(57)【要約】      （修正有）【課題】液晶表示装置によるカラー画像表示で不要となるバックライトの波長帯域を波長変換して画像表示に利用する際に、波長変換後の無偏光による表示コントラストの低下を防ぐ。【解決手段】液晶層を透過した光を液晶表示装置の外側へ出射させる基板の内側主面（液晶層に対向する面）に偏光層とカラーフィルタを順次積層し、カラーフィルタ又はその上（液晶層側）に形成される薄膜に波長変換物質を添加する。上記偏光層の偏光軸は、上記基板の外側主面（液晶層とは反対側の主面）に設けられた外付け偏光板の偏光軸と同じ方位を向き、波長変換層で発生した無偏光を遮る。上記波長変換物質は、例えば波長４２０ｎｍ以下の光を吸収して、波長４２０ｎｍ以上の光を発する蛍光色素から選ばれる。これにより、液晶セルの透過表示画面の白輝度は波長変換された光で向上され、無偏光成分が偏光層と外付け偏光板とで遮られることで当該画面の黒輝度は低く保たれる。【選択図】図２
2009116050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、第１の基板裏面から入射する光が第２の基板を透過することで表示を行う透過型液晶表示装置において、
第２の基板の液晶層に対峙する側に２色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え、第１の基板と第２の基板の液晶層とは反対側に外付けの偏光板を備え、
第２の基板の偏光層上面に、第１の基板裏面から透過する光に対して、波長４２０ｎｍ以下の光を吸収して、波長４２０ｎｍ以上の光を発する物質を含有する波長変換層を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、第１の基板裏面から入射する光が第２の基板を透過することで表示を行う透過型液晶表示装置において、
第１の基板と第２の基板の液晶層とは反対側に外付けの偏光板を備え、
第２の基板の液晶層に対峙する側に２色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え、
第２の基板の偏光層上面に、カラーフィルタ層を備え、
カラーフィルタ層上面に、第１の基板裏面から透過する光に対して、波長４２０ｎｍ以下の光を吸収して、波長４２０ｎｍ以上の光を発する物質を含有する波長変換層を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、第１の基板裏面から入射する光が第２の基板を透過することで表示を行う透過型液晶表示装置において、
第１の基板と第２の基板の液晶層とは反対側に外付けの偏光板を備え、
第２の基板の液晶層に対峙する側に２色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え、
第２の基板の偏光層上面に、カラーフィルタ層を備え、
カラーフィルタ層が黒のマトリックスパターンと青色、緑色、赤色の顔料分散色パターンを備え、
顔料分散色フィルタ中に可視光域の光を吸収して、吸収光よりも長波長域に発光する物質を含有する波長変換機能を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、第１の基板裏面から入射する光が第２の基板を透過することで表示を行う透過型液晶表示装置において、
第１の基板と第２の基板の液晶層とは反対側に外付けの偏光板を備え、
第２の基板の液晶層に対峙する側に２色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え、
第２の基板の偏光層上面に、カラーフィルタ層を備え、
カラーフィルタ層が黒のマトリックスパターンと青色、緑色、赤色の顔料分散色パターンを備え、
青色パターン内に第１の基板裏面から透過する光に対して、波長４２０ｎｍ以下の光を吸収して、波長４２０ｎｍ以上の光を発する物質を含有し、
緑色パターン内に第１の基板裏面から透過する光に対して、波長４６０ｎｍ以下の光を波長４６０ｎｍ以上の光を発する物質を含有し、
赤色パターン内に第１の基板裏面から透過する光に対して、波長５５０ｎｍ以下の光を波長５５０ｎｍ以上の光を発する物質を含有する波長変換機能を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
前記偏光層の偏光軸と、第２の基板にある偏光板の偏光軸とが同じ角度であり、第１の基板にある偏光板の偏光軸と直交していることを特徴とする請求項１から４記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー表示の可能な透過型の液晶表示装置に係り、特に、液晶用バックライトから液晶表示装を透過する光の輝度向上を図り、表示品質を向上させたカラー液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、透過型液晶表示装置では、横電界駆動（ＩＰＳ（In  Plane  Switching））方式や垂直電界駆動（ＶＡ（Vertical  Alignment））方式等の広視野角液晶表示装置がモニターとして普及しており、応答特性を向上してテレビとしても使われている。
【０００３】
図１には、透過型液晶表示装置の断面が部分的に拡大されて示される。この液晶表示装置（液晶セル）は、ガラスやプラスティック等の材料から成る所謂透明な第一の基板１０２及び第二の基板１０９と、その間に挟持された液晶層１０５を備え、液晶層１０５を成す液晶分子は夫々の基板１０２，１０９の内側主面（液晶層１０５側）に形成された液晶配向膜１０４，１０６により特定の方位に配向される。第一の基板１０２の外側主面（液晶層１０５とは反対側）には偏光板（外付け偏光板）１０１が設けられ、この外側主面を照射するバックライトからの光は、偏光板１０１を透過して直線偏光された後、基板１０２を透過して液晶層１０５に入射する。第一基板１０２の内側主面には、液晶層１０５に電界を印加する画素電極等を含む表示回路配線層１０３が設けられ、これにより印加される電界に応じて液晶層１０５を透過する上記直線偏光の偏光軸の方位が変わる。液晶層１０５を透過した光は、表面保護膜１０７に覆われたカラーフィルタ層１０８に入射し、その特定の波長帯域以外の成分がカラーフィルタ層１０８で遮られる。一方、特定の波長帯域の成分は、その直線偏光の偏光軸と第二の基板１０９の外側主面に設けられた偏光板（外付け偏光板）１１０の辺光軸とのずれに応じて、その当該偏光板１１０から液晶セル外への出射量が増減する。
【０００４】
或る画素に対応するカラーフィルタ層１０８の一部分を透過した直線偏光は、その偏光軸と偏光板１１０の偏光軸とが互いに直交するとき、偏光板１１０で遮られて当該画素を最も暗く（黒く）表示し、これらの偏光軸が同じ方位を向くとき、偏光板１１０を透過して当該画素を最も明るく（例えば、白く）表示する。しかし、実際には、液晶層１０５の複屈折の方位とこれに対する直線偏光の入射角度との関係により、原理的には黒を表示しても光が漏れることがある。従って、液晶表示装置において、特に白色表示の時の輝度（白輝度）向上と、黒表示の時の輝度（黒輝度、所謂光の漏れ）の低減が、その表示コントラストの支配的要因となる。
【０００５】
白輝度は、バックライト光源から液晶表示装置を透過して表示に利用される光量を増やすことが肝心であるが、液晶表示装置では表示回路配線による遮光されることや、青色、緑色、赤色の３色カラーフィルタを用いてカラー表示する場合は、バックライト光源からの可視域光に対して、このカラーフィルタが透過できる波長域が限られており、バックライト光量の１／３しか透過表示に利用されない問題など、バックライト光量を有効利用できていない。
【０００６】
このバックライト光量を有効利用する手段として、波長変換層を用いる技術が特許文献１に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２３６２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
波長変換層を用いる特許文献の技術では、波長変換された光の偏光性が考慮させていない。
【０００９】
液晶表示装置を成す液晶を挟持する２枚の基板の外側主面には、夫々、偏光板がその偏光軸が互いに光学的に直交するように貼り合わせている。これにより、バックライト光源からの光が、バックライト側に位置する偏光板を透過して偏光となり、それが液晶層を透過するときに偏光回転して、もう一枚の偏光板の軸にあった偏光光となって、偏光板を透過し、表示に寄与する。上記特許文献１に教示される上記波長変換層は、この基板間に蛍光物質から成る層として配置される。
【００１０】
蛍光物質が、光を吸収してエネルギー準位の高い励起状態になり、そこから励起エネルギーが基底状態に失活するときにエネルギーを蛍光として放出することで、既特許文献は光を波長変換している。
【００１１】
しかしながら、通常蛍光として放出させる光は無偏光となり、偏光板を透過する際に、偏光軸からずれた光が漏れることになる。このため、黒輝度が明るくなる傾向で、コントラスト低下を引き起こし、表示性能が悪くなる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題は、下記の手段により解決される。
【００１３】
対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、第１の基板裏面から入射する光が第２の基板を透過することで表示を行う透過型液晶表示装置において、第１の手段は：
第２の基板の液晶層に対峙する側（例えば、その液晶層側の主面）に２色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を、第１の基板及び第２の基板の液晶層とは反対側の主面の各々に外付けの偏光板を夫々備え；且つ
第２の基板の偏光層上面（当該偏光層より液晶層側）に、第１の基板の裏面から液晶層を透過する光の波長４２０ｎｍ以下の成分を吸収して波長４２０ｎｍ以上の光を発する物質を含有する波長変換層を備える。
【００１４】
第２の手段は、対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、第１の基板裏面から入射する光が第２の基板を透過することで表示を行う透過型液晶表示装置において：
第１の基板及び第２の基板の液晶層とは反対側（の主面の各々）に、外付けの偏光板を備え；
第２の基板の液晶層に対峙する側（例えば、その液晶層側の主面）に、２色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え；
第２の基板の偏光層上面（当該偏光層より液晶層側）に、カラーフィルタ層を備え；且つ
カラーフィルタ層上面に、第１の基板の裏面から液晶層を透過する光の波長４２０ｎｍ以下の成分を吸収して波長４２０ｎｍ以上の光を発する物質を含有する波長変換層を備える。
【００１５】
第３の手段は、対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、第１の基板裏面から入射する光が第２の基板を透過することで表示を行う透過型液晶表示装置において：
第１の基板及び第２の基板の液晶層とは反対側（の主面の各々）に、外付けの偏光板を備え；
第２の基板の液晶層に対峙する側（例えば、その液晶層側の主面）に、２色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え；
第２の基板の偏光層上面（当該偏光層より液晶層側）に、カラーフィルタ層を備え；
カラーフィルタ層が黒のマトリックスパターンと青色、緑色、赤色の顔料分散色パターンを備え；且つ
顔料分散色パターン（色フィルタ）の夫々は、可視光域の光を吸収し且つ当該吸収光よりも長波長側）の波長領域で発光する物質を含有することにより、波長変換機能を有する。
【００１６】
第４の手段は、対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、第１の基板裏面から入射する光が第２の基板を透過することで表示を行う透過型液晶表示装置において：
第１の基板と第２の基板の液晶層とは反対側に外付けの偏光板を備え；
第２の基板の液晶層に対峙する側に２色性色素を一軸方向に配向させて成る偏光層を備え；
第２の基板の偏光層上面に、カラーフィルタ層を備え；
カラーフィルタ層が黒のマトリックスパターンと青色、緑色、赤色の顔料分散色パターンを備え；
青色パターンは、第１の基板の裏面から液晶層を透過する光の波長４２０ｎｍ以下の光を吸収して、波長４２０ｎｍ以上の光を発する物質を含有し、
緑色パターンは、第１の基板の裏面から液晶層を透過する光の波長４６０ｎｍ以下の光を吸収して、波長４６０ｎｍ以上の光を発する物質を含有し、
赤色パターンは、第１の基板の裏面から液晶層を透過する光の波長５５０ｎｍ以下の光を吸収して、波長５５０ｎｍ以上の光を発する物質を含有することにより、波長変換機能を夫々示す。
【００１７】
上述した手段のいずれかを備える透過型液晶表示装置において、上記第１の基板の液晶層とは反対側の主面に照明装置（バックライト）を対向させるとよく、上記偏光層の偏光軸と上記第２の基板にある偏光板の偏光軸とを同じ角度に合わせ（当該第２基板の主面内で互いに重ならせ）且つ当該偏光軸のいずれかと第１の基板にある偏光板の偏光軸とを直交させてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
上述の液晶表示装置では、波長変換層に入射した光がこれに吸収されることにより、その波長が入射時より長波長側にシフトされて当該波長変換層から無偏光で放出される光が偏光層に入射する。波長が変換された当該放出光は、偏光層を透過することにより、その無偏光成分が遮光されて、外付け偏光板の偏光軸と整合した光（直線偏光）のみが液晶表示装置の画面から出射され、その画像表示に利用される。通常、バックライト光源から液晶表示装置（液晶層）に入射されられる可視域光（例えば、波長帯域：３８０〜７８０ｎｍ（ナノメートル）の光）は、カラーフィルタによりその一部の波長帯域以外が遮光されていた。しかし、本発明では、カラーフィルタにより遮光されていた光の特に上記波長帯域より短波長の成分が波長変換層により長波長の光に変換され、カラーフィルタを通して画面から出射される光として有効利用される。その結果、当該画面による透過表示の白輝度を向上し、黒輝度を低下させることで、液晶表示装置の表示性能（特にコントラスト比）が向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図２ないし６を用いて説明する。
【００２０】
これらと比較される通常（公知）の液晶表示装置は、図１に示される。
【実施例１】
【００２１】
本発明による液晶表示装置の実施形態の一つを実施例１として、図２を用いて説明する。
【００２２】
ガラス基板（第１の基板）２０２上には、薄膜トランジスタをスイッチング素子とする表示回路配線層２０３が形成されている。表示装置２０３として示された層には、例えば、薄膜トランジスタ（電界効果型トランジスタ）、そのソース電極（又はドレイン電極）及びゲート電極に電圧信号を印加する配線層、及びそのドレイン電極（又はソース電極）に接続され且つ液晶層に対向する画素電極が含まれるが、これらの詳細な図示は割愛される。表示回路配線層（回路層）２０３の表面には、液晶（液晶層２０５を成す液晶分子）を配向するためのポリイミド系配向膜２０４が形成されている。
【００２３】
ガラス基板（第２の基板）２０９上、即ちその内側主面（液晶層２０５側の主面）には、２色性色素が配向させながら塗布されることにより、偏光層２１１が形成されている。
【００２４】
このとき、本偏光層２１１は、ガラス基板２０９の外側主面（液晶層２０５とは反対側の主面）に設けられた（例えば、貼り付けられた）外付け偏光板２１０と同じ方位の偏光軸を有する。
【００２５】
偏光層２１１の上には、カラー表示のためのカラーフィルタ層２０８が形成される。カラーフィルタ層２０８には、炭素ブラックをポリマーに分散させた材料を用いてブラックマトリックス（格子状の遮光パターン）と、赤色、緑色、青色それぞれの顔料をポリマー材料に分散させた材料を用いて、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のパターンとが、組み合わせて形成される。
【００２６】
カラーフィルタ層２０８上には、その表面を平坦化する効果を奏するとともに、４２０ｎｍ以下の光を吸収して波長４２０ｎｍ以上の光を発する波長変換層２０７が形成される。波長変換層２０７上には、液晶（液晶層２０５を成す液晶分子）を配向するためのポリイミド系配向膜２０６が形成される。
【００２７】
ガラス基板２０２とガラス基板２０９とは、夫々の周辺部（表示せず）でシール材と称する接着材料を用いて貼り合わされ、これらの基板間の空間で液晶層２０５が挟持される。これにより、所謂液晶セル（液晶パネル、液晶表示素子とも呼ばれる）が得られた。
【００２８】
本液晶セルの基板２０２，２０９の外側主面に偏光板２０１、２１０が貼り合わされ、この液晶セルをガラス基板（第１の基板）２０２の外側主面に対向するバックライトユニット（図示せず）と組み合わせることで、透過型表示を行う液晶表示装置が得られる。
【００２９】
本液晶表示装置では、バックライトユニットからの可視光領域に輝度ピーク波長を有する光が偏光板２０１を透過することで、直線偏光となり、ガラス基板（第１の基板）を通して液晶層２０５に入射する。この直線偏光が液晶層２０５を透過する際に、その偏光性（偏光軸）が回転して、外付け偏光板２１０の偏光軸と概ね同じ方位を向く。
【００３０】
液晶層２０５を透過した光は、波長変換層２０７に入射する。波長変換層は、これに入射した４２０ｎｍ以下の光を吸収し、且つ波長４２０ｎｍ以上の光を発するため、波長変換層２０７からカラーフィルタ層２０８（特に赤色、緑色、及び青色のパターン）に入射する波長４２０ｎｍ以上の光量は増加する。波長変換層２０７は、例えば、クマリン（Coumarin，Ｃ９Ｈ６Ｏ２）の誘導体である蛍光色素のクマリン４４５（Ｃ１２Ｈ１３ＮＯ２）や、レーザ色素として知られるＬＤ４２５（Ｃ１３Ｈ１４Ｎ２Ｏ３），スチルベン４２０（Stilbene  420，Ｃ２８Ｈ２０Ｏ６Ｓ２．２Ｎａ），カーボスチリル１６５（Carbostyril  165，Ｃ１２Ｈ１４Ｎ２Ｏ）で形成される。これらの化学式を以下に示す。
【００３１】
【化１】
2009116050.tif 000003
【００３２】
これらの物質の物理的特性は、Ｅｘｃｉｔｏｎ社（Ｄａｙｔｏｎ，Ｏｈｉｏ，ＵＳＡ）のウェブサイト（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｘｃｉｔｏｎ．ｃｏｍ／）で調べられる。例えば、クマリン４４５は、３６３ｎｍを中心とする短波長帯域の光（紫外光）を吸収し且つ４３０ｎｍを中心とする言わば青色の波長帯域の蛍光を発する。レーザ色素：ＬＤ４２５は、３５７ｎｍを中心とする短波長帯域の光（紫外光）を吸収し且つ４２７ｎｍを中心とする青色の波長帯域の蛍光を発する。レーザ色素：スチルベン４２０は、３４９ｎｍを中心とする短波長帯域の光（紫外光）を吸収し且つ４２５ｎｍを中心とする青色の波長帯域の蛍光を発する。レーザ色素：カーボスチリル１６５は、３６０ｎｍを中心とする短波長帯域の光（紫外光）を吸収し且つ４２５ｎｍを中心とする青色の波長帯域の蛍光を発する。
【００３３】
上記いずれの物質から成る波長変換層２０７も、これにより吸収されない言わば長波長帯域の光を外付け偏光板２０１で与えられた直線偏光が保たれた状態で透過させ、カラーフィルタ層２０８に入射させる。カラーフィルタ層２０８では、直線偏光された入射光のうち、特定の波長帯域の成分が直線偏光を保ったまま透過し、それ以外の成分は吸収される。特定波長の成分は、直線偏光を保ちながら偏光層（内蔵偏光板）２１１、ガラス基板２０９、及び偏光板２１０を通して、液晶セルの画面から出射させる。一方、上述のように紫外光を吸収した波長変換層２０７からは、青色の無偏光な光が放出される。この光は、カラーフィルタ層２０８を透過し、偏光層２１１に入射して初めて直線偏光に変換される。
【００３４】
波長変換層２０７が、液晶層２０５からこれに入射する可視領域の直線偏光を、自ら散乱させることにより若干損失する可能性は否めない。また、ヒトに視認されない紫外光を波長変換層２０７で可視化しても、赤色、緑色、青色のカラーフィルタ層を透過し得る当該可視光の波長帯域は限定される。しかし、バックライト等から液晶セルに入射しながらも、殆どがカラーフィルタ層２０８に吸収されていた紫外光等の短波長光を波長変換層で波長４２０ｎｍ以上の光に変えることで、当該液晶セルの画面からその観察者に向けて放出される光量は、波長変換層がない液晶セルのそれよりも増え、表示画像の輝度やコントラスト比も格段に向上する。
【００３５】
なお、波長変換層２０７で発生した光は無偏光のままカラーフィルタ層を透過し、その一部の成分は偏光層２１１で言わば遮られて当該偏光層２１１と同じ偏光軸の光（直線偏光）のみが透過する。従って、波長変換層２０７で発生させた光の一部を偏光層２１１で捨てるように見える。しかし、波長変換層２０７と偏光層２１１とをカラーフィルタ層２０８を介して配置することで、或る画素に対応する波長変換層２０７の一部で生じた無偏光の光が、当該画素に隣接する他の画素へ漏れ難くなる。即ち、波長変換層２０７とこれが形成された基板２０９の内側主面との間に偏光層２１１が形成されているため、波長変換層２０７で生じた無偏光の光はカラーフィルタ層２０８を通過するや否や、偏光層２１１で直線偏光に変えられることにより、その基板２０９の内側主面内での放散は抑えられる。また、当該画素で発生した光が他の画素に対応するカラーフィルタ層２０８の一部分から出射しようとしても、偏光層２１１で遮られる。その結果、波長変換層２０７により隣接し合う画素どうしが識別し難くなるということもない。その一方、或る画素で発生した光は、外付け偏光板２１０と同じ偏光軸を有する偏光層２１１により直線偏光に変換されるため、当該画素に対応する外付け偏光板２１０の部分を殆ど損失することなく透過し、液晶セルによる画像表示に寄与する。
【００３６】
以上詳述したように、波長変換層により波長４２０ｎｍ以上の光量は増加することになり、表示に寄与する光量を増やすことで輝度が向上する。
【実施例２】
【００３７】
本発明による液晶表示装置の他の実施形態を実施例２として、図３を用いて説明する。
【００３８】
ガラス基板（第１の基板）３０２上には、薄膜トランジスタをスイッチング素子とする表示回路配線層（回路層）３０３が形成されている。この表示回路配線層３０３の詳細は、実施例１で説明された表示回路配線層２０３と概ね同様である。表示回路配線層３０３の表面には、液晶（液晶層３０５を成す液晶分子）を配向するためのポリイミド系配向膜３０４が形成されている。
【００３９】
ガラス基板（第２の基板）３０９上、即ちその内側主面（液晶層３０５側の主面）には、２色性色素が配向されながら塗布されることにより、偏光層３１１が形成されている。
【００４０】
このとき、本偏光層３１１は、ガラス基板３０９の外側主面（液晶層３０５とは反対側の主面）に設けられた（例えば、貼り付けられた）外付け偏光板３１０と同じ方位の偏光軸を有する。
【００４１】
偏光層３１１の上には、カラー表示のためのカラーフィルタ層が形成される。カラーフィルタ層は、炭素ブラックをポリマーに分散させた材料を用いてブラックマトリックスの格子状の遮光パターン３０８と、この遮光パターン３０８で区画された複数の領域（例えば、遮光パターン３０８に形成された複数の開口）には、夫々、赤色（Ｒ）のカラーフィルタ３１２、緑色（Ｇ）のカラーフィルタ３１３、及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ３１４とを備える。これらのカラーフィルタ３１２，３１３，３１４は、下記の如く特徴付けられる。
【００４２】
赤色（Ｒ）のカラーフィルタ３１２は、赤色の顔料が分散され、且つ波長５５０ｎｍ以下の光を吸収して波長５５０ｎｍ以上の光を発する物質を含有するポリマー材料を遮光パターン３０８の開口に充填して形成され、赤色の波長帯域より短い波長の光を赤色の波長帯域又はこれより長波長の光に変換する、所謂波長変換機能を示す。この波長変換物質として、その化学式が以下に示されるキートン・レッド６２０（KitonRed  620，Ｃ２７Ｈ２９Ｎ２ＮａＯ７Ｓ２）やフルオロセイン系色素の一種である２’，７’−ジクロロフルオロセイン（2',7'-Dichlorofluorescein（DCF），Ｃ２０Ｈ１０Ｃｌ２Ｏ５）が用いられる。
【００４３】
【化２】
2009116050.tif 000004
【００４４】
これらの物質の物理的特性も、上述したＥｘｃｉｔｏｎ社のウェブサイトで得られる。赤色カラーフィルタ３１２に添加できる波長変換物質として、上述の２種類の他に、ＮＫＸ２２８８，ＮＫＸ２２２２，ＮＫ２６８５，ＮＫ２６８７，ＮＫ５２９等のクマリン色素、ＤＣＭ（[2-[2-[4-(dimethylamino)phenyl]ethenyl]-6-methyl-4H-pyran-4-ylidene]-propanedinitrile，Ｃ１９Ｈ１７Ｎ３Ｏ）等のニトリル、過塩素酸ナイルブルーＡ（Nile  Blue  A  perchlorate，ＩＵＰＡＣ名＝5-Amino-9-diethyliminobenzo [a] phenoxazonium perchlorate）、過塩素酸１，１’ ，３，３，３’，３’−ヘキサメチルインドトリカルボシアニン（1,1',3,3,3',3'-Hexamethylindotricarbocyanine  perchlorate）、過塩素酸１，１’ ，３，３，３’，３’−ヘキサメチル−４，４’，５，５’−ジベンゾ−２，２’−インドトリカルボシアニン（1,1',3,3,3',3'-Hexamethyl-4,4', 5, 5'-dibenzo-2,2'-indotricarbocyanine  perchlorate）、クリスタルバイオレット（Crystal  Violet）、オキサジン４（Oxazine  4），オキサジン１７０，オキサジン１等の色素の過塩素酸、及びピリジン１（Pyridine  1），スチリル７（Styryl  7），スチリル７，ピリジン２，レッドＧＧ（Red GG，ＩＵＰＡＣ名＝4-Nitrobenzenediazonium tetrafluoroborate），レッド５Ｂ等のレーザ色素も利用できる。
【００４５】
緑色（Ｇ）のカラーフィルタ３１３は、緑色の顔料が分散され、且つ波長４６０ｎｍ以下の光を吸収して波長４６０ｎｍ以上の光を発する物質を含有するポリマー材料を遮光パターン３０８の開口に充填して形成され、青緑色の波長帯域より短い波長の光を青緑色の波長帯域又はこれより長波長の光に変換する、所謂波長変換機能を示す。この波長変換物質として、その化学式が以下に示されるクマリン１２０（Coumarin  120，Ｃ１０Ｈ９ＮＯ２）や、１，４−ビス−２−（４−メチル−５−フェニルオキサゾリル）ベンゼン（DMPOPOP又はDimethyl-POPOPとも記す，ＩＵＰＡＣ名＝4-methyl-2-[4-(4-methyl-5-phenyl-1,3-oxazol-2-yl)phenyl]-5-phenyl-1,3-oxazole（Ｃ２６Ｈ２０Ｎ２Ｏ２））、２−キノリノール（2-Quinolinol，ＩＵＰＡＣ名＝1H-quinolin-2-one（Ｃ９Ｈ７ＮＯ））を用いてもよい。
【００４６】
【化３】
2009116050.tif 000005
【００４７】
緑色カラーフィルタ３１３に添加できる波長変換物質として、上述の３種類の他に、クマリン５４５，クマリン１５３，クマリン６，クマリン２，クマリン４，クマリン３０，クマリン５３５，ＮＫＸ２０６８，ＮＫＸ２２０４等のクマリン色素や、ピロメテン５９７（Pyrromethene  597），ピロメテン５８０，ピロメテン５４６，ピロメテン５６７等のピロメテン色素、ベーシック・イエロー１（Basic Yellow 1）とも呼ばれるチオフラビンＴ（Thioflavin  T，ＩＵＰＡＣ名＝4-(3,6-dimethyl-1,3-benzothiazol-3-ium-2-yl)-N,N-dimethylaniline chloride（Ｃ１７Ｈ１９ＣｌＮ２Ｓ）），ベーシック・イエロー２と呼ばれるオーラミン（ＩＵＰＡＣ名＝4-(4-dimethylaminobenzenecarboximidoyl)-N,N-dimethylaniline  hydrochloride）， ジスアゾイエローやピグメント・イエロー１７とも呼ばれるイエロー３Ｇ（Yellow 3G，ＩＵＰＡＣ名＝trisodium 2,5-dichloro-4-[(4Z)-4-[[5-[[4-chloro-6-[(4-sulfonatophenyl)amino]-1,3,5-triazin-2-yl]amino]-2-sulfonatophenyl]hydrazinylidene]-3-methyl-5-oxopyrazol-1-yl]benzenesulfonate）等の顔料、カルセインブルー（Calcein Blue，ＩＵＰＡＣ名＝2-[carboxymethyl-[(7-hydroxy-4-methyl-2-oxochromen-8-yl)methyl]amino]acetic acid（Ｃ１５Ｈ１５ＮＯ７）），１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン（Bis−MSB），フルオロール５５５（Fluorol  555），フルオレセイン５４８（Fluorescein  548，ＩＵＰＡＣ名＝3',6'-dihydroxyspiro[2-benzofuran-3,9'-xanthene]-1-one）等の蛍光色素を用いてもよい。
【００４８】
青色（Ｂ）のカラーフィルタ３１４は、青色の顔料が分散され、且つ波長４２０ｎｍ以下の光を吸収して波長４２０ｎｍ以上の光を発する物質を含有するポリマー材料を遮光パターン３０８の開口に充填して形成され、青紫色の波長帯域より短い波長の光を青色の波長帯域又はこれより長波長の光に変換する、所謂波長変換機能を示す。この波長変換物質として、実施例１に挙げたクマリン４４５や、ＬＤ４２５、スチルベン４２０、カーボスチリル１６５が用いられるが、それ以外に、次の材料も用いられる。その１つ目の群は、クマリン１（Coumarin 1，ＩＵＰＡＣ名＝7-Diethylamino-4-methylcoumarin），クマリン４，クマリン１０２，クマリン１０６，クマリン４８１，クマリン４８５，クマリン４９０，クマリン４９８，クマリン５００，クマリン５０３，クマリン５０４，クマリン５１０，クマリン５２１，クマリン５２３，クマリン５２５，ＮＫＸ１６３７等のクマリン色素から成る。２つ目の群は、ＬＤ４６６（ＩＵＰＡＣ名＝7-(diethylamino)-2H-1-benzopyran-2-one，Ｃ１３Ｈ１５ＮＯ２），ＬＤ４７３（ＩＵＰＡＣ名＝1,2,3,8-tetrahydro-1,2,3,3,8-pentamethyl-5-(trifluoromethyl)-7H-pyrrolo [3,2-g] quinolin-7-one，Ｃ１７Ｈ１９Ｆ３Ｎ２Ｏ），ＬＤ４９０（ＩＵＰＡＣ名＝2,3,6,7-tetranydro-1H,5H,11H-[1]benzopyrano [6,7,8-ij]-quinoliz-11-one，Ｃ１５Ｈ１５ＮＯ２）等のレーザ色素から成る。また、これらの群とは別に、ペリレン（Perylene，Ｃ２０Ｈ１２）を波長変換物質として用いてもよい。
【００４９】
次に、カラーフィルタ層の表面（特に遮光パターン３０８と複数種のカラーフィルタ３１２，３１３，３１４に因る起伏）を平坦化し且つ当該カラーフィルタ層を液晶層から隔てるために、カラーフィルタ層上に保護層３０７を形成する。さらに、液晶層３０５を成す液晶を基板３０９の主面に対して所定方位に配向するためのポリイミド系配向膜３０６を保護層３０７上に形成する。
【００５０】
ガラス基板３０２とガラス基板３０９とを夫々の周辺部（表示せず）でシール材と称する接着材料を用いて貼り合わせて、基板間の空間に液晶３０５を封入する。勿論、一対の基板３０２，３０９を貼り合わせる前に、その一方の主面に液晶を滴下し、その後、当該液晶を一対の基板３０２，３０９の主面で挟み込むようにして、これらを貼り合わせてもよい。以上の工程を以って、本実施例の液晶セルが得られた。
【００５１】
本液晶セルの基板３０２，３０９の外側主面に偏光板３０１、３１０が貼り合わされ、この液晶セルを基板（第１の基板）３０２の外側主面に対向するバックライトユニット（図示せず）と組み合わせることで、透過型表示を行う液晶表示装置が得られる。
【００５２】
本液晶表示装置では、バックライトユニットからの可視光領域に輝度ピーク波長を有する光が偏光板３０１を透過することで、直線偏光となり、基板（第１の基板）を通して液晶層３０５に入射する。この直線偏光が液晶層３０５を透過する際に、その偏光性（偏光軸）が回転して、外付け偏光板３１０の偏光軸と概ね同じ方位を向く。
【００５３】
液晶層３０５を透過した光は、赤色、緑色、青色のカラーフィルタの３１２，３１３，３１４に入射する。
【００５４】
赤色のカラーフィルタ３１２が設けられた画素において、液晶層３０５を透過する直線偏光には、赤色以外の波長の成分も含まれる。この成分となる光のうち、「赤色の波長帯域よりも短い波長の光」は、カラーフィルタ３１２に含まれる赤色の顔料に吸収され易く、故に当該カラーフィルタ３１２は特に５５０ｎｍ以下の波長域の光に対して、低い透過率を示す。しかし、本発明では、今まで赤色のカラーフィルタ３１２で捨てられていた５５０ｎｍ以下の波長域の光を、当該赤色カラーフィルタに添加された波長変換物質に吸収させ、且つこの吸収に応じて波長５５０ｎｍ以上の光を当該波長変換物質から放出させることにより、この赤色カラーフィルタ３１２を透過する光量を増やす。
【００５５】
赤色のカラーフィルタに限らず、偏光板３０１で直線偏光され且つ液晶層３０５で伝搬された液晶セルへの入射光の可視波長全体における強度は、その特定波長帯域（カラーフィルタが高い光透過率を示す波長帯域）にある成分以外のカラーフィルタによる吸収で低下せざるを得ない。しかし、この特定波長帯域より短波長側にある入射光の成分を、当該帯域にある波長を有する光に変換することで、液晶セルから最終的に出射される光の減衰を抑える効果は、赤色以外のカラーフィルタでも得られる。
【００５６】
緑色のカラーフィルタ３１３が設けられた画素では、液晶層３０５を透過する直線偏光の「緑色の波長帯域より短い波長を持つ成分（青色から紫外に到る波長帯域の光）」の波長を変換し、緑色の光として液晶セルから出射させる。波長変換すべき緑色より短波長の光は緑色の顔料に吸収され易く、故に当該カラーフィルタ３１３は特に４６０ｎｍ以下の波長域の光に対して、低い透過率を示す。しかし、本発明では、今まで緑色のカラーフィルタ３１３で捨てられていた４６０ｎｍ以下の波長域の光を、当該緑色カラーフィルタに添加された波長変換物質に吸収させ、且つこの吸収に応じて波長４６０ｎｍ以上の光を当該波長変換物質から放出させることにより、この緑色カラーフィルタ３１３を透過する光量を増やす。
【００５７】
青色のカラーフィルタ３１４が設けられた画素でも同様に、液晶層３０５を透過する直線偏光の「青色の波長帯域より短い波長を持つ成分（紫色から紫外に到る波長帯域の光）」の波長を変換し、青色の光として液晶セルから出射させる。青色より短波長の光は、そのエネルギーの高さゆえ、緑色の顔料のみならず、カラーフィルタ３１４内の不純物等でも吸収され易く、損失されやすい。このため、当該カラーフィルタ３１４は特に４２０ｎｍ以下の波長域の光に対して、低い透過率を示す。しかし、本発明では、今まで青色のカラーフィルタ３１４で捨てられていた４２０ｎｍ以下の波長域の光を、当該青色カラーフィルタに添加された波長変換物質に吸収させ、且つこの吸収に応じて波長４２０ｎｍ以上の光を当該波長変換物質から放出させることにより、この青色カラーフィルタ３１４を透過する光量を増やす。
【００５８】
それぞれのカラーフィルタ３１２〜３１４で波長変換により発生させる光の波長（下限値）は、液晶セルにおけるカラー表示の態様に応じて適宜調整され得る。例えば、青色のカラーフィルタで４１０ｎｍ以上の光を発生させて、液晶セルの表示画像における「青み」を強調してもよい。
【００５９】
赤色、緑色、青色のカラーフィルタ３１２〜３１４の各々で、その入射光（直線偏光）の波長変換により生じた光は無偏光であり、直線偏光に比べて、媒質（本実施例ではカラーフィルタ）の内部で任意の方向に伝搬される。この問題は、上述した特定の波長変換物質のみならず、このような機能を呈する物質全般に共通する。このため、波長変換で生じた光の一部が暗く表示される画素から漏れる可能性も否めない。本実施例では、各画素に応じた波長変換を、画素間を隔てる遮光パターン３０８の開口内に形成されたカラーフィルタ３１２〜３１４で行っている。このため、無偏光の光は遮光パターン３０８に遮られて、周囲の画素に漏れ難くなる。
【００６０】
また、カラーフィルタ３１２〜３１４とこれらが形成された基板３０９の主面との間に偏光層３１１が形成されている。このため、カラーフィルタ３１２〜３１４で生じた無偏光の光は、当該主面内で放散される前に偏光層３１１で直線偏光に変えられ、その望ましからぬ無偏光成分は、偏光層３１１で遮光される。液晶層３０５が電界の印加されない状態で、最も暗く表示される所謂ノーマリ・ブラック（Normally  Black）駆動の液晶セルでは、液晶層３０５を透過した光を出射させる基板３０９の外側主面に設けられた偏光板３１０の偏光軸が、電界が印加されない液晶層３０５を透過した直線偏光の偏光軸と最も大きい角度（最大９０°）で交差し、且つ最も強い電界が印加された液晶層３０５を透過した直線偏光の偏光軸と最も小さい角度（最小０°）で交差する方位に向けられる。偏光層３１１は、その偏光軸を当該偏光板３１０の偏光軸の方位に合わせて形成されるため、カラーフィルタ３１２〜３１４で生じた光も、偏光層３１１で直線偏光させられた成分のみが偏光板３１０を透過して液晶セルから出射され、画像表示に寄与する。
【００６１】
以上詳述したように、本実施例では、画素毎にその入射光の波長変換を行い、画素毎から出射される光量を増加することになり、液晶セルの画面全域で画像表示に寄与する光量を増やし、その表示輝度を向上させる。
【実施例３】
【００６２】
本発明による液晶表示装置の他の実施形態を実施例３として、図４を用いて説明する。
【００６３】
ガラス基板（第１の基板）４０２上に薄膜トランジスタをスイッチング素子とする表示回路配線層（回路層）４０３が形成されていること；この表示回路配線層４０３の表面に液晶（液晶層４０５を成す液晶分子）を配向するためのポリイミド系配向膜４０４が形成されていること；ガラス基板４０２及びガラス基板（第２の基板）４０９の外側主面（液晶層４０５とは反対側の主面）に偏光板（外付け偏光板）４０１，４１０が夫々設けられていること；ガラス基板４０９の内側主面（液晶層４０５側）上には２色性色素が配向されながら塗布されることにより偏光層４１１が形成されていること；及び本偏光層４１１と外付け偏光板４１０との偏光軸は同じ方位を向いていることで、本実施例で説明される液晶セルは、実施例１及び実施例２で述べられた液晶セルと共通する。
【００６４】
偏光層４１１の上には、当該液晶セルによるカラー画像表示のためのカラーフィルタ層が形成される。カラーフィルタ層は、炭素ブラックをポリマーに分散させた材料を用いて形成されたブラックマトリックス（格子状の遮光パターン）４０８と、この遮光パターン４０８で区画された複数の領域（例えば、遮光パターン４０８に形成された複数の開口）には、夫々、赤色（Ｒ）のカラーフィルタ４１２、緑色（Ｇ）のカラーフィルタ４１３、及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ４１４とを備える。これらのカラーフィルタ４１２，４１３，４１４は、下記の如く特徴付けられる。
【００６５】
赤色（Ｒ）のカラーフィルタ４１２は、赤色の顔料を分散され、且つ波長５５０ｎｍ以下の光を吸収して波長５５０ｎｍ以上の光を発する物質（波長変換物質）を含有するポリマー材料を遮光パターン４０８の開口に充填して形成され、赤色の波長帯域より短い波長の光を赤色の波長帯域又はこれより長波長の光に変換する、所謂波長変換機能を示す。緑色（Ｇ）のカラーフィルタ４１３は、緑色の顔料を分散さされ、且つ波長４６０ｎｍ以下の光を吸収して波長４６０ｎｍ以上の光を発する物質（波長変換物質）を含有するポリマー材料を遮光パターン４０８の開口に充填して形成され、青緑色の波長帯域より短い波長の光を青緑色の波長帯域又はこれより長波長の光に変換する波長変換機能を示す。青色（Ｂ）のカラーフィルタ４１４は、青色の顔料を分散され、且つ波長４２０ｎｍ以下の光を吸収して波長４２０ｎｍ以上の光を発する物質（波長変換物質）を含有するポリマー材料を遮光パターン４０８の開口に充填して形成され、青紫色の波長帯域より短い波長の光を青色の波長帯域又はこれより長波長の光に変換する波長変換機能を示す。
【００６６】
偏光層４１１上に形成される赤色カラーフィルタ４１２、緑色カラーフィルタ４１３、及び青色カラーフィルタ４１４の構造及び特性は、実施例２にて先述した赤色カラーフィルタ３１２、緑色カラーフィルタ３１３、及び青色カラーフィルタ３１４の夫々と同じであり、カラーフィルタ４１２〜４１４の各々に添加される「波長変換物質」も実施例２に列挙されている。
【００６７】
しかし、本実施例の液晶セルは、遮光パターン４０８及びカラーフィルタ４１２〜４１４からなる「カラーフィルタ層」上に「４２０ｎｍ以下の光を吸収して波長４２０ｎｍ以上の光を発する波長変換層４０７」が形成されることで、実施例２で説明された液晶セルと相違する。波長変換層４０７は、実施例２における保護層３０７と同様に、カラーフィルタ層上面に生じた遮光パターン４０８やカラーフィルタ４１２〜４１等に起因する凹凸を平坦化する効果を奏する。この波長変換層４０７上に、液晶層４０５内の液晶を基板４０９の主面に対して所定の方位に配向するためのポリイミド系配向膜４０６が形成される。その後、ガラス基板４０２とガラス基板４０９とを、夫々の周辺部（表示せず）でシール材と称する接着材料を用いて貼り合わせて、基板間の空間に液晶４０５を封入する。以上の工程を以って、本実施例の液晶セルが得られた。
【００６８】
さらに、本液晶セルの基板４０２，４０９の外側主面に偏光板４０１、４１０が貼り合わされ、この液晶セルを基板４０２の外側主面に対向するバックライトユニット（図示せず）と組み合わせることにより、透過型表示を行う液晶表示装置が得られる。
【００６９】
本実施例の液晶表示装置では、バックライトユニットから放射された可視光領域に輝度ピーク波長を有する光が、偏光板４０１を透過して直線偏光され、この直線偏光が液晶層４０５を透過する間に、その偏光性（偏光軸）が回転されて、外付け偏光板４１０の偏光軸と同じ方位に向けられる。
【００７０】
液晶層４０５を透過した光は、波長変換層４０７に入射する。波長変換層４０７は４２０ｎｍ以下の光を吸収して波長４２０ｎｍ以上の光を発するため、波長４２０ｎｍ以上の光量は増加することになる。例えば、波長変換層４０７が、波長変換物質としてクマリン４４５、並びにレーザ色素：ＬＤ４２５，スチルベン４２０，及びカーボスチリル１６５のいずれかを含むとき、波長変換層４０７に入射した直線偏光の紫外光は、４２５〜４３０ｎｍを中心とする波長帯域の無偏光（青色の蛍光）として波長変換層４０７から出射される。波長変換層４０７が、当該４種類の波長変換物質の少なくとも一つを含む場合、これから出射される光の波長帯域は、所謂青色光の波長帯域内に留まらず、これを越えて長波長側に広がり得る。従って、波長変換層４０７からの出射光の強度は、赤色光や緑色光に対応する波長帯域でも、青色光の波長帯域程ではないが、上昇が認められる。
【００７１】
波長変換層を透過してその可視波長領域の光量が増した光は、赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタ４１２，４１３，４１４に夫々入射する。これらのカラーフィルタ４１２〜４１４に添加される波長変換物質は、波長変換層４０７に添加される上記４種の波長変換物質のように、これに入射する紫外光に対して高い波長変換効率を示すとは限らない。例えば、赤色カラーフィルタ４１２に実施例２に記したＤＣＭを添加すると、赤色カラーフィルタ４１２は４８１ｎｍ（青緑色）を中心とする波長帯域の光を吸収し、且つ６４４ｎｍを中心とする言わば赤色の波長帯域の蛍光を発する。また、緑色カラーフィルタ４１３にフルオロール５５５（ＩＵＰＡＣ名：2-butyl-6-(butylamino)-1H-benz[de]isoquinoline-1,3(2H)-dione，Ｃ２０Ｈ２４Ｎ２Ｏ２）を添加すると、緑色カラーフィルタ４１３は４４２ｎｍ（青色）を中心とする波長帯域の光を吸収し、且つ５３６ｎｍを中心とする言わば緑色の波長帯域の蛍光を発する。さらに、実施例２に記したレーザ色素：ＬＤ４９０が添加された青色カラーフィルタ４１４は、３９６ｎｍ（紫色）を中心とする波長帯域の光を吸収し、且つ４７４ｎｍを中心とする言わば青色の波長帯域の蛍光を発する。
【００７２】
本実施例による液晶セルのカラーフィルタ４１２〜４１４に夫々添加され得る波長変換物質であって、可視領域の波長の入射光に対して高い波長変換効率を示すものは、上述した３種類以外に限らず、多種多様である。このようなカラーフィルタ４１２〜４１４を、特定の波長帯域で弁別されないバックライトからの光で照射したとき、波長変換物質に吸収され得る波長の光量は限られるため、このカラーフィルタから波長変換されて出射される光も微々たる量に留まる。換言すれば、波長変換物質の種類に応じて、これが添加されたカラーフィルタからの光（例えば、赤色光）の出射量と、これが添加されない当該カラーフィルタからの光の出射量とが殆ど同じとなることもある。
【００７３】
しかし、波長変換物質が添加されたカラーフィルタ４１２〜４１４の前段（光源側）に波長変換層４０７が配置された本実施例の液晶セルでは、例えば、赤色の顔料を含有するが故に５５０ｎｍ以下の波長域の光に対して低い透過率を示すカラーフィルタ４１２であっても、バックライトで発生された５５０ｎｍ以下の波長帯域の光が波長変換層４０７及び／又は当該カラーフィルタ４１２で赤色光に変換されるため、この赤色カラーフィルタ４１２を透過する光量は増加する。同様に、緑色の顔料を含有するが故に４６０ｎｍ以下の波長域の光に対して低い透過率を示すカラーフィルタ４１３であっても、バックライトで発生された４６０ｎｍ以下の波長帯域の光が波長変換層４０７及び／又は当該カラーフィルタ４１３で緑色光に変換されるため、この緑色カラーフィルタ４１３を透過する光量も増加する。また、青色の顔料を含有するが故に４２０ｎｍ以下の波長域の光に対して低い透過率を示すカラーフィルタ４１４であっても、バックライトで発生された４２０ｎｍ以下の波長帯域の光が波長変換層４０７及び／又は当該カラーフィルタ４１４で青色光に変換されるため、この青色カラーフィルタを透過する光量も増加する。
【００７４】
赤色、緑色、青色のカラーフィルタ４１２〜４１４を透過する光量は、当該カラーフィルタの一つ及び／又はその前段の波長変換層４０７での波長変換により、従来の液晶セルに比べて増加したが、その中には当該波長変換に起因する無偏光成分も含まれる。波長変換にて発生された光の無偏光成分は、カラーフィルタ層に隣接する偏光層４１１で遮光され、直線偏光の増分として、波長変換されることなくカラーフィルタを通過する直線偏光に加わる。これらの直線偏光は、これらの偏光軸と同じ方位に向けられた偏光軸を有し且つ基板４０９の外側主面に設けられた外付け偏光板４１０を透過し、液晶セルでの画像表示に寄与する。
【００７５】
以上詳述したように、本実施例では、液晶セルへ入射した光の波長変換を、当該入射光が液晶層を透過した直後と、当該入射光が画素毎に振り分けられた後の２段階で行うことにより、液晶セルの画像表示に寄与する光量をさらに増やし、その表示輝度を向上させる。
【実施例４】
【００７６】
本発明による液晶表示装置の他の実施形態を実施例４として、図５を用いて説明する。
【００７７】
ガラス基板（第１の基板）５０２上に薄膜トランジスタをスイッチング素子とする表示回路配線層（回路層）５０３が形成されていること；この表示回路配線層５０３の表面に液晶（液晶層５０５を成す液晶分子）を配向するためのポリイミド系配向膜５０４が形成されていること；ガラス基板５０２及びガラス基板（第２の基板）５０９の外側主面（液晶層５０５とは反対側の主面）に偏光板（外付け偏光板）５０１，５１０が夫々設けられていること；ガラス基板５０９の内側主面（液晶層５０５側）上には２色性色素が配向されながら塗布されることにより偏光層５１１が形成されていること；及び本偏光層５１１と外付け偏光板５１０との偏光軸は同じ方位を向いていることで、本実施例で説明される液晶セルは、実施例１乃至３の各々で述べられた液晶セルと共通する。
【００７８】
偏光層５１１の上には、実施例１の液晶セルと同様に、当該液晶セルによるカラー画像表示のためのカラーフィルタ層が形成されている。カラーフィルタ層は、炭素ブラックをポリマーに分散させた材料を用いて形成されたブラックマトリックス（格子状の遮光パターン）５０８と、この遮光パターン５０８で区画された複数の領域（例えば、遮光パターン５０８に形成された複数の開口）には、夫々、赤色（Ｒ）のカラーフィルタ５１２、緑色（Ｇ）のカラーフィルタ５１３、及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ５１４とを備える。本実施例の液晶セルは、遮光パターン５０８に形成された複数の開口の各々において、赤色の顔料が分散された赤色カラーフィルタ５１２の上に波長５５０ｎｍ以下の光を吸収して波長５５０ｎｍ以上の光を発する物質を含有したポリマー材料からなる波長変換層５１５が、緑色の顔料が分散された緑色カラーフィルタ５１３の上に波長４６０ｎｍ以下の光を吸収して波長４６０ｎｍ以上の光を発する物質を含有したポリマー材料からなる波長変換層５１６が、青色の顔料が分散された青色カラーフィルタ５１４の上に波長４２０ｎｍ以下の光を吸収して波長４２０ｎｍ以上の光を発する物質を含有するポリマー材料からなる波長変換層５１７が、夫々積層された構造に特徴付けられる。波長変換層５１５は、例えば、実施例２に記した「赤色カラーフィルタ３１２」に添加される「波長変換物質」を、波長変換層５１６は、例えば、実施例２に記した「緑色カラーフィルタ３１３」に添加される「波長変換物質」を、波長変換層５１７は、例えば、実施例１に記した波長変換層２０７や実施例２に記した「青色カラーフィルタ３１４」に添加される「波長変換物質」を、夫々含む。
【００７９】
遮光パターン５０８、カラーフィルタ５１２〜５１４、及び波長変換層５１５〜５１７からなる「カラーフィルタ層」上には、当該カラーフィルタ層の表面を平坦化する効果とともに、カラーフィルタ層を液晶層から隔てる保護層５０７が形成される。この保護層５０７上に、液晶層５０５内の液晶を基板５０９の主面に対して所定の方位に配向するためのポリイミド系配向膜５０６が形成される。その後、ガラス基板５０２とガラス基板５０９とを、夫々の周辺部（表示せず）でシール材と称する接着材料を用いて貼り合わせて、基板間の空間に液晶５０５を封入する。以上の工程を以って、本実施例の液晶セルが得られた。
【００８０】
さらに、本液晶セルの基板５０２，５０９の外側主面に偏光板５０１、５１０が貼り合わされ、この液晶セルを基板５０２の外側主面に対向するバックライトユニット（図示せず）と組み合わせることにより、透過型表示を行う液晶表示装置が得られる
本実施例の液晶セルでは、実施例２及び実施例３で述べた「カラーフィルタ内にその透過波長帯域に応じた波長変換物質を含ませた一体化構造（all-in-one  structure）」が「カラーフィルタ（波長弁別層）」と「波長変換層」とに分けられている。さらに、波長変換層５１５〜５１７と，カラーフィルタ５１２〜５１４とは、液晶層５０５側からこの順に夫々積層されている。これらの積層構造を、遮光パターン５０８の開口内に形成するとき、波長変換物質を含む波長変換層５１５〜５１７は、実施例２及び実施例３における波長変換物質を含むカラーフィルタ３１２〜３１４，４１２〜４１４より薄くなる。しかし、波長変換層５１５〜５１７で発生した光の波長プロファイルは、カラーフィルタ５１２〜５１４の夫々で透過させるべき波長帯域を越えることも否めない。このため、波長変換層５１５〜５１７の後段にカラーフィルタ５１２〜５１４が配置される本実施例の液晶セルでは、波長変換層５１５〜５１７で生じ得る上記波長領域外の光を、カラーフィルタ５１２〜５１４で遮ることにより、これに起因する液晶セルの表示画面内のノイズやコントラスト比の低下が抑えられる。
【００８１】
従って、本実施例の液晶セルでは、ノイズの少ない鮮明な画像が表示できる。
【実施例５】
【００８２】
本発明による液晶表示装置の他の実施形態を実施例５として、図６を用いて説明する。
【００８３】
ガラス基板（第１の基板）６０２上に薄膜トランジスタをスイッチング素子とする表示回路配線層（回路層）６０３が形成されていること；この表示回路配線層６０３の表面に液晶（液晶層６０５を成す液晶分子）を配向するためのポリイミド系配向膜６０４が形成されていること；ガラス基板６０２及びガラス基板（第２の基板）６０９の外側主面（液晶層６０５とは反対側の主面）に偏光板（外付け偏光板）６０１，６１０が夫々設けられていること；ガラス基板６０９の内側主面（液晶層６０５側）上には２色性色素が配向されながら塗布されることにより偏光層６１１が形成されていること；及び本偏光層６１１と外付け偏光板６１０との偏光軸は同じ方位を向いていることで、本実施例で説明される液晶セルは、実施例１乃至４の各々で述べられた液晶セルと共通する。
【００８４】
偏光層６１１の上には、実施例４の液晶セルと同様に、当該液晶セルによるカラー画像表示のためのカラーフィルタ層が形成されている。カラーフィルタ層は、炭素ブラックをポリマーに分散させた材料を用いて形成されたブラックマトリックス（格子状の遮光パターン）６０８と、この遮光パターン６０８で区画された複数の領域（例えば、遮光パターン６０８に形成された複数の開口）に夫々形成された、赤色（Ｒ）のカラーフィルタ６１２と赤色光を発する波長変換層６１５との積層構造、緑色（Ｇ）のカラーフィルタ６１３と緑色光を発する波長変換層６１６との積層構造、及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ６１４と青色光を発する波長変換層６１７との積層構造とを備える。赤色光を発する波長変換層６１５は、波長５５０ｎｍ以下の光を吸収して波長５５０ｎｍ以上の光を発する物質を含有したポリマー材料から成る。緑色光を発する波長変換層６１６は、波長４６０ｎｍ以下の光を吸収して波長４６０ｎｍ以上の光を発する物質を含有したポリマー材料から成る。青色光を発する波長変換層６１７は、波長４２０ｎｍ以下の光を吸収して波長４２０ｎｍ以上の光を発する物質を含有したポリマー材料から成る。
【００８５】
本実施例の液晶セルは、遮光パターン６０８、カラーフィルタ６１２〜６１４、及び波長変換層６１５〜６１７からなる「カラーフィルタ層」上に、その表面を平坦化し（当該表面の起伏を均し）且つ４２０ｎｍ以下の光を吸収して波長４２０ｎｍ以上の光を発する波長変換層６０７が形成されることで、実施例４の液晶セルと相違する。この波長変換層６０７上に、液晶層６０５内の液晶を基板６０９の主面に対して所定の方位に配向するためのポリイミド系配向膜６０６が形成される。その後、ガラス基板６０２とガラス基板６０９とを、夫々の周辺部（表示せず）でシール材と称する接着材料を用いて貼り合わせて、基板間の空間に液晶６０５を封入する。以上の工程を以って、本実施例の液晶セルが得られた。
【００８６】
さらに、本液晶セルの基板６０２，６０９の外側主面に偏光板６０１、６１０が貼り合わされ、この液晶セルを基板６０２の外側主面に対向するバックライトユニット（図示せず）と組み合わせることにより、透過型表示を行う液晶表示装置が得られる
本実施例の液晶セルは、画素毎に「カラーフィルタ（波長弁別層）」と「波長変換層」との積層構造が設けられたカラーフィルタ層を有することで、実施例４の液晶セルと共通するが、波長変換層６１５〜６１７の前段（液晶層６０５側）に全画素に亘って広がる波長変換層６０７が形成される。従って、実施例３で説明されたように、バックライトで発生され、偏光板６０１で直線偏光された紫外等の短波長光が、波長変換層６１７で可視光に変換されることにより、波長変換層６１５〜６１７による赤色光、緑色光、及び青色光の発光を助長する。即ち、実施例３にて述べた如く、特に入射光の吸収により赤色光や緑色光を発生する波長変換物質において、当該入射光のが吸収され易い波長帯域が可視領域に重なり、特に青から緑に掛けての短波長側の可視光が波長変換物質による発光を促すためである。
【００８７】
従って、本実施例の液晶セルでは、ノイズの少ない鮮明な画像が表示され、さらに画面の「白輝度」が向上される。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、その表裏に一対の外付け偏光板が設けられた透過表示用の液晶セルに、その基板（透明基板）の光出射側の一方に偏光層と波長変換層とを設けるだけで、従来カラーフィルタにより遮られ又はヒトに視認されない波長帯域の光を画像表示に利用する。これにより液晶セルに組み合わされるバックライトの消費電力を上げることなく、これらにより構成された液晶表示装置における透過表示の白輝度を向上し、黒輝度を低下させる。その結果、エネルギー消費が低く且つ画像表示性能の高い液晶表示装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】従来の液晶表示装置を説明するための断面図。
【図２】本発明の実施例１による液晶表示装置を説明するための断面図。
【図３】本発明の実施例２による液晶表示装置を説明するための断面図。
【図４】本発明の実施例３による液晶表示装置を説明するための断面図。
【図５】本発明の実施例４による液晶表示装置を説明するための断面図。
【図６】本発明の実施例５による液晶表示装置を説明するための断面図。
【符号の説明】
【００９０】
１０１…外付け偏光板、１０２…第一の基板、１０３…表示回路配線層、１０４…液晶配向膜、１０５…液晶層、１０６…液晶配向膜、１０７…カラーフィルタ層表面保護膜、１０８…カラーフィルタ層、１０９…第二の基板、１１０…外付け偏光板、２０１…外付け偏光板、２０２…第一の基板、２０３…表示回路配線層、２０４…液晶配向膜、２０５…液晶層、２０６…液晶配向膜、２０７…波長変換層、２０８…カラーフィルタ層、２０９…第二の基板、２１０…外付け偏光板、２１１…内蔵偏光板、３０１…外付け偏光板、３０２…第一の基板、３０３…表示回路配線層、３０４…液晶配向膜、３０６…液晶層、３０６…液晶配向膜、３０７…カラーフィルタ層表面保護膜、３０８…ブラックマトリックスパターン、３０９…第二の基板、３１０…外付け偏光板、３１１…内蔵偏光板、３１２…波長変換機能あり赤色カラーフィルタ、３１３…波長変換機能あり緑色カラーフィルタ、３１４…波長変換機能あり青色カラーフィルタ、４０１…外付け偏光板、４０２…第一の基板、４０３…表示回路配線層、４０４…液晶配向膜、４０５…液晶層、４０６…液晶配向膜、４０７…波長変換層、４０８…ブラックマトリックスパターン、４０９…第二の基板、４１０…外付け偏光板、４１１…内蔵偏光板、４１２…波長変換機能あり赤色カラーフィルタ、４１３…波長変換機能あり緑色カラーフィルタ、４１４…波長変換機能あり青色カラーフィルタ、５０１…外付け偏光板、５０２…第一の基板、５０３…表示回路配線層、５０４…液晶配向膜、５０５…液晶層、５０６…液晶配向膜、５０７…カラーフィルタ層表面保護膜、５０８…ブラックマトリックスパターン、５０９…第二の基板、５１０…外付け偏光板、５１１…内蔵偏光板、５１２…赤色カラーフィルタ、５１３…緑色カラーフィルタ、５１４…青色カラーフィルタ、５１５…赤色波長変換層、５１６…緑色波長変換層、５１７…青色波長変換層、６０１…外付け偏光板、６０２…第一の基板、６０３…表示回路配線層、６０４…液晶配向膜、６０５…液晶層、６０６…液晶配向膜、６０７…カラーフィルタ層表面保護膜、６０８…ブラックマトリックスパターン、６０９…第二の基板、６１０…外付け偏光板、６１１…内蔵偏光板、６１２…赤色カラーフィルタ、６１３…緑色カラーフィルタ、６１４…青色カラーフィルタ、６１５…赤色波長変換層、６１６…緑色波長変換層、６１７…青色波長変換層。
【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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