波长转换基板、液晶元件、液晶模块及液晶显示装置的制作方法

本发明的几种实施方式是关于波长转换基板、液晶元件、液晶模块及液晶显示装置。

本申请基于2016年1月27在日本申请的特愿2016-013857号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术：

在下述的专利文献1中公开了具有周期性地形成纳米级开口部的金属纳米结构体的光透射型金属电极。专利文献1公开了当针对具有与光波长相同程度的长度的直线部的金属纳米结构体入射与直线部的延伸方向正交的直线偏振光时，发生局部表面等离子体共振，特定波长的光透射金属电极。

在下述的非专利文献1中公开了一种将周期性排列的金属纳米结构体透射特定波长的光的功能应用于液晶元件的一个例子。在非专利文献1中公开的液晶元件是将普通TN(Twisted Nematic)型的液晶元件中，被设置在一侧基板上的偏振片、透明电极、取向膜及彩色滤光片被替换为金属纳米结构体的液晶元件。在该液晶元件中，通过控制金属纳米结构体和另一基板侧的透明电极之间的电场，可以切换与波长无关的透射入射光的模式和透射特定波长范围内的光的模式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2013-68883号公报

非专利文献

非专利文献1：O.Buchnev et al.,“Electro-optical control in a plasmonic metamaterial hybridised with a liquid-crystal cell”,Optics Express 2013,Vol.21,p.1633-1638

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题

然而，在非专利文献1中公开的液晶元件中，存在在透射特定波长范围内的光的模式下不能获得高强度发射光的问题。此外，由于等离子体吸收的光在金属纳米结构体的内部作为热而失活，所以存在发生能量损失和能量效率低的问题。

本发明的一方面的目的是提供一种用于实现能够获得高强度发射光的液晶元件的波长转换基板。又或者，本发明的一方面的另一目的是提供一种用于实现具有高能量效率的液晶元件的波长转换基板。此外，本发明的一方面的另一目的是提供一种能够获得高强度发射光的液晶元件。此外，本发明的一方面的另一个目的是提供一种具备上述液晶元件的液晶模块和液晶显示装置。

解决问题的手段

为了实现上述目的，根据本发明的一方面的波长转换基板，包括：第一基板，其具有光透射性；以及光调制部，其设置在所述第一基板的一个表面上，并且根据入射光的偏振状态调制所述入射光的光谱。所述光调制部包括：多个金属结构体，其周期性地间隔地设置在所述第一基板的一个表面上，并且根据所述入射光表现等离子体共振；多个波长转换部，其至少部分地与所述多个金属结构体相邻地设置，并且包括发射与所述入射光的波长范围不同的波长范围内的光的波长转换材料。

根据本发明的一方面的波长转换基板中，所述波长转换部设置在所述金属结构体与所述第一基板之间。

根据本发明的一方面的波长转换基板中，所述波长转换部的与所述金属结构体接触侧的表面朝向所述金属结构体呈凸状。

根据本发明的一方面的波长转换基板中，所述波长转换部的与所述金属结构体接触侧的表面呈平面状。

根据本发明的一方面的波长转换基板中，所述波长转换部设置在相邻的所述金属结构体之间。

根据本发明的一方面的波长转换基板中，在所述金属结构体中产生的等离子体共振的共振波长存在于所述波长转换材料的吸收光谱的吸收波长范围内。

根据本发明的一方面的波长转换基板中，所述金属结构体的材料为金、银、铝、铂、铜、铟、氧化铟锡、铑、钌中的任意一种。

根据本发明的一方面的液晶元件，包括：根据本发明的一方面的波长转换基板；以及第二基板；以及液晶层，其设置在所述波长转换基板和所述第二基板之间；电场生成部，其通过在所述液晶层中生成电场来控制所述液晶层中的液晶分子的取向状态。

根据本发明的一方面的液晶元件中，所述第二基板包括电极，所述电场生成部在所述金属结构体与所述电极之间生成纵向电场。

根据本发明的一方面的液晶元件中，所述第一基板包括电极，所述电场生成部在所述金属结构体与所述电极之间生成横向电场。

根据本发明的一方面的液晶模块，包括：根据本发明的一方面的液晶元件；以及将光照射到所述液晶元件的光源。

根据本发明的一方面的液晶显示装置，包括根据本发明的一方面的液晶模块。

根据本发明的一方面的液晶显示装置，包括红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素，其中所述金属结构体的材料由铝、铟、铑、钌中的任何一种构成，所述红色子像素中所述金属结构体的周期ΛR是500nm<ΛR<650nm，所述绿色子像素中所述金属结构体的周期ΛG是400nm<ΛG<550nm，所述蓝色子像素中所述金属结构体的周期ΛB为200nm<ΛB<350nm。

发明效果

根据本发明的一方面，可以提供用于实现能够获得高强度发射光的液晶元件的波长转换基板。此外，根据本发明的一方面，可以提供用于实现具有高能量效率的液晶元件的波长转换基板。此外，根据本发明的一方面，可以提供能够获得高强度发射光的液晶元件。根据本发明的一方面，可以提供具备上述液晶元件的液晶模块和液晶显示装置。

附图说明

图1是第一实施方式的液晶显示装置的透视图。

图2是沿图1的A-A线的截面图。

图3是第一实施方式的波长转换基板的平面图。

图4是沿图3的B-B线的截面图。

图5表示在液晶显示装置中使用的红色荧光体的吸收光谱和发光光谱的图。

图6A表示现有的液晶元件中的金属结构体的效果的图。

图6B表示第一实施方式的液晶元件中的波长转换部的效果的图。

图7A表示现有的液晶元件中的吸收光谱和发射光光谱的图。

图7B表示第一实施方式的液晶元件中的吸收光谱和发射光光谱的图。

图8A表示第一实施方式的液晶元件中的全透射状态下的光的动作的图。

图8B表示第一实施方式的液晶元件中的特定波长范围透射状态下的光的动作的图。

图9A是以工序顺序示出第一实施方式的波长转换基板的第一制造方法的第一平面图。

图9B是以工序顺序示出第一实施方式的波长转换基板的第一制造方法的第二平面图。

图9C是以工序顺序示出第一实施方式的波长转换基板的第一制造方法的第三平面图。

图10A是沿着图9A的C-C线的截面图。

图10B是沿着图9B的C-C线的截面图。

图10C是沿着图9C的C-C线的截面图。

图11A是以工序顺序示出第一实施方式的波长转换基板的第二制造方法的第一平面图。

图11B是以工序顺序示出第一实施方式的波长转换基板的第二制造方法的第二平面图。

图12A是沿着图11A的D-D线的截面图。

图12B是沿着图11B的D-D线的截面图。

图13A是以工序顺序示出第一实施方式的波长转换基板的第三制造方法的第一截面图。

图13B是以工序顺序示出第一实施方式的波长转换基板的第三制造方法的第二截面图。

图14是第二实施方式的液晶显示装置的截面图。

图15是根据第二实施方式的波长转换基板的平面图。

图16是第三实施方式的液晶显示装置的截面图。

图17是第四实施方式的液晶显示装置的截面图。

图18是第五实施方式的液晶显示装置的截面图。

图19是示出当红色子像素处于电场接通状态时的效果的图。

图20是示出当绿色子像素处于电场接通状态时的效果的图。

图21是示出当蓝色子像素处于电场接通状态时的效果的图。

图22是表示用于液晶显示装置的绿色荧光体的吸收光谱和发光光谱的图。

图23是表示在液晶显示装置中使用的蓝色荧光体的吸收光谱和发光光谱的图。

图24是第六实施方式的液晶显示装置的截面图。

图25是表示波长转换部的第一变形例的截面图。

图26是表示波长转换部的第二变形例的截面图。

图27是表示波长转换部的第三变形例的截面图。

具体实施方式

[第一实施方式]

以下，使用图1至图13B说明本发明的第一实施方式。

图1是第一实施方式的液晶显示装置的透视图。图2是沿图1中的A-A线的截面图。图3是作为液晶显示装置的构成要素的波长转换基板的平面图。图4是沿着图3的B-B线的截面图。

并且，在以下各附图中为了便于观察每个构成要素，有时根据构成要素使尺寸的比例不同。

如图1和图2所示，第一实施方式的液晶显示装置1由液晶模块2构成。液晶模块2具备光源3、液晶元件4和偏振片5。光源3朝向液晶元件4发射白色光。液晶元件4是TN型液晶元件。从光源3发出的光根据液晶元件4中的液晶层的取向状态，从液晶元件4发出。在该液晶模块2中，通过控制液晶层的取向状态，可以切换透射与波长无关的来自光源3的入射光的状态，和透射特定波长范围内的光的状态。

偏振片5设置在光源3和液晶元件4之间。即，偏振片5设置在液晶元件4的光入射侧。另一方面，在液晶元件4的光出射侧未设置偏振片5。因此，由于液晶显示装置1不能遮挡液晶元件4的光出射侧的光，故不能进行黑显示。因此，通过控制从光源3发出的光中，透射所有波长范围的光的状态和透射特定波长范围的光的状态中的任一个来构成显示。偏振片5可以使用普通的偏振板。偏振片5被配置为透射轴P0与后述的金属结构体15正交。

以下，为了简化说明，将透射与波长无关的来自光源3的入射光的状态称为“全透射状态”，将透射来自光源3的入射光中的特定波长范围内的光的状态称为“特定波长范围透射状态”。

液晶显示装置1具有配置成矩阵状的多个像素。

但是，在图1至图4中，作为代表仅示出了多个像素中的一个像素。因此，在图1和图2所示的一个像素中，液晶元件4处于全透射状态或特定波长范围透射状态中的任意状态。即，多个处于全透射状态或特定波长范围透射状态中的任意状态的像素呈矩阵状排列，由此形成液晶显示装置1的显示。

液晶显示装置1的观察者能够从液晶元件4的设置有光源3的相反侧(在图1和图2中的下侧)观看显示。

液晶元件4具备波长转换基板7、对向基板8、液晶层9和电场生成部10。液晶层4设置在波长转换基板7与对向基板8之间。电场生成部10通过在液晶层9中生成电场以控制液晶层9中的液晶分子的取向状态。

波长转换基板7包括第一基板11和光调制部12。第一基板11优选由具有高光透射性的材料构成，例如由玻璃基板等构成。光调制部12设置在第一基板11的一表面11a上，并且根据入射光的偏振状态来调制入射光的光谱。

光调制部12具备多个波长转换部14和多个金属结构体15。

多个金属结构体15周期性地相互间隔地排列在第一基板11的一表面11a上。此外，多个波长转换部14中的每一个与多个金属结构体15中的每一个至少部分地相邻地设置。在第一实施方式中，波长转换部14设置在金属结构体15和第一基板11之间。波长转换部14由波长转换材料16和含有波长转换材料16的电介质材料17构成。

并且，在第一实施方式中，波长转换部14由含有波长转换材料16的电介质材料17构成，该构成也可以由波长转换材料16的蒸镀膜、聚合物制成的荧光体等构成。

如图3所示，金属结构体15在一个方向(X方向)上延伸。多个金属结构体15在与金属结构体15的延伸方向正交的方向(Y方向)上以规定间隔相互平行地设置。多个金属结构体15分别在金属结构体15的一个端部上，通过在与金属结构体15正交的方向上延伸的连接部19连接。在连接部19的一个端部上设置有电极焊盘部20。通过对电极焊盘部20施加电位，多个金属结构体15具有大致相同的电位。由此，多个金属结构体15呈梳状形状，并且起到用于控制液晶分子的取向状态的一对电极中的一个电极的功能。设置有多个金属结构体15的区域M成为实质上有助于显示的有效显示区域。

图3和4中所示的箭头K是光栅矢量。光栅矢量K是与金属结构体15的延伸方向正交且沿着与第一基板11的一表面11a平行的方向的矢量。

如图4所示，波长转换部14的与金属结构体15接触的一侧的表面14a朝向金属结构体15呈凸状。在第一实施方式的情况下，波长转换部14的与金属结构体15接触的一侧的表面14a具有半球形状。金属结构体15以覆盖波长转换部14的上半球表面的形式设置。作为金属结构体15的尺寸的示例，金属结构体15的周期Λ是Λ＝300nm。金属结构体15的宽度W是W＝150nm。相邻金属结构体15之间的间隔S是S＝150nm。金属结构体的高度t是t＝230nm。

波长转换材料16例如由荧光体材料、磷光体材料等构成。在第一实施方式中，作为波长转换材料16使用荧光体材料。作为荧光体材料，优选使用在荧光体材料的吸收波长范围内存在后述的等离子体共振波长的材料，例如使用一种红色荧光体Lumogen Red305。

作为电介质材料17，优选使用具有光透射性且耐光性优异的二氧化硅，二氧化钛等无机材料。在第一实施方式中使用二氧化硅。二氧化硅的折射率是1.45。

对于金属结构体15，使用具有高导电性并且根据光入射而产生等离子体共振的金属材料。作为金属材料优选使用在可见光范围内具有等离子体共振波长的金属材料。具体地，作为金属材料例如使用金、银、铝、铂、铜、铟、氧化铟锡(ITO)、铑、钌等，在第一实施方式中使用金。

如图1和图2所示，对向基板8具备第二基板22、透明电极23、取向膜24。与第一基板11相同地第二基板22优选由高光透射性的透明基板构成。第二基板22例如由玻璃等构成。

透明电极23设置在第二基板22的整个表面上。透明电极23优选例如由ITO、氧化铟锌(IZO)等的具有高光透射性的透明导电材料构成。在第一实施方式中，作为透明电极23使用膜厚度为100nm的IZO。

取向膜24设置在第二基板22的整个表面上以覆盖透明电极23。作为取向膜24的材料例如使用聚酰亚胺等有机膜。作为取向处理例如使用摩擦法，对取向膜24进行单轴水平取向处理。在第一实施方式中，取向膜24的取向方向定义为与波长转换基板7上的金属结构体15的延伸方向正交的方向(Y方向)。作为取向膜24的材料例如可以使用氧化硅膜等无机膜。取向处理并不限于摩擦法，可以使用光学取向法等公知的技术。

作为液晶层9的材料例如使用作为一种正型液晶材料的E7液晶(默克(Merck)公司制造)。E7液晶的平均折射率n为n＝1.63(常光折射率：1.52，非常光折射率：1.75)。液晶层9是液晶分子在波长转换基板7与对向基板8之间扭转90°的TN型液晶层。液晶层9的厚度约为15μm。

如图1和2所示，电场生成部10连接到金属结构体15和透明电极23。电场生成部10通过在金属结构体15和透明电极23之间施加电压而在液晶层9中生成电场。由此，控制液晶层9中的液晶分子9B的取向状态。此处虽然省略了详细说明，但电场生成部10包括电源、用于控制对每个电极施加的电压和定时的控制电路等。

光源3包括导光板26和多个发光元件27。导光板26例如由丙烯酸板等具有高光透射性的树脂制成的板材构成。作为发光元件27使用发射白色光的发光二极管(LED)。多个发光元件27以一定间隔设置在导光板26的一个端面26c上。并且，光源3不限于上述构成，可以适当地改变。

如图2所示，从发光元件27发射的光L0从导光板26的端面26c入射后，全反射的同时在导光板26内部传播。在导光板26的与偏振片5相对侧的面26b上隔开间隔设置有多个光扩散部28。当在导光板26内部传播的光L0到达光扩散部28时，其被光扩散部28扩散并从导光板26发射。光扩散部28优选隔开例如从设置光扩散部28的一侧观看导光板26时能够看到导光板26的背面的间隔设置。

当光在特定条件下入射到金属结构体15时，金属结构体15产生等离子体共振。金属结构体15产生等离子体共振的条件是金属结构体15及其周围的构成要素的参数满足以下表达式(1)。

Ksp＝k0sinθ+mK…(1)

其中，ksp：等离子体波数，k0sinθ：入射光的界面方向的波数，m：整数(0，±1，±2，...)，K：光栅矢量。

光栅矢量K是K＝2Π/Λ。

其中，Λ：金属结构体15的周期。

换言之，用于金属结构体15产生等离子体共振的条件由金属结构体15的周期Λ和相对介电常数、入射光的入射角度和波长、与金属结构体15接触的介电材料17的相对介电常数构成的参数决定。此处虽然省略了详细说明，但是所有这些参数都包括在表达式(1)中。因此，如果确定上述参数，则可以获得等离子体波数ksp，并且可以从等离子体波数ksp获得等离子体共振波长λsp。

图5是表示在第一实施方式中使用的作为波长转换材料16的Lumogen Red305的吸收光谱和发光光谱的图。在图5中，横轴表示波长[nm]，左侧纵轴表示吸光度[a.u.]，右侧纵轴表示发光强度[a.u.]。虚线图表示吸收光谱，实线图表示发光光谱。

Lumogen Red305的吸收光谱具有在约350nm至约600nm范围内的吸收波长范围，具有波长约为570nm的吸收最大波长的峰值。另外，Lumogen Red305的发光光谱具有在约550nm至约700nm范围内的发光波长范围，具有波长约为600nm的发光最大波长的峰值。这里，在第一实施方式的情况下，由上述表达式(1)获得的等离子体共振波长λsp约为565nm。等离子体共振波长λsp：565nm存在于Lumogen Red305的吸收光谱的吸收波长范围内。满足该条件的金属结构体的周期Λ在50nm<Λ<350nm是比较现实，在第一实施方式中使用Λ＝300nm。

图6A是表示现有的液晶元件中的金属结构体115的效果的图。

图7A的上部示出了现有液晶元件中的金属结构体115的吸收光谱S0，图7A的下部示出了现有液晶元件中的金属结构体115的发射光光谱S1。其中，金属结构体115的条件与第一实施方式相同。

如图6A所示，在现有液晶元件中考虑到具有与垂直于金属结构体115的延伸方向一致的偏振方向P0的光L0入射到金属结构体115的情况。

在这种情况下，如图7A的上部所示，产生以约565nm的等离子体共振波长λsp为中心波长的等离子体吸收，如图6A所示，在金属结构体115附近的区域A1上形成增强电场。其结果，如图7A的下部所示，除具有等离子体共振波长约565nm作为中心波长的吸收波长范围之外的光L1(特定波长范围中的光)透射金属结构体115，并从第一基板111发射。

另一方面，图6A是表示第一实施方式的液晶元件4中的金属结构体15的效果的图。图7B的上部示出了在第一实施方式的液晶元件4中的金属结构体15的吸收光谱S0’，图7B的中部示出了第一实施方式的液晶元件4中的波长转换材料16(Lumogen Red305)的吸收光谱S3及发光光谱S2，图7B的下部示出了第一实施方式的液晶元件4中的来自金属结构体15的发射光的光谱S1+S2。

如图6B所示，在本实施方式的液晶元件4中考虑到具有与垂直于金属结构体15的延伸方向一致的偏振方向P0的光L0入射到金属结构体15的情况。

在这种情况下，如图7B的上部所示，产生以约565nm的等离子体共振波长λsp为中心波长的等离子体吸收，在金属结构体15附近的区域A2上形成增强电场。此时，在第一实施方式的情况下，由于波长转换部14(波长转换材料16)存在于金属结构体15的正下方，所以由等离子体吸收形成的增强电场影响波长转换材料16。这里，如图7B的中部所示，由于等离子体共振波长λsp存在于波长转换材料16(Lumogen Red305)的吸收波长范围内，因此入射光的能量经由根据等离子体的增强电场转移到波长转换材料16上，并被波长转换材料16吸收。

由于该能量转移，在波长转换材料16上例如产生以约600nm的发光波长为中心波长的发光波长范围中的荧光发光。其结果，如图6B所示，由等离子体共振吸收的波长范围以外的光L1和自波长转换材料16发出的光L2被加在一起，如图7B的下部所示，如光谱S1+S2所示，波长在600nm附近的强度增加的光从金属结构体15发射。

在波长转换材料16中产生各向同性的发光，并且光朝向所有方向发射。

但是，由于在波长转换部14的上方被层叠有金属结构体15，所以从波长转换材料16朝向第一基板11的相反侧(图6B的上侧)传播的光被金属结构体15反射而朝向第一基板11行进。其结果，从波长转换材料16发射的大部分光透射第一基板11并从第一基板11发射。

在第一实施方式的液晶显示装置1中，由电场生成部10控制液晶层9中产生的电场，并且控制液晶分子9B的取向状态。由于在波长转换基板7侧的金属结构体15和对向基板8侧的透明电极23之间产生的电场，电场的方向大致与液晶层9的厚度方向一致。即，在第一实施方式的情况下，在液晶层9中产生纵向电场。

以下，液晶层9中不产生电场的状态称为电场关闭状态，液晶层9中产生电场的状态称为电场接通状态。

在电场关闭状态的情况下，如图8A所示，构成液晶层9的液晶分子9B是在波长转换基板7和对向基板8之间扭转90°的取向。因此，在从光源3发射的光中，具有平行于图8A的纸面的偏振方向P0的光L0透射偏振片5之后，透射对向基板8，透射液晶层9并到达金属结构体15时，变成具有垂直于纸表面的偏振方向P1的光L0'。如上所述，无论波长如何，光L0'都透射金属结构体15。

另一方面，在电场接通状态的情况下，如图8B所示，构成液晶层9的液晶分子9B是大致垂直于波长转换基板7和对向基板8之间的每个基板的一表面的取向。因此，从光源3发射的光中，具有平行于图8B的纸面的偏振方向P0的光L0的偏振方向透射偏振片5，并透射对向基板8，透射液晶层9并且到达金属结构体15时，依然保持平行于纸面的偏振方向P0。

由于该光具有垂直于金属结构体15的延伸方向的偏振方向P0，所以如上所述，通过该光在金属结构体15中产生等离子体共振。此时，以等离子体共振波长为中心波长的吸收波长范围以外的光L1(特定波长范围的光)透射金属结构体15。另一方面，波长转换材料16根据等离子体共振引起的增强电场的能量而发光，并且从波长转换部14发射光L2。

如上所述，在第一实施方式中可以控制液晶元件4，以使在电场关闭状态时处于全透射状态，而在电场接通状态时处于特定波长范围透射状态。尤其在特定波长范围透射状态的情况下，从金属结构体15发射等离子体共振吸收的波长范围以外的光L1和从波长转换材料发射的光L2被加在一起的高强度的光，因此，可以获得比现有的发射光更高强度的发射光。此外，由于在等离子体共振时被吸收的能量转移到波长转换材料16并有助于发光，因此可以实现具有高能量效率的液晶显示装置。

以下，将说明具有上述构成的波长转换基板7的第一制造方法。

图9A至图9C是以工序顺序示出本实施方式的波长转换基板7的第一制造方法的平面图。图10A至10C是沿着图9A至9C的C-C线的截面图。

首先，通过TEOS(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate)的水解来制备含有荧光体材料(Lumogen Red 305)的二氧化硅粒子的水溶液。以下，将含有荧光体材料的二氧化硅粒子称为含荧光体二氧化硅粒子。此时，含荧光体二氧化硅粒子的直径t1设置为t1＝150nm。

接下来，如图9A和图10A所示，通过LB(Langmuir-Blodgett)法，在玻璃基板30的一表面上使含荧光体二氧化硅粒子31自组织化成一层。此时，用APTES((3-Amino-Propyl)Tri-Ethoxy-Silane；末端NH3⁺)对玻璃基板30的一个表面进行表面改性。

接下来，如图9B和图10B所示，通过例如真空蒸镀法在自组织化的含荧光体二氧化硅粒子31上形成由金制成的金属膜32，并且在含荧光体二氧化硅粒子31上形成层叠金属膜32的层叠膜33。此时，金属膜32的膜厚t2例如为t2＝80nm。由此，层叠膜33的膜厚即在之后形成的金属结构体15的高度t3为t3＝t1+t2＝230nm。

接下来，如图9C和图10C所示，通过聚焦离子束方法将层叠膜33图案化以形成金属结构体15。此时，将层叠膜33图案化为周期性图案，以使金属结构体15的周期Λ为300nm，并且金属结构体15的宽度W为150nm。与金属结构体15一起图案化的含荧光体二氧化硅粒子31成为波长转换部14。

通过以上工序完成本实施方式的波长转换基板7。

以下，将说明具有上述构成的波长转换基板7的第二制造方法。

图11A和图11B是以工序顺序示出本实施方式的波长转换基板7的第二制造方法的平面图。图12A和12B是沿图11A和11B的DD线的截面图。

首先，在玻璃基板30的一表面上涂布分散有荧光体材料(Lumogen Red305)的PDMS(Poly-Dimethyl-Siloxane)溶液，以形成PDMS膜。此时，PDMS膜的膜厚t1例如为t1＝150nm。

接着，如图11A和12A所示，通过热压法将作为用于形成多个金属结构体15的模具的母模35的凹凸形状转印到PDMS膜，图案化PDMS膜。图案化的PDMS膜成为波长转换部14。

接下来，如图11B和图12B所示，例如通过真空蒸镀法经由图案掩模36在波长转换部14上形成由金制成的金属膜，在波长转换部14上形成由层叠的金属膜构成的金属结构体15。此时，金属膜的膜厚t2例如为t2＝80nm。由此，金属结构体15的高度t3为t3＝t1+t2＝230nm。

通过以上的工序，完成本实施方式的波长转换基板7。

以下，将说明具有上述结构的波长转换基板7的第三种制造方法。

图13A和图13B是以工序顺序示出本实施方式的波长转换基板7的第三制造方法的截面图。

第三制造方法的各工序与第二制造方法的各工序几乎相同，与第二制造方法不同点在于与第一制造方法中相同的使用含荧光体二氧化硅粒子31。

首先，将分散有含荧光体二氧化硅粒子31的PDMS溶液涂布在玻璃基板的一表面上，形成PDMS膜。此时，作为荧光体材料可以使用Lumogen Red305，但例如也可以使用Rh101来代替Lumogen Red305。

接着，如图13A中所示，通过热压法将用于形成多个金属结构体15的模具的母模35的凹凸形状转印到PDMS膜上，并图案化PDMS膜。图案化的PDMS膜成为波长转换部14。

接下来，如图13B所示，例如通过真空蒸镀法经由图案掩模36在波长转换部14上形成由金制成的金属膜，在波长转换部14上形成由层叠的金属膜构成的金属结构体15。

通过以上的工序，完成本实施方式的波长转换基板7。

在如第一或第三制造方法中那样使用含荧光体二氧化硅粒子31的情况下，由于荧光体材料的周围被二氧化硅覆盖，所以具有提高荧光体的耐光性和耐热性的优点。因此，即使罗丹明系色素、荧光素系色素等耐光性和耐热性稍弱的色素也可以用作波长转换材料16。由此，可以增加用于获得期望颜色的显示的设计的自由度。

[第二实施方式]

以下，使用图14和图15说明本发明的第二实施方式。

本实施方式的液晶显示装置的基本构成与第一实施方式相同，电极的构成不同于第一实施方式。

图14是与第一实施方式的图2对应的第二实施方式的液晶显示装置的截面图。图15是对应于第一实施方式的图3的第二实施方式的波长转换基板的平面图。

在图14和15中，与第一实施方式的附图中使用的要素相同的构成要素赋予相同的附图标记，并且省略其说明。

在第一实施方式的液晶显示装置1中，对向基板8上设置透明电极23，在透明电极23和金属结构体15之间施加电压时在液晶层9上产生纵向电场。另一方面，在第二实施方式的液晶显示装置41中，如图14和图15所示，在对向基板43上不设置透明电极。波长转换基板42的多个金属结构体15隔着一条金属结构体15与两个连接部19中的任一个连接。

以下，将图15左侧的连接部19称为第一连接部19A，并将图15左侧的电极焊盘20称为第一电极焊盘部20A，连接于第一连接部19A的金属结构体15称为第一金属结构体15A。另一方面，将图15右侧的连接部19称为第二连接部19B，并将图15右侧的电极焊盘20称为第二电极焊盘部20B，连接于第二连接部19B的金属结构体15称为第二金属结构体15B。

多个金属结构体15以被连接于第一金属结构体15A的第一连接部19A侧的相反侧的端部和连接于第二金属结构体15B的第二连接部19B侧的相反侧的端部相互啮合地配置。

在第二实施方式中，通过电场生成部10将第一电位施加到第一电极焊盘部20A，使得多个第一金属结构体15A具有共同的第一电位。相同地，通过将第二电位施加到第二电极焊盘部20B，使多个第二金属结构体15B具有共同的第二电位。此时，在液晶层9中产生横向电场。即，多个第一金属结构体15A和多个第二金属结构体15B是用于控制液晶分子的取向状态的一对电极，起到所谓的IPS(In-Plane Switching)型电极的功能。其他构成与第一实施方式相同。

同样在第二实施方式中，可以获得与第一实施方式中相同的效果，相较于现有液晶显示装置，可以实现能够获得更高强度的发射光并且具有高能量效率的液晶显示装置。

在第一实施方式的情况下，如图8B所示，在透明电极23和金属结构体15之间产生纵向电场时，液晶分子9B是大致与液晶元件4的基板表面垂直的取向。因此，垂直于液晶元件4的基板表面入射的光，由于光的电场振动方向与光栅矢量的方向大致相同，因为有效生成等离子体共振，足够增强发射光的强度。然而，对于倾斜入射到液晶元件4的基板表面的光，由于光的电场振动方向与光栅矢量的方向不一致，不会有效生成等离子体共振，很难充分增强倾斜发射的光的强度。

另一方面，在第二实施方式的情况下，如图14所示，在第一金属结构体15A和第二金属结构体15B之间产生横向电场时，液晶分子9B沿着第一金属结构体15A和第二金属结构体15B之间的横向电场的方向取向。如上所述，液晶层9的厚度方向中位于更靠近波长转换基板42一侧的液晶分子9B，根据与金属结构体15的位置关系向各种方向取向。在此，注意到光L3在透射对向基板43后与电场振动方向和光栅矢量的方向有偏差，但在进入到液晶层9，并且到达波长转换基板时，由于液晶分子9B的作用，其所述偏差变小。由此，有效生成等离子体共振，并且可以充分增强倾斜发射的光的强度。

如上所述，在第二实施方式的液晶显示装置41中，垂直地透射液晶元件44的光，以及倾斜地透射液晶元件44的光都被增加了光的强度，能够获得宽视角特性。因此，本实施方式的液晶显示装置41例如可以用于公众观看等的大型透视显示器。

[第三实施方式]

以下，使用图16说明本发明的第三实施方式。

本实施方式的液晶显示装置的基本构成与第一实施方式的基本构成相同，电极的构成不同于第一实施方式。

图16是对应于第一实施方式的图2的第三实施方式的液晶显示装置的截面图。

在图16中，与第一实施方式的附图中使用的要素相同的构成要素赋予相同的附图标记，并且省略其说明。

第三实施方式的液晶显示装置51中，如图16所示，在对向基板53上未设置有透明电极，而具备在波长转换基板52的波长转换部14和第一基板11之间的透明电极54。透明电极54设置在第一基板11的整个表面上。透明电极54优选例如由ITO、IZO等光透射性高的透明导电材料构成。在第三实施方式中，作为透明电极54使用膜厚度为100nm的IZO。

在第三实施方式的液晶元件55中，通过电场生成部10向多个金属结构体15提供第一电位，并向透明电极54提供第二电位，由此在液晶层9中产生横向电场。即，多个金属结构体15的和透明电极54是用于控制液晶分子9B的取向状态的一对电极，其起到所谓的FFS(Fringe-Field Switching)型的电极的功能。其他构成与第一实施方式相同。

同样在第三实施方式中，可以获得与第一实施方式中相同的效果，相较于现有液晶显示装置，可以实现能够获得更高强度的发射光并且具有高能量效率的液晶显示装置。

在第二实施方式的液晶显示装置41的情况下，如图14所示，在电场接通状态时，第一金属结构体15A与第二金属结构体15B之间的液晶分子9B沿电场方向取向。但是，由于在金属结构体15的正上方区域几乎不形成电场，因此该区域的液晶分子9B几乎不会从电场关闭状态移动。其结果，入射到液晶层9上的光中，仅一部分有助于等离子体共振，难以充分增加发射光的强度。

另一方面，在第三实施方式的液晶显示装置51中，如图16中所示，由利用FFS型的横向电场，不仅是相邻两个金属结构体15之间的液晶分子9B，位于金属结构体15正上方的区域中的液晶分子9B也沿着电场方向取向。其结果，入射到液晶层9上的大部分光能够有助于等离子体共振，可以充分增加发射光的强度。

[第四实施方式]

以下，使用图17说明本发明的第四实施方式。

本实施方式的液晶显示装置的基本构成与第一实施方式相同，对向基板侧的构成与第一实施方式不同。

图17是对应于第一实施方式的图2的第四实施方式的液晶显示装置的截面图。

在图17中，对与在第一实施方式中使用的附图相同的构成元件赋予相同的附图标记，并且省略其说明。

如图17所示，在第四实施方式的液晶显示装置61中，在光源3和液晶元件64之间未设置偏振片。此外，在构成对向基板63的第二基板22上设置透明电极和取向膜。在第二基板22的一表面上设置有金属电极65。虽然在图17中未示出，金属电极65具有多个电极部66，所述多个电极部66沿着垂直于波长转换基板62侧的金属结构体15的延伸方向(Y方向)延伸，多个电极部66隔着间隔相互平行地设置。即，从第二基板22的法线方向观看时，金属电极65的多个电极部66和多个金属结构体15彼此正交。

电极部66的周期和宽度可以与金属结构体15的周期和宽度基本相同。因此，电极部66的周期例如为300nm左右，电极部66的宽度例如为150nm左右。由于沿一个方向延伸的多个电极部66隔着间隔且彼此平行地设置，所以金属电极65也起到对向基板63侧的取向膜的功能。因此，即使在对向基板63侧未设置取向膜的结构中，也能够将液晶分子9B向规定方向取向来实现TN型液晶层9。

在第四实施方式中，也可以获得与第一实施方式相同的效果，相较于现有液晶显示装置，可以实现能够获得更高强度的发射光并且具有高能量效率的液晶显示装置。

特别是在第四实施方式的情况下，与第一实施方式相比，可以增加透射液晶层9的光的强度。其原因如下。

由于第一实施方式的液晶显示装置1具备偏振片5，并且一般偏振片的透射率约为40％，所以从光源3发射的光的40％入射到液晶层9。

另一方面，在第四实施方式的液晶显示装置61不包括偏振片5，并且金属电极65的透射率由电极部66的宽度和间隔的比率确定。例如，如果电极部66的宽度和间隔的比率设定为1：1，则50％的光可以入射到液晶层9上。如上所述，在第四实施方式的液晶显示装置61中，与第一实施方式的液晶显示装置1相比，能够增加入射到液晶层9上的光量。由此，可以增加等离子体共振波长区域以外的光和从波长转换材料发射的光，可以获得更高强度的发射光。

[第五实施方式]

以下，使用图18至23说明本发明的第五实施方式。

本实施方式的液晶显示装置的基本构成与第一实施方式相同，该例子为使用第一实施方式的液晶显示装置而能够显示彩色的透视显示器。

图18是第五实施方式的对应于第一实施方式的图2的液晶显示装置的截面图。

在图18至图23中，对与在第一实施方式中使用的附图相同的构成元件赋予相同的附图标记，并省略其说明。

如图18所示，第五实施方式的液晶显示装置71包括红色子像素72R、绿色子像素72G和蓝色子像素72B。一个像素由相邻的红色子像素72R、绿色子像素72G和蓝色子像素72B构成。进一步，多个像素被配置为矩阵状，由此构成显示图像。液晶显示装置的基本构成中通用三种子像素72R、72G和72B。对向基板8的构成与第一实施方式相同。

在第五实施方式中，波长转换基板74的构成不同于第一实施方式的构成。具体而言，每个子像素中构成光调制部的荧光体材料和金属结构体的种类，尺寸不相同。

在红色子像素72R中，金属结构体73R的种类是例如为金。金属结构体73R的周期ΛR例如为300nm。金属结构体73R的宽度WR例如为150nm。与第一实施方式相同地，作为波长转换材料75R，例如使用一种红色荧光体Lumogen Red305。

在绿色子像素72G中，金属结构体73G的种类是例如为银。金属结构体73G的周期ΛG例如为450nm。金属结构体73G的宽度WG例如为225nm。作为波长转换材料75G，例如使用一种绿色荧光体Coumarin 6。

图22表示Coumarin6的吸收光谱和发光光谱。图22的横轴是波长[nm]，左侧纵轴是吸光度[a.u.]，右侧纵轴是发光强度[a.u.]。虚线图显示吸收光谱，实线图显示发光光谱。

Coumarin6的吸收光谱具有在约的范围内的吸收波长范围，作为最大吸收波长在约460nm波长上具有峰值。Coumarin6的发光光谱在约范围内具有发光波长范围，作为最大发光波长在约500nm的波长上具有峰值。此处，在第五实施方式的情况下，从表达式(1)获得的等离子体共振波长λsp约为460nm。如图22所示，等离子体共振波长λsp：460nm存在于Coumarin6的吸收光谱的吸收波长范围内。

在蓝色子像素72B中，金属结构体73B的种类是例如为铝。金属结构体73B的周期ΛB例如为500nm。金属结构体73B的宽度WB例如为250nm。作为波长转换材料75B，例如使用一种蓝色荧光体Perylene。

图23表示Perylene的吸收光谱和发光光谱的图。图23的横轴是波长[nm]，左侧纵轴是吸光度[a.u.]，右侧纵轴是发光强度[a.u.]。虚线图显示吸收光谱，实线图显示发光光谱。

Perylene的吸收光谱具有在约范围上具有吸收波长范围，作为吸收最大波长在约430nm的波长上具有峰值。Perylene的发光光谱在约的范围上具有发光波长范围，作为发光最大波长在约435nm的波长上具有峰值。此处，在本实施方式的情况下，从表达式(1)获得的等离子体共振波长λsp是约为410nm。如图23所示，等离子体共振波长λsp：410nm存在于Perylene的吸收光谱的吸收波长范围内。

在第五实施方式中说明每个子像素的显示切换。

图18表示所有子像素72R、72G、72B处于电场关闭状态下的效果的图。图19表示只有红色子像素72R处于电场接通状态下的效果的图。图20表示只有绿色子像素72G处于电场接通状态下的效果的图。图21表示只有蓝色子像素72B处于电场接通状态下的效果的图。

并且，在图18至图21中，虽然电场生成部10仅连接到红色子像素72R，实际上被构成为每个子像素72R、72G、72能够独立地生成不同的电场。

如图18所示，在所有的子像素72R、72G、72B处于电场关闭状态时，液晶分子9B在波长转换基板74和对向基板8之间扭转90°的取向。因此，从光源3发出的光中，具有平行于图18的纸面的偏振方向P0的光L0，在透射偏振片5之后，透射对向基板8，并通过液晶层9到达金属结构体73R、73G、73B时，成为具有垂直于纸面的偏振方向P1的光L1。光L1与波长无关的透射金属结构体73R、73G、73B(全透射状态)，因此从液晶元件75射出白色光L1。

接着，如图19所示，在红色子像素72R处于电场接通状态时，红色子像素72R的液晶分子9B在波长转换基板74和对向基板8之间相对于基板表面大致垂直地取向。因此，具有平行于图19的纸面的偏振方向P0的光L0，通过液晶层9到达金属结构体73R时，光的偏振方向依然保持平行于纸面。因此，光L0有助于等离子体共振，由等离子体共振波长以外的波长范围的光和通过等离子体共振的增强电场的从波长转换材料(Lumogen Red305)发射的光被加在一起，其结果发射红色范围的强度高的光LR。从绿色子像素72G和蓝色子像素72B发射白色光L1。

此外，如图20所示，在绿色子像素72G处于电场接通状态时，与上述的红色子像素72R处于电场接通状态时相同，由等离子体共振波长以外的波长范围的光和通过等离子体共振的增强电场的从波长转换材料(Coumarin6)发射的光被加在一起，其结果发射绿色范围的强度高的光LG。从红色子像素72R和蓝色子像素72B发射白色光L1。

此外，如图21所示，在蓝色子像素72B处于电场接通状态时，与上述的红色子像素72R处于电场接通状态时相同，由等离子体共振波长以外的波长范围的光和通过等离子体共振的增强电场的从波长转换材料(Perylene)发射的光被加在一起，其结果发射蓝色范围的强度高的光LB。从红色子像素72R和绿色子像素72G发射白色光L1。

在第五实施方式中，也可以获得与第一实施方式相同的效果，相较于现有液晶显示装置，可以实现能够获得更高强度的发射光并且具有高能量效率的液晶显示装置。

尤其是在第五实施方式中，如上所述，能够从每个子像素的72R、72G、72B发射对应于该子像素的颜色的光。由此，本发明的一个实施方式可以应用于能够进行彩色显示的透视显示器。此外，由于子像素72R、72G、72B的金属结构体的材料不同，能够提高在用于产生等离子体共振的各种参数选择的自由度。

[第六实施方式]

以下，使用图24说明本发明的第六实施方式。

本实施方式的液晶显示装置的基本构成与第五实施方式相同，波长转换部的构成与第五实施方式不同。

图24是第六实施方式的液晶显示装置的截面图。

在图24中，对与第一实施方式中使用的附图相同构成要素赋予相同的附图标记，并且省略说明。

在第五实施方式的液晶显示装置71中，每个子像素72R、72G、72B的金属结构体73R、73G、73B的材料不同，而在第六实施方式的液晶显示装置81中，在所有的子像素82R、82G、82B上作为金属结构体83的材料使用相同的金属材料。具体而言，作为金属结构体83的材料使用铝。或者，作为金属结构体83的材料可以使用铟。或者，作为金属结构体83的材料可以使用铑。或者，作为金属结构体83的材料可以使用钌。因此，在第六实施方式中，液晶元件85的波长转换基板84的构成与第五实施方式不同，其它构成与第五实施方式相同。

波长转换部的其他构成如下。

在红色子像素82R中，金属结构体83的周期ΛR是例如为500nm<ΛR<650nm。金属结构体83的宽度WR是周期ΛR的1/2。作为波长转换材料75R，例如使用一种红色荧光体Lumogen Red305。

在绿色子像素82G，金属结构体83的周期是ΛG例如400nm<ΛR<550nm。金属结构体83的宽度WG是周期ΛG的1/2。作为波长转换材料75G，例如使用一种绿色荧光体Coumarin6。

在蓝色子像素82B中，金属结构体83的周期ΛB例如为200nm<ΛB<350nm。金属结构体83的宽度WB是周期ΛB的1/2。作为波长转换材料75B，例如使用一种蓝色荧光体Perylene。

在第六实施方式中，所述等离子体共振波长λsp在红色子像素82R中约565nm，在绿色子像素82G中约460nm，在蓝色子像素82B中约410nm。

在第六实施方式中，也可以获得与第一实施方式相同的效果，相较于现有液晶显示装置，可以实现能够获得更高强度的发射光并且具有高能量效率的液晶显示装置。

尤其在第六实施方式中，由于在所有子像素82R、82G、82B中金属结构体的材料83是相同的，因此在使用掩模蒸镀法形成金属结构体83时只需一次的蒸镀工序。由此，简化波长转换基板84的制造过程。

此外，由于用作金属结构体83的材料的铝比金或银便宜，所以可以降低制造成本。进一步，由于铝的内部损失小且等离子共振的电场增强度大于金或银的电场增强度，因此可以期待高强度的发射光。

并且，本发明的技术范围不限于上述实施方式，并且可以在不脱离本发明的精神的情况下进行各种修改。

例如，在上述实施方式中，举出了具有半球形状的波长转换部的例子，波长转换部的形状并不限定于此，也可以使用具有如下所述的形状的波长转换部。

图25是表示波长转换部的第一变形例的截面图。

如图25所示，第一变形例的波长转换部90朝向金属结构体91呈凸状，并且与金属结构体91接触侧的面(上表面)为矩形状的凸形。在第一变形例的波长转换部90的情况下，由于朝向金属结构体91行进的光被包括平坦表面的凹型金属结构体91的表面反射，大部分光L4从第一基板向着与基板表面的法线大致平行的方向发射。因此，在波长转换部分90中，与上述实施方式的波长转换部相比，可以提高发射光的指向性。

图26是表示波长转换部的第二变形例的截面图。

如图26所示，第二变形例的波长转换部93的与金属结构体94接触侧的表面(上表面)是平面状，是不突出的形状。在第二变形例的波长转换部93的情况下，由于朝向金属结构体94行进的光被金属结构体94的平坦的表面反射，因此大部分光L5以宽角度从第一基板发射。此外，由于该构成是通过FIB处理获得，而不需要进行针对金属结构体94的材料和波长转换部93的材料的层叠膜的光掩模的位置对准，其制造简单。

图27表示波长转换部的第三变形例的截面图。

如图27所示，第三变形例的波长转换部96在上表面没有层叠金属结构体97，而是被设置在相邻的金属结构体97之间。在第三变形例的波长转换部96的情况下，从波长转换部96发射的光L6被发射到第一基板11的两侧。通过使用这种波长转换基板，可以期待发展应用到可从两侧观看显示的智能窗口。

或者，与上述实施方式的构成相反的，也可以构成为在第一基板的一表面上设置金属结构体，在与金属结构体的第一基板相反侧的面(上表面)上层叠包括波长转换材料的波长转换部。根据该构成，尽管发射光的强度变小，但即使外部光(太阳光等)从第一基板11入射，也被金属结构体反射，可以抑制外部光直接激励荧光体并产生发光。因此，可以在户外使用时减少来自荧光体的发光颜色。即，当用作液晶显示装置时，可以获得显示颜色良好的效果。

此外，在所有上述实施方式中，举出仅在液晶元件的光入射侧设置有偏振片的例子，除了光入射侧的偏振片之外，也可以在液晶元件的光出射侧的设置偏振片。在这种情况下，需要将光出射侧的偏振片相对于光入射侧的偏振片以正交尼科尔的方式配置。根据该构成，能够代替在上述实施方式中的电场关闭状态下的全透射状态而进行电场关闭状态的黑显示。

此外，在所有上述的实施方案中，是光入射侧的偏振片的透射轴是垂直于金属结构体的延伸方向的构成，但是，也可以用配置为光入射侧偏振片的透射轴是平行于金属结构体的延伸方向的构成代替上述构成。采用该构成的情况下，相反于上述实施方式，可以实现在电场接通状态下成为全透射状态，在电场关闭状态下成为特定波长范围透射状态的液晶显示装置作为。上述的光出射侧的偏振片也可以与该构成组合。

另外，在上述实施方式中，可以适当变更关于构成波长转换基板、液晶元件、液晶模块和液晶显示装置的各种构成要素的数量、形状、配置、材料、制造过程等的具体说明。此外，根据本发明的一个实施方式的液晶模块还可以应用于液晶显示装置以外的应用，例如具有调光功能的照明装置。

工业实用性

本发明的几个实施方式可以应用于波长转换基板、液晶元件、液晶模块及液晶显示装置。

标号说明

1、41、51、61、71、81...液晶表示装置，2...液晶模块，3...光源，4、44、55、64、75、85...液晶元件，7、42、52、62、74、84...波长转换基板，9...液晶层，9B...液晶分子，10...电场生成部，11...第一基板，12...光调制部，14、90、93、96...波长转换部，15、73R、73G、73B、83、91、94、97...金属结构体，15A...第一金属结构体，15B...第二金属结构体，16...波长转换材料，22...第二基板，72R、82R...红色子像素，72G、82G...绿色子像素，72B，82B...蓝色子像素。