【発明の詳細な説明】【０００１】（技術分野）本発明は、カラー液晶ディス
プレイに関し、特に、カラー液晶ディスプレイを背面か
ら照らす（バックライティング）ための技術に関する。
【０００２】（背景技術）液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
は、一般的には、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）お
よびラップトップコンピュータのようなバッテリ駆動型
装置に用いられており、この液晶ディスプレイがＣＲＴ
に取って代わるような、デスクトップおよびテレビでの
アプリケーションにおいて普及してきている。現在、こ
のようなＬＣＤの欠点としては、輝度が限られているこ
と、効率が低いこと、および、表示角度が限られている
ことがある。このＬＣＤについては、モノクロまたはカ
ラーとすることができ、かつ、透過型（transmissive）
または反射型（reflective）とすることができる。本発
明は、バックライティングを必要とするカラー透過型Ｌ
ＣＤを扱い、このバックライティングは、赤、緑および
青の要素を含んでいる。
【０００３】図１は、従来技術にかかるカラー透過型Ｌ
ＣＤの細部における断面図である。本発明により防止さ
れる従来技術にかかるＬＣＤのある欠点を明らかにする
ために、図１に示す構造を用いる。
【０００４】図１において、ＬＣＤ１０は、上方のＬＣ
Ｄ層に対してバックライティングを行うための白色光源
を含む。一般的な白色光源としては蛍光電球がある。別
の白色光源としては、それぞれが発した光が組み合わさ
って白色光を生成する、赤色、緑色および青色発光ダイ
オード（ＬＥＤ）を組み合わせたものがある。その他の
白色光源も知られている。これらの白色光源は、ディス
プレイの背面に対して均一な光を供給しなくてはならな
い。このような均一な光を供給するための一般的な技術
としては、光源を透き通ったプラスチックシートにおけ
る１つ以上の端部に対して光学的に接続するといったよ
うに、蛍光電球またはＬＥＤを光ガイドに対して光学的
に接続するものがある。このシートは、該シートの上部
表面から発光がなされるよう該上部表面に対してほぼ垂
直に光を屈折させる変形部（deformities）を有する。
このような変形部には、例えば、底面における隆起部、
プラスチックシートに埋め込んだ反射分子、または、上
記シートの上部表面または底面における荒面仕上（roug
hening）が含まれる。この変形部によって、光ガイドの
表面から準均一平面の光が発することになる。輝度およ
び均一性を向上させるために、光ガイドの裏面の後ろに
反射板を配置することができる。
【０００５】光ガイドを用いず、ディスプレイ全体に対
して均一に光を与えるべく、ディスプレイの背後に配置
される光源に対して散光器（diffusers）を設けること
もよく知られている。
【０００６】偏光フィルタ１４は、白色光を線形的に偏
光させる。図１に示す実施形態では、偏光フィルタ１４
は、透明な伝導体を有するガラス製の基体の中に形成さ
れる。
【０００７】偏光フィルタ１４の上には液晶層１６があ
り、液晶層１６の上には透明な伝導体を有するガラス製
の基体１８がある。ガラス製の基体１８における選択さ
れた伝導体は、電極１９、２０に接続されたディスプレ
イ制御信号により電圧が印加される。液晶層１６のピク
セル領域を横切る電場が存在しないことにより、このピ
クセル領域を通過する光は、入射偏光に対して直交する
よう回転した偏光を有することになる。液晶層１６のピ
クセル領域を横切る電場によって、液晶は、整列し、光
の偏光に影響を与えなくなる。選択的に伝導体に電圧を
印加することにより、液晶層１６を横切る電場が局所的
に存在するよう制御することができる。様々なディスプ
レイでは、通常は開いた（白色）シャッタ、および、通
常は閉じた（黒色）シャッタの両方が用いられる。
【０００８】受動伝導体アレイに代えて、各ピクセル毎
に１つのトランジスタを有する透明な薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）アレイを用いることができる。ＴＦＴアレイ
については、非常によく知られているので、これ以上説
明する必要はない。
【０００９】この後、ガラス製の基体１８からの光出力
は、ＲＧＢピクセルフィルタ２２によりフィルタが施さ
れる。ＲＧＢピクセルフィルタ２２は、赤色フィルタ層
と、緑色フィルタ層と、青色フィルタ層とを含む。これ
らの層については、薄膜として付与することができる。
一例として、赤色フィルタは、ディスプレイの赤色ピク
セル領域に一致した赤色光フィルタ領域のアレイを含
む。赤色フィルタの残りの部分は、透き通っているので
他の光を通過させることができる。したがって、ＲＧＢ
ピクセルフィルタ２２は、ディスプレイにおけるＲ、Ｇ
およびＢピクセルのそれぞれに対してフィルタを設けて
いる。偏光フィルタ２４は、偏光フィルタ１４からの光
出力に直交するよう偏光した光のみしか通過させない。
したがって、偏光フィルタ２４は、液晶層１６における
非印加ピクセル領域により偏光させた光のみしか通過さ
せず、液晶層１６における印加部分を通過した光を吸収
する。液晶層１６を横切る電場の大きさによって、赤
色、緑色および青色要素のそれぞれの輝度を制御し、任
意の色を生成することができる。この方法によれば、様
々な伝導体に対して選択的に電圧を印加することによ
り、見る者に対して任意色のイメージを見せることがで
きる。
【００１０】各フィルタは３つの主要な色のうちの１色
のみしか通過させることができないので、ＲＧＢピクセ
ルフィルタ２２は、該フィルタに到達するすべての光の
うち２／３に対して本質的にフィルタを施す。これは、
従来技術にかかるＬＣＤの効率が一般的に低いことにお
ける重要な要因となっている。白色光源１２の上にある
ＬＣＤ層の全透過率は、４〜１０％オーダである。白色
光源用のエネルギを別途必要とすることなく、ＬＣＤ出
力の輝度を増加させる技術が必要となっている。
【００１１】図２は、従来技術にかかる別のカラーＬＣ
Ｄを示す。ＬＣＤ層２８と名付けられた層は、ＲＧＢピ
クセルフィルタ２２を除く図１におけるすべての層を含
んでもよいし、または、ＬＣＤを実現するための別の層
であってもよい。図２では、白色光源を用いていない
が、代わりに、赤色、緑色および青色ＬＥＤのような、
赤色、緑色および青色光源３０に対して順次電圧を印加
する。光ガイド３２は、通常、該ガイドにおける１つ以
上の端部に沿ったＲＧＢ光を受け取り、非常によく知ら
れた多くの技術を用いて、この光をＬＣＤ層２８の方向
へ屈折させる。ＲＧＢ光源に対する電圧印加について
は、ＴＦＴアレイに対する電圧印加に対して常に同期さ
せて行う必要がある。加えて、感知可能なフリッカを防
止するためには、毎秒６０フレームで３色全部を常に収
容するべく、Ｒ、ＧおよびＢ光源のそれぞれに対して少
なくとも１８０Ｈｚの周波数で電圧を印加しなくてはな
らない。見る者がディスプレイを見ている間に頭を動か
すことにより生ずるような、動作アーティファクト（ar
tifact）を考慮するために、切替速度を非常に早くする
必要がある。シャッタ（ＬＣおよびＴＦＴ）に対する切
替速度が遅いことおよび動作アーティファクトに関する
問題のせいで、少なくとも数年以上の間、このような方
法を実用化することはできそうもないであろう。
【００１２】（発明の開示）本明細書では、光源として
赤・緑・青ＬＥＤを用いるカラー透過型ＬＣＤを説明し
ている。Ｒ、ＧおよびＢのＬＥＤは別々の光ガイドに接
続されており、各色毎に１つの光ガイドが設けられてい
る。これらの光ガイドは、上に重なる３つのプラスチッ
クまたはガラスシートの形状を採用している。別の実施
形態では、支持表面に互いに平行となるように配置され
た薄いファイバ光ケーブルを用い、各ファイバ光ケーブ
ルは、ＲＧＢ繰返しパターンにおけるＲ、ＧまたはＢの
ＬＥＤの１つにしか光学的に接続されていない。光ガイ
ドは、赤、緑および青ピクセルの位置に対応する変形部
を含む。これらの変形部については、光ガイドから「漏
れた」光に対して従来技術で用いているどのようなもの
を用いることができる。Ｒ、ＧおよびＢのＬＥＤは、常
時動作しているので、カラーフィルタリングが存在しな
い。
【００１３】一実施形態では、ＬＣＤは、ある列に配置
した赤色ピクセルと、隣接する平行な列に配置した緑色
ピクセルと、緑色ピクセルに隣接した列に配置した青色
ピクセルとを有する。上記パターンは繰り返される。こ
のタイプのディスプレイでは、上記光ガイドのそれぞれ
における変形部は、光ガイドにより伝送される特定の色
のためのピクセル列に一致したストリップに配置され
る。このタイプの実施形態では、特定の色の光はファイ
バ光ケーブルによる列に本質的に制限されるので、光ガ
イドとしてのファイバ光ケーブルが特に適している。各
ケーブルの厚さは、ピクセル幅にほぼ等しい。
【００１４】進歩性のあるバックライティング技術によ
れば、図２に示した技術とは異なり、ＲＧＢのＬＥＤを
常時（時間の１００％だけ）動作させることができ、か
つ、図１に示した技術とは異なり、ＲＧＢピクセルフィ
ルタが不要となるので、ＬＣＤは、従来技術にかかるデ
ィスプレイと同じ輝度を出すためには、非常に小さなエ
ネルギしか用いない。
【００１５】（発明を実施するための最良の形態）図３
は、本発明の一実施形態にかかるＬＣＤの一部の断面図
である。バックライトの上にある層は、ＲＧＢピクセル
フィルタ２２が除去されている点を除いて、図１におけ
るものと同一である。図１を参照して説明した受動伝導
体グリッドを、よく知られた薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）アレイに置き換えることができる。液晶ディスプレ
イに関するさらなる情報については、「液晶フラットパ
ネルディスプレイ」（１９９３年、William O'Mara著、
Van Nostrand Reinhold出版）および「カラーＴＦＴ液
晶ディスプレイ」（T.Yamazaki著、ＳＥＭＩ出版）と題
した書籍において見つけることができる。これらの内容
については、参照することにより、本明細書に含めてお
く。
【００１６】バックライト部分は、赤色光ガイド４０、
青色光ガイド４１および緑色光ガイド４２としてデザイ
ンされた３つの透明な光ガイドを含み、各ガイドは、そ
れぞれ、赤色ＬＥＤ４３、青色ＬＥＤ４４および緑色Ｌ
ＥＤ４５に光学的に接続されている。
【００１７】これらの光ガイド４０〜４２は、好ましく
は、高い光学的品質を有するプラスチックまたはガラス
により形成される。各光ガイド層の厚さは、ＬＣＤのサ
イズおよびＬＣＤが必要とする機械的性質のような様々
な要素に依存する。光ガイド４０〜４２の厚さは、光が
上に重なっている光ガイド層を通して広がることを実質
的に制限する程度において薄くしなければならない。各
色の光の割合が所望白色点を達成するように、偏光フィ
ルタ１４のバックライト照度を設定することが望まし
い。これは、ＲＧＢ光の割合を固定する蛍光灯より優れ
たＬＥＤが有する重要な特徴である。偏光フィルタ１４
に入射する全３色について所望照度特性を実現するため
には、ＬＥＤ電圧印加信号を調整することにより、また
は、各光ガイドについての変形部の特性を調節すること
により、各光ガイド４０〜４２を射出する光の必要強度
を達成することができる。
【００１８】これらの変形部４６の相対位置が図３に示
されている。見ての通り、ＬＣＤにおけるビューイング
領域に沿った各色ピクセルの部分と一致するように、変
形部４６を各色毎にずらしている。これらの変形部４６
としては、多数の形状のうち任意のものを採用すること
ができる。一実施形態では、変形部４６は、光ガイド４
０〜４２における表面または底面のいずれかにおける、
単なる窪みまたはその他の変形物である。このような変
形物は、例えば、米国特許第６,０７２,５５１号、第
５,８７６,１０７号、第５,８５７,７６１号および第
４,５７３,７６６号に記載されたものである。これらに
すべてについては、参照することにより、本明細書に含
めておく。
【００１９】図３には、光ガイドの上部表面に形成され
た変形部４６が示されているが、この変形部を光ガイド
の底面に形成することができる。変形部の１つのタイプ
は、図４に示され、光ガイドの上部表面にほぼ垂直な方
向に光を屈折させることが望まれている領域における、
該光ガイドの底面に形成される傾斜した窪み（groove）
を含む。青色光ガイド４１の一部分が図４に示されてお
り、ここでは、窪み４８は、青色ピクセル領域のみにお
ける光ガイドの底面に形成されている。ＬＥＤ４４（図
３）からの青色光は、限定角度（±２０度）で光ガイド
４１の側面に入射し、傾斜した窪みの表面に反射して臨
界角度より小さい角度で光ガイドの上部表面に入射する
まで、徹底的に内部で反射する。レンズ４９は、光を視
準して（collimate）青色ピクセル領域に差し向ける。
これらのレンズおよび窪みを適切に選択することによ
り、反射光の指向性を調節することができる。勿論、光
ガイドから光を出力させるために用いることができる、
レンズおよび変形部の適切な形状が多く存在する。
【００２０】図３では、光ガイド４０〜４２の順序は、
赤色ＬＥＤを通る電流を調整して、緑色および青色光ガ
イドによる減衰を最も効率的に補償できるよう、最も効
率的な赤色のカラーＬＥＤが底面にある光ガイド４０を
照射するように、光ガイド４０〜４２の順序を選択して
ある。白色光における緑色の要素は、青色および赤色要
素よりも高くなっているので、減衰が最も少なくなって
いる。白色光を生成するには、光源とは無関係に光の約
６５％を緑にする必要がある。光ガイドの最適な順序
は、用いる特定のＬＥＤに依存しうる。理想的には、Ｌ
ＥＤにより出力されたＲ、ＧおよびＢの強度は、白色光
または他のグレースケール（中性）光を生成するため
に、制御可能でなければならない。
【００２１】相対的な効率は時間によって変化しうるの
で、輝度の変化を補償するために、電圧印加信号に対し
て（例えば、光検出器のフィードバックを用いるよう
な）ダイナミックな調整を行うことができる。
【００２２】図５は、各光ガイドの表面または内部にお
ける変形部４６のパターンを示す、光ガイド４０、４１
および４２それぞれの一部分の上面図である。特定タイ
プのＬＣＤにおけるピクセルの配置においては、垂直な
列に整列させた赤色ピクセルと、赤色ピクセルに隣接す
る列に整列させた緑色ピクセルと、緑色ピクセルに隣接
した列に整列させた青色ピクセルとが存在する。光ガイ
ドからの光を反射させるための変形部４６は、異なる光
が重ならないようにずらされている。これらの発光領域
は、表示すべきピクセルに対応する、赤色、緑色および
青色光列の一部を見せるための光バルブとして機能する
ような液晶層１６（図３）により選択的に「シャッタが
閉められている」。
【００２３】モニタおよびこれと同様なものについての
標準ピクセル配列には、高精細度テレビジョン標準の１
２８０×１０２４ピクセル、または、低解像度の６４０
×４８０および３２０×２４０が含まれる。これらのピ
クセルのピッチは、もちろん、ＬＣＤの所望サイズおよ
びピクセル数により決定される。携帯電話のようなシン
プルなディスプレイについては、ピクセル数をさらに少
なくすることができる。
【００２４】図３に示した技術を用いることにより、図
１におけるＲＧＢピクセルフィルタ２２により招かれた
６６％の損失は取り除かれ、この技術を赤色、緑色およ
び青色ＬＥＤにおいて常に用いることにより、図２とは
対照的に、高切替速度、フリッカおよび同期という不都
合を避けることができる。
【００２５】図３では、当業者に周知となっている従来
方式のスキャナ５０は、従来方式の回路より、赤色、緑
色および青色のデータを受け取り、行および列を指定す
る既知の回路を用いて、ＴＦＴアレイ２６におけるトラ
ンジスタに対して選択的に電圧を印加する。図３に示す
技術を用いることにより、上記アレイにおける最初のス
キャンを赤色ピクセルに対して行わなければならないと
いう必要性がなくなる（図２とは対照的に）が、代わり
に、赤色、緑色および青色バックライティングが常にな
されているので、蛇紋石（serpentine）方式により、赤
色、緑色および青色ピクセルのシャッタを順次閉じるこ
とができる。さらに、ＴＦＴアレイ２６（または受動伝
導体グリッド）に対して、一時に１つ以上のピクセルに
対して電圧を印加することを含んだ、任意の制御タイプ
を用いることができる。
【００２６】図６は、本発明の別の実施形態にかかるＬ
ＥＤの一部分の断面図であり、ここでは、光ガイドは、
互いに平行となるように平面に配置されたファイバ光ケ
ーブルである。上に重なるＬＣＤ層５８は、図３に示し
たものと同一の層であってもよいし、または、ＬＣＤに
用いるその他の層であってもよい。
【００２７】図７は、支持構造６０の上におけるファイ
バ光ケーブル５６の配置、および、赤色ＬＥＤ６２、緑
色ＬＥＤ６３および青色ＬＥＤ６４に対するこの光ケー
ブルの接続の様子を示す上面図である。隣接するファイ
バ光ケーブルへの漏れを除去するために、用いるファイ
バ光ケーブルによっては、実際には、ファイバ光ケーブ
ルは互いに接触しないことが望ましいであろう。ファイ
バ光ケーブルの束をＬＥＤに接続する方法はよく知られ
ている。光源をより均一にさせるために必要とあらば、
散光器を各ＬＥＤについて用いることができる。ファイ
バ光ケーブル５６に接続される光を向上させるために必
要とあらば、コリメータ６８を用いることができる。
【００２８】光がファイバ光ケーブル端部から逃げて浪
費されるのを防ぐために、この端部をある角度で切断
し、この端部に反射コーティングを付与し、または、フ
ァイバ光ケーブルの両端部をＬＥＤにより終端させるこ
とができる。光を漏らすために、変形部がファイバ光ケ
ーブル５６の上部表面または底面に形成され、または、
光を漏らすために、高屈折率を有する材料がケーブル５
６に付与される。
【００２９】ＬＣＤのサイズおよびピクセル数によっ
て、用いるファイバ光ケーブル５６の幅を決定すること
ができる。
【００３０】ある実施形態では、光がファイバ光ケーブ
ルから隣接する列に漏れることを最小限に抑えるため
に、フィルタまたはマスクを用いることができる。
【００３１】ＬＣＤに必要な輝度を供給するために、任
意数のＬＥＤを用いることができる。ＬＥＤの光ガイド
に対する光接続効率を向上させるために、光源を光ガイ
ドの表面に結合させるべく高屈折率を有する光学エポキ
シを用いるといったような、任意の既知技術を用いるこ
とができる。光ガイドおよびＬＣＤを説明した非常に多
くの発行済の特許によって、光抽出効率を向上させるた
めの技術が提供されており、本発明では、これらの技術
のいずれをも適宜用いることができる。これらの特許に
は、米国特許番号第６,０９４,２８３号、第６,０７９,
８３８号、６,０７８,７０４号、第６,０７３,０３４
号、第６,０７２,５５１号、第６,０６０,７２７号、第
６,０５７,９６６号、第５,９７５,７１１号、第５,８
８３,６８４号、第５,８５７,７６１号、第５,８４１,
４９４号、第５,５８０,９３２号、第５,４７９,３２８
号、第５,４０４,２７７号、第５,２０２,９５０号、第
５,０５０,９４６号、第４,９２９,０６２号および第
４,５７３,７６６号が含まれ、これらはすべて参照する
ことにより本発明に含めておく。
【００３２】本発明の特定の実施形態を示すとともに説
明してきたが、当業者にとって、より広い態様での本発
明から逸脱することなく、変形および変更を施すことが
可能であることは当業者にとって自明なことであり、し
たがって、別記請求項は、本発明の本質的な思想および
範囲に含まれるようなそういった変形および変更のすべ
てを、該請求項の範囲内において包含するものである。
【図面の簡単な説明】【図１】従来技術にかかる白色光源を常に用いるカラー
透過型ＬＣＤの断面図
【図２】従来技術にかかる逐次電圧が印加される別々の
赤色、緑色および青色光源を用いたＬＣＤの断面図
【図３】赤色、緑色および青色の専用光ガイドを用い
た、本発明の一実施形態を示すＬＣＤの一部分の断面図
【図４】各色のピクセルに対応する領域における上部表
面にあるコリメーティングレンズを通過する光を反射さ
せるための、光ガイドの底面に設けた隔離された変形部
を示す該光ガイドの一部分の断面図
【図５】ＬＣＤにおける各色のピクセル位置に一致する
ストリップに配置された変形部を示した、赤色光、青色
光および緑色光を伝える光ガイドの一部分の断面図
【図６】バックライティング用の光ガイドとしてファイ
バ光ケーブルを用いた本発明の一実施形態を示すＬＣＤ
の断面図
【図７】支持構造の上におけるファイバ光ケーブル５６
の配置、および、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色Ｌ
ＥＤに対するこの光ケーブルの接続の様子を示す上面図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェラルド ハルベルス オランダ アンイェルヴァリエ 159 エ ルハーエス−ヘルトゲンボッシュ 5237 (72)発明者 ウェイン エル スナイダー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94306 パロ アルト カウパー ストリ ート 3365 Ｆターム(参考） 2H038 AA55 BA06 BA42 2H091 FA23Z FA45Z FD01 GA11 2H093 NC42 ND08 NE06 5G435 AA04 BB12 BB15 CC09 CC12 EE27 FF08 GG02 GG03 GG23 GG26 GG27