JP4403529B2 - 外光を利用した照明装置及びその照明装置を利用した表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、外光を利用した照明装置及びその照明装置を利用した表示装置に関し、特に、液晶表示装置のような照明光を必要とする表示装置用の外光を利用した照明装置及びその照明装置を利用した表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
外光を利用して照明する表示装置の代表的なものには反射型液晶表示装置がある。反射型液晶表示装置は、ノート型PC、携帯型情報端末、携帯電話等の表示装置に用いられているが、外光の入射方向によっては観察し難かったり、明るい表示が容易ではなかった。
【0003】
一方、このような携帯型の機器の表示装置において、光源と導光板を用いた照明装置やEL光源からなる照明装置を用いているものもあるが、光源を用いる場合には電力を必要とするため、これらの携帯型機器を長時間使用することができないと言った問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、外光を効率良く取り込んで画面を一様に明るく照明可能な照明装置とそれを利用した表示装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の外光を利用した照明装置は、外光を採光して照明光として使用する照明装置において、前記照明装置は、外光を採光する採光領域と、採光領域で採光された光を導光する導光領域と、導光領域で導光された光を射出させる照明領域とを具備しており、前記採光領域は、第1透明板とその第1透明板の裏面に設けられた反射偏向素子とからなり、前記反射偏向素子は前記第1透明板の前面から入射した光の少なくとも一部の成分を反射偏向して前記第1透明板の前面に臨界角を越える角度で入射させるものであり、前記照明領域は、前記導光領域から導光された光を導光する第2透明板と、その第2透明板の前面あるいは裏面に設けられた偏向素子とからなり、前記偏向素子は前記第2透明板中で全反射によって導光される光を前記第2透明板の前面又は裏面から射出させるものであることを特徴とするものである。
【0006】
この場合、採光領域の反射偏向素子は、例えば、傾斜反射面又はブレーズドミラー面からなっていても、反射型体積ホログラムからなっていても、透過型体積ホログラムとその裏面に設けた反射層からなっていても、レリーフ型ホログラムとその裏面のレリーフ面に設けた反射層からなっていてもよい。
【0007】
また、導光領域は、第1透明板と第2透明板と一体の第3透明板を備えているものであってもよく、また、光ファイバーあるいは光ファイバー束からなるものであってもよい。
【0008】
本発明のこれら外光を利用した照明装置は、表示面前方から照明することにより画面に表示パターンを表示する表示装置と、表示面後方から照明することにより画面に表示パターンを表示する表示装置との何れの表示装置にも用いることができる。
【0009】
その場合に、表示面後方から照明する構成においては、照明装置の照明領域において、第2透明板の前面に偏向素子が設けられている場合は、その裏面に、第2透明板の裏面に偏向素子が設けられている場合は、偏向素子の裏面に反射層を設けるようにしてもよい。
【0010】
本発明においては、外光を採光する採光領域と、採光領域で採光された光を導光する導光領域と、導光領域で導光された光を射出させる照明領域とを具備しており、採光領域は、第1透明板とその第1透明板の裏面に設けられた反射偏向素子とからなり、その反射偏向素子は第1透明板の前面から入射した光の少なくとも一部の成分を反射偏向して第1透明板の前面に臨界角を越える角度で入射させるものであり、照明領域は、導光領域から導光された光を導光する第2透明板と、その第2透明板の前面あるいは裏面に設けられた偏向素子とからなり、その偏向素子は第2透明板中で全反射によって導光される光を第2透明板の前面又は裏面から射出させるものであるので、外光を効率良く取り込んで一様に明るく照明可能であり、携帯型機器の表示用の照明装置として電力を消費せずに明るい照明が可能なものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の外光を利用した照明装置及びその照明装置を利用した表示装置を実施例の基づいて説明する。
【0012】
図1は、本発明の1実施例の照明装置とそれを組み込んだ透過型液晶表示装置を示す模式的断面図であり、この照明装置は、プラスチック等の透明体からなる透明板状体1を含み、この透明板状体1は3つの部分10、11、12からなる。部分10は採光領域、部分11は導光領域、部分12は照明領域であり、透明板状体1は3分割され、導光領域11が採光領域10と照明領域12を接続している。透明板状体1の表面は共通の平面2からなり、裏面は採光領域10と導光領域11、照明領域12とでは異なる形状になっている。採光領域10の裏面は、図示のような帯状の傾斜面3を断面鋸歯状に連結してなるもので、その外面にミラーコート4を施してブレーズドミラー面のようになっている。傾斜面3の傾きの方向は、図示のように、導光領域11に向かって透明板状体1の表面との間に距離が広がるような傾きである。導光領域11と照明領域12の裏面は共通の平面5からなっている。そして、照明領域12の表面の平面2には、透過型ホログラム8が密着あるいは接着配置されている。
【0013】
この透過型ホログラム8は、本出願人による特開平11−109338号(特願平9−269495号)の透過型ホログラムと同様に、照明領域12の透明板状体1内で導光され透過型ホログラム8に臨界角以上の所定の角度で入射する光を透明板状体1の表面の外へ回折光32として回折する特性を有するものである。そして、透過型ホログラム8の回折効率は、平均して導光領域11に近い程低く、導光領域11から離れるに従って高く設定されている。このような回折効率の分布を持たせるためには、1つの手段としては、ホログラム撮影のときの物体光と参照光の光強度に所望の回折効率が得られるように分布を持たせるようにしてもよいが、透過型ホログラム8を網点状にパターニングされた微細ホログラムの集合体とし、その微細ホログラムの面積割合を導光領域11に近い程小さく、導光領域11から離れるに従って大きくなるようにすればよい。詳細は、特開平11−109338号参照。
【0014】
このような構成であるので、採光領域10の表面に外光30が入射すると、その表面の平面2で屈折して透明板状体1内に入り、裏面の傾斜面3で反射され再び採光領域10の表面の平面2に入射する。そのとき、裏面の傾斜面3は上記のように、導光領域11に向かって透明板状体1の表面との間に距離が広がるような傾きであるので、平面2へ内部から入射する入射角は屈折のときの屈折角より大きくなる(傾斜面3の傾きをθとすると、入射角は屈折角より2θ大きくなる。)。外光30にはある程度広がりのある角度から入射する成分が存在するので、採光領域10の表面から屈折して入射した外光30の中、傾斜面3で反射され再度その表面に内部から入射する入射角が全反射を起こす臨界角以上になる成分が存在し、その成分は再度裏面の傾斜面3で反射されると、採光領域10の表面に内部から入射する入射角がより大きくなり全反射される。したがって、この採光領域10の表面で全反射された外光成分は透明板状体1内で導光される光31となり、採光領域10に隣接する導光領域11に入り、その表面と裏面の平面2と5間で全反射を繰り返しながら進み、照明領域12に入る。
【0015】
照明領域12の表面に密着あるいは接着配置されている透過型ホログラム8が上記のような構成であるので、透明板状体1内で全反射を繰り返しながら導光領域11から導光される光31はその間透過型ホログラム8により回折され、回折光32として照明領域12の前方へ回折され、透過型ホログラム8に密接された透過型液晶表示素子20を裏面側から全面を均一に照明する照明光となる。
【0016】
ここで、透過型液晶表示素子20は、例えばTN液晶表示素子であり、透明基板21と22の間に液晶層23が挟持して封止されている。この透明基板21、22の一方の液晶層23側内面には透明画素電極が他方には透明対向電極が設けられ、それらの上に配向膜等が設けられてなり、また、透明基板21、22の外側には偏光板24、25が平行ニコルあるいは直交ニコルの状態で配置されている。なお、カラー表示用の場合は、透明対向電極上にカラーフィルターが配置される。
【0017】
このような構成であるので、上記のような採光領域10と導光領域11と照明領域12からなる本発明の照明装置15をバックライト光源として透過型液晶表示素子20と組み合わせることにより、外光を効率良く取り込んで画面を一様に明るく照明可能で明るい表示が可能な透過型液晶表示装置を構成することができる。
【0018】
なお、以上の実施例において、導光領域11の両側の平面2と5にミラーコートを施してもよく、また、照明領域12の裏面の平面5にミラーコートを施してもよい。
【0019】
また、照明領域12の表面に透過型ホログラム8を密着あるいは接着配置する代わりに、その裏面に反射型ホログラムを密着あるいは接着配置して、透明板状体1内で全反射を繰り返しながら導光領域11から導光される光31をその間反射型ホログラムにより回折して導光領域11の前面に出して照明光とするようにしてもよい。この反射型ホログラムは、特開平11−109338号の反射型ホログラムと同様に、照明領域12の透明板状体1内で導光され反射型ホログラムに臨界角以上の所定の角度で入射する光を透明板状体1の表面の外へ回折光32として回折する特性を有するものであり、詳細は、特開平11−109338号参照。
【0020】
さらに、図1の構成あるいはその変形の照明領域12の裏面に反射型ホログラムを密着あるいは接着配置する場合に、照明領域12の裏面の平面5あるいはその平面5上に設けた反射型ホログラムの上にミラーコートを施して、透過型液晶表示素子20を透過して入射する外光を反射して外光照明により反射型液晶表示装置としても機能するようにしてもよく、あるいは、その外光照明と採光領域10から取り込んだ外光30による照明とを併用するようにしてもよい。
【0021】
次に、図2は、図1と同様の照明装置を反射型液晶表示装置に組み込んだ場合の模式的断面図であり、この場合の照明装置15は、透過型ホログラム8の配置位置のみが図1と異なる。すなわち、透過型ホログラム8は照明領域12の裏面の平面5に密着あるいは接着配置される。
【0022】
そして、その透過型ホログラム8に反射型液晶表示素子20’が密接されている。
【0023】
反射型液晶表示素子20’は、例えばTN液晶表示素子であり、透明基板21と22の間に液晶層23が挟持して封止されている。この透明基板21、22の一方の液晶層23側内面には透明画素電極が他方には透明対向電極が設けられ、それらの上に配向膜等が設けられてなり、また、透明基板21、22の外側には偏光板24、25が平行ニコルあるいは直交ニコルの状態で配置されている。そして、裏面側の偏光板24の裏面には反射層26を備えている。なお、カラー表示用の場合は、透明対向電極上にカラーフィルターが配置される。
【0024】
このような構成であるので、この場合は、透過型ホログラム8が照明領域12の裏面に密着あるいは接着配置されているので、透明板状体1内で全反射を繰り返しながら導光領域11から導光される光31はその間透過型ホログラム8により回折され、回折光32として照明領域12の後方へ回折され、透過型ホログラム8に密接された反射型液晶表示素子20’を表面側から全面を均一に照明する照明光となる。その回折光32は、反射型液晶表示素子20’の表示状態に応じてその裏面の反射層26で反射されて反射型液晶表示素子20’から前面側へ出てその前に配置された透過型ホログラム8と透明板状体1を透過して表示光33となり、外光を効率良く取り込んで画面を一様に明るく照明可能で明るい表示が可能な反射型液晶表示装置となる。この場合の本発明の照明装置15はフロントライト光源の作用をする。
【0025】
この例の場合は、導光領域11の両側の平面2と5にミラーコートを施してもよいが、照明領域12の表面の平面2にミラーコートを施すことはできない。
【0026】
なお、図2の場合も、図1の場合と同様に、照明領域12の裏面の透過型ホログラム8の代わりに、その表面に反射型ホログラムを密着あるいは接着配置して、透明板状体1内で全反射を繰り返しながら導光領域11から導光される光31をその間反射型ホログラムにより回折して導光領域11の後方に回折光32として出すようにしてもよい。
【0027】
ところで、図1、図2の場合に、透明板状体1の採光領域10側の端部6に面して照明光源7を配置しておき、外光が暗い場合等にこの照明光源7を点灯して、それからの照明光を端部6から透明板状体1内に入射させ、採光領域10を横切って導光領域11内に導き、外光を利用する場合と同様にして回折光32を照明領域12の前方あるいは後方へ回折するようにして、透過型液晶表示素子20あるいは反射型液晶表示素子20’を均一に照明できるようにしてもよい。
【0028】
さて、採光領域10の裏面に設ける入射光の方向を反射偏向して全反射を起こすようにする反射偏向素子としては、図1、図2のような傾斜反射面あるいはブレーズドミラー面3の代わりに、反射型体積ホログラム、透過型体積ホログラムに反射層を設けたもの、レリーフ型ホログラムに反射層を設けたもの等を用いてもよい。図3にそれらの場合の採光領域10の模式的断面図を示す。
【0029】
図3(a)は、採光領域10の裏面を平面5の延長の平面とし、その面に反射型体積ホログラム41を貼り付けたものであり、反射型体積ホログラム41は、採光領域10の表面で屈折して透明板状体1内に入射した所定角度範囲の外光30を透明板状体1内で全反射を起こす臨界角以上の角度になるように反射回折する回折特性に作成されているものである。したがって、採光領域10の表面から屈折して入射した外光30の中、反射型体積ホログラム41で反射回折され、透明板状体1に再度その表面に内部から臨界角以上になる入射角で入射して全反射され、再度裏面の反射型体積ホログラム41に入射し、同様に回折されるかあるいは反射型体積ホログラム41の空気との界面で全反射されることにより採光領域10の透明板状体1内で導光される光31が存在することになり、図1、図2の場合と同様に、採光領域10に隣接する導光領域11に入り、その表面と裏面の平面2と5間で全反射を繰り返しながら進み、照明領域12に入る。
【0030】
図3(b)は、採光領域10の裏面を平面5の延長の平面とし、その面に透過型体積ホログラム42とその裏面に反射層43を設けて図3(a)の反射型体積ホログラム41と同様の反射回折特性のものとしたものを貼り付けた例であり、その作用も同様である。また、図3(c)は、採光領域10の裏面を平面5の延長の平面とし、その面にレリーフ型ホログラム44とその裏面のレリーフ面に反射層45を設けて図3(a)の反射型体積ホログラム41と同様の反射回折特性のものとしたものを貼り付けた例であり、その作用も同様である。
【0031】
なお、図1、図2の場合、採光領域10の裏面に設ける傾斜面3を1個にして採光領域10の透明板状体1の断面をウエッジ状になるようにしてもよい。
【0032】
ところで、図1〜図3のような本発明の照明装置15の場合は、単一の透明板状体1で照明装置15が構成されているため、これをノート型PC、携帯型情報端末、携帯電話等の携帯型表示装置の照明装置として用いると、特に採光領域10が出っ張って大型化する恐れがある。そこで、導光領域11を光ファイバーあるいは光ファイバー束で構成し、採光領域10と導光領域11を折り畳み可能になるように構成してもよい。この場合は、単一の透明板状体1で照明装置15を構成するのではなく、採光領域10と導光領域11と照明領域12を別々の透明体で構成し、相互に接続して構成する必要がある。
【0033】
以上、本発明の外光を利用した照明装置及びその照明装置を利用した表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の外光を利用した照明装置及びその照明装置を利用した表示装置によると、外光を採光する採光領域と、採光領域で採光された光を導光する導光領域と、導光領域で導光された光を射出させる照明領域とを具備しており、採光領域は、第1透明板とその第1透明板の裏面に設けられた反射偏向素子とからなり、その反射偏向素子は第1透明板の前面から入射した光の少なくとも一部の成分を反射偏向して第1透明板の前面に臨界角を越える角度で入射させるものであり、照明領域は、導光領域から導光された光を導光する第2透明板と、その第2透明板の前面あるいは裏面に設けられた偏向素子とからなり、その偏向素子は第2透明板中で全反射によって導光される光を第2透明板の前面又は裏面から射出させるものであるので、外光を効率良く取り込んで一様に明るく照明可能であり、携帯型機器の表示用の照明装置として電力を消費せずに明るい照明が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の照明装置とそれを組み込んだ透過型液晶表示装置を示す模式的断面図である。
【図2】図1と同様の照明装置を反射型液晶表示装置に組み込んだ場合の模式的断面図である。
【図3】採光領域に設ける反射偏向素子の変形例を示す採光領域の模式的断面図である。
【符号の説明】
1…透明板状体
2…透明板状体表面の平面
3…傾斜面
4…ミラーコート
5…透明板状体裏面の平面
7…照明光源
8…透過型ホログラム
10…採光領域
11…導光領域
12…照明領域
15…照明装置
20…透過型液晶表示素子
20’…反射型液晶表示素子
21、22…透明基板
23…液晶層
24、25…偏光板
26…反射層
30…外光
31…導光光
32…回折光
33…表示光
41…反射型体積ホログラム
42…透過型体積ホログラム
43…反射層
44…レリーフ型ホログラム
45…反射層
Claims (8)
- 外光を採光して照明光として使用する照明装置において、前記照明装置は、外光を採光する採光領域と、採光領域で採光された光を導光する導光領域と、導光領域で導光された光を射出させる照明領域とを具備しており、前記採光領域は、第1透明板とその第1透明板の裏面に設けられた反射偏向素子とからなり、前記反射偏向素子は前記第1透明板の前面から入射した光の少なくとも一部の成分を反射偏向して前記第1透明板の前面に臨界角を越える角度で入射させるものであり、前記照明領域は、前記導光領域から導光された光を導光する第2透明板と、その第2透明板の前面あるいは裏面に設けられた偏向素子とからなり、前記偏向素子は前記第2透明板中で全反射によって導光される光を前記第2透明板の前面又は裏面から射出させるものであり、前記採光領域の前記反射偏向素子は、反射型体積ホログラムからなることを特徴とする外光を利用した照明装置。
- 外光を採光して照明光として使用する照明装置において、前記照明装置は、外光を採光する採光領域と、採光領域で採光された光を導光する導光領域と、導光領域で導光された光を射出させる照明領域とを具備しており、前記採光領域は、第1透明板とその第1透明板の裏面に設けられた反射偏向素子とからなり、前記反射偏向素子は前記第1透明板の前面から入射した光の少なくとも一部の成分を反射偏向して前記第1透明板の前面に臨界角を越える角度で入射させるものであり、前記照明領域は、前記導光領域から導光された光を導光する第2透明板と、その第2透明板の前面あるいは裏面に設けられた偏向素子とからなり、前記偏向素子は前記第2透明板中で全反射によって導光される光を前記第2透明板の前面又は裏面から射出させるものであり、前記採光領域の前記反射偏向素子は、透過型体積ホログラムとその裏面に設けた反射層からなることを特徴とする外光を利用した照明装置。
- 外光を採光して照明光として使用する照明装置において、前記照明装置は、外光を採光する採光領域と、採光領域で採光された光を導光する導光領域と、導光領域で導光された光を射出させる照明領域とを具備しており、前記採光領域は、第1透明板とその第1透明板の裏面に設けられた反射偏向素子とからなり、前記反射偏向素子は前記第1透明板の前面から入射した光の少なくとも一部の成分を反射偏向して前記第1透明板の前面に臨界角を越える角度で入射させるものであり、前記照明領域は、前記導光領域から導光された光を導光する第2透明板と、その第2透明板の前面あるいは裏面に設けられた偏向素子とからなり、前記偏向素子は前記第2透明板中で全反射によって導光される光を前記第2透明板の前面又は裏面から射出させるものであり、前記採光領域の前記反射偏向素子は、レリーフ型ホログラムとその裏面のレリーフ面に設けた反射層からなることを特徴とする外光を利用した照明装置。
- 前記導光領域は、前記第1透明板と前記第2透明板と一体の第3透明板を備えていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項記載の外光を利用した照明装置。
- 前記導光領域は、光ファイバーあるいは光ファイバー束からなることを特徴とする請求項1から3の何れか1項記載の外光を利用した照明装置。
- 表示面前方から照明することにより画面に表示パターンを表示する表示装置であって、その照明装置として請求項1から5の何れか1項記載の外光を利用した照明装置を用いていることを特徴とする表示装置。
- 表示面後方から照明することにより画面に表示パターンを表示する表示装置であって、その照明装置として請求項1から5の何れか1項記載の外光を利用した照明装置を用いていることを特徴とする表示装置。
- 前記照明装置の前記照明領域において、前記第2透明板の前面に前記偏向素子が設けられている場合は、その裏面に、前記第2透明板の裏面に前記偏向素子が設けられている場合は、前記偏向素子の裏面に反射層が設けれていることを特徴とする請求項7記載の表示装置。
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