JP2019168511A - 液晶表示素子及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】青色光の透過率に優れる液晶表示素子を提供する。【解決手段】本発明の一側面に係る液晶表示素子は、第一の基板２、第一の電極３、液晶層５、第二の電極３ａ、偏光層６、平坦化層７、光変換層８、及び第二の基板９をこの順に備え、液晶層５は、２２０〜３００ｎｍのリタデーションを有し、光変換層８は、青色光ＬＴ１の入射によって赤色光を発光する赤色発光性ナノ結晶粒子と、青色光ＬＴ１の入射によって緑色光を発光する緑色発光性ナノ結晶粒子とを含む、ＶＡモードの液晶表示素子１０である。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示素子及び液晶表示装置に関する。

アクティブマトリクス型液晶表示装置は、その優れた表示品質によって、携帯端末、液晶テレビ、プロジェクタ、及びコンピューター等の市場に提供されている。液晶表示装置においては、高色再現規格（ＤＣＩやＢＴ２０２０等）を満たすことが求められており、色再現性の向上を目指した技術開発が進められている。色再現性は、例えば、同じ白色光源を用いた場合でも、光源の発光スペクトルの違いによって大きく変化する。現在主流となっている青色ＬＥＤ（発光ダイオード）と黄色蛍光体との組合せを用いた白色光源は、発光効率的には優れているものの、赤色光の不足などによって色再現性を向上させることが困難である。

これに対して、色再現性を向上させる技術として、液晶表示素子に量子ドット等の発光性ナノ結晶粒子を適用することが提案されている（例えば特許文献１を参照）。発光性ナノ結晶粒子は、粒子径数ｎｍから数十ｎｍの半導体微結晶からなり、電子正孔対の閉じ込め効果によって、電子のエネルギーレベルが離散的に存在する。エネルギーバンドギャップは、半導体微結晶の粒子径が小さくなるに従って大きくなる性質を有している。この性質を応用して粒子径をコントロールし、エネルギーバンドギャップを均一化すれば、発光スペクトルの半値幅が小さな光源が得られ、その結果、色再現性に優れたディスプレイを実現できる。

また、液晶表示素子では、コストダウン及び消費電力の低減といった観点から、色再現性の向上に加えて、光源からの光透過率の向上も求められている。例えば特許文献２では、カラーフィルタ（光変換）層に発光性ナノ結晶粒子を用いることが提案されている。この場合、液晶層に白色光を透過させる従来技術と異なり、液晶層に青色光のみを透過させている。

特開２０１３−１５８１２号公報 特開２０１５−２１９２７２号公報

しかしながら、液晶層に青色光のみを透過させる液晶表示装置においても、青色光の透過率の向上の点で更なる改善が必要である。そこで、本発明は、青色光の透過率に優れる液晶表示素子及び液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討した結果、量子ドット等の発光性ナノ結晶粒子を含む光変換層を用いた液晶表示素子において、液晶層のリタデーションを青色光に最適な値に設定し、かつ液晶表示素子の場所によってリタデーションのばらつきが生じないような素子構成を採用することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明の完成に至った。

本発明の一側面に係る液晶表示素子は、第一の基板、第一の電極、液晶層、第二の電極、偏光層、平坦化層、光変換層、及び第二の基板をこの順に備え、液晶層は、２２０〜３００ｎｍのリタデーションを有し、光変換層は、青色光の入射によって赤色光を発光する赤色発光性ナノ結晶粒子と、青色光の入射によって緑色光を発光する緑色発光性ナノ結晶粒子とを含む、ＶＡモードの液晶表示素子である。

この液晶表示素子は、液晶層と平坦化層との間に偏光層（いわゆるインセル型偏光板）を備えているので、液晶層を透過した青色光の偏光方向を適切に制御できる。また、液晶層が２２０〜３００ｎｍのリタデーションを有するので、液晶層を通過する青色光の透過率が向上すると共に、平坦化層が偏光層と光変換層とを平坦化しているので、基板間に液晶組成物が注入されて形成される液晶層の厚み（リタデーション）が液晶表示素子の場所によってばらつくことを抑制できる。したがって、液晶表示素子全体にわたって、優れた青色光の透過率が得られる。加えて、光変換層が青色光の入射によって発光する赤色発光性ナノ結晶粒子及び緑色発光性ナノ結晶粒子を含むので、入射された青色光と共に、発光性ナノ結晶粒子から発光された赤色光及び緑色光を用いて、発色再現性を向上させることができる。

本発明の他側面に係る液晶表示素子において、液晶層の屈折率異方性は、０．０５〜０．１５であってもよい。

本発明の他側面に係る液晶表示素子において、青色光は、４５０ｎｍの波長の光を含んでもよい。

本発明の他側面に係る液晶表示素子において、液晶層は自己配向性化合物を含んでよい。

本発明の他側面に係る液晶表示素子は、第一の電極と液晶層との間に設けられた第一の配向層と、液晶層と第二の電極との間に設けられた第二の配向層と、を更に備えてもよい。

本発明の他側面に係る液晶表示素子において、液晶層は、モノドメイン構造を有してもよい。

本発明の他の一側面に係る液晶表示装置は、上記液晶表示素子と、青色光を発生させる光源部と、光源部によって発生した青色光を液晶表示素子に導く導光部と、を備える。

本発明の一側面によれば、青色光の透過率に優れる液晶表示素子を提供することができる。本発明の他側面によれば、上記液晶表示素子を備えた液晶表示装置を提供することができる。これらの液晶表示素子及び液晶表示装置は、色再現性にも優れている。

一実施形態に係る液晶表示素子及び液晶表示装置を示す斜視図である。 他の一実施形態に係る液晶表示素子及び液晶表示装置を示す斜視図である。 一実施形態に係る液晶表示素子の構成を説明するための断面図である。 他の一実施形態に係る液晶表示素子の構成を説明するための断面図である。 一実施形態に係る光変換層から出射される光の発光スペクトルの一例を示すグラフである。 他の一実施形態に係る光変換層を示す断面図である。 他の一実施形態に係る光変換層を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、寸法比率等は、図面に記載のものに限定されるものではない。

図１は、一実施形態に係る液晶表示素子及び液晶表示装置を示す斜視図である。液晶表示素子及び液晶表示装置について分かりやすく説明するために、各構成要素を離間して記載している。

図１に示すように、液晶表示装置１０００は、液晶表示素子１０と、バックライトユニット１００とを備える。本実施形態では、バックライトユニット１００は、いわゆるエッジバックライト構造を有しており、青色光を発生させる光源部１０１と、光源部１０１によって発生した青色光ＬＴ１を液晶表示素子１０に導く導光部１０２とを備える。光源部１０１は、例えば、発光素子Ｌの一次元配列（直線状に配置された発光素子Ｌ）を含む。導光部１０２は、例えば、アクリル樹脂やガラス等で形成された導光板を含む。バックライトユニット１００では、例えば、導光部１０２の上端部及び／又は下端部に光源部１０１が設けられ、光源部１０１からの青色光ＬＴ１が導光部１０２を介して液晶表示素子１０に照射される。バックライトユニットは、必要に応じて、直下バックライト構造を有してもよい。

発光素子Ｌは、例えば青色ＬＥＤ（発光ダイオード）であってよい。発光素子Ｌは、例えば、４２０〜４８０ｎｍの波長領域に主発光ピークを有していてよく、少なくとも波長４５０ｎｍに発光を有する。このような当該青色ＬＥＤ（発光ダイオード）は、公知のものであってよく、例えば、サファイア基板の上に形成されるＡｌＮからなるシード層と、シード層上に形成される下地層と、ＧａＮを主体とする積層半導体層とを備えるものであってよい。積層半導体層は、基板側から下地層、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層の順に積層されて構成されていてよい。

液晶表示素子１０は、第一の偏光層１、第一の基板２、第一の電極３、液晶層５、第二の電極３ａ、第二の偏光層６、平坦化層７、光変換層８、及び第二の基板９を、バックライトユニット１００に近い側からこの順に備える、ＶＡ（Vertical Alignment）モード（ＶＡ型、垂直配向型）の液晶表示素子である。

液晶表示素子１０では、第一の基板２は、一方（バックライトユニット１００側）の面上に第一の偏光層１を有し、他方（液晶層５側）の面上に第一の電極３を有する。液晶層５は、第一の電極３と第二の電極３ａとの間に設けられている。第一の電極３及び第二の電極３ａの一方は画素電極であり、第一の電極３及び第二の電極３ａの他方は共通電極である。例えば、第一の電極３が画素電極であり、第二の電極３ａが共通電極であってよい。

第一の基板２及び第二の基板９は、それぞれ、例えばガラス又はプラスチック等の柔軟性をもつ材料で形成されている。第一の電極３及び第二の電極３ａは、それぞれ、例えばＩＴＯ等の透明な材料で形成されている。

第二の偏光層６は、第一の基板２と第二の基板９との間に設けられる、いわゆるインセル型偏光板である。第二の電極３ａと第二の基板９との間に、第二の偏光層６、平坦化層７及び光変換層８が設けられる。平坦化層７は、第二の偏光層６と光変換層８との間に位置し、例えば、第二の偏光層６と光変換層８とに接するように設けられる。

第一の偏光層１及び第二の偏光層６は、公知の偏光層（偏光板）であってよく、例えば、二色性有機色素偏光子、塗布型偏光層、ワイヤーグリッド型偏光子、コレステリック液晶型偏光子などであってよい。

液晶層５は、公知の液晶組成物からなっていてよく、波長５８９ｎｍの光に対して、下記式（１）で定義されるリタデーション（Ｒｅ）（２５℃）が２２０〜３００ｎｍとなるように構成されている。
Ｒｅ＝Δｎ×ｄ （１）
式（１）において、Δｎは波長５８９ｎｍの光に対する液晶層５の屈折率異方性を表し、ｄは液晶層５の厚み（ｎｍ）を表し、いずれも２５℃における値である。なお、本技術分野では、Ｒｅ及びΔｎとして波長５８９ｎｍにおけるＲｅ及びΔｎを用いることが一般的である。液晶層５のリタデーションは、波長４５０ｎｍの光の透過率を更に向上させる観点から、好ましくは２３０〜２９０ｎｍ、より好ましくは２４０〜２８０ｎｍ、更に好ましくは２５０〜２７０ｎｍである。

液晶層５は、波長５８９ｎｍの光に対して、例えば、０．０５〜０．１５の屈折率異方性Δｎを有する。液晶層５の厚みｄは、例えば、１５００ｎｍ（１．５μｍ）〜６０００ｎｍ（６μｍ）であってよい。

液晶層５は、モノドメイン構造を有することができる。ＶＡモードの液晶表示素子の多くは、液晶パネルの視野角特性を改善するために、液晶分子の配向分割技術、すなわちマルチドメイン構造を有している。マルチドメイン構造では、液晶表示素子の場所によって、液晶分子が垂直及び水平間を行き来する際に傾く方向を正反対にしている。例えば、液晶表示素子のある範囲では液晶分子を右に傾かせ、別の範囲では液晶分子を左に傾かせている。この結果、液晶表示素子全体の光量が平均化されて、視野角による色変化が大幅に抑制される。本実施形態のＶＡモードの液晶表示素子１０では、光変換層８で発光した光が、等方的に発光するため、マルチドメイン構造とする必要がない。

平坦化層７は、光変換層８の液晶層５側の面上に形成されており、光変換層８の液晶層５側の表面を平坦化している。加えて、平坦化層７の液晶層５側の面上（すなわち、平坦化層７により平坦化された光変換層８上）に第二の偏光層６が更に形成されるため、第二の偏光層６の液晶層５側の表面も平坦になっている。

平坦化層７は、例えば、アクリル、エポキシ、ポリイミド等の材料で形成されている。平坦化層７は、例えば、これらの材料を含有する溶液を光変換層８の液晶層５側の面上に塗布し、熱や光で硬化することによって形成される。平坦化層７の厚みは、例えば１〜５μｍであってよい。平坦化層７の表面及びその上に形成される第二の偏光層６の液晶層５側の表面は、例えば、１０〜６０ｎｍの平坦化度を有している。平坦化度は、最も高い突起から最も深い凹みまでの距離の１／２で定義され、レーザー変位計等を用いて測定される。

光変換層８は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の三原色画素を有している。光変換層８は、赤色（Ｒ）画素に対応する位置に、青色光の入射によって赤色光を発光する赤色発光性ナノ結晶粒子を含み、緑色（Ｇ）画素に対応する位置に、青色光の入射によって緑色光を発光する緑色発光性ナノ結晶粒子を含んでいる（詳細は後述する）。

以上のような液晶表示装置１０００では、例えば、発光素子Ｌによって発生した青色光ＬＴ１が、導光部１０２を介して、第一の偏光層１に入射される。青色光ＬＴ１は、少なくとも４５０ｎｍの波長の光を含んでおり、例えば、４２０〜４８０ｎｍの波長の光であってよい。第一の偏光層１に入射した青色光は、第一の偏光層１によって特定の方向に偏光された後に、液晶層５に入射する。液晶層５においては、液晶層５を挟む第一の電極３及び第二の電極３ａの駆動によって、青色光の偏光方向が変えられる。液晶層５から出射した青色光は、第二の偏光層６によって、遮断又は特定方向に偏光される。第二の偏光層６から光変換層８に入射した青色光は、光変換層８によって赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のいずれかの光ＬＴ２として変換又は透過され、第二の基板９から液晶表示装置１０００の外部に出射される。

液晶表示素子１０は、第二の偏光層６を含むので、液晶層５から出射された青色光の偏光方向を適切に制御できる。液晶層５は、２２０〜３００ｎｍのリタデーションＲｅを有するので、液晶層５を通過する青色光の透過率が向上する。また、平坦化層７が光変換層８状に形成されていることにより、第二の偏光層６が平坦化されるため、基板２，９間に液晶組成物が注入されて形成される液晶層５の厚みｄが液晶表示素子１０の場所によってばらつくことを抑制できる。そのため、液晶層５の厚みｄの均一性が向上し、結果として、液晶層５のリタデーションＲｅの値の均一性が向上することで、液晶表示素子１０全体にわたって、優れた青色光（特に波長４５０ｎｍの光）の透過率が得られる。加えて、光変換層８が青色光の入射によって発光する赤色発光性ナノ結晶粒子及び緑色発光性ナノ結晶粒子を含むので、入射された青色光と共に、発光性ナノ結晶粒子から発光された赤色光及び緑色光を用いて、発色再現性を向上させることができる。

図２は、他の一実施形態に係る液晶表示素子及び液晶表示装置を示す斜視図である。液晶表示素子及び液晶表示装置について分かりやすく説明するために、各構成要素を離間して記載している。

図２に示すように、液晶表示素子１０ａは、他の一実施形態において、液晶層５の両面に配向層４，４ａを更に備えている。すなわち、液晶表示素子１０ａは、第一の偏光層１、第一の基板２、第一の電極３、第一の配向層４、液晶層５、第二の配向層４ａ、第二の電極３ａ、第二の偏光層（インセル型偏光板）６、平坦化層７、光変換層８、及び第二の基板９を、バックライトユニット１００に近い側からこの順に備える、ＶＡモード（ＶＡ型）の液晶表示素子である。

第一の配向層４は、第一の基板２及び第一の電極３の液晶層５側に形成されている。第二の配向層４ａは、第二の偏光層６及び第二の電極３ａの液晶層５側に形成されている。第一の配向層４及び第二の配向層４ａは、好ましくは、光処理されてなる配向層である。この場合、追加の構造物やファインスリット等の複雑なパターンを使用せず配向処理が可能となる。

より具体的には、第一の配向層４及び第二の配向層４ａは、例えば、光応答性分子を含有する層を形成した後、直線偏光の照射等の光配向処理を施すことにより形成可能である。光応答性分子は、光に応答して二量化により架橋構造を形成する光応答性二量化型分子、光に応答して異性化し偏光軸に対して略垂直又は平行に配向する光応答性異性化型分子、及び光に応答して高分子鎖が切断する光応答性分解型高分子からなる群から選択される少なくとも１種であってよい。このような配向層としては、例えば、国際公開第２０１２／１６５５５０号、国際公開第２０１３／００２２６０号等に記載の配向層を用いることができる。

他の一実施形態では、液晶組成物にいわゆる自発配向性化合物（自発配向性モノマー）を含有させ、基板２，９間に液晶組成物を注入した後に、自発配向性化合物（モノマー）を光硬化させることにより、第一の配向層４及び第二の配向層４ａに相当する層を形成することも可能である。このような自発配向性化合物としては、例えば、特許第０６０８１３６１号に記載の化合物を用いることができる。すなわち、液晶層５は、自己配向性化合物を含んでいてよい。この場合、第一の配向層４及び第二の配向層４ａ（特に第二の配向層４ａ）に相当する層を形成する際に、加熱が不要となる、又は加熱を最小限に抑えられるという利点があり、その結果、光変換層８に含まれる発光性ナノ結晶粒子への熱による悪影響が生じることを抑制できる。

以下、液晶表示装置における液晶表示素子の構成、特に、偏光層、光変換層及び液晶層の構成について更に詳細に説明する。図３及び４は、それらを説明するための模式断面図である。図３及び４では、偏光層、光変換層及び液晶層の位置関係を分かりやすく説明するために、図１及び図２で示した第一の電極３、第二の電極３ａ、第一の配向層４、及び第二の配向層４ａを省略している。

図３及び４では、液晶層５に対してバックライトユニット１００側の第一の基板２とその基板に積層される各層との積層体をアレイ基板（Ａ−ＳＵＢ）とし、液晶層５に対してバックライトユニット１００の反対側の第二の基板９とその基板に積層される各層との積層体を対向基板（Ｏ−ＳＵＢ）としている。

図３に示す実施形態においては、光変換層８Ａが対向基板（Ｏ−ＳＵＢ）内に設けられ、光変換層８Ａと第二の偏光層（インセル型偏光板）６とが、一対の基板（第一の基板２及び第二の基板９）の間に設けられ、平坦化層７が、第二の偏光層６と光変換層８Ａとの間に設けられている。

光変換層８Ａは、青色光を赤色光に変換するための赤色（Ｒ）の画素部（赤色の色層部）として、赤色発光性ナノ結晶粒子を含む光変換赤色画素層（ＮＣ−Ｒｅｄ）と、青色光を緑色光に変換するための緑色（Ｒ）の画素部（緑色の色層部）として、緑色発光性ナノ結晶粒子を含む光変換緑色画素層（ＮＣ−Ｇｒｅｅｎ）とを備えている。

一方、この液晶表示装置では青色光が光源として使用されるので、光変換層８Ａは、青色光を出射する青色（Ｂ）の画素部（青色の色層部）を有しているが、光源からの青色光をそのまま透過させて使用してもよい。他の実施形態では、光変換層８Ａは、青色（Ｂ）の画素部（青色の色層部）として、青色発光性ナノ結晶粒子を含む光変換青色画素層（ＮＣ−Ｂｌｕｅ）を備えていてもよく、透明樹脂や青色の色材を含む色材層、いわゆる青色カラーフィルタ（ＣＦ−Ｂｌｕｅ）を備えていてもよい。このように、青色発光性ナノ結晶粒子は任意成分となりうることから、図３及び４では、青色発光性ナノ結晶粒子を破線で表示している。

図４に示す実施形態においては、各層の構成は図３に示す実施形態と同様であるが、光変換層８Ｂを構成する赤色の色層部が、赤色の色材を含む色材層（赤色カラーフィルタ）（ＣＦ−Ｒｅｄ）と、この赤色の色材を含む色材層（ＣＦ−Ｒｅｄ）の液晶層５側に赤色発光性ナノ結晶粒子を含有する光変換赤色画素層（ＮＣ−Ｒｅｄ）とが積層された２層構造を有している。同様に、緑色の色層部は、緑色の色材を含む色材層（緑色カラーフィルタ）（ＣＦ−Ｇｒｅｅｎ）と、この緑色の色材を含む色材層（ＣＦ−Ｇｒｅｅｎ）の液晶層５側に緑色発光性ナノ結晶粒子を含有する光変換緑色画素層（ＮＣ−Ｇｒｅｅｎ）が積層された２層構造を有している。青色の色層部は、青色発光性ナノ結晶粒子を必要により含む青色カラーフィルタ（ＣＦ−Ｂｌｕｅ）からなる単層構造を有する。

赤色の色層部及び緑色の色層部における２層構造では、入射光（光源からの青色光）の全てが発光性ナノ結晶粒子を含有する光変換画素層で変換されない場合に、各色材層（カラーフィルタ）が、残った青色光を透過させずに吸収することができる。緑色の色層部における２層構造は、光変換緑色画素層（ＮＣ−Ｇｒｅｅｎ）と緑色の色材層（緑色カラーフィルタ）（ＣＦ−Ｇｒｅｅｎ）との組合せに代えて、励起光の透過を考慮して色補正を行うために、光変換緑色画素層（ＮＣ−Ｇｒｅｅｎ）と黄色の色材を含む色材層（ＣＦ−Ｙｅｌｌｏｗ）との組合せで構成されていてもよい。

発光性ナノ結晶粒子は、好ましくは、粒子の少なくとも１つの長さが１００ｎｍ以下の粒子である。発光性ナノ結晶粒子の平均粒子径（１次粒子径）は、５０ｎｍ以下、４０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、又は２０ｎｍ以下であってよく、１ｎｍ以上であってよい。発光性ナノ結晶粒子の平均粒子径（１次粒子径）は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察によって測定できる。具体的には、ＴＥＭにより任意の複数個の発光性ナノ結晶粒子を観察し、投影二次元映像よる長短径比からそれぞれの粒子径を算出し、その平均を求めることができる。発光性ナノ結晶粒子の１次粒子とは、構成する数〜数十ｎｍの大きさの単結晶又はそれに近い結晶子のことである。

発光性ナノ結晶粒子の形状は、任意の幾何学的形状であってよく、対称又は非対称であってよい。発光性ナノ結晶粒子の形状は、例えば、細長状、ロッド状、球状、楕円球状、角錐状、ディスク状、枝状、網状等の規則的な形状であってよく、任意の不規則な形状であってもよい。一実施形態では、発光性ナノ結晶粒子は、量子ドット又は量子ロッドである。

発光性ナノ結晶粒子は、例えば、第一の半導体材料を含むコアのみからなる構造を有していてよく、第一の半導体材料を含むコアと、前記コアの少なくとも一部を被覆し、かつ第一の半導体材料と異なる第二の半導体材料を含むシェルとを備えるコア／シェル構造を有していてもよい。コア及びシェルの一方又は両方は、第一の半導体材料及び第二の半導体材料以外の第三の半導体材料を更に含んでもよい。シェルは、互いに異なる半導体材料を含む二層から構成されていてもよく、すなわち、発光性ナノ結晶粒子は、コア／シェル／シェル構造を有していてもよい。

発光性ナノ結晶粒子に含まれる半導体材料は、例えば、ＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＶ族半導体及びＩ−ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族半導体からなる群より選択される。

半導体材料は、具体的には、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＣｄＨｇＺｎＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅ、ＨｇＺｎＳＴｅ；ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＳｂ、ＧａＰＡｓ、ＧａＰＳｂ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＮＳｂ、ＡｌＰＡｓ、ＡｌＰＳｂ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＮＳｂ、ＩｎＰＡｓ、ＩｎＰＳｂ、ＧａＡｌＮＰ、ＧａＡｌＮＡｓ、ＧａＡｌＮＳｂ、ＧａＡｌＰＡｓ、ＧａＡｌＰＳｂ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＳｂ、ＩｎＡｌＮＰ、ＩｎＡｌＮＡｓ、ＩｎＡｌＮＳｂ、ＩｎＡｌＰＡｓ、ＩｎＡｌＰＳｂ；ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＳｎＳｅＳ、ＳｎＳｅＴｅ、ＳｎＳＴｅ、ＰｂＳｅＳ、ＰｂＳｅＴｅ、ＰｂＳＴｅ、ＳｎＰｂＳ、ＳｎＰｂＳｅ、ＳｎＰｂＴｅ、ＳｎＰｂＳＳｅ、ＳｎＰｂＳｅＴｅ、ＳｎＰｂＳＴｅ；Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＡｇＩｎＳｅ_２、ＣｕＧａＳｅ_２、ＣｕＩｎＳ_２、ＣｕＧａＳ_２、ＣｕＩｎＳｅ_２、ＡｇＩｎＳ_２、ＡｇＧａＳｅ_２、ＡｇＧａＳ_２、Ｃ、Ｓｉ及びＧｅからなる群より選択されてよい。

発光性ナノ結晶粒子はこれらの半導体材料の少なくとも１種を含んでおり、２種以上の半導体材料を含む場合、例えば、上述の第一の半導体材料、第二の半導体材料及び第三の半導体材料としてそれぞれ選ばれる半導体材料を含む。半導体材料は、好ましくは、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｇＩｎＳ_２、ＡｇＩｎＳｅ_２、ＡｇＩｎＴｅ_２、ＡｇＧａＳ_２、ＡｇＧａＳｅ_２、ＡｇＧａＴｅ_２、ＣｕＩｎＳ_２、ＣｕＩｎＳｅ_２、ＣｕＩｎＴｅ_２、ＣｕＧａＳ_２、ＣｕＧａＳｅ_２、ＣｕＧａＴｅ_２、Ｓｉ、Ｃ、Ｇｅ及びＣｕ_２ＺｎＳｎＳ_４からなる群より選択される。

発光性ナノ結晶粒子の発光色（発光波長）は、井戸型ポテンシャルモデルのシュレディンガー波動方程式の解によれば粒子径に依存するが、発光性ナノ結晶粒子が有するエネルギーギャップにも依存するため、使用する発光性ナノ結晶粒子の種類及びその粒子径を調整することによって、発光色（発光波長）を調整することができる。

発光性ナノ結晶粒子を含む光変換画素層は、樹脂成分を更に含んでおり、必要に応じて、発光性ナノ結晶粒子に対して親和性のある分子、公知の添加剤、その他の色材を更に含んでいてもよい。

光変換画素層において、発光性ナノ結晶粒子の含有量は、樹脂成分１００質量部に対して、８０質量部以下、７０質量部以下、６０質量部以下、又は５０質量部以下であってよく、１．０質量部以上、３．０質量部以上、５．０質量部以上、又は１０．０質量部以上であってよい。

図５は、光変換層８から出射される光の発光スペクトルの一例を示すグラフである。図５には、参考例として、発光性ナノ結晶粒子を用いない従来の液晶表示素子における白色光のスペクトルＳｗも示されている。図５に示されるように、赤色波長域における赤色発光性ナノ結晶粒子の発光スペクトルＳｒでは、発光のピーク波長は約６３５ｎｍであり、スペクトルの半値幅Ｆｒは約４０ｎｍである。緑色波長域における緑色発光性ナノ結晶粒子の発光スペクトルＳｇでは、発光のピーク波長は約５３０ｎｍであり、スペクトルの半値幅Ｆｇは約３０ｎｍである。青色波長域における青色光源又は青色発光性ナノ結晶粒子の発光スペクトルＳｂでは、発光のピーク波長は約４５０ｎｍであり、スペクトルの半値幅Ｆｂは約２０ｎｍである。

赤色発光性ナノ結晶粒子の発光スペクトルの波長ピークは、６６５ｎｍ以下、６６３ｎｍ以下、６６０ｎｍ以下、６５８ｎｍ以下、６５５ｎｍ以下、６５３ｎｍ以下、６５１ｎｍ以下、６５０ｎｍ以下、６４７ｎｍ以下、６４５ｎｍ以下、６４３ｎｍ以下、６４０ｎｍ以下、６３７ｎｍ以下、６３５ｎｍ以下、６３２ｎｍ以下、又は６３０ｎｍ以下であってよく、６２８ｎｍ以上、６２５ｎｍ以上、６２３ｎｍ以上、６２０ｎｍ以上、６１５ｎｍ以上、６１０ｎｍ以上、６０７ｎｍ以上、又は６０５ｎｍ以上であってよい。

緑色発光性ナノ結晶粒子の発光スペクトルの波長ピークは、５６０ｎｍ以下、５５７ｎｍ以下、５５５ｎｍ以下、５５０ｎｍ以下、５４７ｎｍ以下、５４５ｎｍ以下、５４３ｎｍ以下、５４０ｎｍ以下、５３７ｎｍ以下、５３５ｎｍ以下、５３２ｎｍ以下、又は５３０ｎｍ以下であってよく、５２８ｎｍ以上、５２５ｎｍ以上、５２３ｎｍ以上、５２０ｎｍ以上、５１５ｎｍ以上、５１０ｎｍ以上、５０７ｎｍ以上、５０５ｎｍ以上、５０３ｎｍ以上、又は５００ｎｍ以上であってよい。

光変換層８が青色発光性ナノ結晶粒子を含む場合、青色発光性ナノ結晶粒子の発光スペクトルの波長ピークは、４８０ｎｍ以下、４７７ｎｍ以下、４７５ｎｍ以下、４７０ｎｍ以下、４６７ｎｍ以下、４６５ｎｍ以下、４６３ｎｍ以下、４６０ｎｍ以下、４５７ｎｍ以下、４５５ｎｍ以下、４５２ｎｍ以下、又は４５０ｎｍ以下であってよく、４５０ｎｍ以上、４４５ｎｍ以上、４４０ｎｍ以上、４３５ｎｍ以上、４３０ｎｍ以上、４２８ｎｍ以上、４２５ｎｍ以上、４２２ｎｍ以上、又は４２０ｎｍ以上であってよい。

発光性ナノ結晶粒子の量子収率は、４０％以上、３０％以上、２０％以上、又は１０％以上であってよい。発光性ナノ結晶粒子の発光スペクトルの半値幅は、６０ｎｍ以下、５５ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、又は４５ｎｍ以下であってよい。

光変換層８は、上述した各実施形態の他にも種々の実施形態をとり得る。図６及び７は、他の実施形態に係る光変換層８の断面を示す図である。図６に示されるように、光変換層８Ｃは、一実施形態において、赤色発光性ナノ結晶粒子（ＮＣ（Ｒｅｄ））を含む赤色画素Ｒ、緑色発光性ナノ結晶粒子（ＮＣ（Ｇｒｅｅｎ））を含む緑色画素Ｇ、及び青色発光性ナノ結晶粒子（ＮＣ（Ｂｌｕｅ））を必要により含む青色画素Ｂをそれぞれ互いに隔てるブラックマトリックス（遮光層）ＢＭを更に備えていてよい。この場合、各色間の混色を防ぐことができる。

図７に示されるように、光変換層８Ｄは、一実施形態において、色材層（カラーフィルタ）ＣＦＬと、色材層ＣＦＬの液晶層５側に積層された発光性ナノ結晶粒子層ＮＣＬとを備えている。発光性ナノ結晶粒子層ＮＣＬの構成は、図６に示す光変換層８Ｃと同様である。色材層ＣＦＬは、例えば、光源からの青色光ＬＴ１の漏れ光を抑制する黄色カラーフィルタ（ＣＦ−Ｙｅ）であってよい。光源からの光（励起光、例えば青色光）を全て光変換層８Ｄで変換できないため、残った励起光が光変換層８Ｄを透過させず吸収する必要がある。そのため、光変換層８Ｄは、発光性ナノ結晶粒子層ＮＣＬと色材層（カラーフィルタ）ＣＦＬとを積層させることで、残った励起光（青色光）を外部から視認しないよう抑制している。さらに、色材層ＣＦＬが光源からの青色光ＬＴ１以外の外部からの不要な光を遮断できるため、画質の低下を抑制することが可能である。

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。

表１に示す構成の液晶表示素子について、透過率のシミュレーションを行った（シンテック社製ＬＣＤＭａｓｔｅｒ２Ｄ Ｖ８を使用）。透過率シミュレーションでは、配向膜界面のチルト角を８９°に固定し、ＶＡモードとして計算を行った。液晶の物性値として、ｋ１１＝１５．６、ｋ３３＝１２．６、ε//＝３．３、ε⊥＝５．９を用い、透過率は、８Ｖの時の値を求めた。なお、実施例１〜３及び比較例１のいずれにおいても、Δｎ（２５℃、波長５８９ｎｍ）は０．０９２８とした。液晶層の厚みは、実施例１：２．３７μｍ、実施例２：２．８０μｍ、実施例３：３．２３μｍ、比較例１：３．５０μｍとした。結果を表１に示す。

表１に示すとおり、リタデーションが２２０〜３００ｎｍの範囲内である実施例１〜３は、範囲外である比較例１に比べて、４５０ｎｍの光に対して優れた透過率を示した。特に、リタデーションが２６０ｎｍである実施例２は、比較例１に対して１．２１倍の透過率を示した。

２…第一の基板、３…第一の電極、３ａ…第二の電極、４…第一の配向層、４ａ…第二の配向層、５…液晶層、６…第二の偏光層、７…平坦化層、８…光変換層、９…第二の基板、１０…液晶表示素子、１０１…光源部、１０２…導光部、１０００…液晶表示装置。

Claims (7)

1. 第一の基板、第一の電極、液晶層、第二の電極、偏光層、平坦化層、光変換層、及び第二の基板をこの順に備え、
   前記液晶層は、２２０〜３００ｎｍのリタデーションを有し、
   前記光変換層は、青色光の入射によって赤色光を発光する赤色発光性ナノ結晶粒子と、青色光の入射によって緑色光を発光する緑色発光性ナノ結晶粒子とを含む、ＶＡモードの液晶表示素子。
2. 前記液晶層の屈折率異方性は０．０５〜０．１５である、請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記青色光は４５０ｎｍの波長の光を含む、請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
4. 前記液晶層は自己配向性化合物を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶表示素子。
5. 前記第一の電極と前記液晶層との間に設けられた第一の配向層と、
   前記液晶層と前記第二の電極との間に設けられた第二の配向層と、
   を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶表示素子。
6. 前記液晶層はモノドメイン構造を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の液晶表示素子。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶表示素子と、
   前記青色光を発生させる光源部と、
   前記光源部によって発生した前記青色光を前記液晶表示素子に導く導光部と、
   を備える、液晶表示装置。

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