(57)【要約】  液晶デバイス（１）等の透過型空間光変調器のためのバックライトを提供する。バックライトは、前方主表面（４ａ）と後方主表面（４ｂ）とを有する非平面の導光体（４）の光入力側端面（１２）を通して光を供給する光源（５）を備えている。後方主表面（４ｂ）は複数の凹面形状（１０）を有しており、各凹面形状は光入力側端面（１２）と対向する表面（１１）を有している。表面（１１）は、光を前方主表面（４ａ）に向けて前方主表面（４ａ）から出射させるように導く方向に向けられている。表面（１１）は、凹面形状（１０）の位置における後方表面（４ｂ）の接平面に対して傾斜角を有し、その傾斜角は、入力面（１２）からの距離とともに変化する。これにより、導光体（４）からの出力光が所望の出力角度範囲内に集光される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に透過性である空間光変調器のためのバックライトであって、少なくとも１つの第１の光源と、非平面の導光体とを含み、上記導光体は、光を出力するための前方主表面と、後方主表面と、上記少なくとも１つの第１の光源からの光を入力するための第１の副表面とを有し、上記前方主表面は、単一の平面内に含まれ得ないような非平面状であるという意味において非平面であり、上記前方主表面および後方主表面の少なくとも１つは、複数の凹面形状を有し、該凹面形状の第１セットの各々は、上記第１の副表面に対向するほぼ平面の第１の表面を有し、該第１の表面は、上記凹面形状の位置における上記後方主表面の接平面に対して第１の傾斜角を有し、かつ上記少なくとも１つの第１の光源から発せられた光を上記導光体の外へ反射する方向に向けられており、上記第１セットに属する少なくとも１つの凹面形状は、上記第１セットに属する少なくとも１つの他の凹面形状の第１の傾斜角とは異なる第１の傾斜角を有するバックライト。
【請求項２】
上記後方主表面が、上記凹面形状の少なくとも一部を有する請求項１に記載のバックライト。
【請求項３】
上記後方主表面が、上記凹面形状の全てを有する請求項２記載のバックライト。
【請求項４】
上記後方主表面の上記凹面形状の上記第１の表面が、上記光を上記前方主表面に向かって上記前方主表面を通るように反射する方向に向けられている請求項２に記載のバックライト。
【請求項５】
上記少なくとも１つの凹面形状と上記少なくとも１つの他の凹面形状とは、上記第１の副表面からの距離が異なる請求項１に記載のバックライト。
【請求項６】
上記少なくとも１つの凹面形状の位置における接平面と、上記少なくとも１つの他の凹面形状の位置における接平面とは、非平行である請求項１に記載のバックライト。
【請求項７】
上記第１の傾斜角は、上記前方主表面から出射する光の広がり角度を縮小するように構成されている請求項１に記載のバックライト。
【請求項８】
上記後方主表面は、上記少なくとも１つの第１の光源から発せられた光の大部分をほぼ全内部反射する請求項１に記載のバックライト。
【請求項９】
上記導光体は、その前方表面が凹面でありその後方表面が凸面である少なくとも１つの第１の部分を有している請求項１に記載のバックライト。
【請求項１０】
上記少なくとも１つの第１の部分の前方表面および後方表面が円筒形である請求項９に記載のバックライト。
【請求項１１】
上記少なくとも１つの他の凹面形状が、上記第１の副表面からより遠くにあり、かつ上記少なくとも１つの凹面形状よりも小さい第１の傾斜角を有している請求項９に記載のバックライト。
【請求項１２】
上記導光体は、その前方表面が凸面でありその後方表面が凹面である少なくとも１つの第２の部分を有している請求項１に記載のバックライト。
【請求項１３】
上記少なくとも１つの第２の部分の前方表面および後方表面が円筒形である請求項１２に記載のバックライト。
【請求項１４】
上記少なくとも１つの他の凹面形状が、上記第１の副表面からより遠くにあり、かつ上記少なくとも１つの凹面形状よりも大きい第１の傾斜角を有している請求項１２に記載のバックライト。
【請求項１５】
上記導光体が、少なくとも１つの第３の平面の部分を有している請求項１に記載のバックライト。
【請求項１６】
上記第１の傾斜角は、上記第１の副表面からの形状の距離とともに変化する請求項１に記載のバックライト。
【請求項１７】
上記凹面形状は、上記導光体から出射した光を、ほぼ同一の、上記導光体に対する相対的な方向に導くように構成されている請求項１に記載のバックライト。
【請求項１８】
上記凹面形状は、第１群および第２群として構成され、これら第１群および第２群は、上記導光体にわたって分布するように配置され、かつ、上記導光体から出射した光を、ほぼ、上記導光体に対する相対的な方向である、互いに異なる第１の方向および第２の方向のそれぞれに導くように構成されている請求項１に記載のバックライト。
【請求項１９】
上記導光体は、ほぼ一定の厚みを有する請求項１に記載のバックライト。
【請求項２０】
上記導光体は、上記第１の副表面からの距離とともに減少する厚みを有する請求項１に記載のバックライト。
【請求項２１】
少なくとも１つの第２の光源を含み、上記導光体は、上記少なくとも１つの第２の光源からの光を入力するための第２の副表面を有する請求項１に記載のバックライト。
【請求項２２】
上記第１および第２の副表面は、上記導光体の対向する複数の端面を含む請求項２１記載のバックライト。
【請求項２３】
上記凹面形状の第２セットの々は、上記第２の副表面に対向する第２の表面を有し、該第２の表面は、上記凹面形状の位置における上記後方主表面の接平面に対して第２の傾斜角を有し、上記少なくとも１つの光源から発せられた光を上記前方主表面に向かって上記前方主表面を通るように反射する方向に向けられており、上記第２セットの少なくとも１つの凹面形状は、上記第２セットの少なくとも１つの他の凹面形状の第２の傾斜角とは異なる第２の傾斜角を有する請求項２１に記載のバックライト。
【請求項２４】
上記第２セットの上記少なくとも１つの凹面形状と上記少なくとも１つの他の凹面形状とは、上記第２の副表面からの距離が異なる請求項２３に記載のバックライト。
【請求項２５】
上記第２セットの上記少なくとも１つの凹面形状での接平面と、上記少なくとも１つの他の凹面形状での接平面とは、非平行である請求項２３に記載のバックライト。
【請求項２６】
上記第２の傾斜角は、上記前方主表面から出射する光の広がり角度を縮小するように構成されている請求項２３に記載のバックライト。
【請求項２７】
上記導光体は、その前方表面が凹面でありその後方表面が凸面である少なくとも１つの第１の部分を有しており、上記第２セットの上記少なくとも１つの他の凹面形状が、上記第２の副表面からより遠くにあり、かつ上記第２セットの上記少なくとも１つの凹面形状よりも小さい第２の傾斜角を有している請求項２３に記載のバックライト。
【請求項２８】
上記導光体は、その前方表面が凸面でありその後方表面が凹面である少なくとも１つの第２の部分を有しており、上記第２セットの上記少なくとも１つの他の凹面形状が、上記第２の副表面からより遠くにあり、かつ上記第２セットの上記少なくとも１つの凹面形状よりも大きい第２の傾斜角を有している請求項２３に記載のバックライト。
【請求項２９】
上記第２の傾斜角は、上記第２の副表面からの形状の距離とともに変化する請求項２３に記載のバックライト。
【請求項３０】
上記第２のセットが、上記凹面形状の全てを含む請求項２３に記載のバックライト。
【請求項３１】
上記第１のセットが、上記凹面形状の全てを含む請求項１に記載のバックライト。
【請求項３２】
上記複数の凹面形状が、上記主表面内において同一の設置面積を有する請求項１に記載のバックライト。
【請求項３３】
上記第１の表面の表面密度が、上記第１の副表面からの距離とともに増加する請求項１に記載のバックライト。
【請求項３４】
上記第２の表面の表面密度が、上記第２の副表面からの距離とともに増加する請求項２３に記載のバックライト。
【請求項３５】
請求項１ないし３４の何れか１項に記載のバックライトと、少なくとも部分的に透過性である空間光変調器とを含むディスプレイ。
【請求項３６】
上記空間光変調器が液晶デバイスである請求項３５に記載のディスプレイ。
【請求項３７】
上記バックライトと上記空間光変調器との間に配置された単一の輝度向上フィルムを含む請求項３５に記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも部分的に透過性である空間光変調器のためのバックライトに関する。本発明は、そのようなバックライトを含むディスプレイにも関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第４，６１６，２９５号（ヒューレットパッカード(Hewlett Packard)）には、ディスプレイ照明のための基本的な導光体が記載されている（図１）。該導光体は、２つの蛍光灯がそれぞれ両端面に取り付けられた平面状の(flat)平板型(slab-type)導光体からなる。この導光体は、「つや消し面(frosting)」を有しており、この「つや消し面」により光が取り出される(couple out)。しかし、米国特許第４，６１６，２９５号は、「つや消し面」の性質を開示していない。
【０００３】
米国特許第６，９０４，２２５号（日亜化学工業）には、導光体内における全内部反射を防止する形状のためのパターンが記載されている。このパターンは、照明が端面に沿って均一でない、ＬＥＤのような点状照明器に特化されたものである。このパターンは、ＬＥＤ間の形状密度を増加させＬＥＤの近傍の形状密度を低下させて、均一性を向上させる。
【０００４】
特開２００６−０６６２８２号公報（シャープ）には、互いに対向する２つの端面に配置された蛍光灯を備える平面状の平板型導光体が記載されている。導光体の下面には直線状に伸びる三角形の溝が刻まれている。上記溝における一方の蛍光灯の方を向いた面は拡散性であり、他方の面は屈折性である。一方の蛍光灯が点灯されると、主として拡散性の面が照射され、広い出射角が得られる。もう一方の蛍光灯が点灯されると、屈折性の面が照射され、狭い出射角が得られる。
【０００５】
特開２００２−１３１５５５号公報（小池）には、平板型導光体を照明する２つの蛍光灯をそれぞれ両端面に有する平板型導光体が記載されている。上記導光体は、全内部反射を防止する均一散乱媒質からなり、該導光体の頂面上に設けられた直線状の三角形構造物が、散乱光の出射角を変化させる。特開２００２−１３１５５５号公報には、上記三角形構造物が、導光体から光を取り出す(out-couple)ことは教示されていない。また、上記導光体の「均一」散乱構成は、どんな場合であっても非常に良好な均一出射を与えないであろう。
【０００６】
特開２００１−３３２１１２号公報（三菱）には、平板型導光体と、楔形(wedge shaped)、台形、または三角形の構造を構成できる散乱形状とが記載されている。この技術は、１つまたは２つの照明用蛍光灯に適用可能である。この構造は、光の取り出しを制御するが、光の指向性を制御しない。さらに、上記散乱形状は、規則正しいパターンを有しており（このパターンは、原理上は、導光体の上方にて十分な拡散がないように見えるであろう）、そのサイズはその位置によって変化し、これにより、均一性を保つ光取り出しの効率を変化させる。これらの散乱形状のサイズに大きな差があるという問題は、製造時に各散乱形状をそれぞれ違ったようにカットする必要を招く。これにより、製造コストが嵩んだり、製造に時間が掛かったりする可能性がある。
【０００７】
米国特許第６，７６１，４６１号及び米国特許第６，７８６，６１３号（ミネベア(Minebea)）には、蛍光灯照明器とともに使用される平板型導光体が記載されている。この導光体では、前記の散乱形状が、傾斜した三角形の形状を有し、視野角および指向性を向上させるように改良されている。しかし、上記散乱形状は、溝であり、分離した形状となっていない。また、形や分布ではなく上記散乱形状のサイズ（が、位置によって変化して、散乱効率の変化に影響を与える。
【０００８】
米国特許第６，２１１，９２９号（エンプラス(Enplas)）には、テイパー状の導光体が記載されている。該導光体には、側面照明器と、この導光体の下方に配置された反射体とが備えられている。この反射体は、散乱領域を有するように構成されている。バックライト前面を適切に設計することにより、この導光体は、光の指向性を制御することができる。該バックライト前面は、複数のプリズムであってもよいし、分離した１枚のプリズムシートでもよい。上記導光体は、複数の分離した反射体形状を含んでいる。
【０００９】
米国特許第６，６６７，７８２号（ＩＢＭ（登録商標））には、指向性を制御するためのバックライトシステムが記載されている。このバックライトシステムは、蛍光照明器からなる。また、テイパー状の導光体もあり、該導光体の下面上に屈折層が配置されている。該屈折層の下には、さらに他の屈折層が設けられている。この他の屈折層の界面には溝が形成されており、該接触面が反射体として機能する。上記導光体は、複数の分離した反射体形状と複数の屈折層とを含んでいる。
【００１０】
特開２００４−２８８５７０（東芝）には、湾曲された平板型導光体が蛍光光源およびＬＥＤ光源と共に記載されている。光取り出し形状は、光制御板、または導光体内の多数の散乱形状に限定されている。
【００１１】
添付された図面の図１には、公知のタイプの代表的なディスプレイが示されている。ここに示されているディスプレイは、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）などの小型携帯機器、および、ラップトップコンピュータやモニターなどの中型の機器に用いられるものである。該ディスプレイは、平面状の透過型の空間光変調器（ＳＬＭ）を備えている。該空間光変調器は、入力側偏光子２および出力側偏光子３を有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル１となっている。上記パネル１には、バックライトが設けられている。該バックライトの主要な構成要素は、導光体４と、光源（照明器）５と、後方反射体６と、拡散体７と、互いに直交するように配向された輝度向上フィルム８および９とである。
【００１２】
図１の平面に対して垂直な平面内における上記導光体の面積（「サイズ」）は、パネル１の表示領域と少なくとも同じ大きさであり、該導光体の厚みは、他の方向の寸法に比べてずっと小さい。図１に示す導光体４は、平板型の導光体であり、その全領域にわたって厚みが略一定である。一方、上記導光体４として、照明器５に直面する導光体端面から離れるにつれてその厚さが概ね線形的に減少するテイパー型の導光体もまた知られている。
【００１３】
図１に示すバックライトは、平面図上で概ね長方形を有する導光体４の一端面に沿って配置された単一の照明器５を備えている。しかし、複数の端面に沿って複数の照明器が設けられていてもよく、導光体４の互いに対向する２つの端面に沿って複数の照明器が設けられている構成も知られている。照明器５（照明器５が１つの場合）または各照明器５（照明器５が複数の場合）は、一般に、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）または、導光体４の端面の１つ以上に沿って配された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでいる。
【００１４】
反射体６は、導光体４の後方に、導光体４に接触しないように配置されている。反射体６は、典型的には、高効率鏡面反射鏡、または拡散反射鏡である。反射体６は、光の利用効率を向上させるために、導光体４の後方表面から漏れた光を導光体４内部へ戻す。
【００１５】
拡散体７は、光の出力の均一性を向上させるためのものであり、拡散体７なしでは成し得ないほど広い視野角範囲を与える。上記ディスプレイは、典型的には、パネル１の表示面の法線に略沿った「軸上」方向から見る用途を対象としている。よって、輝度向上フィルム８、９は、光の向きを表示面の法線方向、つまり軸方向に変えるように構成されている。輝度向上フィルム８，９は、典型的には、互いに直交するように配向された複数のプリズムを有する複数のレンズ状プリズムである。
【００１６】
導光体４には、その後方表面上に、１０として図示されている複数の光取り出し形状が設けられている。しかし、そのような複数の光取り出し形状は、導光体４の前方表面に設けられていてもよく、導光体４の前方表面および後方表面の両方に設けられていてもよい。そのような複数の光取り出し形状１０は、典型的には、導光体４の２つの主面の一方または両方上に位置する、スポット（spots）、傷（scratches）、または拡散領域の形態であり、光が導光体４の前方表面から出てパネル１に向かうように導光体４中での全内部反射（ＴＩＲ）を防止する。上記複数の光取り出し形状１０は、一般には、まあまあ均一な光出力を前方表面から提供するように構成されているが、出力光は、一般的には、パネル１で直接利用される適切な方向の光が十分均一になっていない。よって、拡散体７および輝度向上フィルム８，９が必須である。
【００１７】
添付の図２は、典型的な光取り出し形状１０を有する典型的な導光体４の導光性能を示しており、拡散体７および輝度向上フィルム８、９の必要性を説明するためのものである。具体的には、図２のグラフは、グラフの下の図に示す方向で定義される出射角（度）に対する、典型的な形状サイズの範囲内における導光体４からの出射光（任意単位）を示す。したがって、上記の典型的な散乱形状１０は、光の大部分が導光体４の出力表面（前方表面）の法線に対して４０度付近の角度で導光体４から出射するように、導光体４から光を取り出す。
【発明の概要】
【００１８】
本発明の第１の態様によれば、少なくとも部分的に透過する空間光変調器のためのバックライトであって、少なくとも１つの第１の光源と、非平面の(non-flat)導光体とを含み、上記導光体は、光を出力するための前方主表面（大きい方の面；major surface）と、後方主表面と、上記少なくとも１つの第１の光源からの光を入力するための第１の副表面（小さい方の面；minor surface）とを有し、上記前方主表面は、単一の平面内に含まれ得ないような非平面状(non-planar)であるという意味において非平面であり、上記前方主表面および後方主表面の少なくとも１つは、複数の凹面形状を有し、該凹面形状の第１セットの各々は、上記第１の副表面に対向するほぼ平面の第１の表面を有し、該第１の表面は、上記凹面形状の位置における上記後方主表面の接平面に対して第１の傾斜角を有し、かつ上記少なくとも１つの第１の光源から発せられた光を上記導光体の外へ反射する方向に向けられており、上記第１セットに属する少なくとも１つの凹面形状は、上記第１セットに属する少なくとも１つの他の凹面形状の第１の傾斜角とは異なる第１の傾斜角を有するバックライトが提供される。
【００１９】
上記後方主表面が、上記凹面形状の少なくとも一部を有していてもよい。上記後方主表面が、上記凹面形状の全てを有していてもよい。上記後方主表面の上記凹面形状の上記第１の表面が、上記光を上記前方主表面に向かって上記前方主表面を通るように反射する方向に向けられていてもよい。
【００２０】
上記少なくとも１つの凹面形状と上記少なくとも１つの他の凹面形状とは、上記第１の副表面からの距離が異なっていてもよい。
【００２１】
上記少なくとも１つの凹面形状の位置における接平面と、上記少なくとも１つの他の凹面形状の位置における接平面とは、非平行であってもよい。
【００２２】
上記第１の傾斜角は、上記前方主表面から出射する光の広がり角度を縮小するように構成されていてもよい。
【００２３】
上記後方主表面は、上記少なくとも１つの第１の光源から発せられた光の大部分をほぼ全内部反射してもよい。
【００２４】
上記導光体は、その前方表面が凹面でありその後方表面が凸面である少なくとも１つの第１の部分を有していてもよい。上記少なくとも１つの第１の部分の前方表面および後方表面が円筒形であってもよい。上記少なくとも１つの他の凹面形状が、上記第１の副表面からより遠くにあり、かつ上記少なくとも１つの凹面形状よりも小さい第１の傾斜角を有していてもよい。
【００２５】
上記導光体は、その前方表面が凸面でありその後方表面が凹面である少なくとも１つの第２の部分を有していてもよい。上記少なくとも１つの第２の部分の前方表面および後方表面が円筒形であってもよい。上記少なくとも１つの他の凹面形状が、上記第１の副表面からより遠くにあり、かつ上記少なくとも１つの凹面形状よりも大きい第１の傾斜角を有しているという構成としてもよい。
【００２６】
上記導光体が、少なくとも１つの第３の平面の部分を有していてもよい。
【００２７】
上記第１の傾斜角は、上記第１の副表面からの形状の距離とともに変化してもよい。
【００２８】
上記凹面形状は、上記導光体から出射した光を、ほぼ同一の、上記導光体に対する相対的な方向に導くように構成されていてもよい。それに代えて、上記凹面形状は、第１群および第２群として構成され、これら第１群および第２群は、上記導光体にわたって分布するように配置され、かつ、上記導光体から出射した光を、ほぼ、上記導光体に対する相対的な方向である、互いに異なる第１の方向および第２の方向のそれぞれに導くように構成されていてもよい。
【００２９】
上記導光体は、ほぼ一定の厚みを有していてもよい。それに代えて、上記導光体は、上記第１の副表面からの距離とともに減少する厚みを有していてもよい。
【００３０】
上記バックライトは、少なくとも１つの第２の光源を含み、上記導光体は、上記少なくとも１つの第２の光源からの光を入力するための第２の副表面を有する構成としてもよい。上記第１および第２の副表面は、上記導光体の対向する複数の端面を含んでいてもよい。上記凹面形状の第２セットの各々は、上記第２の副表面に対向する第２の表面を有し、該第２の表面は、上記凹面形状の位置における上記後方主表面の接平面に対して第２の傾斜角を有し、上記少なくとも１つの光源から発せられた光を上記前方主表面に向かって上記前方主表面を通るように反射する方向に向けられており、上記第２セットの少なくとも１つの凹面形状は、上記第２セットの少なくとも１つの他の凹面形状の第２の傾斜角とは異なる第２の傾斜角を有するという構成としてもよい。
【００３１】
上記第２セットの上記少なくとも１つの凹面形状と上記少なくとも１つの他の凹面形状とは、上記第２の副表面からの距離が異なっていてもよい。
【００３２】
上記第２セットの上記少なくとも１つの凹面形状での接平面と、上記少なくとも１つの他の凹面形状での接平面とは、非平行であるという構成としてもよい。
【００３３】
上記第２の傾斜角は、上記前方主表面から出射する光の広がり角度を縮小するように構成されていてもよい。
【００３４】
上記導光体は、その前方表面が凹面でありその後方表面が凸面である少なくとも１つの第１の部分を有しており、上記第２セットの上記少なくとも１つの他の凹面形状が、上記第２の副表面からより遠くにあり、かつ上記第２セットの上記少なくとも１つの凹面形状よりも小さい第２の傾斜角を有している構成としてもよい。
【００３５】
上記導光体は、その前方表面が凸面でありその後方表面が凹面である少なくとも１つの第２の部分を有しており、上記第２セットの上記少なくとも１つの他の凹面形状が、上記第２の副表面からより遠くにあり、かつ上記第２セットの上記少なくとも１つの凹面形状よりも大きい第２の傾斜角を有している構成としてもよい。
【００３６】
上記第２の傾斜角は、上記第２の副表面からの形状の距離とともに変化してもよい。
【００３７】
上記第２のセットが、上記凹面形状の全てを含んでいてもよい。
【００３８】
上記第１のセットが、上記凹面形状の全てを含んでいてもよい。
【００３９】
上記複数の凹面形状が、上記主表面内において同一の設置面積(footprint)を有していてもよい。
【００４０】
上記第１の表面の表面密度が、上記第１の副表面からの距離とともに増加してもよい。
【００４１】
上記第２の表面の表面密度が、上記第２の副表面からの距離とともに増加してもよい。
【００４２】
本発明の第２の態様によれば、本発明の上記第１の態様に係るバックライトと、少なくとも部分的に透過する空間光変調器とを含むディスプレイが提供される。
【００４３】
上記空間光変調器が液晶デバイスであってもよい。
【００４４】
上記ディスプレイは、上記バックライトと上記空間光変調器との間に配置された単一の輝度向上フィルムを含んでいてもよい。
【００４５】
これにより、光の広がり角度が制御可能な非平面のバックライトを提供することができ、その結果、ディスプレイの視野角をより望ましいものに向上させることができる。これにより、拡散性の弱い拡散体を使用することが可能となり、バックライトが非平面である面内において他のいかなる輝度向上技術をも用いる必要がなくなる。一部の用途では、従来使用されている２つの輝度向上フィルムを両方とも省くような構成も可能である。よって、より薄く安価なバックライトを提供することができる。
【００４６】
さらに、特別な構造の輝度向上フィルムを必要としない。そのようなフィルムを１枚備える場合、従来型のフィルムを使用できる。このような構成によれば、良好な視野角特性を有し、かつより薄くより安価な非平面ディスプレイを提供することができる。
【００４７】
本明細書において、「非平面」という用語は、導光体やディスプレイに使用される場合、少なくとも出力面が、単一の平面内に含まれ得ないような非平面状であるデバイスを意味する。一般に、導光体およびディスプレイパネルは、比較的薄く、それらの互いに対向する面が概ね、同一または類似の外形を有している。導光体については、少なくとも上記出力表面が、単一の平面内に含まれ得ないという意味で非平面であり、概ね後方表面は、略均一な厚み、または比較的緩やかに漸減する厚みを与えるように、類似の「平行」形状に従っている。よって、図１に示すタイプのディスプレイは、パネル１の出力表面（像面）が単一の平面内に含まれ得るという意味で平面であるので、平面である。同様に図１に示す導光体４は、その出力表面が同様に単一の平面内に含まれ得るので、平面である。
【００４８】
本発明は、もっぱら、概ね導光体に対応する形状を有するディスプレイと共に使用される、非平面の導光体に関するものである。導光体は、一次元的または二次元的にかつ連続的に湾曲したものであってもよく、複数の部分を有しておりそれら複数の部分の少なくとも一部が平面のものであってもよい。実際、それら複数の部分の全てが同一平面上になく、かつ平行でない限りにおいては、それら複数の部分の全てが平面であってもよい。
【００４９】
「凹面」および「凸面」という用語は、本明細書においては、特に断らないかぎり、その最も一般的な意味として使用される。具体的には、「凹面」は内側に突出している形状を意味し、「凸面」は外側に突出している形状を意味する。そのような突出を形成する表面は、連続的に湾曲したものであってもよく、湾曲状および／または平面である複数の小面(facets)または表面を持つように多面化された(facetted)ものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、公知のタイプのディスプレイおよびバックライトを示す概略断面図である。
【図２】図２は、図１に示すディスプレイの導光体について、出射角に対する光出力を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の実施形態を構成するディスプレイおよびバックライトを示す概略断面図である。
【図４】図４は、図３に示す導光体の光取り出し形状を示す概略断面図である。
【図５】図５は、図３に示す導光体の光取り出し形状を示す概略断面図である。
【図６】図６は、上記光取り出し形状の概略形状および設置領域(footprint)を示す概略図である。
【図７】図７は、異なる傾斜角の複数の光取り出し形状について、角度方向に対する光出力を示すグラフである。
【図８】図８は、図３に示すタイプのディスプレイおよびバックライトに用いることができる、照明器および導光体を示す概略断面図である。
【図９】図９は、図３に示すタイプのディスプレイに用いることができる、照明器および導光体を示す概略断面図である。
【図１０】図１０は、図３に示すタイプのディスプレイおよびバックライトに用いることができる、照明器および導光体を示す概略断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態を構成するディスプレイおよびバックライトを示す概略断面図である。
【図１２】図１２は、図３に示すタイプのディスプレイおよびバックライトに用いることができる、照明器および導光体を示す概略断面図である。
【図１３】図１３は、図３に示すタイプのディスプレイおよびバックライトに用いることができる、照明器および導光体を示す概略断面図である。
【図１４】図１４は、図３に示すタイプのディスプレイおよびバックライトに用いることができる、照明器および導光体を示す概略断面図である。
【図１５】図１５は、図３に示すタイプのディスプレイおよびバックライトに用いることができる、照明器および導光体を示す概略断面図である。
【図１６】図１６は、図３に示すタイプのディスプレイおよびバックライトに用いることができる、照明器および導光体を示す概略断面図である。
【図１７】図１７は、図３に示すタイプのディスプレイおよびバックライトに用いることができる、照明器および導光体を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図３は、主として、ディスプレイが非平面である点で、図１に示すディスプレイと異なるディスプレイを示す。具体的には、この実施形態では、ディスプレイが、図面の平面に直交する単一の軸を中心として湾曲させられている。したがって、ＬＣＤ１は、円筒形に湾曲されており略一定の厚みを持つ出力表面を有している。入力側偏光子２および出力側偏光子３もこれに対応して湾曲させられており、導光体４、反射体６、拡散体７、および輝度向上フィルム８も同様に湾曲させられている。図３のディスプレイは、拡散体７が図１で必要とされる拡散体よりも拡散性の弱い拡散体である点で、図１に示すディスプレイとさらに異なっており、単一の輝度向上フィルム８しか必要としない。さらに、図３に示す導光体４の構造は、図１に示す導光体４の構造と異なっている。上記ディスプレイは、ディスプレイ前方の観視領域から見たときに画面が凹面になるという意味で、凹面である。
【００５２】
図３に誇張した寸法で示すように、光取り出し形状１０は、導光体４の後方表面内の凹形状である。図４に示すように、光取り出し形状１０の各々は、照明器５から導光体４を通って全般的な方向１３に伝播する光が概ね第１表面１１の方へ進むように、導光体４の光入力側端面１２に対向する第１表面１１を有している。第１表面１１は、光取り出し形状１０の位置における導光体４の後方表面の接平面１５に対し、１４で示す傾斜角をなしている。光取り出し形状１０の各々は、この実施形態では、接平面１５にほぼ垂直な面である第２表面１６を有している。しかしながら、第２表面１６の向きは、例えば製造の便宜のために選択された、他の向きであってもよい。
【００５３】
図５に示すように、光取り出し形状１０は、導光体４の後方表面で反射された光がその後に前方表面の方へ向かって反射されて前方表面から出射されるように、第１表面１１からの全内部反射を制御する。光取り出し形状１０の表面は、導光体４の他の表面と同様に屈折性の表面であり、これら表面での反射は、全内部反射に起因する。第１表面１１等の表面を反射性にするために特別な表面処理を行うことは不要である。
【００５４】
図６は、そのような光取り出し形状の形を示す。この光取り出し形状は、導光体４の後方表面上に典型的な「設置領域」を有しており、その「設置領域」は、正方形であり、導光体４全体にわたって同じサイズである。この例では、各光取り出し形状の設置面積は、２０平方マイクロメートル（μｍ２）である。上記光取り出し形状２０は、規則的なパターンで配列されているように示しているが、それに代えて、ランダムパターンまたは擬似ランダムパターン、もしくは微小凸レンズなどのような他の様式で配列されていてもよい。上記光取り出し形状は、より均一な、あるいはより望ましい、光出力分布を達成するための表面密度を有している。
【００５５】
図７は、局所的な接平面（これによって法線方向が規定される）に対する形状傾斜角を複数の異なる角度にしたときの、光取り出し形状の性能を示す。図３に示すように、光取り出し形状１０の傾斜角は、導光体４の一端から他端に行くに従って変化し、より詳細には光が照明器５から導光体４中へ導かれるときに通る光入力側端面１２からの距離に応じて導光体４の一端から他端に行くに従って変化する。導光体４の前方表面が凹面であり後方表面が凸面である、図３に示す「凹面ディスプレイ」の場合には、凹形状１０が、光入力側端面１２から遠い１０ｂなどのような形状から、光入力側端面１２に近い１０ａなどのような形状まで、（局所的な接平面に対する）傾斜角が次第に減少するようになっている。図３に示す実施形態において、上記傾斜角は、光入力側端面１２からの距離とともに次第に減少する。しかしながら、上記傾斜角は、群を構成する互いに隣接する複数の形状が同一の傾斜角を有する一方、群の傾斜角が光入力側端面１２からの距離とともに次第に減少するような、段階的な形で変化してもよい。
【００５６】
上述したように、光取り出し形状１０の配置は、導光体４からの、比較的均一な光出力あるいは他の何らかの所望の配光が達成されるように、選択される。例えば、表面密度（単位面積当たりの光取り出し形状１０の数）は、光入力側端面１２からの距離とともに増加してもよい。
【００５７】
光取り出し形状１０の第１表面１１の傾斜角は、導光体４からの光が所望の角度で広がるように選択されている。上記傾斜角は、例えば、ディスプレイの真ん中における画像表示面の接平面に直交する方向に光出力を集め、それによって軸上で見たときの輝度が最大となるように、選択可能である。したがって、（局所的な接平面に対する）局所法線の、ディスプレイ法線に対する相対的な方向が変化するという事実にもかかわらず、光は、この「ディスプレイ法線」方向へ集められる。例えば、１方向の曲率半径が２００ミリメートル（ｍｍ）である典型的な２．６インチのディスプレイの場合には、光取り出し形状１０の傾斜角は、ディスプレイ法線または視軸の方向およびそれと平行な方向へ光が集められるように、ディスプレイの一端から他端まで行くに従って約３９°と約５１°との間で変化してもよい。
【００５８】
導光体４によってディスプレイの所望の視角範囲内へ光が集められるので、拡散体７は、図１に示すタイプの既知のディスプレイにおける拡散体ほど拡散性の強い拡散体である必要がない。さらに、図３の面内での輝度向上が不要であるので、この機能のために輝度向上フィルムが必要とされない。単一の輝度向上フィルム８は、図３の面に垂直な面内における光の広がり角度の制御をもたらす。
【００５９】
したがって、良好な表示性能(viewing performance)の非平面ディスプレイを提供することができる。特に、所望の観視方向へ光を集めることができるので、比較的明るい画像表示が得られる。拡散性が比較的弱い拡散体で十分であるので、光効率が向上し、また、１つの輝度向上フィルムだけが必要であるので、より薄くより安いディスプレイを提供できる。
【００６０】
図８は、図３に示す「凹面」要素の全てがそれらに対応する「凸面」要素で置き換えられた構成である凸面のディスプレイと共に使用することができる、凸面の導光体４を示している。したがって、そのようなディスプレイは、ディスプレイ前方の法線方向（観視方向）から見たときに、凸面の画面を与える。
【００６１】
凸面の導光体４は、凸面の前方表面４ａおよび凹面の後方表面４ｂを有している。凹面の光取り出し形状１０は、凹面の導光体４の場合と同様に、凸面の導光体４の後方表面４ｂに設けられている。しかしながら、これらの光取り出し形状１０は、光入力側端面１２から遠い１０ｂなどのような形状から、光入力側端面１２に近い１０ａなどのような形状まで、傾斜角が増加する点で、異なる。ここでも、光取り出し形状１０の配置は、導光体の前方表面４ａにわたって比較的均一な光出力を与えるものとすることができる。また、上記傾斜角は、矢印２０で示すように、ディスプレイ法線またはディスプレイ軸に平行な光を主として導くように、選択されている。
【００６２】
照明器５は、細長くてもよく、導光体４の端面の１つに沿って伸びてもよい。例えば、そのような照明器は、冷陰極蛍光灯と反射体とを含んでいてもよい。代替の形態として、照明器５は、端面に沿って間隔を空けて配置された複数の小さい光源、例えば発光ダイオードなどを含んでいてもよい。一部の用途においては、上記照明器をディスプレイの一端面のみに沿って設けてもよい。しかしながら、他の用途では、導光体４の２つ以上の端面に沿って照明を設けることが、必要または好適である。例えば、照明器５ａおよび５ｂを、図９および図１０に示すように導光体の互いに対向する光入力側端面１２ａおよび１２ｂに沿って設けてもよい。
【００６３】
図９は、凸面の導光体４の場合を示している。この場合、凹面の光取り出し形状１０の各々は、「左側」照明器５ａからの光を導光体外へ導くための第１表面１１と、「右側」照明器５ｂからの光を導光体外へ導くための第２表面１６とを有している。図９は、相対的な傾斜角がより明確となるように、導光体４における左側の光取り出し形状１０ａ、中央の光取り出し形状１０ｂ、および右側の光取り出し形状１０ｃをより詳細に示している。したがって、第１表面１１の傾斜角は、光入力側端面１２ａから距離が離れるにつれて増加する一方、第２表面１６の傾斜角は、光入力側端面１２ｂから距離が離れるにつれて増加する。各光取り出し形状１０の第１表面１１および第２表面１６の両方の傾斜角の変化は、導光体４の前方表面４ａにわたって、ディスプレイ法線またはディスプレイ軸の周りの比較的狭い広がり角度内に光を導くようなものである。
【００６４】
図１０に示す凹面の導光体４の場合には、第１表面１１の傾斜角が、光入力側端面１２ａから光入力側端面１２ｂまで行くに従って減少する一方、第２表面１６の傾斜角が光入力側端面１２ｂから光入力側端面１２ａまで行くに従って減少する。導光体４のカーブの真ん中にある光取り出し形状１０ｃについては、第１表面１１および第２表面１６の傾斜角は同一である。実際、これらの傾斜角は、図９に示す凸面の導光体における光取り出し形状１０ｃについての傾斜角と同一にすることができる。
【００６５】
図３に示す導光体４は、略一定の厚みを有する点で「平板」タイプである。しかしながら、テーパー状(tapered)導光体を使用してもよい。凹面ディスプレイのためのテーパー状導光体の例を図１１に示す。導光体４は、光入力側端面１２での最も厚い部分から光入力側端面１２から遠い端面での最も薄い部分まで厚みが次第に減少するように、テーパー状となっている。
【００６６】
前述した種々の実施形態において、導光体４は、ＬＣＤ１の形状に合致するような円筒形の凸面または凹面である単一部分を含んでいる。しかしながら、上記ディスプレイのための形状を、複数の部分を含む他の非扁平(non-flat)形状とすることもでき、導光体を適切な形に形成することができる。他の形状の例を図１２〜１６に示す。
【００６７】
図１２は、３つの扁平(flat)部分４１、４２、および４３を含む「凸面」導光体４を示している。第１部分４１の複数の光取り出し形状１０ａは、同一の傾斜角を有していてもよく、光入力側端面１２からの距離に応じて変化する傾斜角を有していてもよい。第２部分４２の複数の光取り出し形状１０ｃは、光取り出し形状１０ａより大きい傾斜角を有している。第２部分４２の複数の光取り出し形状１０ｃは、同一の傾斜角を有していてもよく、第２部分４２の一端から他端に行くに従って変化する傾斜角を有していてもよい。第３部分４３の複数の光取り出し形状１０ｂは、光取り出し形状１０ｃより大きい傾斜角を有している。第３部分４３の複数の光取り出し形状１０ｂは、同一の傾斜角を有していてもよく、第３部分４３の一端から他端に行くに従って変化する傾斜角を有していてもよい。
【００６８】
図１３は、「凹面」導光体４を示している。この「凹面」導光体４も、第１部分４１、第２部分４２、および第３部分４３を含み、これら部分４１〜４３の各々が扁平である。第１部分４１の複数の光取り出し形状１０ａは、同一の傾斜角を有していてもよく、第１部分４１の一端から他端に行くに従って変化する傾斜角を有していてもよい。第２部分４２の複数の光取り出し形状１０ｃは、光取り出し形状１０ａより小さい傾斜角を有している。第２部分４２の複数の光取り出し形状１０ｃは、同一の傾斜角を有していてもよく、第２部分４２の一端から他端に行くに従って変化する傾斜角を有していてもよい。第３部分４３の複数の光取り出し形状１０ｂは、光取り出し形状１０ｃより小さい傾斜角を有している。これら複数の光取り出し形状１０ｂの傾斜角は、同一であってもよく、第３部分４３の一端から他端に行くに従って変化してもよい。
【００６９】
図１４は、扁平の第１部分４１、凸面の第２部分４２および扁平の第３部部分４３を有する導光体４を示している。第１部分４１の複数の光取り出し形状１０ａは、同一の傾斜角を有していてもよく、第１部分４１の一端から他端に行くに従って変化する傾斜角を有していてもよい。第２部分４２の複数の光取り出し形状１０は、光入力側端面１２からの距離とともに増加する傾斜角を有している。第２部分４２の真ん中にある光取り出し形状１０ｃは、典型的には、光取り出し形状１０ａの傾斜角と略同一の傾斜角を有している。第３部分４３の複数の光取り出し形状１０ｂは、互いに同一で、かつ光取り出し形状１０ａの傾斜角と同一の傾斜角を有していてもよく、第３部分４３の一端から他端に行くに従って変化する傾斜角を有していてもよい。
【００７０】
図１５は、図１４に示す導光体４の「凹面の」等価物を示している。このように、図１５の導光体４は、第２部分４２が凹面である点、および光入力側端面１２からの距離とともに減少する傾斜角を持つ光取り出し形状１０ｃを有している点で、図１４の導光体４と異なっている。光取り出し形状１０ａおよび１０ｂの傾斜角は、互いに略等しく、かつ、第２部分４２の真ん中での上記形状の傾斜角と等しくすることができる。
【００７１】
図１６に示す導光体４は、概ねＳ字形の断面を持ち、小さい扁平の端部である第１部分４１、凸面の第２部分４２、凹面の第３部分４３、および小さい扁平の端部である第４部分４４を含んでいる。端部４１および４４は、同一または類似の傾斜角を持つ光取り出し形状１０ａおよび１０ｂを有しており、これらの傾斜角はまた、第２部分４２および第３部分４３の真ん中における光取り出し形状１０ｃおよび１０ｄの傾斜角に同一または類似である。第２部分４２の複数の光取り出し形状は、光入力側端面１２からの距離とともに増加する傾斜角を有している一方、第３部分４３の複数の光取り出し形状は、光入力側端面１２からの距離とともに減少する傾斜角を有している。
【００７２】
前述したように、光取り出し形状１０は、導光体４によって出力された光が、単一の方向に、すなわちディスプレイの視軸の方向に、比較的小さな角度範囲内へ集められるように、構成されている。しかしながら、光取り出し形状１０は、光が集められる角度範囲または方向が２つ以上存在するように、構成されていてもよい。例えば、そのような導光体を、異なる画像についての異なる表示を異なる方向にもたらすディスプレイのためのバックライトに使用してもよい。そのようなディスプレイを、３Ｄ効果が得られるために観察者の両目に見えることが必要な２つの（またはそれより多くの）立体映像を表示するための裸眼立体ディスプレイとして使用してもよい。他の用途は、マルチビューディスプレイを含んでいる。マルチビューディスプレイでは、複数の観視者が異なる観視位置で見るための複数の独立した画像が必要とされる。例えば、運転手および同乗者に異なる画像または画像列が見えるように構成された車両デュアルビューディスプレイを車両中に設けてもよい。そのような用途では、観視者は、ディスプレイ軸から離れた位置に位置する。
【００７３】
これまでに開示した導光体の何れも、２つ以上の異なる方向へ光を集めるように改変または構成することができる。図１７は、図３に示す導光体４がこの目的で改変された例を示す。この場合、光取り出し形状１０は、導光体４の一端から他端にわたって配置された２つの群として構成されている。上記光取り出し形状は、上記群の一方の１０ａなどのような光取り出し形状が光を導光体４から方向２０ａへ出射させる一方、他方の群の１０ｂなどのような光取り出し形状が光を導光体４から方向２０ｂへ出射させるような、傾斜角を有している。上記２つの群に属する光取り出し形状１０ａおよび１０ｂは、その傾斜角が、導光体４にわたって２つの方向２０ａおよび２０ｂに出力光を集めるように変化する。ここでは、これら方向の両方が視軸（ディスプレイ軸）の片側に曲がっているように示しているが、これら方向の一方が視軸と平行であり、他方が視軸が視軸の片側に曲がっていてもよい。さらに、３つ以上の異なる方向に光を導くために３つ以上の群を設けてもよい。
【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８】
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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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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