(57)【要約】導波路（１５）の側面（１０）に光を導入する光源即ちバックライト（１２，４０）を通じて均一な光セグメント（３０）が得られる、走査ウインドウの原理に基づいた表示装置。セグメントは、液晶スイッチ即ちシャッタ（２１）又はＬＥＤ（４０）の列の一部を通じて規定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配される画素の領域に電極が備えられた第１の光透過性基板と、第２の光透過性基板と、前記第１の光透過性基板と前記第２の光透過性基板との間に電気光学材料とを有する表示パネル、及び前記第２の基板の前記電気光学材料から離れた側に位置する照明システムであって、前記表示パネルに面する射出面を有する光学的に透明な材料の光導波路を持つ照明システムを有する表示装置であって、前記光導波路が、行の画素のグループ又は列の画素のグループのために光を前記表示パネルに選択的に結合射出する手段を有するとともに、前記射出面に略平行な方向に光を結合入射する手段を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記照明システムが少なくとも１つのバックライトと少なくとも１つの光の入射面を有する光導波路とを有し、前記バックライトからの光が前記射出面に対し略直角に延在する入射面に結合入射することができ、選択的に切替可能な光スイッチが前記バックライトと前記入射面との間に位置することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記照明システムが、前記行に対し略直角に延在する前記光導波路の少なくとも１つの端面の領域に入射面を有するバックライトを有し、前記バックライトからの光が前記端面に結合入射することができることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記選択的に切替可能な光スイッチが、２つの基板の間に電気光学材料を有する電気光学スイッチング装置を有し、前記２つの基板のうちの少なくとも一方の基板に帯形状の電極が備えられることを特徴とする請求項２又は３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記照明システムが、サブセグメントと、前記各サブセグメントに対して光の入射面を伴う少なくとも１つのバックライトとを有し、前記バックライトからの光は前記サブセグメントと結合できることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】
前記バックライトからの光は前記射出面に対し或る角度で延在する入射面に結合入射することができ、選択的に切替可能な光スイッチは前記バックライトと前記光導波路のセグメントとの間に位置することを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記選択的に切替可能な光スイッチは、切替可能な反射ミラーを有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項８】
前記光導波路は、２つの基板の間に電気光学材料を有する電気光学スイッチング装置を有し、前記２つの基板のうちの少なくとも一方の基板が、前記電気光学材料の側に帯形状の電極を備えたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項９】
前記照明システムが、前記光導波路の領域に光の入射面を有する少なくとも１つのバックライトを有し、前記バックライトからの光が前記射出面に略直角に延在する入射面に結合入射することができ、前記バックライトの一部分が、大きな光強度を伴うオン状態とオフ状態との間で選択的に切替可能であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記バックライトは、前記入射面の領域にプリズム素子を有することを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記表示装置が、画素に書込みを行うためのデータ電極及びカラム電極に信号を呈示するための駆動手段であって、行の画素のグループに関連する前記照明システムの部分を選択的に活性化するための駆動手段を有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記駆動手段が、前記データ電極及び前記カラム電極への前記信号の呈示と、前記行の画素のグループに関連する前記照明システムの部分の選択活性との間で、遅延を生じさせることを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
射出面を有する光学的に透明な材料の光導波路と、前記射出面に平行な方向に関して少なくとも１つの入射面上に光を結合する手段とを有する照射システムであって、前記光導波路に、前記射出面の一部分のために光を選択的に結合入射するための手段が備えられたことを特徴とする照射システム。
【請求項１４】
前記照明システムが、前記光導波路の領域に光の入射面を有する少なくとも１つのバックライトを有し、前記バックライトからの光を前記射出面に略直角に延在する入射面に結合入射することができ、選択的に切替可能な光スイッチは、前記バックライトと前記入射面との間に位置することを特徴とする請求項１３に記載の照明システム。
【請求項１５】
前記選択的に切替可能な光スイッチが、２つの基板の間に電気光学材料を有する電気光学スイッチング装置を有し、前記２つの基板が、電気光学材料の側に帯形状の電極を備えたことを特徴とする請求項１４に記載の照明システム。
【請求項１６】
前記照明システムが、サブセグメントと、前記各サブセグメントに対して光の入射面を伴う少なくとも１つのバックライトとを有し、前記バックライトからの光を前記サブセグメントに結合入射することができることを特徴とする請求項１３に記載の照明システム。
【請求項１７】
前記バックライトからの光が、前記射出面に或る角度で延在する入射面に結合入射し、選択的に切替可能な光スイッチは、前記バックライトと前記光導波路のセグメントとの間に位置することを特徴とする請求項１６に記載の照明システム。
【請求項１８】
前記選択的に切替可能な光スイッチは、切替可能な反射ミラーを有することを特徴とする請求項１３に記載の照明システム。
【請求項１９】
前記光導波路は、２つの基板の間に電気光学材料を有する電気光学スイッチング装置を有し、前記２つの基板のうちの少なくとも１つが、前記電気光学材料の側に帯形状の電極を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の照明システム。
【請求項２０】
前記照明システムが、前記光導波路の領域に光の入射面を有する少なくとも１つのバックライトを有し、前記バックライトからの光は前記射出面に略直角に延在する入射面に結合入射することができ、前記バックライトの一部分は、光強度が大きいオン状態とオフ状態との間で選択的に切替可能であることを特徴とする請求項１３に記載の照明システム。
【請求項２１】
前記バックライトは、前記入射面の領域にプリズム素子を有することを特徴とする請求項２０に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、行列状に配される画素の領域に電極が備えられた第１の光透過性基板と、第２の光透過性基板と、前記第１の光透過性基板と前記第２の光透過性基板との間に備えられた電気光学材料と、前記第２の基板の前記電気光学材料から遠い方の側に位置する照明システムとを有する表示パネルを有する表示装置であって、前記照明システムが、前記表示パネルに面する射出面を有する光学的に透明な材料の光導波路を有する表示装置に関する。
【０００２】
上記の型式の表示装置は、例えば、ラップトップコンピュータ、携帯電話、電子手帳等のような携帯機器や、例えばテレビジョンの分野で用いられている。
【０００３】
本発明は、このような表示装置に使用される照明システムにも関する。
【０００４】
【従来の技術】
上記の型式の表示装置は、米国特許第５，１０３，３２８号に記載されている。この文献には、フラット光源（バックライト）と表示パネルとの間に、別個に切換可能なセグメントからなる液晶スイッチが示されている。この液晶スイッチは、表示パネルの複数行の画素が１つのセグメントに対応し且つその機能は書き込まれる画素をバックライトの光から遮蔽するように構成されている。
【０００５】
各セグメントはその液晶スイッチの一部に結合されている。当該一部は別個に切り替わる。このような装置のスイッチの関連する部分を通じて次の異なる画素の行を連続的に照明することにより、バックライトからの光をストライプ状に照明する走査ウインドウの利用が可能である。この液晶スイッチは、表示パネルの表面領域の大きさを有する表面領域の範囲に及んでいる。バックライトからの光もこの表面領域の範囲に及んでいなければならず、このことによって、より多くの材料が必要になるだけでなく、射出光が所望の均一性を有するように当該バックライトの品質に厳しい条件も課される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
とりわけ、本発明の目的は、これらの欠点をできるだけ取り除くことにある。本発明のもう一つの目的は、容易に取替可能な照明システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、本発明による表示装置は、前記光導波路が、画素の行のグループ又は画素の列のグループに対して光を前記表示パネルに選択的に結合射出するための手段を有するとともに、前記射出面に略平行な方向に光を結合入射するための手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
“前記射出面に略平行”という表現は、ここでは、概して光ビームが射出面に平行に移動するが、局所的に、その光ビームが射出面に平行な面に対し或る角度（例えば、大きくても５０°まで）で広がるように、光ビームが結合入射することを意味するものと理解される。
【０００９】
その光は、例えば光導波路のエッジからその光導波路に結合される。結合されるべき光ビームは、表示パネルの表面領域よりもかなり小さい領域を持つ。この表面領域は、例えば、（例えば、表示パネルの全体の高さの一部分である）光ストリップの幅及び（例えば、表示パネルの全幅よりも通常はかなり小さい）光導波路の厚さにより決定される。このことにより、或る強度の光を光導波路に結合することが容易となる（均一な光源）。
【００１０】
光ビームは、例えば、光を表示パネルの方向に帯形状に連続的に結合射出する光導波路の全幅に渡って結合されてもよい。しかしながら、複数のサブスイッチに分割されるスイッチは、表示パネルの表面領域の大きさを占める。
【００１１】
従って、本発明による表示装置の好適実施例は、前記照明システムが少なくとも１つのバックライトと少なくとも１つの光の入射面を有する光導波路とを有し、前記バックライトからの光が前記射出面に対し略直角に延在する入射面に結合入射することができ、選択的に切替可能な光スイッチが前記バックライトと前記入射面との間に位置することを特徴とする。
【００１２】
入射面は、例えば、行に略直角に延在する光導波路の端面に沿って位置し、バックライトからの光を当該端面に結合することができる。選択的に切替可能な光スイッチは、例えば、２つの基板の間に液晶を有する液晶スイッチング装置を有し、これら２つの基板の両方又は一方に、帯形状の電極を（例えば液晶側に）備えることができる。バックライトが従来の表示装置よりも非常に小さい表面領域を有するだけではなく、光スイッチも非常に小さく、従って、低コストで製造することができる。その結果として、バックライト及び光スイッチは、容易に１つのアセンブリに一体化することができる。このような一体化したものは、必要な位置合わせが一方向のみであるため、既知の装置よりも簡単である。
【００１３】
本発明による第２の好適実施例は、前記照明システムが、サブセグメントと、前記各サブセグメントに対して光の入射面を伴う少なくとも１つのバックライトとを有し、前記バックライトからの光は前記サブセグメントと結合できることを特徴とする。実際、この装置は更にスイッチを有するが、サブスイッチに分割する必要がない。
【００１４】
本発明による他の好適実施例は、前記照明システムが、前記光導波路の領域に光の入射面を有する少なくとも１つのバックライトを有し、前記バックライトからの光が前記射出面に略直角に延在する入射面に結合入射することができ、前記バックライトの一部分が、大きな光強度を伴うオン状態とオフ状態との間で選択的に切替可能であることを特徴とする。このことは、例えば、ＬＥＤの集合や、蛍光ランプの集合でも達成することができ、この場合、オン状態とオフ状態との間でスイッチングが生じる。ランプをオフにする必要はないが、十分なコントラストを確保するために、発せられる光は十分強度が小さい。
【００１５】
特に液晶表示装置では、画素が最終的な調整後の状態に至るまでに或る程度の時間が必要であるため、表示装置は、画素に書込みを行うためのデータ電極及びカラム電極に信号を呈示し、行の画素のグループに関連する前記照明システムの部分を選択的に活性化するための駆動手段であって、前記データ電極及び前記カラム電極への前記信号の呈示と、前記行の画素のグループに関連する前記照明システムの部分の選択活性との間で、遅延を生じさせる駆動手段を有することが好ましい。
【００１６】
射出面を有する光学的に透明な材料の光導波路と、前記射出面に平行な方向において少なくとも１つの入射面に光を結合入射する手段とを有する、本発明による照明システムは、光導波路が射出面の一部分のための光を選択的に結合入射する手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載される実施例から明らかであり、その実施例を基準にして解説される。
【００１８】
図は概略であり、一律の縮尺に従って描かれてはいない。対応する部分は、同じ符号によって概ね示されている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１及び２に概略的に示された表示装置１は、表示パネル２及び照明システム８を有する。
【００２０】
表示パネル２は、２つの基板３、４の間に、電気光学材料、この実施例では液晶材料５を有する。その液晶材料５は、例えば、ツイステッドネマティック（ＴＮ）、スーパツイステッドネマティック（ＳＴＮ）又はその材料に入射する光の偏光方向を変調する強誘電性効果に基づいた動作を行う。この表示パネルは、例えば、透明画素電極６が基板３上に配されることによってマトリックス状の画素を有する。この場合、（別個のスイッチを用いた）アクティブマトリクス駆動を用いることが好ましい。基板４は光透過性であり、例えば、ＩＴＯ（インジウムスズオキサイド）の光透過性電極７を有する。画素電極には、駆動装置９によって駆動電圧が供給される接続線６’，７’を通じて電圧が供給される。さらに、表示パネルには通常、偏光子２０及び検光子２２が備えられている。
【００２１】
照明システム８は、光学的に透明な材料から作られる、４つの端面１０、１０’を有する光導波路１５を有する。その端面１０を通じて光導波路１５に光が結合される光源即ちバックライト１２は、例えば一方の端面１０に対向して配されている。バックライト１２は、例えばロッド形の蛍光ランプとすることができる。特に、例えば携帯テレビのような小さな表示パネルを有するフラットパネル型表示装置では、バックライトを、蛍光ランプに代えて、例えば、一つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成することができる。さらに、バックライト１２は着脱可能にすることができる。
【００２２】
光導波路１５の射出面１８は表示パネル２に面している。光に結合していない透明板の各端面１０’には、反射体を備えることができる。この方法によれば、射出面１８に結合しておらず従って導波路を伝播して端面１０’に到達する光が、当該端面１０’を経由して導波路１５から射出されることが防止される。
【００２３】
その光が照明システムの光出力に寄与せずに導波路１５から射出することを避けるために、ランプ１２からの光は、例えば、面１８，１９に対して入射ビームの角度を１５度に制限する楔型の光導波路による結合手段１３を通じて導波路１５に結合されることが好ましい。
【００２４】
示されている表示装置１は、走査ウインドウモードで駆動される。このことは、行電極（例えば電極６）のグループが、行電極のグループの幅を有するビームで連続的に照射されることを意味する。この実施例では、光ビームは矢印１６の方向に移動する。
【００２５】
この光ビームの移動は、例えば、液晶シャッタ２１によって達成される。このシャッタは、例えば、２つの基板２３，２４の間に液晶材料２５を有する。この液晶材料２５の動作は、例えば、ツイステッドネマティック（ＴＮ）、スーパツイステッドネマティック（ＳＴＮ）若しくは強誘電性効果、又は、例えば、透明状態と吸収状態との間で切り替わるＬＣモノマーのクロスリンキングにより得られるＬＣゲルシステムに基づいている。シャッター即ちスイッチ２１は、光透過性基板２３，２４上に帯形状の光透過性画素電極２６，２７を有する。この帯形状の電極には、駆動装置９によって駆動電圧が供給される接続線２６’，２７’を通じて電圧が与えられる。必要であれば、シャッター２１には通常のやり方で偏光子が備えられる。
【００２６】
駆動装置９は、帯形状の部分３０が関連する行の画素（記載される別の実施例では、列の画素）に情報が与えられた後に連続的に光透過性になる（開く）ように構成される。表示装置２の液晶材料に起こり得る慣性と関連して、シャッタ２１の関連する部分を開くために、最小の待ち時間で観測されることが好ましい。
【００２７】
図示されている照明システムの実施例は、米国特許第５，５９２，１９３号に示されるようなシステムよりも複数の利点を有する。例えば、光ビームは、光導波路の端面１０の表面領域の大きさを有する表面領域に入射する。この表面領域は、均一な光強度を有する光ビームをより簡単に生じさせることができるように射出面１８より非常に小さい。さらに、バックライトはもはや２次元（行及び列の次元）的に位置決めする必要はなく、電極２６，２７を帯形状の部分（セグメント）３０に対して位置決めするだけである。光シャッター２１と導波路１０との間の境界は表示装置の画面領域の外側に配されているため、上記の位置決めを行う目的のため、例えば、特定の（機械的な）マークを備えることができる。このことは、バックライト及び光シャッタの組合せを着脱可能な１つのアセンブリとして形成することを魅力的なものにしている。シャッタは小さいので、必要な材料は少ない。小さい寸法のため、シャッタ内の電気光学材料の層の厚さが薄ければ、注入レートは増加する。厚さが薄ければ薄い程、その結果として切換時間がより速くなる。
【００２８】
光ビームが光導波路内での発散のためにセグメント３０よりも広い幅になってしまうことを避けるため、その光導波路は、２つのセグメントの間の境界３１に、より小さい屈折率を有する狭い領域が備えられる。これらの領域は、例えば、上記（機械的）マークとしても役立つ狭い溝とすることができる。その溝は、例えば、射出面１８に設けることができるが、同時に、対向する面１９に設けることもできる。この代わりに、セグメントは反射体によって分離することができる。
【００２９】
図１、２、３の表示装置では、バックライト１２によって発せられた光は、１つのセグメントのみに吸収される。従って、発せられた光の大部分は、光シャッタ２１で吸収される。このことは図４の装置によりある程度防止される。この装置では、（ある時点において選択される）１つのセグメント３０の位置にだけ光が射出される。各帯形状の部分（セグメント）３０は２つのバックライト１２，１２の間に位置し、これらの部分３０は、４５度の角度で射出面１８にまで延在する光シャッター２１，２１’，２１”によって、互いに分離されている。図４に示す状態では、例えば、スイッチ２１”のみが光透過性であり、スイッチ２１，２１’は光を透過しない。その結果として、幅ｂを有する光ビームのみが、光導波路の一部分１５’によって外部に結合される。他の部分の位置において、光は外部に結合されない。不必要な光のロス（及び電力損失）は、寄与しないバックライト（この実施例では、光導波路１５の端面１０上のランプ１２）を一時的にオフに切り替えることによって更に抑えることができる。図の他の符号は、前の実施例と同じ意味を有する。
【００３０】
図４はかなり概略的に示した図である。実際は、バックライトは、例えば、そのバックライトとセグメントとの間に光シャッタを伴う基板の溝に配され、一方、その溝は、光結合が不要である領域において吸収材料又は反射材料で覆われている。
【００３１】
図５は図４の変形例を示す。図５では、２つのセグメント３０は、最少数の部品（２つの光シャッター２１及び１つのバックライト１２）を用いて照射される。
【００３２】
図示されている実施例では、光シャッタ２１内で吸収が依然として生じる。これらの光シャッター２１用の切替可能な反射ミラーを選択することによって、最大光出力が得られる。
【００３３】
図６の表示装置は他の実施例を示す。この実施例では、光シャッタが光導波路の部分を形成する。ランプ１２からの光は、結合手段１３を通じて、液晶シャッタとして形成される導波路（光シャッター）３１に結合される。この表示装置は、２つの平行基板３３，３４の間に、例えば液晶材料３５を有する。この液晶材料３５の動作は、例えば、ツイステッドネマティック（ＴＮ）、スーパツイステッドネマティック（ＳＴＮ）又は強誘電性効果に基づくものとすることができるが、散乱効果に基づくことが好ましい。光導波路としても機能するシャッタ即ちスイッチ３１は、光透過性基板３３，３４上に帯形状の光透過性の透明画素電極３６，３７を有する。帯形状の電極には、先に述べたように駆動手段によって電圧が供給される。液晶材料、又は例えば電気泳動材料等の適切な他の電気光学材料が透過状態又は散乱状態になる。バックライト１２からの光ビーム３８は、電圧が印加された電極の領域（光散乱が（ビームｂとして示される）表示パネル２の方向に生じている領域）を除いて、全反射のために光導波路３１（アセンブリが光導波路として機能する）内に存在したままである。反射体３９は、導波路−シャッタの組合せ３１から射出する光を、表面１９を経由して表示パネル２又は導波路−シャッタの組合せ３１に向けて反射する役割を果たす。使用の形式に依存して、この反射体は、拡散反射体又は鏡面反射体として形成することができる。
【００３４】
図７は図２の変形例を示す。バックライトは、別個に切替可能なＬＥＤ４０により構成されている。記載したように、ＬＥＤ４０からの光は結合手段１３を通じて光導波路１５に結合されることが好ましい。セグメント３０の間の溝３１は、セグメント間の光クロストークを防止する。図７では、１つのセグメントは両側から６つのＬＥＤ（赤、青及び緑のＬＥＤの組合せが２つ）によって照明されており、このことは、ある瞬間において活性化したセグメント３０’内の矢印４１によって示されている。この例と、セグメント毎に１つのＬＥＤが１つのセグメントを両側から照射する図８の変形例との両方とも、光導波路において優れたカラーミキシングが得られる。セグメントを照明した後、対応するＬＥＤは完全に消す必要はなく、例えば、（全く又はほとんど透過しない程度の）小さい動作電圧に切り替えることができる。他の符号は、先の実施例と同じ意味を有する。
【００３５】
図９及び図１０は、光導波路の下側１９に、セグメント３０毎に溝３１に沿って一行のＬＥＤ４０を備えることにより、照明システムの光出力をかなり増加させている変形例を示す。光ビーム４１は、プリズム素子４２を通じて光導波路１５と結合する。ＬＥＤの行は、黒い帯状部４３によって隠されている。
【００３６】
図１１の実施例は図７の変形例を示す。図１１では、セグメント３０は列のグループを有する。このような装置の利点は、より多くのＬＥＤを置くことができ且つより高い光出力が達成されるように、ＬＥＤ用の広いスペースが存在することである。これは、１６：９の型式の表示パネルには特に魅力的である。駆動は、もちろんこのような型式の表示装置に適合していなければならない。この転置−走査モードは、使用するＤ／Ａ変換器を少なくすることができるので、ますます魅力的である。
【００３７】
本発明の保護範囲は、示された実施例に限られない。本発明は、如何なる新規な独特の特徴及び独特の特徴の如何なる組合せにも存在する。動詞「有する」の使用は、請求項に記載されている以外の他の要素の存在を排除するものではない。要素が単数であることは、このような要素が複数存在することを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による表示装置の実施例の概略斜視図である。
【図２】図１に示される実施例で用いられる照明システムの概略平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面である。
【図４】図１、２に示される照明システムの一部分の変形例の概略断面図である。
【図５】図１、２に示される照明システムの一部分の変形例の概略断面図である。
【図６】図１、２に示される照明システムの一部分の変形例の概略断面図である。
【図７】本発明による様々な照明システムの概略平面図である。
【図８】本発明による様々な照明システムの概略平面図である。
【図９】本発明による様々な照明システムの概略平面図である。
【図１０】図９のラインＸ−Ｘの断面図である。
【図１１】照明システムの変形例を示す。
【国際公開パンフレット】
2004508587.tif 000003
2004508587.tif 000004
2004508587.tif 000005
2004508587.tif 000006
2004508587.tif 000007
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2004508587.tif 000012
2004508587.tif 000013
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【国際調査報告】
2004508587.tif 000021
2004508587.tif 000022