、前記蛍光体層によって覆われていることを特徴とする。

本発明の表示装置は、前記各項記載の蛍光体基板と、前記蛍光体基板に向けて光源光を出射させる光源と、前記蛍光体基板に重ねて形成され、前記蛍光体基板の前記画素に入射する前記光源光の光量を調節する表示部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、外光の入射による出射光の特性を劣化させることなく、視認性の高い蛍光体基板、および表示装置を実現することができる。

第一実施形態に係る蛍光体基板を備えた表示装置を示す断面図である。 二色性色素、液晶モノマーの一例を示す構造図である。 二色性色素の作用を示す説明図、グラフである。 配向による二色性色素の作用を示した説明図である 蛍光出射角と相対蛍光強度との関係を示すグラフである。 光制御層の作用を示す断面図である。 第二実施形態に係る蛍光体基板を示す断面図である。 第二実施形態に係る蛍光体基板の作用を示す説明図である。 第三実施形態に係る蛍光体基板を備えた表示装置を示す断面図である。 蛍光反射層の作用を示す要部拡大断面図である。 屈折率比と相対成分量との関係を示すグラフである。 画素領域の様子を示す平面図である。 画素領域の分割例を示す平面図である。 蛍光反射層の傾斜面近傍を示す要部拡大断面図である。 蛍光反射層の傾斜面近傍を示す要部拡大断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る蛍光体基板、およびこの蛍光体基板を備えた表示装置の一実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第一実施形態）
図１は第一実施形態に係る蛍光体基板を備えた表示装置を示す概略断面図である。
蛍光体基板１０は、光透過性の基板１１と、この基板１１の一面１１ａに順に積層されたフィルター層１２、蛍光体層１３、および蛍光反射体層１４とを備えている。なお、図１においては、基板１１の一面１１ａから図中の下方に向かって積層している状態を示している。

また、蛍光体基板１０の蛍光反射体層１４に隣接して、蛍光体層１３を励起させる光源（バックライト、励起光源）１９、およびこの光源１９から出射される光源光ＬをＯＮ−ＯＦＦさせる液晶パネル（表示部）２１が配され、表示装置２０を構成している。更に、液晶パネル（表示部）２１と蛍光反射体層１４との間、即ち、蛍光反射体層１４が蛍光体層１３と対向する面の反対面には、光源光（入射光）Ｌを屈曲させる光制御層（光屈曲層）２２が形成されていることが好ましい。

蛍光体層１３の積層方向に沿った側面には、この蛍光体層１３を例えば１画素単位に区画する隔壁１５が形成されている。なお、以下の説明において、画素領域Ｅと称する場合、この隔壁１５で取り囲まれた内側の領域を示すものとする。隔壁１５は、基板１１から蛍光反射体層１４に向けて幅が広がるように形成され、これによって、隔壁１５の側面は傾斜面を成している。また、この隔壁１５は、蛍光体層１３で生じた蛍光Ｆを反射させる蛍光反射性を有する材料によって形成されている。

また、基板１１の一面１１ａと隔壁１５との間、および蛍光体層１３との間には、それぞれ光吸収層１６，１７が形成されている。このうち、光吸収層１６は、フィルター層１２を１画素単位に区画するように隔壁１５に重ねて形成されている。

一方、光吸収層１７は、隔壁１５によって区画された画素領域Ｅ内において、基板１１の一面１１ａから蛍光体層１３に臨むように形成されている。また、光吸収層１７は、１つの画素領域Ｅ内を複数、例えば８つに区切るように形成されていればよい。なお、光吸収層１７は、画素領域Ｅの外縁部を成す光吸収層１６と一体の部材として形成されていれば良い。

このような光吸収層１７は、例えば、積層方向（厚み方向）Ｓにおいて、基板１１の一面１１ａからフィルター層１２と同等の厚みで蛍光体層１３に向けて突出し、その端面１７ａが蛍光体層１３に臨む（露呈する）ように形成されていれば良い。即ち、光吸収層１７の端面１７ａと蛍光反射体層１４との間に蛍光体層１３が介在する。

更に、光吸収層１７の端面１７ａに重ねて、光反射層１８が形成されている。光反射層１８は、例えば、光吸収層１７の端面１７ａから所定の厚みで蛍光体層１３内に突出するように形成されていればよい。即ち、光吸収層１７が蛍光反射体層１４と対向する面１７ａは、蛍光体層１３によって覆われ、この光吸収層１７と蛍光反射体層１４との間に蛍光体層１３がある構成となっている。

蛍光体層１３は、二色性色素（二色性蛍光色素）ＤＤが溶解分散された液晶ポリマーから構成されている。二色性色素ＤＤを溶解分散した液晶ポリマー（液晶材料）を隔壁１５で区画された領域に充填することによって蛍光体層１３が形成される。二色性色素は一軸方向に長く延びる分子構造をもつ。

そして、蛍光体層１３においては、二色性色素ＤＤの遷移双極子モーメントの法線が基板１１の一面１１ａに対して±４５°未満となる角度範囲で配向させている。二色性色素ＤＤを基板１１の一面１１ａに対して±４５°未満となる角度範囲で配向させるために、蛍光体層１３の上面、即ち蛍光体層１３と光吸収層１６，１７との間には、垂直配向膜２３が形成されていることが好ましい。

光制御層（光屈曲層）２２は、光源１９から出射される光源光Ｌの光線方向を屈折させることによって、蛍光体層１３に配向された二色性色素ＤＤに吸収し易くしている。こうした光制御層２２は、光源光Ｌを散乱、屈折、もしくは反射などの作用により効率良く前方散乱させるように、例えば粒径が数百ｎｍ〜数μｍの微粒子を透明な樹脂中に分散させたものからなる。微粒子の材質としては、例えばＴｉＯ_２や樹脂とは屈折率の異なる別な樹脂を用いればよい。

以下、上述した本実施形態に係る蛍光体基板１０を構成する各構成部材及びその形成方法について具体的に説明するが、本発明はこれら構成部材及び形成方法に限定されるものではない。
本実施形態で用いられる基板１１は他面１１ｂが蛍光の出射面を成し、光を透過可能な部材、例えば、ガラス、石英等からなる無機材料基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリカルバゾール、ポリイミド等からなるプラスティック基板、または、これらガラスや樹脂に有機絶縁材料等からなる絶縁物を表面にコーティングした基板等が挙げられる。

さらに、プラスティック基板に絶縁性の無機材料をコートした基板も好ましい。これにより、プラスティック基板を蛍光体基板１０の基板１１として用いた場合に最大の課題となる水分の透過による蛍光体層１３の劣化を解消する事が可能となる。また、基板１１の表面でのリーク（ショート）を解消する事が可能となる。

蛍光体層１３は、光源（励起光源）１９の光源光Ｌを吸収し、例えば、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）に発光する青色蛍光体層、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層等から構成されている。 また、必要に応じて、シアン、イエローに発光する蛍光体を画素に加える事が好ましい。ここで、シアン、イエローに発光する画素のそれぞれの色純度を、色度図上での赤色、緑色、青色に発光する画素の色純度の点で結ばれる三角形より外側にすることで、赤色、緑色、青色の３原色を発光する画素を使用する表示装置より色再現範囲を更に広げる事が可能となる。

蛍光体層１３は、例えば、図２（ａ）に示すような二色性色素を液晶材料に配向分散させたものであればよい。二色性色素（二色性蛍光色素）としては、例えば、Ｃｏｕｍａｒｉｎ−６、ＤＣＭなどが挙げられる。また、これら二色性色素の遷移双極子モーメントの法線が基板１１の一面１１ａに対して±４５°未満となる角度範囲で配向させるための液晶材料として、例えば、液晶モノマーとしては、図２（ｂ）に示すものが挙げられる。

図３（ａ）に示すように、二色性色素がゲストとして硬化された液晶ポリマーの中に溶解分散されると、ホストの液晶同様に配向した状態が実現される。その結果、基板の一面（Ｆａｃｅ）からの発光効率が小さく、基板端、即ち基板の一面と垂直な方向（Ｅｄｇｅ）からの発光効率が高い蛍光体基板を得ることができる。図３（ｂ）に、このような二色性色素を配向させた蛍光体基板の（Ｆａｃｅ）方向および（Ｅｄｇｅ）方向ににおける、入射光の波長と二色性色素の吸収効率（吸光効率）との関係を示す。このグラフによれば、（Ｆａｃｅ）方向と比較して（Ｅｄｇｅ）方向の吸収効率が大幅に高められていることが分かる。

一例として、数％の濃度の二色性色素（Ｃｏｕｍａｒｉｎ−６など）を液晶性モノマー（ＵＣＬ−０１８など）に溶解させ、垂直配向膜を塗布した基板と隔壁とで区画された領域に充填する。液晶性モノマーはこれに限らず、単官能のものに、液晶配向の熱安定性を付与するためにジアクリレートの様な多官能のモノマーが例えば１:１程度の割合で混合して使用される。この基板に対して、対向側にやはり垂直配向膜が塗布された対向基板で封止して、その中で混合物を液晶状態にし（必要に応じて加温して）モノマーを紫外線などで硬化させる。その後、対向基板を剥離して蛍光体基板と得る。

蛍光体層１３の膜厚としては、通常１００ｎｍ〜１００μｍ程度であるが、１〜１００μｍが好ましい。膜厚が１００ｎｍ未満であると、光源１９からの励起光（青色発光）を十分吸収することが不可能である為、発光効率の低下、必要とされる色に青色の透過光が混じる事による色純度の悪化といった問題が生じる。更にこの光源１９からの励起光（青色発光）の吸収を高め、色純度の悪影響を及ぼさない程度に青色の透過光を低減する為には、膜厚として、１μｍ以上とする事が好ましい。また、膜厚が１００μｍを超えると光源１９からの青色発光を既に十分吸収する事から、効率の上昇には繋がらず、材料を消費するだけに留まり、材料コストのアップに繋がる。

フィルター層１２としては、公知のカラーフィルターを用いることが可能である。カラーフィルターを設けることによって、赤色、緑色、青色画素の色純度を高める事が可能となり、蛍光体基板１０の色再現範囲を拡大する事ができる。また、青色蛍光体層の場合は青色のフィルター層１２を形成し、緑色蛍光体層の場合は緑色のフィルター層１２を形成し、赤色蛍光体層の場合は赤色のフィルター層１２を形成することによって、外光の侵入により各蛍光体が励起される励起光を吸収する。

これにより、外光による蛍光体層１３の発光を低減・防止することが可能となり、コントラストの低下を低減・防止する事が出来る。このようなフィルター層１２の形成により、蛍光体層１３により吸収されず、透過してしまう励起光が外部に漏れ出す事も防止できるため、蛍光体層１３からの発光と励起光との混色による、発光の色純度の低下を防止する事が可能となる。

蛍光反射体層１４は、光源１９から出射された励起光（例えば青色発光）となる波長域の光を透過させるとともに、この励起光によって励起された蛍光体層１３から発する蛍光を表面反射させる材料から構成される。例えば、蛍光反射体層１４は、励起光が青色発光の時は、光源１９から蛍光体層１３に向けて出射された青色発光を透過させるとともに、蛍光体層１３が緑色蛍光体層の場合は、青色発光によって励起された緑色蛍光を基板１１方向に反射させる。

このような蛍光反射体層１４は、例えば、少なくとも蛍光体層１３よりも屈折率が低い低屈折率材料から構成されればよく、例えば、屈折率１．３５〜１．４程度のフッ素樹脂、屈折率１．４〜１．５程度のシリコーン樹脂、屈折率１．００３〜１．３程度のシリカエアロゲル、屈折率１．２〜１．３程度の多孔質シリカ等の透明材料が挙げられるが、これらの材料に限定されるものではない。

また、蛍光反射体層１４は、所定の波長域の蛍光のみを反射させる波長選択膜から構成されることも好ましい。例えば、蛍光反射体層１４は、励起された蛍光体層１３が発する波長域の蛍光のみを反射させ、それ以外の波長域の光を透過、ないし吸収するものであればよい。

蛍光体層１３を囲む隔壁１５は、例えば、感光性ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、メタリル系樹脂、ノボラック系樹脂またはエポキシ樹脂などの樹脂材料をフォトリソ手法等によりパターニングして形成することができる。また、光の漏れや外光によるコントラスト低下を防ぐために、カーボン微粒子や金属酸化物等の遮光性粒子を上述の感光性樹脂材料に含有させたものをパターニングして形成したものを用いても良い。また非感光性樹脂材料をスクリーン印刷等により直接パターニングして障壁を形成してもよい。

また、隔壁１５は、蛍光体層１３で生じた蛍光を反射する材料によって形成することが好ましい。こうすることで、蛍光体層１３から側方に逃げる蛍光成分を出射側となる基板１１に向けて反射させることができる。また、隔壁１５の表面を反射材料で覆うことも好ましい。このような反射材料としては、例えば、アルミニウム、銀、金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−ネオジウム合金、アルミニウム−シリコン合金等の反射性金属等が挙げられる。

また、隔壁１５は、蛍光体層１３より厚く形成することも好ましい。これによって蛍光体層１３が外部応力によって損傷することを防止することができる。また、こうした隔壁１５の形状としては、台形、矩形、円形など、画素の形状に応じて各種形状を採用することができる。

光吸収層１６，１７は、基板１１の他面１１ｂから蛍光体層１３に向けて入射した外光、例えば太陽光や照明光を吸収、減衰可能な材料から構成される。このような光吸収層１６は、例えば、クロム等の金属材料や黒色の樹脂等で形成することができる。光吸収層１６の膜厚は、例えば１００ｎｍ〜１００μｍ程度が好ましく、１００ｎｍ〜１０μｍ程度がさらに好ましい。

光吸収層１７の端面１７ａに形成される光反射層１８は、例えばアルミニウムや銀の金属薄膜、微粒子を分散させた散乱性白色レジストなどから構成される。散乱性白色レジストを用いる場合、隔壁１５と同一の材質を用いてハーフトーン露光してそれぞれ所望の膜厚に形成すればよい。また、複数回の露光で隔壁１５と光反射層１８とをそれぞれ所望の膜厚に形成しても良い。また、金属薄膜をパターニングするなどして光反射層１８と隔壁１５とを同時に形成しても良い。

光源（バックライト）１９は、蛍光体層１３の二色性色素ＤＤを励起可能な光源光を出射させる発光装置であればよい。例えば、光源光として指向性の高いＲ，Ｇ，Ｂの蛍光を励起させる光や、４００〜５００ｎｍの青色光などを照射する面発光光源であればよい。

以上のような構成の本実施形態に係る蛍光体基板１０の作用、効果を説明する。
図４（ａ）に示す従来例のように、二色性色素を用いた従来の蛍光体基板の蛍光体層は、蛍光色素を特定の方向に配向させていない場合、その遷移双極子モーメントはランダムな方向を向いており、この分子集合体から発せられる蛍光も任意の方向に等しい強度となる。

一方、図４（ｂ）に示すように、二色性色素を配向させ、遷移双極子モーメントの法線方向がθ_ｐｈｏｓ９０°と一致する本実施形態の蛍光体基板では、このθ_ｐｈｏｓ９０°方向に選択的に強く蛍光を発することができる。その強度Ｉは法線方向を最大としてＩ＝ｃｏｓ^２(９０−θ_ｐｈｏｓ)の関係となる。ｎ_ｐｈｏｓが１．５、蛍光体層上下の屈折率が１とした場合は、θ_ｐｈｏｓが４２°（蛍光体層の全反射角）以上の成分が導光するので、蛍光色素が配向されている方が導光する蛍光成分が多くなる。この関係は法線方向が±４５°未満にあれば成立するので、二色性蛍光色素は遷移双極子モーメントの法線が基板の一面に対して±４５°未満となる角度範囲で配向させる。

図５は、図４（ａ）に示した従来例と、図４（ｂ）に示した本発明例との蛍光出射角θ_ｐｈｏｓと相対蛍光強度との関係を測定したグラフである。このグラフによれば、例えばｎ_ｐｈｏｓが１．５の場合、θｎ_ｐｈｏｓが４２度以上の成分が蛍光体層を導光する。本発明ではより多くの蛍光成分を導光可能であることが分かる。

図６は、光制御層（光屈曲層）２２の作用を示す説明図である。
二色性色素ＤＤの遷移双極子モーメントが蛍光体基板１０の垂直方向（厚み方向）を向いて配向される場合、光源光Ｌを吸収する分子軸も同様の方向を向くので、光源方向からの指向性の高い光を吸収しずらくなる。このため、光制御層２２を液晶パネル２１と蛍光反射体層１４との間に挿入し、光源光Ｌの光線方向を屈曲させて二色性色素ＤＤに吸収し易くしている。光源光Ｌを光制御層２２の微粒子などで反射させて傾けることにより、二色性色素ＤＤの励起効率が高められる。

こうして蛍光体層１３の二色性色素ＤＤで生じた蛍光Ｆは、光反射層１８や蛍光反射性の隔壁１５の傾斜面によって反射され、フィルター層１２から基板１１を介して外部に出射される。

一方、蛍光体基板１０に対して所定の角度から自然光（外光）が入射すると、光反射層１８と蛍光反射体層１４との間で反射を繰り返すうちに減衰される。このように、画素領域Ｅ内に形成された光吸収層１７や光反射層１８の作用によって、蛍光体基板１０の外部から外光が入射した場合でも、入射した外光の大部分は光吸収層１７で吸収されたり、光反射層１８と蛍光反射体層１４との間で減衰する。従って、蛍光体基板１０に入射した外光が蛍光体基板１０の内部で反射されて、再び蛍光体基板１０から出射される外光を大幅に低減することが可能になる。

一方で、蛍光体基板１０の蛍光体層１３が励起されて生じた蛍光は、画素領域Ｅ内に光吸収層１７が形成されて開口率が多少小さくなっていても、蛍光反射体層１４や光反射層１８の作用によって、蛍光体層１３で生じた蛍光の大部分を損失させることなく蛍光体基板１０の外部に出射できる。
よって、本実施形態の蛍光体基板１０と、蛍光体層を励起する光源と、液晶表示パネルなどの表示部とを組み合わせることで、日中の屋外や照明下など、外光が入射しやすい環境においても、視認性の高い高画質な表示を実現することが可能になる。

（第二実施形態）
図７（ａ）は第二実施形態に係る蛍光体基板を示す概略断面図である。なお、第一実施形態と同様の構成には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
この実施形態の蛍光体基板３０は、光透過性の基板１１と、この基板１１の一面１１ａに順に積層されたフィルター層１２、蛍光体層３３、および蛍光反射体層１４とを備えている。蛍光体層３３の積層方向に沿った側面には、隔壁１５が形成されている。隔壁１５は、基板１１から蛍光反射体層１４に向けて幅が広がるように形成され、隔壁１５の側面は傾斜面を成している。基板１１の一面１１ａと隔壁１５との間、および蛍光体層１３との間には、それぞれ光吸収層１６，１７が形成されている。また、光吸収層１７に重ねて、光反射層１８が形成されている。

蛍光体層１３においては、二色性色素Ｂの遷移双極子モーメントの法線が基板１１の一面１１ａに対して±４５°未満となる角度範囲で配向させている。二色性色素Ｂを基板１１の一面１１ａに対して±４５°未満となる角度範囲で配向させるために、蛍光体層１３の上面、即ち蛍光体層１３と光吸収層１６，１７との間には、垂直配向膜２３が形成されていることが好ましい。

本実施形態における蛍光体層１３は、二色性色素（二色性蛍光色素）Ｂと、この二色性色素Ｂよりも二色性比が小さい吸収色素Ａが溶解分散された液晶ポリマーから構成されている。 図７（ｂ）に示すように、吸収色素Ａは、蛍光反射体層１４を介して入射される光源光Ｌを吸収し、二色性色素Ｂを励起させる励起光Ｅを発する。これによって、二色性色素Ｂは蛍光Ｆを発する。吸収色素Ａは二色性色素Ｂから発光される波長のエネルギーを受け取り発光する波長変換材料であればよい。

一般的に、近接した色素分子どうしの間には、励起エネルギーが電磁波にならず電子の共鳴により直接移動する蛍光共鳴エネルギー移動（Fluorescence resonance energy transfer（ＦＲＥＴ）：フェルスター共鳴エネルギー移動）という現象が生じる。このため、一方の分子（吸収色素Ａ：供与体）で吸収された光のエネルギーによって他方の分子（二色性色素Ｂ：受容体）にエネルギーが移動し、二色性色素Ｂが蛍光分子の場合は蛍光が放射される。こうしたＦＲＥＴ効率は、両分子間の距離の６乗の関数として距離とともに急速に減少する。

本実施形態では、光源光Ｌの吸収には二色性比が小さい吸収色素（蛍光色素）Ａを使用し、導光する蛍光を発光する材料には二色性が大きな二色性色素Ｂを使用する。これにより、二色性比が小さい吸収色素Ａで吸収した光源光Ｌを、二色性が大きな二色性色素Ｂにエネルギー移動させ、二色性色素Ｂを蛍光発光させる。吸収の二色性比が小さい吸収色素Ａは光源光の吸収角度依存性が小さい。そして、二色性が大きな二色性色素Ｂの異方性発光により、蛍光の閉じ込め効率を向上させる。

図８は、本実施形態の作用を説明する説明図である。
本実施形態の二色性色素Ｂや吸収色素Ａの形成例を示す。
蛍光体の混合比率は蛍光体層の樹脂に対する体積比率で、
吸収色素Ａ： BASF社製 Lumogen(登録商標) F Violet 570 ０．２％
二色性色素Ｂ： BASF社製 Lumogen(登録商標) F Yellow 083 ０．２％
吸収色素Ａと二色性色素Ｂがあり、吸収色素Ａの吸収波長が二色性色素Ｂの吸収波長より短波長側にあるとき、吸収色素Ａと二色性色素Ｂの距離が十分近く（１０ｎｍ程度まで）、吸収色素Ａの発光スペクトルと二色性色素Ｂの吸収スペクトルの重なりが大きいとき、吸収色素Ａの励起エネルギーは二色性色素Ｂに効率よく移動し、二色性色素Ｂのみが発光する。

大きな速度定数を得るには、以下の条件が満たされることが望ましい
（ａ）吸収色素Ａの発光スペクトルと二色性色素Ｂの吸収スペクトルの重なりが大きい。
（ｂ）二色性色素Ｂの吸光係数が大きい。
（ｃ）吸収色素Ａと二色性色素Ｂとの間の距離が小さい。
一般的に、フェルスター共鳴エネルギー移動の起こる範囲は１０ｎｍ程度であり、条件が合えば２０ｎｍ程度まで伸びる。

（第三実施形態）
図９は第一実施形態に係る蛍光体基板を備えた表示装置を示す概略断面図である。
蛍光体基板４０は、光透過性の基板１１と、この基板１１の一面１１ａに順に積層されたフィルター層１２、蛍光体層１３、および蛍光反射体層１４とを備えている。

また、蛍光体基板４０の蛍光反射体層１４に隣接して、蛍光体層１３を励起させる光源（バックライト、励起光源）１９、およびこの光源１９から出射される光源光ＬをＯＮ−ＯＦＦさせる液晶パネル（表示部）２１が配され、表示装置５０を構成している。

蛍光体層１３の積層方向に沿った側面には、この蛍光体層１３を例えば１画素単位に区画する隔壁（バンク）４５が形成されている。隔壁４５は、基板１１から蛍光反射体層１４に向けて幅が狭まるような逆台形形状に形成されている。

隔壁（バンク）４５は、蛍光色素が溶解分散された光透過性の樹脂（ｎ_ｐｈｏｓ＝１．８２）が充填されている。さらに、この隔壁（バンク）４５の外面には、隔壁４５の逆台形形状に倣って傾斜した傾斜面Ｐｆをもつ蛍光反射体層４８が配されている。こうした隔壁（バンク）４５と基板１１との間にフィルター層１２が配される。これにより、本実施形態では、蛍光体層１３から隔壁（バンク）４５、およびフィルター層１２を経て蛍光が出射される構成をなす。

また、基板１１の一面１１ａと蛍光体層１３との間には、光吸収層４７が形成されている。さらに、フィルター層１２の外側にも光吸収層４６が形成されている。そして、これら光吸収層４６，４７やフィルター層１２と、蛍光体層１３や隔壁４５との間には、低屈折率層４９が形成されている。

蛍光体層１３を挟んで形成された蛍光反射体層１４や低屈折率層４９は、例えば、金属反射膜、誘電体多層膜、低屈折率膜などによって形成される。一例として、図１０に示すように、蛍光反射体層１４や低屈折率層４９が上下両方とも低屈折率な物質で形成される場合に必要とされる屈折率を検証した。

蛍光色素がランダムな方向を向いて配向されていない蛍光体層１３内での発光は、どの方位にも単位立体角あたりの光束量（光度）が等しく放射されるので、光取り出し面となる基板１１から空気中に取り出される「θｃ内成分」と、取り出せずに蛍光体層１３を導光する「導光成分」の量は、臨界角θｃによる因子によって支配されている。即ち、蛍光体層１３の外部に放射される「θｃ内成分」は、臨界角θｃに対応する立体角がΩｃ以内のものに限られる。

臨界角に対応する立体角Ωｃ内に入る光の割合は、光取り出し面および、反対の裏側面を含めてηｃとして式１で表される。この量は「θｃ内成分」として、光取り出し面からどのくらいの割合の蛍光が取り出せるかの指標となる数字となるが、ｎ_ｌｏｗ＝１．３、ｎ_ｐｈｏｓ＝１．８２の場合（ｎ_ｐｈｏｓ／ｎ_ｌｏｗ＝ １．４０、θｃ＝４５．６°）３０％と小さな値であった。

一方、蛍光体層１３を導光する「導光成分」の量は、蛍光体層１３の屈折率ｎ_ｐｈｏｓと低屈折率層の屈折率ｎ_ｌｏｗによって決定され、その屈折率比を横軸にそれぞれの相対成分量をグラフに表すと図１１のようになる（スネルの法則により、その全反射角θcと蛍光体媒体の屈折率ｎ_ｐｈｏｓ、ｎ_ｌｏｗとの間には、θｃ ＝ａｓｉｎ(ｎ_ｌｏｗ ／ｎ_ｐｈｏｓ)の関係が成立する）。

即ち、屈折率比ｎ_ｐｈｏｓ／ｎ_ｌｏｗが１．１５より大きければ、「導光成分」の光量は「θｃ内成分」より大きくなり、本発明に適当な構成要件と言える。本発明の実施例（ｎ_ｌｏｗ＝１．３、ｎ_ｐｈｏｓ＝１．８２で、屈折率比ｎ_ｐｈｏｓ／ｎ_ｌｏｗ＝ １．４０、θｃ＝４５．６°）では「導光成分」の相対成分量は７０％となり、５０％より大きな値であった。

図１２は、本実施形態の蛍光体基板４０の画素領域を出射面側から俯瞰した平面図、およびＡ−Ａ線での断面図である。蛍光体基板４０の１画素分の領域（以下、画素領域と称する）は、その中央部分が矩形を成す光吸収層４７が形成された光不透過領域Ｎｔ部分とされる。そして、この矩形の光吸収層４７の周囲を取り巻くように、フィルター層１２が露呈した略ロ字状の光透過領域Ｌｔが形成されている。

なお、こうした蛍光体基板４０の画素領域における光透過領域Ｌｔおよび光不透過領域Ｎｔは、任意の形状で任意の数だけ形成されていればよいが、蛍光が導光する距離が長くならないように（蛍光の濃度消光を防ぐ目的で）、傾斜面を構成する蛍光反射体層４８は画素領域内を分割するように複数形成されることが好ましい。また、上下左右の蛍光反射体層４８の面積により蛍光出射の配光特性を調節することができる

図１３は、蛍光反射体層による１画素領域内の分割形態の一例を示す平面図である。
図１３（ａ）に示す蛍光体基板４０Ａでは、画素領域を３つの分割している。即ち、画素領域に３つの独立した光不透過領域Ｎｔ（光吸収層）を配し、それぞれの光不透過領域Ｎｔの周囲に略ロ字状の光透過領域Ｌｔ（フィルター層）を配した。
また、図１３（ｂ）に示す蛍光体基板４０Ｂでは、画素領域を８つの分割している。即ち、画素領域に４つの独立した光不透過領域Ｎｔ（光吸収層）を２列に並べ、それぞれの光不透過領域Ｎｔの周囲に略ロ字状の光透過領域Ｌｔ（フィルター層）を配した。

図１４は、隔壁（バンク）の外面に配された蛍光反射体層の近傍を示す要部拡大断面図である。
隔壁４５の逆台形形状に倣って傾斜した傾斜面Ｐｆをもつ蛍光反射体層４８における、傾斜面Ｐｆの角度θ_ｒｅｆは、あまり浅い角度で形成されると外光反射の抑制効果が無い。具体的には、θ_ｒｅｆ＞ａｓｉｎ(１／ｎ_ｔｒ)がこの関係を満たすように形成されれば、任意の入射角θ_ｉｎより入射した外光が観察者側に出射することが無くなるので好ましい（ｎ_ｔｒは反射膜が形成された透明樹脂の屈折率を示す）。

表１は、蛍光反射体層４８における、傾斜面Ｐｆの角度を変化させていった場合に、最も全反射条件になりにくい入射角θ_ｉｎが＋９０°の外光がどの角度θ_ｏｕｔで出射するかを示した表である（但し、ｎ_ｔｒは１．５としている）。

表１に示す検証結果によれば、θ_ｒｅｆは３９°以上であれば、任意の角度θ_ｉｎで入射した外光が６０°より内側の観察者側に返ることができなくなるので、実用上外光を視認する機会が少なくなる。従ってθ_ｒｅｆは３９°以上の角度となるように傾斜面Ｐｆが形成されることが好ましい。
さらに、θ_ｒｅｆが４２°以上であれば、任意の角度θ_ｉｎで入射した外光は全反射により観察者側に返ることができなくなるので、θ_ｒｅｆは４２°以上の角度となるように傾斜面Ｐｆが形成されることがより好ましい。

図１５（ａ）に示すように、蛍光反射体層４８の傾斜面Ｐｆの角度θ_ｒｅｆを３９°以上として形成した場合、多くの外光は取り出し面における空気界面で全反射され、光吸収層４７により吸収される。そのため、明るい外光が存在する環境においても高い視認性（明室ＣＲ特性）が得られる。

蛍光反射体層４８の傾斜面Ｐｆの角度θ_ｒｅｆは、蛍光体基板４０からの蛍光の出射配光特性に影響するので、複数の傾斜角を持つように傾斜面を形成したり、傾斜角（テーパー角）に分布を持たせるなどして形成されていても良い。
傾斜面Ｐｆの角度分布の制御によって、必要に応じて正面方向に集光して正面輝度を高めたり、高角側の出射強度を強めて広い視野角を確保したり出射光の配光分布を調整することが可能である。

１０…蛍光体基板、１１…基板、１２…フィルター層、１３…蛍光体層、１４…蛍光反射体層、１５…隔壁、１７…光吸収層、１８…光反射体層、２０…表示装置、ＤＤ…二色性色素。

Claims (15)

1. 光透過性の基板と、該基板の一面に順に重ねて積層された蛍光体層および蛍光反射体層と、前記基板および前記蛍光反射体層の間で前記蛍光体層を複数の画素単位に区画する隔壁と、を少なくとも備えた蛍光体基板であって、
   前記隔壁によって区画されたそれぞれの画素領域内において、前記基板の一面から前記蛍光体層に臨む光吸収層を備え、前記蛍光体層は前記光吸収層と前記蛍光反射体層との間に配され、
   前記蛍光体層は二色性色素を含み、該二色性色素の構成分子を、遷移双極子モーメントの法線が前記基板の一面に対して±４５°未満となる角度範囲で配向させたことを特徴とする蛍光体基板。
2. 前記二色性色素の構成分子は、液晶材料を媒体として配向させることを特徴とする請求項１記載の蛍光体基板。
3. 前記蛍光反射体層が前記蛍光体層と対向する面の反対面には、入射光を屈曲させる光制御層が更に配されていることを特徴とする請求項１または２記載の蛍光体基板。
4. 前記蛍光体層は 前記二色性色素と前記二色性色素よりも二色性比が小さい吸収色素を含み、該吸収色素は前記二色性色素から発光される波長のエネルギーを受け取り発光する波長変換材料であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の蛍光体基板。
5. 光透過性の基板と、該基板の一面に順に重ねて積層された蛍光体層および蛍光反射体層と、前記基板および前記蛍光反射体層の間で前記蛍光体層を複数の画素単位に区画する隔壁と、を少なくとも備えた蛍光体基板であって、
   前記隔壁によって区画されたそれぞれの画素領域内において、前記基板の一面から前記蛍光体層に臨む光吸収層を備え、前記蛍光体層は前記光吸収層と前記蛍光反射体層との間に配され、
   前記隔壁は、前記基板から前記蛍光反射体層に向けて幅が広がるように形成され、前記隔壁の側面は傾斜面を成すことを特徴とする蛍光体基板。
6. 前記光吸収層が前記蛍光反射体層に臨む端面には、更に光反射層が形成されていることを特徴とする請求項５記載の蛍光体基板。
7. 前記蛍光反射体層および前記光反射層は、前記蛍光体層よりも屈折率が低い低屈折率層からなることを特徴とする請求項５または６記載の蛍光体基板。
8. 前記蛍光体層の屈折率ｎ１と、前記蛍光反射体層および前記光反射層の屈折率ｎ２との屈折率比は、ｎ１／ｎ２＞１．１５であることを特徴とする請求項７記載の蛍光体基板。
9. 前記傾斜面は蛍光反射性を有することを特徴とする請求項５ないし８いずれか１項記載の蛍光体基板。
10. 前記傾斜面は前記画素領域内を更に複数の小領域に区画することを特徴とする請求項５ないし９いずれか１項記載の蛍光体基板。
11. 前記傾斜面は前記基板の一面に対して３９°以上、９０°未満の角度範囲で傾斜していることを特徴とする請求項５ないし１０いずれか１項記載の蛍光体基板。
12. 前記光吸収体は前記基板の一面側においてそれぞれの前記画素領域を複数の開口部に分割させることを特徴とする請求項１ないし１１いずれか１項記載の蛍光体基板。
13. 前記蛍光体層の前記基板側に、前記基板から入射する外光のうち、前記蛍光体層を励起して蛍光を放射させる波長域の光を少なくともカットするフィルタ層が更に形成されていることを特徴とする請求項１ないし１２いずれか１項記載の蛍光体基板。
14. 前記光反射層の前記蛍光反射体層と対向する面は、前記蛍光体層によって覆われていることを特徴とする請求項１ないし１３いずれか１項記載の蛍光体基板。
15. 請求項１ないし１４いずれか１項記載の蛍光体基板と、前記蛍光体基板に向けて光源光を出射させる光源と、前記蛍光体基板に重ねて形成され、前記蛍光体基板の前記画素に入射する前記光源光の光量を調節する表示部とを備えたことを特徴とする表示装置。

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