液晶表示装置
【課題】発光素子にて構成されるバックライト部を薄く形成して、薄型の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】発光素子１０は、ＴＦＴ４が設けられた第１の基板１に配置されている。このように、発光素子１０は、液晶表示装置を構成する２枚の基板１，２のうちの一方の基板１に直接に形成されている。このため、従来のバックライト装置で必要であった、発光素子を配置するための基板が不要となる。
【解決手段】発光素子１０は、ＴＦＴ４が設けられた第１の基板１に配置されている。このように、発光素子１０は、液晶表示装置を構成する２枚の基板１，２のうちの一方の基板１に直接に形成されている。このため、従来のバックライト装置で必要であった、発光素子を配置するための基板が不要となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、直下型のバックライトを有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶表示装置は、液晶パネルと、この液晶パネルを照射するバックライト装置とを有している。
【０００３】
上記液晶パネルは、薄膜トランジスタ基板とカラーフィルタ基板とを有し、この両方の基板は、互いに平行に対向して配置され、この両方の基板の間には、液晶が充填されている。
【０００４】
上記バックライト装置は、上記液晶パネルの直下に配置され、液晶パネルの基板とは別の基板と、この別の基板に配置された発光素子とを有していた（特開２００９−１８１８８３号公報：特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、上記従来の液晶表示装置では、バックライト装置の基板は、液晶パネルの基板とは別の基板を用いていたため、バックライト装置が厚くなって、液晶表示装置が厚くなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１８１８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明の課題は、発光素子にて構成されるバックライト部を薄く形成して、薄型の液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の液晶表示装置は、
光を透過する第１の基板と、
光を透過する第２の基板と、
上記第１の基板と上記第２の基板との間に充填されている液晶と、
上記第１の基板における上記液晶側と反対側の面に配置されている発光素子と
を備えることを特徴としている。
【０００９】
ここで、この明細書では、例えば、上記第１の基板は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板またはカラーフィルタ基板の一方の基板であり、上記第２の基板は、ＴＦＴ基板またはカラーフィルタ基板の他方の基板である。上記ＴＦＴ基板には、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が設けられている。上記カラーフィルタ基板には、発光素子から発せられた光を遮るブラックマトリクスが設けられており、または、ブラックマトリクスに加えて、赤色、緑色および青色の着色層が設けられている。
【００１０】
この発明の液晶表示装置によれば、上記発光素子は、上記第１の基板に配置されているので、発光素子は、液晶表示装置を構成する２枚の基板のうちの一方の基板に直接に形成されている。このため、従来のバックライト装置で必要であった、発光素子を配置するための基板が不要となる。
【００１１】
したがって、発光素子にて構成されるバックライト部を薄く形成することができて、薄型の液晶表示装置を実現できる。
【００１２】
また、一実施形態の液晶表示装置では、
上記発光素子は、
棒状の第１導電型の半導体コアと、
上記半導体コアを覆うように形成された第２導電型の半導体層と
を有し、
上記発光素子は、上記発光素子の軸が上記第１の基板の上記面に略平行となるように、上記第１の基板に配置されている。
【００１３】
この実施形態の液晶表示装置によれば、上記発光素子は、棒状構造の発光素子であるので、発光素子から発せられた光は、発光素子の軸を中心として３６０度方向に照射される。このため、発光素子を第１の基板上に配置させる工程において、上記軸を中心とした回転方向を制御する必要がない。したがって、発光素子の配列を容易に行うことが可能となる。
【００１４】
また、上記発光素子は、棒状構造の発光素子であるので、発光素子の体積当りの発光面積を大きくすることができる。このため、所望の光量を得るための発光素子のサイズを小さくし、発光素子の材料費を低減することができる。したがって、液晶表示装置のコストを低減することができる。
【００１５】
また、一実施形態の液晶表示装置では、
上記第１の基板または上記第２の基板には、上記発光素子から発せられた光が通過する光通過領域が設けられ、
上記発光素子は、上記第１の基板の上記面に直交する方向からみて、上記光通過領域に重なる位置に配置され、上記発光素子は、上記光通過領域よりも小さい。
【００１６】
この実施形態の液晶表示装置によれば、上記光通過領域に重なる位置に、この光通過領域よりも小さい上記発光素子を配置しているので、発光素子から発せられた光を効率良く利用することができる。すなわち、光通過領域に重ならない位置には発光素子を配置しないことにより、表示に寄与しない光の照射を抑えることができ、低消費電力化が図れる。
【００１７】
また、１つの光通過領域に対して１つの発光素子を配置することができて、発光素子と光通過領域との位置関係を同じにできる。したがって、バックライトの光は画素ごとに一定で、輝度むらは生じない。これに対して、従来のバックライト装置では、発光素子の数量は、液晶パネルの画素数に対して一般的に少ない。このため、発光素子の位置と画素の位置との関係は、画素ごとに異なるため、発光素子からの光強度は画素ごとに異なり、バックライトの光に輝度むらが生じる。
【００１８】
また、液晶パネルを形成する上記第１の基板と同一基板上に発光素子を形成しているため、上記光通過領域に合わせて、制御性良く発光素子を配置できる。すなわち、光通過領域と発光素子のアライメントを制御良く行うことができる。
【００１９】
また、一実施形態の液晶表示装置では、上記発光素子から発せられた光を上記第１の基板側に反射させる反射膜を有する。
【００２０】
この実施形態の液晶表示装置によれば、上記発光素子から発せられた光を上記第１の基板側に反射させる反射膜を有するので、発光素子から第１の基板の液晶側と反対の向きに照射された光を効率良く液晶に向かって反射させることができる。したがって、発光素子から発せられた光を効率良く利用することができる。
【００２１】
また、一実施形態の液晶表示装置では、上記反射膜は、上記発光素子上に積層された透明な保護膜上に積層されている。
【００２２】
この実施形態の液晶表示装置によれば、上記反射膜は、上記発光素子上に積層された透明な保護膜上に積層されているので、保護膜の膜厚および形状を調整することにより、第１の基板または第２の基板に設けられた光通過領域に無駄なく光を照射することができる。
【００２３】
また、一実施形態の液晶表示装置では、上記第１の基板の上記液晶側の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタが設けられている。
【００２４】
この実施形態の液晶表示装置によれば、上記第１の基板の上記液晶側の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が設けられているので、発光素子から発せられた光は、ＴＦＴが形成された基板側から液晶に入射される。
【００２５】
そして、ＴＦＴが形成されている基板の側から光を入射するという点で、一般的な液晶表示装置と同様である。それゆえ、液晶表示装置の構成を大きく変えることなく薄型の液晶表示装置を実現できる。
【００２６】
また、一実施形態の液晶表示装置では、上記第２の基板の上記液晶側の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタが設けられている。
【００２７】
この実施形態の液晶表示装置によれば、上記第２の基板の上記液晶側の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が設けられているので、発光素子から発せられた光は、ＴＦＴが形成された基板と反対の基板側から液晶に入射される。
【００２８】
そして、発光素子とＴＦＴとをそれぞれ別の基板上に形成することができるため、発光素子を配置する工程において、ＴＦＴにダメージを与えることを防ぐことができ、または、ＴＦＴを形成する工程において、発光素子にダメージを与えることを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２９】
この発明の液晶表示装置によれば、上記発光素子は、上記第１の基板に配置されているので、発光素子にて構成されるバックライト部を薄く形成することができて、薄型の液晶表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の液晶表示装置の第１実施形態を示す簡略断面図である。
【図２】発光素子の斜視図である。
【図３Ａ】発光素子の製造方法の第１工程を示す断面図である。
【図３Ｂ】発光素子の製造方法の第２工程を示す断面図である。
【図３Ｃ】発光素子の製造方法の第３工程を示す断面図である。
【図３Ｄ】発光素子の製造方法の第４工程を示す断面図である。
【図３Ｅ】発光素子の製造方法の第５工程を示す断面図である。
【図４】液晶表示装置の電極を示す平面図である。
【図５】発光素子を電極に配列する方法を示すと共に図４のＡ−Ａ線から見た断面図である。
【図６】発光素子を電極に配列した状態を示す平面図である。
【図７】発光素子を電極に配列した状態を示すと共に図６のＢ−Ｂ線から見た断面図である。
【図８】発光素子に反射膜を設けた状態を示す断面図である。
【図９】比較例を示す断面図である。
【図１０】本発明の液晶表示装置の第２実施形態を示す簡略断面図である。
【図１１】本発明の液晶表示装置の第３実施形態を示す簡略断面図である。
【図１２】発光素子を電極に配列した状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、この発明の液晶表示装置の第１実施形態である断面図を示している。図１に示すように、この液晶表示装置は、光を透過する第１の基板１と、光を透過する第２の基板２とを有する。第１の基板１と第２の基板２とは、互いに平行に対向して配置され、この両方の基板１，２の間には、液晶３が充填されている。第１の基板１、第２の基板２および液晶３は、液晶パネルを構成する。
【００３３】
上記第１の基板１の液晶３側（下側）の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）４が設けられている。つまり、第１の基板１は、ＴＦＴ基板である。
【００３４】
上記ＴＦＴ４は、第１の基板１側から順に配置されたゲート電極４１、（アモルファスシリコン等からなる）半導体膜４２、ソース電極４３およびドレイン電極４４を有する。ゲート電極４１と半導体膜４２との間には、窒化シリコン等からなるゲート絶縁膜４５が設けられている。ソース電極４３とドレイン電極４４とは、ゲート電極４１下の半導体膜４２の両側に相互に離隔して形成されている。ドレイン電極４４は、コンタクトホールを介して、画素電極４６に接続されている。
【００３５】
上記ＴＦＴ４は、ゲート電極４１より供給される走査信号電圧によってオン／オフ制御される。また、ソース電極４３より供給される画像表示信号電圧は、ドレイン電極４４を介して画素電極４６に供給される。
【００３６】
上記ＴＦＴ４は、ゲート絶縁膜４５の下側に形成された絶縁膜４７に覆われている。この絶縁膜４７は、感光性樹脂からなり、ソース電極４３と画素電極４６との間に配置されて両電極間を絶縁する。画素電極４６は、画素領域毎に、マトリクス状に形成されている。画素電極４６は、例えばＩＴＯ（indium-tin oxide：インジウム酸化スズ）等の透明導電体により形成されている。この画素電極４６の下側には図示しない配向膜が形成され、液晶３がこの配向膜により所定の方向に配向規制される。
【００３７】
上記第１の基板１における液晶３側と反対側（上側）の面に、第１の偏光膜１７を介して、発光素子１０が配置されている。発光素子１０上に透明な保護膜８が積層され、この保護膜８上に反射膜９が積層されている。
【００３８】
上記反射膜９は、発光素子１０から発せられた光を第１の基板１側に反射させる。この反射膜９によって、発光素子１０から第１の基板１の液晶３側と反対の向きに照射された光を効率良く液晶３に向かって反射させることができる。したがって、発光素子１０から発せられた光を効率良く利用することができる。
【００３９】
上記発光素子１０は、例えば、青色のＬＥＤ発光素子であり、この発光素子１０上に、黄色の蛍光を発する蛍光体１３で覆うことで、白色のバックライト部を構成する。上記保護膜８は、例えば樹脂などからなり、上記反射膜９は、例えばアルミニウムなどからなる。
【００４０】
上記発光素子１０は、棒状構造の発光素子であり、発光素子１０の軸が第１の基板１の上面に略平行となるように、第１の基板１に配置されている。
【００４１】
図２に示すように、上記発光素子１０は、棒状の第１導電型の半導体コア１１と、半導体コア１１を覆うように形成された第２導電型の半導体層１２とを有する。半導体コア１１は、ｎ型ＧaＮからなり、断面六角形の棒状に形成されている。半導体層１２は、ｐ型ＧaＮからなっている。半導体コア１１は、一端側の外周面が露出する露出部分１１ａが形成されている。半導体コア１１の他端側の端面は、半導体層１２に覆われている。
【００４２】
上記半導体コア１１の露出部分１１ａにｎ側電極（図７の第２の電極５２）が接続され、上記半導体層１２にｐ側電極（図７の第１の電極５１）が接続されて、半導体コア１１の外周面と半導体層１２の内周面とのｐｎ接合部で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側電極からｎ側電極に電流を流すことにより、ｐｎ接合部から光が放出される。この発光素子１０では、半導体層１２で覆われた半導体コア１１の全周から光が放出されることにより発光領域が広くなるので、発光効率が高い。
【００４３】
ここで、上記発光素子１０とは、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍ〜３０μｍのマイクロオーダーサイズや、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの素子である。
【００４４】
上記発光素子１０から発せられた光は、発光素子１０の軸を中心として３６０度方向に照射される。このため、発光素子１０を第１の基板１上に配置させる工程において、上記軸を中心とした回転方向を制御する必要がない。したがって、発光素子１０の配列を容易に行うことが可能となる。
【００４５】
また、上記発光素子１０は、棒状構造の発光素子であるので、発光素子１０の体積当りの発光面積を大きくすることができる。このため、所望の光量を得るための発光素子１０のサイズを小さくし、発光素子１０の材料費を低減することができる。したがって、液晶表示装置のコストを低減することができる。
【００４６】
ここで、上記発光素子１０の製造方法を説明する。この実施形態では、Ｓiをドープしたｎ型ＧaＮとＭgをドープしたｐ型ＧaＮとを用いるが、ＧaＮにドーピングする不純物はこれに限らない。
【００４７】
まず、図３Ａに示すように、ｎ型ＧaＮからなる基板２１上に、成長穴２２ａを有するマスク２２を形成する。マスク２２には、酸化シリコン(ＳiＯ2)あるいは窒化シリコン(Ｓi3Ｎ4)など半導体コアおよび半導体層に対して選択的にエッチング可能な材料を用いることができる。成長穴２２ａの形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。この際、成長する半導体コアの径は上記マスク２２の成長穴２２ａのサイズに依存する。
【００４８】
その後、図３Ｂに示すように、半導体コア形成工程において、マスク２２の成長穴２２ａにより露出した基板２１上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長)装置を用いて、ｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア１１を形成する。成長温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(ＴＭＧ)およびアンモニア(ＮＨ3)を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン(ＳiＨ4)を、さらにキャリアガスとして水素(Ｈ2)を供給することによって、Ｓiを不純物としたｎ型ＧaＮの半導体コアを成長させることができる。ここで、ｎ型ＧaＮは、六方晶系の結晶成長となり、基板２１表面に対して垂直方向を軸方向にして成長させることにより、六角柱形状の半導体コアが得られる。
【００４９】
その後、図３Ｃに示すように、半導体層形成工程において、棒状の半導体コア１１を覆うようにマスク２２全面にｐ型ＧaＮからなる半導体層１２を形成する。形成温度を９６０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(ＴＭＧ)およびアンモニア(ＮＨ3)を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Ｃp2Ｍg)を用いることによってマグネシウム(Ｍg)を不純物とするｐ型ＧaＮを成長させることができる。
【００５０】
その後、図３Ｄに示すように、露出工程において、リフトオフにより半導体コア１１を覆う半導体層１２の部分を除く領域とマスク２２を除去して、棒状の半導体コア１１の基板２１側に基板側の外周面を露出させて露出部分１１ａを形成する。この状態で、上記半導体コア１１の基板２１と反対の側の端面は、半導体層１２により覆われている。
【００５１】
上記マスク２２を酸化シリコン(ＳiＯ2)あるいは窒化シリコン(Ｓi3Ｎ4)で構成している場合、フッ酸(ＨＦ)を含んだ溶液を用いることにより、容易に半導体コア１１および半導体コア１１を覆う半導体層１２部分に影響を与えずにマスク２２をエッチングすることができ、マスク２２とともに半導体コア１１を覆う半導体層１２の部分を除く領域をリフトオフにより除去することができる。この実施形態の露出工程では、リフトオフを用いたがエッチングにより半導体コア１１の一部を露出させてもよい。ドライエッチングの場合、ＣＦ4やＸeＦ2を用いることにより、容易に半導体コア１１および半導体コア１１を覆う半導体層１２部分に影響を与えずにマスク２２をエッチングすることができ、マスク２２とともに半導体コアを覆う半導体層１２の部分を除く領域を除去することができる。
【００５２】
その後、切り離し工程において、イソプロピルアルコール(ＩＰＡ)水溶液中に基板を浸し、超音波(例えば数１０ＫＨz)を用いて基板２１を基板平面に沿って振動させることにより、基板２１上に立設する半導体コア１１の基板２１側に近い根元を折り曲げるように、半導体層１２に覆われた半導体コア１１に対して応力が働いて、図３Ｅに示すように、半導体層１２に覆われた半導体コア１１が基板２１から切り離される。
【００５３】
こうして、基板２１から切り離なされた微細な棒状構造の発光素子１０を製造することができる。例えば、直径が１μｍであり、長さが１０μｍである発光素子１０を製造できる。
【００５４】
図１に示すように、上記第２の基板２の液晶３側（上側）の面には、ブラックマトリクス５および着色層６が設けられている。つまり、第２の基板２は、カラーフィルタ基板である。
【００５５】
上記ブラックマトリクス５は、発光素子１０から発せられた光を遮る。このブラックマトリクス５により、第１の基板１のＴＦＴ４が形成された領域が遮光されるようになっている。
【００５６】
上記着色層６は、赤色、緑色、青色の何れか一色に着色されている。画素毎に、赤色、緑色、青色の何れか一色の着色層６が形成されている。この実施の形態では、水平方向に赤色、緑色、青色の着色層６が順番に繰り返し並んでいる。
【００５７】
上記着色層６の上には、各画素共通の対向電極７が形成されている。この対向電極７も、ＩＴＯ等の透明導電体により形成されている。また、対向電極７の上側には図示しない配向膜が形成され、液晶３がこの配向膜により所定の方向に配向規制される。第２の基板２の下側の面には、第２の偏光膜２７が設けられている。
【００５８】
上記第２の基板２には、発光素子１０から発せられた光が通過する光通過領域Ｚが設けられている。この光通過領域Ｚは、ブラックマトリクス５を除く領域、つまり着色層６の領域に相当する。そして、発光素子１０から発せられた光は、光通過領域Ｚを介して、第２の偏光膜２７から外部に出射する。
【００５９】
上記発光素子１０は、第１の基板１の上面に直交する方向からみて、光通過領域Ｚに重なる位置に配置され、発光素子１０は、光通過領域Ｚよりも小さい。このため、発光素子１０から発せられた光を効率良く利用することができる。すなわち、光通過領域Ｚに重ならない位置には発光素子１０を配置しないことにより、表示に寄与しない光の照射を抑えることができ、低消費電力化が図れる。
【００６０】
また、１つの光通過領域Ｚに対して１つの発光素子１０または複数の発光素子１０を配置することができて、発光素子１０と光通過領域Ｚとの位置関係を同じにできる。したがって、発光素子１０にて構成されるバックライト部の光は画素ごとに一定で、輝度むらは生じない。これに対して、従来のバックライト装置では、発光素子１０の数量は、液晶パネルの画素数に対して一般的に少ない。このため、発光素子１０の位置と画素の位置との関係は、画素ごとに異なるため、発光素子１０からの光強度は画素ごとに異なり、バックライトの光に輝度むらが生じる。
【００６１】
また、液晶パネルを形成する上記第１の基板１と同一基板上に発光素子１０を形成しているため、上記光通過領域Ｚに合わせて、制御性良く発光素子を配置できる。すなわち、光通過領域Ｚと発光素子１０のアライメントを制御良く行うことができる。
【００６２】
次に、上記構成の液晶表示装置の作成方法について説明する。
【００６３】
まず、第１の工程において、例えば、本願出願人の出願した特開２００８−３０４５３８公報に示されるように一般的に知られている通常の工程で、液晶パネルを作成する。なお、詳細については、特開２００８−３０４５３８公報と同じであるため、省略する。
【００６４】
つまり、図１に示すように、第１の基板１に、ゲート電極４１、ゲート絶縁膜４５、半導体膜４２、ソース電極４３、ドレイン電極４４、絶縁膜４７および画素電極４６を形成して、ＴＦＴ４を形成する。第２の基板２に、ブラックマトリクス５、着色層６および対向電極７を形成する。そして、第１の基板１と第２の基板２とを張り合わせ、第１の基板１と第２の基板２との間に液晶３を注入する。第１の基板１の液晶３側と反対側の面に、第１の偏光膜１７を形成し、第２の基板２の液晶３側と反対側の面に、第２の偏光膜２７を形成する。このようにして、液晶パネルを作成する。
【００６５】
その後、第２の工程において、上記液晶パネルの第１の基板１上にバックライト部を形成する。
【００６６】
つまり、図４に示すように、第１の基板１上に形成した第１の偏光膜１７上に、第１の電極５１および第２の電極５２を形成する。第１の電極５１および第２の電極５２は、上記液晶パネルの光通過領域Ｚに対応する位置で、第１の電極５１と第２の電極５２との間の距離が短くなるように形成される。このようにすると、以下の工程（発光素子１０を配置する工程）で、第１の電極５１と第２の電極５２との間に交流電圧を印加した際、電極間の距離が短い部分のみに、発光素子１０を配置することができる。
【００６７】
そして、本願出願人の出願した特開２００８−２６００７３号公報に示される方法で、発光素子１０を電極５１，５２に配列する。つまり、図５に示すように、図３Ａ〜図３Ｅに示す方法で作成した発光素子１０をイソプロピルアルコール６１に含ませ、この発光素子１０を含んだイソプロピルアルコール６１を第１の偏光膜１７上に薄く塗布する。そして、第１の電極５１と第２の電極５２との間に交流電圧を加えて、図６に示すように、発光素子１０を配列する。なお、詳細については、特開２００８−２６００７３公報と同じであるため、省略する。
【００６８】
その後、図７に示すように、配列した発光素子１０の両端部を第１の電極５１および第２の電極５２に接続する。このとき、発光素子１０は、導電性接着剤７１によって、電極５１，５２に固定される。
【００６９】
ここで、上記発光素子１０は、第１の電極５１および第２の電極５２間に交流電圧を印加することにより駆動する。そのため、この電極５１、５２に対して発光素子１０の極性が統一されていなくても、複数の発光素子１０を均一に発光させることができる。したがって、発光素子１０の極性を統一するための制御をする必要がないため、製造工程が複雑になるのを防ぐことができる。
【００７０】
その後、図８に示すように、蛍光体１３をインクジェット方式などにより発光素子１０上に形成する。この蛍光体１３の厚さは、例えば10um〜200um程度である。蛍光体１３は、例えば、黄色に着色され、青色に発光する発光素子１０とともに、白色のバックライト部を形成する。
【００７１】
その後、図８に示すように、樹脂などからなる透明な保護膜８を形成して、この保護膜８上に、アルミニウムなどからなる反射膜９を積層する。この保護膜８の膜厚および形状を調整することにより、矢印の光路に示すように、光通過領域Ｚに無駄なく光を照射することができる。ここで、比較例として、図９に示すように、反射膜９Ａを保護膜８に積層しないで第１の基板１に平行な板状に形成すると、矢印の光路に示すように、光通過領域Ｚに発光素子１０から出た光を集め難くなる。つまり、光通過領域Ｚ以外にも光が反射されることになって、光の利用効率が悪くなる。
【００７２】
このようにして、上記液晶パネル上に、発光素子１０、保護膜８および反射膜９から構成されるバックライト部を形成する。
【００７３】
上記構成の液晶表示装置によれば、上記発光素子１０は、上記第１の基板１に配置されているので、発光素子１０は、液晶表示装置を構成する２枚の基板のうちの一方の基板に直接に形成されている。このため、従来のバックライト装置で必要であった、発光素子を配置するための基板が不要となる。したがって、発光素子１０にて構成されるバックライト部を薄く形成することができて、薄型の液晶表示装置を実現できる。
【００７４】
また、上記第１の基板１の上記液晶３側の面に、スイッチング素子としてのＴＦＴ４が設けられているので、発光素子１０から発せられた光は、ＴＦＴ４が形成された基板１側から液晶３に入射される。ＴＦＴ４が形成されている基板１の側から光を入射するという点で、一般的な液晶表示装置と同様である。それゆえ、液晶表示装置の構成を大きく変えることなく薄型の液晶表示装置を実現できる。
【００７５】
（第２の実施形態）
図１０は、この発明の液晶表示装置の第２の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第２の実施形態では、第１の基板１は、カラーフィルタ基板であり、第２の基板２は、ＴＦＴ基板である。なお、この第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００７６】
図１０に示すように、第１の基板１の液晶３側（下側）の面には、ブラックマトリクス５および着色層６が設けられている。この着色層６は、光通過領域Ｚを形成する。このように、発光素子１０は、カラーフィルタ基板と同一の基板上に設けられている。
【００７７】
一方、第２の基板２の液晶３側（上側）の面に、スイッチング素子としてのＴＦＴ４が設けられている。このため、発光素子１０から発せられた光は、ＴＦＴ４が形成された基板２と反対の基板１側から液晶に入射される。そして、発光素子１０とＴＦＴ４とをそれぞれ別の基板上に形成することができるため、発光素子１０を配置する工程において、ＴＦＴ４にダメージを与えることを防ぐことができ、または、ＴＦＴ４を形成する工程において、発光素子１０にダメージを与えることを防ぐことができる。
【００７８】
（第３の実施形態）
図１１は、この発明の液晶表示装置の第３の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第３の実施形態では、発光素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが３種類存在し、図１の着色層６が存在しない。なお、この第３の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００７９】
図１１に示すように、第１の発光素子１０Ａは、赤色の光を発し、第２の発光素子１０Ｂは、緑色の光を発し、第３の発光素子１０Ｃは、青色の光を発する。このため、各発光素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの直下の光通過領域Ｚには、着色層６を設ける必要がない。つまり、第２の基板２の液晶３側（上側）の面には、ブラックマトリクス５のみが設けられ、第２の基板２は、遮光の機能を有するフィルタ基板となる。
【００８０】
そして、図１２に示すように、発光素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが３種類あるため、４つの電極５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａが必要になる。つまり、各発光素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの一端は、第１の電極５１Ａに接続され、第１の発光素子１０Ａの他端は、第２の電極５２Ａに接続され、第２の発光素子１０Ｂの他端は、第３の電極５３Ａに接続され、第３の発光素子１０Ｃの他端は、第４の電極５４Ａに接続される。各電極５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａは、駆動電極を兼ねる。
【００８１】
なお、この第３の実施形態では、上記第１の実施形態の発光素子を３種類としかつ着色層を省略したが、上記第２の実施形態の発光素子を３種類としかつ着色層を省略するようにしてもよい。
【００８２】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第１から上記第３の実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。また、発光素子として、上記実施形態に示すいわゆる筒状の発光層を有する発光素子以外に、平面状の発光層を有する通常の発光素子を用いてもよい。
【００８３】
また、上記第１から上記第３の実施形態では、半導体コア１１の一端側の外周面が露出した露出部分１１ａを有する発光素子について説明したが、これに限らず、半導体コアの両端の外周面が露出した露出部分を有するものでもよいし、半導体コアの中央部分の外周面が露出した露出部分を有するものでもよい。
【００８４】
また、上記第１から上記第３の実施形態では、半導体コア１１と半導体層１２に、ＧaＮを母材とする半導体を用いたが、ＧaＡs,ＡlＧaＡs,ＧaＡsＰ,ＩnＧaＮ,ＡlＧaＮ,ＧaＰ,ＺnＳe,ＡlＧaＩnＰなどを母材とする半導体を用いた発光素子にこの発明を適用してもよい。また、半導体コアをｎ型とし、半導体層をｐ型としたが、導電型が逆の発光素子にこの発明を適用してもよい。また、六角柱形状の半導体コアを有する発光素子について説明したが、これに限らず、断面が円形または楕円の棒状であってもよいし、断面が三角形などの他の多角形状の棒状の半導体コアを有する発光素子にこの発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１ 第１の基板
２ 第２の基板
３ 液晶
４ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
５ ブラックマトリクス
６ 着色層
８ 保護膜
９ 反射膜
１０、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 発光素子
１１ 半導体コア
１１ａ 露出部分
１２ 半導体層
１３ 蛍光体
５１，５２，５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａ 電極
Ｚ 光通過領域
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、直下型のバックライトを有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶表示装置は、液晶パネルと、この液晶パネルを照射するバックライト装置とを有している。
【０００３】
上記液晶パネルは、薄膜トランジスタ基板とカラーフィルタ基板とを有し、この両方の基板は、互いに平行に対向して配置され、この両方の基板の間には、液晶が充填されている。
【０００４】
上記バックライト装置は、上記液晶パネルの直下に配置され、液晶パネルの基板とは別の基板と、この別の基板に配置された発光素子とを有していた（特開２００９−１８１８８３号公報：特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、上記従来の液晶表示装置では、バックライト装置の基板は、液晶パネルの基板とは別の基板を用いていたため、バックライト装置が厚くなって、液晶表示装置が厚くなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１８１８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明の課題は、発光素子にて構成されるバックライト部を薄く形成して、薄型の液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の液晶表示装置は、
光を透過する第１の基板と、
光を透過する第２の基板と、
上記第１の基板と上記第２の基板との間に充填されている液晶と、
上記第１の基板における上記液晶側と反対側の面に配置されている発光素子と
を備えることを特徴としている。
【０００９】
ここで、この明細書では、例えば、上記第１の基板は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板またはカラーフィルタ基板の一方の基板であり、上記第２の基板は、ＴＦＴ基板またはカラーフィルタ基板の他方の基板である。上記ＴＦＴ基板には、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が設けられている。上記カラーフィルタ基板には、発光素子から発せられた光を遮るブラックマトリクスが設けられており、または、ブラックマトリクスに加えて、赤色、緑色および青色の着色層が設けられている。
【００１０】
この発明の液晶表示装置によれば、上記発光素子は、上記第１の基板に配置されているので、発光素子は、液晶表示装置を構成する２枚の基板のうちの一方の基板に直接に形成されている。このため、従来のバックライト装置で必要であった、発光素子を配置するための基板が不要となる。
【００１１】
したがって、発光素子にて構成されるバックライト部を薄く形成することができて、薄型の液晶表示装置を実現できる。
【００１２】
また、一実施形態の液晶表示装置では、
上記発光素子は、
棒状の第１導電型の半導体コアと、
上記半導体コアを覆うように形成された第２導電型の半導体層と
を有し、
上記発光素子は、上記発光素子の軸が上記第１の基板の上記面に略平行となるように、上記第１の基板に配置されている。
【００１３】
この実施形態の液晶表示装置によれば、上記発光素子は、棒状構造の発光素子であるので、発光素子から発せられた光は、発光素子の軸を中心として３６０度方向に照射される。このため、発光素子を第１の基板上に配置させる工程において、上記軸を中心とした回転方向を制御する必要がない。したがって、発光素子の配列を容易に行うことが可能となる。
【００１４】
また、上記発光素子は、棒状構造の発光素子であるので、発光素子の体積当りの発光面積を大きくすることができる。このため、所望の光量を得るための発光素子のサイズを小さくし、発光素子の材料費を低減することができる。したがって、液晶表示装置のコストを低減することができる。
【００１５】
また、一実施形態の液晶表示装置では、
上記第１の基板または上記第２の基板には、上記発光素子から発せられた光が通過する光通過領域が設けられ、
上記発光素子は、上記第１の基板の上記面に直交する方向からみて、上記光通過領域に重なる位置に配置され、上記発光素子は、上記光通過領域よりも小さい。
【００１６】
この実施形態の液晶表示装置によれば、上記光通過領域に重なる位置に、この光通過領域よりも小さい上記発光素子を配置しているので、発光素子から発せられた光を効率良く利用することができる。すなわち、光通過領域に重ならない位置には発光素子を配置しないことにより、表示に寄与しない光の照射を抑えることができ、低消費電力化が図れる。
【００１７】
また、１つの光通過領域に対して１つの発光素子を配置することができて、発光素子と光通過領域との位置関係を同じにできる。したがって、バックライトの光は画素ごとに一定で、輝度むらは生じない。これに対して、従来のバックライト装置では、発光素子の数量は、液晶パネルの画素数に対して一般的に少ない。このため、発光素子の位置と画素の位置との関係は、画素ごとに異なるため、発光素子からの光強度は画素ごとに異なり、バックライトの光に輝度むらが生じる。
【００１８】
また、液晶パネルを形成する上記第１の基板と同一基板上に発光素子を形成しているため、上記光通過領域に合わせて、制御性良く発光素子を配置できる。すなわち、光通過領域と発光素子のアライメントを制御良く行うことができる。
【００１９】
また、一実施形態の液晶表示装置では、上記発光素子から発せられた光を上記第１の基板側に反射させる反射膜を有する。
【００２０】
この実施形態の液晶表示装置によれば、上記発光素子から発せられた光を上記第１の基板側に反射させる反射膜を有するので、発光素子から第１の基板の液晶側と反対の向きに照射された光を効率良く液晶に向かって反射させることができる。したがって、発光素子から発せられた光を効率良く利用することができる。
【００２１】
また、一実施形態の液晶表示装置では、上記反射膜は、上記発光素子上に積層された透明な保護膜上に積層されている。
【００２２】
この実施形態の液晶表示装置によれば、上記反射膜は、上記発光素子上に積層された透明な保護膜上に積層されているので、保護膜の膜厚および形状を調整することにより、第１の基板または第２の基板に設けられた光通過領域に無駄なく光を照射することができる。
【００２３】
また、一実施形態の液晶表示装置では、上記第１の基板の上記液晶側の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタが設けられている。
【００２４】
この実施形態の液晶表示装置によれば、上記第１の基板の上記液晶側の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が設けられているので、発光素子から発せられた光は、ＴＦＴが形成された基板側から液晶に入射される。
【００２５】
そして、ＴＦＴが形成されている基板の側から光を入射するという点で、一般的な液晶表示装置と同様である。それゆえ、液晶表示装置の構成を大きく変えることなく薄型の液晶表示装置を実現できる。
【００２６】
また、一実施形態の液晶表示装置では、上記第２の基板の上記液晶側の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタが設けられている。
【００２７】
この実施形態の液晶表示装置によれば、上記第２の基板の上記液晶側の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が設けられているので、発光素子から発せられた光は、ＴＦＴが形成された基板と反対の基板側から液晶に入射される。
【００２８】
そして、発光素子とＴＦＴとをそれぞれ別の基板上に形成することができるため、発光素子を配置する工程において、ＴＦＴにダメージを与えることを防ぐことができ、または、ＴＦＴを形成する工程において、発光素子にダメージを与えることを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２９】
この発明の液晶表示装置によれば、上記発光素子は、上記第１の基板に配置されているので、発光素子にて構成されるバックライト部を薄く形成することができて、薄型の液晶表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の液晶表示装置の第１実施形態を示す簡略断面図である。
【図２】発光素子の斜視図である。
【図３Ａ】発光素子の製造方法の第１工程を示す断面図である。
【図３Ｂ】発光素子の製造方法の第２工程を示す断面図である。
【図３Ｃ】発光素子の製造方法の第３工程を示す断面図である。
【図３Ｄ】発光素子の製造方法の第４工程を示す断面図である。
【図３Ｅ】発光素子の製造方法の第５工程を示す断面図である。
【図４】液晶表示装置の電極を示す平面図である。
【図５】発光素子を電極に配列する方法を示すと共に図４のＡ−Ａ線から見た断面図である。
【図６】発光素子を電極に配列した状態を示す平面図である。
【図７】発光素子を電極に配列した状態を示すと共に図６のＢ−Ｂ線から見た断面図である。
【図８】発光素子に反射膜を設けた状態を示す断面図である。
【図９】比較例を示す断面図である。
【図１０】本発明の液晶表示装置の第２実施形態を示す簡略断面図である。
【図１１】本発明の液晶表示装置の第３実施形態を示す簡略断面図である。
【図１２】発光素子を電極に配列した状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、この発明の液晶表示装置の第１実施形態である断面図を示している。図１に示すように、この液晶表示装置は、光を透過する第１の基板１と、光を透過する第２の基板２とを有する。第１の基板１と第２の基板２とは、互いに平行に対向して配置され、この両方の基板１，２の間には、液晶３が充填されている。第１の基板１、第２の基板２および液晶３は、液晶パネルを構成する。
【００３３】
上記第１の基板１の液晶３側（下側）の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）４が設けられている。つまり、第１の基板１は、ＴＦＴ基板である。
【００３４】
上記ＴＦＴ４は、第１の基板１側から順に配置されたゲート電極４１、（アモルファスシリコン等からなる）半導体膜４２、ソース電極４３およびドレイン電極４４を有する。ゲート電極４１と半導体膜４２との間には、窒化シリコン等からなるゲート絶縁膜４５が設けられている。ソース電極４３とドレイン電極４４とは、ゲート電極４１下の半導体膜４２の両側に相互に離隔して形成されている。ドレイン電極４４は、コンタクトホールを介して、画素電極４６に接続されている。
【００３５】
上記ＴＦＴ４は、ゲート電極４１より供給される走査信号電圧によってオン／オフ制御される。また、ソース電極４３より供給される画像表示信号電圧は、ドレイン電極４４を介して画素電極４６に供給される。
【００３６】
上記ＴＦＴ４は、ゲート絶縁膜４５の下側に形成された絶縁膜４７に覆われている。この絶縁膜４７は、感光性樹脂からなり、ソース電極４３と画素電極４６との間に配置されて両電極間を絶縁する。画素電極４６は、画素領域毎に、マトリクス状に形成されている。画素電極４６は、例えばＩＴＯ（indium-tin oxide：インジウム酸化スズ）等の透明導電体により形成されている。この画素電極４６の下側には図示しない配向膜が形成され、液晶３がこの配向膜により所定の方向に配向規制される。
【００３７】
上記第１の基板１における液晶３側と反対側（上側）の面に、第１の偏光膜１７を介して、発光素子１０が配置されている。発光素子１０上に透明な保護膜８が積層され、この保護膜８上に反射膜９が積層されている。
【００３８】
上記反射膜９は、発光素子１０から発せられた光を第１の基板１側に反射させる。この反射膜９によって、発光素子１０から第１の基板１の液晶３側と反対の向きに照射された光を効率良く液晶３に向かって反射させることができる。したがって、発光素子１０から発せられた光を効率良く利用することができる。
【００３９】
上記発光素子１０は、例えば、青色のＬＥＤ発光素子であり、この発光素子１０上に、黄色の蛍光を発する蛍光体１３で覆うことで、白色のバックライト部を構成する。上記保護膜８は、例えば樹脂などからなり、上記反射膜９は、例えばアルミニウムなどからなる。
【００４０】
上記発光素子１０は、棒状構造の発光素子であり、発光素子１０の軸が第１の基板１の上面に略平行となるように、第１の基板１に配置されている。
【００４１】
図２に示すように、上記発光素子１０は、棒状の第１導電型の半導体コア１１と、半導体コア１１を覆うように形成された第２導電型の半導体層１２とを有する。半導体コア１１は、ｎ型ＧaＮからなり、断面六角形の棒状に形成されている。半導体層１２は、ｐ型ＧaＮからなっている。半導体コア１１は、一端側の外周面が露出する露出部分１１ａが形成されている。半導体コア１１の他端側の端面は、半導体層１２に覆われている。
【００４２】
上記半導体コア１１の露出部分１１ａにｎ側電極（図７の第２の電極５２）が接続され、上記半導体層１２にｐ側電極（図７の第１の電極５１）が接続されて、半導体コア１１の外周面と半導体層１２の内周面とのｐｎ接合部で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側電極からｎ側電極に電流を流すことにより、ｐｎ接合部から光が放出される。この発光素子１０では、半導体層１２で覆われた半導体コア１１の全周から光が放出されることにより発光領域が広くなるので、発光効率が高い。
【００４３】
ここで、上記発光素子１０とは、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍ〜３０μｍのマイクロオーダーサイズや、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの素子である。
【００４４】
上記発光素子１０から発せられた光は、発光素子１０の軸を中心として３６０度方向に照射される。このため、発光素子１０を第１の基板１上に配置させる工程において、上記軸を中心とした回転方向を制御する必要がない。したがって、発光素子１０の配列を容易に行うことが可能となる。
【００４５】
また、上記発光素子１０は、棒状構造の発光素子であるので、発光素子１０の体積当りの発光面積を大きくすることができる。このため、所望の光量を得るための発光素子１０のサイズを小さくし、発光素子１０の材料費を低減することができる。したがって、液晶表示装置のコストを低減することができる。
【００４６】
ここで、上記発光素子１０の製造方法を説明する。この実施形態では、Ｓiをドープしたｎ型ＧaＮとＭgをドープしたｐ型ＧaＮとを用いるが、ＧaＮにドーピングする不純物はこれに限らない。
【００４７】
まず、図３Ａに示すように、ｎ型ＧaＮからなる基板２１上に、成長穴２２ａを有するマスク２２を形成する。マスク２２には、酸化シリコン(ＳiＯ2)あるいは窒化シリコン(Ｓi3Ｎ4)など半導体コアおよび半導体層に対して選択的にエッチング可能な材料を用いることができる。成長穴２２ａの形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。この際、成長する半導体コアの径は上記マスク２２の成長穴２２ａのサイズに依存する。
【００４８】
その後、図３Ｂに示すように、半導体コア形成工程において、マスク２２の成長穴２２ａにより露出した基板２１上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長)装置を用いて、ｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア１１を形成する。成長温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(ＴＭＧ)およびアンモニア(ＮＨ3)を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン(ＳiＨ4)を、さらにキャリアガスとして水素(Ｈ2)を供給することによって、Ｓiを不純物としたｎ型ＧaＮの半導体コアを成長させることができる。ここで、ｎ型ＧaＮは、六方晶系の結晶成長となり、基板２１表面に対して垂直方向を軸方向にして成長させることにより、六角柱形状の半導体コアが得られる。
【００４９】
その後、図３Ｃに示すように、半導体層形成工程において、棒状の半導体コア１１を覆うようにマスク２２全面にｐ型ＧaＮからなる半導体層１２を形成する。形成温度を９６０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(ＴＭＧ)およびアンモニア(ＮＨ3)を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Ｃp2Ｍg)を用いることによってマグネシウム(Ｍg)を不純物とするｐ型ＧaＮを成長させることができる。
【００５０】
その後、図３Ｄに示すように、露出工程において、リフトオフにより半導体コア１１を覆う半導体層１２の部分を除く領域とマスク２２を除去して、棒状の半導体コア１１の基板２１側に基板側の外周面を露出させて露出部分１１ａを形成する。この状態で、上記半導体コア１１の基板２１と反対の側の端面は、半導体層１２により覆われている。
【００５１】
上記マスク２２を酸化シリコン(ＳiＯ2)あるいは窒化シリコン(Ｓi3Ｎ4)で構成している場合、フッ酸(ＨＦ)を含んだ溶液を用いることにより、容易に半導体コア１１および半導体コア１１を覆う半導体層１２部分に影響を与えずにマスク２２をエッチングすることができ、マスク２２とともに半導体コア１１を覆う半導体層１２の部分を除く領域をリフトオフにより除去することができる。この実施形態の露出工程では、リフトオフを用いたがエッチングにより半導体コア１１の一部を露出させてもよい。ドライエッチングの場合、ＣＦ4やＸeＦ2を用いることにより、容易に半導体コア１１および半導体コア１１を覆う半導体層１２部分に影響を与えずにマスク２２をエッチングすることができ、マスク２２とともに半導体コアを覆う半導体層１２の部分を除く領域を除去することができる。
【００５２】
その後、切り離し工程において、イソプロピルアルコール(ＩＰＡ)水溶液中に基板を浸し、超音波(例えば数１０ＫＨz)を用いて基板２１を基板平面に沿って振動させることにより、基板２１上に立設する半導体コア１１の基板２１側に近い根元を折り曲げるように、半導体層１２に覆われた半導体コア１１に対して応力が働いて、図３Ｅに示すように、半導体層１２に覆われた半導体コア１１が基板２１から切り離される。
【００５３】
こうして、基板２１から切り離なされた微細な棒状構造の発光素子１０を製造することができる。例えば、直径が１μｍであり、長さが１０μｍである発光素子１０を製造できる。
【００５４】
図１に示すように、上記第２の基板２の液晶３側（上側）の面には、ブラックマトリクス５および着色層６が設けられている。つまり、第２の基板２は、カラーフィルタ基板である。
【００５５】
上記ブラックマトリクス５は、発光素子１０から発せられた光を遮る。このブラックマトリクス５により、第１の基板１のＴＦＴ４が形成された領域が遮光されるようになっている。
【００５６】
上記着色層６は、赤色、緑色、青色の何れか一色に着色されている。画素毎に、赤色、緑色、青色の何れか一色の着色層６が形成されている。この実施の形態では、水平方向に赤色、緑色、青色の着色層６が順番に繰り返し並んでいる。
【００５７】
上記着色層６の上には、各画素共通の対向電極７が形成されている。この対向電極７も、ＩＴＯ等の透明導電体により形成されている。また、対向電極７の上側には図示しない配向膜が形成され、液晶３がこの配向膜により所定の方向に配向規制される。第２の基板２の下側の面には、第２の偏光膜２７が設けられている。
【００５８】
上記第２の基板２には、発光素子１０から発せられた光が通過する光通過領域Ｚが設けられている。この光通過領域Ｚは、ブラックマトリクス５を除く領域、つまり着色層６の領域に相当する。そして、発光素子１０から発せられた光は、光通過領域Ｚを介して、第２の偏光膜２７から外部に出射する。
【００５９】
上記発光素子１０は、第１の基板１の上面に直交する方向からみて、光通過領域Ｚに重なる位置に配置され、発光素子１０は、光通過領域Ｚよりも小さい。このため、発光素子１０から発せられた光を効率良く利用することができる。すなわち、光通過領域Ｚに重ならない位置には発光素子１０を配置しないことにより、表示に寄与しない光の照射を抑えることができ、低消費電力化が図れる。
【００６０】
また、１つの光通過領域Ｚに対して１つの発光素子１０または複数の発光素子１０を配置することができて、発光素子１０と光通過領域Ｚとの位置関係を同じにできる。したがって、発光素子１０にて構成されるバックライト部の光は画素ごとに一定で、輝度むらは生じない。これに対して、従来のバックライト装置では、発光素子１０の数量は、液晶パネルの画素数に対して一般的に少ない。このため、発光素子１０の位置と画素の位置との関係は、画素ごとに異なるため、発光素子１０からの光強度は画素ごとに異なり、バックライトの光に輝度むらが生じる。
【００６１】
また、液晶パネルを形成する上記第１の基板１と同一基板上に発光素子１０を形成しているため、上記光通過領域Ｚに合わせて、制御性良く発光素子を配置できる。すなわち、光通過領域Ｚと発光素子１０のアライメントを制御良く行うことができる。
【００６２】
次に、上記構成の液晶表示装置の作成方法について説明する。
【００６３】
まず、第１の工程において、例えば、本願出願人の出願した特開２００８−３０４５３８公報に示されるように一般的に知られている通常の工程で、液晶パネルを作成する。なお、詳細については、特開２００８−３０４５３８公報と同じであるため、省略する。
【００６４】
つまり、図１に示すように、第１の基板１に、ゲート電極４１、ゲート絶縁膜４５、半導体膜４２、ソース電極４３、ドレイン電極４４、絶縁膜４７および画素電極４６を形成して、ＴＦＴ４を形成する。第２の基板２に、ブラックマトリクス５、着色層６および対向電極７を形成する。そして、第１の基板１と第２の基板２とを張り合わせ、第１の基板１と第２の基板２との間に液晶３を注入する。第１の基板１の液晶３側と反対側の面に、第１の偏光膜１７を形成し、第２の基板２の液晶３側と反対側の面に、第２の偏光膜２７を形成する。このようにして、液晶パネルを作成する。
【００６５】
その後、第２の工程において、上記液晶パネルの第１の基板１上にバックライト部を形成する。
【００６６】
つまり、図４に示すように、第１の基板１上に形成した第１の偏光膜１７上に、第１の電極５１および第２の電極５２を形成する。第１の電極５１および第２の電極５２は、上記液晶パネルの光通過領域Ｚに対応する位置で、第１の電極５１と第２の電極５２との間の距離が短くなるように形成される。このようにすると、以下の工程（発光素子１０を配置する工程）で、第１の電極５１と第２の電極５２との間に交流電圧を印加した際、電極間の距離が短い部分のみに、発光素子１０を配置することができる。
【００６７】
そして、本願出願人の出願した特開２００８−２６００７３号公報に示される方法で、発光素子１０を電極５１，５２に配列する。つまり、図５に示すように、図３Ａ〜図３Ｅに示す方法で作成した発光素子１０をイソプロピルアルコール６１に含ませ、この発光素子１０を含んだイソプロピルアルコール６１を第１の偏光膜１７上に薄く塗布する。そして、第１の電極５１と第２の電極５２との間に交流電圧を加えて、図６に示すように、発光素子１０を配列する。なお、詳細については、特開２００８−２６００７３公報と同じであるため、省略する。
【００６８】
その後、図７に示すように、配列した発光素子１０の両端部を第１の電極５１および第２の電極５２に接続する。このとき、発光素子１０は、導電性接着剤７１によって、電極５１，５２に固定される。
【００６９】
ここで、上記発光素子１０は、第１の電極５１および第２の電極５２間に交流電圧を印加することにより駆動する。そのため、この電極５１、５２に対して発光素子１０の極性が統一されていなくても、複数の発光素子１０を均一に発光させることができる。したがって、発光素子１０の極性を統一するための制御をする必要がないため、製造工程が複雑になるのを防ぐことができる。
【００７０】
その後、図８に示すように、蛍光体１３をインクジェット方式などにより発光素子１０上に形成する。この蛍光体１３の厚さは、例えば10um〜200um程度である。蛍光体１３は、例えば、黄色に着色され、青色に発光する発光素子１０とともに、白色のバックライト部を形成する。
【００７１】
その後、図８に示すように、樹脂などからなる透明な保護膜８を形成して、この保護膜８上に、アルミニウムなどからなる反射膜９を積層する。この保護膜８の膜厚および形状を調整することにより、矢印の光路に示すように、光通過領域Ｚに無駄なく光を照射することができる。ここで、比較例として、図９に示すように、反射膜９Ａを保護膜８に積層しないで第１の基板１に平行な板状に形成すると、矢印の光路に示すように、光通過領域Ｚに発光素子１０から出た光を集め難くなる。つまり、光通過領域Ｚ以外にも光が反射されることになって、光の利用効率が悪くなる。
【００７２】
このようにして、上記液晶パネル上に、発光素子１０、保護膜８および反射膜９から構成されるバックライト部を形成する。
【００７３】
上記構成の液晶表示装置によれば、上記発光素子１０は、上記第１の基板１に配置されているので、発光素子１０は、液晶表示装置を構成する２枚の基板のうちの一方の基板に直接に形成されている。このため、従来のバックライト装置で必要であった、発光素子を配置するための基板が不要となる。したがって、発光素子１０にて構成されるバックライト部を薄く形成することができて、薄型の液晶表示装置を実現できる。
【００７４】
また、上記第１の基板１の上記液晶３側の面に、スイッチング素子としてのＴＦＴ４が設けられているので、発光素子１０から発せられた光は、ＴＦＴ４が形成された基板１側から液晶３に入射される。ＴＦＴ４が形成されている基板１の側から光を入射するという点で、一般的な液晶表示装置と同様である。それゆえ、液晶表示装置の構成を大きく変えることなく薄型の液晶表示装置を実現できる。
【００７５】
（第２の実施形態）
図１０は、この発明の液晶表示装置の第２の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第２の実施形態では、第１の基板１は、カラーフィルタ基板であり、第２の基板２は、ＴＦＴ基板である。なお、この第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００７６】
図１０に示すように、第１の基板１の液晶３側（下側）の面には、ブラックマトリクス５および着色層６が設けられている。この着色層６は、光通過領域Ｚを形成する。このように、発光素子１０は、カラーフィルタ基板と同一の基板上に設けられている。
【００７７】
一方、第２の基板２の液晶３側（上側）の面に、スイッチング素子としてのＴＦＴ４が設けられている。このため、発光素子１０から発せられた光は、ＴＦＴ４が形成された基板２と反対の基板１側から液晶に入射される。そして、発光素子１０とＴＦＴ４とをそれぞれ別の基板上に形成することができるため、発光素子１０を配置する工程において、ＴＦＴ４にダメージを与えることを防ぐことができ、または、ＴＦＴ４を形成する工程において、発光素子１０にダメージを与えることを防ぐことができる。
【００７８】
（第３の実施形態）
図１１は、この発明の液晶表示装置の第３の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第３の実施形態では、発光素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが３種類存在し、図１の着色層６が存在しない。なお、この第３の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００７９】
図１１に示すように、第１の発光素子１０Ａは、赤色の光を発し、第２の発光素子１０Ｂは、緑色の光を発し、第３の発光素子１０Ｃは、青色の光を発する。このため、各発光素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの直下の光通過領域Ｚには、着色層６を設ける必要がない。つまり、第２の基板２の液晶３側（上側）の面には、ブラックマトリクス５のみが設けられ、第２の基板２は、遮光の機能を有するフィルタ基板となる。
【００８０】
そして、図１２に示すように、発光素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが３種類あるため、４つの電極５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａが必要になる。つまり、各発光素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの一端は、第１の電極５１Ａに接続され、第１の発光素子１０Ａの他端は、第２の電極５２Ａに接続され、第２の発光素子１０Ｂの他端は、第３の電極５３Ａに接続され、第３の発光素子１０Ｃの他端は、第４の電極５４Ａに接続される。各電極５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａは、駆動電極を兼ねる。
【００８１】
なお、この第３の実施形態では、上記第１の実施形態の発光素子を３種類としかつ着色層を省略したが、上記第２の実施形態の発光素子を３種類としかつ着色層を省略するようにしてもよい。
【００８２】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第１から上記第３の実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。また、発光素子として、上記実施形態に示すいわゆる筒状の発光層を有する発光素子以外に、平面状の発光層を有する通常の発光素子を用いてもよい。
【００８３】
また、上記第１から上記第３の実施形態では、半導体コア１１の一端側の外周面が露出した露出部分１１ａを有する発光素子について説明したが、これに限らず、半導体コアの両端の外周面が露出した露出部分を有するものでもよいし、半導体コアの中央部分の外周面が露出した露出部分を有するものでもよい。
【００８４】
また、上記第１から上記第３の実施形態では、半導体コア１１と半導体層１２に、ＧaＮを母材とする半導体を用いたが、ＧaＡs,ＡlＧaＡs,ＧaＡsＰ,ＩnＧaＮ,ＡlＧaＮ,ＧaＰ,ＺnＳe,ＡlＧaＩnＰなどを母材とする半導体を用いた発光素子にこの発明を適用してもよい。また、半導体コアをｎ型とし、半導体層をｐ型としたが、導電型が逆の発光素子にこの発明を適用してもよい。また、六角柱形状の半導体コアを有する発光素子について説明したが、これに限らず、断面が円形または楕円の棒状であってもよいし、断面が三角形などの他の多角形状の棒状の半導体コアを有する発光素子にこの発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１ 第１の基板
２ 第２の基板
３ 液晶
４ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
５ ブラックマトリクス
６ 着色層
８ 保護膜
９ 反射膜
１０、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 発光素子
１１ 半導体コア
１１ａ 露出部分
１２ 半導体層
１３ 蛍光体
５１，５２，５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａ 電極
Ｚ 光通過領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する第１の基板と、
光を透過する第２の基板と、
上記第１の基板と上記第２の基板との間に充填されている液晶と、
上記第１の基板における上記液晶側と反対側の面に配置されている発光素子と
を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
上記発光素子は、
棒状の第１導電型の半導体コアと、
上記半導体コアを覆うように形成された第２導電型の半導体層と
を有し、
上記発光素子は、上記発光素子の軸が上記第１の基板の上記面に略平行となるように、上記第１の基板に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液晶表示装置において、
上記第１の基板または上記第２の基板には、上記発光素子から発せられた光が通過する光通過領域が設けられ、
上記発光素子は、上記第１の基板の上記面に直交する方向からみて、上記光通過領域に重なる位置に配置され、上記発光素子は、上記光通過領域よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一つに記載の液晶表示装置において、
上記発光素子から発せられた光を上記第１の基板側に反射させる反射膜を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液晶表示装置において、
上記反射膜は、上記発光素子上に積層された透明な保護膜上に積層されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一つに記載の液晶表示装置において、
上記第１の基板の上記液晶側の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１から５の何れか一つに記載の液晶表示装置において、
上記第２の基板の上記液晶側の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】
光を透過する第１の基板と、
光を透過する第２の基板と、
上記第１の基板と上記第２の基板との間に充填されている液晶と、
上記第１の基板における上記液晶側と反対側の面に配置されている発光素子と
を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
上記発光素子は、
棒状の第１導電型の半導体コアと、
上記半導体コアを覆うように形成された第２導電型の半導体層と
を有し、
上記発光素子は、上記発光素子の軸が上記第１の基板の上記面に略平行となるように、上記第１の基板に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液晶表示装置において、
上記第１の基板または上記第２の基板には、上記発光素子から発せられた光が通過する光通過領域が設けられ、
上記発光素子は、上記第１の基板の上記面に直交する方向からみて、上記光通過領域に重なる位置に配置され、上記発光素子は、上記光通過領域よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一つに記載の液晶表示装置において、
上記発光素子から発せられた光を上記第１の基板側に反射させる反射膜を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液晶表示装置において、
上記反射膜は、上記発光素子上に積層された透明な保護膜上に積層されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一つに記載の液晶表示装置において、
上記第１の基板の上記液晶側の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１から５の何れか一つに記載の液晶表示装置において、
上記第２の基板の上記液晶側の面に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１９７３４７（Ｐ２０１１−１９７３４７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６３４４９（Ｐ２０１０−６３４４９）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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