EP4476589A1 - Dispositif de rétroéclairage, dispositif de génération d'images, afficheur tête haute et procédé de fabrication associés - Google Patents

Dispositif de rétroéclairage, dispositif de génération d'images, afficheur tête haute et procédé de fabrication associés

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Publication number
EP4476589A1
EP4476589A1 EP23701881.7A EP23701881A EP4476589A1 EP 4476589 A1 EP4476589 A1 EP 4476589A1 EP 23701881 A EP23701881 A EP 23701881A EP 4476589 A1 EP4476589 A1 EP 4476589A1
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EP
European Patent Office
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face
component
light
reflector
reflective polarizer
Prior art date
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Pending
Application number
EP23701881.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Ayoub BEN NACHOUANE
Alexis Kleckner
Arnaud HUSSON
Delphine LE GUYADER
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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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Pending legal-status Critical Current

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    • G02F1/133528—Polarisers
    • G02F1/133536—Reflective polarizers

Definitions

  • Backlighting device image generation device, head-up display and associated manufacturing method
  • the present invention generally relates to the field of displays.
  • a backlighting device used for example in a head-up display for a motor vehicle, as well as an image-generating device, a head-up display and an associated manufacturing method.
  • a so-called “head-up” display forms a virtual image in the field of vision of a motor vehicle driver.
  • the latter can thus view information relating to the operation of the vehicle, relating to a traffic lane facing the vehicle, or others, without having to look away from this traffic lane.
  • the virtual image, comprising the information to be displayed is then visually superimposed on the environment facing the vehicle.
  • a so-called “head-up” display comprises, inside a housing, an image-generating device from which emerges a source light beam and an optical projection system suitable for projecting an image generated by the device for generating images outwards, via the windshield for example, so as to form the virtual image mentioned above.
  • Head-up displays for motor vehicles using a liquid crystal display (LCD, for "Liquid Crystal Display”, in English) in their image generation device are often exposed to two types of thermal stress producing heating of the screen: one of these constraints is linked to the light source of the head-up display, and the other to the concentration of the sun's rays on the screen.
  • LCD liquid crystal display
  • the present invention proposes a backlight device comprising:
  • a light source configured to emit a source beam
  • a reflector configured to reflect at least part of the source beam into a reflected beam
  • a component formed in one piece comprising, on a first face, a polarizer reflective and, on a second face opposite the first face, an optical diffuser, said component being configured to receive and transmit at least part of the reflected beam, characterized in that the first face of the component is placed on the side of the source of light.
  • the positioning of the first face of the component on the side of the light source makes it possible to improve the recycling of light inside the backlight device. Indeed, if a portion of the source beam does not have the polarization transmitted by the reflective polarizer, the latter is reflected by the reflective polarizer and can be reintercepted by the reflector and reflected again in the direction of the component. Thus, the transmission of light by the backlight device is improved.
  • the optical diffuser is etched on a transparent substrate which carries the reflective polarizer.
  • the component may comprise a substrate with a first face carrying the reflective polarizer and a second face opposite the first face and in which the diffuser is formed by etching.
  • the engraving is a laser engraving.
  • the reflective polarizer is laminated to the optical diffuser.
  • the optical diffuser produces a diffusion of light of the Gaussian elliptical type.
  • One of the aspects of the invention also relates to an image generating device comprising a backlighting device as described above, further comprising a liquid crystal screen placed downstream of the reflector on the propagation path of the light, the liquid crystal screen comprising a matrix of liquid crystals interposed between an upstream polarizer and a downstream polarizer, said upstream polarizer being capable of selectively transmitting a component of light having a given upstream polarization.
  • the reflective polarizer is adapted to reflect a light component having a polarization orthogonal to said upstream polarization.
  • the reflector has a main axis parallel to a main direction of the source beam and the component is orthogonal to the main axis of the reflector.
  • the liquid crystal screen is tilted with respect to the main direction of the source beam and the component is positioned parallel to the liquid crystal screen.
  • One of the aspects of the invention also relates to a head-up display comprising an image generation device as described previously and further comprising an optical projection system capable of returning a light beam generated by the generation device images towards a partially transparent slide.
  • one of the aspects of the invention relates to a method for manufacturing a component for a backlight device from a substrate provided with a reflective polarizer on a first face and having a second face opposite the first face, comprising a step of forming an optical diffuser by etching in the second face of the substrate.
  • the optical diffuser formation step is a laser etching step.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the integration of a head-up display according to the invention in a motor vehicle.
  • FIG. 2 represents a first embodiment of a backlighting device according to the invention.
  • FIG. 3 shows a substrate provided with a reflective polarizer before a step of forming an optical diffuser by laser etching.
  • FIG. 4 represents the substrate of FIG. 3 after a step of forming an optical diffuser by laser etching.
  • FIG. 5 schematically represents the arrangement of certain components of an image generation device according to the invention.
  • FIG. 6 represents a second embodiment of a backlighting device according to the invention.
  • FIG 1 there is shown schematically the main elements of a head-up display 1, intended for example to equip a vehicle 2, in particular a motor vehicle.
  • the display 1 of Figure 1 is adapted to project a virtual image 3 in the field of vision of a driver 4 of the vehicle 2, so that the driver 4 can see this virtual image 3 and any information that it contains without having to look away.
  • the display 1 comprises a partially transparent blade 5 placed in the field of vision of the driver 4, an image generating device 6 adapted to generate an image light beam 7 and an optical projection system 8 adapted to return, in the direction of said partially transparent plate 5, the image light beam 7 generated by the image generating device 6 after passing through a transparent window 9.
  • the light beam returned in the direction of the partially transparent plate 5 is partly reflected by the partially transparent plate 5 in the direction of the conductor 4 and thus produces the virtual image 3.
  • the partially transparent blade 5 is here merged with the windshield of the vehicle 2. In other words, it is the windshield of the vehicle 3 which has the function of partially transparent blade 5 for the head-up display 1.
  • the image generating device 6 and the projection optical system 8 are here placed in a housing 22, one opening is closed by the transparent window 9 already mentioned.
  • the image generating device 6 comprises a backlight device 10, a liquid crystal screen 11 covering the backlight device 10, a first heat sink 12 and a second heat sink 13.
  • the backlighting device 10 comprises a light source 14 of the matrix type of light-emitting diodes, a reflector 15 and an optical component 16.
  • the light source 14 is configured to emit a source beam that diverges around a main direction D
  • the reflector 15 receives at least part of the source beam and reflects at least part of it into a reflected beam in the direction of the optical component 16. The reflected beam is collimated here.
  • the optical component 16 receives at least part of the reflected beam and transmits at least part of it in a diffused beam to the liquid crystal screen 11.
  • the diffused beam illuminates the liquid crystal screen 11 so that the screen liquid crystals 11 allows at least part of the diffused beam to pass to form the image light beam 7.
  • the optical component 16 is a dedicated component formed in one piece and comprising on a first face a reflective polarizer 17 and on a second face, opposite the first face, an optical diffuser 18.
  • an optical diffuser 18 By formed of a single holding, it is understood that the optical component 16 consists of a single piece.
  • reflective polarizer is meant a polarizer operating in reflection, that is to say reflecting a determined polarization component Pd and transmitting the orthogonal polarization component.
  • optical diffuser is meant an optical element performing an angular spreading of an incident light.
  • the first face is positioned on the side of the reflector 15, which corresponds to the side of the light source 14. This configuration makes it possible to improve the recycling of light inside the backlight device 10. Indeed, if a portion of the source beam does not have the polarization transmitted by the reflective polarizer, this is reflected by the reflective polarizer 17 and can be reintercepted by the reflector 15, then reflected again in the direction of the optical component 16.
  • One of the advantages of forming the optical component 16 in one piece is to limit the reflections between the reflective polarizer 17 and the optical diffuser 18. The limitation of these reflections makes it possible to improve the contrast perceived directly on the screen. liquid crystal 11.
  • the optical component 16 is obtained by the following process:
  • the reflective polarizer can be made of plastic material, for example PVA-TAC-acrylic, and makes it possible to transmit the light arriving on its surface in a given polarization and to reflect the light arriving in a polarization orthogonal to the given polarization.
  • a diffusing structure can for example be printed on the rear face (that is to say the face not directly receiving the incident light) of a plastic reflective polariser, of the polycarbonate type, by means of laser engraving, for example by laser machining (in English “Femtosecond laser patterning”); the diffusing structure corresponds to a graining distributed on the rear face so as to diffuse the light according to a given diffusion distribution.
  • Figure 3 shows a substrate 25 provided on a first face 23 with a reflective polarizer.
  • the substrate 25 has a transparent layer 24, here in polycarbonate, defining a second face opposite the first face 23. It is proposed here to apply a laser etch to this second face in order to form an optical diffuser.
  • Figure 4 shows the substrate 25 of Figure 3 after application of laser etching to the second face defined by the transparent layer 24.
  • the reflective polarizer 17 is laminated to the optical diffuser 18 using a transparent optical glue.
  • the optical diffuser 18 can be made of injected plastic material, such as polycarbonate.
  • the thickness of the optical diffuser 18 in the optical component 16 can be between 0.2 mm and 1 mm, and preferably equal to 0.5 mm.
  • the optical diffuser 18 can be made of a plastic film, for example polycarbonate.
  • the thickness of the film can be between 0.1 mm and 0.25 mm, and preferably equal to 0.125 mm.
  • the material of the optical diffuser 18 has a detection temperature greater than or equal to 120° C. with a load equal to 1.8 MPa, and greater than or equal to 130° C. with a load equal to 0.45 MPa.
  • the reflective polarizer 17 on the optical diffuser 18 is preferably made of plastic material and is heated to a temperature between 30° C. and 60° C. This procedure makes it possible to reduce the mechanical tensions inside the optical diffuser 18 and to guarantee better adhesion with the reflective polarizer.
  • the thickness of the reflective polarizer 17 in the optical component 16 is less than or equal to 0.15 mm.
  • the thickness of the reflective polarizer 17 in the optical component 16 is equal to 0.075 mm.
  • the reflective polarizer 17 can operate at temperatures greater than or equal to 105°C.
  • the optical diffuser 18 is defined by a diffusion indicator with a maximum intensity in a main direction, and for example, angular widths in certain directions.
  • the type of diffusion produced by the optical diffuser 18 is of the Gaussian elliptical type.
  • the diffusion half-height width in the lengthwise direction of the liquid crystal display 11 is 30 degrees
  • the diffusion half-height width in the width direction of the liquid crystal display liquids 11 is 20 degrees.
  • the liquid crystal screen 11 comprises a matrix of liquid crystals interposed between an upstream polarizer 19 and a downstream polarizer 20, the upstream polarizer 19 being located on the side of the optical component 16.
  • the upstream polarizer 19 is configured to selectively transmit a component of light having an upstream polarization Pa in the matrix of liquid crystals.
  • a suitable activation of certain elements of the matrix of liquid crystals selectively allows the passage of the light received from the upstream polarizer 19 by modifying the polarization of the latter through the elements of the matrix of liquid crystals and transmission or not through the downstream polarizer 20.
  • the determined polarization Pd reflected by the reflective polarizer 17 is adjusted orthogonally to the upstream polarization Pa. In other words, the polarization of the light Pt transmitted by the reflective polarizer 17 is aligned with the direction of polarization transmitted by the upstream polarizer 19 of the liquid crystal screen 11.
  • FIG. 5 schematically illustrates this setting.
  • the diffused beam has a polarization which will be transmitted by the upstream polarizer 19 of the crystal screen. liquids 11 and cross it. In this way, the absorption of the diffused beam in the liquid crystal screen 11 is reduced while its transmission is improved, which limits the heating of the liquid crystal screen 11.
  • the reflector 15 has a constant height in the direction defined by the main direction of emission of the light source 14, thus a main axis parallel to the main direction of emission D of the light source 14.
  • the reflector 15 is made of plastic material with a layer of metallization applied to the interior walls of the reflector 15.
  • the material of the reflector 15 has a detection temperature greater than or equal to 120° C. with a load equal to 1.8 MPa and greater than or equal to 130°C with a load equal to 0.45 MPa. This makes it possible to preserve the mechanical and thermal properties of the reflector over the entire operating range of the image-generating device 6, for example, between -40°C and 105°C.
  • Aluminum or silver can be used for metallization.
  • the reflection coefficient of the reflector 15 is greater than or equal to 60%, preferably greater than or equal to 80%. This parameter reduces light loss by absorption and improves the uniformity of the virtual image 3.
  • the geometry of the reflector 15 can be optimized in order to improve the recycling efficiency of the reflective polarizer 17.
  • the shape of the reflector 15 is tapered, with the narrower part positioned closer to the source. of light 14.
  • the reflector 15 can have walls whose inclination makes it possible to maximize the reflective surface seen from the reflective polarizer 17.
  • the curvature of the walls of the reflector 15 can be optimized to improve the collimation of the source beam .
  • the optical component 16 is orthogonal to the main axis of the reflector.
  • the normal direction of the liquid crystal screen 11 is inclined with respect to the direction of the main axis of the reflector 15.
  • Figure 6 illustrates a second embodiment of the backlight device 6 according to the invention.
  • the normal direction of the liquid crystal screen 11 is inclined with respect to the direction of the main axis of the reflector 15.
  • the normal direction of the optical component 16 is also inclined relative to the direction of the main axis of the reflector 15.
  • the inclination is between 12 degrees and 24 degrees.
  • the inclination is greater than 13 degrees.
  • the optical component 16 is parallel to the liquid crystal screen 11.
  • the geometry of the reflector 15 is then adapted to this configuration so as not to degrade the optical characteristics of the perceived virtual image 3, such as the contrast, the luminance and the uniformity of the virtual image 3.
  • the reflector still has a main axis parallel to the main direction of emission of the light source but is asymmetrical.
  • the edges of the reflector 15 intercept a fictitious surface inclined at an angle of inclination with respect to a plane orthogonal to the main axis of the reflector 15.
  • the fictitious surface is parallel to the liquid crystal screen 11.

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Abstract

L'invention porte sur un dispositif de rétroéclairage (10) comprenant : - une source de lumière (14) configurée pour émettre un faisceau source, - un réflecteur (15) configuré pour réfléchir une partie au moins du faisceau source en un faisceau réfléchi, - un composant (16) formé d'un seul tenant comprenant, sur une première face, un polariseur réflectif (17) et, sur une seconde face opposée à la première face, un diffuseur optique (18), ledit composant (16) étant configuré pour recevoir et transmettre une partie au moins du faisceau réfléchi, caractérisé en ce que la première face du composant (16) est placée du côté de la source de lumière (14). L'invention porte également sur un dispositif de génération d'images, un afficheur tête-haute et un procédé de fabrication pour un composant (16) pour dispositif de rétroéclairage (10). Figure pour l'abrégé : Fig. 2

Description

Description
Titre de l'invention : Dispositif de rétroéclairage, dispositif de génération d'images, afficheur tête haute et procédé de fabrication associés
[0001] La présente invention concerne de manière générale le domaine des afficheurs.
[0002] Elle concerne plus particulièrement un dispositif de rétroéclairage, utilisé par exemple dans un afficheur tête haute pour un véhicule automobile, ainsi qu'un dispositif de génération d'images, un afficheur tête haute et un procédé de fabrication associés.
[0003] Typiquement, un afficheur dit « tête haute » forme une image virtuelle dans le champ de vision d'un conducteur de véhicule automobile. Celui-ci peut ainsi visualiser des informations relatives au fonctionnement du véhicule, relatives à une voie de circulation faisant face au véhicule, ou autres, sans avoir pour cela à détourner son regard de cette voie de circulation. En effet, l'image virtuelle, comportant les informations à afficher, se superpose alors visuellement à l'environnement faisant face au véhicule.
[0004] Généralement, un afficheur dit « tête haute » comporte, à l'intérieur d'un boîtier, un dispositif de génération d'images duquel émerge un faisceau lumineux source et un système optique de projection adapté pour projeter une image générée par le dispositif de génération d'images vers l'extérieur, via le pare-brise par exemple, de manière à former l'image virtuelle précédemment évoquée.
[0005] Les afficheurs tête haute pour véhicule automobile utilisant un écran à cristaux liquides (LCD, pour « Liquid Crystal Display », en langue anglaise) dans leur dispositif de génération d'images sont souvent exposés à deux types de contraintes thermiques produisant un échauffement de l'écran : l'une de ces contraintes est liée à la source de lumière de l'afficheur tête haute, et l'autre à la concentration des rayons solaires sur l'écran.
[0006] La préservation des écrans LCD, composants sensibles nécessite un assemblage des pièces de l'afficheur tête haute adapté pour diminuer cet échauffement.
[0007] Dans ce contexte, la présente invention propose un dispositif de rétroéclairage comprenant :
- une source de lumière configurée pour émettre un faisceau source,
- un réflecteur configuré pour réfléchir une partie au moins du faisceau source en un faisceau réfléchi,
- un composant formé d'un seul tenant comprenant, sur une première face, un polariseur réflectif et, sur une seconde face opposée à la première face, un diffuseur optique, ledit composant étant configuré pour recevoir et transmettre une partie au moins du faisceau réfléchi, caractérisé en ce que la première face du composant est placée du côté de la source de lumière.
[0008] Le positionnement de la première face du composant du côté de la source de lumière permet d'améliorer le recyclage de la lumière à l'intérieur du dispositif de rétroéclairage. En effet, si une portion du faisceau source ne présente pas la polarisation transmise par le polariseur réflectif, celle-ci est réfléchie par le polariseur réflectif et peut être réinterceptée par le réflecteur et réfléchie à nouveau en direction du composant. Ainsi, la transmission de la lumière par le dispositif de rétroéclairage est améliorée.
[0009] En outre, lorsque de la lumière extérieure (par exemple solaire) pénètre dans l'afficheur tête haute jusqu'au composant, celle-ci n'atteint pas directement le polariseur réflectif, ce qui évite l'apparition d'une lumière parasite dans le champ de vision d'un observateur.
[0010] Dans un mode de réalisation, le diffuseur optique est gravé sur un substrat transparent qui porte le polariseur réflectif.
[0011] Comme expliqué ci-après, le composant peut comprendre un substrat avec une première face portant le polariseur réflectif et une seconde face opposée à la première face et dans laquelle est formé le diffuseur par gravure.
[0012] Par exemple, la gravure est une gravure laser.
[0013] Dans un mode de réalisation, le polariseur réflectif est laminé sur le diffuseur optique.
[0014] Par exemple, le diffuseur optique produit une diffusion de la lumière de type elliptique gaussienne.
[0015] Un des aspects de l'invention porte également sur un dispositif de génération d'images comprenant un dispositif de rétroéclairage tel que décrit précédemment, comprenant en outre un écran à cristaux liquides placé en aval du réflecteur sur le trajet de propagation de la lumière, l'écran à cristaux liquides comprenant une matrice de cristaux liquides interposée entre un polariseur amont et un polariseur aval, ledit polariseur amont étant apte à transmettre sélectivement une composante de lumière présentant une polarisation amont donnée. [0016] Dans un mode de réalisation, le polariseur réflectif est adapté pour réfléchir une composante de lumière présentant une polarisation orthogonale à ladite polarisation amont.
[0017] Dans un mode de réalisation, le réflecteur présente un axe principal parallèle à une direction principale du faisceau source et le composant est orthogonal à l'axe principal du réflecteur.
[0018] Dans un mode de réalisation, l'écran à cristaux liquides est incliné par rapport à la direction principale du faisceau source et le composant est positionné parallèlement à l'écran à cristaux liquides.
[0019] Un des aspects de l'invention porte également sur un afficheur tête haute comprenant un dispositif de génération d'images tel que décrit précédemment et comprenant en outre un système optique de projection apte à renvoyer un faisceau lumineux généré par le dispositif de génération d'images en direction d'une lame partiellement transparente.
[0020] Enfin, un des aspects de l'invention porte sur un procédé de fabrication d'un composant pour dispositif de rétroéclairage à partir d'un substrat pourvu d'un polariseur réflectif sur une première face et présentant une seconde face opposée à la première face, comprenant une étape de formation d'un diffuseur optique par gravure dans la seconde face du substrat.
[0021] Par exemple, l'étape de formation du diffuseur optique est une étape de gravure laser.
[0022] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
[0023] De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où :
[0024] [Fig. 1] est une vue schématique montrant l'intégration d'un afficheur tête-haute selon l'invention dans un véhicule automobile.
[0025] [Fig. 2] représente un premier mode de réalisation d'un dispositif de rétroéclairage selon l'invention.
[0026] [Fig. 3] représente un substrat pourvu d'un polariseur réflectif avant une étape de formation d'un diffuseur optique par gravure laser. [0027] [Fig. 4] représente le substrat de la figure 3 après une étape de formation d'un diffuseur optique par gravure laser.
[0028] [Fig. 5] représente schématiquement l'agencement de certains composants d'un dispositif de génération d'images selon l'invention.
[0029] [Fig. 6] représente un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de rétroéclairage selon l'invention.
[0030] Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.
[0031] Sur la figure 1, on a représenté schématiquement les éléments principaux d'un afficheur tête haute 1, destiné par exemple à équiper un véhicule 2, notamment un véhicule automobile.
[0032] L'afficheur 1 de la figure 1 est adapté à projeter une image virtuelle 3 dans le champ de vision d'un conducteur 4 du véhicule 2, de sorte que le conducteur 4 puisse voir cette image virtuelle 3 et les informations éventuelles qu'elle contient sans avoir à détourner le regard.
[0033] A cet effet, l'afficheur 1 comprend une lame partiellement transparente 5 placée dans le champ de vision du conducteur 4, un dispositif de génération d'images 6 adapté à générer un faisceaux lumineux image 7 et un système optique de projection 8 adapté à renvoyer, en direction de ladite lame partiellement transparente 5, le faisceau lumineux image 7 généré par le dispositif de génération d'images 6 après la traversée d'une fenêtre transparente 9. Le faisceau lumineux renvoyé en direction de la lame partiellement transparente 5 est en partie réfléchi par la lame partiellement transparente 5 en direction du conducteur 4 et produit ainsi l'image virtuelle 3.
[0034] La lame partiellement transparente 5 est ici confondue avec le pare-brise du véhicule 2. Autrement dit, c'est le pare-brise du véhicule 3 qui a la fonction de lame partiellement transparente 5 pour l'afficheur tête haute 1.
[0035] Comme visible sur la figure 1, le dispositif de génération d'images 6 et le système optique de projection 8 sont ici placés dans un boîtier 22, dont une ouverture est fermée par la fenêtre transparente 9 déjà mentionnée.
[0036] Un premier mode de réalisation du dispositif de génération d'images 6 selon l'invention est illustré sur la figure 2. Le dispositif de génération d'images 6 comprend un dispositif de rétroéclairage 10, un écran à cristaux liquides 11 recouvrant le dispositif de rétroéclairage 10, un premier dissipateur thermique 12 et un deuxième dissipateur thermique 13. [0037] Le dispositif de rétroéclairage 10 comprend une source de lumière 14 de type matrice de diodes électroluminescentes, un réflecteur 15 et un composant optique 16. La source de lumière 14 est configurée pour émettre un faisceau source divergent autour d'une direction principale D. Le réflecteur 15 reçoit une partie au moins du faisceau source et en réfléchit une partie au moins en un faisceau réfléchi en direction du composant optique 16. Le faisceau réfléchi est ici collimaté. Le composant optique 16 reçoit une partie au moins du faisceau réfléchi et en transmet une partie au moins en un faisceau diffusé vers l'écran à cristaux liquides 11. Le faisceau diffusé vient éclairer l'écran à cristaux liquides 11 afin que l'écran à cristaux liquides 11 laisse passer une partie au moins du faisceau diffusé pour former le faisceau lumineux image 7.
[0038] Le composant optique 16 est un composant dédié formé d'un seul tenant et comprenant sur une première face un polariseur réflectif 17 et sur une seconde face, opposée à la première face, un diffuseur optique 18. Par formé d'un seul tenant, il est entendu que le composant optique 16 consiste en une seule pièce. Par polariseur réflectif, il est entendu un polarisateur fonctionnant en réflexion, c'est-à-dire réfléchissant une composante de polarisation déterminée Pd et transmettant la composante de polarisation orthogonale. Par diffuseur optique, il est entendu un élément optique réalisant un étalement angulaire d'une lumière incidente.
[0039] La première face est positionnée du côté du réflecteur 15, qui correspond au côté de la source de lumière 14. Cette configuration permet d'améliorer le recyclage de la lumière à l'intérieur du dispositif de rétroéclairage 10. En effet, si une portion du faisceau source ne présente pas la polarisation transmise par le polariseur réflectif, celle-ci est réfléchie par le polariseur réflectif 17 et peut être réinterceptée par le réflecteur 15, puis réfléchie à nouveau en direction du composant optique 16.
[0040] Un des avantages de la formation en un seul tenant du composant optique 16 est de limiter les réflexions entre le polariseur réflectif 17 et le diffuseur optique 18. La limitation de ces réflexions permet d'améliorer le contraste perçu directement sur l'écran à cristaux liquides 11.
[0041] Par exemple, le composant optique 16 est obtenu par le procédé suivant :
- préparation d'une pièce intermédiaire comprenant un substrat pourvu d'un polariseur réflectif sur une première face ; le polariseur réflectif peut être en matière plastique, par exemple en PVA-TAC-acrylique, et permet de transmettre la lumière arrivant sur sa surface dans une polarisation donnée et de réfléchir la lumière arrivant dans une polarisation orthogonale à la polarisation donnée.
- gravure de motifs sur la seconde face du substrat (opposée à la première face), par exemple par gravure laser, afin de former le diffuseur optique 18 sur cette face ; une structure diffusante peut par exemple être imprimée sur la face arrière (c'est-à-dire la face ne recevant pas directement la lumière incidente) d'un polariseur réflectif en plastique, de type polycarbonate, au moyen d'une gravure laser, par exemple par usinage laser (en anglais « Femtosecond laser patterning ») ; la structure diffusante correspond à un grainage distribué sur la face arrière de sorte à diffuser la lumière selon une distribution de diffusion donnée.
[0042] La figure 3 représente un substrat 25 pourvu sur une première face 23 d'un polariseur réflectif. Le substrat 25 présente une couche transparente 24, ici en polycarbonate, définissant une seconde face opposée à la première face 23. On propose ici d'appliquer une gravure laser à cette seconde face afin de former un diffuseur optique.
[0043] La figure 4 représente le substrat 25 de la figure 3 après application d'une gravure laser à la seconde face définie par la couche transparente 24. On peut observer le profil structuré de la seconde face suite à la gravure laser. Ce profil structuré confère une fonction supplémentaire de diffusion au substrat pourvu du polariseur réflectif.
[0044] Dans une variante, le polariseur réflectif 17 est laminé sur le diffuseur optique 18 à l'aide d'une colle optique transparente. Dans ce cas, le diffuseur optique 18 peut être fabriqué en matière plastique injectée, telle que du polycarbonate. L'épaisseur du diffuseur optique 18 dans le composant optique 16 peut être comprise entre 0,2 mm et 1 mm, et de préférence égale à 0,5 mm. Alternativement, le diffuseur optique 18 peut être constitué d'un film plastique, par exemple en polycarbonate. L'épaisseur du film peut être comprise entre 0,1 mm et 0,25 mm, et de préférence égale à 0,125 mm. De préférence, le matériau du diffuseur optique 18 présente une température de détection supérieure ou égale à 120°C avec une charge égale à 1,8 MPa, et supérieure ou égale à 130°C avec une charge égale à 0,45MPa.
[0045] Afin de garantir la qualité du laminage du polariseur réflectif 17 sur le diffuseur optique 18, ce dernier est de préférence en matière plastique et est chauffé à une température comprise entre 30°C et 60°C. Cette procédure permet de réduire les tensions mécaniques à l'intérieur du diffuseur optique 18 et de garantir une meilleure adhérence avec le polariseur réflectif. [0046] Par exemple, l'épaisseur du polariseur réflectif 17 dans le composant optique 16 est inférieure ou égale à 0,15 mm. De préférence, l'épaisseur du polariseur réflectif 17 dans le composant optique 16 est égale à 0,075 mm.
[0047] De préférence, le polariseur réflectif 17 peut fonctionner à des températures supérieures ou égales à 105°C.
[0048] Le diffuseur optique 18 est défini par une indicatrice de diffusion avec un maximum d'intensité dans une direction principale, et par exemple, des largeurs angulaires dans certaines directions. Par exemple, le type de diffusion réalisé par le diffuseur optique 18 est de type elliptique gaussien. Par exemple, la largeur à mi-hauteur de diffusion dans la direction de la longueur de l'écran à cristaux liquides 11 est de 30 degrés et la largeur à mi-hauteur de diffusion dans la direction de la largeur de l'écran à cristaux liquides 11 est de 20 degrés.
[0049] L'écran à cristaux liquides 11 comprend une matrice de cristaux liquides interposée entre un polariseur amont 19 et un polariseur aval 20, le polariseur amont 19 étant situé du côté du composant optique 16. Le polariseur amont 19 est configuré pour transmettre sélectivement une composante de lumière présentant une polarisation amont Pa dans la matrice de cristaux liquides. Une activation adaptée de certains éléments de la matrice de cristaux liquides permet sélectivement le passage de la lumière reçue du polariseur amont 19 par modification de la polarisation de celle-ci à travers les éléments de la matrice de cristaux liquides et transmission ou non à travers le polariseur aval 20.
[0050] La polarisation déterminée Pd réfléchie par le polariseur réflectif 17 est réglée orthogonalement à la polarisation amont Pa. Autrement dit, la polarisation de la lumière Pt transmise par le polariseur réflectif 17 est alignée avec la direction de polarisation que transmet le polariseur amont 19 de l'écran à cristaux liquides 11. La figure 5 illustre schématiquement ce réglage.
[0051] Ainsi, en choisissant le diffuseur optique 18 de sorte qu'il perturbe au minimum la polarisation de la lumière qu'il reçoit, le faisceau diffusé présente une polarisation qui va être transmise par le polariseur amont 19 de l'écran à cristaux liquides 11 et traverser ce dernier. De cette manière, l'absorption du faisceau diffusé dans l'écran à cristaux liquides 11 est réduite tandis que sa transmission est améliorée, ce qui limite réchauffement de l'écran à cristaux liquides 11.
[0052] Dans ce premier mode de réalisation, le réflecteur 15 présente une hauteur constante dans la direction définie par la direction principale d'émission de la source de lumière 14, ainsi qu'un axe principal parallèle à la direction principale d'émission D de la source de lumière 14.
[0053] Par exemple, le réflecteur 15 est fabriqué en matière plastique avec une couche de métallisation appliquée sur les parois intérieures du réflecteur 15. De préférence, le matériau du réflecteur 15 présente une température de détection supérieure ou égale à 120°C avec une charge égale à 1,8 MPa et supérieure ou égale à 130°C avec une charge égale à 0,45 MPa. Ceci permet de préserver les propriétés mécaniques et thermiques du réflecteur sur toute la plage de fonctionnement du dispositif de génération d'images 6, par exemple, entre -40°C et 105°C. De l'aluminium ou de l'argent peuvent être utilisés pour la métallisation.
[0054] Par exemple, le coefficient de réflexion du réflecteur 15 est supérieur ou égal à 60%, de préférence supérieur ou égal à 80%. Ce paramètre permet de réduire les pertes de lumière par absorption et améliore l'uniformité de l'image virtuelle 3.
[0055] La géométrie du réflecteur 15 peut être optimisée afin d'améliorer l'efficacité de recyclage du polariseur réflectif 17. De préférence, la forme du réflecteur 15 est effilée, avec la partie la plus étroite positionnée de manière plus proche de la source de lumière 14. Par exemple, le réflecteur 15 peut présenter des parois dont l'inclinaison permet de maximiser la surface réfléchissante vue depuis le polariseur réflectif 17. Aussi, la courbure des parois du réflecteur 15 peut être optimisée pour améliorer la collimation du faisceau source.
[0056] Dans ce premier mode de réalisation, le composant optique 16 est orthogonal à l'axe principal du réflecteur.
[0057] Par ailleurs, la direction normale de l'écran à cristaux liquides 11 est inclinée par rapport à la direction de l'axe principal du réflecteur 15.
[0058] La figure 6 illustre un deuxième mode de réalisation du dispositif de rétroéclairage 6 selon l'invention.
[0059] Comme dans le premier mode de réalisation, la direction normale de l'écran à cristaux liquides 11 est inclinée par rapport à la direction de l'axe principal du réflecteur 15.
[0060] Dans ce deuxième mode de réalisation, la direction normale du composant optique 16 est également inclinée par rapport à la direction de l'axe principal du réflecteur 15. Par exemple, l'inclinaison est comprise entre 12 degrés et 24 degrés. De préférence, l'inclinaison est supérieure à 13 degrés.
[0061] Par exemple, le composant optique 16 est parallèle à l'écran à cristaux liquides 11. [0062] La géométrie du réflecteur 15 est alors adaptée à cette configuration afin de ne pas dégrader les caractéristiques optiques de l'image virtuelle 3 perçue, telles que le contraste, la luminance et l'uniformité de l'image virtuelle 3. Comme illustré sur la figure 6, le réflecteur présente toujours un axe principal parallèle à la direction principale d'émission de la source de lumière mais est asymétrique. Par exemple, les bords du réflecteur 15 interceptent une surface fictive inclinée d'un angle d'inclinaison par rapport à un plan orthogonal à l'axe principal du réflecteur 15. Par exemple, la surface fictive est parallèle à l'écran à cristaux liquides 11.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif de rétroéclairage (10) comprenant :
- une source de lumière (14) configurée pour émettre un faisceau source,
- un réflecteur (15) configuré pour réfléchir une partie au moins du faisceau source en un faisceau réfléchi,
- un composant (16) formé d'un seul tenant comprenant, sur une première face, un polariseur réflectif (17) et, sur une seconde face opposée à la première face, un diffuseur optique (18), ledit composant (16) étant configuré pour recevoir et transmettre une partie au moins du faisceau réfléchi, caractérisé en ce que la première face du composant (16) est placée du côté de la source de lumière (14).
[Revendication 2] Dispositif de rétroéclairage (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant (16) comprend un substrat avec une première face portant le polariseur réflectif (17) et une seconde face opposée à la première face et dans laquelle est formé le diffuseur (18) par gravure.
[Revendication 3] Dispositif de rétroéclairage selon la revendication 2, dans lequel la gravure est une gravure laser.
[Revendication 4] Dispositif de rétroéclairage (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polariseur réflectif (17) est laminé sur le diffuseur optique (18).
[Revendication 5] Dispositif de rétroéclairage (10) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le diffuseur optique (18) produit une diffusion de la lumière de type elliptique gaussienne.
[Revendication 6] Dispositif de génération d'images (6) comprenant un dispositif de rétroéclairage (10) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un écran à cristaux liquides (11) placé en aval du réflecteur (15) sur le trajet de propagation de la lumière, l'écran à cristaux liquides (11) comprenant une matrice de cristaux liquides interposée entre un polariseur amont (19) et un polariseur aval (20), ledit polariseur amont (19) étant apte à transmettre sélectivement une composante de lumière présentant une polarisation amont (Pa) donnée.
[Revendication 7] Dispositif de génération d'images (6) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le polariseur réflectif (17) est adapté pour réfléchir une composante de lumière présentant une polarisation orthogonale (Pr) à ladite polarisation amont (Pa).
[Revendication 8] Dispositif de génération d'images (6) selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le réflecteur (15) présente un axe principal parallèle à une direction principale (D) du faisceau source et en ce que le composant (16) est orthogonal à l'axe principal du réflecteur.
[Revendication 9] Dispositif de génération d'images (6) selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que :
- l'écran à cristaux liquides (11) est incliné par rapport à la direction principale (D) du faisceau source,
- le composant (16) est positionné parallèlement à l'écran à cristaux liquides (11).
[Revendication 10] Afficheur tête haute (1) comprenant un dispositif de génération d'images (6) selon l'une des revendications 6 à 9, comprenant en outre un système optique de projection (8) apte à renvoyer un faisceau lumineux généré par le dispositif de génération d'images en direction d'une lame partiellement transparente (5).
[Revendication 11] Procédé de fabrication d'un composant (16) pour dispositif de rétroéclairage (10) à partir d'un substrat pourvu d'un polariseur réflectif (17) sur une première face et présentant une seconde face opposée à la première face, comprenant une étape de formation d'un diffuseur optique (18) par gravure dans la seconde face du substrat.
[Revendication 12] Procédé de fabrication selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape de formation du diffuseur optique est une étape de gravure laser.
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