JP2010510639A - 照明システム及びディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ディスプレイ装置を照明する照明システム（１０）及びディスプレイ装置に関する。照明システムは、ディスプレイ装置全体にわたって光を分布させる光分配要素（２０）を有する。光分配要素は、光出射窓（４０）と、光出射窓と反対側に位置する後壁（４２）と、光出射窓と後壁との間に延びる端縁壁（４４，４６）とを有し、端縁壁の少なくとも１つは、光を光分配要素中に入れる光入射窓（４８）を有する。光分配要素は、光分配要素からの光を光出射窓経由でディスプレイ装置に向かってスペクトル反射するスペクトル反射性の光取出し手段（５０）を更に有する。第１の光ビーム（１００）が、光入射窓に入射する第１の原色（Ｒ）の光を含み、光入射窓は、第１の原色の光を光分配要素中に取出すようになっている。少なくとも１つの第２の光ビーム（１０２，１０４）が、光入射窓に入射する第２の原色（Ｇ，Ｂ）の光を含み、光入射窓は、第２の原色の光を光分配要素中に取出すようになっており、第２の光ビームは、第１の光ビームに対して実質的に平行ではない。スペクトル反射性の光取出し手段を利用することにより、第１の光ビームと第２の光ビームとの間に入射角の差が生じる。この差は、実質的に保存され、その結果、光分配要素によってディスプレイ装置に向かって放出される光の色分解が行われる。

Description

本発明は、ディスプレイ装置を照明する照明システムに関する。
本発明は又、ディスプレイ装置に関する。

ディスプレイ装置を照明する照明システムは、それ自体公知である。このような照明システムは、非発光型ディスプレイ、例えばＬＣＤパネルとも呼ばれている液晶ディスプレイ装置に用いられ、このような液晶ディスプレイ装置は、例えば、テレビジョン受信機、モニタ（コンピュータモニタ）、電話（コードレス電話）及び携帯情報端末に用いられている。照明システムは又、例えば像を投射し又はテレビ番組、フィルム、ビデオプログラム又はＤＶＤを表示する等する投射システム、例えばディジタルプロジェクタ又はビーマに用いられる場合がある。さらに、このような照明システムは、全般照明目的で、例えば、ビジュアルサイン伝達、輪郭照明及びビルボードに利用される大面積直視形発光パネルのために用いられている。

このような照明システムは、例えば米国特許第４，７９８，４４８号明細書に開示されており、この米国特許は、画像素内の個々のセルが光の所望の色だけを受け取るよう光の三原色を分割（色分割）するための手段を有するカラーディスプレイ装置用の照明システムを開示している。上述の米国特許に開示されているような三原色を分割する手段は、回折格子から成る。回折格子は、レンチキュラーレンズから受けた白色光を分割し、この光を曲げて光の三原色を個々の液晶セルに差し向け、各液晶セルは、セルを透過されることが意図された色だけを受ける。

米国特許第４，７９８，４４８号明細書

公知の照明システムには、効率が比較的低いという欠点がある。
本発明の目的は、効率を向上させた照明システムを提供することにある。

本発明の一態様によれば、この目的は、ディスプレイ装置を照明するための照明システムであって、この照明システムは、
ディスプレイ装置全体にわたって光を分布させる光分配要素を有し、光分配要素は、光出射窓と、光出射窓と反対側に位置する後壁と、光出射窓と後壁との間に延びる端縁壁とを有し、端縁壁の少なくとも１つは、光を光分配要素中に入れるための光入射窓を有し、光分配要素は、光分配要素からの光を光出射窓経由でディスプレイ装置に向かってスペクトル反射するスペクトル反射性の光取出し手段を更に有し、
第１の原色の光から成る第１の光ビーム及び第２の原色の光から成る第２の光ビームを発生させる手段を有し、第２の光ビームは、第１の光ビームに対して実質的に平行ではなく、
光入射窓は、第１の原色の光を光分配要素中に取出すために第１の光ビームを受け取ると共に第２の原色の光を光分配要素中に取出すために少なくとも第２の光ビームを受け取るよう構成されていることを特徴とする照明システムによって達成される。

本発明の手段は、スペクトル反射性取出し手段の使用により、動作の際、第１及び第２の原色の光がスペクトル反射取出し手段によって光分配要素から外部に取出されると、第１の光ビームと第２の光ビームとの入射角の差が実質的に保存されるという作用効果を有する。その結果、第１及び第２の原色の光は、光分配要素から互いに異なる角度をなしてディスプレイ装置に向かって放出され、その結果、第１及び第２の原色の光について光分配要素によって放出された光の色分解（色分離ともいう）が行われる。第１の原色の光は、光入射窓の垂直軸線に対して第２の原色の光とは異なる角度をなして光分配要素中に放出される。スペクトル反射性光取出し手段は、動作の際、光を光分配要素からディスプレイ装置に向かって取出すよう構成されている。スペクトル反射面からの反射光は、反射の法則に実質的に従う。この法則によれば、スペクトル反射面の垂直軸線に対して特定の入射角でスペクトル反射面に当たった光は、スペクトル反射面の垂直軸線に対して入射角に等しい反射角でスペクトル反射面から反射される。第１の原色の光は、光入射窓の垂直軸線に対して第２の原色の光とは異なる角度をなして光分配要素中に放出されるので、スペクトル反射性光取出し手段からディスプレイ装置に向かう第１の原色の光の反射は、光出射窓の垂直軸線に対して第２の原色の光とは異なる角度をなす。スペクトル反射性取出し手段の使用により、スペクトル反射性取出し手段からの反射光の角度分布状態は、実質的に保存され、光分配要素からの光を取出す際、第１及び第２の原色の光相互間の角度差が保存される。それ故に、本発明の照明システムは、第２の原色の光から分離された第１の原色の光を放出する。というのは、第２の原色の光は、第１の原色の光に対して平行には放出されないからである。スペクトル反射面からの反射効率は、比較的高い。スペクトル反射性光取出し手段と本発明の照明システム中に取出される互いに平行ではない第１及び第２の光ビームとの組み合わせにより、互いに異なる原色の分離された光の放出は、公知の照明システムに示されているような互いに異なる原色の光を分離する回折格子の使用と比較して、効率が高い。

本発明者は、公知の照明システムにおける回折格子の使用により、このシステムの効率が比較的低くなることを認識した。この効率の低下は、回折格子での散乱損失及び第１次回折以外の回折次数で散乱された光によって生じる。本発明の照明システムは、第１の原色の光から成る第１の光ビーム及び第２の原色の光から成る第２の光ビームを受け取る。第２の光ビームは、第１の光ビームに対して平行ではないということにより、第１及び第２の原色の光は、互いに異なる角度で光分配要素中に放出される。スペクトル反射性光取出し要素は、この光を取出す際、光分配要素中の光の角度分布状態を保存し、第１の原色の光と第２の原色の光との間の角度差を保存する。第１の原色の光は、本発明の照明システムから放出され、第２の原色の光から分離され、他方、照明システムの効率は、公知の照明システムと比較して向上する。第１及び第２の光ビームを発生させる手段は、例えば、第１の光ビームを発生させる第１の光源及び例えば第２の光ビームを発生させる第２の光源であるのが良い。変形例として、第１及び第２の光ビームを、例えば光源からの第１及び第２のビームを単一の光源から生じさせても良く、この単一の光源は、例えば、この光源からの第１及び第２のビームを分割するダイクロイックビームスプリッタを備える。第１及び第２の光ビームを発生させる手段は、例えば、複数個の発光ダイオードであっても良く、この場合、第１の群をなす発光ダイオードは、第１の原色の光を放出し、第１の群に属する各発光ダイオードにより放出された光ビームは、実質的に互いに平行であり、第２の群をなす発光ダイオードは、第２の原色の光を放出し、第２の群に属する各発光ダイオードによって放出された光は、実質的に互いに平行である。

一原色の光は、特定の波長を中心とするあらかじめ定められたスペクトル帯域幅を有する光を含む。ディスプレイ装置では、一般に、３つの原色、例えば赤色、緑色及び青色が用いられる。赤色、緑色及び青色を用いることにより、ディスプレイ装置によって白色を含むフルカラー画像を生じさせることができる。また、フルカラー画像の発生を可能にする原色、例えば、赤色、緑色、青色、青緑色（シアン）及び黄色の他の組み合わせをディスプレイ装置に用いることができる。ディスプレイ装置に用いられる原色の数は、様々であって良い。

照明システムの一実施形態では、第１の光ビームの第１の原色の光及び（又は）第２の光ビームの第２の原色の光は、偏光から成る。本発明の照明システムに用いられるようなスペクトル反射性取出し手段は、スペクトル反射性取出し手段から反射された光の角度分布を保存するだけでなく、スペクトル反射性取出し手段から反射された光の偏光を実質的に保存する。実質的に偏光された光を第１及び（又は）第２の光ビームに用いると、光分配要素から放出された第１及び第２の原色の光は、角度的に分離されるだけでなく、実質的に偏光されるという利点が得られる。液晶ディスプレイ装置のバックライト照明システムとして用いられる照明システムにおけるあらかじめ定められた偏光方向の実質的に偏光された光は、このようなディスプレイ装置の効率を実質的に向上させることができる。液晶ディスプレイ装置は、一般に、１対の偏光子を有する。第１の偏光子は、液晶セル中に取出される光の偏光方向を定める。次いで、液晶セルは、内部取出しされた光の偏光方向の向きに影響を及ぼして、光が第２の偏光子によって透過されるか遮断されるかのいずれかが行われるようにすることができる。本発明の照明システムにより放出される光が実質的に偏光された光を含む場合、第１の偏光子の効率を実質的に向上させることができ又は第１の偏光子を完全に省くことさえ可能である。実質的に偏光された光を放出する光源は、例えば、レーザ又はレーザダイオードである。変形例として、光源を例えば発光ダイオードを偏光‐反射箔、例えばダブル・ブライトネス・エンハンスメント（Double Brightness Enhancement：二重輝度増強）箔として商業的に知られている箔で包むことにより、実質的に偏光された光を放出する光源に変換しても良い。

照明システムの別の実施形態は、レンズ光出射窓とディスプレイ装置との間に配置されたレンズアレイを更に有し、レンズアレイは、複数個のシリンドリカルレンズを有し、シリンドリカルレンズは、角度的に分離された光を受け取り、角度的に分離された光を各シリンドリカルレンズの複数の焦点のところに集光するようになっている。複数個のシリンドリカルレンズを有するレンズアレイを用いると、シリンドリカルレンズは、光分配要素から放出された第１及び第２の原色の光の角度分布をそれぞれ第１及び第２の原色の光の第１及び第２の焦点位置に変換するという利点が得られる。ディスプレイ装置の第１の組をなす液晶セルを、例えば、第１の原色によって照明されるよう第１の焦点位置のところに配置し、ディスプレイ装置の第２の組をなす液晶セルを例えば第２の原色によって照明されるよう第２の焦点位置に配置するのが良い。

照明システムの一実施形態では、スペクトル反射性光内部取出し手段は、複数の列をなすスペクトル反射性光取出し手段の状態に配置されており、このような列は、複数個のシリンドリカルレンズの長手方向軸線に実質的に垂直に配置される。この実施形態には、列をなす光取出し手段とシリンドリカルレンズの長手方向軸線の垂直配置により、シリンドリカルレンズのアレイの周期性と光取出し手段の列の別の周期性との間の光干渉が減少するという利点がある。モアレパターンとも呼ばれる光干渉パターンの結果として、照明システムから放出される光の非一様な光強度を得ることができる。複数の列をなす光取出し手段を複数個のシリンドリカルレンズの長手方向軸線に実質的に垂直に配置することにより、モアレパターンに起因する非一様性が減少することになる。

照明システムの一実施形態では、スペクトル反射性光取出し手段は、ディスプレイ装置の画素の間隔と関連した一定の間隔で分布して配置されている。この実施形態には、スペクトル反射性光取出し手段とディスプレイ装置の画素の間隔との間の関連性によっても、モアレ効果が減少し、その結果として、照明システムにより放出される光強度の一様性が向上するという利点がある。

照明システムの一実施形態では、光分配要素は、光ガイドから成る。光ガイドを用いると、第１及び第２の原色の光が実質的に全反射を介して光分配要素中を伝搬することができ、これは、光ガイド内における光の実質的に損失のない伝搬であるという利点が得られる。

照明システムの一実施形態では、スペクトル反射性光取出し手段は、光ガイドに設けられた複数本のスリットを有し、複数本のスリットの各スリットは、光ガイドの光出射窓と角度をなす２つの実質的に互いに平行なスペクトル反射面を備えた実質的に長方形の形をしている。この実施形態には、スペクトル反射面の垂直軸線に対してあらかじめ定められた角度よりも大きな角度でスリットのスペクトル反射面に当たった光だけが、光出射窓に向かって反射され、これに対し、スペクトル反射面の垂直軸線に対してあらかじめ定められた角度よりも小さな角度でスペクトル反射面に当たった光が、スリットによって送られ、光ガイドを通って更に伝搬するという利点がある。あらかじめ定められた角度は、光ガイド材料の屈折率とスリット内部の屈折率の差によって定められる。光が光ガイド中を伝搬しているとき、光は、光出力モデルに実質的に平行な光ガイドの第１の壁からの反射後か後壁に実質的に平行な光ガイドの第２の壁からの反射後からのいずれかにおいてスペクトル反射面に当たる。一般に、スペクトル反射面の垂直軸線に対して光がこのスペクトル反射面に当たる角度は、光ガイドの第１の壁からの反射後又は光ガイドの第２の壁からの反射後では異なる。スペクトル反射面が鏡面である場合、本発明の照明システムは第２の原色の光から角度的に分離された第１の原色の光を放出するだけでなく、各々が実質的に２つの方向、即ち、鏡面に当たる前に第１の壁から反射される光から結果的に生じる１つの方向及び鏡面に当たる前に第２の壁から反射される光から結果として生じる別の方向において第１及び第２の原色の光を放出する。その結果、第１の原色と第２の原色の光相互間の完全な分離は、一層困難である。本発明の照明システムでは、光取出し手段は、２つの実質的に互いに平行なスペクトル反射面を備えたスリットを有する。スペクトル反射面の垂直軸線に対して比較的小さな入射角でこのスペクトル反射面に当たった光は、スリットを通って送られ、これに対し、スペクトル反射面の垂直軸線に対して比較的大きな入射角でこのスペクトル反射面で当たった光は、このスペクトル反射面から反射され、光出射窓を介して照明システムによって放出されることになる。第１及び第２の光ビームは、例えば第１の壁からの反射後にスペクトル反射面に当たった光がこのスペクトル反射面によって送られ、第２の壁からの反射後にスペクトル反射面に当たった光が反射されるように配置されなければならない。これにより、光分配要素により放出される第１及び第２の原色の光の明確な角度的分離が可能である。

照明システムの一実施形態では、スペクトル反射性光取出し手段は、複数個の三角形のスペクトル反射性取出し要素を含む。三角形のスペクトル反射性取出し要素は、例えば、光分配要素の後壁のところに配置されるのが良い。三角形のスペクトル反射性取出し要素は、これらが比較的製造しやすいという利点を有する。

照明システムの一実施形態では、三角形のスペクトル反射性取出し要素は、光出射窓の垂直軸線に関して実質的に対称に配置される。この実施形態には、光出射窓に実質的に平行な方向で光分配要素中を進み、互いに反対側から三角形のスペクトル反射性取出し要素に当たった光は、光出射窓に向かって差し向けられると共にこの光の角度分布が保存されるという利点がある。光分配要素中では、光は、例えば光分配要素のエッジから反射されると、互いに逆方向に進むことができる。三角形のスペクトル反射性取出し要素を利用した場合、反射光は又、光出射窓に向かって取出されると共に第１の原色と第２の原色の光相互間の角度差が実質的に保存される。

照明システムの一実施形態では、光分配要素は、くさびのような形状をしている。この実施形態には、くさびのような形状により、光分配要素の光出射窓全体にわたる光の実質的に一様な分布が可能であるという利点がある。

照明システムの一実施形態では、くさびのような形状は、光入射窓から遠ざかる方向に光分配要素の厚さの段階的減少部を有し、２つの連続して位置する段部相互間のインタフェースは、複数個のスペクトル反射性取出し要素うちの一スペクトル反射性外部光要素を有し、光分配要素の厚さは、光出射窓に実質的に垂直の方向における光分配要素の寸法である。この実施形態には、厚さが段階的に減少する光ガイドにより、光の一様な分布が可能になる一方でスペクトル反射性取出し要素が一体化されるという利点がある。

照明システムの一実施形態では、スペクトル反射性光取出し手段は、湾曲したスペクトル反射面を有する。湾曲したスペクトル反射面は、例えば、パラボラ（放物線）形状になっているのが良い。この実施形態には、この湾曲スペクトル反射面が、反射光の向きを変え、したがって、光分配要素の光出射窓から放出された光の一様性に影響を及ぼすよう使用できるという利点がある。各スペクトル反射性光取出し手段は、湾曲状態（例えば、パラボラ形状）のスペクトル反射面を有するのが良く、或いは、変形例として、スペクトル反射性光取出し手段は、協同して、湾曲状態（例えば、パラボラ形状）のスペクトル反射面を形成しても良い。

照明システムの一実施形態では、スペクトル反射性光取出し手段は、光出射窓と角度をなす半透明の鏡により構成される。この実施形態には、半透明の反射面の透明度が、光分配要素中の光の分布状態に影響を及ぼすために使用できるという利点がある。

照明システムの一実施形態では、スペクトル反射性光取出し手段は、光出射窓から放出された第１及び第２の原色の光の実質的に一様な分布状態を生じさせるために光分配要素中に分布して配置されている。

本発明は又、本発明の照明システムを有するディスプレイ装置に関する。

本発明の上記観点及び他の観点は、以下に説明する実施形態から明らかであり、これら実施形態を参照してこれら観点について説明する。

本発明の照明システムの概略断面図である。 本発明の照明システムの概略平面図である。 図１Ａの概略断面図の詳細図であり、照明システムを通る光の進み具合及び照明システムからの光の取出し具合を説明する図である。 スペクトル反射性光取出し手段の実施形態を詳細に示す図である。 本発明のディスプレイ装置の一実施形態を示す図である。 本発明のディスプレイ装置の一実施形態を示す図であり、照明システムが、光出射窓の垂直軸線に関して実質的に対称に配置された三角形のスペクトル反射性取出し要素を有する状態を示す図である。 本発明の照明システムを有するディスプレイの別の実施形態を示す図であり、列をなすスペクトル反射性光取出し手段が、シリンドリカルレンズの長手方向軸線に実質的に垂直に配置されている状態を示す図である。 本発明のディスプレイ装置の一実施形態を示す図であり、照明システムがくさび形状の光ガイドを有し、くさび形状の光ガイドの厚さが、光入射窓から遠ざかる方向に段階的に減少している状態を示す図である。 本発明のディスプレイ装置の一実施形態を示す図であり、スペクトル反射性光取出し手段が、パラボラ形状のスペクトル反射面を有する状態を示す図である。 本発明のディスプレイ装置の一実施形態を示す図であり、パラボラ形状のスペクトル反射面が、フレネル型の反射面を介して形成されている状態を示す図である。 本発明のディスプレイ装置の一実施形態を示す図であり、スペクトル反射性光取出し手段が、半透明鏡によって構成されている状態を示す図である。

図は、純粋に概略的であって、縮尺通りには描かれていない。特に、分かりやすくするために、幾つかの寸法は、大幅に誇張されている。図中のほぼ同じコンポーネントは、できる限り同一の参照符号で示されている。

図１Ａは、本発明の照明システム１０の概略断面図である。照明システム１０は、光導波路とも呼ばれている光ガイド２０によって構成された光分配要素２０と、鏡８０とを有している。光ガイド２０は、光出口窓とも呼ばれる光出射窓４０と、後壁４２と、端縁壁４４，４６とを有している。端縁壁４４，４６の一方は、光を光導波路２０中に入れるための光入口窓とも呼ばれている光入射窓４８を有している。光ガイド２０は、光ガイド２０からの光を光出射窓４０に向かってスペクトル反射するスペクトル反射性光取出し手段５０を更に有している。スペクトル反射性光取出し手段５０は、三角形のスリットにより構成され、このような三角形のスリットは、例えば列の状態に配列された三角形のスペクトル反射性光取出し要素を形成している（図１Ｂ参照）。図１Ａに示す実施形態では、光源（図示せず）が、光を光ガイド２０中に取出すための光入射窓４８に入射する第１の光ビーム１００、第２の光ビーム１０２及び第３の光ビーム１０４を発生させる。光源は、例えば、第１の光ビームを発生させる第１の光源（例えば、レーザ、ＬＥＤ又はガス放電ランプ）、第２の光ビームを発生させる第２の光源（例えば、レーザ、ＬＥＤ又はガス放電ランプ）及び第３の光ビームを発生させる第３の光源（例えば、レーザ、ＬＥＤ又はガス放電ランプ）であるのが良い。変形例として、単一の光源（例えば、レーザ、ＬＥＤ又はガス放電ランプ）から第１、第２及び第３の光ビームを生じさせても良く、このような単一の光源は、例えば、この光源からの第１、第２及び第３のビームを分割するダイクロイックビームスプリッタを備える。光源は又、例えば、複数個の発光ダイオードであっても良く、これら発光ダイオードの第１の群は、第１の原色の光を放出し、この第１の群に属する各発光ダイオードによって放出される光ビームは、実質的に互いに平行であり、発光ダイオードの第２の群は、第２の原色の光を放出し、この第２の群に属する各発光ダイオードによって放出される光ビームは、実質的に互いに平行であり、発光ダイオードの第３の群は、第３の原色の光を放出し、この第３の群に属する各発光ダイオードにより放出される光ビームは、実質的に互いに平行である。第１の光ビーム１００は、第１の原色Ｒ、例えば原色としての赤色の光から成る。第２の光ビーム１０２は、第２の原色Ｇ、例えば原色としての緑色の光から成る。第３の光ビーム１０４は、第３の原色Ｂ、例えば原色としての青色の光から成る。第１、第２及び第３の光ビーム１００，１０２，１０４が光入射窓４８に入射する各入射角は、互いに異なっている。第１、第２及び第３の光ビーム１００，１０２，１０４の光が光ガイド２０中に取出しされた後、第１の原色Ｒの光、第２の原色Ｇの光及び第３の原色Ｂの光は、全反射により光ガイド２０中に実質的に閉じ込められる。光ビーム１００，１０２，１０４相互間の入射角の差に起因して、第１の原色Ｒの光は、光ガイド２０中を伝搬する一方で、第２の原色Ｇの光及び第３の原色Ｂの光と比較して、これらとは異なる全反射角で光出射窓４０及び後壁４２から反射する。第１、第２及び第３の原色Ｒ，Ｇ，Ｂの光がスペクトル反射性光取出し手段５０に当たると、光の方向は、光出射窓４０に向かって変えられ、光ガイド２０から放出される。第１の原色Ｒの光がスペクトル反射性光取出し手段５０に当たる入射角は、第２の原色Ｇの光及び第３の原色Ｂの光の入射角とは異なっており、その結果、光が光出射窓４０を介して光ガイド２０から放出されたとき、第１、第２及び第３の原色Ｒ，Ｇ，Ｂの光の角度的分離が保存される。スペクトル反射性光取出し手段５０を用いると共に光がスペクトル反射により閉じ込められる光分配要素２０を設けることにより、第１、第２及び第３の光ビーム１００，１０２，１０４の角度的分離は、本発明の照明システム１０によって保存される。照明システム１０から放出された光は、第１の原色Ｒの角度的分離光と、第２の原色Ｇの角度的分離光と、第３の原色Ｂの角度的分離光とから成る。

図１Ｂは、本発明の照明システム１０の概略平面図である。光源（図示せず）によって生じた第１、第２及び第３の光ビーム１００，１０２，１０４は、光ガイド２０の光入射窓４８に入射し、この場合、光入射窓４８に対する第１、第２及び第３の光ビーム１００，１０２，１０４の入射角は、互いに異なっている。図１Ｂに示す実施形態では、第１、第２及び第３の光ビーム１００，１０２，１０４の光は、平面図で見て、実質的に互いに平行に配置されているように思われる。しかしながら、第１、第２及び第３の光ビーム１００，１０２，１０４の入射角は、光出射窓４０に垂直な平面に関しては互いに異なっている（図１Ａに示されている）。変形例として、第１、第２及び第３の光ビーム１００，１０２，１０４は、例えば、光出射窓４０に平行な平面に関して互いに異なる入射角で（図３に示されている）又は光出射窓４０に平行な平面と光出射窓４０に垂直な平面の両方に関して互いに異なる入射角で（図示せず）光ガイド２０の光入射窓４８に入射しても良い。スペクトル反射性光取出し手段５０は、例えば、図１Ａに示すような三角形の連続線から成るのが良い。変形例として、図１Ｂのスペクトル反射性光取出し手段５０を表す線は、複数個の別々のスペクトル反射性光取出し手段５０から成る列であっても良い。

図２Ａは、図１Ａの概略断面図の詳細部分８２を示しており、光ガイド２０中の光の進み具合及び光ガイド２０からの光の取出し具合を記載している。詳細部分８２は、第１の原色Ｒの光から成る第１の光ビーム１００だけに関する進み具合及び取出し具合を示している。しかしながら、同じ原理は、第２の光ビーム１０２及び第３の光ビーム１０４について当てはまる。第１の光ビーム１００は、光入射窓４８の垂直軸線４８ａに対して入射角θｖで光入射窓４８に入射する。図２Ａでは、光ガイド２０の屈折率は、光ガイド２０の周囲の屈折率よりも高いことが前提条件になっている。光ガイド２０は、例えば、ガラス（屈折率：ｎ_glass＝１．５１）又は例えば非常に軽量の実質的に透明なプラスチック材料、例えばポリメチルメタクリレート（屈折率：ｎ_PMMA＝１．４９）又は例えばポリカーボネート（屈折率：ｎ_PC＝１．５９）で作られるのが良い。光ガイドの周囲は、例えば、空気（屈折率：ｎ_air＝１．００）であるのが良い。周囲（図２Ａの例では空気）からこれよりも屈折率の高い光ガイド２０中に伝搬する光は、図２Ａに示されているように、垂直軸線４８Ａに向かって屈折する。第１の光ビーム１００からの第１の原色Ｒの光がいったん光ガイド２０の内部に入ると、光は、全反射により光ガイド２０中を進み、このような全反射では、光出射窓４０及び光軸４２からの反射の際の反射角は、光出射窓４０及び後壁４２に対する入射角に実質的に等しい。詳細部分８２は、反射膜５１を備えたスペクトル反射性取出し手段５０を更に示している。光ガイド２０中を伝搬した光は、図２Ａにおいて光ガイド２０の内部の実線Ｒ１によって示されているように直接（又は光出射窓４０からの反射後）スペクトル反射性光取出し手段５０に当たるのが良く、或いは、光ガイド２０中を伝搬した光は、図２Ａにおいて点線Ｒ２で示されているように後壁４２からの反射後、スペクトル反射性光取出し手段５０に当たるのが良い。一般に、実線Ｒ１及び点線Ｒ２に関するスペクトル反射性光取出し手段５０に対する入射角は、互いに異なり、その結果、第１の原色Ｒの光の第１の出力光ビームＯ_R1と第２の出力光ビームＯ_R2は、角度的に分離される。２つの出力光ビームＯ_R1，Ｏ_R2が生じることは、一般に望ましくはない。これは、スペクトル反射性光取出し手段５０が、反射膜５１を備えないようにすることによって解決でき、スペクトル反射性光取出し手段５０（図示せず）の垂直軸線に対して比較的小さな入射角でスペクトル反射性光取出し手段５０に当たった光は、スペクトル反射性光取出し手段を通って伝送され、これに対し、比較的大きな入射角でスペクトル反射性光取出し手段５０に当たった光は、光出射窓４０に向かって反射されて光ガイド２０から放出される。変形例として、スペクトル反射性光取出し手段５０は、図２Ｂに示されているように長方形のスリットで構成されても良い。

図２Ｂは、スペクトル反射性光取出し手段５０の一実施形態を詳細に示している。スペクトル反射性光取出し手段５０は、光ガイド２０に設けられた長方形のスリット５７によって構成されている。長方形スリット５７は、光ガイド２０の光出射窓４０と角度αをなす２つの実質的に互いに平行なスペクトル反射面５７ａ，５７ｂを有している。スリット５７は、例えば、空気で満たされ、或いは、変形例として、光ガイド２０とは屈折率の異なる別の物質で満たされる。光ガイド２０とスリット５７の内部の屈折率の差により、スペクトル反射面５７ａの垂直軸線（図示せず）に対して、あらかじめ定められた角度よりも大きな角度をなしてスペクトル反射面５７ａに当たった光のみが反射され、これに対しあらかじめ定められた角度よりも小さな入射角でスペクトル反射面５７ａに当たった光は、透過され、全反射によって光ガイド２０中を進み続ける。この実施形態は、これが実質的に同一の原色を有する２つの角度的に分離された光ビームの発生を阻止することができるという利点を有する（図２Ａ参照、出力光ビームＯ_R1，Ｏ_R2）。図２Ｂの左側部分は、第１の原色Ｒ１の光が比較的小さな入射角でスペクトル反射面５７ａに当たり、スリット５７を通って送られる構成例を示している。図２Ｂの右側部分は、光ガイド２０中を伝搬した第１の原色Ｒ２の光が後壁４２から反射され、次いで、比較的大きな入射角でスペクトル反射面５７ａに当たり、この光は、次に、光ガイド２０からの放出のために光出射窓４０に向かって反射される構成例を示している。それ故、第１の原色Ｒの光は、単一の出力光ビームＯ_R2の状態で又は実質的に互いに平行な複数本の出力光ビームＯ_R2の状態で光ガイド２０から放出され、第１の原色Ｒの光の角度的分離が回避される。図２Ｂでは、スリット５７をスペクトル反射性取出し手段５０として用いた場合の効果が、第１の原色Ｒの光から成る第１の光ビーム１００についてのみ説明されている。しかしながら、同じ原理は、第２の光ビーム１０２及び第３の光ビーム１０４について当てはまる。

図３は、本発明の実施形態としてのディスプレイ装置３１を示している。ディスプレイ装置３１は、図１Ａに示されているような照明システム１０と、像形成層３０とを有し、この像形成層は、複数個のサブピクセル９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂ、例えば原色Ｒ，Ｇ，Ｂの全てについて１つずつのサブピクセルを有する画素（ピクセル）９０を有する。画素９０は、実質的に透明な基板８６，８４相互間に配置され、これら基板は、例えば、サブピクセル９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂを駆動する電気接点（図示せず）を有している。一般に、サブピクセル９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂの光の透過を制御することができ、色への各原色Ｒ，Ｇ，Ｂの寄与の度合い及び画素９０の強度が制御される。ディスプレイ装置３１の各画素９０から放出される光の強度及び色を制御することによって像を形成することができる。図３に示すディスプレイ装置３１の実施形態では、１つのスペクトル反射性光取出し手段５０が、１つの画素９０と関連している。図３に示す像形成層１０は、２つの基板相互間にサンドイッチされた画素９０の層及びディフューザ層８８を示しているに過ぎない。各画素９０は、３つのサブピクセル９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂから成り、例えば、各サブピクセル９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂは、液晶から成るセル（ＬＣセルと別称されている）によって構成され、これらＬＣセルは、透過された光の偏光方向に影響を及ぼすことができる。一般に、像形成層１０は、偏光層（図示せず）と、ＬＣセルを駆動する１組の電気接点層（図示せず）と、放出された光の偏光方向を定める検光層（図示せず）とを更に有する。これら要素は、分かりやすくするために省かれているが、ディスプレイ装置３１上に像を得るためにこれら要素を利用すべき仕方は、当該技術分野においては周知である。

図４は、本発明の実施形態としてのディスプレイ装置３２を示している。図４に示すディスプレイ装置３２は、シリンドリカルレンズ６２のアレイ６０を有し、このようなシリンドリカルレンズは、分離された光Ｒ，Ｇ，Ｂを受け取り、別々の光Ｒ，Ｇ，Ｂをシリンドリカルレンズ６２の焦点のところに、例えば、画素９０のサブピクセル９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂのところに集光するようになっている。シリンドリカルレンズ６２を用いると、スペクトル反射性光取出し手段５０の分布状態を像形成層３０中の画素９０の間隔に関連づける必要がないという利点が得られる。特定の原色Ｒ，Ｇ，Ｂの光の全てが光出射窓４０から実質的に互いに平行に放出されると、シリンドリカルレンズ６２は、シリンドリカルレンズ６２の長手方向軸線６４に対して或る特定の角度をなしてシリンドリカルレンズ６２に当たった光の全てを１つの焦点に集光する。図４に示す実施形態としてのディスプレイ装置３２では、照明システム１２は、光出射窓４０の垂直軸線４０ａに関して実質的に対称に配置された三角形の形をしたスペクトル反射性取出し要素５２を有している。三角形のスペクトル反射性取出し要素５２の対称配置により、光出射窓４０に実質的に平行な方向に光ガイド２２中を進み、そして互いに反対側から三角形のスペクトル反射性取出し要素５２に当たった光は、光の角度分布が保持されながら光出射窓４０に向かって差し向けられる。光ガイド２２中では、光は、例えば光ガイド２２の端縁壁４４，４６（図示せず）から反射されると、互いに逆方向に進むことができる。図４に示す実施形態では、光ガイド２２は、光ガイド２２の互いに反対側に設けられていて、光を光ガイド２２中に取出す２つの光入射窓４８を有している。第１の原色Ｒの光が、実質的に同一の入射角で両方の光入射窓４８内に取出される。さらに、三角形のスペクトル反射性取出し要素５２は、第１の原色の光を光出射窓４０の垂直軸線４０ａに実質的に平行に取出すよう構成されており、その結果、第１の原色Ｒの光は、互いに逆方向に光ガイド２２中を伝搬し、垂直軸線４０ａに実質的に平行に放出される。また、第２の原色Ｇの光が実質的に同一の入射角で両方の光入射窓４８中に取出されると共に第３の原色Ｂの光が実質的に同一の入射角で両方の光入射窓４８中に取出されると、三角形のスペクトル反射性取出し要素５２から放出された光は、垂直軸線４０ａに関して実質的に対称に配置される。これは、光出射窓４０から放出された光の角度分布が、垂直軸線４０ａに関して実質的に対称に配置されるという利点を有する。変形例として、三角形のスペクトル反射性取出し要素５２を例えば第１及び第２の長方形のスリット５７（図２Ｂ参照）で置き換えても良く、この場合、第２の長方形のスリット（図示せず）は、光出射窓４０の垂直軸線４０ａにおける反射によって形成された第１の長方形スリット５７の鏡像である。

像形成層３０中の画素９０は、複数個のサブピクセル９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂから成っている。サブピクセル９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂの配置は、好ましくは、照明システム１２から放出された光の角度分布に相当しており、この照明システムは、例えば、垂直軸線Ｎに関して対称に配置されたサブピクセル９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂを有している。図４に示す実施形態では、各画素９０は、原色の赤色Ｒについて１つのサブピクセル９０Ｒと、原色の緑色Ｇについて２つのサブピクセル９０Ｇと、原色の青色Ｂについて２つのサブピクセル９０Ｂとから成っている。図４に示す画素配置では、各画素９０は、画素９０の各側に位置する隣の画素９０と原色青色Ｂについてサブピクセル９０Ｂを共有しており、その結果、効果的には、画素９０ひとつ当たり原色青色Ｂについて１のサブピクセル９０Ｂが得られている。この実施形態は、画素９０が小さいものであって良く、高い解像度の実現が可能であるという利点を有している。

図５は、別の実施形態としてのディスプレイ装置３７を示しており、このディスプレイ装置は、スペクトル反射性光取出し手段５０がシリンドリカルレンズ６２の長手方向軸線６４に実質的に垂直に配置された本発明の照明システム１１を有している。ディスプレイ装置３７は、像形成層３０と、光分配要素２１、例えば光ガイド２１を備えた照明システム１１とを有している。分かりやすくするという理由で、像形成層３０は、シリンドリカルレンズ６２のアレイ６２と一緒にずらされて照明システム１１から離されている。同一の原色の光で照明されなければならないサブピクセル９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂは、シリンドリカルレンズ６２の長手方向軸線６４に平行な列をなして配置されている。第１、第２及び第３の光ビーム１００，１０２，１０４は、光出射窓４０に平行な平面内において光入射窓４８の垂直軸線４８ａ（図２Ａ参照）に対して互いに異なる角度で照明システム１１の光入射窓４８に入射する。変形例として、第１、第２及び第３の光ビーム１００，１０２，１０４は、更に又、光出射窓４０に垂直な平面内で垂直軸線４８ａに対して互いに異なる角度θ_Hをなして入射しても良い。スペクトル反射性光取出し手段５０は、例えば、図２Ａ又は図２Ｂに示されているように互いに同一である。また、スペクトル反射性光取出し手段５０の列がシリンドリカルレンズの長手方向軸線６４に垂直に配置されている図５に示す形態では、第１、第２及び第３の光ビーム１００，１０２，１０４相互間の角度差は、照明システム１１によって実質的に保存され、その結果、光ガイド２０の光出射窓４８から放出される光の角度的分離が得られる。この実施形態は、スペクトル反射性光取出し手段５０の列とシリンドリカルレンズ６２の長手方向軸線６４の垂直配置により、シリンドリカルレンズ６０のアレイの周期性とスペクトル反射性光取出し手段５０の列の別の周期性との間の光干渉が減少するという利点を有する。モアレパターンとも呼ばれるこの光干渉パターンの結果として、照明システム１１から放出される光の非一様な光強度が生じる場合がある。複数個のシリンドリカルレンズ６２の長手方向軸線６４に対する複数の列をなすスペクトル反射性光取出し手段５０の実質的に垂直配置により、モアレパターンに起因する非一様性が減少する。

図６は、本発明の実施形態としてのディスプレイ装置３３を示しており、このディスプレイ装置では、照明システム１３は、厚さＴ１，Ｔ２が、光入射窓４８から遠ざかる方向に段階的に減少しているくさび形光ガイド２３を有している。２つの連続して位置する段部Ｓ１，Ｓ２相互間のインタフェース５３ａは、複数のスペクトル反射性取出し手段５３に属するスペクトル反射性取出し手段５３を構成する。光ガイド２３の厚さＴ１，Ｔ２は、光出射窓４０に実質的に垂直な方向に定められる。この実施形態は、厚さが段階的に減少する光ガイド２３により、スペクトル反射性取出し手段５３が一体化された状態で光の一様な分布が可能であるという利点を意味する。

図７は、像形成層３０及び照明システム１４を有する本発明の実施形態としてのディスプレイ装置３４を示している。照明システム１４は、スペクトル反射性光取出し手段５０を有している。図７に示す実施形態では、スペクトル反射性光取出し手段５０は、パラボラ（放物線）形状のスペクトル反射面５４によって構成されている。反射面、例えばパラボラ形鏡５４が、光分配要素２４中に光ガイドに代えて用いられている。図７に示す実施形態は、パラボラ形のスペクトル反射面５４が、例えば、反射された光の方向を変え、したがって、例えば、光分配要素２４の光出射窓４０から放出された第１、第２及び第３の原色Ｒ，Ｇ，Ｂの光の一様性に影響を及ぼすために使用できるという利点を有する。

図８は、像形成層３０及び照明システム１５を有する本発明の実施形態としてのディスプレイ装置３５を示している。照明システム１５は、例えばフレネル形反射面を形成する複数のスペクトル反射面５５を有している。図８の実施形態は、照明システム１５の厚さを図７に示す実施形態と比較して減少させることができるという利点を有する。

図９は、スペクトル反射性光取出し手段５０が半透明の鏡５６によって構成された本発明の実施形態としてのディスプレイ装置３６を示している。図９に示すディスプレイ装置３６は、この場合も又、像形成層３０及び照明システム１６を有している。照明システム１６は、光分配要素２６の光出射窓４０と角度αをなす半透明鏡５６を備えた光分配要素２６を有している。光分配要素２６は、例えば、スペクトル反射壁を有すると共に半透明鏡５６を有するボックスから成るのが良い。このボックスは、例えば、光ガイドの垂直軸線４０ａに対して比較的大きな角度をなして光出射窓４０に当たった光を閉じ込めるよう光出射窓４０のところに設けられた角度的反射フィルタ（図示せず）を有するのが良い。変形例として、光分配要素２６は、例えば、列をなす隣り合う光ガイドによって構成されても良い。隣り合う光ガイドは、例えば、光出射窓４０と角度αをなす端縁壁を有する。半透明鏡５６は、例えば、２つの隣り合う光ガイド相互間の僅かな空隙（図示せず）によって形成される。この実施形態は、半透明反射面５６の透明度が、光分配要素２６内の光の分布に影響を与えるために利用できるという利点を有する。

上記説明は、本発明を限定するものではなく、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく多くの変形実施形態を想到できることは注目されるべきである。

原文の特許請求の範囲（請求項）に関し、括弧に入れた符号は、請求項に記載された本発明の範囲を限定するものと解されてはならない。原文特許請求の範囲に記載された「〜を有する」及びその活用語は、請求項に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。単数形でまたは単複を特定せずに記載した名詞は、要素が複数存在することを排除するものではない。本発明は、幾つかの別の要素を有するハードウェアによって具体化できる。幾つかの手段を列記したいわゆる装置クレームでは、これら手段の幾つかは、ハードウェアの同一アイテムによって具体化できる。或る特定の手段が相互に異なる従属形式の請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組合せが有利に使用できないということを意味しているわけではない。

Claims (15)

1. ディスプレイ装置を照明するための照明システムであって、
   前記ディスプレイ装置全体にわたって光を分布させる光分配要素を有し、前記光分配要素は、光出射窓と、前記光出射窓と反対側に位置する後壁と、前記光出射窓と前記後壁との間に延びる端縁壁とを有し、前記端縁壁の少なくとも１つは、光を前記光分配要素中に入れるための光入射窓を有し、前記光分配要素は、前記光分配要素からの光を前記光出射窓経由で前記ディスプレイ装置に向かってスペクトル反射するスペクトル反射性の光取出し手段を更に有し、
   第１の原色の光から成る第１の光ビーム及び第２の原色の光から成る第２の光ビームを発生させる手段を有し、前記第２の光ビームは、前記第１の光ビームに対して実質的に平行ではなく、
   前記光入射窓は、前記第１の原色の前記光を前記光分配要素中に取出すために前記第１の光ビームを受け取ると共に前記第２の原色の前記光を前記光分配要素中に取出すために少なくとも前記第２の光ビームを受け取るよう構成されている、照明システム。
2. 前記第１の光ビームの前記第１の原色の前記光及び（又は）前記第２の光ビームの前記第２の原色の前記光は、偏光から成る、請求項１記載の照明システム。
3. 前記照明システムは、レンズ光出射窓と前記ディスプレイ装置との間に配置されたレンズアレイを更に有し、前記レンズアレイは、複数個のシリンドリカルレンズを有し、前記シリンドリカルレンズは、角度的に分離された光を受け取り、前記角度的に分離された光を各シリンドリカルレンズの複数の焦点のところに集光するようになっている、請求項１又は２記載の照明システム。
4. 前記スペクトル反射性光内部取出し手段は、複数の列をなすスペクトル反射性光取出し手段の状態に配置されており、前記列は、前記複数個のシリンドリカルレンズの長手方向軸線に実質的に垂直に配置されている、請求項３記載の照明システム。
5. 前記スペクトル反射性光取出し手段は、前記ディスプレイ装置の画素の間隔と関連した一定の間隔で分布して配置されている、請求項１、２、３又は４記載の照明システム。
6. 前記光分配要素は、光ガイドから成る、請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明システム。
7. 前記スペクトル反射性光取出し手段は、前記光ガイドに設けられた複数本のスリットを有し、前記複数本のスリットの各スリットは、前記光ガイドの前記光出射窓と角度をなす２つの実質的に互いに平行なスペクトル反射面を備えた実質的に長方形の形をしている、請求項６記載の照明システム。
8. 前記スペクトル反射性光取出し手段は、複数個の三角形のスペクトル反射性取出し要素を含む、請求項１、２、３、４、５又は６記載の照明システム。
9. 前記三角形のスペクトル反射性取出し要素は、前記光出射窓の垂直軸線に関して実質的に対称に配置されている、請求項８記載の照明システム。
10. 前記光分配要素は、くさびのような形状をしている、請求項１、２、３又は６記載の照明システム。
11. 前記くさびのような形状は、前記光入射窓から遠ざかる方向に前記光分配要素の厚さの段階的減少部を有し、２つの連続して位置する段部相互間のインタフェースは、前記複数個のスペクトル反射性取出し要素うちの一スペクトル反射性外部光要素を有し、前記光分配要素の前記厚さは、前記光出射窓に実質的に垂直の方向における前記光分配要素の寸法である、請求項１０記載の照明システム。
12. 前記スペクトル反射性光取出し手段は、湾曲したスペクトル反射面を有している、請求項１、２、３又は６記載の照明システム。
13. 前記スペクトル反射性光取出し手段は、前記光出射窓と角度をなす半透明の鏡により構成されている、１、２、３又は６記載の照明システム。
14. 前記スペクトル反射性光取出し手段は、前記光出射窓から放出された前記第１及び前記第２の原色の前記光の実質的に一様な分布状態を生じさせるために前記光分配要素中に分布して配置されている、請求項１、２、３又は６記載の照明システム。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の照明システムを有するディスプレイ装置。

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