JP2005539268A - アクティブディスプレイ - Google Patents

Abstract

本発明は、アクティブディスプレイを有する投射システムに関連する。ディスプレイは、投射器の信号ビーム中の画素の明るさ及び色に関する情報を符号化し、接続された発光ダイオードをそれに従って駆動する、放射線感応性の制御ユニットを有する。これらの画素の自律的な動作モードにより、比較的平坦且つ大型の投射面であってその明るさが投射器の能力によって制限されない投射面を構築することが可能である。

Description

本発明は、アクティブ画素を具備した表示面を有するディスプレイに関する。本発明はまた、特に上述の種類のディスプレイでありうる投影面上に画像を表示する投影装置及び方法に関連する。

１以上の視聴者に対して画像を表示するための様々な技術のシステムが開発されてきた。この種類のシステムは、透明なスライドが可視光によって照射され、光学系によって投影面に結像されるスライド投写器等の投射システムである。ビーマ（beamer）といった近年の投射システムでは、ディスプレイ上に電子的に生成された（コンピュータ）画像は、同様に、光学系を介して受動的な投影面上に投影される。しかしながら、これらの投射システムは、画像の明るさが投射ランプの出力によって決定され、所定の出力では投射画像のサイズに従って減少するという不利点がある。近年のＵＨＰランプを用いても、昼光環境でのかかるシステムの満足のいく動作は可能でない。

特許文献１は、特別に作られた多層投影面の背面に像が投射される投射システムを開示する。光線の局所的に異なる強度は、投影面の前面に配置された液晶層の光透過性の変化を生じさせる。従って、前面に入射する周囲光は、液晶層の後方に位置する反射層により異なる強度で反射されて戻る。従って、背面上に投射された像は、投影面の見られている前面へ透過される。カラーフィルタ層を用いることにより、このような投影面はカラー画像ディスプレイにも適合されうる。周囲光は光源として作用するため、画像の明るさは表示面の大きさには依存しないが、常に周囲光の明るさよりも小さいことが必要である。

更に、例えば、アクティブ光を放射するコンピュータモニタ又はテレビジョン画面等のアクティブディスプレイが知られている。これらは、比例的に高い明るさを有することは事実であるが、大型の特に平坦な画像フォーマットを製造するには非常に費用がかかる。特に、ＴＦＴディスプレイ当たりに許容される欠陥のない画素の数に対しては、かなりの努力が必要である。これらの数は、ディスプレイの大きさに対して比例する数よりも多く増加し、従って大型のディスプレイは、通常は複数の小さいディスプレイから構成されている。個々のディスプレイは、全体画像を生成するよう対応する電子回路により組み合わされる。
米国特許第６，１６３，３４８号明細書

上述の背景技術に鑑みて、本発明は、大きな画像フォーマットが、満足のいく明るさで、且つ低コストで表示されることを可能とする手段を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１に記載のアクティブディスプレイ、請求項７に記載の投射装置によって、及び請求項８に記載の方法によって達成される。有利な実施例は従属項に記載されている。

本発明によるアクティブディスプレイは、アクティブ画素を具備した表示面を有し、放射線感応性の制御ユニットは、各画素にローカルに割り当てられ、制御ユニットにより受け取られる信号ビームに従って前記画素の光放射線を制御するよう構成される。本願では、「アクティブ画素」とは、ローカルに限られたユニットであり、適切に駆動されたときは、それ自体が（可視）光を発生し放射しうるものを意味すると理解される。画素は、特に、構造上境界が付けられた構造であり、例えばＬＥＤ等の所与の部品によって定められ得るものである。しかしながら、本発明の範囲内では、画素はまた、単に、連続的に構築され、構造上の境界のない（任意に）幾何学上境界が付けられた領域であってもよい。更に、画素と関連付けられる制御ユニットの間の「ローカルな割り当て」は、両方が空間的な関係で、通常は互いに隣接して又は重なり合って、表示面上に配置されることを意味する。制御ユニットは特に、画素が光を放射する相対的な明るさ及び／又は色を制御しうる。

上述のアクティブディスプレイは、画素の能動的な光の発生に基づいて実質的に如何なる所望の明るさも発生することができ、従って周囲の明るさとは独立であるという利点がある。例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ディスプレイ等の公知のアクティブディスプレイとは対照的に、構造はかなり単純であり、従って、あまり高価ではなく、画素は中央点から電子的に制御されるのではないため、よりロバストである。各画素の制御は、この画素に割り当てられた制御ユニットにより自立しており、一方で、制御ユニットに必要な情報は電磁放射線の信号ビームによって伝送される。この伝送技術を具体的に実施するには様々な可能性があり、そのうちの幾つかは、本発明の変形例を参照して以下において明らかとなろう。特に、伝送は、原理的には、表示面上の像の従来通りの投射と同様に実現されえ、従ってこのために公知の技術が使用されうる。これらの技術とは対照的に、表示される画像の明るさは、予め決められるものではなく投射光によって制限されるものではなく、この光は信号伝送のためだけに役立ち、従って比例的に弱いものでありうる。

信号ビームは、例えば信号ビームの強度及び色が表示されるべき画素の明るさ及び色に直接対応する意味で、アナログモードで制御ユニットを制御しうる。或いは、信号ビームは、ディジタル式に符号化された情報を有しうる。この場合、制御ユニットは、信号ビームからディジタル情報を抽出する復号化器を有し、一方で、制御ユニットは、それらに対して割り当てられた画素を復号化された情報に従って制御するよう更に適合される。情報のディジタル伝送は、信号ビームが可視光から構成されるときは特に有用であり、何故ならば、ディジタル信号伝送は周囲光又はこの場合は画素から放射される光によって妨害されず、また、見られるべき画像は可視信号放射線によって妨害されるようには重畳されないからである。

アクティブディスプレイの望ましい実施例によれば、制御ユニットは、互いに異なった分光感度を有する放射線センサを有し、制御ユニットは、放射線センサにより信号ビームの相互に独立の部分を受け取るよう構成される。このように、信号ビーム中の情報は、異なった分光範囲で平行に伝送されうる。特に、異なった分光感度を有する３つの異なった放射線センサは制御ユニット毎に提供されえ、各放射線センサは画素による原色（例えば、赤、緑、及び青）のうちの１つの放射線を制御する。各放射線センサの感度スペクトルは、制御される色に対応するものでありうるが（即ち、青の光に感度のあるセンサは青の放射線を制御する等）、必ずしもそうである必要はない。特に、放射線センサの分光感度は、可視範囲外であってもよく、例えば赤外線範囲又は紫外線範囲でありうる。

アクティブディスプレイの画素は、望ましくは、可視光を放出しうる少なくとも１つの（無機又は有機）発光ダイオードを有しうる。カラーディスプレイでは、原色（例えば、赤、緑、青）の３つの発光ダイオードが設けられることが望ましい。

能動的な光の放射のために、画素はエネルギーの供給を必要とする。これは、望ましくは、表示面内に延び、画素が接続されている電力供給線によって与えられる。更に、制御ユニットはまた、それらの電子回路への電流供給のためにこれらの電気供給線に接続されてもよい。

アクティブディスプレイの更なる実施例によれば、アクティブディスプレイは、他の同様のディスプレイと組み合わせるためのプラグイン接続部を有する。このようなディスプレイは、任意に大型の表示面を形成するようモジュール形式に互いにプラグインされ接続されうる。画像は、能動的な光の放射によって表示されるため、画像の明るさを低下させることなく大型の表示面を製造することが可能である。

上述のアクティブディスプレイへ信号ビームを伝送するために、ディスプレイの制御ユニットに適合した、以下「投射装置」と称される装置が必要である。制御ユニットが、例えば入射する放射線の（分光）強度に反応するとき、投射装置は、基本的には、スライド投写器又はビーマとして周知の方法で実施されえ、即ち、表示面に表示されるべき画像の光学的な像を生成しうる。可視光、並びに、赤外線光又は紫外線光のいずれも、放射線として使用されうる。

しかしながら、制御ユニットが、信号ビーム中に符号化されたディジタル情報を必要とするよう適合されているとき、従来の投射装置は使用されえない。従って、本発明は、この場合は、特に上述の種類のディスプレイでありうる投射面上に画像を伝送するのに適した投射装置に関連する。投射装置は、ビームを投射面に偏向させる光学系を有し、投影面の１つの点に表示されるべき画像情報をこの点へ偏向されるビームへディジタルに符号化されるのに適合している。特に、表示されるべき画素の全体の明るさ、色成分の明るさ、及び／又は、色組成の値が符号化されうる。ディジタル情報キャリアは、望ましくは信号ビームの強度（少なくとも２つの値の間で交互である）である。しかしながら、同様に、信号ビームの分光組成もまた、ディジタル情報を搬送しうる。

本発明の範囲はまた、上述の種類のアクティブディスプレイを有する完全な投射システム、並びに、それに適合された投射装置を有しうる。投射装置は、特に、上述の種類のディジタル符号化装置でありうる。

本発明は更に、特に上述の種類のディスプレイでありうる投射面上に画像を表示する方法に関連し、この方法では、画像の各画素に対して以下の段階が行われる。
・画素を定義する情報、例えばその相対的な明るさ及びその色組成が、信号ビーム中に符号化される段階。最も簡単な場合、例えば、信号ビームの強度及び色組成は、アナログ式に、画素の所望の強度及び色組成に対応しうる。
・上述の信号ビームは表示面上の関連する点へと偏向される段階。「関連する」とは、表示面上の当該の点が、表示面上に表示されるべき画像の所望の幾何学的な表示では、画素に対応することを意味する。
・表示面上の上述の点に配置されたアクティブ画素及び制御ユニットから構成されるユニットが、それに向けられた信号ビームを受け取り、信号ビーム中に符号化された情報に従って光を供給する段階。

上述の方法は、特に、上述の種類のアクティブディスプレイで実行されうる。これは、画像ディスプレイの明るさが、能動的な光の放射により、周囲光又は投射ランプとは独立であるという利点がある。しかしながら、放射する画素を制御する比例的に簡単な投射方法が使用されえ、それにより、略任意の寸法、形状、及び位置の画像面が、複雑なアドレッシング技術なしに制御されうる。

方法の望ましい実施例によれば、画素を定義する情報は、ディジタル式に符号化された形式で信号ビームに与えられる。情報の物理的な担体は、特に、例えば２値符号化の場合は、より低いレベルの強度が論理ゼロを表わし、より高いレベルの強度が論理１を表わす、信号ビームの強度でありうる。信号ビームの分光組成（即ち色）及び／又は極性は、論理値を表わす２つ以上の異なった区別可能な状態間で変化しうる。信号ビームによりディジタル情報を伝送するこれらの及び他の方法は、基本的には、ディジタル及び光学通信技術から知られている。従って、従来の部品及び技術が有利に使用されうる。

基本的には、信号ビームは、表示面上の点への情報の所望の伝送を可能とする任意の種類の電磁放射線から構成されうる。特に、信号ビームは、例えば、赤外線光又は紫外線光といった不可視光から構成されえ、なぜならばこれらの光は、従来の光学系によって制御されえ、画素による可視光の放射との妨害的な相互作用がないからである。

本発明の上述の及び他の面は、以下説明する実施例を参照することにより明らかとなろう。図１は、本発明によるアクティブシスプレイ１を、平面矩形形状で図式的に（一定の比率には従わずに）示す図である。このディスプレイ１の表示面１は、図示されている前面によって構成される。この表示面内に、制御ユニット４及びそれに結合された３部分から構成されるアクティブ画素３からなる代表的な画素ユニットを、非常に誇張された形で示す。基本的には、ディスプレイ１の全体の面は、例えば矩形又は六角形のパターン等の規則的なパターンで配置されたかかる画素ユニットで隙間無しに覆われる。画素の可能な回路及びその具体的な構造を、図２及び図３に示す。

ディスプレイ１は、電源５に接続され、導線８及び１０（図２及び図３参照）は、電圧を画素３及び制御ユニット４へ分配する。

画素の制御ユニット４は、それに向けられた電磁放射線の信号ビームＩを受け取り、このビーム中の情報を復号化し、復号化された情報に従ってアクティブ画素３による光の供給を制御する用にされる。図示の例では、画素３は、３つのサブ画素（図２及び図３中の参照番号３ｒ，３ｇ，３ｂ）から構成され、これらは原色である赤、緑、青で光を放射しうる。公知の基本的な混色の原理によれば、このように、観察者にとって略任意の色はディスプレイ１上に表示されうる。

信号ビームＩは、ディスプレイ１から離間して配置され、別個に動作する投射器２によって発生される。投射器２は、例えば、公知の種類のスライド投写器又はビーマであってもよく、ディスプレイ１の表示面上に光学像を合焦し、一方で、制御ユニット４はその上に入射するビームＩのローカルな強度及び色を評価する。最も単純な場合、アナログ制御が実行されえ、それによれば、画素３はビームＩに比例する強度及び色で点灯する。次に、ディスプレイ１は、その発光パワーが周囲の明るさ及び投射器２の能力とは独立に調整されうるよう、表示面上に投射された画像を能動的に増幅させる。しかしながら、投射器２によって発せられた可視光Ｉは、周囲の明るさに、及び、画素３によって放射された光に重畳されることに留意すべきである。画像ディスプレイの妨害されない動作のために、投射される画像及び能動的に増幅される画像表示の対応する時間管理が必要である。

上述の問題は、投射器２がスペクトルの不可視範囲、例えば赤外線（ＩＲ）又は紫外線（ＵＶ）範囲で動作するときに回避される。信号が赤外線光で伝送されるとき、このために、日光の吸収帯域内の、即ち、特にＣＯ₂及びＨ₂Ｏ分子（約０．８μｍ，１．４μｍ等）の吸収帯域内の、波長が適している。これらの分光範囲内の動作は、信号伝送を妨害しうる昼光による背景放射線が最小限であるという利点を有する。これは、信号をアナログモードで伝送する可能性を与える。

昼光による妨害に対してロバストな信号伝送はまた、伝送されるべき情報がこのために適合された投射器２によってディジタルに符号化されるときは、可視光によっても達成されうる。かかる投射器は、望ましくは、表示面をラインパターンでスキャンし、信号ビームＩの強度及び／又は色を夫々の放射される位置に従って変化させる。画素で制御される強度の（レーザ）ビームで面の操作を可能とする投射器は、例えば、米国特許第６，１６３，３４８号明細書から公知である。

図２は、放射線感応センサユニット６及びそれに結合された復号化ユニット９を有する典型的な画素の回路図である。復号化ユニット９は、その出力が３つの制御トランジスタ７のベースに接続され、制御トランジスタ７は３つのサブ画素３ｒ、３ｇ及び３ｂに供給される電圧を制御する。サブ画素３ｒ、３ｇ、３ｂは、例えば、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）からなり、赤色、緑色、又は青色の光を発しうる。これらは、図１中の参照番号３によって示されるアクティブ画素を一緒に構成する。センサ６、復号化ユニット９、及び制御トランジスタ７は、一緒に、図１の制御ユニット４を構成する。

図２に示す回路のための電流供給は、高電位の導線８と、グラウンド電位の導線１０を介して実現される（図３とも比較されたい）。

画素を動作させるとき、可視光Ｉは、センサ６によって吸収され、その強度が測定される。強度信号は、復号化器９へ供給され、この復号化器により、例えば、サブ画素３ｒ、３ｇ、及び３ｂについてその中に含まれるディジタル信号を抽出するよう評価される。この情報を決定した後、復号化ユニット９は、制御トランジスタ７についての制御電圧を介して、サブ画素３ｒ、３ｇ、及び３ｂの夫々における赤、緑、及び青の色の光出力を制御しうる。

図３は、３つのサブ画素を有する画素についての可能な構造の平面図（上部）及び断面の側面図（下部）である。これらのサブ画素は、矩形の面を画素の上側として赤、緑、及び青の発光ダイオード３ｒ、３ｇ、及び３ｂとして配置される。光センサ６ｒ、６ｇ、及び６ｂは、発光ダイオード３ｒ、３ｇ、及び３ｂの下に配置され、これらのセンサは異なった色である赤、緑、及び青について適切に使用されるべきである。この「適切な使用」は、特に、センサ６ｒ、６ｇ、及び６ｂが、信号ビームの異なった分光部分によってトリガされるよう分光感度の異なった最大値を有することによって保証される。

センサ６ｒ、６ｇ、及び６ｂは、それらの測定信号を復号化ロジック９へ送信し、復号化ロジック９は、画素の下側に、電流供給のために設けられる導線８と導線１０（グラウンド）との間に配置される。復号化ロジック９の３つの出力は、制御トランジスタ７のうちの１つと組み合わされ、制御トランジスタ７の出力は、発光ダイオード３ｒ、３ｇ、及び３ｂを制御する。

上述のように、信号ビームＩに含まれる情報は、ディジタルに符号化されうる。かかる符号化は、例えば、夫々が２５６の色段階（０−２５５）である個々のサブ画素３ｒ、３ｇ、及び３ｂについての電圧状態を含む３バイトを通じて行われる。満足のいく画質を保証するために、かかる制御バイトは、約１００Ｈｚで伝送されるべきである。信号をディジタル式に符号化するとき、画素毎の単一のセンサ６は、図２に示すように全てのサブ画素３ｒ、３ｇ、及び３ｂに対して十分である。例えば、標準半導体プロセスと互換性があることが望ましいフォトダイオードがこのために適したものでありうる。従って、復号化器９は、その中に制御トランジスタ７が集積されうる半導体回路として実現されるべきである。

信号ビームＩに含まれる情報の他のアナログ符号化では、各個々のサブ画素３ｒ、３ｇ、３ｂは、望ましくは、図３に示すように、別個の放射線感応センサ６ｒ、６ｇ、６ｂによって制御される。投射される可視画像の簡単な増幅の場合、センサ６ｒ、６ｇ、６ｂは、対応する分光範囲、赤、緑、青に感応する。

しかしながら、上述のように、アナログ符号化された伝送が所与の分光帯域のＩＲ放射線によって実現されれば、サブ画素３ｒ、３ｇ、３ｂは、望ましくはフォトトランジスタ（図示せず）によって制御される。図２の回路図中、センサ６、復号化器９、及び制御トランジスタ７は、１つの部品へと減らされる。フォトトランジスタでは、コレクタ−ベース路はフォトダイオードである。このために、特にシリコン（波長範囲０．６乃至１μｍ）又はゲルマニウム（波長範囲０．５乃至１．７μｍ）が適している。個々のサブ画素に対する信号を区別することを可能とするために、半導体は、異なったドーピングにより異なった分光感度を有するべきである。センサの感度の最大値は、例えば青のサブ画素３ｂについては１．３μｍ、緑のサブ画素３ｇについては１．４μｍ、赤のサブ画素については１．５μｍに調整されるべきである。或いは、サブ画素３ｒ、３ｇ、３ｂの周波数選択的なコーティングもまた可能である。

ディスプレイ１の個々の画素３、４は互いに独立であるため、原理的にはいかなる複雑な制御及びアドレッシング技術もなしに任意の大きい投射面が構築されうる。図１に示すように、投影面は、特に、単ディスプレイモジュール１、１’から構成され、近傍のモジュール１、１’が全てのモジュールに対する電流供給を保証するプラグイン接続を介してのみ互いに接触する。投影面は、このように、使用される投射器２の能力に依存して、また、センサの感度に依存して、幅広く変化されうる。

やはり本発明の基本的な原理を用いた上述の投射システムの多くの変形が可能である。例えば、図１に示すのとは異なって、投射器２は、ディスプレイ１、１’の背面を照射してもよく、その場合、センサ４は（更に、又は、代わりに）この方向からの放射線に感度があるべきである。更に、画素に必要な動作エネルギーは、導線によって供給する方法とは異なり、例えば無線周波数を用いて投影面全体を均一に照射することによって供給されることが可能である。最後に、ディスプレイ１、１’は、別個の画素３、４から、それらの関連する構造上境界を付けられた構成要素と共に構築されないかもしれないが、代わりに、対応する構造が表示面全体に均一に延びうる（米国特許第６，１６３，３４８号明細書に記載の多層ディスプレイと同様）。

要約するに、本発明は、投射器２と、比較的大きい投影面へと組み合わされうるアクティブディスプレイ１、１’とを有する投射システムを開示する。このシステムは、投射器の比較的小さい光パワーを用いて、大型のフォーマットの画像を、最大の明るさで極めて平坦な又は薄い投射面に表示することを可能とする。投射面のモジュール構造は、ユーザの要求への個々の適応を可能とする。システムでは、可視光の範囲（約４００ｎｍ乃至８００ｎｍ）で動作する投射器は、投射面に画像を投射する。投射面上の各画素は、受信した光信号により画素の色及び相対的な明るさを制御するそれ自身のセンサを有する。従って、個々の画素は自立しており、電流のみによって外部的に給電されればよい。

本発明によるディスプレイを有する投射システムを示す図である。 図１のディスプレイの画素の回路図である。 図２の画素の構造を、平面図（上部）及び側面図（下部）で概略的に示す図である。

Claims (10)

1. アクティブ画素を具備した表示面を有するアクティブディスプレイであって、
   放射線感応性の制御ユニットは、各画素にローカルに割り当てられ、前記制御ユニットにより受け取られる信号ビームに従って前記画素の光放射線を制御するよう構成される、アクティブ型ディスプレイ。
2. 少なくとも１つの制御ユニットは、前記受け取られた信号ビームに含まれるディジタル式に符号化された情報を抽出する復号化器を有することを特徴とする、請求項１記載のディスプレイ。
3. 少なくとも１つの制御ユニットは、異なった分光感度を有する放射線センサを有し、前記放射線センサにより前記信号ビームの相互に独立の部分を受け取るよう構成されることを特徴とする、請求項１記載のディスプレイ。
4. 少なくとも１つの画素は１以上の発光ダイオードを有することを特徴とする、請求項１記載のディスプレイ。
5. 前記画素及び／又は前記制御ユニットは、前記表示面を通って延びる電源供給線に接続されることを特徴とする、請求項１記載のディスプレイ。
6. 同様のディスプレイと組み合わせるためのプラグイン接続部を有することを特徴とする、請求項１記載のディスプレイ。
7. 特に請求項１記載のディスプレイである投影面上に画像を表示する投影装置であって、
   前記投影面上の点へビームを偏向させる光学系を有し、前記投影装置は、前記投影面の１つの点に表示されるべき画像情報を前記点へ偏向されるビームへとディジタル式に符号化するよう構成される、投影装置。
8. 特に請求項１記載のディスプレイである投影面上に画像を表示する方法であって、
   前記画像の各画素に対して、
   前記画素を定義する情報は信号ビーム中に符号化され、
   前記信号ビームは前記表示面上の関連する点へ偏向され、
   前記表示面上の前記点に配置されたアクティブ画素及び制御ユニットから構成されるユニットは、前記信号ビームを受け取り、前記信号ビーム中に含まれる情報に従って光を供給する、方法。
9. 前記信号ビームは、前記画素をディジタル式に符号化された形式で定義する情報を有することを特徴とする、請求項８記載の方法。
10. 前記信号ビームは、赤外線光及び／又は紫外線光からなることを特徴とする、請求項８記載の方法。

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