JP6486608B2 - Illumination device and display device - Google Patents

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Description

本発明は照明装置に関し、より詳細には、光ファイバの湾曲部から漏れだした光が、導光板の内部を伝搬した後に、導光板の外部へ放出される照明装置およびこの照明装置を備える表示装置に関する。   The present invention relates to an illuminating device, and more specifically, an illuminating device in which light leaking from a curved portion of an optical fiber propagates through the inside of the light guide plate and then is emitted to the outside of the light guide plate, and a display including the illuminating device. Relates to the device.

液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display、以下ではLCD)は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面に配置されるバックライトユニットとを備えており、液晶表示パネルが、バックライトユニットからの光の透過率(透過量)を調整することにより、液晶表示パネルの正面に画像を表示している。   A liquid crystal display (LCD) includes a liquid crystal display panel and a backlight unit disposed on the back of the liquid crystal display panel. The liquid crystal display panel transmits light from the backlight unit. An image is displayed on the front surface of the liquid crystal display panel by adjusting the rate (transmission amount).

LCDの分野における従来の技術とその課題は、次の3つに分類できる。第一に、LCDに用いられるバックライトの製造コストが高いという課題がある。第二に、光源の状態とシースルーの状態とを切り替えられる平面状の照明装置に関わる課題がある。即ち、従来の表示装置には、光源モードのときの光利用効率が低く、シースルーモードのときの画像が鮮明ではないという課題がある。第三に、明所と暗所との両方で良好な視認性が得られる表示装置に関わる課題がある。即ち、従来の半透過型LCDには、明所でも暗所でも共に光利用効率が低いという課題がある。これら3つの従来技術とその課題について、参考文献を参照しながら以下に順に説明する。   Conventional technologies and problems in the LCD field can be classified into the following three categories. First, there is a problem that the manufacturing cost of the backlight used in the LCD is high. Secondly, there is a problem related to a planar illumination device that can switch between a light source state and a see-through state. That is, the conventional display device has a problem that the light use efficiency in the light source mode is low and the image in the see-through mode is not clear. Third, there is a problem related to a display device that can obtain good visibility in both a bright place and a dark place. That is, the conventional transflective LCD has a problem that the light use efficiency is low both in a bright place and in a dark place. These three prior arts and their problems will be described in order below with reference to references.

第一の課題(製造コスト)
透過型LCDと半透過型LCDにはバックライトが必須である。現在は光源に発光ダイオード(Light Emitting Diode、以下ではLED)を用いるものが主流だが、LCDの色再現性を改善するためには、光源にレーザーダイオード(Laser Diode、以下ではLD)を用いるのが合理的である。いずれにせよLEDとLDは共に点光源なので、平面状の光源にするための光学技術が必要である。これには直下型バックライトとエッジ点灯型バックライトという2つの技術がある。前者は、点光源を2次元平面上に配置し、その上方に拡散板を配置して光出力を均一化するものである。後者は、透明基板の端部に点光源を配置し、出力カプラと呼ばれる光学手段を用いて透明基板から均一に光を外部へ取り出す構成である。特に後者はバックライトの薄型化に有利である。また、後者は光源素子の数が少なくてよいので製造コストの面でも有利である。過去数年の間には、構成要素の機能を統合して部品点数を削減することにより、エッジ点灯型バックライトの薄型化と低コスト化が更に進展している。2つの具体例を以下に説明する。
First issue (manufacturing cost)
A backlight is essential for transmissive LCDs and transflective LCDs. Currently, light emitting diodes (LEDs) are the mainstream, but in order to improve the color reproducibility of LCDs, laser diodes (LDs) are used as the light source. Is reasonable. In any case, since both LED and LD are point light sources, optical technology to make a planar light source is necessary. There are two technologies, a direct type backlight and an edge lighting type backlight. In the former, a point light source is arranged on a two-dimensional plane, and a diffusion plate is arranged above the point light source to make the light output uniform. The latter is a configuration in which a point light source is disposed at the end of the transparent substrate and light is uniformly extracted from the transparent substrate using an optical means called an output coupler. In particular, the latter is advantageous for reducing the thickness of the backlight. The latter is advantageous in terms of manufacturing cost because the number of light source elements may be small. In the past few years, the edge-lit backlights have been made thinner and lower in cost by integrating the functions of the components to reduce the number of parts. Two specific examples will be described below.

第一の従来技術は、非特許文献1として示す参考文献1に報告された構成である。図1は、点光源を均一な平面光源へ変換するための構成例を示す、従来技術に係る参考文献1の図である。(a)は導光板の構成を示す斜視図であり、(b)は微細構造を含む導光板の断面図である。   The first conventional technique is the configuration reported in Reference Document 1 shown as Non-Patent Document 1. FIG. 1 is a diagram of Reference 1 according to the prior art showing a configuration example for converting a point light source into a uniform planar light source. (A) is a perspective view which shows the structure of a light-guide plate, (b) is sectional drawing of a light-guide plate containing a fine structure.

第一の従来技術では、図1(a)に示すように、透明基板の片側の表面に複数のプリズムのような微細構造を形成する。これらの微細構造を含む透明基板を一般に導光板と呼ぶ。導光板の左下の角の側面にLEDを設置して光を入射すると、光は全反射を繰り返して導光板の内部を伝搬する。微細構造に光が入射すると、図1(b)に示すように微細構造の斜面で全反射されて、光が外部へ取り出される。このような構造物は、出力カプラあるいは出力結合器と呼ばれている。   In the first prior art, as shown in FIG. 1A, a fine structure such as a plurality of prisms is formed on one surface of a transparent substrate. A transparent substrate including these fine structures is generally called a light guide plate. When an LED is installed on the side surface of the lower left corner of the light guide plate and light enters, the light repeats total reflection and propagates inside the light guide plate. When light enters the fine structure, as shown in FIG. 1B, the light is totally reflected on the inclined surface of the fine structure, and the light is extracted to the outside. Such a structure is called an output coupler or output coupler.

第二の従来技術は、非特許文献2として示す参考文献2に報告された構成である。図2は、点光源を均一な平面光源へ変換するための構成例を示す、従来技術に係る参考文献2の図である。   The second prior art is the configuration reported in Reference Document 2 shown as Non-Patent Document 2. FIG. 2 is a diagram of Reference 2 according to the prior art showing a configuration example for converting a point light source into a uniform planar light source.

第二の従来技術では、図2に示すように、Optically-Patterned Film(OPF)を、透明基板であるLight Guideに接着する。透明基板を伝搬する光は、OPFとの接触部であるOptical WindowからOPFへ侵入し、上方に配置された液晶パネルの方向へ取り出される。即ち、透明基板に接触したOPFの部分が出力カプラとして機能する。   In the second prior art, as shown in FIG. 2, an optically-patterned film (OPF) is bonded to a light guide that is a transparent substrate. Light propagating through the transparent substrate enters the OPF from the optical window, which is a contact portion with the OPF, and is extracted in the direction of the liquid crystal panel disposed above. That is, the OPF portion that contacts the transparent substrate functions as an output coupler.

図1と図2のいずれの構成においても、導光板から均一に光を取り出すために、光源からの距離が大きくなるに連れて出力カプラの密度を高くする必要がある。光源、導光板、出力カプラの形状や分布は、一般には光線追跡の手法を用いた計算機シミュレーションによって決定される。この解析の入力パラメータは、出力カプラの形状と密度の他にも、導光板の形状、厚さ、光源から発せられる光の角度分布などが含まれる。解析には多くの入力パラメータが必要とされるため、エッジ点灯型バックライトの設計には多大な労力を要する。また、バックライトの形状は矩形の場合が多いが、自由度の高い設計が望まれている。従来のエッジ点灯型バックライトの技術では、例えばハート形の均一な面状光源を設計することは必ずしも自明ではない。任意の形状の均一な面状光源を効率よく設計するためには、何らかの工夫が必要である。   In both the configurations of FIGS. 1 and 2, in order to extract light uniformly from the light guide plate, it is necessary to increase the density of the output coupler as the distance from the light source increases. The shape and distribution of the light source, light guide plate, and output coupler are generally determined by computer simulation using a ray tracing technique. The input parameters of this analysis include the shape and thickness of the light guide plate as well as the shape and density of the output coupler, and the angular distribution of light emitted from the light source. Since many input parameters are required for the analysis, designing an edge-lit backlight requires a great deal of labor. Further, the shape of the backlight is often rectangular, but a design with a high degree of freedom is desired. In the conventional edge-lit backlight technology, for example, it is not always obvious to design a flat light source having a heart shape. In order to efficiently design a uniform surface light source having an arbitrary shape, some device is required.

図3は、エンボス工程による出力カプラの製造方法を示す、従来技術に係る参考文献2の図である。出力カプラのような微細な構造は、一般には図3に示すようなエンボス工程によって製造される。即ち、透明基板の片面に光硬化性樹脂を塗布し、これを金型に押し付けた状態で紫外線を照射する。図3に示すロール製法は生産性に優れるが、初期の設備投資が必要である。また、表示装置の仕様変更に対応してバックライトの設計を変更するときには、その度に新しい金型が必要になる。   FIG. 3 is a diagram of Reference 2 according to the prior art showing a method of manufacturing an output coupler by an embossing process. A fine structure such as an output coupler is generally manufactured by an embossing process as shown in FIG. That is, a photocurable resin is applied to one side of a transparent substrate, and ultraviolet rays are irradiated in a state where the photocurable resin is pressed against a mold. Although the roll manufacturing method shown in FIG. 3 is excellent in productivity, initial capital investment is required. In addition, a new mold is required each time the backlight design is changed in response to a change in the display device specifications.

このように、従来のバックライトの設計と製造には、多大な労力と初期および継続的な設備投資が必要となるため製造コストが高く、発光部を自由な形状で安価に製造することが困難であるという課題がある。   As described above, the design and manufacture of the conventional backlight requires a great deal of labor and initial and continuous capital investment, so that the manufacturing cost is high, and it is difficult to manufacture the light emitting part in a free shape and at a low cost. There is a problem of being.

第二の課題(シースルー化)
ディスプレイをシースルーにすることで、現実の世界の画像に関連の情報を重ねて表示することができる。例えば、車のフロントガラスにナビゲーションの情報を表示する、携帯端末に事務所の入り口の案内や営業時間を表示する、などの応用が可能になる。メガネ型端末では、小型の液晶ライトバルブやMEMS素子を光源に組み合せた構成の投射型ディスプレイと半透過のスクリーンを用いてこれらの機能を提供している。画像の投射にはスクリーンまでにある程度の距離が必要なため、装置の小型化が困難という課題がある。直視型の薄型ディスプレイをシースルーにすれば、小型化の課題は解決される。
Second issue (see-through)
By making the display see-through, it is possible to display related information superimposed on an image of the real world. For example, applications such as displaying navigation information on the windshield of a car and displaying office entrance guidance and business hours on a portable terminal can be applied. Glasses-type terminals provide these functions using a projection display and a semi-transparent screen that are configured by combining a small liquid crystal light valve or MEMS element with the light source. Since an image projection requires a certain distance to the screen, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the apparatus. If a direct-view thin display is made see-through, the problem of downsizing can be solved.

直視型の薄型ディスプレイとしては、1980年代から有機ELディスプレイ(Organic Light Emitting Diode、以下ではOLED)の潜在能力が注目されている。発光素子の2つの電極を透明にすれば、OLEDはシースルーになる。しかし、光の半分は観察者と反対側に放射されてしまうので、表示の目的には使用できない。また、30年以上の研究開発にも関わらず、OLEDには依然として製造コストや信頼性の課題がある。   As a direct-view type thin display, the potential of an organic EL display (Organic Light Emitting Diode, hereinafter referred to as OLED) has been attracting attention since the 1980s. If the two electrodes of the light-emitting element are made transparent, the OLED becomes see-through. However, half of the light is emitted to the opposite side of the observer and cannot be used for display purposes. Despite over 30 years of research and development, OLEDs still have manufacturing cost and reliability issues.

直視型の薄型ディスプレイとしては、LCDがはるかに成熟した技術であり、商業的に成功している。バックライトを取り除いたLCDは、一般に液晶パネルと呼ばれる。液晶パネルの偏光板や液晶分子の配向を工夫すれば、液晶パネルはシースルーになる。これをショーウィンドウの一部に用いると、現実の商品に価格や仕様などの情報を表示することが可能になる。ショーウィンドウには商品を照明するための光源が用意されているため、人はショーウィンドウの中の物体を見ることができる。しかし、他の応用には光源をどのようにして提供するかという課題がある。   As a direct-view thin display, LCD is a much more mature technology and has been commercially successful. An LCD without a backlight is generally called a liquid crystal panel. If the orientation of the polarizing plate and liquid crystal molecules of the liquid crystal panel is devised, the liquid crystal panel becomes see-through. When this is used as a part of a show window, it becomes possible to display information such as price and specifications on an actual product. Since the show window is provided with a light source for illuminating the product, a person can see an object in the show window. However, other applications have the problem of how to provide a light source.

そこで、バックライトを含むLCDをシースルーにすることが望まれる。図4は、従来技術に係る液晶表示装置の一態様を示す図である。この態様の液晶表示装置では、紫外線を発するバックライト(図中の導光板・拡散板に対応)と、紫外線の透過と非透過を切り替える液晶パネル(図中のLCDパネルおよびこの両面に配置された偏光板に対応、一般には偏光板を含む構成を液晶パネルと呼ぶ)と、紫外線を吸収して発光する蛍光ガラスとを積層する。蛍光ガラスは、液晶パネルの画素パターンに対応してR、G、Bの3色に発光する金属成分を分散したもので、高い透明性を有するとしている。   Therefore, it is desirable to make the LCD including the backlight see-through. FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a liquid crystal display device according to the prior art. In the liquid crystal display device of this embodiment, a backlight that emits ultraviolet light (corresponding to the light guide plate / diffuser plate in the figure) and a liquid crystal panel that switches between transmission and non-transmission of ultraviolet light (the LCD panel in the figure and the both sides thereof are arranged) A structure corresponding to a polarizing plate (generally including a polarizing plate is called a liquid crystal panel) and fluorescent glass that absorbs ultraviolet rays to emit light are laminated. Fluorescent glass is made by dispersing metal components that emit light in three colors of R, G, and B corresponding to the pixel pattern of the liquid crystal panel, and is said to have high transparency.

図4の構成について検討する。UV光源と導光板・拡散板とで構成される要素は、従来のエッジ点灯型バックライトの光源をUV光源に置き換えたものだが、この構成要素の透明性に関して詳細な記載はない。実際には、図4の導光板・拡散板の下方から上方へ伝搬する光は、拡散板によって拡散されるはずである。そのため、この構成要素を通して見える画像は鮮明さを失うと考えられる。擦りガラスを通して見るような画像では、本願発明で想定しているような、前述のような応用は困難である。即ち、図4の構成では鮮明さが不十分であり、鮮明なシースルー画像が得られないという課題がある。   Consider the configuration of FIG. The element composed of the UV light source and the light guide plate / diffusion plate is obtained by replacing the light source of the conventional edge-lit backlight with a UV light source, but there is no detailed description regarding the transparency of this component. Actually, the light propagating from the lower side to the upper side of the light guide plate / diffusion plate in FIG. 4 should be diffused by the diffusion plate. Therefore, it is considered that the image seen through this component loses its clarity. In an image viewed through a frosted glass, it is difficult to apply as described above, as assumed in the present invention. That is, the configuration of FIG. 4 has a problem that the sharpness is insufficient and a clear see-through image cannot be obtained.

尚、図1や図2の構成のエッジ点灯型バックライトは、拡散板やその他の構成要素を不要にして薄型化を目指したものであり、そもそもシースルー化を目的としたものではない。実際に、導光板から均一に光を取り出すためには、出力カプラの密度を高くするしかなく、図4の拡散板と同様の課題がある。即ち、図1や図2の構成の下方から上方へ透過する光は出力カプラによって拡散されるため、鮮明なシースルー画像は得られない。導光板の端部に光源を置くため、光源に近い領域では出力カプラの密度は低くてもよい。しかし、光源から離れた領域では、導光板を伝搬する光の量が減少しているために出力カプラの密度を高くするしかない。従って、エッジ点灯型バックライトの全面をシースルーにすることは依然として困難である。   The edge-lit backlight of the configuration shown in FIGS. 1 and 2 is intended to be thinned without the need for a diffuser plate or other components, and is not intended for see-through. Actually, in order to extract light uniformly from the light guide plate, the density of the output coupler must be increased, and there is a problem similar to that of the diffusion plate of FIG. That is, since the light transmitted from the lower side to the upper side in the configuration of FIGS. 1 and 2 is diffused by the output coupler, a clear see-through image cannot be obtained. Since the light source is placed at the end of the light guide plate, the density of the output coupler may be low in a region near the light source. However, in the region away from the light source, the amount of light propagating through the light guide plate is reduced, so the density of the output coupler can only be increased. Therefore, it is still difficult to make the entire surface of the edge lighting type backlight see-through.

第三の課題(明所での視認性と暗所での画質の両立)
透過型LCDやOLEDには、屋外などの明るい場所で視認性が悪いという課題がある。一方、反射型LCDは外光を利用するため、屋外での視認性に優れ、消費電力も格段に低いという利点がある。しかし、室内ではOLEDや透過型LCDに比べて画質が劣る。
Third issue (Both visibility in the light and image quality in the dark)
A transmissive LCD or OLED has a problem of poor visibility in bright places such as outdoors. On the other hand, the reflective LCD uses outside light, and thus has the advantages of excellent visibility in the outdoors and low power consumption. However, the image quality is inferior compared to OLED and transmissive LCD indoors.

携帯電話やスマートフォンなどの小型機器への応用では、明所での視認性と暗所での画質に加えて消費電力も重要になる。このため、これらの小型機器には半透過型LCDが広く採用されている。半透過型LCDでは、画素電極が半透明な材料で形成されるか、あるいは透明領域と反射領域とに分割される。画素電極の透過率は、明所と暗所での使用のバランスを勘案して設定するため、いずれの場面でも光の利用効率が低い。即ち、半透過型LCDは妥協の産物であり、その画質は、明所では反射型LCDに劣り、暗所では透過型LCDやOLEDに劣るという課題がある。   In application to small devices such as mobile phones and smartphones, power consumption is important in addition to visibility in a bright place and image quality in a dark place. For this reason, transflective LCDs are widely used for these small devices. In the transflective LCD, the pixel electrode is formed of a translucent material or divided into a transparent region and a reflective region. Since the transmittance of the pixel electrode is set in consideration of the balance of use in a bright place and a dark place, the light use efficiency is low in any scene. In other words, the transflective LCD is a compromise product, and its image quality is inferior to a reflective LCD in a bright place and inferior to a transmissive LCD or OLED in a dark place.

Shigeru Aoyama, Akihiro Funamoto, and Koichi Imanaka, “Hybrid normal-reverse prism coupler for light-emitting diode backlight systems,” Applied Optics 45, 7273-7278, 2006.Shigeru Aoyama, Akihiro Funamoto, and Koichi Imanaka, “Hybrid normal-reverse prism coupler for light-emitting diode backlight systems,” Applied Optics 45, 7273-7278, 2006. A. Nagasawa and K. Fujisawa, “An ultra slim backlight system using optical-patterned film,” Digest of Technical Papers, Society for Information Display 36, 570-573, 2005.A. Nagasawa and K. Fujisawa, “An ultra slim backlight system using optical-patterned film,” Digest of Technical Papers, Society for Information Display 36, 570-573, 2005.

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、第一の目的は、任意の形状の平面状の照明装置の設計を容易にすると同時に、その製造コストを低減することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a first object is to facilitate the design of a planar lighting device having an arbitrary shape and to reduce the manufacturing cost thereof. .

第二の目的は、平面状の光源のモードと、シースルーで鮮明な画像を見るモードの2つの機能を有し、光源モードのときの光の利用効率が高い照明装置を実現することである。   The second object is to realize an illumination device that has two functions of a planar light source mode and a see-through and clear image viewing mode and has high light use efficiency in the light source mode.

第三の目的は、明所と暗所の両方での視認性が良好で、明所では消費電力が低い表示装置を実現することである。   A third object is to realize a display device that has good visibility in both bright and dark places and low power consumption in bright places.

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を進めていたところ、光ファイバの湾曲部から光を導光板へ漏洩させる構成により、第一の課題(製造コスト)と第二の課題(シースルー化)とを解決することができることを見いだした。通常、光ファイバは離れた場所に光を伝える伝送路として用いられており、このような用途では、光の伝送損失をより低下することが求められている。本発明では、光ファイバに湾曲部を設けることにより意図的に光を漏洩させる構成としており、このような構成は、これまでの光ファイバの用途では想定されていないものである。   The inventor has been diligently studying in order to achieve the above object. As a result, the first problem (manufacturing cost) and the second problem (by the configuration in which light is leaked from the curved portion of the optical fiber to the light guide plate) We found that we could solve see-through). In general, an optical fiber is used as a transmission path for transmitting light to a distant place. In such an application, it is required to further reduce the transmission loss of light. In this invention, it is set as the structure which leaks light intentionally by providing a curved part in an optical fiber, Such a structure is not assumed by the use of the conventional optical fiber.

更に、液晶パネルとシースルー化が可能なバックライトとをこの順に反射部材の上に積層することにより、第三の課題(明所での視認性と暗所での画質の両立)を解決することができることを見いだした。   Furthermore, the third problem (coexistence of visibility in a bright place and image quality in a dark place) is solved by laminating a liquid crystal panel and a see-through backlight on the reflecting member in this order. I found out that I can do it.

すなわち、本発明は、以下に示す態様を含むものである。   That is, the present invention includes the following aspects.

本発明に係る第1の照明装置は、光源と、湾曲部を有する光ファイバと、導光板とを備え、前記光源からの光が前記光ファイバの一端に入射され、前記導光板の内部に前記光ファイバが配置され、前記光ファイバの前記湾曲部から漏れだした光が、前記導光板の内部を伝搬して、前記導光板の外部へ放出される、照明装置である。   A first illumination device according to the present invention includes a light source, an optical fiber having a curved portion, and a light guide plate, light from the light source is incident on one end of the optical fiber, and the light guide plate includes the light guide plate. An illuminating device in which an optical fiber is disposed and light leaking from the curved portion of the optical fiber propagates through the light guide plate and is emitted to the outside of the light guide plate.

第2の照明装置は、第1の照明装置において、前記導光板の一方の面側に拡散板をさらに備える。   In the first lighting device, the second lighting device further includes a diffusion plate on one surface side of the light guide plate.

第3の照明装置は、第2の照明装置において、前記導光板の他方の面側に反射板をさらに備える。   In the second illumination device, the third illumination device further includes a reflection plate on the other surface side of the light guide plate.

第4の照明装置は、第1〜第3のいずれかの照明装置において、複数の前記導光板が前記光ファイバで接続されている。   In the fourth illumination device, in any one of the first to third illumination devices, the plurality of light guide plates are connected by the optical fiber.

第5の照明装置は、第1の照明装置において、前記導光板の表面に、光を前記導光板の外部へ取り出すための出力カプラが配置される。   In the fifth illumination device, in the first illumination device, an output coupler for extracting light to the outside of the light guide plate is disposed on the surface of the light guide plate.

第6の照明装置は、第5の照明装置において、前記出力カプラに対応する領域に光の吸収材または屈折体が配置され、前記出力カプラに入射する外光の量を制限する。   In the fifth illumination device, in the fifth illumination device, a light absorber or refractor is disposed in a region corresponding to the output coupler, and limits the amount of external light incident on the output coupler.

第7の照明装置は、第5の照明装置において、前記導光板の屈折率が前記光ファイバのコアの屈折率とほぼ同じである。   The seventh lighting device is the fifth lighting device, wherein the refractive index of the light guide plate is substantially the same as the refractive index of the core of the optical fiber.

第8の照明装置は、第5〜第7のいずれかの照明装置において、複数の前記導光板が前記光ファイバで接続され、前記導光板の各々において、前記光ファイバの前記湾曲部の曲率半径が異なっている。   In an eighth illumination device according to any one of the fifth to seventh illumination devices, a plurality of the light guide plates are connected by the optical fiber, and each of the light guide plates has a curvature radius of the curved portion of the optical fiber. Is different.

本発明に係る第1の表示装置は、第1〜第8のいずれかの照明装置と、前記照明装置の一方の面側に配置された液晶パネルとを備える表示装置である。   A first display device according to the present invention is a display device including any one of first to eighth lighting devices and a liquid crystal panel arranged on one surface side of the lighting device.

本発明に係る第2の表示装置は、第5〜第8のいずれかの照明装置と、前記照明装置の一方の面側に配置された液晶パネルとを備え、前記液晶パネルが、前記照明装置がオン状態の場合には、前記照明装置からの光を画像表示用の光源とし、前記照明装置がオフ状態の場合には、外光を画像表示用の光源とする表示装置である。   A second display device according to the present invention includes any of the fifth to eighth lighting devices and a liquid crystal panel disposed on one surface side of the lighting device, and the liquid crystal panel includes the lighting device. Is a display device that uses light from the illumination device as a light source for image display when the illumination device is in an off state, and uses external light as a light source for image display when the illumination device is in an off state.

第3の表示装置は、第2の表示装置において、前記照明装置の他方の面側に配置され、電圧の印加により光を透過する状態と光を拡散する状態とを複数の領域毎に独立して切り替え可能な透過拡散パネルをさらに備え、前記照明装置は、前記透過拡散パネルの前記複数の領域に対応する複数の領域毎に独立して、オン状態とオフ状態とが切り替え可能である。   The third display device is arranged on the other surface side of the illumination device in the second display device, and the state of transmitting light and the state of diffusing light by applying a voltage are independent for each of a plurality of regions. The illuminating device can be switched between an on state and an off state independently for each of a plurality of regions corresponding to the plurality of regions of the transmissive diffusion panel.

本発明の第一の実施の形態の照明装置では、湾曲部を有する光ファイバを導光板の内部に配置する構成であるため、光ファイバのレイアウトは自由度が高く、発光領域が均一な照明装置の設計が容易である。また、微細な加工が不要なため、製造も容易である。更に、単位要素を周期的に配置することにより、adaptive dimming技術を適用することも可能である。   In the illumination device according to the first embodiment of the present invention, since the optical fiber having a curved portion is arranged inside the light guide plate, the layout of the optical fiber has a high degree of freedom and the light emitting region is uniform. Is easy to design. Further, since fine processing is not necessary, manufacturing is also easy. Furthermore, it is also possible to apply an adaptive dimming technique by arranging unit elements periodically.

本発明の第二の実施の形態の照明装置では、光ファイバの湾曲部を等価的な光源として導光板の中央に配置することにより、導光板に形成する出力カプラの密度を低くできる。外光が出力カプラによって散乱されないためシースルーになる。光を吸収材または屈折する材料を出力カプラの近傍に配置することにより、鮮明なシースルー画像が得られる。また、モジュール化の手法を用いて、大面積で様々な形状の均一な照明装置が実現される。   In the illumination device according to the second embodiment of the present invention, the density of the output coupler formed on the light guide plate can be reduced by arranging the curved portion of the optical fiber as an equivalent light source in the center of the light guide plate. Since external light is not scattered by the output coupler, it becomes see-through. A clear see-through image can be obtained by placing a light absorbing or refracting material in the vicinity of the output coupler. In addition, a uniform lighting device having a large area and various shapes can be realized by using a modularization technique.

本発明の第三の実施の形態の表示装置では、第二の実施の形態の照明装置を備えることにより、従来の半透過型LCDに比べて光利用効率が向上する。また、従来のOLEDや透過型LCDに比べて、外光が強い環境での視認性が優れ、消費電力が格段に低下する。外光が弱い環境でも従来のOLEDや透過型LCDと同等の画質が得られる。   In the display device according to the third embodiment of the present invention, by using the illumination device according to the second embodiment, the light use efficiency is improved as compared with the conventional transflective LCD. Compared with conventional OLEDs and transmissive LCDs, the visibility in an environment with strong external light is excellent, and the power consumption is significantly reduced. Image quality equivalent to that of conventional OLEDs and transmissive LCDs can be obtained even in environments with low ambient light.

更に、本発明の照明装置の光源にレーザーダイオードを用いれば、従来の光源を使用する透過型LCDやOLEDに比べて表示装置の色再現領域が拡大されて、より現実に近い画像を表示できる。   Furthermore, when a laser diode is used as the light source of the illumination device of the present invention, the color reproduction region of the display device is expanded as compared with a transmissive LCD or OLED using a conventional light source, and a more realistic image can be displayed.

点光源を均一な平面光源へ変換するための構成例を示す、従来技術に係る参考文献1の図であるIt is a figure of the reference literature 1 which shows the example of a structure for converting a point light source into a uniform plane light source. 点光源を均一な平面光源へ変換するための構成例を示す、従来技術に係る参考文献2の図であるIt is the figure of the reference literature 2 which shows the example of a structure for converting a point light source into a uniform plane light source. エンボス工程による出力カプラの製造方法を示す、従来技術に係る参考文献2の図であるIt is a figure of the reference literature 2 which shows the manufacturing method of the output coupler by an embossing process which concerns on a prior art. 従来技術に係る液晶表示装置の一態様を示す図であるIt is a figure which shows the one aspect | mode of the liquid crystal display device based on a prior art. 本発明の第一の実施の形態に係る照明装置の構成を示す模式図であるIt is a schematic diagram which shows the structure of the illuminating device which concerns on 1st embodiment of this invention. 照明装置の構成要素と照明装置の動作中の写真であるIt is a photograph during operation of the components of the lighting device and the lighting device. POFのレイアウトを変更した照明装置の動作中の写真であるThis is a picture of the lighting device in operation with the POF layout changed. 複数のセルを並置して個々の光出力を独立に制御する構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure which arranges a some cell in parallel and controls each light output independently. 本発明の第二の実施の形態に係る照明装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the illuminating device which concerns on 2nd embodiment of this invention. 出力カプラによる外光の散乱を防止する構成を示す模式図であるIt is a schematic diagram showing a configuration for preventing scattering of external light by the output coupler 本発明の第二の実施の形態に係る照明装置を並べて大面積化する構成を示す模式図であるIt is a schematic diagram which shows the structure which puts together the illuminating device which concerns on 2nd embodiment of this invention, and enlarges an area. POFの曲率半径に依存して湾曲部から取り出される光量が変化する現象を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for explaining a phenomenon in which the amount of light extracted from the curved portion changes depending on the curvature radius of POF. 各セルの光取り出し効率と各セルにおいてPOFを伝搬する光量との設計例の一例を示すグラフであるIt is a graph which shows an example of the design example of the light extraction efficiency of each cell, and the light quantity which propagates POF in each cell. 多彩な形状の照明装置の一例を示す模式図であるIt is a schematic diagram which shows an example of the illuminating device of various shapes. 本発明の照明装置を備える液晶表示装置の構成を示す分解斜視図であるIt is a disassembled perspective view which shows the structure of a liquid crystal display device provided with the illuminating device of this invention.

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明および図面において、同じ符号は同じまたは類似の構成要素を示すこととし、よって、同じまたは類似の構成要素に関する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and drawings, the same reference numerals indicate the same or similar components, and thus descriptions of the same or similar components are omitted.

本発明の照明装置は、少なくとも湾曲部を有する光ファイバを備える。曲げに強いという特性から、以下に説明する実施の形態では、光ファイバはプラスチック製である。   The illuminating device of this invention is equipped with the optical fiber which has a curved part at least. In the embodiment described below, the optical fiber is made of plastic because of its resistance to bending.

第一の実施の形態
図5は、本発明の第一の実施の形態に係る照明装置の構成を示す模式図である。(a)は平面図であり、(b)は断面図である。導光板として機能する透明基板1の表面に溝2を形成し、その中にプラスチック光ファイバ3(Plastic Optical Fiber、以下ではPOF)を配置する。この例では、POF3と溝2の隙間には空気が存在する。図5(a)に示すように溝2は湾曲して形成されるため、POF3にも湾曲部3aが存在する。ここで、POF3の曲率半径を適切に設定して、湾曲部3aから光が漏れ出て、漏れた光が透明基板1の内部を伝搬するようにする。湾曲部3aから漏れ出た光を、図中に矢印で示す。透明基板1の端部の側面は、POF3を通すための溝2の領域を除き、反射材4で覆う。透明基板1の底面には反射板5が配置されている。透明基板1の上方には拡散板7が配置される。
First Embodiment FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a lighting device according to a first embodiment of the present invention. (A) is a top view, (b) is sectional drawing. A groove 2 is formed on the surface of the transparent substrate 1 functioning as a light guide plate, and a plastic optical fiber 3 (hereinafter, POF) is disposed therein. In this example, air exists in the gap between the POF 3 and the groove 2. Since the groove 2 is curved as shown in FIG. 5A, the POF 3 also has a curved portion 3a. Here, the curvature radius of the POF 3 is appropriately set so that the light leaks from the curved portion 3 a and the leaked light propagates inside the transparent substrate 1. The light leaking from the curved portion 3a is indicated by an arrow in the figure. The side surface of the end portion of the transparent substrate 1 is covered with the reflective material 4 except for the region of the groove 2 for passing the POF 3. A reflective plate 5 is disposed on the bottom surface of the transparent substrate 1. A diffusion plate 7 is disposed above the transparent substrate 1.

次に、図5に示す構成の動作を説明する。光源6からの光はPOF3の内部を伝搬して湾曲部3aに至る。湾曲部3aから一定の割合で光が漏れて透明基板1に侵入する。この光は、図5(b)に示すように透明基板1の内部を伝搬する。透明基板1の端部まで到達した光は反射材4で反射されて透明基板1の内部を伝搬する。透明基板1の底面に到達した光も、反射板5で反射されて透明基板1の内部を伝搬する。このような過程により、透明基板1の内部を伝搬する光の量は、透明基板の場所に依らず均一になる。この光の一部は、POF3や溝2と空気との界面で屈折、反射されて進路を変えられて、透明基板1の外部へ放射される。即ち、POF/溝/隙間の空気層からなる構造物は出力カプラとして機能する。透明材料や反射材料での光の吸収を無視すれば、光源から放出された全ての光が最終的に拡散板7へ入射して、均一化された光が図中の上方へ伝搬する。本実施形態では、拡散板7は、導光板1の図中上方に導光板1との間に空間を空けて配置されている。   Next, the operation of the configuration shown in FIG. 5 will be described. The light from the light source 6 propagates through the POF 3 and reaches the bending portion 3a. Light leaks from the curved portion 3a at a constant rate and enters the transparent substrate 1. This light propagates inside the transparent substrate 1 as shown in FIG. The light that reaches the end of the transparent substrate 1 is reflected by the reflecting material 4 and propagates inside the transparent substrate 1. The light reaching the bottom surface of the transparent substrate 1 is also reflected by the reflecting plate 5 and propagates inside the transparent substrate 1. Through such a process, the amount of light propagating through the transparent substrate 1 becomes uniform regardless of the location of the transparent substrate. A part of this light is refracted and reflected at the interface between the POF 3 and the groove 2 and the air to change the course, and is emitted to the outside of the transparent substrate 1. That is, the structure composed of the POF / groove / gap air layer functions as an output coupler. If the light absorption by the transparent material or the reflective material is ignored, all the light emitted from the light source finally enters the diffusion plate 7, and the uniformized light propagates upward in the figure. In the present embodiment, the diffusion plate 7 is disposed above the light guide plate 1 in the drawing with a space between the light guide plate 1 and the light guide plate 1.

以下では数値例を挙げながら実施の形態を更に詳しく説明する。図6は、照明装置の構成要素と照明装置の動作中の写真である。構成要素を図6(a)に示す。寸法10cm×10cm×3mmのアクリル板(屈折率1.49)を導光板(透明基板1)として使用し、その表面に断面が矩形の溝2を波状に形成した。以下では、このように加工した導光板をPOFホルダ1hと表記する。POF3には、直径500μm、コアとクラッドの屈折率がそれぞれ1.49、1.40のものを使用した。曲率半径を12.5mmより小さくすると光が漏れる。ここではPOF3の曲率半径を全て9.5mmに設定した。反射板5と拡散板7には、バックライトの構成に用いる一般的な部材を用いた。図5(a)では一つのPOFのパターンに対応して光源6を配置しているが、図6の実施の形態では一筆書きの要領で1本のPOF3をレイアウトして、光源6も1個のみを使用した。POFホルダ1hと拡散板7との間の距離dを0.2cmまたは2.0cmに設定してPOF3にレーザー光を入射させたときの写真をそれぞれ図6(b)、(c)に示す。POFホルダ1hから0.2cmの場所に拡散板7を配置した図6(b)の例では、光が十分に拡散されておらず均一な光源になっていないが、図6(c)の例に示すようにPOFホルダ1hから2.0cmの場所に拡散板7を置くと、光が十分に拡散されることが確認できる。また、図6(b)のPOFのパターンはほぼ同じ強度である。これは、POF3および溝2の構造が出力カプラとして機能することと、アクリル板の内部を伝搬する光の量が場所に依らずほぼ一定であることを示している。   Hereinafter, embodiments will be described in more detail with numerical examples. FIG. 6 is a photograph of the components of the lighting device and the operation of the lighting device. The components are shown in FIG. An acrylic plate (refractive index: 1.49) having a size of 10 cm × 10 cm × 3 mm was used as a light guide plate (transparent substrate 1), and a groove 2 having a rectangular cross section was formed on the surface thereof in a wave shape. Hereinafter, the light guide plate processed in this way is referred to as a POF holder 1h. POF 3 having a diameter of 500 μm and core and clad refractive indexes of 1.49 and 1.40, respectively. Light leaks when the radius of curvature is less than 12.5 mm. Here, the curvature radius of POF3 was all set to 9.5 mm. For the reflecting plate 5 and the diffusing plate 7, general members used for the configuration of the backlight were used. In FIG. 5A, the light source 6 is arranged corresponding to one POF pattern. However, in the embodiment of FIG. 6, one POF 3 is laid out in a manner of one-stroke writing, and one light source 6 is also provided. Only used. FIGS. 6B and 6C show photographs when the laser beam is incident on the POF 3 with the distance d between the POF holder 1h and the diffusion plate 7 set to 0.2 cm or 2.0 cm, respectively. In the example of FIG. 6B in which the diffusion plate 7 is arranged at a position 0.2 cm from the POF holder 1h, the light is not sufficiently diffused and the light source is not uniform, but the example of FIG. 6C. When the diffusion plate 7 is placed at a position 2.0 cm from the POF holder 1h, it can be confirmed that the light is sufficiently diffused. Further, the POF pattern in FIG. 6B has almost the same intensity. This indicates that the structure of the POF 3 and the groove 2 functions as an output coupler, and that the amount of light propagating through the acrylic plate is almost constant regardless of the location.

図7は、POFのレイアウトを変更した照明装置の動作中の写真である。以上では、POF3を波型にレイアウトした例を説明したが、POF3のレイアウトパターンは波型に限定されず、POF3が湾曲部3aを有する限り、図7に示すように様々なパターンが可能である。図6の例と異なる点はPOFホルダ1hの溝2のパターンのみである。曲率半径は、図7(a)、(b)では8.5mm、図7(c)、(d)では10.5mmである。POFホルダ1hと拡散板7との間の距離dを2.0cmに設定すると、これまでに示したPOF3の3つのレイアウトパターンのいずれにおいても、光は十分に拡散されており、これにより面状光源を実現することができる。   FIG. 7 is a photograph of the lighting device in operation with the POF layout changed. The example in which the POF 3 is laid out in a wave shape has been described above, but the layout pattern of the POF 3 is not limited to the wave shape, and various patterns are possible as shown in FIG. 7 as long as the POF 3 has the curved portion 3a. . The only difference from the example of FIG. 6 is the pattern of the groove 2 of the POF holder 1h. The radius of curvature is 8.5 mm in FIGS. 7A and 7B and 10.5 mm in FIGS. 7C and 7D. When the distance d between the POF holder 1h and the diffusion plate 7 is set to 2.0 cm, light is sufficiently diffused in any of the three layout patterns of the POF 3 shown so far, and thus the surface shape A light source can be realized.

このように、本発明の照明装置では、湾曲部3aを有する光ファイバ3を導光板1の内部に配置する。光ファイバのレイアウトは自由度が高く、発光領域が均一な照明装置の設計が容易である。また、微細な加工が不要なため、製造も容易である。   Thus, in the illuminating device of this invention, the optical fiber 3 which has the curved part 3a is arrange | positioned inside the light-guide plate 1. FIG. The layout of the optical fiber has a high degree of freedom, and it is easy to design an illumination device with a uniform light emitting area. Further, since fine processing is not necessary, manufacturing is also easy.

更に、光源6にレーザーダイオードを使用する場合には、光源6と光ファイバ3との結合には、光ファイバに関する公知の技術を適用することができるため、光の損失をより低減させることができる。すなわち湾曲部3aから導光板1へ光が漏れるときの損失はほぼゼロである。従って、光の利用効率が高い。また、レーザーは単一波長なので、液晶パネルと組み合わせて表示装置を構成するときの色再現域が広くなる。もちろん本発明は、光源の種類をレーザーに限定するものではなく、光ファイバに光を通すことができる限り、光源にはLED、蛍光灯、または白熱電球等の種々の光源を用いることができる。   Furthermore, when a laser diode is used for the light source 6, a known technique relating to the optical fiber can be applied to the coupling between the light source 6 and the optical fiber 3, so that the loss of light can be further reduced. . That is, the loss when light leaks from the curved portion 3a to the light guide plate 1 is almost zero. Therefore, the light utilization efficiency is high. Further, since the laser has a single wavelength, the color reproduction range when a display device is configured in combination with a liquid crystal panel is widened. Of course, in the present invention, the type of the light source is not limited to the laser, and various light sources such as an LED, a fluorescent lamp, or an incandescent bulb can be used as the light source as long as the light can pass through the optical fiber.

変形例(溝を用いない構成)
以上に説明した構成では導光板1の表面に溝2を形成してPOF3を配置したが、これは、導光板の内部に配置したPOFに湾曲部を設けて光をPOFの外部へ漏洩させることを目的としている。この目的を達成するための構成は、導光板1の表面の溝2に限るものではない。例えば、POFを加熱して冷却すると加熱時の形状が記憶される現象を利用してもよい。即ち、まず、湾曲した溝を有する金型にPOFを配置して加熱した後に冷却する。次に、湾曲したPOFを金型から取り出して、透明基板の表面に配置し、接着剤で固定する。最後にもう1枚の透明基板を上からかぶせて固定する。以上の工程により導光板の内部に湾曲部を有するPOFが配置され、湾曲部の周囲の空間に光を漏らすことができる。周囲の空間とは、この場合は具体的には空気だが、POFのコアよりも低い屈折率の材料で埋めてもよい。あるいは、1枚の透明基板の表面に湾曲部を有する突起を形成し、POFに一定の張力を加えた状態でこの突起の側面に沿わせ、もう1枚の透明基板を上から接着する。これらの工程により導光板に内部に湾曲部を有するPOFを配置し、湾曲部から光を導光板の内部へ漏洩させることができる。
Modification (configuration without groove)
In the configuration described above, the groove 2 is formed on the surface of the light guide plate 1 and the POF 3 is arranged. This is because the curved portion is provided in the POF arranged inside the light guide plate to leak light to the outside of the POF. It is an object. The configuration for achieving this object is not limited to the groove 2 on the surface of the light guide plate 1. For example, you may utilize the phenomenon by which the shape at the time of a heating is memorize | stored when POF is heated and cooled. That is, first, POF is placed in a mold having a curved groove, heated and then cooled. Next, the curved POF is taken out from the mold, placed on the surface of the transparent substrate, and fixed with an adhesive. Finally, cover the other transparent substrate from the top and fix it. Through the above steps, the POF having a curved portion is arranged inside the light guide plate, and light can be leaked into the space around the curved portion. The surrounding space is specifically air in this case, but may be filled with a material having a lower refractive index than the POF core. Alternatively, a protrusion having a curved portion is formed on the surface of one transparent substrate, and a certain tension is applied to the POF along the side surface of the protrusion, and another transparent substrate is bonded from above. Through these steps, a POF having a curved portion inside can be disposed in the light guide plate, and light can be leaked from the curved portion into the light guide plate.

変形例(単位要素化)
以上に説明した構成では1枚のPOFホルダ1hに1本のPOF3を配置したが、この構成を単位要素(セル)として平面状に周期的に配置することにより、大面積の照明装置を容易に実現することができる。図8は、複数のセルを並置して個々の光出力を独立に制御する構成を示す模式図である。(a)は平面図であり、(b)は光出力の時分割分岐を説明する図である。(a)には、単位要素(セル)として12個のPOFホルダを3行4列に配置した例を示す。以上に説明した構成と同様に、1枚のPOFホルダ1hには、一筆書きの要領で1本のPOFがレイアウトされている。このとき、個々のPOFに独立した光源6#1〜#12を設けることにより、直下型バックライトで一般に実現される「適応照明」(adaptive dimming、あるいはlocal dimming)と呼ばれる技術を適用することができる。即ち、表示したい画像の明暗に対応して光源の出力を調整することができる。具体的には、表示画像の暗い領域に対応する光源の出力を減少させ、明るい領域に対応する光源の出力を増加させる。これにより液晶パネルで無駄に吸収される光量が低減されるので、表示装置の消費電力が低減される。光源の数を減らしたい場合には、図8(b)に示すように、光スイッチ6sを用いて1個の光源6の光を時分割で複数のPOFに入力させてもよい。このような光スイッチ6sとしては、光通信分野で培われた各種の集積光学素子(例えば方向性結合器)を利用できる。
Modification (unit element)
In the configuration described above, one POF 3 is arranged in one POF holder 1h. However, by arranging this configuration as a unit element (cell) periodically in a planar shape, a large-area lighting device can be easily formed. Can be realized. FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration in which a plurality of cells are juxtaposed to control each light output independently. (A) is a top view, (b) is a figure explaining the time division | segmentation branch of an optical output. (A) shows an example in which twelve POF holders are arranged in three rows and four columns as unit elements (cells). Similar to the configuration described above, one POF is laid out in a single-stroke manner on one POF holder 1h. At this time, by providing independent light sources 6 # 1 to # 12 for each POF, it is possible to apply a technique called “adaptive dimming” (adaptive dimming) that is generally realized by a direct type backlight. it can. That is, the output of the light source can be adjusted in accordance with the brightness of the image to be displayed. Specifically, the output of the light source corresponding to the dark area of the display image is decreased, and the output of the light source corresponding to the bright area is increased. As a result, the amount of light absorbed in the liquid crystal panel is reduced, so that the power consumption of the display device is reduced. When it is desired to reduce the number of light sources, as shown in FIG. 8B, the light from one light source 6 may be input to a plurality of POFs in a time division manner using an optical switch 6s. As such an optical switch 6s, various integrated optical elements (for example, directional couplers) cultivated in the optical communication field can be used.

第二の実施の形態(シースルー化)
図9は、本発明の第二の実施の形態に係る照明装置の構成を示す模式図である。(a)は平面図であり、(b)は断面図である。POF3のレイアウトに湾曲部3aが含まれるのは第一の実施の形態と共通である。図9(a)に示すように、第二の実施の形態では、湾曲部3aが透明基板1の平面ほぼ中央に配置される。また、図9(a)の例では湾曲部3aは円弧状であり、複数の湾曲部3aが連続して円形となっているが、湾曲部3aの形状は円弧状に限られず、部分円や波型であってもよい。更に、この実施の形態では溝2とPOF3との隙間を接触液8で埋める点が重要である。接触液8の屈折率は、好ましくは透明基板1やPOF3のコアの屈折率とほぼ同じ(例えば、屈折率1.49)である。POF3のクラッドの屈折率は若干異なるが、この構成により、POF3は目視での確認がほぼ不可能になる。また、透明基板1の表面には複数の微細な構造物9(出力カプラ)を配置する。更に、透明基板1の側面には、POF3を通すための溝2の領域を除き、反射材4を配置する。尚、出力カプラ9は透明基板1内を伝搬する光を外部に取り出すための構造であり、従来からエッジ点灯型バックライトに用いられている。出力カプラ9には、例えば、参考文献1あるいは2の構造を採用すればよい。なお、シースルー化を実現するために、第二の実施の形態では、照明装置は、透明基板1の底面に反射板5を備えない。透明基板1の上方に拡散板7を備えない。
Second embodiment (see-through)
FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the illumination device according to the second embodiment of the present invention. (A) is a top view, (b) is sectional drawing. The curved portion 3a is included in the layout of the POF 3 in common with the first embodiment. As shown in FIG. 9A, in the second embodiment, the curved portion 3 a is disposed at the substantially center of the plane of the transparent substrate 1. In the example of FIG. 9A, the bending portion 3a has an arc shape, and the plurality of bending portions 3a are continuously circular, but the shape of the bending portion 3a is not limited to the arc shape, It may be corrugated. Furthermore, in this embodiment, it is important to fill the gap between the groove 2 and the POF 3 with the contact liquid 8. The refractive index of the contact liquid 8 is preferably substantially the same as the refractive index of the core of the transparent substrate 1 or the POF 3 (for example, a refractive index of 1.49). Although the refractive index of the cladding of POF 3 is slightly different, this configuration makes POF 3 almost impossible to visually confirm. A plurality of fine structures 9 (output couplers) are arranged on the surface of the transparent substrate 1. Further, a reflective material 4 is disposed on the side surface of the transparent substrate 1 except for the region of the groove 2 for passing the POF 3. The output coupler 9 has a structure for extracting light propagating through the transparent substrate 1 to the outside, and has been conventionally used for edge-lit backlights. For example, the structure of Reference Document 1 or 2 may be adopted for the output coupler 9. In order to achieve see-through, in the second embodiment, the lighting device does not include the reflecting plate 5 on the bottom surface of the transparent substrate 1. The diffusion plate 7 is not provided above the transparent substrate 1.

以上に説明した構成では導光板1の表面に溝2を形成してPOF3を配置し、隙間を接触液8で埋めたが、これは、POF3を目視で確認できないようにすることを目的としている。この目的を達成するには、POFのコアと導光体の屈折率がほぼ同じになればよいので、例えば、次の手法を用いてもよい。第一の実施例で述べた手法でPOFに湾曲部を記憶させ、これを2枚の透明基板で挟み、屈折率がPOFのコアとほぼ同一の熱硬化樹脂あるいは紫外線硬化樹脂でPOFの周囲の空間を満たし、加熱または紫外線照射により樹脂を固化させる。以上によりPOFを目視で確認できなくなる。   In the configuration described above, the groove 2 is formed on the surface of the light guide plate 1 and the POF 3 is arranged, and the gap is filled with the contact liquid 8. This is intended to prevent the POF 3 from being visually confirmed. . In order to achieve this object, the refractive index of the POF core and the light guide need only be substantially the same. For example, the following method may be used. The curved portion is memorized in the POF by the method described in the first embodiment, and this is sandwiched between two transparent substrates, and the periphery of the POF is made of a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin whose refractive index is almost the same as that of the POF core. Fill the space and solidify the resin by heating or UV irradiation. As a result, POF cannot be confirmed visually.

次に、図9に示す構成の動作を説明する。光源6から発せられた光はPOF3を伝搬して湾曲部3aに至り、透明基板1の内部へ侵入する。透明材料による光の吸収は無視できるので、この過程で光の損失はない。透明基板1内に漏れた光は出力カプラ9によって外部へ取り出される。この光取り出しの過程は従来のエッジ点灯型バックライトと同様であり、ほぼ全ての光が透明基板1の上方へ放射される。但し、図9ではPOF3の湾曲部3aが等価的に光源となるので、透明基板1の中央に光源が置かれることになる。このように、導光板として機能する透明基板1の中央に等価的に光源を配置することが可能となるので、従来のエッジ点灯型バックライトに比べて出力カプラ9の密度を低くすることが可能になる。光源6がOFFされて光がPOF3に入射されない状態では、前述のようにPOF3と溝2との隙間が接触液8で埋められているので、このPOF3と溝2はほぼ視認できなくなる。透明基板1の平面において出力カプラ9の占める領域はわずかなので、光がPOF3に入射されない状態では、図9の構成はほぼシースルーになる。以上より、図9の構成は従来のエッジ点灯型でも直下型でもなく、言うならば両者の折衷型のバックライトとなる。   Next, the operation of the configuration shown in FIG. 9 will be described. The light emitted from the light source 6 propagates through the POF 3 to reach the curved portion 3 a and enters the transparent substrate 1. Since light absorption by the transparent material is negligible, there is no loss of light in this process. The light leaking into the transparent substrate 1 is extracted to the outside by the output coupler 9. This light extraction process is the same as that of the conventional edge-lit backlight, and almost all light is emitted above the transparent substrate 1. However, in FIG. 9, since the curved portion 3 a of the POF 3 is equivalent to a light source, the light source is placed at the center of the transparent substrate 1. As described above, since the light source can be equivalently disposed in the center of the transparent substrate 1 functioning as the light guide plate, the density of the output coupler 9 can be reduced as compared with the conventional edge-lit backlight. become. In the state where the light source 6 is turned off and no light is incident on the POF 3, the gap between the POF 3 and the groove 2 is filled with the contact liquid 8 as described above, so that the POF 3 and the groove 2 become almost invisible. Since the area occupied by the output coupler 9 is small in the plane of the transparent substrate 1, the configuration of FIG. 9 is almost see-through in a state where light is not incident on the POF 3. From the above, the configuration of FIG. 9 is neither a conventional edge lighting type nor a direct type, but, in other words, is a compromise type backlight of both.

但し、図9の構成では、わずかとは言え透明基板1を貫く外光Lexの一部が出力カプラ9へ入射する。出力カプラ9へ入射した外光Lexは様々な方向へ散乱されるので、白色の照明の下では透明基板1がわずかに白くなり、シースルー画像のコントラストが劣化する。この現象を防ぐには図10の構成を採用すればよい。図10は、出力カプラによる外光の散乱を防止する構成を示す模式図である。(a)は吸収材を用いる構成を示し、(b)は屈折を利用する構成である。図10(a)に示す例では、出力カプラ9の外光Lexが入射する面側に、光の吸収材10aが配置され、外光Lexの散乱を防止している。図10(b)に示す例では、出力カプラ9の外光Lexが入射する面側に、平行な斜面を有する複数の透明体10bが配置されている。透明体10bには斜面が設けられており、透明体10bの一対の斜面が略平行に配置されることにより、外光Lexは進行方向をわずかに反らして、出力カプラ9の脇を貫いて透明基板1の外部へと放出される。このように、光の吸収材10aまたは光を屈折する構成要素10bを出力カプラ9の近傍に配置することにより、外光Lexが出力カプラに入射して、画像のコントラストの低下を防止できる。   However, in the configuration of FIG. 9, a part of the external light Lex that penetrates the transparent substrate 1 is incident on the output coupler 9 although it is slight. Since the external light Lex incident on the output coupler 9 is scattered in various directions, the transparent substrate 1 becomes slightly white under white illumination, and the contrast of the see-through image is deteriorated. In order to prevent this phenomenon, the configuration of FIG. 10 may be employed. FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration for preventing scattering of external light by the output coupler. (A) shows a configuration using an absorbing material, and (b) shows a configuration using refraction. In the example shown in FIG. 10A, the light absorbing material 10a is disposed on the surface side of the output coupler 9 where the external light Lex is incident to prevent scattering of the external light Lex. In the example shown in FIG. 10B, a plurality of transparent bodies 10b having parallel inclined surfaces are arranged on the surface side of the output coupler 9 where the external light Lex is incident. The transparent body 10b is provided with a slope, and the pair of slopes of the transparent body 10b are arranged substantially in parallel, so that the external light Lex slightly deflects in the traveling direction and passes through the side of the output coupler 9 to be transparent. Released to the outside of the substrate 1. Thus, by arranging the light absorbing material 10a or the component 10b that refracts light in the vicinity of the output coupler 9, the external light Lex is incident on the output coupler, and the contrast of the image can be prevented from being lowered.

次に、以上に説明した構成を大面積にするときの課題と解決策について説明する。図11は、本発明の第二の実施の形態に係る照明装置を並べて大面積化する構成を示す模式図である。図9の構成においてそのまま透明基板1の面積を大きくすると、POF3の湾曲部3aから漏れ出た光が伝搬する距離が増加する。従って、従来のエッジ点灯型バックライトの場合と同様に、透明基板1の周辺部では出力カプラ9の密度を高くしなければならない。図10の構成を採用すれば出力カプラ9による外光Lexの散乱は防げるが、透明基板1の周辺部では外光の透過率が劣化する、または、周辺部でシースルー画像が歪むという問題が発生する。これらの課題を解決してシースルーの照明装置を大面積化するために、本実施の形態ではモジュール化の手法を採用する。即ち、図11に示すように、図9の構成(以下ではセルと呼ぶ)を並べてPOF3で接続する。ここで、各セルの面積は同一で光学的に独立しており、全てのセルから同じ量の光が取り出されるものとする。これを実現する手法について以下に詳しく説明する。   Next, problems and solutions for increasing the area of the configuration described above will be described. FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a configuration in which the lighting devices according to the second embodiment of the present invention are arranged to increase the area. If the area of the transparent substrate 1 is increased as it is in the configuration of FIG. 9, the distance through which the light leaked from the curved portion 3a of the POF 3 propagates increases. Therefore, as in the case of the conventional edge lighting type backlight, the density of the output coupler 9 must be increased in the peripheral portion of the transparent substrate 1. If the configuration of FIG. 10 is adopted, scattering of the external light Lex by the output coupler 9 can be prevented, but there is a problem that the transmittance of the external light deteriorates in the peripheral portion of the transparent substrate 1 or the see-through image is distorted in the peripheral portion. To do. In order to solve these problems and increase the area of the see-through lighting device, a modularization technique is employed in this embodiment. That is, as shown in FIG. 11, the configurations of FIG. 9 (hereinafter referred to as cells) are arranged and connected by POF3. Here, the area of each cell is the same and optically independent, and the same amount of light is extracted from all the cells. A method for realizing this will be described in detail below.

図11に示す構成の動作を説明する前に、均一で大面積のシースルーの照明装置を実現するための予備実験について説明する。即ち、POF3の湾曲部3aから取り出される光量が曲率半径に依存する現象を定量化する。この実験の方法を図12に示す。図12は、POFの曲率半径に依存して湾曲部から取り出される光量が変化する現象を説明するための模式図である。(a)は実験のセットアップを示す平面図であり、(b)は2種類のPOFの光取り出し効率の実験データをプロットしたグラフである。図12(a)に示すように、アクリル製の基板1に曲率半径の異なる複数の溝2を円弧状に形成してPOFホルダ1hを形成し、その溝2の一つにPOF3を配置する。この状態でPOF3の一端から一定量の光を入射し、他端から出射する光量をパワーメータ21で測定する。入力と出力をそれぞれPin、Poutとすると、光取り出し効率は曲率半径rの関数として次式で定義される。 Before describing the operation of the configuration shown in FIG. 11, a preliminary experiment for realizing a see-through lighting device having a uniform and large area will be described. That is, the phenomenon in which the amount of light extracted from the curved portion 3a of the POF 3 depends on the radius of curvature is quantified. The method of this experiment is shown in FIG. FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a phenomenon in which the amount of light extracted from the curved portion changes depending on the curvature radius of the POF. (A) is a top view which shows the setup of experiment, (b) is the graph which plotted the experimental data of the light extraction efficiency of two types of POF. As shown in FIG. 12A, a plurality of grooves 2 having different radii of curvature are formed in an arc shape on an acrylic substrate 1 to form a POF holder 1 h, and a POF 3 is disposed in one of the grooves 2. In this state, a certain amount of light is incident from one end of the POF 3 and the amount of light emitted from the other end is measured by the power meter 21. If the input and output are respectively P in and Pout, the light extraction efficiency is defined by the following equation as a function of the radius of curvature r.

直径が500μmと250μmの2種のPOFについてこの測定を繰り返した結果を図12(b)のグラフに示す。グラフの縦軸が光の取り出し効率であり、横軸が湾曲部3aの曲率半径rである。測定結果のグラフから、曲率半径rを適切に選択することにより、光取り出し効率を0から0.5程度までの範囲で精度よく設定できることが分かる。尚、図12(b)に示す光取り出し効率は、1/4の部分円に対応する点に留意するべきである。更に、溝2とPOF3の隙間は、アクリル板と同じ屈折率1.49の接触液で埋め、図12(a)の点線で囲む領域Dにパワーメータ21の検出部を置いて、POF3の湾曲部3aからアクリル基板の面に垂直な方向に漏れる光の測定を試みたところ、1mWのPinに対して結果は検出限界(0.1nW)以下であった。従って、POF3の湾曲部3aから漏れた光は、ほぼ完全にアクリル基板1を伝搬する。即ち、POF3の湾曲部3aから透明基板1へ光を漏れさせる過程において損失はないと判断される。 The result of repeating this measurement for two types of POFs having diameters of 500 μm and 250 μm is shown in the graph of FIG. The vertical axis of the graph is the light extraction efficiency, and the horizontal axis is the radius of curvature r of the curved portion 3a. From the graph of the measurement result, it can be seen that the light extraction efficiency can be accurately set in the range from about 0 to about 0.5 by appropriately selecting the curvature radius r. It should be noted that the light extraction efficiency shown in FIG. 12B corresponds to a quarter partial circle. Further, the gap between the groove 2 and the POF 3 is filled with a contact liquid having the same refractive index of 1.49 as that of the acrylic plate, and the detection unit of the power meter 21 is placed in a region D surrounded by a dotted line in FIG. When the parts 3a attempted to measure the light leaking in the direction perpendicular to the surface of the acrylic substrate, result to 1mW of P in was below the detection limit (0.1nW). Therefore, the light leaking from the curved portion 3a of the POF 3 propagates through the acrylic substrate 1 almost completely. That is, it is determined that there is no loss in the process of leaking light from the curved portion 3a of the POF 3 to the transparent substrate 1.

次に、図11を参照しながら、均一で大面積の照明装置が実現される原理を説明する。n番目のセルに入力する光強度と光取り出し効率をそれぞれI、ηとし、セルの総数をN、最初のセルに入力される光強度をIとする。前述の通り、各セルの面積は同一で光学的に独立しており、全てのセルから同じ量の光が取り出されるものとすると、次式が成り立つ。 Next, the principle of realizing a uniform and large-area lighting device will be described with reference to FIG. The light intensity and light extraction efficiency input to the nth cell are I n and η n , respectively, the total number of cells is N, and the light intensity input to the first cell is I 0 . As described above, if the area of each cell is the same and optically independent, and the same amount of light is extracted from all the cells, the following equation is established.

これらより、I、ηが次式の通り求められる。 From these, I n and η n are obtained as follows.

図13は、各セルの光取り出し効率と各セルにおいてPOFを伝搬する光量との設計例の一例を示すグラフである。数値例として、N=25、I=100の場合のI、ηを図13のグラフに示す。各セルの光取り出し効率をこのように設定すると、全てのセルから同じ量の光を取り出すことができる。各セルの光取り出し効率は、図12(b)に例示したように、POFの曲率半径を選定することで設定される。以上により、大面積で均一な照明装置が実現される。 FIG. 13 is a graph showing an example of a design example of the light extraction efficiency of each cell and the amount of light that propagates POF in each cell. As a numerical example, I n and η n when N = 25 and I 0 = 100 are shown in the graph of FIG. When the light extraction efficiency of each cell is set in this way, the same amount of light can be extracted from all cells. The light extraction efficiency of each cell is set by selecting the curvature radius of the POF as illustrated in FIG. As described above, a uniform illumination device with a large area is realized.

図14は、多彩な形状の照明装置の一例を示す模式図である。前述の実施の形態では発光領域はいずれも矩形だが、図14に示すように、矩形のセルを複数並べて一筆書きの要領でPOF3をレイアウトすることができる。好ましくは、最も外側に配置されるセルの外側の側面には反射材4は設けず、実際に実現したい照明装置の形状22の外側の側面に反射材4を設ける。更に、外周に配置するセルのPOF3の湾曲部の曲率半径をやや小さめに設定することで、隅々の領域まで均一に発光する照明装置になる。これにより、多彩な形状の照明装置を簡便かつ低コストで実現できる。尚、図14では各セルの内部の円弧上のPOF3の湾曲部を描いていないが、これは要点を強調するための簡略化が目的であり、実際には図11と同様に、各セルの内部にはPOF3の湾曲部3aが存在する。   FIG. 14 is a schematic diagram illustrating an example of a lighting device having various shapes. In the above-described embodiment, the light emitting areas are all rectangular, but as shown in FIG. 14, a plurality of rectangular cells can be arranged to lay out POF 3 in the manner of one stroke. Preferably, the reflecting material 4 is not provided on the outer side surface of the cell arranged on the outermost side, and the reflecting material 4 is provided on the outer side surface of the shape 22 of the lighting device to be actually realized. Furthermore, by setting the curvature radius of the curved portion of the POF 3 of the cell arranged on the outer periphery to be slightly smaller, it becomes an illumination device that uniformly emits light to every region. Thereby, it is possible to easily and inexpensively realize variously shaped lighting devices. In FIG. 14, the curved portion of the POF 3 on the arc inside each cell is not drawn, but this is for the purpose of simplification for emphasizing the main points. Actually, as in FIG. There is a curved portion 3a of the POF 3 inside.

このように第二の実施の形態では、光ファイバ3の湾曲部3aを等価的な光源として導光板1の平面中央に配置することにより、導光板1に形成する出力カプラ9の密度を低くできる。外光Lexが出力カプラ9によって散乱されないためシースルーになる。光を吸収材10aまたは屈折する材料10bを出力カプラ9の近傍に配置することにより、鮮明なシースルー画像が得られる。また、モジュール化の手法を用いて、大面積で様々な形状の均一な照明装置が実現される。   As described above, in the second embodiment, the density of the output coupler 9 formed on the light guide plate 1 can be reduced by arranging the curved portion 3a of the optical fiber 3 as an equivalent light source in the center of the plane of the light guide plate 1. . Since the outside light Lex is not scattered by the output coupler 9, it becomes see-through. By arranging the light absorbing material 10a or the material 10b that refracts light in the vicinity of the output coupler 9, a clear see-through image can be obtained. In addition, a uniform lighting device having a large area and various shapes can be realized by using a modularization technique.

第三の実施の形態(表示装置)
第二の実施の形態の照明装置を用いて表示装置を構成すれば、明所での視認性と暗所での画質の両立が可能となる。更に、明所では照明装置を点灯しないで外光を利用することで、表示装置の消費電力を格段に低減できる。以下にこの第三の実施の形態の構成とその動作を説明する。
Third embodiment (display device)
If the display device is configured using the illumination device of the second embodiment, both visibility in a bright place and image quality in a dark place can be achieved. Furthermore, the power consumption of the display device can be significantly reduced by using external light without turning on the lighting device in a bright place. The configuration and operation of the third embodiment will be described below.

図15は本発明の照明装置を備える液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。この表示装置30は、液晶パネル31と、本発明の第二の実施の形態に係る照明装置32と、高分子分散型液晶(Polymer-Dispersed Liquid Crystal、以下ではPDLCと呼ぶ)パネル33とが積層して構成される。液晶パネル31は公知の構成であり、一般にスイッチ素子として機能する薄膜トランジスタ(Thin-Film Transistor、以下ではTFT)を画素ごとに設けたTFT基板311と、カラーフィルタや透明電極などを備えた対向基板312と、その間に位置する液晶層(図示せず)と、これらの構成を上下から挟む2枚の偏光板313,314とから構成される。更に、指やペンで入力するためのタッチ検出機能を実現する構成要素を液晶パネル31に備えてもよい。照明装置32は、本発明の第二の実施の形態で説明した構成であり、単体のセルでも、複数のセルをPOFで接続した構成のどちらでもよい。図15の例では、照明装置32の発光領域を領域A2と領域B2との2つに分割し、照明のON/OFFを領域毎に独立して制御する。PDLCパネル33は最下層に配置される。このPDLCパネル33は、透明電極を持つ2枚の透明基板でPDLCを挟んだものであり、透明電極への電圧の印加により、PDLCパネル33を透明な状態(光を透過する状態)と光を拡散する状態とに切り替えることができる。この実施形態では、照明装置32の領域A2と領域B2とに対応して、PDLCパネル33も領域A1と領域B1との2つに分割し、透明・拡散の状態を領域毎に独立して切り替えることができる。   FIG. 15 is an exploded perspective view showing a configuration of a liquid crystal display device including the illumination device of the present invention. The display device 30 includes a liquid crystal panel 31, a lighting device 32 according to a second embodiment of the present invention, and a polymer-dispersed liquid crystal (hereinafter referred to as PDLC) panel 33 laminated. Configured. The liquid crystal panel 31 has a known configuration, and generally a TFT substrate 311 provided with a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) functioning as a switching element for each pixel, and a counter substrate 312 provided with a color filter, a transparent electrode, and the like. And a liquid crystal layer (not shown) positioned therebetween, and two polarizing plates 313 and 314 sandwiching these components from above and below. Furthermore, the liquid crystal panel 31 may be provided with a component that realizes a touch detection function for inputting with a finger or a pen. The illumination device 32 has the configuration described in the second embodiment of the present invention, and may be a single cell or a configuration in which a plurality of cells are connected by POF. In the example of FIG. 15, the light emitting area of the illumination device 32 is divided into two areas, an area A <b> 2 and an area B <b> 2, and lighting ON / OFF is controlled independently for each area. The PDLC panel 33 is arranged in the lowest layer. The PDLC panel 33 is obtained by sandwiching a PDLC between two transparent substrates having transparent electrodes. By applying a voltage to the transparent electrodes, the PDLC panel 33 is transparent (a state that transmits light) and light is transmitted. It can be switched to the state of spreading. In this embodiment, corresponding to the area A2 and the area B2 of the illumination device 32, the PDLC panel 33 is also divided into the area A1 and the area B1, and the state of transparency / diffusion is switched independently for each area. be able to.

次に、図15に示す構成の動作を説明する。図15の例に示した液晶表示装置30の構成において、複数の領域毎に独立して照明装置32のON/OFF制御およびPDLCパネル33の透過・拡散の切り替えを行うことにより、次の表示動作が可能になる。   Next, the operation of the configuration shown in FIG. 15 will be described. In the configuration of the liquid crystal display device 30 shown in the example of FIG. 15, the next display operation is performed by performing ON / OFF control of the illumination device 32 and switching between transmission and diffusion of the PDLC panel 33 independently for each of a plurality of regions. Is possible.

まず、室内等の外光が強くない環境では、例えばPDLCパネル33の領域A1を拡散状態とし、この領域A1に対応する照明装置32の領域A2の照明をONにすると、対応する液晶パネル31の領域(以下、領域Aと呼ぶ)に画像が表示される。また例えば、PDLCパネル33の領域B1を透過状態とし、この領域B1に対応する照明装置32の領域B2の照明をOFFにすると、対応する液晶パネル31の領域(以下、領域Bと呼ぶ)はシースルーになる。即ち、領域Bでシースルーの画像を観察しながら、領域Aに関連の情報を表示することができる。以上は、シースルーモードと画像表示モードの両方を領域に分割して実現する動作である。   First, in an environment where the outside light is not strong, such as indoors, for example, when the region A1 of the PDLC panel 33 is in a diffusion state and the illumination of the region A2 of the illumination device 32 corresponding to this region A1 is turned ON, the corresponding liquid crystal panel 31 An image is displayed in a region (hereinafter referred to as region A). Further, for example, when the region B1 of the PDLC panel 33 is set in the transmission state and the illumination of the region B2 of the illumination device 32 corresponding to the region B1 is turned off, the corresponding region of the liquid crystal panel 31 (hereinafter referred to as region B) is see-through. become. That is, related information can be displayed in the area A while observing a see-through image in the area B. The operation described above is realized by dividing both the see-through mode and the image display mode into regions.

一方、屋外等の外光が強い環境では、照明装置32を全面でOFFにし、PDLCパネル33を全面で拡散状態にすれば、一般の反射型液晶表示装置として機能する。この状態でPDLCパネル33を全面で透過状態にすれば表示装置30はシースルーになる。PDLCパネル33の一部の領域を拡散状態とすれば、この領域には外光を利用した表示が実現され、その他の領域はシースルーになる。これらの動作において、照明装置32とPDLCパネル33で消費される電力は、それぞれの構成要素の制御に必要な電子回路の待機電力のみとなる。   On the other hand, in an environment with strong external light such as outdoors, if the illumination device 32 is turned off on the entire surface and the PDLC panel 33 is in a diffused state on the entire surface, it functions as a general reflective liquid crystal display device. In this state, if the PDLC panel 33 is in a transmissive state on the entire surface, the display device 30 becomes see-through. If a part of the region of the PDLC panel 33 is in a diffusion state, display using outside light is realized in this region, and the other regions are see-through. In these operations, the power consumed by the lighting device 32 and the PDLC panel 33 is only the standby power of the electronic circuit necessary for controlling the respective components.

このような表示装置30を携帯型端末機器に搭載すれば、例えば領域Bのシースルー画像が商品であれば、その商品の仕様や価格、外国語で書かれた文章であればその翻訳文などを、隣接する領域Aに並べて表示できる。この状態で照明装置32の領域A2、B2の照明を共にOFFにすると、表示装置30の全面がシースルーになる。また、この状態で領域A2、B2の照明を共にONにすると、表示装置30の全面に画像を表示できる。このような、シースルーモードと画像表示モードとを領域毎に切り替え可能な表示装置30を例えば車のフロントガラスに貼り付けると、従来のプロジェクタ方式のHead-Up Displayを大幅に小型化できる。   If such a display device 30 is installed in a portable terminal device, for example, if the see-through image in the region B is a product, the specification and price of the product, and if it is a sentence written in a foreign language, the translation, etc. Can be displayed side by side in the adjacent area A. In this state, when both the illumination of the areas A2 and B2 of the illumination device 32 are turned off, the entire surface of the display device 30 becomes see-through. Further, in this state, when both the areas A2 and B2 are turned on, an image can be displayed on the entire surface of the display device 30. When such a display device 30 capable of switching between the see-through mode and the image display mode for each region is attached to, for example, a windshield of a car, a conventional projector-type head-up display can be greatly reduced in size.

尚、シースルーの機能が不要な用途には、PDLCパネル33の代わりに拡散板7を使用してもよい。この場合にも明所・暗所の両方で視認性が良く、明所での消費電力が低い表示装置を実現できる。   For applications that do not require the see-through function, the diffusion plate 7 may be used instead of the PDLC panel 33. Also in this case, a display device with good visibility in both bright and dark places and low power consumption in bright places can be realized.

以上に説明したように、本発明の照明装置32を用いた表示装置30では、液晶パネルの各画素の全領域で外光あるいは照明装置32の出力光を選択して利用することができる。従って、本発明の表示装置30は、従来の半透過型LCDに比べて光の利用効率が高い。また、本発明の表示装置30は、従来のOLEDや透過型LCDに比べて、外光が強い環境での視認性が優れ、消費電力が格段に低い。外光が弱い環境でも従来のOLEDや透過型LCDと同等の画質が得られる。更に、光ファイバはレーザーとの相性がよいという特徴がある。すなわち、本発明の照明装置32の光源6にレーザーダイオードを用いれば、従来の光源を使用する透過型LCDやOLEDに比べて表示装置の色再現領域が拡大されて、より現実に近い画像を表示できる。   As described above, in the display device 30 using the illumination device 32 of the present invention, the external light or the output light of the illumination device 32 can be selected and used in the entire area of each pixel of the liquid crystal panel. Therefore, the display device 30 of the present invention has higher light utilization efficiency than the conventional transflective LCD. In addition, the display device 30 of the present invention has excellent visibility in an environment with strong external light and significantly lower power consumption than conventional OLEDs and transmissive LCDs. Image quality equivalent to that of conventional OLEDs and transmissive LCDs can be obtained even in environments with low ambient light. Furthermore, the optical fiber is characterized by good compatibility with the laser. That is, if a laser diode is used as the light source 6 of the illumination device 32 of the present invention, the color reproduction area of the display device is expanded as compared with a transmissive LCD or OLED using a conventional light source, and a more realistic image is displayed. it can.

以上、本発明の第一の実施の形態の照明装置では、湾曲部を有する光ファイバを導光板の内部に配置する構成であるため、光ファイバのレイアウトは自由度が高く、発光領域が均一な照明装置の設計が容易である。また、微細な加工が不要なため、製造も容易である。更に、単位要素を周期的に配置することにより、adaptive dimming技術を適用することも可能である。   As described above, in the illumination device according to the first embodiment of the present invention, since the optical fiber having the curved portion is arranged inside the light guide plate, the layout of the optical fiber is highly flexible and the light emitting region is uniform. The design of the lighting device is easy. Further, since fine processing is not necessary, manufacturing is also easy. Furthermore, it is also possible to apply an adaptive dimming technique by arranging unit elements periodically.

また、本発明の第二の実施の形態の照明装置では、光ファイバの湾曲部を等価的な光源として導光板の中央に配置することにより、導光板に形成する出力カプラの密度を低くできる。外光が出力カプラによって散乱されないためシースルーになる。光を吸収材または屈折する材料を出力カプラの近傍に配置することにより、鮮明なシースルー画像が得られる。また、モジュール化の手法を用いて、大面積で様々な形状の均一な照明装置が実現される。   In the illumination device according to the second embodiment of the present invention, the density of the output coupler formed on the light guide plate can be reduced by arranging the curved portion of the optical fiber as an equivalent light source in the center of the light guide plate. Since external light is not scattered by the output coupler, it becomes see-through. A clear see-through image can be obtained by placing a light absorbing or refracting material in the vicinity of the output coupler. In addition, a uniform lighting device having a large area and various shapes can be realized by using a modularization technique.

また、本発明の第三の実施の形態の表示装置では、第二の実施の形態の照明装置を備えることにより、従来の半透過型LCDに比べて光利用効率が向上する。また、従来のOLEDや透過型LCDに比べて、外光が強い環境での視認性が優れ、消費電力が格段に低下する。外光が弱い環境でも従来のOLEDや透過型LCDと同等の画質が得られる。   In addition, the display device according to the third embodiment of the present invention includes the illumination device according to the second embodiment, so that the light use efficiency is improved as compared with the conventional transflective LCD. Compared with conventional OLEDs and transmissive LCDs, the visibility in an environment with strong external light is excellent, and the power consumption is significantly reduced. Image quality equivalent to that of conventional OLEDs and transmissive LCDs can be obtained even in environments with low ambient light.

更に、本発明の照明装置の光源にレーザーダイオードを用いれば、従来の光源を使用する透過型LCDやOLEDに比べて表示装置の色再現領域が拡大されて、より現実に近い画像を表示できる。   Furthermore, when a laser diode is used as the light source of the illumination device of the present invention, the color reproduction region of the display device is expanded as compared with a transmissive LCD or OLED using a conventional light source, and a more realistic image can be displayed.

以上、本発明を特定の実施の形態によって説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by specific embodiment, this invention is not limited to above-described embodiment.

上記実施の形態では、光ファイバはプラスチック製であるが、曲げ損失を利用して湾曲部から光を漏れ出すことができる限り、ガラス等の他の素材で形成された光ファイバを用いてもよい。   In the above embodiment, the optical fiber is made of plastic, but an optical fiber formed of other materials such as glass may be used as long as light can be leaked from the curved portion using bending loss. .

また、上記第一の実施の形態では、POF3を波型にレイアウトしているが、POF3のレイアウトパターンは波型に限定されず、POF3が湾曲部3aを有する限り、POF3は様々なレイアウトパターンが可能である。   In the first embodiment, the POF 3 is laid out in a wave shape. However, the layout pattern of the POF 3 is not limited to the wave shape. As long as the POF 3 has the curved portion 3a, the POF 3 has various layout patterns. Is possible.

また、上記第一の実施の形態では、拡散板7は導光板1との間に空間を空けて配置されているが、拡散板7は導光板1の表面に積層して配置されてもよい。   In the first embodiment, the diffusion plate 7 is disposed with a space between the light guide plate 1, but the diffusion plate 7 may be disposed on the surface of the light guide plate 1. .

また、上記第一の実施の形態では、導光板1の一方の面側に拡散板7を備え、他方の面側に反射板5を備え、導光板1の一方の面側からのみ光を放出しているが、反射板5に代えて、拡散板7と同様の拡散板を配置して、導光板1の上下両方の面から光を放出する態様としてもよい。   In the first embodiment, the light guide plate 1 is provided with the diffusion plate 7 on one side, the other side is provided with the reflection plate 5, and emits light only from one side of the light guide plate 1. However, instead of the reflecting plate 5, a diffusion plate similar to the diffusion plate 7 may be arranged to emit light from both the upper and lower surfaces of the light guide plate 1.

また、上記実施の形態では、単位要素(セル)化した複数の照明装置を平面状に配置することにより、照明装置を大面積化しているが、照明装置の配置は平面状に限らず、光ファイバ3および導光板1の曲げ強度が許容される範囲において、曲面状であってもよい。これにより、車のフロントガラス等の概ね平坦な平面に限らず、ヘルメットのバイザーや航空機のキャノピー等の比較的曲率が強い曲面にも、Head-Up Display用の照明装置を提供することが可能となる。   Moreover, in the said embodiment, although the illuminating device is enlarged by arranging the several illuminating device made into the unit element (cell) in planar shape, arrangement | positioning of an illuminating device is not restricted to planar shape, light As long as the bending strength of the fiber 3 and the light guide plate 1 is allowed, it may be curved. This makes it possible to provide Head-Up Display lighting devices for curved surfaces with relatively strong curvature, such as helmet visors and aircraft canopies, as well as generally flat surfaces such as car windshields. Become.

また、上記実施の形態では、光源6の種類は特に限定されていないが、POF3を通すことができる限り、光源6には、発光ダイオード(LED)、エレクトロルミネセンスパネル(ELP)、冷陰極管(CCFL)、蛍光灯、白熱電球、放電管、レーザーダイオード(LD)等の種々の光源が利用可能である。   In the above embodiment, the type of the light source 6 is not particularly limited. However, as long as the POF 3 can pass, the light source 6 includes a light emitting diode (LED), an electroluminescence panel (ELP), a cold cathode tube. Various light sources such as (CCFL), fluorescent lamps, incandescent bulbs, discharge tubes, laser diodes (LD) can be used.

また、上記第二の実施の形態では、POF3の湾曲部3aは円弧状であり、複数の湾曲部3aが連続して円形となっているが、湾曲部3aの形状は円弧状に限られず、部分円や波型であってもよい。   Moreover, in said 2nd embodiment, although the curved part 3a of POF3 is circular arc shape, and the some curved part 3a is circular continuously, the shape of the curved part 3a is not restricted to circular arc shape, It may be a partial circle or a wave shape.

また、上記第三の実施の形態では、シースルー化された第二の実施の形態の照明装置を用いて表示装置を構成しているが、シースルー化が不要な用途では、第一の実施の形態の照明装置を用いて表示装置を構成してもよい。この場合、表示装置は、バックライトとして機能する第一の実施の形態の照明装置と、液晶パネル31とを備える。   In the third embodiment, the display device is configured using the see-through lighting device of the second embodiment. However, in applications where the see-through is unnecessary, the first embodiment is used. The display device may be configured by using the illumination device. In this case, the display device includes the illumination device of the first embodiment that functions as a backlight, and the liquid crystal panel 31.

また、上記第三の実施の形態では、PDLCパネル33を用いているが、これに代えて、ポリマーネットワーク型液晶(Polymer Network Liquid Crystal、以下ではPNLCと呼ぶ)パネルを用いてもよい。すなわち、PNLCパネルを表示装置30の最下層に配置して、PNLCパネルの透明・拡散の状態を、領域毎に独立して切り替えてもよい。これ以外にも、パネルの透明・拡散の状態を領域毎に独立して切り替え可能な構成であれば、種々の液晶の駆動方式を用いることができる。   In the third embodiment, the PDLC panel 33 is used. Instead, a polymer network liquid crystal (hereinafter referred to as PNLC) panel may be used. In other words, the PNLC panel may be arranged in the lowermost layer of the display device 30, and the transparency / diffusion state of the PNLC panel may be switched independently for each region. In addition to this, various liquid crystal driving methods can be used as long as the transparent and diffusing states of the panel can be switched independently for each region.

本発明は、照明装置およびこれを備える表示装置を提供するものであり、特に、照明装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、携帯機器の表示装置の視認性と消費電力とを改善し、更にはシースルー表示機能を追加するものである。現在、スマートフォンやタブレット端末の市場では半透過型LCDが支配的だが、画質と消費電力に優位性がある本発明の表示装置により、半透過型LCDを代替することが可能となる。更に、新規に提供されるシースルー機能により、これらの携帯機器の市場をさらに拡大することができる。   The present invention provides an illuminating device and a display device including the illuminating device, and in particular, improves the visibility and power consumption of the display device of a portable device by using the illuminating device as a backlight of a liquid crystal display device. Furthermore, a see-through display function is added. Currently, the transflective LCD is dominant in the market of smartphones and tablet terminals, but the transflective LCD can be replaced by the display device of the present invention having superior image quality and power consumption. Furthermore, the market of these portable devices can be further expanded by a newly provided see-through function.

また、現在は車のフロントガラスにナビゲーション情報などを表示するプロジェクタ方式の表示装置が普及し始めている。本発明の表示装置には薄型という利点があるため、このような応用でも市場を拡大することができる。   Currently, projector-type display devices that display navigation information and the like on the windshield of a car are beginning to become widespread. Since the display device of the present invention has the advantage of being thin, the market can be expanded even in such applications.

1 透明基板(導光板)
1h POFホルダ
2 溝
3 プラスチック光ファイバ(POF)
3a 湾曲部
4 反射材
5 反射板
6 光源
6s 光スイッチ
7 拡散板
8 接触液
9 出力カプラ
10a 光の吸収材
10b 透明体
21 パワーメータ
30 表示装置
31 液晶パネル
32 本発明の照明装置
33 PDLCパネル
Lex 外光
obs 観察者
1 Transparent substrate (light guide plate)
1h POF holder 2 Groove 3 Plastic optical fiber (POF)
3a Curved part 4 Reflector 5 Reflector 6 Light source 6s Optical switch 7 Diffuser 8 Contact liquid 9 Output coupler 10a Light absorber 10b Transparent body 21 Power meter 30 Display device 31 Liquid crystal panel 32 Illumination device of the present invention 33 PDLC panel Lex Outside light obs observer

Claims (11)

光源と、
湾曲部を有する光ファイバと、
導光板とを備え、
前記光源からの光が前記光ファイバの一端に入射され、前記導光板の内部に前記光ファイバが配置され、
前記光ファイバの前記湾曲部のみから漏れだした光が、前記導光板の内部を伝搬して、前記導光板の外部へ放出される、照明装置。
A light source;
An optical fiber having a curved portion;
A light guide plate,
The light from the light source is incident on one end of the optical fiber, the optical fiber is disposed inside the light guide plate,
The illuminating device, wherein light leaking from only the curved portion of the optical fiber propagates through the inside of the light guide plate and is emitted to the outside of the light guide plate.
前記導光板の一方の面側に拡散板をさらに備える、請求項1に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, further comprising a diffusion plate on one surface side of the light guide plate. 前記導光板の他方の面側に反射板をさらに備える、請求項2に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 2, further comprising a reflecting plate on the other surface side of the light guide plate. 複数の前記導光板が前記光ファイバで接続されている、請求項1〜3のいずれかに記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein a plurality of the light guide plates are connected by the optical fiber. 前記導光板の表面に、光を前記導光板の外部へ取り出すための出力カプラが配置される、請求項1に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein an output coupler for extracting light to the outside of the light guide plate is disposed on a surface of the light guide plate. 前記出力カプラに対応する領域に光の吸収材または屈折体が配置され、前記出力カプラに入射する外光の量を制限する、請求項5に記載の照明装置。   6. The illumination device according to claim 5, wherein a light absorber or refractor is disposed in a region corresponding to the output coupler to limit the amount of external light incident on the output coupler. 前記導光板の屈折率が前記光ファイバのコアの屈折率とほぼ同じである、請求項5に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 5, wherein the refractive index of the light guide plate is substantially the same as the refractive index of the core of the optical fiber. 複数の前記導光板が前記光ファイバで接続され、前記導光板の各々において、前記光ファイバの前記湾曲部の曲率半径が異なっている、請求項5〜7のいずれかに記載の照明装置。   The lighting device according to claim 5, wherein a plurality of the light guide plates are connected by the optical fiber, and the curvature radius of the curved portion of the optical fiber is different in each of the light guide plates. 請求項1〜8のいずれかに記載の照明装置と、前記照明装置の一方の面側に配置された液晶パネルとを備える、表示装置。   A display device comprising: the lighting device according to claim 1; and a liquid crystal panel disposed on one surface side of the lighting device. 請求項5〜8のいずれかに記載の照明装置と、前記照明装置の一方の面側に配置された液晶パネルとを備え、
前記液晶パネルが、
前記照明装置がオン状態の場合には、前記照明装置からの光を画像表示用の光源とし、
前記照明装置がオフ状態の場合には、外光を画像表示用の光源とする、表示装置。
A lighting device according to any one of claims 5 to 8, and a liquid crystal panel disposed on one surface side of the lighting device,
The liquid crystal panel is
When the lighting device is in an on state, the light from the lighting device is used as a light source for image display,
A display device that uses external light as a light source for image display when the illumination device is in an off state.
前記照明装置の他方の面側に配置され、電圧の印加により光を透過する状態と光を拡散する状態とを複数の領域毎に独立して切り替え可能な透過拡散パネルをさらに備え、
前記照明装置は、前記透過拡散パネルの前記複数の領域に対応する複数の領域毎に独立して、オン状態とオフ状態とが切り替え可能である、請求項10に記載の表示装置。
The illuminating device is further provided with a transmissive diffusion panel that is arranged on the other surface side of the lighting device and can switch between a state of transmitting light and a state of diffusing light by applying a voltage independently for each of a plurality of regions,
The display device according to claim 10, wherein the lighting device can be switched between an on state and an off state independently for each of a plurality of regions corresponding to the plurality of regions of the transmission diffusion panel.
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