(57)【要約】視野コントラストの改善をもたらす光学ディスプレイパネルを開示する。光学パネルは、複数の積層された光導波路であって、各導波路は入口面及び出口面を各導波路の対向する端部に有し、各導波路は少なくとも１つのクラッド層に接触するコアで形成され、少なくとも１つのクラッド層は少なくとも１つの黒色層を有する複数の積層された光導波路と；少なくとも２つの導波路のそれぞれの入口面に接続された少なくとも１つのリディレクターと；を有する。少なくとも１つの黒色層は第１の厚さを有し、コアは第２の厚さを有し、第１の厚さは、好ましくは、第２の厚さの倍である。好ましい実施態様では、第１の厚さは、第２の厚さの少なくとも２倍より大きい。第２の好ましい実施態様では、第１の厚さは、第２の厚さの少なくとも４倍より大きい。
2005520218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の積層された光導波路であって、各導波路は入口面及び出口面を各導波路の対向する端部に有し、各導波路は少なくとも１つのクラッド層に接触するコアで形成され、前記少なくとも１つのクラッド層は少なくとも１つの黒色層を有する複数の積層された光導波路と、
少なくとも２つの導波路のそれぞれの前記入口面に接続された少なくとも１つのリディレクターと、
を有し、
前記少なくとも１つの黒色層は第１の厚さを有し、前記コアは第２の厚さを有し、前記第１の厚さは、前記第２の厚さの少なくとも倍であることを特徴とする光学パネル。
【請求項２】
前記第１の厚さは、前記第２の厚さの少なくとも２倍より大きいことを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項３】
前記第１の厚さは、前記第２の厚さの少なくとも４倍より大きいことを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項４】
前記少なくとも１つのリディレクターは、入射する光を、前記複数の入口面の少なくとも１つの前記コアへと再指向させることを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項５】
前記リディレクターは、プリズム構造を有することを特徴とする請求項４の光学パネル。
【請求項６】
前記プリズム構造は、透過型光再指向素子を有することを特徴とする請求項５の光学パネル。
【請求項７】
前記コアは、少なくとも１つのポリマーを含むことを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項８】
前記コアは、プラスチックを含むことを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項９】
前記コアは、ガラスを含むことを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項１０】
前記コアは、それぞれ厚さが約０．００１インチ〜約０．０２０インチ（２．５４μｍ〜５０．８μｍ）の範囲内にあることを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項１１】
前記複数の出口面は光学パネル出口面を形成し、該光学パネル出口面は表面積で少なくとも１／２の黒色層を有することを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項１２】
前記複数の出口面は光学パネル出口面を形成し、該光学パネル出口面は表面積で少なくとも４／５の黒色層を有することを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項１３】
各導波路の前記黒色層は、前記入口面へと延在することを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項１４】
各導波路の前記黒色層は、前記リディレクターを通して延在することを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項１５】
更に、少なくとも１つの出口面に固定された拡散器を有することを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項１６】
更に、少なくとも１つの出口面に包含された拡散器を有することを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項１７】
更に、前記リディレクターに入射する光を発生する光発生器を有することを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項１８】
前記光発生器は、光源を有することを特徴とする請求項１７の光学パネル。
【請求項１９】
前記光発生器は更に、光変調器と、結像光学系と、を有することを特徴とする請求項１８の光学パネル。
【請求項２０】
前記光源からの前記光は、画素群を規定するように前記光変調器によって変調されることを特徴とする請求項１８の光学パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、平面光学ディスプレイに関するものであり、より詳細には、高コントラストディスプレイパネル及び高コントラストディスプレイパネルの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビデオ（映像）ディスプレイスクリーンは、典型的には、スクリーン（画面）の出口面上に画像を投影するために陰極線管（ＣＲＴ）を用いる。このタイプの典型的なスクリーンは、幅対高さの比率が４：３で、５２５本の垂直解像線を有する。集合的に画像を形成する多数の画素（ピクセル）を形成するために、電子ビームをスクリーン上で水平及び垂直の両方向に走査する必要がある。従来の陰極線管は、サイズに実際上の限界があり、所要の電子銃を収容するために比較的奥行きが深い。スクリーン画像サイズを増大するために、一般には種々の形態の画像投影を含む、より大型のスクリーンテレビジョンが利用可能である。しかし、そのようなスクリーンは、特に投影（映写）ディスプレイスクリーンにおいて、限定された視角、限定された解像度、減少された輝度（明度）、及び減少されたコントラストに直面することがある。
【０００３】
複数の積層された導波路を用いて光学パネルを作製し得ることが知られており、ある光学パネルは、その導波路の透明コア間に少なくとも１つの黒色クラッド層を用いて黒色とされることがある。このクラッド層は、コアを通して導かれる画像光の全反射（全内部反射）を達成するために、導波路コアよりも低い屈折率を有し、これによってコントラストを改善し、即ち、これによってスクリーン上での黒色画像の見かけを改善することができる。
【０００４】
光学パネルを用いる典型的なテレビジョンの用途においては、光透過（伝達）領域を最大化するために黒色領域は最小化され、これによってスクリーンの輝度を改善する。しかしながら、光学パネルの表面の黒色領域の最小化は、スクリーンコントラストの最適化を許さない。黒色領域の増加のみがスクリーンコントラストの増大を許すという現実のためである。更に、光透過領域の最大化は、同時に、周辺光を反射する領域を増加させ、これによって更にスクリーンコントラスト及び暗さ（ダークネス）を減少させる。
【０００５】
従って、スクリーン上での黒色領域の外観を増加させ、これによって視野コントラストを改善するディスプレイパネルが必要とされている。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、高コントラスト光学パネルに関する。光学パネルは、複数の積層された光導波路であって、各導波路は入口面及び出口面を各導波路の対向する端部に有し、各導波路は少なくとも１つのクラッド層に接触するコアで形成され、前記少なくとも１つのクラッド層は少なくとも１つの黒色層を有する複数の積層された光導波路と；少なくとも２つの導波路のそれぞれの前記入口面に接続された少なくとも１つのリディレクターと；を有する。前記少なくとも１つの黒色層は第１の厚さを有し、前記コアは第２の厚さを有し、前記第１の厚さは、好ましくは、前記第２の厚さよりも大きい。好ましい実施態様では、前記第１の厚さは、前記第２の厚さの少なくとも２倍より大きい。第２の好ましい実施態様では、前記第１の厚さは、前記第２の厚さの少なくとも４倍より大きい。
【０００７】
高コントラスト光学ディスプレイパネルは、スクリーン上での黒色領域の外観を増加させ、これによって視野コントラストを改善するディスプレイパネルを提供することによって、従来技術にて経験された問題を解決する。更に、本発明は、光リディレクターからの周辺光の反射を低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明が明快に理解され、容易に実施されるように、本発明を添付の図面との関連において説明する。
【０００９】
本発明の図面及び説明は、本発明の明快な理解に関連する要素を例示するために単純化され、一方で、明快さを期すために、典型的な光学ディスプレイパネルにおいて見出される他の多くの要素が省略されていることを理解されたい。当業者は、本発明を実施するために他の要素が望ましく且つ／或いは必要とされることを認識するだろう。しかし、そのような要素は斯界にて周知であり、又本発明のより良い理解を促進することはないので、そのような要素の議論は本明細書では提供されない。
【００１０】
図１は、ディスプレイパネル１０を示す概略断面図である。ディスプレイパネル１０は、複数の積層された導波路１６ａと、光発生器２１と、を有する。各導波路１６ａは、その間に黒色層、例えば黒色クラッド層を、ボディー（本体）１８の一端部において複数の積層された導波路１６ａによって形成される出口面１６を、ボディー１８の第２の端部において入口面１２を有する。入口面１２は、好ましくは、その上に、リディレクター（再指向体）１９、例えば３Ｍ（登録商標）・コーポレイション［ミネアポリス、ミネソタ州］によって製造されるＴＲＡＦ、又は同様の構造を有する。
【００１１】
ボディー１８は、好ましくは、中実（固体）であり、光１４を入口面１２の表面に沿って受容する。好ましい実施態様では、入口面は、その上に、入口面１２に入射する光を導波路１６ａ内へと再指向させるリディレクター１９、例えばＴＲＡＦ、ＴＲＡＦ様のもの、又は同様の構造を有する。光１４は、入口面１２に入った後にボディー１８を通過させられ、そしてボディー１８を通して出口面１６へと実質的に全反射される。本発明の好ましい実施態様において、ボディー１８は、複数の積層された導波路１６ａの長さ、高さ、及び幅に形成される。
【００１２】
複数の積層された導波路１６ａは、パネル１０のボディー１８を形成し、この積層体１６ａの一端部において入口面１２を、又第２の端部において出口面１６を形成する。導波路１６ａは、限定されるものではないが、例えばプラスチック類、又はガラスのような、それを通して電磁波を通過させるのに適することが斯界にて知られている任意の材料で形成することができる。本発明の好ましい実施態様は、個別のガラス、プラスチック又はポリマーのシートを用いて実施され、これらは、典型的には、厚さが０．００１〜０．０２０インチ（２．５４〜５０．８μｍ）であり、又扱いやすい長さ及び幅であってよい。勿論、ディスプレイの全体の寸法に応じて、各個々のガラス、プラスチック又はポリマーのシートのために他の厚さを採用することができる。使用されるポリマーは、適当なプラスチックラミネート、例えばジェネラル・エレクトリック・カンパニー（登録商標）から市販されているＬｅｘａｎ（レクサン）（登録商標）、又はプレキシガラス（Ｐｌｅｘｉｇｌａｓｓ）のようなポリマー類若しくはアクリル類などであってよい。
【００１３】
導波路１６ａは、出口面１６の幅全体に延在するシート又はリボンの形態であり、そしてそれらの上端部において出口面１６の高さを集合的に形成するように積み重ねられる。導波路群１６ａは、それらの長手方向光透過軸に沿って配置される。導波路１６ａの数は、出口面１６の対応する垂直解像度を提供するように選択することができる。例えば、５２５個の導波路１６ａを、出口面１６内に５２５本の垂直解像線を生成するために積み重ねることができる。各垂直解像線のために、幾つかの導波路を任意に用いることができる。複数（多重）の導波路が採用される実施態様は、入射する画像光に対するスクリーンの整列許容範囲の臨界性を減少させる。導波路１６ａは出口面１６の幅全体に延在するので、水平解像度は、画像光１４の水平方向変調によって制御することができる。
【００１４】
複数の導波路のそれぞれは、導波路を通して画像光１４を導くための中央コア２６を有し、各コア２６はクラッド層２８間に配置される。本発明の好ましい実施態様では、クラッド層２８は、出口面１６の全幅に沿って入口面１２から出口面１６へと完全に延びる。黒色層３０は、出口面１６において周辺光３２を吸収するように、隣接するクラッド層２８の中若しくは間に配置することができ、多層（マルチレイヤー）クラッド２８を形成することができる。本明細書で使用される黒色という用語は、純粋な黒色だけではなく、加えて、本発明において使用するのに適した機能的に匹敵する暗色、例えば紺（ダークブルー）をも包含する。黒色層３０は、出口面の可視領域内でのみ必要であるが、本発明の好ましい実施態様では、黒色層３０は、入口面１２から出口面１６へと出口面１６の全幅に沿って完全に延びる。更に、クラッド層２８は、暗い勾配屈折率層で形成することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施態様では、クラッド層であるか若しくはクラッド層間にあってよい黒色層は、各導波路／クラッド／黒色層の層の８０％を構成する。例えば、クリア（透明）な導波路コアは、出口面１６における黒色層の厚さの１／４であろう。従って、黒色層の厚さは、クリア層の、即ち、コアの厚さの、少なくとも、例えば、倍より大きいか若しくは等しい。好ましい実施態様において、黒色層は、入口面１２へと延在するが、リディレクター１９の縁（エッジ）までは延在しない。別法では、黒色層は、リディレクター１９の縁まで延在していてよく、従って光発生器２１からの入力光の経路に近接する。
【００１６】
更に、リディレクター１９、例えばＴＲＡＦ若しくはＴＲＡＦ様のプリズム構造の使用は、中央コアに対する、各層の厚さの約２０％だけの提供と関連して、リディレクター１９の周辺反射領域を減少させる。それによって、周辺光が使用できる有用な領域は、リディレクター１９の２０％だけに限定される。従って、反射された周辺光は、入口面において更に減少され、それによって出口面１６におけるスクリーンの暗さ及びコントラストを更に改善する。
【００１７】
各中央コア２６は、第１の屈折率を有する。上述して議論したように黒色であってよいクラッド層２８は、入口面１２から出口面１６へと画像光１４が進む際に画像光１４の全反射を確実とするために、中央コア２６のそれよりも低い第２の屈折率を有する。黒色層３０は、クラッド層から独立である場合、任意の屈折率を有していてよいが、やはり中央コア２６の厚さと等しいか若しくは実質的にそれより大きいことが好ましい。
【００１８】
入口面１２及び出口面１６は、複数の導波路１６ａで形成され、各導波路１６ａの一端部はその導波路のための入口を形成し、各導波路１６ａの反対側の端部はその導波路１６ａのための出口を形成する。各導波路１６ａは、水平方向に延在し、複数の積層された導波路１６ａは垂直方向に延びる。光１４は、限定されるものではないが、例えばビデオ画像１４ａの形態にて出口面上に表示することができる。従って、好ましい実施態様では、複数の導波路１６ａは、水平線と略平行に積み重ねられ、斯くして出口面１６及び入口面１２を、水平線に対し同一面内で、水平線から略等距離に配置する。
【００１９】
入口面１２は、複数の積層された光導波路１６ａによって形成される。入口面１２は、ボディー１８の一端部に位置し、光発生器２１からの光１４を受容する。入口面は、平坦若しくは鋸歯状であってよい。黒色層は、出口面へと延在していてよいが、図１に示すように、リディレクター１９までは延在しないか、又は、図２に示すように、リディレクター１９を通して延在していてよい。好ましい実施態様においては、入口面１２は、その上に、例えば接着剤、エポキシ又はエンボス加工によってそれに固定された、少なくとも１つのリディレクター１９を有する。出口面１６は、ボディー１８の前面として規定され、そして出口面は、図１及び２に示すように平坦であるか、又は図３に示すように例えば中央コアの出口点に近接し又これを含む平坦領域だけを有するような鋸歯状であってよい。出口面１６は、付加的に、例えばエンボス加工によって包含しているか、又は付着などによってその上に有する、拡散器（ディフューザー）を、例えば、観察者に対し改善された画像１４ａを提供するように有していてよい。尚、パネル１０は、出口面１６の頂部から底部までの高さを有し、又出口面１６の左側から右側への幅を有する。幅及び高さは、例えば、典型的なテレビジョンの用途での使用のために、４：３又は１６：９の幅対高さのアスペクト比を生成するように選択することができる。
【００２０】
光発生器２１は光１４を発生し、又光を入口面１６へと通過させる。光１４は、好ましくは、急な入射角にてリディレクター１９を射る。光発生器２１は、例えばオーバーヘッドプロジェクターのような白色光投影器（プロジェクター）であってよく、或いは例えばビデオ又はムービープロジェクターのような、光源、及び／又は光変調器（ライトモジュレーター）、及び／又は結像光学系を有していてよい。光１４は、最初に、例えば、光源によって発生することができる。光源は、例えば、明るい白熱電球、レーザ、アーク灯、ＬＥＤ、ＲＦ励起ガス放電灯、任意の固体（半導体）光源、又は任意の燐光性（ホスホレセント）、発光性（ルミネセント）、若しくは白熱性の光源であってよい。光源からの光１４は、次いで斯界において画素（ピクセル）として知られている個々の描画要素を規定するように、変調器によって変調することができる。或いは、光は、例えばオン／オフスイッチのような、単純な照明されたアイテムを規定することができる。結像光学系は、光折り返しミラー類又はレンズ類を有していてよい。光学系は、出口面１６へと画像を正確に供給するために、所望により光１４を圧縮若しくは拡大及び集束（フォーカシング）するように、出口面１６と光変調器との間に光学的に整列することができる。光１４は、リディレクター１９から入口面１２に入った後、パネルボディー１８を通して出口面１６へと進む。
【００２１】
好ましい実施態様では、好ましくは約１／２インチ×４０インチ（１．２７ｃｍ×１０１．６ｃｍ）、厚さが約２０／１０００インチ（０．０５０８ｃｍ）である、クリアなプラスチックのストリップ（細長い一片）が、各プラスチックストリップ間の両側性の黒色接着剤と共に、又は各ストリップ間の暗色の勾配（ダークグラジエント）と共に積み重ねられる。暗色、又は黒色の層は、好ましくは、各積み重ね（レイヤリング）においてプラスチックストリップの厚さの少なくとも約４倍である。ストリップの積層体は、次いで、気泡を除去し、又接着を増進するように高圧力下でプレスされる。接着剤は、黒色以外の、例えば紺（ダークブルー）のような薄い暗色（シェード）であってよく、又好ましくはテープ形態のように転がり出る、プラスチック／接着剤／プラスチック／接着剤の形式のものであってよい。完成した積層体に適用される圧力は、好ましくは１，０００ポンド（≒４５３．６ｋｇ）超である。
【００２２】
当業者は、本発明の多くの改変及び変更を実施し得ると認識するであろう。上述の説明及び添付の特許請求の範囲は、そのような改変及び変更の全てを包含することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】高コントラストディスプレイパネルの断面を示す断面図である。
【図２】高コントラストディスプレイパネルの別の実施態様を示す断面図である。
【図３】高コントラストディスプレイパネルの第２の別の実施態様を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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