(57)【要約】ディスプレイパネル、ディスプレイパネルと観察者との間に位置付けられた拡散部材、および指向性バックライト、を備え、指向性バックライトが１５°以下の発散半角を有することを特徴とするディスプレイ装置である。ディスプレイパネルを包囲しているベゼルを隠すために、ディスプレイカバーが好適には、ディスプレイパネル上に表示される画像を観察者に対してシフトさせるように構成される。指向性バックライトおよび拡散ディスプレイカバープレートの使用によって、ディスプレイパネルとディスプレイカバープレートとの間の間隙を極小さくすることが可能になる。
2015516588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ装置において、
画像を観察者に表示するように構成された、液晶ディスプレイパネル、
前記ディスプレイパネルの周囲に配置された、ベゼル、
前記観察者に対して前記液晶ディスプレイパネルの前に位置付けられた、ガラスを含むディスプレイカバープレートであって、該ディスプレイカバープレートが、前記液晶ディスプレイパネルから距離Ｄだけ空隙によって間隔が空けられて配置されており、前記ディスプレイカバープレートが拡散部分を含み、該拡散部分が、その表面に分布された複数のプリズムを備えている、ディスプレイカバープレート、
光を前記液晶ディスプレイパネルに向かう方向に放射するよう構成された、指向性バックライトであって、該指向性バックライトから放射された光の発散半角が、前記ディスプレイパネルの平面の法線に対して１５°を超えないものである、指向性バックライト、
を備えていることを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項２】
前記ガラスが化学強化ガラスであることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記拡散部分が、透明領域のアレイを含む光吸収層を備えていることを特徴とする請求項１または２記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記ディスプレイカバープレートが中心非拡散部分を備えていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記距離Ｄが、前記ディスプレイカバープレートのエッジからの距離に応じて変化することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記拡散部分が、該拡散部分の内部に分布された拡散性粒子を含むことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記拡散性粒子の平均粒子サイズが、１００から３００ｎｍの間であることを特徴とする請求項６記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記拡散性粒子の平均粒子サイズが、１５０から２５０ｎｍの間であることを特徴とする請求項６記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記複数のプリズムのプリズム角度θが、前記拡散部分に亘って直線的に変化することを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記複数のプリズムが、前記ディスプレイカバープレートと前記液晶ディスプレイパネルとの間に位置付けられていることを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が引用されその全体が参照することにより本書に組み込まれる、２０１２年３月９日に出願された米国仮特許出願第６１／６０８９６０号の優先権の利益を米国特許法第１１９条の下で主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、ベゼルフリーディスプレイに関し、特に指向性バックライトを組み込んだベゼルフリー液晶ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００３】
本書においてディスプレイ装置という用語は、限定するものではないが、ラップトップ、ノートブック、タブレット、およびデスクトップなどのコンピュータ、携帯電話、テレビ（ＴＶ）など、視覚的なコンテンツを表示することが可能な全ての装置を包含するよう意図されている。前述の各装置は、個々の構成要素が中に存在し得る物理的ケースまたはキャビネット、回路基板、集積化電子部品などの回路素子、そしてもちろんディスプレイパネル自体など、多くの構成部品を含んでいる。現在こういったディスプレイパネルは、液晶ディスプレイ素子、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ素子、またはプラズマディスプレイ素子と、さらに当然のことながらこれらの素子の多くを包囲および／または配置するガラス基板またはプラスチック基板とを備えた、フラットディスプレイパネルである。典型的にはフラットディスプレイパネルおよびディスプレイ装置自体のエッジ部分は、導線と、パネルの画素を駆動する回路やＬＣＤディスプレイパネルの場合にはＬＥＤ照明器など、ディスプレイパネルの動作に関連する種々の他の電子部品のために利用される。このためフラットディスプレイパネルの製造者は、エッジ部分をベゼルの内部および／または背後に入れるようになった。ベゼルは前述の構成要素を隠すのに役立つが、ディスプレイパネルのエッジ部分を覆い隠して全体の画像サイズを小さくしてしまうことにもなる。
【０００４】
美観の理由からフラットパネルディスプレイの製造業者は、画像の表示エリアを最大にして見た目がより美しい外観を提供するよう、従って画像の周りを囲むベゼルのサイズを最小にするよう努力している。しかしながら、この最小化には実用限界があり、現在のベゼルサイズの幅は３ｍｍから１０ｍｍ程度である。従って、ベゼルが全く存在しないという究極の目標を達成するために、画像形成ディスプレイパネルとディスプレイカバープレートとの間の空隙を減少させながら、同時に画像がパネル表面全体を占めているような印象を観察者に与える、視覚的解決策が既に提案されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本書において説明される実施形態によれば、例えば拡散部材および指向性バックライトを採用することによって、ディスプレイ装置にベゼルフリーの外観が与えられる。
【０００６】
一実施形態例ではディスプレイ装置が開示され、このディスプレイ装置は、指向性バックライト、拡散部材、指向性バックライトと拡散部材との間に位置付けられ、画像を表示するように構成された、ディスプレイパネル、ディスプレイパネルの周囲に配置されたベゼル、ディスプレイパネルの画像を拡大してベゼルを隠蔽するように構成された画像拡大器、を備え、指向性バックライトから放射された光の発散半角が、ディスプレイパネルの平面の法線に対して１５°を超えないことを特徴とする。ＬＣＤディスプレイパネルの場合にディスプレイパネルは、例えば第１の基板、第１の基板にシールされた第２の基板、を備え、第１の基板と第２の基板との間にＬＣＤ材料が位置付けられる。これらの基板は典型的にはガラスから形成される。ディスプレイパネルは、これらの基板の一方または両方に堆積された種々の薄膜材料をさらに含んでもよく、限定するものではないが、薄膜トランジスタ、偏光フィルム、カラーフィルタフィルム、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などの透明導電フィルム、反射防止フィルム、スペーサ要素、アライメントフィルムが挙げられる。
【０００７】
拡散部材は、例えば、ディスプレイパネルと、ディスプレイパネルで形成される画像の観察者との間に位置付けられた、ディスプレイカバープレートを含み得る。拡散部材は、基板の本体の内部など、基板の表面下の基板内部に分布された拡散粒子を有してもよい。いくつかの例において、拡散粒子の平均粒子サイズは１００ｎｍから３００ｎｍの間である。他の例において、拡散粒子の平均粒子サイズは約１５０ｎｍから約２５０ｎｍの範囲内である。いくつかの例において、ディスプレイカバープレートはガラスを含む。このガラスは、イオン交換ガラスなどの化学強化ガラスでもよい。ディスプレイカバープレートは、透明領域のアレイを含む光吸収層を備えてもよい。指向性バックライトは拡散スクリーンを備えてもよく、この拡散スクリーンはディスプレイパネルの対向するエッジ部分には延在しない。分離膜を、ディスプレイパネルのエッジ部分上に位置付けてもよい。
【０００８】
これらおよび他の態様は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読むと、より良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】ディスプレイパネルとベゼルとを備えているディスプレイ装置の前面図
【図１Ｂ】ディスプレイ装置のタイル状アレイの前面図
【図２】ベゼルを隠すためのプリズム領域を含んだディスプレイカバーの前面図
【図３Ａ】ディスプレイカバープレート１６の外表面に（観察者に面して）位置付けられたプリズム領域の一部の概略図であって、個々のプリズムを示している図
【図３Ｂ】プリズム角度θをディスプレイ装置上の位置の関数として示しているグラフ
【図４】ベゼル隠蔽ディスプレイカバーで覆われたディスプレイ装置のディスプレイパネルから離れて位置している観察者を示した概略図
【図５】ベゼル幅Ｗに対する空隙距離Ｄの比率をプリズム角度θの関数としてプロットした図
【図６】ディスプレイパネルの観察者に対してベゼルおよびディスプレイパネルの前に位置付けられた、プリズムアレイを含むディスプレイカバープレートのエッジ部分の断面図であって、観察者から見えるディスプレイパネルの見え方を示している図
【図７】ディスプレイパネルの一部およびベゼルと、図６のプリズムアレイの単一のプリズムを示している断面図
【図８】ディスプレイパネルと観察者との間に位置付けられた拡散部材を含む、ディスプレイ装置の断面図
【図９】ディスプレイパネルと観察者との間に位置付けられた拡散部材を含む、ディスプレイ装置のエッジ部分の一部の拡大図
【図１０】ディスプレイパネルと観察者との間に位置付けられた拡散部材の一部の断面図であって、拡散部材がレンズアレイを備え、基板がアパーチャを含む吸収層を備え、このアパーチャを通して光の伝送が可能になることを示している図
【図１１】導光板を含む指向性バックライトの断面図
【図１２】導光板および転向フィルムの一部の断面図
【図１３】ディスプレイ装置の一部の断面図であって、拡散部材がバックライトと共に使用され、拡散スクリーンの一部がバックライトから取り除かれて、放射される光の指向性を生み出すことを示した図
【図１４】図１３のディスプレイ装置のエッジ部分の拡大図であって、転向フィルムが拡散部材上に配置されている図
【図１５】拡散部材の一部の断面図であって、拡散要素（例えば粒子）が拡散部材内部の拡散層内に分散されている図
【図１６】粒子サイズ約２５μｍでの正規化された散乱断面積を散乱角度の関数として示したグラフ
【図１７】粒子サイズ約２００μｍでの正規化された散乱断面積を散乱角度の関数として示したグラフ
【図１８】粒子サイズ約５００μｍでの正規化された散乱断面積を散乱角度の関数として示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ここで、実施形態例を示している添付の図面を参照し、例を以下でより十分に説明する。可能な限り、図面を通じて、同じまたは同様の部分の参照に同じ参照番号を使用する。ただし、態様は多くの異なる形で具現化し得、本書に明記される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。
【００１１】
テレビのディスプレイパネル、コンピュータモニタ、およびラップトップディスプレイパネルなどのディスプレイ装置の美しさは、これらのディスプレイ装置の周囲に存在しているベゼルのサイズおよび外観に影響される。例えば、ディスプレイパネルの画素を駆動するための電子機器を収容したり、また場合によってはディスプレイ装置用のバックライトを提供したりするために、ディスプレイ装置のベゼルは使用され得る。例えばＬＣＤテレビのディスプレイパネルは、ディスプレイ装置のベゼル領域の範囲内で保持される、複数のバックライト用発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み得る。
【００１２】
ここ数年の傾向では、ベゼルはますます小さくなる方向に向かっている。現在のベゼル幅は３から１０ｍｍ程度である。しかしながら、非常に大型のディスプレイパネルを備えたテレビモデルにおいて、少なくとも２つの縁部で幅２ｍｍであり他の２つの縁部で幅４ｍｍの、幅の小さいベゼル領域が実現された。ただしベゼルが存在していると、それがたとえ小さいものであっても、特にディスプレイ装置をタイル状配列で組み立てて非常に大きい表示画像を形成するとき、依然として気が散る存在になる。このようなタイル状ディスプレイ装置のベゼルは、継ぎ目のない密着した大型画像ではなく、画像「グリッド」という望ましくない外観を与えてしまう。こういった画像を見苦しくする、タイル状ディスプレイ装置を分割する黒い線の存在に、眼は非常に敏感である。
【００１３】
本開示の実施形態は、ベゼルの存在が見えないよう、あるいは少なくとも予測可能な視野角の範囲内で観察者が容易にベゼルに気付くことがないよう、ベゼルを隠蔽するベゼル隠蔽ディスプレイカバープレートを含む。このディスプレイカバープレートは、例えばガラスから形成してもよい。いくつかの実施形態において、このガラスは化学強化ガラスでもよい。
【００１４】
ここで図１Ａを参照すると、フラットディスプレイパネルテレビとして構成されたディスプレイ装置１０が図示されている。以下の説明は主にテレビに関するものであるが、本書で説明する実施形態は他のディスプレイ装置にも適し得、従って説明される実施形態はテレビに限定されないことに留意されたい。ディスプレイ装置１０はディスプレイパネル１２を含み、ディスプレイパネル１２は、その周囲に位置付けられたベゼル１４を有している。ベゼル１４はベゼル部分１４ａ〜１４ｄを含む。ベゼル部分１４ａ〜１４ｄには、ディスプレイ駆動電子機器の他、ディスプレイパネル１２にバックライトを当てるためのエッジ発光ダイオード（ＬＥＤ）などのバックライト用設備を入れることができる。ベゼル部分１４ａ〜１４ｄは、例えば３ｍｍから１０ｍｍの間など、特定の幅を有し得る。特に図１Ｂに示したように、画像全体を見るためにいくつかのディスプレイ装置を２次元に配列している場合には、ベゼル部分１４ａ〜１４ｄは視聴者にとって気を散らす存在になり得る。
【００１５】
このようなベゼル隠蔽特性を実現するための１つの手法は、図２に示したようなフレネルレンズなどの拡大光学素子を、ディスプレイパネルから所定の距離の位置に置くことから構成される。フレネルレンズはマイクロプリズムなどの光学構造を有する。レンズ構造は、例えばディスプレイカバープレート１６に取り付けられるプラスチックフィルム状のものでもよい。ディスプレイパネルとレンズ（例えば、ディスプレイカバープレート）との間の空隙距離を最小にするために、プリズムは非常に高いビーム偏向を導入することが要求される。しかしながら、プリズムでのビーム入射が極めて急角度であると、プリズム表面で全内部反射が生じる可能性がある。これを回避するために、プリズムで導入される偏向角度は制限されるべきである。これは非常に大きい空隙（典型的にはベゼル幅の４〜５倍）の要求に繋がる。しかしながら、指向性のバックライトとディスプレイカバープレートでの拡散表面とを使用することによって、空隙の大きさはベゼル幅の約４倍未満に減少させることができる。
【００１６】
ベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６は、例えば、ディスプレイカバープレートの周囲に隣接する４つのプリズム部分１８ａ〜１８ｄを含む、プリズム領域を備えたものでもよい。以下でより詳細に説明するが、プリズム部分１８ａ〜１８ｄは、観察者に対してベゼル部分１４ａ〜１４ｄの後ろに位置するディスプレイパネル１２の領域に対して光曲げ（屈折）フィルタとして作用する、アレイに配列された多くのプリズムを含む。ディスプレイカバープレートと、プリズム部分１８ａ〜１８ｄで提供される光曲げフィルタは、ベゼルの存在が見えないように、あるいは少なくとも予測可能な視野角の範囲内でベゼルが観察者に容易に見えないようにベゼルを隠すことを可能にする。ベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６は、プリズム部分１８ａ〜１８ｄに境を接している視覚的に透明な中心部分２０をさらに含み得る。この中心部分２０はプリズムを１つも含まず、従って実質的に平坦である。ベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６は、ガラスから作製してもよい。例えばこのガラスは、イオン交換されたガラスなどの化学強化ガラス、酸洗浄ガラス、またはこの両方でもよい。プリズム部分１８ａ〜１８ｄは、例えば３Ｍ社で製造されているビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）画像方向付けフィルム（ＩＤＦ ＩＩ）など、ディスプレイカバープレートに接着することが可能な市販の光曲げフィルタ材料から作製してもよい。ビキュイティは、多くの考えられる光曲げフィルタの解決策のうちの単なる１つであり、単なる非制限の例として本書で示されることを理解されたい。別の例では、光曲げフィルタを直接ディスプレイカバープレート１６に組み込んでもよい。例えば、プリズムを直接ディスプレイカバープレート材料に形成してもよい。以下でより詳細に説明するが、特殊な光曲げフィルタを、観察者からベゼルを隠す目的で最適化および開発することができる。ビキュイティの光曲げフィルタを使用したときには、所望の横方向の画像シフトのおよそ２．７倍の空隙が必要となることに留意されたい。
【００１７】
ここで図３Ａを参照すると、ベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６の、位置付けられたプリズム領域１８の一部が示されている。プリズム部分は、三角形状に成形された多くのプリズム２２を含んでいる。この図においてプリズム２２は、ディスプレイカバープレート１６の外表面に（観察者に面して）位置付けられている。プリズム２２は、ベゼル付近の画像をシフトさせるプリズム角度θを含む。このプリズム角度とは、光がプリズムを通るときに主に通過するプリズムの面（ファセット）で挟まれた角度である。図３Ｂは、ディスプレイ装置１０上の位置の関数としてプリズム角度θを示したグラフである。一般にプリズム２２の角度θは、ベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６のエッジで最大であり、かつディスプレイカバープレートのエッジから離れると０まで減少する（すなわち、プリズムが全てなくなる）べきである。従って、ディスプレイパネル１２で生成された画像のごく一部のみがシフトされる。プリズムアレイの周波数、すなわちプリズムの周期性は、得られる画像のエイリアシングを防ぐよう、ディスプレイパネルの画素の周波数よりも大きいものであるべきである。一般にプリズムは、画素よりも小さいサイズであるべきである。例えば個々のプリズムは、１画素サイズの１／１０ほどの小さいものでもよい。
【００１８】
実線曲線２４は、プリズムの角度θがベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６のエッジから直線的に減少し、距離ｄを超えた中心領域でゼロになる例を示している。点線曲線２６は、プリズムのプリズム角度θが距離ｄに亘って非直線的に変化する例を示している。より複雑な点線曲線２６のプロファイルは、憂慮すべき画像の不連続を防ぐために考慮され得る。
【００１９】
図４は、ディスプレイ装置１０のディスプレイパネル１２から遠く離れて位置している観察者Ｏを概略的に示したものであり、ディスプレイパネルと観察者との間にベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６が位置付けられている。ベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６とディスプレイパネル１２との間には空隙Ｄが存在している。シミュレーションによって、ディスプレイパネル１２から観察者Ｏに放射された光線を追跡し、ディスプレイパネル１２での所与の位置Ｘ１に対し、その光線がベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６にぶつかる位置Ｘ２を示す。あるシミュレーションでは、プリズムは観察者Ｏに面し、またプリズムのプリズム角度はベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６のちょうどエッジ（すなわちベゼル１４の一部の上方）での３２°から、ディスプレイカバープレート１６の外側エッジより約１０ｍｍ離れた位置での０°まで直線的に変化する。シミュレーションでのベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６の屈折率は１．５であり、空隙Ｄは約１５ｍｍであった。
【００２０】
プリズムで生み出すことができるビーム偏向の量は、プリズムの角度θの関数である。図５に示されているグラフは、屈折率を１．５と想定し、さらに視野角約２０°でベゼルを本質的に目に見えないままにできる状態を想定して、ベゼル幅Ｗに対する空隙Ｄの比率をプリズム角度θの関数として示したものである。一例として約４５°のプリズム角度θを用いると、空隙はベゼルの幅の少なくとも４倍である必要がある（比率が４）。
【００２１】
前述のベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６の例によってディスプレイ装置１０などのディスプレイ装置のベゼル付近に提供される局所的光曲げフィルタは、画像の歪みを生じさせ得ることに留意されたい。このような画像の歪みは、例えばプリズムによって導入される光学的歪みを補償するようディスプレイ装置で画素位置を変更することによって軽減することができる。プリズム角度の変動が線形関数である場合には、画像の歪みで画像の局所的な拡大が生じることが示され得るが、これはディスプレイ装置のエッジでより小さい画素ピッチを用いることによって補償することができる。
【００２２】
観察者がディスプレイ装置１０を垂直入射で見ていないとき、ベゼル１４は部分的に、あるいは完全に、目に見える可能性がある。特に、観察者Ｏがディスプレイ装置１０に極めて近い位置にいるとき、観察者は高入射角度でディスプレイカバープレートの全てのエッジを見ることになり、これにより全てのベゼル部分が目に見えるようになり得、例えばテレビが箱の中にあるような印象が与えられ得る。
【００２３】
視野角が増加したときのベゼルの可視性は、ベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６のプリズム部分１８ａ〜１８ｄに拡散テクスチャを加えることによって減少させることができる。画像のこの部分はベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６上に生成されるため、ベゼル部分１４ａ〜１４ｄに近いこの領域で画像は部分的にぼやけ得る。しかしながら観察者の注意は通常画像の中心付近に固定され、周囲の情報は重要なものではないため、大型テレビに１０ｍｍのぼやけたエリアがあっても視覚的に著しく気を散らすことはないであろう。いくつかの例においてプリズム部分１８ａ〜１８ｄは、視野角を広げるためにベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６の各辺にプリズムを有し得る。
【００２４】
ここで図６を参照すると、ディスプレイ装置１０のエッジに極近接してベゼル１４を覆う湾曲部分２８を有している、ベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６のエッジ部分が示されている。湾曲部分２８はプリズム２２を備えている。ベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６の湾曲部分２８の形状は、より幅広い視角に亘ってベゼル１４を隠蔽するように最適化されている。プリズム２２は直接ディスプレイカバープレート１６に形成してもよいし、またはディスプレイカバープレート１６に取り付けられたフィルム上に形成してもよく、あるいは他のプロセスを採用してディスプレイカバープレート１６上で小さいプリズム構造を実現することもできる。これにより非常に大きい視野角で、例えば非限定的な例として４５°で、視覚的にベゼルフリーの画像を生成することができる。
【００２５】
図６に描かれている実施形態には、ディスプレイパネル１２に面した複数のプリズム２２を有する光曲げフィルタ３０を含め、ベゼル隠蔽ディスプレイカバープレート１６の一部が示されている。ディスプレイカバープレート１６は、ディスプレイパネル１２から少し離れた位置に第１の真っ直ぐな中心部分２０を有し、これによりディスプレイカバープレート１６とディスプレイ装置１０のディスプレイパネル１２との間に空隙Ｄが提供される。ディスプレイカバープレート１６は、中心部分２０に接続された湾曲部分２８をさらに備えている。線３２はディスプレイパネル１２によって形成された画像の観察者Ｏの見え方を描いたものであり、画像がベゼル１４上でどのように引き伸ばされる（例えばシフトされる）かを示している。
【００２６】
ここで、プリズム２２がディスプレイパネル１２に面している図６の光曲げフィルタの単一のプリズムを示した図７を参照する。参照番号３０で示した０°の観察位置に対し、点線４０に沿った比較的大きい負の角度γで画像を観察すると、個々のプリズムのプリズムと大気との界面のファセット４２に対するその角度βは非常に小さくなる。角度βが減少し続けると、もはや観察者からディスプレイパネル１２の画像が認められないことを意味する全内部反射の角度に角度βは到達する。例えば欠陥のない画像の視野角γをマイナス６０°までに定めると、全内部反射状態を回避するための最大のプリズム角度θは約６．５°である。この事例において垂直入射でベゼルが見えないようにするためには、空隙Ｄはベゼル幅よりもおよそ１８倍大きいものである必要がある。
【００２７】
全内部反射や視野角範囲の増加に対処するための１つの手法は、プリズムの角度変動プロファイルを最適化することである。湾曲したガラスを用いると空隙距離Ｄを最小にすることができるが、それでも気を散らす視覚的アーチファクトのないまま大視野角を得るためには、典型的な最小の空隙でもベゼル幅のおよそ５倍になることがモデリングにより示された。
【００２８】
前述したいくつかのやり方の基本的な制限は、大きい偏向が必要であるということであるが、非常に幅広い視野角に対して機能するためにプリズムが必要であるということでもある。次に、図８に示したようなディスプレイパネルについて検討する。バックライト４４から放射され、観察者Ｏに向けてディスプレイパネル１２を通り過ぎた光は、例えば発散フレネルレンズアレイ４８および収束フレネルレンズアレイ５０などの画像拡大装置４６を通過する。この事例においてプリズム２２が光路内に挿入されると、プリズムはある特定の視野角に対して有効である。従って、その角度で系は最適化され、空隙とプリズムとの界面で入射する光の全内部反射を生じさせることなく、プリズムは大きな偏向を達成することができる。しかしながらディスプレイパネル１２から放射される光は１つの優先方向のみに伝送されるため、画像は１つの視野角のみで観察者Ｏから明瞭に見ることができる。従って、拡散部材１６ａを画像拡大装置４６と観察者Ｏとの間に位置付けて視野角を広げてもよい。拡散部材１６ａは、例えば光を拡散するように構成されたディスプレイカバープレート１６でもよい。
【００２９】
拡散部材１６ａはディスプレイパネル１２の画素からある所定距離の位置に導入されるため、画像にぼやけが生じ易くなることがある。このぼやけの大きさは以下の方程式によって第１次近似まで判定することができる。
【００３０】
Ｂ＝２Ｄｔａｎ（Ψ）          （１）
ここで、Ｂはぼやけの大きさ、Ｄはディスプレイパネルから拡散部材までの空隙距離、そしてΨはディスプレイパネル１２の平面の法線に対する、バックライト４４から放射された光の発散半角である。ぼやけの大きさを最小にするためには、指向性の程度が高いバックライトが必要であり、すなわち小さい発散半角が必要である。さらに空隙距離Ｄは、ディスプレイパネルのエッジ付近のビーム偏向が大きいと最小限に抑えられるはずである。本書において指向性バックライトとは、バックライトによって放射された光の発散半角が、これが用いられるディスプレイパネルの平面の法線に対して約１５°以下であるようなバックライトである。いくつかの例において、この発散半角は１０°以下でもよい。他の例において、この発散半角は５°未満でもよい。
【００３１】
いくつかの実施形態では、ディスプレイパネル１２と拡散部材１６ａとの間の空隙Ｄは、画像を拡大するために曲げ光学素子が位置付けられるディスプレイ装置１０のエッジの位置のみで生じる。この事例において拡散部材１６ａは、ディスプレイパネル表面のほとんどを覆う位置でディスプレイパネル１２に極近接した状態にあり、画像のぼやけは画像のまさにエッジの位置のみに現れる。
【００３２】
別の実施形態において、バックライト４４はディスプレイパネル１２のエッジ付近でのみ指向性である必要がある。従って図９に示されているように、伝送された画像のエッジ部分のみに影響を与える、拡散部材１６ａを提供してもよい。図９は、ディスプレイ装置のエッジ付近のディスプレイ装置の領域と、ディスプレイパネルのエッジ付近でディスプレイパネル１２から離れるように突出するその位置の拡散部材とを示している。この場合、残り部分の画像伝送プロセスでは、指向性バックライトも拡散部材も必要としない。
【００３３】
従来の拡散部材がディスプレイパネル１２と観察者Ｏとの間に位置付けられると、画像のコントラストがヘイズによって影響を受ける可能性がある。したがって、拡散部材の表面に配置される散乱材料に対立するものとして、バルク散乱要素（すなわち、拡散部材の本体内部に含有された粒子）を採用し（図１５参照）、画像のぼやけを低減させてもよい。
【００３４】
別の例において、図１０に示されているようなディスプレイ装置１０は、好適にはランダムかつ概してアナモフィックなマイクロレンズ５８のアレイ５４の形の拡散部材１６ａ、基板（例えば、ディスプレイカバープレート１６）、および光吸収材料層６０を備えている。例えば光吸収材料層６０は、ディスプレイパネル１２に面している拡散部材の、裏面に形成してもよい。以下のプロセスを用いて拡散部材を形成することができる。第１のステップにおいて、マイクロレンズアレイ、基板、および光吸収材料層を単一のシートに纏めてもよい（所望であれば、マイクロレンズアレイおよび基板が単一のユニットを構成してもよい）。第２のステップにおいて、基板を、マイクロレンズアレイ自体を通じてアパーチャ形成照明、例えば紫外線光に曝し、光吸収材料にアパーチャを生成する。外部のアライメントマスクを使用する必要はなく、また初期のセルフアライメントによって、アパーチャを通じた光の効果的な伝送が実現される。アパーチャ形成照明によって生成されたアパーチャが、バックライト４４からの有用な光度エネルギーのいかなる部分も遮ることのないように、マイクロレンズアレイを設計することができる。同時に、アパーチャ生成後に残っている光吸収材料の密度を最大にするように、マイクロレンズアレイ５４を設計してもよい。アパーチャとは、光吸収材料における、物理的なアパーチャ（孔）または透明なエリアを意味する。具体的事例は光吸収材料とアパーチャ形成照明との間の相互作用に依存し、例えばこの相互作用でアブレーションまたは光化学反応が起こり得る。指向性バックライトからの光は略平行であるため（すなわちコリメート光５６）、マイクロレンズアレイ５４の各マイクロレンズ５８により集められた光ビームは拡散部材１６ａ上で集束される。各アパーチャのサイズが最小になると同時にスクリーンが許容できる画像を生成することができるように、光吸収材料をマイクロレンズアレイに対して位置付けることができる。上述の例においてディスプレイカバープレート１６の表面の大部分は吸収層を含むため、視認されるグレアは著しく低減され得る。
【００３５】
上述の例によれば、拡散部材１６ａを通る光の分布は、以下の方程式によって与えられるサイズを有するスポットのアレイを含む。
【００３６】
ｒ＝ｆ・θ      （２）
ここで、ｒは各スポットの半径、ｆはマイクロレンズアレイ５４の焦点距離である。
【００３７】
ベゼル部分１４ａおよび１４ｂなど２つのみのベゼル部分が隠蔽を要する事例では、単一指向性のバックライトを使用してもよい。ただし、画像のぼやけを回避するために、拡散部材は光が水平方向のみに拡散されるようなものであるべきである。このような拡散部材は、例えばホログラフィック法で作製することができ、またプラスチックシート上に低コストで複製することができる。さらに、光はＸ軸に沿ってのみ指向性であるため、図１０の拡散部材１６ａなど光吸収層を含む拡散部材のマイクロレンズアレイ５４を、シリンドリカルレンズのアレイに置き換えなければならない。拡散部材１６ａはその後、透明な円形アパーチャのアレイの代わりに透明なスリットアパーチャを有するように形成される。
【００３８】
ＬＣＤディスプレイパネルの高品質バックライトにおける現在の傾向は、図１１に描かれているような側面照明設計を使用するものから成り、このとき導光板６２はウェッジ状プレートであり、これが光源６４でエッジから照らされる。例えば光源６４は、複数の発光ダイオードでもよい。あるいは、光源６４は冷陰極蛍光灯でもよい。導光板６２から光を引き出すために、導光板はディスプレイパネル１２に対して所定の角度で位置付けられる。あるいは導光板は、ディスプレイパネルに対して極浅い角度を有するプリズムのアレイを含んでもよい。光は導光板６２内へと伝播し、多数反射した後、少なくとも部分的に導光板から引き出される。単一の光線のみが図示されているが、多数の光線が様々な角度で導光板６２に入り、従って光源６４に対して光は、導光板の長さに沿って導光板から漏れることになる。導光板６２の背面から漏れ得る光を捕獲および反射するために、観察者に対して導光板６２の後ろに反射体６６を設けてもよい。このような構造を不連続な光線追跡でシミュレーションすると、光が約８０°から９０°の範囲の非常に高い角度χで漏れることが見出される。ここで、点線６８はディスプレイパネル１２の平面の法線を表し、またχは導光板６２によって放射される光の発散半角である。図１１に示されているように、転向フィルム７０などの追加のフィルムを使用して、光を垂直入射に近づくように屈折させてもよい。
【００３９】
図１２に示されているように、転向フィルムはプリズム７２のアレイから構成され、これらのプリズムは、各プリズムのある面が入射光の全内部反射を提供して光を曲げるように配置されている。適切な転向フィルムの一例は、３Ｍ社で製造されているビキュイティ（Ｖｉｋｕｉｔｉ）（商標）の転向フィルム（すなわちＴＲＡＦ ＩＩ）である。図１２は、導光板６２の内部を伝播している多数の光線を示している。転向フィルム７０は、転向フィルムがない場合に通常グレージング入射となる光の方向または光線を、導光板６２の角度次第で、比較的狭い放射半角χ（例えば５°）の実質的に垂直入射にシフトさせる。いくつかの例では複数の転向フィルムを組み合わせて採用してもよく、このとき転向フィルムは様々な方向に「向けられる」。
【００４０】
従来のＬＣＤディスプレイでは、著しく強度を低下させることなく画像を大きな視野角で見ることができるように、バックライト４４で放射された光がランバート放射にできるだけ近いことが典型的には求められている。その結果、典型的なバックライトは、Ｘ方向およびＺ方向の両方においてより幅広い角度範囲内に光を分散させるように機能する、バックライト拡散器７４を含む。従来のバックライトからバックライト拡散器７４を取り除くことによって、単一指向性のバックライトを容易に形成することができる。
【００４１】
図１３はある系の構造を描いたものである。この系では、ディスプレイパネルのエッジ近くでバックライト拡散器７４（例えば、拡散フィルム）の少なくとも一部が取り除かれ、その結果バックライト４４からの光がディスプレイパネルのエッジ近くではディスプレイパネルの平面に垂直なＺ方向に高い指向性を有していることを除けば、バックライト４４は、ディスプレイパネル１２のほとんどに亘ってランバート拡散器に似たものとなる。
【００４２】
バックライト拡散器７４の少なくとも一部を取り除くことによってバックライト４４が指向性にされた画像のエッジでは、全内部反射モードで使用されデューティ比が５０％の、一連のマイクロプリズムを備えた分離膜７６が挿入される。すなわち光のおよそ５０％（参照番号７８ａ）は膜を直接通過し、また光の５０％（参照番号７８ｂ）は膜によって大角度で屈折（転向）される。拡散部材１６ａは光を散乱させるために光路内に挿入され、それにより幅広い視野角にわたって視認できる画像が生成される。
【００４３】
光が分離膜７６で分離されると、光を「真っ直ぐ」にし、かつ散乱させる必要がある（図１４参照）。上述の拡散の原理を用いると、空隙Ｄをベゼル幅以下にすることができ、またいくつかの例ではベゼル幅の約０．７倍以下になり得ることがモデリングにより示された。前述の実施形態によれば、拡散性の要素をディスプレイカバープレート１６上に形成して、例えばホログラフィック膜プロセスにより形成された拡散性の膜（すなわち層）として拡散部材１６ａを形成してもよいし、あるいは拡散性の要素をディスプレイカバープレート１６の内部（表面の下）に形成してもよい。
【００４４】
図１５に示されているように、ディスプレイカバープレートの表面８４の下に位置する高屈折率の散乱要素８２（例えば、粒子）を用いて、容積散乱領域８０を形成してもよい。図１６〜１８は散乱要素のサイズが散乱の大きさに与える影響を説明したものであり、正規化された散乱断面積を角度の関数として示している。図１６で示されているように、直径２５ｎｍ程度の散乱要素は過度に多くの後方散乱を提供する。図１６の曲線は高い前方散乱強度（すなわち角度０°で）を示しているが、同様に角度１８０°でも大きい散乱を示し、高い後方散乱を表している。一方図１７は、直径２００ｎｍ程度の散乱要素８２がかなり広範な角度分布（例えば、０°〜４５°）に亘って主に前方散乱を提供することを示している。最後に図１８は、直径約５００ｎｍの散乱要素８２に対する、比較的狭い前方散乱角度での優勢な前方散乱ピークを示している（例えば、約２０°未満）。従って本開示の例において、散乱要素の平均粒子サイズは約１００ｎｍから約３００ｎｍの範囲であり、他の例では約１５０ｎｍから約２５０ｎｍの範囲である。
【００４５】
請求される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。
【符号の説明】
【００４６】
１０    ディスプレイ装置
１２    ディスプレイパネル
１４    ベゼル
１６    ディスプレイカバープレート
１６ａ    拡散部材
１８    プリズム領域
２０    中心領域
２２    プリズム
４４    バックライト
５６    コリメート光
６０    光吸収材料層
８０    散乱領域
８２    散乱要素
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図１８】
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【国際調査報告】
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