JP2017090774A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位の低下の抑制が可能な表示装置を提供する。【解決手段】光源部と、導光部と、レンズと、発光層と、を備えた表示装置であって、前記光源部は、光を前記導光部へ向けて照射し、前記レンズは、前記光源部から照射された前記光を集光し、前記導光部は、前記レンズで集光された前記光を前記発光層に向けて導光し、前記導光部によって導光された前記光は、プリズム層を通過せずに前記発光層に照射される、表示装置。【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

光源の光利用効率を向上させる観点から、光源と、光制御部（液晶層）と、偏光板と、発光層と、を備えた液晶表示装置が開示されている。このような液晶表示装置において、光源は偏光された光を出射し、発光層は偏光板を通過した光によって励起されてフォトルミネッセンス光を発光する。
しかしながら、発光層を利用してカラー表示を行う液晶表示装置は、ある画素の液晶層を通過した光が隣接する画素の発光層を通過することによる混色が発生しやすくなる恐れがある。

特開２０００−１３１６８３号公報 特開２００８−５８９４９号公報

本実施形態の目的は、表示品位の低下の抑制が可能な表示装置を提供することにある。

本実施形態によれば、
光源部と、導光部と、レンズと、発光層と、を備えた表示装置であって、前記光源部は、光を前記導光部へ向けて照射し、前記レンズは、前記光源部から照射された前記光を集光し、前記導光部は、前記レンズで集光された前記光を前記発光層に向けて導光し、前記導光部によって導光された前記光は、プリズム層を通過せずに前記発光層に照射される、表示装置が提供される。

図１は、本実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。 図２は、画素の構成を示す図である。 図３は、本実施形態に係る表示装置の断面を示す図である。 図４は、照射部を示す斜視図である。 図５は、表示パネルの断面を示す図である。 図６は、導光部の凹凸に対するレーザ光の偏光方向を示す図である。 図７は、オン状態時の量子ロッドの配向方向に対するレーザ光の偏光方向を示す図である。 図８は、反射層の反射率特性を示す図である。 図９は、第１の変形例に係る表示装置の断面を示す図である。 図１０は、第２の変形例に係る表示装置の断面を示す図である。 図１１は、第３の変形例に係る表示装置の断面を示す図である。 図１２は、発光層が散乱素子を備えている場合の表示パネルの断面を示す図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、本実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。
なお、本実施形態は、液晶分子が光学素子として機能する液晶表示パネルを有する表示装置について図示して説明するが、これに限らず、Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ（ＭＥＭＳ）シャッターが光学素子として機能する機械式表示パネルを有する表示装置や、電気泳動素子等を有する電子ペーパ型表示パネルを有する表示装置などであってもよい。なお、ＭＥＭＳシャッターを用いる場合、後述する第１偏光板ＰＬ１、第２偏光板ＰＬ２は設けなくても良い。

表示装置ＤＳＰは、表示パネルＰＮＬ、表示パネルＰＮＬを駆動する駆動ＩＣチップＩＣ、表示パネルＰＮＬを照明する照射部３００、表示パネルＰＮＬ及び照射部３００の動作を制御する制御モジュールＣＭ、表示パネルＰＮＬ及び照射部３００へ制御信号を伝達するフレキシブル回路基板ＦＰＣ１、ＦＰＣ２、などを備えている。なお、本実施形態において、第１方向Ｘは、例えば表示パネルＰＮＬの短辺方向である。第２方向Ｙは、第１方向Ｘと交差する方向であり、表示パネルＰＮＬの長辺方向である。また、第３方向Ｚは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙと交差する方向である。本実施形態において、表示パネルＰＮＬの表示面には、表示領域ＤＡが位置し、表示パネルＰＮＬの背面は、表示面の反対側に位置するものとする。また、上（上方）とは背面から表示面に向かう方向であり、下（下方）とは表示面から背面に向かう方向であるものとする。

表示パネルＰＮＬは、第１基板１００と、第１基板１００に対向配置された第２基板２００と、後述する液晶層ＬＱと、を備えている。表示パネルＰＮＬは、画像を表示する表示領域ＤＡ、及び、表示領域ＤＡの周辺に位置する、第２基板２００に形成された遮光膜と重畳した額縁状の非表示領域ＮＤＡを備えている。表示パネルＰＮＬは、例えば、表示領域ＤＡ内において第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に並んだ画素ＰＸを備えている。

照射部３００は、表示パネルＰＮＬの第１基板１００側に対向するように配置されている。照射部３００は、表示パネルＰＮＬを背面側から照明する、いわゆるバックライトユニットに相当する。駆動ＩＣチップＩＣは、表示パネルＰＮＬの第１基板１００上に実装されている。フレキシブル回路基板ＦＰＣ１は、第１基板１００上に実装され、表示パネルＰＮＬと制御モジュールＣＭとを接続している。フレキシブル回路基板ＦＰＣ２は、照射部３００と制御モジュールＣＭとを接続している。

このような構成の表示装置ＤＳＰは、照射部３００から表示パネルＰＮＬに入射する光を各画素ＰＸで選択的に透過することによって画像を表示する透過表示機能を備えた、いわゆる透過型の液晶表示装置に相当する。但し、表示装置ＤＳＰは、外部から表示パネルＰＮＬに向かって入射する外光を各画素ＰＸで選択的に反射することによって画像を表示する反射表示機能を兼ね備えた、いわゆる半透過型の液晶表示装置であっても良い。半透過型の液晶表示装置については、光源として、表示パネルＰＮＬの表示面側に、フロントライトユニットが配置されていても良い。以下では、透過型の液晶表示装置を例に説明する。

図２は、画素の構成を示す図である。
各画素ＰＸは、スイッチング素子ＰＳＷ、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥ、液晶層ＬＱ等を備えている。スイッチング素子ＰＳＷは、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で形成されている。スイッチング素子ＰＳＷは走査線Ｇ、信号線Ｓ、及び、画素電極ＰＥと電気的に接続されている。例えば、走査線Ｇは第１方向Ｘに延在し、信号線Ｓは第２方向Ｙに延在している。なお、走査線Ｇ及び信号線Ｓは、直線状に形成されていてもよいし、それぞれの少なくとも一部が屈曲していてもよい。液晶層ＬＱは、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に生じる電界によって駆動されている。保持容量ＣＳは、例えば、共通電極ＣＥと画素電極ＰＥとの間に形成される電気容量である。

次に、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰの構成例について、説明する。
図３は、本実施形態に係る表示装置の断面を示す図である。
液晶層ＬＱは、第１基板１００と第２基板２００との間に保持され、シール材ＳＥで封止されている。また、表示パネルＰＮＬは、さらに発光層４００を備えている。発光層４００は、第２基板２００の表示面側に配置されている。また、発光層４００は、表示領域ＤＡの全面に亘って延在している。

照射部３００は、光源部３１０、レンズ３３０、及び導光部３４０を備えている。光源部３１０は、レンズ３３０を介して、平行光を導光部３４０へ向けて照射する光源である。光源部３１０から照射される光は、例えば、４２０ｎｍ未満の主波長を有する偏光した紫外光である。以下、光源部３１０から照射される光は、適宜、具体例であるレーザ光を用いて記載をする。しかし、本発明の光源部３１０から照射される光は、発光ダイオード光や他の光であっても良い。

レンズ３３０は、光源部３１０と導光部３４０との間に配置される。レンズ３３０は、光を集光するものであれば特に限定されない。レンズ３３０の具体例としてはフレネルレンズや回折レンズであり、レンズ３３０は照射された光を平行光にする。図示した例では、レンズ３３０は、第２方向Ｙに導光部３４０と隣接しており、レンズ３３０から出射されたレーザ光は、第２方向Ｙに平行である。なお、レンズ３３０を通過する際、光源部３１０から出射したレーザ光の偏光は維持される。平行光は別名でコリメート光と呼称され、空間を実質的に一直線に進む、高い指向性を持った光である。また、完全な平行光線束というのは科学技術の世界で存在しないため、平行光は各光線が厳密な意味で平行に並んでいる場合に限定されるわけではない。コリメートされた平行光でも波動光学における回折の影響を受けて、遠方に進むにつれて僅かずつ光が拡がる場合はある。

導光部３４０は、レンズ３３０で集光されたレーザ光を、発光層４００に向けて導光する。導光部３４０は、表示パネルＰＮＬの背面側に配置され、第１基板１００と対向している。また、導光部３４０は、表示パネルＰＮＬの表示領域ＤＡに対応する領域の全体に亘って延在している。導光部３４０は、例えば、光透過性を有する樹脂で形成されている。また、導光部３４０は、その内部を通過するレーザ光の偏光方向を維持する観点から、低複屈折性を有することが望ましい。例えば、導光部３４０のリタデーションは、入射されるレーザ光の主波長の４分の１以下であることが望ましい。このような導光部３４０は、例えば正の複屈折物質と負の複屈折物質との混合体または共重合体で形成されており、例えば固有複屈折率が絶対値で３×１０^−３以下のポリマーで形成されている。

混合体は、固有複屈折率が正のポリマーと負のポリマーとが適切な比率で混合されることにより、ポリマーに配向が生じた時に互いに複屈折が相殺しあい、巨視的に複屈折を発現させない。または、混合体は、棒状の分子形状と分極率の異方性を持つ低分子をポリマーに添加することにより、ポリマーの複屈折を相殺する。共重合体は、固有複屈折率が正のモノマーと負のモノマーとを適切な比率で共重合させて、１つのポリマー鎖内で分極率異方性を打ち消す。上記の混合体または共重合体は、例えば、特許第５２６３７７１号公報の（００４３）段落〜（００５２）段落に記載のものを適用することができる。

導光部３４０は、側面３４１と、第１主面３４２と、第２主面３４３と、を有している。側面３４１は光源部３１０に対向する側に位置し、第１主面３４２は表示パネルＰＮＬに対向する側に位置し、第２主面３４３は第１主面３４２とは反対側に位置している。側面３４１は、ＸＺ平面から傾斜している。側面３４１は、第１主面３４２と鈍角θ１をなし、第２主面３４３と鋭角θ２をなす。レーザ光は、側面３４１を通って導光部３４０の内部へ入射する際、平行性を維持したまま第２主面３４３の方向へ屈折する。第２主面３４３は、断面が凹凸形状を有している。第２主面３４３の凹凸形状は、側面３４１側から入射するレーザ光の全反射条件を満たすように形成されている。第２主面３４３において、レーザ光は、平行性を維持したまま第１主面３４２の主面に垂直な方向に反射される。第１主面３４２は、Ｘ−Ｙ平面に平行な方向に延在する平坦な面である。レーザ光は、第１主面３４２を通って導光部３４０の内部から出射される際、屈折しない。かくして、光源部３１０から出射されたレーザ光は、導光部３４０で導光されて、表示パネルＰＮＬの主面の法線に平行な平行光として、表示パネルＰＮＬに入射する。

上述した照射部３００の導光部３４０と、表示パネルＰＮＬの第１基板１００との間、表示パネルＰＮＬ内部、及び、表示パネルＰＮＬと発光層４００との間には、プリズム層は存在していない。従って、導光部３４０によって導光されたレーザ光は、プリズム層を通過せずに発光層４００に照射される。なお、導光部３４０と表示パネルＰＮＬとの間、及び、表示パネルＰＮＬと発光層４００との間には、偏光板や位相差板などの光学機能層が適宜配置される。プリズム層を有するプリズムシートなどが導光部３４０と発光層４００との間に存在すると、導光部３４０で導光された光は、発光層４００に到達する前に平行性が損なわれてしまうため、平行光が発光層４００に効率的に照射されなくなってしまう。

図４は、照射部を示す斜視図である。
第２主面３４３の凹部３４３ａ及び凸部３４３ｂは、例えば、第１方向Ｘに連続して延在しており、第２方向Ｙに交互に並んでいる。凹部３４３ａ及び凸部３４３ｂは、一部が途切れて不連続に延在していてもよい。導光部３４０の側面３４１側には、複数の光源部３１０が配置されている。光源部３１０は、第１方向Ｘに並んでいる。また、照射部３００は、複数の光源部３１０に対応する複数のレンズ３３０を備えている。これにより、光源部３１０から出射されたレーザ光は、側面３４１の略全面に照射され、第１主面３４２の略全面から出射される。なお、図示した光源部３１０は、片側の側面３４１側に光源部３１０が配置されているが、導光部３４０の側面３４１以外の側面側にも光源部３１０が配置されていてもよい。

図５は、表示パネルの断面を示す図である。
表示パネルＰＮＬは、第１画素ＰＸ１、第２画素ＰＸ２、及び第３画素ＰＸ３を備えている。表示装置ＤＳＰは、導光部３４０と発光層４００との間に、第１画素ＰＸ１乃至第３画素ＰＸ３の輝度を制御する光学素子層を備えている。本構成例においては、液晶層ＬＱが光学素子層に相当する。

なお、図示した表示パネルＰＮＬは、主として基板主面（あるいはＸ−Ｙ平面）に垂直な縦電界を利用する表示モードに対応した構成を有しているが、特に制限される訳ではなく、基板主面に対して平行な横電界や、基板主面に対して斜め方向の電界、或いは、それらを組み合わせて利用する表示モードに対応した構成を有していても良い。縦電界や斜め電界を利用する表示モードでは、図５に図示したように、第１基板１００に画素電極ＰＥを備え、第２基板２００に共通電極ＣＥが備えられた構成が適用可能である。対して、横電界を利用する表示モードでは、例えば第１基板１００に画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥの双方が備えられた構成が適用可能である。

第１基板１００は、第１絶縁基板１１０、第１絶縁膜１２０、画素電極ＰＥ、及び第１配向膜ＡＬ１を備えている。なお、ここでは、スイッチング素子や走査線、信号線、各種絶縁膜の図示を省略している。
第１絶縁基板１１０は、例えばガラス基板や樹脂基板などの光透過性を有する絶縁材料を用いて形成されている。第１絶縁膜１２０は、第１絶縁基板１１０の液晶層ＬＱ側に配置されている。第１絶縁膜１２０は、無機絶縁材料によって形成された絶縁膜、及び、有機絶縁材料によって形成された絶縁膜を含んでいる。一例では、第１絶縁膜１２０は、図２に示したスイッチング素子ＰＳＷの半導体層、走査線Ｇ、及び、信号線Ｓをそれぞれ覆う絶縁膜を含んでいる。

画素電極ＰＥは、第１画素ＰＸ１乃至第３画素ＰＸ３のそれぞれに対応する領域において、第１絶縁膜１２０上に配置されている。画素電極ＰＥは、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成されている。第１配向膜ＡＬ１は、第１絶縁膜１２０及び画素電極ＰＥ上に配置されている。

第２基板２００は、第２絶縁基板２１０、共通電極ＣＥ、及び第２配向膜ＡＬ２を備えている。
第２絶縁基板２１０は、例えばガラス基板や樹脂基板などの光透過性を有する絶縁材料を用いて形成されている。共通電極ＣＥは、第２絶縁基板２１０の液晶層ＬＱ側に配置されている。また、共通電極ＣＥは、第１画素ＰＸ１乃至第３画素ＰＸ３に亘って、配置されている。共通電極ＣＥは、例えばＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電材料によって形成されている。一例では、画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、平面状に配置されている。ＩＰＳモードやＦＦＳモードに代表される横電界モードの表示装置の場合、画素電極ＰＥまたは共通電極ＣＥの構造が櫛歯形状となる。しかし、櫛歯形状を有する電極の場合、電極を通過する光を回折させてしまい、平行光の平行性を崩してしまう場合がある。よって、画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは平面状に配置されていると好ましい。

第２配向膜ＡＬ２は、共通電極ＣＥを覆っている。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、例えばポリイミドなどの樹脂材料によって形成されている。一例では、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、液晶層ＬＱ中の液晶分子を第１基板１００または第２基板２００の主面に垂直な方向に配向させる配向規制力を有する垂直配向膜であるが、液晶分子を第１基板１００または第２基板２００の主面に平行な方向に配向させる配向規制力を有する水平配向膜であってもよい。

表示装置ＤＳＰは、さらに、第１光学部材ＯＤ１と、第２光学部材ＯＤ２とを備えている。第１光学部材ＯＤ１は、第１絶縁基板１１０と照射部３００との間に配置され、第１偏光板ＰＬ１を備えている。第２光学部材ＯＤ２は、液晶層ＬＱと発光層４００との間に配置され、第２偏光板ＰＬ２を備えている。なお、第１光学部材ＯＤ１及び第２光学部材ＯＤ２は、位相差板などの他の光学機能層を備えていてもよい。一例では、第１偏光板ＰＬ１及び第２偏光板ＰＬ２は、それぞれの透過軸が直交するクロスニコルの位置関係で配置される。なお、光源部３１０から出射されるレーザ光が偏光している場合、表示装置ＤＳＰは、導光部３４０と液晶層ＬＱとの間に第１偏光板ＰＬ１を備えていない構成であってもよい。

光源部３１０から出射されるレーザ光が紫外光である場合、第１偏光板ＰＬ１及び第２偏光板ＰＬ２は、紫外光域において直線偏光二色性を示す紫外線偏光板が用いられる。紫外線偏光板は、紫外光域の所望の波長において偏光性能を有していれば特に限定されるものではなく、例えば染料系偏光板やグリッド偏光板で構成されたものが適用可能である。

染料系偏光板は、例えばポリビニルアルコール系樹脂フィルムなどの基材フィルムを、二色性染料で染色して形成される。染料系偏光板は、二色性染料を適宜選択することで、紫外光域で優れた偏光性能及び耐久性を発揮する。二色性染料は、特に限定されるものではなく、例えば公知のアゾ化合物染料から適宜選択することができる。染色系偏光板としては、例えば、ＷＯ２００５／０１５２７５号公報の（００１９）段落〜（００２６）段落に記載の偏光板を適用可能である。

グリッド偏光板は、透明基材上に微細な縞状のグリッド（格子）を設けた構造のものであり、グリッドの線状部の離間間隔を偏光させる光の波長以下とすることで、グリッドの線状部の延在方向と平行な偏光を反射または吸収する。グリッドの材料は、例えば、アルミ、銀、金、銅などの金属や、窒化チタン、酸窒化チタンなどの金属化合物や誘電体から適宜選択することができる。また、グリッドの線状部の離間間隔は、レーザ光の波長以下であれば特に限定されるものではなく、例えば１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。

発光層４００は、例えば、光透過性を有する基材４１０上に配置され、反射層４２０、バンク４３０、及び第１発光素子４４１、第２発光素子４４２、及び第３発光素子４４３を備えている。なお、第１発光素子４４１乃至第３発光素子４４３は、第１画素ＰＸ１乃至第３画素ＰＸ３のそれぞれに対応する領域に配置されている。なお、発光層４００は、バンク４３０を有していなくても良い。

図示した例では、発光層４００に入射するレーザ光の主波長は４２０ｎｍ未満であり、第１画素ＰＸ１乃至第３画素ＰＸ３は赤色画素、緑色画素、及び青色画素である。このとき、第１発光素子４４１、第２発光素子４４２、及び第３発光素子４４３のそれぞれは、入射するレーザ光を吸収して赤色光を発光する赤色蛍光体層、緑色光を発光する緑色蛍光体層、及び青色光を発光する青色蛍光体層に相当する。なお、第１発光素子４４１乃至第３発光素子４４３は、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、及び青色蛍光体層に限定されるものではなく、他の色の光を発光する蛍光体層であってもよい。

反射層４２０は、発光層４００の表示パネルＰＮＬ側、すなわち光学素子層を構成する液晶層ＬＱと対向する側に配置されている。反射層４２０は、発光層４００からの発光のうち、表示パネルＰＮＬ側に出射する成分を表示面側に反射する。反射層４２０は、例えば、紫外光の反射率が低く、可視光の反射率が高い可視光反射膜で形成されている。すなわち、反射層４２０は、第２光学部材ＯＤ２を透過したレーザ光を透過し、第１発光素子４４１乃至第３発光素子４４３からの発光を選択的に反射する。なお、反射層４２０は、鏡面反射層であってもよく、拡散反射層であってもよい。反射層４２０が拡散反射層である場合、表示装置ＤＳＰの視野角を拡大させることができる。

バンク４３０は、隣接する画素の境界に配置されている。バンク４３０は、例えば、隣接する発光素子同士を区画して、１つの発光素子からの発光が隣接する別の発光素子へ入射することを防止することができる。バンク４３０は、例えば、遮光性を有する黒色樹脂で形成されている。なお、発光層４００で発光した光の取出し効率を向上させる観点から、バンク４３０と各発光素子４４１乃至４４３との間に、反射層４２０が配置されていてもよい。

第１発光素子４４１乃至第３発光素子４４３は、反射層４２０上に配置され、バンク４３０で区画されている。第１発光素子４４１は、透明な樹脂の内部に分散配置された第１蛍光体４５１を備えている。また、第１発光素子４４１と同様に、第２発光素子４４２は、第２蛍光体４５２を備えており、第３発光素子４４３は、第３蛍光体４５３を備えている。第１蛍光体４５１乃至第３蛍光体４５３は、特に限定されるものではなく、例えば、量子粒子を用いることができる。

量子粒子は、ドット形状の量子ドットが有名であり、直径が数ナノメートルから数十ナノメートルの半導体の微粒子である。量子粒子は、その粒径に応じた離散的なエネルギ準位をとる状態に電子を閉じ込めるため、粒径を制御することで様々な波長の光を発生させることができる。
量子粒子は、例えば、ウルツ鉱型又は閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するＩＩ−ＶＩ族半導体又はＩＩＩ−Ｖ族半導体で形成されている。量子粒子は、例えばコア・シェル構造を形成している。量子粒子の光学特性は、主にコアの性質によって決定される。例えば、量子粒子の発光波長は、コアに用いられる半導体の種類や大きさによって調整することができる。コアは、量子ドットの中心に位置し、例えば、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、又はリン化インジウム（ＩｎＰ）などで形成されている。シェルは、コアの周囲を覆いコアを物理的及び化学的に安定化させている。シェルの周囲には有機分子が修飾されている場合もある。シェルは、例えば、セレン化亜鉛（ＳｅＺｎ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）などで形成されている。シェルは、１層に限定されるものではなく、２層や３層であってもよい。複数層のシェルを備えることで、量子粒子は、コアとシェルとの間の格子定数のミスマッチに起因したコアの結晶格子の歪みを低減することができる。

量子粒子の形状は、ドット状に限定されるものではなく、例えば棒状などの異方形状であってもよい。このような棒状の量子粒子を、量子ロッドと呼称するものとする。量子ロッドの極性軸は、例えば、ｃ軸又は＜１１１＞軸であり、長軸と一致する。量子ロッドの光吸収及び発光は、極性軸の方向に起因して、偏光異方性を有する。光吸収の偏光異方性とは、量子ロッドの吸光度が、量子ロッドの長軸の延在方向と量子ロッドを励起する入射光の偏光方向とによって成される角度に依存する性質を意味している。また、発光の偏光異方性とは、量子ロッドの発光強度が、量子ロッドの長軸の延在方向と量子ロッドの発光の偏光方向とによって成される角度に依存する性質を意味している。例えば、量子ロッドの吸光度は、入射光の偏光方向が量子ロッドの長軸と平行な場合に最大となり、量子ロッドの発光強度は、発光の偏光方向が量子ロッドの長軸と平行な場合に最大となる。

第１発光素子４４１乃至第３発光素子４４３は、分散配置された散乱粒子４６０を備えていてもよい。散乱粒子４６０は、第１発光素子４４１乃至第３発光素子４４３に入射するレーザ光を散乱し、第１蛍光体４５１乃至第３蛍光体４５３のレーザ光の吸収効率を向上させることができる。散乱粒子４６０は、光を屈折及び散乱させるものであれば特に限定されず、有機粒子であっても無機粒子であっても良い。有機粒子としては、アクリル、シリコン、又は、スチレン系の樹脂が好ましい。無機粒子としてはシリカやアルミナのような無機酸化物粒子、又は、アルミニウム、銅、鉄などの金属粒子が好ましい。

また、表示装置ＤＳＰは、発光層４００の上方に拡散シートを備えていても良い。拡散シートは、例えば、上記の散乱粒子が分散配置された樹脂フィルムである。表示装置ＤＳＰは、拡散シートを備えることで、発光層４００から表示パネルＰＮＬの外部へ出射する光を広く拡散させ、面内方向の輝度ムラを抑制できる。

以上の様な構成例において、レーザ光は、紫外光であるが、これに限定されるものではなく、レーザ光は可視光であってもよい。例えば、レーザ光が青色光である場合の構成例について、図１２で後述する。

次に、本構成例におけるレーザ光の偏光方向と、各部材との関係について、図６を用いて説明する。

図６は、導光部の凹凸に対するレーザ光の偏光方向を示す図である。
導光部３４０の第２主面３４３へ入射するレーザ光は、偏光方向Ｐ１に偏光している。偏光方向Ｐ１は、第１方向Ｘと平行である。第２主面３４３の凹部３４３ａまたは凸部３４３ｂは、第１方向Ｘと平行な方向に延在している。すなわち、導光部３４０において導光されるレーザ光の偏光方向Ｐ１は、凹部３４３ａまたは凸部３４３ｂの延在方向と平行である。第１偏光板ＰＬ１の透過軸方向ＴＡ１は、第１方向Ｘと平行であり、すなわち、偏光方向Ｐ１と平行である。従って、第１偏光板ＰＬ１を透過したレーザ光の偏光方向は、偏光方向Ｐ１と平行である。尚、偏光方向Ｐ１、透過軸方向ＴＡ１は、第１方向Ｘと交差する方向であってもよく、例えば第２方向Ｙと平行であってもよい。

次に、各蛍光体４５１，４５２，４５３に量子ロッドを適用した場合の本構成例における量子ロッドの配向方向と、光の偏光方向について、図７を用いて説明する。なお、本構成例に適用した量子ロッドは、一例として、その長軸と平行な偏光の光で吸光度が最大となり、また、その長軸と平行な方向に偏光した光を発光するものであるとする。

図７は、オン状態時の量子ロッドの配向方向に対するレーザ光の偏光方向を示す図である。
表示装置ＤＳＰがノーマリーブラックモードの場合、レーザ光は、液晶層ＬＱに電圧が印加されるオン状態時に第２偏光板ＰＬ２を透過する。第２偏光板ＰＬ２の透過軸方向ＴＡ２は、一例として、第２方向Ｙと平行である。従って、第２偏光板ＰＬ２を透過したレーザ光は、第２方向Ｙと平行な偏光方向Ｐ２に偏光している。発光層４００に備えられた量子ロッド４５０（第１乃至第３蛍光体４５１，４５２，４５３）の長軸は、第２方向Ｙに配向し、透過軸方向ＴＡ２と平行である。よって、量子ロッド４５０に入射するレーザ光の偏光方向Ｐ２は、量子ロッド４５０の長軸の配向方向と平行である。また、量子ロッド４５０の発光の偏光方向Ｐ３は、量子ロッド４５０の長軸の配向方向と平行である。すなわち、第２方向Ｙに配向した量子ロッド４５０を備えた発光層４００は、第２方向Ｙに偏光したレーザ光を吸収し、第２方向Ｙに偏光した発光光を出射することができる。

次に、本構成例における反射層４２０の反射率特性について、図８を用いて説明する。
図８は、反射層の反射率特性を示す図である。横軸は波長を示し、縦軸は反射率及び光強度を示している。
実線で示されるスペクトルＥＸは、照射部３００から出射されるレーザ光の光源スペクトルである。実線で示されるスペクトルＬＵ１乃至ＬＵ３は、第１発光素子４４１乃至第３発光素子４４３の発光スペクトルである。破線で示されるスペクトルＲＳＰは、反射層４２０の反射率スペクトルである。反射層４２０の反射率は、スペクトルＥＸと重なる紫外光域では低く、可視光域のうち、スペクトルＬＵ１乃至ＬＵ３と重なる赤色、緑色、及び青色の三原色波長域で高い。ただし、反射層４２０での外光反射による表示品位低下を抑制する観点から、反射層４２０の可視光域の反射率は、三原色波長域以外の波長域では低いことが望ましい。

反射層４２０は、例えば、特定の波長域で光反射特性を有し、その他の波長域で低反射特性を有する光学多層膜を備えている。光学多層膜は、例えば、２種類以上の誘電体膜を積層して形成されている。このとき、それぞれ誘電体膜は、例えば、高屈折率の誘電体膜と低屈折率の誘電体膜とが交互に積層された多層膜である。それぞれの誘電体膜は、少なくとも１層配置されていればよく、２層以上配置されていてもよい。各誘電体膜の層数および膜厚は、所望の光反射率特性に合わせて適宜選択することができる。

誘電体膜は、例えば、金属酸化物などの無機膜である。このとき、高屈折率の誘電体膜は、例えば、屈折率が２．０〜２．６程度のものを使用することができる。低屈折率の誘電体膜は、例えば、屈折率が１．３〜１．５程度のものを使用することができる。例えば、高屈折率の誘電体膜は、ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５，またはＴａ２Ｏ５からなり、低屈折率の誘電体膜は、ＳｉＯ２，またはＭｇＦ２からなる。このような無機系の誘電体膜は、スパッタリング法などのドライプロセスにより成膜することができる。

誘電体膜は、例えば、熱または光硬化性樹脂などの有機膜であってもよい。このとき、高屈折率の誘電体膜は、例えば、屈折率が１．６〜２．１程度のものを使用することができる。低屈折率の誘電体膜は、例えば、屈折率が１．３〜１．５９程度のものを使用することができる。このような有機系の誘電体膜は、スピンコート、ディップコートなどのウェットプロセスにより成膜することができる。

光学多層膜は、導光部３４０から発光層４００への光の入射を阻害しない様に、高反射特性を有する波長域以外の波長域では高透過特性を有することが望ましい。例えば、光学多層膜は、三原色波長域で反射率が８０％以上であり、三原色波長域以外の波長で透過率が８０％以上となる様に設計されることが望ましい。発光層４００への入射光が紫外光である場合、反射層４２０は、上記の誘電体膜に加えて、紫外光域の光を透過して可視光域の光を吸収する光吸収膜を備えていてもよい。このような光吸収膜は、例えば、光学多層膜の導光部３４０側に配置される。反射層４２０が光吸収膜を備えている場合、表示装置ＤＳＰは、ある発光素子で導光部３４０側に向けて発光した光が表示パネルＰＮＬの各部で導光されて別の発光素子に侵入することを抑制することができる。なお、誘電体膜と光吸収膜とは、交互に積層されていてもよい。

本実施形態において、光源部３１０から出射されたレーザ光は、導光部３４０で発光層４００に向けて導光され、プリズム層を通過せずに発光層４００に照射される。また、表示装置ＤＳＰは、導光部３４０と発光層４００との間に光学素子層を備えている。導光部３４０から光学素子層に至る間で、レーザ光は、平行性を損なわれることなく、光学素子層を通過して発光層４００に略垂直に入射される。このため、表示装置ＤＳＰは、１つの画素の光学素子層を通過したレーザ光が隣接する別の画素の発光層に入射することによって生じる混色を抑制し、表示品位の低下を抑制することができる。

光学素子層は、液晶層ＬＱを備えており、表示装置ＤＳＰは、液晶層ＬＱと発光層４００との間に第２偏光板ＰＬ２を備えている。これによって発光層４００が液晶層ＬＱから離れていたとしても、発光層４００へ入射するレーザ光の平行性が高いため、表示装置ＤＳＰは、混色の発生を抑制することができる。

表示装置ＤＳＰは、さらに、発光層４００の光学素子層側に、レーザ光を透過し、発光層４００からの発光を選択的に反射する反射層４２０を備えていてもよい。発光層４００からの発光が等方的である場合、反射層４２０は、発光層４００から光学素子層側への発光を反射して映像の表示に利用することができる。すなわち、表示装置ＤＳＰは、レーザ光の利用効率を向上させ、消費電力を低減することができる。

また、表示装置ＤＳＰは、第１基板１００に平面状の画素電極ＰＥを備え、第２基板２００に平面状の共通電極ＣＥを備えていてもよい。このような表示装置ＤＳＰは、レーザ光の干渉縞の発生原因となる恐れのある画素電極または共通電極のスリットを有していないため、表示品位の低下を抑制することができる。

また、レーザ光の主波長は、４２０ｎｍ未満であるため、レーザ光は、発光層４００で吸収されずに表示面側に漏れたとしても視認されにくく、表示品位を低下させない。

発光層４００は、赤色蛍光体層（第１発光素子４４１）と、緑色蛍光体層（第２発光素子４４２）と、青色蛍光体層（第３発光素子４４３）と、を備えている。それぞれの蛍光体層は、レーザ光を吸収し、三原色波長域の光を発光する。このため、表示装置ＤＳＰは、光の利用効率が高く、消費電力を低減することができる。

また、発光層４００が第１蛍光体４５１乃至第３蛍光体４５３として量子粒子を備えているため、発光層４００からの発光は色純度が高い。また、量子粒子は光を散乱する性質があるため、表示装置の面内での輝度ムラを低減出来る。従って、本実施形態は、色再現範囲の広く、輝度ムラの少ない表示装置ＤＳＰを提供することができる。

レーザ光は、偏光していてもよい。レーザ光の偏光方向が第１偏光板ＰＬ１と平行である場合、第１偏光板ＰＬ１でのレーザ光の損失を抑制することができるため、表示装置ＤＳＰは、消費電力を低減することができる。さらに、導光部３４０から出射されたレーザ光の偏光度が充分高い場合、表示装置ＤＳＰは、第１偏光板ＰＬ１備えていない構成が適用可能であり、製造コストを抑制することができる。なお、表示装置ＤＳＰは、レーザ光の偏光方向を第２主面３４３の凹部３４３ａまたは凸部３４３ｂの延在方向と平行または垂直にすることで、レーザ光が第２主面３４３で反射されて導光される際に偏光を維持することができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。なお、以下の変形例においても、上記したのと同様の効果が得られる。

図９は、第１の変形例に係る表示装置の断面を示す図である。
本変形例は、第２主面３４３に反射板３５０が配置されている点で、図３に図示した構成例と相違している。
反射板３５０は、第２主面３４３の凹凸形状に沿って配置されている。反射板３５０は、第２主面３４３に入射するレーザ光の主波長で高い反射特性を有する。側面３４１を通って導光部３４０の内部へ入射したレーザ光は、反射板３５０で鏡面反射され、表示パネルＰＮＬの方向へ導光される。

図１０は、第２の変形例に係る表示装置の断面を示す図である。
本変形例は、レーザ光が第２主面３４３から入射する点で、図３に図示した構成例と相違している。

光源部３１０は、第３方向Ｚで導光部３４０よりも表示パネルＰＮＬから離れている。レーザ光は、第２主面３４３から導光部３４０の内部に入射される。レーザ光は、導光部３４０の外部から内部へ入射する際に第２主面３４３の凹凸面で屈折し、導光部３４０の内部で第２主面３４３に入射して全反射される。これにより、レーザ光は、発光層４００の方向へ導光され、発光層４００の主面に垂直な方向に、平行光として出射される。

図１１は、第３の変形例に係る表示装置の断面を示す図である。
本変形例は、レーザ光が第１主面３４２に入射する点で、図３に図示した構成例と相違している。

導光部３４０は、第３方向Ｚで光源部３１０よりも表示パネルＰＮＬから離れている。第１主面３４２の断面は、凹凸形状を有している。また、第１主面３４２には、反射板３５０が配置されている。第１主面３４２へ向かって入射したレーザ光は、第１主面３４２で鏡面反射され、発光層４００の主面に垂直な方向に出射される。これにより、レーザ光は、発光層４００の方向へ導光される。

図１２は、発光層が散乱素子を備えている場合の表示パネルの断面を示す図である。
本変形例は、発光素子に隣接して散乱素子が配置されている点で、図５に図示した構成例と相違している。

図示した例では、散乱素子４４４は、第２光学素子４４２に隣接して配置され、透明な樹脂の内部に分散配置された散乱粒子４６０を備えている。散乱素子４４４は、蛍光体を備えておらず、導光部３４０側から入射した光を散乱して透過させる。すなわち、光源部３１０が青色光源である場合、散乱素子４４４が配置された領域に対応する第３画素ＰＸ３は、青色画素となる。このとき、例えば、第１発光素子４４１は、青色光を吸収して赤色光を発光する赤色蛍光体層であり、また、第２発光素子４４２は、青色光を吸収して緑色光を発光する緑色蛍光体層である。すなわち、本変形例においても、表示装置ＤＳＰは、赤色画素、緑色画素、および青色画素によるカラー表示を行うことができる。このような変形例においては、青色画素において蛍光体による波長変換が行われないため、波長変換に伴う光の損失が生じず、高輝度の青色画素を有する表示装置ＤＳＰを提供することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位の低下の抑制が可能な表示装置を提供することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

ＤＳＰ…表示装置 ＰＮＬ…表示パネル １００…第１基板 ２００…第２基板
ＬＱ…液晶層 ４００…発光層 ３００…照射部 ３１０…光源部
３３０…レンズ ３４０…導光部 ３４１…側面 ３４２…第１主面
３４３…第２主面 凹部…３４３ａ 凸部…３４３ｂ

Claims (14)

1. 光源部と、導光部と、レンズと、発光層と、を備えた表示装置であって、
   前記光源部は、光を前記導光部へ向けて照射し、
   前記レンズは、前記光源部から照射された前記光を集光し、
   前記導光部は、前記レンズで集光された前記光を前記発光層に向けて導光し、
   前記導光部によって導光された前記光は、プリズム層を通過せずに前記発光層に照射される、表示装置。
2. さらに、前記導光部と前記発光層との間に光学素子層を備えている、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記光学素子層は、液晶層を備えており、
   さらに、前記光学素子層と前記発光層との間に偏光板を備えている、請求項２に記載の表示装置。
4. さらに、前記発光層の前記光学素子層と対向する側に配置され、前記光を透過し前記発光層からの発光を選択的に反射する反射層を備えている、請求項２又は３に記載の表示装置。
5. さらに、平面状の画素電極を備えた第１基板と、
   平面状の共通電極を備え前記第１基板に対向する第２基板と、を備えている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記光の主波長は、４２０ｎｍ未満である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記発光層は、量子粒子を備えている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記光は、偏光している、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の表示装置。
9. さらに、前記導光部と前記発光層との間に光学素子層を備えており、
   前記導光部と前記光学素子層との間に偏光板を備えていない、請求項８に記載の表示装置。
10. 前記導光部は、前記光源部に対向する側に位置する側面と、前記発光層に対向する側とは反対側に位置する凹凸形状の主面と、を有し、
    前記光は、前記側面から前記導光部の内部に入射し前記主面で反射される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の表示装置。
11. 前記導光部は、前記発光層に対向する側とは反対側に位置する凹凸形状の主面を有し、
    前記光は、前記主面から前記導光部の内部に入射し前記主面で屈折または反射される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の表示装置。
12. 前記発光層は、赤色蛍光体層と、緑色蛍光体層と、青色蛍光体層と、を備えている、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の表示装置。
13. 前記発光層は、赤色蛍光体層と、緑色蛍光体層と、前記赤色蛍光体層または前記緑色蛍光体層に隣り合って配置され前記光を散乱させる散乱素子と、を備え、
    前記光は青色光である、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の表示装置。
14. 前記光はレーザ光である、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の表示装置。

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