| 【発明の名称】 |
外光を利用した照明装置及びその照明装置を利用した表示装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】児玉 大二郎
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| 【要約】 |
【課題】外光を効率良く取り込んで画面を一様に明るく照明可能な照明装置とそれを利用した表示装置。
【解決手段】外光３０を採光する採光領域１０と、採光された光を導光する導光領域１１と、導光された光を射出させる照明領域１２とを具備し、採光領域は、第１透明板１とその第１透明板の裏面に設けられた反射偏向素子３とからなり、反射偏向素子３は第１透明板の前面から入射した光を反射偏向して第１透明板の前面に臨界角を越える角度で入射させるものであり、照明領域は、導光領域から導光された光を導光する第２透明板１と、その第２透明板の前面あるいは裏面に設けられた偏向素子８とからなり、偏向素子は第２透明板中で全反射によって導光される光を第２透明板の前面又は裏面から射出させるものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 外光を採光して照明光として使用する照明装置において、前記照明装置は、外光を採光する採光領域と、採光領域で採光された光を導光する導光領域と、導光領域で導光された光を射出させる照明領域とを具備しており、前記採光領域は、第１透明板とその第１透明板の裏面に設けられた反射偏向素子とからなり、前記反射偏向素子は前記第１透明板の前面から入射した光の少なくとも一部の成分を反射偏向して前記第１透明板の前面に臨界角を越える角度で入射させるものであり、前記照明領域は、前記導光領域から導光された光を導光する第２透明板と、その第２透明板の前面あるいは裏面に設けられた偏向素子とからなり、前記偏向素子は前記第２透明板中で全反射によって導光される光を前記第２透明板の前面又は裏面から射出させるものであることを特徴とする外光を利用した照明装置。
【請求項２】 前記採光領域の前記反射偏向素子は、傾斜反射面又はブレーズドミラー面からなることを特徴とする請求項１記載の外光を利用した照明装置。
【請求項３】 前記採光領域の前記反射偏向素子は、反射型体積ホログラムからなることを特徴とする請求項１記載の外光を利用した照明装置。
【請求項４】 前記採光領域の前記反射偏向素子は、透過型体積ホログラムとその裏面に設けた反射層からなることを特徴とする請求項１記載の外光を利用した照明装置。
【請求項５】 前記採光領域の前記反射偏向素子は、レリーフ型ホログラムとその裏面のレリーフ面に設けた反射層からなることを特徴とする請求項１記載の外光を利用した照明装置。
【請求項６】 前記導光領域は、前記第１透明板と前記第２透明板と一体の第３透明板を備えていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の外光を利用した照明装置。
【請求項７】 前記導光領域は、光ファイバーあるいは光ファイバー束からなることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の外光を利用した照明装置。
【請求項８】 表示面前方から照明することにより画面に表示パターンを表示する表示装置であって、その照明装置として請求項１から７の何れか１項記載の外光を利用した照明装置を用いていることを特徴とする表示装置。
【請求項９】 表示面後方から照明することにより画面に表示パターンを表示する表示装置であって、その照明装置として請求項１から７の何れか１項記載の外光を利用した照明装置を用いていることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】 前記照明装置の前記照明領域において、前記第２透明板の前面に前記偏向素子が設けられている場合は、その裏面に、前記第２透明板の裏面に前記偏向素子が設けられている場合は、前記偏向素子の裏面に反射層が設けれていることを特徴とする請求項９記載の表示装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外光を利用した照明装置及びその照明装置を利用した表示装置に関し、特に、液晶表示装置のような照明光を必要とする表示装置用の外光を利用した照明装置及びその照明装置を利用した表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】外光を利用して照明する表示装置の代表的なものには反射型液晶表示装置がある。反射型液晶表示装置は、ノート型ＰＣ、携帯型情報端末、携帯電話等の表示装置に用いられているが、外光の入射方向によっては観察し難かったり、明るい表示が容易ではなかった。
【０００３】一方、このような携帯型の機器の表示装置において、光源と導光板を用いた照明装置やＥＬ光源からなる照明装置を用いているものもあるが、光源を用いる場合には電力を必要とするため、これらの携帯型機器を長時間使用することができないと言った問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、外光を効率良く取り込んで画面を一様に明るく照明可能な照明装置とそれを利用した表示装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発明の外光を利用した照明装置は、外光を採光して照明光として使用する照明装置において、前記照明装置は、外光を採光する採光領域と、採光領域で採光された光を導光する導光領域と、導光領域で導光された光を射出させる照明領域とを具備しており、前記採光領域は、第１透明板とその第１透明板の裏面に設けられた反射偏向素子とからなり、前記反射偏向素子は前記第１透明板の前面から入射した光の少なくとも一部の成分を反射偏向して前記第１透明板の前面に臨界角を越える角度で入射させるものであり、前記照明領域は、前記導光領域から導光された光を導光する第２透明板と、その第２透明板の前面あるいは裏面に設けられた偏向素子とからなり、前記偏向素子は前記第２透明板中で全反射によって導光される光を前記第２透明板の前面又は裏面から射出させるものであることを特徴とするものである。
【０００６】この場合、採光領域の反射偏向素子は、例えば、傾斜反射面又はブレーズドミラー面からなっていても、反射型体積ホログラムからなっていても、透過型体積ホログラムとその裏面に設けた反射層からなっていても、レリーフ型ホログラムとその裏面のレリーフ面に設けた反射層からなっていてもよい。
【０００７】また、導光領域は、第１透明板と第２透明板と一体の第３透明板を備えているものであってもよく、また、光ファイバーあるいは光ファイバー束からなるものであってもよい。
【０００８】本発明のこれら外光を利用した照明装置は、表示面前方から照明することにより画面に表示パターンを表示する表示装置と、表示面後方から照明することにより画面に表示パターンを表示する表示装置との何れの表示装置にも用いることができる。
【０００９】その場合に、表示面後方から照明する構成においては、照明装置の照明領域において、第２透明板の前面に偏向素子が設けられている場合は、その裏面に、第２透明板の裏面に偏向素子が設けられている場合は、偏向素子の裏面に反射層を設けるようにしてもよい。
【００１０】本発明においては、外光を採光する採光領域と、採光領域で採光された光を導光する導光領域と、導光領域で導光された光を射出させる照明領域とを具備しており、採光領域は、第１透明板とその第１透明板の裏面に設けられた反射偏向素子とからなり、その反射偏向素子は第１透明板の前面から入射した光の少なくとも一部の成分を反射偏向して第１透明板の前面に臨界角を越える角度で入射させるものであり、照明領域は、導光領域から導光された光を導光する第２透明板と、その第２透明板の前面あるいは裏面に設けられた偏向素子とからなり、その偏向素子は第２透明板中で全反射によって導光される光を第２透明板の前面又は裏面から射出させるものであるので、外光を効率良く取り込んで一様に明るく照明可能であり、携帯型機器の表示用の照明装置として電力を消費せずに明るい照明が可能なものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の外光を利用した照明装置及びその照明装置を利用した表示装置を実施例の基づいて説明する。
【００１２】図１は、本発明の１実施例の照明装置とそれを組み込んだ透過型液晶表示装置を示す模式的断面図であり、この照明装置は、プラスチック等の透明体からなる透明板状体１を含み、この透明板状体１は３つの部分１０、１１、１２からなる。部分１０は採光領域、部分１１は導光領域、部分１２は照明領域であり、透明板状体１は３分割され、導光領域１１が採光領域１０と照明領域１２を接続している。透明板状体１の表面は共通の平面２からなり、裏面は採光領域１０と導光領域１１、照明領域１２とでは異なる形状になっている。採光領域１０の裏面は、図示のような帯状の傾斜面３を断面鋸歯状に連結してなるもので、その外面にミラーコート４を施してブレーズドミラー面のようになっている。傾斜面３の傾きの方向は、図示のように、導光領域１１に向かって透明板状体１の表面との間に距離が広がるような傾きである。導光領域１１と照明領域１２の裏面は共通の平面５からなっている。そして、照明領域１２の表面の平面２には、透過型ホログラム８が密着あるいは接着配置されている。
【００１３】この透過型ホログラム８は、本出願人による特開平１１−１０９３３８号（特願平９−２６９４９５号）の透過型ホログラムと同様に、照明領域１２の透明板状体１内で導光され透過型ホログラム８に臨界角以上の所定の角度で入射する光を透明板状体１の表面の外へ回折光３２として回折する特性を有するものである。そして、透過型ホログラム８の回折効率は、平均して導光領域１１に近い程低く、導光領域１１から離れるに従って高く設定されている。このような回折効率の分布を持たせるためには、１つの手段としては、ホログラム撮影のときの物体光と参照光の光強度に所望の回折効率が得られるように分布を持たせるようにしてもよいが、透過型ホログラム８を網点状にパターニングされた微細ホログラムの集合体とし、その微細ホログラムの面積割合を導光領域１１に近い程小さく、導光領域１１から離れるに従って大きくなるようにすればよい。詳細は、特開平１１−１０９３３８号参照。
【００１４】このような構成であるので、採光領域１０の表面に外光３０が入射すると、その表面の平面２で屈折して透明板状体１内に入り、裏面の傾斜面３で反射され再び採光領域１０の表面の平面２に入射する。そのとき、裏面の傾斜面３は上記のように、導光領域１１に向かって透明板状体１の表面との間に距離が広がるような傾きであるので、平面２へ内部から入射する入射角は屈折のときの屈折角より大きくなる（傾斜面３の傾きをθとすると、入射角は屈折角より２θ大きくなる。）。外光３０にはある程度広がりのある角度から入射する成分が存在するので、採光領域１０の表面から屈折して入射した外光３０の中、傾斜面３で反射され再度その表面に内部から入射する入射角が全反射を起こす臨界角以上になる成分が存在し、その成分は再度裏面の傾斜面３で反射されると、採光領域１０の表面に内部から入射する入射角がより大きくなり全反射される。したがって、この採光領域１０の表面で全反射された外光成分は透明板状体１内で導光される光３１となり、採光領域１０に隣接する導光領域１１に入り、その表面と裏面の平面２と５間で全反射を繰り返しながら進み、照明領域１２に入る。
【００１５】照明領域１２の表面に密着あるいは接着配置されている透過型ホログラム８が上記のような構成であるので、透明板状体１内で全反射を繰り返しながら導光領域１１から導光される光３１はその間透過型ホログラム８により回折され、回折光３２として照明領域１２の前方へ回折され、透過型ホログラム８に密接された透過型液晶表示素子２０を裏面側から全面を均一に照明する照明光となる。
【００１６】ここで、透過型液晶表示素子２０は、例えばＴＮ液晶表示素子であり、透明基板２１と２２の間に液晶層２３が挟持して封止されている。この透明基板２１、２２の一方の液晶層２３側内面には透明画素電極が他方には透明対向電極が設けられ、それらの上に配向膜等が設けられてなり、また、透明基板２１、２２の外側には偏光板２４、２５が平行ニコルあるいは直交ニコルの状態で配置されている。なお、カラー表示用の場合は、透明対向電極上にカラーフィルターが配置される。
【００１７】このような構成であるので、上記のような採光領域１０と導光領域１１と照明領域１２からなる本発明の照明装置１５をバックライト光源として透過型液晶表示素子２０と組み合わせることにより、外光を効率良く取り込んで画面を一様に明るく照明可能で明るい表示が可能な透過型液晶表示装置を構成することができる。
【００１８】なお、以上の実施例において、導光領域１１の両側の平面２と５にミラーコートを施してもよく、また、照明領域１２の裏面の平面５にミラーコートを施してもよい。
【００１９】また、照明領域１２の表面に透過型ホログラム８を密着あるいは接着配置する代わりに、その裏面に反射型ホログラムを密着あるいは接着配置して、透明板状体１内で全反射を繰り返しながら導光領域１１から導光される光３１をその間反射型ホログラムにより回折して導光領域１１の前面に出して照明光とするようにしてもよい。この反射型ホログラムは、特開平１１−１０９３３８号の反射型ホログラムと同様に、照明領域１２の透明板状体１内で導光され反射型ホログラムに臨界角以上の所定の角度で入射する光を透明板状体１の表面の外へ回折光３２として回折する特性を有するものであり、詳細は、特開平１１−１０９３３８号参照。
【００２０】さらに、図１の構成あるいはその変形の照明領域１２の裏面に反射型ホログラムを密着あるいは接着配置する場合に、照明領域１２の裏面の平面５あるいはその平面５上に設けた反射型ホログラムの上にミラーコートを施して、透過型液晶表示素子２０を透過して入射する外光を反射して外光照明により反射型液晶表示装置としても機能するようにしてもよく、あるいは、その外光照明と採光領域１０から取り込んだ外光３０による照明とを併用するようにしてもよい。
【００２１】次に、図２は、図１と同様の照明装置を反射型液晶表示装置に組み込んだ場合の模式的断面図であり、この場合の照明装置１５は、透過型ホログラム８の配置位置のみが図１と異なる。すなわち、透過型ホログラム８は照明領域１２の裏面の平面５に密着あるいは接着配置される。
【００２２】そして、その透過型ホログラム８に反射型液晶表示素子２０’が密接されている。
【００２３】反射型液晶表示素子２０’は、例えばＴＮ液晶表示素子であり、透明基板２１と２２の間に液晶層２３が挟持して封止されている。この透明基板２１、２２の一方の液晶層２３側内面には透明画素電極が他方には透明対向電極が設けられ、それらの上に配向膜等が設けられてなり、また、透明基板２１、２２の外側には偏光板２４、２５が平行ニコルあるいは直交ニコルの状態で配置されている。そして、裏面側の偏光板２４の裏面には反射層２６を備えている。なお、カラー表示用の場合は、透明対向電極上にカラーフィルターが配置される。
【００２４】このような構成であるので、この場合は、透過型ホログラム８が照明領域１２の裏面に密着あるいは接着配置されているので、透明板状体１内で全反射を繰り返しながら導光領域１１から導光される光３１はその間透過型ホログラム８により回折され、回折光３２として照明領域１２の後方へ回折され、透過型ホログラム８に密接された反射型液晶表示素子２０’を表面側から全面を均一に照明する照明光となる。その回折光３２は、反射型液晶表示素子２０’の表示状態に応じてその裏面の反射層２６で反射されて反射型液晶表示素子２０’から前面側へ出てその前に配置された透過型ホログラム８と透明板状体１を透過して表示光３３となり、外光を効率良く取り込んで画面を一様に明るく照明可能で明るい表示が可能な反射型液晶表示装置となる。この場合の本発明の照明装置１５はフロントライト光源の作用をする。
【００２５】この例の場合は、導光領域１１の両側の平面２と５にミラーコートを施してもよいが、照明領域１２の表面の平面２にミラーコートを施すことはできない。
【００２６】なお、図２の場合も、図１の場合と同様に、照明領域１２の裏面の透過型ホログラム８の代わりに、その表面に反射型ホログラムを密着あるいは接着配置して、透明板状体１内で全反射を繰り返しながら導光領域１１から導光される光３１をその間反射型ホログラムにより回折して導光領域１１の後方に回折光３２として出すようにしてもよい。
【００２７】ところで、図１、図２の場合に、透明板状体１の採光領域１０側の端部６に面して照明光源７を配置しておき、外光が暗い場合等にこの照明光源７を点灯して、それからの照明光を端部６から透明板状体１内に入射させ、採光領域１０を横切って導光領域１１内に導き、外光を利用する場合と同様にして回折光３２を照明領域１２の前方あるいは後方へ回折するようにして、透過型液晶表示素子２０あるいは反射型液晶表示素子２０’を均一に照明できるようにしてもよい。
【００２８】さて、採光領域１０の裏面に設ける入射光の方向を反射偏向して全反射を起こすようにする反射偏向素子としては、図１、図２のような傾斜反射面あるいはブレーズドミラー面３の代わりに、反射型体積ホログラム、透過型体積ホログラムに反射層を設けたもの、レリーフ型ホログラムに反射層を設けたもの等を用いてもよい。図３にそれらの場合の採光領域１０の模式的断面図を示す。
【００２９】図３（ａ）は、採光領域１０の裏面を平面５の延長の平面とし、その面に反射型体積ホログラム４１を貼り付けたものであり、反射型体積ホログラム４１は、採光領域１０の表面で屈折して透明板状体１内に入射した所定角度範囲の外光３０を透明板状体１内で全反射を起こす臨界角以上の角度になるように反射回折する回折特性に作成されているものである。したがって、採光領域１０の表面から屈折して入射した外光３０の中、反射型体積ホログラム４１で反射回折され、透明板状体１に再度その表面に内部から臨界角以上になる入射角で入射して全反射され、再度裏面の反射型体積ホログラム４１に入射し、同様に回折されるかあるいは反射型体積ホログラム４１の空気との界面で全反射されることにより採光領域１０の透明板状体１内で導光される光３１が存在することになり、図１、図２の場合と同様に、採光領域１０に隣接する導光領域１１に入り、その表面と裏面の平面２と５間で全反射を繰り返しながら進み、照明領域１２に入る。
【００３０】図３（ｂ）は、採光領域１０の裏面を平面５の延長の平面とし、その面に透過型体積ホログラム４２とその裏面に反射層４３を設けて図３（ａ）の反射型体積ホログラム４１と同様の反射回折特性のものとしたものを貼り付けた例であり、その作用も同様である。また、図３（ｃ）は、採光領域１０の裏面を平面５の延長の平面とし、その面にレリーフ型ホログラム４４とその裏面のレリーフ面に反射層４５を設けて図３（ａ）の反射型体積ホログラム４１と同様の反射回折特性のものとしたものを貼り付けた例であり、その作用も同様である。
【００３１】なお、図１、図２の場合、採光領域１０の裏面に設ける傾斜面３を１個にして採光領域１０の透明板状体１の断面をウエッジ状になるようにしてもよい。
【００３２】ところで、図１〜図３のような本発明の照明装置１５の場合は、単一の透明板状体１で照明装置１５が構成されているため、これをノート型ＰＣ、携帯型情報端末、携帯電話等の携帯型表示装置の照明装置として用いると、特に採光領域１０が出っ張って大型化する恐れがある。そこで、導光領域１１を光ファイバーあるいは光ファイバー束で構成し、採光領域１０と導光領域１１を折り畳み可能になるように構成してもよい。この場合は、単一の透明板状体１で照明装置１５を構成するのではなく、採光領域１０と導光領域１１と照明領域１２を別々の透明体で構成し、相互に接続して構成する必要がある。
【００３３】以上、本発明の外光を利用した照明装置及びその照明装置を利用した表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００３４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明の外光を利用した照明装置及びその照明装置を利用した表示装置によると、外光を採光する採光領域と、採光領域で採光された光を導光する導光領域と、導光領域で導光された光を射出させる照明領域とを具備しており、採光領域は、第１透明板とその第１透明板の裏面に設けられた反射偏向素子とからなり、その反射偏向素子は第１透明板の前面から入射した光の少なくとも一部の成分を反射偏向して第１透明板の前面に臨界角を越える角度で入射させるものであり、照明領域は、導光領域から導光された光を導光する第２透明板と、その第２透明板の前面あるいは裏面に設けられた偏向素子とからなり、その偏向素子は第２透明板中で全反射によって導光される光を第２透明板の前面又は裏面から射出させるものであるので、外光を効率良く取り込んで一様に明るく照明可能であり、携帯型機器の表示用の照明装置として電力を消費せずに明るい照明が可能なものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２８９７
【氏名又は名称】大日本印刷株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１１月１５日（２０００．１１．１５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７７７７
【弁理士】
【氏名又は名称】韮澤 弘 （外７名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１５０８２２（Ｐ２００２−１５０８２２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年５月２４日（２００２．５．２４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３４７５００（Ｐ２０００−３４７５００） |
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