JP2006526796A - 拡散反射ディスプレイのためのフロントライト - Google Patents

Abstract

本発明は、拡散反射ディスプレイパネル（２１、４１、５１、６１、７１、８１、９１）と、ライトガイド（２３、４３、５３、６３、７３、８３、９３）と、光源（２２、４２、５２、６２、７２、８２、９２）と、ディスプレイパネルの前面とライトガイドの背面（２７、４７、８７、９７）との間に配置される透明中間層（２９、４９、５９、６９）とを有するディスプレイ機器に係る。光源は、ライトガイドの１つの端（２４，８４、９４）に取り付けられる。ディスプレイパネルは、ライトガイドと光学的に接触し、ライトガイドの背面には、前面に向けて傾斜されるウェッジ面（２８、３４ａ乃至ｃ、４８、５８）を有するマイクロ構造が設けられる。これにより、ライトガイドの実質的に均一な厚さ及び調整可能な照明均一性を得ることが可能である。

Description

本発明は、その物理特性によってペーパ状ディスプレイともしばしば称される電気泳動（Ｅインク）ディスプレイ及びナノマットといった拡散反射するディスプレイに係る。

低周辺光レベルでは、反射特性を有するディスプレイは、ディスプレイを明るくするためにフロントライトを必要とする。ＬＣＤといった従来の反射ディスプレイは、照明光が、ディスプレイ面と略直角でディスプレイ面に達することが必要である。光源をその面の真っ直ぐ上方に配置することができず、また、ディスプレイの側部に設置しなければならないので、ディスプレイ面の上方（前方）に位置付けられ、ディスプレイに光を案内し且つ向け直す透明のライトガイドの発展があった。良好な光分配及び方向を得るために、ライトガイドには、その前面における鋸歯状のマイクロ構造といったマイクロ構造が設けられている。マイクロ構造は高品質でなくてはならず、従ってその製造に高い要件が課される。

拡散反射ディスプレイの導入は、フロントライトのライトガイドに課せられる要件を緩和した。何故なら、拡散反射ディスプレイは、照明光が、ディスプレイ面との大きい角度でそのディスプレイ面に達することを可能にするからである。この利点によって、簡単なウェッジ型のライトガイドが開発された。これらは製造するのがより容易である。このようなウェッジ型ライトガイドは、特許文献１に示されるが、反射型ＬＣＤ用である。この反射型ＬＣＤは、ウェッジ型ライトガイドを使用可能にするより多くの拡散反射特性をシミュレートするようディスプレイ内に埋込まれた複雑な追加反射板を有する。しかし、このウェッジ型ライトガイドは幾つかの不利点を有する。まず、このようなライトガイドは、より大きいディスプレイが明るくされるべき場合又はより大きいウェッジ角が必要とされる場合は、光源に面する端において非常に厚くなり、望ましくなく重くなる。厚さと重さの問題に加えて、フロントライトを他の部品との一体化が阻止される。更に、照明の不均一性は、単純なウェッジが使用される場合、調整することができない。
欧州特許第１２２００１５号

本発明は、上述したフロントライトの欠点を無くし、実質的に均一な厚さと緩和された品質要件を組み合わせ、また、調整可能な照明均一性を有するフロントライトを有する拡散反射ディスプレイ機器を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１に記載のディスプレイ機器によって実現される。

従って、本発明の１つの面では、拡散反射ディスプレイパネルと、ライトガイド、及び、該ライトガイドの第１の端に配置され該第１の端を通りライトガイド内に入る光を放射する光源から構成されるフロントライトと、ディスプレイパネルの前面とライトガイドの背面との間に、ディスプレイパネルがライトガイドと光学的に接触するよう配置される透明中間層とを有するディスプレイ機器を提供する。ライトガイドの背面には、ウェッジ面を有するマイクロ構造が設けられ、ウェッジ面は、各ウェッジ面について、ウェッジ面の第１の端とディスプレイパネルの前面との間の距離が、ウェッジ面の第２の端とディスプレイパネルの前面との間の距離より短いよう配置され、ウェッジ面の第１の端は、ウェッジ面の第２の端より光源の近くに位置付けられる。

「光学的接触」という表現は、当業者により周知であり、ニュートンリングの実験のゼロ又は暗いフリンジをもたらす様々な透明材料間の物理的な接触として定義付けられる。これは、その様々な材料の屈折率における十分に小さい差において発生する。「ウェッジ面」とは、ライトガイドのその面を画成する一部がウェッジ形状とみなすことが可能であるようライトガイドの中心面に対して傾斜される面を意味する。このことは、以下に十分に説明する。ライトガイドの背面又は底面上にウェッジ面を有するマイクロ構造を形成し、それを中間透明層によってディスプレイパネルに光学的に接続することによって、拡散反射ディスプレイの光拡散特性が有利に使用される。更に、マイクロ構造の光学品質は、ライトガイドの前面又は上部にマイクロ構造が設けられる場合のように高い必要はない。更に、ライトガイド全体もウェッジ形状である必要はなく、従って、上述したような大きいサイズを有するディスプレイの問題が排除される。しかし、本発明の範囲において、所望される場合には、ライトガイドの前面をディスプレイパネルの前面と非平行にすることも依然として可能である。本発明のディスプレイ機器のもう１つの利点は、マイクロ構造が周囲環境に露出されていないという点である。露出される場合、その上部は、埃の粒子がたまったり、染みが付いたり、傷が付けられたりする。更に、ディスプレイとライトガイドのマイクロ構造の間の光学的接触は、鋭くない端、引っ掻き傷、又は他の発生し得る不規則性による光の散乱を低減する。従って、光学的接触は、より良好な全体的のディスプレイ性能をもたらす。

特許文献１には、ライトガイドの背面に鋸歯状のパターンを有するライトガイドの実施例を示す。しかし、この従来技術の文書は、基本的にＬＣＤに関連するものであり、また、特に、上述したようにＬＣＤに関連の変更が加えられた変形に関連するものであり、拡散反射ディスプレイを有する同量の構造の組み合わせは示唆しない。

ディスプレイ機器の１つの実施例では、ウェッジ面は、ライトガイドの第１の端と第２の端の間で、ライトガイドの背面に沿って連続的に配置され、第２の端は、第１の端の反対側にある。この実施例では、ウェッジ面は、均一な照明に寄与するような方法で配置される。

ディスプレイ機器の１つの実施例では、各２つの隣接するウェッジ面は、接続面によって接続され、該接続面は、ディスプレイパネルの前面と非平行である。即ち、各接続面は、ウェッジ面の第２の端から、連続ウェッジ面の第１の端に延在する。接続面の非平行性と、ウェッジ面の向きとによって、これらの面には光が当たらない。従って、光が外に出されることは、ウェッジ面だけによって行われる。従って、接続面の仕上げは、あまり重要ではなくなる。

ディスプレイ機器の１つの実施例では、各２つの隣接するウェッジ面は、接続面によって接続され、該接続面は、ディスプレイパネルの前面と非平行である第１の部分と、ディスプレイパネルの前面と平行である第２の部分とから構成される。この実施例では、ウェッジ面は、ある意味、平行部分によって互いからより離される。これは、ウェッジ面のピッチが容易に調整可能であることを意味し、このことは、照明の均一性を改善するために利用することが可能である。

ディスプレイ機器の１つの実施例では、少なくとも１つのウェッジ面特性が、ライトガイドの前記第１の端からの距離と共に変化する。これは、照明の調整の更なる可能性を与える。

ディスプレイ機器の１つの実施例では、少なくとも１つのウェッジ面特性は、ウェッジ角、ウェッジ長、２つの連続する接続面間の距離、及びウェッジピッチから構成されるウェッジ面特性の群から選択される。この実施例では、幾つかの特性を用いて、ディスプレイパネル上の照明の分配を高めることが可能である。例えば、この実施例は、１つ以上の特性を変えることによるウェッジ面の適切な位置決め及び成形によって、光を外に出す割合に勾配を付けることが可能である。

ディスプレイ機器の１つの実施例では、少なくとも１つのウェッジ面特性は、ライトガイドの第１の端からライトガイドの第２の端に向かって増加する。この実施例は、特性を変える１つの方法を決定する。

ディスプレイ機器の１つの実施例では、第１の端の端面は、ライトガイドの前面に対し非垂直である第１の面を有し、端面は、第１の面に隣接する第２の面も有し、第１の面及び第２の面は、端面に沿って延在するＶ字型の溝を形成する。これらの実施例では、ライトガイドの光入口が変更される。それにより、これらの実施例は、ライトガイド内に光りが入ってくることに改善を与え、この改善は、均一な照明に寄与することを目的とする。

ディスプレイ機器の１つの実施例では、中間層は接着剤である。中間層を得るためにライトガイドとディスプレイパネルとの間に接着剤を塗布することは有利である。というのは、これは製造するのが容易であり、また、接着剤は、マイクロ構造によるライトガイドにおける空洞を容易に充填するからである。

ディスプレイ機器の１つの実施例では、この機器は更に、タッチスクリーンと、該タッチスクリーンとライトガイドの前面との間に配置され、タッチスクリーンをライトガイドとを光学的に接触させる第２の透明中間層を有する。この実施例は、基本的なディスプレイ構造に対する本発明の概念からタッチスクリーン、即ち、ディスプレイ上で入力を行うことが可能であるアクティブディスプレイまで拡張する。この結果、従来技術のタッチスクリーンのコントラスト及び他の特性の有意の改善をもたらす。

ディスプレイ機器の１つの実施例では、第２の透明中間層は、第１の透明中間層の屈折率より低い屈折率を有する。この第１の中間層及び第２の中間層の屈折率間の関係は、光源からの光がタッチスクリーンに漏れることを阻止し、それにより、光はディスプレイパネルに向かってのみ出される。

本発明を、添付図面を参照しながらより詳細に説明する。

図１には、従来技術のディスプレイ機器１０を示す。これは、ディスプレイパネル１１と、光源１２及びライトガイド１３からなるフロントライトを有する。ディスプレイパネルは、拡散反射型であり、このことは、大きい視角に亘って広がる反射光線によって示される。ライトガイド１３は、その前面１６は、その背面１７に対して非平行、即ち傾斜されているようなウェッジ型である。背面は、ディスプレイパネル１１に面する。光源は、ライトガイド１３の第１の厚い方の端１４に位置付けられ、ライトガイド１３の厚さは、光源からその第２の薄い方の端１５までの距離と共に減少する。第２の薄い端１５は、第１の端１４とは反対側にある。光源から放射される光は、光源から放射される光は、第１の端１４を通りライトガイド１３内に入り、図１に光線によって示すようにライトガイドに沿って伝搬する。伝搬時に、光線は、ライトガイド１３の前面１６と背面１７によって交互に反射される。傾斜された前面１６によって、背面１７に向かう光線の入射角は、前面１６によって各反射について増加する。最終的に、入射角は、全反射の上限を超え、光線、又は、光線の少なくとも一部は、背面１７を通り外に出、ディスプレイパネル１１に当たる。ディスプレイパネル１１は、比較的分散された又は広がった方法でライトガイドを通し、図面に目１８として概略的に示す観察者のいる周囲空気に光を反射する。ディスプレイパネル１１とライトガイド１３との間のインタフェース、即ち、薄い中間層は空気であり、これは、光が外に逸れるための角度に望ましくない方法で影響を与える。

図２に示すように本発明のディスプレイ機器の第１の実施例２０では、ディスプレイパネル２１及びライトガイド２３は、接着剤からなる中間層２９によって接合される。ライトガイド２３は、ウェッジ面２８のマイクロ構造が設けられた背面２７を有する。マイクロ構造については以下により詳細に説明する。中間層２９は、ライトガイド２３、より具体的には、ウェッジ面２８とディスプレイパネル２１との間の光学的接触を与える。接着剤２９は、液体のりであることが好適であり、これは、中間層２９とライトガイド２３の背面２７との間に任意の空気がとらわれることなくマイクロ構造の空洞を容易に且つ均等に充填する。ライトガイド２３は、全体的にブロック形状を有し、ライトガイド２３の前面２６は、ディスプレイパネル２１の前面、並びに、ライトガイド２３の背面２７の幾何学上の基本面と平行であるが、この実施例では、ウェッジ面２８によって、この基本面内に実際に位置付けられるこの背面２７の表面部は殆どない。

中間層２９の屈折率は、ライトガイド２３の屈折率より低いべきである。中間層２９の屈折率は、均一の照明を促進するために調整可能であり、また、一般的に、これは、ライトガイド２３の屈折率より実質的に低い屈折率を結果としてもたらす。従って、中間層２９は更に、低屈折率層とも称する。

光源２２からライトガイド２３の第１の端２４においてライトガイド２３内に入れられる例示的な光線は、図２に示すようにライトガイド２３を通り伝搬され且つ反射される。ライトガイド２３の背面２７におけるウェッジ面２８は、第１の端２４に向かって傾斜される。ウェッジ面２８によって、ウェッジ面２８に向かう入射角は、ウェッジ面２８に対する各反射について増加し、最後には、全反射の角度が光線によって越えられる。

図３は、図２に示すライトガイドの一部の更に拡大した側面図である。ウェッジ面３４ａ、３４ｂ、及び３４ｃは、ライトガイド２３の第１の端２４と第２の端２５との間で、直列に、即ち、連続的に配置される。各ウェッジ面３４ａ乃至ｃは、ウェッジ面３４ａ乃至ｃの第１の端３５ａ乃至ｃ、即ち、光源に最も近い第１の端が、ウェッジ面３４ａ乃至ｃの第２の端３６ａ乃至ｃより前面２６から大きい距離において位置付けられるよう傾斜される。従って、ライトガイド２３の局所的な領域にて、ウェッジ面３４ａ乃至ｃは、ライトガイド２３にウェッジ形状を与える。各２つの隣接するウェッジ面３４ａ及び３４ｂ／３４ｂ及び３４ｃは、接続面３７ａ、ｂによって接続され、これらの接続面は、ディスプレイパネル２１の前面２６と非平行であり、更に、ライトガイド２３の第１の端２４における端面３２とも非平行であり、従って、この端面３２は、前面２６に対して垂直である。従って、ウェッジ面３４ａ乃至ｃの各第２の端３６ａ、ｂは、そのような接続面によって連続するウェッジ面３４ａ乃至ｃの隣接する第１の端３５ａ乃至ｃに接続される。この実施例では、接続面３７ａ、ｂは、ウェッジ面３４ａ乃至ｃに対して略垂直であるが、ウェッジ面３４ａ乃至ｃに対して鈍角をなす。このことは、図３から明らかであるように、接続面３７ａ、ｂは、光が外に出て行くことことに関与せず、従って、接続面の形状及び表面仕上げは、あまり重要ではないということがもたらされる。例えば、接続面は、平面である必要はなく、凸型又は凹型であることがマイクロ構造の製造を容易する、又はマイクロ構造の一部の特性を高めるのであるならば、そのような凸型又は凹型でも可能である。

図４にディスプレイ機器の第２の実施例を示す。この実施例では、マイクロ構造が異なる。より具体的には、ライトガイド４３の背面におけるウェッジ面４８が更に互いから離されている。各２つの隣接するウェッジ面４８は、接続面によって接続される。接続面は、ディスプレイパネル４１の前面と非平行な第１の部分４４と、ディスプレイパネル４１の前面と平行な第２の部分４５とから構成される。より具体的には、この実施例では、各接続面について、第１の部分４４は、ライトガイド４３の前面４６に対して垂直であり、先行するウェッジ面４８の第２の端４８ｂから、ライトガイド４３の背面４７の幾何学上の平面に向かって下に延在する。第２の部分４５は、第１の部分４４から、連続ウェッジ面４８の第１の端４８ａまで幾何学上の平面内を延在する。第２の部分４５の伸展は、ウェッジ面４８の伸展と略同じである。

光源は、ライトガイドの端に配置されなければならないので、ディスプレイパネルの均一な照明を得ることが困難である。本発明では、光源の側部取付けを補うような方法でマイクロ構造を適応させることが可能である。光源に対する個々のウェッジ面の位置に依存して調整可能なウェッジ面の特性が幾つかある。主な要素は、光の伝搬方向において測定される全ての距離の中でも特に、光源までの個々のウェッジ面からの距離である。特に興味深いウェッジ面の特性は、ウェッジ角、ウェッジ長、２つの連続する接続面間の距離、及びウェッジピッチである。ウェッジ角とは、図３にαによって示すようにライトガイドの背面の幾何学的平面に対して傾斜されるウェッジ面の角度を意味する。ウェッジピッチとは、その幾何学的平面からウェッジ面の第２の端への垂直な距離を意味する。

図５及び６に示すディスプレイ機器の実施例において、基本的な部品、即ち、光源５２／６２、ライトガイド５３／６３、中間層５９／６９、及びディスプレイパネル５１／６１は、第１の実施例の部品と類似するが、ウェッジ角は、光源５２／６２からの距離と共に増加する。図５に示す第３の実施例では、マイクロ構造は、第１の実施例のマイクロ構造と基本的に類似する。しかし、ウェッジ角が増加すると、各ウェッジ面５８の長さ、即ち、ウェッジ面５８の第１の端５８ａと第２の端５８ｂの間の距離は同じであるので、ウェッジピッチも増加し、接続面５９のサイズも増加する。更に、２つの連続する接続面の間の長さは、光源５２からの距離と共に減少する。接続面５９の傾斜は一定である。図６に示す第４の実施例では、マイクロ構造は、第２の実施例のマイクロ構造に基本的に類似する。第３の実施例について述べたことは、この第４の実施例に対しても同様である。しかし、接続面の可変サイズは、その第１の部分６４の変化に限定され、一方で、ライトガイドの背面の幾何学上の平面において延在する全ての第２の部分は等しいサイズである。当然ながら、照明又は一部の他のパラメータにおける所望の改善をもたらす特性調整の他の組み合わせは多くある。

図７には、本発明のディスプレイ機器の第５の実施例を示す。この実施例は、ディスプレイパネル７１、光源７２及びライトガイド７３からなるフロントライトと、ライトガイドをディスプレイパネル７１に光学的に接続する第１の中間層７４と、タッチスクリーン７５と、タッチスクリーン７５をライトガイド７３に光学的に接続する第２の中間層７６とを有する。第２の中間層７６、ライトガイド７３、及び第１の中間層７４の屈折率を適切に選択することによって、光は、タッチスクリーン側ではなく、ディスプレイパネル側のフロントライトからしか外れない。第１の中間層７４、第２の中間層７５、及びライトガイド７３の屈折率がそれぞれｎ_１、ｎ_２、及びｎ_３である場合、それらの相互関係は、ｎ_２＜ｎ_１＜ｎ_３であるべきである。従って、第２の中間層７５は、最低の屈折率を有すべきであり、ライトガイド７３が最高の屈折率を有すべきである。第１の中間層の屈折率は、第２の中間層７５の屈折率よりも有意に高いべきであり、例えば、ライトガイドと第２の中間層の屈折率の平均値として選択されることが好適である。中間層７４及び７５は共に、ＵＶ硬化可能アクリラート又は熱硬化可能樹脂といった接着剤であることが好適である。

照明特性を更に改善するために、図８に示す第６の実施例では、ライトガイド８３の第１の端面８４、即ち、光源８２が位置付けられる光入口端面が、面付けされる。つまり、第１の端面８４の少なくとも一部は、反対側の第２の端面８５に対して非平行であるよう傾斜される。従って、この部分は、ライトガイド８３の前面８６に対して非垂直である。この第６の実施例では、第１の上部面８４ａと、第１の面８４ａに隣接する第２の下部面８４ｂがある。第１の面８４ａと第２の面８４ｂは、光入口端面８４に沿って、即ち、光源８２の中心軸と平行に延在するＶ字型の溝を形成する。第１の面８４ａ及び第２の面８４ｂは、サイズが略等しく、それにより、溝の下部は、ライトガイド８３の前面８６と背面８７との間の略中心に位置付けられる。

図９に示す第７の実施例では、面付けされた入口端面は、ライトガイド９３の前面９６からライトガイド９７の背面９７まで延在し、第１の端面９４の大部分を占める第１の上部面９４ａを有する。この実施例では、第１の面９４ａは、前に説明した実施例とは反対の方向において傾斜される。つまり、第１の面９４ａにおける点からライトガイド９３の第２の端面９５までの距離は、その点がライトガイド９３の背面９７に近いほど長い。第２の下部面９４ｂは、第１の面９４ａに隣接し、反対方向に傾斜される。

従って、本発明では、拡散反射ディスプレイパネルの固有の特性をうまく利用し、緩められた品質要件と実質的に均等な厚さを組み合わせ、また、調整可能な照明均一性を与えるフロントライトを有するディスプレイ機器を提供した。

従来技術のディスプレイ機器を概略的に示す斜視図である。 本発明によるディスプレイ機器の実施例を示す図である。 図２のディスプレイ機器の一部を示す拡大側面図である。 本発明によるディスプレイ機器の更なる実施例を示す図である。 本発明によるディスプレイ機器の更なる実施例を示す図である。 本発明によるディスプレイ機器の更なる実施例を示す図である。 本発明によるディスプレイ機器の更なる実施例を示す図である。 本発明によるディスプレイ機器の更なる実施例を示す図である。 本発明によるディスプレイ機器の更なる実施例を示す図である。

Claims (14)

1. 拡散反射ディスプレイパネルと、
   ライトガイド、及び、該ライトガイドの第１の端に配置され該第１の端を通り前記ライトガイド内に入る光を放射する光源から構成されるフロントライトと、
   前記ディスプレイパネルの前面と前記ライトガイドの背面との間に、前記ディスプレイパネルが前記ライトガイドと光学的に接触するよう配置される透明中間層と、
   を有し、
   前記ライトガイドの前記背面には、ウェッジ面を有するマイクロ構造が設けられ、
   前記ウェッジ面は、各ウェッジ面について、前記ウェッジ面の第１の端と前記ディスプレイパネルの前記前面との間の距離が、前記ウェッジ面の第２の端と前記ディスプレイパネルの前記前面との間の距離より短いよう配置され、
   前記ウェッジ面の前記第１の端は、前記ウェッジ面の前記第２の端より前記光源の近くに位置付けられるディスプレイ機器。
2. 前記ウェッジ面は、前記ライトガイドの前記第１の端と第２の端の間で、前記ライトガイドの前記背面に沿って連続的に配置され、前記第２の端は、前記第１の端の反対側にある請求項１記載のディスプレイ機器。
3. 各２つの隣接するウェッジ面は、接続面によって接続され、
   該接続面は、前記ディスプレイパネルの前記前面と非平行である請求項２記載のディスプレイ機器。
4. 各２つの隣接するウェッジ面は、接続面によって接続され、
   該接続面は、前記ディスプレイパネルの前記前面と非平行である第１の部分と、前記ディスプレイパネルの前記前面と平行である第２の部分とから構成される請求項２記載のディスプレイ機器。
5. 少なくとも１つのウェッジ面特性が、前記ライトガイドの前記第１の端からの距離と共に変化する請求項２乃至４のうちいずれか一項記載のディスプレイ機器。
6. 前記少なくとも１つのウェッジ面特性は、ウェッジ角、ウェッジ長、２つの連続する接続面間の距離、及びウェッジピッチから構成されるウェッジ面特性の群から選択される請求項５記載のディスプレイ機器。
7. 前記少なくとも１つのウェッジ面特性は、前記ライトガイドの前記第１の端から前記ライトガイドの前記第２の端に向かって増加する請求項５又は６記載のディスプレイ機器。
8. 前記第１の端の端面は、前記ライトガイドの前面に対し非垂直である第１の面を有する請求項１乃至７のうちいずれか一項記載のディスプレイ機器。
9. 前記端面は、前記第１の面に隣接する第２の面を有し、
   前記第１の面及び前記第２の面は、前記端面に沿って延在するＶ字型の溝を形成する請求項８記載のディスプレイ機器。
10. 前記中間層は、接着剤である請求項１乃至９のうちいずれか一項記載のディスプレイ機器。
11. 前記中間層は、前記ライトガイドの屈折率より低い屈折率を有する請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載のディスプレイ機器。
12. タッチスクリーンと、
    該タッチスクリーンと前記ライトガイドの前面との間に配置され、前記タッチスクリーンを前記ライトガイドとを光学的に接触させる第２の透明中間層と、
    を更に有する請求項１１記載のディスプレイ機器。
13. 前記第２の透明中間層は、接着剤である請求項１２記載のディスプレイ機器。
14. 前記第２の透明中間層は、前記第１の透明中間層の屈折率より低い屈折率を有する請求項１２又は１３記載のディスプレイ機器。

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