JP4013421B2 - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学装置およびそれを用いた電子機器に関するものである。さらに詳しくは、いわゆるフロントライト方式の電気光学装置およびそれを用いた電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、携帯電話などの携帯機器の表示装置としては消費電力の小さい反射型の液晶パネル（電気光学パネル）が用いられているが、夜間などの暗所では表示が見えないという問題点がある。一方、透過型の液晶パネルは、バックライトを備えていることから暗所でも表示を見ることができるが、バックライトの消費電力が多いとともに、明るい昼間に建物の外部で使用する場合には却って表示が見にくくなるという問題点がある。
【０００３】
そこで、図１および図２に示すように、反射型の液晶パネル２に対して面光源装置５を配置した、いわゆるフロントライト方式の液晶表示装置１が案出されている。この液晶表示装置１では、点状光源７からの光を第２の導光板５００を経由して板状の透明な第１の導光体６内に導入し、この第１の導光体６から液晶パネル２に向けて光を照射することによって暗所でも表示を見ることができるようにしたものである。このような面光源装置５を備えた液晶表示装置１では、昼間は第１の導光体６を通して表示を視認できるため、通常の反射型の液晶表示装置として用いることができ、暗所では点状光源７を点灯することによって液晶パネル２を照明し、表示を視認可能とすることができる。
【０００４】
このような液晶表示装置１に用いられる液晶パネル２は、多数の画素１１がマトリクス状に形成されており、各画素１１毎に液晶３９の配向状態を制御することにより入射した光を変調させる。
【０００５】
従って、ノーマリブラックモードの場合、液晶パネル２から反射してくる光のうち、液晶に非選択電圧が印加されている画素１１から届いた光は偏光板４から出射されないので、このような画素１１は暗い状態にある一方、液晶に選択電圧が印加されている画素１１から届いた光は偏光板４から出射されるので、このような画素１１は明るい状態となる。それ故、画素１１毎に電場を印加するか否かを制御して液晶の配向状態を画素１１毎に制御すれば、所定の表示を行なうことができる。
【０００６】
このような液晶表示装置１に用いられる面光源装置５は、従来、図１０に示すように、電気光学パネル２の前面側に対向配置された板状の第１の導光体６と、この第１の導光体６の入射側の側端面６１に沿って延びた第２の導光体５００と、この第２導光体５００の端部５０６、５０７から光を入射させる発光ダイオード７１、７２などの点状光源７とから構成されている。ここで、第１の導光体６は、たとえばストライプ状に凹凸などが規則的に形成されたものである。
【０００７】
このような面光源装置５において、発光ダイオード７１、７２から出射された光は、第２の導光体５００内で反射を繰り返しながら第２の導光体５００内を進行し、第２の導光体５００において第１の導光体６に向いている端面５０１に形成されている凹凸５０２から、矢印ＬＦで示すように、第１の導光体６に出射される。また、第１の導光体６においては、その前面側には凹凸６０が規則的に形成されているので、第１の導光体６に入射した光は、この第１の導光体６内で反射を繰り返しながら、矢印ＬＡで示すように、液晶パネル２の側に出射される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のフロントライト方式の液晶表示装置１に用いた面光源装置５では、発光ダイオード７１、７２から出射された光が、矢印ＬＥで示すように、第２の導光体５００で反射を繰り返すことなく、あるいは１、２回の反射を行なっただけで、第２の導光体５００の両端部から第１の導光体６に強い光として入射してしまうため、図１１に示すように、第１の導光体６を斜めからみたとき、第１の導光体６の角から斜めに延びる輝部６００が線状に見えてしまうという問題点がある。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、点状光源と導光体とを用いた面光源装置を備える電気光学装置およびこの電気光学装置を用いた電子機器において、線状の異常な輝部の発生を防止することのできる構成を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の電気光学装置は、反射型の電気光学パネルと、電気光学パネルの表示面上に配置された面光源装置とを有する電気光学装置であって、面光源装置は、表示面上に配置される第１の導光板と、第１の導光体の一端面側に沿って配置された第２の導光体と、第２の導光体の長手方向における端部から光を入射させる点状光源と、を備え、第２の導光体における第１の導光体に向い合う光出射面の端部には、点状光源からの光が第１の導光体に直接入射することを防止するための反射部または光吸収部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、点状光源からの光が第１の導光体に直接入射することを防止するための反射部または光吸収部が第２の導光体に設けられていることにより、第１の導光板における線状の異常な輝部の発生を防止することができる。
【００１２】
本発明に係る電気光学装置によれば、第２の導光体は、棒状をなし、第２の導光体の長手方向における両端部には、それぞれ点状光源が配置され、第２の導光体の光出射面には、凹凸形状が形成され、反射部または光吸収部は、凹凸形状の上層に形成されていることが好ましい。
また、反射部は、アルミニウム、または金属からなる薄膜であることが好ましい。
【００１３】
本発明において、前記入射領域制限手段は、たとえば、前記第２の導光体において前記第１の導光体に対向する面の前記光源近傍に形成されている。
【００１４】
本発明において、前記入射領域制限手段は、たとえば、光反射部である。また、前記入射領域制限手段は、光吸収部であってもよい。また、前記入射領域制限手段は、光散乱部であってもよい。
【００１５】
このような電気光学装置は、たとえば携帯用の電子機器などにおいて表示部を構成するのに用いることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明を適用した電気光学装置としての液晶表示装置は、基本的な構成が従来の液晶表示装置と同様であるので、共通する部分には同一の符号を付して説明する。
【００１７】
（全体構成）
図１および図２を参照して、本発明を適用したフロントライト方式の液晶表示装置を説明する。
【００１８】
図１および図２はそれぞれ、本形態の液晶表示装置の光学系を分解した状態における斜視図および断面図である。図３は、液晶表示装置に用いた液晶パネルを対向基板の側からみた平面図である。図４は、液晶パネルの構成を模式的に示すブロック図である。なお、図２に示す液晶パネルの断面は、図３のＨ−Ｈ′線における断面に相当する。
【００１９】
図１および図２において、フロントライト方式の液晶表示装置１は、アルミニウム膜などといった反射層２００を備える反射型の液晶パネル２、位相差板３、偏光板４、面光源装置５がこの順に配置されている。この面光源装置５は、詳しくは後述するが、外部が明るい場合には外光を透過させて液晶パネル２の内部に光を導き、液晶パネル２の反射層２００にて反射した光によって液晶パネル２に形成された表示内容を視認できるようになっている。一方、面光源装置５は、外部が暗い場合には点状光源７を点灯することによって、第１の導光体６の下面から液晶パネル２に向けて照明光ＬＡを照射することができるので、この照射光ＬＡによって液晶パネル２に形成された表示内容を夜間でも視認することができるようになっている。
【００２０】
この液晶表示装置１に用いた液晶パネル２は、図２および図３に示すように、画素電極８がマトリクス状に形成されたアクティブマトリクス基板３０と、対向電極２２および遮光膜２５が形成された対向基板２０と、これらの基板２０、３０間に封入、挟持されている液晶３９とから概略構成されている。アクティブマトリクス基板３０と対向基板２０とは、対向基板２０の外周縁に沿って形成されたギャップ材含有のシール材５２によって所定の間隙を介して貼り合わされている。アクティブマトリクス基板３０と対向基板２０との間には、ギャップ材含有のシール材５２によって液晶封入領域３８が区画形成され、この内側に液晶３９が封入されている。シール材５２としては、エポキシ樹脂や各種の紫外線硬化樹脂などを用いることができる。ギャップ材としては、約２μｍ〜約１０μｍの無機あるいは有機質のファイバ若しくは球を用いることができる。アクティブマトリクス基板３０および対向基板２０の表面にはポリイミド樹脂などからなる配向膜４６、４７が形成されている。
【００２１】
対向基板２０はアクティブマトリクス基板３０よりも小さく、アクティブマトリクス基板３０の周辺部分は、対向基板２０の外周縁よりはみ出た状態に貼り合わされる。従って、アクティブマトリクス基板３０の駆動回路（走査線駆動回路７０やデータ線駆動回路６０）や入出力端子４５は対向基板２０から露出した状態にある。
【００２２】
シール材５２は部分的に途切れて液晶注入口２４１が構成されている。従って、対向基板２０とアクティブマトリクス基板３０とを貼り合わせた後、液晶注入口２４１から液晶３９を封入し、しかる後に、液晶注入口２４１を封止剤２４２で塞ぐ。なお、対向基板２０には、シール材５２の内側において横長の長方形に画像表示領域１７を見切りするための表示見切り用の遮光膜５５も形成されている。
【００２３】
このように構成した液晶パネル２において、画像表示領域１７を構成するマトリクス状に形成された複数の画素１１は、図４に示すように、画素電極８、およびこの画素電極８を制御するためのＴＦＴ１０とから構成され、画像信号が供給されるデータ線９０がＴＦＴ１０のソースに電気的接続されている。このデータ線９０には、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが順次供給される。また、走査線９１を介してＴＦＴ１０のゲート電極にはパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極８は、ＴＦＴ１０のドレインに電気的接続されており、ＴＦＴ１０を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線９０から供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。画素電極８を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、対向基板２０に形成された対向電極２２との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極８と対向電極２２との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量４０が付加されている。
【００２４】
このように構成した液晶表示装置１において、データ線９０から供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎによって、各画素１１毎に液晶３９の配向状態を制御すると、面光源装置５から出射された照射光ＬＡは、偏光板４および位相差板３によって所定の偏光状態に揃えられた後、液晶パネル２に入射し、各画素毎に光変調を受ける。従って、ノーマリブラックモードの場合、液晶パネル２の光反射層２００で反射してくる光のうち、液晶に非選択電圧が印加されている画素１１から届いた光は偏光板４から出射されないので、このような画素１１は暗い状態にある一方、液晶に選択電圧が印加されている画素１１から届いた光は偏光板４から出射されるので、このような画素１１は明るい状態となる。それ故、画素１１毎に電場を印加するか否かを制御して液晶３９の配向状態を画素１１毎に制御すれば、所定の表示を行なうことができる。
【００２５】
（面光源装置５の構成）
図５は、本形態の液晶表示装置１に用いた面光源装置５の概略構造を示す分解斜視図である。図６は、本形態の液晶表示装置１に用いた面光源装置５の概略構造を示す断面図である。図７は、本形態の液晶表示装置１に用いた面光源装置５の一部を横方向に切断した部分断面図である。
【００２６】
本形態の液晶表示装置１に用いられている面光源装置５は、図１、図２、図５に示すように、偏光板４の前面側（液晶パネル２の前面側）に配置された第１の導光体６と、この第１の導光体６の入射側の側端面６１に沿って延びた棒状の第２の導光体５００と、この第２導光体５００の端部５０６、５０７から光を入射させる発光ダイオード７１、７２などの点状光源７とから構成されている。第１の導光体６は、射出成形などにより形成されたアクリル樹脂成形品やポリカーボネート樹脂成形品であり、透光性を備えている。また、第２の導光体５００も、射出成形などにより形成されたアクリル樹脂成形品やポリカーボネート樹脂成形品であり、透光性を備えている。
【００２７】
この面光源装置５において、発光ダイオード７１、７２から出射された光は、第２の導光体５００内で反射を繰り返しながら第２の導光体５００内を進行し、第２の導光体５００において第１の導光体６に向いている端面５０１に形成されている凹凸５０２（図７を参照）から、矢印ＬＦで示すように、第１の導光体６に出射される。
【００２８】
ここで、第１の導光体６は、図５、図６および図７を参照して説明するように、ストライプ状の凹凸が規則的に形成されたものである。すなわち、第１の導光体６の表面上には、緩斜面６５及び急斜面６６からなるストライプ状の凸状部が多数並列形成されている。但し、図６においては、凸状部の本数を３本に限定し、凸状部の形状がわかりやすいように凸状部の形状を拡大して模式的に描いてある。
【００２９】
この第１の導光体６において、その板面に沿って伝播する光は、第１の導光体６の裏面や緩斜面６５に当たっても第１の導光体６の高い光屈折率によって全反射して外部へは漏れず、伝播方向の変化も少なく第１の導光体６内を再び板面に沿って伝播するが、急斜面６６に当たる光のうち、急斜面６６への入射角が臨界角よりも小さい場合には、第１の導光体６の表面側への漏洩光ＬＢとして放出され、急斜面６６への入射角が、臨界角よりも大きい場合は全反射される。この反射光が第１の導光体６の裏面に達した時、裏面への入射角が臨界角よりも大きい場合には全反射され、再び第１の導光体６内を伝播する。
【００３０】
一方、裏面への入射角が臨界角よりも小さい場合には反射されず、第１の導光体６の裏面から下方へと照明光ＬＡとして放出される。この場合、急斜面６６を急傾斜にするほど照明光ＬＡの平均の出射方向は、第１の導光体６の板面の法線方向に近づくので照明効率が良くなるが、同時に急斜面６６への入射角が臨界角より小さくなる光の割合が大きくなるので、全反射されずに急斜面６６から放出される漏洩光ＬＢが増加する。この漏洩光ＬＢが多いほど視認性が悪くなるので、急斜面６６は適宜の傾斜角度、たとえば３０°〜５０°程度に設定される。
【００３１】
（輝線対策）
このように構成した液晶表示装置１において、本形態では、図７に示すように、第２の導光体５００の両端部では、第１の導光板６に対向する端面５０１に対して、点状光源７（発光ダイオード７１、７２）近傍から第１の導光体６への光の入射を妨げる入射領域制限層５１０が形成されている。本形態では、この入射領域制限層５１０として、発光ダイオード７１、７２から出射された光のうち、第２の導光体５００で反射を行なっていない光、あるいは１、２回の反射しか行なっていない光が当たる領域にアルミニウムなどの金属膜からなる光反射層が形成されている。
【００３２】
ここで、第２の導光体５００は、面光源装置５の小型化を目的に、第１の導光体６の幅寸法と略同一の長さ寸法を備えている。このため、第２の導光体５００から第１の導光体６への光の入射部分は、入射領域制限層５１０によって第１の導光体６の幅方向における両端から内側に位置する範囲（矢印ＬＬで示す範囲）に限定されている。
【００３３】
すなわち、第２の導光体５００において、発光ダイオード７１、７２から出射された光のうち、第２の導光体５００で反射を一度も行なっていない光、あるいは１、２回の反射しか行なっていない光は、入射領域制限層５１０によって第２の導光体５００内に反射され、第１の導光体６に出射されない。従って、第２の導光体５００から第１の導光体６に出射されるのは、第２の導光体５００内で何回も反射を繰り返した後の光である。それ故、本形態の液晶表示装置１に用いた面光源装置５では、従来技術において図１０を参照して説明したような強い光（矢印ＬＥで示すような光）は、第１の導光板６に入射しない。
【００３４】
（本形態の効果）
このように、本形態のフロントライト方式の液晶表示装置１では、第２の導光体５００の両端部には、点状光源７近傍から第１の導光体６への強い光の入射を妨げる入射領域制限層５１０が形成されているため、第２の導光体５００の点状光源７近傍において、第２の導光体５００で反射を一度も繰り返していない強い光、あるいは１、２回の反射を行なっただけの強い光が第１の導光体６の特定部分に入射するということがない。従って、液晶パネル２の各画素１１が規則的に配列し、かつ、第１の導光体６において凹凸が規則的に形成されている場合でも、図８に示すように、観察者が液晶表示装置１を見るような方向、すなわち、第１の導光体６を斜め方向からみたときでも、第１の導光板６に輝部が線状に見えるということがないので、品位の高い表示を行なうことができる。
【００３５】
［その他の実施の形態］
なお、上記形態では、第２の導光体５００の両端部（点状光源７の近傍）から第１の導光体６に強い光が入射するのを防止する入射領域制限層５１０として光反射膜（光反射部）を形成したが、反射膜に代えて、光吸収性を有する層（光吸収部）を第２の導光体５００の両端部（点状光源７の近傍）に入射領域制限層５１０として形成してもよい。また、反射膜に代えて、光散乱性を有する層（光散乱部）を第２の導光体５００の両端部（点状光源７の近傍）に入射領域制限層５１０として形成してもよい。
【００３６】
また、入射領域制限層５１０として用いた部材を第２の導光体５００の両端部（点状光源７の近傍）ではなく、第１の導光体６の入射側の側端面６１に形成してもよい。さらに、入射領域制限層５１０として用いた部材を、第２の導光体５００と第１の導光体６の入射側の側端面６１の間で粘着層を介して貼着してもよい。
【００３７】
また、上記形態では、液晶パネル２として、画素スイッチング素子としてＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型の液晶パネルを用いたが、画素スイッチング素子として薄膜ダイオード素子を用いたアクティブマトリクス型の液晶パネル、あるいは一対の基板のそれぞれにストライプ状の電極パターンを交差する方向に形成して、これらの電極パターンの交差部分によって画素がマトリクス状に形成されたパッシブマトリクス型の液晶パネルを用いた液晶表示装置でも同様の効果が得られる。
【００３８】
さらにまた、電気光学物質として液晶３９を用いた装置に限らず、印加した電場によって電気光学物質の配向状態などが変化して光変調作用を発揮するフロントライト方式の電気光学装置であれば、その他の電気光学装置に本発明を適用してもよい。
【００３９】
［電子機器の具体例］
本発明を適用した液晶表示装置１は、以下に説明する各種の電子機器の表示部として利用できる。
【００４０】
図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用した液晶表示装置１を用いた各電子機器の外観図である。
【００４１】
まず、図９（Ａ）は携帯電話の外観図である。この図において、１０００は携帯電話本体を示し、１００１は、本発明を適用した液晶表示装置１によって構成した表示部である。
【００４２】
図９（Ｂ）は、腕時計型電子機器の外観図である。この図において、１１００は時計本体を示し、１１０１は、本発明を適用した液晶表示装置１によって構成した表示部である。
【００４３】
図９（Ｃ）は、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータなどの携帯型情報処理装置の外観図である。この図において、１２００は情報処理装置を示し、１２０２はキーボードなどの入力部、１２０６は本発明を適用した液晶表示装置１によって構成した表示部、１２０４は情報処理装置本体を示す。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るフロントライト方式の電気光学装置および電子機器に用いた面光源装置では、第２の導光体の光源近傍から第１の導光体に対して光が入射するのを妨げる入射領域制限手段が構成されているため、第２の導光体の点状光源近傍において、第２の導光体で反射を繰り返さない強い光、あるいは１、２回の反射を行なっただけの強い光は、第１の導光体に入射しない。このため、第１の導光体の特定部分に強い光が入射するということがないので、第１の導光体において凹凸が規則的に形成されている場合でも、第１の導光体で輝部が線状に見えるという問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶表示装置の光学系を分解して示す斜視図である。
【図２】液晶表示装置の光学系を分解して示す断面図である。
【図３】図１に示す液晶表示装置に用いた液晶パネルを対向基板の側からみたときの平面図である。
【図４】図４に示す液晶パネルの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明を適用した液晶表示装置に用いた面光源装置の構成を示す分解斜視図である。
【図６】図５に示す面光源装置の概略構造を示す縦断面図である。
【図７】図５に示す面光源装置を横方向に切断した部分断面図である。
【図８】図５に示す面光源装置を斜め上方からみた斜視図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用した液晶表示装置を用いた携帯電話の外観図、腕時計型電子機器の外観図、および携帯型情報処理装置の外観図である。
【図１０】従来の液晶表示装置に用いた面光源装置の一部を横方向に切断した部分断面図である。
【図１１】図１０に示す面光源装置を斜め前方からみたときの斜視図である。
【符号の説明】
１ 液晶表示装置（電気光学装置）
２ 反射型の液晶パネル（電気光学パネル）
４ 偏光板
５ 面光源装置
６ 第１の導光体
７ 点状光源
８ 画素電極
１０ 画素スイッチング用のＴＦＴ
２０ 対向基板
２２ 対向電極
２５ 遮光膜
３０ アクティブマトリクス基板
３９ 液晶（電気光学物質）
６５ 第１の導光体の緩斜面
６６ 第１の導光体の急斜面
７１、７２ 発光ダイオード（点状光源）
２００ 反射層
５００ 第２の導光体
５０１ 第２の導光体における第１の導光体と対向する端面
５０２ 第２の導光体に形成した凹凸
５１０ 入射領域制限層
ＬＡ 第１の導光体から液晶パネルへの照射光
ＬＢ 第１の導光体からの漏洩光
ＬＣ 液晶パネルからの反射光

Claims (4)

1. 反射型の電気光学パネルと、前記電気光学パネルの表示面上に配置された面光源装置とを有する電気光学装置であって、
   前記面光源装置は、
   前記表示面上に配置される第１の導光板と、
   前記第１の導光体の一端面側に沿って配置された第２の導光体と、
   前記第２の導光体の長手方向における端部から光を入射させる点状光源と、を備え、
   前記第２の導光体における前記第１の導光体に向い合う光出射面の端部には、前記点状光源からの光が前記第１の導光体に直接入射することを防止するための反射部または光吸収部が設けられていることを特徴とする電気光学装置。
2. 前記第２の導光体は、棒状をなし、
   前記第２の導光体の長手方向における両端部には、それぞれ点状光源が配置され、
   前記第２の導光体の光出射面には、凹凸形状が形成され、
   前記反射部または光吸収部は、前記凹凸形状の上層に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記反射部は、アルミニウム、または金属からなる薄膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気光学装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに規定する電気光学装置によって表示部が構成されていることを特徴とする電子機器。

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