(57)【要約】  本発明は、後方照明ユニット（２）およびディスプレイユニット（３）を備えたディスプレイ装置（１）であって、当該ディスプレイ装置（１）の動作中に該後方照明ユニット（２）から放射された光が該ディスプレイユニット（３）の裏面に当たるように構成されたディスプレイ装置に関する。当該ディスプレイ装置の特徴は、前記後方照明ユニット（２）が少なくとも２つの相互に隣接する導光素子（４）を有し、該導光素子（４）間の境界領域（５）において該境界領域（５）以外の領域より高い輝度の光が放射されるように該後方照明ユニット（２）が構成されており、該後方照明ユニット（２）とディスプレイユニット（３）との間にディフューザ層（６）が配置されており、該境界領域（５）における高い輝度を該ディスプレイユニット（３）の適切な駆動制御によって補償するように制御ユニット（７）が設けられていることである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
・後方照明ユニット（２）と、
・ディスプレイユニット（３）
とを有するディスプレイ装置であって、
前記ディスプレイユニット（３）は、当該ディスプレイ装置（１）の動作中に前記後方照明ユニット（２）から放射された光が該ディスプレイユニット（３）の裏面に当たるように配置されている、ディスプレイ装置において、
・前記後方照明ユニット（２）は少なくとも２つの相互に隣接する導光素子（４）を有し、該導光素子（４）の境界領域（５）において、該境界領域（５）以外の領域より高い輝度の光が放射されるように構成されており、
・前記後方照明ユニット（２）とディスプレイユニット（３）との間にディフューザ層（６）が配置されており、
・前記ディスプレイユニット（３）を適切に駆動制御することによって前記境界領域（５）における高い輝度を補償するように制御ユニット（７）が設けられている
ことを特徴とする、ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記ディフューザ層（６）と前記ディスプレイユニット（３）との間に空隙（９）が形成されている、請求項１記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記ディフューザ層（６）はディフューザ膜によって形成されている、請求項１または２記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
２つの隣接する導光素子（４）が前記境界領域（５）において相互にオーバーラップする、請求項１記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
光源として発光ダイオード（１０）が、前記導光素子（４）の側方に光を入力結合するために設けられている、請求項４記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記発光ダイオード（１０）は、前記導光素子（４）が相互にオーバーラップする領域に設けられている、請求項５記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記導光素子（４）の厚さは、前記発光ダイオード（１０）が配置された光入力結合箇所（１１）から低減していく、請求項１記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
当該ディスプレイ装置（３）に対向する前記導光素子（４）の前面は、当該ディスプレイ装置（３）の裏面に対して実質的に平行であり、該導光素子（４）の裏面は各光入力結合面に向かって傾いている、請求項１記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
当該ディスプレイ装置（１）の厚さは１５ｍｍ未満であり、有利には１０ｍｍ未満である、請求項１から８までのいずれか１項記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記ディスプレイユニット（３）は、６０ｃｍを上回る対角線を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記制御ユニット（７）は、ビデオ信号によって決定される表示画像の輝度を前記後方照明ユニット（２）の所定の輝度分布によって除算することにより、前記ディスプレイユニット（３）を駆動制御するための駆動制御信号を生成するように設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
後方照明ユニット（２）を備えたディスプレイ装置（１）のディスプレイユニット（３）の駆動制御方法において、
・ビデオ信号を受信するステップと、
・前記後方照明ユニットから放射された光の既知の輝度分布を使用して前記ビデオ信号を処理するステップと、
・前記後方照明ユニットの輝度差が補償されるように前記ディスプレイユニット（３）を駆動制御するステップ
とを実施することを特徴とする、ディスプレイユニット（３）の駆動制御方法。
【請求項１３】
前記ビデオ信号を前記後方照明ユニット（２）の既知の輝度分布によって除算することにより、前記ディスプレイユニット（３）を駆動制御するための駆動制御信号を適合された輝度で生成する、請求項１２記載のディスプレイユニット（３）の駆動制御方法。
【請求項１４】
請求項１から１１までのいずれか１項記載のディスプレイ装置（１）または請求項１２または１３記載のディスプレイユニットの駆動制御方法で使用される輝度分布のパラメータを形成する方法において、
・前記後方照明ユニット（２）の輝度分布を考慮せずに均質な輝度を表示するようにディスプレイユニット（３）を駆動制御するステップと、
・前記ディスプレイユニット（３）から放射される光の輝度分布を測定するステップと、
・測定された前記輝度分布のパラメータを前記ディスプレイ装置（１）に記憶するステップ
とを実施することを特徴とする方法。
【請求項１５】
均質な色を表示するように前記ディスプレイユニット（３）を駆動制御する、請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後方照明ユニットおよびディスプレイユニットを備えたディスプレイ装置であって、当該ディスプレイ装置の動作中に該後方照明ユニットから放射された光が該ディスプレイユニットの裏面に当たるように構成されたディスプレイ装置に関する。
【０００２】
このようなディスプレイ装置は、コンピュータフラットスクリーンまたはＬＣＤテレビ受像機の通常の構成に関する。異なる色の光を放射するか否か、異なる色の光をどのように放射するかを個々のピクセルごとに決定するようにディスプレイユニットを駆動制御する間、後方照明ユニットはこの光を生成し、この光はディスプレイユニットによって観察者の方向に放射される。
【０００３】
さらに本発明は、ディスプレイ装置のディスプレイユニットの駆動制御方法と、後方照明ユニットの輝度分布のパラメータの形成方法にも関する。
【０００４】
フラットスクリーンないしはＬＣＤテレビ受像機は、従来のモニタないしはテレビ受像機と比較して非常にコンパクトな構成を有するが、技術開発においてディスプレイ装置をさらにフラットに構成する努力がなおも払われている。このことは、フラットスクリーンがノートブックまたはラップトップにおける移動用途で使用される場合に特に重要である。というのもこのような用途では、機器全体の厚さは基本的にディスプレイ装置の厚さとともに決定されるからである。
【０００５】
薄いディスプレイ装置を製造できるようにするために、ディスプレイユニットの直接後方照明を行うのではなく、光を生成する発光コンポーネントを側方に配置し、導光体を介してこの光を所望の領域に出射させることが公知である。しかし特に大きなフラットスクリーンの場合には、製造技術上の理由から相応に大きな導光体を設けることができないという問題がある。長くて細い導光体を相互に隣接して配置することはできるが、このことによって満足な結果を得ることはできない。というのも、画像上で個々の導光体間の境界面に縞が見えるからである。
【０００６】
本発明の課題は、非常にフラットでありかつ画像を縞なしで再現できるディスプレイ装置を提供することである。さらに、相応に適したディスプレイユニットの駆動制御方法を提供しなければならない。
【０００７】
前記課題は、冒頭に述べた形式の次のようなディスプレイ装置によって、すなわち、後方照明ユニットが少なくとも２つの相互に隣接する導光素子を有し、該導光素子の境界領域では該境界領域以外の領域より高い輝度の光が放射されるように該後方照明ユニットが構成されており、該後方照明ユニットとディスプレイユニットとの間にディフューザ層が配置されており、該ディスプレイユニットの適切な駆動制御によって該境界領域における高い輝度を補償するように構成された制御ユニットが設けられているディスプレイ装置によって解決される。
【０００８】
方法に関しては、前記課題は請求項１２記載の方法によって解決される。
【０００９】
本発明の思想は、縞が発生する可能性があるにもかかわらず相互に隣接する複数の導光素子を使用してディスプレイユニットの後方照明を行うことである。本発明の思想では２つの要素が共働する。１つの要素としては、２つの導光素子の境界領域において比較的高い輝度の光が意図的に放射され、もう１つの要素として、「過度に多く」放射された光をディスプレイユニットの適切な駆動制御によってブロックするように構成される。このことを以下では「減光」とも称する。比較的小さい領域において過度に高い輝度を減光するだけでよいので、本発明の構成によるディスプレイ装置の動作を効率的にすることができる。後方照明ユニットとディスプレイユニットとの間のディフューザ層によって、境界領域において上昇した輝度はディスプレイユニットの裏面において褪せた状態で現れ、人間の眼がディスプレイユニット上に縞が形成されたことに気づくことなく、この上昇した輝度を比較的簡単に補償することができる。
【００１０】
本発明の１つの実施形態では、ディフューザ層とディスプレイユニットとの間に空隙が形成され、この空隙はさらに付加的に、境界領域における過剰な輝度を「研磨」するのに使用される。すなわち過渡部を連続的にするのに使用される。
【００１１】
ディスプレイ装置の有利な実施形態では、境界領域において輝度を上昇するために、相互に隣接する導光素子がオーバーラップするオーバーラップ領域に、光出力結合に有利な出力結合構造体を設けることができる。導光体で光が出射することができるのは、特定の前提条件にのみ限られている。すなわち、導光体材料の屈折率と周辺材料の屈折率とに依存する角度条件が満たされた場合にのみ、導光体で光が出射することができる。それゆえ、導光体と周辺との境界領域の特別な構成により、出射光の量を調整することができる。
【００１２】
さらに導光素子の厚さを、ＬＥＤが配置された光入力結合箇所から低減していくことも有利である。このことにより、個々の導光素子の面全体にわたって光出力結合が均質になる。
【００１３】
本発明のディスプレイ装置の有利な実施形態では、該ディスプレイ装置の厚さは１５ｍｍ未満であり、有利には１０ｍｍ未満である。
本発明の基本的構成はとりわけ、６０ｃｍを上回る対角線を有するディスプレイ装置で使用されるのが特に有利である。
【００１４】
本発明によるディスプレイ装置の有利な実施形態では制御ユニットは、ビデオ信号によって決定された表示画像の輝度を後方照明ユニットの所定の輝度分布によって除算し、この除算された輝度によって、ディスプレイユニットを駆動制御するための駆動制御信号を生成するように構成されている。
【００１５】
従属請求項に本発明の別の有利な構成が記載されている。
【００１６】
次に、実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例のディスプレイ装置の概略的な断面図である。
【図２Ａ】輝度分布の一例を示すグラフである。
【図２Ｂ】輝度分布の一例を示す別のグラフである。
【図３】駆動制御信号を生成するための第１の方法のフローチャートである。
【図４】駆動制御信号を生成するための第２の方法のフローチャートである。
【図５】本発明のディスプレイ装置を上から見た平面図である。
【００１８】
図１にディスプレイ装置１を示す。このディスプレイ装置１は、ディスプレイユニット３を前面に有し、かつ、ケーシング内部に配置された後方照明ユニット２を備えている。後方照明ユニット２はこの実施例では２つの導光素子４を有し、これらは境界領域５において相互にオーバーラップしている。導光素子４の構成の詳細は、たとえばＤＥ２０２００５００１５０７Ｕ１から公知である。その点に関してはこの文献を参照し、本願では相応の詳細の説明を繰り返さない。
【００１９】
ディスプレイユニット３と対向する導光素子の前面にディフューザ膜６が設けられている。このディフューザ膜６とディスプレイユニット３との間に空隙９が形成されている。境界領域５では、後方照明ユニット２から放射される光の輝度は上昇されているが、ディフューザ膜６と空隙９とが共働して、この光は鮮鋭な輪郭を有さず、輝度が上昇された領域との過渡部がソフトになる。非技術的に表現すると、この輝度上昇部分は「研磨」される。
【００２０】
導光素子４は楔形の形状を有し、この楔形の厚い側に光入力結合面１１が形成されており、光入力結合面１１にそれぞれ１つの発光ダイオード１０が、略してＬＥＤ１０が配置されている。このＬＥＤ１０から入射された光の一部は導光素子４の境界面で反射され、一部は上方に向かって、ディスプレイユニット３の方向に出力結合される。有利な実施形態では、導光素子の裏面に付加的に反射面１２が設けられる。これによって光損失が回避される。さらにこの反射膜によって、ＬＥＤ１０の光が裏面から、該裏面の上に設けられた導光素子４に侵入するのが阻止される。このように光が導光素子４に侵入すると、この領域において出射光の輝度が無意図で大きく過度に上昇してしまう。
【００２１】
楔形に成形することは、出力される光の輝度が導光素子４の面全体にわたって十分に等しくなることに寄与する。光束は、ＬＥＤ１０から楔形に沿って連続的に小さくなっていく。というのも、光の一部は上方向に出射するからである。しかし本発明のこの実施例では、導光素子４の断面に対して光束はほぼ一定である。
【００２２】
光出射量を制御するために、導光素子が相互に隣接するオーバーラップ領域５において、光出力結合に有利な出力結合構造体を設けることもできる。導光体で光が出射することができるのは、特定の前提条件にのみ限られている。すなわち、とりわけ導光体材料の屈折率と周辺材料の屈折率とに依存する角度条件が満たされた場合にのみ、導光体で光が出射することができる。それゆえ、導光体と周辺との境界領域の特別な構成により、出射光の量を調整することができる。適しているのはたとえば、導光素子内または導光素子表面に出力結合プリズム、粗面加工部またはディフューザを設けることである。導光素子４の表面の形態に関するこのような実施形態により、導光素子の境界面に入射する光ビームの方向が同じである場合にこの光ビームが境界面に入射する角度が、導光素子の場所に応じて異なるようになる。ディフューザによって光ビームの方向が変化し、入射角が導光素子の幾何学的条件によってのみ依存することがなくなる。このようにして、光ビームが境界面に入射する角度、出射できる角度がこのようになる確率が上昇する。
【００２３】
図中の有利な実施例のディスプレイ装置では、境界領域において生成される輝度は、該境界領域５においてより多くの光を出力結合できるように出力結合構造体を形成することによって上昇される。
【００２４】
したがって、一例として示した２つの導光素子４が相互にオーバーラップする境界領域５では、上記の構成により、該導光素子４がオーバーラップしない領域よりも後方照明ユニット２の放射光の輝度が高くなり、図２Ａに示したような後方照明ユニット２における輝度分布が得られる。両導光素子４間の境界領域では輝度が上昇するのに対し、該境界領域以外の領域では輝度が均質になる。
【００２５】
図２Ａに示した輝度分布は、この実施例では構造に拠るものであるから、事前に決定されている。このような事前に既知の輝度分布ないしは事前決定された輝度分布を関数または値テーブルとして、ディスプレイユニット３の駆動制御を行う制御ユニット７に格納することができる。ここでインタフェース８を介して、ディスプレイユニット３上に表示すべき画像情報を有するビデオ信号を受け取ると、このビデオ信号を処理して駆動制御信号を形成する。図３にこのことを示す。この処理では、後方照明ユニット２の既知の輝度分布を考慮して、ディスプレイユニット３を後方照明ユニット２の境界領域５では相応に比較的暗く制御する。このことにより、境界領域５において上昇された後方照明ユニット２の輝度が補償される。技術的に見ると、ディスプレイユニット３を駆動制御するための駆動制御信号と後方照明ユニット２の輝度分布とを乗算すると、インタフェース８で受信されたビデオ信号に基づいて表示すべき輝度が得られる。このような関係に基づき、適切な駆動制御信号をビデオ信号から比較的簡単に計算することができる。
【００２６】
さらに付加的に、後方照明ユニット２の輝度を調整するために制御ユニット７をＬＥＤ１０に接続することもできる。この場合には図４に示されているように、ディスプレイユニット３を駆動制御するための駆動制御信号を生成する際にＬＥＤの駆動制御を考慮しなければならない。というのも輝度分布は、構造に起因するファクタにもＬＥＤの駆動制御にも依存するからである。
【００２７】
境界領域５において輝度を上昇する本発明の構成はエネルギー効率の観点で特に有利である。というのも、ディスプレイユニット３によってブロックすべき後方照明ユニット２の光の量が比較的小さくなるからである。これは図２Ａを参照すると、グラフにおいて一定の輝度レベルを超える斜線表示された領域で示されている。この領域はすなわち、境界領域５の領域である。境界領域５が比較的暗い領域になるように導光素子４が構成されていると、フィルタリングによって取り出されねばならない光が格段に多くなる。すなわち、図２Ｂ中で破線を超える領域において光を格段に多く取り出さねばならなくなる。それゆえ、境界領域５において輝度を上昇させることにより、それに伴ってエネルギー効率が改善される。
【００２８】
ディフューザ層としては有利にはディフューザ膜６が使用される。というのも、ディフューザ膜は大面積で製造できるので、ディフューザ膜がカバーする導光素子４は多くなり、境界領域５における導光素子４のエッジもカバーするからである。
【００２９】
それゆえ、後方照明ユニット２の光を生成するために発光ダイオードを使用するのが特に有利である。というのも、発光ダイオードは非常に小さいからである。２つの導光素子４がオーバーラップするオーバーラップ領域に発光ダイオード１１を配置するのが有利であることが判明している。というのも、導光素子４の表面にわたって輝度分布が均質になるからである。とりわけ発光ダイオード１０が、定義された指向特性を有する場合、導光素子４内のビーム経路を比較的正確に計算して導光素子４を適切に構成することができる。
【００３０】
ストリップ状の導光素子４を使用することにより、特に大きなディスプレイでは、後方照明の最大輝度を高くすることができる。というのも、熱的な問題が回避されるからである。このことは、図５に基づいて説明する実施例から理解できる。寸法ａ＊ｂを有するディスプレイでは、ディスプレイの対角線の２倍は寸法２ａ＊２ｂになる。すなわち４倍の面積になる。後方照明の輝度が一定である場合、４倍の数のＬＥＤを使用しなければならない。しかし、導光体が１つである場合には、端でしか光を入力結合することができない。しかし周面面積を２倍にすると、周面においてＬＥＤの厚さをさらに２倍にしなければならないことになる。したがって、このような周面に関する熱発生も２倍になり、熱的問題が顕著になる。
【００３１】
上記のようなストリップ状の導光素子を使用することにより、各導光素子４あたり長さが２倍になり、ＬＥＤの間隔が等しい場合には２倍の数のＬＥＤを使用することができる。それと同時に、使用される導光素子４の数も２倍になるので、熱負荷が上昇することなく使用されるＬＥＤの数は４倍になる。したがって、面倒な冷却手段を必要とせずに非常に大きなディスプレイを実現することもできる。
【００３２】
本発明のディスプレイ装置の有利な拡張形態では、後方照明に白色光のみを使用するのではなく、異なる色の光を生成できるいわゆるＲＧＢ発光ダイオードが使用されるか、またはそれぞれ異なる色の複数のＬＥＤが使用される。表示すべき画像情報に依存して異なる色で後方照明を行うことができる。このことにより、知覚される画像の彩度が上昇し、コントラストが上昇する。こうするために制御装置７は、ディスプレイユニット３を制御するための制御信号をビデオ信号に対して輝度に関してのみ変更するのではなく、色に関しても変更するように構成されている。それと同時に、観察者に対しても適正な色印象が与えられるように後方照明ユニット２を駆動制御する。
【００３３】
本発明のディスプレイ装置のより改善された構成では、より多くの導光素子４をマトリクス配置する。このことにより、観察者に対して表示すべき画像の褪せた画像を後方照明ユニット２によって表示することができる。たとえば１２個の導光素子４を使用して、４×３のマトリクスで配置することができる。後方照明ユニット２は粗い画像をディスプレイユニット３の裏面に投影するのに対し、ディスプレイユニット３自体は表示色のニュアンス付けを行い、鮮鋭な高コントラストの画像が表示されるようにする。さらにこのような構成により、エネルギー効率がさらに改善されるという利点も得られる。すなわち、消費エネルギーが低減される。
【００３４】
本発明のディスプレイ装置により、動画像において知覚される画像鮮鋭度を改善するための付加的な手段、すなわち「走査バックライト」または「点滅バックライト」と称される付加的な手段を、特に簡単に変換することができる。このような技術により、通常は連続的に照明するディスプレイ後方照明部は、シーケンシャルにクロック制御される後方照明部に置き換えられる。このような構成では、ディスプレイのピクセル領域に対して全画像期間の一部で後方照明部がスイッチオフされる。人間の眼の知覚特性により、このようにして生成される動画像はより鮮鋭に知覚されるようになる。本発明では後方照明ユニットをストリップに分割し、各ストリップごとに別個のＬＥＤ列を使用すると、一続きの高輝度のストリップを特に簡単に実現することができる。ストリップが続く周波数は、有利にはディスプレイの画像繰り返し周波数に適合される。
【００３５】
本発明のディスプレイ装置の別の構成も、当業者がなし得る範囲内であり、本発明に含まれる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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