JP4491466B2 - 電気光学装置、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、各種情報の表示に用いて好適な電気光学装置に関する。

液晶装置においては、透過表示を行うために液晶表示パネルの背面側に照明装置が設けられる。一般的には、照明装置は、光源と、光源からの光を平面状の光として液晶表示パネルの背面に照射する導光板と、導光板から出射した光を拡散するシートと、光を集光するプリズムシートなどを備えて構成される。

光源から導光板に入射した光は、導光板の出光面と反射面との間で反射を繰り返した後、出光面から外部へ出光する。導光板から出光した光は、プリズムシートに入射する。プリズムシートは、断面形状が三角形状のプリズムを有し、入射した光を当該プリズムで屈折させることにより、光の方向を変える。これにより、プリズムシートは、光を液晶表示パネルに向けて出射することができる。

しかしながら、一般的な照明装置では、２枚のプリズムシートが用いられ、当該２枚のプリズムシートは、夫々のプリズムの稜線が互いに直交するように配置される。そのため、照明装置からの出射光が集中する範囲は、半値半角として略２５[°]しかない。

なお、以下の特許文献１には、１つの点光源を端面に有する導光板の出光面上に、当該点光源を中心として同心円状にプリズムを形成することにより、照明装置に発生する輝度ムラを抑える技術が記載されている。

特開２００３−３５８２５号公報

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、広視角化を図ることのできる電気光学装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、電気光学装置は、光源と、前記光源から出射された光を端面から入射し、前記端面に隣接する出光面より出光する導光板と、前記導光板の出光面より出光された光が透過することにより照明される液晶表示パネルと、前記導光板と前記液晶表示パネルの間に設置され、断面形状が三角形状であり、該三角形状の頂角を稜線とするプリズムが前記表示パネル側の面に複数配列されているプリズムシートと、前記導光板と前記プリズムシートとの間に光拡散手段と、を備え、前記プリズムは、その稜線が前記光源から出射された光の出射方向に対し交差する方向に形成され、その頂角の角度は、６０〜７０[°]の範囲内に設定されているとともに、前記液晶表示パネルは、前記液晶表示パネルの垂直方向を０°としたときに、コントラスト比が１０：１以上となる範囲が、前記表示パネル横方向において±６０°以上である。

上記の電気光学装置は、例えば、液晶装置であり、光源と、導光板と、表示パネルと、プリズムシートと、光拡散手段と、を備える。導光板は、前記光源から出射された光を出光面より出光する。表示パネルは、例えば、液晶表示パネルであり、前記導光板の出光面より出光された光が透過することにより照明される。プリズムシートは、前記導光板と前記表示パネルの間に設置され、断面形状が三角形状のプリズムが前記表示パネル側の面に形成されている。前記プリズムは、その稜線が前記光源から出射された光の出射方向に対し略垂直に形成され、その頂角の角度は、６０〜７０[°]の範囲内に設定されている。また、光拡散手段は、例えば拡散シートであり、前記導光板と前記プリズムシートとの間に設置されている。これにより、本発明の電気光学装置は、頂角が９０[°]のプリズムを有するプリズムシートを２枚重ねにした一般的な電気光学装置と比較して、輝度が良好な範囲が広くなる。

上記の電気光学装置の一態様は、前記導光板は、反射面に断面形状が三角形の溝が形成されており、前記三角形の溝における前記光源に近い側の面の傾斜角が０．１〜５[°]の範囲内に設定されている。これにより、本発明の電気光学装置は、輝度ピークを画面中央付近に集中させることができる。

上記の電気光学装置の他の一態様は、前記光拡散手段は、拡散シートであり、前記導光板と前記プリズムシートの間には、更に拡散シートを備え、前記拡散シートは、その表面上に複数のビーズが塗布されている。これにより、前記拡散シートは、集光機能をも備えることとなるので、本発明の電気光学装置は、輝度を高めることができる。

上記の電気光学装置の他の一態様は、前記光拡散手段として、前記プリズムシートの前記導光板側の面にビーズが塗布されている。これにより、前記プリズムシートは集光機能を備えることとなるので、本発明の電気光学装置は、輝度を高めることができると共に、拡散シートを設けない分、薄型化を図ることができる。

上記の電気光学装置の他の一態様は、前記表示パネルが液晶表示パネルあり、前記液晶表示パネルの垂直方向を０°としたときに、コントラスト比が１０：１以上となる範囲が、前記表示パネル横方向において±６０°以上であることを特徴とする。液晶装置においては、上述の輝度低下のほかにも、液晶の複屈折性に起因してコントラスト特性が視角に依存する特性が一般的に知られている。つまり、液晶装置を斜め方向から見た場合にコントラスト特性が悪化し、視認に適さなくなるのである。すなわち、輝度特性を広範囲で良好とすることに加えて、その角度範囲においてコントラスト特性をも適切に設定することで、視認により適した液晶装置が実現することになる。具体的には、本発明が輝度特性を向上させようとする視角０°〜±６０°の角度範囲より広い範囲において、横方向のコントラスト特性が１０：１となるように視野角特性を設定すればよい。一方、視角０°〜±６０°から大きく外れる視角においては、コントラスト特性を良好に設定したとしても、十分な輝度特性が得られないので、コントラスト特性を良好に保つ必要性は比較的低い。概ね、０°〜±８０°の視角でコントラスト特性が１０：１以上となっていれば、本態様の目的は達成できる。実現手段の一例としては、前記表示パネルの少なくとも一方の側に視野角補償層を設ければよい。視野角補償層としては、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ（ｎｘ，ｎｙはフィルム面内ｘ、ｙ方向，ｎｚは厚み方向の屈折率）となる視野角補償層や、ｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚの関係を有する視野角補償板や、又は、厚み方向で液晶が傾斜して配向するようネマチックハイブリッド配向を固定化した液晶フィルム、またはディスコチックハイブリッド配向を固定化した液晶フィルム等を、表示パネルの種類に応じて、単独で又はこれらを組み合わせて、表示パネルの前面、背面或いはその両方に配置する。本発明の他の観点では、上記の電気光学装置を表示部として備える電子機器を構成することができる。

本発明の更なる他の観点では、照明装置は、光源と、前記光源から出射された光を端面から入射し、前記端面に隣接する出光面より出光する導光板と、前記導光板の出光面側に設置され、断面形状が三角形状であり、該三角形状の頂角を稜線とするプリズムを前記導光板側とは反対側の面に複数の配列されているプリズムシートと、前記導光板と前記プリズムシートとの間に光拡散手段と、を備え、を備え、前記プリズムは、その稜線が前記光源から出射された光の出射方向に対し交差する方向に形成され、その頂角の角度は、６０〜７０[°]の範囲内に設定されている。この照明装置によっても輝度が良好な範囲が広くなる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。尚、以下の実施形態は、本発明の照明装置を液晶装置に適用したものである。

［液晶装置の構成］
図１は、本実施形態に係る液晶装置１００の断面図である。液晶装置１００は、主に、照明装置１０と、液晶表示パネル２０より構成される。液晶表示パネル２０は、ガラスなどの基板１及び２を、シール材３を介して貼り合わせてセル構造を形成し、その内部に液晶４を封入して構成される。液晶表示パネル２０の前面、及び背面側には図示しない偏光板が配置されており、液晶パネル２０と偏光板との間には位相差板、及び視野角補償板が設けられる。

照明装置１０は、主に、導光板１１と光源１５より構成される。液晶表示パネル２０は、導光板１１の上面側に対向して配置される。また、照明装置１０は、導光板１１の下面側に反射シート１４を備える。

光源１５は、導光板１１の端面１１ｃに配置され、点光源である複数のＬＥＤ１６を備える。

各ＬＥＤ１６から出射された光Ｌは、導光板１１の端面１１ｃより導光板１１内へ入る。導光板１１において、上面は、光を出光する出光面１１ａとして機能し、下面は、光を反射する反射面１１ｂとして機能する。光Ｌは、導光板１１の出光面１１ａと反射面１１ｂの間で反射を繰り返すことにより方向を変え、出光面１１ａより外部へ出光する。出光した光Ｌは、液晶表示パネル２０へ向けて進む。

照明装置１０は、拡散シート１２、プリズムシート１３を更に備える。拡散シート１２、プリズムシート１３は、導光板１１と液晶表示パネル２０の間に設置され、導光板１１の出光面１１ａ側より順に設置される。導光板１１より出光した光Ｌは、拡散シート１２、プリズムシート１３を透過した後、液晶表示パネル２０を透過することにより照明する。

拡散シート１２は、基本的には、一般的な拡散シートと同様、導光板１１より出光された光Ｌを全方位に拡散する役割を有する。更に、拡散シート１２は、一般的な拡散シートと異なり、その表面には超微粒子のビーズが複数塗布されており、当該ビーズがいわゆるマイクロレンズとして機能して入射してきた光を集光するため、一般的な拡散シートと比較して、高い集光機能を有している。本発明に係る拡散シート１２を用いることにより、拡散シート１２より出光する光の輝度を高め、液晶装置１００の表示画面の輝度を高めることができる。

プリズムシート１３は、光Ｌを液晶表示パネル２０に集光する役割を有する。プリズムシート１３には、液晶表示パネル２０側の面に、即ち、導光板１１側とは反対側の面に断面形状が三角形状となるプリズムが形成されている。ここで、プリズムの稜線を「ＰＬ」として示す。

図２は、導光板１１とプリズムシート１３の位置関係を示す平面図である。図２に示すように、プリズムの稜線ＰＬは、光源１５のＬＥＤ１６より出射された光Ｌの出射方向に対して略垂直となっている。即ち、プリズムシート１３は、断面形状が三角形状のプリズムを光Ｌの出射方向に対して略垂直な方向に延在させた形状を有する。

本実施形態に係る液晶装置１００では、後に詳しく述べるが、プリズムシート１３のプリズムの頂角βは、６０〜７０[°]の範囲内に設定されている。このようにすることで、一般的な液晶装置よりも、広い角度範囲で輝度が良好な液晶装置を得ることができる。

また、本実施形態に係る液晶装置１００では、後に詳しく述べるが、図１に示すように、導光板１１の反射面１１ｂに断面形状が三角形状の溝が形成されており、当該三角形の溝における光源１５側の傾斜角αが０．１〜５[°]の範囲内に設定されている。このようにすることで、輝度のピークを画面中央付近に集中させることができる。

（装置構成による視角と輝度の変化）
次に、液晶装置の装置構成による視角と輝度の変化について、図３〜図８を参照しつつ述べる。図３〜図５は、液晶装置の種々の装置構成を示し、図６〜図８は、各構成の液晶装置における視角と輝度の関係を示すグラフである。図６〜図８のグラフにおいて、実線のグラフは、画面横方向の視角と輝度の関係を示すグラフであり、破線のグラフは、画面縦方向の視角と輝度の関係を示すグラフである。ここで、画面横方向とは、図３〜図５で言うと紙面横方向を示し、画面縦方向とは、図３〜図５で言うと紙面垂直方向を示す。ここで、視角とは、画面横方向における液晶装置１００を見る視認する角度を示し、液晶装置では、この画面横方向における輝度が高い角度範囲を広げる必要性が高い。従って、以下では、この画面横方向の視角と輝度の関係について述べる。

図３（ａ）は、一般的な液晶装置１００ａの装置構成を示している。

一般的な液晶装置１００ａでは、先に述べた本実施形態に係る液晶装置１００と異なり、集光機能を有する拡散シート１２の代わりに、一般的な拡散シート１２ａが配置され、先に述べたプリズムの頂角βが６０〜７０[°]となっているプリズムシート１３の代わりに、プリズムの頂角β１が９０[°]となっている一般的なプリズムシート１３ａが２枚配置されている。ここで、２枚のプリズムシート１３ａは、そのプリズムの稜線が互いに略直交するように重ね合わされている。図３（ａ）では、プリズムが紙面横方向に延在しているプリズムシート１３ａと、プリズムが紙面垂直方向に延在しているプリズムシート１３ａが重ねあわされている。

また、一般的な液晶装置１００ａでは、先に述べた本実施形態に係る液晶装置１００と異なり、先に述べた導光板１１の代わりに、反射面に形成された断面形状が三角形の溝の光源１５側の傾斜角α１が２５[°]となっている導光板１１ｘが配置されている。

図６（ａ）は、一般的な液晶装置１００ａにおける視角と輝度の関係を示している。図６（ａ）より、一般的な液晶装置１００ａの輝度は、画面横方向の視角が±２５[°]付近となると急激に低下することが分かる。即ち、一般的な液晶装置１００ａでは、輝度特性が有効な視角は±２５[°]程度しかないこととなる。

図３（ｂ）は、液晶装置１００ａにおけるプリズムシート１３ａを一枚にした液晶装置１００ｂの装置構成を示している。

液晶装置１００ｂは、具体的には、液晶装置１００ａからプリズムが紙面横方向に延在しているプリズムシート１３ａを取り除いたものである。従って、液晶装置１００ｂは、プリズムシートとして、プリズムが紙面垂直方向に延在しているプリズムシート１３ａのみを有する。

図６（ｂ）は、液晶装置１００ｂにおける視角と輝度の関係を示している。図６（ｂ）より、液晶装置１００ｂの輝度は、画面横方向の視角が±６０[°]付近になると急激に低下することが分かる。即ち、液晶装置１００ｂでは、有効な視角範囲は±６０[°]程度となり、液晶装置１００ａと比較して輝度が良好な視角範囲を広げることができることが分かる。

図４（ａ）は、液晶装置１００ｂにおいて拡散シート１２ａに代えて拡散シート１２を配置した液晶装置１００ｃの装置構成を示している。図７（ａ）は、液晶装置１００ｃにおける視角と輝度の関係を示している。図７（ａ）と図６（ｂ）を比較すると、集光機能が高い拡散シート１２を配置することで、有効な視角である±６０[°]の範囲内における輝度を高めることができることが分かる。

図４（ｂ）は、液晶装置１００ｃにおいてプリズムシート１３ａに代えてプリズムシート１３を配置した液晶装置１００ｄの装置構成を示している。図７（ｂ）は、液晶装置１００ｄにおける視角と輝度の関係を示している。ここでは、プリズムシート１３の頂角βを６３[°]としている。

図７（ｂ）より、液晶装置１００ｄの輝度は、液晶装置１００ｃの輝度と異なり、画面横方向の視角が±６０[°]の範囲内を越えた値においても、輝度は低下しないことが分かる。例えば、液晶装置１００ｄの輝度は、画面横方向の視角が±８０[°]付近においても低下しない。このことから分かるように、プリズムシートのプリズムの頂角を９０[°]から６３[°]に変更することで、一般的な液晶装置１００ａと比較して、液晶装置の画面横方向の輝度が良好な視角範囲を広げることができる。なお、このように視角を広げることのできるプリズムの頂角βの値の範囲としては、６３[°]を含む一定の範囲であればよく、６０〜７０[°]の範囲内であれば、上述したのと同様に輝度が良好な視角範囲を広げることができる。

図５（ａ）は、本実施形態に係る液晶装置１００の装置構成を示している。液晶装置１００は、液晶装置１００ｄにおいて導光板１１ｘの代わりに導光板１１を配置した装置構成である。図８（ａ）は、液晶装置１００における視角と輝度の関係を示している。ここでは、導光板１１の反射面１１ｂに形成された断面形状が三角形の溝の光源１５側の傾斜角αを３[°]としている。

先に述べた図７（ｂ）では、輝度のピークが画面中央付近、即ち視角が０[°]付近に存在するが、その他に、視角が６０[°]付近においても大きな輝度のピークが存在する。基本的には、観察者は、画面中央を見ることが多いので、画面中央付近に輝度のピークを集中させるのが理想的である。図８（ａ）より分かるように、液晶装置１００では、視角が６０[°]付近の輝度のピークを抑え、輝度のピークを画面中央付近に集中させることができ、画面中央付近の輝度のピークをより大きくすることができる。このように、導光板の反射面に形成された断面形状が三角形の溝の光源１５側の傾斜角を２５[°]から３[°]にすることで、輝度のピークを画面中央付近に集中させることができる。なお、このように輝度のピークを画面中央付近に集中させることができる傾斜角αの値の範囲としては、３[°]を含む一定の範囲であればよく、０．１〜５[°]の範囲内であれば、上述したのと同様、輝度のピークを画面中央付近に集中させることができる。

［変形例］
図５（ｂ）は、本実施形態に係る液晶装置１００の変形例として液晶装置１００ｅを示している。液晶装置１００ｅは、液晶装置１００において、拡散シート１２、プリズムシート１３を用いずに、代わりに、プリズムシート１３の入射面側の面、即ち導光板１１側の面に複数のビーズが塗布されたプリズムシート１３ｂを配置した装置構成である。図８（ｂ）は、液晶装置１００ｅにおける視角と輝度の関係を示している。

図８（ｂ）より分かるように、変形例に係る液晶装置１００ｅにおいても、プリズムシート１３ｂは、集光機能を有することとなるので、本実施形態に係る液晶装置１００と同様、有効な視角の範囲内における輝度を高めることができる。また、変形例に係る液晶装置１００ｅでは、拡散シートを設けない分、薄型化を図ることができる。

また、上述の各実施形態では、導光板として、反射面に断面形状が三角形の溝が形成された導光板を用いるとしているがこれに限られるものではなく、代わりに、楔形状の導光板を用いるとしてもよい。この場合、導光板の反射面の傾斜角を０．１〜５[°]の範囲内にすれば、上述したのと同様、輝度のピークを画面中央付近に集中させることができる。

なお、上述の各実施形態では、表示パネルとして液晶表示パネルを用いているが、これに限られるものではなく、代わりに表示パネルとして、電気泳動ディスプレイパネルなどの他の表示パネルを用いるとすることもできる。

［電子機器］
次に、本発明に係る液晶装置１００を適用可能な電子機器の具体例について図９を参照して説明する。

まず、本発明に係る液晶装置１００を、可搬型のパーソナルコンピュータ（いわゆるノート型パソコン）の表示部に適用した例について説明する。図９（ａ）は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。同図に示すように、パーソナルコンピュータ７１０は、キーボード７１１を備えた本体部７１２と、本発明に係る液晶装置１００を適用した表示部７１３とを備えている。

続いて、本発明に係る液晶装置１００を、携帯電話機の表示部に適用した例について説明する。図９（ｂ）は、この携帯電話機の構成を示す斜視図である。同図に示すように、携帯電話機７２０は、複数の操作ボタン７２１のほか、受話口７２２、送話口７２３とともに、本発明に係る液晶装置１００を適用した表示部７２４を備える。

なお、本発明に係る液晶装置１００を適用可能な電子機器としては、図９（ａ）に示したパーソナルコンピュータや図９（ｂ）に示した携帯電話機の他にも、液晶テレビ、ビューファインダ型・モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、ディジタルスチルカメラなどが挙げられる。

本実施形態に係る液晶装置の概略構成を示す断面図。 導光板とプリズムシートの位置関係を示す平面図。 液晶装置の概略構成を示す断面図。 液晶装置の概略構成を示す断面図。 液晶装置の概略構成を示す断面図。 液晶装置における視角と輝度の関係を示すグラフ。 液晶装置における視角と輝度の関係を示すグラフ。 液晶装置における視角と輝度の関係を示すグラフ。 本発明の液晶装置を適用した電子機器を示す概略図。

符号の説明

１０…照明装置、１１…導光板、１２…拡散シート、１３…プリズムシート、１４…反射シート、１５…光源、１６ＬＥＤ，２０…液晶表示パネル、１００…液晶装置。

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源から出射された光を端面から入射し、前記端面に隣接する出光面より出光する導光板と、
   前記導光板の出光面より出光された光が透過することにより照明される液晶表示パネルと、
   前記導光板と前記液晶表示パネルの間に設置され、断面形状が三角形状であり、該三角形状の頂角を稜線とするプリズムが前記表示パネル側の面に複数配列されているプリズムシートと、
   前記導光板と前記プリズムシートとの間に光拡散手段と、を備え、
   前記プリズムは、その稜線が前記光源から出射された光の出射方向に対し交差する方向に形成され、その頂角の角度は、６０〜７０[°]の範囲内に設定されているとともに、
   前記液晶表示パネルは、前記液晶表示パネルの垂直方向を０°としたときに、コントラスト比が１０：１以上となる範囲が、前記表示パネル横方向において±６０°以上であることを特徴とする電気光学装置。
2. 前記導光板は、反射面に断面形状が三角形の溝が形成されており、前記三角形の溝における前記光源に近い側の面の傾斜角が０．１〜５[°]の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記光拡散手段は、拡散シートであり、
   前記拡散シートは、その表面上に複数のビーズが塗布されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学装置。
4. 前記光拡散手段として、前記プリズムシートの前記導光板側の面に複数のビーズが塗布されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学装置。
5. 前記表示パネルの少なくとも一方の側に視野角補償層を設けてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気光学装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気光学装置を表示部に備えることを特徴とする電子機器。

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