JP2004527780A - 非放射式表示装置のための光源装置 - Google Patents

Abstract

視認するために、頂部表面をもつ表示装置の照明を改善するための方法と装置である。当該装置は、表示装置の実質的に頂部表面に設置された導光パネルと、光を供給するために、少なくとも１つ、導光パネルに隣接して設置された線状光源とをもち、前記導光パネルは表示装置の頂部表面に隣接した第１表面と、第１表面と対向する第２表面、および、線状光源から光を側端を通じて導光パネルの第１表面と第２表面のあいだに供給するための部分として、少なくとも１つの側端をもち、前記第２表面は、側端と溝のあいだの距離により分布された透過光を反射させるための部位として、多数の細長い溝（Ｘ_０、Ｘ_１、…、Ｘ_ｎ）をもつ。

Description

【０００１】
［発明の分野］
本発明は概して光源装置に関するものであり、より詳しくは、パネルを照射するために該パネルの正面に設けられるべき光源装置に関するものである。
【０００２】
［発明の背景］
非放射式表示装置（ｎｏｎ−ｅｍｉｓｓｉｖｅ ｄｉｓｐｌａｙ）、とりわけ反射型白黒（Ｂ／Ｗ）およびカラー表示装置の視認（ｖｉｅｗｉｎｇ）を改善するために、表示装置の導光パネルを表示装置の上部の光源に隣接して設けて、光源によって生成された光を導光パネルの観測面に向けている。典型的には、光は導光パネルの１または２以上のエッジ内を伝送される。タイら（Ｔａｉ ｅｔ ａｌ）の米国特許第５，８３５，６６１号明細書は導光パネルを開示しており、エッジ内に導入された光を表示装置に反射させるために該導光パネルの上面に複数の反射溝が設けられている。米国特許第５，８３５，６６１号明細書に開示されているとおりに、当該反射溝は導光パネルの上面上に一様に配されている。よって、表示装置の照射は不均一であり、その結果、光源近傍の表示部は光源からさらに離れた表示部より一層明るくみえる。導光パネルの厚さが減少されたとき、この不均一な照射はさらに顕著である。一様に配された溝は、表示装置の画素間の間隔が溝の間隔と僅かに異なっている場合に、モアレパターンを生成する。導光パネルを用いると、米国特許第５，８３５，６６１号明細書に開示されているとおり、導光パネル下面からの照射光および周囲光の鏡のような反射が、表示装置の視認品位をさらに減じる。この鏡のような反射を減じるために、当該下面に薄膜などの非反射面コーティングを設けている。この非反射コーティングは一般的に高価である。なぜなら、製造工程のあいだに当該導光パネル上にコーティングを塗付するために１または２以上の追加の工程がなされなければならないからである。
【０００３】
導光パネルに光を供給するための多くの公知の方法がある。たとえば、冷陰極蛍光管（ｃｏｌｄ ｃａｔｈｏｄｉｃ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｔｕｂｅ）（ＣＣＦＴ）が光源として使用されることができ、光を導光パネル内に供給するために、当該導光パネルのエッジ近傍に設けることができる。ＣＣＦＴは、典型的にはガラスチューブからなり、該ガラスチューブの内側にはリンが被覆され、ハーメティックシールがなされ、ガス抜きがなされている。高電圧が当該チューブの両端を横断して印加されると、プラズマが形成されて、光生成のためのリンを励起する。当該ＣＣＦＴは導光パネルの厚さと比べて比較的大きい。導光パネルのエッジを向く線状光パイプ面から出る光線がランダムに散乱する。よって、当該線状光パイプから得られる僅かな量の光だけが表示装置の視認面に向けられる。
【０００４】
したがって、非放射式のパネルまたは表示装置のフロント照明を改善するための方法および装置を提供することが望ましく、有利である。
【０００５】
［発明の開示］
本発明の第１の側面は、視認のための上面を有する表示装置の照明を改善するための方法を提供することである。当該方法は、
前記表示装置の実質的に頂部表面に光を供給する工程と、
当該頂部表面に光を供給するために導光パネルに隣接した少なくとも１つの光源を設ける工程
とを含み、
前記導光パネルが、当該表示装置の頂部表面と対向する下面と、上面と、光の一部を入れるための少なくとも１つの側部エッジとを有し、該光が前記光源によって該側部エッジを経て該上面と下面との間の導光パネル内に供給され、前記上面が、前記導光パネルの下面を経て当該表示装置に向かって全反射で入った光の一部を反射するために光源と実質的に対向する疎密境界を有する複数の溝を含み、該疎密境界が、該疎密境界と側部エッジとの間の距離にしたがって変化する分布密度を有している。
【０００６】
前記分布密度は距離と共に増加することが好ましい。
【０００７】
前記下面は前記下面から上面への光の望まれない反射を減じるために反射低減構造体を含むことが好ましい。
【０００８】
前記反射低減構造体が、複数の周期的な溝を備え、該周期的な溝が前記光源によって供給される光の主要な波長の半分より小さいピッチを有することが好ましい。
【０００９】
本発明の第２の側面は、視認のために頂部表面を有する表示装置用の照明装置である。当該照明装置は、
前記表示装置の実質的に頂部表面に設けられた導光パネルと、
該導光パネルに光を供給するための導光パネルに隣接して設けられた少なくとも１つの線状光源
とを備え、
前記導光パネルが、当該表示装置の頂部表面と隣接する下面と、光の一部を入れるための少なくとも１つの側部エッジとを有し、該光が前記光源によって該側部エッジを通って該上面と下面との間の導光パネル内に供給され、該上面が前記導光パネルの下面を通って当該表示装置に向かって全反射によって入った光の一部を反射するために前記光源と実質的に対向している疎密境界を有する複数の溝を含み、該疎密境界が、該疎密境界と側部エッジとの間の距離にしたがって変化する分布密度を有している。
【００１０】
前記線状光源は、
周辺面と少なくとも１つの光入力端を有する線状光パイプと、
光を該光パイプに供給するために該光入力端に隣接した少なくとも１つの発光体とを備え、
周辺表面が発光器によってもたらされた光を通して導光パネルに伝送せしめることが好ましい。
【００１１】
前記線状光パイプが側部エッジに対して実質的に平行な長手軸を有し、前記周辺表面が当該長手軸に対して実質的に垂直な断面を有し、当該断面が反射面と隣接した曲面部を含み、当該反射面が、当該曲面部を通して側部エッジに向けて光を反射させるために導光パネルの側部エッジから離間して設けられていることが好ましい。
【００１２】
前記反射面によって反射した光を前記側部エッジに向けて集光させるために、前記曲面部が側部エッジに隣接した球形部を有することがことが好ましい。
【００１３】
前記曲面部に向けて光を散乱させるために、前記反射面上に設けられて複数の散乱器が設けられていることが好ましい。
【００１４】
その代わりに、前記曲面部は、前記線状光パイプが導光パネルの一体化された一部になるように前記側部エッジを併せもつこともできる。
【００１５】
本発明の第３の側面は導光パネルを提供することである。該導光パネルは、
第１の表面と、
対向する第２の表面と、
少なくとも１つの側部エッジ
とを備え、
前記第１の表面が複数の溝を有し、当該複数の溝は、側部エッジを通して進入した光を前記第２の表面に向けて前記第１の表面と第２の表面との間の導光パネルに反射し得るように、実質的に側部エッジに対向する疎密領域を有し、
前記疎密領域が、前記疎密領域と第２の表面との間の距離にしたがって変化する。
【００１６】
前記導光パネルは、前記第２の表面に設けられた反射低減構造体をさらに備えてなることが好ましい。
【００１７】
前記反射低減構造体が複数の周期的な溝を含んでなることが好ましい。
【００１８】
本発明は図１〜８と合わせて本明細書の記載を読めば明確になるであろう。
【００１９】
［発明を実施するための最良の形態］
図１は表示装置１００の頂部に設けられたフロント照明装置１０を示している。図１に示されるとおり、フロント照明装置１０は、導光パネル２０と線状光源５０とを含んでいる。導光パネル２０は上面２２と、表示装置１００の上面１１０の実質的に頂部に位置づけられた下面２４とを有している。導光パネル２０の側部エッジ２６に隣接して位置づけられた線状光源５０は、導光パネル２０を通して表示装置１００を照射する光を与えるために使用され、その結果、表示装置１００は、上面１１０と導光パネル２０とを通してより明瞭に視認することができる。
【００２０】
図２ａに示されるとおり、導光パネル２０の上面２２は、光源５０からの光を上面１１０を通して下面２４に向けて反射させて、表示装置１００の下部層１２０に到達させるために複数の溝Ｘ_０、Ｘ_１、…、Ｘ_ｎを有している。図２ｃに示されるとおり、それぞれの溝Ｘ_ｎは疎密境界１５０を有しており、該疎密境界１５０は導光パネル２０の側部エッジ２６と実質的に対向し、その結果、側部エッジ２６の方向から来る光線２００が、合理的に大きい入射角で疎密境界１５０にあたると、全反射を受けて導光パネル２０の下面の方に向けられる。下面２４の疎密境界にあたると、参照符号２０４によって示されたとおり光エネルギーの一部は反射して導光パネル２０内に戻ることは注目されるべきである。導光パネル２０の下面におけるこの種のフレネル反射を低減するために、反射低減構造体３０を設けることは有利である。ある角度より小さい入射角を有する光線の望まれない反射を低減するために反射低減構造体３０が使用されることは注目されるべきである。たとえば、当該反射低減構造体３０は３０度より小さい入射角をフレネル反射を低減するために使用され、同時に導光パネル２０に反射させるために光線を３０度より大きい入射角にせしめる。図２ｃに示されているとおり、光線２０２は構造体３０によって導光パネル２０に反射する。図２ａに示されているとおり、典型的には表示装置１００は、ＬＣＤなどの非放射型表示装置である。この場合、溝Ｘ_０、Ｘ_１、…、Ｘ_ｎによって反射した光は、透明な頂部層１３０を通して下層１２０によって示されたとおりの液晶層に到達し、その結果下層１２０に表示された情報はより明瞭に見ることができ、読むことができる。本発明のフロント照明装置１０が、図２ｂに示されたとおり、上層１２２に表示されたテキストやグラフの頂部に透明層をもたないパネル１０２に使用されることもできることは注目されるべきである。
【００２１】
図３ａは、本発明の好ましい実施例による導光パネル２０の上面２２の反射溝の分布密度を示す断面図である。図３ａに示されるとおり、反射溝はＸ_０、Ｘ_１、Ｘ_２、…、Ｘ_ｎ−１、Ｘ_ｎ、Ｘ_ｎ＋１によって示される。隣り合う２つの溝Ｘ_０、Ｘ_１、Ｘ_２、…、Ｘ_ｎ−１、Ｘ_ｎ、Ｘ_ｎ＋１の間の距離はＰ_０、Ｐ_１、Ｐ_２、…、Ｐ_ｎ−１、Ｐ_ｎによって示される。そのうえさらに、導光パネル２０の側部エッジ２６から溝Ｘ_０、Ｘ_１、Ｘ_２、…、Ｘ_ｎ−１、Ｘ_ｎ、Ｘ_ｎ＋１までの距離はＤ_０、Ｄ_１、Ｄ_２、…、Ｄ_ｎ−１、Ｄ_ｎ、Ｄ_ｎ＋１によって示される。光が導光パネル２０の側部エッジ２６を通ると、側部エッジ２６近傍の反射溝にあたる光は、側部エッジ２６から離れた反射溝にあたる光より多い。よって、反射溝Ｘ_０、Ｘ_１、Ｘ_２、…、Ｘ_ｎ−１、Ｘ_ｎ、Ｘ_ｎ＋１が導光パネル２０の上面２４を均等に分布されているなら、多くの光が光源５０に近い下面と表示装置１００に向かって反射する。表示装置１００の光源上での照明は、表示装置の他の部分より明るいようである。この不均一な照明効果は、前記導光パネル２０の上面２２と下面２４との間の厚さないしは距離が減じられたときにより顕著になる。この不均一な照明効果を低減するために、溝Ｘからの距離Ｄが増加するにつれて、間隔Ｐが減少し、溝Ｘの分布密度が距離Ｄと共に増加する。たとえば、Ｄ_０＜Ｄ_１ゆえ、Ｐ_０＞Ｐ_１となる。そのような溝Ｘの分布密度は表示装置１００の照明の一様性を改善することができる。
【００２２】
その代わりに、反射溝Ｘの分布密度は、図３ｂに示されるとおりの他の方法で変化するようにすることもできる。図３ｂに示されるように、反射溝Ｘは表面部Ｓ_１、Ｓ_２、…、Ｓ_ｍにグループ分けがなされ、それぞれの表面部は等しい数の反射溝を有している。たとえば、表面部Ｓ_１は３つの反射溝Ｘ’_０、Ｘ’_１、Ｘ’_２を有しており、表面部Ｓ_ｍは３つの反射溝Ｘ’_ｎ−１、Ｘ’_ｎ、Ｘ’_ｎ＋１を有している。表面部Ｓの範囲内の溝Ｘ’は均等に離間してよい。たとえば、表面部Ｓ_１内ではＰ’_０＝Ｐ’_１である。同様に、表面部Ｓ_ｍ内ではＰ’_ｎ−１＝Ｐ’_ｎである。しかしながら、側部エッジ２６から表面部Ｓ_１までの距離Ｄ_ｃが側部エッジ２６から表面部Ｓ_ｍまでの距離Ｄ_ｆよりも小さいので、Ｐ’_０＞Ｐ’_１であることが好ましい。よって、溝Ｘ’の分布密度が、側部エッジ２６から反射溝Ｘ’までの距離と共に有効に増加する。そのような溝Ｘ’の分布は、また表示装置１００の照明を改善することができる。
【００２３】
導光パネル２０の下面２４におけるフレネル反射を低減するために、下面２４に反射低減構造体３０を設けることが望まれる。当該反射低減構造体３０は図４に示されるとおりの複数の周期的な溝を含むことが好ましい。そのような周期的な溝３２は、反射低減構造体３０の生産コストを低減するために、上面２２への反射溝Ｘの製造と同時もしくは別の成形プロセスまたは圧縮プロセスによって製造することができる。隣り合う溝間の離間は文字Ｑによって示されており、溝の深さは文字ｈによって示されている。もし導光パネル２０内に導入された光が主要な波長λを有しているなら、離間Ｑは主要な波長λより小さい。周期的な溝３２の非反射特性は当該技術において周知である（たとえば、「ディフラクティブ オプティックス フォア インダストリアル アンド コマーシャル アプリケーション」３０８〜３１１頁、ジェイ・ツルネンおよびエフ・ウィロヴスキィ編集、アカデミー フェアラーク刊、１９９７年参照）。
【００２４】
導光パネル２０の上面２２上の反射溝ＸおよびＸ’は多くの異なる方法によって製造され得る。たとえば、レーザリソグラフィー（ｌａｓｅｒ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）は、マスタープレート上に溝を製造するために使用でき、マスタープレートの複写は電気分解プロセスによって製造され得る。この複写はニッケル・シム−プレート（ｓｈｉｍ−ｐｌａｔｅ）として知られている。反射低減構造体３０は、またインターフェロメトリック（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ）・リソグラフィーまたは電子ビームリソグラフィーによってマスタープレート上に製造することができ、ニッケル・シム−プレートはマスタープレートによって製造できる。当該シム−プレートはホット・エンボスまたは射出成形のための金型として使用される。微小な表面構造を製造するためにシム−プレートを使用することは当該技術において周知である。
【００２５】
図５および６は線状光源５０の構造を示しており、該線状光源は、導光パネル２０に光を供給するために導光パネル２０の側部エッジ２６近傍に位置づけられる。図５および６に示されるとおり、線状光源５０は、両端５４を有する線状光パイプ（ないしは導体）５２と、光線２０６を導光パネル２０の側部エッジ２６の方に向けるのを助けるための反射促進面５６とを有する。光パイプ５２に光を供給するために、１または２以上の発光体６０が光パイプ５２の近傍に設けられる。発光体６０は発光ダイオードまたは他の発光装置であってもよい。光パイプ５２は長手方向の軸７０と該長手方向の軸７０を取り囲む周辺面５８とを有している。周辺面５８と導光パネル２０の一部とを示すために光パイプ５２の断面が図６に示されている。
【００２６】
示されているとおり、周辺面５８はフロント部６２を含んでおり、該フロント部は背部６４と隣接している。背部６４は反射面５６を含んでおり、該反射面は、光をフロント部６２に向けるために複数の散乱体５７を有している。光パイプ５２から出た光線がフロント部６２にあたるとき光線２１０の発散が減少するように、導光パネル２０の側部エッジ２６と対向するフロント部が曲面であることが好ましい。よって、フロント部６２の形状は光パイプ５２を出る光線の集光を助ける。たとえば、フロント部６２は球形または非球形であってもよい。反射面５６は回折格子および／または銀面から製造され得る。
【００２７】
図７ａおよび７ｂは照明装置の他の実施例を示している。示されているとおり、照明装置１０’は線状光源５０’を含んでおり、線状光源は導光パネル２０の一体化された一部である。図７ａに示されているとおり、光パイプ５２’の両端５４’は導光パネル２０と接続されており、光パイプ５２’は導光パネル２０から分離したままである。図７ｂは図７ａに示されたとおりの照明装置の断面図である。
【００２８】
照明装置１０が図１〜７ｂに示されたとおりのフロント照明装置として開示されていることは注目されるべきである。同一の装置が、図８に示されているとおりに背部照明装置として使用できる。示されているとおり、照明装置１０は透過表示装置１０４の背部に設けられている。導光パネル２０の「上」面２４は「下」面よりも表示装置１０４の底部から離れている。背部の照明のために透過表示装置１０４と照明装置１０とのあいだに反射低減構造体を有することは必要ではないことに注目すべきである。
【００２９】
よって、本発明は好ましい実施例に関して記載したが、前述の種々の変更、省略および形態およびその詳細についての逸脱は、この発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることは当業者に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、表示装置の頂部に設けられたフロント照明装置を示す概略説明図である。
【図２】
図２ａは、フロント照明装置が透明な頂部表面をもつ表示装置に設けられた場合の原理を示す断面図である。図２ｂは、フロント照明装置がパネルに設けられた場合の原理を示す断面図である。
【図３】
図３ａは、本発明の好ましい実施例による、導光パネル上部表面上の反射溝の分布密度を示す断面図である。図３ｂは、本発明の他の実施例による、導光パネル上部表面上の反射溝の分布密度を示す断面図である。
【図４】
図４は、本発明の、反射低減構造体の構造を示す断面図である。
【図５】
図５は、導光パネルの一端付近における、線状光源の概略説明図である。
【図６】
図６は、本発明による、光パイプの形状を示す断面図である。
【図７】
図７ａは、光パイプが導光パネルの一体的な部分である導光パネルの他の実施例を示す概略説明図である。図７ｂは、光パイプと導光パネルが一体化したものを示す断面図である。
【図８】
図８は、背面照明に用いられる導光パネルを示す概略説明図である。

Claims (18)

1. 視認のための頂部表面（１１０）を有する表示装置（１００）の照明を改善するための方法であって、当該方法は、
   前記表示装置の実質的に頂部表面に導光パネル（２０）を設ける工程と、
   当該頂部表面に光を供給するために導光パネルに隣接した少なくとも１つの光源（５０）を設ける工程
   とを含み、
   前記導光パネルが、当該表示装置の頂部表面に隣接した第１の表面（２４）と、該第１の表面と対向する第２の表面（２２）と、光の一部を入れるための少なくとも１つの側部エッジ（２６）とを有し、該光が前記光源によって該側部エッジを経て該第１の表面と第２の表面との間の導光パネル内に供給され、
   前記第２の表面が、前記導光パネルの下面を経て当該表示装置に向かって全反射で入った光の一部を反射するために光源と実質的に対向する疎密境界を有する複数の溝（Ｘ_０、Ｘ_１、…、Ｘ_ｎ）を含み、該疎密境界が、該疎密境界と側部エッジとの間の距離にしたがって変化する分布密度を有してなる方法。
2. 前記分布密度は距離と共に増加してなる請求項１記載の方法。
3. 前記第１の表面が、前記第１の表面から第２の表面への光線の反射を減じるために反射低減構造体（３０）を含んでなる請求項１記載の方法。
4. 前記光線が３０度より小さい入射角で前記第１の表面にあたる請求項３記載の方法。
5. 前記反射低減構造体が複数の周期的な溝を備えてなる請求項３記載の方法。
6. 前記光源によって供給された光が主波長範囲を有し、前記周期的な溝が当該主波長範囲の１／２より小さいピッチを有してなる請求項４記載の方法。
7. 前記表示装置が液晶表示パネルである請求項１記載の方法。
8. 視認のために頂部表面（１１０）を有する表示装置（１００）のための照明装置であって、当該照明装置が、
   前記表示装置の実質的に頂部表面に設けられた導光パネル（２０）と、
   該導光パネルに光を供給するための導光パネルに隣接して設けられた少なくとも１つの線状光源（５０）
   とを備え、
   前記導光パネルが、当該表示装置の頂部表面と隣接する第１の表面（２４）と、該第１の表面に対向する第２の表面（２２）と、光の一部を入れるための少なくとも１つの側部エッジ（２６）とを有し、該光が前記光源によって該側部エッジを通って該第１の表面と第２の表面との間の導光パネル内に供給され、該第２の表面が前記導光パネルの下面を通って当該表示装置に向かって全反射によって入った光の一部を反射するために前記光源と実質的に対向している疎密境界を有する複数の長く延びた溝（Ｘ_０、Ｘ_１、…、Ｘ_ｎ）を含み、該疎密境界が、該疎密境界と側部エッジとの間の距離にしたがって変化する分布密度を有してなる照明装置。
9. 前記分布密度が前記距離と共に増加する請求項８記載の照明装置。
10. 前記第１の表面が、前記第１の表面から第２の表面への光線の反射を低減するために反射低減構造体（３０）を含み、当該光線が３０度より小さい入射角で前記第１の表面にあたる請求項７記載の照明装置。
11. 前記反射低減構造体が複数の周期的な溝を備えてなる請求項９記載の照明装置。
12. 前記線状光源によって供給された光が主周波数範囲を有しており、前記周期的な溝が当該主周波数範囲より小さいピッチを有してなる請求項１０記載の照明装置。
13. 前記線状光源が、
    周辺面（５８）および少なくとも１つの光入力端を有する線状光パイプと、
    光を該光パイプに供給するために該光入力端に隣接した少なくとも１つの発光体とを備え、
    周辺表面が発光器によってもたらされた光を通して導光パネルに伝送せしめる請求項８記載の照明装置。
14. 前記線状光パイプが側部エッジに対して実質的に平行な長手軸（７０）を有し、前記周辺表面が当該長手軸に対して実質的に垂直な断面を有し、当該断面が反射面（５６）と隣接した曲面部を含み、当該反射面が、当該曲面部を通して側部エッジに向けて光を反射させるために導光パネルの側部エッジから離間して設けられてなる請求項１３記載の照明装置。
15. 前記反射面が複数の光散乱器を含んでなる請求項１４記載の照明装置。
16. 前記曲面部が、前記反射面によって反射した光を側部エッジに向けて集光させるために前記側部エッジに隣接した球形部を有してなる請求項１４記載の照明装置。
17. 第１の表面（２４）と、
    対向する第２の表面（２２）と、
    当該第１の表面と第２の表面との間の導光パネル内に光を入れるｔがめに少なくとも１つの側部エッジ（２６）
    とを備え、
    前記第１の表面が複数の長く延びた溝（Ｘ_０、Ｘ_１、…、Ｘ_ｎ）を有し、当該複数の溝が、進入した光の一部を前記第２の表面に向けて前記第１の表面と第２の表面との間の導光パネルに全反射で反射させるために疎密領域を有し、当該疎密領域が、当該疎密領域と第２の表面との間の距離に依存して変化する分布密度を有する導光パネル。
18. 前記分布密度が前記距離と共に増加してなる請求項１７記載の導光パネル。