JP2003500705A - 光表示器 - Google Patents

光表示器

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JP2003500705A
JP2003500705A JP2001500251A JP2001500251A JP2003500705A JP 2003500705 A JP2003500705 A JP 2003500705A JP 2001500251 A JP2001500251 A JP 2001500251A JP 2001500251 A JP2001500251 A JP 2001500251A JP 2003500705 A JP2003500705 A JP 2003500705A
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ハトヤサロ,レオ
リンコ,カリ
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オイ アイシーエス インテリジェント コントロール システムズ リミテッド
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    • G09F13/04Signs, boards or panels, illuminated from behind the insignia
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    • GPHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、光源(1)によって照明可能な表示要素(2)を含む光表示器に関する。表示要素は、情報を提供する表示器パターンが設けられる、実質的に透明な材料から製造される。表示要素(2)は導波路パネルとして形成され、光ビームは全反射しながら伝播し、表示器パターンとして形成される格子構造体などの回折アウトカップリングシステム(2u)を用いて導波路パネルからアウトカップリングされ、該回折アウトカップリングシステムは、様々な寸法および/または形状の発散する凹部および/または溝が多角形状および/またはバイナリピクセルおよび/またはユニットなどの様々な寸法および/または形状の発散する局部的な格子を構成するように、表示要素(2)において光の作用によって機能可能である表示器パターン(2a)を生成し、格子の占有率、形状、輪郭および/または寸法は回折効率が位置の関数になるように最適化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、光源によって照明可能な表示要素を含む光表示器に関する。表示要
素は実質的に透明な材料から製造され、該材料には情報を提供する表示器パター
ンが設けられる。
【0002】 非常口通路にある照明器および表示パネルなどに、従来の白熱灯または蛍光管
を備えることは既知である。このような例は、フィンランド実用新案公報第15
33号などに示される。引用された解決手段は、照明器カバーが取り付けられる
光パネルを含み、照明器カバー内側に取り付けられる蛍光照明管の光は、光源に
関連して取り付けられるパネル要素の周辺部を経由して出射される。この特定の
解決手段において、照明器カバーには、蛍光照明管を上方から交換するための細
長い、カバー長さの開口が設けられる。しかしながら、このタイプの従来の表示
パネルの欠点は、非常脱出口表示灯は常時オンにされなければならないので、白
熱灯の耐用年数が短いことである。
【0003】 フィンランド特許公報第98768号は表示パネルを開示しており、該表示パ
ネルは、経路、特に建物の非常口経路を常時示し、板状本体と、本体背面に取り
付けられ、本体を通って延びる発光ダイオードとを含み、発光ダイオードは、本
体上部に設けられるフレーム状カバーの下端を通って延びる。引用された解決手
段において、本体を通って延びる発光ダイオードは、表示パネル本体、特に残光
型発光材料(after-luminous material)のパターンが設けられる前面にわたっ
て照明する。さらにカバーの下端を通って延びる発光ダイオードは下方に向けら
れた、白色光源として構成され、該光源は緑色および赤色発光ダイオードを含み
、該発光ダイオードはカバー下端に連続的に配置され、表示パネルの下方にある
出口経路または出口経路用の矢印を照明する。
【0004】 後者の解決手段は、光源が低電力発光ダイオードを含む点で有益であり、常時
オンにすることなく、比較的好ましい総費用で十分確実な誘導動作を提供可能で
ある。しかしながら引用された解決手段で適用されたような、表示パネルの前面
にある残光型発光材料(after-luminous material)のパターンおよびパターン
を照明する一列の発光ダイオードは、現在では旧式の技術である。現在ではこの
特定タイプの対象物の照明は、下方に向けられた一列の発光ダイオードを用いる
ことによって行われるからである。しかしながら引用された解決手段における照
明動作は、下方に光を伝送する発光ダイオードはカバーの下端に取り付けられ、
そこから該発光ダイオードは従来の方法で下方に直接的に照明カバーを取り巻く
空気空間に光を方向付けるという点から好適には用いられない。発光ダイオード
によって生成された光は、たとえば発光ダイオードが汚れている、または煙った
状況下などにおいて容易に分散されるので、引用された解決手段はこのタイプの
表示パネル下方にある方向矢印などが緊急時に確実に照明されるほど十分確実な
ものにすることはできない。
【0005】 本発明の光表示器の目的は、上述の問題点を克服する明白な向上点を提供し、
従来技術の適用可能性を大幅に向上させることである。この目的を達成するため
に本発明の光表示器は主に、表示要素が導波路パネルとして形成され、光ビーム
は全反射しながら伝播し、表示器パターンとして形成される格子構造体などの回
折アウトカップリングシステムを用いて導波路パネルからアウトカップリングさ
れ、該回折アウトカップリングシステムは様々な寸法および/または形状の発散
する凹部および/または溝が、多角形状および/またはバイナリのピクセルおよ
び/またはユニットなどの、様々な寸法および/または形状の発散する局部的な
格子を構成するように、表示要素において光の作用によって機能可能である表示
器パターンを生成し、格子の占有率、形状、輪郭および/または寸法は回折効率
が位置の関数になるように最適化されることを特徴としている。
【0006】 回折構造体とは、光学部品において、回折効果に基づいて光路を調整する面の
全ての精密構造体のことをいう。したがって精密構造体の細部は、光の波長と同
じ、またはより小さいオーダでなければならない。最も良く知られるマイクロプ
リズム構造体は、構造体内のビーム経路の調整を屈折効果に基づいて行うので、
回折構造体ではない。一方、ホログラムは格子ではなく、該格子は3次元の画像
または光を生成しない。局部的な格子とは、ピクセルなどの局部的な格子ユニッ
トのことをいう。さらに格子構造体全体は、非常に多くの様々な格子ユニットに
よって構成されてもよい。
【0007】 本発明の光表示器によって得られる最も重要な利点は、光源として非常に低電
力の発光ダイオードを用いることが可能となるので、動作が簡略、効率的および
確実になることである。一方、本発明で用いられる導波路パネル構造に基づく全
反射によって、光源は、所望ではない反射損失または他の光損失を最小限にする
ことができるので、全ての局面において最適化される。一方、本発明は光表示器
がいわゆるアクティブな方法で機能することが可能である。つまり光源が表示要
素全体、または表示器パターンの予め定められた領域から切断されるとき、該領
域は決して視認できない。なぜなら本発明の基本構想に基づいて、所望の表示器
パターンは、その中を光が導かれる結果としてだけ、視認できるように機能され
るからである。予め定められた時間に必要とされる方向矢印は、状況によって必
要とされるとき機能され、反対方向を向いている矢印は視認できないようにされ
るように、異なる方向を向いている矢印用に同一の表示要素を用いることができ
る。
【0008】 本発明において用いられる原理によって、非常に薄い構造体を製造することが
さらに可能となり、該構造体は、基板などの中に、可撓性または予め成形された
構造体を製造するために、全反射の限界値または閾値角度をパネル要素内におい
て超えないような状況を常時提供することによって、埋め込むことが可能となる
。本発明はさらに、正方形または管状「光表示柱」などの箱形構造体としてのパ
ネル要素を形成することも可能であり、その内側を光は全反射で反射し、予め定
められた所望の表示器パターンなどだけ機能するように、アウトカップリングシ
ステムにおいてだけ出射する。さらに本発明の光表示器を適用可能である他の例
は、同一の表示器パターンがたとえば、様々な表示画像を提供するために様々な
波長で機能可能な部分を担持し、当然ながらこのような適用例は光源などの輝度
/動作電圧を変更することによっても実施可能である。
【0009】 本発明は、添付の図面を参照して、さらに詳細に以下に説明される。 本発明は、光源1によって照明可能な表示要素2を含む光表示器に関する。表
示要素は実質的に透明な材料から製造され、情報を提供する表示器パターンが設
けられる。表示要素2は導波路パネルとして形成され、ビームは全反射しながら
伝播し、格子構造体などの回折アウトカップリングシステム2uによって導波路
パネルからアウトカップリングし、該アウトカップリングシステムは、表示器パ
ターンの形状に適合するように形成され、様々な寸法および/または形状の発散
する凹部および/または溝は、多角形状および/またはバイナリのピクセルおよ
び/またはユニットなどの、様々な寸法および/または形状の発散する局部的な
格子(タイプA/Bなど)を構成するように、表示要素2において光の作用によ
って機能可能である表示器パターン2aを生成し、格子の占有率、形状、輪郭お
よび/または寸法は回折効率が位置の関数になるように最適化される。
【0010】 当然ながら、格子構造体の様々な部分の局部的な格子または格子ユニットの寸
法、形状、占有率および/または輪郭/構造を、長手方向、横方向および/また
は垂直方向に可変であるようにすることも可能である。
【0011】 さらに図1aおよび図1bを参照して、光源1は長手方向sに連続的である単
一(図1a)または複数(図1b)の発光ダイオード1a’を備え、表示要素の
表示器パターンを、表示要素に伝送される光で照明する。表示要素2にインカッ
プリングする光は、図6bに示されるように、表示要素2の境界面R,Rrにあ
る、バイナリビーム分散器、局部的な格子構造体、拡散器などの回折インカップ
リングシステム2sによって、および/または図6aに示されるように、境界面
Rの幾何学的な外形によって配列される。
【0012】 図1cに示される実施形態において、局部的な格子構造体などの、導波路パネ
ルとして機能する表示要素2の回折アウトカップリングシステム2uは、表示要
素2の下面2pに設けられる。当然ながら、このようなシステムを、実際には何
らかの機械的な保護のための保護層または保護被覆が必要ではあるが、表示要素
の上面に設けることも可能である。
【0013】 さらなる好適な実施形態において、表示要素2は薄くて光学的に透明な材料か
ら製造され、該材料は重合体、エラストマ、セラミック材料パネル、シートなど
のたとえば0.1〜4mmの厚みを有し、より好適には、インカップリングシス
テム2sは図6aおよび図6bに示されるように境界面Rrに設けられる。
【0014】 さらなる好適な実施形態において、光表示器2は可撓性または予め成形された
材料から製造され、表示器パターン2aを有する表示要素2は、表示要素2の局
部的な曲率半径をいずれの場所でも十分小さく保持することによって、機能され
、光ビームが表示要素2内を移動するときに、全反射の閾値角度を超えないよう
にする。
【0015】 さらなる好適な実施形態において、機能する表示器パターン2aを構成する回
折アウトカップリングシステム2uは、表示器パターン2が様々な色の(回折)
パターンに動作可能であるように構成される。異なる色に機能可能である表示器
パターン2aの単一または複数の表示画像は、単一または複数の独立して制御可
能な照明部1,1aに、異なる色の光を生成する赤/緑/青/白色の発光ダイオ
ード(1a’)などの照明手段を備えることによって、機能するように実行可能
である。また、光源の輝度、供給電圧など、またはそれらの組合せ要素を変化さ
せることによっても実行可能である。
【0016】 図1bなどに示される実施形態をさらに参照して、表示要素2には反射器、拡
散器などの応答面3を備え、特にアウトカップリングシステム2uの格子構造体
などから透過されるビームを除去する、および/または顕著な光点の形成を防止
する。
【0017】 図7に示されるさらなる好適な実施形態において、光表示器は光表示器柱など
の閉じられた箱形構造体として形成され、該光表示器には表示要素2の前面また
は背面Rtにあるビーム分散器などを用いることによってインカップリングシス
テム2sが設けられ、光源1から出射される光の焦点を合わせ、表示要素2内を
全反射しながら伝播させる。
【0018】 一般的に、全反射に関する理論について記載すべきであり、空気の屈折率n=
1を超える屈折率nを有する導波路パネル2を示す図2aを参照して、境界面へ
の入射角γがsinγ>1/nという条件を満たすとき、点光源から出射するビー
ムは全反射される。これよりも入射角が小さいとき、たとえばα<arcsin(1/
n)であるとき、フレネルによって表されるエネルギ部分は、境界面を透過する
。媒体が空気ではないとき、上述の式における屈折率1を、特定の媒体の屈折率
に置き換える。
【0019】 図1cは、特に、アウトカップリングシステム2uとして機能する少なくとも
局部的に周期的な構造または回折格子が、導波路として機能する表示要素2の下
面に設けられる解決手段を示す。回折格子は、入射角γを有する入射面波を、導
波路パネルの内側および外側の両方に現れる一組の回折次数に分割する。その伝
播方向は格子方程式によって決定され、回折効率(該当する次数になる入射光部
分)は格子輪郭の周期および形状に基づいて決定される。図1cに示される状況
は、導波路をアウトカップリングすると複数の透過されたビームが出現するが、
図示される格子表面2uは複数の別の方向から照明されることを示す。しかしな
がら実際には、導波路は、連続する様々な角度γで表面にぶつかる複数の伝播平
面波を含むので、広角度の範囲にわたって照明されることが示される。正確な電
磁回折理論は、所望の回折効率分布を有する非常に多くの次数を生成する表面輪
郭を形成するためにも用いられる。
【0020】 このようにして、表面輪郭パラメータを適切に選択することによって、図1c
に示される状況に達することも可能であり、反射される次数が多くなり、導波路
2を通して見るとき、格子表面2uが照明される。これは特に格子表面への機械
的破損を回避する方法であるが、当然ながら表示要素2の表面に設けられる特定
のタイプの保護層で保護することも可能である。さらに図1cに示される実施形
態に従えば、いわゆる拡散器3を、導波路パネルとして機能する表示要素2の背
面に設け、回折された放射の角度分布を拡大および均等にする、および間違った
方向に出射されるビームをパネルへ、およびパネルを通過するように方向付けを
し直すことが望ましい。
【0021】 本発明の異なる重要な特徴は、光が全反射によって導波路として機能する表示
要素2内を可能な限り保持されることである。導波路内にインカップリングされ
るべき光は全反射の閾値角度に非常に近い角度内で伝播し、これによって図2b
に示される原理に基づき全反射が発生し、また端面からアウトカップリング格子
2uによって回折する前に多数回、構造体を通って伝播する。アウトカップリン
グ格子を有さない位置において原則的に損失がなく、原則的にインカップリング
された全ての光は、材料内で起こる吸収を除いて所望の照明領域から出射する。
図3をさらに参照して、必要であれば、局部的な曲率半径が全反射の限界または
閾値角度に達しないほどいずれの位置でも小さい限り、導波路パネルを屈曲およ
び/または形成することも可能である。図示されるように、平坦な導波路は全反
射の原理に反することなく90°を含んでもよいことは明白である。
【0022】 図4は、円柱表面で屈曲する回折素子が任意の角度θに伝播するビームの平面
内で動作する様子をさらに示す。全てのビームが全反射しながら伝播することが
所望であるので、光軸近傍で、位置の関数として変化する周期を有するバイナリ
ビーム分散器を用いることが最も好適である。管理可能な数の僅かに発散する伝
播ビームを与える方法も可能である。さらに、光軸から離れて、ビーム分散器に
よって生成された両方のビーム(回折次数+1および−1)を強制的に全反射す
るようにすることは不可能であり、図5に示すように所望の偏差のために用いら
れる構造体において示されるように、所望の偏差のために用いられる局部的に直
線である構造体が好適である。全てのビームは特定の方向に伝播するように半ば
視準され、全てのビームの全反射の条件が満たされる。回折インカップリング表
面で、位置の関数として、局部的な回折周期を変調することと、高い回折効率を
得るための連続的な表面輪郭とが必要となる。要素中央のビーム分散手段は、バ
イナリ構造体などによって形成される。
【0023】 さらに、図7に示される実施形態を参照して、光表示器は閉じられた箱形構造
体などとして形成され、この実施形態においては管状の「光表示柱」として形成
される。導波路2用のインカップリングは、ビーム分散格子2sなどを用いるこ
とによって、および単数または複数の発光ダイオード1a’を管の内側または外
側に設けることによって実施される。このように、様々な柱に取り付けられるべ
きパターンは、非常に簡略かつ効果的な方法で照明される。
【0024】 本発明が、上述に記載され、図示される実施形態に限定されないが、本発明の
基本構想の範囲内でかなり自由に変更することができることは明白である。第一
に、局部的な回折などの回折アウトカップリングシステムの占有率を、回折効率
が格子の輪郭および形状に基づいて決定されるときには、たとえば一様な光のア
ウトカップリングに寄与させ、伝播方向と光の角度とが格子方程式によって決定
されるときには、光のアウトカップリングの角度に寄与させるために用いられ得
る。各状況での最適な占有率は、コンピュータによって正確に算出することがで
きる。回折構造体または格子などの回折アウトカップリングまたはインカップリ
ングは、ピクセル構造体の発散する凹部および溝だけでなくバイナリのピクセル
を用いることによって、構成されることができ、点から無限大まで変更可能であ
る長さを有する明白に認知できるリッジ(上部の角)、下部および凹部/溝が存
在する。このような構造体は、形状および寸法に関して自由に変更してもよい連
続的な輪郭/外形であってもよい。さらに、光源は、独立した照明手段によって
だけでなく、導波路として機能するパネル要素において完全に一体化される解決
手段によっても構成されてもよい。導波路として用いられる表示要素の材料は、
ガラスを含む最も変化する範囲の透明な材料であってもよいことは当然ながら明
白である。本発明の導波路システムは7以上の部分を有する表示パネルなどの製
造を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1aおよび図1bは、本発明の好適な光表示器の動作原理を示し、図1cは
、本発明の光表示器の表示器パターンを原則的にどのように作動させるかをさら
に図示する。
【図2】 図2aおよび図2bは、全反射に関する一定の原理を図示する。
【図3】 全反射に関する一定の原理を図示する。
【図4】 本発明の光表示器と関連するインカップリングシステムの一定の一般原理を図
示する。
【図5】 本発明の光表示器と関連するインカップリングシステムの一定の一般原理を図
示する。
【図6】 図6aおよび図6bは、本発明の光表示器と関連するインカップリングシステ
ムの一定の一般原理を図示する。
【図7】 円柱状導波路の実施形態における本発明の光表示器を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DZ ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM, HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,K G,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT ,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW, MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,S D,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR ,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN,YU, ZA,ZW (72)発明者 リンコ,カリ フィンランド国 ヘルシンキ ヴィロンカ ツ 3 セー 48 Fターム(参考) 2H049 AA03 AA60 AA62 AA66 5C096 AA01 BA01 BA04 BC02 BC15 CA06 CC06 EA02

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源(1)によって照明可能な表示要素(2)を含む光表示器
    であって、前記表示要素(2)は、情報を提供する表示器パターンが設けられる
    実質的に透明な材料から製造される光表示器において、前記表示要素(2)は導
    波路パネルとして形成され、光ビームは全反射しながら伝播し、表示器パターン
    として形成される格子構造体などの回折アウトカップリングシステム(2u)を
    用いて導波路パネルからアウトカップリングされ、該回折アウトカップリングシ
    ステムは、様々な寸法および/または形状の発散する凹部および/または溝が多
    角形状および/またはバイナリのピクセルおよび/またはユニットなどの様々な
    寸法および/または形状の発散する局部的な格子を構成するように、表示要素に
    おいて光の作用によって機能可能である表示器パターン(2a)を生成し、格子
    の占有率、形状、輪郭および/または寸法は回折効率が位置の関数になるように
    最適化されることを特徴とする光表示器。
  2. 【請求項2】 前記光源(1)には、前記表示要素(2)の表示器パターンを
    、表示要素(2)にインカップリングする光を用いて照明する、長手方向(s)
    に連続的である単一または複数の発光ダイオード(1a’)が設けられ、パネル
    要素(2)にインカップリングする光は、前記表示要素(2)の境界面(R)に
    ある、バイナリビーム分散器、局部的な格子構造体、拡散器などの回折インカッ
    プリングシステム(2s)によって、および/または、境界面(R)の幾何学的
    な外形によって影響されることを特徴とする請求項1記載の光表示器。
  3. 【請求項3】 局部的な格子構造体などの、導波路パネルとして機能する前記
    表示要素(2)の回折アウトカップリングシステム(2u)は、表示要素(2)
    の下面(2p)に設けられることを特徴とする請求項1または2記載の光表示器
  4. 【請求項4】 前記表示要素(2)は、薄くて光学的に透明な材料から製造さ
    れ、前記材料は重合体、エラストマ、セラミックパネル、シートなどの0.1〜
    4mmの厚みを有し、インカップリングシステム(2s)は周辺部(Rr)に設
    けられることを特徴とする先行する請求項1〜3のいずれかに記載の光表示器。
  5. 【請求項5】 前記光表示器は、可撓性および/または予め成形された材料か
    ら製造され、前記表示要素(2)の前記表示器パターン(2a)は、表示要素(
    2)をいずれの場所でも十分小さい局部的な曲率半径に保持することによって、
    機能され、光ビームが表示要素(2)内を移動するときに、全反射の閾値角度を
    超えないようにすることを特徴とする先行する請求項1〜4のいずれかに記載の
    光表示器。
  6. 【請求項6】 前記機能する表示器パターン(2a)を構成する前記回折アウ
    トカップリングシステム(2u)は、表示器パターン(2a)が様々な色の(回
    折)パターンに動作可能であるように構成されることを特徴とする先行する請求
    項1〜5のいずれかに記載の光表示器。
  7. 【請求項7】 異なる色に機能可能である前記表示器パターン(2a)の単一
    または複数の表示画像は、単一または複数の独立して制御可能な照明部(1,1
    a)に様々な色の光を生成する赤/緑/青/白色の発光ダイオード(1a’)な
    どの照明手段を設けることによって、および/または、前記光源(1)を輝度、
    供給電圧などに関して変化させることによって、形成されることを特徴とする請
    求項6記載の光表示器。
  8. 【請求項8】 前記表示要素(2)には、特に前記アウトカップリングシステ
    ム(2u)の格子構造体などから透過されるビームを除去する、および/または
    顕著な光点の形成を防止する反射器、拡散器などの応答面(3)が設けられるこ
    とを特徴とする先行する請求項1〜7のいずれかに記載の光表示器。
  9. 【請求項9】 光パネルは閉じられた箱形構造体として形成され、前記インカ
    ップリングシステム(2s)はビーム分散器などによって提供され、表示要素(
    2)の前面または背面(Rt)にあり、前記光源(1)から伝送される光の焦点
    を合わせ、前記表示要素(2)内を全反射しながら伝播することができることを
    特徴とする先行する請求項1〜9のいずれかに記載の光表示器。
JP2001500251A 1999-05-28 2000-05-19 光表示器 Pending JP2003500705A (ja)

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