| 【発明の名称】 |
照明装置及びそれを用いた液晶装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】川上 久徳
【氏名】竹村 正範
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| 【要約】 |
【課題】高輝度の平面発光を形成できる照明装置を提供する。
【解決手段】光源７からの光を光取込み面６ａで受光して光出射面６ｂから出射する導光体６を有する照明装置４である。導光体６の光取込み面６ａの反対面６ｃを傾斜面とする。傾斜面６ｃに到達した光はその傾斜面６ｃで角度を持って反射するので、導光体６の内部での光の反射回数が増大し、このために拡散される頻度が増え、この結果、光出射面６ｂからの出射光の輝度が向上する。また、拡散シート９の拡散パターン１２の形状を傾斜面６ｃからの距離に応じて変化させることにより、平面光の強度を均一化できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光源と、該光源からの光を光取込み面で受光して光出射面から出射する導光体とを有する照明装置において、前記導光体の光取込み面の反対面を傾斜面としたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】 請求項１において、前記導光体の光出射面の法線面に対する前記傾斜面の傾斜角度は±約１０°であることを特徴とする照明装置。
【請求項３】 請求項１又は請求項２において、前記導光体の光出射面の反対面に反射部材を設けたことを特徴とする照明装置。
【請求項４】 請求項１から請求項３の少なくともいずれか１つにおいて、前記導光体の傾斜面に反射部材を設けたことを特徴とする照明装置。
【請求項５】 光源と、該光源からの光を光取込み面で受光して光出射面から出射する導光体と、該導光体の光出射面又はその反対面に設けられた拡散パターンとを有する照明装置において、前記導光体の光取込み面の反対面を傾斜面とし、さらに前記拡散パターンのパターン占有率は前記傾斜面から前記導光体の中央部へ向かって増加することを特徴とする照明装置。
【請求項６】 請求項５において、前記光源の近傍の前記拡散パターンのパターン占有率をＳ０、前記傾斜面近傍の前記拡散パターンのパターン占有率をＳ１、そして前記導光体の中間部分の前記拡散パターンのパターン占有率をＳ２とするとき、Ｓ０＜Ｓ１＜Ｓ２であることを特徴とする照明装置。
【請求項７】 請求項６において、パターン占有率がＳ０である拡散パターンであって前記光源に最も近いものからパターン占有率がＳ２である中間部拡散パターンまでの距離をＬ１とし、パターン占有率がＳ１である拡散パターンであって前記傾斜面に最も近いものからパターン占有率がＳ２である中間部拡散パターンまでの距離をＬ２とするとき、Ｌ１＞Ｌ２であることを特徴とする照明装置。
【請求項８】 請求項１から請求項７の少なくともいずれか１つにおいて、前記光源はＬＥＤ（Light Emitting Diode）であることを特徴とする照明装置。
【請求項９】 一対の基板に液晶を挟持して成る液晶パネルと、該液晶パネルに光を供給する照明装置とを有する液晶装置において、前記照明装置は、光源と、該光源からの光を光取込み面で受光して光出射面から出射する導光体とを有し、さらに前記導光体の光取込み面の反対面を傾斜面としたことを特徴とする液晶装置。
【請求項１０】 一対の基板に液晶を挟持して成る液晶パネルと、該液晶パネルに光を供給する照明装置とを有する液晶装置において、前記照明装置は、光源と、該光源からの光を光取込み面で受光して光出射面から出射する導光体と、該導光体の光出射面又はその反対面に設けられた拡散パターンとを有し、前記導光体の光取込み面の反対面を傾斜面とし、さらに前記拡散パターンのパターン占有率は前記傾斜面から前記導光体の中央部へ向かって増加することを特徴とする液晶装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源から出た光を導光体の光取込み面から取込んで該導光体の光出射面へ導いて外部へ出射する照明装置に関する。また、本発明は、該照明装置を用いて構成される液晶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気光学的な表示装置として液晶装置が広く知られている。この液晶装置は、一般に、電極を備えた一対の基板によって液晶を挟持し、電極間に電圧を印加して液晶の配向を制御し、これにより、液晶を通過する光を変調して像の表示を行う。
【０００３】液晶装置を液晶への光の供給の仕方に基づいて区別すると、一方の基板の外面又は内面に設けた反射板によって外光を反射する構造の反射型液晶装置や、一方の基板の外面に設けた照明装置によって液晶へ光を平面的に供給する構造の透過型液晶装置や、外光がある場合には反射型として機能すると共に外光が不十分な場合には透過型として機能する半透過反射型液晶装置等といった各種の液晶装置が知られている。
【０００４】透過型液晶装置や半透過反射型液晶装置等で用いられる照明装置は、基本的には、図８に示すように、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、冷陰極管等といった発光源７１を導光体７４の光取込み面７４ａに対向させて配置し、発光源７１からの光を導光体７４の光取込み面７４ａから取り込んで反射板７８で反射させつつ光出射面７４ｂへ導き、該光出射面７４ｂから外部へ出射する。光出射面７４ｂには光を平面的に利用する機器、例えば液晶パネル（図示せず）が配置され、光出射面７４ｂから平面的に出射される光がその機器に供給される。なお、符号Ｒは光の進行経路を概念的に示すものであるが、これは実際の光の進行経路を示すものではないことに注意を要する。
【０００５】ところで、最近では、液晶装置等によってカラー表示が行われることが多くなっており、このカラー表示において見栄えの良い表示を行うためには、液晶パネルを照明するための光が高輝度であることが必要となっている。具体的には、白黒表示においては２ｎｔ程度が必要であるのに対し、カラー表示では１０ｎｔ以上の高輝度が必要となっている。また、カラー表示パネルは光透過率が低い、例えば約２％程度であるので、この面からも照明装置に高輝度が必要となっている。
【０００６】以上のように、近年の照明装置には高輝度の出射光が要求されているにもかかわらず、図８に示した従来の基本的な照明装置は、導光体７４へ導入した光を光出射面７４ｂから外部へ出射することに関する効率が悪く、そのため、高輝度の出射光が得られないという問題があった。
【０００７】また、従来、特開平６−０８２６３１号公報に開示されたように、導光体の端面に拡散部材や光吸収部材を設けることにより、照明装置の端面近傍に発光ムラが発生することを防止するようにした照明装置が知られている。また、特開平８−３２０４８６号公報に開示されたように、発光源に対向する導光体の端面を傾斜面とすることにより、導光体へ導入される光を多くするようにした照明装置も知られている。また、特開平８−３３５０４８号公報に開示されたように、導光体の光取込み面の反対面に反射シートを装着するという照明装置も知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、導光体の構造に工夫を加えることにより、発光ムラの解消を図ったり、光強度の増大を図ったりした照明装置は種々提案されているが、従来の照明装置では高輝度の平面発光を得ることが難しいという問題があった。
【０００９】本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、高輝度の平面発光を形成できる照明装置を提供することを目的とする。また、本発明は、非常に均一で明るい表示を行うことができる液晶装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】（１）上記の目的と達成するため、本発明に係る第１の照明装置は、光源と、該光源からの光を光取込み面で受光して光出射面から出射する導光体とを有する照明装置において、前記導光体の光取込み面の反対面を傾斜面としたことを特徴とする。
【００１１】この構成の照明装置によれば、導光体の光取込み面から該導光体の内部へ導入された光であって該導光体の光出射面から外部へ出射しないで、光取込み面に対向する反対側の傾斜面に到達した光が真っ直ぐに反射するのではなく、角度を持って反射する。この結果、導光体内を伝播する光の反射回数が増えることになり、拡散される頻度が増え、結果として光の出射効率が上がって出射光の輝度が高くなる。また、導光体内を伝播する光の反射回数を増やすことにより、出射光の輝度ムラを低減することもできる。
【００１２】次に、上記第１の照明装置に関して前記傾斜面の傾斜角度について検討する。今、図２（ａ）に示すように、導光体６の光出射面６ｂの法線面Ｐｎ（紙面垂直方向に延在する面）に対する傾斜面６ｃの角度をθとし、出光効率（％）＝（出射光量／入射光量）×１００但し、出射光量＝光出射面６ｂから出る光量入射光量＝光取込み面６ａに入射する光量をシミュレーションによって求めたところ、図７（ａ）に示す結果を得た。なお、図２（ａ）において、傾斜角度θは図の正時計方向が＋（プラス）で、反時計方向が−（マイナス）である。
【００１３】また、図７（ａ）に示す結果データをグラフで表すと図７（ｂ）に示すグラフが得られた。このグラフから分かることは、図２（ａ）の導光体６の光入射反対側端面６ｃの傾斜角度θが０°のときに出光効率が低いことは従来の照明装置の通りであり、端面角度を徐々に傾斜させていくと±約１０°までは出光効率が徐々に大きくなるものの、端面傾斜角度が±約１０°を超えると出光効率が徐々に小さくなってしまうということである。
【００１４】つまり、導光体６の光取込み面６ａの反対面６ｃを傾斜面とする場合、その傾斜面６ｃの傾斜角度θが適切な範囲であれば高い出射効率を得ることができるが、傾斜角度θが大き過ぎると出射効率の大きな向上が得られないことがあるということであり、その適切な角度範囲は±約１０°程度だということである。
【００１５】このように傾斜角度θが大き過ぎると導光体６において光出射効率の大きな向上が得られない、ということの理由は、種々あるかもしれないが、その１つには、入射反対側端面６ｃの傾斜角度θが大き過ぎると、該端面で反射した光はその端面近傍で直ぐに導光体６の外側へ出てしまい、導光体６の内部での光の反射回数を増加させることができないからである、ということが考えられる。以上の検討結果を考慮すると、上記第１の照明装置において、前記導光体６の光出射面６ｂの法線面Ｐｎに対する前記傾斜面６ｃの傾斜角度は±約１０°であることが望ましい。
【００１６】次に、上記第１の照明装置において、前記導光体の光出射面の反対面には反射部材を設けることが望ましい。これにより、導光体に入射した光を効率良く光出射面から外部へ出射することができる。なお、反射部材としては、導光体とは別体の例えば白色の反射シールを貼り付けることや、例えば白色の反射層を導光体の表面に形成することや、その他任意の方法を採用できる。
【００１７】次に、上記第１の照明装置において、前記導光体の光入射反対側の傾斜面にも反射部材を設けることが望ましい。これにより、一旦導光体へ入射した光が反対側の傾斜面を通して外部へ漏れ出ることを防止でき、それ故、出射効率をより一層向上できる。なお、反射部材としては、導光体とは別体の例えば白色の反射シールを貼り付けることや、例えば白色の反射層を導光体の表面に形成することや、その他任意の方法を採用できる。
【００１８】（２）次に、本発明に係る第２の照明装置は、光源と、該光源からの光を光取込み面で受光して光出射面から出射する導光体と、該導光体の光出射面又はその反対面に設けられた拡散パターンとを有する照明装置において、前記導光体の光取込み面の反対面を傾斜面とし、さらに前記拡散パターンは前記傾斜面から前記導光体の中央部へ向かってパターン占有率が増加することを特徴とする。
【００１９】なお、パターン占有率というのは、導光体における単位面積あたりに拡散パターンが占める面積の割合のことである。例えば、パターン占有率を高めるためには、拡散パターンの形状を大きくしたり、パターン形状は変化させないがパターンの存在密度を増加したりすることが考えられる。
【００２０】この第２の照明装置が上記第１の照明装置と異なる点は、導光体の光取込み面の反対面を傾斜面とすることに加えて、光出射面又はその反対面に拡散パターンを設け、さらにその拡散パターンの模様を上記傾斜面に関連させて決定したことである。
【００２１】導光体の光取込み面の反対面、すなわち光入射反対面を傾斜面とすれば、該傾斜面に到達した光は該傾斜面おいて角度を持って反射するので、導光体の光出射面から外部へ出射する光の輝度は上記傾斜面、すなわち導光体の入射反対側の端部が強くなる傾向にあり、平面光の均一性が損なわれることがあるかもしれない。これに対し、本第２の照明装置のように、拡散パターンのパターン占有率を傾斜面すなわち導光体端面から導光体中央部へ向かって増加するように設定すれば、導光体端面側の出射光輝度を低減する一方で、導光体中央部側の出射光輝度を高めることができるので、出射光の平面的な輝度を均一化できる。
【００２２】今、照明装置の平面的模式図である図２（ｂ）を参照して、上記第２の照明装置において、前記光源７の近傍の拡散パターン１２ａのパターン占有率をＳ０、入射反対側の傾斜面６ｃ近傍の拡散パターン１２ｃのパターン占有率をＳ１、そして導光体６の中間部分の拡散パターン１２ｂのパターン占有率をＳ２とするとき、それらパターン占有率の関係は、Ｓ０＜Ｓ１＜Ｓ２とすることが望ましい。
【００２３】拡散パターンのパターン占有率を上記のように設定すれば、光源７に近い部分の光出射効率が最も弱められ、擬似光源と考えられる傾斜面６ｃに近い部分の光出射効率が次に弱められ、そして、中間部分の光出射効率が最も大きく維持されることになり、その結果、導光体６からの出射光の輝度が平面的に均一にされる。
【００２４】次に、導光体の光出射面又はその反対面に対して設ける拡散パターンを傾斜端面との関連で上記のように構成した照明装置においては、図２（ｂ）において、パターン占有率が最も小さいＳ０である拡散パターン１２ａであって光源７に最も近いものからパターン占有率がＳ２である中間部拡散パターン１２ｂまでの距離をＬ１とし、パターン占有率が中間値Ｓ１である拡散パターン１２ｃであって傾斜面６ｃに最も近いものからパターン占有率がＳ２である中間部拡散パターン１２ｂまでの距離をＬ２とするとき、Ｌ１＞Ｌ２であることが望ましい。
【００２５】この構成によれば、輝度が最も高くなる傾向にある光源側の端部の輝度を最も小さくし、その次に輝度が高くなる傾向にある擬似光源側すなわち傾斜面６ｃ側の端部の輝度を中間程度に小さくし、そして輝度が最も低くなる傾向にある中間部の輝度をできるだけ減衰しないように調節できる。これにより、導光体６から出る光の輝度を平面的に均一にすることができる。
【００２６】次に、上記第１及び第２の照明装置において、前記光源はＬＥＤ（Light Emitting Diode）であることが望ましい。一般に、光源としては蛍光灯等といった冷陰極線管や、ＬＥＤ等といった各種の発光源を用いることができる。これらの発光源のうちＬＥＤは指向性が強いので、これを光源として用いる場合には、ＬＥＤから発光して導光体の光取込み面に取り込まれた光のうち導光体の外部へ出射することなく反対側端面に到達する成分が多くなる。
【００２７】この場合、従来の照明装置のように光取込み面の反対面に特別な処理を施していないときには、上記のように光取込み面の反対面に到達した光成分は真っ直ぐに反射して再び光取込み面へ向かうことになり、導光体の外側へなかなか出射しないことになる。これでは、輝度の高い出射光を導光体の外部に取り出すことが難しくなる。
【００２８】これに対し、本発明のように、光取込み面の反対面を傾斜させておけば、当該反対面に到達した光を角度を付けて反射することができ、従って、導光体の内部で多数回反射させることができるので、特に指向性の強いＬＥＤに関して輝度の高い出射光を得ることができる。
【００２９】（３）次に、本発明に係る第１の液晶装置は、一対の基板に液晶を挟持して成る液晶パネルと、該液晶パネルに光を供給する照明装置とを有する液晶装置において、前記照明装置は、光源と、該光源からの光を光取込み面で受光して光出射面から出射する導光体とを有し、さらに前記導光体の光取込み面の反対面を傾斜面としたことを特徴とする。
【００３０】この構成の液晶装置によれば、照明装置において、導光体の光取込み面から該導光体の内部へ導入された光であって該導光体の光出射面から外部へ出射しないで、光取込み面に対向する反対側の傾斜面に到達した光が真っ直ぐに反射するのではなく、角度を持って反射する。この結果、導光体内を伝播する光の反射回数が増えることになり、拡散される頻度が増え、結果として光の出射効率が上がって出射光の輝度が高くなる。また、導光体内を伝播する光の反射回数を増やすことにより、出射光の輝度ムラを低減することもできる。このように、照明装置からの光を高輝度で輝度ムラを少なくできるので、表示領域の全体に明るくてムラのない像を表示することができる。
【００３１】（４）次に、本発明に係る第２の液晶装置は、一対の基板に液晶を挟持して成る液晶パネルと、該液晶パネルに光を供給する照明装置とを有する液晶装置において、前記照明装置は、光源と、該光源からの光を光取込み面で受光して光出射面から出射する導光体と、該導光体の光出射面又はその反対面に関して設けられた拡散パターンとを有し、前記導光体の光取込み面の反対面を傾斜面とし、さらに前記拡散パターンは前記傾斜面から前記導光体の中央部へ向かってパターン占有率が徐々に増加することを特徴とする。
【００３２】この第２の液晶装置が上記第１の液晶装置と異なる点は、それらに含まれる照明装置に関して改変を加えたことであり、具体的には、導光体の光取込み面の反対面を傾斜面とすることに加えて、光出射面又はその反対面に拡散パターンを設け、さらにその拡散パターンの模様を上記傾斜面に関連させて決定したことである。
【００３３】導光体の光取込み面の反対面を傾斜面とすれば、該傾斜面に到達した光は該傾斜面おいて角度を持って反射するので、導光体の光出射面から外部へ出射する光の輝度は上記傾斜面、すなわち導光体の入射反対側の端部が強くなる傾向にあり、平面光の均一性が損なわれることがあるかもしれない。これに対し、本第２の液晶装置で用いられる照明装置のように、拡散パターンのパターン占有率を傾斜面すなわち導光体端面から導光体中央部へ向かって増加するように設定すれば、導光体端面側の出射光輝度を低減する一方で、導光体中央部側の出射光輝度を高めることができるので、出射光の平面的な輝度を均一化できる。これにより、液晶装置の表示領域の全体に明るくてムラのない像を表示することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】液晶装置を液晶の駆動方式によって区別すると、画素電極をスイッチング素子（すなわち、非線形素子）によって駆動する方式であるアクティブマトリクス方式の液晶装置と、スイッチング素子を用いない単純なマトリクス配列によって構成されるパッシブマトリクス方式の液晶装置とが考えられる。
【００３５】また、アクティブマトリクス方式の液晶装置としては、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）等といった３端子型素子を用いる方式と、薄膜ダイオード（ＴＦＤ：Thin Film Diode）等といった２端子型素子を用いる方式とが知られている。これらのうちＴＦＤ等を用いた液晶装置は、配線の交差部分がないために配線間の短絡不良が原理的に発生しないこと、成膜工程及びフォトリソグラフィ工程を短縮できること等といった利点を有している。
【００３６】以下、本発明を、ＴＦＤをスイッチング素子として用いる構造のアクティブマトリクス方式の液晶装置に適用する場合を例に挙げて説明する。また、本実施形態の液晶装置は、外光がある場合には反射型として機能すると共に外光が不十分な場合には透過型として機能する半透過反射型の液晶装置であるものとする。
【００３７】図１はその液晶装置１の側面断面構造を示している。この液晶装置１は、液晶パネル２の非表示面側（図１の下面側）に照明装置４を配置し、その照明装置４の非発光面側（図１の下面側）に制御基板５を配置し、さらに液晶パネル２と制御基板５とをＦＰＣ（Flexible Printed Circuit：可撓性プリント基板）３によって電気的に接続することによって形成される。符号１４は液晶パネル２と照明装置４との間に配置される緩衝部材を示している。
【００３８】照明装置４は、導光体６と、光源としてのＬＥＤ７とを有する。ＬＥＤ７はＬＥＤ基板１３に実装されて導光体６の光取込み面６ａに対向する。ＬＥＤ基板１３は、例えば、導光体６を樹脂成形する際に同時に成形された基板支持部に装着されて導光体６に支持される。
【００３９】導光体６は、例えばアクリル系樹脂、ポリカーバイト系樹脂、ガラス等によって形成され、その非発光面側すなわち液晶パネル２と反対側の面には反射部材としての反射シート８が貼着等によって装着されている。また、導光体６の光出射面６ｂには拡散シート９及びプリズムシート１１がそれぞれ貼着等によって装着されている。
【００４０】さらに、本実施形態に係る導光体６の光取込み面６ａの反対面は、図２（ａ）に示すように、光出射面６ｂの法線面Ｐｎに対して角度θだけ傾斜する傾斜面６ｃとしてなっている。反射シート８はこの傾斜面６ｃを覆う所まで延びている。反射シート８は、ＬＥＤ７から出て導光体６の光取込み面６ａから取り込まれた光を反射する作用を奏し、例えば、白色の発泡ポリエチレンテレフタレート樹脂等によって形成される。また、拡散シート９には、図２（ｂ）に示すように、発光面側（図１の液晶パネル２を向く側）に多数の拡散パターン１２が形成されている。
【００４１】これらの拡散パターン１２は光の屈折率を異ならせることにより、導光体６の内部を伝播する光をその導光体６の外部へ導出するものであり、例えば、シート上に白色塗料を印刷することによって形成される。なお、導光体６を樹脂成形するときに凸形状又は凹形状の拡散パターン１２を導光体６と同時成形、すなわち一体成形することもできる。また、プリズムシート１１は、シート表面に凸部又は凹部のプリズムパターンを有する光学要素であり、拡散シート９から出た光を中央部へ向ける作用を奏する。
【００４２】図１において、液晶パネル２は、矢印Ａ方向から見て環状のシール材１６によって互いに貼り合わされた一対の基板１７ａ及び１７ｂを有する。そして、第１基板１７ａ、第２基板１７ｂ及びシール材１６によって囲まれる間隙、いわゆるセルギャップ内に液晶Ｌが封入される。シール材１６の中に分散された球状又は円筒状のギャップ材１０と、少なくとも一方の基板１７ａ又は１７ｂの内側表面に分散されてセルギャップ内に存在する多数のスペーサ１５とは、セルギャップの間隔を一定に維持するように機能する。
【００４３】第１基板１７ａのうち第２基板１７ｂから張出す基板張出し部の表面にはＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film：異方性導電膜）１８によって液晶駆動用ＩＣ１９が実装される。また、図には示されていないが、第２基板１７ｂも第１基板１７ａから張出す基板張出し部を有しており、その基板張出し部にも液晶駆動用ＩＣが実装される。
【００４４】本実施形態の液晶装置は、スイッチング素子としてＴＦＤを用いたアクティブマトリクス方式の液晶装置であり、第１基板１７ａ及び第２基板１７ｂのいずれか一方は素子基板であり、他方が対向基板である。本実施形態では、第１基板１７ａを素子基板と考え、第２基板１７ｂを対向基板と考える。
【００４５】素子基板としての第１基板１７ａは、ガラス、プラスチック等によって形成された基材２４ａの内側表面に矢印Ａ方向から見てドットマトリクス状に画素電極２１を形成し、その上に配向膜２６ａを成膜し、さらに基材２４ａの外側表面に偏光板２２ａを例えば貼着によって装着することによって形成される。単純な反射型の場合には表示面側でない基材２４ａは透明であることは必須の要件ではないが、本実施形態のように反射型及び透過型の両方として用いる場合には、基材２４ａは透明であることが必要である。
【００４６】また、対向基板としての第２基板１７ｂは、ガラス、プラスチック等によって形成された基材２４ｂの内側表面にカラーフィルタ２７を形成し、その上に矢印Ａから見てストライプ状の対向電極２３を形成し、その上に配向膜２６ｂを成膜し、さらに基材２４ｂの外側表面に偏光板２２ｂを例えば貼着によって装着することにより形成される。
【００４７】配向膜２６ａ，２６ｂは、例えば、ポリイミド溶液を塗布した後に焼成することによって形成される。このポリイミドのポリマー主鎖がラビング処理によって所定の方向へ延伸され、セルギャップ内に封入された液晶Ｌ内の液晶分子が配向膜の延伸方向に沿って方向配位するといわれている。
【００４８】カラーフィルタ２７に関しては、第１基板１７ａに形成された画素電極２１に対向する部分の対向基板に、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各原色の色要素が所定の配列で形成され、画素電極２１に対向しない領域にはＢＫ（ブラック）のブラックマトリクスが形成される。
【００４９】図３は、液晶パネル２の電気的構成を模式的に示している。図示のように、液晶パネル２には複数の配線２８が行方向（Ｘ方向）に形成され、さらに、複数本の対向電極２３が列方向（Ｙ方向）に形成され、配線２８と対向電極２３との各交差点に画素２９が形成される。各画素２９は、液晶層Ｌ０とＴＦＤ（Thin Film Diode）３１との直列接続によって形成される。図１の画素電極２１は図３においてＴＦＤ３１を介して配線２８に接続され、対向電極２３と協働して液晶Ｌを挟むことにより、液晶層Ｌ０を形成する。図１において、第１基板１７ａと第２基板１７ｂは、１列分の画素電極２１と１本の対向電極２３とが互いに対向する位置関係となるように、互いに貼り合わされる。
【００５０】図３において、各配線２８は走査線駆動回路３２によって駆動されて走査線として作用する。また、各対向電極２３はデータ線駆動回路３３によって駆動されてデータ線として作用する。これら走査線駆動回路３２及びデータ線駆動回路３３は、図１に示した液晶駆動用ＩＣ１９や図示しないもう一方の液晶駆動用ＩＣに回路構成要素として含まれる。
【００５１】対向電極２３は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような透明導電材によって形成される。また、画素電極２１はＡｌ（アルミニウム）等といった反射性材料によって形成される。ここで画素電極２１を反射性材料によって形成するのは、画素電極２１それ自体を反射要素として用いて反射型の表示を行うためである。
【００５２】なお、図３では、ＴＦＤ３１が配線２８すなわち走査線の側に接続され、液晶層Ｌ０が対向電極２３すなわちデータ線の側に接続されているが、これとは逆に、ＴＦＤ３１をデータ線の側に接続し、液晶層Ｌ０を走査線の側に接続することもできる。
【００５３】ＴＦＤ３１は、例えば図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第１基板１７ａの表面に成膜された絶縁膜３４の上に形成された第１ＴＦＤ３６ａ及び第２ＴＦＤ３６ｂという２つのＴＦＤ部分によって構成されている。絶縁膜３４は、例えば、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）によって５０〜２００ｍｍ程度の厚さに形成される。
【００５４】この酸化膜３４を設けるのは、第１には、第２金属膜３９ａ及び３９ｂの堆積後における熱処理により、第１金属膜３７が下地から剥離しないようにするためである。また、第２には、第１金属膜３７に不純物が拡散しないようにするためである。従って、これらの点が問題にならないのであれば、絶縁膜３４は省略することができる。
【００５５】ＴＦＤ３６ａ及び３６ｂは、それぞれ、第１金属膜３７と、この第１金属膜３７の表面に形成されて絶縁体として作用する酸化膜３８と、そして酸化膜３８の表面に互いに離間して形成された第２金属膜３９ａ及び３９ｂとによって構成される。酸化膜３８は、例えば、化成液として０．０１〜０．１重量％のクエン酸水溶液を用いて行われる陽極酸化法によって第１金属膜３７の表面を酸化することによって形成された、例えば１０〜３５ｎｍ程度の厚さの酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）によって構成される。なお、第１金属膜３７を陽極酸化したときには、配線２８の基礎となる部分の表面も同時に酸化されて、同様に酸化タンタルから成る酸化膜が形成される。
【００５６】第２金属膜３９ａ及び３９ｂは、例えばＡｌ等といった反射性材料をスパッタリング法等といった成膜技術を用いて成膜した上で、フォトリソグラフィ及びエッチング技術によってパターニングして、最終的に５０〜３００ｎｍ程度の厚さに形成される。一方の第２金属膜３９ａはそのまま配線２８となり、他方の第２金属膜３９ｂは画素電極２１に接続される。
【００５７】ここで、第１ＴＦＤ３６ａは、配線２８の側から見ると順番に、第２金属膜３９ａ／酸化膜３８／第１金属膜３７の積層構造、すなわち金属／絶縁体／金属のサンドイッチ構造を採るため、その電流−電圧特性は正負両方向にわたって非線形となる。他方、第２ＴＦＤ３６ｂは、配線２８の側から見ると順番に、第１金属膜３７／酸化膜３８／第２金属膜３９ｂとなって、第１ＴＦＤ３６ａとは反対の電流−電圧特性を有することになる。従って、ＴＦＤ３１は２つの素子を互いに逆向きに直列接続させた形となり、このため、１つの素子を用いる場合に比べて、電流−電圧の非線形特性が正負双方向にわたって対称化されることになる。
【００５８】第１金属膜３７は、例えばタンタル単体、タンタル合金等によって形成される。また、その第１金属膜３７の膜厚は、ＴＦＤ３１の用途に応じて好適な値が選択されるが、通常は、１００〜５００ｎｍ程度である。
【００５９】なお、ＴＦＤ３１は２端子型非線形素子の一例であり、他にＭＳＩ（Metal Semi-Insulator）等のようなダイオード素子構造を用いた素子や、これらの素子を逆向きに直列接続又は並列接続したもの等を用いることもできる。さらに、電流−電圧特性を正負双方向で厳密に対称化する必要がない場合には、１つの素子だけによってＴＦＤを構成できる。
【００６０】画素電極２１には、図４（ａ）に示すように、斜め方向に開口するスリット状の開口４１が設けられる。本液晶装置が反射型として機能するときには画素電極２１それ自体が反射要素として作用し、一方、透過型として機能するときにはこれらの開口４１を通過する光が液晶層Ｌ０に進入する。なお、画素電極２１が反射要素として機能する場合にはその反射光は散乱することが望ましく、そのため、画素電極２１の表面には微妙な起伏を設けておくことが望ましい。
【００６１】今、第１基板１７ａの配向膜２６ａ（図１参照）に施されるラビング方向が左斜め下方へ４５°のＲａ方向であり、それに対向する第２基板１７ｂの配向膜２６ｂ（図１参照）が左斜め上方へ４５°のＲｂ方向であるとすると、上記の開口４１の延在方向はラビング方向Ｒａに一致して形成される。
【００６２】なお、上記説明では第２金属３９ａ，３９ｂと画素電極２１との組成を同一としたが、第２金属膜３９ａ，３９ｂとしてクロム等といった非反射性金属をパターニングによって形成し、この後、画素電極２１としてＡｌ等といった反射性金属をパターニングによって形成しても良い。
【００６３】以上により形成された液晶装置１に関しては、図１において、周囲が明るい場合には、液晶装置１の周辺の外光が偏光板２２ｂを通して液晶パネル２内へ入り、液晶Ｌを通過した後に画素電極２１で反射し、この反射光が再び液晶Ｌを通過した後、偏光板２２ｂを通して外部へ出る。このような経路で進行する光が液晶Ｌを通過するとき、液晶Ｌは走査信号とデータ信号とによって画素毎に電圧制御され、これにより、液晶Ｌを通過する光が画素毎に変調され、偏光板２２ｂを選択的に通過する光により外部へ文字その他の像が表示される。かくして、反射型の表示が行われる。
【００６４】一方、液晶装置１の周辺が暗い場合には、ＬＥＤ７が発光し、その発光が導光体６の光取込み面６ａから導光体６の内部へ取り込まれる。取り込まれた光は導光体６の非発光面６ｄ側において反射シート８で反射し、さらに光取込み面６ａの反対側の傾斜面６ｃにおいて反射しながら、特に本実施形態の場合は傾斜面６ｃにおいて反射シート８によって反射を助長されながら、光出射面６ｂから外部へ出て、拡散シート９によって拡散され、さらにプリズムシート１１によって中央部へ集められながら、液晶パネル２へ供給される。この供給光に対して上記の反射型表示と同様な処理が行われることにより、液晶パネル２の外部に文字その他の像が表示される。これにより、透過型の表示が行われる。
【００６５】本実施形態の液晶装置１では、導光体６の光取込み面６ａの反対側端面が傾斜面６ｃとなっている。今、図２（ａ）に示すように、導光体６の光出射面６ｂの法線面Ｐｎに対する傾斜面６ｃの角度θをθ≒＋１０°に設定する。これにより、従来のようにθ＝０°に設定されたときと比較して、導光体６の光出射面６ｂからの光出射効率を高めること、すなわち輝度を高めることができる。
【００６６】また、本実施形態では、図２において、拡散シート９に設ける拡散パターン１２に関して、導光体６の光取込み面６ａの反対側傾斜面６ｃから導光体６の中央部へ向かって拡散パターン１２のパターン占有率が増加するようにパターンを形成してある。具体的には、傾斜面６ｃ側の拡散パターン１２ｃに比べて導光体６の中間部（必ずしも中央点ではない）の拡散パターン１２ｂの径を大きく形成する。なお、パターン占有率を大きくする手法としては、上記のように拡散パターンの大きさを大きくすること以外に、拡散パターン自体の大きさは同じで配置密度を高くすることも考えられる。
【００６７】導光体６の光取込み面６ａの反対面６ｃを傾斜面とすれば、該傾斜面６ｃに到達した光は該傾斜面６ｃおいて角度を持って反射するので、導光体６の光出射面６ｂから外部へ出射する光の輝度は傾斜面６ｃ、すなわち導光体６の光入射反対側の端部が強くなる傾向にあり、平面光の均一性が損なわれることがあるかもしれない。これに対し、上記のように、拡散パターン１２のパターン占有率を光入射反対側の傾斜面６ｃから導光体６の中央部へ向かって増加するように設定すれば、導光体端面６ｃ側の出射光輝度を低減する一方で、導光体中央部側の出射光輝度を高めることができるので、出射光の平面的な輝度を均一化できる。
【００６８】また、本実施形態では、ＬＥＤ７の近傍の拡散パターン１２ａのパターン占有率をＳ０、導光体６の光入射対向面である傾斜面６ｃ近傍の拡散パターン１２ｃのパターン占有率をＳ１、そして導光体６の中間部分の拡散パターン１２ｂのパターン占有率をＳ２とするとき、それらパターン占有率の関係を、Ｓ０＜Ｓ１＜Ｓ２としてある。具体的には、各拡散パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃの外径を変えることにより、上記のようなパターン占有率の関係を実現している。
【００６９】なお、図２では、各拡散パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃの大きさの関係を分かりやすく示すために、各拡散パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃを実際よりも大きく模式化して示し、それらの数も実際よりも少なく示してあることに留意を要する。
【００７０】拡散パターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃのパターン占有率の関係を上記のように設定すれば、ＬＥＤ７に近い部分の導光体６の光出射効率が最も弱められ、擬似光源と考えられる光入射対向側の傾斜端面６ｃに近い部分の光出射効率が次に弱められ、そして、導光体６の中間部分の光出射効率が最も大きく維持されることになる。この結果、導光体６からの出射光の輝度が平面的に均一にされる。
【００７１】また、本実施形態では、パターン占有率がＳ０であって最もＬＥＤ７に近い拡散パターン１２ａからパターン占有率がＳ２である中間部拡散パターン１２ｂまでの距離をＬ１とし、パターン占有率がＳ１であって最も傾斜端面６ｃに近い拡散パターン１２ｃからパターン占有率がＳ２である中間部拡散パターン１２ｂまでの距離をＬ２とするとき、Ｌ１＞Ｌ２と設定してある。
【００７２】こうすれば、輝度が最も高くなる傾向にあるＬＥＤ７側の端部の輝度を最も小さくし、その次に輝度が高くなる傾向にある擬似光源側すなわち傾斜面６ｃ側の端部の輝度を中間程度に小さくし、そして輝度が最も小さくなる傾向にある中間部の輝度をできるだけ減衰しないように調節できる。これにより、導光体６から出る光の輝度を平面的に均一にすることができる。
【００７３】なお、照明装置４に用いる光源としては、ＬＥＤ７以外に蛍光灯等といった冷陰極線管や、その他の発光源を用いることができる。これらの発光源のうちＬＥＤ７は指向性が強いので、これを光源として用いる場合には、ＬＥＤ７から発光して導光体６の光取込み面６ａに取り込まれた光のうち導光体６の外部へ出射することなく光入射反対側の端面６ｃに到達する成分が多くなる。
【００７４】この場合、従来の照明装置のように光取込み面６ａの反対面の角度に特別な処理を施していないときには、光取込み面の反対面に到達した光成分は真っ直ぐに反射して再び光取込み面へ向かうことになり、導光体の外側へなかなか出射しないことになる。これでは、輝度の高い出射光を導光体の外部に取り出すことが難しくなる。
【００７５】これに対し、本実施形態のように、光取込み面６ａの反対面６ｃを傾斜させておけば、当該傾斜面６ｃに到達した光を角度をつけて反射することができ、従って、導光体６の内部で多数回反射させることができるので、特に指向性の強いＬＥＤ７に関して輝度の高い出射光を得ることができる。
【００７６】図５は、本発明に係る照明装置の他の実施形態を示している。この実施形態において、図２（ａ）に示した実施形態と同じ部材は同じ符号を用いて示すことにしてその部材についての説明は省略する。図５に示す本実施形態が図２（ａ）に示した先の実施形態と異なる点は、導光体６の光入射反対側の傾斜面６ｃには反射シート８を設けないようにしたことである。このように傾斜面６ｃに反射部材を設けない場合にも、傾斜面６ｃに到達した光はその傾斜面６ｃで角度を持って反射し、これにより、導光体６の内部における光の反射回数が増加して、光出射面６ｂからの光出射効率を高めることができる。
【００７７】図６は、本発明に係る照明装置のさらに他の実施形態を示している。この実施形態においても、図２（ａ）に示した実施形態と同じ部材は同じ符号を用いて示すことにしてその部材についての説明は省略する。図６に示す本実施形態が図５に示した先の実施形態と異なる点は、図５に示す実施形態では傾斜面６ｃを光出射面６ｂの法線面Ｐｎに対して＋側、すなわち正時計方向に傾斜させたが、図６に示す本実施形態では−側、すなわち反時計方向へ傾斜、望ましくはθ≒−１０°だけ傾斜させたことである。このように、傾斜面６ｃを正負反対方向へ傾斜させたとしても、同様にして、光出射面６ｂからの光出射効率を高めることができる。
【００７８】（その他の実施形態）以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
【００７９】例えば、図１の実施形態では本発明に係る照明装置をアクティブマトリクス方式の液晶装置に適用したが、本発明の照明装置はその他の方式の液晶装置、例えば単純マトリクス方式の液晶装置にも適用できる。また、図１では、半透過反射方式の液晶装置を例示したが、本発明の照明装置は反射型又は透過型の液晶装置にも適用できる。
【００８０】図１において、拡散シート９は導光体６の光出射面６ｂに限られず、その反対側の面すなわち非発光面６ｄに設けることもできる。また、図２（ｂ）の拡散パターン１２は拡散シート９の貼着によって導光体６に設けることに限られず、導光体６を成形する際にその導光体６と一体に成形によって形成することもできる。
【００８１】
【発明の効果】本発明に係る照明装置及び液晶装置によれば、導光体の光取込み面から該導光体の内部へ導入された光であって該導光体の光出射面から外部へ出射しないで光取込み面に対向する反対側の傾斜面に到達した光が、真っ直ぐに反射するのではなくて角度を持って反射する。この結果、導光体の内部を伝播する光の反射回数が増えることになり、拡散される頻度が増え、結果として光の出射効率が上がって出射光の輝度が高くなる。また、導光体内を伝播する光の反射回数を増やすことにより、出射光の輝度ムラを低減することもできる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２３６９
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１０月２５日（２０００．１０．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９５７２８
【弁理士】
【氏名又は名称】上柳 雅誉 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１３３９０７（Ｐ２００２−１３３９０７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年５月１０日（２００２．５．１０） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３２６０７４（Ｐ２０００−３２６０７４） |
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