JP3410977B2 - フロントライト及び反射型液晶表示装置 - Google Patents

フロントライト及び反射型液晶表示装置

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JP3410977B2 JP32107298A JP32107298A JP3410977B2 JP 3410977 B2 JP3410977 B2 JP 3410977B2 JP 32107298 A JP32107298 A JP 32107298A JP 32107298 A JP32107298 A JP 32107298A JP 3410977 B2 JP3410977 B2 JP 3410977B2
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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機器等に用いられる反射型液晶表示装置と、その
表示品位を低下させることなく効率良く照明することが
可能なフロントライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、反射型液晶表示装置において
は、一対のガラス基板で液晶層を挟み、背面側のガラス
基板に反射板を設けた反射型液晶表示素子（液晶パネ
ル）の光入射側に、偏光板及びλ／４板等からなる偏光
選択透過手段を備えている。そして、偏光選択透過手段
を介して入射した照明光を反射板で反射する過程におい
て、その光の偏光状態が液晶層で変調される。これによ
り、反射型液晶表示素子を出射して再び偏光選択透過手
段を透過する光の光量が制御されて画像が表示される。
【０００３】以下、この反射型液晶表示装置における基
本的な光の偏光状態の変化について、図１４を参照しな
がら説明する。
【０００４】この反射型液晶表示装置は、一対のガラス
基板６５ａ、６５ｂの間に液晶層６６が挟持され、背面
側のガラス基板に反射板６７が設けられている。その前
面側には偏光板６４ａとλ／４板６４ｂとが、偏光板６
４ａの透過軸（又は吸収軸）とλ／４板６４ｂの遅相軸
（又は進相軸）とが４５゜の角度をなすように配置され
ている。照明光のうち、偏光板６４ａを透過した直線偏
光はλ／４板６４ｂで円偏光に変換されて反射型液晶表
示素子６５に入射する。そして、反射型液晶表示素子６
５の液晶層６６が円偏光を変調しない場合には、反射板
６７で反射される際に円偏光の回転方向が逆転するの
で、再びλ／４板６４ｂを透過した後で偏光板６４ａの
透過軸と直交する直線偏光になって偏光板６４ｂで吸収
される。これにより黒色が表示される。一方、入射した
円偏光がその偏光状態で反射型液晶表示素子６５を出射
するように液晶層６６で入射した円偏光を変調させる場
合には、再びλ／４板６４ｂを透過した後で偏光板６４
ａの透過軸と一致する直線偏光になって偏光板６４ａを
透過する。これにより白色が表示される。
【０００５】このときの偏光板６４ａの透過軸やλ／４
板６４ｂの遅相軸の方向は、液晶材料や配向方向、視野
角特性等を考慮して決定される。さらに、λ／４板の光
の波長に対する位相遅れの公差を補償するために、偏光
板とλ／４板との間にλ／２板を配置することもある。
一般に、これらの偏光板、λ／２板、λ／４板は各々粘
着層を介して一体化され、さらに粘着層を介して反射型
液晶表示素子に貼り合わせられている。
【０００６】さらに、この反射型液晶表示装置におい
て、カラー表示を行う場合には、各画素に配置された赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のカラーフィルタ
層を透過させて着色光を得る。このＲ、Ｇ、Ｂの配列パ
ターンは種々あるが、代表的なものとしては図１５
（ａ）に示すようなデルタ配列や図１５（ｂ）に示すよ
うなストライプ配列等が挙げられ、画素が垂直方向及び
水平方向に繰り返されて構成される。
【０００７】画素数や画素サイズについても様々であ
り、例えば、デルタ配列の反射型液晶表示装置の場合に
は、２．０型では水平画素数×垂直画素数が２８０×２
２０、画素サイズが水平方向１４５．５μｍ、垂直方向
１３８．５μｍであり、２．５型では水平画素数×垂直
画素数が２８０×２２０、画素サイズが水平方向１７
９．５μｍ、垂直方向１６８．５μｍという仕様が採用
されている。また、３．８型ＱＶＧＡの反射型液晶表示
装置では、ストライプ配列で水平画素数×垂直画素数が
９６０×２４０、画素サイズは水平方向が８１μｍ、垂
直方向が２３４．５μｍという仕様が採用されている。
【０００８】ところで、反射型液晶表示装置においては
周囲光を利用して表示が可能であるが、表示輝度が周囲
環境に依存する度合いが非常に高く、特に夜間等の暗闇
では表示が全く認識できないこともある。
【０００９】そのため、充分な周囲光が得られない場合
に備えて、反射型液晶表示素子に前方から光を照射する
フロントライトと称される照明装置が従来から提案され
ている。
【００１０】例えば、ＳＩＤ’９５ＤＩＧＥＳＴ ｐ．
３７５には、図１６に示すようなフロントライトが開示
されている。
【００１１】このフロントライト８１は、導光体８３と
その端面８３ａに配置された光源８２を有し、導光体８
３の光出射面８３ｂと対向する対向面８３ｃには、周期
的な凹凸が形成されている。光源８２からの光は直接、
又は出射面８３ｂや対向面８３ｃで全反射され、導光体
８３の内部を伝搬し、対向面８３ｃの周期的な凹凸によ
って出射面８３ｂに向かって反射されて出射する。そし
て、出射面８３ｂから出射された光は、偏光板及びλ／
４板で構成される偏光選択透過手段８４を粘着層９０で
貼り合わせた反射型液晶表示素子８５に照射される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
フロントライト８１は、点灯時に導光体８３の対向面８
３ｃから漏れ光が出射して観察者に直接到達するため、
黒表示が浮いた状態になって表示のコントラストを著し
く低下させるという問題があった。さらに、対向面８３
ｃから出射する漏れ光は、対向面近傍に存在する埃、導
光体の傷等の異物に照射されるため、それらが揮点とし
て観察されていた。加えて、フロントライト８１と偏光
選択透過手段８４との間に存在する異物にも照射され、
それが揮点として観察されるため、表示品位を劣化させ
る上に生産性を損なう原因ともなり、非常に大きな問題
となっていた。
【００１３】さらに、上記周期的な凹凸を有するフロン
トライトにおいては、以下のような理由で２種類の明暗
縞が発生するという問題があった。
【００１４】まず、第１の明暗縞について説明する。
【００１５】光源８２から導光体８３の入射端面８３ａ
を介して入射した光は、導光体８３の内部を伝搬して対
向面８３ｃに形成された周期的な凹凸によって出射面８
３ｂに向かって反射され、その大部分が出射面８３ｂか
ら出射して反射型液晶表示素子８５に照射される。しか
し、出射面８３ｂで約４％の表面反射分が反射されて対
向面８３ｃの周期的な凹凸を通過して観察者に到達す
る。従って、観察者は周期的に配置された凹凸からの光
を周期的な凹凸を通して見ることになるので、第１の明
暗縞が観察される。また、同様の理由で、偏光選択透過
手段８４の表面反射によっても第１の明暗縞が観察さ
れ、表示品位を著しく低下させる。
【００１６】次に、第２の明暗縞について説明する。
【００１７】上述の通り、光源８２からの光は、導光体
８３の対向面８３ｃに形成された周期的な凹凸で反射さ
れて出射され、反射型液晶表示素子８５に入射する。入
射された照明光は、反射型液晶表示素子８５において画
素毎に反射され、再び導光体８３の周期的な凹凸を通過
して観察者に到達し、画像が認識される。従って、導光
体８３の周期的な凹凸、反射型液晶表示素子８５の画素
パターン、再度の導光体８３の周期的な凹凸による干渉
の結果、第２の明暗縞が発生する。ここで、周囲光を利
用して画像を観察する場合にも同様に、光が導光体８３
の周期的な凹凸を通過し、反射型液晶表示素子８５の画
素パターンを通過し、さらに導光体８３の周期的な凹凸
を通過するため、干渉による第２の明暗縞が発生する。
【００１８】導光体と液晶パネルとの間の反射を防止す
るために、実開昭６３−４５１５公報には、図１７に示
すような、液晶セル３１と導光体３５とを透明樹脂３６
を介して密着させる方法が開示されている。しかし、こ
の公報には偏光板や位相差板等の構成要件について開示
されておらず、従って、フロントライトの導光体に偏光
選択透過手段を貼り合わせることにより生じる本発明の
作用効果についても一切開示されていない。
【００１９】さらに、図１７に示すように液晶セル３１
と導光体３５とを密着させた場合、両者が剛体であるた
めに気泡が混入したり、接着樹脂の硬化が不充分になっ
たり、リワークできなかったりする等の問題が生じ、生
産が困難となる。
【００２０】本発明は上記従来技術の問題点を解決する
ためになされたものであり、表示品位を低下させること
なく効率良く光を照射することができるフロントライ
ト、及び高輝度化が可能で生産性にも優れた反射型液晶
表示装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明による反射型液晶
表示装置は、画素パターンを有する反射型液晶表示素子
と、前記反射型液晶表示素子に光を照射するフロントラ
イトとを備え、前記フロントライトは、光を発する光源
と、前記光源からの光が入射する端面と、前記端面から
入射した光が出射する前記端面に垂直な第１の広面と、
前記第１の広面に対向する第２の広面とを有する導光体
と、特定の偏光を有する光のみを選択的に透過させる偏
光選択透過手段とをさらに備え、前記偏光選択透過手段
と前記導光体の前記第１の広面とは、前記第２の広面か
ら出射する漏れ光を低減するように、前記偏光選択透過
手段と前記第１の広面との間の表面反射が低減された状
態で貼り合わされており、前記フロントライトと前記反
射型液晶表示素子とは、前記フロントライトと前記反射
型液晶表示素子との間に空気層が位置するように配置さ
れ、これにより上記目的を達成する。
【００２２】前記第２の広面は、前記端面から入射され
た前記光を伝搬する伝搬部と、前記伝搬部を伝搬した前
記光と前記端面から入射された前記光とを前記第１の広
面へ反射する反射部とから構成される周期的なプリズム
状の凹凸部を有し、前記導光体の第１の広面と前記偏光
選択透過手段とは、前記導光体の屈折率よりも小さな屈
折率を有する樹脂層を介して貼り合わせられていてもよ
い。
【００２３】前記第２の広面は、前記端面から入射され
た前記光を伝搬する伝搬部と、前記伝搬部を伝搬した前
記光と前記端面から入射された前記光とを前記第１の広
面へ反射する反射部とから構成される周期的なプリズム
状の凹凸部を有し、前記周期的なプリズム状の凹凸部の
筋の方向と、前記反射型液晶表示素子の前記画素パター
ンの繰り返しの水平方向とは、異なっていてもよい。
【００２４】
【００２５】前記樹脂層と前記導光体との屈折率差が０
より大で０．２以下であるのが望ましい。
【００２６】
【００２７】前記偏光選択透過手段が偏光板とλ／４板
との組み合わせからなっていてもよい。
【００２８】前記偏光選択透過手段が偏光板とλ／２板
とλ／４板との組み合わせからなっていてもよい。
【００２９】
【００３０】前記偏光選択透過手段の前記反射型液晶表
示素子と対向する側の表面に、反射防止処理が施されて
いてもよい。
【００３１】前記反射型液晶表示素子の前記偏光選択透
過手段と対向する側の表面に、反射防止処理が施されて
いてもよい。
【００３２】
【００３３】
【００３４】前記周期的なプリズム状の凹凸部の筋の方
向が、前記画素パターンの繰り返しの水平方向と１０゜
以上８０゜以下の角度をなすように形成されているのが
望ましい。
【００３５】前記反射型液晶表示素子の画素パターンの
配列がデルタ配列であり、前記周期的なプリズム状の凹
凸部の筋の方向が、該画素パターンの繰り返しの水平方
向と１０゜以上２５゜以下、又は５５゜以上８０゜以下
の角度をなすように形成されているのが望ましい。
【００３６】前記反射型液晶表示素子の画素パターンの
配列がストライプ配列であり、前記周期的なプリズム状
の凹凸部の筋の方向が、該画素パターンの繰り返しの水
平方向と１５゜以上７５゜以下の角度をなすように形成
されているのが望ましい。
【００３７】以下、本発明の作用について説明する。
【００３８】本発明にあっては、フロントライトの導光
体と偏光選択透過手段とが、両者の界面で反射が生じな
いように光学的に貼り合わせられている。光源から導光
体の端面に入射した光は、直接、または一体化された偏
光選択透過手段の内部を伝搬する過程で導光体の第２の
広面、すなわち対向面に形成された凹凸に到達して第１
の広面、すなわち出射面に向かって反射され、偏光選択
透過手段を特定の偏光のみが選択的に透過して反射型液
晶表示素子に照射される。反射型液晶表示素子は、液晶
層によりその照明光の偏光状態を画素毎に制御して偏光
選択透過手段側に反射させる。これにより再び偏光選択
透過手段を透過する光量が制御されて画像が表示され
る。
【００３９】ここで、フロントライトの内部を伝搬する
光は、導光体と一体化された偏光選択透過手段の内部を
透過しながら伝搬するので、特定の偏光以外は偏光板で
吸収される。よって、光源からの偏光成分を持たない光
が内部を伝搬する従来のフロントライトに比べて光量が
半分以下となり、対向面から観察者側に出射する漏れ光
も半分以下になるので、表示のコントラスト低下を低減
することができる。さらに、同様の理由で、導光体の対
向面近傍に存在する異物に照射された漏れ光が散乱して
発生する揮点も減少させることができ、表示品位の向上
と生産性の向上が図れる。
【００４０】さらに、本発明では、フロントライトを出
射する光がそれに貼り合わせられた偏光選択透過手段の
内部を透過するので、反射型液晶表示素子の表示に必要
な特定の偏光となっている。これに対して、従来のフロ
ントライトでは、フロントライトを出射した後で、反射
型液晶表示素子に貼り合わせられた偏光選択透過手段に
よって表示に必要な偏光のみが透過する。従って、本発
明では、反射型液晶表示素子に入射する偏光の光量は従
来と同等であるが、フロントライトを出射する光量は従
来の半分以下となる。その結果、異物に照射されたフロ
ントライトの出射光が散乱して発生する揮点を減少させ
ることができ、表示品位の向上と生産性の向上を図るこ
とができる。
【００４１】上記導光体と偏光選択透過手段とは、両者
の屈折率に近似した屈折率を有する屈折率層を介して貼
り合わせることにより、両者の界面で反射が生じないよ
うに光学的に一体化することができる。
【００４２】しかし、フロントライトにおいては、光源
から導光体の端面に入射した光を第１の広面及び第２の
広面での反射を利用して伝搬させる必要がある。このた
め、導光体の屈折率と屈折率層の屈折率とが完全に一致
して第１の広面での反射が全く生じない状態になると、
光の伝搬が妨げられてフロントライトからの照明光の強
度が光源から遠くなるにつれて低下するという問題が発
生する。従って、導光体と偏光選択透過手段との間に設
けられる屈折率層は、導光体とわずかに屈折率が異なっ
た層であるのが好ましい。後述する実施形態３において
図１１に示すように、導光体の屈折率と微小な屈折率差
を有する屈折率層を設けることにより、反射角が大きい
領域で界面での反射が生じ、導光体中を伝搬する光の量
が増加する。このように、界面での反射によって光を効
率良く伝搬させて照明光強度の低下を抑制し、均一な照
明光を得ることができる。また、反射角が大きい領域で
界面での反射が生じるため、観察者の方向に反射光が向
かって表示品位に影響を与えることはない。
【００４３】特に、屈折率層の屈折率を導光体の屈折率
よりも小さくすることにより、反射率が１となる全反射
が生じ、導光体中を光が効率良く伝搬するので好まし
い。
【００４４】さらに、後述する実施形態３において図１
２に示すように、導光体と屈折率層との屈折率差が大き
くなると表面反射が増加するため、屈折率差は０より大
で０．２以上であるのが好ましい。屈折率差が０．２以
下であればその反射率が０．５％以下となるので、導光
体、屈折率層及び偏光選択透過手段の各界面での反射率
を１％以下にすることができる。
【００４５】上記導光体と偏光選択透過手段とを両者の
屈折率に近似した屈折率を有する屈折率層を介して貼り
合わせる場合、例えば約１．５の屈折率を有する粘着層
により貼り合わせることができる。さらに、粘着層の屈
折率を上述のように導光体の屈折率とわずかに異なる屈
折率となるように設計することにより、均一な照明が可
能となる。または、導光体と偏光選択透過手段との間に
屈折率が両者と近似する、例えば屈折率１．５前後の透
明フィルムを介して貼り合わせてもよい。或いは、導光
体と偏光選択透過手段とを透明樹脂により貼り合わせる
ことも可能である。これらの場合にも、透明フィルムや
透明樹脂層の屈折率が導光体の屈折率と微小な屈折率差
を有するように設計すれば、均一な照明が可能となる。
【００４６】ところで、導光体の出射面と対向する対向
面に、光源から入射された光を伝搬する伝搬部と、光源
から入射された光及び伝搬された光を出射面に向けて反
射する反射部とから構成される凹凸が周期的に形成され
ている構成では、導光体の出射面や偏光選択透過手段の
表面での表面反射が周期的な凹凸を介して観察者に到達
するので、上述した第１の明暗縞が生じる。本発明で
は、導光体の出射面と偏光選択透過手段とが貼り合わせ
られているので、その表面反射を低減して表示品位の向
上を図ることができる。さらに、両者を導光体と屈折率
がわずかに異なる屈折率層を介して貼り合わせた場合に
も、両者の屈折率差が微小なものであるので表面反射が
小さい。上述のように、両者の屈折率差を０．２以下と
することにより、表面反射を１％以下にすることができ
るので、第１の明暗縞の発生を防ぐことができる。
【００４７】上述したように、導光体の出射面と対向す
る対向面に凹凸が設けられたフロントライトでは、光が
導光体の周期的凹凸を通過し、反射型液晶表示素子の画
素パターンを通過し、導光体の周期的凹凸を再度通過し
て観察者に到達するため、干渉により上述した第２の明
暗縞が生じる。そこで、周期的な凹凸の筋の方向と画素
パターンの繰り返し方向との間に角度を設けて両者の方
向が一致しないようにすることにより、第２の明暗縞の
周期が短くなって観察者に認識されなくなるので、表示
品位を良好にすることができる。
【００４８】画素パターンの配列がデルタ配列の場合に
は、周期的な凹凸の筋の方向を画素パターンの繰り返し
の水平方向と１０゜以上２５゜以下、又は５５゜以上８
０゜以下の角度にするのが好ましい。この範囲にするこ
とにより、後述する実施形態１において図７に示すよう
に、第２の明暗縞が観察されない。
【００４９】画素パターンの配列がストライプ配列の場
合には、周期的な凹凸の筋の方向を画素パターンの繰り
返しの水平方向と１５゜以上７５゜以下の角度にするの
が好ましい。この範囲にすることにより、後述する実施
形態１において図８に示すように、第２の明暗縞が観察
されない。
【００５０】上記偏光選択透過手段としては、偏光板と
λ／４板とを光学的に貼り合わせたものを用いることが
できる。このとき、偏光板の透過軸（又は吸収軸）とλ
／４板の遅相軸（又は進相軸）とが４５゜の角度をなす
ように配置すれば、フロントライトから出射する照明光
が偏光板とλ／４板を通過した円偏光のみとなる。この
円偏光を受けて反射型液晶表示素子の反射板で反射する
過程で、液晶層により偏光状態が変調され、偏光板を透
過する光量が制御される。
【００５１】或いは、上記偏光選択透過手段としては、
偏光板とλ／４板との間にλ／２板を配置し、各々を光
学的に貼り合わせたものを用いてもよい。この場合、λ
／４板の光の波長に対する位相差遅れの公差を、λ／２
板によって補償することができるので、広い波長領域で
反射型液晶表示素子に適した円偏光を得ることができ
る。
【００５２】偏光透過選択手段としてこのような組み合
わせを用いることにより、偏光選択透過手段を透過した
円偏光のうち、フロントライトの反射型液晶表示素子に
対向する面（λ／４板と空気との界面）での表面反射、
及び反射型液晶表示素子の表面での表面反射は、再びλ
／４板を通過する際に偏光板の透過軸と直交する直線偏
光に変換されるので、偏光板に吸収される。従って、表
面反射による導光体の明暗縞、及び表示のコントラスト
比の低下を防ぐことができる。
【００５３】本発明の反射型液晶表示装置では、フロン
トライトと反射型液晶表示素子との間に存在する界面、
即ち、偏光選択透過手段の表面と反射型液晶表示素子の
表面で約４％程度の表面反射が生じる。この表面反射
は、上述のように偏光選択透過手段（偏光板）で吸収さ
れるので表示のコントラスト比には影響しない。しか
し、反射型液晶表示素子に入射して表示に利用される光
量、及び反射型液晶表示素子で反射されて観察者に到達
する光量を減少させる要因となるので、表示の明るさを
損なうことになる。よって、偏光選択透過手段の反射型
液晶表示素子と対向する側の表面、又は反射型液晶表示
素子の偏光選択透過手段と対向する側の表面、或いは両
方に反射防止処理を施すのが望ましい。
【００５４】なお、本発明において、反射型液晶表示素
子とフロントライトとは密着させないようにするのが望
ましいので、貼り合わせないようにする。つまり、従来
の液晶表示素子のように反射型液晶表示素子（液晶セ
ル）と導光体とを貼り合わせると、両者が剛体であるた
めに気泡が混入したり、接着樹脂の硬化が不充分になっ
たり、リワークできなかったりする等の問題が生じ、生
産が困難になるからである。この場合、両者の間に空気
層が生じるが、界面での反射は上述のように偏光選択透
過手段で吸収されるので表示のコントラスト比には影響
せず、さらに、上述の反射防止処理により防ぐことがで
きる。
【００５５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
【００５６】（実施形態１）図１及び図２は、実施形態
１の反射型液晶表示装置の構成を示す図である。
【００５７】この反射型液晶表示装置は、光源２、導光
体３及び偏光選択透過手段４を有するフロントライト１
と、一対のガラス基板５ａ、５ｂの間に液晶層６が挟持
され、その背面側に反射板７を有する反射型液晶表示素
子５とで構成されている。
【００５８】導光体３としては、ポリメチルメタクリレ
ートを射出成型して作製したものをで用い、その屈折率
は１．４９である。この導光体３は、光入射面３ａにほ
ぼ垂直な方向に光出射面３ｂを有している。光出射面３
ｂに対向する対向面３ｃには、伝搬部３ｄと反射部３ｅ
を有するプリズム状の周期的凹凸３ｆが形成されてい
る。周期的凹凸３ｆは、反射型液晶表示素子５の画素パ
ターンと干渉し合って生じる第２の干渉縞によって表示
品位が低下しないように設計されている。ここでは、そ
の周期ｐを３９０μｍとし、反射型液晶表示素子５の画
素パターンの水平方向と２３゜の角度をなすように形成
した。周期的凹凸３ｆの形状は、光源２から入射した光
を有効に出射できるように設定してある。ここでは、３
９０μｍの周期ｐのうち、伝搬部３ｄの長さを平均３７
０μｍ、反射部３ｅの長さを平均２０μｍ、伝搬部３ｄ
と反射部３ｅとで構成されるプリズムの高さを１５μｍ
とした。また、反射部３ｅの長さは、光出射面３ｂの面
無いで均一な照明光が出射されるように、光入射面３ａ
に近いほど２０μｍより短く、遠いほど２０μｍより長
く設定した。
【００５９】偏光選択透過手段４は、偏光板４ａ、λ／
２板４ｂ及びλ／４板４ｃからなり、その屈折率は約
１．５程度であり、粘着層（図示せず）を介してこの順
に一体化されている。この偏光選択透過手段４の偏光板
４ａと、導光体３の光出射面３ｂとは、両者の間に反射
が生じないように、粘着層２０を介して光学的に貼り合
わせられている。偏光板４ａの透過軸、λ／２板４ｂの
遅相軸及びλ／４板４ｃの遅相軸は、反射型液晶表示素
子５の液晶材料や配向の方向、視野角の特性等を考慮し
て、図２に示すように配置されている。この偏光選択透
過手段４に入射する光のうち、偏光板４ａを透過した直
線偏光は、λ／２板４ｂによって旋光して直線偏光とな
り、λ／４板４ｃの遅相軸と４５゜の角度をなす。従っ
て、フロントライト１から最終的に出射される偏光は、
円偏光となる。この構成により、λ／４板４ｃの光の波
長に対する位相遅れの公差をλ／２板４ｂで補償できる
ので、広い波長域で円偏光を出射することが可能とな
る。本実施形態では、屈折率約１．５のアクリルオリゴ
マーを用いた粘着剤を粘着層１０として用いた。
【００６０】光源２としては、蛍光灯を用いた。この光
源２は、導光体３の光入射面３ａ近傍に配置され、導光
体３に入射した光は偏光選択透過手段４を通過しながら
フロントライト１の内部を伝搬する。そして、反射部３
ｅに到達した光は出射面３ｂに向かって反射され、偏光
選択透過手段４を通過して円偏光の照明光として出射さ
れる。
【００６１】反射型液晶表示素子５は、反射板７で照明
光を反射すると共に液晶層６で変調し、再び偏光選択透
過手段４を透過する光量を調節して画像を表示する。本
実施形態では、反射型液晶表示素子５として３．８型の
ＱＶＧＡ、ストライプ配列で画素数が９６０×２４０、
画素サイズが８１μｍ×２３４．５μｍのものを使用し
た。
【００６２】次に、本実施形態の反射型液晶表示装置の
表示品位について説明する。ここでは、図３に示すよう
な、光源１２及び導光体１３からなるフロントライト１
１、及び偏光選択透過手段１４が粘着層２０を介して貼
り合わせられた反射型液晶表示素子１５を有する従来の
反射型液晶表示装置と比較して説明する。なお、光源１
２、導光体１３、偏光選択透過手段１４、反射型液晶表
示素子１５、粘着層２０としては、本実施形態と同じも
のを用いた。
【００６３】本実施形態の反射型液晶表示装置と従来の
反射型液晶表示装置において、フロントライトで反射型
液晶表示素子を照明し、白色表示の明るさ（輝度）を測
定した結果を図４に、黒色表示の明るさ（輝度）を測定
した結果を図５に、両者の比、即ちコントラスト比を図
６に示す。測定には、ＥＬＤＩＭ社のＥＺＣｏｎｔｒａ
ｓｔを使用し、反射型液晶表示装置の垂直方向と水平方
向で±６０゜の視角について図に示した。
【００６４】本実施形態１の反射型液晶表示装置は、図
４に示すように、白色表示の明るさは従来の反射型液晶
表示装置の２／３程度であるが、図５に示すように、黒
色表示の明るさは従来の反射型液晶表示装置の半分以下
であり、特に視角が大きい場合に光量が非常に小さくな
っている。従って、図６に示すように、本実施形態１の
反射型液晶表示装置のコントラスト比は、従来の反射型
液晶表示装置の約２倍となって表示品位が大幅に向上
し、表示が良好に観察できる視角範囲、即ち視野角も大
きくなっている。
【００６５】このように、本実施形態１の反射型液晶表
示装置は、黒色表示のときの明るさ、即ち、フロントラ
イトの対向面から直接観察者に向かって出射する漏れ光
量が従来の反射型液晶表示装置の半分以下になってい
る。従って、フロントライトの対向面近傍に存在する
埃、付着物、傷等の異物により光が散乱して輝点として
光る等の影響を減少させることができる。
【００６６】また、本実施形態１におけるフロントライ
トでは、出射される照明光がすでに偏光選択透過手段を
透過しているので円偏光となっているのに対して、従来
のフロントライトではフロントライトを出射した後に反
射型液晶表示素子に貼り合わせられた偏光選択透過手段
で円偏光となる。従って、反射型液晶表示素子に入射さ
れる光は同等でも、フロントライトを出射する照明光は
半減している。従って、フロントライトと反射型液晶表
示素子との間に存在する異物等により光が散乱して輝点
として光等の影響を低減させることができ、表示品位及
び生産性共に向上させることができる。
【００６７】さらに、本実施形態１では、フロントライ
トの反射型液晶表示素子に対向する面（λ／４板と空気
との界面）での表面反射、及び反射型液晶表示素子の表
面における表面反射は、再びλ／４板を通過する際に偏
光板の透過軸と直交する直線偏光に変換されて偏光板に
吸収される。従って、表面反射による導光体の明暗縞及
び表示のコントラスト比の低下を防止する効果もある。
反射型液晶表示装置の周囲光によって表示を観察する場
合にも、同様に、表面反射によるコントラスト比の低下
を抑制することができる。
【００６８】以上のように、導光体に粘着層を介して偏
光選択透過手段を貼り合わせたフロントライトを用いる
ことで、コントラスト比が高く、異物による影響の少な
い、表示品位が良好で生産性の高い反射型液晶表示装置
を得ることができる。
【００６９】なお、本実施形態では導光体の周期的凹凸
をプリズム状としたが、台形状、レンチキュラー状、球
状等、他の形状であってもよい。また、導光体の材質と
しては、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂
の他、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂に代表
される透明樹脂や、ガラス等を適宜用いることができ
る。
【００７０】光源としては、蛍光体の他にも、ＥＬやＬ
ＥＤ、ＬＥＤと棒状導光体との組み合わせ等、導光体の
光入射面に均一に光を照射する光源であれば、いずれも
用いることができる。
【００７１】導光体の出射面に偏光選択透過手段を光学
的に貼り合わせる方法としては、粘着層に限らず、接着
剤、硬化樹脂等、両者の界面で反射が生じないように貼
り合わせることが可能なものであれば、いずれも用いる
ことができる。
【００７２】導光体３に形成された周期的凹凸３ｆの筋
の方向と、反射型液晶表示素子５の画素パターンの水平
方向とのなす角度についても上述したものに限られない
が、第２の明暗縞の発生を防ぐためには１０゜以上８０
゜以下にするのが好ましい。
【００７３】画素パターンがデルタ配列の場合につい
て、第２の明暗縞が認識されない角度範囲を測定した結
果を図７に示す。ここでは、２．０型と２．５型のデル
タ配列の反射型液晶表示素子の前面にフロントライトを
配置した場合について、その導光体の周期的凹凸の筋の
方向と反射型液晶表示素子の画素パターンの繰り返しの
水平方向とのなす角度を変化させて第２の明暗縞を観察
した。２．０型の場合を実線で示し、２．５型の場合を
点線で示す。
【００７４】この図７からわかるように、周期的凹凸の
周期によっては角度範囲にばらつきが見られるものの、
ほぼ１０゜以上２５゜以下、又は５５゜以上８０゜以下
で第２の明暗縞が観察されない。
【００７５】同様に、画素パターンがストライプ配列の
場合について、第２の明暗縞が認識されない角度範囲を
測定した結果を図８に示す。ここでは、３．８型ＱＶＧ
Ａのストライプ配列の反射型液晶表示素子の前面にフロ
ントライトを配置した場合について、その導光体の周期
的凹凸の筋の方向と反射型液晶表示素子の画素パターン
の繰り返しの水平方向とのなす角度を変化させて第２の
明暗縞を観察した。
【００７６】この図８からわかるように、周期的凹凸の
周期によっては角度範囲にばらつきが見られるものの、
ほぼ１５゜以上７５゜以下で第２の明暗縞が観察されな
い。
【００７７】従って、導光体の周期的凹凸と反射型液晶
表示素子の画素パターンの水平方向とのなす角度が上述
した範囲になるように設計すれば、第２の明暗縞の発生
を防いで表示品位の良好な反射型液晶表示装置を実現す
ることができる。
【００７８】（実施形態２）図９は、実施形態２の反射
型液晶表示装置の構成を示す図である。
【００７９】この反射型液晶表示装置は、実施形態１と
同様のフロントライト１及び反射型液晶表示素子５にお
いて、偏光選択透過手段４と反射型液晶表示素子５の対
向する表面に、各々反射防止手段８、９が設けられてい
る。本実施形態では、反射防止手段８、９として、日東
電工（株）製の反射防止フィルム（製品名：ＴＡＣ−Ｈ
Ｃ／ＡＲ）を用い、粘着層（図示せず）を介して各表面
に貼り付けた。
【００８０】本実施形態の反射型液晶表示装置におい
て、フロントライトで反射型液晶表示素子を照明し、白
色表示の明るさ、黒色表示の明るさ及びコントラスト比
を実施形態１で示した図４、図５及び図６に示す。
【００８１】本実施形態２の反射型液晶表示装置は、図
４に示すように、白色表示の明るさは実施形態１の反射
型液晶表示装置と比べて１５％〜２０％程度向上し、図
５に示すように、黒色表示の明るさは実施形態１の反射
型液晶表示装置と同等である。従って、図６に示すよう
に、本実施形態２の反射型液晶表示装置のコントラスト
比は、実施形態１の反射型液晶表示装置と比べて１５％
〜２０％程度向上している。
【００８２】また、本実施形態２の反射型液晶表示装置
は、偏光選択透過手段４及び反射型液晶表示素子５の表
面での表面反射が低減されているため、フロントライト
１による照明、周囲光による照明のどちらの場合でも、
反射型液晶表示素子５に入射する光量及び出射する光量
が増加し、明るい表示が可能となる。
【００８３】以上のように、偏光選択透過手段と反射型
液晶表示素子の対向する表面に各々反射防止手段を設け
ることによって、明るく、コントラスト比が高く、異物
による影響がさらに少ない、表示品位が良好で生産性の
高い反射型液晶表示装置を得ることができる。
【００８４】なお、本実施形態においては、反射防止手
段として市販の反射防止フィルムを貼り付けたが、反射
防止処理としては、膜厚が約０．１μｍのＭｇＦ2、Ｓ
ｉＯ2等、薄膜の干渉作用によって反射エネルギーを低
下させる反射防止膜を蒸着やスパッタリング等の手法で
形成したフィルムを各表面に貼り付けてもよい。この場
合、基材となるフィルムは複屈折性の少ない材料である
ことが望ましい。また、偏光選択透過手段及び反射型液
晶表示素子の表面に直接反射防止膜を形成してもよい。
【００８５】（実施形態３）図１０は、実施形態３の反
射型液晶表示装置の構成を示す図である。
【００８６】本実施形態において、フロントライト１
は、実施形態１と同様の導光体３及び偏光選択透過手段
４が低屈折率樹脂層１０ａを介して貼り合わせられてい
る。このフロントライト１は実施形態１と同様の反射型
液晶表示素子５の前面に配置されている。
【００８７】低屈折率樹脂層１０ａとしては、大日本イ
ンキ化学工業（株）製のＤＥＦＥＮＮＳＡ ７７０２Ａ
を用いた。この樹脂は紫外線硬化型で硬化時の屈折率は
１．３８であり、ポリメチルメタクリレートからなる導
光体３の屈折率１．４９よりも小さい。
【００８８】図１１に、この導光体３と低屈折率樹脂層
１０ａとの界面での反射率と反射角との関係を実線で示
す。比較のために、導光体としては上記と同じ屈折率
１．４９のポリメチルメタクリレートからなるものを用
い、屈折率層の屈折率を１．６としたものを図１１に点
線で示す。
【００８９】この図１１からわかるように、導光体とは
異なる屈折率を有する屈折率層を設けることにより、反
射角が大きい領域で界面での反射が生じ、導光体中を伝
搬する光の量を増加させることができる。特に、屈折率
層の屈折率が導光体の屈折率よりも小さい場合には、反
射率が１となる全反射が生じるため、導光体中を光が効
率良く伝搬させることができる。
【００９０】本実施形態３の場合には全反射角が６８゜
であり、光源２から導光体３の端面に入射した光は、低
屈折率樹脂層１０ａとの界面及びこれに対向する対向面
で反射されながら導光体３の内部を伝搬する。従って、
フロントライト１によって均一な照明光を得ることがで
きる。さらに、反射角が大きいため、観察者の方向に反
射光が生じて反射型液晶表示素子の表示品位に影響を与
えることはない。
【００９１】さらに、図１２に、導光体と屈折率層との
界面での反射角０゜方向の反射率、すなわち表面反射率
と、屈折率層の屈折率との関係を示す。
【００９２】この図１２からわかるように、導光体と屈
折率層との屈折率差が大きくなると表面反射が増加する
が、屈折率差が０．２以内であればその反射率は０．５
％以下である。よって、導光体、屈折率層及び偏光選択
透過手段の界面での反射率を１％以下に抑えることがで
きる。ここで、一般的な反射防止処理を施したガラス板
やアクリル板の反射率が１％であることを考慮すると、
屈折率層での表面反射はそれほど大きなものではなく、
周囲光による反射型液晶表示素子の画像の表示品位を特
に損なうものではない。
【００９３】本実施形態３の場合には屈折率層（低屈折
率樹脂層１０ａ）の屈折率が１．３８で表面反射が０．
１％であり、反射型液晶表示素子の画像の表示品位を良
好に保つことができる。
【００９４】これに対して、実施形態１のフロントライ
ト１では、導光体３と偏光選択透過手段４とが屈折率
１．５の粘着層１０によって貼り合わせられているの
で、界面での反射が殆ど生じない。このため、光源２か
ら導光体３の端面に入射した光は、偏光選択透過手段４
の反射型液晶表示素子５に対向した面と、導光体３の対
向面での反射によって伝搬する。しかし、偏光選択透過
手段４での反射は、偏光板と位相差板（λ／２板やλ／
４板）の変調の効果によってほとんど吸収されてしまう
ので、導光体３の内部を伝搬する光の量が減少する。従
って、光源２から遠くなるほどフロントライト１の照明
光が暗くなって均一な照明が行えなくなる。
【００９５】ここで、実施形態１と実施形態３の反射型
液晶表示装置について、平均輝度と輝度分布を測定した
結果を下記表１に示す。
【００９６】
【表１】 測定点は、図１３（ａ）に示すように、反射型液晶表示
装置の表示領域を４×４に１６分割したときの９つの交
点とした。測定装置としてはＴＯＰＣＯＭ（株）製の輝
度計ＢＭ−５Ａを用い、図１３（ｂ）に示すような測定
系により、暗所でフロントライト１の光源２を点灯させ
た時の反射型液晶表示装置の白表示における輝度を測定
した。輝度の均一性は、９点の測定値の最大値／最小値
（ＭＡＸ／ＭＩＮ）で求めた輝度分布により表される。
【００９７】この表１からわかるように、実施形態３の
反射型液晶表示装置では実施形態１の反射型液晶表示装
置に比べて平均輝度が約１５％以上向上し、輝度の均一
性も改善されている。
【００９８】このように、本実施形態においては、導光
体と偏光選択透過手段とを屈折率が小さい低屈折率樹脂
層１０ａを介して貼り合わせることにより、導光体内部
を伝搬する光の量が多くなる。よって、明るく均一な照
明が可能なフロントライトを得ることができ、また、明
るくコントラスト比が高く、輝度分布の少ない反射型液
晶表示装置を実現することができる。
【００９９】なお、本実施形態においては、低屈折率層
を紫外線硬化樹脂で形成したが、低屈折率の粘着剤から
なる粘着層により導光体と偏光選択透過手段とを貼り合
わせてもよい。
【０１００】或いは、低屈折率の透明フィルムを介して
貼り合わせてもよく、様々な方法を用いることができ
る。低屈折率の透明フィルムを介して導光体と偏光選択
透過手段とを貼り合わせる場合には、透明フィルムを導
光体や偏光選択透過手段と貼り合わせる。この貼り合わ
せには、透明フィルムの屈折率と導光体の屈折率の間の
屈折率を有する粘着剤を用いることができる。
【０１０１】さらに、偏光選択透過手段と反射型液晶表
示素子との対向面に反射防止処理を施すことにより、各
々の界面での反射が減少し、より明るい表示を実現する
ことができる。
【０１０２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明による場合
には、導光体に偏光選択透過手段を光学的に貼り合わせ
たフロントライトにより、導光体の出射面に対向する対
向面から観察者側に出射する漏れ光や、導光体の対向面
近傍に存在する異物に照射された漏れ光やフロントライ
トの出射光が散乱して発生する揮点を減少させることが
できる。これにより、コントラスト比の低下を防ぎ、生
産性の向上を図ることができるので、表示品位に優れた
反射型液晶表示装置を低コストで実現することができ
る。
【０１０３】また、偏光選択透過手段の反射型液晶表示
素子と対向する側の表面、又は反射型液晶表示素子の偏
光選択透過手段と対向する側の表面、或いは両方に反射
防止処理を施すことにより、さらに明るく、表示品位が
良好で生産性に優れた反射型液晶表示装置を実現するこ
とができる。
【０１０４】さらに、導光体と異なる屈折率、好ましく
は導光体よりも低い屈折率を有する屈折率層を介して、
導光体と偏光選択透過手段とを貼り合わせることによ
り、明るく、輝度分布の小さい均一な画像表示が可能な
反射型液晶表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の反射型液晶表示装置の構成を示す
断面図である。
【図２】実施形態１の反射型液晶表示装置の構成を示す
斜視図である。
【図３】従来の反射型液晶表示装置の構成を示す断面図
である。
【図４】実施形態１、実施形態２及び従来の反射型液晶
表示装置について、白色表示の輝度を測定した結果を示
す図である。
【図５】実施形態１、実施形態２及び従来の反射型液晶
表示装置について、黒色表示の輝度を測定した結果を示
す図である。
【図６】実施形態１、実施形態２及び従来の反射型液晶
表示装置について、コントラスト比を示す図である。
【図７】画素パターンがデルタ配列の場合において、第
２の明暗縞が観察されない、導光体の周期的凹凸の筋の
方向と画素パターンの繰り返しの水平方向とのなす角度
の範囲を示すグラフである。
【図８】画素パターンがストライプ配列の場合におい
て、第２の明暗縞が観察されない、導光体の周期的凹凸
の筋の方向と画素パターンの繰り返しの水平方向とのな
す角度の範囲を示すグラフである。
【図９】実施形態２の反射型液晶表示装置の構成を示す
断面図である。
【図１０】実施形態３の反射型液晶表示装置の構成を示
す斜視図である。
【図１１】導光体と異なる屈折率を有する屈折率層を用
いた場合について、導光体と屈折率層との界面における
反射率と反射角との関係を示すグラフである。
【図１２】導光体と屈折率層との界面における表面反射
率と、屈折率層の屈折率との関係を示すグラフである。
【図１３】反射型液晶表示装置における輝度の測定点を
示す平面図、及び測定系を示す断面図である。
【図１４】反射型液晶表示装置における基本的な光の偏
光状態の変化を説明するための斜視図である。
【図１５】画素配列の代表的な例を示す平面図である。
【図１６】従来の反射型液晶表示装置の構成を示す断面
図である。
【図１７】従来の反射型液晶表示装置の構成を示す断面
図である。
【符号の説明】
１ フロントライト ２ 光源 ３ 導光体 ３ａ 光入射面 ３ｂ 光出射面 ３ｃ 対向面 ３ｄ 伝搬部 ３ｅ 反射部 ３ｆ 周期的凹凸 ４ 偏光選択透過手段 ４ａ 偏光板 ４ｂ λ／２板 ４ｃ λ／４板 ５ 反射型液晶表示素子 ５ａ、５ｂ ガラス板 ６ 液晶層 ７ 反射板 ８、９ 反射防止手段 １０ 粘着層 １０ａ 低屈折率樹脂層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−153777（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−48624（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−139020（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−268306（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−52375（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−109342（ＪＰ，Ａ) 特開2000−10498（ＪＰ，Ａ) 特開2000−10497（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/13357 F21V 8/00 601 G02B 6/00 331

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画素パターンを有する反射型液晶表示素
    子と、 前記反射型液晶表示素子に光を照射するフロントライト
    と を備えた反射型液晶表示装置であって、 前記フロントライトは、 光を発する光源と、 前記光源からの光が入射する端面と、前記端面から入射
    した光が出射する前記端面に垂直な第１の広面と、前記
    第１の広面に対向する第２の広面とを有する導光体と、 特定の偏光を有する光のみを選択的に透過させる偏光選
    択透過手段と をさらに備え、 前記偏光選択透過手段と前記導光体の前記第１の広面と
    は、前記第２の広面から出射する漏れ光を低減するよう
    に、前記偏光選択透過手段と前記第１の広面との間の表
    面反射が低減された状態で貼り合わされており、 前記フロントライトと前記反射型液晶表示素子とは、前
    記フロントライトと前記反射型液晶表示素子との間に空
    気層が位置するように配置される、反射型液晶表示装
    置。
  2. 【請求項２】 前記第２の広面は、前記端面から入射さ
    れた前記光を伝搬する伝搬部と、前記伝搬部を伝搬した
    前記光と前記端面から入射された前記光とを前記第１の
    広面へ反射する反射部とから構成される周期的なプリズ
    ム状の凹凸部を有し、 前記導光体の第１の広面と前記偏光選択透過手段とは、
    前記導光体の屈折率よりも小さな屈折率を有する樹脂層
    を介して貼り合わせられている、請求項１に記載の反射
    型液晶表示装置。
  3. 【請求項３】 前記第２の広面は、前記端面から入射さ
    れた前記光を伝搬する伝搬部と、前記伝搬部を伝搬した
    前記光と前記端面から入射された前記光とを前記第１の
    広面へ反射する反射部とから構成される周期的なプリズ
    ム状の凹凸部を有し、 前記周期的なプリズム状の凹凸部の筋の方向と、前記反
    射型液晶表示素子の前 記画素パターンの繰り返しの水平
    方向とは異なる、請求項１に記載の反射型液晶表示装
    置。
  4. 【請求項４】 前記樹脂層と前記導光体との屈折率差が
    ０より大で０．２以下である請求項２に記載の反射型液
    晶表示装置。
  5. 【請求項５】 前記偏光選択透過手段が偏光板とλ／４
    板との組み合わせからなる請求項１乃至請求項４のいず
    れかに記載の反射型液晶表示装置。
  6. 【請求項６】 前記偏光選択透過手段が偏光板とλ／２
    板とλ／４板との組み合わせからなる請求項１乃至請求
    項５のいずれかに記載の反射型液晶表示装置。
  7. 【請求項７】 前記偏光選択透過手段の前記反射型液晶
    表示素子と対向する側の表面に、反射防止処理が施され
    ている請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
  8. 【請求項８】 前記反射型液晶表示素子の前記偏光選択
    透過手段と対向する側の表面に、反射防止処理が施され
    ている請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
  9. 【請求項９】 前記周期的なプリズム状の凹凸部の筋の
    方向が、前記画素パターンの繰り返しの水平方向と１０
    ゜以上８０゜以下の角度をなすように形成されている請
    求項３に記載の反射型液晶表示装置。
  10. 【請求項１０】 前記反射型液晶表示素子の画素パター
    ンの配列がデルタ配列であり、前記周期的なプリズム状
    の凹凸部の筋の方向が、該画素パターンの繰り返しの水
    平方向と１０゜以上２５゜以下、又は５５゜以上８０゜
    以下の角度をなすように形成されている請求項９に記載
    の反射型液晶表示装置。
  11. 【請求項１１】 前記反射型液晶表示素子の画素パター
    ンの配列がストライプ配列であり、前記周期的なプリズ
    ム状の凹凸部の筋の方向が、該画素パターンの繰り返し
    の水平方向と１５゜以上７５゜以下の角度をなすように
    形成されている請求項９に記載の反射型液晶表示装置。
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