(57)【要約】バックライトは、１又はそれ以上の光源(32)からの光が全内部反射によって閉塞され、表示スクリーン用のバックライトを提供するために光が出力可能な導光板(10)と、導光板に光を供給するための光リザーバ(34)とを含む。導光板は入力面(20)を有し、入力面は結合手段を有する。結合手段は入力面から隆起して光リザーバ内に延出する。結合手段は入力面から横方向に延びる少なくとも３つの相互に非同一平面の側壁部を有する。各側壁部は入力面の異なる部分を被覆する。光リザーバはその１つの領域を通過する光が側壁部の各々を介して導光板に進入可能であるように配置されている。
2006501492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又はそれ以上の光源からの光が全内部反射によって閉塞され、表示スクリーン用のバックライトを提供するために光が出力可能な導光板と、
該導光板に光を供給するための光リザーバとを有し、
前記導光板は、実質的に平坦な構造を有し、光が出力可能な出力面と、光を受けるよう配置された反対側の入力面とを有し、
該入力面は、そこから隆起して前記光リザーバ内に延出する結合手段を有し、
該結合手段は、前記入力面に対して横方向に延びる少なくとも３つの相互に非同一平面の側壁部を有し、
該側壁部の各々は、前記入力面の異なる部分を覆い、
前記光リザーバは、その１つの領域を通過する光が前記側壁部の各々を通って前記導光板に進入可能であるよう配置されていることを特徴とするバックライト装置。
【請求項２】
前記側壁部の間の空隙に配置された中間反射手段をさらに有し、該中間反射手段は、前記光リザーバから前記中間反射手段に入射する光を、前記空隙内の前記入力面の部分から離間する方向に反射するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
【請求項３】
前記導光板の外方に面する前記中間反射手段の表面は光に対して拡散反射性を有することを特徴とする請求項２に記載のバックライト装置。
【請求項４】
前記導光板に面する前記中間反射手段の表面は光吸収性を有することを特徴とする請求項２又は３に記載のバックライト装置。
【請求項５】
前記中間反射手段と前記導光板の前記入力面における前記中間反射手段と重なる領域との間にはガスが設けられていることを特徴とする請求項２乃至４に記載のバックライト装置。
【請求項６】
前記結合手段は前記側壁部の各々に亘る端壁部をさらに含み、該端壁部は反射手段を備え、該反射手段は、前記光リザーバから入射する光を、前記端壁部から離間する方向に反射するよう構成されていることを特徴とする上記請求項のうちいずれか１項に記載のバックライト装置。
【請求項７】
前記導光板の外方に面する前記反射手段の前記端壁部の表面は光に対して拡散反射性を有することを特徴とする請求項６に記載のバックライト装置。
【請求項８】
前記導光板に面する前記反射手段の前記端壁部の表面は光吸収性を有することを特徴とする請求項６又は７に記載のバックライト装置。
【請求項９】
１又はそれ以上の前記光源は前記光リザーバ内に位置付けられていることを特徴とする上記請求項のうちいずれか１項に記載のバックライト装置。
【請求項１０】
１又はそれ以上の前記光源は前記導光板の平面から離間する方向で前記結合手段から離間して設けられていることを特徴とする上記請求項のうちいずれか１項に記載のバックライト装置。
【請求項１１】
前記光源が前記導光板の前記平面と平行な方向で配置されるパターンが、ピッチに関しては、同一方向で前記結合手段が配置されるパターンと一致しないことを特徴とする請求項１０に記載のバックライト装置。
【請求項１２】
前記結合手段は前記入力面に亘って配置された複数の結合手段を有することを特徴とする請求項１１に記載のバックライト装置。
【請求項１３】
前記結合手段は、前記導光板の前記入力面に亘る一方向で横方向に離間して設けられた複数の長手リッジ形状部材を有することを特徴とする請求項１２に記載のバックライト装置。
【請求項１４】
前記リッジ形状部材は実質的に長方形の断面であり、実質的に平坦な端壁部と前記導光板の前記平面と実質的に直交する直立の側壁部を有することを特徴とする請求項１３に記載のバックライト装置。
【請求項１５】
前記結合手段は、前記導光板の前記入力面に亘る２つの直交する方向で離間して設けられた複数の部材からなることを特徴とする請求項１２に記載のバックライト装置。
【請求項１６】
前記結合手段の各々の高さは、前記導光板の前記平面に対して直交して測定されたときに、前記導光板の前記平面に対して平行に測定された前記結合手段の幅と少なくとも同じ高さであることを特徴とする請求項１２乃至１５に記載のバックライト装置。
【請求項１７】
１又はそれ以上の前記光源は１又はそれ以上の筒状蛍光ランプを有し、該筒状蛍光ランプの軸は前記導光板の前記入力面及び前記出力面と実質的に平行であることを特徴とする上記請求項のうちいずれか１項に記載のバックライト装置。
【請求項１８】
１又はそれ以上の前記ランプの前記軸は前記リッジに対して平行に配置されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のバックライト装置。
【請求項１９】
１又はそれ以上の前記光源は１又はそれ以上の発光ダイオードを有することを特徴とする請求項１乃至１６に記載のバックライト装置。
【請求項２０】
多種多様な光源が混合して用いられていることを特徴とする上記請求項のうちいずれか１項に記載のバックライト装置。
【請求項２１】
前記光リザーバは、白色の拡散反射の内面を備えた光ボックス内に形成されていることを特徴とする上記請求項のうちいずれか１項に記載のバックライト装置。
【請求項２２】
上記請求項のうちいずれか１項に従ったバックライトを有する画像表示用のディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記ディスプレイは画像を表示するよう構成されたスクリーンを有し、該スクリーンは前記バックライトに近接して配置された可動素子と、表示されるべき前記画像の内容に従って、前記ディスプレイから放出されるべき光の位置で、該可動素子を局部的に引き付けて前記バックライトの前記出力面と接触させるためのダイナミック電圧波形を利用した手段とを有することを特徴とする請求項２２に記載のバックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバックライトに関し、より詳細には、薄型視覚ディスプレイ装置での使用が意図されるバックライトに関し、さらに、優れた均一性及び十分な輝度の光を供給するバックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなバックライトと関連付けられた装置は、典型的には、テレビ用ディスプレイ、モニタ及びそれらの類似物において利用可能である。しかしながら、ディスプレイの利用目的が何であれ、本発明はそのようなバックライトを組み込んだ又はそのようなバックライトと共用されるディスプレイをも包含する。
【０００３】
本発明は所謂フォイルディスプレイと共に又はその一部として用いられるときに特に有益である。フォイルディスプレイにおいては、視聴スクリーンとバックライトとの間に配置された可動フォイルが、ダイナミック電圧波形の印加によって、（表示されるべき画像内容に応じて）光がディスプレイから放出されるべき位置でバックライトの出力面に局部的に引き付けられる。フォイルとバックライト表面との間の局部的な接触場所は明るい画素（ピクセル）を表わし、そのような接触のない場所は相応して暗い。従って、そのような装置及び照明配置の例は例えば国際公開番号第WO99/28890号、国際公開番号第WO00/38163号、国際公開番号第WO00/50949号及び国際公開番号第WO01/63588号に見ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のフォイルディスプレイを含めた細線視覚ディスプレイに付随する困難性は、十分な輝度及び均一性を持ってディスプレイを照明するために、バックライトに十分な光を結合することにある。典型的には、バックライトはディスプレイの視覚スクリーンと並列された薄い長方形の板状の導光板を含み、導光板に光が端部結合する。そのように導光板に結合された光は概ね完全内部反射（ＴＩＲ）によって内部に閉じ込められ、スクリーンによって見られるべき画像に従って明るく表示されるべき画素の位置でのみ分離される。そのような配置によって、光は様々な場所で失われるが、原理的な困難さは十分な光を導光板に端部結合することにある。この点について、ディスプレイの照明に用い得るランプの数は導光板の端部において可能な空間によって制限されることから、可能な最大輝度に対する実際上の制限が置かれる。
【０００５】
さらに、明るく表示されるべきそれらの画素は導光板から光を引き出すことによって、他の画素において可能な輝度の量を制限し、照明に関しては、ディスプレイの均一性に悪影響を及ぼす。それは画像内容に依存するので、この影響は勿論ダイナミックである。
【０００６】
上記影響の双方（全体的な照明及びダイナミックな非均一性における制限）は大型ディスプレイにおいて特に顕著である。
【０００７】
例えば液晶ディスプレイ(LCD)で用い得るような拡散器を用いた直接バックライトは良好なコントラストをＴＩＲに依存するフォイルディスプレイのような接触型光分離を用いるディスプレイでは実行できない。
【０００８】
本発明はＴＩＲを利用したバックライトにおける輝度及び均一性の問題を取扱うものであり、従って、改良されたバックライト、よって、それらを組み込んだ改良されたディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの特徴に従うと、１又はそれ以上の光源からの光が全内部反射によって閉塞され、表示スクリーン用のバックライトを提供するために光が出力可能な導光板と、導光板に光を供給するための光リザーバとを含むバックライト装置が設けられている。
【００１０】
導光板は実質的に平坦な構造を有し、光が出力可能な出力面と、光を受光するために配置された反対側の入力面とを含む。
【００１１】
入力面は結合手段を有し、結合手段は入力面から隆起して光リザーバ内に延出する。結合手段は入力面に対して横方向に延びる少なくとも３つの相互に非同一平面の側壁部を有し、各側壁部は入力面の異なる部分を覆う。光リザーバはその１つの領域を通過する光が側壁部の各々を通って導光板に進入可能であるように配置されている。
【００１２】
このような手段の故に、入力する光は空間的に混合されて効果的に導光板に導かれ、よって、導光板の端部又はその近傍に位置付ける必要のない１つ又はそれ以上のランプからのＴＩＲ伝播を確実にする。
【００１３】
光源を導光板表面に設けられた通路に組み込むことによって光を導光板に対して横方向から出力する試みが以前なされた。そのような配置はドイツ特許出願番号10102587.4に開示されている。しかしながら、そのような配置では、通路の大きさはランプの大きさによって決定付けられ、そのようにして構成された導光板は大きく且つ重くなりがちである。さらに、そのような配置は接触型光結合を利用するディスプレイでの使用適合性の低減につながる他の特性を示す。
【００１４】
他方、本発明は導光板の入力面に近接して結合された光ボックス内に複数のランプを設ける機会を開くものであり、入力面から隆起した十分な結合手段の故に、かなりの量の光がＴＩＲの促進と調和した角度で導光板に差し込むようにされている。
【００１５】
本発明の好適実施態様において、結合手段は導光板の入力面から隆起した結合手段の配列として形成されている。好適実施態様において、この配列は導光板の入力面に亘って横方向に走る複数の実質的に平行で離間した長手のリッジ形状部材を含む。リッジ形状部材は実質的に長方形の断面を有するのが好ましく、よって、実質的に平坦な外面と導光板の入力面に対して実質的に直交する直立側壁とを備える。代替的に、結合手段はキューブ又はシリンダの配列を含んでもよく、各々は実質的に平坦な外面と導光板の入力面に対して実質的に直交する直立側壁とを備える。
【００１６】
いずれにしても、導光板内から結合手段に入力する迷光がＴＩＲによって導光板内に閉塞されない限り、結合手段の外面は迷光に対して実質的に吸収性を有するようにされていることが好ましいが、さもなければ結合手段に入力する光に対しては実質的に反射性を有する。これは各外面の上に導光板に面した光吸収層を配置することによって達成されるのが好ましく、光リザーバに面する白色の拡散反射被覆をさらに施すことによって、光吸収層は結合手段と実質的に光学的接触がない。
【００１７】
好適実施態様において、反射手段が結合手段間の空隙に配置されている。これらは結合手段の側壁に向かって傾斜した部分を含む。中間反射手段は実質的に倒立Ｖ字形状に構成された層状材料を含むのが好ましい。この層状材料は隣接する結合手段の側壁が入力面と接合する位置の近傍から上向きに延在するが、入力面との間の光学的接触は実質的に全くない。反射手段と導光板の入力面との間に光学的結合がないことが求められるのは導光板内においてＴＩＲ条件下で増大している有用な光を分離しないという要求の故である。これとの関連で、反射手段と導光板の入力面における反射手段と重なる領域との間にはガスが配置されているのが好ましい。
【００１８】
光リザーバに面する中間反射手段の表面は光に対して拡散反射性を有するようにされ、導光板に面する中間反射手段の表面は光吸収性を有するようにされている。反射手段が層状材料である場合、反射及び吸収被覆の各々が層状材料の適宜の表面に施こされ得る。
【００１９】
光源は軸が導光板の入力面及び出力面と実質的に平行に配された筒状の蛍光ランプを含むのが好ましい。さらに、結合手段が長手リッジを含む場合、ランプの軸はリッジと平行に配されるのが好ましい。代替的な実施態様において、ランプは発光ダイオード(LED)を含んでもよく、多様な光源が混合して用いられてもよい。
【００２０】
従来技術の配置に対する本発明の大きな利点は光源の数及び配置がシステムの他の要因から独立して選択可能であることであり、よって、動作条件に適合する全体的な入力量が容易に計測可能である。
【００２１】
導光板への入力し得る光量を最大化するために、光源は反射面、好ましくは白色拡散反射面を備えた光ボックス内に取り付けられるのが好ましい。
【００２２】
本発明が明瞭に理解され容易に実施されるために、本発明の一実施態様を単なる例示として添付の図面を参照して以下に記述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１を参照すると、導光板１０、光ボックス３４及び表示スクリーン４４からなるバックライトを含むディスプレイが図示されている。以下に詳述する表示スクリーン４４は電極の行列を含み、よって、画像走査回路（図示せず）によって画像フレームを生成するために、画素サイズ領域に伝えられた光の強さは受信した画像信号に従って変調される。
【００２４】
矢印１２及び１４によって概略的に示されるように、光はＴＩＲによって導光板１０内を伝播するよう意図されている。本実施例において導光板１０は薄い板状の構造であり、ガラス又はプラスチック材料のような中実の透明材料から形成されている。導光板１０は比較的小さい寸法の端部１６を有するのに対し、その上面２０及び下面２２は図示のように各々概ね長方形で比較的大きい寸法であり、ディスプレイ領域と対応している。導光板の端部１６は鏡面反射層１８又は拡散反射層１８を備え、拡散反射層は端部１６の表面と光学的に接触していない。
【００２５】
導光板１０の下面２２は図示のように実質的に平坦であり、本実施例においては導光板の出力面を構成している。
【００２６】
上面２０は図示のように光導入面を構成し、一次元配列の隆起した複数の結合手段２４を含み、これらの結合手段２４は離間している。本実施例において、各結合手段２４は実質的に長方形断面の長手のリッジを含み、リッジは上面２０の一部として形成され、上面２０を横断して配設されている。結合手段２４は各々側壁２６及び外面２８を含み、側壁は本実施例において直立であり、導光板１０の入力面２０に対して実質的に直交しているが、必ずしもそうである必要はない。
【００２７】
結合手段２４の間の空隙には反射素子３０が設けられており、反射素子は光がこの空隙の入力面を通じて導光板１０内のＴＩＲを促進しない角度では導光板に入り込むことがないようにしている。反射素子３０は本実施例においてＶ形状に形成された薄板部材を含み、反射素子は１つの結合手段２４の側壁２６の基部から隣接する結合手段２４の側壁の基部に延びている。導光板１０内においてＴＩＲによって促進された光の望しくない分離を低減するために、反射素子３０と導光板１０の入力面との間で光学的な結合が実質的にないように反射素子３０は配置されている。
【００２８】
筒状蛍光ランプ３２のような光源の配列が光ボックス３４内に並べられ、そして、導光板１０の入力面２０に近接して結合されている。
【００２９】
結合手段２４は多様な異なる形態に構成されることができ、一次元配列の長方形状の長手リッジとして形成される代わりに、代替的に例えばキューブ又はシリンダのような二次元配列の直立のポスト状素子に形成されてもよい。しかしながら、いずれにしても、側壁２６は光が光ボックス３４から導光板１０又はその逆への唯一の接近手段を提供するように構成される。結合手段の端壁２８は結合手段２４と実質的に光学的に結合しない黒色層３６のような光吸収被覆層を第一に備え、そして、好ましくは白色の拡散反射被覆である反射被覆３８をその上に備える。被覆３６の目的は導光板１０内から入力し、そして、ＴＩＲによって導光板内に閉塞されない任意の迷光を吸収することである。迷光が外面２８からの逆行反射によって進行することが許容されるとすると、そのような迷光はＴＩＲの対象外であり、よって、端壁２８からの望まれぬ迷光として出現するので、迷光は外面２８に衝突する。反射被覆３８は光ボックス３４から入力する光が導光板内におけるＴＩＲを促進しない角度で導光板に入り込むのを阻止し、そのような入力光を光ボックス３４に戻るように方向変更する。
【００３０】
同様に、反射素子３０は反射被覆、好ましくは白色拡散被覆をランプに面する表面に備え、黒色吸収被覆を導光板１０に面する表面に備える。さらに、反射素子と導光板との間の領域に空気が配置される。反射素子と導光板面２０との間の光学的な結合、よって、ＴＩＲ条件の下で導光板内で促進されている有効な光の分離を回避するためである。
【００３１】
光ボックス３４はその内面４２が拡散性の白色反射材料によって被覆されており、よって、光ボックス内に閉塞され、それ故に、システムによって使用可能なランプからの光の量を最大化する。
【００３２】
筒状の蛍光ランプ３２に代えて又は加えて、ＬＥＤのような他の光源を光ボックス内で用いることができる。
【００３３】
筒状の蛍光ランプが用いられるところでは、ランプの軸は上面２０及び結合手段２４の長軸と平行に通じているのが好ましく、これらは長手の形状である。用いられる光源の数と提供される結合手段の数又は導光板の寸法との間に直接の相関関係はない。システム全体の動作条件に適合するための多様な値及び寸法が設定され得る。
【００３４】
図１に示されるように、光ボックス３４によって形成される光リザーバが導光板の入力面２０からさらに離間して結合手段３４より上方に延びている。これによって光ボックス内の空間混合が可能とされ、よって、図１において点線の円で示された領域Ａのような１つの領域を通じて通過する光が結合手段２４の各々を通じて導光板に入り込むことができ、これによって、入力光の均質性が提供される。例示の目的から、図１では、光ボックス３４によって形成された光リザーバ内の領域Ａからの光が３つの異なる結合手段２４を介して導光板１０に入り込むように図示されている。
【００３５】
光ボックス内には十分な空間があり、端壁は十分に低い。光源３２が導光板の平面から離間する方向で端壁２８から空間的に離間して設けられるためである。図１に示されるように、端壁は点線で示される平面４６で画成される限度まで光ボックス３４に延出している。光源は導光板１０からさらに離間して平面４６より上方に置かれ、よって、光源は結合手段３４の配置と関係なく所望の構成に配置できる。反対に、結合手段３４（２４？）が光源の配置と関係なく所望の構成に配置してもよい。結合手段３４（２４？）の数は光源の数よりも多いのが好ましい。所与数の光源において増大された度合いの均質性を提供するためである。いずれにしても、ピッチに関しては、導光板の平面に平行な方向で配置された光源のパターンは結合手段が同一方向で配置されるパターンと一致する必要はない。
【００３６】
反射素子３０は図示されるような傾斜反射面を備える必要はなく、結合手段２４の側壁２６を通じて光を導光板１０に方向転換するという使用意図及び反射素子３０と導光板の入力面２０との間に光学的な結合が実質的に全く存在しないという条件に留意する限り、任意の便宜で実際的な形態を取り得る。側壁は入力面２０に対して実質的に直交することが好ましい。しかしながら、前述の通り、これは本質的ではなく、他の位置に配置されてもよい。
【００３７】
図２はフォイル表示スクリーンを図１に示されたバックライトと関連付けてより詳細に概略的に表わしている。例示を単純化するために、導光板１０における光の入力配置は図２において省略されている。光源３４は表示スクリーンの動作中継続的に活性化されていることが理解されるべきである。この種類の表示スクリーンは国際公開第WO 99/28890号，国際公開第WO 00/38163，国際公開第WO 00/50949号及び国際公開第WO 01/63588号に記述されており、表示スクリーンに関するそれらの内容はここにその全文が参照のために引用される。
【００３８】
表示スクリーン４４は可撓部材５４を含む。この可撓部材は光散乱高分子フォイルであるのが典型的であり、バックライト５２の出力面５６と透明板５８との間に配置されている。電極システム６０及び６２が出力面５６及び透明板５８の内面６４に各々配置されている。電極６０，６２及びフォイル５４に電圧を印加して電極とフォイルとの間に局地的に電位差を発生させることによって、力が各電位差接触地点（ディスプレイの画素に対応している）でフォイルに対して局地的に働く。この力はフォイルを出力面５６に対して押し付け又はフォイルを出力面から離間させるために十分であり、表示されるべき画像内容に従って、光がその地点で表示スクリーンから出現するためにバックライトから分離されるべきか又は分離さるべきでないかによって決定される。印加される電圧は従来のテレビラスターのような二方向パターンにある板に対する接触地点を走査するために用いられることが理解されよう。
【００３９】
表示スクリーン４４はバックライト５２との気密な結合を形成するよう構成された被覆スクリーン素子６６を含み、よって、空間６８は真空化され得る。
【００４０】
本発明はここで記述されているフォイルディスプレイに対して特に適用可能であるが、ここで記述されているバックライトは適当な任意の種類のディスプレイで使用可能である。
【００４１】
本発明は放送／ケーブルＴＶ受信機のようなディスプレイ装置、医療、技術又は法医学の目的、例えば、パーソナルコンピュータ用モニタのための特殊モニタリング装置並びに携帯電話及び携帯情報端末のような携帯電子機器のためのディスプレイを包含する。
【００４２】
任意の１つの実施例に関連して記述された任意の機能はそれ単独又は記述された他の機能との組み合わせで使用可能であり、任意の他の実施例の１つ又は複数の機能或いは任意の他の実施例との組み合わせで使用可能である。さらに、上述されていない均等物及び変形も添付の請求項によって画定される本発明の範囲から逸脱しない範囲で使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施例に基づくディスプレイの一部概略断面図である。
【図２】図１に示されるバックライトを使用する本発明の一実施例に基づくディスプレイの概略図である。
【図１】
2006501492.tif 000003
【図２】
2006501492.tif 000004
【国際調査報告】
2006501492.tif 000005
2006501492.tif 000006
2006501492.tif 000007