WO2015159029A1 - Systeme de generation d'image pour afficheur tete haute et afficheur tete haute associe pour vehicule automobile - Google Patents

Systeme de generation d'image pour afficheur tete haute et afficheur tete haute associe pour vehicule automobile Download PDF

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WO2015159029A1
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light
screen
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generating system
support plate
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François GRANDCLERC
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Valeo Comfort And Driving Assistance
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    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses

Definitions

  • the invention relates to image generation systems, especially for head-up displays.
  • the invention relates to an image generation system and a head-up display for a motor vehicle.
  • the invention will find applications, for example, in motor vehicles to inform users of the vehicle, especially its driver.
  • This type of head-up display for a motor vehicle requires obtaining an image with a sufficient brightness so that the user, and in particular the driver of the vehicle, can sufficiently see the image, and in any situation, according to the weather conditions and day and night.
  • TFT-LCD Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display in English
  • These TFT-LCD screens require, for the display of an image, a backlight usually made by a plurality of light-emitting diodes (LED or LED for Light-Emitting Diode).
  • LED Light-Emitting Diode
  • this TFT-LCD screen and the backlight are included in a set called image generation system.
  • TFT-LCD screens have the disadvantage of significantly reducing the light output from the backlight: with the use of a conventional TFT-LCD screen, it is estimated that the transmission rate of the screen is about 5% of the light power of the backlight. This low value is due in particular to the first polarizer present in the screen which allows only the light corresponding to a certain polarization, whereas the LEDs produce light with several polarizations: all the polarizations do not correspond to that which passes through the polarizer are then lost.
  • the invention aims to overcome at least some of the disadvantages of image generation systems and known displays.
  • the invention also aims to provide, in at least one embodiment of the invention, a display that displays an image with sufficient light output.
  • the invention also aims to provide, in at least one embodiment, a display and an image generation system which make it possible to use a backlight with a lower power and thus to reduce the power consumption and the power consumption. heat dissipation.
  • the invention also aims to provide, in at least one embodiment of the invention, a display and a system for generating images of reduced size.
  • the invention relates to an image generation system for a display, in particular a head-up display, comprising:
  • said backlighting device comprises:
  • At least one light-emitting diode disposed on the support plate and emitting light in the direction of the screen, - at least one reflecting means (26) disposed between the support plate
  • An image generation system thus allows the recycling of the light emitted by the light-emitting diodes of the backlighting device coming from a reflection of part of the light in the direction of the support plate. reflection is caused by the passage through the light of the various elements placed between the light emitting diodes and the screen, and by the screen itself. All of these elements are called optical system. This portion of the light again passes through the optical system and is then reflected on the reflective means disposed between the support plate and the screen to be returned to the screen. The optical system and the reflecting means cause a change in the characteristics of the part of the reflected light which, by crossing the optical system again in the direction of the screen, will be partly transmitted to the screen and partly again reflected towards the support plate.
  • the device according to the invention may also comprise one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination:
  • the reflecting means has a reflection coefficient greater than 90%, preferably greater than 98%.
  • the reflecting means are located at least above a portion of the support plate.
  • the reflecting means are located above the entire surface of the support plate with the exception of the surface occupied by the light-emitting diodes.
  • the reflecting means is a reflective film.
  • the reflecting means is a rigid plate whose face on the side of the screen is reflective.
  • the rigid plate is mounted at a distance from the support plate so as to obtain an air gap between the rigid plate and the support plate; the reflecting film is disposed substantially over the entire surface of the support plate; with the exception of the area occupied by the light-emitting diodes.
  • the backlighting device comprises at least one light recycling filter emitted by the light-emitting diodes, located between the light-emitting diodes and the screen, ensuring the transmission of a portion of the light towards the screen and the return non-transmitted light to the light-emitting diodes.
  • the recycling filter makes it possible to send a part of the light back to the light-emitting diodes.
  • This part of the reflected light is advantageously light whose characteristics do not comply with characteristics necessary for a backlight of good quality, in particular because this part of the light would have been lost at the level of the LCD screen.
  • This part of the light is then reflected on the reflecting means in the direction of the screen. This reflection and the crossing of the various elements of the optical system allow a change in the characteristics of the light that returns to the recycling filter.
  • At least one light recycling filter is a polarization filter adapted to let the light arriving on the polarization filter with a particular polarization and adapted to reflect the light arriving on the polarization filter with a polarization different from the polarization special.
  • the polarization filter makes it possible to reflect the portion of the light whose polarization is different from this polarization. special. The light usually lost at the liquid crystal screen is thus reflected towards the reflecting means.
  • the reflecting means and the optical system allow a change in the polarization of the reflected light, and said reflected light in the direction of the screen is filtered again by the polarization filter.
  • At least one light recycling filter is a prismatic filter adapted to allow the light arriving on the prismatic filter to pass at an angle of incidence less than a predetermined angle and in a given plane, and adapted to reflect the part of the remaining light.
  • the prismatic filter makes it possible to let only the light arriving substantially perpendicular to the filter in a given plane, in order to reduce the divergence of the light in the direction of the LCD screen.
  • the light reflected by the prismatic filter is reflected back onto the reflective means and returns to the prismatic filter, and a portion of this reflected light arriving on the filter with an angle of incidence less than the predetermined angle passes through the filter and another part is reflected again.
  • the backlight device comprises at least two prismatic filters, each filtering according to the incidence of light in a plane, and arranged so that the planes in which they filter the incidence are substantially perpendicular.
  • the backlighting device comprises a lens array adapted to collimate the light coming from the light emitting diodes in the direction of the liquid crystal screen.
  • the lens array provides a collimated light directed towards the liquid crystal screen to limit losses.
  • the backlight device comprises a diffuser adapted to homogenize the light from the light emitting diodes.
  • the homogenization of the light allows a good distribution of the light on the liquid crystal screen.
  • the diffuser also makes it possible to mask the inside of the backlighting device.
  • the liquid crystal screen is inclined at a predefined angle with respect to the support plate and the recycling filter or filters.
  • the predefined angle provides a vertical virtual image as part of the use of the image generation system in a head-up display.
  • the system comprises a housing surrounding the space of the device between the support plate and the screen and whose inner walls are reflective.
  • the housing allows the reflection of light that does not propagate in a straight line between the light-emitting diodes and the LCD screen, in one direction or the other: the housing makes it possible not to lose this light by making sure that it propagates only in the space between the support plate and the LCD screen.
  • the image generation system comprises, successively and in this order, between the support plate and the screen:
  • the invention also relates to a display, in particular a head-up display, characterized in that it comprises an image generation system according to the invention.
  • the invention also relates to an image generation system and a display characterized in combination by all or some of the characteristics mentioned above or below. 5. List of figures
  • FIG. 1 is a schematic view of a section of an image generation system according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic view of a support plate of a system of image generation according to one embodiment of the invention
  • Figure 3 is a schematic view of an image generation system and a head-up display according to the invention.
  • FIG. 1 represents a schematic view of a section of an image generation system 10 according to one embodiment of the invention.
  • the image generation system 10 comprises a liquid crystal screen, here a thin-film transistor LCD 12, and a backlighting device 14.
  • Thin-film transistor LCD 12 is commonly referred to as a TFT-LCD (for Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display), and allows image formation by the image generation system.
  • the backlighting device 14 comprises in particular at least one and preferably a set of light-emitting diodes 16, also called LEDs or LEDs (for Light Emitting Diodes in English, and used in the following description), placed on a support plate.
  • the support plate consists of a printed circuit 18, also called PCB (for Printed Circuit Board in English).
  • the printed circuit used may for example be type F 4 (for Flame Resistant 4 in English) or IMS (for Insulated Metal Substrate in English).
  • IMS Insulated Metal Substrate in English
  • the printed circuit board 18 allows both the physical medium and the electrical connection (to a power supply and any other electronic components not shown) of the LEDs 16.
  • the LEDs 16 are placed so as to emit light in the direction of the light. screen 12.
  • the screen 12 is inclined by a predefined angle, preferably between 0 ° and 40 ° so as to obtain an image virtual vertical in the context of using the image generation system in a head-up display.
  • the lens array 20 comprises an LED lens 16, each lens being disposed at above each LED 16.
  • a diffuser 22 allowing the homogenization of the light, so as to illuminate the screen 12 in a homogeneous manner to allow the formation of an image of good quality, that is to say brightness substantially uniform.
  • the diffuser 22 can hide the inside of the backlight device.
  • one or more recycling filters grouped under the reference 24, for example: two crossed prismatic filters, allowing the light arriving on the prismatic filters to pass through with an angle of incidence less than a predetermined angle and in a given plane perpendicular to the plane of the prismatic filter.
  • a light beam arriving on a prismatic filter with an angle of incidence greater than the predetermined angle and in a plane different from the given plane will be even less reflected that said plane of incidence of the beam is different from the given plane.
  • the use of the two crossed prismatic filters in particular filters in substantially perpendicular planes, makes it possible to filter the major part of the light beams, so that the beams light arriving on the filter outside an angle of incidence cone equal to the predetermined angle will be reflected.
  • Prismatic filters are here films of polymer material composed of a multitude of microprisms aligned in the plane of the prismatic filter along lines perpendicular to the given plane.
  • This type of film is for example marketed by 3M under the name of BEF (for Brightness Enhancement Film in English).
  • BEF Brightness Enhancement Film in English
  • a polarization filter for passing light arriving on the polarization filter with a particular polarization and adapted to reflect the light arriving on the polarization filter with a different polarization.
  • the light emitted by the LEDs 16 being a non-polarized light, only the portion of this light having a polarization collinear with this particular polarization passes through the polarization filter, the rest of the light being reflected.
  • the polarization filter is here a film of polymer material. This type of filter is marketed for example by the company 3M under the name of DBEF (for Dual Brightness Enhancement Film in English).
  • the various recycling filters 24 therefore make it possible, for example, to reflect light which would have been filtered at the level of the screen 12 itself because of its internal components, in particular straight polarisers, by reflection of the light which does not have any light. polarization, or to reflect light that propagated in a cone of lighting too wide. This portion of the light reflected by the recycling filter (s) in the direction of the printed circuit is subsequently called recycled light.
  • the image generation system 10 comprises a reflective means, here a reflective film 26 disposed substantially over the entire surface of the printed circuit 18 with the exception of the area occupied by the LEDs 16 and which allows to reflect almost all the light recycled, which then propagates back to screen 12.
  • a reflective means here a reflective film 26 disposed substantially over the entire surface of the printed circuit 18 with the exception of the area occupied by the LEDs 16 and which allows to reflect almost all the light recycled, which then propagates back to screen 12.
  • the space contained therein, between the printed circuit 18 and the screen 12 is surrounded by a housing 28, generally called light box especially in the automotive field.
  • a housing 28 is made of a reflective material such as polycarbonate (abbreviated PC).
  • PC polycarbonate
  • the housing 28 must have a very flat polished surface.
  • the reflective film 26, the optical system and the housing 28 allow, due to the reflection of light on or through their respective surfaces, to change the characteristics of the recycled light, including its polarization and its direction of propagation.
  • the recycled light which is reflected by the reflective film 26 and which propagates towards the screen 12 has a different polarization and an angle of incidence with the recycling filter or filters different, and therefore can cross the recycling filters 24 if these characteristics allow the passage of light through the recycling filter or filters 24. If the light still does not have the characteristics necessary for crossing the recycling filter or filters, the light is recycled again and the cycle described above is repeated.
  • This cycle is represented in FIG. 1 by arrows 30, 31, 32, 34, 36, 37.
  • the LEDs 16 emit unpolarized light.
  • Two arrows 30, 31 represent two parts of this polarized light, of respective polarizations P1 and P2.
  • the polarization filter passes the portion of the light whose polarization is equal to P1.
  • the portion of the polarization light P1 therefore passes through the polarization filter and moves towards the screen 12 in the direction represented by the arrow 32. and the portion of the polarization light P2 is recycled, i.e., reflected back to the printed circuit 18, as represented by the arrow 34.
  • This portion of the recycled light is reflected on the reflective film 26 towards the 12, and a part of this reflected light has a modified polarization now equal to PI, represented by the arrow 36.
  • This part of the polarization light P1 therefore passes through the polarization filter after recycling and reflection, as shown on the arrow 37.
  • the same phenomenon occurs in a similar way as a function of the angle of incidence of the light, thanks to the prismatic filters .
  • the reflective film 26 does not cover the LEDs 16 so as not to obscure them and thus to allow the backlighting of the screen 12.
  • the only part of the recycled light that is not reflected back to the screen 12 is the light that arrives on the printed circuit 18 on the surface occupied by the LEDs 16.
  • a reflective means especially if the thickness of these means is important, the holes formed by the margin around each LED can be beveled to optimize the reflective surface without disturbing the lighting of the e notch.
  • the reflective film 26 is a film made of polycarbonate (PC) having a reflection coefficient greater than 90%, preferably greater than or equal to 98%.
  • PC polycarbonate
  • Other materials can be envisaged for the reflective film 26, provided that these are adapted to the other constraints of the image generation system 10, in particular thermal stresses: the reflective film 26 surrounds the LEDs 16 which emit with high luminous power and therefore give off heat. This heat can alter the reflective film 26 if it is not made of a suitable material. This thermal stress is all the more important that the image generation system 10 is in an environment of limited size in which the heat evacuation is difficult, typically for on-board use, for example in a vehicle.
  • the film may also, in other embodiments, be composed of a multitude of polymer layers, including polycarbonate, polymethyl methacrylate (PMMA), etc., for example a film marketed by the company 3M under the name of ES.
  • polycarbonate polymethyl methacrylate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the reflecting means is of another form, for example a rigid plate whose side of the screen side is reflective with properties similar to the reflective film 26 presented above.
  • the rigid plate may also be disposed either directly in contact with the support plate, or spaced therefrom so as to leave between the two a blade of air for better heat dissipation by ventilation.
  • the device may also comprise a multitude of reflecting means according to these different embodiments.
  • the different reflecting means may further be adapted to reflect each optimally a particular wavelength.
  • the device may include several reflecting means to return the largest possible amount of light to the screen.
  • FIG. 2 represents a schematic view of a printed circuit 18 of an image generation system 10 according to one embodiment of the invention.
  • the LEDs 16 of the backlighting device 14 are here eight in number, distributed uniformly over the entire surface of the printed circuit 18. Each LED is composed of a base 16a and an optical portion 16b.
  • the LEDs 16 are surrounded by the reflective film 26 which occupies the surface of the printed circuit 18 which is not occupied by the LEDs 16.
  • a margin area is provided around each LED 16 on which there is no reflective film 26 to prevent the reflective film 26 from disturbing the light emission by the LEDs 16 and to prevent the reflective film 26 from being altered by too much heat dissipation by the LEDs.
  • the invention also relates to a head-up display comprising an image generation system 10 according to the invention.
  • the image generation system 10 described with reference to FIG. 1 forms an image using the TFT-LCD screen 12.
  • said display Downstream of the screen 12 in the direction of movement of the light beam, said display comprises at least one semi-reflective plate 126 and a reflection device 125 interposed on the path of the image between the screen 12 and the semi blade reflector 126, the reflection device 125 comprising one or more planar or concave mirrors, as shown in FIG. 4.
  • the path of the image is symbolized by three dotted arrows which are reflected on the device of FIG. reflection 125 before displaying through the semi-reflecting blade 126.
  • the latter allows a magnification and / or, by transparency, a display of the image beyond the semi-reflective blade, particularly beyond the pare -brise equipped vehicle, at a virtual screen 130, obtained using the semi-reflective blade 126.
  • This blade 126 has a reflectivity at least equal to 20%, which allows the user to see through the blade the road taken by the vehicle, while enjoying a high contrast to see the image displayed.
  • the display of the image can take place at the windshield of the vehicle equipped with said display.

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Abstract

L'invention concerne un système de génération d'images pour afficheur, notamment afficheur tête haute, comprenant; un écran (12) à cristaux liquide, un dispositif (14) de rétro-éclairage dudit écran (12). Le système de génération d'images est caractérisé en ce que ledit dispositif (14) de rétro-éclairage comprend; une plaque de support (18), au moins une diode électroluminescente (16) disposée sur la plaque de support (18) et émettant de la lumière en direction de l'écran (12), au moins un moyen réfléchissant (26) disposé entre la plaque de support (18) et l'écran (12), destiné à laisser passer la lumière en direction de l'écran (12) et à réfléchir vers l'écran (12) de la lumière se propageant en direction de la plaque de support (18).

Description

PROCEDE D'ISOLATION D'UN RESERVOIR DE FLUIDE COMBUSTIBLE RELATIVEMENT A UNE PARTIE AVAL DE SYSTEME D'ALIMENTATION POUR TURBOMACHINE EN CAS D'INCENDIE ET UN TEL SYSEME D'ALIMENTATION
1. Domaine technique de l'invention
L'invention concerne les systèmes de génération d'images, notamment pour afficheurs tête haute. En particulier, l'invention concerne un système de génération d'images et un afficheur tête haute destiné à un véhicule automobile.
2. Arrière-plan technologique
L'invention trouvera ses applications, par exemple, dans les véhicules automobiles pour informer les utilisateurs du véhicule, en particulier son conducteur.
Il est connu d'équiper un véhicule automobile avec un système d'affichage, dit tête haute. Un tel système est placé dans le champ de vision du conducteur automobile et affiche une information relative à l'état du véhicule, du trafic ou autre.
Ce type d'afficheur tête haute pour véhicule automobile nécessite l'obtention d'une image avec une luminosité suffisante pour que l'utilisateur, et notamment le conducteur du véhicule, puisse suffisamment voir l'image, et ce en toute situation, selon les conditions météorologiques et de jour comme de nuit.
Parmi les technologies possibles pour former une telle image grâce à l'afficheur, la plus utilisée dans l'art antérieur est la technologie d'écran à cristaux liquides, notamment d'écran cristaux liquides à transistors en couches minces, dits TFT-LCD (pour Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display en anglais). Ces écrans TFT-LCD nécessitent, pour l'affichage d'une image, un rétro-éclairage généralement effectué par une pluralité de diodes électroluminescentes (DEL ou LED pour Light-Emitting Diode en anglais). En pratique, cet écran TFT-LCD et le rétro-éclairage sont compris dans un ensemble appelé système de génération d'images.
Néanmoins, ces écrans TFT-LCD ont pour inconvénient de réduire de façon importante la puissance lumineuse provenant du rétro-éclairage : avec l'utilisation d'un écran TFT-LCD classique, on estime que le taux de transmission de l'écran est d'environ 5% de la puissance lumineuse du rétro-éclairage. Cette faible valeur est notamment due au premier polariseur présent dans l'écran qui ne laisse passer que la lumière correspondant à une certaine polarisation, alors que les LEDs produisent de la lumière avec plusieurs polarisations : toutes les polarisations ne correspondant pas à celle que laisse passer le polariseur sont alors perdues.
Dès lors, pour l'affichage d'une image par l'afficheur avec une puissance lumineuse suffisante, il faut utiliser un rétro-éclairage d'une puissance lumineuse importante puisque l'image affichée aura une puissance lumineuse de l'ordre de 5% de cette puissance de rétro-éclairage. Cela engendre des consommations importantes d'énergie, ainsi que des pertes importantes sous forme de chaleur, qui de plus peuvent dégrader les composants et nécessitent donc l'utilisation de dissipateur de chaleur volumineux.
3. Objectifs de l'invention
L'invention vise à pallier au moins certains des inconvénients des systèmes de génération d'images et des afficheurs connus.
En particulier, l'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un afficheur qui permet d'afficher une image avec une puissance lumineuse suffisante.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un afficheur et un système de génération d'images qui permettent d'utiliser un rétroéclairage d'une puissance plus réduite et ainsi de réduire la consommation d'énergie et la dissipation de chaleur.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un afficheur et un système de génération d'images de taille réduite.
4. Exposé de l'invention
Pour ce faire, l'invention concerne un système de génération d'images pour afficheur, notamment afficheur tête haute, comprenant :
- un écran à cristaux liquides,
un dispositif de rétro-éclairage dudit écran, caractérisé en ce que ledit dispositif de rétro-éclairage comprend :
une plaque de support,
au moins une diode électroluminescente disposée sur la plaque de support et émettant de la lumière en direction de l'écran, - au moins un moyen réfléchissant (26) disposé entre la plaque de support
(18) et l'écran (12) destiné à laisser passer la lumière en direction de l'écran (12) et à réfléchir vers l'écran (12) de la lumière se propageant en direction de la plaque de support (18) Un système de génération d'images selon l'invention permet donc le recyclage de la lumière émise par les diodes électroluminescentes du dispositif de rétro-éclairage provenant d'une réflexion d'une partie de la lumière en direction de la plaque de support, cette réflexion étant provoquée par la traversée par la lumière des différents éléments placés entre les diodes électroluminescentes et l'écran, ainsi que par l'écran lui-même. L'ensemble de ces éléments est appelé système optique. Cette partie de la lumière traverse de nouveau le système optique et est alors réfléchie sur les moyens réfléchissants disposés entre la plaque de support et l'écran afin d'être renvoyée en direction de l'écran. Le système optique et les moyens réfléchissants entraînent une modification des caractéristiques de la partie de la lumière réfléchie qui, en traversant à nouveau le système optique dans la direction de l'écran, va être en partie transmise vers l'écran et en partie à nouveau réfléchie en direction de la plaque de support.
Le dispositif selon l'invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le moyen réfléchissant a un coefficient de réflexion supérieur à 90%, de préférence supérieur à 98%. - les moyens réfléchissants se situent au moins au dessus d'une partie de la plaque de support. - les moyens réfléchissants se situent au dessus de l'ensemble de la surface de la plaque de support à l'exception de la surface occupée par les diodes électroluminescentes.
Ainsi la quasi-totalité de la lumière se propageant en direction de la plaque support est réfléchie vers l'écran à l'exception de la lumière se propageant en direction des zones de la plaque où se trouvent disposées la au moins un diode. - le moyen réfléchissant est un film réfléchissant.
- le film réfléchissant est collé sur la plaque de support
- le moyen réfléchissant est une plaque rigide dont la face du coté de l'écran est réfléchissante.
- la plaque rigide est montée à distance de la plaque de support de sorte à obtenir une lame d'air entre la plaque rigide et la plaque de support - le film réfléchissant est disposé sensiblement sur l'ensemble de la surface de la plaque de support à l'exception de la surface occupée par les diodes électroluminescentes.
- le dispositif de rétro-éclairage comprend au moins un filtre de recyclage de la lumière émise par les diodes électroluminescentes, situé entre les diodes électroluminescentes et l'écran, assurant la transmission d'une partie de la lumière vers l'écran et le retour de la lumière non transmise vers les diodes électroluminescentes.
Le filtre de recyclage permet de renvoyer en direction des diodes électroluminescentes une partie de la lumière. Cette partie de la lumière réfléchie est avantageusement de la lumière dont les caractéristiques ne sont pas conformes aux caractéristiques nécessaires à un retro-éclairage de bonne qualité, notamment parce que cette partie de la lumière aurait été perdue au niveau de l'écran à cristaux liquides. Cette partie de la lumière se réfléchit ensuite sur le moyen réfléchissant en direction de l'écran. Cette réflexion ainsi que la traversée des différents éléments du système optique permettent une modification des caractéristiques de la lumière qui retourne sur le filtre de recyclage.
- au moins un filtre de recyclage de la lumière est un filtre de polarisation adapté pour laisser passer la lumière arrivant sur le filtre de polarisation avec une polarisation particulière et adapté pour réfléchir la lumière arrivant sur le filtre de polarisation avec une polarisation différente de la polarisation particulière.
L'écran à cristaux liquides ne laissant passer que la lumière possédant une polarisation particulière du fait de la présence d'un polariseur dans l'écran, le filtre de polarisation permet de réfléchir la partie de la lumière dont la polarisation est différente de cette polarisation particulière. La lumière habituellement perdue au niveau de l'écran à cristaux liquides est donc réfléchie vers le moyen réfléchissant. Le moyen réfléchissant et le système optique permettent une modification de la polarisation de la lumière réfléchie, et ladite lumière réfléchie en direction de l'écran est de nouveau filtrée par le filtre de polarisation.
- au moins un filtre de recyclage de la lumière est un filtre prismatique adapté pour laisser passer la lumière arrivant sur le filtre prismatique avec un angle d'incidence inférieur à un angle prédéterminé et dans un plan donné, et adapté pour réfléchir la partie de la lumière restante.
Le filtre prismatique permet de ne laisser passer que la lumière arrivant sensiblement perpendiculairement au filtre dans un plan donné, afin de permettre de réduire la divergence de la lumière en direction de l'écran à cristaux liquides. La lumière réfléchie par le filtre prismatique est réfléchie à nouveau sur le moyen réfléchissant et revient sur le filtre prismatique, et une partie de cette lumière réfléchie arrivant sur le filtre avec un angle d'incidence inférieur à l'angle prédéterminé passe à travers le filtre et une autre partie est à nouveau réfléchie.
- le dispositif de rétro-éclairage comprend au moins deux filtres prismatiques, filtrant chacun selon l'incidence de la lumière selon un plan, et disposés de façon à ce que les plans dans lesquels ils filtrent l'incidence soient sensiblement perpendiculaires.
L'ajout d'un deuxième filtre filtrant dans un plan donné différent du premier filtre permet le filtrage d'une plus grande partie de la lumière.
- le dispositif de rétro-éclairage comprend un réseau de lentilles adapté pour collimater la lumière provenant des diodes électroluminescentes dans la direction de l'écran à cristaux liquides. Les diodes électroluminescentes émettant de la lumière de façon sensiblement omnidirectionnelle, le réseau de lentilles permet l'obtention d'une lumière collimatée dirigée vers l'écran à cristaux liquides afin de limiter les pertes.
- le dispositif de rétro-éclairage comprend un diffuseur adapté pour homogénéiser la lumière provenant des diodes électroluminescentes.
L'homogénéisation de la lumière permet une bonne répartition de la lumière sur l'écran à cristaux liquides. Le diffuseur permet en outre de masquer l'intérieur du dispositif de rétro-éclairage.
- l'écran à cristaux liquides est incliné d'un angle prédéfini par rapport à la plaque de support et au ou aux filtres de recyclage.
L'angle prédéfini permet d'obtenir une image virtuelle verticale dans le cadre de l'utilisation du système de génération d'images dans un affichage tête haute. - le système comprend un boîtier entourant l'espace du dispositif compris entre la plaque de support et l'écran et dont les parois intérieures sont réfléchissantes.
Le boîtier permet la réflexion de la lumière qui ne se propage pas en ligne droite entre les diodes électroluminescentes et l'écran à cristaux liquides, dans un sens ou dans l'autre : le boîtier permet de ne pas perdre cette lumière en faisant en sorte qu'elle se propage uniquement dans l'espace compris entre la plaque de support et l'écran à cristaux liquides. - le système de génération d'images comporte, successivement et dans cet ordre, entre la plaque de support et l'écran :
les moyens de réflexion,
le réseau de lentille,
le diffuseur,
- le ou les filtres prismatiques,
le filtre de polarisation.
L'invention concerne également un afficheur, notamment un afficheur tête haute, caractérisé en ce qu'il comprend un système de génération d'images selon l'invention.
L'invention concerne également un système de génération d'images et un afficheur caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. 5. Liste des figures
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
la figure 1 est une vue schématique d'une coupe d'un système de génération d'images selon un mode de réalisation de l'invention,
la figure 2 est une vue schématique d'une plaque de support d'un système de génération d'images selon un mode de réalisation de l'invention,
la figure 3 est une vue schématique d'un système de génération d'images et d'un afficheur tête haute selon l'invention.
6. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
La figure 1 représente une vue schématique d'une coupe d'un système 10 de génération d'images selon un mode de réalisation de l'invention.
Le système 10 de génération d'images comprend un écran à cristaux liquides, ici un écran 12 à cristaux liquides à transistors en couches minces, et un dispositif 14 de rétro-éclairage. L'écran 12 à cristaux liquides à transistors en couches minces est communément appelé écran TFT-LCD (pour Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display en anglais), et permet la formation de l'image par le système 10 de génération d'images.
Le dispositif 14 de rétro-éclairage a pour fonction d'apporter à l'écran 12 la lumière nécessaire à la formation de l'image. Pour ce faire, le dispositif 14 de rétro- éclairage comprend notamment au moins une et de préférence un ensemble de diodes électroluminescentes 16, aussi appelées DELs ou LEDs (pour Light Emitting Diodes en anglais, et utilisé dans la suite de la description), placées sur une plaque de support. Dans ce mode de réalisation, la plaque de support est constituée d'un circuit imprimé 18, aussi appelé PCB (pour Printed Circuit Board en anglais). Le circuit imprimé utilisé peut être par exemple de type F 4 (pour Flame Résistant 4 en anglais) ou bien IMS (pour Insulated Métal Substrate en anglais). L'utilisation d'un circuit IMS permet notamment une meilleure dissipation thermique. Le circuit imprimé 18 permet à la fois le support physique et la connexion électrique (à une alimentation et à d'éventuels autres composants électroniques non représentés) des LEDs 16. Les LEDs 16 sont placées de façon à émettre de la lumière en direction de l'écran 12. L'écran 12 est incliné d'un angle prédéfini, de préférence compris entre 0° et 40° de façon à obtenir une image virtuelle verticale dans le cadre de l'utilisation du système de génération d'images dans un affichage tête haute.
Entre l'écran 12 et les LEDs 16, se trouvent différents éléments de traitement et/ou de filtrage de la lumière afin d'optimiser le rétro-éclairage, appelés dans leur ensemble système optique. Dans le mode de réalisation présenté à la figure 1, ces éléments faisant partie du dispositif 14 de rétro-éclairage et successivement traversés par la lumière provenant des LEDs 16 en direction de l'écran 12, sont : un réseau 20 de lentilles, permettant la collimation de la lumière provenant des LEDs 16 pour limiter les pertes de puissance lumineuse si une partie de lumière n'est pas dirigée vers l'écran 12. Généralement, le réseau 20 de lentilles comprend une lentille par LED 16, chaque lentille étant disposée au dessus de chaque LED 16. un diffuseur 22, permettant l'homogénéisation de la lumière, de façon à éclairer l'écran 12 de façon homogène pour permettre la formation d'une image de bonne qualité, c'est-à-dire de luminosité sensiblement uniforme. De plus, le diffuseur 22 permet de masquer l'intérieur du dispositif de rétro-éclairage.
un ou plusieurs filtres de recyclage, regroupés sous la référence 24, par exemple : deux filtres prismatiques croisés, permettant de laisser passer la lumière arrivant sur les filtres prismatiques avec un angle d'incidence inférieur à un angle prédéterminé et dans un plan donné perpendiculaire au plan du filtre prismatique. Un faisceau lumineux arrivant sur un filtre prismatique avec un angle d'incidence supérieur à l'angle prédéterminé et dans un plan différent du plan donné sera d'autant moins réfléchi que ledit plan d'incidence du faisceau est différent du plan donné. Ainsi, l'utilisation des deux filtres prismatiques croisés, notamment filtrants selon des plans sensiblement perpendiculaires, permet de filtrer la majeure partie des faisceaux lumineux, de telle façon que les faisceaux lumineux arrivant sur le filtre en dehors d'un cône d'incidence d'angle égal à l'angle prédéterminé seront réfléchis. Les filtres prismatiques sont ici des films en matériau polymère composés d'une multitude de microprismes alignés dans le plan du filtre prismatique selon des droites perpendiculaires au plan donné. Ce type de film est par exemple commercialisé par la société 3M sous le nom de BEF (pour Brightness Enhancement Film en anglais). un filtre de polarisation, permettant de laisser passer la lumière arrivant sur le filtre de polarisation avec une polarisation particulière et adapté pour réfléchir la lumière arrivant sur le filtre de polarisation avec une polarisation différente. La lumière émise par les LEDs 16 étant une lumière non-polarisée, seule la partie de cette lumière ayant une polarisation colinéaire à cette polarisation particulière traverse le filtre de polarisation, le reste de la lumière étant réfléchi. Le filtre de polarisation est ici un film en matériau polymère. Ce type de filtre est commercialisé par exemple par la société 3M sous le nom de DBEF (pour Dual Brightness Enhancement Film en anglais).
Les différents filtres 24 de recyclage permettent donc par exemple de réfléchir de la lumière qui aurait été filtrée au niveau de l'écran 12 lui-même du fait de ses composants internes, notamment des polariseurs rectilignes, par réflexion de la lumière ne présentant pas une polarisation particulière, ou bien de réfléchir de la lumière qui se propageait dans un cône d'éclairage trop large. Cette partie de la lumière réfléchie par le ou les filtres de recyclage en direction du circuit imprimé est appelée par la suite lumière recyclée.
Afin de ne pas perdre cette lumière recyclée, le système 10 de génération d'images comprend un moyen réfléchissant, ici un film 26 réfléchissant disposé sensiblement sur l'ensemble de la surface du circuit imprimé 18 à l'exception de la surface occupée par les LEDs 16 et qui permet de réfléchir la quasi-totalité de la lumière recyclée, qui se propage alors de nouveau vers l'écran 12.
Afin que la lumière se propageant du circuit imprimé 18 à l'écran 12 ou de l'écran 12 au circuit imprimé 18 reste dans le dispositif 14 de rétro-éclairage, l'espace contenu dans celui-ci, entre le circuit imprimé 18 et l'écran 12, est entouré par un boitier 28, généralement appelé boite à lumière notamment dans le domaine automobile. Pour éviter les pertes de puissances lumineuses dans le boitier 28 par absorption de lumière, celui-ci est réalisé dans un matériau réfléchissant tel que le polycarbonate (abrégé PC). Pour une réflexion optimale de la lumière, le boitier 28 doit présenter une surface polie très plane.
Le film 26 réfléchissant, le système optique et le boitier 28 permettent, du fait de la réflexion de la lumière sur ou à travers leurs surfaces respectives, de modifier les caractéristiques de la lumière recyclée, notamment sa polarisation et sa direction de propagation. Ainsi, la lumière recyclée qui est réfléchie par le film 26 réfléchissant et qui se propage en direction de l'écran 12 a une polarisation différente et un angle d'incidence avec le ou les filtres de recyclages différent, et donc peut traverser le ou les filtres 24 de recyclage si ces caractéristiques permettent le passage de la lumière à travers le ou les filtres 24 de recyclage. Si la lumière ne présente toujours pas les caractéristiques nécessaires à la traversée du ou des filtres de recyclage, la lumière est à nouveau recyclée et le cycle décrit précédemment se répète.
Ce cycle est représenté sur la figure 1 par des flèches 30, 31, 32, 34, 36, 37. Les LEDs 16 émettent de la lumière non polarisée. Deux flèches 30, 31 représentent deux parties de cette lumière polarisée, de polarisations respectives PI et P2. Le filtre de polarisation laisse passer la partie de la lumière dont la polarisation est égale à Pl. La partie de la lumière de polarisation PI traverse donc le filtre de polarisation et se dirige vers l'écran 12 selon la direction représentée par la flèche 32, et la partie de la lumière de polarisation P2 est recyclée, c'est-à-dire réfléchie vers le circuit imprimé 18, comme représenté par la flèche 34. Cette partie de la lumière recyclée est réfléchie sur le film 26 réfléchissant en direction de l'écran 12, et une partie de cette lumière réfléchie a une polarisation modifiée désormais égale à PI, représentée par la flèche 36. Cette partie de la lumière de polarisation PI traverse donc le filtre de polarisation après le recyclage et la réflexion, comme représenté sur la flèche 37. Le même phénomène se produit de façon analogue en fonction de l'angle d'incidence de la lumière, grâce aux filtres prismatiques.
Le film 26 réfléchissant ne recouvre pas les LEDs 16 de façon à ne pas occulter celles-ci et donc à permettre le rétro-éclairage de l'écran 12. La seule partie de la lumière recyclée qui n'est pas réfléchie vers l'écran 12 est donc la lumière qui arrive sur le circuit imprimé 18 sur la surface occupée par les LEDs 16. Afin de ne pas perturber l'éclairage de l'écran 12 par les LEDs 16 et éviter la surchauffe du film 26 réfléchissant situé à proximité des LEDs 16, on peut aussi réduire la surface occupée par le film 26 réfléchissant sur le circuit imprimé 18 en ajoutant une marge autour de chaque LED 16, comme représenté dans la suite de la description en référence à la figure 2. Selon un mode de réalisation d'un moyen réfléchissant, notamment si l'épaisseur de ces moyens est importante, les trous formés par la marge autour de chaque LEDs pourront être biseautés de façon à optimiser la surface réfléchissante sans perturber l'éclairage de l'écran.
Dans ce mode de réalisation, le film 26 réfléchissant est un film réalisé en polycarbonate (PC) possédant un coefficient de réflexion supérieur à 90%, de préférence supérieur ou égal à 98%. D'autres matériaux peuvent être envisagés pour le film 26 réfléchissant, à condition que ceux-ci soient adaptés aux autres contraintes du système 10 de génération d'images, notamment des contraintes thermiques : le film 26 réfléchissant entoure les LEDs 16 qui émettent avec une puissance lumineuse importante et donc dégagent de la chaleur. Cette chaleur peut altérer le film 26 réfléchissant si celui-ci n'est pas fabriqué dans un matériau adapté. Cette contrainte thermique est d'autant plus importante que le système 10 de génération d'images est dans un environnement de taille restreinte dans lequel l'évacuation de la chaleur est difficile, typiquement pour une utilisation embarquée, par exemple dans un véhicule.
Le film peut aussi, dans d'autre modes de réalisation, être composée d'une multitude de couches de polymères, parmi lesquelles du polycarbonate, du polyméthacrylate de méthyle (PMMA), etc., comme par exemple un film commercialisé par la société 3M sous le nom de ES .
Selon un autre mode de réalisation, le moyen réfléchissant est d'une autre forme, par exemple une plaque rigide dont la face du côté de l'écran est réfléchissante avec des propriétés analogues au film réfléchissant 26 présenté précédemment. La plaque rigide peut en outre être disposée soit directement au contact de la plaque de support, soit espacée de celle-ci de façon à laisser entre les deux une lame d'air permettant une meilleure dissipation thermique par ventilation.
Le dispositif peut aussi comprendre une multitude de moyens réfléchissants selon ces différents modes de réalisation. Les différents moyens réfléchissants peuvent en outre être adaptés pour réfléchir chacun de façon optimale une longueur d'onde particulière. Selon la configuration de la plaque de support, le dispositif peut comprendre plusieurs moyens réfléchissants afin de renvoyer vers l'écran la plus grande quantité de lumière possible..
La figure 2 représente une vue schématique d'un circuit imprimé 18 d'un système 10 de génération d'images selon un mode de réalisation de l'invention. Les LEDs 16 du dispositif 14 de rétro-éclairage sont ici au nombre de huit, réparties de façon uniforme sur l'ensemble de la surface du circuit imprimé 18. Chaque LED est composée d'une embase 16a et d'une partie optique 16b. Les LEDs 16 sont entourées du film 26 réfléchissant qui occupe la surface du circuit imprimé 18 qui n'est pas occupée par les LEDs 16. Dans ce mode de réalisation et comme expliqué précédemment, une surface de marge est prévue autour de chaque LED 16 sur laquelle il n'y a pas de film 26 réfléchissant pour éviter que le film 26 réfléchissant ne perturbe l'émission de lumière par les LEDs 16 et pour éviter que le film 26 réfléchissant soit altéré par une trop forte dissipation de chaleur par les LEDs. Comme illustré à la figure 3 l'invention concerne aussi un afficheur tête haute comprenant système 10 de génération d'images selon l'invention. Le système 10 de génération d'images décrit en référence à la figure 1 forme une image à l'aide de l'écran TFT- LCD 12.
En aval de l'écran 12 selon le sens de déplacement du faisceau lumineux, ledit afficheur comprend au moins une lame semi-réfléchissante 126 et un dispositif de réflexion 125 interposé sur le trajet de l'image entre l'écran 12 et la lame semi- réfléchissante 126, le dispositif de réflexion 125 comprenant un ou plusieurs miroirs plans ou concaves, comme représenté sur la figure 4. Sur cette figure, le trajet de l'image est symbolisé par trois flèches 30 en pointillé qui se réfléchissent sur le dispositif de réflexion 125 avant de s'afficher à travers la lame semi-réfléchissante 126. Cette dernière permet un grossissement et/ou, par transparence, un affichage de l'image au- delà de la lame semi-réfléchissante, notamment au-delà du pare-brise du véhicule équipé, au niveau d'un écran virtuel 130, obtenu à l'aide de la lame semi-réfléchissante 126.
Cette lame 126 présente un pouvoir de réflexion au moins égal à 20%, ce qui permet à l'utilisateur de voir au travers de la lame la route empruntée par le véhicule, tout en bénéficiant d'un contraste élevé permettant de voir l'image affichée. De manière alternative, l'affichage de l'image peut avoir lieu au niveau du pare-brise du véhicule équipé dudit afficheur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de génération d'images pour afficheur, notamment afficheur tête haute, comprenant :
- un écran (12) à cristaux liquides,
un dispositif (14) de rétro-éclairage dudit écran (12),
caractérisé en ce que ledit dispositif (14) de rétro-éclairage comprend :
une plaque de support (18),
au moins une diode électroluminescente (16) disposée sur la plaque de support (18) et émettant de la lumière en direction de l'écran (12), au moins un moyen réfléchissant (26) disposé entre la plaque de support (18) et l'écran (12), destiné à laisser passer la lumière en direction de l'écran (12) et à réfléchir vers l'écran (12) de la lumière se propageant en direction de la plaque de support (18).
2. Système de génération d'images selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen réfléchissant a un coefficient de réflexion supérieur à 90%, de préférence supérieur à 98%.t.
3. Système de génération d'images selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen réfléchissant se situe au dessus de l'ensemble de la surface de la plaque de support à l'exception de la surface occupée par les diodes électroluminescentes.
4. Système de génération d'images selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen réfléchissant est un film réfléchissant.
5. Système de génération d'images selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le film réfléchissant est collé sur la plaque de support (18).
6. Système de génération d'images selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen réfléchissant est une plaque rigide dont la face du coté de l'écran est réfléchissante.
7. Système de génération d'images selon la revendication précédente caractérisé en ce que la plaque rigide est montée à distance de la plaque de support (18) de sorte à obtenir une lame d'air entre la plaque rigide et la plaque de support (18).
8. Système de génération d'images selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de rétro-éclairage comprend au moins un filtre (24) de recyclage de la lumière émise par les diodes électroluminescentes (16), situé entre les diodes électroluminescentes (16) et l'écran (12), assurant la transmission d'une partie de la lumière vers l'écran (12) et le retour de la lumière non transmise vers les diodes électroluminescentes (16).
9. Système de génération d'images selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins un filtre (24) de recyclage de la lumière est un filtre de polarisation adapté pour laisser passer la lumière arrivant sur le filtre de polarisation avec une polarisation particulière et adapté pour réfléchir la lumière arrivant sur le filtre de polarisation avec une polarisation différente de la polarisation particulière.
10. Système de génération d'images selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins un filtre (24) de recyclage de la lumière est un filtre prismatique adapté pour laisser passer la lumière arrivant sur le filtre prismatique avec un angle d'incidence inférieur à un angle prédéterminé et dans un plan donné, et adapté pour réfléchir la partie de la lumière restante.
11. Système de génération d'images selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif (14) de rétro-éclairage comprend au moins deux filtres prismatiques, filtrant chacun selon l'incidence de la lumière selon un plan, et disposés de façon à ce que les plans dans lesquels ils filtrent l'incidence soient sensiblement perpendiculaires.
12. Système de génération d'images selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (14) de rétro-éclairage comprend un réseau de lentilles (20) adapté pour collimater la lumière provenant des diodes électroluminescentes (16) dans la direction de l'écran (12) à cristaux liquides.
13. Système de génération d'images selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (14) de rétro-éclairage comprend un diffuseur (22) adapté pour homogénéiser la lumière provenant des diodes électroluminescentes (16).
14. Système de génération d'images selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que l'écran (12) à cristaux liquides est incliné d'un angle prédéfini par rapport à la plaque de support (18) et au ou aux filtres (24) de recyclage.
15. Système de génération d'images selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système comprend un boîtier entourant l'espace du dispositif compris entre la plaque de support et l'écran et dont les parois intérieures sont réfléchissantes.
16. Système de génération d'images selon les revendications 9, 10, 12 et 13, caractérisé en ce qu'il comporte, successivement et dans cet ordre, entre la plaque de support (18) et l'écran :
les moyens de réflexion,
le réseau de lentille (20),
- le diffuseur (22),
le ou les filtres prismatiques,
le filtre de polarisation.
17. Afficheur, notamment afficheur tête haute, caractérisé en ce qu'il comprend un système (10) de génération d'images selon l'une des revendications précédentes.
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