JP6983539B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

２枚のパネルを重ねた表示装置が知られている。各パネルは、アレイ基板と、対向基板と、これらの間に封入された液晶層とを備えている。当該表示装置のコントラスト比は、双方のパネルのコントラスト比の積算となるため、パネルを１枚のみ有する一般的な表示装置よりも向上する。

コントラスト比が向上する一方で、上記の表示装置は種々の改善点を有している。例えば、パネルを１枚追加した分、一般的な表示装置よりも重量が増加する。軽量化のためには、２枚のパネルのアレイ基板および対向基板の基材を樹脂製とする方法が考えられる。これにより、各基材を一般的なガラス製とする場合に比べて、表示装置を軽くすることができる。
但し、全ての基材を樹脂製とした場合には、水分浸入に対する耐性の低下や、製造プロセスにおける耐熱性の低下など、他の問題が生じ得る。

特開２００７−２５６９３９号公報

本開示の一態様における目的は、液晶層をそれぞれ含む２枚のパネルを重ねた表示装置の性能を向上させることである。

一実施形態に係る表示装置は、調光パネルと、表示パネルと、照明装置とを備えている。前記調光パネルは、第１基板と、第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板の間にある第１液晶層と、を含む。前記表示パネルは、第３基板と、前記第３基板に対向する第４基板と、前記第３基板と前記第４基板の間にある第２液晶層と、を含む。前記照明装置は、前記調光パネルに光を照射する。この表示装置において、前記第１基板、前記第２基板、前記第３基板および前記第４基板がこの順に並び、前記第２基板および前記第３基板の各々は無機層および複数の画素電極を含むアレイ基板であり、前記第１基板および前記第４基板は対向基板であり、前記第１基板および前記第４基板は剛性基板であり、前記第２基板および前記第３基板は可撓性基板であり、前記第２基板は前記第１基板よりも薄く、前記第３基板は前記第４基板よりも薄く、第１偏光部材が前記第１基板に接着され、第２偏光部材が前記第２基板および前記第３基板に接着され、第３偏光部材が前記第４基板に接着されている。

図１は、第１実施形態における表示装置の構成例を概略的に示す分解斜視図である。 図２は、第１実施形態における第１画素および第２画素の概略的な等価回路を示す図である。 図３は、第１実施形態における表示装置による画像表示を説明するため概略的な斜視図である。 図４は、第１実施形態における表示装置の概略的な断面図である。 図５は、第１実施形態における表示装置の一構成例を示す図である。 図６は、第２実施形態における表示装置の一構成例を示す図である。 図７は、第３実施形態における表示装置の一構成例を示す図である。 図８は、第４実施形態における表示装置の一構成例を示す図である。 図９は、第５実施形態における表示装置の一構成例を示す図である。 図１０は、第６実施形態における表示装置の一構成例を示す図である。 図１１は、第７実施形態における表示装置の一構成例を示す図である。 図１２は、各実施形態に係る表示装置が奏する効果の一例を示す表である。 図１３は、表示装置が組み込まれたヘッドマウント型の機器を概略的に示す図である。

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。
また、本明細書において「αはＡ，Ｂ又はＣを含む」、「αはＡ，Ｂ及びＣのいずれかを含む」、「αはＡ，Ｂ及びＣからなる群から選択される一つを含む」といった表現は、特に明示がない限り、αがＡ〜Ｃの複数の組み合わせを含む場合を排除しない。さらに、これらの表現は、αが他の要素を含む場合も排除しない。

各実施形態においては、表示装置が備える２枚のパネルがいずれも透過型の液晶表示パネルである場合を例示する。この表示装置は、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、ヘッドマウント型の機器等の種々の装置に用いることができる。なお、各実施形態は、他種の表示パネルを備えた表示装置に対する、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。他種の表示パネルとしては、例えば、外光を利用して画像を表示する反射型の液晶表示パネルや、透過型と反射型の双方の機能を備えた液晶表示パネルなどが想定される。

［第１実施形態］
図１は、表示装置１の構成例を概略的に示す分解斜視図である。表示装置１は、照明装置ＩＤと、調光パネルＰＮＬ１と、表示パネルＰＮＬ２とを備えている。図示したように第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、第３方向Ｚを定義する。各方向Ｘ，Ｙ，Ｚは、本実施形態においては互いに直交する方向であるが、垂直以外の角度で交わってもよい。本開示においては、第３方向Ｚの矢印が示す方向を「上方」あるいは「上」と称し、この矢印の反対方向を「下方」あるいは「下」と称する。

図１の例において、照明装置ＩＤは、導光板ＬＧと、光源ユニットＬＵとを備えたサイドエッジ型のバックライトである。但し、照明装置ＩＤの構成は図１の例に限られず、画像表示に必要な光を供給する構成であればよい。例えば、照明装置ＩＤは、調光パネルＰＮＬ１の下方に配置された発光素子を含むいわゆる直下型のバックライトであってもよい。

図１の例において、調光パネルＰＮＬ１、表示パネルＰＮＬ２、および導光板ＬＧは、いずれも第１方向Ｘに沿う短辺と、第２方向Ｙに沿う長辺とを有する長方形状に形成されている。導光板ＬＧ、調光パネルＰＮＬ１、および表示パネルＰＮＬ２は、この順で第３方向Ｚに重ねられている。なお、各パネルＰＮＬ１，ＰＮＬ２および導光板ＬＧは長方形状に限られず、他の形状であってもよい。

導光板ＬＧは、入射面Ｆ１と、出射面Ｆ２とを有している。入射面Ｆ１は導光板ＬＧの第１方向Ｘに沿う一対の側面のうちの一方に相当し、出射面Ｆ２は導光板ＬＧの一対の主面のうち調光パネルＰＮＬ１の側の一方に相当する。

光源ユニットＬＵは、導光板ＬＧの入射面Ｆ１に沿って第１方向Ｘに並んだ複数の発光ダイオードＬＤを備えている。光源ユニットＬＵは、発光ダイオードＬＤに代えて、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子などの他種の発光素子を備えてもよい。発光ダイオードＬＤからの光は、入射面Ｆ１から導光板ＬＧに入射し、導光板ＬＧを伝播して出射面Ｆ２から出射する。

調光パネルＰＮＬ１は、透過型の液晶パネルであり、第１基板ＳＵＢ１と、第１基板ＳＵＢ１に対向する第２基板ＳＵＢ２と、これら基板ＳＵＢ１，ＳＵＢ２の間に配置された第１液晶層ＬＣ１とを備えている。調光パネルＰＮＬ１は、複数の第１画素ＰＸ１を含む調光領域Ａ１を有している。各第１画素ＰＸ１は、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに沿ってマトリクス状に配列されている。

表示パネルＰＮＬ２は、透過型の液晶パネルであり、第２基板ＳＵＢ２に対向する第３基板ＳＵＢ３と、第３基板ＳＵＢ３に対向する第４基板ＳＵＢ４と、これら基板ＳＵＢ３，ＳＵＢ４の間に封入された第２液晶層ＬＣ２とを備えている。表示パネルＰＮＬ２は、複数の第２画素ＰＸ２を含む表示領域Ａ２を有している。各第２画素ＰＸ２は、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに沿ってマトリクス状に配列されている。

照明装置ＩＤは、第３方向Ｚに向けて光を照射する。すなわち、図１の例においては、この光の照射方向において、第１基板ＳＵＢ１、第２基板ＳＵＢ２、第３基板ＳＵＢ３、および第４基板ＳＵＢ４が順に並んでいる。

表示装置１は、さらに、反射シートＲＦと、光学シート群ＯＧと、第１偏光部材ＰＬ１と、第２偏光部材ＰＬ２と、第３偏光部材ＰＬ３とを備えている。
反射シートＲＦは、導光板ＬＧの一対の主面のうち出射面Ｆ２の反対側にあたる裏面に対向し、この裏面から漏れる光を導光板ＬＧに戻す。導光板ＬＧの入射面Ｆ１を除く側面と対向する反射シートがさらに配置されてもよい。
光学シート群ＯＧは、例えば、導光板ＬＧの出射面Ｆ２から出射する光を拡散する拡散シートＤＦと、多数のプリズムレンズが形成された第１プリズムシートＰＲ１および第２プリズムシートＰＲ２とを含む。

第１偏光部材ＰＬ１は、導光板ＬＧと第１基板ＳＵＢ１の間に配置されている。第２偏光部材ＰＬ２は、第２基板ＳＵＢ２と第３基板ＳＵＢ３の間に配置されている。第３偏光部材ＰＬ３は、表示パネルＰＮＬ２の上に配置され、第４基板ＳＵＢ４に対向している。

第１偏光部材ＰＬ１及び第３偏光部材ＰＬ２は、第１偏光軸を有している。第２偏光部材ＰＬ２は、第１偏光軸と直交する第２偏光軸を有している。すなわち、第１偏光部材ＰＬ１と第２偏光部材ＰＬ２、及び、第２偏光部材ＰＬ２と第３偏光部材ＰＬ３は、いずれもクロスニコルの関係にある。

以上のような構成の表示装置１において、導光板ＬＧの出射面Ｆ２からの光は、第１偏光部材ＰＬ１を透過し、調光パネルＰＮＬ１に入射する。調光パネルＰＮＬ１に入射する光は、第１偏光部材ＰＬ１の第１偏光軸と直交する直線偏光である。この光は、第１液晶層ＬＣ１のうちオフ状態（黒表示）の第１画素ＰＸ１に対応する領域を通過した際には偏光状態が殆ど変化せず、第１偏光軸と直交する第２偏光軸を有する第２偏光部材ＰＬ２によって吸収される。

一方で、調光パネルＰＮＬ１に入射した光は、第１液晶層ＬＣ１のうちオン状態（白表示）の第１画素ＰＸ１に対応する領域を通過した際には偏光状態が変化し、少なくとも一部が第２偏光部材ＰＬ２の第２偏光軸に直交する偏光状態となる。したがって、この光の少なくとも一部は第２偏光部材ＰＬ２を透過する。

第２偏光部材ＰＬ２を透過した光は、表示パネルＰＮＬ２に入射する。表示パネルＰＮＬ２に入射する光は、第２偏光部材ＰＬ２の第２偏光軸と直交する直線偏光である。この光は、第２液晶層ＬＣ２のうちオフ状態の第２画素ＰＸ２に対応する領域を通過した際には偏光状態が殆ど変化せず、第１偏光軸を有する第３偏光部材ＰＬ３によって吸収される。

一方で、表示パネルＰＮＬ２に入射した光は、第２液晶層ＬＣ２のうちオン状態の第２画素ＰＸ２に対応する領域を通過した際には偏光状態が変化し、少なくとも一部が第１偏光軸に直交する偏光状態となる。したがって、この光の少なくとも一部は第３偏光部材ＰＬ３を透過し、画像を形成する。
なお、本実施形態では各パネルＰＮＬ１，ＰＮＬ２がノーマリブラックモードである場合を想定するが、各パネルＰＮＬ１，ＰＮＬ２はノーマリホワイトモードであってもよい。

図２は、第１画素ＰＸ１および第２画素ＰＸ２の概略的な等価回路を示す図である。
図２（Ａ）に示すように、調光パネルＰＮＬ１は、第１方向Ｘに延びる複数の走査線Ｇ１と、第２方向Ｙに延びる複数の信号線Ｓ１とを備えている。これら走査線Ｇ１および信号線Ｓ１によって区画された領域が第１画素ＰＸ１に相当する。第１画素ＰＸ１は、第１スイッチング素子ＳＷ１と、第１画素電極ＰＥ１と、第１共通電極ＣＥ１とを備えている。第１スイッチング素子ＳＷ１は、走査線Ｇ１、信号線Ｓ１、および第１画素電極ＰＥ１と電気的に接続されている。走査線Ｇ１に走査信号が供給されると、信号線Ｓ１の映像信号が第１画素電極ＰＥ１に印加される。このとき、第１画素電極ＰＥ１と第１共通電極ＣＥ１の間に形成される電界が第１液晶層ＬＣ１に作用する（オン状態）。本実施形態において、第１基板ＳＵＢ１は、カラーフィルタ層を備えていない。したがって、第１画素ＰＸ１は、白または黒のいずれか一方を表示するモノクロの画素である。

図２（Ｂ）に示すように、表示パネルＰＮＬ２は、第１方向Ｘに延びる複数の走査線Ｇ２と、第２方向Ｙに延びる複数の信号線Ｓ２とを備えている。これら走査線Ｇ２および信号線Ｓ２によって区画された領域は、副画素ＳＰに相当する。第２基板ＳＵＢ２は、複数色のカラーフィルタを含むカラーフィルタ層４２（図４参照）を備えている。したがって、各副画素ＳＰは、対応するカラーフィルタに応じた色を表示する。第２画素ＰＸ２は、例えば赤色を表示する副画素ＳＰＲと、緑色を表示する副画素ＳＰＧと、青色を表示する副画素ＳＰＢとを含む。これら副画素ＳＰＲ，ＳＰＧ，ＳＰＢは、例えば第１方向Ｘに並んでいる。第２画素ＰＸ２に含まれる副画素ＳＰの種類はこの例に限られず、例えば白色など他の色を表示する副画素ＳＰをさらに含んでもよい。

副画素ＳＰは、第２スイッチング素子ＳＷ２と、第２画素電極ＰＥ２と、第２共通電極ＣＥ２とを備えている。第２スイッチング素子ＳＷ２は、走査線Ｇ２、信号線Ｓ２、および第２画素電極ＰＥ２と電気的に接続されている。走査線Ｇ２に走査信号が供給されると、信号線Ｓ２の映像信号が第２画素電極ＰＥ２に印加される。このとき、第２画素電極ＰＥ２と第２共通電極ＣＥ２の間に形成される電界が第２液晶層ＬＣ２に作用する（オン状態）。

図３は、表示装置１による画像表示を説明するため概略的な斜視図である。ここでは、表示装置１を構成する要素の一部のみを示している。
表示装置１は、コントローラＣＴを備えている。コントローラＣＴは、光源ユニットＬＵ、調光パネルＰＮＬ１、および表示パネルＰＮＬ２を制御する。例えば、コントローラＣＴは、ＩＣや各種回路で構成されている。コントローラＣＴは、外部から入力される画像データ等に応じて、調光パネルＰＮＬ１の各第１画素ＰＸ１および表示パネルＰＮＬ２の各第２画素ＰＸ２（各副画素ＳＰ）をオンまたはオフする。

例えば図示したように、表示領域Ａ２に高輝度部分ＨＢと低輝度部分ＬＢとを含む画像を表示する場合を想定する。この場合、コントローラＣＴは、調光領域Ａ１において高輝度部分ＨＢに対応する第１画素ＰＸ１をオンし、低輝度部分ＬＢに対応する第１画素ＰＸ１をオフする。さらに、コントローラＣＴは、表示領域Ａ２において高輝度部分ＨＢに対応する第２画素ＰＸ２をオンし、低輝度部分ＬＢに対応する第２画素ＰＸ２をオフする。

照明装置ＩＤからの光は、調光領域Ａ１においてオンされた第１画素ＰＸ１に対応する部分は透過するが、オフされた第１画素ＰＸ１に対応する部分は殆ど透過しない。調光領域Ａ１を透過した光は、表示領域Ａ２における高輝度部分ＨＢを透過して、ユーザが視認する画像を形成する。

一般的な液晶パネルにおいては、画素をオフしたとしても、バックライトからの光を完全に遮ることは難しく、僅かに光が漏れる。その結果、オンされた画素とオフされた画素のコントラスト比を十分に高めることができない。一方で、本実施形態の構成であれば、低輝度部分ＬＢでは２枚のパネルで光が遮られる。したがって、低輝度部分ＬＢの輝度を十分に低下させ、表示装置１のコントラスト比を高めることができる。

図４は、表示装置１の概略的な断面図である。ここでは、照明装置ＩＤ、各走査線Ｇ１，Ｇ２、各信号線Ｓ１，Ｓ２、各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２などの図示を省略している。
調光パネルＰＮＬ１の第１基板ＳＵＢ１は、第１基材１０と、絶縁層１１と、配向膜１２と、第１画素電極ＰＥ１とを備えている。絶縁層１１は、第１基材１０の上面を覆っている。図４においては、絶縁層１１を１つの層として示しているが、実際には有機樹脂膜や無機樹脂膜などの複数の層を含む。第１画素電極ＰＥ１は、絶縁層１１の上に配置されている。配向膜１２は、第１画素電極ＰＥ１および絶縁層１１を覆っている。

調光パネルＰＮＬ１の第２基板ＳＵＢ２は、第２基材２０と、遮光層２１と、オーバーコート層２２と、配向膜２３と、第１共通電極ＣＥ１とを備えている。遮光層２１は、第２基材２０の下に配置されている。遮光層２１は、例えば上述の走査線Ｇ１および信号線Ｓ１と第３方向Ｚにおいて対向している。オーバーコート層２２は、例えば有機樹脂膜であり、第２基材２０の下面および遮光層２１を覆っている。第１共通電極ＣＥ１は、オーバーコート層２２の下に配置されている。配向膜２３は、第１共通電極ＣＥ１を覆っている。配向膜１２，２３の間に第１液晶層ＬＣ１が配置されている。

表示パネルＰＮＬ２の第３基板ＳＵＢ３は、第３基材３０と、絶縁層３１，３２と、配向膜３３と、第２画素電極ＰＥ２と、第２共通電極ＣＥ２とを備えている。絶縁層３１は、第３基材３０の上面を覆っている。図４においては、絶縁層３１を１つの層として示しているが、実際には有機樹脂膜や無機樹脂膜などの複数の層を含む。第２共通電極ＣＥ２は、絶縁層３１の上に配置されている。絶縁層３２は、例えば無機樹脂膜であり、第２共通電極ＣＥ２を覆っている。第２画素電極ＰＥ２は、絶縁層３２の上に配置されている。図４の例においては、第２画素電極ＰＥ２が複数のスリットを有している。しかしながら、第２画素電極ＰＥ２は、スリットを有さなくてもよい。配向膜３３は、第２画素電極ＰＥ２および絶縁層３２を覆っている。

表示パネルＰＮＬ２の第４基板ＳＵＢ４は、第４基材４０と、遮光層４１と、カラーフィルタ層４２と、オーバーコート層４３と、配向膜４４とを備えている。遮光層４１は、第４基材４０の下に配置されている。遮光層４１は、例えば上述の走査線Ｇ２および信号線Ｓ２と第３方向Ｚにおいて対向している。また、遮光層４１は、遮光層２１と第３方向Ｚにおいて対向している。カラーフィルタ層４２は、第４基材４０の下面および遮光層４１を覆っている。オーバーコート層４３は、例えば有機樹脂膜であり、カラーフィルタ層４２を覆っている。カラーフィルタ層４２は、例えば有機樹脂膜であり、副画素ＳＰＲ，ＳＰＧ，ＳＰＢに対応する色のカラーフィルタを含む。カラーフィルタ層４２は、第３基板ＳＵＢ３に配置されてもよい。配向膜４４は、オーバーコート層４３を覆っている。配向膜３３，４４の間に第２液晶層ＬＣ２が配置されている。
各画素電極ＰＥ１，ＰＥ２および各共通電極ＣＥ１，ＣＥ２は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電材料で形成されている。

図４に示す調光パネルＰＮＬ１の構成は、ＶＡ（Vertical Aligned）モードに相当する。すなわち、オフ状態においては、第１液晶層ＬＣ１の液晶分子が第３方向Ｚに沿ってホメオトロピック配向（垂直配向）されている。オン状態においては、異なる基板ＳＵＢ１，ＳＵＢ２にそれぞれ配置された第１画素電極ＰＥ１と第１共通電極ＣＥ１の間に生じる縦方向（第３方向Ｚ）の電界によって、第１液晶層ＬＣ１の液晶分子が第３方向Ｚと交わる方向に配向される。一方で、図４に示す表示パネルＰＮＬ２の構成は、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モードの一種であるＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードに相当する。すなわち、オフ状態においては、第２液晶層ＬＣ２の液晶分子が各配向膜３３，４４の配向処理方向に沿って配向されている。オン状態においては、一つの基板ＳＵＢ３に配置された第２画素電極ＰＥ２と第２共通電極ＣＥ２の間に生じる主として横方向（Ｘ−Ｙ平面と平行な方向）の電界によって、第２液晶層ＬＣ２の液晶分子が配向される。なお、各パネルＰＮＬ１，ＰＮＬ２におけるモードはこれらの例に限られず、種々のモードを適用することができる。

調光パネルＰＮＬ１において、遮光層２１で区切られた領域が第１画素ＰＸ１に相当する。表示パネルＰＮＬ２において、遮光層４１で区切られた領域が副画素ＳＰに相当する。図４の例においては、第１方向Ｘに並ぶ副画素ＳＰＲ，ＳＰＧ，ＳＰＢで第２画素ＰＸ２が構成されている。例えば、各副画素ＳＰおよび第１画素ＰＸ１は、第３方向Ｚにおいて対向し、かつサイズが一致している。但し、第１画素ＰＸ１は、複数の副画素ＳＰより大きいサイズを有してもよい。この場合には、第１画素ＰＸ１が複数の副画素ＳＰと対向する。

表示装置１は、第１接着層ＡＤ１と、第２接着層ＡＤ２と、第３接着層ＡＤ３と、第４接着層ＡＤ４とをさらに備えている。例えば、各偏光部材ＰＬ１〜ＰＬ３は、各パネルＰＮＬ１，ＰＮＬ２とは別途に製造された後にこれら基板にそれぞれ貼り合わされた偏光板である。すなわち、第１偏光部材ＰＬ１は、第１接着層ＡＤ１を介して第１基材１０の下面に接着されている。第２偏光部材ＰＬ２は、第２接着層ＡＤ２を介して第２基材２０の上面に接着されるとともに、第３接着層ＡＤ３を介して第３基材３０の下面に接着されている。第３偏光部材ＰＬ３は、第４接着層ＡＤ４を介して第４基材４０の上面に接着されている。各偏光部材ＰＬ１〜ＰＬ３は、例えばヨウ素型の偏光板であり、配向されたヨウ素を含んだＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等の偏光層を、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）等の一対の支持フィルムで挟んだ構成を備えている。但し、各偏光部材ＰＬ１〜ＰＬ３の構成はこの例に限定されない。

各偏光部材ＰＬ１〜ＰＬ３の少なくとも１つが偏光膜であってもよい。偏光膜は、塗布型偏光板と称されることもある。例えば、第１偏光部材ＰＬ１および第３偏光部材ＰＬ３として偏光板を用い、第２偏光部材ＰＬ２として偏光膜を用いてもよい。このような第２偏光部材ＰＬ２の形成に際しては、先ず第２基材２０に配向膜材料を塗布して仮焼成し、直線偏光の紫外光を照射し、その後に再度焼成する。そして、色素を含んだ液晶材料を配向膜材料に塗布し、仮焼成し、紫外光を照射し、その後に再度焼成する。これにより、液晶材料の色素が所定方向に配向され、直線偏光子として機能する偏光膜としての第２偏光部材ＰＬ２を得ることができる。なお、ここで説明した第２偏光部材ＰＬ２は一例であり、直線偏光子として機能すればどのような構造の偏光膜を用いてもよいし、製造工程も特に限定されない。なお、偏光膜である第２偏光部材ＰＬ２は、第２基板ＳＵＢ２や第３基板ＳＵＢ３の内部に形成することもできる。

図２に示した走査線Ｇ１、信号線Ｓ１、および第１スイッチング素子ＳＷ１は、第１基板ＳＵＢ１に設けられる。すなわち、第１基板ＳＵＢ１は調光パネルＰＮＬ１のアレイ基板であり、第２基板ＳＵＢ２は調光パネルＰＮＬ１の対向基板である。また、図２に示した走査線Ｇ２、信号線Ｓ２、および第２スイッチング素子ＳＷ２は、第３基板ＳＵＢ３に設けられる。すなわち、第３基板ＳＵＢ３は表示パネルＰＮＬ２のアレイ基板であり、第４基板ＳＵＢ４は表示パネルＰＮＬ２対向基板である。

本実施形態において、第１基材１０および第４基材４０は例えばガラスで形成されており、剛性を有している。したがって、第１基板ＳＵＢ１および第４基板ＳＵＢ４は、剛性基板である。一方、第２基材２０および第３基材３０は、例えばポリイミド、ポリエステルまたはポリカーボネートなどの樹脂材料で形成されており、可撓性を有している。したがって、第２基板ＳＵＢ２および第３基板ＳＵＢ３は、可撓性基板である。図４の例では、第２基材２０および第３基材３０が第１基材１０および第４基材４０よりも薄い。このように、樹脂製の基材は、ガラス製の基材に比べて薄く形成することができる。さらに、樹脂製の基材は、ガラス製の基材に比べて軽い。

ポリイミドは、ネガティブＣ型の位相差を有している。一方、ＶＡモードにおける液晶層の液晶分子は、上述の通りホメオトロピック配向されている。すなわち、液晶分子は、長軸が第３方向Ｚに沿うように配向しており、ポジティブＣ型の位相差を有している。したがって、本実施形態のように調光パネルＰＮＬ１にＶＡモードを適用する場合、第１液晶層ＬＣ１がポジティブＣ型の位相差を有し、第２基材２０および第３基材３０をポリイミドで形成した場合のネガティブＣ型の位相差を打ち消すことができる。

本実施形態のようにコントラスト比を高めた表示装置１の用途は特に限定されないが、例えば高いコントラスト比が求められるＶＲ（Virtual Reality）、ＡＲ（Augmented Reality）、またはＭＲ（Mixed Reality）のための表示装置として用いることができる。この場合において、図１３のように、表示装置１は、ユーザの頭部ＨＤに装着されるヘッドマウント型の機器ＨＭＤに組み込まれてもよい。

図５は、ＶＲ等の用途における表示装置１の一構成例を示す図である。この表示装置１は、照明装置ＩＤ、調光パネルＰＮＬ１、および表示パネルＰＮＬ２に加え、第４基板ＳＵＢ４に対向するレンズＬＺを備えている。レンズＬＺは、表示パネルＰＮＬ２により表示される画像を、ユーザの視点において最適な大きさとなるように拡大する。表示装置１は、例えば５０００以上（好ましくは１００００以上）のコントラスト比を有している。このような高いコントラスト比を有していれば、極めて良好な画像をユーザに視認させることができる。

なお、本実施形態では、第２基板ＳＵＢ２および第３基板ＳＵＢ３を可撓性基板としたが、各基板ＳＵＢ１〜ＳＵＢ４の少なくとも１つを可撓性基板とし、残りを剛性基板とすれば、表示装置の軽量化が可能である。
以下に、表示装置のバリエーションとして、第２乃至第７実施形態を開示する。これら実施形態を説明した後に、第１乃至第７実施形態の効果について述べる。各実施形態にて参照する図６乃至図１１は、いずれも図５と同様にレンズＬＺを備える表示装置を示す。しかしながら、各実施形態に係る表示装置の用途は特に限定されず、レンズＬＺを備えなくてもよい。図６乃至図１１において、調光パネルＰＮＬ１および表示パネルＰＮＬ２のアレイ基板にはドットの模様を付し、対向基板にはこの模様を付していない。さらに、剛性基板には斜めの実線と破線を交互に付し、可撓性基板には斜めの実線を付している。上述の図５においても同様の表現方法を用いている。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態に係る表示装置２の一構成例を示す図である。表示装置２においては、照明装置ＩＤと調光パネルＰＮＬ１の間に表示パネルＰＮＬ２が配置されている。すなわち、照明装置ＩＤが光を照射する方向において、第３基板ＳＵＢ３、第４基板ＳＵＢ４、第１基板ＳＵＢ１、および第２基板ＳＵＢ２が順に並んでいる。このような構成であっても、第１実施形態と同様に、コントラスト比を高めることができる。

第１基板ＳＵＢ１および第３基板ＳＵＢ３はアレイ基板であり、第２基板ＳＵＢ２および第４基板ＳＵＢ４は対向基板である。第１基板ＳＵＢ１および第４基板ＳＵＢ４は可撓性基板であり、第２基板ＳＵＢ２および第３基板ＳＵＢ３は剛性基板である。

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態に係る表示装置３の一構成例を示す図である。表示装置３においては、照明装置ＩＤ、調光パネルＰＮＬ１、および表示パネルＰＮＬ２が第１実施形態と同様に配置されている。
第１基板ＳＵＢ１および第４基板ＳＵＢ４はアレイ基板であり、第２基板ＳＵＢ２および第３基板ＳＵＢ３は対向基板である。第１基板ＳＵＢ１および第４基板ＳＵＢ４は剛性基板であり、第２基板ＳＵＢ２および第３基板ＳＵＢ３は可撓性基板である。

［第４実施形態］
図８は、第４実施形態に係る表示装置４の一構成例を示す図である。表示装置４においては、照明装置ＩＤ、調光パネルＰＮＬ１、および表示パネルＰＮＬ２が第１実施形態と同様に配置されている。
第２基板ＳＵＢ２および第３基板ＳＵＢ３はアレイ基板であり、第１基板ＳＵＢ１および第４基板ＳＵＢ４は対向基板である。第１基板ＳＵＢ１および第４基板ＳＵＢ４は剛性基板であり、第２基板ＳＵＢ２および第３基板ＳＵＢ３は可撓性基板である。

［第５実施形態］
図９は、第５実施形態に係る表示装置５の一構成例を示す図である。表示装置５においては、照明装置ＩＤ、調光パネルＰＮＬ１、および表示パネルＰＮＬ２が第２実施形態と同様に配置されている。
第１基板ＳＵＢ１および第３基板ＳＵＢ３はアレイ基板であり、第２基板ＳＵＢ２および第４基板ＳＵＢ４は対向基板である。第２基板ＳＵＢ２および第４基板ＳＵＢ４は剛性基板であり、第１基板ＳＵＢ１および第３基板ＳＵＢ３は可撓性基板である。

［第６実施形態］
図１０は、第６実施形態に係る表示装置６の一構成例を示す図である。表示装置６においては、照明装置ＩＤ、調光パネルＰＮＬ１、および表示パネルＰＮＬ２が第２実施形態と同様に配置されている。
第２基板ＳＵＢ２および第４基板ＳＵＢ４はアレイ基板であり、第１基板ＳＵＢ１および第３基板ＳＵＢ３は対向基板である。第２基板ＳＵＢ２および第４基板ＳＵＢ４は剛性基板であり、第１基板ＳＵＢ１および第３基板ＳＵＢ３は可撓性基板である。

［第７実施形態］
図１１は、第７実施形態に係る表示装置７の一構成例を示す図である。表示装置７においては、照明装置ＩＤ、調光パネルＰＮＬ１、および表示パネルＰＮＬ２が第１実施形態と同様に配置されている。
第１基板ＳＵＢ１および第４基板ＳＵＢ４はアレイ基板であり、第２基板ＳＵＢ２および第３基板ＳＵＢ３は対向基板である。第２基板ＳＵＢ２および第４基板ＳＵＢ４は剛性基板であり、第１基板ＳＵＢ１および第３基板ＳＵＢ３は可撓性基板である。

［各実施形態の効果］
各実施形態に係る表示装置１〜７によれば、２枚のパネルを重ねたことにより、いずれもコントラスト比を向上させることができる。また、例えば各基板ＳＵＢ１〜ＳＵＢ４が剛性基板である場合には、表示装置の重量および厚みが増す。これに対し、各実施形態に係る表示装置１〜７は、各基板ＳＵＢ１〜ＳＵＢ４のうちの２つが可撓性基板であるために、軽量化および薄型化を実現できる。軽量化および薄型化にのみ着目すれば、各基板ＳＵＢ１〜ＳＵＢ４を全て可撓性基板とすることが好ましい。しかしながら、この場合には、高温高湿信頼性、アレイ基板作製時の耐熱性、基板の反りに関する問題が生じ得る。以下、これらの問題の詳細および各実施形態に係る表示装置１〜７の効果につき詳述する。

図１２は、表示装置１〜７が奏する効果の一例を示す表である。ここでは、「高温高湿信頼性」、「耐熱性（アレイ作製時）」、「基板の反り」の３つの項目について表示装置１〜７を評価した。表の下方には、各実施形態に係る表示装置１〜７の概略的な構成を示している。「表示パネル」および「調光パネル」の「上基板」はレンズＬＺ側の基板であり、「下基板」は照明装置ＩＤ側の基板である。「パネル順序」の「上側」はレンズＬＺ側に配置されるパネルであり、「下側」は照明装置ＩＤ側に配置されるパネルである。

以下、上記の評価項目について説明する。各評価項目に対しては、Ａ（最良）、Ｂ（良）、Ｃ（可）の３段階でランクを付けた。
（１）高温高湿信頼性
高温高湿環境下においては、調光パネルＰＮＬ１および表示パネルＰＮＬ２に含まれる各要素に悪影響が及び、表示装置の信頼性が低下し得る。最もレンズＬＺに近い位置にある基板（最上の基板）、および、最も照明装置ＩＤに近い位置にある基板（最下の基板）がガラス基材等を用いた剛性基板である場合には、これら基板が樹脂基材を用いた可撓性基板である場合に比べ、高温または高湿の環境下でも各パネルＰＮＬ１，ＰＮＬ２の内部に影響が及びにくい。また、アレイ基板は、有機樹脂膜に比べて耐湿性が高い無機樹脂膜を含む。したがって、最上または最下の基板が樹脂基板である場合でも、これら基板がアレイ基板であれば耐湿性が向上する。さらに、高温高湿環境の影響は、表示面となる最上の基板側から及びやすい。このような観点から、Ａ，Ｂ，Ｃのランクの基準は、以下の通り設定した。
［Ａ］：最上および最下の基板の双方が剛性基板またはアレイ基板である。
［Ｂ］：最下の基板が剛性基板およびアレイ基板のいずれでもなく、最上の基板が剛性基板またはアレイ基板である。
［Ｃ］：最上の基板が剛性基板およびアレイ基板のいずれでもない。

（２）耐熱性（アレイ作製時）
アレイ基板の作製時において、例えば各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の半導体層を形成する際には、高温のプロセスを経る必要がある。アレイ基板が可撓性基板である場合、樹脂基材がこの高温のプロセスにおいて変形または変質する可能性がある。表示パネルＰＮＬ２は、高い画素解像度と良好な表示品位を実現すべく、高性能かつ小サイズの薄膜トランジスタを用いることが好ましい。このような薄膜トランジスタには、例えば低温で形成したポリシリコンを用いるＬＴＰＳ型の薄膜トランジスタがある。しかしながら、この種の薄膜トランジスタは、ポリシリコンを形成する際の温度が数百℃と高いので、樹脂基材に影響を及ぼす可能性がある。一方で、調光パネルＰＮＬ１は、表示パネルＰＮＬ２に比べて低い画素解像度を採用し得ることから、第１スイッチング素子ＳＷ１として用いる薄膜トランジスタの選択の幅が広い。一例として、第１スイッチング素子ＳＷ１としては、アモルファスシリコン半導体を利用した薄膜トランジスタまたは透明アモルファス酸化物半導体を用いるＴＡＯＳ型の薄膜トランジスタを採用できる。ＴＡＯＳ型の薄膜トランジスタは、ＬＴＰＳ型よりも性能が劣るものの、極めて低温で半導体層を形成可能であるため、樹脂基材への影響が小さい。このような観点から、Ａ，Ｂ，Ｃのランクの基準は、以下の通り設定した。
［Ａ］：調光パネルおよび表示パネルのアレイ基板がいずれも剛性基板である。
［Ｂ］：調光パネルのアレイ基板が可撓性基板でなく、表示パネルのアレイ基板が剛性基板である。
［Ｃ］：表示パネルのアレイ基板が可撓性基板である。

（３）基板の反り
可撓性基板の製造工程においては、ガラス基板の上に樹脂基材が形成され、その上に各層が形成された後に、樹脂基材がガラス基板から剥離される。この剥離後、樹脂基材が収縮することによって、可撓性基板が反る可能性がある。アレイ基板は、無機樹脂膜を有するために、このような反りが生じにくい。一方で、一般的な構成の対向基板は、無機樹脂膜を備えないため、反りが生じやすい。対向基板を可撓性基板とする場合に、対向基板に無機樹脂膜を追加することも考えられるが、この場合には製造プロセスが増えるし、対向基板の厚さも増す。このような観点から、Ａ，Ｂ，Ｃのランクの基準は、以下の通り設定した。
［Ａ］：調光パネルおよび表示パネルの対向基板がいずれも剛性基板である。
［Ｂ］：調光パネルおよび表示パネルの対向基板のいずれか一方が剛性基板であり、他方が可撓性基板である。
［Ｃ］：調光パネルおよび表示パネルの対向基板の双方が可撓性基板である。

（４）総合判定
「高温高湿信頼性」、「耐熱性（アレイ作製時）」、「基板の反り」の３つの項目の評価結果に基づき、各実施形態に係る表示装置１〜７を総合判定した結果を、図１２の表中に示している。第１実施形態に係る表示装置１は、高温高湿信頼性および基板の反りに関して優れるものの、耐熱性が「Ｃ」であるために総合判定を「Ｂ」とした。第２実施形態に係る表示装置２は、各項目がいずれも「Ａ」または「Ｂ」であり、優れた性能を有しているため総合判定を「Ａ」とした。第５実施形態に係る表示装置５は、２つの項目が「Ａ」であり、優れた性能を有しているため総合判定を「Ａ」とした。第６実施形態に係る表示装置６は、高温高圧信頼性および耐熱性に関して優れるものの、基板の反りが「Ｃ」であるために総合判定を「Ｂ」とした。第３，第４，第７実施形態に係る表示装置３，４，７は、いずれも１つ又は２つの項目が「Ａ」である。しかしながら、これらの表示装置３，４，７は、調光パネルＰＮＬ１または表示パネルＰＮＬ２のアレイ基板が最上に位置するため、当該アレイ基板内の各金属配線を遮光するための遮光層を別途に設ける必要がある。この点を考慮し、第３，第４，第７実施形態に係る表示装置３，４，７は総合判定を「Ｂ」とした。

なお、表示装置の性能を判定するに際しては、上述の３つの項目以外にも種々の項目が存在し、着目する項目によって好ましい実施形態が異なる。したがって、求められる性能に応じて、各実施形態に係る表示装置１〜７の構成から最適なものを選択すればよい。

各実施形態においては、４つの基板ＳＵＢ１〜ＳＵＢ４のうちの２つが剛性基板であり、残りの２つが可撓性基板である表示装置を例示した。しかしながら、４つの基板ＳＵＢ１〜ＳＵＢ４のうちの１つまたは３つを剛性基板とし、残りを可撓性基板としてもよい。このような場合であっても、各基板ＳＵＢ１〜ＳＵＢ４の全てが剛性基板である場合よりも、表示装置の軽量化および薄型化が可能である。さらに、剛性基板または可撓性基板とする基板を適切に選択することで、上述した各評価基準において良好な判定となる表示装置を実現することができる。

各実施形態においては、調光パネルがＶＡモードであり、表示パネルがＩＰＳモードである場合を例示した。しかしながら、調光パネルおよび表示パネルには、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）モード、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モード、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モードなどの種々のモードを適用できる。調光パネルおよび表示パネルにＴＮモードを適用する場合、調光パネルＰＮＬ１と表示パネルＰＮＬ２の配向処理方向を９０°ずらすことで、視野角特性を改善することができる。一例として、調光パネルＰＮＬ１の２つの配向膜の配向処理方向をそれぞれ第１方向Ｘに対して４５°および１３５°の方向とし、表示パネルＰＮＬ２の２つの配向膜の配向処理方向をそれぞれ第１方向Ｘに対して１３５°および２２５°の方向とすればよい。配向処理としては、ラビング処理や光配向処理を利用することができる。
なお、調光パネルＰＮＬ１はアクティブマトリクス方式に限られず、パッシブマトリクス方式であってもよい。

本発明の実施形態として説明した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変形例に想到し得るものであり、それら変形例についても本発明の範囲に属するものと解される。例えば、上述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、各実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について、本明細書の記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１〜７…表示装置、ＰＮＬ１…調光パネル、ＰＮＬ２…表示パネル、ＩＤ…照明装置、ＰＬ１〜ＰＬ３…第１〜第３偏光部材、ＡＤ１〜ＡＤ４…第１〜第４接着層、Ａ１…調光領域、Ａ２…表示領域、ＣＴ…コントローラ、ＬＺ…レンズ、ＳＵＢ１〜ＳＵＢ４…第１〜第４基板、ＬＣ１…第１液晶層、ＬＣ２…第２液晶層、ＰＸ１…第１画素、ＰＸ２…第２画素、ＳＰ…副画素、１０，２０，３０，４０…第１〜第４基材。

Claims (7)

1. 第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板の間にある第１液晶層と、を含む調光パネルと、
   第３基板と、前記第３基板に対向する第４基板と、前記第３基板と前記第４基板の間にある第２液晶層と、を含む表示パネルと、
   前記調光パネルに光を照射する照明装置と、を備え、
   前記第１基板、前記第２基板、前記第３基板および前記第４基板がこの順に並び、
   前記第２基板および前記第３基板の各々は、無機層および複数の画素電極を含むアレイ基板であり、
   前記第１基板および前記第４基板は、対向基板であり、
   前記第１基板および前記第４基板は、剛性基板であり、
   前記第２基板および前記第３基板は、可撓性基板であり、
   前記第２基板は、前記第１基板よりも薄く、
   前記第３基板は、前記第４基板よりも薄く、
   第１偏光部材が前記第１基板に接着され、
   第２偏光部材が前記第２基板および前記第３基板に接着され、
   第３偏光部材が前記第４基板に接着されている、
   表示装置。
2. 前記第２基板は、酸化物半導体をそれぞれ有する複数のスイッチング素子を備える、
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記調光パネルの前記第１液晶層の液晶分子は、ホメオトロピック配向されている、
   請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記第１液晶層は、ポジティブＣ型の位相差を有し、
   前記可撓性基板の基材は、ネガティブＣ型の位相差を有している、
   請求項３に記載の表示装置。
5. 前記調光パネルにおいては、前記第２基板に前記画素電極が設けられるとともに、前記第１基板に共通電極が設けられ、
   前記表示パネルにおいては、前記第３基板に前記画素電極と共通電極の双方が設けられている、
   請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記表示装置は、複数の色にそれぞれ対応する複数のカラーフィルタを含むカラーフィルタ層を備え、
   前記調光パネルは、カラーフィルタ層を備えていない、
   請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記表示パネルは、ＩＰＳモードの液晶表示パネルである、
   請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の表示装置。

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