JP5226306B2 - 高耐久化されていない汎用ディスプレイを用いた厳環境対応パッケージング - Google Patents

Description

本発明は一般的に、軍用または他の厳しい環境用のアセンブリに適合および収容される汎用（COTS: Commercial-Off-The-Shelf）フラットディスプレイ技術と、そうしたアセンブリを形成および使用する方法とに関する。

「高耐久化」という言葉は、フラットディスプレイと関連づけて使用される場合は一般的に、フロントガラス、拡散板、偏光子、熱ガラス、そしてその他のレイヤーとフラットディスプレイとが結合された複層レイヤーを意味する。レイヤー同士の付着には、エポキシ、接着剤、光学部品、そしてその他の結合材の複層レイヤーが使用される。望ましくないことに、「高耐久化」されたフラットディスプレイは分厚く、重く、そして高コストである。加えて、多大な工程制御および生産性の課題は結局、低い生産性と長い準備を要する生産計画とにつながる。さらに、「高耐久化」されたフラットディスプレイは、積み重ねと、結合と、そしてレイヤー化とを経た複雑な方法に特有のデザインの問題が原因となって、ユーザの要求に見合わないことが多い。そこで、より軽く、薄く、簡易で、低コストで、そしてさらに確実性のあるディスプレイアセンブリの製造手段を提供する新しいパッケージ技術および装置が非常に望ましい。この開示は、そうした新しいパッケージ技術と、装置と、そしてデザイン方法とを対象にしている。

本発明は、自発光型または透過発光型ディスプレイとガラスパネルとを有するモジュラディスプレイアセンブリであって、ディスプレイパネルとガラスパネルとはフレームアセンブリにより互いに隔てられているか、または接触し合った形で保持されており、ディスプレイは少なくとも１つの弾性のある防震手段（isolator）によりフレームアセンブリに連結されている、というアセンブリに関する。

本発明の目的および効果ならびに本発明の本質については、添付図面に関連づけながら以下の詳細な説明を読めばすぐに明らかになるであろう。なお、添付図面の全図を通して同じ参照番号は同じ部品を示している。
以下、添付図面に例示された本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明について好ましい実施の形態に関連付けて説明するが、理解すべき点として、これらの実施の形態は本発明を限定するためのものではない。それどころか逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定される発明の精神および範囲に含まれる代替例と、変形と、そして同等の発明とを網羅することを目的としている。後の詳細な説明において、本発明について完全に理解できるよう数々の特定の詳細が定められている。しかし、当業者であれば理解できるように、本発明はこれらの特定の詳細を持たない形で実施することもできる。この他に、公知の方法と、手順と、構成部品と、そして回路とについては詳細には説明しない。本発明の重要な側面を不必要に不明瞭にしないためである。

好ましい実施の形態において、モジュラディスプレイアセンブリは自発光型または透過発光型の何らかの薄板ディスプレイを有し、ディスプレイとガラスパネルとは互いにわずかに隔てられているか、または接触しており、フレームアセンブリおよび後部プレート／シャーシと共に保持され、そしてディスプレイは少なくとも１つの弾性のある防震手段により後部プレート／シャーシに連結されている。

図１および２を参照する。ディスプレイアセンブリ１００は、ディスプレイパネル１と、拡散板とバックライトとのアセンブリ３（透過発光型技術の使用時にのみ必要）と、プレート／シャーシ５と、フレーム／ベゼル７と、複数の弾性のある防震手段１５と、ガラスパネル／カバー９と、回路基板カバー１１、１３と、回路基板１７、１９と、そして外部インターフェースコネクタ２３とを有する。バルクヘッド２１はディスプレイユーザの取り付け面である。これは一般的に、航空機、船、ボート、地上車、または他の設備の操作パネルであり、通常はコンピュータオペレータ、パイロット、副操縦士、あるいは船、ボート、または乗物の運転者の前に置かれている。

ディスプレイパネル１は何らかの種類の自発光型または透過発光型ディスプレイで成ることにすればよい。本明細書で説明されたディスプレイ装置は、さまざまな技術（液晶ディスプレイ（LCD）、発光ダイオードディスプレイ（LED）、有機発光ダイオード（OLED）、そして現在または将来的に利用可能なその他のフラットディスプレイ技術を含む）を用いた汎用ディスプレイパネルを使用して形成することができると考えられる。また、本明細書で説明する方法および装置は、特にフラット型および／あるいはパネル型のディスプレイ技術との併用に適していると考えられる。

選択したディスプレイ技術に拡散板とバックライトとのアセンブリ３といった照明が必要であれば、そうした照明は、前記選択したディスプレイ技術との併用に適した種類の何らかの照明で成ることにすればよい。透過発光型ディスプレイ技術（たとえば、LCD）を使用する場合は、拡散板とバックライトとのアセンブリ３は、汎用バックライト、バルブ、LED、および／あるいはその他の光源と、汎用シェルフ拡散板シート材料とで成ることが好ましい。

透過発光型ディスプレイ技術（たとえば、LCD）を使用する場合は、ディスプレイパネル１は、少し間隙を空けて、拡散板とバックライトとのアセンブリ３にサブフレーム（図示せず）により連結し、ディスプレイパネルを拡散板とバックライトとのアセンブリ３に隣接する形で配置することが好ましい。ディスプレイパネル１は、アセンブリ３またはプレート／シャーシ５に隣接する形で置かれていることによりそれらから支えられている点を除けば、サブフレームで連結されることによりのみ支えられている。

好ましい構成として、プレート／シャーシ５は導電性かつ熱伝導性で、ディスプレイパネル１の周囲にファラデーケージの一部を形成し、前記ディスプレイパネル１および／あるいはバックライトアセンブリ３との間で熱を伝達させることができる。
ディスプレイパネル１と、場合によってはバックライトアセンブリ３（透過発光型ディスプレイ技術でのみ必要）と、ディスプレイパネル１をバックライトアセンブリ３に連結する何らかのサブフレームまたは他の構成部材とは、ディスプレイサブアセンブリの部品である。自発光型ディスプレイ技術に関して言えば、ディスプレイサブアセンブリはディスプレイパネル１のみである。好ましい構成として、ディスプレイサブアセンブリは、１つまたは複数の弾性のある防震手段１５を介してプレート／シャーシ５に連結されている。防震手段１５は、ディスプレイアセンブリを衝撃および震動から守る緩衝材として働く。好ましい構成として、防震手段１５は熱伝導性で、ディスプレイアセンブリからの熱を伝導させる。防震手段１５は、好ましい構成として図示されたように複数の細長い小片の形で装着されているが、他のパターンを用いてもよい。場合によっては、防震手段１５を１つだけ使用することもできる。防震手段１５は、好ましい構成として何らかの粘着剤、テープ、または他の形のポリマー（衝撃および震動の吸収特性を実現するのに十分柔らかく、熱伝導を促進するための熱伝導性化合物で満たされたもの）で成る。

フレーム７は、何らかの素材または複数の素材の組み合わせで成り、単一部品であっても複数の部品のアセンブリであってもよい。好ましい実施の形態において、フレーム７は強化または充てんプラスチックまたは金属フレームであって、骨組みと、熱伝導と、電気的導通と、そして可撓性とを実現し、全環境において、ガラスカバー９をしっかりと固定して一体フレーム／ガラスアセンブリとする。フレーム７のサイズおよび寸法は、ガラスカバー９とディスプレイパネル１との間の空隙が維持されるよう、またはガラスカバー９とディスプレイパネル１とが接触するよう定められる。好ましい構成として、ガラスカバー９は合わせ用の面取り端、可撓性のある結合材、アングルクランプ、またはフレーム７部材の凹み溝を介してフレーム７に連結される。

アセンブリ１００は、本明細書に記載された構造により、厳しい環境下の苛酷な条件（たとえば、米国軍用規格MIL-STD-８１０に規定の−５５C〜１００Cの連続的な運転および貯蔵温度、MIL-STD-８１０に規定の最大４０ｇの持続的な３軸衝撃および震動、MIL-STD-８１０に規定の典型的な海軍船上環境での湿度、塩水噴霧、MIL-STD-８１０に規定の典型的な砂漠環境での砂塵、MIL-STD-８１０に規定の６０，０００ftまでの高度、そしてカビの発生しやすい気候）に耐え、MIL-STD-４６１、MIL-STD-４６２に規定の厳密に伝導および放射されたEMI／EMCとテンペストとに関する必要条件を満たすことが可能である（これらの条件はすべて、目的とされる用途において典型的なものである）。

好ましい実施の形態において、ガラスカバー９は複層のレイヤー（たとえば、反射防止レイヤー、インジウムスズ酸化物（ITO）レイヤー、屈折率整合レイヤー、そして他のレイヤー）から成る。これについては、本明細書に組み込まれた"Optical Compensation of Cover Glass-Air Gap-Display Stack for High Ambient Lighting"というタイトルの同時継続出願に記載されている。

カバー１１、１３は、好ましい構成として、回路基板１７、１９を内包および遮へいするよう作られている。コネクタ２３は、伝導および放射された電磁気の完全な遮へいを維持すると同時に、回路基板１７、１９と、バックライトアセンブリ３と、そしてディスプレイパネル１との間での電気信号の伝達を可能にする手段を提供する。
飛行機、乗物、船、または他の設備において、アセンブリ１００は好ましい構成としてフレーム７およびプレート／シャーシ５を介してユーザのバルクヘッド２１に設置されている。図３に示されているように、アセンブリ１００は、飛行機、船、地上車、または他の厳しい環境下の設備に使用される複数のディスプレイアセンブリのうちの１つにしてもよい。汎用フラットディスプレイ技術が使用された本明細書に記載のディスプレイ装置は、好ましい点として、厳しい環境条件に確実に耐える。そうした条件は、とりわけ、運転温度、貯蔵温度、温度衝撃、湿度、衝撃、震動、砂塵、塩水噴霧、電磁妨害、妨害波、風雨、運転圧、圧力変化、カビの生育、そしてテンペストに関連しているだろう。

先述したように、本明細書に記載されたディスプレイ装置は、汎用（COTS）ディスプレイパネルを使用して形成することができる。つまり、本明細書に記載されたディスプレイ装置の形成方法は、以下の手順から成る。その手順とは、汎用のフラット型および／あるいはパネル型のディスプレイを入手するステップと、ディスプレイをサブフレームに設置する（透過発光型技術の場合は、フレームを使用してディスプレイを拡散板とバックライトとのアセンブリに連結する）ステップと、１つまたは複数の防震手段を介してフレーム化されたディスプレイをプレート／シャーシに連結するステップと、フレーム化されたディスプレイを完全伝導性の外側ハウジング（金属リアプレート／シャーシと導電コーティング付きカバーガラスと、そして導電コート付きまたは金属のベゼルで作られているもの）で内包するステップと、そして、制御回路をプレート／シャーシに連結した上で１つまたは複数の導電コーティング付きまたは金属のベゼルを介してそれらを内包するステップと、である。こうしたディスプレイ装置は、リアプレート／シャーシを飛行機、船、地上車、または他の設備の何らかのバルクヘッドまたはパネルに連結することで特定の用途に導入することができるであろう。

もう１つの方法として、本明細書に記載されたディスプレイ装置は、何らかのフラット型および／あるいはパネル型のディスプレイと、本出願に記載の構成部品とサブアセンブリとの何らかの組み合わせとで形成することもできる。
本明細書に記載されたディスプレイ装置の取り付けには、厳しい環境下の利用においてディスプレイを支持するため使用されるラック、パネル、台座、バルクヘッド、あるいは他の構造が含まれる。

本明細書に記載されたディスプレイ装置は特定の利用に限定されるわけではないが、汎用のフラット型および／あるいはパネル型のディスプレイ技術では完全な適応、正常な動作、および／あるいはさらに厳しい利用条件の充足が不可能である、という軍事的およびその他の厳しい室内外環境に特に適していると考えられる。
本明細書に記載の実施の形態には複数の新規な特徴があり、それぞれの実施の形態にそうした特徴のうち１つまたは複数の特徴の組み合わせのいずれかが含まれている。他の実施の形態として、１つまたは複数の特徴のここには明記していない全ての組み合わせを有するものが考えられる。そうした組み合わせは、記載の実施の形態と容易に区別できる。考え得るさまざまな実施の形態を踏まえ、そうした特徴のいくつかの例を示す以下の段落で、本発明の実施の形態を多くの方法で特徴付けることができる。

いくつかの例において、本発明の実施の形態は、自発光型または透過発光型ディスプレイサブアセンブリとガラスパネルとを有するモジュラディスプレイアセンブリであって、ディスプレイサブアセンブリは自発光型ディスプレイまたは透過発光型ディスプレイとバックライトとの組み合わせで成り、ディスプレイサブアセンブリとガラスパネルとはフレームアセンブリにより互いに隔てられているか、または接触し合った形で保持されており、ディスプレイサブアセンブリとガラスパネルとは少なくとも１つの弾性のある防震手段によりフレームアセンブリに連結されている、というアセンブリである、と特徴付けることができる。またいくつかの例において、そうした実施の形態は、通常動作中にディスプレイにより発生したいくらかの熱をフレームアセンブリに伝導させディスプレイを運動温度の範囲内に保つために十分なだけ、熱伝導性と、厚みと、そして前記フレームアセンブリに接触した断面積とを弾性のある防震手段に持たせることで特徴付けることもできる。いくつかの例においてはさらに、実施の形態は、以下の条件のうち１つまたは複数を満たすことで特徴付けることもできる。それら条件とは、（a）ディスプレイは汎用のフラット型および／あるいはパネル型のディスプレイであること、（b）ガラスパネルとフレームとは、はめ合わせ用面取り端、可撓性のある結合材、アングルクランプ、あるいは凹み溝を介して連結されていること、（c）フレームアセンブリはプレート／シャーシとフレームとを有し、ディスプレイは前記プレートを介してフレームに連結され、フレームはガラスパネルに連結されていること、（d）プレートと、フレームと、ガラスパネルの構造は全て伝導性があり、ディスプレイの周囲にファラデーケージを形成していること、（e）ディスプレイは、フレームによりガラスパネルに対して置かれること、（f）ディスプレイアセンブリは、少なくとも１つのプラスチックの防震手段を介してプレートに固定されていること、（g）ディスプレイサブアセンブリは、少なくとも１つのプラスチックの防震手段を介してフレームに固定されていること、（h）ディスプレイ用制御回路を有する回路基板が１つまたは複数、ディスプレイサブアセンブリとは反対の側のプレート／シャーシに連結されていること、（i）アセンブリの厚みは１インチであること、（j）アセンブリの実装密度は、１立方インチにつき０．０２lbs であること、（k）アセンブリはMIL-STD-８１０に規定の−５５Ｃ〜１００Cの連続的な運転および貯蔵温度とMIL-STD-８１０に規定の最大４０ｇの持続的な３軸衝撃および震動とに耐え得ること、である。

いくつかの例において、本発明の実施の形態は自発光型または透過発光型ディスプレイサブアセンブリとガラスパネルとを有するモジュラディスプレイアセンブリであって、以下の手順で形成されるアセンブリである、と特徴付けることができる。その手順とは、汎用のフラット型および／あるいはパネル型のディスプレイを入手するステップと、ディスプレイをサブフレームに設置する（透過発光型技術の場合は、サブフレームを使用してディスプレイを拡散板とバックライトとのアセンブリに連結する）ステップと、１つまたは複数の防震手段を介してフレーム化されたディスプレイをプレート／シャーシに連結するステップと、フレーム化されたディスプレイを完全伝導性の外側ハウジング（金属リアプレート／シャーシと導電コーティング付きカバーガラスと、そして導電コート付きまたは金属のフレーム／ベゼルで成るもの）で内包するステップと、そして、制御回路をプレート／シャーシに連結して１つまたは複数の導電コーティング付きまたは金属のベゼルを介してそれらを内包するステップと、である。いくつかの例において、前記モジュラディスプレイアセンブリは、MIL-STD-８１０に規定の−５５Ｃ〜１００Cの連続的な運転および貯蔵温度とMIL-STD-８１０に規定の最大４０ｇの持続的な３軸衝撃および震動とに耐え得ることによっても特徴付けられる。

いくつかの例において、本発明の実施の形態は、自発光型または透過発光型ディスプレイサブアセンブリとガラスパネルとを有するモジュラディスプレイの形成方法であって、以下の手順で成る方法である、と特徴付けることができる。その手順とは、汎用のフラット型および／あるいはパネル型のディスプレイを入手するステップと、ディスプレイをサブフレームに設置する（透過発光型技術の場合は、サブフレームを使用してディスプレイと拡散板とバックライトとのアセンブリとを連結する）ステップと、１つまたは複数の防震手段を介してフレーム化されたディスプレイをプレート／シャーシに連結するステップと、フレーム化されたディスプレイを完全伝導性の外側ハウジング（金属リアプレート／シャーシと導電コーティング付きカバーガラスと、そして導電コート付きまたは金属のフレーム／ベゼルで成るもの）で内包するステップと、そして、制御回路をプレート／シャーシに連結して１つまたは複数の導電コーティング付きまたは金属のベゼルを介してそれらを内包するステップと、である。いくつかの例において、前記形成方法は、以下の条件のうち１つまたは複数を満たすことによってさらに特徴付けられる。それら条件とは、フレーム化されたディスプレイは、１つまたは複数の防震手段を介してプレート／シャーシに連結され、この連結は、ディスプレイにより発生したいくらかの熱をリアプレート／シャーシに伝導させディスプレイを正常動作限界温度の範囲内に保つために十分なだけの熱伝導性と、厚みと、そして前記フレームアセンブリに接触した断面積とを有する、という形になるように、防震手段を１つまたは複数選択し配置するステップを含むこと、ディスプレイは乗物に設置されること、そして、ディスプレイが乗物に連結された場合、MIL-STD-８１０に規定の−５５Ｃ〜１００Cの連続的な運転および貯蔵温度とMIL-STD-８１０に規定の最大４０ｇの持続的な３軸衝撃および震動とに耐え得ること、である。
本発明に記載された方法および装置は、本発明と同じ発明者によって同じ（あるいはほぼ同じ）日に出願され、本発明の参照に全体として組み込まれた同時係属出願（タイトル：「Optical Compensation of Cover Glass-Air Gap Display Stack for High Ambient Lighting」）の方法および装置と組み合わせた使用に特に適している。

本発明によるディスプレイアセンブリの分解図である。 図１のディスプレイアセンブリの切断側面図である。 図１のディスプレイアセンブリ３体で構成される航空機操縦室への典型的な利用の概略図である。

Claims (9)

1. 自発光型または透過発光型のディスプレイを含むディスプレイサブアセンブリを備えるモジュラディスプレイアセンブリであって、
   導電性と熱伝導性とを併せ持つ素材を用い形成されたプレートと、
   導電性と熱伝導性とを併せ持つ素材を用い枠状に形成され、開口部に連通する空洞部を形成してなるとともに、前記プレートの一方の面に対して、その周縁を囲む状態で固定されたフレームと、
   前記フレームにおける前記開口部の一方に固定され、前記空洞部を封口するガラスパネルと、
   熱伝導性を有し、前記ディスプレイサブアセンブリを前記プレートに固定する防震手段と
   を有し、
   前記ディスプレイサブアセンブリは、前記プレートに対して前記防震手段を間に介して固定され、前記フレームおよび前記ガラスパネルに対しては、間に何らの部材を介することなく、隙間を有し配されていること、
   を特徴とするアセンブリ。
2. 前記防震手段は、前記ディスプレイサブアセンブリにより発生したいくらかの熱を前記プレートに伝導させ、前記ディスプレイを正常動作限界温度の範囲内に保つために十分なだけの熱伝導性と、厚みと、そして前記フレームおよび前記プレートに接触した断面積とを有すること、
   を特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記ディスプレイは汎用のフラット型ディスプレイであること、
   を特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
4. 前記ガラスパネルと前記フレームとは、合わせ用面取り端、可撓性のある結合剤、アングルクランプ、または凹み溝を介して連結されていること、
   を特徴とする請求項３に記載のアセンブリ。
5. 前記ガラスパネルも導電性を有し、
   前記プレート、前記フレーム、そして前記ガラスパネルは、前記ディスプレイサブアセンブリの周囲にファラデーケージを形成していること、
   を特徴とする請求項４に記載のアセンブリ。
6. 前記ディスプレイサブアセンブリは、前記フレームの空洞部内において、前記ガラスパネルに対して対向する状態で置かれていること、
   を特徴とする請求項５に記載のアセンブリ。
7. 前記ディスプレイサブアセンブリは、少なくとも１つのプラスティックの前記防震手段を介して前記フレームに固定されていること、
   を特徴とする請求項５に記載のアセンブリ。
8. 前記ディスプレイサブアセンブリの制御回路を有する１つまたは複数の回路基板が、前記ディスプレイサブアセンブリが固定されている側とは反対の側で前記プレートに連結されていること、
   を特徴とする請求項５に記載のアセンブリ。
9. 前記ディスプレイサブアセンブリは、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８１０に規定の−５５℃〜１００℃の連続的な運転および貯蔵温度とＭＩＬ−ＳＴＤ−８１０に規定の最大４０ｇの持続的な３軸衝撃および震動とに耐え得ること、
   を特徴とする請求項２に記載のアセンブリ。

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