JP6922133B2 - 複数の光源及び複数の導波管を含むディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、複数の光源と複数の導波管とを含むディスプレイに関する。

知られているように、今日では、多くのタイプのディスプレイが存在し、これらは一般に、例えば英数字データが発光文字の形態で表示され得るスクリーンを含む光電子システムである。典型的には、ディスプレイは、電卓、ポータブル電子デバイス、及びビデオユニットに幅広く使用されている。

歴史的に、ディスプレイは、例えば、液晶ディスプレイを含む米国特許出願公開第２００７／０２７９３６７号に記載されている構造の場合などの、平坦なタイプのスクリーンを有することによって特徴付けられている。

近年、曲面ディスプレイ及びフレキシブルディスプレイも提案されている。曲面ディスプレイの例は、米国特許出願公開第２０１６００１８８５２号に記載されている。

一般に、スクリーンのピクセル、すなわちスクリーンの発光ドットの定義は、曲面ディスプレイでは困難になり得る。実際、単一ピクセルに関連する照射光が、１又は複数の隣接するピクセルに関連する照射光と混合する可能性がある。結果として、観察者がそれらのピクセルをぼやけていると知覚する可能性がある。実際に、スクリーン上に形成される画像の光学的品質が低下する可能性がある。

したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点を少なくとも部分的に克服するディスプレイを提供することである。

本発明によれば、添付の特許請求の範囲に定められるようなディスプレイが提供される。

ディスプレイの分解斜視図を示す。 ディスプレイの実施形態の一部の断面を概略的に示す。 ディスプレイの実施形態の一部の断面を概略的に示す。 ディスプレイの実施形態の一部の断面を拡大して概略的に示す。 ディスプレイの実施形態の一部の断面を概略的に示す。

本発明をより良く理解するために、純粋に非限定的な例として、かつ添付の図面を参照しながらいくつかの実施形態を説明する。

図１は、純粋に一例として、５つの照明モジュール２を含むディスプレイ１を示す。

各照明モジュール２は、それぞれの光電子基板４及びそれぞれのガイドモジュール６（簡略化のために、２つのガイドモジュールのみが図１にそれぞれの参照符号で示されている）を備える。

図２に示すように、各光電子基板４は、例えばマトリクスを形成するように、平面状に配置された複数のそれぞれの光源８を含む。一般性を失うことなく、各光源８は、例えば、いわゆるＲＧＢタイプ（赤−青−緑）のＬＥＤダイオードによって形成される。したがって、各光源８は、それぞれの光ビームを生成することができ、電気的に制御可能に赤色帯域、青色帯域及び緑色帯域の光の量を調整する。

各ガイドモジュール６は、可視光の誘導された伝播を行う傾向がある（参照符号１０によって示される）複数のそれぞれの光学素子を含み、以下、これを光学コア１０と呼ぶ。一般性を失うことなく、図１及び図２に示す実施形態では、光学コア１０は、透明プラスチック材料（例えば、ＰＭＭＡとしても知られているポリメチルメタクリレート）から形成され、同じ方向に沿って延在しており、上記の延在方向と一致する長手方向軸を有する円筒形状を有しており、例えば、この円筒は、１．５ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲内の直径を有する円形の基部を有することができる。

各ガイドモジュール６は、対応する光学コア１０に固定され、光学コア１０が互いに一体であるようにされた、支持構造体１２を含む。次に、支持構造体１２は、対応する光電子基板４の光源８に対して各ガイドモジュール６の光学コア１０が固定されるように、対応する光電子基板４に固定されている。

特に、図１及び図２に示す実施形態では、支持構造体１２は、光学コア１０を形成する同じ材料で作られたスラブの形状を有し、さらに、光学コア１０は、光源８に面する側とは反対側である、スラブの同じ側から離れる。さらに具体的には、この実施形態では、支持構造体１２を形成するスラブは、光学コア１０と一体化される。別の観点から見ると、光学コア１０は、平面形状を有する支持構造体１２から離れる。

ディスプレイ１はまた、スクリーン２０と、以下、光学分離素子２２と呼ぶ、別の光学素子２２とを備える。

詳細には、照明モジュール２を考慮すると、それぞれのガイドモジュール６の各光学コア１０は第１の端部及び第２の端部を有する。第１の端部は、対応する支持構造体１２を形成するスラブと接触し、対応する光電子基板４の対応する光源８に光学的に結合され、それによって生成された光ビームを受光し、第２の端部は、光ビームが光学コア１０に沿って伝播した後に、光ビームがスクリーン２０上に導かれるように、スクリーン２０に光学的に結合されている。

スクリーン２０は、ガイドモジュール６に面する内面Ｓ_ｉｎと、外側に面する外面Ｓ_ｏｕｔとによって範囲を定められている。一般性を失うことなく、スクリーン２０は内向きのキャビティを画定する。すなわち、内面Ｓ_ｉｎ及び外面Ｓ_ｏｕｔはそれぞれ凹状及び凸状である。常に一般性を失うことなく、スクリーン２０は、第１の曲率半径を有する中央部分と、中央部分の両側に配置され、第１の曲率半径より小さい曲率半径を少なくとも局所的に有する、少なくとも２つの周辺部分と、を含む。

純粋に一例として、スクリーン２０は、光沢仕上げを施した暗色のプレキシガラスで作られている。換言すれば、第１の近似では、内面Ｓ_ｉｎ及び外面Ｓ_ｏｕｔは粗くはない。したがって、直接光が内面Ｓ_ｉｎに当たること、すなわち画像を生成することができる光を仮定すると、たとえ強度がより小さい場合であっても、直接光は外面Ｓ_ｏｕｔ上に依然として存在する。したがって、第１の近似では、スクリーン２０は、それを通過する光の拡散プロセスを引き起こさない。同様に、スクリーン２０は透明、すなわちシースルータイプである。

常に一般性を失うことなく、照明モジュール２は互いに同一平面上にない可能性がある。特に、照明モジュール２の各々は、それぞれの光学コア１０の長さを減少させるように、スクリーン２０から、異なるそれぞれの距離にあることができる。

光学分離素子２２は、スクリーン２０の内面Ｓ_ｉｎとガイドモジュール６との間に介在している。

詳細には、光学分離素子２２は、例えば、合成ポリマー（例えば、脂肪族若しくは芳香族ポリアミド）又は結晶性ポリマー（例えば、ポリオキシメチレン）によって形成され、黒色である。さらに、光学分離素子２２は、光学コア１０の直径よりも大きな直径を有する円筒形状を有する、複数の貫通型キャビティ２５を形成する。

各キャビティ２５は対応する光学コア１０を収容し、さらに、一般性を失うことなく、キャビティ２５の長手方向軸と対応する光学コア１０とが一致する。キャビティ２５の形状、より一般的には光学分離素子２２の形状に関して、図２は、簡略化のために図１に示されたものと一致していない。

より詳細には、各キャビティ２５と対応する光学コア１０との間に環状の間隙２８があり、光学コア１０の長手方向軸に垂直な平面において、間隙２８は環形の形状を有する。間隙２８は、光学分離素子２２によって、また対応する光学コア１０の側壁によって形成される（外部）壁によって範囲を定められる。間隙２８の内部には空気が存在する。

光学的な観点からは、任意の光学コア１０を考慮すると、対応する間隙２８は一種のクラッディングを形成する。実際、光学コア１０の屈折率は空気の屈折率よりも高いので、光は光学コア１０内を誘導されて伝搬することができる。別の観点からすると、光学コア１０及び間隙２８は、光学コア１０によって正確にコアが形成された（マルチモード）光ファイバの形状を有する導波管を形成する。

光学分離素子２２は黒色であるため、光学コア１０から逃げる可能性のある光は反射せず、そのため、異なる光学コアを伝搬する光の間の望ましくない結合を防止する。言い換えれば、光学分離素子２２は、第１の近似において、各キャビティ２５がその他のキャビティ２５から光学的に分離されるように、可視スペクトル（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）において光学的に吸収性である。

さらに具体的には、光学分離素子２２は、各光学コア１０の第１の端部を（横方向に）囲み、一般性を失うことなく、各光学コア１０の全長にわたって延在し、対応する第２の端部も途切れることなく囲んでいる。さらに、ガイドモジュール６を考慮すると、光学分離素子２２は、支持構造体１２を形成するスラブに接触する。

上述したように、動作可能なように、各光源８は、それ自体の光ビームを生成し、これは、対応する光学コア１０を伝搬した後に、スクリーン２０の内面Ｓ_ｉｎに当たり、対応する発光領域を外面Ｓ_ｏｕｔに形成する。これを、以下、発光ドットと称する。発光ドットの形状は、発光ドットにおけるスクリーン２０の曲率に依存する。例えば、正方形の放射領域を有する光源を仮定すると、レンズに頼る必要なく、対応する発光ドットが楕円形である可能性がある。

光源８と光学コア１０との間の結合に関して、支持構造体１２の存在は、第１の近似において、望ましくない光の混合を伴わない、すなわち光源８によって放射される光が、それ自体の光学コア１０以外の光学コア１０と結合されることを伴わない。これは、光学コア１０の延在方向に沿って測定された、支持構造体１２の厚さが減少しているという事実による。例えば、支持構造体１２は０．５ｍｍ以下の厚さを有する。光学コア１０は、その代わりに（例えば、延在方向に沿って測定された）、例えば、５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲にわたる、長さを有する。より一般的には、光学コア１０の長手方向軸に平行な各支持構造体１２の長さは、好ましくは、それに接続される最短光学コアの長さの１０％以下、さらに好ましくは５％である。

光学コア１０の第１の端部が光学分離素子２２によって全体的に囲まれているという事実は、光学コア１０と、例えばその光学コア１０に関連する光源８以外の光源からの光などの望ましくない光との間に光結合が生じる可能性を制限する。さらに、光学分離素子２２によって光学コア１０がその全長にわたって囲まれているという事実は、光学コア１０と周囲光との間の光結合を低減することを可能にする。この後者の現象は、光学コア１０をスクリーン２０の前でユーザに見えるようにし、ディスプレイ１の鮮明度を低下させる。この点で、光学分離素子２２の存在のおかげで、ディスプレイ１は、消すと実質的に黒く見える。

より定量的な観点から、光学分離素子２２によって光学コア１０がその全長にわたって囲まれているという事実は、ｚ軸が光学コア１０の長手方向軸に平行であるｘｙｚ直交基準系を仮定すると、光学コア１０の各点が、光学分離素子２２によって、ｘ−ｙ平面内で完全に囲まれていることを意味する。それでも、任意の光学コア１０を考慮すると、光学分離素子２２が、第１の端部を含み、光学コア１０全体の長さの５０％、好ましくは７０％、さらにより好ましくは９５％に等しい長さを有する、この光学コア１０の部分を途切れずに横方向に囲む場合に、申し分のない結果も達成することができる。

図１に示された実施形態を再び参照して、任意のガイドモジュール６を考慮すると、光学コア１０の第２の端部を囲む光学分離素子２２の部分は、それぞれの表面Ｓ_２２によって範囲を定められ、これは、スクリーン２０の内面Ｓ_ｉｎに面し、以下、中間面Ｓ_２２と称する。光学コア１０の第２の端部は、中間面Ｓ_２２に通じている。言い換えれば、光学コア１０の第２の端部が無視できる領域を有する面を形成すると仮定すると、これらの面は実質的に中間面Ｓ_２２に沿って位置する。一般性を失うことなく、中間面Ｓ_２２はスクリーン２０の内面Ｓ_ｉｎに接触し得る。さらに、任意の接触とは無関係に、中間面Ｓ_２２の１又は複数の部分は、内面Ｓ_ｉｎの対応する部分と同じ曲率半径を有し、内面Ｓ_ｉｎのこれらの部分は、正面に配置され、すなわち、中間面Ｓ_２２の対応する部分に対して、光学コア１０の長手方向軸に平行な対応する方向に沿って整列して配置されている。その結果、接触した場合、中間面Ｓ_２２は、内面Ｓ_ｉｎに少なくとも局所的に接している。

いずれにしても、支持構造体が異なる形状を有する実施形態も可能である。特に、支持構造体が、光源８によって生成された光ビームと光学的に相互作用しないようなものである実施形態（図示せず）が可能である。例えば、各支持構造体１２は、対応する格子となるように形成することができる。しかしながら、図１及び図２に示す実施形態は、各ガイドモジュール６を３Ｄプリンタの使用によって安価に製造できるという利点を有する。

再び、光学コア１０を参照すると、図２に示すように、前述の導波管の面として作用する第１の端部及び第２の端部が平坦であることが可能である。これらの端部が異なる形状を有することも可能である。例えば、図３は、光学コア１０の第２の端部が凸状であり、各第２の端部によって放射される光をより均一に分布させる実施形態を示す。

第２の端部の可能な湾曲とは無関係に、光学コア１０が比較的短い長さを有する場合であっても、対応する光ビームによって各第２の端部が実質的に均一に照明されることを保証するように、無視できない粗さがあることも可能である。

例えば、光源８が発する光の最大波長をλ（例えば、Ｘ＝５５０ｎｍ）として示し、光学コアの軸を含む断面を考慮すると、第２の端部は、光学コア１０の第２の端部が凸状である場合に関連して、例えば図４に示すように、６＊λ〜１０＊λの範囲にわたる粗さ（粗さがない場合に第２の端部が有するであろう理想的な表面Ｓ_ｉｄに関して、偏差の平均算術値（ａｖｅｒａｇｅ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｖａｌｕｅ）として、その絶対値を考慮して意図されている）を有する輪郭を有し得る。

図５に示す実施例によれば、各光学コア１０は、一般性を失うことなく、対応する間隙２８を完全に占有するそれぞれのクラッディング３０によって囲まれている。各光学コア１０及び対応するクラッディング３０は光ファイバを形成する。

このディスプレイで達成できる利点は、前述の説明から明らかに浮かび上がる。特に、このディスプレイは、スクリーンの湾曲の存在下であっても、正確にピクセルを定義することを可能にする。さらに、前述したように、このディスプレイは、レンズに頼ることなく発光ドットの形状を決定することを可能にし、例えば、いわゆる逆投影システムに比べてコンパクトな寸法を有する。

特に、クラッディング３０がなく、関連する機能が、各光学コア１０を囲む間隙２８内に存在する空気によって行われる実施形態に関して、これらの実施形態は、光学コア１０が押出成形によって形成され得、コーティングを必要としないので、安価である。さらに、前述したように、光学コア１０及び関連する支持構造体１２はモノリシックであってよく、すなわち、単一部品を形成し得る。

最後に、添付の特許請求の範囲に定義されるような本発明の範囲から逸脱することなく、このディスプレイに変更及び変形を加えることができることは明らかである。

例えば、光学コアは、直線状ではなく湾曲していてもよい（すなわち、直線状ではなく湾曲している、長手方向軸、したがって、対称形状の場合には対称軸、を有してもよい）。

スクリーン２０に関して、これは平坦であってもよい。

光源に関しては、ＲＧＢ ＬＥＤとは異なることが可能である。例えば、それらはＬＣＤ又はＯＬＥＤスクリーンによって形成することができる。

照明モジュール２の数及び相互配列は、説明したものとは異なっていてよい。例えば、１つの照明モジュール２のみが存在することが可能である。また、複数の照明モジュール２の存在下で、２又は３以上の照明モジュールが、単一部品を形成するか、又はいずれの場合も互いに一体化した構成要素（例えば、それぞれのガイドモジュール６）を有することも可能である。

最後に、スクリーン２０の内面Ｓ_ｉｎ及び外面Ｓ_ｏｕｔの一方又は両方は、例えば、２又は３以上の隣接する発光ドットと少なくとも部分的に重なり合うことが望まれる場合に、粗くてよい。

Claims (10)

1. 光ビームを発するように構成された複数の光源（８）と、
   細長い形状を有する複数の光学コア（１０）であって、各光学コアは、対応する光源に光学的に結合されたそれぞれの第１の端部を有し、各光学コアは、使用時に、前記対応する光源から発せられた前記光ビームが前記光学コアの内部で誘導されて伝搬するように、さらに構成されている、光学コア（１０）と、及び
   スクリーン（２０）と、
   を含むディスプレイであって、
   各光学コアは、前記スクリーンに光学的に結合されたそれぞれの第２の端部を有し、
   前記ディスプレイは、対応する光学コア（１０）を収容する複数のキャビティ（２５）を形成する光学分離素子（２２）をさらに備え、各キャビティ及び前記対応する光学コアは、対応する間隙（２８）を形成し、前記対応する間隙及び前記対応する光学コアは、導波管を形成し、及び、前記光学分離素子（２２）は、可視光を吸収し、各光学コアの少なくとも前記第１の端部を横方向に囲むように構成され、
   平面形状を有し、前記光学コア（１０）と単一部品を形成する、少なくとも支持構造体（１２）を含み、前記光学コア（１０）の前記第１の端部は前記支持構造体に接続され、前記支持構造体は、前記光源（８）に光学的に結合されている、ディスプレイ。
2. 前記光学分離素子（２２）は、対応する前記第１の端部を含み、かつ前記光学コア（１０）の長さの少なくとも５０％に等しい長さを有する、各光学コア（１０）の部分を横方向に囲む、請求項１に記載のディスプレイ。
3. 前記光学分離素子（２２）は前記支持構造体（１２）と接触する、請求項１又は２に記載のディスプレイ。
4. 前記光学分離素子（２２）の一部は、前記スクリーン（２０）に面する表面（Ｓ２２）によって範囲を定められ、及び、
   前記表面の少なくとも１つの部分は、前記スクリーン（２０）の対応する部分と同じ曲率半径を有し、前記スクリーンの部分は、前記表面の部分に対して正面に配置されている、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のディスプレイ。
5. 各光学コア（１０）の前記第２の端部が前記表面（Ｓ２２）に通じる、請求項４に記載のディスプレイ。
6. 各光学コア（１０）の前記第２の端部が凸状である、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のディスプレイ。
7. 各光学コア（１０）の前記第２の端部が粗い、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のディスプレイ。
8. 前記光源（８）が平面上に配置されている、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のディスプレイ。
9. 前記スクリーン（２０）が湾曲している、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のディスプレイ。
10. 前記光学コア（１０）は、１．５ｍｍ〜２．２ｍｍの直径を有する円筒形状を有する、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のディスプレイ。

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