(57)【要約】      （修正有）【課題】波長変換体を用いてカラー画像を形成する液晶表示装置におけるバックライトからの光の利用効率の向上と混色の防止を課題とする。【解決手段】液晶表示パネルとバックライトと波長変換体を有する液晶表示装置であって、バックライトは、光源３０を有し、波長変換体は、バックライト側から順に、誘電体多層膜１３、導波路１、波長変換層２を有し、導波路１は、画素毎に断面が台形であるコーンプリズム１１を有し、台形は、上底がａ、下底がｂ、高さがｈであり、下底が誘電体多層膜１３側であり、波長変換層２は、画素毎に隔壁１７によって区画され画素毎に、入射光を波長変換する波長変換粒子１５を含む。【選択図】図３
2017156412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素毎に異なる色を出射する液晶表示パネルとバックライトと、前記バックライトと前記液晶表示パネルの間に波長変換体を有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、光源を有し、
前記波長変換体は、前記バックライト側から順に、誘電体多層膜、導波路、波長変換層を有し、
前記誘電体多層膜は、第１の屈折率と第２の屈折率を有する膜の積層体であり、
前記導波路は、画素毎に断面が台形であるコーンプリズムを有し、前記台形は、上底がａ、下底がｂ、高さがｈであり、前記下底が前記誘電体多層膜側であり、
前記波長変換層は、前記画素毎に隔壁によって区画され、前記画素毎に入射光を波長変換する波長変換粒子を含み、
前記コーンプリズムのａ、ｂ、ｈは、（式１）、（式２）、（式３）を満足することを特徴とする液晶表示装置。
【数１】
2017156412.tif 000009
【数２】
2017156412.tif 000010
【数３】
2017156412.tif 000011
【請求項２】
前記ａ：ｂ：ｈは、１．９：５：５であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記誘電体多層膜は、第１の屈折率の層と第２の屈折率の層が交互に積層され、合計５層以上であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記誘電体多層膜は、第１の屈折率の層と第２の屈折率の層が交互に積層され、合計１３層であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記波長変換層の前記隔壁には、反射層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記光源は、青色ＬＥＤであり、前記画素として、青画素と赤画素と緑画素が形成され、前記青画素に対応する前記波長変換層には、波長変換粒子が存在しないことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記光源は、紫外線発光ＬＥＤであり、前記画素として、青画素と赤画素と緑画素電極が形成され、前記青画素、前記赤画素、前記緑画素に対応して、前記波長変換層には、波長変換粒子が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
画素毎に異なる色を出射する液晶表示パネルとバックライトを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、光源を有し、
前記液晶表示パネルは、波長変換体を有し、
前記波長変換体は、前記バックライト側から順に、誘電体多層膜、導波路、波長変換層を有し、
前記誘電体多層膜は、第１の屈折率と第２の屈折率を有する膜の積層体であり、
前記導波路は、画素毎に断面が台形であるコーンプリズムを有し、前記台形は、上底がａ、下底がｂ、高さがｈであり、前記下底が前記誘電体多層膜側であり、
前記波長変換層は、前記画素毎に隔壁によって区画され前記画素毎に、入射光を波長変換する波長変換粒子を含み、
前記コーンプリズムのａ、ｂ、ｈは、（式１）、（式２）、（式３）を満足することを特徴とする液晶表示装置。
【数４】
2017156412.tif 000012
【数５】
2017156412.tif 000013
【数６】
2017156412.tif 000014
【請求項９】
前記ａ：ｂ：ｈは、１．９：５：５であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記誘電体多層膜は、第１の屈折率の層と第２の屈折率の層が交互に積層され、合計５層以上であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記誘電体多層膜は、第１の屈折率の層と第２の屈折率の層が交互に積層され、合計１３層であることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記波長変換層の前記隔壁には、反射層が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記光源は、青色ＬＥＤであり、前記画素として、青画素と赤画素と緑画素が形成され、前記青画素に対応する前記波長変換層には、波長変換粒子が存在しないことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記光源は、紫外線発光ＬＥＤであり、前記画素として、青画素と赤画素と緑画素電極が形成され、前記青画素、前記赤画素、前記緑画素に対応して、前記波長変換層には、波長変換粒子が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記液晶表示パネルは、ＴＦＴ、画素電極を含む画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、液晶層を挟んで対向基板が配置された構成であり、
前記波長変換体は、前記ＴＦＴ基板側に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記波長変換体よりも前記液晶層に近い側に偏光層が形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記液晶表示パネルは、ＴＦＴ、画素電極を含む画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、液晶層を挟んで対向基板が配置された構成であり、
前記波長変換体は、前記対向基板側に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記波長変換体よりも液晶層側に絶縁膜であるオーバーコート膜が形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記波長変換粒子は、半導体量子ドットであることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
表示装置に係り、波長変換粒子を有する波長変換体を用いてカラー画像を形成する構成において、光の利用効率を向上させた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている構成である。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。
【０００３】
液晶は自身では発光しないので、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置している。携帯電話等の液晶表示装置では、バックライトの光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）が使用されている。ＬＥＤを導光板の側面に配置し、導光板の上に種々の光学シートを配置し、これらの光学部品をモールド内に収容することによってバックライトを構成している。
【０００４】
液晶表示装置のバックライトは白色光であることが必要であるが、ＬＥＤは単色光である。そこで、紫外線あるいは青色発光のＬＥＤを用い、より長波長の光を発生させる光変換体を用いることによって、白色光を得る手段が用いられている。
【０００５】
一方、液晶表示パネル内では、従来は、カラーフィルタを用いてカラー画像を形成している。カラーフィルタは、必要な波長の光のみを透過し、他の波長は吸収するために、光の利用効率が悪い。そこで、カラーフィルタの代わりに、蛍光体を用いて波長変換することによって、光の利用効率を向上させる技術が開発されている。しかし、蛍光体では、等方的に光を発生するために、いわゆる後方散乱によって、光の利用効率が低下する。特許文献１及び特許文献２には、蛍光体を用いて波長変換する場合に、後方散乱してきた光を、バンドパスフィルタ層を用いて前方に反射することによって、光の利用効率を向上させる構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−６６４３７号公報
【特許文献２】特開２０１５−８４０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
波長変換に蛍光体を用いた場合において、光の利用効率を上げるためにバンドパスフィルタを用いる方法の場合、バンドパスフィルタにおける反射率の入射角依存性等により、従来は、光の十分な利用効率を確保することができていなかった。また、バンドパスフィルタを通り抜けた光が、他の画素に入射すると、混色の要因になる。
【０００８】
一方、色再現性の優れた波長変換体として、半導体量子ドットを用いる方法がある。この方法では、半導体量子ドット（以後量子ドット）の径によって、変換された光の波長を変えることが出来る。しかし、この場合も後方散乱の問題が生ずることは、蛍光体を用いた場合と同様である。
【０００９】
本発明の課題は、カラー画像を形成するために、波長変換を行う方法において、後方散乱の影響を小さくし、光の利用効率を向上させるとともに、混色の発生を抑え、消費電力が小さい、かつ、高画質な表示装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。
【００１１】
（１）画素毎に異なる色を出射する液晶表示パネルとバックライトと、前記バックライトと前記液晶表示パネルの間に波長変換体を有する液晶表示装置であって、前記バックライトは、光源を有し、前記波長変換体は、前記バックライト側から順に、誘電体多層膜、導波路、波長変換層を有し、前記誘電体多層膜は、第１の屈折率と第２の屈折率を有する膜の積層体であり、前記導波路は、画素毎に断面が台形であるコーンプリズムを有し、前記台形は、上底がａ、下底がｂ、高さがｈであり、前記下底が前記誘電体多層膜側であり、前記波長変換層は、前記画素毎に隔壁によって区画され、前記画素毎に入射光を波長変換する波長変換粒子を含み、前記コーンプリズムのａ、ｂ、ｈは、（式１）、（式２）、（式３）を満足することを特徴とする液晶表示装置。
【００１２】
【数１】
2017156412.tif 000003
【００１３】
【数２】
2017156412.tif 000004
【００１４】
【数３】
2017156412.tif 000005
【００１５】
（２）前記ａ：ｂ：ｈは、１．９：５：５であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００１６】
（３）前記波長変換体は、前記液晶表示パネル内に組み込まれていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】液晶表示装置の斜視図である。
【図２】波長変換体の断面図である。
【図３】本発明の波長変換体の動作を示す断面図である。
【図４】量子ドットの模式断面図である。
【図５】コーンプリズムを使用しない場合の波長変換体の動作を示す断面図である。
【図６】本発明の波長変換体の動作を示す断面図である。
【図７】反射率の波長依存性および入射角依存性を示すグラフである。
【図８】誘電体多層膜の例を示す断面図である。
【図９】コーンプリズムの断面形状を定義する図である。
【図１０】本発明のコーンプリズムを用いた場合の、コーンプリズム方向から誘電体多層膜へ入射する光の入射角と入射光の量の関係を示すグラフである。
【図１１】誘電体多層膜への入射角が０度場合と４０度の場合における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図１２】誘電体多層膜側からコーンプリズムに入射する光の経路を示す図である。
【図１３】誘電体多層膜側から入射した光がコーンプリズムにおいて、1回以下の反射で波長変換層に入射する条件を示すグラフである。
【図１４】波長変換層側からコーンプリズムに入射した光が誘電体多層膜に入射する様子を示す断面図である。
【図１５】コーンプリズムの最適形状の領域を示すグラフである。
【図１６】波長変換体を液晶表示パネルの対向基板側に組み込んだ状態を示す断面図である。
【図１７】波長変換体を液晶表示パネルのＴＦＴ基板側に組み込んだ状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明を、実施例を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は液晶表示装置の斜視図である。液晶表示装置は液晶表示パネル３００とバックライト４００で構成されている。液晶表示パネル３００は、ＴＦＴや画素電極を有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に液晶が挟持され、ＴＦＴ基板１００の下に下偏光板１０１が貼り付けられ、対向基板２００の上に上偏光板２０１が貼り付けられた構成となっている。ＴＦＴ基板１００は対向基板２００よりも大きく形成され、ＴＦＴ基板１００が１枚になっている部分は、ドライバＩＣが配置され、また、フレキシブル配線基板と接続する端子が形成されている端子部１５０となっている。
【００２０】
液晶表示パネル３００の背面には、バックライト４００が配置している。図１では、バックライト４００は、ＬＥＤを含む光源３０、導光板２０、で構成され、バックライトとＴＦＴ基板の間に波長変換体１０が配置されている。導光板２０と波長変換体１０との間には、導光板２０から出射する光を均一にするための拡散シートや、斜め方向に向かう光を液晶表示パネル方向に向けるためのプリズムシート等が配置する場合もあるが、図１では省略されている。
【００２１】
図２は波長変換体を示す断面図である。図２は赤画素、緑画素、青画素の1組のみに対応する波長変換体の断面図である。ガラスあるいは樹脂等の透明材料で形成された波長変換体基板１８の上に誘電体多層膜１３が形成されている。誘電体多層膜１３は、バックライトからの光は透過するが、液晶表示パネル側から入射する波長変換された光は反射する性質をもった膜であり、例えば、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜膜が交互に積層されたものである。
【００２２】
誘電体多層膜１３の上には、コーンプリズム１１とその接合部１２で形成された導波路１が配置している。コーンプリズム１１は断面が台形である、四角錐台である。コーンプリズム１１は各画素に複数形成されている。後で説明するように、コーンプリズム１１の断面形状は、光の利用効率に対して重要な役割を有する。
【００２３】
導波路１の上には、波長変換層２が配置している。波長変換層２は、画素毎に形成されている。波長変換層２は各画素間を区画する隔壁１７、隔壁１７の内側および導波路１の上面に形成された反射膜１６、透明媒体１４、波長変換粒子１５によって構成されている。反射膜１６は、光の利用効率を上げるとともに、波長変換された光が他の画素に漏れないようにする役割を有する。反射膜１６はコーンプリズム１１の出射部には形成されていない。
【００２４】
反射膜１６の内側には透明媒体１４が形成されているが、透明媒体１４の内部に分散されている波長変換粒子１５は色毎に異なっている。赤画素には、青色を赤色に波長変換する波長変換粒子１５Ｒが分散され、緑画素には、青色を緑色に波長変換する波長変換粒子１５Ｇが分散されている。図２は光源に青色ＬＥＤを使用した場合であり、この場合は、青画素に対しては、波長変換の必要がないので、波長変換粒子は形成されていない。光源として紫外線が使用された場合は、青画素においても、紫外線を青色光に変換する波長変換粒子が必要である。
【００２５】
図３は１画素、例えば緑画素のみ取り出したバックライトの模式断面図である。導光板２０の上に波長変換体を配置し、その上に下偏光板１０１およびＴＦＴ基板１００を配置している。図３において、導光板２０の側壁に光源３０である青色ＬＥＤが配置している。導光板２０から出射した光は、波長変換体基板１８に入射する。
【００２６】
波長変換体基板１８の上には、バンドパスフィルタとしての誘電体多層膜１３が形成されている。誘電体多層膜１３は、バックライトからの光は透過するが、液晶表示パネル側から入射する波長変換された光は反射する性質をもった膜であり、例えば、高屈折率膜と低屈折率膜が交互に積層されたものである。誘電体多層膜１３については、後で説明する。誘電体多層膜１３を通過した光は、コーンプリズム１１に入射する。コーンプリズム１１は、波長変換された光を効率よく、液晶表示パネル側に反射するために特別な形状になっている。コーンプリズム１１の形状については、後で説明する。
【００２７】
コーンプリズム１１を通過した光は、波長変換層２に入射し、波長変換粒子１５によって波長変換を受ける。この場合は、青色光から緑色光に変換される。波長変換粒子１５としては、蛍光体ドット、量子ドット等を使用することができるが、本実施例においては、量子ドットを使用している。
【００２８】
図４は本実施例で使用される波長変換粒子１５としての量子ドット１５の模式図である。量子ドット１５は、半導体の微粒子であり、粒子径の大きさによって、変換されて出射する光の波長が異なる。例えば粒子径ｄが２ｎｍの場合は、青色光を出射し、５ｎｍの場合は緑色光を出射し、１０ｎｍの場合は、赤色光を出射する。量子ドットの径ｄは一般には、２０ｎｍ以下である。
【００２９】
図４において、Ｐ１およびＰ２は半導体である。Ｐ１は例えば球状のＣｄＳｅであり、Ｐ１の周りをＺｎＳであるＰ２が覆っている。量子ドット１２は、入射した光を閉じ込め、入射した光よりも長波長の光を出射する。入射光はＬＥＤからの光であるが、青色光の場合もあるし、紫外光の場合もある。青色光が入射する場合と、紫外光が入射する場合とでは、異なる径の量子ドットの割合を変えることによって白色光を得ることが出来る。図４におけるＬはリガンド（Ｌｉｇａｎｄ）と呼ばれるものであり、量子ドット１５が樹脂で形成された透明媒体１４中に分散されやすくするものである。
【００３０】
図３に戻り、波長変換粒子１５は波長変換された光を等方的に放射するので、波長変換層２の内面には、波長変換された光が液晶表示パネル側に向かうように、反射層１６が形成されている。反射層１６は、コーンプリズム１１の出射部を除いて、波長変換層２の内面全体に形成されている。コーンプリズム１１の出射部には、反射層１６が形成されていないので、波長変換された光で後方散乱された光は、コーンプリズム１１に入射し、波長変換体基板１８の上に形成された誘電体多層膜１３に入射する。波長変換を受けた光がコーンプリズム１１を通過して誘電体多層膜１３に入射することによって、光の誘電体多層膜１３への入射角は小さく制限される。これによって誘電体多層膜１３における反射率の低下を防止することが出来、光の利用効率を向上させることが出来る。
【００３１】
図５は、比較例としての、コーンプリズムが存在しない場合の波長変換体の断面図である。図５の波長変換層には、赤画素には、赤波長変換粒子１５Ｒが分散され、緑画素には、緑波長変換粒子１５Ｇが分散されており、青画素には波長変換粒子は存在していない。図５において、波長変換層の下側には、誘電体多層膜１３が形成されている。図５では、光の経路を緑画素について、模式的に表している。誘電体多層膜１３を通して波長変換層２に入射した光は、波長変換粒子１５によって波長変換を受ける。波長変換粒子１５によって、波長変換された光は、等方的なので、誘電体多層膜１３側に向かう光も存在する。
【００３２】
誘電体多層膜１３の反射率は入射角依存性を有する。すなわち、入射角が小さい光は効率的に反射するが、入射角が大きくなるにしたがって、反射率は小さくなる。図５はこれを模式的に示したものであり、入射角の大きな光は、誘電体多層膜１３を通過して導光板２０側に出射し、液晶表示パネルには利用できないことになり、光の利用効率を低下させる。さらに、導光板２０側に出射した緑色光が、導光板２０で反射して他の画素に入射すると混色の原因になる。
【００３３】
図６は本発明による波長変換体を示す断面図である。図６において、波長変換層２と誘電体多層膜１３の間には、コーンプリズム１１が配置している。図６の緑画素において、導光板２０側から誘電体多層膜１３を通過した青色光は、コーンプリズム１１を通過して波長変換層２に入射する。青色光は、波長変換層２における波長変換粒子１５Ｇによって緑色光に変換される。
【００３４】
波長変換粒子１５Ｇから出射する光は、等方的なので、後方に散乱する光も存在する。後方に散乱した光は、コーンプリズム１１を通って誘電体多層膜１３側に向かう。コーンプリズム１１内において、光は、コーンプリズム１１の側壁で反射しながら誘電体多層膜１３に向かう。そうすると、コーンプリズム１１から誘電体多層膜１３に入射する光の入射角は、小さく制限される。これによって、誘電体多層膜１３における反射率を大きくすることが出来、緑色光の利用効率を上げることが出来るとともに、混色を抑えることが出来る。
【００３５】
誘電体多層膜１３における反射率は、入射角依存性と波長依存性がある。図７は、多層膜が図８に示すように、１３層の場合における反射率の波長依存性と入射角依存性を示すグラフである。図８は誘電体多層膜１３の構成を示すものであり、反射率の高いＨ層として、膜厚が５８ｎｍのＴｉＯ２膜を用い、反射率の低いＬ層として、膜厚が１０５ｎｍのＳｉＯ２膜を用い、これらを１３層の層構造としたものである。
【００３６】
図７に戻り、横軸は入射角、すなわち、図８におけるθであり、縦軸は反射率である。緑色の波長である、５００ｎｍ乃至５２０ｎｍに注目すると、入射角が５０以上になると、反射率が５０％程度になる。一方、入射角が４０度以下であると、高い反射率を維持することが出来る。したがって、コーンプリズム１１から誘電体多層膜１３に入射する光の入射角を４０度以下にすると、高い光の利用効率を維持し、かつ、混色を抑制することが出来る。
【００３７】
コーンプリズム１１の形状を制御することによって、コーンプリズム１１側から誘電体多層膜１３に入射する光の入射角を制御することが出来る。図９はコーンプリズム１１の形状の例を示す模式図である。図９の上側の図は、波長変換層の断面図であり、図６で説明したのと同様である。図９の下側の図は、コーンプリズム１１の拡大断面図である。コーンプリズム１１は、断面が台形であり、下底が５μｍ、上底が１．９μｍ、高さが５μｍである。また、図９のコーンプリズムは、平面が正方形の四角錐台である。
【００３８】
すなわち、コーンプリズム１１から誘電体多層膜１３に入射する光の入射角を４０度以下にするためには、コーンプリズム１１の上底/下底を１．９/５かつ、台形の高さと下底の径を同じにすることが最適条件となる。図１０はコーンプリズム１１の形状をこのような形状にした場合の、コーンプリズム１１側から誘電体多層膜１３に入射する光の量と入射角との関係を示すグラフである。図１０の横軸は、コーンプリズム１１から誘電体多層膜１３に入射する光の入射角で、縦軸は、コーンプリズム１１から誘電体多層膜１３に入射する光の量である。
【００３９】
図１０に示すように、図９に示すようなコーンプリズム１１を用いると、コーンプリズム１１から誘電体多層膜１３に入射する光の入射角は、４０度以上ではほぼゼロになっている。また、入射角が小さい光ほど多くなっており、反射する光の量が増えることになる。
【００４０】
図１１は、図８に示すような誘電体多層膜１３を用いた場合において、入射角が０度の場合と４０度の場合における波長と反射率の関係を示すグラフである。図１１において、横軸は、誘電体多層膜１３に入射する光の波長で、縦軸は、反射率である。図１１に示すように、緑色である波長５００ｎｍから赤色である７５０ｎｍの範囲で、入射角が０度及び４０度のいずれにおいても、高い反射率を得ることが出来る。なお、図１１において、０度から４０度までの入射角の光の反射率は０度と４０度の曲線の中間にあると考えてよい。
【００４１】
ところで、コーンプリズム１１の形状は、導光板２０側からの光を効率よく波長変換層側に導く役割と、波長変換層側から後方に散乱してくる光が誘電体多層膜１３に小さな角度で入射するようにさせる役割を有する。
【００４２】
導光板２０側からの光が効率よく波長変換層側に導かれるためには、コーンプリズム１１内における反射が小さいほどよい。すなわち、反射が多いほど、コーンプリズム１１内での光の吸収も多いからである。図１２および図１３は、導光板２０側からの光が、コーンプリズム１１内において、１回以内の反射によって、波長変換層側に導かれるための条件を示すものである。
【００４３】
図１２は、コーンプリズム１１の拡大断面図である。図１２は、導光板側からの光がコーンプリズム１１において1回の反射で波長変換層側に出射する様子を示している。導光板側からの光が１回以内の反射で波長変換層側に導かれるためには、コーンプリズム１１の断面形状、すなわち、図１２における下底ａ、上底ｂ、高さｈが重要な役割を有する。
【００４４】
幾何学的な計算から、図１２における、下底ａ、上底ｂ、高さｈが（式１）および（式２）の条件を満たすと、導光板側からの光を、コーンプリズム内における反射が1回以内で、波長変換層側に導くことが出来る。
【００４５】
【数４】
2017156412.tif 000006
【００４６】
【数５】
2017156412.tif 000007
【００４７】
図１３は、（式１）及び（式２）の条件を満たす範囲を示すグラフである。図１３は、横軸にａ/ｂをとり、縦軸にｈ/ｂを取ったものである。図１３の領域Ａが導光板側からの光がコーンプリズム内において１回の反射で波長変換層側に導かれる領域である。
【００４８】
コーンプリズム１１のもう一つの重要な役割は、波長変換層側から、後方散乱してくる光が、誘電体多層膜１３に４０度以内の入射角になるようにして、誘電体多層膜１３における反射効率を向上させることである。図１４および図１５は、この条件を示す図である。図１４は、後方散乱してきた光が、コーンプリズム１１において、反射して誘電体多層膜１３側に入射する様子を示す断面図である。図１４における入射角ｓが重要であり、誘電体多層膜１３において、効率よく反射させるためには、入射角ｓを４０度以下にする必要がある。
【００４９】
このためには、コーンプリズム１１の断面形状、具体的には、下底ａ、上底ｂ、高さｈが重要な役割を有する。幾何学的な計算から、下底ａ、上底ｂ、高さｈが（式３）を満たすと、図１３における入射角ｓを４０以下とすることが出来る。
【００５０】
【数６】
2017156412.tif 000008
【００５１】
図１５の領域Ｂは、（式３）の条件を満たす領域である。図１５に示す領域Ａは、導光板側からの光が効率よく波長変換層側に導かれるための条件を示す領域であり、図１３の領域Ａと同じである。コーンプリズム１１の形状は、導光板側からの光が効率よく波長変換層側に導かれる条件と、波長変換層側からの光が効率よく、誘電体多層膜１３において反射される条件を満たすことが最も好ましい。つまり、図１５の領域Ｃが、この両方に条件を満たす領域であり、この領域において、バックライトからの光の利用効率を最も上げることが出来る。
【００５２】
なお、誘電体多層膜は１３層であるとして説明した。しかし、誘電体多層膜の材料を適切に選択することによって、誘電体多層膜の総数は、変化させることが出来る。しかし、層数が非常に少ないと、バンドパスフィルタ特性が劣化する。誘電体多層膜としては、５層以上とすることが望ましい。
【００５３】
以上の説明では、波長変換体１０がＴＦＴ基板１００の下側に貼り付けられた下偏光板１０１の下に配置されている場合を例にとって説明した。しかし、波長変換体１０は、液晶表示パネルの内部に組み込むことも可能である。この場合は、波長変換体基板は不要である。
【００５４】
図１６は、波長変換体１０を対向基板２００の内側に配置した例である。図１６は１画素分の断面図を示す。図１６において、バックライト４００の上に液晶表示パネル３００が配置している。図１６における液晶表示パネル３００において、下偏光板１０１、ＴＦＴ基板１００が配置し、ＴＦＴ基板１００の内側にアレイ層５０が配置している。アレイ層５０は、ＴＦＴ、絶縁膜、画素電極、配線等を含む層をいう。アレイ層５０の上には配向膜８０が形成されている。
【００５５】
液晶層９０を挟んでＴＦＴ基板１００と対向して対向基板２００が配置し、対向基板２００の内側に波長変換体１０が形成され、波長変換体１０の上に配向膜８０が形成されている。波長変換体１０の構造は、図２等で説明したのと同様であるが、図１６においては、図２の波長変換体基板の代わりに、絶縁膜であるオーバーコート膜７０が形成され、オーバーコート膜７０と液晶層９０の間に配向膜８０が形成される。対向基板２００の外側には、上偏光板２０１が貼り付けられている。
【００５６】
図１７は、波長変換体１０をＴＦＴ基板１００の内側に配置した例である。図１７は１画素分の断面図を示す。図１７において、バックライト４００の上に液晶表示パネル３００が配置している。図１７における液晶表示パネル３００において、ＴＦＴ基板１００の内側に波長変換体１０が形成されている。波長変換体１０の構成は図２等で説明したのと同様であるが、この場合は、ガラスで形成されたＴＦＴ基板１００が図１２における波長変換体基板１８の役割を有している。なお、ガラスで形成されたＴＦＴ基板１００と波長変換体１０の間には、必要に応じて、ガラスからの不純物による汚染を防止するために、ＳｉＮあるいはＳｉＯ２等による下地膜が形成されることもある。誘電体多層膜１３を構成する層の一部に下地膜としての役割を持たせることも可能である。
【００５７】
波長変換体１０の上には、下偏光層６０が形成されている。図１７では、ＴＦＴ基板１００に下偏光板を貼り付ける代わりに、液晶表示パネル３００の内部に下偏光層６９を形成している。これによって、光の利用効率を向上させている。下偏光層６０の上に、アレイ層５０が形成され、その上に配向膜８０が形成されている。
【００５８】
液晶層９０を挟んで対向基板２００が配置されている。波長変換体がＴＦＴ基板１００側に形成されているので、原理的には、対向基板２００側は、配向膜８０を形成するのみでよい。したがって、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の合わせ精度は高くなくともよい。しかし、画面のコントラストを向上させるために、画素と画素の境界にブラックマトリクスを形成する場合もある。図１７において、対向基板２００の外側には、上偏光板２０１が配置されている。
【００５９】
このように、本発明によれば、バックライトの利用効率を向上させることが出来るので、高い輝度を得ることが出来る。また、その分液晶表示装置における消費電力を小さくすることが出来る。さらに、波長変換体から後方散乱した光が、他の色の画素に入り込むことを防止することが出来るので、いわゆる混色を防止することが出来。色純度の高い画像を形成することが出来る。
【００６０】
本発明は、ＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の他、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）等の種々の方式の液晶表示装置に使用することが出来る。
【符号の説明】
【００６１】
１…導波路、  ２…波長変換層、１０…波長変換体、  １１…コーンプリズム、  １２…接合部、  １３…誘電体多層膜、  １４…透明媒体、  １５…波長変換粒子、１５Ｒ…赤波長変換粒子、１５Ｇ…緑波長変換粒子、  １６…反射膜、  １７…隔壁、  １８…波長変換体基板、  ２０…導光板、  ３０…光源、  ４０…反射シート、  ５０…アレイ層、  ６０…下偏光層、  ６０…オーバーコート膜、  ８０…配向膜、  ９０…液晶、  １００…ＴＦＴ基板、  １０１…下偏光板、  １５０…端子部、  ２００…対向基板、  ２０１…上偏光板、  ３００…液晶表示パネル、  ４００…バックライト、  Ｌ…リガンド、  Ｐ１…第１半導体、  Ｐ２…第２半導体
【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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