JPH0254204A

JPH0254204A - 導光型表示装置

Info

Publication number: JPH0254204A
Application number: JP63205543A
Authority: JP
Inventors: Tomio Sonehara; 富雄曽根原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1988-08-18
Filing date: 1988-08-18
Publication date: 1990-02-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は導光型表示装置に関する。

［従来の技術］従来の導光型表示装置は、Ｕ、Ｓ、Ｐ、４６５０２８０
に開示されるようにファイバーを結束したブロックを単
純に積み重ねて表示画面を構成し、この入射端面にプロ
ジェクタ−からの画像光を照射するものであった・［発明が解決しようとする課題］しかし、従来の導光型表示装置は高出力のプロジェクタ
−を必要とし、高価な装置となる欠点を有していた。ま
た、光源光の利用効率が低いため、大型の光源を必要と
する課題があった。そこで本発明では、光源光の利用効
率を上げ、小光源で充分な表示輝度を有する導光型表示
装置を得ることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明は、光源、画像形成手段、画像形成手段から表示
面までを光学的に結合する光学ファイバーからなる導光
型表示装置における光源に、光学的に遮蔽された空間に
設置した光源を用いて、光源の放射光は遮蔽空間を形成
する面で反射され、画像形成手段に入射することを特徴
とする特さらに、光源は出力光検出手段によって輝度制
御されることを特徴とする。

［実施例１］第１図は本発明の導光型表示装置の全容図を示す。１０
１は光学ファイバー１０２のもう一方の端面である画像
入力端である。１０３は画像形成手段である光シヤツタ
ーで、本実施例では液晶表示体（以下、ＬＣＤと称する
）を用いた。＋０４は投光用の光源装置である。１１０
は光源１０４を取り囲むように遮蔽した反射体である。

なお図中には簡単のため光源やＬＣＤの制御回路および
駆動回路は省いである。

第２図には本実施例の光源の光発生部分の断面図の一例
を示す。２０１はハロゲンランプ、冷陰極管、蛍光灯な
どの光発生部分を表し、２０２は光学的に遮蔽された反
射板である。２０３は冷却用のファン、２０４は空気窓
である。従来用いられてきた反射鏡とコンデンサーレン
ズを組み合わせたものに比べ、光学的に遮蔽した空間に
光源を設置する本発明の集光方法は、光源設計における
重要なファクターである発光部の大きさに対しマージン
が増え、比較的大きな発光面を持つ光源でも有効に利用
することができるものである。光伝送を行なうことを目
的とするファイバー光学系の光源は、レンズを用いる一
般の光学機械に比べ光源光の方向に対する制約が少ない
。すなわち入射できれば光源として機能することができ
るので、光源光に必要な条件は入射方向ではなく、ファ
イバーに入射することである。

具体的には、光源の周囲に反射性の遮蔽体を設け、光束
を集光しＬＣＤに入射させる。ＬＣＤに入射できない光
束は、再び反射され多重反射された後、ＬＣＤに入射す
る。つまり反射ミラー　コンデンサーレンズに入射でき
ず、従来は捨てていた光束を利用し、損失を防ぐように
している。また周辺光量の低下についても反射面の角度
を設計し、周辺部に集光することにより均一な照明光が
得ることができる。さらに光学的に遮蔽できていれば作
用するので、冷却用の窓２０４を反射体の隙間に設けや
すい。

本発明に用いた導光体は光のパワー伝送を行なうもので
、−本の導光体が出射面において一つの画素を形成する
。このような導光体として適しているものは光学ファイ
バーであり、重量、価格、可撓性、加工性などを考慮す
ると、好ましくはプラスチックファイバーである。

第１表ファイバー出射面入射面画素数ファイバー本数光シヤツター光源プラスチック　ファイバー０．５ｍｍ外径対入射面　線拡大率５：１ＲＧＢ混合伝送圧縮矩形成形ファイバー束１０ＧＸ１００　（Ｒ，Ｇ、Ｂ　トリオ単位）１００Ｘ
　１００マトリクスＬＣＤ１００Ｘ　３００　（画素単位）２５０Ｗハロゲンランプ光学的遮蔽反射型ファイバーによる導光光学系を用いた像の拡大方法は、
ファイバー間にスペーサーを入れる方法、斜めに切断す
る方法などが知られており、これらを適宜応用すればよ
い。

次に光シヤツターとファイバー入射面とのカップリング
について説明する。第３図は光シヤツターとファイバー
の契合部の断面図である。光シヤツター３０１とファイ
バー入射端３０２の間で、界面による不用な反射を低下
させるために、本実施例ではファイバーのコアと同程度
の屈折率をもつ光学的カップリング材３０３によってフ
ァイバーと光シヤツターを密着させて、カップリング効
率を高めている。具体的には屈折率１．４９のシリコン
樹脂を用いた。

第４図は契合部の拡大図である。光シヤツターに用いた
ＬＣＤはファイバー側から電極を持った対向透明基板４
０１、液晶層４０３、透明基板４０２からなり、カップ
リング材４０５によってファイバー入射面に密着させて
いる。　４０６は画素に対応する電極である。対向透明
基板は画素とファイバー人対端との間にはいるため、光
学的な結合のための距離が長くなり、画素で形成された
光の情報が１対１でファイバーに伝送されないおそれが
ある。

ファイバーのＮ、Ａ、によって入射可能な角度θが決ま
る。−船釣なプラスチックファイバーでのθは±３０°
はどであり、照明光の方向が６以上の広がりを持ってい
た場合、隣の画素からのクロストークは、画素とファイ
バー入射端の光学長に比例する。また前記光学長が画素
長／ｌａｎθを越えると周辺画素の情報が混合されてし
まい、解像度が低下してしまう。このため第４図に示す
例では、対向透明基板を画素長と同程度以下に薄く設定
することで、この間でのクロストークを減少させること
が可能になった。またＴｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ
　Ｍｏｄｅ（以下、Ｔ　Ｎ　ｍｏｄｅと略称する）のよ
うに出射側に偏光板を必要とするものは極力薄いものを
透明基板とファイバーの間に入れるようにしている。

つぎにＬＣＤとファイバーの契合について説明する。第
５図はＬ　ＣＤ　５０１を斜めにファイバー入射端に契
合させたときの断面図である。このようにファイバーに
対して光シヤツターの結合する角度を直角以外の角度と
することによって、光シヤツターとしてＬＣＤのように
入射光５０２の方向による表示コントラストの変化があ
るものを用いる場合でも、コントラスト最大の角度で使
用することが可能になる。これはＴＮ＋ｇｏｄｅ、　　
Ｈｅｃｔｒｉｃａｌ１７　Ｃｏｎｔｒｏｌｅｄ　Ｂｊｒ
ｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ　ｍｏｄｅ、　　Ｇｕｅｓｔ　Ｈ
ｏ５ｔ　ｍｏｄｅ等に生ずるものであり、斜めに光源光
を入射させることにより、各モードの性能を最大限に活
かすことができるようになる。本実施例で用いたＴＮｍ
。

ｄｅの場合、液晶分子のプレチルト方向に最適なスイッ
チ方向があり、この方向に光の出射がされるようにＬＣ
Ｄを傾けてファイバーに契合している。

−船釣なＴ　Ｎ　ｍｏｄｅの場合ＬＣＤは入射光の中心
角に対しＯ〜３０°程度の傾きをつけるのが好ましい。

第６図は本実施例で用いた光シヤツターとして用いたＬ
ＣＤの断面図である。基本的な構造は、電極のついた二
枚の透明基板間６０３にカラーフィルター層６０２を設
置し、そのあいだに液晶６０４を封入したものである。

本実施例では第２表に示す薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ
　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ１６０１をアクティ
ブ素子としたアクティブマトリックス方式のＬＣＤ（以
下ＴＦＴ−ＬＣＤと略称する）を用いている。ＴＰＴ−
ＬＣＤの一般的な駆動法及び構成は、日経エレクトロニ
クスＮｏ、３５１　（１９８１）　ｐ、２１１゜ＳＩＤ
’　８３　　ＤＩＧＥＳＴ　　ｐ、＋５６　（１９８３
１、ＳＩＤ’　８５ＤＩＧＥＳＴ　　Ｐ、２７Ｂ　！１
９８５）　　に記載のものに準じている。

第２表表示モード駆動方法画素数表示有効面積カラーフィルターＴＮモードＴＰＴアクティブマトリクス１００Ｘ　３００８０Ｘ８Ｇ　　　ｍｍＲＧＢダイクロイックフィルターこのように本発明により明るく均質な表示特性をもつ導
光型表示装置を得ることができた。

［実施例２］第７図は本発明の導光型表示装置の全容図を示す。　斜
線の７０１は画面を構成する１ユニツトであり、実施例
１の装置を用いた。７０４はユニットの支持体であり、
各ユニットは支持体の挿入スペースに収められている。

つぎに、ユニット化によって複数の光源を用いた場合に
ついて輝度の平均化について説明する。

また、７０５は輝度検出手段のファイバーであり、表示
面の数ポイントに対応するファイバーを引き出している
。本実施例では最外端の４隅に位置するファイバーを拡
大光学系に組み込まずに引き出した。検出用のファイバ
ーの引き出し方法は、この他にも２分割したファイバー
を組み込み、一方を検出に用いるなど様々な方法がある
。７０７は検出用ファイバーの光を受ける輝度検出器で
あり、ここではホトダイオードを用いた。これらは画面
全体の輝度の均一性を確保する目的で設置され、各ユニ
ットの輝度検出器からの信号により、画面全体の輝度を
設定し、ユニットの光源装置に帰還をかけて輝度調整を
行なっている。

第８図は本実施例の輝度制御回路のブロック図である。

ユニット８１Ｇ内には輝度検出手段、画像形成手段であ
る光源装置８０５、その駆動回路８０８、が設置されて
いる。輝度検出手段は前述の検出用ファイバー８０１と
ホトダイオード８０２、表示輝度の演算手段はマイクロ
コンピュータ−８０３、帰還手段は画像形成手段である
光源装置８０５の制御線８０４である。なお８０９はフ
ァイバー光学系、８１１は制御プログラム等を格納する
メモリー装置である。輝度検出器であるホトダイオード
の信号は平均化回路８０７でユニットの平均輝度データ
としてバス８０６に送られ、このデータを基にＣＰ　Ｕ
　８０３が予め設定されたプログラムにしたがって装置
全体の輝度を決定する。最も簡単な方法は、最小輝度を
持つユニットに合わせて全体の輝度を設定する方法であ
る。

次に輝度制御信号が帰還線を通して光源の駆動回路に送
られる。ここでは光源のパワーをコントロールし輝度を
変える最も簡単な方法を採用した。

このようにして随時表示面の輝度をモニターし、画像形
成手段である光源装置の明るさをコントロールすること
によって輝度補正が可能とな°った。

さらにこの方法によってユニットの固有のばらつきも同
時に補正することができた。

本実施例では光源のパワー制御による方法を示したが、
画像形成手段の輝度コントロールは、光シヤツターの電
気光学特性の制御や、自発光型においては発光強度の変
調による方法ももちろん採用することができる。またフ
ァイバーを用いず、輝度検出手段としてのホトダイオー
ドチップを直に表示面、あるいは入射面に設置する方法
もある。

また輝度検出手段の数も必要に応じ変えることができる
。さらに輝度の平均化回路、装置全体の輝度設定を行な
う方法についても、機能上回等の働きを行なうものであ
れば、本実施例になんら限定されることなく用いること
ができる。

次に本実施例のファイバー長について説明する。

第９図！ａ）は全画面を一括して拡大する場合、第９図
（Ｉｌｌはユニット化した場合の断面図である。出射面
の長さＪｏ　９０１に対し入射面の長さｌｉ　９０２の
比を見ると、−括の場合は５；１、ユニット化した場合
は各入射面１ｉｕ　９０３の和に対して同じ５：　１の
比になる。しかしファイバーの長さに注目すると、第９
図（ｂｌのように断面で５分割した場合、断面内の平面
でみても１１５のファイバー長に節減できる。実際は断
面に垂直な平面でのユニット化もなされているので、１
／２０はどのファイバーで？斉む。ファイバー長の削屑
はシステム全体のコストを減らすばかりでなく、大型な
装置になるほど問題となる重量を減らす効果もある。　
　　さらに、ユニット化によってＬＣＤの規模も小さく
できるメリットも生ずる。例えばＴＶ信号を扱うために
は少なくとも５０ＯＸ　５０Ｇ程度の画素を必要とする
が、上述のユニット化によって１００Ｘ　１００画素程
度の小規模なＬＣＤも使用できるようになり、低コスト
のＬＣＤを使うこともできる。

以上のような構成とし、ユニット化することによって、
ファイバー長を減少させることができ低重量、低コスト
の導光型表示装置を得ることができた。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、ファイバー光学系の
特徴を利用し、光源の光束を有効利用するため、パワー
の小さな光源で同じ表示輝度を得られる効果がある。し
たがって冷却装置も小型で済み、小型ユニットにまとめ
易い効果もある。そのうえユニット間の輝度制御が可能
となり、表示面全体が均一で表示品位の高い導光型表示
装置が得られるという効果がある。さらに、ユニットに
よって表示面を構成することにより、ファイバーんの使
用量を減らし、システムのコストを低下できると共に、
薄型化、重量の低下も図れる効果を有している。また規
格生産が可能となることから、さらなるコストの低減が
可能となる。さらにユニットの使用数を選択し、任意の
規模に対応できる効果もある。また故障が生じた場合、
ユニットを取り外し修理でき、交換も簡単におこなえ、
保守性が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の導光型表示装置の全容図。第２図は光シヤツターと光源との結合部分の構造図。第３図は契合部の断面図。第４図は契合部の拡大図。第５図はＬＣＤを斜めにファイバー入射端に契合させた
ときの断面図。第６図は実施例１で光シヤツターとして用いたＬＣＤの
断面図。第７図は本発明の導光型表示装置の全容図。第８図は本実施例の輝度制御回路のブロック図。第９図（ａｌは全画面を一括して拡大する場合、第９図
（ｂｌはユニット化した場合の断面図。１０１・・・画像入力端１０２・・・光学ファイバー１０３　　・・・１０４　　・・・＋１０　　・・・２０１　・・・２０２　・・・２０３　・・・２０４　・・・３０１　　・・・３０２　　・・・３０３　・・・４０１　　・・・４０２　・・・４０３　・・・４０５　・・・４０６　・・・５０１　　・・・５０２　・・・６０１　　・・・６０２　・・・６０３　・・・光シヤツター光源装置反射体ハロゲンランプ反射板冷却ファン空気窓光シヤツターファイバー入射端光学的カップリング材対向透明基板透明基板液晶層カップリング材画素に対応する電極ＣＤ入射光ＰＴカラーフィルター層透明基板６０４　・・・７０１　　・・・７０４　・・・７０５　　・・・７０７　　・・・８０１　　・・・８０２　・・・８０３　・・・８０４　　・・・８０５　・・・８０６　・・・８０７　　・・・８０８　・・・８０９　・・・８１Ｇ　　・・・８１１　　・・・９０１　　・・・９０２　・・・９０３　・・・液晶ユニット支持体輝度検出用のファイバー輝度検出器検出用ファイバーホトダイオードマイクロコンピュータ− 制御線光源装置バス平均化回路光源の駆動回路ファイバー光学系ユニットメモリー装置出射面の長さ入射面の長さユニットの入射面の長さ第１図第４図 ’Ｊｏ２第３図第５図第６図第８図第図第９図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光源、画像形成手段、該画像形成手段から表示面
までを光学的に結合する光学ファイバーからなる導光型
表示装置において該光源は光学的に遮蔽された空間に設
置され、該光源の放射光は該遮蔽空間を形成する面で反
射され、該画像形成手段に入射することを特徴とする導
光型表示装置。
（２）前記光源は出力光検出手段によって輝度制御され
ることを特徴とする請求項１記載の導光型表示装置。