JP2008225155A

JP2008225155A - 液晶装置

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Publication number: JP2008225155A
Application number: JP2007064594A
Authority: JP
Inventors: Yohei Kurashima; 羊平倉島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】小型化、薄型化を実現できる液晶装置を提供する。
【解決手段】液晶装置は、第１面を有する第１基板と、第２面を有する第２基板と、第１面と第２面との間に配置される液晶層と、第１面と液晶層との間に配置される偏光層と、第１基板の第３面に入射させるための光を射出する光源とを備える。第１基板は、第３面から入射した光を第１面に導いて、第１面より偏光層を介して液晶層に入射させ、液晶層に入射した光の少なくとも一部は、第２基板側で反射して、第１基板の第１面と反対側の第４面より射出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶装置に関する。

液晶装置は、液晶パネルと、その液晶パネルを照明する照明ユニットとを備えている。液晶装置には、照明ユニットとしてバックライトを用いる透過型（又は半透過型）、あるいは、照明ユニットしてフロントライトを用いる反射型が存在する。照明ユニットから射出された光は、液晶パネルの偏光板を介して、液晶層に送られる。下記特許文献には、液晶装置に関する技術の一例が開示されている。
特開２０００−０９８３６２号公報特開２００１−３１８３７９号公報特開２００２−２５８２７９号公報

例えば携帯端末に液晶装置を用いる場合、液晶装置の小型化、薄型化が望まれる。そのため、所望の光学特性（表示特性）を維持しつつ、液晶装置の小型化、薄型化を実現できる技術の案出が望まれる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、小型化、薄型化を実現できる液晶装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。

本発明の一観点によると、第１面を有する第１基板と、第２面を有する第２基板と、前記第１面と前記第２面との間に配置される液晶層と、前記第１面と前記液晶層との間に配置される偏光層と、前記第１基板の第３面に入射させるための光を射出する光源と、を備え、前記第１基板は、前記第３面から入射した光を前記第１面に導いて、該第１面より前記偏光層を介して前記液晶層に入射させ、前記液晶層に入射した光の少なくとも一部は、前記第２基板側で反射して、前記第１基板の前記第１面と反対側の第４面より射出される液晶装置が提供される。

本発明の一観点によれば、液晶層を挟む第１、第２基板のうち、第１基板に照明ユニットの導光部材（フロントライトガイド）としての機能を持たせることによって、液晶装置の小型化、薄型化を実現できる。また、液晶装置全体の部品点数の低減を図ることができる。また、偏光層は、第１基板と液晶層との間に配置されているので、所望の光学特性（表示特性）を得ることができる。

上記構成において、前記第２基板に配置され、前記液晶層を介して入射した光を反射する反射面を有する反射層を備える構成を採用できる。これによれば、第１基板の第１面より液晶層に入射し、その液晶層を介した光を良好に反射して、第１面側に導き、第４面より射出させることができる。

上記構成において、前記第４面は、前記第３面から入射した光を前記第１面に導く凹凸構造を含む構成を採用できる。これによれば、光源からの光を効率良く液晶層に導くことができる。

上記構成において、前記凹凸構造は、プリズム構造を含む構成を採用できる。これによれば、光源からの光を所望の角度で反射して、液晶層に導くことができる。

上記構成において、前記凹凸構造は、レンズ構造を含む構成を採用できる。これによれば、均一な光量分布を有する光を液晶層に導くことができる。

上記構成において、前記第１面は、反射防止構造を含む構成を採用できる。これによれば、光源より第１基板に入射した光のうち、液晶層に入射せずに、第１面で反射して第４面より射出されてしまう光成分（ノイズ光成分）を低減できる。

上記構成において、前記反射防止構造は、モスアイ構造を含む構成を採用できる。これによれば、第１面に、良好な光反射防止機能を与えることができる。

上記構成において、前記第４面と対向する位置に配置され、前記第４面を保護する保護部材を備える構成を採用できる。これによれば、第４面を保護して、液晶装置の性能の劣化を抑制できる。

上記構成において、前記光源と前記第３面との間に配置され、前記光源からの光を拡散させる拡散部材を備える構成を採用できる。これによれば、光源から射出された光を、均一な光量分布で第１基板に入射させることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。水平面内の所定方向をＸ方向、水平面内においてＸ方向と直交する方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ方向とする。

図１は、本実施形態に係る液晶装置１００の一例を示す模式図である。図１において、液晶装置１００は、アレイ基板（ＴＦＴアレイ基板）１０と、対向基板（カラーフィルタ基板）２０と、アレイ基板１０の上面１０Ｓと対向基板２０の下面２０Ｓとの間に配置される液晶層５０とを備える。対向基板２０及びアレイ基板１０のそれぞれは、下面２０Ｓと上面１０Ｓとが対向するように配置される。

本実施形態においては、対向基板２０の基材、及びアレイ基板１０の基材は、ガラス板である。アレイ基板１０の上面１０Ｓには、画素電極、及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等が配置される。対向基板２０の下面２０Ｓには、ブラックマトリクス、及びカラーフィルタ等が配置される。

本実施形態において、液晶装置１００は、対向基板２０の液晶層５０側の下面２０Ｓと液晶層５０との間に配置された低屈折率層９０、偏光層２４、及び配向膜２８を備える。また、本実施形態の液晶装置１００は、アレイ基板１０の液晶層５０側の上面１０Ｓと液晶層５０との間に配置された反射層１９、及び配向膜１８を備える。また、アレイ基板１０の上面１０Ｓと反対側の下面１０Ｔには、偏光層１４が配置される。

また、液晶装置１００は、アレイ基板１０と対向基板２０との間で液晶層５０を封じ込める空間を形成するためのシール材９１を備える。液晶層５０は、アレイ基板１０と対向基板２０とシール材９１とで形成された密閉された空間に配置される。なお、上面１０Ｓのうち液晶層５０に対してシール材９１の外側には、駆動回路１０１、１０２の少なくとも一部が配置されている。

また、液晶装置１００は、対向基板２０の側面２０Ｒと対向するように配置され、その側面２０Ｒに入射させるための光を射出する光源ユニット６０を備える。対向基板２０は、側面２０Ｒから入射した光を下面２０Ｓに導いて、その下面２０Ｓより偏光層２４を介して、液晶層５０に入射させる。液晶層５０に入射した光の少なくとも一部は、アレイ基板１０側で反射して、対向基板２０の下面２０Ｓと反対側の上面２０Ｔより射出される。

アレイ基板１０に配置されている反射層１９は、対向基板２０より液晶層５０を介して入射した光を反射する反射面１９Ｓを有している。液晶層５０を介して対向基板２０より供給された光の少なくとも一部は、アレイ基板１０の反射層１９の反射面１９Ｓで反射して、再び対向基板２０に供給され、対向基板２０の上面２０Ｔより射出される。

観察者は、上面２０Ｔより射出された光に基づく画像を見ることができる。すなわち、本実施形態の液晶装置１００は、反射型液晶装置である。

図２（Ａ）は、光源ユニット６０及び対向基板２０を示す側面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の平面図である。図２においては、光源ユニット６０を分解した状態が示されている。図２において、光源ユニット６０は、光源６１と、導光部材６２と、リフレクタ部材６３と、拡散部材６４とを備えている。

光源６１は、ＬＥＤ光源を含み、ランダムな偏光状態の光を射出する。導光部材６２は、光源６１からの光が供給される入射面６５及び射出面６６を有する。入射面６５から入射された光は、射出面６６より射出される。

本実施形態においては、導光部材６２は、ロッド状であり、導光部材６６の射出面６６は、所定方向（本実施形態ではＸ軸方向）に長い形状を有する。すなわち、導光部材６２の射出面６６は、所謂、線光源を形成する。

また、本実施形態の導光部材６２は、２つの入射面６５を有する。光源６１は、入射面６５に応じて、２つ配置されている。本実施形態によれば、２つの光源６１が設けられているので、高い輝度の画像を得ることができる。なお、導光部材の入射面の数は、２つに限られず、３つ以上の複数であってもよい。光源は、それら複数の入射面に応じて複数配置される。

また、導光部材６２は、入射面６５及び射出面６６に対向し、且つ傾斜するように配置された第１内面６７Ａ及び第２内面６７Ｂを有し、入射面６５からの光を射出面６６に導くプリズム６７を備えている。プリズム６７は、射出面６６の長手方向（Ｘ軸方向）に複数配置されている。これによれば、所定方向に関する射出面６６の各位置（領域）から射出される光の光量（照度、輝度）を均一化できる。

リフレクタ部材６３は、導光部材６２に関して対向基板２０の反対側に配置されている。リフレクタ部材６３は、導光部材６２から漏れ出た光を集めて、対向基板２０側に反射する反射面６３Ｒを有する。

拡散部材６４は、光源６１と対向基板２０の側面２０Ｒとの間に配置されており、光源６１からの光を拡散させる。本実施形態においては、拡散部材６４は、導光部材６２の射出面６６と対向基板２０の側面２０Ｒとの間に配置されている。拡散部材６４は、光源６１より射出され、導光部材６２を介して射出面６６より射出された光を拡散させ、対向基板２０の側面２０Ｒに入射させる。これにより、光源６１から射出され、導光部材６２を介して対向基板２０の側面２０Ｒに入射する光の光量分布（照度分布、輝度分布）を均一にすることができる。本実施形態においては、拡散部材６４は、少なくとも側面２０Ｒの長手方向（Ｘ軸方向）に関する光量分布を均一にする。

対向基板２０の側面２０Ｒから入射した光は、下面２０Ｓに導かれる。本実施形態においては、対向基板２０の上面２０Ｔに、側面２０Ｒから入射した光を下面２０Ｓに導く凹凸構造が形成されている。

図３は、対向基板２０の一部を拡大した図である。図３に示すように、対向基板２０の上面２０Ｔは、側面２０Ｒから入射から入射した光を下面２０Ｓに導く凹凸構造を含む。本実施形態においては、凹凸構造は、複数のプリズム８０を有するプリズム構造を含む。

プリズム８０は、側面（入射面）２０Ｒ及び下面（射出面）２０Ｓに対向し、且つ傾斜するように配置された第１内面８１と、第１内面８１に背向するように配置された第２内面８２とを有する。本実施形態においては、側面２０Ｒは、ＸＺ平面とほぼ平行である。

図１及び図２に示すように、プリズム８０は、側面２０Ｒと直交するＹ軸方向に複数配置されている。すなわち、本実施形態のプリズム構造は、プリズムアレイ（マイクロプリズムアレイ）を含む。側面２０Ｒより対向基板２０に入射した光は、プリズム８０を含む対向基板２０の内面で反射を繰り返しながら伝播する。これにより、Ｙ軸方向に関する下面２０Ｓの各位置（領域）から射出される光の光量（照度、輝度）を均一化できる。

また、本実施形態においては、Ｙ軸方向に関するプリズム８０同士の間隔は、光源ユニット６０（側面２０Ｒ）からＹ軸方向に離れるにつれて、除々に狭くなっている。これにより、Ｙ軸方向に関する下面２０Ｓの各位置（領域）から射出される光の光量（照度、輝度）をより一層均一化できる。

そして、側面２０Ｒより対向基板２０に入射し、プリズム８０を含む対向基板２０の内面で反射を繰り返しながら伝播した光は、下面２０Ｓより液晶層５０に向けて射出される。このように、本実施形態の対向基板２０は、プレート状の導光部材として機能する。すなわち、対向基板２０の下面２０Ｓは、所謂、面光源を形成する。

なお、プリズム８０は、例えば特開平５−１７１７１号公報、特開平５−２４８５７号公報、特開平７−２５６２８号公報等に開示されているようなプレス成形法で形成することができる。

また、対向基板２０の下面２０Ｓは、反射防止構造を含む。図３に示すように、本実施形態の反射防止構造は、モスアイ構造８３を含む。モスアイ構造８３は、例えば特開２００４−２０５９９０号公報に開示されているような、円錐状の微細な突起部材を複数周期的に配列した構造である。これにより、対向基板２０の内面を伝播する光の少なくとも一部（例えば下面２０Ｓに垂直に入射する光）が下面２０Ｓで反射して上面２０Ｔから射出されるのを抑制することができ、上面２０Ｔから不要な光が漏れるのを抑制できる。また、対向基板２０の内面を伝播する光を効率良く下面２０Ｓから射出させることができる。

また、対向基板２０Ｓの上面２０Ｔにも、反射防止構造としてモスアイ構造８４が形成されている。これにより、対向基板２０の内面を伝播する光を効率良く下面２０Ｓから射出させることができる。

なお、モスアイ構造は、例えばナノインプリント（熱インプリント）の手法を用いて形成することができる。また、上述のプリズム８０も、ナノインプリントの手法を用いて形成することができる。

なお、反射防止構造として、例えばプリズム８０よりも更に微小なプリズムを複数配置した構造（ナノプリズムアレイ）を適用してもよい。また、反射防止構造として、モスアイ構造、ナノプリズムアレイのように対向基板２０に凹凸構造を形成する形態の他に、例えばＳｉＯ_２層とＴｉＯ_２層とが交互に積層された反射防止層を対向基板２０に付加してもよい。

また、本実施形態においては、対向基板２０の下面２０Ｓに接続するように低屈折率層９０が形成されている。低屈折率層９０は、可視光に対する屈折率が１程度の材料で形成される。これにより、対向基板２０の内面を伝播する光を効率良く下面２０Ｓから射出させることができる。

偏光層２４は、所定の偏光状態の光を通過させる。本実施形態においては、偏光層２４は、特表２００３−５０２７０８号公報、特表２００３−５１９８１８号公報、特開２００４−７０１３１号公報、特開２００４−７７８３１号公報、及び特開２００４−１７７９０４号公報等に開示されているような、ワイヤーグリッド偏光板を含む。なお、低屈折率層９０を省略して、対向基板２０の下面２０Ｓにワイヤーグリッド偏光子を形成することもできる。

対向基板２０の配向膜２８は、例えばポリイミド等の合成樹脂（有機材料）で形成されている。なお、ＳｉＯ_２等の無機材料で形成されていてもよい。

アレイ基板１０の配向膜１８は、対向基板２０の配向膜２８と同様、例えばポリイミド等の合成樹脂（有機材料）で形成されている。なお、ＳｉＯ_２等の無機材料で形成されていてもよい。

アレイ基板１０の偏光層１４は、対向基板２０の偏光層２４と同様、ワイヤーグリッド偏光板で形成されている。なお、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の合成樹脂で形成されていてもよい。

また、図１に示すように、本実施形態においては、対向基板２０の上面２０Ｔと対向する位置に、その上面２０Ｔを保護するための保護部材２００が配置されている。本実施形態においては、保護部材２００は、光を透過可能なプレート状の部材である。これにより、プリズム８０及びモスアイ構造８４等を含む上面２０Ｔを保護して、液晶装置１００の表示性能の劣化を抑制できる。

以上、本実施形態に係る液晶装置１００の概略について説明した。次に、本実施形態に係る液晶装置１００についてより詳細に説明する。

本実施形態の液晶装置１００は、カラーフィルタを備えたカラー液晶装置であり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を出力する３つのドットで構成される画素を複数備える。以下の説明において、表示を構成する最小単位となる表示領域を適宜、ドット領域、と称し、一組（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のドットから構成される表示領域を適宜、画素領域、と称する。

図４は、本実施形態の液晶装置１００を構成するマトリクス状に形成された複数のドット領域の回路構成図である。図５（Ａ）は、液晶装置１００の任意の１ドット領域における平面構成図であり、図５（Ｂ）は、液晶装置１００を構成する各光学素子の光学軸の配置関係を示す説明図である。図６は、図５（Ａ）のＡ−Ａ’線に沿う部分断面構成図である。なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異なせて表示している。

図４に示すように、液晶装置１００の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数のドット領域には、それぞれ画素電極９と画素電極９をスイッチング制御するためのＴＦＴ３０とが形成されており、データ線駆動回路１０１から延びるデータ線６ａがＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線駆動回路１０１は、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎをデータ線６ａを介して各画素に供給する。前記画像信号Ｓ１〜Ｓｎはこの順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしても良い。

また、ＴＦＴ３０のゲートには、走査線駆動回路１０２から延びる走査線３ａが電気的に接続されており、走査線駆動回路１０２から所定のタイミングで走査線３ａにパルス的に供給される走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが、この順に線順次でＴＦＴ３０のゲートに印加されるようになっている。画素電極９は、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されている。スイッチング素子であるＴＦＴ３０が走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが所定のタイミングで画素電極９に書き込まれるようになっている。

画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、画素電極９と液晶を介して対向する共通電極との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付与されている。蓄積容量７０はＴＦＴ３０のドレインと容量線３ｂとの間に設けられている。

次に、図５及び図６を参照して、液晶装置１００の詳細な構成について説明する。図６に示すように、液晶装置１００は、アレイ基板１０と対向基板２０との間に配置された液晶層５０を備える。

図５に示すように、液晶装置１００のドット領域には、ＸＹ平面内において櫛歯状に形成され、Ｙ軸方向を長手方向とする画素電極９と、ＸＹ平面内において画素電極９と重なるように配置された共通電極１９とが設けられている。また、液晶装置１００は、アレイ基板１０と対向基板２０との間に所定のギャップを形成するためのスペーサ４０を備える。

画素電極９は、Ｙ軸方向に延びる複数本（図示では５本）の画素電極部９ｃと、これら複数の画素電極部９ｃの＋Ｙ側の各端部に接続されてＸ軸方向に延在する基端部９ａと、基端部９ａのＸ軸方向中央部から＋Ｙ側に延出されたコンタクト部９ｂとを含む。

共通電極（反射層）１９は、反射面１９Ｓを有する。後述するように、共通電極１９は、微細なスリット構造を含む光反射性の金属膜からなる反射偏光層である。

ＴＦＴ３０には、Ｘ軸方向に延びるデータ線６ａと、Ｙ軸方向に延びる走査線３ａと、走査線３ａに隣接して走査線３ａと平行に延びる容量線３ｂとが形成されている。データ線６ａと走査線３ａとの交差部の近傍にＴＦＴ３０が設けられている。ＴＦＴ３０は、走査線３ａの平面領域内に部分的に形成されたアモルファスシリコンからなる半導体層３５と、半導体層３５と一部平面的に重なって形成されたソース電極６ｂ、及びドレイン電極３２とを備えている。走査線３ａは、半導体層３５と平面的に重なる位置でＴＦＴ３０のゲート電極として機能する。

ＴＦＴ３０のソース電極６ｂは、データ線６ａから分岐されて半導体層３５に延びるように形成されており、ドレイン電極３２は、−Ｙ側に延びて容量電極３１と電気的に接続されている。容量電極３１には、画素電極９のコンタクト部９ｂが−Ｙ側から進出して配置されており、ＸＹ平面内において両者が重なる位置には、画素コンタクトホール４５が設けられている。そして前記画素コンタクトホール４５を介して容量電極３１と画素電極９とが電気的に接続されている。また、容量電極３１は、容量線３ｂの平面領域内に配置されており、厚さ方向（Ｚ軸方向）で対向する容量電極３１と容量線３ｂとを電極とする蓄積容量７０が形成されている。

図６において、アレイ基板１０と対向基板２０との間には液晶層５０が配置されている。アレイ基板１０の上面１０Ｓ側（液晶層５０側）には、走査線３ａ及び容量線３ｂが形成されており、走査線３ａ及び容量線３ｂを覆うように、酸化シリコン等の透明絶縁膜からなるゲート絶縁膜１１が形成されている。

ゲート絶縁膜１１上には、アモルファスシリコンの半導体層３５が形成されている。また、半導体層３５の一部に接続するようにソース電極６ｂとドレイン電極３２とが設けられている。ドレイン電極３２の−Ｙ側には、容量電極３１が一体で形成されている。半導体層３５は、ゲート絶縁膜１１を介して走査線３ａと対向するように配置されている。走査線３ａの一部は、ＴＦＴ３０のゲート電極を構成する。

容量電極３１は、ゲート絶縁膜１１を介して容量線３ｂと対向するように配置されている。容量電極３１と容量線３ｂとが対向する領域に、ゲート絶縁膜１１をその誘電体膜とする蓄積容量７０が形成されている。

半導体層３５、ソース電極６ｂ、ドレイン電極３２、及び容量電極３１を覆うように、酸化シリコン等からなる第１層間絶縁膜１２が形成されている。第１層間絶縁膜１２上には、アルミニウム等の反射性の金属膜を主体としてなる共通電極（反射層）１９が形成されている。

共通電極１９を覆うように、酸化シリコン等からなる第２層間絶縁膜１３が形成されている。また、第２層間絶縁膜１３上には、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極９が形成されている。第１層間絶縁膜１２及び第２層間絶縁膜１３を貫通して容量電極３１に達する画素コンタクトホール４５が形成されており、この画素コンタクトホール４５内に画素電極９のコンタクト部９ｂが一部埋設されることで、画素電極９と容量電極３１とが電気的に接続されている。なお、画素コンタクトホール４５の形成領域に対応して共通電極１９にも開口部が設けられており、共通電極１９と画素電極９とが接触しないようになっている。画素電極９を覆う第２層間絶縁膜１３上の領域には、配向膜１８が形成されている。

このように、本実施形態において、アレイ基板１０の液晶層５０側の上面１０Ｓと液晶層５０との間には、共通電極（反射層）１９、画素電極９、及び配向膜１８等が配置される。

対向基板２０の下面２０Ｓ側（液晶層５０側）、すなわち、対向基板２０の液晶層５０側の下面２０Ｓと液晶層５０との間には、低屈折率層９０、偏光層２４、カラーフィルタ２２、及び配向膜２８等が配置されている。また、アレイ基板１０の上面１０Ｓと反対側の下面１０Ｔには、偏光層１４が配置される。

図７は、反射層（反射偏光層）である共通電極１９の構成及び作用を説明するための図であり、図７（Ａ）は、共通電極１９の平面構成図、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＪ−Ｊ’線に沿う側面構成図である。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、共通電極１９は、アルミニウム等の光反射性の金属膜７１と、金属膜７１に所定ピッチでストライプ状に形成された複数の微細なスリット７２とを有する。複数のスリット７２は、互いに平行で、同一の幅を有する。スリット７２の線幅は、例えば３０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。スリット７２同士の間の金属膜７１の線幅も、例えば３０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。

図７（Ｂ）に示すように、共通電極１９の上面側から共通電極１９に光Ｅが入射されると、スリット７２の長手方向に平行な偏光成分は反射光Ｅｒとして反射され、スリット７２の幅方向に平行な偏光成分は透過光Ｅｔとして透過される。すなわち、共通電極１９は、スリット７２の長手方向に平行な反射軸と、この反射軸と直交する方向の透過軸とを有する。

共通電極１９は、図５（Ｂ）の光学軸の配置図に示すように、液晶装置１００において、その透過軸（スリット７２の長手方向に直交する方向）１５７が、対向基板２０側の偏光層２４の透過軸１５３と平行となるように配置されており、アレイ基板１０側の偏光層１４の透過軸と直交する向きに配置されている。また、本実施形態の液晶装置１００では、配向膜１８、２８は平面視同一方向にラビング処理されており、その方向は、図５（Ｂ）に示すラビング方向１５１である。したがって、共通電極１９の透過軸１５７と配向膜１８、２８のラビング方向１５１とは平行に配置されている。なお、ラビング方向１５１は、液晶装置１００の画素配列方向（Ｙ軸方向）に平行に延びる画素電極部９ｃ…対して約３０°の角度を成している。

本実施形態の液晶装置１００は、ＴＦＴ３０を介して画素電極９に画像信号（電圧）を印加することで、画素電極９と共通電極１９との間に基板面方向（図５中、Ｘ軸方向）の電界を生じさせ、かかる電界によって液晶を駆動し、各ドットごとの透過率／反射率を変化させることで画像表示を行う。図５（Ｂ）に示したように、液晶層５０を挟むように対向する配向膜１８、２８は、ＸＹ平面内において同一方向にラビング処理されているので、画素電極９に電圧を印加しない状態では、液晶層５０を構成する液晶分子は、基板１０、２０間でラビング方向１５１に沿って水平に配向した状態となっている。そして、このような液晶層５０に画素電極９と共通電極１９との間に形成した電界を作用させると、図５（Ａ）に示す画素電極部９ｃの線幅方向（Ｘ軸方向）に沿って液晶分子が配向する。液晶装置１００は、このような液晶分子の配向状態の差異に基づく複屈折性を利用して明暗表示を行う。

次に、上述の構成を有する液晶装置１００の動作について、図８を参照して説明する。図８は、液晶装置１００の動作を説明するための模式図である。図８には、図６に示した構成要素のうち、説明に必要な構成要素のみが抜き出して示されており、図６中、上側から順に、偏光層２４、液晶層５０、共通電極１９、及び偏光層１４が示されている。

光源ユニット６０より射出され、対向基板２０を介した光は、対向基板２０の下面２０Ｓより射出される。対向基板２０の下面２０Ｓより射出された光は、偏光層２４の上方（外側）から入射する。偏光層２４の上方から入射した光は、偏光層２４を透過することで偏光層２４の透過軸１５３に平行な直線偏光に変換されて液晶層５０に入射する。

このとき、液晶層５０がオン状態であれば、入射光は液晶層５０により所定の位相差（λ／２）を付与されて共通電極１９に入射する。図５（Ｂ）に示したように、反射偏光層である共通電極１９は、偏光層２４の透過軸１５３と平行な透過軸１５７と、それに直交する反射軸を有しているので、上記オン状態の液晶層５０を透過して共通電極１９に入射した光は、その偏光状態を保持したまま反射される。再度液晶層５０に入射した反射光は、液晶層５０の作用により入射時の偏光状態（偏光層２４の透過軸と平行な直線偏光）に戻されて偏光板２４に入射する。これにより偏光層２４を透過した反射光が表示光として視認され、ドットが明表示となる。

一方、液晶層５０がオフ状態であれば、偏光層２４から液晶層５０に入射した光は、その偏光状態を維持したまま共通電極１９に入射し、その光と平行な透過軸１５７を有する共通電極１９を透過する。そして、この光と平行な吸収軸を有する偏光層１４によって吸収され、ドットは暗表示となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、液晶層５０を挟むアレイ基板１０、対向基板２０のうち、対向基板２０に光源ユニット６０からの光を液晶層５０に導く導光部材（フロントライトガイド）としての機能を持たせることによって、液晶装置１００の小型化、薄型化を実現できる。また、液晶装置１００全体の部品点数の低減を図ることができる。また、偏光層２４は、対向基板２０と液晶層５０との間に配置されているので、所望の光学特性（表示特性）を得ることができる。

なお、上述の実施形態においては、アレイ基板１０の下面１０Ｔ側に偏光層１４が配置されているが、その偏光層１４を省略してもよい。

なお、上述の実施形態においては、アレイ基板１０の基材、及び対向基板２０の基材がガラス板である場合を例にして説明したが、例えばプラスチックでもよい。光を透過可能であれば任意の材料を用いることができる。特に、対向基板２０に関しては、光を透過可能であり、導光可能な材料であれば、任意の材料を用いることができる。

なお、上述の実施形態においては、Ｙ軸方向に並ぶ複数のプリズム８０の大きさ（形状）がそれぞれ同じである場合を例にして説明したが、図９の模式図に示すように、側面２０Ｒに近いプリズム８０Ａの大きさを小さくし、側面２０Ｒに対してプリズム８０Ａよりも遠いプリズム８０Ｂの大きさをプリズム８０Ａよりも大きくするようにしてもよい。すなわち、光源ユニット６０（側面２０Ｒ）からＹ軸方向に離れるにつれて、プリズムの大きさを除々に大きくすることができる。こうすることによっても、Ｙ軸方向に関する下面２０Ｓの各位置（領域）から射出される光の光量（照度、輝度）を均一化できる。

また、側面２０Ｒから入射した光を下面２０Ｓに導くために上面２０Ｔに形成される凹凸構造としては、プリズム構造に限られず、例えば図１０に示すような、マイクロレンズ８０Ｒを複数備えたレンズ構造であってもよい。こうすることによっても、Ｙ軸方向に関する下面２０Ｓの各位置（領域）から射出される光の光量（照度、輝度）を均一化できる。

本実施形態に係る液晶装置の一例を示す模式図である。光源ユニット及び対向基板の一例を示す図である。対向基板の一例を示す拡大図である。液晶装置の回路構成の一例を示す図である。１つのドット領域を示す図である。本実施形態に係る液晶装置の一例を示す断面図である。反射層の一例を示す図である。本実施形態に係る液晶装置の動作の一例を説明するための模式図である。対向基板の別の例を示す拡大図である。対向基板の別の例を示す拡大図である。

符号の説明

１０…アレイ基板（第２基板）、１０Ｓ…上面（第２面）、１９…共通電極（反射層）、１９Ｓ…反射面、２０…対向基板（第１基板）、２０Ｒ…側面（第３面）、２０Ｓ…下面（第１面）、２０Ｔ…上面（第４面）、２４…偏光層、５０…液晶層、６０…光源ユニット、６１…光源、６４…拡散部材、８０…プリズム、８０Ｒ…マイクロレンズ、８３…モスアイ構造、８４…モスアイ構造、１００…液晶装置、２００…保護部材

Claims

第１面を有する第１基板と、
第２面を有する第２基板と、
前記第１面と前記第２面との間に配置される液晶層と、
前記第１面と前記液晶層との間に配置される偏光層と、
前記第１基板の第３面に入射させるための光を射出する光源と、を備え、
前記第１基板は、前記第３面から入射した光を前記第１面に導いて、該第１面より前記偏光層を介して前記液晶層に入射させ、
前記液晶層に入射した光の少なくとも一部は、前記第２基板側で反射して、前記第１基板の前記第１面と反対側の第４面より射出される液晶装置。
前記第２基板に配置され、前記液晶層を介して入射した光を反射する反射面を有する反射層を備える請求項１記載の液晶装置。
前記第４面は、前記第３面から入射した光を前記第１面に導く凹凸構造を含む請求項１又は２記載の液晶装置。
前記凹凸構造は、プリズム構造を含む請求項３記載の液晶装置。
前記凹凸構造は、レンズ構造を含む請求項３記載の液晶装置。
前記第１面は、反射防止構造を含む請求項１〜５のいずれか一項記載の液晶装置。
前記反射防止構造は、モスアイ構造を含む請求項６記載の液晶装置。
前記第４面と対向する位置に配置され、前記第４面を保護する保護部材を備える請求項１〜７のいずれか一項記載の液晶装置。
前記光源と前記第３面との間に配置され、前記光源からの光を拡散させる拡散部材を備える請求項１〜８のいずれか一項記載の液晶装置。