JP2004334002A

JP2004334002A - 電気光学装置及び電子機器

Info

Publication number: JP2004334002A
Application number: JP2003131608A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Horiguchi; 正寛堀口; Taketoshi Masamoto; 武寿政本
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】その出射する光の利用効率が高められた電気光学装置を提供する。
【解決手段】電気光学装置であって、光源（８）と、該光源から発せられた光が導入されると共に一方の面から光を発する導光板（６）と、導光板上に設けられ、前記導光板の前記一方の面から発せられた光の進行方向を夫々変じる複数のプリズムであって前記プリズムの延在方向が揃えられた該複数のプリズムを有するプリズムシート（５）と、前記プリズムシート上に設けられ、前記延在方向に対して１３０度以上１９０度以下の角度をなす透過軸を有し、前記プリズムシートを透過した光を偏光する第１の偏光板（２）と、前記第１の偏光板上に設けられ、前記第１の偏光板を透過した光が導入されてなる電気光学パネルと、前記電気光学パネル上に設けられ、前記電気光学パネルに対して前記第１の偏光板と反対側に配置されてなる第２の偏光板（１）と、を備えている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアクティブマトリクス駆動の液晶装置等の電気光学装置の技術分野に属する。また、本発明は、このような電気光学装置を具備してなる電子機器の技術分野にも属する。
【０００２】
【背景技術】
液晶ディスプレイは、薄型、軽量、低消費電力などの特徴をもち、ノートパソコン、カーナビゲーションシステム、携帯電話などの表示装置として非常に広い分野に使用されている。液晶ディスプレイは非発光表示体なので、明るく鮮明な画像を表示するため、液晶パネルを照射するバックライトユニットが使用されることが多い。
【０００３】
このバックライトユニットは、例えば、光源と、該光源から発せられた光を照射面全体に導光させる導光板と、該導光板下側に発せられる光を導光板へ戻すための反射シートと、前記導光板上側から発せられる光を拡散する拡散シートと、拡散シートを透過した光を集光するための１枚又は２枚の集光シートにより構成される。
【０００４】
また、バックライトユニットでは、導光板上面に設置された、前述の拡散シート及び集光シートの代わりに、プリズムが導光板側に設置されたプリズムシートによって構成される場合もある。
【０００５】
上記の構成からなるバックライトユニットから照射された光は、液晶パネルに照射される。なお、液晶パネルは、通常、対向配置される第１及び第２の透明基板と、これらの間に挟持される液晶などを備え、その表面及び裏面に第１及び第２の偏光板などが取り付けられている。したがって、バックライトユニットから照射された光は、まず、該バックライトユニットに対向する第１偏光板及び第１の透明基板を透過した後液晶に入射し、さらに、該液晶を透過した光が、前記の第２の透明基板及び第２偏光板を透過して出射されることになる。この際、前記の第１の偏光板を透過する光は、該第１の偏光板の透過軸方向と平行な成分に限られる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１６０９９号公報
【特許文献２】
特許第３３３１１５０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の液晶ディスプレイは、バックライトユニットから照射される光の偏光状態が考慮されずに、前記第１の偏光板の偏光方向が決定されていたため、該第１の偏光板によって多くの光が吸収され、光の利用効率が低かった。このため、明るい表示を得るためにはバックライトユニットの光源を明るくする必要があり、消費電力が大きくなる。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その出射する光の利用効率が高められたバックライトユニットを備えてなる電気光学装置、更には、該電気光学装置を備えてなる電子機器を提供することをも課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の電気光学装置は、上記課題を解決するため、光源と、該光源から発せられた光が導入されると共に一方の面から光を発する導光板と、導光板上に設けられ、前記導光板の前記一方の面から発せられた光の進行方向を夫々変じる複数のプリズムであって前記プリズムの延在方向が揃えられた該複数のプリズムを有するプリズムシートと、前記プリズムシート上に設けられ、前記延在方向に対して１３０度以上１９０度以下の角度をなす透過軸を有し、前記プリズムシートを透過した光を偏光する第１の偏光板と、前記第１の偏光板上に設けられ、前記第１の偏光板を透過した光が導入されてなる電気光学パネルと、前記電気光学パネル上に設けられ、前記電気光学パネルに対して前記第１の偏光板と反対側に配置されてなる第２の偏光板とを備えている。
【００１０】
本発明の第１の電気光学装置によれば、光源から発せられた光は、導光板、プリズムシート及び偏光板をそれぞれ透過して出射し、例えば、液晶等の電気光学物質を一対の基板間に封入した液晶装置等の電気光学パネルに入射されるようになっている。これにより、例えば、前記の「一対の基板」が、素子基板及び対向基板からなり、「電気光学物質」が液晶からなる、非発光表示体である液晶表示装置等の電気光学装置に対し、画像表示を行うための光を好適に供給することが可能になる。
【００１１】
そして、本発明においては特に、前記プリズムシートには、導光板の一方の面から発せられた光の進行方向を変じる複数のプリズムが備えられているとともに、前記導光板の透過軸は、前記その複数のプリズムの延在方向との間で１３０度以上１９０度以下の角度をなす。
【００１２】
この点、本願発明者らの研究によると、プリズムシートを透過した光は、完全な無偏光ではなく、ある方向の偏光成分の光が、他の偏光成分の光よりも光量が大きいことが確認されている。このことから、この最大光量の偏光成分の光の偏光方向と、偏光板の透過軸とを平行に配置することにより、偏光板入射以前の光の光量に対する偏光板出射以後の光の光量の割合を増大させることができ、もって前記電気光学パネルにおいて表示される画像の輝度を向上させることができることがわかる。
【００１３】
したがって、前記のような構成を採用することにより、前述の割合を増大させ、光の利用効率を高め、もって前記電気光学パネルにおいて表示される画像の輝度を向上させることができるのである。より具体的には、前述の「１３０度以上１９０度以下」（つまり１６０度±３０度）という条件を満たす限り、１６０度の時に、前記輝度が、プリズムシートから照射される光の偏光状態が考慮されずに、偏光板の偏光方向が決定されていた従来の液晶ディスプレイに比べて、最大約１１％向上することが確認されており、１３０度或いは１９０度のときにも、輝度は３％の低減にとどまる（表１、図１１）。
【００１４】
【表１】

【００１５】
本発明の第２の電気光学装置は、上記課題を解決するために、光源と、該光源から発せられた光が導入されると共に一方の面から偏光された偏光光を発する導光板と、前記導光板上に設けられ、前記一方の面から発せられた偏光光の偏光軸に対して１３０度以上１９０度以下の角度をなす透過軸を有し、前記一方の面から発せられた偏光光を偏光する第１の偏光板と前記第１の偏光板上に設けられ、前記第１の偏光板を透過した光が導入されてなる電気光学パネルと、前記電気光学パネル上に設けられ、前記電気光学パネルに対して前記第１の偏光板と反対側に配置されてなる第２の偏光板と、を備えている。
【００１６】
本発明の第２の電気光学装置によれば、光源から発せられた光は、導光板及び偏光板をそれぞれ透過して出射し、例えば、液晶等の電気光学物質を一対の基板間に封入した液晶装置等の電気光学パネルに入射されるようになっている。これにより、例えば、「一対の基板」が、素子基板及び対向基板からなり、「電気光学物質」が液晶からなる、非発光表示体である液晶表示装置等の電気光学装置に対し、画像表示を行うための光を好適に供給することが可能になる。
【００１７】
そして、本発明においては特に、前記導光板の透過軸は、導光板の一方の面から発せられた偏光光の偏光軸との間で１３０度以上１９０度以下の角度をなす。これにより、偏光板入射以前の光の光量に対する偏光板出射以後の光の光量の割合を増大させることができるのである。なぜなら、導光板出射時において既に所定の偏光状態にある偏光光の偏光軸と、偏光板の透過軸との間に、電気光学装置の輝度が最大となる所定の関係（即ち、１３０度以上１９０度以下）が設定されているからである。
【００１８】
以上により、当該偏光板から照射される光が偏光である場合は、該光の殆どを前記電気光学パネルに対して供給することができる。
【００１９】
本発明の第１又は第２の電気光学装置の一態様では、前記導光板は、前記一方の面に加えて他方の面から光を発し、前記他方の面から発せられた光を反射して前記導光板に再び導入するための反射シートを更に備えている。
【００２０】
この態様によれば、光源から発せられた光を、より効率的に利用できる。すなわち、導光板の「一方」の面から発せられた光は、前記のように、プリズムシートを介して又は介さずして、偏光板ないしは電気光学パネルに至るが、その「他方」の面から発せられた光が、前記の偏光板ないしは電気光学パネルに至ることは原則としてあり得ない。しかるに、本態様では、該光を反射する反射シートが備えられていることにより、そのような光をも、再び偏光板、あるいは電気光学パネルに向かわせることが可能となるのである。
【００２１】
以上により、光の利用効率は前記にも増して高まり、前記電気光学パネルにおいて表示される画像の輝度を高めることができる。
【００２２】
本発明の第１又は第２の電気光学装置の他の態様では、前記導光板と前記偏光板との間に、前記透過軸に平行な偏光成分の光を透過し、その他の偏光成分の光を反射する偏光分離シートを更に備えている。
【００２３】
この態様によれば、本来、偏光板に吸収されてしまう偏光成分の光が、偏光分離シートによって反射され導光板に戻る。そして、この光が、再び偏光板に向かって照射されると、そのときには偏光がほぼ解消されているため、偏光板に到達しこれを透過する光が増加する。よって、結果的に、光の利用効率は更に高まり、前記電気光学装置において表示される画像の輝度を高めることができる。
【００２４】
本発明の第１又は第２の電気光学装置の他の態様では、前記偏光板は、前記透過軸に平行でない偏光成分の光を反射する。
【００２５】
この態様によれば、偏光板が、前述した偏光分離シートの機能を兼ねるような構成となっている。したがって、本態様では、偏光板に加えて、前記偏光分離シートを設ける必要が必ずしもない。したがって、当該電気光学装置のコストダウンが可能となり、また、該電気光学装置の薄型化が可能となる。
【００２６】
本発明の電気光学装置によれば、当該電気光学パネルにおける光の利用効率を高めることができ、該電気光学パネルによって表示される画像の輝度を向上させることができる。また、画像の輝度を従前のままに維持してもよい場合には、前述のように光の利用効率が高まっている分、バックライトユニットにおける前記光源の強さを弱めることができるから、当該電気光学パネル全体における消費電力を削減することができる。
【００２７】
本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、前述の本発明の電気光学装置（但し、その各種態様を含む。）を具備してなる。
【００２８】
本発明の電子機器によれば、前述の本発明の電気光学装置を具備してなるから、消費電力が同じであれば、従来に比べて表示部がより明るい画像の表示が可能な、或いは表示部の明るさが同じであれば、従来に比べて消費電力をより小さくすることの可能な、液晶テレビ、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネル等の各種電子機器を実現することができる。
【００２９】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態について図を参照しつつ説明する。以下の実施形態は、本発明の電気光学装置を液晶表示装置に適用したものである。
【００３１】
（第１実施形態）
本発明に係る電気光学装置の第１実施形態を、図１から図５を参照して説明する。
【００３２】
先ず電気光学装置の全体構成を図１及び図２を参照して説明する。図１は、バックライトユニットを含む液晶表示装置の構成断面図であり、図２は、その分解斜視図である。
【００３３】
図１及び図２において、電気光学装置は、本発明に係る「電気光学パネル」の一例としての液晶パネルを含む液晶パネルモジュールとバックライトユニットとを含んで構成されている。バックライトユニットは、プリズムシート５、導光板６、反射シート７及び光源８を備えて構成されている。
【００３４】
光源８は、冷陰極管又はＬＥＤなどからなり、導光板６の側面に配置されている。光源８から照射された光は導光板６へと入射する。導光板６の図中下面には、銀色又は白色の反射シート７が配置されている。導光板６の下面から発せられた光は、この反射シート７によって再び導光板６に戻る。一方、導光板６の図中上面にはプリズムシート５などのシート類が配置されている。
【００３５】
液晶パネルモジュールは、上側偏光板１、下側偏光板２、ガラス基板３及び４を備えて構成されている。液晶パネルモジュールは、バックライトユニットの上部に設置されている。
【００３６】
なお、ガラス基板３及び４上には、それらの対向する側に、画素電極、画素スイッチング用の薄膜トランジスタ、データ線、走査線等が形成されており、両基板間に挟持された電気光学物質の一例たる液晶を画素単位で駆動可能なように構成されている。
【００３７】
バックライトユニットから照射された光は完全な無偏光ではなく、一定方向の偏光成分の強度がその他の偏光成分よりも大きいため、この最大強度の偏光軸と、下側偏光板２の透過軸を一致させることによって、液晶パネルモジュールを透過する光量を増加させることができる。
【００３８】
また、バックライトユニットから照射される光が、ほぼ完全な偏光である偏光バックライトユニットを使用した場合、前述した液晶パネルモジュールを透過する光量を増加させる効果はさらに大きくなり、バックライトユニットから照射される光のほとんどが液晶パネルモジュールを透過することができる。
【００３９】
次に図３及び図４を参照して、プリズムシートの各種具体例について説明する。ここに、図３及び図４は、各種プリズムシートを備えたバックライトユニットの構造図である。
【００４０】
図３において、プリズムシート５ａは、拡散シート９並びに集光シート１０及び１１からなる。拡散シート９は、導光板６からの光を拡散して均一な光を液晶パネルモジュールに照射するためのものである。集光シート１０及び１１は、その一面にプリズム形状の溝を有しており、拡散シート９の図中上側に配置されている。この集光シート１０及び１１は、拡散シート９によって拡散された光を、溝の方向と垂直方向に集光する機能を有しており、拡散シート９の上部に１枚、又は溝の方向を直交させて２枚使用することにより、バックライトユニット法線方向に照射される光量を向上させる機能を有している。
【００４１】
図４においては、プリズムシート５ｂは、前記の拡散シート９並びに集光シート１０及び１１に代えて、角度変換シートからなる。図４に示すバックライトユニットでは、導光板６の上側に角度変換シート１２が設置されている。この角度変換シート１２は、その下面にプリズム形状の溝を有している。角度変換シート１２は、導光板６を出射した光を、導光板６の法線方向へ角度変換する機能を有している。
【００４２】
以上説明したように構成されているため、本実施形態によれば、バックライトユニットから照射された光の殆どを、液晶パネルモジュールを透過するようにできる。特にこのような効果は、バックライトユニットから照射される光の偏光軸と、下側偏光板２の透過軸が完全に平行でなくても、これらのなす角度が図５にあるように−３０度から＋３０度の範囲にあれば十分に有効であることが確認されている。
【００４３】
（第２実施形態）
本発明に係る電気光学装置の第２実施形態を、図６を参照して説明する。図６は、バックライトユニットを含む液晶表示装置の構成断面図である。尚、図６において上述した第１実施形態に係る図１から図５に示されたのと同様の構成要素については同様の参照符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００４４】
図６において、電気光学装置は、液晶パネルモジュールとバックライトユニットとに加えて、これら両者間に配置された偏光分離シート１５を含んで構成されている。その他の構成については、上述した第１実施形態の場合と同様である。
【００４５】
第２実施形態によれば、偏光分離シート１５は、ある偏光成分を透過し、その他の偏光成分を反射する機能を有している。この透過軸を下側偏光板２の透過軸と一致するように配置することにより、下側偏光板２で吸収されるはずの光が反射されバックライトユニットに戻る。この光は再びバックライトから照射されるときには、偏光状態が解消され、その一部は偏光分離シート１５及び下側偏光板２を透過する成分となるため、この繰り返しにより偏光板を透過する光量が増加する。
【００４６】
（第３実施形態）
本発明に係る電気光学装置の第３実施形態を、図７を参照して説明する。図７は、バックライトユニットを含む液晶表示装置の構成断面図である。尚、図７において上述した第１又は第２実施形態に係る図１から図６に示されたのと同様の構成要素については同様の参照符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００４７】
図７において、第３実施形態に係る電気光学装置は、液晶パネルモジュールとバックライトユニットとを含んで構成されている。
【００４８】
図７において、第３実施形態では、上述した第２実施形態に係る偏光分離シート１５の機能を、下側偏光板２ｂに持たせるように構成されている。その他の構成については、上述した第２実施形態の場合と同様である。
【００４９】
第３実施形態によれば、偏光分離シート１５の設置を省略することができ、液晶表示装置のコストダウンが可能となる。
【００５０】
以上詳細に説明したように本発明の各実施形態によれば、液晶パネルモジュールを透過する光を増加させることができ、バックライトから照射される光を効率よく利用できる液晶表示装置を提供することができる。
【００５１】
（電子機器）
次に、上述した実施形態に係る電気光学装置を電子機器に用いた例について説明する。
【００５２】
＜モバイル型コンピュータ＞
まず、上述し電気光学装置を、パーソナルコンピュータの表示部に適用した例について説明する。図８は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。この図において、コンピュータ１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部として用いられる表示装置１００とを備えている。前述のバックライトユニットは、表示装置１００の背面に設けられることになる（図示略）。
【００５３】
＜携帯電話＞
次に、上述した電気光学装置を、携帯電話の表示部に適用した例について説明する。図９は、この携帯電話の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話１２００は、複数の操作ボタン１２０２のほか、受話口１２０４、送話口１２０６とともに、上述した電気光学装置を表示装置１００として備えるものである。前述のバックライトユニットは、表示装置１００の背面に設けられることになる（図示略）。
【００５４】
＜デジタルスチルカメラ＞
次に、上述した電気光学装置を、ファインダに用いたデジタルスチルカメラについて説明する。図１０は、このデジタルスチルカメラの背面を示す斜視図である。通常の銀塩カメラは、被写体の光像によってフィルムを感光させるのに対し、デジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤなどの撮像素子により光電変換して撮像信号を生成するものである。ここでデジタルスチルカメラにおけるケース１３０２の背面には、上述した電気光学装置が表示装置１００として設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて、表示を行うようになっている。このため、表示装置１００は、被写体を表示するファインダとして機能することになる。また、ケース１３０２の前面側（図においては裏面側）には、光学レンズやＣＣＤなどを含んで受光ユニット１３０４が設けられている。ここで撮影者が、表示装置１００に表示された被写像を確認して、シャッタボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、回路基板１３０８のメモリに転送・格納される。また、デジタルスチルカメラ１３００にあっては、ケース１３０２の側面に外部表示を行うために、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入力端子１３１４とが設けられている。
【００５５】
なお、電子機器としては、これらの他、液晶テレビや、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーションシステム、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。
上述した実施形態において、本発明の電気光学装置を液晶表示装置に適用して説明したが、本発明は、液晶表示装置に限られるものではなく、バックライトから照射された光を利用する様々な電気光学装置に適用可能であることは言うまでもない。
【００５６】
また、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うバックライトユニット及び電気光学装置並びに電子機器もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る、液晶表示装置の構成断面図である。
【図２】バックライトユニットから照射される光の偏光方向と下側偏光板の透過軸を一致させた構造図である。
【図３】集光シートを用いたバックライトユニットの構造図である。
【図４】角度変換シートを用いたバックライトユニットの構造図である。
【図５】バックライトユニットから照射される光の偏光方向と下側偏光板の透過軸の位置関係図である。
【図６】第２実施形態に係る、偏光分離シートを使用した液晶表示装置の構造図である。
【図７】第３実施形態に係る、偏光分離シートを下側偏光板として使用した液晶表示装置の構造図である。
【図８】本発明の実施形態に係る電気光学装置を適用した電子機器の一例たるパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の電気光学装置を適用した電子機器の一例たる携帯電話の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の電気光学装置を適用した電子機器の一例たるディジタルスチルカメラの背面構成を示す斜視図である。
【図１１】プリズム・偏光板透過軸のずれ量と輝度との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１…上側偏光板
２…下側偏光板
３、４…ガラス基板
５…プリズムシート
６…導光板
７…反射シート
８…光源
９…拡散シート
１０、１１…集光シート
１２…角度変換シート
１３…偏光板の透過軸
１４…バックライトユニットから照射される光の偏光軸
１５…偏光分離シート
１１００……パーソナルコンピュータ
１２００……携帯電話
１３００……ディジタルスチルカメラ

Claims

光源と、
該光源から発せられた光が導入されると共に一方の面から光を発する導光板と、
導光板上に設けられ、前記導光板の前記一方の面から発せられた光の進行方向を夫々変じる複数のプリズムであって前記プリズムの延在方向が揃えられた該複数のプリズムを有するプリズムシートと、
前記プリズムシート上に設けられ、前記延在方向に対して１３０度以上１９０度以下の角度をなす透過軸を有し、前記プリズムシートを透過した光を偏光する第１の偏光板と、
前記第１の偏光板上に設けられ、前記第１の偏光板を透過した光が導入されてなる電気光学パネルと、
前記電気光学パネル上に設けられ、前記電気光学パネルに対して前記第１の偏光板と反対側に配置されてなる第２の偏光板と、
を備えたことを特徴とする電気光学装置。
光源と、
該光源から発せられた光が導入されると共に一方の面から偏光された偏光光を発する導光板と、
前記導光板上に設けられ、前記一方の面から発せられた偏光光の偏光軸に対して１３０度以上１９０度以下の角度をなす透過軸を有し、前記一方の面から発せられた偏光光を偏光する第１の偏光板と
前記第１の偏光板上に設けられ、前記第１の偏光板を透過した光が導入されてなる電気光学パネルと、
前記電気光学パネル上に設けられ、前記電気光学パネルに対して前記第１の偏光板と反対側に配置されてなる第２の偏光板と、
を備えたことを特徴とする電気光学装置。
前記導光板は、前記一方の面に加えて他方の面から光を発し、
前記他方の面から発せられた光を反射して前記導光板に再び導入するための反射シートを更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学装置。
前記導光板と前記偏光板との間に、前記透過軸に平行な偏光成分の光を透過し、その他の偏光成分の光を反射する偏光分離シートを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気光学装置。
前記偏光板は、前記透過軸に平行でない偏光成分の光を反射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気光学装置。
請求項１乃至５のいずれかに記載の電気光学装置を具備してなることを特徴とする電子機器。