JP2002289020A - 画像表示装置および該装置に用いられる照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フロントライトでのモアレ縞や表面反射、干
渉縞による表示品位の劣化が抑制された薄型の反射型表
示装置を提供する。 【解決手段】 照明装置１１１は、光源１１２と、光源
１１２の周囲に形成された反射シート１１３と、光源１
１２からの光を反射型表示素子１２１に導く導光体１１
４とを備えている。導光体１１４は、光源１１２からの
光が入射する入射面と、光を出射させる出射面と、出射
面に対向する対向面とを有しており、導光体１１２の内
部の対向面よりも出射面に近い位置に、複数の低屈折領
域として機能する空間１１８が出射面に沿って配列され
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、情報表示システム
やＯＡ機器等に好適に用いられる反射型画像表示装置、
および画像表示装置に使用される照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄ
ｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓ
ｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）やＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍ
ｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）といったディスプレイとは異な
り、自らは発光しない。非自発光型の表示装置は、光変
調素子の外部に位置する光源から出た光を受け、この光
の透過量または反射量を空間的に変調することにより、
文字や画像を表示する。光変調素子が照明光の反射率を
変調する装置は反射型表示装置と呼ばれ、照明光の透過
率を変調するものは透過型表示装置と呼ばれる。

【０００３】典型的な反射型の液晶表示装置は、１枚の
偏光板と反射板を備えている。偏光板を透過して入射し
てきた特定の偏光が反射板で反射され、再び偏光板に到
達する。その過程で前記偏光の偏光状態が液晶層により
画素単位で変調される。これにより、偏光板から出射す
る光の量が制御され、画像が表示される。

【０００４】このような表示装置によれば、周囲光を利
用して表示を行なうことが可能であるが、表示輝度が周
囲環境に依存する度合いが非常に高く、特に夜間などの
暗闇では表示がまったく認識できないこともある。その
ため、十分な周囲光が得られない場合に備え、反射型液
晶表示素子を前方から照明するフロントライトと呼ばれ
る照明装置が必要となる。前述のフロンライトは、例え
ば特開平１１−２４２２２２号公報に開示されている。

【０００５】これに対し、透過型液晶表示素子は光の入
射側と出射側とに偏光板が配置されており、入射側の偏
光板を介して入射した特定の偏光の偏光状態を液晶層で
変調し、出射側の偏光板を透過する光量を制御すること
で画像を表示する。したがって、一般的には入射側に透
過型液晶表示素子を後方から照明するバックライトと呼
ばれる照明装置が使用される。

【０００６】以下、図５を参照しながら、上記公報に記
載されているフロントライトと反射型液晶表示素子を説
明する。

【０００７】フロントライト５１１は、光源５１２、光
源５１２の周囲に配置された反射シート５１３、および
導光体５１４から構成されている。導光体５１４は、光
源５１２からの光が入射する入射面、照明光を出射する
出射面、および出射面に対向する対向面を備えており、
対向面には多数の溝５１５が周期的に筋状に形成されて
いる。溝５１５は、図５に示すように、出射面に対して
傾斜し、入射面から近い第１の傾斜面５１５ａと、出射
面に対して傾斜し、入射面から遠い第２の傾斜面５１５
ｂとを有する。したがって、光源５１２から導光体５１
４に入射した光は、出射面および対向面で全反射して内
部を伝搬し、対向面に形成された溝５１５の第１の傾斜
面５１５ａで出射面に向かって反射され、出射面から出
射する。

【０００８】導光体５１４が効率良く照明光を出射する
ための溝５１５の形状は、出射面と第１の傾斜面５１５
ａとのなす角度αが３５°〜５５°、出射面と第２の傾
斜面３１５ｂとのなす角度βが６０°〜９０°と記載さ
れている。

【０００９】反射型液晶表示素子５２１はフロントライ
ト５１１からの照明光を受け、偏光板５２４を通過した
偏光が反射され、再び偏光板に到達する過程で、偏光状
態を液晶層５２３で変調して偏光板５２４を出射する光
量を制御することで画像を表示する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のフロントライト
は、いずれも、導光体に起因して生じる以下のような問
題を有していた。

【００１１】特開平１１−２４２２２２号公報に開示さ
れているフロントライト５１１においては、導光体５１
４が反射型液晶表示素子５２１の前面に配置される。こ
のため、フロントライト５１１を点灯すると、モアレ縞
とよばれる明暗縞が発生し、反射型液晶表示素子の表示
品位が著しく低下する。

【００１２】以下、図９を参照しながら、フロントライ
ト５１１にモアレ縞が発生する原因を説明する。

【００１３】前述のように、光源５１２から導光体５１
４に入射した光は、導光体５１４の内部を伝搬して対向
面に形成された溝５１５で出射面に向かって反射され
て、大部分が照明光として出射する。しかし、出射面で
の表面反射によって対向面に向かって反射する光も発生
し、このような光は溝５１５が形成された対向面を再び
通過して観察者の目に到達しうる。すなわち、出射面で
の表面反射によって観察者に到達する光は対向面に形成
された溝５１５の影響を２回受けるため、溝同士の干渉
によるモアレ縞が発生する。

【００１４】また、導光体５１４の表面に、特に対向面
に形成された溝５１５に傷や異物などの欠陥が発生する
と、フロントライト５１１の照明光に影響をおよぼす
他、反射型液晶表示素子５２１の表示品位を損なうこと
になる。

【００１５】さらに、照明装置と液晶表示素子を備えた
携帯情報端末などでは、最前方、すなわち導光体の前面
に、タッチパネル、またはタブレットとよばれる透明入
力装置が配置される場合がある。

【００１６】タッチパネルは、一般に、透明絶縁フィル
ムの下面に透明導電膜からなる上部電極が形成された上
部電極フィルムと、透明絶縁基板の上面に透明導電膜か
らなる下部電極が形成された下部電極基板とを備え、上
部電極フィルムと下部電極基板とが電極間に空気層を介
して対向配置されている構造となっており、上部電極フ
ィルム側からタッチパネル表面の一部を押圧することに
よって両電極を接触させて電気的に導通させて入力を行
う。

【００１７】このように、導光体３１４の前方にタッチ
パネルなどの透明入力装置３３１（図５参照）が配置さ
れる場合、導光体５１４と透明入力装置５３１の表面反
射の影響で反射型液晶表示素子５２１の表示品位が劣化
することに加えて、表示装置の厚さが問題となる。

【００１８】導光体５１４、または透明入力装置５３１
の表面反射の影響については、これを低減するためにそ
れぞれの表面に反射防止処理を施すという方法をとるこ
とも可能であるが、コストの上昇の原因となるため、好
ましい方法ではない。

【００１９】ここで、反射防止処理について説明する
と、透明な基材上に蒸着やスパッタリングなどの手法で
膜厚が約０．１（μｍ）のＭｇＦ₂、ＳｉＯ₂などからな
る反射防止層を形成することによって薄膜の干渉作用で
反射エネルギーを低減させる手法である。一般にポリメ
チルメタクリレートやガラスなどの屈折率が約１．５の
透明基材の表面反射は約４％程度であるが、反射防止処
理によって１％以下とすることができる。

【００２０】本発明は上記の課題を解消するためになさ
れたものであり、その目的は、信頼性が高く、フロント
ライトでのモアレ縞や表面反射、干渉縞による表示品位
の劣化が抑制された薄型の反射型表示装置を提供するこ
とにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の実施態様
によると、本発明の照明装置は、光源と、前記光源から
の光を反射型表示素子に導く導光体とを備えた照明装置
であって、前記導光体は、前記光源からの光が入射する
入射面と、前記光を出射させる出射面と、前記出射面に
対向する対向面とを有し、前記導光体の内部の前記対向
面よりも前記出射面に近い位置に、複数の低屈折率領域
が前記出射面に沿って配列されており、そのことにより
上記目的を達成する。

【００２２】前記導光体の低屈折率領域は、前記導光体
内を伝播する光を前記出射面の外側へ出射させる屈折面
を有していてもよい。

【００２３】前記導光体の低屈折率領域は、前記出射面
に平行な一方向に沿って延びていてもよい。好ましく
は、前記導光体の低屈折率領域は、前記出射面に沿って
周期的に配列されている。

【００２４】前記導光体の低屈折率領域と前記出射面と
の間の距離ｇ、および、隣接する２つの前記低屈折領域
の間の距離Ｐの関係が、 ０＜ｇ≦３．０Ｐ によって規定されていてもよい。

【００２５】本発明の第２の実施態様によると、本発明
の照明装置は、光源と、前記光源からの光を表示素子に
導く導光体とを備えた照明装置であって、前記導光体
は、前記光源からの光が入射する入射面と、前記光を出
射させる出射面と、前記出射面に対向する対向面とを有
し、前記導光体の内部には複数の低屈折率領域が形成さ
れており、各低屈折領域は、前記出射面に対して傾斜
し、前記入射面から相対的に近い位置に設けられた第１
の傾斜面と、前記出射面に対して傾斜し、前記入射面か
ら相対的に遠い位置に設けられた第２の傾斜面と、前記
出射面に対して略平行で、前記出射面から相対的に近い
位置に設けられた第１の平行面と、前記出射面に対して
略平行で、前記出射面から相対的に遠い位置に設けられ
た第２の平行面とを備え、前記第１の平行面の幅ｐ１、
第２の平行面の幅ｐ２、および、隣接する２つの前記低
屈折領域の間の距離Ｐの関係が、 ０≦ｐ１／Ｐ≦０．２５ ０≦ｐ２／Ｐ≦０．２５ によって規定されており、それにより上記目的を達成す
る。

【００２６】本発明の第３の実施態様によると、本発明
の照明装置は、光源と、前記光源からの光を表示素子に
導く導光体とを備えた照明装置であって、前記導光体
は、前記光源からの光が入射する入射面と、前記光を出
射させる出射面と、前記出射面に対向する対向面とを有
し、前記導光体の内部には複数の低屈折率領域が形成さ
れており、各低屈折領域は、前記出射面に対して傾斜
し、前記入射面から相対的に近い位置に設けられた第１
の傾斜面と、前記出射面に対して傾斜し、前記入射面か
ら相対的に遠い位置に設けられた第２の傾斜面と、前記
出射面に対して略平行で、前記出射面から相対的に近い
位置に設けられた第１の平行面と、前記出射面に対して
略平行で、前記出射面から相対的に遠い位置に設けられ
た第２の平行面とを備え、前記第１の平行面の幅ｐ１、
第２の平行面の幅ｐ２、および、前記表示素子における
画素周期Ｐ_lcdの関係が、 ０≦ｐ１≦Ｐ_lcd ０≦ｐ２≦Ｐ_lcd によって規定されており、そのことにより上記目的を達
成する。

【００２７】前記導光体は、透明平板から形成された第
１の導光体と、前記第１の導光体に光学的に結合された
第２の導光体とを備え、前記第２の導光体の表面のうち
前記第１の導光体に面する部分には、前記低屈折率領域
を形成するための複数の凹部が形成されていてもよい。

【００２８】前記第２の導光体はプリズムシートから構
成されていてもよい。

【００２９】前記導光体の前記入射面は、前記第１の導
光体の端面であってもよい。

【００３０】前記第１の導光体は、前記表示素子の前面
側に配置され、入力装置の少なくとも一部として使用さ
れてもよい。

【００３１】本発明の第３の実施態様によると、本発明
の画像表示装置は、上述した本発明の照明装置と、前記
照明装置の導光体から出射された光の反射率を画素毎に
制御して画像を表示する反射型表示素子とを備えてお
り、そのことにより上記目的を達成する。

【００３２】前記照明装置の導光体は、前記反射型表示
素子の前面側に配置されていてもよい。

【００３３】

【発明の実施の形態】本願発明者は、上述した従来のフ
ロントライトの課題を解決すべく、さまざまな検討を行
った。

【００３４】図７に、本発明の一実施形態に係る照明装
置を示す。これは、例えば特許第２７０６５７号公報に
開示されているバックライトの構造を反射型表示素子の
前面に配置されるフロントライトとして用いたものであ
る。

【００３５】反射型液晶表示素子７２１は一対のガラス
基板７２２ａ、７２２ｂと、両ガラス基板の間に形成さ
れた反射電極を備えた液晶層７２３と、ガラス基板７２
２ａに貼り合わされた偏光板７２４とで構成される。な
お、偏光板７２４は偏光板とλ／２板とλ／４板とが一
体に貼り合わされることにより形成されている。反射型
液晶表示素子７２１はフロントライト７１１からの照明
光を受け、偏光板７２４を通過した円偏光の偏光状態を
液晶層７２３によって画素毎に変調し、再び偏光板７２
４を通過する光量を制御することによって画像を表示す
る。

【００３６】図７において、フロントライト７１１は、
光源７１２と、光源７１２の周囲に配置された反射シー
ト７１３、および導光体７１４で構成され、導光体７１
４は光源７１２からの光が入射する入射面と、照明光を
出射する出射面、および出射面に対向する対向面を備え
る。

【００３７】また、導光体７１４の内部には、低屈折率
領域として機能する空間７１７が形成されている。空間
７１７は、出射面に対して略平行で出射面から近い第１
の平行面７１７ａ、出射面に対して略平行で出射面から
遠い第２の平行面７１７ｂ、出射面に対して傾斜し、入
射面から近い第１の傾斜面７１７ｃ、および、出射面に
対して傾斜し、入射面から遠い第２の傾斜面７１７ｄに
よって規定される。本実施形態ではこの低屈折領域は空
間であるが、他の例では低屈折領域に導光体の材料より
も低い屈折率を充填されていてもよい。

【００３８】フロントライト７１１では、導光体７１４
の入射面を介して光源７１２から内部に入射した光は、
出射面、対抗面で全反射して内部を伝搬し、導光体７１
４の内部に形成された空間７１７の第１の傾斜面７１７
ｃで出射面に向かって反射されて出射する。

【００３９】導光体７１４から効率良く照明光を出射さ
せるための空間７１７の形状としては、次の条件を持た
すことが好ましい。

【００４０】すなわち、導光体７１４の出射面の面積に
対する空間７１７の第２の平行面７１７ｂの面積の割合
は０．８以下であることが最も好ましく、更に好ましく
は、第２の平行面７１７ｂの面積の割合は０．５以下で
ある。

【００４１】また、空間７１７の第１の傾斜面７１７
ｃ、および第２の傾斜面７１７ｄが出射面となす角度は
５０°〜６５が好ましく、更には５５°〜６５°が好ま
しい。

【００４２】図７に示す構成は、導光体７１４の内部に
低屈折領域としての空間７１７が形成されており、しか
も表示装置との前面となる面は平坦である。したがっ
て、図５に示す従来のフロントライト５１１に比べて破
損しにくく、高い信頼性を有している。しかし、本願発
明者の検討によると、図７に示すような構成において上
述したように平行面、傾斜面の角度を設定しても、所定
の条件を満足しなければ、図５に示す従来のフロントラ
イト５１１と同様、照明の際にモアレ縞が発生して画像
の表示品位を著しく劣化させることがわかった。

【００４３】さらに、本願発明者の検討によると、モア
レ縞の問題に加えて、図７の構成では、空間７１７での
表面反射、および空間７１７の第１の平行面７１７ａと
第２の平行面７１７ｂの距離が不均一であるときに生じ
得る干渉縞が反射型液晶表示素子７２１の表示品位に影
響を与え得ることがわかった。干渉縞は、上述したよう
に第１、第２の平行面７１７ａ、７１７ｂの距離（図７
参照）を数百ｎｍの精度で均一とすることができれば、
防止することができる。しかし、このような精度で第１
および第２の平行面の距離を均一に制御することは、実
際には非常に困難である。

【００４４】このモアレ縞、表面反射および干渉縞を防
止して、反射型表示装置の表示品位の低下を防ぐべく、
本願発明者は以下の検討を行った。

【００４５】まず、モアレ縞について図１０を参照しな
がら説明する。光源から導光体に入射した光は内部に形
成された空間で出射面に向かって反射され、照明光とし
て出射される。このとき、出射面では表面反射する光が
存在し、再び空間を通過し、対向面を通過して観察者の
目に到達する。したがって、出射面の表面反射光は導光
体の内部に形成された空間の影響を２回受けるため、モ
アレ縞と呼ばれる明暗縞が発生し、反射型液晶表示素子
の表示品位を低下させる。

【００４６】ここで、周期がｑ１、ｑ２の二つの周期構
造が干渉して発生するモアレ縞の周期Ｑについいて簡単
に説明する。二つの周期構造を式（６）および式（７）
で近似すると、モアレ縞はこれらの積で表すことがで
き、式（８）が得られる。 ｆ１（ｘ）＝ｃｏｓ（２πｘ／ｑ１） 式（６） ｆ２（ｘ）＝ｃｏｓ（２πｘ／ｑ２） 式（７） Ｆ（ｘ）＝ｃｏｓ（２πｘ／ｑ１）×ｃｏｓ（２πｘ／ｑ２） ＝｛ｃｏｓ［２πｘ（１／ｑ１＋１／ｑ２）］＋ｃｏｓ［２πｘ （１／ｑ１−１／ｑ２）］｝／２ 式（８）

【００４７】式（８）において、第１項は高周波成分と
なるので人間の目には認識されず、第２項がモアレ縞と
して観察される。したがって、モアレ縞の周期は式
（９）で表すことができる。 Ｑ＝１／｜１／ｑ１−１／ｑ２｜ 式（９）

【００４８】次に、導光体の内部に形成された空間によ
って発生するモアレ縞の周期を式（９）に当てはめる。

【００４９】図１０に示すように、導光体の内部に形成
された空間と出射面との距離をｇ、空間の周期をＰと
し、これを距離Ｌ（ｍｍ）から人間が観察すると仮定す
ると、上記ｑ１には空間の周期Ｐが相当し、ｑ２には空
間の周期Ｐの投影であるＰ’が相当するため、（１０）
式を得る。 ｑ１＝Ｐ ｑ２＝Ｐ’＝（Ｌ−ｇ） Ｐ／（Ｌ＋ｇ） 式（１０）

【００５０】したがって、（９）式より、モアレ縞の周
期Ｑは（１１）式で表される。 Ｑ＝（Ｌ−ｇ） Ｐ／２ｇ≒ＬＰ／２ｇ 式（１１）

【００５１】式（１１）によれば、導光体の内部に形成
された空間と出射面との距離をｇが小さいほどモアレ縞
の周期Ｑは長くなるが、これにしたがって明暗の変化が
緩やかになるために観察されにくくなる。すなわち、導
光体の内部の空間を出射面近傍に形成することによって
モアレ縞の認識されにくい照明装置を実現できる。

【００５２】特に、モアレ縞の周期が１００（ｍｍ）以
上であると反射型液晶表示素子の表示品位にほとんど影
響しないほどに明暗の変化が緩やかとなるが、このとき
の導光体の内部に形成された空間と出射面との距離をｇ
の条件は次のように求められる。なお、観察者の距離Ｌ
は３００（ｍｍ）と仮定した。 Ｑ＝１５０Ｐ／ｇ≧５０ ０≦ｇ≦３．０Ｐ 式（１２）

【００５３】以上より、内部に空間が形成された形成さ
れた導光体を利用したフロントライトにおいて、導光体
の空間と出射面の距離ｇ、および空間の周期Ｐを式（１
２）にしたがって設計することでモアレ縞を発生するこ
となく、反射型液晶表示素子を照明することができる。

【００５４】次に、導光体内部の空間を規定する面での
表面反射について説明する。内部に空間が形成された導
光体を利用したフロントライトを反射型液晶表示素子上
に配置すると、空間での、特に第１、第２の平行面での
表面反射によって表示品位が低下する。しかし、第１、
第２の平行面の幅ｐ１、ｐ２（図１０参照）が空間と空
間の距離Ｐのうちに占める割合を制限することで表面反
射を低減することが可能である。

【００５５】例えば、導光体の屈折率が約１．５であれ
ば、ｐ１／Ｐ＝１とした場合、第１の平行面での表面反
射は約４％程度であるのに対して、ｐ１／Ｐ＝０．２５
とすると、表面反射を約１％程度とすることができ、反
射防止処理を施した場合と同等とすることができる。し
たがって、導光体を反射型液晶表示素子の前面に配置し
た場合でも表面反射による表示品位の劣化を抑制するこ
とができる。さらに、表面反射を低減するためにｐ１を
できるだけ小さく制限することが望ましい。また、第２
の平行面の幅ｐ２についても同様である。

【００５６】以上より、導光体の内部に形成された空間
の第１、第２の平行面の幅ｐ１、ｐ２を式（１３）およ
び式（１４）を満たすように設計することによって反射
型液晶表示素子に適した照明装置を実現することができ
る。 ０≦ｐ１／Ｐ≦０．２５ 式（１３） ０≦ｐ２／Ｐ≦０．２５ 式（１４）

【００５７】最後に、干渉縞について検討する。前述の
ように、導光体内部に形成された空間の第１の平行面と
第２の平行面の距離が不均一であると干渉縞が発生する
が、干渉縞の周期を短く制御することによって反射型液
晶表示素子の表示品位への影響を低減することができ
る。

【００５８】具体的には、第１、第２の平行面の幅ｐ
１、ｐ２が反射型液晶表示素子の画素ピッチＰ_lcd以下
であれば、干渉縞の周期をＰ_lcd以下とすることができ
て表示品位に大きな影響を与えない。 ０≦ｐ１≦Ｐ_lcd 式（１５） ０≦ｐ２≦Ｐ_lcd 式（１６）

【００５９】さらに、空間の形状が三角形、すなわちｐ
１＝０、またはｐ２＝０であれば干渉縞が発生せず、反
射型液晶表示素子の表示品位に影響を及ぼすことがな
い。

【００６０】以上説明したように、図７の構成におい
て、式（１２）を満足するように導光体を形成すること
によって、モアレ縞を発生することのない照明装置を得
ることができる。また、式（１３）および（１４）を満
足するように導光体を形成することによって、導光体内
部の低屈折領域を規定する面における表面反射の問題を
防止することができる。さらに式（１５）および（１
６）を満足するように導光体を形成することにより、干
渉縞を生じさせない照明装置を得ることができる。

【００６１】内部に空間が形成された導光体を作製する
方法として、透明平板による第１の導光体に空間を形成
するための凹凸が配置された第２の導光体を光学的に貼
り合わせる方法が挙げられる。貼り合わせは接着層や粘
着層を介する他、両者を溶着する、圧着するといった手
法で貼り合わせることも可能である。

【００６２】第１の導光体として、タッチパネルなどの
透明入力装置を利用することによって透明入力装置とフ
ロントライトを一体化することができ、両者を別々に配
置した場合に比べて表面反射が低減し、反射型液晶表示
素子の表示品位が向上する。また、表示装置の薄型化を
実現できる。

【００６３】ところで、反射型液晶表示素子の前方にフ
ロントライトを配置すると、反射型液晶表示素子の画素
パターンと導光体の内部に形成された多数の空間が干渉
してモアレ縞を発生したり、反射型液晶表示素子の画像
が導光体内部の空間によって屈折されて２重に認識され
て表示品位が著しく劣化する。

【００６４】これに対して、導光体内部の空間が筋状に
形成された場合、反射型液晶表示素子の画素パターンに
対して導光体内部の空間の筋の方向を傾けて形成するこ
とによってモアレ縞の発生を抑制できる。導光体内部の
空間の筋の方向は、詳細には特開平１１−３１１７８２
号公報の開示内容にしたがって設計されることが望まし
い。

【００６５】また、２重像の原因となる導光体内部の空
間における第１、および第２の傾斜面は、その幅ｐ３お
よびｐ４を制限することで２重像を低減することができ
る。具体的には特開平２０００−８９２２５号公報にし
たがって設計されることが望ましい。

【００６６】さらに、フロントライトによって反射型液
晶表示素子を照明すると、導光体の内部から出射面を経
て照明光が出射される際に発生する出射面での表面反射
によって表示品位が著しく劣化する。したがって、導光
体の出射面に反射防止処理を施すか、導光体の出射面に
反射型液晶表示素子の偏光板を貼り合わせるといった対
策を講じることが望ましい。

【００６７】（実施形態２）続いて、図１を参照しなが
ら、本発明の第２実施形態を説明する。

【００６８】図１は、本発明の表示装置の断面構成を示
している。この表示装置は、反射型液晶表示素子と、内
部に低屈折領域が形成された導光体を有するフロントラ
イトとを備えている。本実施形態では、図７のフロント
ライトと７１１は異なり、導光体内部の低屈折率領域を
規定する面を、１つの平行面と２つの傾斜面から三角形
状とすることにより、さらに干渉縞を発生しにくくして
いる。

【００６９】フロントライト１１１は、光源１１２と光
源１１２の周囲に配置された反射シート１１３、および
導光体１１４で構成され、導光体１１４は第１の導光体
１１５と第２の導光体１１６とが接着層１１７を介して
光学的に貼り合わされて多数の空間１１８が周期的な筋
状に形成されている。また、導光体１１４の出射面には
反射防止膜１１９が形成されている。したがって、光源
１１２から導光体１１３の内部に入射した光は、内部を
全反射を繰り返しながら伝搬して空間１１８に到達し、
出射面に向かって反射されて照明光が出射する。

【００７０】一方、反射型液晶表示素子１２１は一対の
ガラス基板１２２ａ、１２２ｂと、両ガラス基板の間に
形成された反射電極を備えた液晶層１２３と、ガラス基
板１２２ａに貼り合わされた偏光板１２４とで構成され
る。なお、偏光板１２４は偏光板とλ／２板とλ／４板
とが一体に貼り合わされて成り立つ。反射型液晶表示素
子１２１はフロントライト１１１からの照明光を受け、
偏光板１２４を通過した円偏光の偏光状態を液晶層１２
３によって画素毎に変調し、再び偏光板１２４を通過す
る光量を制御することによって画像を表示する。

【００７１】以下、フロントライト１１１における導光
体１１４について記述する。

【００７２】導光体１１４を構成する第１の導光体１１
５はポリメチルメタクリレートによる平板とし、第２の
導光体１１６は厚さ０．２（ｍｍ）のポリカーボネート
のフィルムを押出し成形することによって導光体１１４
の内部の空間１１８を形成する形状を与えた。導光体１
１４は両者を接着層１１７を介して貼り合わせて構成さ
れるため、導光体１１４の内部の空間１１８は出射面か
ら０．２（ｍｍ）の位置に形成される。さらに、空間１
１８は０．２（ｍｍ）の周期で形成した。

【００７３】上記条件での導光体１１４を利用したフロ
ントライト１１１で反射型液晶表示素子１２１を照明
し、３００（ｍｍ）の距離から観察した場合に、導光体
１１４の内部に形成された空間１１８によって発生する
モアレ縞の周期Ｑは式（１７）によって求められる。 Ｑ＝１５０×０．２／０．２＝１５０（ｍｍ） 式（１７）

【００７４】周期Ｑが１５０（ｍｍ）のモアレ縞は明暗
の変化が緩やかで、人間の目には認識されにくいことか
ら、本実施形態でのフロントライト１１１は反射型液晶
表示素子１２１の表示品位を劣化することなく照明する
ことが可能である。

【００７５】導光体１１４の内部に形成された空間１１
８の形状について説明すると、空間１１８は形状が三角
形であり、導光体１１４の出射面に対して平行で、出射
面から遠い第２の平行面１１８ｂと、出射面に対して傾
斜し、入射面から近い第１の傾斜面１１８ｃと、出射面
に対して傾斜し、入射面から遠い第２の傾斜面１１８ｄ
とで構成される。

【００７６】図１において、空間１１８が形成された周
期をＰ、第２の平行面１１８ｂの幅をｐ２、第１の傾斜
面１１８ｃの幅をｐ３、第２の傾斜面１１８ｄの幅をｐ
４、また、第１の傾斜面１１８ｃが出射面に対してなす
角度をα、第２の傾斜面１１８ｄが出射面に対してなす
角度をβとする。

【００７７】まず、導光体１１４の内部に形成された空
間１１８での表面反射による反射型液晶表示素子の表示
品位の低下を抑制するために第２の平行面１１８ｂの幅
ｐ２を０．００８（ｍｍ）とした。したがって、第２の
平行面の幅が、空間１１８の周期に占める割合は次式の
通りである。 ｐ２／Ｐ＝０．０００８／０．２＝０．０４ 式（１８）

【００７８】上記条件で形成された空間１１８の第２の
平行面で発生する表面反射は０．２％以下と微少であ
り、さらに、空間１１８は形状が三角形であるために干
渉縞は発生せず、反射型液晶表示素子の表示品位を妨げ
ることはない。

【００７９】また、必然的に第１の傾斜部１１８ｃの幅
ｐ３、第２の傾斜面１１８ｄの幅ｐ４が空間１１８の周
期Ｐに占める割合も微少であるために、反射型液晶表示
素子１２１の画像が２重に観察されることはない。

【００８０】さらに、第１の傾斜面１１８ｃが導光体１
１４の出射面に対してなす角度αを４５°、第２の傾斜
面１１８ｄが導光体１の出射面に対してなす角度βを８
０°とすることによって、光源１１２から導光体１１４
に入射した光は内部を伝搬して空間１１８の第１の傾斜
面１１８ｃに到達し、出射面に向かって反射され、照明
光として出射する。

【００８１】以上の構成によって、照明時に導光体にモ
アレ縞が観察されず、また、表面反射や干渉縞によって
反射型液晶表示装置の表示品位を劣化させることのない
フロントライトを実現することができた。

【００８２】なお、フロントライト１１１における光源
１１２としては、蛍光管、ＬＥＤ、ＥＬなど種々の発光
素子を利用することができる。

【００８３】第１、第２の導光体は、ポリメチルメタク
リレート、ポリカーボネートの他の透明樹脂やガラスな
どの透明な素材を適宜用いることができる。

【００８４】第１、第２の導光体の貼り合わせにおいて
は、両者の圧着や溶着などの方法をとることもできる。

【００８５】また、導光体の内部に周期的な筋状に形成
された空間と反射型液晶表示素子の画素パターンが干渉
してモアレ縞が発生する場合には、導光体内部の空間の
筋の方向を傾けて形成することでモアレ縞による表示品
位の劣化を低減することができる。

【００８６】（実施形態３）以下、図面を参照しながら
本発明による表示装置の第３実施形態を説明する。

【００８７】図３において、フロントライト３１１は光
源３１２と光源３１２の周囲に配置された反射シート３
１３、および導光体３１４で構成されている。導光体３
１４は、第１の導光体３１５と第２の導光体３１６とが
接着層３１７を介して光学的に貼り合わされて構成され
ており、第２の導光体３１６には、図３に示すように多
数の空間３１８が周期的な筋状に形成されている。ま
た、導光体３１４の出射面には偏光板３１９が貼り合わ
されている。なお、偏光板３１９は偏光板とλ／２板と
λ／４板とが一体に貼り合わされて成り立つ。したがっ
て、光源３１２から導光体３１４の内部に入射した光が
全反射を繰り返しながら伝搬して空間３１８に到達し、
出射面に向かって反射され、照明光が出射する。

【００８８】一方、反射型液晶表示素子３２１は一対の
ガラス基板３２２ａ、３２２ｂと、両ガラス基板の間に
形成された反射電極を備えた液晶層３２３とで構成され
る。反射型液晶表示素子３２１はフロントライト３１１
からの偏光板３１９を通過した円偏光の照明光を受け、
偏光状態を液晶層３１３によって画素毎に変調し、再び
偏光板２１９を通過する光量を制御することによって画
像を表示する。

【００８９】導光体３１４を構成する第１の導光体３１
５は透明入力装置であるタッチパネルとし、厚さ０．２
（ｍｍ）のポリカーボネートのフィルムを押出し成形し
た第２の導光体３１６を接着層を介して貼り合わせた。
したがって、フロントライトとタッチパネルを別々に配
置する従来の表示装置に比べて表面反射が低減し、反射
型液晶表示素子３２１の表示品位が向上する。また表示
装置の薄型化を実現できた。

【００９０】なお、導光体３１４の内部に形成された空
間３１８の周期、形状などは実施形態１と同様とした。
したがって、導光体３１４によるフロントライト３１１
は反射型液晶表示素子３２１の表示品位を劣化させるこ
となく照明光を出射する。

【００９１】以上説明した実施形態１〜３において、導
光体内部に、低屈折領域として空間を形成する例を説明
している。しかし低屈折領域はこれには限られず、例え
ば、傾斜面および平行面によって規定される領域に導光
体材料よりも屈折率の低い材料が充填されていてもよ
い。

【００９２】

【発明の効果】本発明によれば、反射型表示素子の前方
に配置される照明装置として、内部に複数の低屈折領域
が形成された導光体を用い、これら低屈折領域の配置構
成を最適化することにより、表示品位を向上させること
ができる。

【００９３】本発明の照明装置では、導光体内部の低屈
折率領域を出射面の近傍に形成することにより、照明光
の部分反射に起因して生じるモアレ縞の周期を長くでき
るため、モアレ縞を人間の目には認識できないようにす
ることが可能である。

【００９４】また、導光体内部の低屈折率領域の形状を
最適化することにより、低屈折領域と他の相対的に屈折
率の高い領域との境界で生じる表面反射を抑制し、干渉
縞の発生を低減できる。

【００９５】このような導光体は、透明平板による第１
の導光体と、導光体内部の空間を形成するための第２の
導光体を光学的に接合して構成することができ、第１の
導光体としては透明入力装置を利用することが可能であ
る。

【００９６】第１の導光体を透明入力装置として用いる
場合、透明入力装置と照明装置とを一体化することによ
り、表面反射を低減することができる。その結果、反射
型液晶表示素子の表示品位を向上するとともに、表示装
置の薄型化をも実現することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態２の照明装置と反射型液晶表
示素子による表示装置を示す断面図である。

【図２】図１の照明装置における第２の導光体の斜視図
である。

【図３】本発明の実施形態３の照明装置と反射型液晶表
示素子による表示装置を示す断面図である。

【図４】図３の照明装置における第２の導光体の斜視図
である。

【図５】従来の照明装置と反射型液晶表示素子、および
透明入力装置による表示装置を示す断面図である。

【図６】図５の照明装置における導光体の斜視図であ
る。

【図７】本発明の実施形態１の照明装置と反射型液晶表
示素子、および透明入力装置による表示装置を示す断面
図である。

【図８】図７の照明装置における第２の導光体の斜視図
である。

【図９】図５に示す従来の照明装置において照明時に発
生するモアレ縞の原理を説明する図である。

【図１０】本発明の照明装置において照明時に発生する
モアレ縞の防止について説明する図である。

【符号の説明】

１１１ フロントライト １１２ 光源 １１３ 反射シート １１４ 導光体 １１５ 第１の導光体 １１６ 第２の導光体 １１７ 接着層 １１８ 空間（低屈折領域） １１８ｂ 第２の平行面 １１８ｃ 第１の傾斜面 １１８ｄ 第２の傾斜面 １２１ 反射型液晶表示素子 １２２ａ ガラス基板 １２２ｂ ガラス基板 １２３ 反射電極を備えた液晶層 １２４ 偏光板 ３１１ フロントライト ３１２ 光源 ３１３ 反射シート ３１４ 導光体 ３１５ 第１の導光体 ３１６ 第２の導光体 ３１７ 接着層 ３１８ 空間（低屈折領域） ３１９ 偏光板 ３１８ｂ 第２の平行面 ３１８ｃ 第１の傾斜面 ３１８ｄ 第２の傾斜面 ３２１ 反射型液晶表示素子 ３２２ａ ガラス基板 ３２２ｂ ガラス基板 ３２３ 反射電極を備えた液晶層 ５１１ フロントライト ５１２ 光源 ５１３ 反射シート ５１４ 導光体 ５１５ 溝 ５１５ａ 第１の傾斜面 ５１５ｂ 第２の傾斜面 ５２１ 反射型液晶表示素子 ５２２ａ ガラス基板 ５２２ｂ ガラス基板 ５２３ 反射電極を備えた液晶層 ５２４ 偏光板 ５３１ 透明入力装置 ７１１ フロントライト ７１２ 光源 ７１３ 反射シート ７１４ 導光体 ７１５ 第１の導光体 ７１６ 第２の導光体 ７１７ 空間 ７１７ａ 第１の平行面 ７１７ｂ 第２の平行面 ７１７ｃ 第１の傾斜面 ７１７ｄ 第２の傾斜面 ７２１ 反射型液晶表示素子 ７２２ａ ガラス基板 ７２２ｂ ガラス基板 ７２３ 反射電極を備えた液晶層 ７２４ 偏光板 ７３１ 透明入力装置

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６Ｂ // Ｆ２１Ｙ 103:00 Ｆ２１Ｙ 103:00 (72)発明者 海老 毅 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H038 AA55 BA06 2H091 FA14Z FA21X FA23X FA41X LA17 LA21 5G435 AA01 BB12 BB16 DD13 EE22 FF02 FF03 FF06 FF08 GG03 GG24 KK07

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、前記光源からの光を反射型表示
   素子に導く導光体とを備えた照明装置であって、 前記導光体は、前記光源からの光が入射する入射面と、
   前記光を出射させる出射面と、前記出射面に対向する対
   向面とを有し、 前記導光体の内部の前記対向面よりも前記出射面に近い
   位置に、複数の低屈折率領域が前記出射面に沿って配列
   されている照明装置。
2. 【請求項２】 前記導光体の低屈折率領域は、前記導光
   体内を伝播する光を前記出射面の外側へ出射させる屈折
   面を有している請求項１に記載の照明装置。
3. 【請求項３】 前記導光体の低屈折率領域は、前記出射
   面に平行な一方向に沿って延びている請求項１または２
   に記載の照明装置。
4. 【請求項４】 前記導光体の低屈折率領域は、前記出射
   面に沿って周期的に配列されている請求項１から３のい
   ずれかに記載の照明装置。
5. 【請求項５】 前記導光体の低屈折率領域と前記出射面
   との間の距離ｇ、および、隣接する２つの前記低屈折領
   域の間の距離Ｐの関係が、 ０＜ｇ≦３．０Ｐ 式（１） によって規定されている請求項１から４のいずれかに記
   載の照明装置。
6. 【請求項６】 光源と、前記光源からの光を表示素子に
   導く導光体とを備えた照明装置であって、 前記導光体は、前記光源からの光が入射する入射面と、
   前記光を出射させる出射面と、前記出射面に対向する対
   向面とを有し、 前記導光体の内部には複数の低屈折率領域が形成されて
   おり、 各低屈折領域は、 前記出射面に対して傾斜し、前記入射面から相対的に近
   い位置に設けられた第１の傾斜面と、 前記出射面に対して傾斜し、前記入射面から相対的に遠
   い位置に設けられた第２の傾斜面と、 前記出射面に対して略平行で、前記出射面から相対的に
   近い位置に設けられた第１の平行面と、 前記出射面に対して略平行で、前記出射面から相対的に
   遠い位置に設けられた第２の平行面と、を備え、 前記第１の平行面の幅ｐ１、第２の平行面の幅ｐ２、お
   よび、隣接する２つの前記低屈折領域の間の距離Ｐの関
   係が、 ０≦ｐ１／Ｐ≦０．２５ 式（２） ０≦ｐ２／Ｐ≦０．２５ 式（３） によって規定されている照明装置。
7. 【請求項７】 光源と、前記光源からの光を表示素子に
   導く導光体とを備えた照明装置であって、 前記導光体は、前記光源からの光が入射する入射面と、
   前記光を出射させる出射面と、前記出射面に対向する対
   向面とを有し、 前記導光体の内部には複数の低屈折率領域が形成されて
   おり、 各低屈折領域は、 前記出射面に対して傾斜し、前記入射面から相対的に近
   い位置に設けられた第１の傾斜面と、 前記出射面に対して傾斜し、前記入射面から相対的に遠
   い位置に設けられた第２の傾斜面と、 前記出射面に対して略平行で、前記出射面から相対的に
   近い位置に設けられた第１の平行面と、 前記出射面に対して略平行で、前記出射面から相対的に
   遠い位置に設けられた第２の平行面と、を備え、 前記第１の平行面の幅ｐ１、第２の平行面の幅ｐ２、お
   よび、前記表示素子における画素周期Ｐ_lcdの関係が、 ０≦ｐ１≦Ｐ_lcd 式（４） ０≦ｐ２≦Ｐ_lcd 式（５） によって規定されている照明装置。
8. 【請求項８】 前記導光体は、 透明平板から形成された第１の導光体と、 前記第１の導光体に光学的に結合された第２の導光体
   と、を備え、 前記第２の導光体の表面のうち前記第１の導光体に面す
   る部分には、前記低屈折率領域を形成するための複数の
   凹部が形成されている請求項１から７のいずれかに記載
   の照明装置。
9. 【請求項９】 前記第２の導光体はプリズムシートから
   構成されている請求項８に記載の照明装置。
10. 【請求項１０】 前記導光体の前記入射面は、前記第１
    の導光体の端面である請求項８または９に記載の照明装
    置。
11. 【請求項１１】 前記第１の導光体は、前記表示素子の
    前面側に配置され、入力装置の少なくとも一部として使
    用される請求項８から１０のいずれかに記載の照明装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項１から１１のいずれかに記載の
    照明装置と、 前記照明装置の導光体から出射された光の反射率を画素
    毎に制御して画像を表示する反射型表示素子と、を備え
    た画像表示装置。
13. 【請求項１３】前記照明装置の導光体は前記反射型表示
    素子の前面側に配置されている請求項１２に記載の画像
    表示装置。