JP2007504626A - 照明系及び表示デバイス - Google Patents

Abstract

光放出窓（２）、その光放出窓に対して実質的に平行に且つ反対に配置された反射体（８）、を含む表示デバイス（３）を表示するための照明系であって、その照明系は、高さｈを有する。その照明系には、直径ｄを備えた且つピッチｐで配置された複数の細長い光源（６，６’，６’’，…）が提供される。各々の光源には、その反射体の方向において、その光源によって放出された光の一部を反射させるための反射層（７，７’，７’’，…）が提供される。その反射層は、その光源と間隔を空けた関係で細長い凹の反射面を形成すると共に覆いの角度φにわたってその光源を覆うが、その覆いの角度φは、その範囲にある。ここで、ｄ１は、その光源の中心とその反射体との間の距離である。その照明系は、その光放出窓で高度に均一な光の分布を有する。

Description

本発明は、表示デバイスを照明するための照明系に関する。

本発明は、さらに、前記の照明系を含む表示デバイスに関する。

このような照明系は、いわゆる“ダイレクト−リット（direct-lit）”バックライト又は“ダイレクト−アンダー（direct-under）”タイプのバックライト照明系と称される。それら照明系は、とりわけ、例えばテレビジョン受像機及びモニター用の、（画像）表示デバイスの背面照射として、使用される。このような照明系を、（ポータブル）コンピューター又は（コードレス）電話において使用される、ＬＣＤパネルともまた称される、液晶表示デバイスのような、非発光性のディスプレイ用のバックライトとして、特に適切に使用することができる。その照明系は、テレビジョン用の大画面のＬＣＤ表示デバイスにおける用途及び専門の用途に特に適切なものである。

前記の表示デバイスは、一般に、規則的なパターンのピクセルが提供された基板を含み、それらピクセルは、各々、少なくとも一つの電極によって駆動される。その（画像）表示デバイスの（表示）画面の関連性のある領域において画像又はデータグラフィック表現を再生するために、その表示デバイスは、制御回路を用いる。特に、ＬＣＤデバイスにおいては、様々なタイプの液晶の効果を適用する一方で、そのバックライトを起源とする光が、スイッチ又は変調器によって、変調される。加えて、そのディスプレイは、電気泳動効果又は電気機械的効果に基づくものであってもよい。

冒頭の段落で述べた照明系においては、慣例上、管状の低圧水銀放電ランプ、例えば、一つ以上の冷陰極蛍光ランプ、熱陰極蛍光ランプが、その光源として使用される。加えて、外部電極を備えた蛍光ランプ又は発光ダイオード（ＬＥＤ）を、その照明系における光源として用いてもよい。

それの最も単純な形態では、表示デバイス用のバックライトは、長方形の箱の中に多くの蛍光灯を含む。その箱の内側では、それら壁が、高度に反射性の（白色の）コーティングで覆われる（好ましくは、その反射は、９７％よりも高いものである）。その光放出窓は、拡散体であるか又は拡散体で覆われ、その拡散体を通じて、光は、その箱から漏れ出る。相対的に高いランプの密度（ｃｍ当たりのランプの数）の場合には、その光の出力の均一性は、通常、十分なものである。しかしながら、そのランプの密度が、減少するとき、そのバックライトの均一性もまた、減少する。このような場合には、そのランプの管が、その光放出窓を通じて容易に“目に見える”ものである。

特許文献１は、“ダイレクト−アンダー”タイプのバックライトモジュールに用いるランプ反射装置を開示する。そのバックライトモジュールは、複数のランプ、それらランプよりも上に配置された拡散板、及び、それらランプより下に配置された反射板を含む。そのランプとその拡散板との間に提供されたそのランプ反射装置は、底部の反射板へそれらランプから放出された光を反射するのに用いる反射層を含む。それらランプの真上におけるその拡散板へ直接放出された光から結果として生じる光の不均一性は、減少させられる。知られた照明系の不都合は、その発光パネルにおける光の分布が、特にその光源の付近で、十分に均一なものではないということである。結果として、その表示デバイスの照明の均一性は、不十分なものである。
米国特許出願公開第２００３／０１０７８９２号明細書

本発明の目的は、上述した欠点を完全に又は部分的に克服することである。より詳しくは、本発明は、照明系を提供することを目的とするが、ここで、その光放出窓でのその照明系の光の分布の均一性は、よって、その表示デバイスが照明される際の均一性は、改善される。

本発明に従って、この目的のために、冒頭の段落で述べた種類の照明系は、
その表示デバイスの方向に光を放出するための光放出窓、及び
光を反射させるための反射体
を含み、
その反射体は、その光放出窓に対して実質的に平行に且つ反対に配置され、
その照明系は、その光放出窓とその反射体との間の距離である高さｈを有し、
その照明系は、
その光放出窓とその反射体との間に配置された複数の細長い光源
を含み、
それら光源は、直径ｄを有すると共に互いに関してピッチｐで配置され、
各々の光源には、その反射体の方向にその光源によって放出された光の一部を反射させるための、その光源とその光放出窓との間に反射層が提供され、
その反射層は、その光源と間隔を空けた関係で、細長い凹の反射面を形成し、
その反射面は、覆いの角度φにわたってその光源を覆い、
その覆いの角度φは、

の範囲にあり、
ここで、ｄ_１は、その光源の中心とその反射体との間の距離である。

光放出窓で均一な光の分布を備えた照明系を製作するために、その光放出窓の方向にそれら光源によって放出された直接光は、その照明系の後方の壁に向かって部分的に反射させられる。その照明系のその光放出窓での均一な照明は、その光源の反射率（reflectance）を適切に調整することによって、達成される。本発明は、（そのピッチｐによって表される）そのバックライトにおける光源の数を適切に選択することによって、（その光源の中心とその反射体との間の距離ｄ_１によって表される）その反射体に関するそれら光源の配置には、並びに、（その覆いの角度φの範囲によって表現される）その光源に隣接したその反射層の形状及び大きさを注意深く構築することによって、その光放出窓にわたる光の分布には、その表示デバイスの相対的に高い均一な照明が達成されるように、影響を及ぼすことができることを見出してきた。上述した設計パラメーターが与えられると、最小を示す、均一性のパラメーターを、定義することができる（以後の本発明の実施形態の詳細な説明を参照のこと）。極小の均一性のパラメータは、本発明に従った照明系によって放出された光の相対的に高い均一性を暗示するものである。（例えば、光線追跡するシミュレーションを用いる）コンピュータープログラムを、最良の構成が何であるかを見つけ出すために、用いることができる。このようなコンピュータープログラムには、ある一定のパラメータについてある一定の境界を、例えば、その照明系の高さｈが、従来の照明系の高さよりも大きいものであってはならないことを、与えることができる。

本発明に従った照明系は、相対的に高い均一性を備えた、それの光放出窓での光の分布を有する。加えて、本発明に従った照明系は、相対的に小さい厚さを備えた、すなわち、ｈ／ｄ＜２の範囲におけるそのバックライトの高さｈ及びその光源の直径ｄの比を備えた、バックライト照明系に特に適切なものである。

好ましくは、その覆いの角度φは、

の範囲にある。

その覆いの角度φのこの好適な範囲においては、そのピッチｐ、その距離ｄ１、及びその照明系の高さについての制限が、より厳格なものであり、その照明系の改善された均一性に帰着する。

本発明に従った照明系の好適な実施形態は、それら光源のピッチｐ及びそれら光源の直径ｄの比が、

であるという点で、特徴付けられる。

好ましくは、それら光源のピッチｐ及びそれら光源の直径ｄの比は、

の範囲にある。

その光放出窓及びその反射体に関するその照明系におけるそれら光源の位置は、その光放出窓で均一な光の分布を得る際に、重要な役割を果たす。このために、本発明に従った照明系の好適な実施形態は、その光源の中心からその反射体までの距離ｄ_１及びそれら光源の直径ｄの比が、

であるという点で、特徴付けられる。

上側の境界及び下側の境界は、その照明系の幾何学的な束縛によって決定される。その比ｄ_１／ｄが、その与えられた範囲にあるとき、比ｈ／ｄ≦２を備えたバックライト照明系を、実現することができる。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以後に記載した実施形態から明らかであると共にそ（れら）の実施形態を参照して解明されると思われる。

それら図は、純粋に概略的なものであると共に一定の比で拡大縮小されて描かれてない。特に、明確さのために、いくつかの寸法は、強く誇張される。それら図において、同様の符号は、可能なときはいつでも、同様の部分を指す。

図１は、本発明と一致した照明系及びその照明系の実施形態を含む表示デバイスの組み立て品の概略的な断面図である。その照明系は、表示デバイス３の方向に光を放出するための半透明の光放出窓２を含む。その照明系における光源の直接可視性を減少させるために、その光放出窓は、好ましくは、ガラス又は合成樹脂から製造され、そのガラス又は合成樹脂は、好ましくは、その光を拡散して散乱させる。好ましくは、光放出窓２は、その照明系によって放出された光を拡散させるための拡散層を含む。その拡散層は、光放出窓２によって放出された光をさらに均質化する。

図１において、符号３は、光放出窓２に隣接して位置決めされた液晶表示（ＬＣＤ）パネルを非常に概略的に表示する。それら光源６，６’，６’’，…及びＬＣＤパネル３を備えたその照明系の組み立て品は、例えば、（ビデオ）画像を表示するための表示デバイスを形成する。

その照明系の後方の壁は、好ましくは、９７％よりも高い固有反射率（reflectivity）を備えた反射体８を含む。また、その高い固有反射率を、ＴｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３のような適切な拡散性の反射材料によってその照明系の壁を被覆することによって、得てもよい。特に適切な拡散性の反射性の材料は、ハロリン酸カルシウム（calcium halophosphate）及び／又はピロリン酸カルシウムである。このような反射性の材料は、塗料の形態で提供され、その塗料には、溶剤（例えば、Ｍｉｂｋ）のみならず、結合剤、例えば、フッ素共重合体、例えば、ＴＨＶが、使用される。他の添加剤を、例えば、改善された流れ特性又は混合特性を有するものを、その塗料の混合物へ添加してもよい。加えて、反射体８の可視光の光吸収は、非常に低いもの、すなわち、３％未満である。加えて、ハロリン酸カルシウム及び／又はピロリン酸カルシウムを含む拡散性の反射性の材料は、実質的に色ずれを有さない、すなわち、このような材料は、比較的低い波長依存性を有する。

好ましくは、その照明系の側壁には、また、類似の高度に反射性のコーティングが提供される。反射体８を備えたその後方の壁は、光放出窓２に対して実質的に平行に且つ反対に、配置され、その照明系は、光放出窓２と反射体８との間に距離である高さｈを有する。

その照明系は、光放出窓３と反射体８との間に配置された複数の細長い光源６，６’，６’’，…を含み、それら光源６，６’，６’’，…は、直径ｄを有すると共に互いに関してピッチｐで配置される。それら光源６，６’，６’’，…は、反射体８を備えたその後方の壁に関して距離ｄ_１に位置決めされる。好ましくは、それら光源６，６’，６’’，…は、複数の、低圧水銀放電光源又は低圧水銀放電光源の部分を含む。その照明系における各々の光源には、その反射体８の方向にその光源６，６’，６’’，…によって放出された光の一部を反射させるための、その光源６，６’，６’’，…と光放出窓２との間に反射層７，７’，７’’，…が提供される。その反射層７，７’，７’’，…は、その光源６，６’，６’’，…と間隔を空けた関係で、細長い凹の反射面を形成する。その反射面は、覆いの角度φにわたってその光源６，６’，６’’，…を部分的に覆う。その反射層７，７’，７’’，…の固有反射率を、適合させることができる。

その照明系の光放出窓２における均一な照明は、位置の関数としてのその光源６，６’，６’’，…における反射率を適切に調整することによって、達成される。特に、（ピッチｐによって表された）そのバックライトにおける光源６，６’；６’’，…の数を適切に選択することによって、（距離ｄ_１によって表された）反射体８に関するそれら光源６，６’；６’’，…の配置には、並びに、（覆いの角度φについての範囲によって表現された）その光源６，６’；６’’，…に隣接したその反射層７，７’，７’’，…の形状及び大きさを注意深く構築することによって、その光放出窓にわたる光の分布には、その表示デバイスの相対的に高い均一な照明が達成されるように、影響を及ぼすことができる。上述した設計パラメーターが与えられると、最小を示す、均一性のパラメーターを、定義することができる。極小の均一性のパラメーターは、本発明に従った照明系によって放出された光の相対的に高い均一性を暗示するものである。

図２は、本発明に従った照明系の実施形態について、その覆いの角度φの関数として、その均一性のパラメーターを示す。その均一性のパラメーターを、本発明に従った照明系の典型的な設計について、算出してある。そのモデルは、（光線追跡するシミュレーションを用いて、）それら選択されたパラメーターが与えられると、その光放出窓で“波様の”輝度パターンに帰着する、その光源の輝度パターンを考慮する。そのパターンには、
そのバックライト照明系の寸法、それら光源６，６’，６’’，…の位置、その覆いの角度φ、及び、その反射層７，７’；７’’，…の固有反射率を調整することによって、影響を及ぼすことができる。図２の例においては、その照明系の高さｈ＝２８ｍｍであり、それら光源のピッチｐ＝３３．６ｍｍであり、及び、その照明系の後方の壁におけるその反射体に対するそれら光源の位置ｄ_１＝１１ｍｍである。加えて、その固有反射率は、おおよそ４０％であるように選ばれた。一例として、その反射層７，７’；７’’，…の固有反射率を、その光放出窓での波様の輝度パターンの“振幅”がゼロまで減少するように、調整することができる。この様式では、その均一性のパラメーターを、その光放出窓での平均の輝度に対して比較したとき、その波様の輝度パターンの最大及び最小の水準における差として定義することができる。

図２においては、その光放出窓でのその光の分布の均一性が、相対的に低いものである、すなわち、その反射性の層７，７’，７’’，…が、欠如したものである（覆いの角度φ＝０°）とすれば、その均一性パラメーターｕが、相対的に高いものであることを、理解することができる。加えて、その反射性の層７，７’，７’’，…が、事実上、光源６，６’，６’’，…の全体を覆う（覆いの角度φ〜３６０°）とき、均一性は、また低いものである。その覆いの角度φについてのこれらの二つの極端な値の間で、その均一性のパラメーターｕは、最小を示し、その最小は、覆いの角度１２０°＜φ＜１４５°の周辺にある。その覆いの角度φについての式によって暗示されるような範囲は、図２においては垂直な破線として暗示され、その上側の境界は、φ＝１８０°であると共にその下側の境界は、φ〜９０°である。以上に与えたような照明系の例の寸法が与えられると、その覆いの角度φについてのこれらの二つの境界の値は、本発明に従った照明系の実施形態の覆いの角度φについての範囲

に対応する。

その均一性のパラメーターについてのより好適な範囲は、その覆いの角度φの好適な範囲

に従った範囲によって与えられる。

以上に与えたような照明系の例（ｈ＝２８ｍｍ、ｐ＝３３．６ｍｍ、及びｄ_１＝１１ｍｍ）において、その覆いの角度φについてのこれらの好適な境界は、

である。

好ましくは、それら光源６，６’，６’’，…のピッチｐ及びそれら光源６，６’，６’’，…の直径ｄの比は、

である。

光放出窓２での十分な均一な光の分布を得る反射率−角度の組み合わせを、見出すことができない場合には、ｐ／ｄについてある範囲がある。好ましくは、それら光源６，６’，６’’，…のピッチｐ及びそれら光源６，６’，６’’，…の直径ｄの比は、

の範囲にある。

光放出窓２及び反射体８に関する照明系におけるそれら光源６，６’，６’’，…の位置は、光放出窓２で均一な光の分布を得る際に、重要な役割を果たす。実際には、それら光源６，６’，６’’，…は、好ましくは、その照明系のその反射体（後方の壁）に対して近くに置かれることを、見出した。好ましくは、その光源の中心からその反射体までの距離ｄ_１及びそれら光源の直径ｄの比は、

である。

図１において、それら反射性の層７，７’，７’’，…は、それら光源６，６’，６’’，…とは別個の存在物して描かれる。この場合には、それら反射性の層７，７’，７’’，…は、“帽子”の様に形作られると共に、好ましくは、ガラス又はＰｌｅｘｉｇｌａｓ（登録商標）で作られる。好ましくは、その反射層７，７’，７’’，…は、正反射又は拡散反射層を含む。好ましくは、その反射層７，７’，７’’，…は、実質的には、吸収が無いものである。あるいは、吸収しない穿孔された材料を、反射層７，７’，７’’…として用いることができる。さらなる代替の実施形態において、その反射性の層７，７’，７’’，…は、その光源６，６’，６’’，…の一部に直接積層される適切な反射性のホイルを設けることによって、形成される。なおさらなる好ましい実施形態においては、その反射層７，７’，７’’，…には、明るさ増強手段が提供される。この明るさ増強手段の実施形態においては、好ましくはそれら光源６，６’，６’’，…の長さ方向に配向させられる溝が、設けられる。さらに別の実施形態においては、その反射性の層７，７’，７’’，…は、その光源６，６’，６’’，…に直接スプレー塗装されるか又はスパッターコートされる。光放出窓２の方向にその光源６，６’，６’’，…によって放出された光の一部を放出するための開口を、その反射層７，７’，７’’，…に提供することは、光放出窓２でのさらなる改善された均一な光の分布を得るために、好都合であることもある。これを、削ること又はレーザーの手段による除去によって、してもよい。

上述した実施形態が、本発明を限定するよりもむしろ図解すること、及び、当業者が、添付した特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの代替の実施形態を設計することができると思われることは、留意されるべきである。特許請求の範囲において、括弧の間に置かれたいずれの符号も、その請求項を限定するように解釈されるものではない。動詞“を含む”及びそれの活用の使用は、請求項に述べたもの以外の要素又はステップの存在を排除しない。ある要素に先立つ単数形を表す冠詞は、複数のこのような要素の存在を排除しない。本発明を、数個の個別の要素を含むハードウェアによって、及び、適切にプログラムされたコンピューターによって、実施してもよい。数個の手段を列挙するデバイスの請求項において、これらの手段の数個を、によって、ハードウェアの一つ且つ同じ単位品によって、具体化してもよい。ある一定の複数の尺度が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの尺度の組み合わせを有利に使用することができないことを暗示しない。

本発明と一致した照明系及びその照明系の実施形態を含む表示デバイスの組み立て品の断面図を示す。 本発明に従った照明系の実施形態についての覆いの角度の関数としての均一性のパラメーターを示す。

Claims (11)

1. 表示デバイスを照明する照明系であって、
   当該照明系は、
   該表示デバイスの方向に光を放出する光放出窓、及び
   光を反射させる反射体
   を含み、
   該反射体は、該光放出窓に対して実質的に平行に且つ反対に配置され、
   当該照明系は、該光放出窓と該反射体との間の距離である高さｈを有し、
   その照明系は、
   該光放出窓と該反射体との間に配置された複数の細長い光源
   を含み、
   該光源は、直径ｄを有すると共に互いに関してピッチｐで配置され、
   各々の光源には、該反射体の方向に該光源によって放出された光の一部を反射させるための、該光源と該光放出窓との間に反射層が提供され、
   該反射層は、該光源と間隔を空けた関係で、細長い凹の反射面を形成し、
   該反射面は、覆いの角度φにわたって該光源を覆い、
   該覆いの角度φは、
   

   

   の範囲にあり、
   ｄ_１は、該光源の中心と該反射体との間の距離である、照明系。
2. 前記覆いの角度φは、
   

   

   の範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の照明系。
3. 前記光源のピッチｐ及び前記光源の直径ｄの比は、
   

   

   であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の照明系。
4. 前記光源のピッチｐ及び前記光源の直径ｄの比は、
   

   

   の範囲にあることを特徴とする、請求項３に記載の照明系。
5. 前記光源の中心から前記反射体までの距離ｄ_１及び前記光源の直径ｄの比は、
   

   

   であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の照明系。
6. 前記反射層は、正反射又は拡散反射層を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の照明系。
7. 前記反射層には、明るさ増強手段が提供されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の照明系。
8. 前記反射層には、前記光放出窓の方向に前記光源によって放出された光の一部を放出する開口が提供されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の照明系。
9. 前記光源は、複数の、低圧水銀放電光源又は低圧水銀放電光源の部分を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の照明系。
10. 前記光放出窓は、当該照明系によって放出された光を拡散させる拡散層を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の照明系。
11. 請求項１又は２に記載の照明系を含む表示デバイス。

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