JP2003215588A

JP2003215588A - 反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2003215588A
Application number: JP2002017521A
Authority: JP
Inventors: Hisao Kondo; 久雄近藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】光利用効率の高いフロントライトを実現して高
輝度の反射型液晶表示装置を提供する。【解決手段】反射型液晶表示パネル８上にフロントライ
ト２１を配設した液晶表示装置２０であり、フロントラ
イト２１は導光板２２と点状光源５と導光ロッド２３と
から成る。導光ロッド２３によれば、面２３ｂに光路変
換手段２４を設けている。この光路変換手段２４は光反
射部２４aと平坦部２４bを交互に連続的に形成してい
る。そして、導光ロッド２３に対し光散乱性粒子２６を
分散している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフロントライトを設
けた反射型液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電
話等のディスプレイに液晶表示装置が使用されている。
そして、低消費電力化、屋外での適用性が求められてお
り、これに応じて反射型液晶表示装置の要求が強くなっ
ている。

【０００３】しかしながら、この反射型液晶表示装置は
夜間等における外光がほとんどない環境下においては、
表示画面の認識がむずかしくなるという課題がある。

【０００４】この課題を解消するために、反射型液晶表
示パネルの表示画面上にフロントライトを配し、そこか
らの光を反射型液晶表示パネルに入射させ、その反射光
をフロントライトを通過させることで画像認識する技術
が提案されている。

【０００５】このような反射型液晶表示装置を図１１〜
図１３により説明する。図１１はフロントライト１の斜
視図、図１２はフロントライト１を配設した反射型液晶
表示装置２の概略断面図であり、図１３はフロントライ
ト１の光路を示す平面図である。

【０００６】フロントライト１は矩形状の導光板３と、
導光板３の一端面３aに設けた導光ロッド４と、導光ロ
ッド４の両端に設けたＬＥＤなどからなる点状光源５と
から構成される。また、導光ロッド４の長手端面には、
その短辺方向に沿って溝６を複数個形成し、さらに導光
板３の外面、すなわち反射型液晶表示パネルとの配設面
とは反対側の面上にも、導光ロッド４の長手方向に沿っ
て溝７を直線状に複数個設けている。そして、図１２に
示されるように、かかるフロントライト１を反射型液晶
表示パネル８の上に配置している。反射型液晶表示パネ
ル８は、従来周知の構成であり、主要部分を説明する
に、９は反射膜、１０はカラーフィルタ、１１はオーバ
ーコート層、１２は透明電極パターン、１３は液晶、１
４は偏光板である。

【０００７】この反射型液晶表示装置２によれば、２個
の点状光源５の照射光が導光ロッド４の両端より入り伝
播しながら溝６にて反射され、導光板３内に入射され
る。そして、導光板３の溝７により反射され、反射型液
晶表示パネル８に入射される。そして、反射型液晶表示
パネル８に入射された光は偏光板１４、液晶１３、透明
電極パターン１２、オーバーコート層１１、カラーフィ
ルタ１０などを通して反射膜９により反射され、その反
射光が再びカラーフィルタ１０、オーバーコート層１
１、透明電極パターン１２、液晶１３、偏光板１４を通
過し、さらにフロントライト１を通して画像情報として
認識される。

【０００８】一方、フロントライト１以外に、同様な構
成の照明装置が提案されており、この装置によれば、点
状光源と、平板状の透明基板と、棒状の導光体とを組合
せている（特開２０００−１１７２３号公報参照）。

【０００９】このような構成の液晶表示装置を図１４に
より説明する。同図は液晶表示装置１５の斜視図であ
る。

【００１０】点状光源１６からの点状光を棒状導光体１
７によって線状光に変換し、その線状光を平板状の透明
基板１８へ導入することで、発光面全域にわたって輝度
が均一な照明装置が得られ、そして、液晶表示パネル１
９に対し、その表示領域において輝度が均一になる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記フ
ロントライト１を配設した反射型液晶表示装置２によれ
ば、そのフロントライト１において、図１３に示すよう
に、点状光源５から出射された光は、導光ロッド４の一
面に形成された溝６で反射し、対向する面から出射して
導光板３の一端面３aに進行するように構成されている
が、点状光源５よりほぼ正面方向に出射した光は、その
まま導光ロッドの長手方向にそって入光端面４ａに対向
する他の端面４ｂから抜け、そして、対向する点状光源
５にて散乱されて外部に漏れ、照明光としては有効には
利用されないという課題があった。

【００１２】また、特開２０００−１１７２３号公報に
て提案されている液晶表示装置１５においても同様な理
由により、点状光源から出射された光の一部は有効に利
用されない。

【００１３】したがって本発明は叙上に鑑みて完成され
たものであり、その目的は点状光源と導光ロッドで構成
される光源部での光の漏れを減少させ、光利用効率の高
いフロントライトを実現し、これによって輝度を高めた
反射型液晶表示装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の反射型液晶表示
装置は、反射型液晶表示パネル上にフロントライトを配
設し、このフロントライトが導光板と、該導光板の端面
側に配した点状光源とを備え、さらにこの点状光源の照
射光を導光板に向けて線状光に変換せしめる導光ロッド
を導光板端面に配し、そして、前記導光ロッドの導光板
端面と反対側の面に、前記線状光の輝度を高めるべく光
路変換手段を設け、かつ前記導光ロッド内に光散乱性粒
子を分散したことを特徴とする。本発明の他の反射型液
晶表示装置は、前記光路変換手段が導光ロッドの短辺方
向に沿って形成した溝であることを特徴とする。

【００１５】本発明のさらに他の反射型液晶表示装置
は、前記光路変換手段がプリズムアレイであることを特
徴とする。

【００１６】また、本発明の反射型液晶表示装置は、前
記光路変換手段の表面に光反射性部材を形成したことを
特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る反射型液晶表
示装置を添付図面に基づいて説明する。図１は反射型液
晶表示装置２０の概略断面図、図２は反射型液晶表示装
置２０に使用するフロントライト２１の斜視図、図３は
フロントライト２１の光路を示す平面図、図４はフロン
トライト２１を配設した反射型液晶表示装置２０の概略
断面図である。なお、図１１〜図１３に示すフロントラ
イト１を配設した反射型液晶表示装置２と同一部材には
同一符号を付す。

【００１８】図１に示すように、反射型液晶表示パネル
８上にフロントライト２１を配設している。このフロン
トライト２１は矩形状の導光板２２と、導光板２２の端
面側に配したＬＥＤなどからなる点状光源５とを備え、
さらにこの点状光源５の照射光を導光板２２に向けて線
状光に変換せしめる導光ロッド２３を導光板２２の端面
２２aにそって配している。本例によれば、導光ロッド
２３の両端に点状光源５を配している。

【００１９】また、導光ロッド２３において、導光板２
２の端面２２ａと向き合う端面２３ａに対し、その反対
側の面２３ｂに、前記線状光の輝度を高めるべく光路変
換手段２４を設けている。

【００２０】この光路変換手段２４によれば、導光ロッ
ド２３の長手端面には、その短辺方向に沿って溝を複数
個形成し、これら溝からなる光反射部２４aと平坦部２
４bを交互に連続的に形成したものである。

【００２１】そして、本発明によれば、かかる光路変換
手段２４を備えた導光ロッド２３に対し、さらにその構
成材（たとえばアクリル樹脂など）に光散乱性粒子２６
（たとえばシリカなど）を分散したことが特徴である。

【００２２】上記構成の反射型液晶表示装置２０によれ
ば、導光ロッド２３に光路変換手段２４を形成し、そし
て、導光ロッド２３に光散乱性粒子２６を分散したこと
で、点状光源５の照射光は、導光ロッド２３のほぼ正面
方向に出射して導光ロッド２３の端面２３cに入射した
光についても、導光ロッド２３内に分散混入された光散
乱性粒子２６によって散乱され、これによって、その散
乱光が導光板２２へ出射されたり、あるいは光散乱性粒
子２６にて散乱された光の一部は光路変換手段２４で反
射されて導光板２２へ出射され、このように散乱した光
を効率的に導光板２２内に導くことができた。

【００２３】本発明の反射型液晶表示装置２０において
は、好適には図２と図３に示す如く、光路変換手段２４
の表面に光反射性部材２７を形成するとよい。このよう
な光反射性部材２７は、金属材や誘電体材などからなる
膜をスパッタリング法や蒸着法などの薄膜形成手段にて
被着し、これにより、この光路変換手段２４からの光の
漏れを無くすことができる。

【００２４】この金属膜としては、Ａｌ，Ａｇ，ＡＰ
（ＡｇとＰｄの合金）、ＡＰＣ（ＡｇとＰｄとＣｕの合
金）、ＡＣＡ（ＡｇとＣｕとＡｕの合金）等がある。ま
た、金属膜の信頼性を確保するために、金属膜と導光ロ
ッドの間にはＳｉＯ₂等のアンダーコート層を形成した
り、あるいは金属膜の上にＳｉＯ₂等のトップコート層
を形成してもよい。

【００２５】すなわち、金属膜と導光ロッドの間にＳｉ
Ｏ₂等のアンダーコート層が無い場合には、高温高湿放
置試験や高温放置試験等において膜剥がれが発生するこ
とを確認しており、金属膜の密着性を向上させて、耐久
性を高めるために、ＳｉＯ₂等のアンダーコート層を形
成している。

【００２６】また、金属膜の上にＳｉＯ₂等のトップコ
ート層が無いと、高温高湿放置試験や高温放置試験等に
おいて金属膜の腐食が発生することを確認している。よ
って、金属膜の反射率低下を経てフロントライトの輝度
低下にいたる場合がある。とくにＡｇ系の金属膜は腐食
しやすいことから、ＳｉＯ₂等のトップコート層が必要
となる。このように金属膜の腐食性を向上させるため
に、ＳｉＯ₂等のトップコート層を形成するとよい。

【００２７】さらに好適には、導光ロッド２３の導光板
２２に対向する端面２３aと端面２３cとの双方を除く他
の面を、光路変換手段２４も含めて光反射性部材２７を
形成するとよく、これにより、導光板２２内へ高効率に
光入射される。

【００２８】前述した導光板２２や導光ロッド２３を構
成する材料としては、光線を効率良く通過させることの
できる物質であればよく、たとえば透明性および加工性
に優れたアクリル樹脂が適している。その他に、ポリカ
ーボネート樹脂、ノルボルネン系樹脂、塩化ビニル樹脂
等の各種熱可塑性の透明樹脂がある。もしくは各種ガラ
ス材料等の無機透明材料がある。

【００２９】さらに導光ロッド２３に混入させる光散乱
性粒子２６としては、たとえばシリカやアルミナ、チタ
ニア、ジルコニア、酸化カルシウム等の無機系粒子があ
る。もしくはアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の
有機系粒子でもよい。そして、これら無機系粒子や有機
系樹脂を1種もしくは２種以上用いればよい。

【００３０】また、光散乱性粒子２６の平均粒径は、好
適には０．１〜５０μm、最適には１〜４０μｍにする
とよく、これによって光散乱性粒子による光の散乱が好
適となり、光を効率的に導光板２２内に導くことができ
るという点でよい。粒径が小さすぎると光の散乱が不十
分となって導光板内への光の入射効率が悪くなり、逆に
粒径が大きすぎると光の散乱が大きくなりすぎて、フロ
ントライトの輝度が低下する場合がある。

【００３１】また、導光ロッド２３の構成材と光散乱性
粒子２６の双方の屈折率を規定するのが望ましい。

【００３２】とくに導光ロッド２３の構成材の屈折率と
光散乱性粒子２６の屈折率について、その屈折率差の絶
対値を０．０１〜０．２の範囲内にするとよく、この範
囲内であれば、反射型液晶表示装置の輝度を高めること
ができる。

【００３３】かかる屈折率差の絶対値が０・０１未満に
なると、散乱効果が不十分となり、安定的に有効な輝度
アップが見られず、一方、屈折率差の絶対値が０．２を
超えると、散乱効果が強過ぎて、輝度の低下をまねく場
合がある。

【００３４】たとえば、アクリル樹脂からなる導光ロッ
ド２３にシリカからなる光散乱性粒子２６を分散した場
合、アクリル樹脂の屈折率は１．４９であり、シリカの
屈折率は１．４６であり、その差は０．０３である。

【００３５】その他にアクリル樹脂からなる導光ロッド
２３にポリカーボネート樹脂からなる光散乱性粒子２６
を分散した場合、アクリル樹脂の屈折率は１．４９であ
り、ポリカーボネート樹脂の屈折率は１．５８であり、
その差は０．０９である。

【００３６】さらにまた、本発明者が繰り返し行なった
実験によれば、光散乱性粒子を含んだ導光ロッドのヘイ
ズ値を５〜４０％の範囲内にするとよく、この範囲内で
あれば、反射型液晶表示装置の輝度を高めることができ
た。

【００３７】ヘイズ値が５％未満であれば、光散乱効果
が不十分となり、輝度を有効に高めることがむずかしく
なる場合がある。一方、ヘイズ値が４０％を超えると、
散乱効果が強くなり過ぎ、これによって輝度が低下する
場合がある。

【００３８】ヘイズ値は、拡散透過率を全光線透過率で
割ったもので表される。ヘイズ（％）＝（拡散透過率/
全光線透過率）×１００なお、このヘイズ値が大きいほど散乱性が大きいことを
表す。

【００３９】ヘイズ値の測定は図５に示すようなヘイズ
メーターを使用する。同図に示すように、光源から出た
光線は測定用の試料（導光ロッド）を通過し、入力開口
より積分球に入る。積分球に入射された光は、つやのな
い白色コーティングされた積分球内部で一様に拡散さ
れ、検出器（リングセンサ）によって測定される。全光
線透過率は出口開口を閉じて測定された値であり、拡散
透過率は出口開口を開いて測定された値である。

【００４０】また、図２に示すフロントライト２１のよ
うに、導光板２２の外面上に形成する溝２５について
は、導光ロッド２３から遠ざかるにしたがって密になる
ように形成するのが望ましい。その結果、図４に示す如
く、導光板２２より出射される光量が光源部からの距離
によらず一定となり、表示領域全体にて均一な輝度が得
られる。

【００４１】さらにまた、導光板２２の反射型液晶表示
パネル８との配設面２２bと、反射型液晶表示パネル８
の偏光板１４の表面には、反射防止処理を行うのが望ま
しい。その結果、導光板２２の液晶パネルとの配設面２
２bと偏光板１４の表面における反射光を抑えることが
でき、反射型液晶表示装置のコントラストを飛躍的に向
上させることができる。

【００４２】つぎに本発明の他の反射型液晶表示装置を
図６と図７に示す。図６は反射型液晶表示装置２０に使
用するフロントライト２８の斜視図、図７はフロントラ
イト２８の光路を示す平面図である。

【００４３】前述したフロントライト２１によれば、そ
の導光ロッド２３の横断面積は、両端に配した点状光源
５の間にて同じにしているが、これに代えて、フロント
ライト２８においては、導光ロッド２３の横断面積を、
その中央部に向けて漸次小さくなるように楔型に形成し
ている。

【００４４】このような構成にしたことで、点状光源５
よりほぼ正面方向に出射して導光ロッド２３の端面２３
cに入射した光のうち、多くの光を光路変換手段２４に
て、さらには光路変換手段２４と光反射性部材２７との
組合せ構造にて、より効果的に導光板２２へ光出射させ
ることができる。

【００４５】以下、この点をさらに図８と図９により詳
しく述べる。図８に示す光路変換手段２４は、断面形状
ほぼ三角形の溝部２４aと、その溝部２４aに隣接する平
坦部２４bとで形成され、その溝部２４aを構成する２辺
は、点状光源５に近い側の辺が長く、点状光源５から遠
い側の辺が短く形成される。点状光源５から光出射さ
れ、一端面２３cから導光ロッド２３内に入射して光路
変換手段２４で反射する光のうち、溝部２４aで反射す
る光は、溝部２４aを形成する斜面によって一端面２３a
にほぼ垂直に進行しやすく、平面部２４bで反射する光
と比較して一端面２３aを通過して導光板２２内へ進行
する光の量が多くなる。したがって、平坦部２４bの幅
に対する溝部２４aの幅の比率は、導光ロッド２３の一
端面２３cから遠ざかるに従って徐々に大きくなるよう
に設定されている。

【００４６】具体的には、図８に示す光路変換手段２４
の場合は、溝部２４aの幅と平坦部２４bの幅を加算した
幅を一定にして、溝部２４aの幅が点状光源５から離れ
るに従って徐々に大きくなるように設定している。

【００４７】一方、図９に示す光路変換手段２４'の場
合は、溝部２４a'の幅は一定にして、隣接する溝部２４
a'の間隔、すなわち平坦部２４b'を点状光源５から離れ
るに従って徐々に狭くなるように設定している。これら
の構成により、一端面２３aへ放射される光の量は全体
において均一となる。

【００４８】さらに、導光ロッド２３に形成される光路
変換手段の他の構成を図１０により説明する。

【００４９】同図に示す光路変換手段２４''は、導光ロ
ッド２３の一端面２３aに対して略平行な平坦部２４b''
とその平坦部に対して傾斜面をもつ傾斜部２４a''が、
交互に配置されて階段状に形成されたプリズムアレイで
ある。

【００５０】そして、点状光源５から光出射され、一端
面２３cから導光ロッド２３内に入射して、光路変換手
段２４''で反射する光のうち、傾斜部２４a''で反射す
る光は、その斜面によって一端面２３aにほぼ垂直に進
行しやすく、平坦部２４b''で反射する光と比較して一
端面２３aを通過して導光板２２内へ進行する光の量が
多くなる。したがって、平坦部２４b''の幅に対する傾
斜部２４a''の幅の比率は、導光ロッド２３の一端面２
３cから遠ざかるにしたがって漸次大きくなるように設
定するとよい。

【００５１】具体的には、図１０に示す如く、傾斜部２
４a''の幅と平坦部２４b''の幅を加算した幅を一定にし
て、傾斜部２４a''の幅が点状光源５から離れるにした
がって漸次大きくなるように（傾斜部２４a''の幅を大
きく、平坦部２４b''の幅を小さくするように）設定す
るとよい。このような構成でもって、一端面２３aへ放
射される光の量は全体において均一となる。

【００５２】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の反射型液晶表示
装置によれば、反射型液晶表示パネル上にフロントライ
トを配設し、このフロントライトが導光板と、導光板の
端面側に配した点状光源とを備え、さらにこの点状光源
の照射光を導光板に向けて線状光に変換せしめる導光ロ
ッドを導光板端面に配し、そして、導光ロッドの導光板
端面と反対側の面に、線状光の輝度を高めるべく光路変
換手段を設け、かつ導光ロッド内に光散乱性粒子を分散
したことで、点状光源と導光ロッドで構成される光源部
での光の漏れを減少させ、光利用効率の高いフロントラ
イトを実現し、これによって輝度を高めた反射型液晶表
示装置が提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型液晶表示装置の概略断面図であ
る。

【図２】本発明の反射型液晶表示装置に使用するフロン
トライトの斜視図である。

【図３】本発明の反射型液晶表示装置に使用するフロン
トライトの光路を示す平面図である。

【図４】本発明の反射型液晶表示装置の概略断面図であ
る。

【図５】ヘイズ値を測定するヘイズメーターの説明図で
ある。

【図６】本発明の反射型液晶表示装置に用いる他のフロ
ントライトの斜視図である。

【図７】本発明の反射型液晶表示装置に用いる他のフロ
ントライトの光路を示す平面図である。

【図８】本発明に係るフロントライトに用いる導光ロッ
ドの光路変換手段の構成を示す平面図である。

【図９】本発明に係るフロントライトに用いる他の導光
ロッドの光路変換手段の構成を示す平面図である。

【図１０】本発明に係るフロントライトに用いるさらに
他の導光ロッドの光路変換手段の構成を示す平面図であ
る。

【図１１】従来の反射型液晶表示装置に使用するフロン
トライトの斜視図である。

【図１２】従来の反射型液晶表示装置の概略断面図であ
る。

【図１３】従来の反射型液晶表示装置に使用するフロン
トライトの光路を示す平面図である。

【図１４】従来の液晶表示装置の斜視図である。

【符号の説明】

５・・・点状光源８・・・反射型液晶表示パネル２０・・・反射型液晶表示装置２１・・・フロントライト２２・・・導光板２３・・・導光ロッド２４・・・光路変換手段２６・・・光散乱性粒子２７・・・光反射性部材

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５２０Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５２０ // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｙ 101:02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射型液晶表示パネル上にフロントライト
を配設し、このフロントライトが導光板と、該導光板の
端面側に配した点状光源とを備え、さらにこの点状光源
の照射光を導光板に向けて線状光に変換せしめる導光ロ
ッドを導光板端面に配した反射型液晶表示装置であっ
て、前記導光ロッドの導光板端面と反対側の面に、前記
線状光の輝度を高めるべく光路変換手段を設け、かつ前
記導光ロッド内に光散乱性粒子を分散したことを特徴と
する反射型液晶表示装置。
【請求項２】前記光路変換手段が導光ロッドの短辺方向
に沿って形成した溝であることを特徴とする請求項１記
載の反射型液晶表示装置。
【請求項３】前記光路変換手段がプリズムアレイである
ことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装置。
【請求項４】前記光路変換手段の表面に光反射性部材を
形成したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の反
射型液晶表示装置。