JP2016166917A - Mirror display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、ミラーディスプレイに関する。 Embodiments described herein relate generally to a mirror display.
従来から、液晶ディスプレイ等の薄型ディスプレイの前面側をハーフミラーで閉鎖した装置(ミラーディスプレイ)が実用化されている。ミラーディスプレイは、例えばディスプレイを、外光を遮断する筺体内や壁内に設置すると共に、光反射率が50%程度のハーフミラーでディスプレイの前面側空間を閉鎖することにより、ディスプレイ側を設置空間より暗くした構成を有している。このようなミラーディスプレイにおいては、ディスプレイが動作していないときにハーフミラーを鏡として機能させる。ディスプレイ画面上に画像を表示する場合には、ディスプレイのバックライト光を、ハーフミラーを介して前面側に透過させることによって、ハーフミラーの前面側から画像が視認される。 Conventionally, a device (mirror display) in which the front side of a thin display such as a liquid crystal display is closed with a half mirror has been put into practical use. For example, a mirror display is installed in a housing or a wall that blocks outside light, and the front side space of the display is closed with a half mirror having a light reflectance of about 50%, thereby setting the display side to the installation space. It has a darker configuration. In such a mirror display, the half mirror functions as a mirror when the display is not operating. When an image is displayed on the display screen, the image is visually recognized from the front side of the half mirror by transmitting the backlight of the display to the front side through the half mirror.
従来のミラーディスプレイでは、ハーフミラーを介してバックライト光を前面側に透過させることにより画像を表示するため、可視光の平均反射率が50%程度、平均透過率が25%程度のハーフミラーが使用されている。従来のミラーディスプレイは通常の鏡と比較して画面が暗いという難点を有している。ハーフミラーを構成する金属膜の厚さ等が影響して、全体的に画面が黄ばんで見える傾向がある。ハーフミラーによる光の反射率を高めて鏡としての機能を向上させると、ハーフミラーを透過する光量が減少するため、画像を表示する際に画面が暗くなってしまう。そこで、鏡としての機能を向上させるために光の反射率を高めつつ、画像を表示する際の透過光量を高めることが求められている。 In the conventional mirror display, since the image is displayed by transmitting the backlight light to the front side through the half mirror, there is a half mirror having an average visible light reflectance of about 50% and an average transmittance of about 25%. It is used. The conventional mirror display has a drawback that the screen is darker than a normal mirror. Due to the influence of the thickness of the metal film constituting the half mirror, the screen tends to appear yellowish as a whole. If the reflectance of light by the half mirror is increased to improve the function as a mirror, the amount of light transmitted through the half mirror is reduced, and the screen becomes dark when an image is displayed. Therefore, in order to improve the function as a mirror, it is required to increase the amount of transmitted light when displaying an image while increasing the reflectance of light.
本発明が解決しようとする課題は、外光の反射率を高めつつ、ディスプレイから放射される光の透過量を高めることを可能にしたミラーディスプレイを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a mirror display that can increase the transmission amount of light emitted from the display while increasing the reflectance of external light.
実施形態のミラーディスプレイは、画像を表示する光を放射するディスプレイ部と、ディスプレイ部の表示面側に配置された反射層と、反射層に形成された複数の微細窓とを備えるミラー部と、ディスプレイ部とミラー部との間に配置され、ディスプレイ部からミラー部に向けて放射される光を複数の微細窓に個々に集光する複数の複合放物面レンズを備えるレンズアレイ部とを具備している。 The mirror display of the embodiment includes a display unit that emits light for displaying an image, a reflective layer disposed on the display surface side of the display unit, and a mirror unit that includes a plurality of fine windows formed in the reflective layer; A lens array unit that is disposed between the display unit and the mirror unit and includes a plurality of compound parabolic lenses that individually collect light emitted from the display unit toward the mirror unit into a plurality of fine windows. doing.
以下、実施形態のミラーディスプレイについて、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる。説明中の上下等の方向を示す用語は、特に明記が無い場合には後述するディスプレイ部の表示面側を上とした場合の相対的な方向を指し示し、重力加速度方向を基準とした現実の方向と異なる場合がある。 Hereinafter, a mirror display according to an embodiment will be described with reference to the drawings. In each embodiment, substantially the same constituent parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be partially omitted. The drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each part, and the like are different from the actual ones. Unless otherwise specified, the term indicating the direction such as up and down in the description indicates the relative direction when the display surface side of the display unit, which will be described later, is up, and the actual direction based on the gravitational acceleration direction And may be different.
図1は実施形態によるミラーディスプレイの構成を示す断面図である。図1に示すミラーディスプレイ1は、ディスプレイ部10とレンズアレイ部20とミラー部30とを具備している。ディスプレイ部10は、表示面10aと非表示面10bとを有している。ディスプレイ部10は、表示面10aから画像を表示する光を放射する。すなわち、ディスプレイ部10は画素11A、11B、11Cを有しており、これら画素11A〜11Cから放射される光によりカラー画像が表示される。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a mirror display according to an embodiment. A mirror display 1 shown in FIG. 1 includes a
ディスプレイ部10としては、例えば液晶セルとバックライトモジュールとを備えるバックライト型液晶ディスプレイが挙げられる。バックライト型液晶ディスプレイは、非表示面10b側に配置されたバックライトモジュール(図示せず)を備える。バックライト型液晶ディスプレイにおいては、バックライトモジュールから放出された光が画素11A、11B、11Cを透過し、これらの透過光によりカラー画像が表示される。ディスプレイ部10はバックライト型液晶ディスプレイに限られるものではなく、プラズマディスプレイ、電界放出型ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンス(EL)ディスプレイ、リアプロジェクションディスプレイ等であってもよい。
Examples of the
ディスプレイ部10の表示面10a側には、ミラー部30が配置されている。ミラー部30は、可視光に対して透明な平板31を有している。透明平板31の一方の面(裏面)31aには、反射層32が形成されている。ミラー部30は、反射層32がディスプレイ部10の表示面10a側に位置するように配置される。反射層32の表面は、鏡面とされている。ミラー部30は、ディスプレイ部10が動作していないときに、透明平板31の反射層32の形成面31aとは反対側の面(表面)31bに入射した光(外光)OLを反射することによりミラーとして機能する。なお、適用する反射層32の形成工程(後述)等によっては、透明平板31を省くことができる。
On the
透明平板31の形成材料は、無機材料および有機材料のいずれであってもよい。透明平板31には、透明性の高いガラス板やアクリル樹脂板が好適に用いられる。反射層32の材質は、可視光を反射する材質であれば特に限定されない。反射層32には、可視光の反射率が高いアルミニウム、銀、クロム、ニッケル、亜鉛等の金属やこれら金属を1つ以上含む合金からなる金属膜、あるいは誘電体多層膜が用いられる。反射層32の厚さは特に限定されず、可視光を反射し得る厚さであればよい。ミラー部30で高いミラー性能を得るためには、反射層32の反射率が高い方が好ましい。このような点からは、反射層32は波長550nmの光の透過率が5%以下となるような厚さを有することが好ましい。
The material for forming the transparent
反射層32は、複数の微細窓33を有している。微細窓33は、反射層32を部分的に開口させることにより形成される。微細窓33の形状は特に限定されず、正方形、長方形、菱形、六角形、八角形、円形、楕円形等を適用することができる。微細窓33は、ディスプレイ部10から放射された光(ディスプレイ光)DLを透過させる窓(透過孔)として機能する。そのため、微細窓33は可視光を透過する材質からなる。微細窓33は、中空であってもよいし、ガラス、透明樹脂、金属酸化物等の透明な材質が充填されていてもよい。微細窓33は、ディスプレイ光DLを少ない損失で透過させるように、可視光領域で50%以上の透過率を有することが好ましい。
The
複数の微細窓33が形成された反射層32を備えるミラー部30をミラーとして機能させるにあたって、微細窓33は人間の視覚で認識できない大きさを有することが好ましい。人間の視覚には、面積効果と呼ばれる、画像面積が小さくなる程、色差を判別しにくくなるという性質がある。一方で、視覚には空間分解能の限界があり、通常は1/16mm(62.5μm)程度が限界と言われている。このような視覚の生理学的特性から、空間分解能の限界値以下の大きさで、ミラーに孤立した状態で形成された微細な窓は、人間の目で反射による視認では認知できない。このような大きさの微細窓33を有する反射層32は、微細窓33の開口率で規定される反射率を有するミラーとして認識される。
When the
微細窓33のサイズは1/16mm以下であることが好ましい。微細窓33のサイズは、円形の場合は円の直径、楕円形の場合は長軸の長さ、多角形の場合は多角形に内接する円の直径を指す。例えば、ディスプレイ部10の画素11の一辺が200μmで、1個の画素11に1個の微細窓33を対応させて、一辺が20μmの正方形の微細窓33を正方格子状に配列した場合、微細窓33の開口率は1%に過ぎない。このような微細窓33を有する反射層32は、実質的に通常のミラーと等しい光学特性を示す。ただし、微細窓33の大きさが可視光の波長程度まで小さくなると、光の波動性が顕著となり、光の異常透過現象が起こる。このため、光の透過特性が変化し、集光した光を効率よく出射することができない。さらに、微細窓33の形成コストが増大する。微細窓33の大きさは1μm以上であることが好ましい。微細窓33の大きさは、光学顕微鏡等で確認できる。
The size of the
反射層32における微細窓33の割合を開口率と定義すると、開口率は0.1%以上50%以下の範囲であることが好ましい。反射層32の開口率が0.1%未満であると、ディスプレイ光を効率よく開口から出射することが困難になる。反射層32の開口率が50%を超えると、完全反射体(反射率100%)の場合においても、開口率の分だけ反射率が低下し、反射層32の反射率が50%未満となる。この場合、ハーフミラーに比べて反射性に優れたミラーを得ることが難しくなる。微細窓33の配列は、周期的であっても、ランダムであってもよい。周期配列は、正方格子状でも、三角格子状でもよい。画素の縦横比を考慮して、周期軸方向で異なった周期としてもよい。微細窓33を周期的に配列すると、ミラー部30に平面波が入射した際に光の回折現象により、ミラー像がぼける場合がある。このような問題を回避するために、ディスプレイ光の透過性が下がるものの、微細窓33の配列をランダム配列とし、回折現象を回避してもよい。
When the ratio of the
ディスプレイ部10とミラー部30との間には、ディスプレイ部10からミラー部30に向けて放射される光を、複数の微細窓33に個々に集光する複数の複合放物面レンズ21を有するレンズアレイ部20が配置されている。レンズアレイ部20は、ディスプレイ部10から放射される光を効率よく個々の微細窓33に導く集光器として機能する。複合放物面レンズ21と微細窓33とは、1対1の対応関係を有している。ミラー部30の光学的対称性は、レンズアレイ部20の付加により崩れ、裏面のディスプレイ部10側から放射される光に対して高い透過率を有することになる。
Between the
一般に、ディスプレイ部10から放射される光は、一定の指向性分布をもっている。ディスプレイ部10から放射される光の指向性分布は、輝度計を用いて、各角度における輝度を測定することにより得られる。測定された光の指向性分布のピーク強度に対して、1/2の強度になる角度幅を指向性分布の半値幅と呼ぶ。光の指向性分布の半値幅の1/2の値を半値半幅と呼ぶ。指向性分布の半値半幅が小さいほど平行光に漸近し、大きいほど完全拡散光に漸近することになる。一般的な液晶ディスプレイにおける放射光は、指向性分布の半値半幅がおおよそ5度から30度の光(拡散光)である。ディスプレイ部10から放射される拡散光を効率よく微細窓33に集光するためには、ディスプレイ部10の光の指向性分布を考慮した集光器を設計する必要がある。
In general, the light emitted from the
実施形態のミラーディスプレイ1においては、ディスプレイ部10から放射される拡散光の集光器として、複合放物面レンズ21を適用している。複合放物面レンズ21は、図2に示すように、光が入射する第1の面(大口径面)21aと、光が出射する第2の面(小口径面)21bと、大口径面21aと小口径面21bとを接続する放物線状の側面(放物面)21cとを有している。図2では大口径面21aおよび小口径面21bが共に円形の場合を示したが、これに限らない。大口径面21aおよび小口径面21bの形状は、正方形、長方形、菱形、六角形、八角形等の多角形、また楕円形であってもよい。
In the mirror display 1 of the embodiment, a compound
複合放物面レンズ21は、大口径面21aからある範囲の角度を持って入射した光Lを、側面の放物面21cで反射し、小口径面21bに集光する光学素子である。大口径面21aの幅をD1[単位:μm]、小口径面21bの幅をD2[単位:μm]、大口径面21aと小口径面21bとの間の距離をL[単位:μm]、放物面21cの内側の屈折率をn1、空気中から大口径面21aに入射する光Lと複合放物面レンズ21の中心線Aとが成す角度をφ[単位:度]とし、複合放物面レンズ21により小口径面21bに集光できる最大の角度をφmaxとすると、複合放物面レンズ21は下記の式(A)、式(B)、式(C)の関係を満足するものである。
The compound
φ’max=sin−1(sinφmax/n1) …(A)
D2=D1・sinφ’max …(B)
L=(D1+D2)/2・tanφ’max…(C)
なお、複合放物面レンズ21の大口径面21aおよび小口径面21bの幅D1、D2は、各面21a、21bが円形の場合は円の直径、楕円形の場合は長軸の長さ、多角形の場合は多角形に内接する円の直径を指す。
φ′max = sin −1 (sin φmax / n1) (A)
D2 = D1 · sinφ′max (B)
L = (D1 + D2) / 2 · tan φ′max (C)
The widths D1 and D2 of the large-
上述した複合放物面レンズ21は、通常の球面レンズや回折レンズ等に比べて、拡散光の集光性に優れる。すなわち、ディスプレイ部10から放射される光の指向性分布の半値半幅(θ)が、例えば20°以上の場合においても、そのような広がりを持った光を効率よく集光することができる。なお、光の指向性分布の半値半幅(θ)の上限は特に限定されないが、前述したように通常30°程度である。このような複合放物面レンズ21をアレイ化したレンズアレイ部20をディスプレイ部10とミラー部30との間に配置し、個々の複合放物面レンズ21で反射層32の個々の微細窓33に集光することによって、外光OLの反射性およびディスプレイ光DLの透過性に優れるミラーディスプレイ1を提供することができる。ただし、複合放物面レンズ21は光の指向性分布の半値半幅(θ)が20°未満の拡散光、もしくは平行光の場合にも適用可能であり、そのような場合には複合放物面レンズ21で集光性を高めることによって、ディスプレイ部10の動作時に表示される画面の輝度等が向上する。
The above-mentioned compound
複合放物面レンズ21は、大口径面21aの幅D1、小口径面21bの幅D2、大口径面21aと小口径面21bとの間の距離L、放物面21cの内側の屈折率n1、ディスプレイ光DLの指向性分布の半値半幅θに対して、下記の式(1)、式(2)、式(3)の関係を満足することが好ましい。
θ’=sin−1(sinθ/n1) …(1)
D1≧D2≧D1・sinθ’ …(2)
L≦(D1+D2)/2・tanθ’ …(3)
The compound
θ ′ = sin −1 (sin θ / n1) (1)
D1 ≧ D2 ≧ D1 · sin θ ′ (2)
L ≦ (D1 + D2) / 2 · tan θ ′ (3)
複合放物面レンズ21の大口径面21aの幅D1、小口径面21bの幅D2、大口径面21aと小口径面21bとの間の距離Lが、式(1)〜(3)の関係を満たさない場合には、ディスプレイ光DLの指向性分布の半値半幅θより小さな角度で入射する光を集光することになる。集光されなかった光は、微細窓33を透過することができないため、ディスプレイ光DLの透過率が低下する。複合放物面レンズ21の小口径面21bの形状は、微細窓33の形状に略一致させることが好ましい。これによって、複合放物面レンズ21で集光した光を効率よく微細窓33を透過させることができる。レンズアレイ部20の構造は、それを切断した際の断面形状を、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡等で観察し、測長ツールを用いてサイズ計測することにより解析することができる。
The width D1 of the large-
レンズアレイ部20においては、複合放物面レンズ21の大口径面21aから入射した光を側面の放物面21cで反射して小口径面21bに集光する。放物面21cによる光の反射には、複合放物面レンズ21を形成するレンズ内媒質22と、レンズ内媒質22の周囲に配置されるレンズ外媒質(周囲媒質)23との界面での全反射を利用することができる。レンズ内媒質22には、その屈折率n1がレンズ外媒質23の屈折率n2より大きい材料が適用される。レンズ内媒質22の屈折率n1よりレンズ外媒質23の屈折率n2が大きいと、大口径面21aから入射した光の一部が界面でフレネル反射するものの、大部分がレンズ外媒質23へと透過するため、小口径面21bに集光される光が減少する。
In the
複合放物面レンズ21(レンズ内媒質22)の材質は、ディスプレイ部10から放射される可視光に対して透明性を有することが好ましい。複合放物面レンズ21の形成材料には、ガラス、透明樹脂、金属酸化物等の一般的な透明材料を用いることができる。複合放物面レンズ21の可視光に対する透明性が低いと、ディスプレイ部10から放射される光が微細窓23に集光される前に吸収されてしまい、ミラーディスプレイ1の輝度が低下する。レンズ外媒質23の材質は、上記した屈折率の条件を満たせば特に限定されない。
The material of the compound parabolic lens 21 (in-lens medium 22) is preferably transparent to visible light emitted from the
複合放物面レンズ21の放物面21cで光を反射させる別の方法としては、レンズ内媒質22とレンズ外媒質23との間に反射性コーティングを行う方法が挙げられる。図3の第2の構成例に示すように、レンズ内媒質22とレンズ外媒質23との間に反射膜24を形成してもよい。反射膜24の材質は、反射層32の形成材料と同様なものを適用することができる。この場合においても、複合放物面レンズ21の材質はディスプレイ部10から放射される可視光に対して透明性を有することが好ましく、ガラス、透明樹脂、金属酸化物等の一般的な透明材料が用いられる。反射膜24を適用する場合、複合放物面レンズ21の屈折率は特に限定されないため、レンズ内媒質22は空気であってもよい。レンズ外媒質23の材質や屈折率は、特に限定されない。
As another method of reflecting light on the
図1および図3に示すミラーディスプレイ1は、ディスプレイ部10の1個の画素11に対して、1組の複合放物面レンズ21および微細窓33が対応した構成を有している。画素11と複合放物面レンズ21および微細窓33との対応関係は、これに限られるものではない。図4に示すように、ディスプレイ部10の1個の画素11に対して、複数組の複合放物面レンズ21および微細窓33を対応させてもよい。あるいは、図5に示すように、1組の複合放物面レンズ21および微細窓33に対して、複数個の画素11を対応させてもよい。例えば、拡散性の高い光を使用する場合、光の集束可能なサイズが相対的に大きくなるため、面積を限定する必要性から1画素11に対して複数組の複合放物面レンズ21および微細窓33を対応させることができる。
The mirror display 1 shown in FIGS. 1 and 3 has a configuration in which one set of
実施形態のミラーディスプレイ1において、レンズアレイ部20はディスプレイ部10およびミラー部30に対してそれぞれ密着するように配置されている。ディスプレイ部10は、例えばスペーサを介してレンズアレイ部20と分離された状態で配置されていてもよい。ディスプレイ部10、レンズアレイ部20、およびミラー部30は、それぞれ接着層を介して貼り合せてもよいし、それぞれの間に空気層が形成されるように配置されていてもよい。あるいは、ディスプレイ部10、レンズアレイ部20、およびミラー部30を、スペーサ等を利用して貼り合せてもよい。
In the mirror display 1 of the embodiment, the
実施形態のミラーディスプレイ1は、ディスプレイ部10が非表示状態のとき、反射層32が外光OLを反射することによりミラーとして機能する。反射層32には複数の微細窓33が形成されているが、前述したように微細窓33の大きさに基づいてミラー像中で微細窓33が視認されることはない。従って、ミラーディスプレイ1のミラーとしての機能を向上させることが可能になる。すなわち、ミラー像中への微細窓33の映し込み等によりミラーとしての機能を低下させることなく、微細窓33を有する反射層32による外光OLの反射率を高めることができる。さらに、従来のハーフミラーのように、それを構成する金属膜の厚さ等の影響により、全体的に画面が黄ばんで見えるようなこともない。
The mirror display 1 according to the embodiment functions as a mirror by reflecting the external light OL when the
一方、ディスプレイ部10が表示状態のとき、ディスプレイ部10からミラー部30に向けて放射される光は、複合放物面レンズ21により微細窓33に集光されることにより微細窓33を効率よく透過する。微細窓33を透過した光DLが外部に放出されることによって、ミラー部30の前面側からディスプレイ部10が表示する画像が視認される。そして、ディスプレイ部10が表示状態のときに、ハーフミラーを用いた従来の構成より高い光透過率を有するため、画像をより鮮明に見せることができる。これらによって、ハーフミラーを使用した従来のミラーディスプレイに比べて、ミラーとしての機能とディスプレイとしての機能とを両立させ、かつそれらの機能をより一層向上させたミラーディスプレイ1を提供することが可能になる。
On the other hand, when the
実施形態のミラーディスプレイ1の製造方法は、特に限定されるものではなく、広く公知の製造方法を用いることができる。実施形態のミラーディスプレイ1は、例えば以下に示すような方法により製造される。図1に示すミラーディスプレイ1の第1の製造方法について、図6を参照して説明する。まず、透明平板31上に反射層32を成膜する。続いて、光リソグラフィー法により反射層32に微細窓5を形成する(図6(a))。
The manufacturing method of the mirror display 1 of embodiment is not specifically limited, A widely well-known manufacturing method can be used. The mirror display 1 of the embodiment is manufactured by the following method, for example. A first manufacturing method of the mirror display 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. First, the
反射層3上にポジ型の感光性透明樹脂41を塗布し、透明平板31側から拡散紫外照明を照射して感光する。透明樹脂41の感光領域を現像して、透明樹脂41を複合放物面形状にパターニングする。複合放物面形状の穴部42を有するレンズ外媒質23を形成する(図6(b))。次いで、レンズ外媒質23より高い屈折率を有する透明樹脂を穴部42内に充填してレンズ内媒質22形成する(図6(c))。このようにして、全反射を利用した複合放物面レンズ21を備えるレンズアレイ部20とミラー部30との積層体を得る。レンズアレイ部20とミラー部30との積層体をディスプレイ部10の表示面10a側に配置することによって、実施形態のミラーディスプレイ1を製造する。
A positive type photosensitive transparent resin 41 is applied on the reflective layer 3 and is irradiated with diffuse ultraviolet illumination from the transparent
次に、図1に示すミラーディスプレイ1の第2の製造方法について、図7を参照して説明する。まず、透明な支持体43上に光硬化性樹脂44を塗布し、複合放物面レンズ21のアレイ形状を反転させた形状を有するモールド(透明原版)45を用いて、光ナノインプリント法によりレンズ内媒質22を形成する(図7(a))。続いて、レンズ内媒質22の材質より屈折率が小さい光硬化性樹脂を塗布してレンズ外媒質23を形成する。複合放物面レンズ21を備えるレンズアレイ部20を形成する(図7(b))。
Next, a second manufacturing method of the mirror display 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. First, a
レンズアレイ部20上に反射層32を形成する(図7(c))。ここで、反射層32には可視光を反射し、紫外光を透過する材質を適用する。このような反射層32の材質としては、プラズマ周波数が紫外領域に存在するアルミニウムや銀、またはこれらの少なくとも1つを含む合金等が用いられる。アルミニウムのプラズマ周波数は120nm付近にあり、銀のプラズマ周波数は320nm付近にある。アルミニウムや銀は、可視光領域では金属的な光学特性を示し、紫外領域になるにしたって誘電体的な光学特性を示す。このため、アルミニウムや銀は、可視光領域で高い反射率を示し、紫外領域で透過性を示す。
A
上記した反射層32上にポジ型の感光性樹脂層46を形成する。感光性樹脂層46に複合放物面レンズ21の形成面側から紫外光を照射すると、紫外光が複合放物面レンズ21で集光されて反射層32を透過する。反射層32を透過した紫外光で感光性樹脂層46を感光する。感光された感光性樹脂層46を現像することによって、感光性樹脂層46に微細窓33の形成パターンに対応した微細孔パターン47を形成する(図7(d))。微細孔パターン47を有する感光性樹脂層46をエッチングマスクとして用いて、反射層32をエッチングして微細窓33を形成する。感光性樹脂層46を除去することによって、複合放物面レンズ21を備えるレンズアレイ部20とミラー部30との積層体を得る。レンズアレイ部20とミラー部30との積層体をディスプレイ部10の表示面10a側に配置することによって、実施形態のミラーディスプレイ1を製造する。
A positive
次に、図3に示すミラーディスプレイ1の製造方法について説明する。まず、図7に示した製造工程と同様に光ナノインプリント法を適用して、透明な支持体上にレンズ内媒質22(複合放物面レンズ21)を形成する。続いて、レンズ内媒質22上に金属等を成膜して反射膜24を形成する。続いて、透明樹脂を塗布してレンズ外媒質23を形成する。レンズ内媒質22、反射膜24、およびレンズ外媒質23を有する構造体の表面を研磨加工し、複合放物面レンズ21の小口径面21aを形成する。この後、図7に示した製造工程と同様にして、微細窓33を有する反射層32を形成する。このようにして、放物面の反射コーティングを利用した複合放物面レンズ21を備えるレンズアレイ部20とミラー部30との積層体を得る。この積層体をディスプレイ部10の表示面10a側に配置することによって、実施形態のミラーディスプレイ1を製造する。
Next, a method for manufacturing the mirror display 1 shown in FIG. 3 will be described. First, the optical nanoimprint method is applied in the same manner as in the manufacturing process shown in FIG. 7 to form an in-lens medium 22 (composite parabolic lens 21) on a transparent support. Subsequently, a
実施形態のミラーディスプレイ1は、商業ビル、オフィスビル、駅構内のロビー等の公共的な施設の大型デザインディスプレイとして、あるいは家庭の浴室や洗面台等のミラーディスプレイ、リハビリテーション動作補助のデジタルミラー、手鏡サイズの小型ディスプレイ、センサ類を具備してバイタルデータの取得と情報提示を可能としたヘルスケアデジタルミラー、鏡像とディスプレイ像を同期させたARディスプレイ、インタラクティブディスプレイ向けデジタルミラー等のミラーディスプレイ装置に広く適用可能である。 The mirror display 1 of the embodiment is a large-sized design display of a public facility such as a commercial building, office building, or a lobby in a station, or a mirror display of a bathroom or a washstand in a home, a digital mirror for assisting rehabilitation operation, a hand mirror Widely used in mirror display devices such as small-sized displays, healthcare digital mirrors equipped with sensors that enable the acquisition and presentation of vital data, AR displays that synchronize mirror images with display images, and digital mirrors for interactive displays. Applicable.
次に、実施例およびその評価結果について述べる。 Next, examples and evaluation results thereof will be described.
(実施例1)
屈折率が1.518のガラス基板上に設けられた、完全反射性を有する反射層に、正方形の微細窓を、50μm周期で正方形配列状に形成した。反射層のガラス基板面側とは反対の面側に、個々の微細窓に対応させて正方形の大口径面および小口径面を有するレンズ内媒質とレンズ外媒質を形成した。レンズ内媒質の小口径面の幅D2、大口径面と小口径面との間の距離L、および開口率を表1に示すように変化させて、7個の試料(レンズアレイ部とミラー部との積層体)を作成した。複合放物面レンズのレンズ内媒質の屈折率は1.518、レンズ外媒質の屈折率は1.333とした。
Example 1
Square fine windows were formed in a square array with a period of 50 μm on a reflection layer having a complete reflection property provided on a glass substrate having a refractive index of 1.518. An in-lens medium and an out-lens medium having square large-diameter surfaces and small-diameter surfaces corresponding to the individual fine windows were formed on the surface of the reflective layer opposite to the glass substrate surface. By changing the width D2 of the small-diameter surface of the medium in the lens, the distance L between the large-diameter surface and the small-diameter surface, and the aperture ratio as shown in Table 1, seven samples (lens array unit and mirror unit) And a laminated body). The refractive index of the medium inside the compound parabolic lens was 1.518, and the refractive index of the medium outside the lens was 1.333.
次に、光の指向性分布の半値半幅が20.5度の面光源を用意した。この面光源上にレンズアレイ部とミラー部との積層体を配置し、波長550nmの光の反射率と透過率を光線追跡計算により評価した。その結果を表2に示す。全ての試料で微細窓の開口率よりも高い透過率が得られている。これらの結果から、個々の複合放物面レンズで面光源を微細窓に集光して外部に放射することによって、高い輝度が得られることが確認された。 Next, a surface light source with a half-width of light directivity distribution of 20.5 degrees was prepared. A laminated body of a lens array part and a mirror part was disposed on this surface light source, and the reflectance and transmittance of light having a wavelength of 550 nm were evaluated by ray tracing calculation. The results are shown in Table 2. All the samples have a transmittance higher than the aperture ratio of the fine window. From these results, it was confirmed that a high luminance can be obtained by condensing a surface light source on a fine window and emitting it to the outside with individual compound parabolic lenses.
(実施例2)
屈折率が1.518のガラス基板上に設けられた、完全反射性を有する反射層に、正方形の微細窓を、50μm周期で正方形配列状に形成した。反射層のガラス基板面側とは反対の面側に、個々の微細窓に対応させて複合放物面レンズ形状(大口径面および小口径面はいずれも正方形)を反転させた穴パターンを有するレンズ外媒質(屈折率:1.518)を形成した。レンズ外媒質の穴パターン内に、完全反射性を有する反射膜を形成した。複合放物面レンズのレンズ内媒質は、空気(屈折率:1.000)とした。このようにして、複合放物面レンズの小口径面の幅D2、大口径面と小口径面との間の距離L、および開口率を表3に示すように変化させて、7個の試料(レンズアレイ部とミラー部との積層体)を作成した。
(Example 2)
Square fine windows were formed in a square array with a period of 50 μm on a reflection layer having a complete reflection property provided on a glass substrate having a refractive index of 1.518. On the side opposite to the glass substrate surface side of the reflective layer, there is a hole pattern in which the shape of the compound paraboloid lens (both large-diameter surface and small-diameter surface is square) is inverted corresponding to each fine window. A medium outside the lens (refractive index: 1.518) was formed. A reflection film having complete reflectivity was formed in the hole pattern of the medium outside the lens. The lens medium of the compound parabolic lens was air (refractive index: 1.000). Thus, seven samples were obtained by changing the width D2 of the small-diameter surface of the compound parabolic lens, the distance L between the large-diameter surface and the small-diameter surface, and the aperture ratio as shown in Table 3. (Laminated body of lens array part and mirror part) was created.
次に、光の指向性分布の半値半幅が20.5度の面光源を用意した。この面光源上にレンズアレイ部とミラー部との積層体を配置し、波長550nmの光の反射率と透過率を光線追跡計算により評価した。その結果を表4に示す。全ての試料で微細窓の開口率よりも高い透過率が得られている。これらの結果から、個々の複合放物面レンズで面光源を微細窓に集光して外部に放射することによって、高い輝度が得られることが確認された。 Next, a surface light source with a half-width of light directivity distribution of 20.5 degrees was prepared. A laminated body of a lens array part and a mirror part was disposed on this surface light source, and the reflectance and transmittance of light having a wavelength of 550 nm were evaluated by ray tracing calculation. The results are shown in Table 4. All the samples have a transmittance higher than the aperture ratio of the fine window. From these results, it was confirmed that a high luminance can be obtained by condensing a surface light source on a fine window and emitting it to the outside with individual compound parabolic lenses.
(比較例1)
屈折率が1.518のガラス基板上に、Al製のハーフミラーを形成した。Al膜の厚さを表5に示すように変化させて、4個の試料を作成した。光の指向性分布の半値半幅が20.5度の面光源を用意した。この面光源上にAlハーフミラーを配置し、波長550nmの光の反射率と透過率を光線追跡計算により評価した。その結果を表5に示す。実施例1、2のミラーディスプレイと同等の反射率を持つ試料と比較した結果、ハーフミラーの透過率はいずれも実施例1、2のミラーディスプレイに比べて劣ることが確認された。
(Comparative Example 1)
An Al half mirror was formed on a glass substrate having a refractive index of 1.518. Four samples were prepared by changing the thickness of the Al film as shown in Table 5. A surface light source having a half-width of light directivity distribution of 20.5 degrees was prepared. An Al half mirror was placed on the surface light source, and the reflectance and transmittance of light having a wavelength of 550 nm were evaluated by ray tracing calculation. The results are shown in Table 5. As a result of comparison with a sample having the same reflectance as the mirror display of Examples 1 and 2, it was confirmed that the transmittance of the half mirror was inferior to that of the mirror display of Examples 1 and 2.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図しない。実施形態の構成は、それぞれ組合せて適用することができ、また一部置き換えることも可能である。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. The configurations of the embodiments can be applied in combination with each other, and can be partially replaced. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
Claims (10)
前記ディスプレイ部の表示面側に配置された反射層と、前記反射層に形成された複数の微細窓とを備えるミラー部と、
前記ディスプレイ部と前記ミラー部との間に配置され、前記ディスプレイ部から前記ミラー部に向けて放射される前記光を前記複数の微細窓に個々に集光する複数の複合放物面レンズを備えるレンズアレイ部と
を具備するミラーディスプレイ。 A display unit that emits light for displaying an image;
A mirror unit comprising a reflective layer disposed on the display surface side of the display unit, and a plurality of fine windows formed in the reflective layer;
A plurality of compound paraboloidal lenses disposed between the display unit and the mirror unit and individually condensing the light emitted from the display unit toward the mirror unit on the plurality of fine windows; A mirror display comprising a lens array unit.
前記第1の幅をD1[単位:μm]、前記第2の面の幅をD2[単位:μm]、前記第1の面と前記第2の面との間の距離をL[単位:μm]、前記複合放物面レンズを形成するレンズ内媒質の屈折率をn1、前記ディスプレイ部から放射される前記光の指向性分布の半値半端をθ[単位:度]としたとき、前記複合放物面レンズは、下記の式(1)、式(2)、および式(3)の関係を満足する、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のミラーディスプレイ。
θ’=sin−1(sinθ/n1) …(1)
D1≧D2≧D1sinθ’ …(2)
L≦(D1+D2)/2tanθ’ …(3) The compound parabolic lens includes a first surface on which the light is incident, a second surface from which the light is emitted, and a parabolic surface that connects the first surface and the second surface. Prepared,
The first width is D1 [unit: μm], the width of the second surface is D2 [unit: μm], and the distance between the first surface and the second surface is L [unit: μm]. ] Where the refractive index of the in-lens medium forming the compound parabolic lens is n1, and the half-value half-value of the directivity distribution of the light emitted from the display unit is θ [unit: degree]. The mirror display according to any one of claims 1 to 3, wherein the object lens satisfies a relationship of the following expressions (1), (2), and (3).
θ ′ = sin −1 (sin θ / n1) (1)
D1 ≧ D2 ≧ D1sin θ ′ (2)
L ≦ (D1 + D2) / 2 tan θ ′ (3)
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