JP2012514761A - Total reflection to switch flat panel display - Google Patents

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Abstract

フラットパネルディスプレイは、光ガイド(2010)の全反射(TIR)を使用可能または使用不可にすることによってオンまたはオフとされるピクセル(2060)を使用する。反射面(2070)は視者に切替えられた光を指し向ける。任意のマスクは、低くまたは高い周囲照明状況で極めて高いコントラスト比率を提供する。それらの小型および軽量のために、TIRを可能にするエレメント(2080)は急速に使用可能にされることができ、非常に速いスイッチング・スピードに結果としてなる。速いスイッチング・スピードによって、色が生成され、連続した方法で表示されることができる。  Flat panel displays use pixels (2060) that are turned on or off by enabling or disabling total reflection (TIR) of the light guide (2010). The reflective surface (2070) points the light switched to the viewer. The optional mask provides a very high contrast ratio in low or high ambient lighting situations. Because of their small size and light weight, the TIR enabling element (2080) can be rapidly enabled, resulting in a very fast switching speed. With fast switching speed, colors can be generated and displayed in a continuous manner.

Description

関連出願に対するクロスリファレンス
[0001] 本出願は、2009年1月2日に出願された米国特許出願番号第12/319,171号「TIR Switched Flat Panel Display」、および、2009年1月2日に出願された米国特許出願番号第12/319,172号「Optic System for Light Guide With Controlled Output」に基づく優先権を主張し、それぞれは本願明細書においてリファレンスとして組み込まれる。
技術分野
[0002] 本発明は、一般に光学表示装置に関し、特に、光が、全反射(TIR)を可能および不可能にすることによって切替えられるフラットパネルディスプレイに関し、切替えられた光は光学によって差し向けられる。
Cross reference to related applications
[0001] This application is based on US patent application Ser. No. 12 / 319,171 “TIR Switched Flat Panel Display” filed Jan. 2, 2009, and US Patent Application No. filing Jan. 2, 2009. No. 12 / 319,172 claims “Optic System for Light Guide With Controlled Output”, each of which is incorporated herein by reference.
Technical field
[0002] The present invention relates generally to optical displays, and more particularly to flat panel displays in which light is switched by enabling and disabling total internal reflection (TIR), where the switched light is directed optically.

[0003] ビデオ、コンピュータまたは他のデータを表示する多くの製品は、フラットパネルディスプレイを必要とする。液晶ディスプレイ(LCD)は、フラットパネルディスプレイにおいて利用される支配的な技術になった。さらに、フラットパネルディスプレイのために使用されるより少ない共通の技術が、プラスマ技術である。より厚いフラットパネルディスプレイにおいて使用される他の周知の表示技術は、後部投影タイプのものである。非常に大きいディスプレイのために、LEDの離散的なアレイは、支配的な技術である。これらの表示技術が、多くの種類の携帯電話、ラップトップ・コンピュータ、コンピュータ・モニタ、TV、大きい民間のディスプレイおよびビルボードを含む製品で使われる。より新規な技術のパフォーマンスがCRTよりかなり大きくない場合であっても、支配的な技術であったCRTタイプ・ディスプレイはほとんど消えた。現在のいくらかの技術のLCD表示は、まだCRTのリフレッシュ・レートに合致することができない。   [0003] Many products that display video, computers or other data require a flat panel display. Liquid crystal displays (LCDs) have become the dominant technology used in flat panel displays. Furthermore, the less common technology used for flat panel displays is the plasma technology. Another well known display technology used in thicker flat panel displays is of the rear projection type. For very large displays, a discrete array of LEDs is the dominant technology. These display technologies are used in products including many types of mobile phones, laptop computers, computer monitors, TVs, large commercial displays and billboards. Even if the performance of the newer technology is not significantly greater than the CRT, the dominant technology CRT type display has almost disappeared. Some current technology LCD displays still cannot meet the CRT refresh rate.

[0004] LCD技術に基づくディスプレイは、何十年も進化していた。何千もの特許は、基本的技術に対する改良の出願であった。しかし、これらのディスプレイの性能は、さまざまな方法で欠如する。   [0004] Displays based on LCD technology have evolved for decades. Thousands of patents were applications for improvements to the basic technology. However, the performance of these displays is lacking in various ways.

[0005] LCD表示技術の第1の欠点は、高いエネルギー消費である。対角線65”のHDTV LCD TVは、概して約1キロワットの半分にせまる。これは、技術の低い効率の結果である。LCDは、機能に偏光を必要とする。しかし、ほぼ、バックライトによって発生する光の半分は、偏光の作成に吸収される。多くの発明は、この損失を減らすために考案された。実際は、本当のほとんど改良は、コストのための製品または他のパフォーマンス・パラメータの減少によって認識されなかった。正しい分極化を有する光を再利用せずに設計されている1つの製品は、ミネアポリス(MN)の3Mによって製造されるADBEF”と呼ばれている。   [0005] The first drawback of LCD display technology is high energy consumption. A diagonal 65 ”HDTV LCD TV generally halves about one kilowatt. This is a result of the low efficiency of the technology. LCD requires polarized light for function, but mostly generated by backlight Half of the light is absorbed in the creation of polarization.Many inventions have been devised to reduce this loss.In fact, the real most improvement is by reducing the product or other performance parameters for cost. One product that was designed without reusing light with the correct polarization was called ADBEF "manufactured by 3M of Minneapolis (MN).

[0006] LCDディスプレイの低い効率に貢献する他の要因は、オフにされるピクセルがそれがある他のピクセルに対するそれを反映するよりはむしろ、光を吸収するという事実である。   [0006] Another factor that contributes to the low efficiency of LCD displays is the fact that a pixel that is turned off absorbs light, rather than reflecting it relative to some other pixel.

[0007] LCDディスプレイの別の欠点は、カラーフィルタと使われるとき、それらの制限である。一般的に、赤・緑・青フィルタは、色をつくるのに用いる。これらのフィルタは、使っていない光を反射しなくて、むしろそれを吸収する。例えば、赤ライトがパスを通すだけであると共に、赤いフィルタは緑で青い光を吸収する。理論的には、完璧な青いフィルタは、光の33%を通す。現実のフィルタでは、材料は理論上の33%より少なく有意に実装される。光が吸収される別の場所は、カラーフィルタ間のマトリックスである。このマトリックス領域は回路のために必要であり、トランジスタはピクセルを制御するのに用いられる。1つのピクセルが3つのトランジスタを必要とするという点で、要求される領域は重要であり、1つのトランジスタが各々の3つの色のために必要である。また、追加的な回路は、トランジスタを駆動するのに要求される。フィルタ間のマトリックス領域は、利用できるほぼ半分の全体的な光を吸収することができる。これらの全ておよび反射および材料吸収のような他の損失が考慮に入れられるときに、ピクセルの全てが動くときに、液晶表示パネルは8%効率的でよいだけである。概して、イメージはオンにされるピクセルの画像を作成するとき、およそ半分を有し、外れているピクセルの半分を有する反射することよりむしろ吸収し、結果として生じるLCD効率は4%のレンジだけである。   [0007] Another drawback of LCD displays is their limitations when used with color filters. In general, red, green and blue filters are used to create colors. These filters do not reflect unused light, but rather absorb it. For example, a red filter absorbs green and blue light while red light only passes through. In theory, a perfect blue filter will pass 33% of the light. In real filters, material is implemented significantly less than 33% of theory. Another place where light is absorbed is the matrix between the color filters. This matrix area is necessary for the circuit, and transistors are used to control the pixels. The required area is important in that one pixel requires three transistors, one transistor is needed for each of the three colors. Additional circuitry is also required to drive the transistors. The matrix area between the filters can absorb almost half of the total light available. When all of these and other losses such as reflection and material absorption are taken into account, the liquid crystal display panel only needs to be 8% efficient when all of the pixels move. In general, when creating an image of a pixel that is turned on, the image has approximately half and absorbs rather than reflecting with half of the pixels out of place, and the resulting LCD efficiency is only in the 4% range. is there.

[0008] この低い効率は、LCDディスプレイで使用されるバックライトが大きくて強力なことを必要とする。ディスプレイにおいて使用される支配的なランプ技術は、蛍光タイプ・ランプである。これらのランプは、相当に効率的であるが、水銀を必要とする。水銀は、処理課題をつくる。多くの場合、水銀は我々の食物連鎖において終わる。   [0008] This low efficiency requires that the backlight used in LCD displays be large and powerful. The dominant lamp technology used in displays is fluorescent type lamps. These lamps are fairly efficient but require mercury. Mercury creates processing challenges. In many cases, mercury ends up in our food chain.

[0009] LCD技術の別の欠点は、リフレッシュ・レートである。非常に最近のだけのLCDがCRTディスプレイのリフレッシュ・レートに等しいことが可能である。ビデオを動かすことを見ることのようなアプリケーションを要求するために、LCDの遅いリフレッシュ・レートは、明瞭である。LCDに関する他の課題は、低いコントラスト比率である。ディスプレイ表面の垂線から離れた位置から見るときに、コントラストの課題は悪化する。   [0009] Another drawback of LCD technology is the refresh rate. It is possible that only very recent LCDs are equal to the refresh rate of a CRT display. The slow refresh rate of the LCD is obvious to require applications like watching moving video. Another challenge with LCD is low contrast ratio. The contrast problem is exacerbated when viewed from a position away from the normal of the display surface.

[0010] 液晶ディスプレイからの色の品質は、光源から発される光の波長およびディスプレイにおいて使用されるカラーフィルタの特性によって制限される。これらの要因の両方とも、正確に自然で見つかる色を再現することができないディスプレイに結果としてなる。   [0010] The quality of the color from a liquid crystal display is limited by the wavelength of light emitted from the light source and the characteristics of the color filter used in the display. Both of these factors result in a display that cannot accurately reproduce colors found in nature.

[0011] LCD技術を有する別の欠点は、その限られた環境実施範囲である。液晶材料は、高温および低温でよく機能しない。極端な環境において使われるディスプレイは、適度な実施範囲の範囲内でそれらを保つためにしばしば冷やされるかまたは加熱される。非最適環境のLCDを使用することに関する他の課題は、高い湿度にさらされているときに、LCDディスプレイの低品質化のために、偏光フィルムが要求したということである。測定は、このプロパティの影響を減らすのになされる。極端な環境において使われるディスプレイでは、ディスプレイおよびそれらの偏光フィルムは、ガラス・ウインドウに入っている。   [0011] Another drawback with LCD technology is its limited environmental coverage. Liquid crystal materials do not function well at high and low temperatures. Displays used in extreme environments are often cooled or heated to keep them within reasonable working range. Another challenge with using LCDs in non-optimal environments is that polarizing films required to reduce the quality of LCD displays when exposed to high humidity. Measurements are made to reduce the effect of this property. In displays used in extreme environments, the displays and their polarizing films are contained in a glass window.

[0012] プラズマ薄膜パネル表示技術は、大きいスクリーンTVのための選択の余地の典型的技術である。プラズマ・ディスプレイもまた、著しい電力消費量である。プラスマTVは、「ついている」経験がLCD TVと同じ長さだけ持続しない。ピクセルは長い期間の間残るとき、ついていることが生じる。これらのピクセルは、それらの強さを失って、時間とともに洗いざらしになる。コストは、プラスマ技術を有する他の問題である。   [0012] Plasma thin film panel display technology is a typical technology of choice for large screen TVs. Plasma displays are also a significant power consumption. Plasma TV does not last the same length of “on” experience as LCD TV. When a pixel remains for a long period of time, it happens to be on. These pixels lose their strength and become washed out over time. Cost is another issue with plasma technology.

[0013] TVアプリケーションにおいて、プロジェクタは後部投影構成においてしばしば配備される。投影表示を使用しているコンピュータ・モニタのために、フロント・プロジェクション・モードは、より共通して使う。   [0013] In TV applications, projectors are often deployed in a rear projection configuration. For computer monitors using a projection display, the front projection mode is more commonly used.

[0014] 大部分の後部およびフロント・プロジェクション・ディスプレイは、MEMSミラーアレイを利用する。MEMSミラーアレイは、アメリカ特許番号4,566,935; 4,596,992; 4,615,595; 4,662,746; 4,710,732; 4,956,619および5,028,939において各々の開示され、テキサスの発明者ラリーHornbeckによって全て出願され、そして、テキサスのテキサス・インスツルメンツ(TI)に譲受される。TI技術は、外れた位置から正しい位置に光を変更するためにそれらの入射角度を光路に変えるMEMS鏡のアレイを使用する。鏡が正しい位置にある場合、鏡は光が光路を通るように反射する。鏡が外れた位置においてあるときに、投影光学系の外側にはずれた経路に、光は反射される。これは、効果的に、光バルブをオフ状態にする。   [0014] Most rear and front projection displays utilize MEMS mirror arrays. MEMS mirror arrays are each disclosed in US Patent Nos. 4,566,935; 4,596,992; 4,615,595; 4,662,746; 4,710,732; 4,956,619 and 5,028,939, all filed by Texas inventor Larry Hornbeck and assigned to Texas Instruments (TI), Texas. Is done. TI technology uses an array of MEMS mirrors that change their angle of incidence into the optical path to change the light from out of position to the correct position. When the mirror is in the correct position, the mirror reflects the light so that it passes through the optical path. When the mirror is out of position, the light is reflected along a path deviated outside the projection optical system. This effectively turns the light valve off.

[0015] この技術を有する多くの欠点を有する。1つは、光伝送が70%未満であるということである。鏡の角度方位の変更を許容するために、隣接した鏡との実質的なすきまがなければならない。必須のすきまは、多くの光に無駄になる。更に、反射光は光バルブに吸収される。吸収されたエネルギーは、この技術を使用する切換装置を冷却させる。   [0015] It has many drawbacks with this technology. One is that optical transmission is less than 70%. In order to allow a change in the mirror's angular orientation, there must be a substantial clearance between adjacent mirrors. The essential clearance is wasted on much light. Further, the reflected light is absorbed by the light valve. The absorbed energy cools the switching device using this technique.

[0016] 別のフラットパネルディスプレイ技術は、サウザンドオークス(カリフォルニア州)の発明者マーティンSelbredeによって、米国特許5,319,491において開示される。この特許は、弾力的な膜の形状が光が光ガイドから逃げることができるように変わる方法を開示する。ピクセルから出る光の出力を制御することは困難であり、したがって、エラストマの形状を制御するのは難しい。ピクセルから出る光の出力は、光が膜に当たる角度に依存している。また、光がパネルを出る角度は、垂直から離れた角度である。一般的に、スクリーンに垂直な光は、あなたが最も多くの出力を望む方位である。コントラスト比率は、弾力的な膜技術によって制限される。この限定は、光または光学のいかなる欠点も光を逃げさせるという事実による。ディスプレイが主に黒いときに、極めて小さい欠陥は低いコントラストに結果としてなるのに十分な光リークを起こすことができる。高い周囲照明状況において、コントラストは他の要因によって減少する。この要因は、若干の例(視者に対する環境照明)で、奇形のエラストマが反射するということである。   [0016] Another flat panel display technology is disclosed in US Patent 5,319,491 by inventor Martin Selbrede of Thousand Oaks, California. This patent discloses a method in which the shape of the resilient membrane changes so that light can escape from the light guide. It is difficult to control the light output from the pixels, and therefore it is difficult to control the shape of the elastomer. The light output from the pixel depends on the angle at which the light strikes the film. The angle at which the light exits the panel is an angle away from the vertical. In general, the light perpendicular to the screen is the orientation you want the most output. The contrast ratio is limited by elastic membrane technology. This limitation is due to the fact that any fault of light or optics causes light to escape. When the display is mainly black, very small defects can cause sufficient light leakage to result in low contrast. In high ambient lighting situations, contrast is reduced by other factors. This factor is due to the reflection of malformed elastomers in some cases (environmental illumination for the viewer).

[0017] 別のフラットパネルディスプレイは、マサチューセッツ州ボストンの発明者Mark Milesによる米国特許6,040,937; 6,674,562; 6,867,896および7,124,216に開示されている。本発明は、光学エレメントの間の距離をピクセルの干渉特性を制御するのに制御する。この技術は、反射モードに効果的で、したがって、大部分の表示アプリケーションに適用するのに効果的である。3つの光スイッチは、赤・緑・青カラーをつくることを必要とする。三色の光スイッチが必要とされるだけでなく、スイッチを動かす電子機器がまた含まれなければならない。   [0017] Another flat panel display is disclosed in US Patents 6,040,937; 6,674,562; 6,867,896 and 7,124,216 by inventor Mark Miles of Boston, Massachusetts. The present invention controls the distance between the optical elements to control the interference characteristics of the pixels. This technique is effective for reflection mode and is therefore effective for application to most display applications. Three light switches need to create red, green and blue colors. Not only is a three-color optical switch required, but the electronics that move the switch must also be included.

[0018] 他のディスプレイの発明は、WAの発明者ゲイリー・スタークウェザーによってアメリカ特許公報20050248827および20060070379の双方において最近開示され、それらはWAマイクロソフトに譲受された。それが鏡を曲げるかまたは動かすことによって光を切替えるという点で、この技術はホーンブルック技術と類似している。この技術は、その高い複雑さで、高いコストのために苦しむ。この技術の効果は、その理論上の効率が大部分の他の技術より良いということである。しかし、実際問題として、技術は視準されたバックライト・ソースを必要とする。このタイプのソースは、非効率的で高価である。この技術を有する表示の費用は、高くてまだ非効率である。更に、視準されたバックライト・ソースの作成は、相当な深さがディスプレイに存在することを必要とする。この深さは、消費者に望ましくなく、したがって、この技術の市場を減らす。   [0018] Other display inventions were recently disclosed in both US Patent Publications 20050248827 and 20060070379 by WA inventor Gary Starkweather, which were assigned to WA Microsoft. This technique is similar to the Hornbrook technique in that it switches light by bending or moving the mirror. This technology suffers because of its high complexity and high cost. The effect of this technique is that its theoretical efficiency is better than most other techniques. However, as a practical matter, the technology requires a collimated backlight source. This type of source is inefficient and expensive. The cost of displays with this technology is high and still inefficient. Furthermore, the creation of a collimated backlight source requires that a considerable depth exists in the display. This depth is undesirable for consumers and therefore reduces the market for this technology.

[0019] 本発明は、マイクロ光学部品を利用する。この分野に関連したいくつかの従来技術もまた、議論されなければならない。日本のヤマグチアキラによるアメリカ特許第6,421,103号(富士フィルムに譲受)は、液晶表示パネル用としてのバックライトが開示される。この特許は、光源、基板、開口(光ガイドとして使われない)および、基板上の反射する領域を開示する。光は、ある反射面の表面で反射して開口を通過する。開口を通過する光は、レンズによって捕捉され、光の方向を制御するのに用いる。山口参考文献は、光の制限された角度に液晶タイプ・ディスプレイの視者で、直接より多くの光に集中することを教示する。   The present invention uses micro optical components. Some prior art related to this field must also be discussed. US Pat. No. 6,421,103 (assigned to Fuji Film) by Yamaguchi Chira in Japan discloses a backlight for a liquid crystal display panel. This patent discloses a light source, a substrate, an aperture (not used as a light guide) and a reflective area on the substrate. The light is reflected by the surface of a certain reflecting surface and passes through the opening. Light passing through the aperture is captured by the lens and used to control the direction of the light. The Yamaguchi reference teaches that liquid crystal type display viewers concentrate directly on more light at a limited angle of light.

[0020] プリンストン(ニュージャージー州)のカール・ビーソンによる米国特許5,396,350は、光を光ガイドから引き出すのに用いる光学エレメントを有する光ガイドを開示する。光学エレメントは、パネルの視者の側にあって、光の方向を制御する能力を制限する。本発明は、視者の方へ光に集中するためにLCDタイプ制御盤と連動して使われることを目的とする。   [0020] US Pat. No. 5,396,350 by Carl Bieson of Princeton (New Jersey) discloses a light guide having an optical element used to extract light from the light guide. The optical element is on the viewer side of the panel and limits its ability to control the direction of light. It is an object of the present invention to be used in conjunction with an LCD type control panel in order to concentrate light toward the viewer.

[0021] 本発明は、薄いフラットパネルディスプレイに用いられる光バルブである。
フラットパネルディスプレイは、携帯電話、ラップトップ・コンピュータ、コンピュータ・モニタ、TVおよび民間のディスプレイにおいて使われる。本発明の光バルブによって、光を抽出し、光がTIRプロセスによる光ガイドの上に進行することができる。
[0021] The present invention is a light valve used in a thin flat panel display.
Flat panel displays are used in cell phones, laptop computers, computer monitors, TVs and commercial displays. The light valve of the present invention allows light to be extracted and the light to travel over the light guide by the TIR process.

[0022] 光は、まず最初に光ガイドの端から光ガイドに放射される。光は、それから光ガイドの内面の中を離れて反射することによって光ガイドの上に進む。光が、光ガイドの上部に着く場合、反射材料は、光ガイドの底部の方へ光を戻すように反射する。   [0022] The light is first emitted from the end of the light guide to the light guide. The light then travels over the light guide by reflecting off the inner surface of the light guide. When light arrives at the top of the light guide, the reflective material reflects back to the light toward the bottom of the light guide.

[0023] 光が光ガイドを上下に進むにつれて、光は典型的には、光ガイドと接触して、TIRスイッチの要素が正しい位置にあるポイントを見つける。スイッチ素子が、光ガイドと接触するとき、光は、光ガイドから抽出され、光を視者にリダイレクトさせる光学システムに差し向けられる。光ガイドの表面と接触してないスイッチ素子は、光を抽出しない。接触スイッチは、「オン」ピクセルを生成し、一方、光ガイドと接触していないスイッチは、「オフ」ピクセルを生成する。   [0023] As light travels up and down the light guide, the light typically contacts the light guide to find a point where the elements of the TIR switch are in the correct position. When the switch element contacts the light guide, light is extracted from the light guide and directed to an optical system that redirects the light to the viewer. Switch elements that are not in contact with the surface of the light guide do not extract light. A contact switch produces an “on” pixel, while a switch that is not in contact with the light guide produces an “off” pixel.

[0024] 追加的な光学およびマスクは、コントラスト比、視野角、および、ディスプレイ視者にとって重要である他のパラメータを改善するために所定のシステムに加えられることができる。順番に光の色を交替させ、ピクセルを切り替えることによって、完全なカラーディスプレイは、スイッチの最小の数によって生成されることができる。完全な全域の色が光ガイドに供給されるとき、連続した切り替えによって色を、フィルタリングすることなく視者に提示することができる。   [0024] Additional optics and masks can be added to a given system to improve contrast ratio, viewing angle, and other parameters that are important to the display viewer. By alternating light colors and switching pixels in sequence, a full color display can be generated with a minimum number of switches. When a full gamut of colors is supplied to the light guide, the colors can be presented to the viewer without filtering by successive switching.

[0025] 本発明の効果は、それが現在の技術装置よりはるかに大きな決定を有するフラットパネルディスプレイを使用可能にするということである。
[0026] 本発明の他の効果は、技術がフラットパネルディスプレイにおいて容易に製造されるということである。
[0025] An advantage of the present invention is that it enables use of flat panel displays that have much greater decisions than current technology devices.
[0026] Another advantage of the present invention is that the technology is easily manufactured in flat panel displays.

[0027] 本発明の更なる効果は、装置が、スイッチングを達成するために光学系の非常に小さい移動を必要とする従来技術よりも、よい早い切り替えができることである。
[0028] 本発明のさらにもう一つの効果は、より良いカラー複製により高いコントラスト比率を提供するということである。
[0027] A further advantage of the present invention is that the device can switch faster and better than the prior art, which requires very little movement of the optical system to achieve switching.
[0028] Yet another advantage of the present invention is that it provides a higher contrast ratio with better color reproduction.

[0029] 本発明のさらに別の効果は、ディスプレイが非理想の環境においてよく機能するということである。
[0030] 図面にて図示したように、そして、本願明細書において記載されているように、これらの、そしてまた他の、目的および本発明の効果は発明を実施する最も周知の方法の記述からみて、当業者にとって明らかになる。
[0029] Yet another advantage of the present invention is that the display performs well in non-ideal environments.
[0030] As illustrated in the drawings and as described herein, these and other objects and advantages of the present invention will be derived from the description of the most well-known method of carrying out the invention. It will be apparent to those skilled in the art.

[0031] 図1は、TIR切替技術を供えた薄いフラットパネルディスプレイの斜視図を示す。[0031] FIG. 1 shows a perspective view of a thin flat panel display with TIR switching technology. [0032] 図2は、図1に示されるディスプレイの分解図である。[0032] FIG. 2 is an exploded view of the display shown in FIG. [0033] 図3は、垂直方位から水平位置まで回転しているディスプレイで、図1に示されるディスプレイの左下角の拡大された部分である。FIG. 3 is an enlarged portion of the lower left corner of the display shown in FIG. 1, with the display rotating from vertical orientation to horizontal position. [0034] 図4は、TIRディスプレイのエレクトロニクスバックパネルコンポーネントの上部斜視図である。[0034] FIG. 4 is a top perspective view of the electronics back panel component of the TIR display. [0035] 図5は、図4に示されるバックパネルコンポーネントの下面斜視図である。FIG. 5 is a bottom perspective view of the back panel component shown in FIG. [0036] 図6は、図3に示されるTIRディスプレイのフィルムコンポーネントの詳細図である。FIG. 6 is a detailed view of the film components of the TIR display shown in FIG. [0037] 図7は、電子機器バックパネルコンポーネントで組み立てられたフィルムコンポーネントをしめす。[0037] FIG. 7 shows a film component assembled with an electronic back panel component. [0038] 図8は、エレクトロニクスバックパネルコンポーネントから離れて間隔を置かれるフィルムコンポーネントの拡大された側面図である。[0038] FIG. 8 is an enlarged side view of a film component spaced apart from an electronics back panel component. [0039] 図9は、フラットパネルディスプレイの側面図である。ディスプレイのいくつかのコンポーネントは、明確にするため示されない。FIG. 9 is a side view of the flat panel display. Some components of the display are not shown for clarity. [0040] 図10は、包含されたいくつかの光線トレースと一緒にディスプレイの側面図を示す。[0040] FIG. 10 shows a side view of the display along with several included ray traces. [0041] 図11は、オフにされたTIR光バルブと包含されたいくつかの光線トレースと一緒にディスプレイの側面図を示す。[0041] FIG. 11 shows a side view of the display with the TIR light valve turned off and several ray traces included. [0042] 図12は、光ガイド、LEDおよび光ガイド反射器の縮小した破壊断面図である。FIG. 12 is a reduced cross-sectional view of the light guide, the LED, and the light guide reflector. [0043] 図13は、例示されるディスプレイコンポーネントの全てを有するフラットパネルディスプレイの側面図である。[0043] FIG. 13 is a side view of a flat panel display having all of the illustrated display components. [0044] 図14は、黒いマスクの小さな部分の斜視図である。[0044] FIG. 14 is a perspective view of a small portion of the black mask. [0045] 図15は、フィルムコンポーネントおよびエレクトロニクスバックパネルが一緒に組み立てられたTIRスイッチの拡大された側面図である。[0045] FIG. 15 is an enlarged side view of a TIR switch with the film components and the electronics back panel assembled together. [0046] 図16は、カラーシーケンスのために必要な制御電子装置のブロック線図である。[0046] FIG. 16 is a block diagram of the control electronics required for the color sequence. [0047] 図17は、圧電性またはelectroelastomerエレメントを利用しているフラットパネルディスプレイを例示する。[0047] FIG. 17 illustrates a flat panel display utilizing piezoelectric or electroelastomer elements. [0048] 図18は、固定反射器を有するフラットパネルディスプレイを示す。[0048] FIG. 18 shows a flat panel display with fixed reflectors. [0049] 図19は、中空の固定反射器を有するフラットパネルディスプレイを示す。[0049] FIG. 19 shows a flat panel display with a hollow fixed reflector. [0050] 図20は、技術の実施形態を示す。[0050] FIG. 20 illustrates an embodiment of the technique. [0051] 図21は、技術の実施形態を示す。[0051] FIG. 21 illustrates an embodiment of the technology. [0052] 図22Aは、開いたウインドウを例示する。[0052] FIG. 22A illustrates an opened window. [0053] 図22Bは、閉じたウインドウを例示する。[0053] FIG. 22B illustrates a closed window.

[0054] 最初に図1を参照すると、本発明のTIR切替えられた薄いフラットパネルディスプレイ1は、パネル領域2を有する。パネル領域2は、下側エッジに沿って緑のLED 3、青いLED 4および赤いLED 5が位置する。LED 3、4、5の数、およびそれらが位置する側は、サイズ、形状および所望のディスプレイの使用のファンクションである。ED 3、4、5は、一つ以上のエッジに置かれることができ、特定のアプリケーションがそれを必要とする。LED 3、4、5は、適当なレベルで、そして、適当なタイミングでそれらを駆動するためにドライバ・エレクトロニクスを必要とする。LEDドライバ・エレクトロニクスの当業者は、この作業を達成するために多くの異なる回路を考案することができ得る。図1において例示される実施形態では、27のLED 3、4、5が、底部エッジに沿って全体的に等間隔に設置されて示される。TIR技術の点で固有の高効率を備え、この多数のLEDを有するディスプレイは、明るい環境光の屋外の使用を目的とする。弱い環境光での使用を目的とするディスプレイは、より少しのLED 3、4、5を必要とする。   Referring first to FIG. 1, the TIR switched thin flat panel display 1 of the present invention has a panel region 2. In the panel area 2, the green LED 3, the blue LED 4 and the red LED 5 are located along the lower edge. The number of LEDs 3, 4, 5 and the side on which they are located is a function of size, shape and use of the desired display. EDs 3, 4, and 5 can be placed on one or more edges, and specific applications need it. LEDs 3, 4, 5 require driver electronics to drive them at the appropriate level and at the appropriate time. One skilled in the art of LED driver electronics can devise many different circuits to accomplish this task. In the embodiment illustrated in FIG. 1, 27 LEDs 3, 4, 5 are shown generally equally spaced along the bottom edge. With its high efficiency inherent in terms of TIR technology, this multi-LED display is intended for outdoor use of bright ambient light. A display intended for use in low ambient light requires fewer LEDs 3, 4, and 5.

[0055] 図2はパネル領域2の分解図であり、それは4つの主要コンポーネントから成る。マスクおよび拡散アセンブリ6がパネル領域2のフロント層を形成する。光ガイド7は、マスクおよび拡散アセンブリ6の後ろにある。TIRスイッチフィルム8は、光ガイド7の後ろにある。エレクトロニクスバックパネル10は、スイッチフィルム8の後ろである。全ての主要コンポーネント6、7、8、10の4つは、ピクセルの域11と同じ領域を有する。必要なピクセルの数は、表示解像度に依存している。   [0055] FIG. 2 is an exploded view of the panel region 2, which consists of four main components. A mask and diffusion assembly 6 forms the front layer of the panel region 2. The light guide 7 is behind the mask and diffusion assembly 6. The TIR switch film 8 is behind the light guide 7. The electronics back panel 10 is behind the switch film 8. All four of the main components 6, 7, 8, 10 have the same area as the area 11 of pixels. The number of pixels required depends on the display resolution.

[0056] (図2において分解してして示される)4つの部品6、7、8、10は、使用中に図1に示すように互いに結合される。結合されたアセンブリの小さい角の断面は、図3に大きく示される。   [0056] The four parts 6, 7, 8, 10 (shown in exploded form in FIG. 2) are joined together in use as shown in FIG. The small corner cross section of the combined assembly is shown greatly in FIG.

[0057] 図3では、緑、青、赤のLED 3、4、5は、光ガイド7とのそれらの本当の関係を示す。エンド反射板9は、LED 3、4、5と同じ光ガイド7のエッジをカバーする。(反射板9は更に詳細に図12に示され、その機能は後述する。)主要コンポーネント6、7、8、10の相対的な厚みは、図12に示す。主要コンポーネント6、7、8、10の相対的な厚みは、所定のディスプレイの異なるサイズおよびピッチに関して変化する。   In FIG. 3, the green, blue and red LEDs 3, 4, 5 show their true relationship with the light guide 7. The end reflector 9 covers the same edge of the light guide 7 as the LEDs 3, 4, 5. (The reflector 9 is shown in more detail in FIG. 12, the function of which will be described later.) The relative thicknesses of the main components 6, 7, 8, 10 are shown in FIG. The relative thickness of the main components 6, 7, 8, 10 varies for different sizes and pitches of a given display.

[0058] 次いで、図4を参照すると、エレクトロニクスバックパネル10は、図3と同じ方向に示される。エレクトロニクスバックパネル10のための基板材料は、遮蔽材でなければならない。より大きいディスプレイのために、繊維ガラス補強されたPCB材料等は、基板として望ましい。より小型ディスプレイのために、絶縁基体材料は、ガラス、シリコンまたはプラスチックであってもよい。基板材は光学的に透明な必要はないので、材料選択のための多くのオプションがある。   [0058] Referring now to FIG. 4, the electronics back panel 10 is shown in the same direction as FIG. The substrate material for the electronics back panel 10 must be a shielding material. For larger displays, fiberglass reinforced PCB materials and the like are desirable as substrates. For smaller displays, the insulating substrate material may be glass, silicon or plastic. Since the substrate material does not need to be optically transparent, there are many options for material selection.

[0059] 電子コンポーネントは、エレクトロニクスバックパネル10の平らな表面21に配置され得る。明確にするため、それらのコンポーネントのいずれも、図4に示されない。環状リング22は、ピクセル領域の中央線の近くに位置する。環状リング22は、導電材料でできていてもよくて、全体的に薄い。環状リング・ポケット23は、(後述の)光学部品からのクリアランスのための凹部領域である。環状リング・ポケット23もまた、導電材料でできていてもよくて、薄い。電子機器がエレクトロニクスバックパネル10の後方にある場合、少なくとも一つの供給スルホール24は必要である。供給スルホール24は、環状リング22に対して同心に示されているが、同心性は必須ではない。供給スルホール24は、エレクトロニクスバックパネル10上のどこにでも位置することができる。供給スルホール24は、環状リング22をエレクトロニクス平面10の後方に存在するいかなる電子機器にも接続する導電材料の薄い層を有する。主題のディスプレイアプリケーションのために必要であるトランジスタ、コンデンサまたはレジスタのようないかなる電子コンポーネントも、環状リング22の間、または、エレクトロニクスバックパネル10の表面の下に配置することができる点に留意する必要がある。   [0059] Electronic components may be placed on the flat surface 21 of the electronics back panel 10. For clarity, none of those components are shown in FIG. The annular ring 22 is located near the center line of the pixel area. The annular ring 22 may be made of a conductive material and is generally thin. The annular ring pocket 23 is a recessed area for clearance from optical components (described below). The annular ring pocket 23 may also be made of a conductive material and is thin. If the electronics are behind the electronics back panel 10, at least one supply through hole 24 is necessary. The supply through hole 24 is shown concentric with the annular ring 22, but concentricity is not essential. The supply through hole 24 can be located anywhere on the electronics back panel 10. The supply through hole 24 has a thin layer of conductive material that connects the annular ring 22 to any electronic equipment that is behind the electronics plane 10. It should be noted that any electronic components such as transistors, capacitors or resistors that are necessary for the subject display application can be placed between the annular rings 22 or below the surface of the electronics back panel 10 There is.

[0060] 次いで、図5を参照すると、供給スルホール24は、エレクトロニクスバックパネル10のバックサイドに見える。底面環状リング25は、電気伝導を供給スルホール24に提供するために導電材料の薄い層から形成される。回路配線26は、底面環状リング25をボードの後方上の他の場所に位置する回路に接続するのに用いる。別の実施形態では、環状リング25は、電気コネクタに接続されることができ、それは他の電子コンポーネントと連通して環状リング25を遠隔PCBに付ける。電子レイアウトおよび製造の当業者は、パフォーマンスを向上させながら、全システム・コストを減らすために、適当な電子機器の配置およびタイプを容易に定めることができる。   [0060] Referring now to FIG. 5, the supply through hole 24 is visible on the back side of the electronics back panel 10. FIG. The bottom annular ring 25 is formed from a thin layer of conductive material to provide electrical conduction to the supply through hole 24. Circuit wiring 26 is used to connect bottom annular ring 25 to circuitry located elsewhere on the back of the board. In another embodiment, the annular ring 25 can be connected to an electrical connector, which communicates with other electronic components to attach the annular ring 25 to the remote PCB. Those skilled in the art of electronic layout and manufacturing can easily determine the placement and type of appropriate electronic equipment to reduce overall system cost while improving performance.

[0061] TIRスイッチ・フィルム8を図6に示す。TIRスイッチフィルム8は、透明な可撓性タイプ材料(例えばポリカーボネート、ポリエステル、アクリル樹脂、等)でできている。TIRスイッチ・フィルム8の上部表面31は、光ガイド7(図6では図示せず)の表面の近くに配置されるが、スイッチフィルム8の上面31と光ガイド7の表面と間の狭いギャップがある。接触ドーム32は、ピクセル領域の中央に理想的に位置する。(接触ドーム32は、図8において更に詳細に見られることができる。)接触ドーム32に、頂部表面上に平坦な領域および浅い勾配があるのが好ましい。平坦な領域は、光ガイドの対応する部分と適合する(すなわち、合う)ように形成され得る。非常に短いForはドーム32に関しては、ドーム32は勾配が全くない。(勾配のない接触ドームは、リソグラフィプロセスで形成されることが可能であるという利点がある。先細側を有するAドームは、鋳造方法で形成されるのが最適である。)接触ドーム32の各々は、反射器周辺部33を含む。TIRスイッチフィルム8が透明であるので、反射器周辺部33はスイッチフィルム8のバックサイドに配置されるが、図6において見える。TIRスイッチフィルム8は、容易に屈曲するのを可能にするために非常に薄い。スイッチフィルム8の厚みは、反射器周辺部33の直径の1/10より小さい。   [0061] A TIR switch film 8 is shown in FIG. The TIR switch film 8 is made of a transparent flexible type material (for example, polycarbonate, polyester, acrylic resin, etc.). The upper surface 31 of the TIR switch film 8 is located near the surface of the light guide 7 (not shown in FIG. 6), but there is a narrow gap between the upper surface 31 of the switch film 8 and the surface of the light guide 7. is there. The contact dome 32 is ideally located in the center of the pixel area. (The contact dome 32 can be seen in more detail in FIG. 8.) The contact dome 32 preferably has a flat area and a shallow slope on the top surface. The flat region can be formed to match (ie, match) a corresponding portion of the light guide. For a very short For dome 32, the dome 32 has no gradient at all. (A contact dome without a gradient has the advantage that it can be formed by a lithographic process. An A dome with a tapered side is best formed by a casting method.) Each of the contact dome 32 Includes a reflector periphery 33. Since the TIR switch film 8 is transparent, the reflector periphery 33 is located on the back side of the switch film 8 but is visible in FIG. The TIR switch film 8 is very thin to allow easy bending. The thickness of the switch film 8 is smaller than 1/10 of the diameter of the reflector peripheral portion 33.

[0062] スペーサポスト34は、TIRスイッチフィルム8の他のメイン要素から成る。スペーサポスト34は、接触ドーム32の間に位置する。スペーサポスト34は、スイッチフィルム8と光ガイド7と間の狭いギャップ60(図15において見える)を維持する。スペーサポスト34は四角であるとして図6-8において例示されるが、他の形状が同様に用いられてもよい。スペーサポスト34は、下部スペーサポスト34’を形成するためにスイッチフィルム8を介して、底面から外に向けて下方へ伸びる。下部スペーサポスト34’は、最も容易に図8に見ることができる。   The spacer post 34 is composed of another main element of the TIR switch film 8. Spacer posts 34 are located between the contact domes 32. The spacer post 34 maintains a narrow gap 60 (visible in FIG. 15) between the switch film 8 and the light guide 7. Although the spacer posts 34 are illustrated in FIGS. 6-8 as being square, other shapes may be used as well. The spacer post 34 extends downward from the bottom surface through the switch film 8 to form a lower spacer post 34 '. The lower spacer post 34 'is most easily seen in FIG.

[0063] 図7は、エレクトロニクスバックパネル10に組み立てられたTIRスイッチフィルム8を示す。エレクトロニクスバックパネル10上の環状リング22は、透明なTIRスイッチフィルム8を介して見られることができる。TIRスイッチフィルム8のピクセル特徴の中央線およびエレクトロニクスバックパネル10は、全体的に配置される。   FIG. 7 shows the TIR switch film 8 assembled to the electronics back panel 10. An annular ring 22 on the electronics back panel 10 can be seen through the transparent TIR switch film 8. The center line of the pixel features of the TIR switch film 8 and the electronics back panel 10 are located throughout.

[0064] 図8は、エレクトロニクスバックパネル10およびTIRスイッチフィルム8の分解断面側面図を示す。環状リング・ポケット23は、球状の形状で図8に示される。環状リング・ポケット23の形状は、矩形、台形または不規則な形状であってもよい。リング・ポケット23の形状は、本発明の光学的機能に影響を及ぼさない。反射器35は、リング・ポケット23において受け取られる。反射器35の形状は一般に球状で表され、それは多くのアプリケーションに受け入れられる反射器形状である。しかし、大部分の表示アプリケーションでは、反射器35のための理想的な形状は、非球面である。反射器35の特定の最適非球面形状は、ドーム直径、ドーム勾配、非球面反射器に関するドーム位置、さまざまなコンポーネントの屈折率および反射器35の直径の関数である。その上、反射器35の製造方法は、反射器35に関して選択される形状に、実際的な影響を及ぼすことができる。反射器の設計の当業者は、所定の全体的なディスプレイの特定の設計目標に対処するために反射器形状を考案することができる。   FIG. 8 shows an exploded cross-sectional side view of the electronics back panel 10 and the TIR switch film 8. The annular ring pocket 23 is shown in FIG. 8 in a spherical shape. The shape of the annular ring pocket 23 may be rectangular, trapezoidal or irregular. The shape of the ring pocket 23 does not affect the optical function of the present invention. The reflector 35 is received in the ring pocket 23. The shape of the reflector 35 is generally represented as a sphere, which is a reflector shape that is acceptable for many applications. However, for most display applications, the ideal shape for the reflector 35 is aspheric. The particular optimal aspheric shape of reflector 35 is a function of dome diameter, dome gradient, dome position with respect to the aspheric reflector, the refractive indices of the various components, and the diameter of reflector 35. Moreover, the manufacturing method of the reflector 35 can have a practical influence on the shape selected for the reflector 35. Those skilled in the art of reflector design can devise reflector shapes to address specific design goals for a given overall display.

[0065] 下部スペーサポスト34’は、スペーサポスト34の下端から形成される。下部スペーサポスト34’の底面は、エレクトロニクスバックパネル10の平らな表面21と接触し、ボンディングされる。スペーサポスト34の上面は、光ガイド7にボンディングされる。この結合のための接着剤は、低い屈折率を有しなければならない。接着剤があまりに高い屈折率を有すると、光ガイド7の結合面は低い屈折率材料で被覆されることを必要とするだろう。図9は、光ガイド7に結合されるTIRスイッチフィルム8を示す。接触ドーム32は、光ガイド7と接触される。光ガイド7が低屈折率材料で被覆される場合では、接触ドーム32が光ガイド7と接触する領域は、低屈折率材料が除かれる必要がある。   The lower spacer post 34 ′ is formed from the lower end of the spacer post 34. The bottom surface of the lower spacer post 34 'contacts and is bonded to the flat surface 21 of the electronics back panel 10. The upper surface of the spacer post 34 is bonded to the light guide 7. The adhesive for this bond must have a low refractive index. If the adhesive has a too high refractive index, the coupling surface of the light guide 7 will need to be coated with a low refractive index material. FIG. 9 shows the TIR switch film 8 coupled to the light guide 7. The contact dome 32 is in contact with the light guide 7. In the case where the light guide 7 is coated with a low refractive index material, the region where the contact dome 32 contacts the light guide 7 needs to have the low refractive index material removed.

[0066] 図10を、次いで参照すると、光線41は、緑のLED 3から生じる。光線41は、光ガイド7のフィルム側面42から反射する。光線41のこの反射は、全反射(TIR)である。フィルム側面42に対して垂直から光線の方向への角度(角度AA@)が、光ガイドの材料の屈折率ANIg"に対する、光ガイドの表面に隣接した材料の屈折率ANs(R)の比(商)のアークサインより少ないとき、TIRは起こる。光ガイドが、アクリル樹脂および隣接した材料から作られるところが空気である場合に関して、角度Aは:ここで、Ns= 1及びNIg = 1.5に関して、
角度A= arcsine (1/1.5)=41.8[度]
であってよい。内角Aが41.8度未満の場合、光は内部表面から反射する。角度Aが41.8度より大きい場合、光は表面を通過して、異なる角度に屈折する。
[0066] Referring now to FIG. 10, light ray 41 originates from green LED 3. The light beam 41 is reflected from the film side surface 42 of the light guide 7. This reflection of ray 41 is total internal reflection (TIR). The ratio of the refractive index ANs (R) of the material adjacent to the surface of the light guide to the refractive index ANIg "of the light guide material (angle AA @) from the perpendicular to the film side 42 to the ray direction (angle AA @) TIR occurs when less than the arc sine of the quotient) For the case where the light guide is made of acrylic resin and adjacent material is air, the angle A is: where Ns = 1 and NIg = 1.5
Angle A = arcsine (1 / 1.5) = 41.8 [degree]
It may be. When the internal angle A is less than 41.8 degrees, the light is reflected from the internal surface. If the angle A is greater than 41.8 degrees, the light passes through the surface and is refracted at different angles.

[0067] 異なる材料が互いに隣接する3つのケースがあり、角度Aが全3つに関して異なり、それらは以下の通りである:
ケース1は、光ガイド(屈折率1.5)が空気(屈折率1)と隣接している場合
ケース2は、光ガイド(屈折率1.5)が接触ドーム(屈折率1.5)と隣接する場合
ケース3は、光ガイド(屈折率1.5)が低屈折率材料(屈折率1.35)と隣接する場合
これらの3つのケースのための角度Aを算出すると:A = arcsine ( Ns / NIg )
ケース1:Ns=1のとき、NIg =1.50 A = arcsine (1/1.50)=41.8度
ケース2:Ns=1.50のとき、NIg=1.50 A=arcsine (1.50/1.50) = 90度
ケース3:Ns= 1.35のとき、NIg=1.50 A= arcsine ( 1.35 / 1.50 )= 64.2度
[0068] 光線41のアプローチ角度が、光ガイド7の表面に対して垂直から62.5度より小さいとき、これらの3つの計算から、光は光ガイド7の下に反射され続けるように見られる。ケース1およびケース3は、光がTIRである場合である。ケース2では、光はTIRをしない。光は、光ガイド7の表面を通過して、接触ドーム32を通過してそのオリジナルの進路に沿って進む。
[0067] There are three cases where different materials are adjacent to each other, and the angle A is different for all three, and they are as follows:
Case 1 has light guide (refractive index 1.5) adjacent to air (refractive index 1) Case 2 has light guide (refractive index 1.5) adjacent to contact dome (refractive index 1.5) Case 3 If the light guide (refractive index 1.5) is adjacent to a low refractive index material (refractive index 1.35), calculating the angle A for these three cases: A = arcsine (Ns / NIg)
Case 1: When Ns = 1, NIg = 1.50 A = arcsine (1 / 1.50) = 41.8 degrees Case 2: When Ns = 1.50, NIg = 1.50 A = arcsine (1.50 / 1.50) = 90 degrees Case 3: Ns = 1.35, NIg = 1.50 A = arcsine (1.35 / 1.50) = 64.2 degrees
[0068] From these three calculations it appears that the light 41 continues to be reflected under the light guide 7 when the approach angle of the ray 41 is less than 62.5 degrees from normal to the surface of the light guide 7. Case 1 and Case 3 are cases where the light is TIR. In Case 2, the light does not TIR. The light travels along the original path through the surface of the light guide 7 and through the contact dome 32.

[0069] 光ガイド7および接触ドーム32は同じ屈折率であることができない点に留意する必要がある。屈折率が同等でない場合、若干の屈折が光ガイド7および接触ドーム32のインタフェースで起こる。材料間の屈折率の違いは、屈折の量を決定する。好ましくは、接触ドーム32の屈折率は、光ガイド7のそれより大きい。接触ドームの屈折率が光ガイド7のそれよりも小さい場合、光ガイド7の表面に対して垂直よりおきな角度で移動するいくつかの光は、接触ドーム32に通過しない。   [0069] It should be noted that the light guide 7 and the contact dome 32 cannot have the same refractive index. If the refractive indices are not equal, some refraction occurs at the interface of the light guide 7 and the contact dome 32. The difference in refractive index between materials determines the amount of refraction. Preferably, the refractive index of the contact dome 32 is greater than that of the light guide 7. If the refractive index of the contact dome is smaller than that of the light guide 7, some light traveling at an angle greater than normal to the surface of the light guide 7 will not pass through the contact dome 32.

[0070] 図10の角度Aの3つの種類を相関させる:
空気屈折率を使用してフィルム側面42を離れた反射は、光線41の第1のTIR反射である。この反射は、ケース1の方程式によって結合される。低い屈折率TIR反映44は、第2の光線43のTIR反射であって、ケース3の方程式によって結合される。第3の内部光線45は、適合された屈折率ポイント46に当たって、TIRを経験しない。光線45は、光ガイド7を通過し、反射なしでドーム32の材料を接触し、光線45がこのポイントに当たるときに、接触ドーム32が光ガイド7と接触すると仮定する。接合はすきまがなくなければならない点に留意する必要がある。小さいエアギャップさえ、光を通過することを崩壊させる。小さいすきまは、表面仕上げの小さな変化、または、小さい外来の粒子によってさえつくられることができる。光ガイド7の表面か接触ドーム32の表面上の透明な弾性体の薄い層の追加は、混乱が起こらず、要求されるように、光が通過することを確実にする。
[0070] Three types of angles A in FIG. 10 are correlated:
The reflection off the film side 42 using the air refractive index is the first TIR reflection of the ray 41. This reflection is combined by the case 1 equation. The low refractive index TIR reflection 44 is the TIR reflection of the second ray 43 and is combined by the case 3 equation. The third internal ray 45 strikes the adapted refractive index point 46 and does not experience TIR. It is assumed that the ray 45 passes through the light guide 7 and contacts the material of the dome 32 without reflection, and the contact dome 32 contacts the light guide 7 when the ray 45 hits this point. It should be noted that the joint must be free of gaps. Even small air gaps disrupt the passage of light. Small gaps can be created by small changes in surface finish or even small foreign particles. The addition of a thin layer of transparent elastic material on the surface of the light guide 7 or the surface of the contact dome 32 ensures that no light is confused and that light passes as required.

[0071] 光線45は、接触ドーム32を越えて続け、反射器35の表面で離れて反射する。反射器35は、好ましくは高い反射率材料(例えばアルミニウム、銀または誘電コーティング)で被覆される。反射器35の表面の輪郭は、反射光48の方向を決定する。上記のように、輪郭が形成された反射器35は、形状において好ましくは非球面である。   [0071] The light ray 45 continues beyond the contact dome 32 and reflects off the surface of the reflector 35. The reflector 35 is preferably coated with a high reflectivity material (eg, aluminum, silver or a dielectric coating). The contour of the surface of the reflector 35 determines the direction of the reflected light 48. As described above, the contoured reflector 35 is preferably aspheric in shape.

[0072] 図11は、図10に示されてあるのと同じエレメントを示が、図11で、接触ドーム32は光ガイド7と接触してない。接触ドーム32が、光ガイド7の表面と接触していないとき、光ガイド7の表面の屈折率は空気のそれである。これらの状況の下で、ケース1は、光ガイド7の表面を離れたTIRで光る。光線49が、光ガイド7と接触して接触ドーム32に当たるまで、光線49は光ガイド7の内部に沿ってTIRを続ける。要約すると、特定のピクセルと関連する接触ドーム32が光ガイド7の表面と接触するとき、そのピクセルはオン状態にある。接触ドーム32が光ガイド7と接触してないときに、ピクセルはオフである。   FIG. 11 shows the same elements shown in FIG. 10, but in FIG. 11, the contact dome 32 is not in contact with the light guide 7. When the contact dome 32 is not in contact with the surface of the light guide 7, the refractive index of the surface of the light guide 7 is that of air. Under these circumstances, case 1 glows with a TIR off the surface of light guide 7. The light beam 49 continues TIR along the interior of the light guide 7 until the light beam 49 contacts the light guide 7 and strikes the contact dome 32. In summary, when the contact dome 32 associated with a particular pixel contacts the surface of the light guide 7, that pixel is in the on state. When the contact dome 32 is not in contact with the light guide 7, the pixel is off.

[0073] 図12は、光ガイド7、LED 3およびエンド反射器9および9’の拡大側面図を示す。エンド反射器9、9’は、好ましくは高い反射率を有する材料から形成される。エンド反射器9、9’は、干渉タイプまたは反射器であってよく、若しくは、反射器9、9’は、曲げられたレトロなタイプの反射器であってよい。   [0073] FIG. 12 shows an enlarged side view of the light guide 7, LED 3 and end reflectors 9 and 9 '. The end reflectors 9, 9 'are preferably formed from a material having a high reflectivity. The end reflector 9, 9 ′ may be an interference type or a reflector, or the reflector 9, 9 ′ may be a bent retro type reflector.

[0074] 光は、LED 3からしばしば光ガイド7の長さを進み、オン位置にある接触ドーム32を打たない。光は、したがって、TIRして、光ガイド7から引き出されない。この場合、光が光ガイド7の末端に到達し、エンド反射器9=を離れて反射されるまで、光は光ガイド7の全長に沿って進み続ける。この反射は、光ガイド7を介して反対方向後部の光をリダイレクトする。次いで、光は、光ガイド7の長さに沿って後ろに進み、それを装うことはドーム32が光ガイド7(LED 3,4,5が位置する端)の第1端部に戻ると活性化しない。   [0074] Light often travels the length of the light guide 7 from the LED 3 and does not strike the contact dome 32 in the on position. The light is therefore not extracted from the light guide 7 in a TIR. In this case, the light continues to travel along the entire length of the light guide 7 until it reaches the end of the light guide 7 and is reflected off the end reflector 9 =. This reflection redirects the light in the rear in the opposite direction through the light guide 7. The light then travels back along the length of the light guide 7, and disguising it is active when the dome 32 returns to the first end of the light guide 7 (the end where the LEDs 3, 4, 5 are located). Do not turn.

[0075] 第1端部で、光はLED 3,4,5の間の領域にぶつかるか、または、それがLED 3,4,5にぶつかる。照明がLED 3,4,5の間の領域にぶつかるときに、それはエンド反射器9によって反射される。TIRフラットパネルディスプレイ1が、ほんの少数のLED 3,4,5だけを備えている場合、光は、高い反射率エンド反射器9から離れてほとんど反射する。場合によっては、光はLED 3,4,5から離れて反射する。LED 3,4,5は一部の光を吸収し、光の剰余は反射される。それが接触ドーム32によって抽出される前に、光は何度も光ガイド7の上下に進むことができる。これは、ほんの少数の接触ドーム32だけが動いて、光を引き出すときのケースである。接触ドーム32の多数が光ガイド7と接触する場合、光ガイド7に沿って1または2以上のパスを作るようになっている光の可能性は小さい。多数の反射があり、光が光ガイド7に沿って多数のパスをする場合であっても、光の損失は小さい。エンド反射器9、9’は、98%の反射率効率を有することができ、または、より良くて上質の光ガイド材はごくわずかな光しか吸収しない。   [0075] At the first end, the light hits the region between the LEDs 3, 4, 5 or it hits the LEDs 3, 4, 5. When the illumination hits the area between the LEDs 3, 4 and 5, it is reflected by the end reflector 9. If the TIR flat panel display 1 is equipped with only a few LEDs 3, 4, 5, the light is mostly reflected away from the high reflectivity end reflector 9. In some cases, the light reflects away from the LEDs 3,4,5. LEDs 3, 4, and 5 absorb some light, and the remainder of the light is reflected. The light can travel up and down the light guide 7 many times before it is extracted by the contact dome 32. This is the case when only a few contact domes 32 move and draw light. When many of the contact domes 32 are in contact with the light guide 7, the possibility of light being designed to make one or more paths along the light guide 7 is small. Even when there are a large number of reflections and the light takes a number of passes along the light guide 7, the loss of light is small. The end reflectors 9, 9 'can have a reflectivity efficiency of 98%, or a better and better quality light guide will absorb very little light.

[0076] 図13を参照すると、マスクおよび拡散アセンブリ6は、パネル領域2より上に取り付けられる。マスクおよび拡散アセンブリ6、低い屈折率層51、スペーサ・プレート52、マスク・プレート53、第1の拡散器55、第2のスペーサ56および第2の拡散器57から成る、多層アセンブリである。   Referring to FIG. 13, the mask and diffusion assembly 6 is mounted above the panel region 2. A multilayer assembly comprising a mask and diffusion assembly 6, a low refractive index layer 51, a spacer plate 52, a mask plate 53, a first diffuser 55, a second spacer 56 and a second diffuser 57.

[0077] 低い屈折率層51は、薄くて、低い屈折率を有する。エアギャップまたは真空層は、低い屈折率層51として役立つことができるが、低い屈折率層51を低屈折屈折率固形物素材から形成することはしばしば装置の組立てに有益である。低い屈折率層51は、典型的には、スペーサ・プレート52を光ガイド7に添付する接着剤である。極めて薄いディスプレイを必要とするアプリケーションでは、低い屈折率層51およびスペーサ・プレート52は、1つのエレメント(より厚い低い屈折率層51)に結合されることができる。しかしながら、より大きなディスプレイに関して、低い屈折率層51およびスペーサ・プレート52を形成する2つの異なる材料の使用は、より有益である。   [0077] The low refractive index layer 51 is thin and has a low refractive index. Although an air gap or vacuum layer can serve as the low index layer 51, it is often beneficial to assemble the device to form the low index layer 51 from a low index solid material. The low refractive index layer 51 is typically an adhesive that attaches the spacer plate 52 to the light guide 7. In applications that require very thin displays, the low index layer 51 and spacer plate 52 can be combined into one element (the thicker low index layer 51). However, for larger displays, the use of two different materials that form the low index layer 51 and spacer plate 52 is more beneficial.

[0078] 2つの薄い層(マスク・プレート53および第1の拡散器55)は、スペーサ・プレート52および第2のスペーサ56の間に位置する。マスク・プレート53は、反射光48がマスク・プレート53を通過することができるように多数の開口穴54(図15を参照)を含む。マスク・プレート53の残りの領域は、好ましくは高い吸収率の黒い材料である。黒いクロム、カーボンブラックまたは有機材料は、3種類のマスク・プレート53のための適切な材料として役立つ材料である。環境照明があるときに、マスク・プレート53はディスプレイのコントラスト比率を増やす。マスク・プレート53は、さもなければTIRスイッチフィルム8からまたはそのコンポーネントのいずれかから反射する光を吸収する。安価なディスプレイのために、コストが品質より重要な所で、マスク・プレート53は除去されることができる。また、ディスプレイが低い周囲照明状況において使われるだけの場合、マスク・プレート53は除去されることができる。低い環境照明環境の実施形態は、映画館である。   [0078] Two thin layers (mask plate 53 and first diffuser 55) are located between spacer plate 52 and second spacer 56. The mask plate 53 includes a number of apertures 54 (see FIG. 15) so that the reflected light 48 can pass through the mask plate 53. The remaining area of the mask plate 53 is preferably a black material with a high absorption rate. Black chrome, carbon black or organic materials are materials that serve as suitable materials for the three types of mask plates 53. When there is ambient lighting, the mask plate 53 increases the contrast ratio of the display. The mask plate 53 absorbs light that would otherwise be reflected from the TIR switch film 8 or any of its components. For an inexpensive display, the mask plate 53 can be removed where cost is more important than quality. Also, the mask plate 53 can be removed if the display is only used in low ambient lighting situations. An embodiment of the low ambient lighting environment is a movie theater.

[0079] 第1の拡散器55は、反射器35から来ている光を広げる任意の拡散器である。小型ディスプレイに関して、第1の拡散器55は必要ではないが、大きいピクセルを有するディスプレイのために、第1の拡散器55は含まれなければならない。マスク53および第1の拡散器55の位置が、ディスプレイの機能に影響を及ぼさずに逆転することができたことは、また、強調されなければならない。   [0079] The first diffuser 55 is an arbitrary diffuser that spreads the light coming from the reflector 35. For small displays, the first diffuser 55 is not necessary, but for displays with large pixels, the first diffuser 55 must be included. It must also be emphasized that the position of the mask 53 and the first diffuser 55 could be reversed without affecting the function of the display.

[0080] 第2のスペーサ56によって、反射器35から伝送される光が散開し始めることができる。視聴者がディスプレイに対して垂直でない位置にいることがあり、反射器35からの光を依然として見るために、第2の拡散器57は、また更に光を広げるために用いられる。第2の拡散器57に組み込まれる拡散の量および方向は、異なる種類の表示のために変化する。例えば、小型携帯電話ディスプレイは、概して両方の垂直および水平の方向のより少ない視聴角度を有する。TVは、典型的には、水平方向に大きな視野角度を有し、垂直方向の視聴角度は大きくない。   The light transmitted from the reflector 35 can begin to spread by the second spacer 56. The second diffuser 57 is also used to further spread the light so that the viewer may be in a position that is not perpendicular to the display and still see the light from the reflector 35. The amount and direction of diffusion incorporated into the second diffuser 57 will vary for different types of displays. For example, small cell phone displays generally have fewer viewing angles in both vertical and horizontal directions. A TV typically has a large viewing angle in the horizontal direction, and a vertical viewing angle is not large.

[0081] 図15を参照すると、TIRスイッチフィルム8は、エレクトロニクスバックパネル10にアセンブリされる。スペーサポスト34によって維持されるエレクトロニクスバックパネル10とスイッチフィルム8との間に小さいエアギャップ60がある。エレクトロニクスバックパネル10の環状リング22は、TIRスイッチフィルム8の底面36の近位にある。底面36は、導電層62でおおわれている。製作の容易さのために、導電層62は反射材35の表面の継続であってもよい。導電層62および環状リング22が電気的に満たされるときに、静電的な力はつくられる。チャージが同類極性の中にあるとき、表面は互いをはね返す。チャージが反対極性のものであるとき、表面はお互いに引きあわされる。したがって、これらの表面、導電層62および環状リング22の相対的なチャージを制御することによって、接触ドーム32は、当てられることができ、または、光ガイド7(図15では図示せず)の表面との接触から取り除かれることができる。2つの充電される表面が短絡されないようにするために、充電される表面のいずれの一方または両方が、絶縁層で被覆される。   Referring to FIG. 15, the TIR switch film 8 is assembled to the electronics back panel 10. There is a small air gap 60 between the electronics back panel 10 and the switch film 8 maintained by the spacer posts 34. The annular ring 22 of the electronics back panel 10 is proximal to the bottom surface 36 of the TIR switch film 8. The bottom surface 36 is covered with a conductive layer 62. For ease of fabrication, the conductive layer 62 may be a continuation of the surface of the reflector 35. An electrostatic force is created when the conductive layer 62 and the annular ring 22 are electrically filled. When the charges are in like polarity, the surfaces repel each other. When the charges are of opposite polarity, the surfaces are attracted to each other. Thus, by controlling the relative charge of these surfaces, the conductive layer 62 and the annular ring 22, the contact dome 32 can be applied or the surface of the light guide 7 (not shown in FIG. 15) Can be removed from contact with. To prevent the two charged surfaces from being shorted, either one or both of the charged surfaces are coated with an insulating layer.

[0082] 静電的な力が、光ガイド7の表面と接触ドーム32の接触を制御するのに用いられる唯一の手段でないことに留意する必要がある。ある別の方法は、ピエゾ電気材料を使う能力である。もう一つは、磁気を使用することである。作動装置の当業者は、接触ドーム32の位置を変える多くの方法を考案することができる。更に、無制限の数のアクチュエータを駆動するために考案されることができる電子回路があってよい。   [0082] It should be noted that electrostatic forces are not the only means used to control the contact between the surface of the light guide 7 and the contact dome 32. One alternative is the ability to use piezoelectric materials. Another is to use magnetism. Those skilled in the art of actuators can devise many ways to change the position of the contact dome 32. In addition, there may be electronic circuitry that can be devised to drive an unlimited number of actuators.

[0083] 図16は、ピクセルで色をつくるために用いる回路の概略図を表す。ピクセルn,mで視者のための緑画像を作成するために、ピクセルn,mのためのスイッチは光ガイド7と接触して接触ドーム32を有する状態へ移動し、緑のLED 3のためのドライバはオンにされる。青および赤いLED 4、5は、ついていない。(ディスプレイが白黒の画像を作成しているだけの場合、このケースに対する1つの例外がある。次いで、全ての3つのLEDS 3,4,5は、同時に、オンである。あるいは、白いLEDが、使われることがでうる。)ピクセルn,mと関連する接触ドーム32は、つくるピクセルを出るために光の所望の量が視者のための所望の強度をつくることができるために適当な期間の間の光ガイド7と接触して残る。青いディスプレイを作製するために、青いLED 4がオンであるときに、接触ドーム32は光ガイド7と接触して配置される。接触ドーム32は、特定の強度をつくることを必要とする時間の量が視者のために必要とした接触のままである。赤い色は、同様の方法でつくられる。第2の色または白をつくるために、LED 3,4,5のうちの2または3つがオンのとき、接触ドーム32は2つ以上の期間の間の光ガイドと接触して配置される。   [0083] FIG. 16 represents a schematic diagram of a circuit used to create color with pixels. In order to create a green image for the viewer at pixel n, m, the switch for pixel n, m moves to a state with contact dome 32 in contact with light guide 7 and for green LED 3 The driver is turned on. The blue and red LEDs 4, 5 are not on. (If the display is only producing a black and white image, there is one exception to this case. Then all three LEDs S3,4,5 are on at the same time, or white LEDs are The contact dome 32 associated with the pixels n, m can be used for a suitable period of time so that the desired amount of light can produce the desired intensity for the viewer to exit the creating pixel. Remains in contact with the light guide 7 between. To make a blue display, the contact dome 32 is placed in contact with the light guide 7 when the blue LED 4 is on. The contact dome 32 remains the contact that the amount of time needed to create a particular strength needed for the viewer. The red color is created in a similar way. To create the second color or white, the contact dome 32 is placed in contact with the light guide for two or more periods when two or three of the LEDs 3, 4, 5 are on.

[0084] 例えば、ピクセルで黄色の画像を作成するために、赤いLED 3がオンのとき、接触ドーム32は光を光ガイド7から引き出す。赤いLED 3が消えたあと、青いLED 4はオンになる。青いLED 4がオンであるとき、接触ドーム32は光を引き出さない。青いLED 4がオフにされたあと、緑のLED 5はオンになる。緑のLED5がオンのとき、接触ドーム32によって再び光が視聴者に届くことができる。これは、赤および緑を黄色に組み込んで、人間の目に、結果として生じるのは何百分の1秒起こる。接触ドーム32によって光が視聴者に届くことができる時間の長さにより、明るさを決定する。赤および緑のための個々の時間を変えることにより、黄色の色合いは、制御されることができる。青い若干の光は、黄色の飽和を減らすために加えられることができる。   [0084] For example, to create a yellow image with pixels, the contact dome 32 draws light from the light guide 7 when the red LED 3 is on. After red LED 3 disappears, blue LED 4 turns on. When the blue LED 4 is on, the contact dome 32 does not extract light. After the blue LED 4 is turned off, the green LED 5 is turned on. When the green LED 5 is on, the contact dome 32 allows light to reach the viewer again. This incorporates red and green into yellow, and the human eye results in hundreds of seconds. The brightness is determined by the length of time that light can reach the viewer through the contact dome 32. By changing the individual times for red and green, the yellow tint can be controlled. Some blue light can be added to reduce yellow saturation.

[0085] LEDが概して光の広範囲にわたる波長を発しない点に留意する必要がある。高解像度ディスプレイは、主たるRGB LED間の波長を有するLEDを含むことができる。実施形態は、オレンジ、シアンおよび黄色である。これらの余分の波長を加えることによって、TIRディスプレイのスペクトル出力は、視聴者が見えるように現実の世界に合うものを見つけるために実行されることができた。ごくわずかな追加的な回路は、この改良されたパフォーマンスを加えることを必要としない。   [0085] It should be noted that LEDs generally do not emit a wide range of wavelengths of light. A high resolution display can include LEDs having a wavelength between the main RGB LEDs. Embodiments are orange, cyan and yellow. By adding these extra wavelengths, the spectral output of the TIR display could be performed to find one that fits the real world for viewing by the viewer. Very little additional circuitry is not required to add this improved performance.

[0086] 電子機器が本発明のスイッチおよびLEDを制御することを必要とするために、また、注意されなければならない。電子機器はまた、コンピュータ、TV、または、他の種類の映像信号に光学要素の動作を関連づけることを必要とする。時間内に色を多重伝送することによって色をつくるディスプレイシステムのために、このタイプの制御電子機器は、作製される。当業者は、このタスクを達成する多くの方法を考案することが可能である。本発明の革新的な部分は、電子コンポーネントの構成でなく、光学スイッチである点である。   [0086] It must also be noted that the electronics need to control the switches and LEDs of the present invention. Electronic equipment also requires that the operation of the optical element be associated with a computer, TV, or other type of video signal. This type of control electronics is made for display systems that create colors by multiplexing the colors in time. One skilled in the art can devise many ways to accomplish this task. The innovative part of the present invention is that it is an optical switch rather than an electronic component configuration.

[0087] 図17は、作動機構としてピエゾ電気材料70を使用している装置を例示する。この実施形態は、材料70が反射器面35に取り付けられた作動を明らかにする。静電力スイッチング機構を駆動するのに用いられるように、ピエゾ電気材料70は同じタイプ・エレクトロニクスバック平面10で駆動される。ピエゾ電気材料70の高さを変えることによって、反射器面35、および、接触ドーム32は、それゆえ、オン/オフされることができる。   [0087] FIG. 17 illustrates an apparatus using piezoelectric material 70 as the actuation mechanism. This embodiment reveals the operation in which the material 70 is attached to the reflector surface 35. As used to drive the electrostatic force switching mechanism, the piezoelectric material 70 is driven with the same type electronics backplane 10. By changing the height of the piezoelectric material 70, the reflector surface 35 and the contact dome 32 can therefore be turned on / off.

[0088] 装置の他の構成は図18に示され、それは、弾性スイッチフィルム8上の角度がつけられた円錐80に載置する接触ドーム32を示す。反射器サイズが大きいとき、この構成は好ましい。反射器は、静止しており、僅かに角度がつけられた円錐80より大きく緩和された領域82が、スイッチフィルム8に取り付け角度がつけられた円錐を有する。緩和された領域82は、接触ドーム32および角度がつけられた円錐80に関するクリアランスによって、光ガイド7と接触し、および、光ガイド7から離れるように移動することができる。   [0088] Another configuration of the device is shown in FIG. 18, which shows a contact dome 32 resting on an angled cone 80 on the elastic switch film 8. This configuration is preferred when the reflector size is large. The reflector is stationary and has an area 82 that is more relaxed than the slightly angled cone 80 and has a cone angled to the switch film 8. The relaxed region 82 can move in contact with the light guide 7 and away from the light guide 7 by clearance with the contact dome 32 and the angled cone 80.

[0089] 図19は、装置の構成を例示し、反射器領域35’は材料がなく、空気または真空である。反射器域35’は、光を反射するために依然として使用される。
[0090] 図20は、実施形態を例示する。光2000は、光ガイド2010によって伝送されることができる。光ガイド2010は、第1の屈折率を有することができ、第2の屈折率を有している他の媒体(例えば固体、液体、空気または真空)と光ガイド2010と間に一つ以上の表面を含むことができる。表面は、実質的に平面で、湾曲し、細長く(例えば、一方の寸法が他方の寸法の10倍またはより大きな100倍のような大きさを備える)、および、他の形状であってもよい。光ガイド2010は、光源(図示せず)から光を受け取るように構成される第一表面1020と、(例えば、光が光ガイド2010を出ることができる)第二表面2030、および、接触ドーム内のウインドウのようなさまざまな光制御装置と関連する第3の表面2040とを含むことができる。光ガイド2010は、一つ以上の第4の表面2050を含むことができる。場合によっては、第4の表面2050は、光源から光を受け取ることができる。場合によっては、第4の表面2050は、少なくとも部分的に反映することができる。特定の実施形態では、第4の表面2050は完全に反射している鏡を含むことができ、それは光ガイド2010の中へと戻し、光ガイド2010内から第4の表面2050上の入射光を反射することができる。
[0089] FIG. 19 illustrates the configuration of the device, where the reflector region 35 ′ is free of material and is air or vacuum. The reflector area 35 'is still used to reflect light.
[0090] FIG. 20 illustrates an embodiment. The light 2000 can be transmitted by the light guide 2010. The light guide 2010 can have a first refractive index, and one or more media between the light guide 2010 and another medium (eg, solid, liquid, air or vacuum) having a second refractive index. A surface can be included. The surface may be substantially planar, curved, elongated (eg, with dimensions such that one dimension is 10 or 100 times greater than the other dimension), and other shapes . The light guide 2010 includes a first surface 1020 configured to receive light from a light source (not shown), a second surface 2030 (eg, light can exit the light guide 2010), and a contact dome And a third surface 2040 associated with various light control devices, such as windows. The light guide 2010 can include one or more fourth surfaces 2050. In some cases, the fourth surface 2050 can receive light from a light source. In some cases, the fourth surface 2050 can be at least partially reflected. In certain embodiments, the fourth surface 2050 can include a fully reflecting mirror, which returns the light into the light guide 2010 and directs incident light on the fourth surface 2050 from within the light guide 2010. Can be reflected.

[0091] 光ガイド2010は、一つ以上の長さ(例えば、長さ2012および厚み2014)によって特徴づけられることができる。長さは、さまざまな用途仕様(例えば、携帯電話スクリーン、家庭の照明フォームファクタ、TVサイズ、など)によって選択されることができる。長さは、さまざまな材料特性によって選択されることができ(例えば、厚み2014は、光ガイド2010の屈折率、光ガイド2010のTIRと関連する角度、光ガイド2010から出る光の品質に関する仕様(例えば、光がつく必要条件が、第二表面2030に2、3度の標準の範囲内で存在する)、及び同様なものによって選択されることができる。   [0091] The light guide 2010 can be characterized by one or more lengths (eg, length 2012 and thickness 2014). The length can be selected according to various application specifications (eg, mobile phone screen, home lighting form factor, TV size, etc.). The length can be selected according to various material properties (for example, thickness 2014 is the refractive index of the light guide 2010, the angle associated with the TIR of the light guide 2010, the specifications regarding the quality of the light emitted from the light guide 2010 ( For example, the light requirement can be selected by the second surface 2030 within a standard range of a few degrees), and the like.

[0092] 光源からの光は、光ガイド2010に第一表面2020によって伝送されることができる。第一表面2020は、少なくとも部分的に反射することができ(例えば、ハーフミラー)、光ガイド2010の中へと戻し、光ガイド2010内から第一表面2020に到達している光を反射するように構成されることができる。第一表面2020は平坦、湾曲または他の形でもよい。第一表面2020は、光ガイド2010の一つ以上の他の表面に関して、角度2022で配置されていてもよい。角度2022は、45から135度の間、70から110度の間、および/または、80から100度の間にあってもよい。場合によっては、角度2022は光ガイド2010の範囲内で内部反射のさまざまな予測された角度によって選択されることができる。   [0092] Light from the light source may be transmitted to the light guide 2010 by the first surface 2020. The first surface 2020 can be at least partially reflective (eg, a half mirror) to return into the light guide 2010 and reflect light reaching the first surface 2020 from within the light guide 2010. Can be configured. The first surface 2020 may be flat, curved or other shape. The first surface 2020 may be disposed at an angle 2022 with respect to one or more other surfaces of the light guide 2010. The angle 2022 may be between 45 and 135 degrees, between 70 and 110 degrees, and / or between 80 and 100 degrees. In some cases, angle 2022 can be selected by various predicted angles of internal reflection within light guide 2010.

[0093] 光源からの光は、光ガイド2010に第4の表面2050によって送られることができる。第4の表面2050は、少なくとも部分的に反射することができ(例えば、ハーフミラー)、光ガイド2010の中へと戻して、光ガイド2010内から第4の表面2050に到達している光を反射するように構成されることができる。第4の表面2050は平坦、湾曲または他の形でもよい。第4の表面2050は、光ガイド2010の一つ以上の他の表面に関して、角度2052で配置されていてもよい。角度2052は、45から135度の間、70から110度の間、および/または、80から100度の間にあってもよい。場合によっては、角度2052は光ガイド2010の範囲内で内部反射のさまざまな予測された角度によって選択されることができる。   [0093] Light from the light source may be sent to the light guide 2010 by the fourth surface 2050. The fourth surface 2050 can be at least partially reflected (eg, a half mirror) and returns light into the light guide 2010 to reach the fourth surface 2050 from within the light guide 2010. Can be configured to reflect. The fourth surface 2050 may be flat, curved or other shape. The fourth surface 2050 may be disposed at an angle 2052 with respect to one or more other surfaces of the light guide 2010. Angle 2052 may be between 45 and 135 degrees, between 70 and 110 degrees, and / or between 80 and 100 degrees. In some cases, angle 2052 can be selected by various predicted angles of internal reflection within light guide 2010.

[0094] ある面(例えば、第一表面2020、および/または、第4の表面2050)は、一つ以上の好適な方向で光ガイド2010内に戻るように(光ガイド2010内から表面への入射)光を反射するように構成されることができる。場合によっては、表面は光ガイド2010から反射光の望ましくない伝達を最小化する方法で光を反射することができる。特定のケースでは、光は他の表面(例えば、第2表面2030、および/または、第3の表面2040)から、TIRと関連する入射角度より少ない角度で反射されることができる。   [0094] A surface (eg, the first surface 2020 and / or the fourth surface 2050) returns into the light guide 2010 in one or more suitable directions (from within the light guide 2010 to the surface). It can be configured to reflect (incident) light. In some cases, the surface can reflect light in a manner that minimizes unwanted transmission of reflected light from the light guide 2010. In certain cases, light can be reflected from other surfaces (eg, second surface 2030 and / or third surface 2040) at an angle that is less than the angle of incidence associated with TIR.

[0095] いくつかの面(例えば、第3の表面2040、および/または、任意の第2の表面2030)は、反射が入射光(例えば、光ガイド2010内から)の入射角に依存する「鏡」を含むことができる。反射の角依存は、表面の両側に屈折率の制御を経て生成されることができる。反射の角依存は、他の方法、例えば、表面、表面コーティングなどのナノ構造(nanostructuring)のような方法を経てつくられることができる。場合によっては、低い入射角(例えば45度以下、30度以下、20度以下または10度以下さえ)の入射光が反射されるように、表面は設計される。場合によっては、大きな入射角度(例えば、表面に対して垂直、垂直から2度以内、垂直から5度以内、垂直から10度以内、および/または、垂直から20度以内)の入射光が表面を通過するように、表面は設計される。
ことができる。
[0095] Some surfaces (eg, the third surface 2040, and / or the optional second surface 2030) have reflections that depend on the angle of incidence of the incident light (eg, from within the light guide 2010). Mirror "can be included. The angular dependence of reflection can be generated via refractive index control on both sides of the surface. The angular dependence of reflection can be created through other methods, such as nanostructuring methods such as surfaces, surface coatings and the like. In some cases, the surface is designed to reflect incident light at a low angle of incidence (eg, 45 degrees or less, 30 degrees or less, 20 degrees or less, or even 10 degrees or less). In some cases, incident light at a large incident angle (eg, perpendicular to the surface, within 2 degrees from vertical, within 5 degrees from vertical, within 10 degrees from vertical, and / or within 20 degrees from vertical) The surface is designed to pass.
be able to.

[0096] 光ガイド2010の表面は、一つ以上のウインドウ2060を含むことができ、それはさまざまな作動メカニズムを介して開閉されることができる。このように、ウインドウ2060は、光の弁としてふるまうことができる。図10に示される実施形態では、ウインドウ2060は、第3の表面2040に配置され、光は第2の表面2030を経た光ガイド2010を出る。ある実施態様では、数十、数百、数千、数100万または何億ものウインドウ2060さえ含む。特定の実施態様では、1つか、2つか、3つか、5つか10のウインドウ2060を含む。ウインドウ2060は、一つ以上の寸法2062(例えば長さ、幅、半径および/またはウインドウ2060のさまざまな態様を特徴づけている他の寸法)によって特徴づけられることができる。ウィンドウ2060は、実質的に全ての入射光に対して「透明」として特徴づけられることができ、他の構造体(例えば、接触ドーム、反射器、など)に、光ガイド2010の「ボディ」内からの光の伝送を許容することができる。ウインドウは、表面に接触ドームを接触させることによって作成されることができる。開いたウインドウは接触ドームに光の通過を許すことができ、それは反射器によって反射されることができる。接触ドームを除去する(ギャップを形成する)ことにより、光の通過に対してウインドウを「閉める」ことができる。   [0096] The surface of the light guide 2010 can include one or more windows 2060, which can be opened and closed via various actuation mechanisms. Thus, the window 2060 can behave as a light valve. In the embodiment shown in FIG. 10, the window 2060 is located on the third surface 2040 and the light exits the light guide 2010 via the second surface 2030. Some embodiments include dozens, hundreds, thousands, millions or even hundreds of millions of windows 2060. Certain embodiments include one, two, three, five or ten windows 2060. The window 2060 can be characterized by one or more dimensions 2062 (eg, length, width, radius, and / or other dimensions that characterize various aspects of the window 2060). The window 2060 can be characterized as “transparent” for substantially all incident light, and other structures (eg, contact dome, reflectors, etc.) can be within the “body” of the light guide 2010. Transmission of light from can be allowed. The window can be created by bringing a contact dome into contact with the surface. The open window can allow light to pass through the contact dome, which can be reflected by a reflector. By removing the contact dome (creating a gap), the window can be “closed” to the passage of light.

[0097] 反射器は、様々な形状(放物線状、楕円、直線、湾曲、平坦、その他の形状)であってよい。ウインドウに、入射光の異なる方向と関連して異なる反射器があってもよい。例えば、反射器2070の形状は、第1表面2020と関連する方向から入射光の優先的な受光により選択されることができる。ウインドウ2060は、一つ以上の反射器にウインドウによる光の通過を提供する。図20に示される実施形態では、反射器2070は、入射光を反射するべき位置に配置されている。反射器は、一般に完全な鏡(例えば、完全、および/または、鏡面反射)であってよい。反射器は、一つ以上の寸法によって特徴づけられることができる。図20に示される実施形態では、反射器は寸法2074および2078によって特徴づけられることができ、他の寸法(例えば、ページに対して垂直)によって、任意に特徴づけられることができる。   [0097] The reflector may have various shapes (parabolic, elliptical, straight, curved, flat, other shapes). There may be different reflectors in the window associated with different directions of incident light. For example, the shape of the reflector 2070 can be selected by preferential reception of incident light from the direction associated with the first surface 2020. Window 2060 provides light passage through the window to one or more reflectors. In the embodiment shown in FIG. 20, the reflector 2070 is arranged at a position where incident light should be reflected. The reflector may generally be a perfect mirror (eg, full and / or specular). The reflector can be characterized by one or more dimensions. In the embodiment shown in FIG. 20, the reflector can be characterized by dimensions 2074 and 2078, and can optionally be characterized by other dimensions (eg, perpendicular to the page).

[0098] 図20に示される実施形態では、第3の表面2040は、表面の両側に異なる屈折率によって誘導される反射を介して角度依存ミラーとして機能する。かかる実装は、光ガイド2010と同じ材料から作られる接触ドーム2080に配置されている反射器2070を含むことができる。接触ドームは方向2090において移動するようにアクチュエータ(図示せず)によって作用されることができ、開口(接触光ガイド2010)を提供し、方向2090の接触ドーム2080の作動を介して閉じる(接触光ガイド2010でない)。   [0098] In the embodiment shown in FIG. 20, the third surface 2040 functions as an angle dependent mirror via reflections induced by different refractive indices on both sides of the surface. Such an implementation can include a reflector 2070 disposed on a contact dome 2080 made from the same material as the light guide 2010. The contact dome can be actuated by an actuator (not shown) to move in direction 2090, providing an opening (contact light guide 2010) and closing via actuation of contact dome 2080 in direction 2090 (contact light Not Guide 2010).

[0099] 第3の表面2040の反射部分は、エアギャップを含むことができ、ウインドウ2060は接触ドーム2080との光学的に透明な接触および光ガイド2010の「ボディ」を含むことができ、それはなめらかで、平面結合面を使用することを含むことができる。第3の表面2040(すなわち、表面に対する垂直より大きな角度をAを備えた)上の浅い入射角度を有する光は、第3の表面2040を離れて反射することができる。   [0099] The reflective portion of the third surface 2040 can include an air gap, and the window 2060 can include optically transparent contact with the contact dome 2080 and the “body” of the light guide 2010, which It can include using a smooth, planar coupling surface. Light having a shallow angle of incidence on the third surface 2040 (ie, with an angle A greater than normal to the surface) can be reflected off the third surface 2040.

[00100] 開いたウインドウ2060を通過している光(例えば、光2000)は、表面(例えば第3の表面2040)の方へ戻るように反射器(例えば、反射器2070)によって反射されることができる。かかる反射は、第3の表面2040および/または第2の表面2030に関して大きい入射角を有する反射光2000に結果としてなることができ、それは光ガイド2010(例えば、第2表面2030を介して)から、光の通過に結果としてなることができる。かかる角度は、表面の垂直に対してより小さいTIR角度Aを介して、図20に図式的に示される。   [00100] Light passing through an open window 2060 (eg, light 2000) is reflected by a reflector (eg, reflector 2070) back toward the surface (eg, third surface 2040) Can do. Such reflection can result in reflected light 2000 having a large angle of incidence with respect to third surface 2040 and / or second surface 2030, which is from light guide 2010 (eg, via second surface 2030). Can result in the passage of light. Such an angle is shown schematically in FIG. 20 via a smaller TIR angle A relative to the surface normal.

[00101] 種々の寸法(例えば、2062、2070、2074、2014など)は、アプリケーション要求によって選択されることができる。例えば、円窓2060の半径2062が減少するにつれて、あたかも「点光源」から反射器2070に到達するかのように、ウインドウ2060を通過している光はますますふるまうことができ、それは第2表面2030に実質的に垂直の角度で第2表面1030を介して光ガイド2010に出る光に結果としてなる、反射器2070のための特定の幾何学(例えば、放物線状)の利用を提供することができる。   [00101] Various dimensions (eg, 2062, 2070, 2074, 2014, etc.) can be selected according to application requirements. For example, as the radius 2062 of the circular window 2060 decreases, the light passing through the window 2060 can behave more and more as if it reaches the reflector 2070 from the “point source”, which is the second surface Providing a specific geometry (eg, parabolic) utilization for reflector 2070 that results in light exiting light guide 2010 through second surface 1030 at an angle substantially perpendicular to 2030 it can.

[00102] 図21は、実施形態を例示する。光2100は、光ガイド2110によって導かれることができる。光ガイド2110は、表面2130および表面2140を含むことができる。表面2140は、少なくとも部分的に反射してもよく、(表面に関して)より浅い、または、(垂直表面に対して)TIRに関連してより大きい角度Aで、入射角度で到達する入射光を反射することができる。場合によっては、表面2140はエアギャップに囲まれている。   [00102] FIG. 21 illustrates an embodiment. Light 2100 can be guided by a light guide 2110. The light guide 2110 can include a surface 2130 and a surface 2140. Surface 2140 may be at least partially reflective to reflect incident light that is shallower (relative to the surface) or that reaches incident angle at a larger angle A relative to TIR (relative to the vertical surface). can do. In some cases, surface 2140 is surrounded by an air gap.

[00103] 表面2140は、ウインドウ2160を含むことができ、それは反射器2170を有する光通信においてあることができ、それは接触ドームに取り付けられることができる。光ガイド2110から反射器2170まで光の通過を許容し、接触ドームの作動は窓2160を開けることができ、それは反映させることができ、光ガイド2110に戻るように通過した。反射器2170は、寸法2172によって特徴づけられることができる。ある実施形態では、寸法2172は、光ガイド2110によって案内される光を表示するように構成されるディスプレイデバイスのピクセルのサイズ(の10%、の5%、の2%、または、の1%さえ)とほぼ等しい。ある実施形態では、光源は、光ガイド2110によって導かれる光を出力する。特定のケースでは、表示装置と関連する各々のピクセルは、ウインドウ2160および/または反射器2170と関係していてもよい。   [00103] The surface 2140 can include a window 2160, which can be in optical communication with a reflector 2170, which can be attached to a contact dome. Allowing the passage of light from light guide 2110 to reflector 2170, actuation of the contact dome could open window 2160, which could be reflected and passed back to light guide 2110. The reflector 2170 can be characterized by a dimension 2172. In an embodiment, the dimension 2172 is the size of a pixel (10%, 5%, 2%, or even 1%) of a display device configured to display light guided by the light guide 2110. ). In some embodiments, the light source outputs light guided by the light guide 2110. In certain cases, each pixel associated with a display device may be associated with a window 2160 and / or a reflector 2170.

[00104] 表面2130は、表面2130による光の伝送と関連する「レンズ」または他の形状を含むことができる。場合によっては、このレンズの形状は、表面2130から光の伝送の角度を修正するために選ばれることができる。例えば、緩やかに発散照明は、光ガイド2100と関連する平面と平行、および/または、垂直になるように修正されることができる。   [00104] Surface 2130 may include a "lens" or other shape associated with the transmission of light by surface 2130. In some cases, the shape of this lens can be chosen to modify the angle of light transmission from the surface 2130. For example, gently divergent illumination can be modified to be parallel and / or perpendicular to the plane associated with the light guide 2100.

[00105] 図22Aおよび22Bは、開閉ウインドウを例示する。図22Aでは、接触ドーム2080は光ガイド2010と接触し、開いたウインドウ2060を介して接触ドーム2080に、光2000の通過を許容する。次いで、光2000は、光ガイド2010による反射光の伝達に結果としてなり、表面2030を経た光ガイド2010を出ることになる入射角度で、光ガイド2010の中へ戻るように反射器2070によって反射されることができる。図22Bでは、接触ドーム2080は、光ガイド2010と接触しておらず、したがって、ウインドウ2061は少なくとも小さい角度の光の通過に対して「閉じる」。その結果、(オープン)ウインドウを通過した光2000は、光ガイド2010の範囲内で内部で反射されることができ、光ガイド2010(例えば、図22Aで示す表面2030)を出ることができない。 [00106] 図22Bはまた、接触ドーム2080と関連する結合面2222を例示する。ある実施形態では、結合面は、光ガイド(例えば、表面2040)の少なくとも一部の表面で、相補的(すなわち、マッチング)でもよい。2つのボディの間の結合面は、いかなる入射角でも実質的に光の通過を許容する光学的に透明なウインドウを作成することができる。結合面2222と対応する表面2040との間のギャップを(例えば、接触ドーム2080に作用することによって)開けることにより、エアギャップの対応する表面2040を開け、それは反射している(例えば、その領域上の入射光にTIRを引き起こして)その領域に結果としてなることができる。   [00105] FIGS. 22A and 22B illustrate an open / close window. In FIG. 22A, the contact dome 2080 contacts the light guide 2010, allowing light 2000 to pass through the open window 2060 to the contact dome 2080. Light 2000 is then reflected by reflector 2070 back into light guide 2010 at an incident angle that results in the transmission of reflected light by light guide 2010 and exits light guide 2010 through surface 2030. Can. In FIG. 22B, the contact dome 2080 is not in contact with the light guide 2010, and thus the window 2061 is “closed” for the passage of light of at least a small angle. As a result, light 2000 that has passed through the (open) window can be internally reflected within light guide 2010 and cannot exit light guide 2010 (eg, surface 2030 shown in FIG. 22A). [00106] FIG. 22B also illustrates the coupling surface 2222 associated with the contact dome 2080. In certain embodiments, the coupling surface may be complementary (ie, matching) on at least a portion of the surface of the light guide (eg, surface 2040). The coupling surface between the two bodies can create an optically transparent window that allows substantially the passage of light at any incident angle. Opening the corresponding surface 2040 of the air gap by opening a gap (eg, by acting on the contact dome 2080) between the coupling surface 2222 and the corresponding surface 2040, which is reflective (eg, the region Can cause a TIR in the incident light above) and result in that region.

[00107] 上記の開示は、限定することを意図しない。当業者は直ちにその多数の変更態様を観察し、本発明の教示を保持すると共に、装置の変更はなされることができる。したがって、添付の請求の範囲の限定だけによって限定されるように上記の開示は解釈されなければならない。   [00107] The above disclosure is not intended to be limiting. Those skilled in the art will immediately observe the numerous modifications and retain the teachings of the present invention, as well as apparatus modifications. Accordingly, the above disclosure should be construed as limited only by the metes and bounds of the appended claims.

Claims (61)

光源から光2000を受けるように構成された第1の表面2020と、
第2の表面2030と、
第3の表面2040と、
を包含する光ガイド2010と、
表面が合うとき、光学的に透明なウィンドウ2060を形成する仕方で前記第3の表面2040の少なくとも一部と合うように構成されたマッチング表面2222と、
前記マッチング表面2222と光学的に連なる反射器2070であって、前記第2の表面2030を介して反射された光2000の少なくとも一部の伝送を生じさせる角度でウィンドウ2060から反射器2070に入射する光2000の少なくとも一部を反射するように構成された形状を備えることを特徴とする反射器2070と、
を包含する接触ドーム2080と、
前記接触ドーム2080と光ガイド2010のいずれにも取り付けられたアクチュエータと、
を有し、前記アクチュエータが、前記第3の表面2040と接触するマッチング表面2222をもたらし、前記第3の表面2040から遠ざかるように前記マッチング表面2222を移動させるように構成されることを特徴とする、システム。
A first surface 2020 configured to receive light 2000 from a light source;
A second surface 2030;
A third surface 2040;
A light guide 2010 including:
A matching surface 2222 configured to mate with at least a portion of the third surface 2040 in a manner that forms an optically transparent window 2060 when the surfaces meet.
A reflector 2070 in optical communication with the matching surface 2222 that is incident on the reflector 2070 from the window 2060 at an angle that causes transmission of at least a portion of the light 2000 reflected through the second surface 2030. A reflector 2070 comprising a shape configured to reflect at least a portion of the light 2000;
A contact dome 2080 comprising:
An actuator attached to both the contact dome 2080 and the light guide 2010;
And the actuator is configured to move the matching surface 2222 away from the third surface 2040 resulting in a matching surface 2222 in contact with the third surface 2040. ,system.
前記第1の表面2020および第3の表面2040のいずれも、表面によって光ガイド2010内への光の全反射に関連する角度より小さい入射角度で、光ガイド2010内から届く光を反射することを特徴とする請求項1に記載のシステム。   Both the first surface 2020 and the third surface 2040 reflect light arriving from within the light guide 2010 at an angle of incidence that is less than the angle associated with total reflection of light into the light guide 2010 by the surface. The system of claim 1, characterized in that: 前記マッチング表面2222が、前記第3の表面2040と接触するときの角度から、前記ウィンドウ2060に到達する光をオープンウィンドウは透過することを特徴とする請求項1または2に記載のシステム。   The system of claim 1 or 2, wherein the open window transmits light that reaches the window 2060 from an angle at which the matching surface 2222 contacts the third surface 2040. 第1の寸法が第2の寸法2014よりも100倍大きいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のシステム。   4. The system according to claim 1, wherein the first dimension is 100 times larger than the second dimension 2014. 5. 前記ウィンドウ2060と関連する第1の寸法が、前記ウィンドウ2060と関連する第2の寸法よりも10倍大きいことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のシステム。   The system of any one of the preceding claims, wherein a first dimension associated with the window 2060 is ten times greater than a second dimension associated with the window 2060. 前記反射器2070と関連する第1の寸法が、前記反射器2070と関連する第2の寸法よりも10倍大きいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のシステム。   The system of any one of the preceding claims, wherein a first dimension associated with the reflector 2070 is ten times greater than a second dimension associated with the reflector 2070. 前記第1の寸法が、前記第2の寸法よりも100倍大きいことを特徴とする請求項5または6に記載のシステム。   7. A system according to claim 5 or 6, wherein the first dimension is 100 times larger than the second dimension. 前記ウィンドウ2060が湾曲していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のシステム。   The system according to claim 1, wherein the window 2060 is curved. 前記反射器2070の湾曲の少なくとも一部が、放物線状であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のシステム。   The system of any one of claims 1 to 8, wherein at least a portion of the curvature of the reflector 2070 is parabolic. 前記反射器2070の湾曲の少なくとも一部が、楕円状であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のシステム。   The system according to claim 1, wherein at least a part of the curvature of the reflector 2070 is elliptical. 前記反射器2070の湾曲の少なくとも一部が、平面であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のシステム。   The system according to claim 1, wherein at least part of the curvature of the reflector 2070 is a plane. 前記アクチュエータが、1以上の環状リングを含むことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のシステム。   12. A system according to any preceding claim, wherein the actuator includes one or more annular rings. 前記アクチュエータが、ピエゾ圧電アクチュエータを含むことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載のシステム。   The system according to claim 1, wherein the actuator includes a piezoelectric actuator. 前記接触ドーム2080が、TIRスイッチフィルム8上に配置されたことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載のシステム。   The system according to claim 1, wherein the contact dome 2080 is disposed on a TIR switch film 8. TIRスイッチフィルム8および前記接触ドーム2080が同じ材料からつくられていることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載のシステム。   15. A system according to any preceding claim, wherein the TIR switch film 8 and the contact dome 2080 are made from the same material. 前記接触ドーム2080が前記光ガイド2010よりも大きな屈折率を有することを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載のシステム。   The system according to claim 1, wherein the contact dome 2080 has a higher refractive index than the light guide 2010. 前記光ガイド2010と前記接触ドーム2080の屈折率の間の差が、10%%よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載のシステム。   The system according to any one of the preceding claims, wherein the difference between the refractive indices of the light guide 2010 and the contact dome 2080 is less than 10%. 前記接触ドームが前記光ガイド2010と同じ屈折率を有することを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載のシステム。   The system according to claim 1, wherein the contact dome has the same refractive index as the light guide 2010. 前記第2の表面2030を介して伝送された光が、前記第2の表面2030に対して垂直から20度以内の角度で伝送されることを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載のシステム。   19. The light transmitted through the second surface 2030 is transmitted at an angle within 20 degrees from the perpendicular to the second surface 2030. The system described in. 前記角度が垂直から5度以内であることを特徴とする請求項19に記載のシステム。   The system of claim 19, wherein the angle is within 5 degrees of vertical. 前記接触ドーム2080およびマッチング表面2222のいずれにも関連する寸法が、光ガイド2010を組み込むディスプレイスクリーンと関連するピクセルの寸法とほぼ同じであるように選択されることを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載のシステム。   21. The dimensions associated with both the contact dome 2080 and the matching surface 2222 are selected to be approximately the same as the dimensions of the pixels associated with the display screen incorporating the light guide 2010. The system according to any one of the above. 光源と、
請求項1乃至21のいずれか1項に記載のシステムと、
を包含するディスプレイコンポーネントであって、
前記システムが光源からの光の発光を制御するように構成されたことを特徴とするディスプレイコンポーネント。
A light source;
A system according to any one of claims 1 to 21,
A display component containing
A display component, wherein the system is configured to control light emission from a light source.
請求項1乃至21のいずれか1項に記載のシステムを有することを特徴とするディスプレイデバイス。   A display device comprising the system according to any one of claims 1 to 21. 請求項1乃至21のいずれか1項に記載のシステムを使用することを有する光バルブを作動させる方法。   A method of operating a light valve comprising using the system according to any one of claims 1 to 21. 光源と、
光ガイドと、
前記光ガイドからの光を選択的に抽出することを許容する複数の光学エレメントと、
を有し、
光源から放射された光が全反射によって前記光ガイドを通過し、
前記光ガイドを通過する光が正しい位置にある光学エレメントのうちの一つと接触し、前記光が前記光学エレメントを介して前記光ガイドから抽出され、前記光が、ディスプレイデバイスを介して視者に差し向けられ、
前記光ガイドを通って移動する光が、外れた位置の光学エレメントのうちの1つと接触するとき、前記光は、全反射によって前記光ガイドを通って移動し続ける、
ことを特徴とするディスプレイデバイス。
A light source;
A light guide,
A plurality of optical elements that allow selective extraction of light from the light guide;
Have
The light emitted from the light source passes through the light guide by total reflection,
The light passing through the light guide contacts one of the optical elements in the correct position, the light is extracted from the light guide through the optical element, and the light is transmitted to the viewer through a display device. Sent to
When light traveling through the light guide contacts one of the off-site optical elements, the light continues to travel through the light guide by total internal reflection;
A display device characterized by that.
前記光学エレメントが、前記光ガイドと前記光学エレメントとが物理的接触する正しい位置に配置され、
前記光学エレメントが、前記光ガイドの表面付近の低い屈折率を維持することにより外れた位置に配置され、
それによって前記光ガイドの表面が全反射を維持することを特徴とする請求項25に記載のディスプレイデバイス。
The optical element is disposed in a correct position where the light guide and the optical element are in physical contact;
The optical element is disposed at a position dislocated by maintaining a low refractive index near the surface of the light guide;
26. A display device according to claim 25, whereby the surface of the light guide maintains total reflection.
前記光学エレメントが、前記光ガイドと前記光学エレメントとが物理的接触する正しい位置に配置され、
前記光ガイドと前記光学エレメントの少なくとも1つの接触ポイントが、前記光ガイドの内部反射を否定する材料の非連続性を生成することを特徴とする、請求項25に記載のディスプレイデバイス。
The optical element is disposed in a correct position where the light guide and the optical element are in physical contact;
26. A display device according to claim 25, characterized in that at least one contact point of the light guide and the optical element creates a discontinuity of material that negates internal reflection of the light guide.
前記光学エレメントが、静電力によって外れた位置と正しい位置との間に移動されることを特徴とする請求項27に記載のディスプレイデバイス。   28. A display device according to claim 27, wherein the optical element is moved between a position displaced by electrostatic force and a correct position. 前記光ガイドと前記光学エレメントとの物理的接触が、光ガイドの出力側と反対の側に生じることを特徴とする、請求項26に記載のディスプレイデバイス。   27. A display device according to claim 26, wherein the physical contact between the light guide and the optical element occurs on the opposite side of the light guide from the output side. 前記光ガイドと前記光学エレメントとの物理的接触が、光ガイドの出力側と反対の側に生じることを特徴とする、請求項27に記載のディスプレイデバイス。   28. A display device according to claim 27, wherein the physical contact between the light guide and the optical element occurs on the opposite side of the light guide from the output side. 前記光の選択的な抽出が、光ガイドおよび制御エレクトロニクスパネルの界面で生じることを特徴とする請求項25に記載のディスプレイデバイス。   26. The display device of claim 25, wherein the selective extraction of light occurs at the interface of the light guide and control electronics panel. 前記光の選択的な抽出が、光ガイドおよび制御エレクトロニクスパネルの界面で生じることを特徴とする請求項26に記載のディスプレイデバイス。   27. A display device according to claim 26, wherein the selective extraction of light occurs at the interface of the light guide and control electronics panel. 前記光の選択的な抽出が、光ガイドおよび制御エレクトロニクスパネルの界面で生じることを特徴とする請求項27に記載のディスプレイデバイス。   28. A display device according to claim 27, wherein the selective extraction of light occurs at the interface of the light guide and control electronics panel. 前記光源が、赤、緑、および、青の光を生成することを特徴とする請求項25に記載のディスプレイデバイス。   26. A display device according to claim 25, wherein the light source produces red, green and blue light. 前記光源が、赤、緑、および、青の光を生成することを特徴とする請求項26に記載のディスプレイデバイス。   27. A display device according to claim 26, wherein the light source produces red, green and blue light. 前記光源が、赤、緑、および、青の光を生成することを特徴とする請求項27に記載のディスプレイデバイス。   28. The display device of claim 27, wherein the light source produces red, green, and blue light. 前記光源が、赤、緑、青、黄、および、シアンノの光を生成することを特徴とする請求項25に記載のディスプレイデバイス。   26. The display device of claim 25, wherein the light source generates red, green, blue, yellow, and cyano light. 前記光源が、赤、緑、青、黄、および、シアンノの光を生成することを特徴とする請求項26に記載のディスプレイデバイス。   27. The display device of claim 26, wherein the light source produces red, green, blue, yellow, and cyano light. 前記光源が、赤、緑、青、黄、および、シアンノの光を生成することを特徴とする請求項27に記載のディスプレイデバイス。   28. The display device of claim 27, wherein the light source produces red, green, blue, yellow, and cyano light. 前記光源が、白い光を生成することを特徴とする請求項25に記載のディスプレイデバイス。   26. A display device according to claim 25, wherein the light source produces white light. 前記光源が、白い光を生成することを特徴とする請求項26に記載のディスプレイデバイス。   27. The display device of claim 26, wherein the light source generates white light. 前記光源が、白い光を生成することを特徴とする請求項27に記載のディスプレイデバイス。   28. A display device according to claim 27, wherein the light source generates white light. 光吸収材料からなるマスクプレートが、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記マスクプレートは、光がマスクプレートを通過することを許容する複数のアパーチャを含有し、
それによって、前記マスクプレートは、ディスプレイデバイスの出力のコントラスト比を増大させる、ことを特徴とする請求項25に記載のディスプレイデバイス。
A mask plate made of a light absorbing material is disposed between the output of the display device and the light guide,
The mask plate contains a plurality of apertures that allow light to pass through the mask plate;
26. A display device according to claim 25, wherein the mask plate thereby increases the contrast ratio of the output of the display device.
光吸収材料からなるマスクプレートが、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記マスクプレートは、光がマスクプレートを通過することを許容する複数のアパーチャを含有し、
それによって、前記マスクプレートは、ディスプレイデバイスの出力のコントラスト比を増大させる、ことを特徴とする請求項26に記載のディスプレイデバイス。
A mask plate made of a light absorbing material is disposed between the output of the display device and the light guide,
The mask plate contains a plurality of apertures that allow light to pass through the mask plate;
27. A display device according to claim 26, wherein the mask plate increases the contrast ratio of the output of the display device.
光吸収材料からなるマスクプレートが、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記マスクプレートは、光がマスクプレートを通過することを許容する複数のアパーチャを含有し、
それによって、前記マスクプレートは、ディスプレイデバイスの出力のコントラスト比を増大させる、ことを特徴とする請求項27に記載のディスプレイデバイス。
A mask plate made of a light absorbing material is disposed between the output of the display device and the light guide,
The mask plate contains a plurality of apertures that allow light to pass through the mask plate;
28. A display device according to claim 27, wherein the mask plate thereby increases the contrast ratio of the output of the display device.
少なくとも1つの拡散層が、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記出力に対する垂直から外れた角度から出力の視認性を改善するために、拡散層がディスプレイデバイスの出力を拡張することを特徴とする請求項25に記載のディスプレイデバイス。
At least one diffusion layer is disposed between the output of the display device and the light guide;
26. A display device according to claim 25, wherein a diffusion layer extends the output of the display device to improve the visibility of the output from an angle off normal to the output.
少なくとも1つの拡散層が、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記出力に対する垂直から外れた角度から出力の視認性を改善するために、拡散層がディスプレイデバイスの出力を拡張することを特徴とする請求項26に記載のディスプレイデバイス。
At least one diffusion layer is disposed between the output of the display device and the light guide;
27. A display device according to claim 26, wherein the diffusion layer extends the output of the display device to improve the visibility of the output from an angle off normal to the output.
少なくとも1つの拡散層が、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記出力に対する垂直から外れた角度から出力の視認性を改善するために、拡散層がディスプレイデバイスの出力を拡張することを特徴とする請求項27に記載のディスプレイデバイス。
At least one diffusion layer is disposed between the output of the display device and the light guide;
28. A display device according to claim 27, wherein a diffusion layer extends the output of the display device to improve the visibility of the output from an angle off normal to the output.
光源と、
光ガイドと、
前記光ガイドからの光の選択的抽出を許容する複数の光学エレメントと、
を有し、
前記光源から放射された光が、全反射によって前記光ガイドを通過し、
前記光学エレメントの各々が、反射領域を備え、
前記反射領域が、前記光ガイドからの光を、前記ディスプレイデバイスの出力側の視者に差し向けることを特徴とするディスプレイデバイス。
A light source;
A light guide,
A plurality of optical elements that allow selective extraction of light from the light guide;
Have
Light emitted from the light source passes through the light guide by total reflection;
Each of the optical elements comprises a reflective region;
The display device, wherein the reflection region directs light from the light guide to a viewer on an output side of the display device.
前記光ガイドを通過する光が、正しい位置にある前記光学エレメントのうちの一つと接触するように入るとき、光は、光学エレメントを介して光ガイドから抽出され、前記光は、ディスプレイデバイスを介して視者に差し向けられ、
前記光ガイドを通過する光が、外れた位置にある前記光学エレメントのうちの一つと接触するとき、光は、全反射によって光ガイドを介して移動し続け、
各光学エレメントは、光ガイドを備えた光学エレメントの物理的接触により正しい位置に配置され、光ガイドを備えた光学エレメントの接触ポイントが、光ガイドの全反射を否定する材料の不連続性を生成する、ことを特徴とする請求項49に記載のディスプレイデバイス。
When light passing through the light guide enters into contact with one of the optical elements in the correct position, light is extracted from the light guide through the optical element and the light is transmitted through the display device. To the viewer,
When light passing through the light guide contacts one of the optical elements in an off position, the light continues to travel through the light guide by total reflection;
Each optical element is placed in the correct position by physical contact of the optical element with the light guide, and the contact point of the optical element with the light guide creates a material discontinuity that negates the total reflection of the light guide 50. The display device of claim 49, wherein:
前記光学エレメントが、静電力によって外れた位置と正しい位置との間を移動することを特徴とする請求項50に記載のディスプレイデバイス。   51. A display device according to claim 50, wherein the optical element moves between a position displaced by electrostatic force and a correct position. 前記光源が、赤、緑、および、青の光を生成することを特徴とする請求項51に記載のディスプレイデバイス。   52. The display device of claim 51, wherein the light source generates red, green, and blue light. 前記光源が、赤、緑、および、青の光を生成することを特徴とする請求項49に記載のディスプレイデバイス。   50. The display device of claim 49, wherein the light source generates red, green, and blue light. 前記光源が、赤、緑、青、黄、および、シアンノの光を生成することを特徴とする請求項49に記載のディスプレイデバイス。   50. The display device of claim 49, wherein the light source produces red, green, blue, yellow, and cyano light. 前記光源が、赤、緑、青、黄、および、シアンノの光を生成することを特徴とする請求項50に記載のディスプレイデバイス。   51. The display device of claim 50, wherein the light source generates red, green, blue, yellow, and cyano light. 前記光源が、白い光を生成することを特徴とする請求項49に記載のディスプレイデバイス。   50. A display device according to claim 49, wherein the light source produces white light. 前記光源が、白い光を生成することを特徴とする請求項50に記載のディスプレイデバイス。   51. The display device of claim 50, wherein the light source generates white light. 光吸収材料からなるマスクプレートが、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記マスクプレートは、光がマスクプレートを通過することを許容する複数のアパーチャを含有し、
それによって、前記マスクプレートは、ディスプレイデバイスの出力のコントラスト比を増大させる、ことを特徴とする請求項49に記載のディスプレイデバイス。
A mask plate made of a light absorbing material is disposed between the output of the display device and the light guide,
The mask plate contains a plurality of apertures that allow light to pass through the mask plate;
50. A display device according to claim 49, wherein the mask plate thereby increases the contrast ratio of the output of the display device.
光吸収材料からなるマスクプレートが、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記マスクプレートは、光がマスクプレートを通過することを許容する複数のアパーチャを含有し、
それによって、前記マスクプレートは、ディスプレイデバイスの出力のコントラスト比を増大させる、ことを特徴とする請求項50に記載のディスプレイデバイス。
A mask plate made of a light absorbing material is disposed between the output of the display device and the light guide,
The mask plate contains a plurality of apertures that allow light to pass through the mask plate;
51. A display device according to claim 50, wherein the mask plate thereby increases the contrast ratio of the output of the display device.
少なくとも1つの拡散層が、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記出力に対する垂直から外れた角度から出力の視認性を改善するために、拡散層がディスプレイデバイスの出力を拡張することを特徴とする請求項49に記載のディスプレイデバイス。
At least one diffusion layer is disposed between the output of the display device and the light guide;
50. A display device according to claim 49, wherein the diffusion layer extends the output of the display device to improve the visibility of the output from an angle off normal to the output.
少なくとも1つの拡散層が、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記出力に対する垂直から外れた角度から出力の視認性を改善するために、拡散層がディスプレイデバイスの出力を拡張することを特徴とする請求項50に記載のディスプレイデバイス。
At least one diffusion layer is disposed between the output of the display device and the light guide;
51. A display device according to claim 50, wherein the diffusion layer extends the output of the display device to improve the visibility of the output from an angle off normal to the output.
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