JP2002157908A

JP2002157908A - 面状照明装置及び液晶表示装置

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Publication number: JP2002157908A
Application number: JP2000352590A
Authority: JP
Inventors: Yoshie Shimizu; 佳恵清水; Ichiro Fujishiro; 一朗藤代
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】これまで画像品位の劣化の原因となっていた
導光板の表面に発生するモアレ縞や輝線を解消すること
のできる面状照明装置及び液晶表示装置を得る。【解決手段】一端に発光ダイオード１３を設けた導光
体１２を有する線状光源ユニット１１と、稜線１８ｃが
互いに平行な複数のプリズム１８ｂを形成した導光板１
８とを備えた面状照明装置。導光体１２の出射面１２ａ
から疑似線状光が出射する。導光板１８はプリズム１８
ｂの稜線１８ｃが前記出射面１２ａと対向する入射面１
８ｄに対して角度θ₁の傾きを持つように配置されてい
る。また、発光ダイオード１３は稜線１８ｃの傾く側に
配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面状照明装置及び
液晶表示装置、特に、反射型液晶表示素子のフロントラ
イトとして最適な面状照明装置及び該照明装置を備えた
液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術と課題】近年、携帯電話やＰＤＡ（携帯情
報端末）の普及に伴い、低消費電力で表示品位の高い映
像表示装置の提供が望まれている。これを満足する表示
素子として、反射型液晶表示素子が注目されている。

【０００３】この種の反射型液晶表示素子は、明るい場
所では外光を照明光として利用するため、透過型液晶表
示素子や半透過型液晶表示素子には必要な補助光源（例
えば、バックライト）を必要としないことで、低消費電
力化を達成することができる。一方、暗い場所では視認
性の向上のために表示素子の表示面を上方から照明する
必要があり、一般的な照明方法としてはフロントライト
が知られている。

【０００４】この種のフロントライトは、具体的には、
蛍光管を光源（線状光源）として導光板を用いたサイド
ライト方式として構成されいる。蛍光管は、光量的には
充分であるが、耐衝撃性が弱くて割れやすく、高電圧を
印加するためにインバータ回路が必要になるなどの問題
点を有していた。

【０００５】このような問題点に鑑みて、特開２０００
−１１７２３号公報には、ＬＥＤを点光源として疑似線
状光源を形成した面状照明装置が開示されている。しか
し、この照明装置に用いられている導光板のプリズムパ
ターンは、照明光の入射端面に対して平行であるため、
液晶表示素子のマトリクス状に配置された画素からの光
と照明光とが干渉してモアレ縞が発生し、画像品位が劣
化するという問題点を有していた。

【０００６】一方、特開２０００−８９２２５号公報に
は、蛍光管を光源とするものではあるが、導光板のプリ
ズムパターンを液晶表示素子の画素パターンに対して傾
けることにより、モアレ縞の発生を防止するようにした
照明装置が開示されている。しかし、この照明装置にお
いては、導光板上にプリズムパターンに対して直交する
方向の輝線が発生し、画像品位が劣化するという問題点
を有していた。

【０００７】そこで、本発明の目的は、これまで画像品
位の劣化の原因となっていた導光板に発生するモアレ縞
や輝線を解消することのできる面状照明装置及び液晶表
示装置を提供することにある。

【０００８】

【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る面状照明装置は、両端における光量が
異なる線状光源ユニットと、稜線が互いに平行な複数の
プリズムが形成された導光板とを備え、前記導光板はプ
リズムの稜線が前記線状光源ユニットからの光の入射面
に対して傾きを持つように配置され、前記線状光源ユニ
ットは光量の大きい端部が前記プリズムの稜線の傾く側
に配置されている。

【０００９】以上の構成からなる面状照明装置におい
て、線状光源ユニットから導光板の一端面に入射した光
は、プリズムの稜線と直交する方向に導光板内を進行す
る。そして、光量の大きい端部はプリズムの稜線の傾き
方向に配置されているため、該端部から放射される輝線
が発生するような光は導光板に直接入射することがな
い。また、光源の他端からの入射光量が小さいために、
この他端側に起因する輝線は目立たない。さらに、反射
型の液晶表示素子の光と干渉してモアレ縞が発生するこ
ともない。

【００１０】本発明に係る面状照明装置において、線状
光源ユニットは導光板の一端に配置されていてもよく、
両端に配置されていてもよい。両端に配置すれば照明光
量が増加し、明るい照明装置を得ることができる。

【００１１】また、線状光源ユニットは、線状の導光体
の一端に設けられた点光源を備えていてもよく、あるい
は、導光体の両端に設けられた互いに光量の異なる二つ
の点光源を備えていてもよい。前者は点光源をプリズム
の稜線の傾く側に配置し、後者は点光源のうち光量の大
きいものをプリズムの稜線の傾く側に配置する。点光源
としては発光ダイオードを用いることが好ましい。発光
ダイオードは耐衝撃性に優れ、低電圧での駆動が可能で
あることによる。

【００１２】また、点光源を線状の導光体の一端に設け
る場合、導光体の他端に反射部材を配置すれば、点光源
から放射された光を有効に利用することができる。この
反射部材は線状光源ユニットからの照明光の出射方向に
対して、線状光源ユニットの光量の大きい端部側に傾け
ることが好ましい。反射部材で反射した光が導光板に直
接入射して輝線が発生することを防止できる。さらに、
前記導光体を覆うリフレクタを設置してもよく、光の利
用効率がさらに向上する。

【００１３】本発明に係る液晶表示装置は、反射型液晶
表示素子と、その表示面上に配置された前記面状照明装
置とを備えている。面状照明装置の導光板上に輝線がほ
とんど発生せず、また、照明光が表示素子の光と干渉し
てモアレ縞を生じることもない。従って、画像品位の劣
化が少ない液晶表示装置を得ることができる。

【００１４】前記反射型液晶表示素子は室温でコレステ
リック相を示す液晶を含むものであることが好ましい。
この種の液晶を用いた表示素子は、小型・軽量で薄型で
もあり、表示駆動の終了後は電力の供給を停止しても表
示状態を維持できるので消費電力が少ない利点を有して
いる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る面状照明装置
及び液晶表示装置の実施形態について、添付図面を参照
して説明する。

【００１６】（面状照明装置の第１実施形態、図１参
照）図１に示す面状照明装置１０は、線状光源ユニット
１１とリフレクタ１５と導光板１８とで構成されてい
る。導光板１８は、底面１８ａが平面とされ、上面には
稜線１８ｃが互いに平行で断面が鋸歯状の複数の不等辺
プリズム１８ｂが形成されている。稜線１８ｃは一端の
入射面１８ｄに対して所定の角度θ₁の傾きを持つよう
に配置されている。

【００１７】線状光源ユニット１１は、導光体１２と発
光ダイオード１３と反射板１４とで構成されている。導
光体１２は導光板１８と対向する出射面１２ａが平面と
され、対向する反射面１２ｂが複数の傾斜した面とされ
ている。そして、出射面１２ａは導光板１８の入射面１
８ｄと共に全反射条件を満たす状態で配置される。即
ち、わずかな空気層、又は導光体１２及び導光板１８よ
りも屈折率の低い層を介して結合される。

【００１８】発光ダイオード１３は、導光体１２の一端
であって、前記プリズム１８ｂの稜線１８ｃの傾く側に
配置されている。反射板１４は導光体１２の他端に配置
されている。さらに、リフレクタ１５は内面を反射面と
したもので、導光体１２、発光ダイオード１３及び反射
板１４を覆うように設置されている。

【００１９】なお、本明細書において、プリズム稜線の
傾く側とは、プリズム１８ｂの稜線１８ｃが導光板１８
の光入射面に対して０゜より大きく９０゜より小さい角
度を有している場合に、プリズム１８ｂの稜線１８ｃに
垂直な方向に出射する光（図１の矢印ａ参照）が向かう
側をいう。即ち、図１に図示する（Ａ）側がプリズム稜
線の傾く側である。

【００２０】以上の構成からなる面状照明装置１０にお
いて、発光ダイオード１３から放射された光は、導光体
１２にその一端から入射し、反射面１２ｂで全反射する
ことで疑似線状光Ｌとして出射面１２ａから導光板１８
の入射面１８ｄに入射する。導光板１８に入射した光Ｌ
は、プリズム１８ｂと底面１８ａとの間で全反射しなが
ら導光され、プリズム１８ｅで反射されて面状光として
平面状の底面１８ａから出射する。

【００２１】また、導光体１２に入射した光のうち直接
又は全反射によって導光体１２の他端に到達した光は、
反射板１４によって反射され、再度導光体１２に入射し
て反射面１２ｂで全反射することで導光板１８に入射す
る。さらに、導光体１２の周囲に漏れた光はリフレクタ
１５で反射して導光体１２に戻される。

【００２２】以上の作用を有する面状照明装置１０にお
いて、単一の点光源（発光ダイオード１３）を使用して
いるにも拘わらず、該点光源をプリズム１８ｂの稜線１
８ｃの傾く側に配置することにより、輝線の発生を抑え
ることができる。

【００２３】即ち、図２に示すように、プリズム１８ｂ
の稜線１８ｃが傾斜した導光板１８を用いた場合、導光
板１８に入射した光は稜線１８ｃに対して直交する方向
に導光される傾向にある（矢印ａ参照）。しかし、導光
体１２の一端に、即ち、稜線１８ｃの傾く側に配置され
た発光ダイオード１３から放射した光のうちで直接導光
板１８に入射すると輝線となる光Ｌ₁は導光板１８に入
射することはなく、導光板１８上に表示品位が損われる
ほどの輝線が発生することはほとんどない。

【００２４】一方、仮に、導光体１２の他端に、即ち、
稜線１８ｃの傾く側の反対側（Ｂ）に発光ダイオード１
３’を配置すると、該発光ダイオード１３’から放射さ
れて導光板１８に直接入射する光Ｌ₂は輝線になり、ゴ
ースト光として観察者の目に到達する。しかし、面状照
明装置１０ではこのようなゴースト光が実際上問題とな
る程度に発生することはない。

【００２５】（液晶表示装置の第１実施形態、図３参
照）本液晶表示装置は、反射型液晶表示素子５０と図１
に示した面状照明装置１０とからなり、面状照明装置１
０は導光板１８の底面１８ａが液晶表示素子５０の表示
面とわずかな空気層、又は導光板１８よりも屈折率の低
い層を介した状態で配置される。

【００２６】反射型液晶表示素子５０は、室温でコレス
テリック相を示す液晶、例えば、カイラルネマティック
液晶を一対の基板間に挟持したもので、マトリクス状の
複数の画素によって構成されている。各画素（液晶）は
各基板上に形成した走査電極と信号電極から印加される
パルス電圧によって駆動され、透明状態（フォーカルコ
ニック状態）と特定波長の可視光を選択的に反射する選
択反射状態（プレーナ状態）のいずれかに設定され、画
像を表示する。

【００２７】面状照明装置１０を反射型液晶表示素子５
０と組み合わせて用いることにより、前述したように実
用上の障害となるような輝線（ゴースト光）の発生がほ
とんどないので、画像のコントラストが低下したり、画
像の輝度むらが大きくなることが防止される。また、画
素の配列方向に対してプリズム１８ｂの稜線１８ｃが傾
斜するように配置されているため、照明光と画素からの
光とが干渉してモアレ縞が発生することもない。さら
に、光源は発光ダイオード１３であるため、電源回路を
高電圧化、複雑化する必要がなく、低消費電力で済む反
射型液晶表示素子５０の特性を犠牲にすることもない。

【００２８】なお、単一の液晶セルからなるモノカラー
表示素子以外に、光の３原色であるＲ，Ｇ，Ｂをそれぞ
れ選択反射する三つの液晶セルを積層したフルカラー表
示素子を面状照明装置と組み合わせてもよい。また、前
記面状照明装置１０以外にも以下に説明する面状照明装
置２０，３０，４０のいずれかと組み合わせてもよい。

【００２９】（面状照明装置の第２実施形態、図４参
照）図４に示す面状照明装置２０は、図１に示した面状
照明装置１０と基本的には同様の構成を有し、異なるの
は、導光体１２の他端に配置した反射板１４を出射面１
２ａからの照明光の出射方向に対して、線状光源ユニッ
ト１１の光量の大きい端部である発光ダイオード１３側
に角度θ₂だけ傾斜させた点にある。なお、図４におい
て、図１と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省
略する。

【００３０】この面状照明装置２０にあっては、反射板
１４で反射した光は導光体１２に対して反射面１２ｂに
向かって入射する。従って、前記面状照明装置１０の作
用効果に加えて、反射板１４で反射して導光板１８に直
接入射する光がより少なくなり、輝線の発生をほぼ完全
に抑えることができる。

【００３１】（面状照明装置の第３実施形態、図５参
照）図５に示す面状照明装置３０は、図１に示した面状
照明装置１０と基本的には同様の構成を有し、異なるの
は、線状光源ユニット１１を導光板１８の両端に設置し
た点にある。なお、図５において、図１と同じ部材には
同じ符号を付し、その説明は省略する。

【００３２】この面状照明装置３０にあっては、線状光
源ユニット１１が導光板１８の両端に設置されており、
いずれも発光ダイオード１３がプリズム稜線の傾く側に
配置されているので、前記面状照明装置１０の作用効果
に加えて、大きな光量で液晶表示素子を照明することが
できる。

【００３３】本第３実施形態において、さらに、各光源
ユニット１１の反射板１４を第２実施形態のように導光
体１２からの照明光の出射方向に対して傾けるようにし
てもよい。

【００３４】（面状照明装置の第４実施形態、図６参
照）図６に示す面状照明装置４０は、図１に示した面状
照明装置１０と基本的には同様の構成を有し、異なるの
は、導光体１２の他端に前記反射板１４に代えていま一
つの発光ダイオード１３ａを配置した点にある。この発
光ダイオード１３ａの発光量は導光体１２の一端に配置
されている発光ダイオード１３よりも小さい。なお、図
６において、図１と同じ部材には同じ符号を付し、その
説明は省略する。

【００３５】この面状照明装置４０にあっては、発光ダ
イオード１３ａを追加することにより、線状光源ユニッ
ト１１からの出射光量が増加し、さらに明るく液晶表示
素子を照明することができる。

【００３６】なお、発光ダイオード１３ａから放射され
た光の一部は導光板１８に直接入射して輝線を生じるお
それがある。しかし、発光ダイオード１３ａの光量を発
光ダイオード１３の光量よりも小さくすることで、発光
ダイオード１３ａからの放射光にて生じる輝線を目立た
なくすることができ、照明光の増加による効果を引き出
して輝線による画像品位の劣化を実際上問題とならない
程度に抑えることができる。

【００３７】本第４実施形態において、光源ユニット１
１を第３実施形態のように導光板１８の両端に設けるよ
うにしてもよい。

【００３８】（他の実施形態）なお、本発明に係る面状
照明装置及び液晶表示装置は前記各実施形態に限定する
ものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

【００３９】特に、導光体や導光板の細部は任意であ
り、リフレクタの構造や設置箇所も任意である。また、
反射型液晶表示素子は種々の構成のものを使用できるこ
とは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】面状照明装置の第１実施形態を示す分解斜視
図。

【図２】輝線の発生を示す説明図。

【図３】液晶表示装置の第１実施形態を示す分解斜視
図。

【図４】面状照明装置の第２実施形態を示す分解斜視
図。

【図５】面状照明装置の第３実施形態を示す分解斜視
図。

【図６】面状照明装置の第４実施形態を示す分解斜視
図。

【符号の説明】

１０，２０，３０，４０…面状照明装置１１…線状光源ユニット１２…導光体１３，１３ａ…発光ダイオード１４…反射板１５…リフレクタ１８…導光板１８ｂ…プリズム１８ｃ…稜線５０…反射型液晶表示素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｆ２１Ｓ 1/00 Ｆ // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０Ｆターム(参考） 2H038 AA55 BA06 2H091 FA14Z FA21Z FA23Z FA45Z HA11 LA18 LA21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端における光量が異なる線状光源ユニ
ットと、稜線が互いに平行な複数のプリズムが形成され
た導光板とを備え、前記導光板はプリズムの稜線が前記線状光源ユニットか
らの光の入射面に対して傾きを持つように配置され、前記線状光源ユニットは光量の大きい端部が前記プリズ
ムの稜線の傾く側に配置されていること、を特徴とする面状照明装置。
【請求項２】前記線状光源ユニットが前記導光板の両
端に配置されていることを特徴とする請求項１記載の面
状照明装置。
【請求項３】前記線状光源ユニットは、線状の導光体
と、該導光体の一端に設けられた点光源とを備えてお
り、該点光源が前記プリズムの稜線の傾く側に配置され
ていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の面
状照明装置。
【請求項４】前記線状光源ユニットは、線状の導光体
と、該導光体の両端に設けられた互いに光量の異なる二
つの点光源とを備えており、該点光源のうち光量の大き
いものが前記プリズムの稜線の傾く側に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の面状照明
装置。
【請求項５】前記点光源が発光ダイオードであること
を特徴とする請求項３又は請求項４記載の面状照明装
置。
【請求項６】前記導光体の他端に反射部材を配置した
ことを特徴とする請求項３記載の面状照明装置。
【請求項７】前記反射部材が前記線状光源ユニットか
らの照明光の出射方向に対して、線状光源ユニットの光
量の大きい端部側に傾いていることを特徴とする請求項
６記載の面状照明装置。
【請求項８】前記導光体を覆うリフレクタを設置した
ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求
項４、請求項５、請求項６又は請求項７記載の面状照明
装置。
【請求項９】反射型液晶表示素子と、その表示面上に
配置された請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、
請求項５、請求項６、請求項７又は請求項８記載の面状
照明装置とを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】前記反射型液晶表示素子が室温でコレ
ステリック相を示す液晶を含むものであることを特徴と
する請求項９記載の液晶表示装置。