(57)【要約】  【課題】  光源からの光の利用効率を高めることができる表示性能に優れた薄型の液晶表示装置を提供する。  【解決手段】  導光板を兼用させた第２の透明基板４と、第２の透明基板４の液晶層７側に設けられた第１の低屈折率層８と、第２の透明基板４の非液晶層側に設けられた第２の低屈折率層５２とを設置する。さらに、第２の透明基板４の屈折率をｎ０とし、第１及び第２の低屈折率層８、５２の屈折率をそれぞれｎ１及びｎ２としたときに、不等式、ｎ１＜ｎ２＜ｎ０を満足させる。【選択図】  図１
2007047303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層を狭持する一対の基板のうち、少なくとも一方の基板を透明基板により構成するとともに、前記透明基板の端面に光源を対向配置して当該透明基板を導光板に用いた液晶表示装置であって、
前記液晶層と前記透明基板との間に設けられた第１の低屈折率層と、
前記透明基板の非液晶層側に設けられた第２の低屈折率層と、
前記第２の低屈折率層から出射された光を偏光する偏光板と、
前記偏光板によって偏光された光を前記透明基板側に反射する反射層とを備え、
前記透明基板、前記第１の低屈折率層、及び前記第２の低屈折率層の屈折率をそれぞれｎ０、ｎ１、及びｎ２としたときに、前記屈折率ｎ０〜ｎ２が下記の不等式（１）
ｎ１＜ｎ２＜ｎ０                                          ――（１）
を満足していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記透明基板の表面には、前記第２の低屈折率層側に光を出射するプリズムが形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記透明基板と前記第２の低屈折率層との間には、前記第２の低屈折率層側に光を出射するプリズムが形成され、かつ、前記屈折率ｎ２よりも大きい屈折率で構成されているプリズムシートが設けられている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記透明基板の表面に対する、前記プリズムの傾斜角をαとしたときに、前記傾斜角αが下記の不等式（２）
ｓｉｎ-1（ｎ２／ｎ０）−ｓｉｎ-1（ｎ１／ｎ０）＞α        ――（２）
を満足している請求項２または３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶層と前記第１の低屈折率層との間には、前記液晶層を駆動するための駆動層が設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記反射層は、前記透明基板側から照射された光を当該透明基板表面の法線方向に沿って主に反射する請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記第２の低屈折率層と前記偏光板との間には、光透過軸が前記偏光板の光透過軸に一致する、偏光反射層が設けられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記第２の低屈折率層と前記偏光反射層との間には、前記偏光反射層で反射された偏光成分が当該偏光反射層を透過するように、前記偏光成分の偏光状態を変化させる位相差フィルムが設けられている請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記一対の基板には、可撓性を有する合成樹脂が用いられている請求項１〜８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置、特に液晶パネルの透明基板に導光板の機能を付与して当該導光板の設置を省略した液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置は、在来のブラウン管に比べて薄型、軽量などの特長を有するフラットパネルディスプレイとして、液晶テレビ、モニター、携帯電話などに幅広く利用されている。このような液晶表示装置には、均一な光を発光するバックライト（照明装置）と、バックライトに設けられた光源からの光に対して、シャッターの役割を果たすことで所望画像を表示する液晶パネルとが含まれている。また、上記バックライトでは、液晶パネルに対する光源の配置の仕方により直下型とエッジライト型に大別されるが、例えば携帯電話やノート型ＰＣ、ＰＤＡなどのモバイル機器に用いられる液晶表示装置では、直下型に比べ薄型化を図り易いエッジライト型が一般的に使用されている。
【０００３】
ところで、液晶表示装置では、さらなる薄型化が要求されている。具体的には、例えば上記のようなモバイル機器では、多岐多様な用途に対応すべくさらに薄型化することが要望されており、モバイル機器内部に組み込まれる液晶表示装置に対してもその薄型化が求められている。そこで、従来の液晶表示装置には、光源からの光を液晶パネル側に均一に照射させる導光板を省略することにより、液晶表示装置の薄型化を図ることが提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。
【０００４】
すなわち、この従来の液晶表示装置では、液晶パネルの液晶層を狭持する一対の一方の基板を透明基板で構成し、かつ、透明基板の端面に光源を対向配置することにより、当該透明基板を導光板として兼用させていた。そして、この従来の液晶表示装置では、導光板１枚の厚み分（例えば、０．８ｍｍ）だけ液晶表示装置の寸法を低減していた。
【特許文献１】特開平２０００−９８３６２号公報（第３〜４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、液晶表示装置では、偏光板により偏光化した光を液晶パネルに入射させる必要があり、上記のような従来の液晶表示装置では、通常、液晶パネルの外側に上記透明基板に対向する偏光板を設け、当該偏光板にて光源からの光を偏光化した後液晶パネルに入射させていた。
【０００６】
ところが、上記のような従来の液晶表示装置では、透明基板の端面に対向配置した光源からの光は透明基板の内部を進みつつ、当該透明基板から液晶パネルの内側及び外側にほぼ均等に出射するようになっていた。このため、従来の液晶表示装置では、光源からの光のほぼ半分しか偏光板にて偏光化することができず、光源からの光を効率よく利用できないという問題点があった。
【０００７】
また、この従来の液晶表示装置では、透明基板の内部に導入された光源からの光の残りのほぼ半分は液晶パネルに直接的に入射されており、このように偏光化されていない光は液晶層で変調されずに、漏れ光として液晶パネルの表示面から外部に出射されていた。この結果、従来の液晶表示装置では、表示画像のコントラストの低下を招いて表示性能が低下するという問題点もあった。
【０００８】
上記の課題に鑑み、本発明は、光源からの光の利用効率を高めることができる表示性能に優れた薄型の液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる液晶表示装置は、液晶層を狭持する一対の基板のうち、少なくとも一方の基板を透明基板により構成するとともに、前記透明基板の端面に光源を対向配置して当該透明基板を導光板に用いた液晶表示装置であって、
前記液晶層と前記透明基板との間に設けられた第１の低屈折率層と、
前記透明基板の非液晶層側に設けられた第２の低屈折率層と、
前記第２の低屈折率層から出射された光を偏光する偏光板と、
前記偏光板によって偏光された光を前記透明基板側に反射する反射層とを備え、
前記透明基板、前記第１の低屈折率層、及び前記第２の低屈折率層の屈折率をそれぞれｎ０、ｎ１、及びｎ２としたときに、前記屈折率ｎ０〜ｎ２が下記の不等式（１）
ｎ１＜ｎ２＜ｎ０                                          ――（１）
を満足していることを特徴とするものである。
【００１０】
上記のように構成された液晶表示装置では、透明基板の液晶層側及び非液晶層側に上記不等式（１）を満足する第１及び第２の低屈折率層をそれぞれ設けているので、この透明基板の内部に導入された光源からの光が第１の低屈折率層を介して液晶層側に直接的に出射されるのを抑えつつ、光源からのほとんどの光を第２の低屈折率層から偏光板側に出射させることができる。この結果、上記従来例と異なり、光源からの光の利用効率を高めることができる。また、液晶層で変調不可能な光（偏光板にて偏光されていない光）を大幅に少なくできることから、漏れ光の発生を極力抑えることが可能となる。従って、表示画像のコントラストが低下するのを防ぐことができ、表示性能に優れた薄型の液晶表示装置を構成することができる。
【００１１】
また、上記液晶表示装置において、前記透明基板の表面には、前記第２の低屈折率層側に光を出射するプリズムが形成されてもよい。
【００１２】
この場合、プリズムにより、透明基板の内部に導入された光源からの光を第２の低屈折率層側に効率よく出射することができるため、光源からの光の利用効率をさらに高めつつ、表示性能を向上させることができる。
【００１３】
また、上記液晶表示装置において、前記透明基板と前記第２の低屈折率層との間には、前記第２の低屈折率層側に光を出射するプリズムが形成され、かつ、前記屈折率ｎ２よりも大きい屈折率で構成されているプリズムシートが設けられていることが好ましい。
【００１４】
この場合、プリズムシートに形成されたプリズムにより、光源からの光の利用効率をさらに高めつつ、表示性能を向上させることができる。また、透明基板の表面を加工してプリズムを形成する必要がないことから、光源からの光の利用効率が高く、かつ、優れた表示性能の液晶表示装置をコスト安価に製造することができる。
【００１５】
また、上記液晶表示装置において、前記透明基板の表面に対する、前記プリズムの傾斜角をαとしたときに、前記傾斜角αが下記の不等式（２）
ｓｉｎ-1（ｎ２／ｎ０）−ｓｉｎ-1（ｎ１／ｎ０）＞α        ――（２）
を満足していることが好ましい。
【００１６】
この場合、透明基板の内部に導入された光源からの光が上記第１の低屈折率層から液晶層側に直接的に漏れ出るのを極力抑えることができ、漏れ光の発生をより確実に防いで表示性能をより向上させることができる。
【００１７】
また、上記液晶表示装置において、前記液晶層と前記第１の低屈折率層との間には、前記液晶層を駆動するための駆動層が設けられてもよい。
【００１８】
この場合、光源からの光は上記駆動層にて吸収されることなく透明基板の内部を導光することとなり、第１の低屈折率層と透明基板との間に駆動層を設けた場合に比べて光源からの光の利用効率をより高めることができ、表示輝度を容易に向上させることができる。
【００１９】
また、上記液晶表示装置において、前記反射層は、前記透明基板側から照射された光を当該透明基板表面の法線方向に沿って主に反射することが好ましい。
【００２０】
この場合、光源からの光は液晶表示装置の表示面の法線方向に沿って液晶層から出射されることとなり、液晶表示装置の正面輝度を向上させることができる。
【００２１】
また、上記液晶表示装置において、前記第２の低屈折率層と前記偏光板との間には、光透過軸が前記偏光板の光透過軸に一致する、偏光反射層が設けられていることが好ましい。
【００２２】
この場合、偏光反射層が第２の低屈折率層から偏光板側に出射された光のうち、特定の偏光成分だけを偏光板側に透過させることから、当該偏光板での光の吸収を最小限に抑えることができ、高輝度な表示を容易に行わせることができる。
【００２３】
また、上記液晶表示装置において、前記第２の低屈折率層と前記偏光反射層との間には、前記偏光反射層で反射された偏光成分が当該偏光反射層を透過するように、前記偏光成分の偏光状態を変化させる位相差フィルムが設けられてもよい。
【００２４】
この場合、偏光反射層を透過して偏光板側に出射される光を増やすことができることから、光源からの光の利用効率をより高めることができ、液晶表示装置の表示性能を容易に向上させることができる。
【００２５】
また、上記液晶表示装置において、前記一対の基板には、可撓性を有する合成樹脂が用いられてもよい。
【００２６】
この場合、自由に曲げることが可能で、しかも曲げた状態でも良好な表示を行える液晶表示装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、光源からの光の利用効率を高めることができる表示性能に優れた薄型の液晶表示装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の液晶表示装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態にかかる液晶表示装置の要部構成を示す斜視図であり、図２は図１に示した液晶表示装置の断面を模式的に示した図である。図１及び図２において、本実施形態の液晶表示装置１は、一対の第１及び第２の透明基板３、４を有する液晶パネル２と、液晶表示装置１の非表示面側（図の下側）に積層された積層体５と、第２の透明基板４の端面に対向配置された複数の点状の光源６とを備えている。液晶パネル２には、第１及び第２の透明基板３、４の間に配置された液晶層７、第１の低屈折率層８、第１及び第２の駆動層９、１０、及びカラーフィルター層１１が含まれている。
【００２９】
第１及び第２の各透明基板３、４には、例えば屈折率が１．５１の断面矩形状のガラス材が使用されており、第１及び第２の透明基板３、４は、それぞれ液晶表示装置１の表示面側及び非表示面側に配置されている。また、第１の透明基板３の液晶層７側の表面には、ＲＧＢのカラーフィルター層１１及び透明電極を含んだ第２の駆動層１０がこの順番で形成されている。
【００３０】
一方、第２の透明基板４の液晶層７側の表面には、当該表面上に設けられた第１の低屈折率層８と、この第１の低屈折率層８の液晶層側に積層された透明電極、マトリクス駆動用のバスライン、及びＴＦＴを含む第１の駆動層９が順次形成されている。
【００３１】
第１の低屈折率層８には、例えば屈折率が１．２２のフッ化カルシウムが用いられており、スパッタ法により第２の透明基板４の液晶層７側の表面に直接的に形成されている。また、第１及び第２の駆動層９、１０の液晶層７側の各表面には、図示しない配向膜が塗布されており、例えばラビング法によって適切な液晶配向処理が行われた液晶層７が第１及び第２の透明基板３、４にて狭持されている。そして、液晶パネル２では、第１及び第２の各駆動層９、１０に設けられた透明電極が液晶層７を挟んで互いに向かい合わせに配置されて、当該液晶層７を画素単位に駆動可能に構成されている。
【００３２】
また、第２の透明基板４は、その非液晶層側の表面（つまり、第２の透明基板４の、第１の低屈折率層８が形成された表面とは反対側の表面）に設けられた積層体５により、当該第２の透明基板４が光源６からの光を導入して、その導入した光源６からの光を所定の方向（図２の左側から右側への方向）に導きつつ、光源６からの光を液晶パネル側に均一に照射させる導光板としても機能するようになっている。
【００３３】
また、第２の透明基板４及び第１の低屈折率層８では、図２に示すように、左側方部が液晶表示装置１の他の構成部材よりも光源６側に突出するように延設されている。さらに、第２の透明基板４の光源６に対向する端面は、例えばＬＥＤを用いて構成された各光源６の発光面よりも大きく構成されており、各光源６からの光がロスを極力生じることなく第２の透明基板４の内部に導入されるようになっている。
【００３４】
積層体５には、プリズムシート５１、第２の低屈折率層５２、第１の偏光板５３、及び反射層５４が含まれており、これら構成部材が互いに接合されて一体的に形成されている。
【００３５】
プリズムシート５１には、完全に硬化した状態で透明性が高く、かつ、複屈折の小さい合成樹脂（例えば、ポリメチルメタクリレート）が使用されている。また、プリズムシート５１では、屈折率が第２の透明基板４と同じ値（１．５１）のものが選定されており、さらに、プリズムシート５１は、積層体５として一体化された後、空気を混入させない状態で、上記屈折率（１．５１）の接着層（図示せず）にて第２の透明基板４の非液晶層側表面に貼り付けられることにより、プリズムシート５１（積層体５）は、当該透明基板４に取り付けられている。このように、プリズムシート５１及び上記接着層の屈折率を第２の透明基板４の屈折率に合致させることにより、これら第２の透明基板４、プリズムシート５１、及び接着層は、光学的に同一の部材となり、光はロスを生じることなく第２の透明基板４とプリズムシート５１との間を透過することができる。
【００３６】
また、プリズムシート５１は、射出成形法などの公知の方法によって形成されており、複数のプリズムが第２の低屈折率層５２側の表面に設けられている。詳細には、プリズムシート５１には、図２に示すように、第２の透明基板４の表面に平行に配置される平行面５１ａと、当該透明基板４の表面に対して所定の傾斜角で傾斜するプリズム面５１ｂとが交互に、かつ、連続的に設けられている。そして、プリズムシート５１では、プリズム面５１ｂを含む断面三角形状で頂角が下向きに構成された上記プリズムが図２の左右方向に複数形成され、各プリズムから第２の低屈折率層５２側に光源６からの光を出射するように構成されている。
【００３７】
また、このプリズムシート５１のプリズム面５１ｂの傾斜角は、１４．０°に設定されており、後に詳述するように、第２の透明基板４の内部に導入された光源６からの光を第２の低屈折率層５２側に効率よく出射させることができる。さらに、プリズムシート５１では、プリズムのピッチを調整することにより、第２の低屈折率層５２側への光の出射量が表示面内で均一となるようになっている。具体的には、光源６から離れるに従って、プリズムのピッチを短くすることで光出射量を均一としている。
【００３８】
第２の低屈折率層５２は、例えば屈折率が１．４で光吸収の少ない紫外線硬化型のアクリル樹脂により構成されている。また、第２の低屈折率層５２は、プリズムシート５１と、例えば厚さ０．２ｍｍの偏光フィルムによって構成された偏光板としての第１の偏光板５３との各間に、空気を混入させない状態で配置された後、紫外線を十分に照射することによりプリズムシート５１と第１の偏光板５３との間に完全に硬化されて互いに接合されている。
【００３９】
反射層５４は、断面三角形状のプリズムが鋸刃状に形成されたプリズムシートを用いて構成されている。具体的にいえば、反射層５４には、プリズムシートのプリズム形成面に反射率の高い銀薄膜やアルミニウム薄膜をスパッタ法により成膜したものが用いられている。そして、反射層５４では、そのプリズムの作用により、第２の透明基板４側から照射された光源６の光を当該透明基板４の表面（つまり、液晶表示装置１の表示面）の法線方向に沿って主に反射するようになっている。これにより、液晶表示装置１の正面輝度を向上させることができる。
【００４０】
さらに、反射層５４は、微小粒子を含んだ光拡散性を有する接着層５５により、第１の偏光板５３に気密に貼り合せられている。尚、この説明以外に、光拡散性を有しない、透明な接着層によって第１の偏光板５３と反射層５４とを密着させることもできる。但し、光拡散性を有する接着層５５を用いた場合には、液晶表示装置１の厚みを最小寸法としたときでも、上記光拡散性により、反射層５４のプリズムの稜線の影が液晶表示装置１の表示面上に現れるのを防ぐことができる点で好ましい。さらに、反射層５４のプリズムと液晶パネル２の画素パターンとに起因して生じるモアレ現象を低減させたり、第１の偏光板５３への入射光を適切に拡散させて、より広い視野範囲で表示を行わせたりするのが可能となる点で好ましい。
【００４１】
また、第１の偏光板５３と接着層５５との間に、一般的に用いられている光拡散シートを配置することによっても、光拡散性を有する接着層５５を用いた場合と同等の効果が得られるが、当該光拡散シートの厚み分だけ全体の厚みが増してしまう点で好ましくない。また、反射層５４のプリズム形状を、若干丸みを帯びた三角形状にすることや、プリズム面５１ｂに微小な凹凸を作成するにすることによっても光拡散性を有する接着層５５を用いた場合と同等の効果が得られ、この場合では特に厚みも増加しないため好ましい。
【００４２】
また、第１の透明基板３の非液晶層側の表面上には、第２の偏光板１２が積層されている。この第２の偏光板１２には、第１の偏光板５３と同様に、例えば厚さ０．２ｍｍの偏光フィルムが使用されている。また、第１及び第２の透明基板３、４の各厚さは、０．７ｍｍであり、これらの透明基板３、４にて狭持された液晶層７などの厚みはほぼ無視できることから、液晶パネル２全体の厚さは、１．４ｍｍとなる。一方、プリズムシート５１及び反射層５４の各厚さは、０．１ｍｍであり、接着層５５の厚みはほぼ無視できることから、積層体５全体の厚さは、０．４ｍｍである。そして、液晶表示装置１全体の厚さは、２．０ｍｍとなり、０．８ｍｍ以上の導光板を用いていた在来の液晶表示装置に比べて、１．０ｍｍ以上薄型化を図ることができた。また、このように液晶表示装置１を薄型化できるので、当該液晶表示装置１の軽量化も図ることができる。
【００４３】
また、第２の透明基板４、第１及び第２の低屈折率層８、５２においては、屈折率をそれぞれｎ０、ｎ１、及びｎ２としたときに、下記の不等式（１）を満足するように、これら第２の透明基板４、第１及び第２の低屈折率層８、５２は構成されている。
【００４４】
ｎ１＜ｎ２＜ｎ０                                        ――（１）
具体的には、第２の透明基板４、第１及び第２の低屈折率層８、５２の屈折率ｎ０、ｎ１、及びｎ２は、上述したように、１．５１、１．２２、及び１．４であり、不等式（１）を満足している。これにより、第２の透明基板４の内部に導入された光源６からの光が、第１の低屈折率層８を介して液晶層７側に直接的に出射されるのを抑えつつ、光源６からの光を主に第２の低屈折率層５２を介して第１の偏光板５３側に出射させることができる（詳細は後述）。
【００４５】
また、プリズムシート５１のプリズム面５１ｂの傾斜角をαとしたときに（図３も参照）、この傾斜角αは、下記の不等式（２）を満足している。
【００４６】
ｓｉｎ-1（ｎ２／ｎ０）−ｓｉｎ-1（ｎ１／ｎ０）＞α        ――（２）
具体的には、上記傾斜角αは、上述したように、１４．０°に設定されており、不等式（２）の左辺の値、１４．１°（＝６８．０°−５３．９°）よりも小さい値が選択されて不等式（２）を満足している。
【００４７】
以下、上記のように構成された本実施形態の液晶表示装置１の動作について、図１乃至図３を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明では、第２の透明基板４の内部に導入された光源６からの光の進行動作について主に説明する。
【００４８】
図３の矢印にて例示するように、本実施形態では、第２の透明基板４の内部に導入された光源６からの光は、第２の透明基板４と第１の低屈折率層８との界面及びプリズムシート５１と第２の低屈折率層５２との界面にて順次全反射することで、光源６から遠ざかる方向に進行するようになっている。
【００４９】
ここで、各界面に入射する光の入射角をθとしたときに、第２の透明基板４と第１の低屈折率層８との界面では、入射する光の角度によって、全反射するかまたは屈折して出射するかがスネルの法則により導かれる。すなわち、次の不等式（３）及び（４）である場合に、光はそれぞれ上記界面で第２の透明基板４側に全反射及び第１の低屈折率層８側に出射する。
【００５０】
θ＞ｓｉｎ-1（ｎ１／ｎ０）                                  ――（３）
θ＜ｓｉｎ-1（ｎ１／ｎ０）                                  ――（４）
同様に、プリズムシート５１と第２の低屈折率層５２との界面では、次の不等式（５）及び（６）である場合に、光はそれぞれ当該界面で第２の透明基板４側に全反射及び第２の低屈折率層５２側に出射する。
【００５１】
θ＞ｓｉｎ-1（ｎ２／ｎ０）                                  ――（５）
θ＜ｓｉｎ-1（ｎ２／ｎ０）                                  ――（６）
また、第２の透明基板４と第２の低屈折率層５２との間では、当該第２の低屈折率層５２の屈折率ｎ２が第２の透明基板４の屈折率ｎ０に近い値を選択する場合の方が、より広い入射角度範囲で光は第２の低屈折率層５２から第１の偏光板５３側に出射する。特に、次の不等式（７）を満足する場合には、第２の透明基板４の内部に導入された光は、第１の低屈折率層８から液晶層７側に全く出射せず、第２の低屈折率層５２側からのみ出射する。
【００５２】
ｓｉｎ-1（ｎ１／ｎ０）＜θ＜ｓｉｎ-1（ｎ２／ｎ０）            ――（７）
また、本実施形態では、プリズムシート５１には、傾斜角αのプリズム面５１ｂが形成されているので、第２の透明基板４及びプリズムシート５１の内部を進行する光は、プリズム面５１ｂで全反射する度に、角度２αだけ進行方向から傾いて、光源６から遠ざかる方向に進行する。つまり、プリズム面５１ｂでは、光の進行（入射）方向に対して、傾斜角αだけ傾いているので、プリズム面５１ｂで光が全反射する場合と、プリズム面５１ｂで全反射した光がその直後に第２の透明基板４と第１の低屈折率層８との界面にて全反射する場合に、それぞれ界面に入射する角度は角度αだけ減少して光は進行する。従って、例えば図３に示す入射角θn、θn+1、θn+2において、入射角θn、θn+2の各々が上記不等式（３）の右辺項の値より大きく、かつ、入射角θn+1が上記不等式（５）の右辺項の値よりも大きいときには、θn−θn+1＝α（プリズム面５１ｂでの全反射）、θn+1−θn+2＝α（上記界面での全反射）が成立する。そして、これら二つの等式から、θn−θn+2＝２αが得られる。すなわち、プリズム面５１ｂで全反射する度に、光は角度２αだけ減少して進行する。
【００５３】
また、プリズム面５１ｂへの入射角θn+3が上記不等式（６）の右辺項の値よりも小さくなると、光は、図３に示すように、プリズム面５１ｂから第２の低屈折率層５２側に出射されて、第１の偏光板５３にて偏光化される。その後、反射層５４にて第２の透明基板４表面の法線方向に平行となるように反射され、液晶層７に照明光として入射されて液晶表示装置１の表示面に画像を表示することができる。
【００５４】
また、第２の透明基板４及びプリズムシート５１の内部を導光する光では、プリズム面５１ｂでの臨界角と、第２の透明基板４と第１の低屈折率層８との界面での臨界角との差が、プリズム面５１ｂの傾斜角αよりも大きい場合、プリズム面５１ｂで全反射した光は、全て上記界面でも全反射する。すなわち、上記不等式（２）の左辺第一項は、プリズム面５１ｂでの臨界角であり、同不等式の左辺第二項は、上記界面での臨界角であることから、傾斜角αを不等式（２）の左辺項の値より小さくすることにより、プリズム面５１ｂで全反射した光は、第１の低屈折率層８を介して液晶層７側に直接的に出射することなく、第２の低屈折率層５２側に向かって全反射する。
【００５５】
以上のように構成された本実施形態では、屈折率１．５１（ｎ０）の第２の透明基板４の液晶層７側及び非液晶層側に第１及び第２の低屈折率層８、５２をそれぞれ設置している。また、第２の透明基板４の屈折率ｎ０、第１及び第２の低屈折率層８、５２の屈折率ｎ１、ｎ２は上記不等式（１）を満足しているので、第２の透明基板４の内部に導入された光源６からの光が第１の低屈折率層８を介して液晶層７側に直接的に出射されるのを抑えつつ、光源６からのほとんどの光を第２の低屈折率層５２から第１の偏光板５３側に出射させることができ、光源６からの光の利用効率を高めることができる。また、第１の偏光板５３側に光源６からのほとんどの光を出射させることができるので、液晶層７で変調不可能な光を大幅に少なくでき、上記従来例と異なり、漏れ光の発生を極力抑えることが可能となる。この結果、表示画像のコントラストが低下するのを防ぐことができ、表示性能に優れた薄型の液晶表示装置１を構成することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、第２の透明基板４と第２の低屈折率層５２との間に設けたプリズムシート５１のプリズムにより、第２の透明基板４の内部に導入された光源６からの光を第２の低屈折率層５２側に効率よく出射することができるので、光源６からの光の利用効率をさらに高めつつ、表示性能を向上させることができる。さらに、プリズム面５１ｂの傾斜角αが上記不等式（２）を満足しているので、第２の透明基板４の内部に導入された光源６からの光が第１の低屈折率層８から液晶層７側に直接的に漏れ出るのを極力抑えることができ、漏れ光の発生をより確実に防いで表示性能をより向上させることができる。
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態にかかる液晶表示装置の断面を模式的に示した図である。図において、本実施形態と上記実施形態との相違点は、第２の低屈折率層と偏光板との間に偏光反射層及び位相差フィルムを設けた点である。なお、上記第１の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付して、その重複した説明を省略する。
【００５７】
すなわち、図４において、本実施形態の積層体５０では、第２の低屈折率層５２と偏光板５３との間に偏光反射層５６及び位相差フィルム５７が設けられている。偏光反射層５６は、光透過軸が第１の偏光板５３の光透過軸に一致するように設けられている。また、この偏光反射層５６は、光源６からの光のうち、例えばＳ偏光成分のみを透過させ、かつ、Ｐ偏光成分を反射させる光学フィルムにより構成されている。
【００５８】
また、位相差フィルム５７は、偏光反射層５６で反射されたＰ偏光成分が当該偏光反射層５６を透過するように、Ｐ偏光成分の偏光状態を変化させる光学フィルムにより構成されている。また、この位相差フィルム５７では、リタデーション値が１３７ｎｍのものが使用されており、偏光反射層５６に再入射される可視光領域の光をほぼ透過させる。さらに、これらの偏光反射層５６及び位相差フィルム５７のトータル厚さは、０．２ｍｍ程度であり、導光板を設けた在来品に比べても薄型の液晶表示装置１を構成することができる。
【００５９】
上記のように構成された本実施形態の液晶表示装置１では、図５に示すように、プリズム面５１ｂから第２の低屈折率層５２側に出射された光源６からの光のうち、Ｓ偏光成分は位相差フィルム５７、偏光反射層５６、及び第１の偏光板５３を順次透過する。そして、反射層５４にて第２の透明基板４側に反射されることにより、液晶層７への照明光として与えられる。また、偏光反射層５６で第２の低屈折率層５２側に反射されたＰ偏光成分は、第２の透明基板４と第１の低屈折率層８との界面で全反射され、位相差フィルム５７にてＳ偏光成分に変換された後、偏光反射層５６に再入射する。その後、このＳ偏光成分は、第１の偏光板５３で吸収されることなく、当該第１の偏光板５３を経て液晶層７への照明光として反射層５４で反射される。
【００６０】
以上の構成により、本実施形態の液晶表示装置１では、偏光反射層５６が第２の低屈折率層５２から第１の偏光板５３側に出射された光のうち、Ｓ偏光成分だけを第１の偏光板５３側に透過させている。これにより、Ｐ偏光成分が第１の偏光板５３で吸収される、上記実施形態と異なり、当該第１の偏光板５３での光の吸収を最小限に抑えることができ、高輝度な表示を容易に行わせることが可能となる。また、位相差フィルム５７が偏光反射層５６で反射されたＰ偏光成分が当該偏光反射層５６を透過するようにＳ偏光成分に変化させているので、偏光反射層５６を透過して第１の偏光板５３側に出射される光を増加させることができる。これにより、光源６からの光の利用効率をより高めることができ、液晶表示装置１の表示性能を容易に向上させることができる。
［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態にかかる液晶表示装置の断面を模式的に示した図である。図において、本実施形態と上記第１の実施形態との主な相違点は、可撓性を有する合成樹脂を用いて、上記第１及び第２の透明基板を構成した点である。なお、上記第１の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付して、その重複した説明を省略する。
【００６１】
すなわち、図６において、本実施形態の液晶表示装置１では、第１及び第２の各透明基板１３、１４は可撓性を有し、かつ、透明性の高い合成樹脂、例えばポリエチレンテレフタレートにより構成されている。また、各透明基板１３、１４には、例えば０．２ｍｍの厚さで屈折率（ｎ０）が１．５１のものが使用されており、第１の実施形態と同様に、光源６からの光の利用効率を高めることができるとともに、表示性能を向上させることができる。
【００６２】
以上の構成により、本実施形態の液晶表示装置１では、光源６を除く、要部構成部材が可撓性を有する材質で形成されることとなり、自由に曲げることができ、かつ、曲げた状態でも良好な表示を行える液晶表示装置１を構成することができる。また、本実施形態の液晶表示装置１は、上記各実施形態のものと異なって湾曲可能であり、設計自由度が高められている。それ故、本実施形態では、例えば腕時計や円柱などの曲面部に密接に取り付けることが可能な液晶表示装置１を構成することができる。さらに、合成樹脂製の第１及び第２の透明基板１３、１４を用いているので、ガラス材を使用した上記各実施形態と異なり、厚みを薄くしたときでも、衝撃による破損を生じ難い透明基板を構成することができる。具体的には、二つの各透明基板の厚みを０．５ｍｍ薄くしたときでも、同等の耐衝撃性を有する液晶表示装置１を構成することができる。
【００６３】
尚、上記の各実施形態はすべて例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって規定され、そこに記載された構成と均等の範囲内のすべての変更も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６４】
例えば、上記の説明では、液晶層を狭持する一対の基板の双方を透明基板により構成した場合について説明したが、本発明は液晶層を狭持する一対の基板のうち、少なくとも一方の基板を透明基板により構成するとともに、透明基板の端面に光源を対向配置して当該透明基板を導光板に用いたものであればよい。
【００６５】
また、上記の説明では、ガラス材または合成樹脂製の第２の透明基板と、フッ化カルシウム及び紫外線硬化型のアクリル樹脂にてそれぞれ構成された第１及び第２の低屈折率層とを用いた場合について説明したが、本発明は導光板の機能を付与した第２の透明基板を挟むように第１及び第２の低屈折率層を設けるとともに、これら第２の透明基板、第１及び第２の低屈折率層の屈折率ｎ０、ｎ１、及びｎ２が上記不等式（１）を満足するものであればよい。より好ましくは、上記透明基板及び各低屈折率層を、光吸収性の低い光学材料を用いて構成する場合、光源からの光の利用効率をより容易に高めることができる。
【００６６】
また、上記の説明では、第１の低屈折率層を第２の透明基板の液晶層側の表面に直接的に設けた構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の低屈折率層の屈折率ｎ１以上の屈折率の光学材料を第２の透明基板と第１の低屈折率層との間に介在させることもできる。例えばシート状の光学部材によって第１の低屈折率層を構成したときに、上記屈折率ｎ１以上の屈折率の透明な接着層を用いて、当該第１の低屈折率層を第２の透明基板に気密に固着してもよい。また、第２の透明基板と第１の低屈折率層との間に第１の駆動層を設けることもできる。但し、上記のように、第１の駆動層を液晶層と第１の低屈折率層との間に設置する場合の方が、第２の透明基板の内部を導光する光が上記駆動層に含まれた透明電極などで吸収されるのを防ぐことができ、光源からの光の利用効率をより高めて表示輝度を容易に向上させる点で好ましい。
【００６７】
また、上記の説明以外に、第１の低屈折率層と第１の駆動層との間に、例えばシリコン系薄膜（ＳｉＯ2等）の表面改質膜を設けてもよい。このような表面改質膜を設けることにより、第１の駆動層を第１の低屈折率層上に形成する際に当該駆動層の剥離（はがれ）の発生などの不具合を防ぐことができる。
【００６８】
また、上記の説明では、第２の透明基板の屈折率と同じ屈折率のプリズムシートを当該透明基板と第２の低屈折率層との間に設けた場合について説明したが、本発明のプリズムシートはこれに限定されるものではなく、第２の低屈折率層の屈折率（ｎ２）よりも大きい屈折率のものであればよい。但し、上記のように、第２の透明基板の屈折率（ｎ０）以上の屈折率のプリズムシートを用いる場合の方が、当該シートと第２の透明基板との界面において光の全反射が発生するのを防いで、光源からの光の利用効率低下を容易に防止することができる点で好ましい。
【００６９】
また、上記の説明以外に、第２の透明基板の表面に、プリズムを直接的に形成することもできる。具体的には、例えば金型成形法により、合成樹脂製の第２の透明基板を作製する場合において、当該透明基板の表面にプリズムを形成することが可能な金型を使用すればよい。このようにプリズムを第２の透明基板の表面に形成した場合には、プリズムシートの設置を省略することができる。但し、上記のように、プリズムシートを使用する場合の方が、液晶パネルの作成工程において、透明基板のハンドリング（取扱性）が容易になり、プリズム面への傷や埃の付着を防ぐことができるため、光源から光の利用効率が高く、かつ、優れた表示性能の液晶表示装置をコスト安価に製造できる点で好ましい。
【００７０】
また、上記の説明では、ＬＥＤにて構成された点状の光源を用いた場合について説明したが、本発明の光源はこれに限定されるものではなく、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子などの他の点状光源や冷陰極管などの線状光源を使用することもできる。
【００７１】
また、上記の説明では、断面矩形状の第２の透明基板を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図７（ａ）に示すように、第２の透明基板４において、光源６に対向して光を導入する端面４ａと、当該透明基板４の断面面積が光の進行方向（図の右側方向）に向かって大きくなるように、端面４ａに対して９０°以上の傾斜角で連続的に形成された傾斜面４ｂを有する楔状のものも使用することができる。このような傾斜面４ｂを形成して光源６からの光を当該傾斜面４ｂで第２の透明基板４の内部側に反射させることにより、第２の透明基板４の内部を進行して第２の透明基板４と第１の低屈折率層８との界面に入射される光の入射角を大きくすることができる。この結果、傾斜面４ｂを形成していない場合に比べて、上記界面での臨界角（＝ｓｉｎ-1（ｎ１／ｎ０））よりも大きい角度で界面に入射する光を増やすことができ、当該界面から第１の低屈折率層８を経て液晶層側に直接的に漏れ出る光をさらに少なくして、より表示性能に優れた液晶表示装置を構成することができる。
【００７２】
また、図７（ｂ）に示すように、第２の透明基板４の端面４ａに対向配置される発光面１６ａが、当該端面４ａ側に向かって突出するように断面円弧状に形成されて、出射光の指向性が高められた光源１６を使用することもできる。このような指向性を有する光源１６を用いることにより、第２の透明基板４に傾斜面４ｂを形成した場合と同様に、当該透明基板４と第１の低屈折率層８との界面から第１の低屈折率層８を経て液晶層側に直接的に漏れ出る光をさらに少なくして、より表示性能に優れた液晶表示装置を構成することができる。
【００７３】
また、上記の説明以外に、比較的小さい表示面積（例えば、対角５インチ以下）の表示装置においては、図８に示すように、ＬＥＤ等の点状の光源を１個だけ使用して表示を行うこともできる。この場合、液晶表示装置の点状の光源を含む断面が、上記の各実施形態と同様に構成されればよい。具体的には、図８に破線にて示すように、第２の低屈折率層側に光を出射するプリズムの稜線が単一の点状の光源を中心とする同心円状に設けられるように、プリズムが形成されれば、当該単一の点状の光源の場合でも同じ効果が得られる。
【００７４】
また、上記の説明では、反射層にプリズムシートを使用した場合について説明したが、本発明の反射層はこれに限定されるものではなく、例えばプリズムが形成されていない反射シートを用いることもできる。また、例えば液晶パネルを収納する液晶表示装置の箱体の内面上に設けられた反射面あるいは前記箱体の内面に光反射率の高い塗料を塗布することによって当該内面を反射層に利用することもできる。
【００７５】
また、上記の説明以外に、例えば第２の偏光板上に液晶パネルの視野角を調整するための拡散シートなどの光学部材を適宜積層することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明にかかる液晶表示装置は、薄型化したときでも、光源からの光の利用効率が低下するのを防ぎつつ、表示性能を向上させることができるため、モバイル機器に好適な液晶表示装置を容易に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる液晶表示装置の要部構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した液晶表示装置の断面を模式的に示した図である。
【図３】図２に示した液晶表示装置での光の進行を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかる液晶表示装置の断面を模式的に示した図である。
【図５】図４に示した液晶表示装置での光の進行を説明する図である。
【図６】本発明の第３の実施形態にかかる液晶表示装置の断面を模式的に示した図である。
【図７】本発明の液晶表示装置の変形例を説明する図である。
【図８】本発明の液晶表示装置の別の変形例を説明する図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  液晶表示装置
３、１３  第１の透明基板（一対の基板）
４、１４  第２の透明基板（一対の基板、導光板）
６、１６  光源
７  液晶層
８  第１の低屈折率層
９  第１の駆動層
５１  プリズムシート
５２  第２の低屈折率層
５３  第１の偏光板
５４  反射層
５６  偏光反射層
５７  位相差フィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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