(57)【要約】【課題】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。【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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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