JP4462512B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、光利用効率に優れて明るく見易い表示の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
消費電力の少ない反射型液晶表示装置の利点を活かしつつ、照明装置を付加して暗部等では透過型液晶表示装置として視認できる反射・透過両用の液晶表示装置が検討されており、例えば半透過型の反射板を用いたものや透過型液晶表示装置で使用のバックライトを液晶セルの視認側に配置してフロントライトとしたものなどが提案されている。
【０００３】
しかしながら、半透過型反射板を利用したシステムでは、光がハーフミラー効果で反射光と透過光に分離されるためいずれのモードにても明るさが反射又は透過専用のものに及ばない難点があった。偏光を選択的に反射して反射率と透過率の合計が１００％を超えうる反射偏光子を用いて改善する提案もあるが、反射と透過での表示の反転、黒表示の浮き防止のために配置した光吸収体による吸収で透過モードでは光利用効率が５０％以下となり、薄暮下ではいずれのモードでも表示が見にくくなる問題点などがあった。
【０００４】
一方、フロントライトシステムにても透過モードでは、光が液晶セル等を往復するために通例の透過型液晶表示装置に比べて表示が暗くなりやすく、導光板の傷や汚染が輝点として目立つと共に、導光板上面からの漏れ光が表示のコントラストを低下させる問題点があった。
【０００５】
【発明の技術的課題】
本発明は、反射と透過の両モードにおいて明るさに優れると共に表示の反転が生じず、漏れ光によるコントラストの低下も発生しない良視認性の液晶表示装置の開発を課題とする。
【０００６】
【課題の解決手段】
本発明は、入射側面に配置した光源からの入射光を上面に形成した光出射手段を介して下面より出射し、その出射強度の前記入射側面の基準平面および前記下面の基準平面に垂直な面内におけるピークが前記下面の基準平面の法線方向に対して３０度以内にあり、前記光出射手段が、短辺面の傾斜角が３５〜４５度の範囲、長辺面の傾斜角が１０度以下、最寄りの前記長辺面の傾斜角差が１度以内、前記短辺面の前記下面に対する投影幅が３〜１５μｍ、前記下面の基準平面に対する前記長辺面の投影面積が前記短辺面の投影面積の５倍以上のプリズム状凹凸であり、前記の下面側に反射層を有して前記出射光の反射光が上面より透過する導光板の上面側に、液晶セルと少なくとも１枚の偏光板を有する液晶シャッタを配置してなることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、液晶セルと反射層の間に導光板を配置した構造により、反射モードで生じる光利用効率の低下は導光板による吸収損や反射損等の軽度なものであるので従来の反射型液晶表示装置にほぼ匹敵する明るさを実現でき、透過モードでは従来の透過型液晶表示装置と同じ明るさを実現することができる。また反射と透過で表示の反転が生じることもなく、導光板からの漏れ光でコントラストの低下も生じずに良視認性の液晶表示装置を得ることができる。
【０００８】
また上面に光出射手段を設けたことにより、透過モードでの導光板内における光路を長くできて光の拡がりが大きくなり輝線の強さを緩和できてモアレの防止や明るさの均一性の向上に有利に作用し、導光板の下面に反射層を粘着層等を介し容易に密着配置して一体化することができる。導光板の下面に光出射手段を設けた場合には、光出射手段の機能維持の点より独立した反射板を分離配置する必要があり、部品数の増加と共にその配置固定で構造が複雑化し、皺の発生による表示の乱れを防止するために厚い支持が必要となって重いものとなる難点がある。
【０００９】
さらに導光板による上記出射光特性に基づいて反射層を介した反射光が透過モードでの視認に有利な方向に効率よく出射して明るい表示を得ることができる。ドットやシボ状凹凸等の散乱式出射手段を設けた導光板では、出射光が約６０度方向の大きい角度で出射し正面（垂直）方向では暗くて見にくい透過モードとなる。光路制御を目的にプリズムシートを配置すると反射モードでの光が散乱されて殆どの光が寄与せずに非常に暗い表示となる。またドット等が明瞭に視覚されその防止に拡散性の強い拡散層を配置すると反射モードでの入射光とその反射層による反射光も散乱されて暗い表示となる。
【００１０】
【発明の実施形態】
本発明による液晶表示装置は、入射側面に配置した光源からの入射光を上面に形成した光出射手段を介して下面より出射し、その出射強度の前記入射側面の基準平面に垂直な面内におけるピークが下面の基準平面の法線方向に対して３０度以内にあると共に、前記の下面側に反射層を有して前記出射光の反射光が上面より透過する導光板の上面側に、液晶セルと少なくとも１枚の偏光板を有する液晶シャッタを配置してなり、反射・透過両用のものとして好ましく用いうるものである。その例を図１に示した。１が導光板で、１１がその光出射手段を形成した上面、２が光源、３が反射層、４が液晶シャッタで、４１，４３が偏光板、４２が液晶セルである。
【００１１】
導光板としては、図１の例の如く上面１１、それに対向する下面１２、及び上下面間の側面からなる入射側面１３を有する板状物よりなり、入射側面からの入射光を上面１１に形成した光出射手段を介して下面より所定方向内に出射強度のピークを示す状態で出射するようにしたものが用いられる。
【００１２】
導光板は図例の如く、同厚型のものであってもよいし、入射側面１３に対向する対向端１４の厚さを入射側面のそれよりも薄くしたものであってもよい。対向端の薄型化は、軽量化や上面の光出射手段への入射側面からの入射光の入射効率の向上などの点より有利である。
【００１３】
導光板の上面に設ける光出射手段は、上記した出射特性を示す適宜なものにて形成することができる。入射側面の基準平面に垂直な面内における出射強度のピークが下面の基準平面の法線方向に対して３０度以内の可及的に角度の小さい方向にある出射光を得る点、従って下面の反射層を介して正面（法線）方向への指向性に優れる照明光を得る点よりは、入射側面と対面する斜面を有するプリズム状凸凹からなる光出射手段が好ましい。
【００１４】
前記のプリズム状凸凹は、通例、図２に例示した如く短辺面１１ａと長辺面１１ｂからなる凸部又は凹部にて形成される。上記した出射光特性を達成する点などより好ましい光出射手段は、図２に例示した如く下面１２の基準平面１２ａに対する傾斜角が３５〜４５度で入射側面１３の側よりその対向端１４の側に下り傾斜する短辺面１１ａ（θ１）と、当該傾斜角が０超〜１０度の長辺面１１ｂ（θ２）からなるプリズム状凸凹の繰返し構造よりなるものである。
【００１５】
前記において、入射側面側より対向端側に下り傾斜する斜面として形成した短辺面１１ａは、側面よりの入射光の内、その面に入射する光を反射して下面（反射層）に供給する役割をする。その場合、短辺面の傾斜角θ１を３５〜４５度とすることにより図３に折線矢印で例示した如く、伝送光を下面に対し垂直性よく反射して入射側面の基準平面および下面の基準平面に垂直な面内（図上の断面）において下面の基準平面１２ａの法線方向に対して３０度以内の方向（θ３）に出射強度のピークを示す出射光を得ることができ、その出射光を反射層３を介して正面への方向性に優れる状態で照明光として効率よく上面より出射させることができる。
【００１６】
前記した照明光の正面への方向性等の点より短辺面の好ましい傾斜角θ１は、導光板内部を伝送される光のスネルの法則による屈折に基づく全反射条件が一般に±４１．８度であることなどを考慮して、３８〜４４度、就中４０〜４３度である。なお導光板の上面からの直接出射光は、漏れ光として大きい角度で出射するため、光の有効利用効率などの点より上面からの出射光（漏れ光）は下面からの出射光の１／１０以下であることが好ましい。
【００１７】
一方、長辺面は、図３に折線矢印で例示した如く前記した短辺面による反射光を反射層３を介し反転させて透過させること、及び図４に折線矢印で例示した如く反射モードでの外光を入射させてそれを反射層３を介し反射させて透過させることを目的とする。かかる点より下面の基準平面１２ａに対する長辺面の傾斜角θ２は、１０度以下であることが好ましい。その傾斜角θ２が１０度を超えると屈折による光路変更が大きくなり正面方向の光量が低下して表示に不利となる。
【００１８】
なお長辺面の当該傾斜角θ２は、０度超とすることで長辺面に入射した伝送光を反射して短辺面に供給する際に伝送光を平行光化することができ、短辺面を介した反射光の指向性を高めることができて、表示に有利となる。前記した正面方向の光量増加や伝送光の平行光化などの点より長辺面の好ましい傾斜角θ２は、８度以下、就中５度以下である。
【００１９】
上記した導光板の長辺面の機能などの点より好ましい長辺面は、その傾斜角θ２の角度差を導光板の全体で５度以内、就中４度以内、特に３度以内としたものであり、最寄りの長辺面間における傾斜角θ２の差を１度以内、就中０．３度以内、特に０．１度以内としたものである。
【００２０】
前記により、透過する長辺面の傾斜角θ２の相違等により表示像が受ける影響などを抑制することができる。長辺面による透過角度の偏向が場所によって大きく相違すると不自然な表示像となり、特に近接画素の近傍における透過像の偏向差が大きいと著しく不自然な表示像となりやすい。
【００２１】
前記した傾斜角θ２の角度差は、長辺面の傾斜角が上記した１０度以下にあることを前提とする。すなわち、かかる小さい傾斜角θ２として長辺面透過時の屈折による表示像の偏向を抑制して許容値内とすることを前提とするものであり、これは観察点を垂直方向近傍に設定して最適化した液晶表示装置の最適視認方向を変化させないことを目的とする。
【００２２】
また明るい表示像を得る点よりは、外光の入射効率に優れ、液晶セルによる表示像の透過光率ないし出射効率に優れるものが好ましい。かかる点より、下面の基準平面に対する長辺面の投影面積が短辺面のそれの５倍以上、就中８倍以上、特に１５倍以上のプリズム状凹凸とすることが好ましい。これにより、液晶セルによる表示像の大部分を長辺面を介して透過させることができる。
【００２３】
なお液晶セルによる表示像の透過に際して、短辺面に入射した表示像は入射側面側に反射されて上面より出射しないか、下面に対する法線を基準に長辺面透過の表示像とは反端側の大きく異なる方向に偏向されて出射し、長辺面を介した表示像に殆ど影響を及ぼさない。従ってかかる点より短辺面は、液晶セルの画素に対して極在しないことが好ましい。ちなみに極論的にいえば、画素の全面に対して短辺面がオーバーラップすると長辺面を介した垂直方向近傍での表示像の視認が殆どできなくなる。
【００２４】
よって表示光の透過不足で不自然な表示となることを防止する点などより、画素と短辺面がオーバーラップする面積を小さくして長辺面を介した充分な光透過率を確保することが好ましい。液晶セルの画素ピッチは１００〜３００μmが一般的であり、前記の点やプリズム状凹凸の形成性なども鑑みた場合、短辺面は、下面の基準平面に対する投影幅に基づいて４０μm以下、就中１〜２０μm、特に３〜１５μmとなるように形成されていることが好ましい。
【００２５】
ちなみに当該投影幅が小さくなるほど短辺面の形成に高度な技術が必要となり、プリズム状凹凸の頂部が一定以上の曲率半径からなる丸みをもつこととなると散乱効果が現れて表示像の乱れなどの原因となる場合がある。また一般に蛍光管のコヒーレント長が２０μm程度とされている点などよりも、短辺面の投影幅が小さくなると回折等を生じ易くなり表示品位の低下原因となりやすい。
【００２６】
また前記の点より短辺面の間隔は大きいことが好ましいが、一方で短辺面は上記したように側面入射光の実質的な出射機能部分であるから、その間隔が広すぎると点灯時の照明が疎となってやはり不自然な表示となる場合があり、それらを鑑みた場合、図２に例示した如くプリズム状凸凹の繰返しピッチＰは、５０μm〜１．５mmとすることが好ましい。なおピッチは、例えばランダムピッチや所定数のピッチ単位をランダム又は規則的に組合せたものなどの如く不規則であってもよいが、一般には一定ピッチであることが好ましい。
【００２７】
導光板は、上記したように適宜な形態とすることができる。楔形等とする場合にもその形状は適宜に決定でき、直線面や曲面などの適宜な面形状とすることができる。プリズム状凹凸も直線面や屈折面や湾曲面等の適宜な面形態に形成されていてよい。
【００２８】
またプリズム状凹凸は、ピッチに加えて形状等も異なる凹凸の組合せからなっていてもよい。さらにプリズム状凹凸は、稜線が連続した一連の凸部又は凹部として形成されていてもよいし、所定の間隔を有して稜線方向に不連続に配列した断続的な凸部又は凹部として形成されていてもよい。
【００２９】
導光板における下面や入射側面の形状については、特に限定はなく、適宜に決定してよい。一般には、フラットな下面及びその下面に対して垂直な入射側面とされる。入射側面については、例えば湾曲凹形などの光源の外周等に応じた形状として、入射光率の向上をはることもできる。さらに光源との間に介在する導入部を有する入射側面構造などとすることもできる。その導入部は、光源などに応じて適宜な形状とすることができる。
【００３０】
導光板は、光源の波長域に応じそれに透明性を示す適宜な材料にて形成しうる。ちなみに可視光域では、例えばアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂等で代表される透明樹脂やガラスなどがあげられる。複屈折を示さないか、複屈折の小さい材料で形成した導光板が好ましく用いられる。
【００３１】
導光板は、切削法にても形成でき、適宜な方法で形成することができる。量産性等の点より好ましい製造方法としては、熱可塑性樹脂を所定の形状を形成しうる金型に加熱下に押付て形状を転写する方法、加熱溶融させた熱可塑性樹脂あるいは熱や溶媒を介して流動化させた樹脂を所定の形状に成形しうる金型に充填する方法、熱や紫外線ないし放射線等で重合処理しうる液状樹脂を所定の形状を形成しうる型に充填ないし流延して重合処理する方法などがあげられる。
【００３２】
なお導光板は、例えば光の伝送を担う導光部にプリズム状凹凸等の光出射手段（上面）を形成したシートを接着したものの如く、同種又は異種の材料からなる部品の積層体などとして形成されていてもよく、１種の材料による一体的単層物として形成されている必要はない。
【００３３】
導光板の厚さは、使用目的による導光板のサイズや光源の大きさなどにより適宜に決定することができる。液晶表示装置等の形成に用いる場合の一般的な厚さは、その入射側面に基づき２０mm以下、就中０．１〜１０mm、特に０．５〜８mmである。
【００３４】
明るい表示を達成する点などより好ましい反射層付設前の導光板は、上下面方向の入射光、特に下面から上面への垂直入射光の全光線透過率が９０％以上、就中９２％以上、特に９５％以上で、ヘイズが３０％以下、就中１５％以下、特に１０％以下のものである。
【００３５】
上記した導光板によれば、上面及び下面からの入射光が下面又は上面より良好に透過し、それを用いて精度よく平行化された光を視認に有利な垂直性に優れる方向に出射し、光源からの光を効率よく利用して明るくて見やすく低消費電力性に優れる反射・透過両用の液晶表示装置などの種々の装置を形成することができる。
【００３６】
反射・透過両用の液晶表示装置では、反射モードによる表示を達成するために反射層の配置が必須であるが、本発明においてその反射層は図１に例示の如く導光板１の下面１２の側に配置される。反射層３は、導光板の下面に分離配置されていてもよいが、図例の如く当該下面に密着一体化されていることが好ましい。
【００３７】
反射層は、従来に準じた適宜なものにて形成することができる。就中、例えばアルミニウムや銀、金や銅やクロム等の高反射率の金属ないしその合金の粉末をバインダ樹脂中に含有させた塗工層、前記の金属等や誘電体多層膜を真空蒸着方式やスパッタリング方式等の適宜な薄膜形成方式で付設してなる層、前記の塗工層や付設層をフィルム等からなる基材で支持した反射シート、金属箔などからなる反射層が好ましい。またホログラムを用いた反射板なども用いうる。
【００３８】
輝線強さの緩和によるモアレの防止や明るさの均一性の向上などの点より好ましい反射層は、拡散反射を生じるようにしたものである。その拡散強さは上記した光の指向性を大きく低下させることは不利であるので、平均拡散角度に基づいて５〜１５度程度が好ましいがこれに限定されない。拡散型の反射層は、反射面を粗面化する方式などの従来に準じた適宜な方式で形成することができる。
【００３９】
上記した反射層の導光板下面への密着一体化処理は、粘着層やその他の接着層等の接着手段を介した方式や、導光板の下面に上記した塗工層や付設層を直接形成する方式などの適宜な方式にて行うことができる。その場合、反射面の損傷や酸化劣化等を防止する点より反射層は、その外表面が被覆保護されていることが好ましい。かかる点より上記した反射シートなどが好ましく用いうる。反射シートによればそのフィルム基材等の表面の粗面化を介し前記した拡散型の反射層も容易に形成することができる。
【００４０】
なお上記した反射層やその支持基材の粗面化処理は、例えばエンボス加工やバフ処理、金型等の粗面形状を転写する方式等の機械的方式や化学的処理方式、シリカやアルミナ、チタニアやジルコニア、酸化錫や酸化インジウム、酸化カドミウムや酸化アンチモン等の導電性のこともある無機系粒子や、架橋又は未架橋ポリマー等の有機系粒子などの適宜な粒子を含有させる方式やその含有層を塗工する方式などの適宜な方式で行うことができる。
【００４１】
液晶表示装置の形成に際しては図１に例示の如く導光板１の入射側面１３に光源２が配置されてサイドライト型のバックライトとされる。その光源としては、適宜なものを用いることができ、例えば（冷，熱）陰極管等の線状光源、発光ダイオード等の点光源やそれを線状や面状等に配列したアレイ体、あるいは点光源を一定又は不定間隔の線状発光状態に変換する装置を用いた光源などが好ましく用いうる。
【００４２】
本発明において光源は、透過モードによる視認を可能とするものである。従って反射モードで視認する場合、光源を点灯する必要はないので光源は、その点灯・消灯を切り替えうるものとされる。その切り替え方式には任意な方式を採ることができ、従来方式のいずれも採ることができる。なお光源は、予め導光板に付設して光源を有する導光板として配置することもできる。
【００４３】
液晶表示装置の形成に際しては、必要に応じ光源２からの発散光を導光板１の入射側面１３に導くために光源を包囲する光源ホルダなどの適宜な補助手段を配置した組合せ体とすることもできる。光源ホルダとしては、高反射率金属薄膜を付設した樹脂シートや金属箔などが一般に用いられる。光源ホルダを導光板の端部に接着剤等を介して接着する場合には、その接着部分については光出射手段の形成を省略することもできる。
【００４４】
なお液晶表示装置は一般に、図１に例示の如く液晶シャッタとして機能する透明電極具備（図示せず）の液晶セル４２とそれに付随の駆動装置、偏光板４１，４３、バックライト１，２、反射層３及び必要に応じての補償用位相差板等の構成部品を適宜に組立てることなどにより形成される。
【００４５】
用いる液晶セルについては特に限定はなく、例えば液晶の配向形態に基づく場合、ＴＮ液晶セルやＳＴＮ液晶セル、垂直配向セルやＨＡＮセル、ＯＣＢセルの如きツイスト系や非ツイスト系、ゲストホスト系や強誘電性液晶系の液晶セルなどの適宜なものを用いうる。また液晶の駆動方式についても特に限定はなく、例えばアクティブマトリクス方式やパッシブマトリクス方式などの適宜な駆動方式であってよい。
【００４６】
また偏光板としても適宜なものを用いうるが、高度な直線偏光の入射による良好なコントラスト比の表示を得る点などよりは、例えばヨウ素系や染料系の吸収型直線偏光子などの如く偏光度の高いものが好ましく用いうる。なお偏光板は、図１の例の如く液晶セル４２の両側に設けることもできるし、液晶セルの片側にのみ設けることもできる。
【００４７】
液晶表示装置の形成に際しては、例えば視認側に設ける拡散板やアンチグレア層や保護層、あるいは液晶セルと偏光板の間に設ける補償用の位相差板などの適宜な光学素子を適宜に配置することができる。補償用位相差板は、複屈折の波長依存性などを補償して視認性の向上等をはかることを目的とするものである。
【００４８】
補償用位相差板は、視認側又は／及び背面側の偏光板と液晶セルの間等に必要に応じて配置されるが本発明においては上記した導光板による光出射特性を可及的に維持する点より、液晶セルと導光板の間に配置する光学層は可及的に少ないことが好ましく、かかる点より液晶セルの視認側に必要に応じての補償用位相差板を配置することが好ましい。なお補償用位相差板としては、波長域などに応じて適宜なものを用いることができ、１層又は２層以上の位相差層の重畳層として形成されていてもよい。
【００４９】
本発明による液晶表示装置の視認は、上記したように導光板の長辺面の透過光を介して行われる。ちなみに透過モードでは、図３に矢印で例示した如く光源の点灯状態で、導光板１の下面より出射した光αが反射層３を介し反射されて導光板１の長辺面１１ｂを透過し、偏光板４３，４１と液晶セル４２を経由して表示像（α）が視認される。
【００５０】
一方、反射モードでは光源を消灯した状態で、図４に矢印で示した如く外光γが偏光板４１，４３と液晶セル４２を経由して導光板１の上面の長辺面１１ｂを透過した後、前記の透過モードの場合と同様に反射層３を介し反射されて導光板１の長辺面１１ｂを透過し、偏光板４３，４１と液晶セル４２を経由して表示像（γ）が視認される。
【００５１】
本発明において、上記した液晶表示装置を形成する導光板や液晶セルや偏光板等の光学素子ないし部品は、全体的又は部分的に積層一体化されて固着されていてもよいし、分離容易な状態に配置されていてもよい。界面反射の抑制によるコントラストの低下防止などの点よりは、固着状態にあることが好ましい。その固着密着処理には、粘着剤等の適宜な透明接着剤を用いることができ、その透明接着層に上記した微粒子等を含有させて拡散機能を示す接着層などとすることもできる。
【００５２】
【実施例】
例１
予め所定形状に加工したポリメチルメタクリレート板の表面をダイヤモンドバイトで切削して上面に光出射手段を有する導光板を得た。これは幅３８mm、奥行２８mm、入射側面の厚さ１mm、対向端の厚さ０．８mmであり、上下面は平面で、上面に入射側面に平行なプリズム状凹凸を２００μmのピッチで有し、短辺面の傾斜角が４２〜４３度の範囲で、長辺面の傾斜角が１．５〜３．５度の範囲で変化し、最寄り長辺面の傾斜角変化が０．１度以内にあり、短辺面の下面に対する投影幅が９〜１５μm、長辺面／短辺面の下面に対する投影面積比が１２倍以上のものであった。なお光出射手段は、入射側面より２mm離れた位置より形成した。
【００５３】
前記導光板の入射側面に直径２．４mmの冷陰極管（ハリソン電気社製）を配置して白色のランプ反射シートからなる光源ホルダにてその縁を導光板の上下端面に密着させて包囲し、冷陰極管にインバータと直流電源を接続し、導光板の下面にアクリル板に接着した銀反射板を設置し、導光板の上面側に白黒ＴＮ型液晶セルを配置して液晶表示装置を得た。
【００５４】
なお前記した光源は、直流電源のオン／オフで点灯／消灯の切り替えを行うことができる。また前記の銀反射板は、マット処理したフィルム基材上に銀の蒸着層を形成した拡散型のもので、蒸着層の表面を透明樹脂層で被覆保護したものである。
【００５５】
例２
銀反射板をその反射面を介し導光板の下面に粘着層にて接着したほかは例１に準じて液晶表示装置を得た。
【００５６】
例３
銀反射板に代えて、鏡面銀反射面を有する反射シートを用い、その反射面を介し導光板の下面にシリコーン系樹脂を配合した粘着層にて接着したほかは例１に準じて液晶表示装置を得た。
【００５７】
例４
幅３８mm、奥行２８mm、入射側面の厚さ１mm、対向端の厚さ０．８mmのポリメチルメタクリレート板の上面にサンドブラスト加工による光出射手段を有する導光板を得、それを用いたほかは例１に準じて液晶表示装置を得た。
【００５８】
例５
幅３８mm、奥行２８mm、入射側面の厚さ１mm、対向端の厚さ０．８mmのポリメチルメタクリレート板の上面にチタン白分散の白色インクをドット状に印刷して散乱ドットからなる光出射手段を有する導光板を得、それを用いたほかは例１に準じて液晶表示装置を得た。
【００５９】
例６
プリズム状凹凸のピッチを２００μm、短辺面の傾斜角を３１〜３５度、長辺面の傾斜角を１．５〜３．５度、短辺面の下面に対する投影幅を１５〜２１μm、長辺面／短辺面の下面に対する投影面積比を８．５倍以上としたほかは例１に準じて導光板を得、それを用いて液晶表示装置を得た。
【００６０】
例７
導光板の上下面を逆転させたほかは例１に準じて液晶表示装置を得た。
【００６１】
例８
導光板の上下面を逆転させ、その上面に光拡散板を配置すると共に液晶セルの下面に半透過反射板を接着したほかは例６に準じて液晶表示装置を得た。
【００６２】
評価試験
出射強度
上記した例の液晶表示装置の形成に用いた導光板の下面を上側に向けて入射側面と垂直な平面内における当該下面からの出射光の輝度の角度分布を輝度計（トプコン社製、ＢＭ７）にて調べ、それに方向余弦を乗じて出射強度とし、その結果を図５に示した。図上、下面の法線方向が０度となる。図５より、例１〜３，７で用いた１種の導光板が本発明による出射光特性を満足し、例４〜６，８で用いた３種の導光板が本発明による出射光特性を満足しないものであることがわかる。
【００６３】
正面輝度
上記の例で得た液晶表示装置について透過モード及び反射モードでの白表示状態おける装置中央部での正面輝度を輝度計にて調べた。なお透過モードは、暗室中で光源を点灯することにより、反射モードは暗室中で光源を消灯し、装置中央部の上方１０cmの位置にリング状照明装置を配置しそれで照明することにより評価した。
【００６４】
前記の結果を次表に示した。また表にはＪＩＳ Ｋ ７１０５に準拠してヘイズメーターにて測定した導光板の全光線透過率とヘイズも示した。
【００６５】
また上記した条件による透過モード及び反射モードでライン状のパターンを表示させてその表示品位も調べた。その結果と前記の表より、例１，２，３が装置全体で均一な明るさが得られ、ギラギラした視覚もなくて特に良好であった。
【００６６】
一方、例４では透過モードでの出射光の角度が大きくて正面方向では暗く、例５でも同じ傾向であった。また例５では導光板に付与したドットが明瞭に観察され表示品位を著しく低下させた。例６では出射角の斜め化で正面輝度の低下が認められ、例７も輝線による明暗差が強く、ギラギラとした視認で見にくかった。例８では均一な明るさであったが輝度に劣っていた。
【００６７】
反射モードにおいても例１，２，３が高い輝度を示して非常にクリアで明るい表示が得られて特に良好であった。例５では光の拡散で輝度が低下し、ドットが明瞭に観察されて表示品位を害した。また例８では均一な明るさであったが輝度に劣っていた。
【００６８】
他方、例１で反射板をアクリル板で補強せずに故意に皺やクニックを入れて配置した場合、反射・透過の両モードでその皺等が明瞭に認められ視認性を低下させた。例２，３の如く反射板を導光板と接着した場合には皺やクニック等が発生せず、常に良好な表示を得ることができた。
【００６９】
以上より、電源のオン／オフで光源の点灯／消灯を切り替えることができて、透過・反射の両モードにおいて良好な表示特性を示す液晶表示装置が実現されており、反射モードの併用で消費電力をセーブして携帯型表示装置等のバッテリー使用時間を大きく延長できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶表示装置例の説明断面図
【図２】導光板における光出射手段の側面説明図
【図３】透過モードによる視認状態の説明図
【図４】反射モードによる視認状態の説明図
【図５】出射特性を示したグラフ
【符号の説明】
１：導光板
１１：上面（１１ａ：短辺面 １１ｂ：長辺面）
１２：下面 １３：入射側面
２：光源
３：反射層
４：液晶シャッター（４１，４３：偏光板 ４２：液晶セル）
【発明の技術分野】
本発明は、光利用効率に優れて明るく見易い表示の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
消費電力の少ない反射型液晶表示装置の利点を活かしつつ、照明装置を付加して暗部等では透過型液晶表示装置として視認できる反射・透過両用の液晶表示装置が検討されており、例えば半透過型の反射板を用いたものや透過型液晶表示装置で使用のバックライトを液晶セルの視認側に配置してフロントライトとしたものなどが提案されている。
【０００３】
しかしながら、半透過型反射板を利用したシステムでは、光がハーフミラー効果で反射光と透過光に分離されるためいずれのモードにても明るさが反射又は透過専用のものに及ばない難点があった。偏光を選択的に反射して反射率と透過率の合計が１００％を超えうる反射偏光子を用いて改善する提案もあるが、反射と透過での表示の反転、黒表示の浮き防止のために配置した光吸収体による吸収で透過モードでは光利用効率が５０％以下となり、薄暮下ではいずれのモードでも表示が見にくくなる問題点などがあった。
【０００４】
一方、フロントライトシステムにても透過モードでは、光が液晶セル等を往復するために通例の透過型液晶表示装置に比べて表示が暗くなりやすく、導光板の傷や汚染が輝点として目立つと共に、導光板上面からの漏れ光が表示のコントラストを低下させる問題点があった。
【０００５】
【発明の技術的課題】
本発明は、反射と透過の両モードにおいて明るさに優れると共に表示の反転が生じず、漏れ光によるコントラストの低下も発生しない良視認性の液晶表示装置の開発を課題とする。
【０００６】
【課題の解決手段】
本発明は、入射側面に配置した光源からの入射光を上面に形成した光出射手段を介して下面より出射し、その出射強度の前記入射側面の基準平面および前記下面の基準平面に垂直な面内におけるピークが前記下面の基準平面の法線方向に対して３０度以内にあり、前記光出射手段が、短辺面の傾斜角が３５〜４５度の範囲、長辺面の傾斜角が１０度以下、最寄りの前記長辺面の傾斜角差が１度以内、前記短辺面の前記下面に対する投影幅が３〜１５μｍ、前記下面の基準平面に対する前記長辺面の投影面積が前記短辺面の投影面積の５倍以上のプリズム状凹凸であり、前記の下面側に反射層を有して前記出射光の反射光が上面より透過する導光板の上面側に、液晶セルと少なくとも１枚の偏光板を有する液晶シャッタを配置してなることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、液晶セルと反射層の間に導光板を配置した構造により、反射モードで生じる光利用効率の低下は導光板による吸収損や反射損等の軽度なものであるので従来の反射型液晶表示装置にほぼ匹敵する明るさを実現でき、透過モードでは従来の透過型液晶表示装置と同じ明るさを実現することができる。また反射と透過で表示の反転が生じることもなく、導光板からの漏れ光でコントラストの低下も生じずに良視認性の液晶表示装置を得ることができる。
【０００８】
また上面に光出射手段を設けたことにより、透過モードでの導光板内における光路を長くできて光の拡がりが大きくなり輝線の強さを緩和できてモアレの防止や明るさの均一性の向上に有利に作用し、導光板の下面に反射層を粘着層等を介し容易に密着配置して一体化することができる。導光板の下面に光出射手段を設けた場合には、光出射手段の機能維持の点より独立した反射板を分離配置する必要があり、部品数の増加と共にその配置固定で構造が複雑化し、皺の発生による表示の乱れを防止するために厚い支持が必要となって重いものとなる難点がある。
【０００９】
さらに導光板による上記出射光特性に基づいて反射層を介した反射光が透過モードでの視認に有利な方向に効率よく出射して明るい表示を得ることができる。ドットやシボ状凹凸等の散乱式出射手段を設けた導光板では、出射光が約６０度方向の大きい角度で出射し正面（垂直）方向では暗くて見にくい透過モードとなる。光路制御を目的にプリズムシートを配置すると反射モードでの光が散乱されて殆どの光が寄与せずに非常に暗い表示となる。またドット等が明瞭に視覚されその防止に拡散性の強い拡散層を配置すると反射モードでの入射光とその反射層による反射光も散乱されて暗い表示となる。
【００１０】
【発明の実施形態】
本発明による液晶表示装置は、入射側面に配置した光源からの入射光を上面に形成した光出射手段を介して下面より出射し、その出射強度の前記入射側面の基準平面に垂直な面内におけるピークが下面の基準平面の法線方向に対して３０度以内にあると共に、前記の下面側に反射層を有して前記出射光の反射光が上面より透過する導光板の上面側に、液晶セルと少なくとも１枚の偏光板を有する液晶シャッタを配置してなり、反射・透過両用のものとして好ましく用いうるものである。その例を図１に示した。１が導光板で、１１がその光出射手段を形成した上面、２が光源、３が反射層、４が液晶シャッタで、４１，４３が偏光板、４２が液晶セルである。
【００１１】
導光板としては、図１の例の如く上面１１、それに対向する下面１２、及び上下面間の側面からなる入射側面１３を有する板状物よりなり、入射側面からの入射光を上面１１に形成した光出射手段を介して下面より所定方向内に出射強度のピークを示す状態で出射するようにしたものが用いられる。
【００１２】
導光板は図例の如く、同厚型のものであってもよいし、入射側面１３に対向する対向端１４の厚さを入射側面のそれよりも薄くしたものであってもよい。対向端の薄型化は、軽量化や上面の光出射手段への入射側面からの入射光の入射効率の向上などの点より有利である。
【００１３】
導光板の上面に設ける光出射手段は、上記した出射特性を示す適宜なものにて形成することができる。入射側面の基準平面に垂直な面内における出射強度のピークが下面の基準平面の法線方向に対して３０度以内の可及的に角度の小さい方向にある出射光を得る点、従って下面の反射層を介して正面（法線）方向への指向性に優れる照明光を得る点よりは、入射側面と対面する斜面を有するプリズム状凸凹からなる光出射手段が好ましい。
【００１４】
前記のプリズム状凸凹は、通例、図２に例示した如く短辺面１１ａと長辺面１１ｂからなる凸部又は凹部にて形成される。上記した出射光特性を達成する点などより好ましい光出射手段は、図２に例示した如く下面１２の基準平面１２ａに対する傾斜角が３５〜４５度で入射側面１３の側よりその対向端１４の側に下り傾斜する短辺面１１ａ（θ１）と、当該傾斜角が０超〜１０度の長辺面１１ｂ（θ２）からなるプリズム状凸凹の繰返し構造よりなるものである。
【００１５】
前記において、入射側面側より対向端側に下り傾斜する斜面として形成した短辺面１１ａは、側面よりの入射光の内、その面に入射する光を反射して下面（反射層）に供給する役割をする。その場合、短辺面の傾斜角θ１を３５〜４５度とすることにより図３に折線矢印で例示した如く、伝送光を下面に対し垂直性よく反射して入射側面の基準平面および下面の基準平面に垂直な面内（図上の断面）において下面の基準平面１２ａの法線方向に対して３０度以内の方向（θ３）に出射強度のピークを示す出射光を得ることができ、その出射光を反射層３を介して正面への方向性に優れる状態で照明光として効率よく上面より出射させることができる。
【００１６】
前記した照明光の正面への方向性等の点より短辺面の好ましい傾斜角θ１は、導光板内部を伝送される光のスネルの法則による屈折に基づく全反射条件が一般に±４１．８度であることなどを考慮して、３８〜４４度、就中４０〜４３度である。なお導光板の上面からの直接出射光は、漏れ光として大きい角度で出射するため、光の有効利用効率などの点より上面からの出射光（漏れ光）は下面からの出射光の１／１０以下であることが好ましい。
【００１７】
一方、長辺面は、図３に折線矢印で例示した如く前記した短辺面による反射光を反射層３を介し反転させて透過させること、及び図４に折線矢印で例示した如く反射モードでの外光を入射させてそれを反射層３を介し反射させて透過させることを目的とする。かかる点より下面の基準平面１２ａに対する長辺面の傾斜角θ２は、１０度以下であることが好ましい。その傾斜角θ２が１０度を超えると屈折による光路変更が大きくなり正面方向の光量が低下して表示に不利となる。
【００１８】
なお長辺面の当該傾斜角θ２は、０度超とすることで長辺面に入射した伝送光を反射して短辺面に供給する際に伝送光を平行光化することができ、短辺面を介した反射光の指向性を高めることができて、表示に有利となる。前記した正面方向の光量増加や伝送光の平行光化などの点より長辺面の好ましい傾斜角θ２は、８度以下、就中５度以下である。
【００１９】
上記した導光板の長辺面の機能などの点より好ましい長辺面は、その傾斜角θ２の角度差を導光板の全体で５度以内、就中４度以内、特に３度以内としたものであり、最寄りの長辺面間における傾斜角θ２の差を１度以内、就中０．３度以内、特に０．１度以内としたものである。
【００２０】
前記により、透過する長辺面の傾斜角θ２の相違等により表示像が受ける影響などを抑制することができる。長辺面による透過角度の偏向が場所によって大きく相違すると不自然な表示像となり、特に近接画素の近傍における透過像の偏向差が大きいと著しく不自然な表示像となりやすい。
【００２１】
前記した傾斜角θ２の角度差は、長辺面の傾斜角が上記した１０度以下にあることを前提とする。すなわち、かかる小さい傾斜角θ２として長辺面透過時の屈折による表示像の偏向を抑制して許容値内とすることを前提とするものであり、これは観察点を垂直方向近傍に設定して最適化した液晶表示装置の最適視認方向を変化させないことを目的とする。
【００２２】
また明るい表示像を得る点よりは、外光の入射効率に優れ、液晶セルによる表示像の透過光率ないし出射効率に優れるものが好ましい。かかる点より、下面の基準平面に対する長辺面の投影面積が短辺面のそれの５倍以上、就中８倍以上、特に１５倍以上のプリズム状凹凸とすることが好ましい。これにより、液晶セルによる表示像の大部分を長辺面を介して透過させることができる。
【００２３】
なお液晶セルによる表示像の透過に際して、短辺面に入射した表示像は入射側面側に反射されて上面より出射しないか、下面に対する法線を基準に長辺面透過の表示像とは反端側の大きく異なる方向に偏向されて出射し、長辺面を介した表示像に殆ど影響を及ぼさない。従ってかかる点より短辺面は、液晶セルの画素に対して極在しないことが好ましい。ちなみに極論的にいえば、画素の全面に対して短辺面がオーバーラップすると長辺面を介した垂直方向近傍での表示像の視認が殆どできなくなる。
【００２４】
よって表示光の透過不足で不自然な表示となることを防止する点などより、画素と短辺面がオーバーラップする面積を小さくして長辺面を介した充分な光透過率を確保することが好ましい。液晶セルの画素ピッチは１００〜３００μmが一般的であり、前記の点やプリズム状凹凸の形成性なども鑑みた場合、短辺面は、下面の基準平面に対する投影幅に基づいて４０μm以下、就中１〜２０μm、特に３〜１５μmとなるように形成されていることが好ましい。
【００２５】
ちなみに当該投影幅が小さくなるほど短辺面の形成に高度な技術が必要となり、プリズム状凹凸の頂部が一定以上の曲率半径からなる丸みをもつこととなると散乱効果が現れて表示像の乱れなどの原因となる場合がある。また一般に蛍光管のコヒーレント長が２０μm程度とされている点などよりも、短辺面の投影幅が小さくなると回折等を生じ易くなり表示品位の低下原因となりやすい。
【００２６】
また前記の点より短辺面の間隔は大きいことが好ましいが、一方で短辺面は上記したように側面入射光の実質的な出射機能部分であるから、その間隔が広すぎると点灯時の照明が疎となってやはり不自然な表示となる場合があり、それらを鑑みた場合、図２に例示した如くプリズム状凸凹の繰返しピッチＰは、５０μm〜１．５mmとすることが好ましい。なおピッチは、例えばランダムピッチや所定数のピッチ単位をランダム又は規則的に組合せたものなどの如く不規則であってもよいが、一般には一定ピッチであることが好ましい。
【００２７】
導光板は、上記したように適宜な形態とすることができる。楔形等とする場合にもその形状は適宜に決定でき、直線面や曲面などの適宜な面形状とすることができる。プリズム状凹凸も直線面や屈折面や湾曲面等の適宜な面形態に形成されていてよい。
【００２８】
またプリズム状凹凸は、ピッチに加えて形状等も異なる凹凸の組合せからなっていてもよい。さらにプリズム状凹凸は、稜線が連続した一連の凸部又は凹部として形成されていてもよいし、所定の間隔を有して稜線方向に不連続に配列した断続的な凸部又は凹部として形成されていてもよい。
【００２９】
導光板における下面や入射側面の形状については、特に限定はなく、適宜に決定してよい。一般には、フラットな下面及びその下面に対して垂直な入射側面とされる。入射側面については、例えば湾曲凹形などの光源の外周等に応じた形状として、入射光率の向上をはることもできる。さらに光源との間に介在する導入部を有する入射側面構造などとすることもできる。その導入部は、光源などに応じて適宜な形状とすることができる。
【００３０】
導光板は、光源の波長域に応じそれに透明性を示す適宜な材料にて形成しうる。ちなみに可視光域では、例えばアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂等で代表される透明樹脂やガラスなどがあげられる。複屈折を示さないか、複屈折の小さい材料で形成した導光板が好ましく用いられる。
【００３１】
導光板は、切削法にても形成でき、適宜な方法で形成することができる。量産性等の点より好ましい製造方法としては、熱可塑性樹脂を所定の形状を形成しうる金型に加熱下に押付て形状を転写する方法、加熱溶融させた熱可塑性樹脂あるいは熱や溶媒を介して流動化させた樹脂を所定の形状に成形しうる金型に充填する方法、熱や紫外線ないし放射線等で重合処理しうる液状樹脂を所定の形状を形成しうる型に充填ないし流延して重合処理する方法などがあげられる。
【００３２】
なお導光板は、例えば光の伝送を担う導光部にプリズム状凹凸等の光出射手段（上面）を形成したシートを接着したものの如く、同種又は異種の材料からなる部品の積層体などとして形成されていてもよく、１種の材料による一体的単層物として形成されている必要はない。
【００３３】
導光板の厚さは、使用目的による導光板のサイズや光源の大きさなどにより適宜に決定することができる。液晶表示装置等の形成に用いる場合の一般的な厚さは、その入射側面に基づき２０mm以下、就中０．１〜１０mm、特に０．５〜８mmである。
【００３４】
明るい表示を達成する点などより好ましい反射層付設前の導光板は、上下面方向の入射光、特に下面から上面への垂直入射光の全光線透過率が９０％以上、就中９２％以上、特に９５％以上で、ヘイズが３０％以下、就中１５％以下、特に１０％以下のものである。
【００３５】
上記した導光板によれば、上面及び下面からの入射光が下面又は上面より良好に透過し、それを用いて精度よく平行化された光を視認に有利な垂直性に優れる方向に出射し、光源からの光を効率よく利用して明るくて見やすく低消費電力性に優れる反射・透過両用の液晶表示装置などの種々の装置を形成することができる。
【００３６】
反射・透過両用の液晶表示装置では、反射モードによる表示を達成するために反射層の配置が必須であるが、本発明においてその反射層は図１に例示の如く導光板１の下面１２の側に配置される。反射層３は、導光板の下面に分離配置されていてもよいが、図例の如く当該下面に密着一体化されていることが好ましい。
【００３７】
反射層は、従来に準じた適宜なものにて形成することができる。就中、例えばアルミニウムや銀、金や銅やクロム等の高反射率の金属ないしその合金の粉末をバインダ樹脂中に含有させた塗工層、前記の金属等や誘電体多層膜を真空蒸着方式やスパッタリング方式等の適宜な薄膜形成方式で付設してなる層、前記の塗工層や付設層をフィルム等からなる基材で支持した反射シート、金属箔などからなる反射層が好ましい。またホログラムを用いた反射板なども用いうる。
【００３８】
輝線強さの緩和によるモアレの防止や明るさの均一性の向上などの点より好ましい反射層は、拡散反射を生じるようにしたものである。その拡散強さは上記した光の指向性を大きく低下させることは不利であるので、平均拡散角度に基づいて５〜１５度程度が好ましいがこれに限定されない。拡散型の反射層は、反射面を粗面化する方式などの従来に準じた適宜な方式で形成することができる。
【００３９】
上記した反射層の導光板下面への密着一体化処理は、粘着層やその他の接着層等の接着手段を介した方式や、導光板の下面に上記した塗工層や付設層を直接形成する方式などの適宜な方式にて行うことができる。その場合、反射面の損傷や酸化劣化等を防止する点より反射層は、その外表面が被覆保護されていることが好ましい。かかる点より上記した反射シートなどが好ましく用いうる。反射シートによればそのフィルム基材等の表面の粗面化を介し前記した拡散型の反射層も容易に形成することができる。
【００４０】
なお上記した反射層やその支持基材の粗面化処理は、例えばエンボス加工やバフ処理、金型等の粗面形状を転写する方式等の機械的方式や化学的処理方式、シリカやアルミナ、チタニアやジルコニア、酸化錫や酸化インジウム、酸化カドミウムや酸化アンチモン等の導電性のこともある無機系粒子や、架橋又は未架橋ポリマー等の有機系粒子などの適宜な粒子を含有させる方式やその含有層を塗工する方式などの適宜な方式で行うことができる。
【００４１】
液晶表示装置の形成に際しては図１に例示の如く導光板１の入射側面１３に光源２が配置されてサイドライト型のバックライトとされる。その光源としては、適宜なものを用いることができ、例えば（冷，熱）陰極管等の線状光源、発光ダイオード等の点光源やそれを線状や面状等に配列したアレイ体、あるいは点光源を一定又は不定間隔の線状発光状態に変換する装置を用いた光源などが好ましく用いうる。
【００４２】
本発明において光源は、透過モードによる視認を可能とするものである。従って反射モードで視認する場合、光源を点灯する必要はないので光源は、その点灯・消灯を切り替えうるものとされる。その切り替え方式には任意な方式を採ることができ、従来方式のいずれも採ることができる。なお光源は、予め導光板に付設して光源を有する導光板として配置することもできる。
【００４３】
液晶表示装置の形成に際しては、必要に応じ光源２からの発散光を導光板１の入射側面１３に導くために光源を包囲する光源ホルダなどの適宜な補助手段を配置した組合せ体とすることもできる。光源ホルダとしては、高反射率金属薄膜を付設した樹脂シートや金属箔などが一般に用いられる。光源ホルダを導光板の端部に接着剤等を介して接着する場合には、その接着部分については光出射手段の形成を省略することもできる。
【００４４】
なお液晶表示装置は一般に、図１に例示の如く液晶シャッタとして機能する透明電極具備（図示せず）の液晶セル４２とそれに付随の駆動装置、偏光板４１，４３、バックライト１，２、反射層３及び必要に応じての補償用位相差板等の構成部品を適宜に組立てることなどにより形成される。
【００４５】
用いる液晶セルについては特に限定はなく、例えば液晶の配向形態に基づく場合、ＴＮ液晶セルやＳＴＮ液晶セル、垂直配向セルやＨＡＮセル、ＯＣＢセルの如きツイスト系や非ツイスト系、ゲストホスト系や強誘電性液晶系の液晶セルなどの適宜なものを用いうる。また液晶の駆動方式についても特に限定はなく、例えばアクティブマトリクス方式やパッシブマトリクス方式などの適宜な駆動方式であってよい。
【００４６】
また偏光板としても適宜なものを用いうるが、高度な直線偏光の入射による良好なコントラスト比の表示を得る点などよりは、例えばヨウ素系や染料系の吸収型直線偏光子などの如く偏光度の高いものが好ましく用いうる。なお偏光板は、図１の例の如く液晶セル４２の両側に設けることもできるし、液晶セルの片側にのみ設けることもできる。
【００４７】
液晶表示装置の形成に際しては、例えば視認側に設ける拡散板やアンチグレア層や保護層、あるいは液晶セルと偏光板の間に設ける補償用の位相差板などの適宜な光学素子を適宜に配置することができる。補償用位相差板は、複屈折の波長依存性などを補償して視認性の向上等をはかることを目的とするものである。
【００４８】
補償用位相差板は、視認側又は／及び背面側の偏光板と液晶セルの間等に必要に応じて配置されるが本発明においては上記した導光板による光出射特性を可及的に維持する点より、液晶セルと導光板の間に配置する光学層は可及的に少ないことが好ましく、かかる点より液晶セルの視認側に必要に応じての補償用位相差板を配置することが好ましい。なお補償用位相差板としては、波長域などに応じて適宜なものを用いることができ、１層又は２層以上の位相差層の重畳層として形成されていてもよい。
【００４９】
本発明による液晶表示装置の視認は、上記したように導光板の長辺面の透過光を介して行われる。ちなみに透過モードでは、図３に矢印で例示した如く光源の点灯状態で、導光板１の下面より出射した光αが反射層３を介し反射されて導光板１の長辺面１１ｂを透過し、偏光板４３，４１と液晶セル４２を経由して表示像（α）が視認される。
【００５０】
一方、反射モードでは光源を消灯した状態で、図４に矢印で示した如く外光γが偏光板４１，４３と液晶セル４２を経由して導光板１の上面の長辺面１１ｂを透過した後、前記の透過モードの場合と同様に反射層３を介し反射されて導光板１の長辺面１１ｂを透過し、偏光板４３，４１と液晶セル４２を経由して表示像（γ）が視認される。
【００５１】
本発明において、上記した液晶表示装置を形成する導光板や液晶セルや偏光板等の光学素子ないし部品は、全体的又は部分的に積層一体化されて固着されていてもよいし、分離容易な状態に配置されていてもよい。界面反射の抑制によるコントラストの低下防止などの点よりは、固着状態にあることが好ましい。その固着密着処理には、粘着剤等の適宜な透明接着剤を用いることができ、その透明接着層に上記した微粒子等を含有させて拡散機能を示す接着層などとすることもできる。
【００５２】
【実施例】
例１
予め所定形状に加工したポリメチルメタクリレート板の表面をダイヤモンドバイトで切削して上面に光出射手段を有する導光板を得た。これは幅３８mm、奥行２８mm、入射側面の厚さ１mm、対向端の厚さ０．８mmであり、上下面は平面で、上面に入射側面に平行なプリズム状凹凸を２００μmのピッチで有し、短辺面の傾斜角が４２〜４３度の範囲で、長辺面の傾斜角が１．５〜３．５度の範囲で変化し、最寄り長辺面の傾斜角変化が０．１度以内にあり、短辺面の下面に対する投影幅が９〜１５μm、長辺面／短辺面の下面に対する投影面積比が１２倍以上のものであった。なお光出射手段は、入射側面より２mm離れた位置より形成した。
【００５３】
前記導光板の入射側面に直径２．４mmの冷陰極管（ハリソン電気社製）を配置して白色のランプ反射シートからなる光源ホルダにてその縁を導光板の上下端面に密着させて包囲し、冷陰極管にインバータと直流電源を接続し、導光板の下面にアクリル板に接着した銀反射板を設置し、導光板の上面側に白黒ＴＮ型液晶セルを配置して液晶表示装置を得た。
【００５４】
なお前記した光源は、直流電源のオン／オフで点灯／消灯の切り替えを行うことができる。また前記の銀反射板は、マット処理したフィルム基材上に銀の蒸着層を形成した拡散型のもので、蒸着層の表面を透明樹脂層で被覆保護したものである。
【００５５】
例２
銀反射板をその反射面を介し導光板の下面に粘着層にて接着したほかは例１に準じて液晶表示装置を得た。
【００５６】
例３
銀反射板に代えて、鏡面銀反射面を有する反射シートを用い、その反射面を介し導光板の下面にシリコーン系樹脂を配合した粘着層にて接着したほかは例１に準じて液晶表示装置を得た。
【００５７】
例４
幅３８mm、奥行２８mm、入射側面の厚さ１mm、対向端の厚さ０．８mmのポリメチルメタクリレート板の上面にサンドブラスト加工による光出射手段を有する導光板を得、それを用いたほかは例１に準じて液晶表示装置を得た。
【００５８】
例５
幅３８mm、奥行２８mm、入射側面の厚さ１mm、対向端の厚さ０．８mmのポリメチルメタクリレート板の上面にチタン白分散の白色インクをドット状に印刷して散乱ドットからなる光出射手段を有する導光板を得、それを用いたほかは例１に準じて液晶表示装置を得た。
【００５９】
例６
プリズム状凹凸のピッチを２００μm、短辺面の傾斜角を３１〜３５度、長辺面の傾斜角を１．５〜３．５度、短辺面の下面に対する投影幅を１５〜２１μm、長辺面／短辺面の下面に対する投影面積比を８．５倍以上としたほかは例１に準じて導光板を得、それを用いて液晶表示装置を得た。
【００６０】
例７
導光板の上下面を逆転させたほかは例１に準じて液晶表示装置を得た。
【００６１】
例８
導光板の上下面を逆転させ、その上面に光拡散板を配置すると共に液晶セルの下面に半透過反射板を接着したほかは例６に準じて液晶表示装置を得た。
【００６２】
評価試験
出射強度
上記した例の液晶表示装置の形成に用いた導光板の下面を上側に向けて入射側面と垂直な平面内における当該下面からの出射光の輝度の角度分布を輝度計（トプコン社製、ＢＭ７）にて調べ、それに方向余弦を乗じて出射強度とし、その結果を図５に示した。図上、下面の法線方向が０度となる。図５より、例１〜３，７で用いた１種の導光板が本発明による出射光特性を満足し、例４〜６，８で用いた３種の導光板が本発明による出射光特性を満足しないものであることがわかる。
【００６３】
正面輝度
上記の例で得た液晶表示装置について透過モード及び反射モードでの白表示状態おける装置中央部での正面輝度を輝度計にて調べた。なお透過モードは、暗室中で光源を点灯することにより、反射モードは暗室中で光源を消灯し、装置中央部の上方１０cmの位置にリング状照明装置を配置しそれで照明することにより評価した。
【００６４】
前記の結果を次表に示した。また表にはＪＩＳ Ｋ ７１０５に準拠してヘイズメーターにて測定した導光板の全光線透過率とヘイズも示した。
また上記した条件による透過モード及び反射モードでライン状のパターンを表示させてその表示品位も調べた。その結果と前記の表より、例１，２，３が装置全体で均一な明るさが得られ、ギラギラした視覚もなくて特に良好であった。
【００６６】
一方、例４では透過モードでの出射光の角度が大きくて正面方向では暗く、例５でも同じ傾向であった。また例５では導光板に付与したドットが明瞭に観察され表示品位を著しく低下させた。例６では出射角の斜め化で正面輝度の低下が認められ、例７も輝線による明暗差が強く、ギラギラとした視認で見にくかった。例８では均一な明るさであったが輝度に劣っていた。
【００６７】
反射モードにおいても例１，２，３が高い輝度を示して非常にクリアで明るい表示が得られて特に良好であった。例５では光の拡散で輝度が低下し、ドットが明瞭に観察されて表示品位を害した。また例８では均一な明るさであったが輝度に劣っていた。
【００６８】
他方、例１で反射板をアクリル板で補強せずに故意に皺やクニックを入れて配置した場合、反射・透過の両モードでその皺等が明瞭に認められ視認性を低下させた。例２，３の如く反射板を導光板と接着した場合には皺やクニック等が発生せず、常に良好な表示を得ることができた。
【００６９】
以上より、電源のオン／オフで光源の点灯／消灯を切り替えることができて、透過・反射の両モードにおいて良好な表示特性を示す液晶表示装置が実現されており、反射モードの併用で消費電力をセーブして携帯型表示装置等のバッテリー使用時間を大きく延長できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶表示装置例の説明断面図
【図２】導光板における光出射手段の側面説明図
【図３】透過モードによる視認状態の説明図
【図４】反射モードによる視認状態の説明図
【図５】出射特性を示したグラフ
【符号の説明】
１：導光板
１１：上面（１１ａ：短辺面 １１ｂ：長辺面）
１２：下面 １３：入射側面
２：光源
３：反射層
４：液晶シャッター（４１，４３：偏光板 ４２：液晶セル）
Claims (8)
- 入射側面に配置した光源からの入射光を上面に形成した光出射手段を介して下面より出射し、その出射強度の前記入射側面の基準平面および前記下面の基準平面に垂直な面内におけるピークが前記下面の基準平面の法線方向に対して３０度以内にあり、前記光出射手段が、短辺面の傾斜角が３５〜４５度の範囲、長辺面の傾斜角が１０度以下、最寄りの前記長辺面の傾斜角差が１度以内、前記短辺面の前記下面に対する投影幅が３〜１５μｍ、前記下面の基準平面に対する前記長辺面の投影面積が前記短辺面の投影面積の５倍以上のプリズム状凹凸であり、前記の下面側に反射層を有して前記出射光の反射光が上面より透過する導光板の上面側に、液晶セルと少なくとも１枚の偏光板を有する液晶シャッタを配置してなることを特徴とする液晶表示装置。
- 請求項１において、導光板の上面からの直接出射光（漏れ光）が導光板の下面からの出射光の１／１０以下である液晶表示装置。
- 請求項１又は２において、導光板の入射側面に配置した光源が点灯・消灯の切り替えを行えるものである液晶表示装置。
- 請求項１から３のいずれか一項において、導光板が下面からの入射光を全光線透過率９０％以上で上面より透過し、１５％以下のヘイズを示すものである液晶表示装置。
- 請求項１から４のいずれか一項において、導光板上面の光出射手段が５０μｍ〜１．５ｍｍの範囲における一定ピッチで繰返すプリズム状凸凹からなる液晶表示装置。
- 請求項１から５のいずれか一項において、導光板下面側の反射層が金、銀、アルミニウム、誘電体多層膜又はホログラムからなる液晶表示装置。
- 請求項１から６のいずれか一項において、導光板下面側の反射層が導光板の下面に密着一体化してなる液晶表示装置。
- 請求項１から７のいずれか一項において、導光板下面側の反射層が光を拡散反射するものである液晶表示装置。
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