(57)【要約】【課題】表示装置の視認性や色再現性を高く保つことが可能なフロントライトを備えた液晶表示装置を提供する。【解決手段】溝２２を構成する緩斜面部２２ａは、平面な出射面２１ｂに対して角度θ１で傾斜している。角度θ１は、１．５゜〜２．５゜の範囲に設定される。前記溝２２を構成する急斜面部２２ｂは出射面２１ｂに対して角度θ２で傾斜している。角度θ２は、３５゜〜３８゜の範囲に設定される。溝２２を構成する緩斜面部２２ａの角度θ１および急斜面部２２ｂの角度θ２を上述の角度範囲にすることにより、液晶パネル２の視認性や色再現性を良好に保つ役割りを果たす。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から出射された光を内部に入射させる入射面と、緩斜面とこの緩斜面より急な傾斜角度の急斜面とから成る断面略三角形の複数の溝が平行なストライプ状に連続して形成された第１面と、前記第１面の反対面を成し、前記光源から入射され内部を伝播する光を出射させる第２面とを有する略板状の導光板とを有するフロントライトと、基材の表面に光反射性を有する複数の凹部が形成され、前記フロントライトの第２面から出射された光を再び前記フロントライトの第２面に向けて反射させる反射板を有する液晶パネルを備え、
前記フロントライトから出射される光の出射方向と、外光の主要部分である光束の前記液晶パネルヘの入射方向とが合致するように前記急斜面が形成されたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶パネルの観察側から見て前記外光の主要部分である光束の前記液晶パネルヘの入射方向と同じ方向に向けて照明光が出射される位置に前記フロントライトを配置し、前記溝は、前記第２面に対して前記急斜面の角度を３５゜〜３８゜に設定してなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶パネルの観察側から見て前記外光の主要部分である光束の前記液晶パネルヘの入射方向と同じ方向に向けて照明光が出射される位置に前記フロントライトを配置し、前記溝は、前記第２面に対して前記緩斜面の角度を１．５゜〜２．５゜に設定してなることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記凹部の内面は、２つ以上の曲率の異なる湾曲面が連続してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記導光板の第２面から出射され前記反射板に向かう光と、前記反射板で反射されて前記導光板に向かう光は、前記導光板の第２面の法線に対して互いに非対称な角度で反射されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルを前面側から照明するフロントライトを備えた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、急斜面と緩斜面とからなる溝を多数形成した導光板と、微細な凹部を一面に形成した反射板とを備えた液晶パネルとから構成される液晶表示装置が記載されている。こうした従来の面発光装置を備えた液晶表示装置では、導光板の緩斜面と急斜面の角度を調整することで、光源として外光を利用している場合と、発光装置を利用している場合とで、表示の輝度差が極端に大きくなって視認性が低下することを防止している。
【特許文献１】特開２００３−４５２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した特許文献１の液晶表示装置では、入射した外光の一部が導光板の界面で観察者側に反射してしまい、液晶表示装置の画面の表面に反射光が白っぽくかぶったように全体が白茶色に着色されたように見えてしまう。この結果、液晶表示装置の画面の視認性や色再現性が低下してしまうという課題があった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、表示装置の視認性や色再現性を高く保つことが可能な液晶表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、光源と、前記光源から出射された光を内部に入射させる入射面と、緩斜面とこの緩斜面より急な傾斜角度の急斜面とから成る断面略三角形の複数の溝が平行なストライプ状に連続して形成された第１面と、前記第１面の反対面を成し、前記光源から入射され内部を伝播する光を出射させる第２面とを有する略板状の導光板とを有するフロントライトと、基材の表面に光反射性を有する複数の凹部が形成され、前記フロントライトの第２面から出射された光を再び前記フロントライトの第２面に向けて反射させる反射板を有する液晶パネルを備え、前記フロントライトから出射される光の出射方向と、外光の主要部分である光束の前記液晶パネルヘの入射方向とが合致するように前記急斜面が形成されたことを特徴とする。
【０００６】
前記液晶パネルの観察側から見て前記外光の主要部分である光束の前記液晶パネルヘの入射方向と同じ方向に向けて照明光が出射される位置に前記フロントライトを配置し、前記溝は、前記第２面に対して前記急斜面の角度を３５゜〜３８゜に設定してなることが好ましい。
前記液晶パネルの観察側から見て前記外光の主要部分である光束の前記液晶パネルヘの入射方向と同じ方向に向けて照明光が出射される位置に前記フロントライトを配置し、前記溝は、前記第２面に対して前記緩斜面の角度を１．５゜〜２．５゜に設定してなることが好ましい。
【０００７】
前記凹部の内面は、２つ以上の曲率の異なる湾曲面が連続して構成されればよい。前記導光板の第２面から出射され前記反射板に向かう光と、前記反射板で反射されて前記導光板に向かう光は、前記導光板の第２面の法線に対して互いに非対称な角度で反射されればよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の液晶表示装置によれば、液晶パネルの反射板は観測者に対して外光を有効に利用するようにその形状が形成されており、フロントライトから出射される光の出射方向と外光から液晶パネルヘの入射の方向が合致するように、溝の緩斜面および急斜面を形成することによって、暗い場所で液晶パネル等の光源を用い照明する場合でも照明光が有効利用され、明るい表示画面を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を交えて説明する。図１は、本発明の液晶表示装置の一実施形態であるフロントライトを備えた液晶表示装置の断面構成図である。液晶表示装置１は、内部に反射部（反射板）を備えた液晶パネル２と、この液晶パネル２の前面側（観察側〉に配置されるフロントライト３とから概略構成されている。
【００１０】
液晶パネル２は反射型または半透過型であり、液晶層１１を挟持して対向するガラスなどからなる第１基板１２と、第２基板１３とをシール材１４で接合一体化して概略構成されている。第１基板１２および第２基板１３の液晶層１１側には、液晶層１１を駆動するための透明導電膜等からなる電極層や、液晶層１１の配向を制御するための配向膜等を含むものである。また、カラー液晶パネルにあっては、カラー表示を行うためのカラーフィルタなどを有する構成であればよいｏ
【００１１】
図２に示すように、フロントライト３は、透明な導光板２１と、光源２５とから概略構成されている。フロントライト３において、光源２５は、導光板２１に光を導入する端面２１ａ側に配設されている。
【００１２】
導光板２１は、液晶パネル２の表示領域の前面側２ａ（観察側〉に接して配置され、光源２５から出射された光を液晶パネル２に照射するものであり、略平板状の透明なアクリル樹脂などから構成されている。図２に示すように、導光板２１の端面２１ａには光源２５が配設されており、光源２５から出射された光が端面２１ａから導光板２１の内部に導入される。導光板２１の上面にあたる第１面（観察側〉は、プリズム面２１ｃとされており、このプリズム面２１ｃと反対側の下面にあたる第２面（液晶パネル２の前面側２ａに接する面〉は、出射面２１ｂとなっている。
【００１３】
導光板２１を構成する材料としてはアクリル系樹脂のほか、例えば、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な樹脂材料や、ガラスなどを用いることができる。また、具体的な例を挙げるならば、特に限定されるものではないが、アートン（商品名：ＪＳＲ社製）や、ゼオノア（商品名：日本ゼオン社製）などを好適なものとして挙げることができる。
【００１４】
導光板２１の出射面２１ｂは、液晶パネル２の前面側２ａに対面して配置され、液晶パネル２を照明するための光が出射される面であり、例えば、表面粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ以下の平滑な面とされている。
【００１５】
プリズム面２１ｃには、導光板２１内部を伝搬する光を反射させて伝搬方向を変えるために、断面略三角形の溝２２が、平面視したときにストライプ状となるように、所定のピッチで複数形成されている。この溝２２は、平面な出射面２１ｂに対して傾斜して形成された緩斜面部２２ａと、この緩斜面部２２ａに連続して形成され、緩斜面部２２ａよりも急な傾斜角度で形成された急斜面部２２ｂとからなり、それぞれの溝２２の形成方向は、導光板２１の端面２１ａに対して平行に延びるように揃えられている。
【００１６】
図３に示すように、溝２２を構成する緩斜面部２２ａは、平面な出射面２１ｂに対して角度θ１で傾斜している。この角度θ１は、１．５゜〜２．５゜の範囲に設定される。また、溝２２を構成する急斜面部２２ｂは、平面の出射面２１ｂに対して角度θ２で傾斜している。この角度θ２は、３５゜〜３８゜の範囲に設定される。溝２２を構成する緩斜面部２２ａの角度θ１および急斜面部２２ｂの角度θ２を上述した角度範囲に設定することによって、液晶パネル２の視認性や色再現性を良好に保つ役割りを果たす。
【００１７】
図１、図４を参照して、液晶パネル２における液晶層１１の下側には、反射部（反射板）４が設けられている。この反射部４は反射膜３２を備え、反射膜３２には微細な凹部３３が多数形成されている。
【００１８】
図５は、反射部（反射板）４に形成される凹部３３の１つの内面形状を、上面、横側面、縦側面の３面で示した断面図（３面図）である。図５のａに示すように、凹部３３は、その形成面Ｓの形状が略楕円形に形成されている。更にこの形成面Ｓの形状は、略楕円形の長軸方向に沿って凹部３３の最深点Ｐ（図５のａ，ｂ参照）を通る第１断面線Ｘに平行な直線部Ｌが略楕円形の一部に形成されている。
【００１９】
凹部３３は、最深点Ｐを通る第１断面線Ｘから深さ方向に広がる第１断面（図５のｂ参照）を基準にして非対称形状を成し、この第１断面線Ｘに直交し、最深点Ｐを通る第２断面線Ｙから深さ方向に広がる第２断面（図５のｃ参照〉を基準にして対称形状を成している。
【００２０】
そして、凹部３３は、図５のｂに示す第１断面における最大傾斜角Ｒ１よりも、図５のｃに示す第２断面における最大傾斜角Ｒ２のほうが大きくなるように設定されればよい。例えば、第１断面の最大傾斜角Ｒ１は、５゜〜２５゜の範囲にあるのが好ましく、例えば１３．５゜に、第２断面の最大傾斜角Ｒ２は１５゜〜２８゜の範囲にあるのが好ましく、例えば１９．１゜にそれぞれ設定されれば良い。また、凹部３３の第１断面での曲線半径は、例えば４０μｍ、第２断面での曲線半径は、例えば２０μｍにそれぞれ設定されれば良い。
【００２１】
第１断面の最大傾斜角Ｒ１が２５゜よりも大きいと、楕円から球形形状に近づくため、観察者方向の反射強度の大幅な改善が困難であり、また、５゜よりも小さいと、前方からの入射光に対しては十分な明るさが得られるものの、楕円率が大きく、光の分光による虹の発生が目立ってしまう。また、第２断面の最大傾斜角Ｒ２が２８゜よりも大きいと、観察者に暗い印象を与えてしまい、１５゜よりも小さいと、正面（受光角０゜）近傍の反射光強度が著しく低下してしまい、やはり暗い印象を与えてしまう。
【００２２】
凹部３３の形成面Ｓから最深点Ｐまでの凹部３３の深さＤは、例えば１．１μｍに設定されれば良い。また、凹部３３の第１断面線Ｘ方向の幅Ａは、例えば１８．６μｍに設定されれば良い。凹部３３の第２断面線Ｙ方向における直線部Ｌから第１断面線Ｘまで（最深点Ｐまで）の幅Ｂ１は、例えば２．０μｍに設定されれば良く、第２断面線Ｙ方向における第１断面線Ｘ（最深点Ｐ）から形成面Ｓの略楕円形状の頂部Ｑまでの幅Ｂ２は、例えば６．５μｍに設定されれば良い。
【００２３】
また、凹部３３の第２断面線Ｙ方向において、凹部３３は、最深点Ｐを通る大きな曲率を有する曲線部と、この曲線に接続され、直角に近い急角度で立ち上がる略直線とが形成されている。このような形状に凹部３３を形成することによって、反射率を高く保つことが可能になり、液晶表示装置の反射板として使用した場合に、広い視野角で明るい画像の表示を可能にする。
【００２４】
このような形状の凹部３３をもつ反射部（反射板〉４は、図６に示すような反射特性を示す。図６は、外光の主要部分の光束方向（法線方向に対して入射角−３０゜）で光を照射し、一２０゜から７０゜まで連続的に変化させた場合の反射率（％）の変化を示したものである。このグラフで表される反射特性は、入射角−３０゜に対して受光角度が０〜３０゜付近で高い反射率を示す傾向にある。
【００２５】
以上のような構成のフロントライト３を備えた液晶表示装置１の作用を説明する。図３に示すように、フロントライト３の光源２５（図１参照）から導光板２１に導入された照明光ＬＡは、導光板２１内を伝播されつつ、プリズム面２１ｃに形成された溝２２の急斜面部２２ｂに当たって反射屈折し、導光板２１の出射面２１ｂから出射される。この時、急斜面部２２ｂに当たった照明光ＬＡは、光源２５から出射される光の出射方向に垂直な方向Ｓに対して、外光（自然光〉ＬＮと類似の方向に向けて傾斜した角度方向に反射される。これにより、導光板２１の出射面２１ｂから出射される照明光ＬＡは、外光（自然光）ＬＮと同じ方向に向けて角度θ３で傾斜して出射面２１ｂから出射される。
【００２６】
外光（自然光）ＬＮと同じ方向に向けて角度θ３で傾斜して出射面２１ｂから出射した照明光ＬＡは、液晶パネル２の反射部４に入り、反射膜３２で覆われた凹部３３に当たる。そして、照明光ＬＡはこの微細な凹部３３で反射され、再び導光板２１の出射面２１ｂから導光板２１に入射し、そのままプリズム面２１ｃから出射される。照明光ＬＡは、観察者の略正面（０〜３０度の受光角度）に出射される光が多くなるので液晶パネル２の表示を夜間など暗いところでも鮮明に観察することができる。
【００２７】
一方、昼間の屋外など、光源２５を使用せずに明るい外光（自然光）で液晶パネル２を観察する場合、プリズム面２１ｃから入射した外光（自然光〉ＬＮは、導光板２１を透過して出射面２１ｂから液晶パネル２に入り、液晶パネル２の反射部４に入って、反射膜３２で覆われた凹部３３に当たる。そして、外光（自然光）ＬＮもこの微細な凹部３３で反射され、再び導光板２１の出射面２１ｂから導光板２１に観察者の略正面方向に入射し、そのままプリズム面２１ｃから出射される。
【実施例】
【００２８】
本出願人は、本発明の効果を検証した。検証にあたっては、導光板の急斜面部の角度θ２を３０゜〜４３゜まで段階的に変えた導光板と反射板Ａとの組み合わせの試験例と、同じように段階的に角度θ２の角度を変えた導光板と反射板Ｂの組み合わせの試験例を用いて、液晶パネルを照明し、液晶パネルの視認性（見やすさ）の指標となる輝度、コントラストを測定した。この試験結果を表１に示す。また、この試験結果に適用した反射板Ａの反射特性と、この試験結果に用いた反射板Ｂの反射特性を図８に各々示す。これらの反射板の反射特性とは、図６を基に先に説明した反射板と同じ条件にて測定した反射特性である。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１と図８に示す試験結果によれば、導光板の急斜面部の角度が３５゜〜３８゜であれば、液晶パネルの輝度とコントラストとの差が少なくてバランスがとれており、視認性（見やすさ）を高く保てることが確認された。また、反射特性の異なる反射板Ａ、Ｂの両方において３５゜〜３８゜の範囲のθ２であれば、いずれも良好な輝度とコントラストを両立できることが判明した。
【００３１】
次に、本発明の効果を更に検証するために、急斜面部の角度θ２を３５゜および３８゜に設定した本発明例の導光板と、急斜面部の角度θ２を４０゜および４２゜に設定した比較例の導光板とを用いて、導光板の反射特性として重要な２０゜〜３０゜の出射角度範囲で輝度を高めるのに有効な、導光板の急斜面部の角度範囲を検証した。こうした２種類の本発明例と、２種類の比較例での導光板を用いて、０〜４５゜の出射範囲で５゜刻みで出射角度と輝度との関係を測定した結果を図７に示す。
【００３２】
図７に示す検証結果によれば、導光板の急斜面部の角度θ２を３５゜と３８゜に設定することによって、導光板の反射特性として重要な２０゜〜３０゜の出射角度範囲で輝度を最大に高められることが確認された。
【００３３】
本発明の効果を更に検証するために、急斜面部の角度θ２を４３゜とし、緩斜面部の角度θ１を１゜〜５゜まで０．５゜ずつ段階的に変化させた６種類の導光板を用いて、液晶パネルの輝度および輝度の均一性を測定した。緩斜面部の角度θ１と輝度および輝度の均一性との関係を測定した結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
表２に示す検証結果によれば、導光板の緩急斜面部の角度θ１を１．５゜〜２．５゜の範囲に設定すれば、輝度および輝度の均一性とのバランスがとれ、液晶パネルの視認性（見やすさ）を高く保てることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明に係る面発光装置（フロントライト）を備えた液晶表示装置を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す面発光装置の照明部を示す斜視図である。
【図３】図３は、図１の液晶表示装置の要部拡大断面図である。
【図４】図４は、面発光装置の反射部（反射板）を示す拡大斜視図である。
【図５】図５は、反射部の凹部を示した断面図である。
【図６】図６は、図５で示した凹部を備えた面発光装置の反射特性の例を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明例および比較例の検証結果を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例で用いた反射板Ａ、Ｂの反射特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１      液晶表示装置
２      液晶パネル
３      フロントライト
４      反射部（反射板〉
２１    導光板
２１ｂ  出射面（第２面）
２１ｃ  プリズム面（第１面）
２２    溝
２２ａ  緩斜面部（緩斜面〉
２２ｂ  急斜面部（急緩斜〉
３２    反射膜
３３    凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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