JP2017116947A - 液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】量子ドットからなる蛍光体を利用した、高効率かつ高精細の液晶ディスプレイの提供。【解決手段】蛍光体層３１２には、量子ドットからなる蛍光体が封止されている。ＬＥＤ光源３２０は光を照射する。ＬＥＤ光源３２０が照射した光は、蛍光体層３１２に入射する。このとき、入射した光のスペクトルは、蛍光体により変更される。スペクトルが変更された光の一部は、液晶パネル２１０の表示面から放射される。その結果、液晶パネル２１０には高精細の映像が表示される。【選択図】図５

Description

本発明は、量子ドットからなる蛍光体を利用した、高効率かつ高精細の液晶ディスプレイに関する。

液晶ディスプレイは、表示のために液晶組成物が使用された表示装置である。液晶ディスプレイは、多様な機器における表示装置、特に、情報表示装置、及び画像表示装置として利用されている。

液晶ディスプレイは、電圧の印加に基づき、領域ごとに光を透過・遮断することで映像を表示する。従って、液晶ディスプレイに映像が表示されるためには、外部の光が必要となる。そのための光源として、液晶ディスプレイの背面に設けられたバックライトが利用される。バックライトには従来より冷陰極管が使用されている。最近では長寿命、発色の良さ等の理由から、冷陰極管に代わって、ＬＥＤ（発光ダイオード）が使用されることもある。

ところで、近年国外のベンチャー企業を中心として、量子ドットを用いたナノサイズの蛍光体が製品化されている。

量子ドットとは、電子を微小な空間に閉じ込めるために形成された、数十ｎｍ以下の導電性結晶である。量子ドットに閉じ込められた電子は離散的な波長の定在波としてしか存在できない。そのため、電子が取り得るエネルギーは離散的になる。

量子ドットが光子を放出・吸収することにより、電子のエネルギー準位は変化する。また、量子ドットの結晶の大きさにより、量子ドットが放出・吸収する光子のエネルギーは変化する（量子サイズ効果）。従って、多様な蛍光色の量子ドットが製造されうる。量子ドットからなる蛍光体は、例えば、バイオテクノロジーにおける蛍光マーカーとして利用されている。

このような、量子ドットの合成方法として、例えば、加熱帯域に配置されたリアクター内部で粒子形成用前駆体含有溶液を連続的に供給しながら、反応開始温度まで急熱し、反応を行わせたのち、急冷する方法が知られている。（例えば特許文献１，特許文献２参照）

特開２００３−２２５９００号公報 再表２００５／０２３７０４号公報

バックライト用のものをはじめ、照明用ＬＥＤの殆どは青色ＬＥＤに蛍光体を被せて蛍光させ、その蛍光を発光色としている。

従来より、酸化物を主成分とした数〜数十μｍのドープ型発光粒子が蛍光体として利用されている。、この蛍光体の粒子径は光の波長よりも長いので、粒子表面での光の散乱が起こりやすく、エネルギーの損失が発生するという問題がある。また、光波長変換に寄与する部分が蛍光体表面のみであり、蛍光体の体積に対して光変換が非効率的であるという問題もある。また、ドープ型発光粒子はドーパント（発色イオン，原子）の種類によって、発光波長、発光強度、及び温度依存性がほぼ固定されてしまうという問題がある。また、実用的な発光強度を得られる材料の種類が限定されているという問題がある。

また、励起波長と蛍光波長とが１対１に対応しているため、１励起波長において使用可能な蛍光体が限定され、色調の自由度が低いという問題がある。例えば、青色ＬＥＤと黄色に蛍光する蛍光体との組み合わせによる擬似白色ＬＥＤが公知であり、擬似白色ＬＥＤが照射する光は、肉眼では白色と認識される。しかし、実際には青と黄色との二つの波長の光しか含まれないため、擬似白色ＬＥＤの光は演色性が低い。

前述されたように、従来の蛍光体は光学材料として多くの問題がある。その結果、従来の蛍光体が液晶ディスプレイに対して次のような問題を惹起している。

蛍光体における励起光と蛍光との変換効率、及び蛍光の取り出しの効率が悪いため、エネルギーの損失が大きくなる。また、液晶ディスプレイのカラーフィルタの分光特性と、蛍光の波長とが一致せず、更なるエネルギーの損失が発生する。従って、液晶ディスプレイの消費電力は大きくなる。

また、蛍光の色調の自由度が低いため、液晶ディスプレイに表示される映像の演出にも制限がある。一方、色調を増加させるために複数色のＬＥＤが搭載されると、液晶ディスプレイの構造は複雑になり、液晶ディスプレイの大型化を招く。

本発明は、前述された事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、量子ドットからなる蛍光体を利用した、高効率かつ高精細の液晶ディスプレイを提供することにある。

(1) 本発明に係る液晶ディスプレイは、ＬＥＤ光源及び導光板を有するバックライトと、上記導光板の厚み方向に沿って上記バックライトと対向して配置されており、上記バックライトによって光を照射される液晶パネルと、を備える。上記ＬＥＤ光源は、上記導光板における上記厚み方向に沿って拡がった面に当接されている。上記導光板は、アクリル板と、上記アクリル板における上記液晶パネルとは反対側の面に積層された反射層と、上記アクリル板における上記液晶パネル側の面に積層された拡散層と、上記拡散層における上記液晶パネル側の面に積層されており、量子ドットからなる蛍光体を内部に含んだ蛍光体層と、を備える。上記液晶パネルは、上記蛍光体層と対向して配置された第１ガラス層と、上記第１ガラス層における上記導光板とは反対側の面に積層されており、第１方向にそろった直線偏光を透過させる第１偏光子と、上記第１偏光子における上記第１ガラス層とは反対側の面に積層された第１配向膜と、上記第１配向膜における上記第１偏光子とは反対側の面に積層された液晶と、上記液晶における上記第１配向膜とは反対側の面に積層された第２配向膜と、上記第２配向膜における上記液晶とは反対側の面に積層されたカラーフィルタと、上記カラーフィルタにおける上記第２配向膜とは反対側の面に積層されており、上記第１方向と直交する第２方向にそろった直線偏光を透過させる第２偏光子と、上記第２偏光子における上記カラーフィルタとは反対側の面に積層された第２ガラス層と、を備える。

ここで、本発明における液晶ディスプレイには、映像信号を入力する端子を備えた独立した表示装置の他、電子機器等に組み込まれて当該電子機器の表示画面として機能するものが含まれる。

また、本発明における量子ドットからなる蛍光体とは、最大粒子径が５０ｎｍ以下の微粒子であり、特定の波長の光子を吸収して、異なる波長の光子を放出するものである。

また、本発明における蛍光体層とは、上記蛍光体が光の少なくとも一部を透過する封止剤により封止された層である。上記蛍光体層の膜厚は、１０μｍ以下である。

上記バックライトから照射された光は、上記蛍光体層に入射する。上記蛍光体層に入射した光は、上記蛍光体内部の電子を励起させる。電子が基底状態に戻る際、上記蛍光体は、その蛍光体固有の波長の光を放出する。この現象は蛍光と呼ばれる。従って、上記蛍光体層を透過した光の波長は変更される。上記蛍光体層を透過した光の一部は、上記液晶ディスプレイの表示面から放射される。それにより、上記液晶ディスプレイには映像が表示される。

量子ドットが使用されることで、１励起波長に於いて多様な蛍光色の蛍光体が製造されうる。上記蛍光体層が含む蛍光体のバランスにより、上記蛍光体層から透過する光のスペクトルは変化する。従って、上記液晶ディスプレイの色調は容易に調整される。

量子ドットからなる蛍光体の最大粒子径が５０ｎｍ以下であるため、粒子表面での光の散乱が少なくなる。また、上記蛍光体層は、単位体積当たりに多くの蛍光体を含むことができる。上記蛍光体の濃度が最適な値に調整されることで、上記蛍光体層における変換効率は高くなり、上記液晶ディスプレイのエネルギー効率はさらに高くなる。また、上記蛍光体層は１０μｍ以下の薄膜として実現されるため、上記液晶ディスプレイの構造の自由度が高まる。

(2) 本発明に係る液晶ディスプレイは、ＬＥＤ光源及び導光板を有するバックライトと、上記導光板の厚み方向に沿って上記バックライトと対向して配置されており、上記バックライトによって光を照射される液晶パネルと、を備え、上記ＬＥＤ光源は、上記導光板における上記厚み方向に沿って拡がった面に当接されており、上記導光板は、アクリル板と、上記アクリル板における上記液晶パネルとは反対側の面に積層された反射層と、上記アクリル板における上記液晶パネル側の面に積層された拡散層と、を備え、上記液晶パネルは、上記拡散層と対向して配置された第１ガラス層と、上記第１ガラス層における上記導光板とは反対側の面に積層されており、量子ドットからなる蛍光体を内部に含んだ蛍光体層と、上記蛍光体層における上記第１ガラス層とは反対側の面に積層されており、第１方向にそろった直線偏光を透過させる第１偏光子と、上記第１偏光子における上記第１ガラス層とは反対側の面に積層された第１配向膜と、上記第１配向膜における上記第１偏光子とは反対側の面に積層された液晶と、上記液晶における上記第１配向膜とは反対側の面に積層された第２配向膜と、上記第２配向膜における上記液晶とは反対側の面に積層されたカラーフィルタと、上記カラーフィルタにおける上記第２配向膜とは反対側の面に積層されており、上記第１方向と直交する第２方向にそろった直線偏光を透過させる第２偏光子と、上記第２偏光子における上記カラーフィルタとは反対側の面に積層された第２ガラス層と、を備えるものであってもよい。

(3) 本発明に係る液晶ディスプレイにおいて、上記ＬＥＤ光源は、青色の光を照射するものであり、上記蛍光体層は、蛍光色がそれぞれ赤色及び緑色の２種類の上記蛍光体を内部に含んだものであってもよい。

(4) 本発明に係る液晶ディスプレイにおいて、２種類の上記蛍光体の励起波長は同一であってもよい。

(5) 本発明に係る液晶ディスプレイに於いて、上記ＬＥＤ光源は、青色ＬＥＤ，紫色ＬＥＤ，又は当該青色ＬＥＤ及び紫色ＬＥＤよりも照射する光の波長が短いＬＥＤ光源であってもよい。

(6) 本発明に係る液晶ディスプレイにおいて、上記蛍光体層は、蛍光色が相互に異なる複数の上記蛍光体を混合した状態で内部に含んだものである。

(7) 本発明に係る液晶ディスプレイにおいて、上記蛍光体層は、１種類の上記蛍光体が含まれた第１蛍光体層と、上記第１蛍光体層に積層されており、上記第１蛍光体層に含まれた上記蛍光体とは異なる種類の上記蛍光体が含まれた第２蛍光体層と、を備える。

(8) 本発明に係る液晶ディスプレイにおいて、上記蛍光体は、発光部としてのコアが保護膜としての第１シェル及び第２シェルにより二重に被膜されたものである。

(9) 本発明に係る液晶ディスプレイにおいて、上記蛍光体層の膜厚は、１０μｍ以下である。

(10) 本発明に係る液晶ディスプレイにおいて、上記蛍光体の最大粒子径は、５０ｎｍ以下である。

(11) 本発明に係る液晶ディスプレイにおいて、上記蛍光体層には、０．０１ｗｔ％から５０ｗｔ％までの何れかの量の上記蛍光体が含まれている。

(12) 本発明に係る液晶ディスプレイにおいて、上記蛍光体層には、１０ｗｔ％の上記蛍光体が含まれている。

(13) 本発明に係る液晶ディスプレイにおいて、上記蛍光体層は、感光性樹脂である。

(14) 本発明に係る液晶ディスプレイにおいて、上記蛍光体層は、熱硬化性樹脂である。

(15) 本発明に係る液晶ディスプレイにおいて、上記蛍光体層は、化学硬化性樹脂である。

以上のような構成が採用されることにより、高効率かつ高精細の液晶ディスプレイが実現される。このような液晶ディスプレイは、一色のＬＥＤのみを光源とすることができるため、構造の自由度が高く、薄型である。また、蛍光体のバランスにより、色調が自由に調整される。

図１は、本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ１００の外観を示した斜視図である。 図２は、本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ１００の構成を示した機能ブロック図である。 図３は、バックライト２２０の外観を示す斜視図である。 図４は、導光板３１０の積層構造を示す概略図である。 図５は、液晶パネル２１０の積層構造を示す概略図である。 図６は、本実施形態の変形例１に係る液晶パネル５１０の積層構造を示す概略図である。 図７は、本実施形態の変形例２に係る液晶パネル６１０の積層構造を示す概略図である。 図８は、本実施形態の変形例２に係る蛍光フィルタ６２０を正面から見た拡大図である。 図９は、本実施形態の変形例２に係る蛍光フィルタ６２０の積層構造を示す概略図である。

以下に、適宜図面が参照されて、本発明の好ましい実施形態が説明される。なお、以下に説明される実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施形態が適宜変更できることは言うまでもない。

［液晶ディスプレイ１００］

図１は、本実施形態に係る液晶ディスプレイ１００の外観を示した斜視図である。本体１１０はスタンド１２０により支持されている。本体１１０の中央には、表示画面１３０が設けられている。本体１１０の右下には、操作ボタン１４０Ａ，操作ボタン１４０Ｂ，操作ボタン１４０Ｃ，及び電源ボタン１５０が設けられている。本体１１０の裏側には、電源端子１６０及び映像端子１７０が設けられている。

図２は、本実施形態に係る液晶ディスプレイ１００の構成を示した機能ブロック図である。液晶パネル２１０及びバックライト２２０は、制御部２３０と電気的に接続されている。また、制御部２３０は、本体１１０の外側に設けられた操作ボタン１４０Ａ，操作ボタン１４０Ｂ，操作ボタン１４０Ｃ，電源ボタン１５０，電源端子１６０及び映像端子１７０とも電気的に接続されている。制御部２３０は、映像端子１７０から入力された映像信号に基づき、液晶パネル２１０及びバックライト２２０を制御する。ここで、液晶パネル２１０の表示面が液晶ディスプレイ１００の外側から確認されたものが、前述の表示画面１３０である。各構成要素について、詳細な説明が後述される。

［制御部２３０］

制御部２３０は、制御回路，ＲＯＭ，及びバスから構成される。制御部２３０は、バスを通じて液晶パネル２１０及びバックライト２２０と電気的に接続されている。制御部２３０は、映像端子１７０から入力された映像信号に基づき、液晶パネル２１０を制御し、液晶パネル２１０に映像を表示させる。その時、液晶パネル２１０及びバックライト２２０には、電源端子１６０から入力された電力の一部が制御部２３０より供給される。

制御部２３０に入力される映像信号の形式や入力端子の形状は、当業者により最適なものが選択される。例えば、信号の形式には、アナログＲＧＢ信号やデジタルＲＧＢ信号等が採用されても良い。また、制御部２３０は、ＨＤＣＰにより暗号化された信号に対応するものであってもよい。制御部２３０に入力された映像信号は、制御回路及びＲＯＭに記憶された各種プログラムに基づき整形・処理されて、液晶パネル２１０に出力される。

また、ＲＯＭには、操作者が表示に必要な設定を行うためのプログラムが記憶されている。操作ボタン１４０Ａが押下されると、設定メニューが表示画面１３０に表示される。設定メニューに表示される項目としては、例えば、映像の表示位置，映像の縦幅・横幅，画面の明るさ，及びコントラスト等が挙げられる。

設定メニューが表示された際、設定メニューの一番上の項目の左横にカーソルが表示されている。操作者は、操作ボタン１４０Ｂ，操作ボタン１４０Ｃを押下することでカーソルを別の項目に移動させ、操作ボタン１４０Ａの押下によりその項目を選択する。例えば画面の明るさを設定する項目が選択された場合、操作者は、操作ボタン１４０Ｂ，操作ボタン１４０Ｃを押下することで、バックライト２２０が照射する光の強度を一時的に変化させることができる。それにより表示画面１３０の明るさが変化する。操作者は、操作ボタン１４０Ａの押下により、その明るさを決定することができる。決定された明るさに基づき、制御部２３０は、ＲＯＭに設定値を記憶する。制御部２３０は、ＲＯＭに記憶された設定値に基づきバックライト２２０が照射する光の強度を制御する。その他の設定項目についても同様の設定値がＲＯＭに記憶されうる。

操作者は、電源ボタン１５０を押下することで、制御部２３０に入力される電力の大部分を遮断し、液晶ディスプレイ１００を休止状態とすることができる。また操作者は、再度電源ボタン１５０を押下することで、液晶ディスプレイ１００を稼働状態とすることができる。

［バックライト２２０］

本体１１０の内部に於いて、バックライト２２０は、液晶パネル２１０の背面に設けられている。バックライト２２０は、制御部２３０の制御に基づき液晶パネル２１０に光を照射するものである。

図３は、バックライト２２０の外観を示す斜視図である。バックライト２２０は、導光板３１０とＬＥＤ光源３２０とにより構成される。ＬＥＤ光源３２０は、導光板３１０の側面に当接されている。ＬＥＤ光源３２０の内部には、図には示されない発光色が青色のＬＥＤ素子が複数個設けられている。このＬＥＤ素子が制御部２３０と電気的に接続されている。このＬＥＤ素子は、紫ＬＥＤ、又はさらに低波長のＬＥＤであってもよい。ＬＥＤ光源３２０は、導光板３１０の側面に向かって光を照射する。照射された光は、導光板３１０に入射する。

図４は、導光板３１０の積層構造を示す概略図である。半透明のアクリル板３１４の上には、光の一部を透過する拡散板３１１が積層されている。拡散板３１１には、光を拡散するための拡散ドット３１５が複数個形成されている。さらに拡散板３１１の上面には、蛍光体層３１２が積層されている。また、アクリル板３１４の下には光を反射するための反射板３１３が積層されている。

蛍光体層３１２は、樹脂等からなる数μｍの薄膜である。樹脂には、例えば感光性樹脂が使用される。樹脂の内部には量子ドットからなる２種類の蛍光体（以下、ナノ蛍光体とする。）が混合された状態で封止されている。あるいは、蛍光体層３１２は、１種類のナノ蛍光体のみが封止された蛍光体層が２層積層されたものであってもよい。２種類のナノ蛍光体は、励起波長が同一のものが選択される。励起波長は、ＬＥＤ光源３２０が照射する光の波長に基づいて選択される。励起波長は、例えば３６２ｎｍである。２種類のナノ蛍光体の蛍光色は相互に異なる。各蛍光色は、赤色、緑色である。各蛍光の波長、及びＬＥＤ光源３２０が照射する光の波長は、カラーフィルタ４３０の分光特性に基づき選択される。カラーフィルタ４３０については後述される。蛍光のピーク波長は、例えば赤色が６１０ｎｍ、緑色が５３０ｎｍである。

ナノ蛍光体の粒子構造が説明される。ナノ蛍光体は、発光部としてのコアが保護膜としてのシェルにより被膜されたものである。例えば、コアにはＣｄＳｅ、シェルにはＺｎＳが使用可能である。ＣｄＳｅの粒子の表面欠陥がバンドギャップの大きいＺｎＳにより被膜されることで量子収率が向上する。また、ナノ蛍光体は、コアが第１シェル及び第２シェルにより二重に被膜されたものであってもよい。コアにはＣｄＳｅ、第１シェルにはＺｎＳｅ、第２シェルにはＺｎＳが使用可能である。ＣｄＳｅとＺｎＳとの界面に、両者の中間的な格子定数を持つＺｎＳｅ層がエピタキシャル的に挟み込まれている。ＣｄＳｅとＺｎＳの間の格子のミスマッチによる歪みが、亜鉛とセレンを原料としたＺｎＳにより緩和される。それにより、ナノ蛍光体の物性が向上する。

上述された被膜型のナノ蛍光体は、例えば特許文献２の実施例記載の方法により製造される。例えば、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ構造のナノ蛍光体は以下の方法で得ることができる。まず、５ｍｌのオクタデセンに、１６５μｌのオクチルアミン及び２６．６ｍｇの酢酸カドミウムを添加した溶液と、２５ｍｌのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）に４９４μｌのセレンを溶解させた溶液とを１：１で混合する。混合溶液をシリンジポンプに充填して２７５℃に加熱したマイクロ流路を通過させる。これにより、核微粒子としてのＣｄＳｅ微粒子溶液（平均粒径が３ｎｍ）が得られる。

続けて、［（ＣＨ３）２ＮＣＳＳ］２ＺｎをＴＯＰに溶解させた溶液をシリンジポンプに充填し、得られたＣｄＳｅ微粒子溶液に対して１：１（５０ｖｏｌ％：５０ｖｏｌ％）となるように混合器で混合し、その混合溶液を、予め１８０℃に加熱された内径０．２ｍｍのマイクロ流路を通過させる。流路内でＣｄＳｅがＺｎＳに被膜され、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ構造のナノ蛍光体が得られる。このようなマイクロリアクターを用いた製造方法により、高性能のナノ蛍光体が連続的に得られる。得られたナノ蛍光体が、精製され、濃度調整され、揮発性の溶媒に分散されることでナノ蛍光体溶液となる。

蛍光体層３１２は、例えば、以下の手順でアクリル板３１４に積層される。ナノ蛍光体溶液は、感光性樹脂と混合される。溶液中には、例えばこの場合、１０ｗｔ％のナノ蛍光体が含まれている。これが感光性樹脂と混合され、この混合液から溶液の揮発性の溶媒が揮発される。続けて、混合液は拡散板３１１に塗布される。感光性樹脂が紫外線によりＵＶ硬化されることで、蛍光体層３１２が形成される。また、感光性樹脂は、ＵＶ硬化の後に熱硬化されても良い。その結果、アクリル板３１４上には約１０μｍの蛍光体層３１２が形成される。この蛍光体層３１２には、１０ｗｔ％のナノ蛍光体、つまり１ｃｍ^２当たり、約１０^１５個のナノ蛍光体が含まれる。ここで使用される樹脂中の蛍光体の量は、ディスプレイの特性に応じて、０．０１ｗｔ％から５０ｗｔ ％程度までの間で自由に調整されてもよい。また、感光性性樹脂以外にも熱硬化性や化学硬化性の樹脂等が同様に使用されうる。

［液晶パネル２１０］

図５は液晶パネル２１０の積層構造を示す概略図である。液晶パネル２１０は、ＴＮ型と呼ばれるものである。液晶４５０は、配向膜４４０，４６０により液晶分子が捻れた状態で挟み込まれている。図には示されないが、配向膜４４０，４６０には液晶４５０に電圧を印加可能な透明電極が接続され、透明電極は、その電圧を各サブ画素ごとに制御可能であるように制御部２３０と接続されている。配向膜４４０の外側には、カラーフィルタ４３０が設けられている。カラーフィルタ４３０は、各サブ画素に対応した微細な領域に区画されている。各領域には、赤色，緑色，青色のうちの何れかの光のみを透過可能であるように、着色剤が塗布されている。カラーフィルタ４３０上にはこの３種類の領域が規則的に配列されている。各領域は、光を透過しないブラックマトリックスにより仕切られている。相互に異なる色に着色された隣接する３つの領域が、液晶パネル２１０上で１画素を構成するものである。カラーフィルタ４３０，配向膜４６０の外側には、偏光フィルム（横）４２０，偏光フィルム（縦）４７０が積層されている。これらは偏光子と呼ばれ、透過する光の一方向の偏光を吸収し、一方向にそろった直線偏光を透過させるものである。偏光フィルム（横）４２０と偏光フィルム（縦）４７０とは、その偏光方向が垂直に交わるように配置されている。さらに全ての層の外側には、これらの層を保護し、光を透過可能なガラス層４１０，４８０が設けられている。ここで、配向膜４４０及び表示面側の透明電極は、カラーフィルタ４３０上に一体形成されたものであっても良い。また、配向膜４６０及び裏面側の透明電極は、基板上に一体形成されたものであっても良い。

続けて、液晶パネル２１０に映像が表示される際の、液晶ディスプレイ１００の動作が解説される。映像信号は、映像端子１７０より制御部２３０に入力される。制御部は映像信号に適切な処理を行い、液晶パネル２１０の各透明電極の電圧を制御する。透明電極に電圧が印可されると、液晶分子が直立して捻れが取れた状態となる。印可される電圧は階調化されており、映像信号に基づき変化する。電圧が変化するタイミングは、制御部２３０が生成するクロック信号に基づき決定される。

ＬＥＤ光源３２０から照射された光は、導光板３１０の側面から導光板３１０に入射する。導光板３１０に入射した光は、拡散板３１１と反射板３１３との間で反射を繰り返しながら、図３中の左側に伝搬される。その際、一部の光は拡散板３１１を透過する。拡散板３１１には、拡散ドット３１５が形成されているため、拡散板３１１を透過する光は拡散されて、蛍光体層３１２に入射する。 蛍光体層３１２に入射した光は、ナノ蛍光体内部の電子を励起させ、電子が基底状態に戻ることでナノ蛍光体は発光する。２種類のナノ蛍光体の分量はそれぞれ調整されており、青色ＬＥＤからの光の一部は上記蛍光体層をそのまま透過するため、蛍光体層３１２を透過する光は、赤色，緑色，青色の各ピークがほぼ均等なスペクトルとなる。

バックライト２２０より照射された光の一部は、液晶パネル２１０に入射する。入射した光は偏光フィルム（縦）４７０により、直線偏光となる。液晶４５０に電圧が印加されていないサブ画素において、光は液晶分子の捻れに沿って９０度捻れるので、その偏光方向は９０度変化する。続けて、光はカラーフィルタ４３０に入射する。カラーフィルタ４３０は、そのサブ画素に応じた波長の光のみを透過させる。偏光フィルム（縦）４７０と偏光フィルム（横）４２０とは、その偏光方向が垂直に交わるように配置されているため、偏光方向が変化された光は偏光フィルム（横）４２０を透過することができる。

一方、液晶４５０に最大値の電圧が印加されたサブ画素においては、液晶分子が直立して捻れが取れた状態となっている。その場合、偏光フィルム（縦）４７０により直線偏光となった光は、そのまま直進するため、偏光フィルム（横）４２０により遮断される。透明電極に印可される電圧値に応じて液晶分子の捻れの状態は異なる。それに伴って、光の透過率が変化する。サブ画素ごとに光の透過率が異なり、光の透過率が経時的に変化する事で、液晶パネル２１０には映像が表示される。

［本実施形態の効果］

蛍光体層３１２が含むナノ蛍光体のバランスにより、蛍光体層３１２から透過する光のスペクトルは変化する。従って、液晶ディスプレイ１００の色調は容易に調整されうる。

蛍光体層３１２から透過する光のスペクトルは調整されうるため、光の波長をカラーフィルタ４３０の分光特性と一致させることが可能である。それにより、液晶ディスプレイ１００は高精細となる。同時に、カラーフィルタ４３０におけるエネルギー損失は少なくなり、液晶ディスプレイ１００のエネルギー効率は高くなる。

ナノ蛍光体の粒子系は５０ｎｍ以下であるため、粒子表面での光の散乱が少なくなる。また、ナノ蛍光体の粒子系が小さいため、蛍光体層３１２は、単位体積当たりに多くのナノ蛍光体を含むことができる。ナノ蛍光体の濃度が最適な値に調整されることで、蛍光体層３１２における変換効率は高くなり、液晶ディスプレイ１００のエネルギー効率はさらに高くなる。また、蛍光体層３１２は数μｍの薄膜として実現されるため、液晶ディスプレイ１００の構造の自由度が高まる。

蛍光体層３１２が上記バックライト２２０に積層されることで、バックライト２２０は一色のＬＥＤを光源として、複数の波長の光を出力することができる。従って、薄型で演色性の高いバックライト２２０が実現される。

［変形例１］

続けて、上述の実施形態の変形例１が解説される。図６は、液晶パネル５１０の積層構造を示す概略図である。変形例１において、蛍光体層３１２は、液晶パネル５１０のガラス層４８０の内側に積層されている。一方、バックライト５２０には、蛍光体層３１２が積層されていない。液晶パネル５１０及びバックライト５２０のその他の構成は前述された実施形態と同様である。

変形例１において、蛍光体層３１２は液晶パネル５１０に積層されている。従って、バックライト５２０からは、ＬＥＤによる青色の光がそのまま照射される。光のスペクトルは、光が液晶パネル５１０の蛍光体層３１２を透過する時に変更される。

蛍光体層３１２が液晶パネル５１０に積層されているため、液晶パネル５１０は、一色のＬＥＤを光源とするバックライト５２０により、高精細な映像の表示を行うことができる。

［変形例２］

続けて、上述の実施形態の変形例２が解説される。変形例２において、液晶パネル６１０には、前述のカラーフィルタ４３０に代わって、蛍光フィルタ６２０が使用される。蛍光フィルタ６２０には、カラーフィルタ４３０の着色剤の代わりに、ナノ蛍光体が使用されている。

図７は、液晶パネル６１０の積層構造を示す概略図である。液晶パネル６１０には、カラーフィルタ４３０に代わって、蛍光フィルタ６２０が積層されている。ここで、蛍光フィルタとは、従来の液晶パネルのカラーフィルタに代わって使用可能なものである。また、蛍光フィルタとは、従来のカラーフィルタにおける着色剤の代わりに、上記蛍光体が使用されたものである。液晶パネル６１０のその他の構成は前述された実施形態と同様である。また、バックライト５２０は、前述の変形例１と同じものである。

［蛍光フィルタ６２０］

蛍光フィルタは、液晶パネルのサブ画素に対応して、第１の領域、第２の領域、及び第３の領域の何れかに区画されており、第１の領域及び第２の領域では、光の少なくとも一部を透過する透過層が、互いに異なる蛍光色の蛍光体を含んだ蛍光体層によって被膜され、第３の領域では、透過層が、蛍光体層によって被膜されていないものであってもよい。

ここで、サブ画素とは、液晶パネルにおけるＲＧＢや、高精細化や高演色のためのその他の色のいずれかに対応する領域であり、液晶パネルの画素を構成するものである。

例えば、第１の領域は、蛍光色が赤色である蛍光体を含んだ蛍光体層によって被膜されものである。また、第２の領域は、蛍光色が緑色である蛍光体を含んだ蛍光体層によって被膜されたものである。ＬＥＤが青色ＬＥＤであるとすると、第１の領域、第２の領域、及び第３の領域からは、それぞれ、赤色、緑色、青色の光が出力される。従って、一色のＬＥＤのみを光源として、高精細な液晶ディスプレイが実現される。

図８は、蛍光フィルタ６２０を正面から見た拡大図である。蛍光フィルタ６２０には、Ｒ領域６２１，Ｇ領域６２２，Ｂ領域６２３が規則的に配列されている。各領域は、光を透過しないブラックマトリックス６２４により区画されている。隣接するＲ領域６２１，Ｇ領域６２２，Ｂ領域６２３の１セットが、液晶パネル６１０上で１画素を構成する。ここで、Ｒ領域６２１，Ｇ領域６２２，Ｂ領域６２３が、それぞれ本発明における第１の領域，第２の領域，第３の領域に相当するものである。

図９は、蛍光フィルタ６２０の積層構造を示す概略図である。半透明のガラス板７１０上には、蛍光体層（赤）７２０及び蛍光体層（緑）７３０が積層されている。蛍光体層（赤）７２０及び蛍光体層（緑）７３０は、ブラックマトリックス６２４により仕切られている。ブラックマトリックス６２４は、例えば低反射クロムにより形成される。ここで、蛍光体層（赤）７２０，蛍光体層（緑）７３０を正面から観察したものが、それぞれ、前述のＲ領域６２１，Ｇ領域６２２である。また、ガラス基板７１０上の皮膜されていない領域が、前述のＢ領域６２３である。また、ガラス基板７１０が、本発明における透過層に相当するものである。

蛍光体層（赤）７２０及び蛍光体層（緑）７３０は、それぞれ樹脂等からなる数μｍの薄膜である。樹脂の内部にはナノ蛍光体が封止されている。蛍光体層（赤）７２０には、蛍光色が赤色のナノ蛍光体が封止されている。また、蛍光体層（緑）７３０には、蛍光色が緑色のナノ蛍光体が封止されている。

蛍光体層（赤）７２０及び蛍光体層（緑）７３０の形成には、従来のカラーフィルタと同様の製造方法が使用される。上述の樹脂としては例えば感光性樹脂が使用される。ナノ蛍光体を含んだ溶液は、感光性樹脂と混合される。配合の比率は、上述の実施形態と同様である。混合液は、ブラックマトリックス６２４が形成されたガラス板７１０上に塗布される。感光性樹脂がフォトマスクを介してパターン露光されることで、感光性樹脂はＵＶ硬化する。続けて、現像液により、感光性樹脂の不要な部分は除去され、ポストベークにて熱硬化される。以上の工程が蛍光体層（赤）７２０及び蛍光体層（緑）７３０に対して施行され、蛍光フィルタ６２０が製造される。生成される各蛍光体層の膜厚は、約１０μｍである。各蛍光体層には、１ｃｍ^２ 当たり、約１０^１５個のナノ蛍光体が含まれる。また、配向膜４４０及び表示面側の透明電極は、蛍光フィルタ６２０上に重ねて形成される事もできる。ここで使用される樹脂中の蛍光体の量や膜厚はディスプレイの特性に応じて自在に調整されてもよい。また、感光性樹脂以外にも熱硬化性や化学硬化性喉が同様に使用されうる。

バックライト５２０から照射された光の一部は、蛍光フィルタ６２０に入射する。Ｒ領域６２１に入射した光は、ナノ蛍光体により赤色の光となり、蛍光フィルタ６２０を透過する。Ｇ領域６２２に入射した光は、ナノ蛍光体により緑色の光となり、蛍光フィルタ６２０を透過する。Ｂ領域６２３には蛍光体が含まれないため、Ｇ領域６２２に入射した光は、そのまま透過する。従って、Ｒ領域６２１，Ｇ領域６２２，Ｂ領域６２３からは、それぞれ、赤色，緑色，青色の光が放射される。各領域は液晶パネル６１０のサブ画素に対応しているため、液晶パネル６１０にはカラー映像が表示される。

蛍光フィルタ６２０は、特定の波長の光をカットするものではなく、波長の変換を行うものである。蛍光フィルタ６２０が搭載された液晶ディスプレイは、蛍光をカラーフィルタによってカットする従来式の液晶ディスプレイよりもエネルギー効率が高く、高精細である。

従来のカラーフィルタでは、光の約７０％が失われて主に熱となっていた。即ち、入射した光のうちの約３０％のみが液晶ディスプレイの輝度に寄与していた。また、従来の液晶ディスプレイでは、蛍光による光をさらにカラーフィルタに通していたため、多重のエネルギー損失が発生していた。液晶ディスプレイに蛍光フィルタが使用されることで、カラーフィルタは不要となる。それにより、上記液晶ディスプレイのエネルギー効率はさらに高くなる。

１００・・・液晶ディスプレイ
２１０・・・液晶パネル
２２０・・・バックライト
３１２・・・蛍光体層
３２０・・・ＬＥＤ光源（ＬＥＤ，青色ＬＥＤ）
４３０・・・カラーフィルタ
５１０・・・液晶パネル
５２０・・・バックライト
６１０・・・液晶パネル
６２０・・・蛍光フィルタ
６２１・・・Ｒ領域（第１の領域）
６２２・・・Ｇ領域（第２の領域）
６２３・・・Ｂ領域（第３の領域）
７１０・・・ガラス板（透過層）
７２０・・・蛍光体層（赤）（蛍光体層）
７３０・・・蛍光体層（緑）（蛍光体層）

Claims (15)

1. ＬＥＤ光源及び導光板を有するバックライトと、
   上記導光板の厚み方向に沿って上記バックライトと対向して配置されており、上記バックライトによって光を照射される液晶パネルと、を備え、
   上記ＬＥＤ光源は、上記導光板における上記厚み方向に沿って拡がった面に当接されており、
   上記導光板は、
   アクリル板と、
   上記アクリル板における上記液晶パネルとは反対側の面に積層された反射層と、
   上記アクリル板における上記液晶パネル側の面に積層された拡散層と、
   上記拡散層における上記液晶パネル側の面に積層されており、量子ドットからなる蛍光体を内部に含んだ蛍光体層と、を備え、
   上記液晶パネルは、
   上記蛍光体層と対向して配置された第１ガラス層と、
   上記第１ガラス層における上記導光板とは反対側の面に積層されており、第１方向にそろった直線偏光を透過させる第１偏光子と、
   上記第１偏光子における上記第１ガラス層とは反対側の面に積層された第１配向膜と、
   上記第１配向膜における上記第１偏光子とは反対側の面に積層された液晶と、
   上記液晶における上記第１配向膜とは反対側の面に積層された第２配向膜と、
   上記第２配向膜における上記液晶とは反対側の面に積層されたカラーフィルタと、
   上記カラーフィルタにおける上記第２配向膜とは反対側の面に積層されており、上記第１方向と直交する第２方向にそろった直線偏光を透過させる第２偏光子と、
   上記第２偏光子における上記カラーフィルタとは反対側の面に積層された第２ガラス層と、を備える液晶ディスプレイ。
2. ＬＥＤ光源及び導光板を有するバックライトと、
   上記導光板の厚み方向に沿って上記バックライトと対向して配置されており、上記バックライトによって光を照射される液晶パネルと、を備え、
   上記ＬＥＤ光源は、上記導光板における上記厚み方向に沿って拡がった面に当接されており、
   上記導光板は、
   アクリル板と、
   上記アクリル板における上記液晶パネルとは反対側の面に積層された反射層と、
   上記アクリル板における上記液晶パネル側の面に積層された拡散層と、を備え、
   上記液晶パネルは、
   上記拡散層と対向して配置された第１ガラス層と、
   上記第１ガラス層における上記導光板とは反対側の面に積層されており、量子ドットからなる蛍光体を内部に含んだ蛍光体層と、
   上記蛍光体層における上記第１ガラス層とは反対側の面に積層されており、第１方向にそろった直線偏光を透過させる第１偏光子と、
   上記第１偏光子における上記第１ガラス層とは反対側の面に積層された第１配向膜と、
   上記第１配向膜における上記第１偏光子とは反対側の面に積層された液晶と、
   上記液晶における上記第１配向膜とは反対側の面に積層された第２配向膜と、
   上記第２配向膜における上記液晶とは反対側の面に積層されたカラーフィルタと、
   上記カラーフィルタにおける上記第２配向膜とは反対側の面に積層されており、上記第１方向と直交する第２方向にそろった直線偏光を透過させる第２偏光子と、
   上記第２偏光子における上記カラーフィルタとは反対側の面に積層された第２ガラス層と、を備える液晶ディスプレイ。
3. 上記ＬＥＤ光源は、青色の光を照射するものであり、
   上記蛍光体層は、蛍光色がそれぞれ赤色及び緑色の２種類の上記蛍光体を内部に含んだものである請求項１または２に記載の液晶ディスプレイ。
4. ２種類の上記蛍光体の励起波長は同一である請求項３に記載の液晶ディスプレイ。
5. 上記ＬＥＤ光源は、青色ＬＥＤ、紫色ＬＥＤ、又は当該青色ＬＥＤ及び紫色ＬＥＤよりも照射する光の波長が短いＬＥＤ光源である請求項１または２に記載の液晶ディスプレイ。
6. 上記蛍光体層は、蛍光色が相互に異なる複数の上記蛍光体を混合した状態で内部に含んだものである請求項１から５のいずれかに記載の液晶ディスプレイ。
7. 上記蛍光体層は、
   １種類の上記蛍光体が含まれた第１蛍光体層と、
   上記第１蛍光体層に積層されており、上記第１蛍光体層に含まれた上記蛍光体とは異なる種類の上記蛍光体が含まれた第２蛍光体層と、を備える請求項１から５のいずれかに記載の液晶ディスプレイ。
8. 上記蛍光体は、発光部としてのコアが保護膜としての第１シェル及び第２シェルにより二重に被膜されたものである請求項１から７のいずれかに記載の液晶ディスプレイ。
9. 上記蛍光体層の膜厚は、１０μｍ以下である請求項１から８の何れかに記載の液晶ディスプレイ。
10. 上記蛍光体の最大粒子径は、５０ｎｍ以下である請求項１から９の何れかに記載の液晶ディスプレイ。
11. 上記蛍光体層には、０．０１ｗｔ％から５０ｗｔ％までの何れかの量の上記蛍光体が含まれている請求項１から１０のいずれかに記載の液晶ディスプレイ。
12. 上記蛍光体層には、１０ｗｔ％の上記蛍光体が含まれている請求項１１に記載の液晶ディスプレイ。
13. 上記蛍光体層は、感光性樹脂である請求項１から１２の何れかに記載の液晶ディスプレイ。
14. 上記蛍光体層は、熱硬化性樹脂である請求項１から１２の何れかに記載の液晶ディスプレイ。
15. 上記蛍光体層は、化学硬化性樹脂である請求項１から１２の何れかに記載の液晶ディスプレイ。
    
    

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