JP3907606B2

JP3907606B2 - 画像表示装置

Info

Publication number: JP3907606B2
Application number: JP2003121512A
Authority: JP
Inventors: ダリル・アンダーソン; ジョン・エム・ダ・クーニャ
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: EP1376527A3; JP2004004802A; EP1376527A2; US7061480B2; US20030201956A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学アドレス指定式表示セル（optically addressable display cell）を有する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像表示装置は、光学アドレス指定式表示セルのアレイによって構成されることがある。各セルは、ある一定の光を通過させるかまたは光を観察者の方に反射させるかを決定する、発光ダイオード（ＬＥＤ）、光弁、光制御面などの、表示要素に結合された光センサを有することができる。各セルには電圧と電気アースが提供されるが、画像データを処理する表示コントローラに表示装置を接続する回路や物理的接点を必要としない。その代わりに、制御情報は、投影によって光学的に伝達される。光学アドレス指定式表示セルのアレイは、光学アドレス指定式表示セル内の光センサによって検出することができる波長を有する少なくとも１つの光ビームによってラスタ式に走査される。画像およびビデオ表示装置のそのような方法および装置の例は、同時係属中の米国特許出願第１０／０２０，１１２号に記載されている。
光学アドレス指定式表示システムには、アドレス指定可能な各表示セルごとの制御信号を表示装置に配線で送る必要がないという利点がある。また、光学アドレス指定式表示システム内の表示要素は、現在入手可能な多くのアクティブ・マトリクス式表示画面に特有のアーク灯や白熱電球などの光源に比べてほとんどエネルギーを使用しないように構成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
光学アドレス指定式表示システムの多くの利点にもかかわらず、あいかわらずより明るい表示装置が必要とされることが多い。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
【発明の実施の形態】
図１は、光学アドレス指定式表示システム２０を示す。画像データ２２は、コンピュータ、プロジェクタ、ネットワーク接続、携帯情報端末、その他の電子装置（図示せず）などのリンクされたホストによってコントローラ２４に提供される。コントローラ２４は、画像データ２２を、ラスタ走査光源２６と互換性を有するフォーマットに処理する。ラスタ走査光源２６は、少なくとも１つのラスタ光ビーム２８を放射し、このラスタ光ビーム２８をＹ軸方向、Ｘ軸方向またはこれらを組み合わせた方向に正確に導くことができ、その結果、ラスタ光ビームは、光学アドレス指定式表示システム２０の表示装置３２を構成する光学アドレス指定式表示セル３０のどれにでも当たることができる。表示装置３２は、電圧とアースを受け取るように構成された少なくとも１組の導体を有し、かつ電源３４に接続されている。しかしながら、制御信号をラスタ走査光源２６から光学的に送ることができるので、表示装置３２は制御線に接続されなくてもよい。ラスタ走査光源２６は、ラスタ光ビーム２８を所望の光学アドレス指定式表示セル３０上に位置決めする制御可能な偏光面や他の位置決め手段と結合された１つまたは複数の発光ダイオードまたは１つまたは複数のレーザ光源によって実現することができる。ラスタ走査光源２６は、所定の光学アドレス指定式表示セル３０に向けられたときに、光学アドレス指定式表示セル３０に表示する画像データ２２の有無ならびにセル３０の設計および動作によってラスタ光ビーム２８をオンまたオフにする。
【０００５】
図２は、光学アドレス指定式表示セルまたは画素３０の可能な設計をブロック図で示す。光学アドレス指定式表示セル３０は、ラスタ光ビーム２８からの光を検出する光センサ３６を有する。光センサ３６は、フォトダイオード、フォトトランジスタその他の光検出部品または装置で構成することができる。光センサ３６は、少なくとも１つの表示要素３８に結合される。表示要素３８は、任意の所望の波長で光を放射、通過または反射させるように設計されており、例えば、表示要素３８は、赤、青、緑、シアン、マゼンタ、黄、白、赤外線、さらには紫外線の光を放射、通過または反射させることができる。説明を簡潔にするために、表示要素３８が、発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成され、したがって光を放射できるように考察するが、光学アドレス指定式表示セル３０の所望のサイズ基準を満たしていれば、任意の光発生要素、制御可能な光反射要素、または制御可能な絞り要素を使用することができる。光学アドレス指定式表示セル３０の表示要素３８は、画像データ２２を表す画像を表示装置３２上に形成するために、他の光学アドレス指定式表示セル３０からの光と組み合わせることができる光を放射するように設計されている。光学アドレス指定式表示セル３０は、ラスタ光ビーム２８が光センサ３６を活動化するように位置決めされたときに表示要素３８から光４０を放射し、ラスタ光ビーム２８が入射しないときに光４０を放射しないように設計することができる。また、光学アドレス指定式表示セル３０は、逆の方式で動作するように、すなわち光センサ３６に入射光２８がないときに表示要素３８から光４０を放射し、光センサ３６に入射光２８があるときに光４０を放射しないように設計されていてもよい。簡潔にするために、本明細書は、光センサ３６の入射ラスタ光ビーム２８によって表示要素３８が光４０を放射する前者のケースについて説明する。しかしながら、これと逆の動作が可能であり、本明細書がこの逆の動作を対象として含むことを理解されたい。
【０００６】
光学アドレス指定式表示セル３０は、複数の表示要素３８を有することができる。このケースでは、ラスタ走査光源２６は、画像データの複数の要素を伝えるようにラスタ光ビーム２８を所定の光センサ３６に当てる。例えば、光学アドレス指定式表示セル３０が、赤、青および緑の表示要素３８を有し、赤の表示要素をオンにし、青の表示要素をオフにし、緑の表示要素をオンにしたい場合は、光学アドレス指定式表示セル３０の１回のパスの間にラスタ光ビームをオン、オフにし、次に再びオンにすることができる。この状況において、光学アドレス指定式表示セル３０は、復号回路４２を利用して、光センサ３６によって検出されたラスタ光ビーム２８の「オン」と「オフ」の状態を区別し、適切なオン／オフ信号を表示要素３８に送る。光学アドレス指定式表示セル３０において複数の表示要素３８と復号回路４２を実現することができるが、簡潔さと考察のために、１つの表示要素３８が光センサ３６に結合されたセルを使用する。
【０００７】
図３は、光学アドレス指定式表示システム２０において光学アドレス指定式表示セル３０がどのように動作するかのタイミング図を示す。ラスタ走査光源２６は、複数の光学アドレス指定式表示セル３０にわたってラスタ光ビーム２８を走査しなければならないので、所定の光学アドレス指定式表示セル３０に対して走査デューティ・サイクル４６が存在する。走査デューティ・サイクル４６のアクティブ部分４８Ａ〜４８Ｅの間、ラスタ走査光源２６は、光学アドレス指定式表示セル３０内の光センサ３６が検出できるようにラスタ光ビーム２８を活動化するための機会を有する。走査デューティ・サイクル４６の非アクティブ部分５０の間、ラスタ光ビーム２８は、光学アドレス指定式表示セル３０に当たることができない。コントローラ２４は、画像データ２２を処理して、ある期間にわたって所定の光学アドレス指定式表示セル３０の所望の光出力５２を決定する。図３の所望の光出力曲線５２は、オンまたはオフの所望の光出力が可能であることを示す。
【０００８】
走査デューティ・サイクル４６の所定のアクティブ部分４８Ａ〜４８Ｅの間、対応する所望の光出力５２がオンである場合は、ラスタ光ビーム２８は、対応する走査デューティ・サイクルのアクティブ部分４８Ａ〜４８Ｅの期間だけ活動化される。ラスタ光ビーム活動化曲線５４は、光ビームがある期間にわたって走査デューティ・サイクル４６と所望の光出力５２に対してどのように動作するかを示す。図３に示した例において、走査デューティ・サイクルのアクティブ部分４８Ａの間、所望の光出力５２の状態はオンである。したがって、ラスタ光ビーム活動化曲線５４は、ラスタ光ビーム２８がアクティブ部分４８Ａの間活動化されている（５６Ａ）ことを示す。図２の光学アドレス指定式表示セル３０の表示要素３８は、光センサ３６上に入射光があるときだけ発光しているので、図３にグラフで示した実際の光出力５８は、ラスタ光ビーム活動化曲線５４をたどる。この結果、所望の光出力５２がオフ期間６０Ａの間オンであるにもかかわらず、オフ期間６０Ａにおける実際の光出力５８はオフになる。走査デューティ・サイクル４６の次のアクティブ部分４８Ｂで、ラスタ走査光源２６は、必要に応じて実際の光出力を再び活動化することができる。図３の例が示すように、所望の光出力５２は、アクティブ部分４８Ｂの間オンである。したがって、アクティブ部分４８Ｂの間、ラスタ光ビーム２８は活動化され（５６Ｂ）、実際の光出力５８は、アクティブ部分４８Ｂの間だけオンになる。この場合も、オフ期間６０Ｂは、所望の光出力がオンであるが、実際の光出力はオフである。次の走査デューティ・サイクルのアクティブ部分４８Ｃで、ラスタ走査光源は、再び、ラスタ光ビーム２８と、したがって実際の光出力５８を活動化することができることになる。しかしながら、アクティブ部分４８Ｃは、所望の光出力５２がオフであり、したがって曲線５４に示したように、ラスタ光ビーム２８はアクティブ部分４８Ｃの間活動化されない。これに対応して、実際の光出力５８は、アクティブ部分４８Ｃの間オフである。アクティブ部分４８Ｃで始まる時間フレーム６２の間、実際の光出力５８は、所望の光出力５２を正確にたどることに注意されたい。したがって、所望の光出力５２がオフのときはオフ期間がなくなるが、所望の光出力５２がオンのときは、実際の光出力５８がオフにされるときにオフ期間６０Ａ〜６０Ｃが生じる。全デューティ・サイクル６４Ａ〜６４Ｃと比較したとき、この制限された実際のオン期間５６Ａ〜５６Ｃによって、表示装置３２の知覚輝度（perceived brightness）が下がる。
【０００９】
図４は、光学アドレス指定式表示システム２０における知覚輝度の低下を減少させるかまたはなくすことができる光学アドレス指定式表示セル４４の実施形態をブロック図形式で示す。光学アドレス指定式表示セルは、表示要素３８に結合された光センサ３６を有する。また、光センサにはメモリ４５が結合されている。このメモリによって、光センサ３６がラスタ光ビーム２８を受け取るのをやめた後のある期間、表示要素３８をオンにしておくことができる。
【００１０】
図５は、光学アドレス指定式表示システム２０の知覚輝度の低下を減少させるかまたはなくすことができる光学アドレス指定式表示セル６６の実施形態を示す。光学アドレス指定式表示セル６６は、フォトダイオード６８である光センサを有する。フォトダイオード６８のアノード（光センサ入力）は、電圧を受けるように構成され、また図示したように第１の正電圧Ｖ_A ⁺７０に接続された導体に結合されている。フォトダイオード６８のカソード（光センサ出力）は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）７２のゲートに接続される。
【００１１】
フォトダイオード６８は光センサであり、フォトダイオード６８の代わりに、例えばフォトトランジスタ６９であるがこれに限定されない他のタイプの光検出手段を使用することができる。フォトダイオード６８を除去し、フォトダイオード６８のアノードの場所にフォトトランジスタ６９のコレクタを接続し、フォトダイオード６８のカソードの場所にフォトトランジスタ６９のエミッタを接続することによって、フォトダイオード６８の代わりにフォトトランジスタ６９を使用することができる。
【００１２】
ＦＥＴ７２のドレインは、第２の正電圧Ｖ_B ⁺７４に接続される。Ｖ_A ⁺７０とＶ_B ⁺７４は、所望の実施態様により、同じでも異なってもよい。ＦＥＴ７２のソースは、この図では発光ダイオード（ＬＥＤ）７６として示した表示要素に結合されている。具体的には、ＦＥＴ７２のソースは、ＬＥＤ７６のアノード（表示要素の入力）に接続される。ＬＥＤ７６のカソード（表示要素の出力）は、アースを受け取るように構成され、また図示したようにアース７８に接続された導体に結合される。キャパシタ８０などのエネルギー蓄積要素が、フォトダイオード６８のカソードとＬＥＤ７６のカソードの間に接続される。キャパシタ８０は、図４のメモリ４５の例である。必要に応じて、フォトダイオード６８のカソードとＬＥＤ７６のカソードの間に抵抗器８２を接続することができる。この実施形態は、ＦＥＴ７２が示されているが、Ｐ形トランジスタなどの他のタイプのトランジスタやさらにはリレーを使用することができる。ＦＥＴ７２は、ゲートがセレクタと類似し、ドレインが入力と類似し、ソースが出力と類似した実質的にスイッチである。セレクタが活動化されたとき、入力が、出力に接続される。セレクタが非活動化されたとき、入力が、出力から切り離される。当業者は、例えば、このタイプのスイッチと同じように機能することができる様々なトランジスタやリレーなどを含むがこれらに限定されない多くの切り換え手段があることを理解されたい。この開示は、そのような機能的等価物および代用物を含むように意図されている。代替として、ＬＥＤ７６のカソードがＦＥＴ７２のドレインに接続され、ＬＥＤ７６のアノードがＶ_B ⁺７４に接続された状態で、ＬＥＤ７６をＦＥＴ７２のドレイン側に接続することができる。この事例では、ＦＥＴ７２のソースが、アース７８に接続され、キャパシタ８０が、フォトダイオード６８のカソードとアース７８の間に接続される。この代替の実施形態において、抵抗器８２をフォトダイオード６８のカソードとアース７８の間に接続することもできる。
【００１３】
ラスタ光ビーム２８がフォトダイオード６８に当たると、フォトダイオード６８に流れる電流によってキャパシタ８０が充電される。キャパシタ８０に生じた電圧は、ＦＥＴ７２のゲートに伝えられる。これにより、電流がＦＥＴ７２とＬＥＤ７６に流れ、ＬＥＤ７６が光４０を放射する。ラスタ光ビーム２８が、フォトダイオード６８に当たらなくなると、フォトダイオード６８に電流が流れなくなる。しかしながら、キャパシタ８０は、最初、電荷が蓄えられており、ＦＥＴ７２は、キャパシタ８０の電荷が実質的に放電されるかまたはＦＥＴ７２のターンオンしきい値より下に放散されるまでオンのままである。キャパシタ８０の電圧が、ＦＥＴ７２のしきい値よりも低くなると、ＦＥＴ７２は、電流を流さなくなり、ＬＥＤ７６は発光しなくなる。
【００１４】
フォトダイオード６８がオフのとき、キャパシタ８０は、規定のゲート・リーク量によって選択されたＦＥＴ７２におけるＦＥＴ７２のゲートから放電されることができる。キャパシタ８０は、また、オプションの抵抗器８２から放電され得る。キャパシタ８０とＦＥＴ７２のゲート・リークあるいはキャパシタ８０と抵抗器８２によって構成されたＲＣ回路は、ＦＥＴ７２（および、したがってＬＥＤ７６）の「オン時間」が、ラスタ光ビーム２８の走査間の時間の長さ、すなわち図３に示した期間６０Ａとほぼ一致するように設計されるのが好ましい。これは、実際の光出力５８（図３）を所望の光出力（図３）により近づけるのに役立ち、それにより、知覚輝度の低下が減少するかまたはなくなる。
【００１５】
図６は、光学アドレス指定式表示システム２０における知覚輝度の低下を減少させるかまたはなくすことができる光学アドレス指定式表示セル８４の実施形態を示す。光学アドレス指定式表示セル８４は、フォトダイオード６８を有する。フォトダイオード６８のアノードは、第１の正電圧Ｖ_A ⁺７０に接続される。フォトダイオード６８のカソードは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）８６のゲートに接続されている。ＦＥＴ８６のソースは、アース７８に接続されている。ＦＥＴ８６のドレインは、発光ダイオード（ＬＥＤ）７６のカソードに接続されている。ＬＥＤ７６のアノードは、第２の正電圧Ｖ_B ⁺７４に接続されている。Ｖ_A ⁺７０とＶ_B ⁺７４は、所望の実施態様により、同じでも異なってもよい。ＦＥＴ８６は、ゲートとソース間の特定のゲート・キャパシタンス８８があるように選択される。ゲート・キャパシタンスは、エネルギー蓄積要素の例であり、より一般には、メモリ４５の例である。必要に応じて、フォトダイオード６８のカソードとアース７８の間に抵抗器８２を接続することができる。
【００１６】
図６に示した実施形態において、ラスタ光ビーム２８がフォトダイオード６８に当たるとき、図５のキャパシタ８０の代わりのゲート・キャパシタンス８８が、フォトダイオード６８に流れる電流によって充電される。図６のゲート・キャパシタンス８８に生じる電圧は、ＦＥＴ８６のゲート上にある。これにより、ＬＥＤ７６とＦＥＴ８６に電流が流れ、ＬＥＤ７６が光４０を放射する。ラスタ光ビーム２８がフォトダイオード６８に当たらなくなると、フォトダイオード６８に電流が流れなくなる。しかしながら、ゲート・キャパシタンス８８は、最初、電荷が蓄積されており、ＦＥＴ８６は、キャパシタンス８８の電荷がＦＥＴ８６のターンオンしきい値よりも低く放散されるまでオンのままになる。ゲート・キャパシタンス８８の電圧が、ＦＥＴ８６のしきい値よりも低くなった後、ＦＥＴ８６は電流が流れなくなり、ＬＥＤ７６が発光をやめる。フォトダイオード６８がオフのとき、ゲート・キャパシタンス８８は、ＦＥＴ８６のゲート・リークによって放電されることができる。また、ゲート・キャパシタンス８８は、オプションの抵抗器８２から放電され得る。ゲート・キャパシタンス８８とＦＥＴ８６ゲート・リークの抵抗あるいはゲート・キャパシタンス８８と抵抗器８２によって構成されるＲＣ回路は、ＦＥＴ８６（および、したがってＬＥＤ７６）の「オン時間」が、ラスタ光ビーム２８の走査間の時間の長さ、すなわち図３に示した期間６０Ａとほぼ一致するように設計されることが好ましい。これにより、実際の光出力５８（図３）が、所望の光出力５２（図３）とより厳密に類似するようになり、それにより知覚輝度の低下が減少するかまたはなくなる。
【００１７】
図７は、光学アドレス指定式表示セル６６および８４（図５と図６から）が、光学アドレス指定式表示システム内でどのように動作するかを示すタイミング図である。ラスタ走査光源２６が、複数の光学アドレス指定式表示セル６６，８４にわたってラスタ光ビーム２８を走査しなければならないので、所定の光学アドレス指定式表示セル６６，８４に対して走査デューティ・サイクル９０が存在する。走査デューティ・サイクル９０のアクティブ部分９２Ａ〜９２Ｅの間、ラスタ走査光源２６は、光学アドレス指定式表示セル６６，８４内のフォトダイオード６８が検出できるようにラスタ光ビーム２８を活動化するための機会を有する。走査デューティ・サイクル９０の非アクティブ部分９４の間、ラスタ光ビーム２８は、光学アドレス指定式表示セル６６，８４に当たることができない。コントローラ２４は、画像データ２２を処理して、ある期間にわたって所定の光学アドレス指定式表示セル６６，８４の所望の光出力９６を決定する。図７内の所望の光出力９６の曲線は、所望の光出力がオンまたはオフであることができることを示す。
【００１８】
走査デューティ・サイクル９０の所定のアクティブ部分９２Ａ〜９２Ｅの間、対応する所望の光出力９６がオンである場合は、ラスタ光ビーム２８は、対応する走査デューティ・サイクルのアクティブ部分９２Ａ〜９２Ｅの間活動化されている。ラスタ光ビーム活動化曲線９８は、ある期間にわたってこの光ビームが走査デューティ・サイクル９０と所望の光出力９６に対してどのように機能するかを示す。図７に示した例において、走査デューティ・サイクルのアクティブ部分９２Ａの間、所望の光出力９６の状態はオンである。したがって、ラスタ光ビーム活動化曲線９８は、アクティブ部分９２Ａの間ラスタ光ビーム２８が活動化されている（１００）ことを示す。図５と図６の光学アドレス指定式表示セル６６，８４内のＬＥＤ７６は、フォトダイオード６８上に入射光があるときに放射を開始し、したがって、図７に示した実際の光出力１０２は、ラスタ光ビーム活動化９８がオン１００になるときにオン１０４になる。ラスタ光ビーム活動化曲線９８は、必然的に、走査デューティ・サイクル９０のアクティブ部分９２Ａの終わりにオフ１０６になる。しかしながら、図５と図６からの光学アドレス指定式表示セル６６，８４の設計は、ラスタ光ビームがオフ１０６になった後でも、実際の光出力１０２が、期間１０８の間はオンになったままであることを可能にする。この結果、オフ期間１１０は、図４の大きいオフ期間６０Ａよりも短くなる。オフ期間１１０の短縮は、実際の光出力曲線１０２が所望の光放射曲線９６をより厳密にたどっていることを意味する。図５に具体化されている光学アドレス指定式表示セル６６の場合には、ＬＥＤ７６がもっと長い期間オンのままでいるようにキャパシタ８０、ＦＥＴ７２および必要に応じて抵抗器８２を選択することによって、オフ期間１１０をさらに短縮するかまたはなくすことができる。図６に具体化されている光学アドレス指定式表示セル８４の場合には、ＬＥＤ７６がもっと長い期間オンのままでいるようにゲート・キャパシタンス８８付きのＦＥＴ８６と必要に応じて抵抗器８２を選択することによって、オフ期間１１０をさらに短縮するかまたはなくすことができる。選択される実際の構成要素の値は、使用される実施形態に依存し、また当業者がシステム・パラメータ全体により決定することができる。図５と図６に示した実施形態により、図７に示したオフ期間１１０を短縮することができる。オフ期間１１０を短縮すると、光学アドレス指定式表示システム２０の知覚輝度が高まる。
【００１９】
図８は、適切なプロセスと組み合わせて、光学アドレス指定式表示システム２０の知覚輝度の低下をなくすかまたはほとんどなくすことができる光学アドレス指定式表示セル１１２の実施形態を示す。光学アドレス指定式表示セル１１２は、フォトダイオード６８を有する。フォトダイオード６８のアノードは、第１の正電圧Ｖ_A ⁺７０に接続されている。フォトダイオード６８のカソードは、スタティック・ラッチまたはトグル・フリップフロップ１１６の入力１１４に接続されている。このスタティック・ラッチまたは状態機械（state machine）は、図４のメモリ４５の一例である。トグル・フリップフロップ１１６には電圧アース７８も接続されている。電圧Ｖ_A ⁺７０とトグル・フリップフロップ１１６のリセット点１２０との間に、プルアップ抵抗１１８が接続されている。光学アドレス指定式表示セル１１２に最初に電力が印加されたとき、電圧Ｖ_A ⁺７０によって、トグル・フリップフロップ１１６を既知の状態にリセットする遷移縁が作成される。この実施形態が適切に機能するためには、光学アドレス指定式表示システム２０内のコントローラ２４が、各光学アドレス指定式表示セル１１２の前の状態を常に知っていなければならない。各セル１１２にリセット信号を提供することにより、コントローラ２４は、各セル１１２の初期状態を確実に知ることができる。トグル・フリップフロップ１１６のリセット点１２０は、電圧Ｖ_A ⁺７０に接続されたプルアップ抵抗１１８によって制御されているように示されているが、この信号を提供する他の方法があることは当業者には明らかであろう。この明細書は、コントローラ２４からすべての光学アドレス指定式表示セル１１２へのプルダウン接続および個別のリセット線を含むがこれらに限定されないリセット信号を提供する機能的に同等な方法を対象として含むように意図されている。
【００２０】
トグル・フリップフロップ１１６の出力１２２は、ＬＥＤ７６のアノードに接続され、ＬＥＤ７６のカソードは、アース７８に接続されている。この実施形態には、出力１２２の電圧がアクティブなときにトグル・フリップフロップ１１６の出力１２２がＬＥＤ７６を駆動するのに十分であることが必要である。入力によって出力をトグルさせる、個別の論理素子フリップフロップ等価物を含むがこれらに限定されない他の手段が当業者に明らかであり、トグル・フリップフロップ１１６の代わりに実施することができる。本明細書は、そのような状態機械ならびに入力によって出力をトグルさせる手段を対象として含むように意図されている。
【００２１】
光学アドレス指定式表示セル１１２のレベルにおいて、動作は以下のように行われるが、トグル・フリップフロップ１１６を含むため、前のフリップフロップ状態に関する知識が必要である。説明のために、出力１２２の前の状態はオフである。ラスタ光ビーム２８が、フォトダイオード６８に当たると、フォトダイオード６８は電流を流す。これにより、トグル・フリップフロップ１１６の入力１１４に正電圧遷移が生じる。正電圧遷移によって、トグル・フリップフロップ１１６は、出力１２２の状態をオフからオンに変化させる。オン状態で出力１２２に生成された電圧によって、ＬＥＤ７６に電流が流れ、それによりＬＥＤ７６が光４０を放射する。ラスタ光ビーム２８が、フォトダイオード６８に当たらなくなると、フォトダイオード６８は、電流を流さなくなる。これにより、トグル・フリップフロップ１１６の入力１１４に負電圧遷移が生じる。トグル・フリップフロップ１１６は、負電圧遷移に反応しないので、出力１２２はオンのままであり、ＬＥＤ７６はオンのままである。ＬＥＤ７６は、ラスタ光ビーム２８がフォトダイオード６８に再び入射するまで点灯したままである。ラスタ光ビーム２８が、フォトダイオード６８に次に当たると、フォトダイオード６８は電流を流し始める。これにより、トグル・フリップフロップ１１６の入力１１４に正電圧遷移が生じる。正電圧遷移により、トグル・フリップフロップ１１６は、出力１２２の状態をオンからオフに変化させる。出力１２２に電圧がないので、ＬＥＤ７６に電流が流れず、ＬＥＤ７６から光が放射されない。
【００２２】
正電圧遷移の代わりに負電圧遷移に反応するフリップフロップを選択することができ、したがってそのような修正が当業者の能力の範囲内にあることは明らかである。そのような等価物は、本明細書の範囲内にあるように意図されている。トグル・フリップフロップ１１６による光学アドレス指定式表示セル１１２の動作に関する以上の説明に基づいて、コントローラ２４がこのタイプの光学アドレス指定式表示セル１１２と併せて使用することができるプロセスを説明することができる。しかしながら、最初に、光学アドレス指定式表示セルのさらに他の実施形態を説明するが、これは、両方のセルが、そのようなプロセスと併せて使用することができるからである。
【００２３】
図９は、適切なプロセスと組み合わせて、光学アドレス指定式表示システム２０の知覚輝度の低下をなくすかほとんどなくすことができる光学アドレス指定式表示セル１２４の実施形態を示す。光学アドレス指定式表示セル１２４は、フォトダイオード６８を有する。フォトダイオード６８のアノードは、第１の正電圧Ｖ_A ⁺７０に接続されている。フォトダイオード６８のカソードは、スタティック・ラッチまたはトグル・フリップフロップ１１６の入力１１４に接続されている。このスタティック・ラッチすなわち状態機械は、図４のメモリ４５の１つの例である。電圧アース７８が、トグル・フリップフロップ１１６に接続されている。プルアップ抵抗１１８が、Ｖ_A ⁺７０とトグル・フリップフロップ１１６上のリセット点１２０の間に接続されている。光学アドレス指定式表示セル１２４に最初に電源が印加されたとき、電圧Ｖ_A ⁺７０によって、トグル・フリップフロップ１１６を既知の状態にリセットする遷移縁が生成される。この実施形態が適切に機能するためには、光学アドレス指定式表示システム２０内のコントローラ２４が、各光学アドレス指定式表示セル１２４の前の状態を常に知っていなければならない。各セル１２４にリセット信号を提供することによって、コントローラ２４は、各セル１２４の最初の状態を確実に知ることができる。トグル・フリップフロップ１１６上のリセット点１２０は、電圧Ｖ_A ⁺７０に接続されたプルアップ抵抗１１８から制御されているように示されているが、この信号を提供する他の方法があることは、当業者に明らかであろう。本明細書は、コントローラ２４からすべての光学アドレス指定式表示セル１２４へのプルダウン接続および個別のリセット線を含むがこれらの限定されない、リセット信号を提供する機能的に同等な方法を対象として含むように意図されている。
【００２４】
トグル・フリップフロップ１１６の出力１２２は、ＦＥＴ１２６のゲートに接続されている。ＦＥＴ１２６のドレインは、第２の電圧Ｖ_B ⁺１２８に接続されている。ＦＥＴ１２６のソースは、ＬＥＤ７６のアノードに接続され、ＬＥＤ７６のカソードは、アース７８に接続されている。この実施形態には、出力１２２の電圧がアクティブなときにトグル・フリップフロップ１１６の出力１２２がＦＥＴ１２６を十分にオンできることが必要である。ＦＥＴ１２６がオンにされたとき、Ｖ_B ⁺１２８からＬＥＤ７６に電流が流れ、光４０が放射される。この実施形態でＦＥＴ１２６を使用することによって、図８に示したＦＥＴのない実施形態と対照的に、トグル・フリップフロップ１１６に供給する電圧と異なる電圧でＬＥＤ７６を駆動することができ、それにより、Ｖ_A ⁺７０とＶ_B ⁺１２８が異なってもよく、あるいはＶ_A ⁺７０とＶ_B ⁺１２８が同じ場合は、少なくともＬＥＤ７６に流れる電流によってトルグ・フリップフロップ１１６に負荷がかかるのを防ぐことができる。この実施形態は、ＦＥＴ１２６を示しているが、ｐ型トランジスタなどの他のタイプのトランジスタあるいはリレーを使用することもできる。ＦＥＴ１２６は、実質的に、ゲートがセレクタと類似し、ドレインが入力と類似し、ソースが出力と類似しているスイッチである。セレクタが活動化されるとき、入力は、出力に接続される。当業者は、例えばこの種のスイッチと同じように機能することができる様々なトランジスタおよびリレーを含むがこれらに限定されない多くの切換手段があることを理解することができる。この開示は、そのような機能同等品および代替品を含むように意図されている。代替として、ＬＥＤ７６のカソードをＦＥＴ１２６のドレインに接続し、ＬＥＤ７６のアノードをＶ_B ⁺１２８に接続した状態で、ＦＥＴ１２６のドレインに発光素子７６を接続することができる。この場合、ＦＥＴ１２６のソースは、アース７８に接続されることになる。
【００２５】
光学アドレス指定式表示セル１２４のレベルにおいて、動作は以下のように行われるが、トグル・フリップフロップが含まれるので、前のフリップフロップ状態に関する知識が必要である。説明のため、出力１２２の前の状態はオフである。ラスタ光ビーム２８がフォトダイオード６８に当たると、フォトダイオード６８は電流を流す。これにより、トグル・フリップフロップ１１６の入力１１４に正電圧遷移が生じる。正電圧遷移によって、トグル・フリップフロップ１１６は、出力１２２の状態をオフからオンに変化させる。オン状態で出力１２２に生成された電圧により、ＦＥＴ１２６がオンになる。ＦＥＴ１２６がオンになると、ＬＥＤ７６に電流が流れ、それにより、ＬＥＤ７６が光４０を放射する。ラスタ光ビーム２８がフォトダイオード６８に当たらなくなると、フォトダイオード６８は、電流を流さなくなる。これにより、トグル・フリップフロップ１１６の入力１１４に負電圧遷移が生じる。トグル・フリップフロップ１１６は、負電圧遷移に反応しないので、出力１２２はオンのままであり、ＦＥＴ１２６はオンのままであり、ＬＥＤ７６はオンのままである。ＬＥＤ７６は、ラスタ光ビーム２８がフォトダイオード６８に再び入射するまで点灯したままである。ラスタ・ビーム光２８が、次にフォトダイオード６８に当たると、フォトダイオード６８は、電流を流し始める。これにより、トグル・フリップフロップ１１６の入力１１４に正電圧遷移が生じる。正電圧遷移によって、トグル・フリップフロップ１１６は、出力１２２の状態をオンからオフに変化させる。出力１２２に電圧がないので、ＦＥＴ１２６はオフになる。ＦＥＴ１２６がオフになると、ＬＥＤ７６には電流が流れず、ＬＥＤ７６から光が放射されない。
【００２６】
フリップフロップを正電圧遷移にも負電圧遷移にも反応するように選択することができ、そのような修正が当業者の能力の範囲内にあることは明らかである。そのような機能的同等物は、本明細書の範囲内にあるように意図されている。
【００２７】
それぞれトグル・フリップフロップ１１６を使用する両方の光学アドレス指定式表示セル１１２と１２４の動作に関する以上の説明に基づいて、次に、コントローラ２４がこれらの光学アドレス指定式表示セル１１２または１２４のどちらかと併せて使用することができるプロセスを説明することができる。
【００２８】
図１０は、光学アドレス指定式表示セル１１２および１２４のような光学アドレス指定式表示セルを有する光学アドレス指定式表示システム２０が使用できるプロセスの１つの実施形態を示す。このプロセスは、コントローラ２４が、すべての光学アドレス指定式表示セル１１２，１２４の前の状態を知っていることを必要とする。これは、光学アドレス指定式表示システム２０の電源が投入された（１３０）ときに達成される。電源投入時１３０、前に説明した光学アドレス指定式表示セル１１２，１２４のリセット機能によって、すべてのＬＥＤ７６または表示要素が確実にオフにされる。コントローラ２４は、それぞれの光学アドレス指定式表示セル１１２，１２４ごとの対応する「オフ」値を記憶する。光学アドレス指定式表示システム２０内のすべての光学アドレス指定式表示セル１１２，１２４が、ラスタ走査光源２６によって次々と走査される。電源投入１３０の後、プロセスは、ラスタ走査光源を最初の光学アドレス指定式表示セルに索引付けして開始する。ラスタ走査光源を索引付けした光学アドレス指定式表示セルが、「現行セル」である。コントローラは、現行セルの前の状態を調べる１３４。現行セルの前の状態が「オン」の場合１３６、コントローラは、現行セルに望ましい新しい状態を調べる１３８。新しい状態をオンのままにしたい場合１４０、ラスタ光ビームは、現行セルの上で活動化されず１４２、したがって、現行セルは、前の状態と同じようにオンのままでいることできる。現在の状態が、現行セルの前の状態として記憶される１４４。次に、プロセッサは、ラスタ走査光源が、光学アドレス指定式表示システム２０における最後の光学アドレス指定式表示セルの位置にあるかどうかを判定する１４６。ラスタ走査光源が、最後の光学アドレス指定式表示セルの位置にない場合１４８、ラスタ走査光源は、次の光学アドレス指定式表示セルに索引付けされる１５０。ラスタ走査光源が、最後の光学アドレス指定式表示セルの位置にある場合１５２、ラスタ走査光源は、最初の光学アドレス指定式表示セルに索引付けされる１３２。ラスタ走査光源を最初のセル１３２に索引付けした後あるいはラスタ走査光源を次のセル１５０に索引付けした後で、コントローラが現在の状態をセルの前の状態として記憶する（１４４）ポイントまで、プロセスには４つの可能な道筋がある。セルの前の状態が「オン」１３６で所望の新しい状態も「オン」１４０の１つの道筋については既に説明した。第２の道筋は、セルの前の状態が「オン」でセルの所望の新しい状態が「オフ」の場合である。この場合、コントローラは、ラスタ走査光源を索引付けした（１３２，１５０）後で、現行セルの前の状態を調べる１３４。現行セルの前の状態が「オン」の場合１３６、コントローラは、現行セルに望ましい新しい状態を調べる１３８。新しい状態を「オフ」のままにしたい場合１５３、ラスタ光ビームは、現行セルの上で活動化され１５４、したがって、現行セルがオンからオフに変化することができる。現行セルの状態が、現行セルの前の状態と同じように記憶され１４４、プロセスは、既に説明したプロセスと同じように続く。第３の道筋は、セルの前の状態が「オフ」でセルの所望の新しい状態が「オフ」の場合である。この場合、コントローラは、ラスタ走査光源を索引付けした（１３２，１５０）後で、現行セルの前の状態を調べる１３４。現行セルの前の状態が「オフ」の場合１５６、コントローラは、現行セルに望ましい新しい状態を調べる１５８。新しい状態を「オフ」のままにしたい場合１６０、ラスタ光ビームは、現行セルの上で活動化されず１４２、したがって現行セルはオフのままでいることができる。現在の状態は、現行セルの前の状態と同じように記憶され１４４、プロセスは、既に説明したプロセスと同じように続く。第４の経路は、セルの前の状態が「オフ」であったが、セルの所望の新しい状態が「オン」である場所である。この場合、ラスタ走査光源を索引付けした（１３２，１５０）後で、コントローラは、現行セルの前の状態を調べる１３４。現行セルの前の状態がオフの場合１５６、コントローラは、現行セルに望まれる新しい状態を調べる１５８。新しい状態を「オン」に変化させたい場合１６２、ラスタ光ビームは、現行セルの上で活動化され１５４、これにより現行セルがオフからオンに変化することができる。現在の状態が、現行セルの前の状態と同じように記憶され１４４、プロセスは、既に説明したプロセスと同じように続く。
【００２９】
図１０に示したプロセスは、現行セルの所望の新しい状態を評価する１３８，１５８前に現行セルの前の状態を評価する（１３４）が、現行セルの所望の新しい状態を評価した後で前の状態を評価するようにプロセスを設定することができることは明らかである。また、現行セルの所望の新しい状態と前の状態の排他的論理和（ＸＯＲ）比較として、ラスタ光ビームを活動化する判断を考察することができる。
【００３０】
図１１は、トグル・フリップフロップ１１６を備えた図８と図９のセル１１２または１２４と同じような光学アドレス指定式表示セルを有し、また図１０に示したプロセスと類似のプロセスを利用する光学アドレス指定式表示システム２０のタイミング図の例を示す。ラスタ走査光源２６が、複数の光学アドレス指定式表示セル１１２，１２４にわたってラスタ光ビーム２８を走査しなければならないので、所定の光学アドレス指定式表示セル１１２，１２４に対して走査デューティ・サイクル１６４が存在する。走査デューティ・サイクル１６４のアクティブ部分１６６Ａ〜１６６Ｅの間、ラスタ走査光源２６は、光学アドレス指定式表示セル１１２，１２４内のフォトダイオード６８が検出できるようにラスタ光ビーム２８を活動化するための機会を有する。走査デューティ・サイクル１６４の非アクティブ部分１６８の間、ラスタ光ビーム２８は、光学アドレス指定式表示セル１１２，１２４に当たることができない。コントローラ２４は、画像データ２２を処理して、ある期間にわたって所定の光学アドレス指定式表示セル１１２，１２４の所望の光出力１７０を決定する。図１１の所望の光出力１７０の曲線は、所望の光出力がオンまたはオフであることができることを示している。
【００３１】
走査デューティ・サイクル１６４の所定のアクティブ部分１６６Ａ〜１６６Ｅに関して、コントローラ２４は、前のサイクルの光学アドレス指定式表示セルの状態１７２を所望の光出力状態１７０と比較する。図１０に示したプロセスを実施するために、コントローラ２４は、走査デューティ・サイクル１６４の各アクティブ部分１６６Ａ〜１６６Ｅごとに、所望の光出力１７０と前のサイクルでの光学アドレス指定式表示セルの状態１７２の排他的論理和（ＸＯＲ）比較またはＸＯＲ比較の等価物を実行することができる。したがって、走査デューティ・サイクル１６４のアクティブ部分１６６Ａ〜１６６Ｅの間、ラスタ光ビーム活動化１７４は、所望の光出力１７０と、前のサイクルでの光学アドレス指定式表示セルの状態１７２のＸＯＲである。実際の光出力１７６の状態は、ラスタ光ビーム活動化１７４のそれぞれの立ち上がりで切り換わる。その結果、実際の光出力１７６は、コントローラ２４によって意図された所望の光出力１７０と正確にまたはほとんど正確に一致する。これにより、光学アドレス指定式表示システム２０は、高いレベルの知覚輝度で動作することができる。この実施形態は、また、光学アドレス指定式表示セル１１２，１２４の設計を変更することなく様々な速さの走査デューティ・サイクル１６４で機能できるという利点を有する。
【００３２】
【発明の効果】
光学アドレス指定式表示システム２０によって、表示装置３２をコントローラ２４に接続する物理的制御線を最小限に抑えるかまたはまったくなしで表示装置３２を構成することができる。光学アドレス指定式表示システム２０は、従来の液晶または薄膜トランジスタ・アクティブ・マトリクス表示装置よりも少ない浪費エネルギーでより明るい画像を実現する。光学アドレス指定式表示システムの様々な実施形態の考察において、以上様々な他の利益について述べた。
【００３３】
特定の実施形態により、本明細書が対象として含みさらに併記の特許請求の範囲に含まれる概念および実施形態による光学アドレス指定式表示システム２０、表示セル、または表示方法に、構造的かつ機能的に等価な様々な他の修正および代用を行うことができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学アドレス指定式表示システムの１つの実施形態を示す概略図である。
【図２】光学アドレス指定式表示セルの１つの実施形態のブロック図である。
【図３】光学アドレス指定式表示システムの１つの実施形態における所望の光出力と実際の光出力の例を示すタイミング図である。
【図４】光学アドレス指定式表示セルの１つの実施形態の簡略化したブロック図である。
【図５】光学アドレス指定式表示セルの１つの実施形態の回路を示す図である。
【図６】光学アドレス指定式表示セルの１つの実施形態の回路を示す図である。
【図７】光学アドレス指定式表示システムの１つの実施形態における所望の光出力と実際の光出力の例を示すタイミング図である。
【図８】光学アドレス指定式表示セルの１つの実施形態の回路を示す図である。
【図９】光学アドレス指定式表示セルの１つの実施形態の回路を示す図である。
【図１０】光学アドレス指定式表示システムが実行することができる操作の可能なフローチャートである。
【図１１】光学アドレス指定式表示システムの１つの実施形態における所望の光出力と実際の光出力の例を示すタイミング図である。
【符号の説明】
２２：画像データ
２４：コントローラ
２６：ラスタ走査光源
２８：ラスタ光ビーム
３２：表示装置
３６，６８，６９：光センサ
３８，７６：表示要素
４４，６６，８４，１１２，１２４：表示セル
４５，８０，８８，１１６：メモリ
７２，８６：スイッチ
１１６：状態機械
１２６：スイッチ

Claims

光学アドレス指定式表示セル内の光センサであって、ラスタ光ビームを検出する光センサと、
前記光センサに結合された表示要素であって、前記光センサが、前記ラスタ光ビームを検出したか否かに応じて、該表示要素からの発光の有無が制御される表示要素と、
前記光センサに結合されたメモリであって、ラスタ光ビームの走査間の時間に一致する長さの「オン時間」を前記表示要素に与え、それによって、次のラスタ光ビームの走査までの間、前記表示要素が「オン」状態に保たれる、メモリと、
を備えている表示セル。
複数の表示セルを備えた表示装置であって、前記表示セルのうちの少なくとも１つが、
光学アドレス指定式表示セル内の光センサであって、ラスタ光ビームを検出する光センサと、
前記光センサに結合された表示要素であって、前記光センサが、前記ラスタ光ビームを検出したか否かに応じて、該表示要素からの発光の有無が制御される、表示要素と、
前記光センサに結合されたメモリであって、ラスタ光ビームの走査間の時間に一致する長さの「オン時間」を前記表示要素に与え、それによって、次のラスタ光ビームの走査までの間、前記表示要素が「オン」状態に保たれる、メモリと、
を備えている表示装置。
前記メモリが、入力、出力、および、リセットを有する状態機械を有し、
前記光センサが、前記状態機械の入力に結合され、
前記表示要素が、前記状態機械の出力に結合されている、請求項１または２に記載の表示セル。
セレクタ、入力、および、出力を有するスイッチをさらに備え、
前記メモリが、入力、出力、および、リセットを有する状態機械であり、
前記セレクタが、前記状態機械の出力に結合され、
前記光センサが、前記状態機械の入力に結合され、
前記表示要素が、前記スイッチの入力または前記スイッチの出力に結合されている、請求項１または２に記載の表示セル。
セレクタ、入力、および、出力を有するスイッチをさらに備え、
前記光センサが、前記スイッチのセレクタに結合され、
前記表示要素が、前記スイッチの入力または出力に結合され、
前記メモリが、前記スイッチのセレクタに結合されたエネルギー蓄積要素を有している、請求項１または２に記載の表示セル。
前記スイッチのセレクタに結合された抵抗器をさらに備えている、請求項５に記載の表示セル。
画像データを受け取るように構成されたコントローラと、
前記コントローラに結合され、少なくとも１つのラスタ光ビームを発生することができるラスタ走査光源と、
複数の表示セルを有する表示装置であって、各表示セルが、
少なくとも１つのラスタ光ビームに応答する光感知手段と、
前記光感知手段に結合された光表示手段と、
前記光感知手段に結合されたメモリ手段と、
を有する表示装置と、
を備え、
前記光感知手段は、光学アドレス指定式表示セル内の光感知手段であって、前記ラスタ光ビームを検出し、
前記光表示手段は、前記光感知手段が、前記ラスタ光ビームを検出したか否かに応じて、該光表示手段からの発光の有無が制御され、
前記メモリ手段は、ラスタ光ビームの走査間の時間に一致する長さの「オン時間」を前記光表示手段に与え、それによって、次のラスタ光ビームの走査までの間、前記光表示手段が「オン」状態に保たれる、光学アドレス指定式表示システム。
光感知手段と、
前記光感知手段に結合された発光手段と、
前記光感知手段に結合されたメモリ手段と、
を備え、
前記光感知手段は、光学アドレス指定式表示セル内の光感知手段であって、ラスタ光ビームを検出し、
前記発光手段は、前記光感知手段が、前記ラスタ光ビームを検出したか否かに応じて、該発光手段からの発光の有無が制御され、
前記メモリ手段は、ラスタ光ビームの走査間の時間に一致する長さの「オン時間」を前記発光手段に与え、それによって、次のラスタ光ビームの走査までの間、前記発光手段が「オン」状態に保たれる、表示セル。
光学アドレス指定式表示セル内の光センサであってラスタ光ビームを検出する光センサと、前記光センサに結合された表示要素であって前記光センサが、前記ラスタ光ビームを検出したか否かに応じて該表示要素からの発光の有無が制御される表示要素と、前記光センサに結合されエネルギー蓄積要素を有するメモリであってラスタ光ビームの走査間の時間に一致する長さの「オン時間」を前記表示要素に与え、それによって、次のラスタ光ビームの走査までの間、前記表示要素が「オン」状態に保たれる、メモリとを備える表示セルにおける画像表示方法であって、
前記光センサを活動化するようにラスタ光ビームを位置決めするステップと、
前記活動化した光センサによって前記エネルギー蓄積要素を充電するステップと、
前記充電したエネルギー蓄積要素を用いて、前記表示要素を活動化するステップと、
前記光センサを非活動化するように前記ラスタ光ビームを位置決めするステップと、
前記エネルギー蓄積要素を放電するステップと、
前記エネルギー蓄積要素が実質的に放電されるまで前記表示要素を活動状態に維持するステップと、
を含む画像表示方法。
前記エネルギー蓄積要素を放電するステップが、前記表示要素から電流を漏らすことによって部分的に達成される、請求項９に記載の方法。