(57)【要約】      （修正有）【課題】光利用効率が向上した波長変換装置およびそれを用いた表示装置を提供する。【解決手段】励起光を集光するマイクロレンズＭＬと、マイクロレンズＭＬと対向し開口部ＳＬを有する反射層ＲＬと、反射層ＲＬを介してマイクロレンズＭＬと対向し前記励起光を吸収して前記励起光とは波長の異なる出射光を出射する波長変換素子と、を備えている波長変換装置。【選択図】図３
2017015973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズと対向し開口部を有する反射層と、
前記反射層を介して前記マイクロレンズと対向し前記励起光を吸収して前記励起光とは波長の異なる出射光を出射する波長変換素子と、
を備えている波長変換装置。
【請求項２】
前記波長変換素子は、前記励起光を吸収して前記出射光を発光する量子ドットを備えている、請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記波長変換素子は、光吸収異方性を有している、請求項１又は２に記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記開口部は、一方向に延在し、
前記マイクロレンズは、前記励起光を前記開口部の延在方向に対して平行な直線状に集光するシリンドリカルレンズである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項５】
前記開口部の延在方向は、前記励起光の偏光方向に対して平行である、請求項４に記載の波長変換装置。
【請求項６】
前記波長変換素子の吸収軸方向は、前記開口部の延在方向に対して平行である、請求項５に記載の波長変換装置。
【請求項７】
さらに、前記マイクロレンズと前記反射層との間に、前記マイクロレンズの焦点距離を調整するバッファ層を備えている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項８】
さらに、前記波長変換素子を介して前記反射層と対向し、前記励起光の反射率が前記出射光の反射率よりも高い誘電体多層膜を備えている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項９】
前記誘電体多層膜におけるＳ偏光の前記励起光の反射率が、全ての入射角で９０％以上となる、請求項８に記載の波長変換装置。
【請求項１０】
前記反射層は、前記誘電体多層膜よりも前記励起光の反射率が低く、前記出射光の反射率が高い、請求項８又は９に記載の波長変換装置。
【請求項１１】
第１基板と、前記第１基板に対向配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された液晶層と、を備えた表示パネルと、
前記表示パネルの前記第１基板と対向する側に位置し前記励起光を前記表示パネルに向けて出射する光源と、
前記第１基板と前記光源との間に配置された第１偏光板と、
前記表示パネルを介して前記第１偏光板と対向する第２偏光板と、を備え、
前記波長変換装置は、前記第１基板内、前記第２基板内、または、前記光源と前記第１偏光板との間、または、第２偏光板を介して前記表示パネルと対向する位置に配置されている、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の波長変換装置を備えている表示装置。
【請求項１２】
前記励起光は、青色光若しくは紫外光である、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、波長変換装置およびそれを用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源と波長変換装置とを備えた表示装置は、光源から出射した光が波長変換装置を選択的に透過することでカラー表示を実現する。光源であるバックライトの光利用効率を向上させる手段として、バックライトユニットの光の大部分を反射でき、かつ、可視光を透過することができる選択反射部材と、量子ドットなどの蛍光材料を含む光変換部材と、を組合わせた液晶表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−３６７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本実施形態の目的は、光利用効率が向上した波長変換装置およびそれを用いた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態によれば、励起光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズに対向し開口部を有する反射層と、前記反射層を介して前記マイクロレンズと対向し前記励起光を吸収して前記励起光とは波長の異なる出射光を出射する波長変換素子と、を備えている波長変換装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】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】図２は、画素の構成を示す図である。
【図３】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】図４は、誘電体多層膜の光学特性の一例を示す図である。
【図５】図５は、波長変換装置の動作を示す図である。
【図６】図６は、量子ロッドの吸収軸及びシリンドリカルマイクロレンズの延在方向を示す図である。
【図７】図７は、第１変形例に係る表示装置の断面を示す図である。
【図８】図８は、第２変形例に係る表示装置の断面を示す図である。
【図９】図９は、光源及び波長変換層の変形例を示す図である。
【図１０】図１０は、マイクロレンズの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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。
【０００８】
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、本実施形態においては、表示装置が液晶表示パネルを有する場合について説明するが、これに限らず、表示パネルとして有機エレクトロルミネッセンス等の自発光型表示パネル、あるいは電気泳動素子等を有する電子ペーパ型表示パネル等、を用いたものであっても良い。
【０００９】
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を照明するバックライトユニットＢＬ、表示パネルＰＮＬ及びバックライトユニットＢＬの動作を制御する制御モジュールＣＭ、表示パネルＰＮＬ及びバックライトユニットＢＬ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。また、主面とは、第１方向Ｘと第２方向Ｙとで規定されるＸ−Ｙ平面と平行な面であるものとする。
【００１０】
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、第１基板１００と第２基板２００との間に挟持された液晶層（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。
【００１１】
なお、本実施形態の説明において、表示パネルＰＮＬの表示面若しくは前面は表示領域ＤＡが位置する面であり、表示パネルＰＮＬの背面は表示面の反対側に位置する面であるものとする。また、表示パネルＰＮＬに備えられた各層において、前面は表示パネルＰＮＬの前面側に位置する面であり、背面は表示パネルＰＮＬの背面側に位置する面であるものとする。さらに、表示パネルＰＮＬに備えられた各層において、上（上方）とは表示パネルＰＮＬの前面に向かう方向であり、下（下方）とは表示パネルＰＮＬの背面に向かう方向であるものとする。
【００１２】
光源の一例であるバックライトユニットＢＬ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。即ち、バックライトユニットＢＬから出射された励起光は、表示パネルＰＮＬの背面側から入射する。このようなバックライトユニットＢＬとしては、種々の形態が適用可能であり特に限定はされず、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子が主面と平行な面内に配置されている直下型でもよく、発光素子が図示しない導光板の端部に配置されたエッジ型でもよい。
【００１３】
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、バックライトユニットＢＬと制御モジュールＣＭとを接続している。
【００１４】
このような構成の表示装置ＤＳＰは、バックライトユニットＢＬ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備えた、いわゆる反射型の液晶表示装置であっても良いし、透過型及び反射型の双方の機能を備えた半透過型の液晶表示装置であっても良い。反射型の液晶表示装置については、光源として、表示パネルＰＮＬの前面側あるいは表示面側に、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。なお、ここでは、第１画素ＰＸ１、第２画素ＰＸ２、及び第３画素ＰＸ３を含むＸ−Ｚ平面に平行な断面を示している。  
すなわち、表示装置ＤＳＰは、上述したバックライトユニットＢＬ及び表示パネルＰＮＬ等を備えている。なお、図示した表示パネルＰＮＬは、主として基板主面に平行な横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、基板主面に対して垂直な縦電界や、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。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。縦電界や斜め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が備えられ、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。
【００１７】
表示パネルＰＮＬにおいて、第１基板１００と第２基板２００とは、所定の間隙を形成した状態で貼り合わされている。液晶層ＬＱは、第１基板１００と第２基板２００との間に保持されている。
【００１８】
第１基板１００は、第１絶縁基板１１０、集光層１２０、波長変換層１３０、第１絶縁膜１４０、共通電極ＣＥ、第２絶縁膜１５０、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３、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ゲート線、信号線、各種絶縁膜の図示を省略している。集光層１２０及び波長変換層１３０は、波長変換装置ＣＦを構成している。
【００１９】
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絶縁基板１１０は、第２基板２００と対向する側に第１主面１１０ａを有し、第１主面１１０ａとは反対側に位置する第２主面１１０ｂを有している。第２主面１１０ｂは、バックライトユニットＢＬと対向する側に位置している。本実施形態において、第１絶縁基板１１０は、支持基板に相当する。
【００２０】
集光層１２０は、光学材料層２０、マイクロレンズＭＬ、及びバッファ層ＢＦを備えている。また、集光層１２０は、支持基板１１０の第１主面１１０ａ上に配置されている。光学材料層２０は、例えば、樹脂やガラス等の透明材料を用いて、支持基板１１０の第１主面１１０ａ上に形成されている。
【００２１】
マイクロレンズＭＬは、光学材料層２０を介して支持基板１１０の上方に形成されている。マイクロレンズＭＬを形成する材料の屈折率は、光学材料層２０を形成する透明材料の屈折率と異なっている。図示した例では、マイクロレンズＭＬの断面は、支持基板１１０に向けて突出した凸面を有し、その断面が半円形状である。この場合、マイクロレンズＭＬは、光学材料層２０の屈折率よりも高い屈折率を有する材料で形成されている。マイクロレンズＭＬは、下方から入射する励起光を上方に集光する機能を有してさえいれば、その形状や位置等は図示した例に限定されるものではない。例えば、マイクロレンズＭＬは、三角形などの多角形や楕円形の断面形状であってもよい。このようなマイクロレンズＭＬは第１方向Ｘに並び、レンズアレイを構成している。マイクロレンズＭＬの形状の詳細については後述するが、第２方向Ｙに沿って延在したシリンドリカルレンズであっても良いし、第２方向Ｙに並んだ複数のドットパターンであってもよい。
【００２２】
バッファ層ＢＦは、マイクロレンズＭＬと波長変換層１３０との間に配置されている。バッファ層ＢＦは、マイクロレンズＭＬの焦点距離を第３方向Ｚに調整するために配置されている。バッファ層ＢＦを形成する材料は、特に限定されるものではなく、例えばマイクロレンズＭＬと同じ材料で形成されていてもよい。なお、マイクロレンズＭＬの焦点距離の調整が不要な場合、バッファ層ＢＦは配置されていなくてもよい。即ち、マイクロレンズＭＬは、波長変換層１３０に隣接していてもよい。
【００２３】
波長変換層１３０は、反射層ＲＬ、波長変換素子ＷＣ、バンクＢＡ、及び誘電体多層膜ＤＭを備えている。また、波長変換層１３０は、集光層１２０の上に配置されている。即ち、波長変換素子ＷＣは、第１基板１００に内蔵されている。
【００２４】
反射層ＲＬは、バッファ層ＢＦを介して、マイクロレンズＭＬと対向している。反射層ＲＬは、開口部ＳＬを有している。開口部ＳＬは、マイクロレンズＭＬによって集光された励起光の光路上に形成されており、その形状は集光された励起光のビーム断面に応じて決定される。例えば、開口部ＳＬの第１方向Ｘに沿った幅は、励起光のビーム断面のうちの第１方向Ｘに沿った幅と同等以上に設定される。反射層ＲＬは、図９で後述する様に、波長変換素子ＷＣから出射される出射光を反射する。従って、反射層ＲＬが波長変換素子ＷＣの下面に占める割合は、大きいことが望ましく、開口部ＳＬが波長変換素子ＷＣの下面に占める割合は、小さいことが望ましい。即ち、反射層ＲＬは、励起光のビーム断面が開口部ＳＬで最も小さくなる位置に配置されることが望ましい。反射層ＲＬは、例えば金属薄膜などの、励起光に対する光反射率の高い材料で形成されている。
【００２５】
図示した例では、１つの画素に対応する領域に、複数のマイクロレンズＭＬが配置され、複数の開口部ＳＬが形成されている。１つの画素に対応する領域に形成されたマイクロレンズＭＬが１つであった場合、励起光を充分に集光して波長変換素子ＷＣへ導入するために、凸面の曲率が大きく第３方向Ｚの厚みが厚いマイクロレンズＭＬを配置しなければならない。若しくは、充分に集光されていない励起光を波長変換素子ＷＣへ導入するために、開口部ＳＬの面積が大きい反射層ＲＬを配置しなければならない。１つの画素に対応する領域に複数のマイクロレンズＭＬが配置されることで、表示装置ＤＳＰは、マイクロレンズＭＬを備えた集光層１２０を薄く形成することができる。また、表示装置ＤＳＰは、開口部ＳＬが波長変換素子ＷＣの下面に占める割合を小さくすることができ、開口部ＳＬを通した波長変換素子ＷＣから下方への出射光の漏れを抑制することができる。
【００２６】
波長変換素子ＷＣは、反射層ＲＬの上に形成され、反射層ＲＬを介してマイクロレンズＭＬと対向している。波長変換素子ＷＣは、励起光を吸収して励起光とは波長の異なる出射光を出射する。例えば、波長変換素子ＷＣは、第１波長変換素子ＷＣ１及び第２波長変換素子ＷＣ２を備えている。第１波長変換素子ＷＣ１及び第２波長変換素子ＷＣ２は、それぞれ第２画素ＰＸ２及び第３画素ＰＸ３に対応する領域に形成され、第１方向Ｘで互いに隣り合っている。第１波長変換素子ＷＣ１及び第２波長変換素子ＷＣ２は、それぞれ異なる発光材料を備えている。これらの発光材料は、励起光のピーク波長を含む吸収帯を有し、それぞれ異なる発光波長を有している。従って、第１波長変換素子ＷＣ１及び第２波長変換素子ＷＣ２は、励起光をそれぞれ異なる波長の出射光へ変換する。
【００２７】
図示した例では、第１波長変換素子ＷＣ１は、固相支持体ＳＯＬと、固相支持体ＳＯＬの中に分散した発光材料として機能する第１量子ドットＱＤ１を備えている。また、第２波長変換素子ＷＣ２は、固相支持体ＳＯＬと、固相支持体ＳＯＬの中に分散した発光材料として機能する第２量子ドットＱＤ２を備えている。固相支持体ＳＯＬは、例えば熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などの樹脂材料によって形成されている。
【００２８】
第１量子ドットＱＤ１及び第２量子ドットＱＤ２は、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。第１量子ドットＱＤ１及び第２量子ドットＱＤ２を形成する量子ドットは、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。また、このような量子ドットは、例えばコア・シェル構造を形成している。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、硫化亜鉛（ＺｎＳ）や硫化カドミウム（ＣｄＳ）などで形成されている。量子ドットの光学特性は、主にコアの性質によって決定される。例えば、量子ドットの発光波長は、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。従って、第２波長変換素子ＷＣ２は、第１量子ドットＱＤ１とは大きさの異なる第２量子ドットＱＤ２を備えることで、第１波長変換素子ＷＣ１とは異なる発光波長を有することができる。
【００２９】
量子ドットの形状は、特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。なお、このような棒状の量子ドットを、量子ロッドと呼称するものとする。量子ロッドの長軸及び短軸に沿った長さは、数ナノメートルから数十ナノメートルである。このような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。量子ロッドは、極性軸の方向に起因して、光吸収異方性を有し、偏光した光を発光する。このため、第１量子ドットＱＤ１及び第２量子ドットＱＤ２が量子ロッドであり、かつ同じ方向に配向している場合、第１波長変換素子ＷＣ１及び第２波長変換素子ＷＣ２は、光吸収異方性を有し、偏光した光を発光する。
【００３０】
なお、ここでいう光吸収異方性とは、量子ロッドの吸光度が、量子ロッドの長軸と励起光の偏光とによって成される角度に依存する性質のことを意味している。例えば、量子ロッドは、量子ロッドの長軸に平行に偏光した励起光を吸収し、量子ロッドの長軸に平行に偏光した出射光を出射する。このような量子ロッドを発光材料として備えた波長変換素子は、偏光方向を維持したまま波長を変換することができる。
【００３１】
バンクＢＡは、各波長変換素子ＷＣの間に形成され、各画素の境界に位置している。詳細な図示を省略するが、バンクＢＡは、各波長変換素子ＷＣをＸ−Ｙ平面に平行な方向で区画している。バンクＢＡは、例えば、樹脂材料で形成されている。バンクＢＡは、望ましくは遮光性を有している。なお、バンクＢＡと波長変換素子ＷＣとの間にも、反射層ＲＬが形成されていることが望ましい。バンクＢＡが反射層ＲＬによって覆われる場合には、バンクＢＡは透明な樹脂材料によって形成されていても良い。
【００３２】
誘電体多層膜ＤＭは、波長変換素子ＷＣの上に備えられている。誘電体多層膜ＤＭは、波長変換素子ＷＣを介して、反射層ＲＬと対向している。誘電体多層膜ＤＭは、屈折率の異なる誘電体の薄膜を交互に積層して形成されており、光源からの励起光を波長変換素子ＷＣに向けて反射させ、波長変換素子ＷＣで波長変換された出射光を透過させる。本実施形態において、誘電体多層膜ＤＭは、例えば、酸化シリコンＳｉＯ２と酸化チタンＴｉＯ２との積層体である。
【００３３】
第１絶縁膜１４０は、波長変換層１３０の上に形成されている。第１絶縁膜１４０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１４０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。
【００３４】
共通電極ＣＥは、第１絶縁膜１４０の上に形成されている。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。第２絶縁膜１５０は、共通電極ＣＥの上に形成されている。第２絶縁膜１５０は、例えばシリコン窒化物やシリコン酸化物などの無機絶縁材料で形成されている。画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３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２絶縁膜１５０の上に配置されている。共通電極ＣＥ及び画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３は、例えばインジウム・チン・オキサイド（ＩＴＯ）やインジウム・ジンク・オキサイド（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２絶縁膜１５０の上に形成されている。また、第１配向膜ＡＬ１は、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３を覆っている。
【００３５】
第２基板２００は、第２絶縁基板２１０、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。第２配向膜ＡＬ２は、第２絶縁基板２１０の液晶層ＬＱに対向する側に形成されている。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る。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、必要に応じて配向処理がなされている。なお、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、液晶の表示モードに合わせて水平配向性や垂直配向性などの好適な配向性を備えた材料で形成される。
【００３６】
表示パネルＰＮＬは、さらに第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２を備えている。第１光学素子ＯＤ１は、第１絶縁基板１１０の第２主面１１０ｂ側に配置されている。すなわち、第１光学素子ＯＤ１は、第１基板１００とバックライトユニットＢＬとの間に配置されている。第１光学素子ＯＤ１は、第１偏光板ＰＬ１を備えている。第２光学素子ＯＤ２は、第２基板２００の前面側に配置されている。即ち、第２光学素子ＯＤ２は、第２絶縁基板２１０の上に配置されている。第２光学素子ＯＤ２は、第２偏光板ＰＬ２を備えている。従って、第１偏光板ＰＬ１及び第２偏光板ＰＬ２は、液晶層ＬＱ及び波長変換装置ＣＦを介して対向している。なお、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子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。第１偏光板ＰＬ１及び第２偏光板ＰＬ２は、例えばポリビニルアルコールなどの樹脂材料をヨウ素や顔料などで染色したフィルムタイプの偏光板であっても良いし、微細な金属細線を等ピッチで配列させたワイヤグリッド偏光板であっても良い。
【００３７】
なお、図示した例において、第１画素ＰＸ１に対応する領域には、波長変換素子ＷＣは配置されておらず、集光層１２０の上に発光材料が分散されていない固相支持体ＳＯＬが配置されている。また、第１画素ＰＸ１に対応する領域には、マイクロレンズＭＬ、バッファ層ＢＦ、及び誘電体多層膜ＤＭが配置されておらず、固相支持体ＳＯＬが光学材料層２０及び第１絶縁膜１４０に第３方向Ｚで隣接している。ただし、第１画素ＰＸ１に対応する領域においても、マイクロレンズＭＬ及びバッファ層ＢＦは配置されていてもよい。
【００３８】
図４は、誘電体多層膜の光学特性の一例を示す図である。  
図中に示されたグラフは、励起光が青色光であった場合の、誘電体多層膜ＤＭの反射率スペクトルＲＳＰ及び励起光の発光強度スペクトルＩＳＰである。グラフの縦軸は、反射率スペクトルＲＳＰの反射率若しくは発光強度スペクトルＩＳＰの発光強度を示している。グラフの横軸は波長を示している。
【００３９】
発光強度スペクトルＩＳＰは、例えば、４６０ｎｍにピーク強度ＩＭＡＸを有している。即ち、発光強度スペクトルＩＳＰのピーク波長ＰＷは４６０ｎｍである。誘電体多層膜ＤＭのカットオフ波長ＣＯは、励起光のピーク波長ＰＷよりも長波長である。図示した例では、誘電体多層膜ＤＭのカットオフ波長は５００ｎｍであり、反射率スペクトルＲＳＰは、５００ｎｍより短い波長帯では高い反射率を有し、５００ｎｍより長い波長帯では低い反射率を有している。即ち、誘電体多層膜ＤＭは、５００ｎｍよりも短波長の光を選択的に反射し、５００ｎｍよりも長波長の光を透過させる様に設計されている。従って、発光強度スペクトルＩＳＰの光学特性を有する励起光は、誘電体多層膜ＤＭによって反射される。
【００４０】
なお、誘電体多層膜ＤＭの反射率は、入射角依存性を有している。また、誘電体多層膜ＤＭにおいて、Ｓ偏光の反射率は、Ｐ偏光の反射率と異なっている。一例として、誘電体多層膜ＤＭは、Ｓ偏光の励起光の反射率が、全ての入射角で９０％以上となる様に設計されることが望ましい。
【００４１】
次に、本実施形態における励起光及び出射光の挙動について説明する。  
図５は、波長変換装置ＣＦの動作を示す図である。なお、図中における波長λ１は励起光ＥＸ及び第１出射光ＩＲ１のピーク波長を示し、波長λ２及びλ３は、それぞれ第２出射光ＩＲ２及び第３出射光ＩＲ３のピーク波長を示すものとする。一例では、波長λ１は、３８０ｎｍ〜５００ｎｍの青色領域内の波長、あるいは、この青色領域よりもさらに短波長の紫外領域内の波長である。このような波長λ１の光を発する光源としては、ＬＥＤ、半導体レーザーなどが適用可能である。例えば、波長λ２は５００ｎｍ〜６１０ｎｍの緑色領域の波長であり、波長λ３は６１０ｎｍ〜７８０ｎｍの赤色領域の波長である。即ち、励起光ＥＸ及び第１出射光ＩＲ１は青色光であり、第２出射光ＩＲ２は緑色光であり、第３励起光ＩＲ３は赤色光である。
【００４２】
バックライトユニットＢＬから出射された励起光ＥＸは、波長変換装置ＣＦの下面に入射する。なお、バックライトユニットＢＬから波長変換装置ＣＦに入射する励起光ＥＸは、波長変換装置ＣＦの主面の法線方向に平行な平行光であることが望ましい。このため、表示装置ＤＳＰは、バックライトユニットＢＬから波長変換装置ＣＦへの励起光ＥＸの入射角を調整するために、バックライトユニットＢＬと表示パネルＰＮＬとの間にプリズムシートなどの各種光学素子を備えていていることが望ましい。
【００４３】
集光層１２０を伝搬する励起光ＥＸは、第１画素ＰＸ１に対応する領域において、波長変換層１３０を透過して、波長λ１のまま第１出射光ＩＲ１として、波長変換装置ＣＦの上面から出射する。第２画素ＰＸ２及び第３画素ＰＸ３において、集光層１２０を伝搬する励起光ＥＸの光路は、光学材料層２０からマイクロレンズＭＬに入射する際に屈折する。マイクロレンズＭＬで屈折した励起光ＥＸは、開口部ＳＬを通過して第１波長変換素子ＷＣ１又は第２波長変換素子ＷＣ２へ入射する。
【００４４】
第１波長変換素子ＷＣ１に入射した励起光ＥＸの一部は、第１量子ドットＱＤ１に吸収される。第１量子ドットＱＤ１に吸収されなかった励起光ＥＸは、誘電体多層膜ＤＭと反射層ＲＬとの間で反射される間に、第１量子ドットＱＤ１に吸収される。励起光ＥＸを吸収した第１量子ドットＱＤ１は、励起光ＥＸの波長λ１より長波長である波長λ２の第２出射光ＩＲ２を発光する。第２出射光ＩＲ２は、第１量子ドットＱＤ１から全方位に出射される。
【００４５】
第２出射光ＩＲ２の波長λ２は、誘電体多層膜ＤＭのカットオフ波長ＣＯよりも長波長である。即ち、誘電体多層膜ＤＭにおいて、第２出射光ＩＲ２の反射率は、励起光ＥＸの反射率よりも高い。また、反射層ＲＬは、誘電体多層膜ＤＭよりも励起光ＥＸの反射率が低く、第２出射光ＩＲ２の反射率が高いことが望ましい。従って、上方に出射された第２出射光ＩＲ２の大部分は、誘電体多層膜ＤＭを透過して、波長変換装置ＣＦから出射される。誘電体多層膜ＤＭで反射された一部の第２出射光ＩＲ２も、誘電体多層膜ＤＭ及び反射層ＲＬで反射されている間に、誘電体多層膜ＤＭを透過して波長変換装置ＣＦから出射される。一方、反射層ＲＬの面積は開口部ＳＬの面積よりも大きいので、下方に出射された第２出射光ＩＲ２の大半は、反射層ＲＬで反射されて誘電体多層膜ＤＭに向かう。また、バンクＢＡは上面の面積が下面の面積より小さいテーパー状に形成されているので、バンクＢＡに向かって出射された第２出射光ＩＲ２は、バンクＢＡで反射されて誘電体多層膜ＤＭに向かう。第３波長変換素子ＷＣ３においても、第２波長変換素子ＷＣ２同様、第３出射光ＩＲ３が、反射層ＲＬ及びバンクＢＡで反射して、誘電体多層膜ＤＭを透過して波長変換装置ＣＦから出射される。
【００４６】
なお、図示した例において、マイクロレンズＭＬは、バンクＢＡと第３方向で対向していない。しかし、これに限定されるものではなく、マイクロレンズＭＬは、バンクＢＡと第３方向で対向していてもよい。図示した例において、バックライトユニットＢＬからバンクＢＡに出射した励起光ＥＸは、バンクＢＡの下面で反射され、バックライトユニットＢＬ側で再び反射されて、再利用される。ただし、再利用の過程で、吸収や散乱によって励起光ＥＸにロスが生じる場合がある。マイクロレンズＭＬがバンクＢＡと対向していると、バックライトユニットＢＬからバンクＢＡに向けて出射された励起光ＥＸも、マイクロレンズＭＬで屈折し、開口部ＳＬを通過して波長変換素子に伝搬させることができる。即ち、バックライトユニットＢＬの光利用効率を向上させることができる。
【００４７】
図６は、量子ロッドの吸収軸及びシリンドリカルマイクロレンズの延在方向を示す図である。  
第１偏光板ＰＬ１の透過軸方向ＤＲ１は、例えば、第２方向Ｙに対して平行に延在している。図示した例において、マイクロレンズＭＬは、下方に突出した凸部が第２方向Ｙに延在するシリンドリカルレンズである。言い換えると、マイクロレンズＭＬの形状は、母線が第２方向Ｙに対して平行である半円柱状である。マイクロレンズＭＬは、下方から入射してくる励起光ＥＸを第２方向Ｙには屈折させず、第１方向Ｘには屈折させ集光する。マイクロレンズＭＬは、第２方向Ｙに沿って直線状に集光する機能を有している。即ち、マイクロレンズＭＬによって集光されたビーム断面のビーム長軸ＤＲ２は、マイクロレンズＭＬの母線に対して平行であり、第１偏光板ＰＬ１の透過軸方向ＤＲ１に対して平行である。
【００４８】
反射層ＲＬの開口部ＳＬは、第２方向Ｙに対して平行に延在するスリットである。即ち、開口部ＳＬのスリット長軸ＤＲ３は、マイクロレンズＭＬのビーム長軸ＤＲ２に対して平行である。言い換えると、マイクロレンズＭＬは、励起光を開口部ＳＬの延在方向（スリット長軸ＤＲ３）に対して平行な直線（ビーム長軸ＤＲ２）上に集光するシリンドリカルレンズである。従って、開口部ＳＬの延在方向（スリット長軸ＤＲ３）は、励起光の偏光方向に対して平行である。
【００４９】
図示した例において、波長変換素子に備えられた発光材料は、例えば第２方向Ｙに対して平行に配向した量子ロッドＱＲである。量子ロッドＱＲの長軸方向は、量子ロッドＱＲの極性軸に対して平行であり、量子ロッドＱＲの吸収軸方向ＤＲ４に対して平行である。図示した例において、吸収軸方向ＤＲ４は、スリット長軸ＤＲ３、ビーム長軸ＤＲ２、及び透過軸方向ＤＲ１に対して平行である。
【００５０】
第１偏光板ＰＬ１を透過した励起光ＥＸは、透過軸方向ＤＲ１に偏光してマイクロレンズＭＬに入射する。この時、励起光ＥＸは、マイクロレンズＭＬの下面に対してＳ偏光となっており、偏光方向を維持したまま開口部ＳＬを通過する。量子ロッドＱＲは、量子ロッドＱＲの吸収軸方向ＤＲ４に偏光した励起光ＥＸを吸収し、偏光方向ＤＲ５に偏光した出射光ＩＲを出射する。このとき、偏光方向ＤＲ５は、吸収軸方向ＤＲ４、スリット長軸ＤＲ３、ビーム長軸ＤＲ２、及び透過軸方向ＤＲ１に対して平行である。即ち、励起光ＥＸ及び出射光ＩＲの偏光方向は、表示パネルＰＮＬの各層の主面に対して平行である。
【００５１】
本実施形態の表示装置ＤＳＰは、支持基板１１０と、支持基板１１０の主面の上方に形成されたマイクロレンズＭＬと、マイクロレンズＭＬの上方に配置され開口部ＳＬを有する反射層ＲＬと、反射層ＲＬを介してマイクロレンズＭＬと対向する波長変換素子ＷＣと、を備えている。
【００５２】
表示装置ＤＳＰは、マイクロレンズＭＬの上方に開口部ＳＬを有する反射層ＲＬを備えているため、開口部ＳＬを通して励起光ＥＸを効率よく波長変換素子ＷＣへ導入することができる。また、波長変換素子ＷＣの下面に配置された反射層ＲＬによって、励起光ＥＸの下方への戻りを抑制することができ、下方に出射した出射光ＩＲを上方へ反射させることができる。したがって、本実施形態によれば、光源であるバックライトユニットＢＬから出射される励起光ＥＸの光利用効率を向上させることができる。さらに、表示装置ＤＳＰは、光源の光利用効率の向上によって、励起光ＥＸの輝度を抑制したとしても、充分な輝度の映像を表示することができる。即ち、本実施形態によれば、低消費電力の表示装置ＤＳＰを提供することができる。
【００５３】
さらに、表示装置ＤＳＰは、波長変換素子ＷＣの上に誘電体多層膜ＤＭを備えている。誘電体多層膜ＤＭは、励起光ＥＸを選択的に反射し出射光ＩＲを透過させる。このため、表示装置ＤＳＰは、励起光ＥＸを反射層ＲＬと誘電体多層膜ＤＭとの間で多重反射させて、波長変換素子ＷＣの中に閉じ込めることができる。つまり、励起光ＥＸの波長変換素子ＷＣ中における光路長を長くすることができる。このため、本実施形態によれば、波長変換素子ＷＣの第３方向Ｚの厚みが薄くても、励起光ＥＸの波長変換素子ＷＣにおける光吸収率を向上させることができ、波長変換素子ＷＣの波長変換効率を向上させることができる。なお、本実施形態において、誘電体多層膜ＤＭにおける励起光ＥＸの反射率は、反射層ＲＬにおける励起光ＥＸの反射率よりも高い。このため、多重反射後に吸収されなかった励起光ＥＸは、開口部ＳＬ又は反射層ＲＬを透過して表示パネルＰＮＬの背面側に出射する。このため、本実施形態によれば、出射光ＩＲと励起光ＥＸが同時に波長変換素子ＷＣの前面から出射されて混色が発生することを抑制することができる。また、誘電体多層膜ＤＭにおける出射光ＩＲの反射率は、反射層ＲＬにおける出射光ＩＲの反射率よりも低い。このため、本実施形態によれば、出射光ＩＲを波長変換素子ＷＣの前面より高効率で出射することができる。
【００５４】
また、波長変換素子ＷＣは、発光材料として量子ドットＱＤ１及びＱＤ２を備えている。量子ドットは、粒径による出射光の波長選択が可能である。また、量子ドットは、励起準位が離散的であるため、狭帯域の出射光を出射する。従って、本実施形態によれは、色味の微調整が可能であり、かつ色純度の高い表示装置ＤＳＰを提供することができる。また、量子ドットＱＤ１及びＱＤ２は、光吸収異方性を有する量子ロッドＱＲであり、偏光した出射光ＩＲを出射する。このため、波長変換装置ＣＦ（波長変換素子ＷＣ）を第１偏光板ＰＬ１と第２偏光板ＰＬ２との間に配置することが可能であり、表示装置ＤＳＰの設計自由度を向上させることができる。なお、本実施形態において、波長変換素子ＷＣは、第１基板１００に内蔵されているが、第２基板２００に内蔵されることも同様に可能である。即ち、表示装置ＤＳＰは、波長変換装置ＣＦを液晶層ＬＱの近くに配置することが可能であるため、ある画素の液晶層ＬＱを透過した光が隣接する画素の波長変換装置ＣＦを透過することで発生する混色を抑制することができる。
【００５５】
また、マイクロレンズＭＬで集光される励起光ＥＸのビーム長軸ＤＲ２と開口部ＳＬのスリット長軸ＤＲ３とが平行であるため、マイクロレンズＭＬで集光された光は、反射層ＲＬの下面での反射を抑制し、効率的に波長変換素子ＷＣへ導入されることができる。また、ビーム長軸ＤＲ２及びスリット長軸ＤＲ３は、第１偏光板ＰＬ１の透過軸方向ＤＲ１に対して平行であり、マイクロレンズＭＬに入射する励起光ＥＸの偏光方向に対して平行である。従って、本実施形態によれば、励起光ＥＸの偏光方向が、マイクロレンズＭＬへの入射時に変化しないため、励起光ＥＸは、誘電体多層膜ＤＭの下面に対してＳ偏光で入射し、反射される。誘電体多層膜ＤＭはＳ偏光で入射する励起光ＥＸに対して全ての入射角で９０％の反射率を有するため、本実施形態によれば、励起光ＥＸを高効率で波長変換素子ＷＣの中に閉じ込めることができ、波長変換素子ＷＣの波長変換効率を向上させることができる。
【００５６】
さらに、波長変換素子ＷＣの吸収軸は、所定の方向に配向した量子ロッドＱＲの吸収軸方向ＤＲ４に相当する。吸収軸方向ＤＲ４がビーム長軸ＤＲ２、透過軸方向ＤＲ１に対して平行であるため、本実施形態によれば、波長変換素子ＷＣの波長変換効率を向上させることができる。
【００５７】
以上の様に、本実施形態によれば、光利用効率が向上した波長変換装置ＣＦおよびそれを用いた表示装置ＤＳＰを提供することができる。
【００５８】
次に本実施形態の変形例について、図７乃至図１０を用いて説明する。なお、各変形例においても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。  
図７は、第１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、波長変換素子が光源と第１偏光板との間に配置されている例に相当する。即ち、波長変換装置ＣＦ及び支持基板ＢＰが、第１偏光板ＰＬ１とバックライトユニットＢＬとの間に配置されている点で、図３に図示した本実施形態と相違している。本変形例において、波長変換装置ＣＦは、支持基板ＢＰの上に配置され、波長変換層１３０は、第１偏光板ＰＬ１の下に配置されている。
【００５９】
図８は、第２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、波長変換素子が第２偏光板を介して表示パネルと対向する位置に配置されている例に相当する。即ち、波長変換装置ＣＦ及び支持基板ＢＰが、第２偏光板ＰＬ２の上に配置されている点で、図３に図示した本実施形態と相違している。本変形例において、波長変換装置ＣＦは、支持基板ＢＰの上に配置され、支持基板ＢＰは、第２偏光板ＰＬ２の上に配置されている。
【００６０】
第１変形例又は第２変形例によれば、第１偏光板ＰＬ１及び第２偏光板ＰＬ２の偏光度は、量子ロッドである第１量子ドットＱＤ１及び第２量子ドットＱＤ２の出射光の偏光度よりも高いため、高コントラストの表示装置ＤＳＰを提供することができる。
【００６１】
図９は、光源及び波長変換層の変形例を示す図である。  
本変形例は、励起光ＥＸが紫外光であり、波長変換層１３０が第３波長変換素子ＷＣ３を備えている点で、図３に図示した本実施形態と相違している。本変形例において、バックライトユニットＢＬは、紫外域の波長λ０を有する励起光ＥＸを出射する。第１画素ＰＸ１に対応する領域に形成された第３波長変換素子ＷＣ３は、励起光ＥＸを吸収して、波長λ１の第１出射光ＩＲ１を出射する。第１波長変換素子ＷＣ１及び第２波長変換素子ＷＣ２は、それぞれ第２出射光ＩＲ２及び第３出射光ＩＲ３を出射する。
【００６２】
本変形例によれば、各波長変換素子から表示面側へ励起光ＥＸが漏れ出した場合であっても、波長λ０が紫外域に位置するため、励起光と出射光との混色による色純度の低下を抑制することができる。
【００６３】
図１０は、マイクロレンズの変形例を示す図である。  
本変形例は、マイクロレンズＭＬの形状が上に凸である点で、図３に図示した本実施形態と相違している。本変形例において、マイクロレンズＭＬの屈折率は、光学材料層２０の屈折率よりも高い。このため、励起光ＥＸは、マイクロレンズＭＬから光学材料層２０へ入射する際に、マイクロレンズＭＬの上面で屈折し、開口部ＳＬへ集光される。
【００６４】
本変形例によれば、光学材料層２０は、マイクロレンズＭＬと反射層ＲＬとの間に位置しているため、バッファ層ＢＦの機能を担うことができる。即ち、表示装置ＤＳＰは、バッファ層ＢＦの形成工程を省略することによって製造工程の簡略化が可能であり、表示パネルＰＮＬの厚みを減らすことができる。
【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
ＤＳＰ…表示装置  ＰＮＬ…表示パネル  １００…第１基板  ２００…第２基板  
ＢＬ…バックライトユニット  １１０…第１絶縁基板  １２０…集光層  
ＭＬ…マイクロレンズ  ＢＦ…バッファ層  １３０…波長変換層  ＲＬ…反射層  
ＳＬ…開口部  ＳＯＬ…固相支持体  ＢＡ…バンク  ＱＤ１…第１量子ドット  
ＱＤ２…第２量子ドット  ＤＭ…誘電体多層膜  ＥＸ…励起光  ＩＲ１…第１出射光  
ＩＲ２…第２出射光  ＩＲ３…第３出射光  ＤＲ１…透過軸方向  
ＤＲ２…ビーム長軸  ＤＲ３…スリット長軸  ＤＲ４…吸収軸方向  
ＤＲ５…偏光方向
【図１】
2017015973.tif 000003
【図２】
2017015973.tif 000004
【図３】
2017015973.tif 000005
【図４】
2017015973.tif 000006
【図５】
2017015973.tif 000007
【図６】
2017015973.tif 000008
【図７】
2017015973.tif 000009
【図８】
2017015973.tif 000010
【図９】
2017015973.tif 000011
【図１０】
2017015973.tif 000012