JP2014016408A - 色変換基板およびこれを備える表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色変換基板において、局所的に強い光が出射することによる表示品質低下を防止する。
【解決手段】色変換基板は、透光性の基板１と、基板１の表面に配置され、第１波長域の光を散乱させるための粒子を含んだ第１発色層としての散乱層４ｂと、基板１の表面に配置され、第１波長域の光によって励起されて第２波長域の光を放射する第２発色層としての赤色蛍光層４ｒと、基板１の表面に配置され、第１波長域の光によって励起されて第３波長域の光を放射する第３発色層としての緑色蛍光層４ｇとを備える。第１発色層は、粒子の分布密度が局所的に低くなった粒子欠乏領域９を有する。粒子欠乏領域９の少なくとも一部を覆うように遮光性のマスク１０が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、色変換基板およびこれを備える表示装置に関するものである。

従来技術に基づく色変換基板の一例を図２７に示す。色変換基板９０１においては、透光性の基板１の表面に各色の発色のための発色層４が遮光性の隔壁６に隔てられて並べて形成されている。基板１と発色層４との間には、低屈折率層８が介在していてもよい。色変換基板９０１は、光シャッタ２を介して届く青色光源５からの青色光７１を利用して、赤、緑、青の３原色によるカラー表示を行なうものである。色変換基板９０１は、青色光７１を受けて赤色に蛍光発光する赤色蛍光層４ｒと、青色光７１を受けて緑色に蛍光発光する緑色蛍光層４ｇと、青色光７１を受けて青色光７１をそのままの色で散乱させる散乱層４ｂとを備える。その結果、色変換基板９０１からは、蛍光発光による赤色光７２ｒおよび緑色光７２ｇと、散乱による青色光７２ｂとが視認側に向けて出射する。

基板１の表面への散乱層４ｂの塗布はインクジェット方式で行なわれる。これに用いられるのは粒子を含んだ白色インクである。このような白色インクについては、特公平２−４５６６３号公報（特許文献１）に記載されている。

特公平２−４５６６３号公報

散乱層４ｂを形成するためにインクジェット方式で塗布される材料は、光を散乱させるための粒子を含んでいる。この材料は、基本的には樹脂であるが、粘度を１〜１５ｃｐに調整するために有機溶剤が添加されている。インクジェット方式で基板表面にインクが塗布された後に、このインクを硬化させるための処理が行なわれる。塗布されたインクは基板表面で膜状に溜まることになる。塗布直後の、インク内の粒子の分布の様子を図２８に示す。隔壁６で挟まれた領域にインクが塗布されてインク溜まり４０を形成している。塗布直後のインク溜まり４０の中では粒子は全体に分布している。塗布から硬化にかけてのプロセスの間に、膜状のインク溜まり４０の中で基板に近い側と基板から遠い側とで温度差が生じる。温度差によってインク溜まり４０の中では厚み方向に材料のベナール対流が発生する。この対流の際に流れが速い部分では粒子数は少なくなり、流れが遅い部分では粒子数は多くなる。その結果、図２９に示すように、１つのインク溜まり４０の中で粒子の分布が極端に少なくなった部分が生じる。そのまま硬化することとなるので、散乱層４ｂの中には粒子の分布が極端に少なくなった部分が残る。

図２７においては、散乱層４ｂの中央に粒子が少なくなった部分が存在する。この場合、色変換基板９０１の出側では、赤色項７２ｒ、緑色光７２ｇ、青色光７２ｂが出射する。ただし、図２７に示すように、散乱層４ｂの中央では、光源から到達する青色光７１が散乱されずに散乱層４ｂを透過するので、局所的に強い青色光７３が発生する。局所的に強い光が出射することは、表示品質を低下させる。複数種類の原色でカラー表示を行なう場合ならば、各色の最大出射強度が等しくなることが望まれる。

そこで、本発明は、上述のような原因による表示品質低下を防止することができる色変換基板および表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づく色変換基板は、透光性の基板と、上記基板の表面に配置され、第１波長域の光を散乱させるための粒子を含んだ第１発色層と、上記基板の表面に配置され、第１波長域の光によって励起されて第２波長域の光を放射する第２発色層と、上記基板の表面に配置され、第１波長域の光によって励起されて第３波長域の光を放射する第３発色層とを備え、上記第１発色層は、粒子の分布密度が局所的に低くなった粒子欠乏領域を有し、上記粒子欠乏領域の少なくとも一部を覆うように遮光性のマスクが配置されている。

本発明によれば、第１発色層の粒子欠乏領域を透過する光はマスクによって遮断されるので、各色の最大出射強度をなるべく等しくすることができ、表示品質低下を防止することができる。

本発明に基づく実施の形態１における色変換基板の説明図である。 マスクがない場合の散乱層における粒子の偏りを示す平面図である。 マスクで部分的に覆われた散乱層の平面図である。 本発明に基づく実施の形態１における色変換基板の赤、緑および青からなる１画素分の領域の平面図である。 塗布量を少なめとした場合の粒子欠乏領域の発生状態を示す図である。 塗布量を中ぐらいとした場合の粒子欠乏領域の発生状態を示す図である。 塗布量を多めとした場合の粒子欠乏領域の発生状態を示す図である。 光源の光強度を示すグラフである。 図６に示した試料における光強度分布のグラフである。 図７に示した試料における光強度分布のグラフである。 マスクを配置した場合の光強度分布のグラフである。 （ａ），（ｂ）は、基板上に赤色蛍光層と緑色蛍光層と散乱層とを形成した状態での粒子欠乏領域の観察例を示す図である。 図６に示した試料における光強度分布のグラフである。 図７に示した試料における光強度分布のグラフである。 マスクを配置した場合の光強度分布のグラフである。 本発明に基づく実施の形態２における表示装置の断面図である。 本発明に基づく実施の形態２における表示装置の第１の例である。 本発明に基づく実施の形態２における表示装置の第２の例である。 本発明に基づく実施の形態２における表示装置の第３の例である。 本発明に基づく実施の形態２における表示装置の第４の例である。 透過型液晶表示パネルの概念図である。 透過型ＭＥＭＳパネルの概念図である。 本発明に基づく実施の形態３における表示装置の概念図である。 蛍光体層付き液晶パネルの第１の使用例を示す概念図である。 蛍光体層付き液晶パネルの第２の使用例を示す概念図である。 蛍光体層付き液晶パネルの第３の使用例を示す概念図である。 従来技術に基づく色変換基板の説明図である。 基板表面における塗布直後のインク溜まり内の粒子の分布を示す図である。 基板表面における対流後のインク溜まり内の粒子の分布を示す図である。

（実施の形態１）
（構成）
図１〜図４を参照して、本発明に基づく実施の形態１における色変換基板について説明する。図１に示すように、色変換基板１０１は、透光性の基板１と、基板１の表面に配置され、第１波長域の光を散乱させるための粒子を含んだ第１発色層としての散乱層４ｂと、基板１の表面に配置され、第１波長域の光によって励起されて第２波長域の光を放射する第２発色層としての赤色蛍光層４ｒと、基板１の表面に配置され、第１波長域の光によって励起されて第３波長域の光を放射する第３発色層としての緑色蛍光層４ｇとを備える。第１発色層としての散乱層４ｂは、粒子の分布密度が局所的に低くなった粒子欠乏領域９を有する。この粒子欠乏領域の少なくとも一部を覆うように遮光性のマスク１０が配置されている。

ここでは、第１波長域の光とは、青色光のことである。第２波長域の光とは、赤色光のことである。第３波長域の光とは、緑色光のことである。ただし、この３原色の組合せは、赤、緑、青の組合せに限らない。他の色の組合せであってもよく、３種類より多い種類の色の組合せによってカラー表示をするものであってもよい。

透光性の基板１は、ガラス基板であってよい。基板１は、透光性を有するものであれば、ガラス以外の材料の基板であってもよい。

図１に示すように、基板１と発色層との間には低屈折率層８が形成されていてもよい。低屈折率層８は、可視光範囲で透明であり、蛍光体材料より低い屈折率の材料からなる。たとえばフッ素化合物樹脂やフィラーを分散させた油脂などで低屈折率層８を形成することができる。低屈折率層８にはフィラーとして中空シリカなどを用いれば、屈折率は１．２から１．４の間で調整することができる。中空シリカについては、特開２００１−２３３６１１号公報、特許第３２７２１１１号に記載されている。

散乱層４ｂは、フィラーとバインダとを含む。散乱層４ｂは、白色顔料インクが用いられており、ミー散乱効果のある粒子材料を含んでいる。粒子材料としては、たとえばチタン、ジルコニウム、アルミニウム、錫などを挙げることができる。粒子材料は金属の酸化物であってもよく、金属の酸化物としては、たとえばＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃などが挙げられる。

平面的に見た場合、粒子欠乏領域９は、図２に示すようになる。この例の場合、粒子欠乏領域９が散乱層４ｂの中で十字形に存在する。この場合、遮光性のマスク１０は図３に示すように配置される。

１画素分の領域を平面図で示すと図４のようになる。１つの画素（pixel）は、赤、緑および青の副画素（subpixel）からなる。１つの副画素は、１００μｍ×３００μｍの面積を有する。平面的に見て、赤色蛍光層４ｒ、緑色蛍光層４ｇ、散乱層４ｂが並んでいるが、このうち散乱層４ｂにのみマスク１０が十字形に配置されている。図２における粒子欠乏領域９の線幅は約１０μｍであることがわかったので、マスクの線幅は約１０μｍより大きく設定し、２０μｍとした。

（作用・効果）
本実施の形態では、散乱層４ｂの粒子欠乏領域９を透過する光はマスク１０によって遮断されるので、各色の最大出射強度をなるべく等しくすることができる。したがって、表示品質低下を防止することができる。

本実施の形態で示したように、マスク１０は、粒子欠乏領域９を覆うと同時に粒子欠乏領域９の外側に広がるように配置されていることが好ましい。この構成を採用することにより、十分に散乱されずに粒子欠乏領域９を透過しようとする光をより確実に遮断することができる。

本実施の形態で示したように、平面的に見たとき、第１発色層としての散乱層４ｂは長方形であり、マスク１０は、前記第１発色層の中心を覆うように配置されていることが好ましい。第１発色層が長方形である場合、粒子欠乏領域９は第１発色層の中心に生じやすいからである。

さらに本実施の形態で示したように、平面的に見たとき、マスク１０は、前記第１発色層の中心を交点とする十字形に配置されていることが好ましい。粒子欠乏領域９は第１発色層の中心を交点とする十字形に生じやすいからである。

（実験結果）
参考までに、散乱層へのインク材料の塗布量を変えたときの粒子欠乏領域の生じ方を調べた実験結果について説明する。

この実験では、サンプル基板の表面に形成された長方形の枠の中に散乱層の材料をインクジェット方式によって塗布している。塗布量を変えて３通りの試料を作成した。図５〜図７はそれぞれ落射光のみを使用した状態である。

塗布量を少なめとした場合、図５のように長方形の中心を含んで中央に大きく粒子欠乏領域が生じた。塗布量を中ぐらいとした場合、図６に示すように長方形の中心を含んで十字形に粒子欠乏領域が生じた。塗布量を多めとした場合、図７に示すように長方形の中心を含んでごく一部の領域に粒子欠乏領域が生じた。

さらに、赤、緑、青の光の強さをグラフで示す。光源から供給される光は図８に示すような光強度分布となっている。グラフの横軸の９０°とは、基板の表面に垂直な方向を意味する。光源からの光は、約±１５°の指向性を有する平行光である。この光を受けて、赤色蛍光層４ｒおよび緑色蛍光層４ｇは等方拡散するように蛍光発光する。

図６に示したように十字形に粒子欠乏領域が生じている場合は、光の強度は図９に示すようになる。図７に示すように中心付近にわずかに粒子欠乏領域が生じている場合は、光の強度は図１０に示すようになる。図９、図１０は、いずれもマスクを配置しない状態での光強度を表す。赤色蛍光層４ｒおよび緑色蛍光層４ｇは等方拡散しているので図９、図１０における曲線は緩やかな山形となっている。青色の光は、散乱層の粒子欠乏領域では散乱されずにそのまま透過してくるので、図９、図１０では、９０°のところで青色光が急激に強くなっている。これは画像を真正面から見たときに青みがかった色になってしまうことを意味する。

散乱層に、実施の形態１で示したような十字形のマスクを配置した場合の光強度を図１１に示す。マスクを使用することで、９０°における青色光の強い出射がなくなり、赤、緑、青の３色が同程度に出射するようになった。

図１０に示した例では、青色光の曲線が赤および緑の光の曲線から離れて上回っているのは、９０±１５°の範囲である。そこで、マスクは、光源光の出射方向の±１５°の範囲を覆うように配置することが好ましい。光源光の出射方向の±３０°の範囲を覆うように配置すれば、強い光の出射をより確実に防ぐことができるのでさらに好ましい。

基板上に、赤色蛍光層と緑色蛍光層と散乱層とを形成した状態で粒子欠乏領域を観察した例を図１２（ａ），（ｂ）に示す。図１２（ａ）は、透過光と落射光とを使用した状態を示し、図１２（ｂ）は、透過光のみを使用した状態を示す。

次に視認角度による光強度の変化に注目し、各色の光の強度のピークを１．０としてピークを揃えて表示したグラフを示す。図６に示したように十字形に粒子欠乏領域が生じている場合は、光の強度は図１３に示すようになる。図７に示すように中心付近にわずかに粒子欠乏領域が生じている場合は、光の強度は図１４に示すようになる。図１３、図１４は、いずれもマスクを配置しない状態での光強度を表す。ベナール対流によって生じた散乱層の粒子の偏りによって特定の方向に強く光が出ていることがわかる。赤、緑の光に関しては、曲線が緩やかな山形となっているので、視認角度が少し変わっても急激に光強度が変わるわけではない。しかし、散乱層によって発色する青色に関しては、視認角度が９０°からわずかに変化しただけで光強度が急激に変化してしまう。散乱層のうち粒子が少なくなっている部分をマスクで覆うことで、図１５に示すようになる。すなわち、マスクを使用した場合は赤、緑、青の各色の光が均等に等方散乱していることがわかる。

（実施の形態２）
（構成）
本発明に基づく実施の形態２における表示装置について説明する。本実施の形態における表示装置は、実施の形態１で説明したいずれかの色変換基板と、透過型液晶パネルまたは透過型ＭＥＭＳであるところの光シャッタと、ＬＥＤバックライトまたは有機ＥＬバックライトであるところの光源とを備える。その一例を図１６に示す。この表示装置２０１は、色変換基板１０１と光シャッタとしての透過型液晶表示パネル２５と青色光源５とを備える。青色光源５はＬＥＤバックライトまたは有機ＥＬバックライトである。

（作用・効果）
本実施の形態では、表示装置に備わる色変換基板の一部に遮光性のマスクが設けられているので、表示品質低下を防止することができる。

本実施の形態における表示装置は、色変換基板と調光光源とを備えるものとして把握することができる。調光光源とは、第１波長域の光を発し、領域ごとにその光の強度を調節できるものである。色変換基板と調光光源とは互いに位置合わせされて周囲を接着剤で固定されていてもよい。第１波長域の光とはたとえば青色光である。

表示装置に含まれる調光光源のいくつかの例を図１７〜図２０に示す。
図１７に示した例では、調光光源１４ａは、光シャッタ２と複数のＬＥＤ１３を配列したものとを組み合わせたものとなっている。配列されたＬＥＤ１３は光シャッタの主表面に対向するように配置されている。ＬＥＤ１３は第１波長域の光を出射するものである。ＬＥＤ１３は高指向性のものであってもよい。ＬＥＤに代えて冷陰極線管などであってもよい。

図１８に示した例では、調光光源１４ｂは、光シャッタ２と導光板１５とＬＥＤ１３と光学シート類１６とを組み合わせたものとなっている。ＬＥＤ１３は第１波長域の光を出射するものであり、導光板１５のエッジに対向するように配置されている。光学シート類１６とは、プリズムシートや反射シートなどである。

図１９に示した例では、調光光源１４ｃは、光シャッタ２と有機ＥＬ照明装置１７との組合せとなっている。有機ＥＬ照明装置１７は第１波長域の光を発するものである。すなわち、ここでは、有機ＥＬ照明装置１７は青色光を発する。なお、有機ＥＬ照明装置１７に代えて、無機ＥＬ照明装置であってもよい。

図２０に示した例では、調光光源１４ｄは、光シャッタ２を含んでいない。調光光源１４ｄは、有機ＥＬパネル１８となっている。有機ＥＬパネル１８は、画素領域ごとに出射光の強度を調節することができる。有機ＥＬパネル１８の代わりに無機ＥＬパネルを用いてもよい。

光シャッタ２は、光源側から入射した光の強度を領域（画素）ごとに調節して視認側へ出射する機能を有するものであればよい。したがって、光シャッタ２は、図２１に示すような透過型液晶表示パネル２５であってもよい。透過型液晶表示パネル２５は、液晶層（図示せず）を挟むように互いに貼り合わせられた視認側基板２８ａおよび光源側基板２８ｂとこれらの両面に貼りつけられた偏光板２９とを備える。透過型液晶表示パネル２５はカラーフィルタを備えない。液晶層を満たす液晶のタイプとしては、ＴＮ（Twisted Nematic）型、ＶＡ（Vertical Alignment）型，ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）型、ＩＰＳ（In-Plane Switching）型などが挙げられる。

あるいは、光シャッタ２は、図２２に示すような透過型ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）パネル３０であってもよい。透過型ＭＥＭＳパネル３０は、透光性の基板３１とその表面に形成されたシャッタ３２および遮光膜３３とを備える。遮光膜３３には開口部３４が設けられており、電気信号によってシャッタ３２が変位することができる。シャッタ３２の位置によって開口部３４を透過する光を遮断するか否か切り替えることができる。

（実施の形態３）
（構成）
本発明に基づく実施の形態３における表示装置について説明する。本実施の形態における表示装置は、実施の形態１で説明したいずれかの色変換基板を視認側の基板として含むように構成された液晶表示パネルを備える。その一例を図２３に示す。この装置は、実施の形態１で説明した色変換基板の構成を備える１枚の基板を視認側基板４１として備える。液晶層（図示せず）を挟むように、視認側基板４１と光源側基板２８ｂとが互いに貼り合わせられている。光源側基板２８ｂの視認側基板４１に対向していない側の表面には偏光板２９が貼られている。このような装置を、「蛍光体層付き液晶パネル」ともいう。

蛍光体層付き液晶パネル３０１の第１の使用例を図２４に示す。この例では、蛍光体層付き液晶パネル３０１と、複数のＬＥＤ１３を配列したものとが組み合わせられている。ＬＥＤから出射した光は蛍光体層付き液晶パネル３０１に入射する。

蛍光体層付き液晶パネル３０１の第２の使用例を図２５に示す。この例では、蛍光体層付き液晶パネル３０１と、導光板１５と、ＬＥＤ１３と、光学シート類１６とが組み合わせられている。

蛍光体層付き液晶パネル３０１の第３の使用例を図２６に示す。この例では、蛍光体層付き液晶パネル３０１と、有機ＥＬ照明装置１７とが組み合わせられている。

（作用・効果）
本実施の形態では、表示装置に備わる色変換基板の一部に遮光性のマスクが設けられているので、表示品質低下を防止することができる。

なお、今回開示した上記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。本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を含むものである。

１ 基板、２ 光シャッタ、３ 光源、４ 発色層、４ｒ 赤色蛍光層、４ｇ 緑色蛍光層、４ｂ 散乱層、５ 青色光源、６ 隔壁、８ 低屈折率層、９ 粒子欠乏領域、１０ マスク、１３ ＬＥＤ、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 調光光源、１５ 導光板、１６ 光学シート類、１７ 有機ＥＬ照明装置、１８ 有機ＥＬパネル、２５ 透過型液晶表示パネル、２６ａ，２６ｂ 基板、２７ 液晶層、２８ａ 視認側基板、２８ｂ 光源側基板、２９ 偏光板、３０ 透過型ＭＥＭＳパネル、３１ （透過型ＭＥＭＳパネルの）基板、３２ シャッタ、３３ 遮光膜、３４ 開口部、４０ インク溜まり、７１ 青色光、７２ｒ 赤色光、７２ｇ 緑色光、７２ｂ 青色光、７３ 青色光、１０１ 色変換基板、２０１ 表示装置、３０１ 蛍光体層付き液晶パネル。

Claims (7)

1. 透光性の基板と、
   前記基板の表面に配置され、第１波長域の光を散乱させるための粒子を含んだ第１発色層と、
   前記基板の表面に配置され、第１波長域の光によって励起されて第２波長域の光を放射する第２発色層と、
   前記基板の表面に配置され、第１波長域の光によって励起されて第３波長域の光を放射する第３発色層とを備え、
   前記第１発色層は、粒子の分布密度が局所的に低くなった粒子欠乏領域を有し、
   前記粒子欠乏領域の少なくとも一部を覆うように遮光性のマスクが配置されている、色変換基板。
2. 前記マスクは、前記粒子欠乏領域を覆うと同時に前記粒子欠乏領域の外側に広がるように配置されている、請求項１に記載の色変換基板。
3. 平面的に見たとき、前記第１発色層は長方形であり、前記マスクは、前記第１発色層の中心を覆うように配置されている、請求項１または２に記載の色変換基板。
4. 平面的に見たとき、前記マスクは、前記第１発色層の中心を交点とする十字形に配置されている、請求項３に記載の色変換基板。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の色変換基板と、
   透過型液晶パネルまたは透過型ＭＥＭＳであるところの光シャッタと、
   ＬＥＤバックライトまたは有機ＥＬバックライトであるところの光源とを備える、表示装置。
6. 請求項１から４のいずれかに記載の色変換基板を視認側の基板として含むように構成された液晶表示パネルを備える、表示装置。
7. 請求項１から４のいずれかに記載の色変換基板を視認側の基板として含むように構成された液晶表示パネルと、
   ＬＥＤバックライトまたは有機ＥＬバックライトであるところの光源とを備える、表示装置。