JP2017151260A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位の向上が可能な表示装置を提供する。【解決手段】表示装置は、第１基板と、第２基板と、液晶層と、偏光素子と、光源と、光指向部と、フレームと、を備えている。液晶層は、第１基板と第２基板との間に配置される。偏光素子は、第２基板の第４面側に配置される。光源は、偏光した平行光を照射する。光指向部は、光源から出射した平行光の光路を、第２基板に向けて指向させる。フレームは、光指向部に面する支持部を有している。支持部は、透光性を有している。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

表示された画像を視認できるとともに、表示装置の背面側に配置された背景物を視認できる透明な表示装置がある。透明な表示装置として、例えば、液晶セルの両側に配置された二枚の偏光板を備えた一般的な液晶表示装置と同様の構成が考えられる。しかし、この液晶表示装置では、背景物からの光が二枚の偏光板によって吸収され、視認性が大幅に低下する。

背景物の視認性を向上させるため、背面側の偏光板と背景物との位置関係を入れ替えた透過型ディスプレイ装置が提案されている（例えば、特許文献１）。背景物は、透過型ディスプレイ装置の内部空間に収容され、液晶ユニットと背面偏光ユニットとの間隙に配置される。

特許文献１の透過型ディスプレイ装置によれば、背面偏光ユニットよりも前面側に配置された背景物を一枚の前面偏光板だけを通じて視認できる。一方、背面偏光ユニットから出射した光を背景物が遮蔽するため、背景物と重なる領域に画像を表示できない。背景物を収容する必要があるため、透過型ディスプレイ装置が大型化する。背景物のサイズやレイアウトも制限されてしまう。

画像と背景物の両方の視認性を高めるには、表示装置それ自体の光の透過率を向上させる必要がある。

特開２０１４−１３０２７０号公報

背面側に配置された背景物を視認できる透明な表示装置には種々の課題が存在する。本開示の目的は、これらを改善することによって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、第１面と、上記第１面の反対側の第２面と、を有する透光性の第１基板と、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、を有する透光性の第２基板と、上記第１基板と上記第２基板との間に配置された液晶層と、上記第２基板の上記第４面側に配置された偏光素子と、偏光した平行光を照射する光源と、上記第１基板の上記第２面側に配置され、上記光源から出射した上記平行光の光路を、上記第２基板に向けて指向させる光指向部と、上記第１基板、上記第２基板、上記光源及び上記光指向部を支持するフレームと、を備える。上記フレームは、上記光指向部に面する支持部を有し、上記支持部は、透光性を有している。

図１は、第１実施形態の表示装置の概略的な構成を示す斜視図である。 図２は、表示パネルが備える画素の構成の一例を示す回路図である。 図３は、第１実施形態の表示装置の概略的な構成を示す断面図である。 図４は、図３に示された表示パネルを拡大して示す断面図である。 図５は、図３に示された導光部の一例を示す斜視図である。 図６は、図５に示された光指向部を拡大して示す断面図である。 図７は、図５に示された光指向部の一例を示す断面図である。 図８は、図５に示された光指向部の他の一例を示す断面図である。 図９は、第２実施形態の表示装置の概略的な構成を示す断面図である。 図１０は、第２実施形態の表示装置の変形例を示す断面図である。 図１１は、第３実施形態の表示装置の概略的な構成を示す断面図である。 図１２は、第４実施形態の表示装置の概略的な構成を示す平面図である。 図１３は、第５実施形態に係る発光層の構成を示す断面図である。

いくつかの実施形態について、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、当業者が発明の主旨を保って適宜変更について容易に想到し得るものは、当然に本発明の範囲に含まれる。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符号を省略することがある。また、本明細書及び各図において、既に説明した図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。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の液晶表示装置ＤＳＰの概略的な構成を一部分解して示す斜視図である。液晶表示装置ＤＳＰ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ＤＳＰは、表示パネルＰＮＬと、表示パネルＰＮＬに平行光を照射するバックライトＢＬと、表示パネルＰＮＬを透過した平行光を拡散させる拡散層ＳＴと、表示パネルＰＮＬやバックライトＢＬの動作を制御する制御モジュールＣＭと、表示パネルＰＮＬを駆動する駆動ＩＣチップＩＣと、表示パネルＰＮＬやバックライトＢＬへ制御モジュールＣＭの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、図１に示すように、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、第３方向Ｚを定義する。第１方向Ｘは、例えば表示パネルＰＮＬの短辺に沿う方向である。第２方向Ｙは、例えば表示パネルＰＮＬの長辺に沿う方向である。第３方向Ｚは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙと交差する方向である。図１に示す例では、第１乃至第３方向Ｘ，Ｙ，Ｚが互いに垂直に交わる。なお、第１乃至第３方向Ｘ，Ｙ，Ｚが他の角度で交わってもよい。

表示パネル（液晶セル）ＰＮＬ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ＬＣと、を備えている。液晶層ＬＣは、光を選択的に透過する光学素子の一例である。表示パネルＰＮＬは、画像を表示する表示領域ＤＡを有している。表示パネルＰＮＬは、表示領域ＤＡにおいて、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に配列された複数の画素ＰＸを有している。

バックライトＢＬは、表示パネルＰＮＬのアレイ基板ＡＲに対向するように配置され、表示パネルＰＮＬに背面側から偏光した平行光を照射する。バックライトＢＬは、光源ＬＳと、導光部ＬＧと、を備えている。図１に示す例では、光源ＬＳは、アレイ基板ＡＲの短辺に沿って配置されている。なお、光源ＬＳは、アレイ基板ＡＲの他の辺に沿って配置されてもよい。導光部ＬＧは、光源ＬＳから出射された平行光を表示パネルＰＮＬの光学素子に向けて導光する。

拡散層ＳＴは、バックライトＢＬとは反対側から表示パネルＰＮＬに対向するように配置されている。本実施形態では、拡散層ＳＴが制御モジュールＣＭによって動的に駆動され、表示パネルＰＮＬを透過した平行光の拡散／非拡散を切り替え可能に構成されている。拡散層ＳＴは、アレイ基板ＡＲ２と、アレイ基板ＡＲ２に対向する対向基板ＣＴ２と、アレイ基板ＡＲ２及び対向基板ＣＴ２の間に配置された散乱液晶層ＳＬＣと、を備えている。

散乱液晶層ＳＬＣは、表示領域ＤＡと平面視で重なり、マトリクス状に配列された複数のサブ領域ＰＸ２を有している。サブ領域ＰＸ２は、例えば平面視における面積が画素ＰＸと同じである。ただし、サブ領域ＰＸ２の面積は、画素ＰＸよりも大きくてもよい。この場合、サブ領域ＰＸ２を制御するための回路素子の数を減らすことができる。

制御モジュールＣＭは、液晶表示装置ＤＳＰが搭載される電子機器のメインボード等から表示領域ＤＡに表示するための１フレーム分の画像データを順次受信する。この画像データは、例えば各画素ＰＸの表示色等の情報を含む。制御モジュールＣＭは、受信した画像データに基づいて各画素ＰＸ及び各サブ領域ＰＸ２を駆動するための信号を表示パネルＰＮＬ及び拡散層ＳＴに供給する。制御モジュールＣＭは、コントローラの一例である。

駆動ＩＣチップＩＣは、例えばアレイ基板ＡＲに実装されている。なお、駆動ＩＣチップＩＣは、制御モジュールＣＭ等に実装されてもよい。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ＣＭとを接続している。フレキシブル回路基板ＦＰＣ２は、バックライトＢＬと制御モジュールＣＭとを接続している。

図２は、表示パネルＰＮＬの画素ＰＸの構成の一例を示す回路図である。図２に示す例では、画素ＰＸは、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）にそれぞれ対応する三つの副画素ＳＰＸ（ＳＰＸＲ，ＳＰＸＧ，ＳＰＸＢ）を備えている。画素ＰＸの構成はこれに限られず、例えば白色等に対応する副画素ＳＰＸをさらに備えてもよいし、同一色に対応する副画素ＳＰＸを複数備えてもよい。なお、拡散層ＳＴのサブ領域ＰＸ２は、副画素ＳＰＸと略同一の構成を備えている。そのため、代表して副画素ＳＰＸを詳しく説明し、サブ領域ＰＸ２については重複する説明を省略する。

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、をそれぞれ備えている。スイッチング素子ＳＷは、走査信号が供給される走査線Ｇによって制御され、映像信号が供給される信号線Ｓ及び画素電極ＰＥに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、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の透明導電材料で形成されている。

任意のスイッチング素子ＳＷにおいて、走査線Ｇに走査信号が供給され、かつ信号線Ｓに映像信号が供給されると、映像信号に応じた電圧が画素電極ＰＥに印加される。

表示パネルＰＮＬの場合、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変化する。画素電極ＰＥに印加する電圧を制御することによって、光源ＬＳからの偏光を利用したカラー画像が表示領域ＤＡに表示される。

拡散層ＳＴの場合、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に生じる電界によって、散乱液晶層ＳＬＣの液晶分子の配向が、電圧を印加されていない第１状態から電圧を印加された第２状態に変化する。電圧が印加されていない第１状態では、散乱液晶層ＳＬＣは、液晶分子が無秩序に配向しており光を拡散させる。電圧が印加された第２状態では、散乱液晶層ＳＬＣは、液晶分子が整列して光を透過させる。なお、拡散層ＳＴは、電圧を印加されていない場合に光を透過させ、電圧が印加された場合に光を拡散させてもよい。

各サブ領域ＰＸ２の画素電極ＰＥに印加する電圧を制御することによって、光を拡散させる第１状態（拡散状態）と、光を透過させる第２状態（非拡散状態）との間で、散乱液晶層ＳＬＣの状態をサブ領域ＰＸ２単位で動的に切り替えることができる。このような散乱液晶層ＳＬＣとして、例えば高分子ネットワーク型液晶（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）や高分子分散型液晶（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）等が挙げられる。散乱液晶層ＳＬＣに関する公知技術として、例えば特開２００９−２１０７２５号公報及び特開２００６―３３９２号公報が挙げられる。

図３は、液晶表示装置ＤＳＰを示す断面図である。表示パネルＰＮＬのアレイ基板ＡＲ及び対向基板ＣＴは、透光性を有した第１基板１１及び第２基板１２をそれぞれ備えている。同様に、拡散層ＳＴのアレイ基板ＡＲ２及び対向基板ＣＴ２は、透光性を有した第３基板１３及び第４基板１４をそれぞれ備えている。

本実施形態では、第１乃至第４基板１１，１２，１３，１４は、ガラス基板からそれぞれ形成されている。なお、第１乃至第４基板１１，１２，１３，１４をアクリル樹脂等の透光性の樹脂材料から形成してもよい。

第１基板１１は、第１面Ｆ１と、第１面Ｆ１とは反対側の第２面Ｆ２と、を有している。第２基板１２は、第３面Ｆ３と、第３面Ｆ３とは反対側の第４面Ｆ４と、を有している。第３基板１３は、第５面Ｆ５と、第５面Ｆ５とは反対側の第６面Ｆ６と、を有している。第４基板１４は、第７面Ｆ７と、第７面Ｆ７とは反対側の第８面Ｆ８と、を有している。これら第１乃至第８面Ｆ１〜Ｆ８は、例えば第１方向Ｘ及び第２方向Ｙと平行な面である。

表示パネルＰＮＬのアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとは、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を囲む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によって囲まれた空間に液晶層ＬＣが封入されている。

同様に、拡散層ＳＴのアレイ基板ＡＲ２と対向基板ＣＴ２とは、第５面Ｆ５と第７面Ｆ７とを対向させた状態で、シール材ＳＬ２によって縁部を環状に貼り合わされ、散乱液晶層ＳＬＣを封入されている。

表示パネルＰＮＬの対向基板ＣＴと、拡散層ＳＴのアレイ基板ＡＲ２とは、第４面Ｆ４と第６面Ｆ６とを対向させた状態で配置されている。表示パネルＰＮＬと拡散層ＳＴとの間には、偏光板ＰＬが配置されている。図３に示す例では、偏光板ＰＬは、第２基板１２の第４面Ｆ４に貼着されている。本開示において、各実施形態の液晶表示装置ＤＳＰは、第１基板１１と光源ＬＳの間や、第１基板１１と液晶層ＬＣの間に背面側の偏光板が配置されていない。

光源ＬＳは、偏光板ＰＬの吸収軸と平行な方向に振動する偏光した光を照射する発光素子２１と、レンズ２２と、を備えている。発光素子２１は、導光部ＬＧに対向している。レンズ２２は、発光素子２１と導光部ＬＧとの間に配置される。

本実施形態では、発光素子２１は、第２方向Ｙを中心とした広がりを持つ発散光を照射する点光源である。このような発光素子２１としては、例えば偏光したレーザ光を放つ半導体レーザ等のレーザ素子を用いることができる。レンズ２２は、発光素子２１からの光を平行光に変換し、導光部ＬＧに照射する。このようなレンズ２２としては、例えばフレネルレンズや回折レンズ等を用いることができる。

光源ＬＳは、点光源である複数の発光素子２１とレンズ２２とから平行光を作り出す。なお、光源ＬＳは、例えば第１方向Ｘに長尺な線状の発光面を有した発光素子を備えてもよい。また、発光素子２１は前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。平行光は、コリメート光とも呼ばれ、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。本明細書において、平行光は、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実質的に平行な光を含む。

導光部ＬＧは、レンズ２２で集光された平行光を液晶層ＬＣに向けて導光する。本実施形態の導光部ＬＧは、導光板３０と、導光板３０に設けられた光指向部４０とで構成されている。導光板３０は、例えば透光性を有する樹脂材料から形成された板状の部材である。導光板３０は、表示パネルＰＮＬの背面側に配置され、第１基板１１と対向している。なお、後で詳しく述べるが、導光部ＬＧの構成はこれに限られず、アレイ基板ＡＲ等の一部を導光部ＬＧの一部として構成することもできる。

液晶表示装置ＤＳＰは、表示パネルＰＮＬ、バックライトＢＬ、拡散層ＳＴ等に加え、フレームＦＲをさらに備えている。フレームＦＲは、バックベゼル５１と、フロントベゼル５２と、を備えている。バックベゼル５１は、支持部の一例であり、少なくとも一部が透光性を有している。

図３に示す例では、バックベゼル５１は、表示パネルＰＮＬの背面及び側面と、光源ＬＳとを覆っている。バックベゼル５１は、表示領域ＤＡと平面視で重なる透光部５１Ａが透明に形成されている。なお、透明な透光部５１Ａを形成する代わりに、透光部５１Ａの位置に開口を形成してバックベゼル５１に透光性を確保してもよい。

フロントベゼル５２は、表示領域ＤＡに対応した開口５２Ａを有し、光源ＬＳ及び表示パネルＰＮＬの前面側の周縁を覆っている。

導光板３０、表示パネルＰＮＬ、偏光板ＰＬ、拡散層ＳＴは、バックベゼル５１及びフロントベゼル５２によって挟持されている。発光素子２１及びレンズ２２は、バックベゼル５１及びフロントベゼル５２の間に形成された空間に配置され、例えばバックベゼル５１に固定されている。

図４は、本実施形態に係る表示パネルＰＮＬの構成の一例を拡大して示す断面図である。図４に示す例は、副画素ＳＰＸＲ，ＳＰＸＧ，ＳＰＸＢに対応する概略的な構造であり、アレイ基板ＡＲに形成される走査線Ｇ、信号線Ｓ、スイッチング素子ＳＷ等を省略している。

アレイ基板ＡＲは、第１基板１１に加え、絶縁層ＩＬと、第１配向膜ＡＬ１と、前述の画素電極ＰＥと、を備えている。絶縁層ＩＬは、第１基板１１の第１面Ｆ１に形成されている。画素電極ＰＥは、絶縁層ＩＬの対向基板ＣＴ側の面に形成されている。第１配向膜ＡＬ１は、絶縁層ＩＬ及び画素電極ＰＥを覆っている。

対向基板ＣＴは、第２基板１２に加え、遮光層ＢＭと、カラーフィルタＣＦと、オーバーコート層ＯＣと、前述の共通電極ＣＥと、第２配向膜ＡＬ２と、を備えている。

遮光層ＢＭは、第２基板１２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ＣＦは、第３面Ｆ３及び遮光層ＢＭを覆っている。オーバーコート層ＯＣは、カラーフィルタＣＦを覆っている。オーバーコート層ＯＣによって遮光層ＢＭやカラーフィルタＣＦにより生じる凹凸が平坦化される。共通電極ＣＥは、オーバーコート層ＯＣのアレイ基板ＡＲ側の面に形成されている。第２配向膜ＡＬ２は、共通電極ＣＥを覆っている。

第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間に液晶層ＬＣが封入されている。なお、図４に示す例では、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に第３方向Ｚと平行な電界が発生し、この電極を用いて液晶層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、表示パネルＰＮＬは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙと平行な電界によって液晶層ＬＣの液晶分子の配向状態を選択的に変化させる構成を有していてもよい。この場合、共通電極ＣＥは、アレイ基板ＡＲの画素電極ＰＥと同じ層に配置してもよいし、アレイ基板ＡＲの画素電極ＰＥとは異なる層に配置してもよい。

カラーフィルタＣＦは、赤色に対応するカラーフィルタＣＦＲと、緑色に対応するカラーフィルタＣＦＧと、青色に対応するカラーフィルタＣＦＢとを含んでいる。カラーフィルタＣＦＲは副画素ＳＰＸＲに配置され、カラーフィルタＣＦＧは副画素ＳＰＸＧに配置され、カラーフィルタＣＦＢは副画素ＳＰＸＢに配置されている。

なお、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は白色に対応する透明なカラーフィルタを備えてもよいし、カラーフィルタを備えなくてもよい。また、カラーフィルタＣＦ（ＣＦＲ，ＣＦＧ，ＣＦＢ）を偏光板ＰＬと拡散層ＳＴとの間やアレイ基板ＡＲに設けることもできる。

光源ＬＳからの平行光は、導光部ＬＧに導光されてアレイ基板ＡＲ、液晶層ＬＣ、対向基板ＣＴを通過する。この平行光は、カラーフィルタＣＦに対応する色の可視光となって偏光板ＰＬ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を通過した平行光は、吸収されることなく偏光板ＰＬを透過し、拡散層ＳＴで拡散される。平行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特性を改善することができる。

図５乃至図８は、光源ＬＳ及び導光板３０の具体例である。図５に示すように、光源ＬＳは、複数組の発光素子２１及びレンズ２２を備えている。各組の発光素子２１及びレンズ２２は、第１方向Ｘに沿って並んでいる。各発光素子２１は、例えば前述のフレキシブル回路基板ＦＰＣ２と電気的に接続された配線基板に実装されている。なお、光源ＬＳは、発光素子２１及びレンズ２２を一組のみ備えるものであってもよい。

導光板３０は、その内部を通過する偏光した平行光の偏光方向を維持する観点から、低複屈折性を有することが好ましい。例えば、導光板３０のリタデーションは、入射される平行光の主波長の四分の一以下であることが好ましい。導光板３０は、例えば正の複屈折物質と負の複屈折物質との混合体又は共重合体からなる固有複屈折率が絶対値で３×１０^−３以下のポリマー等で形成されている。

混合体は、固有複屈折率が正のポリマーと負のポリマーとが適切な比率で混合されることにより、ポリマーに配向が生じたときに互いに複屈折が相殺しあい、巨視的に複屈折を発現させない。或いは、混合体は、棒状の分子形状と分極率の異方性とを有する低分子をポリマーに添加することにより、ポリマーの複屈折を相殺する。共重合体は、固有複屈折率が正のモノマーと負のモノマーとを適切な比率で共重合させ、一つのポリマー鎖内で異方性を相殺する。このようなポリマーとして、例えば特許第５２６３７７１号公報の（００４３）段落〜（００５２）段落に記載のものを適用することができる。

導光板３０は、側面３１と、第１主面３２と、第２主面３３と、を有している。側面３１は、光源ＬＳに対向し、第１主面３２は、表示パネルＰＮＬに対向し、第２主面３３は、第１主面３２とは反対側に位置している。

側面３１は、ＸＺ平面から傾斜しており、例えば第１主面３２と鈍角をなすとともに第２主面３３と鋭角をなす。光源ＬＳから出射した平行光は、側面３１を通って導光板３０の内部に入射する際、平行性を維持したまま第２主面３３に向かって屈折する。第２主面３３には、光指向部４０が形成されている。なお、側面３１、第１主面３２、第２主面３３を入射面、出射面、反射面とそれぞれ呼ぶこともできる。

図６は、光指向部４０を拡大して示す断面図である。図６に示すように、光指向部４０は、光源ＬＳの方向を向いた傾斜面４１と、光源ＬＳの反対方向を向いた傾斜面４２と、傾斜面４１，４２の第２主面３３側の端部を繋ぐ平坦面４３と、を有している。

傾斜面４１，４２は、第１基板１１の第１面Ｆ１や第２面Ｆ２に対して傾いている。傾斜面４１，４２は、第１方向Ｘと平行に延び、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚと交わる平面である。光源ＬＳを臨む傾斜面４１は、側面３１から第２主面３３へ向かう平行光を鏡面反射して第１主面３２に光路を指向させる。

図６に示す例では、平坦面４３は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙと平行であり、第１主面３２と対向する平面である。平坦面４３は、バックベゼル５１に面接触している。平坦面４３とバックベゼル５１とが面接触すれば、バックベゼル５１によって表示パネルＰＮＬを安定して支持することができる。第１主面３２と平行な平坦面４３は、第１主面３２に垂直な光を屈折させない。表示パネルＰＮＬの厚さ方向（第３方向Ｚ）の光を効率的に透過して液晶表示装置ＤＳＰの光の透過率を向上させることができる。

なお、光指向部４０の形状は図６に示した形状に限られない。例えば、図７に示すように、傾斜面４１，４２の第１主面３２側の端部を繋ぎ、第１主面３２に平行な平坦面４４をさらに有していてもよい。この場合、平坦面４３に加えて平坦面４４でも光を効率的に透過できるため、液晶表示装置ＤＳＰの光の透過率が向上する。光指向部４０は、レンズ２２と傾斜面４１，４２とが等距離になる扇形に形成してもよい。この場合、傾斜面４１，４２は曲面である。

導光板３０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よい。一例として、図８に示すように光源ＬＳに近づくに従い光指向部４０と第１基板１１との距離が大きくなる楔形に導光板３０を形成してもよい。光指向部４０は、光源ＬＳの方向を向いた傾斜面４１と、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙと平行な平坦面４５とが交互に配置されている。この場合、光指向部４０が側面３１に向かって傾斜されるため、側面３１が光指向部４０に向かって傾斜されていなくても、光源ＬＳからの平行光を光指向部４０へ指向させることができる。

表示領域ＤＡに垂直に投影された傾斜面（４１，４２）の面積の総和よりも平坦面（４３，４４，４５）の面積の総和が大きくなるように光指向部４０を形成すれば、液晶表示装置ＤＳＰの光の透過率を好適に高めることができる。一方、平坦面が占める比率を極端に大きくすると、第１主面３２から出射する光源ＬＳからの平行光に輝度ムラが生じる場合がある。傾斜面と平坦面との比率は、液晶表示装置ＤＳＰに求められる性能に応じて適宜調整できる。

以上のように構成された本実施形態の液晶表示装置ＤＳＰは、表示領域ＤＡと平面視で重なる透光部５１Ａが透明に形成されたバックベゼル５１を備えている。そのため、表示領域ＤＡに表示された画像を視認できると同時に、液晶表示装置ＤＳＰの背面側に配置された背景物を透過して視認できる。

本実施形態の光源ＬＳは、偏光した平行光を照射する。一般的な液晶表示装置では表示パネルの両側にそれぞれ偏光板を配置する必要があるが、本実施形態では、前面側の偏光板ＰＬのみを配置すればよい。偏光板が二枚あると、偏光板を通過する毎に５０％ずつ減少して２５％しか光が透過されない。本実施形態では、偏光板の数を二枚から一枚に減らしたことにより、偏光板に起因した光のロスを低減できる。その結果、液晶表示装置ＤＳＰの光の透過率を向上させ、背面側に配置された背景物を透過して良好に視認できる。しかも、偏光板の数が減った分、液晶表示装置ＤＳＰを薄型化することもできる。

液晶表示装置ＤＳＰの光の透過率が低い場合、背景物の視認性を向上させるために光源の強度を高めなければならない。例えば、小売店の冷蔵庫のガラス扉を透明表示装置として構成した場合、炭酸飲料等の背景物を透過させるために光源の強度を高めると、発熱量が大きくなって低温を保持することが困難になる。本実施形態であれば、偏光板の数を減らして光の透過率を向上させているため、光源の強度を高めることなく背景物を良好に視認できる。そのため、発熱量を大きくできない環境の表示装置に適用することができる。また、液晶表示装置ＤＳＰの電力消費を節約できる。

例えば、図８の通り、本実施形態の光源ＬＳは、平行光を照射する。低複屈折性を有する導光板３０の内部であっても、反射を繰り返して光路が長くなると光の偏光度を維持することが困難になるため、光の反射回数を減らすことが望ましい。光源ＬＳが照射する光が平行光であれば、光指向部４０に向かう角度を制御し易い。最低限の反射回数で光指向部４０に平行光を入射させ、偏光度を維持したまま第２基板１２に向かって平行光を指向させることができる。さらに、反射回数が少ないと光路長も短くなる。導光板３０の内部における光の吸収を低減し、液晶表示装置ＤＳＰの光の透過率をより一層高めることができる。

本実施形態の液晶表示装置ＤＳＰは、第２基板１２の第４面Ｆ４側に配置された拡散層ＳＴを備えている。偏光板ＰＬを通過直後の光は平行光であるため、視野角が狭く正面以外から画像を視認しづらい。拡散層ＳＴによって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特性を改善することができる。

本実施形態の拡散層ＳＴは、光を拡散させる第１状態と光を透過させる第２状態との間で状態が動的に切り替わる散乱液晶層ＳＬＣを含んでいる。そのため、拡散層ＳＴで光を拡散させて画像の視野角特性を改善したいタイミングと、拡散層ＳＴで光を拡散させないで背景物の視認性を高めたいタイミングとを任意に切り替えることができる。

本実施形態の拡散層ＳＴは、図１の通り、表示領域ＤＡと平面視で重なり、マトリクス状に配列された複数のサブ領域ＰＸ２を有している。液晶表示装置ＤＳＰは、制御モジュールＣＭによって任意のサブ領域ＰＸ２において散乱液晶層ＳＬＣの状態を切り替えることができる。

例えば、表示領域ＤＡの中央部において拡散層ＳＴに光を拡散させ、周縁部において拡散層ＳＴに光を透過させれば、中央部に表示された画像の視野角特性を改善させると同時に、周縁部において背景物を良好に視認させることができる。

さらに、制御モジュールＣＭは、表示領域ＤＡに表示される画像に応じてサブ領域ＰＸ２の状態を切り替えることもできる。例えば、制御モジュールＣＭは、表示領域ＤＡに含まれる第１領域と対向するサブ領域ＰＸ２を第１状態に設定し、第１領域とは異なる第２領域と対向するサブ領域ＰＸ２を第２状態に設定してもよい。この場合、第１領域において画像の視認性が高まり、第２領域において背景物の視認性が高まる。

第１領域は、例えば文字列や絵柄等の観察者に伝達すべき情報を表す特定画像が表示される領域であり、第２領域は、上記特定画像の背景に相当する領域である。第１領域と第２領域とを区別するための情報は、制御モジュールＣＭが外部から受信する画像データに含まれてもよい。或いは、制御モジュールＣＭが外部から受信する画像を解析することにより、第１領域と第２領域とを判別してもよい。
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実施形態では、導光板３０を備えた導光部ＬＧの構成を開示した。第２実施形態では、図９及び図１０を参照して導光板３０を備えていない導光部ＬＧの構成を説明する。図９に示すように、第２実施形態の液晶表示装置ＤＳＰは、プリズムシート４６を備えている。プリズムシート４６は、例えば図３に示したバックベゼル５１に貼着される。プリズムシート４６は、光源ＬＳから出射した平行光の光路を第２基板１２に向けて指向させる光指向部の一例である。

プリズムシート４６と表示パネルＰＮＬとの間は、導光板３０が配置されていない空隙である。光源ＬＳから出射された平行光は、導光板３０の側面（入射面）３１を経由せずプリズムシート４６へ直に入射する。

なお、プリズムシート４６は、図１０に示す変形例のように、バックベゼル５１ではなく、アレイ基板ＡＲの第２面Ｆ２に貼着することもできる。図１０に示す構成でも、光源ＬＳから出射された平行光は、導光板３０の側面３１を経由せずプリズムシート４６へ直に入射する。

図９及び図１０に示すプリズムシート４６は、第１実施形態における導光板３０の光指向部４０と同様に、光源ＬＳの方向を向いた傾斜面４７と、光源ＬＳの反対方向を向いた傾斜面４８と、傾斜面４７，４８の第２主面３３側の端部を繋ぐ平坦面４９と、を有している。なお、プリズムシートは、傾斜面４７，４８の第１主面３２側の端部を繋ぐ平坦面さらに有していてもよい。光源ＬＳに向かって傾斜させ、傾斜面と平坦面とを交互に配置してもよい。

第２実施形態及びその変形例によれば、第１実施形態と同様に偏光板ＰＬが一枚であるため、液晶表示装置ＤＳＰの光の透過率を向上させることができる。さらに、導光板３０を省略できるため、導光板３０における偏光度の低下や光学特性の低下を抑制して画像の表示品位を向上させることができる。液晶表示装置ＤＳＰの光の透過率をより一層高め、背景物を良好に視認できる。

［第３実施形態］
第３実施形態について、図１１を参照して説明する。第３実施形態では、光源ＬＳから出射された平行光は、導光板３０の側面３１ではなく、アレイ基板ＡＲの側面Ｆ９に入射する。つまり、第３実施形態では、アレイ基板ＡＲが導光部ＬＧの一部として機能する。

図１１の例において、第１基板１１の第２面Ｆ２にプリズムシート４６が貼着されている。プリズムシート４６の形状は、第２実施形態と同様である。光源ＬＳから側面Ｆ９に入射した平行光は、アレイ基板ＡＲに貼着されたプリズムシート４６に入射し、第２基板１２に向かって指向される。

第３実施形態によれば、第１及び第２実施形態と同様に偏光板ＰＬが一枚であるため、液晶表示装置ＤＳＰの光の透過率を向上させることができる。導光板３０を省略できるため、導光板３０における偏光度の低下や光学特性の低下を抑制して画像の表示品位を向上させることもできる。さらに、第３実施形態では、光源ＬＳから出射された平行光の光路をアレイ基板ＡＲの内部に取り込んでいるため、平行光の光路として導光板３０や空隙を設ける必要がない。これにより、液晶表示装置ＤＳＰを薄型化することができる。

［第４実施形態］
第４実施形態について、図１０と図１２乃至図１４とを参照して説明する。第４実施形態の液晶表示装置ＤＳＰは、図１０に示す第２実施形態の変形例の液晶表示装置ＤＳＰと略同一の構成を備えている。ただし、第４実施形態の液晶表示装置ＤＳＰは、光源ＬＳに代えて、図１２に示すように第１色の光を点灯させる第１光源ＬＳ１と、第１色とは異なる第２色の光を点灯させる第２光源ＬＳ２と、第１色及び第２色とは異なる第３色の光を点灯させる第３光源ＬＳ３と、を備えている。例えば、第１色は赤色、第２色は緑色、第３色は青色である。第１乃至第３光源ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３から出射される光は、すべて偏光した平行光である。

第４実施形態では、第１乃至第３光源ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３を時分割で高速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、各色を時分割で混合する。第１乃至第３光源ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３から出射された光は、第１基板１１の第２面Ｆ２に貼着されたプリズムシート４６に入射する。プリズムシート４６に入射した光は、液晶層ＬＣを通過する。

第４実施形態の液晶表示装置ＤＳＰでは、液晶層ＬＣを通過する光がすでに赤色、緑色、青色に着色されているため、カラーフィルタＣＦを省略することができる。そのため、液晶表示装置ＤＳＰの光の透過率をより一層向上させることができる。

［第５実施形態］
第５実施形態について、図１３を参照して説明する。第５実施形態の液晶表示装置ＤＳＰは、第２基板１２に設けられた発光層６０を備えている。

第５実施形態では、発光素子２１が放つ光は励起光である。励起光は、例えば主波長が４２０ｎｍ未満のレーザ光（紫外光）や４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満のレーザ光（青色光）である。発光層６０は、透光性を有した透明基材６１と、蛍光体層６２と、を備えている。透明基材６１は、偏光板ＰＬに貼着されている。蛍光体層６２は、透明基材６１の一面に配置されている。具体的には、副画素ＳＰＸＲ，ＳＰＸＧ，ＳＰＸＢには、励起光を吸収して赤色、緑色、青色にそれぞれ発光する蛍光体層６２，６２ＧＲ，６２Ｂが配置されている。なお、励起光が青色光である場合、蛍光体層６２Ｂを省略してもよい。

蛍光体層６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂは、それぞれ第１乃至第３蛍光体６３Ｒ，６３Ｇ，６３Ｂを含んでいる。第１乃至第３蛍光体６３Ｒ，６３Ｇ，６３Ｂとして、例えば、光源ＬＳからの光を受けて赤色、緑色、青色にそれぞれ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。

図１３に示す例では、互い隣接する副画素ＳＰＸの境界にバンク６４が配置されている。バンク６４は、例えば遮光性を有する黒色樹脂から形成されており、互いに隣接する一方の副画素ＳＰＸからの発光が他方の副画素ＳＰＸに入射することを防止する。なお、発光層６０は、バンク６４を備えていなくてもよい。この場合、開口率が増加して液晶表示装置ＤＳＰの光の透過率が向上する。

図１３に示す例では、発光層６０の上に拡散層ＳＴ２が配置されている。拡散層ＳＴ２は、例えば、散乱粒子が分散された樹脂フィルムである。散乱粒子に代えて、表面に微細なレンズ構造を形成してもよい。散乱粒子は、光を散乱させ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よい。有機粒子として、例えばアクリル樹脂、シリコン樹脂、スチレン樹脂等の樹脂粒子が挙げられる。無機粒子として、例えば、シリカ、アルミナ等のセラミック粒子や、アルミニウム、銅、鉄等の金属粒子が挙げられる。散乱液晶層を含む拡散層ＳＴだけでなく、このように構成された拡散層ＳＴ２によっても、画像の輝度ムラを低減し、視野角特性を改善することができる。

第５実施形態の構成によれば、発光層６０が、励起光を吸収して可視光波長域の光を発光する。光源ＬＳからの平行光の利用効率が高いため、液晶表示装置ＤＳＰの消費電力を低減することができる。しかも、発光層６０は、第１乃至第３蛍光体６３Ｒ，６３Ｇ，６３Ｂを含有している。第１乃至第３蛍光体６３Ｒ，６３Ｇ，６３Ｂが励起光を吸収して三原色波長域の光をそれぞれ発光するため、カラーフィルタＣＦを省略できる。加えて、第５実施形態では、光源ＬＳからの平行光が励起光である。励起光であれば、主波長が肉眼で視認されづらいため、発光層６０で吸収されずに表示領域ＤＡに漏れたとしても、液晶表示装置ＤＳＰの表示品位を低下させづらい。

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例は、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。

例えば、第１乃至第４実施形態において、散乱液晶層ＳＬＣにより第１状態と第２状態との間で状態を動的に切り替え可能な拡散層ＳＴに代えて、第５実施形態で説明した拡散層ＳＴ２を適用してもよい。或いは、平行光の偏光度を解消しない拡散粘着層を適用してもよい。拡散粘着層は、第２基板１２の第４面Ｆ４と偏光板ＰＬとの間に配置され、第４面Ｆ４に偏光板ＰＬを貼着する。或いは、第５実施形態において、拡散層ＳＴ２に代えて、蛍光体層６２（６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂ）が散乱粒子を含むように構成してもよい。第１状態と第２状態との間で状態を動的に切り替え可能な拡散層ＳＴを適用してもよい。

１１…第１基板、１２…第２基板、４０，４６…光指向部、４３，４４，４５，４８…平坦面、５１…バックベゼル（支持部の一例）、６０…発光層、６３Ｒ…第１蛍光体、６３Ｇ…第２蛍光体、ＣＭ…制御モジュール（コントローラの一例）、ＤＡ…表示領域、ＤＳＰ…液晶表示装置、Ｆ１…第１面、Ｆ２…第２面、Ｆ３…第３面、Ｆ４…第４面、Ｆ９…側面、ＦＲ…フレーム、ＬＣ…液晶層、ＬＳ…光源、ＰＬ…偏光板（偏光素子の一例）、ＰＮＬ…表示パネル、ＰＸ２…サブ領域、ＳＬＣ…散乱液晶層、ＳＴ，ＳＴ２…拡散層。

Claims (10)

1. 第１面と、前記第１面の反対側の第２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、
   偏光した平行光を照射する光源と、
   前記第１基板の前記第２面側に配置され、前記光源から出射した前記平行光の光路を、前記第２基板に向けて指向させる光指向部と、
   前記第１基板、前記第２基板、前記光源及び前記光指向部を支持するフレームと、を備え、
   前記フレームは、前記光指向部に面する支持部を有し、
   前記支持部は、透光性を有している、表示装置。
2. 前記第２基板の前記第４面側に配置され、前記偏光素子を通過した光を拡散させる拡散層をさらに備える、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記拡散層は、光を拡散させる第１状態と光を透過させる第２状態との間で、状態が切り替わる散乱液晶層を含む、請求項２に記載の表示装置。
4. 前記散乱液晶層を制御するコントローラをさらに備え、
   前記第１基板及び第２基板は、画像を表示する表示領域を有し、
   前記散乱液晶層は、前記表示領域と平面視で重なり、マトリクス状に配列された複数のサブ領域を有し、
   前記コントローラは、前記複数のサブ領域毎に、前記散乱液晶層の状態を前記第１状態と前記第２状態との間で切り替える、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記コントローラは、前記表示領域に表示される画像に応じ、前記複数のサブ領域の状態を前記第１状態と前記第２状態との間で切り替える、請求項４に記載の表示装置。
6. 前記第１基板は、前記第１面及び前記第２面を繋ぐ側面を有し、
   前記光源は、前記側面に前記平行光を照射する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表示装置。
7. 前記光源は、少なくとも２色の光を時分割で点灯させる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の表示装置。
8. 前記光指向部は、前記第２面に平行な平坦面を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の表示装置。
9. 前記光源から照射される前記平行光が励起光であり、
   前記第２基板に対向しており、前記励起光を吸収して発光する発光層をさらに備える、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の表示装置。
10. 前記発光層は、前記励起光を吸収して第１色に発光する第１蛍光体と、前記励起光を吸収して第２色に発光する第２蛍光体とを含む、請求項９に記載の表示装置。

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