(57)【要約】  ディスプレイパネルは基板上に配置された屈折要素のアレイを含む。アレイは、第１の強度プロファイルの光を受光するように配置され、受光される光の少なくとも一部を第２の強度プロファイルで送るるように構成される。ディスプレイパネルはまた、屈折要素のアレイによって送られる光を受光するように配置されて受光される光の少なくとも一部を第３の強度プロファイルで送るように構成される拡散部を含む。第２の強度プロファイルは、基板に対して垂直な相対強度が第１の強度プロファイルよりも低い。
2013524278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に構成され、第１の強度プロファイルの光を受光するように配置され、受光した光の少なくとも一部を第２の強度プロファイルで送るように構成された屈折要素のアレイであって、前記第２の強度プロファイルは、前記基板に対して垂直な前記第１の強度プロファイルよりも低い相対強度と前記基板に対して斜めの前記第１の強度プロファイルよりも高い相対強度とを有する、屈折要素のアレイ
を備えるディスプレイパネル。
【請求項２】
前記屈折要素のアレイによって送られる光を受光するように配置され、受光される光の少なくとも一部を第３の強度プロファイルで送るように構成される拡散部をさらに備える請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項３】
前記基板に対して斜めの強度は前記第３の強度プロファイルの最大の強度である請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項４】
前記屈折要素のアレイが複数の先端を有し、前記先端が前記基板から離れるように方向づけられる請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項５】
前記屈折要素のアレイは２つ以上のプリズムアレイを含む請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項６】
前記屈折要素のアレイは円錐形の小型レンズのアレイを含む請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項７】
前記円錐形の小型レンズのアレイは六角形タイル状である請求項６に記載のディスプレイパネル。
【請求項８】
前記拡散部は、前記拡散部のボリューム内に分散する複数の屈折要素及び／又は光散乱要素を含む請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項９】
前記拡散部は、複数の屈折要素及び／又は光散乱要素が配置される表面層を有する請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項１０】
前記拡散部は、１つ又は複数の着色剤及び不透明な要素のアレイをさらに含む請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項１１】
前記拡散部は屈折要素のアレイが配置される基板である請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項１２】
前記基板及び前記屈折素子のアレイはフィルムを含む請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項１３】
前記フィルムは前記拡散部に積層される請求項１２に記載のディスプレイパネル。
【請求項１４】
画像プロジェクター及びコリメート層をさらに備え、前記コリメート層は前記画像プロジェクターと前記屈折要素のアレイとの間に配置され、光が前記コリメート層から前記屈折要素のアレイへと受光される請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項１５】
光バルブをさらに備え、前記屈折要素のアレイ又は前記拡散部から送られる光が前記光バルブへと受光される請求項１４に記載のディスプレイパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面ディスプレイのための表示の明るさの改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]ディスプレイパネルは、１人又は複数の視聴者に対するその向きに応じて様々な角度から見られる可能性がある。ディスプレイパネルが見られる多くの用途では、そのような方向は予測可能な範囲に収まる。テレビの視聴やコンピューターのモニタリングについては、例えば、視聴者は直接ディスプレイパネルの前に、又は少なくともディスプレイパネルに対して目の高さに座ってもよい。したがって、これらの用途で使用されるディスプレイパネルは、ディスプレイパネルの面に対して垂直な最大光量を放射して、強度が視野角の増加とともに等方的に又は異方的に低下するように構成することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような構成は、視聴者がディスプレイパネルに対して目の高さにないか又はディスプレイパネルの正面に直接座らない用途においては、利用可能な光エネルギーを非効率的に分散することになり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0002]したがって、１つの実施例では、基板上に配置された屈折素子のアレイを含むディスプレイパネルを提供する。アレイは、第１の強度プロファイルの光を受けるように構成され、受光される光の少なくとも一部を第２の強度プロファイルで送るように構成される。この実施例では、第２の強度プロファイルは、第１の強度プロファイルよりも、基板に対して垂直なより低い相対強度と、基板に対して斜めのより高い相対強度を有する。
【０００５】
[0003]上記の概要が以下の詳細な説明にさらに記載される概念の選択を簡略化された形で紹介するためのものであることが理解されよう。上記概要は特許請求された主題の重要な特徴又は不可欠な特徴を特定するものではなく、特許請求された主題の範囲は詳細な説明に続く特許請求の範囲によって規定される。さらに、特許請求された主題は、本明細書に記載のいかなる欠点を解決する実施例にも限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】[0004]視聴者及び垂直に方向づけられたディスプレイパネルに関する参考となる構成を概略的に示す。
【図２】[0005]本開示の実施例による、視聴者及び水平方向に方向づけられた大型ディスプレイパネルを含む例示的な構成を概略的に示す。
【図３】[0006]本開示の実施例による、ディスプレイパネルによって放出される光の所望の強度プロファイルのグラフを示す。
【図４】[0007]本開示の実施例によるディスプレイパネルの例示的な光学系の態様を概略的に示す。
【図５】[0008]本開示の実施例による光学系の角度拡大層の垂直断面図を概略的に示す。
【図６】[0007]本開示の実施例による光学系の例示的な微細構造屈折部を示す。
【図７】[0010]本開示の実施例による光学系の他の例示的な角度拡大層の垂直断面図を示す。
【図８】本開示の実施例による光学系の他の例示的な角度拡大層の垂直断面図を示す。
【図９】[0011]本開示の実施例によるディスプレイパネルの別の例示的な光学系の態様を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0012]本開示の主題は、例として特定の例示された実施例を参照しながら説明される。１つ又は複数の実施例において実質的に同様のコンポーネントは協調して識別される。しかし、協調して特定されるコンポーネントがまたある程度異なっていてもよいことに留意されたい。さらに、本開示に含まれる図面は概略的なものであって一般的に縮尺どおりに描かれていないことに留意されたい。そのようなものではなく、図面に示される様々な描画スケール、アスペクト比、コンポーネントの数を、ある特徴や関係を見やすくするために敢えて変えている。
【０００８】
[0013]図１は、視聴者１０及び垂直に方向づけられるディスプレイパネル１２を含む参考となる構成を示す。図１において、視聴者は直接ディスプレイパネルの前に座っている。したがって、ディスプレイパネルによって放出される光の強度プロファイルは垂直な方向について最適化することができる。本明細書において「強度プロファイル」という用語は視野角に応じた光のパワーや光束を示すように用いられる。具体的には、ディスプレイパネルは、その前面に対して垂直−すなわち法線に対して０度−で最大光量を放出するように構成することができる。この構成では、見ることができる可能性の高い角度の範囲に放射を方向づけることによって、利用可能な光エネルギーを効率的に使用できる。このような構成では、ガウス分布もしくはランバート分布又はランバートプロファイルの異方性の積に従って、視野角の増大とともに光強度が減少し得る。例えば、光強度は、視野角が垂直方向に増大するにつれて急激に減少し、視野角が水平方向に増加するにつれてより緩やかに減少し得る。これは、視聴者が通常は左側又は右側から垂直に方向づけられたディスプレイパネルを見るが上又は下から見るとは考えにくいためである。
【０００９】
[0014]原則として、ディスプレイパネル１２は、その照明プロファイルが垂直な方向について最適化される場合であっても、それが垂直に方向づけられない用途に使用することができる。しかし、視聴者に対してディスプレイパネルをいくつかの別の向きに方向づけると、ディスプレイパネルが見られる角度の範囲についての光強度がより低くなって、利用可能な光エネルギーが非効率的に使用されることがあり得る。このような方向は図２の例で示される。
【００１０】
[0015]図２は、視聴者とディスプレイパネルを含む別の構成を概略的に示す。図２において、視聴者１０は大型の水平方向に方向づけられるディスプレイパネル１４の傍に座っている。ディスプレイパネルは、視聴者が、通常、面法線に対して斜めの視野角から見るような大きさである。１つの例では、ディスプレイパネルから快適な高さと距離で座る平均身長の成人視聴者に対して、最も可能性の高い視野角は５１度としてもよい。当然のことながら、視野角は、視聴者の身長及び配置によって異なり、背の高い視聴者及びディスプレイパネルの傍に立つ視聴者に対して５１度より小さく、低身長の視聴者に対して５１度より大きくなる。１つの例では、視聴者及び視聴者の配置の範囲を考慮すると、適切な視野角は２０度から７０度の範囲に収まるかもしれない。したがって、後述するように、ディスプレイパネル１４はそのような斜めの角度や角度範囲で最大光量を放出するように構成することができる。このようにして、ディスプレイパネルは水平方向に方向づけられるときに、利用可能な光エネルギーを効率的に利用するように最適化することができる。本明細書に記載される数値及び範囲が単なる例であって、他の値及び範囲が本開示と十分に調和することが理解されよう。
【００１１】
[0016]図３のグラフは、ディスプレイパネル１４によって放射される光についての望ましい例示的な強度プロファイルを示す。図示される強度プロファイルは、環状で広がっており、法線からの極小値０度及び法線からの極大値±、この例では±４０度を有する。さらに、強度プロファイル内の極大値は、４５度の半値全幅（ＦＷＨＭ）を有するほぼガウス分布である。また、図３から、光強度が法線から９０度において消光に近づくことが分かる。この特徴は、他の方法によると「ブルーミング（blooming）」又は「ハロー（halo）」などの照明アーチファクトを生じさせ得る、ディスプレイパネルの構成要素における後方散乱及び内部全反射（ＴＩＲ）の回避のために望ましい。当然のことながら、他の様々な形状の望ましい強度プロファイルもまた本開示にふさわしいものである。たとえば、別の望ましい強度プロファイルは極小値を持たず０度前後の間隔で実質的に平坦であってもよい。このような強度プロファイルは、水平のフォームファクターと垂直のフォームファクターとの間の実現可能な性能のトレードオフを可能にし、その結果、同じディスプレイパネルが両方のシナリオにおいていくらか効率的に使用可能となり得る。
【００１２】
[0017]垂直方向に最適化されたディスプレイパネルの強度プロファイルに対して、図３に示す強度プロファイルは、より大きな視野角において相対強度の増加をもたらす。このような大きな視野角は、図２に示すように方向付けられるディスプレイパネル１４について予期される範囲内にある。それぞれ５０度及び７０度の視野角において、相対強度は垂直方向について最適化されたディスプレイパネルの相対強度の１．３倍及び１．５倍となってもよい。さらに、図３に示す強度プロファイルは、ディスプレイパネル１４が見られる可能性の少ない、非常に鋭い視野角において、相対強度の低減をもたらす。０度の視野角において、例えば、相対強度は、垂直な方向について最適化されたディスプレイパネルの相対強度の０．１倍となってもよい。
【００１３】
[0018]図２に戻ると、ディスプレイパネル１４は光学系１６を含む。光学系は、ディスプレイパネル上に表示画像を形成するように構成された電子コンポーネント及び光学コンポーネントのアセンブリーを備える。さらに、光学系は、上記のような強度プロファイルを有する光を使って表示画像を形成することができる。図２はまた、光学系１６に動作可能に結合されたコンピューターシステム１８を示す。コンピューターシステムは、表示画像を形成するためのデータをディスプレイパネルに提供するように構成することができる。
【００１４】
[0019]いくつかの実施例では、光学系１６はまた、ディスプレイパネル１４上又はその近くに配置された物体を検知するように構成された撮像スタック（imaging stack）を含んでもよい。したがって、コンピューターシステムは、撮像スタックから入力データを受信するように構成することができる。このように、光学系は、コンピューターシステム１８に対して少なくともある入力機能を提供することができる。図２に示す実施例では、コンピューターシステムはディスプレイパネル１４の下方に位置する台２０の中に含まれており、まとめると台及びディスプレイパネルはコンソール２２を構成する。他の実施例では、コンピューターシステムの全部又は一部を遠隔に配置し、有線又は無線の通信リンクを介して光学系に結合することができる。さらに他の実施例では、コンピューターシステム及び光学システムは、両方ともディスプレイパネル内に配置することができる。
【００１５】
[0020]図４は、１つの実施例における光学系１６の態様を概略的に示す。光学系は、光源２６が配置される画像プロジェクター２４を含む。１つの実施例において、光源は、例えばアーク灯、白熱灯、又は冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）などの任意の適切な白色光源と組み合わせて、回転プリズム、カラーホイールなどの波長選択素子を構成することができる。他の実施例において、光源は、例えばレーザーや発光ダイオード（ＬＥＤ）などの複数の狭帯域光源を含んでもよい。
【００１６】
[0021]画像プロジェクター２４は、光源からの光を受光するように構成された画像形成マトリックス２８を含む。画像形成マトリックスは、表示画像を形成するために光を空間的及び時間的に変調するように構成された任意の適切な構成要素とすることができる。図４に示す実施例では、画像形成マトリックスは、光源からの波長選択された光を複数の画素に分割し、結像光学系３０に画素からの光を選択的に導き、結像光学系から離れた画素からの他の光を選択的に導く、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）行列である。他の実施例は、複数の狭帯域光源からの光を受けて導くように構成された複数の画像形成マトリックスを含んでもよい。さらに他の実施例では、画像形成マトリックスは、カラーフィルターに結合された光バルブのアレイを含んでもよい。このような実施例では、画像形成マトリックスは、画素からのある光を選択的に透過し、画素からの他の光を選択的に吸収して、表示画像を形成するように構成することができる。
【００１７】
[0022]引き続き、図４において、光学系１６はコリメート層３２を含む。コリメート層は、画像プロジェクター２４からの光を受け、受けた光をコリメートするように構成された任意の適切な光学層とすることができる。１つの実施例では、コリメート層は、ポリマーフィルム上に支持されるフレネルレンズ又はフレネルレンズアレイを含んでもよい。図４に示す実施例では、コリメート層は、画像プロジェクター２４と角度拡大層３４との間に配置され、その結果、コリメート層へと受光される光は、コリメートされた形で、角度拡大層へと導かれる。角度拡大層は、コリメート層からのコリメート光を受けるように配置することができる；角度拡大層は、望ましい強度プロファイル（例えば、図３に示す強度プロファイル）でこのような光を再送するように構成することができる。
【００１８】
[0023]図５は、１つの実施例における角度拡大層３４の垂直断面図を概略的に示す。角度拡大層は微細構造屈折部３６と拡散部３８を含む。微細構造屈折部は、第１の強度プロファイルの光（例えば、コリメート層３２からのコリメート光）を受光するように配置され、第２の強度プロファイルで受光した光の少なくとも一部を送るように構成される。
【００１９】
[0024]図６は、より詳細に、微細構造屈折部３６の１つの実施例を示す。図示される実施例では、微細構造屈折部は、アキシコンアレイ（axicon array）、すなわち、六角形タイル状の円錐形の小型レンズ４０のアレイを含む。アレイのピッチひいては密度は、本開示の様々な実施例において異なっていてもよく、撮像スタック（下記参照）が光学系に含まれるかどうかに依存してもよい。特に、選択されるピッチは、エイリアシングなどのアーティファクトを表示コンテンツに現れないようにしつつ、撮像スタックとの干渉を最小限にするのに十分な小さなサイズとしてもよい。１つの実施例では、微細構造屈折部は、１平方センチメートル（ｃｍ２）あたり６００個の円錐形の小型レンズを含んでもよい。この小型レンズ密度は、ｄ＝０．４３ｍｍである表示画素サイズｄのオーダーのピッチを提供するのに適切であってもよい。したがって、ｄ＝０．４３ｍｍである場合に３２０／ｃｍ２の小型レンズ密度が使用されてもよい。ピッチが表示画素サイズの３分の１に設定される実施例では、小型レンズ密度は５０００／ｃｍ２になってもよい。
【００２０】
[0025]１つの実施例では、円錐形の小型レンズ４０の各々は、高さｈと（円錐の任意の２つのゲナトリックス（genatrix）線間の最大角度として定義される）口径κとを有する直円錐を具体化する。１つの特定の実施例において、ｈは０．４６ｍｍとすることができ、κは６６．５度とすることができる。より一般的には、微細構造屈折部の様々な要素についての適切な尺度は、所望の最終的な光強度プロファイルに基づいて、角度拡大層を形成する材料の屈折率に基づいて、及び拡散部３８の光拡散パワーに基づいて、決定することができる。このように、微細構造屈折部は受光した光を非常に効率的に再分配することができる。
【００２１】
[0026]引き続き図６において、微細構造屈折部３６の円錐形の小型レンズ４０は、基板層４２上に配置することができ、基板層４２内により支持することができ、いくつかの例では基板層４２内に形成することができる。基板層は任意の適切な厚さｔを有することができる。ある実施例では、全体の微細構造屈折器（屈折要素及び基板層）は、予め形成されたポリマーフィルムを含んでもよい。１つの特定の実施例では、そのようなフィルムは拡散部３８上に積層されてもよい。図６に示すように、円錐形の小型レンズ４０の先端（頂点、頂部）は、基板から離れるように方向づけられる。より一般的には、微細構造屈折部の屈折要素の頂点は、基板から離れるように方向づけることができる。
【００２２】
[0027]微細構造屈折部３６が受光した光を送る第２の強度プロファイルは、第１の強度プロファイルよりも、基板層４２に対して垂直な相対強度が小さくてもよい。したがって、第２の強度プロファイルは、第１の強度プロファイルよりも、基板層に対して斜めの相対強度がより大きくてもよい。１つの実施例では、第２の強度プロファイルは環状であってもよい。さらに、微細構造屈折部は、明確に定義された焦点を通じて透過した光を導くことができる。さらに後述するように、この特性は、いくつかの実施例においては、周囲光を除去するディスプレイパネルの能力を強化するように利用することができる。
【００２３】
[0028]図５に戻ると、拡散部３８は、微細構造屈折部３６によって透過される光を受光するように配置され、受光される光の少なくとも一部を第３の強度プロファイルで送るように構成された光学層である。第２の強度プロファイルが環状である実施例では、第３の強度プロファイルは広がっていて環状であってもよい。このように、拡散部を出る光は、図３に示すような強度プロファイルを得ることができ、ここで表示パネル１４に対して斜めの強度は最も強い強度である。さらに、拡散部は、望ましい周囲光除去性を角度拡大層３４に与えることができる。このような性質は、光学系１６の様々な内部構造を効果的に隠すことができ、周囲の光源からの鏡面反射を低減することができる。拡散部３８は、任意の適切な方法で微細構造屈折部３６に結合することができる；拡散部３８は、例えば、微細構造屈折部に積層された、光学接着剤を用いて接着された、紫外線（ＵＶ）キャストされた、又はマルチシート成形（multi-sheet molding）により形成された、フィルムであってもよい。
【００２４】
[0029]図５に示す実施例において、拡散部３８はボリュームタイプの（volume-type）拡散部であり、複数の屈折要素及び／又は光散乱要素が３次元ボリューム内に分布している。１つの例では、ボリュームタイプの拡散部は、分散されて固定された粒子などの制御された密度の光散乱要素を有する可撓性フィルムを含んでもよい。このように構成されて、ボリュームタイプの拡散部は、受光した光の強度プロファイルをヘニエイ・グリーンスタイン因子（Henyey-Greenstein factor）に従って拡張することができ、同じヘニエイ・グリーンスタイン因子によって入射する周囲光を拡散することができる。そのようなボリュームタイプの拡散部は、フュージョンオプティクス株式会社（Fusion Optix Corporation）の製品ＡＤＦ４０４０（ＦＷＨＭ４０度の場合）である。他の実施例では、ボリュームタイプの拡散部は、周囲光の除去を改善するための、制御された量の着色剤（染料又は他の可視光吸収材料）を含んでもよい。さらに他の実施例では、ボリュームタイプの拡散部は、鏡面反射をさらに制限して周囲光を除去するために、粗面又はくぼみのある（dimpled）上面（すなわち、視聴者に向く面）をサポートしてもよい。
【００２５】
[0030]図７は、微細構造屈折部とボリュームタイプの拡散部とを含む別の角度拡大層４４の垂直断面図を概略的に示す。図７に示す角度拡大層は、（上述のような）微細構造屈折部の円錐の小型レンズがボリュームタイプの拡散部の表面（すなわち、視聴者から見て外方に向いた面）に直接的に成形されるので、モノリシックである。したがって、拡散部は、円錐形の小型レンズや他の屈折要素が配置される、まさに基板であってもよい。このような要素は、例えば、圧縮成形により、角度拡大層内に形成することができる。１つの実施例では、角度拡大層の光散乱要素は不均一に分布していてもよい‐例えば、その中に形成された円錐形の小型レンズから少なくとも部分的に分離されてもよい。
【００２６】
[0031]図８は、１つの実施例における、別の角度拡大層４６の垂直断面図を概略的に示す。ここで、複数の屈折素子及び／又は光散乱素子４８が基板層４２の表面に配置され、それによって表面レリーフ拡散部（surface-relief type diffuser）５０を形成する。このような光拡散表面の特徴は、１つの実施例では、凹面又は凸面小型レンズ、くぼみ又はバンプの周期的又は非周期的なアレイを含んでもよい。１つの実施例では、表面の特徴は、基板層４２上に直接的に成形することができる。適切な成形技術は、例として、熱成形及びＵＶキャスティングを含む。別の実施例では、このような特徴を有するフィルムが、基板層上に積層され、（例えば、熱プレス圧延により）基板層に圧延され、又はスクリーン印刷により形成されてもよい。圧延やスクリーン印刷により加えることができる表面の特徴は、白点、マイクロドット、又は拡散パッドを含む。１つの実施例では、そのような特徴は可視光を拡散させるが赤外で実質的に透明であってもよい。
【００２７】
[0032]このように構成されると、表面レリーフ拡散部５０は、ガウス係数に従って表示画像光の強度プロファイルを拡張することができ、同じガウス係数によって周囲光を拡散させることができる。図８に示す実施例では、微細構造屈折部３６は、拡散部の反対側に基板層４２上に配置される。そのような表面レリーフ型の拡散部の１つは、カリフォルニア州トランスのＬｕｍｉｎｉｔ社の製品Ｌ４５Ｅ５光成形拡散器（４５度のＦＷＨＭの角度広がりを提供する）である。
【００２８】
[0033]角度拡大層４６による周囲光除去をさらに高めるために、不透明な要素５１のアレイが、光拡散特徴４８と共に、基板層４２に配置される。図８に示す実施例では、不透明な要素は、微細構造屈折部３６の先端（頂点、頂部）のレジストリーに配置され、微細構造屈折部の円錐形の小型レンズの焦点（又は錯乱円）は、拡散部５０の面に又はその近くに及び隣接する不透明な要素間にある。この手法は、これらの領域を照らす周囲光を吸収することにより、焦点間の周囲光の反射を低減しつつ、焦点を介した表示光の低損失な透過を可能にする。原則として、全体的な周囲光の反射は、拡散部の透明−不透明面積比−いくつかの例では１：４−に等しい係数によりこの方法で低減することができる。したがって、周囲光の除去を、照度を劣化することなく著しく改善することができる。この手法は、微細構造屈折部の先端に対する不透明な要素の正確な位置決めを必要とする。このような精度はパターン化されたマスク処理（patterned masking process）により達成することができる。マスクは、任意の適切な成形処理−１つの例では、自己整合アパーチャーマスク処理（self-aligned aperture masking process）により形成することができる。
【００２９】
[0034]１つの実施例では、不透明な要素５１は黒色であってもよい。別の実施例では、不透明な要素は、可視光に対して不透明であるが赤外光に対して少なくとも部分的に透明であってもよい。この種のものは、以下に記載するように、角度拡大層より上に位置する赤外線撮像スタックを含む光学系の実施例に特に適している。
【００３０】
[0035]これらの実施例及び他の実施例において、角度拡大層３４をかなりロバストになるように十分に厚く設計することが望ましい。バランスを保ちつつロバスト性を増すために、角度拡大層は、接触面として機能することができる厚い基板に積層してもよいが、そのような基板の厚さは、接触の位置と表示コンテンツの位置との間の視差の量を制限するために、十分に抑制されるべきである。１つの例は、２ｍｍから５ｍｍの厚さの、ゴリラガラス（ニューヨーク州コーニングのコーニング社の製品）などの、化学的に硬化されたガラス基板の下側に積層される０．５ｍｍから１ｍｍの厚さの角度拡大層である。コリメートされた入力を角度拡大層に提供するために、フレネルレンズをこの積層シートの下に配置することができる。フレネルレンズを自重を保持するために十分な厚さのシートに成形することができる一方、積層される角度拡大層は上部の厚板ガラス基板（top thick glass substrate）により支持されて、重量及び落下の衝撃にさらされたときに大きなロバスト性を提供する。上面は、周囲光の反射を低減するために、反射防止膜でコーティングすることができる。さらに、ハードコートを加えてもよく、又は、さらなる耐久性をもたらすために、反射防止及びハードコートの付加的なフィルムを積層してもよい。このシナリオでは、さらに、周囲光除去マスキングを使用することができ、ディスプレイパネルスタックは、屈折要素のアレイ、ボリューム拡散部、マスキング、積層接着、及びガラス基板（反射防止コーティングされてもよい）を含む。この場合、フレネルレンズは、エアギャップをもってディスプレイパネルスタックの下に配置され、ディスプレイパネルスタックの底に向かってフレネル溝を上に向けて、その重さを支えてたるみを防止するのに適切な厚さであるか又はそのような厚さで基板上に積層されることによって、自身をサポートする。
【００３１】
[0036]上記の実施例に加えて、さらなる実施例が考えられる。いくつかの実施例では、例えば、角度拡大層は全く拡散部を含んでいなくてもよい。そのような構成は、適切に拡散された（完全にはコリメートされていない）光が角度拡大層へと受光されたり、１つ又は複数の光拡散コンポーネントが角度拡大層の光学的に下流に配置されたりする場合に適切となる。さらに他の実施例では、微細構造屈折部は、アキシコン（axicon）アレイの代わりに又はこれに加えて、他の屈折要素を含んでもよい。これらは、先端方向に丸みを帯びた（apically rounded）もしくは先端方向に扁平な（apically flattened）擬似円錐小型レンズのアレイ、テーパーマイクロロッドのアレイ、又は、特徴の領域を照らす光が角度の拡大をもたらすようにくぼみ（ディンプル）の大きさと位置が変わるようなディンプルが制御されたアレイを含む。プロジェクションディスプレイ画面の場合についての１つの代替的な実施例においては、屈折部のアレイのピッチは、表示画素ピッチとアレイピッチとの間のエイリアシングの可能性を低減するために、擬似ランダム化されてもよい。さらに、１次元アレイの整列されるプリズム要素の２つ以上の層をアキシコンアレイの代わりに使用することができる。１つの例では、角度拡大層は、第１の方向に整列される第１のプリズムアレイ及び第１の方向と直交する第２の方向に整列される第２のプリズムアレイを含んでもよい。別の例では、角度拡大層は、互いに対して６０度に整列される第１、第２及び第３のプリズムアレイを含んでもよい。
【００３２】
[0037]図９は、１つの実施例における別の例示的な光学系５２を概略的に示す。光学系は、バックライトエンベロープ（backlight envelope）５６の内部に配置された複数のランプ５４を含む。ランプは、例えば、白熱灯、ＣＣＦＬ又はＬＥＤを含んでもよい。バックライトエンベロープは光が逃げる片側（例えば、図面における上側）に１つ又は複数の穴（opening）を含んでもよい。バックライトエンベロープはまた、逃げない光を再利用すること可能にするための、少なくとも部分的に反射する内面を含んでもよい。拡散部５８はバックライトエンベロープの開放側に結合するように示されている。拡散部の光拡散能力は、バックライトエンベロープの開放側にわたって均一な照明をもたらすのに十分なものとすることができる。拡散部から出る光はガウス強度プロファイルを有するようにしてもよい。
【００３３】
[0038]図９に示す実施例において、第１の角度制限層（angle-limiting layer）６０は拡散部５８に結合され、第２の角度制限層６２は第１の角度制限層に結合される。第１及び第２の角度制限層は、それぞれ、ある角度の範囲内の入射光を透過し、角度の範囲外の入射光を反射するように構成することができる。１つの実施例では、第１及び第２の角度制限層は、それぞれ、プリズム微細構造（マイクロ構造、microstructure）又はミリ構造（millistructure）を有する層を含んでもよい。第１の角度制限アレイのプリズム要素を第１の方向に配置することができる一方、第２の角度制限層のプリズム要素を第１の方向と直交する第２の方向に配置することができる。さらに、透過光が制限される入射角の範囲は、第１の角度制限層と第２の角度制限層とについて、同じであってもよいし異なっていてもよい。このように、第１及び第２の角度制限層は、等方性又は異方性の強度プロファイルを透過するように構成され得る。１つの実施例では、第１及び／又は第２の角度制限層は、光リサイクル、輝度向上膜（brightness enhanced film、ＢＥＦ）を含んでいてもよい；ＢＥＦは、透過光のプロファイルをたとえば４０度から５０度の出口コーンに制限してもよい。しかし、他の実施例では、角度制限層が省かれてより大きな視野角で強度が増加されてもよい。
【００３４】
[0039]図９に示す実施例において、光学系５２は、さらに撮像スタック６４を含む。撮像スタックは、ディスプレイパネル１４上又は上方に配置された１つ又は複数の対象を撮像するように構成された電子部品及び光学部品のアセンブリーを含んでもよい。そのような対象は、指やスタイラスを含んでもよい；対象の撮像は、コンピューターシステム（図１のコンピューターシステム１８など）のためのタッチセンサー式の又は物体感知式の（object-sensitive）入力機構を可能にすることができる。光学系５２のバックライトより上に配置されると、撮像スタックは、特にディスプレイパネルの表面に対して垂直な方向の、高い可視光透過性のために構成することができる。したがって、撮像スタックは、狭帯域の赤外照明光源（図示せず）を用いてもよいし、ディスプレイパネル上又はその近くの物体から反射される赤外光を撮像するように構成してもよい。図９に示す特定の実施例においては、くさび状の導光部６６は、ディスプレイパネルの表示面とは反対側のダイクロイック転向フィルム（dichroic turning film）、及びミラー端面（mirrored end face）をサポートする。この構造は、反射された赤外光を、対象が撮像されるカメラ６８上に集中する。しかし、他の全く異なる撮像スタックが同様に考えられ、いくつかはオフセット撮像手法を採用することが理解されよう。そのような実施例において、撮像スタックは、表示画像を形成するために可視光を透過しつつ、入力画像に関連付けられる赤外光を反射してもよい。
【００３５】
[0040]引き続き図９において、光学系５２は、撮像スタック６２より上に配置されて上記のように実質的に構成される角度拡大層４６を含む。光学系は、さらに、角度拡大層から光を受光し、光を空間的に及び時間的に変調することにより表示画像を形成するように構成された画像形成マトリックス７０を含む。１つの実施例では、画像形成マトリックスは、ライトバルブ−例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）マトリックス−を含む。光学系はさらに、画像形成層に結合された、周囲光を散乱して光学系の構成コンポーネントをマスキングしつつ表示画像を送るように構成された拡散部７２を含む。
【００３６】
[0041]他の実施例が同様に考えられる。１つの実施例では、角度拡大層は、バックライトアセンブリーの角度制限層の上に直接的に配置することができる。ここで、撮像スタックは、ディスプレイパネルの上部又は下部側に近接して積層される拡散部とともに使用することができ、さらに拡散部は、高分子分散液晶（ＰＤＬＣ）などの切替可能な拡散部を含んでもよい。この場合、導光部ベースのフロントライト（light-guide based frontlight）（図示せず）を、ディスプレイパネルの上に赤外照明をもたらすために含めてもよい。代わりに、撮像スタックが省かれてもよいし、撮像スタックは、いわゆる「画素内センサー（sensor-in-pixel、ＳＩＰ）」技術を用いて画像形成マトリックスに統合されてもよい。このような場合には、角度拡大層は、バックライトユニットより上に配置することができ、拡散部や拡散層はＳＩＰパネルの直下に配置することができる。別の実施例では、角度拡大層はバックライトアセンブリーの上に直接配置することができ、第１及び第２の角度制限層を省くことができる。この構成では、さらに、ディスプレイパネル法線に対してより大きな視野角で提供される光強度が増加される。ＢＥＦフィルムが望ましい４０度から５０度の広がりでバックライトの光出力を含むように使用される１つのさらなる実施例では、ＢＥＦ出力は拡散部によりもたらされる所望の角度広がりを近似するので、拡散部は、視覚システムがないときに必要とされない。このような実施例は、所望の光強度プロファイルを提供するために、アキシコンアレイ又は２つもしくは３つの交差した１次元プリズムアレイを含んでもよい。
【００３７】
[0042]さらに、可視表示光及び赤外撮像照明の両方にＬＥＤアレイを使用する場合には、アキシコンアレイ及び／又は交差プリズムアレイのスタックを、高角度バイアス（high angle bias）を達成するために使用することができ、いくらか離れた拡散部を、ＳＩＰ／ＬＣＤパネルの直下に配置されたキャビティを隠すために使用することができる。
【００３８】
[0043]最後に、本明細書に記載された品目、システム及び方法は本質的に例示的なものであり、多数のバリエーションが考えられるので、これらの具体的な実施例は限定的な意味で考えるべきではないことが理解されよう。従って、本開示は、本明細書に開示された様々なシステム及び方法のすべての新規かつ自明でない組み合わせ及びサブコンビネーション、ならびにそのすべての均等物を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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