JP2022156920A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数色に対応する波長に分散された光がいずれも一定の方向に偏ることなく、同一の分布で輝度範囲を持つように分離制御を可能とする表示装置を提供する。【解決手段】 実施形態の表示装置は、バックライトと液晶パネルと色分離素子基板とを備える。液晶パネルは、バックライトからのバックライト光を入射して表示映像に合わせてカラーフィルタで指定色成分を吸収する。色分離素子基板は、液晶パネルとバックライトとの間に配置され、透明素材基板の一方面に色分離素子が形成される。液晶パネルには、バックライト光の入射面側の透明素材基板の周縁部に一定幅の接合領域が設けられ、色分離素子基板には、液晶パネルに対向する面の周縁部に一定の高さの段差が形成され、色分離素子基板の段差の上面と液晶パネルの透明素材基板の接合領域とは膜を介して接合される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、色分離素子技術を用いる表示装置に関する。

液晶表示モジュールに用いられるカラーフィルタ（ＣＦ：Color Filter）方式の表示装置は、画素単位でＲＧＢのＣＦを形成した液晶パネル（液晶ＴＦＴ（thin-film-transistor：薄膜トランジスタ）基板にＣＦ基板を積層したパネル）に対して、白色のバックライト光を表示映像に合わせてＲＧＢ画素それぞれのフィルタに入射することで、ＣＦ色の波長光を透過させ、ＣＦ以外の波長光を吸収する。このため、光の利用効率が低い。そこで、光の利用効率を高める目的で、光分離素子技術が提案されている。

色分離素子技術は、ガラス基板の表面に所定のパターンの凹凸による色分離溝を形成した色分離素子により、白色のバックライト光を入射してＲＧＢそれぞれの波長成分ごとに特定の方向に回折させ分離するものである。この技術によれば、ＣＦ方式の表示装置において、上記色分離素子を形成したガラス基板（以下、色分離素子基板）をバックライトと液晶パネルと間に対向配置させ、色分離素子によって、バックライト光をＲＧＢのＣＦそれぞれに対応する波長に分離し、所定の方向に回折して、ＣＦに対応する波長の光のみを液晶パネルのＲＧＢ画素それぞれのフィルタに入射させる。これによって、ＣＦに対応する波長以外の光の吸収を低減し、光（輝度）の利用効率の向上を図る。

ただし、色分離素子と液晶パネルとの間には、色ごとに回折された光を空間的に分離するための間隙（Air-GAP）が必要である。そこで、液晶パネルの縁面と色分離素子基板の周縁部とを略ロの字の両面テープによって接着し、両面テープの厚みによって間隙を形成する手法が検討されている。

しかしながら、両面テープで接着した場合、テープ自体の厚みにばらつきがあること、両面テープを液晶パネルと色分離素子基板の両方に貼り合わせする必要であり、複数回の張り合わせによるずれのリスクがあることが懸念されている。

特開２０１８－１４６７５０号公報 特開２０２０－１５８３５８号公報

以上のように、従来のＣＦ方式の表示装置では、光分離素子技術の採用に際して、色分離素子基板と液晶パネルを両面テープによって接着する手法が検討されているが、両面テープで接着した場合、テープ自体の厚みのばらつき、貼り合わせによるずれのリスクがあることが懸念されている。

そこで、本実施形態は、色分離素子基板と液晶パネルとを、均一な間隙で、かつずれを生じることなく一体化することのできる表示装置を提供することを目的とする。

本実施形態に係る表示装置は、バックライトと液晶パネルと色分離素子基板とを備える。液晶パネルは、バックライトからのバックライト光を入射して表示映像に合わせてカラーフィルタで指定色成分を吸収する。色分離素子基板は、液晶パネルとバックライトとの間に配置され、透明素材基板の一方面に色分離素子が形成される。液晶パネルには、バックライト光の入射面側の透明素材基板の周縁部に一定幅の接合領域が設けられ、色分離素子基板には、液晶パネルに対向する面の周縁部に一定の高さの段差が形成され、色分離素子基板の段差の上面と液晶パネルの透明素材基板の接合領域とは膜を介して接合される。

図１は、第１の実施形態に係る表示装置の基本的な構成を示す分解斜視図である。 図２は、第１の実施形態に係る表示装置の具体的な構造を示す断面図である。 図３は、第１の実施形態に係る表示装置の製造工程を段階的に示す図である。 図４は、第２の実施形態に係る表示装置の具体的な構造を示す断面図である。 図５は、第２の実施形態に係る表示装置の製造工程を段階的に示す図である。 図６は、第３の実施形態に係る表示装置の具体的な構造を示す断面図である。 図７は、第３の実施形態に係る表示装置の製造工程を段階的に示す図である。 図８は、本実施形態に適用される色分離素子の具体的な構造を示す断面図である。 図９は、図８に示す色分離素子の具体的な処理例を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態と称する）について詳細に説明する。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。

まず、本実施形態に適用される色分離素子について、図８及び図９を参照して説明する。

図８は色分離素子の具体的な構造を示す断面図、図９は図８に示す色分離素子によるバックライト光の色分離例を示す断面図である。

すなわち、色分離素子は、図８に示すように、ガラス基板に最小構造幅１μｍ～３μｍ、最大深さ３μｍ～４μｍの溝をＲＧＢに対応する所定のパターンで形成したものである。以下、上記溝を色分離溝１１１と称する。また、色分離溝１１１を形成したガラス基板を色分離素子基板１１と称する。

バックライト光（白色光）をそのままカラーフィルタに入射すると、図９（ａ）に示すように、Ｒ、Ｇ、ＢのフィルタでそれぞれＲ、Ｇ、Ｂ以外の光が吸収されてしまう。これに対して、バックライト光（白色光）を、色分離素子基板１１を介してカラーフィルタに入射すると、図９（ｂ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの光がそれぞれ異なる方向に回折され、各色のフィルタに集光される。これにより、カラーフィルタでの光吸収が低減されるため、光（輝度）の利用効率を向上させることができる。

以下、上記色分離素子基板１１を用いた表示装置の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る表示装置の基本的な構成を示す分解斜視図である。図１に示す表示装置は、光分離溝１１１が形成された色分離素子基板１１と、ＣＦ基板及び液晶ＴＦＴ基板を積層した液晶パネル２１と、両者を接合するための10nm程度のガラス材による無機透明薄膜３１とを備える。

色分離素子基板１１には、周縁部に段差構造をなす一定の高さの外周壁１１２が形成される。なお、外周壁の一部は、空気穴１１３として切除されている。空気穴１１３は、内部空間の結露防止策として機能する。

一方、液晶パネル２１には、バックライト光入射面側に、周縁から一定幅で接合領域が確保される。その接合領域の内側には、下偏光板２１１が装着される。

上記色分離素子基板１１の外周壁１１２の上面には、透明無機膜（透明素材による無機な薄膜）３１が貼り付けられ、その上から液晶パネル２１の接合領域が位置を合わせて貼り付けられる。ここで、透明無機膜を用いたガラス基板の接合については、ランテクニカルサービス株式会社のホームページ（http://www.lantechnical.co.jp）にその詳細が解説されている。透明無機膜３１の貼り付け及び接合は、真空環境下で、イオンビームスパッターにより材料表面に成膜することで行う。

これにより、色分離素子と液晶パネルとが一定の距離で対向配置され、色分離素子基板１１の底面側から入射した光を色分離素子基板１１でＲＧＢごとに色分離して液晶パネル２１のカラーフィルタに照射することができる。このとき、色分離素子基板１１と液晶パネル２１とは透明無機膜３１を介して接合されるため、均一な厚さで、かつずれを生じることなく一体化することができる。

図２は、第１の実施形態に係る表示装置の具体的な構造を示す断面図、図３はその製造工程を段階的に示す図である。

本実施形態に係る表示装置は、図２に示すように、色分離素子基板１１と、液晶パネル２１とを透明無機膜３１を介して接合した積層構造となっている。まず、色分離素子基板１１には、空気穴１１３の形成部分を除き、周縁部に一定の高さの外周壁１１２が形成され、その内側上面に色分離溝１１１が形成される。一方、液晶パネル２１は、バックライト光入射側から順に、下偏光板２１１、ＴＦＴガラス基板２１２、液晶ＴＦＴ基板２１３、ＣＦ基板２１４、ＣＦガラス基板２１５、上偏光板２１６を積層した構造となっている。

上記色分離素子基板１１は、その製造工程において、図３（ａ）に示す前処理がなされる。この工程では、色分離素子基板１１の元となるガラス基板１１Ａの上面に、空気穴１１３の形成部分を除き、周囲に沿って一定幅で耐ＨＦ（フッ化水素酸）レジスト４１を塗布する。

次に、図３（ｂ）に示すように、前処理されたガラス基板１１Ａをエッチング容器４２に収容し、一定時間、エッチング処理する。これにより、ガラス基板１１Ａは、耐ＨＦレジスト４１が塗布された部分が残り、他の部分がエッチング処理時間相当の深さまで溶解される。この結果、ガラス基板１１Ａは、図３（ｃ）に示すように、上面周縁部に、空気穴１１３の形成部分を除き、一定の高さの外周壁１１２を形成した形状となる。ここで、ガラス基板１１Ａの外周壁１１２で囲まれた領域内に、ナノプリント処理によって色分離素子となる色分離溝１１１を形成する。これによって、色分離素子基板１１の形成が完了する。この状態で、図３（ｄ）に示すように、上記色分離素子基板１１の外周壁１１２の上面に透明無機膜３１を貼り付けた後、図３（ｅ）に示すように、その上から液晶パネル２１を、接合領域を位置合わせして貼り付ける。

以上の製造工程により、色分離素子基板１１と液晶パネル２１とを、均一な間隙で、かつずれを生じることなく一体化することができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る表示装置の具体的な構造を示す断面図、図５はその製造工程を段階的に示す図である。

第１の実施形態では、色分子素子基板１１に段差構造を形成するようにしたが、本実施形態では、液晶パネル２１に段差構造を形成する。すなわち、本実施形態に係る表示装置は、図４に示すように、色分離素子基板１１、液晶パネル２１の基本構造が第１の実施形態と同じであるが、本実施形態では、色分離素子基板１１には、周辺部に段差はなく、一定幅の接合領域が設けられ、その内側にナノプリント処理によって色分離素子となる色分離溝１１１が形成される。一方、液晶パネル２１では、空気穴１１３の形成部分を除き、ＴＦＴガラス基板２１２の周縁部に、段差構造をなす一定の高さの外周壁２１２１が形成され、その内側に下偏光板２１１が配置される。

上記ＴＦＴガラス基板２１２は、その製造において、図５（ａ）に示す前処理がなされる。この工程では、ＴＦＴガラス基板２１２の元となるガラス基板２１２Ａの上面に、空気穴１１３の形成部分を除き、周囲に沿って一定幅で耐ＨＦ（フッ化水素酸）レジスト４３を塗布し、エッチング容器（図示せず）に収容し、一定時間、エッチング処理する。これにより、ガラス基板２１２Ａは図５（ｂ）に示すように、耐ＨＦレジスト４３が塗布された部分が残り、他の部分がエッチング処理時間相当の深さまで溶解される。この結果、ガラス基板２１２Ａは、周縁部に、空気穴１１３の形成部分を除き、一定の高さの外周壁２１２１を形成した形状となる。下偏光板２１１は、外周壁２１２１で囲まれた領域内に配置される。この状態で、図５（ｃ）に示すように、上記ＴＦＴガラス基板１１の外周壁２１２１の上面に透明無機膜３２を貼り付けた後、図５（ｄ）に示すように、その上から色分離素子基板１１を、接合領域を位置合わせして貼り付ける。

以上の製造工程により、色分離素子基板１１と液晶パネル２１とを、均一な間隙で、かつずれを生じることなく一体化することができる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る表示装置の具体的な構造を示す断面図、図７はその製造工程を段階的に示す図である。

第１の実施形態では、色分子素子基板１１に段差構造を形成し、第２の実施形態では液晶パネル２１のＴＦＴガラス基板２１２に段差構造を形成するようにしたが、本実施形態では、他のガラス部材で段差構造を形成する。すなわち、本実施形態に係る表示装置は、図６に示すように、色分離素子基板１１、液晶パネル２１の基本構造が第１、第２の実施形態と同じであるが、本実施形態では、色分離素子基板１１、液晶パネル２１のＴＦＴガラス基板２１２には、いずれも周辺部に段差はなく、一定幅の接合領域が設けられる。そして、色分離素子基板１１と液晶パネル２１のＴＦＴガラス基板２１２との間に、空気穴１１３の形成部分を除き、それぞれの周縁部に沿って一定の高さで形成された異形状加工のガラス枠５１が透明無機膜３３，３４を介して接合される。

上記構造による表示装置の製造工程では、まず、図７（ａ）に示すように、色分離素子基板１１の上面周辺部に一定幅の接合領域を設け、その接合領域に沿うように成形され、対向面に透明無機膜３３が貼り付けられた異形状加工のガラス枠５１を、上方から接合領域に位置合わせして接合する。続いて、図７（ｂ）に示すように、ガラス枠５１の上面に透明無機膜３４を貼り付け、その上方から液晶パネル２１のＴＦＴガラス基板２１２を、その接合領域に位置合わせて、図７（ｃ）に示すように接合する。

以上の製造工程により、色分離素子基板１１、液晶パネル２１に段差を形成することなく、色分離素子基板１１と液晶パネル２１とを、均一な間隙で、かつずれを生じることなく一体化することができる。本実施形態では、接合に別部材を利用するため、接合回数が増えてしまうが、透明無機膜を用いるため、両面テープの場合と比較してずれのリスクを十分に低減することができる。

なお、上記実施形態では、色分離素子基板、液晶ＴＦＴ基板、透明無機膜を、いずれもガラス材の加工品としたが、樹脂等の透明素材を用いてもよい。接合のための透明薄膜は、無機に限らず、有機系であってもよい。

その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施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、上記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わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、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。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１…色分離素子基板、１１１…色分離溝、１１２…外周壁、１１３…空気穴、１１Ａ…ガラス基板、２１…液晶パネル、２１１…下偏光板、２１２…ＴＦＴガラス基板、２１２１…外周壁、２１３…液晶ＴＦＴ基板、２１４…ＣＦ基板、２１５…ＣＦガラス基板、２１６…上偏光板、３１，３２，３３，３４…透明無機膜、４１，４３…耐ＨＦレジスト、４２…エッチング容器、５１…異形状加工ガラス枠。

Claims (12)

1. バックライト光を出射するバックライトと、
   前記バックライト光が入射する液晶パネルと、
   前記液晶パネルと前記バックライトとの間に配置され、透明素材基板の一方面に色分離素子が形成される色分離素子基板と
   を具備し、
   前記液晶パネルには、前記バックライト光の入射面側の透明素材基板の周縁部に一定幅の接合領域が設けられ、
   前記色分離素子基板には、前記液晶パネルに対向する面の周縁部に一定の高さの段差が形成され、
   前記色分離素子基板の段差の上面と前記液晶パネルの透明素材基板の接合領域とは膜を介して接合される表示装置。
2. 前記液晶パネルには、前記接合領域の内側に偏光板が配置され、
   前記色分離素子基板には、前記段差の内側に色分離素子が形成される請求項１記載の表示装置。
3. 前記段差には、一部に空気穴となる開口部が形成される請求項１記載の表示装置。
4. 前記膜は、透明無機膜である請求項１記載の表示装置。
5. バックライト光を出射するバックライトと、
   前記バックライト光が入射する液晶パネルと、
   前記液晶パネルと前記バックライトとの間に配置され、透明素材基板の一方面に色分離素子が形成される色分離素子基板と
   を具備し、
   前記液晶パネルには、前記色分離素子基板に対向する透明素材基板の周縁部に一定の高さの段差が形成され、
   前記色分離素子基板には、前記液晶パネルに対向する面の周縁部に一定幅の接合領域が設けられ、
   前記液晶パネルの透明素材基板の段差の上面と前記色分離素子基板の接合領域とは、膜を介して接合される表示装置。
6. 前記液晶パネルには、前記段差の内側に偏光板が配置され、
   前記色分離素子基板には、前記接合領域の内側に色分離素子が形成される請求項５記載の表示装置。
7. 前記段差には、一部に空気穴となる開口部が形成される請求項５記載の表示装置。
8. 前記膜は、透明無機膜である請求項５記載の表示装置。
9. バックライト光を出射するバックライトと、
   前記バックライト光が入射する液晶パネルと、
   前記液晶パネルと前記バックライトとの間に配置され、透明素材基板の一方面に色分離素子が形成される色分離素子基板と、
   前記色分離素子基板と前記液晶パネルとの間に配置され、それぞれの周縁部に沿った形状の一定の高さの透明素材枠と
   を具備し、
   前記液晶パネルには、前記透明素材枠に対向する透明素材基板の周縁部に一定幅の接合領域が設けられ、
   前記色分離素子基板には、前記透明素材枠に対向する面の周縁部に一定幅の接合領域が設けられ、
   前記色分離素子基板の接合領域と前記透明素材枠との間、前記液晶パネルの透明素材基板の接合領域と前記透明素材枠との間は、それぞれ膜を介して接合される表示装置。
10. 前記液晶パネルには、前記接合領域の内側に偏光板が配置され、
    前記色分離素子基板には、前記接合領域の内側に色分離素子が形成される請求項９記載の表示装置。
11. 前記透明素材枠には、一部に空気穴となる開口部が形成される請求項９記載の表示装置。
12. 前記膜は、透明無機膜である請求項９記載の表示装置。

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