(57)【要約】【課題】本発明は、環状形状の導光体の内側を均一に照明することのできる照明装置、及びそれを備えた表示装置を提供する。【解決手段】本発明の照明装置は、光源と、連続した環状形状の導光体と、を備え、前記光源は、前記光源からの光が前記導光体に設けられた光入射構造から内部に入射するように配置され、前記導光体は、前記光入射構造から入射した光のうち、一部の光が前記導光体の面で全反射して導光し、他の一部の光が前記導光体の前記環状形状の内周面から前記導光体の外部へ取り出される形状であることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
連続した環状形状の導光体と、を備え、
前記光源は、前記光源からの光が前記導光体に設けられた光入射構造から内部に入射するように配置され、
前記導光体は、前記光入射構造から入射した光のうち、一部の光が前記導光体の面で全反射して導光し、他の一部の光が前記導光体の前記環状形状の内周面から前記導光体の外部へ取り出される形状であることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記導光体は、
前記内周面の曲率中心と、前記環状形状の外周面の曲率中心とが一致するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光入射構造は、前記導光体の前記外周面の一部に設けられた回折格子であり、
前記光源は、前記回折格子の前記導光体とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記回折格子は、＋１次回折の回折効率と、−１次回折の回折効率と、が異なっており、前記導光体の前記環状形状の曲率中心を通る直線に対して回折異方性が対称になるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光入射構造は、前記導光体の周に沿って設けられた切欠き部であり、
前記光源は、前記切欠き部の複数の面の各々に対して互いの光射出方向が相反するように配置された一対の発光部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項６】
前記導光体は、前記内周面に回折格子を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記導光体の内周面は、光を拡散する面であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記導光体の周囲に、前記外周面から間隔をおいて配置された反射部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記導光体の前記内周面及び前記外周面と交差した面側に、透明基体が設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記導光体と前記透明基体との間に配置された第１スペーサをさらに備え、
前記導光体は、前記透明基体と離間していることを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか一項に記載した照明装置と、
前記照明装置からの光によって照明される被照明体と、を備え、
前記照明装置が、前記被照明体の観測者側に配置されることを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
前記照明装置と前記被照明体との間に配置された第２スペーサをさらに備え、
前記照明装置は、前記被照明体と離間していることを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記被照明体は、素子基板と、前記素子基板に対向する対向基板と、前記素子基板と前記対向基板との間に挟持される表示層と、を有する前記照明装置からの光を反射させて表示を行う反射型の表示素子であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気泳動ディスプレイ、エレクトロクロミックディスプレイ、反射型液晶ディスプレイなどの非発光ディスプレイは、消費電力が少なく、腕時計や携帯型電子機器の表示装置として用いられる。しかしながら、夜間や暗い部屋などの照明光がない環境では、表示が見え難いので、補助的な照明装置を備える必要がある。
【０００３】
照明装置として、反射型の表示素子を観測者側から照明するフロントライト構造のものがある。フロントライト構造では、表示素子の表示領域を覆うように配置された導光板の表面に光射出構造を形成し、導光板を伝播してきた光を光射出構造によって表示素子側へ取り出して表示素子を照明する。
【０００４】
しかしながら、表示素子の表面に、光射出構造が形成された導光板で表示領域を覆うことは、照明装置の点灯の有無に関わらず、表示のコントラストが低下するという問題がある。
【０００５】
表示素子の表示領域上に導光体を配置しない構成のフロントライトが特許文献１に開示されている。特許文献１では、表示領域の周囲に環状を成す導光体を配置し、発光ダイオードからの光を導光体に導入し、導光体に形成された光取出し構造で表示領域を照明するものである。
【０００６】
しかしながら、点光源とみなせる発光ダイオードからの光を導光体に導入する場合、発光ダイオードの近傍の光強度が強いために、表示領域において、発光ダイオードに近い領域のみが明るくなり、表示領域全体を均一に照明することが難しいという課題がある。
また、光取り出し構造が離散的な構造であるため、射出される光量が離散的になり、表示領域全面を均一に照明することが難しいという課題がある。
【０００７】
特許文献１、２には、環状形状の導光板を備えた室内照明用の照明装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−０６９５０４号公報
【特許文献２】特開２０１４−０４１８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１，２における照明装置は、導光板の法線方向に光を射出させる構成となっており、中央の開口に向かって光を射出させるためのものではない。導光体に開口が設けられているため、表示素子の表示領域が導光体で覆われてしまう問題は回避できるが、導光体の開口から露出する表示領域を照明することはできない。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、環状形状の導光体の内側を均一に照明することのできる照明装置、及びそれを備えた表示装置を提供することを目的の一つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一つの態様における照明装置は、光源と、連続した環状形状の導光体と、を備え、前記光源は、前記光源からの光が前記導光体に設けられた光入射構造から内部に入射するように配置され、前記導光体は、前記光入射構造から入射した光のうち、一部の光が前記導光体の面で全反射して導光し、他の一部の光が前記導光体の前記環状形状の内周面から前記導光体の外部へ取り出される形状であることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、環状の照明光を照射する照明装置となる。発光機能を有しない表示素子へ本発明の照明装置を適用することで、表示領域全体を均一に照明することが可能となる。また、導光体に上記光入射構造を設けたことにより、構造による照明光の不均一化は低減される。
【００１３】
本発明の一つの態様における照明装置において、前記導光体は、前記内周面の曲率中心と、前記環状形状の外周面の曲率中心とが一致するように形成されていることを特徴とする構成としてもよい。
【００１４】
本発明によれば、導光体のほぼ全周に渡って、構造による照明光の不均一化は低減される。
【００１５】
本発明の一つの態様における照明装置において、前記光入射構造は、前記導光体の前記外周面の一部に設けられた回折格子であり、前記光源は、前記回折格子の前記導光体とは反対側に配置されている構成としてもよい。
【００１６】
本発明によれば、回折格子に光源からの光を入射させると、回折格子によって導光板内を全反射で伝播できる光になる。
【００１７】
本発明の一つの態様における照明装置において、前記回折格子は、＋１次回折の回折効率と、−１次回折の回折効率と、が異なっており、前記導光体の前記環状形状の曲率中心を通る直線に対して回折異方性が対称になるように形成されている構成としてもよい。
【００１８】
本発明によれば、回折格子に光源からの光を入射させると、回折格子によって導光体の臨界角以上の角度で大きく回折され、導光板内を全反射で伝播できる光になる。
【００１９】
本発明の一つの態様における照明装置において、前記光入射構造は、前記導光体の周に沿って設けられた切欠き部であり、前記光源は、前記切欠き部の複数の面の各々に対して互いの光射出方向が相反するように配置された一対の発光部を有する構成としてもよい。
【００２０】
本発明によれば、切欠き内に互いの光射出方向が相反するように一対の光源を配置することにより、光を時計回りと反時計回りに伝搬させることができ、導光体内の光量分布が左右非対称になることを抑えることができる。
【００２１】
本発明の一つの態様における照明装置において、前記導光体は、前記内周面に回折格子を有する構成としてもよい。
【００２２】
本発明によれば、導光体の内周面に設けられた回折格子により、導光体の内周面に到達した光は、回折によって導光板から取り出されて内周面で囲まれる領域（照明領域）を照明することができる。
【００２３】
本発明の一つの態様における照明装置において、前記導光体の内周面は、光を拡散する面である構成としてもよい。
【００２４】
本発明によれば、導光体の内周面には光を拡散する構造が形成されており、導光板を伝播する光が内周面に当たったときに光が拡散され、導光板から取り出されて内周側面で囲まれる領域（照明領域）を照明する。
【００２５】
本発明の一つの態様における照明装置において、前記導光体の周囲に、前記外周面から間隔をおいて配置された反射部材をさらに備える構成としてもよい。
【００２６】
本発明によれば、導光体の外周面から射出した光を導光体内に反射させて照明に用いることができる。これにより、照明に寄与せず無駄になってしまう光をなくして、光の利用効率が向上させることができる。
【００２７】
本発明の一つの態様における照明装置において、前記導光体の前記内周面及び前記外周面と交差した面側に、透明基体が設けられている構成としてもよい。
【００２８】
本発明によれば、照明装置の防塵性や防水性を高めることができる。
【００２９】
本発明の一つの態様における照明装置において、前記導光体と前記透明基体との間に配置された第１スペーサをさらに備え、前記導光体は、前記透明基体と離間している構成としてもよい。
【００３０】
本発明によれば、導光体と透明基体との間に空間を設けることによって、導光体からの光漏れを抑えることができる。
【００３１】
本発明の一つの態様における表示装置は、先に記載した照明装置と、前記照明装置からの光によって照明される被照明体と、を備え、前記照明装置が、前記被照明体の観測者側に配置されることを特徴とする。
【００３２】
本発明によれば、表示素子そのものが発光機能を持たない反射型の表示素子に適用することで、表示素子の補助照明として機能する照明装置によって、表示素子を均一に照明することができる。
【００３３】
本発明の一つの態様における表示装置において、前記照明装置と前記被照明体との間に配置された第２スペーサをさらに備え、前記照明装置は、前記被照明体と離間している構成としてもよい。
【００３４】
本発明によれば、被照明体と照明装置との間に空間を設けることによって、照明装置からの光漏れを抑えることができる。
【００３５】
本発明の一つの態様における表示装置において、前記被照明体は、素子基板と、前記素子基板に対向する対向基板と、前記素子基板と前記対向基板との間に挟持される表示層と、を有する前記照明装置からの光を反射させて表示を行う反射型の表示素子である構成としてもよい。
【００３６】
本発明によれば、表示素子そのものが発光機能を持たない反射型の表示素子に適用することで、表示素子の補助照明として機能する照明装置によって、表示素子を均一に照明することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（Ａ）は、本発明を適用した反射型液晶装置を各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ′断面図。
【図２】（Ａ）は、本発明を適用した反射型液晶装置に用いた素子基板において相隣接する画素の平面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ′線に相当する位置で素子基板を切断したときの断面図。
【図３】（Ａ）は、第１実施形態における照明装置の概略構成を示す平面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＣ―Ｃ’線に沿う断面図。
【図４】（Ａ）は、第２実施形態の表示装置の全体構成を示す平面図、（Ｂ）は、第２実施形態の表示装置の全体構成を示す断面図。
【図５】（Ａ）は、第３実施形態の表示装置の全体構成を示す平面図、（Ｂ）は、第３実施形態の表示装置の全体構成を示す断面図。
【図６】（Ａ）は、第４実施形態の表示装置の全体構成を示す平面図、（Ｂ）は、第４実施形態の表示装置の全体構成を示す断面図。
【図７】第５実施形態の表示装置の全体構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００３９】
［第１実施形態］
図１（Ａ）は、本発明を適用した反射型液晶装置１００を各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、図１（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ′断面図である。
本実施形態の表示装置１（図３）は、反射型液晶装置（表示素子）１００と、照明装置４０（図３）と、を備えて構成されている。
【００４０】
「反射型液晶パネルの構成」
先ず、第１実施形態の反射型液晶パネルの構成について述べる。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、反射型液晶装置（表示素子；被照明体）１００では、所定の隙間を介して素子基板１０と対向基板２０とが所定の隙間を介してシール材１０７によって貼り合わされており、シール材１０７は対向基板２０の縁に沿うように配置されている。
【００４１】
シール材１０７は、光硬化樹脂や熱硬化性樹脂などからなる接着剤であり、素子基板１０と対向基板２０との間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。
【００４２】
本実施形態において、素子基板１０の支持基板は透光性基板１０ｄであり、対向基板２０の支持基板は透光性基板２０ｄである。
【００４３】
素子基板１０において、シール材１０７の外側領域では、素子基板１０の周辺に沿ってデータ線駆動回路１０１および複数の端子１０２が形成されており、これらデータ線駆動回路１０１および複数の端子１０２の両側に走査線駆動回路１０４がそれぞれ形成されている。また、対向基板２０の少なくとも１箇所においては、素子基板１０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための上下導通材１０９が形成されている。
【００４４】
詳しくは後述するが、素子基板１０には、光反射性の画素電極９ａがマトリクス状に形成されている。
これに対して、対向基板２０には、シール材１０７の内側領域に遮光性材料からなる額縁１０８が形成され、その内側が画像表示領域１０ａとされている。対向基板２０には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜からなる共通電極２１が形成されている。なお、対向基板２０には画素電極９ａ間と対向する位置にブラックマトリクスあるいはブラックストライプと称せられる遮光膜（図示せず）が形成されることがある。
【００４５】
また、画素領域１０ｂには、額縁１０８と重なる領域にダミーの画素が構成される場合があり、この場合、画素領域１０ｂのうち、ダミー画素を除いた領域が画像表示領域１０ａとして利用されることになる。
【００４６】
なお、対向基板の額縁１０８を無くし、素子基板側に遮光性材料からなる額縁を形成しても良い。
【００４７】
このように形成した反射型液晶装置１００では、対向基板２０の側から入射した光が画素電極９ａで反射して再び、対向基板２０の側から出射される間に液晶層（表示層）５０によって画素毎に光変調される結果、画像が表示される。ここで、反射型液晶装置１００は、モバイルコンピューター、携帯電話機などといった電子機器のカラー表示装置として用いることができ、この場合、対向基板２０には、カラーフィルター（図示せず）や保護膜が形成される。
【００４８】
また、対向基板２０および素子基板１０の光入射側の面には、使用する液晶層５０の種類、すなわち、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モード、ＳＴＮ（スーパーＴＮ）モード等々の動作モードや、ノーマリホワイトモード／ノーマリブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板などが所定の向きに配置される。
【００４９】
また、対向基板２０に何層もの屈折率の異なる干渉層を積層することにより、光の干渉作用を利用して、ＲＧＢ色をつくり出すダイクロイックフィルターを形成してもよい。このダイクロイックフィルター付きの対向基板によれば、より明るいカラー表示を行うことができる。
【００５０】
（各画素の構成）
図２（Ａ）は、本発明を適用した反射型液晶装置１００に用いた素子基板１０において相隣接する画素の平面図、図２（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ′線に相当する位置で素子基板１０を切断したときの断面図である。なお、図２（Ａ）において、画素電極９ａについては長い点線で示し、データ線６ａについては一点鎖線で示し、走査線３ａおよび容量線３ｂは実線で示し、半導体層１ａは短くて細い点線で示してある。
【００５１】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、素子基板１０には、石英基板やガラス基板などからなる透光性基板１０ｄ（支持基板）の第１面１０ｘおよび第２面１０ｙのうち、対向基板２０側に位置する第１面１０ｘにシリコン酸化膜などからなる透光性の下地絶縁層１５が形成されているとともに、その上層側において、画素電極９ａと重なる位置にＮチャネル型の薄膜トランジスタ３０が形成されている。
【００５２】
薄膜トランジスタ３０は、島状のポリシリコン膜からなる半導体層１ａに対して、チャネル領域１ｇ、低濃度ソース領域１ｂ、高濃度ソース領域１ｄ、低濃度ドレイン領域１ｃ、および高濃度ドレイン領域１ｅが形成されたＬＤＤ構造を備えている。
【００５３】
半導体層１ａの表面側には、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜からなる透光性のゲート絶縁層２が形成されており、ゲート絶縁層２の表面に、金属膜やドープトシリコン膜からなるゲート電極（走査線３ａ）が形成されている。
【００５４】
なお、薄膜トランジスタ３０はＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を備えていたが、高濃度ソース領域および高濃度ドレイン領域が走査線３ａに自己整合的に形成されている構造を採用してもよい。
【００５５】
また、半導体層１ａにおける高濃度ドレイン領域１ｅからの延設部分には、ゲート絶縁層２を介して容量線３ｂが対向し、保持容量６０が形成されている。
【００５６】
薄膜トランジスタ３０の上層側には、層間絶縁層７、８が形成されている。層間絶縁層７の表面には金属膜やドープトシリコン膜からなるデータ線６ａが形成され、データ線６ａは、層間絶縁層７に形成されたコンタクトホール７ａを介して高濃度ソース領域１ｄに電気的に接続している。
【００５７】
層間絶縁層８の表面には、アルミニウム単体膜、アルミニウム合金膜、銀単体膜、銀合金膜、あるいはそれらの積層膜からなる光反射性の画素電極９ａが形成され、その上層には配向膜１６が形成されている。画素電極９ａは、層間絶縁層７，８に形成されたコンタクトホール８ａを介して高濃度ドレイン領域１ｅに電気的に接続している。
【００５８】
なお、画素電極９ａをＩＴＯ膜などの透光性の薄膜で形成し、その下層側にアルミニウム単体膜、アルミニウム合金膜、銀単体膜、銀合金膜、あるいはそれらの積層膜からなる光反射層を形成する場合もある。
【００５９】
このように構成した素子基板１０は、図１（Ｂ）に示すように、画素電極９ａと共通電極２１とが対面するように対向基板２０に対向配置され、かつ、これらの基板間には、シール材１０７により囲まれた空間内に電気光学物質としての液晶層５０が封入されている。
【００６０】
液晶層５０は、画素電極９ａからの電界が印加されていない状態で、図２（Ｂ）に示す素子基板１０および対向基板２０に形成された配向膜２６（図１（Ｂ）では図示せず）により所定の配向状態をとる。液晶層５０は、例えば一種または数種のネマティック液晶を混合したものなどからなる。
【００６１】
「照明装置４０」
次に、第１実施形態の照明装置４０の構成について述べる。
図３（Ａ）は、第１実施形態における照明装置４０の概略構成を示す平面図であり、図３（Ｂ）は、（Ａ）のＣ―Ｃ’線に沿う断面図である。
【００６２】
照明装置４０は、反射型液晶装置（表示素子；被照明体）１００の対向基板２０上に配置され、反射型液晶装置１００を照明する装置として機能する。
【００６３】
照明装置４０は、図３（Ａ）に示すようにその全体形状が、平面視において円形状に形成されている。照明装置４０は、導光体４２と、第１回折格子１１と、第２回折格子２２と、ミラー（反射部材）１４と、発光ダイオード（光源）１３と、を備えて構成されている。本発明における光入射構造は、第１回折格子１１と、発光ダイオード１３と、を有する。
【００６４】
導光体４２は、上面４２ａの法線方向から見て連続した円形の環状形状に形成されており、中央には反射型液晶装置１００の表示領域１０ａを露出させる中心孔４２Ａが設けられている。導光体４２は、上面４２ａと、上面４２ａに対向する下面４２ｂと、上面４２ａ及び下面４２ｂの一端側同士を接続するとともに中心孔４２Ａの壁面を構成する内周面４２ｃと、上面４２ａ及び下面４２ｂの他端側同士を接続する外周面４２ｄと、を有している。図３（Ａ）に示すように、導光体４２の外周面４２ｄと内周面４２ｃとの曲率半径はそれぞれＲ１，Ｒ２であり、内周面４２ｃの曲率中心と外周面４２ｄの曲率中心Ｃとが互いに一致している。
【００６５】
導光体４２の材料としては、例えばガラスや透明樹脂材料が挙げられる。本実施形態では、装置全体の軽量化を図るべく透明樹脂材料からなる導光体４２を用いている。導光体４２の寸法形状は、例えば、厚さ０．５ｍｍ、幅３ｍｍ程度とされ、所定の直径を有する。導光体４２は、その中心孔４２Ａから反射型液晶装置１００の表示領域１０ａを露出可能とする円環状に形成されている。
【００６６】
第１回折格子１１は、導光体４２の外周面４２ｄの一部に設けられている。第１回折格子１１は、発光ダイオード１３からの光を回折により偏向させる回折格子であって、特定の方向に回折される次数の回折効率を高くするものである。具体的には、＋１次回折の回折効率と、−１次回折の回折効率と、が異なっており、導光体４２の曲率中心を通る中心線Ｍに対して回折異方性が対称になる特性を有している。本実施形態の第１回折格子１１は、鋸歯形状の断面を有するブレーズ構造体１１Ａを構成している。
【００６７】
ブレーズ構造体１１Ａは、三角形状の断面をなす複数の微小な構造体を並列させて構成されている。ブレーズ構造体１１Ａを構成する微小な構造体は、複数の第１面１２及び複数の第２面１７を有する。ブレーズ構造体１１Ａは、図３（Ａ）に示すように、導光体４２の曲率中心を通る中心線Ｍに対して、複数の第１面１２及び複数の第２面１７によって形成される鋸歯形状が対称になるように構成されている。
【００６８】
第２回折格子２２は、導光体４２の内周面４２ｃに形成され、微細な凹凸構造を有する表面レリーフ型の回折格子からなる。
【００６９】
第２回折格子２２は、Ｚ方向に延在する複数の直線状の格子が、導光体４２の内周面４２ｃに沿ってその周方向に配置されることで構成される格子パターンを有している。格子パターンの格子周期（配列ピッチ）はＰである。格子パターンの深さやピッチＰは、必要な回折効率に応じて適宜決定される。
【００７０】
発光ダイオード１３は、白色光を発するＬＥＤである。発光ダイオード１３は、その光射出面を第１回折格子１１に対向させて導光体４２とは反対側に配置され、第１回折格子１１に向かって光を放射する。
【００７１】
なお、光源には、発光ダイオード１３に限らず、ＬＥＤの他にもレーザーダイオード（ＬＤ）などの固体発光素子を用いることができる。また、光源には、このような固体発光素子を単独若しくは複数組み合わせたものを用いることができる。
【００７２】
ミラー１４は、円環状に形成され、導光体４２の周囲を囲むようにして導光体４２の外側に配置されている。ミラー１４は、導光体４２の外周面４２ｄから間隔をおいて配置されており、導光体４２とは接していない。ミラー１４には、周方向の一部に開口１４ａが設けられている。開口１４ａは、発光ダイオード１３からの光を遮ることのない大きさを有し、この開口１４ａを通じて、発光ダイオード１３からの光を導光体４２へと入射させることができる。ミラー１４の固定方法は適宜設定され、例えば、照明装置４０及び反射型液晶装置１００を保持する不図示の筐体等に固定される。
【００７３】
上述した照明装置４０は、反射型液晶装置１００の対向基板２０上に固定されている。このようにして、本実施形態の表示装置１が構成されている。
【００７４】
本実施形態の照明装置４０において、発光ダイオード１３から放射された白色光Ｗは、第１回折格子１１のブレーズ構造体１１Ａによって、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの各色光に分光されるとともに、各色光が異なる角度に回折されて導光体４２内へと射出される。第１回折格子１１による回折角が波長によって異なるため、発光ダイオード１３から放射された光の赤色成分、緑色成分、青色成分がそれぞれ分離される。導光体４２内に射出された各色光は、導光体４２の臨界角以上の角度で左右に大きく回折され、導光体４２内を時計回り方向、反時計回り方向へそれぞれ全反射で伝搬する。具体的には、導光体４２の内周面４２ｃと外周面４２ｄとの間で全反射を繰り返しながら、導光体４２の周方向へ伝搬する。導光体４２の周囲は空気層となっているため、導光体４２に入射した光は空気層との界面、すなわち導光体４２の外周面４２ｄあるいは内周面４２ｃと空気層との界面で全反射される。
【００７５】
ここで、発光ダイオード１３からの光を導光体４２内に臨界角以上の角度で導入させるには、第１回折格子１１の格子周期をサブミクロンにしておく必要がある。
【００７６】
上述したように、第１回折格子１１のブレーズ構造体１１Ａは、中心線Ｍに対して鋸歯形状が対称になるように構成されている。そのため、発光ダイオード１３からの光は第１回折格子１１において左右の異なる方向へ回折され、導光体４２内で互いに逆回りに伝搬することになる。これにより、導光体４２内の光量分布が中心線Ｍの左右で非対称になるのを抑えることができる。
【００７７】
導光体４２内を伝搬する光のうち、内周面４２ｃを透過して第２回折格子２２に入射した各色光は、第２回折格子２２による回折によって導光体４２からそれぞれ取り出されて、導光体４２の内周面４２ｃで囲まれる領域、中心孔４２Ａ内へ射出される。つまり、導光体４２内に射出された光が、導光体４２内を周方向に伝搬しながら各第２回折格子２２を介して中心孔４２Ａ内へ徐々に射出されることで、中心孔４２Ａ内が均一に照射される。これにより、円状に光る照明装置４０となる。本実施形態では、第２回折格子２２を介して各色光が導光体４２から中心孔４２Ａ内へと射出される。このため、照明装置４０から射出される光は白色光Ｗである。
【００７８】
なお、本実施形態では、導光体４２の外周面４２ｄから射出されてしまった光のみをミラー１４によって反射して導光体４２内へと戻すようになっている。ミラー１４は、導光体４２の外周面４２ｄから間隔をおいて配置されている。導光体４２とミラー１４との間に空間を設けておくことにより、ミラー１４による光吸収を抑えることができる。
【００７９】
照明装置４０から射出された白色光は、照明装置４０の開口（導光体４２の中心孔４２Ａ）から露出する反射型液晶装置１００の表示領域１０ａを照明する照明光となる。本実施形態の照明装置４０によれば、表示領域１０ａの全体を均一に照明することができる。
【００８０】
照明装置４０の内側に存在する円形の開口（導光体４２の中心孔４２Ａ）は、表示領域１０ａと略同じ開口面積とされており、上記中心孔４２Ａから反射型液晶装置１００の表示領域１０ａが露出している。例えば、表示装置を腕時計とした場合、外形は円形である場合が多い。そのため、反射型液晶装置１００の観測者側に円環状の照明装置４０を設けることによって、反射型液晶装置１００の表示領域１０ａを均一に照明することができる。
【００８１】
また、環状形状をなす導光体４２を備えた照明装置４０としたことにより、反射型液晶装置１００の表示領域１０ａが導光体４２によって覆われることがなくなり、非照射時においても、表示領域１０ａに表示されている画像を明瞭に視認することができる。
【００８２】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
以下に示す本実施形態の表示装置の基本構成は、上記第１実施形態と略同様であるが、照射装置の光入射構造において異なる。よって、以下の説明では、第１実施形態と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１〜図３と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
【００８３】
図４（Ａ）は、第２実施形態の表示装置の全体構成を示す平面図である。図４（Ｂ）は、第２実施形態の表示装置の全体構成を示す断面図である。
図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施形態における表示装置４は、導光体４２と、一対の発光ダイオード１３Ａ，１３Ｂと、ミラー１４と、を有する照明装置５２を備えている。本発明における光入射構造は、導光体４２の周方向の一部に設けられた切欠き部４３と、この切欠き部４３内に配置された一対の発光ダイオード１３Ａ，１３Ｂと、を有する。一対の発光ダイオード（発光部）１３Ａ，１３Ｂは、切欠き部４３の側面を構成する一対の導光入光面４３ａ、４３ｂに対して互いの光射出方向が相反するように、切欠き部４３内に配置されている。
【００８４】
導光体４２は、周方向の一部に切欠き部４３が形成されている。切欠き部４３は、導光体４２の外周面４２ｄから内周面４２ｃ側に凹むようにして形成された平面視凹部形状をなす。切欠き部４３の側面を構成する一対の導光入光面４３ａ、４３ｂは、外周面４２ｄに対して垂直になっている。そのため、これら導光入光面４３ａ、４３ｂから導光体４２の内部に入射した光は、環状の導光体４２の内部を全反射しながら周方向へ伝搬することになる。
【００８５】
なお、切欠き部４３の形状は上記したものに限らない。但し、導光入光面４３ａ、４３ｂが外周面４２ｄに対して垂直になっていることが好ましい。
【００８６】
また、第１発光ダイオード１３Ａをその光射出面を第１導光入光面４３ａに対向させて配置させ、第２発光ダイオード１３Ｂをその光射出面を第２導光入光面４３ｂに対向させて配置させることにより、各発光ダイオード１３Ａ，１３Ｂから射出された各光Ｌ１，Ｌ２が導光体４２内を互いに逆回りに伝搬することになる。第１発光ダイオード１３Ａから射出された光Ｌ１は時計回りに伝搬し、第２発光ダイオード１３Ｂから射出された光Ｌ２は反時計回りに伝搬する。これにより、導光体４２内の光量分布が左右非対称になることを抑えることができる。
【００８７】
導光体４２の内周面４２ｃには、導光体４２の内周面４２ｃから中心孔４２Ａへ射出される光を拡散させる光拡散構造が形成されている。具体的には、ガラスや樹脂などの透光性材料からなる導光体４２の内周面４２ｃに、同じく透光性材料からなる多数の楕円柱によって構成される光拡散素子４４によって構成されている。光拡散素子４４としては、楕円柱形状の他、台形柱状、三角柱状、半円柱状など、その他の構造を採用したものであってもよい。
また、導光体４２の内周面４２ｃに凹凸加工を施すことによって光拡散構造を形成してもよい。あるいは、導光体４２の内周面４２ｃに光拡散シートを別途設けるようにしてもよい。
【００８８】
本実施形態の照明装置５２によれば、各発光ダイオード１３Ａ，１３Ｂから射出された光Ｌ１，Ｌ２は、導光体４２の各導光入光面４３ａ、４３ｂからそれぞれ入射し、導光体４２の内部を時計回り方向あるいは反時計回り方向に全反射しながら伝搬する。導光体４２に入射した光が導光体４２の内周面４２ｃと外周面４２ｄとの間で全反射を繰り返す際、一部の光が内周面４２ｃにおいて屈折されて導光体４２の内側へと射出される。本実施形態の導光体４２の内周面４２ｃには光拡散構造が設けられているため、内周面４２ｃを透過した光は上述した光拡散素子４４によって拡散されて射出されることになる。光拡散素子４４において拡散された光は等方拡散される。そのため、中心孔４２Ａ以外の方向であって導光体４２の外周面４２ｄ側へ拡散された光は、導光体４２の外側に配置されているミラー１４によって反射され中心孔４２Ａ側へ向かう光となる。
【００８９】
このように、導光体４２の内周面４２ｃ側に光拡散構造を設けておくことによって、導光体４２内を伝搬する光が内周面４２ｃに入射する度にその一部が拡散光として導光体４２から取り出されて、内周面４２ｃで囲まれる領域（反射型液晶装置１００の表示領域１０ａ）を均一に照明することができる。
【００９０】
なお、光拡散素子４４の光拡散率としては、照明装置５２として必要な光量に応じて適宜設定する。光拡散性が強すぎると、環状形状の導光体４２における発光ダイオード１３Ａ，１３Ｂに近い部分が最も明るくなり、発光ダイオード１３から離れた部分には光が届かず暗くなる。これはつまり、発光ダイオード１３に近い部分の光拡散素子４４から多くの光が取り出されてしまい、導光体４２内を伝搬する光が少なくなってしまうことが原因として考えられる。
そのため、導光体４２の内周面４２ｃから光拡散素子４４を介して中心孔４２Ａへ取り出される光量に応じて、光拡散性の拡散強度を決定することが望ましい。
【００９１】
このように、導光体４２からその全周に亘って光を均一に射出させるためには、導光体４２の内周面４２ｃから射出される光の他に、導光体４２内を全反射しながら伝搬する光を導光体４２内に残しておくことが必要である。これを考慮して、光拡散素子４４の光拡散率を決定し、導光体４２の周方向で均一に光が射出される構成とする。
【００９２】
なお、本実施形態における光拡散素子４４の光拡散率は、導光体４２の周方向に亘って均一になっているが、これに限らない。例えば、発光ダイオード１３に近い側の光拡散性を、発光ダイオード１３から遠い側の光拡散性よりも弱くしておくことによって、発光ダイオード１３に近い部分から多くの光が射出されて明るくなりすぎるのを防ぐことができる。つまり、導光体４２の周方向における照明光の明暗の差を抑えるためにも、発光ダイオード１３から離れるにしたがって光拡散素子４４の光拡散性を強くすることが効果的となる。
【００９３】
また、光拡散素子４４を導光体４２の周方向に亘って形成したが、これに限らない。例えば部分的に分断されていてもよい。しかしながら、照明光の高い均一性を得るためには、導光体４２の周方向全体に光拡散素子４４を形成しておくことが有効である。
【００９４】
なお、照明光量よりも照明装置５２の大きさやコストを優先する場合は、導光体４２の周囲に設けたミラー１４を省くことも可能である。
【００９５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
以下に示す本実施形態の表示装置の基本構成は、上記第１実施形態と略同様であるが、照射装置の光入射構造において異なる。よって、以下の説明では、第１実施形態と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１〜図３と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
【００９６】
図５（Ａ）は、第３実施形態の表示装置の全体構成を示す平面図である。図５（Ｂ）は、第３実施形態の表示装置の全体構成を示す断面図である。
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施形態における表示装置５は、導光体４２と、ブレーズド回折格子４５と、発光ダイオード１３と、ミラー１４と、を有する照明装置５３を備えて構成されている。本発明における光入射構造は、導光体４２の周方向の一部に設けられたブレーズド回折格子４５と、ブレーズド回折格子４５に向かって光を射出させる発光ダイオード１３と、を有する。
【００９７】
本実施形態の導光体４２は、外周面４２ｄの一部に、微細な鋸歯形状のブレーズド回折格子４５が設けられている。ブレーズド回折格子４５は、特定の方向に回折される次数の回折効率を高くすることができるもので、先の実施形態で述べた第１回折格子と同じ構成のものである。図５（Ａ）に示すように、ブレーズド回折格子４５は、導光体４２の環状形状の曲率中心Ｃを通る中心線Ｍに対して鋸歯形状が対称になるように構成されている。導光体４２の内周面４２ｃには、光拡散素子４４からなる光拡散構造が設けられている。
【００９８】
本実施形態の照明装置５３では、発光ダイオード１３からの光がブレーズド回折格子４５に入射すると、ブレーズド回折格子４５によって中心線Ｍの両側に分光されるとともに、各光Ｌ１，Ｌ２が導光体４２の臨界角以上の角度で大きく回折されて、導光体４２内を互いに逆回り方向へ全反射しながら伝搬する。
導光体４２内を伝搬する光Ｌ１，Ｌ２が内周面４２ｃに入射する度に、一部の光が光拡散素子４４において拡散されて中心孔４２Ａへと取り出される。
【００９９】
このようにして、導光体４２の周方向に亘って中心孔４２Ａ内へと光が徐々に取り出されていくことになる。これにより、中心孔４２Ａ内の反射型液晶装置１００の表示領域１０ａを均一に照明することができる。
【０１００】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
以下に示す本実施形態の表示装置の基本構成は、上記第１実施形態と略同様であるが、照射装置と反射型液晶装置との間にスペーサを設けた点において異なる。よって、以下の説明では、第１実施形態と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１〜図３と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
【０１０１】
図６（Ａ）は、第４実施形態の表示装置の全体構成を示す平面図である。図６（Ｂ）は、第４実施形態の表示装置の全体構成を示す断面図である。
本実施形態の表示装置２７は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、照明装置５４と反射型液晶装置１００とが複数のスペーサ（第１スペーサ）１８及び複数のスペーサ（第１スペーサ）１９を介して貼り合わされて構成されている。複数のスペーサ１８及び複数のスペーサ１９は、互いに寸法の等しい角柱形状をなし、照明装置５４の導光体４２と反射型液晶装置１００の対向基板２０との間にそれぞれ配置されている。複数のスペーサ１８は、導光体４２の内周面４２ｃに沿って所定の間隔をおいて配置され、複数のスペーサ１９は、導光体４２の外周面４２ｄに沿って所定の間隔をおいて配置されている。
【０１０２】
発光ダイオード１３から射出された導光体４２内に入射した光は、導光体４２内で全反射を繰り返しながら伝搬する。導光体４２の下面４２ｂ全体が、反射型液晶装置１００の対向基板２０に接している場合、下面４２ｂから対向基板２０側へと光漏れが生じるおそれがある。そのため、スペーサ１８，１９によって導光体４２と反射型液晶装置１００との間に空間５７を設けることにより、導光体４２の周囲全体が略空気層に囲まれた状態となるため空気層との界面で全反射が生じ、導光体４２からの光漏れを大幅に抑えることができる。
【０１０３】
これにより、導光体４２の内周面４２ｃ側から中心孔４２Ａへと射出される光が増え、より明るく均一な照明光を得ることができる。
【０１０４】
なお、スペーサ１８，１９の数や形状等は種々の変更が可能である。
また、スペーサ１８，１９に代えて、導光体４２と反射型液晶装置１００の対向基板２０との間に反射層を設けてもよい。金属膜は光吸収を生じやすいため、誘電体多層膜からなる反射層を用いることが好ましい。導光体４２内で光が全反射することが望ましいが、これに限られず、導光体４２から光が漏れ出すのを抑制すべく反射によって光を導光体４２内に戻すことができる部材であればよい。
【０１０５】
本実施形態のスペーサ１８，１９を用いた構成は、他の実施形態の照明装置に対しても応用できる。
【０１０６】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
図７は、第５実施形態の表示装置の全体構成を示す断面図である。
以下に示す本実施形態の表示装置の基本構成は、上記第４実施形態と略同様であるが、表面にカバーガラス（透明基体）を備えた点において異なる。よって、以下の説明では、第１実施形態と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
【０１０７】
本実施形態における表示装置５５は、第４実施形態と同様に、照明装置５４と反射型液晶装置１００とがスペーサ（第２スペーサ）２８，２９を介して貼り合わされて構成されている。先の実施形態と異なるところは、表示装置５５の最表層にカバーガラス（透明基体）２３を備えた点である。カバーガラス２３は、導光体４２の内周面４２ｃ及び外周面４２ｄと交差した上面４２ａ側に、設けられている。
【０１０８】
カバーガラス２３は、スペーサ２８，２９を介して照明装置５４の表面に貼り合わされている。スペーサ２８，２９は、照明装置５４と反射型液晶装置１００との間に配置されたスペーサ１８，１９と同様のものであって、導光体４２の上面４２ａに周方向へ所定の間隔をおいて配置されている。カバーガラス２３は、表示装置５５を保護する役目を果たすもので、表示装置５５の防塵性や防水性を高めることができる。また、表示装置５５としての剛性も向上する。
【０１０９】
本実施形態では、照明装置５４上にスペーサ２８，２９を介してカバーガラス２３を配置した構成となっている。このため、導光体４２とカバーガラス２３との間に空間５７が形成されて空気層が存在し、導光体４２からの光漏れを抑えることができる。また、導光体４２の内周面４２ｃからカバーガラス２３へ向かって射出された光の一部を、カバーガラス２３において反射させて導光体４２へと再び戻すことが可能である。
【０１１０】
なお、カバーガラス２３の観察者側の表面２３ａに反射防止膜を設けてもよい。さらに、カバーガラス２３の裏面（導光体側の面）２３ｂに、裏面２３ｂの法線方向に対して入射角度の大きい光に対する反射率が高く、入射角度の小さい光、つまり裏面２３ｂに対して略垂直な角度で入射する光に対する透過率が高くなるような機能膜を形成してもよい。
上述した反射防止膜及び機能膜は、カバーガラス２３の表面２３ａあるいは裏面２３ｂの全体に設けられていてもよいし、部分的に設けられていてもよい。
【０１１１】
本実施形態の構成によれば、カバーガラス２３における光の反射を利用して、観察者が表示素子における表示画像を視認することができる。また、導光体４２の内周面４２ｃから放射された光の一部を反射させる構造を導光体４２の観察者側に設けることにより、表示領域１０ａの中心へ向かう光成分を増やし、表示領域１０ａにおける照明光分布の均一性を向上させることができる。
【０１１２】
以上、変形例を含めて各実施形態を述べたが、本発明における照明装置は、環状形状の導光体４２及び発光ダイオード１３を備え、表示素子における表示領域の周囲から環状の照明光を照射する機能を有している。そのため、この概念に基づいて、照明装置として種々の構成変更が可能である。
【０１１３】
また、先の実施形態では、本発明にかかる表示素子として反射型液晶装置１００を例に挙げたが、これに限られず、電気泳動ディスプレイやエレクトロクロミックディスプレイなど、発光機能を持たない種々の反射型の表示素子を用いることができる。非発光ディスプレイは消費電力が少なく、腕時計や携帯型電子機器の表示装置として用いられる。そのため、表示装置の実施例としても腕時計に限られず、車載メーターや携帯電子機器等にも適用が可能である。また、被照明体としては非発光ディスプレイに限られない。
【０１１４】
非発光ディスプレイや照明機能を有していない装置に、本発明に係る照明装置を用いることによって、表示領域やその他の所定領域を均一に照明することができ、夜間や暗い部屋など、照明光がない環境であっても表示が見やすくなる。
【０１１５】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。各実施形態の構成を適宜組み合わせてもよい。
【０１１６】
先の各実施形態では、円環状をなす照明装置について述べたが、照明装置の外形は円形に限らず、その他の環状形状であってもよい。つまり、端部のない閉曲線形状や多角形状であれば、他の形状としてもよい。
【符号の説明】
【０１１７】
１，５５…表示装置、１０…素子基板、１１…第１回折格子、２２…第２回折格子、１３…発光ダイオード（光源）、１３Ａ，１３Ｂ…発光ダイオード（発光部）、１４…ミラー（反射部材）、１８，１９…スペーサ（第１スペーサ）、２８，２９…スペーサ（第２スペーサ）、２０…対向基板、４０，５２，５３，５４…照明装置、４２…導光体、４２ａ…上面、４２ｂ…下面、４２ｃ…内周面、４２ｄ…外周面、４３…切欠き部、５０…液晶層（表示層）、Ｌ１，Ｌ２…光、１００…反射型液晶装置（表示素子；被照明体）
【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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