(57)【要約】【課題】反射板、それを採用したディスプレイ及び反射光分布の制御方法を提供する。【解決手段】それぞれ一定の周期で配列された格子によって入射光を反射させる複数の回折格子セルを備え、入射光に対する反射光の反射方向の分布を限定するために、複数の格子セルは、それぞれ格子の配列周期及び配列方向のうち少なくとも１つが調節されることを特徴とする反射板である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ一定の周期で配列された格子によって入射光を反射させる複数の回折格子セルを備え、前記入射光に対する反射光の反射方向の分布を限定するために、前記複数の格子セルは、それぞれ格子の配列周期及び配列方向のうち少なくとも１つが調節されることを特徴とする反射板。
【請求項２】
前記回折格子セルは、入射光に対する反射光の反射方向の分布が、横または縦方向に比べて、対角線方向が短く反射方向の分布を限定することを特徴とする請求項１に記載の反射板。
【請求項３】
前記回折格子セルは、入射光に対する反射光の反射方向の分布が四角形態、ダイヤモンド形態、十字形態のうち何れか１つとなるように反射方向の分布を限定することを特徴とする請求項１に記載の反射板。
【請求項４】
前記回折格子セルの格子は、入射光の波長に対する格子の深さの比が０.２±０.０４の範囲を有することを特徴とする請求項１に記載の反射板。
【請求項５】
請求項１による反射板と、
前記反射板上に設けられて、入射光のうち所定波長の光を透過させるカラーユニットと、
を備えることを特徴とするディスプレイ。
【請求項６】
前記回折格子セルは、入射光に対する反射光の反射方向の分布が、横または縦方向に比べて、対角線方向が短くなるように反射方向の分布を限定することを特徴とする請求項５に記載の反射板。
【請求項７】
前記回折格子セルは、入射光に対する反射光の反射方向の分布が四角形態、ダイヤモンド形態、十字形態のうち何れか１つとなるように反射方向の分布を限定することを特徴とする請求項５に記載の反射板。
【請求項８】
前記回折格子セルの格子は、入射光の波長に対する格子の深さの比が０.２±０.０４の範囲を有することを特徴とする請求項５に記載の反射板。
【請求項９】
前記反射板に隣接して備えられた透過部と、
前記反射板と透過部との下部に配置されて、前記透過部に光を供給するバックライトと、
をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
それぞれ一定の周期で配列された格子によって入射光を反射させる複数の回折格子セルを配列するステップと、
入射光の反射方向の分布を限定するために、前記複数の回折格子セルのそれぞれの格子の配列周期及び配列方向のうち少なくとも１つを調節するステップと、
を含むことを特徴とする反射光分布の制御方法。
【請求項１１】
前記回折格子セルは、入射光に対する反射光の反射方向の分布が、横または縦方向に比べて、対角線方向が短くなるように反射方向分布を限定することを特徴とする請求項１０に記載の反射光分布の制御方法。
【請求項１２】
前記回折格子セルは、入射光に対する反射光の反射方向の分布が四角形態、ダイヤモンド形態、十字形態のうち何れか１つとなるように反射方向の分布を限定することを特徴とする請求項１０に記載の反射光の制御方法。
【請求項１３】
前記回折格子セルの格子は、入射光の波長に対する格子の深さの比が０.２±０.０４の範囲を有することを特徴とする請求項１０に記載の反射光の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射板、これを採用したディスプレイ及び反射光分布の制御方法に係り、さらに詳細には、視聴者の視野角に対応して反射光分布を有するようにして光効率を向上させる反射板、このような反射板を備えたディスプレイ及び反射光分布の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、通信技術及びディスプレイ装置の発達によって携帯用端末機が多く開発されている。携帯用端末機としては、例えば、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、ＰＭＰ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｐｌａｙｅｒ）、ＤＭＢ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）がある。このような携帯用端末機に使われる受光型平板ディスプレイの一種である液晶表示装置は、自主的な発光能力がないため、光源から照射された照明光を画素ごとに透過率を調節して画像を形成する。このために、液晶表示装置の背面には、光を照明するバックライトユニットが設置される。
【０００３】
しかし、携帯用端末機は、携帯性の特性上使用場所に制限なしにどこでも使用でき、太陽光が射す外部で使用する場合も多い。このとき、画面照度が相対的に暗くてディスプレイの視認性が低下するという問題点がある。したがって、使用場所の制限なしに使用できるという携帯用端末機のメリットが十分に活用できない。また、屋外広告板や照明が明るく射す公共場所における展示ディスプレイに液晶ディスプレイを採用した場合にも、視認性が確保されない限り、その活用度が高くない。
【０００４】
このような問題を解決するために、外光を利用して画像を形成する反射モードとバックライトを利用する透過モードとを備えたディスプレイ装置が開発されている。反射モードを具現するために、一般的に液晶層の一部領域に散乱パターンを形成して外光を反射させる。しかしながら、散乱パターンは、入射光を散乱させて反射するので、光分布が均一でない。また、散乱パターンを利用しては反射光の方向が制御されずに広がって、視聴者の視野角に集光される光の効率向上に限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記問題点を解決するために、視聴者の視野角に対応するように反射光分布を有するように制御して、光効率を向上させた反射板及びそのような反射板を備えたディスプレイを提供することを目的とする。
本発明は、反射板で反射される光の方向及び強度を制御する方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、それぞれ一定の周期で配列された格子によって入射光を反射させる複数の回折格子セルを備え、前記入射光に対する反射光の反射方向の分布を限定するために、前記複数の格子セルは、それぞれ格子の配列周期及び配列方向のうち少なくとも１つが調節されることを特徴とする反射板を提供する。
前記回折格子セルは、入射光に対する反射光の反射方向の分布が、横または縦方向に比べて、対角線方向が短く反射方向の分布を限定しうる。
【０００７】
前記回折格子セルは、入射光に対する反射光の反射方向の分布が四角形態、ダイヤモンド形態、十字形態のうち何れか１つとなるように反射方向の分布を限定しうる。
前記回折格子セルの格子は、入射光の波長に対する格子の深さの比が０.２±０.０４の範囲とすることができる。
前記目的を達成するために本発明は、それぞれ一定の周期で配列された格子によって入射光を反射させる複数の回折格子セルを備え、前記入射光に対する反射光の反射方向の分布を限定するために、前記複数の格子セルは、それぞれ格子の配列周期及び配列方向のうち少なくとも１つが調節されることを特徴とする反射板と、前記反射板上に設けられて、入射光のうち所定波長の光を透過させるカラーユニットとを備えることを特徴とするディスプレイを提供する。
【０００８】
前記ディスプレイは、反射板に隣接して備えられた透過部と、前記反射板及び透過部の下部に配置されて、前記透過部に光を供給するバックライトとをさらに備える構成とすることができる。
前記目的を達成するために本発明は、それぞれ一定の周期で配列された格子によって入射光を反射させる複数の回折格子セルを配列するステップと、入射光の反射方向の分布を限定するために、前記複数の回折格子セルのそれぞれの格子の配列周期及び配列方向のうち少なくとも１つを調節するステップとを含む反射光方向分布の制御方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による反射板は、反射光の方向分布を制御できるようにそれぞれ周期及び配列方向が調節された回折格子セルを配列することによって、視聴者の視野角を中心に光を分布させる。それにより、光効率を向上させ、このような反射板を外光を利用して画像を表示するディスプレイに採用して、視聴者を中心に画像の輝度を向上させうる。本発明による反射板は、反射型ディスプレイ、反透過型ディスプレイ、反射／透過兼用ディスプレイに適用される。そして、本発明による反射光分布の制御方法は、回折格子の周期及び配列方向のうち少なくとも１つを調節して、各ディスプレイの画像表示モードに合せて最適の反射光分布を有するようにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の望ましい実施形態による反射板、それを採用したディスプレイ及び反射光分布の制御方法について、添付された図面を参照して詳細に説明する。
図１Ａ及び図１Ｂは、入射した入射光Ｌｉが回折格子１によって反射される光の分布を示す図面である。以下では、光の分布を−１次光に対して方位角φと極角θとを利用して示す。方位角は、光を入射面に投影したとき、所定基準線に対する回転角を表し、極角は、入射面の法線に対する傾度を表す。光Ｌｉがθ＝３０°、φ＝０°を有し、回折格子１に入射して反射されるとき、反射される光の反射方向は、回折格子の周期及び配列方向のうち何れか１つで調節可能である。回折格子で回折反射される光の方向は、光の波長λ、回折格子の周期Ｔ、入射光の方向によって決定される。本発明では、回折格子を利用して光を所望の方向に均一にまたは特定方向に強くように送ることによって、反射光の分布を特定することができる。そして、回折格子の深さｄを調節して光度を調節することができる。
【００１１】
図２は、回折格子１の平面図を示す図面であって、回折格子１のパターンに対して垂直方向の格子ベクトルをhat ｇとするとき、入射光Ｌｉの回折格子に対する投影線ｐと格子ベクトルhat ｇとの間の角度を回折格子の回転角δｉで表示する。例えば、第１波長λ及び第１入射角を有して入射される光に対して、回折格子の周期Ｔと回折格子の配列方向とのうち少なくとも１つを調節して反射される光の方向、すなわち、反射光の角分布を所望の位置に調節しうる。回折格子の配列方向は、回転角δｉで表示される。
【００１２】
まず、回折格子の周期と回折格子の配列方向及び反射光の方向分布の関係を調べるために、所定波長λに対して回折格子の周期Ｔと回折格子の回転角δｉとを変化させつつ、反射光の分布を調べた。図３Ａ〜図３Ｈは、Ｔ／λを３.０５、２.６４、２.２３、２.００、１.８０、１.７０、１.６０、１.４８に変化させつつ、反射光分布を見たものであって、回折格子の配列方向を固定したとすると、回折格子の周期が小さくなるほど、反射光が図表上の縦方向にシフトされる傾向を示すということが分かる。次いで、回折格子の周期を固定したとすると、回折格子の回転角を変化させることによって、反射光が図表上の横方向にシフトされる傾向を示すということが分かる。図３Ａないし図３Ｈを参照すれば、回折格子の周期及び配列方向Ｔ,δｉのうち少なくとも１つを調節して反射光の位置を調節しうる。言い換えれば、（Ｔ,δｉ）による反射光の座標（θ,φ）をマッチングさせうる。このような特性を利用して、反射光の座標（θ,φ）とそれにマッチングされる回折格子の（Ｔ,δｉ）をテーブル化しうる。ここで、入射光の波長λを結合して、（Ｔ,δｉ）の代わりに（Ｔ／λ,δｉ）を利用してテーブル化することが可能である。
【００１３】
図４は、例えば、ダイヤモンド形態の反射光分布を作るために、（Ｔ／λ,δｉ）テーブルをマッチングさせた例を示す図面である。ロムバス（Ｒｈｏｍｂｕｓ）反射光分布のために、例えば、２５個の光点を仮定し、第１四分面Ｍと第４四分面Ｎとにある光点に対して、（Ｔ／λ,δｉ）を１：１マッチングさせてテーブル化したものである。（θ,φ）＝（７.９１°，１８.４°）を有する第１点Ｍ１に対しては、（Ｔ／λ,δｉ）＝（２.６７，６.６）がマッチングされ、（θ,φ）＝（５°／ＳＱＲＴ｛２｝，４５°）を有する第２点Ｍ２に対しては、（Ｔ／λ，δｉ）＝（２.１８，５.５）がマッチングされる。
【００１４】
前述したように、回折格子の周期及び配列方向のうち少なくとも１つを調節して反射光の分布を制御しうる。図５Ａ及び図５Ｂは、例えば、±１０°範囲内の視野角範囲内で四角形態の反射光分布を、図５Ｃは、十字型反射光分布を示す図面であって、このような光分布を作るために、反射光分布の座標とそれに対応する回折格子の周期及び配列方向の座標とを求めて回折格子を構成しうる。このように、反射光分布は、多様に構成可能であり、特に、ディスプレイで視聴者が主に見る視野角分布を有するようにすることが望ましい。例えば、視聴者が、ディスプレイを見る際に縦方向と横方向とに主に見ることが多く、相対的に対角線方向に見ることが少ない場合、横方向及び縦方向に比べて、対角線方向の反射方向分布が相対的に短くなるように設定することが望ましい。このような分布を満足させるものであって、図４に示された菱形の光分布や図５Ｃに示された十字型光分布とすることができる。図６Ａ〜図６Ｈは、モバイルディスプレイを眺める角度によって反射光分布を示す図面である。
【００１５】
次いで、図７は、回折格子の深さによる−１次光の回折効率を示す図面であって、回折格子の深さを調節して光度を調節しうる。Ｔ／λ、δｉを変化させつつ、回折効率を計算した結果、均一な光分布を有し、回折効率が０.２５以上を有するようにする入射光の波長に対して、格子の深さの比は、０.２±０.０４の範囲を有しうる。これにより、複数の回折格子セルは、９０％以上の均一な反射回折効率が得られる。
【００１６】
図８は、本発明による反射板を備えたディスプレイを示す図面である。本実施形態のディスプレイは、外光を反射させて画像を形成する反射モードと、バックライトを利用して画像を形成する透過モードとを含む。このディスプレイ装置は、光源１０と、光源１０から照射された光を案内する導光板１５と、透光率を調節するための液晶層４７とを備える。液晶層４７の一部領域には、反射板４５が形成され、残りの領域には、透過部４１が形成される。反射板４５は、図９Ａに示したように、複数の回折格子セル４５ａを備える。回折格子セル４５ａは、それぞれ一定の周期で配列された格子によって入射光を反射させ、それぞれ格子の配列周期及び配列方向のうち少なくとも１つによって、入射光の反射方向の分布を限定する。格子の配列周期及び配列方向を調節して反射光の方向分布を制御することについては、図２、図３Ａ〜図３Ｈを参照して説明した通りであるので、ここでは、詳細な説明を省略する。図９Ａでは、回折格子セル４５ａを相互に離間して形成した例を示したが、図９Ｂに示したように、回折格子セル４５ｂを相互に隣接して形成することも可能である。
【００１７】
回折格子セル４５ａ，４５ｂは、所望の反射光分布によって格子周期と格子配列方向とを有する。例えば、複数の回折格子セルは、四角形態、ダイヤモンド形態、十字形態のうち何れか１つの反射方向の分布を限定しうる。または、複数の回折格子セルは、横方向または縦方向に比べて、対角線方向が相対的に短い反射方向分布を限定しうる。例えば、ダイヤモンド形態の反射光分布を作るために、ダイヤモンド形態の２５個の光点分布によって１：１マッチングされる２５個の回折格子セルが配列されるが、４個、３個が交互に一列配置され、それぞれマッチングされる光点に対する方向を限定するように格子周期及び配列方向が決定される。
【００１８】
一方、透過部４１は、液晶層４７の一部分に対応して構成できる。反射板４５の下部には、支持層４３が設けられる。液晶層４７の上部にカラーフィルタ５０が設けられ、導光板１５と液晶層４７との間に第１線偏光フィルム３３、第１−１／４波長板３５、第１ガラス基板３８、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）層４０が設けられ、カラーフィルタ５０の上部には、第２ガラス基板５５、第２−１／４波長板５８、第２線偏光フィルム６０が設けられる。導光板１５と第１線偏光フィルム３３との間には、光効率を高めるための複数層２０が設けられる。複数層２０は、例えば、光を拡散させるための拡散板、光路を補正するためのプリズムシート、プリズムシートを通過した光をディスプレイパネルに向かって直進するように、方向性を向上させるプリズムフィルムを設けることもできる。
【００１９】
導光板１５から照射された光Ｌｂは、透過部に該当する領域の液晶層に入射され、ＴＦＴ層４０の電圧によって透過率が調節されて液晶層４７を通過した後、カラーフィルタ５０で特定波長帯域のカラー光のみが透過する。
図８は、反透過型ディスプレイの例を示す図面である一方、本発明による反射板は、反射型ディスプレイにも適用される。図１０は、反射型ディスプレイを概略的に示す図面であって、基板１００と、前記基板１００上に配された反射板１０５と、反射板１０５上に設けられて外部から入射する光Ｌｏのうち特定波長の光のみを透過させるカラーユニット１０７とを備える。カラーユニット１０７の上部には、保護層１１０がさらに設けられる。カラーユニット１０７は、カラーピグメント、染料、特定波長の光を透過させるナノ粒子のうち何れか１つを含む媒質で形成される。外光Ｌｏは、カラーユニット１０７を通じて所定波長の光のみが反射板１０５に入射され、反射板１０５で反射された光Ｌｒは、視聴者の眼に入射される。反射板１０５で回折格子の周期及び配列方向を調節して、反射光Ｌｒが視聴者のメイン視野角範囲にあるように構成できる。一方、本発明による反射板は、反射型ディスプレイ以外に、反射／透過兼用ディスプレイにも適用することができる。
【００２０】
前述した実施形態は、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、ＰＤＡ、ＰＭＰ、ＤＭＢなどの携帯用端末のディスプレイ関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本発明による反射板に光が入射して反射される経路を極角を利用して示す図面である。
【図１Ｂ】本発明による反射板に光が入射して反射される経路を方位角を利用して示す図面である。
【図２】本発明による反射板の格子配列方向と入射光の関係を示す図面である。
【図３Ａ】本発明による反射板の回折格子の周期の変化による反射光の分布を回折格子の回転角を変化させつつ測定した結果を示す図面である。
【図３Ｂ】本発明による反射板の回折格子の周期の変化による反射光の分布を回折格子の回転角を変化させつつ測定した結果を示す図面である。
【図３Ｃ】本発明による反射板の回折格子の周期の変化による反射光の分布を回折格子の回転角を変化させつつ測定した結果を示す図面である。
【図３Ｄ】本発明による反射板の回折格子の周期の変化による反射光の分布を回折格子の回転角を変化させつつ測定した結果を示す図面である。
【図３Ｅ】本発明による反射板の回折格子の周期の変化による反射光の分布を回折格子の回転角を変化させつつ測定した結果を示す図面である。
【図３Ｆ】本発明による反射板の回折格子の周期の変化による反射光の分布を回折格子の回転角を変化させつつ測定した結果を示す図面である。
【図３Ｇ】本発明による反射板の回折格子の周期の変化による反射光の分布を回折格子の回転角を変化させつつ測定した結果を示す図面である。
【図３Ｈ】本発明による反射板の回折格子の周期の変化による反射光の分布を回折格子の回転角を変化させつつ測定した結果を示す図面である。
【図４】本発明による反射板で反射された反射光の分布と反射板の格子セルの（Ｔ／λ、δｉ）テーブルからをマッチングさせて示す図面である。
【図５Ａ】本発明による反射板で反射される反射光分布の例を示す図面である。
【図５Ｂ】本発明による反射板で反射される反射光分布の例を示す図面である。
【図５Ｃ】本発明による反射板で反射される反射光分布の例を示す図面である。
【図６Ａ】本発明による反射板で回折格子セルの配列構造によって変わる反射光分布を示す図面である。
【図６Ｂ】本発明による反射板で回折格子セルの配列構造によって変わる反射光分布を示す図面である。
【図６Ｃ】本発明による反射板で回折格子セルの配列構造によって変わる反射光分布を示す図面である。
【図６Ｄ】本発明による反射板で回折格子セルの配列構造によって変わる反射光分布を示す図面である。
【図６Ｅ】本発明による反射板で回折格子セルの配列構造によって変わる反射光分布を示す図面である。
【図６Ｆ】本発明による反射板で回折格子セルの配列構造によって変わる反射光分布を示す図面である。
【図６Ｇ】本発明による反射板で回折格子セルの配列構造によって変わる反射光分布を示す図面である。
【図６Ｈ】本発明による反射板で回折格子セルの配列構造によって変わる反射光分布を示す図面である。
【図７】本発明による反射板で回折格子の深さによる回折効率の変化を示す図面である。
【図８】本発明による反射板を備えた反透過型ディスプレイを示す図面である。
【図９Ａ】本発明による反射板の例を示す図面である。
【図９Ｂ】本発明による反射板の例を示す図面である。
【図１０】本発明による反射板を備えた反射型ディスプレイを示す図面である。
【符号の説明】
【００２３】
１０    光源
１５    導光板
２０    複数層
３３    第１線偏光フィルム
３５    第１−１／４波長板
３８    第１ガラス基板
４０    ＴＦＴ層
４１    透過部
４３    支持層
４５    反射板
４７    液晶層
５０    カラーフィルタ
５５    第２ガラス基板
５８    第２−１／４波長板
６０    第２線偏光フィルム
【図１Ａ】
2009048164.tif 000003
【図１Ｂ】
2009048164.tif 000004
【図２】
2009048164.tif 000005
【図３Ａ】
2009048164.tif 000006
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
2009048164.tif 000009
【図３Ｅ】
2009048164.tif 000010
【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
2009048164.tif 000012
【図３Ｈ】
2009048164.tif 000013
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2009048164.tif 000015
【図５Ｃ】
2009048164.tif 000016
【図８】
2009048164.tif 000017
【図９Ａ】
2009048164.tif 000018
【図９Ｂ】
2009048164.tif 000019
【図１０】
2009048164.tif 000020
【図４】
2009048164.tif 000021
【図６Ａ】
2009048164.tif 000022
【図６Ｂ】
2009048164.tif 000023
【図６Ｃ】
2009048164.tif 000024
【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図７】
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