JP5287221B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、液晶表示装置に関する。

従来の液晶表示装置は、対向配置された一対の基板間に液晶層が封入され、前記一対の基板の互いに対向する内面の少なくとも一方に、電圧の印加により液晶分子の配向状態を変化させて前記液晶層の光学的特性を制御する複数の電極が設けられた液晶素子と、前記液晶素子を挟んで配置された観察側とその反対側の一対の偏光板と、前記反対側の偏光板の後側（観察側とは反対側）に配置された面光源とにより構成されている（特許文献１参照）。
特開２００２−９８９６３号公報

しかし、上記従来の液晶表示装置は、その厚さが厚いという問題をもっている。

この発明は、薄型化をはかることができる液晶表示装置を提供することを目的としたものである。

前記目的を果たすため、本発明の液晶表示装置の一態様は、第１の面と第２の面とを有する液晶素子と、透明な板状部材からなり、当該板状部材の端面に光を入射させる入射端面が形成され、当該板状部材の２つの板面の一方に当該入射端面から入射した光の出射面が形成され、当該出射面を前記液晶素子の前記第２の面に対向させて配置された導光板と、前記導光板の前記入射端面に対向させて配置された発光素子と、前記液晶素子の前記第１の面に対向させて配置され、ベースフィルムと偏光層と保護フィルムとを有する偏光板と、前記導光板の前記出射面に密着させて配置されるとともに、前記液晶素子の前記第２の面に密着させて配置された、前記ベースフィルム及び前記保護フィルムを有さない薄膜状偏光層と、を備える、ことを特徴とする。

この発明の液晶表示装置によれば、薄型化をはかることができる。

（第１の実施形態）
図１はこの発明の第１の実施例を示す液晶表示装置の断面図であり、この液晶表示装置は、液晶素子１と、前記液晶素子１の観察側とは反対側（以下、後側という）に配置され、前記液晶素子１に向けて照明光を照射する面光源８と、前記液晶素子１と前記面光源８との間に配置された薄膜状の偏光層１５と、前記液晶素子１の観察側に配置された偏光板１７とを備えている。

前記液晶素子１は、予め定めた間隙を設けて対向配置された観察側とその反対側の一対の透明基板２，３間に液晶層５が封入され、前記一対の基板２，３の互いに対向する内面の少なくとも一方に、電圧の印加により液晶分子の配向状態を変化させて前記液晶層５の光学的特性を制御する複数の透明電極６，７が設けられたものであり、前記一対の基板２，３は、それぞれの周縁部において枠状のシール材４を介して接合され、前記液晶層５は、前記一対の基板２，３間の間隙の前記シール材４で囲まれた領域に封入されている。

この実施例の液晶素子１は、前記電極６，７を一対の基板２，３の内面それぞれに設けたものであり、前記電極６，７のうちの一方の基板、例えば観察側とは反対側の基板（以下、後側基板という）３の内面に設けられた電極７は、行および列方向に配列させて形成された複数の画素電極、他方の基板、つまり観察側基板２の内面に設けられた電極６は、前記複数の画素電極７の配列領域の全域に対向させて形成された一枚膜状の対向電極である。

なお、この液晶素子１は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をアクティブ素子としたアクティブマトリックス液晶素子であり、図では省略しているが、前記複数の画素電極７が設けられた後側基板３の内面に、前記複数の画素電極７にそれぞれ対応させて配置され、対応する画素電極７にそれぞれ接続された複数のＴＦＴと、各行の複数のＴＦＴに前記ＴＦＴをオンさせるゲート信号を供給する複数の走査線と、各列の複数のＴＦＴに画像データ信号を供給する複数の信号線とが設けられている。

また、図では省略しているが、前記観察側基板２の内面には、前記複数の画素電極７と前記対向電極６とが互いに対向する領域からなる複数の画素にそれぞれ対応させて、赤、緑、青の３色のカラーフィルタが設けられている。なお、前記対向電極６は、前記カラーフィルタの上に形成されている。

さらに、前記一対の基板２，３の内面はそれぞれ、前記電極６，７を覆って配向膜（図示せず）を設け、これらの配向膜の膜面を予め定めた方向にラビングすることにより配向処理されており、前記液晶層５の液晶分子は、前記配向処理によって一対の基板２，３それぞれの近傍における配向方向を規定され、予め定めた初期配向状態に配向している。

一方、前記面光源８は、板状の透明部材からなり、その１つの端面に光を入射させる入射端面１０が形成され、２つの板面の一方に、前記入射端面１０から入射した光の出射面１１が形成され、他方の板面に前記入射端面１０から入射した光を前記出射面１１に向けて内面反射する反射面１２が形成された導光板９と、前記導光板９の入射端面１０に対向させて配置されたＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる複数の発光素子１３とにより構成されており、前記液晶素子１の後側に、前記導光板９の出射面１１を前記液晶素子１に対向させて配置されている。

この面光源８は、前記複数の発光素子１３の点灯により、これらの発光素子１３が発する光を前記導光板９により導いて、この導光板９の出射面１１から前記液晶素子１に向けて照射する。

また、前記液晶素子１の観察側に配置された偏光板１７は、トリアセチルセルロース等の樹脂からなるベースフィルム１８と、このベースフィルム１８上に形成され、一方方向に配向させたヨウ素分子を含有したポリビニルアルコール等の樹脂層からなる薄膜状の偏光層１９と、前記偏光層１９を覆って積層されたトリアセチルセルロース等の樹脂からなる保護フィルム２０とからなっており、前記液晶素子１の観察側基板２の外面に貼り付けられている。

一方、前記液晶素子１と面光源８との間に配置された薄膜状の偏光層１５は、前記偏光板１７の偏光層１９と実質的に同じものであり、ヨウ素分子を含有したポリビニルアルコール等の樹脂層からなり、前記ヨウ素分子を一方方向に配向させた薄膜からなっている。この偏光層１５は、前記面光源８の導光板９の出射面１１に密着させて配置され、前記出射面１１に貼り付けられている。

さらに、前記偏光層１５の前記液晶素子１と対向する面には、前記偏光層１５を保護するための保護フィルム１６が設けられている。この保護フィルム１６は、前記偏光板１７の保護フィルム２０と実質的に同じもの（トリアセチルセルロース等の樹脂からなるフィルム）であり、前記偏光層１５の上に密着させて設けられている。

そして、前記面光源８は、前記保護フィルム１６の外面（偏光層１５に接する面とは反対面）を前記液晶素子１の後側基板３の外面に密着させるか、或いは近接させて配置されている。

また、この実施例の液晶表示装置は、前記面光源８の導光板９の出射面１１とは反対側、つまり反射面１２側に、前記導光板９の反射面１２に密着させるか、或いは近接させて配置され、観察側から入射し、前記偏光板１７と液晶素子１と保護フィルム１６及び偏光層１５と前記導光板９とを透過した光を前記観察側へ反射する反射膜１４をさらに備えている。なお、この反射膜１４は、前記導光板９にその入射端面１０から入射して前記導光板９内を導かれた光のうちの前記反射面１２を透過して後側に出射した漏れ光を反射して前記導光板９内に戻す機能も有している。

また、前記液晶素子１は、前記一対の基板２，３間に、誘電異方性が正のネマティック液晶からなる液晶層５を封入し、その液晶分子を、一対の基板２，３間において実質的に９０°の捩れ角でツイスト配向させたＴＮ型液晶素子であり、前記液晶素子１と面光源８との間に配置された偏光層１５は、その吸収軸を、前記液晶素子１の後側基板３の内面の配向処理方向（配向膜のラビング方向）に対していずれか一方の方向に実質的に４５°の角度で交差する方向に向けて配置され、前記液晶素子１の観察側に配置された偏光板１７は、その吸収軸を、前記偏光層１５の吸収軸に対して実質的に直交する方向に向けて配置されている。

図２は、前記液晶素子１の一対の基板２，３の内面の配向処理方向と、前記偏光層１５及び偏光板１７の吸収軸の向きを示している。

図２のように、前記液晶素子１の後側基板３の内面は、画面の横軸ｘに対して一方の方向、例えば観察側から見て右回り方向に実質的に４５°の角度で交差する方向３ａに配向処理され、観察側基板２の内面は、前記画面の横軸ｘに対して前記一方の方向とは反対方向（観察側から見て左回り方向）に実質的に４５°の角度で交差する方向２ａに配向処理されており、前記液晶層５の液晶分子は、一対の基板２，３それぞれの近傍において、これらの基板２，３の配向処理方向２ａ，３ａに分子長軸を向けて配向し、前記一対の基板２，３間において、図２に分子配列の捩れ方向を破矢線で示したように、後側基板３から観察側基板２に向かって実質的に９０°の捩れ角でツイスト配向している。

そして、前記液晶素子１と面光源８との間に配置された偏光層１５は、その吸収軸１５ａを、前記画面の横軸ｘと実質的に平行な方向、すなわち、前記液晶素子１の後側基板３の内面の配向処理方向３ａに対して観察側から見て左回り方向に実質的に４５°の角度で交差する方向に向けて配置されている。

また、前記液晶素子１の観察側に配置された偏光板１７は、その吸収軸１７ａを、前記画面の横軸ｘと実質的に９０°の角度で交差する方向、すなわち、前記液晶素子１の観察側基板２の内面の配向処理方向２ａに対して観察側から見て左回り方向に実質的に４５°の角度で交差し、且つ前記偏光層１５の吸収軸１５ａに対して実質的に直交する方向に向けて配置されている。

この液晶表示装置は、前記液晶素子１の後側に面光源８を配置し、さらに前記面光源８の導光板９の後側に反射膜１４を配置しているため、前記面光源８からの照明光を利用する透過表示と、観察側から入射した光（液晶表示装置の使用環境の光である外光）を利用する反射表示とを行うことができる。

なお、透過表示のときは、前記面光源８の導光板９の出射面１１から出射した照明光が、前記偏光層１５によって、その吸収軸１５ａと平行な直線偏光成分が吸収され、前記偏光層１５の吸収軸１５ａに対して直交する振動面をもった直線偏光になって液晶素子１に入射し、前記液晶素子１を、液晶層５の液晶分子の配向状態に応じた複屈折作用を受けて透過した光が、観察側の偏光板１７に入射し、その光のうちの前記偏光板１７の吸収軸１７ａに対して直交する直線偏光が前記偏光板１７を透過して観察側に出射する。

また、反射表示のときは、観察側から入射した光が、観察側の偏光板１７によって、その吸収軸１７ａと平行な直線偏光成分が吸収され、前記偏光板１７の吸収軸１７ａに対して直交する振動面をもった直線偏光になって液晶素子１に入射し、前記液晶素子１を、液晶層５の液晶分子の配向状態に応じた複屈折作用を受けて透過した光が、前記偏光層１５に入射し、その光のうちの前記偏光層１５の吸収軸１５ａに対して直交する直線偏光が前記偏光層１５を透過し、さらに前記面光源８の導光板９を透過して前記反射膜１４により反射され、その反射光が、前記導光板９と偏光層１５と液晶素子１と観察側の偏光板１７を透過して観察側に出射する。

前記液晶表示装置は、前記液晶素子１と、前記導光板９とその入射端面１０に対向させて配置された複数の発光素子１３とにより構成され、前記液晶素子１の後側に、前記導光板９の出射面１１を前記液晶素子１に対向させて配置された面光源８と、前記面光源８の導光板９の出射面１１に密着させて配置された薄膜状の偏光層１５と、前記偏光層１５の液晶素子１と対向する面に密着させて設けられた保護フィルム１６と、前記液晶素子１の観察側に配置された偏光板１７とによって構成されているため、装置全体を薄型化することができる。

すなわち、液晶素子を挟んで観察側とその反対側とに一対の偏光板を配置した従来の液晶表示装置は、２枚の偏光板の厚さが液晶表示装置の厚さに大きく影響するため、薄型化をはかることが難しい。

なお、前記実施例の液晶表示装置における観察側の偏光板１７の厚さ（ベースフィルム１８と偏光層１９と保護フィルム２０との合計厚さ）は約０．１５ｍｍであり、従来の液晶表示装置は、前記約０．１５ｍｍの厚さの２枚の偏光板を備えているため、この２枚の偏光板の厚さが液晶表示装置の厚さに大きく影響する。

一方、前記実施例の液晶表示装置は、観察側の偏光板１７の厚さは約０．１５ｍｍであるが、液晶素子１と面光源８との間に配置された前記薄膜状の偏光層１５の厚さと、前記偏光層１５に密着させて設けられた前記保護フィルム１６の厚さはそれぞれ約０．０５ｍｍであり、この偏光層１５と保護フィルム１６の合計厚さは、約０．１０ｍｍである。

そして、前記偏光層１５は、前記面光源８の導光板９の出射面１１に密着させて配置され、前記面光源８は、前記偏光層１５に密着させて設けられた前記保護フィルム１６を前記液晶素子１の後側基板３の外面に密着させるか、或いは近接させて配置されているため、前記実施例の液晶表示装置によれば、その厚さを従来の液晶表示装置に比べて薄くすることができる。

なお、前記実施例の液晶表示装置において、前記面光源８は、前記保護フィルム１６を前記液晶素子１の後側基板３の外面に密着させて配置するのが望ましく、このようにすることにより、装置全体をより薄型化することができる。

さらに、このように前記面光源８を、前記保護フィルム１６を前記液晶素子１の後側基板３の外面に密着させて配置しているので、液晶層５と反射膜１４との距離が短くなり、前記反射表示のときに、表示画像の影が前記面光源８の後側に配置された反射膜１４上に映り、前記表示画像と、前記反射膜１４上に映った影とが観察側から見えることによる二重像の発生を殆んど目立たなくすることができる。

すなわち、例えば前記液晶素子１の後側基板３の板厚が０．５０ｍｍ、前記面光源８の導光板９の板厚が０．８０ｍｍ、前記導光板の出射面１１に密着された前記偏光層１５とその上に密着された保護フィルム１６との合計厚さが０．１０ｍｍであり、前記面光源８が、前記保護フィルム１６を前記液晶素子１の後側基板３の外面に密着させて配置され、前記反射膜１４が前記導光板９の出射面１１とは反対側の反射面１２に密着させて配置されている場合、前記液晶素子１の液晶層５の後側の面、つまり前記後側基板３の内面と前記反射膜１４との間の距離Ｌは、１．４０ｍｍである。

そして、前記後側基板３の内面と前記反射膜１４との間の距離Ｌが１．４０ｍｍ程度であれば、観察側から前記液晶素子１の法線方向に対して斜めに傾いた入射角で入射した光の観察側の偏光板１７上における入射点と、前記入射角で入射し、前記反射膜１４により反射された光の前記観察側の偏光板１７上における出射点の位置ずれは極く僅かであり、したがって、表示画像の影が前記反射膜１４上に映っても、その影は前記表示画像に隠れてほとんど視認されない。

なお、前記液晶素子１の後側基板３と前記面光源８の導光板９の一方または両方は、より薄い板厚のものが好ましく、例えば、前記後側基板３の板厚を０．１５ｍｍ、前記導光板９の板厚を０．２５ｍｍにすることにより、前記後側基板３の内面と前記反射膜１４との間の距離Ｌを０．５０ｍｍにし、前記二重像の発生をさらに目立たなくすることができる。

（第２の実施形態）
図３はこの発明の第２の実施例を示す液晶表示装置の断面図である。なお、この実施例において、上記第１の実施例に対応するものには図に同符号を付し、同一のものについてはその説明を省略する。

この実施例の液晶表示装置は、上記第１の実施例における偏光層１５の保護フィルムを省略し、前記面光源８を、その導光板９の出射面１１に密着された偏光層１５の液晶素子１と対向する面を、前記液晶素子１の後側基板３の外面に密着させて配置したものであり、他の構成は第１の実施例と同じである。

この液晶表示装置は、前記液晶素子１と前記面光源８の導光板９との間に、約０．０５ｍｍの厚さの偏光層１５だけを配置し、この偏光層１５を前記面光源８の導光板９の出射面１１に密着させ、さらに前記面光源８を、前記偏光層１５を前記液晶素子１の後側基板３の外面に密着させて配置しているため、装置全体の厚さを上記第１の実施例の液晶表示装置よりもさらに薄くすることができる。

また、この液晶表示装置は、例えば、前記液晶素子１の後側基板３の板厚を０．１５ｍｍ、前記導光板９の板厚を０．２５ｍｍにし、さらに前記反射膜１４を前記導光板９の出射面１１とは反対面（反射面）１２に密着させて配置したときの前記後側基板３の内面と前記反射膜１４との間の距離Ｌが０．４５ｍｍであるため、前記二重像の発生を、さらに目立たなくすることができる。

（他の実施形態）
なお、上記第１及び第２の実施例の液晶表示装置は、液晶分子を一対の基板２，３間において実質的に９０°の捩れ角でツイスト配向させたＴＮ型の液晶素子１を備え、且つ、前記偏光層１５と観察側の偏光板１７とを、それぞれの吸収軸１５ａ，１７ａを前記液晶素子１の一対の基板２，３の配向処理方向２ａ，３ａに対して実質的に４５°の角度で交差する方向に向けて配置したものであるが、前記偏光層１５と観察側の偏光板１７は、それぞれの吸収軸１５ａ，１７ａを前記液晶素子１の一対の基板２，３の配向処理方向２ａ，３ａに対して実質的に直交または平行な方向に向けて配置してもよい。

また、前記液晶素子１は、液晶分子を一対の基板２，３間において１８０°〜２７０°の捩れ角でツイスト配向させたＳＴＮ型、液晶分子を基板面に対して実質的に垂直に配向させた垂直配向型、液晶分子を分子長軸を一方向に揃えて基板面と実質的に平行に配向させた非ツイストの水平配向型、液晶分子をベンド配向させるベンド配向型のいずれか、あるいは強誘電性または反強誘電性液晶素子でもよい。

さらに、前記液晶素子１は、一対の基板の内面にそれぞれ複数の画素を形成するための電極を設けたものに限らず、一対の基板のいずれか一方の内面に、複数の画素を形成するための第１の電極と、それよりも液晶層側に前記第１の電極と絶縁して形成された複数の細長電極部を有する第２の電極とを設け、これらの電極間に横電界（基板面に沿う方向の電界）を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させる横電界制御型のものでもよい。

また、上記実施例の液晶表示装置は、面光源８からの照明光を利用する透過表示と、観察側から入射した光を利用する反射表示とを行うものであるが、この発明は、面光源８からの照明光を利用する透過表示だけを行う表示装置にも適用することができ、その場合は、上記実施例において面光源８の導光板９の後側に配置された反射膜１４は、設けても、設けなくてもよい。

この発明の第１の実施例を示す液晶表示装置の断面図。 第１の実施例における液晶素子の一対の基板の配向処理方向と、偏光層及び偏光板の吸収軸の向きを示す図。 この発明の第２の実施例を示す液晶表示装置の断面図。

符号の説明

１…液晶素子、２，３…基板、５…液晶層、６，７…電極、８…面光源、９…導光板、１０…入射端面、１１…出射面、１２…反射面、１３…反射膜、１４…発光素子、１５…偏光層、１６…保護フィルム、１７…偏光板。

Claims (3)

1. 第１の面と第２の面とを有する液晶素子と、
   透明な板状部材からなり、当該板状部材の端面に光を入射させる入射端面が形成され、当該板状部材の２つの板面の一方に当該入射端面から入射した光の出射面が形成され、当該出射面を前記液晶素子の前記第２の面に対向させて配置された導光板と、
   前記導光板の前記入射端面に対向させて配置された発光素子と、
   前記液晶素子の前記第１の面に対向させて配置され、ベースフィルムと偏光層と保護フィルムとを有する偏光板と、
   前記導光板の前記出射面に密着させて配置されるとともに、前記液晶素子の前記第２の面に密着させて配置された、前記ベースフィルム及び前記保護フィルムを有さない薄膜状偏光層と、
   を備える、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記薄膜状偏光層はヨウ素分子を含有したポリビニルアルコールの樹脂層からなり、当該ヨウ素分子を一方方向に配向させた薄膜からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記導光板の前記２つの板面の他方側に配置され、前記液晶素子の前記第１の面側から入射し前記偏光板と前記液晶素子と前記薄膜状偏光層と前記導光板とを透過した光を再び前記第１の面側へ反射する反射膜をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。

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