JP2017106961A - 表示装置 - Google Patents

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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