JPH11232919A - フロントライト照明装置および反射型表示装置 - Google Patents
フロントライト照明装置および反射型表示装置Info
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- JPH11232919A JPH11232919A JP10035063A JP3506398A JPH11232919A JP H11232919 A JPH11232919 A JP H11232919A JP 10035063 A JP10035063 A JP 10035063A JP 3506398 A JP3506398 A JP 3506398A JP H11232919 A JPH11232919 A JP H11232919A
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
- G02F1/1336—Illuminating devices
- G02F1/133615—Edge-illuminating devices, i.e. illuminating from the side
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- G02F1/133616—Front illuminating devices
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- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Planar Illumination Modules (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 反射型表示体と観察者との間に配置して反射
型表示体を照明するフロントライト照明装置で、表示が
明るくなるとともに、表示品質が高くなるようにする。 【解決手段】 照明装置２０は、主として光源２１、導
光板２２および体積ホログラム２３によって構成して、
反射型表示体１１の表示面１１ａ側に配置する。導光板
２２と体積ホログラム２３は、一体に形成し、導光板２
２の観察者側の面２２ａには、複屈折層２４および低屈
折率層２５を形成し、体積ホログラム２３の反射型表示
体１１と対向する面には、低屈折率層２６を形成する。
光源２１からの光線を導光板２２内に取り入れ、導光板
２２内を伝播させて体積ホログラム２３で回折し、その
回折光で反射型表示体１１の表示面１１ａを照明する。
体積ホログラム２３の高い角度選択性によって、表示品
質を犠牲にすることなく、高い光利用効率を得ることが
できる。
型表示体を照明するフロントライト照明装置で、表示が
明るくなるとともに、表示品質が高くなるようにする。 【解決手段】 照明装置２０は、主として光源２１、導
光板２２および体積ホログラム２３によって構成して、
反射型表示体１１の表示面１１ａ側に配置する。導光板
２２と体積ホログラム２３は、一体に形成し、導光板２
２の観察者側の面２２ａには、複屈折層２４および低屈
折率層２５を形成し、体積ホログラム２３の反射型表示
体１１と対向する面には、低屈折率層２６を形成する。
光源２１からの光線を導光板２２内に取り入れ、導光板
２２内を伝播させて体積ホログラム２３で回折し、その
回折光で反射型表示体１１の表示面１１ａを照明する。
体積ホログラム２３の高い角度選択性によって、表示品
質を犠牲にすることなく、高い光利用効率を得ることが
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、印刷物や反射型
表示素子などの反射型表示体に対して用いる照明装置に
関する。
表示素子などの反射型表示体に対して用いる照明装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ノートパソコンやＰＤＡ電子手帳などの
携帯情報機器は、バッテリーで駆動されるため、長時間
の使用を可能にするためには、表示装置が低消費電力で
あることが要求される。
携帯情報機器は、バッテリーで駆動されるため、長時間
の使用を可能にするためには、表示装置が低消費電力で
あることが要求される。
【０００３】このような目的で用いられる表示装置とし
て、透過型表示素子の裏面に光源を配置したバックライ
ト型表示装置が知られているが、いまだ十分に低消費電
力なものは得られていない。一方、光源を設けずに外光
の反射を利用して表示を行う反射型表示装置が知られて
いるが、暗所では表示が見えないという問題があるほ
か、いまだ十分な反射率の表示素子が得られていないた
め、明所でも表示が暗く、表示色がくすんで見え、バッ
クライト型表示装置のような透明感がある表示が得られ
ないという問題がある。
て、透過型表示素子の裏面に光源を配置したバックライ
ト型表示装置が知られているが、いまだ十分に低消費電
力なものは得られていない。一方、光源を設けずに外光
の反射を利用して表示を行う反射型表示装置が知られて
いるが、暗所では表示が見えないという問題があるほ
か、いまだ十分な反射率の表示素子が得られていないた
め、明所でも表示が暗く、表示色がくすんで見え、バッ
クライト型表示装置のような透明感がある表示が得られ
ないという問題がある。
【０００４】暗所では表示が見えないという反射型表示
装置の問題を解決する手段として、反射型表示素子の表
示面と観察者との間にフロントライト照明装置と称すべ
き照明装置を設けることが、Ｃ．Ｙ．Ｔａｉらによって
提案されている（ＳＩＤ ９５ ＤＩＧＥＳＴ，ｐ．３
７５−３７８）。
装置の問題を解決する手段として、反射型表示素子の表
示面と観察者との間にフロントライト照明装置と称すべ
き照明装置を設けることが、Ｃ．Ｙ．Ｔａｉらによって
提案されている（ＳＩＤ ９５ ＤＩＧＥＳＴ，ｐ．３
７５−３７８）。
【０００５】彼らの提案するフロントライト照明装置
は、図６に照明装置２として示すように、反射型表示素
子１の表示面１ａと観察者との間に配置されるもので、
観察者側の面に平坦部３ａと傾斜部３ｂとからなるマイ
クロプリズム３を有する導光板４と、そのマイクロプリ
ズム３と凹凸が噛み合うように形成されたコンペンセー
タ５とを備え、光源６から導光板４内に伝播した光線
を、マイクロプリズム３の傾斜部３ｂで、導光板４の反
射型表示素子１の表示面１ａと対向する面に、ほぼ垂直
な方向に反射させて、反射型表示素子１の表示面１ａを
照明し、表示面１ａからの反射光像を、マイクロプリズ
ム３の平坦部３ａおよびコンペンセータ５を通して観察
するものである。コンペンセータ５は、マイクロプリズ
ム３の凹凸による表示画像の歪みを補正するためのもの
である。
は、図６に照明装置２として示すように、反射型表示素
子１の表示面１ａと観察者との間に配置されるもので、
観察者側の面に平坦部３ａと傾斜部３ｂとからなるマイ
クロプリズム３を有する導光板４と、そのマイクロプリ
ズム３と凹凸が噛み合うように形成されたコンペンセー
タ５とを備え、光源６から導光板４内に伝播した光線
を、マイクロプリズム３の傾斜部３ｂで、導光板４の反
射型表示素子１の表示面１ａと対向する面に、ほぼ垂直
な方向に反射させて、反射型表示素子１の表示面１ａを
照明し、表示面１ａからの反射光像を、マイクロプリズ
ム３の平坦部３ａおよびコンペンセータ５を通して観察
するものである。コンペンセータ５は、マイクロプリズ
ム３の凹凸による表示画像の歪みを補正するためのもの
である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この従来のフロントラ
イト照明装置では、導光板４を伝播する光線が観察者側
に漏れないようにするために、マイクロプリズム３の傾
斜部３ｂの傾斜角は、全反射臨界角より大きい角度に定
められる。その結果、（１）反射型表示素子１からの反
射光がマイクロプリズム３で再度反射して導光板４内に
閉じ込められて、表示が暗くなる、（２）マイクロプリ
ズム３の傾斜部３ｂが縞状に見えて、表示品質を損な
う、（３）マイクロプリズム３のピッチと反射型表示素
子１の画素ピッチが近い場合には、モアレ縞が観察され
る、という問題がある。
イト照明装置では、導光板４を伝播する光線が観察者側
に漏れないようにするために、マイクロプリズム３の傾
斜部３ｂの傾斜角は、全反射臨界角より大きい角度に定
められる。その結果、（１）反射型表示素子１からの反
射光がマイクロプリズム３で再度反射して導光板４内に
閉じ込められて、表示が暗くなる、（２）マイクロプリ
ズム３の傾斜部３ｂが縞状に見えて、表示品質を損な
う、（３）マイクロプリズム３のピッチと反射型表示素
子１の画素ピッチが近い場合には、モアレ縞が観察され
る、という問題がある。
【０００７】また、このフロントライト照明装置を用い
ても、照明効率はバックライト照明装置に比べて、それ
ほど改善されないという問題もある。
ても、照明効率はバックライト照明装置に比べて、それ
ほど改善されないという問題もある。
【０００８】そこで、この発明は、印刷物や反射型表示
素子などの反射型表示体を照明するフロントライト照明
装置において、表示が明るくなるとともに、表示品質が
高くなるようにしたものである。
素子などの反射型表示体を照明するフロントライト照明
装置において、表示が明るくなるとともに、表示品質が
高くなるようにしたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明のフロントライ
ト照明装置は、反射型表示体の表示面側に配置されて反
射型表示体を照明するものであって、光源と、この光源
からの光線を回折して、その回折光で前記反射型表示体
を照明する体積ホログラムとを備えるものである。
ト照明装置は、反射型表示体の表示面側に配置されて反
射型表示体を照明するものであって、光源と、この光源
からの光線を回折して、その回折光で前記反射型表示体
を照明する体積ホログラムとを備えるものである。
【００１０】この場合、体積ホログラムの反射型表示体
側とは反対側に、体積ホログラムと一体に、光源からの
光線を取り入れて体積ホログラムに導光する導光板を設
けることが望ましい。また、その導光板に対して複屈折
層を設け、または導光板より低屈折率の層を設けること
が好ましい。
側とは反対側に、体積ホログラムと一体に、光源からの
光線を取り入れて体積ホログラムに導光する導光板を設
けることが望ましい。また、その導光板に対して複屈折
層を設け、または導光板より低屈折率の層を設けること
が好ましい。
【００１１】
【作用】体積ホログラムは、高い波長選択性と角度選択
性を有する。このため、上記のように構成した、この発
明のフロントライト照明装置では、観察者から反射型表
示体を望むほとんどの角度範囲で体積ホログラムは透明
であり、縞が見えたり、モアレを生じたり、表示が暗く
なる、などの上述した問題は生じない。
性を有する。このため、上記のように構成した、この発
明のフロントライト照明装置では、観察者から反射型表
示体を望むほとんどの角度範囲で体積ホログラムは透明
であり、縞が見えたり、モアレを生じたり、表示が暗く
なる、などの上述した問題は生じない。
【００１２】液晶表示装置などでは、それぞれ赤、緑、
青の原色などを表示する複数種の微小画素を並置してカ
ラー表示を行う反射型表示素子が広く使われているが、
このような反射型表示素子を白色光で一様に照明した場
合には、光利用効率が低く、表示が暗いという問題があ
る。これは、例えば、赤色の画素に入射した緑色や青色
の色光は、全く利用されずに、カラーフィルタで吸収さ
れてしまうことに起因する。
青の原色などを表示する複数種の微小画素を並置してカ
ラー表示を行う反射型表示素子が広く使われているが、
このような反射型表示素子を白色光で一様に照明した場
合には、光利用効率が低く、表示が暗いという問題があ
る。これは、例えば、赤色の画素に入射した緑色や青色
の色光は、全く利用されずに、カラーフィルタで吸収さ
れてしまうことに起因する。
【００１３】しかし、上記のように構成した、この発明
のフロントライト照明装置によれば、体積ホログラムの
高い波長選択性とレンズ機能とを利用して、照明光の赤
色成分は赤色画素に、青色成分は青色画素に、緑色成分
は緑色画素に、というように、照明光を色ごとに分光
し、集光することによって、光利用効率を著しく向上さ
せることができる。
のフロントライト照明装置によれば、体積ホログラムの
高い波長選択性とレンズ機能とを利用して、照明光の赤
色成分は赤色画素に、青色成分は青色画素に、緑色成分
は緑色画素に、というように、照明光を色ごとに分光
し、集光することによって、光利用効率を著しく向上さ
せることができる。
【００１４】ＴＮ型やＳＴＮ型の液晶表示素子など、偏
光を利用した反射型表示素子の場合には、特定の直線偏
光成分で照明した方が光利用効率を高くすることができ
るが、一偏光成分だけを選択的に回折する体積ホログラ
ムを用いても、回折されなかった偏光成分を利用しなけ
れば、高い光利用効率は得られない。
光を利用した反射型表示素子の場合には、特定の直線偏
光成分で照明した方が光利用効率を高くすることができ
るが、一偏光成分だけを選択的に回折する体積ホログラ
ムを用いても、回折されなかった偏光成分を利用しなけ
れば、高い光利用効率は得られない。
【００１５】これに対して、上記のように導光板に対し
て複屈折層を設ける場合には、回折されなかった偏光成
分が導光板内を伝播するうちに徐々に偏光状態を変化さ
せるので、偏光成分を効率的に利用することができるよ
うになる。
て複屈折層を設ける場合には、回折されなかった偏光成
分が導光板内を伝播するうちに徐々に偏光状態を変化さ
せるので、偏光成分を効率的に利用することができるよ
うになる。
【００１６】フロントライト照明装置は、反射型表示体
の前面に置かれるため、透明であると同時に薄型である
ことが重要である。請求項２の発明によれば、体積ホロ
グラムを導光板と一体に形成して、導光板内を伝播する
光線を体積ホログラムで回折し、反射型表示体を照明す
ることによって、フロントライト照明装置を極めて薄型
にすることが可能となる。
の前面に置かれるため、透明であると同時に薄型である
ことが重要である。請求項２の発明によれば、体積ホロ
グラムを導光板と一体に形成して、導光板内を伝播する
光線を体積ホログラムで回折し、反射型表示体を照明す
ることによって、フロントライト照明装置を極めて薄型
にすることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】〔第１の実施形態〕図１は、この
発明の第１の実施形態を示す。
発明の第１の実施形態を示す。
【００１８】この実施形態のフロントライト照明装置
は、照明装置２０として示すように、大きく分けて光源
２１、導光板２２および体積ホログラム２３からなるも
のとし、光源２１からの光線を導光板２２内に取り入
れ、導光板２２内を伝播させて体積ホログラム２３で回
折し、その回折光で反射型表示体１１の表示面１１ａを
照明する。
は、照明装置２０として示すように、大きく分けて光源
２１、導光板２２および体積ホログラム２３からなるも
のとし、光源２１からの光線を導光板２２内に取り入
れ、導光板２２内を伝播させて体積ホログラム２３で回
折し、その回折光で反射型表示体１１の表示面１１ａを
照明する。
【００１９】導光板２２と体積ホログラム２３は、一体
に形成し、例えば、導光板２２の観察者側の面２２ａに
は、複屈折層２４および低屈折率層２５を形成し、体積
ホログラム２３の反射型表示体１１と対向する面には、
低屈折率層２６を形成する。
に形成し、例えば、導光板２２の観察者側の面２２ａに
は、複屈折層２４および低屈折率層２５を形成し、体積
ホログラム２３の反射型表示体１１と対向する面には、
低屈折率層２６を形成する。
【００２０】光源２１としては、蛍光管、放電管、白熱
管、ＬＥＤなどの、公知の光源を利用することができ
る。導光板２２は、アクリル樹脂やメタクリル樹脂など
の樹脂や、ガラスなどの、透光性材料によって形成す
る。導光板２２の表面の凹凸は散乱を生じ、好ましくな
いので、導光板２２の表面は平滑にする。
管、ＬＥＤなどの、公知の光源を利用することができ
る。導光板２２は、アクリル樹脂やメタクリル樹脂など
の樹脂や、ガラスなどの、透光性材料によって形成す
る。導光板２２の表面の凹凸は散乱を生じ、好ましくな
いので、導光板２２の表面は平滑にする。
【００２１】体積ホログラム２３は、屈折率の変化の周
期が媒質の厚みより十分に小さいホログラムで、波長と
入射角とがＢｒａｇｇ回折条件と呼ばれる特定の関係を
満たす場合にのみ、高い回折効率を示すものである。
期が媒質の厚みより十分に小さいホログラムで、波長と
入射角とがＢｒａｇｇ回折条件と呼ばれる特定の関係を
満たす場合にのみ、高い回折効率を示すものである。
【００２２】図２に示すように、体積ホログラム２３
は、屈折率の変化の周期の法線方向２３ａが、導光板２
２の体積ホログラム２３と接する面２２ｂに対して、角
θをなすように設けられる。θは、導光板２２内を、ど
の角度で伝播する光線を、どの方向に出射するかに応じ
て、適宜決められる。
は、屈折率の変化の周期の法線方向２３ａが、導光板２
２の体積ホログラム２３と接する面２２ｂに対して、角
θをなすように設けられる。θは、導光板２２内を、ど
の角度で伝播する光線を、どの方向に出射するかに応じ
て、適宜決められる。
【００２３】例えば、ホログラム媒質の屈折率を１．
５、屈折率の変化の周期を２５９ｎｍ、θを４５°に設
定した場合には、波長５５０ｎｍの光線は、導光板２２
の面２２ｂとの角φが０°のとき、Ｂｒａｇｇ回折条件
を満たして、導光板２２の面２２ｂと垂直な方向に出射
する。５５０ｎｍ以外の波長では、Ｂｒａｇｇ回折条件
を満たす波長λと伝播角φとは、図３に示す関係にな
る。
５、屈折率の変化の周期を２５９ｎｍ、θを４５°に設
定した場合には、波長５５０ｎｍの光線は、導光板２２
の面２２ｂとの角φが０°のとき、Ｂｒａｇｇ回折条件
を満たして、導光板２２の面２２ｂと垂直な方向に出射
する。５５０ｎｍ以外の波長では、Ｂｒａｇｇ回折条件
を満たす波長λと伝播角φとは、図３に示す関係にな
る。
【００２４】このため、波長λに依存して出射角θｏも
変化する。この波長λによる出射角θｏの変化は、照明
する反射型表示体１１が印刷物などのように完全拡散面
に近い散乱特性を有する場合には、特に不都合を生じな
いが、反射型表示体１１が反射型液晶表示素子のように
指向性を持った散乱特性を有する場合には、表示を観察
する角度によって表示色が変化するという不都合を生じ
る。
変化する。この波長λによる出射角θｏの変化は、照明
する反射型表示体１１が印刷物などのように完全拡散面
に近い散乱特性を有する場合には、特に不都合を生じな
いが、反射型表示体１１が反射型液晶表示素子のように
指向性を持った散乱特性を有する場合には、表示を観察
する角度によって表示色が変化するという不都合を生じ
る。
【００２５】この不都合を回避するには、光源２１とし
て輝線スペクトルを有するものを用いるとともに、伝播
角φの分布が狭くなるようにコリメートされた光線を導
光板２２に入射させればよい。このようにすれば、特定
の波長の光線を特定の出射角に出射させることができ
る。
て輝線スペクトルを有するものを用いるとともに、伝播
角φの分布が狭くなるようにコリメートされた光線を導
光板２２に入射させればよい。このようにすれば、特定
の波長の光線を特定の出射角に出射させることができ
る。
【００２６】また、白色光を特定の角度に出射させる場
合には、体積ホログラム２３として、一つのホログラム
媒体に異なる波長でホログラムを多重記録したもの、反
射波長が異なる複数のホログラム媒体を積層したもの、
または一つのホログラム媒体に異なる波長でモザイク状
にホログラムを記録したもの、などを用いればよい。
合には、体積ホログラム２３として、一つのホログラム
媒体に異なる波長でホログラムを多重記録したもの、反
射波長が異なる複数のホログラム媒体を積層したもの、
または一つのホログラム媒体に異なる波長でモザイク状
にホログラムを記録したもの、などを用いればよい。
【００２７】体積ホログラム２３のホログラム材料とし
ては、銀塩材料やフォトポリマー材料など、公知のホロ
グラム材料を用いることができる。体積ホログラム２３
は、導光板２２上にホログラム材料の薄膜を形成し、露
光して、導光板２２と一体に形成し、あるいは別にあら
かじめ作製した体積ホログラムを導光板２２に貼付し
て、導光板２２と一体化する。
ては、銀塩材料やフォトポリマー材料など、公知のホロ
グラム材料を用いることができる。体積ホログラム２３
は、導光板２２上にホログラム材料の薄膜を形成し、露
光して、導光板２２と一体に形成し、あるいは別にあら
かじめ作製した体積ホログラムを導光板２２に貼付し
て、導光板２２と一体化する。
【００２８】図の例は、体積ホログラム２３を導光板２
２の反射型表示体１１側の面２２ｂに設けた場合である
が、体積ホログラム２３を導光板２２の観察者側の面２
２ａに設けてもよい。あるいは、導光板２２の内部に体
積ホログラムを埋め込んでもよい。また、体積ホログラ
ム自身が導光板２２を兼ねてもよい。
２の反射型表示体１１側の面２２ｂに設けた場合である
が、体積ホログラム２３を導光板２２の観察者側の面２
２ａに設けてもよい。あるいは、導光板２２の内部に体
積ホログラムを埋め込んでもよい。また、体積ホログラ
ム自身が導光板２２を兼ねてもよい。
【００２９】体積ホログラム２３は、高い角度選択性を
持つことが特徴であり、この発明は、この性質を利用し
て表示劣化のないフロントライト照明装置を実現したも
のである。しかし、他方で、高い角度選択性は、高い光
利用効率を実現する上で、以下のような不都合を生じる
ことがある。
持つことが特徴であり、この発明は、この性質を利用し
て表示劣化のないフロントライト照明装置を実現したも
のである。しかし、他方で、高い角度選択性は、高い光
利用効率を実現する上で、以下のような不都合を生じる
ことがある。
【００３０】上記の伝播角φは、全反射条件を満たす範
囲内で分布を持つのが一般的である。これに対して、Ｂ
ｒａｇｇ回折条件を満たす角度範囲は通常、伝播角φの
分布幅と比較して狭い。そのため、伝播角φの分布また
は上記の角度θが入射光の導光方向で変化しないと、し
たがって平行平板状の導光板に対してθが一様な体積ホ
ログラムを設けた場合には、入射光の一部しか照明に利
用できない不都合を生じる。
囲内で分布を持つのが一般的である。これに対して、Ｂ
ｒａｇｇ回折条件を満たす角度範囲は通常、伝播角φの
分布幅と比較して狭い。そのため、伝播角φの分布また
は上記の角度θが入射光の導光方向で変化しないと、し
たがって平行平板状の導光板に対してθが一様な体積ホ
ログラムを設けた場合には、入射光の一部しか照明に利
用できない不都合を生じる。
【００３１】この不都合を回避する一つの方法は、θを
導光方向に沿って変化させることである。例えば、θが
導光方向に沿って４０°〜５０°まで変化するように構
成した場合には、φが−１０°〜＋１０°の範囲の伝播
光を回折して出射させることができる。
導光方向に沿って変化させることである。例えば、θが
導光方向に沿って４０°〜５０°まで変化するように構
成した場合には、φが−１０°〜＋１０°の範囲の伝播
光を回折して出射させることができる。
【００３２】もう一つの方法は、伝播角φの分布が導光
方向で変化するように、導光板２２の断面形状を工夫す
ることである。具体的な断面形状を図４に示す。（ａ）
のように厚みが一定で波打った形状、（ｂ）（ｃ）のよ
うに厚みが周期的に増減する形状、（ｄ）のように導光
方向に沿って一様に厚みが薄くなる形状、（ｅ）のよう
に導光方向に沿って一様に厚みが厚くなる形状、などが
考えられる。
方向で変化するように、導光板２２の断面形状を工夫す
ることである。具体的な断面形状を図４に示す。（ａ）
のように厚みが一定で波打った形状、（ｂ）（ｃ）のよ
うに厚みが周期的に増減する形状、（ｄ）のように導光
方向に沿って一様に厚みが薄くなる形状、（ｅ）のよう
に導光方向に沿って一様に厚みが厚くなる形状、などが
考えられる。
【００３３】反射型表示体１１の表示を歪ませないため
には、導光板２２の導光方向の厚みや形状の変化は緩や
かで一様である方が望ましく、その意味で、（ｄ）また
は（ｅ）の形状が好ましい。導光板２２内に屈折率分布
を形成して、厚みや形状の変化と同様の効果をもたせて
もよい。
には、導光板２２の導光方向の厚みや形状の変化は緩や
かで一様である方が望ましく、その意味で、（ｄ）また
は（ｅ）の形状が好ましい。導光板２２内に屈折率分布
を形成して、厚みや形状の変化と同様の効果をもたせて
もよい。
【００３４】導光板２２内を伝播する光線のφ分布の変
化を、図４に模式的に示す。（ａ）のように厚みが一定
で波打った形状の場合には、φ分布は分布幅を変えずに
導光方向に沿って正方向と負方向に交互にシフトを繰り
返す。（ｂ）（ｃ）のように厚みが周期的に増減する形
状の場合には、導光方向に沿って分布幅が増減する。
（ｄ）（ｅ）のように導光方向に沿って一様に厚みが変
化する形状の場合には、φ分布は導光方向に沿って一様
に広がるか狭まるかする。
化を、図４に模式的に示す。（ａ）のように厚みが一定
で波打った形状の場合には、φ分布は分布幅を変えずに
導光方向に沿って正方向と負方向に交互にシフトを繰り
返す。（ｂ）（ｃ）のように厚みが周期的に増減する形
状の場合には、導光方向に沿って分布幅が増減する。
（ｄ）（ｅ）のように導光方向に沿って一様に厚みが変
化する形状の場合には、φ分布は導光方向に沿って一様
に広がるか狭まるかする。
【００３５】このように導光板２２の導光方向に沿って
φ分布を変化させることによって、伝播する光線のすべ
ての角度成分を効率的に利用することができる。
φ分布を変化させることによって、伝播する光線のすべ
ての角度成分を効率的に利用することができる。
【００３６】ただし、このようなφ分布の変化に伴っ
て、分布のテールが全反射臨界角を超えて、導光板２２
外に漏れる光を生じる場合がある。この漏れ光は、光利
用効率を低下させるほか、不要な散乱光を生じて表示コ
ントラストを低下させるため、好ましくない。
て、分布のテールが全反射臨界角を超えて、導光板２２
外に漏れる光を生じる場合がある。この漏れ光は、光利
用効率を低下させるほか、不要な散乱光を生じて表示コ
ントラストを低下させるため、好ましくない。
【００３７】漏れ光を発生させないためには、導光板２
２への入射光をコリメートし、波打ちの曲率を小さくし
て伝播角φが０°近傍で変化するようにするか、あるい
は全反射臨界角より小さい角度でＢｒａｇｇ回折条件を
満たして、漏れ光を生じる前に出射するように体積ホロ
グラム２３を設ければよい。
２への入射光をコリメートし、波打ちの曲率を小さくし
て伝播角φが０°近傍で変化するようにするか、あるい
は全反射臨界角より小さい角度でＢｒａｇｇ回折条件を
満たして、漏れ光を生じる前に出射するように体積ホロ
グラム２３を設ければよい。
【００３８】例えば、図１または図２に示すように、導
光板２２を導光方向に沿って厚みが薄くなる形状とした
場合、その２つの反射面２２ａ，２２ｂのなす角をθｗ
ｇとすると、全反射を繰り返しながら導光板２２内を伝
播する光線は、１回の反射ごとに２θｗｇずつ離散的に
φ分布を広げながら伝播し、例えば、θｗｇ＝２２°と
した場合、φ＝−４６°のときにＢｒａｇｇ回折条件を
満たして、全反射臨界角−４８°に達する前に回折され
て出射する。
光板２２を導光方向に沿って厚みが薄くなる形状とした
場合、その２つの反射面２２ａ，２２ｂのなす角をθｗ
ｇとすると、全反射を繰り返しながら導光板２２内を伝
播する光線は、１回の反射ごとに２θｗｇずつ離散的に
φ分布を広げながら伝播し、例えば、θｗｇ＝２２°と
した場合、φ＝−４６°のときにＢｒａｇｇ回折条件を
満たして、全反射臨界角−４８°に達する前に回折され
て出射する。
【００３９】このようにして、漏れ光を生じることな
く、効率的に回折光を生じさせることができる。φ分布
の変化は離散的なので、Ｂｒａｇｇ回折条件を満たす角
度を飛び越えないように、θｗｇは十分に小さな値に設
定した方が好ましい。
く、効率的に回折光を生じさせることができる。φ分布
の変化は離散的なので、Ｂｒａｇｇ回折条件を満たす角
度を飛び越えないように、θｗｇは十分に小さな値に設
定した方が好ましい。
【００４０】導光板２２の傷や汚れに起因する光の漏れ
は、目立って表示品質を低下させる。図１の例のように
導光板２２に対して低屈折率層２５，２６を設けて、導
光板２２の内部に伝播光を閉じ込めることによって、導
光板２２の傷や汚れに起因する漏れ光を低減することが
できる。
は、目立って表示品質を低下させる。図１の例のように
導光板２２に対して低屈折率層２５，２６を設けて、導
光板２２の内部に伝播光を閉じ込めることによって、導
光板２２の傷や汚れに起因する漏れ光を低減することが
できる。
【００４１】低屈折率層２５，２６の材質は特に限定さ
れないが、導光板２２としては通常、屈折率が１．４５
〜１．６の範囲にあるものを用いるので、これより低屈
折率の材料、例えばフッ素系樹脂やＭｇＦ2などの、公
知の低屈折率材料を用いることができる。低屈折率層２
５，２６の厚みは、エバネセント波がしみだしてこない
程度に厚ければよく、一般には数〜数十μｍあれば十分
である。
れないが、導光板２２としては通常、屈折率が１．４５
〜１．６の範囲にあるものを用いるので、これより低屈
折率の材料、例えばフッ素系樹脂やＭｇＦ2などの、公
知の低屈折率材料を用いることができる。低屈折率層２
５，２６の厚みは、エバネセント波がしみだしてこない
程度に厚ければよく、一般には数〜数十μｍあれば十分
である。
【００４２】低屈折率層は、必ずしも導光板２２の両面
に設ける必要はなく、必要に応じて片面にだけ設けても
よい。照明装置２０は反射型表示体１１と観察者との間
に置かれるので、汚れによる表示品質の劣化に対する対
策は重要である。低屈折率層２５または２６を設けるこ
とによって、表示品質の劣化を防止できるとともに、製
造工程におけるハンドリングを極めて容易にすることが
できる。
に設ける必要はなく、必要に応じて片面にだけ設けても
よい。照明装置２０は反射型表示体１１と観察者との間
に置かれるので、汚れによる表示品質の劣化に対する対
策は重要である。低屈折率層２５または２６を設けるこ
とによって、表示品質の劣化を防止できるとともに、製
造工程におけるハンドリングを極めて容易にすることが
できる。
【００４３】〔第２の実施形態〕図５は、この発明の第
２の実施形態を示す。
２の実施形態を示す。
【００４４】この実施形態は、特に反射型液晶表示素子
などの反射型表示素子を照明する場合に、この発明を適
用した例である。
などの反射型表示素子を照明する場合に、この発明を適
用した例である。
【００４５】液晶表示装置などでは、図示するように、
２枚の基板１３，１４間に、それぞれ赤、緑、青の原色
を表示する３種の微小画素１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを並
置してカラー表示を行う反射型表示素子１２が広く使わ
れている。
２枚の基板１３，１４間に、それぞれ赤、緑、青の原色
を表示する３種の微小画素１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを並
置してカラー表示を行う反射型表示素子１２が広く使わ
れている。
【００４６】このような反射型表示素子１２を白色光で
一様に照明した場合には、光利用効率が低く、表示が暗
いという問題がある。これは、例えば、赤色の画素１５
Ｒに入射した緑色や青色の色光は、全く利用されずに、
カラーフィルタで吸収されてしまうことに起因する。
一様に照明した場合には、光利用効率が低く、表示が暗
いという問題がある。これは、例えば、赤色の画素１５
Ｒに入射した緑色や青色の色光は、全く利用されずに、
カラーフィルタで吸収されてしまうことに起因する。
【００４７】この実施形態は、この場合に光利用効率を
向上させて明るい表示が得られるようにしたものであ
る。
向上させて明るい表示が得られるようにしたものであ
る。
【００４８】この実施形態のフロントライト照明装置
は、照明装置２０として示すように、基本的に図１に示
したものと同様に構成することができる。ただし、図５
では光源を省略している。
は、照明装置２０として示すように、基本的に図１に示
したものと同様に構成することができる。ただし、図５
では光源を省略している。
【００４９】そして、この実施形態では、体積ホログラ
ム２３の高い波長選択性とレンズ機能とを利用して、図
示するように、導光板２２内を伝播して体積ホログラム
２３で回折される照明光の、赤色成分２７Ｒは赤色画素
１５Ｒに、青色成分２７Ｇは青色画素１５Ｇに、緑色成
分２７Ｂは緑色画素１５Ｂに、というように、照明光を
色ごとに分光し、集光することによって、光利用効率を
著しく向上させることができる。
ム２３の高い波長選択性とレンズ機能とを利用して、図
示するように、導光板２２内を伝播して体積ホログラム
２３で回折される照明光の、赤色成分２７Ｒは赤色画素
１５Ｒに、青色成分２７Ｇは青色画素１５Ｇに、緑色成
分２７Ｂは緑色画素１５Ｂに、というように、照明光を
色ごとに分光し、集光することによって、光利用効率を
著しく向上させることができる。
【００５０】このように異なる位置に異なる色光を集光
する体積ホログラム２３としては、一つのホログラム媒
体に異なる波長でホログラムを多重記録したもの、反射
波長が異なる複数のホログラム媒体を積層したもの、ま
たは一つのホログラム媒体に異なる波長でモザイク状に
ホログラムを記録したもの、などを用いることができ
る。
する体積ホログラム２３としては、一つのホログラム媒
体に異なる波長でホログラムを多重記録したもの、反射
波長が異なる複数のホログラム媒体を積層したもの、ま
たは一つのホログラム媒体に異なる波長でモザイク状に
ホログラムを記録したもの、などを用いることができ
る。
【００５１】ＴＮ型やＳＴＮ型の液晶表示素子など、偏
光を利用した反射型表示素子の場合には、特定の直線偏
光成分で照明した方が光利用効率を高くすることができ
る。Ｒ．Ｌ．Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ（ＳＰＩＥ ｖｏ
ｌ．２１５２，ｐｐ３０３−３１３（１９９４））によ
って開示されているように、光重合性モノマーと液晶と
の混合液をレーザ露光して作製した体積ホログラムは、
特定の直線偏光成分に対して高い回折効率を示すので、
この実施形態の体積ホログラム２３として好適に利用す
ることができる。
光を利用した反射型表示素子の場合には、特定の直線偏
光成分で照明した方が光利用効率を高くすることができ
る。Ｒ．Ｌ．Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ（ＳＰＩＥ ｖｏ
ｌ．２１５２，ｐｐ３０３−３１３（１９９４））によ
って開示されているように、光重合性モノマーと液晶と
の混合液をレーザ露光して作製した体積ホログラムは、
特定の直線偏光成分に対して高い回折効率を示すので、
この実施形態の体積ホログラム２３として好適に利用す
ることができる。
【００５２】しかし、一偏光成分だけを選択的に回折す
る体積ホログラム２３を用いても、回折されなかった偏
光成分を利用しなければ、高い光利用効率は得られな
い。
る体積ホログラム２３を用いても、回折されなかった偏
光成分を利用しなければ、高い光利用効率は得られな
い。
【００５３】これに対して、この実施形態のように導光
板２２と複屈折層２４を設けることによって、回折され
なかった偏光成分が導光板２２内を伝播するうちに徐々
に偏光状態を変化させるので、偏光成分を効率的に利用
することができるようになる。
板２２と複屈折層２４を設けることによって、回折され
なかった偏光成分が導光板２２内を伝播するうちに徐々
に偏光状態を変化させるので、偏光成分を効率的に利用
することができるようになる。
【００５４】複屈折層２４としては、水晶や雲母などの
結晶の薄片、ポリエステルやポリカーボネートなどの延
伸高分子フィルム、または配向した液晶材料などの、公
知の複屈折材料を用いることができる。図の例は、導光
板２２の観察者側の面２２ａに複屈折層２４を設けた場
合であるが、体積ホログラム２３側の面２２ｂに複屈折
層を設けてもよい。あるいは、導光板２２の内部に複屈
折性フィルムを埋め込んでもよい。また、複屈折性フィ
ルム自身が導光板２２を兼ねてもよい。
結晶の薄片、ポリエステルやポリカーボネートなどの延
伸高分子フィルム、または配向した液晶材料などの、公
知の複屈折材料を用いることができる。図の例は、導光
板２２の観察者側の面２２ａに複屈折層２４を設けた場
合であるが、体積ホログラム２３側の面２２ｂに複屈折
層を設けてもよい。あるいは、導光板２２の内部に複屈
折性フィルムを埋め込んでもよい。また、複屈折性フィ
ルム自身が導光板２２を兼ねてもよい。
【００５５】
【発明の効果】この発明によれば、反射型表示体と観察
者との間に体積ホログラムを備える照明装置を配置する
ことによって、明所では照明を点灯しなくても表示が可
能であり、暗所では照明を点灯することにより表示が可
能となる。また、反射型表示体の反射率が低いことに起
因する表示の暗さを、照明により補助することによっ
て、明るい表示が可能になるとともに、外光の不足分を
補うだけの光量を補えばよいので、バックライト型表示
装置より低消費電力化を期待できる。さらに、反射型表
示素子そのものでは実現困難な透明感のある表示が得ら
れる。
者との間に体積ホログラムを備える照明装置を配置する
ことによって、明所では照明を点灯しなくても表示が可
能であり、暗所では照明を点灯することにより表示が可
能となる。また、反射型表示体の反射率が低いことに起
因する表示の暗さを、照明により補助することによっ
て、明るい表示が可能になるとともに、外光の不足分を
補うだけの光量を補えばよいので、バックライト型表示
装置より低消費電力化を期待できる。さらに、反射型表
示素子そのものでは実現困難な透明感のある表示が得ら
れる。
【００５６】さらに、この発明によれば、体積ホログラ
ムを用いることによって、表示品質を犠牲にすることな
しに上記の効果を実現することができるとともに、従来
以上に高い光利用効率を得ることができる。
ムを用いることによって、表示品質を犠牲にすることな
しに上記の効果を実現することができるとともに、従来
以上に高い光利用効率を得ることができる。
【００５７】また、請求項２の発明によれば、体積ホロ
グラムを導光板と一体に形成することによって、フロン
トライト照明装置を極めて薄型にすることが可能とな
る。
グラムを導光板と一体に形成することによって、フロン
トライト照明装置を極めて薄型にすることが可能とな
る。
【図１】この発明の一実施形態を示す図である。
【図２】図１の照明装置の作用の説明に供する図であ
る。
る。
【図３】Ｂｒａｇｇ回折条件を満たす伝播角φと波長λ
との関係を示す図である。
との関係を示す図である。
【図４】導光板の形状と導光板内を伝播する光線の伝播
角度分布の変化を示す図である。
角度分布の変化を示す図である。
【図５】この発明の他の実施形態を示す図である。
【図６】従来のフロントライト照明装置を示す図であ
る。
る。
１１ 反射型表示体 １２ 反射型表示素子 ２０ 照明装置 ２１ 光源 ２２ 導光板 ２３ 体積ホログラム ２４ 複屈折層 ２５，２６ 低屈折率層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐川 清水 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 二宮 正伸 神奈川県南足柄市竹松1600番地 富士ゼロ ックス株式会社内 (72)発明者 鈴木 貞一 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい富士ゼロックス株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】反射型表示体の表示面側に配置されて反射
型表示体を照明するものであって、 光源と、この光源からの光線を回折して、その回折光で
前記反射型表示体を照明する体積ホログラムとを備える
ことを特徴とするフロントライト照明装置。 - 【請求項２】請求項１のフロントライト照明装置におい
て、 前記体積ホログラムの前記反射型表示体側とは反対側
に、前記体積ホログラムと一体に、前記光源からの光線
を取り入れて前記体積ホログラムに導光する導光板を設
けたことを特徴とするフロントライト照明装置。 - 【請求項３】請求項２のフロントライト照明装置におい
て、 前記導光板が導光方向に厚みの変化を有することを特徴
とするフロントライト照明装置。 - 【請求項４】請求項２のフロントライト照明装置におい
て、 前記導光板に対して複屈折層を設けたことを特徴とする
フロントライト照明装置。 - 【請求項５】請求項２のフロントライト照明装置におい
て、 前記導光板に対して当該導光板より低屈折率の層を設け
たことを特徴とするフロントライト照明装置。 - 【請求項６】請求項１または２のフロントライト照明装
置において、 前記反射型表示体は、互いに異なる色を表示する複数種
の画素が並置されたものであり、前記体積ホログラム
は、その各画素の位置に、その画素の表示色に対応した
色光の像を生じさせるものであることを特徴とするフロ
ントライト照明装置。 - 【請求項７】請求項１または２のフロントライト照明装
置において、 前記体積ホログラムは特定の偏光成分を主として回折す
ることを特徴とするフロントライト照明装置。 - 【請求項８】請求項１または２のフロントライト照明装
置において、 前記光源は輝線スペクトルを有することを特徴とするフ
ロントライト照明装置。 - 【請求項９】反射型表示素子と、その表示面側に配され
た照明装置とを備え、その照明装置は、光源と、この光
源からの光線を回折して、その回折光で前記反射型表示
素子を照明する体積ホログラムとを有することを特徴と
する反射型表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10035063A JPH11232919A (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | フロントライト照明装置および反射型表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10035063A JPH11232919A (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | フロントライト照明装置および反射型表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11232919A true JPH11232919A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=12431573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10035063A Pending JPH11232919A (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | フロントライト照明装置および反射型表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11232919A (ja) |
Cited By (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2020218719A1 (ko) * | 2019-04-25 | 2020-10-29 | 삼성전자주식회사 | 디스플레이 장치 |
| WO2022113862A1 (ja) * | 2020-11-24 | 2022-06-02 | 日東電工株式会社 | 照明装置 |
| WO2022113857A1 (ja) * | 2020-11-24 | 2022-06-02 | 日東電工株式会社 | 照明装置 |
| US11536889B2 (en) | 2018-12-14 | 2022-12-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and data processing device |
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1998
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