JPH10268308A - 前方照明装置およびこれを備えた反射型液晶表示装置 - Google Patents

前方照明装置およびこれを備えた反射型液晶表示装置

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JPH10268308A
JPH10268308A JP9078233A JP7823397A JPH10268308A JP H10268308 A JPH10268308 A JP H10268308A JP 9078233 A JP9078233 A JP 9078233A JP 7823397 A JP7823397 A JP 7823397A JP H10268308 A JPH10268308 A JP H10268308A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型ＬＣＤ等の前面に配置され、周囲光が
十分でない場合に補助的に使用される前方照明装置にお
いて、光源光の利用効率を向上させる。 【解決手段】 フロントライトシステム５０は、光源２
６からの光を取り込む入射面５５を持つ楔型の導光体５
４と、導光体５４の界面５８から出射する光を散乱させ
る異方性散乱板５１とを備え、液晶セル１０への入射光
を、この液晶セル１０の表面に対して垂直に近い角度で
入射させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被照明物と観察者
との間に配置されて使用され、被照明物に光を照射する
と共に、被照明物からの反射光を観察者が視認できるよ
うに該反射光を透過させるべく構成された前方照明装置
と、この前方照明装置を補助光源として備えた反射型液
晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は、ＣＲＴ(Cathode Ray T
ube)、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)、あるいはＥＬ(E
lectro Luminescence)といった他のディスプレイとは異
なり、液晶そのものは発光せずに、特定の光源からの光
の透過光量を調節することによって文字や画像を表示す
る。
【０００３】従来の液晶表示装置（以下、ＬＣＤ：Liqu
id Crystal Displayと称する）は、透過型ＬＣＤと、反
射型ＬＣＤとに大別することが可能である。透過型ＬＣ
Ｄは、液晶セルの背面に、光源（バックライト）として
の、蛍光管やＥＬ等の面発光光源が配置される。
【０００４】一方、反射型ＬＣＤは、周囲光を利用して
表示を行うため、バックライトを必要とせず、消費電力
が少ないという利点がある。さらに、直射日光の当たる
ような非常に明るい場所では、発光型ディスプレイや透
過型ＬＣＤは表示がほとんど見えなくなるのに対し、反
射型ＬＣＤではより鮮明に見える。このため、反射型Ｌ
ＣＤは、近年益々需要が高まっている携帯情報端末やモ
バイルコンピュータに適用されている。
【０００５】ただし、反射型ＬＣＤは、以下のような問
題点を有している。つまり、反射型ＬＣＤは周囲光を利
用するので、表示輝度が周辺環境へ依存する度合いが非
常に高く、特に、夜間などの暗闇では、表示が全く認識
できないこともある。特に、カラー化のためにカラーフ
ィルタを用いた反射型ＬＣＤや、偏光板を用いた反射型
ＬＣＤにおいて、上述の問題は大きく、十分な周囲光が
得られない場合に備えて補助照明が必要となる。
【０００６】しかし、反射型ＬＣＤは液晶セルの背面に
反射板が設置されており、透過型ＬＣＤのようなバック
ライトを用いることはできない。反射板としてハーフミ
ラーを用いた半透過型ＬＣＤと呼ばれる装置も提案され
ているが、その表示特性は透過型とも反射型ともいえな
い中途半端なものとなり、実用化は難しいと考えられ
る。
【０００７】そこで、周囲が暗い場合の反射型ＬＣＤの
補助照明として、液晶セルの前面に配置するためのフロ
ントライトシステムが、従来から提案されている。この
フロントライトシステムは、一般的に、導光体と、導光
体の側面に配置された光源とを備える。導光体側面から
入射した光源光は導光体内部を進行し、導光体表面につ
くられた形状で反射して液晶セル側へ出射する。出射し
た光は、液晶セルを透過しながら表示情報に応じて調光
され、液晶セルの背面側に配置された反射板で反射され
ることによって、再び導光体を透過して観察者側へ出射
される。これにより、観察者は、周囲光量が不十分なと
きでも、表示の認識が可能となる。
【０００８】なお、このようなフロントライトは、例え
ば特開平５−１５８０３４号公報、SID DIGEST P.375(1
995)等に開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ここで、SID DIGEST
P.375(1995)に開示されたフロントライトシステムの動
作原理について、図２０を参照しながら簡単に説明す
る。上記フロントライトシステムにおいて、平坦部１０
１ａおよび傾斜部１０１ｂから形成される界面１０１を
有する導光体１０４の一方の側面を、光源１０６からの
光が入射する入射面１０５とする。すなわち、光源１０
６は、導光体１０４の入射面１０５に対向する位置に配
置されている。
【００１０】光源１０６から入射面１０５を通って導光
体１０４に入射した光のうち、あるものは直進し、ある
ものは導光体１０４とその周辺媒質との界面１０１・１
０８に入射する。このとき、導光体１０４の周辺媒質が
空気であるものとし、導光体１０４の屈折率が１．５程
度であるとすると、スネルの法則（式１）から、界面１
０１・１０８に対する入射角が約４１．８°以上の光
は、界面１０１・１０８で全反射することが分かる。
【００１１】 ｎ1 ・ｓｉｎθ1 ＝ｎ2 ・ｓｉｎθ2 θc ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ2 ／ｎ1 ） ・・・（式１） ただし、ｎ1 は第１の媒質（ここでは導光体１０４）の
屈折率、 ｎ2 は第２の媒質（ここでは空気）の屈折率、 θ1 は導光体１０４から界面１０１への入射角、 θ2 は界面１０１から第２の媒質への出射角、 θc は臨界角、である。
【００１２】界面１０１・１０８に入射した光の中で、
反射面である傾斜部１０１ｂで全反射した光と、界面１
０８で全反射した後、界面１０１の傾斜部１０１ｂで反
射した光は、液晶セル１１０に入射する。液晶セル１１
０に入射した光は、図示しない液晶層により調光された
後、液晶セル１１０の背面に設けられた反射板１１１に
より反射され、導光体１０４に再び入射して平坦部１０
１ａを透過し、観察者１０９側へ出射される。
【００１３】また、光源１０６から入射面１０５を通
り、傾斜部１０１ｂではなく平坦部１０１ａに入射した
光は、界面１０１と界面１０８との間で、傾斜部１０１
ｂに到達するまで全反射を繰り返しつつ伝搬する。な
お、観察者１０９側から見た傾斜部１０１ｂの面積は、
平坦部１０１ａの面積に比べて、十分に小さく形成され
ている。
【００１４】上記従来のフロントライトシステムは、以
下の問題を有する。 （１）図２１に示すように、全反射を繰り返しても傾斜
部１０１ｂに到達できない光や、入射面１０５に対して
ほぼ垂直に入射した光は、入射面１０５に対向する面１
０７から導光体１０４の外へ出射する光１１４となり、
表示に利用され得ない。なお、この問題は、パネルサイ
ズが小さい場合ほど顕著であり、特に、携帯情報端末等
に通常使用されるサイズ（５〜６型）では、光源光の大
半が導光体外部へ出射してしまい、光の利用効率が非常
に悪い。 （２）傾斜部１０１ｂと平坦部１０１ａとから構成され
る界面１０１の形状は、ちょうどプリズムシートの頂点
を平らにした形状に似ており、図２１に示すように、周
囲光１１５が観察者１０９側へ反射され易く、表示品位
の低下につながる。
【００１５】これらの問題は、従来のフロントライトシ
ステムの大半に共通しており、光源光の利用効率の向上
が望まれている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１記載の前方照明装置は、光源および上記
光源の光を被照明物へ導く導光体を備え、被照明物の前
方に配置されて使用される前方照明装置において、上記
導光体が、光源からの光を入射する入射面を備えた第１
の導光体と、被照明物へ光を出射する出射面を備えた第
２の導光体とを含み、上記第１の導光体が、入射面から
入射した光を第２の導光体へ導き、上記第２の導光体
が、第１の導光体から導かれた光を透過させつつ、上記
第１の出射面からの出射光に比べ、第１の出射面の法線
方向に近い方向に光を出射することを特徴とする。
【００１７】本発明に係る前方照明装置は、第１の導光
体の入射面から取り込んだ光源光を、第２の導光体の出
射面から被照明物へ照射するようになっており、被照明
物の前方に配置されて使用されるものである。すなわ
ち、被照明物へ照射された光が被照明物で反射し、前方
照明装置を透過して、前方照明装置に対して被照明物の
反対側に位置する観察者に到達することにより、観察者
は被照明物の像を見ることができる。
【００１８】上記の構成は、第２の導光体が、第１の導
光体から導かれた光を透過させつつ上記出射面の法線方
向の成分を増加させることにより、出射面からの光の出
射方向を、この出射面の法線方向に近づけることができ
る。これにより、被照明物へ照射した光の反射光が出射
面に戻り易くなるので、前方照明装置に対して被照明物
の反対側に位置する観察者に到達する反射光の量が多く
なる。この結果、光源光の利用効率が高く、明るい前方
照明装置を提供することが可能となる。また、上記第２
の導光体が前方照明装置からの光の出射方向を第１の出
射面の法線方向に近づけることにより、反射モード（前
方照明装置を使用しない場合）において観察者が表示確
認を行う視角範囲と、前方照明装置を用いた場合の観察
者の視角範囲とが、おおむね一致するという利点もあ
る。
【００１９】請求項２記載の前方照明装置は、請求項１
記載の構成において、第２の導光体が、光を散乱させる
光散乱体であることを特徴とする。
【００２０】上記の構成によれば、前方照明装置からの
光の出射方向を、出射面の法線方向に近づけることがで
きると共に、散乱光によって被照明物をむらなく照明す
ることができる。この結果、光源光を無駄なく照明に利
用することができ、より明るく、むらのない鮮明な被照
明物像を実現する前方照明装置を提供できる。
【００２１】請求項３記載の前方照明装置は、請求項２
記載の構成において、光散乱体が、前方散乱体であるこ
とを特徴とする。
【００２２】上記の構成によれば、第２の導光体として
の光散乱体が、第１の導光体から入射した光を、この光
の進行方向側へのみ散乱させる前方散乱体であることに
より、第１の導光体から入射した光の後方散乱がなくな
る。これにより、光の利用効率がさらに向上すると共
に、後方散乱光によって被照明物の像が劣化することが
防止される。この結果、明るく、且つ、被照明物の鮮明
な像を実現する前方照明装置を提供することが可能とな
る。
【００２３】請求項４記載の前方照明装置は、請求項２
記載の構成において、光散乱体が、所定の角度範囲から
入射した光のみを散乱する異方性散乱体であり、第１の
導光体からの出射光が第２の導光体へ入射する角度範囲
の少なくとも一部が、上記所定の角度範囲に含まれるこ
とを特徴とする。
【００２４】上記の構成によれば、例えば観察者の方向
へ出力する光など、上記所定の角度範囲以外の入射光に
は、上記の異方性散乱体は作用しないので、不要な散乱
光によって被照明物の像が劣化することが防止される。
また、第２の導光体としての光散乱体が散乱させる入射
光の角度範囲に、第１の導光体からの出射光が入射する
ことにより、第１の導光体からの入射光を効率的に散乱
させることができ、光の利用効率がさらに向上する。こ
の結果、明るく、且つ、被照明物の鮮明な像を実現する
前方照明装置を提供することが可能となる。
【００２５】請求項５記載の前方照明装置は、請求項１
記載の構成において、第２の導光体が、光を回折させる
回折素子であることを特徴とする。
【００２６】請求項６記載の前方照明装置は、請求項５
記載の構成において、上記回折素子が、所定の角度範囲
から入射した光のみを回折し、導光体からの出射光が回
折素子へ入射する角度範囲の少なくとも一部が、上記所
定の角度範囲に含まれることを特徴とする。
【００２７】上記の構成によれば、例えば観察者の方向
へ出力する光など、上記所定の角度範囲以外の入射光に
は、上記の回折素子は作用しないので、不要な回折光に
よって被照明物の像が劣化することが防止される。ま
た、第２の導光体としての回折素子が回折する入射光の
角度範囲に、第１の導光体からの出射光が入射すること
により、第１の導光体からの出射光を効率的に回折させ
ることができ、光の利用効率がさらに向上する。この結
果、明るく、且つ、被照明物の鮮明な像を実現する前方
照明装置を提供することが可能となる。
【００２８】請求項７記載の前方照明装置は、請求項５
記載の構成において、上記回折素子がホログラムである
ことを特徴とする。
【００２９】ホログラムは、異方性散乱板等と比較し
て、出力光を特定の角度範囲に精度よく制御することが
容易である。これにより、第２の導光体としてホログラ
ムを用いることにより、第１の導光体からの光の出射方
向を、所望の角度範囲に精度良く制御することができ、
指向性の優れた前方照明装置を提供することが可能とな
る。
【００３０】請求項８記載の前方照明装置は、請求項１
記載の構成において、光源と入射面との間に、光源から
の光の広がりを制限する光制御手段をさらに備えたこと
を特徴とする。
【００３１】光源からの光は、第１の導光体にて導かれ
ることにより、第２の導光体へ入射するが、第１の導光
体と外部媒質との界面から導光体外部へ漏れる成分を少
なくするためには、光源からの光にある程度の指向性を
持たせ、光源からの光が上記界面へ臨界角よりも小さい
角度で入射する成分を少なくすることが好ましい。この
ため、上記の構成は、光源からの光の広がりを制限する
光制御手段を備えたことにより、導光体外部への漏れ光
が少なくなり、光の利用効率がさらに向上すると共に、
被照明物の像のにじみやボケが防止される。この結果、
明るく且つ鮮明な被照明物像を実現する前方照明装置を
提供することが可能となる。
【００３２】請求項９記載の前方照明装置は、請求項１
記載の構成において、第１の導光体と第２の導光体との
間に、これらの導光体の間に存在する光学的界面での屈
折率差を緩和する充填剤が満たされていることを特徴と
する。
【００３３】上記の構成によれば、第１の導光体と第２
の導光体との間に空気層が存在する場合と比較して、第
１の導光体と第２の導光体との間に存在する光学的界面
での反射による光の減衰が抑制される。この結果、光源
光の利用効率がさらに向上し、より明るい前方照明装置
が実現される。なお、第１の導光体および第２の導光体
の少なくとも一方の屈折率と、充填剤の屈折率とを等し
くすれば、第１の導光体と第２の導光体との間の光学的
界面の数を減らすことができるので、より効果的であ
る。
【００３４】請求項１０記載の前方照明装置は、請求項
１記載の構成において、光源からの光を、第１の導光体
の入射面のみへ集光する集光手段をさらに備えたことを
特徴とする。
【００３５】上記の構成によれば、光源光の損失をさら
に少なくできるので、光源光の利用効率がさらに向上
し、より明るい前方照明装置が実現される。また、意図
しない方向から第２の導光体等へ入射する光を少なくす
ることができるので、迷光の発生が防止され、鮮明な被
照明物像を実現する前方照明装置を提供することが可能
となる。
【００３６】請求項１１記載の前方照明装置は、光源お
よび導光体を備え、被照明物の前方に配置されて使用さ
れる前方照明装置において、上記導光体が、光源から光
を入射する入射面と、被照明物へ向けて光を出射する第
１の出射面と、上記第１の出射面に対向する第２の出射
面とを含む多面体であり、上記第１および第２の出射面
が、入射面から遠ざかるほど間隔が狭くなるように配置
されていることを特徴とする。
【００３７】上記の構成によれば、第１および第２の出
射面が入射面から遠ざかるほど間隔が狭くなるように、
すなわち第１の出射面に対して第２の出射面が傾斜して
配置されたことにより、入射面から第１の出射面に平行
に入射した成分の少なくとも一部が、第２の出射面で反
射して第１の出射面へ向かい、被照明物へ出射する光と
なる。つまり、第１の出射面に平行に入射した成分をも
照射光として利用することが可能となるので、第１およ
び第２の出射面が互いに平行に配置された構成と比較し
て、光源光の利用効率が向上する。この結果、明るい前
方照明装置を提供することが可能となる。
【００３８】請求項１２記載の前方照明装置は、請求項
１１記載の構成において、上記第１の出射面に対する第
２の出射面の傾斜角をα、第２の出射面の臨界角をθc
とすると、下記の不等式が満たされることを特徴とす
る。 α≦９０°−θc
【００３９】上記の構成によれば、入射面から第１の出
射面に平行に入射した成分が、第２の出射面にて全反射
する。これにより、第２の出射面から観察者側へ漏れる
光をなくすことができる。この結果、明るく、且つ鮮明
な被照明物像を実現する前方照明装置を提供することが
可能となる。
【００４０】請求項１３記載の前方照明装置は、請求項
１１記載の構成において、上記第１の出射面に対する第
２の出射面の傾斜角が４０°以下に形成されていること
を特徴とする。
【００４１】請求項１４記載の前方照明装置は、請求項
１１記載の構成において、光源と入射面との間に、光源
からの光の広がりを制限する光制御手段をさらに備えた
ことを特徴とする。
【００４２】光源からの光のほとんどは第２の出射面に
て反射するが、この第２の出射面にて全反射せずに導光
体外部へ漏れる成分を少なくするためには、光源からの
光にある程度の指向性を持たせて、第２の出射面へ臨界
角よりも小さい角度で入射する成分を少なくすることが
好ましい。このため、上記の構成は、光源からの光の広
がりを制限する光制御手段を備えたことにより、第２の
出射面からの漏れ光が少なくなり、光の利用効率がさら
に向上すると共に、被照明物の像のにじみやボケが防止
される。この結果、明るく且つ鮮明な被照明物像を実現
する前方照明装置を提供することが可能となる。
【００４３】請求項１５記載の前方照明装置は、請求項
１１記載の構成において、光源からの光を、導光体の入
射面のみへ集光する集光手段をさらに備えたことを特徴
とする。
【００４４】上記の構成によれば、光源光の損失をさら
に少なくできるので、光源光の利用効率がさらに向上
し、より明るい前方照明装置が実現される。
【００４５】請求項１６記載の前方照明装置は、請求項
１１記載の構成において、上記導光体を第１の導光体と
すると、上記第１の導光体の第１の出射面の外側に、上
記第１の出射面からの出射光を透過させつつ、上記第１
の出射面からの出射光に比べ、第１の出射面の法線方向
に近い方向に光を出射する第２の導光体をさらに備えた
ことを特徴とする。
【００４６】上記の構成は、第２の導光体が、第１の出
射面からの出射光を透過させつつ第１の出射面の法線方
向の成分を増加させることにより、被照明物への光の出
射方向を、第１の出射面の法線方向に近づけることがで
きる。これにより、被照明物へ照射した光の反射光が前
方照明装置に戻り易くなるので、前方照明装置に対して
被照明物の反対側に位置する観察者に到達する反射光の
量が多くなる。この結果、光源光の利用効率が向上し、
明るい前方照明装置を提供することが可能となる。ま
た、上記第２の導光体が前方照明装置からの光の出射方
向を第１の出射面の法線方向に近づけることにより、反
射モード（前方照明装置を使用しない場合）において観
察者が表示確認を行う視角範囲と、前方照明装置を用い
た場合の観察者の視角範囲とが、おおむね一致するとい
う利点もある。
【００４７】請求項１７記載の反射型液晶表示装置は、
反射板を有する反射型液晶素子を備えると共に、上記反
射型液晶素子の前面に、請求項１記載の前方照明装置が
配置されたことを特徴とする。
【００４８】上記の構成は、例えば日中の屋外等のよう
に十分な周囲光量がある場合には、前方照明装置を消灯
した状態で使用する一方、十分な周囲光量が得られない
ときには、前方照明装置を点灯して使用することができ
る。この結果、周囲環境に関わらず、常に明るくむらの
ない高品位な表示を実現し得る反射型液晶表示装置を提
供することが可能となる。
【００４９】請求項１８記載の反射型液晶表示装置は、
反射板を有する反射型液晶素子を備えると共に、上記反
射型液晶素子の前面に請求項１１記載の前方照明装置が
配置されたことを特徴とする。
【００５０】上記の構成は、例えば日中の屋外等のよう
に十分な周囲光量がある場合には、前方照明装置を消灯
した状態で使用する一方、十分な周囲光量が得られない
ときには、前方照明装置を点灯して使用することができ
る。この結果、周囲環境に関わらず、常に明るく高品位
な表示を実現し得る反射型液晶表示装置を提供すること
が可能となる。
【００５１】請求項１９記載の反射型液晶表示装置は、
請求項１８記載の構成において、上記第１の出射面に対
する第２の出射面の傾斜角が１０°以下に形成されてい
ることを特徴とする。
【００５２】上記の傾斜角が大きくなるほど、反射モー
ド（前方照明装置を消灯した状態）において利用可能な
周囲光の入射角の範囲が大幅に小さくなると共に、液晶
素子からの反射光が、液晶素子の表面に平行な方向へ出
射する成分が多くなる。このため、上記傾斜角の大きさ
を１０°以下とすることにより、周囲光を有効に利用
し、明るい表示を得ることができる。
【００５３】請求項２０記載の反射型液晶表示装置は、
反射板を有する反射型液晶素子を備えると共に、上記反
射型液晶素子の前面に請求項１６記載の前方照明装置が
配置されたことを特徴とする。
【００５４】上記の構成は、例えば日中の屋外等のよう
に十分な周囲光量がある場合には、前方照明装置を消灯
した状態で使用する一方、十分な周囲光量が得られない
ときには、前方照明装置を点灯して使用することができ
る。この結果、周囲環境に関わらず、常に明るく高品位
な表示を実現し得る反射型液晶表示装置を提供すること
が可能となる。
【００５５】請求項２１記載の反射型液晶表示装置は、
請求項１７ないし２０のいずれか一つに記載の構成にお
いて、反射型液晶素子と前方照明装置との間に、上記反
射型液晶素子と前方照明装置との間に存在する光学的界
面での屈折率差を緩和する充填剤が満たされていること
を特徴とする。
【００５６】上記の構成によれば、反射型液晶素子と前
方照明装置との間に空気層が存在する場合と比較して、
反射型液晶素子と前方照明装置との間に存在する光学的
界面での反射による光の減衰が抑制される。この結果、
光源光の利用効率がさらに向上し、より明るい表示が可
能な反射型液晶表示装置が実現される。
【００５７】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕本発明の実施の一形態について図１な
いし図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりであ
る。
【００５８】本実施の形態に係る反射型ＬＣＤは、図１
に示すように、反射型液晶セル１０の前面に、フロント
ライトシステム５０（前方照明装置）を備えている。な
お、液晶セル１０（液晶素子）とフロントライトシステ
ム５０との間には、後述する充填剤１９が満たされてい
る。
【００５９】フロントライトシステム５０は、導光体５
４（第１の導光体）、異方性散乱板５１（第２の導光
体）、光源２６、および反射鏡２７（集光手段）にて構
成されている。光源２６は、例えば蛍光管等の線状光源
であり、導光体５４の側面（入射面５５）に沿って配置
される。また、光源２６からの光を上記入射面５５のみ
へ集光させる反射鏡２７（集光手段）は、入射面５５と
光源２６とを完全に覆うように設けられている。
【００６０】導光体５４は、図１に示すように、液晶セ
ル１０側の界面５８（第１の出射面）に対して、観察者
側の界面５３（第２の出射面）が傾いて配置されている
ことを特徴とする。言い換えれば、導光体５４は、光源
２６の長手方向に垂直な断面における形状がほぼ三角形
をなす楔型に形成されている。
【００６１】導光体５４において、界面５８は入射面５
５に対して垂直に形成され、光源２６からの光を液晶セ
ル１０側へ出射すると共に、液晶セル１０からの反射光
を入射する。一方、界面５３は、光源２６からの光を界
面５８へ向けて反射させると共に、液晶セル１０からの
反射光を観察者側へ出射する。
【００６２】導光体５４の界面５８の外側に積層される
異方性散乱板５１は、液晶セル１０へ垂直に入射する成
分を増加させるために、導光体５４から所定の角度範囲
で出射する光のみを散乱させ、上記所定の角度範囲以外
の光には何ら作用せずに透過させる。
【００６３】導光体５４は、例えばＰＭＭＡ(polymethy
lmetacrylate) 等を用いて射出成形により形成すること
ができる。より具体的には、この実施形態に係る導光体
５４は、最も厚い部分の厚さ（すなわち入射面５５の高
さ）６ｍｍ、最も薄い部分の厚さ１ｍｍ、長さ６０ｍ
ｍ、幅１１０ｍｍに形成されている。このとき、界面５
８に対する界面５３の傾斜角は、約４．８°である。
【００６４】次に、液晶セル１０の構成およびその製造
方法について説明する。液晶セル１０は、図１に示すよ
うに、基本的に、一対の電極基板１１ａ・１１ｂが液晶
層１２を挟持した構成である。電極基板１１ａは、光透
過性を有するガラス基板１４ａ上に、透明電極１５ａが
設けられ、この透明電極１５ａを覆うように液晶配向膜
１６ａが形成されてなる。
【００６５】上記ガラス基板１４ａは、例えばコーニン
グ社製のガラス基板（商品名：７０５９）で実現され
る。透明電極１５ａは、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxid
e)を材料とする。液晶配向膜１６ａは、例えば、日本合
成ゴム社製の配向膜材料（商品名：ＡＬ−４５５２）
を、透明電極１５ａが形成されたガラス基板１４ａの上
にスピンコータで塗布し、配向処理としてラビング処理
を施すことにより作成される。
【００６６】電極基板１１ｂも、上記電極基板１１ａと
同様に、ガラス基板１４ｂ、透明電極１５ｂ、および液
晶配向膜１６ｂを順次積層することにより作成される。
なお、電極基板１１ａ・１１ｂに対し、必要に応じて絶
縁膜等を形成しても良い。
【００６７】電極基板１１ａ・１１ｂは、液晶配向膜１
６ａ・１６ｂが対向するように、かつ、ラビング処理の
方向が平行かつ逆向き（いわゆる反平行）になるように
配置され、接着剤を用いて貼り合わされる。このとき、
電極基板１１ａ・１１ｂの間には、粒径４．５μｍのガ
ラスビーズスペーサ（図示せず）が予め散布されたこと
により、均一な間隔で空隙が形成されている。
【００６８】この空隙に、真空脱気により液晶を導入す
ることにより、液晶層１２が形成される。なお、液晶層
１２の材料としては、例えばメルク社製の液晶材料（商
品名：ＺＬＩ−３９２６）を用いることができる。な
お、この液晶材料のΔｎは０．２０３０である。ただ
し、液晶材料はこれに限られるものではなく、種々の液
晶を用いることができる。
【００６９】さらに、ガラス基板１４ｂの外面に、反射
板１７として、ヘアーライン加工を施したアルミ板を、
例えばエポキシ系の接着剤により接着すると共に、ガラ
ス基板１４ａの外面に、液晶層１２の液晶の配向方向と
４５°をなすように偏光軸が設定された偏光板１８を設
置する。なお、ガラス基板１４ａと偏光板１８との間に
は、屈折率をマッチングさせる充填剤（図示せず）が満
たされている。
【００７０】以上の工程により、反射型の液晶セル１０
が製造される。この液晶セル１０に、下記のとおりにフ
ロントライトシステム５０を組み合わせることにより、
前方照明装置付の反射型ＬＣＤが製造される。まず、液
晶セル１０の偏光板１８上に、異方性散乱板５１を積層
する。このとき、偏光板１８と異方性散乱板５１との間
は、これらの屈折率をマッチングさせる充填剤１９で満
たされる。
【００７１】さらに、上記異方性散乱板５１上に、導光
体５４を積層する。異方性散乱板５１と導光体５４との
間も、これらの屈折率をマッチングさせる充填剤（図示
せず）で満たされる。
【００７２】このように、導光体５４、異方性散乱板５
１、偏光板１８、およびガラス基板１４ａのそれぞれの
間隙に充填剤を導入することにより、導光体５４からガ
ラス基板１４ａまでの間に空気層が存在しない。これに
より、導光体５４からガラス基板１４ａまでの間に存在
する光学的界面における屈折率差が緩和され、あるいは
屈折率差がなくなり、光の干渉や上記光学的界面での反
射による光の減衰や、上記光学的界面での反射光による
表示品位の劣化などの問題が解決される。なお、充填剤
としては、ＵＶ硬化性樹脂またはサリチル酸メチル等を
用いることができる。
【００７３】次に、導光体５４の入射面５５に対向する
ように、光源２６として例えば蛍光管を設置し、これら
を反射鏡２７で囲む。なお、反射鏡２７としては、例え
ばアルミテープ等を用いることができる。
【００７４】以上の工程により、前方照明装置としての
フロントライトシステム５０を備えた反射型ＬＣＤが完
成する。この反射型ＬＣＤは、周囲光が不十分なとき
は、フロントライトシステム５０を点灯した照明モード
で使用し、十分な周囲光が得られるときは、フロントラ
イトシステム５０を消灯した反射モードで使用すること
ができる。これにより、周囲環境によらず常に安定した
表示が可能な反射型ＬＣＤを提供できる。
【００７５】上記反射型ＬＣＤにおいて、導光体５４
は、ガラス基板１４ａとほぼ等しい屈折率を有すると共
に、前述のように、導光体５４とガラス基板１４ａとの
間に空隙部（空気層）が存在しない。これにより、上記
反射型ＬＣＤは、フロントライトシステム５０を消灯し
た反射モードで使用される場合でも、導光体５４が表示
に悪影響を与えることはない。
【００７６】なお、導光体５４において、界面５８に対
する界面５３の傾斜角は、４０°以下とすることが好ま
しい。その理由を以下に説明する。図２に示すように、
光源２６からの光は、入射面５５を通り、導光体５４へ
入射する。ここで、簡単化のために、入射面５５から導
光体５４へ入射する光が完全な平行光であると考える
と、入射した光は全て界面５３へ入射する。
【００７７】界面５３への入射光は、その入射角が界面
５３の臨界角より小さければ界面５３から出射する。逆
に、入射角が上記臨界角よりも大きければ界面５３にて
全反射する。
【００７８】本実施形態のフロントライトシステム５０
では、界面５３にて全反射する光を液晶セル１０の照明
に利用するので、入射光のすべてが界面５３で全反射す
ることが好ましい。ここで、図２に示すように、界面５
８に対する界面５３の傾斜角をαとすると、入射面５５
から界面５３へ入射する光の入射角θ2 は、 θ2 ＝９０°−α で表される。
【００７９】また、導光体５４をアクリル系高分子によ
り形成する場合、その屈折率は概ね１．５程度である。
なお、一般に無色透明な有機系高分子材料の屈折率は
１．４〜１．７程度である。このことから、導光体５４
の臨界角は５０°よりも大きくなることはないと考えら
れる。従って、上記のθ2 が５０°よりも小さくならな
いようにするためには、αの値は４０°以下であること
が好ましいことが導かれる。
【００８０】以上のように、界面５８に対する界面５３
の傾斜角αを４０°以下に形成することにより、入射面
５５から垂直入射する成分のすべてが界面５３で全反射
するので、界面５３から観察者側へ漏れる光を減少させ
ることができる。この結果、光源光の利用効率が向上す
ると共に、界面５３からの漏れ光による表示品位の低下
を防止することができる。
【００８１】さらに、フロントライトシステム５０を点
灯しない反射モードで本実施形態の反射型ＬＣＤを使用
する場合を考慮すれば、界面５８に対する界面５３の傾
斜角αを１０°以下に形成することが好ましい。この理
由を以下に説明する。
【００８２】まず、比較のために、液晶セル１０単体へ
入射した場合の周囲光の挙動を、図３に基づいて説明す
る。図３に示すように、周囲光が液晶セル１０へ直接入
射する場合を想定すると、周囲光は、液晶セル１０の表
面１０ａへ入射角θ3 で入射して出射角θ4 で液晶セル
１０の内部へ進行し、液晶セル１０の底面に設けられた
反射板１７により反射され、再度、表面１０ａへ入射し
て屈折することにより、出射角θ5 で出射する。このと
き、上記のθ3 〜θ5 の角度は、液晶セル１０の屈折率
をｎ1 とすると、次のように表される。
【００８３】 θ4 ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ3 ）／ｎ1 ） θ5 ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ1 ×ｓｉｎθ4 ） これにより、θ3 ＝θ5 が導かれる。
【００８４】これに対し、図４に示すように、本実施形
態の反射型ＬＣＤでは、液晶セル１０の前面にフロント
ライトシステム５０が配置されたことにより、反射型Ｌ
ＣＤの表面、すなわち導光体５４の界面５３への周囲光
の入射角θ6 、および界面５３からの出射角θ7 、反射
板１７への入射角（反射角）θ8 、再度界面５３へ入射
したときの入射角θ9 、界面５３からの出射角θ10
は、それぞれ以下のように表される。なお、ここでは、
上記周囲光は、上記と同様に、反射板１７の法線に対す
る角度θ3 で入射するものとする。
【００８５】θ6 ＝θ3 −α θ7 ＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ6 ）／ｎ1 ） θ8 ＝θ7 ＋α θ9 ＝θ8 ＋α θ10＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ1 ×ｓｉｎθ9 ） ここで、界面５３からの出射光の、反射板１７の法線に
対する角度をθ11とすると、θ11は次式のとおりに表さ
れる。
【００８６】
【数１】
【００８７】このように、フロントライトシステム５０
を液晶セル１０の前面に配置したことにより、入射光と
出射光との角度の関係が、液晶セル１０単体の場合とは
異なることが分かる。特に、界面５８に対する界面５３
の傾斜角αが大きい場合には、図５に示すように、導光
体５４の界面５３で反射し、迷光となる成分が発生し易
くなり、好ましくない。
【００８８】ここで、上記の数１を用いて、屈折率ｎ1
を１．５とし、傾斜角αを様々に変化させた場合の、界
面５３へ入射する周囲光の、反射板１７の法線に対する
角度θ3 、および、界面５３からの出射光の、反射板１
７の法線に対する角度θ11のそれぞれの大きさを算出し
た結果を、図６に示す。なお、図６に示すθ3 は、図４
において時計周り方向を正とし、反時計周り方向を負と
した。また、θ11については、簡略化のために正負の区
別を行っていない。
【００８９】図６において、傾斜角αの各値に対してθ
3 のとり得る範囲を互いに比較することから明らかなよ
うに、傾斜角αが大きくなるほど、反射モード（フロン
トライトシステム５０を消灯した状態）において利用可
能な周囲光の入射角の範囲が大幅に小さくなることが分
かる。
【００９０】また、図６において、傾斜角αの各値に対
するθ11の最小値を比較することから明らかなように、
傾斜角αが大きくなるほど、出射角の最小値が大きくな
ることが分かる。これはすなわち、水平方向へ出射する
成分が多くなり、反射板１７の法線方向へ出射する成分
が少なくなることを意味する。
【００９１】通常、観察者は正面方向すなわち反射板１
７の法線方向から表示を見るので、θ11≦３０°の範囲
に光を出射させることが好ましい。従って、図６から、
傾斜角αの値が、好ましくは１０°以下、さらに望まし
くは５°以下であれば、本実施形態の反射型ＬＣＤを反
射モードで使用した場合に、反射板１７の法線方向への
出射光がより多くなり、明るい表示を得ることができ
る。
【００９２】次に、第２の導光体としての異方性散乱板
５１の特性について説明する。異方性散乱板５１は、導
光体５４からの入射光を、図７に示すように、その進行
方向側へのみ散乱させる機能を有する前方散乱体である
と共に、図８に示す所定の角度範囲（−１０°ないし−
７０°）から入射した光のみを散乱させ、上記角度範囲
以外からの入射光を完全に透過する特性も有する異方性
散乱体でもある。このような条件を満たす材料として、
例えば住友化学株式会社製の視角制御板（商品名：ルミ
スティー）等が、市販品として入手可能である。
【００９３】異方性散乱板５１が前方散乱体であること
により、液晶セル１０にて調光される以前に後方散乱す
る成分、すなわち観察者方向へ散乱する成分を無くすこ
とができ、表示品位の向上が図れる。なお、図７では、
異方性散乱板５１と充填剤１９との界面から散乱光が出
射する様子を模式的に示したが、実際には、異方性散乱
板５１は、導光体５４からの出射光を透過させつつ散乱
させる。
【００９４】導光体５４からの出射光の異方性散乱板５
１への入射角は約７０°であり、この入射角は、異方性
散乱板５１が光を散乱させる範囲（−１０°ないし−７
０°）に含まれる。これにより、異方性散乱板５１は、
第１の導光体としての導光体５４から導かれた光のみを
散乱させ、それ以外の光に対しては何ら作用を及ぼさず
に透過させる。これにより、反射モードで使用したとき
の周囲光や液晶セル１０からの反射光は、異方性散乱板
５１をそのまま透過するので、異方性散乱板５１が反射
モードでの表示品位に悪影響を及ぼすような不都合がな
い。
【００９５】ここで、フロントライトシステム５０の照
明光強度を測定した結果について説明する。なお、フロ
ントライトシステム５０の照明光強度を測定するため
に、図９に示すような測定系を用いた。つまり、異方性
散乱板５１の法線方向を０°とし、０°から±９０°の
範囲における光強度を、検出器３４にて測定した。な
お、この測定は、導光体５４と等しい屈折率を有するマ
ッチング剤で満たされた容器（例えばオイルバス等）内
で行われた。
【００９６】測定の結果を、図１０に示す。図１０から
明らかなように、フロントライトシステム５０は、異方
性散乱板５１を備えたことにより、導光体５４からの出
射光（異方性散乱板５１への入射角が約７０°）を、よ
り垂直入射に近い光として液晶セル１０へ照射すること
が可能である。
【００９７】また、本実施形態の反射型ＬＣＤは、図８
に示すように、異方性散乱板５１の散乱角度範囲である
−１０°ないし−７０°の方向から観察されることはほ
とんど無い。従って、通常に使用する範囲では、異方性
散乱板５１による光の散乱が、観察者から見た場合の、
液晶セル１０の表示像の見え方に影響を及ぼすことはな
い。
【００９８】なお、本実施形態に係る反射型ＬＣＤは、
透過型ＬＣＤやＣＲＴ、ＰＤＰ等の自発光型のディスプ
レイと比較して、より明るい表示が可能であるという利
点がある。すなわち、図１１（ａ）に示すように、自発
光型のディスプレイ３５からの光３６ａは、周囲光３７
に対して進行方向が逆向きとなる。このため、光３６ａ
から周囲光３７を差し引いた成分３６ｂが、観察者に認
識される。
【００９９】これに対して、本実施形態の反射型ＬＣＤ
では、照明モードで使用する場合、図１１（ｂ）に示す
ように、フロントライト２０からの補助光３９ａと、周
囲光３７とが、液晶セル１０の反射板（図示せず）にて
反射され、補助光３９ａと周囲光３７との和に相当する
成分３９ｂが、観察者に認識される。これにより、暗い
場所だけでなく例えば日中の屋外のような明るい場所で
も、より明るい表示が実現される。
【０１００】〔実施の形態２〕本発明の実施に係る他の
形態について、主に図１２ないし図１５に基づいて説明
すれば、以下のとおりである。なお、前記した実施の形
態１で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同
一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１０１】本実施形態に係る反射型ＬＣＤは、第２の
導光体として、図１２に示すように、前記した実施の形
態１で説明した、導光体５４からの光を散乱させる異方
性散乱板５１の代わりに、導光体５４からの光を回折さ
せるホログラム５２を用いたことを特徴とする。
【０１０２】ホログラムは、光回折の原理に基づいて、
光の反射・屈折を操作する効果を持つ上、１つのホログ
ラムに複数種類の光学特性を持たせることが可能であ
る。まず、一般的なホログラムの作成方法について、図
１３を参照しながら簡単に説明する。
【０１０３】図１３に示すように、基体の表面に塗布し
た感光性ポリマー１２４へ、光源１２７から光を照射す
る。光源１２７からの照射光１２７ａは、ビームスプリ
ッタ１２３にて２つの光１２７ｃ・１２７ｄに分光され
る。光１２７ｃは物体１２８にて散乱され、物体光１２
６として感光性ポリマー１２４へ入射する。光１２７ｄ
は、ミラー１２９にて反射され、参照光１２５として、
所定の角度で感光性ポリマー１２４へ入射する。参照光
１２５と物体光１２６との干渉により、感光性ポリマー
１２４に、屈折率の高い層と屈折率の低い層とが、サブ
ミクロンオーダーで形成され、ホログラムとなる。この
ように、書き込みの終わったホログラムに、参照光１２
５が入射された方向から光を入射すると、物体光１２６
として、書き込んだ像が再構築される。
【０１０４】光源１２７としては、コヒーレント光を発
生するものとして、例えばレーザを用いる。光源１２７
からの光の波長や強度等の諸条件を調整することによ
り、上記物体光１２６が、希望する出力光の方向および
広がり角を実現するように、ホログラムを作成すること
ができる。
【０１０５】以下、図１４（ａ）ないし（ｄ）を参照し
ながら、ホログラム５２を備えたフロントライトシステ
ム６０を作成する方法について説明する。まず、図１４
（ａ）に示すように、基体としてのポリエステルフィル
ム６９の表面に、感光性ポリマー６４を塗布する。な
お、この感光性ポリマー６４としては、例えば、ポラロ
イド社製のフォトポリマー（商品名：ＤＭＰ−１２８）
を用いることができる。
【０１０６】次に、ポリエステルフィルム６９において
感光性ポリマー６４を塗布した面の反対側の面に、前記
実施の形態１で説明した導光体５４を、図１４（ｂ）に
示すように設置する。
【０１０７】そして、図１４（ｃ）に示すように、導光
体５４の入射面５５に対向するように光源６５を配置
し、入射面５５に対して参照光６５ａを照射する。これ
と同時に、導光体５４の界面５８の法線方向から１０°
傾いた方向に光源６６を配置して、感光性ポリマー６４
に対して物体光６６ａを照射する。この実施形態では、
物体光６６ａを感光性ポリマー６４の法線方向から１０
°傾いた角度から入射し、参照光６５ａを、導光体５４
によって導かれる光と同じ入射角で、第２の導光体５１
としての感光性ポリマー６４へ入射させる。
【０１０８】このような参照光６５ａおよび物体光６６
ａの照射を、Ｒ・Ｇ・Ｂの成分ごとに行うことにより、
図１４（ｄ）に示すように、Ｒ・Ｇ・Ｂの成分にそれぞ
れ対応して、赤用ホログラム６４Ｒ、緑用ホログラム６
４Ｇ、および青用ホログラム６４Ｂが、層状に形成され
る。すなわち、ホログラム６４Ｒ・６４Ｇ・６４Ｂがホ
ログラム５２となる。
【０１０９】さらに、導光体５４の入射面５５に対向す
るように、光源２６としての蛍光管（三波長管）を配置
し、入射面５５および光源２６を反射鏡２７で覆うこと
により、本実施形態のフロントライトシステム６０が完
成する。
【０１１０】以上の工程により、前方照明装置としての
フロントライトシステム６０を備えた反射型ＬＣＤが完
成する。この反射型ＬＣＤは、周囲光が不十分なとき
は、フロントライトシステム６０を点灯した照明モード
で使用し、十分な周囲光が得られるときは、フロントラ
イトシステム６０を消灯した反射モードで使用すること
ができる。これにより、周囲環境によらず常に安定した
表示が可能な反射型ＬＣＤを提供できる。
【０１１１】ここで、フロントライトシステム６０の照
明光強度を測定した結果について説明する。なお、照明
光強度の測定には、図９に示す測定系を用いた。測定の
結果を図１５に示す。図１５から明らかなように、フロ
ントライトシステム６０は、第２の導光体としてのホロ
グラム５２を備えたことにより、導光体５４からの出射
光（ホログラム５２への入射角が約７０°）を、ほぼ垂
直入射に近い光として液晶セル１０へ照射することが可
能である。また、図１０と図１５とを比較することから
明らかなように、ホログラム５２が、前記実施の形態１
で用いた異方性散乱板５１よりも、出力光を特定の出力
範囲に精度よく制御できるという利点を持つことが分か
る。
【０１１２】なお、上記では、感光性ポリマーを用いて
ホログラムを作成したが、同様の効果が得られるのであ
れば、これに限定されない。また、書き込み時の物体光
の入射方向も、上述の方向に限定されるものではない。
また、上記では、導光体５４によって光源光がホログラ
ム５２へ導かれる方向と、参照光の入射方向とを一致さ
せるために、参照光６５ａを導光体５４の入射面５５か
ら入射させたが、この他に、同等の効果が得られるので
あれば、例えば、事前に像の書き込みが終了したホログ
ラム板を導光体５４に接着する方法等を採用しても良
い。
【０１１３】さらに、上記では、第１の導光体としての
導光体５４からの光を回折して液晶セル１０へ垂直入射
に近い方向で入射させるためにホログラムを用いた構成
を説明したが、ホログラム以外に、回折格子等を用いる
ことも可能である。
【０１１４】〔実施の形態３〕本発明の実施に係る他の
形態について、図１６ないし図１９に基づいて説明すれ
ば、以下のとおりである。なお、前記した各実施の形態
で説明した構成と同様の機能を有する構成には、同一の
符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１５】本実施形態に係る反射型ＬＣＤは、図１６
に示すように、実施の形態１のフロントライトシステム
５０の代わりに、光源２６と入射面５５との間に、光源
２６からの光の広がりを制限するために、拡散板８２お
よびプリズムシート８１をさらに含んだ構成のフロント
ライトシステム７０を備えたことを特徴とする。
【０１１６】光源２６として一般的に用いられる蛍光管
からの出力光は、特に指向性を持つわけでもなくランダ
ムに発生する。このため、導光体５４の界面５３から観
察者側への漏れ光も存在し、表示品位の低下を招くおそ
れがある。
【０１１７】導光体５４をＰＭＭＡで形成した場合、Ｐ
ＭＭＡの屈折率が約１．５であることから、界面５３の
臨界角θc は約４２°である。従って、界面５３への入
射角が４２°以下となると、上記の漏れ光が発生する。
この漏れ光を防止するためには、漏れ光成分となる光が
導光体５４へ入射しないようにすれば良い。
【０１１８】ここで、図１７に示すように、界面５８に
対する界面５３の傾斜角をα、入射面５５から入射する
光の広がり角を±βとすると、この光の界面５３への入
射角θは、 θ＝９０°−α−β で表される。
【０１１９】従って、入射面５５から界面５３へ入射し
た光が界面５３を透過しないための条件は、 θc ＜θ＝９０°−α−β すなわち、 β＜９０°−（θc ＋α）・・・（式２） で表される。
【０１２０】なお、この実施形態では、前述のように、
界面５８に対する界面５３の傾斜角αが４．８°であ
り、臨界角θc が４２°であることから、上記の式２に
基づいて、β＜４３．２°が導かれる。
【０１２１】光源２６からの出力光は、拡散板８２で一
旦拡散されてプリズムシート８１へ入射する。本実施形
態では、プリズムシート８１のプリズムの頂角は１００
°とする。プリズムシート８１は、拡散光を特定の角度
範囲に集光する機能を有し、プリズムの頂角が１００°
の場合、図１８に示すように、約±４０°の角度範囲内
に拡散光を集光させる。約±４０°の角度範囲に集光さ
れた光は、導光体５４へ入射するときに、入射面５５で
の屈折によってさらに集光されることにより、約±２
５．４°の範囲の広がり光となる。すなわち、入射面５
５から入射する光の広がり角は、上記のβ＜４３．２°
の範囲に十分に収まり、界面５３から観察者方向への漏
れ光が生じないことが分かる。
【０１２２】以上のように、本実施形態に係る反射型Ｌ
ＣＤは、光源光の広がりを抑制するために、光源２６と
導光体５４の入射面５５との間に拡散板８２およびプリ
ズムシート８１を設置したことにより、界面５３からの
漏れ光がなくなり、表示品位がさらに向上される。
【０１２３】なお、本実施形態では、光源光の広がりを
制限する光制御手段としてプリズムシート８１を用いた
が、同様の効果が得られるのであればこれに限定され
ず、例えばコリメータ等を用いても良い。また、図１９
（ａ）に示すように、光源２６の周囲を楕円体ミラー９
８で覆い、この楕円体ミラー９８の焦点に光源２６を設
置した構成によっても同様の効果が得られる。さらに、
SID DIGEST P.375(1995)に記載されているように、図１
９（ｂ）に示すライトパイプ９９を用いて、光源２６か
らの照射光の広がりを制御しても良い。
【０１２４】上記した各実施の形態は本発明を限定する
ものではなく、発明の範囲で種々の変更が可能である。
例えば、フロントライトの導光体の材料として、具体的
にＰＭＭＡを例示したが、均一に減衰無く導光でき、屈
折率が適当な値であれば、例えばガラス、ポリカーボネ
イト、ポリ塩化ビニル、またはポリエステル等の材料を
用いても構わない。
【０１２５】さらに、液晶セルとしては、単純マトリク
ス型ＬＣＤ、アクティブマトリクス型ＬＣＤ等の種々の
ＬＣＤを用いることができる。また、上記では、偏光子
と検光子とを兼ねた偏光板を一枚使用したＥＣＢモード
（単偏光板モード）の液晶セルを使用したが、その他
に、偏光板を使用しないＰＤＬＣやＰＣ−ＧＨ等を適用
しても良い。
【０１２６】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の前方照明
装置は、導光体が、光源からの光を入射する入射面を備
えた第１の導光体と、被照明物へ光を出射する出射面を
備えた第２の導光体とを含み、上記第１の導光体が、入
射面から入射した光を第２の導光体へ導き、上記第２の
導光体が、第１の導光体から導かれた光を透過させつ
つ、上記第１の出射面からの出射光に比べ、第１の出射
面の法線方向に近い方向に光を出射する第２の導光体を
さらに備えた構成である。
【０１２７】これにより、被照明物へ照射した光の反射
光が前方照明装置に戻り易くなるので、前方照明装置に
対して被照明物の反対側に位置する観察者に到達する反
射光の量が多くなる。この結果、光源光の利用効率が向
上し、明るい前方照明装置を提供できるという効果を奏
する。また、反射モード（前方照明装置を使用しない場
合）において観察者が表示確認を行う視角範囲と、前方
照明装置を用いた場合の観察者の視角範囲とが、おおむ
ね一致するという利点もある。
【０１２８】請求項２記載の前方照明装置は、第２の導
光体が、光を散乱させる光散乱体である構成である。
【０１２９】これにより、前方照明装置からの光の出射
方向を、出射面の法線方向に近づけることができると共
に、散乱光によって被照明物をむらなく照明することが
できる。この結果、光源光を無駄なく照明に利用するこ
とができ、より明るく、むらのない鮮明な被照明物像を
実現する前方照明装置を提供できるという効果を奏す
る。
【０１３０】請求項３記載の前方照明装置は、光散乱体
が前方散乱体である構成である。
【０１３１】これにより、第１の導光体から入射した光
の後方散乱がなくなるので、光の利用効率がさらに向上
すると共に、後方散乱光によって被照明物の像が劣化す
ることが防止される。この結果、明るく、且つ、被照明
物の鮮明な像を実現する前方照明装置を提供できるとい
う効果を奏する。
【０１３２】請求項４記載の前方照明装置は、光散乱体
が、所定の角度範囲から入射した光のみを散乱する異方
性散乱体であり、第１の導光体からの出射光が第２の導
光体へ入射する角度範囲の少なくとも一部が、上記所定
の角度範囲に含まれる構成である。
【０１３３】これにより、不要な散乱光によって被照明
物の像が劣化することが防止されると共に、第１の導光
体からの出射光を無駄なく利用することができ、光の利
用効率がさらに向上する。この結果、明るく、且つ、被
照明物の鮮明な像を実現する前方照明装置を提供できる
という効果を奏する。
【０１３４】請求項５記載の前方照明装置は、第２の導
光体が、光を回折させる回折素子である構成である。
【０１３５】これにより、前方照明装置からの光の出射
方向を、出射面の法線方向に近づけることができる。こ
の結果、光源光を無駄なく照明に利用することができ、
より明るく、むらのない鮮明な被照明物像を実現する前
方照明装置を提供できるという効果を奏する。
【０１３６】請求項６記載の前方照明装置は、回折素子
が、所定の角度範囲から入射した光のみを回折し、導光
体からの出射光が回折素子へ入射する角度範囲の少なく
とも一部が、上記所定の角度範囲に含まれる構成であ
る。
【０１３７】これにより、不要な回折光によって被照明
物の像が劣化することが防止されると共に、第１の導光
体からの出射光を無駄なく利用することができ、光の利
用効率がさらに向上する。この結果、明るく、且つ、被
照明物の鮮明な像を実現する前方照明装置を提供できる
という効果を奏する。
【０１３８】請求項７記載の前方照明装置は、上記回折
素子がホログラムであることを特徴とする。
【０１３９】ホログラムは、異方性散乱板等と比較し
て、出力光を特定の角度範囲に精度よく制御することが
容易であるので、第１の導光体からの光の出射方向を、
所望の角度範囲に精度良く制御することができる。この
結果、指向性の優れた前方照明装置を提供できるという
効果を奏する。
【０１４０】請求項８記載の前方照明装置は、光源と入
射面との間に、光源からの光の広がりを制限する光制御
手段をさらに備えた構成である。
【０１４１】これにより、導光体外部への漏れ光が少な
くなり、光の利用効率がさらに向上すると共に、被照明
物の像のにじみやボケが防止される。この結果、明るく
且つ鮮明な被照明物像を実現する前方照明装置を提供で
きるという効果を奏する。
【０１４２】請求項９記載の前方照明装置は、第１の導
光体と第２の導光体との間に、これらの導光体の間に存
在する光学的界面での屈折率差を緩和する充填剤が満た
されている構成である。
【０１４３】これにより、第１の導光体と第２の導光体
との間に存在する光学的界面での反射による光の減衰が
抑制される。この結果、光源光の利用効率がさらに向上
し、より明るい前方照明装置が実現できるという効果を
奏する。
【０１４４】請求項１０記載の前方照明装置は、光源か
らの光を、第１の導光体の入射面のみへ集光する集光手
段をさらに備えた構成である。
【０１４５】これにより、光源光の損失をさらに少なく
できるので、光源光の利用効率がさらに向上すると共
に、意図しない方向から第２の導光体等へ入射する光を
少なくすることができる。この結果、迷光の発生が防止
され、明るく且つ鮮明な被照明物像を実現する前方照明
装置を提供できるという効果を奏する。
【０１４６】請求項１１記載の前方照明装置は、導光体
が、光源から光を入射する入射面と、被照明物へ向けて
光を出射する第１の出射面と、上記第１の出射面に対向
する第２の出射面とを含む多面体であり、上記第１およ
び第２の出射面が、入射面から遠ざかるほど間隔が狭く
なるように配置されている構成である。
【０１４７】これにより、第１の出射面に平行に入射し
た成分をも照射光として利用することが可能となるの
で、第１および第２の出射面が互いに平行に配置された
構成と比較して、光源光の利用効率が向上する。この結
果、明るい前方照明装置を提供できるという効果を奏す
る。
【０１４８】請求項１２記載の前方照明装置は、第１の
出射面に対する第２の出射面の傾斜角をα、第２の出射
面の臨界角をθc とすると、下記の不等式が満たされる
構成である。
【０１４９】α≦９０°−θｃ これにより、第２の出射面から観察者側へ漏れる光をな
くすことができる。この結果、明るく、且つ鮮明な被照
明物像を実現する前方照明装置を提供できるという効果
を奏する。
【０１５０】請求項１３記載の前方照明装置は、第１の
出射面に対する第２の出射面の傾斜角が４０°以下に形
成された構成である。
【０１５１】これにより、第２の出射面から観察者側へ
漏れる光をなくすことができる。この結果、明るく、且
つ鮮明な被照明物像を実現する前方照明装置を提供でき
るという効果を奏する。
【０１５２】請求項１４記載の前方照明装置は、光源と
入射面との間に、光源からの光の広がりを制限する光制
御手段をさらに備えた構成である。
【０１５３】これにより、第２の出射面からの漏れ光が
少なくなるので、光の利用効率がさらに向上すると共
に、被照明物の像のにじみやボケが防止される。この結
果、明るく且つ鮮明な被照明物像を実現する前方照明装
置を提供できるという効果を奏する。
【０１５４】請求項１５記載の前方照明装置は、光源か
らの光を、導光体の入射面のみへ集光する集光手段をさ
らに備えた構成である。
【０１５５】これにより、光源光の損失をさらに少なく
できるので、光源光の利用効率がさらに向上し、より明
るい前方照明装置が実現できるという効果を奏する。
【０１５６】請求項１６記載の前方照明装置は、上記導
光体を第１の導光体とすると、上記第１の導光体の第１
の出射面の外側に、上記第１の出射面からの出射光を透
過させつつ、上記第１の出射面からの出射光に比べ、第
１の出射面の法線方向に近い方向に光を出射する第２の
導光体をさらに備えた構成である。
【０１５７】これにより、被照明物へ照射した光の反射
光が前方照明装置に戻り易くなるので、前方照明装置に
対して被照明物の反対側に位置する観察者に到達する反
射光の量が多くなる。この結果、光源光の利用効率が向
上し、明るい前方照明装置を提供できるという効果を奏
する。また、反射モード（前方照明装置を使用しない場
合）において観察者が表示確認を行う視角範囲と、前方
照明装置を用いた場合の観察者の視角範囲とが、おおむ
ね一致するという利点もある。
【０１５８】請求項１７記載の反射型液晶表示装置は、
反射板を有する反射型液晶素子を備えると共に、上記反
射型液晶素子の前面に請求項１記載の前方照明装置が配
置された構成である。
【０１５９】これにより、十分な周囲光量がある場合に
は前方照明装置を消灯した状態で使用する一方、十分な
周囲光量が得られないときには前方照明装置を点灯して
使用することができる。この結果、周囲環境に関わら
ず、常に明るくむらのない高品位な表示を実現し得る反
射型液晶表示装置を提供できるという効果を奏する。
【０１６０】請求項１８記載の反射型液晶表示装置は、
反射板を有する反射型液晶素子を備えると共に、上記反
射型液晶素子の前面に請求項１１記載の前方照明装置が
配置された構成である。
【０１６１】これにより、十分な周囲光量がある場合に
は前方照明装置を消灯した状態で使用する一方、十分な
周囲光量が得られないときには前方照明装置を点灯して
使用することができる。この結果、周囲環境に関わら
ず、常に明るく高品位な表示を実現し得る反射型液晶表
示装置を提供できるという効果を奏する。
【０１６２】請求項１９記載の反射型液晶表示装置は、
第１の出射面に対する第２の出射面の傾斜角が１０°以
下に形成された構成である。
【０１６３】これにより、前方照明装置を消灯した状態
で用いる場合に、周囲光を有効に利用できると共に、被
照明物からの反射光の出射方向を反射型液晶表示装置の
正面方向に近づけることができる。この結果、明るく高
品位な表示を実現し得る反射型液晶表示装置を提供でき
るという効果を奏する。
【０１６４】請求項２０記載の反射型液晶表示装置は、
反射板を有する反射型液晶素子を備えると共に、上記反
射型液晶素子の前面に請求項１６記載の前方照明装置が
配置された構成である。
【０１６５】これにより、十分な周囲光量がある場合に
は前方照明装置を消灯した状態で使用する一方、十分な
周囲光量が得られないときには前方照明装置を点灯して
使用することができる。この結果、周囲環境に関わら
ず、常に明るくむらのない高品位な表示を実現し得る反
射型液晶表示装置を提供できるという効果を奏する。
【０１６６】請求項２１記載の反射型液晶表示装置は、
反射型液晶素子と前方照明装置との間に、上記反射型液
晶素子と前方照明装置との間に存在する光学的界面での
屈折率差を緩和する充填剤が満たされた構成である。
【０１６７】これにより、反射型液晶素子と前方照明装
置との間に空気層が存在する場合と比較して、反射型液
晶素子と前方照明装置との間に存在する光学的界面での
反射による光の減衰が抑制される。この結果、光源光の
利用効率がさらに向上し、より明るい表示が可能な反射
型液晶表示装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る反射型ＬＣＤの構
成を示す断面図である。
【図２】図１に示す反射型ＬＣＤが備えるフロントライ
トシステムの導光体における光の挙動を示す説明図であ
る。
【図３】周囲光が液晶セル単体へ入射した場合の光の挙
動を示す説明図である。
【図４】図１に示す反射型ＬＣＤを反射モードで使用す
る場合の、この反射型ＬＣＤへ入射した周囲光の挙動を
示す説明図である。
【図５】図１に示す反射型ＬＣＤが備えるフロントライ
トシステムとの比較のために，導光体へ入射した周囲光
が迷光となる場合を示す説明図である。
【図６】図１に示す反射型ＬＣＤを反射モードで使用し
た場合の、傾斜角αに応じて周囲光の入射角（反射板の
法線に対してなす角度）θ３ と出射角θ11（反射板の
法線に対してなす角度）とが変化する様子を示すグラフ
である。
【図７】図１に示す反射型ＬＣＤにおける光の挙動を示
す説明図である。
【図８】図１に示す反射型ＬＣＤにおける、第１の導光
体から第２の導光体への光の入射範囲を示す説明図であ
る。
【図９】図１に示す反射型ＬＣＤが備えるフロントライ
トの照明光強度を測定するために用いた測定系を示す説
明図である。
【図１０】図１に示す反射型ＬＣＤが備えるフロントラ
イトシステムの照明光強度を示すグラフである。
【図１１】同図（ａ）は、発光型ディスプレイからの出
射光と周囲光との関係を示す模式図であり、同図（ｂ）
は、上記反射型ＬＣＤからの出射光と周囲光との関係を
示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の他の形態に係る反射型ＬＣＤ
の構成を示す断面図である。
【図１３】一般的なホログラムの作成方法を示す説明図
である。
【図１４】同図（ａ）ないし（ｄ）は、図１２に示す反
射型ＬＣＤが備えるフロントライトシステムの製造工程
の主要部を示す説明図である。
【図１５】図１２に示す反射型ＬＣＤが備えるフロント
ライトシステムの照明光強度を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施に係るさらに他の形態としての
反射型ＬＣＤの構成を示す断面図である。
【図１７】図１６に示す反射型ＬＣＤにおいて、導光体
へ入射した後の光の挙動を示す説明図である。
【図１８】図１６に示す反射型ＬＣＤが備えるプリズム
シートの集光特性を示すグラフである。
【図１９】同図（ａ）および（ｂ）は、入射光の広がり
を制限するために、図１６に示した拡散板およびプリズ
ムシートの代わりに適用できる他の構成例を示す説明図
である。
【図２０】従来の補助照明付き反射型ＬＣＤの概略構成
と共に、この反射型ＬＣＤにおける光の挙動を示す説明
図である。
【図２１】上記従来の反射型ＬＣＤにおける光の挙動を
示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 液晶セル（反射型液晶素子） １２ 液晶層 １７ 反射板 １８ 偏光板 １９ 充填剤 ２７ 反射鏡（集光手段） ５０ フロントライトシステム（前方照明装置） ５３ 界面（第２の出射面） ５８ 界面（第１の出射面） ５４ 導光体（第１の導光体） ５１ 異方性散乱板（第２の導光体・光散乱体・前方散
乱体・異方性散乱体） ５２ ホログラム（第２の導光体・回折素子） ８１ プリズムシート（光制御手段） ８２ 拡散板（光制御手段）

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光源および上記光源の光を被照明物へ導く
    導光体を備え、被照明物の前方に配置されて使用される
    前方照明装置において、 上記導光体が、光源からの光を入射する入射面を備えた
    第１の導光体と、被照明物へ光を出射する出射面を備え
    た第２の導光体とを含み、 上記第１の導光体が、入射面から入射した光を第２の導
    光体へ導き、 上記第２の導光体が、第１の導光体から導かれた光を透
    過させつつ、上記第１の出射面からの出射光に比べ、第
    １の出射面の法線方向に近い方向に光を出射することを
    特徴とする前方照明装置。
  2. 【請求項２】上記第２の導光体が、光を散乱させる光散
    乱体であることを特徴とする請求項１記載の前方照明装
    置。
  3. 【請求項３】上記光散乱体が、前方散乱体であることを
    特徴とする請求項２記載の前方照明装置。
  4. 【請求項４】上記光散乱体が、所定の角度範囲から入射
    した光のみを散乱する異方性散乱体であり、第１の導光
    体からの出射光が第２の導光体へ入射する角度範囲の少
    なくとも一部が、上記所定の角度範囲に含まれることを
    特徴とする請求項２記載の前方照明装置。
  5. 【請求項５】上記第２の導光体が、光を回折させる回折
    素子であることを特徴とする請求項１記載の前方照明装
    置。
  6. 【請求項６】上記回折素子が、所定の角度範囲から入射
    した光のみを回折し、導光体からの出射光が回折素子へ
    入射する角度範囲の少なくとも一部が、上記所定の角度
    範囲に含まれることを特徴とする請求項５記載の前方照
    明装置。
  7. 【請求項７】上記回折素子がホログラムであることを特
    徴とする請求項５記載の前方照明装置。
  8. 【請求項８】光源と入射面との間に、光源からの光の広
    がりを制限する光制御手段をさらに備えたことを特徴と
    する請求項１記載の前方照明装置。
  9. 【請求項９】第１の導光体と第２の導光体との間に、こ
    れらの導光体の間に存在する光学的界面での屈折率差を
    緩和する充填剤が満たされていることを特徴とする請求
    項１記載の前方照明装置。
  10. 【請求項１０】光源からの光を、第１の導光体の入射面
    のみへ集光する集光手段をさらに備えたことを特徴とす
    る請求項１記載の前方照明装置。
  11. 【請求項１１】光源および導光体を備え、被照明物の前
    方に配置されて使用される前方照明装置において、 上記導光体が、光源から光を入射する入射面と、被照明
    物へ向けて光を出射する第１の出射面と、上記第１の出
    射面に対向する第２の出射面とを含む多面体であり、 上記第１および第２の出射面が、入射面から遠ざかるほ
    ど間隔が狭くなるように配置されていることを特徴とす
    る前方照明装置。
  12. 【請求項１２】上記第１の出射面に対する第２の出射面
    の傾斜角をα、第２の出射面の臨界角をθc とすると、
    下記の不等式が満たされることを特徴とする請求項１１
    記載の前方照明装置。 α≦９０°−θc
  13. 【請求項１３】上記第１の出射面に対する第２の出射面
    の傾斜角が４０°以下に形成されていることを特徴とす
    る請求項１１記載の前方照明装置。
  14. 【請求項１４】光源と入射面との間に、光源からの光の
    広がりを制限する光制御手段をさらに備えたことを特徴
    とする請求項１１記載の前方照明装置。
  15. 【請求項１５】光源からの光を、導光体の入射面のみへ
    集光する集光手段をさらに備えたことを特徴とする請求
    項１１記載の前方照明装置。
  16. 【請求項１６】上記導光体を第１の導光体とすると、上
    記第１の導光体の第１の出射面の外側に、上記第１の出
    射面からの出射光を透過させつつ、上記第１の出射面か
    らの出射光に比べ、第１の出射面の法線方向に近い方向
    に光を出射する第２の導光体をさらに備えたことを特徴
    とする請求項１１記載の前方照明装置。
  17. 【請求項１７】反射板を有する反射型液晶素子を備える
    と共に、 上記反射型液晶素子の前面に、請求項１記載の前方照明
    装置が配置されたことを特徴とする反射型液晶表示装
    置。
  18. 【請求項１８】反射板を有する反射型液晶素子を備える
    と共に、 上記反射型液晶素子の前面に、請求項１１記載の前方照
    明装置が配置されたことを特徴とする反射型液晶表示装
    置。
  19. 【請求項１９】上記前方照明装置が備える導光体にて、
    第１の出射面に対する第２の出射面の傾斜角が１０°以
    下に形成されていることを特徴とする請求項１８記載の
    反射型液晶表示装置。
  20. 【請求項２０】反射板を有する反射型液晶素子を備える
    と共に、 上記反射型液晶素子の前面に、請求項１６記載の前方照
    明装置が配置されたことを特徴とする反射型液晶表示装
    置。
  21. 【請求項２１】反射型液晶素子と前方照明装置との間
    に、上記反射型液晶素子と前方照明装置との間に存在す
    る光学的界面での屈折率差を緩和する充填剤が満たされ
    ていることを特徴とする請求項１７ないし２０のいずれ
    か一つに記載の反射型液晶表示装置。
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