(57)【要約】  この発明は、画像表示領域を含むディスプレイデバイス用のアンビエント照明システムに関する。実質的に点状であってアレイに配置された制御可能な複数の光源が設けられ、それぞれが、ディスプレイの周囲を取り囲み、視聴者に視覚的に見える領域上に少なくとも１つの波長の光ビームを放出するように適合される。画像アナライザは、表示画像のビデオデータから色情報を決定し、この色情報は、放出された光ビームの発光色を制御するための制御パラメータとして用いられる。複数の光源の実質的に点状の特性及びアレイ内のこれらの配置により、領域上の放出された光ビームは、画像表示領域の少なくとも部分的な拡張を提供するように、ピクセル化画像を形成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示領域を含むディスプレイデバイス用のアンビエント照明システムであって、
前記表示領域の少なくとも部分的に周囲を取り囲む、視聴者に視覚的に見える領域に少なくとも１つの波長の光ビームをそれぞれ放出する複数の制御可能な光源と、
放出された前記光ビームの発光色を制御するための制御パラメータとして用いられる色情報を表示画像のビデオデータから決定する画像アナライザとを有し、
前記複数の光源は、アレイ内に実質的に点状に配置され、前記アレイ内の前記複数の光源の配置は、前記領域上の放出された光ビームの位置が前記画像表示領域の少なくとも部分的な拡張を提供するピクセル化画像を形成するようになる、アンビエント照明システム。
【請求項２】
点状の前記複数の光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する、請求項１に記載のアンビエント照明システム。
【請求項３】
点状の前記複数の光源の前記アレイは、前記ディスプレイデバイスの周囲又は背面に実質的に設けられた、実質的に点状の前記複数の光源の少なくとも２つの列及び少なくとも２つの行を有するフレーム状の構造である、請求項１に記載のアンビエント照明システム。
【請求項４】
点状の前記複数の光源の前記アレイは、前記ディスプレイデバイスの周囲又は背面に実質的に設けられた少なくとも２つの行及び２つの列を有する前記複数の光源のフレームを有する、請求項１に記載のアンビエント照明システム。
【請求項５】
出口を持ち、放出された前記光ビームが前記視聴者に視覚的に見える前記領域上に放出される前にコリメータ及び前記出口を通過するように、前記複数の光源に対して位置する前記コリメータを更に有する、請求項１に記載のアンビエント照明システム。
【請求項６】
前記コリメータは、
光を反射する側壁を持つ中空のテーパ筒、及び
全内部反射（total-internal-reflection）により入口から出口に光をガイドするソリッドコリメータ、から選択される、請求項５に記載のアンビエント照明システム。
【請求項７】
前記コリメータの前記出口を通過する前記放出された光ビームが屈折光学要素を通過するように、前記コリメータの前記出口の前に位置する前記屈折光学要素を更に有する、請求項５に記載のアンビエント照明システム。
【請求項８】
前記屈折光学要素は、
正レンズ、
負レンズ、
両凸レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ又は平凹レンズ、
フレネルタイプのレンズ、
ホログラフィックレンズ、
光学要素の焦点距離を変化させ、及び／又は、ビームをリダイレクトするための動力源に接続される能動型光学要素、
ディスプレイの一辺の独立した各ピクセルに対して又は幾つか若しくは全てに対して一緒に、光学要素の焦点距離を変化させ、及び／又は、ビームをリダイレクトするために手動で調節可能な光学要素、
非対称の拡散特性を持つ拡散器を含む拡散器、並びに、
これらの組み合わせ、から選択される請求項７に記載のアンビエント照明システム。
【請求項９】
リダイレクト光学要素は、前記屈折光学要素を通過する光が前記視聴者に視覚的に見える前記領域上の予め規定された位置に放出される前に前記リダイレクト光学要素を通過するように、前記屈折光学要素の前に位置する、請求項７に記載のアンビエント照明システム。
【請求項１０】
リダイレクト光学要素は、
反復的なプリズム状の構造を持つ透明膜、及び
少なくとも１つのコリメータをカバーする負レンズ、から選択される、請求項９に記載のアンビエント照明システム。
【請求項１１】
実質的に点状の前記複数の光源は、前記点状の複数の光源により生成された熱を伝導するプリント回路基板上に取り付けられる、請求項１に記載のアンビエント照明システム。
【請求項１２】
前記複数の光源を調節するために実質的に点状の前記複数の光源に接続された調節機構を更に有し、
前記調節は、前記点状の光源の角度位置と放出された光ビームの角度位置とを調節する、請求項１に記載のアンビエント照明システム。
【請求項１３】
前記視聴者に視覚的に見える前記領域上の放出された光ビームの角度位置を調節するために、液晶効果に基づく電子的に調節可能な光学要素又はリダイレクト光学要素を有する調節機構を更に有する、請求項１に記載のアンビエント照明システム。
【請求項１４】
出力結合構造を有する少なくとも１つの長尺光ガイドを更に有し、
前記光ガイドは、実質的に点状の前記複数の光源の少なくとも１つにより放出された光ビームが、出力結合構造と作用し合って前記光ガイドから抜け出されるまで全内部反射によりガイドされるような角度で光ガイドに導入されるように、１又はそれ以上の実質的に点状の前記光源に結合される、請求項１に記載のアンビエント照明システム。
【請求項１５】
ピクセル化された領域内の各個別ピクセルが予め規定された形状を持つように光ビームを再形成する再形成機構を更に有する、請求項１に記載のアンビエント照明システム。
【請求項１６】
前記再形成機構は、放出された前記光ビームが２又はそれ以上のセグメントを通過するように実質的に点状の前記複数の光源の前に設けられた２又はそれ以上のセグメントで形成された光学要素を有し、
セグメントの形状及びこれらの内部配置は、前記光ビームが前記視聴者に視覚的に見える前記領域上の固定された位置に別々にリダイレクトされるように構成される、請求項１５に記載のアンビエント照明システム。
【請求項１７】
請求項１に記載のアンビエント照明システムを有する画像表示領域を含むディスプレイデバイス。
【請求項１８】
当該ディスプレイデバイスは、
コンピュータモニタディスプレイ、
ブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイ、
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、
有機ＬＥＤディスプレイ（ＯＬＥＤ）、
プラズマ放電ディスプレイ、投写型ディスプレイ、
薄膜プリント光学能動型ディスプレイ、又は
機能的に同等のディスプレイ技術を用いたディスプレイ、から選択される、請求項１７に記載のディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示領域を含むディスプレイデバイス用のアンビエント照明システム、及び、斯様なアンビエント照明システムを有するディスプレイデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
欧州特許第１５５１１７８号明細書は、アンビエント照明によりＴＶを見るときに視聴体験（viewing experience）を高めるというコンセプトである、いわゆるアンビライトを開示している。画像は、ＴＶスクリーンの境界の外側に拡張される。このコンセプト（特徴）は、最近市場に導入され、この特徴を備えたハイエンドのＬＣＤ ＴＶの売上に多大なプラス効果をもたらすことが分かった。
【０００３】
ＴＶ装置の背後に配置されたＣＣＦＬ（cold-cathode-fluorescence；冷陰極蛍光）ランプのような低圧ガス放電灯によって現在実装されるアンビライトコンセプトにおいて、画像の拡張は、ＴＶの背後の壁に映し出される。各ランプは、ディスプレイの背後の壁（又は、ディスプレイに取り付けられた専用の拡散的反射若しくは拡散的出力スクリーン）に、光の"ピクセル"を作り出し、この場合、各ランプの強度が独立して変化され得る。この強度は、特定のアルゴリズムに従って実際のビデオ情報から導出される。原理上、これは、frame-to-frameに基づいて行われる。
【０００４】
アンビライトの全てのバージョンにおいては、ディスプレイの各辺にＣＣＦＬランプのＲＧＢ三つ組（RGB triplet）が存在する。換言すれば、ディスプレイの各辺（即ち、左、右、上及び下）の壁に映し出されたカラー照明の１つのピクセル、それ故、多くても全体で４つのピクセルが存在する。この数は、ＣＣＦＬランプの長さを削減してより多くのランプを並べて配置することにより、原理上、多少増加され得る。全体で８個のピクセルがコストの理由で上限であると思われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、より多くの解像度を持つ低コストのアンビエント照明システム（アンビライト）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様によれば、本発明は、画像表示領域を含むディスプレイデバイス用のアンビエント照明システムであって、少なくとも１つの波長の光ビームを、前記表示領域を少なくとも部分的に周囲を取り囲む、視聴者に視覚的に見える領域にそれぞれ放出する制御可能な複数の光源と、放出された前記光ビームの発光色を制御するための制御パラメータとして用いられる色情報を表示画像のビデオデータから決定する画像アナライザとを有し、前記複数の光源は、アレイ内に実質的に点状に配列され、前記アレイ内の前記複数の光源の配置は、前記領域上の放出された光ビームの位置が前記画像表示領域の少なくとも部分的な拡張を提供するピクセル化画像を形成する、アンビエント照明システムに関する。
【０００７】
小さな寸法により、典型的には複数の光源のそれぞれが１つのピクセルに寄与するように、アレイ内に光源を配置することが可能となる。それ故、ディスプレイを取り囲むピクセル化されたアンビエント照明が提供される。ここで、"ピクセル"は、ディスプレイの外周に沿ってだけでなく半径方向に沿っても拡張される。その結果、領域上の映し出された光の解像度がより高くなる。また、光源の小さな寸法により、光源の内部配置及び／又は調節が容易に変えられ得る。色情報という表現により、色及び／又は色の強度が示される。
【０００８】
一実施形態において、点状の光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する。
【０００９】
ガス放電灯とは異なり、ＬＥＤは、安価であり、ほとんどスペースを必要としないという利点を有する。光ビームがどのように集中されるかにより、各ＬＥＤは、少なくとも１つの色の光の"スポット"、即ち、少なくとも１つの色の単一ピクセルを生成する。それ故、多くのＬＥＤを一緒に配置することが可能となり、従って、領域上に（多数のピクセル、即ち、列及び行を持つ）２次元ピクセル画像を生成し、それ故、大きな色域（colour gamut）を提供する。また、適度な数のＬＥＤを備えることで、用いられる照明の総量が既存のＣＣＦＬランプに比べて削減され得る。これらのランプが高電圧及びより高価なドライバを必要とするからである。
【００１０】
一実施形態において、点状の光源のアレイは、ディスプレイの実質的に周囲又は背面に設けられた少なくとも２列及び少なくとも２行の光源を有する。
【００１１】
それ故、ディスプレイの両側若しくは上部／下部又は両方に向かって照射領域を拡張することが可能となる。
【００１２】
一実施形態において、点状の光源のアレイは、ディスプレイデバイスの実質的に周囲又は背面に設けられた少なくとも２行及び２列の実質的に点状の光源を有するフレーム状構造である。
【００１３】
それ故、ディスプレイの外周に沿ってだけでなく半径方向にも沿って表示画像を拡張することが可能となる。
【００１４】
一実施形態において、アンビエント照明システムは、出口を持ち、放出された光ビームが視聴者に視覚的に見える領域に放出される前にコリメータ及び出口を通過するように、光源に対して位置するコリメータを更に有する。
【００１５】
それ故、領域に当たるときの光源の角拡散が削減され、それ故、領域上のピクセルの解像度が高められる。
【００１６】
一実施形態において、コリメータは、光を反射する側壁を持つ中空のテーパ筒（tapered funnel）、及び、全内部反射（total-internal-reflection）により入口から出口に光をガイドするように適合されたソリッドコリメータから選択される。
【００１７】
一実施形態において、アンビエント照明システムは、コリメータの出口を通過する放出された光ビームが屈折光学要素を通過するように、コリメータの出口の前に位置する屈折光学要素を更に有する。
【００１８】
それ故、コリメーションの追加の度合い（degree）が提供される。
【００１９】
一実施形態において、屈折光学要素は、
・正レンズ、
・負レンズ、
・両凸レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ又は平凹レンズ、
・フレネルタイプのレンズ、
・ホログラフィックレンズ、
・光学要素の焦点距離を変化させ、及び／又は、ビームを再指向（re-directional；以下、リダイレクトという）するための動力源に接続される能動型光学要素、
・ディスプレイの一辺の独立した各ピクセルに対して又は幾つか若しくは全てに対して一緒に、光学要素の焦点距離を変化させ、及び／又は、ビームをリダイレクトするために手動で調節可能な光学要素、
・非対称の拡散特性を持つ拡散器を含む拡散器、並びに、
・これらの組み合わせ、
から選択される。
【００２０】
一実施形態において、リダイレクト光学要素は、屈折光学要素を通過する光が視聴者に視覚的に見える領域上の予め規定された位置に放出される前にリダイレクト光学要素を通過するように、屈折光学要素の前に位置する。
【００２１】
それ故、光源によって放出された光ビームの角度位置（angle position）は、前記領域上の意図した位置にリダイレクトされ得る。また、光源を駆動させるために用いられた駆動エレクトロニクスの少なくとも一部は、プリント回路基板上に配置されてもよい。
【００２２】
一実施形態において、リダイレクト光学要素は、
・反復的なプリズム状の構造を持つ透明膜、及び
・少なくとも１つのコリメータをカバーする負レンズから選択される。
【００２３】
一実施形態において、実質的に点状の光源は、プリント回路基板上に取り付けられ、この回路基板は、点状の光源により生成された熱を伝導するように適合される。
【００２４】
それ故、回路基板も、光源により生成された熱を伝導して無くすので、"冷却"部としての役割を果たす。
【００２５】
一実施形態において、アンビエント照明システムは、光源を調節するために実質的に点状の光源に接続された調節機構を更に有し、この調節は、点状の光源の角度位置と放出された光ビームの角度位置とを調節することを含む。
【００２６】
それ故、例えば、壁に直接取り付ける代わりに卓上に置くことにより、ディスプレイと前記領域との間の距離が変化する場合において、光源の設定は、光源の角度位置及びそれ故に放出された光ビームの角度位置を変えることにより容易に変化され得る。従って、ピクセル化されたアンビエント照明は、ディスプレイと前記領域との間の距離に対応する。
【００２７】
一実施形態において、アンビエント照明システムは、視聴者に視覚的に見える前記領域上の放出された光ビームの角度位置を調節するために、液晶効果に基づく電子的に調節可能な光学要素又はリダイレクト光学要素を有する調節機構を更に有する。
【００２８】
それ故、ディスプレイと壁との間の距離を変えるときに壁上のアンビエント照明パターンを最適化することが可能となる。最もフレキシブルなシステムは、（非常に実用的ではないにも関わらず）壁上の各ピクセルに対して、ピクセル位置及びピクセルサイズを調節することができる。
【００２９】
一実施形態において、アンビエント照明システムは、出力結合（out-coupling）構造を有する少なくとも１つの長尺光ガイド（elongated light guide）を更に有し、この光ガイドは、実質的に点状の光源の少なくとも１つにより放出された光ビームが、出力結合構造と作用し合って光ガイドから抜け出されるまで全内部反射によりガイドされるような角度で光ガイドに導入されるように、１又はそれ以上の実質的に点状の光源に結合される。
【００３０】
それ故、壁上のわずかなピクセルしか望まない場合（例えば、ディスプレイの各辺に２つ）において、わずかなＬＥＤだけを用いながら、必要とする均一性を得ることがより容易になる。
【００３１】
一実施形態において、アンビエント照明システムは、ピクセル化された領域内の各個別ピクセルが予め規定された形状を持つように光ビームを再形成（re-shaping）する再形成機構を更に有する。一実施形態において、再形成機構は、放出された光ビームが２又はそれ以上のセグメントを通過するように実質的に点状の光源の前に設けられた２又はそれ以上のセグメントで形成された光学要素を有し、セグメントの形状及びこれらの内部配置は、光ビームが視聴者に視覚的に見える領域上の固定された位置に別々にリダイレクトされるように構成される。
【００３２】
即ち、壁上に傾いた角度で円形又は矩形のビームを映し出す場合においては、壁上の結果的スポットは、楕円形又は台形をそれぞれ持つだろう。多くの楕円形又は台形で壁をカバーするときには、これらは、常に、特定の位置でのオーバーラップし過ぎることにより生じた非均一性をもたらし、他の位置で空隙をもたらすだろう。それ故、壁上に傾いた角度で映し出されたときに結果的スポットが例えば矩形になるようにビームを再形成することにより、斯様な非均一性が除去されるだろう。
【００３３】
他の態様によれば、本発明は、アンビエント照明システムを有する画像表示領域を含むディスプレイデバイスに関する。
【００３４】
一実施形態において、ディスプレイデバイスは、
・コンピュータモニタディスプレイ、
・ブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイ、
・液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、
・プラズマ放電ディスプレイ、投写型ディスプレイ、
・薄膜プリント光学能動型ディスプレイ、又は
・機能的に同等のディスプレイ技術を用いたディスプレイから選択される。
【００３５】
本発明の態様は、如何なる他の態様でそれぞれ組み合わせられてもよい。本発明のこれら及び他の態様は、後述する実施形態を参照して明らかになり、説明されるだろう。
【００３６】
本発明の実施形態は、図面を参照して、単なる例により示されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるディスプレイデバイス用のアンビエント照明システムを示している。
【図２】視聴者に向かって見えるピクセル化されたアンビエント照明を図形的に示している。
【図３】本発明によるアンビエント照明の解像度を図形的に示している。
【図４】本発明によるアンビエント照明の解像度を図形的に示している。
【図５】３列のＬＥＤを示すディスプレイデバイスの上面図を示している。
【図６】図５のＬＥＤの正面図及び斜視図を示している。
【図７】３×３ピクセルを生成するＬＥＤのアレイの上面図を示している。
【図８ａ】コリメータリダイレクト光学系の異なる実施形態を示している。
【図８ｂ】コリメータリダイレクト光学系の異なる実施形態を示している。
【図８ｃ】コリメータリダイレクト光学系の異なる実施形態を示している。
【図８ｄ】コリメータリダイレクト光学系の異なる実施形態を示している。
【図９】ディスプレイデバイスの背後の視聴者に視覚的に見える領域上のコリメータ及びスポットを分布する他の態様を示している。
【図１０】ディスプレイデバイスの背後の視聴者に視覚的に見える領域上のコリメータ及びスポットを分布する他の態様を示している。
【図１１】ディスプレイデバイスの背後の視聴者に視覚的に見える領域上のコリメータ及びスポットを分布する他の態様を示している。
【図１２】ディスプレイデバイスの背後の視聴者に視覚的に見える領域上のコリメータ及びスポットを分布する他の態様を示している。
【図１３ａ】領域上の光ビームを再形成する一実施形態を示している。
【図１３ｂ】領域上の光ビームを再形成する一実施形態を示している。
【図１４ａ】ＬＥＤにより放出された光を導く線光源の一実施形態を示している。
【図１４ｂ】ＬＥＤにより放出された光を導く線光源の一実施形態を示している。
【図１５】光ガイドの幾つかの行が多くのピクセルを生成するために一緒に設けられる場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、新規の又は既存のディスプレイデバイス、例えばＴＶ装置と統合される、本発明による画像表示領域１０１を含むディスプレイデバイス用のアンビエント照明システム１００を示している。ディスプレイデバイスは、コンピュータモニタ、ブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤディスプレイ（ＯＬＥＤ）、プラズマ放電ディスプレイ、投写型ディスプレイ、薄膜プリント光学能動型ディスプレイ、又は、機能的に同等のディスプレイ技術を用いたディスプレイであってもよい。
【００３９】
アンビエント照明システム１００は、ディスプレイデバイス上に表示されるべきビデオデータを受信するためのビデオ入力（V_I）１０７、受信したビデオデータから色情報を決定するための画像アナライザ（I_A）１０５、アレイ１１５に配置された実質的に点状の及び制御可能な光源（L_S）１０３、並びに、決定された色情報に基づいて光源の発光色を制御するための制御ユニット（C_U）を有する。色情報は、表示領域１０１の少なくとも一辺の周囲を好ましくはカバーする表示領域１０１の範囲内における予め規定された測定エリアに対して決定される。従って、決定された色情報は、表示領域１０１の周囲の近くの（又は周囲での）画像の色に関する情報を含む。それ故、光源（L_S）１０３が表示領域１０１全体をカバーする場合には、測定エリアは、好ましくは、表示領域１０１の左辺側／右辺側及び上辺側／下辺側の測定エリアを含む。従って、制御ユニット（C_U）に関する動作パラメータ（決められた色情報）は、任意の瞬間での、周囲の近くで（又は周囲で）表示されるべき色である。一例として、左辺側が赤の場合には、光源（L_S）１０３により放出された光は好ましくは赤であり、これに対し、右辺側が部分的に白及び部分的に緑である場合には、光源（L_S）１０３により放出された光は好ましくは部分的に白及び部分的に緑であるだろう。また、決定された色情報が表示領域１０１の周囲の近くの支配的な色を有するようにビデオ入力（V_I）１０７を処理することも可能であるだろう。
【００４０】
アレイ内における光源（L_S）１０３の配置は、視聴者１１７に視覚的に見える領域上の放出された光ビーム１１３の位置、例えば、表示領域１０１の周囲を取り囲むアンビエンス表面、表示領域１０１の周囲を取り囲む少なくとも１つのアンビエンス表面が、画像表示領域の拡張の役割を果たす連続的なピクセル化画像（図２及び３参照）を形成するようになっている。
【００４１】
一実施形態において、実質的に点状の光源１０３は、少なくとも１つの波長の光を放出する発光ダイオード（ＬＥＤ）である。それ故、ＬＥＤは、いわゆるＲＧＢ（Red-Green-Blue） ＬＥＤダイオード、又は１波長だけの光をそれぞれ放出する別個のＲＧＢ ＬＥＤであってもよい。超発光性ＬＥＤ（super luminescent）のようなＬＥＤとレーザとのハイブリッド等の他の光源が実装されてもよい。
【００４２】
簡単にするために、以下においては、実質的に点状の光源１０３はＬＥＤであるが、斯様な光源の他の種類も勿論可能である。
【００４３】
一実施形態において、システムは、光源を調節するために実質的に点状の光源に接続された調節機構（A_M）１２０を更に有し、この調節は、点状の光源の角度位置及び／又は放出された光ビームの角度位置を調節することを含む。
【００４４】
一実施形態において、ＬＥＤ１０３のアレイは、光源の１若しくは典型的には２又はそれ以上の行、及び、１若しくは典型的には２又はそれ以上の列を有する光源（又は他の点状の光源）のマトリックス状の配置であり、これは、ディスプレイデバイスの画像表示領域１０１の背後の又は実質的に周囲の右側及び左側、並びに／又は上側及び下側に取り付けられ得る。光源の斯様なアレイ／マトリックスは、例えば、画像表示領域１０１のサイズに適合される工場生産グリッド構造にＬＥＤを取り付けることにより提供される。
【００４５】
他の実施形態において、光源１０３のアレイは、表示領域１０１の周囲を取り囲むアンビエンス表面１１１の全体が表示画像に関与するように、ＬＥＤの１若しくは典型的には２又はそれ以上の行／列を有するフレーム構造を有する。
【００４６】
それ故、視聴者１１７に関して、"ピクセル"がディスプレイの外周に沿って、又は図２に図形的に示されるように追加的に半径方向に沿って拡張し得るように、ピクセル化されたアンビエント照明が視聴者１１７に向かって見える。ＬＥＤの特性、及びこれらが前記アレイに配置されるという事実により、ユーザに向かう観察領域、例えばディスプレイデバイスの背後のアンビエンス表面上の映し出された光の解像度が非常に高くなる。
【００４７】
図３は、ディスプレイの右側及び左側での３列４行、並びに、上側及び下側での２列２行の解像度を図式的に示している。グリッドは、光スポットの位置を反映する。実際には、スポットは、滑らかな光効果を得るために高オーバーラップを持つだろう。この構成は、５６のアドレス可能なピクセルを持つマトリックス、例えば３０１〜３０３をもたらす。
【００４８】
図４は、２行から１行だけに削減された上部分及び下部分の鉛直解像度を図式的に示している。角部分は３ピクセルから１ピクセルだけに削減され、それ故、許容可能な解像度は、３２ピクセル、例えば４０１〜４０３である。
【００４９】
一実施形態において、光出力は、外縁上で３５ルクス（lux）及びスクリーンの直接縁部で３５０ルクスの最大値をもたらす。これらの境界条件は、ガス放電ランプを用いたときには満たされ得ない。これは、主に、これらの光源のサイズによるものである。光は、十分にコリメートされ得ないようになる。これらは、光源又は他の実質的に点状の光源としてのＬＥＤを用いるときに満たされ得る。
【００５０】
さらに、これらのピクセルを正確に"映し出す"ために要求された光学系（矩形グリッド、ピクセル間のオーバーラップの正確な量、ピクセル内の色の均一性）は、難題をもたらす。他の難題は、異なる使用の場合、即ち、壁に取り付けられた装置、又は（壁からもっと離れる）卓上の装置によってもたらされる。
【００５１】
図５は、デバイスの一の後方角部及び表示領域１０１を示す、ディスプレイデバイス５０１、例えばＴＶ装置の上面図である。この実施形態においては、３列のＬＥＤ１０３ａ〜１０３ｃが存在する。この配置により、典型的な３列のピクセル（図３参照）は、各ＬＥＤが特定のスポット、即ち表面上のピクセルに関与するように、アンビエンス表面１１１上に生成される。
【００５２】
図６は、出口６１０を持つ図５におけるＬＥＤの正面図及び斜視図を示しており、ＬＥＤ１０３ａ〜１０３ｄ（１０３ｄは例えば"黄色"ＬＥＤ）には、アンビエント表面に向かう光の角拡散を削減するためのコリメーション手段が備えられている。
【００５３】
ＬＥＤ１０３ａ〜１０３ｄの光は、ほとんどの場合において、ほぼ１８０度（２πの立体角、即ち半球に対応する）円錐状に放出される。この角拡散は、非常に大きい壁上のスポット（ピクセル）をもたらすだろう。これは、同様に、あまりにも大きすぎるピクセル間のオーバーラップをもたらすだろう。従って、（即ち、角拡散を削減する）コリメーションの幾つかの度合いが必要とされる。効果的及びコスト効果の良いコリメータ６０１の一例は、高度に反射する側壁を持つ中空のテーパ筒である。角拡散の削減は、近似式で、以下の関係により与えられる。
【数１】
2010511988.tif 000003
ここで、Θｉｎ及びΘｏｕｔは、それぞれ、コリメータに入力及び出力する光の角拡散である。コリメート光学系なしでのＬＥＤについては、典型的には、Θｉｎ＝９０°〜１８０°である。Ｄｉｎ及びＤｏｕｔは、それぞれ、入口及び出口でのコリメータの直径を指す。
【００５４】
中空のコリメータ６０１の代わりに、ソリッドコリメータ（solid collimator）は、光が全反射（TIR；total-internal-reflection）により入口から出口にガイドされるように用いられ得る。
【００５５】
コリメーションの幾つかの追加の度合いを得るために、レンズ等の屈折光学要素６０２が用いられ得る。代わりに、ホログラフィックレンズ等の屈折光学要素が用いられてもよい。
【００５６】
光ビーム６０４がアンビエンス表面上の意図した位置に向けられることを補償するために、リダイレクト光学系６０３が用いられる。最も単純な形式において、リダイレクトは、プリズム状の凹凸構造を持つ薄い透明層により行われ得る。
【００５７】
図７は、３×３ピクセルを生成するＬＥＤのアレイの上面図を示している。各矩形は、１又はそれ以上のＬＥＤの上部の単一のコリメータ６０１ａ〜６０１ｃに対応しており、コリメータの上部には、リダイレクト光学要素が設けられている。図７のＡが付されたライン７０１に沿った断面は、リダイレクト光学系との組み合わせのコリメータの幾つかの代替実施形態を示す図８ａ〜８ｄに示される。
【００５８】
コリメータ６０１ａ〜６０１ｃが同一平面内に位置する底部を持つ図８ａ〜ｃに示された実施形態において、ＬＥＤは、ＬＥＤにより生成された熱を伝導するのにも役立つ単一平面のプリント回路基板に取り付けられ得る。製作する観点から、これは有利である。
【００５９】
図８ａにおいて、リダイレクト光学要素６０３ａ〜６０３ｃには、ここでは、例えば表面８０２〜８０４の勾配が増加する僅かに異なる寸法、及びそれ故に光ビーム８０５〜８０７のリダイレクトを持つプリズム状の凹凸構造６０３ａ〜６０３ｃが設けられる。これらの表面の勾配は、ＬＥＤのアレイとディスプレイデバイスの背後のアンビエンス表面との距離に関連して好ましくは最適化される。
【００６０】
一実施形態においては、液晶効果に基づく電子的に調節可能な光学要素又はリダイレクト光学要素を有する調節機構（図示省略）が、少なくとも１つのアンビエンス表面上への光放出ビーム８０５〜８０７の位置を調節するために設けられる。
【００６１】
図８ｂは、代わりに負レンズが光ビームのリダイレクトのためのリダイレクト要素として設けられる、図８ａに示されたものと類似の構成を示す。一実施形態において、凹レンズに関する焦点距離は、ディスプレイデバイスと例えばディスプレイデバイスの背後のアンビエンス表面との間の異なる距離を補償するために調節可能である。
【００６２】
一実施形態として、壁上の各ピクセルについて、これは、ピクセル位置及びピクセルサイズを調節し得る。ピクセル位置は、例えば、
・ＬＥＤ＋コリメータ＋光学系の傾きを手動で調節することにより、
・例えば液晶ベースのリダイレクト光学要素（例えば、プリズム状の構造と平坦な基体との間にはさまれたＬＣ層）を用いることによる電子的手段により、
・ＬＣ層内のＬＣモジュールを再配向することができ、これにより光学要素のリダイレクト特性を変更する電極層及び電位差の態様により、
変更され得る。
【００６３】
ピクセルサイズは、例えば調節可能なＬＣベースのレンズにより光学要素の焦点特性を（手動又は電子的に）調節することにより変更され得る。
【００６４】
図８ｃにおいては、異なる形状のコリメータが、光ビームをリダイレクトするために用いられる。図８ｄにおいて、コリメータの角度位置は、放出された光ビームが正しいスポットでアンビエンス表面に当たるように調節される。一実施形態において、この角度位置は、手動又は電子的のいずれでも調節可能である。
【００６５】
コリメータ及び壁上のスポット９０１〜９０６（ピクセル），１００１〜１００５，１１０１〜１１０５，１２０１〜１２０４を分布する他の手法が図９〜１２に示されている。原理上、幾つかのコリメータが、単一のスポット（ピクセル）を生成するために関与し得ることが留意されるべきである。一例が図１２に示される。
【００６６】
１つが傾いた角度で円形又は矩形ビームを壁上に映し出す場合において、壁上の結果的スポットは、それぞれ、楕円形又は台形の形状を持つだろう。壁を多くの楕円形又は台形でカバーするときには、これらは、常時、特定の位置では非常に大きなオーバーラップにより生じる非均一性をもたらし、他の位置では空隙をもたらすだろう。従って、傾いた角度で壁上に映し出すときに結果的スポットが矩形１３０１になるようなビームを形成することが有利であるだろう。一実施形態において、これは、例えばコリメータ６０１の前に設けられた光学要素を幾つかのセグメント、例えば、光ビームが光学要素を通過するときに、各部分が壁上の僅かに異なる位置に指示される場所で光が４つの部分に分割されるような４つの僅かに異なるセグメントに下位分割（sub-divide）することにより達成される。それ故、壁上の全体のビームスポットは、要求された形状（例えば、円形の代わりに矩形）１３０１を取得する。斯様な状況は、図１３ａ及びｂに示される。
【００６７】
一実施形態において、１又はそれ以上のＬＥＤの上部にコリメータを配置する代わりに、１又はそれ以上のＬＥＤからの光は、最初に線光源（line-source）を作るために用いられる。これは、例えば、ＲＧＢ ＬＥＤからの光を、図１４ａに示される透明な光ガイド１４０１〜１４０２（例えば、プラスチック又はガラスの棒）において入力結合（in-coupling）することにより行われ得る。光ガイドの断面は、円形、矩形、三角形等であってもよい。光は、全内部反射（ＴＩＲ；Total Internal Reflection）によりガイドされる。光ガイドの表面上の出力結合構造（例えば、白塗りのドット）（図示省略）は、ガイド１４０１〜１４０２から抜け出して光を結合するために用いられ得る。この光は、例えば、ＴＩＲ及び屈折（図１４ｂ）の組み合わせを用いる透明なコリメータ１４０３によりコリメートされ得る。より多くのピクセルが、図１５に示された光ガイド１５０１〜１５０４の幾つかの行を用いることにより生成され得る。
【００６８】
開示された実施形態の或る特定の詳細は、本発明の明確さ及び完全な理解を提供するために、限定よりもむしろ説明の目的のために示される。しかしながら、本発明が、この開示の精神及び範囲から著しく逸脱することなく、ここで示された詳細に正確に適合しない他の実施形態において実施され得ることが、当業者によって理解されるべきである。更に、この文脈においては、簡潔さ及び明確さの目的のために、良く知られた装置、回路及び方法論の詳細な説明は、無駄なもの及び起こり得る混乱を回避するために省略されている。
【００６９】
参照符号が参照符号に含まれているが、参照符号の包含は、明確さの理由のためだけであり、特許請求の範囲を限定するものとして考慮されるべきではない。
【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８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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