JP2008507833A

JP2008507833A - 複数放射モードバックライト

Info

Publication number: JP2008507833A
Application number: JP2007523192A
Authority: JP
Inventors: セーイェーエムヴィッセンベルクミヒャエル; エイゼルマンウィルベルト; コーネリッセンヒューゴ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2005-07-18
Publication date: 2008-03-13
Also published as: US20080055933A1; EP1774375A1; WO2006013491A1; TW200613852A; CN1989432A

Abstract

ディスプレイ用のバックライト（１００）は、内反射により光を案内する平坦な光ガイド（１０２）を有する。この光ガイドには、ほぼ第１の方向に沿って設けられた複数の第１の平行構造体（１２０）と、ほぼ第２の方向に沿って設けられた複数の第２の平行構造体（１２２）とが設けられており、前記第２の方向は前記第１の方向とほぼ直交している。これら複数の第１の構造体は、光を指向させて光ガイド内で前記第２の方向に沿って光が伝播され光ガイドの表面（１１０）から出るように構成されており、複数の第２の構造体は光を指向させて光ガイド内で前記第１の方向に沿って光が伝播され光ガイドの表面から出るように構成されている。

Description

本発明は、ディスプレイ装置に用いるのに適したバックライトと、このようなバックライトを具えるディスプレイとに関するものである。

発明の背景
微細構造の光ガイドは、光を選択的に外部結合させる必要がある従来のディスプレイシステムで用いられてきた。例えば、偏光状態を選択する用途では、複屈折微細溝構造体を有する光ガイドが用いられている。光の選択的外部結合を用いる他の用途としては、放射された光を特定の角度分布にすることが要求される用途、すなわち平行バックライトがある。３Ｄディスプレイ装置で線状の光を供給する装置に関する従来技術においても、光の放射を特定の空間分布にする必要のあるバックライトが検討されている。

米国特許出願公開第２００３/００５８３８３号明細書には偏光を供給する微細構造照射システムが開示されている。このシステムは、インターフェース表面に溝の形態の微細構造体が設けられた多層構造を有する。このシステムは、このシステムのいずれの面からも偏光を放射するようになっており、バックライトディスプレイ装置及びフロントライトディスプレイ装置の双方に使用することができる。

この米国特許出願公開第２００３/００５８３８３号明細書で開示されたこのシステムの欠点は、異なる放射のモードを付与する性能に関して柔軟性がないことである。

発明の開示
それ故に、本発明の目的は、従来技術のバックライト装置の限定的な柔軟性に関する欠点を解消することである。この目的は、本発明によれば、請求項１のバックライトにより、及び請求項１２のディスプレイ装置により達成される。

本発明によるディスプレイ装置用のバックライトは、内反射により光を案内する平坦な光ガイドを具えている。この光ガイドには、ほぼ第１の方向に沿って設けられた複数の第１の平行構造体と、ほぼ第２の方向に沿って設けられた複数の第２の平行構造体とが設けられており、前記第２の方向は前記第１の方向にほぼ直交している。前記複数の第１の構造体は、光を指向させて光ガイド内で前記第２の方向に沿って光が伝播され光ガイドの表面から出るように構成されており、前記複数の第２の構造体は、光を指向させて光ガイド内で前記第１の方向に沿って光が伝播され光ガイドの表面から出るように構成されている。

本発明は、光ガイド内の構造に沿った伝播方向の光を外部に結合させず、この光ガイド内に閉じ込めたままにしておくという知見に基づいている。つまり、方形の光ガイドの主軸に沿った構造体が独立して作用するようにする。すなわち、第１の方向に沿った構造体が、第１の方向と直交した第２の伝播方向の光を外部に結合し、その逆もまた同様である。それぞれの構造パターンが別個の放射特性を有するようにすることができるので、光ガイドの側部にある光源を切り替えることによって異なる放射モードを得ることができる。

この構造体は一定のピッチ、すなわち複数の平行構造体のうちの各構造体が一定の間隔を有するように配置することもできるし、或いは様々なピッチで配置することもできる。さらに、複数の第１の平行構造体のピッチは、複数の第２の平行構造体のピッチと等しくしてもよいし、異なるものとしてもよい。

構造体は光ガイドの両側、すなわち光ガイドの前面上又は背面上に設けることもできるし、或いはこれらを光ガイドの同じ側に位置させることもできる。

好適例において、これら構造体は光ガイドの表面上に設けた溝の形態のものとする。溝の形状は、例えば、Ｖ字状又は方形状の溝の形態にすることができる。方形の溝のエッジは方形の光ガイドのエッジに対して平行にするのに好ましいものであるため、方形の溝の方がＶ字状の溝の場合よりも放射モード間でのクロストークが少なくなると期待される。

光ガイドが第１の屈折率を有するようにし、この第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する材料で前面上の複数の第１の溝を充填するのが好ましい。

好適例において、このバックライトは少なくとも第１の光源及び第２の光源を具え、これら第１の光源及び第２の光源はそれぞれ前記第１及び前記第２の方向にほぼ沿って前記光ガイド内を伝播する光を供給するように配置することができる。さらに、このバックライトは少なくとも第３の光源及び第４の光源を具えており、これら第３の光源及び第４の光源は、それぞれ前記第１及び前記第２の方向にほぼ沿って前記光ガイド内を伝播する光を供給するように配置し、且つそれぞれ前記第１の光源及び前記第２の光源と対向させることができる。

本発明は多くの異なる用途で用いることができる。例えば、切り替え可能な２Ｄ/３Ｄディスプレイ用の、均一な照射と線状の光とを切り替えうるバックライトとして用いることができる。他の用途としてはディスプレイ上の固定位置におけるアイコン又はメニューバーのハイライトやある種の自動車のディスプレイ用途において「プライベートビュー」モードを創り出すための広角度の光分布と狭角度の光分布との間の切り替え、すなわちデュアルビューモードとシングルビューモードとの間の切り替えがある。また、本発明は、異なるスペクトルのさまざまな光源を用いるスペクトル順次の又はＲＧＢカラー順次の照射を行うディスプレイ装置にも適用することができる。

一般的に、従来の装置においては、全ての各光源に対して良好に混合された均一な照射パターンを得ることは極めて難しい。その理由はこれら全ての各光源が同じ空間を占めることが物理的に不可能なためである。本発明によれば、種々の光源を方形の光ガイドの主軸に沿って、これら光源がお互いに妨害することなく、各光源がそれぞれ対応する外部結合構造体を有するような位置に配置することができる。

好適な実施例
図１を参照するに、本発明によるバックライト１００は、前面１０６及び背面１０８を有する光ガイド１０２を具える。この前面１０６上には第１のピッチを有する平行なＶ字状の溝１２０の形態の構造が設けられており、この背面１０８上には第２のピッチを有する平行なＶ字状の形態の構造が設けられている。Ｖ字状の溝についてのみ説明するが、他の溝の形状、例えば正方形又は長方形の溝にすることもできる。

このバックライト１００は方形の形状であり、前面１０６上の溝１２０が座標系１５０に示されるようにｘ方向に沿っており、背面１０８上の溝１２２が座標系１５０に示されるようにｙ方向に沿うように配置されている。光ガイド１０２はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）から形成するのが好ましく、１．５の屈折率を有する。前面１０６は屈折率１．７の材料からなる被覆層１０４により被覆されている。図１に示されるように、この被覆層１０４は、前面１０６上の溝１２０がこの被覆層１０４の材料で充填されるように光ガイド１０２の前面１０６上に設けられている。この被覆層１０４の厚さはほぼ任意の値にすることができ、この層の材料により溝１２０のみが充填されるほぼ０の厚さも含まれる。

第１の光源１１２は光ガイド１０２内へ−ｘ方向に光を供給するように配置されており、第２の光源１１４は光ガイド１０２内へｙ方向に光を供給するよう配置されており、第３の光源１１６は光ガイド１０２内へｘ方向に光を供給するよう配置されており、そして第４の光源１１８は光ガイド１０２内へ−ｙ方向に光を供給するよう配置されている。光源はどのような種類でもよく、ＬＥＤやランプ等が含まれる。

図２で示されるように、光源１１２、１１４、１１６及び１１８のどの光源からの光も光ガイド１０２に入り、溝１２０及び１２２を経由してバックライト１００の前方面１１０を出て広くｚ方向に外部と結合される。

図２を参照して光ガイド内での全内反射の原理を説明する。図２は光源２３０から放射され光ガイド２００及び被覆材料２０１を通って伝播する光の経路２１４、２１６を線図的に示している。この光ガイド２００の背面２０２及び前面２０４には、図１と関連して説明したものと同様の構造が設けられており、図２には、そのうちの背面２０２上の１つの溝２０８と前面２０４上の１つの溝２１０とが示されている。ただし、図１では溝１２０及び１２２は互いに直交しているが、簡潔のために溝２０８と溝２１０とが平行に示してあることに注意されたい。

図２に示したように、光ガイド２００の屈折率はｎ_１、被覆材料２０１の屈折率はｎ_２であり、ｎ_２＞ｎ_１である。背面２０２及び被覆材料の前面２０６の形状の境界によって規定された光ガイド２００の外側は、屈折率ｎ_０を有する環境であり、ここでｎ_０＜ｎ_１且つｎ_０＜ｎ_２である。

光源２３０からの光は光ガイド２００に入る。第１の光の経路２１４は、背面２０２と外部環境との境界面により反射され、続いて溝２０８により反射され、座標系２５０によって示されるように、光ガイド２００及び被覆材料２０１の外部に広くｚ方向に放射されるものである。第２の光の経路２１６は前面２０４上の溝２１０により反射され、光ガイド２００及び被覆材料２０１の外部にこの場合も広くｚ方向に放射されるものである。全内反射される光が光ガイドの外部に広くｚ方向に放射される際のこのような光の経路２１４、２１６及び他の全ての光の経路（図示せず）の角度分布は図２に角度間隔２５１として示されている。この角度間隔２５１の限度値は溝２０８、２１０の幾何学形状、例えば深さや頂角やピッチにより決定されるもので、当業者はこのことを理解するであろう。

ここで図３ａ及び３ｂに移り、シミュレーション結果を示す本発明の効果を説明する。図１も参照されたい。これらシミュレーションは、Breault Research OrganizationによるＡＳＡＰ光学モデリングソフトウェアパッケージを用いて行われた。

図１で示された方形のバックライト１００をシミュレーションで用いた。これらシミュレーションの目的は、均一な照射と線状の光の放射の切り替え効果を説明することである。このような組み合わせは、切り替え可能な２Ｄ/３Ｄディスプレイ用途にバックライトを使用する場合に典型的に望ましいもので、当業者はこのことを理解するであろう。

この光ガイド１００は屈折率１．５を有するＰＭＭＡから形成されており、背面１０８上には高密度の垂直なＶ字状の溝１２２が設けられている。バックライト１００の前方面１１０から外部に均一な照射を行うために、これら溝１２２は頂角９０度、深さ２０ミクロン、ピッチ８０ミクロンの幾何学的性質を有している。前面１０６には、約２００ミクロンのより大きなピッチで、深さ２０ミクロンで頂角６７度のＶ字状の溝１２０が設けられており、これらの溝は、バックライト１００の前方面１１０から外部へ線状の光で照射が行われるように光学的に濃密な材料で充填されている。シミュレーションでは、溝を充填するのに屈折率１．８６の材料を用いた。

第１の光源１１２又は第３の光源１１６から放射され、光ガイド１０２を通って伝播するランバーティアン光の空間的及び角度的な光の分布を図３ａに示す。図３ａが明らかに示す通り、バックライト１００から放射された光は発光領域の全面に亘って均一に分布している。

第２の光源１１４又は第４の光源１１８から放射され、光ガイド１０２を通って伝播するランバーティアン光の空間的及び角度的な光の分布を図３ｂに示す。図３ｂが明らかに示す通り、この光の分布は２００ミクロンのピッチの水平線では閉じ込められたものとなっている。

２Ｄ/３Ｄディスプレイ用途についてのみ上述したが、他の用途に利用することもできる。ひとつの用途としては、ディスプレイ上の固定された位置にあるアイコン又はメニューバーをハイライトするものがあり、このことは光ガイドの表面の選択された領域に光の外部結合構造体を設けることにより達成される。

同様に、ある種の自動車のディスプレイ用途で所望されている「プライベートビュー」モードを創り出すために広角度の光分布と狭角度の光分布との間の切り替え、すなわちデュアルビューモードとシングルビューモードとの間の切り替えを可能にすることもできる。

また、本発明は、異なるスペクトルを持つさまざまな光源が用いられるスペクトル順次の又はＲＧＢカラー順次の照射を行うディスプレイ装置にも応用できる。

例えば上述した本発明によるバックライト４０２を組み込んだディスプレイ装置４００は図４に線図的に示される。このディスプレイ装置４００は制御ユニット４０６及びディスプレイパネル４０４を有しており、ＰＣ、ＰＤＡ、携帯電話、デジタルカメラ等の一部とすることができる。このディスプレイパネル４０４は、代表的には、バックライトと共に用いるのに適したＬＣＤとするが、当業者はこのことを理解するだろう。

制御ユニット４０６はデータソース４０８からデータを受け取り、バックライト４０２とディスプレイパネル４０４とを制御して、データをディスプレイパネル４０４上に画像の形態で表示する。

このように、要約すると、ディスプレイ用のバックライトは、内反射により光を案内する平坦な光ガイドを有する。この光ガイドには、ほぼ第１の方向に沿って設けられた複数の第１の平行構造体と、ほぼ第２の方向に沿って設けられた複数の第２の平行構造体とが設けられており、前記第２の方向は前記第１の方向とほぼ直交している。これら複数の第１の構造体は、光を指向させて光ガイド内で前記第２の方向に沿って光が伝播され光ガイドの表面から出るように構成されており、複数の第２の構造体は、光を指向させて光ガイド内で前記第１の方向に沿って光が伝播され光ガイドの表面から出るように構成されている。

図１は、本発明の好適例によるバックライトの線図的斜視図である。図２は、本発明によるバックライトにおける光の伝播を示す線図である。図３ａ及び図３ｂは、本発明によるバックライトのシミュレーション結果を示す線図である。図４は、本発明によるディスプレイ装置のブロック線図である。

Claims

内反射により光を案内する平坦な光ガイドを有するディスプレイ装置用のバックライトにおいて、
この光ガイドには、ほぼ第１の方向に沿って設けられた複数の第１の平行構造体とほぼ第２の方向に沿って設けられた複数の第２の平行構造体とが設けられており、前記第２の方向は前記第１の方向にほぼ直交しており、
前記複数の第１の構造体は、光を指向させて光ガイド内で前記第２の方向に沿って光が伝播され光ガイドの表面から出るように構成されており、
前記複数の第２の構造体は、光を指向させて光ガイド内で前記第１の方向に沿って光が伝播され光ガイドの表面から出るように構成されている
ディスプレイ装置用のバックライト。
請求項１に記載のバックライトにおいて、
前記第１の平行構造体及び前記第２の平行構造体のうち少なくとも一方がほぼ一定のピッチを有するバックライト。
請求項１又は２に記載のバックライトにおいて、
前記光ガイドが、前記複数の第１の平行構造体が設けられている前面と、前記複数の第２の平行構造体が設けられている背面とを具えるバックライト。
請求項３に記載のバックライトにおいて、
前記構造体が溝を具えるバックライト。
請求項４に記載のバックライトにおいて、
前記光ガイドが第１の屈折率を有しており、前記前面上の複数の第１の溝が第２の屈折率の材料で充填されており、前記第２の屈折率が前記第１の屈折率よりも大きいバックライト。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のバックライトにおいて、
前記溝がＶ字状の溝を有するバックライト。
請求項１〜６のいずれか一項に記載のバックライトにおいて、
前記溝が方形状の溝を有するバックライト。
請求項１〜７のいずれか一項に記載のバックライトにおいて、前記複数の第１の平行構造体がほぼ第１のピッチを有し、前記複数の第２の平行構造体がほぼ第２のピッチを有し、これら第１及び第２のピッチがほぼ等しいバックライト。
請求項１〜７のいずれか一項に記載のバックライトにおいて、前記複数の第１の平行構造体がほぼ第１のピッチを有し、前記複数の第２の平行構造体がほぼ第２のピッチを有し、これら第１及び第２のピッチが実質的に異なるバックライト。
請求項１〜９のいずれか一項に記載のバックライトにおいて、
このバックライトが、少なくとも第１の光源及び第２の光源を具えており、これら第１の光源及び第２の光源は、それぞれ前記第１及び前記第２の方向にほぼ沿って前記光ガイド内を伝播する光を供給するよう配置されているバックライト。
請求項１０に記載のバックライトにおいて、
このバックライトが、少なくとも第３の光源及び第４の光源を具えており、これら第３の光源及び第４の光源は、それぞれ前記第１及び前記第２の方向にほぼ沿って前記光ガイド内を伝播する光を供給するように配置されており、且つそれぞれ前記第１の光源及び前記第２の光源と対向しているバックライト。
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のバックライトとディスプレイパネルとを有するディスプレイ装置。