(57)【要約】  液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、光源と、前記光源から受信した光を回折するように構成された、前記光源上の光回折器と、前記光回折器の上であって、複数の液晶画素を含む液晶画素構造の間にある液晶回折格子とを備え、前記液晶回折格子は、前記回折格子への電圧差の印加に応答して変化する回折率を有し、かつ、前記変化した回折率を有する場合に、前記光回折器から受信した回折光を、前記液晶画素構造に方向づけられた、整列した光に位置合わせする。ＬＣＤは、それぞれ反射部および透過部を備えた複数の液晶画素を含んで差し支えなく、前記複数の液晶画素の少なくとも一部の反射部は、光線の少なくとも一部を外部光源から受信し、外部光源の方向に反射するように構成された再帰反射器を備える。
2011529586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から受信した光を回折するように構成された、前記光源の上にある光回折器と；
前記光回折器の上であって、複数の液晶画素を含む液晶画素構造の間にある液晶回折格子と、
を備えた液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であって、
前記液晶回折格子が、前記回折格子への電圧差の印加に応答して変化する回折特性を有するように構成され、かつ、前記変化した回折特性を有する場合に、前記光回折器から受信した回折光を、前記液晶画素構造に方向づけられた、整列した光に位置合わせするように構成される、
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）。
【請求項２】
前記光回折器が、プリズムフィルムまたは第２の回折格子のいずれかを備えることを特徴とする請求項１記載のＬＣＤ。
【請求項３】
前記光回折器が、光を反射角の範囲内に回折するように構成され、
前記液晶回折格子が、同一範囲内の反射角において受信した回折光を位置合わせするように構成されることを特徴とする請求項１記載のＬＣＤ。
【請求項４】
前記液晶回折格子が、０．１μｍ〜１０μｍの周期および０．１μｍ〜１０μｍの範囲の溝の深さを有する、複数の溝および壁を備えることを特徴とする請求項１記載のＬＣＤ。
【請求項５】
前記液晶回折格子が、０．５μｍの周期および２μｍの溝の深さを有する、複数の溝および壁を備えることを特徴とする請求項１記載のＬＣＤ。
【請求項６】
前記複数の液晶画素のそれぞれが、反射部および透過部を備え、
ここで、前記反射部がカラーフィルターのほんの一部のみを有し、
前記透過部の少なくとも一部が、前記画素の透過部をほとんどまたは完全に被覆する、１つ以上のカラーフィルターを備える
ことを特徴とする請求項１記載のＬＣＤ。
【請求項７】
前記液晶回折格子が、前記複数の液晶画素のそれぞれの透過部の上にだけ存在することを特徴とする請求項６記載のＬＣＤ。
【請求項８】
前記反射部が前記複数の画素の対角を占有することを特徴とする請求項６記載のＬＣＤ。
【請求項９】
前記透過部が対角線上に配置されることを特徴とする請求項６記載のＬＣＤ。
【請求項１０】
前記反射部の１％〜５０％がカラーフィルターを有することを特徴とする請求項６記載のＬＣＤ。
【請求項１１】
それぞれ、反射部および透過部を備えた、複数の液晶画素を備えた液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であって、
前記複数の液晶画素の少なくとも一部の反射部が、光線の少なくとも一部を外部光源から受信し、前記外部光源の方向に反射するように構成された再帰反射器を含む、
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）。
【請求項１２】
前記複数の液晶画素のすべての反射部が、前記再帰反射器を備えることを特徴とする請求項１１記載のＬＣＤ。
【請求項１３】
前記再帰反射器が、前記外部光源から受信した０次の非回折光線を、前記外部光源の方向に反射するように構成されることを特徴とする請求項１１記載のＬＣＤ。
【請求項１４】
前記再帰反射器が、前記反射部の上の１つ以上の無色のスペーサと一体形成されることを特徴とする請求項１１記載のＬＣＤ。
【請求項１５】
前記再帰反射器が、前記ＬＣＤの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）層に形成されることを特徴とする請求項１１記載のＬＣＤ。
【請求項１６】
バックライト光源と、
前記バックライト光源から受信した光を回折するように構成された、前記バックライト光源の上の光回折器と、
前記光回折器の上にあり、複数の液晶画素を含む液晶画素構造の下にある、液晶回折格子と、
をさらに備え、
前記液晶回折格子が、前記回折格子への電圧差の印加に応答して変化する回折率を有するように構成され、かつ、前記変化した回折率を有する場合に、前記光回折器から受信した回折光を、前記液晶画素構造に方向づけられた、整列した光に位置合わせするように構成される
ことを特徴とする請求項１１記載のＬＣＤ。
【請求項１７】
コンピューティング・デバイスであって、
１つ以上のプロセッサ、および
光源と、前記光源から受信した光を回折するように構成された、前記光源の上にある光回折器と、前記光回折器の上にあり、複数の液晶画素を含む液晶画素構造の下にある、液晶回折格子と、を備えた液晶ディスプレイ
を備え、
前記液晶回折格子が、前記回折格子への電圧差の印加に応答して変化する回折率を有するように構成され、かつ、前記変化した回折率を有する場合に、前記光回折器から受信した回折光を、前記液晶画素構造に方向づけられた、整列した光に位置合わせするように構成される、
コンピューティング・デバイス。
【請求項１８】
前記光回折器が、プリズムフィルムまたは第２の回折格子のいずれかを備えることを特徴とする請求項１７記載のコンピューティング・デバイス。
【請求項１９】
前記光回折器が、光を反射角の範囲内に回折するように構成され、
前記液晶回折格子が、同一範囲内の反射角において受信した回折光を位置合わせするように構成される
ことを特徴とする請求項１７記載のコンピューティング・デバイス。
【請求項２０】
前記液晶回折格子が、０．１μｍ〜１０μｍの周期および０．１μｍ〜１０μｍの範囲の溝の深さを有する、複数の溝および壁を備えることを特徴とする請求項１７記載のコンピューティング・デバイス。
【請求項２１】
前記液晶回折格子が、０．５μｍの周期および２μｍの溝の深さを有する、複数の溝および壁を備えることを特徴とする請求項１７記載のコンピューティング・デバイス。
【請求項２２】
ラップトップ型コンピュータ、ノートブック、ネットブック、ハンドヘルド・コンピュータ、携帯情報端末、または携帯電話のいずれかを備えた、請求項１７記載のコンピューティング・デバイス。
【請求項２３】
１つ以上のプロセッサと、
前記１つ以上のプロセッサに連結し、それぞれ反射部および透過部を備えた複数の液晶画素を含む、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と、
を備えたコンピューティング・デバイスであって、
前記複数の液晶画素の少なくとも一部の反射部が、光線の少なくとも一部を外部光源から受信し、外部光源の方向に反射するように構成された再帰反射器を備える、
コンピューティング・デバイス。
【請求項２４】
前記複数の液晶画素のすべての反射部が、前記再帰反射器を備えることを特徴とする請求項２３記載のコンピューティング・デバイス。
【請求項２５】
前記再帰反射器が、前記外部光源から受信した０次の非回折光線を、前記外部光源の方向に反射するように構成されることを特徴とする請求項２３記載のコンピューティング・デバイス。
【請求項２６】
前記再帰反射器が、前記反射部の上の１つ以上の無色のスペーサと一体形成されることを特徴とする請求項２３記載のコンピューティング・デバイス。
【請求項２７】
前記再帰反射器が、前記ＬＣＤの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）層に形成されることを特徴とする請求項２３記載のコンピューティング・デバイス。
【請求項２８】
バックライト光源と、
前記バックライト光源から受信した光を回折するように構成された、前記バックライト光源の上の光回折器と、
前記光回折器の上であって、複数の液晶画素を含む液晶画素構造の下にある、液晶回折格子と、
をさらに備え、
前記液晶回折格子が、前記回折格子への電圧差の印加に応答して変化する回折率を有するように構成され、かつ、前記変化した回折率を有する場合に、前記光回折器から受信した回折光を、前記液晶画素構造に方向づけられた、整列した光に位置合わせするように構成されることを特徴とする請求項２３記載のコンピューティング・デバイス。
【請求項２９】
ラップトップ型コンピュータ、ノートブック型コンピュータ、ネットブック型コンピュータ、ハンドヘルド・コンピュータ、携帯情報端末、または携帯電話のいずれかを含むことを特徴とする請求項２３記載のコンピューティング・デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、回折液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関する。さらに具体的には、本開示は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライトの光線を位置合わせする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この項に記載する手法は達成されうるが、必ずしも、先に想起または達成されている手法であるわけではない。したがって、別に示唆されない限り、この項に記載される任意の手法は、単にこの項に含まれるという理由から、先行技術と見なされると考えるべきではない。
【０００３】
さまざまな電子部品のディスプレイ用途の増大により、より良好な性能をもたらす部品の提供について、ディスプレイ製造業者への要求が強まっている。性能パラメータとしては、読みやすさ、電力消費、解像度、コスト、および直射日光下での読みやすさが挙げられる。ディスプレイ製造業者は、これらのパラメータに基づいた性能を改善するため、さまざまな技術を採用する。液晶ディスプレイの分野では、バックライトをオフにして室内照明下で読みやすい、および直射日光下で読みやすい、高い解像度のＬＣＤを生産する技術が必要とされている。加えて、黒、白およびグレーの色合いで高い解像度を示すＬＣＤを開発することも必要とされている。
【０００４】
従来のバックライトＬＣＤは、１つ以上の発光ダイオードおよびライトガイドなどの光源を含む。光源から放出される光線は、すべての方向に向けられるが、液晶材料は、液晶材料が光弁として機能する場合には、単一方向に整列させた光を必要とする。したがって、直線偏光子は、光源の上に層状になり、単一面における光源の光波を偏光または整列させる働きをする。次いで、偏光は、画素、カラーフィルター、他のフィルム、および第２の偏光子を通過し、可視ディスプレイ画像を生み出す。
【０００５】
あいにく、従来の偏光子は、偏光面に向けられていない大量の光波を吸収することによって機能する。その結果、偏光子は、相当量の光強度の損失を引き起こす。光源によって生じた光の５０％以上の損失も珍しいことではない。結果的に、許容できる輝度を有するディスプレイを生産するためには、光源は、第１の偏光子が受ける損失を克服するのに十分な輝度を有するように構築されなければならない。電力消費は、輝度に直接関係し、したがって、従来のＬＣＤが消費する電力の一部は、最終的に、偏光子における光損失の形で無駄になってしまう。
【０００６】
さらには、偏光子はＬＣＤにかすみを生じることから、偏光子を備えたＬＣＤは、反射率および読みやすさの低下または制限を被る。例えば、第２の偏光子は、ＬＣＤ上への入射光線または周辺光線の４５％相当を吸収し、ＬＣＤの反射素子から反射する際に、同一の光線の９０％を吸収しうる。したがって、実際には、偏光子を使用して、紙上のテキストの外観によく似せること、または電子新聞ディスプレイに似た性能を達成することは、ＬＣＤにとって不可能である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ある実施の形態では、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、
光源と、
前記光源から受信した光を回折するように構成された、前記光源の上にある光回折器と、
前記光回折器の上であって、複数の液晶画素を含む液晶画素構造の間にある液晶回折格子と、
を備え、
前記液晶回折格子は、前記回折格子への電圧差の印加に応答して変化する回折特性を有し、かつ、前記変化した回折特性を有する場合に、前記光回折器から受信した回折光を、前記液晶画素構造に方向づけられた、整列した光に位置合わせする。
【０００８】
さまざまな実施の形態では、光回折器は、プリズムフィルムまたは第２の回折格子のいずれかを備える。ある実施の形態では、光回折器は、光を反射角の範囲内に回折するように構成され、液晶回折格子は、同一範囲内の反射角において受信した回折光を位置合わせするように構成される。
【０００９】
ある実施の形態では、液晶回折格子０．１μｍ〜１０μｍの周期および０．１μｍ〜１０μｍの範囲の溝の深さを有する、複数の溝および壁を備える。ある実施の形態では、液晶回折格子は、０．５μｍの周期および２μｍの溝の深さを有する、複数の溝および壁を備える。
【００１０】
ある実施の形態では、複数の液晶画素のそれぞれは、反射部および透過部を備え、ここで、反射部は、カラーフィルターのほんの一部のみを有し、透過部の少なくとも一部は、画素の透過部をほとんどまたは完全に被覆する、１つ以上のカラーフィルターを備える。
【００１１】
ある実施の形態では、液晶回折格子は、複数の液晶画素のそれぞれの透過部の上にだけ存在する。ある実施の形態では、反射部は、複数の画素の対角を占有する。ある実施の形態では、透過部は対角線上に配置される。ある実施の形態では、反射部の１％〜５０％はカラーフィルターを有する。
【００１２】
ある実施の形態では、ＬＣＤは、それぞれ反射部および透過部を備えた複数の液晶画素を備え、複数の液晶画素の少なくとも一部の反射部は、光線の少なくとも一部を外部光源から受信し、外部光源の方向に反射するように構成された再帰反射器を備えている。
【００１３】
ある実施の形態では、複数の液晶画素すべての反射部は、再帰反射器を備える。ある実施の形態では、再帰反射器は、外部光源から受信した０次の非回折光線を、外部光源の方向に反射するように構成される。
【００１４】
ある実施の形態では、再帰反射器は、反射部の上の１つ以上の無色のスペーサと一体形成される。ある実施の形態では、再帰反射器は、ＬＣＤの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）層に形成される。
【００１５】
ある実施の形態では、上述のような再帰反射器を有するＬＣＤは、バックライト光源と、前記バックライト光源から受信した光を回折するように構成された、前記バックライト光源の上にある光回折器と、前記光回折器の上であって、複数の液晶画素を含む液晶画素構造の下にある液晶回折格子と、をさらに備え、前記液晶回折格子は、前記回折格子への電圧差の印加に応答して変化する回折率を有するように構成され、かつ、前記変化した回折率を有する場合に、前記光回折器から受信した回折光を、前記液晶画素構造に方向づけられた、整列した光に位置合わせするように構成される。
【００１６】
ある実施の形態では、上述のようなＬＣＤは、限定はしないが、ラップトップ型コンピュータ、ノート型コンピュータ、およびネットブック・コンピュータを含めたコンピュータの一部を形成する。
【００１７】
本発明のさまざまな実施の形態は、本発明を例証するのであって、限定しないことを条件として、以下、添付の図面と併せて記載され、ここで、同様の記号表示は同様の要素を示す。図面は、正確な縮尺ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＬＣＤの画素の断面の概略図。
【図２】バックライト光源からの光線を位置合わせするための第１の回折格子を有するＬＣＤの単純化した図。
【図３】反射光の効果を補正する再帰反射器を有する、ＬＣＤの単純化した図。
【図４】再帰反射器を使用した、画素の反射部の単純化した図。
【図５】従来の平らなスムース・リフレクターを使用した、画素の反射部の単純化した図。
【図６】実施の形態に用いられうるコンピュータ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）における光の位置合わせの方法について記載する。好ましい実施の形態および本明細書に記載の一般的な原理および特徴に対するさまざまな変更は、当業者に容易に明らかになるであろう。よって、本発明は、提示した実施の形態に限定されることは意図されておらず、本明細書に記載の原理および特徴に一致する最も広い範囲とされるべきである。
【００２０】
ある実施の形態では、ＬＣＤは、偏光子または偏光を使用することなく、機能することができる。ある実施の形態では、ＬＣＤの反射率は、従来のディスプレイと比較して実質的に大きく、電力消費は少ない。ある実施の形態では、このようなＬＣＤの性能は、電気泳動ディスプレイなどの電子ペーパーディスプレイの性能に近い。実施の形態は、製造工程に容易に適合することができ、映像表示を可能にするのに十分に速いディスプレイの更新レートを達成することができる。実施の形態は、ＬＣＤの上から単純反射光を受信するＬＣＤパネル、バックライトまたは他の内部光源に由来する単純透過光を使用するパネル、または、ＬＣＤ構造の上および下の両方にある光源から光を受信する半透過型パネルを含めた、ＬＣＤ構造の上または下にある光を受信するＬＣＤ構造に適用可能である。
【００２１】
１．画素構造の構造概観
図１は、ＬＣＤの画素１００の断面の概略図である。画素１００は、液晶材料１０４、画素電極１０６、コモン電極１０８、反射部１１０、透過部１１２、基板１１４および１１６、スペーサ１１８ａおよび１１８ｂを備える。
【００２２】
ある実施の形態では、光源１０２または周辺光１２４は、画素１００に光を当てる。光源１０２の例としては、限定はしないが、発光ダイオードバックライト（ＬＥＤ）、冷陰極蛍光ランプ・バックライト（ＣＣＦＬ）などが挙げられる。光源１０２はバックライト光源を備える。周辺光１２４は、日光、外部ランプ、または任意の他の外部光源でありうる。ある実施の形態では、光学活性材料である液晶材料１０４は、光源１０２または周辺光１２４からの光の偏光の軸を回転する。
【００２３】
液晶１０４は、ねじれネマチック（ＴＮ）、電界制御型複屈折方式（ＥＣＢ）などでありうる。ある実施の形態では、光面の回転は、画素電極１０６とコモン電極１０８の間に印加される電位差によって決定される。ある実施の形態では、画素電極１０６およびコモン電極１０８は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）でできている。さらには、各画素は画素電極１０６を提供するが、コモン電極１０８は、ＬＣＤに存在するすべての画素に共通している。
【００２４】
ある実施の形態では、反射部１１０は導電性であり、周辺光１２４を反射して、画素１００に照射する。反射部１１０は金属でできており、画素電極１０６に電気的に結合することによって、反射部１１０とコモン電極１０８の間の電位差を提供する。透過部１１２は、光源１０２からの光を透過し、画素１００に照射する。基板１１４および１１６は、液晶材料１０４、画素電極１０６およびコモン電極１０８を取り囲む。ある実施の形態では、画素電極１０６は基板１１４に位置し、コモン電極１０８は基板１１６に位置する。加えて、基板１１４はスイッチング素子１１５を含む。ある実施の形態では、スイッチング素子１１５は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）でありうる。
【００２５】
駆動回路１３０は、画素値に関する信号をスイッチング素子に送る。ある実施の形態では、駆動回路１３０は、低電圧差動シングナリング（ＬＶＤＳ）ドライバを使用する。別の実施の形態では、電圧の上昇および下降の両方を感知するトランジスタ−トランジスタ論理回路（ＴＴＬ）インターフェイスが、駆動回路１３０に用いられる。加えて、タイミング制御装置１４０は、画素値に関する信号を、画素の対角透過部に必要な信号にコード化する。さらには、タイミング制御装置１４０は、画素に関する信号をタイミング制御装置１４０から取り出す場合に、ＬＣＤのセルフリフレッシュを可能にするメモリを有する。
【００２６】
ある実施の形態では、基板１１４と１１６の距離を一定に保つために、スペーサ１１８ａおよび１１８ｂが反射部１１０に置かれる。
【００２７】
画素１００は、光源１０２または周辺光１２４によって照射される。画素１００を通過する光の強度は、画素電極１０６とコモン電極１０８の電位差荷よって決定される。ある実施の形態では、液晶材料１０４は、非配向の状態にあり、画素電極１０６とコモン電極１０８の間に電位差が印加されない場合には、光は遮断される。画素電極１０６とコモン電極１０８の間に電位差が印加される場合には、液晶材料１０４は配向する。液晶材料１０４の配向性は、光を通過させる。
【００２８】
２．透過光用の回折ＬＣＤ
図２は、バックライト光源からの光線を位置合わせするための第１の回折格子を有するＬＣＤの簡易化した断面図である。明確な例を示す目的のため、ある特定の構造を簡易化した形態で示し、他の構造は省略されている。
【００２９】
図２は、図１の垂直の向きとは対照的に、水平に向いている。よって、完成したＬＣＤの基部側を表す図２の底部は、図１の左側に対応し、視聴者がディスプレイを見る側を表す図２の上部は、図１の右側に対応する。
【００３０】
図２において、光源２１４は、図２の向きに関して上方に均一に分散した光を放出する導光板２１２に連結している。従来のＬＣＤでは、その後、光は、画素構造２１６Ａ、２１６Ｂに到達する前に偏光層または偏光子を通過する。図２の実施の形態では、光回折器２１０が導光板２１２の上に配置され、光源２１４から受信した光を回折するように構成される。さまざまな実施の形態では、光回折器２１０はプリズムフィルムまたは回折格子を備える。第１の液晶回折格子２０２は、光回折器２１０の上であって、画素構造２１６Ａ、２１６Ｂおよび他のＬＣＤ層２２０の間に積層される。下部画素構造２１６ＡはＴＦＴ層および基板を表すか、または含み、上部画素構造２１６Ｂはカラーフィルターを表すか、または含みうる。一部の実施の形態では、画素構造２１６Ａ、２１６Ｂおよび液晶回折格子２０２は、単一構造に一体化されて差し支えなく、または、回折格子は単一の画素構造内に存在してもよい。他のＬＣＤ層２２０は、上部基板およびさまざまなコーティングまたはフィルムを含みうる。
【００３１】
画素構造２１６Ａ、２１６Ｂは、図１に示すように、液晶材料１０４、画素電極１０６、コモン電極１０８、反射部１１０、透過部１１２、基板１１４、およびスペーサ１１８ａおよび１１８ｂを含みうる。他のＬＣＤ層２２０は、基板１１６および他の最高レベルのフィルム、コーティングまたは構造層を意味しうる。よって、図２の構成要素は、図１に示す種類の画素構造、または、三重モードＬＣＤ、幾つかの設計の半透過型ＬＣＤ、および電子新聞として機能するように最適化されたＬＣＤを含めた他のＬＣＤ画素構造に一体化されてもよい。
【００３２】
ある実施の形態では、回折格子２０２は、それぞれが液晶材料で満たされた複数の溝２０９Ａ、および、溝を分離し画成する複数の格子壁２０９Ｂを備える。ある実施の形態では、溝２０９Ａと壁２０９Ｂの幅の合計は０．５μｍであり、溝および壁は、約２μｍの深さを有する。さまざまな実施の形態では、回折格子の周期および深さは０．１〜１０μｍの範囲でありうる。溝２０９Ａにおける特定の液晶材料は重要ではなく、ディスプレイに通常用いられる種類のさまざまな従来のＬＣ材料が使用されうる。図２に示すタイプの格子は、例えば、さまざまな入力角における周波数４００〜７００ナノメートルの光の全可視スペクトルにわたり、高い回折効率を示すことが判明した（ある実施の形態では９０％を超える）。入力角は、典型的には６０度±２０度である。
【００３３】
平面図で見ると、回折格子２０２は、細長い直線の壁２０９Ｂによって分けられた細長い直線の液晶溝２０９Ａを含みうる。さまざまな実施の形態では、長方形のＬＣＤパネルまたはモジュールに関して、細長い溝２０９Ａおよび壁２０９Ｂの長さは、ＬＣＤパネルの長い側に対して平行または垂直のいずれかに方向付けられうる。
【００３４】
実施の形態では、回折格子２０２は、化学エッチング、レーザエッチングおよび他の方法を用いて溝に曝露したガラスまたは酸化物でできている。回折格子２０２は、トランジスタ、回路、または集積電子機器を含みうる、回折格子の上部および底部側を覆い、それぞれスイッチ２０８を通じて電源２０６の柱に連結した、第１および第２の電極２０４Ａ、２０４Ｂをさらに備える。よって、電源２０６は、電極２０４Ａ、２０４Ｂに選択的に適用され、電極の間に電位差を発生する。ある実施の形態では、溝２０９Ａは、電圧が印加されず、回折格子２０２を透過させる場合には、通常、第１の屈折率（回折率）を有する。
【００３５】
ある実施の形態では、電源２０６から電圧が印加されない場合に、溝２０９Ａにおける液晶材料の屈折率（回折率）は、格子の残りの屈折率（回折率）と一致し、したがって、格子は、視聴者には、材料の均一なシートに見える。スイッチ２０８を閉じることにより電源２０６から電圧が印加される場合、液晶材料の回折率は、格子の残りの回折率とは異なるようになり；その結果として、格子に入る光は回折する。さらには、広範囲の入力角からの光が回折する。
【００３６】
透過型ＬＣＤ、またはＬＣＤの透過部に関連して、図２のＬＣＤの動作は、次のように行う。光回折器２１０は、導光板２１２から受信した光に回折を生じるように構成される。導光板２１２から放出される光線２３０は、約６０度の角度で導光板を出て、図２の傾斜した線分２３２で示すように、光回折器２１０を出る際に、約４０〜１４０度の角度で、傾斜した光線のスペクトル分散へと回折される。ある実施の形態では、光回折器２１０は、赤色光を最も浅い角度で回折格子２０２の方向に回折し、青色光を最も急な角度で回折するように構成される。ある実施の形態では、プリズムフィルムまたは回折格子でありうる光回折器２１０は、赤色を最も急角度で、かつ、青色を最も浅い角度で回折する回折格子２０２によって生じた光の回折を厳密に相殺するような回折または屈折角を提供するように形成される。
【００３７】
電極２０４Ａ、２０４Ｂに電圧を印加し、回折格子２０２に、そこに入る光の回折を生じさせる。光学的原理は、プリズムに入り、屈折光として現れる白色光が、第２のプリズムを使用して白色光へと再結合される、というものである。したがって、図２において、光線２３０は、スペクトル分散して回折格子２０２に入り、図２の光線２３０の垂線部分で示されるように、白色光として整列されて現れる。
【００３８】
画素構造２１６Ａ、２１６Ｂが画素の透過部分にカラーフィルターを含む場合、光は、赤、緑、および青の画素へとさらにフィルタリングされる。あるいは、光源２１４、導光板２１２、光回折器２１０および液晶回折格子２０２を組み合わせて用いて、カラーフィルターなしにモノクロ表示用に使用してもよい。
【００３９】
よって、図２の実施の形態は、偏光子を使用せず、偏光子に関連する光損失を被ることなく、光源２１４からの光が画素構造２１６Ａ、２１６Ｂに達する前に、効果的に整列しうる、ＬＣＤ構造を提供する。壁２０９Ｂが比較的狭いことから（典型的には、幅０．２５μｍ）、回折格子２０２を通過せずに壁に反射する光線によって生じる光の損失は、比較的小さい。光源２１４には、偏光層を使用するＬＣＤよりも低いパワーが必要とされている。ある実施の形態では、偏光層と比較して、図２の回折格子配置を使用するＬＣＤでは、約３分の１のパワーしか消費されないと予想される。
【００４０】
３．反射光用の回折ＬＣＤ
図３は、反射光の効果を補正する再帰反射器を有するＬＣＤの単純化した図である。
【００４１】
もっぱら反射モードで動作するＬＣＤでは、画素は、照明角度を典型的には調節できない光源からの光の反射によって可視化される。このような外部光源としては、太陽光、建築物内部の天井の固定照明、ランプ、および他の光源が挙げられる。この環境では、回折されていない、光源からの光線、または０次回折光線は、視聴者に直接反射されうる。図５は、従来の平らなスムース・リフレクターを使用する画素の反射部に関連した問題を例証する、簡易化した図である。光源４０２は、光線５０２によって表す０次の一部の光線を含めた光をすべての方向に放出する。光線５０２は、平らな上部表面を有する反射部１１０にぶつかる。入射角αは反射角βと等しく、よって、光線５０４は視聴者４０４に直接反射し、ディスプレイ画像に輝点またはホットスポットとして現れる。この影響は望ましくなく、バックライトまたは透過照明なしに動作するＬＣＤの有効性を低減する。
【００４２】
ある実施の形態では、溝の周期が単一の画素面積当たりの特定の最大幅から特定の最小幅まで徐々に変化する、チャープ格子を備えている、第２の回折格子が、反射部１１０上に用いられうる；さまざまな実施の形態では、溝の周期を段階的に増大または減少させたものが用いられうる。チャープ格子は、液晶回折格子または非ＬＣ回折格子を含みうる。あるいは、第２の回折格子は、擬似無作為または無作為に選択される周期値を有する溝を備えていてもよく、反射において白色光または白色に近い光の回折を生じる。この手法は、外部光源からのほとんどの光を回折し、ホットスポットを生じないスペクトル分散を生じさせるが、回折しない０次の光線に完全に対処するものではなく、偏光子または偏光層を使用しないディスプレイにはホットスポットを生じうる。
【００４３】
ある実施の形態では、図３のＬＣＤは、再帰反射器が断面にジグザグのプロファイル、または一連の三角形を示すように、線系列で接合している、傾斜した、または先のとがった反射面３１２を有する複数のコーナキューブを含む、再帰反射器３１０をさらに備える。さまざまな実施の形態では、表面３１２の角度は、断面に見られる三角形の底幅および底角が変化するように、変化して差し支えない。このような変化は、さらに記載するように、０次の光線を光源方向に反射すると同時に、０次ではない次数における光の回折を無作為に引き起こす。隣接した反射面３１２が接合する角度は重要ではなく、さまざまな実施の形態では、０．１〜９０度の範囲でありうる。
【００４４】
ある実施の形態では、再帰反射器３１０は、画素構造２１６Ａ、２１６Ｂの画素の反射部１１０にのみ形成される。ある実施の形態では、再帰反射器３１０は、例えば、スペーサ１１８ａ、１１８ｂを使用して、画素構造２１６Ａ、２１６Ｂを用いて形成される。あるいは、再帰反射器３１０は、ＬＣＤのＴＦＴ層に形成されて差し支えない。あるいは、反射部１１０は、再帰反射器構造の形態をした凹凸のある金属層を使用して形成されうる。
【００４５】
動作では、再帰反射器３１０を使用し、非回折光を光源の方に跳ね返し、よって、視聴者には黒く見える。図４は、再帰反射器を使用する画素の反射部を例証する、簡易化した図である。この配置において、光源４０２からの光線４０６は、再帰反射器３１０の傾斜した反射面３１２の１つにぶつかる。表面３１２における光線４０６の入射角は、表面から跳ね返る光線の反射角に等しく、光線セグメント４１０によって示されるように、視聴者から光源４０２の方に方向付けられた角度で、光線を再帰反射器から出す。光線４０６、４１０は平行であり、視聴者に知覚されず、または黒色と認識されない。その結果、ＬＣＤは、明るい周辺光の条件下で、バックライトなしに、優れた反射透明度を表す。
【００４６】
４．コンピュータ・ディスプレイ
実施の形態は、さまざまなＬＣＤ用途に使用されて差し支えない。ある実施の形態では、電子装置は、図１〜図５に関連して先に述べたように形成された、プロセッサおよびＬＣＤを備える。装置の例としては、ビデオ・モニター、テレビ受信機、腕時計、置時計、および標識が挙げられる。
【００４７】
さらに、実施の形態は、ラップトップ型コンピュータ、ノートブック、ネットブック、ハンドヘルド・コンピュータ、携帯情報端末、携帯電話、および、本明細書に記載したように形成され、コンピュータがディスプレイを生じるように駆動できる、ディスプレイの駆動回路に連結した一体化ＬＣＤを有する他のコンピュータなどのコンピューティング・デバイスを含みうる。
【００４８】
明確な例を示す目的で、図６は、実施の形態を実行するコンピューターシステム６００を例証している。さまざまな実施の形態では、コンピューターシステム６００は、ラップトップ型コンピュータ、ノートブック、ネットブック、ハンドヘルド・コンピュータ、携帯情報端末、携帯電話、または一体化ＬＣＤを有する別のコンピュータのいずれかを備えうる。携帯電話などの特殊用途のコンピューティング・デバイスは、アンテナおよびセルラー無線トランシーバーなど、明確性の目的で図６では省略されている追加のハードウェア素子を含む。
【００４９】
コンピューターシステム６００は、情報の伝達のためのバス６０２または他の通信機構、および、情報を処理するためのバス６０２に連結したハードウェアプロセッサ６０４を含む。ハードウェアプロセッサ６０４は、例えば、汎用のマイクロプロセッサでありうる。
【００５０】
コンピューターシステム６００はまた、プロセッサ６０４によって実行されるべき情報および指示を記憶するために、バス６０２に連結した、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）または他の動的記憶装置などのメインメモリ６０６も含む。メインメモリ６０６はまた、プロセッサ６０４によって実行されるべき指示の実行の間に、一時変数または他の中間情報を記憶させるために使用して差し支えない。コンピューターシステム６００は、プロセッサ６０４の静的情報および指示を記憶するためのバス６０２に連結した読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）６０８または他の静的記憶装置をさらに含む。磁気ディスクまたは光ディスクなどの記憶装置６１０が提供され、情報を記憶および指示するためのバス６０２に連結される。
【００５１】
コンピューターシステム６００は、バス６０２を介して、液晶ディスプレイ６１２に接続されうる。図１、図２、図３、図４の実施の形態は、ディスプレイ６１２と一緒に用いて差し支えない。コンピューターシステム６００は、ディスプレイの駆動回路またはチップセットを備えて差し支えなく、プロセッサ６０４とは別々であるか、または一体化し、プロセッサ６０４がディスプレイドライバに書き込んだデータに基づいた個別のＬＣＤ画素ディスプレイ信号を用いてディスプレイ６１２を駆動するように構成されるか、または、プロセッサ６０４がディスプレイのデータを書き込んだメインメモリ６０６の特定の部分から直接得られる。駆動回路１３０およびタイミング制御装置１４０は、例えば、プロセッサ６０４、および、ディスプレイ６１２に結合されて差し支えない。
【００５２】
英数字および他のキーを含めた入力装置６１４は、プロセッサ６０４への情報の伝達および命令選択をするためのバス６０２に接続される。別の種類の使用者の入力装置は、プロセッサ６０４への指示情報および命令選択を通信し、ディスプレイ６１２上のカーソル移動を制御するためのマウス、トラックボール、またはカーソル方向キーなどのカーソル移動制御６１６である。
【００５３】
コンピューターシステム６００はまた、バス６０２に接続する通信インターフェイス６１８を含む。通信インターフェイス６１８は、ローカル・ネットワーク６２２に接続したネットワークリンク６２０に連結する、二方向データ通信を提供する。例えば、通信インターフェイス６１８は、総合デジタル通信網（ＩＳＤＮ）カード、ケーブルモデム、衛星モデム、または、対応する型の電話線へのデータ通信接続を提供するモデムでありうる。別の例として、通信インターフェイス６１８は、互換性のＬＡＮにデータ通信接続を提供するためのローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）カードでありうる。無線リンクもまた、実行されうる。これらの任意の実行において、通信インターフェイス６１８は、さまざまな種類の情報を示すデジタルデータ流を運ぶ、電気、電磁、または光信号を送信および受信する。
【００５４】
ネットワークリンク６２０は、典型的には、１つ以上のネットワークを通じて他のデータ装置にデータ通信を提供する。例えば、ネットワークリンク６２０は、ローカル・ネットワーク６２２を通じて、ホストコンピューター６２４または、インターネット・サービス・プロバイダー（ＩＳＰ）６２６によって動作されるデータ装置へ、接続を提供しうる。ＩＳＰ６２６は、ひいては、通常「インターネット」６２８と称される、世界的なパケット・データ通信ネットワークを通じてデータ通信サービスを提供する。ローカル・ネットワーク６２２およびインターネット６２８は、両方とも、デジタルデータ流を運ぶ、電気、電磁または光信号を使用する。コンピューターシステム６００にデジタルデータを往復して運ぶ、さまざまなネットワークを通じた信号および、ネットワークリンク６２０上および通信インターフェイス６１８を通じた信号は、伝送媒体の例となる形態である。
【００５５】
コンピューターシステム６００は、ネットワーク、ネットワークリンク６２０および通信インターフェイス６１８を通じて、メッセージを送信し、プログラム・コードを含めたデータを受信することができる。インターネットの例では、サーバ６３０は、インターネット６２８、ＩＳＰ６２６、ローカル・ネットワーク６２２および通信インターフェイス６１８を通じて、アプリケーション・プログラムのための要求コードを伝送する場合がある。受信コードは、それを受信し、および／または、後で使用するために記憶装置６１０、または他の非揮発性記憶装置に保存され、プロセッサ６０４によって実行されうる。
【００５６】
５．拡張および代替
実施の形態は、２００９年７月１５日出願の先行する米国特許出願番号第１２／５０３，７９３号明細書に記載される種類の半透過型ＬＣＤに一体化されうる。実施の形態は、代理人整理番号６０２０３−００２０でとして２００９年７月２８日出願の米国特許出願番号第Ｎ号明細書に記載される種類の三重モードＬＣＤに一体化されうる。
【００５７】
本発明の好ましい実施の形態を例証および説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態のみに限定されないことは明らかであろう。特許請求の範囲に記載される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更、交換、変形、置換および等価物が、当業者には明らかになるであろう。
【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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【国際調査報告】
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