JP5280628B2 - 液晶ディスプレイのスクリーン用の背面照明系及び対応する表示デバイス - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイ又はＬＣＤの分野に関係する。

より精密には、本発明は、このようなディスプレイの背面照明（backlighting）に関係する。

先行技術に従って、ＬＣＤディスプレイ（特に、テレビジョンタイプの大きいディスプレイ）の背面照明は、冷陰極ランプによって照明された拡散体の系に基づいたものである。このようなディスプレイ１は、（正面図における）図１及び（側面図における）図２に図解される。ディスプレイ１は、それの前面におけるＬＣＤスクリーン１０、ＬＣＤスクリーン１０の後方に置かれた拡散体１１、及び、そのディスプレイの後側に規則的な様式で分配された数個のランプ１２０から１２７を含む。ランプ１２０から１２７は、拡散体１１に向かって光ビームを放出する。拡散させられた入射の光ビームは、このように、ＬＣＤスクリーン１０を背面照明する。

この技術は、これらの大きいディスプレイに許容可能な輝度（luminance）を要求するという欠点を有するが、このことは、多数のランプ及び熱的な問題の高価な管理を暗示する。さらには、これらのディスプレイのＬＣＤ技術は、低い平均コントラスト（約３００：１）を提示するが、それは、その信号、及び、特にその映像信号、並びに職業的な用途用のものの、抽出（rendition）を限定すると共に、その用途においては、画像の質が、第一位に重要な側面である。

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｃｏｌｕｍｂｉａによって出願された“ｈｉｇｈ ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ”と題された特許文献１は、第一の変調器を使用して背面照明することを備えた系を開示するが、その第一の変調器は、第二の変調器を照明する照明ビームを変調すると共に、それは、ＬＣＤスクリーンのタイプのものであることもある。このように、そのコントラストは、向上させられる。しかしながら、このような系は、大きい奥行き、及び、従って、かさばったものであるという欠点を有する。
国際公開第０２／０６９０３０号パンフレット 国際公開第２００５／０９６０９４号パンフレット 欧州特許出願公開第０８０６６９３号明細書 米国特許出願公開第２００３／０６７６９１号明細書

本発明の目的は、その先行技術のこれらの欠点を軽減することである。

より詳しくは、本発明の目的は、投射された背面照明するビームを使用する背面照明系を備えたＬＣＤディスプレイの大きさを低減することである。

この目的のために、本発明は、液晶ディスプレイのスクリーン用の背面照明系であって、その系は、
− 照明ビームを生じさせる照明源；
− その照明ビームによって照明された対物系（objective）；
− その対物系から来る照明ビームによって照明された少なくとも一つの折りたたみミラー（folding mirror）；及び
− その又はそれらの折りたたみミラーによって反射させられた照明ビームをコリメートすること（collimating）及び再度方向付けすること（redirecting）が可能なフレネル（Fresnel）レンズ：
を含むと共に、そのフレネルレンズによって透過させられたビームは、前記のディスプレイのスクリーンを背面照明することが意図されたものである、系を提案する。

都合良くは、少なくとも一つの折りたたみミラーは、非球面のミラーである。

一つの特定の特徴に従って、前記の折りたたみミラーの少なくとも一つは、凹面のミラーである。

都合良くは、この特徴に従って、その対物系は、結像するビーム（imaging beam）を生じさせるように、及び、その対物系の後に位置決めされた第一の像（image）を構築するように、設計されるが、その凹面のミラーは、その照明ビームの経路における前記の第一の像の後に位置決めされると共に、その第一の像から、投射平面（projection plane）に第二の像を構築する。

好ましくは、第一の像は、その対物系の光軸に関して軸外のものである。

一つの好都合な特徴に従って、その凹面のミラーは、その対物系の光軸に位置決めされた光軸を有する。

一つの特定の特徴に従って、その系は、寄生光線（parasitic ray）を吸収する黒色の帯域（black zone）及びその凹面のミラーの後にその照明ビームの経路に置かれた透明な帯域（transparent zone）を含むマスクを含む。

好ましくは、その源は、ビーム変調器を含む。

一つの特定の特徴に従って、その系は、その照明ビームを偏光させるための手段を含むが、前記の手段は、そのビーム変調器の前に、置かれる。例えば、これは、偏光子（polarizer）又は偏光回復デバイス（polarization recovery device）である。

都合良くは、その源は、連続して着色されたビームを生じさせるための手段を含む。

一つの特定の特徴に従って、その系は、そのフレネルレンズの後方に置かれた拡散体を含む。

本発明は、また、液晶ディスプレイのスクリーン、及び、本発明に従った上で図解したような、且つ、
− 照明ビームを生じさせる照明源；
− その照明ビームによって照明された対物系；
− その対物系から来る照明ビームによって照明された少なくとも一つの折りたたみミラー；及び
− その又はそれらの折りたたみミラーによって反射させられた照明ビームをコリメートすること及び再度方向付けすることが可能なフレネル（Fresnel）レンズ：
を含むと共に、そのフレネルレンズによって透過させられたビームは、前記のディスプレイのスクリーンを背面照明することが意図されたものである、背面照明系を含む、表示デバイスに関係する。

本発明は、添付された図面を参照して与えられる、以下に続く記述を読むことで、より明確に理解されると思われると共に、他の特徴及び利点が、明らかなものになると思われる。

図３は、本発明の一つの特定の実施形態に従ったＬＣＤディスプレイ３１を備えた表示デバイス３を示す。

デバイス３は、
− 投射ビーム３７を発生させる投射源３６；
− 源３６によって出力されたビーム３７によって照明された第一の平面の折りたたみミラー３５；
− ミラー３５によって反射させられたビーム３７によって照明された第二の折りたたみミラー３４；
− ミラー３４によって反射させられたビーム３７によって照明された第三の折りたたみミラー３３；
− その背面照明するビームをコリメートする及び拡散させるための手段３２；
− 手段３２によってコリメートされた且つ手段３２を通じて拡散させられたビームによって背面照明された（back-lit）カラーのＬＣＤスクリーン３１；及び
− 素子３１から３６を囲み込むケース３０：
を含む。

ＬＣＤスクリーン３１は、画像を表示するためのスクリーンである。例えば、これは、ＭＶＡ（鉛直に整列させたマルチドメイン（Multidomain Vertically Aligned））、ＩＰＳ（面内スイッチング（In-Plane Switching））、又はＴＮ（ツイステッドネマチック（Twisted Nematic））タイプのスクリーンである。

系３は、それが薄いものであることを許容する構成を有する。折りたたみミラー３３から３５は、数回ビーム３７を折りたたむ（fold）と共に、従って、ケース３０が、好ましくは２５ｃｍ未満の、小さい奥行きを有することを許容する。それは、従って、図１及び２に図解されたような従来のＬＣＤディスプレイのような、小さい厚さを維持することを、可能なことにする。さらには、その系は、１００を超える因子で、ＬＣＤスクリーン３１のコントラストを増加させるという利点を提示する。

源３６は、それ自体で、前側のレンズ群及び後側のレンズ群を備えた対物系を含むが、それらの群は、絞り（diaphragm）のいずれかの側に置かれる。一つの特定の実施形態に従って、ミラー３４は、凸面のミラー、好ましくは双曲面のミラー、である。これは、デバイス３の奥行きが、いっそうさらに低減されることを許容する。ミラー３４が双曲面のミラーである一つの実施形態に従って、第二の焦点が、実質的に、その前側のレンズ群の射出瞳の平面にあるのに対して、そのミラーの第一の焦点は、実質的に、前側のレンズ群／双曲面の組み立て体の瞳の平面にあるが、それは、その前側のレンズ群に関してその双曲面のミラーから反対の側に位置させられる。このように、双曲面のミラー３４は、これらの二つの瞳を共役させるために、使用される。

都合良くは、その後側のレンズ群及び／又はその前側のレンズ群は、幾何学的な歪曲を補正するための少なくとも一つの光学部品を含むが、それは、円錐のものの形態における表面を有する。好ましくは、幾何学的な歪曲を補正するためのこの光学部品は、後側のレンズ群に位置させられると共に、双曲面の形状の表面を有する。加えて、幾何学的な歪曲を補正するためのこの光学部品は、好ましくは、その対物系の絞りから遠い領域に位置させられる。その双曲面のミラーの、及び、幾何学的な歪曲を補正するためのその光学部品の、円錐のものは、その双曲面の焦点の位置の比に、換言すると、その前側のレンズ群／双曲面の組み立て体の瞳とその双曲面の焦点との間の距離に対するその前側の群の射出瞳とその双曲面の焦点との間における距離の比に、実質的に比例するものである比にあることもある。

図４は、投射源３６の実施形態を図解する。

源３６は、
− 楕円面の反射体３６１；
− 照明ビーム３６２を生じさせると共に反射体３６１の第一の焦点に置かれる白色光の源３６０（反射体３６１は、このように、ビーム３６２を反射体３６２の第二の焦点３６７へと反射させる）；
− ライトガイド３６３、それの入り口は、第二の焦点３６７に置かれると共にそのガイドは、源３６０の数個の画像が作り出されることを許容する；
− ライトガイド３６３によって出力された照明ビームをコリメートするリレーレンズ３６４；
− その照明ビームから変調されたビームを作り出す、レンズ３６４の後方に置かれた光学的な変調器３６５；及び
− その変調されたビームの経路に位置決めされた投射対物系３６６：
を含む。

代替の実施形態に従って、ライトガイド３６３及びリレーレンズ３６４は、光変調器３６５の照明が均一なものになされることを許容するいずれの他の手段（例えば、マイクロレンズのマトリックス）でも置き換えられる。

対物系３６６は、ビーム３６７によって作り出された照明の矩形を拡大するために形作られたレンズを含む。対物系３６６の費用を低減するために、視野レンズが、このインテグレーターの出口に置かれるが、そのことは、特にその対物系がテレセントリックな照明と共に働くことを可能なものにする。その変調器におけるテレセントリックな照明は、特に、その光学的な変調器がＤＭＤタイプのものであるとすれば、その束を、及び、その光学的な変調器が、ＬＣＤ又はＬＣＯＳタイプのものであるとすれば、そのコントラストを、増加させることを可能なものにする。本発明の代替の実施形態に従って、その照明ビームは、収束的なものであると共にテレセントリックなものではない。

光学的な変調器３６５は、例えば、ＬＣＤ、ＬＣＯＳ、又はＤＭＤタイプのものである。光学的な変調器３６５が、ＬＣＤタイプのものであるとすれば、そのＬＣＤの照明は、偏光させられると共に、偏光子又は偏光回復デバイスが、その光学的な変調器の前に置かれる。偏光させられたビームは、ＬＣＤスクリーン３１を照明するので、分析器が、その変調器の後に置かれると共に、その分析器の出口での偏光が、ＬＣＤスクリーン３１の入り口の偏光子と同じ方向を有するように、選ばれる（その分析器によって出力された照明ビームが、その偏光がスクリーン３１のＬＣＤマトリックスの前側に位置させられた偏光子の入り口で失われないような方向に、偏光させられる）。これは、少なくとも５０％の因子だけの束の喪失を低減することを可能なものにする。その光学的な変調器が、ＬＣＯＳタイプのものであるとすれば、それは、（Ｍｏｘｔｅｋタイプの）回折格子偏光子（grating polarizer）又はガラスタイプの偏光スプリッターの入り口及び出口に置かれた、偏光子と分析器との間に位置決めされる。本発明の一つの実施形態に従って、その光学的な変調器の後に分析器が無いものであるが、偏光子が、そのＬＣＤディスプレイの前に位置決めされると共に、その変調器によって透過させられた結像するビームが分析されることを許容する。その変調器が、ＤＭＤタイプのものである場合には、その信号は、偏光させられることを、必要とするものではない。

その変調器３６５のコントラストは、高いものであることを、必要とするものではない。１００から２００：１の値は、ＬＣＤ−ＴＶのコントラストを向上させるためには十分なものである。これは、また、ＬＣＤスクリーン３１それ自体のコントラストにおける制約を低減することを可能なものにする。後者は、また、およそ３００：１のコントラストを有することもある−その画像の最終的なコントラストは、３００００：１を超えるものから６００００：１の値に到達することもある。好ましくは、その輝度は、１０^−２Ｃｄ／ｍ^２と３×１０^４Ｃｄ／ｍ^２との間にある。

図５は、ディスプレイ３１及び変調器３６５がどのように制御されるかを記述する。

その系は、ディスプレイ３１を制御するための制御器５０を含む。それは、表示されるものである画像を表すデータを受け取ると共に、ディスプレイ３１を、それが、その対応する画像を表示するように、駆動する。制御器５０は、このデータの全て又はいくつかを電気的な制御器５１へ透過させると共に、その制御器５１は、変調器３６５を制御する。

変調器３６５の解像度は、低いものであると共に、例えば、ＶＧＡタイプのものは、６４０×４８０ピクセルのマトリックスを含む。変調器３６５は、その白色のものにおける信号を変調する。都合良くは、その変調器は、例えば２０ピクセルかける２０ピクセルの大きさのマトリックスを含む特異的な領域５２０、５２９を含む。領域５２０、５２９内で、それらピクセルは、同じ時間に制御される。このように、その変調器は、単純化させられると共に、それの費用は、低減される。ＬＣＤタイプの変調器３６５の場合には、それは、偏光子と分析器との間に位置決めされる。その電気的な制御器は、その変調信号を計算すると共に、この信号を介して変調器３６５を制御する。表示された画像の領域が、明るいものであるほど、変調器３６５の対応する領域を通過するビームの強度もまた、より明るいものであると共に、この領域は、その照明ビームのより大きい光束を通らせるものである。このように、変調器３６５のそれら領域の強度は、ＬＣＤスクリーン３１をアドレスする画像の映像の内容に従って、変調させられる。これは、スクリーン３１によって表示された画像のコントラストが向上させられることを許容する。

変形に従って、変調器３６５は、高い解像度を有すると共に、各々の領域は、一つのピクセルに対応すると共にＬＣＤスクリーン３１によって表示されたピクセルと関連させられる。

本発明の一つの実施形態に従って、変調器３６５を照明する照明ビームは、カラーのビームである。このようなカラーのビームは、連続して、その表示された画像の原色（例えば、赤色、緑色、及び青色）を呈すると共に、例えば、変調器３６５を照明するカラーの発光ダイオードを使用して、又は、その照明ビームの経路に（例えば、第二の焦点３６７に）カラーホイールを挿入することによって、得られる。その照明ビームの色の順序は、そのカラーのＬＣＤスクリーンに表示された対応するピクセルと同期させられる。このような同期は、制御素子５０及び５１によって提供される。その費用が低減されること、及び、そのＬＣＤスクリーンの現実の解像度が（典型的には、３の因子だけ）増加させられることを許容する代替の実施形態に従って、そのＬＣＤスクリーンは、黒色及び白色にある（それは、カラーのフィルターを備えたピクセルを含むものではない）と共に、それは、それら表示されたピクセルの色を決定するカラーの背面照明するビームである。都合良くは、変調器３６５は、高速の変調器、例えば、ＤＭＤタイプ又はＬＣＯＳタイプものである。

本発明の変形に従って、変調器を含まない投射源が、使用される。さらには、この源は、源３６に類似のものであると共に
− 楕円面の反射体３６１；
− 照明ビーム３６２を生じさせると共に反射体３６１の第一の焦点に置かれる白色光の源３６０；
− ライトガイド３６３、それの入り口は、第二の焦点３６７に置かれると共にそのガイドは、源３６０の数個の画像が作り出されることを許容する；
− ライトガイド３６３によって出力された照明ビームをコリメートするリレーレンズ３６４；及び
− その照明ビームの経路においてそのリレーレンズの後方に位置決めされた投射対物系３６６：
を含む。

本発明の変形において、実質的に源３６０の結像させられた平面に対応する領域における、そのリレーレンズの後方に置かれるのは、仮にこれが必要なものであるはずであるのならば（特に、それらの角における照明の喪失があるのであれば）、そのＬＣＤスクリーンを照明するビームを均一なものにする均一性フィルターである、及び／又は、偏光フィルターである。

好ましくは、ライトガイド３６３は、その照明ビームが、そのスクリーンでそのＬＣＤスクリーンと実質的に同じ断面を有するように、そのＬＣＤスクリーンの割合に等しい又はその割合に近い割合を備えた矩形の断面のものである（好ましくは、それは、その全体のディスプレイを照明するために、そのディスプレイと同じ大きさ又はそのディスプレイよりもわずかにより大きいである）。

本発明の変形に従って、そのビームの形状及び大きさが、そのＬＣＤスクリーンのものに調和させられるように、反射体が、使用されるが、それの形状は、矩形のビームが得られることを許容するか、又は、矩形の外側における光線が除去されることを許容するマスクが、使用される。

この変形の一つの特定の実施形態に従って、リレーレンズが無いものであると共に、その照明ビームの投射の機能は、対物系によって提供されるが、その対物系は、リレーレンズ３６４の光学的な機能を投射対物系３６６のものと組み合わせる。

変調器を用いることをしない一つの特定の実施形態に従って、その源は、そのビームを連続して着色するための手段を含む。これらの手段及びそれらの機能は、上述したカラーホイールの変形の対応する手段及び機能に類似のものである。

図６は、上面図において、背面照明するビームをコリメートすると共に拡散させるための手段３２を概略的に示すが、その手段は、
− 入射のビーム３７をコリメートするフレネルレンズ３２０；及び
− そのコリメートされたビームをスクリーン３１へと拡散させる拡散体３２１：
を含む。

図６において、点線で示されたビーム３７は、その図を、検討することがより容易なものにするために、折りたたまれてない形態にある。実際には、源３６によって出力されたビーム３７は、それら折りたたみミラー、及び、特にミラー３３によって折りたたまれる。

拡散体３２１によって拡散させられたビームは、そのＬＣＤスクリーンを背面照明すると共に、引き続いて、偏光子、ＬＣＤ層、及び分析器を含む。

その拡散体は、そのコリメートされたビームが、好ましくはそのディスプレイの法線に沿った水平な平面における±８５°の角度をなす領域にわたって、拡散させられることを許容する。このように、相対的に広い視野が得られる。

本発明の変形に従って、そのデバイスは、薄いものである。その照明ビームの入射の角度は、従って、高いものである。その照明ビームの寄生反射（parasitic reflection）を限定するために、フレネルレンズ３２０は、平面の出口の面を有すると共に、それのプリズム状の入り口の面において、それは、
− 屈折性の領域と呼ばれた、中央の領域３２７、そこでは、入射のビーム３７の光線が、レンズ３２０の出口の面に向かってプリズムの入り口の面によって屈折させられる；及び
− 反射性の領域と呼ばれた、周辺の領域３２６、そこでは、入射のビーム３７の光線が、レンズ３２０の出口の面に向かってそれら屈折させられた光線を反射させる第二のプリズムの面に向かってプリズムの入り口の面によって屈折させられる：
を含む。

もちろん、本発明に従って、他のフレネルレンズ、特に屈折性のプリズムのみ又は反射性のプリズムのみを備えた及び／又はプリズム状の出口の面を備えたフレネルレンズが、用いられることもある（そして、その入り口の面が、平面のものであることは、可能なことである）。

図７は、凹面の非球面の折りたたみミラーを備えた、本発明の一つの特定の実施形態に従ったＬＣＤディスプレイ３１を備えた表示デバイス７を概略的に（及び分解された形態で）示す。

デバイス７は、
− 源３７；
− 源３７によって生じさせられたビーム３７によって照明された対物系７１；
− そのビームを折りたたむ一方で、ビーム７３を形成するためにビーム３７の画像を拡大する凹面の非球面のミラー７２；
− ビーム７３を受け取る折りたたみミラー７４、好ましくは鉛直な平面のミラー；
− その背面照明するビームをコリメートすると共に拡散させるための手段３２、その手段は、ミラー７４によって反射させられたビーム７３によって照明される；
− 手段３２を通じてコリメートされた且つ拡散させられたビームによって背面照明された（back-lit）カラーのＬＣＤスクリーン３１；及び
− 素子３７、７１から７４、３１及び３２を囲み込むケース７０：
を含む。

図７を、検討することがより容易なものにするために、ビーム７３が、ミラー７４によって折りたたまれないことを示してきた。デバイス７の光学的な部分は、光軸７６を有すると共に、生じさせられた光学的なビーム３７、７３は、この軸７６に関して軸外のもの（従って、その変調器であるようなもの）である。ミラー７２は、手段３２から見ると、ビーム７３が、ビーム７３の経路におけるミラー７２と手段３２との間に位置させられた瞳Ｐ_Ｆに対応する、瞳の領域から来るように見えるようなものである。

凹面の非球面のミラー７２は、軸対称の形状を有するが、その反射する表面は、以下に続く非球面の表面の等式：

によって与えられると共に、そこでは、
− ｒは、その光軸からの与えられた点の距離を表す、ミラー７２の軸は、その対物系の光軸に位置決めされる；
− Ｚは、その光軸に垂直な平面からのこの点の距離を表す、
− 係数ｃは、円錐のものである；
− パラメータＲは、その表面の曲率半径に対応する；及び
− パラメータａ_１、ａ_２、…ａ_ｉは、それぞれ、次数１、２、…及びｉの非球面性の係数である：。

図１０は、より詳細には、凹面のミラー７２に適合させられた対物系７１を示す。

対物系７１は、レンズ７１１から７１３の後側の群及びレンズ７１４から７１６の前側の群を含む。

ビーム７３の経路における対物系７１の最後のレンズ７１６は、好ましくは、非球面のメニスカスレンズ７２である。それの形状は、従って、好ましくは、上に示されたような非球面の表面の等式によって与えられる。

実例として、一つの特定の実施形態において、凹面のミラー７２の半径Ｒは、６０であると共に、パラメーターｃ及びａ_１からａ_８は、それぞれ、以下に続くもの：−１．５９３１１ｍｍ；０；０；−８．９４×１０^−６；０；１．６４×１０^−９；−９．７４×１０^−１３；−７．８４×１０^−１４；及び２．３１×１０^−１６である。メニスカス２０６の（変調器の側の）第一の表面の半径Ｒは、４４．９４７１１ｍｍであると共に、パラメーターｃ及びａ_１からａ_８は、それぞれ、以下に続く値：０；０；０；−３．１×１０^−４；２．８８×１０^−５；１．９６×１０^−６；７．１４×１０^−８；４．１５×１０^−１０；及び−４．３０×１０^−１０を有する。メニスカス２０６の（イメージャの側の）第二の表面の半径Ｒは、２９．４９５５４ｍｍであると共にパラメーターｃ及びａ_１からａ_８は、それぞれ、以下に続く値：０；０；０；−２．７×１０^−４；９．９７×１０^−６；６．３４×１０^−７；−１．４１×１０^−７；８．９８×１０^−９；及び−１．７８×１０^−１０を有する。

都合良くは、本発明に従って、その前側のレンズ群は、三つのレンズを含むが、二つのレンズは、その中央に位置させられたレンズのものと反対の屈折力を有する末端の位置に位置させられる。このように、その前側の群は、少数のレンズを含む一方で、投射された画像が平面であるように、その中間の画像の湾曲を発生させることに寄与する。これは、それの製造をより容易なものにすると共にそれの費用を低減する。

このように、図１０に図解された前側のレンズ群は、正の屈折力のレンズ７１５（収束レンズ）を囲む二つの負の屈折力のレンズ７１４及び７１６（発散レンズ）を含む。

本発明の変形に従って、対物系７１は、特に、ＭＴＦ（変調伝達関数（Modulation Transfer Function））で、より低い質の対物系で置き換えられるが、その歪曲は、さらには、対物系７１のものに類似のもののままである。このような対物系は、あまり高価なものではないが、それらレンズの材料、それ自体が、あまり高価なものでなないと共にレンズの数が、低減される。

本発明の変形に従って、その対物系の前側のレンズ群は、負のレンズを囲む二つの正の（収束）レンズを含む。このような前側の群を含むと共に対物系７１に取って代わることができる対物系１１０は、図１１に図解される。

対物系１１０は、レンズ１１１から１１８からなる後側のレンズ群及びレンズ１１９、１１１０、及び１１１１からなる前側のレンズ群を含むが、前記のレンズ群は、その対物系の射出瞳Ｐ_Ｅのいずれかの側に置かれる。

実例として、対物系１１０の特性は、以下に続く表：

に与えられる（半径、厚さ、及び直径、全てが、ミリメートル単位で表現される、並びに、レンズ１１１から１１９、１１１０及び１１１１の材料が、会社ＯＨＡＲＡ（Ｒ）によって提供された生産物の参照に対応する）。

デバイス７は、典型的には約１．５０ｍの対角線を備えたディスプレイについて１０ｃｍと２０ｃｍとの間における、ＬＣＤスクリーン３１より下の相対的に小さい高さｈの利点を有する。この高さｈは、事実上は、対物系７１に遭遇するビーム３７無しに手段３２に正しい背面照明するビームの画像７３をまだ形成する一方で、対物系７１及びミラー７２を収容するためには十分なものである。好ましくは、高さｈは、そのディスプレイの高さの（おおよそ）五分の一に等しいものである。より精密には、高さｈは、５で割られたそのディスプレイの高さよりも少ない又はその高さに等しいものである。

図８及び９は、図７に概略的に示されたようなデバイス７の、それぞれ、側面図及び上面図である。

デバイス７の奥行きを低減するために、折りたたみミラー７５は、対物系７２と凹面のミラー７２との間に挟まれる。点線及び実線は、それぞれ、ぞれぞれ折りたたまれない及び折りたたまれたビーム３７、７３と共に、それら素子を表す。ミラー７４は、鉛直なもの（換言すれば、スクリーン３１に平行なもの）であるが、ミラー７２の前におけるビーム３７の光軸は、水平なものである。デバイス７のイメージャ３６５の長い側面は、（長い側面が水平なものである、鉛直なＬＣＤスクリーン３２について）水平なものである。

対物系７１は、その側面に沿って置かれると共に、好ましくはその側面に沿って置かれた水平な平面において、好ましくはスクリーン３２に平行な軸で、折りたたまれるが、それによって、デバイス７の奥行きを低減することを可能なものにする。ミラー７５がスクリーン３２に対する法線となす角度αは、対物系７０の光軸がスクリーン３２となす角度に依存する。対物系７０が、スクリーン３２に平行なものであるとき、角度αは、４５°に等しいものである。対物系７０とミラー７２との間の距離は、ビーム７３が対物系７０に遭遇しないようなものである。

一般には、その折りたたまれてない投射系の様々な素子の全ての光軸は、鉛直なものであることが仮定された、投射の平面に垂直なものである。それらは、従って、（その凹面の折りたたみミラーのおかげで折りたたむことの例外と共に、折りたたまれてない形態で示されたような系について、）水平なものである。

デバイス７において、対物系７０の実軸は、水平なもののままであると共に、スクリーン３２は、鉛直なものである。デバイス７は、相対的に小さい“あご先”、換言すれば、相対的に小さい値のｈを有する。このように、５０’’のＬＣＤスクリーンを備えたデバイスについて、高さｈは、例えば、２０ｃｍよりも少ないもの、及び、典型的には１２ｃｍに等しいものである。

しかしながら、その照明部分（その光学的な照明の芯部の傾斜、ランプのケーシング、変調器３６５に付けられた電子的なカード）がより容易に収容されることを許容する代替の実施形態においては、その対物系の実軸が、傾斜させられる。これは、その投射系の一つの素子の軸が、折りたたみミラーによって折りたたまれた後に、非水平的なものになることもあるという理由のためである。例えば、その大きいミラーが、傾斜させられるとすれば、全ての以下に続く素子は、特にその凹面のミラーは、また、その角度の二倍を通じて傾斜させられることになる。

変形に従って、デバイス７は、特にその対物系及びミラー７２において、他の折りたたみミラーを含む。

図１２は、デバイス７の光学的な性質を図解する。より精密には、対物系７１は、その入射の照明ビームから、実例によって示唆された二つの点Ａ及びＢを含む第一の画像を作り出す。これらの二つの点Ａ及びＢから発するものは、それぞれ、二つのビーム１２０２及び１２０１であるが、それらは、少なくとも一つのレンズ１２０２及び射出瞳Ｐ_Ｅ１２０３を含む対物系７０を通過した後に、対物系７１によって作り出された画像Ｉ_Ｓに属する二つの点Ａ’及びＢ’を形成する。

ビーム１２０２及び１２０１は、それぞれ非離散的な領域Ａ’’及びＢ’’において、ミラー７２から離れて反射させられると共に、瞳Ｐ_Ｆに対応する領域、ミラー７２を介した瞳Ｐ_Ｆの画像に収束する。

瞳Ｐ_Ｆが、ミラー７２に相対的に近いものであること、及び、瞳Ｐ_Ｆが、ミラー７２から離れてより遠いものであることは、留意されるべきである。典型的には、凹面のミラー７２の頂点からの射出瞳の領域Ｐ_Ｆの距離は、２５ｍｍと６０ｍｍとの間にある。好ましくは、凹面のミラー７２からの射出瞳１２０３の距離は、可能な限り大きいものでなければならない。

変形に従って、絞りＳを含む対物系は、少なくとも一つのレンズから形成された第一の組み立て体及び少なくとも一つのレンズから形成された第二の組み立て体からなる。第二の組み立て体は、その結像するビームの経路における絞りＳの後に位置決めされると共に絞りＳよりも画像Ｉ_Ｓにより近いものである。好ましくは、第二の組み立て体と第一の組み立て体の射出瞳Ｐ’_Ｅとの間に距離ｄ１は、第一の組み立て体と変調器３６５との間の距離ｄ２三倍に等しいか又はそれよりも大きいものである。射出瞳Ｐ’_Ｅは、第一のレンズ組み立て体によって形成された絞りＳの画像に対応する。第二のレンズ組み立て体は、その対物系の射出瞳Ｐ_Ｅを実質的に無限遠に位置決めする。このように、第二のレンズ組み立て体は、さらにはそれの形状を保つ一方で、その結像するビームの光線を矯正すると共にその凹面のミラーの大きさが低減されることを可能とする。

都合良くは、変形に従って、デバイス７は、マスク（例えば、開口部を備えた黒色の平板、又はガラス若しくはプラスチックの平板）を含むと共に、そのマスクは、投射ビーム７３の通過用の透明な領域を含む。そのマスクの厚さは、可能な限り小さいもの、及び好ましくは２ｍｍ未満のもの、及びいっそうより好ましくは１ｍｍに等しいもの又はそれ未満のもの、であるように、選ばれる。このマスクは、瞳Ｐ_Ｆの付近に（典型的には、その対物系及び凹面のミラーを含む系の射出瞳に対応する瞳の領域Ｐ_Ｆから５ｍｍの又はそれより少ない距離で）位置させられると共に、黒色の領域を介して寄生光線を吸収するが、それは、ビーム３７、７３を切り離すものではない。その黒色の周辺の領域は、そのマスクの大半に色合いを添えた領域に、又は、そのマスクの一方若しくは両方の面における処理に、のいずれかに対応する。好ましくは、その透明な領域が、最大限の領域であるとき、それは、当業者に周知の技術を使用する反射防止の処理を被る。そのマスクは、好ましくは、デバイス７のケースの境界と同じくらい遠くにまで延在すると共に、このようにその対物系、その凹面のミラー、及び、塵埃の無い対応する変調器を保つ、及び／又は、これらの素子から又はその外側から発する寄生光線を除去する（又は低減する）。そのマスク透明な領域の境界は、通常の壁（それによって、それの製造を容易にすること）又は（そのマスクの表面の近くに背面照明するビームをもたらすために）傾斜させられた壁を含む。

もちろん、凹面のミラーを含む本発明の実施形態は、上に与えられた変形と、及び、特に、変調器無しの、連続したカラービームを提供するための手段（例えば、カラーホイール）有り又は無しの、そのライトガイドの像平面における均一性フィルター（又は均一な表面を作り出すいずれの他の手段の）有り又は無しの、実施と、整合したものである。

本発明は、上に記載した実施形態に限定されるものではないと共に当業者は、まだ本発明の範囲内にとどまる一方で、上に記載した系及びデバイスの様々な要素を適合させることができると思われる。

特に、本発明は、いずれのタイプ（特に、いずれの形状及び大きさ）のＬＣＤスクリーンとも整合するものである。

本発明に従って、たとえ好ましくはその背面照明系が少なくとも二つの折りたたみミラーを含むとしても、いずれの数の折りたたみミラーがあってもよい。折りたたみミラーは、また、いずれの形状を有してもよい。都合良くは、最後の折りたたみミラーは、平面のものである。好ましくは、少なくとも一つの折りたたみミラーは、平面のものではないと共に、例えば、非球面のものであると共に、その対物系の構築及びその非平面の折りたたみミラーに関するそれの相対的な位置は、そのＬＣＤスクリーンへと投射された照明ビームの画像が、実質的に平面のものであるようなものである。

本発明は、また、変調器有りの又は無しの、カラーホイール有りの又は無しの、発光ダイオード又は反射体と関連させられた白熱電球を備えたいずれのタイプの投射源とも整合するものである。

同様に、本発明は、数個のディスプレイを備えた壁の状況内で使用されることもある。このように、本発明に従って、数個のＬＣＤディスプレイ（例えば、二つ又は三つの行の重ね合わせられた又は並置させられたＬＣＤスクリーン）が、使用されることもあるが、（上述の実施形態におけるディスプレイに取って代わる）それらディスプレイの全ては、単一の照明源、及び、変調器有りの又は無しの、対応する光学部品（対物系、折りたたみミラー、フレネルレンズ）によって背面照明される（back-lit）ものである。
［付記］
付記（１）：
液晶ディスプレイのスクリーン用の背面照明系において、
それは、
− 照明ビームを生じさせる照明源；
− 前記照明ビームによって照明された対物系；
− 該対物系から来る照明ビームによって照明された少なくとも一つの折りたたみミラー；及び
− 前記少なくとも一つの折りたたみミラーによって反射させられた照明ビームをコリメートすること及び再度方向付けすることが可能なフレネルレンズ：
を含むと共に、
該フレネルレンズによって透過させられたビームは、前記ディスプレイのスクリーンを背面照明することが意図されたものである
ことを特徴とする系。
付記（２）：
前記折りたたみミラー又は前記折りたたみミラーの少なくとも一つは、非球面のミラーである
ことを特徴とする、付記（１）に記載の系。
付記（３）：
前記折りたたみミラー又は前記折りたたみミラーの少なくとも一つは、凹面のミラーである
ことを特徴とする、付記（１）又は（２）に記載の系。
付記（４）：
前記対物系は、結像するビームを生じさせるように、及び、前記対物系の後に位置決めされた第一の像を構築するように、設計されると共に、
前記凹面ミラーは、前記照明ビームの経路における前記第一の像の後に位置決めされると共に、該第一の像から、投射平面に第二の像を構築する
ことを特徴とする、付記（３）に記載の系。
付記（５）：
前記第一の像は、前記対物系の光軸に関して軸外のものである
ことを特徴とする、付記（４）に記載の系。
付記（６）：
前記凹面のミラーは、前記対物系の光軸に位置決めされた光軸を有する
ことを特徴とする、付記（４）又は（５）に記載の系。
付記（７）：
それは、寄生光線を吸収する黒色の帯域及び前記凹面のミラーの後における前記照明ビームの経路に置かれた透明な帯域を含むマスクを含む
ことを特徴とする、付記（３）乃至（６）のいずれか一つに記載の系。
付記（８）：
前記源は、ビーム変調器を含む
ことを特徴とする、付記（１）乃至（７）のいずれか一つに記載の系。
付記（９）：
それは、前記照明ビームを偏光させる手段を含むと共に、
該手段は、前記ビーム変調器の前に置かれる
ことを特徴とする、付記（８）に記載の系。
付記（１０）：
前記源は、連続して着色されたビームを生じさせる手段を含む
ことを特徴とする、付記（１）乃至（９）のいずれか一つに記載の系。
付記（１１）：
それは、前記フレネルレンズの後方に置かれた拡散体を含む
ことを特徴とする、付記（１）乃至（１０）のいずれか一つに記載の系。
付記（１２）：
液晶ディスプレイのスクリーン、並びに、
− 照明ビームを生じさせる照明源；
− 前記照明ビームによって照明された対物系；
− 該対物系から来る照明ビームによって照明された少なくとも一つの折りたたみミラー；及び
− 前記少なくとも一つの折りたたみミラーによって反射させられた照明ビームをコリメートすること及び再度方向付けすることが可能なフレネルレンズ：
を含むと共に、
該フレネルレンズによって透過させられたビームは、前記ディスプレイのスクリーンを背面照明することが意図されたものである、
付記（１）乃至（１１）のいずれか一つに記載の背面照明系
を含む、表示デバイス。

図１は、それ自体が知られた背面照明することを備えたＬＣＤディスプレイを図解する。 図２は、それ自体が知られた背面照明することを備えたＬＣＤディスプレイを図解する。 図３は、本発明の一つの特定の実施形態に従ったＬＣＤディスプレイを備えた表示デバイスを示す。 図４は、図３のディスプレイ用の投射源を図解する。 図５は、図３のディスプレイ用の背面照明の制御手段を概略的に示す。 図６は、図３のディスプレイにおける背面照明するビームの拡散及びコリメーションを示す。 図７は、本発明の代替の実施形態に従ったＬＣＤディスプレイを備えた表示デバイスを図解する。 図８は、本発明の代替の実施形態に従ったＬＣＤディスプレイを備えた表示デバイスを図解する。 図９は、本発明の代替の実施形態に従ったＬＣＤディスプレイを備えた表示デバイスを図解する。 図１０は、本発明の代替の実施形態に従ったＬＣＤディスプレイを備えた表示デバイスを図解する。 図１１は、本発明の代替の実施形態に従ったＬＣＤディスプレイを備えた表示デバイスを図解する。 図１２は、本発明の代替の実施形態に従ったＬＣＤディスプレイを備えた表示デバイスを図解する。

符号の説明

１ ディスプレイ
３，７ デバイス
１０ ＬＣＤスクリーン
１１，３２１ 拡散体
３０，７０ ケース
３１ ＬＣＤディスプレイ／スクリーン
３２ 背面照明するビームをコリメートする及び拡散させるための手段
３３ 第三の折りたたみミラー
３４ 第二の折りたたみミラー
３５ 第一の折りたたみミラー
３６ 投射源
３７，７３，１２０１，１２０２ ビーム
５０，５１ 制御器
７１，１１０ 対物系
７２ 凹面の非球面のミラー
７４，７５ 折りたたみミラー
７６ 光軸
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９，７１１，７１２，７１３，７１４，７１５，７１６，１１１０，１１１１ レンズ
１２０，１２１，１２７ ランプ
３２０ フレネルレンズ
３２６ 周辺の領域
３２７ 中央の領域
３６０ 白色光の源
３６１，３６２ 反射体
３６３ ライトガイド
３６４ リレーレンズ
３６５ 光学的な変調器
３６６ 投射対物系
３６７ 第二の焦点
５２０，５２９ 領域
１２０３ 射出瞳
Ａ，Ｂ，Ａ’， Ｂ’ 点
Ａ’’，Ｂ’’ 領域
ｈ 高さ
Ｉ_Ｓ 画像
Ｐ_Ｅ 射出瞳
Ｐ_Ｆ 瞳
α 角度

Claims (4)

1. 液晶ディスプレイスクリーン及び背面照明するシステムを備えるディスプレイデバイスであって、
   照明ビームを生じさせる照明源、
   前記照明ビームから変調されたビームを作り出す光学的な変調器、
   上記の変調されたビームによって照明された対物系、
   前記対物系から来る前記変調されたビームによって照明された少なくとも一つの折りたたみミラー、及び
   上記の少なくとも一つの折りたたみミラーによって反射させられた前記変調されたビームをコリメートすると共に再方向付けするフレネルレンズ、前記フレネルレンズによって透過させられたビームが上記の液晶ディスプレイスクリーンを背面照明すること
   を備える、ディスプレイデバイスにおいて、
   上記の光学的な変調器を照明する上記の照明ビームは、順次に着色されたビームであると共に、
   上記の光学的な変調器は、白色において変調すると共に、
   上記の液晶ディスプレイスクリーンは、上記の順次的に着色された背面照明するビームが、前記液晶ディスプレイスクリーンによって表示されたピクセルの色を決定するように、黒色及び白色にあるものである、即ち、カラーフィルターを備えたピクセルを含むものではなく、
   前記少なくとも一つの折りたたみミラーは、非球面の凹面のミラーであり、上記の非球面の凹面のミラーは、前記対物系の光軸に位置決めされた光軸を有する、
   ことを特徴とする、ディスプレイデバイス。
2. 請求項１に従ったディスプレイデバイスにおいて、
   上記の対物系は、上記の対物系の光軸に関して軸外のものである光学的なビームを生じさせるために上記の変調されたビームの経路に位置決めされたものである
   ことを特徴とする、ディスプレイデバイス。
3. 請求項１または２に従ったディスプレイデバイスにおいて、
   それは、寄生光線を吸収する黒色の帯域及び前記非球面の凹面のミラーの後に前記照明ビームの経路に置かれた透明な帯域を備えるマスクを含む
   ことを特徴とする、ディスプレイデバイス。
4. 請求項１から３までのいずれか一つに従ったディスプレイデバイスにおいて、
   それは、前記フレネルレンズの後方に置かれた拡散体を含む
   ことを特徴とする、ディスプレイデバイス。

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