JP7076754B2 - トップハット光出力分布を有する非対称光方向転換フィルム - Google Patents
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Description
(式1)y=D・x3+C・x2+B・x+A
式中、A、B、C、及びDは調整可能なパラメータである。他の実施例では、第2の表面セグメント204の形状は、より高次の式、例えば、四次式に基づいてもよい。
(式2)y=E・x4+D・x3+C・x2+B・x+A
式中、A、B、C、D、及びEは調整可能なパラメータである。いくつかの実施例では、調整可能なパラメータは、第2の表面セグメント204の縁部(すなわち、第1の移行部208及び第2の移行部210)における連続性及び連続的な勾配境界条件を満たすために、及び/又は第2の表面セグメント204に沿った曲率分布を制御するために使用されてもよい。例えば、第1の表面セグメント202の形状は、第1の一次方程式に基づいてもよく、また、第2の表面セグメント204の形状は、三次方程式に基づいてもよく、ここで、三次方程式の1階微分は、第1の一次方程式に一致する。別の実施例として、第1の表面セグメント202の形状は、第1の一次方程式に基づくことができ、第2の表面セグメント204の形状は、より高次の方程式(例えば、四次方程式)に基づいてもよく、ここで、より高次の方程式の1階微分は、第1の一次方程式に一致する。いくつかの実施例では、三次方程式は、所望の曲率分布を生成し得る一次の2階微分を与えることができるため、三次方程式が、トップハット分布を与えてもよい。いくつかの実施例では、四次以上の方程式は、四次以上の方程式が、望ましい低-高-低型の絶対湾曲分布を生成し得るニ次以上の2階微分変数を与えることができるため、トップハット分布を与えてもよい。いくつかの実施例では、境界制約を適合するために、すなわち、第1の移行部208又は第2の移行部210の位置と勾配と一致するために、3つの調整可能なパラメータが、使用されてもよく、第2の表面セグメント204の曲率分布を制御するために、追加の調整可能なパラメータが使用されてもよい。
(式3)β=90+arcsin(n×sin[Θ2-(Θa-arcsin((1/n)×sin(90-Θ1-α)))])
によって与えられ、
式中、βは、ディスプレイ軸(すなわち、第1の主面法線)に対する出力光線角度であり、nは、ATFプリズム屈折率であり、Θ2は、表面セグメントの角度(例えば、第1の角度、第2の角度など)であり、Θaは、プリズム頂角(すなわち、第1の側面と第2の側面の間の角度)であり、Θ1は、注入角度214(すなわち、入口ウィンドウ面角)であり、αは、第1の側面の表面に対する、ATFプリズムの第1の側に入射する光線の角度である。いくつかの実施例では、方程式3を使用して、ATFの出力分布(すなわち、トップハット分布の縁部)のカットオフ角度を予測するために、ATFプリズムの第1の表面セグメントと第3の表面セグメントの出力光線を予測してもよい。
[1]
ライトガイドと、
光方向転換フィルムとを備え、前記光方向転換フィルムが、
実質的に滑らかな第1の主面と、
第2の主面とを備え、前記第2の主面が、複数の非対称微細構造を含み、前記非対称微細構造の各々が、
実質的に平坦な第1の側面と、
第2の側面とを含み、前記第2の側面が、
実質的に平坦な表面を形成する第1の表面セグメントと、
非平坦な表面を形成する第2の表面セグメントと
を含む、光学システム。
[2]
前記第1の表面セグメントが、前記第1の側面と前記第2の側面との交点にある頂点から第1の移行点まで延び、前記第2の表面セグメントが、前記第1の移行点から、それぞれの前記非対称微細構造と隣接する非対称微細構造との間の谷部に向かって延びる、[1]に記載の光学システム。
[3]
前記第2の表面セグメントが実質的に凸状である、[2]に記載の光学システム。
[4]
前記頂点と前記第1の移行点との間の距離が、それぞれの前記非対称微細構造の前記頂点と前記谷部との間の距離の約3%~約15%である、[2]又は[3]に記載の光学システム。
[5]
前記第1の移行点と前記谷部との間の距離が、それぞれの前記非対称微細構造の前記頂点と前記谷部との間の距離の約85%~約97%である、[2]~[4]のいずれか一項に記載の光学システム。
[6]
前記第1の表面セグメントが、それぞれの前記非対称微細構造と隣接する非対称微細構造との間の谷部から第1の移行点に向かって延び、前記第2の表面セグメントが、前記第1の移行点から第1の側面と第2の側面の交点にある頂点に向かって延びる、[1]に記載の光学システム。
[7]
前記第2の表面セグメントが実質的に凹状である、[4]に記載の光学システム。
[8]
前記谷部と前記第1の移行点との間の距離が、それぞれの前記非対称微細構造の前記頂点と前記谷部との間の距離の約3%~約50%である、[6]又は[7]に記載の光学システム。
[9]
前記第1の移行点と前記頂点との間の距離が、それぞれの前記非対称微細構造の前記頂点と前記谷部との間の距離の約50%~約90%である、[6]~[8]のいずれか一項に記載の光学システム。
[10]
前記複数の非対称微細構造の各々が、実質的に同じ横方向断面形状である、[1]に記載の光学システム。
[11]
前記第1の主面が、前記第1の主面に実質的に平行な基準面を定め、前記第1の表面セグメントの第1の角度が、前記基準面に対して約40度~約70度である、[1]に記載の光学システム。
[12]
前記第2の表面セグメントの形状が、三次方程式に基づく、[1]~[11]のいずれか一項に記載の光学システム。
[13]
前記第1の表面セグメントの形状が、第1の一次方程式に基づき、前記第2の表面セグメントの形状が、三次方程式に基づき、前記三次方程式の1階微分が前記第1の一次方程式と一致する、[11]に記載の光学システム。
[14]
前記第1の角度は第1の一次方程式に基づき、前記第2の表面セグメントの形状は四次以上の方程式に基づき、前記四次以上の方程式の1階微分は、前記第1の一次方程式に一致する、[11]のいずれかに記載の光学システム。
[15]
前記ライトガイドから発し、前記第1の主面を通って出る光の少なくとも約60%が、特徴的な視野角の第1のセットに含まれ、中心視野角が、前記第1の主面により、前記第1の主面に垂直となるように定められる、[1]~[14]のいずれか一項に記載の光学システム。
[16]
前記特徴的な視野角の第1のセットが、前記中心視野角に対して約-35度~約35度である、[15]に記載の光学システム。
[17]
前記ライトガイドから発し、前記第1の主面を通って出る光の少なくとも60%が、特徴的な視野角の第1のセットに含まれ、中心視野角が、前記第1の主面により、前記第1の主面に垂直となるように定められ、前記特徴的な視野角の第1のセットは、前記中心視野角に対して約-20度~約20度である、[1]~[14]のいずれか一項に記載の光学システム。
[18]
前記第2の側面が、実質的に平坦な表面を形成する第3の表面セグメントを更に含む、[1]~[17]のいずれか一項に記載の光学システム。
[19]
前記第3の表面セグメントの第2の角度が、前記基準面に対して約40度~約70度である、[18]に記載の光学システム。
[20]
前記ライトガイドが、光入力分布で前記光方向転換フィルムに光を入力し、前記第1の角度、前記三次方程式、及び前記第2の角度が、前記光入力分布に基づく、[19]に記載の光学システム。
[21]
前記ライトガイドから発し、前記第1の主面を通って出る光の少なくとも60%が、特徴的な視野角の第1のセットに含まれ、中心視野角が、前記第1の主面により、前記第1の主面に垂直となるように定められる、[18]~[20]のいずれか一項に記載の光学システム。
[22]
前記特徴的な視野角の第1のセットが、前記中心視野角に対して約-35度~約35度である、[21]に記載の光学システム。
[23]
前記ライトガイドから発し、前記第1の主面を通って出る光の少なくとも60%が、特徴的な視野角の第1のセットに含まれ、中心視野角が、前記第1の主面により、前記第1の主面に垂直となるように定められ、前記特徴的な視野角の第1のセットが、前記中心視野角に対して約-20度~約20度である、[18]~[20]のいずれか一項に記載の光学システム。
[24]
ライトガイドと、
光方向転換フィルムとを備え、前記光方向転換フィルムが、
第1の主面であって、前記第1の主面に平行な基準面を定め、実質的に滑らかな、第1の主面と、
複数の非対称微細構造を含む第2の主面とを備え、前記非対称微細構造の各々が、
実質的に平坦な第1の側面と、
第2の側面を備え、第2の側面が、
実質的に平坦な表面を形成する第1の表面セグメントであって、前記基準面に対する前記第1の表面セグメントの第1の角度が、前記基準面に対して約40度~約70度であり、前記第1の角度が第1の一次方程式に基づく、第1の表面セグメントと、
非平坦な表面を形成する第2の表面セグメントであって、前記第2の表面セグメントの形状が、三次方程式又はより高次の方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の1階微分が、前記第1の一次方程式と一致する、第2の表面セグメントと、
実質的に平坦な表面を形成する第3の表面セグメントであって、前記第3の表面セグメントの第2の角度が前記基準面に対して約40度~約70度であり、前記第2の角度が第2の一次方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の1階微分が前記第2の一次方程式と一致する、第3の表面セグメントと
を備える、光学システム。
[25]
第1の実質的にコリメートされた光入力分布を有するライトガイドと、
光方向転換フィルムとを備え、前記光方向転換フィルムが、
第1の主面であって、前記第1の主面に平行な基準面を定め、実質的に滑らかな、第1の主面と、
複数の非対称微細構造を含む第2の主面とを備え、前記非対称微細構造の各々が、
実質的に平坦な第1の側面と、
第2の側面とを備え、前記第2の側面が、
実質的に平坦な表面を形成する第1の表面セグメントであって、前記基準面に対する前記第1の表面セグメントの第1の角度が、前記基準面に対して約40度~約70度であり、前記第1の角度が第1の一次方程式に基づく、第1の表面セグメントと、
非平坦な表面を形成する第2の表面セグメントであって、前記第2の表面セグメントの形状が、三次方程式又はより高次の方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式が前記光入力分布に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の1階微分が、前記第1の一次方程式と一致する、第2の表面セグメントと、
実質的に平坦な表面を形成する第3の表面セグメントであって、前記第3の表面セグメントの第2の角度が前記基準面に対して約40度~約70度であり、前記第2の角度が第2の一次方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の1階微分が前記第2の一次方程式と一致する、第3の表面セグメントとを備え、
前記ライトガイドから発し、前記第1の主面を通って出る光の少なくとも60%が、特徴的な視野角の第1のセットに含まれ、中心視野角が、前記第1の主面により、前記第1の主面に対して垂直となるように定められ、前記特徴的な視野角の第1のセットが、前記中心視野角に対して約-35度~35度である、
光学システム。
[26]
第1の光入力分布を有するライトガイドと、
光方向転換フィルムとを備える光学システムであって、前記光方向転換フィルムが、
第1の主面であって、前記第1の主面に平行な基準面を定め、実質的に滑らかな、第1の主面と、
複数の非対称微細構造を含む第2の主面とを備え、前記非対称微細構造の各々が、
第1の側面と、
第2の側面とを備え、第2の側面が、
実質的に平坦な表面を形成する第1の表面セグメントであって、前記基準面に対する前記第1の表面セグメントの第1の角度が、第1の視野角付近で第1の光分布カットオフをもたらすように構成された、第1の表面セグメントと、
非平坦な表面を形成する第2の表面セグメントであって、前記第1の光分布に基づいて、前記第1の視野角から第2の視野角まで実質的に同様の相対輝度をもたらすように構成された、第2の表面セグメントと、
実質的に平坦な表面を形成する第3の表面セグメントであって、前記第3の表面セグメントの第2の角度が、前記第2の視野角付近に第2の光分布カットオフをもたらすように構成された、第3の表面セグメントと
を備える、光学システム。
[27]
前記ライトガイドから発し、前記第1の主面を通って出る光の少なくとも60%が、特徴的な視野角の第1のセットに含まれ、中心視野角が、前記第1の主面により、前記第1の主面に垂直となるように定められ、前記特徴的な視野角の第1のセットが、前記中心視野角に対して約-35度~約35度である、[26]に記載の光学システム。
[28]
前記第1の表面セグメント及び前記第2の表面セグメントが、トップハット輝度分布を有する光を出力するように構成され、前記トップハット分布が、平坦な頂部を含み、前記平坦な頂部は、輝度変化が約2%未満である、[1]~[27]のいずれか一項に記載の光学システム。
[29]
前記トップハット分布が、前記トップハット分布の、前記平坦な頂部の領域から最大輝度の約5%未満の輝度を含む床部領域への移行が約15度未満である、第1のカットオフ角度を更に有する、[28]に記載の光学システム。
[30]
前記第1の表面セグメント、前記第2の表面セグメント、及び前記第3の表面セグメントが、トップハット輝度分布を有する光を出力するように構成され、前記トップハット分布が平坦な頂部を含み、前記平坦な頂部は、輝度変化が約2%未満である、[18]~[27]のいずれか一項に記載の光学システム。
[31]
前記トップハット分布が、前記トップハット分布の前記平坦な頂部の領域から最大輝度の約5%未満の輝度を含む床部領域への移行が約15度未満である、第1のカットオフ角度を更に有する、[30]に記載の光学システム。
[32]
車両と、
前記車両内の車両ディスプレイとを含む車両ディスプレイシステムであって、前記光学システムが、
ライトガイドと、
光方向転換フィルムとを備え、前記光方向転換フィルムが、
実質的に滑らかな第1の主面と、
複数の非対称微細構造を含む第2の主面とを含み、前記非対称微細構造の各々が、
実質的に平坦な第1の側面と、
第2の側面とを含み、前記第2の側面が、
実質的に平坦な表面を形成する第1の表面セグメントと、
非平坦な表面を形成する第2の表面セグメントと
を含む、車両ディスプレイシステム。
[33]
前記ライトガイドが、第1の光入力分布を提供するように構成され、前記第1の主面が、前記第1の主面に平行な基準面を定め、前記基準面に対する前記第1の表面の第1の角度が、前記基準面に対して約40度~約70度であり、前記第1の角度が、第1の一次方程式に基づき、前記第2の表面セグメントの形状が、三次方程式又はより高次の方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の1階微分が前記第1の一次方程式と一致する、[32]に記載の車両ディプレイシステム。
[34]
前記ライトガイドから発し、前記第1の主面を通って出る光の少なくとも60%が、特徴的な視野角の第1のセットに含まれ、中心視野角が、前記第1の主面により、前記第1の主面に垂直となるように定められ、前記特徴的な視野角の第1のセットは、前記中心視野角に対して約-35度~約35度である、[32]又は[33]に記載の車両ディプレイシステム。
[35]
前記第1の表面セグメントと前記第2の表面セグメントが、トップハット輝度分布を有する光を出力するように構成され、前記トップハット分布が、平坦な頂部を含み、前記平坦な頂部は、輝度変化が約2%未満である、[32]~[34]のいずれか一項に記載の車両ディスプレイシステム。
[36]
前記トップハット分布が、前記トップハット分布の前記平坦な頂部の領域から最大輝度の約5%未満の輝度を含む床部領域への移行が約15度未満である、第1のカットオフ角度を更に有する、[35]に記載の車両ディスプレイシステム。
[37]
前記第2の側面が、実質的に平坦な表面を形成する第3の表面セグメントを更に備える、[32]に記載の車両ディスプレイシステム。
[38]
前記ライトガイドが、第1の光入力分布を提供するように構成され、前記第1の主面が、前記第1の主面に平行な基準面を定め、前記基準面に対する前記第1の表面セグメントの第1の角度が、前記基準面に対して約40度~約70度であり、前記第1の角度が、第1の一次方程式に基づき、前記第2の表面セグメントの形状が、三次方程式又はより高次の方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式が、前記光入力分布に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の1階微分が、前記第1の一次方程式に一致し、前記第3の表面セグメントの第2の角度が、前記基準面に対して約40度~約70度であり、前記第2の角度が、第2の一次方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の1階微分が、前記第2の一次方程式に一致する、[37]に記載の車両ディスプレイシステム。
[39]
前記ライトガイドから発し、前記第1の主面を通って出る光の少なくとも60%が、特徴的な視野角の第1のセットに含まれ、中心視野角が、前記第1の主面により、前記第1の主面に垂直となるように定められ、前記特徴的な視野角の第1のセットが、前記中心視野角に対して約-35度~約35度である、[37]又は[38]に記載の車両ディスプレイシステム。
[40]
前記第1の表面セグメント、前記第2の表面セグメント、及び前記第3の表面セグメントが、トップハット輝度分布を有する光を出力するように構成され、前記トップハット分布が平坦な頂部を含み、前記平坦な頂部は、輝度変化が約2%未満である、[37]~[39]のいずれか一項に記載の光学システム。
[41]
前記トップハット分布が、前記トップハット分布の前記平坦な頂部の領域から最大輝度の約5%未満の輝度を含む床部領域への移行が約15度未満である、第1のカットオフ角度を更に有する、[40]に記載の光学システム。
Claims (5)
- ライトガイドと、
光方向転換フィルムとを備え、前記光方向転換フィルムが、
第1の主面であって、前記第1の主面に平行な基準面を定め、実質的に滑らかな、第1の主面と、
複数の非対称微細構造を含む第2の主面とを備え、前記非対称微細構造の各々が、
実質的に平坦な第1の側面と、
第2の側面を備え、第2の側面が、
実質的に平坦な表面を形成する第1の表面セグメントであって、前記基準面に対する前記第1の表面セグメントの第1の角度が、前記基準面に対して約40度~約70度であり、前記第1の角度が第1の一次方程式に基づく、第1の表面セグメントと、
非平坦な表面を形成する第2の表面セグメントであって、前記第2の表面セグメントの形状が、三次方程式又はより高次の方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の1階微分が、前記第1の一次方程式と一致する、第2の表面セグメントと、
実質的に平坦な表面を形成する第3の表面セグメントであって、前記第3の表面セグメントの第2の角度が前記基準面に対して約40度~約70度であり、前記第2の角度が第2の一次方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の1階微分が前記第2の一次方程式と一致する、第3の表面セグメントと
を備える、光学システム。 - 第1の実質的にコリメートされた光入力分布を有するライトガイドと、
光方向転換フィルムとを備え、前記光方向転換フィルムが、
第1の主面であって、前記第1の主面に平行な基準面を定め、実質的に滑らかな、第1の主面と、
複数の非対称微細構造を含む第2の主面とを備え、前記非対称微細構造の各々が、
実質的に平坦な第1の側面と、
第2の側面とを備え、前記第2の側面が、
実質的に平坦な表面を形成する第1の表面セグメントであって、前記基準面に対する前記第1の表面セグメントの第1の角度が、前記基準面に対して約40度~約70度であり、前記第1の角度が第1の一次方程式に基づく、第1の表面セグメントと、
非平坦な表面を形成する第2の表面セグメントであって、前記第2の表面セグメントの形状が、三次方程式又はより高次の方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式が前記光入力分布に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の1階微分が、前記第1の一次方程式と一致する、第2の表面セグメントと、
実質的に平坦な表面を形成する第3の表面セグメントであって、前記第3の表面セグメントの第2の角度が前記基準面に対して約40度~約70度であり、前記第2の角度が第2の一次方程式に基づき、前記三次方程式又はより高次の方程式の1階微分が前記第2の一次方程式と一致する、第3の表面セグメントとを備え、
前記ライトガイドから発し、前記第1の主面を通って出る光の少なくとも60%が、特徴的な視野角の第1のセットに含まれ、中心視野角が、前記第1の主面により、前記第1の主面に対して垂直となるように定められ、前記特徴的な視野角の第1のセットが、前記中心視野角に対して約-35度~35度である、
光学システム。 - 第1の光入力分布を有するライトガイドと、
光方向転換フィルムとを備える光学システムであって、前記光方向転換フィルムが、
第1の主面であって、前記第1の主面に平行な基準面を定め、実質的に滑らかな、第1の主面と、
複数の非対称微細構造を含む第2の主面とを備え、前記非対称微細構造の各々が、
第1の側面と、
第2の側面とを備え、第2の側面が、
実質的に平坦な表面を形成する第1の表面セグメントであって、前記基準面に対する前記第1の表面セグメントの第1の角度が、第1の視野角付近で第1の光分布カットオフをもたらすように構成された、第1の表面セグメントと、
非平坦な表面を形成する第2の表面セグメントであって、前記第1の光分布に基づいて、前記第1の視野角から第2の視野角まで実質的に同様の相対輝度をもたらすように構成された、第2の表面セグメントと、
実質的に平坦な表面を形成する第3の表面セグメントであって、前記第3の表面セグメントの第2の角度が、前記第2の視野角付近に第2の光分布カットオフをもたらすように構成された、第3の表面セグメントと
を備える、光学システム。 - 前記第1の表面セグメント及び前記第2の表面セグメントが、トップハット輝度分布を有する光を出力するように構成され、前記トップハット分布が、平坦な頂部を含み、前記平坦な頂部は、輝度変化が約2%未満である、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学システム。
- 車両と、
前記車両内の車両ディスプレイとを含む車両ディスプレイシステムであって、
前記車両ディスプレイが、請求項1-4のいずれかに記載の光学システムを含む、
車両ディスプレイシステム。
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