(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセグメントの組み合わせからなり、それらの何れか１つあるいは複数を選択的に可視化することにより数字、文字、記号、絵柄等を可変表示するセグメント表示装置において、各セグメントは、反射型ホログラムとその観察側に配置された光スイッチからなり、前記反射型ホログラムは前記光スイッチの観察側の所定方向から入射する光を対応するセグメントの形状に対応した微小領域へ集光した後に発散させるものであり、各セグメントに対応する光シャッターの開閉を選択的に制御することにより可変表示することを特徴とするセグメント表示装置。
【請求項２】
前記反射型ホログラムの観察側と反対側に照明光源を備えていることを特徴とする請求項１記載のセグメント表示装置。
【請求項３】
前記照明光源の点灯に連動して光シャッターの開口形状を変更するように構成したことを特徴とする請求項２記載のセグメント表示装置。
【請求項４】
前記光シャッターは液晶シャッターからなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のセグメント表示装置。
【請求項５】
８の字形状に配置した７個のセグメントからなる数字表示装置であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載のセグメント表示装置。
【請求項６】
デジタル時計の時刻表示装置に用いられることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載のセグメント表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セグメント表示装置に関し、特に、デジタル時計等における数字等の表示のためのホログラムを用いた明るいセグメント表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウオッチ、クロック等の各種時計、あるいは、ポケベル、携帯電話等の数字等の表示装置として、液晶表示装置を用いたセグメント表示が採用されている。セグメント表示とは、例えば、図５に示すような８の字に配置された７つのセグメント１〜７の何れかを可視化して複数のセグメントを選択的に組み合わせることにより、０から９までの数字を選択的に表示できるようにしたものである。
【０００３】
このようなセグメント表示を液晶表示装置によって実現するには、液晶表示素子の表示電極を図５のような形状の７つの独立に電圧印加制御可能な電極で構成すればよい。
【０００４】
ところで、本出願人は、特願平７−３１２３６２号において、拡散反射型ホログラムを用いた液晶表示装置を提案した。その拡散反射型ホログラムは、特定の方向から入射した光を観察域と定めた方向にのみ拡散反射させるホログラムである。この液晶表示装置は、図６に断面を示すように、上記のような拡散反射型ホログラム３１を液晶表示素子４０の観察側とは反対側に配置したもので、液晶表示素子４０の表示側から入射する照明光３２を液晶ディスプレイ装置の観察域に合致する角度範囲θにのみ拡散光３３として拡散反射させ、明所で自発光型のバックライトを使用することなしに表示が可能なものである。ここで、液晶表示素子４０は、例えば、２枚のガラス基板４１、４２の間に挟持されたツイストネマチック等の液晶層４５からなり、一方のガラス基板４２内表面には一様な透明対向電極４４が設けられ、他方のガラス基板４１内表面には画素毎に独立に透明表示電極４３と不図示のブラック・マトリックスが設けられている。なお、カラー表示装置の場合は、他方のガラス基板４１内表面には液晶セルＲ、Ｇ、Ｂ毎に独立に透明表示電極４３とカラーフィルター、ブラック・マトリックスが設けられている。また、電極４３、４４の液晶層４５側には不図示の配向層も設けられており、さらに、観察側ガラス基板４１外表面には偏光板４６が、観察側とは反対側のガラス基板４２外表面には偏光板４７がそれぞれ貼り付けられており、例えばそれらの透過軸は相互に直交するように配置されている。このような液晶表示素子４０の透明表示電極と透明対向電極間に印加する電圧を制御してその透過状態を変化させることにより、数字、文字、記号、絵柄等が選択的に表示が可能なものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば図６のような構成の液晶表示装置を用いてセグメント表示する場合、明所でバックライトを使用することなしに比較的明るく数字等を表示できるが、やはりバックライトを用いる程は明るくない。また、その表示は平面的で意匠性の低いものである。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射型ホログラムを用いて、バックライトを使用しなくともバックライトを用いた如く明るく、数字等の表示が浮き上がって見える意匠性に富んだセグメント表示装置を提供することである。
【０００７】
【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セグメント表示装置は、複数のセグメントの組み合わせからなり、それらの何れか１つあるいは複数を選択的に可視化することにより数字、文字、記号、絵柄等を可変表示するセグメント表示装置において、各セグメントは、反射型ホログラムとその観察側に配置された光スイッチからなり、前記反射型ホログラムは前記光スイッチの観察側の所定方向から入射する光を対応するセグメントの形状に対応した微小領域へ集光した後に発散させるものであり、各セグメントに対応する光シャッターの開閉を選択的に制御することにより可変表示することを特徴とするものである。
【０００８】
この場合、反射型ホログラムの観察側と反対側に照明光源を備えているものであってもよい。その場合には、照明光源の点灯に連動して光シャッターの開口形状を変更するように構成してもよい。
また、光シャッターは例えば液晶シャッターから構成することができる。
【０００９】
このセグメント表示装置としては、例えば８の字形状に配置した７個のセグメントからなる数字表示装置として構成することができる。
また、このセグメント表示装置は、例えばデジタル時計の時刻表示装置に用いることができる。
【００１０】
本発明においては、各セグメントは、反射型ホログラムとその観察側に配置された光スイッチからなり、反射型ホログラムは光スイッチの観察側の所定方向から入射する光を対応するセグメントの形状に対応した微小領域へ集光した後に発散させるものであるので、バックライトを用いず環境照明光のみによっても、バックライトを用いた如く明るく、数字等の表示が浮き上がって見え、極めて意匠性に富んだ表示ができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のセグメント表示装置の原理と実施例について説明する。
図２は、本発明の反射型ホログラムを用いたセグメント表示装置の原理を説明するための図である。図２（ａ）は、比較のため、図６のような本出願人の提案にかかる液晶表示装置を含めた従来の表示装置の表示原理を示す図であり、図２（ｂ）は、本発明の表示装置の表示原理を示す図である。従来の表示装置は、バックライトを用いない場合、図２（ａ）に示すように、光源２５からの照明光２６あるいは周囲の環境光２６により、表示の各画素あるいはセグメント表示装置の場合は各表示セグメント１〜７（図５）である表示単位２７を照明し、その表示単位２７から発散する反射拡散光（図６のような拡散反射型ホログラムを用いる場合は反射回折光）２８を直接見ることによって表示単位２７を認識するものである。この場合、表示単位２７の明るさはその上に当たる照明光２６の明るさ以上にはならない。
【００１２】
これに対して、本発明の表示装置の場合、図２（ｂ）に示すように、光源２５からの照明光２６あるいは周囲の環境光２６が表示の各表示セグメント１〜７（図５）を通してその裏側に位置する反射型ホログラム２０に当たる。反射型ホログラム２０は、体積ホログラムあるいはリップマンホログラムとも呼ばれるものであり、所定の方向から入射した所定の波長の光を所定の反射方向に回折する作用を持っており、本発明の反射型ホログラム２０の場合は、反射型ホログラム２０の前方の点状領域あるいは線状領域３０へ一旦集光する特性を有するものである。したがって、反射型ホログラム２０全域から回折された光２９は一旦微小領域３０へ集光し、そこから発散する光として観察者の目に入り、点状領域あるいは線状領域３０が認識される。この場合は、点状領域あるいは線状領域３０の明るさは、反射型ホログラム２０に当たる照明光２６の明るさが暗くても、あたかも正レンズによって集光された点を見る如く明るいものとして認識でき、照明光２６の明るさ以上の明るさを持ったものとして認識できる。しかも、認識される点状領域あるいは線状領域３０は、反射型ホログラム２０より手前の空中に位置しており、表示の各表示セグメント１〜７が反射型ホログラム２０の位置近傍にある場合には、表示が空中に浮き上がって見える。以上が、本発明の表示の原理であり、この原理によれば、バックライトを用いず環境照明光のみによっても、バックライトを用いた如く明るく、数字等の表示が浮き上がって見え、極めて意匠性に富んだ表示が可能になる。
【００１３】
図１は上記の本発明の原理を利用した７セグメント数字表示装置の実施例を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は図（ａ）の直線Ａ−Ａ’に沿った断面図である。この表示装置は、７セグメント表示のためのセグメント１〜７（図５）と同じ形状・配置の透明表示電極１３を備えた図６の場合と同様な液晶表示素子１０と、透明表示電極１３と略同じ形状を持ち同じ数の反射型ホログラム２０が液晶表示素子１０の背後（観察側とは反対側）であって各透明表示電極１３に対応する位置に配置されている。各セグメントに対応する７個の反射型ホログラム２０は、透明表示電極１３と必ずしも同じ形状である必要はなく、それぞれが対応する透明表示電極１３よりも小さくても大きくてもよいが、少なくとも隣接する透明表示電極１３間に対しては相互に接するか離間していることが望ましい。もちろんこれら７個の反射型ホログラム２０は、１枚のホログラム感材１９上に領域分けして並列して記録するのが現実的である。
【００１４】
ここで、液晶表示素子１０は、例えば、２枚のガラス基板１１、１２の間に挟持されたツイストネマチック等の液晶層１５からなり、一方のガラス基板１２内表面には一様な透明対向電極１４が設けられ、他方のガラス基板１１内表面には上記透明表示電極１３が設けられている。また、電極１３、１４の液晶層１５側には不図示の配向層も設けられており、さらに、観察側ガラス基板１１外表面と観察側とは反対側のガラス基板１２外表面にはそれぞれ不図示の偏光板がそれぞれ貼り付けられており、それらの透過軸は相互に平行に配置されている。このような液晶表示素子１０の各透明表示電極１３と透明対向電極間１４に印加する電圧をセグメント毎に独立に制御する。透明表示電極１３と透明対向電極間１４間に電圧が印加されたときのみそのセグメントは透過状態になる。したがって、各反射型ホログラム２０の前面（観察側）には個別の光シャッターが配置されていることになる。
【００１５】
このような構成において、観察側の所定の方向から周囲の環境光２６が入射すると、液晶表示素子１０中の開いている光シャッターを通して背後の反射型ホログラム２０にその照明光２６が達する。各反射型ホログラム２０は、対応するセグメント（透明表示電極１３）の中心の前方に位置し、そのセグメントの形状に対応する線状領域３０へ集光する特性を有するので、反射型ホログラム２０全域から回折された光２９は一旦この線状領域３０へ集光し、そこから発散する光として観察者の目に入り、線状領域３０が認識される。各線状領域３０は、図２を用いて説明したように、バックライトを用いた如く極めて明るく、かつ、液晶表示素子１０より手前の空中に浮き上がって見える。そして、各透明表示電極１３及び反射型ホログラム２０に対応する線状領域３０は８の字に配置された７セグメント表示装置の配置になっているので、各セグメントに対応する光シャッターの開閉を選択的に制御することにより任意の数字を表示することができる。
【００１６】
なお、反射型ホログラム２０は、所定の波長の光のみを上記のように回折し、他の波長域の光は透過する特性があり、この特性を活かして、図１（ｂ）に示すように、反射型ホログラム２０の背面側に自発光型バックライト１６を併用することにより、暗所等ではこの自発光型バックライト１６を点灯しそれからの光により液晶表示素子１０を照明するようにすることができる。この場合は、各セグメントの表示領域は、線状領域３０ではなく、透明表示電極１３の大きさになり、表示は浮き上がっては見えない。
【００１７】
自発光型バックライト１６を点灯したときにも、各セグメントの表示領域を自発光型バックライト１６を点灯しないときの線状領域３０と同様な細い領域にするには、透明表示電極１３を二重構成にし、自発光型バックライト１６を点灯しないで反射型ホログラム２０からの回折光２９によりセグメントを表示する場合には、各セグメントの光シャッターの開口形状を図３（ａ）に実線で示すように反射型ホログラム２０の形状に対応した太い形状となるようにし、自発光型バックライト１６を点灯してそれからの光によりセグメントを表示する場合には、各セグメントの光シャッターの開口形状を図３（ｂ）に実線で示すように線状領域３０と同様な細い形状となるようにする。
【００１８】
次に、上記のような線状領域３０へ集光特性のある反射型ホログラム２０の作製方法の１例について、図４を参照にして説明する。フォトポリマーのような反射型ホログラム乾板（リップマンホログラム乾板）１９を用意し、その上に１つの透明表示電極１３に対応する形状の開口３５を設けたマスク３４を配置する。そして、その透明表示電極１３に対応する線状領域３０の形状のスリット３７を設けたパターン板３６をマスク３４と整列した位置にそれから所定距離離間して配置する。パターン板３６の照明光２１入射側に散乱板３８を配置し、散乱板３８を通してパターン板３６を照明光２１により照明すると、スリット３７から発散する物体光２２が得られる。この物体光２２をマスク３４の開口３５を通じて反射型ホログラム乾板１９の表側から入射させると同時に、照明光２１と同一の光源から２分された所定波長の別のコヒーレント光２３を参照光として、物体光２２と反対側から反射型ホログラム２０で想定される照明光２６と反対方向に進む参照光２３を反射型ホログラム乾板１９の裏側から入射させることにより、１個のセグメントに対応する１個の反射型ホログラム２０が記録される。パターン板３６とマスク３４を反射型ホログラム乾板１９に対して別の透明表示電極１３に対応する位置に移動させ、同様の露光を繰り返すことにより、１枚のホログラム感材１９上に領域分けして７個の反射型ホログラム２０が並列して記録されたホログラムが得られる。
【００１９】
以上の実施例は７セグメント表示で数字を表示する場合であったが、本発明に基づいて、他のセグメント形状・数、組み合わせでそれ以外の数字、文字、記号、絵柄等を表示することができることは明らかであろう。なお、このようなセグメント表示装置は、デジタル時計、ポケベル、携帯電話等の時刻表示等に利用可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のセグメント表示装置によると、各セグメントは、反射型ホログラムとその観察側に配置された光スイッチからなり、反射型ホログラムは光スイッチの観察側の所定方向から入射する光を対応するセグメントの形状に対応した微小領域へ集光した後に発散させるものであるので、バックライトを用いず環境照明光のみによっても、バックライトを用いた如く明るく、数字等の表示が浮き上がって見え、極めて意匠性に富んだ表示ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の７セグメント数字表示装置の正面図と断面図である。
【図２】本発明の反射型ホログラムを用いたセグメント表示装置の原理を説明するための図である。
【図３】自発光型バックライトを併用する場合に変更される光シャッターの開口形状を示す図である。
【図４】本発明で用いる反射型ホログラムの作製方法の１例を説明するための図である。
【図５】セグメント表示の１例を説明するための図である。
【図６】従来の拡散反射型ホログラムを用いた液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
１〜７…セグメント
１０…液晶表示素子
１１、１２…ガラス基板
１３…透明表示電極
１４…透明対向電極
１５…液晶層
１６…自発光型バックライト
１９…ホログラム感材（反射型ホログラム乾板）
２０…反射型ホログラム
２１…照明光
２２…物体光
２３…参照光
２５…光源
２６…照明光（環境光）
２７…表示単位
２８…反射拡散光
２９…回折光
３０…微小領域（点状領域、線状領域）
３４…マスク
３５…開口
３６…パターン板
３７…スリット
３８…散乱板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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