JP4584916B2 - フラットパネル表示装置用走査式バックライト - Google Patents

Description

本発明は、表示装置の作製方法を記載し、特に、スメア（smear）のない動画を示すことができる液晶表示装置を可能にしようとするものである。

液晶表示装置は、陰極線管よりも緻密なので、テレビジョン用およびコンピュータ表示装置に使用するため、陰極線管にとって代わりつつある。しかし、テレビジョンは、スポーツおよび他の高速動画を示すのに使用されることが多く、ボールおよび人々のような動く物体の画像は液晶表示装置上にスメアを生じる。これは、次に説明されるように、液晶がゆっくりと切り換わるからではなく、液晶画素からの放射は持続されるが、陰極線管からの放射にパルスが入るからである。

液晶表示装置は、通常、液晶パネルとバックライトを備える。画像は液晶の透明度を空間的に変調させることによりパネル上に生成され、その画像は、バックライトにより、観察者が見えるようになる。バックライトは薄くなければならないが、薄くしかも液晶パネルを照射するのに十分な大きさの蛍光管は、どちらかと言えば壊れやすい。バックライトは、従って、薄い透明なプラスチック製楔と、その楔の厚端に隣接する円筒形蛍光管とを備えることが多い（例えば、特許文献１参照。）。
欧州特許出願公開６６３６００号明細書

ある方向範囲にわたって蛍光管から放射された光は、図１に示すように、厚端を通って楔に入り、次に、内部反射により、テーパの軸にそって広がり、楔／大気界面から離れる。導波管がテーパ式、つまり、その面がまったく平行でなく、光線が楔の一方の側面で反射して離れるたびに、反対側の垂直線に対する光線の角度は減少する。場合によっては、臨界角に達し、光線は大気内に出射する。分散されない限り、光線は、楔から楔／大気界面の面に近い方向へ出射する。従って、プリズムの膜は、それらの平均的な方向が楔／大気界面と垂直になるように光線を偏向させるため、楔の表面にわたって設置されることが多い。

楔が製造される材料は、僅かに光を分散させるように設計されることが多い。その効果は、楔から出射する光の方向が拡散するので、液晶パネル上の画像が広い視界にわたって見られることである。従って、一様な照明が得られる。

ボールがスクリーンを横切って動くとき、ボールの画像のゆくえを目で追う場合には、ぼやけを避けるため、ボールの画像は、目の注目中心が１画素移るたびごとに、１画素ずつ移るべきである。しかし、ビデオ表示装置上の動画は、所定の速度、つまり、６０分の１秒ごとに更新されるフレームと呼ばれる静止画から作成される。動くボールの画像が表示されていると仮定し、画像は各フレーム間で１０画素移ると仮定する。各フレームの開始時にボールの画像は瞬間的に目の注目中心と一致し、フレーム期間の１０分の１ごとに目の注目中心は１画素ずつ移るが、ボール画像はその位置に留まる。従って、ボール画像は、最大１０画素までの幅によりぼやけるようになる。

目が各フレームの開始時にしかボールの画像を見ないように画素にパルスが入るため、あるいは画素がアドレス指定されるとき、画像が目の注目中心と一致するとき、陰極線管はぼやけを防止する。さらに、画像が再び目の注目中心と一致するまで目は何も見ず、６０分の１秒の期間では目はちらつきを検出することができないので、その間の暗黒期間は感知できない。液晶表示装置中のぼやけを消去する一つの方法は、アドレス指定後すぐに暗黒状態にすることにより、陰極線管のように挙動するように液晶を構成することである。しかし、デューティサイクルの大部分の阻止光は電力を浪費する。ビデオ投射機で用いられるような、ぼやけを消去する別の方法は、液晶表示装置を横切って照明を走査することであり、これはビデオ投射機では許容されるが、嵩高い光学系を必要とするので、液晶表示装置を非常に魅力的なものにする平形素子内に受け入れることはできない。

本発明の目的は、透明な楔と、楔の厚端内に投入される光の方向を走査する手段とを備えたフラットパネル走査照明器具を提供することにある。

本発明に従って、フラットパネル表示装置用照明器具は、表示装置と同じ広がりをもつテーパ型の厚板導波管と、導波管の前面上に出現するように、導波管の一方の端内に光を投入するように配置される光源と、フラットパネルの異なる領域が順に照射されるように楔内に投入される光を走査する手段とを備える。好ましくは、光源は一連のＬＥＤ列であり、各列は導波管の様々な領域上に出現するように様々な角度で光を投入する。ＬＥＤ列は平行であり、テーパ型導波管の入力楔と平行である。

明らかに表示装置画素のアドレス指定と同期化すべきだが、原理的に、任意に入力光を細分することが可能であろう。管状蛍光灯を必要な速度で制御し得るなら、二つ以上の平行な管状蛍光灯を配置できるだろう。あるいは、電気的であれ、光学的であれ、機械的であれ、一つ以上のシャッタか分岐交換手段を有する単一光源でも、配置し得るであろう。一般的に、入力光の走査は、表示装置上の列数に相当するブロックにおいてであろう。ただし、理論的には、列にそった再分割は不可能であろう。

照明器具は、液晶表示装置が理想的には適しているけれども、任意の種類のバックライト表示装置の光源として使用できるだろう。

導波管は、側面をテーパに、つまり、正面で出現する前に、それを通る進行方向に断面が次第に減少するようにしてもよいし、“光学テーパリング”により、例えば、様々な屈折率を用いて同じ効果を達成してもよい。

理解に役立つように、本発明の特定の実施形態を添付の図面を参照し、実施例として挙げよう。
図２に示すように、全部透明で、散乱性含有物がない、概して平らな長方形の楔形の導波管１は、円筒形ミラー５の焦点面内にある線形ＬＥＤ配列２，３および４によって照射される。この場合、導波管１は、表示装置の基部縁に厚端を有する。各配列は、おそらく、３０〜１００ｃｍかもしれない表示装置の幅にかけて広がる、直径が約５ｍｍの一列に並んだＬＥＤからなる。

ミラーで反射された平行な光は、入射光とほぼ垂直になるように傾斜した楔の厚端１０に入り、その入力角により決定された位置で、光が出て行くまで、浅くなり続ける角度で薄端方向へ跳ね返る。入力角が急なほど、その光は早く出て行く。この原理は、例えば、特許文献１（ニット ジューシ（Ｎｉｔｔｏ Ｊｕｓｈｉ））に記載されている。しかし、ここでは、入力光は、入力角の範囲にわたって再分割され；ＬＥＤ配列のサイズと楔のテーパは、ＬＥＤからの（つまり、単一列からの）光が表示装置の高さの３分の１だけにわたって出て行くように、選択される。従って、それらの間の三つの隣接する列は、表示装置の高さ全体を覆う。（“高さ”、“水平”などの用語は、もちろん、標準的な向きに置かれた表示装置に関して使用される。）

このバックライト組立体は、以下のような標準液晶表示装置に用いられる。いったん、フレームの上部３分の１が液晶表示装置に書き込まれたら、第一ＬＥＤ配列２が照射される。この配列からの光は、一連の角度内に視準され、楔１の厚端内へ投入後、続いて、楔の上部３分の１から出射する。このとき、光線は、プリズム膜シート６により法線方向に曲げられ、液晶表示装置７の通過前か通過後に拡散されるべきである。

図３に示すように、いったん、フレームの中央３分の１が液晶表示装置に書き込まれたら、第一ＬＥＤ配列２のスイッチが切られ、第二ＬＥＤ配列３のスイッチが入れられる。第二ＬＥＤ配列３からの光は、隣接する一連の角度に視準され、楔の厚端内に投入後、続いて、楔の中央から出射する。

最後に、いったん、フレームの基部３分の１が液晶表示装置に書き込まれたら、中央のＬＥＤ配列３のスイッチが切られ、液晶表示装置の基部３分の１を照射するように第三ＬＥＤ配列のスチッチが入れられる。これと同時に、次のフレームの上部３分の１は、液晶パネルの上部３分の１に書き込まれるなどを始める。これは、図４に示される。

ＬＥＤの制御装置は、そのフラットパネルの相当３分の１がアドレス指定されると、各列２，３，４が照射されるように、表示装置の制御装置と同期化され、サイクル時間の３分の１の間、照らされ続ける。明らかに、２、４、または原理的には任意の数の列が存在できるだろう。標準の３５．５６ｃｍ（１４インチ）のスクリーンでは、三つに再分割することにより、許容される低レベルのスメアの発生が認められる。

カラー画像は、赤色、緑色および青色のＬＥＤを必要とし、液晶表示装置に到達する前に様々な色の光を混合するため、これらを交互に重ねるのが普通である。さらに、混合が起こり得る、ある長さが存在するように、および液晶パネルの基部およびその先の照射が均一な白色であるように、一般的に、液晶表示装置の基部よりも先に楔の厚端を伸ばすことが望ましい。この伸張部分は、走査照射構成でより長くなければならないかもしれない。何故なら、特定の波長で液晶パネルの特定領域を照射するＬＥＤが通常よりも広く間隔が空けられるようになるからである。必要であれば、伸張部分をプリズムで液晶パネルの後に折り重ねることができるので、伸張部分の余った長さは、形態要素において許容できない変化を生じることはない。

円筒形ミラーは、僅かに嵩張る要素なので、図５で示すように、照射楔１の入力要素として機能する第二の短い楔８と交換するのが好都合かもしれない。入力楔８は逆に作用するので、ＬＥＤ２から楔８の先端付近に投入された光は入力楔８と表示装置楔１の間の界面に浅い角度で光線を生成し、従って、表示装置楔１の先端付近に出射する。その一方、入力楔８の基部付近に投入された光は、楔と表示装置楔１の間の界面に急角度の光線を生成するので、光線は表示装置の基部付近に出射する。

記載した実施例において、照射の走査は垂直である。これは、表示装置の走査もまた垂直、つまり、一列ずつであるので好ましいが、水平方向の分割が考えられる。ＬＥＤは、また、スイッチの切換えが速くできるので光源として好まれるが、他の光源を使用できるだろう。

本実施例は、また、幾何学的にテーパ式の楔状の導波管を使用するが、例えば、ＧＲＩＮ技術を用いて製造された“光学的にテーパ式”の導波管で同じ効果が達成されるだろう。便宜上、このような表示装置を“テーパ式”と呼ぶ。

楔内に光が投入される角度が光の出射位置をいかに変えるかを示す。 それぞれが液晶表示装置の異なる部分を照射するように、どのように光発光ダイオードの三つのラインをミラーの焦点面内の異なる位置に設置できるかを側面図と正面図で示す。 図２と同じであるが、いかに、スクリーンが、その後フレームの３分の１に照射されるかを示す。 図２と同じであるが、いかに、スクリーンが、その後フレームの３分の２に照射されるかを示す。 厚端を共有する一組の楔をいかに使用して発光ダイオードの三つのラインからの光を液晶パネルの後の異なる領域へ向けるかを側面図と正面図で示す。

Claims (9)

1. 表示装置と同じ広がりをもつテーパ式厚板導波管（１）と、
   前記導波管の正面において、投入される光の面外角度に応じた位置から出射するように、前記導波管の楔内に光を投入するように配置される光源（２〜４）と、
   前記楔内へ投入される光を走査する手段とを備えるフラットパネル表示装置用照明器具であって、
   走査サイクルに亘って前記表示装置の様々な領域上に光が出現するように、前記の走査手段は前記導波管の表面に様々な角度で光を投入するように構成されていることを特徴とする照明器具。
2. 前記光源はアドレス指定可能な素子列からなり、前記走査手段はこれらの列をアドレス指定する回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
3. 前記素子からの光が円筒形ミラー（５）により前記表示装置用導波管内に視準されることを特徴とする請求項２に記載の照明器具。
4. 前記素子からの光が、さらに別の導波管（８）により前記表示装置用導波管内に視準されることを特徴とする請求項２に記載の照明器具。
5. 前記素子がＬＥＤであることを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の照明器具。
6. さらに、前記表示装置用導波管に対して垂線方向に出射光を誘導するシート（６）を含む請求項１乃至５の何れか一項に記載の照明器具。
7. バックライトとして使用される請求項１乃至６の何れか一項に記載の照明器具と、前記表示装置用導波管を覆うフラットパネル変調器とを備える表示装置。
8. 前記変調器が液晶表示装置であることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
9. 前記走査アドレス指定回路が前記液晶表示装置の列アドレス指定回路と同期されることを特徴とする請求項２と８に記載の表示装置。

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