JP2620516B2

JP2620516B2 - 透過型ディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2620516B2
Application number: JP6138933A
Authority: JP
Inventors: ダグラス・セイモア・グッドマン; ロドニー・トレバー・ホッジソン; ジェイムズ・サージェント・リプスコム; マイケル・ミン−タク・ロイ; ロバート・ハワード・ウォルフェ、ジュニア
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1994-06-21
Publication date: 1997-06-18
Anticipated expiration: 2012-06-18
Also published as: EP0631170B1; JPH0756171A; EP0631170A2; DE69425610T2; EP0631170A3; US5526146A; KR950001337A; DE69425610D1; KR0145098B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、概して云えば、透過型
のデータ・ディスプレイに関するものであり、詳しく云
えば、液晶ディスプレイのためのバックライト・システ
ムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の分野で
は、高い解像度及び広い視野角度を持った高輝度スクリ
ーン・ディスプレイを得るために多くの資源が費やされ
てきた。一般的には、ＬＣＤの表示が明るいほど、解像
度が高いほど、そして表示を見ることができる視野角度
が広いほど、そのディスプレイは良好なものであると考
えられている。これは、一般的には、例えば、ラップト
ップ・コンピュータ及びＬＣＤテレビジョンの分野では
真理であろう。

【０００３】従って、ＩＢＭＣＬ５７ＳＸのようなラ
ップトップ・コンピュータにおいて見られるカラー・デ
ィスプレイのような高輝度で広い視野角度の高解像度Ｌ
ＣＤディスプレイの開発に多くの研究が向けられてい
る。これらのＬＣＤディスプレイは、前述の望ましい特
性に関してみた場合、優れた品質のものである。しか
し、それらが機能するためには大量の電力を必要とし、
携帯使用のためにバッテリ電源を用いた場合、約１時間
という比較的短い表示時間を与えるに過ぎない。

【０００４】ディスプレイを通して投影された光をコリ
メートしてそのディスプレイを更に効率的にするように
選択されたバックライト・システムを有するＬＣＤディ
スプレイを以下で説明する。

【０００５】米国特許第４,７０４,００４号は、液晶デ
ィスプレイを一様に明るくするよう光をコリメートする
ために、リフレクタ、線形フレネル・レンズ、偏光子、
及び拡散手段を組み込んだライト・ボックスを示してい
る。そのコリメートされた光はＬＣＤディスプレイを通
して投影される。拡散手段は視野角度を広げるよう必要
に応じて位置付けられる。

【０００６】米国特許第４,８７４,２２８号は、狭い角
度の入射光を、入射角に対して９０゜で反射するように
構成されたレンズを有するバックライト・ディスプレイ
を示している。少なくとも１つの光源は、狭い入射角で
光を与えるように位置付けられる。この光は、９０゜の
角度で反射され、実質的にコリメートされた光を隣接の
ＬＣＤディスプレイを通して投影する。

【０００７】コリメートされてない光を利用するシステ
ムとは対照的に、上記２つの米国特許は、コリメートさ
れたバックライト・システムを利用してＬＣＤディスプ
レイの輝度及び効率を改良している。しかし、これらの
コリメートされたバックライト・システムでさえ大量の
電力を必要とし、携帯時の動作ではバッテリ時間を制限
される。

【０００８】多くの適用例では、スクリーン輝度を維持
しながら電力消費を制限することに加えて、視野領域が
制限されても（即ち、視野角度が狭められても）高輝度
スクリーン及び高解像度スクリーンであることが望まし
い。そのような適用例では、例えば、典型的には、銀行
等で見られる自動入出金機のようなデータ入力タッチ・
スクリーンを使用する時のように、プライバシが望まし
いものが含まれる。その他の用途としては、例えば、公
衆の場におけるノートブック・コンピュータの人目に触
れない操作、及び同様な公衆の場での映画又は他の娯楽
媒体の個人的鑑賞が含まれる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、新規
な且つ改良された透過型データ・ディスプレイを提供す
ることにある。

【００１０】本発明のもう１つの目的は、高輝度及び高
解像度を持つ上記のようなディスプレイを提供すること
にある。

【００１１】本発明の更にもう１つの目的は、照射領
域、従って、個人的な目視のために視野角度が制限可能
である上記のようなディスプレイを提供することにあ
る。

【００１２】本発明の更にもう１つの目的は、コンパク
トなサイズの上記のようなディスプレイを提供すること
にある。

【００１３】本発明の更にもう１つの目的は、通常の透
過型のデータ・ディスプレイに比べてかなり低い電力し
か必要としない上記のようなディスプレイを提供するこ
とにある。

【００１４】本発明の更にもう１つの目的は、立体光学
的な、即ち、３次元的な物体及び背景を表示するように
適応した上記のようなディスプレイを提供することにあ
る。

【００１５】本発明の更にもう１つの目的は、例えば、
コンピュータ・ディスプレイ、及び映画又は他の媒体表
示を含む多くの種々の適用に容易に適応し得る上記のよ
うなディスプレイを提供することにある。

【００１６】本発明の更にもう１つの目的は、通常のＬ
ＣＤパネルと共に使用するように容易に適応し得る上記
のようなディスプレイを提供することにある。

【００１７】本発明の更にもう１つの目的は、通常の費
用効果のある光学素子を使用して製造可能な上記のよう
なディスプレイを提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴によ
れば、透過的にデータを表示するための所定領域を有す
る表示スクリーンを含む表示アセンブリが与えられる。
所定の強度の光を発生するための光源が設けられ、又、
光源と表示手段との間には、表示手段に関して光源と反
対側にその表示手段を通して光源を結像させる光学的結
像手段が設けられる。その光源の強度は、透過性データ
の直接的な目視に適するように選択される。

【００１９】好ましくは、光は、例えば、液晶表示パネ
ルより成る表示スクリーンを通して結像される前に拡散
される。その結像は正のレンズを使用して行うことが可
能であり、特に、円形のフレネル・レンズが望ましい。

【００２０】その表示アセンブリは、低い電力消費及び
自分だけの選択的目視という利点を与えるものなので、
バッテリ電源のポータブル・コンピュータにおいて使用
するように適応可能である。更に、そのアセンブリは、
例えば、ポータブル通信装置、及びビデオ・ゲームで見
られるもの又は航空機における乗客による目視のための
もののような種々の媒体表示装置を含む透過型ディスプ
レイを使用する他の多くの適用例に対しても容易に適応
可能である。

【００２１】本発明のもう１つの実施例では、独立した
右目用のデータ及び左目用のデータと共に多数の光源が
設けられる。立体光学的又は３次元的視野を与えるため
にフレネル・レンズの合焦効果が利用される。本発明が
位置検出器及びランプ選択スイッチと共に使用される
時、それは種々の位置における目視者に立体光学的視野
を与えるように動作する。

【００２２】本発明のもう１つの実施例によれば、デー
タを透過的に表示するステップを含むデータの表示方法
が与えられる。所定の強度の光源が与えられ、そしてそ
の光源は透過性データに関して光源の反対側にその透過
データを通して結像される。光源の強度は、人がその透
過データを直接的に目視するのに適するように選択され
る。

【００２３】好ましくは、光は、例えば、液晶ディスプ
レイより成る透過型ディスプレイを通して結像される前
に拡散される。結像装置は正のレンズ、好ましくは、フ
レネル・レンズより成る。

【００２４】同期した左目用のデータ及び右目用のデー
タと組み合わせて複数の光源が設けられ、それによっ
て、立体光学的又は３次元的視野を与えるためにフレネ
ル・レンズの合焦効果が利用される。位置センサと組み
合わせて、それら複数の光源は、位置が変化する目視者
に立体光学的イメージを与えるように作動可能である。

【００２５】

【実施例】図面を参照すると、図１は、キーボード支持
ベース３４上にピボット回動可能に装着されたＬＣＤ表
示アセンブリ３２を含むポータブル・コンピュータ・シ
ステム３０を示す。表示アセンブリ３２は、ピボット・
ヒンジ３７を介してベース３４にピボット回動可能に装
着された支持フレーム３６を有する。後部カバー３８が
ピボット・ヒンジ３９を介してフレーム３６に、同様に
ピボット回動可能に装着される。フレーム３６は、その
フレームのほぼ中央に置かれ且つ目視のためにベース３
４上で前方が開けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）カ
ラーＬＣＤパネル４０を支持する。この実施例では、Ｌ
ＣＤパネル４０は幅が６インチ（約１５.２ｃｍ）、高
さが８インチ（約２０.３ｃｍ）のものである。

【００２６】ディスプレ・アセンブリ３２の側面パネル
及び底面パネル、即ち、フレーム３６及びカバー３８に
跨るパネルは、例えば、可撓性のベローズ又はファン型
のプラスチック板より成り、本発明を説明する便宜上省
略されている。

【００２７】更に図２を参照すると、光拡散板４２がＬ
ＣＤパネル４０の内側後面に装着される。拡散板４２は
後述の小角度分散特性を持つように選択され、ＬＣＤパ
ネル４０の後面全体を覆うようなサイズになっている。
後部カバー３８の内面には反射型ミラー付き面４４が設
けられる。

【００２８】フレーム３６の内部に且つＬＣＤパネル４
０の下に光源４６が位置付けられる。好ましくは、光源
４６はまっすぐな又はＵ字型の蛍光管より成り、ＬＣＤ
パネル４０の幅の１／２乃至３／４の範囲の直線部分の
長さを持ち、そのパネルの下端の下の中心に置かれるよ
うに位置付けられる。

【００２９】正のフレネル・レンズ４８が拡散板４２の
後面に重畳して表示アセンブリ３２の内側に位置付けら
れる。図３を参照すると、フレネル・レンズ４８は円形
であること、即ち、一方の表面上に合焦プリズム５０の
同心円状の円形リングを支持していることがわかる。フ
レネル・レンズはその円形合焦リング及び円形合焦効果
のために「円形」であるように云われるけれども、レン
ズ全体の形状は矩形であり、少なくとも、ＬＣＤパネル
４０と同じサイズとなるように選択される。もっと詳し
く後述するように、フレネル・レンズ４８は、ＬＣＤパ
ネル４０の目視側に光源４６の像を形成するように動作
する。フレーム３６及びフレネル・レンズ４８は、その
レンズが表示アセンブリ３２から容易に取り外しできる
ように設置可能である。

【００３０】バッテリ５２のような電源装置及びＬＣＤ
パネル駆動電子回路５４がベース３４に含まれ、既知の
方法でＬＣＤディスプレイ３２に接続される。このよう
な電源装置及び駆動電子回路はＬＣＤディスプレイ・シ
ステムと関連した一般的なコンポーネントである。本願
では、便宜上、コンピュータ・システムの他の一般的な
コンポーネントについての説明は行わない。

【００３１】表示アセンブリ３２の光学的特性を説明す
ると、図４は拡散板４２の小角度散乱分布（ａｎｇｕｌ
ａｒｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏ
ｎ−Ａ.Ｓ.Ｄ）を示す。更に詳しく云うと、入射光線Ｌ
は角度のある光線Ｌ₁乃至Ｌ_nに散乱する。図４における
電力対角度のグラフに示されるように、拡散板４２を通
過する光は強度が一様ではなく、光線Ｌの軸上にピーク
を持った全体的にはベル型の分布を有する。後述のよう
に、拡散板４２は入射光を和らげる又は滑らかにするよ
うに機能し、フレネル・レンズ４８及びＬＣＤパネル４
０の間に形成され易いモアレ・パターンを取り除くため
に十分に広いＡ.Ｓ.Ｄを持つように選択される。後述の
ように、Ａ.Ｓ.Ｄ及び拡散板４２の位置は、表示アセン
ブリ３２に対する所望の照射及び目視特性に従って選択
される。

【００３２】図５を参照して、本発明を最も良く示すた
めに、先ず、光源４６、フレネル・レンズ４８及びＬＣ
Ｄ４０に関する表示アセンブリ３２の動作を説明する。
拡散板４２は除かれ、光源４６は図示のようにフレネル
・レンズ４８を直接に照射する。（説明の便宜上、反射
面４４は省略されているけれども、反射面による動作は
実質的に同じであることは勿論である）。

【００３３】図５を見ると、フレネル・レンズ４８は、
ランプ４６から発散する入射光線Ａ、Ａ'、Ａ"を集めて
集中光線Ｂ、Ｂ'，Ｂ"にするように選択され、焦点Ｃに
おいてその光源の像を形成する。フレネル・レンズ４８
の合焦効果が２次元で示されているが、すべての正のレ
ンズの場合のように、３次元においてもポイントＣに像
を与えるように合焦が生じることは勿論である。フレネ
ル・レンズ４８は、好ましくは、１５乃至２０ｃｍの範
囲の焦点距離を持つように選択される。

【００３４】更に図５を参照すると、フレネル・レンズ
４８を含む図示の光学システムは、非常に狭い目視領域
を持つことがわかる。即ち、光源４６によって照射され
たＬＣＤパネル４０を見るためには、目視者５６は、焦
点Ｃに、又は光線Ｂ及びＢ"により囲まれた目視範囲内
に自分の目を直接に位置付けなければならないであろ
う。拡散手段がない場合、目視者５６はフレネル・レン
ズ４８とＬＣＤ４０との間に生じた望ましくないモアレ
・パターンを見ることになろう。

【００３５】フレネル・レンズ４８は光源４６だけの像
を生じ、ＬＣＤ４０の像を生じないことに注意すること
が重要であり、本発明を理解するキーとなる。従って、
ランプ、即ち、光源４６及びフレネル・レンズ４８より
成るバックライト・システムはＬＣＤパネル４０を照射
するためにのみ機能し、ＬＣＤパネル表示データを結像
し、或いは光学的に修正するようには機能しない。従っ
て、図５に示されたシステムの目視解像度はＬＣＤパネ
ル４０の固有の解像度によって決定され、フレネル・レ
ンズ４８によって決定されるものではない。

【００３６】図６を参照すると、ＬＣＤパネル４０及び
フレネル・レンズ４８の間に置かれた拡散板４２を含む
図５の（即ち、図１に示された構成の）光学システムが
示される。拡散板４２、光源４６、及びＬＣＤパネル４
０を含むこのバックライト表示システムは４９として全
体的に表わされる。

【００３７】図６に示された光学システムでは、拡散板
４２によって行われる角散乱（図４に示されるような）
は光線Ａ、Ａ'、Ａ"を含む入射光線を分散させ、滑らか
にするように機能する。図６を見ると、拡散板４２は、
光線Ｄ−Ｄ'によって囲まれた角度で入射光Ａを分散す
ることがわかる。勿論、この角度は拡散板４２のＡ.Ｓ.
Ｄ特性及びフレネル・レンズ４８に関するその拡散板の
位置によって決定される。同様に、入射光Ａ'及びＡ"
は、それぞれ、光線Ｅ−Ｅ'及びＦ−Ｆ'によって囲まれ
た領域に分散される。

【００３８】この入射光の平滑化は、図５に関して説明
した照射領域よりもかなり大きな照射領域を生じ、その
結果、更に広い視野角度を生じる。更に詳しくいえば、
光線Ｄ及びＦ'によって制限され且つ光線Ｄ'及びＦの前
方にある照射された領域内の何処に位置した目視者５６
もその照射されたＬＣＤパネルを見ることができる。図
６のバックライト・システム４９によって与えられる大
いに増大した目視領域を明瞭に示すために、それは陰影
領域５７によって示される。

【００３９】拡散板４６に対するＡ.Ｓ.Ｄの選択、及び
その拡散板４６及びフレネル・レンズ４８相互の位置及
び間隔、並びにそれらＬＣＤ４０に対する位置及び間隔
は、陰影領域５７によって表わされる照射領域を制御す
るであろう。この目視可能領域５７は、図７に示される
ようにＬＣＤパネル４０の端から発散され、即ち、広げ
られるように、又は図８に示されるようにそれの端で実
質的にコリメートされるように、又は図９に示されるよ
うに狭められそして制限されるように、簡単に選択可能
である。図９に示されたように狭められた視野角度の場
合でも、拡散板４２は如何なる可視モアレ・パターンも
取り除くように、そして目視を容易にするように光線を
滑らかにするように機能する。

【００４０】コンピュータ・システム３０の動作時に
は、回路５４からの電子的信号に応答して、データがＬ
ＣＤパネル４０上に透過的に表示される。ランプ４６を
作動するために電源５２が使用され、発散する光を表示
アセンブリ３２の内部に照射させる。この発散光はミラ
ー付き面４４で反射され、フレネル・レンズ４８及び拡
散板４２を介して与えられる。従って、ＬＣＤパネル４
０が照射され、図４乃至図９に関して説明したように目
視可能となる。

【００４１】上記のように、ランプ４６、フレネル・レ
ンズ４８及び拡散板４２を使用すると、ＬＣＤパネル４
０は非常に高い輝度で表示され、本発明なしで同じ輝度
を得るために必要な電力の１／１０程度の電力しか使用
しないことがわかった。更に、バックライト・コンポー
ネントの相対的特性及び位置は、表示アセンブリ３２の
照射領域、従って、それの視野角度及び目視領域を制御
するように簡単に選択可能である。照射領域が狭められ
るので、ランプ及び全体の電力消費は更に減少される。
このバックライト・システムはＬＣＤパネル４０を照射
するためにのみ機能し、パネルに像を生じさせるように
は機能しないので、目視解像度はそのパネルの解像度の
みによって決定され、フレネル・レンズの質によって決
まるものではない。

【００４２】図１０を参照すると、表示アセンブリ３２
が閉じた位置にあるコンピュータ・システム３０が示さ
れる。この位置では、カバー３８はヒンジ３９において
ピボット回動され、フレーム３６の背後上で閉じられ
る。フレーム３６はヒンジ３７の回りにピボット回動さ
れ、ベース３４と対面するように閉じられる。その結果
生じたパッケージはコンパクトであり、保管又は搬送に
も安全である。

【００４３】従って、新規な且つ改良されたＬＣＤ表示
アセンブリ３２を持ったコンピュータ・システムが開示
された。このＬＣＤ表示アセンブリは、ランプ４６、フ
レネル・レンズ４８、及び拡散板４４を含むバックライ
ト・システムを利用して、従来技術に比べてかなり少な
い電力消費しか必要とせずに高輝度の目視可能なディス
プレイを提供するものである。希望次第で、自分だけの
目視のために、しかもそれを低電力消費で行うために、
制限された照射、従って、制限された視野角度及び小さ
くされた目視領域を与えることが可能である。本発明
は、上記のタイプの表示アセンブリによって、通常の表
示アセンブリを動作させるために必要な電力の約１／１
０を使用して、通常の広い視野角度のＬＣＤ表示アセン
ブリと同じ輝度、鮮明度、及び解像度を得ることがで
き、従って、システム全体では、約１／３乃至１／２の
電力軽減が得られる。従って、バッテリ動作のポータブ
ル・コンピュータ・システムのような電力を気にする適
用例にとっては、バッテリの寿命を少なくとも２倍に延
ばすことができる。

【００４４】本発明のもう１つの重要な利点は、自分だ
けの目視のためのディスプレイを提供すると云うことで
ある。制限された照射領域及び目視領域を与えるために
フレネル・レンズ及び拡散手段を使用することによっ
て、そのディスプレイは、表示情報がその目視者にとっ
て個人的なものである場合、第三者に近接していても目
視可能である。後述するように、本発明は、通常の透過
型データ表示システムでは実用的でなかった種々の適
用、望ましくは、プライバシを必要とする適用を可能に
する。

【００４５】本発明を１つの実施例に関して説明したけ
れども、多くの種々な変形及び構成が明らかとなろう。
次に、表示アセンブリ・コンポーネントのうちのいくつ
かの機能及びそれらコンポーネントの代替を説明する。

【００４６】正のフレネル・レンズ４８を使用すること
を先ず考えると、この光学素子の目的は、光源４６の像
を与えることである。この同じ機能を達成する他の素子
をフレネル・レンズの代りにすることが可能である。更
に詳しく云えば、ＬＣＤパネル４０とともに機能するに
十分なサイズの通常の正のレンズをフレネル・レンズ４
８の代りにすることができる。そのようなレンズはポー
タブル・コンピュータに実用的に組み込むには大きすぎ
るけれども、もっと小さいディスプレイ利用するか或い
は重さを拘束されない他の適用例にとっては、それは十
分かもしれない。同様に、フレネル・レンズ４８の代わ
りに、同じ効果を持った合焦ミラーを使用することも可
能である。

【００４７】表示パネル４０に関しては、実質的には如
何なる透過型データ・ディスプレイも前述のＴＦＴＬ
ＣＤディスプレイの代用となり得る。唯一の必要なこと
は、そのディスプレイが透過型のものであること、即
ち、そのディスプレイ上のデータ像がバックライトによ
って可視的にされることである。

【００４８】次に、ランプ４６、リフレクタ４４、及び
拡散板４２を含む照射システムを考えると、このシステ
ムによって遂行される機能は、フレネル・レンズにより
透過型ＬＣＤパネル４０を通して結像させるために、適
当に目視可能な強度のほぼ一様な光を与えることであ
る。ランプ４６はリフレクタ４４と共に光源を与えるよ
うに機能し、例えば、直接照明、通常のアパーチャ・ラ
ンプ、又はランプとリフレクタとの他の適当な構成によ
って代用可能である。拡散板４４は、図４に関連して前
述した方法で入射光を滑らかにするように機能する。

【００４９】表示アセンブリ３２の上記実施例は、ポー
タブル・コンピュータにおいて実施されたものが示され
たが、それは他の多くの適用において使用可能である。
更に詳しく云えば、電源５２及び駆動電子回路５４を含
む表示アセンブリ３２を動作させるための電子的コンポ
ーネントはコンピュータ・システムに特有なものではな
い。それらは、表示アセンブリを必要とする多くの種々
な環境で実施可能な一般的なコンポーネントである。表
示アセンブリ３２に対する他の適用例を以下で説明す
る。

【００５０】図１１を参照すると、図１のポータブル・
コンピュータ・システムの代替例が示され、そこでは、
図１の素子と同じ素子が同じ参照番号によって表わされ
る。本発明のこの実施例では、拡散板４２はバック・カ
バー３８の内面におけるミラー付き面４４に位置付けら
れる。フレネル・レンズ４８はＬＣＤパネルの背面に直
接位置付けられる。

【００５１】コンピュータ・システム６０の表示アセン
ブリ３２の動作は、上記のコンピュータ・システム３０
に関して説明したものと実質的に同じである。上記のよ
うに、拡散板４２、フレネル・レンズ４８、及びＬＣＤ
パネル４０の間の相対的位置及び間隔は、所望の視野特
性を与えるように選択される。

【００５２】図１２を参照すると、図１のコンピュータ
・システム３０のもう１つの代替例７０が示され、そこ
でも、図１におけるものと同じ素子は同じ参照番号によ
って表わされる。この実施例では、フレネル・レンズ４
８は、ここでは７２として表わされたバック・カバーの
反射面４４上に一体化される。図１の実施例におけるよ
うに、拡散板４２がＬＣＤパネル４０の背面に位置付け
られる。その代替として、フレネル・レンズ、拡散素
子、及び反射素子を単一のユニットに一体化することに
よって、拡散板４２の拡散特性をフレネル・レンズ４８
に一体化させることもできる。

【００５３】図１１の実施例のように、ポータブル・コ
ンピュータ・システム７０における表示アセンブリ３２
の動作は、図１に示された表示アセンブリの動作と同じ
である。表示アセンブリ３２におけるエレメントの相対
的位置、間隔、及び特性はＬＣＤパネル４０、従って、
表示視野特性を通して結像を制御するように簡単に選択
可能である。

【００５４】ランプ４６、反射面４４、拡散板４２、及
びフレネル・レンズ４８を含むバックライト・システム
の機能を達成するために、多くの変形及び構成が利用可
能であることは、図１１及び図１２、並びに上記の説明
を考察すれば明らかである。これらの構成は、所望の表
示特性及び他のシステム考察事項に依存して選択可能で
ある。そのようなシステム考察事項は、例えば、表示ア
センブリ３２が使用される適用例、及び如何なるサイ
ズ、重さ、又は消費電力の制限が存在しようとも、使用
されるＬＣＤパネルのタイプ、製造者に利用可能な生産
プロセス及び技法、コスト制限、及び当業者には容易に
明らかな他の多くの考察事項を含み得るものである。

【００５５】本発明の表示アセンブリに対する種々な適
用例に話を移すと、少なくとも２つの一般的なタイプの
適用例における特定の共働物、即ち、電力が制限される
タイプ及び自分だけの目視が望ましいタイプにおいて共
働物を有することは明らかである。このような多くの適
用例が存在するけれども、いくつかの例を以下で説明す
る。

【００５６】図１３及び図１４を参照すると、ワイヤレ
ス・データ通信、又はセルラ・データ通信のために使用
可能なようなパーソナル・データ通信装置（ＰＤＣ）８
０が示される。先ず図１３を見ると、ＰＤＣ８０は、ほ
ぼ電話の受話機の大きさの２インチ＊２インチ＊９イン
チ（約５.１ｃｍ＊５.１ｃｍ＊２２.９ｃｍ）という手
持ちされるべき大きさにされる。ＰＤＣ８０はＬＣＤパ
ネル８２、ｒｆアンテナ８４、及び種々のデータ・エン
トリ・キー８８をサポートするキーボード８６を有す
る。

【００５７】図１４に最も良く示されるように、ＰＤＣ
８０は本発明に従って構成された表示アセンブリ９０を
示す。その表示アセンブリ９０は、ＬＣＤパネル８２、
そのＬＣＤパネルの背後に重畳する拡散板９２、及びそ
の拡散板の背後に重畳するフレネル・レンズ９４を含
む。フレネル・レンズの背後には、蛍光管ランプ９６が
置かれる。リフレクタ９８がランプ９６を部分的に取り
囲み、それの開口部がフレネル・レンズ９４の背面に向
けられている。ランプ９６を含むＰＤＣ８０のためのバ
ッテリ１００が設けられる。ＬＣＤパネル８２上にデー
タ及び像を表示するためのＬＣＤパネル駆動電子回路１
０２が設けられる。

【００５８】ＰＤＣ８０内には、更に、データを送信及
び受信するためのアンテナ８４に接続されたｒｆ送受信
電子回路、及びＰＤＣ内のデータ又は像を操作するため
の計算及び制御電子回路が含まれる。これらの素子は何
れも、ＰＤＣが適用されべき特殊な適用例に従って通常
のコンポーネントから選択される。

【００５９】動作時には、照射のためにランプ９６が給
電される。その照射はリフレクタ９８によってフレネル
・レンズ９４に向けられる。フレネル・レンズ９４はＬ
ＣＤパネル８２を照射するために拡散板９２及びＬＣＤ
パネル８２を通してそのランプを結像させる。拡散板９
２は光線の均一性を得るために、フレネル・レンズを通
過する光を拡散する。前述と同様に、ＬＣＤパネル８２
を通過する光によって与えられる照射領域はＰＤＣ８０
の機能を最適化するように選択される。例えば、適度に
十分な目視領域を与えながら電力消費を最小にするため
に、図８に示されるようにコリメートされた照射領域を
選択することが望ましいであろう。プライバシが望まし
い場合、図９に関して述べたように、制限された目視領
域が選択可能である。

【００６０】ＰＤＣ８０は、例えば、株式のデータのよ
うな個人的なデータを公衆の場で取り扱う場合に良く適
している。更に、ＳＤＣ８０のためのケースの形状が平
面的なカルテに似せてわずかに変更された場合、ＰＤＣ
８０は、看護婦又は医師が診察中に患者のカルテに入れ
る個人的な医療データを処理するためにも十分に適して
いるであろう。

【００６１】ＰＤＣ８０は、本発明が前述のポータブル
・コンピュータのディスプレイの大型のスクリーンへの
適用に適するだけではないことも示すものである。それ
は、ＰＤＣ８０において示されたディスプレイよりもず
っと小型のディスプレイを与えるためにも容易に利用さ
れる。事実、本発明の表示アセンブリより成るコンポー
ネントのサイズはＬＣＤパネルのサイズと共に縮小され
るので、本発明は、ＬＣＤ腕時計において見られるパネ
ルような非常に小型のＬＣＤパネルとして実施可能であ
る。

【００６２】図１５及び１６を見ると、航空機における
客室の一部分が示される。本発明に対するもう１つの適
用例を示すために、隣接した座席１１６及び１１８にお
ける乗客１１２及び１１４は、それぞれ、自分自身の表
示スクリーンを備えられている。更に詳しく云えば、こ
の実施例では、乗客１１２は前席の椅子１２４の背もた
れに置かれたスクリーン１２０を使用可能であり、一
方、乗客１１４は同様に別のスクリーン１２２が前席の
背もたれに置かれている。

【００６３】目視スクリーン１２０及び１２２は概略的
に示されているけれども、それは、電源及び電子駆動回
路が表示アセンブリの外に置かれていることを除けば、
図１の表示アセンブリと実質的に同じである。更に詳し
く云えば、電力は集中制御で供給可能である。電子的駆
動回路は、例えば、目視スクリーンにおける、又は背も
たれにおける都合の良い場所に、或いは都合の良い遠隔
位置に設置可能である。目視スクリーン１２０及び１２
２は、それぞれの乗客１１２及び１１４に対して、他と
比べて個人的な目視を与えるように構成される。

【００６４】動作時には、ニュース表示、書物表示、又
は映画のような種々の選択可能な媒体が、飛行中に見る
ために、乗客の好みで利用可能にされる。本発明の表示
アセンブリによって与えられる自分だけの目視領域のた
めに、各乗客は隣接した乗客を邪魔することなく異なる
目視の好みを選ぶことができる。必要な場合には、音声
のためのイアホーンを備えることも可能である。

【００６５】図１７及び１８を参照すると、表示アセン
ブリ１３０が立体光学的、即ち、３次元の視野を与える
ようにされた本発明のもう１つの実施例を示す。本発明
を示す便宜上、表示アセンブリ１３０は、図１に関連し
て示し、説明したシステム３０と実質的に同じポータブ
ル・コンピュータ・システム１３２において実施された
ものが示される。図１における同様な素子は同様の参照
番号でもって表わされる。

【００６６】この実施例とシステム６０（図１）との相
違を述べると、この実施例では、光源４６（図１）が取
り除かれ、１対のランプ１３４及び１３６によって置換
される。ランプ１３４及び１３６はランプ４６の軸上に
装着され、目視者５６の目に結像されるように距離Ｄだ
け離れて置かれる。従って、距離Ｄは、フレネル・レン
ズ４８を通して結像することによって与えられる拡大効
果のために調節されるので、目視者５６の両目の間の距
離となる。各ランプ１３４及び１３６は、それぞれ１３
８及び１４０として示されたリフレクタによって囲まれ
る。リフレクタ１３８及び１４０は、ランプからの光を
反射面４４に向けるように位置付けられる。フレネル・
レンズ４８及び拡散板４２という２つの素子は前述のよ
うな方法でＬＣＤパネル４０の背後に積層して位置付け
られる。フレネル・レンズ４８、拡散板４２、及びラン
プ１３４、１３６は、それぞれ、目視者５６の右目及び
左目にランプを結像するように位置付けられる。

【００６７】更に、システム３０（図１）とは対照的
に、ＬＣＤ駆動回路５４は、各々が異なる電気的信号を
ＬＣＤパネル４０に供給する２つの独立した駆動回路５
４Ａ及び５４Ｂを与えるように、物理的又は電気的に変
更されている。

【００６８】駆動回路５４Ａ及び５４Ｂに接続され且つ
それらによって同期化されたスイッチ１４２は、電源５
２及びランプ１３４、１３６間に設けられ、そのランプ
の動作が駆動回路におけるデータの動作と同期されるこ
とを可能にする。他のすべての点で、システム１３２は
システム３０と同じである。

【００６９】動作時には、駆動回路５４Ａは左目信号を
ランプ１３４に与えるためのバッファとして利用され、
一方、駆動回路５４Ｂは右目信号をランプ１３６に供給
するためのバッファとして利用される。左目データがＬ
ＣＤパネル４０上に表示される時にランプ１３４が照射
されるように、及び右目データがＬＣＤパネル４０上に
表示される時にランプ１３６が照射されるように、スイ
ッチ１４２はランプ１３４、１３６の動作と同期する。

【００７０】パネル４０に供給される左目データ及び右
目データの切り換え及びランプ１３４、１３６の同期し
た照射は、３０Ｈｚを超える速度で、好ましくは、６０
Ｈｚを超える速度で行われ、それによって、その変化は
目視者５６には実質的に見ることができない。

【００７１】説明の便宜上、図１８（光学的に概略した
態様でシステムを示す）は、破線Ｌによって表わされた
左目の照射を示し、一方、右目の照射は鎖線Ｒによって
表わされる。

【００７２】目視者が表示アセンブリ１３０の前方の一
定の場所に位置する場合、ランプ１３４が照射される
時、左目の照射光Ｌは、ＬＣＤパネル４０上の左目用透
過データを介してフレネル・レンズ４８によって目視者
の左目に合焦される。同様に、ＬＣＤパネル４０上に右
目用の透過データが表示されるのと同期してランプ１３
６が照射される時、フレネル・レンズ４８は右目の照射
光Ｒを目視者の右目に合焦させる。表示システム１３２
に関して適当な位置が維持される時、目視者５６は立体
光学な、即ち、３次元（３−Ｄ）の像を見るであろう従
って、フレネル・レンズの合焦効果のために、本発明は
そのような立体光学的な、即ち、３次元の視野を目視者
に与えるように容易に適応する。

【００７３】ポータブル・コンピュータ・システムにお
いて実施した時の立体光学的機能を説明したけれども、
透過型データ・ディスプレをサポートできる如何なるア
センブリにおいてもそれが容易に実施可能であることは
勿論である。このような立体光学的表示アセンブリに対
する適用例は、例えば、ビデオ・ゲーム及び映画鑑賞ス
クリーンを含む。このような立体光学的視野が望ましい
他の多くの適用例も当業者には容易に明らかであろう。

【００７４】図１７及び図１８に示された立体光学的表
示アセンブリは効果的に機能し、設置するにも経済的で
あるけれども、十分な３次元効果を味わうためには、目
視者は比較的一定の目視位置を維持する必要がある。

【００７５】図１９及び２０を参照すると、立体光学的
表示アセンブリ１６２を含むポータブル・コンピュータ
・システム１６０が示される。そのシステムは、例え
ば、目視者が位置１から位置２に移動している時も立体
光学的表示を与えるよう適応する。システム１３２（図
１７及び図１８）の素子と同じ素子は同じ参照番号によ
って表わされる。

【００７６】システム１６０をシステム１３２（図１７
及び図１８）に比べると、ランプ１３４が取り除かれ、
ランプ・アレー１６４がそれに代用される。ランプ・ア
レー１６４は、Ａ乃至Ｅで示される１０個のランプを含
み、各ランプは、ミラー付き面４４から表示アセンブリ
１６２の背後に向けて光を反射するように位置付けられ
たそれぞれの適当なリフレクタ１６８によって囲まれて
いる。

【００７７】１対の超音波距離センサ１７８及び１８０
を含む距離感知回路１７６が、ＬＣＤパネル４０の下側
の水平方向における中央位置でフレーム３６に装着され
る。ベース３４には、計算回路１８２が含まれ、それ
は、表示アセンブリ１６２に関する目視者５６の位置を
三角測量によって計算するために、センサ１７８及び１
８０の出力に接続される。距離センサに基づき三角測量
によって動作するそのような位置感知装置がその分野で
知られていることは明らかであろう。一方、計算回路１
８２はスイッチ１４２に接続される。

【００７８】動作時には、表示アセンブリ１６２に関す
る目視者５６の位置を決定するために、距離感知回路１
７６及び計算回路１８２が使用される。前述のように、
左目及び右目用のデータを表示するために、駆動回路５
４Ａ及び５４Ｂがスイッチ回路１４２を通して電源５２
と同期する。更に、計算回路１８２はスイッチ回路１４
２に目視者位置情報を与える。

【００７９】左目及び右目用表示データに加えて目視者
位置データを与えられたスイッチ回路１４２は、正しい
左目及び右目用のデータに対する照射がいつも目視者５
６に対して正しい位置で合焦されるよう、ランプ・アレ
ー１６４における適当なランプ対Ａ乃至Ｅを照射するた
めに動作する。従って、目視者が、例えば、表示アセン
ブリ１６２に関して位置１から位置２へ移動している時
でも、左目及び右目の照射は目視者５６の対応する目の
位置でいつも合焦されるであろう。

【００８０】従って、立体光学的視野のみならず、目視
者の位置に動的に応答した立体光学的視野が与えられ
る。システム１６０（図１７及び図１８）に関連して示
された立体光学的視野よりもわずかに複雑であるけれど
も、この実施例は、それが目視者の動作に対して与えら
れるという点でより適応性がある。

【００８１】

【発明の効果】以上のように、選択可能な照射領域、従
って、選択可能な視野角度及び領域を生じるように結像
レンズを利用する透過型データ・ディスプレイが与えら
れる。そのシステムは、通常のディスプレイを駆動する
に必要な電力の数分の一しか利用しないけれども、高輝
度、高解像度のディスプレイを与える。更に、そのシス
テムは、自分だけの目視領域及び低電力消費の両方を生
じる狭い照射領域を与えるために使用可能である。この
システムは通常の経済的なコンポーネントを使用して製
造可能である。それは種々の適用例（そのいくつかを説
明した）にも適応可能である。更に、この目視システム
は、立体光学的な３次元の視野を与えるように種々な構
成で容易に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成された表示アセンブリを含
むポータブル・コンピュータ・システムの部分的に概略
的な側面図である。

【図２】図１の線１Ａ−１Ａによって切り取られた、表
示アセンブリのコンポーネントのみを示す断面図であ
る。

【図３】図１のフレネル・レンズの平面図である。

【図４】図１の拡散板の小角散乱特性を示すグラフを含
む、拡散板の側面図である。

【図５】図１のフレネル・レンズ及びＬＣＤパネルの概
略図であり、そのレンズの光学的な合焦効果を示すもの
である。

【図６】図５の概略図と同様の概略図であり、図１の拡
散板を含むシステムの光学的効果を示すためのものであ
る。

【図７】図６のバックライト・ディスプレイ・システム
の概略図であり、本発明を使用して得られる照射特性の
１つを示すものである。

【図８】図６のバックライト・ディスプレイ・システム
の概略図であり、本発明を使用して得られる照射特性の
１つを示すものである。

【図９】図６のバックライト・ディスプレイ・システム
の概略図であり、本発明を使用して得られる照射特性の
１つを示すものである。

【図１０】図１のポータブル・コンピュータ・システム
の閉じられた状態における側面図である。

【図１１】本発明の他の実施例の部分的に概略的な側面
図である。

【図１２】本発明の更に他の実施例の部分的に概略的な
側面図である。

【図１３】本発明の表示アセンブリを組み込んだパーソ
ナル伝送装置の正面図である。

【図１４】表示アセンブリを説明するために部分的切り
取られた図１３のパーソナル伝送装置の側面図である。

【図１５】航空機の客室環境で使用される本発明の表示
アセンブリを示す側面図である。

【図１６】図１５に示された乗客及び表示スクリーンを
示す概略図である。

【図１７】本発明の他の実施例の部分的に概略的な側面
図である。

【図１８】目視者に関する図１７の表示アセンブリのコ
ンポーネント及びそれらの機能を示す光学的概略図であ
る。

【図１９】本発明の更に他の実施例の部分的に概略的な
側面図である。

【図２０】目視者に関する図１９の表示アセンブリのコ
ンポーネント及びそれらの機能を示す光学的概略図であ
る。

【符号の説明】

３０・・・ポータブル・コンピュータ・システム３２・・・表示アセンブリ３４・・・ベース３６・・・フレーム３７・・・ピボット・ヒンジ３８・・・カバー３９・・・ピボット・ヒンジ４０・・・ＬＣＤパネル４２・・・拡散板４６・・・光源４８・・・フレネル・レンズ５２・・・バッテリ５４・・・ＬＣＤパネル駆動電子回路５６・・・目視者

フロントページの続き (72)発明者ロドニー・トレバー・ホッジソンアメリカ合衆国ニューヨーク州、オッシニング、パインズブリッジ・ロード 822番地 (72)発明者ジェイムズ・サージェント・リプスコムアメリカ合衆国ニューヨーク州、ヨークタウン・ハイツ、ペイン・ストリート 1646番地 (72)発明者マイケル・ミン−タク・ロイアメリカ合衆国ニューヨーク州、マウント・キスコ、キャスリーン・レーン 35 番地 (72)発明者ロバート・ハワード・ウォルフェ、ジュニアアメリカ合衆国ニューヨーク州、ヨークタウン・ハイツ、ウェイバリー・ロード 481番地 (56)参考文献特開平２−136818（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−311382（ＪＰ，Ａ) 特開平２−204770（ＪＰ，Ａ) 特開平２−10394（ＪＰ，Ａ) 実開昭64−51913（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透過性データを表示するための所定領域を
有する表示手段と、所定の強度の光を発生するための光源と、該光源及び該表示手段の間に配置され、該表示手段の該
光源とは反対側に、該表示手段を通して該光源を結像さ
せるための光学的結像手段と、前記光源及び前記表示手段の間に配置され、前記光を拡
散するための拡散手段と、より成り、該光源の強度は人が該透過性データを直接的に目視する
に適したものであることを特徴とする透過型ディスプレ
イ装置。
【請求項２】前記光学的結像手段は正のレンズより成る
ことを特徴とする請求項１に記載の透過型ディスプレイ
装置。
【請求項３】前記正のレンズは円形のフレネル・レンズ
より成ることを特徴とする請求項２に記載の透過型ディ
スプレイ装置。
【請求項４】前記フレネル・レンズは約１５乃至２０ｃ
ｍの範囲の焦点距離を持つように選択されたことを特徴
とする請求項３に記載の透過型ディスプレイ装置。
【請求項５】前記拡散手段は小角度の拡散手段であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の透過型ディスプレイ装
置。
【請求項６】前記光源は蛍光灯より成ることを特徴とす
る請求項１に記載の透過型ディスプレイ装置。
【請求項７】前記拡散手段及び前記フレネル・レンズは
前記表示手段に隣接して位置付けられることを特徴とす
る請求項３に記載の透過型ディスプレイ装置。
【請求項８】前記光源は反射面を含むこと、及び前記拡散手段は該反射面上に配置されること、を特徴とする請求項１に記載の透過型ディスプレイ装
置。
【請求項９】透過性データを表示するための全体として
平坦な所定領域を有する透過型ディスプレイと、所定の強度の光を発生するための光源と、該光源及び該透過型ディスプレイの間に位置付けられ、
該光を拡散するための小角度の光拡散手段と、該光源及び該透過型ディスプレイの間に位置付けられ、
該透過型ディスプレイの該光源とは反対側に、該透過型
ディスプレイを通して該光源を結像させるための円形の
フレネル・レンズと、より成り、該光源の強度は約２０乃至２００ｃｍの範囲内の距離に
おいて人が該透過型ディスプレイを直接的に目視するに
適したものであり、前記透過型ディスプレイ、前記光源、前記拡散手段、及
び前記フレネル・レンズは目視者に対して発散照射の領
域を与えるように位置付けられることを特徴とする透過
型ディスプレイ装置。
【請求項１０】透過性データを表示するための全体とし
て平坦な所定領域を有する透過型ディスプレイと、所定の強度の光を発生するための光源と、該光源及び該透過型ディスプレイの間に位置付けられ、
該光を拡散するための小角度の光拡散手段と、該光源及び該透過型ディスプレイの間に位置付けられ、
該透過型ディスプレイの該光源とは反対側に、該透過型
ディスプレイを通して該光源を結像させるための円形の
フレネル・レンズと、より成り、該光源の強度は約２０乃至２００ｃｍの範囲内の距離に
おいて人が該透過型ディスプレイを直接的に目視するに
適したものであり、前記透過型ディスプレイ、前記光源、前記拡散手段、及
び前記フレネル・レンズは目視者に対してほぼコリメー
トされた照射の領域を与えるように位置付けられること
を特徴とする透過型ディスプレイ装置。
【請求項１１】透過性データを表示するための全体とし
て平坦な所定領域を有する透過型ディスプレイと、所定の強度の光を発生するための光源と、該光源及び該透過型ディスプレイの間に位置付けられ、
該光を拡散するための小角度の光拡散手段と、該光源及び該透過型ディスプレイの間に位置付けられ、
該透過型ディスプレイの該光源とは反対側に、該透過型
ディスプレイを通して該光源を結像させるための円形の
フレネル・レンズと、より成り、該光源の強度は約２０乃至２００ｃｍの範囲内の距離に
おいて人が該透過型ディスプレイを直接的に目視するに
適したものであり、前記透過型ディスプレイ、前記光源、前記拡散手段、及
び前記フレネル・レンズは目視者による前記データの自
分だけの目視のために狭められた照射の領域を与えるよ
うに位置付けられることを特徴とする透過型ディスプレ
イ装置。
【請求項１２】前記透過型ディスプレイは液晶表示パネ
ルより成ることを特徴とする請求項１、９、１０、およ
び１１の何れかに記載の透過型ディスプレイ装置。
【請求項１３】前記フレネル・レンズは前記装置から選
択的に取り除き可能であることを特徴とする請求項９な
いし１１の何れかに記載の透過型ディスプレイ装置。
【請求項１４】データを入力するための手段と、データを遠隔ロケーションに送るための手段と、を含むポータブル通信装置に組み込まれたことを特徴と
する請求項９ないし１１の何れかに記載の透過型ディス
プレイ装置。
【請求項１５】航空機の客室に組み込まれ、該航空機の
乗客に対して自分だけの目視を与えるようにしたことを
特徴とする請求項１１に記載の透過型ディスプレイ装
置。
【請求項１６】データ入力手段と、前記光源に電力を供給するためのバッテリ手段と、前記透過型ディスプレイに電子信号を供給することによ
って、前記透過型ディスプレイ上にデータ又はイメージ
を発生させるための手段と、を具備したポータブル・コンピュータ・システムに組み
込まれたことを特徴とする請求項９ないし１１の何れか
に記載の透過型ディスプレイ装置。
【請求項１７】ポータブル・コンピュータ・システムで
あって、カバーを含み、表示アセンブリを支持するための携帯用
のケースと、該ケースに含まれ、該ポータブル・コンピュータ・シス
テムのための電源を与えるためのバッテリと、該ポータブル・コンピュータ・システムに電子的データ
を与えるための入力装置と、該電子的データを処理するための電子的回路と、より成り、該表示アセンブリは、全体として平坦な所定の領域を有し、該電子的データを
透過的に表示するための表示手段と、所定の強度の光を発生するための光源と、該光源と該表示手段との間に配置され、該表示手段の該
光源とは反対側に、該表示手段を通して該光源を結像さ
せるための円形のフレネル・レンズと、該光源と該表示手段との間に配置され、該光を拡散する
ための拡散手段と、を具備し、該光源の強度は人が該電子的データを直接的に目視する
に適したものであることを特徴とするポータブル・コン
ピュータ・システム。