JP2004102125A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光源および導光板からなるフロントライトと反射型液晶表示素子とが導光板よりも低い屈折率の透明基板で貼り合わされている反射型液晶表示装置において、照明ムラを低減すること。
【解決手段】光源1および導光板3を有するフロントライトと、導光板3よりも屈折率の低い透明基板5を介して導光板3と貼り合わされた反射型液晶表示素子4とを備える反射型液晶表示装置において、導光板3の反射型液晶表示素子4側の面3bに複数の溝を形成する。
【選択図】 図1
【解決手段】光源1および導光板3を有するフロントライトと、導光板3よりも屈折率の低い透明基板5を介して導光板3と貼り合わされた反射型液晶表示素子4とを備える反射型液晶表示装置において、導光板3の反射型液晶表示素子4側の面3bに複数の溝を形成する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型液晶表示装置に関し、より特定的には、パーソナルコンピュータなどのOA機器、携帯情報端末、ポータブルビデオレコーダなどの画像表示装置や各種モニタに使用される反射型液晶表示装置の照明装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、ポータブルビデオレコーダなどは小型化・ポータブル化が進んでおり、画像表示装置の消費電力低減が重要な課題となっている。そこで消費電力低減を実現するものとして、画像表示装置に反射型液晶表示素子を持つものが多数存在している。
【0003】
反射型液晶表示装置では、太陽光や室内光などの外光を反射させることにより画面の明るさを得ている。しかし、外光の少ないところでは画面に十分な明るさが得られない。そこで、外光の多いときは外光による照明の障害とならず、また外光の少ないときには反射型液晶表示素子を照明しかつ表示画面の視認性を妨げないような照明装置を備えた反射型液晶表示装置が要望されており、そのような照明装置として導光板を用いたものがいくつか提案されている。
【0004】
このような導光板を用いた従来の反射型液晶表示装置としては、例えば特開平2000−221501号公報(特許文献1)に記載のものがある。図7にその断面を模式的に示す。図7において、21は光源であり、22はリフレクタであり、23は導光板であり、24は反射型液晶表示素子である。導光板23の表面(表示画面を見る観察者側の面)には階段状の溝25が形成されている。また導光板23と反射型液晶表示素子24とは、その間に透明基板26として導光板23よりも小さい屈折率の透明材料を充填することにより貼り合わされている。導光板23よりも小さい屈折率の透明基板26を用いるのは、導光板23と透明基板26の境界で伝搬光を全反射させるためである。
【0005】
以上の構成において、光源21から出射された光は、導光板23の内部を伝搬し、導光板23の表面に設けられた階段状の溝25によって反射され、反射型液晶表示素子24を照明する。観察者は、こうして照明された反射型液晶表示素子24を導光板23を透かして見ることができる。
【0006】
【特許文献1】
特開平2000−221501号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の反射型液晶表示装置では、導光板23と反射型液晶表示素子24との間に充填されている透明基板26の屈折率(1.49程度)が導光板23の屈折率(1.53程度)とほぼ同等であるため、導光板23内部を伝搬する光の一部が、導光板23の出射面(透明基板26と接する面)で全反射することなく反射型液晶表示素子24に直接到達して拡散してしまい、その結果照明ムラが生じ、均一な照明が得られないという問題がある。以下、この問題について具体的に説明する。
【0008】
図8に、上記の反射型液晶表示装置の輝度分布をシミュレーションにより求めた結果の概略を示す。導光板23に入射された光は、導光板23の出射面(略平面形状)を水平面としたとき、図9(a)に示すように、±θc1の角度内での伝搬光となる。θc1は導光板23と空気との全反射角度であり、導光板23の屈折率を1.53とすると約41°である。
【0009】
しかし、導光板23の、反射型液晶表示素子24と貼り合わされている部分では、角度の大きい伝搬光は透明基板26および反射型液晶表示素子24の表面に設けられた偏光板を透過してしまう。偏光板を透過した光の一部は反射型液晶表示素子24に設けられた反射層に到達して散乱し、また他の一部は偏光板の下面で反射して再度導光板23内部を伝搬する伝搬光となる。いずれの場合も、散乱もしくは偏光板による透過吸収によって光量が大幅に低減する。この結果、図9(b)に示すように、導光板23と透明基板26間の全反射角度θc2の補角(=θc2’)が伝搬光の角度分布となる。透明基板26の屈折率を1.49とするとθc2は約77°なので、伝搬光の角度分布±θc2’は±13°である。
【0010】
導光板23の表面に設けられた階段状の溝25の光源21に面している側の斜面における伝搬光の角度分布が大きいほど、その斜面における反射光量が高くなり、反射型液晶表示素子24は明るく照明される。したがって、導光板23の厚さをdとしたとき、透明基板26の光源21側端部からd/tan(θc1)だけ離れた場所を点Q1とすると、導光板23の光源21側端部から点Q1までの範囲は輝度が高くなる。また、透明基板26の光源21側端部からd/tan(θc2’)だけ離れた場所を点Q2とすると、点Q2以降の範囲では前述したように伝搬光の角度分布は±13°となるため輝度が低くなる。
【0011】
すなわち、図8におけるエリアAの内部では伝搬光の角度分布は±θc1であり、エリアCの内部では伝搬光の角度分布は±θc2’であり、エリアBの内部では伝搬光の角度分布がなだらかに減少していく。この結果、図8に示すような点Q1から点Q2までの範囲における輝度変化が観察者によって視認され、ムラとなって見えてしまう。
【0012】
それゆえに本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑み、照明ムラを低減した反射型液晶表示装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の構成を採用した。
本発明の反射型液晶表示装置は、光源および導光板を有するフロントライトと、導光板よりも屈折率の低い透明基板を介して導光板と貼り合わされた反射型液晶表示素子とを備え、導光板の反射型液晶表示素子側の面に複数の溝が形成されていることを特徴とする。
【0014】
溝の形状の例としては、光源に対して近い側の斜面である第1斜面と光源に対して遠い側の斜面である第2斜面とからなる断面くさび状のものが挙げられる。
【0015】
また、反射型液晶表示素子の導光板側の面に対する第2斜面の傾き角度はほぼ2°以上となるのが好ましく、それに加えてほぼ10°以下となるのがさらに好ましい。
【0016】
また、反射型液晶表示素子の導光板側の面に対する第1斜面の傾き角度は、導光板と透明基板との境界における全反射角度の補角にほぼ等しくなるのが好ましい。
【0017】
また、反射型液晶表示素子の走査線方向に対する各溝の長手方向の傾き角度は0°もしくはほぼ27°〜32°の範囲となるのが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1に、本発明の反射型液晶表示装置の断面を模式的に示す。図1において、1は光源であり、平板状の導光板3の側面に配置される。光源1としては、例えば熱陰極管・冷陰極管などの蛍光灯、あるいは発光ダイオードを複数配列したもの、あるいは白熱灯、あるいは有機発光材料を線状に形成したものなどが適用できる。
【0019】
2はリフレクタであり、光源1を覆うように配置される。リフレクタ2の内面は反射率が高く、拡散性が小さくなるように構成される。例えば、樹脂のシートに銀・アルミなどの反射率の高い材料を蒸着し、このシートを薄い金属板あるいは樹脂のシートに接着して構成される。
【0020】
3は導光板であり、ガラスや透明樹脂(例えばアクリル系樹脂やポリカーボネート)などを材料とする透明板にて構成される。本実施形態では、一例として、成形性・透明性・耐熱耐湿性を勘案して日本ゼオン(株)製のポリオレフィン系樹脂のゼオノア(R)を使用するものとする。
【0021】
導光板3の大きさは、反射型液晶表示素子4の画面の大きさとほぼ同等である。導光板3の入射端面3c(光源1からの光が入射される端面)と出射面3b(反射型液晶表示素子4に向けて光が出射される面)とはほぼ90°の角度をなす。導光板表面3a(出射面3bと対向する面)の全体としての形状は、設計によって平面が適している場合と曲面が適している場合がある。一般的に曲面形状の方が成形性が悪いが、輝度を均一にするためには設計裕度が高まるので良い。導光板出射面3bは全体として平面である。導光板3の表面3aおよび出射面3bには溝が複数個形成されており、導光板3内部を伝搬する光がそのまま、または導光板出射面3bで全反射後、導光板表面3aで全反射して導光板出射面3bから出射されるようになっている。
【0022】
4は反射型液晶表示素子であり、パーソナルコンピュータなどのOA機器、携帯情報端末、ポータブルビデオレコーダなどの画像表示装置、各種モニタなどに使用される。反射型液晶表示素子4は、二つの基板によって液晶層を挟持し、その表面に偏光板を配置して構成される。
【0023】
5は透明基板であり、導光板3と反射型液晶表示素子4の間に気泡やゴミなどの異物の混入がないように透明材料を充填して形成されたものである。この透明基板5には導光板3よりも低屈折率の材料を用い、例えば紫外光硬化型樹脂や可視光硬化型樹脂などの接着剤、またPETなどの透明な基材に粘着材を塗布してあるような粘着テープなどが適用できる。なお紫外光は反射型液晶表示素子や反射型液晶表示素子の表面に用いられている偏光板を劣化させるので、可視光硬化型樹脂を用いる方が望ましい。本実施形態では透明基板5の材料としてアクリル系の可視光硬化型樹脂を使用する。この場合、屈折率は1.49であり導光板3の材料であるゼオノア(R)の屈折率1.53よりも小さく、吸収波長ピークは約400nmであるため紫外光による反射型液晶表示素子4の劣化は少ない。
【0024】
次に、導光板3の表面3aの溝断面形状の例を図2を参照して説明する。導光板3の表面溝は、図2(a)に示すように、第1斜面3a1(光源1方向に面する斜面)と第2斜面3a2とによって形成されている。略平面形状の出射面3bを水平面としたとき、表面溝の第1斜面3a1の角度θa1は、35°〜50°の範囲に設定される。また同様に、表面溝の第2斜面3a2の角度θa2は、0°〜10°の範囲に設定される。θa1は、伝搬光が全反射によって偏向される主方向を決定する。反射型液晶表示素子4の反射特性によって最大輝度が得られるθa1は変化する。また溝の間隔を一定とした場合にはθa2によって溝の深さを決定することができる。照明すべき反射型液晶表示素子4が大きいほど溝の深さを全体的に小さくすることで、反射型液晶表示素子4が大きい場合にも反射型液晶表示素子4をより均一に照明することができる。また、光源1から遠くなるほどθa2を大きくして溝の深さを大きくすることにより、輝度をより均一にすることができる。
【0025】
また、図2(a)に示した形状の変形例として、図2(b)および図2(c)にしめすように、斜面間に平坦面を形成したものがある。図2(b)においては各溝の間に平坦面3a3が形成されており、図2(c)においては各溝の底部に平坦面3a3が形成されている。このような構成であれば、平坦部3a3の長さを変化させることでθa2を変化させることなしに光源1から遠くなるほど溝深さを大きくすることができ、輝度を均一にすることができる。特に図2(c)のような形状では、導光板3を成型するための金型を製造する際に平坦部をあえて研削によって形成する必要が無く、金型の加工が容易となるため好適である。
【0026】
また、図3(a)〜(c)に示すように、導光板3の出射面3bからの間隔が徐々に変化するように導光板3の表面3aを傾けるようにしても溝深さを変化させることができる。この場合、導光板3の表面3aは全体として曲面形状になる。
【0027】
次に、図4を参照して導光板3の出射面3bの溝断面形状について説明する。出射面3bの溝は、図4に示すように第1斜面3b1と第2斜面3b2によって形成されている。略平面形状の出射面3bを水平面としたとき、第1斜面3b1の角度θb1は、2°〜10°の範囲に設定され、第2斜面3b2の角度θb2は、13°に設定されている。
【0028】
図5(a)に導光板3の斜視図を、図5(b)にその平面図を示す。
本実施形態では導光板3の厚さdは1.5mmであり、図5(b)に示すように、導光板3の表面3aには表面溝が、光源の長手方向に対して表面3a内で角度θa3だけ傾けて形成されており、導光板3の出射面3bには出射面溝が、光源の長手方向に対して出射面3b内で角度θb3だけ傾けて形成されている。
【0029】
表面溝の方向と光源1の長手方向(言い換えると反射型液晶表示素子4の走査線方向)とのなす角度θa3は、反射型液晶表示素子4の画素と表面溝との位置関係に基づくモアレが発生しないように設定されなければならない。本実施形態の例では反射型液晶表示素子4の画素ピッチは0.2mm、表面溝のピッチは0.16mmであり、このときθa3を27°〜32°の範囲に設定すればモアレが小さいことが種々の検討により明らかになった。ただしθa3が大きいと光源1からの光が表面溝の第1斜面3a1で反射する効率が悪くなるので、θa3は27°とするのが好ましい。なお、θa3=0°とした場合、表示画面を見る方向が固定されているのであればモアレが観察されないようにすることが可能であるが、表示画面を見る方向が変化するとそれに応じて反射型液晶表示素子4の画素と表面溝との位置関係が変化するため、見る方向の変化に応じて動くようなモアレ(以下、“視差によるモアレ”と称す)が観察されてしまい、画質が著しく低下してしまう。したがってこれを避けるためθa3≠0°とする。
【0030】
また、出射面溝の方向と光源1の長手方向とのなす角度θb3は、反射型液晶表示素子4の画素と出射面溝との位置関係に基づくモアレが発生しないように設定されなければならない。本実施形態の例では反射型液晶表示素子4の画素ピッチは0.2mm、出射面溝ピッチは0.16mmであり、角度θb3を表面溝と同様に27°〜32°の範囲に設定すればモアレは問題にならない。なお、θb3は、表面溝と平行な方向(つまり+27°〜+32°)であっても良いし、表面溝と交差する方向(つまり−27°〜−32°)であっても良い。出射面溝は接着剤(透明基板5)で充填されているので溝のコントラストが非常に小さく、表面溝との位置関係に基づくモアレの発生を気にする必要はない。なお、出射面溝と反射型液晶表示素子4の画素との距離が近いため前述した“視差によるモアレ”は発生しにくい。よってθb3は0°であっても構わない。ただしこの場合には、導光板3と反射型液晶表示素子4との位置関係によってはモアレが観察されてしまうため、モアレが観察されないような位置関係となるように導光板3と反射型液晶表示素子4とを精度良く貼り合わせる必要がある。
【0031】
導光板3は、反射型液晶表示素子4の表面に設けらた偏光板上に低屈折材料(透明基板5)で貼り合わせられる。導光板3の光源1側の端部は、リフレクタ2とのカップリングのため、偏光板より2mm程度突き出しておく必要がある。
【0032】
次に図6を参照して、以上のように構成された反射型液晶表示装置において、導光板3内部を光がどのように伝搬するかを説明する。
角度−αの伝搬光が図4に示す導光板出射面3bの斜面3b1で反射すると、その伝搬光の角度は+α+2×θb1となる。このため、伝搬光の角度分布が増加し、輝度が上がる。この結果、従来の装置で観察される点Q1から点Q2におけるムラ(図6の破線)が、図6の実線のように緩和されることがシミュレーションにより確認された。
【0033】
ただしθb1が大きいと、図9(b)に示したθc2’に近い伝搬角度で伝搬する光が、出射面溝の斜面3b1をより多く透過してしまうので、結果として画面全体の輝度が低下することになる。またθb1が大きすぎるのは加工性の面からもモアレの面からも好ましくない。種々の検討の結果、本実施形態の例においてはθb1が2°〜10°の範囲が好ましいことが分かった。一般的に、ムラの見えやすさは導光板3と透明基板5の屈折率・透過率、導光板3の厚さ、反射型液晶表示素子4の反射率など、種々の要因によって変化するので、それらに応じてθb1の値を適切に変えるのが良い。ムラが少ない場合にはθb1は小さくても良いが、ムラが目立つ場合にはθb1を大きくし、同時に導光板3の表面溝を再設計して輝度分布を均一化する必要がある。この設計はコンピュータによる光線追跡計算でシミュレーションすることが可能である。本実施形態の例ではθb1を5°とするのが好ましく、導光板3の表面3aについては最適化設計を実施するのが良い。
【0034】
一方θb2については、大きくなると出射面溝の深さが深くなり、貼り合わせるときに気泡が混入しやすくなるので、できるだけ小さい方が望ましい。しかしながら逆に小さすぎると伝搬光が出射面溝の第2斜面3b2に到達してこの斜面で反射してしまい、伝搬光の角度分布が低減してしまう。これにより前述した出射面溝の第1斜面3b1による効果が相殺されてしまう。したがってθb2は図9(b)に示した伝搬角度θc2’(つまり導光板3と透明基板5間の全反射角度)と同等であるのが好ましく、本実施形態の例ではθb2は伝搬角度θc2’と同等の13°とするのが好ましい。
【0035】
なお、本実施形態では導光板表面に表面溝を設けるとしたが、本発明はこれに限らず、導光板表面および表面溝の形状は導光板出射面から光が出射されるのであればどのようなものでも適用可能である。ただし出射効率の点では本実施形態で用いたようなプリズム形状の反射構造が好ましい。
【0036】
また、本実施形態では導光板3と反射型液晶表示素子4の間に透明基板5として透明材料を充填するとしたが、一般にゼオノア(R)などのポリオレフィン系樹脂は接着力が弱いので、透明基板5の材料としてポリオレフィン系樹脂を用いるときには導光板出射面3bにSiO2などの光学材料を前もって蒸着しておくと接着強度が増すので好ましい。
【0037】
また、出射面溝の形状や深さや間隔については導光板3全体にわたって一律であっても構わないし、その位置に応じて(例えば光源1からの距離に応じて)適宜変化させても構わない。
【0038】
また、本実施形態では反射型液晶表示装置について説明したが、これに限らず、例えば光源1および導光板3を備えたフロントライトによって写真立てを正面から照明するような場合にも本発明を適用することができる。
【0039】
【発明の効果】
以上のように、本発明の反射型液晶表示装置によれば、導光板の反射型液晶表示素子側の面に複数の溝を形成することにより、照明ムラを低減することができる。
【0040】
特に、導光板の出射面に設けられた溝を構成する2斜面のうち、光源に対して遠い側の斜面である第2斜面の傾き角度をほぼ2°以上とすることで、照明ムラを効果的に低減することができる。また、それに加えて第2斜面の傾き角度をほぼ10°以下とすることで、第2の斜面の傾きが大きすぎることに起因する輝度の低下を抑えることができる。
【0041】
また特に、導光板の出射面に設けられた溝を構成する2斜面のうち、光源に対して近い側の斜面である第2斜面の傾き角度を、導光板と透明基板との境界における全反射角度の補角にほぼ等しくすることで、第2斜面の傾き角度が大きすぎることに起因する加工性の低下を防止することができるとともに、第2斜面の傾き角度が小さすぎることに起因する照明ムラ低減効果の低下を防止することができる。
【0042】
また特に、反射型液晶表示素子の走査線方向に対する、導光板の出射面に設けられた各溝の長手方向の傾き角度(θb3)を0°もしくはほぼ27°〜32°の範囲とすることで、モアレの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る反射型液晶表示装置の断面を示す模式図である。
【図2】同実施形態における導光板表面の断面形状の例を示す図である。
【図3】同実施形態における導光体表面の断面形状の他の例を示す図である。
【図4】同実施形態における導光板出射面の断面形状を示す図である。
【図5】同実施形態における導光板の形状を示す図である。
【図6】同実施形態における輝度分布の概略を示す図である。
【図7】従来の反射型液晶表示装置の断面を示す模式図である。
【図8】従来の反射型液晶表示装置における輝度分布の概略を示す図である。
【図9】従来の反射型液晶表示装置における導光板中の伝搬光の角度分布を示す図である。
【符号の説明】
1 光源
2 リフレクタ
3 導光板
3a 導光板表面
3a1 表面第1斜面
3a2 表面第2斜面
3a3 表面平坦部
3b 導光板出射面
3b1 出射面第1斜面
3b2 出射面第2斜面
3c 導光板入射端面
4 反射型液晶表示素子
5 透明基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型液晶表示装置に関し、より特定的には、パーソナルコンピュータなどのOA機器、携帯情報端末、ポータブルビデオレコーダなどの画像表示装置や各種モニタに使用される反射型液晶表示装置の照明装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、ポータブルビデオレコーダなどは小型化・ポータブル化が進んでおり、画像表示装置の消費電力低減が重要な課題となっている。そこで消費電力低減を実現するものとして、画像表示装置に反射型液晶表示素子を持つものが多数存在している。
【0003】
反射型液晶表示装置では、太陽光や室内光などの外光を反射させることにより画面の明るさを得ている。しかし、外光の少ないところでは画面に十分な明るさが得られない。そこで、外光の多いときは外光による照明の障害とならず、また外光の少ないときには反射型液晶表示素子を照明しかつ表示画面の視認性を妨げないような照明装置を備えた反射型液晶表示装置が要望されており、そのような照明装置として導光板を用いたものがいくつか提案されている。
【0004】
このような導光板を用いた従来の反射型液晶表示装置としては、例えば特開平2000−221501号公報(特許文献1)に記載のものがある。図7にその断面を模式的に示す。図7において、21は光源であり、22はリフレクタであり、23は導光板であり、24は反射型液晶表示素子である。導光板23の表面(表示画面を見る観察者側の面)には階段状の溝25が形成されている。また導光板23と反射型液晶表示素子24とは、その間に透明基板26として導光板23よりも小さい屈折率の透明材料を充填することにより貼り合わされている。導光板23よりも小さい屈折率の透明基板26を用いるのは、導光板23と透明基板26の境界で伝搬光を全反射させるためである。
【0005】
以上の構成において、光源21から出射された光は、導光板23の内部を伝搬し、導光板23の表面に設けられた階段状の溝25によって反射され、反射型液晶表示素子24を照明する。観察者は、こうして照明された反射型液晶表示素子24を導光板23を透かして見ることができる。
【0006】
【特許文献1】
特開平2000−221501号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の反射型液晶表示装置では、導光板23と反射型液晶表示素子24との間に充填されている透明基板26の屈折率(1.49程度)が導光板23の屈折率(1.53程度)とほぼ同等であるため、導光板23内部を伝搬する光の一部が、導光板23の出射面(透明基板26と接する面)で全反射することなく反射型液晶表示素子24に直接到達して拡散してしまい、その結果照明ムラが生じ、均一な照明が得られないという問題がある。以下、この問題について具体的に説明する。
【0008】
図8に、上記の反射型液晶表示装置の輝度分布をシミュレーションにより求めた結果の概略を示す。導光板23に入射された光は、導光板23の出射面(略平面形状)を水平面としたとき、図9(a)に示すように、±θc1の角度内での伝搬光となる。θc1は導光板23と空気との全反射角度であり、導光板23の屈折率を1.53とすると約41°である。
【0009】
しかし、導光板23の、反射型液晶表示素子24と貼り合わされている部分では、角度の大きい伝搬光は透明基板26および反射型液晶表示素子24の表面に設けられた偏光板を透過してしまう。偏光板を透過した光の一部は反射型液晶表示素子24に設けられた反射層に到達して散乱し、また他の一部は偏光板の下面で反射して再度導光板23内部を伝搬する伝搬光となる。いずれの場合も、散乱もしくは偏光板による透過吸収によって光量が大幅に低減する。この結果、図9(b)に示すように、導光板23と透明基板26間の全反射角度θc2の補角(=θc2’)が伝搬光の角度分布となる。透明基板26の屈折率を1.49とするとθc2は約77°なので、伝搬光の角度分布±θc2’は±13°である。
【0010】
導光板23の表面に設けられた階段状の溝25の光源21に面している側の斜面における伝搬光の角度分布が大きいほど、その斜面における反射光量が高くなり、反射型液晶表示素子24は明るく照明される。したがって、導光板23の厚さをdとしたとき、透明基板26の光源21側端部からd/tan(θc1)だけ離れた場所を点Q1とすると、導光板23の光源21側端部から点Q1までの範囲は輝度が高くなる。また、透明基板26の光源21側端部からd/tan(θc2’)だけ離れた場所を点Q2とすると、点Q2以降の範囲では前述したように伝搬光の角度分布は±13°となるため輝度が低くなる。
【0011】
すなわち、図8におけるエリアAの内部では伝搬光の角度分布は±θc1であり、エリアCの内部では伝搬光の角度分布は±θc2’であり、エリアBの内部では伝搬光の角度分布がなだらかに減少していく。この結果、図8に示すような点Q1から点Q2までの範囲における輝度変化が観察者によって視認され、ムラとなって見えてしまう。
【0012】
それゆえに本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑み、照明ムラを低減した反射型液晶表示装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の構成を採用した。
本発明の反射型液晶表示装置は、光源および導光板を有するフロントライトと、導光板よりも屈折率の低い透明基板を介して導光板と貼り合わされた反射型液晶表示素子とを備え、導光板の反射型液晶表示素子側の面に複数の溝が形成されていることを特徴とする。
【0014】
溝の形状の例としては、光源に対して近い側の斜面である第1斜面と光源に対して遠い側の斜面である第2斜面とからなる断面くさび状のものが挙げられる。
【0015】
また、反射型液晶表示素子の導光板側の面に対する第2斜面の傾き角度はほぼ2°以上となるのが好ましく、それに加えてほぼ10°以下となるのがさらに好ましい。
【0016】
また、反射型液晶表示素子の導光板側の面に対する第1斜面の傾き角度は、導光板と透明基板との境界における全反射角度の補角にほぼ等しくなるのが好ましい。
【0017】
また、反射型液晶表示素子の走査線方向に対する各溝の長手方向の傾き角度は0°もしくはほぼ27°〜32°の範囲となるのが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1に、本発明の反射型液晶表示装置の断面を模式的に示す。図1において、1は光源であり、平板状の導光板3の側面に配置される。光源1としては、例えば熱陰極管・冷陰極管などの蛍光灯、あるいは発光ダイオードを複数配列したもの、あるいは白熱灯、あるいは有機発光材料を線状に形成したものなどが適用できる。
【0019】
2はリフレクタであり、光源1を覆うように配置される。リフレクタ2の内面は反射率が高く、拡散性が小さくなるように構成される。例えば、樹脂のシートに銀・アルミなどの反射率の高い材料を蒸着し、このシートを薄い金属板あるいは樹脂のシートに接着して構成される。
【0020】
3は導光板であり、ガラスや透明樹脂(例えばアクリル系樹脂やポリカーボネート)などを材料とする透明板にて構成される。本実施形態では、一例として、成形性・透明性・耐熱耐湿性を勘案して日本ゼオン(株)製のポリオレフィン系樹脂のゼオノア(R)を使用するものとする。
【0021】
導光板3の大きさは、反射型液晶表示素子4の画面の大きさとほぼ同等である。導光板3の入射端面3c(光源1からの光が入射される端面)と出射面3b(反射型液晶表示素子4に向けて光が出射される面)とはほぼ90°の角度をなす。導光板表面3a(出射面3bと対向する面)の全体としての形状は、設計によって平面が適している場合と曲面が適している場合がある。一般的に曲面形状の方が成形性が悪いが、輝度を均一にするためには設計裕度が高まるので良い。導光板出射面3bは全体として平面である。導光板3の表面3aおよび出射面3bには溝が複数個形成されており、導光板3内部を伝搬する光がそのまま、または導光板出射面3bで全反射後、導光板表面3aで全反射して導光板出射面3bから出射されるようになっている。
【0022】
4は反射型液晶表示素子であり、パーソナルコンピュータなどのOA機器、携帯情報端末、ポータブルビデオレコーダなどの画像表示装置、各種モニタなどに使用される。反射型液晶表示素子4は、二つの基板によって液晶層を挟持し、その表面に偏光板を配置して構成される。
【0023】
5は透明基板であり、導光板3と反射型液晶表示素子4の間に気泡やゴミなどの異物の混入がないように透明材料を充填して形成されたものである。この透明基板5には導光板3よりも低屈折率の材料を用い、例えば紫外光硬化型樹脂や可視光硬化型樹脂などの接着剤、またPETなどの透明な基材に粘着材を塗布してあるような粘着テープなどが適用できる。なお紫外光は反射型液晶表示素子や反射型液晶表示素子の表面に用いられている偏光板を劣化させるので、可視光硬化型樹脂を用いる方が望ましい。本実施形態では透明基板5の材料としてアクリル系の可視光硬化型樹脂を使用する。この場合、屈折率は1.49であり導光板3の材料であるゼオノア(R)の屈折率1.53よりも小さく、吸収波長ピークは約400nmであるため紫外光による反射型液晶表示素子4の劣化は少ない。
【0024】
次に、導光板3の表面3aの溝断面形状の例を図2を参照して説明する。導光板3の表面溝は、図2(a)に示すように、第1斜面3a1(光源1方向に面する斜面)と第2斜面3a2とによって形成されている。略平面形状の出射面3bを水平面としたとき、表面溝の第1斜面3a1の角度θa1は、35°〜50°の範囲に設定される。また同様に、表面溝の第2斜面3a2の角度θa2は、0°〜10°の範囲に設定される。θa1は、伝搬光が全反射によって偏向される主方向を決定する。反射型液晶表示素子4の反射特性によって最大輝度が得られるθa1は変化する。また溝の間隔を一定とした場合にはθa2によって溝の深さを決定することができる。照明すべき反射型液晶表示素子4が大きいほど溝の深さを全体的に小さくすることで、反射型液晶表示素子4が大きい場合にも反射型液晶表示素子4をより均一に照明することができる。また、光源1から遠くなるほどθa2を大きくして溝の深さを大きくすることにより、輝度をより均一にすることができる。
【0025】
また、図2(a)に示した形状の変形例として、図2(b)および図2(c)にしめすように、斜面間に平坦面を形成したものがある。図2(b)においては各溝の間に平坦面3a3が形成されており、図2(c)においては各溝の底部に平坦面3a3が形成されている。このような構成であれば、平坦部3a3の長さを変化させることでθa2を変化させることなしに光源1から遠くなるほど溝深さを大きくすることができ、輝度を均一にすることができる。特に図2(c)のような形状では、導光板3を成型するための金型を製造する際に平坦部をあえて研削によって形成する必要が無く、金型の加工が容易となるため好適である。
【0026】
また、図3(a)〜(c)に示すように、導光板3の出射面3bからの間隔が徐々に変化するように導光板3の表面3aを傾けるようにしても溝深さを変化させることができる。この場合、導光板3の表面3aは全体として曲面形状になる。
【0027】
次に、図4を参照して導光板3の出射面3bの溝断面形状について説明する。出射面3bの溝は、図4に示すように第1斜面3b1と第2斜面3b2によって形成されている。略平面形状の出射面3bを水平面としたとき、第1斜面3b1の角度θb1は、2°〜10°の範囲に設定され、第2斜面3b2の角度θb2は、13°に設定されている。
【0028】
図5(a)に導光板3の斜視図を、図5(b)にその平面図を示す。
本実施形態では導光板3の厚さdは1.5mmであり、図5(b)に示すように、導光板3の表面3aには表面溝が、光源の長手方向に対して表面3a内で角度θa3だけ傾けて形成されており、導光板3の出射面3bには出射面溝が、光源の長手方向に対して出射面3b内で角度θb3だけ傾けて形成されている。
【0029】
表面溝の方向と光源1の長手方向(言い換えると反射型液晶表示素子4の走査線方向)とのなす角度θa3は、反射型液晶表示素子4の画素と表面溝との位置関係に基づくモアレが発生しないように設定されなければならない。本実施形態の例では反射型液晶表示素子4の画素ピッチは0.2mm、表面溝のピッチは0.16mmであり、このときθa3を27°〜32°の範囲に設定すればモアレが小さいことが種々の検討により明らかになった。ただしθa3が大きいと光源1からの光が表面溝の第1斜面3a1で反射する効率が悪くなるので、θa3は27°とするのが好ましい。なお、θa3=0°とした場合、表示画面を見る方向が固定されているのであればモアレが観察されないようにすることが可能であるが、表示画面を見る方向が変化するとそれに応じて反射型液晶表示素子4の画素と表面溝との位置関係が変化するため、見る方向の変化に応じて動くようなモアレ(以下、“視差によるモアレ”と称す)が観察されてしまい、画質が著しく低下してしまう。したがってこれを避けるためθa3≠0°とする。
【0030】
また、出射面溝の方向と光源1の長手方向とのなす角度θb3は、反射型液晶表示素子4の画素と出射面溝との位置関係に基づくモアレが発生しないように設定されなければならない。本実施形態の例では反射型液晶表示素子4の画素ピッチは0.2mm、出射面溝ピッチは0.16mmであり、角度θb3を表面溝と同様に27°〜32°の範囲に設定すればモアレは問題にならない。なお、θb3は、表面溝と平行な方向(つまり+27°〜+32°)であっても良いし、表面溝と交差する方向(つまり−27°〜−32°)であっても良い。出射面溝は接着剤(透明基板5)で充填されているので溝のコントラストが非常に小さく、表面溝との位置関係に基づくモアレの発生を気にする必要はない。なお、出射面溝と反射型液晶表示素子4の画素との距離が近いため前述した“視差によるモアレ”は発生しにくい。よってθb3は0°であっても構わない。ただしこの場合には、導光板3と反射型液晶表示素子4との位置関係によってはモアレが観察されてしまうため、モアレが観察されないような位置関係となるように導光板3と反射型液晶表示素子4とを精度良く貼り合わせる必要がある。
【0031】
導光板3は、反射型液晶表示素子4の表面に設けらた偏光板上に低屈折材料(透明基板5)で貼り合わせられる。導光板3の光源1側の端部は、リフレクタ2とのカップリングのため、偏光板より2mm程度突き出しておく必要がある。
【0032】
次に図6を参照して、以上のように構成された反射型液晶表示装置において、導光板3内部を光がどのように伝搬するかを説明する。
角度−αの伝搬光が図4に示す導光板出射面3bの斜面3b1で反射すると、その伝搬光の角度は+α+2×θb1となる。このため、伝搬光の角度分布が増加し、輝度が上がる。この結果、従来の装置で観察される点Q1から点Q2におけるムラ(図6の破線)が、図6の実線のように緩和されることがシミュレーションにより確認された。
【0033】
ただしθb1が大きいと、図9(b)に示したθc2’に近い伝搬角度で伝搬する光が、出射面溝の斜面3b1をより多く透過してしまうので、結果として画面全体の輝度が低下することになる。またθb1が大きすぎるのは加工性の面からもモアレの面からも好ましくない。種々の検討の結果、本実施形態の例においてはθb1が2°〜10°の範囲が好ましいことが分かった。一般的に、ムラの見えやすさは導光板3と透明基板5の屈折率・透過率、導光板3の厚さ、反射型液晶表示素子4の反射率など、種々の要因によって変化するので、それらに応じてθb1の値を適切に変えるのが良い。ムラが少ない場合にはθb1は小さくても良いが、ムラが目立つ場合にはθb1を大きくし、同時に導光板3の表面溝を再設計して輝度分布を均一化する必要がある。この設計はコンピュータによる光線追跡計算でシミュレーションすることが可能である。本実施形態の例ではθb1を5°とするのが好ましく、導光板3の表面3aについては最適化設計を実施するのが良い。
【0034】
一方θb2については、大きくなると出射面溝の深さが深くなり、貼り合わせるときに気泡が混入しやすくなるので、できるだけ小さい方が望ましい。しかしながら逆に小さすぎると伝搬光が出射面溝の第2斜面3b2に到達してこの斜面で反射してしまい、伝搬光の角度分布が低減してしまう。これにより前述した出射面溝の第1斜面3b1による効果が相殺されてしまう。したがってθb2は図9(b)に示した伝搬角度θc2’(つまり導光板3と透明基板5間の全反射角度)と同等であるのが好ましく、本実施形態の例ではθb2は伝搬角度θc2’と同等の13°とするのが好ましい。
【0035】
なお、本実施形態では導光板表面に表面溝を設けるとしたが、本発明はこれに限らず、導光板表面および表面溝の形状は導光板出射面から光が出射されるのであればどのようなものでも適用可能である。ただし出射効率の点では本実施形態で用いたようなプリズム形状の反射構造が好ましい。
【0036】
また、本実施形態では導光板3と反射型液晶表示素子4の間に透明基板5として透明材料を充填するとしたが、一般にゼオノア(R)などのポリオレフィン系樹脂は接着力が弱いので、透明基板5の材料としてポリオレフィン系樹脂を用いるときには導光板出射面3bにSiO2などの光学材料を前もって蒸着しておくと接着強度が増すので好ましい。
【0037】
また、出射面溝の形状や深さや間隔については導光板3全体にわたって一律であっても構わないし、その位置に応じて(例えば光源1からの距離に応じて)適宜変化させても構わない。
【0038】
また、本実施形態では反射型液晶表示装置について説明したが、これに限らず、例えば光源1および導光板3を備えたフロントライトによって写真立てを正面から照明するような場合にも本発明を適用することができる。
【0039】
【発明の効果】
以上のように、本発明の反射型液晶表示装置によれば、導光板の反射型液晶表示素子側の面に複数の溝を形成することにより、照明ムラを低減することができる。
【0040】
特に、導光板の出射面に設けられた溝を構成する2斜面のうち、光源に対して遠い側の斜面である第2斜面の傾き角度をほぼ2°以上とすることで、照明ムラを効果的に低減することができる。また、それに加えて第2斜面の傾き角度をほぼ10°以下とすることで、第2の斜面の傾きが大きすぎることに起因する輝度の低下を抑えることができる。
【0041】
また特に、導光板の出射面に設けられた溝を構成する2斜面のうち、光源に対して近い側の斜面である第2斜面の傾き角度を、導光板と透明基板との境界における全反射角度の補角にほぼ等しくすることで、第2斜面の傾き角度が大きすぎることに起因する加工性の低下を防止することができるとともに、第2斜面の傾き角度が小さすぎることに起因する照明ムラ低減効果の低下を防止することができる。
【0042】
また特に、反射型液晶表示素子の走査線方向に対する、導光板の出射面に設けられた各溝の長手方向の傾き角度(θb3)を0°もしくはほぼ27°〜32°の範囲とすることで、モアレの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る反射型液晶表示装置の断面を示す模式図である。
【図2】同実施形態における導光板表面の断面形状の例を示す図である。
【図3】同実施形態における導光体表面の断面形状の他の例を示す図である。
【図4】同実施形態における導光板出射面の断面形状を示す図である。
【図5】同実施形態における導光板の形状を示す図である。
【図6】同実施形態における輝度分布の概略を示す図である。
【図7】従来の反射型液晶表示装置の断面を示す模式図である。
【図8】従来の反射型液晶表示装置における輝度分布の概略を示す図である。
【図9】従来の反射型液晶表示装置における導光板中の伝搬光の角度分布を示す図である。
【符号の説明】
1 光源
2 リフレクタ
3 導光板
3a 導光板表面
3a1 表面第1斜面
3a2 表面第2斜面
3a3 表面平坦部
3b 導光板出射面
3b1 出射面第1斜面
3b2 出射面第2斜面
3c 導光板入射端面
4 反射型液晶表示素子
5 透明基板
Claims (6)
- 光源および導光板を有するフロントライトと、前記導光板よりも屈折率の低い透明基板を介して前記導光板と貼り合わされた反射型液晶表示素子とを備え、前記導光板の前記反射型液晶表示素子側の面に複数の溝が形成されていることを特徴とする反射型液晶表示装置。
- 前記複数の溝の形状が、前記光源に対して近い側の斜面である第1斜面と前記光源に対して遠い側の斜面である第2斜面とからなる断面くさび状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。
- 前記反射型液晶表示素子の前記導光板側の面に対する前記第2斜面の傾き角度がほぼ2°以上であることを特徴とする、請求項2記載の反射型液晶表示装置。
- 前記反射型液晶表示素子の前記導光板側の面に対する前記第2斜面の傾き角度がほぼ2°〜10°の範囲であることを特徴とする、請求項2記載の反射型液晶表示装置。
- 前記反射型液晶表示素子の前記導光板側の面に対する前記第1斜面の傾き角度が、前記導光板と前記透明基板との境界における全反射角度の補角にほぼ等しいことを特徴とする、請求項2記載の反射型液晶表示装置。
- 前記反射型液晶表示素子の走査線方向に対する各前記溝の長手方向の傾き角度が0°もしくはほぼ27°〜32°の範囲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。
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WO2008150611A2 (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-11 | Motorola, Inc. | Lighting system for thin reflective display devices |
-
2002
- 2002-09-12 JP JP2002266770A patent/JP2004102125A/ja active Pending
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WO2008150611A2 (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-11 | Motorola, Inc. | Lighting system for thin reflective display devices |
WO2008150611A3 (en) * | 2007-05-30 | 2011-03-24 | Motorola, Inc. | Lighting system for thin reflective display devices |
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