JP3894466B2

JP3894466B2 - Illumination device and reflective liquid crystal display device

Info

Publication number: JP3894466B2
Application number: JP19671099A
Authority: JP
Inventors: 岳志増田; 行広角田; 毅海老
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2019-07-09
Also published as: JP2001023424A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報表示システムやＯＡ機器等の画像表示に用いられる反射型液晶表示素子と照明装置から構成される反射型液晶表示装置、およびその表示品位を低下させることなく効率良く照明することが可能な照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は、外部から照射された光の透過光量を制御することによって文字や画像を表示する透過型液晶表示装置と、反射光量を制御して文字や画像を表示する反射型液晶表示装置とに大別することができる。
【０００３】
このうち、透過型液晶表示素子は、一般に、背面にバックライトと称される照明装置が配置されて使用される。これに対して、反射型液晶表示素子は、周囲光を利用して表示を行うことが可能であるが、表示輝度が周囲環境に依存する度合いが非常に高く、夜間等の暗環境下では表示が充分に認識できないこともある。
【０００４】
そこで、充分な周囲光が得られない場合に備えて、フロントライトと称される照明装置を用いて反射型液晶表示素子の前面側から光を照射することが従来から提案されている。
【０００５】
図１０に従来の反射型液晶表示装置の一例を示す。
【０００６】
この反射型液晶表示装置において、反射型液晶表示素子９０は一対のガラス基板９１ａ、９１ｂの間に液晶層９２が挟持され、液晶層９２の背面側に反射電極９３が設けられている。その反射型液晶表示素子９０の前面側には偏光板９４とλ／４板９５とが配置され、偏光板９４の透過軸（又は吸収軸）とλ／４板９５の遅相軸（又は進相軸）とが４５゜の角度をなすように配置されている。
【０００７】
照明光のうち、偏光板９４を透過した直線偏光はλ／４板９５で円偏光に変換されて反射型液晶表示素子９０の液晶層９２に入射する。そして、反射型液晶表示素子９０の液晶層９２が円偏光を変調しない場合には、反射電極９３で反射される際に円偏光の回転方向が逆転するので、再びλ／４板９５を透過した後は偏光板９４の透過軸と直交する直線偏光になって偏光板９４で吸収される。これにより黒色が表示される。
【０００８】
一方、反射型液晶表示素子９０の液晶層９２が、入射した円偏光をその偏光状態を保存したまま反射されるように変調する場合には、再びλ／４板９５を透過した後は偏光板９４の透過軸と一致する直線偏光になって偏光板９４を透過する。これにより白色が表示される。
【０００９】
このときの偏光板の透過軸やλ／４板の遅相軸の方向は、液晶材料や配向の方向、視野角の特性等を考慮して決定される。さらに、λ／４板の光の波長に対する位相遅れの公差を補償するために、偏光板とλ／４板との間にλ／２板を配置することもある。
【００１０】
このように、反射型液晶表示装置においては、液晶層による光の変調を画素毎に制御することにより文字や画像が表示される。さらに、各画素に配置された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のカラーフィルタ層を透過させて着色光を得ることによりカラー表示を行うことができる。このＲ、Ｇ、Ｂの配列パターンは種々あるが、代表的なものとしては図１１（ａ）に示すようなデルタ配列や図１１（ｂ）に示すようなストライプ配列等が挙げられ、画素が垂直方向及び水平方向に繰り返されて構成される。
【００１１】
画素数や画素サイズについても様々であり、例えば、デルタ配列の反射型液晶表示素子の場合には、２．０型では水平画素数×垂直画素数が２８０×２２０、画素サイズが水平方向１４５．５μｍ、垂直方向１３８．５μｍであり、２．５型では水平画素数×垂直画素数が２８０×２２０、画素サイズが水平方向１７９．５μｍ、垂直方向１６８．５μｍという仕様が採用されている。また、ストライプ配列では、例えば３．８型ＱＶＧＡの反射型液晶表示素子では、水平画素数×垂直画素数が９６０×２４０、画素サイズは水平方向が８１μｍ、垂直方向が２３４．５μｍという仕様が採用されている。
【００１２】
ところで、上述のフロントライトは従来から提案されており、例えば”月刊ＦＰＤｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ１９９８年９月号”のｐ．２３には図１２に示すようなフロントライトが開示されている。
【００１３】
このフロントライト１０は、光源１１、リフレクタ１２、導光体１３および導光体１３に貼り合わせられた偏光選択透過フィルム１４で構成され、反射型液晶表示素子２０の前面に配置されている。
【００１４】
上記導光体１３は、光源１１からの光が入射する入射面１３ａと照明光を出射する出射面１３ｂと出射面１３ｂに対向する対向面１３ｃを有している。対向面１３ｃには、出射面１３ｂと略平行な伝搬部１３ｅと傾斜した反射部１３ｆを有する凹凸１３ｄが形成されている。
【００１５】
従って、光源１１から入射面１３ａを介して導光体１３内部に入射した光は、出射面１３ｂに貼り合わせられた偏光選択透過フィルム１４の表面や凹凸１３ｄにおける伝搬部１３ｅで全反射を繰り返しながら導光体１３の内部を伝搬し、反射部１３ｆに到達すると出射面１３ｂに向かって反射されて照明光が出射する。
【００１６】
上記リフレクタ１２は、光源１１の外周に沿って配置されて導光体１３の入射面１３ａ近傍に固定され、入射面１３ａに対して開口部が設けられている。従って、光源１１からの光はリフレクタ１２によって反射し、効率良く導光体１３の入射面１３ａに導かれる。
【００１７】
上記偏光選択透過フィルム１４は、偏光板１４ａ及びλ／４板１４ｂで構成され、偏光板１４ａの透過軸（又は吸収軸）とλ／４板１４ｂの遅相軸（又は進相軸）とが４５゜の角度をなすように配置されている。この偏光選択透過フィルム１４は、入射角０゜付近で入射して偏光選択透過フィルム１４を透過した後に反射され、再び偏光選択透過フィルム１４に入射した光を吸収する。従って、フロントライト１０の照明光や周囲光が偏光選択透過フィルム１４の表面や反射型液晶表示素子２０の表面において反射されても偏光選択透過フィルム１４で吸収されるので、表面反射によるコントラスト低下を防いで表示品位に優れた反射型液晶表示装置を実現することができる。
【００１８】
同様に、導光体１３の出射面１３ｂに偏光選択透過フィルム１４を設ける代わりに反射防止処理を施しても、出射面１３ｂでの表面反射を低減させることができ、コントラストの高い反射型液晶表示装置を実現することができる。ここで、反射防止処理は透明フィルム上に反射防止膜を設けた反射防止フィルムを導光体１３の出射面１３ｂに貼り合わせることにより簡単に行うことができる。さらに、この場合には、反射型液晶表示素子の表面にも反射防止処理を施すことが望ましい。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したフロントライト１０は、以下のような課題を有していた。
【００２０】
上述のように、導光体１３は、内部を伝搬した光が対向面１３ｃに形成された凹凸１３ｄの反射部１３ｆに到達し、出射面１３ｂに向かって反射することにより照明光を出射する。
【００２１】
従って、出射面１３ｂの全域から均一に照明光を出射させるためには、全ての反射部１３ｆに一様に光が到達する必要がある。換言すれば、リフレクタ１２の開口部の全域から導光体１３の入射面１３ａを介して内部に一様に光が入射する必要がある。
【００２２】
この理由について、図１３および図１４を参照しながら説明する。
【００２３】
図１３に示すように、入射面１３ａから導光体１３の内部に入射角φで入射する光に着目すると、この光が入射面１３ａの全域から入射した場合には、全反射を繰り返しながら導光体１３の内部を伝搬して凹凸１３ｄの反射部１３ｆに一様に到達し、反射されて出射面１３ｂから出射角ψで出射する。従って、出射角がψの照明光は出射面１３ｂの全域から均一に照明される。
【００２４】
しかし、入射面１３ａの一部から入射角φで入射する光が存在しない場合には、この部分が対向面１３ｃに投影されて反射部１３ｆに光が到達しない部分ができるため、出射光がψの照明光が生じないことになる。従って、均一な照明光を得ることができない。
【００２５】
上記従来のフロントライト１０は、リフレクタ１２の開口部を導光体１３の入射面１３ａ近傍に固定しているため、光源１１からの光はリフレクタ１２に反射されて効率良く均一に入射面１３ａに入射する。
【００２６】
ところが、図１４に示すように、導光体１３の出射面１３ｂに偏光選択透過フィルム１４が貼り合わせられていると、この部分に対応する端面からは光が入射せず、この部分が対向面１３ｃに投影される。従って、照明光の到達しない領域が発生し、偏光選択透過フィルム１４によって均一な照明が妨げられる。このことは、導光体の表面反射を防止する反射防止フィルムを設けた場合にも同様である。
【００２７】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、光学フィルムを貼り合わせた導光体を備え、ムラの無い均一な照明光を出射させることができる照明装置およびそれを用いた良好な表示品位の反射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明装置は、光源と、該光源からの光を端面から入射して該端面にほぼ垂直な第１の広面から出射させる導光体と、該導光体の第１の広面およびそれに対向する対向面のうちの少なくとも一方に貼り合わせられた光学フィルムと、該光源の外周に沿って配置され、該導光体の光入射端面に対して開口部を有するリフレクタとを備え、該リフレクタの開口部の幅ｔと、該導光体の光入射端面の厚さａと、該光学フィルムの厚さｂとがｔ≧ａ＋ｂの関係を満たし、そのことにより上記目的が達成される。
【００２９】
本発明の照明装置は、光源と、該光源からの光を端面から入射して該端面にほぼ垂直な第１の広面から出射させる導光体と、該導光体の第１の広面およびそれに対向する第２の広面のうちの少なくとも一方に貼り合わせられた光学フィルムと、該光源の外周に沿って配置され、該導光体の光入射端面に対して開口部を有するリフレクタとを備え、該リフレクタの開口部が、該光学フィルムと重なるように固定されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３０】
前記光学フィルムが導光体の表面反射を防止する反射防止フィルムであってもよく、偏光板とλ／４板との組み合わせからなるか、または偏光板とλ／２板とλ／４板との組み合わせからなっていてもよい。
【００３１】
前記導光体の第２の広面に、前記光源から入射端面を介して導光体内部に入射した光を伝搬する伝搬部と、光を第１の広面に向けて反射する反射部とから構成される凹凸を備え、前記光学フィルムが該第１の広面に貼り合わせられているのが好ましい。
【００３２】
本発明の反射型液晶表示装置は、本発明の照明装置と、該照明装置の背面側に配置され、該照明装置から出射される光を受けて、画素毎に反射率を制御して前面側に反射させる反射型液晶表示素子とを備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３３】
以下、本発明の作用について説明する。
【００３４】
本発明にあっては、リフレクタの開口部幅ｔと、導光体の光入射端面の厚さａと光学フィルムの厚さｂとがｔ≧ａ＋ｂの関係を満たすので、後述する実施形態１に示すように、リフレクタの開口部から一様に出射された光が導光体の端面および光学フィルムの端面に入射し、導光体の出射面から均一な照明光が出射される。
【００３５】
また、他の本発明にあっては、リフレクタの開口部が光学フィルムと重なるように固定されているので、導光体の出射面から均一な照明光が出射される。
【００３６】
導光体に貼り合わせる光学フィルムとして、反射防止フィルムを用いれば、導光体の表面反射を低減することが可能である。または、偏光板とλ／４板とを組み合わせた偏光選択透過フィルムや、偏光板とλ／２板とλ／４板とを組み合わせた偏光選択透過フィルムによれば、表面反射を吸収して低減することが可能である。
【００３７】
ところで、現状のフロントライトには、導光体の出射面に凹凸が形成されたものと、対向面に凹凸が形成されたものとがあり、光学フィルムは凹凸が形成されていない面（導光体の光出射面と対向面のいずれか一方または両方）に貼り合わせることができる。しかし、導光体の対向面に凹凸が形成され、光出射側に光学フィルムが貼り合わされたものの方が、フロントライトの性能としては高い性能が得られる。
【００３８】
上記導光体の光出射面（第１の広面）に対向する対向面（第２の広面）に、光源から入射端面を介して導光体内部に入射した光を伝搬する伝搬部と、光を出射面に向けて反射する反射部とから構成される凹凸を設けることにより、光源からの光を効率良く利用することが可能である。
【００３９】
本発明の反射型液晶表示装置にあっては、本発明の照明装置を反射型液晶表示装置の前面側に配置することにより、外部から充分な照明光を得ることができない環境においても、照明装置からの明るく均一な照明光を受けて良好な表示品位の画像を実現することが可能である。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４１】
（実施形態１）
図１は、実施形態１の反射型液晶表示装置の構成を示す図である。
【００４２】
この反射型液晶表示装置において、照明装置１１０は、光源１１１、リフレクタ１１２、導光体１１３および導光体１１３に貼り合わせられた偏光選択透過フィルム１１４から構成されている。また、反射型液晶表示素子１２０は、一対のガラス基板１２１ａ、１２１ｂと、両基板の間に挟持された液晶層１２２と、液晶層１２２の背面側に配置された反射電極１２３から構成されている。
【００４３】
本実施形態では、光源１１１として蛍光管を用いた。また、リフレクタ１１２としては住友３Ｍ（株）製の拡散反射シートＮｏ．４５９６を用いた。
【００４４】
導光体１１３としては、屈折率が１．４９のポリメチルメタクリレートを射出成型して作製したものを用いた。この導光体１１３は、光源１１１からの光が入射する入射面１１３ａと、入射面１１３ａにほぼ直交し、照明光を出射する出射面３ｂと、光出射面１１３ｂに対向する対向面１１３ｃを有しており、対向面１１３ｃには伝搬部１１３ｅと反射部１１３ｆを有する周期的な凹凸３ｄが形成されている。
【００４５】
偏光選択透過フィルム１１４は、偏光板１１４ａ、λ／２板１１４ｂ及びλ／４板１１４ｃからなり、粘着層（図示せず）を介してこの順に一体化されて導光体１１３の光出射面１１３ｂに貼り合わせられている。
【００４６】
偏光選択透過フィルム１１４に入射した光は偏光板１１４ａによって直線偏光のみが選択され、λ／２板１１４ｂによってλ／４板１１４ｃの遅相軸と４５゜の角度をなす直線偏光に旋光され、λ／４板１１４ｃによって円偏光に変換される。
【００４７】
さらに、偏光選択透過フィルム１１４は、その表面と反射型液晶表示素子１２０の表面における表面反射を吸収する機能も有し、表面反射による表示装置のコントラスト低下を防いで表示品位の良好な画像を実現する。
【００４８】
反射型液晶表示素子１２０は、偏光選択透過フィルム１１４を通過した円偏光を、画素毎に液晶層１２２で変調すると共に反射電極１２３で反射させて、再び偏光選択透過フィルム１１４を通過する光の光量を制御することにより画像を表示する。本実施形態では、反射型液晶表示素子１２０として３．８型のＱＶＧＡ、ストライプ配列で画素数が９６０×２４０、画素サイズが８１μｍ×２３４．５μｍのものを使用した。
【００４９】
図２は、本実施形態の照明装置について、特に、光源と導光体の入射面近傍およびリフレクタの関係を示す図である。
【００５０】
リフレクタ１１２は、光源１１１の外周に沿うように配置され、導光体１１３の入射面１１３ａに面した開口部が設けられている。従って、光源１１１からの光は直接、またはリフレクタ１１２で反射されてリフレクタ１１２の開口部から一様に出射する。
【００５１】
一方、導光体１１３は、その出射面１１３ｂに偏光選択透過フィルム１１４が貼り合わせられているため、均一な照明光を出射するためには導光体１１３の入射面１１３ａおよび偏光選択透過フィルム１１４の端面に一様に光を入射する必要がある。
【００５２】
従って、リフレクタ１１２の開口部の幅ｔと、導光体１１３の入射面１１３ａの厚さａと、偏光選択透過フィルム１１４の厚さｂとがｔ≧ａ＋ｂの関係を満たすことによって、リフレクタ１１２の開口部から一様に出射された光が導光体１１３の入射面１１３ａおよび偏光選択透過フィルム１１４の端面に入射し、導光体１１３の出射面１１３ｂから均一な照明光が出射される。なお、ｔがａ＋ｂよりも大きくなるに従って、リフレクタの開口部からの光のうち、導光体の入射面と偏光選択等価フィルムの端面に入射しない光が多くなるため、ｔ＝ａ＋ｂであるのが最適である。
【００５３】
本実施形態では、リフレクタ１１２の開口部の幅ｔが、導光体１１３の入射面１１３ａの厚さａと偏光選択透過フィルム１１４の厚さｂとの和（ａ＋ｂ）に等しくなるように設定した。
【００５４】
さらに、リフレクタ１１２の開口部と導光体１１３に貼り合わせられた偏光選択透過フィルム１１４の重なりを変化させて、照明装置から出射する照明光の均一性を観察した結果を下記表１に示す。
【００５５】
【表１】

【００５６】
この表１において、図３（ａ）に示すようにリフレクタの開口部と偏光選択透過フィルムとが離れている場合には重なりを（−）で示し、図３（ｂ）に示すように重なっている場合には重なりを（＋）で示している。また、○は照明光にムラが観察されずに均一であることを示し、△は照明光にわずかにムラが観察されることを示し、×は照明光にムラが観察されることを示す。
【００５７】
この表１から、リフレクタ１１２の開口部と偏光選択透過フィルム１１４の重なりが−１ｍｍ以下、すなわち１ｍｍ以上離れている場合には照明装置１１０の照明光にムラが観察される。ここで、照明光のムラとは照明光が出射される領域と出射されない領域とが存在することを示し、偏光選択透過フィルム１１４の端面に光が入射していない影響が観察されている。しかし、リフレクタ１１２の開口部と偏光選択透過フィルム１１４の重なりが０ｍｍ以上である場合には、照明装置１１０の照明光にムラは観察されない。従って、リフレクタ１１２の開口部が偏光選択透過フィルム１１４と重なるように固定することによって、リフレクタ１１２の開口部から導光体１１３の入射面１１３ａと同様に偏光選択透過フィルム１１４の端面にも効率良く光が入射し、導光体１１３の出射面１１３ｂから均一な照明光が出射されることがわかる。なお、重なり幅が大きくなると、装置が大きくなるため、重なり幅の上限については装置の設計や生産上の観点から決定される。
【００５８】
本実施形態では、リフレクタ１１２の開口部を偏光選択透過フィルム１１４と１ｍｍ重なるように固定した。従って、導光体１１３の入射面１１３ａと偏光選択透過フィルム１１４の端面に一様に効率良く光が入射し、均一な照明光が出射される照明装置１１０を実現することができた。
【００５９】
このように構成された照明装置１１０を反射型液晶表示素子１２０の前面に配置することにより、反射型液晶表示素子１２０が外部から充分な照明光を受けることができない環境においても、照明装置１１０の明るく均一な照明光を受けて良好な表示品位の画像を提供することができる。従って、周囲環境に依存せず、常に表示品位に優れた表示装置を実現することができる。
【００６０】
なお、導光体１１３については、光源１１１からの光を受けて照明光を出射できるものであればいずれも用いることができるが、本実施形態のように、光出射面１１３ｂに対向する対向面１１３ｃに、光源１１１から入射面１１３ａを介して導光体１１３内部に入射した光を伝搬する伝搬部１１３ｅと、光を出射面１１３ｂに向けて反射する反射部１１３ｆとから構成される凹凸１１３ｄを設けることにより、光源１１１からの光を効率良く利用して出射面１１３ｂから照明光を出射することができる。
【００６１】
ところで、このように導光体１１３に周期的な凹凸１１３ｄが形成されている場合には、この照明装置を反射型液晶表示素子の前面に配置するとモアレ縞と称される明暗縞が発生して表示品位を著しく低下させることがある。しかし、この導光体に形成された周期的な凹凸の筋の方向と、反射型液晶表示素子の画素パターンの間に角度を与えることによってモアレ縞の周期が短くなり、やがて認識されなくなるという現象が生じる。
【００６２】
図４（ａ）に、画素パターンがデルタ配列の場合について、上記モアレ縞が認識されない角度範囲を示す。ここでは、２．０型と２．５型のデルタ配列の反射型液晶表示素子の前面に照明装置を配置した場合について、その導光体の周期的凹凸の筋の方向と反射型液晶表示素子の画素パターンの繰り返しの水平方向との間に角度を与えてモアレ縞を観察した結果を、２．０型の場合を実線で示し、２．５型の場合を点線で示す。
【００６３】
この図４（ａ）から、凹凸の周期によっては角度範囲にばらつきが見られるものの、ほぼ１０゜以上２５゜以下、又は５５゜以上８０゜以下でモアレ縞が観察されないことがわかる。
【００６４】
同様に、図４（ｂ）に、画素パターンがストライプ配列の場合について、上記モアレ縞が認識されない角度範囲を示す。ここでは、３．８型ＱＶＧＡのストライプ配列の反射型液晶表示素子の前面に照明装置を配置した場合について、その導光体の周期的凹凸の筋の方向と反射型液晶表示素子の画素パターンの繰り返しの水平方向との間に角度を与えてモアレ縞を観察した結果を示す。
【００６５】
この図４（ｂ）から、凹凸の周期によっては角度範囲にばらつきが見られるものの、ほぼ１５゜以上７５゜以下でモアレ縞が観察されないことがわかる。
【００６６】
従って、本発明の照明装置においては、反射型液晶表示素子の画素パターンと所定の角度をなすように導光体の周期的凹凸を配置することにより、モアレ縞の発生を防いで表示品位の良好な反射型液晶表示装置を実現することができる。
【００６７】
本実施形態では、反射型液晶表示素子１２０が３．８型のストライプ配列であるので、凹凸１１３ｄの周期Ｐを３９０μｍとし、図５に示すように、反射型液晶表示素子１２０の画素パターンの水平方向と２３゜の角度をなすように形成した。従って、周期的な凹凸１１３ｄと反射型液晶表示素子１２０の画素パターンとの干渉によるモアレ縞の周期が短くなって観察者に認識されず、反射型液晶表示素子１２０の表示品位を損なうことはなかった。
【００６８】
さらに、導光体に形成された凹凸の伝搬部の長さ（Ｐ１）に対する反射部の長さ（Ｐ２）の割合（Ｐ２／Ｐ１）が大きすぎると、反射部を通過して観察者に到達する光によって二重像が観察されることがある。
【００６９】
下記表２に、凹凸の伝搬部と反射部の比率（Ｐ２／Ｐ１）と二重像との関係を調べた結果を示す。
【００７０】
【表２】

【００７１】
この表２中、○は二重像が観察されず、良好な表示品位が得られていることを示す。△は二重像がやや発生するものの、画像の認識には支障の無いことを示す。×は二重像が顕著であり、表示品位に悪影響を及ぼしていることを示す。
【００７２】
この表２から、凹凸の伝搬部の長さ（Ｐ１）に対する反射部の長さ（Ｐ２）の割合（Ｐ２／Ｐ１）が０．２以下であれば二重像に対して効果があり、さらに、０．０５以下であれば良好な表示品位を得ることができることがわかる。
【００７３】
これは、凹凸の伝搬部の長さを０より大きく、かつ、０．２以下にすることにより、観察者が反射型液晶表示素子の表示を主として凹凸の伝搬部を通して見ることになるので、反射部を通過して観察者に到達する光によって生じる二重像を抑制することができるためと考えられる。
【００７４】
本実施形態では、図５に示すように、周期的な凹凸１１３ｄの周期Ｐ３９０μｍのうち、伝搬部１１３ｅの長さＰ１を平均３８０μｍ、反射部１１３ｆの長さＰ２を平均１０μｍ、伝搬部１１３ｅと反射部１１３ｆとで構成される凹凸の高さｈを１０μｍとした。また、反射部１１３ｆの長さＰ２は、導光体１１３の出射面１１３ｂ内で均一な照明光が出射されるように、入射面１１３ａに近いほど１０μｍより短く、遠いほど１０μｍより長く設定した。従って、伝搬部１１３ｅに対する反射部１１３ｆの比率（Ｐ２／Ｐ１）は０．０５以下であり、観察者は反射型液晶表示素子１２０の表示を主として伝搬部１１３ｅを通して見ることになるので、反射部１１３ｆを通過して観察者に到達する光によって生じる二重像を防止して、良好な表示品位を得ることができた。
【００７５】
なお、本実施形態では光源として蛍光管を用いたが、他にもＥＬやＬＥＤ、ＬＥＤと棒状導光体との組み合わせ等、導光体の入射面に均一に光を照射する光源であれば、いずれも用いることができる。
【００７６】
導光体の材質としては、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂に代表される透明樹脂等を適宜用いることができる。
【００７７】
本実施形態においては、光学フィルムとして偏光板とλ／２板とλ／４板とを組み合わせた偏光選択透過フィルムを用いたが、偏光板とλ／４板とを組み合わせた偏光選択透過フィルムを用いても、表面反射を吸収して低減する効果を有する。さらに、光学フィルムとして反射防止フィルムを用いて導光体の表面反射を低減させてもよい。この反射防止フィルムは、例えば反射防止膜が形成された透明フィルムであり、反射防止膜は、例えば蒸着やスパッタリング等の方法により形成した膜厚が約０．１μｍのＭｇＦ₂やＳｉＯ₂等からなる多層膜であって、薄膜の干渉作用によって反射エネルギーを低下させるものである。
【００７８】
さらに、反射型液晶表示素子は、偏光選択透過フィルムを透過した円偏光を利用して画像を表示する方式の他にも様々な実施形態の表示素子を用いることができる。
【００７９】
（実施形態２）
図６は、実施形態２の反射型液晶表示装置の構成を示す図である。
【００８０】
この反射型液晶表示装置において、照明装置２１０は、光源２１１、リフレクタ２１２、導光体２１３および導光体２１３に貼り合わせられた偏光選択透過フィルム１１４から構成されている。また、反射型液晶表示素子２２０は、一対のガラス基板２２１ａ、２２１ｂと、両基板の間に挟持された液晶層２２２と、液晶層２２２の背面側に配置された反射電極２２３から構成されている。
【００８１】
本実施形態では、光源２１１、リフレクタ２１２、導光体２１３、偏光選択透過フィルム２１４および反射型液晶表示素子２２０として、実施形態１と同様のものを用いた。
【００８２】
図７は、本実施形態の照明装置について、特に、光源と導光体の入射面近傍およびリフレクタの関係を示す図である。
【００８３】
リフレクタ２１２は、光源２１１の外周に沿うように配置され、導光体２１３の入射面２１３ａに面した開口部が設けられている。従って、光源２１１からの光は直接、またはリフレクタ２１２で反射されてリフレクタ２１２の開口部から一様に出射する。
【００８４】
本実施形態では、リフレクタ２１２の開口部の幅ｔが導光体２１３の入射面２１３ａの厚さａと等しくなるように設定した。
【００８５】
このように、リフレクタ２１２の開口部の幅ｔが導光体２１３の入射面２１３ａの厚さａおよび光学フィルム２１４の厚さｂの和よりも小さい場合、すなわち、ｔ＜ａ＋ｂの場合であっても、リフレクタ２１２の開口部を導光体２１３に貼り合わせられた光学フィルム２１４と重なるように固定することによって、導光体２１３の出射面２１３ｂから均一な照明光を出射することができる。
【００８６】
ここで、リフレクタ２１２の開口部と導光体２１３に貼り合わせられた偏光選択透過フィルム２１４の重なりを変化させて、照明装置から出射する照明光の均一性を観察した結果を下記表３に示す。ここでは、図８に示すように、リフレクタ２１２の開口部を導光体２１３の対向面２１３ｃ側で偏光選択透過フィルム２１４と重なるように配置した。
【００８７】
【表３】

【００８８】
この表３において、○は照明光にムラが観察されずに均一であることを示し、×は照明光にムラが観察されることを示す。
【００８９】
この表３から、リフレクタ２１２の開口部と偏光選択透過フィルム２１４の重なりが１ｍｍ以下では照明装置２１０の照明光にムラが観察される。しかし、リフレクタ２１２の開口部と偏光選択透過フィルム２１４の重なりが２ｍｍ以上である場合には、照明装置２１０の照明光にムラは観察されない。なお、重なり幅が大きくなると、装置が大きくなるため、重なり幅の上限については装置の設計や生産上の観点から決定される。
【００９０】
この結果について、図９を参照しながら説明する。
【００９１】
上述のように、リフレクタ２１２の開口部の幅ｔを導光体２１３の入射面２１３ａの厚さａと等しくした場合、入射面２１３ａと偏光選択透過フィルム２１４の端面の全域に光が入射されることはなく、照明装置２１０からの照明光にはムラが生じる。しかし、導光体２１３の対向面２１３ｃ側のリフレクタ２１２の開口部を偏光選択透過フィルム２１４と重なるように固定することによって、リフレクタ２１２で散乱反射された光が偏光選択透過フィルム２１４の端面に到達し、あたかも偏光選択透過フィルム２１４の端面に光が入射したような状態が得られる。従って、導光体２１３の入射面２１３ａと同様に、偏光選択透過フィルム２１４の端面からも光が進行して照明装置２１０から均一な照明光が出射する。
【００９２】
本実施形態では、リフレクタ２１２の開口部を、導光体２１３の対向面２１３ｃ側の部分が偏光選択透過フィルム１１４と３ｍｍ重なるように固定した。従って、導光体２１３の入射面１１３ａおよび偏光選択透過フィルム１１４の端面から一様に効率良く一様に光が導光体内に進行し、均一な照明光が出射される照明装置２１０を実現することができた。
【００９３】
このように構成された照明装置２１０を反射型液晶表示素子２２０の前面に配置することにより、反射型液晶表示素子２２０が外部から充分な照明光を受けることができない環境においても、照明装置２１０の明るく均一な照明光を受けて良好な表示品位の画像を提供することができる。従って、周囲環境に依存せず、常に表示品位に優れた表示装置を実現することができる。
【００９４】
なお、実施形態２では、開口部の対向面側の部分を光学フィルムと重ならせたが、開口部の出射面側を光学フィルムと重ならせてもよい。但し、実施形態１および実施形態２のいずれにおいても、リフレクタの開口部の幅ｔと、導光体の光入射端面の厚さａと、光学フィルムの厚さｂとがｔ≧ａ＋ｂの関係を満たした上で、リフレクタの開口部の出射面側と光学フィルムを重ねることが装置の設計および生産の点で望ましい。また、実施形態１および実施形態２のいずれにおいても、光学フィルムを導光体の出射面側に貼り合わせているので、リフレクタの開口部の出射面側で光学フィルムと重ねる方が、重なりの幅を小さくすることができるので好ましい。リフレクタの開口部の対向面側で、導光体の出射面側に貼り合わせられた光学フィルムと重ねる場合には、重なりの幅をそれよりも多く取る必要がある。
【００９５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、導光体が光源からの光を受けて面状の照明光を出射する照明装置において、導光体に光学フィルムが貼り合わせられている場合でも、導光体の入射面と同様に光学フィルムの端面にも光源からの光が入射するように工夫されているので、均一な照明光を出射する照明装置を実現することができる。
【００９６】
具体的には、光源の外周に沿って配置されたリフレクタの開口部幅ｔを導光体の光入射端面の厚さａおよび光学フィルムの厚さｂを合わせたもの以上にすることにより、リフレクタの開口部から一様に出射された光が導光体の端面および光学フィルムの端面の両方に一様に入射し、導光体の出射面から均一な照明光を出射することができる。
【００９７】
また、他の本発明によれば、リフレクタの開口部を導光体に貼り合わせられた光学フィルムと重なるように固定することによっても、導光体の出射面から均一な照明光を出射することができる。
【００９８】
従って、本発明の照明装置を反射型液晶表示装置の前面側に配置することにより、外部から充分な照明光を得ることができない環境においても、照明装置からの明るく均一な照明光を受けて良好な表示品位の画像を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の反射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施形態１の照明装置の一部を示す断面図である。
【図３】実施形態１の照明装置について、リフレクタの開口部と光学フィルムとの重なりを説明するための断面図である。
【図４】導光体の周期的な凹凸と反射型液晶表示素子の画素パターンとのなす角度について、モアレ縞が観察されない範囲を示すグラフである。
【図５】実施形態１の照明装置について、導光体に形成された凹凸を説明するための斜視図である。
【図６】実施形態２の反射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図７】実施形態２の照明装置の一部を示す断面図である。
【図８】実施形態２の照明装置について、リフレクタの開口部と光学フィルムとの重なりを説明するための断面図である。
【図９】実施形態２の照明装置について、光の進行状態を説明するための断面図である。
【図１０】反射型液晶表示装置における基本的な光の偏光状態の変化を説明するための斜視図である。
【図１１】画素配列の代表的な例を示す平面図である。
【図１２】従来の反射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図１３】照明装置において、均一な照明光が出射されない理由を説明するための断面図である。
【図１４】従来の照明装置において、均一な照明光が出射されない理由を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１１０、２１０照明装置
１１１、２１１光源
１１２、２１２リフレクタ
１１３、２１３導光体
１１３ａ、２１３ａ入射面
１１３ｂ、２１３ｂ出射面
１１３ｃ、２１３ｃ対向面
１１３ｄ、２１３ｄ凹凸
１１３ｅ、２１３ｅ伝搬部
１１３ｆ、２１３ｆ凹凸
１１４、２１４偏光選択透過フィルム
１１４ａ、２１４ａ偏光板
１１４ｂ、２１４ｂ λ／２板
１１４ｃ、２１４ｃ λ／４板
１２０、２２０反射型液晶表示素子
１２１ａ、１２１ｂ、２２１ａ、２２１ｂガラス板
１２２、２２２液晶層
１２３、２２３反射電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a reflective liquid crystal display device composed of a reflective liquid crystal display element and an illuminating device used for image display of an information display system, OA equipment, etc., and efficiently illuminating the display without degrading its display quality. It relates to a possible lighting device.
[0002]
[Prior art]
The liquid crystal display element includes a transmissive liquid crystal display device that displays characters and images by controlling the amount of light transmitted from the outside, and a reflective liquid crystal display device that displays characters and images by controlling the amount of reflected light. Can be broadly classified.
[0003]
Among these, the transmissive liquid crystal display element is generally used with a lighting device called a backlight disposed on the back surface. In contrast, a reflective liquid crystal display element can display using ambient light, but the display brightness is very dependent on the surrounding environment and is displayed in a dark environment such as at night. May not be fully recognized.
[0004]
In view of this, it has been conventionally proposed to irradiate light from the front side of the reflective liquid crystal display element using an illumination device called a front light in preparation for a case where sufficient ambient light cannot be obtained.
[0005]
FIG. 10 shows an example of a conventional reflective liquid crystal display device.
[0006]
In the reflective liquid crystal display device, the reflective liquid crystal display element 90 includes a liquid crystal layer 92 sandwiched between a pair of glass substrates 91 a and 91 b, and a reflective electrode 93 is provided on the back side of the liquid crystal layer 92. A polarizing plate 94 and a λ / 4 plate 95 are disposed on the front side of the reflective liquid crystal display element 90, and the transmission axis (or absorption axis) of the polarizing plate 94 and the slow axis (or advance) of the λ / 4 plate 95. (Phase axis) is arranged at an angle of 45 °.
[0007]
Of the illumination light, linearly polarized light transmitted through the polarizing plate 94 is converted into circularly polarized light by the λ / 4 plate 95 and enters the liquid crystal layer 92 of the reflective liquid crystal display element 90. When the liquid crystal layer 92 of the reflective liquid crystal display element 90 does not modulate circularly polarized light, the direction of rotation of the circularly polarized light is reversed when reflected by the reflective electrode 93, so that the λ / 4 plate 95 is transmitted again. After that, it becomes linearly polarized light orthogonal to the transmission axis of the polarizing plate 94 and is absorbed by the polarizing plate 94. As a result, black is displayed.
[0008]
On the other hand, when the liquid crystal layer 92 of the reflective liquid crystal display element 90 modulates the incident circularly polarized light so as to be reflected while preserving the polarization state, the polarizing plate is again transmitted through the λ / 4 plate 95. The light passes through the polarizing plate 94 as linearly polarized light that coincides with the transmission axis of 94. As a result, white is displayed.
[0009]
At this time, the transmission axis of the polarizing plate and the direction of the slow axis of the λ / 4 plate are determined in consideration of the liquid crystal material, the orientation direction, the viewing angle characteristics, and the like. Further, a λ / 2 plate may be disposed between the polarizing plate and the λ / 4 plate in order to compensate for a phase delay tolerance with respect to the wavelength of light of the λ / 4 plate.
[0010]
Thus, in the reflective liquid crystal display device, characters and images are displayed by controlling the light modulation by the liquid crystal layer for each pixel. Further, color display can be performed by obtaining colored light through the color filter layers of the three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) arranged in each pixel. There are various arrangement patterns of R, G, and B. Typical examples include a delta arrangement as shown in FIG. 11A and a stripe arrangement as shown in FIG. It is repeated in the vertical and horizontal directions.
[0011]
The number of pixels and the pixel size are also various. For example, in the case of a reflective liquid crystal display element having a delta arrangement, the 2.0 type has a horizontal pixel number × vertical pixel number of 280 × 220, and the pixel size has a horizontal direction of 145. In the 2.5 type, the specifications of horizontal pixel count × vertical pixel count of 280 × 220, pixel size of horizontal direction of 179.5 μm and vertical direction of 168.5 μm are adopted. In the stripe arrangement, for example, a 3.8-inch QVGA reflective liquid crystal display device adopts specifications such that the number of horizontal pixels × the number of vertical pixels is 960 × 240 and the pixel size is 81 μm in the horizontal direction and 234.5 μm in the vertical direction. Has been.
[0012]
By the way, the above-mentioned front light has been proposed in the past, for example, “Monthly FPD intelligence September 1998 issue” p. 23 discloses a front light as shown in FIG.
[0013]
The front light 10 includes a light source 11, a reflector 12, a light guide 13, and a polarization selective transmission film 14 bonded to the light guide 13, and is disposed on the front surface of the reflective liquid crystal display element 20.
[0014]
The light guide 13 has an incident surface 13a on which light from the light source 11 is incident, an exit surface 13b that emits illumination light, and a facing surface 13c that faces the exit surface 13b. On the facing surface 13c, there are formed an uneven portion 13d having a propagation portion 13e substantially parallel to the emission surface 13b and an inclined reflecting portion 13f.
[0015]
Therefore, the light that has entered the light guide 13 from the light source 11 through the incident surface 13a is repeatedly totally reflected on the surface of the polarization selective transmission film 14 bonded to the output surface 13b and the propagation portion 13e in the unevenness 13d. When propagating through the inside of the light guide 13 and reaching the reflecting portion 13f, the light is reflected toward the emission surface 13b and emitted illumination light.
[0016]
The reflector 12 is disposed along the outer periphery of the light source 11 and is fixed in the vicinity of the incident surface 13a of the light guide 13, and an opening is provided to the incident surface 13a. Therefore, the light from the light source 11 is reflected by the reflector 12 and is efficiently guided to the incident surface 13 a of the light guide 13.
[0017]
The polarization selective transmission film 14 includes a polarizing plate 14a and a λ / 4 plate 14b, and a transmission axis (or absorption axis) of the polarizing plate 14a and a slow axis (or fast axis) of the λ / 4 plate 14b. They are arranged at an angle of 45 °. The polarization selective transmission film 14 is incident after an incident angle of about 0 °, is transmitted through the polarization selective transmission film 14, is reflected, and absorbs light incident on the polarization selective transmission film 14 again. Therefore, even if the illumination light or the ambient light of the front light 10 is reflected on the surface of the polarization selective transmission film 14 or the surface of the reflective liquid crystal display element 20, it is absorbed by the polarization selective transmission film 14, so that the contrast reduction due to the surface reflection is reduced. It is possible to realize a reflective liquid crystal display device that is excellent in display quality while preventing.
[0018]
Similarly, even if an antireflection treatment is performed instead of providing the polarization selective transmission film 14 on the exit surface 13b of the light guide 13, the surface reflection at the exit surface 13b can be reduced, and a reflective liquid crystal display with high contrast. An apparatus can be realized. Here, the antireflection treatment can be easily performed by attaching an antireflection film having an antireflection film on a transparent film to the light exit surface 13 b of the light guide 13. Further, in this case, it is desirable to apply antireflection treatment to the surface of the reflective liquid crystal display element.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
However, the front light 10 described above has the following problems.
[0020]
As described above, the light guide 13 emits illumination light by the light propagating through the interior reaching the reflecting portion 13f of the unevenness 13d formed on the opposing surface 13c and reflecting toward the exit surface 13b.
[0021]
Therefore, in order to emit illumination light uniformly from the entire area of the emission surface 13b, it is necessary for the light to reach all the reflection portions 13f uniformly. In other words, it is necessary for light to be uniformly incident from the entire opening of the reflector 12 through the incident surface 13 a of the light guide 13.
[0022]
The reason for this will be described with reference to FIGS.
[0023]
As shown in FIG. 13, when attention is paid to light incident from the incident surface 13a into the light guide 13 at an incident angle φ, when this light is incident from the entire area of the incident surface 13a, it is guided while repeating total reflection. It propagates through the inside of the light body 13 and reaches the reflecting portion 13f of the uneven portion 13d uniformly, and is reflected and emitted from the emission surface 13b at the emission angle ψ. Therefore, the illumination light having the emission angle ψ is illuminated uniformly from the entire area of the emission surface 13b.
[0024]
However, when there is no light incident at an incident angle φ from a part of the incident surface 13a, this portion is projected onto the opposing surface 13c, and a portion where the light does not reach the reflecting portion 13f is formed. The illumination light will not be generated. Therefore, uniform illumination light cannot be obtained.
[0025]
Since the conventional front light 10 fixes the opening of the reflector 12 in the vicinity of the incident surface 13a of the light guide 13, the light from the light source 11 is reflected by the reflector 12 and efficiently and uniformly enters the incident surface 13a. Incident.
[0026]
However, as shown in FIG. 14, when the polarization selective transmission film 14 is bonded to the light exit surface 13b of the light guide 13, no light is incident from the end face corresponding to this portion, and this portion is the opposite surface. 13c. Accordingly, an area where the illumination light does not reach occurs, and the polarization selective transmission film 14 prevents uniform illumination. The same applies to the case where an antireflection film for preventing the surface reflection of the light guide is provided.
[0027]
The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and includes an illumination device that includes a light guide bonded with an optical film and that can emit uniform illumination light without unevenness. An object of the present invention is to provide a reflective liquid crystal display device having a good display quality using the same.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
An illumination device of the present invention includes a light source, a light guide that makes light from the light source incident from an end face and emits the light from a first wide face that is substantially perpendicular to the end face, the first wide face of the light guide, and the light guide An optical film bonded to at least one of the opposed surfaces; and a reflector disposed along the outer periphery of the light source and having an opening with respect to a light incident end surface of the light guide. The width t of the opening, the thickness a of the light incident end face of the light guide, and the thickness b of the optical film satisfy the relationship of t ≧ a + b, whereby the above object is achieved.
[0029]
The illumination device of the present invention includes a light source, a light guide that makes light from the light source incident from an end surface and emits the light from a first wide surface that is substantially perpendicular to the end surface, the first wide surface of the light guide, and the light guide An optical film bonded to at least one of the opposing second wide surfaces, and a reflector disposed along the outer periphery of the light source and having an opening with respect to the light incident end surface of the light guide, The opening of the reflector is fixed so as to overlap the optical film, whereby the above object is achieved.
[0030]
The optical film may be an antireflection film that prevents surface reflection of the light guide, and is composed of a combination of a polarizing plate and a λ / 4 plate, or a polarizing plate, a λ / 2 plate, and a λ / 4 plate. It may consist of a combination of
[0031]
The second wide surface of the light guide body includes a propagation unit that propagates light incident from the light source through the incident end surface into the light guide body, and a reflection unit that reflects the light toward the first wide surface. It is preferable that the optical film is bonded to the first wide surface.
[0032]
The reflective liquid crystal display device of the present invention is disposed on the back side of the illumination device of the present invention and the illumination device, receives light emitted from the illumination device, controls the reflectance for each pixel, and controls the front side And a reflective liquid crystal display element that reflects the light to achieve the above object.
[0033]
The operation of the present invention will be described below.
[0034]
In the present invention, the opening width t of the reflector, the thickness a of the light incident end face of the light guide, and the thickness b of the optical film satisfy the relationship of t ≧ a + b. As shown, light uniformly emitted from the opening of the reflector is incident on the end face of the light guide and the end face of the optical film, and uniform illumination light is emitted from the exit face of the light guide.
[0035]
In another aspect of the present invention, since the opening of the reflector is fixed so as to overlap the optical film, uniform illumination light is emitted from the emission surface of the light guide.
[0036]
If an antireflection film is used as the optical film to be bonded to the light guide, surface reflection of the light guide can be reduced. Alternatively, a polarization selective transmission film combining a polarizing plate and a λ / 4 plate or a polarization selective transmission film combining a polarizing plate, a λ / 2 plate and a λ / 4 plate absorbs and reduces surface reflection. Is possible.
[0037]
By the way, in the current front light, there are a light guide with a concavo-convex formed on the light exit surface and a surface with a concavo-convex formed on the opposite surface, and the optical film has a surface with no concavo-convex (light guide). It can be bonded to one or both of the light emitting surface and the opposing surface of the body. However, the front light with higher performance is obtained when the concavity and convexity are formed on the opposing surface of the light guide and the optical film is bonded to the light emitting side.
[0038]
A propagation section for propagating light incident from the light source through the incident end face to the inside of the light guide body on a facing surface (second wide surface) facing the light exit surface (first wide surface) of the light guide; It is possible to efficiently use the light from the light source by providing the projections and depressions configured by the reflecting portion that reflects the light toward the exit surface.
[0039]
In the reflective liquid crystal display device of the present invention, the illumination device of the present invention is disposed on the front side of the reflective liquid crystal display device, so that the illumination device can be used even in an environment where sufficient illumination light cannot be obtained from the outside. It is possible to realize an image with a good display quality by receiving bright and uniform illumination light from.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0041]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a reflective liquid crystal display device according to the first embodiment.
[0042]
In this reflective liquid crystal display device, the illumination device 110 includes a light source 111, a reflector 112, a light guide 113, and a polarization selective transmission film 114 bonded to the light guide 113. The reflective liquid crystal display element 120 includes a pair of glass substrates 121a and 121b, a liquid crystal layer 122 sandwiched between the two substrates, and a reflective electrode 123 disposed on the back side of the liquid crystal layer 122. .
[0043]
In the present embodiment, a fluorescent tube is used as the light source 111. As the reflector 112, a diffuse reflection sheet No. 1 manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd. is used. 4596 was used.
[0044]
As the light guide body 113, one produced by injection molding of polymethyl methacrylate having a refractive index of 1.49 was used. The light guide 113 has an incident surface 113a on which light from the light source 111 is incident, an exit surface 3b that is substantially orthogonal to the incident surface 113a, and that emits illumination light, and an opposing surface 113c that faces the light exit surface 113b. In addition, a periodic unevenness 3d having a propagation portion 113e and a reflection portion 113f is formed on the facing surface 113c.
[0045]
The polarization selective transmission film 114 includes a polarizing plate 114a, a λ / 2 plate 114b, and a λ / 4 plate 114c, which are integrated in this order via an adhesive layer (not shown), and the light emitting surface 113b of the light guide 113. Are pasted together.
[0046]
Only linearly polarized light is selected by the polarizing plate 114a from the light incident on the polarization selective transmission film 114, and is rotated by the λ / 2 plate 114b into linearly polarized light having an angle of 45 ° with the slow axis of the λ / 4 plate 114c. / 4 plate 114c converts it into circularly polarized light.
[0047]
Furthermore, the polarization selective transmission film 114 also has a function of absorbing surface reflection on the surface of the reflective liquid crystal display element 120 and the surface of the reflective liquid crystal display element 120, thereby preventing a decrease in contrast of the display device due to surface reflection and realizing an image with good display quality. To do.
[0048]
The reflective liquid crystal display element 120 modulates the circularly polarized light that has passed through the polarization selective transmission film 114 by the liquid crystal layer 122 for each pixel and reflects it by the reflective electrode 123, and then the amount of light that passes through the polarization selective transmission film 114 again. An image is displayed by controlling. In the present embodiment, a 3.8-inch QVGA having a stripe arrangement of 960 × 240 and a pixel size of 81 μm × 234.5 μm is used as the reflective liquid crystal display element 120.
[0049]
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the light source, the entrance surface of the light guide, and the reflector, in particular, for the illumination device of the present embodiment.
[0050]
The reflector 112 is disposed along the outer periphery of the light source 111, and is provided with an opening facing the incident surface 113 a of the light guide 113. Therefore, the light from the light source 111 is reflected directly or by the reflector 112 and is uniformly emitted from the opening of the reflector 112.
[0051]
On the other hand, since the polarization selective transmission film 114 is bonded to the light exit surface 113b of the light guide 113, the light entrance 113 113 and the polarization selective transmission film 114 of the light guide 113 are emitted in order to emit uniform illumination light. It is necessary for light to be incident uniformly on the end face of the substrate.
[0052]
Therefore, the width t of the opening of the reflector 112, the thickness a of the incident surface 113a of the light guide 113, and the thickness b of the polarization selective transmission film 114 satisfy the relationship of t ≧ a + b. The light uniformly emitted from the opening is incident on the incident surface 113a of the light guide 113 and the end surface of the polarization selective transmission film 114, and uniform illumination light is emitted from the emission surface 113b of the light guide 113. Note that as t becomes larger than a + b, t = a + b is satisfied because light that does not enter the incident surface of the light guide and the end surface of the polarization selective equivalent film among the light from the opening of the reflector increases. Is optimal.
[0053]
In the present embodiment, the width t of the opening of the reflector 112 is set to be equal to the sum (a + b) of the thickness a of the incident surface 113a of the light guide 113 and the thickness b of the polarization selective transmission film 114. .
[0054]
Further, Table 1 below shows the results of observing the uniformity of the illumination light emitted from the illumination device by changing the overlap of the opening of the reflector 112 and the polarization selective transmission film 114 bonded to the light guide 113.
[0055]
[Table 1]

[0056]
In Table 1, when the reflector opening and the polarization selective transmission film are separated as shown in FIG. 3A, the overlap is indicated by (−), and the overlap is shown as shown in FIG. 3B. When there is an overlap, the overlap is indicated by (+). Further, ◯ indicates that the illumination light is uniform without being observed, Δ indicates that slight unevenness is observed in the illumination light, and x indicates that unevenness is observed in the illumination light.
[0057]
From Table 1, when the overlap of the opening of the reflector 112 and the polarization selective transmission film 114 is −1 mm or less, that is, 1 mm or more, unevenness is observed in the illumination light of the illumination device 110. Here, the unevenness of the illumination light indicates that there are a region where the illumination light is emitted and a region where the illumination light is not emitted, and an influence that light is not incident on the end face of the polarization selective transmission film 114 is observed. However, when the overlap between the opening of the reflector 112 and the polarization selective transmission film 114 is 0 mm or more, no unevenness is observed in the illumination light of the illumination device 110. Therefore, by fixing the opening of the reflector 112 so as to overlap the polarization selective transmission film 114, the opening of the reflector 112 can be efficiently applied to the end surface of the polarization selective transmission film 114 as well as the incident surface 113a of the light guide 113. It can be seen that light enters and uniform illumination light is emitted from the exit surface 113 b of the light guide 113. In addition, since an apparatus will become large if an overlap width becomes large, the upper limit of an overlap width is determined from an apparatus design or production viewpoint.
[0058]
In the present embodiment, the opening of the reflector 112 is fixed so as to overlap with the polarization selective transmission film 114 by 1 mm. Therefore, it is possible to realize the illumination device 110 in which light is uniformly and efficiently incident on the incident surface 113a of the light guide 113 and the end surface of the polarization selective transmission film 114, and uniform illumination light is emitted.
[0059]
By disposing the illuminating device 110 configured in this way on the front surface of the reflective liquid crystal display element 120, the reflective liquid crystal display element 120 can receive the illumination light from the outside even in an environment where it cannot receive sufficient illumination light. An image with good display quality can be provided by receiving bright and uniform illumination light. Therefore, it is possible to realize a display device that is always excellent in display quality without depending on the surrounding environment.
[0060]
Any light guide 113 can be used as long as it can emit the illumination light by receiving the light from the light source 111. However, as in the present embodiment, the facing surface facing the light emitting surface 113b. 113c has an unevenness 113d composed of a propagation part 113e for propagating light incident on the inside of the light guide 113 from the light source 111 through the incident surface 113a and a reflection part 113f for reflecting the light toward the emission surface 113b. By providing, illumination light can be emitted from the emission surface 113b by efficiently using light from the light source 111.
[0061]
By the way, in the case where the periodic unevenness 113d is formed on the light guide 113 as described above, when this illumination device is arranged on the front surface of the reflective liquid crystal display element, light and dark stripes called moire stripes are generated. Display quality may be significantly reduced. However, by providing an angle between the direction of the periodic uneven stripes formed on this light guide and the pixel pattern of the reflective liquid crystal display element, the period of moire fringes becomes shorter and eventually becomes unrecognizable. Occurs.
[0062]
FIG. 4A shows an angular range where the moire fringes are not recognized when the pixel pattern is a delta arrangement. Here, in the case where an illuminating device is arranged in front of a 2.0 type and a 2.5 type delta arrangement reflective liquid crystal display element, the direction of the periodic unevenness of the light guide and the reflective liquid crystal display element The result of observing moire fringes by giving an angle to the horizontal direction of the pixel pattern is shown by a solid line for the 2.0 type and by a dotted line for the 2.5 type.
[0063]
FIG. 4A shows that although the angle range varies depending on the period of the unevenness, moire fringes are not observed at about 10 ° to 25 ° or 55 ° to 80 °.
[0064]
Similarly, FIG. 4B shows an angle range in which the moire fringes are not recognized when the pixel pattern is a stripe arrangement. Here, in the case where the illumination device is disposed in front of the reflective liquid crystal display element having a 3.8-inch QVGA stripe arrangement, the direction of the periodic unevenness of the light guide and the pixel pattern of the reflective liquid crystal display element The result of observing moire fringes by giving an angle between the horizontal direction of repetition is shown.
[0065]
From FIG. 4B, it can be seen that although the angle range varies depending on the period of the unevenness, moire fringes are not observed at about 15 ° to 75 °.
[0066]
Accordingly, in the illumination device of the present invention, the periodic unevenness of the light guide is arranged so as to form a predetermined angle with the pixel pattern of the reflective liquid crystal display element, thereby preventing the generation of moire fringes and good display quality. A reflective liquid crystal display device can be realized.
[0067]
In this embodiment, since the reflective liquid crystal display element 120 has a 3.8-type stripe arrangement, the period P of the unevenness 113d is set to 390 μm, and the pixel pattern of the reflective liquid crystal display element 120 is horizontal as shown in FIG. It was formed so as to form an angle of 23 ° with the direction. Therefore, the period of moire fringes due to interference between the periodic unevenness 113d and the pixel pattern of the reflective liquid crystal display element 120 is shortened and is not recognized by the observer, and the display quality of the reflective liquid crystal display element 120 is not impaired. It was.
[0068]
Furthermore, if the ratio (P2 / P1) of the length (P2) of the reflection portion to the length (P1) of the uneven propagation portion formed on the light guide is too large, it passes through the reflection portion and reaches the observer. The double image may be observed by the light to be.
[0069]
Table 2 below shows the results of examining the relationship between the ratio (P2 / P1) between the uneven propagation part and the reflection part (P2 / P1) and the double image.
[0070]
[Table 2]

[0071]
In Table 2, ◯ indicates that a double image is not observed and a good display quality is obtained. Δ indicates that although a double image is slightly generated, there is no problem in image recognition. X indicates that the double image is prominent and adversely affects the display quality.
[0072]
From this Table 2, if the ratio (P2 / P1) of the length (P2) of the reflecting portion to the length (P1) of the uneven propagation portion is 0.2 or less, it is effective for a double image. If it is 0.05 or less, it can be seen that good display quality can be obtained.
[0073]
This is because when the length of the concavo-convex propagation portion is made larger than 0 and 0.2 or less, the observer views the display of the reflective liquid crystal display element mainly through the concavo-convex propagation portion. This is because a double image generated by light passing through the part and reaching the observer can be suppressed.
[0074]
In this embodiment, as shown in FIG. 5, out of the period P390 μm of the periodic unevenness 113d, the length P1 of the propagation part 113e is 380 μm on average, the length P2 of the reflection part 113f is 10 μm on average, and the propagation part 113e is reflected The height h of the unevenness constituted by the portion 113f was 10 μm. Further, the length P2 of the reflecting portion 113f is set to be shorter than 10 μm as it is closer to the incident surface 113a and longer than 10 μm as it is farther so that uniform illumination light is emitted within the emission surface 113b of the light guide 113. Therefore, the ratio (P2 / P1) of the reflection portion 113f to the propagation portion 113e is 0.05 or less, and the observer views the display of the reflective liquid crystal display element 120 mainly through the propagation portion 113e. The double image generated by the light passing through and reaching the observer was prevented, and a good display quality could be obtained.
[0075]
In this embodiment, a fluorescent tube is used as a light source. However, any other light source that uniformly irradiates light on the incident surface of the light guide, such as EL, LED, or a combination of an LED and a rod-shaped light guide. Any of them can be used.
[0076]
As a material for the light guide, an acrylic resin, a polycarbonate resin, a transparent resin typified by an epoxy resin, or the like can be used as appropriate.
[0077]
In this embodiment, a polarization selective transmission film combining a polarizing plate, a λ / 2 plate and a λ / 4 plate is used as an optical film, but a polarization selective transmission film combining a polarizing plate and a λ / 4 plate is used. Even if used, it has the effect of absorbing and reducing surface reflection. Furthermore, you may reduce the surface reflection of a light guide using an antireflection film as an optical film. This antireflection film is, for example, a transparent film on which an antireflection film is formed. The antireflection film is, for example, MgF having a thickness of about 0.1 μm formed by a method such as vapor deposition or sputtering. ₂ And SiO ₂ Etc., and the reflection energy is reduced by the interference action of the thin film.
[0078]
Furthermore, as the reflective liquid crystal display element, display elements of various embodiments can be used in addition to a method of displaying an image using circularly polarized light transmitted through the polarization selective transmission film.
[0079]
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the reflective liquid crystal display device according to the second embodiment.
[0080]
In this reflection type liquid crystal display device, the illumination device 210 includes a light source 211, a reflector 212, a light guide 213, and a polarization selective transmission film 114 bonded to the light guide 213. The reflective liquid crystal display element 220 includes a pair of glass substrates 221a and 221b, a liquid crystal layer 222 sandwiched between the two substrates, and a reflective electrode 223 disposed on the back side of the liquid crystal layer 222. .
[0081]
In the present embodiment, the same light source 211, reflector 212, light guide 213, polarization selective transmission film 214, and reflective liquid crystal display element 220 as those in the first embodiment are used.
[0082]
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the light source, the entrance surface of the light guide, and the reflector, in particular, for the illumination device of the present embodiment.
[0083]
The reflector 212 is disposed along the outer periphery of the light source 211, and is provided with an opening that faces the incident surface 213 a of the light guide 213. Therefore, the light from the light source 211 is reflected directly or by the reflector 212 and is emitted uniformly from the opening of the reflector 212.
[0084]
In the present embodiment, the width t of the opening of the reflector 212 is set to be equal to the thickness a of the incident surface 213a of the light guide 213.
[0085]
Thus, when the width t of the opening of the reflector 212 is smaller than the sum of the thickness a of the incident surface 213a of the light guide 213 and the thickness b of the optical film 214, that is, when t <a + b. In addition, by fixing the opening of the reflector 212 so as to overlap the optical film 214 bonded to the light guide 213, uniform illumination light can be emitted from the emission surface 213b of the light guide 213.
[0086]
Here, Table 3 below shows the result of observing the uniformity of the illumination light emitted from the illumination device by changing the overlap of the opening of the reflector 212 and the polarization selective transmission film 214 bonded to the light guide 213. . Here, as shown in FIG. 8, the opening of the reflector 212 is arranged so as to overlap the polarization selective transmission film 214 on the facing surface 213 c side of the light guide 213.
[0087]
[Table 3]

[0088]
In Table 3, “◯” indicates that the illumination light is uniform without any unevenness observed, and “X” indicates that the unevenness is observed in the illumination light.
[0089]
From Table 3, unevenness is observed in the illumination light of the illumination device 210 when the overlap between the opening of the reflector 212 and the polarization selective transmission film 214 is 1 mm or less. However, when the overlap between the opening of the reflector 212 and the polarization selective transmission film 214 is 2 mm or more, no unevenness is observed in the illumination light of the illumination device 210. In addition, since an apparatus will become large if an overlap width becomes large, the upper limit of an overlap width is determined from an apparatus design or production viewpoint.
[0090]
This result will be described with reference to FIG.
[0091]
As described above, when the width t of the opening of the reflector 212 is made equal to the thickness a of the incident surface 213a of the light guide 213, light is incident on the entire area of the incident surface 213a and the end face of the polarization selective transmission film 214. In other words, the illumination light from the illumination device 210 is uneven. However, the light scattered and reflected by the reflector 212 reaches the end face of the polarization selective transmission film 214 by fixing the opening of the reflector 212 on the opposite surface 213c side of the light guide 213 so as to overlap the polarization selective transmission film 214. In addition, it is possible to obtain a state in which light is incident on the end face of the polarization selective transmission film 214. Therefore, similarly to the incident surface 213 a of the light guide 213, light also travels from the end surface of the polarization selective transmission film 214, and uniform illumination light is emitted from the illumination device 210.
[0092]
In this embodiment, the opening of the reflector 212 is fixed so that the portion of the light guide 213 on the facing surface 213c side overlaps the polarization selective transmission film 114 by 3 mm. Therefore, the illumination device 210 is realized in which light travels uniformly and efficiently from the incident surface 113a of the light guide 213 and the end surface of the polarization selective transmission film 114, and uniform illumination light is emitted. I was able to.
[0093]
By disposing the illuminating device 210 configured in this manner on the front surface of the reflective liquid crystal display element 220, even in an environment where the reflective liquid crystal display element 220 cannot receive sufficient illumination light from the outside, An image with good display quality can be provided by receiving bright and uniform illumination light. Therefore, it is possible to realize a display device that is always excellent in display quality without depending on the surrounding environment.
[0094]
In the second embodiment, the portion on the opposite surface side of the opening is overlapped with the optical film, but the exit surface side of the opening may be overlapped with the optical film. However, in both Embodiments 1 and 2, the width t of the opening of the reflector, the thickness a of the light incident end face of the light guide, and the thickness b of the optical film satisfy the relationship t ≧ a + b. It is desirable from the viewpoint of the design and production of the apparatus that the optical film is overlapped with the exit surface side of the opening of the reflector after being satisfied. Moreover, in both Embodiment 1 and Embodiment 2, since the optical film is bonded to the light exit surface side of the light guide, it is more overlapped with the optical film on the light exit surface side of the opening of the reflector. Can be reduced, which is preferable. When overlapping with the optical film bonded to the exit surface side of the light guide on the opposite surface side of the opening of the reflector, it is necessary to increase the overlap width.
[0095]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in a lighting device in which a light guide receives light from a light source and emits planar illumination light, even when an optical film is bonded to the light guide. Since the light from the light source is designed to be incident on the end surface of the optical film as well as the incident surface of the light guide, an illumination device that emits uniform illumination light can be realized.
[0096]
Specifically, by making the opening width t of the reflector disposed along the outer periphery of the light source equal to or greater than the sum of the thickness a of the light incident end face of the light guide and the thickness b of the optical film, the reflector The light uniformly emitted from the opening of the light is uniformly incident on both the end face of the light guide and the end face of the optical film, and uniform illumination light can be emitted from the exit face of the light guide.
[0097]
According to another aspect of the present invention, uniform illumination light can be emitted from the exit surface of the light guide by fixing the reflector opening so as to overlap the optical film bonded to the light guide. Can do.
[0098]
Therefore, by arranging the illumination device of the present invention on the front side of the reflective liquid crystal display device, it is possible to receive bright and uniform illumination light from the illumination device even in an environment where sufficient illumination light cannot be obtained from the outside. An image with a high display quality can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a reflective liquid crystal display device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a part of the lighting apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the overlap between the opening of the reflector and the optical film in the illumination device of the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing a range in which moire fringes are not observed with respect to an angle formed between periodic unevenness of a light guide and a pixel pattern of a reflective liquid crystal display element.
5 is a perspective view for explaining unevenness formed on a light guide in the lighting device of Embodiment 1. FIG.
6 is a cross-sectional view showing a configuration of a reflective liquid crystal display device according to Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a part of the lighting apparatus according to the second embodiment.
8 is a cross-sectional view for explaining the overlap between the opening of the reflector and the optical film in the illumination device of Embodiment 2. FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the progress of light in the illumination device according to the second embodiment.
FIG. 10 is a perspective view for explaining a change in the polarization state of basic light in a reflective liquid crystal display device.
FIG. 11 is a plan view showing a typical example of a pixel array.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional reflective liquid crystal display device.
FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the reason why uniform illumination light is not emitted in the illumination device.
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the reason why uniform illumination light is not emitted in a conventional illumination device.
[Explanation of symbols]
110, 210 Lighting device
111, 211 Light source
112, 212 reflector
113, 213 Light guide
113a, 213a Incident surface
113b, 213b Output surface
113c, 213c Opposing surface
113d, 213d uneven
113e, 213e Propagation unit
113f, 213f unevenness
114, 214 Polarization selective transmission film
114a, 214a Polarizing plate
114b, 214b λ / 2 plate
114c, 214c λ / 4 plate
120, 220 Reflective liquid crystal display element
121a, 121b, 221a, 221b glass plate
122, 222 Liquid crystal layer
123, 223 Reflective electrode

Claims

A light source;
A light incident end surface on which light from the light source is incident; a first wide surface that is substantially perpendicular to the light incident end surface; and a second wide surface that faces the first wide surface, and is incident from the light incident end surface. a light guide in which light, said second emitted after being reflected the first broad surface in broad surface Rutotomoni, the light reflected by the reflection type display element is incident from the first broad surface that,
An antireflection film bonded to the first wide surface of the light guide to prevent surface reflection of the light guide ;
A reflector disposed along the outer periphery of the light source and having an opening facing the light incident end face of the light guide;
Concavities and convexities are formed on the second wide surface of the light guide, and the concave and convex portions are in a state parallel to the first wide surface so as to totally reflect the light incident on the inside of the light guide. A propagation part and a reflection part that is inclined with respect to the propagation part so as to reflect the light incident on the inside of the light guide toward the first wide surface;
The reflector includes, on both sides of the opening, a first side and a second side that are in contact with and overlap each of the first wide surface and the second wide surface of the light guide. Fixed to the light guide by the side and the second side;
The width t of the opening of the reflector and the thickness a of the light incident end surface of the light guide satisfy the relationship t = a,
The second side portion of the reflector is arranged so that the light reflected by the second side portion enters the optical film and is reflected at the end face of the optical film close to the opening. than the end face of the film and extending distally of the opening, an illumination device, characterized in that overlaps with the antireflection film through the light guide.

The lighting device according to claim 1 , wherein the antireflection film is a combination of a polarizing plate and a λ / 4 plate, or a combination of a polarizing plate, a λ / 2 plate, and a λ / 4 plate.

The lighting device according to claim 1 or 2 ,
A reflective liquid crystal display that is disposed on the back side of the illuminating device and includes a reflective liquid crystal display element that receives light emitted from the illuminating device and controls the reflectance for each pixel to reflect the light to the front side apparatus.