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【発明の名称】 フロントライト型照明装置およびフロントライト型照明装置付き反射型液晶表示装置
【発明者】 【氏名】藤田 政則

【氏名】物袋 俊一

【氏名】高野 香

【氏名】千本松 茂

【氏名】海老原 照夫

【氏名】坂間 弘

【氏名】福地 高和

【氏名】山崎 修

【氏名】篠 直利

【氏名】星野 雅文

【氏名】山本 修平
【要約】 【課題】反射型カラー液晶パネル等の表示品質を悪化させない薄型フロントライト型照明装置を提供する。

【解決手段】透明基板３を反射型カラー液晶パネル４との間に所定の間隙３ａを有するように反射型カラー液晶パネル４と対向配設し、マイクロプリズム型コリメータ２によりＬＥＤ１からの光の上記間隙３ａの厚み方向への入射角を絞り込んでいるので、ＬＥＤ１から上記間隙３ａに入射される光のうち反射型カラー液晶パネル４の表示面と逆方向に進む光も透明基板３で反射されるものが多くなり、その反射された光が照明光として作用するので、ＬＥＤ１から離れた部分まで均一に照明できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光を照射する光源と、照明すべき表示部との間に所定の間隙を有し、その表示部と対向する位置に配設された透明基板と、前記間隙の厚み方向への前記光源からの光の入射角を絞り込み、前記間隙に導光する絞込み手段とを備えることを特徴とするフロントライト型照明装置。
【請求項２】 前記絞込み手段が、前記透明基板に対応した側の面および／または前記照明すべき表示部に対応した側の面にマイクロプリズムを有した透明部材よりなることを特徴とする請求項１記載のフロントライト型照明装置。
【請求項３】 前記絞込み手段が、前記透明基板に対応した側の面および／または前記照明すべき表示部に対応した側の面にマイクロプリズム形状の反射板を有することを特徴とする請求項１記載のフロントライト型照明装置。
【請求項４】 前記絞込み手段が、前記透明基板に対応した側の面および／または前記照明すべき表示部に対応した側の面に傾斜プリズムを有した透明部材よりなることを特徴とする請求項１記載のフロントライト型照明装置。
【請求項５】 前記絞込み手段が、前記透明基板に対応した側の面および／または前記照明すべき表示部に対応した側の面に傾斜反射板を有することを特徴とする請求項１記載のフロントライト型照明装置。
【請求項６】 前記光源が、発光部と、発光部からの照射光が側面から入射した光を散乱または拡散する光制御層を有したライトガイドとを備えていることを特徴とする請求項１記載のフロントライト型照明装置。
【請求項７】 前記透明基板の前記表示部との対向面が、前記光源からの距離に応じて前記表示部との間隙が狭くなるように設けられたことを特徴とする請求項１記載のフロントライト型照明装置。
【請求項８】 反射層、液晶層、カラーフィルタを有する反射型カラー液晶パネルと、上記パネルの前面に所定の間隙を持って対向配置される透明基板と、光を照射する光源と、上記光源からの光の上記間隙の厚み方向への入射角を絞り込み上記間隙に導光する絞込み手段とを備えたことを特徴とするフロントライト型照明装置付き反射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、反射型カラー表示装置等に用いるフロントライト型照明装置およびフロントライト型照明装置付き反射型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯情報機器用表示装置として、液晶を用いた各種の反射型カラー表示装置の開発が行われている。これら反射型カラー表示装置は、液晶層を挟持する２枚の電極基板の内面に反射層とカラーフィルタを形成する構成が一般的である。このようなものは、例えば日経マイクロデバイス１９９６年１０月号Ｐ１４６図２や第２３回液晶討論会講演予稿集Ｐ１２４図１、日経マイクロデバイス１９９７年１０月号Ｐ１３５図２、信学技報Ｖｏｌ９７Ｎｏ．２１１Ｐ１４、１５等に開示されている。
【０００３】このような反射型カラー表示装置は反射層を有しているため、夜間や暗所で使用する際に従来のバックライトが使用できず、表示面の前方から照明を行うフロントライト型照明装置が必要となる。このフロントライト型照明装置は、ＳＩＤ９５ＤＩＧＥＳＴ、Ｐ３７６、ＦＩＧ１に提案されている。図７はこれを模式的に示したものである。
【０００４】図７の照明原理を簡単に説明すると、照明用蛍光灯１０１から照射された光は導光板１０２の側面１０２ａから導光板１０２内に入り、表示面側に形成されたマイクロプリズム１０２ｂにより図面下方側に反射され、図面下方に設置してある反射型カラー表示装置（図示せず）を照明するものである。また、導光板１０２の側面１０２ａ側の部分には傾斜プリズム１０２ｃが設けてあり、照明用蛍光灯１０１から照射された光の導光板１０２の厚み方向への入射角を絞り込んで導光板１０２内に入射した光がマイクロプリズム１０２ｂにより図面下方側に反射されるようにしている。なお、１０３は反射板、１０４は光学補償板である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のものを表示用照明装置として用いた場合、マイクロプリズムを形成した導光板を通して表示を見ることになり、プリズムのエッジ部等で散乱した光が観察者の目に入り、表示が若干白けた感じとなってしまい、すっきりとした表示が得られないという問題点を有していた。
【０００６】さらに、画面全体にマイクロプリズムを形成した導光板を使用するため、高価となりコスト面で問題があった。しかも、図７に示したような光学補償板を設ける場合はさらにコストがかかってしまう。また、画面全体にマイクロプリズムを形成した導光板を使用するため、光源としてＬＥＤ等の点光源を用いると、ＬＥＤに対応したライン状の照明となってしまい、導光板１０２からは均一な面照明は得られなかった。すなわち、正面側から見た場合、導光板１０２のプリズムの溝に垂直方向にライン状の光がＬＥＤチップから照射されているように見え、照明装置としては実用的でなかった。
【０００７】また、プリズムに反射方向性があるため、光源は一方向にしか設置できず、明るくする場合にも制約があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では、透明基板を照明すべき表示部との間に所定の間隙をもたせて、その表示部と対向配設し、絞込み手段により光源からの光の上記間隙の厚み方向への入射角を絞り込んでいるので、光源から上記間隙に入射される光のうち表示面と逆方向に進む光も透明基板で反射されるものが多くなり、その反射された光が照明光として作用するので、照明効率が向上する。また、絞込み手段により光源からの光の上記間隙の厚み方向への入射角を絞り込んでいるので、光源からの光のうち表示面と逆方向に進む光の多くを透明基板で反射できるようになり、光源から離れた遠くの方まで光が届き、さらに照明効率が上がり、均一な明るい照明が可能となる。また、絞込み手段がない場合、画面全体を均一に照明するために高い位置に照明を設置しなければならなく、ある程度厚みが必要であったが、絞込み手段を設けることにより薄型化が図れる。
【０００９】また、マイクロプリズムを介して表示を見ることがなくなることにより、表示が白けることがない薄型のフロントライト型照明装置を提供できる。また、表示部全面にわたる大面積のマイクロプリズムが不要になるので、大きな表示部でも比較的安価に構成でき、また光源としてＬＥＤを用いても均一な面照明が可能となり、薄型化が図れ、携帯情報機器の照明装置として用いる場合は携帯情報機器全体の薄型化が可能となる。
【００１０】透明基板の表示部との対向面が、光源からの距離に応じて表示部との間隙が狭くなるよう設けてあるので、絞り込まれた光源からの光の中で表示面に水平に近い光も反射できるようになり、照明効率が向上し、照明を明るくできる。また、導光部が空気層なので、反射型カラー表示パネルに照明用として入射する光は、屈折率の違いから垂直から４２度以内に屈折してカラーフィルターを透過するので、カラーフィルタで過度に光が吸収されて表示が暗くなってしまうという問題がない。
【００１１】
【発明の実施の形態】本願発明によるフロントライト型照明装置は、光源と照明すべき表示部との間に所定の間隙を有し、その表示部と対向する位置に配設された透明基板と、間隙の厚み方向への光源からの光の入射角を絞り込んで間隙に導光する絞込み手段とを備える構成である。
【００１２】さらに、絞込み手段を透明基板に対応した側の面および／または照明すべき表示部に対応した側の面にマイクロプリズムを有した透明部材よりなるものとしている。あるいは、絞込み手段を透明基板に対応した側の面および／または照明すべき表示部に対応した側の面がマイクロプリズム形状の反射板としている。
【００１３】あるいは、絞込み手段を透明基板に対応した側の面および／または照明すべき表示部に対応した側の面に傾斜プリズムを有した透明部材よりなるものとしている。あるいは、絞込み手段を透明基板に対応した側の面および／または照明すべき表示部に対応した側の面に傾斜反射板を配してなるものとしている。
【００１４】さらに、光源が、発光部と、発光部からの照射光が側面から入射した光を散乱または拡散する光制御層を有したライトガイドと、を備えている。あるいは、透明基板の表示部との対向面が、光源からの距離に応じて表示部との間隙が狭くなるよう設けられている。また、本願発明表示装置は、反射層、液晶層、カラーフィルタとを有する反射型カラー液晶パネルと、パネルの前面に所定の間隙を持って対向配置される透明基板と、光を照射する光源と、間隙の厚み方向への光源からの光の入射角を絞り込み間隙に導光する絞込み手段とを備えている。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて、具体的に説明する。
（実施例１）本発明の実施例を図１に示す。図１（ａ）は断面構造を表す概略図であり、図１（ｂ）は平面構造を表す概略図である。光源を構成する複数のチップ型ＬＥＤ１の前方には、絞込み手段を構成するマイクロプリズム型コリメータ２が配設してある。コリメータ２は導光性材料によりなり、上方側および下方側にマイクロプリズム２ａが設けてある。マイクロプリズム２ａは同図に示すようにその長さ方向に５〜１５度前後の傾斜角を有した複数のプリズムを連続して設けたものであり、表示部を構成する反射型カラー液晶パネル４と透明基板３との間隙３ａに、ＬＥＤ１の照射光の間隙３ａの厚み方向への入射角を絞り込んで導光させる。よって、この光の絞り込みにより透明基板３によるＬＥＤ１の照射光の反射率はアップし、透明基板３から外に漏れる光が減少するので、ＬＥＤ１から入射される光のうち反射型カラー液晶パネル４の表示面と逆方向に進む光も透明基板３で反射される割合が大きくなり、ＬＥＤ１からの光が遠くまで届くようになる。したがって、照明を反射型カラー液晶パネルからさほど高くない（離れていない）位置に設けても十分画面全体を照明でき、照明の位置を低くしたことによる薄型化が図れる。特に、絞込み手段として本例のようにマイクロプリズム型コリメータを用いれば、コリメータも小さくできるので、更なる薄型化が図れる。例えば、携帯情報機器の照明装置として用いる場合は、携帯情報機器全体の薄型化が可能となる。ＬＥＤ１とコリメータ２の周囲には図示したような反射層５が設けてあり、ＬＥＤ１からの光が透明基板３以外の所から外に漏れてしまうことを防止している。よって、照明効率が向上する。なお、ＬＥＤ１は対向面に配置してあるが、図１（ｂ）に示すようにそれぞれは対向しないような位置に配設する方が効果的であり、明るさにムラのない照明が行える。また、反射型カラー液晶パネル４は、液晶層を挟持する２枚の電極基板の内面に反射層とカラーフィルタを形成する構成（図示せず）のものである。
【００１６】次に照明原理を説明する。チップ型ＬＥＤ１から照射された光は、コリメータ２で間隙３ａの厚み方向に絞り込まれる。絞り込まれた光のうち反射型カラー液晶パネル４に向かわず透明基板３に向かう光は、その大半が透明基板３で反射されることになり、光源から遠い部分でも反射型カラー液晶パネル４を照らすことができる。透明基板３で反射された光は、コリメータ２で絞り込まれた光の中の反射型カラー液晶パネル４に向かう光とともに、反射型カラー液晶パネル４に向かう。これらの光のうち反射型カラー液晶パネル４で屈折透過する光は、間隙３ａ内の空気と反射型カラー液晶パネル４の透明基板との屈折率の違いから、反射型カラー液晶パネル４の垂直方向から４２度以内に屈折して反射型カラー液晶パネル４内のカラーフィルターを透過する。よって、カラーフィルタで過度に光が吸収されて表示が暗くなってしまうという問題がない。このようにして反射型カラー液晶パネル４を照明する。
【００１７】したがって、表示画面に従来のようにマイクロプリズムを設ける必要がなくなり、表示が白けて見えることがなくなるので、表示品質が向上するとともに、従来よりコストの低減が図れる。マイクロプリズムを設ける必要がないので、光源にＬＥＤを用いても均一な面照明が実現できる。
【００１８】透明基板には方向性がないので、光源を照明装置のすべての側面に設けることもでき、そうすれば非常に明るい表示ができる。また、要求される照明の明るさによっては、ＬＥＤ１を１つの面だけに設けてもよい。なお、マイクロプリズム型コリメータ２に設けるマイクロプリズム２ａは図面上方側だけ、もしくは図面下方側だけに設けるようにしてもよい。
【００１９】また、マイクロプリズム型コリメータ２は光源ごと、その発光部に対応した部分だけに設けてもよい。この場合、マイクロプリズム型コリメータ２に伴う重量を軽減できるので、軽量化が図れる。
（実施例２、３、４）実施例１で示した絞込み手段の他の例を図２、３、４に示す。なお、これらの図において、図１と同一番号のものは同一のものとする。
【００２０】図２に絞込み手段としてマイクロプリズムミラー６を用いた例を示す。同図に示すように、その長さ方向に２０度前後の傾斜角を有した複数の反射式プリズムを連続して図面上側および図面下側に設けたものである。なお、片側は平面ミラーとしてもよい。図３に絞込み手段として傾斜プリズム７を用いた例を示す。傾斜プリズム７の傾斜角は１０度前後に設定することが望ましい。
【００２１】図４に絞込み手段として傾斜反射板８を用いた例を示す。傾斜反射板８の傾斜角は２０度前後に設定することが望ましい。
（実施例５）実施例１で示した光源としてライトガイド９を用いた例を図５に示す。ライトガイド９は導光性を有するアクリル棒からなり、その側面９ａ、９ｂにはチップ型ＬＥＤ１が設けてあり、側面９ａ、９ｂからＬＥＤ１の照射光を入射する。ライトガイド９には、ＬＥＤ１からの入射光を上記間隙３ａにほぼ均等に照射させるための光制御層９ｃが設けてある。なお、光制御層９ｃとしては、白色塗料を塗布することにより形成される散乱面や拡散面を用いる。これにより上記と同様の効果が得られ、さらに、少ないＬＥＤで均一な照明ができる。なお、ライトガイド９の上面及び下面に光制御層９Ｃからの拡散光を厚さ方向に絞り込む絞り込み手段を一体形成しても良く、この場合は各部の保持が容易になる。
【００２２】（実施例６）図６は実施例１で示した透明基板３の表示部４との対向面を、光源１からの距離に応じて表示部４との間隙３ａが狭くなるようにしたものである。このように透明基板３を構成することにより、絞り込まれた光源からの光の中で表示面に水平に近い光も照明光として反射できるようになり、照明効率が向上し、同じ光源を使った場合、照明を明るくできる。
【００２３】なお、上記実施例１〜６において、光源はＬＥＤに限らず蛍光管やＥＬ等でもよい。また、透明基板はタッチパネル型入力装置の構成部材の一部を兼ねてもよい。この場合、タッチパネル型入力装置を含めた全体の厚みを薄くでき構成の簡略化が図れコストの低減が図れる。
【００２４】また、透明基板を携帯機器のケースの透明開口部を兼ねる構成としてもよく、これにより全体の厚みを薄くでき構成の簡略化が図れコストの低減が図れる。また、透明基板と表示部との間に新たに第２の透明基板を設けてもよい。この場合、光源からの光は両透明基板間に照射するようにするとよい。また、表示部を構成する反射型カラー液晶パネルとしては、液晶層を挟持する２枚の電極基板の内側に反射層とカラーフィルタを形成したタイプであれば適用できるので、ポリマーネットワーク液晶表示装置等の散乱モード液晶表示装置や相転移型またはλ／４板型ゲストホストモード液晶表示装置のほか、偏光板を１枚使用した１枚偏光板式ＴＮ、ＳＴＮ、Ｒ−ＯＣＢ等、各種表示モードに適用できる。
【００２５】また、表示部としては反射型カラー液晶パネルに限らず、ポスター等でもよい。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、光源から上記間隙に入射される光のうち表示面と逆方向に進む光も透明基板で反射されるものが多くなり、その反射された光が照明光として作用するので、光源から離れた部分まで均一に照明できる。また、絞込み手段により光源からの光の上記間隙の厚み方向への入射角を絞り込んでいるので、光源からの光のうち表示面と逆方向に進む光の多くを透明基板で反射できるようになり、光源から離れた遠くの方まで光が届き、さらに照明効率が上がり、均一な明るい照明が可能となる。また、絞込み手段がない場合、画面全体を均一に照明するために高い位置に照明を設置しなければならなく、ある程度厚みが必要であったが、絞込み手段を設けることにより薄型化が図れる。
【００２７】また、マイクロプリズムを介して表示を見ることがなくなるため、表示が白けることがない表示品質の高い薄型のフロントライト型照明装置を提供できる。また、表示部全体にわたる大面積のマイクロプリズムを設けていないので、大きな表示部でも比較的安価にでき、また光源としてＬＥＤを用いても均一な面照明が可能となり、薄型化が図れ、携帯情報機器の照明装置として用いる場合は携帯情報機器全体の薄型化が可能となる。
【００２８】透明基板の表示部との対向面が、光源からの距離に応じて表示部との間隙が狭くなるよう設けてあるので、絞り込まれた光源からの光の中で表示面に水平に近い光も反射できるようになり、照明効率が向上し、同じ光源を使った場合、照明を明るくできる。また、導光部が空気層なので、反射型カラー表示パネルに照明用として入射する光は、屈折率の違いから垂直から４２度以内に屈折してカラーフィルターを透過するので、カラーフィルタで過度に光が吸収されて表示が暗くなってしまうという問題がない。
【出願人】 【識別番号】０００００２３２５
【氏名又は名称】セイコーインスツルメンツ株式会社
【識別番号】３９６００４９８１
【氏名又は名称】セイコープレシジョン株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）１２月２４日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】林 敬之助
【公開番号】 特開平１１−１８５５１５
【公開日】 平成１１年（１９９９）７月９日
【出願番号】 特願平９−３５５５３７