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JP3283539B2 - 透過型表示素子用バックライト - Google Patents

透過型表示素子用バックライト

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JP3283539B2
JP3283539B2 JP6821391A JP6821391A JP3283539B2 JP 3283539 B2 JP3283539 B2 JP 3283539B2 JP 6821391 A JP6821391 A JP 6821391A JP 6821391 A JP6821391 A JP 6821391A JP 3283539 B2 JP3283539 B2 JP 3283539B2
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JP6821391A
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昌弥 杉田
喜博 辻
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矢崎総業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、透過型表示素子用バッ
クライトに係り、詳しくは透過型液晶表示素子のように
表示素子の背面から光を照射して情報を表示し視認させ
る形式の透過型表示素子等に用いる透過型表示素子用バ
ックライトに関する。

【0002】

【従来の技術】従来、透過型表示装置の一例として光を
表示素子の背面からバックライトにより照射し、光の透
過・不透過性を利用して情報を表示するようにしたもの
がある。例えば、図7に示すように、TN型液晶表示素
子11の中心部の真後ろに白熱光源13が配置されてお
り、該光源13と該液晶表示素子11との間にはアクリ
ル板等からなる拡散板12が置かれ、該拡散板12の液
晶表示素子11の背面に対向する部分にはサンドペーパ
等で擦った小さな凹凸状の拡散面12aが設けられてい
て、光源13からの光は該拡散板12で拡散されて液晶
表示素子11の背面に照射されるようになっている。

【0003】また、他の形のバックライトとして、図9
に示すように、TN型液晶表示素子11の背面に配置さ
れた透明アクリル板からなる拡散板14を有し、該拡散
板14の中には白熱電球からなる光源13が収納されて
おり、更に、該拡散板14の液晶表示素子11の背面に
対向する部分にはサンドぺーパ等で擦った凹凸状の拡散
面14aが設けられている。そして、光源13からの光
は拡散板14内を導かれて拡散面14aで拡散されて液
晶表示素子11の背面に照射されるようになっている。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7に
示すバックライトでは、液晶表示素子11の中心部を最
大の輝度として、周辺にいくほど低い輝度分布となる。
図8は、これを模式的に表したもので同心円の密度が濃
い部分は輝度が高く、密度が薄い部分は輝度が低いこと
を示している。このように、液晶表示素子11の周辺部
と中心部との明るさが異なることは表示素子の表示品位
が悪く問題であり、これを避けるために光源13を液晶
表示素子11から遠ざける方法があるが、全体の輝度が
低下して表示が暗くなり視認性が悪くなる。また、光源
13を遠ざけることは広いスペースを必要とし実装上困
難である。

【0005】また、図9に示すバックライトでは、光源
13がアクリル板14内に収納されているため、スペー
スの面では先に掲げた例よりも有利ではあるが、光源1
3が拡散板14の一方の端部に設けられているために、
液晶表示素子11の他方の端部にいくほど低い輝度分布
となる。図10は、これを模式的に表したもので、図8
の場合と同様に同心円の密度が濃い部分は輝度が高く、
密度が薄い部分は輝度が低いことを示している。このよ
うに、拡散板14を利用して光を導かせるようにした場
合、該拡散板14の厚さがある程度までは、厚さが増加
するほど導光の割合も増加するが、厚いほど重量も増え
実装上好ましくない。

【0006】本発明は、輝度ムラが少なく、かつ取り付
けスペースも少なくてすむ透過型表示素子用バックライ
トの提供を目的としている。

【0007】

【課題を解決するための手段】本発明は、指向特性を有
する透過型表示素子の背面に配置され該透過型表示素子
の背面を照射するためのバックライトであって、発散光
を発光する点光源としての白熱光源と、該白熱光源と前
記透過型表示素子との間に配設した透過型回折格子機能
を有するホログラムとを備え、該ホログラムはその裏面
に入射した前記白熱光源からの発散光のうちのホログラ
ム記録時の波長と同じ波長の光を前記透過型表示素子の
指向特性に合わせた方向に透過回折して平行光として
記透過型表示素子の背面に照射することを特徴とする透
過型表示素子用バックライトに存する。

【0008】

【0009】

【作用】上述構成に基づき、発散光を発光するバックラ
イトの点光源としての白熱光源を点灯すると、光は発散
しながら透過型回折格子機能を有するホログラムに入射
する。入射した光のうち、ホログラム記録時に用いたレ
ーザ光の波長と等しい波長の光は、ホログラムによって
透過型表示素子の指向特性に合わせた方向に透過回折さ
れて平行光として透過型表示素子の背面に照射される。
このため、平行な透過回折光による表示素子の背面照度
の均一性が確保され、また平行な透過回折光の方向と透
過型表示素子の指向特性が表示面全体で合わされて、該
表示素子を透過した光の表示面での輝度ムラが少なくな
り、指向特性を有する透過型表示素子としての表示品位
が向上する。また、ホログラム記録時の参照光の出射位
置を適当に設定することができるため、再生時の白熱
源の位置をそれに合わせることによりバックライトの薄
型化が図れる。

【0010】

【0011】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例について
説明する。

【0012】図1には、本発明実施例のバックライトを
用いた透過型表示装置が示されている。図中の11は従
来の技術のところで示したものと同じTN型液晶表示素
子である。TN型液晶表示素子はガラスの上下基板11
a,11aの対向する面にITO等からなる透明電極を
形成し、基板11aの端縁部にシール材を印刷して上下
基板11a,11aを貼り合わせて、中にネマティック
液晶を充填したものである。該液晶の分子は基板11a
面に対して水平に配列されており、かつ基板の上と下と
で90°捩じられている。そして、基板11a,11a
間の透明電極に電圧が印加されると、その部分の液晶分
子の長軸が電界方向に向いて捩が解消する。

【0013】これらの上下基板11a,11aの外側に
偏光板11b,11bをその偏光方向を直交するように
配置し、外側から光を照射すると、電圧が印加された部
分は光が通らず、電圧が印加されない部分は光が通って
明るく輝くことになる。また逆に、偏光板11b,11
bをその偏光方向を平行するように配置し、外側から光
を照射すると、電圧が印加された部分は光が通り、電圧
が印加されない部分は光は通らないことになる。すなわ
ち、ここではTN型液晶表示素子は情報信号に基づき光
のオン・オフ部分が生じる透過型表示素子として作用す
る。

【0014】このTN型液晶表示素子11の背面には、
図1に示すように、該TN型液晶表示素子11の面と対
向するようにホログラム1が配置されており、該ホログ
ラム1のTN型液晶表示素子11側の表面にはライトコ
ントロールフィルム2が配設されている。該ライトコン
トロールフィルム2は、図2に示すように、フィルム2
の表裏間に一定間隔nで光を吸収するルーバ2aが配置
されており、該ルーバ2aの厚さをtとし、フィルム2
の厚さをdとすると、tanθ=(n−t)/dで表さ
れる角θよりも大きい入射角で入射する光はルーバ2a
に吸収されてフィルム2を通り抜けることができないよ
うになっている。

【0015】また、前記ホログラム1への透過型回折格
子の記録は、図3に示すように、同一のレーザ光源から
波長λ0 のレーザをビームスプリッタで2分割して、一
方はレンズ4で発散させて参照光Rとしてホログラム乾
板1を照射し、同時に他方はレンズ5で拡散させた後、
大型レンズ6で平行波にして物体光Sとしてホログラム
乾板1の同一面を照射する。このように記録されたホロ
グラム乾板1は、その後よく知られた方法により現像定
着される。

【0016】こうして製造されたホログラム1の透過回
折格子機能を説明すると、図4及び図5に示すように、
ホログラム1の対して、その記録時に参照光Rの発散原
点となった位置に記録時と同様な波長の光源を置いてレ
ーザ光を発すると、回折する光はプラス1次光のみであ
る。この1次光は、ホログラム1の記録前後の処理方法
にもよるが、図5に示すように、記録時と同一の波長λ
0 の光はホログラム1の回折格子の隙間から出射して干
渉しあいホログラム1の面と平行な波面となり出射す
る。回折角で示すとホログラム1の面に垂直となり、こ
れより若干長い波長λ0 +Δλの光は波長λ0 のときよ
り回折角が大きく、これより若干短い波長λ0 −Δλの
光は回折角が小さくなる。

【0017】実際に、光源として白熱電球を用いると、
白熱電球のような光源は連続スペクトルを持つため、ホ
ログラム1からある程度の距離を置いてスクリーン上で
回折光を観察すると、虹色に分光した連続スペクトルを
見ることができる。

【0018】また、図4に示すように、ホログラム1の
回折効率に依存するものの、回折されずにそのまま透過
する0次光の存在がある。

【0019】このような機能を有するホログラム1を、
前述したようにTN液晶表示素子11の背面に配置し
て、更にその背後、すなわちホログラム1の記録時に参
照光Rの発散源点に白熱光源13を配置して点灯する
と、光源13の光は発散光となってホログラム1に入射
する。入射した光のうち記録時の波長λ0と同じ波長の
光はホログラム1の回折格子の隙間から出射して干渉し
あいホログラム1の面と平行な波面となり出射する。回
折角で示すとホログラム1の面に垂直に透過回折されて
出射する。この光はライトコントロールフィルム2のル
ーバ2a間を通り抜けてTN液晶表示素子11の背面を
照射する。波長が大きく異なる光は、透過回折条件が満
たされないためホログラム1を透過することができない
もの、あるいは極端な回折角となってTN液晶表示素子
11の背面を照射する方向に向かわないものとに分かれ
る。

【0020】このため、TN液晶表示素子11の背面は
均一な輝度で照射されることになり、輝度ムラのない表
示装置として視認されることになる。

【0021】また、前述したような0次回折光の問題
は、図1における光源13に近い側のホログラム1の左
端付近の入射角φが、ライトコントロールフィルム2の
ところで説明したtanθ=(n−t)/dで表される
角θよりも大きい入射角となるように、光源13の位置
又はライトコントロールフィルム2のルーバ2aの間隔
を選べば0次光はルーバ2aに吸収されて消滅し1次光
のみが得られ、更に均一な輝度を有することになる。

【0022】なお、図1において、液晶表示素子11と
ライトコントロールフィルム2の間隔を開かせている
が、これは図7,9の場合と同様に液晶表示素子11へ
の光の入射光の性格を説明するためのものであって、実
際は略密着しており、このため光の分光が防がれてい
る。

【0023】なお、ホログラム1による透過回折格子機
能であらゆる波長を100%に近い回折効率を得ること
が不可能なため、0次光を除去することは輝度を低くす
ることになる。このため、多少の表示素子面上での輝度
ムラを我慢しても明るさが必要な場合は、ライトコント
ロールフィルム2の代わりに拡散板を置くことも可能で
ある。

【0024】また、本実施例のように、透過型表示素子
としてTN液晶表示素子11を用いた場合、光の透過・
不透過作用のみであるから、光に指向性がでてくる。特
にTN液晶表示素子11は表示のコントラストが見る方
向によって変化する指向特性を有するため、この指向特
性のもっとも良い角度に参照光Rを合わせて記録するこ
とにより、見易い表示とすることができる

【0025】なお、図6には本発明に係る透過型表示素
子用バックライトを車両用の速度計に用いたものが示さ
れている。

【0026】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
他の光源に比べて安価な点光源としての白熱光源を使用
しても、この光源からの発散光がホログラムにより透過
型表示素子の指向特性に合わせた方向に透過回折されて
平行光として透過型表示素子の背面に照射されるので、
表示素子の背面照度の均一性が確保され、また平行な
過回折光の方向と透過型表示素子の指向特性が表示面全
体で合わされて、表示素子の表示面に輝度ムラが殆ど生
じない。また、ホログラム記録時の参照光の発散原点の
位置と再生時の白熱光源の位置とが同じため、記録時の
参照光の発散原点の位置を適当に設定することにより
現でき、白熱光源の位置に比較的自由度が持たせられる
ようになるので、バックライトの厚みを薄くした省スペ
ース型とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明実施例の透過型表示素子用バックライト
を用いた透過型表示装置の側面図である。

【図2】ライトコントロールフィルムの断面図である。

【図3】ホログラム乾板に透過回折格子を記録する原理
図である。

【図4】ホログラムを透過する0次光を示す図である。

【図5】ホログラムを透過回折する1次光が波長により
回折角が異なることを示す図である。

【図6】本発明に係る透過型表示素子用バックライトを
車両用の表示装置に用いた図である。

【図7】従来の透過型表示素子用バックライトを示す図
である。

【図8】その輝度ムラを示す模式図である。

【図9】同じく他の従来の透過型表示素子用バックライ
トを示す図である。

【図10】その輝度ムラを示す模式図である。

【符号の説明】

1 ホログラム 2 ライトコントロールフィルム 11 透過型表示素子(TN型液晶表示素子) 13 光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−73618(JP,A) 特開 平2−79022(JP,A) 特開 平2−72321(JP,A) 特開 昭58−169171(JP,A) 実開 昭60−39081(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 指向特性を有する透過型表示素子の背面
    に配置され該透過型表示素子の背面を照射するためのバ
    ックライトであって、発散光を発光する点光源としての
    白熱光源と、該白熱光源と前記透過型表示素子との間に
    配設した透過型回折格子機能を有するホログラムとを備
    え、該ホログラムはその裏面に入射した前記白熱光源か
    らの発散光のうちのホログラム記録時の波長と同じ波長
    の光を前記透過型表示素子の指向特性に合わせた方向に
    透過回折して平行光として前記透過型表示素子の背面に
    照射することを特徴とする透過型表示素子用バックライ
    ト。
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