JP5340594B2 - 強い環境光のための、カバーガラスとエアギャップとディスプレイとを有するスタックの光学補償 - Google Patents

Description

本発明は一般には、フラット型（市販既製品）ＣＯＴＳディスプレイ技術であって、軍用または他の厳しい環境用のアセンブリに合わせて作られ収容されるもの、こうしたアセンブリを組み込んだ装置、そして、こうしたアセンブリを形成および使用する方法に関する。

フラットパネルディスプレイの関連で使用される場合、「強化（ruggedized）」という語が一般的に意味するのは、フロントガラス、拡散板（diffuser）、偏光子、ヒータガラス、および、フラットパネルディスプレイに接合される他の層、から成る複数層だ、ということである。層同士の接着のためには、エポキシ、接着剤、光学合成物、そして他の接着素材の複数の層が用いられる。「強化」フラットパネルディスプレイは、厚く、重く、高コストとなる点が望ましくない。加えて、重いプロセス制御と製造性（producibility）の問題とにより、生産性が低くなったり、スケジュールのリードが長く（long-lead）なったりする。加えて、「強化」フラットパネルディスプレイは、ユーザの必要とする条件を満足に満たさないことも多く、それは、複雑にスタック化、接合、層化される形のアプローチに固有の設計上の問題による。

そこで、従来よりも軽く、薄く、単純で、低コストで、そして、信頼性も高いディスプレイアセンブリを製造する手段を提供してくれる、新しいパッケージ技術および装置に対する要求は非常に高い。ここに開示する発明は、こうした新しいパッケージ技術、装置、そして設計方法を目指している。

本発明は、１以上の屈折率マッチング層を利用することで、それ以外では隣接している層同士の境界における反射を最小にする、というディスプレイスタックに関する装置および方法を対象とする。より具体的には、本発明は、ガラス層と、第１屈折率マッチング層と、第１中間層と、第２屈折率マッチング層と、第２中間層と、そして、発光または透光（transmitting）ディスプレイパネルを有する多層ディスプレイスタックであって、ガラス層、第１屈折率マッチング層、第１中間層、第２屈折率マッチング層、そして第２中間層は各々、透明または半透明で、屈折率を有し、第１屈折率マッチング層の屈折率は、ガラス層の屈折率と第１中間層の屈折率との間にあり、そして、第２屈折率マッチング層の屈折率は、第１中間層の屈折率と第２中間層の屈折率との間にあること、を特徴とする前記スタックに関する方法および装置を対象とする。

別の実施の形態では、追加の屈折率マッチング層、追加の非屈折率マッチング層、並びに、ここに記述するもの以外の層を含むことにしてもよい。

本発明の本質となるもの、ならびにその目的および効果については、添付図面を見ながら、以下の明細書の内容を理解すれば、容易に明らかになるであろう。添付図面において、同じ参照番号は、全ての図を通して同じ部品を示している。
以下、本発明の好適な実施の形態について述べる。これら実施の形態の例は、添付図面に図示してある。本発明については、好適な実施の形態と関連付けて述べるが、これらの実施の形態によって本発明を限定する意図のないことは理解しておくべきである。むしろ、本発明は、別形態、変更形や等価物（添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の思想や範囲に含まれるもの）までカバーすることを意図している。以下の詳細な説明では、多くの特定の詳細部分に関して、本発明の完全な理解を実現する目的で説明する。しかしながら、通常の当業者であれば理解できるように、本発明はこれら特定の詳細部分なしでも実施できる場合もある。その他、公知の方法、手順、構成、そして回路については、詳しい説明はしていない。本発明の重要な側面を不必要に曖昧にしないためである。

発光型または透光型のディスプレイを複数の中間層を介してガラス層に結合する形をとらないことで、より軽く、より薄く、よりコストの低いディスプレイスタックの製造が可能である、という点については結論が出ている。それとは別に、エアギャップをガラス層と表示層との間に設けることができる。まず図１を参照する。ここでの好適なディスプレイスタック１は、反射防止層１１と、正面カバーガラス層１３と、ガラス対酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）屈折率マッチング層１５と、導電性ＩＴＯ層１７と、ＩＴＯ対エアの屈折率マッチング層１９と、エアギャップ層２１と、そして、発光／透光ディスプレイ層２３とを有する。

屈折率マッチング層１５、１９がなければ、ディスプレイ層２３から来るイメージを乗せて発せられた／送られてきた光の可視性は、環境光および／または日光の反射によって重大な影響を受ける可能性がある。これは、反射された環境光がディスプレイから送られてくるイメージの上に重なり、それに伴って、伝達イメージの焦点外れ（defocusing）およびコントラスト低下が生じるからである。

屈折率の異なる２つの媒体の境界上に光が投射された場合は必ず、一部の光は、その光が元々通過して来た媒体の中に戻る形で反射され、他の一部は、その光が元々進もうとしていた先の媒体の中に入る形に屈折させられる。反射光は、入射角と、入射光の波長および偏光と、そして、２つの媒体の屈折率の比率とによって決まる。空気ガラスのインタフェースの場合、反射率は、０〜３０度の入射角に対して通常で約４％であるが、斜入射角では、その反射率は１００％にまで一気に高まる。

反射、特にガラス層とエアギャップ層との間の反射を小さくするための手段としては、１以上の屈折率マッチング層を用いて、隣接する層と層との屈折率の比率を確実に閾値よりも下に保つ、というものがある。ここで、閾値は、０.２５〜１.７５の間とするのが好ましいが、より好ましくは０.４５〜１.５５の間であり、最も好ましい値は０.４９〜１.５１の間である。例えば、ガラス層とエアギャップ層との間に屈折率マッチング層を置くと、屈折率マッチング層の屈折率に対するガラス層の屈折率の比率と、エアギャップ層に対する屈折率マッチング層の比率とは、エアギャップ層の屈折率に対するガラス層の屈折率の比率に比べ、一致に近くなる。

場合によっては、使用する屈折率マッチング層が１つだけでは、２つの隣接する層の屈折率の差が大きなものとなり、隣接する層の間の望ましい比率を実現することが困難、あるいは不可能になる、ということが考えられる。そのため、屈折率の差を「突破する（step through）」ために、複数の屈折率マッチング層を用いるのが有効な場合もあるだろう。

次いで、図２を参照する。好適なディスプレイスタック２は、反射防止層３１と、正面カバーガラス層３３と、ガラス対インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の第１の屈折率マッチング層３５と、ガラス対ＩＴＯの第２の屈折率マッチング層３７と、導電性ＩＴＯ層３９と、ＩＴＯ対空気の屈折率マッチング層４１と、エアギャップ層４３と、そしてディスプレイ層４５とを有する。スタック２とスタック１との間の主要な相違は、ガラス層３３とＩＴＯ層３９との間で複数の屈折率マッチング層３５、３７を使用している点に関する。スタック２において、層３５の屈折率は、層３３および層３７の屈折率の間にあり、層３７の屈折率は、層３５および層３９の屈折率の間にある。

いくつかの実施の形態では、スタック１が有している層に加えて、追加の層を利用することも考えられる。追加の層を使用するのであれば、必要に応じて屈折率マッチング層も追加し、隣接する層の屈折率の比率を確実に望ましい範囲におさめることが好ましい。
次いで図３を参照する。好適なディスプレイスタック３は、反射防止層５１と、第１導電性ＩＴＯ層５３と、ＩＴＯ対ガラスの屈折率マッチング層５５と、正面カバーガラス層５７と、ガラス対ＩＴＯの屈折率マッチング層５９と、第２導電性ＩＴＯ層６１と、ＩＴＯ対空気の屈折率マッチング層６３と、エアギャップ層６５と、そしてディスプレイ層６７とを有する。スタック３とスタック１との主要な相違は、追加のＩＴＯ層５３と、これに対応して層５３、５７の間に置かれた屈折率マッチング層５５とを含む点にある。すでに説明したように、屈折率マッチング層５５の屈折率は、ＩＴＯ層５３の屈折率とガラス層５７の屈折率との間におさまるのが好ましい。

次いで、図４を参照する。装置７１は、オペレータ入出力アセンブリ７３と、アセンブリ７３の一部であるディスプレイ装置７５と、そして、ディスプレイ装置７５の一部であるディスプレイスタック７７とを有する。本文書に記述するディスプレイスタックは、様々なディスプレイ装置７５で使用できる点が効果的であると考えられる。こうした装置は、アクティブマトリックスＬＣＤ（ＡＭＬＣＤ）パッシブマトリックスＬＣＤ（ＰＭＬＣＤ）と、そして、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイおよび何らかの形の市販既製品（ＣＯＴＳ）ディスプレイ、を有する形とすることもできるが、必ずしもそれに限定されるわけではない。また、装置７１の変形例では、本文書に記述したディスプレイスタックおよび／またはディスプレイ装置が、オペレータ入出力アセンブリにその一部として含まれる、という形も考えられる。そのような装置としては、ＡＴＭ、産業用オペレータインタフェース、医療計装、そして軍事用途品が含まれるであろうが、必ずしもこれらに限定されるわけではない。

ここに記述したスタックは、厳しい環境条件にも耐えられる点が好ましい。その厳しい条件とは、動作温度、貯蔵温度、温度ショック、湿気、衝撃、振動、砂や埃、塩霧、電磁干渉、雨の吹きつけ、使用時圧力、圧力変化、菌類の成長、そしてＴＥＭＰＥＳＴ（電磁波盗聴）などを指す。そこで、好適なスタックは、以下に示す条件の任意の組合せに耐えるように作られる。すなわち、激しい振動、広い動作温度、電磁干渉、そして、日光中での可読性である。さらに具体的に言えば、好適なスタックは厳しい極端な環境条件に耐えることができ、 そうした条件には、「連続動作および−５５〜１００Ｃの貯蔵温度（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８１０による）」、「最大４０ｇのサステイン３軸ショックおよび振動（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８１０による）」、「海軍の船上環境に特有の湿気と塩霧（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８１０による）」、「砂漠環境に特有の砂および埃（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８１０による）」、「６０,０００フィートまでの高度（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８１０による）」、「菌を発生させる気候」が含まれる。また、こうしたスタックは、厳しい「conductd and radiated ＥＭＩ／ＥＭＣ」（ＭＩＬ−ＳＴＤ−４６１、ＭＩＬ−ＳＴＤ−４６２による）やＴＥＭＰＥＳＴの条件を満たすことができ、こうした条件は全て、意図された用途に特有のものである。

スタックの別の実施の形態として、図１乃至３に示したスタックよりも層が少ないものや、追加の層をさらに有するものが考えられる。また、特定の個々の層については、単一の材料または複数材料の組合せで成る場合、単一部材および／または複数の部材で成る場合、が考えられる。反射防止層１１、３１、５１の実際の材料は、何らかの適当な材料または材料の組合せで成る。ガラス層１３、３３、５７は、borofloat、sodalime、Corning １７３７またはCorning Eagle ２０００で成る。ＩＴＯ層１７、３９、５３、６１は、光学的に透明で、電気的には導電性のＩＴＯを含む。屈折率マッチング層１５、１９、３５、３７、４１、５５、５９、６３は、何らかの材料または材料の組合せで成る。

エアギャップ層２１、４３、６５の厚みについては、０.０５インチとして、ＩＴＯ屈折率マッチング層と発光／透光ディスプレイとの間の等価距離を提供するのが好ましい。実施の形態によっては、エアギャップを、何らかの別の気体または気体と液体（固体も可）との混合物で満たしたギャップと置き換えることにしてもよい。
ディスプレイ層２３、４５、６７は、バックライト付液晶ディスプレイで成るのが好ましいが、他の種類のディスプレイ（特に、別の種類のＣＯＴＳ発光／透光ディスプレイ）で成ることにしてもよい。ここで述べるディスプレイ装置については、様々な技術による市販の既製品ディスプレイパネルを用いて形成することも考えられ、そうした技術には、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、現在または将来利用可能な他のフラットパネルディスプレイ技術が含まれる。また、ここで述べる方法および装置は、フラット型および／またはパネル型ディスプレイの技術と共に利用するのに特に適している、と考えられる。

ここに述べた本発明の実施の形態は複数の新規な特徴を有し、記述した実施の形態の各々はそうした特徴を、単独または組み合わせた形で有している。他に考えられる実施の形態として、こうした新規な特徴を、ここまでに明示的には記述していないパターンの組合せで有するものが全て含まれる。明示しないのは、そうした組合せが、記述した実施の形態から容易に認識できるからである。考えられる各種実施の形態を考慮すると、本発明は、こうした特徴の例を示す以下のパラグラフにおいて、様々な形で特徴づけることができる。

本発明の実施の形態は、（請求項１ガラス層と、第１屈折率マッチング層と、第１中間層と、第２屈折率マッチング層と、第２中間層と、そして、発光または透光（transmitting）ディスプレイパネルを有する多層ディスプレイスタックであって、
ガラス層、第１屈折率マッチング層、第１中間層、第２屈折率マッチング層、そして第２中間層は各々、透明または半透明で、屈折率を有し、
第１屈折率マッチング層の屈折率は、ガラス層の屈折率と第１中間層の屈折率との間にあり、そして、
第２屈折率マッチング層の屈折率は、第１中間層の屈折率と第２中間層の屈折率との間にあること、
を特徴とする前記スタック。）として特徴付けられる。また、場合によっては、導電性および／または熱伝導性である第１中間層を有する、および／または、インジウムスズの酸化物層である第１中間層を有する、という形にもできる。また、場合によっては、気体または液体の層および／または空気の層である、という第２中間層を有する形にもできる。

場合によっては、本発明の実施の形態は、空気層の厚みは０.００１インチから０.０７５インチの間である、ということにしてもよい。また、場合によっては、本発明については、いずれの屈折率マッチング層の屈折率も、隣接する層の屈折率のＸ％以上であり、Ｘは４０、５０、６０、７０、８０のうち１つの値である、と記述することもできる。また、場合によっては、本発明は、屈折率マッチング層のうちの少なくとも１つは、複数の屈折率マッチング副層（sub-layer）を有する、ということにしてもよい。

本発明の実施の形態は、場合によっては、第３中間層と第３屈折率マッチング層とを有し、第３屈折率マッチング層は、第１屈折率マッチング層に向き合う位置のガラス層に隣接し、第３中間層は、ガラス層に向き合う第３屈折率マッチング層に隣接し、そして、第３屈折率マッチング層の屈折率は、ガラス層と第３中間層の屈折率との間であること、ということにしてもよい。

また、本発明の実施の形態は、場合によっては、ここで述べたような多層ディスプレイスタックを有する装置として特徴付けられる。
また、本発明の実施の形態は、異なる屈折率を有する２つの層の間に少なくとも１つの屈折率マッチング層を挟む形で有する多層ディスプレイスタックを形成する方法であって、少なくとも１つの屈折率マッチング層の有する屈折率の値は、それが間に挟まれた２つの層の屈折率の間に存すること、として特徴付けることもできる。また、場合によっては、当該スタックは、ディスプレイスタックは少なくとも１つのエアギャップを含み、少なくとも１つの屈折率マッチング層が前記エアギャップに隣接する形で置かれている、として記述することもできる。さらに、そうした例では、ディスプレイスタックは、ガラス層とインジウムスズ酸化物の層とに挟まれた第１屈折率マッチング層と、インジウムスズ酸化物の層とエアギャップ層とに挟まれた第２屈折率マッチング層とを有する、としてもよい。また、いくつかの例では、ディスプレイスタックは、ディスプレイスタックは、エアギャップ層に隣接して、第２屈折率マッチング層に向き合う位置に、発光または透光ディスプレイパネルを有する、ということにしてもよい。

ここに記述した方法および装置は、係属中の出願の方法および装置と組み合わせて利用するのに特に適しており、前記係属中出願は、本発明と発明者が同じであり、同じ（またはほぼ同じ）日付で出願されている。その出願のタイトルは「厳しい環境での用途に用いられる非強化型のＣＯＴＳディスプレイパッケージ」であり、ここでの言及によって本出願にその全体が包含されるものとする。

本発明による第１のディスプレイスタックを示す概略図である。 本発明による第２のディスプレイスタックを示す概略図である。 本発明による第３のディスプレイスタックを示す概略図である。 本発明によるディスプレイを含んだ装置の概略図である。

Claims (15)

1. 表示層を備える発光又は透過ディスプレイパネルにおける前記表示層の上に実装される多層ディスプレイスタックであって、
   ガラス層と、
   前記ガラス層に対して前記ディスプレイ側に配された第１屈折率マッチング層と、
   前記第１屈折率マッチング層に対して前記ディスプレイ側に配された導電性の第１中間層と、
   前記第１中間層に対して前記ディスプレイ側に配された第２屈折率マッチング層と、
   前記第２屈折率マッチング層に対して前記ディスプレイ側に配された気体または液体からなる第２中間層とを有し、
   前記第１屈折率マッチング層の屈折率は、前記ガラス層の屈折率と前記第１中間層の屈折率との間にあり、
   前記第２屈折率マッチング層の屈折率は、第１中間層の屈折率と第２中間層の屈折率との間にあること、
   を特徴とする多層ディスプレイスタック。
2. 前記第１中間層はインジウムスズ酸化物の層であること、
   を特徴とする請求項１に記載の多層ディスプレイスタック。
3. 前記第２中間層は空気層であること、
   を特徴とする請求項１に記載の多層ディスプレイスタック。
4. 前記空気層の厚みは０.００１インチから０.０７５インチの間であること、
   を特徴とする請求項３に記載の多層ディスプレイスタック。
5. いずれかの特定の屈折率マッチング層の屈折率の、当該いずれかの特定の屈折率マッチング層に直に接する層の屈折率に対する比率は、値Ｘ１と値Ｘ２との間にあり、Ｘ１およびＸ２は０.２５および１.７５であること、
   を特徴とする請求項４に記載の多層ディスプレイスタック。
6. Ｘ１およびＸ２は０.４５および１.５５であること、
   を特徴とする請求項５に記載の多層ディスプレイスタック。
7. Ｘ１およびＸ２は０.４９および１.５１であること、
   を特徴とする請求項６に記載の多層ディスプレイスタック。
8. いずれの屈折率マッチング層の屈折率も、隣接する層の屈折率のＸ％以上であり、
   Ｘは４０、５０、６０、７０、８０のうち１つの値であること、
   を特徴とする請求項１に記載の多層ディスプレイスタック。
9. 屈折率マッチング層のうちの少なくとも１つは、複数の屈折率マッチング副層（sub- layer）を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載の多層ディスプレイスタック。
10. 請求項１に記載の多層ディスプレイスタックを有するディスプレイ装置であって、
    アクティブマトリックス液晶ディスプレイ、パッシブマトリックス液晶ディスプレイ、
    または有機発光ダイオードディスプレイであるディスプレイ装置。
11. 請求項１に記載の多層ディスプレイスタックを有するディスプレイ装置であって、
    ＡＴＭ、産業用オペレータインタフェース、医療機器、または軍用オペレータインタフェースであるディスプレイ装置。
12. 請求項１に記載の多層ディスプレイスタックを有するディスプレイ装置であって、
    発光または透光ディスプレイエリアを除いた、いずれか２つの隣接する層の間の屈折率の比率は、０.２５と１.７５との間であること、
    を特徴とするディスプレイ装置。
13. 表示層を備える発光又は透過ディスプレイパネルにおける前記表示層の上に実装される多層ディスプレイスタックであって、
    ガラス層と、第１屈折率マッチング層と、導電性の第１中間層と、第２屈折率マッチング層と、気体または液体からなる第２中間層と、第３屈折率マッチング層と、第３中間層とを備え、
    前記第１屈折率マッチング層、前記第１中間層、前記第２屈折率マッチング層、前記第２中間層は、前記ガラス層における前記ディスプレイ側にこの順に配され、透明または半透明で屈折率を有し、
    前記第３屈折率マッチング層、前記第３中間層は、前記ガラス層に対して前記ディスプレイと反対側にこの順に配され、
    第１屈折率マッチング層の屈折率は、ガラス層の屈折率と第１中間層の屈折率との間にあり、
    第２屈折率マッチング層の屈折率は、第１中間層の屈折率と第２中間層の屈折率との間にあり、
    前記第３屈折率マッチング層の屈折率は、第３中間層の屈折率とガラス層の屈折率との間であること、
    を特徴とする多層ディスプレイスタック。
14. 前記第１中間層はインジウムスズ酸化物の層であること、
    を特徴とする請求項１３に記載の多層ディスプレイスタック。
15. 前記第２中間層は空気層であること、
    を特徴とする請求項１３に記載の多層ディスプレイスタック。

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