JPH11119220A - 光学的増強二重液晶ディスプレイ・バックライト - Google Patents

光学的増強二重液晶ディスプレイ・バックライト

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JPH11119220A
JPH11119220A JP10207255A JP20725598A JPH11119220A JP H11119220 A JPH11119220 A JP H11119220A JP 10207255 A JP10207255 A JP 10207255A JP 20725598 A JP20725598 A JP 20725598A JP H11119220 A JPH11119220 A JP H11119220A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 日中から暗闇までの環境において視認性を有
する液晶ディスプレイを実現する。 【解決手段】 発光装置を非画像光学素子と組み合わ
せて、液晶ディスプレイ(LCD)用のバックライト・
システムを製作する。光学的に分離された一対のサブシ
ステムである暗視イメージング・システム(NVIS)
(14)と昼光システム(12)とが組み合わされて、
明るい日光から真暗闇までの環境照明における最適表示
可読性を提供する。これらのサブシステムは、全内反射
(TIR)および光反射に基づいた非画像光学要素を利
用しており、これらは両方とも、蛍光管(34)および
その他の直線形の光源などの発光源に接続されている。
光リフレクター(32)は、非画像光学レンズ(30)
に光を集めて、TIRレンズの非直線特性を補うように
形作られている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液晶ディスプレイに関
し、特に、暗視イメージング・システム(NVIS)の
使用を含む、明るい日光から真暗闇までの環境照明にお
ける表示可読性の最適化のための液晶ディスプレイに関
する。
【0002】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】一般的に
従来の液晶装置用バックライト・システムは、光を効果
的に集めない。従来システムの一つに、内部で光が生成
される白く塗られた室と連結された液晶ディスプレイ
(LCD)を利用したものがある。このシステムでは、
広角の均一光が提供される。しかし、LCDは制限され
た視角を有しているため、またLCDが均一光の広角内
に置かれる場合、大量のバックライトは効果がない。そ
の結果、画像なしの白色光となるか、または画像を妨
げ、視野域の端部のコントラストが低くなる。光の損失
と低いコントラストの両方を補うためにも、多数の蛍光
管または同等の光源を用いなければならない。
【0003】平面鏡を用いてもよい従来システムもあ
る。しかし、本発明で提案されるとおり、全内反射(T
IR)レンズが使用されるとすると、TIRレンズは非
直線形であるため、TIRレンズは大部分の光をその縁
部よりはむしろその中心に向ける傾向がある。よってそ
の中心は、縁部よりも明るく照らされる。このような不
均一な照明は、表示画面に有害な影響を及ぼす。
【0004】米国特許第5,211,463号に記載さ
れているような従来の液晶装置用のバックライト・シス
テムには満足のいく性能を発揮するものもあるが、かな
りの電力を消費する。なぜならば、光学照明システムは
一般的に効率が悪いからである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記のそしてその他の問
題は本発明によって上手く処理され解決される。発光装
置が非画像光学素子と組み合わされて、カラー液晶ディ
スプレイ(LCD)用のバックライト・システムが製作
される。
【0006】概して、一対の光学分離サブシステムであ
る暗視イメージング・システム(NVIS)と昼光シス
テムとが組み合わされて、明るい日光から真暗闇までの
環境照明における最適表示可読性を提供するものであ
り、かつ暗視ゴーグルを使用した操作を含んでもよい。
これらのサブシステムは、全内反射(TIR)及び光反
射に基づいた非画像光学要素(non-imaging optics)を
利用しており、両方とも蛍光管およびその他の直線形光
源などの発光源に接続されている。光リフレクターは、
TIRレンズの非直線特性を補うように、非画像光学要
素に光を集めるように形作られている。
【0007】上記のことからいくつかの効果がもたらさ
れる。LCDに十分な背面光が与えられて、(1)電力
需要を減らし、(2)コンパクトなパッケージを実現
し、(3)光源から熱を得ることによって熱管理を容易
にする。よって、カラー液晶ディスプレイ用のバックラ
イト・システムは非常に効果的である。従来のシステム
に比べて、少なくとも50%の電力が節約できる。非画
像光学要素は、光源から放出される光を効率的に捕ら
え、かつ日中操作用に液晶ディスプレイに向けて、かつ
夜間用には光導波管に向けてこの光を平行にする能力を
有している。このバックライト・アセンブリは、典型的
に厚さが約2分の1インチの非常に平らなプロフィルに
パッケージすることもできる。
【0008】他の目的および効果は、本発明のより完全
な理解と共に、例示的実施態様についての以下の説明お
よびこれについての添付の図面において示される。
【0009】
【発明の実施の形態】図1ないし図3において、光学的
増強二重液晶ディスプレイ・バックライト・システム1
0は、中心に置かれた昼光照明部12と、昼光照明部1
2の両端に置かれた一対の夜光照明部14とを含む。こ
れらの部分12および14は、基部16によって支持さ
れ、かつ導波管18によって覆われている。導波管は、
反対方向に傾斜した部分によってその両端20で終わ
り、外観が台形となっている。NVIS照明部14は、
光学バリヤ22によって昼光照明部12と光学的に分離
されており、両者間の光伝送を防いでいる。このこと
は、すべての夜光照明が確実にNVISフィルタ54を
介して伝送されるようにするために必要である。リフレ
クター24は、夜光照明部14の外側面に配される。昼
光照明部12は、複数の内側に連接して配された光学セ
ル26を備え、夜光照明部14はそれぞれ側部セル28
を含む。
【0010】図3および図4で最もよく示されるとお
り、昼光照明部12の各内側セル26は、全内反射(T
IR)レンズ30と、リフレクター・セグメント32
と、蛍光管34とを含む。全内反射(TIR)レンズ3
0は、適切な光伝導接着素材37で接合された数個の連
接して配されたレンズを備えるものとして図示されてい
るが、これらは一体化して形成してもよい。その選択は
費用についての選択である。使用される蛍光管の数は、
LCDの全体サイズに左右される。
【0011】各内側セル全内反射レンズ30は、蛍光管
34から平行出力光42へと入力光を送るためのファセ
ット36aおよび36bを有している。ファセット36
aおよび36bは、蛍光管34からの反射したかつ直接
の光(それぞれが図4の符号38および40で指定され
ている)を中継して平行光42へと変換させるように構
成されている。平行光は導波管18へと向けられ、その
後液晶装置へと伝えられる。典型的な全内反射レンズは
均等に光を伝えないため、レンズの縁部よりもむしろ中
心部に光を集める。よって、レンズの縁部よりも中心部
のほうが光が明るくなる傾向がある。内側セル・リフレ
クター32は、以下に説明するとおりに、この収差を補
正するようになっている。
【0012】リフレクター・セグメント32は、凹面形
状をした一対の全内反射レンズ面44を備え、これらは
その中心の直立部46によって接続されている。蛍光管
34またはその他の直線形状の光源は、各中心支持体4
6とその両端で一対の受け台48(図1および図2参
照)(図中では一方のみが示されている)によっていず
れかの都合のよい態様で支持されている。中心支持体4
6の上の管34の長手方向に沿った管34の支持は、ゲ
ルなどの適切な手段で増強されてもよく、これによって
例えば衝撃および振動などから生じる損害に対して蛍光
管を保護する。レンズ32のリフレクター面44は、T
IRレンズ30の外部分(符号50で指定されている)
に大部分の光を集めるように曲がっており、これによっ
て全内反射レンズにおける非直線性を補うものである。
【0013】導波管18は、昼光照明部12の上に置か
れた明るさ強化フィルム52と、夜光照明部14の上に
それぞれ置かれた一対のNVIS光学フィルター54と
を含む。ディフューザ・プレート56は、導波管18の
上面に接着されている。
【0014】各夜光照明部14は、部分全内反射レンズ
30aとリフレクター・セグメント32aとを含む。リ
フレクター・セグメントは直立部46aを有し、この上
に蛍光管34aが支持されている。区分されていること
のほかに、全内反射レンズ30aとリフレクター・セグ
メント32aはそれぞれ、まさに昼光照明部12の全内
反射レンズ30とリフレクター・セグメント32のよう
に構成され、かつ作動する。
【0015】動作中においては、蛍光管34および34
aからの下向きの光線38は、所定のプロフィルで上向
きに反射される。直接光線40および反射光線38は、
全内反射(TIR)レンズ30および30aのファセッ
トに当たる。全LCD作用面積を覆う中間の蛍光管34
は、昼光の適用に使用される。垂直リフレクター24
は、損失を最小化するのに役立つ。夜間の動作にはかな
り低レベルの照明が必要となるため、光伝達における効
率の低下は重要ではない。これらからの光線は導波管1
8とそのディフューザ・プレート56へと送り込まれ
て、散乱光によってLCDを照らす。暗視システム・イ
メージング(NVIS)の適用においては、光学フィル
タ54がライトパスに置かれて、赤外線を取り除いてシ
ステム要件を満たす。
【0016】均一照明は、日中の動作と夜間の動作とで
は異なった態様で達成される。TIRレンズ30および
30aはそれ自体、光源から上180°の円弧内に放た
れた光を非常に効率的に平行にするものであり、強度は
光源の真上で最も高くなる。図4に示されるリフレクタ
ー32および32aの主な目的は、下180°(lower
180°)に放たれた光線をTIRレンズ30および30
aに向け直して、蛍光管が生成する光のほぼすべてがL
CDを照らすために使用されるようにすることである。
これらの光線のすべてが平行化されるわけではない。直
接ファセット36aに当たる直接光線40とは対照的
に、いくつかの光線(光線38)がTIRレンズの反対
ファセット36bに入るからである。このことは光線を
分散させる際に有用である。リフレクター32および3
2aの第二の目的は、上述のとおり、TIRレンズ30
の非直線性を可能な限り補うような反射プロフィルを形
作ることである。そしてディフューザ52は、LCDの
視覚プロフィルと適合する分散角を有する均一にバック
ライトされた面を生成するという最終工程を行う。
【0017】本発明はその特定の実施態様について説明
されてきたが、発明の精神および発明の範囲から逸する
ことなく、本発明に多様な変更および修正が加えられ得
ることが認識されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適実施態様の斜視図である。
【図2】内部を露出するためにそのカバーの一部を取り
除いた状態の、図1に記載される実施態様の平面図であ
る。
【図3】図2において示される実施態様の線3−3につ
いて切断された拡大図である。
【図4】選ばれた光線がどのようにして光源から直接に
または反射して平行パターンへと送られるのかを図示し
た、図3に示される昼光照明域(夜光照明域についても
同様)の一区画のさらなる拡大図である。
【符号の説明】
10 光学的増強二重液晶ディスプレイ・バックライト
・システム 12 昼光照明部 14 夜光照明部 16 基部 18 導波管 24 リフレクター 26 内側光学セル 28 側部セル 30 全内反射レンズ 32 リフレクター・セグメント 34 蛍光管 36 ファセット 37 光伝導接着素材 38 光線 40 光線 42 平行光 44 全内反射レンズ面 46 中心支持体 48 受け台 54 NVIS光学フィルタ 52 ディフューザ 56 ディフューザ・プレート

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶装置のディスプレイ用の光学的増強
    二重ディスプレイ・バックライト装置(10)であっ
    て、 一対の側部セルによって縁取られるとともに内側に連接
    して配された複数の光学セル(26)を含む昼光照明部
    (12)であって、該内側セル(26)のそれぞれが、
    リフレクター(32)と全内反射レンズ(30)と蛍光
    管(34)とを含んでおり、該内側セル・リフレクター
    (32)は一対の反射凹面部(44)を有し、該反射凹
    面部(44)は、該蛍光管から該全内反射レンズ(3
    0)へと光を放つ前記蛍光管を支持する中心支持体(4
    6)で接続されており、各前記凹面部は、前記全内反射
    レンズにおける非直線性を補うような反射プロフィルを
    形作るように構成されており、前記内側セル全内反射レ
    ンズ(30)のそれぞれが、前記内側セル蛍光管(3
    4)からの反射したかつ直接の光を平行光として液晶装
    置に中継するように構成されているファセット(36
    a、36b)を有する、昼光照明部(12)と、 前記内側セルに対してそれぞれ配されている一対の不透
    明光学バリヤ(22)と、 該外側バリヤに隣接して配された第一側部と、側リフレ
    クター(24)を備えた第二側部とをそれぞれ有する一
    対の外側光学セルを含む夜光照明部(14)であって、
    該外側セルのそれぞれが、リフレクター部(32a)
    と、全内反射レンズ部(30a)と、蛍光管(34a)
    とを含み、該外側セル・リフレクター(24)のそれぞ
    れが、第一および第二反射凹面部(44a)を有し、該
    反射凹面部(44a)は、該外側セル蛍光管(34a)
    から該全内反射レンズ(30a)へと光を放つ前記外側
    セル蛍光管(34a)を支持する中心支持体(46a)
    で接続されており、各前記凹面部は、前記全内反射レン
    ズにおける非直線性を補うような反射プロフィルを形作
    るように構成されており、前記外側セル全内反射レンズ
    (30a)はそれぞれ、前記外側セル蛍光管からの反射
    したかつ直接の光を平行光として液晶装置へと中継する
    ように構成されているファセットを有する、夜光照明部
    (14)と、 液晶装置に対して配置可能であり、かつ前記昼光照明部
    (12)の上に配された照度増強フィルム(52)と、
    前記夜光照明部(14)の上にそれぞれ配された一対の
    NVIS光学フィルタ(54)とを含む導波管(18)
    であって、前記ディフューザ・プレート(56)が該導
    波管(18)の上部に接触している、導波管(18)と
    を備える光学的に増強された二重ディスプレイ・バック
    ライト装置。
  2. 【請求項2】 昼光照明部と、夜光照明部と、該昼光照
    明部と該夜光照明部とを光学的に分離する光学バリヤ手
    段とを備える光学的に増強された二重ディスプレイ・バ
    ックライト装置。
  3. 【請求項3】 前記昼光照明部は、複数の内側に連接し
    て配された光学セルを含み、該光学セルのそれぞれに
    は、リフレクター手段と、全内反射レンズと、光源とが
    備えられており、 各前記内側セル・リフレクター手段は、該光源からの光
    を該全内反射レンズへと向けるように、前記光源に対し
    て配されており、 各前記内側セル全内反射レンズは、前記内側セル光源か
    らの反射した直接の光を平行光として中継するように構
    成された、請求項2記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記夜光照明部は、リフレクター手段と
    全内反射レンズと光源とを含むとともに前記バリヤ手段
    に隣接して配された少なくとも一つの外側光学セルを備
    え、該外側セル・リフレクター手段は、該外側セル光源
    から該全内反射レンズに光を向けるように前記外側セル
    光源に対して配されており、 前記外側全内反射レンズは、前記外側セル光源からの反
    射した直接の光を平行光として中継するように構成され
    た、請求項3記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記内側および外側セル・リフレクター
    手段のそれぞれは、そのそれぞれの全内反射レンズの非
    直線性を補うように、その反射プロフィルを形作るよう
    に構成されている請求項4記載の装置。
  6. 【請求項6】 前記内側および外側セル反射レンズは、
    光の平行化を可能にするファセットを有する請求項5記
    載の装置。
  7. 【請求項7】 前記光学バリヤ手段は、前記内側セルの
    うち最も外側の内側セルに対してそれぞれ配されている
    一対の不透明光学バリヤを備える請求項6記載の装置。
  8. 【請求項8】 前記夜光照明部は、リフレクター手段と
    全内反射レンズと光源とを含むとともに前記バリヤ手段
    に隣接して配された少なくとも一つの外側光学セルを備
    え、該外側セル・リフレクター手段は、該外側セル光源
    から該全内反射レンズに光を向けるように前記外側セル
    光源に対して配されており、また前記外側セル全内反射
    レンズは、前記外側セル光源からの反射した直接の光を
    平行光として中継するように構成された、請求項2記載
    の装置。
  9. 【請求項9】 前記昼光照明部は、内側に連接して配さ
    れた複数の光学セルを含み、該光学セルのそれぞれに
    は、リフレクター手段と、全内反射レンズと、光源とが
    備えられており、さらに各前記内側セル・リフレクター
    手段は、該光源からの光を該全内反射レンズへ向けるよ
    うに、前記光源に対して配されており、 各前記内側セル全内反射レンズは、前記内側セル光源か
    らの反射した直接の光を平行光として中継するように構
    成された請求項8記載の装置。
  10. 【請求項10】 前記昼光照明部は、内側に連接して配
    された複数の光学セルを含み、該内側セルのそれぞれに
    は、リフレクター手段と、全内反射レンズと、光源とが
    備えられた請求項2記載の装置。
  11. 【請求項11】 前記夜光照明部は、リフレクターと全
    内反射レンズと光源とを含むとともに前記バリヤ手段に
    隣接して配された、少なくとも一つの外側光学セルを備
    える請求項10記載の装置。
  12. 【請求項12】 前記内側セル・リフレクター手段のそ
    れぞれは、前記内側セル光源から前記全内反射レンズへ
    光を向けるように、前記内側セル光源に対して配されて
    いるリフレクターを有し、前記内側セル全内反射レンズ
    のそれぞれは、前記内側セル光源からの反射したかつ直
    接の光を平行光として中継するように構成されており、 前記外側セル・リフレクター手段のそれぞれは、前記外
    側セル光源から前記全内反射レンズへ光を向けるよう
    に、前記外側セル光源に対して配されているリフレクタ
    ーを有し、前記外側セル全内反射レンズのそれぞれは、
    前記外側セル光源からの反射した直接の光を平行光とし
    て中継するように構成されている請求項11記載の装
    置。
  13. 【請求項13】 各前記内側および外側セル・リフレク
    ター手段は、そのそれぞれの全内反射レンズの非直線性
    を補うように、その反射プロフィルを形作るように構成
    されている請求項12記載の装置。
  14. 【請求項14】 前記内側および外側セル反射レンズの
    それぞれは、光の平行化を可能にするファセットを有す
    る請求項5記載の装置。
  15. 【請求項15】 前記夜光照明部は、リフレクター手段
    と全内反射レンズと光源とを含むとともに前記バリヤ手
    段に隣接して配された少なくとも一つの外側光学セルを
    含む請求項2記載の装置。
  16. 【請求項16】 前記昼光照明部は、複数の内側に連接
    して配された光学セルを含み、該内側セルのそれぞれに
    は、リフレクター手段と、全内反射レンズと、光源とが
    備えられている請求項15記載の装置。
  17. 【請求項17】 前記内側セル・リフレクター手段のそ
    れぞれは、前記内側セル光源から前記全内反射レンズへ
    光を向けるように、前記内側セル光源に対して配されて
    いるリフレクターを有し、前記内側セル全内反射レンズ
    のそれぞれは、前記内側セル光源からの反射した直接の
    光を平行光として中継するように構成されており、 前記外側セル・リフレクター手段のそれぞれは、前記外
    側セル光源から前記全内反射レンズへ光を向けるよう
    に、前記外側セル光源に対して配されているリフレクタ
    ーを有し、前記外側セル全内反射レンズのそれぞれは、
    前記外側セル光源からの反射した直接の光を平行光とし
    て中継するように構成されている請求項16記載の装
    置。
  18. 【請求項18】 各前記内側および外側セル・リフレク
    ター手段は、そのそれぞれの全内反射レンズの非直線性
    を補うように、その反射プロフィルを形作るように構成
    されている請求項17記載の装置。
  19. 【請求項19】 前記内側および外側セル反射レンズの
    それぞれは、光の平行化を可能にするファセットを有す
    る請求項18記載の装置。
  20. 【請求項20】 前記バリヤ手段が、前記内側セルのう
    ちの最も外側の内側セルに隣接して配される一対の光学
    バリヤを備え、前記夜光部が、前記光学バリヤによって
    それぞれ分離される一対の夜光照明部を備え、 前記昼光照明部の上に配された照度増強フィルムと、前
    記夜光照明部の上にそれぞれ配された一対のNVIS光
    学フィルタと、液晶装置と、該液晶装置に対して配置可
    能な導波管と、該導波管の上部に接触するディフューザ
    ・プレートとをさらに備える液晶装置のディスプレイ用
    の請求項19記載の装置。
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