JP2008197519A

JP2008197519A - 表示装置

Info

Publication number: JP2008197519A
Application number: JP2007034495A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kawada; 靖川田; Akio Murayama; 昭夫村山
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2007-02-15
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2008-08-28

Abstract

【課題】設計の最適化が容易に可能な画像表示装置を提供する。
【解決手段】導光板６の出射面6bに透光性の背面フィルム基板11を密着させる。背面フィルム基板11に透光性の前面フィルム基板12を対向配置する。基板11，12間に液晶層13を介在させる。画素表示電極15と共通電極17との間の電界に応じて液晶層13の屈折率を切り換えることで、導光板６とディスプレイ３とで構成する導波路19内部にて全反射する光を外部へと取り出すように構成する。面状光源部２側とディスプレイ３側とをそれぞれ独立に設計して一体化させることで画像表示装置１を構成できるので、設計の最適化が容易になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源部からの光を内部で全反射する導波路を有する表示装置に関する。

従来、動画表示用の表示装置としては、ブラウン管(ＣＲＴ)を用いたものがある。また、近年においては、車載用、机上用テレビジョン受像機や、コンピュータのディスプレイとして、液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)を用いたものがあり、さらに大画面テレビジョン受像機用にプラズマディスプレイがある。

さらに、このような用途の表示装置としては、二枚の透明な導波路であるガラス基板、あるいはプラスチック基板に狭持された電界変調層である電界反応物質の散乱によって、導光板内で全反射を繰り返す光の光路を制御(散乱)させて、導波路の外部に光を取り出すディスプレイが知られている。この場合、偏光板が不要であり、さらにＲＧＢなどの三原色光源を用いるフィールドシーケンシャル方式を用いることで、カラーフィルタ層を必要としない高輝度で高精細な表示装置が構成可能である（例えば、特許文献１および２参照。）。
特開平１１−１０９３４９号公報特開２００５−３００５６０号公報

しかしながら、このような表示装置は、散乱状態を電気的にスイッチング可能な散乱型液晶(ＰＮＬＣ、ＰＤＬＣ、ＳｍＡ、ＤＨＳＦＬＣ、ＤＳ)を導波路のクラッドとなるガラス基板やプラスチック基板に狭持して光変調体とする構成であるため、導波路としてのガラス基板やプラスチック基板設計と、散乱型素子である電界反応型散乱モード設計とを独立に最適化できないなどの問題がある。

さらに、電界反応型散乱層を挟み込むガラス基板やプラスチック基板だけでは、導波路としての特性が充分に引き出せない場合もあり、これらガラス基板やプラスチック基板に補助導波路として透明基板を積層するなどセルプロセスが煩雑になる問題を有する。

これに対しては、導波路として充分な厚みや構造をもつ基板を用いて電界反応型散乱層を挟み込むなどの対処方法もあるが、厚板基板を用いたセルプロセスの開発や、セルプロセス中に基板表面にできた傷や汚れが導波路性能を低下させるなど、生産性を低下させる要因も多く存在する。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、設計の最適化が容易に可能な表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、光源部と、この光源部からの光を面状光に変換する導光体とを備えた面状光源部と、この面状光源部と一体的に設けられ、前記光源部からの光を内部で全反射する導波路を前記導光体とともに形成する光変調体とを具備し、前記光変調体は、画素を形成する第１透明電極を有し、前記導光体の一主面に密着して形成された透光性の第１基板と、第２透明電極を有し、前記第１基板に対向配置された透光性の第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に介在され、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間の電界に応じて屈折率を切り換えることで前記導波路内部にて全反射される光の少なくとも一部をこの導波路の外部へと取り出し可能な電界反応層とを備えているものである。

そして、導光体の一主面に透光性の第１基板を密着させ、この第１基板に透光性の第２基板を対向配置し、これら第１基板と第２基板との間に電界反応層を介在させて、第１透明電極と第２透明電極との間の電界に応じて電界反応層の屈折率を切り換えることで、導光体と光変調体とで構成される導波路内部にて全反射する光の少なくとも一部を外部へと取り出すように構成する。

本発明によれば、面状光源部側と光変調体側とをそれぞれ独立に設計できるので、設計の最適化が容易になる。

以下、本発明の第１の実施の形態の表示装置の構成を図１および図２を参照して説明する。

図１は本実施の形態の表示装置の白画素表示状態を示し、図２は同表示装置の非表示状態を示すもので、いずれの図も(a)は説明断面図、(b)は表示部分の説明平面図である。これら図１および図２において、１は表示装置としての画像表示装置を示し、この画像表示装置１は、例えば車載用、机上用テレビジョン受像機や、コンピュータのディスプレイ、あるいは壁掛けテレビジョン受像機などに適用して好適な薄型のものである。

そして、この画像表示装置１は、光源装置としてのバックライトである面状光源部２と、この面状光源部２と一体的に設けられた光変調体としての表示素子である光散乱モード利用型ディスプレイ３(以下、単にディスプレイ３という)とを備えている。

面状光源部２は、光源部５と、この光源部５からの光を反射・散乱させて面状光に変換する導光体としての導光板６とを有している。

光源部５は、例えば液晶表示装置のバックライトとして用いられる、例えばＣＣＦＬ管、あるいは白色ＬＥＤなどの白色光を発光する光源である。

導光板６は、一般的に透明性と加工性とが良好で、かつ、屈折率が１．３〜１．６程度ある材料であれば任意のものを用いることが可能であるが、例えば液晶表示装置で一般的に用いられるアクリル板などとする。そして、この導光板６は、光源部５と対向する一側面が光の入射面6aとなっており、この入射面6aから入射した光が反射・散乱されて、一主面である前面が出射面6bとなっている。

一方、ディスプレイ３は、第１基板としての背面フィルム基板11と、第２基板としての前面フィルム基板12とを対向配置し、これら基板11，12間に、電界反応層としてのインデックスマッチング層である光散乱モード液晶層13(以下、単に液晶層13という)を介在して構成されている。

背面フィルム基板11は、透光性および可撓性(柔軟性)を有する透明基板であり、面状光源部２の導光板６の少なくとも出射面6bに、図示しない透明接着層を介して接着固定されて密着して積層されている。

ここで、透明接着層は、導光板６の屈折率と背面フィルム基板11の屈折率との双方に近い屈折率を有するものである。なお、導光板６と背面フィルム基板11との間には、導光板６や背面フィルム基板11よりも屈折率が小さい空気層や塵埃などが混入すると、液晶層13での光路制御機能が充分に働かなくなり、常時発光、あるいは常時反射状態の画素欠陥となるため、透明接着層を介して背面フィルム基板11を導光板６の出射面6bに積層する際には充分に注意を払う必要がある。

また、背面フィルム基板11の導光板６と反対側の主面には、図示しない複数の走査線および複数の信号線が格子状に配設されているとともに、これら走査線と信号線との交差位置に、スイッチング素子としての図示しない薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)が設けられ、例えばＩＴＯなどの第１透明電極としての画素表示電極15が、薄膜トランジスタのドレイン電極に電気的に接続されて設けられ、この画素表示電極15が、表示する画像の画素(ピクセル)Ｐを構成する副画素(サブピクセル)Ｐsに対応してマトリクス状となっている。

走査線および信号線は、それぞれ図示しない駆動手段であるドライバＩＣに電気的に接続され、これらドライバＩＣからの走査信号および画像信号を各薄膜トランジスタに伝達するように構成されている。

前面フィルム基板12は、背面フィルム基板11と同様に、透光性および可撓性(柔軟性)を有する透明基板であり、背面フィルム基板11側すなわち背面側に、例えば着色層であるカラーフィルタ層16と、ＩＴＯなどの第２透明電極としての共通電極17とが順次積層されている。

カラーフィルタ層16は、所定の波長以外の光を吸収することで透過した光を着色するもので、例えばＲＧＢ三原色、あるいはＲＧＢＷなど三原色以上の色に対応した各着色部がストライプ状に形成されている。本実施の形態では、着色部は、ＲＧＢに対応した着色部16r，16g，16bとし、これら着色部16r，16g，16bのそれぞれが、副画素Ｐsに対応して、これら着色部16r，16g，16bの３つで１つの画素Ｐに対応するものとする。なお、このカラーフィルタ層16は、背面フィルム基板11側に設けられていてもよい。

さらに、液晶層13は、画素表示電極15と共通電極17との間に挟持されて基板11，12間に保持されている。この液晶層13は、例えばアクティブマトリクス(ＡＭ)駆動の高分子分散型液晶(ＰＤＬＣ)、動的散乱モード(ＤＳ)、強誘電型液晶(ＦＬＣ)などである。したがって、この液晶層13は、信号が印加された状態で光を散乱するものと、信号が印加されない状態で光を散乱するものとがあり、必要に応じて任意のモードを用いることができる。本実施の形態では、この液晶層13は、例えば信号が印加された状態で光を散乱するもの、すなわち常時透明状態を示すものとする。

そして、ディスプレイ３は、導光板６とともに、光源部５からの光を内部で全反射させる導波路19を形成している。

次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。

まず、光源部５から照射された光は、入射面6aから導光板６内へと入射し、この導光板６内で反射・散乱されて面状光となって出射面6bから出射して、図２(a)および図２(b)に示すように、透明接着層、背面フィルム基板11、画素表示電極15などを透過し、導波路19での両側面である前後面で反射を繰り返し、導波路19の外部に出て行かず、非表示状態となる。

ここで、走査線からの走査信号により各副画素Ｐsの薄膜トランジスタを駆動し、信号線からの画像信号を画素表示電極15と共通電極17との間にて副画素Ｐsを構成する液晶層13に印加すると、この液晶層13の屈折率が切り換わることで、図１(a)および図１(b)に示すように、導波路19内で反射していた光が散乱されることにより導波路19の外部に漏れ出して副画素Ｐsが発光する。この散乱される光の量は、各副画素Ｐsの液晶層13に印加される画像信号の電圧に応じて設定される。

そして、カラーフィルタ層16の着色部16r，16g，16bにより着色された副画素Ｐsの発光量により、画素Ｐの色調が決定される。

上述したように、上記第１の実施の形態によれば、導光板６の出射面6bに透光性の背面フィルム基板11を密着させ、この背面フィルム基板11に透光性の前面フィルム基板12を対向配置し、これら基板11，12間に液晶層13を介在させて、画素表示電極15と共通電極17との間の電界に応じて液晶層13の屈折率を切り換えることで、導光板６とディスプレイ３とで構成される導波路19内部にて全反射する光を外部へと取り出すようにし、面状光源部２側とディスプレイ３側とをそれぞれ独立に設計して一体化させることで画像表示装置１を構成できるので、設計の最適化が容易になる。

すなわち、電界反応層を挟持する基板自体で導波路を構成する従来の表示装置では、これら基板の設計に際して、導波路としての設計と光変調体としての設計とを独立に最適化できなかったのに対して、上記第１の実施の形態では、面状光源部２とディスプレイ３とを独立させることにより、面状光源部２側は、従来の液晶表示装置の開発で培われた設計技術を用いて導光板６を設計でき、ディスプレイ３側は、光変調体として設計でき、所望の性能をそれぞれで容易に得ることができる。

また、独立して設計した導光板６により、導波路19としての特性を充分に引き出すことができ、補助用の導波路を追加する必要などもなく、製造プロセスの複雑化を防止できるとともに、ディスプレイ３側でも、例えば第１基板を充分な厚みで形成して導波路とする場合などと比較して、厚板の第１基板を用いた新たな製造プロセスの開発、あるいは、この第１基板の表面の傷や汚れなどによる導波路の性能の低下などの生産性を低下させる要因も少なくなる。

さらに、導光板６に密着させる第１基板を、柔軟性を有する背面フィルム基板11とすることで、この背面フィルム基板11を、導光板６に対して確実に密着させることが可能になる。

そして、液晶層13では、画素表示電極15と共通電極17との間に画像信号を印加するだけで、屈折率を変化させて光を外部へと容易に取り出すことができ、例えば所定の屈折率を有する光学素子を導波路に対して機械的に接離させて光を外部へと取り出す従来の場合よりも構成を簡略化できる。

また、液晶層13として強誘電型液晶(ＦＬＣ)を用いる場合には、例えば高分子分散型液晶(ＰＤＬＣ)よりも２〜３桁程度、応答速度が速いため、画像表示装置１を、例えば動画などに容易に対応させることができる。

次に、第２の実施の形態を図３および図４を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

ここで、図３は本実施の形態の表示装置の白画素表示状態を示し、図４は同表示装置の非表示状態を示すもので、いずれの図も(a)は説明断面図、(b)は表示部分の説明平面図である。そして、この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、図３および図４に示すように、電界反応層として、液晶層13に代えて、エレクトロウェッティング素子層21を用いるものである。

このエレクトロウェッティング素子層21は、例えば屈折率が１．１〜１．３程度の水系媒体あるいはフッ素系媒体などの低屈折率物質23と、屈折率が１．３５〜１．５程度のオイルあるいはシリコン系媒体などの高屈折率物質24とを副画素Ｐs毎に封入して構成されている。

そして、この第２の実施の形態では、図４(a)および図４(b)に示すように、画素表示電極15と共通電極17との間にて副画素Ｐsのエレクトロウェッティング素子層21に画像信号が印加されていない状態では、高屈折率物質24が副画素Ｐsの壁面に吸着されることで、低屈折率物質23が充填された副画素Ｐsの界面で光が全反射され、導波路19内で反射を繰り返すことにより非表示状態となり、画像信号が画素表示電極15と共通電極17との間にて印加されると、図３(a)および図３(b)に示すように、この印加された信号電圧に応じて高屈折率物質24が副画素Ｐs内に充填されることで、この副画素Ｐsにて光が散乱されて導波路19の外部に漏れ出し、副画素Ｐsが、カラーフィルタ層16により着色された状態で発光し、カラー画像が表示される。

このように、面状光源部２とディスプレイ３とを独立させることにより、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、例えば、高分子分散型液晶(ＰＤＬＣ)よりも２〜３桁程度、応答速度が速く、かつ、省電力のエレクトロウェッティング素子層21を電界反応層として用いることで、画像表示装置１を、例えば動画などに容易に対応させることができるとともに、省電力化できる。

なお、上記第２の実施の形態において、図５および図６に示す第３の実施の形態のように、カラーフィルタ層16に代えて、エレクトロウェッティング素子層21の高屈折率物質24中に着色微粒子を分散させるなどの方法で三原色、あるいは三原色以上に対応した高屈折率物質24r，24g，24bを有するカラー散乱層を形成する構成とすることも可能である。ここで、図５は本実施の形態の表示装置の白画素表示状態を示し、図６は同表示装置の非表示状態を示すもので、いずれの図も(a)は説明断面図、(b)は表示部分の説明平面図である。そして、この第３の実施の形態では、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することが可能であるとともに、カラーフィルタ層を別途設ける必要がなく、製造プロセスを簡略化でき、かつ、画像表示装置１を、より薄型化することが可能になる。

また、上記各実施の形態において、画像表示装置１は、カラー表示するものとしたが、白黒表示のものなどでも対応して用いることが可能である。

次に、第４の実施の形態を図７を参照して説明する。なお、上記各実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

ここで、図７において、(a)は本実施の形態の表示装置の白画素表示状態での１／３フレームを示す説明断面図、(b)は同表示装置の白画素表示状態での次の１／３フレームを示す説明断面図、(c)は同表示装置の白画素表示状態でのさらに次の１／３フレームを示す説明断面図、(d)は同表示装置の白画素表示状態を示す説明平面図である。

そして、この第４の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、カラーフィルタ層16に代えて、面状光源部２の光源部５として、複数の光源を時分割駆動させる、いわゆるフィールドシーケンシャル方式のものである。

光源は、ＲＧＢ三原色、あるいはそれ以上の中心波長を有するもので、導光板６の周囲の４側面の少なくとも１つの側面に対向して順次配設されている。本実施の形態では、発光手段である光源を、ＲＧＢに対応させた光源25r，25g，25bとし、例えば光源25rとしては、ＡｌＩｎＧａＰ−ＬＥＤ、光源25gとしては、ＧａＮ−ＬＥＤ、光源25bとしてはＧａＮ−ＬＥＤなどを用いるものとし、これら光源25r，25g，25bを、例えば導光板６の互いに対向する２辺のそれぞれに沿って、かつ、上下方向に並設している。

そして、この第４の実施の形態では、図７(a)、図７(b)および図７(c)に示すように、各光源25r，25g，25bを時分割で順次点灯、すなわち、単位時間当たりに所望の時間間隔(例えば１／３フレーム毎)で独立して発光させ、これら光源25r，25g，25bのそれぞれの点灯と同期させて、必要な画素Ｐの液晶層13に対して画像信号を与える過程を繰り返すことで、目の残像を利用して、図７(d)に示すように、カラーの画像を形成する。

すなわち、面状光源部２とディスプレイ３とを独立させることにより、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、画像表示装置１をフィールドシーケンシャル方式とすることで、カラーフィルタ層を必要としない構成とすることができるので、カラーフィルタ層による光の吸収がないため、高輝度にできるとともに、副画素が必要でないから画素Ｐを副画素の大きさに形成でき、高精細にできる。

さらに、液晶層13として強誘電型液晶(ＦＬＣ)を用いる場合には、高応答であるため、フィールドシーケンシャル方式のような色順次駆動によるフリッカが気にならない程度の切り換え速度(例えば、面順次１２０Ｈｚ程度)とすることができる。

次に、第５の実施の形態を図８を参照して説明する。なお、上記各実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

ここで、図８において、(a)は本実施の形態の表示装置の白画素表示状態での１／３フレームを示す説明断面図、(b)は同表示装置の白画素表示状態での次の１／３フレームを示す説明断面図、(c)は同表示装置の白画素表示状態でのさらに次の１／３フレームを示す説明断面図、(d)は同表示装置の白画素表示状態を示す説明平面図である。

そして、この第５の実施の形態は、上記第２の実施の形態において、上記第４の実施の形態と同様に、カラーフィルタ層16に代えて、面状光源部２の光源部５として、複数の光源を時分割駆動させる、いわゆるフィールドシーケンシャル方式のものである。

このように面状光源部２とディスプレイ３とを独立させることにより、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができるとともに、上記第４の実施の形態と同様に、フィールドシーケンシャル方式とすることで、高輝度化および高精細化が可能になる。

さらに、エレクトロウェッティング素子層21は、高応答であるため、フィールドシーケンシャル方式のような色順次駆動によるフリッカが気にならない程度の切り換え速度(例えば、面順次１２０Ｈｚ程度)とすることができる。

なお、上記各実施の形態において、画像表示装置１は、アクティブマトリクス駆動以外でも、単純マトリクス駆動でもよい。

また、レーザや有機ＥＬなどを光源として用いてもよい。

さらに、電界反応層としては、光散乱モード液晶層、エレクトロウェッティング素子層以外の任意の散乱型素子を用いることができる。

本発明の第１の実施の形態の表示装置の白画素表示状態を示す説明図である。同上表示装置の非表示状態を示す説明図である本発明の第２の実施の形態の表示装置の白画素表示状態を示す説明図である。同上表示装置の非表示状態を示す説明図である。本発明の第３の実施の形態の表示装置の白画素表示状態を示す説明図である。同上表示装置の非表示状態を示す説明図である。本発明の第４の実施の形態の表示装置の白画素表示状態を示す説明図である。本発明の第５の実施の形態の表示装置の白画素表示状態を示す説明図である。

符号の説明

１表示装置としての画像表示装置
２面状光源部
３光変調体としての光散乱モード利用型ディスプレイ
５光源部
６導光体としての導光板
11 第１基板としての背面フィルム基板
12 第２基板としての前面フィルム基板
13 電界反応層としての光散乱モード液晶層
15 第１透明電極としての画素表示電極
16 カラーフィルタ層
17 第２透明電極としての共通電極
19 導波路
21 電界反応層としてのエレクトロウェッティング素子層
25b，25g，25r 光源

Claims

光源部と、この光源部からの光を面状光に変換する導光体とを備えた面状光源部と、
この面状光源部と一体的に設けられ、前記光源部からの光を内部で全反射する導波路を前記導光体とともに形成する光変調体とを具備し、
前記光変調体は、
画素を形成する第１透明電極を有し、前記導光体の一主面に密着して形成された透光性の第１基板と、
第２透明電極を有し、前記第１基板に対向配置された透光性の第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に介在され、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間の電界に応じて屈折率を切り換えることで前記導波路内部にて全反射される光の少なくとも一部をこの導波路の外部へと取り出し可能な電界反応層とを備えている
ことを特徴とした表示装置。
前記光変調体は、前記第１透明電極に対応して形成されたカラーフィルタ層を備えている
ことを特徴とした請求項１記載の表示装置。
前記光源部は、複数の色にそれぞれ対応し、時分割駆動される複数の光源を備えている
ことを特徴とした請求項１記載の表示装置。
前記電界反応層は、光散乱モード液晶層である
ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか一記載の表示装置。
前記電界反応層は、エレクトロウェッティング素子層である
ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか一記載の表示装置。