(57)【要約】  本発明によれば、カラー半透過型ディスプレイ装置は、目視側および裏側を有し、画素を確定する透過型ディスプレイユニットを用いる。構造化半透過体は、カラーディスプレイユニットの裏側に配置される。構造化半透過体は、構造面と、構造面にわたって配置される層状誘電反射体を具備する。
2007525692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目視側および裏側を有し、画素を規定するカラー透過型ディスプレイユニット、および
前記カラーディスプレイユニットの前記裏側に配置され、前記カラーディスプレイユニットを通過した周辺光を入射角とは異なる反射角で反射する構造化誘電反射体を具備し、前記反射角および入射角がディスプレイ法線に対して測定される構造化半透過体
を具備する、半透過型ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記誘電反射体が７０％〜９０％の範囲の透過率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記透過型ディスプレイユニットが液晶ディスプレイユニットである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
バックライトを生成するバックライトユニットをさらに具備し、前記構造化半透過体が前記カラーディスプレイユニットと前記バックライトユニットとの間に配置され、前記バックライトが、前記構造化半透過体を通過して前記カラーディスプレイユニットに至る、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記バックライトユニットが、光源と、前記光源と前記構造化半透過体との間に配置される少なくとも１つの光操作フィルムと、を具備する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記バックライトからの光が、入力方向において前記構造化半透過体を通過し、前記入力方向に実質的に平行な方向において前記構造化半透過体から出る、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記構造化反射体が反射ファセットの複数の集合を規定し、前記反射ファセットが前記ディスプレイ装置の光軸に非垂直であり、反射ファセットの異なる集合がそれぞれの異なる画素に関連し、反射ファセットの前記集合が少なくとも２つの反射ファセットを具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
反射ファセットの前記複数の集合のうちの前記反射ファセットが、実質的に直線的であり、反射ファセットの前記集合の第１の反射ファセットが前記光軸に対して第１の角度で配置され、反射ファセットの前記集合の第２の反射ファセットが前記光軸に対して第２の角度で配置され、前記第１の角度の大きさが前記第２の角度の大きさと異なる、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
反射ファセットの少なくとも１つの前記集合の中の異なる反射ファセットが、異なる長さを有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記集合の中の異なる反射ファセットの底角が、反射ファセットの前記集合に関して所望の平均反射角を形成するように選択される、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
反射ファセットの少なくとも１つの前記集合の中の異なる反射ファセットが、２°〜２０°の範囲の底角を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記底角が６°〜１０°の範囲である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
少なくとも１つの前記反射ファセットが非直線のファセットである、請求項７に記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの前記反射ファセットが湾曲している、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの前記反射ファセットが、少なくとも２つの直線セグメントを有する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記構造化反射体が、前記ディスプレイユニットに対する法線に垂直である反射部分および前記ディスプレイユニットに対する法線に垂直でない反射部分を規定する、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記構造化反射体が、前記ディスプレイユニットに対する法線に垂直である位置を中心にして一定の範囲の角度で、反射部分の集合を有する反射面を具備する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置が周辺光によって照射され、前記ディスプレイユニットが前記周辺光から生じるグレア光を反射する場合に、前記構造化半透過体が主に前記グレア光の一方の側に画像光を反射する、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記装置が周辺光によって照射され、前記ディスプレイユニットが前記周辺光から生じるグレア光を反射する場合に、前記構造化半透過体が前記グレア光を実質的に包囲する画像光を反射する、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記構造化誘電反射体がホログラフィック面上に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記構造化半透過体が、前記誘電反射体上に配置され、前記透過型ディスプレイユニットに面する平坦化層をさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記平坦化層が拡散粒子を具備する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記平坦化層が、前記構造化半透過体を前記透過型ディスプレイユニットに接着する接着層である、請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記接着層内に設けられる光拡散粒子をさらに具備する、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記構造化半透過体と前記透過型ディスプレイユニットとの間に配置される拡散体をさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記構造化半透過体が一般にｘ−ｙ平面にあり、前記構造化反射体が前記ｘ−ｙ平面に対して傾斜した傾斜面を具備するため、ｚ軸に平行な方向において前記ｘ−ｙ平面に垂直入射する光は、ｙ−ｚ平面にある成分を有する方向に前記傾斜面によって反射される、請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
少なくとも１つの前記傾斜面が、前記ｘ方向における指向成分を有するように、前記入射光の一部を横方向に反射するように形成される、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
少なくとも１つの前記傾斜面が、前記ｘ方向における指向成分を有するように、前記入射光の一部を横方向に反射するように湾曲される、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
少なくとも１つの前記傾斜面が、前記ｘ方向における指向成分を有するように、前記入射光の一部を横方向に反射するようにランダムに変化する面を有する、請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
前記構造化反射体が傾斜面の集合を含み、傾斜面の集合が前記透過型ディスプレイユニットのそれぞれの画素に対応する、請求項１に記載の装置。
【請求項３１】
傾斜面の集合の中の異なる傾斜面が、異なるピッチを有する、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記構造化誘電反射体が、比較的低い屈折率を有する材料を含む基板と、前記基板の構造面上に配置される部分反射体層と、を具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項３３】
前記部分反射体層が、前記基板の屈折率より高い屈折率を有する材料の単一層を具備する、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記部分反射体層が、交互に配置される比較的低い屈折率および比較的高い屈折率からなる複数の誘電層を具備する、請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記部分反射体層上に平坦化層をさらに具備する、請求項３２に記載の装置。
【請求項３６】
前記基板が約１．３〜約１．８の範囲の屈折率を有し、前記誘電反射体が約１．８〜２．３の範囲の屈折率を有する少なくとも１つの層を具備する、請求項３２に記載の装置。
【請求項３７】
前記基板とは別の方向に面する前記誘電反射体の前記面が、１〜約１．８の範囲の屈折率を有する媒体と相互に作用する、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記平坦化層の屈折率が、前記基板の屈折率と実質的に同一である、請求項３２に記載の装置。
【請求項３９】
前記構造化誘電反射体が、交互に配置される低い屈折率および高い屈折率からなる複数の誘電層を具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項４０】
前記構造化誘電反射体は、その光学厚さが選択された波長の４分の１の奇数整数倍ではない複数の誘電層を具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項４１】
前記少なくとも１つの光操作フィルムが、第１の方向に向けられたうねを有する第１のプリズム状のうねのある輝度向上フィルムと、前記第１の方向に垂直な第２の方向に向けられたうねを有する第２のプリズム状のうねのある輝度向上フィルムと、を具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項４２】
前記ディスプレイユニット上に表示される画像を制御するために、前記ディスプレイユニットに連結される制御ユニットをさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項４３】
目視側および裏側を有するカラー透過型ディスプレイユニットおよび
前記カラーディスプレイユニットの前記裏側に配置され、構造面と、前記構造面上に配置される誘電部分反射体と、を有する構造化基板を具備する構造化半透過体を具備し、
前記ディスプレイユニットに入射する周辺光が、グレア方向のグレア光を生じ、前記構造化半透過体が前記グレア方向を実質的に包囲する方向の範囲にわたって画像光を反射する半透過型ディスプレイ装置。
【請求項４４】
前記誘電部分反射体が、７０％〜９０％の範囲の透過率を有する、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記透過型ディスプレイユニットが、液晶ディスプレイユニットである、請求項４３に記載の装置。
【請求項４６】
バックライトを生成するバックライトユニットをさらに具備し、前記構造化半透過体が前記カラーディスプレイユニットと前記バックライトユニットとの間に配置され、前記バックライトが、前記構造化半透過体を通過して前記カラーディスプレイユニットに至る、請求項４３に記載の装置。
【請求項４７】
前記バックライトユニットが、光源と、前記光源と前記構造化半透過体との間に配置される少なくとも１つの光操作フィルムと、を具備する、請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記少なくとも１つの光操作フィルムが、第１の方向に向けられたうねを有する第１のプリズム状のうねのある輝度向上フィルムと、前記第１の方向に垂直な第２の方向に向けられたうねを有する第２のプリズム状のうねのある輝度向上フィルムと、を具備する、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記バックライトからの光が、入力方向において前記構造化半透過体を通過し、前記入力方向に実質的に平行な方向において前記構造化半透過体から出る、請求項４６に記載の装置。
【請求項５０】
前記誘電部分反射体が、前記ディスプレイユニットに対する法線に垂直である反射部分および前記ディスプレイユニットに対する法線に垂直でない反射部分を規定する、請求項４３に記載の装置。
【請求項５１】
前記誘電反射体が、前記ディスプレイユニットに対する法線に垂直である位置を中心にして一定の範囲の角度で、反射部分の集合を有する反射面を具備する、請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記構造化半透過体が、前記誘電反射体上に配置され、前記透過型ディスプレイユニットに面する平坦化層をさらに具備する、請求項４３に記載の装置。
【請求項５３】
前記平坦化層が拡散粒子を具備する、請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
前記平坦化層が、前記構造化半透過体を前記透過型ディスプレイユニットに接着する接着層である、請求項５２に記載の装置。
【請求項５５】
前記構造化半透過体と前記透過型ディスプレイユニットとの間に配置される拡散体をさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項５６】
前記構造化反射体が複数の反射ユニットを具備し、各反射ユニットが前記構造化反射体を通過する軸に対して正および負の角度で反射部分の集合を具備し、前記ディスプレイユニットが画素を規定し、前記ディスプレイユニットの各画素が２つ以上の反射ユニットの集合の上に配置される、請求項４３に記載の装置。
【請求項５７】
前記基板が比較的低い屈折率を有し、前記誘電部分反射体が前記基板の前記構造面上に配置された比較的高い屈折率の材料からなる単一層を具備する、請求項４３に記載の装置。
【請求項５８】
前記部分反射体層が、交互に配置される比較的低い屈折率および比較的高い屈折率からなる複数の誘電層を具備する、請求項４３に記載の装置。
【請求項５９】
前記誘電層が、選択された波長の４分の１の奇数整数倍ではないその光学厚さを有する、請求項５８に記載の装置。
【請求項６０】
前記誘電部分反射体層上に平坦化層をさらに具備する、請求項４３に記載の装置。
【請求項６１】
前記平坦化層の屈折率が前記基板の屈折率と実質的に同一である、請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
前記基板が約１．３〜約１．８の範囲の屈折率を有し、前記誘電部分反射体が約１．８〜２．３の範囲の屈折率を有する少なくとも１つの層を具備する、請求項４３に記載の装置。
【請求項６３】
前記基板の前記構造面とは別の方向に面する前記誘電部分反射体の前記面が、１〜約１．８の範囲の屈折率を有する媒体と相互に作用する、請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記ディスプレイユニット上に表示される画像を制御するために、前記ディスプレイユニットに連結される制御ユニットをさらに具備する、請求項４３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、ディスプレイに関し、さらに詳細には、周辺照明下で動作し、バックライト照明も備えた透過反射兼用型（半透過型）ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロプロセッサに基づく技術の物理的な小型化は、携帯型パーソナルコンピュータ、マルチポケットブック、無線電話およびポケットベル（登録商標）の開発につながっている。これらの装置と、置時計、腕時計、計算機などの他のデバイスのすべてに共通に必要とされているものは、電池交換または電池充電の間に有効な作動期間を長くするために、電力消費の少ないデータディスプレイスクリーンを共通に必要としている。
【０００３】
そのような装置におけるディスプレイの最も一般的なタイプは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。ＬＣＤは、照射源に基づいて分類される場合もある。反射型ディスプレイは、前方からディスプレイに入射する周辺光によって照射される。ＬＣＤの背後に配置されるブラシ研磨金属反射体などの反射面は、ＬＣＤによって透過された光を反射すると同時に、反射面に入射する光の偏光配向を維持する。反射型ディスプレイは少ない電力消費の必要性を満たしているが、このディスプレイは良好な周辺照明条件下で有用であるにすぎない。低レベルの周辺光の下で、ディスプレイは暗く、読みにくいことがよくある。したがって、完全な反射型ディスプレイは、有用性が限定されている。
【０００４】
ＬＣＤディスプレイの別のタイプはバックライト式ディスプレイであり、光はディスプレイの背後で生成され、ディスプレイを透過して目視者に至る。一般に、バックライト式アセンブリは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、蛍光灯または光を発する別の装置、発光体からＬＣＤに光を指向するための複数の光学素子を具備している。バックライト照明はまた、さまざまな周辺光状態に関して用いることができるため、反射型ディスプレイを補うために用いられてもよい。しかし、バックライト式アセンブリの導入は、電池の電力消費も増大し、電池の耐用年数または充電間隔を著しく短くする。
【０００５】
周辺反射型ディスプレイとバックライト照明の組合せにより、「半透過」フィルムが必要となる。半透過フィルムは、ＬＣＤと光源との間に配置され、ＬＣＤを透過した周辺光を反射し、ＬＣＤを照射するために光源からの光を透過するために用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、周辺照明状態の下では、半透過フィルムは、画像を重ねる入射光の鏡面反射を生じることから、画像が見にくくなることがよくある。これは、特にディスプレイがバックライトモードで動作するカラーディスプレイであり、高いレベルの周辺光がある場合にいえる。したがって、高いレベルの周辺光によって動作する場合に、カラーディスプレイの画像の視認性を向上する改良型半透過体が必要である。半透過体は、色ずれを少なくした状態で光を反射および透過し、所望の角度範囲にわたって反射された周辺光を拡散するように構成されていてもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ある特定の実施形態において、本発明は、目視側および裏側を有し、画素を規定する透過型ディスプレイユニットを具備する半透過型ディスプレイ装置に関する。光源は、透過型ディスプレイユニットの裏側に配置される。構造化半透過体は、透過型ディスプレイユニットと光源との間に配置される。構造化半透過体は、構造面および構造面にわたって配置される層状誘電反射体を具備する。
【０００８】
別の実施形態において、本発明は、目視側および裏側を有するカラー透過型ディスプレイユニットと、カラーディスプレイユニットの裏側に配置される構造化半透過体と、を具備する半透過型ディスプレイ装置に関する。構造化半透過体は、構造面と、構造面上に配置される誘電部分反射体を有する構造化基板を具備する。ディスプレイユニットに入射する周辺光はグレア方向のグレア光を生成し、構造化半透過体はグレア方向を実質的に包囲する方向の一定の範囲にわたって画像光を反射する。
【０００９】
本発明の上記の概要は本発明のそれぞれの示された実施形態またはすべての実装例を説明することを目的としていない。以下の図面および詳細な説明は、これらの実施形態についてさらに詳細に具体化する。
【００１０】
本発明は、添付図面と共に、本発明の種々の実施形態に関する以下の詳細な説明を検討することにより、さらに完全に理解されると思われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は種々の修正および代替の態様に適用可能であるが、その仕様が図に一例として示され、詳細に説明される。しかし、記載された特定の実施形態に本発明を限定するわけではないことを理解すべきである。逆に言えば、添付の特許請求の範囲によって規定されるように、本発明の精神および範囲に包含されるすべての修正物、代替物および変形物を網羅するものとする。
【００１２】
本発明は、半透過型ディスプレイに適用可能であり、カラー半透過型ディスプレイに特に有用であり、反射される画像光が周辺のグレアから分離されるため、目視者によって見られる画像の視認性を向上すると考えられている。
【００１３】
半透過型ディスプレイ１００の概略図が、図１に示されている。一般には液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイユニット１０２が、ディスプレイ１０２上に表示される情報を制御するコントローラ１０４に接続されている。１層以上の層の光学フィルムから形成される半透過体１０６が、ディスプレイユニット１０２の下に配置されている。電源１０８は、ディスプレイコントローラ１０４、ディスプレイユニット１０２のほか、光源１１０に電力を供給しうる。光源１１０は、たとえば、１つ以上の蛍光管、１つ以上の発光ダイオードなどの任意の適切なタイプの光源であってもよい。光源１１０は、好ましい方向に光を指向するために、任意の反射体１１１を具備しうる。電源１０８は、電池、充電式電池または他の電力源であってもよい。
【００１４】
ディスプレイユニット１０２は一般に、上方吸収偏光子１１２および下方吸収偏光子１１４を具備する。液晶層１１６は、上方吸収偏光子１１２と下方吸収偏光子１１４との間に挟まれる。ガラス層（図示せず）が、吸収偏光子１１２および１１４と液晶層１１６との間に挟まれてもよい。ディスプレイユニット１０２は、通過する光のある一部の偏光を変化させることによって動作する。カラーフィルタ１１８は一般に、ディスプレイユニット１０２の特定のピクセルに特定の色を提供するために用いられる。
【００１５】
カラーディスプレイは一般に、バックライトモードで動作する。しかし、強い日光などの強い周辺光の状態の下では、カラーディスプレイは見にくく、画像は色が褪せて見える。そのような状況下で、画像を形成するために、バックライトおよび周辺光の両方の組合せを用いることは有用であり、周辺光が強いときにはさらに明るく見え、さらに見やすくなる。半透過体１０６は、ディスプレイユニット１０２を通過した周辺光を反射し、バックライトによって生じた光をディスプレイユニット１０２に透過する。したがって、ディスプレイ１００は、バックライト、周辺光のいずれかまたはその両方を用いて動作することができる。
【００１６】
ここで、異なる偏光状態の光に対するディスプレイ１００の動作について述べる。吸収偏光子１１２によって透過される偏光状態の周辺光１２０は、液晶層１１６を介して下方吸収偏光子１１４に透過される。液晶層１１６を通過した光が下方吸収偏光子１１４を通過する偏光状態にある場合には、光は透過されて半透過体１０６に至る。半透過体１０６からの反射光１２２は、ディスプレイユニット１０２を通過して戻り、目視者によって見られる。ディスプレイユニット１０２上の他の場所で、液晶層に至る光１２４は、吸収される偏光状態で下方吸収偏光子１１４に達する。したがって、光は、ディスプレイユニット１０２のこの点から目視者には届かない。したがって、光の遮断または反射のいずれかを行うために、異なる色の画素を制御することによって、反射光の画像が目視者に提供される。
【００１７】
光１２０および１２４とは異なる他の偏光で上方吸収偏光子１１２に入射する周辺光（図示せず）は、上部偏光子１１２によって吸収される。
【００１８】
バックライト画像は、以下のように目視者のために形成される。光源１１０は、バックライトユニット１２６に入射する光１１２を生成する。示された実施形態において、バックライト光学ユニット１２６は、光源１１０からディスプレイ１００にわたって光を誘導するための光導波路１２８を具備してもよく、ディスプレイユニット１０２に向かって上方に光を発するための反射体を備えていてもよい。一実施形態において、光導波路１２８は、光源１１０によって照射されるその厚い端部１３０を有する透過くさびを具備してもよい。光導波路１２８の上面および下面の一方または両方に沿って拡散反射パッド１３２、１３４が、光導波路１２８からディスプレイユニット１０２に向かって光を抽出するために用いられてもよい。バックライトユニット１２６はまた、光導波路１２８の下に反射体１３６を具備し、光導波路１２８の下面によって透過される光を反射する。反射体１３６は、拡散反射体または鏡面反射体であってもよい。
【００１９】
バックライトユニット１２６はまた、ディスプレイユニット１０２へと通過する光を操作するための１つ以上の光操作光学フィルム１３８を具備してもよい。たとえば、光操作光学フィルムは、ディスプレイ軸１４０にさらに近くなるように光を誘導するための１つ以上のプリズム状のうねのある輝度向上フィルムを具備してもよい。１つの手法は、２層のプリズム状の輝度向上フィルムを用い、プリズム状のうねの一方の層の方向を他方の層のプリズム状のうねの方向に略直角に向けて、ディスプレイ軸１４０に対して２次元で光を誘導することである。バックライトユニット１２６はまた、光を拡散反射体１３６に反射するための反射偏光子を備えていてもよく、それ以外の光は下方吸収偏光子１１４に吸収される。
【００２０】
半透過体１０６に向かって放射される一部の光１４２は、下方吸収偏光子１１４を透過して液晶層１１６に至る。液晶層１１６から上方吸収偏光子１１２へ放射される光の偏光は、上方吸収偏光子１１２を通過し、画像光１４４としてユーザに向かって放射される偏光状態にある。ディスプレイユニット１０２に向かって透過される他の光１４６は、下方吸収偏光子１１４を透過し、液晶層１１６の異なる部分に入射する。この場合には、光１４６は、上方吸収偏光子１１２によって吸収され、ユーザによって見られない偏光状態で上方吸収偏光子１１２に達する。したがって、バックライトユニット１２６からディスプレイユニット１０２を通過する光の空間的に選択される偏光制御により、ユーザは光源１１０から放射される光によって形成される画像を見る結果となる。
【００２１】
一部の状態において、半透過体１０６は、入射する周辺光を１００％反射しなくてもよく、入射するバックライトを１００％透過しなくてもよいことを十分に理解されたい。これにより、ディスプレイ１００は非反転型ディスプレイとして動作することができ、たとえば、周辺照射およびバックライト照射のいずれの場合も、照らされた青色のピクセルが、依然として照らされた青色のピクセルのままである。
【００２２】
半透過体１０６について説明する前に、モノクロディスプレイとカラーディスプレイとの間の差を検討することは有用である。モノクロディスプレイは、腕時計、携帯電話などの携帯装置において一般に用いられる。モノクロディスプレイ上に表示される情報のタイプは、英数字が多く、グラフィック情報に関してはほとんどない。そのような情報は、高い空間解像度またはグレースケール解像度を必要とせず、一定の色特性を必要とすることから、たとえば、日光、蛍光照明および白熱照明の中を移動することによって直面するとき、周辺光の特性における大きな変動は、モノクロディスプレイによって生成される画像の品質にほとんど影響しない。したがって、モノクロディスプレイを動作させる一般的なデフォルトのモードは、周辺照射下で電池の耐用期間を長くすることであり、バックライトは周辺光が不十分である場合に補助装置として用いられるに過ぎない。モノクロディスプレイにおける半透過体は一般に、６０％〜９０％の範囲の反射率を備えている。さらに、モノクロシステムにおけるバックライトの使用は、画像の色の反転を生じることが時々ある。周辺照明下の光で明るい背景に暗く見えるものは、バックライト照明下では暗い背景に明るく状態となる。モノクロディスプレイの場合には、そのような反転はユーザにとって不便である可能性があるが、依然として視認可能な画像を維持する。
【００２３】
カラーディスプレイは、モノクロディスプレイの場合よりはるかに厳密である必要条件を有する。第一に、周辺照明状態に関係なく、表示された画像におけるカラーバランスを維持することが重要である。ユーザは、白熱灯によって照射される部屋から蛍光灯によって照射される部屋に移動するときに、特定の画像の色が著しく変化するディスプレイを好むことはありそうにないと思われる。カラーディスプレイが一般に用いられるようになった１つの用途は、ラップトップコンピュータである。ラップトップコンピュータにおけるディスプレイは一般に、画像を形成するために、バックライト照射のみを用いる透過型ディスプレイである。これは、一定のカラーバランスおよびグレースケールを保証する。たとえば直射日光などの強い周辺光の状態下で、画像とディスプレイスクリーンから反射される周辺光との間のコントラストの欠如のために、完全透過型ディスプレイ上の画像は、色が褪せるようになる。したがって、一部の照明状態下では、完全透過型ディスプレイは使い物にならなくなる。
【００２４】
カラーディスプレイに半透過体を加えることは、バックライトを加えた入射する周辺光を用いて形成する画像を提供する。したがって、カラーディスプレイは、さまざまな照明状態で動作可能である。カラーディスプレイを動作するデフォルトモードは一般にバックライトモードであることから、半透過体１０６は、モノクロディスプレイより著しく高い割合のバックライトを透過する。たとえば、半透過体による透過率は、約１０％〜９９％の範囲であり、好ましい範囲は約７０％〜約９０％である。半透過体１０６における吸収がないと仮定すると、これは、約１０％〜約３０％の範囲の半透過体反射率を生じる。
【００２５】
さらに、カラーディスプレイにおける色反転は、写真用フィルムによって生成されるカラーネガのように見える画像を生じることになる。そのような画像は一般に、ユーザには気に入られないため、カラーディスプレイと共に利用可能な半透過体のタイプは非反転型半透過体である。部分反射体／部分透過体などの非反転型半透過体の使用により、バックライト画像に周辺画像を加えることができ、周辺照明およびバックライト照明の組合せ下でディスプレイを用いることができる。
【００２６】
非反転型半透過体２０６のある特定の実施形態による概略断面図が、図２Ａに示されている。半透過体層２１０は、第１の微小構造層２１２および第２の微小構造層２１４を具備している。２つの微小構造層２１２および２１４の間には、部分誘電反射体２１６があり、微小構造層２１２および２１４の形状に適合している。微小構造層２１２および２１４は一般に、任意に光透過性ポリマー材料から形成される。
【００２７】
金属の部分反射体はモノクロディスプレイにおける半透過体用に広範囲な使い道を見つけているが、金属の半透過体はカラーディスプレイと共に用いるのにあまり適していない。モノクロディスプレイにおいて、半透過体の反射率は比較的高く、たとえば６０％〜９０％の範囲にある。その結果、金属の半透過体は、金属の比較的厚い層から作製される。
【００２８】
カラーディスプレイにおいて、部分反射体の反射率はさらに低く、１０％〜３０％の範囲であってもよい。この範囲の反射率を有する金属の部分反射体には多くの欠点がある。金属層の反射率はその厚さに左右される。そのような低い反射率はきわめて薄い金属フィルムを必要とし、一様に蒸着することが困難である。また、低い反射率を有する金属の部分反射体の色は、さらに高い反射率を有する金属の部分反射体とは異なる。たとえば、低い反射率の薄い銀のコーティングは、さらに高い反射率のコーティングより高い割合の青色光を透過することから、反射された画像を全体的に黄色く見える。さらに、薄い金属層は損失が多く、光の数％が吸収のために失われる。
【００２９】
真珠光沢の反射体および顔料反射体はまた、カラーＬＣディスプレイと共に用いるのにあまり適していない。反射率および拡散率のレベルは一般に連係しているため、ディスプレイユニットの設計変数は著しく拘束されている。さらに、散乱光の偏光は維持されないため、偏光依存ＬＣディスプレイにさらなる損失を持ち込む。
【００３０】
部分誘電反射体２１６を形成するための好ましい手法は、層状の誘電構造を形成することである。層状の誘電構造は、異なる屈折率の複数の誘電層を具備する。層状誘電反射体２１６の一例は、さらに低い屈折率の構造面にわたって配置される単一層の比較的高い屈折率の材料である。この場合には、比較的低い屈折率を有する材料の上層は、比較的高い屈折率層のさらに低い屈折率の構造面とは別の側にあってもよい。上層の例としては、空気層または層２１４などの平坦化層が挙げられる。
【００３１】
別の手法において、誘電反射体を形成するために、高い屈折率材料および低い屈折率材料を交互に配置する複数のペアを形成してもよい。特定の波長λに関して最適化された反射の場合には、異なる層は、４分の１波長（λ／４）の奇数倍である光学厚さを有する。波長範囲にわたって最適化された反射の場合には、層の厚さは変化してもよい。選択された波長範囲にわたって所望の反射率を有する部分反射体を形成するように、層の数、厚さおよび屈折率を選択してもよい。さらに、部分反射体における特定の入射角に適合するように、部分反射体の反射率を調整してもよい。
【００３２】
高い屈折率および低い屈折率の層に、任意の適切な材料を用いてもよい。たとえば、異なる層にポリマーを用いてもよい。さらに、フッ素化ポリマーは一般に、低い屈折率を有し、１つまたは複数の低い屈折率層に用いるのに特に好都合である場合がある。分散されたナノセラミックスを有するポリマーは、高い屈折率を有し、１つまたは複数の高い屈折率層に用いるのに特に好都合である場合がある。また、非ポリマー誘電材料を用いてもよい。１つまたは複数の高い屈折率層に有用なある種の金属に基づく材料としては、二酸化チタン、酸化スズ、酸化インジウムスズおよび硫化亜鉛が挙げられる。比較的低い屈折率層に有用であると考えられるいくつかのある種の非ポリマー材料としては、フッ化マグネシウム、二酸化ケイ素などが挙げられる。
【００３３】
単一層の誘電反射体を有する半透過体の実施形態において、基板の屈折率は約１．３〜１．８の範囲にあり、誘電反射体の屈折率は約１．８〜２．３の範囲にある。平坦化層がない場合には、反射体が空気中にあるのであれば、誘電反射体の上の材料の屈折率は約１である。平坦化層がある場合には、誘電反射体の上の材料の屈折率は約１．３〜１．８の範囲にあると考えられる。
【００３４】
「プレートの積み重ね（ｐｉｌｅ  ｏｆ  ｐｌａｔｅ）」と呼ばれる別の手法において、層状の誘電反射体は、誘電材料の複数の層を具備してもよく、その厚さは光学厚さが特定の４分の１波長の奇数の整数倍であるように選択される必要はない。そのような場合には、そのような層間の反射は、４分の１波長積層の場合のように、可干渉性である必要はない。
【００３５】
誘電反射体層を用いる利点の１つは、金属の反射体と違い、色品質は反射率の値に直接連係していないことである。その代わりに、反射率の値は、層間の屈折率差および層の数に関連している。また、誘電反射体は、吸収損失を持ち込まない。さらに、たとえば１つまたは複数の反射層または隣接する層において、半透過体に拡散粒子を導入してもよい。ホスト材料から屈折率の小さな差を有する材料から拡散粒子を形成してもよいため、散乱角のサイズを小さくしてもよく、偏光解消量も低減される。したがって、真珠光沢の反射体とは異なり、誘電半透過体の反射率のレベルは拡散量に連係しないため、設計の自由度をさらに大きくする余地がある。
【００３６】
半透過体２０６を形成するための１つの手法は、微小構造面を形成するための適切な技術を用いて微小構造層２１２および２１４の１つを最初に形成することである。たとえば、基板２１８上に微小構造層２１２を成形するためのパターン形成ツールを用いることによって、下方微小構造層２１２を形成してもよい。別の手法において、下方微小構造層２１２は、基板２１８上に熱型押し加工をしてもよい。下方微小構造層２１２は、基板２１８と同一の材料から構成されてもよく、また基板２１８とは異なる材料から構成されてもよい。一旦、微小構造面が形成されると、部分反射体２１６が、微小構造面上に蒸着される。基板２１８は、ポリエステルフィルム、ポリカーボネート（ＰＣ）フィルム、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）フィルムなどの比較的軟性の材料から形成されてもよく、または厚いＰＣ層、アクリル層、ガラス層などの比較的剛性の基板から形成されてもよい。基板２１８は、ディスプレイにおける他の構成要素とは分離していてもよく、または別のディスプレイ構成要素を具備していてもよい。たとえば、基板２１８は、たとえばガラス層または吸収偏光子などのディスプレイユニットの下面であってもよい。別の実施例において、基板２１８は、反射偏光子などのバックライト光学素子ユニット１３８からなる層、たとえば、多層反射偏光子またはコレステリック偏光子であってもよい。反射偏光子は、バックライト光学素子ユニット１３８の一部をなしていてもよい。
【００３７】
残る微小構造層２１４は、ナイフコーティングまたはカレンダロール加工などの平坦化処理を用いて形成されてもよい。平坦化処理は、放射線硬化アクリレートまたは溶媒キャストポリマーなどの材料を用いてもよい。上方微小構造層２１４は、部分反射体２１６の長い耐用年数に共に耐えうる材料によって形成されてもよい。
【００３８】
任意の層２２０は、半透過体２０６をたとえばディスプレイユニットの下方吸収偏光子などの別の素子に固着するために用いられてもよいさらなる接着層である。別の実施形態において、層２２０を省略し、層２１４が接着材料から形成されてもよいため、平坦化層２１４はまた、半透過体２０６をディスプレイユニット１０２の下面に固着することができる接着層でもある。
【００３９】
ピッチＰは、微小構造化部分反射体２１６の角度をなす反射体２２４の長さであり、半透過体とディスプレイユニット１０２との間に形成されるモアレ効果を削減するように選択されてもよい。ピッチは、２つ以上の角度をなす反射体２２４がディスプレイユニットの各画素に関連するように選択されてもよい。
【００４０】
角度をなす反射体２２４の底角は、θと記されている。部分反射体２１６は、入射光２２６から反射光２２８の方向の選択的な角度制御を行うために構成されてもよい。このように、ディスプレイユニット１０２を通過する入射周辺光は、好ましい方向に沿ってグレアを避けるように指向されてもよい。グレアは、ディスプレイの他方の面から入射する周辺光の鏡面反射から生じやすい。たとえばバックライトからの透過光２３０は、半透過体２０６を通過し、層２１２および２１４の屈折率が同一である場合には、屈折することなく半透過体２０６を通過しうる。底角θは２°〜２０°の範囲であれば一般的であり、６°〜１０°の範囲であればさらに好ましい。
【００４１】
半透過体２４０の別の実施形態が、図２Ｂに概略的に示されており、接着層２５０によってディスプレイユニット１０２の下層２５２に固着された基板２４８を示している。誘電反射体２４６が基板２４８上に蒸着され、平坦化層２４２は、光源からディスプレイユニットへと通過する光の場合には、実質的に平坦な下面２４３を形成する。
【００４２】
半透過体２６０の別の実施形態において、ホログラフィック面２６２が、基板２６４上に形成される。ホログラフィック面２６２は、誘電反射体２６６で被覆される。誘電反射体２６６は、ホログラフィック面の面構造を呈し、ホログラフィック反射体として機能する。誘電反射体２６６は、下にあるホログラフィック面の形状のために、光を鏡面方向以外の方向に優先的に反射するような構造をなしていてもよい。たとえば、誘電反射体２６６は、半透過体２６０に垂直な方向２７２に＋３０°の方向ではなく、−３０°の方向に入射する周辺光２７０を反射するような構造をなしていてもよい。半透過体２６０は平坦化層２６８を備えていてもよく、平坦化層２６８は接着層であってもよく、拡散粒子を含んでいてもよい。
【００４３】
光がディスプレイの平面に対して伝搬する方向を規定ことが有用である。これは、図３を参照して行われる。ディスプレイ３００は、ｘ−ｙ平面にある。ディスプレイ３００に垂直な線３０２は中心線と呼ばれ、ｚ軸に平行である。＋ｙ方向の成分を有する方向は下と呼ばれ、−ｙ方向の成分を有する方向は上と呼ばれる。＋ｘ方向の成分を有する方向は左と呼ばれ、−ｘ方向の成分を有する方向は右と呼ばれる。
【００４４】
ある種の状況下では、反射された画像光をグレアから分離することが有用であり、その場合には底角θは０に等しくない。これは、周辺グレアピークの側に指向される画像光を生じる結果となる。グレアと反射された画像光との間の角度間隔が約３０°である場合には、底角θは約１０°である（光は２ｎθに略等しい角度で反射される。尚、ｎは光が反射体によって反射される前および後に光が伝搬する材料の屈折率である。）。
【００４５】
反射された画像光とグレアとの間の角度間隔は、図４に示されたグラフに関してさらに説明される。軸の交差点にある各グラフの中心は、ｚ軸に平行な中心線を表す。各グラフの軸に沿って移動することは、０°から９０°に角度が増大することを表す。照射は、３０°の角度で入射し、グラフの一番上から指向されると仮定されるため、鏡面反射を表すグレアピーク４０２は中心から下向き方向に３０°である。
【００４６】
微小構造化半透過体からの光の計算された反射が、点４０４ａ〜４０４ｈとして示されている。（ａ）において、角度をなす反射体の底角は６°であると仮定され、各連続グラフ（ｂ）〜（ｈ）に関して２°ずつ増大する。したがって、（ｈ）は２０°の底角を表し、（ｃ）は１０°の底角を表す。
【００４７】
接着層２２０または別の層は、拡散を提供してもよい。たとえば、接着層２２０は、接着母材に拡散粒子を備えていてもよい。しかし、これは一般に回転対称の拡散であり、上下方向と同様に、左右方向においても同一の拡散角を生じる。ある状況において、回転対称の拡散を備えるよりも、好ましい目視方向に沿って画像光を広げることが好ましい場合がある。このように、高いバックライト透過率を維持すると同時に、高い反射輝度を達成してもよい。
【００４８】
図３を再び参照すると、たとえば手持ち式携帯電話などの多くの携帯型手持ち式装置において、周辺光は一般に、上方から入射し、上と中心の平面において、ビーム３１０として具体化される。周辺光は、角度φgでディスプレイ３００に入射する。結果として生じるグレアは、小さな拡散度のためにある程度の角度拡散を有しうるが、一般にビーム３１２（角度φgで）を中心に配置される。しかし、中心線の周囲または付近の目視範囲でユーザに画像光を提供することが一般に好ましい。その結果、所望の目視範囲および他の目視方向に関してはさらに低い輝度となる最大反射の画像光を提供するように、ディスプレイ半透過体を設計することが好都合であると考えられる。
【００４９】
すべての方向に対称に光を散乱する拡散体に左右されることなく、選択的な角度の反射制御を行うための１つの具体的な手法は、半透過体の平面に対して異なる角度で角度をなす反射体を有する半透過体を用いることである。そのような半透過体５０６の一実施形態が、図５に概略的に示されている。簡単のため、半透過体の１つの微小構造層５０８のみが示されている。部分反射体が微小構造層５０８の形に適合するように配置されることと、部分反射体にわたって平坦化層を形成してもよいことを十分に理解されたい。示された実施形態において、半透過体５０６は、それぞれに異なる底角θ１、θ２およびθ３を有する３つの角度をなす反射体５１０、５１２および５１４の集合５０９を具備する。そのような構造を用いて、プリズムの底角の適切な範囲の選択によって、反射体を形成するプリズムの軸に垂直な平面における反射された画像光の拡散を制御してもよい。反射体のパターンは、ディスプレイユニット５０２のディスプレイ画素（ピクセル）の寸法ｄ以下であるユニットセルの繰り返しを有するように形成されてもよい。反射体５０９の集合は、たとえば２、４またはそれ以上の何か他の数の反射体であってもよい。
【００５０】
反射体５０９の集合は、任意の所望の順序の反射体を含みうる。たとえば、反射体は、（図示されているように）底角が増大する順序、底角が減少する順序またはランダムな順序で配置されてもよい。さらに、反射体５０９の集合を形成する反射体は、すべて同一のピッチを有してもよく、たとえば図５Ｂに示されているように異なるピッチを有してもよい。
【００５１】
異なる底角を有する反射体の集合を含む光学結果の一例が、図６に提供されている。図６は、図４のグラフと類似のグラフを示しているが、ユニットセルは複数の角度をなす反射体から形成され、その底角は１°ずつ６°〜２０°の範囲をなしていた。視角応答は、主に中心と上の範囲において広がっている。一部の拡散は、一部の横方向の光の広がりに適合すると仮定された。その代わりに、中心と下の目視方向に満たされることが好ましい場合には、１０°未満の範囲の底角を有する角度をなす反射体を用いてもよい。
【００５２】
反射光の角度範囲の角度制御を行うための別の手法が、図７Ａに概略的に示されている。図７Ａは、微小構造層７０２を示している。部分反射体層７０４が、微小構造層７０２と同一の形を有するように微小構造層７０２の上に蒸着される。部分反射体の上に平坦化層（図示せず）を加えてもよい。
【００５３】
この実施形態において、反射体７０６は、非直線のファセット７０８を有する。ファセット７０８は、曲率半径を有してもよく、非球面であってもよく、または図７Ｂに示されているように一連の個別の直線セグメントであってもよい。複数の反射体７０６は、ディスプレイユニットのピクセルに関連してもよい。１つのピクセルに関連する反射体７０６は、同一の非直線の形状であってもよく、異なる非直線の形状であってもよい。
【００５４】
６°〜２０°のファセット角度の範囲に及ぶ湾曲したファセットを有する半透過体の計算された性能を示すグラフが、図７Ｃに示されている。中心と上の方向に沿って満たされていることは明白であり、わずかな横方向の広がりに適合するためだけに加えられた拡散を有する。異なる範囲の視角を満たすことは、異なる非直線外形のファセットを用いて達成されてもよい。
【００５５】
ある種の拡散は、左右方向にある程度の視認性を提供するために好都合であることがよくある。横方向の広がりの量は、中心と上における広がりの量に比べて比較的小さくてもよい。ある種の構成の下で、反射体のファセットは、ある程度の横方向の広がりを形成するように調整されてもよい。そのような横方向の広がりは、たとえばバルク拡散体から、回転対称の拡散と共に形成されてもよく、回転対称の拡散を生じることなく形成されてもよい。
【００５６】
反射体８０２の一例は、図８Ａに概略的に示されている。図８Ａは、略曲面８０６を有する反射体ファセット８０４を示している。反射体８１２の別の例が、図８Ｂに概略的に示されている。図８Ｂは、ランダムまたは擬似ランダムの曲面８１６を有する反射体ファセット８１４を示している。そのような面の調整は、反射体ファセットの傾斜に垂直である方向に反射光の横方向の広がりを提供する。
【００５７】
反射体ファセットの調整は、種型またはエンボス加工工具を作製する際に、切削工具の深さを調整することによって行われてもよい。調整は、ファセットごとに位置合せされてもよく、または位置ずれがあってもよく、またはファセットごとにランダムまたは擬似ランダムであってもよい。たとえば、バルク拡散体層を用いるなどの他の手法を用いて、横方向の拡散を導入してもよいことを十分に理解されたい。
【００５８】
半透過体に用いられるためのファセット角の選択を決定する際に、一定の部分集合の角度の目視範囲が他の角度より好ましい場合がある。たとえば、中心と下の方向に沿って、ユーザは、ディスプレイ輝度が中心付近で最も高く、さらに末端の下の位置がサンプリングされるとそれに応じて低くなることを望む場合がある。結果として生じる構造は、上記で示された構造と異なっていてもよい。中心の目視方向付近で周辺反射率を形成する底角またはファセットの曲率の周波数は、末端の下の目視方向に寄与する周辺反射率を提供する底角／曲率の周波数より高い周波数を有するように選択される。これは、図９を参照して説明される。図９は、平たい反射体ファセットの集まりの底角の周波数を変更することに基づく複数の拘束条件の予測性能を示している。
【００５９】
グラフにおいて、異なる底角の周波数の複数の集合が示されている。曲線９０２は、１０°の反射体ファセットのみを有する微小構造面を示している。この場合には、グルーブの周波数は１．０、すなわち１０°ファセットの場合には１００％である。１．０の結果として生じる正規化された軸方向の光束が、データ点９１０によって示されている。他のパターンは、この基準性能に対して比較される。曲線９０４は、６０％の１０°ファセット、３０％の９°ファセットおよび１０％の８°ファセットを有する微小構造面を示す。曲線９０６は、１０°〜７°の範囲の底角を有するファセットの異なる周波数を示す。１０°未満の角度でファセットを形成することにより、下の目視方向に沿って光の広がりを生じる。しかし、１０°未満の底角を有するファセット周波数がより高い底角のファセットの周波数に対して減少する場合には、軸方向の輝度が増大してもよい。
【００６０】
曲線９０４および９０６から、それぞれの軸方向の輝度値がデータ点９２０および９３０から与えられる。より大きな割合の１０°ファセットを維持することによって、軸方向の輝度性能の大部分が維持されると同時に、中心と下の方向に沿って視角を広げる。比較のため、曲線９０８は、６°〜２０°の範囲の底角のファセットが等しい周波数を有する場合に一様な事例を示す。対応する軸方向の性能は、点９４０によって示される。この配置では、結果として生じる軸方向の輝度は約３０％であり、記載された他の場合より著しく低い。
【００６１】
別の実施例（図示せず）において、７°〜１０°の範囲のファセットの周波数は同一であり、角度ごとに２５％である。ここでは、結果として生じる正規化された軸方向の輝度は、０．７２８であると計算される。等しい程度の反射体ファセット角度が、曲線９０６に関して仮定された構成において見られるようなこの構成によってサンプリングされるが、結果として生じる軸方向の輝度は曲線９０６に関連する構成の場合より高い。
【００６２】
異なる周波数の底角のファセットを混合することによって、加えられる対称な拡散に関係なく、微小構造化半透過体の反射された角度出力が、用いられる具体的な目視装置の特定の必要条件に適合するように、好ましい目視方向に沿って調整または最適化されてもよい。
【００６３】
ここまで述べてきた微小構造化半透過体は「グルーブが上にある」配向で動作することを十分に理解されたい。言い換えれば、周辺光は最初に微小構造化構成のファセット側に当たり、平面が対向する側にある。記載された実施形態のいずれかまたはすべては、「グルーブが下にある」配向に向けられてもよく、周辺光は、微小構造面に入射する前に、最初に半透過体の平面を通過してもよい。入射する周辺光のできる限り多くの部分を維持するために、ディスプレイユニットの下方偏光子と半透過体との間の任意の層は、偏光を維持することが好ましい。「グルーブが下にある」配置の候補となる基板は、ポリカーボネートなどの等方性フィルムまたは吸収偏光子もしくは反射偏光子であってもよい。反射偏光子の組込みにより、向上したバックライト動作のために偏光のリサイクルというさらなる利点を提供することができる。
【実施例】
【００６４】
図２に示された半透過体２０６のような半透過体は、ポリエステル基板２１８上に形成された第１の微小構造層２１２の上に１層の酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）反射層２１６を用いて作製した。微小構造層２１２は、７４重量％の脂肪族ウレタン、２５重量％のヘキサンジオールジアクリレートおよび１重量％のダロキュア（Ｄａｒｏｃｕｒ）１１７３、すなわち２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オンからなる組成を有する。微小構造層２１２の屈折率は、１．４９であった。反射層２１６は、約５５０ｎｍで４分の１波長の厚さを有し、屈折率が１．９であった。平坦化層２１４は、屈折率１．４７のブチルアクリレート接着剤の層から形成された。ある種の拡散を形成するために、スチレンビードが、平坦化層２１４内部に蒸着された。構造層２１２の底角θは、６°であった。
【００６５】
サンプルＡと呼ばれる実施例に、他の２つのディスプレイと比較試験がなされた。サンプルＢは市販の透過型カラーＬＣディスプレイであり、サンプルＣは市販の反射型カラーＬＣディスプレイ、東芝（Ｔｏｓｈｉｂａ）携帯電話に用いられるＡ３０１３Ｔであり、ＬＣユニット自体の中に位置決めされた部分金属反射体を備えている。異なるサンプルについて、表Ｉにまとめてある。
【００６６】
【表１】
2007525692.tif 000003
【００６７】
スポットライト測定
スポットライト測定が行われた。この測定において、ディスプレイは垂直に対して３０°の角度で面に入射する平行光線化された光ビームによって照射され、ゴニオメータ取付台上の検出器が反射角の関数としてディスプレイから反射された光を測定するために、一定の角度にわたって揺動した。
【００６８】
表Ｉに概略を記した３つのサンプルに関するゴニオメータのスポットライト測定結果が、図１０に提供されている。すべてのサンプルは、照射光の鏡面反射に対応して、グラフの右から切れている＋３０°の周囲に大きな反射ピークの中心があることを示した。この反射ピークの幅は、照射光の発散および反射時の光の拡散量などの因子によって左右された。結果は、標準的な白い拡散反射体、ニューハンプシャー州ノースサットンのラブスフィア（Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ（Ｎｏｒｔｈ  Ｓｕｔｔｏｎ，Ｎｅｗ  Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ））によって製造されたモデル番号ＳＲＳ−９９−０２０からの反射に対して正規化される。
【００６９】
内部のミラー標準である曲線１０‐Ｃの場合には、垂直から１０°〜１４°付近にわずかな平坦域があり、きわめて広い視角が見られた。６°の構造化外部半透過体は、類似の反射輝度ピークを形成するが視角がさらに狭い。構造化半透過体のビーム誘導制御がない状態で、ＯＥＭ制御の平たい半透過体の曲線１０‐Ｂは、視角範囲（公称０°〜１５°）にわたって望ましくない平たい応答を示した。
【００７０】
バックライト照射
サンプルＡ、ＢおよびＣのバックライト性能が、同一のバックライトアセンブリを用いてテストされた。バックライトアセンブリは、３つのＬＥＤを用いた縁を照射する光導波路、拡散体シートおよび２つの輝度向上フィルムを用いた。ディスプレイの法線に沿って位置決めされた輝度計が、ディスプレイを透過する光の軸方向の輝度を記録した。裸のバックライトに対する試験下でディスプレイの輝度比の計算によって、ディスプレイシステムの有効透過率が与えられた。結果は、表ＩＩに示されている。
【００７１】
【表２】
2007525692.tif 000004
【００７２】
６°の構造化半透過体に関するサンプルＡは、サンプルＢの透過型ディスプレイに比べて、元のバックライト出力の８６％を維持した。これは、内部の半透過体、すなわちサンプルＣを備えた半透過型ディスプレイときわめて好ましい比較がなされた。サンプルＡは、サンプルＣのバックライト輝度の約２．４倍を示した。
【００７３】
透過損失の一因となる各サンプルにおける異なる構成要素は、バックライト透過率において測定された差を説明するために考慮すべきである。損失の主な構成要素としては、吸収偏光子、口径比（パターン形成されたミラーまたは黒い母材の周囲の透過領域）、カラーフィルタおよびＬＣ偏光応答が挙げられる。サンプルＡ、ＢおよびＣにおける前置吸収偏光子および後置吸収偏光子は類似の透過率を示し、サンプルＣも反射防止処理された前置偏光子を用いると仮定する。しかし、このＡＲ処理は、数％の透過率の差を生じるに過ぎない。
【００７４】
色ずれ（反射光）
スポットライト試験中に反射された光の色は、角度の関数として測定された。色は、測定された各角度に関して決定され、各角度で反射された光の色が図１１の色度図に（ｘ、ｙ）座標として作図されている。１１‐Ｄとして示される白い拡散反射標準からの反射に関する（ほとんど重なった）点の集合と共に、各サンプルに関して曲線１１−Ａ、１１−Ｂ、１１−Ｃが示されている。検出の角度が変化するとき、反射標準から反射された光の色におけるずれはごくわずかである。
【００７５】
曲線１１−Ａ、１１−Ｂおよび１１−Ｃのそれぞれに関して、２４°で行われ、３０°でグレアピークに近づく測定に対応する点が、記されている。測定は、図１０を作成するために行われ多測定に対応して、−６°〜２４°の範囲にわたって１°間隔で行われた。サンプルＡの場合には、点の広がりは比較的小さく、２４°に最も近い２つの点から離れており、範囲にわたる周辺画像にほとんど色ずれがないことを表している。曲線１１−Ｂおよび１１−Ｃの場合には、実質的に大きな広がりがあり、これらのディスプレイの場合の周辺画像はサンプルＡの場合より大きな色ずれを角度の関数として示すことを表している。曲線１１−Ａにおける点の広がりは、単一のＩＴＯ層の厚さの最適化および／または誘電部分反射体においてさらなる層を追加することによって、さらに小さくなりうる。
【００７６】
色ずれ（透過光）
異なるサンプルディスプレイによって透過された光の色が測定された、これらの測定では、ディスプレイモジュールがない状態で動作するバックライトの色が最初に測定されたため、異なるディスプレイのサンプルが比較される色標準を確立した。色度計は、ディスプレイの法線に沿って位置決めされ、異なるサンプルディスプレイによって透過された光の色が記録された。軸方向の色差が１９３１  ＣＩＥ色度空間を用いて計算された。結果は、図１２に示されている。
【００７７】
裸のバックライト基準（それぞれ、点１２−Ａおよび１２−Ｂ）からｘ色座標およびｙ色座標の両方における小さな変化によって明白であるように、外見上は、サンプルＡおよびＢは、きわめてわずかの変化を示す。サンプルＣは、内部のミラーディスプレイであり、最大の色ずれ（点１２−Ｃ）を示した。
【００７８】
これまでに説明した実施例では、反射光は、グレアから非対称に角度をなして離隔されている。言い換えれば、半透過体によって反射された画像光は、グレアピークの一方の側に優先的に向けられる。この手法は、ディスプレイに対する目視者および周辺光源の位置が実質的に一定である状況に特に有用であるが、これに限定されるわけではない。
【００７９】
別の手法において、反射された画像光は、グレアピークを実質的に包囲するように向けられてもよい。言い換えれば、半透過体によって反射された画像光は、グレアピークを中心にして異なる方向に伝搬する。この手法の下で、目視者は、ディスプレイに対する法線を中心にしてさらに広い範囲の方位角から反射された画像を見ることができる。この手法は、ディスプレイに対する目視者および周辺光源の位置が未知である場合、すなわち変数である場合に有用あるが、これに限定されるわけではない。
【００８０】
この手法を用いるディスプレイ１３００のある特定の実施形態が、図１３Ａに概略的に示されている。ディスプレイ１３００は、半透過体１３０６の上に配置された液晶ディスプレイなどのディスプレイユニット１３０２を有する。半透過体１３０６は、構造面１３１２を有する基板１３１０を具備する。誘電部分反射体層１３１６は、面１３１２上に配置され、構造面１３１２の形状を実質的に採用する。誘電部分反射体層１３１６は、上述した誘電手法のいずれかを用いて形成されてもよい。上層１３１８が、部分反射体層１３１６の上に配置されてもよい。上層１３１８は、平坦化層であってもよい。
【００８１】
光線１３２０および１３２２は、周辺光源からの光を表す。光線１３２４は、ディスプレイの法線１３３０に対して角度θ１でディスプレイユニット１３０２によって反射される。光線１３２４は、ディスプレイ１３００によって生じる画像の視感度を妨げる望ましくないグレアを表す。他方、光線１３２６および１３２８は、構造化部分反射体層１３１６によって反射され、ディスプレイユニット１３０２を通過した光を表す。したがって、光線１３２６および１３２８は、画像情報を含む。光線１３２６は、部分反射体１３１６の「上り勾配」部分から反射するため、角度θ２でディスプレイに法線１３３０にさらに近い方向に向けられる。光線１３２８は、部分反射体１３１６の「下り勾配」位置から反射するため、角度θ３で法線１３３０からさらに遠ざかる方向に向けられる。
【００８２】
基板１３１０および構造面１３１２が、図１３Ｂにさらに詳細に似示されている。光線１３２６および１３２８が部分反射体１３１６によって反射されうる角度範囲は、構造面１３１２の形状に左右される。示された実施形態において、構造面１３１２は、その面が平面１３３４に対して最大角αをなす複数のスカロップ１３３２を具備する。角度αがさらに大きい場合には、半透過体１３０６によって反射される光は、さらに大きい角度範囲にわたって広がる。スカロップ１３３２が周知の曲線によって規定される場合には、たとえば、スカロップ１３３２がアーチ形である場合には、スカロップのピッチＰおよび深さｄから角度αを決定してもよい。構造面１３１２は他のタイプの外形を備えていてもよいことを十分に理解されたい。たとえば、構造面が凹面ではなく凸面であってもよく、スカロップとは異なる曲線、たとえば、正弦曲線などの連続曲線を用いてもよい。さらに、構造面は、規則的なパターンまたは不規則なパターンとして形成されてもよい。不規則なパターンは、たとえば、ピッチ、特徴部の高さまたはその両方が不規則である場合を含みうる。
【００８３】
各反射ユニットが角度範囲にわたって変化する面を具備する場合には、構造面１３１２は複数の反射ユニットを含むと考えてもよい。たとえば、各スカロップ１３３２は、−α〜＋αの角度の範囲にわたる面の一部を有し、反射ユニットであると見なしてもよい。反射ユニットのサイズは、ディスプレイユニット１３０２のピクセルのサイズ未満であってもよく、そのような場合には、ディスプレイユニット１３０２の各ピクセルは半透過体１３０６の２つ以上のそれぞれの反射ユニットに関連していてもよい。
【００８４】
半透過体と共に用いてもよい構造面の実施例が、図１４Ａに概略的に提示されている。面１４００は、図示されているようにｘ軸およびｙ軸を有するものとして特徴付けられている。ｘ方向に沿った断面が、図１４Ｂに概略的に示されている。構造面１４１２は、隣接するバンプの構成を備えたスカロップ形状である。バンプの間隔またはピッチは、液晶ディスプレイユニットのピクセル化構造などのディスプレイにある他の周期的な構造との相互作用から生じるモアレ効果を避けるように選択されてもよい。たとえば、バンプのピッチは、他の構造の周期によって除算されるとき、無理数を形成するように選択されてもよい。別の実施例において、バンプ自体のピッチは、面にわたって変化してもよい。面１４１２上で隣接するバンプの高さは異なっていてもよい。面１４１２はまた、ｙ方向に沿ってスカロップ形状であった。
【００８５】
しかし、ｘ方向およびｙ方向における断面の形状は同一である必要はなく、スカロップ形状である必要もないことを十分に理解されたい。たとえば、１つ以上の方向における断面が、図１４Ｃに概略的に示されているような正弦曲線であってもよく、または別の形状を含んでもよい。さらに、各方向における面１４１２のピッチはまた、モアレ効果またはディスプレイの別の周期的な構造との相互作用から生じる別の効果を避けるように選択されてもよい。
【００８６】
構造面１４１２はまた、半透過体に対する法線を中心にした小さな回転を伴う他の周期的な構造に対して位置決めされてもよいため、半透過体のｘ軸およびｙ軸は周期的な構造の軸と一直線をなさない。
【００８７】
平面拡散部分反射体を用いることに関して、図１４Ａに示されたような構造化半透過体を用いる利点は、特定の視角の円錐角にわたって反射される画像光の広がりを提供すると同時に、バックライトから画像光の角度分布を著しく変化させることを避けることができることである。平面拡散部分反射体は、反射された周辺光およびバックライトの両方を広げる。高い軸方向のゲインが所望である場合には、バックライトの平行を維持することは重要である。
【００８８】
図１４Ａに示されているような半透過体に関する計算された視角円錐応答が、図１５に提示されている。このモデルは、ｘ方向のピッチが２９．２μｍであり、半径２４５μｍであると仮定され、３．４１°の最大傾斜角、０．４３μｍの深さまたはサグを生じた。ｙ方向において、面１４１２は、ピッチ８７．６μｍおよび半径５０２．５μｍのスカロップ形状であり、５°の最大傾斜角および１．９１μｍのサグを生じた。
【００８９】
モデルは、図１６を参照して説明される。略平行光線化された光線１６１０は、（ｙ−ｚ平面において、＋ｙ側から）１８０°の方位角方向に沿って−３０°の極角Φで半透過体サンプル１６００の構造面に向けられる。入射光の鏡面反射から生じるグレアピークは、０°の方位角方向に沿って＋３０°の極角Φで見つかり、光線１６１２となった。構造化半透過体からの主な反射光分布が、図１５にグレアピーク（＋３０°の極角および０°の方位角で灰色の領域の中心にあるより暗い点）を包囲する灰色の四角形として示されている。反射光分布は、垂直方向および水平方向の両方に沿って、角度範囲が略対称である。
【００９０】
構造面の最大傾斜を調整することによって、図１５に示される反射光分布の角度範囲における変化を生じる。さらに大きい傾斜を形成することは、反射される視角円錐の角度範囲を増大するのに対し、さらに小さい傾斜は円錐サイズを小さくする。実施例の半透過体１４００において、個別の傾斜外形が２つの直交方向、すなわちｘ方向およびｙ方向において形成される。そのような設計によって、出力される反射光分布の角度範囲もまた、これらの２つの方向に沿って制御される。したがって、対称または非対称の反射光分布を形成するために、直交する傾斜外形を選択することができる。しかし、傾斜は２つの直交方向に沿ってのみ規定される必要はないことを十分に理解されたい。たとえば、構造面は、複数のランダムに位置する丸いバンプを有してもよく、各丸いバンプは方位角において対称に光を反射し、反射に関して好ましい方向は存在しない。
【００９１】
視角円錐の微調整またはディスプレイの表面的な外観を改善するために、わずかに拡散する層が、構造面と液晶ディスプレイとの間に設けられてもよい。半透過体は、感圧接着剤または他の適切な接着剤を用いて、液晶ディスプレイ装置に接合されてもよく、またはバックライト照明システムの比較的な自由な構成要素または他の構成要素の素子として液晶ディスプレイに関連付けられてもよい。
【００９２】
実施例
構造面を成形するための成形型が、銅ドラムをダイヤモンド切削することによって作製された。ドラムは回転され、ドラム面の周囲にねじ切りが施された。成形型に関する設計変数は、３°の最大予測傾斜を与えるために、ねじ山のピッチが３９．８μｍであり、公称深さが０．５３μｍであった。ねじ山は、半径３７５μｍの刃先を有するダイヤモンド工具によって切削された。８７．６μｍのピッチを形成するために、１．１６μｍの所定の正弦曲線の変動を有する切削工具の深さを駆使することによって、ねじ切りの深さを変化させた。正弦曲線の切削の最大予測傾斜は、３°であった。
【００９３】
以下の方法を用いて、基板上に構造面を形成するために工具が用いられた。樹脂が、ポリエステル層と成形工具の一部との間に分配された。樹脂は、７４重量％の脂肪族ウレタン、２５重量％のヘキサンジオールジアクリレートおよび１重量％のダロキュア（Ｄａｒｏｃｕｒ）１１７３、すなわち２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オンであった。樹脂は、ポリエステル層を通過するように紫外光を向けることによって紫外硬化された。ポリエステル層／硬化された樹脂シートが、成形型から除去された。硬化された樹脂シートは、図１４Ｃに示されるような下向きのねじ山の方向に正弦曲線の断面と、図１４Ｂに示されるような交差するねじ山の方向に凸レンズの断面と、を有する構造面を備えていた。基板の裏側は黒くなっているため、構造化前面からの反射のみが検出されることになる。
【００９４】
構造面から反射された光の分布が、以下の態様でテストされた。試験面１６００を示す図１６を考える。略平行光線化された光１６１０が面１６００に向けられ、反射光がｙ−ｚ平面において検出器を移動することによって検出される。鏡面反射光１６１２は、入射光１６１０の極角に等しい極角Φgで検出される。最初に、反射は、黒いポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の平たいシートから測定された。ＰＭＭＡは、鏡面反射を生じるだけに過ぎない。検出光の分布が、図１７において曲線１７０２として示されている。したがって、入射光の円錐角は、半値全幅（ＦＷＨＭ）で約５．５°であった。
【００９５】
コーティングされていない構造面が、試験面１６００として置き換えられた。矢印１６１４として示された基準点マークが、ｙ軸（１２時の位置と呼ばれる）に平行な方向を指した。反射光分布は、曲線１７０４として示され、約１３°（ＦＷＨＭ）であり、入射光より著しく広いピークを有する。
【００９６】
次に、サンプルは、法線１６０２を中心にして９０°の角度分回転されたため、基準点マーク１６１４はｘ軸（３時の位置と呼ぶ）に平行な方向を指した。サンプルが３時の位置にあったときの反射光の分布は、曲線１７０６として示される。３時の位置における反射光分布の幅は、約１１°（ＦＷＨＭ）であった。
【００９７】
サンプルはさらに９０°回転されたため、基準点マーク１６１４は−ｙ方向（６時の位置と呼ぶ）を指した。サンプルが６時の位置にあったときの反射光の分布は、曲線１７０８として示される。６時の位置における反射光分布の幅は、約１３°（ＦＷＨＭ）であった。
【００９８】
最後に、サンプルはさらに９０°回転されたため、基準点マーク１６１４は−ｘ方向（９時の位置と呼ぶ）を指した。サンプルが９時の位置にあったときの反射光の分布は、曲線１７１０として示される。９時の位置における反射光分布の幅は、約９．５°（ＦＷＨＭ）であった。
【００９９】
１２時の位置および６時の位置における構造面に対応する曲線１７０４および１７０８は、略正確に重なり、この方向における構造が面法線を中心にして正に対称であったことを示している。これらの２つの曲線は、工具のねじ切りに沿った方向に面構造上に形成されたグルーブに対応する。
【０１００】
曲線１７０６および１７１０は、工具のねじ切りを横断する方向にある面構造に対応する。３時の位置および９時の位置の構造面に対応する曲線１７０６および１７１０は近いが、曲線１７０４および１７０８のように重ならない。このことは、この特定の実施例に関して、ねじ切りを横断する構造面の形状は、ねじ切りに沿っている場合より対称性が低いことを示唆している。
【０１０１】
上述したように、本発明は、半透過型液晶ディスプレイに適用可能であり、画像を重ねる周辺光の鏡面反射を低減するために特に有用であると考えられる。本発明は、上述の特定の実施例に限定されるものと考えるべきではなく、添付の特許請求の範囲に完全に記載されているように、本発明のすべての態様を網羅するものと考えるべきである。種々の修正、等価な処理のほか、本発明が適用可能であると思われる種々の構造は、本願明細書を検討すれば、本発明が関係する当業者には容易に明白となるであろう。特許請求の範囲は、そのような修正および装置を網羅するものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の原理による半透過型ディスプレイの実施形態を概略的に示している。
【図２Ａ】本発明の原理による半透過体の異なる実施形態による断面を概略的に示している。
【図２Ｂ】本発明の原理による半透過体の異なる実施形態による断面を概略的に示している。
【図２Ｃ】本発明の原理による半透過体の異なる実施形態による断面を概略的に示している。
【図３】ディスプレイに対する光路を説明する際に用いられるディスプレイおよび座標を概略的に示している。
【図４】６°〜２０°の底角の種々の値に関する図２Ａに示されているように異なる半透過体の計算された光学応答を示すグラフを示している。
【図５Ａ】本発明の原理による半透過体の別の実施形態の一部を概略的に示している。
【図５Ｂ】本発明の原理による半透過体の別の実施形態の一部を概略的に示している。
【図６】本発明の原理による６°〜２０°の角度の範囲に配置される反射体を有する半透過体の計算された光学応答を示すグラフを示している。
【図７Ａ】本発明の原理による非直線の反射ファセットを有する半透過体の実施形態を概略的に示している。
【図７Ｂ】本発明の原理による非直線の反射ファセットを有する半透過体の実施形態を概略的に示している。
【図７Ｃ】本発明の原理による６°〜２０°の角度の範囲にわたって湾曲する湾曲反射体を有する半透過体の計算された光学応答を示すグラフを示している。
【図８Ａ】本発明の原理による横方向の光の拡散を提供する反射体の実施形態を概略的に示している。
【図８Ｂ】本発明の原理による横方向の光の拡散を提供する反射体の実施形態を概略的に示している。
【図９】本発明の原理による異なる角度で反射体の異なる組合せを有する半透過体の光学的効果を示すグラフを示している。
【図１０】３つの異なるタイプの半透過体を有する反射型ディスプレイに関するスポットライト試験の実験結果を示すグラフを示している。
【図１１】４つの異なるタイプの半透過体を有する反射型ディスプレイに関する異なる角度で反射された周辺光の色特性を示すグラフを示している。
【図１２】３つの異なるタイプの半透過体を有する反射型ディスプレイに関するバックライト動作における色ずれを示すグラフを示している。
【図１３Ａ】本発明の原理による構造化半透過体の別の実施形態を概略的に示している。
【図１３Ｂ】図１３Ａに示される構造化半透過体の基板を概略的に示している。
【図１４Ａ】本発明の原理による構造化半透過体の別の実施形態を概略的に示している。
【図１４Ｂ】図１４Ａに示される構造化半透過体の基板の断面を概略的に示している。
【図１４Ｃ】図１４Ａに示される構造化半透過体の基板の断面を概略的に示している。
【図１５】本発明の原理によって作製された構造化半透過体から反射される光の計算された分布を示すこのスコープのグラフを示している。
【図１６】構造化半透過体の反射特性を決定するために実験を説明する際に用いられるディスプレイおよび座標を概略的に示している。
【図１７】構造化半透過体から反射される光の分布を示す実験結果を示している。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年4月27日(2007.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目視側および裏側を有し、画素を規定する液晶カラー透過型ディスプレイユニット、
バックライトを生成するバックライトユニット、および
前記カラーディスプレイユニットと前記バックライトユニットとの間に配置された構造化半透過体であって、前記バックライトの少なくとも一部が前記構造化半透過体を通過して前記カラーディスプレイユニットに至り、前記カラーディスプレイユニットを通過した周辺光を入射角とは異なる反射角で反射する構造化誘電反射体を具備し、前記反射角および入射角がディスプレイ法線に対して測定される構造化半透過体
を具備する、半透過型ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記構造化反射体が反射ファセットの複数の集合を規定し、前記反射ファセットが前記ディスプレイ装置の光軸に非垂直であり、反射ファセットの異なる集合がそれぞれの異なる画素に関連し、反射ファセットの前記集合が少なくとも２つの反射ファセットを具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記構造化半透過体が一般にｘ−ｙ平面にあり、前記構造化反射体が前記ｘ−ｙ平面に対して傾斜した傾斜面を具備するため、ｚ軸に平行な方向において前記ｘ−ｙ平面に垂直入射する光は、ｙ−ｚ平面にある成分を有する方向に前記傾斜面によって反射され、少なくとも１つの前記傾斜面が、前記ｘ方向における指向成分を有するように、前記入射光の一部を横方向に反射するように形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
目視側および裏側を有するカラー透過型ディスプレイユニットおよび
前記カラーディスプレイユニットの前記裏側に配置され、構造面と、前記構造面上に配置される誘電部分反射体と、を有する構造化基板を具備する構造化半透過体を具備し、
前記ディスプレイユニットに入射する周辺光が、グレア方向のグレア光を生じ、前記構造化半透過体が前記グレア方向を実質的に包囲する方向の範囲にわたって画像光を反射する半透過型ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記誘電部分反射体が、前記ディスプレイユニットに対する法線に垂直である反射部分および前記ディスプレイユニットに対する法線に垂直でない反射部分を規定する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記構造化反射体が複数の反射ユニットを具備し、各反射ユニットが前記構造化反射体を通過する軸に対して正および負の角度で反射部分の集合を具備し、前記ディスプレイユニットが画素を規定し、前記ディスプレイユニットの各画素が２つ以上の反射ユニットの集合の上に配置される、請求項４に記載の装置。
【国際調査報告】
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2007525692.tif 000023
2007525692.tif 000024