(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的小型の、例えばケース内部により簡単に格納できる一体型組立体を光導体と共に形成する、光導体によって照明されるデータ表示デバイスを提供する。【解決手段】反射性タイプのデータ表示デバイス２０と、光が導入される光導体１８とを含む、データ表示組立体１６であって、光導体１８は、観察者から見てデータ表示デバイス２０の上側に配置され、データ表示デバイス２０に面する下面２８と、下面２８と反対側の上面２４とを有する。光導体１８の上面２４上に構成された光抽出器２２は、光導体１８に導入された光の一部を抽出でき、これをデータ表示デバイス２０の照明のためにデータ表示デバイス２０に向けて配向する。データ表示デバイス２０は、光導体１８の下面２８を覆う透明な多孔性層２６を挿入することにより、光導体１８に固定される。【選択図】図２
0003200128.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
反射性タイプのデータ表示デバイス（２０）と、光が導入される光導体（１８）とを含む、データ表示組立体（１６）であって、
前記光導体（１８）は、観察者から見て前記データ表示デバイス（２０）の上側に配置され、前記データ表示デバイス（２０）に面する下面（２８）と、前記下面（２８）と反対側の上面（２４）とを有し、
前記光導体（１８）の前記上面（２４）上に構成された光抽出器（２２）は、前記光導体（１８）に導入された光の一部を抽出でき、前記光を前記データ表示デバイス（２０）の照明のために前記データ表示デバイス（２０）に向けて配向し、
前記データ表示デバイス（２０）は、前記光導体（１８）の前記下面（２８）を直接覆う透明な多孔性層（２６）を挿入することにより、前記光導体（１８）に固定される、データ表示組立体（１６）。
【請求項２】
接着層（３０）は、前記光導体（１８）と前記透明な多孔性層（２６）との間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のデータ表示組立体。
【請求項３】
前記多孔性層（２６）の厚さは６マイクロメートル以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のデータ表示組立体。
【請求項４】
前記接着層は、接着性光学フィルム又は透明な光重合性若しくは熱重合性接着剤であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデータ表示組立体。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、多孔性層を用いて光学的に隔離された光導体に関する。より具体的には、本考案は、光導体デバイス内の光伝播の光学的特性を変更することなく、光学フィルムを結合するために、光導体デバイスに多孔性層を統合することに関する。
【背景技術】
【０００２】
この数十年間、有機及び無機多孔性層は、生化学デバイス、電子デバイス、光学デバイス、更には光子デバイスにまで及ぶ多様な分野において用途が見出されている。多孔性層の主要な利点は、これらの屈折率が一般に低く、かつ調整可能であることである。この特徴は、特に工学分野で極めて有利である。実際には、光学デバイスに使用される材料の大半は絶縁性材料であり、その屈折率は高く、典型的には１．３超である。この屈折率の値は、異なる性質の２つの材料の境界面における反射、又は光導体内への光束の搬送といった全ての光学的現象を決定する。
【０００３】
極めて簡潔にまとめると、多孔性層は、胞巣状構造を得るために内部にナノメートルサイズの寸法の複数のキャビティが形成された、屈折率Ｎのある容積の絶縁性材料から得られる。これらのキャビティは、屈折率ｎ＝１の空気で充填される。キャビティの寸法が多孔性材料を通過する光の波長より小さい場合、この多孔性材料は光に対して、平均屈折率がＮ１である媒体のような挙動を示すことになり、ここで屈折率Ｎ１は、空気の屈折率ｎと絶縁性材料の屈折率Ｎとの間に含まれる。従って、光の波長と同等のスケールの、ある容積の多孔性材料において、光学的屈折率は空気及び絶縁性材料それぞれの占有率に左右されることになり、ｎ＜Ｎ１＜Ｎとなる。従って、ナノメートルサイズのキャビティの占有率を操作することにより、換言すれば、単位容積の絶縁性材料に対するこれらのキャビティの密度若しくはサイズを操作することにより、又はナノメートルサイズのキャビティを充填する気体の屈折率を操作することにより、多孔性材料に関して連続した複数の屈折率値を得ることができる。従ってこの技術を実装すると、材料を組織化することによって、天然には見られない新規の光学用材料を製造できる。現行の製造方法によると、例えば多孔性材料の薄い層を基材上に蒸着できる。複数の重なった層の屈折率を調整することによって、特に極めて効果的な反射防止コーティングを形成できる。
【０００４】
本考案は、液晶ディスプレイセル等のディスプレイデバイスを照明するために使用される光導体の分野における、ここまでに簡単に説明した多孔性層の応用に関する。
【０００５】
最も簡単な形態では、バックライトデバイスを１つ又は複数の光源で形成し、これら光源は、プリズム又はレンズ等の光抽出器が表面上に構成された透明な導体に光を導入する。このバックライトデバイスの目的は、データ表示デバイスを下から可能な限り均一に照明することである。バックライトデバイスの下側に配置された反射性フィルム及びバックライトデバイスの上側に配置された拡散性フィルムによって、組立体が完成される。導体内の光は、導体の内壁全体に亘る全反射によって伝播する。全反射角度又は臨界角とは、その角度を超えると光が光導体から出てしまう、光導体表面に対する垂線に関する最大角度である。空気に取り囲まれた光導体に関して、臨界角は以下の式：
【０００６】
【数１】
0003200128.tif 000003
【０００７】
によって表され、ここでｎ＝１は空気の屈折率、Ｎは光導体の屈折率である。
【０００８】
バックライトデバイス内の光案内機構を保証するために、反射性フィルムと光導体との間、及び光導体と拡散性フィルムとの間に空気層を残しておく必要が常にある。従って、接着剤を用いてこれらフィルムを導体に結合させることは想定できない。実際には、接着剤を用いて反射性フィルム及び拡散性フィルムを導体に結合させた場合、光は導体から出てしまい、フィルムの性質に応じて拡散又は吸収され、これは光束の損失につながる。光抽出器が引き起こす損失とは異なり、接着剤を用いて光導体に結合されたフィルムによって引き起こされた損失は定量的に制御できず、従って照明の均一性に影響する。
【０００９】
上述のような理由のために、空気層がデータ表示デバイスからバックライトデバイスを分離させるため、殆どのバックライトデバイスはデータ表示デバイスに直接固定されない。更に、データ表示デバイスとバックライトデバイスとの間には様々なフィルムが配置され得る。例えば、バックライトデバイスの次にデータ表示デバイスを積層する積層順序では、反射性フィルムをバックライトデバイスの下側に設け、空気層によってバックライトデバイスから分離してよい。同様に、拡散性フィルムをバックライトデバイスとデータ表示デバイスとの間に配置してよく、拡散性フィルムは空気で取り囲まれる。従って、自動化された工業生産ラインに組み込むのが特に困難な多数の部品で形成された、煩雑な組立体が得られる。更にデータ表示デバイス及びバックライトデバイスによって形成されたデータ表示組立体が例えばケース内に格納される場合、ケースに対して行われるいずれの改造は、バックライトデバイスの射出成形鋳型の変更、又は新規の鋳型の製造すら必要とすることがあり、これにはコストがかかる。これは特に、データ表示デバイスが湾曲した外形を有する場合に当てはまる。実際には、限定された容積のケースにデータ表示デバイスが格納される場合、厳しい許容誤差を満たすことを要求されない限り、照明されるデータ表示デバイスの表面全体に亘って十分な空気層を保証するのは困難となり得る。従って、特に経済的な理由からこれらの制約を削減することが望ましいものの、その一方でこれはケースの寸法の増大を伴う。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１０】
本考案の目的は、比較的小型の、従って例えばケース内部により簡単に格納できる一体型組立体を光導体と共に形成する、上記光導体によって照明されるデータ表示デバイスを提供することにより、上述の欠点及びその他の欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的のために、本考案は、反射性タイプのデータ表示デバイスと光が導入される光導体とを含む表示組立体に関する。上記光導体は、観察者から見てデータ表示デバイスの上側に配置され、データ表示デバイスに面する下面と、この下面と反対側の上面とを有する。光導体の上面上に構成された光抽出器は、光導体に導入された光の一部を抽出でき、これをデータ表示デバイスの照明のためにデータ表示デバイスに向けて配向する。データ表示デバイスは、光導体の下面を覆う透明な多孔性層を挿入することにより、光導体に固定される。
【００１２】
これらの特徴の結果として、本考案は一体型表示組立体を提供し、これは複数の別個の要素の場合に比べて、取扱いが容易であり、また自動化された工業生産ラインに組み込み易い。このような結果は、データ表示デバイスとフロントライトデバイスとの間に配置される多孔性層が透明であることによって得られる。実際、このような構成を用いると、多孔性層は観察者とデータ表示デバイスとの間に配置される。多孔性層は透明であるため、データ表示デバイスが表示する情報の可読性を損なわない。更にこの一体型データ表示組立体は、例えばケース内部に比較的容易に格納でき、ケースの改造の際に必ずしも変更を必要としない。これは、通常はデータ表示デバイスに対して光導体を隔離する空気層が薄い透明な多孔性層に置き換えられ、この多孔性層が光学アイソレータとして機能し、光導体と直接接触するためである。実際には、多孔性層の屈折率は空気の屈折率よりは高いものの、天然に見られる材料の屈折率（これは１．３未満には決してならない）より大幅に低い。従って、多孔性層を用いて光導体を隔離しても、光導体内での光伝播特性はごく僅かしか改変されない。せいぜい、光導体の開口数がより小さくなり、これによって光伝播がよりすれすれの角度で発生することになるだけである。光導体に導入される光をより少なくしてもよい場合、いずれの種類の接着層を用いて光導体をデータ表示デバイスに機械的に固定するための境界面として、多孔性層を使用できる。このようにして、取扱いが容易であり、また自動化された工業生産ラインに組み込み易い、一体型データ表示組立体が得られる。更に、一体型データ表示組立体を例えば格納するケースの改造は、光導体の射出成形鋳型の変更又は再設計を必要としない。
【００１３】
光導体は光学的に隔離されると、データ表示デバイスに直接、又は多孔性層とデータ表示デバイスとの間に透明な接着層を挿入することにより、機械的に固定できる。上記挿入によって光の損失は引き起こされない。従って、多孔性層によってコーティングされた光導体を、接着フィルムを使用せずに物理的又は化学的融着プロセスによってデータ表示デバイスに直接固定することが考えられる。この可能性は、表示システムの様々な層を形成する材料の性質と、上記物理的又は化学的融着プロセスに対する上記材料の適合性とによってのみ決定される。同様に、表示システムの様々な層の間に残存するいずれの空気層を残すことなく、機械的保持システムを用いて、光導体及びその様々な層をデータ表示デバイスに対して押圧する場合、接着層を省略できる。接着層を省略する更に別の可能性は、表示システムの様々な層の間に真空を生成することからなる。
【００１４】
本考案の補足的な特徴によると、多孔性層の厚さは６マイクロメートル以下である。
【００１５】
データ表示デバイスは反射性タイプである。この場合、多孔性層でコーティングされた光導体は、光導体の次にデータ表示デバイスを積層する積層順序においてデータ表示デバイスの上側に配置され、多孔性層とデータ表示デバイスとの間に接着層が挿入される。
【００１６】
本考案の他の特徴及び利点は、本考案による表示組立体の一実施形態に関する以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。この例は、添付の図面を参照して単なる非限定的な例示として挙げられているものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、従来技術によるデータ表示組立体の概略図である。このデータ表示組立体は、透過性データ表示デバイスの下側に配置されたバックライトデバイスを含む。バックライトデバイスは空気中に配置され、反射性フィルムはバックライトデバイスの下側に配置され、拡散性フィルムはバックライトデバイスとデータ表示デバイスとの間に配置される。
【図２】図２は、本考案によるデータ表示組立体の概略図である。この表示組立体は、反射性データ表示デバイスの上側に配置された光学的に隔離された照明デバイスを含む。照明デバイスは、機械的境界面として機能する接着層を用いてデータ表示デバイスに直接固定される。
【考案を実施するための形態】
【００１８】
本考案は、透明な多孔性層を用いて光導体をデータ表示デバイスに直接固定することからなる一般発明概念に由来するものである。光導体は多孔性層を用いて光学的に隔離されており、接着層を介してデータ表示デバイスに固定される。今日では、光導体の表面上に透明度が高い多孔性層を蒸着できる。このような層は、これらが組み込まれたデバイスの色又は一般的な魅力にいずれの変化ももたらさないため、特に有利である。更に、このような層が存在することによって、データ表示デバイスが表示する情報の可読性は低下しない。これらの特徴の結果として、比較的小型であり、また自動化された工業生産ラインへの組み込みが更に容易である、一体型の表示組立体が提供される。更に、一体型データ表示組立体を例えばケースに格納する場合、ケースを改造する際に光導体の射出成形鋳型を変更する必要は通常なくなる。
【００１９】
従来技術では、光導体は空気層によってデータ表示デバイスから分離されている。空気に取り囲まれた光導体に関して、臨界角は以下の式：
【００２０】
【数２】
0003200128.tif 000004
【００２１】
によって表され、ここでｎ＝１は空気の屈折率、Ｎは光導体の屈折率である。全反射角度又は臨界角とは、その角度を超えると光が光導体から出てしまう、光導体表面に対する垂線に関する最大角度である。空気に取り囲まれた光導体では、光束の一部は導体内で全反射し、光束の別の部分は抽出器によって導体から抽出され、データ表示デバイスの照明のためにデータ表示デバイスに向けて配向される。空気層の利点は、これが光導体内の光束の伝播に干渉しないことである。しかしながら、空気層は、光導体をデータ表示デバイスに固定するための機械的境界面を提供しない。これは結果的に、複数の別個の要素で形成されたデータ表示組立体となり、これは自動化された工業生産ラインに組み込むのが困難である。更にこのようなデータ表示組立体は嵩張り、光導体を例えば格納するケースを改造する場合に光導体の射出成形鋳型を変更するか又は新規の鋳型を製造する必要が生じる場合がある。この問題を克服するために、接着層を用いて光導体をデータ表示デバイスに直接固定することが考えられる。このような解決策は残念なことに、光導体内の光束の伝播に大きく干渉する。実際には、従来は光の一部が抽出器によって光導体から抽出され、これがデータ表示デバイスを均一に照明する一方で、光束の大部分は光導体からすぐに出てデータ表示デバイスを照明し、ハロ現象を生成したり、光の均一性を低下させたりする。従って、屈折率が空気の屈折率よりは高いもののこれに可能な限り近い材料を見出す必要があった。しかしながら、公知の天然材料の屈折率は少なくとも１．３である。従って、１．３以上の所定の屈折率Ｎ１を有する材料に関して、最大全反射角度は以下の関係式によって表される：
【００２２】
【数３】
0003200128.tif 000005
【００２３】
屈折率Ｎ１は空気の屈折率ｎ＝１より大きいため、最大全反射角度
【００２４】
【数４】
0003200128.tif 000006
【００２５】
は増大し、多量の光が光導体から直接逃げてしまう。反対に、天然には見られない材料である多孔性材料は、天然材料の最小屈折率より低い屈折率を有する。従って多孔性層は、空気と比較して興味深い妥協案を提供する。実際、光導体が空気に取り囲まれている場合と比較して、多孔性材料の層を使用すると臨界角が増大し、これによって導体内部の光の伝播がよりすれすれの角度で起こる。換言すると、光導体の開口数はより少なくなり、これにより、所定の光源に関して導体内に導入できる光がより少なくなる。しかしながら、多孔性層の使用に起因する光束の僅かな損失を受け入れる準備があれば、光導体をデータ表示デバイスに組み付けるためにこのような多孔性層が提供する機械的境界面の利点を得ることができる。その結果、より小型で、自動化された工業生産ラインへの組み込みがより容易である一体型データ表示組立体が得られる。更にデータ表示組立体が例えばケースの内部に格納される場合、ケースに改造を施す際に、光導体の射出成形鋳型を変更したり、又は最悪の場合は新規の鋳型を製造したりする必要が通常なくなる。
【００２６】
本考案を、反射性タイプのデータ表示デバイスに関して以下に説明する。これは、いずれの種類の反射性液晶データ表示デバイスであってよい。これはまた、電子インク表示デバイス又はエレクトロウェッティング表示デバイス等の、単なる反射性表示デバイスであってもよい。データ表示デバイスが反射性タイプであるため、光導体はフロントライトデバイスで形成される。
【００２７】
またこれ以降本考案を、データ表示デバイスに対して光導体を固定するために使用される接着層を参照して説明することにも留意されたい。しかしながらこの例は単なる例示として挙げたものであること、並びにデータ表示デバイス及び光導体を、上述のような物理的若しくは化学的融着プロセス、機械的保持手段又は真空の生成といったその他の技術によって互いに固定できることは言うまでもない。
【００２８】
図１は、従来技術によるデータ表示組立体の概略図である。全体を通して一般参照番号１で示されるこのデータ表示組立体は主に、透過性タイプのデータ表示デバイス２と、１つ又は複数の光源６が生成する光が導入されるバックライトデバイス４とで形成される。空気層８で取り囲まれたバックライトデバイス４は、これら２つのデバイス２、４をこの順に積層する積層順序においてデータ表示デバイス２の下側に、データ表示デバイス２から離間して配置される。組立体は、バックライトデバイス４の下側にバックライトデバイス４から離間して配置された反射性フィルム１０と、バックライトデバイス４とデータ表示デバイス２との間にこれら２つのデバイスから離間して配置された拡散性フィルム１２とによって完成される。反射性フィルム１０の目的は、バックライトデバイス４から下向きに逃げた光をバックライトデバイス４に向けて反射することであり、拡散性フィルム１２の目的は、光抽出器１４の光度を減衰させることによって、バックライトデバイス４を出る光を均一化することである。プリズム又はレンズ等の光抽出器１４は、例えばバックライトデバイス４の下面に構成される。図面において矢印Ａで表される光の一部は、バックライトデバイス４の内壁での全反射によって伝播し、矢印Ｂで表される光の別の部分は、光抽出器１４によってバックライトデバイス４から抽出され、データ表示デバイス２の照明のためにデータ表示デバイス２に向けて配向される。図１を吟味すれば明らかであるように、バックライトデバイス４は、バックライトデバイス４内における光伝播機構との干渉を回避するために、空気中に配置される。しかしながら、得られるデータ表示組立体１は、空気層によって互いから分離された複数の要素で形成され、これら空気層は、光学損失を防止してデータ表示デバイス２の均一な照明を可能とするために必要である。このように、データ表示組立体１は煩雑であり、自動化された工業生産ラインに組み込むのが困難である。更に、データ表示組立体１が例えばケース内に格納される場合、ケースの幾何学的形状のいずれの改造は、バックライトデバイスの射出成形鋳型の変更、又は新規の鋳型の製造を必要とすることがあり、これにはコストがかかる。
【００２９】
図２は、全体を通して一般参照番号１６で表されるデータ表示組立体を示し、このデータ表示組立体は主に、反射性データ表示デバイス２０の上側に配置されたフロントライトデバイス１８を含む。プリズム又はレンズ等の光抽出器２２は、フロントライトデバイス１８の上面２４に構成され、照明デバイス１８内部で伝播する光束の一部を抽出して、データ表示デバイス２０を照明するためにデータ表示デバイス２０に向けて配向できる。図面において矢印Ａで表される光の一部は、フロントライトデバイス１８の内壁での全反射によって伝播し、矢印Ｂで表される光の別の部分は、光抽出器２２によって照明デバイス１８から抽出され、データ表示デバイス２０の照明のためにデータ表示デバイス２０に向けて配向される。本考案によると、下面２８を多孔性層２６でコーティングされたフロントライトデバイス１８は、透明接着層３０を介してデータ表示デバイス２０に固定され、上記透明接着層３０は、上記２つのデバイスの組み立てのための機械的及び光学的境界面として機能する。
【００３０】
本考案は上述の実施形態に限定されないこと、並びに当業者は、本特許出願に添付された請求項によって定義される本考案の範囲から逸脱することなく、様々な単純な変更及び変形を考案できることは言うまでもない。特に、本考案の要件によく適した多孔性材料の例は、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌｕｍｅ２９５，Ｅｄｉｔｉｏｎ  Ｎｏ．７（２０１０年７月１２日）の６２８〜６３６頁で発表されている「Ｎａｎｏｐｏｒｏｕｓ  ｆｉｌｍｓ  ｗｉｔｈ  ｌｏｗ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｆｏｒ  ｌａｒｇｅ−ｓｕｒｆａｃｅ  ｂｒｏａｄ−ｂａｎｄ  ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｃｏａｔｉｎｇｓ」に記載されている。上記文献は参照により本特許出願に援用される。工業用液相プロセスの開始点は、無機ナノ粒子のポリマー懸濁液である。この溶液は基材上に蒸着された後乾燥され、単なる結合剤として作用するポリマーを含む数百ナノメートルのナノ粒子の凝集体の間にナノメートルレベルの寸法の空気細孔が見られる、多孔性組織形態のハイブリッド層が得られる。ナノ粒子の表面、溶液の組成又は製造方法の適切な制御により、及び特に、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム／水酸化物（ＡｌＯＯＨ）又は二酸化チタン（ＴｉＯ２）を選択することによってナノ粒子の性質を変化させることにより、平均屈折率ｎを有する多孔性層が得られ、この平均屈折率ｎは、可視光スペクトル範囲内において極めて低い値（ｎ＜１．２）と低い値（１．２＜ｎ＜１．０）との間で変動し得る。全ての多孔性層は、両側を１００ナノメートルの接着層でコーティングされたポリエチレンテレフタレート（即ちＰＥＴ）で作製された、厚い透明な基材（約１７５マイクロメートル）上に蒸着される。この接着層は、水系コーティングプロセスによって得られる親水性層をＰＥＴ基材上に接着できる様々なポリマーを混合することで得られた、非多孔性コーティングによって得られる。ポリビニルアルコール及びホウ酸（又はテトラホウ酸ナトリウム）をそれぞれポリマー結合剤及び硬化剤として使用する。コーティング溶液は、初期粒径がそれぞれ８ナノメートル及び１２ナノメートルの二酸化ケイ素ＳｉＯ２ナノ粒子、又は初期粒径がそれぞれ８ナノメートル及び１４ナノメートルの酸化アルミニウム／水酸化物ＡｌＯＯＨナノ粒子、又は１００ナノメートルより有意に小さいクラスタ寸法で水中に直接分散された二酸化チタンＴｉＯ２ナノ粒子を用いて調製される。
【図１】
0003200128.tif 000007
【図２】
0003200128.tif 000008