(57)【要約】超薄型網目光学パネル、及び、その使用方法及び製造方法を開示する。光学パネルの一実施態様は、複数の光導波路を含み、それぞれの光導波路は、光学的にクリアなコアを取り囲む網目材料で形成される。光学パネルは更に、光発生器を有する。各光導波路は、導波路の入口に入ってくる光を、導波路の出口へと内部反射する。光学パネルは、任意に、光再指向カップリング層及び／又は拡散器を有していてよい。超薄型光学パネルの別の実施態様は、複数の光導波路を含み、網目材料が光透過性材料としての役割を担う。両方の主要な実施態様に対し、製造方法及び使用方法を適用することができる。光導波路がパネル面に対し非垂直となるように整列された、両方の実施態様の改変を開示する。
2004533017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
網目スクリーンと、
画像光発生器と、
を有する光学パネルであって、
前記網目スクリーンは網目材料を有し、該網目材料は、該網目材料の屈折率よりも高い屈折率を有するセルコア群を形成する光学的に透明な材料で満たされた開口部群のアレイを有し、前記網目材料及びセルコア群は光導波路群のアレイを形成して実質的に各導波路内で光の全反射をもたらし、各セルコアの一端部は前記導波路のための入口を形成し、各セルコアの反対側端部は前記導波路のための出口を形成し、前記複数の入口は前記光学パネルのための入口面を形成し、前記複数の出口は前記光学パネルのための出口面を形成し、前記画像光発生器は前記入口面上に入射する画像光を発生して前記出口面にて画像を形成することを特徴とする光学パネル。
【請求項２】
前記光学パネルの直前に位置する観察者が表示画像を見ることができるように、前記光導波路群のボアサイトは、前記出口面に対し垂直であるように整列されることを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項３】
より高い高さ若しくはより低い高さ、又は前記光学パネルの左若しくは右の、両方又は何れかに位置する観察者が表示画像を見ることができるように、前記光導波路群のボアサイトは、垂直方向又は水平方向の両方若しくは何れかにおいて、前記出口面に対し非垂直であるように整列されることを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項４】
前記網目材料は光学的に黒色であることを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項５】
前記網目材料は、光学的に黒色の材料でコーティングされるか又はクラッディングされることを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項６】
前記網目材料は、ガラス、プラスチック、ポリウレタン、ポリマー、及びエポキシから成る群から選択される材料で形成されることを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項７】
前記コア群のために使用される前記材料は、光学的にクリアなプラスチック、光学的にクリアなガラス、及び光学的にクリアな接着剤から成る群から選択されることを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項８】
更に、前記網目スクリーン及び前記光発生器を機械的に支持するハウジンを有し、該ハウジングは、そこに前記出口面が取り付けられる開放した前部を有し、又前記開放した前部から、前記開放した前部に対向する前記ハウジングの側部への閉じた奥行きを有し、該閉じた奥行きに前記光発生器及び前記入口面が取り付けられることを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項９】
前記ハウジングの内部は、色が黒色であることを特徴とする請求項８の光学パネル。
【請求項１０】
前記出口面上の前記画像光は、ビデオ画像として表示されることを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項１１】
前記画像光発生器は、白色光プロジェクター及び投影されるべき画像を含むことを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項１２】
前記画像光発生器は、光源、少なくとも１つの光変調器、及び少なくとも１つの結像光学素子を含むことを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの結像光学素子は、前記光を反射及び集束させ、前記入口面に適合させるように、光学的に整列されることを特徴とする請求項１２の光学パネル。
【請求項１４】
前記光源は、白熱電球、アーク灯、ＲＦ励起ガス放電灯、及び固体発光素子から成る群から選択されることを特徴とする請求項１２の光が宇パネル。
【請求項１５】
前記光源はコヒーレントであることを特徴とする請求項１２の光学パネル。
【請求項１６】
前記光源はレーザであることを特徴とする請求項１５の光学パネル。
【請求項１７】
前記光源は、燐光性、蛍光性、及び白熱性の光源から成る群から選択されることを特徴とする請求項１２の光学パネル。
【請求項１８】
更に、前記網目スクリーンに近接配置された少なくとも１つの光再指向器を有し、前記光は前記少なくとも１つの光再指向器に対し非垂直の角度にて入射し、前記少なくとも１つの光再指向器は、前記入口面に略垂直になるように前記光を再指向させ、光を前記入口面に入れて、前記光導波路群内で全反射させることを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項１９】
前記画像光発生器は、前記光を前記少なくとも１つの光再指向器内へと発生し、又前記光は、前記少なくとも１つの光再指向器に対する垂直軸から、約４５°から約９０°までの範囲内の角度にて発生されることを特徴とする請求項１８の光学パネル。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの光再指向器は、光再指向フィルム、回折素子、及びホログラフィックディフューザーから成る群から選択されることを特徴とする請求項１８の光学パネル。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの光再指向器は、前記入口面に接続されることを特徴とする請求項１８の光学パネル。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの光再指向器は、光学的にクリアな接着剤又は熱接着の何れかによって、前記入口面に接着されることを特徴とする請求項２１の光学パネル。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの光再指向器は、前記網目スクリーンの前記入口面内に成形又はエンボス加工されることを特徴とする請求項２１の光学パネル。
【請求項２４】
前記コア群は、プラスチック、ガラス、液体、ゲル、透明エポキシ、及び透明接着剤の群から選択される材料で作製されることを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項２５】
更に、前記出口面を出る光を所望の視角へと広げる、前記出口面に近接配置された少なくとも１つの光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２６】
更に、前記入口面に近接配置された少なくとも１つの光再指向器を有することを特徴とする請求項２５の光学パネル。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの光拡散器は、前記出口面に接続されることを特徴とする請求項２５の光学パネル。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの光再指向器は前記入口面に接続され、前記少なくとも１つの光拡散器は前記出口面に接続されることを特徴とする請求項２６の光学パネル。
【請求項２９】
更に、前記光発生器、前記網目スクリーン、前記少なくとも１つの光再指向器、及び前記少なくとも１つの光拡散器を機械的に支持するハウジングを有することを特徴とする請求項２８の光学パネル。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの光拡散器は、光学的にクリアな接着剤又は熱接着によって、前記網目スクリーン出口面に接着されることを特徴とする請求項２７の光学パネル。
【請求項３１】
更に、前記出口面上に光拡散特性を与えるように、前記出口面をエッチング又はサンドブラスティングする処理によって作製された、前記出口面上の光拡散機能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３２】
網目スクリーンと、
画像光発生器と、
を有する光学パネルであって、
前記網目スクリーンは網目材料を有し、該網目材料は、より光透過性の網目材料の屈折率よりも低い屈折率を有するセルコア群を形成する材料で満たされた開口部群のアレイを有し、前記網目材料及びセルコア群は、前記網目材料の形状の光導波路群のアレイを形成して実質的に各導波路内で光の全反射をもたらし、前記網目材料の一端部は前記導波路のための入口を形成し、前記網目材料の反対側端部は前記導波路のための出口を形成し、前記複数の入口は前記光学パネルのための入口面を形成し、前記複数の出口は前記光学パネルのための出口面を形成し、前記画像光発生器は前記入口面上に入射する画像光を発生して前記出口面にて表示画像を形成することを特徴とする光学パネル。
【請求項３３】
前記網目材料は、光学的にクリアであることを特徴とする請求項１の光学パネル。
【請求項３４】
前記網目材料は、ガラス、プラスチック、ポリウレタン、ポリマー、及びエポキシから成る群から選択される材料で形成されることを特徴とする請求項３２の光学パネル。
【請求項３５】
前記コアは、光学的に黒色なプラスチック、光学的に黒色なガラス、及び光学的に黒色な接着剤から成る群から選択されることを特徴とする請求項３２の光学パネル。
【請求項３６】
更に、前記網目スクリーン及び前記光発生器を機械的に支持するハウジングを有し、該ハウジングは、そこに前記出口面が取り付けられる開放した前部を有し、又前記開放した前部から、前記開放した前部に対向する前記ハウジングの側部への閉じた奥行きを有し、該閉じた奥行きに前記光発生器及び前記入口面が取り付けられることを特徴とする請求項３２の光学パネル。
【請求項３７】
前記ハウジングの内部は、色が黒色であることを特徴とする請求項３６の光学パネル。
【請求項３８】
前記出口面上の前記画像光は、ビデオ画像として表示されることを特徴とする請求項３２の光学パネル。
【請求項３９】
前記画像光発生器は、白色光プロジェクター及び投影されるべき画像を含むことを特徴とする請求項３２の光学パネル。
【請求項４０】
前記画像光発生器は、光源、少なくとも１つの光変調器、及び少なくとも１つの結像光学素子を含むことを特徴とする請求項３２の光学パネル。
【請求項４１】
前記少なくとも１つの結像光学素子は、前記光を反射及び集束させ、前記入口面に適合させるように、光学的に整列されることを特徴とする請求項４０の光学パネル。
【請求項４２】
前記光源は、白熱電球、アーク灯、ＲＦ励起ガス放電灯、及び固体発光素子から成る群から選択されることを特徴とする請求項４０の光学パネル。
【請求項４３】
前記光源はコヒーレントであることを特徴とする請求項４０の光学パネル。
【請求項４４】
前記光源は、燐光性、蛍光性、及び白熱性の光源から成る群から選択されることを特徴とする請求項４０の光学パネル。
【請求項４５】
更に、前記網目スクリーンに近接配置された少なくとも１つの光再指向器を有し、前記画像光は前記少なくとも１つの光再指向器に対し非垂直の角度にて入射し、前記少なくとも１つの光再指向器は、前記入口面に略垂直になるように前記光を再指向させ、光を前記入口面に入れて、前記光導波路群内で全反射させることを特徴とする請求項３２の光学パネル。
【請求項４６】
前記画像光発生器は、前記光を前記少なくとも１つの光再指向器内へと発生し、又前記画像光は、前記少なくとも１つの光再指向器に対する垂直軸から、約４５°から約９０°までの範囲内の角度にて発生されることを特徴とする請求項４５の光学パネル。
【請求項４７】
前記少なくとも１つの光再指向器は、光再指向フィルム、回折素子、及びホログラフィックディフューザーから成る群から選択されることを特徴とする請求項４５の光学パネル。
【請求項４８】
前記少なくとも１つの光再指向器は、前記入口面に接続されることを特徴とする請求項４５の光学パネル。
【請求項４９】
前記少なくとも１つの光再指向器は、光学的にクリアな接着剤又は熱接着の何れかによって、前記入口面に接着されることを特徴とする請求項４８の光学パネル。
【請求項５０】
前記少なくとも１つの光再指向器は、前記入口面内に成形又はエンボス加工されることを特徴とする請求項４８の光学パネル。
【請求項５１】
更に、前記出口面に近接配置された少なくとも１つの光拡散器を有し、該拡散器は前記出口面を出る光を所望の視角へと広げることを特徴とする請求項３２の光学パネル。
【請求項５２】
更に、前記入口面に近接配置された少なくとも１つの光再指向器を有することを特徴とする請求項５１の光学パネル。
【請求項５３】
前記少なくとも１つの光拡散器は、前記出口面に接続されることを特徴とする請求項５１の光学パネル。
【請求項５４】
前記少なくとも１つの光再指向器は前記入口面に接続され、前記少なくとも１つの光拡散器は前記出口面に接続されることを特徴とする請求項５２の光学パネル。
【請求項５５】
更に、前記光発生器、前記網目スクリーン、前記少なくとも１つの光再指向器、及び前記少なくとも１つの光拡散器を機械的に支持するハウジングを有することを特徴とする請求項５４の光学パネル。
【請求項５６】
前記少なくとも１つの光拡散器は、光学的にクリアな接着剤又は熱接着によって前記出口面に接着されることを特徴とする請求項５３の光学パネル。
【請求項５７】
更に、前記出口面上に光拡散特性を与えるように、前記出口面をエッチング又はサンドブラスティング処理によって作製された、前記出口面上の光拡散機能を有することを特徴とする請求項３２の光学パネル。
【請求項５８】
光学ディスプレイパネルを用いて画像光を表示する方法において、
それぞれの光導波路が網目材料を使用して形成された光導波路群のアレイを提供すること、
前記光導波路群の入口群に対し実質的に垂直に前記画像光を通過させること、及び
前記光導波路群の入口群の反対側の前記光導波路群の出口群にて、前記画像光を表示すること、
を含み、
前記出口群における前記画像光が画像を形成することを特徴とする前記方法。
【請求項５９】
前記画像光は、先ず前記光導波路群の前記入口群に配置された光再指向器上に投影され、前記光再指向器は、前記入口群内に対し実質的に垂直ではない画像光を、これが前記入口群に対し実質的に垂直となるように再指向させることを特徴とする請求項５８の方法。
【請求項６０】
前記画像光は、前記光導波路入口群のボアサイトに関して、４５°から９０°の角度にて前記光学パネル上に入射することを特徴とする請求項５９の方法。
【請求項６１】
前記光導波路群の前記出口群における前記画像は更に、前記出口群を出る光を所望の視角へと広げる拡散器を通して透過されることを特徴とする請求項５９の方法。
【請求項６２】
前記光導波路群の前記出口群における前記画像は更に、前記出口群を出る光を所望の視角へと広げる拡散器を通して透過されることを特徴とする請求項６０の方法。
【請求項６３】
網目スクリーン内にコア群を形成するように、網目材料内の開口部群をセル充填材料で満たす工程であって、前記セル充填材料は、前記網目材料よりも低い屈折率又は高い屈折率の何れかを有し、該より高い屈折率の材料は、光学的に透過性であり前記網目スクリーン内で前記光導波路となり、前記複数の光導波路入口は入口面を形成し、前記複数の光導波路出口は出口面を形成する前記工程、
前記入口面に対し実質的に垂直ではない光を該光が前記入口面に対し垂直となるように再指向させる光再指向カップリング層に近接して、前記入口面を配置する工程、及び
前記光再指向カップリング層を前記網目スクリーン層に取り付ける工程、
を含むことを特徴とする光学パネルの製造方法。
【請求項６４】
前記セル充填材料は、前記網目材料よりも高い屈折率を有し、それにより前記網目材料内の前記コア群は前記光導波路として機能することを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項６５】
前記網目材料は、低屈折率を有する材料で着色又はクラッディングされていることを特徴とする請求項６４の方法。
【請求項６６】
前記セル充填材料は、プラスチック、ガラス、液体、ゲル、透明エポキシ、及び透明接着剤の群から選択される材料であることを特徴とする請求項６４の方法。
【請求項６７】
前記セル充填材料は、前記網目材料よりも低い屈折率を有し、それにより前記網目材料は前記光導波路として機能することを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項６８】
開始材料は、前記網目材料のための前記開口部群を形成するように、パーフォレーション又は型打ちされることを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項６９】
前記網目材料は、金属、ガラス、プラスチック、ポリウレタン、ポリマー、及びエポキシから成る群から選択されることを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項７０】
前記網目材料は、ハニカムシート、バグスクリーン、ウィンドウスクリーン、ドアスクリーン、及び織成網目から成る群から選択されることを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項７１】
前記光再指向カップリング層は、プラスチック、ガラス、エポキシ、ポリウレタン、及びポリマーの群から選択される材料で作製されることを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項７２】
前記光再指向カップリング層は、光再指向素子、光再指向フィルム、回折素子、及びホログラフィックディフューザーの群から選択されることを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項７３】
前記網目スクリーン層に前記光再指向層を取り付ける工程は、前記網目スクリーン層と光再指向カップリング層との間に接着剤を挿入する工程を含み、前記接着剤は、前記光導波路を全く形成しないか、少なくとも一部を形成するか、又は全てを形成することを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項７４】
更に、前記接着剤を硬化させる工程を含むことを特徴とする請求項７３の方法。
【請求項７５】
前記硬化工程は、ベーキング又は紫外線光への露出工程の何れかを含むことを特徴とする請求項７４の方法。
【請求項７６】
前記挿入工程は、前記網目材料及び前記光再指向器を前記接着剤中に浸漬する工程を含むことを特徴とする請求項７３の方法。
【請求項７７】
前記挿入工程は、前記配置工程に先立って前記接着剤を前記網目層と前記光再指向器との間に挿入することを含むことを特徴とする請求項７３の方法。
【請求項７８】
前記取り付け工程は、前記パネルに、前記網目スクリーン層と前記光再指向カップリング層とを接着させるのに十分な圧力を適用する工程を含むことを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項７９】
前記取り付け工程は、前記光再指向カップリング層を前記網目スクリーン層に熱接着する工程を含むことを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項８０】
前記光再指向カップリング層の前記配置工程及び取り付け工程は、前記網目スクリーン層の前記複数の光導波路入口上に、光再指向カップリング層の機能をエンボス加工又は型打ち加工する処理で置換することを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項８１】
前記光再指向カップリング層の前記配置及び取り付け工程は、前記複数の光導波路入口上に光再指向カップリング層の機能を、硬化可能な接着剤、プラスチック、又はエポキシを用いて成形する処理で置換することを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項８２】
更に、前記網目スクリーン層の前記出口群に近接して拡散器層を配置する工程を含み、前記拡散器は、前記光導波路出口群を出る光を広げて、前記拡散器層上に、所望の視角にて画像を形成することを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項８３】
更に、前記網目スクリーン層上に前記拡散器層を取り付ける工程を含むことを特徴とする請求項８２の方法。
【請求項８４】
前記取り付け工程は、前記網目スクリーン層と前記拡散器層との間に接着剤を挿入する工程を含み、前記接着剤は、前記網目スクリーン層を前記拡散器層に接着させ、前記接着剤は、前記各光導波路の光透過経路を全く形成しないか、少なくとも一部を形成するか、又は全てを形成することを特徴とする請求項８３の方法。
【請求項８５】
更に、前記接着剤を硬化させる工程を含むことを特徴とする請求項８４の方法。
【請求項８６】
前記硬化工程は、ベーキング又は紫外線光への露出工程の何れかを含むことを特徴とする請求項８５の方法。
【請求項８７】
前記挿入工程は、前記網目材料及び前記拡散器を前記接着剤中に浸漬する工程を含むことを特徴とする請求項８４の方法。
【請求項８８】
前記挿入工程は、前記配置工程に先立って前記接着剤を前記網目材料と前記拡散器との間に挿入することを含むことを特徴とする請求項８４の方法。
【請求項８９】
前記取り付け工程は、前記パネルに、前記網目スクリーン層を前記拡散器層へ接着させるように圧力を適用する工程を含むことを特徴とする請求項８３の方法。
【請求項９０】
前記取り付け工程は、前記拡散器層を前記網目スクリーン層に熱接着する工程を含むことを特徴とする請求項８３の方法。
【請求項９１】
更に、前記光導波路出口群上に光拡散特性を与えるように、前記光導波路出口群をエッチング又はサンドブラスティングすることにより、前記網目スクリーン層の前記光導波路出口群上に拡散機能を形成する工程を含むことを特徴とする請求項６３の方法。
【請求項９２】
網目スクリーン内のコア群を形成するように、網目材料内の開口部群をセル充填材料で満たす工程であって、前記セル充填材料は、前記網目材料よりも低い屈折率又は高い屈折率の何れかを有し、該より高い屈折率の材料は光学的に透過性であり前記網目スクリーン内で前記光導波路となり、前記複数の光導波路入口は入口面を形成し、前記複数の光導波路出口は出口は出口面を形成する前記工程、
前記出口面を出る光を所望の視角へと広げる拡散器層に近接して、前記出口面を配置する工程、
を含むことを特徴とする光学パネルの製造方法。
【請求項９３】
更に、前記拡散器層を前記網目スクリーン層上に取り付ける工程を含むことを特徴とする請求項９２の方法。
【請求項９４】
前記セル充填材料は、前記網目材料よりも高い屈折率を有し、それにより前記網目材料内の前記コア群は前記光導波路として機能することを特徴とする請求項９２の方法。
【請求項９５】
前記網目材料は、低屈折率を有する材料で着色又はクラッディングされていることを特徴とする請求項９４の方法。
【請求項９６】
前記セル充填材料は、プラスチック、ガラス、液体、ゲル、透明エポキシ、及び透明接着剤の群から選択される材料であることを特徴とする請求項９４の方法。
【請求項９７】
前記セル充填材料は、前記網目材料よりも低い屈折率を有し、それにより前記網目材料は前記光導波路として機能することを特徴とする請求項９２の方法。
【請求項９８】
開始材料は、前記網目材料のための前記開口部群を形成するように、パーフォレーション又は型打ちされることを特徴とする特徴とする請求項９２の方法。
【請求項９９】
前記網目材料は、金属、ガラス、プラスチック、ポリウレタン、ポリマー、及びエポキシから成る群から選択されることを特徴とする請求項９２の方法。
【請求項１００】
前記網目材料は、ハニカムシート、バグスクリーン、ウィンドウスクリーン、ドアスクリーン、及び織成網目から成る群から選択されることを特徴とする請求項９２の方法。
【請求項１０１】
更に、前記網目スクリーン層上に前記拡散器層を取り付ける工程を含むことを特徴とする請求項９２の方法。
【請求項１０２】
前記取り付け工程は、前記網目スクリーン層と前記拡散器層との間に接着剤を挿入する工程を含み、前記接着剤は前記網目スクリーン層を前記拡散器層に接着し、前記接着剤は、前記各光導波路の光透過経路を全く形成しないか、少なくとも一部を形成するか、又は全てを形成することを特徴とする請求項１０１の方法。
【請求項１０３】
更に、前記接着剤を硬化させる工程を含むことを特徴とする請求項１０２の方法。
【請求項１０４】
前記硬化工程は、ベーキング又は紫外線光への露出工程の何れかを含むことを特徴とする請求項１０３の方法。
【請求項１０５】
前記挿入工程は、前記網目材料及び前記拡散器を前記接着剤中に浸漬する工程を含むことを特徴とする請求項１０２の方法。
【請求項１０６】
前記挿入工程は、前記配置工程に先立って前記接着剤を前記網目材料と前記拡散器との間に挿入することを含むことを特徴とする請求項１０２の方法。
【請求項１０７】
前記取り付け工程は、前記パネルに、前記網目スクリーン層を前記拡散器層に接着させるように圧力を適用する工程を含むことを特徴とする請求項１０１の方法。
【請求項１０８】
前記取り付け工程は、前記拡散器層を前記網目スクリーン層に熱接着する工程を含むことを特徴とする請求項１０１の方法。
【請求項１０９】
更に、前記光導波路出口群上に光拡散特性を与えるように、前記光導波路出口群をエッチング又はサンドブラスティングすることによって、前記網目スクリーン層の前記光導波路出口群上に、取り付けられた拡散機能を形成する工程を有することを特徴とする請求項９３の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ディスプレイに関するものであり、より詳細には、超薄型セルラー（多孔性）ディスプレイパネル及び超薄型セルラー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】
光学スクリーンは、典型的には、スクリーン（画面）上に画像を投影（投射）するために陰極線管（ＣＲＴ）を用いる。標準的なスクリーンは、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、電子ビームがスクリーン上で水平及び垂直の両方向に走査される。
【０００３】
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。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が利用可能である。しかし、そのようなスクリーンは、限定された視角（viewing angle）、解像度、輝度（明度）、及びコントラストを含む、種々の観察上の欠点を有し、又そのようなスクリーンは一般に重量及び形状において比較的扱い難い。更に、如何なるサイズのスクリーンについても、視野コントラストを改善するために、照明されていない時に黒く見えることが望ましい。しかしながら、直視ＣＲＴに関して実際に黒であることは不可能である。直視ＣＲＴが、画像を形成するために蛍光体を用い、この蛍光体が黒色ではないためである。
【０００４】
例えば、導波路を積層することによって、光学パネルを作製することができる。そのようなパネルは、その高さ及び幅と比較して、その奥行きを薄くすることができ、又黒色の表面積を増加させるために、導波路群のクラッドを黒色にすることができる。しかし、そのようなパネルはまた、各導波路内での光の全反射（全内部反射）が垂直軸においてのみ制御されることから、知覚される輝度の限界に直面することがある。更に、一方向のみにおいて黒色クラッドが存在することは、スクリーンの相対的な輝度、従ってコントラストを減少させることがある。
【０００５】
従って、積層された導波路のパネルに対応する利点を有し、又従来のスクリーンを超える輝度の減少又はコントラストの減少に直面することのない光学パネルが必要とされている。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、超薄型セルラー光学パネルに関する。前記光学パネルは、複数の光導波路を有し、各光導波路は光学的にクリア（透明）なコアを取り囲む網目材料で形成される。各セルの各コアの一端部は、前記セルのための入口を形成し、各セルの各コアの反対側端部は前記セルのための出口を形成し、前記複数の入口は前記光学パネルのための入口面を形成し、前記複数の出口は前記光学パネルのための出口面を形成する。前記光学パネルは更に、前記入口面上に入射する光を発生する光発生器を有する。各セルは前記セルの前記入口に入ってくる光を前記セルの前記出口へと内部反射する。前記光学パネルは更に、前記光を各セルの前記入口内へと結合させるように光を再指向させる、前記複数の光導波路と平行な光再指向カップリング層を有していてよい。更に、前記光学パネルは、前記出口面を出る光を所望の視角へと広げる、拡散層を有していてよい。
【０００７】
本発明はまた、超薄型セルラーディスプレイパネルを用いて光を表示する方法に関する。前記方法は、複数の光導波路を提供する段階（ここで、各セルは光学コアを取り囲む網目材料で形成される）、各セルの前記コアの入口に対し実質的に垂直に前記光を通過させる段階、及び、各セルの前記入口の反対側の各セルの出口にて前記光を表示する段階（ここで、前記複数の出口における前記光が画像を形成する）を含む。前記方法は更に、前記網目スクリーンセル群のそれぞれの入口を光再指向カップリング層に近接して配置する段階（ここで、前記光再指向カップリング層は、各入口に対し実質的に平行に入射する光を、各入口に対し実質的に垂直に入射する光へと再指向させる）、及び、任意に、前記網目材料よりも高い屈折率を有する接着材料、例えば接着剤、液体、又はゲルを、前記網目スクリーンセル群と前記光再指向カップリング層との間に挿入する段階を含んでいてよい。更に、前記方法は、前記網目スクリーンセル群のそれぞれの出口に近接して拡散層を配置する段階（ここで、前記拡散層は、前記複数の出口から出る前記光を拡散して前記画像を形成する）、及び、任意に、前記光学的に透過性の網目スクリーン材料と比較して同様の又は同一の屈折率を有する接着材料、例えば透明接着剤、液体、又はゲルを、前記網目スクリーンと前記拡散層との間に挿入する段階を含んでいてよい。
【０００８】
本発明は、例えば高価で扱い難い投影機器の使用が要求されること、及び、垂直及び水平の両方向における各光導波路内での光の全反射の提供のために、そのような投影機器を必要とする光学パネルの奥行きが大きいことなどの、従来技術において経験された問題を解決し、それによってパネルの知覚される輝度及びコントラストを改善し、一方で積層された導波路のパネルに対応する最小化された奥行きの利点を維持する。
【０００９】
本発明のこれらの及び他の優位点及び利点は、下記の本発明の詳細な説明から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
図１は、光学パネル１０２を示す等角図である。光学パネル１０２は、セルラー（多孔性）導波路（ここでは「セル」という。）群のアレイ（配列）を形成する網目スクリーン層１０４を有する。各セルの一端部は、そのセルのための入口１０６を形成し、各セルの反対側（対向する）端部は、そのセルのための出口１０８を形成し、各セルは、セルの入口に入ってくる光を、同じセルの出口へと全反射させ、これにより光のためのセルラー導波路として機能する。パネルは、好ましくは、更に光発生系（システム）１１０を有しており、又その中に光発生系１１０及び網目スクリーンが取り付けられるハウジング（筐体）１１２を有していてよい。
【００１３】
網目スクリーン１０４内の各セルは、水平（横）方向及び垂直（縦）方向に延在する。網目スクリーンセル入口端部群１０６は、画像光１１６を受容するための入口面１１４を規定し、これは任意に光再指向カップリング層１２２によって覆われる。網目スクリーンセル出口端部群１０８は、光１１６を表示するために入口面１１４と実質的に平行に配置される出口面１１８を規定し、これは任意に拡散器（ディフューザー）層１２４によって覆われる。光１１６は、限定されるものではないが、ビデオ（映像）画像１２０のような形態にて表示することができる。
【００１４】
ハウジング１１２は、網目スクリーン１０４及び光発生系１１０をその中に配置することができるように、光発生系１１０と網目スクリーン１０４との組み合わせよりも高さ及び幅において大きいサイズとすることができる。ハウジング１１２は、出口面１１８を見ることを可能とするための開放した前部、及び、好ましくは、この開放した前部からハウジング１１２の背部へと見て閉じた奥行きＤを有する。ハウジング１１２は、網目スクリーン層１０４及び光発生系１１０を、実質的に閉じた囲いの中にて支持する。出口面１１８は外側に面し、観察者及び周辺光に露出される。入口面１１４及び光再指向カップリング層１２２は、好ましくはハウジング１１２内の黒色の表面に向かって内側に面し、それによって出口面１１８におけるコントラストのための付加的な黒色を提供する。この付加的な黒色は、好ましくは網目スクリーン層１０４の受動的な特性のために、出口面１１８において提供される。黒色領域内に受動素子が囲包される場合、入口面１１４上に入射する画像光１１６によって照明されていない時に、出口面は黒色に見えるだろう。
【００１５】
光発生系１１０は光１１６を発生し、この光を出口面１１８へと通過させる。光発生系１１０は、白色光プロジェクター（投影機）であってよく、又は光源、例えば、ＬＥＤ、及び／又は光変調器（モジュレータ）、及び／又は結像光学素子（系）、例えばビデオ若しくはムービープロジェクターを有していてよい。光１１６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、アーク灯、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）、蛍光性（ルミネセント）若しくは白熱性（インカンデセント）の光源であってよい。光源はまた、コヒーレント光源、例えば、レーザであってもよい。光源はまた、偏光されていてもよい。次いで、光源からの光１１６は、斯界にてピクセル（画素）として知られている個々の像要素を規定するために変調器によって変調することができる。或いは、光１１６は、例えばＯＮ／ＯＦＦ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及び／又はレンズ類を有していてよい。結像光学系は、入口面１１４に適合させるように、所望に応じて光１１６を圧縮若しくは拡大及び集束（フォーカシング）するために光学的に整列させることができる。光１１６は、入口面１１４内に入った後、出口面１１８へと進む。光１１６は、全反射のための臨界角又はより小さい角度にて、各セル１０４内へと通過させられ、次いで、各セルの入口１０６内へと略水平に指向させられる。
【００１６】
入口面１１４と出口面１１８との平行な面、及び光発生が鋭角にて起こり得ることにより、入口面と出口面との間の要素群、光発生系、及び取り囲むハウジングを、奥行きにおいて超薄型に作製することを可能にする。入口面と出口面との間のセルラーパネルは、少なくとも、入口面１１４と出口面１１８との間の網目スクリーン層１０４の奥行きである公称厚さＴを有し、又任意に拡散器層１２４及びカップリング層１２２の厚さを含んでいてよく、これは、実質的に出口面１１８の高さＨ及び幅Ｗよりも小さい。パネル１０２は、典型的なテレビジョンの幅対高さの比率である、例えば、４：３又は１６：９に構成することができる。奥行きＤは、厚さＴに応じて変化してよい。
【００１７】
図２は、好ましくは、図１の超薄型セルラーディスプレイパネルの構成にて使用される網目スクリーン層１０４を含む層群を示す等角図である。図２を参照して、この層群は、好ましくは、光１１６を各セルの入口１０６内へと結合させる光再指向カップリング層１２２、隣接する層間を接着若しくは結合させる接着材料１２３、及び網目スクリーン層１０４を含む。この層群は更に、拡散器１２４、例えば、色を付けられたプラスチック、ガラス、エポキシ、ポリウレタン又はポリマー拡散層を含んでいてよく、これは出口面１１８を出る光１１６を所望の視角へと広げる。
【００１８】
光再指向カップリング層１２２は、光源から入射する光１１６を、セル群の個々の入口内へと再指向させる。この光再指向カップリング層１２２は、図１におけるハウジング１１２の、図１における奥行きＤの減少を可能とする。図２に戻って、この減少が許されるのは、光再指向カップリング層１２２が、光発生器（ライトジェネレータ）１１０（光発生器１１０は、図１のハウジング１１２内にて、網目スクリーン層１０４の垂直配置に近接して、又これと平行に配置される）からの光１１６を光再指向層１２２内へと指向させるように構成されている場合である（光再指向層１２２は、次いで、光１１６の向きをセル入口群１０６内へと鋭く変える）。光再指向カップリング層１２２は、網目スクリーン層１０４を通した光透過をもたらすために、好ましくは、角度Ａとして、網目スクリーン層１０４に対し垂直な軸から、約４５°から約９０°までといった典型的な範囲にて、画像光１１６を曲げるのに効果的である。光再指向カップリング層１２２は、例えば、プラスチック、ガラス、エポキシ、ポリウレタン又はポリマーを基礎とする材料で作製される、光再指向フィルム、回折素子、ホログラフィック素子（ホログラフィックディフューザー）、又はＴＲＡＦ（登録商標）であってよい。光再指向カップリング層１２２は、接着材料層１２３を介して、当業者に知られている任意の方法、例えば、接着剤、液体、ゲル、又は光学的に透明なエポキシの使用などによって、網目スクリーン層１０４に適当に接着することができる。従って、光再指向カップリング層１２２を網目スクリーン１０４に接着する方法として熱接着が使用される実施態様においては、接着材料層１２３は必要ではないであろう。セル入口面１０６のエンボス加工（エンボシング）、型打ち（スタンピング）、又は成形（モールディング）の工程が、光再指向層１２２の機能的形状を、網目スクリーン１０４の入口面１０６に直接付加する機能を有する実施態様においてもまた、接着層は必要ないであろう。この成形は、任意の硬化可能な接着剤、プラスチック、又はエポキシを用いて達成することができよう。更に、複数のセル層１０４のセル入口群１０６に対し鋭角Ａにて光が発生されず、寧ろＹ軸に対し実質的に平行に、従って網目スクリーン層１０４のセル群の入口面１０６に対し垂直に入射する実施態様においては、光再指向カップリング層１２２及び如何なる接着層１２３も必要ではないことは、当業者には明らかであろう。
【００１９】
網目スクリーン層１０４は、網目構造材料のシートを使用して、例えば、黒色網目シート材料２１６によって形成することができる。ここで、網目スクリーン層１０４内の各セルは、網目シート材料２１６によって取り囲まれたコア２１８で形成される。ここで用いられる黒色とは、限定されるものではないが、黒、青、紫、緑などのような、全くの暗色（all dark）、光学的に黒色であること、又は光を吸収する不透明色を含む。「光学的に黒色である」という用語は、目視観察において黒色及び不透明に見える材料を指すが、これは少なくとも一部は光透過性材料で構成され、又適当な屈折率を有する光透過性材料と共に用いられるときに導波路構成要素として機能する能力がある。例えば、光学的に黒色な材料は、カーボンブラックのような不透明な粒子がその中に分散されたガラス又はプラスチックで形成することができる。このような物品は、目視観察において黒色に見えるだろう。しかし、ガラス若しくはプラスチックマトリックスは透過性のままであり、又この材料が導波路の外側構成要素として使用されるとき、クリア（透明）なガラスは、導波路を通して送られる光の全反射を引き起こすことができる。これは、この機能を与えるために、クリアな材料が、厚さ数ナノメートルだけ必要であるので可能である。再び図２を参照して、網目シート材料２１６は、構造的に、開口部群のアレイによって特徴付けられる材料の配列であり、この開口部群のフレーム（枠）群は個々のセルのための構造（骨組み）としての役割を果たす。網目シート材料２１６は、セル開口部群を形成するためにパーフォレート（穴開け）又はスタンプ（型打ち）された材料の単一部品であってよい。或いは、網目シート材料２１６は、標準的なハニカム、バグスクリーン（bugscreen）、ウィンドウ若しくはドアスクリーン、又は織成網目（woven mesh）であってよい。網目シート材料２１６は、例えば、コア２１８よりも低い屈折率を有する如何なる材料でも形成することができる。例えば、網目シート材料２１６は、適当な金属、ガラス、プラスチック、ポリウレタン、ポリマー、又はエポキシであってよい。網目シート材料は、例えば、光学的に黒色であるか、不透明であるか、又は着色されたプラスチックのドア若しくはウィンドウスクリーンであってよい。使用される材料に拘わらず、網目シート材料２１６は、網目シートセルコア群内での全反射という目標に達するために、低屈折率の材料でコーティング又はクラッディングすることができる。各セルコア２１８内での光吸収は、垂直及び水平方向の両方において起こる。セルコア２１８は、好ましくは、網目シート材料２１６よりも高い屈折率を有する、例えば、プラスチック、ガラス、液体、ゲル、透明エポキシ、又は液体類の組み合わせなどの光学的にクリア（透明）な材料であるセル充填（cell-fill）材料で満たされる。ここで、この光学的にクリアな材料は、少なくとも網目シート材料２１６によって実質的に取り囲まれる。「光学的にクリア」という用語は、透明に（透き通って：transparent）見える材料を表し、半透明（translucent）ではない。網目シート材料２１６のジオメトリー（外形）は、光のための導波路を提供する如何なる適当な形状であってもよい。例えば、網目��１６は、任意の与えられたセルが、曲線的又は複数側面的な幾何学的形状のいずれか又は組み合わせ、例えば、円類、楕円（長円）類、三角形類、四辺形類、五角形類、六角形類、七角形類、八角形類、又はその種の他のものであるように、成形することができる。図２は、六角形のセルジオメトリーを使用する具体例である。
【００２０】
拡散層１２４は、出口面１１８を出る光１１６を所望の視角へと広げる。拡散層１２４は、更にディスプレイパネル出口面１１８のコントラストを高めるために、色が付けられていてよい。拡散層の代わりとして、拡散器の機能を、網目スクリーン出口面をエッチング又はサンドブラスティング（砂吹き）のいずれかをすることによって、網目スクリーン出口面に付加することができる。拡散層１２４は、看者に対する画像の見かけを向上するために好ましいが、これは本発明の動作のために必須の層ではないことは、当業者には明らかであろう。
【００２１】
図３は、超薄型セルラー光学パネルを示す概略断面側面図である。図３のセルラーパネルは、網目スクリーン１０４、光再指向カップリング層１２２、拡散器層１２４、光発生系１１０、及びハウジング１１２を有する。
【００２２】
光発生器１１０は、本発明の一実施態様では、光再指向カップリング層１２２と光学的に整列されている。画像は、光再指向カップリング層１２２上に投影され、次いで、拡散器層１２４の出口面上で表示するために、網目スクリーン層１０４を通して透過させるべく再指向される。好ましい実施態様では、光発生器１１０は、画像光１１６を光再指向カップリング層１２２に対して略平行に投影するために、光再指向カップリング層１２２の入口面の頂部又は底部に近接して配置され、又セル層１０４の網目スクリーン層を通して透過させるために光再指向カップリング層１２２によって画像光１１６を曲げるのを許すのに十分な距離だけ、光再指向カップリング層１２２から離隔される。
【００２３】
許容される光再指向カップリング層１２２上の画像光１１６の入射角Ａは、カップリング層１２２の、光１１６を網目スクリーン層１０４の入口面内へと曲げる能力によって決定される。カップリング層１２２の曲げ能力が高いほど、光発生器１１０は、ハウジング１１２の所要の奥行きＤを低減するために、カップリング層１２２のより近くに取り付けることができる。
【００２４】
超薄型セルラーディスプレイパネル上で光を表示する方法の一実施態様は、図１の網目スクリーン層１０４を利用する。図１には、拡散層１２４及び光再指向カップリング層１２２が示されているが、ここで述べる画像表示方法の、拡散層１２４及びカップリング層１２２を含まない基本動作は、下記の説明から明白であろう。
【００２５】
網目スクリーン層１０４を設ける。光は、各セル１１４のコアの入口面に対し実質的に垂直に通過させられ（即ち、各光導波路のボアサイト（口径照準：boresight）を通して）、そして、光は各セルの入口面１１４の反対側の各セルの出口面１１８にて表示される。ここで、複数のセル出口における光は画像１２０を形成する。
【００２６】
ほとんどの用途は、現地の水平線に対し基本的に平行である網目スクリーンセルの配置を含む。そのような用途は、ほぼディスプレイの前で、おおよそ同じ高さに居る観察者によるディスプレイの観察をもたらす。しかし、超薄型セルラー光学ディスプレイパネルのいくつかの用途は、観察者が、ディスプレイの下方であるが前に位置しているときのディスプレイの観察のために企図され得る。或いは、観察者は、ディスプレイを任意の高さにおいて見ることがあるだけではなく、任意の側面（左又は右）角度においても見ることがある。図４ａは、そのような高く上げられたディスプレイの典型的な実施態様である。ここでは、超薄型光学パネルは信号機（交通信号灯）として用いられている。このような実施態様では、観察者に関しほとんどの直視角度は角度Ｂで表される。従って、そのような実施態様のための超薄型セルラーパネルは、観察者の一般的な視線に適応するように、現地の水平線について傾斜された網目スクリーンセル群を有していてよい。図４ｂは、超薄型ディスプレイの下方で前に居る観察者が見るために、セル群のコア群が現地の水平線に関して角度Ｂにて傾斜されるように組み立てられた網目スクリーン１０４を示す。下向きに傾斜されたディスプレイの他の用途は、道路上若しくは飛行機内、バス及び鉄道ターミナルの頭上標識（オーバーヘッドサイン）である。図４ｂには、明確さを期すために、網目スクリーン１０４のみが表されている。当然、例えば、利用者がディスプレイスクリーンを見下ろすシアターにおけるように、観察者が超薄型ディスプレイの上方に居るのなら、網目スクリーンのコア群の角度は、観察者の最適なディスプレイ観察に適応するように、上向きに組み立てられるだろう。
【００２７】
好ましい実施態様においては、網目スクリーン層１０４は、拡散層１２４と光再指向カップリング層１２２との間に挟まれる。この挟む工程は、好ましくは、例えば、エポキシのような液体接着剤（glue）を層間に挿入することを含む。例えば、エポキシ・テクノロジー・インコーポレイテッド（Epoxy Technology, Inc.）の液体エポキシのエポテック（Epotec）３０１を使用することができる。液体接着剤は、好ましくは、網目材料よりも高い屈折率を有し、そして液体接着剤は層間を互いに接着し、又一方で網目の間の領域内を満たして、これによってそれぞれのセルのコアを形成する。液体接着剤は、例えば、接着剤を含む或る容量内に層群を浸漬することによって、又は、例えば、層群を配置する際に各層の間に接着剤層を挿入することによって、挿入することができる。又、接着剤は、例えば、組立品（アッセンブリ）のベーキング（焼成）工程によって硬化させることができる。別の実施態様では、層群は、液体類以外の材料、例えば、感圧接着剤（粘着接着剤）を用いて固定することができる。感圧接着剤が用いられる実施態様では、その方法は、好ましくは、更に、接着剤が層群を接着するのに十分な圧力を、この層群に適用する工程を含む。当業者には明らかであろうが、中間層接着材料又は使用される接着方法のタイプに拘わらず、接着材料並びにコア材料は、好ましくは光学的にクリアである。
【００２８】
図５ａに示す層群の積み重ね（stackup）の別の実施態様では、使用される網目シート材料２１６は、光学的に黒色であるのとは対象的に、網目材料自体が光学的に透過性の材料であるように光学的にクリアであってよい。接着材料又は接着剤は、光学的に黒色であってよく、又網目シート材料自体よりも低い屈折率であってよい。一例は、網目シート材料のための、約１．６の高屈折率を有する材料の使用であろう。この例の屈折率は、広範囲の材料が、より低い屈折率を有して、なお光学的に黒色であってよい、接着剤、一つの可能性のあるコア及び／又は中間層接着材料として使用されるのを許すほど高い。透過性網目シート材料を用いる実施態様の積み重ねを図５ｂに示す。
【００２９】
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】
【００３０】
【図１】超薄型セルラー光学パネルを示す等角図である。
【図２】超薄型セルラーディスプレイパネルの構成にて使用される層群を示す等角図である。
【図３】超薄型セルラーディスプレイパネルの概略断面側面図である。
【図４】網目スクリーンセル群の傾斜したアッセンブリを必要とする実施例である信号機を示す図である。
【図５】網目材料が透過性要素である場合の層群の積み重ねを示す図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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