JP2005521096A - 光伝送プレート及び光吸収手段を有するディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

ディスプレイ装置（１）は、光伝送第１プレート（２）、この第１プレート（２）に面する第２プレート（４）及び第１プレート（２）から出た光を脱結合し得る、第１プレート（２）と第２プレート（４）との間に存在する可動エレメント（３）を備える。第１プレート（１）は、可動エレメント（３）から離れて面する第１表面（４０）と、可動エレメント（３）に面する第２表面（１４）と、第１プレート（２）上、第２プレート（４）上及び可動エレメント（３）上に配置された電極（５、６、２５）とを有し、電極（５、６、２５）に電圧を適用することにより、可動エレメント（３）を局部的に第１プレート（２）に接触することが可能である。可動エレメント（３）により、第１プレート（２）から出て脱結合された光を吸収することが可能な光吸収手段（４１）と、第１表面（４０）を介して第１プレート（２）に向かわせ、第２表面（１４）で反射させ、且つ第１表面（４０）を介して第１プレート（２）から出光させる、第１表面（４０）及び第２表面（１４）の少なくとも一つに配置された光学的結合手段とを有することにより、ディスプレイ装置（１）は、制御するのに比較的少ないエネルギーを必要とするのみである。

Description

本発明は、ディスプレイ装置に関し、この装置は、光伝送第１プレートと、第１プレートに面する第２プレートと、第１プレートからの光を脱結合可能で、第１プレート及び第２プレートとの間の可動エレメントであって、第１プレートは、可動エレメントから離れる側に面する第１表面及び可動エレメントに面する第２表面を有する、可動エレメントと、第１プレート上、第２プレート上及び可動エレメント上の電極であって、電極に電圧を適用することにより可動エレメントを第１プレートに局部的に接触させることが可能な、電極とを有している。

導入部に述べたタイプのディスプレイ装置に関する具体例は、特許文献１にて公知である。

公知のディスプレイ装置は、作動時、発光するランプを備えており、この光は、側面から透明な第１プレートに結合される。この光は、第１プレートが光導波路を形成するように、第１プレートの第１表面及び第２表面における反射により第１プレートにトラップされる。電極に電圧を適用することにより、可動エレメントは、光導波路プレートに局部的に接触又は非接触となる。可動エレメントが光導波路プレートに接触する領域では、この光の反射は妨げられ、光は、光導波路プレートから出て脱結合され、可動エレメントから外に散乱される。光が光導波路を出て脱結合される領域は、画素として知られている。光が画素にて脱結合されるかどうかを制御することにより、画像が表示される。

公知のディスプレイ装置に関する欠点は、作動時、画像を表示するのに比較的多量のエネルギーを必要とする点である。さらに、この画像のコントラストは、周囲の光が存在する場合、比較的低く、ディスプレイ装置の厚みは、ランプの厚みに起因して、比較的大型である。
国際特許出願第９９／２８８９０号明細書

本発明の目的は、導入部に述べた種類の、作動するのに比較的少量のエネルギーのみを必要とするディスプレイ装置を提供することである。

上記の目的は、以下のディスプレイ装置により達成され、このディスプレイ装置は、可動エレメントにより、第１プレートを出て脱結合（ｄｅｃｏｕｐｌｅ）された光を吸収可能な光吸収手段と、第１表面を介して第１プレートに向かわせ、第２表面にて反射させ且つ第１表面を介して第１プレートを出光させる、第１表面及び第２表面の少なくとも一つの表面における光学的結合手段とをさらに有し、第２表面の領域にて反射された光の量は、可動エレメントが第１プレートと接していない領域に存在する場合比較的多く、且つ、可動エレメントが第１プレートに接している領域に存在する場合に比較的少ないことを特徴とする。

本発明者らは、第１表面及び第２表面の少なくとも一つにおける光学的結合手段は作動時に、周辺光が第１プレートに進入し、第２表面にて反射し、第１表面を介してディスプレイ装置に残存することを認識した。この状況は、可動エレメントが第１プレートに接触していない領域において生じる。第１表面を介してディスプレイ装置に残存する反射された光の量は、比較的多い。しかしながら、可動エレメントが第１プレートに接触している領域においては、反射が妨害され、光は、可動エレメントにより、第１プレートを出て脱結合され、且つ、上記の光吸収手段により吸収される。従って、第１２表面を介してディスプレイ装置に残存する反射された光の量は比較的少ない。この様に、画素において放出される光の量が制御され、画像が表示される一方で、内部光源としてランプを必要としない。さらに、この装置において、周辺光は、表示された画像のコントラストを悪化させず、コントラストを発生する。この装置において、可動エレメントが第１プレートに局部的に接触していない場合に画素が光を放出し、これに対して、上記にて引用した特許文献１にて公知のディスプレイ装置と比較して、本発明のディスプレイ装置では、可動エレメントが第１プレートに局部的に接触していない場合に画素が光を放出する。

一つの実施例において、上記の光学的結合手段は、第１表面ではレリーフ構造（ｒｅｌｉｅｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有し、第２表面では平坦である。可動エレメントは、フラットな第２表面に接触させられ、これは、容易に達成される。上記のレリーフ構造がプリズムレリーフを有している場合、光は、効果的に第１プレート内部及び外部へと向かう。この第１表面における一方向パターンは、表示される画像の観察者に対して、表示される画像に関して異方性を生じる。上記のパターンが二方向性である、例えば、このレリーフ構造がピラミッド型レリーフを有している場合には、この異方性は比較的小さい。

好適実施例において、上記のピラミッド型レリーフは、頂角を囲む対向する側面を有するピラミッドを備えており、この頂角は、所定の頂角ｔａよりも小さく、この頂角taは、関係式
ｎ×（９０°−ｔａ／２−Ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ））＝ｓｉｎ（９０°−ｔａ／２））
で定義された角度であって、ここで、ｎは、第１プレートの屈折率である。所定の頂角ｔａと第１プレートの屈折率ｎとの関係は、第２表面に直交する第１表面に向かう光が第２表面にて反射されるという条件に従う。これは、第２表面に実質的に垂直な第１表面に向かう周辺光の量、以下、垂直光の量と略す、は、可動エレメントが第１プレートに接していない場合に第２表面で反射されることを意味している。上記の頂角が所定の頂角ｔａよりも大きい場合には、上記の反射の条件が満足されないので、垂直光は、第２表面を介して第１プレートを出る。上記の垂直光は、ピラミッドの側面を介してピラミッドに進入する。上記の頂角が所定の頂角ｔａに比較して比較的小さい場合、垂直光は、光がピラミッドに進入し且つ第２表面を介して第１プレートを出て、ピラミッドの表面に反対のピラミッドの表面にて反射される。ピラミッドの頂角が０°から上記の所定の頂角ｔａとの間の種々の値をとる場合、可動エレメントが第１プレートに接していない際、第２表面にて反射される上記の垂直光の量は比較的多い。さらに、第２表面が少なくとも３つの三原色のカラーフィルター要素を備えている場合、上記のディスプレイ装置は、フルカラーの画像を表示することが可能である。上記のカラーフィルター要素は、例えば、赤色、緑色及び青色の特定の光のみを透過可能である。

光吸収手段は、可動エレメントにより、第１プレートを出て脱結合された光を吸収するために存在している。この可動エレメントが光伝送を行い、光吸収手段が、可動エレメントに面する第２プレートの表面に存在している場合、可動エレメントを介して伝送された後の光が吸収される。しかしながら、第２プレートに面する可動エレメントの表面では、光の反射が発生する可能性がある。従って、上記の光吸収手段が、光が吸収される可動エレメントを備えている場合、有利である。なぜなら、上記の脱結合された光は、可動エレメントにより既に吸収され、且つ、反射が抑制されているからである。例えば、この可動エレメントは、光を吸収する炭素を備えていてもよい。炭素の存在によるさらなる利点は、可動エレメント上に電極を構成する導電体を伴った可動エレメントを提供し、従って、可動エレメントにおいて異なる導電層を不要にすることができる点にある。

一つの実施例において、上記の光学的結合手段は、第２表面においてレリーフ構造を備えている。第１表面は平坦である。第１表面を介して第１プレートに進入する周辺光は、第２表面におけるレリーフ構造において反射され、第１表面を介して第１プレートを出る。この実施例は、光通過フィルターへの適用が可能である。第２表面にて反射される光の量は、比較的少なく且つ比較的多くてもよく、さらに、
−第１プレートが、第１原色及び第２原色の光を通過し、第３原色の光を吸収し、第１、第２及び第３原色が白色を表示することができる、光通過フィルターを備えている場合、
−レリーフ構造が、対向する側面を有するピラミッドを備えるピラミッド型レリーフを備えている場合、
−ピラミッドの第１側面に面する可動エレメントが、第１表面に接触している際、第１原色の光を吸収する色彩吸収手段を備えている場合、並びに
−可動エレメントが第２側面に接触する際、第１側面の反対のピラミッドの第２側面に面する可動エレメントが、第２原色の光吸収する色彩吸収手段を備えている場合、
後者は１つ又は２つの原色を表示する。
上記の光は、第２表面にて上記のピラミッドの第１側面と第２側面とで、２度、反射される。このようにして、可動エレメントが第１プレートに接していない場合、第１原色及び第２原色は、第２表面において反射される。以下の色彩は、以下のそれぞれ対応する項目の場合、表示し得る：
１．黒色：ピラミッドの第１側面に面する可動エレメントが第１側面に接しており、且つ、ピラミッドの第１側面に面する可動エレメントが第２側面に接している場合、
２．上記光の強度の１／３を表示する第１原色：ピラミッドの第１側面に面する可動エレメントが第１側面に接しておらず、且つ、ピラミッドの第２側面に面する可動エレメントが第２側面に接している場合、
３．上記光の強度の１／３を表示する第２原色：ピラミッドの第１側面に面する可動エレメントが第１側面に接しており、且つ、ピラミッドの第２側面に面する可動エレメントが第２側面に接していない場合、
４．上記光の強度の２／３を表示する第１原色と第２原色との混合された色彩：可動エレメントが第１プレートに接していない場合、である。

この利点は、混合された色彩に関して、光の強度が原色の強度の２倍であるという事実により与えられる。第１プレートにおける光透過フィルターは、１つの原色のみを通過させる場合、この配置で得られる最も大きな強度は、上記の光の強度の１／３である。

光学的結合手段は、第１表面及び第２表面の両方にレリーフ構造を備えていてもよい。

図面と共にする説明により、本発明のこれら及びその他の態様を明確に述べる。

本願の図面は概略的であり、スケールに対応して描かれているわけではなく、全ての図面において、同様の参照番号は、対応する部品を参照している。

図１において、ディスプレイ装置１は、光伝送第１プレート２、この光伝送第１プレート２に面する第２プレート４、及び、光伝送第１プレート２と第２プレート４との間に存在する可動エレメント３を備えている。可動エレメント３は、スペーサー１２及び１３により、光伝送第１プレート２と第２プレート４の間に配置されている。光伝送第１プレート２は、可動エレメント３から離れた側に面する第１表面４０を有しており、可動エレメント３は第２表面１４に向かい合っており、光伝送第１プレート２上、第２プレート４上及び可動エレメント３上にはそれぞれ電極５、電極６及び電極２５が存在している。電圧を電極５、６及び２５に適用することにより、可動エレメント３は、光伝送第１プレート２に接触したり離れたりする。ディスプレイ装置１はさらに、可動エレメント３から離れた側に面する上記の第１プレートの第１表面４０と、可動エレメント３に面する光伝送第１プレート２の第２表面１４との少なくとも一つ、に光学的結合手段４３を有している。光学的結合手段４３は、第１表面４０を介して、周辺光を光伝送第１プレート２へと向かわせる。第１表面４０を介して光伝送第１プレート２へと向かう周辺光の比較的大部分は、可動エレメント３が光伝送第１プレート２と接触していない領域に存在する場合、第２表面１４の領域にて反射され、第１表面４０を介して光伝送第１プレート２から出る。この図面において、この光は、「＊」で示す。しかしながら、可動エレメント３が光伝送第１プレート２に接する領域では、反射が妨害され、この光は、可動エレメント３により、光伝送第１プレート２を出て脱結合され、光吸収手段４１により吸収される。好ましくは、可動エレメント３は、光を吸収し、例えば、炭素を含有している。この図において、可動エレメント３により吸収される光は、「＊＊」で示す。他の実施例において、可動エレメント３は、光を伝送し、光吸収手段４１は、可動エレメント３を介して伝送された後の光を吸収するため、可動エレメント３に面する第２プレート４の表面と、スペーサー１２の表面と、に存在している。いかなる場合においても、光吸収手段４１は、可動エレメント３により、光伝送第１プレート２を出て脱結合された光の大部分を吸収する。従って、第１表面４０を介してディスプレイ装置１に残存する、第２表面１４にて反射された光の量は、比較的少ない。

図２において、光学的結合手段４３は、第１表面４０にプリズム型レリーフを備えたレリーフ構造を有している。第２表面１４は平坦である。周辺光は、このプリズム型レリーフを介して光伝送第１プレート２に進入する。第２表面１４の領域において可動エレメント３が光伝送第１プレート２に接していない場合、比較的大部分の周辺光は、この領域にて反射され、第１表面４０を介して、光伝送第１プレート２を出る。この図において、かかる光は「＊」で示す。光伝送第１プレート２に進入する光の一部は、第２表面１４にて反射されないが、この光は、反射の条件を満たしていないため第２表面１４を介して光伝送第１プレート２に残存する。かかる光線の例は、この図において、「＊’’」で示す。可動エレメント３が光伝送第１プレート２と接する場合、上記の光の大部分は、可動エレメント３の光吸収手段４１により吸収される。

図３において、上記のレリーフ構造は、ピラミッド４４を有する、ピラミッド型レリーフを備えている。このレリーフの線ＩＶ−ＩＶに沿った断面を図４に示しており、そのピラミッド４４の頂角４５を示す。この図面において、頂角４５は、０と所定の頂角ｔａとの間の値である。ピラミッド４４が０から所定の頂角ｔａとの間で変化するため、可動エレメント３が光伝送第１プレート２に接しておらずフリーである場合、第２表面１４にて反射される垂直光の量は、比較的多い。さらに、カラーフィルター要素４７は、第２表面１４に存在している。第２表面１４は、３つの異なる原色フィルター要素を備えている。各カラーフィルター４７要素は、例えば赤色、緑色及び青色などの特定の色彩の通過を可能とする。従って、ディスプレイ装置１は、フルカラー画像を表示し得る。

図５において、光吸収手段４１は、光吸収可動エレメント３を備えており、可動エレメント３は、例えば、炭素粒子４６を備えている。

図６において、光学的結合手段４３は、ピラミッド型レリーフの第２表面１４において、レリーフ構造を備えている。第１表面４０は平坦である。周辺光は、第１表面４０を介して光伝送第１プレート２に進入する。可動エレメント３が光伝送第１プレート２に接していない場合、上記の光は、第２プレート４の２つの側面、つまり、第２プレート４の一つの側面と反対の他の側面にて反射され、第１表面４０を介して、光伝送第１プレート２を出る。この図面において、かかる光は、「＊」で示す。互いに反対のピラミッド４４の上記の２つの側面の一つにおいて可動エレメント３が側面に接している場合、可動エレメント３に光が吸収される。この図面において、かかる光は「＊＊」で示す。

図７において、光学的結合手段４３は、第２表面１４にピラミッド型レリーフを備えている。第２表面１４に存在する光透過フィルター４８は、第１原色及び第２原色の光を通過させ、第３原色を吸収し、これら第１原色、第２原色及び第３原色は、協調して、白色を表示し得る。この図面においてこの光透過フィルター４８は、緑色及び青色の原色を透過させ、赤色の原色を吸収する。光透過フィルター４８は、いわゆるシアン透過フィルターと称され、このシアンは、緑色及び青色で構成されている。ピラミッド４４の第１側面に面する可動エレメント３は、ここでは緑色である第１原色の光を吸収する色彩吸収手段４９を備えており、この図面では、緑色の光を吸収する色彩吸収手段は４９Ｇで示し、可動エレメント３が第１側面と接している場合、吸収する。さらに、第１側面の反対の、ピラミッド４４の第２側面に面する可動エレメント３は、ここでは青色である第２原色の光を吸収する色彩吸収手段４９を備えており、この図面では、青色を吸収する色彩吸収手段は４９Ｇで示し、可動エレメント３が第２側面に接している場合に吸収する。図７は、異なる色彩の表示方法を示す。図７ａは、第１原色と第２原色とが混合された色彩の表示方法を示す。可動エレメント３は、光伝送第１プレート２に接していない。３原色すべて、つまり緑色、青色及び赤色の全てを含んでいる光は、第１表面４０を介して光伝送第１プレート２に進入する。シアン光透過フィルター４８は、赤色である第３原色を吸収する。緑色及び青色である第１原色及び第２原色を有する光は、２度反射され、第１表面４０を介して光伝送第１プレート２を出て、上記の強度の２／３の光を表示する。図７ｂは、青色である第２原色の表示方法を示す。ピラミッド４４の第１側面に向かい合っている可動エレメント３は、第１側面に接しており、ピラミッド４４の第２側面に面する可動エレメント３は、第２側面に接していない。ピラミッド４４の第１側面においてのみ、青色である第２原色が反射される。なぜなら、色彩吸収要素４９Ｇは、この側面において緑色を吸収するからである。ピラミッド４４の第２側面では、可動エレメント３は、第２側面に接しておらずフリーであり、上記の青色光が反射され、且つ、第１表面４０を介して光伝送第１プレート２から出て、上記の光の強度の１／３の光を表示する。図７ｃは、緑色である第１原色の表示方法を示す。ピラミッド４４の第１側面に面する可動エレメント３は、第１側面と接しておらずフリーであり、ピラミッド４４の第２側面に面する可動エレメント３は、第２側面と接している。ピラミッド４４の第１側面では、緑色及び青色である第１原色及び第２原色が反射される。ピラミッド４４の第２側面では、可動エレメント３が第２側面に接しており、色彩吸収要素４９Ｂは、青色の光を吸収する。緑色光のみが反射され、第１表面４０を介して光伝送第１プレート２を出て、上記の光の強度の１／３のみを表示する。図７ｄは、黒色の表示方法を示す。ピラミッド４４の第１側面に面する可動エレメント３は、第１側面に接しており、青色光のみが反射され、ピラミッド４４の第２側面に面する可動エレメント３は、第２側面に接しており、ここでもまた青色光が吸収される。この第２側面では光は反射されない。シアン透過フィルターに代えて、２つの異なる原色を透過するのに使用してもよく、例えば、赤色及び緑色を透過するマゼンダ色彩透過フィルター４８Ｇ並びに赤色及び緑色を透過させるイエロー光透過フィルター４８など、２つの異なる原色を透過させるのに、他の光透過フィルター４８を使用してもよい。

本発明のディスプレイ装置の断面図を概略的に示す。 プリズム型レリーフの第１表面にレリーフ構造を備えた、ディスプレイ装置の一部の概略断面図を示す。 ピラミッド型レリーフの第１表面にレリーフ構造を備えた、ディスプレイ装置の一部を概略的に示す。 図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図を概略的に示す。 光吸収可動エレメントを概略的に示す。 ピラミッド型レリーフの第２表面にレリーフ構造を備えた、ディスプレイ装置の一部の概略断面図を示す。 光透過フィルター及び色彩吸収要素を有し、ピラミッド型レリーフの第２表面にレリーフ構造を備えた、ディスプレイ装置の一部の概略断面図を示す。

Claims (10)

1. 光伝送第１プレート、
   該第１プレートに面する第２プレート、
   前記第１プレートから出た光を脱結合可能な、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に配置された可動エレメント、並びに
   前記第１プレート、前記第２プレート及び前記可動エレメント上に配置された電極、
   を有するディスプレイ装置であって、
   前記第１プレートは、前記可動エレメントから離れて面する第１表面と前記可動エレメントに面する第２表面とを有し、
   前記の電極は、該電極に電圧を適用することにより、前記可動エレメントを前記第１プレートに局部的に接触させることが可能であり、
   前記可動エレメントにより、前記第１プレートから出て脱結合された光を吸収することが可能な光吸収手段をさらに有し、
   前記第１表面を介して前記第１プレートに向かわせ、前記第２表面で反射させ、且つ、前記第１表面を介して前記第１プレートから出光させる、前記第１表面及び前記第２表面のうちの少なくとも一つに光学的結合手段をさらに有し、
   前記第２表面の領域において反射された光の量は、前記可動エレメントが前記第１プレートに接していない領域に存在する場合、比較的多く、且つ、前記可動エレメントが前記第１プレートと接する領域に存在する場合、比較的少ない、
   ことを特徴とするディスプレイ装置。
2. 前記光学的結合手段は、前記第１表面にレリーフ構造を有していることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
3. 前記レリーフ構造は、プリズム型レリーフを有していることを特徴とする請求項２に記載のディスプレイ装置。
4. 前記レリーフ構造は、ピラミッド型レリーフを有していることを特徴とする請求項２に記載のディスプレイ装置。
5. 前記ピラミッド型レリーフは、頂角を囲む対向する側面を有するピラミッドを有し、
   前記頂角は、ｎを前記第１プレートの屈折率とした場合、以下の関係式
   ｎ×ｓｉｎ（９０°−ｔａ／２−Ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ））＝ｓｉｎ（９０°−ｔａ／２）で規定される所定頂角ｔａよりも小さい、
   ことを特徴とする請求項４に記載のディスプレイ装置。
6. 前記ピラミッドの前記頂角は、０から前記所定頂角ｔａまでの種々の値を有することを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ装置。
7. 前記第２表面は、少なくとも３原色のカラーフィルター要素を有していることを特徴とする請求項６に記載のディスプレイ装置。
8. 前記光吸収手段は、光を吸収する前記可動エレメントを有することを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
9. 前記光学的結合手段は、前記第２表面にレリーフ構造を有することを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
10. 前記第１プレートは、第１原色及び第２原色の光を透過し、且つ、第３原色の光を吸収する、光透過フィルターを有し、
    前記第１原色、前記第２原色及び前記第３原色は、完全な白色を表示することが可能であり、
    前記レリーフ構造は、対向する側面を有するピラミッドを有する、ピラミッド型レリーフを有しており、
    前記ピラミッドの第１側面に面する前記可動エレメントは、該可動エレメントが前記第１側面と接している場合、前記第１原色の光を吸収する色彩吸収手段を有しており、
    前記第１側面の反対に存在する前記ピラミッドの第２側面、に面する可動エレメントは、該可動エレメントが前記第２側面に接している場合、前記第２原色の光を吸収する色彩吸収手段を有している、
    ことを特徴とする請求項９に記載のディスプレイ装置。

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