(57)【要約】【課題】バックライトと液晶パネルとを一体的に形成してなるような液晶表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】一方の主面側にスイッチング素子が形成された第１の基板と、一方の主面が、前記第１の基板のいずれか一方の主面と対向し、且つ電極が形成された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された液晶層と、前記第２の基板の端面側に光を照射する光源と、を備え、前記光源から放出された光の少なくとも一部が、前記第２の基板の中を伝搬して、前記第２の基板から放出され、前記液晶層及び前記第１の基板を介して放出されることにより画像を表示可能としたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面側にスイッチング素子が形成された第１の基板と、
一方の主面が、前記第１の基板のいずれか一方の主面と対向し、且つ電極が形成された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された液晶層と、
前記第２の基板の端面側に光を照射する光源と、
を備え、
前記光源から放出された光の少なくとも一部が、前記第２の基板の中を伝搬して、前記第２の基板から放出され、前記液晶層及び前記第１の基板を介して放出されることにより画像を表示可能としたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第２の基板と前記液晶層との間に偏光層が設けられたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第２の基板と前記偏光層との間に、前記第２の基板よりも屈折率が小なる材料からなる中間層が設けられたことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記中間層に複数の粒子が分散されてなることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記第２の基板において、前記第１の基板に対向する前記一方の主面とは反対側の主面は、前記第２の基板の中を伝搬する光を前記液晶層の方向、または前記液晶層の方向とは逆方向に、曲げて取り出す傾斜面を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第２の基板において、前記第１の基板に対向する前記一方の主面とは反対側の主面に、凹凸が形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記第２の基板において、前記第１の基板に対向する前記一方の主面とは反対の主面側に設けられた反射シートをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記第２の基板に複数の粒子が分散されてなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記第２の基板は、樹脂からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つ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、液晶表示装置に関し、より詳細には、バックライトと液晶パネルとを一体化させた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、テレビ、カーナビゲーション、パソコン、携帯電話を始め様々な機器に搭載され、大画面化や高精細化とともに、薄型化、軽量化、消費電力の低減、製造コストの低下などが望まれている。液晶表示装置の多くは、液晶パネルの背面に設けられたバックライトから照射された光を液晶パネルに透過させることにより、液晶パネルの前面に設けられた画面に映像を表示させる（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかし、バックライトと液晶パネルと、が別体の要素として形成されているため、液晶表示装置の寸法が厚くなり、スペースが増大したり、部品点数が多くなり、製造コストがかかるという点で改善の余地があった。また、バックライトと液晶パネルとを別体とした場合、バックライトから放出される光の損失が生ずるおそれもある。
【特許文献１】特開２００１−２８１６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、バックライトと液晶パネルとを一体的に形成してなるような液晶表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、一方の主面側にスイッチング素子が形成された第１の基板と、一方の主面が、前記第１の基板のいずれか一方の主面と対向し、且つ電極が形成された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された液晶層と、前記第２の基板の端面側に光を照射する光源と、を備え、前記光源から放出された光の少なくとも一部が、前記第２の基板の中を伝搬して、前記第２の基板から放出され、前記液晶層及び前記第１の基板を介して放出されることにより画像を表示可能としたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、バックライトと液晶パネルとを一体的に形成してなるような液晶表示装置を提供することにより、均一で高い輝度の面発光が得られ、且つ薄型の液晶表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本実施形態に係る液晶表示装置の第１の具体例を表す模式断面図である。  
また、図２は、図１のＡ−Ａ線模式断面図である。
【０００８】
本具体例の液晶表示装置１００は、反射シート１２と、第２の基板２０と、中間層２５と、第２の偏光層１９と、カラーフィルタ２２と、第２の電極２４と、液晶層３０と、第１の電極３６、第１の基板３８と、第１の偏光層４２と、がこの順に積層された構造を有する。なお、第２の電極２４と液晶層３０との間、及び液晶層３０と第１の電極３６との間には、液晶の配向を制御するための配向層（図示せず）が適宜設けられる。
【０００９】
第２の基板２０は、ガラス、石英、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：polymethyl methacrylate）などの透光性の材料により形成される。また、その裏面側に設けられる反射シート１２は、第２の基板２０から裏面側に放出される光を反射する役割を有し、例えば、金属膜や、誘電体の多層膜、樹脂に酸化チタンなどの材料を分散させたシートなどにより形成することができる。また、反射シート１２の反射面には、図示したようにプリズム状、その他半球状などの凹凸パターンを適宜設け、光の指向性を制御しても良い。
【００１０】
そして、第２の基板２０の端面には、第２の基板２０の中に光を入射させる光源１０が設けられている。なお、光源１０としては、図示した如くＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの複数の発光素子を並列してもよく、または、蛍光灯などの線状光源を配置してもよい。また、必要に応じて、光源１０と第２の基板２０との間にレンズなどの光学要素を挟持させ、光配向角を変えて第２の基板２０の端面に導光させることもできる。
【００１１】
一方、中間層２５は第２の基板２０との界面で全反射を生じさせ、光を第２の基板２０中で伝播させるために設けられている。すなわち、中間層２５の屈折率を、第２の基板２０の屈折率よりも低くすると、（互いの）界面で全反射が起こり、第２の基板２０中を光が伝播する。例えば、第２の基板２０がガラスからなる場合、中間層２５の材料として、例えば、屈折率ｎが１．３〜１．４程度のシリコーン樹脂、フッ素樹脂や多孔質の酸化シリコンなどを用いると、第２の基板２０中に光を伝播させることができる。また、第２の基板２０が樹脂からなる場合にも、中間層２５の材料として、第２の基板２０よりも屈折率の低い樹脂などの材料を用いればよい。
【００１２】
全反射を安定して起こさせるためには、中間層２５の厚さは１マイクロメータ以上必要である。例えば、２〜３マイクロメータ程度の厚みになるように塗布または蒸着して形成するとよい。また、中間層２５に光を散乱あるいは拡散させる作用を付与すると、光の強度ムラを抑制し均一な面内分布を得ることができる。このためには、例えば、光を散乱させる中間層２５に用いる材料よりも屈折率の高い酸化チタニウム（ＴｉＯ２）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）などの粒子を中間層２５に分散させるとよい。
【００１３】
また、第２の偏光層１９は、第２の基板２０から放出された光を直線偏光させる役割を有する。第２の偏光層１９は特定の方向の偏光成分を透過する役割を有し、例えば、膜厚が１〜１０マイクロメータ程度の厚みを有する樹脂を用いることができる。また、特定の偏光成分を透過する、例えば、１００〜３００ナノメータ程度の周期で形成された膜厚が５０〜３００ナノメータのワイヤーグリッド状のアルミニウム（Ａｌ）膜などを用いてもよい。
【００１４】
カラーフィルタ２２は、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ２２が画素毎に配置された構造を有する。なお、カラーフィルタ２２は、第２の基板２０側ではなく、第１の基板３８側に設けてもよい。すなわち、第１の基板３８と第１の電極３６との間あるいは、第１の電極３６と液晶層３０との間にカラーフィルタ２２を設けることも可能である。
【００１５】
一方、第２の電極２４は、例えばＩＴＯ（Ｉndium Ｔin Ｏxide：酸化インジウム錫）などの透明導電体により形成され、液晶層３０に電圧を印加するために用いられる。  
液晶層３０は、電圧の印加によりその分子の配向状態が変化し、透過光の偏光状態を制御する。  
第１の電極３６は、画素配列に応じてＴＦＴ（Ｔhin Ｆilm Ｔransistor）やダイオードなどのスイッチング素子がマトリックス状に配置され、これらスイッチング素子に画素電極が接続された構造を有する。つまり、画素毎に液晶層３０に所定の電圧を印加可能とされている。
【００１６】
第１の基板３８は、ガラスや石英などの透光性の材料により形成され、第１の電極３６などを支持する役割を有する。そして、第１の偏光層４２は、液晶層３０を透過した光のうちで、特定の偏光状態のものを透過させやすくするように、所定の方向に偏光された光学特性を有する。
【００１７】
以上説明した構造において、光源１０から放出された光Ｌ１は、第２の基板２０の端面からその内部に導入され、第２の基板２０の中を伝搬する。そして、第２の基板２０の背面側に設けられた反射シート１２により適宜反射され、第１の基板３８の方向に出射光Ｌ２が形成される。この出射光Ｌ２のスペクトルと強度が画素毎に制御されることにより、所定の画像Ｌ３が形成される。  
このように、本実施形態によれば、第２の基板２０の端面から光を導入することにより、所謂、別材料としてのバックライト機構が不要となる。
【００１８】
図３は、所謂、別部材としてのバックライト機能を有する比較例の液晶表示装置を例示する模式図である。  
すなわち、本比較例の液晶表示装置１００は、光源１０を含むバックライトユニット４４と、液晶パネルユニット４６と、を備える。バックライトユニット４４は、例えば、その最背面に反射シート１２が設けられ、この反射シート１２映像側には導光板１４と、拡散板１６と、集光シート１８と、がこの順に積層された構造を有する。そして、導光板１４の側面に、光源１０が設けられている。光源１０から放出された光は、導光板１４の中を伝搬し、
拡散板１６や集光シート１８を介して液晶パネルユニット４６に供給される。
【００１９】
このような比較例の液晶表示装置１００の場合、バックライトユニット４４が必要とされるので、その分だけ厚みや重量が増加する。また、部品点数も多いため、組み立て工程も多くなり、製造コストがかかる。
【００２０】
これに対して、本実施形態によれば、第２の基板２０を導光体として兼用することにより、バックライトユニット４４が不要となる。その結果として、液晶表示装置１００の厚みも重量も大幅に減少でき、また部品点数が少なくなり製造コストも顕著に下げることが可能となる。
【００２１】
また、本実施形態の液晶表示装置１００を製造する場合、第２の基板２０の上に、中間層２５、第２の偏光層１９、カラーフィルタ２２、第２の電極２４をこの順に形成する。一方、第１の基板３８の上には、第１の電極３６を形成する。そして、これら基板をスペーサ（図示せず）を介して対向させ、その空間に液晶層３０を充填する。  
以上説明した工程において、第２の基板２０の上に各要素を形成する際の温度は、樹脂などからなる第２の偏光層１９の耐熱温度よりも下に維持することが可能である。従って、第２の基板２０の上に第２の偏光層１９を形成することが可能となる。
【００２２】
次に、本実施形態の液晶表示装置の他の具体例について説明する。  
図４は、本実施形態に係る液晶表示装置の第２の具体例を表す模式断面図である。  
また、図５は、図４のＡ−Ａ線模式断面図である。なお、図４以降の図に関しては、既出の図に関して説明したものと同様の要素については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。  
本具体例においては、第２の基板２０の裏面側が傾斜面とされている。このように傾斜面を形成すると、第２の基板２０の端面から導入された光Ｌ１は、第２の基板２０の中を伝搬する過程でこの斜面により曲げられ、上方（即ち、液晶層３０の在る方向）または下方（即ち、液晶層３０の在る方向とは逆の方向）に取り出される。下方に取り出された光は、反射シート１２により折り返され上方に照射される。なお、第２の基板２０の裏面に形成する傾斜面は、必ずしも単一の平面である必要はなく、その傾斜角度が場所毎に変化したり、また傾斜面の代わりに曲面を用いてもよい。すなわち、光源１０から導入され第２の基板２０から上方に取り出される光の面内強度が均一となるように、光の伝搬や拡散を制御することができる。
【００２３】
図６は、本実施形態に係る液晶表示装置の第３の具体例を表す模式断面図である。  
また、図７は、図６のＡ−Ａ線模式断面図である。  
本具体例においては、第２の基板２０の裏面側に凹凸２０Ｒが形成されている。凹凸２０Ｒは、プリズム状に形成され、その高さは、例えば２〜２０マイクロメータ程度とすることができる。導光体としての役割も有する第２の基板２０の裏面側にこのような凹凸２０Ｒを設けることにより、光源１０から供給された光をより効率的に取り出すことができる。
【００２４】
図８及び図９は、本具体例の液晶表示装置における光の進路を例示した模式図である。  すなわち、光源１０から第２の基板２０に導入された光は、第２の基板２０の主面で全反射を繰り返しながら伝搬する。そして、凹凸２０Ｒで反射した光は、第２の基板２０の上面に入射した時の入射角度θ２が全反射の臨界角度よりも小さくなる確率が増加する。つまり、第２の基板２０から上方（即ち、液晶層３０のある方向）に放出される。このようにして、第２の基板２０の中を伝搬する光をより効率的に上方（即ち、液晶層３０ある方向）に放出させることができる。また、凹凸２０Ｒの形状やサイズは、必ずしも面内で均一にする必要はない。すなわち、凹凸２０Ｒの形状やサイズを面内で適宜変化させると、上方（即ち、液晶層３０のある方向）に放出される光の強度分布をより均一にすることが可能となる。
【００２５】
このような凹凸２０Ｒは、例えば、フォトリソグラフィにより形成可能である。すなわち、第２の基板２０の裏面に、凹凸２０Ｒに対応した形状のマスクを形成する。マスクの材料としては、フォトレジストを用い、多段露光技術により、凹凸２０Ｒに対応した傾斜面を有するマスクを形成できる。しかる後に、このマスクごと第２の基板２０の裏面側をエッチングすることにより、マスクの形状を反映させた凹凸２０Ｒを形成できる。
【００２６】
図１０は、本実施形態に係る液晶表示装置の第４の具体例を表す模式断面図である。  
また、図１１は、図１０のＡ−Ａ線模式断面図である。  
本具体例においては、第２の基板２０の裏面側に複数の半球状の凹凸２０Ｒが形成されている。このように半球状の凹凸２０Ｒを設けることにより、第２の基板２０の中を伝搬し下方（即ち、液晶層３０のある方向とは逆の方向）に放出された光を散乱させ、上方（すなわち、液晶層３０のある方向）に取り出すことができる。
【００２７】
また、本具体例においても、半球状の凹凸２０Ｒのサイズや配置は、必ずしも均一である必要はない。すなわち、第２の基板２０の中の光の伝搬状態に応じて、半球状の凹凸２０Ｒのサイズを面内で変化させたり、また、その配置間隔を面内で変化させることにより、より均一な光を上方（即ち、液晶層３０のある方向）に放出させることが可能となる。  
またさらに、凹凸２０Ｒに形状についても、半球状には限定されず、ピラミッド状や、多面体状、不定形状など、各種の形状を用いることが可能である。
【００２８】
図１２は、本実施形態に係る液晶表示装置の第５の具体例を表す模式断面図である。  
また、図１３は、図１２のＡ−Ａ線模式断面図である。  
本具体例においては、第２の基板２０の裏面側に散乱層２３が設けられている。散乱層２３の裏面側には、凹凸２３Ｒが形成されている。散乱層２３は、第２の基板２０と同質の材料で形成してもよく、異なる材料で形成してもよい。その材料としては、例えば、ガラス、石英、樹脂などの透光性の材料を挙げることができる。その裏面側に設けられた凹凸２２Ｒは、第３具体例に関して前述した凹凸２０Ｒと同様の作用を有する。すなわち、第２の基板２０の中を伝搬し下方（即ち、液晶層３０のある方向とは逆の方向）に放出された光を反射し、上方（即ち、液晶層３０のある方向）に取り出すことができる。
【００２９】
散乱層２３は、例えば、スクリーン印刷やインクジェット方式などによる塗布法を用いて形成することが可能である。すなわち、液体状態の樹脂をこれらの方法により塗布し、硬化させることにより、凹凸２３Ｒを有する散乱層２３を形成することが可能である。
【００３０】
図１４は、本実施形態に係る液晶表示装置の第６の具体例を表す模式断面図である。  
また、図１５は、図１４のＡ−Ａ線模式断面図である。  
本具体例においては、第２の基板２０の両側に光源１０がそれぞれ設けられ、両端面から光が導入される。そして、第２の基板２０の裏面には、左右対称状の凹凸２０Ｒが形成されている。すなわち、本具体例の場合、第２の基板２０の両端面から光が導入され互いに反対方向に伝搬する。これに対して、左右対称状の凹凸２０Ｒを設けることにより、いずれの方向から伝搬する光も上方（即ち、液晶層３０のある方向）に向けて効率よく反射させることが可能となる。
【００３１】
図１６は、本実施形態に係る液晶表示装置の第７の具体例を表す模式断面図である。  
また、図１７は、図１６のＡ−Ａ線模式断面図である。  
本具体例においては、第２の基板２１は、透明粒子を分散させた透光性の材料からなる。例えば、第２の基板２１の材料として、酸化チタニウムや酸化ジルコニウムなどの粒子を分散させた透光性の樹脂を用いることができる。このように透明粒子を分散させることにより、第２の基板２１の中を伝搬する光は散乱され、均一な面分布で上方（即ち、液晶層３０のある方向）に取り出すことができる。
【００３２】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例には限定されない。例えば、第１乃至第７具体例に関して前述したものを技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の範囲に包含される。例えば、第２具体例に関して前述したように、第２の基板の裏面に傾斜面を設け、さらに第７具体例に関して前述したように透明粒子を分散させてもよい。
【００３３】
また、液晶表示装置を構成する、第１及び第２の偏光層、第１及び第２の電極、液晶層、カラーフィルタなどの各要素について当業者が適宜変更や追加を加えたものであっても、本発明の要旨を有する限りにおいて、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係る液晶表示装置の第１の具体例を表す模式断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線模式断面図である。
【図３】バックライトを有する比較例の液晶表示装置を例示する模式図である。
【図４】本実施形態に係る液晶表示装置の第２の具体例を表す模式断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線模式断面図である。
【図６】本実施形態に係る液晶表示装置の第３の具体例を表す模式断面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線模式断面図である。
【図８】第３具体例の液晶表示装置における光の進路を例示した模式図である。
【図９】第３具体例の液晶表示装置における光の進路を例示した模式図である。
【図１０】本実施形態に係る液晶表示装置の第４の具体例を表す模式断面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ線模式断面図である。
【図１２】本実施形態に係る液晶表示装置の第５の具体例を表す模式断面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ線模式断面図である。
【図１４】本実施形態に係る液晶表示装置の第６の具体例を表す模式断面図である。
【図１５】図１４のＡ−Ａ線模式断面図である。
【図１６】本実施形態に係る液晶表示装置の第７の具体例を表す模式断面図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ線模式断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０ 光源
１２ 反射シート
１４ 導光板
１６ 拡散板
１８ 集光シート
１９ 第２の偏光層
２０、２１ 第２の基板
２２ カラーフィルタ
２３ 散乱層
２４ 第２の電極
２５ 中間層
３０ 液晶層
３６ 第１の電極
３８ 第１の基板
４２ 第１の偏光層
４４ バックライトユニット
４６ 液晶パネルユニット
１００ 液晶表示装置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2007225820.tif 000013
【図１２】
2007225820.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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