JP2009008926A - 表示デバイス、スイッチングデバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】紫外光を発する光源101a〜101cおよびバンドパスフィルタ103a〜103cと、表示すべき形状に基づいて紫外光を選択的に減衰させる部材を整形して形成されるパターンを有し紫外光を減衰させるノッチフィルタ102a〜102cと、を含む光学ユニットを複数設け、それらノッチフィルタ102a〜102cを重ねて配置する。更に、それら光学ユニットの上面に紫外光で励起され、可視光を発光する蛍光部材104を配置する。光源が発した光は、ノッチフィルタに形成されている文字等が無い部分によって減衰され、蛍光部材104を励起して可視光を発する。光源を切替えれば、励起される部分が変更され、異なる文字等を表示できる。
【選択図】 図1
Description
しかし、タッチパネルやボタンに液晶表示の機能を付与する技術は、比較的コストが高いため、機器のコストを高めてしまう欠点がある。以上述べた欠点を解消し、入力モードをユーザが簡易に把握し、しかも低コストで実現できるボタンを実現する技術として、非特許文献2、特許文献1、特許文献2が挙げられる。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、マルチファンクションボタンに適用でき、しかも視認性が高く、製造が容易であり、かつパターンを切り替えてもパターンの色が変わらない表示デバイス、スイッチングデバイスを提供することを目的とする。
前記バンドパスフィルタは、
前記ノッチフィルタによって減衰される波長帯域である阻止帯域の光を選択的に透過させ、前記阻止帯域の範囲外の波長の光を減衰させることを特徴とする。このような発明によれば、ノッチフィルタに向かう光の波長帯域をノッチフィルタによって透過されない波長帯域に制限することができ、ノッチフィルタにおいて透過される光と透過されない光との強度比を高めることができる。
複数の前記光学ユニットに含まれる前記ノッチフィルタの各々の阻止帯域の光を選択的に透過し、前記ノッチフィルタの各々の阻止帯域の範囲外の波長の光を減衰させることを特徴とする。このように構成すれば、光学ユニットのバンドパスフィルタを1つにすることができ、表示デバイスの部品点数及び製造工程数を低減することができる。
請求項10に記載の表示デバイスは、請求項8又は9に記載の発明において、前記ノッチフィルタは、目標とするコントラスト比に基づいて設計されることを特徴とする。このように設計されたノッチフィルタを用いれば、任意の視点位置で、高いコントラスト比で表示することができる。
(表示デバイスの構成)
図1(a)、(b)、(c)は、本発明の一実施形態の表示デバイスの構成を説明するための図である。同図(a)は、表示デバイスを構成するノッチフィルタ(notch filter)あるいはバンドパスフィルタ(band pass filter)を説明するための図である。同図(b)は紫外光が照射されると照射された部分が可視域で発光する蛍光部材を説明するための図である。同図(c)は表示デバイスの全体構成を説明するための図である。
燐光や残光の時間は、例えば、100[ms]以下であることが望ましい。また、蛍光材料の発光の輝度がピーク値に達するまでの時間は、例えば、100[ms]以下であることが望ましい。
また、図1に示した構成では、光源101a〜101cとノッチフィルタ群102との間にバンドパスフィルタ103a、103b、103cが備えられている。バンドパスフィルタ103a、103b、103cは、各光源101a〜101cのうち発光している光源の光の波長帯域を一定の範囲内に制限する。
図2(a)、(b)、(c)は、ノッチフィルタ102a、102b、102cの上面図である。ノッチフィルタ102a、102b、102cにおいては、薄膜が、各々異なる形状にパターニングされている。同図中の黒色で示されている部分に薄膜があり、同図中の白色で示されている部分はパターニングによって薄膜が除かれている。なお、蛍光部材は、励起波長より短い波長の光の照射によって発光するので、ノッチフィルタ、バンドパスフィルタの阻止帯域、透過帯域は紫外域であること(より正確に言えば、蛍光部材の励起波長よりも短い波長であること)が必要である。
また、ノッチフィルタはガラス基板に薄膜を形成して作成されるものに限定されるものでなく、基板上に光学的な薄膜が設けられる部分と設けられない部分とが形成できているものであればどのような構成であってもよい。さらに、基板を用いるのではなく、ノッチフィルタとして機能する樹脂素材で成型された板材などに薄膜パターンを設ける構成であってもよい。この場合、例えば「1」などの飛び地の無いパターンを形成することはできるが、「0」などの飛び地のあるパターンを形成することはできない。
本例では、互いに異なるパターンを有するノッチフィルタ102a、102b、102cを備えた複数の光学ユニットを、携帯電話機等の機器に対する文字入力のモードを示すマルチファンクションボタンに適用するものとした。ただし、本発明は、マルチファンクションボタンに適用されるものに限定されるものでなく、機器が備える全てのボタンあるいはキーに搭載して、ボタンあるいはキーが押下されたときに入力される文字を表示することも可能である。
図3は、光源101a、101b、101cの設計について説明するための図であって、光源101aの光学的波長特性及び光源101aに対応するノッチフィルタ102a、バンドパスフィルタ103aの光学的波長特性を示した図である。
図中のカーブ301は、光源101aが発する光の波長特性である。図示されているように、光源101aは、波長が360nmを中心にした所定の範囲に強度のピークを持つ光を発生する。ノッチフィルタ102aは、波長が360nmを中心とした所定の範囲にある光5を減衰させる狭帯域のノッチフィルタであることが望ましい。バンドパスフィルタは、波長が360nmを中心とした所定の範囲にある光を透過する狭帯域のバンドパスフィルタであることが望ましい。同図中に示されている領域RNFはノッチフィルタを透過する波長領域である。また、同図中に示されている領域RBFはバンドパスフィルタを透過する波長領域である。
このことから、キーやボタン上のパターンのコントラスト(文字部分の明度と文字以外の部分の明度との比)は、ノッチフィルタ102aの特性と、このノッチフィルタと組み合わされるバンドパスフィルタの特性とによって決定されることになる。
透過光41は、次に、ノッチフィルタ群102に向かう。ノッチフィルタ102b、102cには透過光41を反射する特性を持たない。したがって、透過光41は、ノッチフィルタ102b、102cの薄膜2がある領域もない領域も100%透過する。ノッチフィルタ102b、102cを透過した透過光41は、ノッチフィルタ102aに向かい、薄膜2によって反射される。
図5(a)、(b)、(c)は、各光源を発光させて文字部分だけを光らせた状態の表示デバイスを示す図である。同図(a)は、光源101aだけが発光したときの表示状態である。また、同図(b)は光源101bだけが発光したときの表示状態、同図(c)は光源101cだけが発光したときの表示状態である。
ここで、ノッチフィルタによるそれぞれのパターン毎に、対応する光源から発せられる光の波長は異なる。蛍光部材の励起波長よりも短い波長であれば、蛍光部材は発光するので、例えば、蛍光部材の励起波長が400nmの場合、ノッチフィルタ、バンドパスフィルタの帯域を360nm、380nm、400nmのように設計すればよい。
また、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタは、他の光学ユニットの光源が発した光の波長帯域の透過率が平坦であることが望ましい。さらに他の光学ユニットの光源が発した光の波長帯域に関して、バンドパスフィルタは透過率0%、ノッチフィルタは透過率100%、光源は強度0%であることが望ましい。
また、光源が発する光の波長帯域が充分に狭帯域である場合、光源とノッチフィルタの間のバンドパスフィルタを省くことが可能である。
図7は、上述した表示デバイスを含むスイッチングデバイスの構成を示す図である。同図を参照すると、スイッチングデバイスは、筐体72に嵌合された操作部71が矢印Y又はその逆方向に移動可能な構造になっている。また、操作部71の下部には、接点73aを有する板バネ73、接点74aを有する端子74が設けられている。このため、操作部71の押下操作が行われない状態(すなわち、同図に示されている状態)では、板バネ73の付勢力によって操作部71が押し上げられているので、接点73aと接点74aとは接触していない状態になっている。
この状態において、操作部71の操作面Sの押下操作が行われると、操作部71は矢印Yの方向に移動する。操作部71の矢印Yの方向への移動に伴って、接点73aと接点74aとが電気的に接触した状態になる。この接点同士の接触状態は、出力端子76および出力端子77によって検知することができる。
つまり、接点73aおよび接点74aは、操作部71に対応して設けられ、操作部71への操作に応じてスイッチング動作を行うスイッチング素子として作用することになる。
なお、スイッチングデバイスを構成する操作部71、筐体72、板バネ73などの構造は、同図に示されているものに限定されるものではない。すなわち、周知のスイッチングデバイスに、上述した表示デバイスを組み込むことができる。
図8は、上述した表示デバイスを制御する構成の機能ブロック図である。図示した構成は、入力モード変更部801、入力モード制御部802、発光素子制御部803、発光素子制御部803によって制御される複数の発光素子である光源101a、101b、101cを有している。
入力モード変更部801は、平仮名、アルファベット、カタカナといった入力モードを選択するための機能である。入力モード変更部801の多くは、ボタンやキーなどの物理的スイッチの押下(例えば携帯電話機の場合には、入力モード変更キーの押下)、もしくはシステムが自動的に最適な入力モードを選択(例えば携帯電話機の場合、電話をかける場合には数字入力モードを、メールを書く場合には平仮名入力モードや漢字入力モードを選択)することによって実現される。
図9は、ボタンキートップに関する変形例について説明するための図である。同図には、ボタンの表面(すなわちボタンキートップ)が示されている。上述した例では、表示される「あ」、「a」といったパターンの位置が重なっていた。これに対し、同図に示されている例では、発光する光源101a、101b、101cによってボタンキートップの明るく表示される領域(すなわち発光領域)91a、91b、91cの配置が異なる。各領域91a、91b、91cには、「あ」、「./@」、「1」といった文字(シンボル)が刻印やインクなどの方法によって表現されている。この変形例では、光源が発光していない状態であっても、ユーザはボタンがどのような入力モードを持っているのか知ることができる。
また図10には、図9の場合とは異なる変形例が示されている。図10に示されているボタンキートップは、表示されるシンボルが半透明の色の塗料等で表現されている。各シンボルは、共通の発光領域11上に配置されている。同図に示されている構成では、光源101a、101b、101cの全て、あるいはシンボルに対応する光源が発光していない場合、シンボルが塗料等の色によってユーザに視認される。そして、光源101a、101b、101cのいずれかが発光した場合には、対応するシンボルそのものに光が照射される。表示されているシンボルは半透明の色であるため、照射された光の一部はボタンキートップを透過してユーザの目まで届く。つまり、光源が発光した場合には、対応するシンボルのみが明るく光ることになる。
図11は、さらに他の変形例を説明するための図である。上記の例では、光源の波長帯に応じた複数のバンドパスフィルタを備えた構成について説明したが、それらバンドパスフィルタの代わりに、周知のマルチバンドパスフィルタを1つ設けてもよい。例えば、図11(a)に示されているように、複数のノッチフィルタ102a〜102cの各々の阻止帯域の光を選択的に透過し、ノッチフィルタ102a〜102cの各々の阻止帯域の範囲外の波長の光を減衰させるマルチバンドパスフィルタ111を1つ設けても良い。図11(b)は、マルチバンドパスフィルタ111の特性の例を示す図である。同図では、横軸が波長で、縦軸が透過率である。同図を参照すると、マルチバンドパスフィルタは、透過帯域が複数存在し、それぞれの透過帯域が各光学ユニットが有する光源101a〜101cの波長帯域となっている。このような特性を有するマルチバンドパスフィルタを用いれば、複数のバンドパスフィルタを設ける必要がないので、表示デバイスの部品点数を少なくすることができ、かつ、デバイスの構造を簡単にすることができる。
以上説明したように本例の表示デバイスは、マルチファンクションボタンの他、インジゲータとしても利用できる。例えばPCでは、充電中、AC駆動中、バッテリ駆動中などの現在の状態を知らせるインジゲータとしても適用可能である。
ところで、以上述べた表示デバイスは、一般的な液晶等のディスプレイよりも安価に製造することができる。また、本例のノッチフィルタについては、一枚のガラス基板に一層の薄膜を形成し、この薄膜を一つのマスクを使ってエッチングやサンドブラスト加工等によってパターニングしている。あるいは、ガラス基板にマスクを形成した上で成膜することによっても製造できる。製造されたノッチフィルタは、複数重ね合わせても互いに他のノッチフィルタに対応する波長の帯域に干渉しないから、パターン同士の位置合わせが不要である。
ところで、本実施形態の表示デバイスは、複数の光学ユニットの各々に備えられるノッチフィルタ102a〜102cが互いに重なり、その上に蛍光部材104が配置されている。ここで、そして、蛍光部材104の外部から直接視認される面に、この面に進入する紫外光を減衰させるための減衰フィルタを設けることも可能である。例えば、周知のNDフィルタ(neutral density filter)を減衰フィルタとして用いることができる。このNDフィルタは、波長帯域によらず光を減衰させるフィルタである。また減衰フィルタとして円偏光フィルタと紫外線カットフィルタを併用してもよい。
以上は、表示デバイスに、ノッチフィルタを複数重ねた構造を採用した場合について説明したが、ノッチフィルタの一部をショートパスフィルタ、ロングパスフィルタに置き換えることもできる。すなわち、重なって配置されている複数のノッチフィルタのうち、減衰させる波長帯域の最も高いものを周知のショートパスフィルタに置き換えることができる。また、重なって配置されている複数のノッチフィルタのうち、減衰させる波長帯域の最も低いものを周知のロングパスフィルタに置き換えることができる。これらフィルタの置き換えについては、ショートパスフィルタへの置き換えおよびロングパスフィルタへの置き換えの両方を行ってもよいし、いずれか一方を行ってもよい。いずれも置き換えを行った場合でも、ノッチフィルタを用いた場合と同等な効果を得ることができる。
図13は、本発明の他の実施形態の表示デバイスの構成を説明するための図である。本実施形態では、同図(a)に示されているように、上面s1側から、側蛍光材料による薄膜3、導光板5、紫外線反射フィルタ(ロングパスフィルタ)6、の順に積層された基本構成105を用いる。そして、蛍光材料による薄膜3は、表示すべきパターンの形状に形成しておく。このような基本構成105において、導光板5の端部に紫外光を照射すると、紫外光が導光板5を透過すると共に紫外線反射フィルタ6によって反射され、蛍光材料による薄膜3全体に照射される。これにより、蛍光材料による薄膜3が励起され、その薄膜3によって形成されたパターンに対応する可視光が発せられる。
発光させる光源を切り替えることにより、励起する薄膜を切り替えることができるので、ユーザへの表示内容を切り替えることができる。
なお、図13の構成では、導光板の上面および下面にのみ紫外線反射フィルタが配置されているが、光源からの光が入射する部分以外の全ての面を、紫外線反射フィルタで囲うことが望ましい。
なお、図13(c)のように、最表面(ユーザに最も近い側)s1に減衰フィルタ4であるNDフィルタを更に配置してもよい。このような構成によれば、表示デバイスの光学ユニットへ入射する周辺光による紫外線を抑制することができる。
導光板を用いることにより、光源の構成を変更することができる。図15(a)は、図1(a)の光源群101を光源群101’および導光板5’に置き換えた構成例を示す図である。光源群101’は互いに異なる波長の紫外線を発する光源101a〜101cによって構成されている。光源101a〜101cを選択的に発光させると、導光板5’に導かれた紫外線がノッチフィルタ群102を介して蛍光部材104に入射される。これにより、蛍光部材104に形成されている蛍光材料の薄膜のうち、ノッチフィルタ群102によるパターンに対応する部分が励起され、可視光が発せられる。導光板5’の上面および光源からの光が入射する部分以外の全ての面を、必要に応じて紫外線反射フィルタで囲ってもよい。
なお、図15(b)のように、最表面(ユーザに最も近い側)s1に減衰フィルタ4であるNDフィルタを更に配置してもよい。このような構成によれば、表示デバイスの光学ユニットへ入射する周辺光による紫外線を抑制することができる。
ところで、上述した実施形態では、ノッチフィルタなどの光学フィルタを用いている。これらで用いられる光学フィルタの特性は、光の入射角度に依存する。一般的に、光の入射角度が大きくなると(すなわちフィルタに対してより水平に光が入射すると)、透過/反射する帯域が短波長側にシフトすることが知られている。例えば、図16に示されているように、入射角度0度の場合の帯域(同図中の実線)よりも、入射角度30度の場合の帯域(同図中の破線)の方が、短波長側にシフトする。そして、入射角度が大きくなればなるほど帯域が短波長側にシフトする。シフトする量は、入射角度とフィルタ係数によって求めることができる。帯域がシフトすると、本来反射する光が透過することになる。
この問題を解決するために、光の入射角度に依存しない特性を持つフィルタを用いる方法や、光の入射角度による影響が小さなフィルタを用いる方法が考えられる。前者の場合、フィルタの特性が(光の波長に対して)なだらかになってしまい、好適な表示を行うことが困難である。また後者の場合であっても、それだけでは課題を解決することができない。すなわち、入射角度がフィルタの光学特性へ与える影響を仮に少なくできたとしても、全ての入射角度に対して好適な表示が行えるようにすることは困難であり、単純にその影響を小さくするだけでは問題は低減されるだけで、解決はされない。
図17、図20においては、ライトコントロールフィルタとしてブラインドを用いたが、入射角度を制限するフィルタであれば、どのようなものでもよい。例えば、薄型であり、かつ安価に入手することが可能なものとして、http://www.mmm.co.jp/display/light/index.htmlに開示されているものを用いることができる。
また、図17、図20において、最表面(ユーザに最も近い側)に減衰フィルタであるNDフィルタを更に配置してもよい。このような構成によれば、表示デバイスの光学ユニットへ入射する周辺光による紫外線を抑制することができる。
図20(a)の構成において、ライトコントロールフィルタと導光板との間にプリズムシートを挿入することにより、正面から見た場合の輝度を向上させることができる。このプリズムシートを挿入した構成が同図(c)に示されている。プリズムシートは、導光板の表面に一般的に貼られており、2枚のプリズムシート107aおよび107bと導光板を含めて、一般的には導光板と呼ばれている。その役割は、拡散光をある特定の方向に集光することである。これにより、正面から見たときの輝度を向上させることができる。
なお、プリズムシートを2枚挿入するのは、ライトコントロールフィルタを2枚挿入するのと同じ理由であり、ノッチフィルタ群102に入射する全ての方向の光の入射角度を小さくするためである。上記のように挿入するプリズムシートは、例えば、http://www.mmm.co.jp/display/bef2/index.htmlに開示されているものを用いることができる。
ここで、ノッチフィルタを設計する上で最低限考慮する必要があるのは、ライトコントロールフィルタによって制限される入射角度(透過する最大の入射角度)、入射角度によるノッチフィルタの阻止帯域のシフト、の2点である。図21を参照すると、光源の波長に対して、ノッチフィルタへの入射角度が0度の場合の透過特性は実線であり、入射角度が40度の場合の透過特性は破線のようにシフトする。
{1−(sinθ/neff )2 }1/2 …(1)
式(1)において、θは入射角度、neff はフィルタのパラメータ(実効屈折率)である。例えば、フィルタの中心波長が入射角度によりどの程度シフトするかは、入射角度0度の時の中心波長に、求めたい入射角度とneff を式(1)に与えて得た係数をかければ、シフトした中心波長を求めることができる。このneff を高く設計することにより、シフトする量を少なくすることができるので、neff は高いことが望ましい。
なお、この推定ではノッチフィルタの半値幅を一定にしていたが、もちろんノッチフィルタの半値幅を変更してシミュレーションを行い、それを基にして設計することもできる。
図23は、本発明のスイッチングデバイスを、携帯電話機のボタンに適用した場合の例を示す図である。一般に、携帯電話機では、入力モードを切り替えることにより、1つのボタンに複数の文字が割り付けられている。同図(a)は数字入力モードにおける表示例、同図(b)は平仮名入力モードにおける表示例、同図(c)はアルファベット入力モードにおける表示例、である。これらの図に示されているように操作部7111〜7143は、4行3列に配置されている。そして、操作部7111〜7143は、図7を参照して説明したように、それぞれ独立して押下できるように構成されている。
以上のように各キートップに、文字等を大きく表示すれば、視力の衰えた老人等でもキーに割り付けられている文字等を容易に認識できる。
2、3 薄膜
4 減衰フィルタ
5 導光板
6 紫外線反射フィルタ
71 操作部
72 筐体
73a、74a 接点
73 板バネ
74 端子
75 光源制御端子
76、77 出力端子
101a〜101c 光源
101 光源群
102a〜102c ノッチフィルタ
102 ノッチフィルタ群
103a〜103c バンドパスフィルタ
104 蛍光部材
106a、106b ライトコントロールフィルタ
107a、107b プリズムシート
111 マルチバンドパスフィルタ
801 入力モード変更部
802 入力モード制御部
803 発光素子制御部
Claims (11)
- 所定の波長帯域の光を発する光源と、表示すべき形状に基づいて前記波長帯域の光を選択的に減衰させる部材を整形して形成されるパターンを有し、前記部材上で前記波長帯域の光を減衰させるノッチフィルタと、を含む光学ユニットを複数備え、それら光学ユニットに含まれる前記ノッチフィルタが重なって配置されており、それら光学ユニットの上面に前記波長帯域の光で励起され、可視光を発光する蛍光部材が配置されていることを特徴とする表示デバイス。
- 前記光源から前記ノッチフィルタに向かう光が透過するバンドパスフィルタを更に備え、
前記バンドパスフィルタは、
前記ノッチフィルタによって減衰される波長帯域である阻止帯域の光を選択的に透過させ、前記阻止帯域の範囲外の波長の光を減衰させることを特徴とする請求項1に記載の表示デバイス。 - 前記バンドパスフィルタは、
複数の前記光学ユニットに含まれる前記ノッチフィルタの各々の阻止帯域の光を選択的に透過し、前記ノッチフィルタの各々の阻止帯域の範囲外の波長の光を減衰させることを特徴とする請求項2に記載の表示デバイス。 - 前記パターンは、前記波長帯域の光を選択的に減衰させる部材の一部が表示すべき形状に切欠かれることによって形成されたパターンと、前記部材が表示すべき形状に整形されることによって形成されたパターンと、の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の表示デバイス。
- 所定の波長帯域の光を発する光源と、前記波長帯域の光で励起されて可視光を発する蛍光材料が、表示すべき形状に基づいて成形して形成されたパターンと、前記波長帯域の光を反射する反射フィルタと、前記光源から発せられた光を前記蛍光部材へ導くための導光板とを複数備え、前記導光板を挟んで前記パターンおよび前記反射フィルタが重なって配置されていることを特徴とする表示デバイス。
- 前記パターンは、蛍光部材の一部が表示すべき形状に切欠かれることによって形成されたパターンと、前記部材が表示すべき形状に整形されることによって形成されたパターンと、の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項5に記載の表示デバイス。
- 重なって配置されている複数の前記ノッチフィルタもしくは前記パターンのうちの外部から直接視認される面に設けられ、当該面に進入する光を減衰する減衰フィルタを更に備えたことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の表示デバイス。
- 前記光源から前記ノッチフィルタへの光の入射角度を制限するライトコントロールフィルタが、前記ノッチフィルタと前記光源との間に挿入されたことを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の表示デバイス。
- 前記ライトコントロールフィルタは、1つ以上のブラインドで構成されることを特徴とする請求項8に記載の表示デバイス。
- 前記ノッチフィルタは、目標とするコントラスト比に基づいて設計されることを特徴とする請求項8又は9に記載の表示デバイス。
- 請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載の表示デバイスを含む操作部と、前記操作部に対応して設けられ該操作部への操作に応じてスイッチング動作を行うスイッチング素子とを備えたことを特徴とするスイッチングデバイス。
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