JP2018160426A - 照明装置、表示装置、及び光導光装置 - Google Patents

照明装置、表示装置、及び光導光装置 Download PDF

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滋年 中村
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Abstract

【課題】導光板をホログラムの再生参照光の照射に使用する場合に、ホログラフィック光学素子を用いずに、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムを、配向角が揃った光で照明することができる照明装置、表示装置、及び光導光装置を提供する。
【解決手段】光源と、第１面と第１面に対向して設けられた第２面とを備え、第１面及び第２面の一方の面に複数の光出射部が設けられ、第１面及び第２面の一方に入射した光を第１面と第２面との間で反射させながら導光すると共に、複数の光出射部のいずれかに入射した光の進行方向を変化させて外部に出射させる導光板と、導光板の第１面及び第２面の少なくとも一方の面に隣接して設けられ、導光板よりも屈折率が低く、臨界角を空気が存在する場合の臨界角よりも大きくする隣接層と、を含む照明装置とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、照明装置、表示装置、及び光導光装置に関する。
特許文献１には、光源と、前記光源からの光を伝搬する導光板と、前記導光板を伝搬する光の少なくとも一部を受けて、立体像を記録した像再生用ホログラムに対して所定の角度の再生照明光を照射する照明用ホログラフィック光学素子と、前記導光板、前記照明用ホログラフィック光学素子及び前記像再生用ホログラムを保持する保持手段と、を備えるホログラム用照明装置が開示されている。
特開２０１５−２３０４１０号公報
導光板はバックライト等の面照明に使用される。導光板から出射される光は拡散光なので、ホログラムの再生参照光には適せず、配向角が揃った照明光とする必要がある。
本発明の目的は、導光板をホログラムの再生参照光の照射に使用する場合に、ホログラフィック光学素子を用いずに、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムを、配向角が揃った光で照明することができる照明装置、表示装置、及び光導光装置を提供することにある。
本発明の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光源と、第１面と前記第１面に対向して設けられた第２面とを備え、前記第１面及び前記第２面の一方の面に複数の光出射部が設けられ、前記第１面及び前記第２面の一方に入射した光を前記第１面と前記第２面との間で反射させながら導光すると共に、前記複数の光出射部のいずれかに入射した光の進行方向を変化させて外部に出射させる導光板と、前記導光板の前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方の面に隣接して設けられ、前記導光板よりも屈折率が低く、臨界角を空気が存在する場合の臨界角よりも大きくする隣接層と、を含む照明装置である。
請求項２に記載の発明は、前記隣接層は、前記第１面及び前記第２面の一方に入射する光の入射角度の範囲を狭くする、請求項１に記載の照明装置である。
請求項３に記載の発明は、前記導光板と前記隣接層との屈折率差が０．００１以上０．１以下である、請求項１または請求項２に記載の照明装置である。
請求項４に記載の発明は、前記複数の光出射部の各々が、入射した光を屈折させて前記一方の面から外部に出射させる、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の照明装置である。
請求項５に記載の発明は、前記複数の光出射部の各々が、入射した光を反射させて前記一方の面とは異なる他方の面から外部に出射させる、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の照明装置である。
請求項６に記載の発明は、前記複数の光出射部の各々は、入射した光を予め定めた角度で出射させる、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の照明装置である。
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の照明装置と、前記照明装置から出射する光により照明されるホログラム記録媒体と、を備えた表示装置である。
請求項８に記載の発明は、第１面と前記第１面に対向して設けられた第２面とを備え、前記第１面及び前記第２面の一方の面に複数の光出射部が設けられ、前記第１面及び前記第２面の一方に入射した光を前記第１面と前記第２面との間で反射させながら導光すると共に、前記複数の光出射部のいずれかに入射した光の進行方向を変化させて外部に出射させる導光板と、前記導光板の前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方の面に隣接して設けられ、前記導光板よりも屈折率が低く、臨界角を空気が存在する場合の臨界角よりも大きくする隣接層と、を含む光導光装置である。
請求項１、請求項７、請求項８に記載の発明によれば、導光板をホログラムの再生参照光の照射に使用する場合に、ホログラフィック光学素子を用いずに、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムを、配向角が揃った光で照明することができる。
請求項２、請求項３、請求項６に記載の発明によれば、導光板から配向角が揃った光を出射することができる。
請求項４に記載の発明によれば、光出射部が設けられた一方の面から光を出射させることができる。
請求項５に記載の発明によれば、光出射部が設けられた一方の面とは異なる他方の面から光を出射させることができる。
本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の動作の一例を示す断面図である。 コアクラッド構造を説明するための模式図である。 （Ａ）から（Ｃ）はクラッド層による作用を説明するための模式図である。 導光板を伝搬する光の波数ベクトルを示す模式図である。 第１の実施の形態の変形例１に係る表示装置の構成の一例を示す断面図である。 第１の実施の形態の変形例２に係る表示装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る表示装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る表示装置の動作の一例を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る表示装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る表示装置の動作の一例を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る表示装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る表示装置の動作の一例を示す断面図である。 応用例に係る照明装置の構成の一例を示す断面図である。 応用例に係る携帯型の表示装置の構成の一例を示す断面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
＜第１の実施の形態＞
（表示装置の構成）
まず、表示装置の構成について説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態に係る表示装置は、ホログラム記録媒体４０Ｒを導光板２０から出射した光で照明し、ホログラム記録媒体４０Ｒに記録された「立体像」を表示する表示装置である。
表示装置は、光源１２、クラッド層３０を備えた導光板２０、及びホログラム記録媒体４０Ｒを備えている。光源１２は、導光板２０の端面２０Ｔに対向するように配置されている。ホログラム記録媒体４０Ｒは、導光板２０に隣接して配置されている。即ち、ホログラム記録媒体４０Ｒは、導光板２０の光出射側に密着させて配置されている。
本実施の形態では、クラッド層３０を備えた導光板２０が「光導光装置」の一例である。光源１２と導光板２０との組合せが「照明装置」の一例である。導光板２０をコア層とするクラッド層３０が「隣接層」の一例である。
導光板２０は、透明な樹脂やガラスを材料とする平板等の多面体である。図示した例では、導光板２０は直方体である。ここで「透明」とは、導光する光を透過又は反射するという意味である。導光板２０は、端面２０Ｔから入射した光を面内方向に導光し、導光する光を出射面から外部に出射させる。ここで「面内方向」とは、導光板２０により導光される面内での方向であり、出射面に沿った面内での方向である。
ホログラム記録媒体４０Ｒは、透明な樹脂やガラスを材料とするシート状の記録媒体である。ここで「透明」とは、照明される光を透過又は反射させるという意味である。ホログラム記録媒体４０Ｒには、立体像の反射型ホログラムが記録されている。ここで「反射型ホログラム」とは、記録媒体に対して物体光と参照光を対面側から照射して記録されたホログラムをいう。反射型ホログラムに照明光を照射したときに、照明光の照射面側に立体像が表示される。
立体像（３次元物体像）の画像情報を有する物体光を用いることで、立体像が反射型ホログラムとして記録される。立体像の画像情報としては、立体像が視点の移動方向に連続した視差を持って表示される視差画像の画像情報が挙げられる。
ホログラム記録媒体４０Ｒとしては、膜厚が厚い記録媒体が好ましい。膜厚が厚い記録媒体には、膜厚方向に回折のための干渉縞が複数記録される。膜厚が厚い記録媒体に記録されたホログラムは、角度選択性が高く、限定された角度で入射される光でのみ再生される。このため、照明光の拡がり角が大きくても、再生される立体像の品質が損なわれない。
反射型ホログラムに照射する照明光を、反射型ホログラムを記録する際に用いた参照光と同じ角度の「平行光」とすると、立体像の視認性が向上する。参照光と異なる角度で入射した照明光は、反射型ホログラムで回折されずに透過又は反射し、再生光以外の不要光となる。不要光は立体像の視認性を低下させる。反射型ホログラムで回折されずに透過した不要光が散乱、反射されないように、ホログラム記録媒体４０Ｒの背面（観察者１００とは反対側）に光吸収体を配置してもよい。外光も光吸収体により吸収される。
（光源）
光源１２としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）、キセノンランプ、半導体レーザ、有機ＥＬ素子、冷陰極管、蛍光灯等である。光源１２から出射される光は、「反射型ホログラム」の記録に用いた参照光及び物体光と同じ波長の光を含む。
（導光板とクラッド層）
導光板２０は、第１面２０Ａ、及び第１面２０Ａに対向する第２面２０Ｂを備えている。導光板２０は、空気よりも屈折率が高い、透明な樹脂やガラスを材料とする。ここで「透明」とは、導光する光を透過又は反射させるという意味である。クラッド層３０は、導光板２０の第２面２０Ｂに隣接して設けられている。導光板２０とクラッド層３０との界面が、第２面２０Ｂである。
クラッド層３０は、導光板２０よりも屈折率が低く、空気よりも屈折率が高い、透明な樹脂やガラスを材料とする。ここで「透明」とは、入射する光を透過又は反射させるという意味である。導光板２０は、入射した光を、第１面２０Ａとクラッド層３０との間で反射させながら面内方向に導光する。
また、導光板２０は、複数の光出射部６２を備えている。導光板２０が面照明装置となるように、複数の光出射部６２は、第２面２０Ｂの、第１面２０Ａの出射領域に対向する領域全体に亘って配置されている。複数の光出射部６２の各々は、入射した光の進行方向を変化させるマイクロプリズム等の反射光学素子である。複数の光出射部６２の各々を微細構造とした方が、立体像の視認性を低下させない。
複数の光出射部６２の各々は、入射した光を予め定めた方向に反射して第１面２０Ａから外部に出射させる。第１の実施の形態では、第１面２０Ａが出射面である。ここで「予め定めた方向」とは、反射光学素子により反射された光が、その方向から第１面２０Ａに入射すると、反射されずに出射する方向である。反射光学素子には、出射面に設けられた凹部又は凸部も含まれる。凹部及び凸部の形状は、円錐、角錐、円柱、角柱、半球状等としてもよい。
なお、第２面２０Ｂの光出射部６２が設けられていない部分は、入射した光を第１面２０Ａ側に反射する。即ち、第２面２０Ｂにより反射された光は、第１面２０Ａにより反射されて、導光板２０内を導光する。
導光板２０内では、導波モード条件に従って、全反射を繰り返しながら、光が進行する。複数の光出射部６２に入射した光は、進行方向が変化して導波モード条件から外れ、リーキーモード条件で外部に取り出される。後述する通り、導波モードが少ない方が、出射光の配向性が揃う。
複数の光出射部６２は、第２面２０Ｂ内において、行列状に配列してもよいし、ランダムに配置してもよい。出射領域内での出射光量が揃った均一な面照明装置とするには、複数の光出射部６２の形状を揃えるとよい。また、導光板２０を導光する光は、導光する距離が長くなるほど減衰する。したがって、均一な面照明装置とするには、光源１２からの距離が遠くなるほど、単位面積当たりの光出射部６２の個数を増やすとよい。
（表示装置の動作）
次に、表示装置の動作について説明する。
図２は本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の動作の一例を示す断面図である。図２に示すように、光源１２から出射された光は、端面２０Ｔから導光板２０に入射する。導光板２０に入射した光は、第１面２０Ａとクラッド層３０との間で反射されながら面内方向に導光する。導光板２０を導光する光は、複数の光出射部６２の各々により反射されて、第１面２０Ａから出射される。第１面２０Ａから出射される出射光は、配向角が揃った平行光である。
ここで「配向角」とは、出射光の光軸と第２面２０Ｂの法線とがなす角度をいう。なお、本実施の形態では、第１面２０Ａと第２面２０Ｂとは互いに平行であり、第２面２０Ｂの法線は第１面２０Ａの法線でもある。後述する通り、クラッド層３０を設けることにより、臨界角θが大きくなり、第１面２０Ａ及び第２面２０Ｂに入射する光の入射角度の範囲が狭くなって、出射光の配向角が揃う。
導光板２０の第１面２０Ａから出射された平行光は、ホログラム記録媒体４０Ｒに「照明光」として照射される。照明光は、ホログラム記録媒体４０Ｒを表側（観察者１００と同じ側）から照明するフロントライトである。
ホログラム記録媒体４０Ｒに照明光が照射されると、照明光が反射型ホログラムにより回折されて、照明光が照射された面から「再生光」が出射される。即ち、再生光は、観察者１００側に出射される。これにより、ホログラム記録媒体４０Ｒに記録された立体像が、観察者１００に表示される。本実施の形態では、複雑な光学系を用いることなく照明光（平行光）が生成される。したがって、コンパクトな表示装置が提供される。
（クラッド層の作用）
次に、クラッド層の作用について説明する。
図３はコアクラッド構造を説明するための模式図である。図３に示すように、コアクラッド構造を有するスラブ型導波路の各層の物性値を定義する。コア層の膜厚をＴ、コア層の屈折率をｎｆ、上部クラッド層の屈折率をｎｃ、下部クラッド層の屈折率をｎｓとする。コア層と上部クラッド層との界面における臨界角θｃは下記式（１）で与えられる。コア層と下部クラッド層との界面における臨界角θｓは下記式（２）で与えられる。ここで「臨界角」とは、全反射が起こる最小の入射角である。入射角とは、入射する光の光軸と入射面の法線とがなす角度をいう。
図４（Ａ）から図４（Ｃ）はクラッド層の作用を説明するための模式図である。導光板２０の第２面２０Ｂにクラッド層３０を設けた場合には、クラッド層３０を設けない場合に比べて、出射光の配向角が揃う。出射光の配向角が揃う原理について説明する。
図４（Ａ）に示すように、クラッド層３０を設けない場合、即ち、導光板２０の両側が空気層（屈折率ｎｃ＝１）の場合は、臨界角θｃは、導光板２０（コア層）の屈折率ｎｆで定まる。
例えば、導光板２０の材料を「ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）」と仮定する。ＰＭＭＡは、可視光における屈折率が１．４９から１．５０である。クラッド層３０を設けない場合は、臨界角θｃは４２°となる。導光板２０に入射した光は、界面で反射しながら導波する。ここでの界面は、導光板２０と空気層との界面（第１面２０Ａ/第２面２０Ｂ）である。界面に対する入射角度θは、４２°＜θ＜９０°の範囲である。
一方、図４（Ｂ）に示すように、導光板２０の第２面２０Ｂにクラッド層３０を設ける場合は、臨界角θｃは、導光板２０の屈折率ｎｆとクラッド層３０の屈折率ｎｃとで定まる。
例えば、導光板２０の材料をＰＭＭＡ、導光板２０とクラッド層３０との屈折率差を０．０１と仮定する。クラッド層３０を設ける場合は、臨界角θｃは８３°まで大きくなる。導光板２０に入射した光は、界面で反射しながら導波する。ここでの界面は、導光板２０と空気層との界面（第１面２０Ａ）及び導光板２０とクラッド層３０との界面（第２面２０Ｂ）である。界面に対する入射角度θは、８３°＜θ＜９０°の範囲である。
クラッド層３０を設ける場合は、クラッド層３０を設けない場合に比べて、界面に入射する光の入射角度θの範囲が狭くなる。例示した設定では、クラッド層３０を設ける場合の入射角度θの範囲は、クラッド層３０を設けない場合の入射角度θの範囲の約七分の一に限定される。
図４（Ｃ）に示す例では、光出射部６２はマイクロプリズムである。マイクロプリズムは、導光板２０の第２面２０Ｂに対し角度φだけ傾けられた斜面６２Ｓを有する。第２面２０Ｂの法線と斜面６２Ｓの法線とがなす角度がφである。全反射条件を満たす場合、角度θで伝搬してきた光は、斜面６２Ｓにより第２面２０Ｂの法線に対し角度（θ−２φ）で反射される。
角度（θ−２φ）で反射された光が、導光板２０の第１面２０Ａに入射したときに全反射条件を満たさなければ、第１面２０Ａで反射されずに第１面２０Ａから出射される。このときの出射角θｅは、下記式（３）で与えられる。
ここで、導光板２０の材料をＰＭＭＡと仮定する。クラッド層３０を設けない場合は、臨界角θｃは、４２．２°＜θ＜９０°の範囲となる。斜面６２Ｓの傾き角度φを２５°とすると、出射角θｅは、−１１．７°＜θｅ＜７３．３°の範囲となり、出射光の配向角がばらつく。
これに対して、導光板２０との屈折率差が０．０１のクラッド層３０を設ける場合は、臨界角θｃは、８３．４°＜θ＜９０°の範囲となる。斜面６２Ｓの傾き角度（θ−２φ）を２５°とすると、出射角θｅは、５５．１°＜θｅ＜７３．３°の範囲となる。出射角θｅの範囲が狭くなり、出射光の配向角が揃う。換言すれば、出射光の配向角分布が狭くなる。
（等価屈折率の増加）
上記では、界面に入射する光の入射角度の範囲が狭くなる点を、臨界角が大きくなるという観点から説明したが、以下では、下記式（４）に示す「等価屈折率Ｎ」が大きくなるという観点から説明する。
導光板２０を導光する伝搬光は、後述する式（６）で定義されるβを伝搬定数とする平面波と捉えることができる。したがって、等価屈折率Ｎは、導波路媒質中を平面波が進む場合の媒質の屈折率と等価である。上部クラッド層の屈折率ｎｃと下部クラッド層の屈折率ｎｓのうち大きいほうを「ｎ」 とした場合、等価屈折率Ｎは、ｎ＜Ｎ＜ｎｆの範囲で離散的な値を取ることになる。
例えば、導光板２０の材料をＰＭＭＡと仮定する。クラッド層３０を設けない場合は、等価屈折率Ｎの取り得る値は、１＜Ｎ＜１．４９の範囲である。上記式（４）を用いて、界面に入射する光の入射角度θの範囲を求めると、４２．２°＜θ＜９０°の範囲となる。
一方、導光板２０の屈折率差が０．０１のクラッド層３０を設ける場合には、等価屈折率Ｎの取り得る値は、１．４８＜Ｎ＜１．４９の範囲である。クラッド層３０を設けない場合に比べて、等価屈折率Ｎが大きくなる。上記式（４）を用いて、界面に入射する光の入射角度θの範囲を求めると、８３．４°＜θ＜９０°の範囲となる。等価屈折率Ｎが大きいほど、界面に入射する光の入射角度の範囲が狭くなる。
（導波モードの減少）
また、クラッド層３０を設けることにより、導光板２０を導光する光の導波モードも減少する。出射光の配向角が制限される理由は、導波モードが減少するという観点からも説明される。
導光板２０内には、所定範囲の入射角度θで界面に入射され、界面で反射されながら導光する「導波モード」が存在する。また、所定範囲以外の入射角度で界面に入射した光は、導波モードから逸脱するために、定在波の条件を満たさず打ち消されてしまう。これにより、導波モードが維持される。したがって、導波モードが減少すると、出射光の配向角が制限されるのである。
以下では、導光板２０を導光する伝搬光について説明する。図５は導光板を伝搬する光の波数ベクトルを示す模式図である。図５に示すように、伝搬光は波数ベクトルとして表すことができる。伝搬方向の波数はｋ０ｎｆであり、λを自由空間中の光波長とすると、ｋ０＝２π/λである。したがって、ｘ方向とｚ方向の伝搬定数の各成分は、下記式（５）及び下記式（６）で表される。
導波路中を伝搬する光は、固有の離散的な導波モードを取ることが知られている。導波モードの固有値方程式は、ＴＥモードの場合、下記式（７）で与えられる。ただし、ｍ＝０、１、２、・・・である。
また、ＴＭモードの場合の固有値方程式は、下記式（８）で与えられる。
ここで、ｋｘ、γｃ、γｓは、下記式（９）から（１１）で定義される。
例えば、導光板２０の材料を、厚さ１０μｍのＰＭＭＡと仮定する。波長５３２ｎｍの光を導光板２０に伝搬させるとき、クラッド層３０を設けない場合は、上記式（７）を用いて、ＴＥモードの取りえるモード数は、４０本存在できることが導かれる。また、この時の伝搬角は、４２．８１°＜θ＜８７．９８°の範囲となる。
一方、導光板２０の屈折率差が０．０１のクラッド層３０を設ける場合には、ＴＥモードの取りえるモード数は、５本である。８３.６５°＜θ＜８８．1４°の範囲となる。導波モード数が減少することにより、伝搬する光の角度は狭くなり、従って、ホログラムを照明する際の拡がり角が小さい再生光となる。
（コア層及びクラッド層の構造と製造方法）
次に、上記の導光板（コア層）、光出射部、及びクラッド層の構造と製造方法の一例について説明する。導光板２０、光出射部５２、６２、及びクラッド層３０、３２の構造につては、図１、図８等を参照する。
導光板２０は、例えば、透明な樹脂を基材として用いて、成膜や金型成型を行うことにより作製される。透明な樹脂としては、透明性の高い熱可塑性樹脂や硬化型の樹脂を挙げることができ、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などがある。これ等の中でも、可視光領域に波長の吸収領域がなく高透明性のポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などが好ましい。透明な樹脂には、種々の添加剤が添加される。
光出射部５２、６２、及びクラッド層３０、３２の各々は、例えば、印刷可能で透明な樹脂を材料として用いて、インクジェット印刷等により上記の導光板２０の表面に形成される。印刷可能で透明な樹脂は、透明な樹脂、紫外線（ＵＶ）硬化剤、及び添加剤等を混ぜた混合物である。透明な樹脂としては、導光板２０と同じ樹脂が挙げられる。添加剤としては、例えば、酸化チタンが挙げられる。導光板２０の表面に、印刷可能で透明な樹脂を滴下して、滴下後にＵＶを照射することにより導光板２０の表面に固着させる。
導光板２０の厚さは、０．０１ｍｍ以上で１ｍｍ以下の範囲が好ましい。導光板２０の厚さが薄い方が、臨界角が大きくなり、導波モードが少なくなる。したがって、導光板２０の厚さが薄い方が、出射光の配向角が揃う。しかしながら、厚さが０．０１ｍｍ未満では、光源１２から導光板２０に光を結合させる上で、特殊な結像構造が必要となる。厚さが１ｍｍを超えると、導波モードの多重度が増加し、出射光の配向角の制御が難しくなる。また、導光板２０の重量や体積が増加し、取り扱い性が悪くなる。
導光板２０の屈折率は、ホログラムの再生に用いられる可視光が伝搬可能な範囲であれば、特に制限はないが、一般的な樹脂材料、またはガラス材料の屈折率範囲として、１．３〜１．８程度が好ましい。導光板２０の端面２０Ｔは、第１面２０Ａ及び第２面２０Ｂに対して略垂直な平面としてもよい。また、導光板２０の端面２０Ｔは、第１面２０Ａ及び第２面２０Ｂと交差する平面としてもよい。
クラッド層３０、３２には、導光板２０との屈折率差が０．００１以上０．１以下の範囲の材料が用いられる。屈折率が０．１を超えると光の閉じ込め効果が強くなり、臨界角の増加、等価屈折率の低下、導波モード数の増加がおこる。屈折率が０．００１未満では導波モードを励起することが難しくなる。
導光板２０の光出射部５２、６２は、導光板２０の成型の際に、金型を用いて射出成型により形成する方法、シート状に成型された樹脂材料を加熱しながら、表面にナノインプリントや、機械的加工等を施す方法を用いて、導光板と一体成型することができる。また、表面に光射出部構造を形成した、他の材料を接着して形成することも可能である。光出射部５２、６２の厚さ(高さ)は、再生像の視認性を妨げない範囲とすればよい。光出射部５２、６２の厚さは、例えば、１μｍ以上で３００μｍ以下の範囲が好ましい。厚さは３００μｍ程度以上となると、光出射部の構造により視認性が低下する。
（変形例１）
次に、第１の実施の形態の変形例１について説明する。
図６は第１の実施の形態の変形例１に係る表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１に示す例では、導光板２０の第２面２０Ｂにクラッド層３０を設けたが、図６に示すように、導光板２０の第１面２０Ａにクラッド層３２を設けてもよい。導光板２０は、入射した光を、第２面２０Ｂとクラッド層３２との間で反射させながら面内方向に導光する。クラッド層３２を設けることにより、クラッド層を設けない場合に比べて、第１面２０Ａから配向角が揃った平行光が出射される。
（変形例２）
次に、第１の実施の形態の変形例２について説明する。
図７は第１の実施の形態の変形例２に係る表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１に示す例では、導光板２０の第２面２０Ｂにクラッド層３０を設けたが、図７に示すように、導光板２０の第１面２０Ａにクラッド層３０を設けると共に、第２面２０Ｂにクラッド層３２を設けてもよい。導光板２０は、入射した光を、クラッド層３０とクラッド層３２との間で反射させながら面内方向に導光する。クラッド層３０及びクラッド層３２を設けることにより、クラッド層を設けない場合に比べて、第１面２０Ａから配向角が揃った平行光が出射される。
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について説明する。
図８は本発明の第２の実施の形態に係る表示装置の構成の一例を示す断面図である。図８に示すように、第２の実施の形態では、導光板２０の第２面２０Ｂに複数の光出射部６２を設ける代わりに、導光板２０の第１面２０Ａに、複数の光出射部５２を設けている。これ以外は、第１の実施の形態と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
（表示装置の構成）
まず、表示装置の構成について説明する。
表示装置は、光源１２、クラッド層３０を備えた導光板２０、及びホログラム記録媒体４０Ｒを備えている。光源１２は、導光板２０の端面２０Ｔに対向するように配置されている。ホログラム記録媒体４０Ｒは、導光板２０の光出射側に、導光板２０と密着させて配置されている。ホログラム記録媒体４０Ｒには、立体像の反射型ホログラムが記録されている。
導光板２０は、第１面２０Ａ、第１面２０Ａに対向する第２面２０Ｂ、及びクラッド層３０を備えている。クラッド層３０は、導光板２０の第２面２０Ｂに設けられている。導光板２０は、入射した光を、第１面２０Ａとクラッド層３０との間で反射させながら面内方向に導光する。第２の実施の形態では、第１面２０Ａが出射面である。
また、導光板２０が面照明装置となるように、導光板２０の第１面２０Ａには、複数の光出射部５２が設けられている。複数の光出射部５２は、導光板２０の第１面２０Ａの出射領域全体に亘って配置されている。複数の光出射部５２は、第１の実施の形態の複数の光出射部６２と同様に、行列状に配置してもよいし、ランダムに配置してもよい。
複数の光出射部５２の各々は、入射した光の進行方向を変化させるマイクロレンズ、プリズム等の光学素子構造を形成している。複数の光出射部５２の各々は、周辺の導光板２０と異なる角度に光が入射することから、伝搬角を変化させることにより入射した光を屈折させて第１面２０Ａから外部に出射させる。光学素子構造には、出射面に設けられた凹部又は凸部も含まれる。凹部及び凸部の形状は、円錐、角錐、円柱、角柱、半球状等としてもよい。なお、第１面２０Ａの光出射部５２が設けられていない部分は、入射した光を第２面２０Ｂ側に反射する。
（表示装置の動作）
次に、表示装置の動作について説明する。
図９は本発明の第２の実施の形態に係る表示装置の動作の一例を示す断面図である。図９に示すように、光源１２から出射された光は、端面２０Ｔから導光板２０に入射する。導光板２０に入射した光は、第１面２０Ａとクラッド層３０との間で反射されながら面内方向に導光する。導光板２０を導光する光は、複数の光出射部５２の各々により屈折されて、第１面２０Ａから出射される。第１面２０Ａから出射される光は、配向角が揃った平行光である。
導光板２０の第１面２０Ａから出射された平行光は、ホログラム記録媒体４０Ｒに「照明光」として照射される。照明光は、フロントライトである。ホログラム記録媒体４０Ｒに照明光が照射されると、照明光が反射型ホログラムにより回折されて「再生光」が観察者１００側に出射される。これにより、ホログラム記録媒体４０Ｒに記録された立体像が、観察者１００に表示される。
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態について説明する。
図１０は本発明の第３の実施の形態に係る表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１０に示すように、第３の実施の形態に係る表示装置は、ホログラム記録媒体４０Ｔを導光板２０から出射した光で照明し、ホログラム記録媒体４０Ｔに記録された「立体像」を表示する表示装置である。ホログラム記録媒体４０Ｔには、立体像の透過型ホログラムが記録されている。
ホログラム記録媒体４０Ｔは、透明な樹脂やガラスを材料とするシート状の記録媒体である。ここで「透明」とは、照明される光を透過又は反射させるという意味である。ホログラム記録媒体４０Ｔには、立体像の透過型ホログラムが記録されている。ここで「透過型ホログラム」とは、記録媒体に対して物体光と参照光とを同一面側から照射して記録されたホログラムをいう。透過型ホログラムに照明光を照射したときに、照明光の照射面とは反対の面側に立体像が表示される。
（表示装置の構成）
まず、表示装置の構成について説明する。
表示装置は、光源１２、クラッド層３２を備えた導光板２０、及びホログラム記録媒体４０Ｔを備えている。光源１２は、導光板２０の端面２０Ｔに対向するように配置されている。ホログラム記録媒体４０Ｔは、導光板２０の光出射側に、導光板２０と密着させて配置されている。
導光板２０は、第１面２０Ａ、第１面２０Ａに対向する第２面２０Ｂ、及びクラッド層３２を備えている。クラッド層３２は、導光板２０の第１面２０Ａに設けられている。導光板２０は、入射した光を、第２面２０Ｂとクラッド層３２との間で反射させながら面内方向に導光する。第３の実施の形態では、第２面２０Ｂが出射面である。
また、導光板２０の第２面２０Ｂには、複数の光出射部５２が設けられている。複数の光出射部５２の各々は、第２の実施の形態と同様に、入射した光の進行方向を変化させるマイクロレンズ、プリズム等の光学素子構造である。複数の光出射部５２の各々は、入射した光を屈折させて第２面２０Ｂから外部に出射させる。
複数の光出射部５２は、導光板２０の第２面２０Ａの出射領域全体に亘って配置されている。複数の光出射部５２は、第１の実施の形態の複数の光出射部６２と同様に、行列状に配置してもよいし、ランダムに配置してもよい。
（表示装置の動作）
次に、表示装置の動作について説明する。
図１１に本発明の第３の実施の形態に係る表示装置の動作の一例を示す断面図である。図１１に示すように、光源１２から出射された光は、端面２０Ｔから導光板２０に入射する。導光板２０に入射した光は、第２面２０Ｂとクラッド層３２との間で反射されながら面内方向に導光する。
導光板２０を導光する光は、複数の光出射部５２の各々により屈折されて、第２面２０Ｂから外部に出射される。第２面２０Ｂから出射される光は、配向角の揃った平行光である。出射された平行光は、ホログラム記録媒体４０Ｔに「照明光」として照射される。照明光は、ホログラム記録媒体４０Ｔを裏側（観察者１００とは反対側）から照明するバックライトである。
ホログラム記録媒体４０Ｔに照明光が照射されると、照明光が透過型ホログラムにより回折されて、照明光が照射された面とは異なる面から「再生光」が出射される。即ち、再生光は、観察者１００側に出射される。これにより、ホログラム記録媒体４０Ｔに記録された立体像が、観察者１００に表示される。
＜第４の実施の形態＞
次に、第４の実施の形態について説明する。
図１２は本発明の第４の実施の形態に係る表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１２に示すように、第４の実施の形態では、導光板２０の第２面２０Ｂに複数の光出射部５２を設ける代わりに、導光板２０の第１面２０Ａに、複数の光出射部６２を設けている。これ以外は、第３の実施の形態と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
（表示装置の構成）
まず、表示装置の構成について説明する。
表示装置は、光源１２、クラッド層３２を備えた導光板２０、及びホログラム記録媒体４０Ｔを備えている。光源１２は、導光板２０の端面２０Ｔに対向するように配置されている。ホログラム記録媒体４０Ｔは、導光板２０の光出射側に、導光板２０と密着させて配置されている。
導光板２０は、第１面２０Ａ、第１面２０Ａに対向する第２面２０Ｂ、及びクラッド層３２を備えている。クラッド層３２は、導光板２０の第１面２０Ａに設けられている。導光板２０は、入射した光を、第２面２０Ｂとクラッド層３２との間で反射させながら面内方向に導光する。第４の実施の形態では、第２面２０Ｂが出射面である。
また、導光板２０の第１面２０Ａには、複数の光出射部６２が設けられている。複数の光出射部６２の各々は、第１の実施の形態と同様に、入射した光の進行方向を変化させるマイクロプリズム等の反射光学素子構造である。複数の光出射部６２の各々は、入射した光を反射させて第２面２０Ｂから外部に出射させる。
複数の光出射部６２は、導光板２０の第１面２０Ａの、第２面２０Ｂの出射領域に対向する領域全体に亘って配置されている。複数の光出射部６２は、第１の実施の形態の複数の光出射部６２と同様に、行列状に配置してもよいし、ランダムに配置してもよい。
（表示装置の動作）
次に、表示装置の動作について説明する。
図１３に本発明の第４の実施の形態に係る表示装置の動作の一例を示す断面図である。図１３に示すように、光源１２から出射された光は、端面２０Ｔから導光板２０に入射する。導光板２０に入射した光は、第２面２０Ｂとクラッド層３２との間で反射されながら面内方向に導光する。
導光板２０を導光する光は、複数の光出射部６２の各々により反射されて、第２面２０Ｂから外部に出射される。第２面２０Ｂから出射される光は、配向角の揃った平行光である。出射された平行光は、ホログラム記録媒体４０Ｔに「照明光」として照射される。照明光は、ホログラム記録媒体４０Ｔを裏側（観察者１００とは反対側）から照明するバックライトである。
ホログラム記録媒体４０Ｔに照明光が照射されると、照明光が透過型ホログラムにより回折されて、照明光が照射された面とは異なる面から「再生光」が出射される。即ち、再生光は、観察者１００側に出射される。これにより、ホログラム記録媒体４０Ｔに記録された立体像が、観察者１００に表示される。
＜応用例＞
（照明装置）
次に、照明装置の応用例について説明する。
図１４は応用例に係るシート状の照明装置の構成の一例を示す断面図である。シート状の照明装置は、光源１２及び導光板２０を備えている。図示はしていないが、導光板２０の第２面２０Ｂには、クラッド層３０及び複数の光出射部６２が設けられている（図１参照）。また、照明装置には、光源１２に電源を供給するバッテリー１４が搭載されている。
バッテリー１４が搭載された照明装置は、電源を確保することが難しい場所でも使用される。バッテリー１４が搭載された照明装置によれば、利用者により照明装置が携帯されて、種々の場所でホログラムが再生される。また、バッテリー１４が搭載された照明装置は、電源コードの引き回しが不要で、壁掛け用の照明装置としても利用される。
ホログラム記録媒体４０Ｒは、立体像の反射型ホログラムが記録されたシート状の記録媒体である。ホログラム記録媒体４０Ｒには、ホログラムの記録位置にマークＭが付されている。照明装置をホログラム記録媒体４０ＲのマークＭ上に密着させて配置すると、導光板２０の第１面２０Ａ（図１参照）から出射される照明光が、ホログラム記録媒体４０Ｒに照射される。これにより、ホログラム記録媒体４０Ｒに記録された立体像１８が、観察者１００に表示される。
ホログラム記録媒体４０Ｒは、単体の記録媒体でもよく、本状/冊子状に製本された記録媒体（本/カタログ等）でもよい。上記のシート状の照明装置は、製本された記録媒体に記録されたホログラムを照明する照明装置として好適である。
（表示装置）
次に、表示装置の応用例について説明する。
図１５は応用例に係る携帯型の表示装置の構成の一例を示す断面図である。携帯型の表示装置は、光源１２、導光板２０、及びホログラム記録媒体４０Ｒを備えている。図示はしていないが、導光板２０の第２面２０Ｂには、クラッド層３０及び複数の光出射部６２が設けられている（図１参照）。ホログラム記録媒体４０Ｒには、反射型ホログラムが記録されている。
また、携帯型の表示装置は、保持部材１６を備えている。保持部材１６は、ホログラム記録媒体４０Ｒを背面側から保持する部材である。保持部材１６は、ホログラム記録媒体４０Ｒの位置を固定して、記録媒体の位置ずれを抑制する。保持部材１６は、照明光を吸収する樹脂や金属で形成されている。保持部材１６は、ホログラム記録媒体４０Ｒを着脱可能に保持する部材でもよい。ホログラム記録媒体４０Ｒの交換が容易となる。
保持部材１６の一端部と導光板２０の一端部とは、ヒンジ部により開閉可能に連結されている。導光板２０の端面２０Ｔはヒンジ部に対向しており、光源１２はヒンジ部に沿って配置されている。携帯型の表示装置は、保持部材１６に導光板２０を重ねて、コンパクトに折り畳むことができ、持ち運びに便利である。ホログラム記録媒体４０Ｒを面照明装置である導光板２０と共に動かし、観察方向を自由に変化させて、立体像を観察する。
保持部材１６と導光板２０とを閉状態とした場合に、導光板２０の第１面２０Ａとホログラム記録媒体４０Ｒとが密着して配置される。導光板２０の第１面２０Ａ（図１参照）から出射される照明光が、ホログラム記録媒体４０Ｒに照射される。ホログラム記録媒体４０Ｒから出射された再生光は、導光板２０を透過して外側に出射される。これにより、ホログラム記録媒体４０Ｒに記録された立体像が観察者に表示される。
(その他の応用例)
表示装置を、図１４に示す応用例と同様に、光源１２、導光板２０、ホログラム記録媒体４０Ｒ、及び保持部材１６を備える構成とし、導光板２０と保持部材１６との間に「スリット」を設けてもよい。ホログラム記録媒体４０Ｒは、スリットに挿入されると共に、スリットから退避される。
更に、上記の表示装置の周辺に「額縁」を設けて、照明付きの写真スタンドとして用いてもよい。また、ホログラム記録媒体４０Ｒを「ロール状のフィルム」とし、フィルムの巻き取りによって、ホログラム記録媒体４０Ｒが交換されるようにしてもよい。
なお、上記実施の形態で説明した照明装置、表示装置、及び光導光装置の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその構成を変更してもよいことは言うまでもない。
１２ 光源
１４ バッテリー
１６ 保持部材
１８ 立体像
２０ 導光板
２０Ａ 第１面
２０Ｂ 第２面
２０Ｔ 端面
３０ クラッド層
３２ クラッド層
４０Ｒ ホログラム記録媒体
４０Ｔ ホログラム記録媒体
５２ 光出射部
６２ 光出射部
６２Ｓ 斜面
１００ 観察者
θｃ 臨界角
θｅ 出射角
θｓ 臨界角
φ 角度
Ｍ マーク

Claims (8)

  1. 光源と、
    第１面と前記第１面に対向して設けられた第２面とを備え、前記第１面及び前記第２面の一方の面に複数の光出射部が設けられ、前記第１面及び前記第２面の一方に入射した光を前記第１面と前記第２面との間で反射させながら導光すると共に、前記複数の光出射部のいずれかに入射した光の進行方向を変化させて外部に出射させる導光板と、
    前記導光板の前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方の面に隣接して設けられ、前記導光板よりも屈折率が低く、臨界角を空気が存在する場合の臨界角よりも大きくする隣接層と、
    を含む照明装置。
  2. 前記隣接層は、前記第１面及び前記第２面の一方に入射する光の入射角度の範囲を狭くする、請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記導光板と前記隣接層との屈折率差が０．００１以上０．１以下である、請求項１または請求項２に記載の照明装置。
  4. 前記複数の光出射部の各々が、入射した光を屈折させて前記一方の面から外部に出射させる、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の照明装置。
  5. 前記複数の光出射部の各々が、入射した光を反射させて前記一方の面とは異なる他方の面から外部に出射させる、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の照明装置。
  6. 前記複数の光出射部の各々は、入射した光を予め定めた角度で出射させる、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の照明装置。
  7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の照明装置と、
    前記照明装置から出射する光により照明されるホログラム記録媒体と、
    を備えた表示装置。
  8. 第１面と前記第１面に対向して設けられた第２面とを備え、前記第１面及び前記第２面の一方の面に複数の光出射部が設けられ、前記第１面及び前記第２面の一方に入射した光を前記第１面と前記第２面との間で反射させながら導光すると共に、前記複数の光出射部のいずれかに入射した光の進行方向を変化させて外部に出射させる導光板と、
    前記導光板の前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方の面に隣接して設けられ、前記導光板よりも屈折率が低く、臨界角を空気が存在する場合の臨界角よりも大きくする隣接層と、
    を含む光導光装置。
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