(57)【要約】【課題】照度分布をより均一にした液晶表示装置の平面スクリーンを提供する。【解決手段】平面スクリーンは、 画像を表示するために、 液晶要素(２６)を備える。 更に、ＬＥＤ（３２）などの複数の点光源が備えられる。 ＬＥＤと液晶要素との間に、 光ガイド要素（３４）が配置される。 照度分布をより均一にするために、 光ガイド要素は、  各セル（３８）の表面に複数の表面要素（４４）が配置されている。選択図 【図２】
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示のための液晶要素(26)と、
複数の点光源(32)を備える照明要素と、
前記照明要素(30)と前記液晶要素(26)との間に配置された光ガイド要素(34)とを備え、
前記光ガイド要素(34)の表面(36)に、回折表面要素(44)が照度分布及び/又は波長分布をより均一にするために備えられることを特徴とする平面スクリーン。
【請求項２】
個々の回折表面要素(44)は、スペクトル光に分離した平行光束を作り出す回折格子として作用することを特徴とする請求項１に記載の平面スクリーン。
【請求項３】
回折表面要素(44)は、重ね合わせにより、少なくとも二つの隣り合った単色光及び/又は白色光の光束を作り出せるように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の平面スクリーン。
【請求項４】
回折表面要素(44)は、 0.04〜10,000μm2、 特に好ましくは 0.04〜500μm2のサイズを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の平面スクリーン。
【請求項５】
個々の回折表面要素(44)は、互いの距離が0〜100μm、特に好ましくは0〜50μm、更に好ましくは 0〜15μmで配置されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の平面スクリーン。
【請求項６】
異なった表面構造を有する複数の回折表面要素(44)は、本質的に白色光を作り出す目的のために、回折表面要素グループ(40)を形成するよう配置されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の平面スクリーン。
【請求項７】
回折表面要素(44)及び/又は回折表面要素グループ(40)の位置は、点光源(32)の位置に合致することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の平面スクリーン。
【請求項８】
回折表面要素(44)及び/又は回折表面要素グループ(40)の数及び/又は点光源(32)の数は、エッジ領域、特に隅において増加させることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の平面スクリーン。
【請求項９】
光ガイド要素(34)の上部において、複数の回折表面要素(44)及び/又は回折表面要素グループ(40)を備えるセル（38）が配置され、一つのセル(38)は、各々の点光源(32)に割り当てられることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の平面スクリーン。
【請求項１０】
各々の点光源(32)は、セル(38)と同心円的に配置されていることを特徴とする請求項9に記載の平面スクリーン。
【請求項１１】
回折表面要素(44)及び/又は回折表面要素グループ(40)間の距離は、セルの中心から外側に向かって減少することを特徴とする請求項9、又は10に記載の平面スクリーン。
【請求項１２】
個々の点光源(32)上の光ガイド要素は、低透明度の反対側領域を有することを特徴とする請求項9〜11のいずれか一つに記載の平面スクリーン。
【請求項１３】
光ガイド要素の各セルの透明度は、中心から外側に向かって増加することを特徴とする請求項12に記載の平面スクリーン。
【請求項１４】
点光源(32)は、互いに少なくとも5mm、好ましくは少なくとも10mmの距離で配置されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の平面スクリーン。
【請求項１５】
点光源（32）は、本質的に白色光を放射するLEDであることを特徴とする請求項1〜14のいずれか一つに記載の平面スクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面スクリーンに関し、特に、ＬＥＤ（発光ダイオード）により照明されるＬＣＤ（液晶表示装置）の平面スクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤスクリーンは、複数の蛍光管、特にＣＣＦＬ(冷陰極蛍光ランプ)が配置されたライト・ボックスなどの照明要素を備えている。ＬＣＤスクリーンの照明をより均一にするために、光ガイド要素が、照明要素、すなわち蛍光管と液晶要素の間に配置されている。これらの光ガイド要素は、BEF、DBEF、及びPRFと呼ばれている。BEFフィルムは、複数の小さなプリズムから成る表面を有している。これらのプリズムは、光を表面で屈折させるものである。DBEFフィルムは、液晶要素の後部から反射された光の偏光方向を変え、液晶要素に戻す役目をしている。PRFフィルムは、光を偏光する役目をしている。このようなフィルムの使用は、フィルムが光の一部を吸収して、スクリーンの全体の照度を落とす欠点を持っている。
【０００３】
更には、平面スクリーンは、蛍光管の代わりに、CCFL(冷陰極蛍光ランプ)の代わりに白色LEDを使っていることが知られている。相対的に均一な照明、例えば、平面スクリーンの全面に渡って、相対的に均一な照度分布を得るためには、複数のLEDを備えることが必要になる。知られているLED照明の平面スクリーンにおいて、個々のLEDは、互いに約1mmの距離をおいて配置されている。40cm×30cmの平面スクリーンにおいては、少なくとも500〜1000個のLEDが必要になる。また、 このように非常に多数のLEDは、 顕著な発熱の問題を招く。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって、本発明の目的は、低コストで製造でき、しかも、良好な発光効率を有する平面スクリーンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この目的は、請求項1に記載の特徴で達成される。本発明による平面スクリーンは、画像を表す目的のために、LCD要素のような液晶要素を備えている。ここで、個々の液晶要素は、TFT(薄膜トランジスター)を介して駆動することができる。更に、 本発明による平面スクリーンは、液晶要素を照明するものとして、照明要素及び/又はライトボックスとして、LEDのような複数の光源を備えている。液晶要素と照明要素の間には、光ガイド要素が配置されている。本発明によれば、光ガイド要素の表面は、回折表面要素（以下、単に表面要素と記載する。）を備え、とりわけ、無数の表面要素を備えている。表面要素を備えることにより、光源から放射された光は、照度分布及び/又は波長分布が、より均一になるように回折される。
【０００６】
光ガイド要素の表面に表面要素を備えることで、例えば、LEDから円錐形に放射された光は、平面スクリーンの全面に渡る照度分布が、より均一になるように回折することができる。
【０００７】
表面要素は、例えば波状の表面構造を有しているので、表面要素で放射された光の波長は、その波構造の輪郭により、すなわち、とりわけ個々の波の高さと幅により決定することができる。かようにして、更に、放射された光の波長は、より均一にすることができる。ここで、とりわけ異なった形状の表面を有する個々の表面要素は、好ましくは単色の光及び/又は白色光を発するような点光源から放射された光の波長に影響を与える。
【０００８】
特に、異なった表面構造の振幅は一定で波長だけ変化するように、個々の表面要素を構成することが好ましい。このことは、回折効率を全ての断面に渡って一定になるようにさせる。表面構造のタイプに応じて、これには必ずしも正弦波的表面構造が必要ではないが、より一般的に表現すれば、全ての高い部分は、高さが同じであるが、互いに異なった距離で配置されている。結果として、光源から放射された光は、個々の表面要素により、異なって回折される。それは、距離を変化させることは、高さを変化させるより容易であるとする、特別な利点を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による複数の表面要素を表面に配置した光ガイド要素の採用は、個々の点光源及び/又はLEDの数を顕著に減らしている。平面スクリーンの一定な照度分布及び一定な有効照度の達成により、LEDの数は、10%以上、特別な場合には40%以上削減できる。 
【００１０】
本発明による光ガイド要素は、好ましくは、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、PEC(光電池)、PET(テレフタル酸ポリエチレン)、PE(ポリエチレン)等、及び/又は鉱物ガラスから作られる。光ガイド要素の厚さは、 好ましくは、0.1mm〜20mmの範囲に、そして、特に好ましくは、0.5mm〜5mmの範囲である。
【００１１】
本発明による光ガイド要素は、光ガイド要素の出口側表面とスクリーンのディスプレー及び/又は液晶要素との間で、フィルムなどの如何なる光ガイド成分を不要にしている。 特に、BEF(バンド除去フィルター)フィルムは、不要になる。本発明は、フレームなどの光ガイド要素の回りを取り囲む反射要素は別に、如何なる光ガイド要素をも不要にして、湾曲性又は透過性を有するバックライトを提供する。
【００１２】
光ガイド要素の出口側表面に表面要素を配置することにより、平面スクリーンの構造を簡素にすることができる。このことは、平面スクリーンの品質、及び特に耐用年数を改善する。
【００１３】
好ましくは、個々の表面要素は、光のスペクトル分離した平行光束を作り出す回折要素として振舞うように 構成される。この目的のために、個々の表面要素は、好ましくは、波のような断面を有する表面構造を備え、波と波との間の距離は、偏向される波長に応じて選択されることを特徴とする。ここで、個々の表面要素は、異なった回折格子を備えることが好ましい。特に好ましくは、表面要素は、主に単色光及び/又は白色光が、少なくとも隣り合う二つの光束の重複により作られるように配置される。ここで、単色光とは波長の範囲が±100nmであることを意味し、 特に好ましくは±50nmである。このような本発明の表面要素の提供により、主に単色光、そして特に好ましくは高輝度となる平行光線を作ることができる。
【００１４】
表面要素の表面の構成は、出口側表面からの光の放射方向を調整させる。この目的のため、表面要素で提供される回折格子は、フラウンホーファー回折法により調整される。 調整能力は、好ましくは、出口側表面に関連して0〜90&ordm;の範囲にある。
【００１５】
更に、放射光の色温度は、表面要素構造の選択及び/又はその構成により調整することができる。好ましくは、色温度は、3000K〜10,000Kの範囲で調整できる。
【００１６】
本発明のように表面要素を有する出口側表面を構成することによって、特に、スペクトル分離が防止され又は顕著に削減される。更に、低エネルギー消費での十分な光強度が保証される。加えて、表面要素、特に表面要素の配置は、良好な平行光線を実現させる。ここで、これらの利点は、光強度又は平行光線化の目的のために、回折性又は屈折性フィルムなどの、さらに如何なる光ガイドシステムを提供することなく実現できることである。
【００１７】
本発明の表面要素は、好ましくは、0.04μm2〜10,000μm2、特に好ましくは、0.04μm2〜500μm2の大きさである。特に、表面要素の正弦波表面構造が提供されるとき、前記表面構造は、550nmの振幅を有する。実施例としては、同じ550nmの振幅を有する六つの異なった構成の表面要素が提供される。ここで、個々の表面要素は、 例えば、490nm, 503nm,517nm,530nm,575nm,及び620nmの波長を有する。特に、表面要素は、正弦波の波形を有する。個々の表面要素の互いの距離は、好ましくは0〜100μm、特に好ましくは0〜50μm、そして更に好ましくは0〜15μmの範囲にある。好ましくは、個々の表面要素の互いの距離は、常に0μm以上、特に常には5μm以上、そして、更に好ましくは常に5μm以上である。
【００１８】
平面スクリーンの特に好ましい構成においては、異なった表面構造を有する複数の表面要素は、表面要素グループを形成するために結合される。ここで、異なった表面構造は、 表面要素グループが、本質的に白色光を放射するように選択される。表面構造の型式、特に表面構造に起因する光の波長の変化は、好ましくは、白色光を本質的に放射するLEDのような点光源によって放射される波長の範囲に依存している。
【００１９】
好ましくは、光ガイド要素は、数個の異なった表面要素グループを備える。特に好ましくは、一つの表面要素グループだけを提供する。
【００２０】
好ましくは、各々の個々の表面要素グループは、少なくとも二つの、好ましくは六つの、又は八つの表面要素を備える。個々の表面要素は、好ましくは、千鳥足の関係のように配置される。特に、個々の表面要素は、数個の、好ましくは二列の千鳥足配列で配置される。
【００２１】
ここで、例として、六つの表面要素は、表面要素グループを形成するために結合され、その六つの表面要素は、好ましくは、例えば、550nmの同じ振幅を有している。その六つの表面要素の波長は、好ましくは、互いに異なっている。特に、個々の表面要素は、490nm, 503nm,517nm,575nm,及び620nmの波長を有している。
【００２２】
本発明の特に好ましい実施形態において、点光源及び/又はLEDに付き一つのセルが、光ガイド要素の出口及び/又は入口側表面に設けられる。各々のセルは、複数の表面要素及び/又は表面要素グループを備えている。ここで、個々の表面要素グループ及び/又は表面要素は、各々の点光源から放射される光の照度と波長の分布がより均一になるよう配置される。この目的のために、表面要素及び/又は表面要素グループの密度は、一箇所から、特にはセルの中心から外側に向かって増加する。表面要素及び/又は表面要素グループの互いの距離は、その位置及び/又は中心からの距離が増加するにつれて減少する。 好ましくは、点光源はセルの中心の後方に配置される。
【００２３】
光ガイド要素から出る光をより均一にするために、点光源が位置する領域の特にセルの中心の透明度が低いように構成することが、特に好ましい。好ましくは、透明度は、中心から外側に向かって向上する。好ましくは、透明度の調節は、塗布するラッカーの厚さを変えることで行われる。光ガイド要素及び光ガイド要素の反対側上に、ラッカー、又は他の調整液を提供することは、特に好ましい。
【００２４】
全てのスクリーン表面に渡って、特に、スクリーンの隅において、できるだけ照度分布の均一さを達成させるためには、従来技術においては暗かった領域では、個々の表面要素及び/又は個々の表面要素グループ間の互いの距離が小さくなるように異ならせる。 特に、これらは、エッジ領域及び隅においてなされる。
【００２５】
好ましくは、個々の点光源及び/又はLEDは、互いの距離が少なくとも5mm、好ましくは少なくとも10mmで配置される。
【００２６】
表面要素の製造のために特に適している装置、及びそれに対応する方法は、EP05003354公報に記載されている。
【００２７】
特に、表面要素の製造には、以下の材料が、適している。
Ciba  Speziaalitatenchemie  Lampershelm  GmbHのジプロピレン・グリコール・ジアクリルの8gと混合された1H,1H,2H,2H-過フルオロクチル・アクリルの11g、Irgacure&reg;819の0.1g、及びIrgacure&reg;184の0.2gからなる。この混合物の60μlが、表面がまばらな中心を有するモールドの陰画パターンを備える2×2cmの大きさのニッケル板に塗布される。結果として、厚さ1mmで、広さ1×1cmの薄板のPMMA(ポリメチルメタクリレ―ト)が、ニッケル板上の混合物の表面に塗布される。それから、混合物を含んだニッケル板上にかようにして作られたサンドウイッチは、市場で調達できる紫外線水銀ランプからの紫外線放射に2秒間さらされた。結果として、基板と接合され調整されたモールド混合物が、陰画鋳物モールドから除去された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の好ましい実施形態について、以下に添付図面を参照して詳細に記述する。
【００２９】
図1は、ＬＣＤスクリーンの照度分布を図式的に示している。前記スクリーンは、ＬＥＤにより背面照明されたＬＣＤスクリーンで、従来の技術によれば、ＢＥＦ(バンド除去フィルター)フィルムとＤＢＥＦ(ディーベフ)フィルムが、照明をより均一にするための目的で、ＬＥＤとＬＣＤスクリーンの間に備えられている。図１において、照度は、領域１０の内部が最も高く、そして、外側方向の領域１２、１４、１６、１８において、必然的に同心円的に減少している。最も暗い領域は、隅であり、ここでは、照度が、領域２０から領域２２を経て領域２４の方向に減少している。
【００３０】
本発明によるＬＣＤスクリーンは(図２参照)、ＬＣＤ要素、 及び/又は、 その表面側２８の像が示されている液晶要素２６を備えている。 ライトボックス 及び/又は照明要素３０において、 複数の点光源としてＬＥＤ３２が配置されている。 図で示した実施形態において、 ＬＥＤ３２は、 互いの距離１０ｍｍで、 規則正しく配置されている。
【００３１】
本発明によれば、透明プラスチック材料又はガラスの光ガイド要素３４が、照明要素３０と液晶要素２６との間に配置されている。光ガイド要素３４の表面３６には、複数のセル３８が配置されている。互いに隣り合ったセル３８の各々は、複数の個々の表面要素グループ４０を備えている(図３参照)。好ましくは、個々の表面要素グループ４０は、中心４２をもって同心的に配置され、ＬＥＤ３２は、中心４２の後部に配置される。図3に示すように、個々の表面要素グループ４０の互いの距離は、中心４２からの距離が増加するにつれて減少する。セル３８に関連して、表面要素グループ４０の密度は、内部及び/又は中心から外側に向かって増加している。
【００３２】
光ガイド要素３４においては、好ましくは、ラッカーが、表面３６の反対側に位置する面に塗布され、前記ラッカーは、ＬＥＤ３２が配置されている中心４２をぼやかす。ここで、ラッカーは、好ましくは、個々のセルの光ガイド要素３４の透明度が、中心４２から外側に向かって増加するように塗布する。個々の表面要素グルー４０は、複数の個々の表面要素４４を備える。図示した実施形態において、各々の個々の表面要素４４は、図4に示された１〜６の六つの表面要素４４を備える。
【００３３】
個々の表面要素４４は、回折格子として作用する。ここで、異なった表面要素４４は、異なった格子定数を有する線形回折格子として構成されて提供される。個々の表面要素４４の表面４６(図５参照)は、例えば、正弦波として構成される。
【００３４】
本発明によれば、個々の表面要素４４及び特に表面要素４４の表面４６は、例えば、リソグラフィー工程により製造される。
【００３５】
ラッカー処理された表面要素４４を、光ガイド要素３４の表面に取り付けることは、特に好ましい。この目的のために、回折格子の陰画パターンがリソグラフィー工程で作られるときに、好ましくはモールドが使われる。１つのモールドで、好ましくは、複数の表面要素４４を造ることができる。特に好ましい製造工程及び表面要素の製造のための適した材料は、ＥＰ−０５００３３５８号公報に記載されている。
【００３６】
異なった波長の光の混合のために、好ましくは、異なった表面要素４４、すなわち異なった表面構造４６を有する表面要素４４が提供される。例えば、図４に示された実施形態に示すように、表面要素４４は、図４の１〜６に示される六つの異なった表面要素４４である。図４に示すように、特定の波長の光を混合するために構成される番号１〜６の異なった表面要素４４は、図示した実施形態において、構造的に繰り返して配置される。
【００３７】
図示した実施形態において、表面要素４４は、四角形状で、一辺の長さが約１５μｍの構成である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】LEDにより照明される従来技術のLCDスクリーンの照度図形である。
【図２】本発明によるLCDスクリーンの基本構造の簡易な図式的斜視図である。
【図３】光ガイド要素のセルの図式的平面図である。
【図４】表面要素グループにおいての、 表面要素の可能な配置の例を示す。
【図５】個々の表面要素の表面構造の例である。
【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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【国際調査報告】
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