JPH03503094A - 蛍光ダイドープされたエッジ照明エミッタパネルを具備した可視表示装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 蛍光ダイドープされたエツジ照明エミッタパネルを具備した可視表示装置 発明の背景 ［発明の分野］ 本発明は一般に可視表示パネル、特にこのような可視表示パネルとの蛍光ダイド ープされたエツジ照明エミッタパネルの新しい特有の結合に関する。

［従来技術］ 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）　、直視ダツシュボードディスプレイ、虚像ディス プレイ、部分的反射器またはホログラフ上の航空へラドアップディスプレイ（Ｈ ＵＤ）および車両の中央の高い位置に設けられた停止ライトディスプレイのよう な可視表示パネルの数は、種々の技術分野における多数の適用において使用が増 加している。これらのディスプレイパネルの開発との組合せにおいて、実際のデ ィスプレイパターンを形成しない光源およびその他の素子の可視度並びに寸法に おいてそれらの両プロフィールを減少する要求が高まっている。さらに、ディス プレイパネル照明源の電力要求を減少することが望ましい。

特に、自動車用の赤色の中央の高い位置に設けられた停止ライト装置（ＣＨＭＳ Ｌ）は、それらが提供する安全なマージンの増加により人気を得ている。通常の 右および左に配置された赤色後部ブレーキライトに加えて、車両の後方ウィンド ウの上部近くに第３のブレーキライトの形態で中央の高い位置に設けられた停止 ライト装置を含む新しい車両および古い車両用のレトロライットパッケージが利 用できる。車両のブレーキペダルを踏むことにより、中央の高い位置に設けられ た停止ライト装置が２つの低く設けられたブレーキライトと共に照明させられ、 三角形パターンを形成して可視度を高め、後続する車両のオペレータの注意を促 す。経験的に、中央の高い位置に設けられた停止ライト装置は高速で交通が渋滞 した状態の下で急ブレーキを必要とする状況において交通事故を防止する。

既存の中央の高い位置に設けられた停止ライト装置は、一般に後方を向いた半透 明の赤色パネルを持つ不透明なノ１ウジングであり、ハウジングの内側の照明バ ルブが車両のブレーキ回路に配線されている。不透明なハウジング自身は、車両 のオペレータが後方ウィンドウミラーを介して見なければならない後方ウィンド ウの視界の部分を妨害する危険防止装置を構成する。不透明なハウジング、すな わち照明しているバルブおよび赤色パネルの背後の少なくとも光妨害部材は、車 両オペレータが後続の車両からの光と中央の高い位置に設けられた停止ライトデ ィスプレイを間違えないようにする。

別のカテゴリイのディスプレイは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であり、時計およ びその他のアナログおよびデジタル読取り装置に多数適用されるようになってい る。これらは本質的に外部照明を必要とする受動装置である。液晶ディスプレイ は一般に、通常供給された電界がないときに透明であり、電界を供給すると不透 明になり、或はその逆も可能である材料から形成された埋設セグメントまたは別 のパターンを持つ透明なパネルである。液晶ディスプレイは後方からの照明によ り透過モードで、または前方からの照明により反射モードで使用される。両モー ドは周囲の光によって非常に影響され、それは全体に弱く供給された照明を無効 にし、結果的に低い視度およびコントラストにする。

発明の要約 本発明によると、関連技術の欠点は、ディスプレイパネルと光放射または照明パ ネルとを組合わせて、屈折率とパネルの内部全反射角度調整により放射パネルか らディスプレイパネルへ光をエツジ結合することによって克服される。光放射パ ネルは、比較的大きい面領域を通って入射光を吸収し、エツジを通るもっと長い 波長の光を放射する蛍光ダイによりドープされた透明なプラスチック基体から形 成される。入射光は周囲光または蛍光光源によって生成された光のいずれかであ る。エツジ放射光は光学的にディスプレイパネルのエツジに結合され、そのディ スプレイパネルはエツチングまたは印刷パターン、格子またはホログラムにより 形成されるディスプレイ面を有するポリマー分散液晶ディスプレイまたはプラス チックパネルでもよい。

エツジを結合する光学接着剤だけでなく、放射およびディスプレイパネルの基体 材料は本質的に空気より大きい同一の屈折率を有することが好ましい。したがっ て、パネルを通って伝播する光は内部で全反射され、ディスプレイ面上のパター ンだけを通って基体から出ていく。ディスプレイパネルは、放射パネルに入射す る光がないときに透明であり、光が入射したときに１方向からだけ見ることがで きるディスプレイを生成するることが好ましい。ディスプレイパネルは、自動車 用の中央の高い位置に設けられた停止ライトであってもよい。

本発明の目的は、新しくしたがって知られていない方法により構成素子を組合わ せる蛍光ダイドープエツジ照明エミッタパネルを具備したポリマー分散液晶また はホログラフ可視ディスプレイ装置である、自動車の中央の高い位置に設けられ た停止ライトを提供することである。

本発明の別の目的は、照明光がないときに両方向に透明なディスプレイパネルを 有する中央の高い位置に設けられた停止ライトとして構成されることが好ましい 可視ディスプレイ装置を提供することである。エミッタパネルを結合する関連し た直線エツジを照明したときに、ディスプレイパネルは１方向においては透明な ままであり、反対方向に高い可視出力を与える。

別の目的は、補助光源を付加することにより、またはそれを付加せずに動作する ことができ、周囲光レベルに応答して強度を調整する可視ディスプレイ装置を提 供することである。

別の目的は、構造が簡単であってエミッタパネルとして蛍光プラスチックシート を使用し、エミッタパネルと同じ基体またはホスト材料上の可視ディスプレイま たは光出力結合パネルを使用する可視ディスプレイ装置を提供することである。

２つの素子パネルは、プラスチックシートと同じ屈折率を有する光学接着剤を使 用して結合され、したがってそれらの境界で最大透過率を保証する。直線光源と 可視出力カップラとの間において高い結合率を得るために余分の光学素子は不要 である。

本発明のさらに別の目的は、好ましい光ポンプソースとして市販の緑色蛍光ラン プを、また中央の高い位置に設けられた停止ライト構造のために赤色エツジ放射 シートを使用する高性能の可視ディスプレイ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、容易に利用できる材料から基本的に商業ベースで安価に製 造され、多色ディスプレイを提供することができ、装置の前面または背面から目 立たないエツジ結合位置へ照明源を再配置することによって実質的に減少したプ ロフィールが得られる可視ディスプレイ装置を提供することである。

本発明のこれらおよび別の特徴および利点は、以下いくつかの好ましい実施例の 詳細な説明および添付図面から当業者に明らかになるであろう。なお、同一の参 照番号は同じ部分第１図は、蛍光グイドープポリマーフィルムの光学特性を示す 。

第２ａ図および第２ｂ図は、蛍光ダイドープポリマーフィルムの吸収および放射 スペクトル特性をそれぞれ示すグラフである。

第３図は、本発明を具体化した蛍光ダイドープエツジ照明エミッタパネルを具備 したポリマー分散液晶（Ｐ　Ｄ　Ｌ　Ｃ）またはホログラム等の可視ディスプレ イ装置である、自動車の中央の高い位置に設けられた停止ライトの形態の可視デ ィスプレイ装置の汎例の斜視図である。

第４図は、ＰＤＬＣディスプレイ形態のディスプレイパネルを含む本発明による 可視ディスプレイ装置の実施例の断面図である。

第５図は、本発明において使用するために修正されたＰＤＬＣディスプレイパネ ルの断面図である。

第６図は、彫られた溝形状のパターンを有するディスプレイパネルを含む本発明 による可視ディスプレイ装置の正面図を示す。

第７図は、印刷インクによって形成されたパターンを存するディスプレイパネル を含む本発明による可視ディスプレイ装置の部分的断面図である。

第８図は、光学回折格子として形成されたパターンを有するディスプレイパネル を含む本発明による可視ディスプレイ装置の部分的断面図である。

第９図および第１０図は本発明によるエミッタパネルの別の実施例の正面図を示 す。

発明の詳細な説明 本発明は、ディスプレイパネルに光をエツジ結合する蛍光グイドープポリマーフ ィルムまたはシートを使用する。第１図は、蛍光ダイか分散されたアクリルまた はポリカーボネイトポリマープラスチックシートまたはフィルムの特性を示す。

フィルムはその技術自身知られており、市販されている。例えば、モーベイ（Ｍ 　ｏｂａｙ）ケミカル社は、商品名“ＬＩＳＡプラスチック”でこのようなフィ ルムを販売している。透明な基体またはホスト媒体に混合された低分子量安定ポ リマーダイスタッフは周囲の光を吸収し、長い波長の可視光としてそれを放射す る。蛍光ダイは、それらが放射した長い波長を強く再吸収せず、そのため多くの 光はエツジにチャンネルされる。光は大きい吸収領域に集中され、それがエツジ から出て行くまで内部面の間で後方および前方に内部で反射される。

第１図に示されるように、光ビーム１４はランダムな角度で透明なポリマーエツ ジ放射フィルム１０の中の蛍光ダイモジュール１２上に入射する。シンボル的に １６で示された光ビーム１４の成分はフィルム１０の表面から反射される。光ビ ーム１４の別の成分は１８で示されるようにフィルム１０を通って伝播する。

２０および２２により示されるようなさらに別の成分はそこを伝播している期間 中フィルム１０１こよって種々の角度で屈折される。

空気に比較して非常に大きいフィルム材料の屈折率および蛍光ダイ材料の吸収お よび放射特性により、任意の角度からフィルム１０に入射した光の大部分はダイ 材料によって吸収され、それによってトラップされる。ざらに、ダイ材料によっ て蛍光物質を通して放射された光は、材料の内部全反射角度を越える角度でフィ ルム１０の表面に当る。したがって、放射された光は２４および２Ｂで示される ように表面からの多重反射によってフィルム１０のエツジ方向に導かれる。内部 で全反射される光の比率Ｒは次の式によって与えられる：Ｒ＝１−　　［（ｎ２ −１）／ｎ］ ここでｎは、フィルム１０の屈折率である。実際に、フィルム１０の屈折率ｎは ほぼ１．５８５　（ポリカーボネートに対して）であり、内部反射光の比率Ｒは ０．７５、すなわち７５％程度であり、入射光の２５％が材料から散乱されるだ けである。

フィルム１０のスペクトル特性は第２ａ図および第２ｂ図に示されている。第２ ａ図は、はぼ５Ｌ９ｎｍの波長（可視的な緑色光）で大きいピークを有する材料 の吸収スペクトル２８を示す。第２ｂ図は、はぼ８３０１１０１の波長（可視的 な赤色光）で大きいピークを有するフィルム１０の放射スペクトルを示す。さら に第２ａ図には、フィルム１０のほぼ正確な最大吸収周波数で最大出力を生成し 、それによって最適光ポンプソースを構成するする市販の緑色蛍光ランプ（Ｚｎ ＳｉＯ４：Ｍｎ）の放射スペクトル３２が示されている。さらに、スペクトルの 可視赤色領域におけるフィルムｌＯの放射ピークは自動車の停止（ブレーキ）ラ イト用の照明源としてそれを理想的にすることに留意すべきである。

蛍光グイドープポリマーフィルムは、Ｇ、　　ＢａｕｒおよびＷ。

Ｇ　ｒｅｕｂｅ１両氏による論文（’Ｆ　Ｉｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ−ａｃｔｉｖ ａｔｅｄ　ＩＩｑｕｌｄ−ｃｒｙｓｔａｌ　ｄｉｓｐｌａｙ’　、　　Ｐｈｙｓ ｌｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　Ｖｏｌ、３１　、　Ｎｏ、１　、１９７７年７月 １日、４乃至６頁）に論じられている。この文献には、後部に２つのポラライザ および蛍光プレートを具備したツイストされたネマチック液晶ディスプレイが示 されている。蛍光プレートエツジおよび特別ノツチは、光がエツジを通って逃げ ないように反射鏡により被覆される。文献に示されたシステムはディスプレイを 後方照明するためだけのものであり、エツジ照明には使用されない。ポリマー分 散液晶ディスプレイ（ＰＤＬＣ）　、ホログラムまたは中央の高い位置に設けら れた停止ライト装置に対する蛍光照明の使用は参照されない。

別の適切な参照は、Ｓ、　　５ａｔｏおよびＭ、　　Ｌａｂｅｓ両氏による論文 （“Ｍｕｌｔｌ−ｃｏｌｏｒ　ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｏｆ ’　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　５ｔａｔｅ　１ｎ　１ｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ 　ｄｉｓｐｌａｙ”　、　　Ｊ　ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｔｉｅｄ　　Ｐｈ ｙｓ４ａｓ、第５２巻、　ｎｏ、６．１９８１年６月、　３９４１乃至３９４８ 頁）である。電気的に調整されないが第２のカラーを導入する必要がある第２の 外部蛍光溶液セルの使用の他に液晶ホストと混合された蛍光ダイの使用が著者に より説明されている。

動作は３５０ｎｍディスプレイの紫外線付勢および可視領域におけるカラーの放 射に基づき、カラーは液晶システムのネマチック位相変化へのコレステリックの 電気アドレスに依存する。

蛍光ダイは紫外線シャッタおよび調節可能な蛍光エミッタとしてのみ使用された 。

特に蛍光ダイドープポリマーフィルムに適切と考えられる第３の参照文献は、Ａ 　、　Ｇ　ｏｅｔｚｂｅｒｇｅｒおよびＷ、　Ｇｒｅｕｂｅ１両氏による論文（ ’５ｏｌａｒ　　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｗｉｔｈ　　Ｆｌｕｏ ｒｅｓｃｅｎｔ　　Ｃｏ１１ｅｃｔｏｒｓ　’　、　　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　 ＡｐｐＨｅｄ　　ＰｈｙｓＩＣｓ　　、　　Ｖｏｌ、１４　、１９７７年、１２ ３乃至１３９頁）であル。コノ論文では大きい表面領域にわたって光を吸収し、 太陽エネルギ蓄積手段の材料のエツジから内部放射された光を導く蛍光ダイドー プポリマーフィルムの特性が説明されている。太陽エネルギの収集および蓄積以 外の適用は述べられていない。しかしながら、論文には１００％に近い蛍光効果 を有するダイを示し、本発明の適用にとって非常に重要である。

本発明の１実施例において、蛍光グイドープポリマーフィルムによって照明され たディスプレイパネルは、ポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）フィルムから形成され る。一般の電子・光装置に対して使用されるＰＤＬＣディスプレイフィルムにお いて、液晶（Ｌ　Ｃ）材料はポリマーマトリクス中でマイクロドロップレットと して分散され、導電電極間にサンドイッチされる。一般に、これらのＰＤＬＣは 熱または紫外線光始動される重合化によって形成されることができる。選択され た液晶は、均質の異方性ＬＣモノマー溶液を得るためにモノマ／イニシエータに 付加される。液晶気泡の相分離はモノマーが熱または光重合化されたときに発生 し、ポリマー中のＬＣ成分溶解度を減少する。液晶のこれらのＬＣ／ポリマーフ ィルムのほとんどは小さい気泡で均一に分散される。ＬＣ組成、濃度および成分 溶解度は全て相分離に、したがってＰＤＬＣフィルム中の気泡寸法および気泡密 度のようなその他の物理的パラメータに影響を与える。気泡を有するポリマーフ ィルムは、ポリマーマトリクスとランダムに整列されたＬＣ気泡配向の平均屈折 率との間の屈折率が一致しない場合、前方に高度に光散乱する。ＰＤＬＣにわた って供給された電界によって付勢されたとき、高度に複屈折する正の誘電等方性 のＬＣ混合物の通常の屈折率（ｎｏ）がポリマーの屈折率と一致した場合、フィ ルムは光散乱オフ状態から透明なオン状態に変化する。いくつかの利点は、本発 明によるディスプレイに対するＬＣ／ポリマーシステムの製造および使用に関連 する。大きい寸法のディスプレイに対して製造は簡単で迅速である。さらに、こ れらのタイプの装置は大きい光スルーブツト（ポラライザのない）、速い応答時 間および良好なコントラスト）で動作する。

本発明は、ノーランド光学セメントのような市販のモノマー系を使用する紫外線 重合化系を使用することが好ましい。

市販の液晶はシアノバイフェニルとシアノテルフェニル成分の共晶混合物である ことが好ましい。ＬＣ／モノマー系組成に対する重合化状態は、気泡として分離 されたＬＣの量およびＬＣ気泡の寸法によってＰＤＬＣフィルム特性を決定する ことが定められている。ＰＤＬＣシステムは、例えばＪ、Ｗ。

Ｄ　０ａｎｅ氏他に対して１９８７年８月２５日に公布され、ケントステート大 学（Ｋｅｎｔ　５ｔａｔｅ　　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　）に譲渡された米国特許 第４．８８８．９００号明細書（出願）およびＮ、　Ａ、　ｙａｚに対して１９ ８８年３月１日に公布されゼネラルモーターズ会社に譲渡された米国特許第４． ７２１，５４７号明細書に記載されている。

本発明にしたがって使用されたＰＤＬＣシステムは、ノーランドＮ０Ａ−６５光 学セメント中に液晶ＢＤＨ−Ｅ７の溶液を含む。これらの材料の５０１５０混合 物は現在のＰＤＬＣ材料のベースライン混合物であったが、観察された結果はこ の特定の混合物またはこの特定の成分システムに限定されるものではない。その 他多数のＬＣ／モノマー混合物は所望の結果を生成する。

第３図を参照すると、本発明を実行する可視ディスプレイは全体的に参照符号４ ０によって示されている。それは光エミツタパネル４２および光ディスプレイパ ネル４４を含む。光エミツタパネル４２は、上記で詳細に論じられたタイプの蛍 光ダイドープポリマーフィルムまたはシートを含んでいることが好ましい。エミ ッタパネル４２は平坦なプレートまたはパネル形状に示されているが、それは特 定の適用に対する所望に応じて任意の所望の他の形状に湾曲または形成されても よい。

さらに第３図は、上記で詳細に論じられたタイプの市販の緑色蛍光ランプ４８お よびエミッタパネル４２の表面にランプ４８から放射された光を集中する反射鏡 ５０を含む光源４６を示す。

図面には見られないが、エミッタパネル４２の全てのエツジ面５４（光学接着剤 ５２によって可視ディスプレイパネル４４に結合された上部エツジを除く）は、 エミッタパネル４２を通って伝播する光が被覆さ、れたエツジを通って出て行か ないように不透明または反射材料により被覆されている。したがって、エミッタ パネル４２は、光源４Ｂから放射された光を吸収し、ディスプレイパネル４４に 隣接したエツジを通って光を放射する直線エツジ放射光カップラを構成する。補 助光源４Ｂが図面に示されているが、周囲光により動作するように可視ディスプ レイ装置４０を構成することは本発明の技術的範囲内である。そのような場合、 エミッタパネル４２の前面および後面に入射した光は全てパネル４２によって吸 収され、その後ディスプレイパネル４４中へのエツジ結合を通って放射される。

パネル４４によって生成された可視ディスプレイの強度は自主調整を行ない、特 にエミッタパネル４２に入射した周囲光の強度に比例する。

本発明の好ましい実施例において、エミッタパネル４２は蛍光光源４６からの緑 色光を吸収し、可視スペクトルの赤色領域の光を放射する。この実施例は、理想 的に中央の高い位置に設けられた停止ライトへの適用に適している。

可視ディスプレイパネル４４は一般的に例示的な“５ＴＯＰ”パターン５６を形 成されたパネルまたはプレートとして示される。実際には、ディスプレイパネル ４４はポリマー分散（ＰＤＬＣ）または別の液晶ディスプレイ、体積または別の タイプのホログラム或いは表面上に形成された適切なパターン５６を持つプラス チックシートまたはプレートによって構成される。

しかしながら、ＰＤＬＣの実施例はオフ状態で透明ではない。

後者の場合、パターン５Ｂはパネル４４を伝播する光の入射角度を変化するパネ ル４４の表面上の歪みを構成するいずれかの手段によって形成される。入射角度 が内部全反射角度より小さいとき、光は矢印５８によって示されるようにパネル ４４の表面から導かれる。

可視ディスプレイパネル４４の特定の構造と関係なく、パネル４４の光学的に透 明な基体またはホスト材料は、エミッタパネル４２からディスプレイパネル４４ への光の最大内部反射および直線的な結合、並びにパネル４２および４４と光接 着剤５２とのエツジ結合境界を通る光の最大伝送率を保証するためにエミッタパ ネル４２の材料と光接着剤５２の材料とは実質的に同じ屈折率を有するように選 択されることが好ましい。

可視ディスプレイは平坦なものとして示されているが、それは湾曲れさるか、或 いは特定の適用に適した任意の所望の形状に形成されることができる。パターン ５６がディスプレイパネル４４の１面上だけに形成される場合、パネル４４はエ ミッタパネル４２上に入射する照明のないときに透明であることを理解するべき である。ソース４６から供給された照明が適用された場合、ディスプレイパネル ４４は矢印５８の方向だけにパターン５６の領域を通して可視赤色光を放射し、 一方反対方向においては透明なままである。したがって、パネル４４は自動車の 後部ウィンドウに直接接着され、全ての状況下において自動車オペレータに透明 である。赤色停止ディスプレイは自動車ブレーキの使用に応答して光源４６が励 起されたときに後方から接近する自動車のオペレータだけに認められることかで 第４図は、２つのＵ形状のセクション６２ａおよび６２ｂから形成されるエミッ タパネル６２を含む本発明による可視ディスプレイ装置６０を示す。各セクショ ン８２ａおよび６２ｂは１つ以上の蛍光ランプ６４を含み、それによってランプ ６４によって放射された光は各セクション６２ａおよび６２ｂの内面に入射する 。

直線光結合エツジ６２ｃおよび６２ｄを除いたエミッタパネルセクション８２ａ および６２ｂのエツジ６２ｅおよび６２ｆは全てセクション８２ａおよび６２ｂ を通って伝播する光がエミッタパネル６２から出て行かないように不透明なまた は反射材料により被覆される。しかしながら、このような要求は本発明の技術的 範囲を限定するものではない。

可視ディスプレイ装置６０はさらにポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）モジュール６ ８を具備したディスプレイパネル６６を含む。

モジュール６８の詳細な構成素子は技術的に良く知られており、図面に詳しく示 されていないが、モジュール６８は一般的にＰＤＬＣの薄いフィルム６８ａを含 む。ＰＤＬＣの反対側の面６８ａに形成されたＩＴＯ（インジウム錫酸化物）導 電フィルム８８ｂはモジュール６８を電気的にアクチブにする。ディスプレイパ ネル６６はまた保護のためにモジュール６８をサンドイッチするガラスプレート ７０を含む。

可視ディスプレイ装置６０は、示されているようにＰＤＬＣディスプレイパネル ６Ｂの下方および上方エツジに結合される照明する光エツジにより暗所で動作さ れることができる。装置６０はディスプレイの前方または後方に位置された補助 照明により透過または反射モードで動作される。後者の場合、ディスプレイ６６ をエツジ照明する蛍光ダイドープポリマーフィルムエミッタパネル６２は光出力 および電界で付勢されたオン状態とオフ状態間のコントラストを増加する。これ は、暗い背景とディスプレイの明るいシンボルとの間のコントラストＰＤＬＣフ ィルムは、フィルム面に対して９０″およびその他の角度の両方で最適な視界お よび照明のために設計されていることが知られていた。９０″の位置において、 電界整列しＣ通常屈折率はポリマー屈折率に一致し、フィルムをかなり透明にす る。９０＠より小さいか、またはそれより大きい角度での照明は屈折率整合を減 少し、コントラスト比を減少する。

しかしながら、エツジ照明により得られた高いコントラストこの新しい方法によ るＰＤＬＣディスプレイのエツジ照明から結果的に得られる主要な利点は、高い 輝度、良好なコントラスト、ディスプレイへの簡単で高い効率の光のパイピング 、周囲光の集中への適用、ディスプレイへの光の簡単な導入、および低価格で自 動車ディスプレイにおける空間節約特性を含む。１７８インチの厚さのリン蛍光 プラスチックシートの測定された吸収率は、大部分のスペクトルに対して潜在的 に９９．９％を越すことができる。したがって、構造全体の光パワー変換効率は ５０％を越える値を有することができる。

可視ディスプレイパネル６６の変形は第５図に表されており、参照符号６６′で 示されている。パネル６６′の構成部分は本質的にパネル６６と同一である。し かしながら、パネル６６′はさらに導電ＩＴＯフィルム８８ｂにより被覆された 蛍光グイドープポリマーフィルム７２を含む。ＩＴＯフィルム８８ｂと組合わせ られたフィルム７２は任意の不整合境界において屈折率の不連続部を形成し、こ れは周囲およびそこを通って伝播するエツジ結合光をＰＤＬＣモジュール６８を 通して散乱させる。この機構は、上記のＢａｕｒおよびＧ　ｒｅｕｂｅ１両氏に よる参照文献に記載されたものと同じであり、可視ディスプレイ装置の輝度、コ ントラストおよび効率を高める。

第６図を参照すると、本発明を実現する別の可視ディスプレイ装置は全体的に参 照符号８０で示され、エミッタパネル８２およびディスプレイパネル８４を含む 。エミッタパネル８２は第３図を参照して示された一般的な実施例と本質的に同 一であり、ディスプレイパネル８４への光の直線エツジ結合に使用されないエツ ジ上には金属被覆８８を有する蛍光グイドープポリマーフィルムプレートを含む 。

ディスプレイパネル８４は、溝９０の形態で厚さが変化する１面上に形成された パターンを具備したプラスチックシートまたはプレートを含む。ディスプレイパ ネル８４の表面からの光を結合する同じ機能を果たす突出部と溝９ａを置換する ことは本発明の技術的範囲内であるが、溝９０は彫刻またはエツチングによって 容易に形成される。上記で論じられたように、そみ部分に入射させるパネル８４ の表面上の歪みまたは厚さの変化は、歪み部分が形成されているパネル８４の面 から光を反射または散乱させる。可視先出カバターンを構成する溝９０はパネル ８４の１面だけに形成されるように示されているが、同じまたは異なるパターン が反対側の面に形成され、ディスプレイパネルのどちらの面が見られるかに応じ て同じまたは異なる可視ディスプレイを提供することができる。

第７図は、印刷を含むパターン９４がプラスチックディスプレイパネル９２の表 面に形成されている本発明の別の実施例を示す。印刷９４は、インクとパネル９ ２の表面との境界における屈折率の不連続部を生成する白色またはその他の色イ ンクで構成され、印刷９４が設けられた面の反対側の面からパネル９２を通って 伝播する光を反射または散乱させる。その代りとして、印刷９４は光反射または 光散乱インクを含んでもよく、所望ならば第６図の実施例における溝９０の表面 上に形成されてもよい。

第８図は、ディスプレイパターンがパターンの表面からの光を結合するためにプ ラスチックディスプレイパネル９６の表面上に形成された規則的な光回折格子９ ８の形状である本発明の別の実施例を示す。格子９８はフォトリソグラフ、注入 モールド、機械加工その他の適切な製造処理によって形成され、伝播方向および 出力光の波長範囲に一致した周期性を存する。

ざら、格子９８は体積その他の適切なホログラフ配列によって構成されてもよい 。

上記で論じられたように、本発明の素子の１つを構成するエミッタパネルは平坦 な長方形プレートの形態である必要はない。このエミッタパネルは、第９図およ び第１０図の実施例に示されているような注入モールドその他の適切な製造処理 によって任意の所望の形状で形成されることができる。

第９図において、エミッタパネル１００はらせんエツジ放射シートの形状で形成 され、緑色蛍光ランプ１０２がらせん形状の内部に設けられ同軸方向に延在して いる。

第１０図は、隣接した光結合エツジセクション１０４ａおよび１０４ｂが円筒形 の中心から放射状に外側に延在するほぼ円筒形に形成されたエツジ放射シートの 形状のエミッタパネル１０４を示す。全体的な構造は水滴に類似している。蛍光 ランプ１０２はパネル１０４の内側において同軸方向に設けられている。パネル １０４の主円筒部分とエツジセクション１０４ａおよび１０４ｂとの間の接合部 の曲率半径は、最小の伝播損失およびエミッタパネル１０４全体を通る光の内部 全反射を促すために実際にできる限り大きく形成される。第９図および第１０図 の両実施例において、出力光結合に使用されないエミッタパネルのエツジは光遮 断反射または不透明材料により被覆されることが好ましい。

第４図および第５図を参照して説明されたＰＤＬＣ液晶ディスプレイ態様の蛍光 において、ディスプレイは厚いポリマーフレーム中に位置され、ここで光は市販 のポリマーフィルムまたはこの材料のグイドープベレットからモールドされたフ レームを使用してディスプレイの３または４つのエツジにおいて導かれる。ディ スプレイの電界整列された透明な領域は光、すなわち特にガラス／ミツｏ面を通 して伝送されずにガラス表面の前方および後方で導かれた光の進行に影響を与え ない。光路に光散乱媒体がある場合、例えば付勢されないＰＤＬＣフィルムの液 晶気泡がある場合には、光路の方向は変化される。表面における角度が全反射角 度より小さい場合、光は屈折され、第４図に示されるようにガラス面を通って出 て行く。

上記の技術の変形は、ディスプレイセル内において非常に薄い大型の表面領域ポ リマーフィルムを光コレクタおよび内部スペーサフィルムとして使用することで ある。３．６　ミルの薄いフィルムは、１５００Ｐ　Ｓ　Ｉで１５０℃の加圧さ れたシリンダにおいてＬＩＳＡペレットからモールドされる。

蛍光グイドープポリマーフィルムは、スパッタリングによってＩＴＯ被覆され、 第５図に示されているようなＰＤＬＣ製造用の導電基体として使用される。ポリ マーフィルムの表面領域全体にわたって収集された光は、ＰＤＬＣの散乱非付勢 領域において蛍光正面光として再導入され、ここで全反射が破壊される。

上記の方法は全て透過モードおよび反射モードで使用されることができる。反射 ディスプレイに関して、基体の１つは前面反射鏡または任意の別の反射型電極と 置換される。外部トランスフレフタを具備した透過モードのディスプレイは、透 明な昼光ディスプレイおよび反射夜型ディスプレイとして使用されることができ る。

例 ＰＤＬＣ試験セルは、１／２ミルのマイラースペーサとＩＴＯ被覆試験セル中の ノーランド６５モノマーおよびＢＤＨ−Ｅ７液晶との１＝１混合物から製造され ることができる。ＬＣ相分離は、２００ワツトの水銀ランプシステムにおいて５ 分間紫外線にサンプルを露出した後に完成される。０．０１４　Ｘ３゜試験セル の２つのエツジに結合される。電子・光測定は、２タイプのサンプル照明により 光検出器を使用してサンプルに対して垂直に行われる： （１）コーニング社４−６４フイルタを通してバックライトで照明する。

（２）コーニング社４−６４フイルタ＋ＬＩＳＡプラスチツクフイルムの２つの 光ファイバ（ＦＯ）スポット光照明を通してバックライトで照明する。

オン状態の輝度およびコントラスト比での照明強度の結果は以下の表に要約され る。

コントラスト比（ＣＲ）は次のように定められる：ＣＲ＝　（１００Ｔ、ｔｔ　 ）　／　（１００Ｔ−−）表 ＦＯ強度　　　　　％伝送率　　　　　コントラスト比ｍｗ／ｃｊ　　　　　　 ＠７０ボルト　　　　＠７０ボルト光ファイバ照明　　オフ　　オン　　　オフ 　　オン１．９３　　　　　　　８４．８　　９０．８　　　６．５４　　８． ９１２．８９　　　　　　　８４．２　　９３．０　　　　Ｂ、２９　　１０． ４０３．８７　　　　　　　８４．５　　９８．３　　　　Ｂ、３５　　３２． ８８本発明のいくつかの実施例が図示および説明されているが、当業者は本発明 の技術的範囲を逸脱しない多数の変形および別の実施例を認識するであろう。例 えば説明および図示された単一のエミッタパネルは、多色ディスプレイ装置を提 供するためにそれぞれ異なる色の光を放射する複数のエミッタバ請求の範囲の各 請求項の技術的範囲内において限定的に説明されものとは異なって実現されるこ とができるものである。

国際調査報告 ””””０．、、、”””−””　ＰＣＴ／Ｌ＋Ｓ　８９１０５６１Ｂ−２−国 際調査報告 ＵＳ　８９０５６１．８

Claims (49)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面上にディスプレイパターンを形成され、ディスプレイパターンのエッ ジ照明のためにエミッタパネル手段のエッジに光学的に結合される受光エッジを 有するディスプレイパネル手段と、 表面に入射した光を吸収してそのエッジを介して光を放射する蛍光ダイドープエ ミツタパネル手段とを含み、前記エミッタパネル手段とディスプレイパネル手段 のエッジが互いに光学的に結合されている可視ディスプレイ装置。
2. （２）エミッタおよびディスプレイパネル手段はそれぞれ光伝送基体を含む請求 項１記載の可視ディスプレイ装置。
3. （３）エミッタおよびディスプレイパネルの前記基体は実質的に等しい屈折率を 有する請求項２記載の可視ディスプレイパネル装置。
4. （４）さらにエミッタおよびディスプレイパネル手段の前記各エッジを接着する ための光学接着剤を含み、その光学接着剤および前記基体が本質的に同じ屈折率 を有する請求項３記載の可視ディスプレイパネル装置。
5. （５）前記基体は光学的に透明である請求項２記載の可視ディスプレイパネル装 置。
6. （６）蛍光ダイは第１の波長で光を吸収し、第１の波長より長い第２の波長で光 を放射する材料を含む請求項２記載の可視ディスプレイパネル装置。
7. （７）ディスプレイパターンは前記表面上に形成された溝を含む請求項１記載の 可視ディスプレイパネル装置。
8. （８）ディスプレイパターンはさらに溝に施されたインクを含む請求項１記載の 可視ディスプレイパネル装置。
9. （９）ディスプレイパターンはホログラムを含む請求項１記載の可視ディスプレ イパネル装置。
10. （１０）ホログラムは体積ホログラムを含む請求項９記載の可視ディスプレイパ ネル装置。
11. （１１）ディスプレイパターンは光回折格子を含む請求項１記載の可視ディスプ レイパネル装置。
12. （１２）ディスプレイパターンは印刷を含む請求項１記載の可視ディスプレイパ ネル装置。
13. （１３）印刷はインクから成るパターンを含む請求項１２記載の可視ディスプレ イパネル装置。
14. （１４）インクは光反射材料を含む請求項１３記載の可視ディスプレイパネル装 置。
15. （１５）インクはさらに光拡散材料を含む請求項１３記載の可視ディスプレイパ ネル装置。
16. （１６）エミッタパネル手段の前記表面を照明する光源手段を含む請求項１記載 の可視ディスプレイパネル装置。
17. （１７）光源手段は蛍光ランプを含む請求項１６記載の可視ディスプレイパネル 装置。
18. （１８）光源手段は蛍光光放射素子および光放射素子によって放射された光を前 記エミッタパネル手段の方向に反射する反射器を含む請求項１６記載の可視ディ スプレイパネル装置。
19. （１９）エミッタパネル手段はらせん形状に形成された細長いシートを含み、光 源手段はらせん形状の実質的に中心に設けられている請求項１６記載の可視ディ スプレイパネル装置。
20. （２０）エミッタパネル手段は隣接したエッジが放射状に外側に延びるほぼ円筒 形状に形成された蛍光ダイドープシートを含み、光源手段が実質的に円筒形状の 中心に設けられている請求項１６記載の可視ディスプレイパネル装置。
21. （２１）エミッタパネル手段は２つのＵ形状のセクションおよびＵ形状のセクシ ョンにそれぞれ包囲された２つの光源を含み、各Ｕ形状のセクションは光学的に ディスプレイパネル手段に結合される第１のエッジを有する請求項１記載の可視 ディスプレイパネル装置。
22. （２２）各Ｕ形状のセクションは光がそれを通って伝播することを妨げる手段を 備えた第１のエッジと反対側の第２のエッジを有する請求項２１記載の可視ディ スプレイパネル装置。
23. （２３）ディスプレイパネル手段は自動車の中央の高い位置に設けられた停止ラ イトを含む請求項１記載の可視ディスプレイパネル装置。
24. （２４）ディスプレイパネル手段は液晶ディスプレイを含む請求項１記載の可視 ディスプレイパネル装置。
25. （２５）液晶ディスプレイはポリマー分散液晶モジュールである請求項２４記載 の可視ディスプレイパネル装置。
26. （２６）液晶ディスプレイはさらにポリマー分散液晶モジユールの少なくとも１ つの表面上に形成された蛍光ダイ材料を含む請求項２５記載の可視ディスプレイ パネル装置。
27. （２７）表面に入射した光を吸収し、エッジを通して光を放射する蛍光ダイドー プエミッタパネル手段と、自動車ブレーキの動作に応答してエミッタパネル手段 の前記表面上に光を放射する光源手段と、 表面上に停止ライトディスプレイパターンを形成され、ディスプレイパターンの エッジ照明のためにエミッタパネル手段の前記エッジに光学的に結合されるエッ ジを有するディスプレイパネル手段とを含む自動車用の停止ライト装置。
28. （２８）エミッタパネル手段およびディスプレイパネル手段はそれぞれ光伝送基 体を含み、装置はさらにエミッタおよびディスプレイパネルの前記各エッジを接 着する光学接着剤を含み、光学接着剤は本質的に前記基体と同じ屈折率を有する 請求項２７記載の停止ライト装置。
29. （２９）前記屈折率は空気の屈折率より大きく、それによって前記基体内を伝播 する光が外部伝送されるよりも大きい比率で内部反射される請求項２８記載の停 止ライト装置。
30. （３０）蛍光ダイは第１の波長で光を吸収し、第１の波長より長い第２の波長で 光を放射する材料を含む請求項２７記載の停止ライト装置。
31. （３１）ディスプレイパターンは前記表面に形成された溝を含む請求項２７記載 の停止ライト装置。
32. （３２）ディスプレイパターンはさらに溝に施されたインクを含む請求項２７記 載の停止ライト装置。
33. （３３）ディスプレイパターンはホログラムを含む請求項２７記載の停止ライト 装置。
34. （３４）ホログラムは体積ホログラムを含む請求項３３記載の停止ライト装置。
35. （３５）ディスプレイパターンは光回折格子を含む請求項２７記載の停止ライト 装置。
36. （３６）ディスプレイパターンは印刷を含む請求項２７記載の停止ライト装置。
37. （３７）印刷はインクから成るパターンを含む請求項３６記載の停止ライト装置 。
38. （３８）インクは光反射材料を含む請求項３７記載の停止ライト装置。
39. （３９）インクは光拡散材料を含む請求項３７記載の停止ライト装置。
40. （４０）光源手段はエミッタパネル手段における蛍光ダイの最大吸収波長に実質 的に等しい波長で光を放射する蛍光ランプを含む請求項２７記載の停止ライト装 置。
41. （４１）表面に入射した光を吸収し、エッジを通して光を放射する蛍光ダイドー プエミッタパネル手段と、表面上にディスプレイパターンを有し、ディスプレイ パターンのエッジ照明のためにエミッタパネル手段の前記エッジに光学的に結合 されたエッジを有する液晶ディスプレイパネル手段とを含む液晶ディスプレイ装 置。
42. （４２）液晶ディスプレイパネル手段はポリマー分散液晶モジュールを含む請求 項４１記載の液晶ディスプレイ装置。
43. （４３）エミッタパネル手段の前記表面に光を放射するために光源手段を含む請 求項４２記載の液晶ディスプレイ装置。
44. （４４）エミッタパネル手段は、電極手段に与えられる電位に応答して透明状態 と光散乱状態との間で変化できるディスプレイパターンを形成するために液晶材 料およびその間に液晶材料を挟む電極手段を含む請求項４１記載の液晶ディスプ レイ装置。
45. （４５）さらに電極手段の表面上に形成された蛍光ダイ材料を含む請求項４４記 載の液晶ディスプレイ装置。
46. （４６）エミッタパネル手段およびディスプレイパネル手段はそれぞれ光伝送基 体を含み、装置はさらにエミッタおよびディスプレイパネルの前記各エッジを接 着する光学接着剤を含み、光学接着剤は前記基体と本質的に同じ屈折率を有する 請求項４０記載の液晶ディスプレイ装置。
47. （４７）前記屈折率は空気の屈折率より大きく、それによって前記基体の内側を 伝播する光が外側を伝送されるものより大きい比率で内部反射される請求項４１ 記載の液晶ディスプレイ装置。
48. （４８）蛍光ダイは第１の波長で光を吸収し、第１の波長より長い第２の波長で 光を放射する材料を含む請求項４１記載の液晶ディスプレイ装置。
49. （４９）エミッタパネル手段は２つのＵ形状のセクションおよびＵ形状のセクシ ョンにそれぞれ包囲された２つの光源を含み、各Ｕ形状のセクションは光学的に ディスプレイパネル手段に結合される第１のエッジを有する請求項４１記載の液 晶ディスプレイ装置。