JP2005519340A - 光ガイドを有する表示装置 - Google Patents

Abstract

表示装置は、前面プレート及び光ガイド上に設けられた行（５）及び列（６）電極、コモン電極（７）を備える可動エレメント（３）、並びにこれらの電極に電圧を供給する手段（１７）を有する。これにより、制御可能な画像要素が行及び列電極の交点上に形成される。電極によって入力される駆動パルスに依存して、可動エレメントを前面プレート又は背面プレートのいずれかに位置決めされることができる。光ガイドの一方の側において、光源によって発生された光が光ガイドに結合導入される。可動エレメントが光ガイドと接触している場合、その場所において、光は光ガイドから結合導出される。光源と光ガイドとの間に配置されるコリメート手段は、表示装置の均一性を改良する。

Description

本発明は、請求項１の前置特徴部分に記載された表示装置に関する。

冒頭段落で述べたタイプの表示装置は、国際特許出願公開第ＷＯ００／３８１６３号によって知られている。

既知の表示装置は、光源、光ガイド、第１プレートからの幾らかの距離をとって位置される第２プレート、及び前記２つのプレートの間における薄膜状の可動エレメントを有する。第１及び第２プレート上のアドレッシング可能な電極と、薄膜上の電極とに電圧を印加することにより、前記薄膜が、第１プレートと局部的に接触し、又は前記接触を中断することができる。動作中、光源から発生された光は、光結合手段によって、光ガイドへと結合導入される。薄膜が第１プレートと接触している位置において、光は前記第１プレートから減結合される。これによって、画像が表されることが可能になる。更には、インジウム‐スズ酸化物（ＩＴＯ）導体が、前記薄膜を制御するために、光ガイド上に設けられている。更には、スペーサが光ガイド上に設けられ、薄膜が表示装置の黒状態又は非制御状態において光ガイドと接触するのを防ぐ。絶縁層が両方の構造に設けられている。

上記既知の表示装置の不利な点は、これらの構造のために、表示装置によって発生される画像のコントラストが低減されることである。

本発明の目的は、改良されたコントラスト及び均一性を有する冒頭段落で述べたタイプの表示装置を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明による表示装置は、請求項１に記載されているように構成される。

この構成において、コリメート手段を適用することで、光ガイドの内側の表面における反射の数が減少される。光源により近いほど、表示装置の照明はより弱くなるであろうが、まだ十分な程度であろう。表示装置が白状態で駆動されるとき、可動エレメントは、単位長さ当たり、光ガイドから、より弱い光を結合導出するので、表示装置の均一性が改善する。更には、前記構造、即ちＩＴＯ導体とスペーサとによって生じる、単位長さ当たりの損失が低減される。光損失が低減されることよって、光ガイド内の光束が増加される。

ディスプレイの均一な照明は重要であり、コンピュータモニタ又はテレビジョン装置に使用する大型ディスプレイにおいて特に重要である。

本発明の更に有利な実施例は、従属請求項に記載されている。

本発明による表示装置の特別な実施例が、請求項２に記載されている。くさび形の棒体は、よりコリメートされた光を光ガイドへ結合導入させる。これは、光は光ガイドの面内方向に進行するので、光ガイド内で起こる反射は、より少なくなることを意味する。

本発明による前記装置の他の実施例が、請求項３に記載されている。このような構造自体は、米国特許第５，９１７，６６４号から、知られている。しかしながら、これらのプレートは、一般に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）との組み合わせで使用されるランバーティアンバックライトの軸上輝度（ｏｎ‐ａｘｉｓ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）を増加させるために使用され、これらのプレートは、視聴者方向のＬＣＤの前面に位置される。この特許出願においては、ＬＣＤディスプレイに対して、バックライトから結合導出された合計の光は増加されないが、本発明による表示装置においては、光ガイドの面内方向に、より多くの光を向けることによって、表示装置からの合計の光束が増加される。

光学的透明プレートの表面は、同一のプリズム、又は複数対のプリズムを備えることができ、各対は、異なる頂角を持つ２つのプリズムを有する。

本発明のこれら及び他の見地は、以下に記載される実施例を参照して明らかになり、解説されるであろう。

これらの図は、寸法通りではなく、模式図として描かれており、概ね、符号は同様の部分を指しているような図である。

図１は、表示装置１を模式的に示しており、該装置は、光ガイド２、可動エレメント３及び第２プレート４を有する。この例において、可動エレメントは薄膜を有する。前記薄膜３は、該薄膜の非弾性変形を防止するために、少なくとも表示装置の動作温度のガラス転移温度を有する透明ポリマより成り得る。実際には、前記表示装置の動作温度は、約０℃から７０℃の範囲にある。適切な透明ポリマは、例えば、９０℃のガラス転移温度を持つパリレンである。

電極システム５及び６は、薄膜３に面する光ガイド２の表面上と、該薄膜に面する第２プレート４の表面上とに、それぞれ配置されている。好ましくは、コモン電極が薄膜３の表面上に配置される。コモン電極は、例えば、インジウム‐スズ酸化物（ＩＴＯ）層によって形成されることができる。この例では、光ガイドは光ガイドプレート２によって形成されている。前記光ガイドは、ガラスから成り得る。電極５及び６は、２組の電極を形成し、これらは好ましくは９０°の角度で互いに交差する。電極５及び６と薄膜３との間に、局部的に電位差を発生し、動作において、前記電極と薄膜３上の電極７とに電圧を印加することにより、力が該薄膜上に局部的に発生され、これは、該薄膜３を光ガイド２に又は第２プレート４に引き寄せる。

表示装置１は、更に、光源９及び反射器１０を有する。光ガイド２は、光入力１１を有しており、該光入力１１内で、光源９によって発生された光が光ガイド２へ結合導入される。光源は、前記装置に依存して、白色光又は任意の色の光を発してもよい。２つ以上の光源が存在することも可能であり、例えば、前記装置の２つの側上又は各側上に存在することも可能である。異なる色の光源を順次に使用し、白色光表示を形成することも可能である。

薄膜３は、スペーサ１３の組によって、光ガイド２及び第２プレート４の間に位置決めされる。好ましくは、電極システム５、６は、薄膜３と前記電極との間の直接的な電気接触を防止するために、それぞれ絶縁層１２及び１４によって覆われる。電極５、６、７に電圧を印加することによって、電気力Ｆが発生され、これは薄膜３を光ガイド２上の電極５に引き寄せる。電極５は、透明である。薄膜３と光ガイド２とが接触すると、光は、前記接触の場所において、光ガイド２を離脱し、薄膜３に入射する。前記薄膜は前記光を散乱し、該光の一部は、透明電極５及び光ガイド２を介して表示装置１を出る、並びに一部は、第２プレート４を通過して離脱する。他方は反射性である透明電極の１組を使用することも可能であり、これは１つの方向への光出力を増大させる。コモン電極７は、導電層を有する。このような導電層は、半透明アルミニウム層のような半透明金属層、インジウム‐スズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明導電性コーティングの層、又は金属トラックのメッシュであり得る。

動作中、前記光は光ガイドの内側を進行し、図２に示されている状況が起こらない限り、内部反射のために該光ガイドから漏れることはできない。図２は、光ガイド２に接している薄膜３を示している。この状態において、前記光の一部は薄膜３に入射する。この薄膜３は、前記光を散乱するので、該光は表示装置１を出る。前記光は、両側又は１つの側において出ることができる。図２において、これが矢印で示されている。実施例においては、表示装置は、色決定要素２０を有する。これらの要素は、例えば、特定の色（赤、緑及び青等）の光が通過することを可能にする色フィルタ要素であり得る。前記色フィルタ要素は、入射光の所望の色のスペクトル帯域幅に対しては、少なくとも２０％の透過性、入射光の他の色に対しては、０から２％の範囲の透過性を持つ。好ましくは、前記色フィルタ要素は光ガイド２に面する第２プレート４の表面に位置される。

図３は、表示装置１のアドレッシング方法の例を示している。

いわゆる複数ラインアドレッシング技術が、適用され得る。このアドレッシング技術の詳細な記載は、国際特許出願公報第ＷＯ００／３８１６３号を参照することができ、同一出願者の名前による先の特許出願である。このアドレッシング方法は、前記構造に働く単一の力によって、前記薄膜をオン又はオフに切り替えることを可能にするので、非常に興味深いものである。図３は、
‐ 第１アドレッシング状態「オン」８０、
‐ 第２アドレッシング状態「双安定のため何も起こらない」８１、及び
‐ 第３アドレッシング状態「オフ」８２、
の３つのアドレッシング状態を示している。

第１グラフ３０は、列電極５上の電圧を示し、第２グラフ３１は行電極６上の電圧を示し、第３グラフ３２は共通電極７上の電圧を示している。切り替えの間、単一の力のみが薄膜３に働くことがわかる。第４グラフ３３は、対応する表示要素のオン／オフ状態を示している。

図４は、既知の表示装置の詳細を示しており、光ガイド２及び薄膜３における光損失が示されている。起こり得る光損失は、以下のとおりである。
４１：ブリッジ１３上の吸収、及び該ブリッジ１３における散乱
４２：光ガイド２に設けられたＩＴＯ層５における吸収
４３：絶縁層１２の粗さによる光ガイドからの結合導出
４４：薄膜３における散乱。

図５は、既知の表示装置のシミュレーションの算出した輝度の第１グラフを示しており、該グラフは、光を光ガイドに結合導入に関するコサイン又はランバーティアン光分布を有する。前記計算は、全白状態で駆動される１０ｃｍ幅のディスプレイの場合について行われた。この分布は、表示装置の縁では比較的高い輝度、表示装置の中央では比較的低い輝度を示している。起こり得る光損出を低減させ、表示装置の輝度の均一性を改善するために、コリメータが、光ガイドの入り口面に設けられている。

第１実施例においては、このコリメータは、くさび形の棒体を有する。図６は、光源９と光ガイド２との間にコリメータ６０を有する表示装置の詳細を示している。くさび形の棒体６０は、光源９に向けられた第１表面６１、及び光ガイド２１と光学的に結合される第２表面６２を有し、該第２表面は第１表面に平行であって、第１表面６１の面積は第２面６２の面積よりも小さい。コリメータの適用によって、光ガイド２の境界における光の反射の数が減少される。更に、光源の近傍における前記表示の輝度は減少するが、輝度が不十分に低い、例えば、１００Ｃｄ／ｍ^２よりも下になる程度までは減少しない。コリメータを有する表示装置が白状態で駆動される場合、前記薄膜は光ガイドから、より弱い光を結合導出するので、表示装置の均一性が改善される。更に、ＩＴＯ、絶縁体及びブリッジによる単位長さ当たりの損出が低減されるので、光ガイド内の光束は、増加される。

図７は、光ガイドへの光の結合導入に関するｃｏｓ（２α）の光分布を持つコリメータを備える、シミュレーションした表示装置の、算出した輝度の第２グラフを示している。この計算は、全白状態で駆動される１０ｃｍ幅のディスプレイの場合について行われた。両方のグラフ５０及び７０の計算において、合計の光束は、両方の場合について等しく保たれている。ここで、第２グラフ７０を、図４の既知の表示装置の第１グラフ５０と比較すると、コリメータは光ガイドと組み合わされて、前記ディスプレイの中央の領域における、より高い輝度、及び改善された均一性を提供している。

前記表示装置の第２実施例においては、コリメータは、光学的透明プレートを有し、該プレートの表面は、マイクロ光学表面を備えている。この種のプレートは、軸上輝度、即ち該プレートの平面と直角をなす方向における輝度を向上させる。この種の光学的透明プレートの例は、輝度向上フォイルである。

図８は、光源９と光ガイド３との間に配置された輝度向上フォイル８２を有する表示装置の一部を示している。輝度向上フォイル８２の構造化された表面８４は、光源９に面している。

図９は、光学的透明プレート８２の詳細な第１例を示しており、該プレートの表面には、等しいプリズム角８９を持つ複数の同一プリズム８７が設けられている。

図１０は、光学的透明プレート８２の詳細な第２例を示しており、該プレートの表面には、対で配置された複数のリニアプリズム９２、９４、９６が設けられており、各対は第１及び第２プリズムを持ち、各プリズムは、プリズム角９８、１００、１０２及びプリズム谷１０４、１０６を有し、プリズム角９８，１００又は前記谷角のいずれかは、両方ではないが、等しい。

添付した請求項の範囲から外れることなく、本発明の範囲内で多くの変形が可能であることは明らかであろう。

図１は、可動エレメントを有する表示装置の断面図である。 図２は、図１に示された表示装置の詳細を示している。 図３は、図１に示された表示装置のためのアドレッシング方法を示している。 図４は、前記表示装置において起こり得る光損出を示している。 図５は、可動エレメントを有する既知の表示装置の輝度のグラフを示している。 図６は、光源及び光ガイドの間にコリメータを有する表示装置の第１例を示している。 図７は、光源及び光ガイドの間にコリメータを有する表示装置の輝度のグラフを示している。 図８は、光源及び光ガイドの間にコリメータを有する表示装置の第２例を示している。 図９は、軸上輝度を向上させる光学的透明プレートの第１例を示している。 図１０は、軸上輝度を向上させる光学的透明プレートの第２例を示している。

Claims (9)

1. ‐ 光を発生する光源、
   ‐ 前記発生された光を伝送する光ガイド、
   ‐ 前記光ガイドと互に離隔された関係で平行に延在するプレート；
   ‐ 前記光ガイドと前記プレートとの間の可動エレメント、及び
   ‐ 前記光ガイドから光を結合導出するために、前記可動エレメントを、前記光ガイドと局部的に接触させる選択手段、
   を有する表示装置であって、
   前記表示装置が、前記発生された光を、前記光源と前記光ガイドとの間でコリメートするコリメート手段を有することを特徴とする、表示装置。
2. 前記コリメート手段がくさび形の棒体を有し、前記くさび形の棒体は、前記光源に向けられた第１表面と、光学的に前記光ガイドに結合されており前記第１表面と平行である第２表面とを備えており、前記第１表面の面積は、前記第２表面の面積よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記コリメート手段が光学的透明プレートを有し、前記光学的透明プレートの表面は軸上輝度を向上させる構造を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記表面が複数のリニアプリズムを備えることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記リニアプリズムが、互いに同一であることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記プリズムが対で配置され、各対は第１及び第２プリズムを有し、各プリズムはプリズム角及びプリズム谷を有し、前記プリズム角又は前記谷の角のいずれかは、両方ではないが、等しいことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
7. 前記プリズムが、前記光ガイドに向けられていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記選択手段が、行及び列電極を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
9. 前記装置が、前記行及び列電極上に前に印加された電圧又は複数の電圧に依存して、前記行及び列電極に電圧を印加する手段を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。

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