JPH09503596A - 裏面照明のための光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 表示装置を裏面照明するための光源が、散乱反射性の壁と一つの開口を有するキャビティの中に置かれた、白熱電球（１２）またはＬＥＤの列のような光放射デバイスを含んでいる。ディフューザ（２０）と輝度向上フィルム（２２）が、開口の開きのところで、開口と裏面照明される表示装置の間に位置している。光源から出る光を白くするために、カラーフィルタ（２４）が用いられてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 裏面照明のための光源 発明の背景 本発明は、表示装置、特にバーチャルリアリティーヘッドセットにおいて利用 されているような小面積の液晶表示装置（ＬＣＤ）のための裏面照明装置に関す る。英数字、グラフィック、または、その他の情報の表示を可能にするＬＣＤは 、電位差が付与されるに応じて透過率が変化するような媒体で成っていればよい 。ＬＣＤは、裏面に均一に照明を付与することにより、それがなければ暗い環境 の中でも見ることができる。ＬＣＤのための典型的な裏面照明装置が、米国特許 4,043,636号に開示されている。 バーチャルリアリティーシステムのヘルメットにおいて見られるような小面積 のＬＣＤのための裏面照明は、二三の特質を有することが望ましい、第１に、そ れは、受入れられるような輝度のレベルを有するべきである。第２に、それが可 能な限り白いスペクトルの分布を有することが望ましく、そのＬＣＤがカラーの イメージを表示するのであれば特にそうである。光源はコンパクトであるべきで あり、保守の必要が殆どないのが望ましい。最後に、最も重要なこととして、照 明システムは、表示装置の全面にわたって均一な照明を実現するべきである。上 述の最後の要求は、言い換 えるならば、光源から出る光が、何の特徴もなく、穴状や輪状のような歪曲もな い、ということの要求である。実際には、均一な照明という要求は達成が困難で あり、従来技術による装置は、しばしば、ＬＣＤ表示装置のために十分に均一な 照明源を実現することに失敗している。さらに、従来技術によるデバイスは、し ばしば、光を反射性の面に向けるための光ガイドに頼っていて、そのことは、複 雑な形状と、追加的な重量とコストを必要としていた。 したがって、本発明の一つの目的は、表示パネル全体の高度に均一で高強度の 照明を実現するような、表示装置、典型的には小面積のＬＣＤ表示装置、のバッ ク照明のための、簡単でコンパクトで軽量な手段を実現することにある。 本発明の概要 本発明の光源は、表示パネルの裏面を裏面照明していて、キャビティを形成す る散乱反射性の内面を有するハウジングを含んでいる。光を放射するデバイス、 例えば白熱電球またはＬＥＤの列は、キャビティの中に、キャビティの内面がそ れから離れるように取り付けられる。ハウジングは、表示パネルの後面と平行に 置かれた開口を有していて、その開口がキャビティの中に向けて開いている。開 口の面積にキャビティの散乱反射性の面の面積を加えたものに対しての開口の面 積の比は、本発明の一つの望ましい実施例においては、少なくとも０．０５であ る。開口のエッジからエッジまでの寸法に対しての、キャビティの深さの比は、 少なくとも０．１である。この開示された実施例の開口には、また、二等分線寸 法、すなわち、開口の面と、開口の面に垂直であって電球を通して延びて開口を 二等分する面の交差によって生ずる線に沿った、開口のエッジからエッジまでの 長さとして定義される二等分線寸法がある。キャビティの二等分線寸法に対して の深さの比は、本発明の一つの望ましい実施例においては、少なくとも０．１で ある。本発明の一つの実施例においては、キャビティの深さが電球の包囲体の直 径よりも実質的に大きくはない。 光源は、また、ディフューザ、すなわち、開口を横切るように置かれていて、 キャビティから表示パネルへと開口を通過して行く照明光を散乱化するように位 置しているディフューザを含んでいる。照明光を観察レンジの中で通過させるた めの輝度向上材料が、ディフューザと表示パネルの間に置かれている。互いに直 角に方向決めされた２枚の輝度向上フィルムを有するという一つの望ましい実施 例においては、観察レンジは50°である。この角度は、開口の面に垂直な線を基 準に測定された１対の25°の角度の合計である。 もし所望ならば、キャビティとＬＣＤの間において カラーフィルタが含まれていてよい。望ましい実施態様においては、フィルタは 、輝度向上フィルム（ＢＥＦ）と表示装置の裏面の間に位置されていて、それに より、表示装置に入射する光の色温度が上昇することとなる。 本発明の一つの実施例においては、電球が観察の開口部分の外側のキャビティ 部分の中に位置していて、それにより、フィラメントが観察角度の中の開口を通 して見えないこととなっている。本発明の他の実施態様においては、電球は、キ ャビティの観察開口部分の中での開口の下方に位置している。電球の前方のバッ フルが、光をキャビティの底に向けて反射し、電球が直接に照明光を開口を通し て放射することを防止し、それにより、開口から出る光の均一性を確保する。さ らに別の実施態様においては、光がＬＥＤの列によって生成される。それらＬＥ Ｄは、組み合うことによって色が白である光を生成するような、色（例えば、赤 、青、及び緑の色）と強さを有している。 すべての実施態様において、放射された光は、キャビティの内面の範囲内で散 乱して反射され、その結果、キャビティは、一つのランベルトの光源として効果 的に機能する。ディフューザは、伝達される光に、より均一な強度分布を付与す る。輝度向上フィルム（ＢＥＦ）は、ディフューザから出る光を、より小さい観 察 の角度レンジの中に投射させることによって集中させ、それにより、観察角度の 中での強度を高める。最後に、白熱光のためには典型的に青色であるカラーフィ ルタが、白熱光の色温度を2800K〜3300Kから約4500K〜5500Kへと変化させ、それ により白い色を実現することのために用いられてよい。 本発明は、また、表示パネルを裏面照明する方法にも関していて、その方法は 、内部壁と開口を備えたキャビティを有する実質的にランベルト光源からの照明 光を生成するステップを含んでいる。その生成のステップは、開口の周辺部から の光線をキャビティの中に指向させ、それにより、開口から出る光が実質的に強 度および色において均一であるようにするステップを含んでいる。この方法は、 また、実質的にランベルト光源からの光を散乱化するためのディフューザを用い ること、散乱化された光の均一性を顕著には減らすことなしに散乱化された光を 所定の角度レンジの中に集中させるために輝度向上フィルムを用いること、およ び、集中化された散乱化光を表示パネルに方へと指向させるステップとの複数の ステップを含んでいる。 本発明の裏面照明装置は、簡単でかつコンパクトなデバイスの中で、比較的高 い強度と白さを有する極めて均一な性格の照明光を生成する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の光源によって裏面照明されたＬＣＤを包含しているバーチャ ルリアリティーヘッドセットの斜視図である。 図２は、本発明の光源の一つの実施例の斜視図である。 図３は、図２に示す光源の図２に示す切断線３−３による断面図である。 図４は、図２に示す光源の図２に示す切断線４−４による断面を端面から見た 断面図である。 図５は、図２に示す光源の、図３に示す切断線５−５による平面図である。 図６は、図２に示された光源から放射される光の強度を観察角度の関数として 示す図である。 図７は、図３に示された輝度向上フィルムの部分的な断面図である。 図８は，本発明の第２の実施例の断面図である。 図９は、図８の実施例の平面図である。 図１０は、光源の、観察角度を示す概略的側面図である。 図１１は、光源の代案実施例、すなわち、光源が図２に描写された形態に対し て横向きに取り付けられている他は図２の実施例とすべての点で同じである実施 例の平面図である。 図１２は、組み合って白い光を生成するような、赤、 青、及び緑の各色のＬＥＤの配置を利用した実施例の断面図である。 図１３は、図１２に示す光源の、図１２に示す切断線１３−１３による面の平 面図である。 望ましい実施熊様の説明 図１において示されているように、本発明の一つの望ましい実施例は、使用者 の頭に装着されるように形作られたバーチャルリアリティーヘッドセット５に成 ったものである。ヘッドセット５は、ヘッドセットの内部キャビティ７の中に置 かれた１対の小面積のカラー表示パネル２６を有している。それらの各パネル２ ６は、前面と後面が同じ大きさのＬＣＤを含んでいる。それら各パネル２６の前 面が、使用者のそれぞれの眼のすぐ前にある接眼レンズ（図示せず）の後側に位 置しているので、各々の眼は、それらパネルの一方のものの前面を見ることとな る。例を示すならば、表示パネル２６の前後面の各々は、長さが1/2″、幅が1/2 ″の四角形である。ヘッドセットは、使用者の顔に十分にぴったりと適合するよ うに形作られているので、周囲の源からの光はキャビティ７に入り得ない。使用 者の頭に適切に取り付けられたときには、ヘッドセットは、常に、使用者の顔に 対して実質的に同じ位置にあることになり、なお、表示パネル２６が、常に、使 用者の眼に対して実質的に同じ位置にあることとなる。 したがって、ヘッドセットが装着されたときには、いつでも、見る人の眼が表示 スクリーン２６に対して同じ観察位置にあることになる。 それらパネル２６の各々のものは、図２、および３に示されているような裏面 照明装置１０を含んでいる。裏面照明１０は、開口１８を有するハウジング１４ の中に位置した電球１２を含んで成っていて、その開口１８は、ディフューザ２ ０、輝度向上フィルム（ＢＥＦ）２２、およびカラーフィルタ２４によって覆わ れている。ディフューザ２０、ＢＥＦ２２、およびカラーフィルタ２４は、相互 に物理的に接触するように置かれていて、後述するように、光質向上（ＬＱＥ） 装置２７と呼ばれる平面的構造体を形成している。キャビティの面１６から来て 開口１８を通って出る光によって裏面照明されるＬＣＤ表示装置２６は、ＬＱＥ 装置２７と平行に置かれているので、表示装置２６は、場所２８から見ることが できる。図２では、図示を明瞭にするために、ヘッドセット５が示されていない が、場所２８がヘッドセット５の内部キャビティ７の中にあるはずであることが 理解されよう。 本発明の一つの実施例においては、ハウジング１４は、13mm×33mmという側面 図での内法寸法を有しており、ハウジングの厚さ、つまり深さは、10mmであって 、標準的懐中電灯の電球の直径よりも僅かに大きく、 開口１８は、この実施例においては13mm平方である。開口１８に対向している複 数のキャビティの壁１６の、白熱電球１２によっての均一な照明を確実にするた めには、開口１８は、２インチ平方より小さいのが望ましい。 電球１２は、電線１９に接続された電源（図示せず）によって電力供給される 普通の懐中電灯の電球のような白熱電球であるのが望ましい。電球１２は、電線 １９だけがハウジング１４から出るように、全体的にハウジング１４の中で囲わ れているのが望ましい。電線１９は、ハウジング１４の一方の壁にある小さい通 路を貫通している。その通路は、電線１９を収容するのに十分な丁度よい大きさ であって、電球の直径よりも実質的に小さく、それにより、電線とハウジング１ ４の間に環状のスペースがあっても、そこから出る光の漏れは最小にされる。 電球１２から放射される光は、少なくとも88%の反射率を有するのが望ましい 散乱反射性の内面１６を含んだキャビティを形成しているハウジング１４の中で 伝搬する。それらの面１６は、白色ペイント、または、ラブスフィアコーポレー ション（Labsphere Corporation）のスペクトラフレクト（Spectraflect）ペイ ントのような、より風変わりな材料で被覆されているのがよい。スペクトラフレ クトペイントの反射率は、ハ ウスペイントよりもかなり高く、大体において98%であり、一方、ハウスペイン トの反射率は約92%である。なお、ハウジング１４が、全体的に、ＴiＯ2を顔料 とする商品名Lexanのポリカーボネートまたは商品名スペクトラロン（Spectralo n）のプラスチックのような、散乱反射性の材料から作られるのがよく、それに より、ハウジング１４の内面１６に別個の被覆を付与する必要が回避される。商 品名スペクトラロンのプラスチックの反射率は約99%である。 電球１２から出る光は、典型的には、ハウジング１４によって形成されたキャ ビティの中で何回もの反射を受け、その後に開口１８から出る。ハウジング１４ の内面１６は散乱反射性であるので、何回もの散乱反射の結果として、開口１８ と対向しているハウジング１４の内面は、均一に照明され、実質的にランベルト の光源、すなわち、キャビティ内面の放射言い替えればキャビティ内部表面の輝 度が観察角度の関数として一定値であるという特性を有する光源として働く。 本発明の光源１０を構築するには、考慮すべき多くのファクタがある。それら ファクタの一つは、開口１８の面積である。他の一つは、組合わせでのキャビテ ィ面積、すなわち、(ｉ)キャビティ内部の表面１６の面積と(ii)開口１８の面積 の合計、である。電球１２から出されるエネルギーの最高に効果的な使用と、開 口１８から出る光の均一性のためには、組合わせでのキャビティ面積に対しての 開口１８の面積の比を比較的に大きくすることによって、光源の中での最小のエ ネルギー損失を確実にすることが重要である。この比は、少なくとも0.05である のが望ましく、望ましい実施例においては、この比は0.20に近い。図４を見るに 、キャビティの両側壁１６は曲がっているのであり、このような構造は、組合わ せのキャビティ面積を小さくするので、前述の組合わせのキャビティ面積に対し ての開口の面積の比を大きくする。キャビティの底の壁も、やはり、角度δ（図 ３に示されている）が電球からの増大する距離の関数として低下して行くように 曲がっていてよい。角度δは、各点において、電球１２のフィラメントから引き 出された線とキャビティ面に接する平面の外向きの法線の間に形成される角度で ある。 別の、図５に示されている重要なパラメータは、ここでは二等分線寸法と呼ば れている、開口１８のエッジからエッジまでの寸法３１である。この二等分線寸 法は、開口の面と、電球１２を通して延びて開口を二等分するような開口１８の 面４１に対して垂直な面の接合によって形成される線に沿って延びている。この 二等分線寸法に対してのハウジング１４の深さの比は、開口１８の開きを通して 見られる光の強度と均一性の 両者に影響を及ぼす。もし、この比があまりにも大きいと、前述の組合わせのキ ャビティ面積に対しての開口の面積の比が、あまりにも小さくなる。その比が小 さいと、電球１２からの光も、キャビティ壁１６からのより少ない回数の反射を 受け、1/ｒ²の低減を被り、その結果、均一性が減った強度分布となる。本発明 の望ましい実施例においては、この比は、約0.10より大きい。 さらに別の本発明のパラメータは、ハウジング１４によって形成されたキャビ ティの深さ３２に対しての電球の包囲体の直径３０（典型的には電球の幅）の比 である。本発明の望ましい実施例においては、この比は、コンパクト性を達成す るために十分に大きい。ハウジング１４は、深さ３２が電球の直径３０よりも実 質的にあまり大きくないように構築されるのが望ましい。例を示すならば、その 比は0.60であってよい。 ハウジング１４と開口１８は、基本的には、ディフューザ２０がなくても、光 の強度が均一な光源として機能するが、本発明の望ましい実施例においては、キ ャビティの内面１６における化粧的な欠陥のような、残っている不均一性を除去 するために、開口１８の開きの中にディフューザ２０が置かれていて、それが有 利である。このディフューザは、半透明な材料で成っていて、典型的には、容易 に入手される薄いプラスチ ックの表面または嵩のあるディフューザである。これら材料の両者は、極めて低 い吸収性を有し、したがってエネルギー損失の最小化を特色としている故に、望 ましい。 光学的エネルギーの浪費を避けるためには、バックライトの開口数を、バック ライトからの光を受け取る光学系（例えばヘッドセット５の接眼レンズ）の開口 数にマッチさせるのが望ましい。キャビティが実質的にランベルトの光源として 働くので、バックライトの開口数を減らし、それにより、開口から出て来る光を 集中化することが必要である。特に、裏面照明１０は、照明を集中化し、それに より、輝度を増大させるために、ディフューザ２０と表示装置２６の間に置かれ たＢＥＦ２２を用いている。 この目的のために、ＢＥＦ２２の性能を特性づける角度を定義することが助け になる。この角度θ_t（図１０において３９で示されている）は、法線３６から 開口１８の面への半角度である。より特定的には、ＢＥＦ２２は、光線をθ_tの 中において伝達している。弱い側方の突出のほかは、ＢＥＦによって光が角度θ_t を超えて伝達されることがない。 第２の角度、つまり、４１で示されている観察角度θ_vは、ＢＥＦ２２の角度 θ_tの２倍の角度を抱いている。したがって、θ_v＝２θ_tである。 図１０において示された、ＢＥＦ２２による照明光の集中化（角度θ_tの中で の）は、集中化が図１０の紙面と一致する面の中で起こるという意味においての み対称的である、ということが理解されよう。ＢＥＦ２２は、直交する面の中で は集中化を行わない。本発明の二三の適用例においては、直交する二つの面の両 者の中で照明光を集中化することが望ましい。このことは、図１０に示されたＢ ＥＦに対して直交するように方向づけられた第２のＢＥＦを含むことによって達 成され得る。そのような構造は、開口１８の四つのエッジの各々において境界線 ３７を存在させ、それにより、開口１８から角度θ_tを超えて伝達される放射が 実質上なくなるように照明光を集中化する。 図７を見るに、望ましい実施例のＢＥＦは、リニアーピラミッド構造３８を有 する市販の薄いフィルムである。原理上は、構造３８は、境界線３７によって囲 まれた伝達領域の中への伝達のための入射角度の基準を満足するような、キャビ ティからの光線だけを伝達する。すべての他の光線は、反射されてキャビティの 中へと戻され、そこで、それら光線は再びキャビティ壁によって散乱反射される 。実際には、反射された光線は、それら光線がＢＥＦを通して伝達領域の中へと 通過することを許すような角度でＢＥＦに入射するに至るまで“リサイクル”さ れる。 ＢＥＦ２２のピラミッド構造３８によって逆に反射された光の割合ｆは、１− ｆ＝ｓｉｎθ_tの関係を満足する。輝度向上は、逆に反射された光の多くのもの が、それら自身で散乱反射され、最終的にはＢＥＦ２２によって伝達される結果 として生ずる。ＢＥＦ２２は、θ_t＜90°であるように設計されるので、光を表 示レンジの中で集中化し、それにより、そのレンジの中で見られる光の強度を増 大させる。ピラミッド構造を用いることにより、向上されていないランベルトの 光源に関しての40%のゲインが今までに観測されている。もし、直交するように 方向づけされた複数の列を有するフィルムを用いるならば、80%のゲインも可能 であろう。直交するように方向づけられた２枚のフィルムを用いるならば、１セ ットだけのピラミッド構造３８が用いられた場合のようにピラミッド構造に垂直 な軸線に沿ってだけではなく、直交する二つの面内において、向上の効果が生ず る。望ましい実施例においては、フィルムの構造は、十分に微細であるので、表 示装置２６を見る人にとっては、感知され得ないし、そこから生ずる光の強度は 可能な限り均一である。図７を見るに、ＢＥＦ２２は、頂角α（典型的には約10 0°）を有するフィルムであってよい。そのようなフィルムは３Ｍ社から入手さ れ得る。直交するように方向づけされた２枚の図７に示されたタイプのレンズフ ィルムの代わりとして、１セットの二次元マイクロレンズ列が利用され得る。 ＢＥＦ２２での集中化の効果が図６において描写されていて、それは、観測さ れた光の輝度の、観察角度φ（ここでは、観察角度φは、観測者の眼が開口１８ の面でもって作る角度と定義される）の関数としてのグラフである。グラフ４０ は、ＢＥＦ２２がない場合の、観察角度の関数としての強度を図示しており、一 方、グラフ４２は、ＢＥＦ２２によって達成される分布を示している。θ_v＝２ θ_tの幅のウインドウの中において達成される強度が、ディフューザだけの使用 によって達成されるよりも大きいことが見られる。なお、ＢＥＦはディフューザ と表示装置の間に置かれるが、それは、後者は光の角度的分布を広げようとする 一方で前者はそれを集中化するからであることを知っておくことが重要である。 図６は、また、本発明の一つの有利な特色、つまり、観察レンジ６０を通して の照明の分布の均一性を図示している。ＢＥＦ２２から出て来る光の強度の、観 察角度φの関数としてのグラフ４２が、観察角度θの全体を通して高度に均一で ある、ということが見られる。 ＢＥＦ２２から出て来る光は、本発明の一つの望ましい実施例においては、カ ラーフィルタ２４を通過し て行く。電球１２となっている懐中電灯の電球の色温度は約2800Kでしかない。 しかし、カラーのＬＣＤ表示装置は、理想的な色純度を達成すために、より高い 色温度を要求している。したがって、電球１２として白熱光源が用いられている ときには、所望のように色の分布をシフトさせるためにフィルタが用いられ得る 。望ましい実施例でのフィルタ２４は、色温度を約4500Kと5500Kの間へとシフト させる青色吸収フィルタである。フィルタ２４を通過して行く光は、ＬＣＤ２６ を通して、場所２８に位置した見る人の眼へと続いている。図１における各要素 ２０，２２、及び２４の間のギャップは、明瞭化のためだけの理由で描写してあ る。それら種々の要素の各々のものの厚さとそれら間の離隔は、コンパクト性の ために最小にされている。 図２〜３において図示された裏面照明の実施例においては、電球１２は、ハウ ジング１４の中に、観察開口部分１７の外側であるように位置している。ここで 用いられているように、“観察開口部分”という言葉は、開口１８の直下にある キャビティの部分を指している。電球１２を観察開口部分１７の外側に置くこと により、電球１２から出て来る光線の大部分が、先ずキャビティの面から反射さ れることなしに開口１８に達する、ということが防止される。電球１２から、か すめて伸びた光線だけが直接ＬＱＥ２７に当たり、デ ィフューザ２０がそれら光線を散乱させるので、この構造は、開口１８から出る 光の強度分布が比較的均一であることを可能にする。さらにコンパクトな構造を 可能にするような裏面照明システムの代案の実施例が、図８〜９に図示されてお り、そこでは、対応する番号は類似の部品を意味している。電球１２は、ハウジ ング１４での異なった部分の中に位置している。この実施例においては、電球１ ２は、観察開口部分１７の中に直接的に置かれている。電球１２は、不透明なバ ッフル５６によって、開口１８からは遮蔽されている。バッフル５６は、前述に おいて説明された散乱反射性の材料のうちの一つのもので被覆された、二つの散 乱反射性の外面を有している。バッフル５６の散乱反射性のそれら面は、電球１ ２が直接開口１８を照明することを防止する一方で、ディフューザやＢＥＦから 開口に向けて反射で戻って来ることがある光線のような、それら面に入射する光 を反射し、それにより、光の分布の均一性を確保する。電球１２が、観察開口１ ７の外側に外れたハウジング１４の中に引っ込められているのではなくて、開口 の直下にあることの故に、ハウジング１４は、図２の実施例におけるよりも、横 方向で、よりコンパクトにされ得る。さらに、図８の実施例は、組合わせでのキ ャビティ面積に対しての開口面の面積のより大きい比を可能にし、それにより、 電球 １２から出て来るエネルギーの使用においてのより高い効率を可能にする。この 電球の置き方を別にすれば、この実施例の、ハウジング１４の内面の被覆や、デ ィフューザ、ＢＥＦ、およびフィルタのような、すべての詳細は、図２における 詳細と同じである。 さらに、図１１において図示されている実施例は、電球１２の方向の決め方の ほかは、図１〜５において示された実施例と同じである。したがって、同様の番 号が同様の部品を表している。図１１の実施例においては、電球は、その縦方向 軸線に沿って延びる線が開口と平行ではあるが、それから離れている（電球の縦 方向の軸線に沿って延びる線が開口の下を通過するという図５に示された実施例 とは異なっている）ように、方向を決められている。つまり、図１１における電 球は、図５における電球に対しては、90°回転されている。 さらに別のランベルトの光源の実施例が、図１２、および１３において示され ている。この実施例においては、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの、赤、青、お よび緑の各色の光が、この技術分野ではよく知られている様式で相互に混合され 、それにより白い光が生成する。図示を明瞭にするために、前述の実施例と同様 の部品に対応する部品は、「’」をつけた同様の番号を用いて表すこととする。 図示されているように、ハ ウジング１４′は、内部のキャビティ壁１６′を有する散乱反射性のキャビティ と、そのキャビティに向けて開いている開口１８′を含んでいる。開口１８′の 寸法は、２個の赤色ＬＥＤ１２′（ｒ）、４個の青色ＬＥＤ１２′（ｂ）、およ び、１８個の緑色ＬＥＤ１２′（ｇ）を用いている図示の特定の構造のためには 、16.1mm×14.1mmである。図１３において示されているように、それらＬＥＤは 、開口１８′の周辺部を巡るように、開口１８′の全周縁を巡って延びるチャン ネル７０の中に取り付けられている。チャンネル７０は、開口１８のエッジから 少しの距離だけキャビティの中へと、そして、開口１８′の全周に沿って延びて いる小さいバッフル７２によって形成されている。バッフル７２がキャビティの 中へと延びている距離が、各ＬＥＤが開口１８′を通して見られることを防ぐに 十分であるよりも大きくはない、というのが望ましい。いずれにせよ、バッフル ７２は、キャビティ壁１６からは、各ＬＥＤからの光が散乱反射して開口１８′ の下方のキャビティの部分の中へと入ることを可能にするに十分な距離だけ離れ ている。望ましい実施例においては、キャビティの深さは５〜10mmである。発光 ダイオードでは典型的であるように、各ＬＥＤ１２′は、光を発するソリッドス テートの材料でできた小さい立方体で成っている。図示の実施例においては、ソ リッ ドステートの材料は、ハウジングの中に包み込まれておらず、方向性ある反射器 も用いられていないので、放射は、ソリッドステートの立方体の複数の面から多 方向に伝搬することができる。このような多面体の面での放射は、開口１８′を 出る光の強度の均一性を向上させる。 各ＬＥＤ１２′は、各色（赤、青、緑）ごとに開口１８′からの出力が強度に 関して実質的に均一であるように、位置決めされている。望ましい実施例におい ては、各ＬＥＤ１２′は、同じ色のダイオード１２′が長方形の開口１８′の相 対する両側エッジ上に同数あるように、対称的に位置決めされている。つまり、 図１３に見られるように、開口１８′の上側エッジは、９個の緑色ダイオード１ ２′（ｇ）と１個の赤色ダイオード１２′（ｒ）を有し、一方、開口の下側エッ ジは、９個の緑色ダイオード１２′（ｇ）と、１個の赤色ダイオード１２′（ｒ ）を有している。同様に、開口の左側エッジは、２個の青色ダイオード１２′（ ｂ）を有し、一方、右側エッジは、２個の青色ダイオード１２′（ｂ）を有する 。開口１８′の相対するエッジに関する対称性に加え、各ダイオードは、開口１ ８′の同じエッジの両側に関する対称性を有するのが望ましい。例えば、図１３ の上側エッジにある一つだけの赤色のダイオード１２′（ｒ）が、実質的にその 上側 エッジの中央部分に位置決めされ、５個の緑色ダイオード１２′（ｇ）が左側、 ４個の緑色ダイオード１２′（ｇ）が右側にある。下側のエッジは、４個の緑色 ダイオードが赤色ダイオードの左側、５個の緑色ダイオードが右側にあること以 外は、同様の対称性を盛り込んでいる。左側の開口エッジについては（図１３で 見られるように）、２個の青色ダイオード１２′（ｂ）の各々のものは、それが 、左側の開口エッジの端から、他方の青色ダイオードからと同じ距離だけ離れて いるように位置決めされている。右側の開口エッジにある２個の青色ダイオード １２′（ｂ）は、同様の対称性を、右側の開口エッジに関して有している。 前述したように、複数のＬＥＤ１２′の組合わせ方は、白色の光ができるよう に選定される。したがって、ディフューザ２０′とＢＥＦ２２′は、図１２にお いて示されたように含まれるものの、赤、青、および緑の各色の組合わせが十分 な白さの光を生成する故に、カラーフィルタは必要でない。しかし、ある場合に は、所望のカラーバランスと所望の白さを得るために、複数あるＬＥＤのうちの 幾つかのものを抑制運転することが必要になることがある。もし、そうなった場 合は、開口１８′における色の均一性を確保するために、同じ色のすべてのＬＥ Ｄが同じ分量だけ抑制運転されるのが望ましい。複数のＬＥＤの対称的配置と散 乱反射 性のキャビティによって生成される照明が、各色毎に、開口１８′においての実 質的に均一な強度の出力を生む故に、この光源は高品質のカラーイメージを生成 する。 つまり、本発明は、バーチャルリアリティシステムにおける小さいカラーＬＣ Ｄ表示装置のような、やかましく言われる利用分野のための、高度に均一で、効 率的で、コンパクトな光源を含んで成っている。しかし、本発明は、また、ディ ジタルウォッチや自動車計器のような、他の小面積バック照明システムにも、同 様に利用され得る。ここにおける望ましい実施例の開示が、後述の「特許請求の 範囲」に示された本発明の理念や範囲から外れることなしに、部品の組合わせや 配置において変更され得ることが理解される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．表示装置、裏面と前面を有し、少なくとも部分的に透過性があり、前記裏 面上の照明光の少なくとも一部分は前記前面に透過される表示パネルと、 前記表示パネルを裏面照明するための光源が、 光を放射するデバイスと、 キャビティを形成している散乱反射性の内面を有するハウジングを含んで成っ ていて、前記キャビティは、そこに前記の光放射デバイスが取り付けられる深さ を有しており、前記ハウジングは、前記キャビティに向けて開いている開口を有 していて、前記開口は、表示パネルの前記裏面と平行に置かれて前記裏面を照明 しており、前記キャビティは散乱反射性の表面を有し、前記開口の面積は、（ｉ ）前記開口の前記面積と（ｉｉ）前記キャビティの前記表面面積の合計に対して の前記開口の前記面積の比が少なくとも０．０５になる面積であり、前記開口の エッジからエッジまでの寸法は、前記エッジからエッジまでの寸法に対する前記 深さの比が少なくとも０．１になる寸法であり、 前記キャビティから前記表示パネルへと前記開口を通過して行く照明光を散乱 化するように位置決めされている前記開口上に配置されたディフューザと、 前記ディフューザと前記表示パネルの間に配置された輝度向上材料、すなわち 、観察角度の中の照明光を 集中化することによって表示パネルの輝度を向上させる輝度向上材料、 を含んで成っているという装置。 ２．前記の光放射デバイスが白熱電球で成っている、請求項１記載の装置。 ３．前記寸法が二等分線の寸法である、請求項２記載の装置。 ４．前記装置が、さらに、カラーフィルタを含んでいて、該カラーフィルタは 、前記白熱電球からの光の白さを増大させ、それにより前記色温度が4,000°Kに なるように選定された特性を有する請求項２記載の装置。 ５．前記白熱電球が、包囲体によって囲まれたフィラメントを有し、前記フィ ラメントを囲む前記包囲体の直径に対する前記ハウジングの深さの比が1.8より 小さい、請求項２記載の装置。 ６．前記白熱電球が、包囲体によって囲まれたフィラメントを有し、前記ハウ ジングの深さが、前記フィラメントを囲む前記包囲体の直径によりも実質的に大 きくはない、請求項２記載の装置。 ７．前記キャビティの内面が、88%より高い反射率を有する白色ペイントで被 覆されている、請求項１記載の装置。 ８．前記ハウジングの反射性の内面が、さらに、高 反射率のプラスチックからなる請求項１記載の装置。 ９．前記カラーフィルタが、前記キャビティと前記表示パネルの間に配置され ている、請求項４記載の装置。 １０．前記の輝度向上材料が、リニアーピラミッド構造のフィルムから成る請 求項１記載の装置。 １１．前記観察角度が約３５°を超えない、請求項１０記載の装置。 １２．前記の輝度向上材料が、さらに、前記のリニアーピラミッド構造のフィ ルムに対して直交する方向に置かれた第２のリニアーピラミッド構造のフィルム を含んでいる、請求項１０記載の装置。 １３．前記白熱電球が、前記キャビティの観察開口部分の外側の、前記キャビ ティの中に置かれている、請求項２記載の装置。 １４．前記寸法に対しての前記深さの比が、少なくとも０．２である、請求項 １記載の装置。 １５．前記白熱電球が、前記キャビティの観察開口部分の中に置かれており、 前記ハウジングは、さらに、電球と前記開口の間に位置したバッフルを含む請求 項２記載の装置。 １６．前記開口が長方形であり、前記開口の各辺のいずれも、長さが２インチ を超えない、請求項１記載の装置。 １７．表示パネルを裏面照明する方法であって、 内部壁と開口を備えたキャビティを含んだ実質的にランベルトの光源からの照 明光を生成させるステップであり、開口から出る光が強度、および、色において 実質的に均一であるように、開口の周縁からの光線をキャビティの中へと指向さ せるステップを含んだステップと、 前記の実質的にランベルトの光源からの光を散乱化するためのディフューザを 用いるステップと、 散乱化された光を、その散乱化された光の均一性をさほど減らすことなしに所 定の角度範囲の中に集中化させるための輝度向上フィルムを用いることと、 集中化され、散乱化された光を前記表示パネルへと指向させるステップとを含 む方法。 １８．さらに、前記の集中化され、散乱化された光の色温度を約4,000°Kより 高い値まで高めるためのカラーフィルタを用いるというステップを含む請求項１ ７記載の方法。