(57)【要約】  フラットパネルディスプレイは、光ガイド（2010）の全反射（ＴＩＲ）を使用可能または使用不可にすることによってオンまたはオフとされるピクセル（2060）を使用する。反射面（2070）は視者に切替えられた光を指し向ける。任意のマスクは、低くまたは高い周囲照明状況で極めて高いコントラスト比率を提供する。それらの小型および軽量のために、ＴＩＲを可能にするエレメント（2080）は急速に使用可能にされることができ、非常に速いスイッチング・スピードに結果としてなる。速いスイッチング・スピードによって、色が生成され、連続した方法で表示されることができる。
2012514761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から光２０００を受けるように構成された第１の表面２０２０と、
第２の表面２０３０と、
第３の表面２０４０と、
を包含する光ガイド２０１０と、
表面が合うとき、光学的に透明なウィンドウ２０６０を形成する仕方で前記第３の表面２０４０の少なくとも一部と合うように構成されたマッチング表面２２２２と、
前記マッチング表面２２２２と光学的に連なる反射器２０７０であって、前記第２の表面２０３０を介して反射された光２０００の少なくとも一部の伝送を生じさせる角度でウィンドウ２０６０から反射器２０７０に入射する光２０００の少なくとも一部を反射するように構成された形状を備えることを特徴とする反射器２０７０と、
を包含する接触ドーム２０８０と、
前記接触ドーム２０８０と光ガイド２０１０のいずれにも取り付けられたアクチュエータと、
を有し、前記アクチュエータが、前記第３の表面２０４０と接触するマッチング表面２２２２をもたらし、前記第３の表面２０４０から遠ざかるように前記マッチング表面２２２２を移動させるように構成されることを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記第１の表面２０２０および第３の表面２０４０のいずれも、表面によって光ガイド２０１０内への光の全反射に関連する角度より小さい入射角度で、光ガイド２０１０内から届く光を反射することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記マッチング表面２２２２が、前記第３の表面２０４０と接触するときの角度から、前記ウィンドウ２０６０に到達する光をオープンウィンドウは透過することを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
第１の寸法が第２の寸法２０１４よりも１００倍大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記ウィンドウ２０６０と関連する第１の寸法が、前記ウィンドウ２０６０と関連する第２の寸法よりも１０倍大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記反射器２０７０と関連する第１の寸法が、前記反射器２０７０と関連する第２の寸法よりも１０倍大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の寸法が、前記第２の寸法よりも１００倍大きいことを特徴とする請求項５または６に記載のシステム。
【請求項８】
前記ウィンドウ２０６０が湾曲していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記反射器２０７０の湾曲の少なくとも一部が、放物線状であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記反射器２０７０の湾曲の少なくとも一部が、楕円状であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記反射器２０７０の湾曲の少なくとも一部が、平面であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記アクチュエータが、１以上の環状リングを含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記アクチュエータが、ピエゾ圧電アクチュエータを含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記接触ドーム２０８０が、ＴＩＲスイッチフィルム８上に配置されたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
ＴＩＲスイッチフィルム８および前記接触ドーム２０８０が同じ材料からつくられていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記接触ドーム２０８０が前記光ガイド２０１０よりも大きな屈折率を有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記光ガイド２０１０と前記接触ドーム２０８０の屈折率の間の差が、１０％％よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記接触ドームが前記光ガイド２０１０と同じ屈折率を有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第２の表面２０３０を介して伝送された光が、前記第２の表面２０３０に対して垂直から２０度以内の角度で伝送されることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記角度が垂直から５度以内であることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記接触ドーム２０８０およびマッチング表面２２２２のいずれにも関連する寸法が、光ガイド２０１０を組み込むディスプレイスクリーンと関連するピクセルの寸法とほぼ同じであるように選択されることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２２】
光源と、
請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のシステムと、
を包含するディスプレイコンポーネントであって、
前記システムが光源からの光の発光を制御するように構成されたことを特徴とするディスプレイコンポーネント。
【請求項２３】
請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のシステムを有することを特徴とするディスプレイデバイス。
【請求項２４】
請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のシステムを使用することを有する光バルブを作動させる方法。
【請求項２５】
光源と、
光ガイドと、
前記光ガイドからの光を選択的に抽出することを許容する複数の光学エレメントと、
を有し、
光源から放射された光が全反射によって前記光ガイドを通過し、
前記光ガイドを通過する光が正しい位置にある光学エレメントのうちの一つと接触し、前記光が前記光学エレメントを介して前記光ガイドから抽出され、前記光が、ディスプレイデバイスを介して視者に差し向けられ、
前記光ガイドを通って移動する光が、外れた位置の光学エレメントのうちの１つと接触するとき、前記光は、全反射によって前記光ガイドを通って移動し続ける、
ことを特徴とするディスプレイデバイス。
【請求項２６】
前記光学エレメントが、前記光ガイドと前記光学エレメントとが物理的接触する正しい位置に配置され、
前記光学エレメントが、前記光ガイドの表面付近の低い屈折率を維持することにより外れた位置に配置され、
それによって前記光ガイドの表面が全反射を維持することを特徴とする請求項２５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２７】
前記光学エレメントが、前記光ガイドと前記光学エレメントとが物理的接触する正しい位置に配置され、
前記光ガイドと前記光学エレメントの少なくとも１つの接触ポイントが、前記光ガイドの内部反射を否定する材料の非連続性を生成することを特徴とする、請求項２５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２８】
前記光学エレメントが、静電力によって外れた位置と正しい位置との間に移動されることを特徴とする請求項２７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２９】
前記光ガイドと前記光学エレメントとの物理的接触が、光ガイドの出力側と反対の側に生じることを特徴とする、請求項２６に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３０】
前記光ガイドと前記光学エレメントとの物理的接触が、光ガイドの出力側と反対の側に生じることを特徴とする、請求項２７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３１】
前記光の選択的な抽出が、光ガイドおよび制御エレクトロニクスパネルの界面で生じることを特徴とする請求項２５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３２】
前記光の選択的な抽出が、光ガイドおよび制御エレクトロニクスパネルの界面で生じることを特徴とする請求項２６に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３３】
前記光の選択的な抽出が、光ガイドおよび制御エレクトロニクスパネルの界面で生じることを特徴とする請求項２７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３４】
前記光源が、赤、緑、および、青の光を生成することを特徴とする請求項２５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３５】
前記光源が、赤、緑、および、青の光を生成することを特徴とする請求項２６に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３６】
前記光源が、赤、緑、および、青の光を生成することを特徴とする請求項２７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３７】
前記光源が、赤、緑、青、黄、および、シアンノの光を生成することを特徴とする請求項２５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３８】
前記光源が、赤、緑、青、黄、および、シアンノの光を生成することを特徴とする請求項２６に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３９】
前記光源が、赤、緑、青、黄、および、シアンノの光を生成することを特徴とする請求項２７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４０】
前記光源が、白い光を生成することを特徴とする請求項２５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４１】
前記光源が、白い光を生成することを特徴とする請求項２６に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４２】
前記光源が、白い光を生成することを特徴とする請求項２７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４３】
光吸収材料からなるマスクプレートが、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記マスクプレートは、光がマスクプレートを通過することを許容する複数のアパーチャを含有し、
それによって、前記マスクプレートは、ディスプレイデバイスの出力のコントラスト比を増大させる、ことを特徴とする請求項２５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４４】
光吸収材料からなるマスクプレートが、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記マスクプレートは、光がマスクプレートを通過することを許容する複数のアパーチャを含有し、
それによって、前記マスクプレートは、ディスプレイデバイスの出力のコントラスト比を増大させる、ことを特徴とする請求項２６に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４５】
光吸収材料からなるマスクプレートが、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記マスクプレートは、光がマスクプレートを通過することを許容する複数のアパーチャを含有し、
それによって、前記マスクプレートは、ディスプレイデバイスの出力のコントラスト比を増大させる、ことを特徴とする請求項２７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４６】
少なくとも１つの拡散層が、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記出力に対する垂直から外れた角度から出力の視認性を改善するために、拡散層がディスプレイデバイスの出力を拡張することを特徴とする請求項２５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４７】
少なくとも１つの拡散層が、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記出力に対する垂直から外れた角度から出力の視認性を改善するために、拡散層がディスプレイデバイスの出力を拡張することを特徴とする請求項２６に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４８】
少なくとも１つの拡散層が、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記出力に対する垂直から外れた角度から出力の視認性を改善するために、拡散層がディスプレイデバイスの出力を拡張することを特徴とする請求項２７に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４９】
光源と、
光ガイドと、
前記光ガイドからの光の選択的抽出を許容する複数の光学エレメントと、
を有し、
前記光源から放射された光が、全反射によって前記光ガイドを通過し、
前記光学エレメントの各々が、反射領域を備え、
前記反射領域が、前記光ガイドからの光を、前記ディスプレイデバイスの出力側の視者に差し向けることを特徴とするディスプレイデバイス。
【請求項５０】
前記光ガイドを通過する光が、正しい位置にある前記光学エレメントのうちの一つと接触するように入るとき、光は、光学エレメントを介して光ガイドから抽出され、前記光は、ディスプレイデバイスを介して視者に差し向けられ、
前記光ガイドを通過する光が、外れた位置にある前記光学エレメントのうちの一つと接触するとき、光は、全反射によって光ガイドを介して移動し続け、
各光学エレメントは、光ガイドを備えた光学エレメントの物理的接触により正しい位置に配置され、光ガイドを備えた光学エレメントの接触ポイントが、光ガイドの全反射を否定する材料の不連続性を生成する、ことを特徴とする請求項４９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５１】
前記光学エレメントが、静電力によって外れた位置と正しい位置との間を移動することを特徴とする請求項５０に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５２】
前記光源が、赤、緑、および、青の光を生成することを特徴とする請求項５１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５３】
前記光源が、赤、緑、および、青の光を生成することを特徴とする請求項４９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５４】
前記光源が、赤、緑、青、黄、および、シアンノの光を生成することを特徴とする請求項４９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５５】
前記光源が、赤、緑、青、黄、および、シアンノの光を生成することを特徴とする請求項５０に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５６】
前記光源が、白い光を生成することを特徴とする請求項４９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５７】
前記光源が、白い光を生成することを特徴とする請求項５０に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５８】
光吸収材料からなるマスクプレートが、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記マスクプレートは、光がマスクプレートを通過することを許容する複数のアパーチャを含有し、
それによって、前記マスクプレートは、ディスプレイデバイスの出力のコントラスト比を増大させる、ことを特徴とする請求項４９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５９】
光吸収材料からなるマスクプレートが、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記マスクプレートは、光がマスクプレートを通過することを許容する複数のアパーチャを含有し、
それによって、前記マスクプレートは、ディスプレイデバイスの出力のコントラスト比を増大させる、ことを特徴とする請求項５０に記載のディスプレイデバイス。
【請求項６０】
少なくとも１つの拡散層が、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記出力に対する垂直から外れた角度から出力の視認性を改善するために、拡散層がディスプレイデバイスの出力を拡張することを特徴とする請求項４９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項６１】
少なくとも１つの拡散層が、前記ディスプレイデバイスの出力と前記光ガイドとの間に配置され、
前記出力に対する垂直から外れた角度から出力の視認性を改善するために、拡散層がディスプレイデバイスの出力を拡張することを特徴とする請求項５０に記載のディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対するクロスリファレンス
[0001]  本出願は、2009年1月2日に出願された米国特許出願番号第12/319,171号「ＴＩＲ Switched Flat Panel Display」、および、2009年1月2日に出願された米国特許出願番号第12/319,172号「Optic System for Light Guide With Controlled Output」に基づく優先権を主張し、それぞれは本願明細書においてリファレンスとして組み込まれる。
技術分野
[0002]  本発明は、一般に光学表示装置に関し、特に、光が、全反射（ＴＩＲ）を可能および不可能にすることによって切替えられるフラットパネルディスプレイに関し、切替えられた光は光学によって差し向けられる。
【背景技術】
【０００２】
[0003]  ビデオ、コンピュータまたは他のデータを表示する多くの製品は、フラットパネルディスプレイを必要とする。液晶ディスプレイ（LCD）は、フラットパネルディスプレイにおいて利用される支配的な技術になった。さらに、フラットパネルディスプレイのために使用されるより少ない共通の技術が、プラスマ技術である。より厚いフラットパネルディスプレイにおいて使用される他の周知の表示技術は、後部投影タイプのものである。非常に大きいディスプレイのために、ＬＥＤの離散的なアレイは、支配的な技術である。これらの表示技術が、多くの種類の携帯電話、ラップトップ・コンピュータ、コンピュータ・モニタ、TV、大きい民間のディスプレイおよびビルボードを含む製品で使われる。より新規な技術のパフォーマンスがCRTよりかなり大きくない場合であっても、支配的な技術であったCRTタイプ・ディスプレイはほとんど消えた。現在のいくらかの技術のLCD表示は、まだCRTのリフレッシュ・レートに合致することができない。
【０００３】
[0004]  LCD技術に基づくディスプレイは、何十年も進化していた。何千もの特許は、基本的技術に対する改良の出願であった。しかし、これらのディスプレイの性能は、さまざまな方法で欠如する。
【０００４】
[0005]  ＬＣＤ表示技術の第1の欠点は、高いエネルギー消費である。対角線65”のHDTV LCD TVは、概して約1キロワットの半分にせまる。これは、技術の低い効率の結果である。LCDは、機能に偏光を必要とする。しかし、ほぼ、バックライトによって発生する光の半分は、偏光の作成に吸収される。多くの発明は、この損失を減らすために考案された。実際は、本当のほとんど改良は、コストのための製品または他のパフォーマンス・パラメータの減少によって認識されなかった。正しい分極化を有する光を再利用せずに設計されている1つの製品は、ミネアポリス（MN）の３Ｍによって製造されるADBEF”と呼ばれている。
【０００５】
[0006]   LCDディスプレイの低い効率に貢献する他の要因は、オフにされるピクセルがそれがある他のピクセルに対するそれを反映するよりはむしろ、光を吸収するという事実である。
【０００６】
[0007]  LCDディスプレイの別の欠点は、カラーフィルタと使われるとき、それらの制限である。一般的に、赤・緑・青フィルタは、色をつくるのに用いる。これらのフィルタは、使っていない光を反射しなくて、むしろそれを吸収する。例えば、赤ライトがパスを通すだけであると共に、赤いフィルタは緑で青い光を吸収する。理論的には、完璧な青いフィルタは、光の33%を通す。現実のフィルタでは、材料は理論上の33%より少なく有意に実装される。光が吸収される別の場所は、カラーフィルタ間のマトリックスである。このマトリックス領域は回路のために必要であり、トランジスタはピクセルを制御するのに用いられる。１つのピクセルが3つのトランジスタを必要とするという点で、要求される領域は重要であり、1つのトランジスタが各々の3つの色のために必要である。また、追加的な回路は、トランジスタを駆動するのに要求される。フィルタ間のマトリックス領域は、利用できるほぼ半分の全体的な光を吸収することができる。これらの全ておよび反射および材料吸収のような他の損失が考慮に入れられるときに、ピクセルの全てが動くときに、液晶表示パネルは8%効率的でよいだけである。概して、イメージはオンにされるピクセルの画像を作成するとき、およそ半分を有し、外れているピクセルの半分を有する反射することよりむしろ吸収し、結果として生じるLCD効率は4%のレンジだけである。
【０００７】
[0008]  この低い効率は、LCDディスプレイで使用されるバックライトが大きくて強力なことを必要とする。ディスプレイにおいて使用される支配的なランプ技術は、蛍光タイプ・ランプである。これらのランプは、相当に効率的であるが、水銀を必要とする。水銀は、処理課題をつくる。多くの場合、水銀は我々の食物連鎖において終わる。
【０００８】
[0009]  ＬＣＤ技術の別の欠点は、リフレッシュ・レートである。非常に最近のだけのLCDがCRTディスプレイのリフレッシュ・レートに等しいことが可能である。ビデオを動かすことを見ることのようなアプリケーションを要求するために、LCDの遅いリフレッシュ・レートは、明瞭である。LCDに関する他の課題は、低いコントラスト比率である。ディスプレイ表面の垂線から離れた位置から見るときに、コントラストの課題は悪化する。
【０００９】
[0010]  液晶ディスプレイからの色の品質は、光源から発される光の波長およびディスプレイにおいて使用されるカラーフィルタの特性によって制限される。これらの要因の両方とも、正確に自然で見つかる色を再現することができないディスプレイに結果としてなる。
【００１０】
[0011]  LCD技術を有する別の欠点は、その限られた環境実施範囲である。液晶材料は、高温および低温でよく機能しない。極端な環境において使われるディスプレイは、適度な実施範囲の範囲内でそれらを保つためにしばしば冷やされるかまたは加熱される。非最適環境のLCDを使用することに関する他の課題は、高い湿度にさらされているときに、ＬＣＤディスプレイの低品質化のために、偏光フィルムが要求したということである。測定は、このプロパティの影響を減らすのになされる。極端な環境において使われるディスプレイでは、ディスプレイおよびそれらの偏光フィルムは、ガラス・ウインドウに入っている。
【００１１】
[0012]  プラズマ薄膜パネル表示技術は、大きいスクリーンTVのための選択の余地の典型的技術である。プラズマ・ディスプレイもまた、著しい電力消費量である。プラスマTVは、「ついている」経験がLCD TVと同じ長さだけ持続しない。ピクセルは長い期間の間残るとき、ついていることが生じる。これらのピクセルは、それらの強さを失って、時間とともに洗いざらしになる。コストは、プラスマ技術を有する他の問題である。
【００１２】
[0013]  TVアプリケーションにおいて、プロジェクタは後部投影構成においてしばしば配備される。投影表示を使用しているコンピュータ・モニタのために、フロント・プロジェクション・モードは、より共通して使う。
【００１３】
[0014]  大部分の後部およびフロント・プロジェクション・ディスプレイは、MEMSミラーアレイを利用する。MEMSミラーアレイは、アメリカ特許番号4,566,935; 4,596,992; 4,615,595; 4,662,746; 4,710,732; 4,956,619および5,028,939において各々の開示され、テキサスの発明者ラリーHornbeckによって全て出願され、そして、テキサスのテキサス・インスツルメンツ（TI）に譲受される。TI技術は、外れた位置から正しい位置に光を変更するためにそれらの入射角度を光路に変えるMEMS鏡のアレイを使用する。鏡が正しい位置にある場合、鏡は光が光路を通るように反射する。鏡が外れた位置においてあるときに、投影光学系の外側にはずれた経路に、光は反射される。これは、効果的に、光バルブをオフ状態にする。
【００１４】
[0015]  この技術を有する多くの欠点を有する。1つは、光伝送が70%未満であるということである。鏡の角度方位の変更を許容するために、隣接した鏡との実質的なすきまがなければならない。必須のすきまは、多くの光に無駄になる。更に、反射光は光バルブに吸収される。吸収されたエネルギーは、この技術を使用する切換装置を冷却させる。
【００１５】
[0016]  別のフラットパネルディスプレイ技術は、サウザンドオークス（カリフォルニア州）の発明者マーティンSelbredeによって、米国特許5,319,491において開示される。この特許は、弾力的な膜の形状が光が光ガイドから逃げることができるように変わる方法を開示する。ピクセルから出る光の出力を制御することは困難であり、したがって、エラストマの形状を制御するのは難しい。ピクセルから出る光の出力は、光が膜に当たる角度に依存している。また、光がパネルを出る角度は、垂直から離れた角度である。一般的に、スクリーンに垂直な光は、あなたが最も多くの出力を望む方位である。コントラスト比率は、弾力的な膜技術によって制限される。この限定は、光または光学のいかなる欠点も光を逃げさせるという事実による。ディスプレイが主に黒いときに、極めて小さい欠陥は低いコントラストに結果としてなるのに十分な光リークを起こすことができる。高い周囲照明状況において、コントラストは他の要因によって減少する。この要因は、若干の例（視者に対する環境照明）で、奇形のエラストマが反射するということである。
【００１６】
[0017]  別のフラットパネルディスプレイは、マサチューセッツ州ボストンの発明者Mark Milesによる米国特許6,040,937; 6,674,562; 6,867,896および7,124,216に開示されている。本発明は、光学エレメントの間の距離をピクセルの干渉特性を制御するのに制御する。この技術は、反射モードに効果的で、したがって、大部分の表示アプリケーションに適用するのに効果的である。3つの光スイッチは、赤・緑・青カラーをつくることを必要とする。三色の光スイッチが必要とされるだけでなく、スイッチを動かす電子機器がまた含まれなければならない。
【００１７】
[0018] 他のディスプレイの発明は、WAの発明者ゲイリー・スタークウェザーによってアメリカ特許公報20050248827および20060070379の双方において最近開示され、それらはWAマイクロソフトに譲受された。それが鏡を曲げるかまたは動かすことによって光を切替えるという点で、この技術はホーンブルック技術と類似している。この技術は、その高い複雑さで、高いコストのために苦しむ。この技術の効果は、その理論上の効率が大部分の他の技術より良いということである。しかし、実際問題として、技術は視準されたバックライト・ソースを必要とする。このタイプのソースは、非効率的で高価である。この技術を有する表示の費用は、高くてまだ非効率である。更に、視準されたバックライト・ソースの作成は、相当な深さがディスプレイに存在することを必要とする。この深さは、消費者に望ましくなく、したがって、この技術の市場を減らす。
【００１８】
[0019]  本発明は、マイクロ光学部品を利用する。この分野に関連したいくつかの従来技術もまた、議論されなければならない。日本のヤマグチアキラによるアメリカ特許第6,421,103号（富士フィルムに譲受）は、液晶表示パネル用としてのバックライトが開示される。この特許は、光源、基板、開口（光ガイドとして使われない）および、基板上の反射する領域を開示する。光は、ある反射面の表面で反射して開口を通過する。開口を通過する光は、レンズによって捕捉され、光の方向を制御するのに用いる。山口参考文献は、光の制限された角度に液晶タイプ・ディスプレイの視者で、直接より多くの光に集中することを教示する。
【００１９】
[0020]  プリンストン（ニュージャージー州）のカール・ビーソンによる米国特許5,396,350は、光を光ガイドから引き出すのに用いる光学エレメントを有する光ガイドを開示する。光学エレメントは、パネルの視者の側にあって、光の方向を制御する能力を制限する。本発明は、視者の方へ光に集中するためにＬＣＤタイプ制御盤と連動して使われることを目的とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
[0021]  本発明は、薄いフラットパネルディスプレイに用いられる光バルブである。
フラットパネルディスプレイは、携帯電話、ラップトップ・コンピュータ、コンピュータ・モニタ、TVおよび民間のディスプレイにおいて使われる。本発明の光バルブによって、光を抽出し、光がＴＩＲプロセスによる光ガイドの上に進行することができる。
【００２１】
[0022]  光は、まず最初に光ガイドの端から光ガイドに放射される。光は、それから光ガイドの内面の中を離れて反射することによって光ガイドの上に進む。光が、光ガイドの上部に着く場合、反射材料は、光ガイドの底部の方へ光を戻すように反射する。
【００２２】
[0023]  光が光ガイドを上下に進むにつれて、光は典型的には、光ガイドと接触して、ＴＩＲスイッチの要素が正しい位置にあるポイントを見つける。スイッチ素子が、光ガイドと接触するとき、光は、光ガイドから抽出され、光を視者にリダイレクトさせる光学システムに差し向けられる。光ガイドの表面と接触してないスイッチ素子は、光を抽出しない。接触スイッチは、「オン」ピクセルを生成し、一方、光ガイドと接触していないスイッチは、「オフ」ピクセルを生成する。
【００２３】
[0024]  追加的な光学およびマスクは、コントラスト比、視野角、および、ディスプレイ視者にとって重要である他のパラメータを改善するために所定のシステムに加えられることができる。順番に光の色を交替させ、ピクセルを切り替えることによって、完全なカラーディスプレイは、スイッチの最小の数によって生成されることができる。完全な全域の色が光ガイドに供給されるとき、連続した切り替えによって色を、フィルタリングすることなく視者に提示することができる。
【００２４】
[0025]  本発明の効果は、それが現在の技術装置よりはるかに大きな決定を有するフラットパネルディスプレイを使用可能にするということである。
[0026] 本発明の他の効果は、技術がフラットパネルディスプレイにおいて容易に製造されるということである。
【００２５】
[0027]  本発明の更なる効果は、装置が、スイッチングを達成するために光学系の非常に小さい移動を必要とする従来技術よりも、よい早い切り替えができることである。
[0028]  本発明のさらにもう一つの効果は、より良いカラー複製により高いコントラスト比率を提供するということである。
【００２６】
[0029]  本発明のさらに別の効果は、ディスプレイが非理想の環境においてよく機能するということである。
[0030] 図面にて図示したように、そして、本願明細書において記載されているように、これらの、そしてまた他の、目的および本発明の効果は発明を実施する最も周知の方法の記述からみて、当業者にとって明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】[0031]  図１は、ＴＩＲ切替技術を供えた薄いフラットパネルディスプレイの斜視図を示す。
【図２】[0032]  図２は、図1に示されるディスプレイの分解図である。
【図３】[0033]  図３は、垂直方位から水平位置まで回転しているディスプレイで、図１に示されるディスプレイの左下角の拡大された部分である。
【図４】[0034]  図４は、ＴＩＲディスプレイのエレクトロニクスバックパネルコンポーネントの上部斜視図である。
【図５】[0035]  図５は、図４に示されるバックパネルコンポーネントの下面斜視図である。
【図６】[0036]  図６は、図３に示されるＴＩＲディスプレイのフィルムコンポーネントの詳細図である。
【図７】[0037]  図７は、電子機器バックパネルコンポーネントで組み立てられたフィルムコンポーネントをしめす。
【図８】[0038]  図８は、エレクトロニクスバックパネルコンポーネントから離れて間隔を置かれるフィルムコンポーネントの拡大された側面図である。
【図９】[0039]  図９は、フラットパネルディスプレイの側面図である。ディスプレイのいくつかのコンポーネントは、明確にするため示されない。
【図１０】[0040]  図10は、包含されたいくつかの光線トレースと一緒にディスプレイの側面図を示す。
【図１１】[0041]  図11は、オフにされたＴＩＲ光バルブと包含されたいくつかの光線トレースと一緒にディスプレイの側面図を示す。
【図１２】[0042]  図12は、光ガイド、ＬＥＤおよび光ガイド反射器の縮小した破壊断面図である。
【図１３】[0043]  図13は、例示されるディスプレイコンポーネントの全てを有するフラットパネルディスプレイの側面図である。
【図１４】[0044]  図14は、黒いマスクの小さな部分の斜視図である。
【図１５】[0045]  図15は、フィルムコンポーネントおよびエレクトロニクスバックパネルが一緒に組み立てられたＴＩＲスイッチの拡大された側面図である。
【図１６】[0046]  図16は、カラーシーケンスのために必要な制御電子装置のブロック線図である。
【図１７】[0047]  図17は、圧電性またはelectroelastomerエレメントを利用しているフラットパネルディスプレイを例示する。
【図１８】[0048]  図18は、固定反射器を有するフラットパネルディスプレイを示す。
【図１９】[0049]  図19は、中空の固定反射器を有するフラットパネルディスプレイを示す。
【図２０】[0050] 図20は、技術の実施形態を示す。
【図２１】[0051]  図21は、技術の実施形態を示す。
【図２２Ａ】[0052]  図22Aは、開いたウインドウを例示する。
【図２２Ｂ】[0053]  図22Bは、閉じたウインドウを例示する。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
[0054]  最初に図１を参照すると、本発明のＴＩＲ切替えられた薄いフラットパネルディスプレイ１は、パネル領域２を有する。パネル領域２は、下側エッジに沿って緑のＬＥＤ 3、青いＬＥＤ 4および赤いＬＥＤ 5が位置する。ＬＥＤ 3、4、5の数、およびそれらが位置する側は、サイズ、形状および所望のディスプレイの使用のファンクションである。ＥＤ 3、4、5は、一つ以上のエッジに置かれることができ、特定のアプリケーションがそれを必要とする。ＬＥＤ 3、4、5は、適当なレベルで、そして、適当なタイミングでそれらを駆動するためにドライバ・エレクトロニクスを必要とする。ＬＥＤドライバ・エレクトロニクスの当業者は、この作業を達成するために多くの異なる回路を考案することができ得る。図１において例示される実施形態では、27のＬＥＤ 3、4、5が、底部エッジに沿って全体的に等間隔に設置されて示される。ＴＩＲ技術の点で固有の高効率を備え、この多数のＬＥＤを有するディスプレイは、明るい環境光の屋外の使用を目的とする。弱い環境光での使用を目的とするディスプレイは、より少しのＬＥＤ 3、4、5を必要とする。
【００２９】
[0055]  図2はパネル領域２の分解図であり、それは4つの主要コンポーネントから成る。マスクおよび拡散アセンブリ6がパネル領域2のフロント層を形成する。光ガイド7は、マスクおよび拡散アセンブリ6の後ろにある。ＴＩＲスイッチフィルム8は、光ガイド7の後ろにある。エレクトロニクスバックパネル10は、スイッチフィルム８の後ろである。全ての主要コンポーネント6、7、8、10の４つは、ピクセルの域11と同じ領域を有する。必要なピクセルの数は、表示解像度に依存している。
【００３０】
[0056]  （図2において分解してして示される）４つの部品6、7、8、10は、使用中に図１に示すように互いに結合される。結合されたアセンブリの小さい角の断面は、図3に大きく示される。
【００３１】
[0057]  図3では、緑、青、赤のＬＥＤ 3、4、5は、光ガイド7とのそれらの本当の関係を示す。エンド反射板９は、ＬＥＤ 3、4、5と同じ光ガイド7のエッジをカバーする。（反射板9は更に詳細に図12に示され、その機能は後述する。）主要コンポーネント6、7、8、10の相対的な厚みは、図12に示す。主要コンポーネント6、7、8、10の相対的な厚みは、所定のディスプレイの異なるサイズおよびピッチに関して変化する。
【００３２】
[0058]  次いで、図4を参照すると、エレクトロニクスバックパネル10は、図3と同じ方向に示される。エレクトロニクスバックパネル10のための基板材料は、遮蔽材でなければならない。より大きいディスプレイのために、繊維ガラス補強されたPCB材料等は、基板として望ましい。より小型ディスプレイのために、絶縁基体材料は、ガラス、シリコンまたはプラスチックであってもよい。基板材は光学的に透明な必要はないので、材料選択のための多くのオプションがある。
【００３３】
[0059]  電子コンポーネントは、エレクトロニクスバックパネル10の平らな表面21に配置され得る。明確にするため、それらのコンポーネントのいずれも、図4に示されない。環状リング22は、ピクセル領域の中央線の近くに位置する。環状リング22は、導電材料でできていてもよくて、全体的に薄い。環状リング・ポケット23は、（後述の）光学部品からのクリアランスのための凹部領域である。環状リング・ポケット23もまた、導電材料でできていてもよくて、薄い。電子機器がエレクトロニクスバックパネル10の後方にある場合、少なくとも一つの供給スルホール24は必要である。供給スルホール24は、環状リング22に対して同心に示されているが、同心性は必須ではない。供給スルホール24は、エレクトロニクスバックパネル10上のどこにでも位置することができる。供給スルホール24は、環状リング22をエレクトロニクス平面10の後方に存在するいかなる電子機器にも接続する導電材料の薄い層を有する。主題のディスプレイアプリケーションのために必要であるトランジスタ、コンデンサまたはレジスタのようないかなる電子コンポーネントも、環状リング22の間、または、エレクトロニクスバックパネル10の表面の下に配置することができる点に留意する必要がある。
【００３４】
[0060]  次いで、図5を参照すると、供給スルホール24は、エレクトロニクスバックパネル10のバックサイドに見える。底面環状リング25は、電気伝導を供給スルホール24に提供するために導電材料の薄い層から形成される。回路配線26は、底面環状リング25をボードの後方上の他の場所に位置する回路に接続するのに用いる。別の実施形態では、環状リング25は、電気コネクタに接続されることができ、それは他の電子コンポーネントと連通して環状リング25を遠隔PCBに付ける。電子レイアウトおよび製造の当業者は、パフォーマンスを向上させながら、全システム・コストを減らすために、適当な電子機器の配置およびタイプを容易に定めることができる。
【００３５】
[0061]  ＴＩＲスイッチ・フィルム8を図6に示す。ＴＩＲスイッチフィルム８は、透明な可撓性タイプ材料（例えばポリカーボネート、ポリエステル、アクリル樹脂、等）でできている。ＴＩＲスイッチ・フィルム8の上部表面31は、光ガイド7（図6では図示せず）の表面の近くに配置されるが、スイッチフィルム８の上面31と光ガイド7の表面と間の狭いギャップがある。接触ドーム32は、ピクセル領域の中央に理想的に位置する。（接触ドーム32は、図8において更に詳細に見られることができる。）接触ドーム32に、頂部表面上に平坦な領域および浅い勾配があるのが好ましい。平坦な領域は、光ガイドの対応する部分と適合する（すなわち、合う）ように形成され得る。非常に短いForはドーム32に関しては、ドーム32は勾配が全くない。（勾配のない接触ドームは、リソグラフィプロセスで形成されることが可能であるという利点がある。先細側を有するAドームは、鋳造方法で形成されるのが最適である。）接触ドーム32の各々は、反射器周辺部33を含む。ＴＩＲスイッチフィルム８が透明であるので、反射器周辺部33はスイッチフィルム８のバックサイドに配置されるが、図6において見える。ＴＩＲスイッチフィルム8は、容易に屈曲するのを可能にするために非常に薄い。スイッチフィルム８の厚みは、反射器周辺部33の直径の1/10より小さい。
【００３６】
[0062]  スペーサポスト34は、ＴＩＲスイッチフィルム８の他のメイン要素から成る。スペーサポスト34は、接触ドーム32の間に位置する。スペーサポスト34は、スイッチフィルム８と光ガイド7と間の狭いギャップ60（図15において見える）を維持する。スペーサポスト34は四角であるとして図6-8において例示されるが、他の形状が同様に用いられてもよい。スペーサポスト34は、下部スペーサポスト34’を形成するためにスイッチフィルム８を介して、底面から外に向けて下方へ伸びる。下部スペーサポスト34’は、最も容易に図8に見ることができる。
【００３７】
[0063]  図7は、エレクトロニクスバックパネル10に組み立てられたＴＩＲスイッチフィルム8を示す。エレクトロニクスバックパネル10上の環状リング22は、透明なＴＩＲスイッチフィルム８を介して見られることができる。ＴＩＲスイッチフィルム８のピクセル特徴の中央線およびエレクトロニクスバックパネル10は、全体的に配置される。
【００３８】
[0064]  図8は、エレクトロニクスバックパネル10およびＴＩＲスイッチフィルム8の分解断面側面図を示す。環状リング・ポケット23は、球状の形状で図8に示される。環状リング・ポケット23の形状は、矩形、台形または不規則な形状であってもよい。リング・ポケット23の形状は、本発明の光学的機能に影響を及ぼさない。反射器35は、リング・ポケット23において受け取られる。反射器35の形状は一般に球状で表され、それは多くのアプリケーションに受け入れられる反射器形状である。しかし、大部分の表示アプリケーションでは、反射器35のための理想的な形状は、非球面である。反射器35の特定の最適非球面形状は、ドーム直径、ドーム勾配、非球面反射器に関するドーム位置、さまざまなコンポーネントの屈折率および反射器35の直径の関数である。その上、反射器35の製造方法は、反射器35に関して選択される形状に、実際的な影響を及ぼすことができる。反射器の設計の当業者は、所定の全体的なディスプレイの特定の設計目標に対処するために反射器形状を考案することができる。
【００３９】
[0065]  下部スペーサポスト34’は、スペーサポスト34の下端から形成される。下部スペーサポスト34’の底面は、エレクトロニクスバックパネル10の平らな表面21と接触し、ボンディングされる。スペーサポスト34の上面は、光ガイド7にボンディングされる。この結合のための接着剤は、低い屈折率を有しなければならない。接着剤があまりに高い屈折率を有すると、光ガイド7の結合面は低い屈折率材料で被覆されることを必要とするだろう。図9は、光ガイド7に結合されるTIRスイッチフィルム8を示す。接触ドーム32は、光ガイド7と接触される。光ガイド7が低屈折率材料で被覆される場合では、接触ドーム32が光ガイド7と接触する領域は、低屈折率材料が除かれる必要がある。
【００４０】
[0066]  図10を、次いで参照すると、光線41は、緑のＬＥＤ 3から生じる。光線41は、光ガイド7のフィルム側面42から反射する。光線41のこの反射は、全反射（ＴＩＲ）である。フィルム側面42に対して垂直から光線の方向への角度（角度AA@）が、光ガイドの材料の屈折率ANIg"に対する、光ガイドの表面に隣接した材料の屈折率ANs(R)の比（商）のアークサインより少ないとき、ＴＩＲは起こる。光ガイドが、アクリル樹脂および隣接した材料から作られるところが空気である場合に関して、角度Aは：ここで、Ns= 1及びNIg = 1.5に関して、
角度A= arcsine (1/1.5)=41.8[度]
であってよい。内角Aが41.8度未満の場合、光は内部表面から反射する。角度Aが41.8度より大きい場合、光は表面を通過して、異なる角度に屈折する。
【００４１】
[0067]  異なる材料が互いに隣接する3つのケースがあり、角度Ａが全3つに関して異なり、それらは以下の通りである：
ケース1は、光ガイド（屈折率1.5）が空気（屈折率1）と隣接している場合
ケース2は、光ガイド（屈折率1.5）が接触ドーム（屈折率1.5）と隣接する場合
ケース3は、光ガイド（屈折率1.5）が低屈折率材料（屈折率1.35）と隣接する場合
これらの3つのケースのための角度Aを算出すると：A = arcsine ( Ns / NIg )
ケース1：Ns=1のとき、NIg =1.50 A = arcsine (1/1.50)=41.8度
ケース2：Ns=1.50のとき、NIg=1.50 A=arcsine (1.50/1.50) = 90度
ケース3：Ns= 1.35のとき、NIg=1.50 A= arcsine ( 1.35 / 1.50 )= 64.2度
[0068]  光線41のアプローチ角度が、光ガイド７の表面に対して垂直から62.5度より小さいとき、これらの３つの計算から、光は光ガイド7の下に反射され続けるように見られる。ケース1およびケース3は、光がＴＩＲである場合である。ケース2では、光はＴＩＲをしない。光は、光ガイド7の表面を通過して、接触ドーム32を通過してそのオリジナルの進路に沿って進む。
【００４２】
[0069]  光ガイド7および接触ドーム32は同じ屈折率であることができない点に留意する必要がある。屈折率が同等でない場合、若干の屈折が光ガイド7および接触ドーム32のインタフェースで起こる。材料間の屈折率の違いは、屈折の量を決定する。好ましくは、接触ドーム32の屈折率は、光ガイド7のそれより大きい。接触ドームの屈折率が光ガイド7のそれよりも小さい場合、光ガイド7の表面に対して垂直よりおきな角度で移動するいくつかの光は、接触ドーム32に通過しない。
【００４３】
[0070]  図10の角度Aの3つの種類を相関させる：
空気屈折率を使用してフィルム側面42を離れた反射は、光線41の第1のＴＩＲ反射である。この反射は、ケース1の方程式によって結合される。低い屈折率ＴＩＲ反映44は、第２の光線43のＴＩＲ反射であって、ケース3の方程式によって結合される。第3の内部光線45は、適合された屈折率ポイント46に当たって、ＴＩＲを経験しない。光線45は、光ガイド7を通過し、反射なしでドーム32の材料を接触し、光線45がこのポイントに当たるときに、接触ドーム32が光ガイド7と接触すると仮定する。接合はすきまがなくなければならない点に留意する必要がある。小さいエアギャップさえ、光を通過することを崩壊させる。小さいすきまは、表面仕上げの小さな変化、または、小さい外来の粒子によってさえつくられることができる。光ガイド7の表面か接触ドーム32の表面上の透明な弾性体の薄い層の追加は、混乱が起こらず、要求されるように、光が通過することを確実にする。
【００４４】
[0071]  光線45は、接触ドーム32を越えて続け、反射器35の表面で離れて反射する。反射器35は、好ましくは高い反射率材料（例えばアルミニウム、銀または誘電コーティング）で被覆される。反射器35の表面の輪郭は、反射光48の方向を決定する。上記のように、輪郭が形成された反射器35は、形状において好ましくは非球面である。
【００４５】
[0072]  図11は、図10に示されてあるのと同じエレメントを示が、図11で、接触ドーム32は光ガイド7と接触してない。接触ドーム32が、光ガイド7の表面と接触していないとき、光ガイド7の表面の屈折率は空気のそれである。これらの状況の下で、ケース１は、光ガイド7の表面を離れたＴＩＲで光る。光線49が、光ガイド7と接触して接触ドーム32に当たるまで、光線49は光ガイド7の内部に沿ってＴＩＲを続ける。要約すると、特定のピクセルと関連する接触ドーム32が光ガイド7の表面と接触するとき、そのピクセルはオン状態にある。接触ドーム32が光ガイド7と接触してないときに、ピクセルはオフである。
【００４６】
[0073]  図12は、光ガイド7、ＬＥＤ 3およびエンド反射器9および9’の拡大側面図を示す。エンド反射器9、9’は、好ましくは高い反射率を有する材料から形成される。エンド反射器9、9’は、干渉タイプまたは反射器であってよく、若しくは、反射器9、9’は、曲げられたレトロなタイプの反射器であってよい。
【００４７】
[0074]  光は、ＬＥＤ 3からしばしば光ガイド7の長さを進み、オン位置にある接触ドーム32を打たない。光は、したがって、ＴＩＲして、光ガイド7から引き出されない。この場合、光が光ガイド7の末端に到達し、エンド反射器9=を離れて反射されるまで、光は光ガイド7の全長に沿って進み続ける。この反射は、光ガイド7を介して反対方向後部の光をリダイレクトする。次いで、光は、光ガイド7の長さに沿って後ろに進み、それを装うことはドーム32が光ガイド7（ＬＥＤ 3,4,5が位置する端）の第１端部に戻ると活性化しない。
【００４８】
[0075]  第１端部で、光はＬＥＤ 3,4,5の間の領域にぶつかるか、または、それがＬＥＤ 3,4,5にぶつかる。照明がＬＥＤ 3,4,5の間の領域にぶつかるときに、それはエンド反射器9によって反射される。ＴＩＲフラットパネルディスプレイ１が、ほんの少数のＬＥＤ 3,4,5だけを備えている場合、光は、高い反射率エンド反射器9から離れてほとんど反射する。場合によっては、光はＬＥＤ 3,4,5から離れて反射する。ＬＥＤ 3,4,5は一部の光を吸収し、光の剰余は反射される。それが接触ドーム32によって抽出される前に、光は何度も光ガイド7の上下に進むことができる。これは、ほんの少数の接触ドーム32だけが動いて、光を引き出すときのケースである。接触ドーム32の多数が光ガイド7と接触する場合、光ガイド7に沿って１または２以上のパスを作るようになっている光の可能性は小さい。多数の反射があり、光が光ガイド７に沿って多数のパスをする場合であっても、光の損失は小さい。エンド反射器9、9’は、98%の反射率効率を有することができ、または、より良くて上質の光ガイド材はごくわずかな光しか吸収しない。
【００４９】
[0076]  図13を参照すると、マスクおよび拡散アセンブリ6は、パネル領域2より上に取り付けられる。マスクおよび拡散アセンブリ6、低い屈折率層51、スペーサ・プレート52、マスク・プレート53、第1の拡散器55、第２のスペーサ56および第２の拡散器57から成る、多層アセンブリである。
【００５０】
[0077]  低い屈折率層51は、薄くて、低い屈折率を有する。エアギャップまたは真空層は、低い屈折率層51として役立つことができるが、低い屈折率層51を低屈折屈折率固形物素材から形成することはしばしば装置の組立てに有益である。低い屈折率層51は、典型的には、スペーサ・プレート52を光ガイド7に添付する接着剤である。極めて薄いディスプレイを必要とするアプリケーションでは、低い屈折率層51およびスペーサ・プレート52は、1つのエレメント（より厚い低い屈折率層51）に結合されることができる。しかしながら、より大きなディスプレイに関して、低い屈折率層51およびスペーサ・プレート52を形成する2つの異なる材料の使用は、より有益である。
【００５１】
[0078]  ２つの薄い層（マスク・プレート53および第1の拡散器55）は、スペーサ・プレート52および第２のスペーサ56の間に位置する。マスク・プレート53は、反射光48がマスク・プレート53を通過することができるように多数の開口穴54（図15を参照）を含む。マスク・プレート53の残りの領域は、好ましくは高い吸収率の黒い材料である。黒いクロム、カーボンブラックまたは有機材料は、3種類のマスク・プレート53のための適切な材料として役立つ材料である。環境照明があるときに、マスク・プレート53はディスプレイのコントラスト比率を増やす。マスク・プレート53は、さもなければＴＩＲスイッチフィルム８からまたはそのコンポーネントのいずれかから反射する光を吸収する。安価なディスプレイのために、コストが品質より重要な所で、マスク・プレート53は除去されることができる。また、ディスプレイが低い周囲照明状況において使われるだけの場合、マスク・プレート53は除去されることができる。低い環境照明環境の実施形態は、映画館である。
【００５２】
[0079]  第1の拡散器55は、反射器35から来ている光を広げる任意の拡散器である。小型ディスプレイに関して、第１の拡散器55は必要ではないが、大きいピクセルを有するディスプレイのために、第1の拡散器55は含まれなければならない。マスク53および第1の拡散器55の位置が、ディスプレイの機能に影響を及ぼさずに逆転することができたことは、また、強調されなければならない。
【００５３】
[0080]  第２のスペーサ56によって、反射器35から伝送される光が散開し始めることができる。視聴者がディスプレイに対して垂直でない位置にいることがあり、反射器35からの光を依然として見るために、第２の拡散器57は、また更に光を広げるために用いられる。第２の拡散器57に組み込まれる拡散の量および方向は、異なる種類の表示のために変化する。例えば、小型携帯電話ディスプレイは、概して両方の垂直および水平の方向のより少ない視聴角度を有する。TVは、典型的には、水平方向に大きな視野角度を有し、垂直方向の視聴角度は大きくない。
【００５４】
[0081]  図15を参照すると、ＴＩＲスイッチフィルム８は、エレクトロニクスバックパネル10にアセンブリされる。スペーサポスト34によって維持されるエレクトロニクスバックパネル10とスイッチフィルム8との間に小さいエアギャップ60がある。エレクトロニクスバックパネル10の環状リング22は、ＴＩＲスイッチフィルム８の底面36の近位にある。底面36は、導電層62でおおわれている。製作の容易さのために、導電層62は反射材35の表面の継続であってもよい。導電層62および環状リング22が電気的に満たされるときに、静電的な力はつくられる。チャージが同類極性の中にあるとき、表面は互いをはね返す。チャージが反対極性のものであるとき、表面はお互いに引きあわされる。したがって、これらの表面、導電層62および環状リング22の相対的なチャージを制御することによって、接触ドーム32は、当てられることができ、または、光ガイド７（図15では図示せず）の表面との接触から取り除かれることができる。２つの充電される表面が短絡されないようにするために、充電される表面のいずれの一方または両方が、絶縁層で被覆される。
【００５５】
[0082]  静電的な力が、光ガイド7の表面と接触ドーム32の接触を制御するのに用いられる唯一の手段でないことに留意する必要がある。ある別の方法は、ピエゾ電気材料を使う能力である。もう一つは、磁気を使用することである。作動装置の当業者は、接触ドーム32の位置を変える多くの方法を考案することができる。更に、無制限の数のアクチュエータを駆動するために考案されることができる電子回路があってよい。
【００５６】
[0083]  図16は、ピクセルで色をつくるために用いる回路の概略図を表す。ピクセルn,mで視者のための緑画像を作成するために、ピクセルn,mのためのスイッチは光ガイド7と接触して接触ドーム32を有する状態へ移動し、緑のＬＥＤ 3のためのドライバはオンにされる。青および赤いＬＥＤ 4、5は、ついていない。（ディスプレイが白黒の画像を作成しているだけの場合、このケースに対する１つの例外がある。次いで、全ての3つのLEDS 3,4,5は、同時に、オンである。あるいは、白いＬＥＤが、使われることがでうる。）ピクセルn,mと関連する接触ドーム32は、つくるピクセルを出るために光の所望の量が視者のための所望の強度をつくることができるために適当な期間の間の光ガイド7と接触して残る。青いディスプレイを作製するために、青いＬＥＤ 4がオンであるときに、接触ドーム32は光ガイド7と接触して配置される。接触ドーム32は、特定の強度をつくることを必要とする時間の量が視者のために必要とした接触のままである。赤い色は、同様の方法でつくられる。第２の色または白をつくるために、ＬＥＤ 3,4,5のうちの2または3つがオンのとき、接触ドーム32は2つ以上の期間の間の光ガイドと接触して配置される。
【００５７】
[0084]  例えば、ピクセルで黄色の画像を作成するために、赤いＬＥＤ 3がオンのとき、接触ドーム32は光を光ガイド7から引き出す。赤いＬＥＤ 3が消えたあと、青いＬＥＤ 4はオンになる。青いＬＥＤ 4がオンであるとき、接触ドーム32は光を引き出さない。青いＬＥＤ 4がオフにされたあと、緑のＬＥＤ 5はオンになる。緑のＬＥＤ5がオンのとき、接触ドーム32によって再び光が視聴者に届くことができる。これは、赤および緑を黄色に組み込んで、人間の目に、結果として生じるのは何百分の１秒起こる。接触ドーム32によって光が視聴者に届くことができる時間の長さにより、明るさを決定する。赤および緑のための個々の時間を変えることにより、黄色の色合いは、制御されることができる。青い若干の光は、黄色の飽和を減らすために加えられることができる。
【００５８】
[0085]  ＬＥＤが概して光の広範囲にわたる波長を発しない点に留意する必要がある。高解像度ディスプレイは、主たるRGB ＬＥＤ間の波長を有するＬＥＤを含むことができる。実施形態は、オレンジ、シアンおよび黄色である。これらの余分の波長を加えることによって、ＴＩＲディスプレイのスペクトル出力は、視聴者が見えるように現実の世界に合うものを見つけるために実行されることができた。ごくわずかな追加的な回路は、この改良されたパフォーマンスを加えることを必要としない。
【００５９】
[0086]  電子機器が本発明のスイッチおよびＬＥＤを制御することを必要とするために、また、注意されなければならない。電子機器はまた、コンピュータ、TV、または、他の種類の映像信号に光学要素の動作を関連づけることを必要とする。時間内に色を多重伝送することによって色をつくるディスプレイシステムのために、このタイプの制御電子機器は、作製される。当業者は、このタスクを達成する多くの方法を考案することが可能である。本発明の革新的な部分は、電子コンポーネントの構成でなく、光学スイッチである点である。
【００６０】
[0087]  図17は、作動機構としてピエゾ電気材料70を使用している装置を例示する。この実施形態は、材料70が反射器面35に取り付けられた作動を明らかにする。静電力スイッチング機構を駆動するのに用いられるように、ピエゾ電気材料70は同じタイプ・エレクトロニクスバック平面10で駆動される。ピエゾ電気材料70の高さを変えることによって、反射器面35、および、接触ドーム32は、それゆえ、オン／オフされることができる。
【００６１】
[0088]  装置の他の構成は図18に示され、それは、弾性スイッチフィルム８上の角度がつけられた円錐80に載置する接触ドーム32を示す。反射器サイズが大きいとき、この構成は好ましい。反射器は、静止しており、僅かに角度がつけられた円錐80より大きく緩和された領域82が、スイッチフィルム８に取り付け角度がつけられた円錐を有する。緩和された領域82は、接触ドーム32および角度がつけられた円錐80に関するクリアランスによって、光ガイド7と接触し、および、光ガイド7から離れるように移動することができる。
【００６２】
[0089]  図19は、装置の構成を例示し、反射器領域35’は材料がなく、空気または真空である。反射器域35’は、光を反射するために依然として使用される。
[0090]  図20は、実施形態を例示する。光2000は、光ガイド2010によって伝送されることができる。光ガイド2010は、第1の屈折率を有することができ、第２の屈折率を有している他の媒体（例えば固体、液体、空気または真空）と光ガイド2010と間に一つ以上の表面を含むことができる。表面は、実質的に平面で、湾曲し、細長く（例えば、一方の寸法が他方の寸法の10倍またはより大きな100倍のような大きさを備える）、および、他の形状であってもよい。光ガイド2010は、光源（図示せず）から光を受け取るように構成される第一表面1020と、（例えば、光が光ガイド2010を出ることができる）第二表面2030、および、接触ドーム内のウインドウのようなさまざまな光制御装置と関連する第3の表面2040とを含むことができる。光ガイド2010は、一つ以上の第4の表面2050を含むことができる。場合によっては、第4の表面2050は、光源から光を受け取ることができる。場合によっては、第4の表面2050は、少なくとも部分的に反映することができる。特定の実施形態では、第4の表面2050は完全に反射している鏡を含むことができ、それは光ガイド2010の中へと戻し、光ガイド2010内から第4の表面2050上の入射光を反射することができる。
【００６３】
[0091]  光ガイド2010は、一つ以上の長さ（例えば、長さ2012および厚み2014）によって特徴づけられることができる。長さは、さまざまな用途仕様（例えば、携帯電話スクリーン、家庭の照明フォームファクタ、TVサイズ、など）によって選択されることができる。長さは、さまざまな材料特性によって選択されることができ（例えば、厚み2014は、光ガイド2010の屈折率、光ガイド2010のＴＩＲと関連する角度、光ガイド2010から出る光の品質に関する仕様（例えば、光がつく必要条件が、第二表面2030に2、3度の標準の範囲内で存在する）、及び同様なものによって選択されることができる。
【００６４】
[0092] 光源からの光は、光ガイド2010に第一表面2020によって伝送されることができる。第一表面2020は、少なくとも部分的に反射することができ（例えば、ハーフミラー）、光ガイド2010の中へと戻し、光ガイド2010内から第一表面2020に到達している光を反射するように構成されることができる。第一表面2020は平坦、湾曲または他の形でもよい。第一表面2020は、光ガイド2010の一つ以上の他の表面に関して、角度2022で配置されていてもよい。角度2022は、45から135度の間、70から110度の間、および／または、80から100度の間にあってもよい。場合によっては、角度2022は光ガイド2010の範囲内で内部反射のさまざまな予測された角度によって選択されることができる。
【００６５】
[0093]  光源からの光は、光ガイド2010に第4の表面2050によって送られることができる。第4の表面2050は、少なくとも部分的に反射することができ（例えば、ハーフミラー）、光ガイド2010の中へと戻して、光ガイド2010内から第4の表面2050に到達している光を反射するように構成されることができる。第４の表面2050は平坦、湾曲または他の形でもよい。第４の表面2050は、光ガイド2010の一つ以上の他の表面に関して、角度2052で配置されていてもよい。角度2052は、45から135度の間、70から110度の間、および／または、80から100度の間にあってもよい。場合によっては、角度2052は光ガイド2010の範囲内で内部反射のさまざまな予測された角度によって選択されることができる。
【００６６】
[0094]  ある面（例えば、第一表面2020、および／または、第4の表面2050）は、一つ以上の好適な方向で光ガイド2010内に戻るように（光ガイド2010内から表面への入射）光を反射するように構成されることができる。場合によっては、表面は光ガイド2010から反射光の望ましくない伝達を最小化する方法で光を反射することができる。特定のケースでは、光は他の表面（例えば、第２表面2030、および／または、第３の表面2040）から、ＴＩＲと関連する入射角度より少ない角度で反射されることができる。
【００６７】
[0095]  いくつかの面（例えば、第3の表面2040、および／または、任意の第２の表面2030）は、反射が入射光（例えば、光ガイド2010内から）の入射角に依存する「鏡」を含むことができる。反射の角依存は、表面の両側に屈折率の制御を経て生成されることができる。反射の角依存は、他の方法、例えば、表面、表面コーティングなどのナノ構造（nanostructuring）のような方法を経てつくられることができる。場合によっては、低い入射角（例えば45度以下、30度以下、20度以下または10度以下さえ）の入射光が反射されるように、表面は設計される。場合によっては、大きな入射角度（例えば、表面に対して垂直、垂直から２度以内、垂直から5度以内、垂直から10度以内、および／または、垂直から20度以内）の入射光が表面を通過するように、表面は設計される。
ことができる。
【００６８】
[0096]  光ガイド2010の表面は、一つ以上のウインドウ2060を含むことができ、それはさまざまな作動メカニズムを介して開閉されることができる。このように、ウインドウ2060は、光の弁としてふるまうことができる。図10に示される実施形態では、ウインドウ2060は、第３の表面2040に配置され、光は第２の表面2030を経た光ガイド2010を出る。ある実施態様では、数十、数百、数千、数100万または何億ものウインドウ2060さえ含む。特定の実施態様では、1つか、2つか、3つか、5つか10のウインドウ2060を含む。ウインドウ2060は、一つ以上の寸法2062（例えば長さ、幅、半径および／またはウインドウ2060のさまざまな態様を特徴づけている他の寸法）によって特徴づけられることができる。ウィンドウ2060は、実質的に全ての入射光に対して「透明」として特徴づけられることができ、他の構造体（例えば、接触ドーム、反射器、など）に、光ガイド2010の「ボディ」内からの光の伝送を許容することができる。ウインドウは、表面に接触ドームを接触させることによって作成されることができる。開いたウインドウは接触ドームに光の通過を許すことができ、それは反射器によって反射されることができる。接触ドームを除去する（ギャップを形成する）ことにより、光の通過に対してウインドウを「閉める」ことができる。
【００６９】
[0097]  反射器は、様々な形状（放物線状、楕円、直線、湾曲、平坦、その他の形状）であってよい。ウインドウに、入射光の異なる方向と関連して異なる反射器があってもよい。例えば、反射器2070の形状は、第１表面2020と関連する方向から入射光の優先的な受光により選択されることができる。ウインドウ2060は、一つ以上の反射器にウインドウによる光の通過を提供する。図20に示される実施形態では、反射器2070は、入射光を反射するべき位置に配置されている。反射器は、一般に完全な鏡（例えば、完全、および／または、鏡面反射）であってよい。反射器は、一つ以上の寸法によって特徴づけられることができる。図20に示される実施形態では、反射器は寸法2074および2078によって特徴づけられることができ、他の寸法（例えば、ページに対して垂直）によって、任意に特徴づけられることができる。
【００７０】
[0098]  図20に示される実施形態では、第３の表面2040は、表面の両側に異なる屈折率によって誘導される反射を介して角度依存ミラーとして機能する。かかる実装は、光ガイド2010と同じ材料から作られる接触ドーム2080に配置されている反射器2070を含むことができる。接触ドームは方向2090において移動するようにアクチュエータ（図示せず）によって作用されることができ、開口（接触光ガイド2010）を提供し、方向2090の接触ドーム2080の作動を介して閉じる（接触光ガイド2010でない）。
【００７１】
[0099]  第３の表面2040の反射部分は、エアギャップを含むことができ、ウインドウ2060は接触ドーム2080との光学的に透明な接触および光ガイド2010の「ボディ」を含むことができ、それはなめらかで、平面結合面を使用することを含むことができる。第３の表面2040（すなわち、表面に対する垂直より大きな角度をAを備えた）上の浅い入射角度を有する光は、第3の表面2040を離れて反射することができる。
【００７２】
[00100]  開いたウインドウ2060を通過している光（例えば、光2000）は、表面（例えば第3の表面2040）の方へ戻るように反射器（例えば、反射器2070）によって反射されることができる。かかる反射は、第３の表面2040および／または第２の表面2030に関して大きい入射角を有する反射光2000に結果としてなることができ、それは光ガイド2010（例えば、第２表面2030を介して）から、光の通過に結果としてなることができる。かかる角度は、表面の垂直に対してより小さいＴＩＲ角度Ａを介して、図20に図式的に示される。
【００７３】
[00101]  種々の寸法（例えば、2062、2070、2074、2014など）は、アプリケーション要求によって選択されることができる。例えば、円窓2060の半径2062が減少するにつれて、あたかも「点光源」から反射器2070に到達するかのように、ウインドウ2060を通過している光はますますふるまうことができ、それは第２表面2030に実質的に垂直の角度で第２表面1030を介して光ガイド2010に出る光に結果としてなる、反射器2070のための特定の幾何学（例えば、放物線状）の利用を提供することができる。
【００７４】
[00102]  図21は、実施形態を例示する。光2100は、光ガイド2110によって導かれることができる。光ガイド2110は、表面2130および表面2140を含むことができる。表面2140は、少なくとも部分的に反射してもよく、（表面に関して）より浅い、または、（垂直表面に対して）ＴＩＲに関連してより大きい角度Aで、入射角度で到達する入射光を反射することができる。場合によっては、表面2140はエアギャップに囲まれている。
【００７５】
[00103]  表面2140は、ウインドウ2160を含むことができ、それは反射器2170を有する光通信においてあることができ、それは接触ドームに取り付けられることができる。光ガイド2110から反射器2170まで光の通過を許容し、接触ドームの作動は窓2160を開けることができ、それは反映させることができ、光ガイド2110に戻るように通過した。反射器2170は、寸法2172によって特徴づけられることができる。ある実施形態では、寸法2172は、光ガイド2110によって案内される光を表示するように構成されるディスプレイデバイスのピクセルのサイズ（の10%、の5%、の2%、または、の1%さえ）とほぼ等しい。ある実施形態では、光源は、光ガイド2110によって導かれる光を出力する。特定のケースでは、表示装置と関連する各々のピクセルは、ウインドウ2160および／または反射器2170と関係していてもよい。
【００７６】
[00104]  表面2130は、表面2130による光の伝送と関連する「レンズ」または他の形状を含むことができる。場合によっては、このレンズの形状は、表面2130から光の伝送の角度を修正するために選ばれることができる。例えば、緩やかに発散照明は、光ガイド2100と関連する平面と平行、および／または、垂直になるように修正されることができる。
【００７７】
[00105]  図22Aおよび22Bは、開閉ウインドウを例示する。図22Aでは、接触ドーム2080は光ガイド2010と接触し、開いたウインドウ2060を介して接触ドーム2080に、光2000の通過を許容する。次いで、光2000は、光ガイド2010による反射光の伝達に結果としてなり、表面2030を経た光ガイド2010を出ることになる入射角度で、光ガイド2010の中へ戻るように反射器2070によって反射されることができる。図22Bでは、接触ドーム2080は、光ガイド2010と接触しておらず、したがって、ウインドウ2061は少なくとも小さい角度の光の通過に対して「閉じる」。その結果、（オープン）ウインドウを通過した光2000は、光ガイド2010の範囲内で内部で反射されることができ、光ガイド2010（例えば、図22Aで示す表面2030）を出ることができない。 [00106]  図22Bはまた、接触ドーム2080と関連する結合面2222を例示する。ある実施形態では、結合面は、光ガイド（例えば、表面2040）の少なくとも一部の表面で、相補的（すなわち、マッチング）でもよい。２つのボディの間の結合面は、いかなる入射角でも実質的に光の通過を許容する光学的に透明なウインドウを作成することができる。結合面2222と対応する表面2040との間のギャップを（例えば、接触ドーム2080に作用することによって）開けることにより、エアギャップの対応する表面2040を開け、それは反射している（例えば、その領域上の入射光にＴＩＲを引き起こして）その領域に結果としてなることができる。
【００７８】
[00107]  上記の開示は、限定することを意図しない。当業者は直ちにその多数の変更態様を観察し、本発明の教示を保持すると共に、装置の変更はなされることができる。したがって、添付の請求の範囲の限定だけによって限定されるように上記の開示は解釈されなければならない。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【国際調査報告】
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