JP5798373B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置に関する。

ＭＥＭＳディスプレイ（Micro Electro Mechanical System Display）は、液晶ディスプレイに取って代わると期待されているディスプレイである（特許文献１参照）。このディスプレイは、偏光を利用した液晶シャッタ方式とは異なり、固定開口及びシャッタを有するシャッターユニットによって機械的に光の透過窓を開閉することにより明暗を表示する。詳しくは、固定開口の上方にシャッタを配置することで光を遮り、固定開口の上方からシャッタを退避させることで光を透過させる。

特開２００８−１９７６６８号公報

固定開口は遮光膜に形成された開口からなり、シャッタは、遮光膜から間隔をあけて配置されることで駆動できるようになっている。そのため、シャッタが固定開口の上方から退避しているとき、画面に対して垂直に進む光は固定開口を透過するが、退避しているシャッタの方向に斜めに進む光はシャッタによって遮られてしまう。そのため、見る方向によって輝度が異なるという視野角特性の問題があった。

本発明は、視野角特性の問題を解消することを目的とする。

（１）本発明に係る表示装置は、光がそれぞれ透過する複数の固定開口が形成された遮光膜と、それぞれの前記固定開口の上方に配置されたレンズと、前記遮光膜と前記レンズの間に配置され、前記複数の固定開口にそれぞれ対応して前記光の透過及び遮断を制御する複数のシャッタと、前記複数のシャッタを、前記固定開口の上方の位置と前記固定開口から退避した位置との間（即ち、前記光を透過する位置と前記光を遮断する位置との間）を移動するように駆動する駆動部と、を有し、前記複数の固定開口は、それぞれ長手方向及び短手方向を有する長尺状であり、前記レンズは、前記長手方向よりも前記短手方向に光の屈折力が強いことを特徴とする。本発明によれば、短手方向に光を屈折させることで、この方向に光を分散することができるので、視野角特性の問題を解消することができる。

（２）（１）に記載された表示装置において、前記レンズは、凹レンズであり、前記長手方向の曲率よりも前記短手方向の曲率が大きいことを特徴としてもよい。

（３）（１）に記載された表示装置において、前記レンズは、平凹シリンドリカルレンズであることを特徴としてもよい。

（４）（２）に記載された表示装置において、前記複数の固定開口は、複数列で配列され、少なくとも１列に並ぶ前記固定開口に対して、１つの前記平凹シリンドリカルレンズが配置されることを特徴としてもよい。

本発明の実施形態に係る表示装置の概略を示す断面図である。 シャッタ及びその駆動部を示す図である。 シャッタとレンズの配置を説明するための図である。 レンズの作用効果を説明するための図である。 本実施形態に係る表示装置の明るさの特性を示すグラフである。 実施形態に係る表示装置のレンズの変形例を示す図である。 図６に示すレンズのVII−VII線断面図である。 図６に示すレンズのVIII−VIII線断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る表示装置の概略を示す断面図である。図２は、表示装置の内部構造の一部を拡大した斜視図である。

表示装置は、一対の光透過性基板１０，１２（例えばガラス基板）を有する。一対の光透過性基板１０，１２は、間隔をあけて対向するように配置されている。一方の光透過性基板１０には、他方の光透過性基板１２に対向する側に遮光膜３４が形成されている。遮光膜３４には、図２に示すように、光がそれぞれ透過する複数の固定開口３６が形成されている。複数の固定開口３６は、それぞれ長手方向Ｙ及び短手方向Ｘを有する長尺状である。

図２に示すように、複数のシャッタ１４が、遮光膜３４から間隔をあけて配置されている。シャッタ１４は、固定開口３６に対応して光の透過及び遮断を制御する。シャッタ１４が固定開口３６を覆うことで光は遮断され、シャッタ１４が固定開口３６の上方を避けることで光が透過する。駆動開口１６を有するシャッタ１４であれば、駆動開口１６と固定開口３６が一致する（駆動開口１６を固定開口３６の上方に配置する）ことで光が透過する。図２の例では、１つの固定開口３６と１つの駆動開口１６が対応している。あるいは、駆動開口を有しないシャッタ１４（図示せず）であれば、シャッタ１４が固定開口３６の上方から退避することで光が透過する。

シャッタ１４は、一方の光透過性基板１０に設けられている。図２は、シャッタ１４及びその駆動部４０を示す図である。シャッタ１４は、駆動開口１６を有するプレートである。駆動開口１６で光が通過し、駆動開口１６以外の部分で光を遮断する。駆動開口１６は一方向に長い形状になっている。なお、光は、図１に示すように、光透過性基板１０に重ねられたバックライト１８から供給される。

シャッタ１４は、第１バネ２０に支持されて光透過性基板１０から浮くようになっている。複数（図２では４つ）の第１バネ２０によってシャッタ１４が支持されている。第１バネ２０は、第１アンカー部２２で光透過性基板１０に固定されている。

第１バネ２０は、弾性変形可能な材料からなり、シャッタ１４の板面に平行な方向に変形できるように配置されている。詳しくは、第１バネ２０は、シャッタ１４から離れる方向（駆動開口１６の長さ方向に交差（例えば直交）する方向）に延びる第１部２４と、駆動開口１６の長さ方向に沿った方向であって駆動開口１６の長さ方向の中央から外方向に向かって延びる第２部２６と、さらにシャッタ１４から離れる方向（駆動開口１６の長さ方向に交差（例えば直交）する方向）に延びる第３部２８と、を有する。そして、シャッタ１４は、図２に矢印で示すように、駆動開口１６の長さ方向に交差（例えば直交）する方向に移動できるようになっている。

光透過性基板１０には、第２アンカー部３０に支持された第２バネ３２が設けられている。第２バネ３２は、第１バネ２０の第２部２６よりもシャッタ１４から離れた側で、この第２部２６に対向するようになっている。第２アンカー部３０に電圧を印加し、第１バネ２０の第２部２６との電位差による静電引力によって、第２部２６が第２アンカー部３０に引き寄せられるようになっている。第２部２６が引き寄せられると、第２部２６と一体的な第１部２４を介して、シャッタ１４も引き寄せられる。つまり、第１バネ２０及び第２バネ３２は、シャッタ１４を機械的に駆動するための駆動部４０を構成するためのものである。

シャッタ１４の上述した駆動開口１６と遮光膜３４の固定開口３６が連通すれば光が通過し、シャッタ１４の移動によって遮光膜３４の固定開口３６が遮蔽されると光が遮断される。言い換えると、遮光膜３４の固定開口３６への光の通過及び遮断を制御するように、シャッタ１４は機械的に駆動される。対応する１つの駆動開口１６及び１つの固定開口３６によって１画素が構成され、多数の画素によって画像が表示されるようになっている。そのため、複数（多数）のシャッタ１４が設けられている。

図１に示すように、シャッタ１４の上方（それぞれの固定開口３６の上方）にレンズ４４が配置されている。図３は、シャッタ１４とレンズ４４の配置を示す図である。図４は、レンズ４４の作用効果を説明するための図である。

レンズ４４は、光を拡散するものであり、例えば凹レンズである。図３に示すように、複数の固定開口３６が複数列で配列されており、少なくとも１列に並ぶ２つ以上の固定開口３６に対して、１つの平凹シリンドリカルレンズが配置されている。１つの平凹シリンドリカルレンズの個々の固定開口３６に対応する部分が個々のレンズ４４である。個々のレンズ４４も平凹シリンドリカルレンズである。また、複数の平凹シリンドリカルレンズが一体的に並列されてレンズアレイが構成されている。

レンズ４４は、光の入射方向によって光の屈折力が異なる。平凹シリンドリカルレンズはその一例である。図４に示すように、レンズ４４は、固定開口３６の長手方向Ｙの曲率よりも短手方向Ｘの曲率が大きくなるように配置されている。平凹シリンドリカルレンズでは、長手方向Ｙの曲率はゼロ（直線）である。したがって、レンズ４４は、固定開口３６の長手方向Ｙよりも短手方向Ｘに光の屈折力が強くなる。

次に、本実施形態に係る表示装置の作用効果を、図４を参照して説明する。本実施形態では、駆動部４０（図２参照）によって、複数のシャッタ１４は、固定開口３６の上方の位置と固定開口３６から退避した位置との間を移動する。

固定開口３６を透過する光は、固定開口３６に対して（遮光膜３４の表面に対して）垂直に進行する光Ｌ_vと、固定開口３６に対して（遮光膜３４の表面に対して）斜めに進行する光がある。斜めに進行する光は、長手方向Ｙに（長手方向Ｙに延びる面に沿って）傾斜する光Ｌ_yと、短手方向Ｘに（短手方向Ｘに延びる面に沿って）傾斜する光Ｌ_xを含む。

固定開口３６と駆動開口１６が連通しているので、固定開口３６を垂直に（遮光膜３４の表面に直交する方向に）透過した光Ｌ_vは、さらに駆動開口１６を透過する。長手方向Ｙに傾斜する光Ｌ_yも、固定開口３６から、駆動開口１６の長手方向Ｙに傾くので、駆動開口１６を透過する。また、短手方向Ｘに傾斜するがその傾斜角度がわずかである光Ｌ_v´は、シャッタ１４に遮られずに進行する。短手方向Ｘに傾斜するがシャッタ１４に遮られずに進行する光Ｌ_v´の光軸と、垂直に進行する光Ｌ_vの光軸とのなす最大角度をαとする。

これに対して、αを超える角度で短手方向Ｘに傾斜する光Ｌ_xは、固定開口３６を透過しても、駆動開口１６の短手方向Ｘに進むので、シャッタ１４によって進行が遮断される。そのため、シャッタ１４で制御される画素は、長手方向Ｙに斜めに見ると明るく、短手方向Ｘに斜めに見ると暗く見える。

しかし、本実施形態によれば、上述したレンズ４４を配置することで、短手方向Ｘに沿って、光の屈折角を大きくして、短手方向Ｘに光を拡げるようになっている。すなわち、短手方向Ｘに傾斜するがシャッタ１４に遮られずに進行する光Ｌ_v´の光軸と、垂直に進行する光Ｌ_vの光軸との角度は、レンズ４４への入射角度はα以内であるが、出射角度は屈折してαを超えるようになる。そのため、短手方向Ｘに光を分散させることができる。これにより視野角特性の問題を解消することができる。

図５は、本実施形態に係る表示装置の明るさの特性を示すグラフである。横軸に長手方向Ｙ又は短手方向Ｘの測定角を示し、縦軸に測定軸が０°（垂直）のときの輝度を１．０としたときの輝度比を表している。グラフから、長手方向Ｙ及び短手方向Ｘのいずれでも輝度比には大きな差がないことが分かる。

図１に示すように、一対の光透過性基板１０，１２は、シール材３８によって間隔をあけて固定されている。シール材３８は一対の光透過性基板１０，１２に密着している。また、シール材３８によって、一対の光透過性基板１０，１２の間に封止空間が区画されている。

図１に示すように、封止空間にはオイル４２（例えばシリコーンオイル４２）が満たされている。シャッタ１４及び駆動部４０は、オイル４２内に配置されている。オイル４２によってシャッタ１４及び駆動部４０の動きによる振動を抑えることができる。また、オイル４２を満たすことで、誘電率が上がり、静電引力による駆動電圧を低下させることができる。

図６は、実施形態に係る表示装置のレンズの変形例を示す図である。図７は、図６に示すレンズのVII−VII線断面図である。図８は、図６に示すレンズのVIII−VIII線断面図である。

この例では、レンズ１４４は楕円形状の凹レンズである。レンズ１４４の長手方向Ｙの曲率半径Ｒ（図７参照）は、短手方向Ｘの曲率半径ｒ（図８参照）よりも大きい。言い換えると、レンズ１４４は、長手方向Ｙの曲率よりも短手方向Ｘの曲率が大きい。図６には複数のレンズ１４４が一体化されたレンズアレイが示されており、それぞれのレンズ１４４が個々の固定開口に対応してもよいし、それぞれのレンズ１４４が２つ以上の固定開口に対応してもよい。このレンズ１４４を上述したレンズ４４の代わりに使用してもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

１０ 光透過性基板、１２ 光透過性基板、１４ シャッタ、１６ 駆動開口、１８ バックライト、２０ 第１バネ、２２ 第１アンカー部、２４ 第１部、２６ 第２部、２８ 第３部、３０ 第２アンカー部、３２ 第２バネ、３４ 遮光膜、３６ 固定開口３６、３８ シール材、４０ 駆動部、４２ オイル、４４ レンズ、１４４ レンズ、Ｌ_v 光、Ｌ_v´ 光、Ｌ_x 光、Ｌ_y 光。

Claims (1)

1. 光がそれぞれ透過する複数の固定開口が形成された遮光膜と、
   それぞれの前記固定開口の上方に配置されたレンズと、
   前記遮光膜と前記レンズの間に配置され、前記複数の固定開口にそれぞれ対応して前記光の透過及び遮断を制御する複数のシャッタと、
   前記複数のシャッタを、前記光を透過する位置と前記光を遮断する位置との間で移動させる駆動部と、
   を有し、
   前記複数の固定開口は、それぞれ長手方向及び短手方向を有する長尺状であり、
   前記レンズは、前記長手方向よりも前記短手方向に光の屈折力が強く、
   前記レンズが楕円形状の凹レンズであり、
   前記楕円形状の凹レンズの前記長手方向の曲率半径Ｒは、前記短手方向の曲率半径ｒよりも大きいことを特徴とする表示装置。

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