(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体量子ドットによる波長変換体を用いたバックライトを有する、光利用効率を向上させた液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置は液晶表示パネル３００とバックライト４００を有し、バックライト３００は、導光板３０と、ＬＥＤ６０と、導光板３０とＬＥＤ６０との間に波長変換体１０を有し、波長変換体１０は、保持体内に半導体量子ドットを有する構成であり、波長変換体１０には、ＬＥＤ６０と対向する面および導光板３０と対向する面以外には反射膜が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、導光板と、ＬＥＤと、前記導光板と前記ＬＥＤとの間に波長変換体を有し、
前記波長変換体は、保持体内に半導体量子ドットを有する構成であり、
前記波長変換体には、前記ＬＥＤと対向する面および前記導光板と対向する面以外には反射膜が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記反射膜は金属膜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】
前記反射膜は樹脂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】
前記反射膜は屈折率の異なる積層膜によって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５】
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、導光板と、ＬＥＤと、前記導光板と前記ＬＥＤとの間に波長変換体と、前記導光板、前記波長変換体の下には反射シートが配置され、
前記波長変換体は、保持体内に半導体量子ドットを有する構成であり、
前記反射シートには切り起こしが形成され、前記切り起こしは、前記波長変換体の前記導光板と対向している面と反対側の面において、前記波長変換体の前記ＬＥＤと対向していない面を覆っていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
前記反射シートの前記切り起こしは、さらに、前記ＬＥＤの側面の少なくとも１部を覆っていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記反射シートの前記切り起こしは、さらに、前記波長変換体の上面の少なくとも一部を覆っていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
表示装置に使用されるバックライトであって、
前記バックライトは、導光板と、ＬＥＤと、前記導光板と前記ＬＥＤとの間に波長変換体を有し、
前記波長変換体は、保持体内に半導体量子ドットを有する構成であり、
前記波長変換体には、前記ＬＥＤと対向する面および前記導光板と対向する面以外には反射膜が形成されていることを特徴とするバックライト。
【請求項９】
前記反射膜は金属膜であることを特徴とする請求項８に記載のバックライト。
【請求項１０】
前記反射膜は樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項８に記載のバックライト。
【請求項１１】
前記反射膜は屈折率の異なる積層膜によって形成されていることを特徴とする請求項８に記載のバックライト。
【請求項１２】
表示装置に使用されるバックライトであって、
前記バックライトは、導光板と、ＬＥＤと、前記導光板と前記ＬＥＤとの間に波長変換体と、前記導光板、前記波長変換体の下には反射シートが配置され、
前記波長変換体は、保持体内に半導体量子ドットを有する構成であり、
前記反射シートには切り起こしが形成され、前記切り起こしは、前記波長変換体の前記導光板と対向している面と反対側の面において、前記波長変換体の前記ＬＥＤと対向していない面を覆っていることを特徴とするバックライト。
【請求項１３】
前記反射シートの前記切り起こしは、さらに、前記ＬＥＤの側面の少なくとも１部を覆っていることを特徴とする請求項１２に記載のバックライト。
【請求項１４】
前記反射シートの前記切り起こしは、さらに、前記波長変換体の上面の少なくとも一部を覆っていることを特徴とする請求項１２に記載のバックライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
表示装置に係り、半導体量子ドットによる波長変換体を用いたバックライトを用い、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】
特許文献１には、ＬＥＤの出射光側に配置された波長変換体において、波長変換された光がＬＥＤ側に反射してくることを防止するために、波長変換体のＬＥＤと対向する側にダイクロイックミラーを用いて、波長変換された光がＬＥＤ側に戻ることを防止する技術が記載されている。
【０００６】
特許文献２−４には、光源であるＬＥＤの背後からＬＥＤからの出射光が外部に漏れることを防止するために、ＬＥＤの背後に反射シートを配置する構成が記載されている。特許文献５には、光源に冷陰極管を用いた場合、冷陰極管の背後から光が外部に漏れることを防止するために、冷陰極管の背後に反射シートを配置する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１０６４８７号公報
【特許文献２】特開２０１４−１３７９６１号公報
【特許文献３】特開２００２−１１６４４０号公報
【特許文献４】特開２００６−８４７５７号公報
【特許文献５】特開２００６−１８４３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＬＥＤを光源としたバックライトにおいて、白色を得るために、波長変換体を使用する方法があるが、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。
【０００９】
この場合、波長変換体は、ガラス等の保持体内に樹脂等に分散させた量子ドットを封入することによって構成される。この波長変換体から導光板側に如何に効率よく変換光を入射させるかが重要である。本発明の課題は、量子ドットによる波長変換体を用いたバックライトの光の利用効率を向上させることである。
【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）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、導光板と、ＬＥＤと、前記導光板と前記ＬＥＤとの間に波長変換体を有し、前記波長変換体は、保持体内に半導体量子ドットを有する構成であり、前記波長変換体には、前記ＬＥＤと対向する面および前記導光板と対向する面以外には反射膜が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【００１２】
（２）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、導光板と、ＬＥＤと、前記導光板と前記ＬＥＤとの間に波長変換体と、前記導光板、前記波長変換体の下には反射シートが配置され、前記波長変換体は、保持体内に半導体量子ドットを有する構成であり、前記反射シートには切り起こしが形成され、前記切り起こしは、前記波長変換体の前記導光板と対向している面と反対側の面において、前記波長変換体の前記ＬＥＤと対向していない面を覆っていることを特徴とする液晶表示装置。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】液晶表示装置の分解斜視図である。
【図２】バックライトの分解斜視図である。
【図３】半導体量子ドットの模式図である。
【図４】波長変換体の斜視図である。
【図５】波長変換体に反射膜が無い場合の光の行路である。
【図６】実施例１の波長変換体をＬＥＤ側から視た斜視図である。
【図７】実施例１の波長変換体を導光板側から視た斜視図である。
【図８】実施例１におけるバックライトの平面図である。
【図９】本発明による波長変換体を用いた場合の光の行路である。
【図１０】本発明による波長変換体の他の例である。
【図１１】本発明による波長変換体のさらに他の例である。
【図１２】本発明による波長変換体のさらに他の例である。
【図１３】実施例２によるバックライトの平面図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ断面図である。
【図１５】図１３のＢ−Ｂ断面図である。
【図１６】実施例２の光源付近の分解斜視図である。
【図１７】実施例２の他の形態による光源付近の分解斜視図である。
【図１８】実施例２のさらに他の形態による光源付近の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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】
【００１５】
図１は液晶表示装置の分解斜視図である。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。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。
【００１６】
バックライト４００はＬＥＤ６０と波長変換体１０を有する光源、導光板３０、導光板３０の下面に配置された反射シート２０、導光板３０の上に配置した光学シート群４０から構成されている。ＬＥＤ６０から出射した光は波長変換体１０に入射する。波長変換体１０は量子ドットを用いている。波長変換体１０によって波長変換された光は導光板３０に入射する。
【００１７】
導光板３０に入射した光は、導光板３０の主面から液晶表示パネル３００側に出射する。導光板３０から液晶表示パネル３００とは反対側に向かう光は反射シート２０によって反射し、液晶表示パネル３００側に向かう。反射シート２０の反射面は、例えば、誘電体多層膜によって形成されている。反射シート２０の厚さは４０μｍから１００μｍである。導光板３０の上には光学シート群４０が配置している。光学シート群４０は、導光板３０側から、例えば、下拡散シート４１、下プリズムシート４２、上プリズムシート４３、上拡散シート４４から構成されている。
【００１８】
導光板３０から出射する光は、輝度むらを有する場合が多いが、下拡散シート４１は、導光板３０からの光を均一化する役割を有する。プリズムシートは、断面がプリズム状となるマイクロプリズムが所定の方向に延在しているものである。マイクロプリズムのピッチは例えば５０μｍである。プリズムシートは、液晶表示パネルの主面方向に対して斜め方向に向かおうとする光を液晶表示パネルの主面方向に向けて、光の利用効率を向上させる。下プリズムシート４２は、例えば、図１のｘ方向にマイクロプリズムが延在しており、上プリズムシート４３は、例えば、図１のｙ方向にマイクロプリズムが延在している。
【００１９】
プリズムシートを出射した光は、微視的に見ると、プリズムの影響によって、明るい部分と暗い部分が繰り返される。これが、液晶表示パネルにおける走査線、あるいは、映像信号線と干渉するとモアレが発生する。上拡散シート４４は、プリズムシートから出射した光を拡散することによって、モアレを防止する。
【００２０】
図１に示す光学シート群４０は例であり、液晶表示装置の用途によって、使用される部品は変化する。例えば、プリズムシートを１枚しか使用しない場合もあり、また、拡散シートを１枚しか使用しない場合もある。また、プリズムシートを省略して拡散シートのみが使用される場合もある。なお、各光学シートの厚さは、例えば６０μｍ程度である。
【００２１】
図２は、本発明におけるバックライトの光源部付近の斜視図である。バックライトは樹脂モールド５０内に配置される。図２において、ＬＥＤ６０はモールド５０の凹部に配置している。ＬＥＤ６０と対向して波長変換体１０が配置している。波長変換体１０は、薄いガラス等で形成された保持体１１の中に、樹脂等に分散させた量子ドット１２を封入したものである。波長変換体１０と対向して、導光板３０が配置している。
【００２２】
ＬＥＤ６０からは青色光が出射される。一方、液晶表示パネルのバックライトとしては白色光が必要である。波長変換体１０に入射した青色光の一部は量子ドット１２によって赤色光および緑色光に変換される。図３は本発明で使用される量子ドット１２の模式図である。量子ドット１２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、緑色光を出射し、8ｎｍ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。
【００２３】
図３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ＬＥＤ６０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３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１２が樹脂中に分散されやすくするものである。
【００２４】
図４は波長変換体１０の斜視図である。波長変換体１０は、ガラス等の保持体１１内に樹脂等に分散された量子ドット１２が封入されたものである。樹脂としては、例えば、Ｓｉ樹脂、エポキシ樹脂等を用いることが出来る。図４では、波長変換体１０の断面は正方形となっている。波長変換体１０の断面は液晶表示装置あるいはバックライトの形状に合わせて変える必要がある。これに伴い、光が波長変換体１０内を通過する距離ｇも変化させる。ｇは、例えば、０．０１ｍｍ乃至１０ｍｍの範囲で変化させることが出来る。また、入射光の波長によって、変換が必要な光の量が異なる。つまり、入射光の波長、光が波長変換体内を通過する距離ｇによって、波長変換体１０内の異なる径の量子ドットの割合、あるいは、量子ドットの密度を変えることになる。
【００２５】
波長変換体１０に用いられる保持体１１はガラスに限らず、透明なプラスチック、例えば、アクリル、ポリカーボネート等を用いることも出来る。本発明を使用しない場合、波長変換体１０に入射した光は、導光板３０に向かうが、一部は、保持体１１の界面で反射して、導光板３０に入射せず、外部に放射される。この様子を図５に示す。図５において、ＬＥＤ６０から波長変換体１０に入射した光は、導光板３０側の界面において反射して外部に放射される。これは保持体１１と空気の屈折率の差によるものである。一方、波長変換体１０の側面に向かう光は、屈折して外部に放射される。これらの漏れ光は、バックライトの光の利用効率を低下させることになる。
【００２６】
本発明は、波長変換体１０において、ＬＥＤ６０との対向面および導光板３０との対向面を除いて表面に反射膜１３を形成することによって、波長変換体１０に入射した光および量子ドットによって波長変換された光を全て導光板３０内に導き、バックライトにおける光の利用効率を向上させるものである。
【００２７】
図６は、本発明による波長変換体１０をＬＥＤ６０側から視た斜視図であり、図７は導光板３０側から視た斜視図である。図６において、波長変換体１０の保持体には、ＬＥＤ６０と直接対向する面を除いて全て反射膜が形成されている。図６では保持体１１の上側しか描かれていないが、保持体１１の下側にも反射膜が形成されている。また、波長変換体１０の側面にも反射膜１３が形成されている。
【００２８】
図７は波長変換体１０を導光板３０側から視た斜視図であるが、導光板３０と直接対向する面を除いて他の面には反射膜１３が形成されている。図７では描かれていないが、波長変換体１０の下側にも反射膜が形成されている。図６および図７に示すように、本発明では、波長変換体１０に入射した光は全て導光板３０に入射する構成となっている。したがって、バックライトにおける光の利用効率を向上させることが出来る。
【００２９】
図８は、ＬＥＤ６０、波長変換体１０、導光板３０がモールド５０に収容された状態を示す平面図である。図８において、波長変換体１０は、ＬＥＤ６０と直接対向する部分、および、導光板３０と直接対向する部分以外は反射膜１３によって覆われている。波長変換体１０のハッチングを施した部分および側面における太線の部分は反射膜１３が形成されていることを示している。図８には書かれていないが、波長変換体１０の下面にも反射膜が形成されている。
【００３０】
図９は、本発明において、ＬＥＤ６０から出射した光の光路を示す模式図である。ＬＥＤ６０からの光が、波長変換体１０が導光板３０と対向する部分において一部反射しても、波長変換体３０に形成された反射膜１３によって再び反射し、導光板３０に入射する。また、波長変換体１０の側面に向かう光は反射膜１３によって反射し導光板３０に入射する。このように、図５に示すような、波長変換体１０に反射膜が形成されていない場合に比較して、ＬＥＤからの光の利用効率は大幅に向上する。
【００３１】
反射膜１３は、例えば、Ａｌ等の反射率の高い金属膜をスパッタリングあるいは蒸着によって形成することが出来る。あるいは、反射率の高い、白色樹脂、あるいは、金属光沢を有する樹脂を塗布して形成してもよい。また、屈折率の異なる誘電体の多層膜によって形成することも出来る。多層膜は蒸着あるいはスパッタリングによって形成する。反射面は鏡面とすることが望ましい。鏡面を形成する点からは保持体はガラスで形成することが有利である。
【００３２】
波長変換体１０の製造方法は、ガラス等で、肉厚の薄い保持体を形成する。その中に液体の樹脂中に分散された量子ドット１２を真空注入法等によって注入し、その後、熱あるいは紫外線によって硬化させる。このように形成された量子ドット１２は、細い棒状になっているので、量子ドットバーと呼ばれることもある。
【００３３】
図４では、波長変換体１０の断面が正方形の場合を例として示したが、液晶表示装置の形状によって色々な形に形成することが出来る。図１０は断面が長方形の場合の波長変換体１０である。導光板と対向する側には反射膜１３は形成されていないが、他の部分には反射膜が形成されている。図１０では、ｙ方向の径が大きいが、液晶表示装置の必要に応じてｘ方向の径を大きくしてもよい。導光板と対向する面には、反射膜が形成されないことは同様である。
【００３４】
図１１は、波長変換体の断面が円の場合である。図１１において、導光板と対向する側には反射膜１３は形成されていない。図１２は、波長変換体の断面が楕円の場合である。図１１において、導光板と対向する側には反射膜１３は形成されていない。図１２は、楕円の長軸がｙ方向であるが、液晶表示装置の形状に応じて、楕円の長軸をｘ方向に形成してもよい。この場合も、導光板と対向する面には反射膜１３を形成しないことは同様である。なお、図１０乃至図１２において、波長変換体のＬＥＤと直接対向する面には反射膜は形成されていない。
【実施例２】
【００３５】
実施例１では、バックライトの光利用効率を向上させるために、波長変換体に反射膜を形成している。この構成では、波長変換体に反射膜を形成するプロセスが必要となる。本実施例は、反射シートの一部を利用して波長変換体における反射体とする。これによって、波長変換体に反射膜を形成するプロセスを省略しつつ、バックライトの光利用効率を向上させる構成である。
【００３６】
図１３は本実施例におけるバックライトの平面図である。図１３において、モールド５０内にＬＥＤ６０、波長変換体１０、導光板３０が収容されている。モールド５０の凹部にＬＥＤ６０が配置され、ＬＥＤ６０と対向して波長変換体１０が配置され、波長変換体１０に対向して導光板３０が配置されている。図１３において、ＬＥＤ６０とＬＥＤ６０の間に波長変換体１０と対向して反射シート２０の切り起こし２１が配置されている。この反射シート２０の切り起こし２１により、波長変換体１０において、導光板１３と反対方向に向かう光を反射して、導光板３０側に向けることによって、バックライトの光利用効率を向上させることが出来る。
【００３７】
図１４は図１３のＡ−Ａ断面図である。図１４において、ＬＥＤ６０と対向して波長変換体１０が配置し、波長変換体１０と対向して導光板３０が配置している。導光板３０の下には反射シート２０が配置している。図１４において、ＬＥＤ６０はフレキシブル配線基板７０と接続している。図１４において、導光板３０の上には２枚のシートを有する光学シート群４０が配置している。２枚の光学シートは例であり、図１で示したような４枚のこともある。光学シート群４０の周辺およびＬＥＤ６０、波長変換体１０を覆って遮光テープ８０が配置している。
【００３８】
図１５は図１３のＢ−Ｂ断面図である。図１５が図１４と異なる点は、反射シート２０に切り起こし２１が形成され、この切り起こし２１が波長変換体１０の背面を覆っていることである。なお、図１５はＬＥＤ６０が存在していない部分の断面なので、ＬＥＤ６０からの入射光が反射シート２０の切り起こし２１によって遮断されることは無い。その他の構成は、図１４で説明したのと同様である。
【００３９】
図１５に示すように、本実施例によれば、反射シート２０の切り起こしによって、波長変換体１０内から導光板３０と反対方向に向かう光を再び波長変換体１０内に戻すので、バックライトの光の利用効率を向上させることが出来る。また、反射シート２０の切り起こし２１は、反射シート２０の整形の時に同時に形成することが出来るので、波長変換体１０に反射膜１３を形成するよりは、プロセス負荷を小さくすることが出来る。
【００４０】
図１６は反射シート２０の切り起こし部を示す詳細分解斜視図である。図１６に示すように、切り起こし２１の形成された反射シート２０にＬＥＤ６０および波長変換体１０を設置するだけで、光の利用効率の高いバックライトを得ることが出来る。
【００４１】
図１７は本実施例の他の形態を示すバックライトの分解斜視図である。図１７は反射シート２０の切り起こし２１の幅を大きくし、かつ、切り起こし２１を屈曲させて、波長変換体１０側のみでなく、ＬＥＤ６０の側面の少なくとも１部に反射シートを配置する例を示すものである。ＬＥＤ６０によっては、下面ではなく、横面から光が漏れる場合がある。この場合、ＬＥＤの横面に反射シートを配置することによってＬＥＤからの光漏れを防止することにより、バックライトの光利用効率を向上することが出来る。
【００４２】
図１８は、本発明のさらに他の形態を示すバックライトの分解斜視図である。図１８では、図１６の場合に比較して反射シート２０の切り起こし２１の長さを大きくすることによって、反射シート２０の折り返し２２を形成して、波長変換体１０の側面の一部のみでなく、波長変換体１０の上面の少なくとも１部を覆う構成となっている。図１８の構成によれば、波長変換体１０の上面から外側に向かう光を反射して波長変換体１０内に戻すことが出来るので、図１６の場合に比較してさらにバックライトの光利用効率を向上させることが出来る。
【００４３】
以上は、本発明が液晶表示装置のバックライトとして使用される場合を説明したが、本発明はこれに限らず、バックライトを必要とする他の表示装置に対しても適用することが出来る。
【符号の説明】
【００４４】
１０…波長変換体、  １１…保持体、  １２…量子ドット、  １３…反射膜、  ２０…反射シート、  ２１…反射シート切り起こし、  ２２…反射シート折り返し、  ３０…導光板、  ４０…光学シート群、  ４１…下拡散シート、  ４２…下プリズムシート、  ４３…上プリズムシート、  ４４…上拡散シート、  ５０…モールド、  ６０…ＬＥＤ、  ６１…ＬＥＤ開口部、  ７０…フレキシブル配線基板、  ８０…遮光テープ、  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】
2017097043.tif 000003
【図２】
2017097043.tif 000004
【図３】
2017097043.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017097043.tif 000009
【図８】
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【図９】
2017097043.tif 000011
【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】
2017097043.tif 000019
【図１８】
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