JP2006140078A - 照明装置、電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 導光板で反射する反射光を表示のために有効に利用できる電気光学装置を提供する。
【解決手段】 光を発生する光源５と、光源５から発生した光を光入射面６ａから導入して光出射面６ｂから出射する導光体６と、光出射面６ｂに部分的に設けられた光拡散パターン９と、導光体６の光出射面６ｂと反対側の面に設けられた光反射パターン８とを有する電気光学装置である。光拡散パターン９は光反射パターン８で反射して光出射面６ｂから出射する光の出射位置に対応した位置の光出射面６ｂ上に設けられる。導光体６から出る光を光拡散パターン９がある部分で拡散させ、光拡散パターン９が無い部分で拡散させることなく高輝度の状態のままで取り出す。均一でありながら、輝度の高い面状の光が得られる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示装置等といった電気光学装置に関する。また、本発明は電気光学装置等に用いられる照明装置に関する。また、本発明は電気光学装置を用いた電子機器に関する。

現在、携帯電話機、携帯情報端末機等といった各種の電子機器において、電気光学装置が広く用いられている。これらの電気光学装置は、例えば、電子機器に関する各種の情報を視覚的に表示するための表示部として用いられている。この電気光学装置において、例えば、電気光学物質として液晶を用いた装置、すなわち液晶表示装置が知られている。

液晶表示装置は電気光学パネルとしての液晶パネルを有する。この液晶パネルは、一般に、それぞれが電極を備えた一対の基板の間に液晶層を介在させた構造を有する。この液晶表示装置では、液晶層に光を供給すると共に該液晶層に印加される電圧を画素ごとに制御することにより、液晶層内の液晶分子の配向を画素ごとに制御する。液晶層へ供給された光は、液晶分子の配向状態に従って変調され、この変調された光を偏光板の液晶側表面に供給することにより、その偏光板の観察側表面に文字、数字、図形等といった像が表示される。

上記のように液晶層へ光を供給するために照明装置が用いられることがある。この照明装置は、例えば、光を発する光源と、この光源からの光を光出射面から面状の光として出射する導光体とを有する。そして、このような照明装置を用いた採光方式として、透過型および半透過反射型が知られている。透過型および半透過反射型の液晶パネルにおいては、液晶パネルの表示面の反対側に、いわゆるバックライトとして照明装置を配設することにより液晶層に光を供給することができる。また、半透過反射型では、照明装置からの光と、太陽光や室内光等といった外部光とを選択的に利用できる。この場合、外部光は液晶パネル内部の反射層によって反射され、液晶層へ供給される。

上記のような照明装置として、従来、導光体の光出射面と反対側の面に光反射パターンを設け、さらに、光出射面に対向して光拡散層を設けた構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許第２７８００４６号公報（第２〜３頁、図１）

特許文献１に開示された照明装置によれば、導光体の光出射面に拡散パターンを設けたことにより、光反射面で反射した光をその拡散パターンによって拡散させることができるので、照明装置からは均一な輝度の面状の光を出射できる。しかしながら、上記従来の照明装置では、光拡散層が光出射面の全面にわたって設けられていた。そのため、導光体で反射する光を照明対象物を照明するための光として有効に利用できないという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みて成されたものであって、導光板で反射する反射光を表示のために有効に利用できるようにすることを目的とする。

本発明に係る照明装置は、光を発生する光源と、該光源から発生した光を光入射面から導入して光出射面から出射する導光体と、前記光出射面に部分的に設けられた光拡散パターンと、前記導光体の前記光出射面と反対側の面に設けられた光反射パターンとを有し、前記光拡散パターンは前記光反射パターンで反射して前記光出射面から出射する光の出射位置に対応した位置の前記光出射面上に設けられることを特徴とする。

この照明装置によれば、導光体の光出射面に光拡散パターンを設けたので、導光体内部から出射する光を適所で拡散して、光出射面から均一な輝度の光を出射できる。また、光拡散パターンは、前記光反射パターンで反射して前記光出射面から出射する光の出射位置に対応した位置の光出射面に部分的に設けられるので、光拡散パターンが設けられていない部分の光出射面からは、拡散しない状態の光を出射できる。この拡散しない状態の光は高い強度を維持しているので、導光体の光出射面の全面から出射する光の強度は、光出射面の全面にわたって光拡散パターンを設けた場合に比べて高くなる。これにより、本発明に係る照明装置は、導光体から出る光によって照明対象物を明るく照明できる。

次に、本発明に係る照明装置においては、前記光出射面から出射する光の視野角特性における半値角以上で且つ１／１０値角以下の範囲内の適宜の角度に対応する領域の光を拡散できる位置に前記光拡散パターンを設けることが望ましい。

ここで、照明装置に関する視野角特性について、簡単な図面を参照しながら説明する。本発明の照明装置の導光体は、例えば図６において符号１０６で示すように、その光出射面１０６ｂと反対側の面に光反射パターン１０８を有する。図６では、光反射パターン１０８は窪み又は溝、すなわち凹部として形成されている。導光体１０６の光入射面１０６ａに対向して配置された光源１０５、例えばＬＥＤが発光すると、その光が光入射面１０６ａを通して導光体１０６の内部へ導入され、その光の一部は光反射パターン１０８で反射して光出射面１０６ｂから外部へ出射する。

このとき、光出射面１０６ｂの面内を横切る直線方向（図６のＡ−Ａ’方向）に関して、出射光はその強度に関して符号Ｑで示すような視野角特性を示すものと考えられる。この視野角特性Ｑにおいて縦軸は光の強度を示し、横軸は光の出射角度を示している。この視野角特性は、単に１つの光反射パターン１０８によってもたらされるものではなく、Ａ−Ａ’方向に影響を与える複数の光反射パターン１０８や、導光体１０６内を伝播して出射した光等の組合せによってもたらされるものである。

この視野角特性Ｑにおいて、光強度が法線方向の光強度Ｉ０の１／２になる位置Ｐ１の角度が半値角である。また、光強度が法線方向の光強度Ｉ０の１／１０になる位置Ｐ２の角度が１／１０値角である。図６において、半値角は、
（ａ）法線方向Ｎ（角度０°）からプラス側の角度であるα１（＋）、
（ｂ）法線方向Ｎからマイナス側の角度であるα１（−）、又は
（ｃ）全幅の角度幅の１／２である（（α１（＋）＋α１（−））／２
のいずれかによって表わすことができる。以下の説明では、これら（ａ）から（ｃ）の各半値角を総称して「α１」と言うことがある。

また、１／１０値角は、
（ａ）法線方向Ｎからプラス側の角度であるα２（＋）、
（ｂ）法線方向Ｎからマイナス側の角度であるα２（−）、又は
（ｃ）全幅の角度幅の１／２である（（α２（＋）＋α２（−））／２
のいずれかによって表わすことができる。以下の説明では、これら（ａ）から（ｃ）の各１／１０値角を総称して「α２」と言うことがある。

上記構成の本発明に係る電気光学装置では、視野角特性Ｑにおいて半値角α１以上であって１／１０値角α２以下の範囲内の適宜の角度αを考え、この角度αに対応する領域の光（すなわち、斜線で示す部分の光）を拡散できる位置に光拡散パターン１０９を設け、それ以外の領域には光拡散パターン１０９を設けないことにしている。

次に、本発明に係る照明装置において、前記光出射面から出射する光の視野角特性における半値角以上で且つ１／１０値角以下の範囲内の適宜の角度をαとし、前記導光体の内部の屈折率をｎ１とし、そして前記導光体の外部の屈折率をｎ２としたとき、
ｎ１・ｓｉｎα＝ｎ２・ｓｉｎβ …… （１）
によって求まる角度βの範囲内で前記光反射パターンから反射する光を遮る位置に前記光拡散パターンを設けることが望ましい。上記の式（１）は、光学の分野における、いわゆるスネルの法則に基づいた式である。

この本発明の実施態様は、例えば図３において、導光体６の光出射面６ｂにおける出射光のうち拡散が必要である光の出射角度αを視野角特性（例えば、図６の符号Ｑ）に基づいて決定し、その決定した角度αから上記式（１）に従って導光体６の内部における出射角度βを求め、導光体６の光反射面に設けた光反射パターン８に関して角度βの範囲内に在る光出射面６ｂ上に光拡散パターン９を設けるものである。この構成を採用すれば、拡散が必要である光を確実に拡散させることができ、しかも、強度を維持すべき光に関しては無意味に拡散させること無く十分な光強度を獲得できる。

次に、本発明に係る照明装置においては、前記光出射面の面内を横切る複数の異なる直線方向に沿った視野角特性に基づいて求まる複数の前記角度βの範囲内で前記光反射パターンから異なる方向へ反射する各光を遮る位置に前記光拡散パターンを設けることが望ましい。

上記の図６を用いた説明では、導光体１０６の光出射面１０６ｂを横切る1つの方向に沿った視野角特性Ｑをシミュレーションし、その視野角特性Ｑに基づいて拡散が必要である角度αを決め、その角度αに基づいて反射面上での角度βを演算によって求め、光出射面上の光拡散パターン１０９を形成する位置を上記の角度βによって決定することにした。

ここで、視野角特性Ｑは、光出射面１０６ｂ内の1つの方向だけについて存在するものでなく、光出射面１０６ｂ内の無数の方向について存在するものである。そして、採択する方向が異なれば視野角特性Ｑは種々に変化する。従って、単に１つの視野角特性Ｑだけに基づいて光拡散パターンの形成位置を決めるだけでは、必ずしも目的にかなった形状の光拡散パターンが厳密には形成できないかもしれない。これに対し、１つの光出射面に関する複数の視野角特性に基づいて光拡散パターンの形状及び形成位置を決めれば、希望する拡散効果と希望する光強度の両方を獲得できる。

次に、本発明に係る照明装置において、前記導光体の光出射面と反対側の面は前記光反射パターンと鏡面とから成ることが望ましい。こうすれば、導光体から強度の高い反射光を得ることができる。

次に、本発明に係る電気光学装置においては、前記導光体の前記光出射面と反対側の面に対向して光反射層を設けることが望ましい。こうすれば、光反射パターン以外でも光源からの光を反射できる。また、太陽光や室内光といった外部光をその光反射層で反射させることができる。これらの光は、光拡散パターンが設けられていない部分の光出射面から、拡散されることなく強度を保った状態で導光体の外部へ出射する。これにより、導光体で反射する光を有効に利用できる。また、光源からの光以外に外部光も利用できるので、表示の輝度を向上させることが期待できる。

次に、本発明に係る照明装置においては、前記光出射面に対向して反射偏光子を設けることが望ましい。反射偏光子は、特定の偏光を通過させることができ、それ以外の偏光を反射するという特性を持った光学要素である。本発明の照明装置は、必ずしも反射偏光子を用いなくても構成できるが、反射偏光子を用いない場合には、光出射面から出た光の一部が偏光板等によって無駄に消費されるおそれがある。これに対し、光出射面に対向して反射偏光子を設ければ、それまで無駄に消費されていた光をリサイクル光として再利用できるようになり、その結果、光を極めて有効に利用できるようになる。

次に、本発明に係る電気光学装置は、以上に記載した構成の照明装置と、該照明装置から光を受けて表示を行う電気光学パネルとを有し、前記導光体の光出射面は前記電気光学パネルに対向して設けられることを特徴とする。電気光学パネルは、電気的な入力条件を制御することにより光学的な出力状態を変化させるパネル構造体であり、例えば、液晶表示装置における液晶パネル等が考えられる。本発明に係る電気光学装置によれば、電気光学パネルは導光体の光出射面から出射した面状の光を利用して表示を行うことができる。上記の導光体は、光を効率良く利用して均一な輝度の光を出射できるので、電気光学パネルにおいても均一な輝度の表示を行うことができる。

次に、本発明に係る電気光学装置は、照明装置と、該照明装置から光を受けて表示を行う電気光学パネルとを有する。そして、上記照明装置は、光を発生する光源と、該光源から発生した光を光入射面から導入して光出射面から出射する導光体と、前記光出射面に部分的に設けられた光拡散パターンと、前記導光体の前記光出射面と反対側の面に設けられた光反射パターンとを有する。そして、この照明装置において、前記光拡散パターンは、前記光反射パターンで反射して前記光出射面から出射する光の出射位置に対応した位置の前記光出射面上に設けられる。

この電気光学装置によれば、導光体の光出射面に光拡散パターンを設けたので、導光体の内部から出射する光を適所で拡散して、光出射面から均一な輝度の光を出射できる。また、光拡散パターンは、前記光反射パターンで反射して前記光出射面から出射する光の出射位置に対応した位置の光出射面に部分的に設けられるので、光拡散パターンが設けられていない部分の光出射面からは、拡散しない状態の光を出射できる。この拡散しない状態の光は高い強度を維持しているので、導光体の光出射面の全面から出射する光の強度は、光出射面の全面にわたって光拡散パターンを設けた場合に比べて高くなる。これにより、本発明に係る照明装置は、導光体から出る光によって照明対象物である電気光学パネルに均一で輝度の高い光を供給できる。そしてこの結果、電気光学パネルによって均一で輝度の高い表示を行うことができる。

次に、本発明に係る電子機器は、以上に記載した構成の電気光学装置を有することを特徴とする。このような電子機器としては、携帯電話機、携帯情報端末機、ＩＣレコーダ、パーソナルコンピュータ、その他種々の電子機器が考えられる。本発明に係る電気光学装置によれば、光を効率良く利用して均一な輝度の表示を行うことができるので、その電気光学装置を用いた本発明の電子機器においても、電子機器に関連する表示を均一な輝度で表示できる。

（照明装置及び電気光学装置の第１実施形態）
以下、本発明を電気光学装置の一例である液晶表示装置に適用した場合を例に挙げて説明する。なお、これ以降に説明する実施形態は本発明の一例であって、本発明を限定するものではない。また、これからの説明では必要に応じて図面を参照するが、この図面では、複数の構成要素から成る構造のうち重要な構成要素をわかり易く示すため、各要素を実際とは異なった相対的な寸法で示すことがある。

図１は、本発明に係る電気光学装置の１つである液晶表示装置の一実施形態を分解状態で示している。図２は、図１のＢ−Ｂ線に従った液晶表示装置の断面構造を示している。また、図３は、図２の矢印Ｄで示す部分を拡大して示している。図１において、液晶表示装置１は、電気光学パネルとしての液晶パネル２と、この液晶パネル２に実装される駆動用ＩＣ３と、照明装置４とを有する。ここに挙げられた液晶表示装置１は、スイッチング素子として２端子型の非線形素子であるＴＦＤ（Thin Film Diode）素子を用いるアクティブマトリクス方式であって、透過型の液晶表示装置である。この液晶表示装置１に関しては矢印Ａが描かれた側が観察側である。

照明装置４は、光源としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）５と、例えばアクリル樹脂等といった透光性の樹脂によって形成された導光体６とを有する。導光体６は、長方形または正方形の平板状に形成されている。導光体６の１つの角部には直線状の面取りが施されており、この面取りに対向してＬＥＤ５が設けられている。ＬＥＤ５から発生した光は光入射面６ａである面取り部を通して導光体６の内部へ導入され、そして光出射面６ｂから外部へ出射される。この照明装置４は、矢印Ａで示す観察方向から見て液晶パネル２の裏側に配置されていて、液晶パネル２を背面から照明するバックライトとして機能する。

導光体６の観察側と反対側の表面は鏡面として構成されており、さらにその表面には複数の光反射パターン８が個々にドット状に形成されている。また、複数の光反射パターン８が設けられたその面に光反射層７が設けられている。この光反射層７は、光反射シートを接着したり、光反射材料を塗布、蒸着等することによって形成できる。複数の光反射パターン８は、ＬＥＤ５を中心として円弧状、楕円弧状、長円弧状またはその他の曲線状に並べて形成されている。また、複数の光反射パターン８は、直線状に並べて形成することもできる。光反射パターン８は、例えば図２に示すように、それぞれが断面三角形状を有した窪みすなわち凹部として形成されている。これらの光反射パターン８はＬＥＤ５から出た光を矢印Ｌｒで示すように導光体６の光出射面６ｂに向けて反射できる。

導光体６の光出射面６ｂには複数の光拡散パターン９が部分的にドット状に形成されている。これらの光拡散パターン９は、光反射パターン８で反射した光Ｌｒを矢印Ｌｄで示すように拡散できる。そして、拡散された光Ｌｄは光出射面６ｂから液晶パネル２へ向けて進行する。これらの光拡散パターン９は、光出射面６ｂの全域に設けられるのではなく、光反射パターン８で反射した光Ｌｒが光出射面６ｂから出射する位置に対応した位置だけに形成されている。つまり、個々の光反射パターン８のそれぞれに対して光拡散パターン９が配設されている。光反射パターン８と光拡散パターン９との位置関係の詳細については後述する。

図１に戻って、液晶パネル２は、素子基板１１とカラーフィルタ基板１２とを、正方形または長方形の枠状であるシール材１３によって貼り合わせることによって形成されている。素子基板１１とカラーフィルタ基板１２との間には、図２に示すように、間隙、いわゆるセルギャップＧが形成され、そのセルギャップＧ内に電気光学物質としての液晶が封入されて液晶層１４が形成されている。液晶としては、例えばＴＮ（Twisted Nematic）液晶を用いることができる。また、セルギャップＧは球状のスペーサ１５によって一定の間隔に維持されている。なお、電気光学物質とは、電気的条件の変化に応じて光学的特性が変化する物質のことである。

素子基板１１は、透光性を有する第１の基板１６ａを有し、その第１透光性基板１６ａの外側の表面には、位相差板１７ａが貼着等によって装着され、さらにその上に偏光板１８ａが貼着等によって装着されている。一方、カラーフィルタ基板１２は、透光性を有する第２の基板１６ｂを有し、その第２透光性基板１６ｂの外側の表面には、位相差板１７ｂが貼着等によって装着され、さらにその上に偏光板１８ｂが貼着等によって装着されている。第１透光性基板１６ａおよび第２透光性基板１６ｂはガラス、プラスチック等によって形成される。また、これらの基板１６ａ，１６ｂの外側表面には、位相差板、偏光板以外の光学シートを必要に応じて設けることができる。

第１透光性基板１６ａの内側表面、すなわち液晶側表面には、例えばデータ線として機能するライン配線２１と、非線形抵抗素子としての又はスイッチング素子としてのＴＦＤ素子２２と、ドット電極２３と、配向膜２４ａとが形成される。ドット電極２３は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等といった金属酸化物によってドット状に形成されている。また、配向膜２４ａは、例えばポリイミドによって形成され、その表面にラビング処理が施される。このラビング処理により、素子基板１１の近傍の液晶分子の初期配向が決められる。

直線状のライン配線２１は素子基板１１に複数本設けられ、それらのライン配線２１は、個々が図２の左右方向に延び、複数本が図２の紙面垂直方向に所定間隔で互いに平行に並び、全体として矢印Ａ方向から見てストライプ状に設けられている。また、複数のＴＦＤ素子２２は個々のライン配線２１に沿って適宜の間隔をおいて接続され、それらのＴＦＤ素子２２にドット電極２３ａが接続されている。

図１において、素子基板１１はカラーフィルタ基板１２の外側へ張り出す張出し部１９を有し、この張出し部１９上に駆動用ＩＣ３がＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film：異方性導電膜）２５を用いたＣＯＧ方式によって実装されている。張り出し部１９の端部には、図２に示すように、外部接続用端子２６が形成されている。この外部接続用端子２６は、複数個が図２の紙面垂直方向に互いに間隔を開けて形成されている。これらの外部接続用端子２６の内側（図２の右側）の一端は駆動用ＩＣ３の入力用端子、例えば入力用バンプにつながる。また、これらの外部接続用端子２６の外側（図２の左側）の一端には、図示しない配線基板が適宜の接続接続手法、例えばＡＣＦ、ハンダ付け、ヒートシール等によって接続される。

他方、張出し部１９の液晶層側には配線２７が形成される。この配線２７は、複数本が図２の紙面垂直方向に互いに間隔を開けて形成されている。これらの配線２７の外側の一端は駆動用ＩＣ３の出力用端子、例えば出力用バンプにつながる。また、これらの配線２７は液晶パネル２の内部、すなわち液晶層１４へ向かって延びており、その一部は液晶パネル２の内部でライン配線２１につながる。また、それ以外の配線２７は、シール材１３の内部に分散された導通材２８によって対向基板であるカラーフィルタ基板１２側の導電要素に接続される。

カラーフィルタ基板１２を構成する第２透光性基板１６ｂの内側表面、すなわち液晶側表面には、遮光部材３２および着色要素３３が形成される。そして、その上にオーバーコート層３４が、例えばアクリル樹脂、ポリイミド樹脂等といった感光性の樹脂によって形成される。さらにその上に帯状電極３５が形成され、そして、その上に配向膜２４ｂが形成される。配向膜２４ｂは、例えばポリイミドによって形成され、その表面にラビング処理が施される。このラビング処理により、カラーフィルタ基板１２の近傍の液晶分子の初期配向が決められる。

着色要素３３は、例えば、１つ１つが長方形のドット状に形成され、１つの着色要素３３は、Ｂ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）の３原色のいずれか１つを呈する。これら各色の着色要素３３は、矢印Ａで示す観察側から見てストライプ配列、デルタ配列、モザイク配列、その他適宜の配列となるように並べられている。なお、着色要素３３は、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の３原色によって形成することもできる。

遮光部材３２は、例えばＣｒ（クロム）等といった遮光性の材料によって、複数の着色要素３３の間を埋める状態に形成される。この遮光部材３２は、ブラックマスクとして機能して着色要素３３を透過した光によって表示される像のコントラストを向上させる。なお、遮光部材３２は、Ｃｒ等といった特定の材料によって形成されることに限られず、例えば、着色要素３３を構成するＢ，Ｇ，Ｒの各着色要素を重ねること、すなわち積層することによっても形成することができる。

帯状電極３５はカラーフィルタ基板１２上に複数設けられ、それらの個々が図２の紙面垂直方向に延びている。また、複数の帯状電極３５は、図２の左右方向へ一定の間隔で互いに平行に並べられている。これらにより、複数の帯状電極３５は、矢印Ａで示す観察側から見てストライプ状に形成されている。これらの帯状電極３５は、例えばＩＴＯ等といった金属酸化物によって形成される。また、これらの帯状電極３５は、素子基板１１とカラーフィルタ基板１２とをシール材１３によって貼り合わせたとき、ライン配線２１に対して直角の方向に延びる。

個々の帯状電極３５は、列状に並ぶ複数のドット電極２３に対して矢印Ａ方向から見て平面的に重なり合う。このように帯状電極３５とドット電極２３とが重なり合う領域が、表示の単位である表示ドットＤを構成する。そして、これら複数の表示ドットＤが矢印Ａ方向から見て縦方向及び横方向にマトリクス状に並ぶことにより表示領域Ｖが形成される。

本実施形態のように、Ｂ，Ｇ，Ｒの３色から成る着色要素３３を用いてカラー表示を行う場合は、Ｂ，Ｇ，Ｒの３色に対応する３つの着色要素３３に対応する３つの表示ドットＤによって１つの画素が形成される。他方、白黒又は任意の１色でモノカラー表示を行う場合は、１つの表示ドットＤによって１つの画素が形成される。

図２において、液晶パネル２と導光体６との間、すなわちカラーフィルタ基板１２の偏光板１８ｂと導光体６との間に、反射偏光子３６が設けられる。この反射偏光子３６は、特定の偏光を通過させることができ、その偏光以外の偏光は反射するという機能を有する周知の光学要素である。反射偏光子３６で反射した光は、光出射面６ｂから導光体６の内部へ再び導入されて再利用される。以下、本実施形態では、このような光をリサイクル光と言うことにする。

以下、本実施形態の液晶表示装置１について、その全体的な動作を説明する。
図２において照明装置４内の光源５が点灯すると、導光体６の光出射面６ｂから平面状の光が出射する。この光はカラーフィルタ基板１２を通して液晶層１４へ供給される。こうして液晶層１４に光が供給される一方で、液晶層１４を挟持する複数の帯状電極３５及びドット電極２３に画像信号に従って選択的に走査信号及びデータ信号が印加される。例えば、帯状電極３５に走査信号が印加され、ドット電極２３にデータ信号が印加される。

上記のように液晶層１４へ印加される電圧が表示ドットＤごとに制御されると、液晶分子の配向が同じく表示ドットＤごとに制御され、これにより、液晶層１４を通過する光が表示ドットＤごとに変調される。そして、この変調された光が偏光板１８ａへ供給され、その偏光板１８ａの観察側に、文字、数字、図形等といった所望の像が表示される。こうして液晶パネル２を透過する光を利用した表示、すなわち透過型の表示が行われる。

ところで、一般に、本実施形態のような透過型の液晶表示装置に供給される光は、均一な面状の光であることが望ましい。このため、従来の液晶表示装置においては、導光体の光出射面に光拡散層を設けていた。これにより、導光体からの出射光を拡散して光の輝度を均一にしていた。しかしながら、従来の液晶表示装置では、光拡散層を光出射面の全面に配設していたので、導光体に入射するリサイクル光や外部光が光拡散層によって拡散されていた。そのため、リサイクル光や外部光を有効に利用することが難しかった。

これに対し、本実施形態に係る液晶表示装置１においては、図２に示すように、導光体６の光出射面６ｂ上に部分的に光拡散パターン９を設けた。この液晶表示装置１によれば、光拡散パターン９を設けた部分において導光体６から出射する光を拡散して、出射光の輝度を均一にできる。一方、光拡散パターン９を設けない部分では、光を拡散させることなく輝度の高い光を出射できる。これらにより、均一で且つ輝度の高い照明光を得ることができる。

特に、本実施形態の光拡散パターン９は、図３に示すように、光反射パターン８で反射して光出射面６ｂから出射する光Ｌｄの出射位置に対応した位置の光出射面６ｂに部分的に設けられるので、光反射パターン８からの反射光を十分に拡散させた状態で出射できる。また、光拡散パターン９が設けられない部分の光出射面６ｂからは拡散処理を受けない強い輝度の光を出射でき、それ故、導光体６で反射する光を表示のために有効に利用できる。

以下、光反射パターン８と光拡散パターン９との位置関係について説明する。本実施形態では、（１）まず初めに、図３において、光出射面６ｂから出射する光のうち拡散させることが必要である光を出射角度αによって規定する。つまり、出射角度α以内の光を拡散するものとする。（２）次に、光反射パターン８で反射する光のうち上記の出射角度αをもたらす光の反射角度βを光学的条件、例えばスネルの法則に基づいて求める。そして、（３）光反射パターン８での反射角度βが求まると光出射面６ｂにおける光出射領域が決まるので、その領域に光拡散パターン９を形成する。

上記項目中、拡散させることが必要である光の出射角度αの設定の仕方について説明すれば、本実施形態では光出射面６ｂから出射する光の強度に関する視野角特性を測定又はシミュレートし、その視野角特性における半値角及び１／１０値角に基づいて出射角度αを決定する。具体的には、図１のＢ−Ｂ方向に沿った視野角特性及びＣ−Ｃ方向に沿った視野角特性を測定又はシミュレートし、Ｂ−Ｂ方向に沿った視野角特性に基づいてＢ−Ｂ方向の出射角度αを決め、Ｃ−Ｃ方向に沿った視野角特性に基づいてＣ−Ｃ方向の出射角αを決める。

図４はＢ−Ｂ方向に沿った視野角特性を示している。また、図５はＣ−Ｃ線に沿った視野角特性を示している。これらの視野角特性は、例えば、導光体６の光出射面６ｂから出射する光の強度を、導光体６に対向する位置で視野角度を変えながら測定した場合に得られるものである。図４及び図５において、光の出射角度α＝０°のときが図３の光出射面６ｂの正面、すなわち法線方向の強度である。この法線方向の光強度に対して強度が半分になる位置Ｐ１の角度が半値角である。また、法線方向の光強度に対して強度が１／１０になる位置Ｐ２の角度が１／１０値角である。

「半値角」は、（１）角度０°からプラス側の値α１（＋）で示すか、（２）角度０°からマイナス側の値α１（−）で示すか、又は（３）全幅の１／２である（（α１（＋）＋α１（−））／２で示すことができる。これらの値は、必ずしも同じ値になるとは限らない。また、「１／１０値角」は、（１）角度０°からプラス側の値α２（＋）で示すか、（２）角度０°からマイナス側の値α２（−）で示すか、又は（３）全幅の１／２である（（α２（＋）＋α２（−）}／２で示すことができる。これらの値は、必ずしも同じ値になるとは限らない。なお、これ以降の説明で、半値角及び１／１０値角を上記（１）から（３）のうちの特定のものに限定する必要がない場合は、半値角を「α１」で表示し、１／１０値角を「α２」で表示するものとする。

図３で設定した光出射角度αは、図４及び図５において半値角α１以上であって１／１０値角α２以下の範囲内の適宜の角度αとして設定する。例えば、半値角がα１＝１０．８°で、１／１０値角がα２＝２０°であるとすれば、角度αは、
１０．８°≦α≦２０°
内の任意の１つの角度に設定する。このようにして選定される角度α以内の光は視野角特性における強度の高い光であって特定の部分を強く照明する光であると考えられる。従って、この領域の光を拡散させれば、均一な照明光を得ることに関して望ましいと考えられる。

以上のようにして、拡散すべき出射光の出射角度αが設定されると、次に、図３において光反射パターン８で反射する光のうち上記の出射角度αをもたらす光の反射角度βを光学的条件に基づいて求める。本実施形態では、この光学的条件としてスネルの法則を用いることにする。スネルの法則とは、光が屈折率の異なる２つの媒質の境界に入射した場合の入射角と出射角との関係を表す法則である。具体的には、導光体６の内部における屈折率をｎ１とし、導光体の外部における屈折率をｎ２とし、光反射パターン８での光の反射角度をβとし、光反射面６ｂで屈折して外部へ出る光の出射角度をαとするとき、スネルの法則より、
ｎ１・ｓｉｎα＝ｎ２・ｓｉｎβ …… （１）
の関係が成立する。この関係を用いれば、既に設定してある出射角度αに対応して光反射パターン８での光の反射角度βがいくつになるかを、演算によって求めることができる。

こうして光反射角度βが分かれば、光出射面６ｂのどの領域から出射光Ｌｄが出るかを知ることができる。そして、この光出射領域を光拡散パターン９で覆えば、出射角度αの範囲内で出射する光をその光拡散パターン９によって拡散することができる。これにより、拡散させることが必要である光だけを光拡散パターン９によって拡散させることができる。光出射面６ｂのうち光拡散パターン９が設けられていない領域からは、拡散処理を受けない光が出射する。この光は拡散されない分だけ強い輝度を維持できる。

仮に、図３の光出射角度αが上記の通り、１０．８°≦α≦２０°の範囲内のある角度に設定される場合であって、導光体６をアクリルによって形成するものとすれば、光反射パターン８で反射する光Ｌｒの反射角度βは、上記の式（１）から、７．２°≦β≦１３．３°の角度範囲内のある角度として求められる。こうして、光反射パターン８での反射角度βが分かれば、その反射角度βで反射した光が光出射面６ｂのどの領域に達するかが分かるので、その領域に光拡散パターン９を形成する。これにより、光反射パターン８で反射した光であって拡散が必要である光だけを、光拡散パターン９によって拡散させて外部へ出射できる。

なお、以上に説明した出射角度α及び反射角度βは、図１のＢ−Ｂ方向及びＣ−Ｃ方向の２つの方向に沿ったものである。光拡散パターン９を形成するにあたっては、Ｂ−Ｂ方向及びＣ−Ｃ方向以外の方向に関しても反射角度βが決められなければならない。本実施形態においてこの領域の反射角度βは、Ｂ−Ｂ方向の反射角度β及び／又はＣ−Ｃ方向の反射角度βに基づいて適宜に設定する。例えば、Ｂ−Ｂ方向の反射角度βによって光出射面６ｂ上で決まる２点と、Ｃ−Ｃ方向の反射角度βによって光出射面６ｂ上で決まる２点との合計４点を直線、円弧線、楕円弧線、長円弧線、その他適宜の線で結ぶことによって光拡散パターン９の輪郭を決めることができる。

次に、図２の液晶表示装置１においては、導光体６の光出射面６ｂと反対側の面に対向して光反射層７を設けた。こうすれば、光反射パターン８以外でもＬＥＤ５からの光Ｌｒを反射できる。また、太陽光や室内光といった外部光を光反射層７によって反射させることもできる。これらの光は、光拡散パターン９が設けられていない部分の光出射面６ｂから、拡散されずに強度を保った状態で導光体６の外部へ出射する。これにより、光を効率良く利用できる。また、ＬＥＤ５からの光Ｌｒ以外に外部光も利用できるので、表示の輝度を高くすることができる。

また、本実施形態では図２に示すように、導光体６の光出射面６ｂに対向して反射偏光子３６を設けた。反射偏光子３６は特定の偏光を通過させ、それ以外の偏光を反射する機能を持っているので、この反射偏光子３６を光出射面６ｂに対向して設ければ、反射偏光子３６が無ければ偏光板１８ｂ等によって無駄に消費されてしまう偏光をリサイクル光として再利用できる。そしてその結果、導光体６で反射する光を極めて効率良く利用できるようになる。

また、図２に示す構造の液晶表示装置１は、いわゆる微反射型の表示が可能である透過型の液晶表示装置である。この微反射型の表示とは、照明装置４内の光源５からの光を利用することなく、導光体６の反射層７や光出射面６ｂ等で反射した光を利用して表示を行うものである。この微反射型表示は、表示領域Ｖの全体を使った高精細な表示を行うことは難しいかもしれないが、時刻表示やその他の部分的で簡易な表示には十分であると考えられる。この微反射型表示を利用すれば、液晶表示装置１の消費電力を大きく節減できる。本発明のように、導光体６の光出射面６ｂに光拡散パターン９を部分的に設ければ、導光体６からの反射光を有効に利用して輝度の高い光を液晶パネル２へ供給できるので、微反射型表示を行う際に特に有利である。

（照明装置及び電気光学装置の第２実施形態）
以下、本発明に係る照明装置及び電気光学装置の他の実施形態を説明する。本実施形態では、図１のＢ−Ｂ方向に沿った導光体６の視野角特性を示す図４において、
半値角に関して、
α１（−）＝１１．９°、α１（＋）＝１０．０°、
１／１０値角に関して、
α２（−）＝１９．８°、α２（＋）＝１７．８°
であるとする。

また、図１のＣ−Ｃ方向に沿った視野角特性を示す図５において、
半値角に関して、
α１（−）＝７．２°、α１（＋）＝１０．６°
１／１０値角に関して
α２（−）＝１４．６°、α２（＋）＝１７．１°
であるとする。

次に、図４（Ｂ−Ｂ方向）のプラス側の半値角α１（＋）＝１０．０°に基づいて、図７（ａ）に示すように、光反射パターン８の上端側の反射角度βについてスネルの法則からβ＝６．７°を求める。そして、マイナス側の半値角α１（−）＝１１．９°に基づいて光反射パターン８の下端側の反射角度βについてスネルの法則からβ＝８．０°を求める。これにより、図９（ａ）においてＢ−Ｂ方向に沿った半値角に対応した光拡散パターン９の寸法が決められる。

次に、図４（Ｂ−Ｂ方向）のプラス側の１／１０値角α２（＋）＝１７．８°に基づいて、図７（ｂ）に示すように、光反射パターン８の上端側の反射角度βについてスネルの法則からβ＝１１．８°を求める。そして、マイナス側の１／１０値角α２（−）＝１９．８°に基づいて光反射パターン８の下端側の反射角度βについてスネルの法則からβ＝１３．１°を求める。これにより、図９（ｂ）においてＢ−Ｂ方向に沿った１／１０値角に対応した光拡散パターン９の寸法が決められる。

次に、図５（Ｃ−Ｃ方向）のプラス側の半値角α１（＋）＝１０．６°に基づいて、図８（ａ）に示すように、光反射パターン８の上端側の反射角度βについてスネルの法則からβ＝７．１°を求める。そして、マイナス側の半値角α１（−）＝７．２°に基づいて光反射パターン８の下端側の反射角度βについてスネルの法則からβ＝４．８°を求める。これにより、図９（ａ）においてＣ−Ｃ方向に沿った半値角に対応した光拡散パターン９の寸法が決められる。

次に、図５（Ｃ−Ｃ方向）のプラス側の１／１０値角α２（＋）＝１７．１°に基づいて、図８（ｂ）に示すように、光反射パターン８の上端側の反射角度βについてスネルの法則からβ＝１１．４°を求める。そして、マイナス側の１／１０値角α２（−）＝１４．６°に基づいて光反射パターン８の下端側の反射角度βについてスネルの法則からβ＝９．７°を求める。これにより、図９（ｂ）においてＣ−Ｃ方向に沿った１／１０値角に対応した光拡散パターン９の寸法が決められる。

以上により、光反射パターン８に対する光拡散パターン９の位置として、半値角に基づいてＢ−Ｂ方向の２点の位置とＣ−Ｃ方向の２点の位置、合計で４点の位置が決まる。これら半値角に対応する４点を、仮に楕円弧線でつなげば、図９（ａ）に示すような輪郭の光拡散パターン９が得られる。また、図７（ｂ）及び図８（ｂ）において、１／１０値角に基づいてＢ−Ｂ方向の２点の位置とＣ−Ｃ方向の２点の位置、合計で４点の位置が決まる。これら１／１０値角に対応する４点を、仮に楕円弧線でつなげば、図９（ｂ）に示すような輪郭の光拡散パターン９が得られる。

以上のようにして求められた輪郭形状によって光拡散パターン９を形成できることはもちろんであるが、本発明によれば、光拡散パターン９の形状は、それらの臨界形状に限られず、図９（ａ）と図９（ｂ）との間の形状であっても良い。

なお、光拡散パターン９の輪郭線は上記の楕円弧線に限られず、必要に応じて、直線、円弧線、長円弧線、その他適宜の線とすることができる。また、できれば、図１のＢ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線以外の多数の断面線に関して視野角特性を測定又はシミュレーションし、それら多数の視野角特性に基づいて光拡散パターン９の輪郭線を決めることが望ましい。

（電気光学装置及び照明装置に関するその他の実施形態）
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。例えば、図２において、反射偏光子３６は場合によっては設けなくても良い。また、反射層８も場合によっては設けなくても良い。

また、上記実施形態では透過型の液晶表示装置に対して本発明を適用したが、本発明は半透過反射型の液晶表示装置に対しても適用できる。半透過反射型の液晶表示装置とは、反射型表示機能及び透過型表示機能の両方を併せて持っていて、それらのうちのいずれかを選択的に実行できる液晶表示装置である。より具体的には、この液晶表示装置は、光を透過させる機能を併せて有する光反射膜を液晶パネルの内部に形成し、反射型表示を行う際には反射膜で反射した光を利用し、透過型表示を行う際には反射膜を透過した光を利用する。

また、上記実施形態では、２端子型のスイッチング素子であるＴＦＤ素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置に本発明を適用したが、本発明は、３端子型のスイッチング素子であるＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子を用いた液晶表示装置に対しても適用できる。また、スイッチング素子を用いない単純マトリクス方式の液晶表示装置にも適用できる。

また、上記実施形態では電気光学装置の１種類である液晶表示装置に対して本発明を適用したが、本発明は、光の供給を受けて表示を行う構造の任意の電気光学装置に対しても適用できる。

（電子機器の実施形態）
次に、本発明に係る電子機器の実施形態を図面を用いて説明する。
図１０は、本発明に係る電子機器の一実施形態のブロック図を示している。ここに示す電子機器は、液晶表示装置７１と、これを制御する制御回路７０とを有する。液晶表示装置７１は、液晶パネル７２と、照明装置７８と、半導体ＩＣ等で構成される駆動回路７３とを有する。また、制御回路７０は、表示情報出力源７４と、表示情報処理回路７５と、電源回路７６と、タイミングジェネレータ７７とを有する。

表示情報出力源７４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等から成るメモリと、磁気記録ディスクや光記録ディスク等から成るストレージユニットと、デジタル画像信号を同調出力する同調回路とを有する。この表示情報出力源７４は、タイミングジェネレータ７７によって生成された各種のクロック信号に基づいて、所定フォーマットの画像信号等の形で表示情報を表示情報処理回路７５に供給する。

表示情報処理回路７５は、シリアル−パラレル変換回路、増幅・反転回路、ローテーション回路、ガンマ補正回路、クランプ回路等といった周知の各種回路を備え、入力した表示情報の処理を実行して、その画像情報をクロック信号ＣＬＫと共に駆動回路７３へ供給する。駆動回路７３は、走査線駆動回路、データ線駆動回路及び検査回路を含む。また、電源回路７６は、上記の各構成要素にそれぞれ所定の電圧を供給する。

液晶表示装置７１は、例えば、図１に示した液晶表示装置１によって構成できる。図１に示す液晶表示装置１によれば、導光体６を工夫することにより、導光板６で反射する反射光を有効に利用して液晶パネル２へ均一で輝度の高い面状の光を供給できるので、これを用いた図１０の液晶表示装置７１において、輝度が均一でむらのない明るい表示を行うことができる。

次に、図１１は、本発明を電子機器の一例である携帯電話機に適用した場合の一実施形態を示している。ここに示す携帯電話機８０は、本体部８１と、これに開閉可能に設けられた表示体部８２とを有する。液晶表示装置等といった電気光学装置によって構成された表示装置８３は、表示体部８２の内部に配置され、電話通信に関する各種表示は、表示体部８２にて表示画面８４によって視認できる。本体部８１には操作ボタン８６が配列されている。

表示体部８２の一端部にはアンテナ８７が伸縮自在に取付けられている。表示体部８２の上部に設けられた受話部８８の内部には、図示しないスピーカが配置される。また、本体部８１の下端部に設けられた送話部８９の内部には図示しないマイクが内蔵されている。表示装置８３の動作を制御するための制御部は、携帯電話機の全体の制御を司る制御部の一部として、又はその制御部とは別に、本体部８１又は表示体部８２の内部に格納される。

表示装置８３は、例えば、図１に示した液晶表示装置１によって構成できる。図１に示す液晶表示装置１によれば、導光体６を工夫することにより、導光板６で反射する反射光を有効に利用して液晶パネル２へ均一で且つ輝度の高い面状の光を供給できるので、これを用いた図１１の携帯電話機８０においても、その表示画面８４内に、輝度が均一でむらのない明るい表示を行うことができる。

（変形例）
本発明に係る電子機器としては、以上に説明した携帯電話機の他にも、パーソナルコンピュータ、液晶テレビ、デジタルスチルカメラ、腕時計、ビューファインダ型又は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、その他各種の機器が考えられる。

本発明に係る電気光学装置の一実施形態を分解状態で示す斜視図である。 図１のＢ−Ｂ線に従った断面図である。 図２の矢印Ｄで示す部分を拡大した断面図である。 図１の照明装置におけるＢ−Ｂ線に沿った部分の出射光の視野角特性を示すグラフである。 図１の照明装置におけるＣ−Ｃ線に沿った部分の出射光の視野角特性を示すグラフである。 光拡散パターンを設ける位置を説明するための図である。 本発明に係る電気光学装置の他の実施形態の要部を示す図である。 図７に示す実施形態の他の要部を示す図である。 図７及び図８に示す実施形態で用いる光拡散パターンを示す平面図である。 本発明に係る電子機器の一実施形態を示すブロック図である。 本発明に係る電子機器の他の実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

１．液晶表示装置（電気光学装置）、 ２．液晶パネル（電気光学パネル）、
３．駆動用ＩＣ、 ４．照明装置、 ５，１０５．ＬＥＤ（光源）、
６，１０６．導光体、 ６ａ，１０６ａ．光入射面、 ６ｂ，１０６ｂ．光出射面、
７．光反射層、 ８，１０８．光反射パターン、 ９，１０９．光拡散パターン、
１１．素子基板、 １２．カラーフィルタ基板、 １３．シール材、 １４．液晶層、
１５．スペーサ、 １６ａ，１６ｂ．基板、 １７ａ，１７ｂ．位相差板、
１８ａ，１８ｂ．偏光板、 １９．張り出し部、 ２１．ライン配線、
２２．ＴＦＤ素子、 ２３．ドット電極、 ２４ａ，２４ｂ．配向膜、
２５．ＡＣＦ、 ２６．外部接続用端子、 ２７．配線、２８．導通材、
３２．遮光部材、 ３３．着色要素、 ３４．オーバーコート層、 ３５．帯状電極、
３６．反射偏光子、 ７１．液晶表示装置、 ８０．携帯電話機（電子機器）、

Claims (10)

1. 光を発生する光源と、
   該光源から発生した光を光入射面から導入して光出射面から出射する導光体と、
   前記光出射面に部分的に設けられた光拡散パターンと、
   前記導光体の前記光出射面と反対側の面に設けられた光反射パターンとを有し、
   前記光拡散パターンは前記光反射パターンで反射して前記光出射面から出射する光の出射位置に対応した位置の前記光出射面上に設けられる
   ことを特徴とする照明装置。
2. 請求項１記載の照明装置において、前記光出射面から出射する光の視野角特性における半値角以上で且つ１／１０値角以下の範囲内の適宜の角度に対応する領域の光を拡散できる位置に前記光拡散パターンを設けることを特徴とする照明装置。
3. 請求項２記載の照明装置において、
   前記光出射面から出射する光の視野角特性における半値角以上で且つ１／１０値角以下の範囲内の適宜の角度をαとし、前記導光体の内部の屈折率をｎ１とし、そして前記導光体の外部の屈折率をｎ２としたとき、
   ｎ１・ｓｉｎα＝ｎ２・ｓｉｎβ
   によって求まる角度βの範囲内で前記光反射パターンから反射する光を遮る位置に前記光拡散パターンを設ける
   ことを特徴とする照明装置。
4. 請求項３記載の照明装置において、
   前記光出射面の面内を横切る複数の異なる直線方向に沿った視野角特性に基づいて求まる複数の前記角度βの範囲内で前記光反射パターンから異なる方向へ反射する各光を遮る位置に前記光拡散パターンを設ける
   ことを特徴とする照明装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の照明装置において、
   前記導光体の光出射面と反対側の面は前記光反射パターンと鏡面とから成ることを特徴とする照明装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の照明装置において、前記導光体の光出射面と反対側の面に対向して光反射層を設けることを特徴とする照明装置装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の照明装置において、前記光出射面に対向して反射偏光子を設けることを特徴とする照明装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の照明装置と、前記照明装置から光を受けて表示を行う電気光学パネルとをさらに有し、前記導光体の光出射面は前記電気光学パネルに対向して設けられることを特徴とする電気光学装置。
9. 照明装置と、前記照明装置から光を受けて表示を行う電気光学パネルと、を備える電気光学装置であって、前記照明装置は、
   光を発生する光源と、
   該光源から発生した光を光入射面から導入して光出射面から出射する導光体と、
   前記光出射面に部分的に設けられた光拡散パターンと、
   前記導光体の前記光出射面と反対側の面に設けられた光反射パターンとを有し、
   前記光拡散パターンは、前記光反射パターンで反射して前記光出射面から出射する光の出射位置に対応した位置の前記光出射面上に設けられ、
   前記導光体の光出射面は前記電気光学パネルに対向して設けられる
   ことを特徴とする電気光学装置。
10. 請求項８又は請求項９記載の電気光学装置を有することを特徴とする電子機器。
    
    

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