JP3799749B2

JP3799749B2 - 照明装置および液晶表示装置および電子機器

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Publication number: JP3799749B2
Application number: JP16641497A
Authority: JP
Inventors: 啓志和田; 達昭舟本
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2017-06-23
Also published as: JPH1114986A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置、照明機能を有する液晶表示装置、および照明機能を有する液晶表示装置を搭載した電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、外部光による照明で使用する液晶表示装置は反射機能を有し図１６に示すように液晶表示パネル１０１の背面に反射板１０２を配置していた。また、照明装置を使用する液晶表示装置は図１７に示すように、被照明体である液晶表示パネル１０１の背面に面照明装置１０３をバックライトとして配置し、背面から照明を常時点灯していた。さらに外部が明るいときは外部光を使用し、外部が暗いときはバックライトを点灯して使用する液晶表示装置は図１８に示すように、液晶表示パネル１０１の背面に半透過反射板１０４および面照明装置１０３を配置していた。（例えば、特開昭５７−０４９２７１、特開昭５７−０５４９２６、特開昭５８−０９５７８０等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の照明機能だけを有する液晶表示装置は、光源を常時点灯させているため消費電力が大きく、たとえば携帯電話に搭載した場合長時間使用できないという課題を有していた。また従来の反射機能だけを有する液晶表示装置は、光源を点灯させる必要がないため、たとえば携帯電話に搭載した場合長時間使用できるが外部が暗い所では使用できないという課題を有していた。さらに従来の背面の照明装置と半透過反射板を用いることで外部が明るい場合と暗い場合の両方で使用できるようにした液晶表示装置は、外部光を用いた場合の表示が暗いという課題を有していた。
【０００４】
そこで本発明は従来のこの様な問題を解決するもので、液晶表示装置の反射機能を低下させることのない照明装置、照明機能を有する液晶表示装置、および照明機能を有する液晶表示装置を搭載した電子機器に関する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る照明装置は、被照明体の観察側に配置される導光板と、該導光板の端面に配置されてなる少なくとも１つの光源とを有する照明装置であって、前記光源が配置されてなる前記導光板の端面と対向する面に反射部材が配置されてなり、前記反射部材が配置されてなる前記導光板の端面に沿って、前記導光板の前記被照明体側の第１の面及び該第１の面とは反対側の第２の面に遮光部が配置されてなることを特徴とする。
本発明の実施の形態に係る照明装置は、被照明体の前面に配置される導光板と、該導光板の端面に配置されてなる少なくとも１つの光源とを有する照明装置であって、前記導光板の前記被照明体側の第１の面及び該第１の面とは反対側の第２の面に遮光部が配置されてなることが好ましい。
本発明に係る照明装置は、前記遮光部は、光を反射して前記導光板に入射させることを特徴とする。
【０００６】
このような構成とすることにより、導光板から出射する光が被照明体とは反対側の面に出射することがなくなる。前記遮光部が遮光部材によって形成される場合であれば光を吸収し、また反射部材によって形成された場合、導光板を伝わる光を反射することができ、被照明体側に照射する光の効率を上げることができる。
【０００７】
また、前記遮光部が、前記導光板の前記第１の面の周囲と前記第２の面の周囲に形成されて、更には第１の面に形成される前記遮光部の前記導光板の端部からの幅は、前記第２の面に形成される前記遮光部の前記導光板の端部からの幅に対して狭いことにより、被照明体側に効率よく光を出射させることができる。
【０００８】
また、前記導光板と前記導光板に形成される前記遮光部との間に、空気層が配置されていてもよい。
【０００９】
なお、前記光源が点状光源もしくは棒状光源であって、ＬＥＤのような光源は低消費電力であり、携帯型電子機器に用いると有効である。
【００１０】
光の出射を制御するために、前記導光板の第１の面に、前記光源からの光を出射するための凸部もしくは凹部が形成された構成、もしくは前記導光板の第２の面に、前記光拡散形状として凸形状もしくは凹形状を設けた構成、としてもよい。
【００１１】
本発明に係る液晶表示装置は、導光板と、該導光板の端面に配置されてなる光源と、を有する照明装置と、液晶パネルとを有し、前記液晶パネルの観察側に前記照明装置が配置されてなる液晶表示装置において、前記光源が配置されてなる前記導光板の端面と対向する面に反射部材が配置されてなり、前記反射部材が配置されてなる前記導光板の端面に沿って、前記導光板の前記液晶パネルが配置された側の第１の面と該第１の面とは反対側の第２の面に遮光部が形成されてなることを特徴とする。
本発明の実施の形態に係る液晶表示装置は、光源と導光板とを有する照明装置と、液晶パネルとを有し、前記液晶パネルの上に前記照明装置が配置されてなる液晶表示装置において、前記導光板の前記液晶パネルが配置された側の第１の面と該第１の面とは反対側の第２の面に遮光部が形成されてなり、前記遮光部と前記液晶パネルの表示領域とが重ならないように前記照明装置と前記液晶パネルとを配置することが好ましい。
本発明に係る液晶表示装置は、前記遮光部と前記液晶パネルの表示領域とが重ならないように、前記照明装置と前記液晶パネルとを配置したことを特徴とする。
本発明に係る液晶表示装置は、前記遮光部は、光を反射して前記導光板に入射させることを特徴とする。
【００１２】
このような構成とすることにより、液晶パネル側に効率よく光を照射させることができ、光源を点灯したとき明るい表示を得ることができる。
【００１３】
また、前記遮光部が前記導光板の前記第１の面の周囲と前記第２の面の周囲に形成されてなり、前記遮光部の位置に基づいて前記液晶パネルが配置される構成とすることにより、位置あわせが容易となる。さらに、前記第１の面に形成される前記遮光部の前記導光板の端部からの幅は、前記第２の面に形成される前記遮光部の前記導光板の端部からの幅に対して狭い構成とした。同様に、前記導光板の第２の面に形成された前記遮光部が前記液晶パネルの表示領域の外側に形成された構成とすることにより、表示見切り領域となり、液晶パネルの表示を鮮明に見ることができる。
【００１４】
さらに、このような液晶表示装置を電子機器に搭載することにより表示品質に優れた電子機器を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
（実施例１）
図１，図２は本発明の照明装置の第１の実施例の構成を示す図である。同図の照明装置は、導光板１と、導光板１の端面の２個のＬＥＤ（発光ダイオード）の点光源２と、点光源２と反対側の端面の反射部材４と、導光板１の下側の面に遮光部材９が形成され、この遮光部材９の形成位置よりも内側となるように導光板１の上側の面に遮光部材８を形成した。そして、このような照明装置を被照明体３の前面に配置した。
【００１７】
ここで用いる光源はＬＥＤを２つ用いたが、光源は１つでもよく、また蛍光管であってもよい。また、遮光部として遮光部材８，９に光吸収部材を用いたが、導光板の上面に光が抜けないようにするものであればどのような材料でも用いることができる。さらに、遮光部材の変わりにアルミニウムのような光反射部材を用いることも可能である。例えば、反射部材４と同じ材料により導光板の上面及び下面に光反射部材を形成することも可能である。
【００１８】
導光板１は厚さ１ｍｍで屈折率１．４９の透明なアクリル樹脂の平板を用いた。被照明体３に対向する面とは反対側の面に、図３に示すような底面の直径５０μｍ、高さ１１．６μｍ、頂角が約１３０度の円錐形の凸形状の突起５ａを光拡散形状の突起５として形成し、図２のように１５０μｍ間隔で隣り合うよう配置した。このとき導光板の照明部の面積に対する凸形状の突起部の面積比は約１０％であった。なお、導光板１の屈折利率が１．４９なので導光板内部の臨界角は約４２度になる。
【００１９】
導光板１の端面７から導光板１に入射した光束は、導光板１の面に対して入射角が概ね４２度以上のときに光線６ａや光線６ｂに示すように、導光板１の中で全反射を繰り返す。その後凸形状の突起５の各面で反射した光線が導光板１の被照明体３側の面に対して入射角が概ね４２度以下となったとき導光板１から出射し被照明体３を照明することができる。
【００２０】
反射部材４にはアルミを蒸着したフィルム用い粘着材を介して導光板１の端面に貼着した。反射部材４は導光板１内を導光して端面まで達した光線を再び導光板１内に戻すので照明効率を良くすることができる。この時、導光板１の端面部分や反射部材４からもれだした散乱光を導光板１の上側と下側に配置した遮光部材８，９が遮るので、照明光のむらや観察者側への不要な光もれは発生しない。また観察者側からみた時に下側の遮光部材９が上側の遮光部材８に隠れるので遮光部材９の表面での散乱光が見えず，見栄えが良くなった。
【００２１】
反射部材としてアルミ以外を蒸着したフィルムやアルミ等の薄板を両面テープや粘着材を介して貼着したり、アルミ等の薄膜を蒸着したものを用いてもよい。
【００２２】
また、導光板１を形成する透明材料はアクリル樹脂以外、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料またはそれらの複合体を用いてもよい。凸形状の突起５の形成方法としては射出成形、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、エッチング、透明樹脂またはガラス平板上にフィルムまたは樹脂層を接合する等の方法がある。
【００２３】
以上の構成により、本照明装置は被照明体３の前面に配置して、外光が充分にある明るいときには照明を消して被照明体３を観察し、外光が充分でない暗いときには照明を点灯して被照明体を照明できる良好な照明装置を実現できる。
【００２４】
しかし図３のような導光板１の面と凸形状の突起５ａの接する交線部や円錐の頂点部は微小な曲面を持つため、観察者側にいくらかの反射光が漏れ、観察者にとっては輝点として観察される。従って凸形状の突起５の大きさは肉視で気にならない程度の大きさであるために３００μｍ以下が望ましい。また、可視光の回析による影響が発生しないために５μｍ以上は必要である。さらには製造上の利便性等から大きさはおよそ１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。
【００２５】
また、導光板の照明部の面積に対する凸形状の突起部の面積比は大きくするほど照明の効率は上がるが、導光板に対して垂直方向の平行光線透過率が低下するので視認性は悪くなり５０％以上では実用的でない。またあまり小さいと照明効率が低下するので５％以上は必要である。従って導光板の照明部の面積に対する凸形状の突起部の面積比は５％〜５０％が望ましい。
【００２６】
さらに突起部は図３に示すような円錐形以外にも図４のような半球形の凸形状でもよい。また図５のような円錐形の凹形状や図６のような半球形の凹形状でもよい。さらに、導光板の被照明体に対向する面に図７のような円柱形の凸形状や図８のような円柱形の凹形状を形成したものでもよい。
【００２７】
（実施例２）
実施例１の照明装置において、遮光部を遮光部材により形成したが、本実施例では遮光部８，９を光吸収部材でなく反射部材としアルミの薄膜を用いた。そして、導光板１との間に空気層を設け密着しない構造とした。すると導光板１の端面部分や反射部材４からもれた散乱光を遮光部材８，９が反射して再び導光板１内に戻すので実施例１より照明効率が良くなった。また観察者側からみた時に下側の遮光部材９が上側の遮光部材８に隠れるので、下側の遮光部材９での反射光を直接観察者が見えることによる見栄えの低下はない。
【００２８】
また、図９のように導光板１の端面の反射部材と上側と下側の遮光部材を一体にし反射部材１０とした。反射部材を一体とすることで反射部材間からの光りもれを解消することができた。さらにこの反射部材１０と導光板１の間で密着している面積を少なくし、空気層の存在する面積を多くすることでより照明効率を高めることができる。
【００２９】
（実施例３）
図１０，図１１は本発明の照明装置の第３の実施例の構成を示す図である。同図の照明装置は、実施例１で用いた照明装置を応用したものであり、光源の上面及び下面にも遮光部を設けたものである。図１０に示されているように、光源の上に遮光部材１１を配置し、導光板にも重なるように配置されている。また、光源の下にも遮光部材１２が形成されている。同じように導光板に重なるように遮光部材が形成されている。形成されている位置は、遮光部材８や９と同じように、遮光部材１１が遮光部材１２に対し覆い被さるように形成されている。すなわち、遮光部材１２よりも内側となるように遮光部材１１を配置した。このとき遮光部材１１，１２には光吸収部材を用いた。
【００３０】
このような構成とすることにより、照明装置で照らした被照明体を正面で見た時に光源は直接見えず、下側遮光部材１２での散乱光も直接見えない良好な照明装置となる。また下側遮光部材１２で点光源２から下側へ出射した光が遮られるので、被照明体に照明の明るさのむらは生じない。
【００３１】
また、上側の遮光部材１１と下側の遮光部材１２の一方あるいは両方を反射部材にしたところ、それまで導光板１に入射していなかった光を導光板１に入射させられるので照明効率が良くなった。さらに、導光板の上面及び下面に遮光部として光反射部材を配置する場合は、反射部材４と一体形成することも可能である。
【００３２】
さらに、少なくとも１つ配置されたＬＥＤの点光源の代わりに、棒状の光源として冷陰極管を配置したところ、ＬＥＤのとき生じていた光源近傍での照明の明るさの不均一が解消された。
【００３３】
（実施例４）
図１２，図１３は本発明の照明装置の第４の実施例の構成を示す図である。図１２は図１３のＡ−Ａ’での断面図である。実施例３の照明装置において、導光板１の端面のうち光源の配置されている面を除いた面に反射部材４を配置し、導光板１のすべての端面の上側と下側に反射部材を遮光部材として配置し、上側の反射部材１３を下側の反射部材１４より内側になるよう配置した。
【００３４】
このとき照明装置で照らした被照明体を正面で見た時に光源は直接見えず、下側反射部材１２での反射光や散乱光も直接見えない良好な照明装置となる。また下側反射部材１２で光源から下側へ出射した光が遮られるので、被照明体に明るさのむらは生じない。さらに導光板１の端面部分からもれていた散乱光を上下反射部材が導光板１に入射させるので照明効率が良くなる。
【００３５】
（実施例５）
図１４に、被照明体を液晶パネルとし、液晶パネルの前面に前述に記載した実施例で用いた照明装置を配置した液晶表示装置の構成を示す。ここでは一実施例として示された実施例３のような構成を例にとって説明する。
【００３６】
液晶パネルは液晶層２１を挟む上下基板２２、２３によって形成されている。そして、その外側には偏光板が配置されている。液晶パネルの構成は、単純マトリックス型の液晶パネル、ＴＦＴやＭＩＭなどのアクティブ素子を用いた液晶パネル、また、液晶材料についても高分子が液晶中に分散した高分子液晶材料を使った液晶パネル、を用いることが可能である。なお、高分子分散型の液晶パネルの場合、偏光板を用いる必要はない。さらに、単純マトリックス型の液晶パネルの場合、特にＳＴＮ型液晶を用いる場合、必要に応じて少なくとも１枚の位相差板を配置する。反射型の液晶パネルであるため、偏光板を１枚のみ使うタイプの液晶パネルを用いることによって、より明るい表示を得られる。
【００３７】
このような液晶パネルにおいて、領域３０が表示領域を示すものである。表示領域は、液晶パネルに形成される電極よって点灯画素として表される領域をいう。
【００３８】
このとき、導光板１の上側の面に形成された遮光部の端面の位置と、表示領域とがほぼ重なるように導光板と液晶パネルとを配置する。従って、角度θはほぼ９０度ということになる。
【００３９】
しかしながら、液晶パネルの表示と遮光部とがオーバーラップすることを避けるために、遮光部の端部と表示領域とを少なくとも１ドット分（表示画素の１画素分）ずらして配置する。更には、液晶パネルを傾けて見る場合も考慮すると、θの角度（すなわち仰角）をほぼ６０度以下に設定することが望ましい。
【００４０】
傾けたときの傾き角は正面から３０度以内が大部分であるため、傾けた状態で上側の遮光部材８、１１が液晶表示装置の表示領域３０を覆い隠さないようにする必要がある。したがって遮光部材８、１１を表示領域３０に対して仰角θが６０度以下となるように配置することが望ましい。
【００４１】
このような構成とすることにより、導光板が透明板なので外部光が充分ある時は光源２を消灯しても従来と同様に外部光を使用することができ、ほとんど表示品質に影響を与えない。また、外部光が充分ない時は光源２を点灯して導光板からの照明光を使用することができる。この時の液晶表示装置の表示の明るさは光源の輝度に左右されるが外部光を使用した時と同じコントラストが得られる。しかも、液晶表示装置の前面からの照明にもかかわらず、正面で見たときに液晶表示装置の表面での反射光による表示品質の低下が生じないきわめて良好な表示が得られた。
【００４２】
前述のように本発明の照明装置を液晶パネルに用いることにで、外部光が充分ある時でも表示が暗く視認性が悪く、外部光が充分ない時にバックライトを点灯すると透過型になるのでコントラストが低下するといった従来の半透過反射板とバックライトを用いた液晶表示装置の欠点を解消し、表示品質に優れた液晶表示装置を得ることができる。
【００４３】
なお、本実施例においては照明装置を前述のような実施例を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、前述に記載した実施例のような照明装置の構成を用いることができる。
【００４４】
遮光部として、光反射部材を用いたときは、反射部材４と同一材料で、また同一の構成で形成してもよい。
【００４５】
また、遮光部として、光吸収材料を用いる場合、液晶パネルの外枠をそのまま設けることも可能である。従って、後述するような電子機器に本実施例のような液晶表示装置を配置した場合、電子機器の外枠（すなわち筐体）を用いて遮光部とする。そして、電子機器の外枠が遮光部８もしくは１１のような形で配置されることにより、余分な光を観察者側に出すことがなく、また表示品質に優れた電子機器を得ることができる。
【００４６】
（実施例６）
図１５に本発明の液晶表示装置を携帯電話に用いた例を示す。携帯電話４０の表示部５０として実施例５で用いた液晶表示装置を用いた。外部光を利用した時には従来の半透過反射板を用いた液晶表示装置による表示部よりも明るい表示が得られた。
【００４７】
また、照明装置を点灯した時でも外部光を利用した時と同様のコントラストが得られることから外部光が充分ない暗い環境でも支障なく使用できる携帯電話となった。本発明の液晶表示装置を携帯電話だけでなく電子手帳のような携帯型電子機器や計測機器等の電子機器に用いても、外部光を利用した時に明るい表示が得られ、照明装置を点灯した時でも外部光を利用した時と同様のコントラストが得られる電子機器になる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によると、以上説明したように、外光を利用する掲示物、表示体等に適した薄型面照明を提供することができる。また照明装置を点灯した時でも外部光を利用した時と同様のコントラストが得られる低消費電力でコントラストの高い液晶表示装置を提供することができる。さらに携帯型電子機器のような省電力を要求される用途において、明るいところでは照明を消して使用でき、暗い環境では照明点灯時でもコントラストを低下させることなく使用できる低消費電力でコントラストの高い表示部を持つ電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す断面図。
【図２】本発明の実施例を示す平面図。
【図３】本発明の実施例における凸形状の突起の説明図。
【図４】本発明の実施例における凸形状の突起の説明図。
【図５】本発明の実施例における凹形状の説明図。
【図６】本発明の実施例における凹形状の説明図。
【図７】本発明の実施例における凸形状の突起の説明図。
【図８】本発明の実施例における凹形状の説明図。
【図９】本発明の実施例を示す断面図。
【図１０】本発明の実施例を示す断面図。
【図１１】本発明の実施例を示す平面図。
【図１２】本発明の実施例を示す断面図。
【図１３】本発明の実施例を示す平面図。
【図１４】本発明の実施例を示す断面図。
【図１５】本発明の実施例を示す図。
【図１６】従来の技術を示す断面図。
【図１７】従来の技術を示す断面図。
【図１８】従来の技術を示す断面図。
【符号の説明】
１．導光板
２．点光源
３．被照明体
４．反射部材
５．凸形状の突起
８．１１．１３上側遮光部材
９．１２．１４下側遮光部材

Claims

被照明体の観察側に配置される導光板と、該導光板の端面に配置されてなる少なくとも１つの光源とを有する照明装置であって、
前記光源が配置されてなる前記導光板の端面と対向する面に反射部材が配置されてなり、
前記反射部材が配置されてなる前記導光板の端面に沿って、前記導光板の前記被照明体側の第１の面及び該第１の面とは反対側の第２の面に遮光部が配置されてなることを特徴とする照明装置。
前記遮光部が、前記導光板の前記第１の面の周囲と前記第２の面の周囲に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記第１の面に形成される前記遮光部の前記導光板の端部からの幅は、前記第２の面に形成される前記遮光部の前記導光板の端部からの幅に対して狭いことを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
前記導光板と前記導光板に形成される前記遮光部との間に、空気層が配置されてなる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照明装置。
前記光源が点状光源もしくは棒状光源であ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照明装置。
前記導光板の第１の面に、前記光源からの光を出射するための凸部もしくは凹部が形成されてなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明装置。
前記導光板の第２の面に、光拡散形状として凸形状もしくは凹形状を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。
前記遮光部は、光を反射して前記導光板に入射させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明装置。
導光板と、該導光板の端面に配置されてなる光源と、を有する照明装置と、液晶パネルとを有し、前記液晶パネルの観察側に前記照明装置が配置されてなる液晶表示装置において、
前記光源が配置されてなる前記導光板の端面と対向する面に反射部材が配置されてなり、
前記反射部材が配置されてなる前記導光板の端面に沿って、前記導光板の前記液晶パネルが配置された側の第１の面と該第１の面とは反対側の第２の面に遮光部が形成されてなることを特徴とする液晶表示装置。
前記遮光部が前記導光板の前記第１の面の周囲と前記第２の面の周囲に形成されてなり、前記遮光部の位置に基づいて前記液晶パネルが配置されてなることを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置。
前記第１の面に形成される前記遮光部の前記導光板の端部からの幅は、前記第２の面に形成される前記遮光部の前記導光板の端部からの幅に対して狭いことを特徴とする請求項９又は１０記載の液晶表示装置。
前記導光板の第２の面に形成された前記遮光部が前記液晶パネルの表示領域の外側に形成されてなることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
前記遮光部と前記液晶パネルの表示領域とが重ならないように、前記照明装置と前記液晶パネルとを配置したことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
前記遮光部は、光を反射して前記導光板に入射させることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の液晶表示装置を有することを特徴とする電子機器。