JP2019032411A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位の低下を抑制する。【解決手段】第１基板と、第１基板と対向する第２基板と、第１基板と第２基板との間に保持され、ポリマーと液晶分子とを含む高分子分散型液晶層と、を備える表示パネルと、発光素子と、表示パネルと対向する第１面と、発光素子と対向する端部と、を有する導光層５０と、表示パネルと導光層５０との間に位置する第１光学層と、を備え、第１光学層の屈折率は、導光層５０の屈折率よりも低い、表示装置。【選択図】図２

Description

本実施形態は、表示装置に関する。

近年、入射した光を拡散する拡散状態と入射した光を透過させる透過状態とを切り替え可能な高分子分散型液晶（Polymer Dispersed Liquid Crystal：以下、『ＰＤＬＣ』と称する場合がある）を用いた表示装置が種々提案されている。ＰＤＬＣを用いた表示装置では、表示パネルへ光を照射するための照明装置が、表示パネルの一端側に配置される場合がある。このような構成においては、表示パネルにおける光の散乱などによって、発光素子から離間した領域の輝度が発光素子近傍の領域の輝度よりも低下する場合がある。

特開２０１０−９２６８２号公報 特開２０１６−５７３３８号公報

本実施形態の目的は、表示品位の低下を抑制することが可能な表示装置を提供することにある。

一実施形態によれば、
第１基板と、前記第１基板と対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持され、ポリマーと液晶分子とを含む高分子分散型液晶層と、を備える表示パネルと、
発光素子と、前記表示パネルと対向する第１面と、前記発光素子と対向する端部と、を有する導光層と、前記表示パネルと前記導光層との間に位置する第１光学層と、を備え、
前記第１光学層の屈折率は、前記導光層の屈折率よりも低い、表示装置が提供される。

一実施形態によれば、
第１基板と、前記第１基板と対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に位置するシールと、前記シールに囲まれた領域内に位置し、ポリマーと液晶分子とを含む高分子分散型液晶層と、を備える表示パネルと、発光素子と、前記表示パネルと対向する第１面と、前記発光素子と対向する端部と、を有する導光層と、前記表示パネルと前記導光層との間で前記第１面に沿って配置され、前記端部から少なくとも前記シールと重なる位置まで延出した第１光学層と、を備え、前記第１光学層の屈折率は、前記導光層の屈折率より低い、表示装置が提供される。

一実施形態によれば、
発光素子と、第１面と、前記発光素子と対向する端部と、前記第１面と反対側の第２面と、を有する導光層と、前記第１面と対向する面と反対側の第３面と、ポリマーと液晶分子とを含む高分子分散型液晶層と、を備える表示パネルと、前記第３面の全体と対向する第２光学層と、前記第４面の全体と対向する第３光学層と、を備え、前記第２光学層の屈折率と前記第３光学層の屈折率とは、前記導光層の屈折率より低い、表示装置が提供される。

図１は、本実施形態における表示装置ＤＳＰの構成例を示す平面図である。 図２は、図１に示した表示装置ＤＳＰの断面図である。 図３は、図２に示した表示パネルＰＮＬの構成例を示す断面図である。 図４は、透明状態の液晶層３０を模式的に示す図である。 図５は、散乱状態の液晶層３０を模式的に示す図である。 図６は、液晶層３０が透明状態である場合の表示装置ＤＳＰを示す断面図である。 図７は、液晶層３０が散乱状態である場合の表示装置ＤＳＰを示す断面図である。 図８は、画素ＰＸの一例を示す平面図である。 図９は、図８に示した画素ＰＸのＡ−Ｂ線に沿った断面図である。 図１０は、光学層６０の開口ＯＰと画素電極１３との関係の一例を示す平面図である。 図１１は、導光素子ＬＧの形成方法を示す断面図である。 図１２は、光学層６０の他の例を示す平面図である。 図１３は、光学層６０の他の例を示す平面図である。 図１４は、光学層６０の他の例を示す平面図である。 図１５は、表示装置ＤＳＰの他の例を示す断面図である。 図１６は、表示装置ＤＳＰの他の例を示す断面図である。 図１７は、表示装置ＤＳＰの他の例を示す断面図である。 図１８は、図１に示した表示装置ＤＳＰの主要な構成要素を示す図である。

以下、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ものである。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、各部の幅、厚さ、形状等につい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。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適宜省略することがある。

図１は、本実施形態における表示装置ＤＳＰの構成例を示す平面図である。図中において、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは互いに交差し、第３方向Ｚは第１方向Ｘ及び第２方向Ｙと交差している。一例では、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、互いに９０度以外の角度で交差していてもよい。本明細書において、第３方向Ｚを示す矢印の先端に向かう方向を「上」と称し、矢印の先端から逆に向かう方向を「下」と称する。「第１部材の上の第２部材」及び「第１部材の下の第２部材」とした場合、第２部材は、第１部材に接していてもよいし、第１部材から離間していてもよい。また、第３方向Ｚを示す矢印の先端側に表示装置ＤＳＰを観察する観察位置があるものとし、この観察位置から、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙによって規定されるＸ−Ｙ平面に向かってみることを平面視という。

本実施形態においては、表示装置の一例として、高分子分散型液晶を適用した表示装置について説明する。表示装置ＤＳＰは、表示パネルＰＮＬ、配線基板Ｆ１乃至Ｆ３、導光素子ＬＧ、及び、ここでは図示しない光源ユニットを備えている。

表示パネルＰＮＬは、第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２を備えている。第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２は、平面視で重畳している。表示パネルＰＮＬは、画像を表示する表示領域ＤＡ、及び、表示領域ＤＡを囲む額縁状の非表示領域ＮＤＡを備えている。表示領域ＤＡは、第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２が重畳している領域に位置している。表示パネルＰＮＬは、表示領域ＤＡにおいて、ｎ本の走査線Ｇ（Ｇ１〜Ｇｎ）、及び、ｍ本の信号線Ｓ（Ｓ１〜Ｓｍ）を備えている。なお、ｎ及びｍはいずれも正の整数であり、ｎがｍと等しくてもよいし、ｎがｍとは異なっていてもよい。複数の走査線Ｇは、それぞれ第１方向Ｘに延出し、第２方向Ｙに間隔をおいて並んでいる。複数の信号線Ｓは、それぞれ第２方向Ｙに延出し、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。

第１基板ＳＵＢ１は、第１方向Ｘに沿って延出した端部Ｅ１１及びＥ１２と、第２方向Ｙに沿って延出した端部Ｅ１３及びＥ１４とを有している。第２基板ＳＵＢ２は、第１方向Ｘに沿って延出した端部Ｅ２１及びＥ２２と、第２方向Ｙに沿って延出した端部Ｅ２３及びＥ２４とを有している。図示した例では、平面視で、端部Ｅ１１及びＥ２１、端部Ｅ１３及びＥ２３、及び、端部Ｅ１４及びＥ２４は、それぞれ重畳しているが、重畳していなくてもよい。端部Ｅ２２は、平面視で、端部Ｅ１２と表示領域ＤＡとの間に位置している。第１基板ＳＵＢ１は、端部Ｅ１２と端部Ｅ２２との間に延出部Ｅｘを有している。

配線基板Ｆ１乃至Ｆ３は、それぞれ延出部Ｅｘに接続され、この順に第１方向Ｘに並んでいる。配線基板Ｆ１は、ゲートドライバＧＤ１を備えている。配線基板Ｆ２は、ソースドライバＳＤを備えている。配線基板Ｆ３は、ゲートドライバＧＤ２を備えている。なお、配線基板Ｆ１乃至Ｆ３は、単一の配線基板に置換されてもよい。

複数の信号線Ｓは、非表示領域ＮＤＡに引き出され、ソースドライバＳＤに接続されている。複数の走査線Ｇは、非表示領域ＮＤＡに引き出され、ゲートドライバＧＤ１及びＧＤ２に接続されている。図示した例では、奇数番目の走査線Ｇは、端部Ｅ１４と表示領域ＤＡとの間に引き出され、ゲートドライバＧＤ２に接続されている。また、偶数番目の走査線Ｇは、端部Ｅ１３と表示領域ＤＡとの間に引き出され、ゲートドライバＧＤ１に接続されている。なお、ゲートドライバＧＤ１及びＧＤ２と各走査線Ｇとの接続関係は図示した例に限らない。

導光素子ＬＧは、表示パネルＰＮＬの下方に位置している。導光素子ＬＧは、一例では、第１基板ＳＵＢ１と同形状であり、第１基板ＳＵＢ１の全体と重なっている。導光素子ＬＧは、第１方向Ｘに沿って延出した端部Ｅ３１及びＥ３２と、第２方向Ｙに沿って延出した端部Ｅ３３及びＥ３４とを有している。図示した例では、端部Ｅ３１は、端部Ｅ１１及びＥ２１と重畳し、端部Ｅ３２は、端部Ｅ１２と重畳し、端部Ｅ３３は、端部Ｅ１３及びＥ２３と重畳し、端部Ｅ３４は、端部Ｅ１４及びＥ２４と重畳している。

図２は、図１に示した表示装置ＤＳＰの断面図である。ここでは、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚによって規定されるＹ−Ｚ平面における表示装置ＤＳＰの断面において、主要部のみを説明する。

表示装置ＤＳＰは、表示パネルＰＮＬ、配線基板Ｆ１乃至Ｆ３、及び導光素子ＬＧに加え、光源ユニットＬＵを備えている。

表示パネルＰＮＬは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持された液晶層３０を備えている。第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２とは、シール４０によって接着されている。液晶層３０は、シール４０によって囲まれた領域の内側に位置している。図示した例では、延出部Ｅｘは、第２方向Ｙに沿って第２基板ＳＵＢ２より延出している。

光源ユニットＬＵは、一例では、第２方向Ｙにおいて、延出部Ｅｘ側に位置している。光源ユニットＬＵは、光源としての発光素子ＬＳ、配線基板Ｆ４などを備えている。発光素子ＬＳは、配線基板Ｆ４に接続されている。図示した例では、配線基板Ｆ４と発光素子ＬＳとは、配線基板Ｆ１乃至Ｆ３の下方に位置している。

導光素子ＬＧは、一例では、第１基板ＳＵＢ１と対向している。導光素子ＬＧは、導光層５０と光学層６０とを備えている。導光層５０は、表示パネルＰＮＬと対向する第１面５０Ａと、第１面５０Ａと反対側の第２面５０Ｂとを有している。端部Ｅ３２は、発光素子ＬＳと対向している。一例では、発光素子ＬＳは、導光層５０のみと対向している。図示した例では、第１面５０Ａと第２面５０Ｂとは、Ｘ−Ｙ平面と平行な面である。導光層５０は、ガラス、アクリル、又はポリカーボネート等の透明な材料によって形成されている。第２面５０Ｂの下には、不透明な部材は配置されていない。

光学層６０は、表示パネルＰＮＬと導光層５０との間に位置している。図示した例では、光学層６０は、第１面５０Ａと接している。光学層６０は、少なくとも延出部Ｅｘと重なっている。図示した例では、光学層６０は、シール４０とも重なっている。すなわち、光学層６０は、第２方向Ｙにおいて、端部Ｅ３２からシール４０と重なる位置まで延出している。なお、光学層６０は、端部Ｅ３１側においても、シール４０と重なっている。光学層６０は、フッ素系樹脂、又はシリコン系樹脂によって形成され、透明であり、ヘイズがない材料である。

本実施形態において、光学層６０は、複数の開口ＯＰ（ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３）を有している。開口ＯＰは、液晶層３０と重なる領域に形成されている。開口ＯＰ２は、開口ＯＰ１よりも発光素子ＬＳから離間している。開口ＯＰ３は、開口ＯＰ２よりも発光素子ＬＳから離間している。図示した例では、開口ＯＰ２の幅Ｗ２は、開口ＯＰ１の幅Ｗ１よりも大きい。開口ＯＰ３の幅Ｗ３は、幅Ｗ２よりも大きい。なお、ここで幅とは、第２方向Ｙに沿った長さである。

導光素子ＬＧは、透明な接着層７０によって表示パネルＰＮＬと接着されている。図示した例では、接着層７０は、表示パネルＰＮＬと光学層６０との間に介在するとともに、開口ＯＰ内にも設けられている。すなわち、接着層７０は、表示パネルＰＮＬ、光学層６０、及び導光層５０と接している。なお、図示は省略するが、光学層６０は、表示パネルＰＮＬと接していてもよい。また、光学層６０と導光層５０との間に接着層７０が介在していてもよい。更に、接着層７０の代わりに導光素子ＬＧと屈折率が等しいオーバーコート材料によって複数の開口ＯＰを埋め平坦化してもよい。この場合には、第１基板ＳＵＢ１及びオーバーコートと屈折率の等しいフィルム状の粘着シートで貼り合わせてもよい。

本実施形態において、光学層６０の屈折率は、導光層５０の屈折率より小さい。また、空気の屈折率は、導光層５０の屈折率より小さい。このような構成において、発光素子ＬＳから導光層５０へ入射した光は、導光層５０と光学層６０との境界（すなわち第１面５０Ａ）、及び導光層５０と空気との境界（すなわち第２面５０Ｂ）において反射され、導光層５０を伝搬する。なお、上述したように、発光素子ＬＳは、導光層５０とのみ対向しているため、発光素子ＬＳから照射された光は、光学層６０、接着層７０、及び第１基板ＳＵＢ１に直接入射することはほとんどない。一方、接着層７０の屈折率は、光学層６０の屈折率より大きく導光層５０の屈折率とほぼ等しい。したがって、導光層５０を伝搬する光は、導光層５０と接着層７０との境界において、ほとんど反射されない。換言すると、導光層５０を伝搬する光の一部は、開口ＯＰを通って表示パネルＰＮＬへ入射される。

図示した例では、導光層５０へ入射した光のうち、第１面５０Ａ側へ向かう光ＬＡは、導光層５０と光学層６０との境界で反射される。その後、導光層５０と空気との境界における反射、及び導光層５０と光学層６０との境界における反射を繰り替えした後、開口ＯＰ３を通って表示パネルＰＮＬへ入射している。導光層５０へ入射した光のうち、第２面５０Ｂ側へ向かう光ＬＢは、導光層５０と空気との境界で反射された後、開口ＯＰ１を通って表示パネルＰＮＬへ入射している。なお、図示は省略するが、導光層５０を伝搬する光の一部が開口ＯＰ２から表示パネルＰＮＬへ入射する場合もあり得る。また、表示パネルＰＮＬを伝搬する光の一部が開口ＯＰを通って導光層５０へ入射する場合もあり得る。

図３は、図２に示した表示パネルＰＮＬの構成例を示す断面図である。第１基板ＳＵＢ１は、透明基板１０、配線１１、絶縁層１２、画素電極１３、及び、配向膜１４を備えている。第２基板ＳＵＢ２は、透明基板２０、共通電極２１、及び、配向膜２２を備えている。なお、第２基板ＳＵＢ２は、配線１１と重畳する遮光層を備えていない。

透明基板１０及び２０は、ガラス基板やプラスチック基板などの絶縁基板である。配線１１は、モリブデン、タングステン、アルミニウム、チタン、銀などの不透明な金属材料によって形成されている。図示した配線１１は、第１方向Ｘに延出しているが、第２方向Ｙに延出していてもよい。絶縁層１２は、透明な絶縁材料によって形成されている。画素電極１３及び共通電極２１は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成されている。画素電極１３は、画素ＰＸ毎に配置されている。共通電極２１は、複数の画素ＰＸに亘って配置されている。配向膜１４及び２２は、Ｘ−Ｙ平面に略平行な配向規制力を有する水平配向膜であってもよいし、第３方向に略平行な配向規制力を有する垂直配向膜であってもよい。

液晶層３０は、配向膜１４と配向膜２２との間に位置している。液晶層３０は、高分子化合物であるポリマー３１と、液晶分子３２と、を含む高分子分散型液晶を備えている。一例では、ポリマー３１は、液晶性ポリマーである。ポリマーは、例えば、液晶性モノマーが配向膜１４及び２２の配向規制力によって所定の方向に配向した状態で重合されることによって得られる。一例では、配向膜１４及び２２の配向処理方向は第１方向Ｘであり、配向膜１４及び２２は第１方向Ｘに沿った配向規制力を有している。このため、ポリマー３１は、第１方向Ｘに沿って延びた筋状に形成される。液晶分子３２は、ポリマー３１の隙間に分散され、その長軸が第１方向Ｘに沿うように配向される。なお、図中の拡大部分において、ポリマー３１は右上がりの斜線で示し、液晶分子３２は右下がりの斜線で示している。

ポリマー３１及び液晶分子３２の各々は、光学異方性あるいは屈折率異方性を有している。液晶分子３２は、正の誘電率異方性を有するポジ型の液晶性分子であってもよいし、負の誘電率異方性を有するネガ型の液晶性分子であってもよい。ポリマー３１及び液晶分子３２の各々の電界に対する応答性は異なる。ポリマー３１の電界に対する応答性は、液晶分子３２の電界に対する応答性より低い。

図４は、透明状態の液晶層３０を模式的に示す図である。図示した例は、液晶層３０に電圧が印加されていない状態（例えば画素電極１３と共通電極２１との間の電位差がほぼゼロである状態）に相当する。ポリマー３１の光軸Ａｘ１及び液晶分子３２の光軸Ａｘ２は、互いに平行である。図示した例では、光軸Ａｘ１及び光軸Ａｘ２は、いずれも第１方向Ｘに平行である。ポリマー３１及び液晶分子３２は、ほぼ同等の屈折率異方性を有している。つまり、ポリマー３１及び液晶分子３２の常光屈折率は互いにほぼ同等であり、また、ポリマー３１及び液晶分子３２の異常光屈折率は互いにほぼ同等である。このため、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚを含むあらゆる方向において、ポリマー３１と液晶分子３２との間にほとんど屈折率差がない。このため、第３方向Ｚに沿って液晶層３０に入射した光Ｌ１は、液晶層３０内でほとんど散乱されることなく透過する。同様に、第３方向Ｚに対して傾斜した斜め方向に入射した光Ｌ２及びＬ３についても、液晶層３０内でほとんど散乱されることはない。このため、高い透明性が得られる。図４に示した状態を『透明状態』と称する。例えば、光Ｌ３は、図３に示した発光素子ＬＳから照射された光に相当し、液晶層３０においてほとんど散乱されることなく、第２方向Ｙの矢印で示した向きとは逆向きに伝播する。

図５は、散乱状態の液晶層３０を模式的に示す図である。図示した例は、液晶層３０に電圧が印加された状態（例えば画素電極１３と共通電極２１との間の電位差がしきい値以上である状態）に相当する。上記の通り、ポリマー３１の電界に対する応答性は、液晶分子３２の電界に対する応答性より低い。一例では、ポリマー３１の配向方向は、電界の有無にかかわらずほとんど変化しない。一方、液晶分子３２の配向方向は、液晶層３０にしきい値以上の高い電圧が印加された状態では、電界に応じて変化する。つまり、図示したように、光軸Ａｘ１は第１方向Ｘとほとんど平行であるのに対して、光軸Ａｘ２は第１方向Ｘに対して傾斜している。液晶分子３２がポジ型液晶性分子である場合には、液晶分子３２は、その長軸が電界に沿うように配向する。画素電極１３と共通電極２１との間の電界は、第３方向Ｚに沿って形成される。このため、液晶分子３２は、その長軸あるいは光軸Ａｘ２が第３方向Ｚに沿うように配向する。つまり、光軸Ａｘ１及びＡｘ２は、互いに交差する。したがって、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚを含むあらゆる方向において、ポリマー３１と液晶分子３２との間に大きな屈折率差が生ずる。これにより、液晶層３０に入射した光Ｌ１乃至Ｌ３は、液晶層３０内で散乱される。図５に示した状態を『散乱状態』と称する。

図６は、液晶層３０が透明状態である場合の表示装置ＤＳＰを示す断面図である。発光素子ＬＳから照射された光は、端部Ｅ３２から導光層５０に入射し、導光層５０を伝搬する。導光層５０を伝搬する光のうち、開口ＯＰ１１から表示パネルＰＮＬに入射した光Ｌ１１及び開口ＯＰ１２から表示パネルＰＮＬに入射した光Ｌ１２は、液晶層３０、透明基板１０、透明基板２０などを伝播する。なお、第２方向Ｙにおいて、開口ＯＰ１１は、開口ＯＰ１２よりも発光素子ＬＳに近接している。

図示した例では、光Ｌ１１は、画素電極１３１と重畳する液晶層３０へ入射した後、透明基板２０と空気との境界（すなわち透明基板２０の上面２０Ｔ）において反射され、画素電極１３２と重畳する液晶層３０へ入射する。その後、光Ｌ１１は、接着層７０と光学層６０との境界（すなわち光学層６０の上面６０Ａ）において反射され、画素電極１３３と重畳する液晶層３０へ入射する。また、図示した例では、光Ｌ１２は、画素電極１３３と重畳する液晶層３０へ入射する。

配線１１と重畳する液晶層３０、及び画素電極１３１、１３２、及び１３３と重畳する液晶層３０は、透明状態である。このため、光Ｌ１１と光Ｌ１２とは、液晶層３０でほとんど散乱されない。したがって、光Ｌ１１及びＬ１２は、導光層５０の第２面５０Ｂ及び透明基板２０の上面２０Ｔからほとんど漏れ出すことなく、表示パネルＰＮＬ内を伝搬する。

表示パネルＰＮＬに入射する外部光ＬＥは、液晶層３０でほとんど散乱されることなく透過する。つまり、第２面５０Ｂから表示パネルＰＮＬに入射した外部光は上面２０Ｔを透過し、上面２０Ｔから表示パネルＰＮＬに入射した外部光は第２面５０Ｂを透過する。このため、ユーザは、表示パネルＰＮＬを上面２０Ｔ側から観察した場合には、表示パネルＰＮＬを透かして第２面５０Ｂ側の背景を視認することができる。同様に、ユーザは、表示パネルＰＮＬを第２面５０Ｂ側から観察した場合には、表示パネルＰＮＬを透かして上面２０Ｔ側の背景を視認することができる。

図７は、液晶層３０が散乱状態である場合の表示装置ＤＳＰを示す断面図である。発光素子ＬＳから照射された光は、端部Ｅ３２から導光層５０に入射し、導光層５０を伝搬する。導光層５０を伝搬する光のうち、開口ＯＰ１１から表示パネルＰＮＬに入射した光Ｌ２１及び開口ＯＰ１２から表示パネルＰＮＬに入射した光Ｌ２２は、液晶層３０、透明基板１０、透明基板２０などを伝播する。

図示した例では、配線１１と重畳する液晶層３０は透明状態に維持されている。また、画素電極１３１と重畳する液晶層３０は、透明状態である。このため、光Ｌ２１は、液晶層３０のうち配線１１及び画素電極１３１と重畳する領域でほとんど散乱されない。一方、画素電極１３２と重畳する液晶層３０は、散乱状態である。このため、光Ｌ２１は、液晶層３０のうち画素電極１３２と重畳する領域で散乱される。光Ｌ２１のうち、一部の散乱光Ｌ２１１は上面２０Ｔを透過し、一部の散乱光Ｌ２１２は第２面５０Ｂを透過し、他の散乱光は表示パネルＰＮＬ内を伝播する。

一方、図示した例では、光Ｌ２２は、液晶層３０のうち画素電極１３３と重畳する領域へ入射している。画素電極１３３と重畳する液晶層３０は、透明状態である。このため、光Ｌ２２は、液晶層３０のうち、配線１１及び画素電極１３３と重畳する領域でほとんど散乱されない。したがって、光Ｌ２２は、第２面５０Ｂ及び上面２０Ｔからほとんど漏れ出すことなく、表示パネルＰＮＬ内を伝搬する。以上のように、光Ｌ２１の一部が液晶層３０において散乱される場合であっても、Ｌ２２は、液晶層３０のうち散乱状態の領域より発光素子ＬＳから離間した領域へ入射される。

画素電極１３１と重畳する領域では、表示パネルＰＮＬに入射する外部光ＬＥ１は、図７に示した外部光ＬＥと同様に、液晶層３０でほとんど散乱されることなく透過される。画素電極１３２と重畳する領域では、第２面５０Ｂから入射した外部光ＬＥ２は、液晶層３０で散乱された後に、その一部の光ＬＥ２１が上面２０Ｔを透過する。また、上面２０Ｔから入射した外部光ＬＥ３は、液晶層３０で散乱された後に、その一部の光ＬＥ３１が第２面５０Ｂを透過する。このため、ユーザは、表示パネルＰＮＬを上面２０Ｔ側から観察した場合には、画素電極１３２と重畳する領域で光Ｌ２１の色を視認することができる。加えて、一部の外部光ＬＥ２１が表示パネルＰＮＬを透過するため、ユーザは、表示パネルＰＮＬを透かして第２面５０Ｂ側の背景を視認することもできる。同様に、ユーザは、表示パネルＰＮＬを第２面５０Ｂ側から観察した場合には、画素電極１３２と重畳する領域で光Ｌ２１の色を視認することができる。加えて、一部の外部光ＬＥ３１が表示パネルＰＮＬを透過するため、ユーザは、表示パネルＰＮＬを透かして上面２０Ｔ側の背景を視認することもできる。

なお、画素電極１３１と重なる領域では、液晶層３０が透明状態であるため、光Ｌ２１の色はほとんど視認されず、ユーザは、表示パネルＰＮＬを透かして背景を視認することができる。また、画素電極１３３と重なる領域では、液晶層３０が透明状態であるため、光Ｌ２２の色はほとんど視認されず、ユーザは、表示パネルＰＮＬを透かして背景を視認することができる。

図８は、画素ＰＸの一例を示す平面図である。図示した例では、画素ＰＸは、第１方向Ｘに並ぶ２本の信号線Ｓと、第２方向Ｙに並ぶ２本の走査線Ｇとで区画されている。

画素ＰＸは、スイッチング素子ＳＷと、画素電極１３とを備えている。スイッチング素子ＳＷは、例えば薄膜トランジスタであり、走査線Ｇ及び信号線Ｓと電気的に接続されている。より具体的には、スイッチング素子ＳＷは、ゲート電極ＧＥ、ソース電極ＳＥ、及び、ドレイン電極ＤＥを備えている。ゲート電極ＧＥは、走査線Ｇと一体的に形成されている。図示した例では、スイッチング素子ＳＷは、半導体層ＳＣの下にゲート電極ＧＥが位置するボトムゲート型であるが、半導体層ＳＣの上にゲート電極ＧＥが位置するトップゲート型であってもよい。半導体層ＳＣは、例えばアモルファスシリコンによって形成されるが、多結晶シリコンや酸化物半導体によって形成されてもよい。ソース電極ＳＥは、信号線Ｓと一体的に形成され、半導体層ＳＣに接触している。ドレイン電極ＤＥは、ソース電極ＳＥから離間し、半導体層ＳＣに接触している。画素電極１３は、ドレイン電極ＤＥの上に重畳し、コンタクトホールＣＨにおいてドレイン電極ＤＥに接触している。

また、２本の走査線Ｇの間には、容量線Ｃが配置されている。画素電極１３は、容量線Ｃの上に重畳している。容量線Ｃと画素電極１３とが重畳する部分は、蓄積容量を形成する。

図９は、図８に示した画素ＰＸのＡ−Ｂ線に沿った断面図である。

第１基板ＳＵＢ１において、ゲート電極ＧＥ及び図示しない走査線Ｇは、透明基板１０の上に位置し、例えば図３に示した配線１１に相当する。絶縁層１２１は、ゲート電極ＧＥ及び透明基板１０を覆っている。半導体層ＳＣは、ゲート電極ＧＥの直上において、絶縁層１２１の上に位置している。ソース電極ＳＥ及びドレイン電極ＤＥは、絶縁層１２１の上に位置し、それぞれ半導体層ＳＣに接触している。絶縁層１２２は、半導体層ＳＣ、ソース電極ＳＥ、ドレイン電極ＤＥ、及び、絶縁層１２１を覆っている。絶縁層１２３は、絶縁層１２２を覆っている。絶縁層１２１乃至１２３は、例えば図３に示した絶縁層１２に相当する。絶縁層１２１及び１２２は、シリコン窒化物やシリコン酸化物などの透明な無機絶縁材料によって形成されている。絶縁層１２３は、アクリル樹脂などの透明な有機絶縁材料によって形成されている。画素電極１３は、絶縁層１２３の上に位置している。画素電極１３は、絶縁層１２２及び１２３を貫通するコンタクトホールＣＨにおいて、ドレイン電極ＤＥに接触している。配向膜１４は、画素電極１３及び絶縁層１２３を覆っている。

第２基板ＳＵＢ２において、共通電極２１は、透明基板２０の下に位置している。配向膜２２は、共通電極２１を覆っている。液晶層３０は、配向膜１４及び２２に接触している。

図１０は、光学層６０の開口ＯＰと画素電極１３との関係の一例を示す平面図である。図示した例では、画素電極１３ａと画素電極１３ｂとは、第２方向Ｙに沿って配置されている。画素電極１３ａは、画素電極１３ｂよりも発光素子ＬＳに近接している。

画素電極１３ａ及び１３ｂは、それぞれ複数の開口ＯＰと重なっている。図示した例では、画素電極１３ａと重なる開口ＯＰａの各々は、同形状であり、ほぼ等しい面積を有している。また、画素電極１３ｂと重なる開口ＯＰｂの各々は、同形状であり、ほぼ等しい面積を有している。

本実施形態において、開口ＯＰｂの面積の合計（以下、総面積と称す）は、開口ＯＰａの総面積より大きい。図１０に示す例では、開口ＯＰｂの数と開口ＯＰａの数とは等しいが、開口ＯＰｂの各々の面積は、開口ＯＰａの各々の面積よりも大きい。このため、開口ＯＰｂの総面積は、開口ＯＰａの総面積より大きい。なお、画素電極１３の単位面積当たりの、画素電極１３と重なる開口ＯＰの総面積を開口率と定義した場合、開口ＯＰｂの開口率は、開口ＯＰａの開口率より大きい。

図示した例では、開口ＯＰは、周期的には並んでいない。換言すると、一つの開口ＯＰと、当該開口ＯＰと隣り合う複数の開口ＯＰとの距離は、一定ではない。いくつかの開口ＯＰは、信号線Ｓ、走査線Ｇ、及び画素電極１３ａ及び１３ｂと部分的に重なっている。なお、図示した例では、開口ＯＰは、円形であるが、楕円、多角形、あるいは曲線と直線との組み合わせからなる形状など、任意の形状でよい。また、開口ＯＰａの数及びＯＰｂの数は、図示した例に限定されない。

本実施形態によれば、表示装置ＤＳＰは、導光層５０と、複数の開口ＯＰが設けられた光学層６０とを有する導光素子ＬＧを備えている。光学層６０の屈折率は、導光層５０の屈折率より小さい。したがって、導光層５０を伝搬する光の一部が導光層５０と光学層６０との境界において反射され、実質的に導光層５０内に閉じ込められるため、発光素子ＬＳから離間した領域にまで光を伝搬することができる。さらに、開口ＯＰの面積は、発光素子ＬＳから離間するにしたがって大きくなっている。このような構成にすることで、発光素子ＬＳの近傍において導光素子ＬＧから表示パネルＰＮＬへ入射される光の量を抑制し、発光素子ＬＳから離間した領域から表示パネルＰＮＬへ入射される光の量を増大することができる。したがって、導光層５０において、発光素子ＬＳから離間する側を伝搬する光の強度が、発光素子ＬＳに近接する側を伝搬する光の強度より小さい場合であっても、発光素子ＬＳからの距離に起因した輝度の差を低減することができ、表示品位の低下を抑制することができる。

さらに、光学層６０は、延出部Ｅｘと重なる領域、すなわち第２方向Ｙにおいて端部Ｅ１２と端部Ｅ２２との間の領域の全体に亘って設けられている。したがって、発光素子から照射された光が、延出部Ｅｘを通って漏れることを抑制することができ、光の利用効率を向上することができる。

図１１は、導光素子ＬＧの形成方法を示す断面図である。図１１（ａ）に示すように、導光層５０の第１面５０Ａの上に、透明な材料からなる透明層６００が形成される。透明層６００の屈折率は、導光層５０の屈折率より小さい。次いで、透明層６００の上に、レジスト層Ｒ１が形成される。次に、図１１（ｂ）に示すように、レジスト層Ｒ１の上にフォトマスクＰＭが配置される。フォトマスクＰＭは、紫外線を遮蔽する遮蔽部ＰＭＡと、紫外線を透過する透過部ＰＭＢとを有している。次いで、フォトマスクＰＭを介して、導光層５０に紫外線が照射される。次に、図１１（ｃ）に示すように、リソグラフィ処理によって、レジスト層Ｒ１のうち遮蔽部ＰＭＡと重畳する領域が除去される。その後、レジスト層Ｒ１をマスクとしてエッチング処理が行われ、開口ＯＰを有する光学層６０が形成され、導光素子ＬＧが形成される。その後、図１１（ｄ）に示すように、第１面５０Ａ側の全面に接着層７０が形成される。接着層７０は、光学層６０に接するとともに、開口ＯＰにおいて第１面５０Ａとも接している。その後、接着層７０を介して、導光素子ＬＧは、表示パネルＰＮＬに接着される。

なお、導光素子ＬＧの形成方法は、上記の例に限定されない。例えば、開口ＯＰを有する光学層６０が印刷によって第１面５０Ａに形成されてもよい。あるいは、型抜き等によって光学層６０に開口ＯＰが形成され後、光学層６０が第１面５０Ａの上に配置されてもよい。

図１２は、光学層６０の他の例を示す平面図である。図１２に示す例は、第２方向Ｙに沿って開口ＯＰの単位面積当たりの数が変化している点で、図１０に示す例と相違している。すなわち、図１２に示す例では、開口ＯＰａの各々の面積と開口ＯＰｂの各々の面積とは等しいが、開口ＯＰｂの数は、開口ＯＰａの数より多い。このため、開口ＯＰｂの総面積は、開口ＯＰａの総面積より大きい。本例においても、図１０に示す例と同様の効果を得ることができる。

図１３は、光学層６０の他の例を示す平面図である。図１３に示す例は、第２方向Ｙに沿って、開口ＯＰの面積、及び開口ＯＰの単位面積当たりの数の双方が変化している点で、図１０に示す例と相違している。図１３に示す例では、開口ＯＰｂの各々の面積は、開口ＯＰａの各々の面積より大きい。さらに、開口ＯＰｂの数は、開口ＯＰａの数より多い。このため、開口ＯＰｂの総面積は、開口ＯＰａの総面積より大きい。なお、開口ＯＰｂの各々の面積が開口ＯＰａの各々の面積より小さい場合であっても、開口ＯＰｂの数を十分に大きくすることで、開口ＯＰｂの総面積は、開口ＯＰａの総面積より大きくなり得る。また、開口ＯＰｂの数が開口ＯＰａの数より小さい場合であっても、開口ＯＰｂの面積を開口ＯＰａの面積より十分に大きくすることで、開口ＯＰｂの総面積は、開口ＯＰａの総面積より大きくなり得る。本例においても、図１０に示す例と同様の効果を得ることができる。

図１４は、光学層６０の他の例を示す平面図である。図１４は、単一の画素電極１３に面積の異なる開口ＯＰが重なっている点で、図１０に示す例と相違している。図１４に示す例では、画素電極１３ａと重なる開口ＯＰのうち、発光素子ＬＳから離間する側に位置する開口ＯＰａ２の面積は、発光素子ＬＳ側に位置する開口ＯＰａ１の面積より大きい。同様に、画素電極１３ｂと重なる開口ＯＰのうち、発光素子ＬＳから離間する側に位置する開口ＯＰｂ２の面積は、発光素子ＬＳ側に位置する開口ＯＰｂ１の面積より大きい。本例においても、図１０に示す例と同様の効果を得ることができる。

図１５は、表示装置ＤＳＰの他の例を示す断面図である。図１５に示す例は、発光素子ＬＳが延出部Ｅｘの直下に位置している点で、図２に示す例と相違している。図示した例では、導光層５０の端部Ｅ３２は、第２方向Ｙにおいて、第１基板ＳＵＢ１の端部Ｅ１２と第２基板ＳＵＢ２の端部Ｅ２２との間に位置している。発光素子ＬＳは、そのすべてが第１基板ＳＵＢ１と重なっている。本例においても、図２に示す例と同様の効果を得ることができる。さらに、発光素子ＬＳが延出部Ｅｘと重なっているため、表示に寄与しない非表示領域ＮＤＡの幅を小さくすることができ、狭額縁化が実現される。

図１６は、表示装置ＤＳＰの他の例を示す断面図である。図１６は、導光素子ＬＧが、第２基板ＳＵＢ２側に位置している点で、図１５に示す例と相違している。すなわち、第１面５０Ａは、第２基板ＳＵＢ２と対向している。接着層７０は、導光層５０、光学層６０、及び第２基板ＳＵＢ２に接している。発光素子ＬＳは、延出部Ｅｘの直上に位置し、そのすべてが第１基板ＳＵＢ１と重なっている。図示した例では、端部Ｅ３２は、端部Ｅ２２と重なっている。本例においても、図１５に示す例と同様の効果を得ることができる。

図１７は、表示装置ＤＳＰの他の例を示す断面図である。図１７は、表示装置ＤＳＰが光学層６１及び６２をさらに備えている点で、図２に示す例と相違している。光学層６１の屈折率と光学層６２の屈折率は、導光層５０の屈折率より小さい。一例では、光学層６１及び６２は、光学層６０と同一の材料によって形成されている。

光学層６１は、第２面５０Ｂの全体と接している。すなわち、光学層６１は、第２方向Ｙにおいて、端部Ｅ３１と端部Ｅ３２との間の領域に設けられている。光学層６２は、上面２０Ｔの全体と接している。すなわち、光学層６２は、第２方向Ｙにおいて、端部Ｅ２１と端部Ｅ２２との間の領域に設けられている。光学層６１及び６２は、開口を有していない。表示パネルＰＮＬ及び導光素子ＬＧを伝搬する光は、導光層５０と光学層６０との境界、接着層７０と光学層６０との境界に加え、導光層５０と光学層６１との境界（すなわち第２面５０Ｂ）、及び第２基板ＳＵＢ２と光学層６２との境界（すなわち上面２０Ｔ）において反射される。

本例においても、図２に示す例と同様の効果を得ることができる。さらに、本例によれば、光学層６１の表面６１Ａ及び光学層６２の表面６２Ａに水滴等の汚れが付着した場合であっても、表示パネルＰＮＬ及び導光素子ＬＧを伝搬する光は、反射条件を変えられることなく、第２面５０Ｂ及び上面２０Ｔにおいて反射される。つまり、表示装置ＤＳＰの表面の汚れを起点とした光の散乱を抑制することができ、光の利用効率の低下を抑制することができる。

図１８は、図１に示した表示装置ＤＳＰの主要な構成要素を示す図である。表示装置ＤＳＰは、図中に点線で示すコントローラＣＮＴを備えている。コントローラＣＮＴは、タイミングコントローラＴＣ、ゲートドライバＧＤ１及びＧＤ２、ソースドライバＳＤ、Ｖｃｏｍ回路ＶＣ、光源ドライバＬＳＤなどを含む。タイミングコントローラＴＣは、外部から入力された画像データや同期信号などに基づいて各種信号を生成する。一例では、タイミングコントローラＴＣは、画像データに所定の信号処理を行って生成した映像信号をソースドライバＳＤに出力する。また、タイミングコントローラＴＣは、同期信号に基づいて生成した制御信号を、ゲートドライバＧＤ１及びＧＤ２、ソースドライバＳＤ、Ｖｃｏｍ回路ＶＣ、光源ドライバＬＳＤにそれぞれ出力する。

走査線Ｇの各々には、ゲートドライバＧＤ１またはＧＤ２から走査信号が供給される。信号線Ｓの各々には、ソースドライバＳＤから映像信号が供給される。共通電極２１には、Ｖｃｏｍ回路ＶＣからコモン電圧が供給される。信号線Ｓに供給された映像信号は、走査線Ｇに供給された走査信号に基づいてスイッチング素子ＳＷが導通状態となった期間に、当該スイッチング素子ＳＷに接続された画素電極１３に印加される。スイッチング素子ＳＷを導通状態とする期間には、走査信号として走査線Ｇにハイレベルの電圧が印加され、スイッチング素子ＳＷを非導通状態とする期間には、走査信号として走査線Ｇにローレベルの電圧が印加される。一例では、ハイレベルの電圧は＋２０Ｖであり、ローレベルの電圧は−２０Ｖである。共通電極２１がコモン電圧として０Ｖの電圧に設定されていた場合、ハイレベルの電圧が印加された走査線Ｇのみならず、ローレベルの電圧が印加された走査線Ｇとの間にも２０Ｖの電位差が生ずる。本実施形態では、上記の第１乃至第３構成例を適用することにより、走査線Ｇ及び共通電極２１の間において、液晶層３０の不所望な散乱に起因した光漏れを抑制することができる。

光源ユニットＬＵは、例えば、第１色の光を出射する発光素子（第１発光素子）ＬＳＲと、第２色の光を出射する発光素子（第２発光素子）ＬＳＧと、第３色の光を出射する発光素子（第３発光素子）ＬＳＢと、を備えている。一例では、第１色は赤色であり、第２色は緑色であり、第３色は青色である。発光素子ＬＳＲの発光主波長は、例えば６２２ｎｍである。発光素子ＬＳＧの発光主波長は、例えば５３１ｎｍである。発光素子ＬＳＢの発光主波長は、例えば４６６ｎｍである。複数の発光素子ＬＳＲ、ＬＳＧ、ＬＳＢは、走査線Ｇの延出方向（上記の第１方向Ｘ）に沿って並んでいる。また、複数の発光素子ＬＳＲ、ＬＳＧ、ＬＳＢは、端部Ｅ２２と対向している。

光源ドライバＬＳＤは、タイミングコントローラＴＣからの制御信号などに従い、発光素子ＬＳＲ、ＬＳＧ、ＬＳＢの点灯期間を制御する。１フレーム期間が複数のサブフレーム（フィールド）期間を有する駆動方式においては、各サブフレームにおいて３つの発光素子ＬＳＲ、ＬＳＧ、ＬＳＢのうちの少なくとも１つが点灯し、サブフレーム毎に照明光の色が切り替えられる。

以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位の低下を抑制することが可能な表示装置を提供することができる。

本実施形態において、導光層５０は、導光層に相当する。第１面５０Ａは、第１面に相当し、第２面５０Ｂは、第２面に相当し、端部Ｅ３２は、端部に相当する。光学層６０は、第１光学層に相当する。画素電極１３ａは、第１画素電極に相当し、画素電極１３ｂは、第２画素電極に相当する。開口ＯＰａは、第１開口に相当し、開口ＯＰｂは、第２開口に相当する。上面２０Ｔは、第３面に相当する。光学層６１は、第２光学層に相当し、光学層６２は、第３光学層に相当する。

なお、この発明は、上記各実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

ＤＳＰ…表示装置 ＰＮＬ…表示パネル Ｅｘ…延出部
ＳＵＢ１…第１基板 １１…配線 １３，１３ａ，１３ｂ…画素電極 １４…配向膜
ＳＵＢ２…第２基板 ２１…共通電極 ２２…配向膜 ２３…遮光層 ２０Ｔ…上面
３０…液晶層 ３１…ポリマー ３２…液晶分子
ＬＧ…導光素子 ５０…導光層 ５０Ａ…第１面 ５０Ｂ…第２面 Ｅ３２…端部
６０，６１，６２…光学層 ＯＰ，ＯＰａ，ＯＰｂ…開口 ７０…接着層

Claims (10)

1. 第１基板と、前記第１基板と対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持され、ポリマーと液晶分子とを含む高分子分散型液晶層と、を備える表示パネルと、
   発光素子と、
   前記表示パネルと対向する第１面と、前記発光素子と対向する端部と、を有する導光層と、
   前記表示パネルと前記導光層との間に位置する第１光学層と、
   を備え、
   前記第１光学層の屈折率は、前記導光層の屈折率よりも低い、表示装置。
2. 前記表示パネルは、第１画素電極と、前記第１画素電極よりも前記発光素子から離間した第２画素電極と、を備え、
   前記第１光学層は、前記第１画素電極と重なる第１開口と、前記第２画素電極と重なる第２開口と、を含み、
   前記第２開口の面積は、前記第１開口の面積より大きい、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記表示パネルは、第１画素電極と、前記第１画素電極よりも前記発光素子から離間した第２画素電極と、を備え、
   前記第１光学層は、前記第１画素電極と重なる第１開口と、前記第２画素電極と重なる第２開口と、を含み、
   前記第２開口の数は、前記第１開口の数より大きい、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記表示パネルは、延出部をさらに備え、
   前記第１光学層は、少なくとも前記延出部と重なる領域に設けられている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記発光素子は、前記延出部と重なっている、請求項４に記載の表示装置。
6. 前記導光層の屈折率より低い屈折率を有する第２光学層及び第３光学層をさらに備え、
   前記導光層は、前記第１面と反対側の第２面を有し、
   前記表示パネルは、前記導光層と対向する面と反対側の第３面を有し、
   前記第２光学層は、前記第２面の全体と重なり、
   前記第３光学層は、前記第３面の全体と重なっている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記表示パネルと前記導光層との間に位置する接着層をさらに備え、
   前記第１基板は、前記第２基板と前記導光層との間に位置し、
   前記接着層は、前記第１基板と前記導光層とに接している、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記表示パネルと前記導光層との間に位置する接着層をさらに備え、
   前記第２基板は、前記第１基板と前記導光層との間に位置し、
   前記接着層は、前記第２基板と前記導光層とに接している、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 第１基板と、前記第１基板と対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に位置するシールと、前記シールに囲まれた領域内に位置し、ポリマーと液晶分子とを含む高分子分散型液晶層と、を備える表示パネルと、
   発光素子と、
   前記表示パネルと対向する第１面と、前記発光素子と対向する端部と、を有する導光層と、
   前記表示パネルと前記導光層との間で前記第１面に沿って配置され、前記端部から少なくとも前記シールと重なる位置まで延出した第１光学層と、
   を備え、
   前記第１光学層の屈折率は、前記導光層の屈折率より低い、表示装置。
10. 発光素子と、
    第１面と、前記発光素子と対向する端部と、前記第１面と反対側の第２面と、を有する導光層と、
    前記第１面と対向する面と反対側の第３面と、ポリマーと液晶分子とを含む高分子分散型液晶層と、を備える表示パネルと、
    前記第２面の全体と対向する第２光学層と、
    前記第３面の全体と対向する第３光学層と、
    を備え、
    前記第２光学層の屈折率と前記第３光学層の屈折率とは、前記導光層の屈折率より低い、表示装置。

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