EP3221738A1 - Système de projection pour afficheur, notamment tête haute, et afficheur associé - Google Patents

Système de projection pour afficheur, notamment tête haute, et afficheur associé

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Publication number
EP3221738A1
EP3221738A1 EP15817942.4A EP15817942A EP3221738A1 EP 3221738 A1 EP3221738 A1 EP 3221738A1 EP 15817942 A EP15817942 A EP 15817942A EP 3221738 A1 EP3221738 A1 EP 3221738A1
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EP
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light
projection system
screen
filter
display
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15817942.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
Michael Irzyk
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Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
Original Assignee
Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
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Filing date
Publication date
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    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses

Definitions

  • the invention relates to projection systems, especially for head-up displays.
  • the invention relates to a projection system and a head-up display for a motor vehicle.
  • This type of head-up display for a motor vehicle requires obtaining an image with a sufficient brightness so that the user, and in particular the driver of the vehicle, can sufficiently see the image, and in any situation, according to the weather conditions and / or time.
  • the backlighting device 14 comprises in particular at least one light source.
  • the light source is composed of at least one and preferably a set of light-emitting diodes 16, here two in number, also called LEDs or LEDs (for Light Emitting Diodes in English, and used in the following description), placed on a support plate.
  • the support plate consists of a printed circuit 18, also called PCB (for Printed Circuit Board in English).
  • the printed circuit used may for example be type F 4 (for Flame Resistant 4 in English) or IMS (for Insulated Metal Substrate in English).
  • these elements forming part of the backlighting device 14 and successively traversed by the light coming from the LEDs 16 in the direction of the screen 12, are:
  • the reflecting means 26, the optical system and the housing 28 make it possible, owing to the reflection of the light on or through their respective surfaces, to modify the characteristics of the recycled light, in particular its polarization and its direction of propagation.
  • the recycled light which is reflected by the reflective means 26 and which propagates towards the screen 12 has a different polarization and an angle of incidence with the recycling filter or filters different, and therefore can cross the one or more recycling filters 24 if these characteristics allow the passage of light through the recycling filter or filters 24. If the light still does not have the characteristics necessary for crossing the recycling filter or filters, the light is recycled again and the cycle described above is repeated.
  • FIG. 2 schematically shows a more detailed view of the backlight device according to one embodiment of the invention.
  • the backlighting device comprises the LEDs 16, a first lens array 38 and for example a second lens array 40.
  • the lighting device comprises two LEDs 16, and each lens array comprises two lenses 38a, 38b, 40a, 40b, each of the lenses being disposed above an LED 16.
  • the light emitted by the LEDs passes through successively the two networks 38, 40 of lenses and allow, as visible in the figure, to collimate the luminous rays 42 by successive recovery of these luminous rays 42 through the lenses of the lens arrays.
  • the reflective means 26 are arranged, in this embodiment, on the face of the lenses 38a, 38b located on the side of the LEDs 16, and on the surface of the support means 44. To maximize the reflection of the light recycled to the screen, the largest possible surface area of the lenses 38a, 38b and lens support means 44 is covered by the reflective means 26. As shown in FIG. 2, the reflecting means 26 cover the entire surface of the first lens array 38 situated on the side of the LEDs 16, with the exception of a hole 46a, 46b on each lens 38a, 38b allowing the light coming from the LED located in front of the lens to cross the lens 38a, 38b. The size of this hole 46a, 46b depends on the distance between the LEDs 16 and the first lens array 38 and the angular aperture of the illumination of the LEDs 16.
  • the projection system 10 described with reference to FIG. 1 forms an image using the TFT-LCD screen 12.

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Abstract

L'invention concerne un système de projection pour afficheur, notamment afficheur tête haute, comprenant un écran(12)à cristaux liquides et un dispositif (14) de rétro-éclairage dudit écran(12). Le système de projection est caractérisé en ce que ledit dispositif (14) de rétro- éclairage comprend au moins une source (16) lumineuse émettant de la lumière en direction de l'écran(12), au moins une lentille (38a, 38b) adaptée pour collimater la lumière provenant de la source (16) lumineuse dans la direction de l'écran (12) à cristaux liquides, et des moyens (26) réfléchissants disposés sur la face de la lentille (38a, 38b) située du côté de la source (16) lumineuse, agencés de sorte à laisser passer la lumière en direction de l'écran (12) et à réfléchir vers l'écran (12) la quasi-totalité de la lumière se propageant en direction de la lentille(38a, 38b).

Description

SYSTÈME DE PROJECTION POUR AFFICHEUR, NOTAMMENT TÊTE HAUTE, ET
AFFICHEUR ASSOCIÉ
1. Domaine technique de l'invention
L'invention concerne les systèmes de projection, notamment pour afficheurs tête haute. En particulier, l'invention concerne un système de projection et un afficheur tête haute destiné à un véhicule automobile.
2. Arrière-plan technologique
Il est connu d'équiper un véhicule automobile avec un système d'affichage, dit tête haute. Un tel système est placé dans le champ de vision du conducteur automobile et affiche une ou plusieurs informations relatives à l'état du véhicule, du trafic ou autre.
Ce type d'afficheur tête haute pour véhicule automobile nécessite l'obtention d'une image avec une luminosité suffisante pour que l'utilisateur, et notamment le conducteur du véhicule, puisse suffisamment voir l'image, et ce en toute situation, selon les conditions météorologiques et/ou l'heure.
Parmi les technologies possibles pour former une telle image grâce à l'afficheur, la plus utilisée dans l'art antérieur est la technologie d'écran à cristaux liquides, notamment d'écran cristaux liquides à transistors en couches minces, dits TFT-LCD (pour Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display en anglais). Ces écrans TFT-LCD nécessitent, pour l'affichage d'une image, un rétro-éclairage effectué par une source lumineuse, généralement par une pluralité de diodes électroluminescentes (DEL ou LED pour Light- Emitting Diode en anglais). En pratique, cet écran TFT-LCD et le rétro-éclairage sont compris dans un ensemble appelé système de projection d'image.
Néanmoins, ces écrans TFT-LCD ont pour inconvénient de réduire de façon importante la puissance lumineuse provenant du rétro-éclairage : avec l'utilisation d'un écran TFT-LCD classique, on estime que le taux de transmission de l'écran est d'environ 5% de la puissance lumineuse du rétro-éclairage. Cette faible valeur est notamment due au premier polariseur présent dans l'écran qui ne laisse passer que la lumière correspondant à une certaine polarisation, alors que les LEDs produisent de la lumière avec plusieurs polarisations : toutes les polarisations ne correspondant pas à celle que laisse passer le polariseur sont alors perdues.
Dès lors, pour l'affichage d'une image par l'afficheur avec une puissance lumineuse suffisante, il faut utiliser un rétro-éclairage d'une puissance lumineuse importante puisque l'image affichée aura une puissance lumineuse de l'ordre de 5% de cette puissance de rétro-éclairage. Cela engendre des consommations importantes d'énergie, ainsi que des pertes importantes sous forme de chaleur, qui de plus peuvent dégrader les composants et nécessitent donc l'utilisation de dissipateur de chaleur volumineux.
3. Objectifs de l'invention
L'invention vise à pallier au moins certains des inconvénients des systèmes de projection et des afficheurs connus.
En particulier, l'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un afficheur qui permet d'afficher une image avec une puissance lumineuse suffisante.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un afficheur et un système de projection qui permettent d'utiliser un rétro-éclairage d'une puissance plus réduite et ainsi de réduire la consommation d'énergie et la dissipation de chaleur.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un afficheur et un système de projection de taille réduite.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système de projection comprenant un nombre limité d'interface optique. 4. Exposé de l'invention
Pour ce faire, l'invention concerne un système de projection pour afficheur, notamment afficheur tête haute, comprenant :
un écran à cristaux liquides,
un dispositif de rétro-éclairage dudit écran,
caractérisé en ce que ledit dispositif de rétro-éclairage comprend :
au moins une source lumineuse émettant de la lumière en direction de l'écran,
au moins une lentille adaptée pour collimater la lumière provenant de la source lumineuse dans la direction de l'écran à cristaux liquides, des moyens réfléchissants disposés sur la face de la lentille située du côté de la source lumineuse, agencés de sorte à laisser passer la lumière en direction de l'écran et à réfléchir vers l'écran la quasi-totalité de la lumière se propageant en direction de la lentille.
Un système de projection selon l'invention permet donc le recyclage de la lumière émise par la source lumineuse du dispositif de rétro-éclairage provenant d'une réflexion d'une partie de la lumière en direction de la source lumineuse, cette réflexion étant provoquée par la traversée par la lumière des différents éléments placés entre la source lumineuse et l'écran, ainsi que par l'écran lui-même. L'ensemble de ces éléments est appelé système optique. Cette partie de la lumière traverse de nouveau le système optique et est alors réfléchie sur les moyens réfléchissants disposés entre la source lumineuse et l'écran afin d'être renvoyée en direction de l'écran. Le système optique et les moyens réfléchissants entraînent une modification des caractéristiques de la partie de la lumière réfléchie qui, en traversant à nouveau le système optique dans la direction de l'écran, va être en partie transmise vers l'écran et en partie à nouveau réfléchie en direction de la plaque de support. La disposition des moyens réfléchissants sur la ou les lentilles permet de ne pas ajouter d'éléments supplémentaires dans le système optique, ce qui permet une réduction des coûts et une limitation du nombre d'éléments du système optique traversés par la lumière réfléchie par les moyens réfléchissants, lesdits éléments étant autant d'interface optique qui peuvent engendrer des réflexions parasites qu'il est important de limiter.
Avantageusement et selon l'invention, les moyens réfléchissants ont un coefficient de réflexion supérieur à 90%, de préférence supérieur à 98%. De préférence, la réflexion obtenue grâce aux moyens réfléchissants est de type spéculaire, c'est-à-dire qu'un rayon incident sur les moyens de réflexion engendre un seul rayon réfléchi après réflexion.
Avantageusement et selon l'invention, la source lumineuse est une diode électroluminescente.
La diode électroluminescente a une taille réduite et permet d'émettre une lumière directive permettant un bon éclairage de l'écran. Avantageusement et selon l'invention, le dispositif comprend une pluralité de sources lumineuses.
Avantageusement et selon l'invention, le dispositif comprend une pluralité de lentilles formant au moins un réseau de lentilles reliées par des moyens de soutien.
Avantageusement et selon l'invention, la pluralité de lentilles et les moyens de soutien sont formés dans le même matériau, par exemple par moulage.
Selon cet aspect de l'invention, la fabrication d'un réseau de lentilles est facilitée et le nombre de pièces du système est réduit.
Avantageusement et selon l'invention, chaque réseau de lentille comprend un nombre de lentilles égal au nombre de source lumineuse du système de projection.
Selon cet aspect de l'invention, la présence d'une multitude de lentilles permet une meilleure efficacité de la collimation de la lumière provenant des sources lumineuses.
Avantageusement, le dispositif comprend une pluralité de réseaux de lentilles permettant une meilleure collimation de la lumière provenant de la source lumineuse. Dans ce cas, les moyens réfléchissants sont disposés seulement sur les lentilles du réseau de lentilles le plus proche de la source lumineuse.
Avantageusement et selon l'invention, des moyens réfléchissants sont également disposés sur les moyens de soutien reliant les lentilles.
Selon cet aspect de l'invention, la surface couverte par les moyens réfléchissants est plus importante et permet de réfléchir la quasi-totalité de la lumière se dirigeant vers les lentilles.
Avantageusement et selon l'invention, les moyens réfléchissants sont un revêtement réfléchissant déposé sur les lentilles.
Avantageusement et selon l'invention, les moyens réfléchissants sont un revêtement métallique. Avantageusement, le revêtement métallique a une surface lisse permettant une réflexion de type spéculaire, et un niveau de réflexion important, qui améliorent les performances du dispositif de rétro-éclairage.
Avantageusement et selon différent modes de réalisation de l'invention, le revêtement est soit collé aux lentilles, par exemple par de la glue, soit par métallisation sous vide lorsque ledit revêtement est métallique.
Avantageusement et selon ce dernier aspect de l'invention, le revêtement métallique est en aluminium.
Selon cet aspect de l'invention, l'aluminium présente une bonne réflectivité et une bonne dissipation thermique. Le revêtement en aluminium peut avantageusement être protégé, notamment de l'humidité extérieure, par un dépôt de dioxyde de silicium (Si02) ou de dioxyde de titane (Ti02). Avantageusement et selon l'invention, le dispositif de rétro-éclairage comprend au moins un filtre de recyclage de la lumière émise par la source lumineuse, situé entre la source lumineuse et l'écran, assurant la transmission d'une partie de la lumière vers l'écran et le retour de la lumière non transmise vers la source lumineuse.
Selon cet aspect de l'invention, le filtre de recyclage permet de renvoyer en direction de la source lumineuse une partie de la lumière. Cette partie de la lumière réfléchie est avantageusement de la lumière dont les caractéristiques ne sont pas conformes aux caractéristiques nécessaires à un retro-éclairage de bonne qualité, notamment parce que cette partie de la lumière aurait été perdue au niveau de l'écran à cristaux liquides. Cette partie de la lumière se réfléchit ensuite sur les moyens réfléchissants en direction de l'écran. Cette réflexion ainsi que la traversée des différents éléments du système optique permettent une modification des caractéristiques de la lumière qui retourne sur le filtre de recyclage.
Avantageusement et selon l'invention, au moins un filtre de recyclage de la lumière est un filtre de polarisation adapté pour laisser passer la lumière arrivant sur le filtre de polarisation avec une polarisation particulière et adapté pour réfléchir la lumière arrivant sur le filtre de polarisation avec une polarisation différente de la polarisation particulière.
Selon cet aspect de l'invention, l'écran à cristaux liquides ne laissant passer que la lumière possédant une polarisation particulière du fait de la présence d'un polariseur dans l'écran, le filtre de polarisation permet de réfléchir la partie de la lumière dont la polarisation est différente de cette polarisation particulière. La lumière habituellement perdue au niveau de l'écran à cristaux liquides est donc réfléchie vers les moyens réfléchissants. Les moyens réfléchissants et le système optique permettent une modification de la polarisation de la lumière réfléchie, et ladite lumière réfléchie en direction de l'écran est de nouveau filtrée par le filtre de polarisation.
Avantageusement et selon l'invention, au moins un filtre de recyclage de la lumière est un filtre prismatique adapté pour laisser passer la lumière arrivant sur le filtre prismatique avec un angle d'incidence inférieur à un angle prédéterminé et dans un plan donné, et adapté pour réfléchir la partie de la lumière restante.
Selon cet aspect de l'invention, le filtre prismatique permet de ne laisser passer que la lumière arrivant sensiblement perpendiculairement au filtre dans un plan donné, afin de permettre de réduire la divergence de la lumière en direction de l'écran à cristaux liquides. La lumière réfléchie par le filtre prismatique est réfléchie à nouveau sur les moyens réfléchissants et revient sur le filtre prismatique, et une partie de cette lumière réfléchie arrivant sur le filtre avec un angle d'incidence inférieur à l'angle prédéterminé passe à travers le filtre et une autre partie est à nouveau réfléchie.
Avantageusement et selon l'invention, le dispositif de rétro-éclairage comprend au moins deux filtres prismatiques, filtrant chacun selon l'incidence de la lumière selon un plan, et disposés de façon à ce que les plans dans lesquels ils filtrent l'incidence soient sensiblement perpendiculaires.
Selon cet aspect de l'invention, l'ajout d'un deuxième filtre filtrant dans un plan donné différent du premier filtre permet le filtrage d'une plus grande partie de la lumière. Avantageusement et selon l'invention, le dispositif de rétro-éclairage comprend un diffuseur adapté pour homogénéiser la lumière provenant de la source lumineuse.
Selon cet aspect de l'invention, l'homogénéisation de la lumière permet une bonne répartition de la lumière sur l'écran à cristaux liquides. Le diffuseur permet en outre de masquer l'intérieur du dispositif de rétro-éclairage.
Avantageusement et selon l'invention, l'écran à cristaux liquides est incliné d'un angle prédéfini par rapport au ou aux filtres de recyclage.
Selon cet aspect de l'invention, l'angle prédéfini permet d'obtenir une image virtuelle verticale dans le cadre de l'utilisation du système de projection dans un affichage tête haute.
Avantageusement et selon l'invention, le dispositif comprend un boîtier entourant l'espace du dispositif compris entre la source lumineuse et l'écran et dont les parois intérieures sont réfléchissantes.
Selon cet aspect de l'invention, le boîtier permet la réflexion de la lumière qui ne se propage pas en ligne droite entre la source lumineuse et l'écran à cristaux liquides, dans un sens ou dans l'autre : le boîtier permet de ne pas perdre cette lumière en faisant en sorte qu'elle se propage uniquement dans l'espace compris entre la source lumineuse et l'écran à cristaux liquides.
Avantageusement et selon l'invention, le système comporte, successivement et dans cet ordre, entre la source lumineuse et l'écran :
le réseau de lentille,
- le diffuseur,
le ou les filtres prismatiques,
le filtre de polarisation.
L'invention concerne également un afficheur, notamment afficheur tête haute, comprenant un système de projection d'image selon l'invention.
L'invention concerne également un système de projection et un afficheur caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci- dessus ou ci-après.
5. Liste des figures
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
la figure 1 est une vue schématique d'une coupe d'un système de projection selon un mode de réalisation de l'invention,
la figure 2 est une vue schématique détaillée d'une coupe d'un système de projection selon un mode de réalisation de l'invention,
la figure 3 est une vue schématique d'un système de projection d'image et d'un afficheur tête haute selon l'invention.
6. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
La figure 1 représente une vue schématique d'une coupe d'un système 10 de projection d'image selon un mode de réalisation de l'invention.
Le système 10 de projection comprend un écran à cristaux liquides, ici un écran 12 à cristaux liquides à transistors en couches minces, et un dispositif 14 de rétroéclairage. L'écran 12 à cristaux liquides à transistors en couches minces est communément appelé écran TFT-LCD (pour Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display en anglais), et permet la formation de l'image par le système 10 de projection.
Le dispositif 14 de rétro-éclairage a pour fonction d'apporter à l'écran 12 la lumière nécessaire à la formation de l'image. Pour ce faire, le dispositif 14 de rétroéclairage comprend notamment au moins une source de lumière. Par exemple, dans ce mode de réalisation, la source de lumière est composée d'au moins une et de préférence un ensemble de diodes électroluminescentes 16, ici au nombre de deux, aussi appelées DELs ou LEDs (pour Light Emitting Diodes en anglais, et utilisé dans la suite de la description), placées sur une plaque de support. Dans ce mode de réalisation, la plaque de support est constituée d'un circuit imprimé 18, aussi appelé PCB (pour Printed Circuit Board en anglais). Le circuit imprimé utilisé peut être par exemple de type F 4 (pour Flame Résistant 4 en anglais) ou bien IMS (pour Insulated Métal Substrate en anglais). L'utilisation d'un circuit IMS permet notamment une meilleure dissipation thermique. Le circuit imprimé 18 permet à la fois le support physique et la connexion électrique (à une alimentation et à d'éventuels autres composants électroniques non représentés) des LEDs 16. Les LEDs 16 sont placées de façon à émettre de la lumière en direction de l'écran 12. L'écran 12 est incliné d'un angle prédéfini, de préférence compris entre 0° et 40° de façon à obtenir une image virtuelle verticale dans le cadre de l'utilisation du système de projection dans un affichage tête haute.
Entre l'écran 12 et les LEDs 16, se trouvent différents éléments de traitement et/ou de filtrage de la lumière afin d'optimiser le rétro-éclairage, appelés dans leur ensemble système optique. Dans le mode de réalisation présenté à la figure 1, ces éléments faisant partie du dispositif 14 de rétro-éclairage et successivement traversés par la lumière provenant des LEDs 16 en direction de l'écran 12, sont :
au moins une lentille, et de préférence, comme utilisé dans ce mode de réalisation, un réseau 20 de lentilles, permettant la collimation de la lumière provenant des LEDs 16 pour limiter les pertes de puissance lumineuse si une partie de lumière n'est pas dirigée vers l'écran 12. Généralement, le réseau 20 de lentilles comprend une lentille par LED 16, chaque lentille étant disposée au dessus de chaque LED 16. Les lentilles du réseau 20 de lentilles sont reliées entre elles par des moyens de soutien.
un diffuseur 22, permettant l'homogénéisation de la lumière, de façon à éclairer l'écran 12 de façon homogène pour permettre la formation d'une image de bonne qualité, c'est-à-dire de luminosité sensiblement uniforme. De plus, le diffuseur 22 permet de masquer l'intérieur du dispositif de rétro-éclairage,
un ou plusieurs filtres de recyclage, regroupés sous la référence 24, par exemple : deux filtres prismatiques croisés, permettant de laisser passer la lumière arrivant sur les filtres prismatiques avec un angle d'incidence inférieur à un angle prédéterminé et dans un plan donné perpendiculaire au plan du filtre prismatique. Un faisceau lumineux arrivant sur un filtre prismatique avec un angle d'incidence supérieur à l'angle prédéterminé et dans un plan différent du plan donné sera d'autant plus réfléchi que ledit plan d'incidence du faisceau est différent du plan donné. Ainsi, l'utilisation des deux filtres prismatiques croisés, notamment filtrants selon des plans sensiblement perpendiculaires, permet de filtrer la majeure partie des faisceaux lumineux, de telle façon que les faisceaux lumineux arrivant sur le filtre en dehors d'un cône d'incidence d'angle égal à l'angle prédéterminé seront réfléchis. Les filtres prismatiques sont ici des films en matériau polymère composés d'une multitude de microprismes alignés dans le plan du filtre prismatique selon des droites perpendiculaires au plan donné. Ce type de film est par exemple commercialisé par la société 3M sous le nom de BEF (pour Brightness Enhancement Film en anglais).
un filtre de polarisation, permettant de laisser passer la lumière arrivant sur le filtre de polarisation avec une polarisation particulière et adapté pour réfléchir la lumière arrivant sur le filtre de polarisation avec une polarisation différente. La lumière émise par les LEDs 16 étant une lumière non-polarisée, seule la partie de cette lumière ayant une polarisation colinéaire à cette polarisation particulière traverse le filtre de polarisation, le reste de la lumière étant réfléchi. Le filtre de polarisation est ici un film en matériau polymère. Ce type de filtre est commercialisé par exemple par la société 3M sous le nom de DBEF (pour Dual Brightness Enhancement Film en anglais).
Les différents filtres 24 de recyclage permettent donc par exemple de réfléchir de la lumière qui aurait été filtrée au niveau de l'écran 12 lui-même du fait de ses composants internes, notamment des polariseurs rectilignes, par réflexion de la lumière ne présentant pas une polarisation particulière, ou bien de réfléchir de la lumière qui se propageait dans un cône d'éclairage trop large. Cette partie de la lumière réfléchie par le ou les filtres de recyclage en direction du circuit imprimé est appelée par la suite lumière recyclée.
Afin de ne pas perdre cette lumière recyclée, le système 10 de projection comprend des moyens 26 réfléchissants, ici disposés sur la face du réseau de lentilles située du côté de la source lumineuse, et agencés de sorte à laisser passer la lumière en direction de l'écran et à réfléchir vers l'écran la quasi-totalité de la lumière recyclée, qui se propage alors de nouveau vers l'écran 12. Les moyens 26 réfléchissants sont ici représentés par une ligne pointillée du contour du réseau de lentilles et seront détaillés en référence à la figure 2.
Afin que la lumière se propageant du réseau 20 de lentilles à l'écran 12 ou de l'écran 12 au réseau 20 de lentilles reste dans le dispositif 14 de rétro-éclairage, l'espace contenu dans celui-ci, entre le circuit imprimé 18 et l'écran 12, est entouré par un boîtier 28, généralement appelé boite à lumière notamment dans le domaine automobile. Pour éviter les pertes de puissances lumineuses dans le boîtier 28 par absorption de lumière, celui-ci est réalisé dans un matériau réfléchissant tel que le polycarbonate (abrégé PC). Pour une réflexion optimale de la lumière, le boîtier 28 doit présenter une surface polie très plane.
Les moyens 26 réfléchissants, le système optique et le boîtier 28 permettent, du fait de la réflexion de la lumière sur ou à travers leurs surfaces respectives, de modifier les caractéristiques de la lumière recyclée, notamment sa polarisation et sa direction de propagation. Ainsi, la lumière recyclée qui est réfléchie par les moyens 26 réfléchissants et qui se propage en direction de l'écran 12 a une polarisation différente et un angle d'incidence avec le ou les filtres de recyclages différent, et donc peut traverser le ou les filtres 24 de recyclage si ces caractéristiques permettent le passage de la lumière à travers le ou les filtres 24 de recyclage. Si la lumière ne présente toujours pas les caractéristiques nécessaires à la traversée du ou des filtres de recyclage, la lumière est à nouveau recyclée et le cycle décrit précédemment se répète.
Ce cycle est représenté sur la figure 1 par des flèches 30, 31, 32, 34, 36, 37. Les LEDs 16 émettent de la lumière non polarisée. Deux flèches 30, 31 représentent deux parties de cette lumière polarisée, de polarisations respectives PI et P2. Le filtre de polarisation laisse passer la partie de la lumière dont la polarisation est égale à Pl. La partie de la lumière de polarisation PI traverse donc le filtre de polarisation et se dirige vers l'écran 12 selon la direction représentée par la flèche 32, et la partie de la lumière de polarisation P2 est recyclée, c'est-à-dire réfléchie vers le circuit imprimé 18, comme représenté par la flèche 34. Cette partie de la lumière 34 recyclée est réfléchie sur les moyens 26 réfléchissants en direction de l'écran 12, et une partie de cette lumière réfléchie a une polarisation modifiée désormais égale à PI, représentée par la flèche 36. Cette partie de la lumière 36 réfléchie de polarisation PI traverse donc le filtre de polarisation après le recyclage et la réflexion, comme représenté sur la flèche 37. Le même phénomène se produit de façon analogue en fonction de l'angle d'incidence de la lumière, grâce aux filtres prismatiques.
La figure 2 représente schématiquement une vue plus détaillée du dispositif de rétro-éclairage selon un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de rétro- éclairage comprend les LEDs 16, un premier réseau 38 de lentilles et par exemple un deuxième réseau 40 de lentilles. Dans cet exemple, le dispositif d'éclairage comprend deux LEDs 16, et chaque réseau de lentilles comprend deux lentilles 38a, 38b, 40a, 40b, chacune des lentilles étant disposée au dessus d'une LED 16. La lumière émise par les LEDs traverse successivement les deux réseaux 38, 40 de lentilles et permettent, comme visible sur la figure, de collimater les rayons 42 lumineux par redressement successif de ces rayons 42 lumineux en traversant les lentilles des réseaux de lentilles.
Les LEDs 16 sont disposées sur le circuit imprimé 18, et le premier réseau 38 de lentilles est disposé à une distance comprise de préférence entre 0,1mm et quelques millimètres du circuit imprimé 18. Par exemple, le premier réseau 38 de lentilles est disposé à environ un millimètre du circuit imprimé 18 de façon à faire un compromis entre l'amélioration de la dissipation thermique de la chaleur produite par les LEDs 16 lors de l'émission de lumière, et la performance optique des lentilles 38a, 38b du premier réseau 38 de lentilles.
Les lentilles 38a, 38b du premier réseau 38 de lentilles sont reliées par des moyens 44 de soutien des lentilles, qui permettent en outre de tenir en place les lentilles dans le dispositif de rétro-éclairage, en étant par exemple liés au boîtier 28 décrit en référence à la figure 1. Ces moyens 44 de soutien peuvent par exemple être du même matériau que les lentilles et fabriqués en même temps que celles-ci lors d'un moulage du réseau de lentille. Les moyens 44 de soutien peuvent être aussi fabriqués séparément et/ou dans une matière différente et accueillir les lentilles du réseau de lentilles par montage. De façon alternative, les lentilles du réseau de lentilles sont de taille suffisamment importante pour qu'elles soient en contact sans laisser d'espace entre elles. Les moyens de soutien des lentilles sont alors réduits à la surface de contact entre les lentilles et au maintien en place des lentilles dans le dispositif de rétroéclairage. Le deuxième réseau 40 de lentilles est un exemple d'un tel réseau où les lentilles sont en contact.
Les moyens 26 réfléchissants sont disposés, dans ce mode de réalisation, sur la face des lentilles 38a, 38b située du côté des LEDs 16, ainsi que sur la surface des moyens 44 de soutien. Pour maximiser la réflexion de la lumière recyclée vers l'écran, la surface la plus importante possible des lentilles 38a, 38b et des moyens 44 de soutien des lentilles est couverte par les moyens 26 réfléchissants. Comme représenté figure 2, les moyens 26 réfléchissants recouvrent toute la surface du premier réseau 38 de lentilles située du côté des LEDs 16, à l'exception d'un trou 46a, 46b sur chaque lentille 38a, 38b permettant à la lumière provenant de la LED située en face de la lentille de traverser la lentille 38a, 38b. La taille de ce trou 46a, 46b dépend de la distance entre les LEDs 16 et le premier réseau 38 de lentille et de l'ouverture angulaire de l'éclairage des LEDs 16. Par exemple, le trou 46a, 46b peut avoir un diamètre d'environ deux millimètres lorsque la distance entre le circuit imprimé 18 et le premier réseau 38 de lentille est d'environ un millimètre. La lumière 34 recyclée incidente sur les moyens 26 réfléchissants est donc réfléchie pour former la lumière 36 réfléchie, dirigée vers l'écran.
Les moyens réfléchissants sont disposés par exemple par collage sur le réseau de lentille. Alternativement, si les moyens réfléchissants sont composés d'un revêtement métallique, ce revêtement métallique est par exemple disposé sur le réseau de lentille par métallisation, par exemple sous vide. Le métal utilisé pour le revêtement métallique est par exemple de l'aluminium, qui permet une bonne réflexion de la lumière recyclée et qui permet une bonne dissipation thermique.
Selon d'autres modes de réalisation de l'invention, les moyens 44 de soutien peuvent être réalisés dans un matériau opaque différent des lentilles. Dans ce cas, pour permettre la réflexion de la lumière recyclée, des moyens 26b réfléchissants sont disposés sur la surface des moyens 44 de soutien du côté de l'écran, comme représenté sur la figure 2.
Comme illustré à la figure 3, l'invention concerne aussi un afficheur tête haute comprenant un système 10 de projection d'image selon l'invention.
Le système 10 de projection décrit en référence à la figure 1 forme une image à l'aide de l'écran TFT-LCD 12.
En aval de l'écran 12 selon le sens de déplacement du faisceau lumineux, ledit afficheur comprend au moins une lame semi-réfléchissante 126 et un dispositif de réflexion 125 interposé sur le trajet de l'image entre l'écran 12 et la lame semi- réfléchissante 126, le dispositif de réflexion 125 comprenant un ou plusieurs miroirs plans ou concaves, comme représenté sur la figure 3. Sur cette figure, le trajet de l'image est symbolisé par trois flèches 30 en pointillés qui se réfléchissent sur le dispositif de réflexion 125 avant de s'afficher à travers la lame semi-réfléchissante 126. Cette dernière permet, par transparence, un affichage de l'image au-delà de la lame semi-réfléchissante et éventuellement un grossissement de ladite image, notamment au-delà du pare-brise du véhicule équipé, au niveau d'un écran virtuel 130, obtenu à l'aide de la lame semi-réfléchissante 126.
Cette lame 126 présente un pouvoir de réflexion au moins égal à 20%, ce qui permet à l'utilisateur de voir au travers de la lame la route empruntée par le véhicule, tout en bénéficiant d'un contraste élevé permettant de voir l'image affichée. De manière alternative, l'affichage de l'image peut avoir lieu au niveau du pare-brise du véhicule équipé dudit afficheur.
L'invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation décrits. En particulier, le nombre de LEDs 16 peut varier en fonction de la surface de l'écran à éclairer, de la puissance lumineuse de chaque LED, etc.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de projection pour afficheur, notamment afficheur tête haute, comprenant :
- un écran (12) à cristaux liquides,
un dispositif (14) de rétro-éclairage dudit écran (12),
caractérisé en ce que ledit dispositif (14) de rétro-éclairage comprend :
au moins une source (16) lumineuse émettant de la lumière en direction de l'écran (12),
- au moins une lentille (38a, 38b) adaptée pour collimater la lumière provenant de la source (16) lumineuse dans la direction de l'écran (12) à cristaux liquides,
des moyens (26) réfléchissants disposés sur la face de la lentille (38a, 38b) située du côté de la source (16) lumineuse, agencés de sorte à laisser passer la lumière en direction de l'écran (12) et à réfléchir vers l'écran (12) la quasi-totalité de la lumière se propageant en direction de la lentille (38a, 38b).
2. Système de projection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réflexion obtenue grâce aux moyens réfléchissants est de type spéculaire.
3. Système de projection selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la source (16) lumineuse est une diode électroluminescente.
4. Système de projection selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif (14) comprend une pluralité de sources (16) lumineuses.
5. Système de projection selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif (14) comprend une pluralité de lentilles (38a, 38b) formant au moins un réseau (38) de lentilles reliées par des moyens (44) de soutien.
6. Système de projection selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pluralité de lentilles (38a, 38b) et les moyens (44) de soutien sont formés dans le même matériau, notamment par moulage.
7. Système de projection selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que des moyens (26, 26b) réfléchissants sont également disposés sur les moyens (44) de soutien reliant les lentilles (38a, 38b).
8. Système de projection selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que chaque réseau (38, 40) de lentille comprend un nombre de lentilles égal au nombre de source (16) lumineuse du dispositif (14) de rétro-éclairage.
9. Système de projection selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens (26) réfléchissants sont un revêtement réfléchissant déposé sur les lentilles.
10. Système de projection selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens (26) réfléchissants sont un revêtement métallique.
11. Système de projection selon la revendication 10, caractérisé en ce que le revêtement métallique est en aluminium.
12. Système de projection selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif (14) de rétro-éclairage comprend au moins un filtre (24) de recyclage de la lumière émise par la source (16) lumineuse, situé entre la source (16) lumineuse et l'écran (12), assurant la transmission d'une partie de la lumière vers l'écran (12) et le retour de la lumière non transmise vers la source (16) lumineuse.
13. Système de projection selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'au moins un filtre (24) de recyclage de la lumière est un filtre de polarisation adapté pour laisser passer la lumière arrivant sur le filtre de polarisation avec une polarisation particulière et adapté pour réfléchir la lumière arrivant sur le filtre de polarisation avec une polarisation différente de la polarisation particulière.
14. Système de projection selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce qu'au moins un filtre (24) de recyclage de la lumière est un filtre prismatique adapté pour laisser passer la lumière arrivant sur le filtre prismatique avec un angle d'incidence inférieur à un angle prédéterminé et dans un plan donné, et adapté pour réfléchir la partie de la lumière restante.
15. Système de projection selon la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif (14) de rétro-éclairage comprend au moins deux filtres prismatiques, filtrant chacun selon l'incidence de la lumière selon un plan, et disposés de façon à ce que les plans dans lesquels ils filtrent l'incidence soient sensiblement perpendiculaires.
16. Système de projection selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le dispositif (14) de rétro-éclairage comprend un diffuseur (22) adapté pour homogénéiser la lumière provenant de la source (16) lumineuse.
17. Système de projection selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que l'écran (12) à cristaux liquides est incliné d'un angle prédéfini par rapport au ou aux filtres (24) de recyclage.
18. Système de projection selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le dispositif comprend un boîtier entourant l'espace du dispositif compris entre la source lumineuse et l'écran et dont les parois intérieures sont réfléchissantes.
19. Système de projection selon les revendications 5, 13, 14 et 16, caractérisé en ce qu'il comporte, successivement et dans cet ordre, entre les sources (16) lumineuses et l'écran (12) :
- le ou les réseaux (38, 40) de lentille,
le diffuseur (22), le ou les filtres prismatiques,
le filtre de polarisation.
20. Afficheur, notamment afficheur tête haute, caractérisé en ce qu'il comprend un système (10) de projection d'image selon l'une des revendications 1 à 19.
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