JP3573938B2 - 前方照明装置およびこれを備えた反射型液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被照明物と観察者との間に配置されて使用され、被照明物に光を照射すると共に、被照明物からの反射光を観察者が視認できるように該反射光を透過させるべく構成された前方照明装置と、この前方照明装置を補助光源として備え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】
液晶表示装置は、ＣＲＴ(Cathode Ray Tube)、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)、あるいはＥＬ(Electro Luminescence)といった他のディスプレイとは異なり、液晶そのものは発光せずに、特定の光源からの光の透過光量を調節することによって文字や画像を表示する。
【０００３】
従来の液晶表示装置（以下、ＬＣＤ：Liquid Crystal Displayと称する）は、透過型ＬＣＤと、反射型ＬＣＤとに大別することが可能である。透過型ＬＣＤは、液晶セルの背面に、光源（バックライト）としての、蛍光管やＥＬ等の面発光光源が配置される。
【０００４】
一方、反射型ＬＣＤは、周囲光を利用して表示を行うため、バックライトを必要とせず、消費電力が少ないという利点がある。さらに、直射日光の当たるような非常に明るい場所では、発光型ディスプレイや透過型ＬＣＤは表示がほとんど見えなくなるのに対し、反射型ＬＣＤではより鮮明に見える。このため、反射型ＬＣＤは、近年益々需要が高まっている携帯情報端末やモバイルコンピュータに適用されている。
【０００５】
ただし、反射型ＬＣＤは、以下のような問題点を有している。つまり、反射型ＬＣＤは周囲光を利用するので、表示輝度が周辺環境へ依存する度合いが非常に高く、特に、夜間などの暗闇では、表示が全く認識できないこともある。特に、カラー化のためにカラーフィルタを用いた反射型ＬＣＤや、偏光板を用いた反射型ＬＣＤにおいて、上述の問題は大きく、十分な周囲光が得られない場合に備えて補助照明が必要となる。
【０００６】
しかし、反射型ＬＣＤは液晶セルの背面に反射板が設置されており、透過型ＬＣＤのようなバックライトを用いることはできない。反射板としてハーフミラーを用いた半透過型ＬＣＤと呼ばれる装置も提案されているが、その表示特性は透過型とも反射型ともいえない中途半端なものとなり、実用化は難しいと考えられる。
【０００７】
そこで、周囲が暗い場合の反射型ＬＣＤの補助照明として、液晶セルの前面に配置するためのフロントライトシステムが、従来から提案されている。このフロントライトシステムは、一般的に、導光体と、導光体の側面に配置された光源とを備える。導光体側面から入射した光源光は導光体内部を進行し、導光体表面につくられた形状で反射して液晶セル側へ出射する。出射した光は、液晶セルを透過しながら表示情報に応じて調光され、液晶セルの背面側に配置された反射板で反射されることによって、再び導光体を透過して観察者側へ出射される。これにより、観察者は、周囲光量が不十分なときでも、表示の認識が可能となる。
【０００８】
なお、このようなフロントライトは、例えば特開平５−１５８０３４号公報、SID DIGEST P.375(1995)等に開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、SID DIGEST P.375(1995)に開示されたフロントライトシステムの動作原理について、図５１を参照しながら簡単に説明する。上記フロントライトシステムにおいて、平坦部１０１ａおよび傾斜部１０１ｂから形成される界面１０１を有する導光体１０４の一方の側面を、光源１０６からの光が入射する入射面１０５とする。すなわち、光源１０６は、導光体１０４の入射面１０５に対向する位置に配置されている。
【００１０】
光源１０６から入射面１０５を通って導光体１０４に入射した光のうち、あるものは直進し、あるものは導光体１０４とその周辺媒質との界面１０１・１０８に入射する。このとき、導光体１０４の周辺媒質が空気であるものとし、導光体１０４の屈折率が１．５程度であるとすると、スネルの法則（式１）から、界面１０１・１０８に対する入射角が約４１．８°以上の光は、界面１０１・１０８で全反射することが分かる。
【００１１】
ｎ1 ・ｓｉｎθ1 ＝ｎ2 ・ｓｉｎθ2
θc ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ2 ／ｎ1 ） ・・・（式１）
ただし、ｎ1 は第１の媒質（ここでは導光体１０４）の屈折率、
ｎ2 は第２の媒質（ここでは空気）の屈折率、
θ1 は導光体１０４から界面１０１への入射角、
θ2 は界面１０１から第２の媒質への出射角、
θc は臨界角、である。
【００１２】
界面１０１・１０８に入射した光の中で、反射面である傾斜部１０１ｂで全反射した光と、界面１０８で全反射した後、界面１０１の傾斜部１０１ｂで反射した光は、液晶セル１１０に入射する。液晶セル１１０に入射した光は、図示しない液晶層により調光された後、液晶セル１１０の背面に設けられた反射板１１１により反射され、導光体１０４に再び入射して平坦部１０１ａを透過し、観察者１０９側へ出射される。
【００１３】
また、光源１０６から入射面１０５を通り、傾斜部１０１ｂではなく平坦部１０１ａに入射した光は、界面１０１と界面１０８との間で、傾斜部１０１ｂに到達するまで全反射を繰り返しつつ伝搬する。なお、観察者１０９側から見た傾斜部１０１ｂの面積は、平坦部１０１ａの面積に比べて、十分に小さく形成されている。
【００１４】
上記従来のフロントライトシステムは、以下の問題を有する。
（１）図５２に示すように、全反射を繰り返しても傾斜部１０１ｂに到達できない光や、入射面１０５に対して略垂直に入射した光は、入射面１０５に対向する面１０７から導光体１０４の外へ出射する光１１４となり、表示に利用され得ない。すなわち、光の利用効率が悪い。
（２）傾斜部１０１ｂと平坦部１０１ａとから構成される界面１０１の形状は、ちょうどプリズムシートの頂点を平らにした形状に似ており、図５２に示すように、周囲光１１５が観察者１０９側へ反射され易く、表示品位の低下につながる。
【００１５】
これらの問題は、従来のフロントライトシステムの大半に共通しており、光源光の利用効率の向上が望まれている。
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、光源光の利用効率を向上させるとともに、被照明物に対して均一且つより明るい照明を可能とする前方照明装置と、この前方照明装置を用いた反射型の液晶表示装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の前方照明装置は、光源および導光体を備え、被照明物の前方に配置されて使用される前方照明装置において、上記導光体が、光源から光を入射する入射面と、被照明物へ向けて光を出射する第１の出射面と、上記第１の出射面に対向し、被照明物からの反射光を出射する第２の出射面とを備え、上記第２の出射面が、主として光源からの光を第１の出射面へ向けて反射する傾斜部と、主として被照明物からの反射光を透過する平坦部とが交互に配置された階段状に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
上記の構成では、第１の出射面から被照明物へ照明光が出射され、被照明物からの反射光は、上記第１の出射面から再び導光体内へ戻り、第２の出射面の平坦部を透過して観察者側へ到達する。上記の構成の導光体は、第１の出射面に対向する第２の出射面が、傾斜部および平坦部が交互に配置された階段状に形成され、さらに、平坦部と平坦部との間に位置する傾斜部が主として光源からの光を第１の出射面へ向けて反射するので、光源から入射した光のうち、平坦部に平行な成分のすべてが、上記傾斜部にて反射して第１の出射面から被照明物へ照射されることとなる。これにより、略平板状に形成された導光体を有する従来の構成と比較すると、本発明の前方照明装置では、平坦部に平行に進行する光の成分が導光体の外へ漏れることなく、被照明物へ照射される。従って、光源光の利用効率が向上し、より明るい前方照明装置を提供できる。
【００１９】
通常、導光体における第１の出射面では、導光体の第２の出射面に形成されている傾斜部からの光の一部が反射されて反射光となる。この反射光の発生により、導光体における第１の出射面から第２の出射面へ反射像が形成される。その結果、この反射像と、上記傾斜部における像とが互いに干渉または回折し、観察者から見て、被照明物の表面に輝度分布のムラや虹色の分光が生じることになる。
【００２０】
しかしながら、上記の構成によれば、前方照明装置が上記光学手段を備えているため、傾斜部からの入射光が第１の出射面で反射されて生ずる反射光の発生を抑制することができる。それゆえ、微小光源部として作用する傾斜部における像と、反射光による反射像との干渉または回折を防止することができる。そのため、観察者側（第２の出射面）にて観察される表示上の輝度分布のムラや虹色の分光の発生を防止することができる。
【００２１】
本発明の前方照明装置は、上記導光体を第１の導光体とすると、上記第１の出射面からの出射光の輝度分布を平均化する第２の導光体をさらに備えたことを特徴とする。
【００２２】
本発明の前方照明装置は、第１の導光体が階段状に形成されていることから、第２の出射面の傾斜部から第１の出射面までの距離が、光源からの距離に比例して小さくなる。それゆえ、第１の出射面から出射する光の輝度分布が均一でないことがある。上記の構成は、第２の導光体を備えたことにより、被照明物への出射光の輝度分布が平均化される。この結果、輝度むらのない面光源として機能する前方照明装置を提供できる。
【００２３】
本発明の前方照明装置は、光源および導光体を備え、被照明物の前方に配置されて使用される前方照明装置において、上記導光体が、光源から光を入射する入射面と、被照明物へ向けて光を出射する第１の出射面と、上記第１の出射面に対向し、被照明物からの反射光を出射する第２の出射面とを備え、上記第２の出射面が、主として光源からの光を第１の出射面へ向けて反射する傾斜部と、主として被照明物からの反射光を透過する平坦部とが交互に配置された階段状に形成され、上記導光体を第１の導光体とすると、上記第１の出射面からの出射光の輝度分布を平均化する第２の導光体をさらに備えたことを特徴としています。
【００２４】
本発明の前方照明装置は、第１の導光体の屈折率と、第２の導光体の屈折率とがほぼ等しいことを特徴とする。
【００２５】
上記の構成によれば、第１の導光体の屈折率と第２の導光体の屈折率とがほぼ等しいことにより、第１の導光体において第２の斜面の傾斜部で反射した光が、そのままの角度で被照明物に向かって出射することとなる。この結果、第２の導光体への入射時または第２の導光体からの出射時の屈折による光の軌跡の変化を考慮しなくて済み、設計が容易となるという利点がある。
【００２６】
本発明の前方照明装置は、第１の導光体と第２の導光体とが一体に形成されていることを特徴とする。
【００２７】
上記の構成によれば、第１の導光体と第２の導光体とが一体に形成されたことにより、製造が容易であるという利点がある。
【００２８】
本発明の前方照明装置は、上記光学手段が反射防止膜であることを特徴とする。
【００２９】
上記の構成によれば、光学手段として、市販されている反射防止膜（反射防止フィルム）をそのまま用いることができるため、前方照明装置の製造コストの上昇を抑制することができる。そのため、安価な前方照明装置を提供することができる。
【００３０】
本発明の前方照明装置は、上記光学手段は、上記第２の導光体が有する屈折率とほぼ等しい屈折率を有する接着剤により第２の導光体と接着されていることを特徴とする。
【００３１】
上記の構成によれば、光学手段は、第２の導光体の屈折率とほぼ等しい屈折率の接着剤にて接着されているため、第２の導光体内の光の入出力条件をほぼ変えることなく反射防止効果を向上することができる。
【００３２】
本発明の前方照明装置は、第２の導光体が、第１の導光体における第１の出射面からの出射光を散乱させる光散乱体であることを特徴とする。
【００３３】
上記の構成では、第２の導光体としての光散乱体が、第１の導光体からの出射光を散乱させることにより、被照明物への出射光の輝度分布が平均化される。この結果、輝度むらのない面光源として機能する前方照明装置が実現される。
【００３４】
本発明の前方照明装置は、上記光散乱体が、所定の角度範囲から入射した光のみを散乱する異方性散乱体であり、第１の導光体からの出射光が第２の導光体へ入射する角度範囲の少なくとも一部が、上記所定の角度範囲に含まれることを特徴とする。
【００３５】
上記の構成によれば、例えば観察者の方向へ出力する光など、上記所定の角度範囲以外の入射光には、上記光散乱体としての異方性散乱体は作用しないので、不要な散乱光によって被照明物の像が劣化することが抑制される。また、第２の導光体としての光散乱体が散乱させる入射光の角度範囲に、第１の導光体からの出射光が入射することにより、効率的に入射光を散乱させることができる。この結果、輝度むらがなく明るい面光源として機能すると共に、被照明物の鮮明な像が得られる前方照明装置が実現される。
【００３６】
本発明の前方照明装置は、上記光散乱体が、前方散乱体であることを特徴とする。
【００３７】
上記の構成によれば、第２の導光体としての光散乱体が、第１の導光体から入射した光を、この光の進行方向側へのみ散乱させる前方散乱体であることにより、第１の導光体から入射した光の後方散乱がなくなる。これにより、光の利用効率がさらに向上すると共に、後方散乱光によって被照明物の像が劣化することが防止される。この結果、輝度むらがなく明るい面光源として機能すると共に、被照明物の鮮明な像が得られる前方照明装置が実現される。
【００３８】
本発明の前方照明装置は、第１の導光体と第２の導光体との間に、これらの導光体の間に存在する光学的界面での屈折率差を緩和する充填剤が導入されていることを特徴とする。
【００３９】
上記の構成によれば、第１の導光体と第２の導光体との間に空気層が存在する場合と比較して、第１の導光体と第２の導光体との間に存在する光学的界面での反射による光の減衰が抑制される。この結果、光源光の利用効率がさらに向上し、より明るい面光源としての前方照明装置が実現される。なお、第１の導光体および第２の導光体の少なくとも一方の屈折率と、充填剤の屈折率とを等しくすれば、第１の導光体と第２の導光体との間の光学的界面の数を減らすことができるので、より効果的である。
【００４０】
本発明の前方照明装置は、光源と入射面との間に、入射面から第１の導光体における第１の出射面へ直接入射する成分がほぼなくなる範囲に光源からの光の広がりを制限する光制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００４１】
上記の構成では、第１の導光体と第２の導光体との間に存在する光学的界面での屈折率差を緩和する充填剤が導入されていることにより、第１の導光体と第２の導光体との間に空気層が存在する場合と比較して、光源から第１の出射面へ直接入射する光のうち、第１の出射面を透過して第２の導光体へ入射する成分が多くなる。この成分の中には、比較的大きな入射角で第２の導光体へ入射し、被照明物の照明に寄与し得ないものも存在する。このため、上記の構成は、光制御手段が光源からの光の広がりを制限することにより、入射面から導光体へ入射する光のうち、第１の出射面へ直接入射する成分をほとんどなくすことができる。これにより、第１の出射面から第２の導光体へ比較的大きな入射角で入射する成分を少なくすることができる。この結果、光の利用効率がさらに向上され、明るい前方照明装置が実現される。
【００４２】
本発明の前方照明装置は、上記入射面が、導光体の側面に存在することを特徴とする。
【００４３】
上記の構成によれば、導光体の側面から光が入射することにより、観察者からは光源が直接見えないという利点がある。これにより、光源からの直接光が被照明物の像に影響を及ぼさず、鮮明な被照明物像が得られる前方照明装置が実現される。
【００４４】
本発明の記載の前方照明装置は、第１の出射面に垂直な平面への上記傾斜部の射影の総和が、上記平面への入射面の射影にほぼ等しいことを特徴とする。
【００４５】
上記の構成によれば、導光体の入射面から入射した光のうち、第１の出射面に平行な成分のすべてが傾斜部へ入射し、第１の出射面へ向けて反射する。これにより、光源光の利用効率がさらに向上し、より明るい前方照明装置を提供することができる。
【００４６】
本発明の前方照明装置は、上記入射面と上記第１の出射面とが鈍角をなして配されていることを特徴とする。
【００４７】
上記の構成によれば、入射面と第１の出射面とが鈍角をなして配されていることにより、入射面から入射した光源光のうち、第１の出射面へ直接入射する成分が少なくなる。これにより、光源光の利用効率がさらに向上し、より明るい前方照明装置が実現される。
【００４８】
本発明の前方照明装置は、光源からの光を上記入射面のみに入射させる集光手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００４９】
上記の構成によれば、光源光の損失をさらに少なくできるので、光源光の利用効率がさらに向上し、より明るい面光源としての前方照明装置が実現される。
【００５０】
本発明の前方照明装置は、上記傾斜部の上記第１の出射面への射影の総和が、上記平坦部の上記第１の出射面への射影の総和よりも面積が小さいことを特徴とする。
【００５１】
第１の出射面へ入射する被照明物からの反射光は、第２の出射面における平坦部を通って観察者側へ出射するので、明るく鮮明な像を得るためには、傾斜部の射影の総和が平坦部の射影の総和よりも極力小さいことが好ましい。上記の構成によれば、主として被照明物の像の表示に寄与する平坦部の面積が見かけ上増加する。この結果、明るく鮮明な像が得られる前方照明装置が実現される。
【００５２】
本発明の前方照明装置は、上記平坦部が、上記第１の出射面と平行であるか、あるいは、上記第１の出射面に対して１０°以下の傾斜角度を有することを特徴とする。
【００５３】
被照明物の像の表示品位に対する影響を考慮すれば、第２の出射面における平坦部の、第１の出射面に対する傾斜角度を０〜１０°の範囲とすることが好ましい。
【００５４】
本発明の前方照明装置は、導光体の屈折率をｎ2 、上記傾斜部に接する外部媒質の屈折率をｎ1 とすると、光源から傾斜部へ入射する光の入射角θが下記の不等式を満足することを特徴とする。
【００５５】
θ≧ａｒｃｓｉｎ（ｎ1 ／ｎ2 ）
光源から第２の出射面の傾斜部へ入射する光は、この傾斜部で全反射することが好ましい。傾斜部への入射角θが上記の条件を満たせば、傾斜部への入射光は全反射する。これにより、光源からの光が傾斜部から観察者側へ漏れることがなく、光の利用効率がさらに向上する。この結果、明るい面光源として機能する前方照明装置が実現される。
【００５６】
本発明の前方照明装置は、上記傾斜部の表面に、光を反射させる反射部材が設けられたことを特徴とする。
【００５７】
光源から第２の出射面の傾斜部へ入射する光は、この傾斜部で全反射することが好ましい。上記傾斜部に反射部材を設けることにより、傾斜部への入射光は、その入射角に関わらず全反射する。これにより、光源からの光が傾斜部から観察者側へ漏れることがなく、光の利用効率がさらに向上する。この結果、明るい面光源として機能する前方照明装置が実現される。
【００５８】
本発明の前方照明装置は、導光体の屈折率をｎ2 、上記傾斜部に接する外部媒質の屈折率をｎ1 とすると、光源から傾斜部へ入射する光の入射角θが下記の不等式を満足することを特徴とする。
【００５９】
θ＜ａｒｃｓｉｎ（ｎ1 ／ｎ2 ）
光源から傾斜部へ入射する光の入射角θは、平坦部に対する傾斜部の傾斜角度が大きくなるほど小さくなる。第２の出射面の傾斜部に反射部材を設ければ、傾斜部への入射光は、その入射角に関わらず全反射し、傾斜部を透過して観察者側へ出射することはない。これにより、光源から傾斜部へ入射する光の入射角θが上記の不等式を満たす範囲まで、平坦部に対する傾斜部の傾斜角度を大きく設計することが可能となる。この結果、平坦部の法線方向から見た場合に、被照明物の像の表示に寄与しない傾斜部が視認されにくくなり、被照明物の像の表示品位の向上が図れる。
【００６０】
本発明の前方照明装置は、上記反射部材の表面に、遮光部材が設けられたことを特徴とする。
【００６１】
上記の構成では、傾斜部の表面に反射部材が設けられているので、周囲光がこの反射部材で反射して観察者の目に入り、被照明物の像の表示品位を劣化させるおそれがある。このため、上記反射部材の表面に、周囲光が観察者へ向けて反射することを防止する遮光部材を設けたことにより、鮮明な被照明物像が得られる前方照明装置を提供することができる。
【００６２】
本発明の前方照明装置は、第２の出射面における平坦部からの出射光と傾斜部からの出射光との出射方向をそろえる補償手段をさらに備えたことを特徴としている。
【００６３】
第２の出射面は、平坦部および傾斜部が交互に配置された階段状に形成されているので、第１の出射面から導光体へ入射した被照明物からの反射光は、第２の出射面の平坦部および傾斜部のそれぞれから互いに異なる方向へ出射することとなり、被照明物の像のにじみやボケを招来するおそれがある。このため、第２の出射面の平坦部からの出射光と、傾斜部からの出射光との出射方向をそろえる補償手段を備えることにより、被照明物の鮮明な像を得ることが可能となる。
【００６４】
本発明の前方照明装置は、上記補償手段が、導光体の第２の出射面に対向する第１の表面と、上記第１の表面に対向する第２の表面とを備えると共に、補償手段の第１の表面が、導光体の第２の出射面の傾斜部と略平行な傾斜面と、上記第２の出射面の平坦部と略平行な平坦面とが交互に配置されて、上記第２の出射面と相補する階段状に形成され、上記補償手段の第２の表面が、導光体の第１の出射面と略平行に配置されていることを特徴とする。
【００６５】
上記の構成によれば、導光体の第１の出射面から被照明物へ向けて出射した光は、被照明物で反射して、上記第１の出射面から再び導光体内部へ戻り、図２１に示すように、第２の出射面の平坦部（２１）および傾斜部（２２）のそれぞれから、互いに異なる方向へ出射する。ここで、上記第２の出射面に対向する位置に配置された補償手段（６４）の第１の表面（６４ａ）が、導光体の第２の出射面と相補する階段状に形成されていることにより、平坦部（２１）から出射する光（６９ａ）は補償手段の第１の表面の平坦面へ入射し、傾斜部（２２）から出射する光（６８ａ）は第１の表面の傾斜面へ入射し、ほぼ等しい方向へ出射する光（６８ｂ・６９ｂ）となって第２の表面から出射する。このように、平坦部からの出射光の出射方向と、傾斜部からの出射光の出射方向とがそろえられることにより、にじみやボケのない鮮明な被照明物像を得ることが可能となる。
【００６６】
本発明の前方照明装置は、上記補償手段において、主として第２の出射面の傾斜部からの出射光が入射する領域と、主として第２の出射面の平坦部からの出射光が入射する領域とが、互いに異なる屈折率を有することを特徴とする。
【００６７】
上記の構成では、主として傾斜部からの出射光が入射する領域と、主として平坦部からの出射光が入射する領域とが、互いに異なる屈折率を有する補償手段によって、傾斜部および平坦部のそれぞれからの出射方向がそろえられる。この結果、にじみやボケのない鮮明な被照明物像が得られる前方照明装置を提供することが可能となる。
【００６８】
本発明の前方照明装置は、上記補償手段において、主として第２の出射面の傾斜部からの出射光が入射する領域に、回折素子が設けられたことを特徴とする。
【００６９】
上記の構成では、主として傾斜部からの出射光が入射する領域に回折素子が設けられたことによって、傾斜部および平坦部のそれぞれからの出射方向が揃えられる。この結果、にじみやボケのない鮮明な被照明物像が得られる前方照明装置が実現される。
【００７０】
本発明の前方照明装置は、上記補償手段において、主として第２の出射面の傾斜部からの出射光が入射する領域に、遮光部材が設けられたことを特徴とする。
【００７１】
上記の構成では、主として傾斜部からの出射光が入射する領域に、光を透過させない遮光部材が設けられたことによって、導光体の第２の出射面から出射する光は、平坦部からの出射光のみとなる。これにより、にじみやボケのない鮮明な被照明物像が得られる前方照明装置が実現される。
【００７２】
本発明の前方照明装置は、光源と入射面との間に光源からの光の広がりを制限する光制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００７３】
光源からの光は、主として第２の出射面の傾斜部にて反射するが、傾斜部にて全反射せずに導光体外部へ漏れる成分を少なくするためには、光源からの光にある程度の指向性を持たせて、上記傾斜部に臨界角よりも小さい角度で入射する成分を少なくすることが好ましい。このため、上記の構成は、光源からの光の広がりを制限する光制御手段を備えたことにより、傾斜部からの漏れ光が少なくなり、光の利用効率がさらに向上すると共に、被照明物の像のにじみやボケが防止される。この結果、明るく且つ鮮明な被照明物像が得られる面光源としての前方照明装置が実現される。
【００７４】
本発明の前方照明装置は、光制御手段が、入射面から第２の出射面の傾斜部へ直接入射する光の入射角が臨界角よりも大きくなる範囲に光源からの光の広がりを制限することを特徴とする。
【００７５】
上記の構成によれば、光制御手段が光源からの光の広がりを制限することにより、入射面から傾斜部へ直接入射する光のうち、臨界角よりも小さい入射角で入射する成分をなくすことができる。これにより、傾斜部からの漏れ光が少なくなり、光の利用効率がさらに向上すると共に、被照明物の像のにじみやボケが防止される。この結果、明るく且つ鮮明な被照明物像が得られる面光源としての前方照明装置が実現される。
【００７６】
本発明の前方照明装置は、光源および導光体を備え、被照明物の前方に配置されて使用される前方照明装置において、上記導光体が、平面状の底面と、上記底面に対向する表面と、光源からの光が入射する入射面とを備え、上記表面が、底面に対して略平行な平坦部と、上記平坦部に対して同方向に傾斜した傾斜部とが交互に配置された階段状に形成され、上記導光体の底面に、該導光体における表面の傾斜部からの光が該底面で反射されることを抑制する光学手段が設けられていることを特徴とする。
【００７７】
上記の構成によれば、導光体の表面が、傾斜部および平坦部が交互に配置された階段状に形成されている。これにより、本発明の前方照明装置では、平坦部に平行に進行する光の成分が導光体の外へ漏れることがなく、傾斜部で反射して被照明物へ照射される。それゆえ、略平板状に形成された導光体を有する従来の構成と比較して、光源光の利用効率が向上する。この結果、明るい前方照明装置が実現される。
【００７８】
しかも、上記光学手段を備えているため、傾斜部からの入射光が導光体の底面で反射されて生ずる反射光の発生を抑制することができる。それゆえ、微小光源部として作用する傾斜部における像と、反射光による反射像との干渉または回折を防止することができる。そのため、観察者側（第２の出射面）にて観察される表示上の輝度分布のムラや虹色の分光の発生を防止することができる。
【００７９】
本発明の反射型液晶表示装置は、反射板を有する反射型液晶素子を備えると共に、上記反射型液晶素子の前面に、上記前方照明装置が配置されたことを特徴とする。
【００８０】
これにより、例えば日中の屋外等のように十分な周囲光量がある場合には、前方照明装置を消灯した状態で使用する一方、十分な周囲光量が得られないときには、前方照明装置を点灯して使用することができる。この結果、周囲環境に関わらず、常に明るい高品位な表示を実現し得る反射型液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００８１】
本発明の反射型液晶表示装置は、反射型液晶素子が走査線を備え、上記走査線のピッチと、前方照明装置の第２の出射面における平坦部のピッチとがほぼ等しく、走査線の上方に平坦部が配置されていることを特徴とする。
【００８２】
上記の構成によれば、液晶素子で実際に表示が行われる画素領域上に平坦部を配置することができる。この結果、画素領域からの反射光が平坦部へ無駄なく入射するので、光の利用効率がさらに向上し、高品位な表示を実現し得る反射型液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００８３】
本発明の反射型液晶表示装置は、反射型液晶素子が走査線を備え、上記走査線のピッチよりも、前方照明装置の第２の出射面における平坦部のピッチと傾斜部のピッチとの和の方が小さいことを特徴とする。
【００８４】
上記の構成によれば、上記平坦部と傾斜部とのピッチの和が走査線のピッチの和よりも小さいことから、前方照明装置の傾斜部のピッチと反射型液晶素子の画素の周囲に形成されているブラックマトリクスのピッチとがずれることになる。その結果、ブラックマトリクスと傾斜部との干渉によるモアレ縞の発生を抑制することができるため、得られる反射型液晶表示装置の表示品位を向上させることができる。
【００８５】
本発明の反射型液晶表示装置は、反射型液晶素子が走査線を備え、上記走査線のピッチよりも、前方照明装置の第２の出射面における平坦部のピッチと傾斜部のピッチとの和の方が大きいことを特徴とする。
【００８６】
上記の構成によれば、前方照明装置の傾斜部のピッチと反射型液晶素子の画素の周囲に形成されているブラックマトリクスのピッチとがずれることになる。その結果、ブラックマトリクスと傾斜部との干渉によるモアレ縞の発生を抑制することができるため、得られる反射型液晶表示装置の表示品位を向上させることができる。
【００８７】
本発明の反射型液晶表示装置は、上記反射型液晶素子が、表面に凹凸部を有する反射板を備えていることを特徴とする。
【００８８】
上記の構成によれば、反射板が凹凸部を有しているため、液晶分子の配向および液晶素子のセル厚とに影響を及ぼすことなく入射光を拡散する。そのため、正反射方向以外から光が入射しても、画像の観察が可能となる。
【００８９】
本発明の反射型液晶表示装置は、上記反射板は、反射型液晶素子の液晶層を駆動する液晶駆動電極を兼ねた反射電極であり、該液晶層に隣接して設けられていることを特徴とする。
【００９０】
上記の構成によれば、反射板が液晶層に隣接して設けられていない場合と比較して、反射型液晶素子を構成する電極基板による視差の発生を解消できる。そのため、得られる反射型液晶表示装置において、画像の２重写りを抑制することができる。さらに、反射板が液晶駆動電極を兼ねていることから、反射型液晶表示装置の構成を簡素化することもできる。
【００９１】
本発明の反射型液晶表示装置は、上記前方照明装置が、反射型液晶素子に対して開閉自在に設けられたことを特徴としている。
【００９２】
上記の構成によれば、前方照明装置を点灯した状態でこの反射型液晶表示装置を用いる場合は、液晶素子に前方照明装置を被せた状態で使用し、前方照明装置を必要としない場合は、液晶素子に対して前方照明装置を開いた状態で使用することができる。これにより、前方照明装置を必要としない場合に、前方照明装置によって周囲光の入射が妨げられることがなく、常に明るい表示を実現し得る反射型液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００９３】
本発明の反射型液晶表示装置は、反射板を有する反射型液晶素子の前面に、上記前方照明装置を備えた反射型液晶表示装置であって、上記補償手段が、所定の圧力に対して可撓性を有すると共に、上記補償手段および第２の出射面のそれぞれに、互いに接触することによって圧力が加えられた位置を検出する一対の位置検出手段が設けられたことを特徴とする。
【００９４】
上記の構成では、前方照明装置がいわゆるタッチパネルとして機能する。すなわち、例えばペン等によって補償手段の表面のある位置を押圧すると、補償手段が撓むことによって、補償手段および第２の出射面にそれぞれ設けられた一対の位置検出手段が上記の位置において互いに接触する。この位置を上記位置検出手段が座標として認識すれば、液晶素子に表示された内容に対してペン入力が可能な反射型液晶表示装置が実現される。
【００９５】
本発明の反射型液晶表示装置は、反射型液晶素子が走査線を備え、上記位置検出手段が第２の出射面の平坦部に形成された透明電極を含み、上記走査線のピッチと、上記透明電極のピッチとがほぼ等しく、走査線の上方に透明電極が配置されていることを特徴とする。
【００９６】
上記の構成では、液晶素子で実際に表示が行われる画素領域上に、位置検出手段の透明電極を配置することができる。この結果、タッチパネルの解像度と液晶素子の解像度とがほぼ等しくなる。これにより、タッチパネルで入力を行う際の、入力像と表示像との一体感が向上するという効果がある。
【００９７】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００９８】
本実施の形態に係る反射型ＬＣＤは、図１に示すように、反射型液晶セル１０（反射型液晶素子）の前面に、フロントライト２０（前方照明装置）を備えた構成である。
【００９９】
フロントライト２０は、主として光源２６および導光体２４によって構成されている。光源２６は、例えば蛍光管等の線状光源であり、導光体２４の側面（入射面２５）に沿って配置される。導光体２４は、液晶セル１０側の界面２８（第１の出射面）が平坦に形成されている。一方、導光体２４において上記界面２８と対向する界面２３（第２の出射面）は、界面２８と平行あるいは略平行に形成された平坦部２１と、平坦部２１に対して同方向に一定の角度で傾斜した傾斜部２２とが、交互に配置されて形成されている。すなわち、導光体２４は、図１から明らかなように、光源２６の長手方向を法線とする断面において、光源２６から遠ざかるほど下がってゆく階段状に形成されている。
【０１００】
傾斜部２２は、主として、光源２６からの光を界面２８へ向けて反射する面として作用する。一方、平坦部２２は、主として、フロントライト２０からの照明光が、液晶セル１０から反射光として戻ってきたときに、この反射光を観察者側へ透過させる面として作用する。
【０１０１】
ここで、図２（ａ）ないし（ｃ）を参照しながら、導光体２４の形状について、さらに詳細に説明する。図２（ａ）は、導光体２４を平坦部２１の法線方向上方から見た平面図、図２（ｂ）は、導光体２４を入射面２５の法線方向から見た側面図、図２（ｃ）は、導光体２４を、入射面２５および界面２８の双方に対して垂直な面で切断した断面図である。
【０１０２】
導光体２４は、例えばＰＭＭＡ(polymethylmetacrylate) 等を用い、射出成形により形成することができる。この実施形態に係る導光体２４は、幅Ｗ＝１１０．０ｍｍ、長さＬ＝８０．０ｍｍ、入射面２５部分の厚みｈ1 ＝２．０ｍｍ、平坦部２１の幅ｗ1 ＝１．９ｍｍとする。また、傾斜部２２の段差ｈ2 ＝５０μｍ、平坦部２１に対する傾斜部２２の傾斜角α＝３０°とすることにより、傾斜部２２の幅ｗ2 は約８７μｍである。
【０１０３】
導光体２４が階段状に形成されていることにより、フロントライト２０は下記の利点を有する。まず、図２（ｂ）に示すように、入射面２５の法線方向から見た場合、平坦部２１が界面２８に対して完全に平行に形成されていれば、この平坦部２１は視認されず、傾斜部２２のみが視認される。すなわち、傾斜部２２の入射面２５への射影の総和が、入射面２５に等しい。
【０１０４】
このような場合、入射面２５から入射した光源光のうち、入射面２５に垂直な成分は、すべて、傾斜部２２に直接入射して界面２８へ向けて反射する。これにより、前述した従来のフロントライトシステムで見られるような、入射面に対向する面から多量の光が導光体外部へ出射してしまうという問題は発生しない。すなわち、フロントライト２０は、階段状の導光体２４を備えたことにより、光の利用効率が従来の構成よりも大幅に向上する。
【０１０５】
次に、液晶セル１０の構成およびその製造方法について説明する。
液晶セル１０は、図１に示すように、基本的に、一対の電極基板１１ａ・１１ｂが液晶層１２を挟持した構成である。電極基板１１ａは、光透過性を有するガラス基板１４ａ上に、透明電極１５ａ（走査線）が設けられ、この透明電極１５ａを覆うように液晶配向膜１６ａが形成されてなる。
【０１０６】
上記ガラス基板１４ａは、例えばコーニング社製のガラス基板（商品名：７０５９）で実現される。透明電極１５ａは、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)を材料とする。液晶配向膜１６ａは、例えば、日本合成ゴム社製の配向膜材料（商品名：ＡＬ−４５５２）を、透明電極１５ａが形成されたガラス基板１４ａの上にスピンコータで塗布し、配向処理としてラビング処理を施すことにより作成される。
【０１０７】
電極基板１１ｂも、上記電極基板１１ａと同様に、ガラス基板１４ｂ、透明電極１５ｂ、および液晶配向膜１６ｂを順次積層することにより作成される。なお、電極基板１１ａ・１１ｂに対し、必要に応じて絶縁膜等を形成しても良い。
【０１０８】
電極基板１１ａ・１１ｂは、液晶配向膜１６ａ・１６ｂが対向するように、且つ、ラビング処理の方向が平行且つ逆向き（いわゆる反平行）になるように配置され、接着剤を用いて貼り合わされる。このとき、電極基板１１ａ・１１ｂの間には、粒径４．５μｍのガラスビーズスペーサ（図示せず）が予め散布されたことにより、均一な間隔で空隙が形成されている。
【０１０９】
この空隙に、真空脱気により液晶を導入することにより、液晶層１２が形成される。なお、液晶層１２の材料としては、例えばメルク社製の液晶材料（商品名：ＺＬＩ−３９２６）を用いることができる。なお、この液晶材料のΔｎは０．２０３０である。ただし、液晶材料はこれに限られるものではなく、種々の液晶を用いることができる。
【０１１０】
さらに、ガラス基板１４ｂの外面に、反射板１７として、ヘアーライン加工を施したアルミ板を、例えばエポキシ系の接着剤により接着すると共に、ガラス基板１４ａの外面に、液晶層１２の液晶の配向方向と４５°をなすように偏光軸が設定された偏光板１８を設置する。
【０１１１】
以上の工程により、反射型の液晶セル１０が製造される。この液晶セル１０に、下記のとおりにフロントライト２０を組み合わせることにより、前方照明装置付の反射型ＬＣＤが製造される。まず、液晶セル１０の偏光板１８上に、導光体２４を積層する。なお、液晶セル１０の偏光板１８と導光体２４との間には、粒径５０μｍのスペーサ（図示せず）が予め散布されることにより、このスペーサの粒径にほぼ等しい均一な厚みで空隙２９が形成されている。つまり、導光体２４の界面２８は、光学的には、ＰＭＭＡと空気層との界面に相当する。なお、この空隙２９は、光の波長の約１００倍程度の厚みを持つため、空隙２９による干渉等の発生は抑えられている。
【０１１２】
次に、導光体２４の入射面２５に対向するように、光源２６として蛍光管を設置し、光源２６と入射面２５とを反射鏡２７（集光手段）で囲む。反射鏡２７は、光源２６からの光を入射面２５のみに集光させる。なお、反射鏡２７としては、例えばアルミテープ等を用いることができる。以上の工程により、補助照明としてのフロントライト２０を備えた反射型ＬＣＤが完成する。
【０１１３】
この反射型ＬＣＤは、周囲光が不十分なときは、フロントライト２０を点灯した照明モードで使用し、十分な周囲光が得られるときは、フロントライト２０を消灯した反射モードで使用することができる。
【０１１４】
ここで、フロントライト２０の動作原理について、図３（ａ）ないし（ｃ）を参照しながら説明する。
前述したように、導光体２４は、入射面２５への傾斜部２２の射影の総和が、入射面２５と等しい。このため、光源２６からの入射光のうち、入射面２５に垂直な成分は、図３（ａ）に示すように、傾斜部２２により反射され、界面２８から、図３（ａ）中には図示しない液晶セル１０へ向けて出力される。
【０１１５】
また、図３（ｂ）に示すように、光源２６からの入射光のうち、まず界面２３に入射する成分は、導光体２４内での挙動により、二通りに分類される。一つは、図３（ｂ）に示す光３１ａのように、傾斜部２２へ直接入射して反射され、液晶セル１０への出力光３１ｂとなる光である。二つめは、図３（ｂ）に示す光３２ａのように、平坦部２１と界面２８との間で全反射しつつ導光体２４内を伝搬し、最終的に傾斜部２２へ到達して反射され、出力光３２ｂとなる光である。
【０１１６】
また、図３（ｃ）に示すように、光源２６からの入射光のうち、まず界面２８に入射する成分は、界面２８と界面２３の平坦部２１との間で全反射しつつ導光体２４内を伝搬し、最終的に傾斜部２２へ到達して反射され、界面２８から液晶セル１０へ向けて出力する。
【０１１７】
以上の説明から分かるように、光源２６から導光体２４への入射光のほとんどすべての成分は、傾斜部２２で反射され、界面２８を通って液晶セル１０へ出射する。すなわち、本実施形態のフロントライト２０は、階段状の界面２３を持つ導光体２４を備えたことにより、光源２６からの光の損失が極めて少なく、光源光の利用効率が向上されている。
【０１１８】
次に、光源光の利用効率をさらに向上させるための傾斜部２２または平坦部２１の条件１．〜３．について説明する。
【０１１９】
１．傾斜部２２について
導光体２４において、界面２３の傾斜部２２は、主として、光源２６からの入射光を反射する反射面として機能する。一方、界面２３の平坦部２１は、主として、液晶セル１０の背面に設けられた反射板１７にて反射した光、および周囲光を透過する透過面として機能する。
【０１２０】
傾斜部２２にて光源２６からの入射光が全反射するためには、次のような条件が満たされる必要がある。つまり、異なる屈折率を有する物質が接する面（界面）に入射した光は、入射角が臨界角以上のときに界面で全反射する。このため、傾斜部２２に入射する光が傾斜部２２で全反射するためには、
θ1 ≧θc ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ2 ／ｎ1 ） ・・・（式２）
で表される入射角θ1 で傾斜部２２へ入射すればよい。
【０１２１】
ただし、上記式２において、
θ1 ：傾斜部２２への入射角、
ｎ1 ：導光体２４の屈折率
ｎ2 ：傾斜部２２において導光体２４と接する物質の屈折率
θc ：傾斜部２２の臨界角、である。
【０１２２】
以上のように、傾斜部２２への光の入射角θ1 が式２を満たすように傾斜部２２を形成すれば、傾斜部２２から導光体２４の外部への光の漏れが抑制され、光の利用効率をさらに向上させることができる。
【０１２３】
２．平坦部２１について
平坦部２１が主として光を透過させる領域であることは先に述べたが、平坦部２１を透過する光としては、
（イ）液晶セル１０からの反射光、
（ロ）反射モードで使用する場合の周囲光、
が存在する。
【０１２４】
上記（イ）の出力光は、液晶セル１０の液晶層１２で調光され、反射板１７で反射されて再度導光体２４へ入射した後に界面２３から観察者側へ出射するが、このとき、主として平坦部２１から出力される。なお、反射板１７で反射される光は拡散光となる。この拡散光は、平坦部２１において反射することが極めて少なく透過するためには、平坦部２１に臨界角以下で入射することが好ましい。臨界角は、導光体２４の屈折率により変化するが、導光体２４の材料としてＰＭＭＡを用いた場合はおよそ４２°前後である。つまり、液晶セル１０からの出力光は、導光体２４の平坦部２１に約４０°以下で入射することが好ましい。
【０１２５】
また、平坦部２１は、必ずしも界面２８と平行でなくても良い。平坦部２１への入射角は、反射板１７における光の散乱範囲にも依存する。このため、反射板１７の特性についても考慮すれば、図４に示すように、例えば、反射板１７において光が散乱する主な範囲が、反射板１７の法線に対して±３０°程度であるとすると、平坦部２１の反射板１７に対する傾斜角度δをおよそ±１０°以内とすれば、平坦部２１で反射される光の成分３３を極めて少なくできる。なお、図４では、平坦部２１が界面２８に対して傾斜していることを分かりやすくするため、傾斜角度δを上記の好ましい範囲よりも大きく示した。
【０１２６】
このように、平坦部２１が界面２８に対して平行または±１０°以内の傾きで形成されていれば、光源２６からの入射光は、傾斜部２２への入射角よりも大きな入射角で平坦部２１に入射するので、光源２６から平坦部２１へ入射する光が外部へ漏れにくく、平坦部２１で反射する光の量が多くなる。これにより、光源光のロスが抑えられる。
【０１２７】
さらに、上記（ロ）の反射モードで使用する場合の周囲光を考慮すれば、本反射型ＬＣＤをフロントライト２０を消灯した反射モードで使用する場合に、十分な周囲光を液晶セル１０へ取り込むためには、平坦部２１の面積は大きければ大きいほど好ましい。
【０１２８】
３．界面２３における傾斜部２２と平坦部２１との配置
界面２３の傾斜部２２と平坦部２１との配置については、
（ａ）使用者が界面２３側から反射型ＬＣＤを見たときに、傾斜部２２の面積が小さく、平坦部２１の面積が大きいこと、
（ｂ）入射面２５に対する傾斜部２２の射影の総和が大きく、平坦部２１の射影の総和が小さいこと、
の二つの条件が重要である。
【０１２９】
上記（ａ）の条件は、すなわち、界面２８への平坦部２１の射影の総和が、傾斜部２２の射影の総和よりも大きいことを意味する。界面２８への傾斜部２２の射影の大きさは、図２（ｃ）に示す傾斜部２２の界面２８に対する傾斜角αによって決まる。従って、傾斜角αの大きさを調整することにより、使用者から見た傾斜部２２の面積を、平坦部２１の面積に比べて非常に小さくすることが可能である。
【０１３０】
さらに、傾斜部２２および平坦部２１のピッチを液晶セル１０の走査線の抜きまたはバスラインに合わせることによって、液晶セル１０で実際に表示が行われる領域上全体に平坦部２１を配置することができ、光の利用効率がさらに向上する。
【０１３１】
上記（ｂ）の条件は、前述のように、光源２６からの入射光を有効利用するためには、入射面２５を法線方向から見た場合に界面２３の傾斜部２２のみが視認されることが好ましい、ということを意味する。
【０１３２】
次に、フロントライト２０の照明光強度の測定結果について説明する。フロントライト２０の照明光強度を測定するために、図５に示すような測定系を用いた。つまり、フロントライト２０の界面２８の法線方向を０°とし、０°から±９０°の範囲における光強度を、検出器３４にて測定した。
【０１３３】
この結果を図６に示す。図６から明らかなように、フロントライト２０において、光源２６から入射面２５を通って導光体２４へ入射した光は、導光体２４の作用により、界面２８の略法線方向へ出射されていることが分かる。すなわち、フロントライト２０は、導光体２４の側面に配置された光源２６からの光を液晶セル１０に対して略垂直に入射させることができ、明るい補助照明として機能する。
【０１３４】
さらに、本実施形態の反射型ＬＣＤは、透過型ＬＣＤやＣＲＴ、ＰＤＰ等の自発光型のディスプレイと比較して、より明るい表示が可能であるという利点がある。
すなわち、図７（ａ）に示すように、自発光型のディスプレイ３５からの光３６ａは、周囲光３７に対して進行方向が逆向きとなる。このため、光３６ａから周囲光３７を差し引いた成分３６ｂが、観察者に認識される。
【０１３５】
これに対して、本実施形態の反射型ＬＣＤでは、照明モードで使用する場合、図７（ｂ）に示すように、フロントライト２０からの補助光３９ａと、周囲光３７とが、液晶セル１０の反射板（図示せず）にて反射され、補助光３９ａと周囲光３７との和に相当する成分３９ｂが、観察者に認識される。これにより、暗い場所だけでなく例えば日中の屋外のような明るい場所でも、より明るい表示が実現される。
【０１３６】
以上のように、本実施の形態に係る構成は、フロントライト２０が階段状の導光体２４を備えたことによって、光源２６から出射される光の利用効率が向上されている。これにより、周囲光が十分でない場合に、液晶セル１０に十分な照明光を与えることができ、周囲環境によらず常に明るい表示が可能な反射型ＬＣＤを提供することが可能となる。
【０１３７】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について、図８ないし図１１に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、前述の実施の形態１にて説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１３８】
本実施の形態に係る反射型ＬＣＤは、図８に示すように、液晶セル１０の前面に、実施の形態１で説明したフロントライト２０（第１の導光体）と楔型の第２の導光体４０とによって構成されるフロントライトシステム５１を備えたことを特徴とする。
【０１３９】
上記第２の導光体４０は、フロントライト２０の導光体２４と液晶セル１０との間に配置され、導光体２４の界面２８に対して平行な斜面４１と、液晶セル１０の表面に対して平行な底面４２とを有する。底面４２に対する斜面４１の傾斜角は、図９（ａ）に示すように、導光体２４の界面２３において傾斜部２２と平坦部２１とが尾根状に接する部分を互いに結ぶ線４９が、底面４２と平行になるように設計することが好ましい。
【０１４０】
また、第２の導光体４０は、第１の導光体である導光体２４と少なくとも屈折率が等しい材質で形成することが好ましい。言うまでもなく、第２の導光体４０を導光体２４と全く同じ材質で形成しても良い。また、導光体２４と第２の導光体４０とを、例えば射出成形等によって一体的に形成するように構成すれば、製造工程を簡略化することができる。
【０１４１】
導光体２４と第２の導光体４０との間隙には、粒径５０μｍのスペーサ（図示せず）が予め散布される。これにより、導光体２４と第２の導光体４０との間隙には、上記スペーサの粒径にほぼ等しい空隙４３が形成される。
【０１４２】
第２の導光体４０の底面４２と、液晶セル１０の偏光板１８との間は、両者の屈折率を一致させる充填剤（図示せず）で満たされている。これにより、第２の導光体４０と偏光板１８との界面での反射による光の減衰が防止され、光源光の損失がさらに抑制される。なお、上記充填剤としては、例えばＵＶ硬化性樹脂またはサリチル酸メチル等を用いることができる。
【０１４３】
ここで、導光体２４と液晶セル１０との間に第２の導光体４０を設けたことによる効果について説明する。
図９（ｂ）に示すように、第２の導光体４０が設けられていない構成（実施の形態１）では、傾斜部２２から、液晶セル１０への出射面としての界面２８までの距離ｌn （図中ｌ1 、ｌ2 ）は、光源２６からの距離ｘn （図中ｘ1 、ｘ2 ）が大きくなるほど小さくなる。これに対して、本実施形態のフロントライトシステム５１では、図９（ａ）に示すように、第２の導光体４０を備えたことにより、傾斜部２２から、液晶セル１０への出射面である第２の導光体４０の底面４２までの距離ｌn は、光源２６からの距離ｘn に関わらず、ほぼ等しい。
【０１４４】
すなわち、第２の導光体４０が、フロントライト２０の傾斜部２２から液晶セル１０までの距離を一定にする役割を果たすことにより、フロントライトシステム５１は、光源２６からの距離によらず一定の輝度で光を出射する面光源として作用する。
【０１４５】
ここで、第２の導光体４０による効果を確かめるために、図１０（ａ）に示すように、検出器４４を、第２の導光体４０の底面４２に対して平行に移動させながら、フロントライトシステム５１の出力光の輝度分布を測定した。なお、入射面２５の近傍を測定開始位置ＰS とし、底面４２において光源２６から最も遠い位置を測定終了位置ＰE とした。測定の結果は、図１１（ａ）に示すとおりである。
【０１４６】
同様に、比較のために、第２の導光体４０が設けられていない構成（実施の形態１）の出力光の輝度分布を測定するために、図１０（ｂ）に示すように、検出器４４を、フロントライト２０の界面２８に対して平行に移動させながら、測定を行った。なお、入射面２６の近傍を測定開始位置ＰS とし、界面２８において光源２６から最も遠い位置を測定終了位置ＰE とした。測定結果は、図１１（ｂ）に示すとおりである。
【０１４７】
図１１（ａ）および（ｂ）を比較することから明らかなように、第２の導光体４０が設けられていない場合、図１１（ｂ）に示すように、輝度のピークのピッチｐが、光源２６に近いほど大きく、光源２６から遠ざかるほど小さくなるのに対し、本実施形態のフロントライトシステム５１は、図１１（ａ）に示すように、輝度のピークのピッチｐが第２の導光体４０の底面４２全体にわたってほぼ等しく、輝度のピークも一様である。
【０１４８】
以上のように、本実施形態の反射型ＬＣＤは、液晶セル１０の前面にフロントライトシステム５１を備え、このフロントライトシステム５１が、第１の導光体としての導光体２４と、液晶セル１０との間に、導光体２４の傾斜部２２から液晶セル１０までの距離を一定にするための第２の導光体４０を備えたことにより、フロントライトシステム５１が液晶セル１０をむらなく照明し、十分な周囲光が得られない場合でも、明るく且つむらのない高品位な表示が実現されるという効果を奏する。
【０１４９】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、図５、図１２ないし図１４に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、前記した各実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１５０】
本実施形態の反射型ＬＣＤは、図１２に示すように、液晶セル１０の前面に、フロントライト２０と第２の導光体４５とによって構成されるフロントライトシステム５２が配置された構成である。
【０１５１】
上記第２の導光体４５は、図１３に示すように、導光体２４からの入射光を、その進行方向側へのみ散乱させる機能を有する前方散乱板であると共に、所定の角度範囲から入射した光のみを散乱させ、上記所定の角度範囲以外からの入射光を透過する性質を有する異方性散乱板である。このような条件を満たす第２の導光体４５としては、例えば住友化学株式会社製の視角制御板（商品名：ルミスティー）等が、市販品として入手可能である。
【０１５２】
なお、第２の導光体４５が入射光を散乱させる角度範囲は、導光体２４からの出射光が入射する角度範囲を完全に含むことが好ましい。これにより、導光体２４からの出射光をむだなく散乱させることができ、光源光の利用効率を向上させることができる。また、第２の導光体４５が、所定の角度範囲から入射した光のみを散乱させ、上記所定の角度範囲以外からの入射光を透過する性質を有する異方性散乱であることにより、上記所定の角度範囲以外からの入射光には、第２の導光体４５が作用しないので、不要な散乱光によって表示品位が劣化することが防止される。
【０１５３】
導光体２４と第２の導光体４５との間隙には、粒径５０μｍのスペーサ（図示せず）が予め散布される。これにより、図１２に示すように、導光体２４と第２の導光体４５との間隙には、上記スペーサの粒径にほぼ等しい空隙４６が形成される。
【０１５４】
第２の導光体４５と液晶セル１０の偏光板（図示せず）との間は、両者の屈折率を一致させる充填剤（図示せず）で満たされている。これにより、第２の導光体４５と液晶セル１０との界面での反射による光の減衰が防止され、光源光の損失がさらに抑制される。
【０１５５】
ここで、フロントライトシステム５２の照明光強度の測定結果について説明する。フロントライトシステム５２の照明光強度を測定するために、前記した実施の形態１で用いた測定系（図５参照）と同様の測定系を使用した。ここでは、フロントライトシステム５２の第２の導光体４５の法線方向を０°とし、０°から±９０°の範囲において、第２の導光体４５の液晶セル１０側に位置する面からの光強度を、検出器３４にて測定した。測定の結果を図１４に示す。
【０１５６】
図１４から明らかなように、本実施形態のフロントライトシステム５２は、第２の導光体４５によって第１の導光体としての導光体２４からの出射光が散乱することにより、実施の形態１に比較して、フラットな角度特性を有していることが分かる。
【０１５７】
以上のように、本実施形態で説明した構成は、導光体２４からの出射光を散乱させる第２の導光体４５を備えたことにより、液晶セル１０へ出射する光の輝度分布が平均化され、液晶セル１０をむらなく照射することが可能となる。
【０１５８】
なお、上記第２の導光体４５として、異方性散乱板の他に、ホログラム等を使用することも可能である。
【０１５９】
〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について、図１５ないし図１９に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、前記した各実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１６０】
前述の実施の形態１で説明したように、導光体２４の観察者側の界面２３が、傾斜部２２および平坦部２１によって形成されている場合、液晶セル１０にて反射されて再び導光体２４へ入射した光が界面２３を透過する際に、像のにじみやボケが生じることがある。
【０１６１】
つまり、図１５に示すように、液晶セル１０からの出力光４８ａは、必ずしも平坦部２１のみからでなく、傾斜部２２からも観察者側へ透過する。このとき、傾斜部２２からの出射光４８ｂと、平坦部２１からの出射光４８ｃとが、互いに異なる方向へ出射して交差することにより、表示すべき像ににじみやボケが表れることがある。
【０１６２】
このような問題を解決するために、本実施形態の反射型ＬＣＤは、図１６に示すように、導光体２４の界面２３において、傾斜部２２の表面に、光を反射する金属反射膜４７（反射部材）が付加された構成である。上記金属反射膜４７は、図１６に示すように、傾斜部２２へ入射する光のすべてを、その入射角に関わらず反射する。これにより、界面２３から観察者側へ出射する光は、平坦部２１を透過した光のみとなる。この結果、にじみやボケのない鮮明な表示像を得ることができる。
【０１６３】
以下に、上記金属反射膜４７を製造する方法の一例について、アルミニウムを材料とする場合を例に挙げて説明する。なお、金属反射膜４７の材料は、アルミニウムに限らず、例えば銀等の金属を用いても良い。
【０１６４】
まず、図１７（ａ）に示すように、導光体２４の界面２３の表面全体に、スパッタリングによってアルミニウム膜６１を成膜する。さらに、図１７（ｂ）に示すように、アルミニウム膜６１の表面にフォトレジスト６２を塗布する。次に、露光工程を経て、図１７（ｃ）に示すように、フォトレジスト６２をパターニングする。そして、図１７（ｄ）に示すように、パターニングされたフォトレジスト６２をマスクとして、アルミニウム膜６１のエッチングを行う。その後、フォトレジスト６２を剥離することにより、図１７（ｅ）に示すように、界面２３の傾斜部２２の表面に、アルミニウムからなる金属反射膜４７が形成される。
【０１６５】
以上のように、傾斜部２２の表面に金属反射膜４７が設けられたことにより、図１６に示すように、平坦部２１に対する傾斜部２２の傾斜角度αを大きくとることが可能である。例えば、図１８に示すように、傾斜部２２に金属反射膜４７を設けない構成では、傾斜角度αを６０°と大きくとった場合、臨界角θc よりも小さい入射角で傾斜部２２へ入射した光４９ａが、傾斜部２２を通って観察者側へ透過する光４９ｂとなる。このような光４９ｂは、表示品位を劣化させるので好ましくない。
【０１６６】
これに対して、本実施形態の構成では、傾斜部２２に金属反射膜４７が形成されたことにより、傾斜角度αを大きくとったとしても、上記の光４９ｂのように傾斜部２２を透過する光は存在せず、傾斜部２２においてすべての光が反射される。
【０１６７】
このように、傾斜部２２の傾斜角度αを大きくとることができることにより、平坦部２１の法線方向から見た場合に、傾斜部２２が視認されにくくなり、表示品位の向上が図れるという利点がある。
【０１６８】
なお、図１９に示すように、上記金属反射膜４７の表面に、周囲光の反射を防止するブラックマトリクス４７ｂ（遮光部材）を積層すれば、周囲光が観察者側へ反射されることを防止できる。これにより、周囲光が観察者側へ反射することによる表示品位の劣化が防止されるので、さらに好ましい。
【０１６９】
以上のように、本実施形態に係るフロントライト２０は、傾斜部２２から観察者側への透過光を無くすための金属反射膜４７が、傾斜部２２に形成されていることを特徴としている。これにより、界面２３から観察者側へ出射する光は、平坦部２１からの出射光のみとなるので、このフロントライト２０を液晶セル１０の前面に備えた反射型ＬＣＤにおいて、にじみやボケのない鮮明な表示像を得ることが可能となる。
【０１７０】
〔実施の形態５〕
本発明のさらに他の実施形態について、図１５、および図２０ないし図２２に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、前記した各実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１７１】
本実施の形態に係る反射型ＬＣＤは、図２０に示すように、液晶セル１０の前面に、実施の形態１で説明したフロントライト２０と、このフロントライト２０の界面２３上に設けられた光学補償板６４（補償手段）とによって構成されるフロントライトシステム５３を備えたことを特徴とする。
【０１７２】
上記光学補償板６４において、フロントライト２０の導光体２４に対向する面である底面６４ａは、図２０に示すように、導光体２４の界面２３と相補する階段形状をなす。すなわち、底面６４ａは、導光体２４の傾斜部２２に対向する位置に、傾斜部２２に平行な傾斜部６５が形成され、導光体２４の平坦部２１に対向する位置に、平坦部２１に平行な平坦部６６が形成されている。一方、光学補償板６４において、観察者側に位置する面である表面６４ｂは、導光体２４の界面２８に平行な平面として形成されている。
【０１７３】
光学補償板６４は、導光体２４と同様に、例えば、ＰＭＭＡを用いて射出成形にて作成できる。光学補償板６４と導光体２４とは、上述のように、それぞれの傾斜部および平坦部が対向するように配置され、粒径約２０μｍのスペーサ（図示せず）を介して接着される。これにより、光学補償板６４の底面６４ａと、導光体２４の界面２３との間には、略均一な厚みの空気層６７が介在することとなる。
【０１７４】
このように、導光体２４の前面に光学補償板６４を設け、導光体２４と光学補償板６４との間に空気層６７が存在することにより、下記のような効果が得られる。
【０１７５】
すなわち、前記実施の形態４において図１５を参照しながら説明したように、液晶セル１０から導光体２４へ再び入射した光４８ａ・４８ａは、導光体２４内部で同じ方向に進んだとしても、界面２３の傾斜部２２または平坦部２１をそれぞれ透過することにより、導光体の界面２３から互いに異なる方向へ出射し、像のにじみやボケを招来する。
【０１７６】
これに対して、本実施形態のフロントライトシステム５３では、図２１に示すように、液晶セル１０から導光体２４へ同じ方向へ入射した光６８ａ・６９ａは、導光体２４から出射した後に、空気層６７と光学補償板６４との界面としての底面６４ａで屈折することで、再び同じ方向へ進む光となり、光６８ｂ・６９ｂとして示すように、光学補償板６４の表面６４ｂから同じ方向へ出射する。これにより、観察者側から見たときに、にじみやボケのない鮮明な像が得られる。
【０１７７】
なお、上述の光学補償板６４の他に、図２２（ａ）に示すように、平板状に形成された光学補償板７１を導光体２４の前面に配置しても良い。この場合、上記光学補償板７１は、図２２（ｂ）に示すように、導光体２４の傾斜部２２から出射した光が入射する領域７１ａと、導光体２４の平坦部２１から出射した光が入射する領域７１ｂとが、互いに異なる屈折率を有することにより、領域７１ａ・７１ｂのそれぞれの表面から観察者側への光の出射角θa ・θb がほぼ等しくなる。または、領域７１ａを、この領域７１ａを透過する光を、領域７１ｂを透過する光と同じ方向へ回折するために、回折機能を有する部材（例えば回折素子）で形成しても良い。
【０１７８】
あるいは、図２２（ｃ）に示すように、光学補償板７１において、導光体２４の傾斜部２２から出射した光が入射する領域を、光を遮るブラックマスク７１ｃで形成することにより、傾斜部２２から出射した光が観察者側へ届かないようにしても良い。
【０１７９】
以上のように、本実施形態の構成によれば、光学補償板６４（または光学補償板７１）によって、導光体２４の界面２３の傾斜部２２および平坦部２１のそれぞれからの光の出射方向をそろえることにより、にじみやボケのない鮮明な表示が可能な反射型ＬＣＤが実現される。
【０１８０】
〔実施の形態６〕
本発明のさらに他の実施形態について、図２０、図２３ないし図２６に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、前記した各実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１８１】
本実施の形態に係る反射型ＬＣＤは、前記した実施の形態５で説明した反射型ＬＣＤのフロントライトシステム５３（図２０参照）に、タッチパネル機能を付加したものである。
【０１８２】
上記のタッチパネル機能を実現するために、本実施形態の反射型ＬＣＤは、図２３に示すように、光学補償板６４の底面６４ａに、例えばＩＴＯからなる透明電極７２を備えると共に、導光体２４の傾斜部２２に、例えばアルミニウムのように、光を反射し且つ導電性を有する材料からなる反射電極７３が設けられている。上記透明電極７２および反射電極７３が、位置検出手段を構成する。
【０１８３】
図２４の下部に示す図は、導光体２４の平坦部２１の法線方向から見た場合の上記反射電極７３の形状を示す平面図である。図２４に示すように、反射電極７３は、導光体２３の傾斜部２２の全面に設けられているので、導光体２４の平坦部２１の法線方向から見るとストライプ状である。また、光学補償板６４に形成された透明電極７２も、図２５に示すように、ストライプ状に形成され、反射電極７３および透明電極７２は、互いに直交してマトリクスをなす。
【０１８４】
なお、導光体２４の反射電極７３と、光学補償板６４の透明電極７２との間には、粒径１０μｍ程度のプラスチックビーズスペーサ（図示せず）が散布されており、この粒径にほぼ等しい空隙が形成されている。
【０１８５】
この光学補償板６４は可撓性を有し、図２６に示すように、ペン７４で押圧されることにより、透明電極７２と反射電極７３とが接触する。ペン７４で押された座標の認識は、下記のとおりに行われる。図２５に示すように、透明電極７２および反射電極７３のそれぞれに、線順次で信号を走査することにより、接触点７５のＸ座標およびＹ座標が検出され、タッチパネルの平面内において、ペン７４で押された位置の座標を特定することができる。
【０１８６】
なお、ここでは、光学補償板６４にストライプ状の透明電極７２を形成した構成を例に挙げて説明したが、光学補償板６４の底面６４ａの全面に透明電極を形成しても良い。しかしながら、上述のように、透明電極７２をストライプ状に形成した方が、光の利用効率が高いという利点がある。
【０１８７】
以上のように、本実施形態の構成によれば、光学補償板６４がタッチパネルとして機能するので、液晶セル１０に表示された内容に対してペン入力が可能な反射型ＬＣＤを提供することが可能となる。
【０１８８】
〔実施の形態７〕
本発明のさらに他の実施形態について、図２７ないし図３０に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、前記した各実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１８９】
本実施の形態に係る反射型ＬＣＤが備えるフロントライトは、図２７に示すように、前記した実施の形態１で説明した構成にさらに加えて、光源２６と導光体２４の入射面２５との間に、光源２６から入射面２５へ入射する光の広がり角を制御するための光制御手段として、プリズムシート８１および拡散板８２を備えたことを特徴とする。なお、ここでは、プリズムシート８１のプリズムの頂角は１００°とする。また、導光体２４と液晶セル１０の偏光板１８との間には、屈折率差を緩和するための充填剤８４が導入されている。
【０１９０】
光源２６は、例えば蛍光管にて実現されるが、蛍光管からの出力光は、特に指向性を持つわけでなく、ランダムに発生する。このため、導光体２４の傾斜部２２へ臨界角よりも大きい角度で入射する光が存在し、傾斜部２２からの漏れ光となって表示品位の低下を招く恐れがある。
【０１９１】
導光体２４の材料として好適に用いられるＰＭＭＡの屈折率が約１．５であることを考慮すると、傾斜部２２への入射角が臨界角（約４２°）以下の光は、漏れ光となる。このような漏れ光をなくすためには、漏れ光成分となる入射光が導光体２４へ入射しないように、光源２６からの出力光の広がり角を予め制御すれば良い。
【０１９２】
ここで、図２８に示すように、界面２８に対する傾斜部２２の傾斜角をαとする。なお、図２８は、説明の便宜上、導光体２４における傾斜部２２、界面２８、および入射面２５の位置関係を抽出して示したものであり、導光体２４が実際にこのような形状をなしているわけではない。
【０１９３】
また、導光体２４の入射面２５から入射する光の広がり角を±βとし、傾斜部２２の臨界角をθc とすると、上記の光の傾斜部２２への入射角θは、
θ＝９０°−α−β
で表される。
【０１９４】
従って、入射面２５から傾斜部２２へ入射した光が傾斜部２２を透過しないための条件は、
θc ＜θ＝９０°−α−β
すなわち、
β＜９０°−（θc ＋α） ・・・（式３）
で表される。
【０１９５】
なお、この実施形態では、傾斜部２２の傾斜角αを１０°とする。これと、臨界角θc が４２°であることから、上記の式３に基づいて、β＜３８°が導かれる。
【０１９６】
光源２６からの出力光は、拡散板８２で一旦拡散されてプリズムシート８１へ入射する。プリズムシート８１は、拡散光を特定の角度範囲に集光する機能を有し、プリズムの頂角が１００°の場合、図２９に示すように、約±４０°の角度範囲内に拡散光を集光させる。約±４０°の角度範囲に集光された光は、導光体２４へ入射するときに、入射面２５での屈折によってさらに集光されることにより、約±２５．４°の範囲の広がり光となる。すなわち、入射面２５から入射する光の広がり角は、上記のβ＜３８°の範囲に十分に収まり、傾斜部２２からの漏れ光が生じないことが分かる。
【０１９７】
以上のように、本実施形態に係る反射型ＬＣＤは、光源光の広がりを抑制するために、光源２６と導光体２４の入射面２５との間にプリズムシート８１を設置したことにより、傾斜部２２からの漏れ光がなくなり、表示品位がさらに向上される。
【０１９８】
なお、本実施形態では、プリズムシート８１の頂角を１００°としたが、必ずしもこの角度に限定されるものではない。また、光源光の広がりを制限する光制御手段として、プリズムシート８１を用いたが、同様の効果が得られるのであればこれに限定されず、例えばコリメータ等を用いても良い。また、図３０（ａ）に示すように、光源２６の周囲を楕円体ミラー９８で覆い、この楕円体ミラー９８の焦点に光源２６を設置した構成によっても同様の効果が得られる。さらに、SID DIGEST P.375(1995)に記載されているように、図３０（ｂ）に示すライトパイプ９９を用いて、光源２６からの入射光の広がりを制御しても良い。
【０１９９】
〔実施の形態８〕
本発明のさらに他の実施形態について、図１、図３、および、図３１ないし図３３に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、前記した各実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０２００】
本実施の形態に係る反射型ＬＣＤは、前記した各実施の形態で説明した反射型ＬＣＤにおいて、フロントライト（またはフロントライトシステム）と液晶セル１０との間が、屈折率の差による光の減衰を防ぐ充填剤（マッチング剤）で満たされている。
【０２０１】
ここで、実施の形態１で説明した反射型ＬＣＤに上記の充填剤を適用した構成を例に挙げて説明する。実施の形態１では、図１を参照しながら説明したように、フロントライト２０の導光体２４は、液晶セル１０の偏光板１８上に、粒径約５０μｍのスペーサを介して積層されている。これにより、液晶セル１０と導光体２４との間には、上記スペーサの粒径にほぼ等しい均一な厚みで空隙２９が形成されている。
【０２０２】
本実施の形態の反射型ＬＣＤは、上記の空隙２９に、図３２に示すように、充填剤８４を満たしたものである。なお、充填剤８４としては、例えばＵＶ硬化性樹脂や、サリチル酸メチル等を用いることができる。これにより、導光体２４の界面２８は、空気ではなく、空気よりも高い屈折率を有する充填剤８４に接することとなる。上記の充填剤８４は、導光体２４の屈折率とほぼ等しい屈折率を有することが好ましい。
【０２０３】
このように、導光体２４の界面２８が充填剤８４に接している場合と、前記した各実施の形態のように導光体２４の界面２８が空気に接している場合とは、界面２８における光の挙動が異なる。
【０２０４】
光源２６からの入射光のうち、図３１（ａ）に示すように、入射面２５へ略垂直入射する成分は、入射面２５から傾斜部２２へ直接入射して反射した後、界面２８および充填剤８４を通って、液晶セル１０へ入射する。このときの界面２８における光の挙動は、界面２８が空気に接している場合（図３（ａ）参照）と同様である。
【０２０５】
一方、光源２６からの入射光のうち、図３１（ｂ）に示すように、入射面２５からまず界面２３へ入射する成分の中には、光８５ａのように、平坦部２１で反射した後に界面２８へ入射するものもある。このような光８５ａや、光源２６からの入射光のうち、図３１（ｃ）に示すように、入射面２５からまず界面２８へ入射する成分は、界面２８が導光体２４とほぼ等しい屈折率を有する充填剤８４に接しているので、界面２８において何の作用も受けずに透過する。
【０２０６】
これらの光は、液晶セル１０の液晶層１２に対して非常に大きな入射角で入射することとなるが、反射板１７で反射され、導光体２４の界面２８に対して上記の大きな入射角で再び入射するので、観察者へ届くことはない。
【０２０７】
しかしながら、光源光の利用効率を向上させるためには、光源２６から界面２８へ直接入射する成分をなくすことが好ましい。このため、図３２に示すように、入射面２５を、この入射面２５と界面２８とが鈍角をなすように傾けることにより、入射面２５から界面２８へ直接入射する成分をなくすことができる。
【０２０８】
なお、入射面２５と界面２８とがなす角γの大きさは、図３３に示すように、光源２６からの光が入射面２５へ入射した後の広がり角βを考慮すれば、
γ≧９０°＋β
であることがより好ましい。これにより、入射面２５から入射した光源光のほとんどすべてが界面２３方向へ入射することとなり、光源光の利用効率をさらに向上させることができる。
【０２０９】
〔実施の形態９〕
本発明のさらに他の実施形態について、図３４に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、前記した各実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０２１０】
本実施の形態に係る反射型ＬＣＤは、フロントライト２０が、液晶セル１０に対して開閉自在な蓋状に形成されていることを特徴とする。
【０２１１】
前記した各実施の形態において、前方照明装置としてのフロントライトまたはフロントライトシステムの種々の形態を説明したが、特に実施の形態４に記載した構成のように、導光体２４の傾斜部２２に金属反射膜４７を設けたような場合、金属反射膜４７が導光体２４への周囲光の入射を妨げる。このため、周囲環境が、反射型ＬＣＤを照明モードで使用する必要がある程暗くはないが、反射モードで使用するに十分な周囲光量が得られないような状況において特に、反射モードでの表示が暗くなってしまう場合がある。
【０２１２】
このため、図３４に示すように、本実施の形態の反射型ＬＣＤ９１は、フロントライト２０が、その一辺が例えば蝶番（図示せず）等で固定されたことにより、液晶セル１０に対して開閉自在に設けられている。このフロントライト２０は、液晶セル１０およびフロントライト２０を覆う蓋９２とは独立に開閉できる内蓋として形成されている。
【０２１３】
従って、反射型ＬＣＤ９１を照明モードで用いる場合は、液晶セル１０の表面にフロントライト２０を被せた状態、すなわち蓋９２のみを開けた状態で使用し、反射型ＬＣＤ９１を反射モードで用いる場合は、液晶セル１０に対してフロントライト２０を開いた状態で使用することができる。
【０２１４】
これにより、反射モードで使用する場合に、フロントライト２０によって光のロスが生じることがなく、常に明るい表示を実現し得る反射型ＬＣＤが実現される。
【０２１５】
なお、上記では、フロントライト２０の少なくとも一部が液晶表示装置に対して固定された構成を説明したが、フロントライト２０を完全にユニット化し、液晶セル１０に対して脱着自在な構成としても良い。ただし、この場合には、液晶セル１０から取り外したときのフロントライト２０の保管方法について考慮する必要は生じる。
【０２１６】
なお、ここでは、フロントライト２０を内蓋状に備えた反射型ＬＣＤについて説明したが、前記した各実施の形態で説明したフロントライトシステムが内蓋状に設けられた構成としても良い。
【０２１７】
〔実施の形態１０〕
本発明のさらに他の実施形態について、図３５および図３６に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、前記した各実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０２１８】
前記した各実施の形態では、前方照明装置としてのフロントライトまたはフロントライトシステムと、被照明物としての反射型液晶セルを組み合わせた構成としての反射型ＬＣＤについて説明した。しかし、本発明の前方照明装置としてのフロントライトまたはフロントライトシステムは、反射型液晶セルとの組合せのみで使用されるものではない。例えば、図３５に示すように、本実施形態に係る照明装置９５は、前記した各実施形態で説明したフロントライトまたはフロントライトシステムが、独立したユニットとして形成されたものであり、種々の対象物を照明することが可能である。
【０２１９】
例えば、上記の照明装置９５は、図３５に示すように、本９６の上に配置して使用することができる。これにより、図３６に示すように、照明装置９５の略直下の領域のみを照明することができるので、例えば寝室などでの読書の際に、周囲の人に迷惑をかけることがないという効果がある。
【０２２０】
なお、上記した各実施の形態は本発明を限定するものではなく、発明の範囲で種々の変更が可能である。例えば、導光体の材料として、具体的にＰＭＭＡを例示したが、均一に減衰無く導光でき、屈折率が適当な値であれば、例えばガラス、ポリカーボネイト、ポリ塩化ビニル、またはポリエステル等の材料を用いても構わない。また、上記した導光体の傾斜部および平坦部の寸法等は、あくまでも一例であり、同等の効果が得られる範囲で自由に設計することができる。
【０２２１】
さらに、液晶セルとしては、単純マトリクス型ＬＣＤ、アクティブマトリクス型ＬＣＤ等の種々のＬＣＤを用いることができる。また、上記では、偏光子と検光子とを兼ねた偏光板を一枚使用したＥＣＢモード（単偏光板モード）の液晶セルを使用したが、その他に、偏光板を使用しないＰＤＬＣやＰＣ−ＧＨ等を適用しても良い。
【０２２２】
〔実施の形態１１〕
本発明のさらに他の実施形態について、図３７ないし図４８に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、前記した各実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０２２３】
本実施の形態の反射型ＬＣＤは、図３７に示すように、反射型液晶セル１０ａの前面にフロントライト２０ａを備えている構成については、前記実施の形態１と同様であるが、反射型液晶セル１０ａとフロントライト２０ａとの間に第２の導光体（光学手段）である反射防止フィルム（反射防止膜）１３を配置している点、導光体２４ａに形成されている平坦部２１および傾斜部２２の幅（ピッチ）が異なっている点、および、反射型液晶セル１０ａ内部に反射電極（反射板）１７ａを形成している点が前記実施の形態１とは異なっている。
【０２２４】
まず、フロントライト２０ａについて具体的に説明すると、このフロントライト２０ａは、前記実施の形態１と同様に主として光源２６および導光体２４ａによって構成されており、導光体２４ａの入射面２５に接するように反射鏡２７で覆われた線状光源としての光源２６が設けられている。
【０２２５】
導光体２４ａの液晶セル１０ａ側の界面（第１の出射面）２８は平坦に形成されており、この界面に対向する界面（第２の出射面）２３は、界面２８と平行あるいは略平行に形成された平坦部２１と、平坦部２１に対して同方向に一定の角度で傾斜した傾斜部２２とが、交互に配置されて形成されている。
【０２２６】
このように、導光体２４ａは、前記実施の形態１における導光体２４と同様に、図３７に示すように、光源２６の長手方向を法線とする断面において、光源２６から遠ざかるほど下がってゆく階段状に形成されている。
【０２２７】
ここで、図３８（ａ）ないし（ｃ）を参照しながら、導光体２４ａの形状について、さらに詳細に説明する。図３８（ａ）は、導光体を平坦部の法線方向上方から見た平面図であり、図３８（ｂ）は、導光体を入射面の法線方向から見た側面図であり、図３８（ｃ）は、導光体を入射面および界面の双方に対して垂直な面で切断した断面図である。
【０２２８】
導光体２４ａの材質としては、本実施の形態ではアクリル板を用いており、このアクリル板を金型成形することで導光体２４ａを階段状に加工することができる。この導光体２４ａは、本実施の形態では、幅Ｗ＝７５ｍｍ、長さＬ＝１７０ｍｍ、入射面２５部分の厚みｈ1 ＝２．０ｍｍ、平坦部２１の幅ｗ1 ＝０．２ｍｍとする。また、傾斜部２２の段差ｈ2 ＝１０μｍ、平坦部２１に対する傾斜各α＝４５°とすることにより、傾斜部の幅ｗ2 は約１０μｍである。
【０２２９】
さらに、本実施の形態では、導光体２４ａは、入射面２５、すなわち光源２６から遠ざかる方向において、平坦部２１の幅ｗ1 と傾斜部２２の幅ｗ2 との和ｗ3 ＝０．２１ｍｍが徐々に小さくなるような構成を有している。この平坦部２１および傾斜部２２の構成について、図３８（ａ）ないし（ｃ）に加えて、図３９に基づいてさらに具体的に説明する。なお、導光体２４ａにおいて、光源２６から遠ざかる側の方向である光源２６の長手方向を法線とする方向を、以下、第１方向とし、図３８・図３９中に矢印Ａで示す。
【０２３０】
図３９に示すように、平坦部２１と傾斜部２２とを１本ずつ組み合わせて１組とし、光源２６に最も近い側からの平坦部２１と傾斜部２２の１００組を第１ブロックＢ1 とする。そして、この第１ブロックＢ1 における第１方向に沿った方向の間隔ｗ4 を２１ｍｍとなるように形成する。
【０２３１】
次の１００組のブロックである第２ブロックＢ2 における上記間隔ｗ4 は２０ｍｍとなるように形成する。さらに、次の第３ブロックＢ3 における間隔ｗ4 は１９ｍｍとなるように形成し、第４ブロックＢ4 における間隔ｗ4 を１８ｍｍとなるように形成し、第５ブロックＢ5 における間隔ｗ4 を１７ｍｍとなるように形成する。
【０２３２】
従って、本実施の形態では、導光体２４ａにおいて、光源２６側の端面から第１方向に沿って光源２６が配置されていない側の端面まで１ブロック毎に、各ブロックの間隔ｗ4 が１ｍｍずつ減少するようになっている。すなわち、光源２６から遠ざかるに伴って、平坦部２１および傾斜部２２の１００組毎に、平坦部２１のピッチおよび傾斜部２２のピッチの和（平坦部２１の幅ｗ1 と傾斜部２２の幅ｗ2 との和ｗ3 ）が、１０μｍ（１／１００ｍｍ）ずつ減少していくように形成されている。なお、図３８（ａ）ないし（ｃ）では、説明の便宜上、平坦部２１および傾斜部２２のピッチの減少については図示していない。
【０２３３】
上記導光体２４ａにおいては、上記傾斜部２２は、主として、光源２６からの光を界面２８へ向けて反射する面である微小光源部として作用する。一方、平坦部２１は、主として、フロントライト２０ａからの照明光が、液晶セル１０ａから反射光として戻ってきたときに、この反射光を観察者側へ透過させる面として作用する。これら各部の作用については、前記実施の形態１と同様である。
【０２３４】
さらに、上記フロントライト２０ａにおける導光体２４ａは、この階段状の構成に加えて、平坦部２１および傾斜部２２の１００組毎に、１組のピッチをたとえば１０μｍずつ小さくする、すなわち、階段のピッチを光源２６から遠ざかるに伴って小さくする構成を備えている。そのため、図４０（ａ）に示すように、傾斜部２２の単位面積当たりの数が光源２６から遠ざかるに伴い増加することになる。
【０２３５】
光源２６から入射面２５した入射光は、微小光源部として作用する傾斜部２２によって反射されるが、傾斜部２２の単位面積当たりの数は光源２６から遠ざかるに伴い増加しているため、フロントライト２０ａで照明される被照明物である反射型液晶セル１０ａは、光源２６から遠ざかる位置ほど輝度が向上することになる。通常、光源２６から遠い位置であるほど輝度は低下する傾向にあるので、本実施の形態の導光体２４ａの構成であれば、界面２８（第１の出射面）において、光源２６からの遠ざかることによる輝度の低下を相殺し、光源２６からの光を高角度で効率よく被照明物全体に導くことができる。その結果、被照明物側の界面（第１の出射面）である界面２８側におけるの輝度分布を平均化することができる。
【０２３６】
これに対して、図４０（ｂ）に示すような、導光体１２４が楔型平板状に形成されている従来のフロントライト１２０では、光源２６から入射面１２５に入射した入射光は、そのまま界面１２３によって反射されることになる。それゆえ、第１の出射面（フロントライト１２０では界面１２８）における輝度は、光源２６から遠ざかるほど低下する。
【０２３７】
さらに、第１の出射面における輝度の分布状態は、図４１に示すように、従来のフロントライト１２０の輝度分布を示すグラフＦに比べて、本実施の形態のフロントライト２０ａの輝度分布を示すグラフＥの方が、光源２６からの距離が大きい位置でも略一定となっている。そのため、本実施の形態のフロントライト２０ａの方が、第１の出射面（界面２８）における輝度分布の均一性において優れていることがわかる。
【０２３８】
また、上記構成の導光体２４ａでは、階段のピッチが０．２１ｍｍであるために、導光体２４ａに対応する反射型液晶セル１０ａの画素の周囲に形成されているブラックマトリクスのピッチと上記傾斜部２２の溝のピッチがずれることになる。その結果、ブラックマトリクスと傾斜部２２との干渉によるモアレ縞の発生を抑制することができるため、得られる反射型ＬＣＤの表示品位を向上させることができる。なお、この点については後述する。
【０２３９】
上記導光体２４ａの出射角度特性についての結果を示すと、図４２に示すように、被照明物である反射型ＬＣＤ側（界面２８側）のグラフＧでは、受光角が−１０°から−５°の間をピークとして２，０００ｃｄ／ｍ² に達する程度までに輝度が上昇している。これに対して、観察者側（界面２３側）のグラフＨでは、受光角が−６０°のときに最高５００ｃｄ／ｍ²の輝度となる程度で、反射型ＬＣＤを観察する角度である０°近傍では輝度は１００ｃｄ／ｍ² 以下となっている。
【０２４０】
このように、導光体２４ａの端面に配置された光源２６からの光は、界面２８から被照明物（反射型ＬＣＤ）に対して略垂直な角度で出射できる。同時に、界面２３側である観察者側には光の漏れがほとんどなく、光源２６からの光を高角度で効率よく被照明物に導くことができる。
【０２４１】
なお、本実施の形態では、光源２６として蛍光管を用いているが、光源２６としてはこれに限定されるものではなく、たとえば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＥＬ素子、またはタングステンランプを用いることができる。
【０２４２】
次に、液晶セル１０ａについて説明すると、この液晶セル１０ａは、図３７に示すように、基本的な構成としては前記実施の形態１の液晶セル１０と同様であるが、反射板１７ａを液晶セル１０ａ内に形成している点が異なっている。
【０２４３】
この液晶セル１０ａは、図４３にも示すように、一対の電極基板１１ａ・１１ｃにより液晶層１２を挟持し、さらに、表示面側である電極基板１１ａ側に位相差板４９と偏光板１８とを備えている構成である。なお、位相差板４９（図３７には図示せず）は図４３では１枚のみ備えられているが、２枚以上であってもよく、また、備えられていなくてもよい。
【０２４４】
上記電極基板１１ａは、光透過性を有するガラス基板１４ａ上に、カラーフィルタ３８が設けられ、その上に透明電極１５ａ（走査線）が設けられ、この透明電極１５ａを覆うように液晶配向膜１６ａが形成されてなっている。なお、電極基板１１ａに対し、必要に応じて絶縁膜等を形成しても良い。なお、カラーフィルタ３８は、図３７には図示していない。
【０２４５】
一方、電極基板１１ｃは、ガラス基板１４ｂ上に絶縁膜１９が形成され、さらにその上に反射電極（反射板）１７ａが形成され、この反射電極１７ａを覆うように液晶配向膜１６ｂが形成されてなっている。上記絶縁膜１９の表面には複数の凹凸部が形成されており、この絶縁膜１９を覆っている反射電極１７ａの表面にも複数の凹凸部が形成されている。
【０２４６】
上記反射電極１７ａは、液晶層１２を駆動する液晶駆動電極と反射板とを兼ねている。この反射電極１７ａとしては、反射特性の優れたアルミニウム（Ａｌ）反射電極が用いられている。また、上記絶縁膜１９は有機レジストにて形成されており、この絶縁膜１９におけるコンタクトホールや凹凸部は後述するフォトリソグラフィーにより形成される。上記ガラス基板１４ａ・１４ｂ、透明電極１５ａ・１５ｂ、および液晶配向膜１６ａ・１６ｂの材質や形成方法などは、前記実施の形態１と同様である。
【０２４７】
上記電極基板１１ｃの形成方法について、図４４（ａ）〜（ｅ）に基づいて、さらに詳しく説明する。
まず、図４４（ａ）に示すように、ガラス基板１４ｂ上に有機レジストを全面に塗布し、焼成することに絶縁膜１９を形成する。この後、図４４（ｂ）に示すように、マスク３０を介して絶縁膜１９に紫外線３０ａを照射する。これによって、絶縁膜１９における紫外線３０ａの照射部を除去し、図４４（ｃ）に示すように、紫外線３０ａの被照射部を所定のパターンに形成する。
【０２４８】
次に、図４４（ｄ）に示すように、所定のパターンに形成された絶縁膜１９に対して、１８０°で加熱処理を施して焼成することにより、有機レジストに熱だれを生じさせる。この熱だれにより、凹凸部１９ａを形成する。
【０２４９】
最後に、図４４（ｅ）に示すように、この凹凸部１９ａを覆うように、アルミニウム（Ａｌ）を真空蒸着させる。これによって、凹凸部１９ａに沿ってその表面に凹凸部が形成された反射電極１７ａが形成される。なお、図４４（ａ）〜図４４（ｅ）では、絶縁膜１９は所定のパターンとなる凹凸部１９ａとして形成されているが、図３７や図４３に示すように、絶縁膜１９の表面のみに凹凸部が形成されているような構成であってもよい。
【０２５０】
このようにして得られる電極基板１１ｃと上記電極基板１１ａとは、互いの液晶配向膜１６ａ・１６ｂが対向するように、且つ、ラビング処理の方向が反平行になるように配置され、接着剤を用いて貼り合わされる。また、電極基板１１ａ・１１ｃの間には、この電極基板１１ａ・１１ｃにより形成される空隙の間隔を均一にするために、粒径４．５μｍのガラスビーズスペーサ（図示せず）が予め散布されている。そして、この空隙に、真空脱気により液晶を導入することによって、液晶層１２が形成される。なお、液晶層１２の材料も前記実施の形態１と同様である。
【０２５１】
上記のようにして本実施の形態の反射型液晶セル１０ａが製造されるが、上記の説明以外の製造工程や製造条件などは、前記実施の形態１における反射型液晶セル１０と同様であるため省略する。
【０２５２】
上記電極基板１１ｃにおける反射電極１７ａ上に形成されている凹凸部のパターン（すなわち、絶縁膜１９の凹凸部１９ａのパターン）は、不規則に形成することによって、反射型液晶セル１０ａに入射する入射光を特定方向に拡散反射するように形成している。
【０２５３】
上記絶縁膜１９における凹凸部は、凸部の頂点と凹部の底面との差が０．１μｍないし２μｍの範囲内であることが好ましい。凹凸部における凸部の頂点と凹部の底面との差がこの範囲内であれば、液晶分子の配向および液晶セルのセル厚とに影響を及ぼすことなく入射光を拡散することができる。
【０２５４】
このように形成された上記反射電極１７ａの反射特性をほぼ紙と同様の拡散反射特性を示す標準白色板（ＭＧＯ）の反射特性と比較した場合について図４５に基づいて説明する。上記ＭＧＯ（および紙など）は、図中破線のグラフＭで示すように等方性を示す反射特性を示している。これに対して、上記反射電極１７ａ（ＭＲＳ）は、図中実線のグラフＮで示すように±３０°の角度に指向性を示す拡散反射特性を有している。
【０２５５】
このような反射電極１７ａを備えている反射型液晶セル１０ａに対して、正反射方向以外から光が入射しても、画像の観察が可能となる。なお、上記反射電極１７ａの反射特性は、図４５に示すような特性に限定されるものではなく、反射電極１７ａの設計を適宜変更することによって、反射型ＬＣＤの使用される機器の種類に応じた特性に対応させることが可能である。
【０２５６】
また、上記反射電極１７ａは、反射型液晶セル１０ａ内の液晶層１２に隣接するように形成されているため、反射板が反射型液晶セル１０ａの背面側（導光体２４ａと接する側の面に対向する側の面）に形成されている場合と比較して、ガラス基板１４ｂによる視差の発生を解消できる。そのため、得られる反射型ＬＣＤにおいて、画像の２重写りを抑制することができる。また、反射型液晶セル１０ａの構成を簡素化することもできる。
【０２５７】
なお、本実施の形態における反射電極１７ａは、図３７および図４３に示すように、反射型液晶セル１０ａの表示モードが偏光板１８を備えている偏光モードであってもよく、また、図４６に示すように、ゲストホストモード（偏光板なし）の反射型液晶セルであってもよい。なお、この反射型液晶セルについては、基本的な構成が反射型液晶セル１０ａとほとんど同一であるため、詳しい説明については省略する。
【０２５８】
次に、上記液晶セル１０ａに配置されている画素構造について説明すると、図４７に示すように、上記反射型液晶セル１０ａは、該反射型液晶セル１０ａの長手方向に沿って複数の走査線５４…が形成されており、この走査線５４…が形成されている方向に直交する方向に複数の信号線５５…が形成されている。そして、この走査線５４…と信号線５５…とによって形成される格子状のパターンに対応するように、複数の画素５６…が形成されている。
【０２５９】
１つの画素５６は、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３つのカラーフィルタに対応した画素電極５６ａからなっている。これら画素電極５６ａは、走査線５４…が形成されている方向に沿って、Ｒ・Ｇ・Ｂの順に配置されている。
【０２６０】
上記反射型液晶セル１０ａの形状としては、本実施の形態では、対角６．５型サイズ（縦ＷL ＝５８ｍｍ、横ＬL ＝１５４．５ｍｍ）、走査線５４数Ｘｍ＝２４０本、信号線５５数Ｙｎ＝６４０本となっている。また、反射型液晶セル１０ａに配置されている画素５６のピッチＰL ＝０．２４ｍｍ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）である。上記画素５６…の周辺には図示しないブラックマトリクス（以下、ＢＭと略す）が幅８μｍとなるように形成されている。
【０２６１】
本実施の形態にかかる反射型ＬＣＤでは、上述した反射型液晶セル１０ａとフロントライト２０ａとを組み合わせてなっている。ここで、フロントライト２０ａにおいて、導光体２４ａの平坦部２１および傾斜部２２のピッチが、上述したように０．２１ｍｍで、走査線５４…、すなわちＢＭのピッチよりも小さくなっている。そのため、上記反射型液晶セル１０ａにおけるＢＭのピッチと上記傾斜部２２の溝のピッチとをずらすことができる。これら各ピッチがずれると、ＢＭと傾斜部２２との干渉によるモアレ縞の発生を抑制することができる。そのため、得られる反射型ＬＣＤの表示品位を向上させることができる。
【０２６２】
上述した導光体２４ａの構成では、平坦部２１および傾斜部２２のピッチが走査線５４…のピッチよりも小さくなっているが、上記ピッチを走査線５４…のピッチよりも大きくしてもよい。すなわち、モアレ縞の発生を抑制するためには、傾斜部２２の溝のピッチとＢＭのピッチとがずれておればよい。
【０２６３】
ここで、平坦部２１の幅ｗ1 と傾斜部２２の幅ｗ2 との和ｗ3 を傾斜部２２の溝のピッチとする。また、上記ＢＭは、走査線５４…および信号線５５…を遮蔽するように形成されているが、傾斜部２２の溝と平行となるのは走査線５４…であるため、走査線５４…のピッチＰ1 をＢＭのピッチとする。
【０２６４】
上記傾斜部２２の溝のピッチとＢＭのピッチとがずれるためには、上記ｗ3 とＰ1 とが一致しない（ｗ3 ≠Ｐ1 ）状態であればよいが、このｗ3 とＰ1 との関係としては、ｗ3 がＰ1 の２倍よりも大きい幅であるか（ｗ3 ＞２Ｐ1 ）、あるいは、ｗ3 がＰ1 の半分よりも小さい幅である（ｗ3 ＜１／２Ｐ1 ）ことが特に好ましい。
【０２６５】
上記ｗ3 とＰ1 との関係が上記の範囲より外れる場合は、傾斜部２２の溝のピッチとＢＭのピッチとがずれるといっても、光学的に判断した場合、概ね一致すると見なすことが可能である。そのため、モアレ縞の発生を効果的に抑制することができなくなるため好ましくない。
【０２６６】
なお、本実施の形態における平坦部２１の幅ｗ1 と傾斜部２２の幅ｗ2 や、これらｗ1 とｗ2 との和ｗ3 、傾斜部２２の角度などは、上記の数値に限定されるものではなく、使用される反射型液晶セル１０ａの画素構造に合わせて形成すればよい。
【０２６７】
また、本実施の形態では、輝度分布を平均化するために、光源２６から遠ざかる方向（第１方向）に平坦部２１のピッチを減少させることで対応しているが、ピッチの代わりに傾斜部２２の角度を変化させることで、平坦部２１と傾斜部２２とのピッチの和を減少させてもよい。たとえば、平坦部２１を小さくするとともに、平坦部２１と傾斜部２２とのなす角度αを光源２６から遠ざかる方向（第１方向）に小さくすることで平坦部２１と傾斜部２２とのピッチの和を小さくできる。この場合でも、傾斜部２２に対して進入光を光源２６から遠ざかる方向（第１方向）に効率良く出射できるため輝度分布を平均化できる。
【０２６８】
さらに、本実施の形態にかかる反射型ＬＣＤは、上記構成のフロントライト２０ａおよび上記構成の反射型液晶セル１０ａに加えて、該フロントライト２０ａと反射型液晶セル１０ａとの間に、第２の導光体としての反射防止膜が配置されている構成である。
【０２６９】
この反射防止膜について説明すると、上記反射型ＬＣＤでは、図３７に示すように、反射型液晶セル１０ａに配置された偏光板１８と導光体２４ａの界面（第
１の出射面）に、上記反射防止膜としての反射防止フィルム１３が接着される。
【０２７０】
この反射防止フィルム１３は、本実施の形態では、日東電工株式会社製の反射防止フィルム（商品名：ＴＡＣ−ＨＣ／ＡＲ）を用いている。この反射防止フィルム１３は４層の構成を有する多層構造膜となっている。具体的には、基材層としてトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムを用い、その上に、第１層としてＭｇＦ2 層、第２層としてＣｅＦ3 層、第３層としてのＴｉＯ2 層、第４層としてＭｇＦ2 層をそれぞれ形成した反射防止フィルム１３となっている。
【０２７１】
上記ＴＡＣフィルムは、屈折率ｎt ＝１．５１で厚さ１００μｍとなっている。また、第１層のＭｇＦ2 層は、屈折率ｎm ＝１．３８で厚さ約１００ｎｍ、第２層のＣｅＦ3 層は、屈折率ｎC ＝２．３０で厚さ約１２０ｎｍ、第３層のＴｉＯ2 層は、屈折率ｎti＝１．６３で厚さ約１２０ｎｍ、第４層のＭｇＦ2 層は、屈折率ｎ＝１．３８で厚さ約１００ｎｍとなっている。これら第１層ないし第４層は、基材層のＴＡＣフィルム上に順次、真空蒸着法によって形成される。
【０２７２】
さらに、フロントライト２０ａとの接着の際には、導光体２４ａに用いられているアクリル材の屈折率ｎ2 と略同一の屈折率ｎ1 を有するアクリル系の接着剤の層を形成している。そのため、導光体２４ａ内の光の入出力条件をほぼ変えることなしに反射防止効果を向上することができるとともに、輝度分布のムラや虹色の分光の発生も防止することができる。
【０２７３】
なお、上記第１層のＴＡＣフィルムは、反射防止フィルム１３の構成としては必須の構成ではなく、たとえば、第１層を除いて、第２層ないし第４層を導光体２４ａに直接積層してもよい。ただし、この場合には、製造コストが若干上昇するおそれがある。
【０２７４】
上記多層構造膜の反射防止フィルム１３は、波長λ＝５５０ｎｍの入射光に対して、λ／４−λ／２−λ／４−λ／４波長板となる構成となっている。そのため、該反射防止フィルム１３は、広波長帯域で反射防止フィルム１３として作用することができる。
【０２７５】
上述した導光体２４ａでは、該導光体２４ａの表面（界面２３）に形成されている傾斜部２２は、反射型液晶セル１０ａに対する微小光源部として機能することになる。そのため、傾斜部２２から反射型液晶セル１０ａに対して光が照射されることになるが、導光体２４ａと反射型液晶セル１０ａとの界面、すなわち、界面２３に対向する面である界面２８において、傾斜部２２からの光のうちの約４％程度が反射されて反射光となる。
【０２７６】
この反射光の発生により、界面２８から界面２３側へ反射像が形成されることになる。そのため、この反射像と、上記傾斜部２２における像とが互いに干渉または回折し、観察者から見て、反射型ＬＣＤの表面に輝度分布のムラや虹色の分光が生じることになる。
【０２７７】
しかしながら、本実施の形態にかかる反射型ＬＣＤでは、反射型液晶セル１０ａとフロントライト２０ａとの間、すなわち、導光体２４ａの界面２８側に、上記反射防止膜（反射防止フィルム１３）を配置しているため、傾斜部２２からの入射光が界面２８で反射されて生ずる反射光の発生を抑制することができる。
【０２７８】
それゆえ、微小光源部として作用する傾斜部２２における像と、界面２８側で反射された反射像との干渉または回折を防止することができる。そのため、観察者側（界面２３側）にて観察される表示上の輝度分布のムラや虹色の分光の発生を防止することができる。
【０２７９】
この反射防止フィルム１３を配置している場合と配置していない場合とについて、本実施の形態の反射型ＬＣＤにおける表示の輝度分布を比較すると、図４８に示すように、反射防止フィルム１３を配置していない場合のグラフＤよりも反射防止フィルム１３を配置している場合のグラフＣの方が、輝度分布にムラがなく一定であり、且つ、輝度そのものも向上していることがわかる。
【０２８０】
また、上記構成の反射防止フィルム１３は、市販されているものをそのまま用いることができるため、フロントライト２０ａの製造コストの上昇を抑制することができる。そのため、安価なフロントライト２０ａおよびこれを備えた反射型ＬＣＤを得ることができる。
【０２８１】
さらに、第１の導光体である導光体２４ａの屈折率ｎ2 とほぼ等しい屈折率ｎ1 を有する接着剤にて上記反射防止フィルム１３を接着しているため、導光体２４ａ内の光の入出力条件をほぼ変えることなく反射防止効果を向上することができる。
【０２８２】
なお、上記反射防止フィルム１３の構成および材質に関しては、上記の構成および材質に限定されるものではない。たとえば、波長板の構成として、λ／４−λ／２−λ／２−λ／２−λ／４の構成となってもよい。このような波長板の構成とすることで、さらに広い波長帯域で反射防止効果が得られる。また、λ／４波長板の単層構成の反射防止フィルムであってもよい。ただし、この場合は、反射防止効果の得られる波長帯域が狭くなるおそれがある。
【０２８３】
以上のように、導光体２４ａの表面（界面２３）に形成されている平坦部２１と傾斜部２２とのピッチを、光源２６から遠ざかる方向（第１方向）に向かうに伴って小さくなるように形成することによって、上記傾斜部２２で反射される反射光量を、従来よりも光源から遠ざかる方向へ増加させることができる。そのため、導光体２４ａの界面２３（第１の出射面）における輝度分布を平均化することができる。
【０２８４】
また、フロントライト２０ａにおける導光体２４ａの界面２３に形成された平坦部２１と傾斜部２２とのピッチを反射型液晶セル１０ａのピッチよりも小さく形成することにより、画素５６…の周囲に形成されているＢＭと上記傾斜部２２の溝とによる光の干渉のために生ずるモアレ縞の発生を抑制できる。そのため、反射型ＬＣＤの表示品位の劣化を防止することができる。
【０２８５】
さらに、反射型液晶セル１０ａとフロントライト２０ａとの間に、反射防止膜（反射防止フィルム１３）を設けることによって、導光体２４ａの界面２３における輝度分布のムラや虹色の分光の発生を防止することができる。そのため、より明るく、且つより表示品位の高い反射型液晶ＬＣＤを得ることができる。
【０２８６】
加えて、反射型液晶セル１０ａにおける反射電極１７ａに凹凸部を形成することにより、液晶分子の配向およびセル厚に影響を及ぼすことなく入射光を拡散する。そのため、正反射方向以外から反射型液晶セル１０ａに光が入射しても画像の観察が可能となる。
【０２８７】
〔実施の形態１２〕
本発明のさらに他の実施形態について、図４９および図５０に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、前記した各実施の形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０２８８】
本実施の形態の反射型ＬＣＤは、図４９に示すように、基本的な構成は前記実施の形態２と同様であるが、反射型液晶セル１０とフロントライトシステム５１との間に第３の導光体（光学手段）である反射防止フィルム（反射防止膜）１３を配置している点が異なっている。
【０２８９】
上記反射防止フィルム１３は、前記実施の形態１で用いたものと同一である。なお、反射防止フィルム１３、反射型液晶セル１０、およびフロントライトシステム５１の説明については、前記実施の形態２および１１において行っているため省略する。
【０２９０】
本実施の形態では、上記反射防止フィルム１３は、第１の導光体である導光体２４および第２の導光体である導光体４０に加えて、第３の導光体として機能している。
【０２９１】
この反射防止フィルム１３が形成されていない場合、第１の導光体２４の界面２３（第１の出射面）に形成されている傾斜部２２からの光が第２の導光体４０の底面（第２の表面）４２で４％程度反射されて反射光となる。この反射光により形成される傾斜部２２の像と上記導光体２４における傾斜部２２とは互いに干渉することになり、その結果、導光体２４の界面２８（第２の出射面）で輝度分布のムラが生じることになる。
【０２９２】
そこで、本実施の形態にかかる反射型ＬＣＤでは、第２の導光体４０の底面４２と反射型液晶セル１０の表示面側の面との間に、前記実施の形態１１におけるものと同一の反射防止フィルム１３を配置している。この反射防止フィルム１３の配置によって、上記反射光の発生を効果的に抑制することができる。それゆえ、界面２８における輝度分布のムラを抑制し、高品位の表示を実現可能とする反射型ＬＣＤを実現することができる。
【０２９３】
上記反射防止フィルム１３を反射型ＬＣＤに配置した場合と、配置しなかった場合とを比較すると、図５０（ａ）・（ｂ）に示すように、配置しなかった場合における輝度分布を示す図５０（ｂ）に比べて、上記反射防止フィルム１３を配置した場合における輝度分布を示す図５０（ａ）の方が、輝度のピークのピッチｐが第２の導光体４０の底面４２全体にわたってほぼ等しい上に、輝度のピークがなだらかで輝度分布のムラが少なくなっている。それゆえ、輝度分布の状態が向上していることがわかる。なお、このときの測定条件は、前記実施の形態２において、図１０に基づいて説明しているので省略する。
【０２９４】
また、上記反射防止フィルム１３は、第２の導光体４０の屈折率ｎ3 とほぼ等しい屈折率ｎ4 の接着剤にて上記反射防止フィルム１３を接着している。そのため、第２の導光体４０内の光の入出力条件をほぼ変えることなく反射防止効果を向上することができる。
【０２９５】
さらに、上記構成の反射防止フィルム１３としては、市販されているものをそのまま用いることができるため、フロントライトシステム５１の製造コストの上昇を抑制することができる。そのため、安価なフロントライトシステム５１およびこれを備えた反射型ＬＣＤを得ることができる。
【０２９６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る前方照明装置は、導光体が、光源から光を入射する入射面と、被照明物へ向けて光を出射する第１の出射面と、上記第１の出射面に対向し、被照明物からの反射光を出射する第２の出射面とを備え、上記第２の出射面が、主として光源からの光を第１の出射面へ向けて反射する傾斜部と、主として被照明物からの反射光を透過する平坦部とが交互に配置された階段状に形成され、上記第１の出射面に、該導光体における第２の出射面の傾斜部からの光が該第１の出射面で反射されることを抑制する光学手段が設けられている構成である。
【０２９７】
これにより、平坦部に平行に進行する光の成分が導光体の外へ漏れることなく、無駄なく被照明物へ照射される。従って、略平板状に形成された導光体を有する従来の構成と比較して、光源光の利用効率が向上し、より明るい前方照明装置が実現される。
【０２９８】
しかも、第１の導光体の傾斜部からの入射光が第２の表面で反射されて生ずる反射光の発生を抑制することができる。それゆえ、傾斜部における像と反射光による反射像との干渉または回折を防止することができる。その結果、表示上の輝度分布のムラや虹色の分光の発生を防止することができるという効果を奏する。
【０２９９】
本発明に係る前方照明装置は、上記導光体を第１の導光体とすると、上記第１の出射面からの出射光の輝度分布を平均化する第２の導光体をさらに備えた構成である。
【０３００】
これにより、被照明物への出射光の輝度分布が平均化される。この結果、輝度むらのない面光源として機能する前方照明装置を提供することができるという効果を奏する。
【０３０１】
本発明に係る前方聡明装置は、光源および導光体を備え、被照明物の前方に配置されて使用される前方照明装置において、上記導光体が、光源から光を入射する入射面と、被照明物へ向けて光を出射する第１の出射面と、上記第１の出射面に対向し、被照明物からの反射光を出射する第２の出射面とを備え、
上記第２の出射面が、主として光源からの光を第１の出射面へ向けて反射する傾斜部と、主として被照明物からの反射光を透過する平坦部とが交互に配置された階段状に形成され、上記導光体を第１の導光体とすると、上記第１の出射面からの出射光の輝度分布を平均化する第２の導光体をさらに備えた構成である。
【０３０２】
これにより、被照明物に対する出射光の輝度分布を均一化することができるので、表示品位の向上を図ることができるという効果を奏する。
【０３０３】
本発明に係る前方照明装置は、第１の導光体の屈折率と、第２の導光体の屈折率とがほぼ等しい構成である。
【０３０４】
これにより、第１の導光体において第２の斜面の傾斜部で反射した光が、そのままの角度で被照明物に向かって出射することとなる。この結果、第２の導光体への入射時または第２の導光体からの出射時の屈折による光の軌跡の変化を考慮しなくて済み、設計が容易となるという効果を奏する。
【０３０５】
本発明に係る前方照明装置は、第１の導光体と第２の導光体とが一体に形成された構成である。
【０３０６】
これにより、製造工程が簡略化されるという効果を奏する。
【０３０７】
これにより、第１の導光体の傾斜部からの入射光が第２の表面で反射されて生ずる反射光の発生を抑制することができる。それゆえ、傾斜部における像と反射光による反射像との干渉または回折を防止することができる。その結果、表示上の輝度分布のムラや虹色の分光の発生を防止することができるという効果を奏する。
【０３０８】
本発明に係る前方照明装置は、上記光学手段が反射防止膜である構成である。
【０３０９】
これにより、市販の反射防止膜を用いることができるので、前方照明装置の製造コストの上昇を抑制することができるという効果を奏する。
【０３１０】
本発明に係る前方照明装置は、上記光学手段は、上記第２の導光体が有する屈折率とほぼ等しい屈折率を有する接着剤により第２の導光体と接着されている構成である。
【０３１１】
これにより、第２の導光体内の光の入出力条件をほぼ変えることなく反射防止効果を向上することができる効果を奏する。
【０３１２】
本発明に係る前方照明装置は、第２の導光体が、第１の導光体における第１の出射面からの出射光を散乱させる光散乱体である構成である。
【０３１３】
これにより、第１の導光体からの出射光が散乱され、被照明物への出射光の輝度分布が平均化される。この結果、輝度むらのない前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３１４】
本発明に係る前方照明装置は、光散乱体が、所定の角度範囲から入射した光のみを散乱する異方性散乱体であり、第１の導光体からの出射光が第２の導光体へ入射する角度範囲の少なくとも一部が、上記所定の角度範囲に含まれる構成である。
【０３１５】
これにより、第１の導光体からの出射光が無駄なく散乱されると共に、不要な散乱光によって被照明物の像が劣化することが防止される。この結果、光の利用効率がさらに向上し、被照明物の鮮明な像が得られる前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３１６】
本発明に係る前方照明装置は、光散乱体が、前方散乱体である構成である。
【０３１７】
これにより、第１の導光体から入射した光の後方散乱がなくなるので、光の利用効率がさらに向上すると共に、後方散乱光によって被照明物の像が劣化することが防止される。この結果、被照明物の鮮明な像が得られる前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３１８】
本発明に係る前方照明装置は、第１の導光体と第２の導光体との間に、これらの導光体の間に存在する光学的界面での屈折率差を緩和する充填剤が導入された構成である。
【０３１９】
これにより、第１の導光体と第２の導光体との間に存在する光学的界面での反射による光の減衰が抑制される。この結果、光源光の利用効率がさらに向上し、より明るい前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３２０】
本発明に係る前方照明装置は、光源と入射面との間に、入射面から第１の導光体における第１の出射面へ直接入射する成分がほぼなくなる範囲に光源からの光の広がりを制限する光制御手段を備えた構成である。
【０３２１】
これにより、入射面から導光体へ入射する光のうち、第１の出射面へ直接入射する成分をほとんどなくすことができるので、第１の出射面から第２の導光体へ比較的大きな入射角で入射する成分を少なくすることができる。この結果、光の利用効率をさらに向上することができ、明るい前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３２２】
本発明に係る前方照明装置は、入射面が、導光体の側面に存在する構成である。
【０３２３】
これにより、観察者からは光源が直接見えないので、光源からの直接光が被照明物の像に影響を及ぼさない。この結果、鮮明な被照明物像が得られる前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３２４】
本発明の前方照明装置は、第１の出射面に垂直な平面への上記傾斜部の射影の総和が、上記平面への入射面の射影にほぼ等しい構成である。
【０３２５】
上記の構成によれば、導光体の入射面から入射した光のうち、第１の出射面に平行な成分のすべてが傾斜部へ入射し、第１の出射面へ向けて反射する。これにより、光源光の利用効率がさらに向上し、より明るい面光源としての前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３２６】
本発明に係る前方照明装置は、入射面と上記第１の出射面とが鈍角をなして配されている構成である。
【０３２７】
これにより、入射面から入射した光源光のうち、第１の出射面へ直接入射する成分が少なくなる。この結果、光源光の利用効率がさらに向上し、より明るい前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３２８】
本発明に係る前方照明装置は、光源からの光を上記入射面のみに入射させる集光手段をさらに備えた構成である。
【０３２９】
これにより、光源光の損失をさらに少なくできる。この結果、光源光の利用効率がさらに向上し、明るい前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３３０】
本発明に係る前方照明装置は、傾斜部の上記第１の出射面への射影の総和が、上記平坦部の上記第１の出射面への射影の総和よりも面積が小さい構成である。
【０３３１】
これにより、主として被照明物の像の表示に寄与する平坦部の面積が見かけ上増加する。この結果、明るく鮮明な像が得られる前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３３２】
本発明に係る前方照明装置は、上記平坦部が、上記第１の出射面と平行であるか、あるいは、上記第１の出射面に対して１０°以下の傾斜角度を有する構成である。
【０３３３】
これにより、被照明物の像の表示品位に対する影響を与えず、明るく鮮明な像が得られる前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３３４】
本発明に係る前方照明装置は、導光体の屈折率をｎ2 、上記傾斜部に接する外部媒質の屈折率をｎ1 とすると、光源から傾斜部へ入射する光の入射角θが下記の不等式を満足する構成である。
【０３３５】
θ≧ａｒｃｓｉｎ（ｎ1 ／ｎ2 ）
これにより、光源からの光が傾斜部から観察者側へ漏れることがなく、光の利用効率がさらに向上する。この結果、明るい前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３３６】
本発明に係る前方照明装置は、傾斜部の表面に、光を反射させる反射部材が設けられた構成である。
【０３３７】
これにより、光源からの光が傾斜部から観察者側へ漏れることがなく、光の利用効率がさらに向上する。この結果、明るい前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３３８】
本発明に係る前方照明装置は、導光体の屈折率をｎ2 、上記傾斜部に接する外部媒質の屈折率をｎ1 とすると、光源から傾斜部へ入射する光の入射角θが下記の不等式を満足する構成である。
【０３３９】
θ＜ａｒｃｓｉｎ（ｎ1 ／ｎ2 ）
これにより、光源から傾斜部へ入射する光の入射角θが上記の不等式を満たす範囲まで、平坦部に対する傾斜部の傾斜角度を大きくすることが可能となる。この結果、平坦部の法線方向から見た場合に、被照明物の像の表示に寄与しない傾斜部が視認されにくくなり、被照明物の像の表示品位の向上が図れるという効果を奏する。
【０３４０】
本発明に係る前方照明装置は、上記反射部材の表面に、遮光部材が設けられた構成である。
【０３４１】
これにより、周囲光が反射部材で反射して観察者の目に入ることがない。この結果、鮮明な被照明物像が得られる前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３４２】
本発明に係る前方照明装置は、第２の出射面における平坦部からの出射光と傾斜部からの出射光との出射方向をそろえる補償手段をさらに備えた構成である。
【０３４３】
これにより、被照明物の像のにじみやボケがなく、鮮明な像を得ることが可能となるという効果を奏する。
【０３４４】
本発明に係る前方照明装置は、補償手段が、導光体の第２の出射面に対向する第１の表面と、上記第１の表面に対向する第２の表面とを備えると共に、補償手段の第１の表面が、導光体の第２の出射面の傾斜部と略平行な傾斜面と、上記第２の出射面の平坦部と略平行な平坦面とが交互に配置されて、上記第２の出射面と相補する階段状に形成され、上記補償手段の第２の表面が、導光体の第１の出射面と略平行に配置されている構成である。
【０３４５】
これにより、平坦部から観察者側へ出射する光の出射方向と、傾斜部から観察者側へ出射する光の出射方向とがそろえられる。この結果、被照明物の鮮明な像を得ることが可能となるという効果を奏する。
【０３４６】
本発明に係る前方照明装置は、補償手段において、主として第２の出射面の傾斜部からの出射光が入射する領域と、主として第２の出射面の平坦部からの出射光が入射する領域とが、互いに異なる屈折率を有する。
【０３４７】
これにより、導光体の第２の出射面の平坦部から観察者側へ出射する光の出射方向と、傾斜部から観察者側へ出射する光の出射方向とがそろえられる。この結果、にじみやボケのない鮮明な被照明物像が得られる前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３４８】
本発明に係る前方照明装置は、補償手段において、主として第２の出射面の傾斜部からの出射光が入射する領域に、回折素子が設けられた構成である。
【０３４９】
これにより、導光体の第２の出射面の平坦部から観察者側へ出射する光の出射方向と、傾斜部から観察者側へ出射する光の出射方向とがそろえられる。この結果、にじみやボケのない鮮明な被照明物像が得られる前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３５０】
本発明に係る前方照明装置は、補償手段において、主として第２の出射面の傾斜部からの出射光が入射する領域に、遮光部材が設けられた構成である。
【０３５１】
これにより、導光体の第２の出射面から観察者側へ出射する光が、平坦部からの出射光のみとなるこの結果、にじみやボケのない鮮明な被照明物像が得られる前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３５２】
本発明に係る前方照明装置は、光源と入射面との間に光源からの光の広がりを制限する光制御手段をさらに備えた構成である。
【０３５３】
これにより、傾斜部からの漏れ光が少なくなり、光の利用効率がさらに向上すると共に、被照明物の像のにじみやボケが防止される。この結果、明るく且つ鮮明な被照明物像が得られる面光源としての前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３５４】
本発明に係る前方照明装置は、光制御手段が、入射面から第２の出射面の傾斜部へ直接入射する光の入射角が臨界角よりも大きくなる範囲に光源からの光の広がりを制限する構成である。
【０３５５】
これにより、傾斜部からの漏れ光が少なくなり、光の利用効率がさらに向上すると共に、被照明物の像のにじみやボケが防止される。この結果、明るく且つ鮮明な被照明物像が得られる面光源としての前方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０３５６】
本発明に係る前方照明装置は、導光体が、平面状の底面と、上記底面に対向する表面と、光源からの光が入射する入射面とを備え、上記表面が、底面に対して略平行な平坦部と、上記平坦部に対して同方向に傾斜した傾斜部とが交互に配置された階段状に形成され、上記導光体の底面に、該導光体における表面の傾斜部からの光が該底面で反射されることを抑制する光学手段が設けられた構成である。
【０３５７】
これにより、本発明の前方照明装置では、平坦部に平行に進行する光の成分が導光体の外へ漏れることがなく、傾斜部で反射して被照明物へ照射される。それゆえ、略平板状に形成された導光体を有する従来の構成と比較して、光源光の利用効率が向上する。この結果、明るい前方照明装置が実現される。
【０３５８】
しかも、上記光学手段を備えているため、傾斜部からの入射光が導光体の底面で反射されて生ずる反射光の発生を抑制することができる。それゆえ、微小光源部として作用する傾斜部における像と、反射光による反射像との干渉または回折を防止することができる。そのため、観察者側（第２の出射面）にて観察される表示上の輝度分布のムラや虹色の分光の発生を防止することができるという効果を奏する。
【０３５９】
本発明に係る反射型液晶表示装置は、反射板を有する反射型液晶素子を備えると共に、上記反射型液晶素子の前面に、上記前方照明装置が配置された構成である。
【０３６０】
これにより、例えば日中の屋外等のように十分な周囲光量がある場合には、前方照明装置を消灯した状態で使用する一方、十分な周囲光量が得られないときには、前方照明装置を点灯して使用することができる。この結果、周囲環境に関わらず、常に明るい高品位な表示を実現し得る反射型液晶表示装置を提供できるという効果を奏する。
【０３６１】
本発明に係る反射型液晶表示装置は、反射型液晶素子が走査線を備え、上記走査線のピッチと、前方照明装置の第２の出射面における平坦部のピッチとがほぼ等しく、走査線の上方に平坦部が配置された構成である。
【０３６２】
これにより、液晶素子の画素領域からの反射光が平坦部へ無駄なく入射するので、光の利用効率がさらに向上する。この結果、高品位な表示を実現し得る反射型液晶表示装置を提供できるという効果を奏する。
【０３６３】
本発明に係る反射型液晶表示装置は、反射型液晶表示装置が走査線を備え、上記走査線のピッチよりも、前方照明装置の第２の出射面における平坦部のピッチと傾斜部のピッチとの和の方が小さい構成である。
【０３６４】
これにより、ブラックマトリクスと傾斜部との干渉によるモアレ縞の発生を抑制することができるため、得られる反射型液晶表示装置の表示品位を向上させることができるという効果を奏する。
【０３６５】
本発明に係る反射型液晶表示装置は、反射型液晶表示装置が走査線を備え、上記走査線のピッチよりも、前方照明装置の第２の出射面における平坦部のピッチと傾斜部のピッチとの和の方が大きい構成である。
【０３６６】
これにより、ブラックマトリクスと傾斜部との干渉によるモアレ縞の発生を抑制することができるため、得られる反射型液晶表示装置の表示品位を向上させることができるという効果を奏する。
【０３６７】
本発明に係る反射型液晶表示装置は、上記反射型液晶素子が、表面に凹凸部を有する反射板を備えている構成である。
【０３６８】
これにより、液晶分子の配向および反射型液晶素子のセル厚とに影響を及ぼすことなく入射光を拡散する。そのため、正反射方向以外から光が入射しても、画像の観察が可能となるという効果を奏する。
【０３６９】
本発明に係る反射型液晶表示装置は、上記反射板は、反射型液晶素子の液晶層を駆動するための液晶駆動電極を兼ねた反射電極であり、該液晶層に隣接して設けられている構成である。
【０３７０】
これにより、反射型液晶素子を構成する電極基板による視差の発生を解消できる。そのため、得られる反射型液晶表示装置において、画像の２重写りを抑制することができる。また、反射型液晶表示装置の構成を簡素化することができるという効果を奏する。
【０３７１】
本発明に係る反射型液晶表示装置は、前方照明装置が、反射型液晶素子に対して開閉自在に設けられた構成である。
【０３７２】
これにより、前方照明装置を必要としない場合に、前方照明装置によって周囲光の入射が妨げられることがない。この結果、常に明るい表示を実現し得る反射型液晶表示装置を提供できるという効果を奏する。
【０３７３】
本発明に係る反射型液晶表示装置は、反射板を有する反射型液晶素子の前面に、上記前方照明装置を備えた反射型液晶表示装置であって、上記補償手段が、所定の圧力に対して可撓性を有すると共に、上記補償手段および第２の出射面のそれぞれに、互いに接触することによって圧力が加えられた位置を検出する一対の位置検出手段が設けられた構成である。
【０３７４】
これにより、前方照明装置がいわゆるタッチパネルとして機能する。この結果、液晶素子に表示された内容に対してペン入力が可能な反射型液晶表示装置を提供できるという効果を奏する。
【０３７５】
本発明に係る反射型液晶表示装置は、反射型液晶素子が走査線を備え、上記位置検出手段が第２の出射面の平坦部に形成された透明電極を含み、上記走査線のピッチと、上記透明電極のピッチとがほぼ等しく、走査線の上方に透明電極が配置された構成である。
【０３７６】
これにより、タッチパネルの解像度と液晶素子の解像度とがほぼ等しくなる。この結果、タッチパネルで入力を行う際の、入力像と表示像との一体感が向上し、操作性に優れた反射型液晶表示装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る反射型ＬＣＤの構成を示す断面図である。
【図２】上記反射型ＬＣＤが備えるフロントライトの導光体の形状を示すものであり、同図（ａ）は、導光体を平坦部の法線方向上方から見た平面図、同図（ｂ）は、導光体を入射面の法線方向から見た側面図、同図（ｃ）は、導光体を、光源の長手方向を法線とする断面で切断した断面図である。
【図３】同図（ａ）ないし（ｃ）は、光源からの光の導光体内での挙動を示す説明図である。
【図４】反射型ＬＣＤの反射板で反射した光の挙動を示す説明図である。
【図５】上記フロントライトの光強度を測定するための測定系の説明図である。
【図６】上記フロントライトの光強度の測定結果を示すグラフである。
【図７】同図（ａ）は、発光型ディスプレイからの出射光と周囲光との関係を示す説明図であり、同図（ｂ）は、上記反射型ＬＣＤからの出射光と周囲光との関係を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の他の形態に係る反射型ＬＣＤの構成を示す断面図である。
【図９】同図（ａ）は、図８に示す反射型ＬＣＤが備えるフロントライトシステムにおいて、導光体の傾斜部から、上記フロントライトシステムの出射面となる面までの距離が均一であることを示す断面図、同図（ｂ）は、比較のために、前記した実施形態の反射型ＬＣＤが備えるフロントライトにおいて、傾斜部からフロントライトの出射面となる面までの距離が均一でないことを示す断面図である。
【図１０】同図（ａ）および（ｂ）は、図９（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示した構成による照明光の輝度分布を測定するための測定系をそれぞれ示す説明図である。
【図１１】同図（ａ）および（ｂ）は、図９（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示した構成による照明光の輝度分布の測定結果をそれぞれ示すグラフである。
【図１２】本発明の実施に係るさらに他の形態としての反射型ＬＣＤの構成を示す断面図である。
【図１３】図１２に示す反射型ＬＣＤが備えるフロントライトシステムにおける光の挙動を示す模式図である。
【図１４】図１２に示す反射型ＬＣＤが備えるフロントライトシステムの照明光の輝度分布の測定結果を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施に係るさらに他の形態としての反射型ＬＣＤにおいて、像のにじみやボケが生じる原理を示す説明図である。
【図１６】上記反射型ＬＣＤの導光体の傾斜部の一部を拡大して示す断面図であり、上記傾斜部に金属反射膜が設けられた構成を示す。
【図１７】同図（ａ）ないし（ｅ）は、上記金属反射膜を形成する工程を示す断面図である。
【図１８】上記金属反射膜がない場合の光の挙動を示す模式図である。
【図１９】図１６に示した構成の変形例を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施に係るさらに他の形態としての反射型ＬＣＤの構成を示す断面図である。
【図２１】上記反射型ＬＣＤにおける導光体と光学補償板との間の光の挙動を示す模式図である。
【図２２】図２０に示した構成の変形例としての反射型ＬＣＤの構成を示すものであり、同図（ａ）は、この反射型ＬＣＤの断面図、同図（ｂ）および（ｃ）は、この反射型ＬＣＤの光学補償板の構成例をそれぞれ示す断面図である。
【図２３】本発明の実施に係るさらに他の形態としての反射型ＬＣＤが備えるタッチパネルの構成を示す断面図である。
【図２４】上記タッチパネルの断面図、およびこのタッチパネルに設けられた反射電極の平面図である。
【図２５】上記タッチパネルにおいて、ペンで押圧された位置の座標を検出するための構成を示す平面図である。
【図２６】上記タッチパネルの一部が、ペンで押圧されているときの状態を示す断面図である。
【図２７】本発明の実施に係るさらに他の形態としての反射型ＬＣＤの構成を示す断面図である。
【図２８】図２７に示す反射型ＬＣＤの導光体において、入射面から入射した光が傾斜部で全反射されるための条件を説明するための説明図である。
【図２９】図２７に示す反射型ＬＣＤが備えるプリズムシートの集光特性を示すグラフである。
【図３０】同図（ａ）および（ｂ）は、図２７に示す反射型ＬＣＤに対して、入射光の広がりを制限するために適用できる他の構成例を示す説明図である。
【図３１】同図（ａ）ないし（ｃ）は、本発明の実施に係るさらに他の形態としての反射型ＬＣＤが備える導光体の構成と共に、この導光体内の光の挙動を示す断面図である。
【図３２】本発明の実施に係るさらに他の形態としての反射型ＬＣＤの構成を示す断面図である。
【図３３】図３２に示す反射型ＬＣＤのフロントライトの入射面の傾き角の条件を説明するための説明図である。
【図３４】本発明の実施に係るさらに他の形態としての反射型ＬＣＤの構成を示す斜視図である。
【図３５】本発明の実施に係るさらに他の形態としての照明装置の使用例を示す斜視図である。
【図３６】図３５に示す照明装置の使用例を示す平面図である。
【図３７】本発明の実施に係るさらに他の形態としての反射型ＬＣＤの構成を示す断面図である。
【図３８】図３７に示す反射型ＬＣＤが備えるフロントライトの導光体の形状を示すものであり、同図（ａ）は、導光体を平坦部の法線方向上方から見た平面図、同図（ｂ）は、導光体を入射面の法線方向から見た断面図、同図（ｃ）は、導光体を、光源の長手方向を法線とする断面で切断した断面図である。
【図３９】図３８に示す導光体における平坦部および傾斜部の構成を説明する説明図である。
【図４０】同図（ａ）および（ｂ）は、光源からの光の導光体内での挙動を示す説明図である。
【図４１】図３７に示す反射型ＬＣＤが備えるフロントライトにおける光源からの距離と輝度との関係を示すグラフである。
【図４２】図３７に示す反射型ＬＣＤが備えるフロントライトにおける出射光の角度の特性を示すグラフである。
【図４３】図３７に示す反射型ＬＣＤが備える反射型液晶セルの構成を示す断面図である。
【図４４】同図（ａ）ないし（ｅ）は、図４３に示す反射型液晶セルにおける反射電極の形成方法を示す工程図である。
【図４５】図４３に示す反射型液晶セルにおける反射電極の反射率角度依存性を示すグラフである。
【図４６】図４３に示す反射型液晶セルの他の例を示す断面図である。
【図４７】図４３に示す反射型液晶セルにおける画素、走査線および信号線の構成を示す平面図である。
【図４８】図３７に示す反射型ＬＣＤが備えるフロントライトにおける出射光の輝度および輝度分布特性を示すグラフである。
【図４９】本発明の実施に係るさらに他の形態としての反射型ＬＣＤの構成を示す断面図である。
【図５０】同図（ａ）および（ｂ）は、図４９に示す反射型ＬＣＤが備えるフロントライトおよび従来のフロントライトにおける照明光の輝度分布を測定結果をそれぞれ示すグラフである。
【図５１】従来の補助照明付き反射型ＬＣＤの概略構成と共に、この反射型ＬＣＤにおける光の挙動を示す断面図である。
【図５２】上記従来の反射型ＬＣＤにおける光の挙動を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 液晶セル（反射型液晶素子）
１２ 液晶層
１３ 反射防止フィルム（反射防止膜、光学手段）
１７ 反射板
１８ 偏光板
１９ 絶縁膜
２０ フロントライト（前方照明装置）
２１ 平坦部
２２ 傾斜部
２３ 界面（第２の出射面）
２４ 導光体（第１の導光体）
２５ 入射面
２６ 光源
２７ 反射鏡（集光手段）
２８ 界面（第１の出射面）
４５ 第２の導光体
６４ 光学補償板（補償手段）
７２ 透明電極（位置検出手段）
７３ 反射電極（位置検出手段）

Claims (38)

1. 光源および導光体を備え、被照明物の前方に配置されて使用される前方照明装置において、
   上記導光体が、光源から光を入射する入射面と、被照明物へ向けて光を出射する第１の出射面と、上記第１の出射面に対向し、被照明物からの反射光を出射する第２の出射面とを備え、
   上記第２の出射面が、主として光源からの光を第１の出射面へ向けて反射する傾斜部と、主として被照明物からの反射光を透過する平坦部とが交互に配置された階段状に形成され、
   上記第１の出射面に、該導光体における第２の出射面の傾斜部からの光が該第１の出射面で反射されることを抑制する光学手段が設けられていることを特徴とする前方照明装置。
2. 上記導光体を第１の導光体とすると、上記第１の出射面からの出射光の輝度分布を平均化する第２の導光体をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の前方照明装置。
3. 第１の導光体の屈折率と、第２の導光体の屈折率とがほぼ等しいことを特徴とする請求項２に記載の前方照明装置。
4. 第１の導光体と第２の導光体とが一体に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の前方照明装置。
5. 上記光学手段は反射防止膜であることを特徴とする請求項１に記載の前方照明装置。
6. 上記光学手段は、上記第２の導光体が有する屈折率とほぼ等しい屈折率を有する接着剤により第２の導光体と接着されていることを特徴とする請求項２または５に記載の前方照明装置。
7. 第２の導光体が、第１の導光体における第１の出射面からの出射光を散乱させる光散乱体であることを特徴とする請求項２に記載の前方照明装置。
8. 上記光散乱体が、所定の角度範囲から入射した光のみを散乱する異方性散乱体であり、第１の導光体からの出射光が第２の導光体へ入射する角度範囲の少なくとも一部が、上記所定の角度範囲に含まれることを特徴とする請求項７に記載の前方照明装置。
9. 上記光散乱体が、前方散乱体であることを特徴とする請求項７に記載の前方照明装置。
10. 第１の導光体と第２の導光体との間に、これらの導光体の間に存在する光学的界面での屈折率差を緩和する充填剤が導入されていることを特徴とする請求項２に記載の前方照明装置。
11. 光源と入射面との間に、入射面から第１の導光体における第１の出射面へ直接入射する成分がほぼなくなる範囲に光源からの光の広がりを制限する光制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１０に記載の前方照明装置。
12. 上記入射面が、導光体の側面に存在することを特徴とする請求項１に記載の前方照明装置。
13. 第１の出射面に垂直な平面への上記傾斜部の射影の総和が、上記平面への入射面の射影にほぼ等しいことを特徴とする請求項１２に記載の前方照明装置。
14. 上記入射面と上記第１の出射面とが鈍角をなして配されていることを特徴とする請求項１２に記載の前方照明装置。
15. 光源からの光を上記入射面のみに入射させる集光手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の前方照明装置。
16. 上記傾斜部の上記第１の出射面への射影の総和が、上記平坦部の上記第１の出射面への射影の総和よりも面積が小さいことを特徴とする請求項１に記載の前方照明装置。
17. 上記平坦部が、上記第１の出射面と平行であるか、あるいは、上記第１の出射面に対して１０°以下の傾斜角度を有することを特徴とする請求項１に記載の前方照明装置。
18. 導光体の屈折率をｎ 2 、上記傾斜部に接する外部媒質の屈折率をｎ 1 とすると、光源から傾斜部へ入射する光の入射角θが下記の不等式を満足することを特徴とする請求項１に記載の前方照明装置。
    θ≧ａｒｃｓｉｎ（ｎ 1 ／ｎ 2 ）
19. 上記傾斜部の表面に、光を反射させる反射部材が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の前方照明装置。
20. 導光体の屈折率をｎ 2 、上記傾斜部に接する外部媒質の屈折率をｎ 1 とすると、光源から傾斜部へ入射する光の入射角θが下記の不等式を満足することを特徴とする請求項１９に記載の前方照明装置。
    θ＜ａｒｃｓｉｎ（ｎ 1 ／ｎ 2 ）
21. 上記反射部材の表面に、遮光部材が設けられたことを特徴とする請求項１９に記載の前方照明装置。
22. 第２の出射面における平坦部からの出射光と傾斜部からの出射光との出射方向をそろえる補償手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の前方照明装置。
23. 上記補償手段が、導光体の第２の出射面に対向する第１の表面と、上記第１の表面に対向する第２の表面とを備えると共に、
    補償手段の第１の表面が、導光体の第２の出射面の傾斜部と略平行な傾斜面と、上記第２の出射面の平坦部と略平行な平坦面とが交互に配置されて、上記第２の出射面と相補する階段状に形成され、
    上記補償手段の第２の表面が、導光体の第１の出射面と略平行に配置されていることを特徴とする請求項２２に記載の前方照明装置。
24. 上記補償手段において、主として第２の出射面の傾斜部からの出射光が入射する領域と、主として第２の出射面の平坦部からの出射光が入射する領域とが、互いに異なる屈折率を有することを特徴とする請求項２２に記載の前方照明装置。
25. 上記補償手段において、主として第２の出射面の傾斜部からの出射光が入射する領域に、回折素子が設けられたことを特徴とする請求項２２に記載の前方照明装置。
26. 上記補償手段において、主として第２の出射面の傾斜部からの出射光が入射する領域に、遮光部材が設けられたことを特徴とする請求項２２に記載の前方照明装置。
27. 光源と入射面との間に光源からの光の広がりを制限する光制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の前方照明装置。
28. 光制御手段が、入射面から第２の出射面の傾斜部へ直接入射する光の入射角が臨界角よりも大きくなる範囲に光源からの光の広がりを制限することを特徴とする請求項２７に記載の前方照明装置。
29. 光源および導光体を備え、被照明物の前方に配置されて使用される前方照明装置において、
    上記導光体が、平面状の底面と、上記底面に対向する表面と、光源からの光が入射する入射面とを備え、
    上記表面が、底面に対して略平行な平坦部と、上記平坦部に対して同方向に傾斜した傾斜部とが交互に配置された階段状に形成され、
    上記導光体の底面に、該導光体における表面の傾斜部からの光が該底面で反射されることを抑制する光学手段が設けられていることを特徴とする前方照明装置。
30. 反射板を有する反射型液晶素子を備えると共に、
    上記反射型液晶素子の前面に、請求項１に記載の前方照明装置が配置されたことを特徴とする反射型液晶表示装置。
31. 反射型液晶素子が走査線を備え、
    上記走査線のピッチと、前方照明装置の第２の出射面における平坦部のピッチとがほぼ等しく、走査線の上方に平坦部が配置されていることを特徴とする請求項３０に記載の反射型液晶表示装置。
32. 反射型液晶素子が走査線を備え、
    上記走査線のピッチよりも、前方照明装置の第２の出射面における平坦部のピッチと傾斜部のピッチとの和の方が小さいことを特徴とする請求項３０に記載の反射型液晶表示装置。
33. 反射型液晶素子が走査線を備え、
    上記走査線のピッチよりも、前方照明装置の第２の出射面における平坦部のピッチと傾斜部のピッチとの和の方が大きいことを特徴とする請求項３０に記載の反射型液晶表示装置。
34. 上記反射型液晶素子が表面に凹凸部を有する反射板を備えていることを特徴とする請求項３０から３３の何れか１項に記載の反射型液晶表示装置。
35. 上記反射板は、反射型液晶素子の液晶層を駆動する液晶駆動電極を兼ねた反射電極であり、該液晶層に隣接して設けられていることを特徴とする請求項３４に記載の反射型液晶表示装置。
36. 前方照明装置が、反射型液晶素子に対して開閉自在に設けられたことを特徴とする請求項３０に記載の反射型液晶表示装置。
37. 反射板を有する反射型液晶素子の前面に、請求項２２に記載の前方照明装置を備えた反射型液晶表示装置であって、
    上記補償手段が、所定の圧力に対して可撓性を有すると共に、
    上記補償手段および第２の出射面のそれぞれに、互いに接触することによって圧力が加えられた位置を検出する一対の位置検出手段が設けられたことを特徴とする反射型液晶表示装置。
38. 反射型液晶素子が走査線を備え、
    上記位置検出手段が第２の出射面の平坦部に形成された透明電極を含み、
    上記走査線のピッチと、上記透明電極のピッチとがほぼ等しく、走査線の上方に透明電極が配置されていることを特徴とする請求項３７に記載の反射型液晶表示装置。

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