JP2005539266A - スキャニング・バックライトを有する表示装置 - Google Patents
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Abstract
表示装置は、画像を表示するために所定のレートで反復的に走査される画像生成画面(46)と、前記画面を照射するバックライトとを有する。前記バックライトは、全内部反射により光を拘束するように構成されたライトガイド(10)を含み、前記ライトガイドは、出力面(22)を持ち、前記出力面の様々な位置から光が走査構成(44)を使用して選択的に結合されることができる。前記走査構成は、前記画面の反復的な走査と同期して前記画面の選択された領域を順番に及び繰り返し照射する。
Description
本発明は、表示画面と、前記表示画面を照射するバックライトとを含む表示装置に関する。これは、動画を表示するために走査され、テレビ及びコンピュータモニタ等に組み込まれることができる種類の液晶ディスプレイ(LCD)に対して特別だが排他的ではない関連性を持つ。
このようなLCDの既知の問題は、LCD切り替えプロセスの双安定性のために各画素が各画面リフレッシュ周期を通して“オン”又は“オフ”状態に凍結されたままであるという事実により生じるブラーリング(blurring)の結果として、動画がモーションアーチファクトを示す傾向にあることである。陰極線管(CRT)ディスプレイの場合には、CRTの電子ビームによる励起後のCRTの蛍光層の蛍光に関連した自然な減衰特性のため、各画素は15乃至20msの各画面リフレッシュ周期の非常に小さな部分のみに光を発するので、この問題は生じない。
各画素が各リフレッシュ周期の小さな部分(約10%)の間のみ照射され、従って視覚的にアクティブであることを保証することによりLCD画像の鮮明化が試みられる。従ってスキャニング・バックライトが使用され、この光源のアレイ中の光源は、画像走査と同期してオン及びオフに素早く繰り返し切り替えられ、従って画面のリフレッシュ周期と同調したLCD画面の直接照らされて走査される照明を生じる。素早い切り替え及び周期動作要件に対処するために専門の光源が必要とされるので、この解決法は実施するのに高価である。更に、異なる個別の光源がLCD画面の個別の領域を照射するので、個別の光源の出力のばらつきは、画面上の光強度の不所望なばらつきとして表れる。
本発明は、製造するのに経済的であり、更にLCD画面の異なる領域の対応する光源による直接のバックライティングを伴わないスキャニング・バックライトを提供することにより前述の困難及び欠点に対処することを目的とする。
本発明によると、画像を表示するために所定のレートで反復的に走査される画像生成画面、及び前記画面を照射するバックライトを有する表示装置が備えられ、前記バックライトは、
−少なくとも1つの光源と、
−全内部反射により前記少なくとも1つの光源から得られた光を拘束するように構成され、出力面を持つライトガイドであって、前記出力面の様々な位置から光が選択的に結合されることができる当該ライトガイドと、
−前記画面の反復走査と同期して前記画面の選択された領域を順番に且つ繰り返し照射するために前記ライトガイドの前記出力面上の前記様々な位置から光を選択的に結合するように構成された走査手段と、
を有する。
−少なくとも1つの光源と、
−全内部反射により前記少なくとも1つの光源から得られた光を拘束するように構成され、出力面を持つライトガイドであって、前記出力面の様々な位置から光が選択的に結合されることができる当該ライトガイドと、
−前記画面の反復走査と同期して前記画面の選択された領域を順番に且つ繰り返し照射するために前記ライトガイドの前記出力面上の前記様々な位置から光を選択的に結合するように構成された走査手段と、
を有する。
従って本発明は、前記少なくとも1つの光源の対応する切り替えの必要無しに前記ライトガイドの出力面の選択された位置から光を順番に発する能力を提供する。更に、前記位置のそれぞれから発せられる光は、汎用光源(前記ライトガイドにおけるTIR(全内部反射)による伝播のために光が得られる前記少なくとも1つの光源)から得られ、各前記位置における同一環境下で前記ライトガイドから前記光が結合されるので、前記光は実質的に一様である。
好ましくは、前記画面はLCD画面を有するが、他の形式のディスプレイも本発明の特徴から利益を得ることができる。
1つの好適な実施例において、前記ライトガイドの前記出力面と並列し、各前記位置において前記面と局所的に接触させられることができるポリマ光散乱箔のような可とう性部材を用いて前記選択された位置において前記ライトガイドから前記光が選択的に結合され、これにより前記ライトガイドにおける前記光のTIRによる伝播を局所的に***させ、前記選択された位置から光放射を生じる。好ましくは、前記ライトガイドの前記出力面に対する前記箔の運動は、適切に配置された透明な電気接点に印加される適切な動的電圧波形の影響下で静電的に生じる。こうして作成された出力結合構成(outcoupling arrangement)は、ビューイング画面とバックライトとの間に配置された可動箔が動的な電圧波形の印加により、(表示されるべきピクチャコンテンツに依存して)光が前記ディスプレイから発せられるべき位置において前記バックライトの前記出力面と局所的に接触させられる従来技術のディスプレイ構成とおおむね同様である。可動箔及びこれに対する照明構成を使用する装置の例は、国際特許出願明細書WO-A-9928890、WO-A-0038163、WO-A-0050949、及びWO-A-0163588において見つけられることができる。前述の明細書において、前記可動箔は表示されるべき光出力を直接提供するために使用され、LCD画面のような主要なディスプレイに対するバックライトとしては使用されない。このような従来技術の構成において、前記箔と前記バックライト表面との間の局所的な接点は、出力画像における明るい画素を表す。
他の好適な実施例において、前記光は、前記ライトガイドに組み込まれ、前記ライトガイドの前記出力面に平行に配置された液晶ゲル又はポリマ分散液晶の薄層を用いて、前記選択された位置から選択的に結合されることができる。
一実施例において、電極が対向面上に配置され、前記装置は、実質的に透明な非散乱状態と散乱状態との間で前記走査手段を選択的に切り替えるために動的な波形を前記電極に供給するように構成される。更に他の実施例において、前記走査手段は1つの面上に互いに噛み合って配置された電極を有し、前記装置は、実質的に透明な状態と散乱状態との間で前記走査手段を選択的に切り替える電界を形成する動的な波形を前記電極に供給するように構成される。
好ましくは、前記ライトガイドは更に前記光を受けるように配置された入力面を有し、前記入力面は、前記入力面の横に延在する対応する側壁を持ち、前記入力面から直立した複数の相隔たる入力結合素子(incoupling element)を含む。更に好ましくは、前記バックライトは更に前記入力結合素子間の空間に配置された反射手段を含む。前記反射手段は好ましくは、前記ライトガイド内の前記光のTIRを促進するような角度で前記入力結合素子の側壁のみを通して光を前記ライトガイド内に反射するように構成される。
本発明が明らかに理解され、容易に実行に移されるために、本発明の特定の実施例は、例としてのみ、添付図面を参照して記述されることになる。
ここで図1を参照すると、ライトガイド10と、ライトボックス34と、フラットパネル表示画面46に対して走査的に光を供給するバックライト走査素子44とを有するバックライトを含むディスプレイが示される。表示画面46、好ましくはLCD画面は電極のマトリクスを含み、これにより画素サイズの領域における透過された光強度は、受信された画像信号に従って画像走査回路(図示されていない)を用いて画像フレームを生成するために変調される。表示画面46は単色又はカラータイプの透過型表示画面からなることができる。前記バックライトの走査は、画像信号源から得られた走査信号を受信し、バックライト走査タイミング信号を出力する同期回路(図示されていない)を使用して前記表示画面の走査と同期される。
光は、矢印付きの線12及び14により概略的に示されるように、TIRによりライトガイド10内を伝播することを目的とする。ライトガイド10は本実施例においては、構造において薄く面のようになっており、ガラス又はプラスチック材料のような固体の透明な材料から形成される。ライトガイド10は、比較的小さな寸法の縁16及び18を持ち、上面20及び下面22それぞれは、図面において見られるように、一般には長方形であり、表示領域に相応の比較的大きな寸法である。
ライトガイド10の下面22は、図面に見られるように、実質的に平面的であり、本例においては前記ライトガイドの前記出力面を構成する。
上面20は、図面に見られるように、光入力面を構成し、相隔たる直立した入力結合素子24の1次元アレイを含む。本例において、各入力結合素子24は、面20の一部として形成され、面20を横切って横に配置された実質的に長方形の断面の細長いリッジからなる。素子24はそれぞれ側壁26と外面28とを持ち、前記側壁は、本実施例においては、直立しており、ライトガイド10の入力面20に実質的に直交するが、これは必ずしも必要とされるわけではない。
入力結合素子24間の空間において、光がライトガイド10においてTIRを促進しない角度で前記空間内の前記入力面を通って前記ライトガイドに入ることを妨げる反射素子30が設けられる。本例における反射素子30は、1つの入力結合素子24の側壁26のベースから隣接する入力結合素子24の側壁26のベースまで効果的に延在し、反転したV字形に形成された層状部材(laminar members)を有する。反射素子30は、ライトガイド10においてTIRにより伝播する光の不所望な出力結合を減少するために反射素子30とライトガイド10の入力面20との間に光学的な結合が実質的に存在しないように構成される。
管状蛍光灯32のような光源のアレイは、ライトボックス34内に配置され、ライトガイド10の入力面20に密接に結合される。
入力結合素子24は、様々な異なる形式で構成されることができ、長方形プロファイルの細長いリッジの1次元アレイとして形成される代わりに、例えば立方体又は円筒のような直立した柱のような(post-like)素子の2次元アレイとして代替的に形成されることができる。しかしながら、いずれにしても側壁26は、ライトボックス34からライトガイド10内への及び逆向きの光の唯一のアクセスを提供するように構成される。前記入力結合素子の端壁28は、まず黒い層36のような光吸収コーティング層が設けられ、この上に、好ましくは白い拡散反射コーティングである反射コーティング38が設けられる。外面28に当たるライトガイド10内から入射する迷光は、外面28からの後方反射により続くことが可能にされる場合にTIRの対象にならず、従って端壁22から不所望な迷光として表れる可能性があるので、コーティング36の目的はこのような迷光を吸収することである。反射コーティング38は、ライトボックス34から入射する光が前記ライトガイド内でTIRを促進しない角度で前記ライトガイドに入ることを妨げ、このような入射光をライトボックス34に戻るように向きを変える。
同様に、反射素子30には、前記蛍光灯の方を向いている面上に反射コーティング、好ましくは白い拡散反射コーティングが設けられ、ライトガイド10の方を向いている面上に黒い吸収コーティングが設けられる。更に、前記反射素子と前記ライトガイドとの間の光学的な結合の範囲、従ってTIR条件下で前記ライトガイド内を伝播する有用な光の出力結合を減少するために前記反射素子と前記ライトガイドとの間の領域40に空気が配置される。
ライトボックス34は、このシステム内に拘束され、従って前記システムにより使用可能である前記蛍光灯からの光の量を最大化するために、内面42において白い拡散反射材料でコーティングされる。
管状蛍光灯32のアレイの代わりに、又はこれに加えて、LEDのような他の光源がライトボックス34内で採用されることができる。
管状蛍光灯が使用される場合、これらの軸は好ましくは、面20と、入力結合素子24が形状において細長い場合には入力結合素子24の長軸とに平行する。採用される光源の数と、設けられた入力結合素子の数又は前記ライトガイドの寸法の何れかとの間に直接の相関は存在せず、全体として前記システムの動作要件に適応するように、様々な値及び寸法が構成されることができる。
反射素子30は、図面に示されるように傾いた反射面を備える必要は無く、使用目的が光を入力結合部材24の側壁26を通してライトガイド10に方向転換することであること、及び反射素子30と前記ライトガイドの入力面20との間に光学的な結合が実質的に存在するべきでないという要件に配慮して、便利且つ実際的な如何なる形式をもとることができる。前記側壁は好ましくは実質的に入力面20に直交するが、前述のように、これは必須ではなく、前記側壁は他の向きに配置されることができる。
以下の図面において、上述の一般的な形式のバックライトが、概略的に及び二重ブロック50として幾らか単純化された形式で図示され、前記ライトガイドの出力面は52で表される。説明の目的のために表示画面46が省略されるが、存在すると理解されるべきである。
ここで一例として記載されるべき本発明の実施例に関して、それぞれの場合に、前記スキャニング・バックライトが、出力面52上の対応するバックライティング領域からの光を前記ディスプレイの対応する画素との1対1関係で結合することを目的としないと理解されたい。むしろ、目的は、前記出力面上の前記バックライティング領域のそれぞれが、例えば正方形又はストリップ状の形(strip-like formation)に配置された複数の画素に及ぶことである。
ここで図2を参照すると、本発明の第1実施例は、上述のように出力面52を持つバックライト50と、出力面52上の様々な位置からの選択的な光の放射を可能にする走査機構54とを有する。
本例において、走査機構54は、散乱粒子を含むポリマ箔56を有し、ポリマ箔56は、バックライト50の出力面52上の様々な位置と選択的に接触させられ、これらの位置において前記ライトガイドからの光を結合し、58に示されるように実質的に等方的に出力結合された前記光を前記表示画面(図示されていない)に向けて散乱することができる。
図2の実施例において、透明な行電極60が出力面52上に設けられ、透明な列電極62が透明な支持板部材64の内面に設けられ、コモン電極(図示されていない)は箔56の前記列電極に対面する側に設けられる。
前記箔は、出力面52と並列関係で66のようなスペーサにより支持され、一般にこの構成は、箔ディスプレイに対して開発された製造手順に従って、及び例えば前述の国際特許出願に記述されるように作成されることができる。
バックライト50の出力面52に向けて箔56を選択的に曲げることは、様々な電極に対する動的な電圧波形の印加を用いて制御され、箔56を選択的に異なる位置において出力面52に順番に接触させることにより散乱光58を用いる前記LCD画面の一部の走査照射を達成し、これにより実質的に長方形のバックライティング領域に対応するそれぞれの位置を横切る前記箔と前記ライトガイドとの間の走査接点を確立し、前記バックライティング領域のそれぞれは、前記LCD画面の全面積の2%と20%との間、好ましくは約10%を占める。
図3に示される本発明の実施例は、列電極が支持板64上に設けられないことを除いて図2のものと同様であり、これにより箔56を持つ走査接点に応答して光放射が生じる出力面52上のバックライティング領域は、長方形領域ではなく、対応するストリップ(strips)を有する。しかしながら、各ストリップは、前記LCD画面の2%と20%との間、好ましくは約10%を照射し、散乱光58は前記LCD画面に向かう向きを持つ。
電極60は、TIRの不所望な妨害を避けるために実質的に光学的に滑らかな面を持つべきであると理解されたい。
図4に示される本発明の実施例において、液晶ゲルの層70は、バックライト50の出力面52上に設けられる。
行電極72及びコモン電極74は、層70の対面する側に配置され、これらの電極は、それぞれ出力面52及び透明板部材78の内面76に設けられ、後者は出力面52と並列され、スペーサ80を用いて出力面52から分離される。
層70の液晶ゲルは、通常は非散乱型であり、従ってバックライト50の前記ライトガイド内をTIR条件下で伝播する光を妨害しない。実際に、層70及び板部材78は、屈折率が適切に選択されるという条件で前記ライトガイドの構成部分と見なされることができる。
透明な電極72及び74は、好ましくはインジウムスズ酸化物(ITO)から形成され、有利にはNissan Chemical Polyimide SE7511Lのようなポリイミド配向層でコーティングされることができる。層70を形成する液晶ゲル材料は、本例においては重量比92.00:7.95:0.05のネマティック液晶と液晶ジアクリレートモノマと光重合開始剤との混合物から調製され、このネマティック液晶混合物は、負の誘電異方性を示すように選択される。この後者の特徴は、前記液晶が、分子の配向(棒状の液晶分子の分子長軸の平均の方向)と共に切り替わることを保証する。
電界オフ状態において、前記ポリイミド配向層は、前記液晶混合物の前述の長軸を、一般にはゲル層70の薄い寸法を横切って、一列に配向される。この条件において、前記液晶モノマは、紫外光の制御された照射により重合される。形成された高分子網目(polymer network)は、無反応ネマティック液晶で満たされたセルと、分子長軸が前記ネマティック液晶の配向に平行になるように配向された密に橋かけされたジアクリレートからなるセル壁とからなるオープン構造を持つ。相分離(phase
separated)高分子網目及び前記ネマティック液晶の屈折率は整合し、これは、電界オフ状態において、層70は透明であり、層70は、バックライト50内を伝播する光に実質的に影響を与えないことを意味する。
separated)高分子網目及び前記ネマティック液晶の屈折率は整合し、これは、電界オフ状態において、層70は透明であり、層70は、バックライト50内を伝播する光に実質的に影響を与えないことを意味する。
しかしながら、バックライト50の出力面52に対する選択された位置においてゲル層70の両側に配置された前記電極に電界が印加される場合、前記液晶材料は力線に垂直に配向する。前記高分子網目の存在のため、前記配向はランダムであり、前記選択された位置において前記光を散乱するマイクロメートルサイズの領域が形成される。この散乱は、58に示されるように、面52からの光を前記LCD画面(図示されていない)の全体的な方向に結合し、最終的に前記ディスプレイを見る人に対して結合するのに十分である。本実施例において、前記バックライティング領域は、1次元アレイ又はストリップの形式であり、各ストリップは前記LCD画面の2%と20%との間、好ましくは約10%を照射し、散乱光58は前記LCDに向かう向きを持つ。
更に他の実施例において、前記ライトガイドに組み込まれ、前記ライトガイドの前記出力面に平行に配置されたポリマ分散液晶(PDLC)の薄層を用いて、前記光は前記選択された位置から選択的に結合されることができる。PDLC層は、液晶に基づく電気光学的なスイッチの分野の当業者に既知であり、例えば、液晶と少なくとも1つのモノマとの混合物から形成される。前記モノマは、熱により又は形成されるポリマの相分離が散乱状態を生じさせる場合には化学線照射によりポリマに重合されることができる。電界によりアドレスされる場合、前記ポリマの屈折率は、透過光に対して前記液晶を透明にする前記液晶の屈折率と整合される。本実施例において、前記PDLC層の対向面に配置された電極は、前記様々な位置における光放射の必要に応じて、透明(非散乱)状態と散乱状態との間で前記層を選択的に切り替える動的な波形を供給される。この場合の前記屈折率の整合は、前記屈折率が前記ライトガイド内の前記層に作用する光に対して等しくなるようにされるべきである。これは、光がフィルムの面に垂直に透過する、ほとんどの現在のPDLC応用例と反対である。
更に他の代替散乱機構が、本発明の範囲から外れることなく本発明の目的の1つ以上を達成するために使用されることができると理解されたい。例えば、図4の実施例において、液晶内の高分子網目の形成がはるかに好ましいが、ポリマ分散液晶又はポリマ充填ネマティック(polymer filled nematics)が使用されることができる。また、他の電極構成が可能であることにも理解されたい。他の好適な実施例において、2つの電極は、フィルムを含む前記液晶に対して互いに向かい合って配置されるのではなく、同じ側に例えば互いに噛み合う様式で配置される。互いに隣り合う2つの電極に電圧が印加される場合、電界の面内の電界は、フィルムを含む前記液晶を非散乱状態から散乱状態に、又はその逆に切り替える。縦に配置された液晶ゲルの場合、正の誘電異方性を持つ液晶が使用されることができ、これは、1つの基板のみが電極を備える必要があるという事実と共に、特に費用効率が高い装置をもたらす。
更に、図1に示され、図1を参照して記述されたものとは異なるバックライト構成が使用されることができるが、前記表示画面に対する位置に関係なく実質的に一様な照射を供給することができるバックライトが使用されることが好ましく、ディスプレイの使用中に前記バックライトに組み込まれた光源、又は複数の光源が連続的に稼動されることができることも好ましい。
望みであれば、レンズ状の屈折スクリーン又は純粋に拡散スクリーンのような他の画面が、照射することを意図された前記画面と前記スキャニング・バックライトとの間に挿入されることができる。このようにして、照射される領域の縁は、焦点をぼかされ、又は強調されるのをやめることができ、これにより順番に照射される領域の鮮明に定められた縁に応じて不所望なアーチファクトが生成されるかもしれないというリスクを減少することができる。
本発明は、放送/ケーブルテレビ受信器、例えば医療、技術又は法廷で用いる目的に対する専門監視機器、及びパーソナルコンピュータのモニタのような表示装置を含む。
何れか1つの実施例に関連して記述された何れのフィーチャも、単独で又は他の記載されたフィーチャと組み合わせて使用されることができ、他の実施例の1つ若しくは複数のフィーチャ、又は他の実施例の組み合わせと組み合わせて使用されることもできると理解されるべきである。更に、上で記述されていない同等な実施例及び変更例も、添付の請求項において定められる本発明の範囲から外れることなく採用されることができる。
Claims (19)
- 画像を表示するために所定のレートで反復的に走査される画像生成画面と、前記画面を照射するバックライトとを有する表示装置において、前記バックライトが、
少なくとも1つの光源と、
全内部反射により前記少なくとも1つの光源から得られた光を拘束するように構成され、出力面を持つライトガイドであって、前記出力面の様々な位置から光が選択的に結合されることができる当該ライトガイドと、
前記画面の反復的な走査と同期して前記画面の選択された領域を順番に及び繰り返し照射するために前記ライトガイドの前記出力面上の前記様々な位置から選択的に光を結合するように構成された走査手段と、
を有する、表示装置。 - 前記少なくとも1つの光源の連続的な動作中に前記様々な位置から順番に光を結合するように構成された、請求項1に記載の表示装置。
- 前記画面が液晶表示画面を有する、請求項1又は2に記載の表示装置。
- 前記走査手段が、選択的に前記出力面と局所的に接触させられることができ、前記ライトガイドの前記出力面と並べられた可とう性部材を有する、請求項1ないし3の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記可とう性部材がポリマ光散乱箔を有する、請求項4に記載の表示装置。
- 前記走査手段が透明な電気接点を有し、前記可とう性部材が、前記接点に印加される動的な電圧波形の影響下で静電的に前記ライトガイドの前記出力面に対して移動されるように構成される、請求項4又は5に記載の表示装置。
- 前記走査手段が、前記ライトガイドの前記出力面に実質的に平行に配置された液晶ゲルの薄層を有する、請求項1ないし3の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記液晶ゲルが、ネマティック液晶、液晶ジアクリレートモノマ、及び光重合開始剤の混合物から調製される、請求項7に記載の表示装置。
- 前記ネマティック液晶混合物が負の誘電異方性を示す、請求項8に記載の表示装置。
- 前記走査手段が、前記ライトガイドの前記出力面に実質的に平行に配置されたポリマ分散液晶の薄層を有する、請求項1ないし3の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記走査手段が、対向面に配置された電極を有し、前記装置が、実質的に透明な非散乱状態と散乱状態との間で前記走査手段を選択的に切り替える動的な波形を前記電極に供給するように構成される、請求項7ないし10の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記走査手段が、1つの面上に互いに噛み合って配置された電極を有し、前記装置が、実質的に透明な状態と散乱状態との間で前記走査手段を選択的に切り替える電界を形成する動的な波形を前記電極に供給するように構成される、請求項7ないし10の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記様々な位置のそれぞれが、異なる細長いバックライティング領域の一部を形成し、前記バックライティング領域が1次元アレイに配置される、請求項1ないし12の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記様々な位置のそれぞれが、異なる実質的に長方形のバックライティング領域の一部を形成し、前記バックライティング領域が2次元アレイに配置される、請求項1ないし12の何れか一項に記載の表示装置。
- 各前記バックライティング領域が、前記画面の全面積の20%以下に対応する、請求項13又は14に記載の表示装置。
- 各前記バックライティング領域が、前記画面の全面積の2%以上に対応する、請求項13、14又は15に記載の表示装置。
- 各前記バックライティング領域が、サイズにおいて前記画面上の複数の画素に対応する、請求項13ないし16の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記ライトガイドが更に、前記光を受けるように配置された入力面を有し、前記入力面が、前記入力面の横に延在する対応する側壁を有する複数の相隔たる入力結合素子を含む、請求項1ないし17の何れか一項に記載の表示装置。
- 前記バックライトが更に、前記入力結合素子間の空間に配置された反射素子を有する、請求項18に記載の表示装置。
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