JP6986302B2 - 自由閲覧モード及び制限付き閲覧モードの画面用照明装置 - Google Patents
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Description
−広い角度範囲(「広い」は90°を上回る角度又は120°を上回る角度も意味し、背景照明器の面法線に直交する1つ又は2つの優先方向に対して規定されることがある)にわたって光を放射する平面拡張の背景照明器と、
−(視線方向から見て)背景照明器の前に位置する板状の光ガイドであって、その大きな表面の少なくとも1つ及び/又はその体積内には、複数のアウトカップリング要素と、任意選択で集束要素とを備え、光ガイドは、背景照明器によって放出される光の少なくとも70%に対して透過的である、光ガイドと、
−光ガイドの少なくとも1つの縁部に横方向に配置された光源と、を備える。
−アウトカップリング要素は、光源から発生し、全反射のために大きな表面の間で前後に反射される光をアウトカップリングし、このアウトカップリングは、アウトカップリング要素の材料接合部に設けられた機能的表面によって影響を受け(これは、例えば、光ガイド材料と空気、あるいは適用されたミラー被覆又は格子との間の屈折率の切り替えである場合がある)、この機能的表面は、構造、例えば、機能的表面に入射する光が規定の相対角度範囲で大きな表面のうちの1つを通してアウトカップリングされることになるような傾斜を有し、
−集束要素は、提供される場合、アウトカップリング要素によってアウトカップリングされた光の少なくとも50%を、その伝搬方向に少なくとも部分的に制限し、
−アウトカップリング要素の形態、単位面積あたりの数及び拡張は、
−各アウトカップリング要素は、画像生成器のサブピクセルの幅と高さのうちの小さい方よりも、その水平方向と垂直方向の寸法が小さく(好ましくは、画像生成器のサブピクセルの幅と高さのうちの小さい方の半分よりも小さい。このようにして、画像はいっそう均質になり、構造パターンとサブピクセルパターンの重ね合わせの現象を回避することができる可能性がある)、
−光ガイドの面法線に平行な投影方向では、少なくとも2つのアウトカップリング要素の表面の一部又は全部が、画像生成器の各サブピクセルの下に配置され(好ましくは2つより多く、例えば、3つ、4つ、あるいはそれより多くのアウトカップリング要素が、それぞれ全体的又は部分的に、画像生成器の各サブピクセルの下にて、光ガイドの面法線に平行な投影方向に配置され)、
−光ガイドの面法線に平行な投影方向では、アウトカップリング要素の充填率が、光ガイドの大きな表面の最大50%である(これは、背景照明器からの充分に集束されていない光が、影響を受けていない光ガイドを透過することを確実なものにする)、方法で選択され、
−さらに、光ガイドの大きな表面のうちの少なくとも1つの上及び/又は体積内でのアウトカップリング要素と、提供される場合には、集束要素との分布のほか、それぞれの形態を、
光源によって光ガイドに放射され、アウトカップリング要素によって光ガイドからアウトカップリングされる光が、
−大きな表面のうちの1つからアウトカップリングされた光の総量の少なくとも80%が、1つ又は2つの指定された相互に直交する優先方向に関連して、全体で最大60°、好ましくは40°の相対角度範囲内(例えば、中央に集束した光の方向の場合は、−20°から+20°の間、あるいは横に傾いた光の方向の場合は、−30°から+10°の間の水平角度範囲)で放射され、
−光ガイドからアウトカップリングされた光の量の50%を上回る量が、背景照明器から離れる方向又は背景照明器に向かう方向のいずれかに放射される、という条件を満たすように、指定し、
−動作モードB2では、背景照明器はオフされ、光源はオンされ、動作モードB1では、少なくとも背景照明器がオンされる。
−本発明による照明装置と、
−(視線方向から見て)光ガイドの前に配置された透過型画像生成器と、を備える表示画面に実装される。
−(視線方向から見て)板状の光ガイドの前に位置し、第1の種類の偏光の光(この種類の偏光は、LCDパネルの入力側偏光に対応する)を透過し、第2の種類の偏光の光を反射する光学素子と、
−板状の光ガイドの後ろに位置する光学素子であって、第1の選択肢では、切り替え可能なミラーとして構成され、任意選択で光ガイドの方向から来る光を反射するか、あるいは第2の選択肢では、光を恒久的かつ同時に反射して透過するか、あるいは第3の選択肢では、その偏光に応じて光を反射したり、及び/又は透過したりする、光学素子と、をさらに備える。
−広い角度範囲(「広い」は90°を上回る角度又は120°を上回る角度も意味し、背景照明器の面法線に直交する1つ又は2つの優先方向に対して規定されることがある)にわたって光を放射する平面拡張の背景照明器2と、
−(視線方向から見て)背景照明器2の前に位置し、大きな表面のうちの1つに複数のアウトカップリング要素6(その一部のみが誇張されたサイズで描かれている)を備えた板状の光ガイド3であって、光ガイド3は、背景照明器2によって放出される光の少なくとも70%に対して透過的である、光ガイド3と、
−光ガイド3の少なくとも1つの縁部に横方向に配置された光源4と、を備える。
−光源4から発生し、全反射のために光ガイド3内にて大きな表面の間で前後に反射される光のアウトカップリングが、材料接合部にて機能的表面を有するアウトカップリング要素6(場合によっては、光ガイド材料と空気、あるいは適用されたミラー被覆又は格子との間の屈折率の切り替え)のために影響を受け、機能的表面は、構造、例えば、機能的表面に入射する光が規定の相対角度範囲で大きな表面のうちの1つを通してアウトカップリングされるような傾斜を有し、
−さらに、アウトカップリング要素6の形態、単位面積あたりの数及び拡張は、
−各アウトカップリング要素6は、画像生成器5のサブピクセルの幅と高さのうちの小さい方よりも、その水平方向と垂直方向の寸法が小さく(好ましくは、画像生成器のサブピクセルの幅と高さのうちの小さい方の半分よりも小さい。このようにして、画像はいっそう均質になり、構造パターンとサブピクセルパターンの重ね合わせの現象を回避することができる可能性がある)、
−光ガイド3の面法線に平行な投影方向では、少なくとも2つのアウトカップリング要素6の表面の一部又は全部が、画像生成器5の各サブピクセルの下に配置され(好ましくは2つより多く、例えば、3つ、4つ、あるいはそれより多くのアウトカップリング要素が、それぞれ全体的又は部分的に、画像生成器の各サブピクセルの下にて、光ガイドの面法線に平行な投影方向に配置され)、
−光ガイド3の面法線に平行な投影方向では、アウトカップリング要素6の充填率が、光ガイド3の大きな表面の最大50%である(これは、背景照明器からの充分に集束されていない光が、影響を受けていない光ガイドを透過することを確実なものにし、これにより、背景照明器2から発生する光がアウトカップリング要素6を透過することを明示的に可能にする)、方法で選択され、
−さらに、光ガイド3の大きな表面のうちの少なくとも1つの上及び/又は体積内でのアウトカップリング要素6の分布のほか、それぞれの形態を、
光源4によって光ガイド3に放射され、アウトカップリング要素6によって光ガイド3からアウトカップリングされる光が、
−大きな表面のうちの1つからアウトカップリングされた光の総量の少なくとも80%が、1つ又は2つの指定された相互に直交する優先方向に関連して、全体で最大60°、好ましくは40°の相対角度範囲内(例えば、中央に集束した光の方向の場合は、−20°から+20°の間、あるいは横に傾いた光の方向の場合は、−30°から+10°の間の水平角度範囲)で放射され、
−光ガイド3からアウトカップリングされた光の量の50%を上回る量が、背景照明器2から離れる方向又は背景照明器2に向かう方向のいずれかに放射される、という条件を満たすように、指定し、
−動作モードB2では、背景照明器2はオフされ、光源4はオンされ、動作モードB1では、少なくとも背景照明器2がオンされる。
−広い角度範囲にわたって光を放射する平面拡張の背景照明器2と、
−(視線方向から見て)背景照明器2の前に位置する板状の光ガイド3であって、その大きな表面のうちの少なくとも1つ及び/又はその体積内には、複数のアウトカップリング要素6(その一部のみが誇張されたサイズで描かれている)と、集束要素6aとを備え、光ガイド3は、背景照明器2によって放出される光の少なくとも70%に対して透過的である、光ガイド3と、
−光ガイド3の少なくとも1つの縁部に横方向に配置された光源4と、を備える。
−アウトカップリング要素6は、光源から発生し、全反射のために大きな表面の間で前後に反射される光をアウトカップリングし、このアウトカップリングは、アウトカップリング要素の材料接合部に設けられた機能的表面によって影響を受け(これは、例えば、光ガイド材料と空気、あるいは適用されたミラー被覆又は格子との間の屈折率の切り替えである場合がある)、この機能的表面は、構造、例えば、機能的表面に入射する光が規定の相対角度範囲で大きな表面のうちの1つを通してアウトカップリングされることになるような傾斜を有し、
−集束要素6aは、アウトカップリング要素6によってアウトカップリングされた光の少なくとも50%を、その少なくとも伝搬方向にて少なくとも部分的に制限し、
−前記アウトカップリング要素6の形態、単位面積あたりの数及び拡張は、
−各アウトカップリング要素6は、画像生成器5のサブピクセルの幅と高さの小さい方よりも、その水平方向と垂直方向の寸法が小さく、
−光ガイド3の面法線に平行な投影方向では、少なくとも2つのアウトカップリング要素6の表面の一部又は全部が、画像生成器5の各サブピクセルの下に配置され、
−光ガイド3の面法線に平行な投影方向では、アウトカップリング要素6の充填率が、光ガイド3の大きな表面の最大50%である、方法で選択され、
−さらに、光ガイドの大きな表面のうちの少なくとも1つの上及び/又は体積内でのアウトカップリング要素6及び集束要素6aの分布のほか、それぞれの形態を、
光源4によって光ガイド3に放射され、アウトカップリング要素6によって光ガイド3からアウトカップリングされる光であって、その光伝搬方向が集束要素6aによって影響を受ける光が、
−大きな表面のうちの1つからアウトカップリングされた光の総量の少なくとも80%が、1つ又は2つの指定された相互に直交する優先方向に関連して、全体で最大60°、好ましくは40°の相対角度範囲内で放射され、
−光ガイド3からアウトカップリングされた光の量の50%を上回る量が、背景照明器から離れる方向又は背景照明器に向かう方向のいずれかに放射される、という条件を満たすように、指定し、
−動作モードB2では、背景照明器はオフされ、光源はオンされ、動作モードB1では、少なくとも背景照明器がオンされる。
−本発明による照明装置1aと、
−(視線方向から見て)光ガイド3の前に配置された透過型画像生成器5と、を備える。
−(視線方向から見て)板状の光ガイド3の前に位置し、第1の種類の偏光の光(この種類の偏光は、LCDパネルの入力側偏光に対応する)を透過し、第2の種類の偏光の光を反射する光学素子8と、
−板状の光ガイド3の後ろに位置する光学素子9であって、第1の選択肢では、切り替え可能なミラーとして構成され、任意選択で光ガイド3の方向から来る光を反射するか、あるいは第2の選択肢では、光を恒久的かつ同時に反射して透過するか、あるいは第3の選択肢では、その偏光に応じて光を反射したり、及び/又は透過したりする、光学素子9と、をさらに備える。
Claims (19)
- 透過型画像生成器(5)を備えた表示画面(1)用の照明装置(1a)であって、前記画像生成器(5)は、サブピクセルから構成されるピクセルを特徴とし、前記照明装置(1a)は、少なくとも2つの動作モード、即ち、自由閲覧モード用のB1及び制限付き閲覧モード用のB2で動作することができ、
−広い角度範囲にわたって光を放射する平面拡張の背景照明器(2)と、
−視線方向から見て、前記背景照明器(2)の前に位置する板状の光ガイド(3)であって、その大きな表面の少なくとも1つ及び/又はその体積内には、複数のアウトカップリング要素(6)を備え、前記光ガイド(3)は、前記背景照明器(2)によって放出される光の少なくとも70%に対して透過的である、光ガイド(3)と、
−前記光ガイド(3)の少なくとも1つの縁部に横方向に配置された光源(4)と、を具備し、
−前記アウトカップリング要素(6)は、前記光源(4)から発生し、全反射のために前記光ガイド(3)内にて前記大きな表面の間で前後に反射される光をアウトカップリングし、前記アウトカップリングは、材料接合部にて、機能的表面を特徴とする前記アウトカップリング要素(6)によって影響を受け、前記機能的表面は、前記機能的表面に入射する光が規定の相対角度範囲で前記大きな表面のうちの1つを通してアウトカップリングされるような傾斜を有し、
−さらに、前記アウトカップリング要素(6)は、下記の条件a〜cを満たし、
a.各アウトカップリング要素(6)は、前記画像生成器(5)の前記サブピクセルの幅と高さの小さい方よりも、その水平方向と垂直方向の寸法が小さく、
b.前記光ガイド(3)の面法線に平行な投影方向では、少なくとも2つのアウトカップリング要素(6)の表面の一部又は全部が、前記画像生成器の各サブピクセルの下に配置され、
c.前記光ガイド(3)の面法線に平行な投影方向では、前記アウトカップリング要素(6)の充填率が、前記光ガイド(3)の前記大きな表面の最大50%である、
−さらに、前記光源(4)によって前記光ガイド(3)に放射され、前記アウトカップリング要素(6)によって前記光ガイド(3)からアウトカップリングされる光が、下記の条件A及びBを満たし、
A.前記大きな表面のうちの1つからアウトカップリングされた光の総量の少なくとも80%が、1つ又は2つの指定された相互に直交する優先方向に関連して、全体で最大60°の相対角度範囲内で放射され、
B.前記光ガイド(3)からアウトカップリングされた光の量の50%を上回る量が、前記背景照明器(2)から離れる方向又は前記背景照明器(2)に向かう方向のいずれかに放射される、
−動作モードB2では、前記背景照明器(2)はオフされ、前記光源(4)はオンされ、動作モードB1では、少なくとも前記背景照明器(2)がオンされる、照明装置(1a)。 - 前記面法線に直交する正確に1つの優先方向が指定され、この優先方向は前記画像生成器(5)の向きに関して水平方向に対応することを特徴とする、請求項1に記載の照明装置(1a)。
- 前記光ガイド(3)の大きな表面の少なくとも1つ及び/又はその体積内に、集束要素(6a)がさらに提供され、
前記アウトカップリング要素(6)によってアウトカップリングされた光であって、その少なくとも一部がその光の伝搬方向にある光の少なくとも50%を制限し、
前記光源(4)によって前記光ガイド(3)に放射され、前記アウトカップリング要素(6)によって前記光ガイド(3)からアウトカップリングされ、光伝搬方向が前記集束要素(6a)によって影響を受ける光が、前記条件A及びBを満たす、ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の照明装置(1a)。 - 前記光源(4)によって前記光ガイド(3)に放射され、前記アウトカップリング要素(6)によって前記光ガイド(3)からアウトカップリングされた光であって、前記1つ又は2つの指定された相互に直交する優先方向を基準とする光伝搬方向に関して前記集束要素(6a)によって影響を受けた光の平均アウトカップリング角度が、前記光ガイド(3)の前記表面全体にわたって変化することを特徴とする、請求項3に記載の照明装置(1a)。
- 前記集束要素(6a)が前記大きな表面のうちの1つに設けられ、前記アウトカップリング要素(6)の少なくとも一部が反対側の大きな表面に配置され、前記集束要素の焦点が、前記反対側の大きな表面の平面内又はその近くにあることを特徴とする、請求項3又は4に記載の照明装置(1a)。
- 前記アウトカップリング要素(6)及び/又は前記集束要素(6a)は、100μmの最大寸法を有することを特徴とする、請求項3〜5のいずれか1項に記載の照明装置(1a)。
- 前記アウトカップリング要素(6)及び/又は前記集束要素(6a)は、マイクロレンズ及び/又はマイクロプリズム及び/又は3次元構造要素及び/又は回折構造及び/又は散乱要素から構成されることを特徴とする、請求項3〜6のいずれか1項に記載の照明装置(1a)。
- 前記アウトカップリング要素(6)及び/又は前記集束要素(6a)は、マイクロレンズ及び/又はマイクロプリズム及び/又は3次元構造要素から構成され、少なくとも部分的にミラー層で覆われる、請求項7に記載の照明装置(1a)。
- 前記光ガイド(3)の体積内に形成されたアウトカップリング要素(6)及び/又は集束要素(6a)を備えた、請求項3〜7のいずれか1項に記載の照明装置(1a)であって、前記アウトカップリング要素は、マイクロレンズ、マイクロプリズム、回折構造、ナノ粒子及び/又は3次元構造要素の外形を有する空洞として構成されることを特徴とする照明装置(1a)。
- 前記アウトカップリング要素(6)及び/又は前記集束要素(6a)は、前記光ガイド(3)の前記大きな表面又は界面のうちの少なくとも1つに設置され、機械的処理、リソグラフィ、印刷、あるいは材料の塗布、変換又は溶解によってツールを用いて構造化されたポリマー又はガラスから形成されることを特徴とする、請求項3〜8のいずれか1項に記載の照明装置(1a)。
- 少なくとも2つの動作モード、即ち、自由閲覧モード用のB1及び制限付き閲覧モード用のB2にて動作することができる表示画面(1)であって、
−請求項1〜10のいずれか1項に記載の照明装置(1a)と、
−視線方向から見て、前記光ガイド(3)の前に配置された透過型画像生成器(5)と、を具備する、表示画面(1)。 - 前記視線方向から見て、前記画像生成器(5)の前に、光のアウトカップリングのための手段を備え、光源(4a)による光を横方向に供給することができる第2の光ガイド(5a)が配置され、前記第2の光ガイド(5a)は、アウトカップリング要素(6)とともに構成されることを特徴とする、請求項11に記載の表示画面(1)。
- 前記画像生成器(5)はLCDパネルであり、前記光ガイド(3)の上又は下に偏光フィルタを配置することを特徴とする、請求項11又は12に記載の表示画面(1)。
- −前記視線方向から見て、前記板状の光ガイド(3)の前に配置され、第1の種類の偏光の光を透過し、第2の種類の偏光の光を反射する光学素子(8)と、
−前記視線方向から見て、前記板状の光ガイド(3)の後ろに位置する光学素子(9)であって、第1の選択肢では、切り替え可能なミラーとして構成され、前記光ガイド(3)の方向から来る光を反射し、第2の選択肢では、光の一部を恒久的に反射し、残りの光を同時に透過するか、あるいは第3の選択肢では、その偏光に応じて光を反射したり、及び/又は透過したりする、光学素子(9)と、をさらに具備する、請求項11〜13のいずれか1項に記載の表示画面(1)。 - 前記アウトカップリング要素(6)は、100μmの最大寸法を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の照明装置(1a)。
- 前記アウトカップリング要素(6)は、マイクロレンズ及び/又はマイクロプリズム及び/又は3次元構造要素及び/又は回折構造及び/又は散乱要素から構成されることを特徴とする、請求項1、2又は15に記載の照明装置(1a)。
- 前記アウトカップリング要素(6)は、マイクロレンズ及び/又はマイクロプリズム及び/又は3次元構造要素から構成され、少なくとも部分的にミラー層で覆われる、請求項16に記載の照明装置(1a)。
- 前記光ガイド(3)の体積内に形成されたアウトカップリング要素(6)を備えた、請求項1、2、15又は16に記載の照明装置(1a)であって、前記アウトカップリング要素は、マイクロレンズ、マイクロプリズム、回折構造、ナノ粒子及び/又は3次元構造要素の外形を有する空洞として構成されることを特徴とする照明装置(1a)。
- 前記アウトカップリング要素(6)は、前記光ガイド(3)の前記大きな表面又は界面のうちの少なくとも1つに設置され、機械的処理、リソグラフィ、印刷、あるいは材料の塗布、変換又は溶解によってツールを用いて構造化されたポリマー又はガラスから形成されることを特徴とする、請求項1、2、15、16又は17に記載の照明装置(1a)。
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