(57)【要約】照射型フロントライトディスプレイ（１０）は、ガイド（１２）に光を供給する少なくとも１つの光入力面（１４）と、表示面（１８）と、表示面（１８）に対向する光出力面（１６）と、を有し、光出力面（１６）はその上に光抽出層（３２）を有し、光抽出層（３２）は実質的に平坦な光出射面（３３）を有し、かつガイド（１２）から光出射面（３２）を介して反射型光弁（３６）に供給光を抽出し、ガイド（１２）の表示面（１８）によって観察者に戻す埋込み反射ファセット（５２、５３）を含む、フロントライトガイド（１２）を具備している。
2004528689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）少なくとも１つの光源、
ｂ）前記光源からの光をガイドに供給することができる少なくとも１つの光入力面と、表示面と、前記表示面に対向する光出力面と、を有し、前記光出力面はその上に光抽出層を有し、前記光抽出層は実質的に平坦な光出射面を有し、かつガイドから前記光出射面を介して供給光を抽出する埋込み反射ファセットを含む、フロントライトガイド、および
ｃ）前記ガイドから抽出された光を受光し、その光の少なくとも一部を前記表示面に戻す反射型光弁、
を具備する照射型ディスプレイ。
【請求項２】
前記ガイドが前記光入力面に対向する反射面を有し、前記ファセットの一部が傾斜され、前記反射面から反射された供給光が前記ガイドからそのような傾斜ファセットを介して抽出される請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記ガイドが先細りのプラスチックシートを具備し、前記抽出層が前記ガイドに面する構造面と、前記ガイドとは逆方向に面する平滑面と、を有する請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項４】
前記ガイドが平面ガラスまたはプラスチックシートを具備し、前記抽出層が前記ガイドに面する構造面と、前記ガイドとは逆方向に面する平滑面と、を有する請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項５】
前記抽出層が、前記ガイドに面する複数の突出部を含む構造面を有するフィルムを含み、前記ファセットに隣接しかつ前記突出部の間にあるポケットが、前記フィルムが作製された材料より低い屈折率を有する媒体を含む請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記突出部が略台形の形状を有する請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項７】
前記突出部は前記ファセットを含み、ライザーおよびプラトーをさらに含み、供給光が前記光出力面からプラトーを通過し、その後前記光出力面を介してファセットから反射される請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項８】
ランドが前記突出部を離隔し、前記ポケットが空気を含む請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項９】
ランド全長に対するプラトー全長の比が１：１より大きい請求項８に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
前記比が３：１より大きい請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
前記突出部が、供給光が前記表示面にわたって均等に分布されるような寸法、ピッチ、および角度方向を有する請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
前記出射面から反射され、かつファセットによって屈折される供給光が、付近のファセットによって屈折され、前記光抽出層の中に指向されることによって戻される請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記突出部が、前記光入力面付近で比較的粗いピッチで離隔され、前記光入力面から遠い位置で比較的細かいピッチで離隔される請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記突出部が、モアレパターンが前記表示面上に見えないような寸法、ピッチ、および角度方向を有する請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項１５】
実質的にすべてのファセット領域が供給光にとって接近可能である請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
前記光出射面に反射防止コーティングをさらに含む請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
前記コーティングと前記光弁との間に空隙をさらに含む請求項１６に記載のディスプレイ。
【請求項１８】
請求項１に記載のディスプレイを含む携帯電話、ポケットベル（ｐａｇｅｒ）、個人用携帯情報端末、置時計、腕時計、計算機、ラップトップコンピュータまたは運搬用車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前面照射型電子ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネルディスプレイは、透過型光弁に均一な照射を提供するスラブ型ライトガイドによって通常、背面照射される（「バックライト」と呼ぶことが多い）。バックライトは、ディスプレイ用の主要光源または主に反射型ディスプレイ（「半透過型」と呼ぶことが多い）における補助照射源であってもよい。あるいは、フラットパネル反射ディスプレイは、反射型光弁の表示面からに均一な照射を提供するスラブ型ライトガイドによって前面照射されることができる（「フロントライト」または「フロントライトガイド」と呼ばれることが多い）。これにより、バックライトの排除および光弁における反射層の配置を行うことができ、それによって、フロントライトが消された場合に、十分に明るい周辺光状態においてディスプレイの反射率および明るさを増大する。フロントライトガイドは、表示画像を歪めたり著しく減衰したりしないように十分な透明度を有する必要がある。フロントライトガイドはまた、暗い周辺条件においてディスプレイを読むことが可能にするために十分な明るさレベルで、ディスプレイを均一に照射することが好ましい。
【０００３】
米国特許第５，３９６，３５０号は、光を透過型光弁に反射するマイクロプリズムのアレイを有するバックライトを示している。
【０００４】
米国特許第５，４２８，４６８号は、導波路と、導波路から光を反射するマイクロプリズムのアレイと、を用いる照射系を示している。米国特許第５，９９５，６９０号は、光を導波路から結合するための光抽出テープを示している。
【０００５】
特開平１１−３４４６９５Ａ（ＷＯ９９６３３９４に相当）は、ライトガイド部分が成形プラスチックから構成される一体型フロントライトガイドおよびタッチパネルを示している。ライトガイドの上面は、透明樹脂層を用いてタッチパネルの下面に接合され、ライトガイドの下面は、光透過板より高い屈折率を有し、かつ光拡散顔料を含む透明または半透明の樹脂のインクによって形成される多角形または円形のドットパターンを有する。あるいは、ライトガイドの下面は、光透過板の入射側の端面に平行に形成される「微細なシボ形状」または「プリズム」（鋸歯型突出部として示される）によって形成されることができる。この参考特許のライトガイドは、上述の光拡散顔料による散乱または上述のシボ形状またはプリズムによる屈折を利用して、ライトガイドから光弁に光を抽出する。この参考特許における鋸歯型突出部は、ライトガイドの光入射端とは逆に面している鋸歯の傾斜部分によって指向される。
【０００６】
特開２０００−４７１７８Ａは、ライトガイド部分がくさび形状であり、その上面にスペーサのパターンを有する一体型フロントライトガイドおよびタッチパネルを示している。この参考特許のライトガイドはスペーサによる散乱を用いて、ライトガイドから光弁に光を抽出する。
【０００７】
他の前面照射または背面照射またはディスプレイ装置は、米国特許第４，３７３，２８２号、同第４，５２８，６１７号、同第４，７５１，６１５号、同第４，７９９，１３７号、同第４，８１１，５０７号、同第４，８７４，２２８号、同第５，００５，１０８号、同第５，０５０，９４６号、同第５，０５４，８８５号、同第５，１９０，３７０号、同第５，３４１，２３１号、同第５，３５９，６９１号、同第５，４８５，３５４号、同第５，５０６，９２９号、同第５，５５５，１０９号、同第５，５５５，３２９号、同第５，５７５，５４９号、同第５，５９４，８３０号、同第５，６０８，５５０号、同第５，６０８，８３７号、同第５，６１３，７５１号、同第５，６６８，９１３号、同第５，６７１，９９４号、同第５，８３５，６６１号、同第５，８９４，５３９号、同第６，０１１，６０２号、同第６，１３９，１６３号、ＥＰ  ０  ８０２  ４４６  Ａ１、特開昭６１−１８８５１５Ａ、特開平１１−０６５７６４Ａ、特開平１１−１１０１３１Ａ、特開平１１−１７４９７２Ａ、特開平１１−２６０１３３Ａ、特開平１１−３１６５５３Ａ、特開平１１−０６５７６４Ａ、特開２０００−０７５２９３Ａ、ＰＣＴ出願ＷＯ  ９９／６３３９４Ａに示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さまざまな照射型ディスプレイ装置が提案されているが、より薄く、より効率的またはより均一に照射する装置、より簡単に構成することが可能である装置、電力消費を低減した装置が現在必要とされている。現在の装置の多くは、光源によって供給光のすべてを利用するわけではない。そのような利用しない光をディスプレイに導くことが可能であれば、電力消費をさらに低減することが可能であり、ディスプレイの明るさを増大させることが可能である。
【０００９】
上述の照射型ディスプレイ装置の一部は、散乱または屈折を用いて、ライトガイドから光を抽出する。このようなアプローチは、コントラストの低下を生じるか、またはディスプレイにおいて光弁に対する最適な角度より小さい角度で光を供給する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、一態様において、
ａ）少なくとも１つの光源、
ｂ）光源からの光をガイドに供給することができる少なくとも１つの光入力面と、表示面と、表示面に対向する光出力面と、を有し、光出力面がその上に光抽出層を有し、抽出層が実質的に平坦な光出射面を有し、かつガイドから光出射面を介して供給光を抽出する埋込み反射ファセットを含むフロントライトガイド、および
ｃ）ガイドから抽出された光を受光し、その光の少なくとも一部を表示面に戻す反射型光弁、
を具備する照射型ディスプレイを提供する。
【００１１】
ライトガイドは、たとえば、２つの主面を有する成形プラスチックまたはガラス（たとえば、普通の板ガラス）から容易に作製されることができる。主面の一方は表示面を形成し、そのまま用いられるか、または任意の保護上層を備えている。他方の主面は、光出力面を形成し、構造面付き平滑面シートの構造のある側に接着剤によって接合されるか、または他の方法で固着される。構造面は、ライトガイドの光出力面からシートの平滑面（光出射面）を介して反射型光弁に供給光を反射する構造のある側面にファセットを有する。平滑面シートの光出射面に任意の反射防止コーティングを施すことができる。ライトガイドは、ライトガイドと光弁との間に位置する微小構造反射光学素子を有するため、およびライトガイドが平滑表示面を備えることができるため、本発明の照射型ディスプレイは、比較的頑丈であり、ライトガイドの表示面に微小構造の光特徴部を有する照射型ディスプレイより損傷を受けにくい傾向がある。本発明のディスプレイの好ましい実施形態は、効率的に供給された光を抽出すると同時に、優れたコントラストおよび低い歪みを呈する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
「上方」「一番上」「上部」「上向き」「下方」「下」「下部」「下向き」などの語は、ディスプレイにおける構成要素の位置または向きを記載するために、本願明細書において用いられるとき、これらの語は、ディスプレイの表示面が水平であり、上から見られていると仮定し、便宜的に用いられるに過ぎない。これらの語は、完成したディスプレイまたは完成したディスプレイの実際の用途において、供給光または周辺光によって取られる経路に関して任意の必要な向きを示しているわけではない。本発明の構成要素の一部および互いの構成要素の関係はまた、基準面との比較によって好都合にも記載されることができる。本発明のために、基準面はフロントライトガイドの光出力面によって形成される（または厳密に接近している）平面であるとみなされ、上述した向きに関する慣例を用いれば、ライトガイドの下面であることになる。
【００１３】
ここで図１を参照すると、全体を１０で表す照射型ディスプレイが、略図の形態で示されている。光源４２からの供給（言い換えれば非周辺）光は、結合器４４に入射し、一般に１つ以上の点光源からディスプレイ１０において使用するのに適した線光源に変換される。次に、供給光はフロントライトガイド１２の光入力面１４に入射し、図２および図３において以下にさらに詳細に説明するように、反射型光弁（この場合には反射ＬＣＤ）３６を通過してそこから戻る。ライトガイド１２は、光入力面１４から端部１５に向かって厚みが減少するくさびの形状である。以下にさらに詳細に説明するように、ライトガイドは、くさびとして形成される必要はなく、用途によっては代わりに比較的一定の厚さである。可能なチッピングまたは破損を避けるために、ライトガイド１２は端部１５でナイフの刃のように先細りになることはない。ライトガイド１２はまた、光出力面１６および表示面１８を有する。光学的に透明な接着剤（図１には図示せず）が、構造付き光抽出層３２をライトガイド１２の光出力面１６に固着する。空隙３５が反射ＬＣＤ３６の一番上に位置する偏光子３８から層３２の下面３３を隔離する。反射層４０は、反射ＬＣＤ３６の底部に位置し、（反射ＬＣＤ３６が光を通過させることができるように適切に変調を行うと仮定すれば、）アセンブリ２２から反射ＬＣＤ３６を通過し、アセンブリ２２に戻るように光を戻すように作用する。
【００１４】
図２は、本発明の照射型ディスプレイ２０を示している。図１のほぼ先細りになったライトガイド１２とは異なり、ライトガイド２２は、略平面形状を有する。光源４２からの供給光線４５などの光線は、表示面２８における内部全反射によって、ライトガイド２２の対向する端部２５に向かって反射される。適切な角度で光出力面２６に当たるときに、光線４５は構造付き光抽出層３２の中に入る。光線４５が層３２のファセット（図２には図示せず）に適切な角度で当たる場合には、光線４５はファセットから反射され、層３２の下面３３を通って出射するため、ライトガイド２２から抽出されることになる。抽出された光は空隙３５を通過し、次に偏光子３８および反射ＬＣＤ３６に入射する。反射ＬＣＤ３６が適切に変調を行うと仮定すれば、光線４５は反射ＬＣＤ３６に入り、反射体４０に当たり、反射ＬＣＤ３６および偏光子３８によって層３２およびライトガイド２２に戻るように反射され、表示面２８を介してライトガイド２２から出射し、その結果、観察者４８は光線４５を見ることができる。
【００１５】
周辺光レベルが十分に高いのであれば、観察者４８は、光源４２による照射がなくても照射型ディスプレイ２０によって伝播される情報を見ることができる。周辺光線５０などの周辺光線は、表示面２８を介してディスプレイ２０に入射し、上述のさまざまな構成要素および層を通過し、（反射ＬＣＤ３６が適切に変調を行うと仮定すれば、）反射体４０に当たり、反射ＬＣＤ３６によって観察者４８に向かって反射される。
【００１６】
図１の照射型ディスプレイ１０において、光源４２からの供給光は、ライトガイド１２内部の２つの先細りの面１６、１８との間で誘導される。図２の照射型ディスプレイ２０において、光源４２からの供給光がライトガイド２２内部の２つの略平行な面２６、２８の間で誘導される。いずれの構成も用いることができ、ある種の利点を提供する。ライトガイド１２などの先細りのライトガイドは、ディスプレイの照明のために供給光の大部分を提供する。一般に、その先細りの形状により、光学的に適切な熱可塑性ポリマーを成形することによって、このようなライトガイドを作製するのに最も好都合である。ライトガイド２２などの略平面のライトガイドは、「一番上の」面を出射する迷光を削減し、抽出効率が低い可能性があるが、ディスプレイ全体の厚さの削減という利点も提供する。光学的に適切な熱可塑性ポリマーを成形することによって、略平面のライトガイドを作製することができ、代わりに板ガラスなどの低コストの耐久性のある材料から構成することができる。
【００１７】
図３を参照すると、本発明のディスプレイにおいて用いるのに適した光抽出層が、拡大側面図に示されている。光抽出層３２は、光出射面３３と、ライトガイド２２に面するか、またはライトガイド２２に向かって先を向ける（好ましくは光学的に接触する）突出部５２および５３などの複数の突出部を有する上面と、を有する。面３３は、「実質的に平坦」である。すなわち面３３はディスプレイにおいて好ましくない歪みを誘発しないほど十分に平坦である。層３２の上面は「構造付き」である。すなわち層３２の上面は、層３２の上面に当たる光線の方向または強度に影響を及ぼしうる微細形状の特徴部（突出部５２および５３など）を有する平面でない微細構造を有する。突出部５２および５３の側面には、ランド６０ａおよび６０ｂなどのランド部分と、層３２が作製される材料より低い屈折率の媒体（たとえば空気）を含むポケット５８ａおよび５８ｂなどの包囲されたポケットと、が位置している。突出部は、ライザー５４ａなどのライザー部分と、プラトー５５ａなどのプラトー部分と、ファセット５６ａなどのファセット部分と、を有する。説明のため、突出部５２および５３などの突出部は「略台形」であると呼ぶことができるが、突出部が３つの側面のみであり、突出部の第４の側面を完成するために想像線を引くことによって形成される四辺形が２つの平行な側面を備えていない可能性もある。
【００１８】
プラトーは、透明接着剤５０を用いてライトガイド２２に積層される。プラトー５５ａは、接着剤５０に対して位置し、層３２の他のプラトーと一般に同一平面に位置している。ファセット５６ａなどのファセットは、光抽出層３２に「埋め込まれる」。すなわち、このようなファセットは層３２の内部のライトガイド２２の光出力面１６と層３２の光出射面３３との間に存在する。ライザー５４ａは、プラトー５５ａに隣接し、プラトー５５ａは同様にファセット５６ａに隣接する。（当面は透明接着剤の任意の介在層を無視すれば、）ファセットは、光出力面２６に隣接するか、または極めて近い位置にあり、光出射面３３からより遠くに離隔されることが好ましい。
【００１９】
ファセット５６ａなどのファセットは、供給光線４６などのライトガイド２２の入力面からの光が接着剤５０およびプラトー５５ａを通過し、ファセット５６ａに当たり、下方に向かって反射し、それによって反射光学素子を用いて出射面３３によってライトガイド２２から抽出されることができるように向けられる。したがって、供給光は、反射光学素子を用いてライトガイドから抽出される。従来提案されてきた多くのフロントライトガイドは、たとえば、ライトガイドの出射面にプリズム（たとえば、鋸歯型、矩形波型または歯型）のような面を用いることによって、反射光学素子に左右される抽出機構を用いている。
【００２０】
供給光は、基準面に対して垂直またはほぼ垂直な角度でライトガイドから抽出されることができる。言い換えれば、供給光は、反射型光弁に対してゼロまたはほぼゼロの入射角で抽出されることができる。これにより、屈折抽出に依存するライトガイドに比べて、光弁への抽出された光の結合を改善することができる。屈折抽出を用いて、その中心が基準面に対して約４０°を超える抽出角を実現することは困難である。つまり、光弁に対する垂線に対して抽出される光の中心の５０°未満の入射角を実現することは困難である。抽出される光がきわめて高い入射角で光弁に達する場合には、光弁は観察者に向かって光を効率的に反射しないか、または追加の光学素子（たとえば追加の屈折光学素子）が抽出された光を再指向するために必要となるかである。
【００２１】
反射光学素子に基づく抽出器は、屈折光学素子に基づく抽出器より供給光の波長における変動に対して影響されにくい。このことは、従来提案されてきた一部の照射型ディスプレイに比べて、本発明の照射型ディスプレイにおける色の一様性を改善することができる。好ましくないゴーストおよびコントラストの低下を生じる可能性がある迷反射もまた、屈折抽出器に比べて反射抽出器を用いるとあまり目立たない。反射抽出器において生じる迷反射は、観察者から離れる方向に指向される傾向がある。屈折抽出器において、一部の迷反射は、観察者に向かって指向される傾向があり、全体のコントラストを低下させることになる。このような迷反射が雑音帯と解釈される場合には、視軸に沿った迷反射の存在は雑音源を表し、雑音対信号の比の低下を示している。
【００２２】
したがって、本発明の照射型ディスプレイにおける反射抽出光学素子の利用によって、屈折光学素子の利用に比べて、設計の自由度および性能を改善することができる。
【００２３】
当業者は、ランド６０ａおよび６０ｂなどのランドが基準面に平行であるように図３には示されているが平行である必要はないことを十分に理解されたい。さらに、ライザー５４ａなどのライザーは、基準面に対して対称に傾斜している必要はない。同様に、ファセット５６ａなどのファセットも、基準面に対して対称に傾斜している必要はない。
【００２４】
当業者はまた、ライトガイド２２から反射ＬＣＤ３６への光の適切な抽出が行われる限り、光抽出層３２上の突出部が図３に示されている以外の形状および向きであってもよいことも十分に理解されたい。光源４２から供給光がライトガイド２２に入射する角度、光抽出層３２上の突出部の寸法、ピッチ、および角度方向は、供給光がディスプレイの表示面にわたって均等に分布されるように選択されることが好ましい。
【００２５】
図４〜図６は、ライトガイドの底部からの全体的な光出力に関して、ランド長さに対するプラトー長さの比の効果を示している。図４は、全体を７０で識別する照射型ディスプレイの一部の拡大側面図を示している。構造付き光抽出層７１は、ランド８０ａおよび８０ｂが側面に位置するライザー７４、プラトー７６、およびファセット７８によって境界を定められている突出部７２などの突出部を有する。層７１におけるすべてのプラトーの全長は、層７１におけるすべてのランドの全長より短い。つまり、ランド全長に対するプラトー全長の比は１：１より小さい。層７１の比較的小さいプラトー全体の領域が原因で、利用可能な抽出窓は比較的小さく、ファセット７８などの埋込みファセットの潜在的に反射する部分の一部は、光線４６ａなどの供給光が到達しがたい可能性がある。したがって、このような供給光線のより小さい一部が適切な角度で層７１のファセットに到達することができるため、供給された光線がライトガイド２２から出射面８２を介して抽出されることができ、ライトガイド２２からの全体的な光出力が所望より少ない可能性がある。
【００２６】
図５は、全体を９０で識別する照射型ディスプレイの一部の拡大側面図を示している。構造付き光抽出層９１は、ランド１００ａおよび１００ｂが側面に位置するライザー９４、プラトー９６、およびファセット９８によって境界を定められている突出部９２などの突出部を有する。層９１におけるすべてのプラトーの全長は、層９１におけるすべてのランドの全長より長い。つまり、ランド全長に対するプラトー全長の比は１：１より大きい。層９１の比較的大きいプラトー領域のおかげで、ファセット領域の大部分またはすべてが反射のために利用可能であり、光線４６ｂなどの供給光線は層９１のファセットから反射され、ライトガイド２２から光出射面９９を介して抽出されることができる。したがって、図５の照射型ディスプレイにおいてライトガイド２２の底部からの全体的な光出力は、図４の照射型ディスプレイより大きい傾向にある。
【００２７】
図６は、ランド長さに対するプラトー長さの比とライトガイドの出射面からの光出力との間の関係を示すグラフである。一般に、ランド長さに対するプラトー長さの比が増大すると、光出力（または抽出効率）はほぼ対数関係で増大する。ランド全長に対するプラトー全長の比は少なくとも１：１であることが好ましく、少なくとも３：１であればさらに好ましい。一旦、すべてのファセットが供給光線に曝され、供給光線が到達可能になると、プラトー長さは著しく減少し、図６に示される曲線は平らになる。一般に、ランド長さの場合にはゼロより大きいことが好ましい。たとえば、光抽出層が軟質フィルムから形成される場合には、構造付き軟質フィルムを作製するために用いられると一般に考えられる型押し工具からフィルムをはがすことが困難であるほどランドは短くない方が好ましい。
【００２８】
図７は、本発明の照射型ディスプレイ１００の拡大部分側面図であり、光の漏れを生じうる原因を示している。光線４６ｃなどの一部の光線は、構造付き光抽出層１０４の下面１０２における内部全反射によって上方に反射され、ファセット１０３などの埋込みファセットに向かう。ファセットの十分に小さい入射角で、光がファセットによって反射され、接着層１０５およびライトガイド１０８を通過して、通常の使用者の視軸から離れるように高い入射角でガイド１０８の上面１０６から出射する。この光は消失するため、画像の明るさに対する観察者の認識には影響しない。
【００２９】
図８は、本発明の照射型ディスプレイ１１０の拡大部分側面図であり、ゴーストを生じうる原因を示している。光線４６ｄなどの一部の光線は、埋込みファセット１１１などのファセットから下方に反射され、構造付き光抽出層１１４の出射面１１２から上方に反射され、接着層１１５およびライトガイド１１８を通過して、ライトガイド１１８の上面１１６から出射する。これらの光線は、図７の光線４６ｃの場合より小さい入射角でライトガイド１１８を出射するため、照射源のゴースト像として目で見ることができる。
【００３０】
図９は、図７に示されているような光の漏れを低減することができる構造付き光抽出層１２４と、図８に示されたタイプのゴースティングを低減することができる反射防止コーティングと、を有する本発明の照射型ディスプレイ１２０を示す拡大部分側面図である。層１２４の下面１２２から上方に反射される光線４６ｅなどの光線は、埋込みファセット１２６およびライザー１２８によって屈折され、付近の埋込みファセット１３０およびライザー１３２による屈折によって層１２４に戻される。埋込みファセット１２６などのファセットから反射される線４６ｆなどの光線は、層１２４の下面１２２に当たり、面１２２上の反射防止コーティング１２５があるために、面１２２を通過する。
【００３１】
構造面より平面に均一な反射防止コーティングを施す方が容易である。したがって、最下面にある構造面によって光を抽出するために屈折光学素子を用いるフロントライトガイドの最下面ではなく、本発明のディスプレイに用いられる光抽出層の最下面（つまり光出射面）にそのようなコーティングを施す方が容易である。
【００３２】
当業者は、出射面３３の実質的に平坦な微細構造を維持し、表示画像に望ましくない歪みが入らないように注意を払う限り、反射防止コーティング層または他の光処理層または特徴部を出射面３３に施すことができることを十分に理解されたい。
【００３３】
当業者はまた、本発明のディスプレイに光を供給するために、２つ以上の光源を用いることができることを十分に理解されたい。たとえば、図２を再び参照すると、光入力面２４に沿って複数の光源を配置することができる。図２には示されていないが、端部２５に沿って複数の光源を配置することも可能である。光が入力面２４および端部２５の両方に沿って供給される場合には、構造付き光抽出層３２の突出部（たとえば図３に示される突出部５２，５３などの突出部）は、入力面２４および端部２５の両方から供給光に関して対称に向けられるものとすることが好ましい。光が入力面２４に沿ってのみ供給される場合には、端部２５は、端部２５に達する光をライトガイド２２に戻すように指向するために、鏡面または他の適切な反射体を備えることが好ましい。
【００３４】
図１０は、ライトガイド１４２と、光の損失を低減することができる構造付き抽出層１４４と、を有する照射型ディスプレイ１４０の拡大部分側面図である。ライトガイド１４２は、光線４６ｈなどの光をライトガイド１４２に反射する鏡面反射体または拡散反射体１４６を備えている。光源（図１０には図示せず）を傾斜または偏らせることによって、反射体１４６に達する光の量をさらに低減することができる。その結果、その光出力の大部分が沿う軸はライトガイド１４２の上面に平行でない。光線４６ｇなどの光線は、埋込みファセット１４８などのファセットから下方に反射され、層１４４から抽出される。光線４６ｈなどの光線は、反射体１４６から層１４４に反射され、埋込みファセット１４８とは逆方向に傾斜される埋込みファセット１５０などのファセットからの反射によって下方に反射される。ライトガイド１４２の長さに沿って、このような逆方向に傾斜されるファセットを繰り返すことができる。
【００３５】
図１１は、本発明の照射型ディスプレイ１６０の分解側面図であり、合わせて組み立てることができる個々の層を示している。任意の保護膜１６１は、ライトガイド１６２の上面１６４に形成される。光学的に透明な接着層１６５および１６６が、キャリアフィルム１６８の両面に施され、排除される。構造付き光抽出層１７０は、適切な型押し工具を用いて、ベースフィルム１７２および光硬化可能樹脂から形成され、ベースフィルム１７２の一番上に光硬化構造面１７４を形成するために硬化される。所望であれば、ベースフィルム１７２の下面に任意の反射防止コーティング（図１１には図示せず）を施すことができる。これは、連続的な方法を用いて構造面１７４がベースフィルム１７２上に形成される場合に特に好都合である。同様に連続的な方法を用いてベースフィルム１７２の裏面に反射防止コーティングを施すことができるためである。
【００３６】
層１７０の構造面１７４に損傷を与えず、接着剤によって層１７０の突出部の間の空隙を満たさないように注意を払い、プラトー１８０ａおよび１８０ｂなどの構造付き光抽出層１７０のプラトー部分は、接着層１６６に積層される。次に、ライトガイド１６２の光出力面１６３に接着層１６５を積層することができる。好都合なことに、結果として生じる組立品をそのままであるか、または追加のディスプレイ構成要素と組み合わせて販売することができる。たとえば、適切な反射型光弁の一番上に組立品を配置し、供給光の光源および適切な制御電子機器を装備することができる。別の例として、キャリアフィルム１６８の両面に光学的に透明な接着層１６５および１６６を塗布することが可能であり、接着層１６６を構造付き光抽出層１７０のプラトー部分に積層することが可能であり、結果として生じる組立品は、ライトガイドの光出射面に後で積層するためにそのまま販売される。
【００３７】
所望であれば、反射ＬＣＤ１８２の上面に接着層１７８を介して偏光子１７６を積層することによって、より完全な組立品を作製することができる。反射ＬＣＤ１８２は、光変調装置１８４および反射層１８６を具備している。当業者は、他のより完成度の高いまたは低い組立品を容易に想像することができよう。
【００３８】
図１２は、本発明の別の照射型ディスプレイ１９０の分解側面図であり、組み立てられ、ライトガイド１９２の光出力面１９３に固着されることができる個別の層を示している。保護膜１９１は、ライトガイド１９２の上面１９４に形成される。光学的に透明な接着層１９５が、ライトガイド１９２の光出力面１９３に塗布される。構造付き光抽出層１９６は、適切な型押し工具を用いて、ベースフィルム１９８および光硬化可能樹脂から形成され、ベースフィルム１９８の一番上に光硬化構造面２００を形成するために硬化される。層１９６の構造面２００に損傷を与えず、接着剤によって層１９６の突出部の間の空隙を満たさないように注意を払い、構造層１９６が接着層２０２および偏光子２０４に積層される。所望であれば、ベースフィルム１９８の下面に任意の反射防止コーティング（図１２には図示せず）を施すことができる。図１２の組立品は、図１１の組立品に比べて、光路にはより少ない層およびより少ない光学的境界を有するが、処理においておよび積層中、ある程度余計に注意を払う必要がある。
【００３９】
ライトガイドは、任意の所望の全体サイズおよび厚さを有することができるが、できる限り薄く、たとえば５ｍｍまたはそれ以下であることが好ましい。所期の表示観察地点から見た場合、ライトガイドは四角形、矩形、楕円形または任意の所望の形状であってもよい。ライトガイドのサイズおよび形状は、所望のディスプレイ装置のサイズおよび形状によって決定される。ライトガイドの厚さは約０．１ｍｍ〜約５ｍｍであれば好ましく、約１ｍｍ〜約２ｍｍであればさらに好ましい。
【００４０】
ライトガイドは、ガラス、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどのポリアクリレート、およびポリスチレンをはじめとするさまざまな光学的に適切な材料から作製されることができるが、ガラスと、ポリカーボネートなどの高い屈折率のプラスチックと、を有することが好ましい。ライトガイドの光入力面および表示面はそれぞれ、略平面であってもよく、凸形または凹形の曲率を備えていてもよい。光源が点光源または線光源である場合には、入射光をより均等に分布するために、光入力面は凸の曲率、小型レンズ、プリズム、粗面または他の特徴部を備えることができる。表示面は、透過損失、望ましくない散乱および歪みを最小限に抑えるために、光学的に滑らかな仕上げを備えていることが好ましい。
【００４１】
光抽出層は、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどのポリアクリレート、ポリスチレンをはじめとするさまざまな光学的に適切な材料から作製されることができるが、ポリカーボネートなどの高い屈折率のプラスチックを有することが好ましい。光抽出層は、旋盤回転工具または所望の構造面の陰複製を有する金属または他の耐久性のある材料から構成される他の形成面に対して、成形可能な樹脂を成形、型押、硬化または他の形成方法によって作製された軟質の構造付きフィルムであることが好ましい。このような形成面の作製および抽出フィルの成形、型押または硬化の方法は、当業者には公知であろう。
【００４２】
所望であれば、実際の層を作製しなくても、ブロー・リサーチ・オーガニゼーション社（Ｂｒｅａｕｌｔ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．）の「ＡＳＡＰ」、オプティカル・リサーチ・アソシエーツ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）の「コードＶ（Ｃｏｄｅ  Ｖ）」および「ライトツールズ（Ｌｉｇｈｔ  Ｔｏｏｌｓ）」、ウルフラム・リサーチ社（Ｗｏｌｆｒａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．）の「オプティカ（Ｏｐｔｉｃａ）」、およびフォーカス・ソフトウェア社（Ｆｏｃｕｓ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ，Ｉｎｃ，）の「ゼマックス（ＺＥＭＡＸ）」などの適切な光線追跡モデル化ソフトウェアを用いることによって、個別の光抽出層設計を評価することができる。
【００４３】
光抽出層に存在する（および組み立てられたライトガイドおよび抽出層に埋め込まれている）ファセットは、通常の観察者の目に付かないようにするために、十分に小さいことが好ましい。光抽出層のファセットおよび他の光操作特徴部に関する構成、形状、寸法は、抽出効率を最大にし、所望の視角で均等に分布される光出力を提供するように選択されることが好ましい。
【００４４】
突出部は、光抽出層の全幅にわたって延在することが好ましい。あまり好ましくないが、突出部は、全幅セグメントより短く、小さい形態であってもよく、列および行において互いに整列していてもよく、または列から列までずれていてもよい。突出部の列は１つ以上の光入力面に平行に配列されてもよく、１つ以上の光入力面に対して一定の角度をなしていてもよい。突出部は光抽出層の全幅にわたって延在し、１つ以上の光入力面に略並行であれば最も好ましい。
【００４５】
図面に示される本発明のさまざまな実施形態において、構造付き光抽出層の個々の突出部は、突出部から突出部まで同一の角度方向、形状、寸法を有しているように示されている。突出部はすべて同一である必要はなく、すべてが同一の角度方向、形状または寸法を備えている必要はない。製作しやすくするために、一般に、ライザーセグメント、プラトーセグメント、ファセットセグメントが突出部から突出部まで同一の角度方向およびセグメント長さを有する突出部を備えた光抽出層を形成することが好ましい。このような突出部の間にあるランドセグメントはまた、所望であれば、角度方向およびセグメント長さにおいて互いに類似であってもよい。しかし、突出部は、ライトガイドの１つ以上の光入力面付近で比較的粗いピッチ（反復間隔）で離隔され、１つ以上の光入力面から遠い位置で比較的細かいピッチで離隔されることが好ましい。一方の端部のみから照射されるライトガイドの場合には、好都合なことに、光入力面からライトガイドの他方の端部の面まで光抽出層の長さに沿ってランドセグメントの長さを段階的に減少させることによって、間隔におけるこのような変化を実現することができる。好ましいピッチは１つ以上の光入力面において１ｍｍ当たり約０．０６〜約１２の突出部から１つ以上の光入力面から遠い位置では最大約２５０〜約１の突出部である。
【００４６】
当業者は、モアレ干渉パターンまたは他の干渉パターンの形成をさまざまな方法で阻止または回避することができることを十分に理解されたい。干渉パターンがディスプレイの表示面において最小化または排除されるように、（たとえば、突出部の列の方向をピクセルの列の方向に対して数度傾斜することによって、）たとえば、反射型光弁におけるピクセルまたは他の反復素子の寸法、角度方向または間隔に対して、突出部の列の寸法、角度方向または間隔を調整することができる。
【００４７】
各光抽出層のライザーセグメントは平面であるが、所望であれば、凸または凹の形状などの他の形状を用いることができる。ライトガイド内部の光の後方散乱のために生じる可能性がある望ましくない視覚的アーティファクトを回避するために、光抽出層のファセットおよび他の構造面部分は光学的に滑らかであることが好ましい。
【００４８】
光抽出層の厚さは約２０μｍ〜約５００μｍであることが好ましく、約７５μｍ〜約１２５μｍであればさらに好ましい。ファセット高さ（言い換えればランド深さ）は約５μｍ〜約５０μｍであれば好ましく、約７μｍ〜約２０μｍであればさらに好ましい。ファセットは十分な高さを有する限り、選択された抽出層の厚さが抽出効率に及ぼす影響は比較的小さい。
【００４９】
ファセット高さが増大し、ライトガイド厚さが減少するか、または突出部ピッチが減少すると、抽出効率は増大する傾向にある。すなわち、（ファセット高さ）／［（ライトガイド厚さ）＊（ピッチ）］に比例して増減する傾向にある。少し表現を変えると、抽出効率は、ライトガイド入力面の総断面積によって除算されるファセットの総断面積に比例して増減する傾向にある。
【００５０】
本発明のディスプレイのさまざまな層を組み立てるために用いられる接着層は、感圧性接着剤、熱、紫外線または電子ビームなどのエネルギー源を用いて硬化される接着剤または許容可能な光学特性および機械特性を有する任意の他の接着剤のいずれであってもよい。適切な接着剤および接合技術は、当業者には公知である。所望であれば、接合対象である面の一方または両方に接着剤を塗布し、積層組立品を形成するために、そのような面を共に接合し、硬化を実現するために、積層組立品の一方の側面または両方の側面を介して適切な硬化エネルギー（たとえば紫外線または電子ビーム）に１層または複数の接着層を曝すことによって、組み立てた後、１層以上の接着層を硬化することができる。
【００５１】
ライトガイドと光抽出層との間の接着層は、注意して塗布する必要がある。たとえば、ライトガイドの光出力面全体およびその上に積層される光抽出層にこのような接着剤を塗布することができる。所望であれば、たとえば米国特許第５，５４５，２８０号に記載されているように、光抽出層のプラトー部分のみの一番上およびライトガイドの光出力面に積層される結果として生じる部分的にコーティングされる面に接着剤を塗布することができる。いずれの場合も、光抽出層の構造面に損傷を与えず、接着剤によって突出部の間のポケットが満たされないように、しかるべき注意を払う必要がある。
【００５２】
所望であれば、積層前に、光抽出層が構成される材料より低い屈折率の適切な流動性（好ましくは硬化可能な）材料で突出部の間のポケットを満たすことができる。これにより、ライトガイドに対する光抽出層の積層を簡単に行うことができ、接着剤がポケットを満たさないようにすることができる。しかし、流動性材料の屈折率が空気の屈折率と光抽出層が構成される材料の屈折率の間にある場合には、このような流動性材料の使用は、ファセットの反射特性に悪影響を及ぼす可能性があり、空気で満たされたポケットの使用に比べて、全体的な抽出効率を低下させる可能性がある。
【００５３】
本発明の照射型ディスプレイは、小さなバッテリによって電源が供給される発光ダイオード（ＬＥＤ）によって照射される超小型または小型の装置に特に有用である。適切な装置としては、携帯電話、ポケットベル、個人用携帯情報端末、置時計、腕時計、計算機、スチールビデオカメラ、ラップトップコンピュータ、自動車のディスプレイなどが挙げられる。このような装置における反射型光弁は、さまざまなカラー装置またはモノクロ装置を用いて、作製されることができる。たとえば、反射型光弁は、コンパック（ＣＯＭＰＡＱ）のアイパック（ｉＰＡＱ）（商標）ポケットＰＣにおいて用いられているような反射カラーＬＣＤであってもよい。反射型光弁はまた、米国特許第６，０６４，７８４号、ＰＣＴ出願ＷＯ  ００／７５７２０に記載されているような装置などの内部全反射を制御不能にすることができる装置、ポスターまたは標識（たとえば、印刷されたメニューなどの一定のグラフ上の図案または（ジリコン・メディア社（Ｇｙｒｉｃｏｎ  Ｍｅｄｉａ  Ｉｎｃ．））による開発中の）「ジリコン（Ｇｙｒｉｃｏｎ）」電子ディスプレイ材料などの可変外観基板であってもよい。本発明の照射型ディスプレイは、２つ以上の光源、たとえば３つまたはそれ以上のＬＥＤによって照射されることができる。カラー光源のアレイ（たとえば１つ以上の赤、緑、青の各ＬＥＤ）を用いることができ、アレイの光源は連続的またはストロボアドレス指定機構を用いて電子的にエネルギーが印加される。ＬＥＤに加えて、本発明のディスプレイ用の他の適切な照射源としては、蛍光灯または白熱灯、エレクトロルミネセンス光などが挙げられる。本発明の照射型ディスプレイ用の特に好ましい光源は、２００１年４月６日出願の同時係属出願番号第０９／８４４，７４５号に記載されている「直線照射源（ＬＩＮＥＡＲ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＳＯＵＲＣＥ）」を用いる。
【００５４】
本発明のさまざまな修正および変更は、本発明の範囲および精神を逸脱することなく、当業者には明白であろう。本発明は、上記の例示の実施形態に制限されるわけではないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の照射型ディスプレイの側面図である。
【図２】図１のディスプレイの簡略化した側面図であり、周辺光線および供給光線によって取られた一般的な経路を示している。
【図３】図１および図２のディスプレイの一部の拡大側面図であり、構造付き光抽出層および供給光線によって取られた経路を示している。
【図４】ランド長さに対するプラトー長さの比が小さい本発明の照射型ディスプレイの一部の拡大側面図である。
【図５】ランド長さに対するプラトー長さの比が大きい本発明の照射型ディスプレイの一部の拡大側面図である。
【図６】ランド長さに対するプラトー長さの比と抽出効率との間の関係を示すグラフである。
【図７】光の漏れの原因を示す拡大部分側面図である。
【図８】ゴースティングの原因を示す拡大部分側面図である。
【図９】光の漏れおよびゴースティングを低減することができる抽出構造を示す拡大部分側面図である。
【図１０】光の漏れを低減することができるライトガイドおよび抽出構造を示す拡大部分側面図である。
【図１１】本発明のディスプレイの分解側面図である。
【図１２】本発明の別のディスプレイの分解側面図である。
【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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