JP2004505290A - 黒色鋸歯状光学パネル - Google Patents

Abstract

光学パネル（１０）は、透明な鋸歯状の（セレーション群が設けられた）第１の側面（２２）と、反対側の第２の側面（２４）と、光透過を断続的に阻止又は吸収するように前記鋸歯状の第１の側面（２２）上に設けられた黒色材料（２８）と、を有する。画像光（１６）は、各前記セレーション（２６）においてパネル（１０）を通して透過させることができ、それと共に黒色材料（２８）によってコントラストが提供される。

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、一般には、光学ディスプレイ（表示）パネルに関し、特に、ディスプレイ画面（スクリーン）を通して画像（イメージ）光を指向させるための要素を有する光学ディスプレイパネルに関するものである。より詳細には、本発明は、ディスプレイ画面を通して画像光を指向させるための要素であって、ディスプレイ画面を見たときの画像のコントラストを増強することのできる要素を有する薄型光学ディスプレイパネルに関するものである。
【０００２】
光学ディスプレイ画面は、テレビジョン、コンピュータ、及び工業的及び科学的設備などの多くの一般的な用途において見られる。一般的なディスプレイ画面は、比較的長く又大きな外装を必要とする陰極線管（ＣＲＴ）を用いて画像を形成する。
【０００３】
ＣＲＴに取って代わり、画面の外装及び総重量を最小化するために、種々の形態の薄型ディスプレイ画面が継続的に開発されている。一般的な薄型パネルは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を、それを通して光を空間的に変調し、２次元ビデオ画像を形成ために用いる。
【０００４】
画像品位は、例えば、解像度、輝度、コントラスト、及び視角に基づくものであり、そして、その特徴は特定のディスプレイ画面の構成に応じて性能上変化する。
【０００５】
例えば、リアプロジェクション（透過投影）の、大型画面テレビジョン（ＴＶ）ディスプレイは、レンズ状の画面の使用のためもあって、一般的なＣＲＴディスプレイの輝度、コントラスト、解像度、及び広い視角のレベルを達成できない。
【０００６】
同様に、一般的なＬＣＤディスプレイは、典型的なＣＲＴディスプレイの性能にも匹敵し得ない。
【０００７】
別のタイプの薄型パネルディスプレイは、それを通して狭い入口面と広い出口画面との間で画像光が内部反射される、薄型楔形状に互いにラミネート（積層）された薄い光導波路群を有する。米国特許第５，３８１，５０２号は、薄型パネルディスプレイの性能を改善するために開発されたこの技術に基づく典型的な光学パネルを記載している。
【０００８】
上記全てのタイプのディスプレイ画面は、本質的にコントラスト性能が制限される。ディスプレイ画面におけるコントラストは、未照明の画面自体の見た目の黒さ（ブラックネス）に基づくものである。白黒及びカラー画像の両方について、画像は個々の描画（ピクチャー）要素、即ち、ピクセル（画素）における光量を変化させることによって生成され、それと共に画像光が発生されない時に画像の黒さが提供される。
【０００９】
上記種々の画面は、それ自体完全に黒色ではあり得ない。なぜならば、それを通して如何なる画像光をも投影し得なくなるからである。従って、典型的なＣＲＴ画面は、それ自体ほぼ黒色であり、又それを通して画像光が投影される開口群を有するアパーチャマスクを有する。これにより、そのような画面から知覚される画像は、画像光によって照明されていない領域において黒色に見える。
【００１０】
ＬＣＤディスプレイは、ビデオ画像を形成するために、単純光（ｐｌａｉｎ ｌｉｇｈｔ）を不透明又は半透明の対応するピクセルにて変調する。そのため、黒色ではあり得ない。従って、そこからくるコントラストは制限される。
【００１１】
又、光導波路ディスプレイは、光画像を導くための透明な導波路群を必要とし、コントラストは、米国特許第５，６２５，７３６号に記載されるように、コントラストを増強するために各導波路間に黒色クラッドを設けることによって創出することができる。
【００１２】
これら典型的な薄型パネルディスプレイ画面における本質的なコントラストの制限の観点から、高コントラストの薄型パネルディスプレイを、厚さ及び作製コストを最小化するために比較的単純な構成にて提供することが求められている。
【００１３】
発明の概要
光学パネルは、鋸歯状の（セレーション群が設けられた）第１の側面と、反対側の第２の側面と、光透過を断続的に阻止するようにそれと共に設けられた黒色材料と、を有する。画像光は、前記黒色材料が設けられていない各前記セレーションの部分で前記パネルを通して透過させることができ、それと共に前記黒色材料によってコントラストが提供される。
【００１４】
本発明を、好ましく又典型的な実施例に従って、その更なる目的及び利点と共に、添付の図面との関連において下記の詳細な説明においてより詳しく説明する。
【００１５】
発明の詳細な説明
図１には、本発明の典型的な実施例に従う光学ディスプレイパネル１０が示される。パネルは、図示された典型的な大型パネルビデオディスプレイ画面などの如何なる所望の用途に対しても、水平方向（横方向）の幅Ｗ及び垂直方向（縦方向）の高さＨのサイズとすることができる。
【００１６】
光学パネルは、その全ての動作構成要素をその中に搭載するためのキャビネット又は外装（囲包体）１２（部分的に図示される。）の中に適当に搭載することができる。例えば、光学パネルは、パネルに対面した観察者１８によって直視されるビデオ画像１６ａを生成するために、パネル通して画像光１６を投影するように適当に構成されたプロジェクタ（投影機）１４と組み合わされて示される。
【００１７】
プロジェクタ１４は、可視画像を投影し得る如何なる通常の形態をとってもよい。例えば、画像光１６は、初め適当な光源１４ａ（明るい白熱電球、又はレーザ、或いは他の如何なる適当な光源であってもよい。）において単純な（ｐｌａｉｎ）、未変調光として発生される。次いで、この単純光は、モジュレータ（変調器）１４ｂにおいて、所望の２次元ビデオ画像又はパターンを規定する個々の描画要素、即ち、ピクセルを規定するように、空間的及び時間的に変調される。モジュレータは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又はディジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）などの如何なる通常の形態をとってもよい。
【００１８】
ＬＣＤは、選択されたピクセルにて選択的に光を遮断するように、選択的に不透明にされる各部分を有する光透過型装置である。ＤＭＤは、対応するピクセルを規定するように、パネルに向かって又はそれから離れる方向に向かって光を反射するように選択的に傾斜可能な個別のマイクロミラー群を有する。
【００１９】
パネルの裏面（背面）全体にわたって、それを通して透過させるように、所望に応じて画像光を水平方向及び垂直方向に拡大縮小（スケーリング）及び集束（フォーカシング）するために、折り畳みミラー群及びレンズ群を具備し得る適当な結像光学系（イメージングオプティクス）１４ｃが、パネルと光モジュレータとの間に光学的に整列される。典型的な実施例では、画像光は、小さなモジュレータ１４ｂから、パネル１０のより大きな入口側面への、水平方向及び垂直方向の拡大により、サイズがスケールアップされる。
【００２０】
パネル１０の拡大部分が、図２及び図３において、より詳細に示される。パネル１０は、好ましくは、ガラス又はプラスチックなどの如何なる適当な材料組成を有していてよい光学的に透明なボディ（固まり）又はフィルム２０の形態にあり、約１．５６というプラスチックに対して典型的な屈折率を有する。
【００２１】
シート型のパネルは、入口面を画成する鋸歯状の（セレーション群が設けられた）第１の側面２２と、出口画面を画成する反対側の第２の側面２４と、を有する。
【００２２】
入口面２２は、プロジェクタからの画像光１６を受容するための多数の光学的に透明なセレーション（鋸歯状の刻み）群２６を有する。各セレーションは、画面２４にて表示するために、その中を全内部反射（全反射）によってフィルムを通して画像光を透過させるように、ボディフィルム２０と一体的に形成され、単一の光学的に透過可能な部材とされる。画面２４は、観察者によって見ることのできる画像を生成するに際して画像光１６を拡散するように、適当に艶消し（フロスト）にすることができる。或いは、視野を増加するために、画像光を拡散するように別個の光拡散部材又はシート（図示せず）を画面２４に対してラミネート（積層）することができる。
【００２３】
図３に示される典型的な実施例において、パネルの第１及び第２の側面２２、２４は、パネルの全体的な厚さを最小化するように、互いに直接向かい合っている。それぞれのセレーション２６は、好ましい形態である、透明な第１のファセット（小面）２２ａを有する三角プリズム（三角柱）の形態にある。第１のファセット２２ａは、最初に画像光１６を受容し、その光をそのファセット及びそのセレーションの内部を通して導く。各セレーションはまた、反対側の第２のファセット２２ｂをも有する。好ましくは、第２のファセット２２ｂもまた透明で、対応する頂点にて第１のファセットと交差する。該頂点は鋭い内包されたプリズム、即ち、第１、第２のファセット２２ａ、２２ｂ間の頂角Ａを有する。光学パネルは、プリズムセレーション群のいくつかの頂点と、反対側の第２の側面である画面２４との間で測定される厚さＴを有する。
【００２４】
第１のファセット２２ａは、各セレーションの内部で光を導くように、入射する画像光１６に面し、光は、対応する第２のファセット２２ｂの内部表面によって全反射でもって内部反射される。第２のファセット２２ｂは透明であり、又屈折率１．０の周囲の空気に晒されている。第２のファセット２２ｂの外部の屈折率が、各セレーション自体の屈折率より小さいために、画像光の全反射が、相応に高い光透過効率と共に得られる。従って、画像光は、いくつかの第１のファセット２２ａを通して光学パネルに入り、対応する第２のファセット２２ｂの内部表面によって内部反射され、画面２４から観察者に向かって実質的に垂直に外側へと、ボディフィルムを通して再指向される。
【００２５】
別法では、第２のファセット２２ｂは、各セレーションの内部での正反射を得るように、外側表面上にミラーコーティングを任意に有していてよい。しかし、正反射は、全反射よりも抗率が低い。
【００２６】
各セレーション２６の、入射する画像光１６を曲げる又は転向する（方向を変える）能力によって、光学パネルを極めて薄く製造することができる。図１に最初に示したように、画像光１６は、パネルの裏面（背面）の入口側面２２の全体にわたり、図示の通り下から、又は所望により上から投影することができる。入口面全体にわたる画像光１６の入射角を最小化し、又画面２４から実質的に垂直に外側へと投影するように、この画像光を曲げる又は転向するためのセレーション群を用いることによって、光学パネルは極めて薄くすることができる。
【００２７】
図３において、画像光１６は、光学パネルの垂直軸（縦軸）に対する入射角Ｂにて上方に投影するように示されている。この入射角Ｂは、約ゼロ度程度に小さく約２０度までの、或いは所望に応じてより大きい、鋭い値を有する。しかし、入射角が小さければ小さいほど、パネル及び搭載されるプロジェクタの全体的な奥行きはより薄くなるだろう。光学パネル自体の厚さＴは、適当な光再指向能力のために、約６ミル（０．１５２４ｍｍ）程度に薄くてよいが、所望によりその構造的剛性を増大するために適当により厚くてもよい。光学パネルは、所望により、キャビネット内で自立してもよいが、そうでなければその周辺周り、又は向かい合う側面周りで堅く取り付けてもよい。
【００２８】
一体的なセレーション群２６を含むボディフィルム２０は光学的に透明であり、生成された表示画像のための本来的なコントラスト能力は、たとえ有していたとしても、ほとんど有しない。従って、フィルム自体は、画像光を曲げること及び高輝度にて透過させることに対して高効率であるが、画像のコントラストはひどく限定され、そしてそれは画像光の強度を変化させることによってのみ得られる。
【００２９】
従って、本発明の一実施例によれば、例えば、図２及び図３に示される光学パネル１０は、個々のセレーション２６の間に、そこでの光の透過を局所的に阻止するように設けられた黒色材料、即ち、バリア（障壁）２８をも有する。黒色材料２８は、パネルのいずれかの側面に設けることができるが、図３に示される好ましい実施例においては、これは第１の側面２２上のセレーション間に、その間で光を吸収する一方各セレーション自体を通した光透過を許すように、整合又は整列して設けられている。
【００３０】
セレーション間に、空間的に断続的に黒色バリアを配置することによって、パネルの総表面積のかなりの部分を黒色とすることができ、それと共に画像光は依然対応する各セレーションを通して透過可能である。このようにして、単純な光学パネルは、高い輝度及び効率にて、又黒色材料による高いコントラストをも伴って、画像光を透過（伝達）することができる。
【００３１】
図３に示されるように、黒色バリア２８の典型的な形態は、好ましくは、隣接した各セレーション２６の向かい合う第１及び第２のファセット２２ａ、ｂの間に、その間で光の透過を局所的に阻止するように光学的に整列される。黒色バリア２８は、光を阻止するだけではなく、近接したセレーション間で光を局所的に吸収することに対しても効果がある。
【００３２】
図３に示されるように、そのいずれかの側面から黒色バリア２８に到達する如何なる迷光又は周辺光３０をも、そこで更なる透過を阻止され、又そこでほとんどの部分が吸収される。このようにして、観察者１８が画面２４を見るとき、例えばオフにすると、画面自体は黒く見える。そして、画像光をセレーション群を通して画面２４の外側に透過させるようにプロジェクタが作動されているとき、黒色材料２８は、生成されたビデオ画像を投影するように対応するピクセルにて強度が変化する画像光に対する十分な（実質的な）黒色コントラストを提供するように、依然として黒色のままである。
【００３３】
図３に示される典型的な実施例において、各セレーション２６は、横方向で離間されており、黒色バリア２８は、近接した各セレーションの向かい合う側面間を透過される如何なる光をも吸収するようにその間で横方向に延在する。図３において、好ましくは、黒色バリア２８はセレーション間で平坦であり、又パネルの第２の側面２４と実質的に平行である。
【００３４】
図３に示される黒色バリア２８は、好ましくは、パネルの第１の側面２２上で隣接したセレーション２６間に設けられた黒色コーティング（被覆）であり、これは、パネルを通して光を透過させる能力を維持するように、黒色コーティングが無ければ透明のままである。黒色バリアは、後述する別の実施例におけるように、出口画面２４上に設けられていてもよいが、好ましくは、２つの向かい合う側面２２、２４のうち一方の上だけで使用される。
【００３５】
黒色バリアは、黒色の外観を呈する如何なる適当な材料組成で形成してもよいが、好ましくは最大黒さを有する。通常の黒色塗料（ペイント）をバリアとして使用することができ、これをパネルの選択された部分全体にわたり、例えば、一般的なマスキング技術を使用して単にスプレーペイント（噴霧塗布）するか、そうでなければそれと一体的に形成してもよい。別の実施例では、先ず、その上のセレーション群を含む入口面２２の全体を黒色にスプレーペイントし、次いで、実用的であれば、まだ乾いていないうちに塗料をそこから拭き取ってきれいにすることによって、セレーション群２６自体から塗料を除去することができる。
【００３６】
図３に示されるセレーション群２６は、入射する画像光１６を、鋭い入射角Ｂから出口画面２４に対して実質的に垂直な方向へと再指向させるように、特に設けられているため、これらはこの機能のために黒色材料２８から独立して最適化することができる。
【００３７】
これに対して、黒色材料２８は、画面のコントラストを増加するために望まない光の透過を阻止及び吸収するという専用の機能を有するので、その構成もまた、各セレーションから独立して最適化することができる。
【００３８】
しかし、透明なセレーション群と黒色材料との相対的な表面積は、黒色材料による相応に高いレベルのコントラストと共に画像の解像度及び輝度を最大化するように調節することができる。ヒトの脳は、画像を統合し、光強度及び黒色マトリックスの得られる面積の変化の複合効果によって、より高いコントラスト又は輝度を知覚するため、比較的少ない割合の黒色材料の表面積によっても、可視（ｖｉｅｗｉｎｇ）画面２４での十分な（実質的な）コントラストを提供することができる。
【００３９】
図４は、黒色鋸歯状光学パネルの別の実施例を示しており、ここでは符号２８ａで指定された黒色バリアは、パネルの第２の側面２４に対して斜めに設けられている。この実施例においては、黒色バリアは、隣接した各セレーション２６の第１及び第２のファセット２２ａ、ｂと共に延在し（同一の広がりを有し）、好ましくは、実質的に三角形の各セレーション２６の頂角と等しい内包された溝角を有するＶ字溝を画成する。
【００４０】
この実施例では、各セレーションは、それらの基部にてボディフィルム２０に沿って互いに直隣接した二等辺三角形であってよく、黒色バリア２８ａは、近接したセレーションの頂点の間に画成された溝群、即ち、谷間群における単純な黒色コーティングであってよい。黒色バリアは、各セレーションの頂点よりも短く終結し、パネル内へと光を受容するための透明な各ファセット２２ａ、ｂを確保する。
【００４１】
図４に示される生成された黒色バリア２８ａは、出口画面２４に対して両側に傾いており、同時に、各セレーションの向かい合う側面上で互いに傾いた、各溝を画成する各協働部分を有する。このようにして、出口画面２４に入る周辺光３０は、初めセレーションの一方の側面に沿って黒色バリアに結合し、そこで十分に（実質的に）吸収され、それと共にいくらかの残りの周辺光が同一セレーション上の反対側の黒色バリアへと内部反射され、そこでこの光は更に、又は完全に吸収される。従って、出口画面に入る実質的に全ての周辺光を、複数回の反射によって吸収することができ、黒色バリア自身によってもたらされるコントラストに加えて更に増強された黒さ又はコントラストを提供する。
【００４２】
更に、光学パネルの背面、即ち、入口側面は、好ましくは黒色である囲包されたキャビネット内に搭載することができるため、透明な各ファセット２２ａ、ｂをも、その背後の黒い空間のために黒く見えるだろう。
【００４３】
黒色材料の有効な面積は、透明な各ファセット２２ａ、ｂのために必要な最小面積との関連において最大化することができる。画像光１６を実質的に垂直に、プロジェクタから直接又は適当な折り畳みミラーから間接的に投影し、それによって図２〜４に示されるように鋭い入射角Ｂにて入口面２２を画像光が照明するように、図１に最初に示したように、プロジェクタ１４は、パネル１０に近接して、下側又は上側でパネルのいずれかの側に、又はパネルの後方に搭載される。図４に示されるように、画像光１６は、上方に指向され、パネルを通してビデオ画像を再指向させるように、所望に応じてパネルの入口側面全体にわたって対応する各第１のファセット２２ａを照明する。
【００４４】
図１〜４に示される好ましい実施例においては、各セレーション２６は、好ましくは、水平方向に延在し、光学パネルの全幅Ｗにわたり連続しており、又各セレーションは、パネルの全高Ｈにわたり垂直方向に離間されている。
【００４５】
図４に示されるように、第２のファセット２２ｂは、ボディフィルムを通し、又パネルの第２の側面、即ち、画面２４を通して外側に画像光を内部反射させるように、画像光の入射角に対して適当に傾斜されており、好ましくは実質的にそれに対して垂直である。
【００４６】
従って、２つのファセット２２ａ、ｂの特定の角度位置（オリエンテーション）は、光を転向させて、それに実質的に垂直な画面２４の外へと投影し、投影されたビデオ画像の輝度を最大化するように、それぞれの所望の用途に応じて、画像光の特定の入射角Ｂのために選択される。
【００４７】
図４に示される典型的な実施例においては、黒色バリア２８ａは、全てのセレーション２６の間のパネルの第１の側面上で、第１のファセット２２ａを照明することによってもたらされる影又は投影内に設けられる。好ましい実施例では、画像光１６は、共通のプロジェクタ源から来るので、対応するピクセルを生成するために、光は光学パネル全体の全てのセレーションにわたって分配されなければならない。
【００４８】
入射角Ｂは鋭く、パネルの入口側面に対して垂直ではないので、個々のセレーションは、その上方で隣に近接したセレーション上に影を落とすだろう。従って、投影された画像光は、各影領域においては入口面には入れず、そのために、各影領域は、それらの全範囲にわたり黒色バリアを内包することにより利益を得るのに利用することができる。これに対して、それぞれのセレーション２６は、２つのファセット２２ａ、ｂを画成するように、対応する各影の外側で透明である。
【００４９】
図４に示される光学パネル１０は、商標ＴＲＡＦ　ＩＩとして販売され、３Ｍ社（３Ｍ ｃｏｍｐａｎｙ）（セントポール、ミネソタ）から入手可能な、市販の転向（ターニング）フィルムで形成することができる。その頭文字は、透過型直角フィルム（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ Ｒｉｇｈｔ Ａｎｇｌｅ Ｆｉｌｍ）を意味する。透過型直角フィルムは、三角プリズムの間に画成されたプリズム状の溝群を有し、それを通して入射光を転向させるための端面被照射（ｅｄｇｅ−ｌｉｇｈｔｅｄ）システム（系）において使用することができる、。このフィルムは、約１５５ミクロン（μｍ）若しくは約６ミル（０．１５２４ｍｍ）の公称厚さを有し、それと共に７１度のプリズム角、及び５０ミクロン（μｍ）のプリズムピッチを有する。
【００５０】
転向フィルムは、一般的なレンズ状の画面とは区別できる。一般的なレンズ状の画面は、単にそれと一致した光を集束させるが、それを通して斜めに光を転向させることはない。転向フィルムは非レンズ状であり、又画像光が転向されて、それを通して投影される際に、増強されたコントラストを提供するように黒色材料を有効に使用する。
【００５１】
ＴＲＡＦフィルムは、それ自体透明であり、本質的に如何なるコントラスト能力をも提供しないので、図４に示される本発明の好ましい実施例に従って改変し、プリズム間及びそれらの間に画成される各溝内に黒色バリア材料を有するようにし、一方、図４に示される２つのファセット２２ａ、ｂを画成するように、各プリズムの先端を黒色コーティング無しで露出したままとすることができる。
【００５２】
この実施例において、各プリズムセレーション２６は二等辺三角形であり、その第１のファセット２２ａは、ほとんどの入射角Ｂのために、プロジェクタからの画像光１６に対し斜めに設けられている。
【００５３】
図５は、図４の実施例の更なる改変を示しており、ここでは、近接した黒色材料２８ａに対して第１のファセットを傾斜させ、これによって第１のファセット２２ａをプロジェクタからの入射画像光に対して直角、即ち、垂直とするように、各第１のファセット２２ａには各セレーション２６内へと切り欠き（ノッチ）を設けることができる。これにより、画面２４の外側へと再指向させるための各セレーション内への光透過の効率は増大する。別法では、各第１のファセット２２ａは、セレーションに入る光の透過効率を増加するように反射防止コートすることができる。
【００５４】
切り欠きが設けられた第１のファセット２２ａがなかったならば、個々のセレーション２６は、図４を参照して上述したように複数回の内部反射及び画面２４へ入射する周辺光の吸収を許す黒色マトリックス２８ａの光吸収能力を最大化するように、二等辺三角形のままである。
【００５５】
別の実施例において、各セレーション２６を画成する２つのファセットの相対的な角度位置（オリエンテーション）は、光学画面の性能を最大化するように所望に応じて改変することができる。
【００５６】
図６は、光学パネルの更に他の実施例を示しており、ここでは、符号２８ｂで指定された黒色バリアは、プリズムセレーション２６の間でアーチ形とすることができる。アーチ形のバリアは、入口ファセット２２ａ上に入射する画像光１６を妨害することなく効果的に周辺光３０を吸収するように、好ましくは凹状である。更に他の実施例（図示せず）では、アーチ形の黒色バリアは凸状であってもよい。
【００５７】
図６に示される黒色バリアはアーチ形であるので、画面２４を通して受容された周辺光３０は、依然としてほとんどの部分が黒色バリアとの最初の接触によって、その周辺光がアーチ形のバリアのどこで受容されたかに依存する種々の角度で内部反射されるのに先立って、吸収される。それにも拘わらず、黒色バリアで反射されたいくらかの残りの周辺光は、画面の外観上の黒さ又はコントラストを増大させるように、黒色材料の横方向で向かい合う部分に向けられた際に更に吸収されるか、そうでなければ異なる角度で分散される。
【００５８】
図１〜６の種々の実施例において提供される黒色材料は、好ましくは、光学パネルの入口側面２２上に設けられるが、図７は、パネルの鋸歯状の第１の側面２２の代わりに、パネルの第２の側面、即ち、出口画面２４上に黒色バリアが設けられている更に他の３つの実施例を模式的に示す。
【００５９】
これらの典型的な実施例において、符号２８ｃ、ｄ、ｅで指定された黒色バリアは、交互に現れる黒色要素と透明要素との対応するマトリクス（行列）を画成する。黒色バリアは、画面の選択された領域における単純な黒色コーティングによって提供することができ、それと共に透明要素は、黒色バリアでコートされていない画面の対応する部分によって画成される。画面の黒色要素と透明要素との相対的な面積は、適当なビデオ画像を透明要素群を通して投影することができ、それと共に黒色要素群が、増強されたコントラストを与えるべく空間的に断続的な黒色マトリクスを提供するように選択される。
【００６０】
一実施例では、黒色マトリクス２８ｃは、画面の全幅にわたりセレーション群２６と平行であり、画面の高さに沿って離間された、平行な黒色ストライプ（縞）要素群を有する。このようにして、それにコントラストを提供する黒色ストライプマトリクス要素の間に横方向にある、画面の透明ストライプ部分の外へと投影するように、各セレーション２６によって受容された画像光１６は転向され、光学パネルを通して透過される。
【００６１】
別法として、図７は、黒色マトリクス２８ｄが、セレーション群２６に対して横断方向又は垂直方向に設けられ、光学パネルの高さ方向に沿う長さで延在し、又パネルの幅方向に沿って離間された、平行な黒色ストライプ要素群を有する実施例を示す。ここでも、それにコントラストを提供する水平方向に離間された黒色ストライプ要素の間にある透明ストライプ要素の間において画面２４から投影するように、画像光１６は、各セレーション２６を通して転向される。
【００６２】
所望により、画面の黒色バリアと透明部分との交互の又は断続的な領域の、チェッカー盤のようなパターン、即ち、グリッド（格子）を形成するように、水平方向の黒色マトリクス２８ｃは、垂直方向の黒色マトリクス２８ｄと組み合わせることができる。グリッドの黒色要素群がコントラストを提供するのに対して、グリッドの透明要素群によってピクセルが規定される。
【００６３】
図７にはまた、黒色グリッドマトリクス２８ｅの典型的な形態が示されている。このグリッドマトリクスは、対応する黒色マトリクスのバックグラウンド内の一様なチェッカー盤グリッドにおける、透明なスポット（斑点）群を有する。透明なスポットは、図示するような円形、又は正方形若しくは長方形、或いは他の適当な形状であってよく、残りの黒色マトリクスの対応する形状を伴う。
【００６４】
出口画面２４上の黒色マトリクスのこれら３つの異なる実施例は、単一の形態の黒色マトリクスを画面２４の全体にわたって使用することを意図するので、明快に説明するために図７では単一の光学パネル中に示されている。しかし、更に他の実施例においては、所望により、画面の異なる部分に対して、図示されるように異なる形態の黒色マトリクスを使用することができる。
【００６５】
図７に示される実施例の黒色マトリクス要素は、出口画面２４自体に設けられているため、これらは、マトリクス自体の黒さによって制限される、画面のためのコントラスト又は黒さを提供する。図２〜６に示される黒色マトリクスの好ましい実施例においては、黒色コーティングがパネルの入口側面２２上に設けられており、これによって、パネルの画面側面２４からの周辺光は、複数回の反射のためにパネル自体の内部で反射することができ、周辺光はそれに応じて吸収され、観察者によって知覚される外観上の黒さ及びコントラストを増大させる。
【００６６】
種々の実施例において上述した光学パネルは、例えば約６ミル（０．１５２４ｍｍ）といった極めて薄いサイズの光学的に透明なフィルムの単一の連続したシートで形成することができるので、驚くべきほど構成が単純である。フィルムの画面側面２４は平面で、比較的平坦（平滑）であり、又所望により、ビデオ画像を分散させる際に画像光を拡散させるように艶消し（フロスト）にすることができる。パネルの鋸歯状の入口側面２２は、浅い入射角での適当なプロジェクタからの画像光を受容するための適当な光転向（ターニング）プリズムと共に構成することができる。このようにして、画像プロジェクタと組み合わされたパネルの総厚さを減少させるように、その単一の端面（エッジ）に沿ってパネルを照明することができる。従って、パネル自体のみが、ビデオプロジェクタによって独立して形成されたビデオ画像を表示するために必要とされる。
【００６７】
上述した種々の実施例中では、黒色材料を組み込むことによって、そうでなければ透明なパネルに、十分な（実質的な）コントラストが導入される。黒色材料は、透明な、即ち、非黒色の要素から断続的に離間された黒色バリアのグリッドを描くので、黒色材料は、如何なる通常のグリッド形成技術を用いても形成することができる。単純な一実施例においては、最初に透明要素群をマスクして、それと共に光学パネルの残りを、マトリクスを生成するように黒色にペイントし、次いで保護マスクを除去することができる。
【００６８】
従って、単独の要素である光学パネルは、入射する画像光を９０度までの急激な角度にて転向させ、同時に更なるパネル層を必要とせずにその出口画面上にビデオ画像を表示する能力を有する。画像自体は、プロジェクタにて、ＬＣＤ若しくはＤＭＤ、又はその他の適当な光変調（モジュレーション）装置を用いて独立して形成される。プロジェクタは、比較的小型であってよく、又そこで形成されるビデオ画像は初め相応に小さく又は圧縮されていてよく、そして光学パネル全体にわたり投影するように、適当な結像光学系を用いて所望に応じて好ましく拡大することができる。
【００６９】
従って、光学パネル自体は、その上に投影されるビデオ画像を協働するプロジェクタによって制御すると共に、所望に応じて小さく又は大きくすることができる。
【００７０】
このようにして、光学パネルは、ＣＲＴ、プロジェクションＴＶ、及びＬＣＤを含む大型パネルディスプレイの既知の形態を越える、構造の単純さ及び向上された光学性能の十分な（実質的な）利点を享受する。
【００７１】
本明細書では、本発明の好ましく又典型的である実施例であると思われるものについて説明したが、本発明の他の改変が、本明細書の教示から当業者には明白であろう。従って、本発明の真の精神及び範囲内にあるこのような全ての改変が添付の特許請求の範囲で確保されることを望む。
【００７２】
例えば、黒色グリッドマトリクス２８ｅ（即ち、水平方向黒色マトリクス２８ｃ及び垂直方向黒色マトリクス２８ｄで構成されるマトリクス）をパネルの第２の側面、即ち、出口画面２４の全体に設ける代わりに、水平方向黒色マトリクス２８ｃ又は垂直方向黒色マトリクス２８ｄのいずれかを入口の第１の側面２２上に設け、他方の黒色マトリクス要素を出口画面２４上に設けることができる。例えば、水平方向黒色マトリクス２８ｃを出口画面２４上に形成し、一方、垂直方向黒色マトリクス２８ｄを入口の第１の側面２２上に形成することができる。別法では、垂直方向黒色マトリクス２８ｄを出口画面２４上に形成し、一方、水平方向黒色マトリクス２８ｃを入口の第１の側面２２上に形成することができる。これら何れかの構成によって、２つの独立した黒色マトリクス要素の組み合わせは、出口画面２４のみに形成された黒色グリッドマトリクス２８ｅと同様に機能するだろう。
【００７３】
別の例では、入口の第１の側面２２の一方の端面（エッジ）から他方の端面（エッジ）へと水平方向に伸長するプリズムの形態の透明なセレーション群２６を設ける代わりに、セレーション群を入口の第１の側面２２の頂部から底部へと垂直方向に設けることができる。別法では、細長いプリズムの形態の透明なセレーション群を設ける（水平方向又は垂直方向のいずれかに）代わりに、入口の第１の側面２２からパネルを見た時に各セレーションの基部が正方向又は長方形となるピラミッド形の形状にて設けることができる。
【００７４】
従って、添付の特許請求の範囲において規定され又区別されるものについて特許を求める。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の典型的な実施例に従う光学ディスプレイパネルの概略図である。
【図２】
図２は、図１に示されるパネルの符号２の円で囲まれた部分の拡大断面図である。
【図３】
図３は、図２に示されるパネルの一部の拡大背面図であり、本発明の典型的な実施例に従うそれに設けられたセレーション群及びその間の黒色材料を示す図である。
【図４】
図４は、本発明の他の実施例に従うＶ字溝を画成するセレーション群を有する図１のパネルの拡大断面図である。
【図５】
図５は、本発明の他の実施例に従う切り欠きが設けられたセレーション群を有する図１のパネルの拡大断面図である。
【図６】
図６は、本発明の他の実施例に従うアーチ形の黒色バリア群を有する図１のパネルの拡大断面図である。
【図７】
図７は、本発明の更に他の３つの実施例に従う黒色材料マトリクスを示す光学ディスプレイパネルの概略図である。

Claims (42)

1. 透明なセレーション群を有し、各セレーションが頂点を有する第１の側面と、
   反対側の第２の側面と、
   光透過を阻止又は吸収するように前記頂点間に配置される黒色バリアと、
   を有することを特徴とする光学パネル。
2. それぞれの前記セレーションは、それを通して光を導くための透明な第１のファセットと、前記第１のファセットと前記第２の側面との間で前記導かれた光を内部反射するための、前記頂点において前記第１のファセットと隣接する反対側の第２のファセットと、を有することを特徴とする請求項１のパネル。
3. それぞれの前記セレーションは三角プリズムを有し、前記第１及び第２のファセットは該プリズムの向かい合う側面を画成し、前記第１及び第２のファセットはその間に内包された頂角を有する前記頂部にて交差することを特徴とする請求項２のパネル。
4. 各前記セレーションは横方向で離間しており、前記黒色バリアは光を阻止又は吸収するようにその間で横方向に延在することを特徴とする請求項２のパネル。
5. 前記黒色バリアは、前記セレーション間で平坦で、前記パネルの第２の側面に対して実質的に平行であり、又前記黒色バリアは、光の透過を局所的に阻止又は吸収するように隣接した各セレーションの向かい合う第１及び第２のファセット間に設けられていることを特徴とする請求項４のパネル。
6. 各前記セレーションは互いに近接しており、前記黒色バリアは隣接する各セレーションの第１及び第２のファセットと共に延在することを特徴とする請求項４のパネル。
7. 前記黒色バリアは、内包された溝角を有する溝を画成することを特徴とする請求項６のパネル。
8. 前記第１及び第２のファセットはその間に内包された頂角を有する前記頂点にて交差し、前記内包された溝角は実質的に前記頂角と等しいことを特徴とする請求項７のパネル。
9. 前記黒色バリアは前記溝を画成する第１及び第２の溝側面を有し、各溝側面は前記パネルの第２の側面に対して傾斜しており、又前記第２の側面を通して前記パネルに入る周辺光は、前記第１の溝側面にて全て若しくは部分的に阻止又は吸収され、いくらかの残りの周辺光は、近接したセレーションの黒色バリアの前記第２の溝側面に向かって反射され、ここで該残りの周辺光は更に阻止又は吸収されることを特徴とする請求項７のパネル。
10. 前記黒色バリアは、隣接した各セレーションの前記第１及び第２のファセット間でアーチ形であることを特徴とする請求項６のパネル。
11. 前記黒色バリアは、隣接した各セレーションの前記第１及び第２のファセット間で凹状であることを特徴とする請求項６のパネル。
12. 前記黒色バリアは、塗料を含むことを特徴とする請求項２のパネル。
13. 前記黒色バリアは、黒色コーティングを含むことを特徴とする請求項２のパネル。
14. 別の黒色バリアが、前記パネルの第２の側面上に設けられることを特徴とする請求項２のパネル。
15. 前記黒色バリア及び前記別の黒色バリアは、協働して、前記パネルを前記パネルの第２の側面を通して見たときに黒色マトリクスを画成することを特徴とする請求項１４のパネル。
16. 前記第１の側面上の前記黒色バリアは、前記第１の側面上の前記セレーション群と平行な要素群を有し、又前記第２の側面上の前記別の黒色バリアは、前記第１の側面上の前記セレーション群に垂直な要素群を有することを特徴とする請求項１４のパネル。
17. 前記第１の側面上の前記黒色バリアは、前記第１の側面上の前記セレーション群に垂直な要素群を有し、又前記第２の側面上の前記別の黒色バリアは、前記第１の側面上の前記セレーション群と平行な要素群を有することを特徴とする請求項１４のパネル。
18. 各前記第１のファセットには、切り欠きが設けられていることを特徴とする請求項２のパネル。
19. 各前記第１のファセットの前記切り欠きが設けられた部分は、受容された画像光に対して垂直であることを特徴とする請求項１８のパネル。
20. 前記セレーション群は、前記パネルの幅にわたり水平方向に延在し、又前記パネルの高さにわたり垂直方向に離間していることを特徴とする請求項２のパネル。
21. 透明なセレーション群を有し各セレーションが頂点を有する第１の側面と、反対側の第２の側面と、光を阻止又は吸収するように前記頂点間に配置される黒色バリアと、を有する光学パネルであって、前記セレーション群は該パネルの幅にわたり水平方向に延在し、又該パネルの高さにわたり垂直方向に離間しており、それぞれのセレーションは、透明な第１のファセットと、前記頂点において前記第１のファセットと隣接する反対側の第２のファセットと、を有する光学パネルと、
    画像光を投影するための投影系であって、前記第１のファセットを照明するように前記画像光を鋭い入射角にて前記パネルの第１の側面に投影するためのプロジェクタを有し、前記画像光は各前記第１のファセットを通して透過され、各前記第２のファセットは、前記画像光の内部反射をもたらし、それによって前記画像光を前記パネルの第２の側面を通して実質的にそれに対して垂直に指向させるように傾いている投影系と、
    を有することを特徴とする光学パネルシステム。
22. 前記黒色バリアは、前記頂点間の前記パネルの第１の側面上で、近接したセレーションの各前記第１のファセットを照明することによってもたらされる影内に設けられており、前記セレーション群は前記黒色バリアから各前記頂点に向かって外側で透明であることを特徴とする請求項２１のパネルシステム。
23. 各前記第１のファセットは、前記プロジェクタからの前記画像光に対して傾斜していることを特徴とする請求項２１のパネルシステム。
24. 各前記第１のファセットは、前記プロジェクタからの前記画像光に対して垂直であることを特徴とする請求項２１のパネルシステム。
25. 各前記第１のファセットには、切り欠きが設けられていることを特徴とする請求項２１のパネルシステム。
26. 各前記第１のファセットの前記切り欠きが設けられた部分は、前記プロジェクタからの前記画像光に対して垂直であることを特徴とする請求項２５のパネルシステム。
27. 光を受容するための透明なセレーション群を有する入口面と、
    前記光を表示するための反対側の出口画面と、
    各前記セレーションの頂点間に整列された黒色材料であって、その間で光を阻止又は吸収する一方各前記頂部を通して光を透過することを許すための黒色材料と、
    を有することを特徴とする光学パネル。
28. それぞれの前記セレーションは、それを通して光を導くための透明な第１のファセットと、前記頂点において前記第１のファセットと隣接する反対側の第２のファセットであって、前記第１のファセットと前記出口画面との間で前記導かれた光を内部反射するための第２のファセットと、を有することを特徴とする請求項２７のパネル。
29. 前記黒色材料は、前記入口面上で前記各透明なセレーション間に横方向に、その間で光を阻止又は吸収するように設けられていることを特徴とする請求項２８のパネル。
30. 前記透明なセレーション群は、前記パネルの幅にわたり配置され、又前記パネルの高さにわたり横方向で離間していることを特徴とする請求項２８のパネル。
31. 前記黒色材料は、前記セレーション間で平坦で、前記出口画面に対して実質的に平行であり、又前記黒色材料は、光の透過を局所的に阻止又は吸収するように隣接した各セレーションの向かい合う第１及び第２のファセット間に設けられていることを特徴とする請求項２９のパネル。
32. 各前記セレーションは互いに近接しており、それぞれのセレーションは三角プリズムを有し、前記第１及び第２のファセットは、その間に内包された頂角を有する前記頂部にて交差して該プリズムの向かい合う側面を画成し、
    前記黒色材料は、隣接した各セレーションの第１及び第２のファセットと共に延在し、溝を画成することを特徴とする請求項２８のパネル。
33. 前記溝は、内包された溝角を有することを特徴とする請求項３２のパネル。
34. 前記内包された溝角は、実質的に前記頂角と等しいことを特徴とする請求項３３のパネル。
35. 前記黒色材料は、前記溝を画成する第１及び第２の溝側面を有し、各溝側面は前記出口画面に対して傾斜しており、又前記出口画面を通して前記パネルに入る周辺光は、第１の溝側面にて全て若しくは部分的に阻止又は吸収され、いくらかの残りの周辺光は、近接したセレーションの黒色材料の前記第２の溝側面に向かって反射され、ここで該残りの周辺光は更に阻止又は吸収されることを特徴とする請求項３３のパネル。
36. 前記溝は、アーチ形であることを特徴とする請求項３２のパネル。
37. 前記溝は、凹状であることを特徴とする請求項３２のパネル。
38. 各前記第１のファセットには、切り欠きが設けられていることを特徴とする請求項２８のパネル。
39. 各前記第１のファセットの前記切り欠きが設けられた部分は、前記光に対して垂直であることを特徴とする請求項３８のパネル。
40. 前記黒色材料は、グリッドとして設けられることを特徴とする請求項２８のパネル。
41. 画像光を受容するようにそこから突出した透明なセレーション群を有する黒色の入口面と、前記黒色の入口面にて光が吸収されるか又は阻止されることによる増加されたコントラストを伴って前記光を表示するための反対側の出口画面と、を有することを特徴とする光学ディスプレイパネル。
42. それぞれのセレーションは、頂点にて交差する第１及び第２のファセットを備える三角プリズムを有し、
    前記黒色の入口面は、その間で光を局所的に阻止又は吸収するように近接した頂点間に設けられた黒色バリアを有する
    ことを特徴とする請求項４１のパネル。

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