JP3543296B2 - 照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置、並びに照明装置及び反射型液晶表示素子を備えた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報表示システムやＯＡ機器等に用いられる表示装置の１つである液晶表示装置は、外部から照射された光の透過光量を制御して画像を表示する透過型と、反射光量を制御して画像を表示する反射型とに大別される。
【０００３】
透過型液晶表示装置は、一般に、背面にバックライトと呼ばれる照明装置が配置されて使用される。
【０００４】
反射型液晶表示装置は、周囲光を利用して表示する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全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て、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。
【０００５】
図１６は、この反射型液晶表示装置の構成例を示す。
【０００６】
この反射型液晶表示装置は、一対のガラス基板９０２ａ、９０２ｂの間に液晶層９０３が挟持され、背面側のガラス基板９０２ｂに反射電極９０４が設けられた反射型液晶表示素子９００を有し、液晶層９０３の前面側には偏光板９０１ａとλ／４板９０１ｂが配置されている。偏光板９０１ａの透過軸（又は吸収軸）とλ／４板９０１ｂの遅相軸（又は進相軸）軸が４５°の角度をなすように配置されている。
【０００７】
照明光のうち、偏光板９０１ａを透過した直線偏光は、λ／４板９０１ｂで円偏光に変換されて液晶層９０３に入射する。ここで、液晶層９０３が円偏光を変調しない場合には、反射電極９０４で反射する際に円偏光の回転方向が逆転し、再びλ／４板９０１ｂを透過した後は偏光板９０１ａの透過軸と直交した直線偏光となって吸収されるので、黒色が表示される。
【０００８】
反射型液晶表示素子９００の液晶層９０３が、入射した円偏光を保存したまま反射するように変調する場合には、λ／４板９０１ｂを透過した後、偏光板９０１ａの透過軸と一致した直線偏光となって出射するので、白色が表示される。
【０００９】
偏光板９０１ａの透過軸、及びλ／４板９０１ｂの遅相軸の方向は、液晶材料や配向の方向、視野角の特性などを考慮して決定される。さらに、λ／４板９０１ｂ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９０１ａとλ／４板９０１ｂの間にλ／２板が配置されることもある。一般に、これらの偏光板９０１ａ、λ／２板、λ／４板９０１ｂはそれぞれ粘着層を介して一体とされ、反射型液晶表示素子９００に貼り付けられている。
【００１０】
また、液晶層９０３の背面に配置される反射電極９０４は、表面に微細構造（ＭＲＳ）が形成され、偏光板９０１ａ、λ／２板、λ／４板９０１ｂを介して入射した光を散乱して反射することで広い視角範囲で一様な表示ができるように工夫されている。具体的には、フォトリソグラフィのプロセスによって、下地層としてのＭＲＳが形成され、その上にＡｌを真空蒸着することで反射電極９０４が形成される。
【００１１】
このようなＭＲＳを備えた反射電極９０４の散乱特性を標準白色板（ＭｇＯ）の散乱特性と比較して図３に示す。これによると、ＭＲＳを備えた反射電極では、入射角３０°以内で入射した光を効率よく正面方向に散乱反射することができることが分かる。
【００１２】
上記のように液晶層９０３による変調を画素毎に制御することによって文字や画像が表示されるが、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を透過させて着色することでカラー表示を行うことができる。Ｒ、Ｇ、Ｂ画素の配列パターンは種々あるが、代表例として図１７に示すデルタ配列やストライプ配列などが挙げられ、画素が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置された構成からなる。画素数、画素のサイズについても様々であり、デルタ配列の反射型液晶表示素子の場合は、２．０型では水平画素数×垂直画素数が２８０×２２０、画素サイズは水平方向が１４５．５μｍ、垂直方向が１３８．５μｍであり、２．５型では画素数が２８０×２２０、画素サイズが１７９．５×１６８．５μｍという仕様が採用されている。また、ストライプ配列では、例えば３．８型ＱＶＧＡの反射型液晶表示素子の場合、画素数が９６０×２４０、画素サイズが８１×２３４．５μｍといった仕様が採用されている。
【００１３】
ところで、上述したフロントライトは従来から提案されており、例えば、ＳＩＤ（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）’９５ Ｄｉｇｅｓｔ ｐ．３７５（従来例１）には、図１８（ａ）に示す構成のフロントライトが示されている。フロントライト９１０は、光源９１１と、光源９１１からの光が入射する入射面９１２ａと、これにほぼ垂直な出射面９１２ｂ及び対向面９１２ｃを備える導光体９１２とで構成される。導光体９１２の対向面９１２ｃには、周期的な凹凸９１３が形成されており、この凹凸９１３は出射面９１２ｂに略平行な伝搬部９１３ａと傾斜した反射部９１３ｂとを有する。
【００１４】
このフロントライト９１０では、光源９１１からの光は、直接又は出射面９１２ｂ及び対向面９１２ｃに形成された周期的な凹凸９１３の伝搬部９１３ａで全反射され、導光体９１２の内部を伝搬して対向面９１２ｃに形成された周期的な凹凸９１３の反射部９１３ｂに到達し、出射面９１２ｂに向かって反射されて出射する。従って、出射面９１２ｂ、即ちフロントライト９１０の出射面からの照明光が反射型液晶表示素子９２０に照射される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のフロントライト９１０と反射型液晶表示素子９２０とによる表示装置では、導光体９１２の対向面９１２ｃに形成された凹凸９１３が最表面に現れる構造であるため、凹凸９１３が傷つき易く、フロントライトの性能の劣化、表示品位、生産性、及び信頼性などの点で大きな問題を有する。
【００１６】
また、反射型液晶表示素子９２０で反射された光は、導光体９１２を通過する際に、導光体９１２に形成された凹凸９１３の伝搬部９１３ａと反射部９１３ｂとで別々の方向に屈折されるために、反射型液晶表示素子９２０の表示が２重に観察されるという問題が生じる。
【００１７】
さらに、周期的に形成された凹凸９１３が原因で、以下に述べるような２種類の明暗縞が発生し、反射型液晶表示素子９２０の表示品位を低下させるという問題が生じる。
【００１８】
まず、第１の明暗縞が発生する理由について説明する。光源９１１から導光体９１２の入射面９１２ａを介して入射した光は、導光体９１２の内部を伝搬して対向面９１２ｃに形成された周期的な凹凸９１３によって出射面９１２ｂに向かって反射され、その大部分が導光体９１２から出射して反射型液晶表示素子９２０を照明する。しかし、出射面９１２ｂにおける約４％の表面反射分は、反射されて対向面９１２ｃの周期的な凹凸９１３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９１３からの光を周期的な凹凸９１３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。同様に、反射型液晶表示素子９２０の表面での反射によっても第１の明暗縞は発生する。
【００１９】
第２の明暗縞は、周期的な凹凸９１３での反射による照明光が、反射型液晶表示素子９２０の画素パターンを通過し、反射されて再び導光体９１２に形成された周期的な凹凸９１３を通過するために、３つの周期が干渉を起こして発生する。フロントライト９１０を点灯せずに、周囲光によって反射型液晶表示素子９２０を照明する場合にも、照明光は導光体９１２に形成された周期的な凹凸９１３、反射型液晶表示素子９２０の画素パターンを通過し、反射されて再び周期的な凹凸９１３を通過するために、これらの周期の干渉による第２の明暗縞が発生する。
【００２０】
上記第１の明暗縞は、導光体９１２の出射面９１２ｂ、及び反射型液晶表示素子９２０の表面の各々に反射防止層を配置し、表面反射を低減することで発生を抑制することができる。ここで、この反射防止層とは、蒸着やスパッタリングなどの手法で形成した膜厚が約０．１μｍのＭｇＦ２、ＳｉＯ２などからなる層で、薄膜の干渉作用によって反射エネルギーを低下させるものをいう。従って、例えば、反射防止層が基材となる透明フィルム上に形成された反射防止フィルムを導光体９１２の出射面９１２ｂに貼り合わせることによって簡単に表面反射を低減し、第１の明暗縞の発生を抑制することができる。
【００２１】
しかしながら、周囲の温度変化があった場合に、導光体９１２と反射防止フイルムの熱膨張係数の違いによって反りが発生することになり、信頼性の点で新たな問題が生じる。導光体９１２の表面に直接上記の反射防止層を形成する方法も考えられるが、蒸着やスパッタリングなどの薄膜形成は高温環境下でなされるため、導光体９１２に耐熱のある材質を適用しなければならない上、反射防止層の密着性にも問題があり、信頼性の点で問題が懸念される。
【００２２】
こうした問題に対し、上記従来例１には、導光体９１２に形成された凹凸９１３を保護し、反射型液晶表示素子９２０の表示において、２重像、第１の明暗縞、及び第２の明暗縞の発生を防止するために、フロントライトに光学補償板を加える構成についても記載されている。
【００２３】
このフロントライトでは、図１８（ｂ）に示すように、光学補償板９１４は、導光体９１２の対向面９１２ｃに形成された凹凸９１３が転写された形状の補償凹凸９１５を備え、導光体９１２と光学補償板９１４は、両者の凹凸同士が空気層を介して対向している。
【００２４】
従って、照明光を受けた反射型液晶表示素子９２０からの反射光は、導光体９１２に形成された凹凸９１３の伝搬部９１３ａと反射部９１３ｂを通過する際に別々の方向に屈折するが、光学補償板９１４の凹凸９１５を通過する際に再び屈折することで、光は凹凸が無い場合と同様に進行する。このような機能を備える光学補償板９１４を配置することによって、導光体９１２の凹凸９１３を保護することができる。また、周期的に形成された凹凸９１３に起因する反射型液晶表示素子２０の表示における２重像の発生、並びに第１の明暗縞及び第２の明暗縞の発生を防止することができる。
【００２５】
しかしながら、光学補償板９１４を付加することによって別の新たな問題も生じる。例えば、上記のような補償の効果を得るためには、導光体９１２と光学補償板９１４の間のギャップをできるだけ小さくしなければならないが、このギャップが不均一であると干渉縞が生じてしまうため、導光体９１２に対し光学補償板９１４を非常に高精度で設置する必要がある。また、光学補償板９１４の新たな界面による反射が加わるため、観察者に向かって反射される光が増加したり、透過率が低下して反射型液晶表示素子９２０の表示が暗くなることによって表示のコントラスト比が低下するという問題が生じる。さらに、厚さが増すために表示装置の大型化を招くといった問題も生じる。
【００２６】
本発明は、こうした従来技術の課題を解決するものであり、２重像や明暗縞の発生を抑制することができ、明るくコントラスト比のよい、高品位の表示を行うことができる照明装置及びそれを備えた表示装置を提供することを目的とする。
【００２７】
また、本発明の他の目的は、反射手段における凹凸の傷つきや変質、及び導光体の反りを低減でき、信頼性を向上させることができる照明装置及びそれを備えた表示装置を提供することにある。
【００２８】
また、本発明の他の目的は、薄型化、軽量化、低価格化を図ることができる照明装置及びそれを備えた表示装置を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明装置は、透明平板と、フィルム状の基材上に複数のプリズムが設けられた反射手段とが、両者の間に導光空間が形成されて該導光空間内に各プリズムが位置するように相互に対向配置されており、該導光空間の端面に光源が配置されて、該光源から該導光空間に入射し該導光空間を伝搬する光が、各プリズムによって反射されて該基材から照明光として出射されると共に、該透明平板および該基材の外部から照射される光を透過するようになった照明装置であって、該反射手段の各プリズムは、該基材の表面に対してそれぞれ等しい傾斜角度βで傾斜した第１および第２の傾斜部をそれぞれ有しており、該傾斜角度βと、第１および第２の傾斜部での全反射角αとの間に、下記（１）式
α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）
の関係を有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３２】
好ましくは、前記反射手段が、屈折率の異なる２つの部材の組み合わせで構成されており、２つの部材の界面が凹凸形状をなし、該界面の屈折率差によって光を反射するものである構成とする。
【００３３】
好ましくは、前記反射手段における凹凸形状が、プリズム状をなしており、前記導光体の出射面に略平行な伝搬部と傾斜した反射部とを有し、前記光源から該導光体の入射面を介して入射し主として該伝搬部を伝搬する光を、該反射部で反射して照明光を出射する構成とする。
【００３４】
好ましくは、前記反射手段における凹凸形状が、プリズム状をなしており、前記透明平板に対して傾斜した屈折部と反射部とを有し、前記光源から該導光空間に入射した光を、該屈折部の界面で屈折し、該反射部で反射して照明光を出射する構成とする。
【００３５】
好ましくは、前記反射手段における凹凸形状が、前記反射部の界面での屈折率差による全反射角度をαとしたとき、該反射部が前記導光体の出射面又は前記透明平板に対してなす角度βが、下記（１）式
α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）
の関係を満たす構成とする。
【００３６】
また、本発明の表示装置は、上記のいずれかに記載の照明装置と、該照明装置からの照明光を受け、その反射率を画素毎に制御して画像を表示する反射型液晶表示素子とを備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００３８】
上記構成によれば、導光体は、光源からの光が入射する入射面と、入射面に略垂直な出射面と、出射面に対向する対向面とを有しており、入射面から入射した光を伝搬する。導光体の出射面又は対向面に、導光体とは別に成形又は配置された反射手段は、導光体の内部を伝搬する光を反射して照明光を出射させる。
【００３９】
反射手段は、凹凸形状の界面の屈折率差によって光を反射する構成とすることができる。また、反射手段は、屈折率の異なる２つの部材の組み合わせで構成し、２つの部材の界面が凹凸形状をなし、この界面の屈折率差によって光を反射する構成とすることができる。
【００４０】
具体的には、凹凸形状を導光体と一体に成形する場合には、その材質にアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などに代表される透明樹脂等を用いて、導光体と反射手段を同時に成形することができる。
【００４１】
凹凸形状を導光体とは別に成形する場合には、凹凸形状は導光体の出射面又は対向面にアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの他に、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等の透明樹脂を用いて成形することができ、材質の選択肢を多くとることができる。即ち、凹凸形状に硬度、対薬品性などの信頼性を有する材質を選ぶことができる。
【００４２】
以上の構成によれば、導光体は出射面及び対向面が平面であるため、材質の選択肢を多くとることができ、例えばガラスを選択すれば、透明樹脂に比べ剛性が高いため、反射手段が配置されていない平面に反射防止フイルムなどを貼り合わせ、導光体の透過率を向上させた場合でも、温度変化などによって生じる反りを低減できて信頼性が増す。
【００４３】
反射手段が反射シートを利用した構成であった場合は、出射面及び対向面に反射シートと反射防止フィルムを貼り合わせることで、導光体の透過率が向上する他、双方がバランスを取って温度変化などで発生する導光体の反りをより低減することができる。さらには、双方の基材であるフィルムを同一とすることが望ましい。
【００４４】
反射手段を、凹凸を有する部材と、凹凸上に屈折率の異なる、好ましくは屈折率の低い屈折率層が形成された構成とする場合には、凹凸の傷つき、変質などによる照明装置の性能の低下を防止することができる。ここで、凹凸は導光体の出射面又は対向面に導光体とは別に形成することができる他、透明フィルム上に凹凸を形成した反射シートであってもよく、屈折率の異なる屈折率層と組み合わせて反射手段とすることができる。さらに、凹凸を導光体の出射面又は対向面に一体に成形し、屈折率の異なる屈折率層と組み合わせて反射手段としてもよい。
【００４５】
上記反射手段を導光体の対向面に配置する場合には、低屈折率層の表面に防汚膜（撥水層）、ハードコート層などを形成することによって照明装置の表面の信頼性を向上させることができ、反射防止層を形成することによって表面の反射率を低減させることができる。なお、防汚膜（撥水層）、ハードコート層、反射防止層は、これらが予め形成された保護フィルムを低屈折率層の表面に配置することによって簡単に得ることができる。
【００４６】
上記反射手段を導光体の出射面に配置する場合には、凹凸が導光体によって保護されるため、反射手段の信頼性を向上させることができる。また、反射手段の凹凸が形成されていない面に防汚膜（撥水層）、ハードコート層、反射防止層を形成してもよい。
【００４７】
反射手段における凹凸形状が、導光体の出射面に略平行な伝搬部と傾斜した反射部とで構成されるプリズム状の形状であれば、光源から導光体内に入射面を介して入射した光は、導光体の出射面、対向面、又は凹凸形状の伝搬部で反射を繰り返しながら導光体内部を伝搬して反射部に到達し、界面での屈折率差によって反射し、照明光として出射する。したがって、反射手段における凹凸が、凹凸よりも屈折率の低い空気層や屈折率層と界面を形成する場合に全反射が発生し、より効率よく照明光を出射することができる。
【００４８】
反射手段における凹凸形状が、その反射部の界面での屈折率差による全反射角度をαとしたとき、反射部が導光体の出射面に対してなす角度βが、α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）式の関係を満たす構成とすることが望ましい。
【００４９】
これは、図３に示すように、反射型液晶表示素子において、微細構造が形成された反射電極の反射特性は、反射型液晶表示素子を効率よく照明し、明るい表示を得るためには、入射角３０°以内で照明する必要があることに起因する。
【００５０】
具体的には、例えば、図６（ａ）に示すように、凹凸の反射部が導光体の出射面に対してなす角度βを（α−３０°）とした場合、反射部界面で全反射した光に出射面に対して出射角３０°となる光が存在する。
【００５１】
図６（ｂ）に示すように、β＝αとした場合は、反射部界面で全反射した光に出射面に対して出射角０°で出射する光が存在し、効率よく反射型液晶表示素子を照明できる。
【００５２】
図６（ｃ）に示すように、β＝（α＋３０°）とすると、出射面に対して出射角３０°以下となる照明光が生じるが、β＞（α＋３０°）とすると出射面に対して出射角３０°以上の照明光が多くなり、反射型液晶表示素子の照明に適さない。
【００５３】
一方、照明装置から出射する照明光の光量のみについて考えると、βが０°に近いほど光量が多く、βが大きくなるほど光量が減少していく。
【００５４】
従って、照明光の出射角、光量の双方を考慮すると、反射部は導光体の出射面に対して（α−３０°）以上、（α＋３０°）以下の角度をなすように形成されることが望ましい。
【００５５】
次に、反射型液晶表示素子の表示の２重像による表示品位の劣化の評価方法を説明する。
【００５６】
図８に示すように、導光体３１を前面に配置した反射型液晶表示素子３２を、蛍光灯等の光源３０によって上方から照明して、観察者３７が表示を観察し、この時の表示の２重像による表示品位の低下の度合いを評価した。図９に、評価の結果得られた凹凸の反射部と伝搬部の比率（Ｐ２／Ｐ１）と２重像との関係を示す。図９中の○印は、２重像が観察されず良好な表示品位であることを示し、△印は、２重像がやや発生するものの表示の認識には支障の無いことを示す。×印は２重像が顕著であり、表示品位に悪影響を及ぼすことを示す。図９によれば、凹凸の反射部と伝搬部の比率（Ｐ２／Ｐ１）が０．２以下であれば、２重像に対して効果があり、さらに０．０５以下であれば良好な表示品位を得ることができることが分かる。
【００５７】
従って、反射手段である凹凸の伝搬部の長さ（Ｐ１）に対する反射部の長さ（Ｐ２）の割合（Ｐ２／Ｐ１）が、０より大きく、０．２以下となるように形成することによって、観察者３７は反射型液晶表示素子の表示を凹凸の主に伝搬部を通して見ることになり、反射部を通過して観察者３７に到達する光によって発生する２重像を抑制することができる。
【００５８】
また、上記のように、照明装置の表面に反射防止層が配置されている構成にすると、照明装置の表面反射が低減でき、透過率が向上するため、これを反射型液晶表示素子の照明装置に適用すると、明るく、コントラスト比がよく、鮮明な画像を表示できる表示装置が提供できる。尚、反射型液晶表示素子の表面にも反射防止層が形成されていることが望ましく、この場合には、さらに明るく、コントラスト比のよい表示装置が実現できる。
【００５９】
ところで、上述したように、反射手段である凹凸形状が周期的に形成された場合、これをを備えた照明装置では、点灯時に凹凸で反射された光が照明装置の出射面、及び反射型液晶表示素子の表面で反射して再び凹凸を通過して観察者に到達するため、凹凸の干渉による第１の明暗縞が発生する。
【００６０】
しかしながら、上記のように、照明装置の出射面、及び反射型液晶表示素子の表面に反射防止層を形成して表面反射を低減させることによって、第１の明暗縞の発生を抑えることができる。
【００６１】
あるいは、反射型液晶表示素子が偏光選択透過手段を透過した偏光を利用して画像を表示する構成であった場合は、導光体の出射面に偏光選択透過手段を貼り合せることによって第１の明暗縞の発生を抑えることができる。
【００６２】
なぜならば、上述したように、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が４５°の角度をなすように配置された偏光選択透過手段は、透過した円偏光が反射する際に回転方向が逆転するために、再び偏光選択透過手段に到達したときに偏光板で吸収される。従って、偏光選択透過手段を照明装置の出射面に貼り合せることによって、偏光選択透過手段より後方、即ち、偏光選択透過手段と反射型液晶表示素子の表面での反射光を吸収でき、第１の明暗縞の発生を抑えることができる。また、同様の理由で、コントラスト比のよい表示装置を提供できる。
【００６３】
さらに、偏光選択透過手段と反射型液晶表示素子の表面に反射防止層を配置することによって反射光を低減することができ、透過光が増加するため、より一層明るい表示が可能となる。
【００６４】
反射型液晶表示素子と照明装置による表示装置に、入力装置としてタッチパネルを追加した構成とする場合には、導光体とタッチパネルとを兼用する構成とすることができる。即ち、タッチパネルの反射型液晶表示素子側の面を導光体の出射面、観察者側の面を導光体の対向面とし、いずれかの面に反射手段を配置することによって、光源から導光体の入射面を介して入射した光が反射手段で反射し、照明装置から照明光として出射し、反射型液晶表示素子を照明する。
【００６５】
反射手段は、タッチパネルの表面に透明樹脂による凹凸を成形して得ることができる。または、透明なフィルムの表面に透明樹脂による凹凸が成形された反射シートを貼り合わせて構成できる。さらに、凹凸を備える部材の凹凸上に屈折率の異なる、望ましくは屈折率の低い屈折率層を形成して反射手段とし、タッチパネルの表面に配置してもよい。尚、反射手段は、タッチパネルの反射型液晶表示素子側、即ち導光体の出射面に配置される方が望ましい。なぜなら、タッチパネルの観察者側はタッチペンなどによる入力が行われるため、こちらに反射手段である凹凸を設けると凹凸の傷つき、変形によって照明装置の性能が劣化し、表示品位に影響を及ぼすためである。
【００６６】
この構成によれば、従来の表示装置のように、導光体とタッチパネルの両方を備えることで生じる装置の大型化を避けることができ、安価で薄型、軽量で携帯性に優れた表示装置を実現することができる。
【００６７】
導光空間を有する照明装置では、透明平板と反射手段とは対向して配置されて導光空間を形成し、光源は導光空間の端面に配置される。そして、光源から導光空間に入射し導光空間を伝搬する光は、反射手段で反射され照明光として照明装置から出射する。
【００６８】
本照明装置において、反射手段は多数の凹凸によって構成される。したがって、本照明装置を反射型液晶表示素子に対して使用する場合には、反射手段は透明フィルムの表面に配置された多数の凹凸であり、透明フィルムと多数の凹凸による反射シートが反射型液晶表示素子の表面に貼り合わされる。または、多数の凹凸を反射型液晶表示素子の表面に直接形成して反射手段としてもよい。凹凸はアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明樹脂、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂などで成形して作製できる。これに対向して略平行に配置される透明平板は透明樹脂による平板やガラス板を使用することができる。また、入力装置としてタッチパネルを備えた場合にはタッチパネルを透明平板として適用できる。これらの透明平板には表面に反射防止処理を施すことによって表面反射を低減し、透過率を向上させることが望ましく、本構成によって明るく、コントラスト比のよい表示装置が実現できる。
【００６９】
上記構成によれば導光空間を利用することによって照明装置の軽量化を図ることができる。
【００７０】
反射手段における凹凸形状が、導光空間を形成する透明平板に対して傾斜した２つの傾斜部、即ち屈折部と反射部を有するプリズム状をなす構成とすれば、光源から導光空間に入射した光は、透明平板と反射手段で反射を繰り返しながら導光空間を伝搬して凹凸に到達し、界面での屈折率差によって屈折部の界面で屈折し、その屈折光が反射部の界面で反射し、この反射光が照明光として出射する。
【００７１】
反射手段における凹凸形状が、その反射部の界面での屈折率差による全反射角度をαとしたとき、反射部が反射手段及び反射型液晶表示素子と略平行に配置された透明平板に対してなす角度βが、α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）式の関係を満たす構成とすることが望ましい。
【００７２】
具体的には、例えば、図７（ａ）に示すように、反射部が透明平板に対してなす角度、即ち反射型液晶表示素子に対してなす角度βを（α−３０°）とした場合、反射部界面で全反射した光に透明平板の垂線に対して３０°、即ち反射型液晶表示素子に対する入射角が３０°をなす光が存在する。
【００７３】
図７（ｂ）に示すように、β＝αとした場合は、反射部界面で全反射した光に透明平板の垂線に対して又は反射型液晶表示素子に対する入射角が０°の角度をなす光が存在し、効率よく反射型液晶表示素子を照明できる。
【００７４】
図７（ｃ）に示すように、β＝（α＋３０°）とした場合は、透明平板の垂線に対する角度及び反射型液晶表示素子に対する入射角が３０°以下となる照明光が生じる。しかし、β＞（α＋３０°）とすると、透明平板の垂線に対する角度及び反射型液晶表示素子に対する入射角が３０°以上の照明光が多くなり、反射型液晶表示素子の照明に適さない。
【００７５】
従って、反射部が透明平板に対してなす角βを上記（１）式に従って設計することで、反射型液晶表示素子を効率よく照明でき、明るい表示を行うことが可能となる。
【００７６】
反射手段における凹凸に起因する反射型液晶表示素子の表示の２重像について考慮すると、図９に示す結果から、導光空間による照明装置において、反射手段である凹凸が形成されていない領域（Ｐ１’）に対する凹凸が形成されている領域（Ｐ２’）の割合（Ｐ２’／Ｐ１’）が０より大きく、０．２以下にすると、反射型液晶表示素子の表示が２重に観察されることがなく、良好な表示品位を得ることができることが分かる。さらに望ましくは、比率（Ｐ２’／Ｐ１’）を０．０５以下とすることで鮮明な表示を提供することができる。
【００７７】
導光空間を備えた照明装置を反射型液晶表示素子の前面に配置し、これを照明する場合、透明平板にはガラス板、透明樹脂による板、又はタッチパネルを適用することができるが、これらの透明平板に反射防止処理を施すことによって照明装置の透過率が向上し、明るく、コントラスト比のよい表示装置が実現できる。
【００７８】
以上の構成の照明装置における反射手段の凹凸が周期的に形成される場合には、その筋の方向が、液晶表示素子の画素パターンの繰り返しの水平方向と一致しないように配置することが望ましい。
【００７９】
周期的な凹凸が形成された反射手段を備えた照明装置をフロントライトとして反射型液晶表示素子の前方に配置すると、反射手段の凹凸と反射型液晶表示素子の画素パターンとが干渉して第２の明暗縞が発生するが、凹凸が形成された筋の方向と画素パターンの繰り返しの方向とに角度を与えることによって、第２の明暗縞の周期が短くなり、やがて観察されなくなるという現象が生じるからである。
【００８０】
具体的に、図４に、２．０型、２．５型のデルタ配列の反射型液晶表示素子の前方に周期的な凹凸が形成された反射手段を備えた照明装置を配置し、凹凸の筋の方向と画素パターンの水平方向とに角度を与えて第２の明暗縞を観察し、第２の明暗縞が観察されない角度範囲を見出した結果を示す。また、図５に、３．８型ＱＶＧＡのストライプ配列の反射型液晶表示素子についても同様の実験を行った結果を示す。
【００８１】
図４及び図５によると、凹凸の周期によって角度範囲にばらつきがあるものの、反射型液晶表示素子がデルタ配列であった場合は１０°から２５°、及び５５°から８０°の角度範囲、ストライプ配列であった場合は１５°から７５°の角度範囲で第２の明暗縞が観察されなくなり、良好な表示品位を得ることができる。
【００８２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【００８３】
（実施形態１）
図１及び図２に、本発明の実施形態１による照明装置と、それを備えた反射型液晶表示素子による表示装置の構成例を示す。
【００８４】
この実施形態１は、図１及び図２に示すように、照明装置１００は、光源１０１、導光体１０２、反射手段１０３及び反射防止フイルム１０４で構成される。また、反射型液晶表示素子１１０は、偏光選択透過手段１１１、一対のガラス基板１１２ａ、１１２ｂと、その間に挟持された液晶層１１３、及びその背面側に配置された反射電極１１４で構成される。
【００８５】
具体的には、光源１０１に蛍光管を使用し、導光体１０２には屈折率１．５３のガラス板を適用した。ここで、導光体１０２において、照明装置１００の照明光が出射する側の面を出射面１０２ｂとし、これに対向する面を対向面１０２ｃとする。導光体１０２の対向面１０２ｃに、導光体１０２とは別に形成された凹凸による反射手段１０３は、紫外線硬化樹脂である大日本インキ化学工業（株）製のＧＲＮＤＩＣＲＣ−８７２０を使用した。この紫外線硬化樹脂は、硬化後の屈折率が１．５２、剛性率が２．１×１０１０ｄｙｎ／ｃｍ２である。従って、屈折率はガラス板とほぼ等しく、また、剛性率が高いので傷つきにくく、高い信頼性を得ることができる。この紫外線硬化樹脂をガラス板上に塗布し、さらに金型を配置してガラス板側から紫外線を照射することで樹脂を硬化させ、金型の形状を転写することで凹凸による反射手段１０３を形成できる。
【００８６】
反射防止フィルム１０４には、透明基材であるＴＡＣフィルム上に反射防止層が形成された日東電工（株）製のＴＡＣ−ＨＣ／ＡＲを使用し、導光体１０２の出射面１０２ｂに粘着層を介して貼り合わせた。
【００８７】
反射型液晶表示素子１１０は、２．０型のデルタ配列で、画素数が２８０×２２０、画素サイズが１４５．５×１３８．５μｍである。
【００８８】
偏光選択透過手段１１１は、図２の部分拡大図に示すように、偏光板１１１ａ、λ／２板１１１ｂ、及びλ／４板１１１ｃが粘着層を介してこの順で貼り合わされており、λ／４板１１１ｃがガラス基板１１２ａに貼り合わされている。この偏光選択透過手段１１１に入射した光は、偏光板１１１ａで直線偏光のみが選択され、λ／２板１１１ｂでλ／４板１１１ｃの遅相軸（又は進相軸）と４５°の角度をなす直線偏光に旋光され、λ／４板１１１ｃは直線偏光を円偏光に変換する。
【００８９】
従って、反射型液晶表示素子１１０は、周囲光又は照明装置１００からの照明光のうち、偏光選択透過手段１１１を通過した円偏光を画素毎に液晶層１１３で変調しつつ、反射電極１１４で反射させて再び偏光選択透過手段１１１を通過する光の光量を制御することで画像を表示する。
【００９０】
反射電極１１４は、入射光を散乱反射させて広い視角範囲で良好な表示品位の画像を提供するために、表面に微細構造（ＭＲＳ）が形成されており、図３に示すような散乱特性を有している。
【００９１】
次に、凹凸による反射手段１０３について説明する。凹凸は、図１の部分拡大図に示すように、導光体１０２の出射面１０２ｂに略平行な伝搬部１０３ａと、出射面１０２ｂに対し傾斜した反射部１０３ｂとからなる。従って、光源１０１からの光は、導光体１０２に入射面１０２ａを介して内部に入射し、全反射を繰り返しながら伝搬した光は、凹凸の反射部１０３ｂに到達し、界面で全反射されて導光体１０２の出射面１０２ｂ、即ち照明装置１００の出射面１００ａから出射して反射型液晶表示素子１１０を照明する。
【００９２】
ここで、図３に示した反射型液晶表示素子１１０における反射電極１１４の散乱特性によると、入射角３０°以内の照明光を効率よく正面方向に散乱反射するため、照明光の入射角は３０°以内であることが望ましい。
【００９３】
具体的には、凹凸による反射手段１０３の反射部１０３ｂと導光体１０２の出射面１０２ｂとがなす角度βと、凹凸による反射手段１０３と空気の界面での全反射角αとの間に、下記（１）式、
α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）
の関係が成り立つように凹凸の形状を設計することによって、上記のような照明光を得ることができる。
【００９４】
本実施形態１では、凹凸による反射手段１０３は、屈折率１．５２の透明樹脂からなり、空気と界面を形成しているため、その全反射角αは、下記（２）式、
α＝ｓｉｎ−１（１．０／１．５２）＝４１．８°・・・（２）
で与えられる。
【００９５】
従って、βをαにほぼ等しい４０°とした。
【００９６】
導光体１０２の出射面１０２ｂ、及びこれにほぼ平行な照明装置１００の出射面１００ａに対する出射角、即ち反射型液晶表示素子１１０に対する入射角がほぼ０°の照明光を得ることができ、反射型液晶表示素子１１０を効率よく照明することができる。
【００９７】
反射手段１０３の凹凸周期と、形成される筋の方向は、反射型液晶表示素子１１０の画素パターンとの干渉によって発生する第２の明暗縞による表示品位の劣化を防止するために、図４に従って決定した。即ち、反射型液晶表示素子１１０が２．０型のデルタ配列であるので、反射手段１０３は、図２に示すように、周期Ｐを３９０μｍで、反射型液晶表示素子１１０の画素パターンの水平方向と１４°の角度をなすように形成した。これにより、周期的に形成された凹凸からなる反射手段１０３と反射型液晶表示素子１１０の画素パターンとの干渉による第２の明暗縞の周期が短くなるので、観察者に認識されず、反射型液晶表示素子１１０の表示品位を損なうことが無い。
【００９８】
さらに、反射手段１０３である凹凸の周期３９０μｍのうち、伝搬部１０３ａの長さＰ１を平均３７０μｍ、反射部１０３ｂの長さＰ２を平均２０μｍとして、伝搬部１０３ａに対する反射部１０３ｂの割合（Ｐ２／Ｐ１）を０．０５程度とした。従って、観察者は反射型液晶表示素子１１０の表示を主に伝搬部１０３ａを通して見ることになり、反射部１０３ｂを通過して観察者に到達する光によって発生する２重像を防止でき、良好な表示品位を得ることができた。
【００９９】
また、導光体１０２の出射面１０２ｂに配置された反射防止フィルム１０４は、導光体１０２の表面反射を低減し透過率を向上させる効果があるため、周囲光によって反射型液晶表示素子１１０の表示を観察する場合に、明るくコントラスト比のよい表示を行うことができる。また、照明装置１００の点灯時には、導光体１０２の対向面１０２ｃに周期的に形成された凹凸による反射手段１０３に起因する第１の明暗縞の発生を抑制するため、反射型液晶表示素子１１０の表示品位を向上させることができる。同様の理由で、反射型液晶表示素子１１０の表面、即ち、偏光選択透過手段１１１の表面にも反射防止処理が施されていることが望ましい。
【０１００】
また、本実施形態１では、導光体１０２にガラス板を用いているため、高温及び低温の環境下でも反射手段１０３を形成する透明樹脂及び反射防止フィルム１０４の熱膨張によって生じる反りを低減することができ、照明装置１００の信頼性が向上する。また、反射手段１０３を形成する透明樹脂には剛性や高度の高い樹脂を選択することによって、傷付きなどによる性能の劣化を防止することができる。
【０１０１】
上記構成の照明装置１００と反射型液晶表示素子１１０とにより、明るく、表示品位が良好な画像を提供でき、信頼性の高い表示装置を実現できた。
【０１０２】
尚、本実施形態１では、光源に蛍光管を使用したが、他にもＥＬやＬＥＤ、ＬＥＤと棒状導光体の組み合わせなど、導光体の入射面に均一に光を照射する光源であればいずれを用いても良い。
【０１０３】
導光体１０２の材質は、ガラスの他にも、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂に代表される透明樹脂などを適宜用いることができる。
【０１０４】
反射手段１０３の材質は、紫外線硬化樹脂に限らず、熱硬化樹脂やアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂に代表される透明樹脂などを適宜用いることができる。また、反射手段１０３は、透明基材上に透明樹脂による凹凸を多数形成した反射シートを導光体１０２に貼り合わせて構成しても良い。
【０１０５】
導光体１０２の出射面１０２ｂには反射防止フィルム１０４を貼り合わせるほかに、導光体１０２に直接反射防止層を形成しても良い。また、本実施形態１における反射型液晶表示素子１１０のように、偏光選択透過手段１１１が偏光板１１１ａ、λ／４板１１１ｃを備えたものであった場合は、反射防止フィルム１０４の代わりに偏光選択透過手段１１１を導光体１０２の出射面１０２ｂに貼り合わせても良い。
【０１０６】
反射手段１０３の凹凸周期と形成される筋の方向は上記に限ったものではなく、図４及び図５に示すように反射型液晶表示素子の画素パターンによって変化する。即ち、図２に示す反射手段１０３の形成される凹凸の筋の方向は、その周期によって異なるが、画素パターンがデルタ配列の場合は、図４に示すように、画素パターンの水平方向と１０°〜２５°、及び５５°〜８０°の角度を持たせることが望ましく、画素パターンがストライプ配列の場合は、図５に示すように、１５°〜７５°の角度を持たせることが望ましい。
【０１０７】
これらの導光体１０２、反射手段１０３、反射防止処理１０４、及び偏光選択透過手段１１１の種類の選択は、照明装置の性能、信頼性を考慮して適宜決定される。
【０１０８】
反射型液晶表示素子１１０は、偏光選択透過手段１１１を備え、円偏光を変調して画像を表示するものに限らず、さまざまな液晶分子のモードを利用した反射型液晶表示素子を適用することができる。
【０１０９】
（実施形態２）
図１０及び図１１に、本発明の実施形態２による照明装置と、それを備えた反射型液晶表示素子による表示装置の構成例を示す。
【０１１０】
この実施形態２は、図１０及び図１１に示すように、照明装置２００は、光源２０１、導光体２０２、低屈折率層２０４、保護フィルム２０５及び偏光選択透過手段２１１で構成されており、ここで、導光体２０２において、照明装置２００の照明光が出射する側の面を出射面２０２ｂとし、これに対向する面を対向面２０２ｃとする。照明装置２００において、反射手段２０３は、導光体２０２の出射面２０２ｂに一体に形成された多数の凹凸の表面に、屈折率が導光体２０２よりも小さい低屈折率層２０４を形成して構成されており、この低屈折率層２０４上には更に保護フィルム２０５が貼り合わされている。また、反射型液晶表示素子２１０は、一対のガラス基板２１２ａ、２１２ｂと、その間に挟持された液晶層２１３、及びその背面側に配置された反射電極２１４で構成される。
【０１１１】
具体的には、光源２０１に蛍光管を使用し、導光体２０２には屈折率が１．５８のポリカーボネートを射出成形して対向面２０２ｃに反射手段２０３となる凹凸を一体に形成した。
【０１１２】
低屈折率層２０４には、大日本インキ化学工業（株）製の紫外線硬化樹脂ＤＥＦＥＮＳＡ７７０２Ａを適用した。この紫外線硬化樹脂は硬化後の屈折率が１．３８であり、導光体２０２の材質であるポリカーボネートより低屈折率である。
【０１１３】
保護フィルム２０５には、基材としてＰＥＴフィルム２０５ａを適用し、図１０の部分拡大図に示すように、片面にハードコート層、反射防止層及び防汚層である層２０５ｂを形成した。
【０１１４】
導光体２０２の対向面２０２ｃに形成された反射手段２０３となる凹凸上に上記紫外線硬化樹脂を塗布し、さらに保護フイルム２０５を配置して、この保護フィルム２０５側から紫外線を照射することによって低屈折率層２０４を形成し、導光体２０２、保護フィルム２０５を一体とした。ここで、保護フィルム２０５は、ハードコート層、反射防止層及び防汚層である層２０５ｂが外側となるように配置している。
【０１１５】
偏光選択透過手段２１１は、図１１の部分拡大図に示すように、偏光板２１１ａ、λ／２板２１１ｂ、及びλ／４板２１１ｃが粘着層を介してこの順で貼り合わされており、偏光板２１１ａが粘着層を介して導光体２０２の出射面２０２ｂに貼り合わされている。この偏光選択透過手段２１１に入射した光は、偏光板２１１ａで直線偏光のみが選択され、λ／２板２１１ｂで旋光され、λ／４板２１１ｃは直線偏光を円偏光に変換する。
【０１１６】
反射型液晶表示素子２１０は、２．５型のデルタ配列で、画素数が２８０×２２０、画素サイズが１７９．５×１６８．５μｍである。
【０１１７】
従って、偏光選択透過手段２１１を通過した周囲光又は照明装置２００からの照明光を受け、反射電極２１４で反射して再び偏光選択透過手段２１１を通過する光の光量を画素毎に制御することで画像を表示する。尚、反射電極２１４は、図３に示すような散乱特性を有している。
【０１１８】
次に、導光体２０２の対向面２０２ｃに一体に成形された凹凸と、低屈折率層２０４による反射手段２０３について説明する。凹凸は、図１０の部分拡大図に示すように、導光体２０２の出射面２０２ｂに略平行な伝搬部２０３ａと、出射面２０２ｂに対し傾斜した反射部２０３ｂとからなる。従って、光源２０１からの光は、導光体２０２に入射面２０２ａを介して内部に入射し、反射部２０３ｂに到達した光は、低屈折率層２０４との界面で全反射されて導光体２０２の出射面２０２ｂ、及び照明装置２００の出射面２００ａから出射して反射型液晶表示素子２１０を照明する。
【０１１９】
反射型液晶表示素子２１０の反射電極２１４は、入射角３０°以内の照明光を効率よく正面方向に散乱反射する。従って、反射手段２０３の凹凸の反射部２０３ｂと導光体２０２の出射面２０２ｂとがなす角度βと、対向面２０２ｃに形成された凹凸と低屈折率層２０４とで構成される反射手段２０３の凹凸の界面での全反射角αとの間に、下記（１）式、
α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）
の関係が成り立つように凹凸の形状を設計して、反射型液晶表示素子２１０に対する照明光の入射角を３０°以内とすることが望ましい。
【０１２０】
本実施形態２では、反射手段２０３の凹凸は、屈折率１．５８のポリカーボネートからなり、低屈折率層２０４の屈折率は１．３８であるので、その全反射角αは、下記（３）式、
α＝ｓｉｎ−１（１．３８／１．５８）＝６０．９°・・・（３）
で与えられる。
【０１２１】
従って、βをαにほぼ等しい６０°とした。
【０１２２】
この場合、導光体２０２の出射面２０２ｂ、及びこれにほぼ平行な照明装置２００の出射面２００ａに対する出射角、即ち反射型液晶表示素子２１０に対する入射角がほぼ０°の照明光を得ることができ、反射型液晶表示素子２１０を効率よく照明することができる。
【０１２３】
反射手段２０３の凹凸周期と、形成される筋の方向は、図４に従って反射型液晶表示素子２１０の仕様である２．５型のデルタ配列に適したものとした。具体的には、図１１に示すように、周期Ｐを３９０μｍで、反射型液晶表示素子２１０の画素パターンの水平方向と１４°の角度をなすように形成した。これにより、導光体２０２の対向面２０２ｃに周期的に形成された凹凸からなる反射手段２０３と反射型液晶表示素子２１０の画素パターンとの干渉による第２の明暗縞の周期が短くなるので、観察者に認識されず、反射型液晶表示素子２１０の表示品位を損なうことが無い。
【０１２４】
さらに、反射手段２０３である凹凸周期３９０μｍのうち、伝搬部２０３ａの長さＰ１を平均３７０μｍ、反射部２０３ｂの長さＰ２を平均２０μｍとして、伝搬部２０３ａに対する反射部２０３ｂの割合（Ｐ２／Ｐ１）を０．０５程度とした。従って、反射型液晶表示素子２１０の画像が２重像として観察されることが無く、良好な表示品位を得ることができた。
【０１２５】
反射手段２０３は、導光体２０２の対向面２０２ｃに一体に形成された多数の凹凸の表面に、低屈折率層２０４を形成して構成されており、この低屈折率層２０４上には更に保護フィルム２０５が貼り合わされているので、反射手段２０３における凹凸の傷つきや変質を防止することができる。また、保護フィルム２０５の表面には、ハードコート層、防汚層が形成されているので、保護フィルム２０５の傷つき、汚れなども防止することができる。従って、照明装置２００の性能の維持に非常に効果的である。また、反射防止層によって、周囲からの光が照明手段２００で反射する光量を低減でき、反射型液晶表示素子２１０に入射する光の量が多くなるため、明るくコントラスト比のよい表示を行うことができる。
【０１２６】
導光体２０２の出射面２０２ｂに貼り合わされた偏光選択透過手段２１１は、上記のように偏光板２１１ａ、λ／２板２１１ｂ、及びλ／４板２１１ｃによって構成されている。従って、偏光選択透過手段２１１を透過した円偏光は、偏光選択透過手段２１１と反射型液晶表示素子２１０におけるガラス基板２１２ａの表面で反射される際に回転方向が逆転し、再び偏光選択透過手段２１１に入射して吸収される。即ち、偏光選択透過手段２１１とガラス基板２１２ａの表面反射による反射型液晶表示素子２１０の表示のコントラストの低下が解決される。さらに、偏光選択透過手段２１１とガラス基板２１２ａの表面に反射防止層を配置してもよく、この場合にはそれぞれの表面反射が少なくなる分、反射型液晶表示素子２１０に入射する光が多くなり、明るい表示を行うことが可能となる。
【０１２７】
上記構成の照明装置と反射型液晶表示素子とにより、明るく、表示品位が良好な画像を提供でき、信頼性の高い表示装置を実現できた。
【０１２８】
尚、本実施形態２では、光源２０１に蛍光管を使用したが、他にもＥＬやＬＥＤ、ＬＥＤと棒状導光体の組み合せなど、導光体２０２の入射面２０２ａに均一に光を照射する光源であればいずれを用いても良い。
【０１２９】
導光体２０２の材質としては、ガラスの他にも、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂に代表される透明樹脂などを適宜用いることができる。
【０１３０】
反射手段２０３における凹凸は導光体２０２と一体に形成する他に、透明樹脂などによって導光体２０２とは別に形成しても良い。また、透明基材上に透明樹脂による凹凸を多数形成した反射シートを導光体２０２に貼り合わせて構成しても良い。
【０１３１】
導光体２０２の出射面２０２ｂには偏光選択透過手段２１１を貼り合わせる他に、反射防止層を配置しても良い。この場合、反射型液晶表示素子２１０の表面にも反射防止層が配置されることが望ましい。
【０１３２】
反射手段２０３の凹凸周期と形成される筋の方向は上記に限ったものではなく、図４及び図５に示すように反射型液晶表示素子２１０の画素パターンによって変化する。
【０１３３】
反射型液晶表示素子２１０は、偏光選択透過手段２１１を用いて、円偏光を変調して画像を表示するものに限らず、さまざまな液晶分子のモードを利用した反射型液晶表示素子を適用することができる。
【０１３４】
照明装置２００及び反射型液晶表示素子２１０を構成する各手段の種類の選択は、いずれも、表示装置の性能、信頼性を考慮して決定される。
【０１３５】
（実施形態３）
図１２及び図１３に、本発明の実施形態３による照明装置と、それを備えた反射型液晶表示素子による表示装置の構成例を示す。
【０１３６】
この実施形態３は、図１２及び図１３に示すように、照明装置３００は、光源３０１、導光体３０２及び反射シート３０３によって構成されている。反射型液晶表示素子３１０は、偏光選択透過手段３１１、一対のガラス基板３１２ａ、３１２ｂと、その間に挟持された液晶層３１３、及びその背面側に配置された反射電極３１４て構成される。
【０１３７】
具体的には、光源３０１に蛍光管を使用し、導光体３０２をタッチパネルとした。タッチパネルは面内をタッチペン３２０等で圧迫すると、その位置を検出する入力システムで、携帯情報端末などに搭載されている。ここで、導光体３０２において、照明装置３００の照明光が出射する側の面を出射面３０２ｂとし、これに対向する面を対向面３０２ｃとする。
【０１３８】
反射シート３０３は、図１２の部分拡大図に示すように、反射手段となる凹凸を形成した部材３０６の凹凸上に低屈折率層３０７が形成されており、それらを基材３０４と基材３０５で挟んだ構造をなしており、この基材３０５がタッチパネルの裏面である導光体３０２の出射面３０２ｂに粘着層を介して貼り合わされている。
【０１３９】
具体的には、基材であるＰＥＴフィルム３０４ａ上に、屈折率が１．５８のポリカーボネートを成形することによって、多数の凹凸を有する部材３０６を配置する。さらに、低屈折率層３０７には、大日本インキ化学工業（株）製の紫外線硬化樹脂ＤＥＦＥＮＳＡ７７０２Ａを適用し、これを部材３０６の凹凸上に塗布し、再び基材であるＰＥＴフィルム３０５を配置し、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させる。ここで、紫外線硬化樹脂は硬化後の屈折率は１．３８である。尚、基材３０４は、ＰＥＴフィルム３０４ａの部材３０６が形成されていない面に、予め反射防止層３０４ｂが形成されている。
【０１４０】
反射型液晶表示素子３１０は、３．８型のＱＶＧＡ、即ち、ストライプ配列で画素数が９６０×２４０、画素サイズが８１×２３４．５μｍである。
【０１４１】
反射型液晶表示素子３１０に備えられた偏光選択透過手段３１１は、図１３の部分拡大図に示すように、偏光板３１１ａ、λ／２板３１１ｂ、及びλ／４板３１１ｃが粘着層を介してこの順序で貼り合わされ、λ／４板３１１ｃがガラス基板３１２ａに貼り合わされている。
【０１４２】
従って、反射型液晶表示素子３１０は、周囲光又は照明装置３００からの照明光のうち、偏光選択透過手段３１１を通過した円偏光を受け、反射電極３１４で反射して再び偏光選択透過手段３１１を通過する光の光量を画素毎に制御することで画像を表示する。反射電極３１４は図３に示すような散乱特性を有している。
【０１４３】
次に、反射シート３０３に形成された反射手段である部材３０６の凹凸形状について説明する。凹凸は、導光体３０２の出射面３０２ｂに略平行な伝搬部３０６ａと、出射面３０２ｂに対し傾斜した反射部３０６ｂとからなる。上述したように、反射シート３０３は導光体３０２の出射面３０２ｂに貼り合わされているため、光源３０１からの光は、導光体３０２の内部に入射面３０２ａを介して入射して凹凸３０６の反射部３０６ｂに到達し、低屈折率層３０７との界面で全反射されて照明装置３００の出射面３００ａから出射して反射型液晶表示素子３１０を照明する。
【０１４４】
反射型液晶表示素子３１０の反射電極３１４は、入射角３０°以内の照明光を効率よく正面方向に散乱反射する。従って、部材３０６の凹凸の反射部３０６ｂと導光体３０２の出射面３０２ｂとがなす角度βと、部材３０６の凹凸と低屈折率層３０７の界面での全反射角αとの間に、下記（１）式、
α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）
の関係が成り立つように凹凸の形状を設計して、反射型液晶表示素子３１０に対する照明光の入射角を３０°以内とすることが望ましい。
【０１４５】
本実施形態３では、部材３０６の凹凸は屈折率１．５８のポリカーボネートからなり、低屈折率層３０７の屈折率が１．３８であるので、その全反射角αは、下記（４）式、
α＝ｓｉｎ−１（１．３８／１．５８）＝６０．９°・・・（４）
で与えられる。
【０１４６】
従って、βをαにほぼ等しい６０°とした。
【０１４７】
この場合、導光体３０２の出射面３０２ｂ、又はこれにほぼ平行な照明装置３００の出射面３００ａに対する出射角、即ち反射型液晶表示素子３１０に対する入射角がほぼ０°の照明光を得ることができ、反射型液晶表示素子３１０を効率よく照明することができる。
【０１４８】
部材３０６の凹凸周期と、形成される筋の方向は、図５に従って反射型液晶表示素子３１０の仕様である３．８型ＱＶＧＡに適したものとした。具体的には、図１３に示すように、周期Ｐを３９０μｍで、反射型液晶表示素子３１０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。これにより、周期的に形成された多数の凹凸からなる反射手段と反射型液晶表示素子３１０の画素パターンとの干渉による第２の明暗縞の周期が短くなるので、観察者に認識されず、反射型液晶表示素子３１０の表示品位を損なうことが無い。
【０１４９】
さらに、反射手段である部材３０６の凹凸の周期３９０μｍのうち、伝搬部３０６ａの長さＰ１を平均３７０μｍ、反射部３０６ｂの長さＰ２を平均２０μｍとし、反射部３０６ｂの長さＰ２を、光源に近いほど短く、遠ざかるほど長く設定することで反射型液晶表示素子３１０を均一に照明できるよう設計した。このとき、伝搬部３０６ａに対する反射部３０６ｂの割合（Ｐ２／Ｐ１）は０．０５程度であるので、反射型液晶表示素子３１０の画像が２重像として観察されることが無く、良好な表示品位を得ることができた。
【０１５０】
反射シート３０３の基材であるＰＥＴフイルム３０４ａに形成された反射防止層３０４ｂは、照明装置３００の表面反射を低減し、透過率を向上させるため、反射型液晶表示素子３１０の表示を明るくコントラスト比のよいものとすることができる。同様の理由で、導光体３０２の対向面３０２ｃ、及び反射型液晶表示素子３１０の表面、即ち、偏光選択透過手段３１１の表面にも反射防止処理が施されていることが望ましい。
【０１５１】
本実施形態３では、導光体とタッチパネルとが兼用であるため、それぞれが別部材からなるの従来の構成に比べて界面が少なくなるために、表面反射が低減し、反射型液晶表示装置に入射する光の光量が増加するため、非常に明るくコントラスト比のよい表示を行うことができる。また、低価格で薄型、軽量の表示装置、及び携帯情報端末等の情報表示システムを実現できる。
【０１５２】
尚、本実施形態３では、光源に蛍光管を使用したが、他にもＥＬやＬＥＤ、ＬＥＤと棒状導光体の組み合せなどを用いても良い。
【０１５３】
導光体としては、タッチパネルに限らず、ガラスや、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂に代表される透明樹脂などを適宜用いることができる。
【０１５４】
反射シート３０３を構成する基材３０４、３０５、反射手段となる凹凸を有する部材３０６及び低屈折率層３０７も、種々の組み合わせが可能である。また、基材上に形成された反射手段を低屈折率層３０７を介して直接導光体３０２の出射面３０２ｂに配置しても良い。
【０１５５】
反射シート３０３の反射型液晶表示素子３１０に対向する面に、反射防止層３０４ｂを設ける他に、本実施形態３の反射型液晶表示素子３１０のように、偏光選択透過手段３１１が偏光板、λ／４を備えたものである場合には、偏光選択透過手段を貼り合わせても良い。
【０１５６】
反射手段である凹凸の周期と形成される筋の方向は上記に限ったものではなく、図４及び図５のように反射型液晶表示素子の画素パターンによって変化する。
【０１５７】
反射型液晶表示素子３１０は、偏光選択透過手段３１１を備え、円偏光を変調して画像を表示するものに限らず、さまざまな液晶分子のモードを利用した反射型液晶表示素子を適用することができる。
【０１５８】
照明装置３００及び反射型液晶表示素子３１０を構成する各手段の種類の選択は、いずれも、表示装置の性能、信頼性を考慮して決定される。
【０１５９】
（実施形態４）
図１４及び図１５に、本発明の実施形態４による照明装置と、それを備えた反射型液晶表示素子による表示装置の構成例を示す。
【０１６０】
この実施形態４は、図１４及び図１５に示すように、照明装置４００は、光源４０１ａ、４０１ｂと、反射手段４０３、透明平板４０６によって構成され、反射手段４０３と透明平板４０６とは対向して略平行に配置されて導光空間４０２を形成する。尚、透明平板４０６はタッチパネルである。反射型液晶表示素子４１０は、偏光選択透過手段４１１、一対のガラス基板４１２ａ、４１２ｂと、その間に挟持された液晶層４１３、及びその背面側に配置された反射電極４１４で構成される。
【０１６１】
具体的には、光源４０１ａ及び４０１ｂに蛍光管を使用し、両者は向かい合うように配置されている。
【０１６２】
反射手段４０３は、図１４の部分拡大図に示すように、基材であるＰＥＴフィルム４０５上に、屈折率が１．５８のポリカーボネートからなるプリズム４０４を多数配置して凹凸を形成し、ＰＥＴフィルム４０５の反対面が反射型液晶表示素子４１０に粘着層を介して貼り合わされている。
【０１６３】
反射手段４０３の上方にはタッチパネル４０６が配置され、両者に挟まれて形成された空間が導光空間４０２となる。
【０１６４】
反射型液晶表示素子４１０は、３．８型のＱＶＧＡである。
【０１６５】
反射型液晶表示素子４１０に備えられた偏光選択透過手段４１１は、図１４の部分拡大図に示すように、偏光板４１１ａ、λ／２板４１１ｂ、及びλ／４板４１１ｃが粘着層を介してこの順で貼り合わされており、λ／４板４１１ｃがガラス基板４１２ａに貼り合わされている。
【０１６６】
従って、反射型液晶表示素子４１０は、周囲光又は照明装置４００からの照明光のうち、偏光選択透過手段４１１を通過した円偏光を受け、画素毎の反射光の光量を制御することで画像を表示する。
【０１６７】
尚、反射電極４１４は、図３に示すような散乱特性を有している。
【０１６８】
次に、反射手段４０３の凹凸形状について説明する。凹凸は、基材であるＰＥＴフィルム４０５上に、プリズム４０４を多数配置することにより形成されており、各プリズム４０４は、透明平板４０６又はこれにほぼ平行な照明装置４００の照明光が出射する出射面４００ａに対して傾斜した第１の傾斜部４０４ａと第２の傾斜部４０４ｂを有する。
【０１６９】
光源４０１ａから導光空間４０２に入射した光は、導光空間４０２を伝搬してプリズム４０４に到達し、第１の傾斜部４０４ａと導光空間４０２の界面で屈折され、第２の傾斜部４０４ｂと導光空間４０２との界面で全反射されて反射型液晶表示素子４１０を照明する。同様に、光源４０１ｂから導光空間４０２に入射した光は、プリズム４０４に到達し、第２の傾斜部４０４ｂで屈折され、第１の傾斜部４０４ａで全反射されて反射型液晶表示素子４１０を照明する。
【０１７０】
反射型液晶表示素子４１０の反射電極４１４は、入射角３０°以内の照明光を効率よく正面方向に散乱反射する。従って、プリズム４０４の第１の傾斜部４０４ａ及び第２の傾斜部４０４ｂが照明装置の出射面４００ａとなす角度βは、プリズム４０４と導光空間４０２の界面での全反射角αとの間に、下記（１）式、
α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）
の関係が成り立つように設計して、照明光の入射角を３０°以内とすることが望ましい。
【０１７１】
本実施形態４では、プリズム４０４は、屈折率１．５８のポリカーボネートからなり、導光空間４０３の屈折率が１．０であるため、その全反射角αは、下記（５）式、
α＝ａｓｉｎ（１．０／１．５８）＝３９．２°・・・（５）
で与えられる。
【０１７２】
従って、βをαにほぼ等しい４０°とした。
【０１７３】
この場合、照明装置４００の出射面４００ａに対する出射角、即ち反射型液晶表示素子４１０に対する入射角がほぼ０°の照明光を得ることができ、反射型液晶表示素子４１０を効率よく照明することができる。
【０１７４】
反射手段４０３における凹凸周期と、形成される筋の方向は、図５に従って反射型液晶表示素子３１０の仕様である３．８型ＱＶＧＡに適したものとした。具体的には、図１５に示すように、周期Ｐを５００μｍで、反射型液晶表示素子３１０の画素パターンの水平方向と２０°の角度をなすように形成した。これにより、周期的に形成された多数の凹凸と反射型液晶表示素子４１０の画素パターンとの干渉による第２の明暗縞の周期が短くなるので、観察者に認識されず、反射型液晶表示素子４１０の表示品位を損なうことが無い。
【０１７５】
さらに、反射手段４０３の凹凸の周期５００μｍのうち、凹凸の形成されていない領域の長さＰ１’を平均４７５μｍ、凹凸が形成されている領域の長さＰ２’を平均２５μｍとし、凹凸が形成されている領域の長さＰ２’を、光源に近いほど短く、遠ざかるほど長く設定することで反射型液晶表示素子４１０を均一に照明できるよう設計した。このとき、凹凸の形成されていない領域の長さに対する凹凸が形成されている領域の長さの割合（Ｐ２’／Ｐ１’）は０．０５程度であるので、反射型液晶表示素子４１０の画像が２重像として観察されることが無く、良好な表示品位を得ることができた。
【０１７６】
本実施形態４では、反射手段４０３とタッチパネル４０６によって形成された導光空間４０２を利用しているため、導光体を利用する構成に比べて低価格で軽量の表示装置、及び携帯情報端末等の情報表示システムを実現できる。
【０１７７】
尚、本実施形態４では、光源に蛍光管を使用したが、他にもＥＬやＬＥＤ、ＬＥＤと棒状導光体の組み合せなどを用いても良い。
【０１７８】
反射手段４０３は基材上に凹凸形状を成形する方法以外にも、例えば、反射型液晶表示素子４１０の表面に直接多数の凹凸を形成して反射手段を構成しても良い。
【０１７９】
反射手段４０３の凹凸周期と形成される筋の方向は上記に限ったものではなく、図４及び図５のように反射型液晶表示素子の画素パターンによって変化する。
【０１８０】
反射型液晶表示素子４１０は、偏光選択透過手段４１１を備え、円偏光を変調して画像を表示するものに限らず、さまざまな液晶分子のモードを利用した反射型液晶表示素子を適用することができる。
【０１８１】
照明装置４００及び反射型液晶表示素子４１０を構成する各手段の種類の選択は、いずれも、表示装置の性能、信頼性を考慮して決定される。
【０１８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の照明装置によれば、反射手段における凹凸の傷つきや変質及び導光体の反りを低減でき、信頼性を向上させることができる。本発明の照明装置を備えた表示装置によれば、２重像や明暗縞の発生を抑制することができ、明るくコントラスト比のよい、高品位の表示を行うことができる。加えて、照明装置及び表示装置の薄型化、軽量化、低価格化を図ることができる。
【０１８３】
より詳しくは、導光体は出射面及び対向面が平面であるため、材質の選択肢を多くとることができ、例えばガラスを選択すれば、透明樹脂に比べ剛性が高いため、反射手段が配置されていない平面に反射防止フイルムなどを貼り合わせ、導光体の透過率を向上させた場合でも、温度変化などによって生じる反りを低減できて信頼性が増す。
【０１８４】
具体的には、凹凸形状を導光体と一体に成形する場合には、その材質にアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などに代表される透明樹脂等を用いて、導光体と反射手段を同時に成形することができる。
【０１８５】
凹凸形状を導光体とは別に成形する場合には、凹凸形状は導光体の出射面又は対向面にアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの他に、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等の透明樹脂を用いて成形することができ、材質の選択肢を多くとることができる。即ち、凹凸形状に硬度、対薬品性などの信頼性を有する材質を選ぶことができる。
【０１８６】
反射手段を、凹凸を有する部材と、凹凸上に屈折率の異なる、好ましくは屈折率の低い屈折率層が形成された構成とする場合には、凹凸の傷つき、変質などによる照明装置の性能の低下を防止することができる。
【０１８７】
反射手段を、反射シートを利用する構成とする場合には、出射面及び対向面に反射シートと反射防止フィルムを貼り合わせることで、導光体の透過率を向上させることができる他、双方がバランスを取って温度変化などで発生する導光体の反りをより低減することができる。
【０１８８】
反射手段を導光体の対向面に配置する場合には、低屈折率層の表面に防汚膜（撥水層）、ハードコート層などを形成することによって、照明装置の表面の信頼性を向上させることができ、反射防止層を形成することによって表面の反射率を低減させることができる。
【０１８９】
反射手段を導光体の出射面に配置する場合には、凹凸が導光体によって保護されるため、反射手段の信頼性を向上させることができる。
【０１９０】
反射手段と透明平板とで構成された導光空間を利用した照明装置では、表示装置のより一層の軽量化を図ることができる。
【０１９１】
反射型液晶表示素子と照明装置による表示装置に、入力装置としてタッチパネルを追加した構成とする場合には、導光体とタッチパネルとを兼用する構成とすることができる。この場合には、表示装置、携帯情報端末等の薄型化、軽量化及び低価格化を実現することができる。
【０１９２】
反射手段における凹凸形状が、導光体の出射面に略平行な伝搬部と傾斜した反射部とで構成されるプリズム状の形状であれば、凹凸よりも屈折率の低い空気層や屈折率層と界面を形成する場合に全反射が発生し、より効率よく照明光を出射することができる。
【０１９３】
反射手段における凹凸形状が、反射部の界面での屈折率差による全反射角度をαとしたとき、反射部が導光体の出射面又は透明平板に対してなす角度βが、上記（１）式の関係を満たすようにすると、効率よく反射型液晶表示素子を照明することができるので、明るく、コントラスト比のよい、高品位の表示を行うことができる表示装置が得られる。
【０１９４】
また、反射手段である凹凸の伝搬部の長さに対する反射部の長さの割合（Ｐ２／Ｐ１）、又は凹凸の形成されている領域と形成されていない領域の割合（Ｐ２’／Ｐ１’）が所定の関係を満たすようにすることで、反射型液晶表示素子の２重像や明暗縞の発生を抑制することができる。
【０１９５】
加えて、照明装置の出射面に反射型液晶表示素子の偏光選択手段を配置することによって、明暗縞が発生せず、明るく、コントラスト比のよい、高品位の表示を行うことができる表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１による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】本発明の実施形態１による照明装置と反射型液晶表示素子による表示装置を示す斜視図である。
【図３】反射型液晶表示素子に用いられる反射電極の散乱反射特性を示す図である。
【図４】第２の明暗縞が発生しない照明装置とデルタ配列の反射型液晶表示素子との関係を説明する図である。
【図５】第２の明暗縞が発生しない照明装置とストライプ配列の反射型液晶表示素子との関係を説明する図である。
【図６】本発明の照明装置における反射手段の最適な形状について説明する第１の図である。
【図７】本発明の照明装置における反射手段の最適な形状について説明する第２の図である。
【図８】本発明の照明装置による反射型液晶表示素子の表示における２重像を評価する手法について説明する図である。
【図９】本発明の照明装置と反射型液晶表示素子の表示における２重像の程度を、凹凸の反射部と伝搬部の割合（Ｐ２／Ｐ１）及び凹凸の形成されている領域と形成されていない領域の割合（Ｐ２’／Ｐ１’）の関係で示す図である。
【図１０】本発明の実施形態２による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１１】本発明の実施形態２による照明装置と反射型液晶表示素子による表示装置を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態３による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１３】本発明の実施形態３による照明装置と反射型液晶表示素子による表示装置を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態４による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１５】本発明の実施形態４による照明装置と反射型液晶表示素子による表示装置を示す斜視図である。
【図１６】反射型液晶表示素子の構成例を示す図である。
【図１７】反射型液晶表示素子の画素の配列パターンを示す図であって、（ａ）にデルタ配列の場合を、（ｂ）にストライプ配列の場合を示す。
【図１８】従来の照明装置であるフロントライトの構成例を示す図である。
【符号の説明】
３０、１０１、２０１、３０１、４０１ａ、４０１ｂ、９１１ 光源
３１、１０２、２０２、３０２、９１２ 導光体
３２、１１０、２１０、３１０、４１０、９２０ 反射型液晶表示素子
３３、１１１、２１１、３１１、４１１、９２１ 偏光選択透過手段
３４ａ、３４ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、２１２ａ、２１２ｂ、３１２ａ、３１２ｂ、４１２ａ、４１２ｂ、９２２ａ、９２２ｂ ガラス基板
３５、１１３、２１３、３１３、４１３、９２３ 液晶層
３６、１１４、２１４、３１４、４１４、９２４ 反射電極
３７ 観察者
１００、９１０ 照明装置（フロントライト）
１０２ａ、２０２ａ、３０２ａ、９１２ａ 入射面
１００ａ、１０２ｂ、２００ａ、２０２ｂ、３０２ｂ、９１２ｂ 出射面
１０２ｃ、２０２ｃ、３０２ｃ、９１２ｃ 対向面
１０３、２０３、９１３ 反射手段（凹凸）
１０３ａ、２０３ａ、３０６ａ、９１３ａ 伝搬部
１０３ｂ、２０３ｂ、３０６ｂ、９１３ｂ 反射部
１０４ 反射防止フィルム
１１１ａ、２１１ａ、３１１ａ、４１１ａ 偏光板
１１１ｂ、２１１ｂ、３１１ｂ、４１１ｂ λ／４板
１１１ｃ、２１１ｃ、３１１ｃ、４１１ｃ λ／２板
２００、３００、４００ 照明装置
２０４、３０７ 低屈折率層
２０５ 保護フィルム
２０５ａ 保護フィルムの基材
２０５ｂ ハードコート層、反射防止層、防汚層
３０３、４０３ 反射シート（反射手段）
３０４、３０５ 反射シートの基材
３０４ａ ＰＥＴフィルム
３０４ｂ 反射防止層
３０６ 凹凸を有する部材
４０２ 導光空間
４０４ プリズム
４０４ａ 第１の傾斜部
４０４ｂ 第２の傾斜部
４０５ 反射シートの基材
４０６ 透明平板（タッチパネル）
９１４ 光学補償板
９１５ 補償凹凸
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置、並びに照明装置及び反射型液晶表示素子を備えた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報表示システムやＯＡ機器等に用いられる表示装置の１つである液晶表示装置は、外部から照射された光の透過光量を制御して画像を表示する透過型と、反射光量を制御して画像を表示する反射型とに大別される。
【０００３】
透過型液晶表示装置は、一般に、背面にバックライトと呼ばれる照明装置が配置されて使用される。
【０００４】
反射型液晶表示装置は、周囲光を利用して表示する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全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て、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。
【０００５】
図１６は、この反射型液晶表示装置の構成例を示す。
【０００６】
この反射型液晶表示装置は、一対のガラス基板９０２ａ、９０２ｂの間に液晶層９０３が挟持され、背面側のガラス基板９０２ｂに反射電極９０４が設けられた反射型液晶表示素子９００を有し、液晶層９０３の前面側には偏光板９０１ａとλ／４板９０１ｂが配置されている。偏光板９０１ａの透過軸（又は吸収軸）とλ／４板９０１ｂの遅相軸（又は進相軸）軸が４５°の角度をなすように配置されている。
【０００７】
照明光のうち、偏光板９０１ａを透過した直線偏光は、λ／４板９０１ｂで円偏光に変換されて液晶層９０３に入射する。ここで、液晶層９０３が円偏光を変調しない場合には、反射電極９０４で反射する際に円偏光の回転方向が逆転し、再びλ／４板９０１ｂを透過した後は偏光板９０１ａの透過軸と直交した直線偏光となって吸収されるので、黒色が表示される。
【０００８】
反射型液晶表示素子９００の液晶層９０３が、入射した円偏光を保存したまま反射するように変調する場合には、λ／４板９０１ｂを透過した後、偏光板９０１ａの透過軸と一致した直線偏光となって出射するので、白色が表示される。
【０００９】
偏光板９０１ａの透過軸、及びλ／４板９０１ｂの遅相軸の方向は、液晶材料や配向の方向、視野角の特性などを考慮して決定される。さらに、λ／４板９０１ｂ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９０１ａとλ／４板９０１ｂの間にλ／２板が配置されることもある。一般に、これらの偏光板９０１ａ、λ／２板、λ／４板９０１ｂはそれぞれ粘着層を介して一体とされ、反射型液晶表示素子９００に貼り付けられている。
【００１０】
また、液晶層９０３の背面に配置される反射電極９０４は、表面に微細構造（ＭＲＳ）が形成され、偏光板９０１ａ、λ／２板、λ／４板９０１ｂを介して入射した光を散乱して反射することで広い視角範囲で一様な表示ができるように工夫されている。具体的には、フォトリソグラフィのプロセスによって、下地層としてのＭＲＳが形成され、その上にＡｌを真空蒸着することで反射電極９０４が形成される。
【００１１】
このようなＭＲＳを備えた反射電極９０４の散乱特性を標準白色板（ＭｇＯ）の散乱特性と比較して図３に示す。これによると、ＭＲＳを備えた反射電極では、入射角３０°以内で入射した光を効率よく正面方向に散乱反射することができることが分かる。
【００１２】
上記のように液晶層９０３による変調を画素毎に制御することによって文字や画像が表示されるが、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を透過させて着色することでカラー表示を行うことができる。Ｒ、Ｇ、Ｂ画素の配列パターンは種々あるが、代表例として図１７に示すデルタ配列やストライプ配列などが挙げられ、画素が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置された構成からなる。画素数、画素のサイズについても様々であり、デルタ配列の反射型液晶表示素子の場合は、２．０型では水平画素数×垂直画素数が２８０×２２０、画素サイズは水平方向が１４５．５μｍ、垂直方向が１３８．５μｍであり、２．５型では画素数が２８０×２２０、画素サイズが１７９．５×１６８．５μｍという仕様が採用されている。また、ストライプ配列では、例えば３．８型ＱＶＧＡの反射型液晶表示素子の場合、画素数が９６０×２４０、画素サイズが８１×２３４．５μｍといった仕様が採用されている。
【００１３】
ところで、上述したフロントライトは従来から提案されており、例えば、ＳＩＤ（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）’９５ Ｄｉｇｅｓｔ ｐ．３７５（従来例１）には、図１８（ａ）に示す構成のフロントライトが示されている。フロントライト９１０は、光源９１１と、光源９１１からの光が入射する入射面９１２ａと、これにほぼ垂直な出射面９１２ｂ及び対向面９１２ｃを備える導光体９１２とで構成される。導光体９１２の対向面９１２ｃには、周期的な凹凸９１３が形成されており、この凹凸９１３は出射面９１２ｂに略平行な伝搬部９１３ａと傾斜した反射部９１３ｂとを有する。
【００１４】
このフロントライト９１０では、光源９１１からの光は、直接又は出射面９１２ｂ及び対向面９１２ｃに形成された周期的な凹凸９１３の伝搬部９１３ａで全反射され、導光体９１２の内部を伝搬して対向面９１２ｃに形成された周期的な凹凸９１３の反射部９１３ｂに到達し、出射面９１２ｂに向かって反射されて出射する。従って、出射面９１２ｂ、即ちフロントライト９１０の出射面からの照明光が反射型液晶表示素子９２０に照射される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のフロントライト９１０と反射型液晶表示素子９２０とによる表示装置では、導光体９１２の対向面９１２ｃに形成された凹凸９１３が最表面に現れる構造であるため、凹凸９１３が傷つき易く、フロントライトの性能の劣化、表示品位、生産性、及び信頼性などの点で大きな問題を有する。
【００１６】
また、反射型液晶表示素子９２０で反射された光は、導光体９１２を通過する際に、導光体９１２に形成された凹凸９１３の伝搬部９１３ａと反射部９１３ｂとで別々の方向に屈折されるために、反射型液晶表示素子９２０の表示が２重に観察されるという問題が生じる。
【００１７】
さらに、周期的に形成された凹凸９１３が原因で、以下に述べるような２種類の明暗縞が発生し、反射型液晶表示素子９２０の表示品位を低下させるという問題が生じる。
【００１８】
まず、第１の明暗縞が発生する理由について説明する。光源９１１から導光体９１２の入射面９１２ａを介して入射した光は、導光体９１２の内部を伝搬して対向面９１２ｃに形成された周期的な凹凸９１３によって出射面９１２ｂに向かって反射され、その大部分が導光体９１２から出射して反射型液晶表示素子９２０を照明する。しかし、出射面９１２ｂにおける約４％の表面反射分は、反射されて対向面９１２ｃの周期的な凹凸９１３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９１３からの光を周期的な凹凸９１３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。同様に、反射型液晶表示素子９２０の表面での反射によっても第１の明暗縞は発生する。
【００１９】
第２の明暗縞は、周期的な凹凸９１３での反射による照明光が、反射型液晶表示素子９２０の画素パターンを通過し、反射されて再び導光体９１２に形成された周期的な凹凸９１３を通過するために、３つの周期が干渉を起こして発生する。フロントライト９１０を点灯せずに、周囲光によって反射型液晶表示素子９２０を照明する場合にも、照明光は導光体９１２に形成された周期的な凹凸９１３、反射型液晶表示素子９２０の画素パターンを通過し、反射されて再び周期的な凹凸９１３を通過するために、これらの周期の干渉による第２の明暗縞が発生する。
【００２０】
上記第１の明暗縞は、導光体９１２の出射面９１２ｂ、及び反射型液晶表示素子９２０の表面の各々に反射防止層を配置し、表面反射を低減することで発生を抑制することができる。ここで、この反射防止層とは、蒸着やスパッタリングなどの手法で形成した膜厚が約０．１μｍのＭｇＦ２、ＳｉＯ２などからなる層で、薄膜の干渉作用によって反射エネルギーを低下させるものをいう。従って、例えば、反射防止層が基材となる透明フィルム上に形成された反射防止フィルムを導光体９１２の出射面９１２ｂに貼り合わせることによって簡単に表面反射を低減し、第１の明暗縞の発生を抑制することができる。
【００２１】
しかしながら、周囲の温度変化があった場合に、導光体９１２と反射防止フイルムの熱膨張係数の違いによって反りが発生することになり、信頼性の点で新たな問題が生じる。導光体９１２の表面に直接上記の反射防止層を形成する方法も考えられるが、蒸着やスパッタリングなどの薄膜形成は高温環境下でなされるため、導光体９１２に耐熱のある材質を適用しなければならない上、反射防止層の密着性にも問題があり、信頼性の点で問題が懸念される。
【００２２】
こうした問題に対し、上記従来例１には、導光体９１２に形成された凹凸９１３を保護し、反射型液晶表示素子９２０の表示において、２重像、第１の明暗縞、及び第２の明暗縞の発生を防止するために、フロントライトに光学補償板を加える構成についても記載されている。
【００２３】
このフロントライトでは、図１８（ｂ）に示すように、光学補償板９１４は、導光体９１２の対向面９１２ｃに形成された凹凸９１３が転写された形状の補償凹凸９１５を備え、導光体９１２と光学補償板９１４は、両者の凹凸同士が空気層を介して対向している。
【００２４】
従って、照明光を受けた反射型液晶表示素子９２０からの反射光は、導光体９１２に形成された凹凸９１３の伝搬部９１３ａと反射部９１３ｂを通過する際に別々の方向に屈折するが、光学補償板９１４の凹凸９１５を通過する際に再び屈折することで、光は凹凸が無い場合と同様に進行する。このような機能を備える光学補償板９１４を配置することによって、導光体９１２の凹凸９１３を保護することができる。また、周期的に形成された凹凸９１３に起因する反射型液晶表示素子２０の表示における２重像の発生、並びに第１の明暗縞及び第２の明暗縞の発生を防止することができる。
【００２５】
しかしながら、光学補償板９１４を付加することによって別の新たな問題も生じる。例えば、上記のような補償の効果を得るためには、導光体９１２と光学補償板９１４の間のギャップをできるだけ小さくしなければならないが、このギャップが不均一であると干渉縞が生じてしまうため、導光体９１２に対し光学補償板９１４を非常に高精度で設置する必要がある。また、光学補償板９１４の新たな界面による反射が加わるため、観察者に向かって反射される光が増加したり、透過率が低下して反射型液晶表示素子９２０の表示が暗くなることによって表示のコントラスト比が低下するという問題が生じる。さらに、厚さが増すために表示装置の大型化を招くといった問題も生じる。
【００２６】
本発明は、こうした従来技術の課題を解決するものであり、２重像や明暗縞の発生を抑制することができ、明るくコントラスト比のよい、高品位の表示を行うことができる照明装置及びそれを備えた表示装置を提供することを目的とする。
【００２７】
また、本発明の他の目的は、反射手段における凹凸の傷つきや変質、及び導光体の反りを低減でき、信頼性を向上させることができる照明装置及びそれを備えた表示装置を提供することにある。
【００２８】
また、本発明の他の目的は、薄型化、軽量化、低価格化を図ることができる照明装置及びそれを備えた表示装置を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明装置は、透明平板と、フィルム状の基材上に複数のプリズムが設けられた反射手段とが、両者の間に導光空間が形成されて該導光空間内に各プリズムが位置するように相互に対向配置されており、該導光空間の端面に光源が配置されて、該光源から該導光空間に入射し該導光空間を伝搬する光が、各プリズムによって反射されて該基材から照明光として出射されると共に、該透明平板および該基材の外部から照射される光を透過するようになった照明装置であって、該反射手段の各プリズムは、該基材の表面に対してそれぞれ等しい傾斜角度βで傾斜した第１および第２の傾斜部をそれぞれ有しており、該傾斜角度βと、第１および第２の傾斜部での全反射角αとの間に、下記（１）式
α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）
の関係を有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３２】
好ましくは、前記反射手段が、屈折率の異なる２つの部材の組み合わせで構成されており、２つの部材の界面が凹凸形状をなし、該界面の屈折率差によって光を反射するものである構成とする。
【００３３】
好ましくは、前記反射手段における凹凸形状が、プリズム状をなしており、前記導光体の出射面に略平行な伝搬部と傾斜した反射部とを有し、前記光源から該導光体の入射面を介して入射し主として該伝搬部を伝搬する光を、該反射部で反射して照明光を出射する構成とする。
【００３４】
好ましくは、前記反射手段における凹凸形状が、プリズム状をなしており、前記透明平板に対して傾斜した屈折部と反射部とを有し、前記光源から該導光空間に入射した光を、該屈折部の界面で屈折し、該反射部で反射して照明光を出射する構成とする。
【００３５】
好ましくは、前記反射手段における凹凸形状が、前記反射部の界面での屈折率差による全反射角度をαとしたとき、該反射部が前記導光体の出射面又は前記透明平板に対してなす角度βが、下記（１）式
α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）
の関係を満たす構成とする。
【００３６】
また、本発明の表示装置は、上記のいずれかに記載の照明装置と、該照明装置からの照明光を受け、その反射率を画素毎に制御して画像を表示する反射型液晶表示素子とを備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００３８】
上記構成によれば、導光体は、光源からの光が入射する入射面と、入射面に略垂直な出射面と、出射面に対向する対向面とを有しており、入射面から入射した光を伝搬する。導光体の出射面又は対向面に、導光体とは別に成形又は配置された反射手段は、導光体の内部を伝搬する光を反射して照明光を出射させる。
【００３９】
反射手段は、凹凸形状の界面の屈折率差によって光を反射する構成とすることができる。また、反射手段は、屈折率の異なる２つの部材の組み合わせで構成し、２つの部材の界面が凹凸形状をなし、この界面の屈折率差によって光を反射する構成とすることができる。
【００４０】
具体的には、凹凸形状を導光体と一体に成形する場合には、その材質にアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などに代表される透明樹脂等を用いて、導光体と反射手段を同時に成形することができる。
【００４１】
凹凸形状を導光体とは別に成形する場合には、凹凸形状は導光体の出射面又は対向面にアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの他に、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等の透明樹脂を用いて成形することができ、材質の選択肢を多くとることができる。即ち、凹凸形状に硬度、対薬品性などの信頼性を有する材質を選ぶことができる。
【００４２】
以上の構成によれば、導光体は出射面及び対向面が平面であるため、材質の選択肢を多くとることができ、例えばガラスを選択すれば、透明樹脂に比べ剛性が高いため、反射手段が配置されていない平面に反射防止フイルムなどを貼り合わせ、導光体の透過率を向上させた場合でも、温度変化などによって生じる反りを低減できて信頼性が増す。
【００４３】
反射手段が反射シートを利用した構成であった場合は、出射面及び対向面に反射シートと反射防止フィルムを貼り合わせることで、導光体の透過率が向上する他、双方がバランスを取って温度変化などで発生する導光体の反りをより低減することができる。さらには、双方の基材であるフィルムを同一とすることが望ましい。
【００４４】
反射手段を、凹凸を有する部材と、凹凸上に屈折率の異なる、好ましくは屈折率の低い屈折率層が形成された構成とする場合には、凹凸の傷つき、変質などによる照明装置の性能の低下を防止することができる。ここで、凹凸は導光体の出射面又は対向面に導光体とは別に形成することができる他、透明フィルム上に凹凸を形成した反射シートであってもよく、屈折率の異なる屈折率層と組み合わせて反射手段とすることができる。さらに、凹凸を導光体の出射面又は対向面に一体に成形し、屈折率の異なる屈折率層と組み合わせて反射手段としてもよい。
【００４５】
上記反射手段を導光体の対向面に配置する場合には、低屈折率層の表面に防汚膜（撥水層）、ハードコート層などを形成することによって照明装置の表面の信頼性を向上させることができ、反射防止層を形成することによって表面の反射率を低減させることができる。なお、防汚膜（撥水層）、ハードコート層、反射防止層は、これらが予め形成された保護フィルムを低屈折率層の表面に配置することによって簡単に得ることができる。
【００４６】
上記反射手段を導光体の出射面に配置する場合には、凹凸が導光体によって保護されるため、反射手段の信頼性を向上させることができる。また、反射手段の凹凸が形成されていない面に防汚膜（撥水層）、ハードコート層、反射防止層を形成してもよい。
【００４７】
反射手段における凹凸形状が、導光体の出射面に略平行な伝搬部と傾斜した反射部とで構成されるプリズム状の形状であれば、光源から導光体内に入射面を介して入射した光は、導光体の出射面、対向面、又は凹凸形状の伝搬部で反射を繰り返しながら導光体内部を伝搬して反射部に到達し、界面での屈折率差によって反射し、照明光として出射する。したがって、反射手段における凹凸が、凹凸よりも屈折率の低い空気層や屈折率層と界面を形成する場合に全反射が発生し、より効率よく照明光を出射することができる。
【００４８】
反射手段における凹凸形状が、その反射部の界面での屈折率差による全反射角度をαとしたとき、反射部が導光体の出射面に対してなす角度βが、α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）式の関係を満たす構成とすることが望ましい。
【００４９】
これは、図３に示すように、反射型液晶表示素子において、微細構造が形成された反射電極の反射特性は、反射型液晶表示素子を効率よく照明し、明るい表示を得るためには、入射角３０°以内で照明する必要があることに起因する。
【００５０】
具体的には、例えば、図６（ａ）に示すように、凹凸の反射部が導光体の出射面に対してなす角度βを（α−３０°）とした場合、反射部界面で全反射した光に出射面に対して出射角３０°となる光が存在する。
【００５１】
図６（ｂ）に示すように、β＝αとした場合は、反射部界面で全反射した光に出射面に対して出射角０°で出射する光が存在し、効率よく反射型液晶表示素子を照明できる。
【００５２】
図６（ｃ）に示すように、β＝（α＋３０°）とすると、出射面に対して出射角３０°以下となる照明光が生じるが、β＞（α＋３０°）とすると出射面に対して出射角３０°以上の照明光が多くなり、反射型液晶表示素子の照明に適さない。
【００５３】
一方、照明装置から出射する照明光の光量のみについて考えると、βが０°に近いほど光量が多く、βが大きくなるほど光量が減少していく。
【００５４】
従って、照明光の出射角、光量の双方を考慮すると、反射部は導光体の出射面に対して（α−３０°）以上、（α＋３０°）以下の角度をなすように形成されることが望ましい。
【００５５】
次に、反射型液晶表示素子の表示の２重像による表示品位の劣化の評価方法を説明する。
【００５６】
図８に示すように、導光体３１を前面に配置した反射型液晶表示素子３２を、蛍光灯等の光源３０によって上方から照明して、観察者３７が表示を観察し、この時の表示の２重像による表示品位の低下の度合いを評価した。図９に、評価の結果得られた凹凸の反射部と伝搬部の比率（Ｐ２／Ｐ１）と２重像との関係を示す。図９中の○印は、２重像が観察されず良好な表示品位であることを示し、△印は、２重像がやや発生するものの表示の認識には支障の無いことを示す。×印は２重像が顕著であり、表示品位に悪影響を及ぼすことを示す。図９によれば、凹凸の反射部と伝搬部の比率（Ｐ２／Ｐ１）が０．２以下であれば、２重像に対して効果があり、さらに０．０５以下であれば良好な表示品位を得ることができることが分かる。
【００５７】
従って、反射手段である凹凸の伝搬部の長さ（Ｐ１）に対する反射部の長さ（Ｐ２）の割合（Ｐ２／Ｐ１）が、０より大きく、０．２以下となるように形成することによって、観察者３７は反射型液晶表示素子の表示を凹凸の主に伝搬部を通して見ることになり、反射部を通過して観察者３７に到達する光によって発生する２重像を抑制することができる。
【００５８】
また、上記のように、照明装置の表面に反射防止層が配置されている構成にすると、照明装置の表面反射が低減でき、透過率が向上するため、これを反射型液晶表示素子の照明装置に適用すると、明るく、コントラスト比がよく、鮮明な画像を表示できる表示装置が提供できる。尚、反射型液晶表示素子の表面にも反射防止層が形成されていることが望ましく、この場合には、さらに明るく、コントラスト比のよい表示装置が実現できる。
【００５９】
ところで、上述したように、反射手段である凹凸形状が周期的に形成された場合、これをを備えた照明装置では、点灯時に凹凸で反射された光が照明装置の出射面、及び反射型液晶表示素子の表面で反射して再び凹凸を通過して観察者に到達するため、凹凸の干渉による第１の明暗縞が発生する。
【００６０】
しかしながら、上記のように、照明装置の出射面、及び反射型液晶表示素子の表面に反射防止層を形成して表面反射を低減させることによって、第１の明暗縞の発生を抑えることができる。
【００６１】
あるいは、反射型液晶表示素子が偏光選択透過手段を透過した偏光を利用して画像を表示する構成であった場合は、導光体の出射面に偏光選択透過手段を貼り合せることによって第１の明暗縞の発生を抑えることができる。
【００６２】
なぜならば、上述したように、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が４５°の角度をなすように配置された偏光選択透過手段は、透過した円偏光が反射する際に回転方向が逆転するために、再び偏光選択透過手段に到達したときに偏光板で吸収される。従って、偏光選択透過手段を照明装置の出射面に貼り合せることによって、偏光選択透過手段より後方、即ち、偏光選択透過手段と反射型液晶表示素子の表面での反射光を吸収でき、第１の明暗縞の発生を抑えることができる。また、同様の理由で、コントラスト比のよい表示装置を提供できる。
【００６３】
さらに、偏光選択透過手段と反射型液晶表示素子の表面に反射防止層を配置することによって反射光を低減することができ、透過光が増加するため、より一層明るい表示が可能となる。
【００６４】
反射型液晶表示素子と照明装置による表示装置に、入力装置としてタッチパネルを追加した構成とする場合には、導光体とタッチパネルとを兼用する構成とすることができる。即ち、タッチパネルの反射型液晶表示素子側の面を導光体の出射面、観察者側の面を導光体の対向面とし、いずれかの面に反射手段を配置することによって、光源から導光体の入射面を介して入射した光が反射手段で反射し、照明装置から照明光として出射し、反射型液晶表示素子を照明する。
【００６５】
反射手段は、タッチパネルの表面に透明樹脂による凹凸を成形して得ることができる。または、透明なフィルムの表面に透明樹脂による凹凸が成形された反射シートを貼り合わせて構成できる。さらに、凹凸を備える部材の凹凸上に屈折率の異なる、望ましくは屈折率の低い屈折率層を形成して反射手段とし、タッチパネルの表面に配置してもよい。尚、反射手段は、タッチパネルの反射型液晶表示素子側、即ち導光体の出射面に配置される方が望ましい。なぜなら、タッチパネルの観察者側はタッチペンなどによる入力が行われるため、こちらに反射手段である凹凸を設けると凹凸の傷つき、変形によって照明装置の性能が劣化し、表示品位に影響を及ぼすためである。
【００６６】
この構成によれば、従来の表示装置のように、導光体とタッチパネルの両方を備えることで生じる装置の大型化を避けることができ、安価で薄型、軽量で携帯性に優れた表示装置を実現することができる。
【００６７】
導光空間を有する照明装置では、透明平板と反射手段とは対向して配置されて導光空間を形成し、光源は導光空間の端面に配置される。そして、光源から導光空間に入射し導光空間を伝搬する光は、反射手段で反射され照明光として照明装置から出射する。
【００６８】
本照明装置において、反射手段は多数の凹凸によって構成される。したがって、本照明装置を反射型液晶表示素子に対して使用する場合には、反射手段は透明フィルムの表面に配置された多数の凹凸であり、透明フィルムと多数の凹凸による反射シートが反射型液晶表示素子の表面に貼り合わされる。または、多数の凹凸を反射型液晶表示素子の表面に直接形成して反射手段としてもよい。凹凸はアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明樹脂、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂などで成形して作製できる。これに対向して略平行に配置される透明平板は透明樹脂による平板やガラス板を使用することができる。また、入力装置としてタッチパネルを備えた場合にはタッチパネルを透明平板として適用できる。これらの透明平板には表面に反射防止処理を施すことによって表面反射を低減し、透過率を向上させることが望ましく、本構成によって明るく、コントラスト比のよい表示装置が実現できる。
【００６９】
上記構成によれば導光空間を利用することによって照明装置の軽量化を図ることができる。
【００７０】
反射手段における凹凸形状が、導光空間を形成する透明平板に対して傾斜した２つの傾斜部、即ち屈折部と反射部を有するプリズム状をなす構成とすれば、光源から導光空間に入射した光は、透明平板と反射手段で反射を繰り返しながら導光空間を伝搬して凹凸に到達し、界面での屈折率差によって屈折部の界面で屈折し、その屈折光が反射部の界面で反射し、この反射光が照明光として出射する。
【００７１】
反射手段における凹凸形状が、その反射部の界面での屈折率差による全反射角度をαとしたとき、反射部が反射手段及び反射型液晶表示素子と略平行に配置された透明平板に対してなす角度βが、α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）式の関係を満たす構成とすることが望ましい。
【００７２】
具体的には、例えば、図７（ａ）に示すように、反射部が透明平板に対してなす角度、即ち反射型液晶表示素子に対してなす角度βを（α−３０°）とした場合、反射部界面で全反射した光に透明平板の垂線に対して３０°、即ち反射型液晶表示素子に対する入射角が３０°をなす光が存在する。
【００７３】
図７（ｂ）に示すように、β＝αとした場合は、反射部界面で全反射した光に透明平板の垂線に対して又は反射型液晶表示素子に対する入射角が０°の角度をなす光が存在し、効率よく反射型液晶表示素子を照明できる。
【００７４】
図７（ｃ）に示すように、β＝（α＋３０°）とした場合は、透明平板の垂線に対する角度及び反射型液晶表示素子に対する入射角が３０°以下となる照明光が生じる。しかし、β＞（α＋３０°）とすると、透明平板の垂線に対する角度及び反射型液晶表示素子に対する入射角が３０°以上の照明光が多くなり、反射型液晶表示素子の照明に適さない。
【００７５】
従って、反射部が透明平板に対してなす角βを上記（１）式に従って設計することで、反射型液晶表示素子を効率よく照明でき、明るい表示を行うことが可能となる。
【００７６】
反射手段における凹凸に起因する反射型液晶表示素子の表示の２重像について考慮すると、図９に示す結果から、導光空間による照明装置において、反射手段である凹凸が形成されていない領域（Ｐ１’）に対する凹凸が形成されている領域（Ｐ２’）の割合（Ｐ２’／Ｐ１’）が０より大きく、０．２以下にすると、反射型液晶表示素子の表示が２重に観察されることがなく、良好な表示品位を得ることができることが分かる。さらに望ましくは、比率（Ｐ２’／Ｐ１’）を０．０５以下とすることで鮮明な表示を提供することができる。
【００７７】
導光空間を備えた照明装置を反射型液晶表示素子の前面に配置し、これを照明する場合、透明平板にはガラス板、透明樹脂による板、又はタッチパネルを適用することができるが、これらの透明平板に反射防止処理を施すことによって照明装置の透過率が向上し、明るく、コントラスト比のよい表示装置が実現できる。
【００７８】
以上の構成の照明装置における反射手段の凹凸が周期的に形成される場合には、その筋の方向が、液晶表示素子の画素パターンの繰り返しの水平方向と一致しないように配置することが望ましい。
【００７９】
周期的な凹凸が形成された反射手段を備えた照明装置をフロントライトとして反射型液晶表示素子の前方に配置すると、反射手段の凹凸と反射型液晶表示素子の画素パターンとが干渉して第２の明暗縞が発生するが、凹凸が形成された筋の方向と画素パターンの繰り返しの方向とに角度を与えることによって、第２の明暗縞の周期が短くなり、やがて観察されなくなるという現象が生じるからである。
【００８０】
具体的に、図４に、２．０型、２．５型のデルタ配列の反射型液晶表示素子の前方に周期的な凹凸が形成された反射手段を備えた照明装置を配置し、凹凸の筋の方向と画素パターンの水平方向とに角度を与えて第２の明暗縞を観察し、第２の明暗縞が観察されない角度範囲を見出した結果を示す。また、図５に、３．８型ＱＶＧＡのストライプ配列の反射型液晶表示素子についても同様の実験を行った結果を示す。
【００８１】
図４及び図５によると、凹凸の周期によって角度範囲にばらつきがあるものの、反射型液晶表示素子がデルタ配列であった場合は１０°から２５°、及び５５°から８０°の角度範囲、ストライプ配列であった場合は１５°から７５°の角度範囲で第２の明暗縞が観察されなくなり、良好な表示品位を得ることができる。
【００８２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【００８３】
（実施形態１）
図１及び図２に、本発明の実施形態１による照明装置と、それを備えた反射型液晶表示素子による表示装置の構成例を示す。
【００８４】
この実施形態１は、図１及び図２に示すように、照明装置１００は、光源１０１、導光体１０２、反射手段１０３及び反射防止フイルム１０４で構成される。また、反射型液晶表示素子１１０は、偏光選択透過手段１１１、一対のガラス基板１１２ａ、１１２ｂと、その間に挟持された液晶層１１３、及びその背面側に配置された反射電極１１４で構成される。
【００８５】
具体的には、光源１０１に蛍光管を使用し、導光体１０２には屈折率１．５３のガラス板を適用した。ここで、導光体１０２において、照明装置１００の照明光が出射する側の面を出射面１０２ｂとし、これに対向する面を対向面１０２ｃとする。導光体１０２の対向面１０２ｃに、導光体１０２とは別に形成された凹凸による反射手段１０３は、紫外線硬化樹脂である大日本インキ化学工業（株）製のＧＲＮＤＩＣＲＣ−８７２０を使用した。この紫外線硬化樹脂は、硬化後の屈折率が１．５２、剛性率が２．１×１０１０ｄｙｎ／ｃｍ２である。従って、屈折率はガラス板とほぼ等しく、また、剛性率が高いので傷つきにくく、高い信頼性を得ることができる。この紫外線硬化樹脂をガラス板上に塗布し、さらに金型を配置してガラス板側から紫外線を照射することで樹脂を硬化させ、金型の形状を転写することで凹凸による反射手段１０３を形成できる。
【００８６】
反射防止フィルム１０４には、透明基材であるＴＡＣフィルム上に反射防止層が形成された日東電工（株）製のＴＡＣ−ＨＣ／ＡＲを使用し、導光体１０２の出射面１０２ｂに粘着層を介して貼り合わせた。
【００８７】
反射型液晶表示素子１１０は、２．０型のデルタ配列で、画素数が２８０×２２０、画素サイズが１４５．５×１３８．５μｍである。
【００８８】
偏光選択透過手段１１１は、図２の部分拡大図に示すように、偏光板１１１ａ、λ／２板１１１ｂ、及びλ／４板１１１ｃが粘着層を介してこの順で貼り合わされており、λ／４板１１１ｃがガラス基板１１２ａに貼り合わされている。この偏光選択透過手段１１１に入射した光は、偏光板１１１ａで直線偏光のみが選択され、λ／２板１１１ｂでλ／４板１１１ｃの遅相軸（又は進相軸）と４５°の角度をなす直線偏光に旋光され、λ／４板１１１ｃは直線偏光を円偏光に変換する。
【００８９】
従って、反射型液晶表示素子１１０は、周囲光又は照明装置１００からの照明光のうち、偏光選択透過手段１１１を通過した円偏光を画素毎に液晶層１１３で変調しつつ、反射電極１１４で反射させて再び偏光選択透過手段１１１を通過する光の光量を制御することで画像を表示する。
【００９０】
反射電極１１４は、入射光を散乱反射させて広い視角範囲で良好な表示品位の画像を提供するために、表面に微細構造（ＭＲＳ）が形成されており、図３に示すような散乱特性を有している。
【００９１】
次に、凹凸による反射手段１０３について説明する。凹凸は、図１の部分拡大図に示すように、導光体１０２の出射面１０２ｂに略平行な伝搬部１０３ａと、出射面１０２ｂに対し傾斜した反射部１０３ｂとからなる。従って、光源１０１からの光は、導光体１０２に入射面１０２ａを介して内部に入射し、全反射を繰り返しながら伝搬した光は、凹凸の反射部１０３ｂに到達し、界面で全反射されて導光体１０２の出射面１０２ｂ、即ち照明装置１００の出射面１００ａから出射して反射型液晶表示素子１１０を照明する。
【００９２】
ここで、図３に示した反射型液晶表示素子１１０における反射電極１１４の散乱特性によると、入射角３０°以内の照明光を効率よく正面方向に散乱反射するため、照明光の入射角は３０°以内であることが望ましい。
【００９３】
具体的には、凹凸による反射手段１０３の反射部１０３ｂと導光体１０２の出射面１０２ｂとがなす角度βと、凹凸による反射手段１０３と空気の界面での全反射角αとの間に、下記（１）式、
α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）
の関係が成り立つように凹凸の形状を設計することによって、上記のような照明光を得ることができる。
【００９４】
本実施形態１では、凹凸による反射手段１０３は、屈折率１．５２の透明樹脂からなり、空気と界面を形成しているため、その全反射角αは、下記（２）式、
α＝ｓｉｎ−１（１．０／１．５２）＝４１．８°・・・（２）
で与えられる。
【００９５】
従って、βをαにほぼ等しい４０°とした。
【００９６】
導光体１０２の出射面１０２ｂ、及びこれにほぼ平行な照明装置１００の出射面１００ａに対する出射角、即ち反射型液晶表示素子１１０に対する入射角がほぼ０°の照明光を得ることができ、反射型液晶表示素子１１０を効率よく照明することができる。
【００９７】
反射手段１０３の凹凸周期と、形成される筋の方向は、反射型液晶表示素子１１０の画素パターンとの干渉によって発生する第２の明暗縞による表示品位の劣化を防止するために、図４に従って決定した。即ち、反射型液晶表示素子１１０が２．０型のデルタ配列であるので、反射手段１０３は、図２に示すように、周期Ｐを３９０μｍで、反射型液晶表示素子１１０の画素パターンの水平方向と１４°の角度をなすように形成した。これにより、周期的に形成された凹凸からなる反射手段１０３と反射型液晶表示素子１１０の画素パターンとの干渉による第２の明暗縞の周期が短くなるので、観察者に認識されず、反射型液晶表示素子１１０の表示品位を損なうことが無い。
【００９８】
さらに、反射手段１０３である凹凸の周期３９０μｍのうち、伝搬部１０３ａの長さＰ１を平均３７０μｍ、反射部１０３ｂの長さＰ２を平均２０μｍとして、伝搬部１０３ａに対する反射部１０３ｂの割合（Ｐ２／Ｐ１）を０．０５程度とした。従って、観察者は反射型液晶表示素子１１０の表示を主に伝搬部１０３ａを通して見ることになり、反射部１０３ｂを通過して観察者に到達する光によって発生する２重像を防止でき、良好な表示品位を得ることができた。
【００９９】
また、導光体１０２の出射面１０２ｂに配置された反射防止フィルム１０４は、導光体１０２の表面反射を低減し透過率を向上させる効果があるため、周囲光によって反射型液晶表示素子１１０の表示を観察する場合に、明るくコントラスト比のよい表示を行うことができる。また、照明装置１００の点灯時には、導光体１０２の対向面１０２ｃに周期的に形成された凹凸による反射手段１０３に起因する第１の明暗縞の発生を抑制するため、反射型液晶表示素子１１０の表示品位を向上させることができる。同様の理由で、反射型液晶表示素子１１０の表面、即ち、偏光選択透過手段１１１の表面にも反射防止処理が施されていることが望ましい。
【０１００】
また、本実施形態１では、導光体１０２にガラス板を用いているため、高温及び低温の環境下でも反射手段１０３を形成する透明樹脂及び反射防止フィルム１０４の熱膨張によって生じる反りを低減することができ、照明装置１００の信頼性が向上する。また、反射手段１０３を形成する透明樹脂には剛性や高度の高い樹脂を選択することによって、傷付きなどによる性能の劣化を防止することができる。
【０１０１】
上記構成の照明装置１００と反射型液晶表示素子１１０とにより、明るく、表示品位が良好な画像を提供でき、信頼性の高い表示装置を実現できた。
【０１０２】
尚、本実施形態１では、光源に蛍光管を使用したが、他にもＥＬやＬＥＤ、ＬＥＤと棒状導光体の組み合わせなど、導光体の入射面に均一に光を照射する光源であればいずれを用いても良い。
【０１０３】
導光体１０２の材質は、ガラスの他にも、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂に代表される透明樹脂などを適宜用いることができる。
【０１０４】
反射手段１０３の材質は、紫外線硬化樹脂に限らず、熱硬化樹脂やアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂に代表される透明樹脂などを適宜用いることができる。また、反射手段１０３は、透明基材上に透明樹脂による凹凸を多数形成した反射シートを導光体１０２に貼り合わせて構成しても良い。
【０１０５】
導光体１０２の出射面１０２ｂには反射防止フィルム１０４を貼り合わせるほかに、導光体１０２に直接反射防止層を形成しても良い。また、本実施形態１における反射型液晶表示素子１１０のように、偏光選択透過手段１１１が偏光板１１１ａ、λ／４板１１１ｃを備えたものであった場合は、反射防止フィルム１０４の代わりに偏光選択透過手段１１１を導光体１０２の出射面１０２ｂに貼り合わせても良い。
【０１０６】
反射手段１０３の凹凸周期と形成される筋の方向は上記に限ったものではなく、図４及び図５に示すように反射型液晶表示素子の画素パターンによって変化する。即ち、図２に示す反射手段１０３の形成される凹凸の筋の方向は、その周期によって異なるが、画素パターンがデルタ配列の場合は、図４に示すように、画素パターンの水平方向と１０°〜２５°、及び５５°〜８０°の角度を持たせることが望ましく、画素パターンがストライプ配列の場合は、図５に示すように、１５°〜７５°の角度を持たせることが望ましい。
【０１０７】
これらの導光体１０２、反射手段１０３、反射防止処理１０４、及び偏光選択透過手段１１１の種類の選択は、照明装置の性能、信頼性を考慮して適宜決定される。
【０１０８】
反射型液晶表示素子１１０は、偏光選択透過手段１１１を備え、円偏光を変調して画像を表示するものに限らず、さまざまな液晶分子のモードを利用した反射型液晶表示素子を適用することができる。
【０１０９】
（実施形態２）
図１０及び図１１に、本発明の実施形態２による照明装置と、それを備えた反射型液晶表示素子による表示装置の構成例を示す。
【０１１０】
この実施形態２は、図１０及び図１１に示すように、照明装置２００は、光源２０１、導光体２０２、低屈折率層２０４、保護フィルム２０５及び偏光選択透過手段２１１で構成されており、ここで、導光体２０２において、照明装置２００の照明光が出射する側の面を出射面２０２ｂとし、これに対向する面を対向面２０２ｃとする。照明装置２００において、反射手段２０３は、導光体２０２の出射面２０２ｂに一体に形成された多数の凹凸の表面に、屈折率が導光体２０２よりも小さい低屈折率層２０４を形成して構成されており、この低屈折率層２０４上には更に保護フィルム２０５が貼り合わされている。また、反射型液晶表示素子２１０は、一対のガラス基板２１２ａ、２１２ｂと、その間に挟持された液晶層２１３、及びその背面側に配置された反射電極２１４で構成される。
【０１１１】
具体的には、光源２０１に蛍光管を使用し、導光体２０２には屈折率が１．５８のポリカーボネートを射出成形して対向面２０２ｃに反射手段２０３となる凹凸を一体に形成した。
【０１１２】
低屈折率層２０４には、大日本インキ化学工業（株）製の紫外線硬化樹脂ＤＥＦＥＮＳＡ７７０２Ａを適用した。この紫外線硬化樹脂は硬化後の屈折率が１．３８であり、導光体２０２の材質であるポリカーボネートより低屈折率である。
【０１１３】
保護フィルム２０５には、基材としてＰＥＴフィルム２０５ａを適用し、図１０の部分拡大図に示すように、片面にハードコート層、反射防止層及び防汚層である層２０５ｂを形成した。
【０１１４】
導光体２０２の対向面２０２ｃに形成された反射手段２０３となる凹凸上に上記紫外線硬化樹脂を塗布し、さらに保護フイルム２０５を配置して、この保護フィルム２０５側から紫外線を照射することによって低屈折率層２０４を形成し、導光体２０２、保護フィルム２０５を一体とした。ここで、保護フィルム２０５は、ハードコート層、反射防止層及び防汚層である層２０５ｂが外側となるように配置している。
【０１１５】
偏光選択透過手段２１１は、図１１の部分拡大図に示すように、偏光板２１１ａ、λ／２板２１１ｂ、及びλ／４板２１１ｃが粘着層を介してこの順で貼り合わされており、偏光板２１１ａが粘着層を介して導光体２０２の出射面２０２ｂに貼り合わされている。この偏光選択透過手段２１１に入射した光は、偏光板２１１ａで直線偏光のみが選択され、λ／２板２１１ｂで旋光され、λ／４板２１１ｃは直線偏光を円偏光に変換する。
【０１１６】
反射型液晶表示素子２１０は、２．５型のデルタ配列で、画素数が２８０×２２０、画素サイズが１７９．５×１６８．５μｍである。
【０１１７】
従って、偏光選択透過手段２１１を通過した周囲光又は照明装置２００からの照明光を受け、反射電極２１４で反射して再び偏光選択透過手段２１１を通過する光の光量を画素毎に制御することで画像を表示する。尚、反射電極２１４は、図３に示すような散乱特性を有している。
【０１１８】
次に、導光体２０２の対向面２０２ｃに一体に成形された凹凸と、低屈折率層２０４による反射手段２０３について説明する。凹凸は、図１０の部分拡大図に示すように、導光体２０２の出射面２０２ｂに略平行な伝搬部２０３ａと、出射面２０２ｂに対し傾斜した反射部２０３ｂとからなる。従って、光源２０１からの光は、導光体２０２に入射面２０２ａを介して内部に入射し、反射部２０３ｂに到達した光は、低屈折率層２０４との界面で全反射されて導光体２０２の出射面２０２ｂ、及び照明装置２００の出射面２００ａから出射して反射型液晶表示素子２１０を照明する。
【０１１９】
反射型液晶表示素子２１０の反射電極２１４は、入射角３０°以内の照明光を効率よく正面方向に散乱反射する。従って、反射手段２０３の凹凸の反射部２０３ｂと導光体２０２の出射面２０２ｂとがなす角度βと、対向面２０２ｃに形成された凹凸と低屈折率層２０４とで構成される反射手段２０３の凹凸の界面での全反射角αとの間に、下記（１）式、
α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）
の関係が成り立つように凹凸の形状を設計して、反射型液晶表示素子２１０に対する照明光の入射角を３０°以内とすることが望ましい。
【０１２０】
本実施形態２では、反射手段２０３の凹凸は、屈折率１．５８のポリカーボネートからなり、低屈折率層２０４の屈折率は１．３８であるので、その全反射角αは、下記（３）式、
α＝ｓｉｎ−１（１．３８／１．５８）＝６０．９°・・・（３）
で与えられる。
【０１２１】
従って、βをαにほぼ等しい６０°とした。
【０１２２】
この場合、導光体２０２の出射面２０２ｂ、及びこれにほぼ平行な照明装置２００の出射面２００ａに対する出射角、即ち反射型液晶表示素子２１０に対する入射角がほぼ０°の照明光を得ることができ、反射型液晶表示素子２１０を効率よく照明することができる。
【０１２３】
反射手段２０３の凹凸周期と、形成される筋の方向は、図４に従って反射型液晶表示素子２１０の仕様である２．５型のデルタ配列に適したものとした。具体的には、図１１に示すように、周期Ｐを３９０μｍで、反射型液晶表示素子２１０の画素パターンの水平方向と１４°の角度をなすように形成した。これにより、導光体２０２の対向面２０２ｃに周期的に形成された凹凸からなる反射手段２０３と反射型液晶表示素子２１０の画素パターンとの干渉による第２の明暗縞の周期が短くなるので、観察者に認識されず、反射型液晶表示素子２１０の表示品位を損なうことが無い。
【０１２４】
さらに、反射手段２０３である凹凸周期３９０μｍのうち、伝搬部２０３ａの長さＰ１を平均３７０μｍ、反射部２０３ｂの長さＰ２を平均２０μｍとして、伝搬部２０３ａに対する反射部２０３ｂの割合（Ｐ２／Ｐ１）を０．０５程度とした。従って、反射型液晶表示素子２１０の画像が２重像として観察されることが無く、良好な表示品位を得ることができた。
【０１２５】
反射手段２０３は、導光体２０２の対向面２０２ｃに一体に形成された多数の凹凸の表面に、低屈折率層２０４を形成して構成されており、この低屈折率層２０４上には更に保護フィルム２０５が貼り合わされているので、反射手段２０３における凹凸の傷つきや変質を防止することができる。また、保護フィルム２０５の表面には、ハードコート層、防汚層が形成されているので、保護フィルム２０５の傷つき、汚れなども防止することができる。従って、照明装置２００の性能の維持に非常に効果的である。また、反射防止層によって、周囲からの光が照明手段２００で反射する光量を低減でき、反射型液晶表示素子２１０に入射する光の量が多くなるため、明るくコントラスト比のよい表示を行うことができる。
【０１２６】
導光体２０２の出射面２０２ｂに貼り合わされた偏光選択透過手段２１１は、上記のように偏光板２１１ａ、λ／２板２１１ｂ、及びλ／４板２１１ｃによって構成されている。従って、偏光選択透過手段２１１を透過した円偏光は、偏光選択透過手段２１１と反射型液晶表示素子２１０におけるガラス基板２１２ａの表面で反射される際に回転方向が逆転し、再び偏光選択透過手段２１１に入射して吸収される。即ち、偏光選択透過手段２１１とガラス基板２１２ａの表面反射による反射型液晶表示素子２１０の表示のコントラストの低下が解決される。さらに、偏光選択透過手段２１１とガラス基板２１２ａの表面に反射防止層を配置してもよく、この場合にはそれぞれの表面反射が少なくなる分、反射型液晶表示素子２１０に入射する光が多くなり、明るい表示を行うことが可能となる。
【０１２７】
上記構成の照明装置と反射型液晶表示素子とにより、明るく、表示品位が良好な画像を提供でき、信頼性の高い表示装置を実現できた。
【０１２８】
尚、本実施形態２では、光源２０１に蛍光管を使用したが、他にもＥＬやＬＥＤ、ＬＥＤと棒状導光体の組み合せなど、導光体２０２の入射面２０２ａに均一に光を照射する光源であればいずれを用いても良い。
【０１２９】
導光体２０２の材質としては、ガラスの他にも、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂に代表される透明樹脂などを適宜用いることができる。
【０１３０】
反射手段２０３における凹凸は導光体２０２と一体に形成する他に、透明樹脂などによって導光体２０２とは別に形成しても良い。また、透明基材上に透明樹脂による凹凸を多数形成した反射シートを導光体２０２に貼り合わせて構成しても良い。
【０１３１】
導光体２０２の出射面２０２ｂには偏光選択透過手段２１１を貼り合わせる他に、反射防止層を配置しても良い。この場合、反射型液晶表示素子２１０の表面にも反射防止層が配置されることが望ましい。
【０１３２】
反射手段２０３の凹凸周期と形成される筋の方向は上記に限ったものではなく、図４及び図５に示すように反射型液晶表示素子２１０の画素パターンによって変化する。
【０１３３】
反射型液晶表示素子２１０は、偏光選択透過手段２１１を用いて、円偏光を変調して画像を表示するものに限らず、さまざまな液晶分子のモードを利用した反射型液晶表示素子を適用することができる。
【０１３４】
照明装置２００及び反射型液晶表示素子２１０を構成する各手段の種類の選択は、いずれも、表示装置の性能、信頼性を考慮して決定される。
【０１３５】
（実施形態３）
図１２及び図１３に、本発明の実施形態３による照明装置と、それを備えた反射型液晶表示素子による表示装置の構成例を示す。
【０１３６】
この実施形態３は、図１２及び図１３に示すように、照明装置３００は、光源３０１、導光体３０２及び反射シート３０３によって構成されている。反射型液晶表示素子３１０は、偏光選択透過手段３１１、一対のガラス基板３１２ａ、３１２ｂと、その間に挟持された液晶層３１３、及びその背面側に配置された反射電極３１４て構成される。
【０１３７】
具体的には、光源３０１に蛍光管を使用し、導光体３０２をタッチパネルとした。タッチパネルは面内をタッチペン３２０等で圧迫すると、その位置を検出する入力システムで、携帯情報端末などに搭載されている。ここで、導光体３０２において、照明装置３００の照明光が出射する側の面を出射面３０２ｂとし、これに対向する面を対向面３０２ｃとする。
【０１３８】
反射シート３０３は、図１２の部分拡大図に示すように、反射手段となる凹凸を形成した部材３０６の凹凸上に低屈折率層３０７が形成されており、それらを基材３０４と基材３０５で挟んだ構造をなしており、この基材３０５がタッチパネルの裏面である導光体３０２の出射面３０２ｂに粘着層を介して貼り合わされている。
【０１３９】
具体的には、基材であるＰＥＴフィルム３０４ａ上に、屈折率が１．５８のポリカーボネートを成形することによって、多数の凹凸を有する部材３０６を配置する。さらに、低屈折率層３０７には、大日本インキ化学工業（株）製の紫外線硬化樹脂ＤＥＦＥＮＳＡ７７０２Ａを適用し、これを部材３０６の凹凸上に塗布し、再び基材であるＰＥＴフィルム３０５を配置し、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させる。ここで、紫外線硬化樹脂は硬化後の屈折率は１．３８である。尚、基材３０４は、ＰＥＴフィルム３０４ａの部材３０６が形成されていない面に、予め反射防止層３０４ｂが形成されている。
【０１４０】
反射型液晶表示素子３１０は、３．８型のＱＶＧＡ、即ち、ストライプ配列で画素数が９６０×２４０、画素サイズが８１×２３４．５μｍである。
【０１４１】
反射型液晶表示素子３１０に備えられた偏光選択透過手段３１１は、図１３の部分拡大図に示すように、偏光板３１１ａ、λ／２板３１１ｂ、及びλ／４板３１１ｃが粘着層を介してこの順序で貼り合わされ、λ／４板３１１ｃがガラス基板３１２ａに貼り合わされている。
【０１４２】
従って、反射型液晶表示素子３１０は、周囲光又は照明装置３００からの照明光のうち、偏光選択透過手段３１１を通過した円偏光を受け、反射電極３１４で反射して再び偏光選択透過手段３１１を通過する光の光量を画素毎に制御することで画像を表示する。反射電極３１４は図３に示すような散乱特性を有している。
【０１４３】
次に、反射シート３０３に形成された反射手段である部材３０６の凹凸形状について説明する。凹凸は、導光体３０２の出射面３０２ｂに略平行な伝搬部３０６ａと、出射面３０２ｂに対し傾斜した反射部３０６ｂとからなる。上述したように、反射シート３０３は導光体３０２の出射面３０２ｂに貼り合わされているため、光源３０１からの光は、導光体３０２の内部に入射面３０２ａを介して入射して凹凸３０６の反射部３０６ｂに到達し、低屈折率層３０７との界面で全反射されて照明装置３００の出射面３００ａから出射して反射型液晶表示素子３１０を照明する。
【０１４４】
反射型液晶表示素子３１０の反射電極３１４は、入射角３０°以内の照明光を効率よく正面方向に散乱反射する。従って、部材３０６の凹凸の反射部３０６ｂと導光体３０２の出射面３０２ｂとがなす角度βと、部材３０６の凹凸と低屈折率層３０７の界面での全反射角αとの間に、下記（１）式、
α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）
の関係が成り立つように凹凸の形状を設計して、反射型液晶表示素子３１０に対する照明光の入射角を３０°以内とすることが望ましい。
【０１４５】
本実施形態３では、部材３０６の凹凸は屈折率１．５８のポリカーボネートからなり、低屈折率層３０７の屈折率が１．３８であるので、その全反射角αは、下記（４）式、
α＝ｓｉｎ−１（１．３８／１．５８）＝６０．９°・・・（４）
で与えられる。
【０１４６】
従って、βをαにほぼ等しい６０°とした。
【０１４７】
この場合、導光体３０２の出射面３０２ｂ、又はこれにほぼ平行な照明装置３００の出射面３００ａに対する出射角、即ち反射型液晶表示素子３１０に対する入射角がほぼ０°の照明光を得ることができ、反射型液晶表示素子３１０を効率よく照明することができる。
【０１４８】
部材３０６の凹凸周期と、形成される筋の方向は、図５に従って反射型液晶表示素子３１０の仕様である３．８型ＱＶＧＡに適したものとした。具体的には、図１３に示すように、周期Ｐを３９０μｍで、反射型液晶表示素子３１０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。これにより、周期的に形成された多数の凹凸からなる反射手段と反射型液晶表示素子３１０の画素パターンとの干渉による第２の明暗縞の周期が短くなるので、観察者に認識されず、反射型液晶表示素子３１０の表示品位を損なうことが無い。
【０１４９】
さらに、反射手段である部材３０６の凹凸の周期３９０μｍのうち、伝搬部３０６ａの長さＰ１を平均３７０μｍ、反射部３０６ｂの長さＰ２を平均２０μｍとし、反射部３０６ｂの長さＰ２を、光源に近いほど短く、遠ざかるほど長く設定することで反射型液晶表示素子３１０を均一に照明できるよう設計した。このとき、伝搬部３０６ａに対する反射部３０６ｂの割合（Ｐ２／Ｐ１）は０．０５程度であるので、反射型液晶表示素子３１０の画像が２重像として観察されることが無く、良好な表示品位を得ることができた。
【０１５０】
反射シート３０３の基材であるＰＥＴフイルム３０４ａに形成された反射防止層３０４ｂは、照明装置３００の表面反射を低減し、透過率を向上させるため、反射型液晶表示素子３１０の表示を明るくコントラスト比のよいものとすることができる。同様の理由で、導光体３０２の対向面３０２ｃ、及び反射型液晶表示素子３１０の表面、即ち、偏光選択透過手段３１１の表面にも反射防止処理が施されていることが望ましい。
【０１５１】
本実施形態３では、導光体とタッチパネルとが兼用であるため、それぞれが別部材からなるの従来の構成に比べて界面が少なくなるために、表面反射が低減し、反射型液晶表示装置に入射する光の光量が増加するため、非常に明るくコントラスト比のよい表示を行うことができる。また、低価格で薄型、軽量の表示装置、及び携帯情報端末等の情報表示システムを実現できる。
【０１５２】
尚、本実施形態３では、光源に蛍光管を使用したが、他にもＥＬやＬＥＤ、ＬＥＤと棒状導光体の組み合せなどを用いても良い。
【０１５３】
導光体としては、タッチパネルに限らず、ガラスや、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂に代表される透明樹脂などを適宜用いることができる。
【０１５４】
反射シート３０３を構成する基材３０４、３０５、反射手段となる凹凸を有する部材３０６及び低屈折率層３０７も、種々の組み合わせが可能である。また、基材上に形成された反射手段を低屈折率層３０７を介して直接導光体３０２の出射面３０２ｂに配置しても良い。
【０１５５】
反射シート３０３の反射型液晶表示素子３１０に対向する面に、反射防止層３０４ｂを設ける他に、本実施形態３の反射型液晶表示素子３１０のように、偏光選択透過手段３１１が偏光板、λ／４を備えたものである場合には、偏光選択透過手段を貼り合わせても良い。
【０１５６】
反射手段である凹凸の周期と形成される筋の方向は上記に限ったものではなく、図４及び図５のように反射型液晶表示素子の画素パターンによって変化する。
【０１５７】
反射型液晶表示素子３１０は、偏光選択透過手段３１１を備え、円偏光を変調して画像を表示するものに限らず、さまざまな液晶分子のモードを利用した反射型液晶表示素子を適用することができる。
【０１５８】
照明装置３００及び反射型液晶表示素子３１０を構成する各手段の種類の選択は、いずれも、表示装置の性能、信頼性を考慮して決定される。
【０１５９】
（実施形態４）
図１４及び図１５に、本発明の実施形態４による照明装置と、それを備えた反射型液晶表示素子による表示装置の構成例を示す。
【０１６０】
この実施形態４は、図１４及び図１５に示すように、照明装置４００は、光源４０１ａ、４０１ｂと、反射手段４０３、透明平板４０６によって構成され、反射手段４０３と透明平板４０６とは対向して略平行に配置されて導光空間４０２を形成する。尚、透明平板４０６はタッチパネルである。反射型液晶表示素子４１０は、偏光選択透過手段４１１、一対のガラス基板４１２ａ、４１２ｂと、その間に挟持された液晶層４１３、及びその背面側に配置された反射電極４１４で構成される。
【０１６１】
具体的には、光源４０１ａ及び４０１ｂに蛍光管を使用し、両者は向かい合うように配置されている。
【０１６２】
反射手段４０３は、図１４の部分拡大図に示すように、基材であるＰＥＴフィルム４０５上に、屈折率が１．５８のポリカーボネートからなるプリズム４０４を多数配置して凹凸を形成し、ＰＥＴフィルム４０５の反対面が反射型液晶表示素子４１０に粘着層を介して貼り合わされている。
【０１６３】
反射手段４０３の上方にはタッチパネル４０６が配置され、両者に挟まれて形成された空間が導光空間４０２となる。
【０１６４】
反射型液晶表示素子４１０は、３．８型のＱＶＧＡである。
【０１６５】
反射型液晶表示素子４１０に備えられた偏光選択透過手段４１１は、図１４の部分拡大図に示すように、偏光板４１１ａ、λ／２板４１１ｂ、及びλ／４板４１１ｃが粘着層を介してこの順で貼り合わされており、λ／４板４１１ｃがガラス基板４１２ａに貼り合わされている。
【０１６６】
従って、反射型液晶表示素子４１０は、周囲光又は照明装置４００からの照明光のうち、偏光選択透過手段４１１を通過した円偏光を受け、画素毎の反射光の光量を制御することで画像を表示する。
【０１６７】
尚、反射電極４１４は、図３に示すような散乱特性を有している。
【０１６８】
次に、反射手段４０３の凹凸形状について説明する。凹凸は、基材であるＰＥＴフィルム４０５上に、プリズム４０４を多数配置することにより形成されており、各プリズム４０４は、透明平板４０６又はこれにほぼ平行な照明装置４００の照明光が出射する出射面４００ａに対して傾斜した第１の傾斜部４０４ａと第２の傾斜部４０４ｂを有する。
【０１６９】
光源４０１ａから導光空間４０２に入射した光は、導光空間４０２を伝搬してプリズム４０４に到達し、第１の傾斜部４０４ａと導光空間４０２の界面で屈折され、第２の傾斜部４０４ｂと導光空間４０２との界面で全反射されて反射型液晶表示素子４１０を照明する。同様に、光源４０１ｂから導光空間４０２に入射した光は、プリズム４０４に到達し、第２の傾斜部４０４ｂで屈折され、第１の傾斜部４０４ａで全反射されて反射型液晶表示素子４１０を照明する。
【０１７０】
反射型液晶表示素子４１０の反射電極４１４は、入射角３０°以内の照明光を効率よく正面方向に散乱反射する。従って、プリズム４０４の第１の傾斜部４０４ａ及び第２の傾斜部４０４ｂが照明装置の出射面４００ａとなす角度βは、プリズム４０４と導光空間４０２の界面での全反射角αとの間に、下記（１）式、
α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）
の関係が成り立つように設計して、照明光の入射角を３０°以内とすることが望ましい。
【０１７１】
本実施形態４では、プリズム４０４は、屈折率１．５８のポリカーボネートからなり、導光空間４０３の屈折率が１．０であるため、その全反射角αは、下記（５）式、
α＝ａｓｉｎ（１．０／１．５８）＝３９．２°・・・（５）
で与えられる。
【０１７２】
従って、βをαにほぼ等しい４０°とした。
【０１７３】
この場合、照明装置４００の出射面４００ａに対する出射角、即ち反射型液晶表示素子４１０に対する入射角がほぼ０°の照明光を得ることができ、反射型液晶表示素子４１０を効率よく照明することができる。
【０１７４】
反射手段４０３における凹凸周期と、形成される筋の方向は、図５に従って反射型液晶表示素子３１０の仕様である３．８型ＱＶＧＡに適したものとした。具体的には、図１５に示すように、周期Ｐを５００μｍで、反射型液晶表示素子３１０の画素パターンの水平方向と２０°の角度をなすように形成した。これにより、周期的に形成された多数の凹凸と反射型液晶表示素子４１０の画素パターンとの干渉による第２の明暗縞の周期が短くなるので、観察者に認識されず、反射型液晶表示素子４１０の表示品位を損なうことが無い。
【０１７５】
さらに、反射手段４０３の凹凸の周期５００μｍのうち、凹凸の形成されていない領域の長さＰ１’を平均４７５μｍ、凹凸が形成されている領域の長さＰ２’を平均２５μｍとし、凹凸が形成されている領域の長さＰ２’を、光源に近いほど短く、遠ざかるほど長く設定することで反射型液晶表示素子４１０を均一に照明できるよう設計した。このとき、凹凸の形成されていない領域の長さに対する凹凸が形成されている領域の長さの割合（Ｐ２’／Ｐ１’）は０．０５程度であるので、反射型液晶表示素子４１０の画像が２重像として観察されることが無く、良好な表示品位を得ることができた。
【０１７６】
本実施形態４では、反射手段４０３とタッチパネル４０６によって形成された導光空間４０２を利用しているため、導光体を利用する構成に比べて低価格で軽量の表示装置、及び携帯情報端末等の情報表示システムを実現できる。
【０１７７】
尚、本実施形態４では、光源に蛍光管を使用したが、他にもＥＬやＬＥＤ、ＬＥＤと棒状導光体の組み合せなどを用いても良い。
【０１７８】
反射手段４０３は基材上に凹凸形状を成形する方法以外にも、例えば、反射型液晶表示素子４１０の表面に直接多数の凹凸を形成して反射手段を構成しても良い。
【０１７９】
反射手段４０３の凹凸周期と形成される筋の方向は上記に限ったものではなく、図４及び図５のように反射型液晶表示素子の画素パターンによって変化する。
【０１８０】
反射型液晶表示素子４１０は、偏光選択透過手段４１１を備え、円偏光を変調して画像を表示するものに限らず、さまざまな液晶分子のモードを利用した反射型液晶表示素子を適用することができる。
【０１８１】
照明装置４００及び反射型液晶表示素子４１０を構成する各手段の種類の選択は、いずれも、表示装置の性能、信頼性を考慮して決定される。
【０１８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の照明装置によれば、反射手段における凹凸の傷つきや変質及び導光体の反りを低減でき、信頼性を向上させることができる。本発明の照明装置を備えた表示装置によれば、２重像や明暗縞の発生を抑制することができ、明るくコントラスト比のよい、高品位の表示を行うことができる。加えて、照明装置及び表示装置の薄型化、軽量化、低価格化を図ることができる。
【０１８３】
より詳しくは、導光体は出射面及び対向面が平面であるため、材質の選択肢を多くとることができ、例えばガラスを選択すれば、透明樹脂に比べ剛性が高いため、反射手段が配置されていない平面に反射防止フイルムなどを貼り合わせ、導光体の透過率を向上させた場合でも、温度変化などによって生じる反りを低減できて信頼性が増す。
【０１８４】
具体的には、凹凸形状を導光体と一体に成形する場合には、その材質にアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などに代表される透明樹脂等を用いて、導光体と反射手段を同時に成形することができる。
【０１８５】
凹凸形状を導光体とは別に成形する場合には、凹凸形状は導光体の出射面又は対向面にアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの他に、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等の透明樹脂を用いて成形することができ、材質の選択肢を多くとることができる。即ち、凹凸形状に硬度、対薬品性などの信頼性を有する材質を選ぶことができる。
【０１８６】
反射手段を、凹凸を有する部材と、凹凸上に屈折率の異なる、好ましくは屈折率の低い屈折率層が形成された構成とする場合には、凹凸の傷つき、変質などによる照明装置の性能の低下を防止することができる。
【０１８７】
反射手段を、反射シートを利用する構成とする場合には、出射面及び対向面に反射シートと反射防止フィルムを貼り合わせることで、導光体の透過率を向上させることができる他、双方がバランスを取って温度変化などで発生する導光体の反りをより低減することができる。
【０１８８】
反射手段を導光体の対向面に配置する場合には、低屈折率層の表面に防汚膜（撥水層）、ハードコート層などを形成することによって、照明装置の表面の信頼性を向上させることができ、反射防止層を形成することによって表面の反射率を低減させることができる。
【０１８９】
反射手段を導光体の出射面に配置する場合には、凹凸が導光体によって保護されるため、反射手段の信頼性を向上させることができる。
【０１９０】
反射手段と透明平板とで構成された導光空間を利用した照明装置では、表示装置のより一層の軽量化を図ることができる。
【０１９１】
反射型液晶表示素子と照明装置による表示装置に、入力装置としてタッチパネルを追加した構成とする場合には、導光体とタッチパネルとを兼用する構成とすることができる。この場合には、表示装置、携帯情報端末等の薄型化、軽量化及び低価格化を実現することができる。
【０１９２】
反射手段における凹凸形状が、導光体の出射面に略平行な伝搬部と傾斜した反射部とで構成されるプリズム状の形状であれば、凹凸よりも屈折率の低い空気層や屈折率層と界面を形成する場合に全反射が発生し、より効率よく照明光を出射することができる。
【０１９３】
反射手段における凹凸形状が、反射部の界面での屈折率差による全反射角度をαとしたとき、反射部が導光体の出射面又は透明平板に対してなす角度βが、上記（１）式の関係を満たすようにすると、効率よく反射型液晶表示素子を照明することができるので、明るく、コントラスト比のよい、高品位の表示を行うことができる表示装置が得られる。
【０１９４】
また、反射手段である凹凸の伝搬部の長さに対する反射部の長さの割合（Ｐ２／Ｐ１）、又は凹凸の形成されている領域と形成されていない領域の割合（Ｐ２’／Ｐ１’）が所定の関係を満たすようにすることで、反射型液晶表示素子の２重像や明暗縞の発生を抑制することができる。
【０１９５】
加えて、照明装置の出射面に反射型液晶表示素子の偏光選択手段を配置することによって、明暗縞が発生せず、明るく、コントラスト比のよい、高品位の表示を行うことができる表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１による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】本発明の実施形態１による照明装置と反射型液晶表示素子による表示装置を示す斜視図である。
【図３】反射型液晶表示素子に用いられる反射電極の散乱反射特性を示す図である。
【図４】第２の明暗縞が発生しない照明装置とデルタ配列の反射型液晶表示素子との関係を説明する図である。
【図５】第２の明暗縞が発生しない照明装置とストライプ配列の反射型液晶表示素子との関係を説明する図である。
【図６】本発明の照明装置における反射手段の最適な形状について説明する第１の図である。
【図７】本発明の照明装置における反射手段の最適な形状について説明する第２の図である。
【図８】本発明の照明装置による反射型液晶表示素子の表示における２重像を評価する手法について説明する図である。
【図９】本発明の照明装置と反射型液晶表示素子の表示における２重像の程度を、凹凸の反射部と伝搬部の割合（Ｐ２／Ｐ１）及び凹凸の形成されている領域と形成されていない領域の割合（Ｐ２’／Ｐ１’）の関係で示す図である。
【図１０】本発明の実施形態２による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１１】本発明の実施形態２による照明装置と反射型液晶表示素子による表示装置を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態３による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１３】本発明の実施形態３による照明装置と反射型液晶表示素子による表示装置を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態４による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１５】本発明の実施形態４による照明装置と反射型液晶表示素子による表示装置を示す斜視図である。
【図１６】反射型液晶表示素子の構成例を示す図である。
【図１７】反射型液晶表示素子の画素の配列パターンを示す図であって、（ａ）にデルタ配列の場合を、（ｂ）にストライプ配列の場合を示す。
【図１８】従来の照明装置であるフロントライトの構成例を示す図である。
【符号の説明】
３０、１０１、２０１、３０１、４０１ａ、４０１ｂ、９１１ 光源
３１、１０２、２０２、３０２、９１２ 導光体
３２、１１０、２１０、３１０、４１０、９２０ 反射型液晶表示素子
３３、１１１、２１１、３１１、４１１、９２１ 偏光選択透過手段
３４ａ、３４ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、２１２ａ、２１２ｂ、３１２ａ、３１２ｂ、４１２ａ、４１２ｂ、９２２ａ、９２２ｂ ガラス基板
３５、１１３、２１３、３１３、４１３、９２３ 液晶層
３６、１１４、２１４、３１４、４１４、９２４ 反射電極
３７ 観察者
１００、９１０ 照明装置（フロントライト）
１０２ａ、２０２ａ、３０２ａ、９１２ａ 入射面
１００ａ、１０２ｂ、２００ａ、２０２ｂ、３０２ｂ、９１２ｂ 出射面
１０２ｃ、２０２ｃ、３０２ｃ、９１２ｃ 対向面
１０３、２０３、９１３ 反射手段（凹凸）
１０３ａ、２０３ａ、３０６ａ、９１３ａ 伝搬部
１０３ｂ、２０３ｂ、３０６ｂ、９１３ｂ 反射部
１０４ 反射防止フィルム
１１１ａ、２１１ａ、３１１ａ、４１１ａ 偏光板
１１１ｂ、２１１ｂ、３１１ｂ、４１１ｂ λ／４板
１１１ｃ、２１１ｃ、３１１ｃ、４１１ｃ λ／２板
２００、３００、４００ 照明装置
２０４、３０７ 低屈折率層
２０５ 保護フィルム
２０５ａ 保護フィルムの基材
２０５ｂ ハードコート層、反射防止層、防汚層
３０３、４０３ 反射シート（反射手段）
３０４、３０５ 反射シートの基材
３０４ａ ＰＥＴフィルム
３０４ｂ 反射防止層
３０６ 凹凸を有する部材
４０２ 導光空間
４０４ プリズム
４０４ａ 第１の傾斜部
４０４ｂ 第２の傾斜部
４０５ 反射シートの基材
４０６ 透明平板（タッチパネル）
９１４ 光学補償板
９１５ 補償凹凸
Claims (1)
- 透明平板と、フィルム状の基材上に複数のプリズムが設けられた反射手段とが、両者の間に導光空間が形成されて該導光空間内に各プリズムが位置するように相互に対向配置されており、該導光空間の端面に光源が配置されて、該光源から該導光空間に入射し該導光空間を伝搬する光が、各プリズムによって反射されて該基材から照明光として出射されると共に、該透明平板および該基材の外部から照射される光を透過するようになった照明装置であって、
該反射手段の各プリズムは、該基材の表面に対してそれぞれ等しい傾斜角度βで傾斜した第１および第２の傾斜部をそれぞれ有しており、該傾斜角度βと、第１および第２の傾斜部での全反射角αとの間に、下記（１）式
α−３０°≦β≦α＋３０°・・・（１）
の関係を有する、照明装置。
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