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JP2017106961A - 表示装置 - Google Patents

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JP2017106961A
JP2017106961A JP2015238444A JP2015238444A JP2017106961A JP 2017106961 A JP2017106961 A JP 2017106961A JP 2015238444 A JP2015238444 A JP 2015238444A JP 2015238444 A JP2015238444 A JP 2015238444A JP 2017106961 A JP2017106961 A JP 2017106961A
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JP
Japan
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light
display device
liquid crystal
light source
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JP2015238444A
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English (en)
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陽一 浅川
Yoichi Asakawa
陽一 浅川
俊彦 福間
Toshihiko FUKUMA
俊彦 福間
憲 小野田
Ken Onoda
憲 小野田
小村 真一
Shinichi Komura
真一 小村
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Original Assignee
Japan Display Inc
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Abstract

【課題】表示装置の表示品位を高めること。【解決手段】一実施形態に係る表示装置は、透光性の第1基板及び第2基板と、液晶層と、偏光素子と、光源と、屈曲体とを備える。第1基板は、第1面と、第1面の反対側の第2面と、第1面及び第2面を繋ぐ側面とを有する。第2基板は、第1基板の第1面に対向する第3面と、第3面の反対側の第4面とを有する。液晶層は、第1基板と第2基板との間に配置されている。偏光素子は、第2基板の第4面側に配置されている。光源は、第1基板の側面に偏光した平行光を照射する。屈曲体は、光源から第1基板に入射した平行光の光路を第2基板に向けて屈曲させる。この表示装置において、第1基板と光源との間には偏光素子が配置されておらず、屈曲体は第1基板の第2面側に配置されている。【選択図】図3

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。
一般的に、透過型の表示装置、例えば液晶表示装置は、光源及び導光板を含むバックライトと、液晶セルと、液晶セルの両側に配置された偏光板とを備えている。バックライトにおいて、光源からの光は導光板に入射し、導光板の出射面から液晶セルに照射される。
導光板は、例えばポリカーボネート等の樹脂材料で形成されている。このような材料で形成された導光板は、光源からの光の一部を吸収するために、出射面の輝度低下や、出射面内での輝度ムラが発生し得る。また、導光板の材料は、熱、荷重、及び水分などによって変形することがあり、この場合にも出射面の輝度ムラが発生し得る。さらに、導光板における光の吸収には波長依存性があるために、出射面から出射する光が本来意図された色からシフトする色シフトや、出射面での色ムラが発生し得る。
また、2枚の偏光板によって導光板の出射面からの光がロスするために、良好な画像の輝度を実現するには光源の強度を高める必要がある。
特開2004−246100号公報
上述のように、バックライトを用いた表示装置には種々の課題が存在し、これらを改善することによって表示品位の向上が期待できる。
そこで、本開示の一態様における目的は、表示装置の表示品位を高めることである。
一実施形態に係る表示装置は、透光性の第1基板と、透光性の第2基板と、液晶層と、偏光素子と、光源と、屈曲体とを備えている。上記第1基板は、第1面と、上記第1面の反対側の第2面と、上記第1面及び上記第2面を繋ぐ側面とを有する。上記第2基板は、上記第1基板の上記第1面に対向する第3面と、上記第3面の反対側の第4面とを有する。上記液晶層は、上記第1基板と上記第2基板との間に配置されている。上記偏光素子は、上記第2基板の上記第4面側に配置されている。上記光源は、上記第1基板の上記側面に、偏光した平行光を照射する。上記屈曲体は、上記光源から上記第1基板に入射した上記平行光の光路を上記第2基板に向けて屈曲させる。この表示装置において、上記第1基板と上記光源との間には偏光素子が配置されておらず、上記屈曲体は上記第1基板の上記第2面側に配置されている。
図1は、第1実施形態に係る液晶表示装置の概略的な構成を示す平面図である。 図2は、上記液晶表示装置が備える画素の一構成例を示す図である。 図3は、上記液晶表示装置の概略的な断面構造を示す図である。 図4は、上記液晶表示装置が備える光源、第1基板、及びプリズムフィルムの一例を示す図である。 図5は、上記液晶表示装置が備える表示セル及び発光層に適用し得る構成の一例を示す図である。 図6は、第2実施形態に係る液晶表示装置の概略断面図である。 図7は、第3実施形態に係る液晶表示装置の概略断面図である。 図8は、第4実施形態に係る液晶表示装置の概略断面図である。 図9は、第4実施形態に係る液晶表示装置のプリズムフィルムに適用し得る構成の一例を示す図である。 図10は、第4実施形態に係る液晶表示装置のプリズムフィルムに適用し得る構成の他の例を示す図である。 図11は、第5実施形態に係る液晶表示装置の光源及び第1基板を示す概略断面図である。 図12は、第5実施形態に係る液晶表示装置の光源及び第1基板の他の例を示す概略断面図である。 図13は、第6実施形態に係る液晶表示装置の第1基板の概略断面図である。
いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有される。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。各図において、連続して配置される同一又は類似の要素については符号を省略することがある。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を省略することがある。
各実施形態においては、表示装置の一例として、透過型の液晶表示装置を開示する。ただし、各実施形態は、他種の表示装置に対する、各実施形態にて開示される個々の技術的思想の適用を妨げるものではない。他種の表示装置としては、例えば、Micro Electro Mechanical System(MEMS)シャッターが光学素子として機能する機械式表示セルを有する表示装置や、電気泳動素子等を有する電子ペーパ型表示セルを有する表示装置などが想定される。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る液晶表示装置1の概略的な構成を示す平面図である。液晶表示装置1は、例えば、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話端末、パーソナルコンピュータ、テレビ受像装置、車載装置、ゲーム機器、ウェアラブル端末等の種々の装置に用いることができる。
液晶表示装置1は、液晶セル2と、光源3と、液晶セル2を駆動する駆動ICチップ4と、液晶セル2及び光源3の動作を制御する制御モジュール5と、液晶セル2及び光源3へ制御信号を伝達するフレキシブル回路基板FPC1,FPC2とを備えている。
本実施形態においては、図1に示すように、第1方向D1、第2方向D2、及び第3方向D3を定義する。第1方向D1は、例えば液晶セル2の短辺に沿う方向である。第2方向D2は、例えば液晶セル2の長辺に沿う方向である。第3方向D3は、第1方向D1及び第2方向D2と交差する方向である。図示した例において、各方向D1〜D3は互いに垂直に交わるが、各方向D1〜D3は他の角度で交わっても良い。
液晶セル2は、アレイ基板ARと、アレイ基板ARに対向する対向基板CTと、アレイ基板AR及び対向基板CTの間に配置された液晶層(後述する液晶層LC)と、を備えている。液晶セル2は、画像を表示する表示領域DAを有している。液晶セル2は、例えば、表示領域DAにおいて、第1方向D1及び第2方向D2にマトリクス状に並ぶ複数の画素PXを備えている。
図1の例において、光源3は、アレイ基板ARの短辺に沿って配置されている。但し、光源3は、アレイ基板ARの他の辺に沿って配置されても良い。
駆動ICチップ4は、例えばアレイ基板ARに実装されている。但し、駆動ICチップ4は、制御モジュール5などに実装されても良い。フレキシブル回路基板FPC1は、アレイ基板ARと制御モジュール5とを接続している。フレキシブル回路基板FPC2は、光源3と制御モジュール5とを接続している。
図2は、画素PXの一構成例を示す図である。この図の例において、画素PXは、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)にそれぞれ対応する3つの副画素SPX(SPXR,SPXG,SPXB)を備えている。画素PXの構成はこの例に限られず、例えば白色などに対応する副画素SPXをさらに備えても良いし、同一の色に対応する副画素SPXを複数備えても良い。
副画素SPXは、例えば薄膜トランジスタ(TFT)であるスイッチング素子SWと、画素電極PEとを備えている。スイッチング素子SWは走査信号が供給される走査線G、映像信号が供給される信号線S、及び画素電極PEと電気的に接続されている。画素電極PEは、複数の副画素SPXに亘って配置された共通電極CEとの間で保持容量CSを形成する。画素電極PE及び共通電極CEは、例えばインジウム・ティン・オキサイド(ITO)などの透明導電材料で形成されている。
あるスイッチング素子SWに接続された走査線Gに走査信号が供給され、かつこのスイッチング素子SWに接続された信号線Sに映像信号が供給されると、この映像信号に応じた電圧が画素電極PEに印加される。このとき画素電極PEと共通電極CEとの間に生じる電界によって、液晶層LCの液晶分子の配向が電圧の印加されていない初期配向状態から変化する。このように、表示領域DAに含まれる各副画素SPXの画素電極PEに印加する電圧を制御することにより、光源3からの光を利用したカラー画像が表示領域DAに表示される。
続いて、液晶表示装置1の詳細につき、図3乃至図5を参照して説明する。
図3は、液晶表示装置1の概略的な断面構造を示す図である。アレイ基板ARは、透光性を有したガラス基板である第1基板10を備えている。同じく、対向基板CTは、透光性を有したガラス基板である第2基板20を備えている。アレイ基板AR及び対向基板CTは、それぞれ第1基板10及び第2基板20以外の要素(例えば図5に示す要素)も備えているが、図3においては省略している。本実施形態では、第1基板10及び第2基板20がガラス基板である場合を想定するが、これら基板は透光性を有したアクリル樹脂などの樹脂材料にて形成することもできる。
第1基板10は、第1面F1と、第1面F1の反対側の第2面F2とを有している。第2基板20は、第3面F3と、第3面F3の反対側の第4面F4とを有している。各面F1〜F4は、例えば第1方向D1及び第2方向D2と平行な面である。アレイ基板ARと対向基板CTは、第1面F1と第3面F3とを対向させた状態で、シール材SLによって貼り合わされている。シール材SLは、表示領域DAを囲う環状に形成されている。アレイ基板AR、対向基板CT、及びシール材SLによって囲われた空間に液晶層LCが封入されている。
光源3は、偏光した光を放つ発光素子30と、レンズ31とを備えている。発光素子30は、第1基板10の側面SFに対向している。レンズ31は、発光素子30と側面SFの間に配置されている。側面SFは、第1面F1と第2面F2とを繋ぐ面であり、本実施形態では第1基板10の第1方向D1に沿う端面である。
本実施形態において、発光素子30は、第2方向D2を中心とした広がりを持つ発散光を放つ点光源である。このような発光素子30としては、例えば偏光したレーザ光を放つ半導体レーザなどのレーザ素子を用いることができる。レンズ31は、発光素子30からの光を平行光に変換し、第1基板10の側面SFに照射する。このようなレンズ31としては、例えばフレネルレンズや回折レンズを用いることができる。但し、レンズ31の種類は特に限定されない。なお、レンズ31は、図3のように第2方向D2及び第3方向D3と平行な断面において発光素子30からの光を平行に変換するものであれば良く、レンズ31を通過した光が平面視において広がりを有していても良い。
このように、本実施形態における光源3は、点光源である発光素子30とレンズ31とで平行光を作り出す。但し、光源3は、例えば第1方向D1に長尺な線状の発光面を有した発光素子を備えても良い。また、発光素子30は上述したレーザ光を放つものに限られず、例えば偏光した光を放つ発光ダイオードを用いることもできる。
なお、平行光は、別名でコリメート光などと呼ばれ、空間を実質的に一直線に進む光であって高い指向性を有している。本開示において、平行光は、各光線が厳密に平行である光に限定されるものではなく、僅かに広がりを持った光を含む。
液晶表示装置1は、液晶セル2及び光源3に加え、プリズムフィルム6と、偏光板7(偏光素子)と、発光層8と、拡散層STと、フレーム9とを備えている。プリズムフィルム6は、第1基板10の第2面F2に貼付されている。プリズムフィルム6は、第2面F2から離れる方向(図中の下方)に向けて凸の多数のプリズム60を有している。プリズム60は、光源3からの光の光路を屈曲させる屈曲体の一例である。偏光板7は、第2基板20の第4面F4に貼付されている。発光層8は、偏光板7の上に配置されている。拡散層STは、発光層8の上に配置されている。
本実施形態において、液晶表示装置1は、偏光板7以外の偏光素子を備えていない。すなわち、第1基板10と光源3の間や、第1基板10と液晶層LCの間に偏光素子が配置されていない。
フレーム9は、バックベゼル90(支持部)と、フロントベゼル91とを含む。バックベゼル90及びフロントベゼル91は、例えば遮光性を有する樹脂材料で形成されている。図3の例において、バックベゼル90は、光源3及び液晶セル2の裏面側(プリズムフィルム6側)及び側面を覆っている。フロントベゼル91は、主に光源3及び液晶セル2の前面側(発光層8側)の周縁を覆っている。液晶セル2、プリズムフィルム6、偏光板7、発光層8、及び拡散層STは、バックベゼル90及びフロントベゼル91によって挟持されている。発光素子30及びレンズ31は、バックベゼル90及びフロントベゼル91の間に形成された空間において、例えばバックベゼル90に固定されている。
フロントベゼル91は、表示領域DAに対応した開口を有している。一方で、バックベゼル90は、このような開口を有していない。すなわち、バックベゼル90は、液晶セル2の裏面を全面に亘って覆っている。
図3の例において、バックベゼル90は、反射防止層92を有している。反射防止層92は、バックベゼル90本体の内面(プリズムフィルム6と対向する面)に形成されている。反射防止層92は、例えば光吸収性を有する黒色樹脂などで形成されたシート材である。反射防止層92は、プリズムフィルム6のプリズム60に面している。図3の例において、プリズム60の先端は、反射防止層92に接触している。
反射防止層92を設けることで、図中に一点鎖線の矢印で示すように、フロントベゼル91の開口から入射する外光の反射を防止できる。反射防止層92を設ける代わりにバックベゼル90自体を反射防止材にて形成しても良いし、反射防止層92を設けなくても良い。また、反射防止層92として1/4λ板を用いても良い。この場合、液晶表示装置1に入射する外光は、偏光板7において直線偏光となり、1/4λ板である反射防止層92で円偏光となる。この円偏光がバックベゼル90で反射されると逆回りの円偏光となって反射防止層92を再度通過し、入射時と直交した直線偏光となる。このような直線偏光は、偏光板7において吸収されるので、反射光が視認されない。
光源3、第1基板10、及びプリズムフィルム6の具体例を図4に示している。光源3は、複数組の発光素子30及びレンズ31を備えている。各組の発光素子30及びレンズ31は、第1方向D1に沿って並んでいる。各発光素子30は、例えば上述のフレキシブル回路基板FPC2が接続された配線基板に実装されている。なお、光源3は、発光素子30及びレンズ31を1組のみ備えるものであっても良い。
図4の例において、プリズム60は、光源3の方向を向いた傾斜面61と、光源3の反対方向を向いた傾斜面62とを有している。傾斜面61,62は、第1方向D1と平行に延び、かつ第2方向D2及び第3方向D3と交わる平面である。すなわち、傾斜面61,62は、第1基板10の第1面F1や第2面F2に対して傾いている。
なお、プリズム60の形状は図4に示した形状に限られない。例えば、プリズム60は、光の照射元となるレンズ31との距離がいずれの位置においても同じとなる扇形に形成されても良い。この場合には、傾斜面61,62が曲面となる。また、各プリズム60の形状やプリズムフィルム6の厚さは均一である必要はなく、少なくとも一部において異なっていても良い。例えば、光源3に近いほどプリズム60の間の谷部63と第2面F2との距離が大きくなっていても良い。このような構成は、例えば各プリズム60の形状を変えずに光源3から離れるほどプリズムフィルム6を薄くすることで実現できる。
本実施形態においては、発光層8が蛍光体を有し、発光素子30から放たれる光が蛍光体を励起する波長を有した励起光である場合を想定する。図3においては、発光素子30から放たれて発光層8から出射する光の光路の一例を、破線にて示している。発光素子30から発せられた光は、レンズ31にて平行光に変換され、側面SFから第1基板10に入射する。この光は第1基板10内を進み、プリズムフィルム6に入って、プリズム60に照射される。プリズム60に照射された光はプリズム60の傾斜面(主に傾斜面61)にて第2基板20に向けて反射される。この反射された光は、第1基板10、液晶層LC、及び第2基板20を通って偏光板7に至る。
発光素子30が放つ光は、偏光板7の吸収軸と平行な方向に振動する励起光である。この光は、画素電極PEと共通電極CEとの間に電圧が印加されていない副画素SPXを通過した場合には液晶層LCにおいて偏光状態が変化せず、偏光板7によって吸収される。一方で、画素電極PEと共通電極CEとの間に電圧が印加されている副画素SPXを通過した場合には、放たれた光は偏光状態が変化し、少なくとも一部が偏光板7を透過する。そして、偏光板7を透過したこの光によって発光層8の蛍光体が励起される。そして励起された蛍光体から発せられる光は拡散層STで拡散され、副画素SPXに対応する色の可視光が放たれる。
図3の例においては、発光素子30から放たれる光の中心がレンズ31の中心よりも図中上方に位置するように、発光素子30及びレンズ31が第3方向D3にずれている。このようにすれば、レンズ31から放たれる平行光が第2面F2に向けて傾く。したがって、プリズムフィルム6の全体に平行光を照射することが可能となる。但し、発光素子30から放たれる光の中心とレンズ31の中心を合せても良い。発光素子30及びレンズ31を傾けることで、レンズ31から放たれる平行光が、プリズムフィルム6の全体に照射されるようになり、同様の作用を得ることができる。
ここで、液晶セル2及び発光層8に適用し得る構成の一例につき、図5の概略断面図を用いて説明する。この図の例においては、副画素SPXR,SPXG,SPXBに対応する概略的な構造を示しており、アレイ基板ARに形成される走査線G、信号線S、及びスイッチング素子SWなどを省略している。
アレイ基板ARは、第1基板10に加え、絶縁層11と、第1配向膜12と、上述の画素電極PEとを備えている。絶縁層11は、第1基板10の第1面F1に形成されている。図5においては絶縁層11を単一の層として示しているが、実際には絶縁層11は走査線G、信号線S、及びスイッチング素子SWなどを形成するための複数の層を含んでいる。画素電極PEは、絶縁層11の対向基板CT側の面に形成されている。第1配向膜12は、絶縁層11及び画素電極PEを覆っている。
対向基板CTは、第2基板20に加え、第2配向膜21と、上述の共通電極CEとを備えている。共通電極CEは、第2基板20の第3面F3に形成されている。第2配向膜21は、共通電極CEを覆っている。第1配向膜12と第2配向膜21との間に液晶層LCが封入されている。
なお、図5においては、主として第3方向D3と平行な電界が画素電極PEと共通電極CEの間に発生し、この電界を用いて液晶層LCの液晶分子の配向状態を選択的に変化させる構成を示している。しかしながら、液晶セル2は、主として第1方向D1及び第2方向D2と平行な電界により液晶層LCの液晶分子の配向状態を選択的に変化させる構成を有していても良い。この場合、共通電極CEは、アレイ基板ARにおいて画素電極PEと同層、或いは異なる層に配置される。
発光層8は、透光性を有した透明基材80と、可視光を反射する反射層81と、蛍光体層82とを備えている。透明基材80は、偏光板7に貼付されている。反射層81は、透明基材80の一面を覆っており、その上に蛍光体層82が配置されている。具体的には、副画素SPXRには励起光を吸収して赤色に発光する蛍光体層82Rが配置され、副画素SPXGには励起光を吸収して緑色に発光する蛍光体層82Gが配置され、副画素SPXBには励起光を吸収して青色に発光する蛍光体層82Bが配置されている。
図5の例においては、副画素SPXR,SPXG,SPXBの境界にバンク83が配置され、このバンク83で区画された領域に蛍光体層82R,82G,82Bがそれぞれ配置されている。バンク83は、例えば遮光性を有する黒色樹脂で形成されている。なお、発光層8は、バンク83を有していなくても良い。
蛍光体層82は、蛍光体84を含む。図5の例においては、蛍光体層82Rが蛍光体84Rを含み、蛍光体層82Gが蛍光体84Gを含み、蛍光体層82Bが蛍光体84Bを含んでいる。蛍光体84R,84G,84Bとしては、公知の蛍光体を適用可能である。例えば光源3からの光を受けてそれぞれ赤色、緑色、青色に発光する量子ドットを用いることができる。量子ドットは、例えば半導体の微粒子であり、粒径を調整することによって種々の波長の光を発生させることができる。なお、蛍光体84R,84G,84Bは同じ色に発光する量子ドットであっても良い。この場合においては、例えば蛍光体層82R,82G,82Bの母材となる樹脂をそれぞれ赤色、緑色、青色に着色することで、これら蛍光体層からそれぞれ赤色、緑色、青色の可視光を得ることができる。
以上のような構成の蛍光体層82を用いる場合、例えば、発光素子30が放つ光を紫外光とし、紫外光を受けて発光する蛍光体を蛍光体84とすることができる。この場合において、反射層81としては、紫外光の反射率及び吸収率が低く、可視光の反射率が高い可視光反射膜を用いると良い。このような反射層81を用いることで、液晶セル2から蛍光体層82に向かう紫外光のロスが減り、かつ蛍光体層82が発した液晶セル2に向かう可視光が反射されるので、表示画像の輝度を高めることができる。
蛍光体層82の上には、上述の拡散層STが形成されている。この拡散層STは、拡散粒子や表面に微細なレンズ構造を含んでおり、通過する光を拡散させる。拡散層STを設けることによって、面内輝度ムラを低減できる。光源3から照射される光が、平行性の高いコリメート光であれば、面内輝度ムラが起こりやすい。よって、拡散層STを用いればこのような不具合を抑制できる。また、拡散層ST内で偏光した光の偏光度が低下し得るが、偏光板7を通過した後であれば問題はない。拡散粒子は、光を拡散するものであれば特に限定されず、有機粒子であっても無機粒子であっても良い。好ましくは、拡散粒子は無機粒子である。無機粒子としてはシリカやアルミナのような無機酸化物粒子が好ましい。
発光素子30が放つ励起光は、可視光であっても良い。例えば、発光素子30が放つ光として、青色のレーザ光を用いることができる。この場合においては、蛍光体層82Bを設けなくても良い。或いは、蛍光体層82Bに代えて、レーザ光を拡散させる拡散層を形成しても良い。この場合、蛍光体層82G,82Rの上にも拡散層を形成しても良い。その他、発光素子30が放つ光の波長と発光層8の構造は、適宜に変更することができる。
以上説明したように、本実施形態に係る液晶表示装置1は、一般的な液晶表示装置に用いられる樹脂材料の導光板を備えておらず、光源3からの光を第1基板10に直接入射させる。一般的な導光板を用いる場合には、導光板における光の吸収に起因した出射面の輝度低下や出射面内での輝度ムラが発生し得る。また、導光板の材料は、熱、荷重、及び水分などによって変形することがあり、この場合にも出射面の輝度ムラが発生し得る。また、導光板における光の吸収には波長依存性があるために、出射面から出射する光が本来意図された色からシフトする色シフトや出射面での色ムラが発生し得る。これに対し、本実施形態の構成であれば、光源3からの光が導光板を経ないので、そのような輝度低下、輝度ムラ、色シフト、及び色ムラを抑制でき、液晶表示装置1の表示品位が高まる。第1基板10をガラスで形成すれば、樹脂材料に比べて光の吸収が小さくかつ変形し難いので、輝度低下、輝度ムラ、色シフト、及び色ムラを一層好適に抑制できる。
また、本実施形態においては、光源3が偏光した光を放つ。したがって、一般的な液晶表示装置は液晶セルの両側にそれぞれ偏光板を配置する必要があるが、本実施形態においては偏光板7のみ配置すれば良い。このように偏光板の数を減らしたことにより、偏光板に起因した光のロスを低減することができる。さらに、偏光板の数を減らしたことにより、液晶表示装置1を薄型化できる。
また、光源3が放つ光は平行光である。第1基板10のような光透過性の基板であっても光の偏光度を維持しがたいため、第1基板10内での光の反射を可能な限り抑制する必要がある。一方で、平行光はプリズム60に向かう角度を制御し易いために、第1基板10内で全く反射させずに、或いは1回程度の反射で、平行光をプリズム60に照射することができる。これにより、偏光度を維持したまま第1基板10の第1面F1から光を出射させることができる。さらに、第1基板10での反射回数が少ないと光の光路長が短くなるので、第1基板10での光の吸収を抑制する効果も得られる。
なお、光源3からの光の光路は、第1基板10においては長くなるが、第2基板20においては主に厚み方向に光が通過するのみなので短くなる。第1基板10における光のロスを低減するためには、第1基板10の透過率は高いほど良い。一方で、第2基板20に関しては、第1基板10ほど透過率を高める必要が無い。そこで、第1基板10の透過率を第2基板20の透過率より高くしても良い。
また、第1基板10は光源3からの光を側面SFから取り込むため、ある程度の厚さが必要となる。さらに、第1基板10に十分な厚さが無ければ、光源3からの平行光を各プリズム60に万遍なく照射できる程度に傾けることができない。さらに、側面SFから入射した平行光が、浅い入射角度で第1基板10とプリズムフィルム6の境界に到達すると、この境界において平行光が全反射し、プリズム60に到達しない可能性がある。一方で、第2基板20は構造的な強度が保てれば厚さに制約はない。そこで、図3や図5に示したように、第1基板10の厚さを第2基板20の厚さよりも大きくしても良い。
また、第1基板10の屈折率をプリズムフィルム6の屈折率より小さくしても良い。このようにすれば、第1基板10とプリズムフィルム6の境界において、光源3からの平行光の全反射が生じ難くなる。第2基板20の屈折率は特に制約されないが、一例として、第1基板10の屈折率を第2基板20の屈折率より小さくしても良い。
以上述べたように、第1基板10の透過率、厚さ、及び屈折率を適宜に定めることで、液晶表示装置1の表示品位を一層高めることができる。
その他、本実施形態からは種々の好適な効果を得ることができる。
(第2実施形態)
第1実施形態においては、光源3が放つ光が励起光であり、この励起光を受けて発光層8から可視光が発生する構成を開示した。これに対し、第2実施形態では、光源3が放つ光が可視光である場合を想定する。特に言及しない構成及び効果は第1実施形態と同様である。
図6は、本実施形態に係る液晶セル2などに適用可能な構成を示す概略断面図である。この図に示す液晶セル2は、対向基板CTの構造において図5に示したものと相違する。すなわち、対向基板CTは、遮光層22と、カラーフィルタ23と、オーバーコート層24とをさらに備えている。
遮光層22は、第2基板20の第3面F3に形成されており、副画素SPXを区画している。カラーフィルタ23は、第3面F3及び遮光層22を覆っている。オーバーコート層24は、カラーフィルタ23を覆っている。オーバーコート層24によって遮光層22やカラーフィルタ23により生じる凹凸が平坦化される。第2配向膜21は、オーバーコート層24を覆っている。
図6においては、図5の例と同じく、赤色、緑色、青色にそれぞれ対応する副画素SPXR,SPXG,SPXBによって画素PXが構成される場合を想定している。カラーフィルタ23は、赤色に対応するカラーフィルタ23Rと、緑色に対応するカラーフィルタ23Gと、青色に対応するカラーフィルタ23Bとを含む。カラーフィルタ23Rは副画素SPXRに配置され、カラーフィルタ23Gは副画素SPXGに配置され、カラーフィルタ23Bは副画素SPXBに配置されている。
なお、画素PXは、白色などに対応する副画素SPXをさらに備えても良いし、同一の色に対応する副画素SPXを複数備えても良い。画素PXが白色に対応する副画素SPXを備える場合、この副画素SPXは白色に対応するカラーフィルタを備えても良いし、カラーフィルタを備えなくても良い。なお、光源3から白色光が照射される場合は、白色に対応する副画素SPXは透明なカラーフィルタとする。また、第1実施形態において上述したように、共通電極CEはアレイ基板ARにおいて画素電極PEと同層、或いは異なる層に配置されても良い。また、カラーフィルタ23はアレイ基板ARに設けられても良い。
図6の例においては、図5に示した発光層8に代えて、拡散層85が設けられている。これによって、偏光板7及びカラーフィルタ23を通過した光を拡散させている。
光源3からの光は、例えば白色光である。このような白色光は、例えば赤色、緑色、青色の偏光したレーザ光をそれぞれ放つ3つの発光素子30を用意し、各発光素子30から放たれた光を第1基板10に入射する前に混合することで生成できる。また、各発光素子30からの光を各プリズム60に同時に照射することで、各プリズム60から第2基板20に向けて反射される光が白色光となるようにしても良い。
光源3からの光は、第1実施形態と同じくプリズム60にて屈曲されてアレイ基板AR、液晶層LC、対向基板CTを通過する。この光は、カラーフィルタ23に対応する色の可視光となって偏光板7に到達する。画素電極PEと共通電極CEとの間に電界が形成された副画素SPXを通過した光は、吸収されることなく偏光板7を透過し、拡散層85で拡散される。このように光が拡散されることで、表示領域DAに表示される画像の視野角を高めることができる。
以上説明した本実施形態の構成においても、第1実施形態と同様に、導光板に起因した輝度低下、輝度ムラ、色シフト、及び色ムラを抑制でき、さらには偏光板の数を減らしたことにより液晶表示装置1を薄型化できる。
なお、本実施形態ではカラーフィルタ23を用いてカラーの画像表示を可能とする構成を開示した。しかしながら、カラーフィルタを用いずに、赤色、緑色、青色の各発光素子30を時分割で高速に点灯させるとともに、これに同期して画像を高速で切り替え、各色の画像を時間的に混合するフィールドシーケンシャル方式を液晶表示装置1に適用することもできる。
(第3実施形態)
第3実施形態においては、第2実施形態の変形例を開示する。特に言及しない構成及び効果は上述の各実施形態と同様である。
図7は、第3実施形態に係る液晶表示装置1の概略断面図である。この図に示す液晶表示装置1は、拡散層85に代えて、拡散粘着層86を備えている。拡散粘着層86は、第2基板20の第4面F4と偏光板7の間に配置され、偏光板7を第4面F4に接着している。
拡散粘着層86は、プリズム60にて反射された光を拡散する。プリズム60にて反射された光は、偏光板7に到達する前に拡散粘着層86を通るので、拡散粘着層86は光の偏光状態を維持するものでなければならない。このような機能を有した拡散粘着層86の構造は特に限定されないが、例えば、母材となる樹脂に分散ポリマーの微粒子を含ませたものを用いることができる。この構造においては、微粒子と母材との屈折率差によりプリズム60にて反射された光を種々の方向に屈折させることで、偏光状態を解消することなく光を拡散できる。
本実施形態の構成であれば、プリズム60にて反射された光を拡散する機能を、偏光板7と第2基板20とを接着する粘着層が兼ねるので、別途の拡散層を設ける必要が無く、液晶表示装置1を薄型化できる。その他、本実施形態からは上述した各実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第4実施形態)
第4実施形態においては、液晶表示装置1を、外光が透過可能ないわゆる透明液晶表示装置として構成する例を開示する。特に言及しない構成及び効果は上述の各実施形態と同様である。
図8は、第4実施形態に係る液晶表示装置1の概略断面図である。この図に示す液晶表示装置1は、液晶セル2と、光源3と、プリズムフィルム6と、偏光板7と、拡散層85と、フレーム9とを備えている。これらの要素のうち、液晶セル2、光源3、プリズムフィルム6、偏光板7、及び拡散層85は、第2実施形態と同様である。すなわち、光源3は赤色、緑色、青色などの偏光した可視光を放つ発光素子30を備え、液晶セル2はカラーフィルタ23を備えている。
本実施形態において、フレーム9のバックベゼル90及びフロントベゼル91は、透光性を有する樹脂材料で形成されている。また、本実施形態においては、バックベゼル90が図3に示した反射防止層92を有していない。
このような構成であれば、裏面側(バックベゼル90側)や正面側(拡散層85側)から液晶表示装置1に入射する外光は、一点鎖線の矢印で示したように、その少なくとも一部が液晶表示装置1を透過する。具体的には、これらの外光は無偏光であるため偏光板7を通過する際におよそ50%が吸収され、さらに液晶セル2などで一部が吸収されるものの、少なくとも一部が液晶表示装置1を透過することができる。なお、偏光板7や液晶セル2のカラーフィルタ23などで液晶表示装置1を透過する外光は着色され得る。したがって、液晶表示装置1は、全体として着色された半透明な状態として視認される。液晶表示装置1の表示画像も、背景が視認できる程度に半透明になることもある。
プリズム60によって外光が屈折或いは全反射することにより、液晶表示装置1の透明度が低下し得る。そこで、液晶表示装置1の透明度を高める必要がある場合には、外光の屈折等を緩和するための工夫をプリズムフィルム6に施しても良い。
図9は、プリズムフィルム6に適用し得る構成の一例を説明するための図であって、第1基板10、プリズムフィルム6、及びバックベゼル90の断面の一部を示している。この図の例において、プリズム60は、光源3の方向を向いた傾斜面61と、光源3の反対方向を向いた傾斜面62と、傾斜面61,62を繋ぐ平坦面64とを有している。傾斜面61,62は、例えば第1方向D1と平行に延び、かつ第2方向D2及び第3方向D3と交わる平面であり、第1基板10の第1面F1及び第2面F2に対して傾いている。平坦面64は、第1方向D1及び第2方向D2と平行な平面である。平坦面64は、第1面F1及び第2面F2やバックベゼル90の内面とも平行である。
図9の例においては、プリズム60の頂部に平坦面64が形成されており、平坦面64がバックベゼル90に面接触している。このように平坦面64とバックベゼル90が面接触すれば、フレーム9によって液晶セル2等を安定的に支持することができる。
光源3からの光は、破線矢印で示したように、傾斜面61によって第3方向D3に反射される。また、一点鎖線の矢印で示すように、裏面側(バックベゼル90側)や正面側(拡散層85側)から液晶表示装置1に入射する外光のうち平坦面64を垂直に通る外光は屈折しない。したがって、平坦面64を通る外光の作用により、液晶表示装置1の透明度を高めることが可能となる。
図10にプリズムフィルム6に適用し得る構成の他の例を示す。この図の例においては、プリズム60が平坦面64を有することに加え、隣り合う2つのプリズム60の間に平坦面65が形成されている。平坦面65は、平坦面64と同じく、第1方向D1、第2方向D2、第1面F1、第2面F2、及びバックベゼル90の内面などと平行な平面である。平坦面65を垂直に通る外光も、平坦面64を垂直に通る外光と同じく屈折しない。したがって、平坦面64,65を通る外光の作用により、液晶表示装置1の透明度を高めることが可能となる。
平坦面(図9では平坦面64、図10では平坦面64,65の双方)と傾斜面61,62の割合が、例えばプリズムフィルム6を平面視した際の面積比で平坦面の方が大きくなるように定めることで、液晶表示装置1の透明度を好適に高めることができる。一方で、平坦面の割合を大きくし過ぎると光源3から第1基板10に入射して第1面F1から出射する光に輝度ムラが生じ得る。そこで、平坦面と傾斜面61,62の具体的な割合は、液晶表示装置1に求められる性能に応じて適宜に定めれば良い。
なお、本実施形態では第2実施形態にて開示した液晶表示装置1をもとに透明液晶表示装置を実現する場合を例示した。しかしながら、第1実施形態にて開示した発光層8を備える液晶表示装置1をもとにした場合であっても、反射防止層92を無くし、かつバックベゼル90及びフロントベゼル91に透光性を持たせることで、透明液晶表示装置を実現できる。また、上述したフィールドシーケンシャル方式を適用した液晶表示装置1をもとに透明液晶表示装置を実現すれば、液晶セル2がカラーフィルタを備えないので、液晶表示装置1を透過する外光の着色を低減できる。
また、図9及び図10に示したプリズムフィルム6の構成は、上述した各実施形態の液晶表示装置1に適用することもできる。
また、本実施形態では、バックベゼル90及びフロントベゼル91の全てが透光性を有する場合を例示したが、バックベゼル90のみ透光性を有しても良い。さらに、バックベゼル90のうち、液晶セル2と対向する領域のみ、或いは表示領域DAと対向する領域のみ透光性を有しても良い。
(第5実施形態)
第5実施形態においては、上述した各実施形態の光源3及び第1基板10の側面SFに適用可能な変形例を開示する。特に言及しない構成及び効果は上述の各実施形態と同様である。
図11は、光源3及び第1基板10の側面SFの一変形例を示す概略断面図である。この図に示す光源3は、レンズ31を備えていない。その代わりに、第1基板10の側面SFをレンズ形状の曲面とし、レンズ31と同様の機能を与えている。すなわち、発光素子30から放たれた偏光した光は、側面SFに直接入射する。この光は、側面SFによって平行光に変換され、プリズムフィルム6の各プリズム60に照射される。このような構成においては、レンズ31が不要となるために、光源3の構成を簡略化できる。
図12は、光源3及び第1基板10の側面SFの他の変形例を示す概略断面図である。この図に示す光源3は、上述した各実施形態と同様にレンズ31を備えている。但し、レンズ31から放たれる光は、第1面F1や第2面F2と平行な平行光である。一方で、側面SFは、第2面F2側の端部が第1面F1側の端部よりも光源3に向けて突出した傾斜面となっている。したがって、この側面SFに入射する光は第2面F2の方向に屈曲し、各プリズム60に照射される。
以上の他にも、光源3や第1基板10の側面SFは種々の態様に変形することができる。
(第6実施形態)
第6実施形態においては、プリズムフィルム6を不要とした構成を開示する。このような構成は、上述した各実施形態のいずれにも適用可能である。特に言及しない構成及び効果は上述の各実施形態と同様である。
図13は、第6実施形態を説明するための図であって、第1基板10の概略的な断面を示している。この第1基板10は、第2面F2にプリズム100が形成されている。プリズム100は、例えば図4に示したプリズム60と同じく、光源3の方向を向いた傾斜面101と、光源3の反対方向を向いた傾斜面102とを有している。傾斜面101,102は、第1方向D1と平行に延び、かつ第2方向D2及び第3方向D3と交わる平面である。光源3からの光は、プリズム100の傾斜面101によって第3方向D3に向けて反射される。
このように、プリズム100を第1基板10の第2面F2に形成すれば、プリズムフィルム6を配置する必要がない。したがって、液晶表示装置1の部品点数を削減できる。
なお、プリズム100は、図9に示したプリズム60のように、平坦面を頂部に有しても良い。また、図10に示したプリズム60のように、隣り合う2つのプリズム100の間に平坦面を形成しても良い。
本実施形態のようにプリズムフィルム6を無くした場合には、例えばプリズム100の先端が反射防止層92やバックベゼル90の内面に接触する。プリズム100の先端に平坦面を設ければ、フレーム9によって液晶セル2等を安定的に支持することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。各実施形態にて開示した構成は、適宜に組み合わせることができる。
1…液晶表示装置、2…液晶セル、AR…アレイ基板、CT…対向基板、LC…液晶層、SL…シール材、3…光源、30…発光素子、31…レンズ、6…プリズムフィルム、60…プリズム、7…偏光板、8…発光層、9…フレーム、90…バックベゼル、91…フロントベゼル、92…反射防止層、10…第1基板、20…第2基板、F1〜F4…第1〜第4面、SF…側面。

Claims (14)

  1. 第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、前記第1面及び前記第2面を繋ぐ側面とを有する透光性の第1基板と、
    前記第1基板の前記第1面に対向する第3面と、前記第3面の反対側の第4面とを有する透光性の第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に配置された液晶層と、
    前記第2基板の前記第4面側に配置された偏光素子と、
    前記第1基板の前記側面に偏光した平行光を照射する光源と、
    前記光源から前記第1基板に入射した前記平行光の光路を前記第2基板に向けて屈曲させる屈曲体と、
    を備え、
    前記第1基板と前記光源との間には偏光素子が配置されておらず、
    前記屈曲体は、前記第1基板の前記第2面側に配置されている、
    表示装置。
  2. 前記光源は、発光素子と、前記発光素子と前記第1基板の前記側面との間に配置されたレンズとを含み、
    前記発光素子は、発散光を放つ点光源であり、
    前記レンズは、前記発光素子からの光を平行光に変換して前記第1基板に照射する、
    請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記光源は、発光素子を含み、
    前記発光素子は、発散光を放つ点光源であり、
    前記第1基板の前記側面は、前記発光素子からの光を平行光に変換するレンズ形状を有している、
    請求項1に記載の表示装置。
  4. 前記第1基板、前記第2基板、前記光源、及び前記屈曲体を支持するフレームをさらに備え、
    前記フレームは、前記屈曲体に面する支持部を有する、
    請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の表示装置。
  5. 前記支持部は、透光性を有している、
    請求項4に記載の表示装置。
  6. 前記支持部は、1/4λ板を有している、
    請求項4に記載の表示装置。
  7. 前記第2基板の前記第4面側に、前記平行光を拡散する拡散層をさらに備える、
    請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載の表示装置。
  8. 前記光源は、レーザ光を放つ発光素子を含む、
    請求項1乃至7のうちいずれか1項に記載の表示装置。
  9. 前記第2基板の前記第4面側に、可視光を反射する反射層をさらに備える、
    請求項1乃至8のうちいずれか1項に記載の表示装置。
  10. 前記屈曲体は、前記第1基板に入射した前記平行光を前記第2基板に向けて反射するプリズムである、
    請求項1乃至9のうちいずれか1項に記載の表示装置。
  11. 前記プリズムは、前記第1基板の前記第1面と平行な平坦面と、前記第1面に対して傾いた傾斜面とを有する、
    請求項10に記載の表示装置。
  12. 前記第1基板の前記第2面に接着されたフィルムをさらに備え、
    前記プリズムは、前記フィルムに形成されており、
    前記第1基板の屈折率は、前記フィルムの屈折率よりも小さい、
    請求項10又は11に記載の表示装置。
  13. 前記第1基板の前記平行光の透過率は、前記第2基板の前記平行光の透過率よりも高い、
    請求項1乃至12のうちいずれか1項に記載の表示装置。
  14. 前記第1基板の厚さは、前記第2基板の厚さよりも大きい、
    請求項1乃至13のうちいずれか1項に記載の表示装置。
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