JP7493838B2

JP7493838B2 - 表示装置用透明光源システム

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Publication number: JP7493838B2
Application number: JP2022560014A
Authority: JP
Inventors: 鵬武; 玉雷陳; 蕊蕊張; 同李
Original assignee: Maanshan Jingzhi Technology Co Ltd
Current assignee: Maanshan Jingzhi Technology Co Ltd
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2021-04-09
Publication date: 2024-06-03
Anticipated expiration: 2041-04-09
Also published as: CN111338128B; CN111338128A; US20230152507A1; US11899236B2; JP2023520474A; WO2021203771A1

Description

本発明は、表示装置用光源システムに関し、特に表示装置用透明光源システムに関する。

透明光源システムは液晶表示装置に適用される光源システムであり、その原理は、環境光が比較的強い場合、環境光線が透明光源システムを透過して表示装置に入って、その後に人の目で反射され、且つこのときの光線に表示情報を含め、環境光が比較的弱い場合、透明光源自体が光線を発し、該光線が表示装置に入ってから人の目で反射されて、人の目に十分なエネルギーの光線を受信させて表示情報を識別することであり、この技術はエネルギー利用率を効果的に向上させることができ、省エネシーンのニーズを満たす。

特許ＵＳ２０１８００５２２７４Ａ１には薄膜導光膜が開示され、図１に示される。導光膜に微細構造を製作し、光線が微細構造を通過した後にその伝播の全反射条件を破って、その後に他の面から出射し、複数層のこのような構造の導光膜を圧接して薄膜導光膜を構成し、光学的に各層の導光膜が単一の個体である。このような構造は、コストが比較的高く且つプロセスが複雑であるとともに、効率が比較的低い。

特許ＣＮ１０９０３１５１２Ａに開示される導光膜構造は台形構造であり、図２に示される。この導光膜を導光板とボンドラインで一体に接着し、これは導光板の表面に１つの逆台形構造が存在することに相当し、光線は逆台形構造の側面に入射して全反射が発生した後、台形の底面から出光する。このような導光膜構造は、ボンドラインで２層の構造を一体に接着する必要があり、そのボンドラインの平滑性がその出光効果に大きく影響することとなり、このため、コントラストが低下し、輝度が低下するなどの問題を引き起こしてしまう。

特許ＣＮ１０８５１９６３７Ａには導光板に微細構造を製作することが開示され、図３に示される。微細構造の形状は円錐台型であり、光線が微細構造の表面に照射して、表面に屈折して出光する。このような構造に背面光漏れ現象が存在し、その背面に半透明半反射膜を貼り合せることにより、その背面光漏れを抑制することができるが、それと同時に光透過率を低下させることとなり、また、半透明半反射構造がその反対側の微細構造に位置合わせする必要があり、このため、プロセスが複雑で、コストが比較的高い。

本発明が解決しようとする技術的課題は、容易に製作でき、コストが比較的低く、且つ出光効率が高い表示装置用透明光源システムを提供することである。

本発明が上記技術的課題を解決するために用いる技術案は以下のとおりである。表示装置用透明光源システムであって、光源及び導光板を備え、前記導光板は前記光源に対向する入光面、上面、下面、及び前記入光面に対向する側面を備え、前記上面と前記下面が互いに平行であり、前記上面の外には導光用外膜が設けられ、前記上面の上には前記導光板内を伝送する光線を前記上面から射出させることができる第１光学的微細構造が設けられ、前記導光用外膜の内面の上には前記第１光学的微細構造に対向する第２光学的微細構造が設けられ、前記第２光学的微細構造は前記第１光学的微細構造から射出する光線を前記導光用外膜の外面から射出させることができる。

前記導光板と前記導光用外膜との間に導光用内膜が設けられ、前記導光用内膜の下面は前記導光板の上面に貼り合せられ、前記第１光学的微細構造は前記導光用内膜の上面に設けられる。

前記導光用外膜の外面は前記導光用内膜の下面に平行である。

前記第１光学的微細構造は光線伝送方向に沿って並列に設けられる複数の第１ストリップ状独立構造であり、前記第１ストリップ状独立構造の幅寸法が表示装置の最小画素寸法よりも小さく、前記第２光学的微細構造は光線伝送方向に沿って並列に設けられる複数の第２ストリップ状独立構造であり、前記第２ストリップ状独立構造の幅寸法が表示装置の最小画素寸法よりも小さい。

前記第１ストリップ状独立構造と前記第２ストリップ状独立構造が対応して組み合わせて複数の並列したストリップ状独立構造ユニットを構成し、前記ストリップ状独立構造ユニットが前記導光板内を伝送する光線を前記導光用外膜の外面から射出させる。

前記ストリップ状独立構造ユニットは１つの第１ストリップ状独立構造と１つの第２ストリップ状独立構造が対応して組み合わせて構成される。

前記ストリップ状独立構造ユニットは１つの第１ストリップ状独立構造と２つの第２ストリップ状独立構造が対応して組み合わせて構成される。

前記第２ストリップ状独立構造は光線伝送方向に沿って連続的に分布してもよく、前記第１ストリップ状独立構造は光線伝送方向に沿って不連続的に分布してもよい。第１ストリップ状独立構造と第２ストリップ状独立構造はいずれも光線伝送方向に沿って不連続的に分布してもよい。

第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の断面は突起した弧形が弧形に対応するものであってもよい。

第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の断面は突起した弧形が三角形に対応して対向するものであってもよい。

第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の断面は突起した弧形が多角形に対応して対向するものであってもよい。

第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の断面は突起した弧形が台形に対応して対向するものであってもよい。

第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の断面は突起した三角形が三角形に対応して対向するものであってもよい。

第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の断面は突起した三角形が弧形に対応して対向するものであってもよい。

第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の断面は突起した三角形が多角形に対応して対向するものであってもよい。

第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の断面は突起した三角形が台形に対応して対向するものであってもよい。

第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の断面は突起した台形が三角形に対応して対向するものであってもよい。

第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の断面は突起した台形が弧形に対応して対向するものであってもよい。

第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の断面は突起した台形が多角形に対応して対向するものであってもよい。

第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の断面は突起した台形が台形に対応して対向するものであってもよい。

第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の断面は突起した相補する形状で対向するものであってもよい。

前記第１ストリップ状独立構造と前記第２ストリップ状独立構造が光学用接着剤で全体に１つに接着される。

前記導光板の側面に反射面が設けられてもよい。

前記側面の外に補助光源が設けられてもよい。

前記光学的微細構造は光線伝播方向に沿って配列して設けられる離散する二次元構造であってもよく、前記二次元光学的微細構造は均一に分布するものであってもよく、不均一に分布するものであってもよい。前記二次元構造の横断面は四角形、六角形、円形及び円錐形を含むが、それらに限定されない。

上記透明光源システムを用いる表示装置であって、前記導光用外膜の外側に表示装置が設けられる。

前記導光板の下面の外側に反射板が設けられる。

従来技術に比べて、本発明の利点は、出光の単方向性が高く、１つの方向のみから出光することが確保され、光学薄膜が一次成形され、プロセスの難易度が低く、製品の収率が高く、この構造の導光用内膜が導光板と統合することができ、製品が一体化成形を実現でき、プロセスフローがシンプルで、コストが低いことにある。

図１は米国特許ＵＳ２０１８００５２２７４Ａ１に開示される構造模式図である。図２は中国特許ＣＮ１０９０３１５１２Ａに開示される構造模式図である。図３は中国特許ＣＮ１０８５１９６３７Ａに開示される構造模式図である。図４ａは本発明の実施例１の平面構造模式図である。図４ｂは本発明の実施例１の立体構造模式図である。図５ａは本発明の実施例１の例１の構造模式図である。図５ｂは本発明の実施例１の例２の構造模式図である。図５ｃは本発明の実施例１の例３の構造模式図である。図５ｄは本発明の実施例１の例４の構造模式図である。図５ｅは本発明の実施例１の例５の構造模式図である。図５ｆは本発明の実施例１の例６の構造模式図である。図５ｇは本発明の実施例１の例７の構造模式図である。図５ｈは本発明の実施例１の例８の構造模式図である。図５ｉは本発明の実施例１の例９の構造模式図である。図５ｊは本発明の実施例１の例１０の構造模式図である。図５ｋは本発明の実施例１の例１１の構造模式図である。図５ｌは本発明の実施例１の例１２の構造模式図である。図６は本発明の実施例１の導光用内膜が導光用外膜に結合される模式図である。図７は本発明の実施例２の構造模式図である。図８は本発明の実施例３の構造模式図である。図９ａは本発明の実施例４の例１の単方向の反射光線の模式図である。図９ｂは本発明の実施例４の例２の双方向の入射光線の模式図である。図１０ａは本発明の実施例５の例１の構造模式図である。図１０ｂは本発明の実施例５の例２の構造模式図である。図１０ｃは本発明の実施例５の例３の構造模式図である。図１１ａは本発明の透明光源システムを用いる反射型表示装置の最終的な光線観察効果の模式図である。図１１ｂは本発明の透明光源システムを用いる透明型表示装置の最終的な光線観察効果の模式図である。図１１ｃは本発明の透明光源システムを用いる透過型表示装置の最終的な光線観察効果の模式図である。

以下、図面を参照しながら実施例によって本発明を更に詳しく説明する。

図４ａに示すように、表示装置用透明光源システムであって、光源１及び導光板２を備え、導光板２は平行平板であり、光源１に対向する入光面２１、上面２２、下面２３、及び入光面２１に対向する側面２４を備え、上面２２と下面２３は互いに平行であり、側面２４は斜面であってもよく、入光面２１に互いに平行であってもよく、上面２２に導光用内膜４が設けられ、導光用内膜４の下面４１は導光板２の上面２２に貼り合せられ、導光用内膜４の上面４２に第１光学的微細構造４３が設けられ、導光板２内を伝送する光線を導光板２の上面２２から射出させることができ、第１光学的微細構造４３は光線伝送方向に沿って並列に設けられる複数の第１ストリップ状独立構造であり、ＵＶ成形によって導光用内膜４の上面４２に設けられ、第１ストリップ状独立構造４３の幅は表示装置の最小画素寸法よりも小さく、隣接する第１ストリップ状独立構造間の間隔４４１は第１ストリップ状独立構造４３の幅の２倍よりも大きく、導光用内膜４の外側に導光用外膜５が設けられ、導光用外膜５の外面５１は導光用内膜４の下面４１に平行であり、導光用外膜５の内面５２には第１光学的微細構造４３に対向する第２光学的微細構造５３が設けられ、第２光学的微細構造５３は第１光学的微細構造４３から射出した光線を導光用外膜５の外面５１から射出させることができる。第２光学的微細構造５３は光線伝送方向に沿って並列に設けられる複数の第２ストリップ状独立構造であり、ＵＶ成形によって外膜５の内面５２に設けられ、第２ストリップ状独立構造の幅寸法は表示装置の最小画素寸法よりも小さい。

導光用内膜４及び導光用外膜５の材料はポリエチレンテレフタレートであり、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル又はその混合物の透明材料を用いてもよい。

第１光学的微細構造４３及び第２光学的微細構造５３の材料はアクリル樹脂であり、エポキシ樹脂又はシリコンゴムであってもよく、同様にポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル等の材料を用いて一体射出成形加工により製作されてもよい。

導光板２の材料はポリメタクリル酸メチルであってもよく、ポリカーボネート、ガラス等を用いてもよい。

第１ストリップ状独立構造の断面は突起した弧形であり、第２ストリップ状独立構造の断面は突起した弧形である。

図４ａに示すように、本実施例の動作原理は以下のとおりである。

光源１が発する光線は導光板２に入り、フレネル反射法則に従って光線は平行媒質内を伝播する際に空気と接する界面で全反射を形成し、例えば、光線４０１０は１回目（４２）、２回目の界面（２３）により反射された後に導光板２を伝播し続ける（導光用内膜４の屈折率が導光板２と同じであってもよく、導光板２と異なってもよく、光線が媒質内で全反射される条件に影響しない）。光線が伝播中ストリップ状弧形の第１光学的微細構造４３に入る（例えば、光線４０２０、光線４０５０）場合に界面条件が既に全反射条件を満たさないことになり、光線は第１光学的微細構造４３の表面４４から射出して外膜の第２光学的微細構造５３に入り、ストリップ状の第２光学的微細構造５３の輪郭５４は弧形構造であり、その輪郭はその表面に照射した光線の界面における入射角が全反射角以上であることを満たすべきであり、輪郭５４に照射した光線は第２光学的微細構造５３から屈折して外面５１に出光し（例えば、光線４０１１、４０２１及び４０５１）、光線が伝播中第１光学的微細構造４３に入っていない場合、側面２４に照射して導光板２から射出するまで、導光板２を伝播し続けることとなる（例えば、光線４０３０、４０４０）。すべての光線は導光用外膜５の外面５１から出光するだけである。一般的に、第１光学的微細構造４３及び第２光学的微細構造５３は屈折率が導光板よりも高い導光用内膜４及び導光用外膜５にあり、即ち導光板２と第１光学的微細構造４３との間に１層の光学材料があり、導光用内膜４と導光板２が一般的に光学用接着剤で結合される。第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の配列間隔は均一であってもよく、不均一であってもよい。また、導光用外膜５の出光面（外面５１）に光学用接着剤を塗布してもよく、膜全体は液晶タブレットに直接貼り合せられてもよく、それにより光学的界面を更に減少させる。

本発明の第１ストリップ状独立構造と第２ストリップ状独立構造が対応して組み合わせて複数の並列したストリップ状独立構造ユニットを構成し、１つの第１ストリップ状独立構造と１つの第２ストリップ状独立構造が対応して組み合わせて構成されてもよく、１つの第１ストリップ状独立構造と２つの第２ストリップ状独立構造が対応して組み合わせて構成されてもよい。

図４における弧形が弧形に対向するストリップ状独立構造ユニットに加えて、図５の各図に様々なストリップ状独立構造ユニットの例が更に開示される。

例１は図５ａに示される三角形が三角形に対向するものであり、
例２は図５ｂに示される三角形が弧形に対向するものであり、
例３は図５ｃに示される三角形が多角形に対向するものであり、
例４は図５ｄに示される三角形が台形に対向するものであり、
例５は図５ｅに示される台形が三角形に対向するものであり、
例６は図５ｆに示される台形が弧形に対向するものであり、
例７は図５ｇに示される台形が多角形に対向するものであり、
例８は図５ｈに示される台形が台形に対向するものであり、
例９は図５ｉに示される例８の逆方向構造に適合するものであり、
例１０は図５ｊに示される弧形が三角形に対向するものであり、
例１１は図５ｋに示される弧形が多角形に対向するものであり、
例１２は図５ｌに示される弧形が台形に対向するものである。

図６に示すように、第１光学的微細構造４３の表面４４を透過して外膜に入った第２光学的微細構造５３に適合するものは光学用接着剤で導光用内膜４と導光用外膜５を接着してもよく、それにより導光用内膜４と導光用外膜５との光学的界面なしの一体化結合を形成する。

図７に示すように、導光用内膜４上の第１光学的微細構造４３を導光板２に直接成形し、又は比較的厚い導光用内膜基材を用いて直接的に導光板とし、実施例１における導光用内膜４３と導光板２との界面を減少させ、材料を節約するとともに界面損失を減少させる。導光膜を導光板とする場合、必ず光透過性の高い材料を選択しなければならず、そうでなければ媒質内の光路が長すぎると光学的損失が大きすぎることになってしまう。

図８に示すように、実施例１における導光用外膜５上の第２光学的微細構造５３を、図４～図７に示される不連続的に分布するモードではなく、連続的に分布する第２ストリップ状独立構造にしてもよい。

図９ａに示される例１では、実施例１の構造において、導光板２の側面２４に反射面２５を設け、側面２４に照射した光線が反射された後に改めて導光板２に入って伝播し、再び導光用内膜４の第１光学的微細構造４３に入った後、導光用外膜５の第２光学的微細構造５３により出光面５１から屈折され、例えば、光線９０１０、９０２０のプロセスは上記実施例１の説明と同じであるが、方向が逆である。図９ｂに示される例２では、導光板２の側面２４に１つの補助光源を更に設けてもよく、第１ストリップ状独立構造及び第２ストリップ状独立構造の分布が対称的に配列され、光線屈折原理及びプロセスは上記説明と同じである。

図１０に示すように、上記実施例における導光用内膜４上の第１光学的微細構造４３と導光用外膜５上の第２光学的微細構造５３との組み合わせは二次元構造であってもよい。

例１は図１０ａに示される四角体の組み合わせであり、例２は図１０ｂに示される六角体の組み合わせであり、例３は図１０ｃに示される円錐体の組み合わせである。光学的微細構造の分布は均一であってもよく、不均一であってもよい。

上記実施例において、ストリップ状又は二次元の光学的微細構造はホットプレス成形、射出成形又はレーザーエッチングプロセスを用いて製作されてもよく、そのアレイ配列方式は光源側に接近して低密度に配列したり、光源側を離れて高密度に配列したりしてもよく、均一に配列してもよく、材料はアクリル樹脂であり、エポキシ樹脂、ポリカーボネート材料等を用いてもよく、その屈折率が導光板の屈折率に一致し、導光板材料の屈折率よりも小さくてもよい。

本発明は透明光源の適用態様を提供する。

例１
図１１ａに示すように、表示装置６０及び上記透明光源を備え、透明光源は表示装置６０の表示側（上方）に設けられ、透明光源における導光用外膜５の外面５１が表示装置６０に対向して設けられる。表示装置６０は反射型表示装置であり、その内部が液晶層であり、その下面が光反射面である。上記透明光源が発する光線は表示装置６０に入射して表示装置６０に入り、光線が液晶を通過した後に下面で反射された後、透明光源に戻り、この光線が導光板２、導光用内膜４及び導光用外膜５を透過して観察者に見えることになり、光線９３に示される。導光用外膜５の外面５１が平面であるため、この透明光源は全体的に表示装置６０に貼り合せられてもよく、それにより光学的界面の損失を減少させて異なる膜層間の物理的摩擦をなくす。透明光源の出光角度は表示装置６０のニーズに応じて導光用内膜４及び導光用外膜５上の光学的微細構造の輪郭を変えることで設定されてもよい。

例２
図１１ｂに示すように、透明表示装置７０、展示する必要がある物品及び上記透明光源を備え、透明光源は透明表示装置７０の表示側の下方に設けられ、透明光源における導光用外膜５の外面５１が透明表示装置７０に対向して設けられ、展示する必要がある物品は透明光源の下方に設けられる。透明表示装置７０の内部は液晶層であり、上下面は透明表面である。上記透明光源が発する光線は透明表示装置７０に入射して透明表示装置７０に入り、光線が液晶を通過した後、観察者の観察範囲に入り、光線９４に示される。展示する必要がある物品が発する光線、又は展示する必要がある物品により反射された光線は透明光源に照射して、導光用内膜４、導光用外膜５、導光板２及び透明表示装置７０を透過して観察者の観察範囲に入ることになり、光線９５に示される。従って、観察者は透明表示装置７０の情報を見ると同時に、透明表示装置７０及び透明光源により展示する必要がある物品を見ることができる。導光用外膜５の外面５１が平面であるため、この透明光源は全体的に表示装置７０に貼り合せられてもよく、それにより光学的界面の損失を減少させて異なる膜層間の物理的摩擦をなくす。透明光源の出光角度は表示装置７０のニーズに応じて導光用内膜４及び導光用外膜５上の光学的微細構造の輪郭を変えることで設定されてもよい。

例３
図１１ｃに示すように、透過型表示装置８０、反射板８１及び上記透明光源を備え、透明光源は透過型表示装置８０の下方に設けられ、透明光源における導光用外膜５の外面５１が透過型表示装置８０に対向して設けられ、反射板８１は透明光源における導光板２の片側に設けられ、反射板８１と表示装置８０は透明光源をそれらの間に挟む。透過型表示装置８０の内部は液晶層である。上記透明光源が発する光線は透過型表示装置８０に入射し、光線が液晶を通過した後、観察者の観察範囲に入り、光線９６に示される。反射板８１は光学的界面の反射により導光板２の下方から漏れた光線を反射することでモジュールの光学効率を向上させる。導光用外膜５の外面５１が平面であるため、この透明光源は全体的に表示装置８０に貼り合せられてもよく、それにより光学的界面の損失を減少させて異なる膜層間の物理的摩擦をなくす。透明光源の出光角度は表示装置８０のニーズに応じて導光用内膜４及び導光用外膜５上の光学的微細構造の輪郭を変えることで設定されてもよい。

Claims

表示装置用透明光源システムであって、
光源及び導光板を備え、前記導光板は前記光源に対向する入光面、上面、下面、及び前記入光面に対向する側面を備え、前記上面と前記下面が互いに平行である表示装置用透明光源システムにおいて、
前記上面の外には導光用外膜が設けられ、前記上面の上には前記導光板内を伝送する光線を前記上面から射出させることができる第１光学的微細構造が設けられ、前記導光用外膜の内面の上には前記第１光学的微細構造に対向する第２光学的微細構造が設けられ、前記第２光学的微細構造は前記第１光学的微細構造から射出する光線を前記導光用外膜の外面から射出させることができ、
前記第１光学的微細構造は光線伝送方向に沿って並列に設けられる複数の第１ストリップ状独立構造であり、前記第１ストリップ状独立構造の幅寸法が表示装置の最小画素寸法よりも小さく、前記第２光学的微細構造は光線伝送方向に沿って並列に設けられる複数の第２ストリップ状独立構造であり、前記第２ストリップ状独立構造の幅寸法が表示装置の最小画素寸法よりも小さいことを特徴とする表示装置用透明光源システム。
前記導光板と前記導光用外膜との間に導光用内膜が設けられ、前記導光用内膜の下面は前記導光板の上面に貼り合せられ、前記第１光学的微細構造は前記導光用内膜の上面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の表示装置用透明光源システム。
前記導光用外膜の外面は前記導光用内膜の下面に平行であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置用透明光源システム。
前記第１ストリップ状独立構造と前記第２ストリップ状独立構造が対応して組み合わせて複数の並列したストリップ状独立構造ユニットを構成し、前記ストリップ状独立構造ユニットが前記導光板内を伝送する光線を前記導光用外膜の外面から射出させることを特徴とする請求項１に記載の表示装置用透明光源システム。
前記ストリップ状独立構造ユニットは１つの第１ストリップ状独立構造と１つの第２ストリップ状独立構造が対応して組み合わせて構成されることを特徴とする請求項４に記載の表示装置用透明光源システム。
前記ストリップ状独立構造ユニットは１つの第１ストリップ状独立構造と２つの第２ストリップ状独立構造が対応して組み合わせて構成されることを特徴とする請求項４に記載の表示装置用透明光源システム。
前記第１ストリップ状独立構造と前記第２ストリップ状独立構造が光学用接着剤で１つの全体に接着されることを特徴とする請求項４に記載の表示装置用透明光源システム。
前記導光板の側面に反射面が設けられることを特徴とする請求項１に記載の表示装置用透明光源システム。
前記側面の外に補助光源が設けられることを特徴とする請求項１に記載の表示装置用透明光源システム。
前記導光用外膜の外側に表示装置が設けられることを特徴とする請求項１に記載の透明光源システムを用いる表示装置。
前記導光板の下面の外側に反射板が設けられることを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。