(57)【要約】【課題】光の利用効率を向上できる色変換基板を提供する。【解決手段】色変換基板１０１は、主表面１ａを有する透明基板１と、主表面１ａに配置され、それぞれ側面７を有する複数の蛍光体層３と、蛍光体層３の少なくとも側面７に形成され、光を反射する反射膜６と、を備え、主表面１ａと蛍光体層３との間に空気層９が形成される。【選択図】図１
2015143723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面を有する透明基板と、
前記主表面に配置され、それぞれ側面を有する複数の蛍光体層と、
前記蛍光体層の少なくとも前記側面に形成され、光を反射する反射膜と、を備え、
前記主表面と前記蛍光体層との間に視認側空気層が形成される、色変換基板。
【請求項２】
前記主表面と前記蛍光体層の周縁部との間に介在するスペーサを備える、請求項１に記載の色変換基板。
【請求項３】
前記スペーサは、透明な樹脂材料により形成される、請求項２に記載の色変換基板。
【請求項４】
主表面を有する透明基板を準備する工程と、
前記主表面上に複数のスペーサを形成する工程と、
前記主表面上の、隣接する一対の前記スペーサの間に、犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上を覆い、前記スペーサ上に周縁部が設けられる、蛍光体層を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、を備える、色変換基板の製造方法。
【請求項５】
前記犠牲層は、酸またはアルカリでウェットエッチング可能な材料で形成される、請求項４に記載の色変換基板の製造方法。
【請求項６】
前記主表面と前記蛍光体層との間に介在する前記犠牲層を除去することにより、前記主表面と前記蛍光体層との間に視認側空気層が形成される、請求項４または請求項５に記載の色変換基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の色変換基板と、
前記色変換基板に光を照射する光源と、
前記色変換基板と前記光源との間に配置された光シャッタと、を備え、
前記光シャッタと前記蛍光体層との間に光源側空気層が形成される、表示装置。
【請求項８】
前記光シャッタと前記蛍光体層の周縁部との間に介在する光源側スペーサを備える、請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記光源側スペーサは、ブラックマトリクスにより形成される、請求項８に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色変換基板、色変換基板の製造方法、および、色変換基板を備える表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、青色光を発するバックライトと、液晶パネルと、蛍光体基板とを備える表示装置が提案されている。ここでいう蛍光体基板は、青色光を吸収して赤色光を発光する蛍光体と、青色光を吸収し緑色光を発光する蛍光体とを備えるものである。青色光は青色カラーフィルタを透過した光により表示されるが、光源光が元々青色であるので、青色カラーフィルタでの光の損失はほとんどない。そのため、カラーフィルタでの吸収による光量ロスがなくなり、光の利用効率が向上する。
【０００３】
液晶表示装置の前面板に蛍光体を用いた構成において、蛍光体からの光の取出し効率を向上させる目的で前面板の蛍光体の側面に反射板を設ける構成が、特開２０１０−６６４３７号公報（特許文献１）に記載されている。特許文献１に記載された構成を図３２に示す。透明基板１の一方の表面に、赤色蛍光体層３ｒ、緑色蛍光体層３ｇおよび拡散層３ｂが形成されている。この表面に重ねるように光シャッタ４２が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６６４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図３２に示した構造において、下方からバックライト光として青色光４ｂが入射した場合の状況を図３３に示す。青色光４ｂが入射することによって赤色蛍光体層３ｒ、緑色蛍光体層３ｇがそれぞれ励起されて発光し、透明基板１から上側に赤色光５ｒ、緑色光５ｇがそれぞれ出射している。拡散層３ｂにおいては入射した青色光４ｂが散乱させられ、透明基板１から上側に青色光５ｂが出射している。
【０００６】
特許文献１の段落００２９に記載されているように蛍光体の屈折率を１．５とすると、蛍光体から出射してガラス基板の内部を透過した光がガラス基板の内部から視認側外界に向かって出射しようとする際に、ガラス基板と外気との界面への入射角度が臨界角以上であれば、スネルの法則に従って、図３３に示すように界面で全反射される。その結果、光は視認側外界に出射することができず、表示に寄与せずロスとなり、光の利用効率が低下する。
【０００７】
ガラス基板の内部から視認側外界に向かって出射しようとしてガラス基板と外気との界面で全反射した光の一部が、隣接する他の蛍光体に入射すると、他の蛍光体を励起させてしまうおそれがある。他の蛍光体がこのような励起により不必要に発光することは表示品位の劣化につながる。
【０００８】
また、蛍光体の励起により発せられる光のうち視認側ではなく光源側に向かって進行する光は、蛍光体層３ｒ，３ｇと透明樹脂層２３との屈折率が近いため、そのまま透明樹脂層２３に抜けてロスとなり、表示に寄与しない。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、光の利用効率を向上することができる色変換基板、その色変換基板の製造方法、および、その色変換基板を備えた表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る色変換基板は、主表面を有する透明基板と、主表面に配置され、それぞれ側面を有する複数の蛍光体層と、蛍光体層の少なくとも側面に形成され、光を反射する反射膜と、を備え、主表面と蛍光体層との間に視認側空気層が形成される。
【００１１】
上記色変換基板において好ましくは、主表面と蛍光体層の周縁部との間に介在するスペーサを備える。スペーサは、透明な樹脂材料により形成されてもよい。
【００１２】
本発明に係る色変換基板の製造方法は、主表面を有する透明基板を準備する工程と、主表面上に複数のスペーサを形成する工程と、主表面上の、隣接する一対のスペーサの間に、犠牲層を形成する工程と、犠牲層上を覆い、スペーサ上に周縁部が設けられる、蛍光体層を形成する工程と、犠牲層を除去する工程と、を備える。
【００１３】
上記製造方法において好ましくは、犠牲層は、酸またはアルカリでウェットエッチング可能な材料で形成される。
【００１４】
上記製造方法において好ましくは、主表面と蛍光体層との間に介在する犠牲層を除去することにより、主表面と蛍光体層との間に視認側空気層が形成される。
【００１５】
本発明に係る表示装置は、上記のいずれかの局面の色変換基板と、色変換基板に光を照射する光源と、色変換基板と光源との間に配置された光シャッタと、を備え、光シャッタと蛍光体層との間に光源側空気層が形成される。
【００１６】
上記表示装置において好ましくは、光シャッタと蛍光体層の周縁部との間に介在する光源側スペーサを備える。光源側スペーサは、ブラックマトリクスにより形成されてもよい。なお、ブラックマトリクスとは、複数の画素領域の間に形成され、複数の画素領域を隔てる遮光部材であればよく、その配置パターン（平面形状）がマトリクス状であるものに限定されず、たとえばストライプ（縞）状に形成されたものであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の色変換基板によると、光の利用効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１の色変換基板の断面図である。
【図２】実施の形態１の色変換基板に青色光が入射した状態の説明図である。
【図３】色変換基板の製造工程の第１工程を示す断面図である。
【図４】図３に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図５】図４に示す製造工程後の工程の第一の例を示す断面図である。
【図６】図５に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図７】図６に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図８】図７に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図９】図８に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図１０】図９に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図１１】図４に示す製造工程後の工程の第二の例を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図１３】図１２に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図１４】図１３に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図１５】図１４に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図１６】蛍光体層および拡散層の形成後の透明基板の上面図である。
【図１７】図１０または図１５に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図１８】図１７に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図１９】図１８に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図２０】図１９に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図２１】図２０に示す製造工程後の工程を示す断面図である。
【図２２】完成品の色変換基板の上面図である。
【図２３】実施の形態１に係る表示装置を示す断面図である。
【図２４】図２３に示す表示装置の色変換基板付近を拡大した断面図である。
【図２５】空気層により屈折または反射する光の進路の説明図である。
【図２６】実施の形態２における蛍光体層および拡散層の形成後の透明基板の上面図である。
【図２７】図２６に示す透明基板の断面図である。
【図２８】実施の形態２における完成品の色変換基板の上面図である。
【図２９】実施の形態３における蛍光体層および拡散層の形成後の透明基板の上面図である。
【図３０】図２９に示す透明基板の断面図である。
【図３１】実施の形態３における完成品の色変換基板の上面図である。
【図３２】従来技術に基づく構造の断面図である。
【図３３】従来技術に基づく構造における光の進路の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の色変換基板１０１の断面図である。図１に示すように、色変換基板１０１は、透明基板１と、複数の蛍光体層３と、保護膜１３と、反射膜６とを備える。透明基板１は、主表面１ａを有する。透明基板１は、たとえば、ガラス基板などである。複数の蛍光体層３は、主表面１ａに配置され、それぞれ側面７を有する。保護膜１３は、蛍光体層３を覆うように形成されている。反射膜６は、蛍光体層３の少なくとも側面７に形成されている。反射膜６は、蛍光体層３の側面７から出射した光を反射する。
【００２１】
蛍光体層３は、赤色蛍光体層３ｒと緑色蛍光体層３ｇとを含む。赤色蛍光体層３ｒは、少なくとも青色光を吸収して赤色光を変換発光する蛍光体材料によって形成されている。緑色蛍光体層３ｇは、少なくとも青色光を吸収して緑色光を変換発光する蛍光体材料によって形成されている。主表面１ａには、複数の蛍光体層３の他に、青色光を拡散させる拡散層３ｂが形成されている。赤色蛍光体層３ｒと、緑色蛍光体層３ｇと、拡散層３ｂとは、互いに間隔をあけて配置されている。
【００２２】
赤色蛍光体層３ｒおよび緑色蛍光体層３ｇの屈折率は１．４９以上１．５９以下程度である。赤色蛍光体層３ｒおよび緑色蛍光体層３ｇは、有機蛍光材料またはナノ蛍光材料などから形成されている。
【００２３】
有機蛍光材料としては、赤色蛍光色素としてローダミンＢ等のローダミン系色素、緑色蛍光色素としてクマリン６等のクマリン系色素などが挙げられる。ナノ蛍光材料は、バインダと、バインダ内に拡散した複数の蛍光体とを含む。バインダは、たとえば、透明なシリコーン系またはエポキシ系またはアクリル系などの樹脂から形成されている。蛍光体は、たとえば、ＣｄＳｅやＺｎＳ等のナノ粒子蛍光体を使うこともできる。
【００２４】
上記のような材料で赤色蛍光体層３ｒを形成することで、赤色蛍光体層３ｒは赤色光（波長域が５３０ｎｍ以上６９０ｎｍ以下の光）を透過させることができる。これにより、赤色蛍光体層３ｒに含まれる蛍光材料が励起することで発光した赤色光が、赤色蛍光体層３ｒ自身を透過することができ、赤色蛍光体層３ｒからの光の利用効率を向上することができる。
【００２５】
同様に、緑色蛍光体層３ｇは、緑色光（波長域が４６０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の光）を透過させることができる。これにより、緑色蛍光体層３ｇに含まれる蛍光材料が励起することで発光した緑色光が、緑色蛍光体層３ｇ自身を透過することができ、緑色蛍光体層３ｇからの光の利用効率を向上することができる。
【００２６】
拡散層３ｂは、内部に入射された光を拡散して、外部に出射する層である。拡散層３ｂは、青色の光を透過または散乱するものであればよい。拡散層３ｂは、たとえば、バインダとしての透明樹脂と、樹脂内に散乱する複数の散乱粒子とを含む。バインダとしての透明樹脂は、青色光を通し、光の利用効率の向上が図られている。散乱粒子としては、屈折率がバインダより低い散乱粒子と、屈折率がバインダよりも高い散乱粒子と、ＴｉＯ２などのミー散乱する散乱粒子とを採用することができる。
【００２７】
図１における上側が視認側、下側が光源側である。色変換基板１０１は、光源側からバックライト光を入射させて用いられる。ただし、上記とは逆に、透明基板１側からバックライト光を入射させ、透明基板１と反対の側から視認する使用方法も可能である。
【００２８】
保護膜１３は、赤色蛍光体層３ｒ、緑色蛍光体層３ｇおよび拡散層３ｂの周囲を覆い、蛍光体層３および拡散層３ｂよりも光源側に向けて突出するように形成されている。保護膜１３は透明材料から形成されており、たとえば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙ）などから形成されている。
【００２９】
反射膜６は、蛍光体層３の側面７を覆う保護膜１３の表面を覆うように、形成されている。反射膜６は、蛍光体層３および拡散層３ｂの側面を取り囲む、環状に形成されている。
【００３０】
主表面１ａには、透明な樹脂材料がパターニングされ、スペーサ８が形成されている。スペーサ８は、透明基板１の主表面１ａと蛍光体層３および拡散層３ｂとの間に介在し、蛍光体層３および拡散層３ｂに対し視認側に設けられている。スペーサ８が設けられることにより、透明基板１の主表面１ａと蛍光体層３との間、および、主表面１ａと拡散層３ｂとの間には、視認側空気層としての空気層９が形成される。一方、蛍光体層３に対し光源側、および、拡散層３ｂに対し光源側には、光源側空気層としての空気層１０が形成される。
【００３１】
スペーサ８は、外光反射を防止するため、透明樹脂により形成されている。スペーサ８の厚みは、０．２μｍ以上２μｍ以下とされている。スペーサ８の厚みは、空気層９の屈折率が発現し易い厚みにされる。
【００３２】
図２は、実施の形態１の色変換基板１０１に青色光４ｂが入射した状態の説明図である。図２には、実施の形態１における色変換基板１０１にバックライト光として青色光４ｂを入射させた場合の状況が図示されている。図２における上側が視認側、下側が光源側である。色変換基板１０１に対し下方に配置された図示しないバックライトから、青色光４ｂが照射されている。
【００３３】
保護膜１３の表面を覆う反射膜６には、開口部が形成されている。開口部は、蛍光体層３および拡散層３ｂに対し光源側に形成されている。図２に示すように、青色光４ｂは、開口部から蛍光体層３および拡散層３ｂ内に入り込む。蛍光体層３内に入り込んだ青色光４ｂの少なくとも一部は、複数の蛍光体層３の各々に含まれる蛍光材料に吸収される。蛍光材料は、青色光４ｂが入射することによって励起される。赤色蛍光体層３ｒに含まれる蛍光材料は、青色光４ｂを吸収すると励起して、赤色光を放射状に出射する。緑色蛍光体層３ｇに含まれる蛍光材料は、青色光４ｂを吸収すると励起して、緑色光を放射状に出射する。
【００３４】
蛍光体層３の内部の各点では、無指向性の発光が生じる。無指向性の発光が起こる際に放射状に出射された光のうち、空気層９と蛍光体層３との界面に対して小さな入射角で進行した光は、空気層９および透明基板１を透過して、赤色光５ｒおよび緑色光５ｇとして視認側に出射する。
【００３５】
蛍光体層３の励起による無指向性発光によって、空気層９と蛍光体層３との界面に対して大きな入射角で進行した光１１ｅ１は、空気層９と蛍光体層３との界面において全反射し、蛍光体層３の内側に戻る。蛍光体層３から出ることなく反射膜６などによる反射を１回以上経た後に、空気層９と蛍光体層３との界面に対して大きな入射角で進行した光についても同様である。入射角がある程度以上小さければ空気層９に進入することができるが、入射角がある程度以上大きければ空気層９に進入することができずに、空気層９と蛍光体層３との界面で反射されて蛍光体層３の内側に戻る。
【００３６】
空気層９と蛍光体層３との界面で反射された光１１ｅ１は、蛍光体層３の側面７へ向かって進行する。側面７へ進行した光１１ｅ１は、反射膜６によって反射される。反射膜６で反射された結果視認側に向かう光１１ｅ１が、空気層９と蛍光体層３との界面に対して十分に小さな入射角で進行することとなった場合は、空気層９および透明基板１を透過して、視認側に出射する。
【００３７】
蛍光体層３の励起による無指向性発光によって、視認側と逆側の光源側に向かって進行した光のうち、空気層１０と蛍光体層３との界面に対して大きな入射角で進行した１１ｅ２は、空気層１０と蛍光体層３との界面において全反射されて蛍光体層３の内側に戻る。蛍光体層３から出ることなく反射膜６などによる反射を１回以上経た後に、空気層１０と蛍光体層３との界面に対して大きな入射角で進行した光についても同様である。
【００３８】
光が空気層９と蛍光体層３との界面を越えて空気層９側に進入することができるのは、空気層９と蛍光体層３との界面に対する入射角がある程度以上小さいときに限られる。そのような光は、透明基板１と外気との界面においても、自ずと入射角が十分に小さくなるため、透明基板１と外気との界面で反射されることなく視認側に出射することができる。したがって、光が空気層９の内部へと進入したにもかかわらず透明基板１と外気との界面において反射されて視認側に出射できずに失われる事態を、回避することができる。
【００３９】
本実施の形態における色変換基板１０１では、各蛍光体層３の上下を空気層９，１０で挟み込む構造を備えている。空気層９，１０は屈折率が１であるといえる。蛍光体層３は屈折率が１．４９以上１．５９以下であるといえる。空気層９は、主表面１ａと蛍光体層３との間に介在し、蛍光体層３の屈折率より小さな屈折率を有する。空気層１０は、透明基板１とは反対側の蛍光体層３の面において反射膜６に覆われていない領域を覆い、蛍光体層３の屈折率より小さな屈折率を有する。
【００４０】
この構成を採用することにより、空気層９，１０は蛍光体層３よりも十分に屈折率が低いので、蛍光体層３から出射しようとする光を厳しい条件で選別して、入射角が十分に小さな光以外を全反射することができる。全反射された光は、反射膜６にて角度を変えて空気層９に出射され、透明基板１を経由して表示面側に出射し、表示に寄与する。このようにして、光の利用効率を向上させることができる。
【００４１】
なお、蛍光体層３とは別に設けられている拡散層３ｂにおいても、青色光４ｂが無指向性を以って散乱される。拡散層３ｂの上下を空気層９，１０で挟み込む構造とすることによって、拡散層３ｂの内部で散乱した光についても、反射膜６および空気層９，１０により同様の効果を得ることができ、青色光５ｂを効率よく視認側に出射することができる。ただし、本発明としては、拡散層３ｂの上下を空気層９，１０で挟み込む構造を備えることは必須ではない。
【００４２】
複数の蛍光体層３は、散乱特性を有さないものであることが好ましい。この構成を採用することにより、蛍光体層３は自ら発光した光を効率良く外部に出射することができる。
【００４３】
複数の蛍光体層３は、透明体であることが好ましい。このような蛍光体層３は、たとえば有機系蛍光体またはナノ蛍光体によって形成することができる。蛍光体層３は透明体であれば自ら発光した光を効率良く外部に出射することができる。
【００４４】
図１に示したように、反射膜６は、蛍光体層３の中心から見て、透明基板１側を向く斜面となっていることが好ましい。この構成を採用することにより、反射膜６によって反射された光は透明基板１側に進行するようになり、光は透明基板１側から出射しやすくなる。
【００４５】
反射膜６の斜面を透明基板１の主表面１ａに対してどの程度の角度とするかによって、特性が変化する。反射膜６の斜面が主表面１ａとなす角度が小さければ、蛍光体層３内を進行する光は少ない回数の反射のみで視認側に出射できる確率が高くなる。逆に、反射膜６の斜面が主表面１ａとなす角度が大きければ、蛍光体層３内を進行する光は多くの回数反射しなければ視認側に出射できない確率が高くなるが、各画素の蛍光体層３が光を受け入れるための開口部を大きくすることができるので、光の利用効率をさらに上げることができる。
【００４６】
上記のように構成された色変換基板１０１の製造方法について説明する。図３は、実施の形態１に係る色変換基板１０１の製造工程の第１工程を示す断面図である。この第１工程では、まず、図３に示す主表面１ａを有する透明基板１を準備する。透明基板１としては一般的に、屈折率１．５２のガラス基板が用いられる。透明基板１の主表面１ａ上に、複数のスペーサ８を構成する構造材料を形成する。主表面１ａ上に透明な樹脂材料を塗布し、露光によりパターンを形成する。パターンは、蛍光体層３および拡散層３ｂに対して、縦や横のスリット状に配置する。本実施の形態１では、図３に示すように、紙面に対し垂直方向に延びるパターンが形成される。
【００４７】
図４は、図３に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図４に示す工程では、透明基板１の主表面１ａ上の、スペーサ８を構成する構造材料がパターニングされていない部分に、犠牲層１４を形成する。犠牲層１４は、主表面１ａ上の、隣接する一対のスペーサ８の間に形成される。犠牲層１４は、酸またはアルカリでウェットエッチング可能な材料、たとえばアルミニウムで形成される。
【００４８】
犠牲層１４を形成する材料を主表面１ａ上およびスペーサ８上に塗布した後、当該材料上にレジストを塗布する。その後露光およびエッチングにより、スペーサ８を構成する構造材料に重なる部分の、犠牲層１４の形成材料を除去する。これにより、図４に示す、透明基板１の主表面１ａ上にスペーサ８と犠牲層１４とが交互に形成された状態になる。
【００４９】
図４に示す製造工程後、各色層に、蛍光体層３および拡散層３ｂをパターン形成する。パターン形成方法としては、フォトによる方法と、型を使った転写による方法とがある。図５〜図１０を参照してフォトによる方法を説明し、図１１〜図１５を参照して型を使った転写による方法を説明する。
【００５０】
図５は、図４に示す製造工程後の工程の第一の例を示す断面図である。フォトによるパターン形成方法では、まず、図４に示す工程で形成されたスペーサ８および犠牲層１４の上に、拡散層３ｂを形成するネガ材の拡散材料を塗布する。図６は、図５に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図５に示す工程で塗布された拡散材料に対してマスクを使用し、拡散層３ｂを残したい部分に光を照射する。これにより拡散材料がパターン形成され、犠牲層１４上を覆うとともに周縁部がスペーサ８上に設けられた、図６に示す拡散層３ｂが形成される。
【００５１】
図７は、図６に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図６に示す工程で形成された拡散層３ｂと、スペーサ８および犠牲層１４との上に、緑色蛍光体層３ｇを形成するネガ材の緑色蛍光体材料を塗布する。図８は、図７に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図７に示す工程で塗布された緑色蛍光体材料に対してマスクを使用し、緑色蛍光体層３ｇを残したい部分に光を照射する。これにより緑色蛍光体材料がパターン形成され、犠牲層１４上を覆うとともに周縁部がスペーサ８上に設けられた、図８に示す緑色蛍光体層３ｇが形成される。
【００５２】
図９は、図８に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図８に示す工程で形成された緑色蛍光体層３ｇおよび拡散層３ｂと、スペーサ８および犠牲層１４との上に、赤色蛍光体層３ｒを形成するネガ材の赤色蛍光体材料を塗布する。図１０は、図９に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図９に示す工程で塗布された赤色蛍光体材料に対してマスクを使用し、赤色蛍光体層３ｒを残したい部分に光を照射する。これにより赤色蛍光体材料がパターン形成され、犠牲層１４上を覆うとともに周縁部がスペーサ８上に設けられた、図１０に示す赤色蛍光体層３ｒが形成される。
【００５３】
このようにして、フォトによるパターン形成方法に従って、蛍光体層３（すなわち、赤色蛍光体層３ｒおよび緑色蛍光体層３ｇ）および拡散層３ｂが完成する。
【００５４】
図１１は、図４に示す製造工程後の工程の第二の例を示す断面図である。型を使った転写によるパターン形成方法では、まず、所望の蛍光体層３および拡散層３ｂの形状に対応する形状を有した型３０を作製する。図１１に示すように、型３０は、赤色蛍光体層３ｒ、緑色蛍光体層３ｇおよび拡散層３ｂに対応する形状の凹部分を有している。図１２は、図１１に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図１１に示す型３０の凹部分に、各色層ごとに、材料をインクジェットにより充填する。型３０の隣接する三つの凹部分に、それぞれ順に、赤色蛍光体層３ｒの形成材料、緑色蛍光体層３ｇの形成材料、および、拡散層３ｂの形成材料が塗布される。その後材料は、凹部分内で仮硬化される。
【００５５】
図１３は、図１２に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図１２に示す工程で凹部分に各色の材料が充填された型３０を反転し、図４に示す工程でスペーサ８および犠牲層１４が形成された透明基板１の上に載せ置く。このとき、凹部分に充填された各色の材料が犠牲層１４上を覆い、各色の材料の周縁部がスペーサ８上に設けられるように、透明基板１に対して型３０が位置決めされる。透明基板１と型３０とが合わせられ各色の材料がスペーサ８および犠牲層１４に接触した状態で、各色の材料が本硬化され、蛍光体層３および拡散層３ｂが形成される。
【００５６】
図１４は、図１３に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図１３に示す工程で、主表面１ａ上にスペーサ８の形成された透明基板１と、蛍光体層３および拡散層３ｂとが一体化された後、図１４に示す矢印方向に型３０を引き上げ、透明基板１から引き離す。図１５は、図１４に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図１１〜図１５に示す工程により、型３０を使った転写によるパターン形成方法に従って、蛍光体層３（すなわち、赤色蛍光体層３ｒおよび緑色蛍光体層３ｇ）および拡散層３ｂが完成する。
【００５７】
図１６は、蛍光体層３および拡散層３ｂの形成後の透明基板１の上面図である。図１６には、蛍光体層３および拡散層３ｂの形成後の透明基板１を、蛍光体層３および拡散層３ｂの形成された側（膜面側）から見た図が示されている。
【００５８】
図１０または図１５に示す製造工程後、図１６に示すように、赤色蛍光体層３ｒ、緑色蛍光体層３ｇおよび拡散層３ｂは、透明基板１の厚み方向に見た場合、それぞれ矩形状にパターン形成されている。透明基板１の主表面１ａ上に、ストライプ状のスペーサ８が図中上下方向に沿って平行に形成されている。蛍光体層３の長辺側の周縁部がスペーサ８上に載置され、拡散層３ｂの長辺側の周縁部がスペーサ８上に載置され、スペーサ８は、透明基板１の主表面１ａと、蛍光体層３および拡散層３ｂの周縁部と、の間に介在する。
【００５９】
図１７は、図１０または図１５に示す製造工程後の工程を示す断面図である。蛍光体層３および拡散層３ｂがパターン形成された透明基板１の膜面側に、図１７に示すように、保護膜１３の形成材料であるＳｉＯ２と、反射膜６の形成材料であるＡｌとを蒸着させ成膜する。このとき、蛍光体層３および拡散層３ｂの表面保護のために、ＳｉＯ２を先に蒸着させる。
【００６０】
図１８は、図１７に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図１７に示す工程で形成されたＡｌ膜を露光エッチングすることにより、反射膜６を形成する。Ａｌ膜は、透明基板１上に形成された蛍光体層３および拡散層３ｂの側面７上に残り、蛍光体層３および拡散層３ｂの周辺の斜面部分に、反射膜６が形成される。
【００６１】
図１９は、図１８に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図１９に示す工程では、透明基板１の全体を覆うレジスト材料を塗布する。図２０は、図１９に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図１９に示す工程で塗布されたレジストを蛍光体層３上および拡散層３ｂ上に残し、それ以外のＳｉＯ２膜を露光エッチングする。これにより、保護膜１３を形成するとともに、犠牲層１４を露出させる。
【００６２】
図２１は、図２０に示す製造工程後の工程を示す断面図である。図２１に示す工程において、酸またはアルカリでウェットエッチングすることにより、犠牲層１４を除去する。図２１に示すように、透明基板１の主表面１ａと蛍光体層３の間に介在する犠牲層１４を除去することにより、主表面１ａと蛍光体層３との間に空気層９が形成される。透明基板１の主表面１ａ拡散層３ｂとの間に介在する犠牲層１４を除去することにより、主表面１ａと拡散層３ｂとの間に、空気層９が形成される。
【００６３】
なお、犠牲層１４はドライエッチングプロセスによっても除去可能であるが、ドライエッチングプロセスを選択すると、犠牲層１４の有機材料と有機蛍光体とのエッチングレートの差を十分にとれない問題が発生する。エッチングレート差による選択比が十分にとれないと、犠牲層１４の除去時に蛍光体層３もエッチングされ、蛍光体層３にも表面荒れ、膜減りなどのエッチングの影響が現れる。そのため、ウェットエッチングが選択できる材料で犠牲層１４を形成することが必要である。
【００６４】
図２２は、完成品の色変換基板１０１の上面図である。以上説明した各工程を経て、図１に示す色変換基板１０１が完成する。図２２には、色変換基板１０１を膜面側から見た図が示されている。矩形状にパターン形成された赤色蛍光体層３ｒ、緑色蛍光体層３ｇおよび拡散層３ｂの周囲を囲うように、周辺斜面部分に反射膜６が形成される。蛍光体層３の長辺側の周縁部はスペーサ８上に設けられ、拡散層３ｂの長辺側の周縁部はスペーサ８上に設けられている。
【００６５】
図２３は、実施の形態１に係る表示装置を示す断面図である。図２４は、図２３に示す表示装置の色変換基板１０１付近を拡大した断面図である。図２３，２４に示す本実施の形態の表示装置は、図１に示す色変換基板１０１、つまり図３〜図２２に示す各製造工程により作製された色変換基板１０１を備える。表示装置はまた、色変換基板１０１に向けて発光し色変換基板１０１に光を照射するように色変換基板１０１に重ねて配置された青色光源４３と、色変換基板１０１と青色光源４３との間に配置された光シャッタ４２とを備える。
【００６６】
青色光源４３は、面発光ユニットである。青色光源４３は、導光板と、導光板の端面に光を照射する青色ＬＥＤと、を備え、青色ＬＥＤで発光した光が導光板を通過して色変換基板１０１へ照射されるサイドエッジ型のバックライトであってもよい。または青色光源４３は、導光板を備えずに複数の青色ＬＥＤを平面的にアレイ状に配列した直下型のバックライトであってもよく、その場合、青色ＬＥＤと色変換基板１０１との間に拡散板を配置することが好ましい。または青色光源４３は、青色に発光する有機ＥＬパネルまたは無機ＥＬパネルを備えてもよい。
【００６７】
青色光源４３は、略平行光の青色光４ｂを発生する。青色光源４３が発する青色光４ｂの波長領域は、たとえば、３９０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下である。青色光４ｂの強度が最も高くなるときの波長は、たとえば、４５０ｎｍ程度である。
【００６８】
光シャッタ４２は、各画素ごとに光を透過させるか否かを何らかの原理によって制御し、青色光源４３から出射した青色光４ｂを選択的に遮光して選択的に青色光４ｂを色変換基板１０１に入射させる装置である。光シャッタ４２は、色変換基板１０１と対応するように位置決めされている。「対応するように位置決めされている」とは、たとえば、光シャッタ４２が複数の画素を備えている場合、色変換基板１０１における複数の蛍光体層３の各々が光シャッタ４２の複数の画素のうちのいずれかと対応するように、光シャッタ４２が位置決めされていることを意味する。さらに、色変換基板１０１が複数の蛍光体層３の他に青色光を散乱または透過させるための拡散層または透明層を備えている場合、この拡散層または透明層も光シャッタ４２の複数の画素のうちのいずれかと対応していることを意味する。
【００６９】
光シャッタ４２としては、液晶表示パネルが用いられる。この場合、図２３に示すように、光シャッタ４２は、青色光源４３側に配置されたＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板であるガラス基板４２１と、色変換基板１０１側に配置された対向基板であるガラス基板４２４と、ガラス基板４２１とガラス基板４２４との間に封入された液晶層４２３と、液晶層４２３を封止するシール部材４２２とを含む。
【００７０】
ガラス基板４２１の液晶層４２３側の表面には、ソースバスラインが形成され、このソースバスラインを覆うように絶縁層が形成される。さらに絶縁層の表面に、各画素に対応するように画素電極が配置されている。ガラス基板４２４の液晶層４２３側の表面には、対向電極が形成されている。ガラス基板４２１，４２４の外側の面には、それぞれ偏光板が貼られている。
【００７１】
ガラス基板４２１側の画素電極とガラス基板４２４側の対向電極との間に電圧が印加されることによって、当該画素における液晶層４２３の分子配向が変化する。光シャッタ４２は、液晶層４２３による偏光状態の変化と偏光板との組合せによって、当該画素における光の透過率を制御する。
【００７２】
シール部材４２２は、ガラス基板４２１とガラス基板４２４との外周縁部に沿って環状に形成されており、液晶層４２３をガラス基板４２１とガラス基板４２４との間に封止している。
【００７３】
光シャッタ４２と色変換基板１０１とは、連結部材１５によって互いに連結されている。具体的には、ガラス基板４２４と透明基板１との間に挟み込まれるように連結部材１５が配置され、ガラス基板４２４と透明基板１とは連結部材１５を介在させて一体に固定されている。蛍光体層３と拡散層３ｂとは、連結部材１５を設けることによりガラス基板４２４と透明基板１との間に形成される中空空間内に、配置されている。
【００７４】
図２４に示すように、蛍光体層３および拡散層３ｂの側面７を囲って設けられる反射膜６と、ガラス基板４２４との間に、光源側スペーサ１２が挟み込まれている。光源側スペーサ１２は、光シャッタ４２と蛍光体層３の周縁部との間、および、光シャッタ４２と拡散層３ｂとの間に、介在して設けられている。光源側スペーサ１２は、ブラックマトリクスにより形成される。蛍光体層３における励起光は拡散するため、隣接する画素に光が漏れることのないように、異なる画素に対応する蛍光体との境にブラックマトリクスを形成し、各画素の境界を遮光する。
【００７５】
この光源側スペーサ１２が設けられることにより、光シャッタ４２と蛍光体層３との間に光源側空気層としての空気層１０が形成され、かつ、光シャッタ４２と拡散層３ｂとの間に空気層１０が形成される。青色光源４３から出射され、光シャッタ４２を経由して色変換基板１０１へ入射される青色光４ｂは、空気層１０を経由して、反射膜６に形成された開口部から蛍光体層３または拡散層３ｂに入射する。光源側スペーサ１２の厚みは、空気層１０の屈折率が発現し易い厚みとするために、１μｍ程度とされている。
【００７６】
図２５は、空気層９，１０により屈折または反射する光の進路の説明図である。蛍光体層３に対し入光側（光シャッタ４２に対向する側、すなわち光源側）に空気層１０が設けられ、蛍光体層３に対し出射側（透明基板１に対向する側、すなわち視認側）に空気層９が設けられる。光シャッタ４２を経由して蛍光体層３に入射した青色光４ｂは、蛍光体層３で励起され、所望の色に変換される。励起された蛍光は、ランバーシアン分布、すなわち無指向性を有する状態で発光し、等方散乱する。
【００７７】
蛍光体層３の屈折率は、典型的には１．５程度である。一方、空気層９，１０の屈折率は、１．０である。空気層９，１０の屈折率は蛍光体層３の屈折率よりも低く、空気層９，１０は、蛍光体層３と比較して相対的に屈折率の低い低屈折率層である。
【００７８】
蛍光体層３で発生した無指向性の光の一部は、空気層９に向けて進む。蛍光体層３と空気層９との界面の臨界角度よりも光の入射角度が小さいと、光は界面で屈折して空気層９に入射し、空気層９から透明基板１へ入射し、その後透明基板１の出射面から外部に出射される。
【００７９】
蛍光体層３と空気層９との界面の臨界角度よりも光の入射角度が大きい場合には、光は界面で反射される。その後光は、反射膜６で反射され、再度蛍光体層３と空気層９との界面に向けて入射する。このときの界面への光の入射角度が臨界角度よりも小さいと、光は空気層９に入射し、空気層９を通過して透明基板１へ入射し、その後透明基板１の出射面から外部に出射される。
【００８０】
蛍光体層３で発生した光の一部は、反射膜６に向けて進む。その後光は、反射膜６で反射される。蛍光体層３の側面７の傾斜に沿って反射膜６が傾斜しているため、反射膜６で反射された光は、空気層９に向けて進む。
【００８１】
蛍光体層３で発生した光の一部は空気層１０に向けて進むが、蛍光体層３と空気層１０との界面の臨界角度よりも光の入射角度が大きい場合には、当該光は界面で反射される。そのため、蛍光体層３で発生した蛍光が光シャッタ４２側に向けて出射されることを抑制できる。これに伴い、光の利用効率が向上する。蛍光体層３と空気層１０との界面で反射された光は、その後、空気層９または反射膜６へ向けて進む。反射膜６へ向けて進む光は、反射膜６で反射され、空気層９へ向けて進む。
【００８２】
蛍光体層３と空気層９，１０との界面および／または反射膜６で一回以上反射された光が、蛍光体層３と空気層９との界面に入射するとき、蛍光体層３と空気層９との界面の臨界角度よりも光の入射角度が小さいと、光は空気層９に入射し、空気層９を通過して透明基板１へ入射し、その後透明基板１の出射面から外部に出射される。空気層９，１０との界面および／または反射膜６で反射した光を、角度を変えて空気層９へ向けて進ませることにより、蛍光体層３から出射させ、表示に寄与させることができる。これにより、光の利用効率が向上する。
【００８３】
蛍光体層３と透明基板１との間に空気層９が形成され、蛍光体層３と透明基板１とはほぼ等しい屈折率を有する。そのため、蛍光体層３から空気層９を経由して透明基板１へ入射する光が、透明基板１の出射面で全反射して外部に出射されず表示装置の表示に寄与しなくなることを、抑制できる。
【００８４】
つまり、蛍光体層３と空気層９との界面に向けて進む光のうち、蛍光体層３と空気層９との界面の臨界角度以上の入射角で界面へ入射する光は、当該界面で全反射され、蛍光体層３から出射されない。空気層９を通過して透明基板１へ入射する光は、蛍光体層３と空気層９との界面の臨界角度よりも小さい入射角で透明基板１に入射される。そのため、透明基板１の出射面に進む光の入射角は、出射面における臨界角度よりも小さくなる。光の入射角が出射面における臨界角度よりも小さいと、透明基板１の出射面において光が全反射されることはない。
【００８５】
換言すると、透明基板１の出射面で全反射するような入射角で出射面へ進む光は、蛍光体層３と空気層９との界面において全反射され、透明基板１に到達することはない。したがって、蛍光体層３で発生した光のうち、より多くの光を表示装置から外部に出射することができるので、光の利用効率をより向上することができる。
【００８６】
蛍光体層３の入射側および出射側の低屈折率層として空気層９，１０を設けることにより、低屈折率層の屈折率を一層小さくして光の利用効率を一層向上でき、また、表示装置の部品点数を削減できるのでコスト低減を達成できる。さらに、表示装置の視野角を広げることができる。
【００８７】
本実施の形態における表示装置の作用効果について説明する。青色光源４３から出射した青色光４ｂは光シャッタ４２によって各画素ごとに透過させるか否かあるいはどの程度の光量を透過させるかが制御されているので、光シャッタ４２を透過した後には、各画素ごとに設定された光量の青色光４ｂとして進行する。こうして、複数の蛍光体層３および拡散層３ｂの各々に所定量の青色光４ｂが入射する。
【００８８】
複数の蛍光体層３ｒ，３ｇのいずれかに青色光４ｂが入射した場合、その蛍光体層は青色光４ｂによって励起されて発光し、視認側に赤色光または緑色光が出射する。拡散層３ｂに青色光４ｂが入射した場合、入射した青色光４ｂが散乱されて視認側に青色光が出射する。このようにして、各画素において正しく処理された光のみが出射することとなるので、カラー表示をすることができる。
【００８９】
本実施の形態における表示装置が備える色変換基板１０１においては、低屈折率層である空気層９，１０によって蛍光体層３が挟み込まれる構成となっているので、光の利用効率が高くなっている。したがって、光の利用効率が高い表示装置を得ることができる。
【００９０】
（実施の形態２）
図２６は、実施の形態２における蛍光体層３および拡散層３ｂの形成後の透明基板１の上面図である。図２７は、図２６に示す透明基板１の断面図である。図２８は、実施の形態２における完成品の色変換基板１０１の上面図である。実施の形態２の色変換基板１０１は、矩形状にパターン形成された蛍光体層３および拡散層３ｂの周縁部の短辺側がスペーサ８上に載置され、スペーサ８は蛍光体層３および拡散層３ｂの周縁部の短辺側を支持する点で、実施の形態１と異なっている。
【００９１】
色変換基板１０１をこのような構成としても、実施の形態１と同様に、光の利用効率を向上できる効果を得ることができる。スペーサ８の配置の相違によって蛍光体層３および拡散層３ｂに対する出射側への開口が変化し、実施の形態１と比較して開口率がより大きくなる。開口の変化に伴って、蛍光体層３および拡散層３ｂから出射側への光を相対的に大きくすることができる。
【００９２】
（実施の形態３）
図２９は、実施の形態３における蛍光体層３および拡散層３ｂの形成後の透明基板１の上面図である。図３０は、図２９に示す透明基板１の断面図である。図３１は、実施の形態３における完成品の色変換基板１０１の上面図である。実施の形態３の色変換基板１０１は、矩形状にパターン形成された蛍光体層３および拡散層３ｂの周縁部のコーナー部分がスペーサ８上に載置され、スペーサ８は蛍光体層３および拡散層３ｂのコーナー部分を支持する点で、実施の形態１，２と異なっている。
【００９３】
色変換基板１０１をこのような構成としても、実施の形態１，２と同様に、光の利用効率を向上できる効果を得ることができる。スペーサ８の配置の相違によって蛍光体層３および拡散層３ｂに対する出射側への開口が変化し、実施の形態２と比較して開口率がさらに大きくなる。開口の変化に伴って、蛍光体層３および拡散層３ｂから出射側への光を相対的に大きくすることができる。
【００９４】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９５】
１  透明基板、１ａ  主表面、３  蛍光体層、３ｂ  拡散層、３ｇ  緑色蛍光体層、３ｒ  赤色蛍光体層、４ｂ，５ｂ  青色光、５ｇ  緑色光、５ｒ  赤色光、６  反射膜、７  側面、８  スペーサ、９，１０  空気層、１２  光源側スペーサ、１３  保護膜、１４  犠牲層、１５  連結部材、３０  型、４２  光シャッタ、４３  青色光源、１０１  色変換基板、４２１，４２４  ガラス基板、４２２  シール部材、４２３  液晶層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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