JP2001215505A - 液晶表示装置及び携帯情報端末機 - Google Patents

液晶表示装置及び携帯情報端末機

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JP2001215505A
JP2001215505A JP2000025637A JP2000025637A JP2001215505A JP 2001215505 A JP2001215505 A JP 2001215505A JP 2000025637 A JP2000025637 A JP 2000025637A JP 2000025637 A JP2000025637 A JP 2000025637A JP 2001215505 A JP2001215505 A JP 2001215505A
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crystal display
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Masayuki Shinohara
正幸 篠原
Junichi Takagi
潤一 高木
Shigeru Aoyama
茂 青山
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133553—Reflecting elements
    • G02F1/133555—Transflectors

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラー半透過型液晶表示装置の正面輝度を向
上させる。 【解決手段】 カラー液晶表示装置３１はカラー表示部
３２と面光源装置３３とからなる。カラー表示部３２
は、液晶表示パネル３４の上面及び下面に上部偏光板３
５と下部偏光板３６を対向させられたものであり、液晶
表示パネル３４は、一部が入射光を反射させる反射部３
７ａ、別な一部が入射光を透過させる透過部３７ｂとな
った半透過反射部３７を備えている。面光源装置３３
は、導光板３８と、導光板３８の光入射面に対向させて
配置された発光部３９と、導光板３８の下面に対向させ
て配置された全反射板４１と、導光板３８の光入射面に
対向させた拡散度の弱い拡散板４０からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置及び
携帯情報端末機に関し、特に半透過型液晶表示装置と、
当該半透過型液晶表示装置を用いた携帯情報端末機に関
する。
【０００２】
【背景技術】携帯情報端末機等の表示用デバイスとし
て、従来から用いられているモノクロ半透過型液晶表示
装置の構造を図１の断面図に示す。このモノクロ半透過
型液晶表示装置１は、モノクロ半透過型の表示部２と、
そのバックライト用光源として用いられる面光源装置３
とから構成されている。この表示部２は、上部偏光板４
と、ガラス基板間に液晶を封止した液晶表示パネル５
と、下部偏光板６と、半透過板７とを積層して構成され
ている。また、面光源装置３は、導光板８の裏面に反射
板９を配置し、導光板８の一方端面に発光部１０を配置
したものである。導光板８は、発光部１０からの光を閉
じ込め、面状に広げて出射させるものであって、ポリカ
ーボネイト樹脂やメタクリル樹脂などの透明で屈折率の
大きな樹脂により形成され、その下面には凹凸加工や拡
散反射インクのドット印刷等によって拡散パターン１１
が形成されている。発光部１０は回路基板１２上に複数
の発光ダイオード（ＬＥＤ）等のいわゆる点光源１３を
実装したものであって、導光板５の端面（光入射面）に
対向している。反射板９は、導光板８の下面からの漏れ
光を反射させるものであって、反射率の高い例えば白色
樹脂シートによって形成されており、両面テープによっ
て導光板８の下面に貼り付けられている。
【０００３】しかして、太陽光や室内照明光などの外来
光がある場合には、液晶表示パネル５を透過して半透過
板７に入射した光は、一部が半透過板７で反射し、一部
が半透過板７を透過し、半透過板７で反射した光が再び
液晶表示パネル５を透過して表示部２の前面に出射され
る。これによって、液晶表示装置１の外部に太陽光等の
光がある場合には外部の光を利用して液晶表示装置１の
画面に画像を表示させることができる。また、外部の光
がない場合には面光源装置２を点灯させ、面光源装置２
の出射光を利用して液晶表示装置１の画面に画像を表示
させることができる。
【０００４】このような液晶表示装置１で用いられてい
る半透過板７と反射板９はいずれも拡散性を有している
ので、図２に示すように、導光板８から出て半透過板７
に入射した光の一部は拡散透過し、一部は拡散反射され
る。そして、半透過板７で反射して導光板５を透過した
光は、反射板９にあたって拡散反射され、再び導光板８
を透過して、もう一度半透過板７に入射する。導光板８
から出射された光は、このような挙動を繰り返すうち、
そのほとんどが液晶表示装置１から出射されるので、こ
の液晶表示装置１の光の利用効率は高い。
【０００５】しかしながら、このようなモノクロ半透過
型液晶表示装置１では、導光板８から指向性の良好な光
が出射されても、上記のようにして半透過板７と反射板
９で拡散反射されるので、半透過板７を出射した光は、
図２に示すようにランバート光となる。その結果、液晶
表示装置１の表示面における出射光はランバート光とな
り、正面輝度が低下するという問題があった。
【０００６】次に、携帯電話等の携帯情報端末機のカラ
ー表示デバイスとして用いられているカラー半透過型液
晶表示装置１４の構造を図３に示す。このカラー液晶表
示装置１４もカラー表示部１５と面光源装置３とからな
り、カラー表示部１５は、上部偏光板１６とカラー表示
用の液晶表示パネル１７と下部偏光板１８とから構成さ
れている。カラー半透過型液晶表示装置１２では、視差
による色の濁り等を防ぐためにモノクロの場合のような
半透過板を用いず、液晶表示パネル１７の内部に半透過
反射部（下部電極）１９を設けている。この半透過反射
部１９は、下部電極の一部が上方からの光を拡散反射さ
せると共に下方からの光を正反射させる反射部１９ａ
で、一部が透明な透過部１９ｂとなったものである。
【０００７】しかして、図３に示すように、導光板８か
ら出射した光は下部偏光板１８を透過して液晶表示パネ
ル１７内に入射し、透過部１９ｂを通った光は液晶表示
パネル１７を透過し、さらに上部偏光板１６を通って液
晶表示装置１４の前面から出射される。一方、反射部１
９ａに当たった光は反射部１９ａで正反射されて戻り、
下部偏光板１８と導光板８を透過して反射板９に到達
し、反射板９で拡散反射されて導光板８から再出射し、
再利用される。
【０００８】このようなカラー半透過型液晶表示装置１
４にあっては、導光板８から出射され液晶表示パネル１
７に入射する光は下部偏光板１８を通過するので、下部
偏光板１８の透過軸と一致する直線偏光となっており、
半透過反射部１９の反射部１９ａで正反射して反射板９
へ戻ってくる光も振動方向が下部偏光板１８の透過軸と
一致する直線偏光となっている。しかし、この直線偏光
が反射板９で拡散反射されると、その反射光はあらゆる
振動方向の偏光成分を持つようになり、導光板８から再
出射して下部偏光板１８を透過する際に半分以上の光量
が吸収される。よって、半透過反射部１９の反射部１９
ａと反射板９との間で反射される度に光量が半減し、導
光板８から出射された光の一部しか液晶表示装置１４か
ら出射されず、液晶表示装置１４の表示面の輝度を十分
に高くすることができなかった。
【０００９】また、このようなカラー半透過型液晶表示
装置１４では、光が反射板９で拡散反射されるため、半
透過反射部１９と反射板９で反射されて再利用される光
はランバート光となり、結果として液晶表示装置１４の
表示面における出射光の指向性は導光板８の出射光の指
向性よりも悪くなり、液晶表示装置１４の正面輝度が低
下している。
【００１０】液晶表示装置の正面輝度を上げるために
は、図５に示すような構造の面光源装置２０を用いるこ
とができる。この面光源装置２０は、光入射面側で厚
く、その反対側で薄くなったくさび状の導光板２１の下
面に正反射板２２を対向させ、導光板２１の光入射面と
対向させて冷陰極管又は発光ダイオードからなる発光部
２３を配置し、導光板２１の上面にプリズムシート２４
を重ねたものである。
【００１１】しかして、発光部２３から出射され光入射
面から導光板２１内に入射した光は、導光板２１の内部
に閉じこめられ、導光板２１の上面と下面（正反射板２
２）との間で全反射を繰り返すことによって導光板２１
全体に広がり、導光板２１の下面で反射する度に導光板
２１の上面に対する入射角が小さくなって行く。一方、
導光板２１の下面から漏れた光は、正反射板２２によっ
て正反射され、再び導光板２１内部へ戻される。そし
て、導光板２１の上面への入射角が全反射の臨界角に達
すると導光板２１の上面から出射される。こうして一定
の傾きで導光板２１の上面から出射された光は、プリズ
ムシート２４を通過することによって上方へ向けて偏向
される。従って、このような面光源装置２０を用いれ
ば、図５に示すように、狭い指向角で液晶表示パネルに
向けてほぼ垂直に光を出射させることができ、液晶表示
装置の正面輝度を高くすることができる。
【００１２】しかし、このような面光源装置２０をカラ
ー透過型液晶表示装置に用いた場合には、半透過反射板
で反射された光が面光源装置２０に戻ってくると、図６
に示すように、プリズムシート２４に戻ってきた光のう
ちプリズムの一方斜面（図６で右上がりになっている斜
面）２５で全反射した光はプリズムの他方斜面を透過し
た後、導光板２１に入射し、導光板２１の上面と下面
（正反射板２２）との間で反射しながら発光部２３へと
戻っていく。したがって、このような構造の面光源装置
２０を用いれば、発光部２３の冷陰極管やＬＥＤによる
光の吸収が生じ、光量の損失が生じるという問題があっ
た。
【００１３】
【発明の開示】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、液晶
表示装置の正面輝度を高くすることにある。
【００１４】また、本発明の別な目的は、正面輝度が高
くて視認性の良好な液晶表示装置を備えた携帯情報端末
機を提供することにある。
【００１５】本発明にかかる第１の液晶表示装置は、光
入射面から入射した光を光出射面のほぼ全体に広げて光
出射面から出射させる平板状の導光板と、該導光板の光
入射面と対向させて配置された光源と、前記導光板の光
出射面と反対側の面に配置された反射板と、前記導光板
の光出射面側に配置され、導光板から入射した光の一部
を透過させると共に一部を正反射させる半透過手段を有
する液晶パネルとを備えた液晶表示装置において、前記
導光板の光出射面から出射される光の輝度の角度分布
と、前記液晶パネルの半透過手段で反射された光がさら
に前記反射板で反射された後に導光板の光出射面から再
出射される光の輝度の角度分布とがほぼ同じであること
を特徴とするものである。
【００１６】本発明にかかる第１の液晶表示装置にあっ
ては、導光板の光出射面から出射される光の輝度の角度
分布と、液晶パネルの半透過手段で反射された光がさら
に反射板で反射された後に導光板の光出射面から再出射
される光の輝度の角度分布とがほぼ同じであるから、導
光板の光出射面から出射された光が半透過手段と反射板
で反射されても輝度の角度分布が変化せず、これらの光
が重なり合っても輝度の角度分布が広がりにくくなる。
従って、この液晶表示装置によれば、光の指向特性を狭
くすることによって、正面輝度を高くすることができ
る。
【００１７】本発明にかかる第２の液晶表示装置は、光
入射面から入射した光を光出射面のほぼ全体に広げて光
出射面から出射させる平板状の導光板と、該導光板の光
入射面と対向させて配置された光源と、前記導光板の光
出射面と反対側の面に配置された反射板と、前記導光板
の光出射面側に配置され、導光板から入射した光の一部
を透過させると共に一部を正反射させる半透過手段を有
する液晶パネルとを備えた液晶表示装置において、前記
液晶表示パネルの半透過手段で反射された光の偏光状態
と、前記液晶パネルの半透過手段で反射された光がさら
に前記反射板で反射された後に導光板の光出射面から再
出射される光の偏光状態とがほぼ同じであることを特徴
とするものである。
【００１８】本発明にかかる第２の液晶表示装置にあっ
ては、液晶表示パネルの半透過手段で反射された光の偏
光状態と、液晶パネルの半透過手段で反射された光がさ
らに反射板で反射された後に導光板の光出射面から再出
射される光の偏光状態とがほぼ同じになっているから、
液晶自体又は半透過手段よりも導光板に近い側に配置さ
れた偏光子による光の吸収を低減することができる。従
って、この液晶表示装置によれば、光のロスを低減する
ことにより、正面輝度を向上させることができる。
【００１９】本発明にかかる第３の液晶表示装置にあっ
ては、光入射面から入射した光を光出射面のほぼ全体に
広げて光出射面から出射させる平板状の導光板と、該導
光板の光入射面と対向させて配置された光源と、前記導
光板の光出射面と反対側の面に配置された反射板と、前
記導光板の光出射面側に配置された液晶パネルと、該液
晶パネルと前記導光板との間に配置され、導光板から入
射した特定の偏光方向の光を透過させ、該偏向方向と直
交する偏光方向の光を反射させる偏光分離手段とを備え
た液晶表示装置において、前記導光板の光出射面から出
射される光の輝度の角度分布と、前記偏光分離手段で反
射された光がさらに前記反射板で反射された後に導光板
の光出射面から再出射される光の輝度の角度分布とがほ
ぼ同じであることを特徴としている。
【００２０】本発明にかかる第３の液晶表示装置にあっ
ては、導光板の光出射面から出射される光の輝度の角度
分布と、液晶パネルの半透過手段で反射された光がさら
に反射板で反射された後に導光板の光出射面から再出射
される光の輝度の角度分布とがほぼ同じであるから、導
光板の光出射面から出射された光が偏光分離手段と反射
板で反射されても輝度の角度分布が変化せず、これらの
光が重なり合うことによって輝度の角度分布が広がりに
くくなる。従って、この液晶表示装置によれば、光の指
向特性を狭くすることによって、正面輝度を高くするこ
とができる。
【００２１】しかも、第３の液晶表示装置によれば、液
晶パネルと導光板の間に、導光板から入射した特定の偏
光方向の光を透過させ、該偏向方向と直交する偏光方向
の光を反射させる偏光分離手段を設けているので、偏光
分離手段と反射板によって光の偏光方向を揃えて液晶パ
ネルへ出射させることができ、液晶パネル内の偏光子や
液晶による光の吸収を低減し、液晶表示装置の正面輝度
をより向上させることができる。
【００２２】本発明にかかる第４の液晶表示装置にあっ
ては、光入射面から入射した光を光出射面のほぼ全体に
広げて光出射面から出射させる平板状の導光板と、該導
光板の光入射面と対向させて配置された光源と、前記導
光板の光出射面と反対側の面に配置された反射板と、前
記導光板の光出射面側に配置され、導光板から入射した
光の一部を透過させると共に一部を正反射させる半透過
手段を有する液晶パネルと、該液晶パネルと前記導光板
との間に配置され、導光板から入射した特定の偏光方向
の光を透過させ、該偏光方向と直交する偏光方向の光を
反射させる偏光分離手段とを備えた液晶表示装置におい
て、前記偏光分離手段で反射された光の偏光状態と、前
記偏光分離手段で反射された光がさらに前記反射板で反
射された後に導光板の光出射面から再出射される光の偏
光状態とがほぼ直交することを特徴としている。
【００２３】本発明にかかる第４の液晶表示装置にあっ
ては、偏光分離手段で反射された光の偏光状態と、偏光
分離手段で反射された光がさらに反射板で反射された後
に導光板の光出射面から再出射される光の偏光状態とが
ほぼ直交しているから、液晶自体又は半透過手段よりも
導光板に近い側に配置された偏光子による光の吸収を低
減することができる。従って、この液晶表示装置によれ
ば、光のロスを低減することにより、正面輝度を向上さ
せることができる。
【００２４】しかも、第４の液晶表示装置によれば、液
晶パネルと導光板の間に、導光板から入射した特定の偏
光方向の光を透過させ、該偏向方向と直交する偏光方向
の光を反射させる偏光分離手段を設けているので、偏光
分離手段と反射板によって光の偏光方向を揃えて液晶パ
ネルへ出射させることができ、液晶パネル内の偏光子又
は液晶による光の吸収を低減し、液晶表示装置の正面輝
度をより向上させることができる。
【００２５】第１、第２、第３又は第４の液晶表示装置
の一実施形態においては、前記導光板の光出射面から出
射される光の輝度の角度分布を、半値全幅が９０度以下
となるようにするのが好ましく、特に４５〜６０度程度
が望ましい。これによって導光板から出射される光の指
向特性が狭くなり、液晶表示装置の正面輝度を向上させ
ることができる。
【００２６】第１の液晶表示装置において、導光板の光
出射面から出射される光の輝度の角度分布と、液晶パネ
ルの半透過手段で反射された光がさらに反射板で反射さ
れた後に導光板の光出射面から再出射される光の輝度の
角度分布とをほぼ同じにするための一実施形態として
は、反射板として光を正反射させるものを用いることが
できる。
【００２７】さらに、第２の液晶表示装置において、液
晶表示パネルの半透過手段で反射された光の偏光状態
と、液晶パネルの半透過手段で反射された光がさらに反
射板で反射された後に導光板の光出射面から再出射され
る光の偏光状態とをほぼ同じにするための一実施形態と
しても、光を正反射する反射板を用いることができる。
【００２８】正反射する反射板を用いることにより、半
透過手段で反射されて戻ってきた光が反射板で反射され
るとき、その偏光方向や指向特性が変化しにくいので、
光のロスと指向特性の拡がりを低減することができ、液
晶表示装置の正面輝度を向上させることができるからで
ある。
【００２９】第３の液晶表示装置において、導光板の光
出射面から出射される光の輝度の角度分布と、偏光分離
手段で反射された光がさらに反射板で反射された後に導
光板の光出射面から再出射される光の輝度の角度分布と
をほぼ同じにするための一実施形態としては、反射板と
して光を回帰反射させるものを用いることができる。
【００３０】さらに、第４の液晶表示装置において、偏
光分離手段で反射された光の偏光状態と、偏光分離手段
で反射された光がさらに反射板で反射された後に導光板
の光出射面から再出射される光の偏光状態とをほぼ直交
させるための一実施形態としても、光を回帰反射する反
射板を用いることができる。
【００３１】回帰反射する反射板を用いることにより、
偏光分離過手段で反射されて戻ってきた光が反射板で反
射されるとき、その偏光方向は元の偏光方向に対してほ
ぼ直交する方向に変換されるので、再度偏光分離手段に
入射した際には偏光分離手段を透過することができる。
また、回帰反射板で反射した際には、その光の指向特性
は変化しにくい。このため、光のロスと指向特性の拡が
りを低減することができ、液晶表示装置の正面輝度を向
上させることができる。
【００３２】さらに、第１、第２、第３又は第４の液晶
表示装置の一実施形態においては、前記導光板と前記液
晶パネルとの間に拡散板を配置してもよい。このような
拡散板としては、拡散度合の低いものが好ましく、特に
ヘイズが７０％以下のものが望ましく、より望ましくは
ヘイズが４０％以下で入射光の偏光状態をほぼ保存した
まま透過させることができるものである。
【００３３】また、このような拡散板を用いることによ
り、導光板から出射された指向性の高い光を適度に広げ
ることができ、液晶表示装置の視認範囲を広げることが
できる。
【００３４】本発明にかかる携帯情報端末機は、本発明
にかかる第１〜第８の液晶表示装置と入力操作部とを備
えたことを特徴としている。ここで、携帯情報端末機と
は、携帯電話機や携帯用コンピュータ、電子手帳などの
ほか、ＣＤプレーヤや携帯用液晶テレビなども含まれ
る。
【００３５】本発明にかかる携帯情報端末機にあって
は、液晶表示装置の正面輝度を高くすることができるの
で、液晶表示装置の画面の視認性が向上する。
【００３６】なお、この発明の以上説明した構成要素
は、可能な限り組み合わせることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図７は本発明
の一実施形態によるカラー半透過型液晶表示装置３１の
構成を示す概略断面図である。この液晶表示装置３１
は、カラー表示部３２と、面光源装置３３とから構成さ
れている。カラー表示部３２は、カラーフィルタや半透
過反射板３７、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等を形成さ
れたガラス基板と上部電極（全面透明電極）を形成され
たガラス基板との間に液晶を封止したカラー用の液晶表
示パネル３４の上面及び下面にそれぞれ上部偏光板３５
と下部偏光板３６とを重ねたものである。ここで、半透
過反射板３７は下部電極を兼ねたものであって、画素よ
りも小さなピッチのパターンで反射部３７ａと透過部３
７ｂが配列されている。反射部３７ａは不透明な金属電
極によって形成されたもので、上方からの光を拡散反射
させると共に下方からの光を正反射させるようになって
おり、透過部３７ｂは透明電極（ＩＴ）もしくは電極の
開口となったもので、光を透過させるようになってい
る。
【００３８】面光源装置３３は、平板状の導光板３８
と、導光板３８の光入射面３８ａに対向させて配置され
た発光部３９と、導光板３８の光出射面３８ｂと対向さ
せて配置された拡散度の弱い透明な拡散板４０と、導光
板３８の光出射面３８ｂと反対側の面に対向させて配置
された正反射板４１とからなっている。導光板３８は、
光源からの光を閉じ込め光出射面３８ｂのほぼ全体に広
げて指向性良く出射させるためのものであり、ポリカー
ボネイト樹脂やメタクリル樹脂などのように透明で屈折
率の高い樹脂からなり、光出射面３８ｂとその反対側の
面とが平行な平板状をしている。発光部３９は、導光板
３８の光入射面３８ａの長さに比べて小さな、発光ダイ
オード（ＬＥＤ）等の光源（いわゆる、点光源）によっ
て構成されており、図８に示すように、光入射面３８ａ
の一方端部に配置されている。また、導光板３８の下面
には、多数の拡散パターン４２が形成されており、各拡
散パターン４２は発光部３９を中心として同心円状に配
置されている。この導光板３８の下面、すなわち拡散パ
ターン４２を形成された面と対向させて配置された正反
射板４１は、反射率の高い蒸着金属（銀、アルミニウ
ム、金、銅、クロムのうち少なくとも１種）等を材料と
する金属反射面を有するものである。また、導光板３８
の光出射面３８ｂに対向させて配置された拡散板４０は
拡散度の弱いものであって、ヘイズが７０％以下のもの
が好ましく、望ましくはヘイズが４０％以下で、入射光
の偏光状態をほぼ保存したまま透過させることができる
ものである。
【００３９】図９（ａ）は１つの拡散パターン４２を示
す平面図、図９（ｂ）は拡散パターン４２を正面側から
見た図、図９（ｃ）は発光部３９と結ぶ方向（以下、導
光方向という）ｒにおける拡散パターン４２の断面図で
ある。拡散パターン４２は導光板３８の下面を凹設する
ことによって形成されており、図９（ｃ）に示すように
導光方向ｒの断面が三角形状に形成されている。このよ
うな拡散パターン４２に発光部３９の点光源から出射さ
れた光が到達すると、図９（ｃ）に示すように、その一
部は拡散パターン４２の光源側（以下、前面側という）
の斜面４２ａで全反射され、その一部は前面側斜面４２
ａを透過した後に再び背面４２ｂから導光板３８内に戻
る。ここで、拡散パターン４２の前面側斜面４２ａの傾
斜角αは、該斜面に達した光のうち最も輝度の高い光線
が光出射面３８ｂとほぼ垂直な方向へ反射されるように
設計してあり、例えば導光方向ｒの断面における前面側
斜面４２ａの傾斜角は、導光板３８下面に対してα＝４
５〜６５度となるようにしている。
【００４０】一方、拡散パターン４２の前面側斜面４２
ａを透過した光を背面４２ｂで反射することなく再入射
させやすくするため、また背面４２ｂから再入射する光
を導光板３８の下面とほぼ平行な方向へ屈折させるた
め、拡散パターン４２の背面４２ｂは導光板３８の下面
に対してほぼ垂直にしてあり、導光方向ｒの断面におけ
る背面４２ｂの傾斜角は導光板３８の下面に対してβ＝
８０度〜９０度となっている。
【００４１】また、拡散パターン４２の前面側斜面４２
ａで全反射されて光出射面３８ｂから出射される光は、
大部分がほぼ一定の範囲内に出射される。すなわち、導
光方向ｒの垂直断面では、図９（ｃ）に示すように、大
部分がほぼ一定の出射角度γ（９０度以下、好ましくは
約５５度）内へ出射されるようにしている。この出射角
度γは、拡散パターン４２の高さによって調整される。
【００４２】一方、拡散パターン４２は、同一断面形状
のままで導光方向ｒとほぼ垂直な方向へ延びている。た
だし、その方向は導光方向ｒと垂直でも、発光部３９を
中心とする円弧でもなく、発光部３９に向いてほぼ凸状
に湾曲している。従って、拡散パターン４２の前面側斜
面４２ａに立てた法線の方向と拡散パターン４２と発光
部３９とを結ぶ方向とがなす角度は拡散パターン４２の
幅方向に沿って変化しており、拡散パターン４２の前面
側斜面４２ａのうち、平面視で法線が点光源側に対して
大きな角度を持つ箇所で反射された光は、図９（ｂ）に
示すように導光方向ｒと垂直な面内で広がる。好ましく
は、この反射光の拡がりδは、９０度以下、好ましくは
約４０度となる。
【００４３】また、拡散パターン４２は、任意の水平断
面において、導光方向ｒにおいて対向する前面側斜面４
２ａと背面４２ｂとに接線を引いたとき、両接線が互い
に平行となるようにしてあり、拡散パターン４２を透過
する光は、図９（ａ）に示すように、平面視では直線状
に通過する。この結果、発光部３９から出射された光
は、拡散パターン４２の前面側斜面４２ａで光出射面３
８ｂへ向けて全反射されない限り、図８に示すように放
射状に直進する。
【００４４】しかして、この面光源装置３３にあって
は、発光部３９から出射され光入射面３８ａから導光板
３８内部に入射した光は、導光板３８の上面及び下面で
全反射を繰り返しながら、しかも平面視では放射状に直
進しながら、導光板３８の全体に拡がっていく。そし
て、その途中で拡散パターン４２の前面側斜面４２ａで
全反射された光は、図８に示すように、光入射面３８ａ
にほぼ垂直な方向へ出射される。しかも、出射された光
の指向特性はいずれの方位でも狭いものとなり、その半
値全角は導光方向ｒにほぼγ、導光方向ｒと垂直な方向
にδとなる。
【００４５】さらに、拡散パターン４２は、導光板３８
の光出射面３８ｂにおける輝度分布がほぼ均一となるよ
う、発光部３９からの距離が大きくなるに従ってそのパ
ターン密度が大きくなるように配列されている。
【００４６】こうして導光板３８から出射された光は、
拡散板４０で出射光の角度分布を調整されてさらに出射
される。ただし、この拡散板４０は拡散度合いの弱いも
のであって、入射光の偏光状態をほぼ保存したまま透過
させる。
【００４７】よって、この面光源装置３３は、正面輝度
が高く、輝度分布が均一なバックライトとなる。
【００４８】ついで、面光源装置３３から出射された光
は、図１０に示すように、下部偏光板３６を通過するこ
とによって一定方向の直線偏光に変換された後、液晶表
示パネル３４内に入射する。液晶表示パネル３４に入射
した直線偏光の一部は半透過反射板３７の透過部３７ｂ
を透過し、一部の直線偏光は反射部３７ａで全反射され
る。透過部３７ｂを透過した光は、オフ状態の画素（暗
画素）では上部偏光板３５を通過することができず、オ
ン状態の画素（明画素）では液晶によって偏光方向が９
０度変化させられるので、上部偏光板３５を通過する。
【００４９】また、半透過反射板３７の反射部３７ａで
全反射された直線偏光は、下部偏光板３６と拡散板４０
を透過し、さらに導光板３８を通過して正反射板４１に
入射し、正反射板４１により正反射される。正反射板４
１を用いることで、液晶表示パネル３４の内部の半透過
反射板３７で正反射して導光板３８へと戻ってきた直線
偏光が、正反射板４１にあたって反射した後もその偏光
方向は保存される。したがって、正反射板４１で反射さ
れ、導光板３８を通過して再度下部偏光板３６を通過す
る際、下部偏光板３６により吸収される光量は最小限と
なる。仮に、液晶表示パネル３４の半透過反射板３７を
透過する光量と反射する光量の割合が１対４であるとす
ると、下部偏光板３６に吸収されずに利用できる光量
は、拡散反射板を用いた場合と比較して５０％程度増加
する。こうして下部偏光板３６を最小限の光量ロスで通
過した直線偏光は、半透過反射板３７によって一部を透
過され、一部を正反射される。
【００５０】また、導光板３８から良好な指向性をもっ
て出射された光は、図１１に示すように、液晶表示パネ
ル３４の半透過反射板３７でも正反射板４１でもその角
度分布をほとんど変えられることなく正反射されるの
で、液晶表示パネル３４からの出射光の指向性も良くな
り、液晶表示装置３１の正面輝度を高くして視認性を良
好にできる。
【００５１】また、導光板３８が平板状となっているの
で、半透過反射板３７で反射されてきた光が大部分導光
板３８で反射されて発光部３９で吸収されてしまうこと
もない。
【００５２】図１２は本発明の別な実施形態によるカラ
ー半透過型液晶表示装置５１の構造を示す概略断面図で
ある。このカラー液晶表示装置５１もカラー表示部３２
と面光源装置３３とからなり、カラー表示部３２は、上
部偏光板３５とカラー表示用の液晶表示パネル３４と下
部偏光板３６とから構成されている。カラー表示部３２
の構造は、図７に示した第１の実施形態で説明したもの
と同じであるから、説明は省略する。
【００５３】面光源装置３３は、導光板５２の裏面に対
向させて回帰反射板５３を配置し、導光板５２の光入射
面５２ａに対向させて発光部３９を配置し、導光板５２
の光出射面５２ｂに対向させて直線偏光分離板５４を配
置し、その上に拡散板４０を配置したものである。発光
部５５は冷陰極管や発光ダイオードを実装したものであ
る。導光板５２は、光入射面５２ａから入射した発光部
５５の光を閉じ込め、面状に広げて出射させるものであ
って、ポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂などの透
明で屈折率の大きな樹脂により形成され、その下面には
凹凸加工や拡散反射インクのドット印刷等によって拡散
パターン５６が形成されている。この導光板５２の構造
は、第１の実施形態で説明したものに限らない。
【００５４】直線偏光分離板５４は、直交する透過軸と
反射軸を有し、透過軸と平行な偏光方向を有する直線偏
光を透過させ、反射軸と平行な偏光方向を有する直線偏
光を反射させるものであって、この直線偏光分離板５４
は透過軸を下部偏光板３６の偏光方向と一致させてい
る。
【００５５】また、回帰反射板５３は、屈折率の大きな
透明光学樹脂によって板状に成形されており、図１３に
示すように、裏面に頂角が９０度の三角プリズム５７が
互いに平行に配列されている。この回帰反射板５３に、
偏光方向が三角プリズム５７の長手方向に対して４５度
回転した直線偏光が入射した場合には、反射する直線偏
光の偏光方向が元の方向から９０度回転する性質があ
る。この回帰反射板５３は、三角プリズム５７の長手方
向を直線偏光分離板５４の透過軸に対して４５度回転さ
せて配置されている。
【００５６】しかして、この液晶表示装置５１にあって
は、導光板５２から出射された光のうち、偏光方向が直
線偏光分離板５４の透過軸と平行な直線偏光は直線偏光
分離板５４を透過した後、拡散板４０を通って液晶表示
パネル３４に入射する。
【００５７】これに対し、偏光方向が直線偏光分離板５
４の透過軸と直交する直線偏光は直線偏光分離板５４で
反射された後、導光板５２を通過して回帰反射板５３に
入射する。回帰反射板５３で反射された直線偏光は偏光
方向が９０度回転して直線偏光分離板５４の透過軸と平
行になるので、回帰反射板５３で反射された直線偏光
は、導光板５２、直線偏光分離板５４および拡散板４０
を順次通過し、液晶表示パネル３４に入射する。
【００５８】また、液晶表示パネル３４内の半透過反射
板３７で反射された直線偏光の偏光方向は、直線偏光分
離板５４の透過軸と平行であるから、直線偏光分離板５
４及び導光板５２を透過して回帰反射板５３で反射され
た後の直線偏光は偏光方向が直線偏光分離板５４の透過
軸と直交する。このため直線偏光分離板５４で反射され
て再び回帰反射板５３へ戻るので、回帰反射板５３で反
射されることによって再び偏光方向を９０度回転させら
れ、直線偏光分離板５４の透過軸と平行になる。よっ
て、再度導光板５２を通って直線偏光分離板５４に入射
したときには直線偏光分離板５４を透過し、液晶表示パ
ネル３４に入射する。
【００５９】このようにして直線偏光分離板５４を用い
れば、直線偏光分離板５４により、下部偏光板３６に入
射する光の偏光方向を下部偏光板３６の透過軸の方向と
平行に揃えておくことができるので、下部偏光板３６に
おける光の吸収によるロスをなくすことができる。ま
た、直線偏光分離板５４で反射された光は、回帰反射板
５３で反射させることにより偏光方向を回転させて直線
偏光分離板５４に向けて反射させるので、直線偏光分離
板５４を透過させられ、無駄なく光を利用することがで
きる。従って、この液晶表示装置５１によれば、光のロ
スがより少なくなり、液晶表示装置５１の正面輝度がよ
り向上する。
【００６０】また、導光板５２から良好な指向性をもっ
て出射された光は、直線偏光分離板５４でも回帰反射板
５３でも、輝度の角度分布をほとんど変えられることが
ないので、液晶表示装置５１の表示面においても出射光
の指向性が良好となり、正面輝度を高くして液晶表示装
置５１の視認性を良好にできる。
【００６１】図１４は本発明にかかる液晶表示装置を用
いた携帯情報端末機の一実施形態であって、携帯電話機
６１を示している。この携帯電話機６１は、ディスプレ
イ用に本発明の液晶表示装置６２を備えており、さらに
通話用の内蔵マイク６３やスピーカ６４、アンテナ６
５、ダイアル用のボタン６６などを備えており、バッテ
リで駆動される。
【００６２】このような携帯電話機６１に本発明の液晶
表示装置６２を用いることによって正面輝度が向上し、
視認性が良好となる。特に、最近の携帯電話機では、Ｅ
メールなどの文字情報が表示されることが多いので、文
字が読みやすくなるメリットは大きなものがある。ま
た、正面輝度の向上により、光源の輝度を下げる余裕が
できるので、バッテリの消耗を抑えることができる。
【００６３】
【発明の効果】本発明の液晶表示装置によれば、液晶表
示装置の正面輝度を向上させることができ、液晶表示装
置の視認性を良好にすることができる。
【００６４】また、本発明の携帯情報端末機によれば、
液晶表示装置の正面輝度の向上によって視認性が良好と
なり、使い勝手が向上する。また、正面輝度の向上によ
り、光源の消費電力を下げることによってバッテリの消
耗を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のモノクロ半透過型液晶表示装置の構造を
示す概略図である。
【図２】同上の液晶表示装置に用いられている面光源装
置において、導光板から出射された光の挙動を説明する
図である。
【図３】従来のカラー半透過型液晶表示装置の構造を示
す概略図である。
【図４】同上の液晶表示装置において、導光板から出射
された光の挙動を説明する図である。
【図５】従来の別な構造の面光源装置とその光の指向特
性を示す図である。
【図６】同上の面光源装置に入射した光の挙動を示す図
である。
【図７】本発明の一実施形態によるカラー半透過型液晶
表示装置の構造を示す断面図である。
【図８】同上の液晶表示装置に用いられている面光源装
置を分解して示す概略斜視図である。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の面光源装置を構成
する導光板の下面に設けられている拡散パターンの形状
を示す平面図、正面側から見た図及び導光方向における
断面図である。
【図１０】同上の液晶表示装置における光の偏光状態の
変化を示す図である。
【図１１】同上の液晶表装置における光の指向特性の変
化を示す図である。
【図１２】本発明の別な実施形態によるカラー半透過型
液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図１３】同上の液晶表示装置に用いられている回帰反
射板の構造を示す斜視図である。
【図１４】本発明にかかる携帯情報端末機の一実施形態
を示す正面図である。
【符号の説明】
３２ カラー表示部 ３３ 面光源装置 ３４ 液晶表示パネル ３６ 下部偏光板 ３７ 半透過反射板 ３７ａ 反射部 ３７ｂ 透過部 ３８、５２ 導光板 ３９、５５ 発光部 ４０ 拡散板 ４１ 正反射板 ４２、５６ 拡散パターン ５３ 回帰反射板 ５４ 直線偏光分離板 ６１ 携帯電話機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 潤一 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 青山 茂 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H038 AA52 BA06 BA10 CA52 2H091 FA07X FA07Z FA14Z FA15Z FA21Z FA23Z FA41Z FB02 LA16 5G435 AA03 BB12 BB15 EE27 FF03 FF05 FF08 GG23 GG24 LL07

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光入射面から入射した光を光出射面のほ
    ぼ全体に広げて光出射面から出射させる平板状の導光板
    と、該導光板の光入射面と対向させて配置された光源
    と、前記導光板の光出射面と反対側の面に配置された反
    射板と、前記導光板の光出射面側に配置され、導光板か
    ら入射した光の一部を透過させると共に一部を正反射さ
    せる半透過手段を有する液晶パネルとを備えた液晶表示
    装置において、 前記導光板の光出射面から出射される光の輝度の角度分
    布と、前記液晶パネルの半透過手段で反射された光がさ
    らに前記反射板で反射された後に導光板の光出射面から
    再出射される光の輝度の角度分布とがほぼ同じであるこ
    とを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 光入射面から入射した光を光出射面のほ
    ぼ全体に広げて光出射面から出射させる平板状の導光板
    と、該導光板の光入射面と対向させて配置された光源
    と、前記導光板の光出射面と反対側の面に配置された反
    射板と、前記導光板の光出射面側に配置され、導光板か
    ら入射した光の一部を透過させると共に一部を正反射さ
    せる半透過手段を有する液晶パネルとを備えた液晶表示
    装置において、 前記液晶表示パネルの半透過手段で反射された光の偏光
    状態と、前記液晶パネルの半透過手段で反射された光が
    さらに前記反射板で反射された後に導光板の光出射面か
    ら再出射される光の偏光状態とがほぼ同じであることを
    特徴とする液晶表示装置。
  3. 【請求項３】 光入射面から入射した光を光出射面のほ
    ぼ全体に広げて光出射面から出射させる平板状の導光板
    と、該導光板の光入射面と対向させて配置された光源
    と、前記導光板の光出射面と反対側の面に配置された反
    射板と、前記導光板の光出射面側に配置された液晶パネ
    ルと、該液晶パネルと前記導光板との間に配置され、導
    光板から入射した特定の偏光方向の光を透過させ、該偏
    光方向と直交する偏向方向の光を反射させる偏光分離手
    段とを備えた液晶表示装置において、 前記導光板の光出射面から出射される光の輝度の角度分
    布と、前記偏光分離手段で反射された光がさらに前記反
    射板で反射された後に導光板の光出射面から再出射され
    る光の輝度の角度分布とがほぼ同じであることを特徴と
    する液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 光入射面から入射した光を光出射面のほ
    ぼ全体に広げて光出射面から出射させる平板状の導光板
    と、該導光板の光入射面と対向させて配置された光源
    と、前記導光板の光出射面と反対側の面に配置された反
    射板と、前記導光板の光出射面側に配置された液晶パネ
    ルと、該液晶パネルと前記導光板との間に配置され、導
    光板から入射した特定の偏光方向の光を透過させ、該偏
    光方向の光と直交する偏向方向の光を反射させる偏光分
    離手段とを備えた液晶表示装置において、 前記偏光分離手段で反射された光の偏光状態と、前記偏
    光分離手段で反射された光がさらに前記反射板で反射さ
    れた後に導光板の光出射面から再出射される光の偏光状
    態とがほぼ直交することを特徴とする液晶表示装置。
  5. 【請求項５】 前記液晶パネルは偏光子を備え、該偏光
    子は前記半透過手段よりも前記導光板に近い側に位置し
    ていることを特徴とする、請求項１、２、３又は４に記
    載の液晶表示装置。
  6. 【請求項６】 前記導光板の光出射面から出射される光
    の輝度の角度分布は、半値全幅が９０度以下となってい
    ることを特徴とする、請求項１、２、３又は４に記載の
    液晶表示装置。
  7. 【請求項７】 前記反射板は、入射した光を正反射させ
    るものであ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。
  8. 【請求項８】 前記反射板は、入射した光を回帰反射さ
    せるものであることを特徴とする、請求項３又は４に記
    載の液晶表示装置。
  9. 【請求項９】 前記導光板と前記液晶パネルとの間に拡
    散板を配置したことを特徴とする、請求項１、２、３又
    は４に記載の液晶表示装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９に記載した液晶表示装置
    と、入力操作部とを備えた携帯情報端末機。
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