(57)【要約】光学パネルは、集合的に入口面及び反対側の表示画面を形成するように、黒色クラッドにより結合された複数の積層された導波路を有する。入口拡散器は、入口表面と、導波路群の入口面に隣接する反対側の出口表面とを有する。視野を増大するために入口拡散器によって画像光の非対称な拡散がもたらされると共に、コントラストを増大するために周辺光が表示画面を通して吸収される。又、表示画面において空間的に異なるように画像光を拡散することによって入口拡散器を補完するために、出口拡散器を表示画面に設けることができる。
2006504985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示するための光学パネルにおいて、
複数の積層された光導波路であって、各導波路は第１の端部と第２の端部とを有し、前記複数の第１の端部により入口面が規定され、前記複数の第２の端部により出口面が規定される、複数の積層された光導波路と、
前記導波路群の前記入口面に設けられ、前記画像を形成する光を非対称に拡散する入口拡散器と、
を有することを特徴とする光学パネル。
【請求項２】
前記入口拡散器は、前記導波路内へと前記光を第１の方向及び第２の方向の両方において拡散するように構成され、前記第２の方向は前記第１の方向に垂直であることを特徴とする請求項１に記載のパネル。
【請求項３】
前記入口拡散器は、前記第２の方向における前記光の拡散よりも大きな量にて、前記第１の方向における前記光の拡散を提供することを特徴とする請求項２に記載のパネル。
【請求項４】
前記第１の方向は水平方向であり、前記第２の方向は垂直方向であり、各導波路は前記パネルの幅方向に沿って水平方向に延在することを特徴とする請求項３に記載のパネル。
【請求項５】
各導波路は第１の屈折率を有する透過性コアを有し、各透過性コアには前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有するクラッドが結合され、前記導波路は前記第１及び第２の屈折率により集合的に決定される受容角を有することを特徴とする請求項２に記載のパネル。
【請求項６】
前記入口拡散器は、前記導波路の前記受容角よりも小さいか又は該受容角と実質的に等しい前記第２の方向における拡散円錐角を有することを特徴とする請求項５に記載のパネル。
【請求項７】
前記入口拡散器は、同心楕円の形態の拡散要素を有することを特徴とする請求項２に記載のパネル。
【請求項８】
前記入口拡散器は、実質的に一方向のみにおいて拡散をもたらす平行線の形態の拡散要素を有することを特徴とする請求項１に記載のパネル。
【請求項９】
前記入口拡散器は、実質的に一方向のみにおいてゲインを有するレンズ状のレンズの形態の拡散要素を有することを特徴とする請求項１に記載のパネル。
【請求項１０】
更に、前記入口拡散器を通して前記導波路内に前記光を再指向させるための、前記入口拡散器の入口表面に設けられたカプラーを有することを特徴とする請求項２に記載のパネル。
【請求項１１】
前記カプラーは、フレネルプリズム状溝を有することを特徴とする請求項１０に記載のパネル。
【請求項１２】
前記カプラーは、透過型直角フィルムを有することを特徴とする請求項１０に記載のパネル。
【請求項１３】
前記クラッドは、実質的に黒色の材料を有することを特徴とする請求項５に記載のパネル。
【請求項１４】
更に、前記出口面に設けられ、前記出口面において空間的に異なるように前記光を拡散することにより前記入口拡散器を補完する出口拡散器を有することを特徴とする請求項１に記載のパネル。
【請求項１５】
前記入口拡散器は前記導波路内へと主に第１の方向において前記光を拡散するように構成され、前記出口拡散器は主に第２の方向において前記光を拡散するように構成され、前記第２の方向は前記第１の方向に垂直であることを特徴とする請求項１４に記載のパネル。
【請求項１６】
前記入口拡散器は、前記出口拡散器により提供される前記第２の方向における前記光の拡散よりも大きな量にて、前記第１の方向における前記光の拡散を提供することを特徴とすることを特徴とする請求項１５に記載のパネル。
【請求項１７】
前記第１の方向は水平方向であり、前記第２の方向は垂直方向であり、各導波路は前記パネルの幅方向に沿って水平方向に延在することを特徴とする請求項１６に記載のパネル。
【請求項１８】
各導波路は第１の屈折率を有する透過性コアを有し、各透過性コアには前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有するクラッドが結合され、前記導波路は前記第１及び第２の屈折率により集合的に決定される受容角を有することを特徴とする請求項１５に記載のパネル。
【請求項１９】
前記入口拡散器は、前記出口拡散器からの前記第２の方向における前記光の拡散の円錐角よりも大きな円錐角にて、前記第１の方向において前記光を拡散するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載のパネル。
【請求項２０】
前記入口拡散器は、前記導波路の前記受容角よりも小さいか又は該受容角と実質的に等しい前記第２の方向における拡散円錐角を有することを特徴とする請求項１８に記載のパネル。
【請求項２１】
前記入口拡散器は、実質的に前記第１の方向のみにおいて拡散をもたらす平行線の形態の拡散要素を有することを特徴とする請求項１５に記載のパネル。
【請求項２２】
前記入口拡散器は、実質的に前記第１の方向のみにおいてゲインを有するレンズ状のレンズの形態の拡散要素を有することを特徴とする請求項１５に記載のパネル。
【請求項２３】
前記出口拡散器は、実質的に前記第２の方向のみにおいて拡散をもたらす平行線の形態の拡散要素を有することを特徴とする請求項１５に記載のパネル。
【請求項２４】
前記出口拡散器は、実質的に前記第２の方向のみにおいてゲインを有するレンズ状のレンズの形態の拡散要素を有することを特徴とする請求項１５に記載のパネル。
【請求項２５】
前記入口拡散器は、前記導波路内へと前記光を第１の方向及び第２の方向の両方において拡散するように構成され、前記出口拡散器は、主に前記第２の方向において前記光を拡散するように構成され、前記第２の方向は前記第１の方向に垂直であることを特徴とする請求項１４に記載のパネル。
【請求項２６】
前記入口拡散器は、前記第２の方向における前記光の拡散よりも大きな量にて、前記第１の方向における前記光の拡散を提供することを特徴とする請求項２５に記載のパネル。
【請求項２７】
前記第１の方向は水平方向であり、前記第２の方向は垂直方向であり、各導波路は前記パネルの幅方向に沿って水平方向に延在することを特徴とする請求項２６に記載のパネル。
【請求項２８】
各導波路は第１の屈折率を有する透過性コアを有し、各透過性コアには前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有するクラッドが結合され、前記導波路は前記第１及び第２の屈折率により集合的に決定される受容角を有することを特徴とする請求項２５に記載のパネル。
【請求項２９】
前記入口拡散器は、前記第２の方向における前記光の拡散の円錐角よりも大きな円錐角にて、前記第１の方向において前記光を拡散するように構成されることを特徴とする請求項２５に記載のパネル。
【請求項３０】
前記入口拡散器は、前記出口拡散器からの前記第２の方向における前記光の拡散の円錐角よりも大きな円錐角にて、前記第１の方向において前記光を拡散するように構成されることを特徴とする請求項２５に記載のパネル。
【請求項３１】
前記入口拡散器は、前記導波路の前記受容角よりも小さいか又は該受容角と実質的に等しい前記第２の方向における拡散円錐角を有することを特徴とする請求項２８に記載のパネル。
【請求項３２】
前記入口拡散器は、同心楕円の形態の拡散要素を有することを特徴とする請求項２５に記載のパネル。
【請求項３３】
更に、前記入口拡散器を通して前記導波路内に前記光を再指向させるための、前記入口拡散器の入口表面に設けられたカプラーを有することを特徴とする請求項１４に記載のパネル。
【請求項３４】
前記カプラーは、フレネルプリズム状溝を有することを特徴とする請求項３３に記載のパネル。
【請求項３５】
前記カプラーは、透過型直角フィルムを有することを特徴とする請求項３３に記載のパネル。
【請求項３６】
前記クラッドは、実質的に黒色の材料を有することを特徴とする請求項１８に記載のパネル。
【請求項３７】
前記クラッドは、実質的に黒色の材料を有することを特徴とする請求項２８に記載のパネル。
【請求項３８】
前記導波路は平面状であることを特徴とする請求項１に記載のパネル。
【請求項３９】
前記入口面は、前記出口面と実質的に平行であることを特徴とする請求項１に記載のパネル。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発明の背景
本発明は、一般には、光学パネルに関し、より詳細には、光導波路群を有する光学ディスプレイパネルに関するものである。
【０００２】
どのようなタイプの表示画面（ディスプレイスクリーン）を見る場合にも、画像のコントラストは、鑑賞品質に影響する重要なパラメータである。あらゆる周辺照明の状況においても高コントラストを達成するために、観察面はできる限り暗いことが必要とされる。これにより、画像の実際に黒い部分を黒く見ることが可能になる。
【０００３】
米国特許第５，６２５，７３６号は、楔形に積層された導波路群によって規定される光学ディスプレイパネルを開示する。この光学ディスプレイパネルは、その底部に沿う狭い入口面と、それに対してある角度で配置された垂直出口画面とを有する。導波路群は、入口面と画面との間に配置され、導波路内で全反射（全内部反射）にて画像光を透過させるために、画面の平面に対し小さな鋭角にて傾斜している。
【０００４】
画像光は、傾斜した導波路を通して上方に、ある角度にて透過される。従って、画像光は、典型的な視聴者の方向である画面に垂直な方向に直接放射されない。それ相応に、その強度は減少し、表示される画像の全体の輝度（明度）は低減される。しかし、画面は、そこで画像光を拡散し、増大された視角（viewing angle）にて妥当な鑑賞画像を生成するために、フロスト（つや消し）加工することができる。
【０００５】
米国特許第６，４００，８７６号は、更にパネルの厚さを低減するために、実質的に平行な入口面と出口面とを有するカラムへと、水平に配置された導波路群が垂直に積み重ねられた、別のタイプの光学パネルを開示する。パネルを通して画像光を再指向させるために、入口面に透過型直角フィルムが配置される。表示される画像光を拡散するために、入口面及び出口面をフロスト加工することができる。
【０００６】
両方のタイプの光学パネルにおいて、表示画面に入射する周辺光を吸収するように、導波路のコア間のクラッド層内にブラックネス（黒さ）を導入することによって、画像のコントラストを高めることができる。クラッド層の端部は画面において露出し、視聴者によって黒色として直視することができる。又、米国特許第５，６２５，７３６号においては、画面における小さな光受容角が、画面において受容される周辺光を黒色クラッドによって吸収することを確実にする。
【０００７】
しかしながら、視角を増すために出射（アウトバウンド）画像光を散乱又は拡散させることは、相応に、知覚されるコントラスト又は黒さを低減させる。従来の表示画面上の拡散器は、出射する光及び入射する周辺光の両方を拡散する。そして、周辺光の後方散乱（back-scattering）は、拡散器において乳白色に見え、画面の知覚される黒さを低減させる。
【０００８】
従って、パネルの知覚される黒さ又はコントラストを維持又は増大する一方で、向上された拡散能力を有する光学ディスプレイパネルを提供することが望まれる。
【０００９】
本発明のこれらの及び他の利点は、下記の発明の詳細な説明から、より完全に明らかになるだろう。
【発明の開示】
【００１０】
発明の要約
本発明は、画像を表示するための光学パネルに関する。本発明の光学パネルは、複数の積層された光導波路であって、各導波路は第１の端部と第２の端部とを有し、前記複数の第１の端部により入口面が規定され、前記複数の第２の端部により出口面が規定される、複数の積層された光導波路を有する。本発明の光学パネルはまた、前記導波路群の前記入口面に設けられ、前記画像を形成する光を非対称に拡散する入口拡散器を有する。単独で設けられる場合、前記入口拡散器は、前記導波路内へと前記光を第１の方向及び第２の方向の両方において拡散するように構成することができ、前記第２の方向は前記第１の方向に垂直である。前記入口拡散器は、前記第２の方向における前記光の拡散よりも大きな量にて、前記第１の方向における前記光の拡散を提供することができる。
【００１１】
又、前記入口拡散器は、前記出口面に設けられた出口拡散器であって、前記出口面において空間的に異なるように前記光を拡散することにより前記入口拡散器を補完する出口拡散器と共に用いることができる。前記入口拡散器は前記導波路内へと主に第１の方向において前記光を拡散するように構成することができ、前記出口拡散器は主に第２の方向において前記光を拡散するように構成することができ、前記第２の方向は前記第１の方向に垂直である。前記入口拡散器は、前記出口拡散器により提供される前記第２の方向における前記光の拡散よりも大きな量にて、前記第１の方向における前記光の拡散を提供することができる。
【００１２】
本発明が明快に理解され、又容易に実施されるように、以下、本発明を添付の図面と関連して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
好ましい実施態様の説明
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簡略化され、明快さを期すために、典型的なファスナーに見出される他の要素を省略し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／或いは必要であ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、又それらが本発明のより良い理解を容易とすることはないので、そのような要素についての議論は、本明細書では提供されない。又、ここに添付された図面は、本発明の現在好ましい構造を表す説明図を提供しているものに過ぎず、本発明の範囲内にある構造は、図面に示されるものとは異なる構造を含み得ることを理解されたい。以下、同様の構造には同様の参照番号を付して図面を参照する。
【００１４】
図１は、ビデオ（映像）ディスプレイの形態の本発明の一実施態様に従う光学ディスプレイパネル１０を示す。パネルは、その後方端部において画像光１６を受容（受光）するための入口面１４を集合的に規定する、複数の垂直（縦）方向に積み重ねられた光導波路１２を有する。この導波路群はまた、反対側のその前方端部において、例えばビデオ画像１６ａとして画像光１６を表示するための、入口面１４に対し実質的に平行に配置される出口又は表示画面１８を規定する。
【００１５】
図２は、そのハウジング又はキャビネット２０内に適切に取り付けられたディスプレイパネル１０の断面図を示す。又、図３は、その導波路１２を有するパネル１０の拡大部分を示す。各導波路１２は、第１の屈折率を有する中央透明コア１２ａを有し、これは例えば光学プラスチック又はガラスで形成することができる。画像光１６がコアを通して透過（伝達）される際に、実質的に画像光１６の全反射をもたらすために、コア１２ａは、上記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有するクラッド１２ｂの層の間にラミネートされている。クラッド１２ｂは、例えば、適当なプラスチック又はエポキシであってよい。
【００１６】
この光学パネルの重要な特徴は、入口面１４と画面１８との実質的に平行な表面を生成する、導波路群の垂直方向の積み重ねであり、これによりパネル及び囲包するキャビネット２０を奥行きにおいて超薄型に作製することが可能である。図１に示されるように、パネルは、入口面１４と画面１８との間の導波路１２の奥行きであり、実質的にパネルの可視部の高さＨ及び幅Ｗよりも奥行きにおいて薄い、公称厚さＴを有する。例えば、パネルは、テレビ画像を表示するために、典型的な幅対高さの比率Ｗ／Ｈである４：３又は１６：９で構成することができる。例えば、高さＨは約１００ｃｍであってよく、幅Ｗは約１３３ｃｍであってよい。又、パネルの厚さＴは、例えば約１ｃｍ程度に小さくすることができる。
【００１７】
好ましい実施態様では、図３に示されるように、導波路１２は、パネルの全幅Ｗに沿って水平方向に連続的に延在する平坦な（平面状の）リボンの形態である。好ましくは、各リボン導波路は、パネルの全高Ｈに沿ってそれぞれの頂部上に垂直方向に積み重ねられる。５２５本の垂直解像線を提供するために、約５２５個の導波路を積み重ねることができ、所望によりより多く又はより少なくてもよい。各導波路の向かい合う後方端部及び前方端部は、それぞれ集合的にパネルの入口面１４及び表示画面１８を規定し、これらは実質的に等しいサイズ及び面積である。
【００１８】
従って、画像光は、個々の導波路コアを通した透過のためにパネル入口面１４の全体にわたり投射（投影）することができ、表示画面１８上でビデオ画像として表示することができる。導波路コアは、透明、即ち、クリアであるので、ビデオ画像は、導波路の長さに沿う横方向（laterally）、即ち、水平方向と、導波路から導波路へと横切る方向（transversely）、即ち、垂直方向との両方に相応に小さな視角にて、表示画面から放射される。
【００１９】
そのため、画像光を広げて表示画面からの視野及び視角を増大させるために、光学パネルに光拡散又は散乱要素を導入することが望まれる。従来の積層された光導波路群においては、画像光を水平方向及び垂直方向の両方に散乱させ、垂直からずれた角度（off-perpendicular）で十分な強度及びコントラストにて画像を見ることを可能とするために、適当な拡散器（ディフューザ）が、表示画面上に、例えば、それのフロスティング（フロスト加工）を提供することなどにより導入される。
【００２０】
しかしながら、画面側拡散器は、視野を増大するために出射画像光を散乱させるだけではなく、パネルの画面側の側面上に入射する如何なる周辺光をも散乱させ、表示画面上の乳白色の外観を生成する。このような乳白色の外観は、画面の知覚されるコントラスト又は黒さを相応に減少させる。
【００２１】
コントラストは、ビデオディスプレイパネルの重要な特徴であり、観察される画像の品質に著しく影響を及ぼす。画面が黒ければ黒いほど、画像の鑑賞品質は良好となる。
【００２２】
画面１８における黒さを導入するために、図３に示されるように、クラッド１２ｂは暗色材料から成り、又、好ましくは、画面１８において周辺光２２を吸収するために実質的に黒色である。画面１８におけるクラッド１２ｂの露出したエッジ（縁部）は、観察者によって黒色として直視可能である。又、画面１８を通り軸からずれた角度（off-axis）で導波路に入る如何なる周辺光も、内部で黒色クラッドにより吸収される。黒色クラッドは、例えば、黒色のスプレーペイント（スプレー式塗料）、又は隣接するコア１２ａ同士を各コア間に要求される１つ以上のクラッド層と共に接合するエポキシ接着剤内のカーボン粒子などの、任意の適当な方法により形成することができる。
【００２３】
図３に最もよく示されるように、視角を増すための拡散をパネルに導入するために、入口側拡散器２４又は単に入口拡散器が、導波路群の入口面１４上に配置される。入口拡散器は、画像光１６を、増大された視野又は視角で画面１８上に表示するために、導波路内へと散乱する。入口拡散器は、入口面内に一体的に形成（例えば、エンボス加工により）したり、入口面１４上に直接形成したり、又は薄いフィルム（薄膜）として別個に製造して入口面に取り付け（貼り付け）たりすることができる。
【００２４】
入口拡散器２４は、画像光１６を受容するために一方の側面上に入口表面２４ａを有し、その反対側の側面上に出口表面２４ｂを有する。入口表面は、平滑又は研磨された（光沢のある）ものであってよく、又、出口表面は、例えばフロスト加工により画像光を散乱するように構成されていてよい。或いは、入口表面、入口表面及び出口表面の両方、拡散器の入口表面と出口表面との間の領域、又はこれらの組み合わせが拡散効果を有していてもよい。
【００２５】
拡散器の出口表面２４ｂは、導波路群の入口面１４に隣接し、画像光を導波路コア内へと拡散する効果を有し、これにより、拡散された画像光はそれを通して表示画面１８から出射する投射のために透過される。この実施態様では、表示画面１８は平滑又は研磨されたものであり、それ自体拡散効果を有しておらず、導波路コア内へ周辺光２２を遮るもの無く受容することを可能とし、そしてその中で周辺光が黒色クラッドにより吸収されることを可能とする。
【００２６】
拡散器はもっぱら導波路群の入口側面上に配置されているので、これが画面側拡散器に起因する乳白色の外観を引き起こすことはなく、これにより、周辺光が有意な反射又は散乱無しで画面に入ることを可能とし、又、黒色クラッドにより吸収されることを可能とすることで、更に画面のコントラストを高める。
【００２７】
従って、改善された光学パネル１０は、ビデオ画像内の光が最初に拡散器の入口表面２４ａに対して投射され、次いで画像光１６が導波路を通して全反射にて導かれることを可能とする。表示画面では、画像光が、入口側拡散器によりもたらされる拡散を伴って表示される。
【００２８】
拡散器は導波路群の入口側面上に配置されているので、好ましい方法は、相応に、遮るもののない表示画面において周辺光を受容することを含み、次いでこの周辺光は導波路内で黒色クラッドにおいて吸収される。表示画面は好ましくは研磨されているので、周辺光は、黒色クラッドによる吸収のために容易に導波路コア内へと透過される。
【００２９】
図３に示される典型的な実施態様では、入口拡散器２４は、画像光を、共通の円錐角（cone angle）Ａで導波路内へと横方向及び横切る方向の両方に軸対称に拡散させるために、一様散乱出口表面２４ｂを有する。この方法では、水平方向及び垂直方向の両方の視野は実質的に同じである。
【００３０】
図４に示される好ましい実施態様では、入口拡散器２４は、垂直方向における横切る方向の拡散よりも有意に大きい水平方向における横方向の拡散を伴って、画像光を非対称に散乱又は拡散するように構成される。このタイプの非対称拡散器の製造は、種々の技術を用いて行うことができる。例えば、軸対称拡散器（例えば、ポリマーを基体とする材料のもの）を加熱し、線形的な方法で引き延ばす。一旦材料が冷却されれば、これは一方向において他の方向よりも大きい拡散力を享有する。非対称拡散器を作製する別の方法は、ホログラフィック・ホトリソグラフィー（写真平版）を用いることによる。マスタープレート上の基板上に、非対称パターンを光学的に投射する。このパターンをもたらすために、例えば、一連の同心リングを浅い角度にて投射することができる。これにより、一連の同心楕円（長円）を基板上に刻み込む。この基板を加工し、そのプレートを他の拡散器をプレスするためのマスターとして使用することができる。一方向のみにおける拡散が要求される場合には、代わりに基板上に一連の平行線を投射することができる。この場合には、画像光は、その線に直交する方向において拡散される。別の例として、一方向のみにおける拡散を達成するために、一方向のみおいてゲイン（増幅率）を有するレンズ状（レンズ豆状，両凸レンズ状，水晶体状：lenticular）のレンズを代わりに用いることができる。
【００３１】
又、図３には、各導波路１２のための光受容角（受光角）Ｂが示されている。この受容角は視界における慣習的な用語であり、その角度において入射される光が導波路コア内で全反射にて透過され得る角度を示す（受容角よりも大きな角度で入射する光は受け入れられない）。受容角は、通常の方法において、コア及びクラッドに対する第１及び第２の屈折率によって集合的（総合的）に決定される。
【００３２】
入口拡散器は導波路群の入口側面上に配置されているので、その円錐角Ａは、好ましくは、ほぼ導波路の受容角までである。円錐角Ａが受容角よりも大きい場合には、その付加的な拡散は、導波路を通して透過されずに失われる。
【００３３】
しかしながら、表示画面におけるコントラストを考慮すると、表示画面におけるコントラストを高めるために、例えば約１０度などと、小さい受容角が好ましい。これにより、周辺光は、表示画面において受容され、そして導波路内で黒色クラッドにより吸収される。
【００３４】
図３において最も明確に示されるように、光リディレクター（再指向器）又はカプラー（結合器）２６が、拡散器の入口表面２４ａの全体に隣接している。光リディレクター又はカプラーは、画像光１６を入口拡散器を通して導波路１２内に結合又は再指向させるために、入口表面２４ａに適切に取り付けられ（貼り付けられ）ていてよい。導波路は、入射する光を受容するために限定された受容角Ｂを有する。カプラー２６は、画像光１６の向きが、導波路コア１２ａにその受容角内で入るような方向に適切に変えられることを確実にする。
【００３５】
図１及び図２に示されるように、キャビネット２０は、パネル１０を囲包するための要求に応じて高さ及び幅が適切により大きく、又画面１８の前部から後方にほとんどの部分で測った奥行きＤを有する。キャビネットの奥行きＤを可能な限り小さく維持するために、図２及び図３に示されるカプラー２６は、特に、画像光１６の方向を、拡散器を通して導波路１２の入口端部内へと鋭く変えるように構成される。
【００３６】
より詳細には、画像光１６をパネル内へと投射するのに必要なキャビネットの奥行きを最小化するために、カプラー２６は、好ましくは、約４５°から約９０°までの典型的な範囲にて画像光１６の方向を変える効果を有する。従来のリアプロジェクション（背面投射型）テレビ画面においては、プロジェクター（投射機，投影機）は画面の背後に取り付けられており、又、従来のリアプロジェクションテレビ画面は、画像をパネル上に投射するのに必要とされる光学列及び経路を組み込むために相当の奥行きを有するキャビネットを必要とする。
【００３７】
図２に示されるように、画面１８上での表示用にカプラー２６を越えて入口拡散器及び導波路を通して透過させるように画像光１６を投射するために、プロジェクター２８は、カプラー２６と光学的に整列されている。この実施態様では、プロジェクター２８は、カプラーに対して略平行に画像光を投射するために、カプラーの頂部に隣接して配置されている。このカプラーは、画像光を、導波路コア内へとそれを通して透過させるように略直角に転向させる。
【００３８】
プロジェクター２８は、図２においては模式的に図示されおり、画像光を生成するための適当な光源を有する。光源は、例えば、電球、スライドプロジェクター、ビデオプロジェクター、又はレーザであってよい。
【００３９】
又、プロジェクターは、画像光１６を変調して光像を形成するためのモジュレーター（変調器）を有する。モジュレーターは、例えば、ビデオ画像を生成するために選択的に光を遮断若しくは反射、又は透過させる素子のマトリクスを有する従来の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であってよい。代わりにその他のタイプのモジュレーターを用いることができる（例えば、米国特許第６，４００，８７６号参照）。
【００４０】
又、プロジェクターは、入口拡散器及び導波路を通して透過させて画像を画面上に表示させるように、カプラー全体にわたり画像光を水平方向及び垂直方向に分配又は広げるための、適当な画像光学系を有する。この画像光学系は、所望に応じて集束（フォーカシング）及び拡大レンズ、及びミラーを有していてよい。
【００４１】
図２に示されるように、プロジェクターを、カプラーの背後で、且つ、キャビネットの頂部においてカプラーに平行に配置することを可能とするために、複数の折り返しミラー（フォールディングミラー）３０がプロジェクターとカプラーとの間に光学的に整列されている。従って、画像光は、先ず、キャビネット内において垂直下方に、折り返しミラー３０が取り付けられているその底部に向けて投射される。折り返しミラー３０は、カプラーの露出した表面全体にわたり広げるために、カプラーの平面に対して小さな鋭角にて画像光を垂直上方に再指向させる。
【００４２】
カプラー上の画像光の入射角は、カプラーが導波路群の入口面内へと光を曲げる又は再指向させる能力によって決定される。カプラーの転向能力を最大化することにより、キャビネットの必要とされる奥行きＤを低減するように、プロジェクターをよりカプラーの近くに隣接して取り付けることができる。一実施態様では、パネル１０は約１ｃｍの厚さを有し、このときキャビネットの全体の奥行きＤは約１２ｃｍを超えない。
【００４３】
図３に示される典型的な実施態様では、カプラー２６は、パネルの幅Ｗに沿って直線状でパネルの高さＨに沿って垂直方向に離隔された複数のフレネルプリズム状溝２６ａを有する。プリズム状カプラーの好ましい形態は、３Ｍ  カンパニー（3M Company）［セントポール  ミネアポリス］からＴＲＡＦ  ＩＩの商品名で市販されている透過型直角フィルム（Transmissive Right Angle Film：ＴＲＡＦ）である。カプラーは、限定されるものではないが、回折又はホログラフィック要素（素子）を含む他の形態をとってもよい。
【００４４】
プリズム状カプラー２６の格別な利点は、画像光１６を直角までの角度にて導波路群の入口面内へと曲げることである。これにより、画像光を実質的にカプラーと平行に広げることが可能となり、従ってプロジェクター及びその関連の光学系を取り付けるためにキャビネットに必要とされる奥行きＤを相当に低減することが可能となる。パネル１０がそれ自体薄く、又フラット（平面状）であるので、キャビネットの容積及び奥行きを最小化するために、プロジェクターはキャビネット内で任意の適当な位置に取り付けることができる。
【００４５】
図２及び図３に示される好ましい実施態様では、各導波路１２は入口面１４及び画面１８に対し垂直であり、矩形の断面を有し、又各コア１２ａはもっぱら水平方向に、傾斜せずに延在する。この配向の著しい利点は、画像光が、観察者又は視聴者による直視のために、導波路を通して水平方向に透過されることである。従って、視聴者は、最大輝度（明度）のための画像光の全強度を受容する。個々の導波路は、実質的な損失なく、又最大の解像力（分解能）及び輝度を伴って、それを通して画像光が透過されることを確実にする。
【００４６】
導波路群の入口面上（即ち、導波路群の出口面上ではなく）に入口拡散器２４を配置することによりコントラスト及び黒さは著しく増大し、従って、さもなければ直接周辺光に露出された場合に発生する出口拡散器の乳白色の外観を排除する。パネルの表示画面側の側面上には障害が作られておらず、これにより黒色クラッドによる吸収のために周辺光が導波路コア内に入ることが可能になっている。
【００４７】
しかしながら、拡散器をパネルの入口側面（即ち、導波路群の入口面）上に配置することは、相応に小さい導波路コアの受容角に起因して、その垂直方向の拡散能力を制限する。
【００４８】
従って、図５は、画面において空間的に異なるように光を拡散するために、表示画面１８に隣接し、入口拡散器２４を補完する出口拡散器３２を更に有する本発明の他の好ましい実施態様を示す。入口拡散器２４と同様に、出口拡散器３２は、表示画面１８に隣接する平滑又は研磨された入口表面を有していてよく、又出口表面はフロスト加工などによって光を散乱するように構成されていてよい。或いは、入口表面、入口表面及び出口表面の両方、拡散器３２の入口表面と出口表面との間の領域、又はこれらの組み合わせが拡散効果を有していてもよい。
【００４９】
例えば、入口拡散器２４は、好ましくは、画像光を個々の導波路に沿って横方向、即ち、水平方向に拡散するように構成され、出口拡散器３２は、好ましくは、画像光を各導波路から横切る方向、即ち、垂直方向に拡散するように構成される。この方法では、視野及びコントラストにおける付加的な利点のために、導波路群の向かい合う側面間で、拡散は選択的（優先的）に分割されていてよい。
【００５０】
図５に示されるように、入口拡散器２４は、出口拡散器３２により横切る方向にもたらされる拡散の円錐角Ｅよりも大きい円錐角Ｃにて横方向に画像光を拡散するように選択的に構成される。観察者が高品質の表示画像をずれた角度（off-angle）で見ること（即ち、水平方向において）を可能とするために、横方向の拡散円錐角Ｃによりもたらされる水平方向の視野は、例えば１２０度などと、比較的高くてよい（出口拡散器の横切る方向の拡散円錐角Ｅと比較して）。
【００５１】
横切る方向の拡散円錐角Ｅによりもたらされる垂直方向の視野は、パネルの好ましい小受容角により減少されることなく、例えば２０度程度まで高くてよい。好ましい実施態様では、導波路の受容角Ｂは約１０度であってよく、これは好ましい横切る方向の拡散円錐角Ｅよりも有意に小さい。
【００５２】
この方法では、出口拡散器３２によりもたらされる垂直方向の拡散は、もしこれがパネルの入口側面上に取り付けられる場合にはそうであるように、小さい受容角Ｂによって妥協させられることはない（なお、小さい受容角は、各導波路コアを結合する黒色クラッドによる周辺光の吸収を最大化する）。垂直方向の拡散は、このタイプのビデオディスプレイパネル（即ち、水平方向に配置された導波路群を有するもの）に要求される水平方向の拡散よりも実質的に（相当に）小さいので、表示画面上の乳白色の外観は、光学パネルからの鑑賞画像の高コントラストを維持するために最小化される。
【００５３】
従って、図５に示される実施態様では２個の拡散器２４、３２を導波路１２の対向する側面上で用いて、或いは図４に示される実施態様では単一の入口側拡散器２４を用いて、選択的非対称拡散を達成することができる。図４における拡散の水平方向の円錐角Ｃは、図５におけるものと同じであってよく、例えば１２０度である。しかし、図４に示される垂直方向の拡散円錐角Ｅは、導波路１２が垂直方向に拡散された画像光を伝える能力によって、導波路の受容角、例えば１０度までに制限される。
【００５４】
このように、光学パネルの入口側面上における拡散を提供する能力は、出口側拡散器単独によっては不可能な方法で、両方の視野及びコントラストの両方を最大化するように調整することを可能とする。限定された受容角及び黒色クラッドによる内部での周辺光の吸収を含む、導波路に帰属する光学的な透過を補完するために、パネルの入口側と出口側とで拡散を選択的に分割することができる。
【００５５】
図５に示される二分割拡散（二通りに使い分けられた拡散：bifurcated diffusion）の実施態様は、図１〜図４に示される入口側のみでの拡散の実施態様と実質的に同じ方法にて用いることができる。その使用方法は、水平方向分の拡散がパネルの入口側面上の入口拡散器２４において発生し、そして残りの垂直方向分の補完的拡散がパネルの出口側面上の出口拡散器３２において発生することを除いて、実質的に同一である。別の好ましい実施態様では、垂直方向における補足的な拡散を提供する出口拡散器３２を用いると共に、入口拡散器２４が非対称な方法で水平方向の拡散及び垂直方向の拡散の両方を提供することができる。上記いずれの二分割拡散の場合においても、非対称入口拡散器２４及び／又は非対称出口拡散器３２は、上述した図４の実施態様における入口拡散器２４と同様にして構成及び製造することができる。
【００５６】
出口拡散器３２の拡散の角度を限定することで、その乳白色の外観を低減し、黒色クラッドによる吸収のために周辺光がそれを通して導波路内へ進むことを可能とする。従って、視野に妥協することなく、コントラスト又は知覚される黒さが高められる。
【００５７】
又、二分割拡散の実施態様は、光学パネルを収容する薄型のキャビネット構成の利益を享受するために、図１〜図４に示される実施態様について上述したのと同じ方法で、カプラー２６及びプロジェクター２８を使用することができる。
【００５８】
上述した光学パネルの種々の実施態様は、入口側拡散器を有する積層された導波路群から複数の利点を享受する。光導波路は、それを通した画面への高い強度及びコントラストでの画像光の高効率な透過を確実にするだけではなく、画面の黒さ及びコントラストを改善するために周辺光に対処することにおいても有利である。入口側拡散器は、視野を増大する一方で、超黒色光学ディスプレイパネルを達成するためにコントラストをも増大する。
【００５９】
導波路群の入口側及び出口側の両方における二分割拡散器は、受容角による制限無しで、更に視野を増大する一方で、コントラストをも高める。より大きい所望の拡散（即ち、水平方向におけるもの）を導波路群の入口面１４（即ち、表示画面１８からは離隔している）において提供し、より小さい所望の拡散（即ち、垂直方向におけるもの）を表示画面１８において提供することで、表示画面（即ち、その上に出口拡散器を有する）が乳白色に見えることはより少なくなり、その結果、知覚される黒さはより高くなり、又コントラストは著しく増大する。更に、水平方向に配置された導波路群は、拡散された光の水平方向における実質的に完全な透過を可能とし、これにより、水平方向における拡散効率を維持する一方で、光学パネルのコントラストを増大する。
【００６０】
当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく上述の実施態様に対して種々の修飾及び変更をなし得ることを理解されよう。例えば、上述の具体例は、導波路群の出口面１８と実質的に平行な導波路群の入口面１４を有する光学パネルに関連した本発明の態様を記述するが、例えば、米国特許第５，６２５，７３６号に記載されるような楔形デザイン（即ち、導波路群の入口面と出口面とが非平行型の方法で設けられている）を有する光学パネルなど、その他の光学パネル構成も企図し得る。又、図５の実施態様において、出口拡散器３２が横切る方向の拡散のみを提供すると共に、入口拡散器２４は、横方向の拡散のみを提供するものとして説明したが、入口拡散器２４は、更に横切る方向の拡散の一部を提供することもできる。同様に、出口拡散器３２は、更に横方向の拡散の一部を提供することができる。従って、本発明は、上述の特定の実施態様に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に規定される如く、このような修飾及び変更を包含することを意図するものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、本発明の典型的な実施態様に従う光学ディスプレイパネルの部分断面等角図である。
【図２】図２は、図１に示されるパネルの図１中の２−２線に沿う断面側面図である。
【図３】図３は、図２に示されるパネルの図２中の符号３の円内の一部の拡大等角断面図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施態様に従う光学ディスプレイパネルの一部の等角図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施態様に従う光学ディスプレイパネルの一部の部分断面等角図である。
【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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【国際調査報告】
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