JP2004077897A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれて光を導波する少なくとも1つのコア層1と、コア層1と前記屈折率のより低い部分との境界もしくはコア層1内に設けた少なくとも1つの回折格子層2とを有する表示板50と、少なくとも1つの光源5と、少なくとも1つの色フィルタ4とを有し、光源5及び色フィルタ4は、光源5から発生した入射光9が色フィルタ4を介してコア層1に入射可能に配置される。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の表示装置としては、図9に示すバックライトパネルがある。これは、同図に示すように、半透明板100上に表示すべき画像101が描かれており、半透明板100の裏から光102を入射させ表示させるものである。
【0003】
また、別の従来の表示装置としては、図10に示す積層導波路ホログラム媒体がある(特開平11−337756)。この表示装置は、図10に示すように、クラッド層203、回折格子層202、コア層201が繰り返し積層された構造を有し、媒体端面からコア層201に光102をレンズ204で集光して入射し、回折格子層202で回折された再生光205により画像101を表示させるものである。
【0004】
ここで、回折格子層202には、再生光205が所望の画像101として表示されるように、ホログラム情報が回折格子として形成されている。
回折格子は波長依存性を持ち特定の色(波長)に対して設計,形成されるため,コア層2に入射する光は単色光である必要がある.
この表示装置では,光源としてレーザなどの単色光源が必要であり高価である,観測者の目にレーザ光が入り危険であるなどの欠点があった.
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにバックライトパネルでは、基本的に1枚の静止画像しか表示できないという問題があった。
また、積層導波路ホログラム媒体では、光源としてレーザなどの単色光源が必要であるため高価であり、観測者の目にレーザ光が入り危険である等の問題が有った。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、1枚あるいは複数枚の静止画像あるいは動画像を表示でき、安価で安全な自然光源(白色光源)を使用できる表示装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれて光を導波する少なくとも1つのコア層と、該コア層と前記屈折率のより低い部分との境界もしくは前記コア層内に設けた少なくとも1つの回折格子層とを有する表示板と、少なくとも1つの光源と、少なくとも1つの色フィルタとを有し、前記光源及び前記色フィルタは、前記光源から発生した入射光が前記色フィルタを介して前記コア層に入射可能に配置されることを特徴とする。
【0007】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の表示装置において、前記屈折率のより低い部分は、少なくとも1つのクラッド層を含むことを特徴とする。
【0008】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2のいずれかに記載の表示装置において、少なくとも1つの集光器を有し、前記集光器は、前記光源から発生した入射光が前記集光器を介して前記コア層に入射可能に配置されることを特徴とする。
【0009】
また、請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の表示装置において、少なくとも1つの層選択移動機構部を有し、前記層選択移動機構部は、前記光源及び前記集光器の少なくとも1つを移動させることを特徴とする。
【0010】
また、請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の表示装置において、少なくとも1つの開口マスクを有し、前記開口マスクは、前記表示板から出射した再生光が前記開口マスクの開口を介して画像を表示可能に配置されることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の第1の実施形態に係る表示装置の構成を図1に示す。本発明の第1の実施形態に係る表示装置は、表示板50と、色フィルタ4と、光源5とを有している。
表示板50は1つのコア層1と、前記コア層1を挟むように配置した2つのクラッド層3と、前記コア層1上部とクラッド層3との境界に設けた1つの回折格子層2とから構成されている。
【0012】
色フィルタ4は光源5とコア層1の間にコア層1に接着して配置されている。光源5からの入射光9は色フィルタ4を透過して表示板50のコア層2に入射する。入射した光は回折格子層2で回折され再生光10となって出射し結像面において画像11を表示する。回折格子層2には、再生光10が所望の画像11として表示されるように、ホログラム情報が回折格子として形成されている。
回折格子は波長依存性を持ち特定の色(波長)に対して設計、形成されるため、コア層2に入射する光は単色光である必要がある。
【0013】
本発明の各実施形態では、光源5として、自然光、白色光を発するものを使用する。また、本発明の各実施形態で使用する色フィルタ4は特定の色(波長)のみを透過し、他の色を吸収または反射するバンドパスフィルタとして機能し、自然光、白色光を単色光化する機能を有する。すなわち、本発明の各実施形態では色フィルタ4を用いることにより、光源5として自然光、白色光を発するものを使用しても、コア層1に回折格子に対応した所望の色(波長)の単色光を入射させることができる.
【0014】
自然光、白色光を発する光源5としては、例えば蛍光燈、懐中電灯、ペンライトなどを使用できるため、安全で安価であるという利点がある.
図1に示す第1実施形態では,画像11は1種類、静止画像で、モノクロとなる。なお、本発明の各実施形態で表示される画像11はホログラム像であることから、二次元だけでなく三次元の立体画像の表示が可能である。
【0015】
図2に本発明の第2の実施形態に係る表示装置の構成を示す。本発明の第2実施形態に係る表示装置は表示板50と、複数の色フィルタ4と、光源5と、集光器6と、層選択駆動機構部7とを有している。
表示板50は2つ以上のコア層1と、コア層1を挟むように配置した3つ以上のクラッド層3と、コア層1上部とクラッド層3との境界に設けた2つ以上の回折格子層2とから構成されている。
【0016】
色フィルタ4は光源5とコア層1の間にコア層1に接着して配置され、集光器6は光源5と色フィルタ4の間に配置されている。光源5と集光器6は層選択駆動機構部7により移動するように構成されている。
光源5からの入射光9は、集光器6で集光され、色フィルタ4を透過して表示板50のコア層2の一つに入射する。コア層2の選択は、層選択駆動機構部7により、光源5と集光器6が上下に移動することによって行われる。図1に示した第1実施の形態に係る表示装置と同様の原理により、コア層2に入射した光は回折格子層2で回折され再生光10となって出射し画像11を表示する。
【0017】
図2に示すように複数の回折格子層2を持つことにより、コア層2の選択で複数の画像11を表示させることが可能となる。
また、静止画像だけでなくコア層2の選択を高速に行うことにより動画像を表示させることも可能となる。
さらに、色フィルタ4、回折格子層2をRGBに対応させて複数種類とすることにより、モノクロだけでなくカラー表示させることが可能となる。この場合、光源5、集光器6、層選択駆動機構部7を1組とするもの、光源5、集光器6、層選択駆動機構部7をRGBに対応させて複数組とするものが考えられ、いずれも同様の効果を奏する。
なお、図2に示す第2実施形態においても二次元だけでなく、三次元の立体画像の表示が可能であることは言うまでもない。
【0018】
次に、本発明の第3実施形態に係る表示装置の構成を図3に示す。本実施形態に係る表示装置が図2に示した第2実施の形態に係る表示装置と構成上、異なるのは、層選択駆動機構部7により集光器6のみを上下に移動させることによってもコア層2の選択を行うようにした点であり、他の構成同一であるので、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第3実施形態に係る表示装置によっても、第2実施形態に係る表示装置と同様の効果が得られる。
また、層選択駆動機構部7により光源5だけを上下に移動させることによってもコア層2の選択を行うことができ、この構成弐下場合にも第3実施形態に係る表示装置と同様の効果がえられる。
【0019】
次に、本発明の第4実施形態に係る表示装置の構成を図4に示す。第4実施形態に係る表示装置は、図1から図3に示した第1〜第3実施形態に係る表示装置と同様の構成を有し、これらの実施形態に係る表示装置と構成上、異なるのは、表示板50の上に1つ以上の開口を持つ開ロマスク8を有し、かつ1つの回折格子層2には複数の画像11に対応するホログラム情報が形成され、回折格子層2からの再生光が開口マスク8の開口を介して出射され結像面上に表示されるようにした点であり、他の構成は同様であるので、重複する説明は省略する。
【0020】
上記構成において、回折格子層2から複数の画像11に対応する再生光10が一度に出射すると、開口マスク8における開口により、複数の画像11に対応する再生光10のうち、1つの画像11に対応する再生光10のみが透過するため、1つの画像11のみを結像面上に表示させることができる。
ここで、開口マスク8における開口位置を変化させることにより、複数の画像11を切り替えることができ、図2に示した第2実施形態に係る表示装置において、コア層1を切り替えたのと同様の効果を得ることができる。すなわち、1枚だけでなく、複数枚の静止画像および動画像を表示させることが可能となる。
【0021】
また、他の回折格子層2からの画像11と組合せ、色フィルタ4をRGBの3種類とすることにより、モノクロでなくカラー表示させることも可能となる。
なお、第4実施形態に係る表示装置においても、二次元だけでなく三次元の立体画像の表示が可能である。
開ロマスク8としては、開口位置が固定のマスクとし、これを移動させることにより開口位置を変化させるもの、あるいは液晶マスク等を用い開口位置を電気的に可変とするものが使用でき、いずれも同様の効果を奏する。
なお、開ロマスク8は表示板50に接着して配置されても、離れて配置されても同様の効果を奏する。
また、開ロマスク8は1つでも、表示板50の板面方向あるいは板厚方向に複数配置されても同様の効果を奏する。
【0022】
次に、入射光9を表示板50内のコア層1へ入射させる構成例を図5に示す。このうち、図5(a)はカットミラー12により表示板50の上方あるいは下方から入射させる構成例を示している。
また、図5(b)は回折格子層2の一部にグレーティング結合層13を設け表示板50の上方あるいは下方から特定の角度で入射した入射光9をコア層1に結合させる構成例を示している。
さらに、図5(c)はプリズム結合器14を用い表示板50の上方あるいは下方から特定の角度で入射した入射光9をコア層1に結合させる構成例である。図5(a)〜図5(c)のいずれの構成例も同様の効果を奏する。
【0023】
次に、回折格子層2の構成例を図6に示す。回折格子層3としては、図6(a)に示すように矩形波状の形状をした溝から成るもの、図6(b)に示すように鋸歯状の形状をした溝から成るもの、図6(c)に示すように正弦波状の形状をした溝から成るもの、および図6(d)に示すように屈折率の変化により形成されるものが挙げられ、いずれも同様の効果を奏する。
【0024】
回折格子層2は回折効率が導波面内で一様であるように形成されても一様でないように形成されていてもよい。
例えば、回折格子層2によって回折される再生光10が所望の強度を有するように、回折格子層2の回折効率が層内方向に所定の分布を有してもよい。好適例としては回折格子層2の回折効率がコア層1を導波する光の導波方向に回折効率が漸次高くなるような分布を有するものが挙げられる。
本構成にすれば、導波するに従って生じる光強度の減衰をキャンセルでき、各回折格子層2からの回折光の強度プロファイルを層内方向で一様かあるいは同程度にすることができるという利点がある。
【0025】
次に、図7に回折格子が矩形波状を成す場合について、矩形の高さにより回折効率を図上、右へいくほど漸次高くなるよう分布させた回折格子層の構成例について示す。なお、この場合回折効率は矩形の高さの二乗に比例する。
また、2つ以上の回折格子層2の回折効率が積層方向に分布を有していてもよい。好適例としては、上記2つの回折格子層2の回折効率が再生光10の出射方向に漸次低くなるような分布を有するものが挙げられる。
本構成にすれば、例えば再生光10を表示板50の上方へ出射する場合、表示板50の下の方に位置する回折格子層2からの再生光10ほど表示板50に吸収されやすく減衰する現象をキャンセルでき、どの回折格子層2から表示板50の外に出てくる再生光10の強度も一様か、あるいは同程度とすることができる.
【0026】
図8に回折格子が矩形波状を成す場合について、矩形の高さにより回折効率を図上、上方へいくほど漸次低くなるよう分布させた回折格子層の構成例を示す。また、上記両者を組合せ、回折格子層2の回折効率がコア層を導波する光の導波方向に回折効率が漸次高くなるような分布を有し、回折格子層2の回折効率が再生光10の出射方向に漸次低くなるような分布を有する構造とすれば,どの回折格子層2のどの位置から出射する再生光10の強度も一様か、あるいは同程度とすることができる。
【0027】
以上の各実施形態では、回折格子層2はコア層1とクラッド層3の境界のうち、コア層1上部の境界に設けたが、コア層1下部およびコア層1内に設けても同様の効果を奏する。
また、色フィルタ4は表示板50、コア層1に接着していても離れていてもよく、また集光器6の前後、光源5の前に接着あるいは離れて配置されていてもよく、いずれも同様の効果を奏する。
さらに、光源5、集光器6、層選択駆動機構7は1つだけでなく複数あっても同様の効果を奏し、また所望のコア層1に入射光9を入射できれば、集光器6は必ずしも必要ではない。
【0028】
また、表示板50としては、屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれて光を導波する少なくとも1つのコア層1と、コア層1と前記屈折率のより低い部分との境界もしくはコア層1に設けた1つ以上の回折格子層2とから成る構造を有していればよい。
本発明の実施形態ではクラッド層3の屈折率はコア層1の屈折率より低く設定されている。
【0029】
なお、クラッド層3は、表示板50の形状を維持し、かつ支持する機能を持たせるため上記のような全部のコア層1を挟む位置に配置したが、コア層1内を光が導波するようにコア層1が屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれていれば本発明により得られる効果と同様の効果が得られる。例えば、自由空間の屈折率がコア層1の屈折率より低い場合(すなわち、屈折率のより低い部分が空気、真空などの場合)には、例えば最上層のクラッド層3、最下層のクラッド層3のいずれか一方あるいは両方がなくても、空気などにはさまれたコア層1を光が導波するので、同様の効果を奏する。
【0030】
これは一般に、コア層1が複数ある場合においても、各コア層1に関して同様である。したがって、表示板50が1つのコア層1と1つの回折格子層2とから成るもの、1つのコア層1と1つの回折格子層2と1つのクラッド層3から成るもの、であっても本発明により得られる効果と同様の効果を奏する。
なお、必ずしも全てのコア層1の境界、コア層1内に回折格子層2が形成されでいる必要はなく、また必ずしも導波面全体に形成されている必要はなく一部に形成されていても、導波面内で複数に分離していても同様の効果を奏する。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の表示装置によれば、屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれて光を導波する少なくとも1つのコア層と、該コア層と前記屈折率のより低い部分との境界もしくは前記コア層内に設けた少なくとも1つの回折格子層とを有する表示板と、少なくとも1つの光源と、少なくとも1つの色フィルタとを有し、前記光源及び前記色フィルタは、前記光源から発生した入射光が前記色フィルタを介して前記コア層に入射可能に配置されるようにしたので、安価で安全な自然光源(白色光源)を使用して、1枚あるいは複数枚の二次元あるいは三次元(立体)の静止画像あるいは動画像をモノクロあるいはカラー表示することができる。
本発明の利用分野としては、従来の表示装置における全ての分野が該当し、例えば案内表示板、看板、カレンダ、電報、(壁掛けなどの)インテリアなどへの利用が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る表示装置の構成を示す図。
【図2】本発明の第2実施形態に係る表示装置の構成を示す図。
【図3】本発明の第3実施形態に係る表示装置の構成を示す図。
【図4】本発明の第4実施形態に係る表示装置の構成を示す図。
【図5】本発明の各実施形態における入射光を表示板内のコア層へ入射させる構成例を示す図。
【図6】本発明の各実施形態における回折格子層の構成例を示す図。
【図7】本発明の各実施形態における回折格子層の他の構成例を示す図。
【図8】本発明の各実施形態における回折格子層の更に他の構成例を示す図。
【図9】従来の表示装置の構成例を示す図。
【図10】従来の表示装置の他の構成例を示す図。
【符号の説明】
1:コア層、2:回折格子層、3:クラッド層、4:色フィルタ、5:光源、6:集光器、7:層選択駆動機構部、8:開ロマスク、9:入射光、10:再生光、11:画像、12:カットミラー、13:グレーティング結合層、14:プリズム結合器、50:表示板、100:半透明板、101:画像、102:光、201:コア層、202:回折格子層、203:クラッド層、204:レンズ、205:再生光
Claims (5)
- 屈折率のより低い部分にそれぞれ挟まれて光を導波する少なくとも1つのコア層と、該コア層と前記屈折率のより低い部分との境界もしくは前記コア層内に設けた少なくとも1つの回折格子層とを有する表示板と、
少なくとも1つの光源と、
少なくとも1つの色フィルタとを有し、
前記光源及び前記色フィルタは、前記光源から発生した入射光が前記色フィルタを介して前記コア層に入射可能に配置されることを特徴とする表示装置。 - 前記屈折率のより低い部分は、少なくとも1つのクラッド層を含むことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 少なくとも1つの集光器を有し、
前記集光器は、前記光源から発生した入射光が前記集光器を介して前記コア層に入射可能に配置されることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の表示装置。 - 少なくとも1つの層選択移動機構部を有し、
前記層選択移動機構部は、前記光源及び前記集光器の少なくとも1つを移動させることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の表示装置。 - 少なくとも1つの開口マスクを有し、
前記開口マスクは、前記表示板から出射した再生光が前記開口マスクの開口を介して画像を表示可能に配置されることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の表示装置。
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