JP5421785B2 - 照明システム及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスプレイを照明するための照明システムに関する。

本発明は、表示装置にも関する。

表示装置を照明するための照明システムそれ自体は知られている。それらは、とりわけ、ＬＣＤパネルとも呼ばれる液晶表示装置などの非発光型ディスプレイにおけるバックライティングシステムとして用いられる。前記液晶表示装置は、例えば、テレビ受像機、（コンピュータ）モニタ、（コードレス）電話及びＰＤＡにおいて用いられる。これらの照明システムは、例えば、画像を投影する、又はテレビ番組、映画、ビデオ番組又はＤＶＤを表示するなどのための、ビーマーとも呼ばれるデジタルプロジェクタなどの投影システムにおいても用いられ得る。

表示装置において動きぼけを減らすために、既知の照明システムは、スキャニングバックライト動作モードで動作させられ得る光源のアレイを有する。スキャニングバックライトモードを可能にするため、既知の照明システムの光源のアレイは、ディスプレイの一部を選択的に照明することを可能にするためにセグメントに分けられる。他の例においては、既知の照明システムにおいては、表示装置のコントラストを高めるために、例えば、調光可能バックライト動作モードにおいて選択的な照明が用いられ得る。光源のアレイ内の各特定の光源の輝度は、画像の、前記特定の光源によって照明される部分の輝度内容に応じて、適合させられ得る（例えば、減光され得る）。

米国特許出願公開第ＵＳ２００４／０１７４７０６号は、光学照明システムであって、発光装置によって放射される光の放射方向が、前記光学照明システムによって影響を与えられ得る光学照明システムを開示している。前記光学システムは、広いビーム拡がりを持ち、アレイにおいて空間的に配設される複数の発光装置を有する。前記光学システムの実施例は、発光装置の列に隣接して配設される複数の水平平面反射光学部品を含む。水平反射光学部品は、垂直方向に照明の適度な軸外分布を供給し、水平方向に広いビーム拡がりを供給する。この方法においては、既知の照明システムは、ディスプレイの一部を選択的に照明するためにセグメントに分けられる。

前記既知の照明システムには、反射光学部品は、一般に、セグメントに分けられた領域内で明るさの差異をもたらすという不利な点がある。

本発明の目的は、明るさの差異を減らした局所閉じ込め照明システムを提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、前記目的は、光源と、光学制御層とを有する照明システムであって、
前記光源が、前記光学制御層を介して前記ディスプレイの方へ光を放射するよう配設され、前記光源からの前記光が、前記ディスプレイ上の所定の領域の方へ特定の方向に発散ビーム状に放射され、
前記光学制御層が、発散する前記光の一部を前記所定の領域の方へ戻るよう反射するための前記光学制御層と異なる屈折率を持つ部分の配列を有する半透明層である照明システムで達成される。

本発明による照明システムには、前記光学制御層の前記部分の配列が、前記所定の領域から離れるよう伝搬する光の一部を、前記所定の領域の方へ戻るよう反射することによって、前記光源によって放射される光をほぼ所定の領域内に閉じ込めるという効果がある。前記光学制御層にわたって配設される前記部分の数、及び／又は前記光学制御層にわたる前記部分の分布、及び／又は前記部分の、前記光学制御層にほぼ垂直な寸法は、前記特定の方向から離れた光の分布を、実質的に前記所定の領域に当たるように制御するよう変えられ得る。既知の照明システムにおいては、放射される光を、実質的に前記所定の領域内にとどまるよう制御するために、平面反射光学部品が、発光装置の列に隣接して配設される。前記平面反射光学部品は、前記光源によって放射され、前記表示装置に、前記所定の領域の外側で当たるであろう光が、前記所定の領域の方へ戻るよう反射されるようにして、配設される。前記反射光学部品からのこの反射は、一般に、前記所定の領域にわたって一様ではない光の分布をもたらす。本発明による光学制御層を、前記光源と前記ディスプレイとの間に加えることにより、前記光学制御層の前記部分の配列は、前記放射される光を、前記特定の方向から離れるよう伝搬する光が前記所定の領域の方へ戻るよう反射されるように、制御する。前記放射される光を制御するのに複数の部分を用いることによって、各部分からの反射による非一様性は、前記複数の部分にわたって平均され、前記所定の領域における前記光のより一様な分布をもたらす。更に、前記部分の配列の分布は、前記所定の領域における光の分布の一様性を更に改善するよう適合させられ得る。前記光学制御層の前記複数の部分の配列をそのように選ぶことによって、前記光学制御層は、前記光源からの前記放射される光を、実質的に前記所定の領域を照明するよう制御し、前記所定の領域にわたる前記光の一様性を制御する。

本発明による光学制御層を用いる場合の他の利点は、前記光学制御層は、後方散乱光の一部も、実質的に前記光源の方へ戻るよう散乱されるよう制御することである。後方散乱光は、前記ディスプレイから、又は例えば、前記ディスプレイと前記照明システムとの間に配設される他の層から、例えば、反射又は散乱される。前記光学制御層の前記部分の配列は、前記特定の方向と平行な特定の軸から離れるよう散乱される前記後方散乱光の一部も、前記特定の軸の方へ戻るよう反射する。前記光学制御層の前記部分の配列により、前記後方散乱光の一部は、前記光源の方へ戻るよう反射され、例えば、反射を介して、前記所定の領域を照明するために再利用され得る。既知の照明システムにおいては、前記後方散乱光の大部分は、例えば前記光源に隣接して配設される他の光源の方へ、散乱される。その後、前記後方散乱光は、前記他の光源において、前記ディスプレイの方へ戻るよう反射され、一般に、前記所定の領域と異なる他の所定の領域を照明する。例えば、スキャニングバックライト動作モードで用いられる既知の照明システムにおいては、前記後方散乱光は、一般に、動きぼけの低減を減少させる。例えば、調光可能バックライト動作モードで用いられる既知の照明システムにおいては、前記後方散乱光は、一般に、コントラストの向上を減少させる。本発明による照明システムは、前記ディスプレイと前記光源との間に配設される前記光学制御層を有する。前記光学制御層は、前記後方散乱光の一部も、前記光源における反射後に前記所定の領域を照明するように、前記後方散乱光の一部も前記特定の軸の方へ戻るよう反射する。従って、例えばスキャニングバックライト動作モードで用いられる本発明による照明システムの光学制御層は、動きぼけの低減に寄与する。例えば調光可能バックライト動作モードで用いられる本発明による照明システムの光学制御層は、コントラストの向上に寄与する。

他の例においては、前記光学制御層の前記部分の配列は、前記光源の前記所定の領域と前記他の光源の前記他の所定の領域との間に所定の重なりを生成するために用いられ得る。

前記照明システムの実施例においては、前記部分は、前記特定の方向とほぼ平行に配設される壁部を有する。この実施例は、前記特定の方向とほぼ平行に配設される壁部の使用は、前記光源によって放射される光の角度分布を保つことを可能にするという利点を持つ。このような部分は、例えば、ほぼ矩形の断面を持つ。表示装置用の照明システムにおいては、前記ディスプレイに表示される画像の相対的に大きい視野角を得るために、好ましくは、相対的に広いビーム拡がりを持つ光源が用いられる。この相対的に広いビーム拡がりは、理想的には、前記光学システム全体にわたって維持されるべきである。前記特定の方向とほぼ平行に配設される壁部を持つ部分を用いることによって、前記光源によって放射される光は、実質的に前記所定の領域を照明するよう制御され、前記光源によって放射される光の角度分布は、実質的に保たれる。

前記照明システムの実施例においては、前記部分の間のピッチは、前記部分の高さと同じオーダーの大きさであるか、又は前記部分の高さより小さく、前記部分の前記高さは、前記部分の、前記光学制御層にほぼ垂直な方向の寸法であり、前記ピッチは、前記光学制御層にほぼ平行な方向において規定される。この実施例は、前記光が、前記光学制御層内の、２つの隣接した部分の間で幾つかの反射を有し、このことが、前記光の前記所定の領域内への閉じ込めを向上させ、従って、前記光学制御層の望ましい効果を向上させるという利点を持つ。前記部分の前記高さと同じオーダーの大きさを持つピッチとは、前記部分の前記高さより４倍大きいピッチ、又は前記部分の前記高さより６倍大きいピッチなどの前記部分の前記高さより大きいピッチを含む。

前記照明システムの実施例においては、前記部分の間のピッチが、前記光学制御層にわたって変わり、前記ピッチは、前記光学制御層にほぼ平行な方向において規定される。この実施例は、前記部分の間の前記ピッチが、前記光源による前記所定の領域の実質的に一様な照明を達成するために変えられ得るという利点を持つ。

前記照明システムの実施例においては、前記部分の前記高さが、前記光学制御層にわたって変わる。例えば、前記高さは、或る所定の領域から他の所定の領域への遷移部の近くで高くなる。これは、前記光源によって放射される光の、前記所定の領域への相対的に強い閉じ込めをもたらす。

前記照明システムの実施例においては、前記部分は、前記光学制御層における溝を有する。この実施例は、前記溝は、例えば、よく知られているエッチング又はスタンピングプロセスを用いることによって、相対的にコスト効率よく設けられ得るという利点を持つ。

前記照明システムの実施例においては、前記溝は、前記光学制御層の、前記光源から離れる方を向いている面に生成され、且つ／又は前記溝は、前記光学制御層の、前記光源に面する面に生成される。

前記照明システムの実施例においては、前記部分を有する前記光学制御層は、前記部分を有するディフューザ層である。この実施例は、前記光学制御層と前記ディフューザとの組み合わせは、ディスプレイ上に良好な画像を生成するのに必要である構成要素の削減を可能にし、このことは、一般に、前記表示装置のコストを減らすという利点を持つ。

前記照明システムの実施例においては、前記部分は、前記光学制御層とほぼ平行な、ほぼ直線状に配設される。この実施例は、実質的に前記光学制御層と平行な直線状に配設される前記部分は、容易に、光源の一次元アレイにおいて用いられ得るという利点を持つ。ほぼ直線状に配設される前記部分の配列は、２つの隣接した光源によって放射される光を、実質的に、それらの各々の所定の領域内へ閉じ込めるのに用いられ得る。他の例においては、ほぼ直線状に配設される前記部分の配列は、光源の所定の領域と他の光源の他である所定の領域との間の所定の重なりを制御するのに用いられ得る。この実施例は、ほぼ直線状に配設される前記部分の配列は、前記光学制御層を、相対的に、前記直線と平行な方向における前記光学制御層の平行移動の影響を受けなくするという他の利点を持つ。これは、本発明による照明システムにおける前記光学制御層の利用を簡単にする。

前記照明システムの実施例においては、前記部分は、前記光学制御層とほぼ平行に延在し、前記特定の方向の周りに配設される曲線状に配設される。この実施例は、前記光源によって放射される光を、実質的にいかなる形状を持つ所定の領域内にも閉じ込めることを可能にするという利点を持つ。

前記照明システムの他の実施例においては、前記部分の一部が、前記光学制御層とほぼ平行に延在する線状に配設され、前記線は、ランダムな形状及び／若しくはランダムな長さを持ち、且つ／又は前記光学制御層上にほぼランダムに分布させられる。前記部分の一部が、ほぼ、ランダムな形状をしており、且つ／又はランダムに分布させられる場合、前記部分のこの一部は、前記光源による前記所定の領域の照明の一様性を改善し得る。なぜなら、これらの、ランダムな形状をしており、且つ／又はランダムに分布させられる部分から反射する光は、前記ディスプレイ全体にわたってほぼランダムに分散させられるからである。

前記照明システムの実施例は、部分を持つ他の光学制御層を有し、前記他の光学制御層は、前記光学制御層とほぼ平行に配設され、前記部分は、前記他の光学制御層とほぼ平行に延在し、前記光学制御層の前記線にほぼ垂直に配設される他の線状に配設される。この実施例は、前記光学制御層と前記他の光学制御層との組み合わせが、前記光源によって放射される光の、ほぼ前記所定の領域内への二次元閉じ込めを可能にするという利点を持つ。

前記照明システムの他の実施例は、前記光学制御層を介して前記ディスプレイの方へ光を放射するよう配設される複数の光源を有し、各特定の光源は、前記ディスプレイ上の特定の所定の領域を照明するよう配設され、前記光学制御層は、各特定の光源の発散する前記光の一部を、対応する前記特定の所定の領域の方へ戻るよう反射するための部分の配列を有する。この実施例は、スキャニング又は調光可能バックライト動作モード用の照明システムにおいて特に有利である。

前記照明システムの実施例においては、前記複数の光源の各光源は、発光ダイオード又は低圧蒸気放電ランプ又はレーザ光源を有する。

前記照明システムの実施例においては、前記特定の方向は、前記光源の光軸に対応する。

本発明は、本発明による照明システムと、ディスプレイとを有する表示装置にも関する。

下記の実施例に関して、本発明のこれら及び他の態様を説明し、明らかにする。

本発明による表示装置の概略正面図である。 本発明による表示装置の概略断面図である。 複数の光源を持つ本発明による表示装置の詳細な概略断面図である。 光学制御層の様々な実施例の更に詳細な概略断面図である。 光学制御層の様々な実施例の更に詳細な概略断面図である。 光学制御層の様々な実施例の更に詳細な概略断面図である。 前記部分が前記光学制御層と平行に配設される線状に配設される光学制御層の上面図である。 前記部分が前記光学制御層と平行に配設される線状に配設される光学制御層の上面図である。 前記部分が前記光学制御層と平行に配設される線状に配設される光学制御層の上面図である。 光学制御層及び他の光学制御層の配列の斜視図である。

図は、単に概略的なものであって、縮尺通りには描かれていない。とりわけ、分かりやすくするために、幾つかの寸法は非常に誇張されている。図の中の同様の構成要素は、可能な限り同一参照符号によって示されている。

図１Ａは、本発明による表示装置１０の概略正面図である。表示装置１０は、照明システム３０と、ディスプレイ２０とを有する。照明システム３０は、ディスプレイ２０を照明するよう構成される。ディスプレイ２０は、例えば、（正方形のアレイによって示される）複数のピクセルを有する既知の非発光型ディスプレイである。各ピクセルは、光源によって放射される光の前記ピクセルによる透過を制御し、前記ピクセルによって発される輝度を制御するよう構成される。様々なピクセルの透過率を選択することで、画像をディスプレイ２０に表示することが可能になる。ピクセルは、一般に、異なるカラーフィルタ（図示せず）を持つ複数のサブピクセル（図示せず）を有し、それらは、所定の色の光の透過を制御し、したがって、カラー画像をディスプレイ２０に表示することを可能にする。

図１Ｂは、本発明による表示装置１０の概略断面図である。表示装置１０は、照明システム３０を有する。照明システム３０は、複数の光源Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎと、光源Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎによって放射される光を制御するための光学制御層４０とを有する。照明システムは、例えば、光源Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎによって光学制御層４０を介してディスプレイ２０に放射される光の一様性を高めるための１つ以上のディフューザ層３２などの、他の光学素子も有し得る。１つ以上のディフューザ層３２は、ディスプレイ２０と光学制御層４０との間、及び／又は光学制御層４０と複数の光源Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎとの間に配設され得る。各特定の光源Ｓ１；Ｓ２；…；Ｓｎは、ディスプレイ２０の特定の所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３（図２参照）を照明するよう配設される。光学制御層４０は、各特定の光源Ｓ１；Ｓ２；…；Ｓｎによって放射される光を、実質的に、対応する特定の所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３を照明するように制御する部分４６（図２参照）の配列を有する。複数の光源Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを有する照明システム３０は、スキャニング動作モード又は調光可能動作モードにおいて、有利に用いられ得る。スキャニング動作モード及び調光可能動作モードは、両方とも、当業者によく知られている。他の例においては、複数の光源Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、連続動作モードでも用いられ得る。

図１Ｂにおいては、光学制御層４０は、照明システム３０内に配設される別々の層として示されている。他の例においては、光学制御層４０は、例えば、ディフューザ層３２に、又は照明システム３０内に配設される別の層、例えば、光導体（図示せず）の光出射面（図示せず）、若しくは例えば、当業者によく知られている輝度向上層（図示せず）に加えられ得る。光学制御層４０はまた、層に組み込まれてもよく、例えば、２つのディフューザ層３２の間に挟まれてもよい。

図２は、複数の光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を持つ本発明による表示装置１０の詳細な概略断面図である。複数の光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の各光源Ｓ１；Ｓ２；Ｓ３は、ディスプレイ２０の所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３に向けて、特定の方向Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３に発散ビーム６０を放射する。ディスプレイ２０と光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３との間には、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によって放射される光を制御する光学制御層４０が配設される。光学制御層４０は、透光性材料から成る半透明層であり、光学制御層４０の屈折率と異なる屈折率を持つ部分４６の配列を有する。部分４６と光学制御層４０との間の屈折率の違いのため、光学制御層４０を通って伝搬し、光学制御層４０から部分４６への遷移部に当たる光は、部分４６によって反射され得る。光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によって放射される光の所定の面Ａ１、Ａ２、Ａ３全体にわたる分布は、光学制御層４０において部分４６の適切な配列及び／又は分布を選ぶことによって制御され得る。光学制御層４０は、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によって放射される光を、実質的に、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３を照明するよう制御し得る。更に、光学制御層４０は、例えば、部分４６の分布によって、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によって放射される光の所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３にわたる一様性を制御し得る。

本発明による光学制御層４０は、後方散乱光６４（図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃ参照）の一部も、実質的に、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の方へ後方散乱されるよう制御するという他の利点を持つ。後方散乱光６４は、例えば、ディスプレイ２０で、又は例えば、ディスプレイ２０と光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３との間に配設される他の層３２（図１Ｂ参照）で、反射される、又は散乱させられる。光学制御層４０における部分４６の配列はまた、所定の方向Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３と平行に配設される所定の軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３から離れるよう散乱させられる後方散乱光６４の一部を、所定の軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３の方へ戻るよう反射する。光学制御層４０における部分４６の配列のため、後方散乱光６４の一部は、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３内へ戻るよう反射され、例えば、反射によって、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３を照明するために再利用され得る。したがって、本発明による光学制御層４０は、部分４６の配列及び／又は分布により、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によって直接放射される光を所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３にほぼ閉じ込め、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の照明の一様性を制御し、且つ後方散乱光６４の一部をほぼ所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３内にほぼ閉じ込める。

部分４６は、例えば、空気、又は例えば、光学制御層４０の透光性材料と比べて異なる屈折率を持つ他の透光性材料を含み得る。他の例においては、部分４６は、例えば、光を反射するための金属又は金属コーティングを含み得る。

図２において示されている実施例から分かるように、前記部分は、特定の方向Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３とほぼ平行に配設され得る。図２の実施例において示されている全ての部分４６は、ほぼ同じ高さｈ１を持つ。前記高さｈ１は、特定の方向Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３に平行な寸法である。他の例においては、部分４６の高さｈ１は、異なり得る。例えば、高さｈ１は、所定の面Ａ１、Ａ２、Ａ３の端部の近くでより大きく、特定の方向Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３と所定の面Ａ１、Ａ２、Ａ３との間の交差点の近くでより小さくてもよい。高さは、１０マイクロメートル乃至ほぼ３ミリメートルの範囲内の任意の値をとり得る。図２において示されている部分４６は、光学制御層４０全体にわたって、ほぼ一定のパターンで配設されている。他の例においては、光学制御層４０における部分４６の分布は、変化し得る。例えば、前記部分は、特定の方向Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３の周りに対称に配設される反復分布において配設され得る。

異なる光源Ｓ１；Ｓ２；Ｓ３によって照明される各所定の領域Ａ１；Ａ２；Ａ３は、部分的に重なり得る。重なりの程度は、例えば光学制御層４０によって制御され得る。所定の領域が重ならない場合には、例えばディスプレイ２０の垂線に対して特定の角度でディスプレイ２０を見る視聴者は、照明システム３０に起因する明るい又は暗い領域（図示せず）を見るかもしれない。例えば光学制御層４０によって幾らか重なりを規定することにより、ディスプレイ２０全体にわたるこの明るさのばらつきは減らされ得る。

図２に示されている光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、ディスプレイ２０を照明する発光ダイオードＳ１、Ｓ２、Ｓ３である。他の例においては、低圧蒸気放電ランプ又はレーザ光源が用いられ得る。更に、各光源Ｓ１；Ｓ２；Ｓ３は、光源Ｓ１；Ｓ２；Ｓ３によって放射される光を、前記光がディスプレイ２０の方へ発散ビーム６０状に放射される前に、混ぜ合わせるための光混合室（図示せず）を有してもよい。

特定の方向Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３は、一般に、各光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の特定の軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３と一致する。例えば、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が回転対称発散ビーム６０を放射する場合、例えば、特定の方向Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３は、各光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の光軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３と一致し得る。他の例においては、例えば、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が、低圧蒸気放電ランプＳ１、Ｓ２、Ｓ３などの長手方向光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３である場合、特定の方向Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３は、対称面Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３に対応し得る。

図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは、光学制御層の様々な実施例４０、４１、４２、４４の更に詳細な概略断面図である。図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃに示されている概略断面図は、図２に示されている破線円の詳細図である。

図３Ａは、本発明による光学制御層の第１実施例４１を示している。光学制御層４１は、光学制御層４１内に配設される部分４６の配列を有する。光学制御層４１にわたって、部分４６の高さｈ１、ｈ２、…、ｈ６は変わる。部分４６の高さｈ１、ｈ２、…、ｈ６は、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３（図２参照）の端部の近くで増加する。高さｈ１、ｈ２、…、ｈ６のこの増加は、実質的に所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３を照明するための、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によって放射される光又は例えばディスプレイ２０から後方散乱される光６４の制御の改善を可能にするという効果を持つ。図３Ａに示されている部分４６は、ほぼ矩形の断面を持ち、光学制御層４１の透光性材料と異なる材料から成る。

図３Ａの破線矢印は、光線６２を示しており、光線６２は、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によって放射される光の発散ビーム６０（図２参照）を一緒に規定している。図３Ａから分かるように、光線６２は、一般に、壁部４５の垂線（表示せず）に対して相対的に大きい入射角（表示せず）で壁部４５に当たる。この相対的に大きい入射角のため、光線６２は、光学制御層４１と部分４６との間の境界面で反射される。この結果として、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の特定の軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３から離れるよう伝搬する光の一部は、放射される光を、実質的に、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３内にとどまるよう制御するために、部分４６によって、特定の軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３の方へ戻るよう反射される。（図３Ａの右側部分に位置する）特定の軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３の近くでは、２つの部分４６の間のピッチＰ２は相対的に大きく、部分４６の高さｈ６は相対的に低い。光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によって特定の軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３の近くに放射される光は、すでに、特定の軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３とほぼ平行に伝搬していることから、部分４６の配列は、光を、実質的に、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３内にとどまるよう制御する必要がない。（図３Ａの左側部分に位置する）所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の端部の近くでは、２つの部分４６の間のピッチＰ１は相対的に小さく、部分４６の高さｈ１は相対的に高い。光の軸外部と呼ばれる光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によって放射される光のこの部分は、一般に、光学制御層４１によって、光が実質的に所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３を照明することを確実にするように制御される。更に、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によって放射され、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３とディスプレイ２０との間に配設される層で反射される光は、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３から離れるように、例えば、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の外の隣接する光源の方へ、反射され得る。したがって、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の端部の近くでは、反射光も、実質的に所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３を照明するよう制御されなければならない。所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の端部の近くでピッチＰ１を縮め、高さｈ６を増加させることにより、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によってディスプレイ２０の方へ放射される光と、例えばディスプレイ２０からの後方散乱光６４との両方が、制御される。光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３から放射される光は、実質的に、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３を直接照明するよう制御される。後方散乱光６４は、実質的に、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の方へ反射され、その後、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３における反射を介して、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３を照明するために再利用されるよう制御される。

ピッチＰ１、Ｐ２とも示されている２つの部分４６の間の距離は、部分４６の高さｈ１、ｈ２、…、ｈ６と同じオーダーの大きさであってもよい。これは、図３Ａにおいて、特定の軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３の近くのＰ２によって示されている相対的に大きいピッチＰ２によって図示されている。同じオーダーの大きさとは、部分４６の高さｈ１、ｈ２、…、ｈ６より５倍大きいピッチＰ１、Ｐ２、又は部分４６の高さｈ１、ｈ２、…、ｈ６より７倍大きいピッチＰ１、Ｐ２などの部分４６の高さｈ１、ｈ２、…、ｈ６より大きいピッチＰ１、Ｐ２を含む。ピッチＰ１、Ｐ２はまた、部分４６の高さｈ１、ｈ２、…、ｈ６より小さくてもよい。これは、図３Ａにおいて、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の端部の近くのＰ１によって示されている相対的に小さいピッチＰ１によって図示されている。

図３Ｂは、本発明による光学制御層の第２実施例４２を示している。光学制御層４２は、図３Ａにおいて示されているものと同様な部分４８の配列を有する。しかしながら、ここでは、部分４８は、ほぼ矩形の断面を持つ溝である。溝４８には、空気、又は光学制御層４２の透光性材料の屈折率と比較して異なる屈折率を持つ他の材料が充填され得る。ここでも、部分４８の高さｈ１、ｈ２、…、ｈ６及び部分４８の間のピッチＰ１、Ｐ２は、光学制御層４２にわたって変わり、上記（図３Ａ）で示したのとほぼ同じ効果を持つ。溝を部分４８として使用することは、溝４８は、例えば、よく知られているエッチング又はスタンピング技術によって相対的に容易に作成され得るという利点を持つ。これは、光学制御層４２をコスト効率よく製造することを可能にする。

図３Ｃは、本発明による光学制御層の第３実施例４４を示している。ここでも、光学制御層４４は、図３Ｂにおいて示されているものと同様な構成で配設される溝４８を有する。しかしながら、図３Ｃに示されている第３実施例と、図３Ｂに示されている第２実施例との間の違いは、光学制御層４４の透光性材料が（灰色によって示されている）ディフューザ材料から成ることである。光学制御層４４の透光性材料としてディフューザ材料を使用することは、表示装置１０の複雑さの低減を可能にし、故に、前記表示装置１０は、ほぼ同じ品質を維持しながら、低いコストで製造され得る。溝４８の配列は、図３Ｂに示されている溝４８と同一であるが、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によってディスプレイ２０の方へ放射される光の必要な閉じ込めを達成するための最適な分布は、例えば、光学制御層４４のディフューザ材料の品質に依存する。例えば、ディフューザ材料に当たる全ての光線６２が、実質的にランバート分布で拡散される場合には、必要な閉じ込めを達成するのに高さｈ１、ｈ２、…、ｈ６の変化は必要ではないかもしれない。

図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃは、部分４６、４８（図３Ａ及び３Ｂ参照）が、光学制御層４０、４１、４２、４４と平行に延在する線５２、５４状に配設される光学制御層４０、４１、４２、４４の上面図である。

図４Ａは、部分４６、４８（図１Ａ及び３Ｂ参照）がほぼ直線５２状に配設され、直線５２の間のピッチＰ２が光学制御層４０にわたってほぼ一定である光学制御層４０の上面図である。示されている配列は、光学制御層４０が、相対的に、直線５２と平行な方向における光学制御層４０の平行移動の影響を受けないという利点を持つ。これは、本発明による照明システム３０における光学制御層４０の利用を簡単にする。更に、直線５２の間のほぼ一定のピッチＰ１の使用は、光学制御層４０を、相対的に、直線５２に垂直な方向における平行移動の影響も受けないようにさせ、光学制御層４０の利用を更に簡単にする。図４Ａに示されている上面図は、図２に示されているような光学制御層の実施例の上面図であり得る。部分４６、４８は、（図２に示されているように）光学制御層４０に埋め込まれてもよく、又は他の例においては、部分４６、４８は、例えば光学制御層４０の上面にエッチングされる、溝であってもよい。部分４６、４８の高さｈ１、ｈ２、…、ｈ６（図３Ａ乃至３Ｃ参照）はまた、図３Ａ乃至３Ｃに示されている実施例において示されているように光学制御層４０の異なる位置において異なってもよい。他の例においては、部分４６、４８の高さｈ１、ｈ２、…、ｈ６は、図２に示されている実施例において示されているように、ほぼ一定であってもよい。

図４Ｂは、部分４６、４８の配列が、図３Ａ乃至３Ｃに示されている所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の端部の近くで縮められるピッチＰ１（図３Ａ乃至３Ｃ参照）を持つ光学制御層４２の上面図である。所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の端部の近くでのピッチＰ１、Ｐ２の縮小は、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の端部の近くの光の制御の改善を可能にするという利点を持つ。これは、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、…、Ｓｎ（図２参照）によって放射される光が、実質的に、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４を照明することを可能にする。所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、部分的に重なり合い得る（図４Ｂにおいては示されていない）。また、図４Ｂに示されている実施例は、相対的に、直線５２と平行な平行移動の影響を受けない。ここでも、部分４６、４８は、光学制御層４２に埋め込まれてもよく、又は部分４６、４８は、光学制御層４２の上面にエッチングされる溝であってもよい。また、部分４６、４８の高さｈ１、ｈ２、…、ｈ６は異なってもよい。

他の例においては、部分の一部（図示せず）は、例えば、光学制御層４２とほぼ平行に延在し、ランダムな形状（図示せず）を持つ線状に配設されてもよく、それらは、光学制御層４２上にほぼランダムに分布させられる（図示せず）。これらの、ランダムな形状をしている、ランダムに分布させられる部分（図示せず）は、例えば、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の中心において、光源Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎによる所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の照明の一様性を改善するために用いられ得る。

図４Ｃは、部分４６、４８の配列が、光学制御層４０とほぼ平行に延在し、光軸Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３の周りに配設される曲線５４状に配列される光学制御層４０の上面図である。この実施例は、光源によって放射される光の所定の領域における閉じ込めが、実質的にあらゆる形状をとることができるようにするという利点を持つ。図４Ｃに示されている実施例においては、曲線５４は円形である。他の例においては、楕円形状が用いられてもよい。

図４Ｄは、光学制御層４０及び他の光学制御層５０の配列の斜視図である。光学制御層４０及び他の光学制御層５０は、直線５２及び他の線５６状に配設される部分４８を持つ。光学制御層４０の直線５２は、他の光学制御層５０の他の線５６に垂直に配設される。図４Ｄに示されているような光学制御層４０及び他の光学制御層５０の使用は、二次元制御可能なバックライトをもたらし、前記二次元制御可能なバックライトにおいては、光学制御層４０及び他の光学制御層５０の積み重なりが、光源Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎ（図２参照）によって放射される光を、実質的に、所定の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３（図２参照）を照明するように制御する。光学制御層４０及び他の光学制御層の使用は、光源Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎによって放射される光の二次元閉じ込めを可能にする。光学制御層４０及び他の光学制御層５０の各々は、各々、相対的に、直線５２及び他の線５６と平行な平行移動の影響を受けない。他の例においては、光学制御層４０又は他の光学制御層５０のいずれか１つは、上で説明した実施例と置き換えられてもよい。

上述した実施例は、本発明を例示するものであって、本発明を限定するものではなく、当業者は、添付した請求項の範囲から外れない多くの他の実施例を設計することができるであろうことに注意されたい。

例えば、全ての実施例において、部分４６又は溝４８は、線５２、５４、５６状に配設されており、線５２、５４、５６の全てが、ほぼ平行に又は同心状に配設されている。しかしながら、部分４６又は溝４８から成る幾つかの線５２、５４、５６は、交差してもよい。部分４６又は溝４８から成る線の一部が、光学制御層４０、４１、４２、４４上にほぼランダムに分布させられる（図示せず）場合に、特にそうであり得る。

請求項において、括弧内に配置されるいかなる参照符号も、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「有する」という動詞及びその語形変化の使用は、請求項において明記されている要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素の単数形表記は、このような要素の複数の存在を除外しない。本発明は、幾つかの別個の素子を有するハードウェアによって実施されてもよい。幾つかの手段を挙げている装置の請求項においては、これらの手段の幾つかは、ハードウェアの同一のアイテムによって実施されてもよい。単に、或る特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるようには用いられることが出来ないことを示すものではない。

Claims (13)

1. ディスプレイを照明するための照明システムであって、前記照明システムが、光源と、光学制御層とを有し、
   前記光源が、前記光学制御層を介して前記ディスプレイの方へ光を放射するよう配設され、前記光源からの前記光が、前記ディスプレイ上の所定の領域の方へ特定の方向に発散ビーム状に放射され、
   半透明層である前記光学制御層が、発散する前記光の一部を前記所定の領域の方へ戻るよう反射するための、前記光学制御層と異なる屈折率を持つ部分の配列を有し、
   前記部分の高さは、前記光学制御層にわたって変わり、これら部分の高さは、前記所定の領域の端部の近くになるにつれて増加する、照明システム。
2. 前記部分が、前記特定の方向とほぼ平行に配設される壁部を有する請求項１に記載の照明システム。
3. 前記部分が、前記光学制御層における溝を有する請求項１又は２に記載の照明システム。
4. 前記溝が、前記光学制御層の、前記光源から離れる方を向いている面に生成され、且つ／又は前記溝が、前記光学制御層の、前記光源に面する面に生成される請求項３に記載の照明システム。
5. 前記部分を有する前記光学制御層が、ディフューザ層である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明システム。
6. 前記部分が、前記光学制御層とほぼ平行に延在するほぼ直線状に配設される請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明システム。
7. 前記部分が、前記光学制御層とほぼ平行に延在し、前記特定の方向の周りに配設される曲線状に配設される請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明システム。
8. 前記部分の一部が、前記光学制御層とほぼ平行に延在する線状に配設され、前記線が、ランダムな形状及び／若しくはランダムな長さを持ち、且つ／又は前記光学制御層上にほぼランダムに分布させられる請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明システム。
9. 部分を持つ他の光学制御層を有し、前記他の光学制御層が、前記光学制御層とほぼ平行に配設され、前記部分が、前記他の光学制御層とほぼ平行に延在し、前記光学制御層の前記線にほぼ垂直に配設される他の線状に配設される請求項６又は７に記載の照明システム。
10. 前記光学制御層を介して前記ディスプレイの方へ光を放射するよう配設される複数の光源を有し、各特定の光源が、前記ディスプレイ上の特定の所定の領域を照明するよう配設され、前記光学制御層が、各特定の光源の発散する前記光の一部を、対応する前記特定の所定の領域の方へ戻るよう反射するための部分の配列を有する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明システム。
11. 前記複数の光源の各特定の光源が、発光ダイオード又は低圧蒸気放電ランプ又はレーザ光源を有する請求項１０に記載の照明システム。
12. 前記特定の方向が、前記光源の光軸に対応する請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の照明システム。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の照明システムと、ディスプレイとを有する表示装置。

Images