EP4111499A1 - Ecran d'affichage à résolution multiple et procédé de réalisation - Google Patents

Ecran d'affichage à résolution multiple et procédé de réalisation

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Publication number
EP4111499A1
EP4111499A1 EP21706962.4A EP21706962A EP4111499A1 EP 4111499 A1 EP4111499 A1 EP 4111499A1 EP 21706962 A EP21706962 A EP 21706962A EP 4111499 A1 EP4111499 A1 EP 4111499A1
Authority
EP
European Patent Office
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screen
pixels
image
zone
resolution
Prior art date
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Pending
Application number
EP21706962.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Olivier JEANNIN
Ivan-Christophe Robin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aledia
Original Assignee
Aledia
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Filing date
Publication date
Application filed by Aledia filed Critical Aledia
Publication of EP4111499A1 publication Critical patent/EP4111499A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G09G3/002—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes using specific devices not provided for in groups G09G3/02 - G09G3/36, e.g. using an intermediate record carrier such as a film slide; Projection systems; Display of non-alphanumerical information, solely or in combination with alphanumerical information, e.g. digital display on projected diapositive as background to project the image of a two-dimensional display, such as an array of light emitting or modulating elements or a CRT
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
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    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
    • H10K59/121—Active-matrix OLED [AMOLED] displays characterised by the geometry or disposition of pixel elements

Definitions

  • the invention relates to the field of display screens. It finds a particularly advantageous application in the field of virtual reality or augmented reality helmets. The invention can also be applied to virtual reality rooms. STATE OF THE ART
  • Resolution expressed in pixel density, is a primary characteristic of display screens. It must be high enough so that the human eye is not able to perceive a pixelation phenomenon, under normal conditions of use of the screen.
  • the resolving power of the eye is approximately one minute of arc, which corresponds to an angle ⁇ of the order of 0.017 °, as illustrated in figure 1. This resolving power is limited by the density of cones at the most sensitive part of the retina, the fovea. For an observer, the objects contained in the angular sector of angle a of FIG. 1 are not seen in a distinct manner. They are not resolved by the eye of the beholder. The angle a therefore corresponds to the limit of resolution of the eye.
  • a simple trigonometric relation makes it possible to determine what separation distance h between two objects is necessary for a human eye located at an observation distance d to perceive them distinctly.
  • two pixels a, b of the screen 1 separated by the distance h can be distinguished by the human eye located at the distance d from the screen 1, if h 3 2d. tan
  • the separation distance h between two adjacent pixels must therefore be less than the distance 2d. "3. 10 _4 d.
  • This separation distance h between two adjacent pixels determines the screen resolution. This is generally expressed in pixels per inch or ppi (pixels per inch according to English terminology).
  • a resolution of 210 ppi becomes necessary to avoid the phenomenon of pixelation.
  • the distance separating two pixels is here of the order of 120 pm.
  • Such a screen resolution is achievable at a cost compatible with the manufacture of consumer applications, for example by using pixel control circuits based on TFT thin film transistor technologies (Thin Film Transistors according to the English terminology). Saxon).
  • the applications targeted here by these display screens are, for example, computers and telephones.
  • a resolution greater than or equal to 2000 ppi becomes necessary to avoid the phenomenon.
  • pixelation The distance separating two pixels is here of the order of 12 ⁇ m.
  • Such a screen resolution becomes difficult to achieve using TFT-based technologies.
  • Such a screen resolution is achievable by using, for example, pixel driver circuits based on CMOS transistor technologies.
  • the manufacturing cost is too high to target consumer applications, such as virtual reality or augmented reality headsets.
  • Another problem associated with these screens displaying a resolution greater than or equal to 2000 ppi relates to the quantity of digital data to be transmitted for display.
  • each screen has a characteristic dimension, for example a diagonal, of the order of 2 to 3 inches.
  • the user thus benefits from a large field of vision, with an aperture of the order of 100 ° to 120 °. This improves the user's immersion in the virtual reality projected from the screens of the headset.
  • Such a screen size associated with such a resolution involves a large amount of pixels, typically greater than 12 megapixels (MPix).
  • the number of images per second fps (frames per second according to the English terminology) must be high, for example 120 fps, to improve the fluidity and the feeling of comfort perceived by the user.
  • fps frames per second according to the English terminology
  • the quantity of data to be transmitted per second to such a screen is very large, typically greater than 40 Gbits / s.
  • Such a digital data rate requires significant resources, incompatible with general public use.
  • the data transmission capabilities of the optic nerve are limited so that not all data displayed by such a screen is processed by the human eye.
  • the retina of the human eye is made up of different retinal areas, as shown in Figure 2. Only the most sensitive area of the retina, fovea 1, has the eye's maximum resolving power. human.
  • the resolving power of fovea 1 can be 10 times greater than that of surrounding areas 2, 3 of retina 4.
  • the fovea 1 has an area of about 0.5 mm in diameter and a field of view of about 1.5 °, while the retina 4 itself has a total area of about 5.5 mm in diameter at the back of the eye, and a field of view of approximately 100 °.
  • a known solution for limiting the quantity of data to be transmitted therefore consists in projecting an image with multiple resolution on the retina as a function of the different retinal areas.
  • the fovea will thus see an image part at high resolution (> 2000 ppi), while the surrounding retinal areas will see complementary image parts at lower resolution.
  • One solution is to degrade the image resolution of a high-definition screen out of the fovea's field of view, via an eye movement tracking system. This reduces the amount of data displayed.
  • the manufacture of such a high-resolution screen remains expensive and complex.
  • the user's field of view is reduced when looking at the edge of the screen.
  • Document US 2018/284451 A1 discloses, for example, a degraded display at the periphery of the image, so as to reduce the resolution around the foveal zone. This image processing is done a posteriori, for example in software. However, the amount of data remains unchanged. Additional processing is applied to the display, which requires an additional layer of hardware or software.
  • Another solution disclosed by document EP3330772 A1 consists in forming for each eye of the user a composite image from a contextual image and a high-resolution thumbnail superimposed on the contextual image.
  • the pop-up image is projected by a low-resolution first source screen and the thumbnail is projected by a second high-resolution source screen.
  • the high-resolution screen here is reduced in size. This solution is nevertheless complex. It indeed requires great precision in the superposition of the projected images. Its cost also remains high. It requires several source screens from which the composite image is formed. The user's field of view is further reduced when looking at the edge of the pop-up image.
  • Document US 2017/236466 A1 discloses a solution for reducing the amount of data of the image formed on the display screen. According to this solution, a single piece of data is assigned to a group of several pixels of a low-resolution area displayed on the screen. This solution requires an additional hardware layer, typically a dedicated controller, to perform this logical processing of the data assigned to the pixels.
  • an object of the present invention is to provide a display screen with multiple resolution limiting the complexity and / or the cost of manufacture.
  • Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing such a display screen. Another object of the present invention is to provide a display system making it possible to improve the observer's field of view.
  • the present invention provides according to a first aspect a display screen intended to display an image of multiple resolution and comprising a plurality of pixels distributed on a support.
  • the screen comprises a first zone of one face of the support having a first density of pixels making it possible to display a first part of the image with a first resolution, and a second zone of the face of the support having a second density. of pixels strictly greater than said first density, making it possible to display a second part of the image with a second resolution.
  • this screen makes it possible to display an image comprising at least a first image portion exhibiting the first so-called "low” resolution and at least a second image portion exhibiting the second so-called "high” resolution.
  • the pixel density necessary to form the high resolution image portion is found on the second area only. The total pixel density of the screen is thus reduced compared to that of a known high definition screen.
  • the solution proposed by the present invention brings together on one and the same screen at least two display zones of different resolutions, unlike the solution disclosed by document EP3330772 A1 using two source screens cooperating to display a composite image by superimposing the images. sources.
  • the complexity and cost of such a screen are therefore reduced compared to existing solutions.
  • the solution adopted in the context of the present invention is based on a material construction of differentiated pixel areas within the same screen.
  • the screen natively comprises pixels distributed according to different densities.
  • this differentiation between the first and second pixel densities is not obtained by a posteriori processing making it possible to locally and artificially reduce the pixel density of a screen comprising a homogeneous pixel density.
  • groupings of pixel data as disclosed in document US 2017/236466 A1, or software or optical processing making it possible to deform the displayed image with low-resolution areas and high-resolution areas as disclosed in document US 2018/284451 A1 are based on totally different principles and contrary to that of the present invention.
  • This screen can advantageously be implemented in a virtual reality headset with an eye movement tracking system, so that the fovea perceives the high-resolution image part, and the less areas. sensitive retina perceive the surrounding image portion at low resolution.
  • This screen can also be implemented in a virtual reality room.
  • a virtual reality room is configured so as to allow a direct view without glasses of the image displayed by the screen (s).
  • An eye movement tracking system suitable for such a virtual reality room environment, can also be used in cooperation with the screen (s) according to the first aspect of the invention.
  • the sizes and / or the resolutions of the first and second areas of the screen are preferably suited to the intended application.
  • the total surface area of the screen may be less than 25 cm 2 .
  • the second zone may in this case have an area less than or equal to 1 mm 2 and a resolution greater than 2000 ppi.
  • the total surface area of the screen may be greater than 1500 cm 2 .
  • the second zone may in this case have an area of a few cm 2 to a few tens of cm 2 and a resolution greater than 250 ppi.
  • the invention provides according to a second aspect a display system comprising a display screen according to the first aspect, a projection optical system configured to project the image displayed by the screen to an eye of an observer, and a system for tracking the movements of the observer's eye configured to control the projection of the image to said movements, so as to project the second part of the image displayed by the second zone onto the fovea of the eye of the observer observer.
  • This display system advantageously makes it possible to project an image of multiple resolution in which the high resolution and low resolution parts are fixed relatively to each other.
  • This display system can advantageously be implemented in a virtual reality headset.
  • the high-resolution part of the image moves relatively to the fixed contextual low-resolution part.
  • the high-resolution part In an extreme angular observation position, at the limit of movement of the observer's eyes, the high-resolution part is then at the edge of the low-resolution part.
  • the fovea still perceives the high-resolution image portion, part of the retina no longer perceives the surrounding contextual image. The observer's field of view is therefore reduced when he looks at these extreme angular positions, at the limit of movement of the eyes.
  • the projection of the whole image moves, so that the observer always perceives, in the same proportions, the same low-resolution and high-resolution parts of the multiple-resolution image, whatever or the angular position of the eyes.
  • the fovea and the retina always perceive the same image size. This is to avoid truncating the viewer's field of view. For virtual or augmented reality applications, this improves the viewer's immersion.
  • the invention also provides, according to a third aspect, a method of manufacturing a display screen intended to display an image of multiple resolution and comprising a first zone having a first density of pixels making it possible to display a first part of the image. with a first resolution, and a second area having a second pixel density strictly greater than said first density, making it possible to display a second part of the image with a second resolution.
  • This method comprises in particular the following steps: - Providing a support capable of receiving a plurality of pixels,
  • At least one donor substrate comprising pixels at a base density between the first pixel density and the second pixel density
  • Carry out with a first buffer a first transfer onto the support, for example by mass transfer technology, of a first set of pixels having the first density from the at least one donor substrate, so as to form the pixels of the first zone,
  • the first buffer is configured to form at least the pixels of the first zone, by transferring pixels from the donor substrate. According to one possibility, this first transfer also makes it possible to transfer pixels intended to form part of the second zone. The first transfer of pixels is thus optimized.
  • the second transfer of pixels is intended to form the pixels of the second zone. It can be performed on a portion of the medium devoid of pixels, via a second buffer configured to transfer a set of pixels directly exhibiting the second pixel density. Alternatively, it can be carried out on a part of the support already comprising pixels transferred during the first transfer, via a second buffer configured to transfer a set of pixels having a complementary pixel density. The pixels of this set of pixels are therefore transferred between the pixels already present, so as to increase the pixel density to reach the second pixel density and thus form the second area of the screen. This second transfer can be repeated several times until the second pixel density is reached.
  • the second buffer may be configured to transfer one or more sets of pixels having the first pixel density.
  • Figure 1 illustrates schematically the resolving power of the human eye.
  • Figure 2 schematically illustrates different areas of the retina of the human eye.
  • FIG. 3A schematically illustrates a distribution of the pixels of a display screen according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B schematically illustrates a distribution of the pixels of a display screen according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4A schematically illustrates in section the pixels of a display screen according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 4B schematically illustrates in section the pixels of a display screen according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 5 schematically illustrates a display system according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6A and 6B schematically illustrate a display system according to another embodiment of the present invention.
  • the invention according to its first aspect includes in particular the optional characteristics below which can be used in combination or alternatively.
  • the second pixel density is at least five times, preferably ten times greater than the first pixel density.
  • the first pixel density is between 200 pixels per inch (ppi according to English terminology) and 3000 ppi. This dimensioning is particularly suitable for small screens that can be integrated into virtual reality headsets.
  • the first pixel density is between 50 ppi and 250 ppi. This dimensioning is particularly suitable for large screens that can be integrated into virtual reality rooms.
  • the second pixel density is between 3000 ppi and 15000 ppi. This dimensioning is particularly suitable for small screens that can be integrated into virtual reality headsets. According to another example, the second pixel density is between 250 ppi and 2000 ppi. This dimensioning is particularly suitable for large screens that can be integrated into virtual reality rooms. According to one example, the second zone has an area less than 4 mm 2 , preferably less than or equal to 1 mm 2 . This dimensioning is particularly suitable for small screens that can be integrated into virtual reality headsets. According to another example, the second zone has a lower surface area of 100 mm 2 , preferably less than or equal to 10 mm 2 . This dimensioning is particularly suitable for large screens that can be integrated into virtual reality rooms. This makes it possible to reduce the costs of the screen and to limit the total quantity of digital data to be transmitted for the display, without degrading the perception by the fovea of the high-resolution image part. According to one example, the second zone is surrounded by the first zone.
  • the second zone is located at the center of the first zone.
  • the pixels of the second zone are smart pixels each comprising dedicated control electronics, said smart pixels each having a width less than or equal to 50 ⁇ m, preferably less than or equal to 25 ⁇ m.
  • the control electronics of such a smart pixel are typically integrated directly under the LEDs or pLEDs forming the subpixels of this smart pixel.
  • the second area is preferably only made from such smart pixels.
  • the second zone does not use control electronics based on TFT-type technologies. This allows the second pixel density to be increased to achieve high resolutions, typically greater than 2000 ppi.
  • the display screen comprises at least one other area at least partially separating the first and second areas, said at least one other area having a pixel density between the first pixel density and the second pixel density. , said at least one other zone making it possible to display at least one other part of the image with at least one other intermediate resolution comprised between the first and second resolutions.
  • This makes it possible to generate a gradual transition between the first and second zones. This optionally makes it possible to follow the sensitivity profile of the retina presented in FIG. 2.
  • the first and second pixel densities and the pixel density of the at least one other zone are chosen so as to display an image.
  • the first and second pixel densities and the pixel density of the at least one other area are chosen so as to display a multi-resolution image having a linear variation in resolution between the first and second parts of the image. image and at least one other part of the image. This simplifies the design of the display screen.
  • the display screen has, in a main extension plane, a characteristic dimension, for example a diagonal, between 2 inches and 10 inches. This dimensioning is particularly suitable for small screens that can be integrated into virtual reality headsets.
  • the display screen has, in a main extension plane, a characteristic dimension, for example a diagonal, between 20 inches and 70 inches. This dimensioning is particularly suitable for large screens that can be integrated into virtual reality rooms.
  • the display system further comprises a body, and the system for tracking the movements of the observer's eye is configured to modify the positions of the screen and / or the projection optical system relative to the image. body.
  • the projection optical system comprises a curved mirror facing the screen configured to reflect the image displayed by the screen, and a focusing lens facing the observer configured to focus on the retina of the screen. 'eye said reflected image.
  • the screen is fixed relative to the body and the projection optical system is at least partly mobile relative to the body, the position of the projection optical system being modified by a displacement of the focusing lens and / or of the mirror. curved relative to the body of the display system.
  • the projection optical system comprises a lens system facing the screen configured to transmit the image displayed by the screen, and a curved mirror facing the observer configured to reflect said transmitted image in the direction of eye of the beholder.
  • the projection optical system is fixed relative to the body and the screen is at least partly mobile relative to the body, the position of the screen being modified by a displacement of the screen in a main extension plane. of the screen, relative to the body of the display system.
  • the projection optical system is configured to project the image displayed by the screen with a magnification greater than or equal to 1.
  • the at least one donor substrate comprises a first donor substrate comprising pixels having the first pixel density and a second donor substrate comprising pixels having the second pixel density.
  • the first transfer is performed from the first donor substrate and at least a second transfer is performed once from the second donor substrate.
  • the at least one donor substrate is a single donor substrate comprising pixels having only the first pixel density.
  • the first transfer is configured to form the pixels of the first zone and part of the pixels of the second zone, and the second transfer is repeated several times to complete the pixels of the second zone, so as to reach the second pixel density in the second area.
  • the pixels are intelligent pixels each comprising dedicated control electronics, said intelligent pixels each having a width less than or equal to 50 ⁇ m, preferably less than or equal to 25 ⁇ m.
  • the invention can therefore also be implemented in the context of virtual reality or augmented reality devices.
  • the display screen is one and the same continuous screen comprising at least two different pixel densities on one and the same continuous face configured to display at a given time a single and same image of multiple resolution.
  • multiple resolution image is meant an image simultaneously presenting at least a first image part according to a first resolution and at least a second image part according to a second resolution different from the first resolution.
  • a pixel of an image corresponds to the unitary element of the image displayed by a display screen.
  • each color pixel generally comprises at least three components of emission and / or conversion of a luminous flux, also called sub-pixels.
  • these subpixels each emit a light flux substantially in one color (for example, red, green and blue).
  • the color of a pixel perceived by an observer comes from the superposition of the different luminous fluxes emitted by the sub-pixels.
  • a pixel although it can consist of several subpixels, forms a well-defined entity.
  • the solution adopted in the context of the present invention provides for two different densities of this same entity. It is understood that the density of pixels cannot be compared or equated with the density of sub-pixels.
  • a person skilled in the art knows perfectly well how to distinguish a density of pixels, for example expressed in ppi, from a density of sub-pixels or of elements composing said pixels.
  • an LED or pLED emits the luminous flux associated with a sub-pixel.
  • LED size is meant its main extension dimension in the plane of the support. The size of a sub-pixel is therefore directly correlated with the size of LEDs.
  • LED light-emitting diode
  • LED simply “diode”
  • An “LED” can also be understood as a "micro-LED”.
  • Pixel density is an area density expressed in ppi (pixels per inch), according to the most common notation and unless otherwise specified.
  • concentration and “density” are synonymous.
  • matrix is understood to mean a table in the form of rows and columns.
  • a matrix may include a plurality of rows and a plurality of columns, or a single row and a plurality of columns, or a plurality of rows and a single column.
  • a direction substantially normal to a plane means a direction having an angle of 90 ⁇ 10 ° with respect to the plane.
  • Construction analysis or reverse engineering methods can be used to determine whether a screen includes the characteristics described in this application. These techniques make it possible in particular to determine whether the display screen comprises an area with a high density of pixels, as described in the present invention. An analysis of the distribution of the pixels on the screen support can be carried out, for example, from optical microscopy measurements on the deconstructed screen. These techniques also make it possible to determine what type of control electronics are associated with the pixels, in particular if the control electronics are based on transistors integrated directly under the LEDs / pLEDs forming the subpixels of an intelligent pixel.
  • the display screen 10 typically comprises a continuous support 100 having a face 101 capable of receiving pixels 110, 120.
  • This face 101 can be flat or curved. It can be opaque, semi-transparent or transparent. It can be rectangular in shape as shown in Figure 3A, or square, or oval or of any shape.
  • the size of this display screen 10, that is to say at least one dimension characteristic of this screen taken in projection in the plane of the sheet, is preferably between 2 inches and 10 inches, and preferably between 2 inches and 5 inches. For certain applications, for example in the field of augmented reality, the size of this display screen 10 may be less than 2 inches, or even 1 inch, or even 1 ⁇ 2 inch. In the example illustrated in Figure 3A, this characteristic dimension may be the diagonal of screen 10.
  • the face 101 comprises at least two zones 11, 12 over which the pixels 110, 120 are respectively distributed.
  • the first zone 11 has a first density of pixels 110, for example between 200 ppi and 2000 ppi
  • the second zone 12 has a second pixel density 120 different from the first pixel density 110, for example greater than or equal to 2000 ppi.
  • the face 101 is preferably completely covered by these at least two zones 11, 12.
  • the first zone 11 is intended to display a low resolution contextual image and the second zone 12 is intended to display a high resolution image.
  • the first zone 11 is therefore located around the second zone 12.
  • the first zone 11 surrounds the second zone 12 over the major part of the perimeter of the second zone 12, and preferably over the entire perimeter of the second zone 12.
  • the first zone 11 preferably extends from a closed contour 121 of the second zone 12 to the edges 102 of the face 101. Its surface preferably covers at least half of the surface of the screen. Its shape preferably matches the shape of the face 101, and the closed contour 121 of the second zone 12.
  • the pixels 110 of the first zone 11 can be distributed in the form of a first matrix of pixels having a pitch p1 in a first x direction and a pitch p2 in a second y direction.
  • the pitches p1 and p2 can be between 120 ⁇ m and 12 ⁇ m, so as to obtain a first density of pixels 110 on this first zone 11 between 200 ppi and 2000 ppi.
  • the pitch p1 is equal to the pitch p2.
  • the second zone 12 can be substantially square, as illustrated in FIG. 3A, or round or oval or of any shape. It has a closed contour 121 surrounded at least in part by the first zone 11. It is preferably separated from the edges 102 of the face 101, and preferably centered with respect to the face 101, as illustrated in FIG. 3A. . Its surface preferably covers less than half of the surface of the screen. It has, for example, a surface area of less than 4 mm 2 , preferably less than or equal to 1 mm 2 .
  • the ratio between the areas of the first and second zones 11, 12 may be greater than 5, and preferably greater than 10.
  • the pixels 120 of the second zone 12 can be distributed in the form of a second matrix of pixels having a pitch p1 "in the x direction and a pitch p2" in the y direction.
  • the pitches p1 ’and p2’ are preferably less than 12 ⁇ m, so as to obtain a second pixel density 120 on this second area 12 greater than 2000 ppi.
  • the step p1 ’ is equal to the step p2’.
  • a second embodiment of a display screen according to the invention comprises a third area 13 interposed between the first and second areas 11, 12, in the xy plane.
  • This third zone 13 has a third density of pixels 130, for example between 1000 ppi and 2000 ppi.
  • the third pixel density 130 is between the first pixel density 110 and the second pixel density 120.
  • the third zone 13 is intended to display an image part of intermediate resolution between the low-resolution image part of the first zone 11 and the high-resolution image part of the second zone 12.
  • the third zone 13 is therefore located. around the second zone 12.
  • the first zone 11 is therefore situated around the third zone 13.
  • the third zone 13 preferably extends from a closed contour 121 of the second zone 12.
  • the first zone 11 preferably extends from a closed contour 131 of the third zone 13.
  • the first, second and third pixel densities 110, 120, 130 and / or the relative occupancy areas of the first, second and third areas 11, 12, 13 on the face 101 of the screen 10 can be adjusted so as to that the eye does not perceive a halo effect and / or abrupt resolution transition in the displayed image.
  • first, second and third pixel densities 110, 120, 130 can be chosen so as to reflect the visual acuity profile of the retina, as illustrated in FIG. 2. This makes it possible to improve the perception of the image by the human eye.
  • the relative occupancy surfaces of the first, second and third zones 11, 12, 13 may also reflect the surfaces of the different retinal zones at the back of the eye.
  • the surface of the first zone 11 can be greater than the sum of the surfaces of the second and third zones 12, 13.
  • the first, second and third densities of pixels 110, 120, 130 can be chosen so as to obtain a density profile, along an axis of the xy plane, which is substantially linear. This limits the complexity of the screen.
  • the pixels 130 of the third zone 13 can be distributed in the form of a third matrix of pixels having a pitch p1 ”according to the first direction x and / a pitch p2” (not illustrated) according to the second direction y.
  • These steps p1 ”and p2” can be between 120 pm and 12 pm, with for example p1 ⁇ p1 ” ⁇ p1 'and / or p2 ⁇ p2” ⁇ p2'.
  • These first and second embodiments do not limit the invention.
  • Other areas having other pixel densities may be formed on the screen, for example so as to ensure a gradual transition from the second high resolution area to the first low resolution area.
  • different density profiles and different distribution of the zones can be envisaged, for example so as to obtain a good compromise between the complexity and the cost of manufacturing the screen, and the final perception by the user of the quality. image displayed by this screen.
  • the pixels 110, 120, 130 can be formed by different technologies. They are preferably controlled independently by control electronics. These control electronics are controlled by at least one processor, preferably one and the same processor. Certain elements of the power supply and / or control and / or pilot circuits, such as electrical connection lines, can be common to the pixels 110, 120. With reference to FIG. 4A, the pixels 110, 120 can each be formed from three distinct R, G, B subpixels separated by a subpixel separation distance d 110 , d 120 .
  • R, G, B sub-pixels are typically LEDs or pLEDs emitting respectively at wavelengths comprised in red, green and blue.
  • These pLEDs can each be associated with control electronics based on TFT thin-film transistors (for Thin-Film Transistor).
  • FIG. 4A illustrates such a screen architecture comprising a support 100, for example made of glass, a control layer 200 comprising the control electronics based on TFT, and the pLEDs R, G, B forming the pixels 110, 120 on the upper face 201 of the control layer 200.
  • the pixels 120 preferably have minimum subpixel separation distances d 12 o, typically on the order of one micrometer, so as to achieve a minimum pixel size x 120 , typically on the order of 12 ⁇ m. Such pixels 120 make it possible to obtain a pixel density of the order of 2000 ppi.
  • the pixels 110 may be identical to pixel 120. Alternatively, as the density of pixels 110 required in the first zone 11 is less than the pixel density required 120 in the second area 12, the pixels 110 may have a size greater than 110 x the size x 120 of the pixels 120, as illustrated in FIG. 4A.
  • the subpixel separation distances d 110 may be of the order of ten micrometers, so as to obtain a pixel size ⁇ 110 of the order of 60 ⁇ m.
  • smart pixels are manufactured regardless of their final integration into the screen.
  • the control electronics 202 of these intelligent pixels 110 ′, 120 ′ are first manufactured on a first annex substrate, by conventional microelectronic technologies (transistors resulting from a so-called bulk substrate) which are less expensive than TFT technologies. .
  • the R, G, B sub-pixels are also manufactured independently on a second annex substrate.
  • the R, G, B sub-pixels are then associated with the control electronics 202.
  • the intelligent pixels 110 ’, 120’ thus formed are then transferred to the substrate 100, to form the first and second zones 11, 12.
  • Control electronics 202 based on intelligent pixel bulk transistors 110 ", 120" are significantly less expensive than control electronics based on TFT transistors.
  • Control electronics 202 based on bulk transistors of intelligent pixels 110 ’, 120’ are also less bulky than control electronics based on TFT transistors.
  • the preliminary and independent formation of the sub-pixels R, G, B from the second annex substrate therefore makes it possible to considerably reduce the sizes of these sub-pixels (case of intelligent pixels), compared with a direct formation of the sub-pixels R , G, B on a control layer 200 as illustrated in FIG. 4A (case of pixels controlled by TFT).
  • the sizes x ' 110 , x' 120 of the intelligent pixels 110 ', 120' thus formed are therefore considerably reduced (FIG. 4B).
  • These intelligent pixels 110 ′, 120 ′ each comprising a previously integrated control electronics 202 typically have pixel sizes x′ -i ⁇ o, x ′ 120 less than or equal to 25 ⁇ m, for example of the order of 5.5 ⁇ m.
  • Such intelligent pixels 110 ", 120" make it possible to obtain, after transfer to the substrate 100, a pixel density greater than or equal to 4000 ppi.
  • Such a screen resolution greater than or equal to 4000 ppi can advantageously be implemented in the second zone 12 configured to display the high-resolution (HR) image part intended to be projected onto the fovea of the eye of the eye. the observer.
  • the cones of the fovea ie the sensitive cells, can in fact have an elementary angle of view twice as small as that of the other cells of the retina. Consequently, an HR image with a resolution greater than or equal to 4000 ppi projected onto the fovea makes it possible to avoid or limit the phenomenon of pixelation perceived by the observer.
  • the pixel density depends not only on the size of each of the pixels, but also on the pitch p ⁇ p ⁇ and / or p 2 , p ' 2 between each of these pixels (FIG. 4B).
  • the pixel transfer methods advantageously make it possible to adjust the pitch R ⁇ and / or p 2 , and the pitch p ⁇ and / or p ' 2 relating to the first and second zones 11, 12 respectively.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a display screen as described through the preceding exemplary embodiments.
  • the formation of the first and second areas 11, 12 of the screen is described below.
  • This method uses in particular at least a first buffer configured to take pixels, preferably intelligent pixels comprising integrated control electronics, formed on a donor substrate. The pixels taken are then transferred to the substrate 100.
  • This substrate 100 can be functionalized and / or transparent and / or flexible in particular. These sampling and transfer steps can be carried out by so-called mass transfer technologies. This helps to reduce costs.
  • the pixels picked up by the first buffer have a primary density which can be either equal to the pixel density of the donor substrate, or less than the pixel density of the donor substrate. In the latter case, this primary density is fixed by the configuration of the first buffer.
  • the pixels transferred onto the substrate 100 after a first transfer have a density equal to the primary density.
  • the primary density is preferably equal to the first density of pixels of the first zone 11.
  • the first zone 11 is thus formed by a single first transfer. This makes it possible to minimize the number of steps and the duration of the manufacturing process. This also makes it possible to simplify the formation of the first zone 11.
  • one or more additional transfers can be carried out via the first buffer, so as to increase the pixel density.
  • the first zone 11 can thus be formed in several stages. This makes it possible to use a or donor substrates having a pixel density lower than the first target pixel density.
  • This principle of multiple transfers from a single donor substrate can be advantageously implemented to form the second zone 12.
  • the first transfer can be used to transfer pixels intended to form part of the second zone.
  • the first transfer of pixels is thus optimized.
  • the second zone 12 is then partly formed at the end of this first postponement.
  • At least a second transfer of pixels is preferably carried out to complete the formation of the second zone 12.
  • This second transfer can be carried out with the first buffer, by reducing the sampling zone of the first buffer.
  • the second transfer can be performed with a second specific buffer.
  • This second pad may have a sampling surface smaller than that of the first pad. It can also be configured to pick up denser sets of pixels compared to the first buffer.
  • the first and / or second transfers are made from different donor substrates. These different donor substrates can in particular have different densities of pixels, respectively.
  • the second area 12 can be formed directly in a single step from a donor substrate having the second pixel density.
  • the first and second zones 11, 12 can be formed by combining one or more transfers carried out by one or more buffers from one or more donor substrates.
  • one or more intermediate areas between the first and second areas 11, 12, having pixel densities between the first and second pixel densities 110, 120, can also be formed according to this method.
  • the present invention also relates to a display system comprising a display screen as described through the preceding exemplary embodiments.
  • this system typically comprises a body 30, for example in the form of a helmet, in which there is at least one display screen 10, a projection optical system and a movement tracking system. of the observer's eye O.
  • the projection optical system is configured to project the image displayed by the screen 10 towards the eye O. It can comprise a mirror 41, for example curved, configured. to reflect the image displayed by the screen 10 towards the eye O. It can also include at least one lens 40, 43 configured to optically conjugate the screen 10 and the eye O.
  • This optical projection system can project the image displayed by the screen 10 with a magnification greater than or equal to 1.
  • the curved mirror 41 makes it possible for example to increase the apparent magnification of the image displayed by the screen 10. L The immersion of the observer in the helmet is thus improved.
  • the system for tracking the movements of the observer's eye is configured to control the projection of the image displayed by the screen 10 to said movements of the eye O. It is in particular configured to project the image part. HR displayed by the second zone 12 of the screen 10 on the fovea of the eye O of the observer.
  • This eye tracking system may typically include a camera 50 and a servo system 51, 52.
  • the camera 50 is directed towards the eye and intended to record the movements of the eye O.
  • the servo system is intended to control the movement of the movable elements of the display system, i. e. the screen 10 and / or the mirror 41 and / or the lenses 40, 43 for example, so as to adapt the projection of the image in real time as a function of the angular position of the eye O.
  • the system of servo-control 51, 52 can be of the servomotor type and comprises for example a displacement motor 52 and an electronic control module 51 communicating with the camera 50 and the motor 52.
  • the motor 52 is connected to the movable elements so as to modify their respective positions .
  • This tracking system can therefore modify the positions of the screen 10 and / or of the projection optical system 40, 41 relative to the body 30, as a function of the positions of the eye O measured by the camera 50.
  • the screen 10 is fixed relative to the body 30 and the projection optical system 40, 41 is at least partly movable relative to the body 30.
  • the projection optical system typically comprises a mirror 41 facing the screen 10 and a focusing lens 40 facing the eye O.
  • the mirror 41 is preferably curved and makes it possible to reflect an enlarged image of the screen 10 towards the focusing lens 40.
  • the focusing lens 40 then makes it possible to focus this enlarged image in the eye O of the observer.
  • the servo system 51, 52 is here configured to move the focusing lens 40 and / or the mirror 41 relative to the body 30 of the display system.
  • the displacement of the mirror 41 can be done by translation along a curved path and / or in a direction normal to the focusing lens 40.
  • the screen 10 is at least partly movable relative to the body 30 and the projection optical system 41, 43 is fixed relative to the body 30.
  • the projection optical system 43 typically comprises one or more lenses facing the screen 10, an optical guide 44, 45 and a mirror 41 facing the eye O.
  • the projection optical system 43 allows in particular to project the image displayed by the screen 10 along rays parallel to each other (image focused to infinity). These rays then propagate within the optical guide 44, 45 to the mirror 41 located at one terminal end of the optical guide.
  • diffractive components can be used to extract the rays at the terminal end of the optical guide.
  • the proximal end of the optical guide can comprise a prism or a filter, for example anti-reflective, through which enter the light rays coming from the projection optical system 43.
  • the rays can then be guided within the optical guide, for example by reflection on the walls of the optical guide.
  • This optical guide may be of the optical fiber type.
  • the mirror 41 is preferably curved and makes it possible to reflect the light rays towards the eye O of the observer.
  • the servo system (not shown) is here configured to move the screen 10 relative to the body 30 of the display system. For a flat screen 10, this displacement can be done by translation in the plane of the screen 10. For a curved screen 10 (formed for example from a flexible substrate as mentioned above), this displacement can be done. along a curved path.
  • the servo system can also allow a depth adjustment of the screen 10, via a displacement in a direction normal to the screen 10.
  • FIG. 6A shows a first position of the eye O to which corresponds a first position of. screen 10 configured to project the HR image portion at the fovea of eye O.
  • Figure 6B shows a second position of eye O and a corresponding displacement of screen 10 to a second position of so that the HR image part is always projected at the level of the fovea of the O eye.
  • the display system may include two display screens each for an eye of the observer. This makes it possible in particular to project a stereoscopic image.

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Abstract

L'invention concerne un écran (10) d'affichage destiné à afficher une image de résolution multiple et comprenant une pluralité de pixels (110, 120) répartis sur un support (100), ledit écran (10) étant caractérisé en ce qu'il comprend une première zone (11) d'une face (101) du support (100) présentant une première densité de pixels (110) permettant d'afficher une première partie de l'image avec une première résolution, et une deuxième zone (12) de la face (101) du support (100) présentant une deuxième densité de pixels (120) strictement supérieure à ladite première densité, permettant d'afficher une deuxième partie de l'image avec une deuxième résolution. L'invention concerne également un système d'affichage comprenant un tel écran et un procédé de fabrication de cet écran.

Description

Ecran d’affichage à résolution multiple et procédé de réalisation DOMAINE TECHNIQUE
L’invention concerne le domaine des écrans d’affichage. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine des casques à réalité virtuelle ou à réalité augmentée. L’invention peut également être appliquée aux salles de réalité virtuelle. ÉTAT DE LA TECHNIQUE
La résolution, exprimée en densité de pixels, est une caractéristique principale des écrans d’affichage. Elle doit être suffisamment élevée pour que l'œil humain ne soit pas en mesure de percevoir un phénomène de pixellisation, dans des conditions normales d'utilisation de l’écran. Le pouvoir de résolution de l'œil est d'environ une minute d'arc, ce qui correspond à un angle a de l’ordre de 0,017°, tel qu’illustré à la figure 1. Ce pouvoir de résolution est limité par la densité de cônes au niveau de la partie la plus sensible de la rétine, la fovéa. Pour un observateur, les objets contenus dans le secteur angulaire d’angle a de la figure 1 ne sont pas vus de façon distincte. Ils ne sont pas résolus par l’œil de l’observateur. L’angle a correspond donc à la limite de résolution de l’œil.
Une relation trigonométrique simple permet de déterminer quelle distance de séparation h entre deux objets est nécessaire pour qu’un œil humain situé à une distance d’observation d puisse les percevoir distinctement.
Ainsi, sur la figure 1, deux pixels a, b de l’écran 1 séparés par la distance h peuvent être distingués par l’œil humain situé à la distance d de l’écran 1, si h ³ 2d. tan|. Au contraire, si h < 2d. l’œil humain ne verra pas distinctement les deux pixels a, b.
Pour éviter le phénomène de pixellisation, la distance de séparation h entre deux pixels adjacents doit donc être inférieure à la distance 2d. « 3. 10_4d.
Cette distance de séparation h entre deux pixels adjacents détermine la résolution d’écran. Celle-ci est généralement exprimée en pixels par pouce ou ppi (pixels per inch selon la terminologie anglo-saxonne).
Il apparaît que la résolution d’écran doit être d’autant plus élevée que l’observateur est proche de l’écran. Trois estimations de résolution d’écran sont présentées ci-après, pour trois distances d’observation correspondant à des conditions d’observation dites lointaine, intermédiaire, et proche. En condition d’observation lointaine, pour d « 3 mètres par exemple, une résolution d’écran de 25 ppi est suffisante pour éviter le phénomène de pixellisation. Cela correspond à une distance de séparation entre pixels de l’ordre de 1 mm. Une telle résolution d’écran est réalisable facilement et à faibles coûts. Un tel écran convient par exemple pour des applications de télévision et de panneaux d’affichage numériques.
En condition d’observation intermédiaire, pour d « 40 centimètres par exemple, une résolution de 210 ppi devient nécessaire pour éviter le phénomène de pixellisation. La distance séparant deux pixels est ici de l’ordre de 120 pm. Une telle résolution d’écran est réalisable à un coût compatible avec la fabrication d'applications grand public, en utilisant par exemple des circuits de commande des pixels basés sur des technologies de transistors en couches minces TFT (Thin Film Transistors selon la terminologie anglo-saxonne). Les applications visées ici par ces écrans d’affichage sont par exemple les ordinateurs et les téléphones.
En condition d’observation proche, pour d « 4 centimètres par exemple, une résolution supérieure ou égale à 2000 ppi devient nécessaire pour éviter le phénomène de pixellisation. La distance séparant deux pixels est ici de l’ordre de 12 pm. Une telle résolution d’écran devient difficile à réaliser en utilisant des technologies basées sur les TFT. Une telle résolution d’écran est réalisable en utilisant par exemple des circuits de commande des pixels basés sur des technologies de transistors CMOS. Le coût de fabrication est cependant trop élevé pour viser des applications grand public, telles que des casques de réalité virtuelle ou à réalité augmentée.
Une autre problématique liée à ces écrans affichant une résolution supérieure ou égale à 2000 ppi est relative à la quantité de données numériques à transmettre pour l’affichage. Typiquement, pour un casque de réalité virtuelle comprenant deux écrans - pour chaque œil de l’utilisateur, chaque écran présente une dimension caractéristique, par exemple une diagonale, de l’ordre de 2 à 3 pouces. L’utilisateur bénéficie ainsi d’un grand champ de vision, présentant une ouverture de l’ordre de 100° à 120°. Cela permet d’améliorer l’immersion de l’utilisateur dans la réalité virtuelle projetée à partir des écrans du casque. Une telle taille d’écran associée à une telle résolution implique une grande quantité de pixels, typiquement supérieure à 12 mégapixels (MPix).
Pour un casque de réalité virtuelle, le nombre d’images par seconde fps (frames per second selon la terminologie anglo-saxonne) doit être élevé, par exemple 120 fps, pour améliorer la fluidité et la sensation de confort perçue par l'utilisateur. Pour un codage classique en 10 bits par sous-pixel et 3 sous-pixels par pixels
(typiquement un sous-pixel rouge, un vert et un bleu), la quantité de données à transmettre par seconde à un tel écran est très importante, typiquement supérieure à 40 Gbits/s.
Un tel débit de données numériques nécessite des ressources importantes, incompatibles avec une utilisation grand public. En outre, les capacités de transmission de données du nerf optique sont limitées de sorte que les données affichées par un tel écran ne sont donc pas toutes traitées par l’œil humain.
En pratique, la rétine de l’œil humain est composée de différentes zones rétiniennes, tel qu’illustré à la figure 2. Seule la zone la plus sensible de la rétine, la fovéa 1, dispose du pouvoir de résolution maximal de l’œil humain. Le pouvoir de résolution de la fovéa 1 peut être 10 fois supérieur à celui des zones 2, 3 de la rétine 4 environnantes.
La fovéa 1 présente une surface d’environ 0.5 mm de diamètre et un champ de vue d’environ 1.5°, tandis que la rétine 4 elle-même présente une surface totale d’environ 5.5 mm de diamètre au fond de l’œil, et un champ de vue d’environ 100°. Une solution connue pour limiter la quantité de données à transmettre consiste donc à projeter sur la rétine une image à résolution multiple en fonction des différentes zones rétiniennes. La fovéa verra ainsi une partie d’image à haute résolution (> 2000 ppi), tandis que les zones rétiniennes environnantes verront des parties d’image complémentaires à plus faible résolution.
Une solution consiste à dégrader la résolution d’image d’un écran haute définition hors du champ de vue de la fovéa, via un système de suivi des mouvements de l’œil. La quantité de données affichées est ainsi réduite. La fabrication d’un tel écran à haute résolution reste cependant chère et complexe. Le champ de vue de l’utilisateur est en outre réduit lorsque celui-ci regarde en bordure de l’écran.
Le document US 2018/284451 A1 divulgue par exemple un affichage dégradé en périphérie d’image, de façon à diminuer la résolution aux abords de la zone fovéale. Ce traitement d’image se fait a posteriori, de façon logicielle par exemple. La quantité de données reste cependant inchangée. Un traitement supplémentaire est appliqué à l’affichage, ce qui requiert une couche matérielle ou logicielle supplémentaire.
Une autre solution divulguée par le document EP3330772 A1 consiste à former pour chaque œil de l’utilisateur une image composite à partir d’une image contextuelle et d’une vignette à haute résolution superposée à l’image contextuelle. L’image contextuelle est projetée par un premier écran source de faible résolution et la vignette est projetée par un deuxième écran source à haute résolution.
L’écran à haute résolution est ici réduit en taille. Cette solution est néanmoins complexe. Elle nécessite en effet une grande précision dans la superposition des images projetées. Son coût reste en outre élevé. Elle nécessite en effet plusieurs écrans source à partir desquels est formée l’image composite. Le champ de vue de l’utilisateur est en outre réduit lorsque celui-ci regarde en bordure de l’image contextuelle.
Le document US 2017/236466 A1 divulgue une solution permettant de diminuer la quantité de données de l’image formée sur l’écran d’affichage. Selon cette solution, une unique donnée est affectée à un groupe de plusieurs pixels d’une zone de basse résolution affichée sur l’écran. Cette solution nécessite une couche matérielle supplémentaire, typiquement un contrôleur dédié, pour effectuer ce traitement logique des données affectées aux pixels.
La présente invention vise à pallier au moins partiellement certains des inconvénients mentionnés ci-dessus. En particulier, un objet de la présente invention est de proposer un écran d’affichage à résolution multiple limitant la complexité et/ou le coût de fabrication.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d’un tel écran d’affichage. Un autre objet de la présente invention est de proposer un système d’affichage permettant d’améliorer le champ de vue de l’observateur.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RÉSUMÉ
Pour atteindre les objectifs mentionnés ci-dessus, la présente invention prévoit selon un premier aspect un écran d’affichage destiné à afficher une image de résolution multiple et comprenant une pluralité de pixels répartis sur un support.
Avantageusement, l’écran comprend une première zone d’une face du support présentant une première densité de pixels permettant d’afficher une première partie de l’image avec une première résolution, et une deuxième zone de la face du support présentant une deuxième densité de pixels strictement supérieure à ladite première densité, permettant d’afficher une deuxième partie de l’image avec une deuxième résolution. Ainsi, cet écran permet d’afficher une image comprenant au moins une première partie d’image présentant la première résolution dite « basse » et au moins une deuxième partie d’image présentant la deuxième résolution dite « haute ». Avantageusement, la densité de pixels nécessaire pour former la partie d’image à haute résolution se trouve sur la deuxième zone uniquement. La densité totale de pixels de l’écran est ainsi diminuée par rapport à celle d’un écran à haute définition connu. La solution proposée par la présente invention rassemble sur un seul et même écran au moins deux zones d’affichage de résolutions différentes, contrairement à la solution divulguée par le document EP3330772 A1 recourant à deux écrans sources coopérant pour afficher une image composite par superposition des images sources. La complexité et le coût d’un tel écran sont donc réduits par rapport aux solutions existantes.
La solution retenue dans le cadre de la présente invention se base sur une construction matérielle de zones de pixels différenciées au sein d’un même écran. Ainsi, l’écran comprend de façon native des pixels répartis selon des densités différentes. Contrairement aux solutions de l’art antérieur, cette différenciation entre les première et deuxième densités de pixels n’est pas obtenue par un traitement a posteriori permettant de réduire localement et artificiellement la densité de pixels d’un écran comprenant une densité de pixels homogène. Ainsi, des regroupements de données de pixels comme divulgués dans le document US 2017/236466 A1, ou des traitements logiciels ou optiques permettant de déformer l’image affichée avec des zones de basse résolution et des zones de haute résolution comme divulgués dans le document US 2018/284451 A1, se basent sur des principes totalement différents et contraires à celui de la présente invention. Cet écran peut avantageusement être mis en œuvre au sein d’un casque de réalité virtuelle avec un système de suivi des mouvements de l’œil, de façon à ce que la fovéa perçoive la partie d’image à haute résolution, et les zones moins sensibles de la rétine perçoivent la partie d’image environnante à basse résolution.
Cet écran peut également être mis en œuvre dans une salle de réalité virtuelle. Une telle salle est configurée de manière à permettre une vision directe et sans lunettes de l’image affichée par le ou les écrans. Un système de suivi des mouvements de l’œil, adapté à un tel environnement de salle de réalité virtuelle, peut aussi être utilisé en coopération avec le ou les écrans selon le premier aspect de l’invention.
Les tailles et/ou les résolutions des première et deuxième zones de l’écran sont de préférence adaptées à l’application visée. Par exemple, dans le cadre d’une application d’un tel écran à un casque de réalité virtuelle, la surface totale de l’écran peut être inférieure à 25 cm2. La deuxième zone peut présenter dans ce cas une surface inférieure ou égale à 1 mm2 et une résolution supérieure à 2000 ppi. Dans le cadre d’une application d’un tel écran à une salle de réalité virtuelle, la surface totale de l’écran peut être supérieure à 1500 cm2. La deuxième zone peut présenter dans ce cas une surface de quelques cm2 à quelques dizaines de cm2 et une résolution supérieure à 250 ppi.
L’invention prévoit selon un deuxième aspect un système d’affichage comprenant un écran d’affichage selon le premier aspect, un système optique de projection configuré pour projeter l’image affichée par l’écran vers un œil d’un observateur, et un système de suivi des mouvements de l’œil de l’observateur configuré pour asservir la projection de l’image auxdits mouvements, de sorte à projeter la deuxième partie d’image affichée par la deuxième zone sur la fovéa de l’œil de l’observateur.
Ce système d’affichage permet avantageusement de projeter une image de résolution multiple dans laquelle les parties haute résolution et basse résolution sont fixes relativement l’une à l’autre. Ce système d’affichage peut avantageusement être mis en œuvre au sein d’un casque de réalité virtuelle.
Dans les solutions existantes, la partie haute résolution de l’image se déplace relativement à la partie basse résolution contextuelle fixe. Dans une position angulaire d’observation extrême, en limite de déplacement des yeux de l’observateur, la partie haute résolution se trouve alors en bordure de la partie basse résolution. Bien que la fovéa perçoive toujours la partie d’image haute résolution, une partie de la rétine ne perçoit plus d’image contextuelle environnante. Le champ de vue de l’observateur est donc réduit lorsque celui-ci regarde selon ces positions angulaires extrêmes, en limite de déplacement des yeux.
Au contraire, selon l’invention, la projection de toute l’image se déplace, de sorte que l’observateur perçoit toujours, dans les mêmes proportions, les mêmes parties basse résolution et haute résolution de l’image à résolution multiple, quelle que soit la position angulaire des yeux. La fovéa et la rétine perçoivent toujours la même taille d’image. Cela permet de ne pas tronquer le champ de vue de l’observateur. Pour des applications de réalité virtuelle ou augmentée, cela permet d’améliorer l’immersion de l’observateur.
L’invention prévoit également selon un troisième aspect un procédé de fabrication d’un écran d’affichage destiné à afficher une image de résolution multiple et comprenant une première zone présentant une première densité de pixels permettant d’afficher une première partie de l’image avec une première résolution, et une deuxième zone présentant une deuxième densité de pixels strictement supérieure à ladite première densité, permettant d’afficher une deuxième partie de l’image avec une deuxième résolution. Ce procédé comprend notamment les étapes suivantes : - Fournir un support apte à recevoir une pluralité de pixels,
Fournir au moins un substrat donneur comprenant des pixels selon une densité de base comprise entre la première densité de pixels et la deuxième densité de pixels,
Effectuer avec un premier tampon un premier report sur le support, par exemple par technologie de transfert en masse, d’un premier ensemble de pixels présentant la première densité à partir de l’au moins un substrat donneur, de façon à former les pixels de la première zone,
Effectuer avec un deuxième tampon de dimensions inférieures à celles du premier tampon au moins un deuxième report sur le support, par exemple par technologie de transfert en masse, d’au moins un deuxième ensemble de pixels à partir de l’au moins un substrat donneur, de façon à former les pixels de la deuxième zone de l’écran présentant la deuxième densité de pixels.
Ce procédé permet de former sur le même support deux zones présentant des densités de pixels différentes. Le premier tampon est configuré pour former au moins les pixels de la première zone, par report de pixels à partir du substrat donneur. Selon une possibilité, ce premier report permet de reporter également des pixels destinés à faire partie de la deuxième zone. Le premier report de pixels est ainsi optimisé.
Le deuxième report de pixels est destiné à former les pixels de la deuxième zone. Il peut être effectué sur une partie du support dépourvue de pixels, via un deuxième tampon configuré pour transférer un ensemble de pixels présentant directement la deuxième densité de pixels. Alternativement, il peut être effectué sur une partie du support comprenant déjà des pixels reportés lors du premier report, via un deuxième tampon configuré pour transférer un ensemble de pixels présentant une densité de pixels complémentaire. Les pixels de cet ensemble de pixels sont dès lors reportés entre les pixels déjà présents, de façon à augmenter la densité de pixels pour atteindre la deuxième densité de pixels et former ainsi la deuxième zone de l’écran. Ce deuxième report peut être répété plusieurs fois jusqu’à atteindre la deuxième densité de pixels. Le deuxième tampon peut être configuré pour transférer un ou des ensembles de pixels présentant la première densité de pixels. Il peut être structurellement identique au premier tampon, avec une zone de transfert de dimensions réduites par rapport à celle du premier tampon. Un tel procédé comprenant au moins deux reports successifs à partir de l’au moins un substrat donneur permet de fabriquer un écran à résolution multiple en limitant le nombre d’étapes et la complexité du procédé. La technologie de transfert en masse permet en outre de diminuer les coûts de production d’un tel écran.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation de cette dernière qui sont illustrés par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
La figure 1 illustre schématiquement le pouvoir de résolution de l’œil humain.
La figure 2 illustre schématiquement différentes zones de la rétine de l’œil humain.
La figure 3A illustre schématiquement une répartition des pixels d’un écran d’affichage selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 3B illustre schématiquement une répartition des pixels d’un écran d’affichage selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
La figure 4A illustre schématiquement en coupe des pixels d’un écran d’affichage selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 4B illustre schématiquement en coupe des pixels d’un écran d’affichage selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
La figure 5 illustre schématiquement un système d’affichage selon un mode de réalisation de la présente invention.
Les figures 6A et 6B illustrent schématiquement un système d’affichage selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des pixels et des différentes parties de l’écran et du système d’affichage ne sont pas représentatives de la réalité. Le trajet des rayons lumineux au sein du système d’affichage n’est pas non plus nécessairement représentatif de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, il est rappelé que l’invention selon son premier aspect comprend notamment les caractéristiques optionnelles ci-après pouvant être utilisées en association ou alternativement.
Selon un exemple, la deuxième densité de pixels est au moins cinq fois, de préférence dix fois supérieure à la première densité de pixels. Selon un exemple, la première densité de pixels est comprise entre 200 pixels par pouce (ppi selon la terminologie anglo-saxonne) et 3000 ppi. Ce dimensionnement est notamment adapté à de petits écrans intégrables dans des casques de réalité virtuelle. Selon un autre exemple, la première densité de pixels est comprise entre 50 ppi et 250 ppi. Ce dimensionnement est notamment adapté à de grands écrans intégrables dans des salles de réalité virtuelle.
Selon un exemple, la deuxième densité de pixels est comprise entre 3000 ppi et 15000 ppi. Ce dimensionnement est notamment adapté à de petits écrans intégrables dans des casques de réalité virtuelle. Selon un autre exemple, la deuxième densité de pixels est comprise entre 250 ppi et 2000 ppi. Ce dimensionnement est notamment adapté à de grands écrans intégrables dans des salles de réalité virtuelle. Selon un exemple, la deuxième zone présente une surface inférieure à 4 mm2, de préférence inférieure ou égale à 1 mm2. Ce dimensionnement est notamment adapté à de petits écrans intégrables dans des casques de réalité virtuelle. Selon un autre exemple, la deuxième zone présente une surface inférieure 100 mm2, de préférence inférieure ou égale à 10 mm2. Ce dimensionnement est notamment adapté à de grands écrans intégrables dans des salles de réalité virtuelle. Cela permet de réduire les coûts de l’écran et de limiter la quantité totale de données numériques à transmettre pour l’affichage, sans dégrader la perception par la fovéa de la partie d’image haute résolution. Selon un exemple, la deuxième zone est entourée par la première zone.
Selon un exemple, la deuxième zone est située au centre de la première zone.
Selon un exemple, au moins les pixels de la deuxième zone sont des pixels intelligents comprenant chacun une électronique de commande dédiée, lesdits pixels intelligents présentant chacun une largeur inférieure ou égale à 50 pm, de préférence inférieure ou égale à 25 pm. L’électronique de commande d’un tel pixel intelligent est typiquement intégrée directement sous les LEDS ou pLEDs formant les sous-pixels de ce pixel intelligent. La deuxième zone est de préférence uniquement fabriquée à partir de tels pixels intelligents. La deuxième zone n’utilise dans ce cas pas d’électroniques de commande basées sur des technologies de type TFT. Cela permet d’augmenter la deuxième densité de pixels de façon à atteindre des résolutions élevées, typiquement supérieures à 2000 ppi.
Selon un exemple, l’écran d’affichage comprend au moins une autre zone séparant au moins partiellement les première et deuxième zones, ladite au moins une autre zone présentant une densité de pixels comprise entre la première densité de pixels et la deuxième densité de pixels, ladite au moins une autre zone permettant d’afficher au moins une autre partie de l’image avec au moins une autre résolution intermédiaire comprise entre les première et deuxième résolutions. Cela permet de générer une transition progressive entre les première et deuxième zones. Cela permet éventuellement de suivre le profil de sensibilité de la rétine présenté à la figure 2. Selon un exemple, les première et deuxième densités de pixels et la densité de pixels de l’au moins une autre zone sont choisies de façon à afficher une image à résolution multiple présentant une variation de résolution entre les première et deuxième parties de l’image et l’au moins une autre partie de l’image, qui soit similaire à un profil de sensibilité d’une rétine d’un œil humain. Cela permet d’améliorer la perception de l’utilisateur. Selon un exemple, les première et deuxième densités de pixels et la densité de pixels de l’au moins une autre zone sont choisies de façon à afficher une image à résolution multiple présentant une variation linéaire de résolution entre les première et deuxième parties de l’image et l’au moins une autre partie de l’image. Cela permet de simplifier la conception de l’écran d’affichage.
Selon un exemple, l’écran d’affichage présente, dans un plan d’extension principal, une dimension caractéristique, par exemple une diagonale, comprise entre 2 pouces et 10 pouces. Ce dimensionnement est notamment adapté à de petits écrans intégrables dans des casques de réalité virtuelle. Selon un autre exemple, l’écran d’affichage présente, dans un plan d’extension principal, une dimension caractéristique, par exemple une diagonale, comprise entre 20 pouces et 70 pouces. Ce dimensionnement est notamment adapté à de grands écrans intégrables dans des salles de réalité virtuelle.
L’invention selon son deuxième aspect comprend notamment les caractéristiques optionnelles ci-après pouvant être utilisées en association ou alternativement :
Selon un exemple, le système d’affichage comprend en outre un corps, et le système de suivi des mouvements de l’œil de l’observateur est configuré pour modifier les positions de l’écran et/ou du système optique de projection relativement au corps.
Selon un exemple, le système optique de projection comprend un miroir incurvé en regard de l’écran configuré pour réfléchir l’image affichée par l’écran, et une lentille de focalisation en regard de l’observateur configurée pour focaliser sur la rétine de l’œil ladite image réfléchie.
Selon un exemple, l’écran est fixe relativement au corps et le système optique de projection est au moins en partie mobile relativement au corps, la position du système optique de projection étant modifiée par un déplacement de la lentille de focalisation et/ou du miroir incurvé relativement au corps du système d’affichage.
Selon un exemple, le système optique de projection comprend un système de lentilles en regard de l’écran configuré pour transmettre l’image affichée par l’écran, et un miroir incurvé en regard de l’observateur configuré pour réfléchir ladite image transmise en direction de l’œil de l’observateur.
Selon un exemple, le système optique de projection est fixe relativement au corps et l’écran est au moins en partie mobile relativement au corps, la position de l’écran étant modifiée par un déplacement de l’écran dans un plan d’extension principal de l’écran, relativement au corps du système d’affichage. Selon un exemple, le système optique de projection est configuré pour projeter l’image affichée par l’écran avec un grossissement supérieur ou égal à 1.
L’invention selon son deuxième aspect comprend notamment les caractéristiques optionnelles ci-après pouvant être utilisées en association ou alternativement : Selon un exemple, l’au moins un substrat donneur comprend un premier substrat donneur comprenant des pixels présentant la première densité de pixels et un deuxième substrat donneur comprenant des pixels présentant la deuxième densité de pixels.
Selon un exemple, le premier report est effectué à partir du premier substrat donneur et l’au moins un deuxième report est effectué une fois à partir du deuxième substrat donneur.
Selon un exemple, l’au moins un substrat donneur est un unique substrat donneur comprenant des pixels présentant uniquement la première densité de pixels.
Selon un exemple, le premier report est configuré pour former les pixels de la première zone et une partie des pixels de la deuxième zone, et le deuxième report est répété plusieurs fois pour compléter les pixels de la deuxième zone, de manière à atteindre la deuxième densité de pixels dans la deuxième zone.
Selon un exemple, les pixels sont des pixels intelligents comprenant chacun une électronique de commande dédiée, lesdits pixels intelligents présentant chacun une largeur inférieure ou égale à 50 pm, de préférence inférieure ou égale à 25 pm.
Sauf incompatibilité, il est entendu que les différents aspects de l’invention, l’écran d’affichage, le système d’affichage et le procédé de fabrication, peuvent comprendre, mutatis mutandis, tout ou partie des caractéristiques énoncées ci-dessus.
L’invention peut donc être également mise en œuvre dans le cadre de dispositifs de réalité virtuelle ou de réalité augmentée.
Dans la présente invention, l’écran d’affichage est un seul et même écran continu comprenant aux moins deux densités de pixels différentes sur une seule et même face continue configurée pour afficher à un instant donné une seule et même image de résolution multiple. On entend par image de résolution multiple une image présentant simultanément au moins une première partie d’image selon une première résolution et au moins une deuxième partie d’image selon une deuxième résolution différente de la première résolution.
Un pixel d'une image correspond à l'élément unitaire de l'image affichée par un écran d'affichage. Pour la formation d’une image couleur, chaque pixel de couleur comprend généralement au moins trois composants d'émission et/ou de conversion d’un flux lumineux, également appelés sous-pixels.
Dans la suite, ces sous-pixels émettent chacun un flux lumineux sensiblement dans une seule couleur (par exemple, le rouge, le vert et le bleu). La couleur d’un pixel perçue par un observateur vient de la superposition des différents flux lumineux émis par les sous-pixels.
Un pixel, bien qu’il puisse comprendre plusieurs sous-pixels, forme une entité bien définie. La solution retenue dans le cadre de la présente invention prévoit deux densités différentes de cette même entité. II est entendu que la densité de pixels ne peut pas être comparée ou assimilée à la densité de sous-pixels. L’homme du métier sait parfaitement distinguer une densité de pixels, par exemple exprimée en ppi, d’une densité de sous-pixels ou d’éléments composant lesdits pixels.
Typiquement, une LED ou pLED permet d’émettre le flux lumineux associé à un sous-pixel. Dans la présente demande, on entend par taille de LED sa dimension d’extension principale dans le plan du support. La taille d’un sous-pixel est dès lors directement corrélée à la taille de LED.
Dans la présente demande de brevet, les termes « diode électroluminescente », « LED » ou simplement « diode » sont employés en synonymes. Une « LED » peut également s’entendre d’une « micro-LED ».
La densité de pixels est une densité surfacique exprimée en ppi (pixels per inch), selon la notation la plus courante et sauf mention contraire. Dans la présente demande de brevet, les termes « concentration », « densité » sont synonymes.
On entend par « matrice » un tableau sous forme de lignes et de colonnes. Par exemple, une matrice peut comprendre une pluralité de lignes et une pluralité de colonnes, ou une seule ligne et une pluralité de colonnes, ou encore une pluralité de lignes et une seule colonne.
Sauf mention explicite, il est précisé que, dans le cadre de la présente invention, la disposition relative d’un élément intercalé entre deux autres éléments, ne signifie pas obligatoirement que les éléments sont directement au contact les uns des autres.
Les étapes de fabrication des différents éléments s’entendent au sens large : elles peuvent être réalisées en plusieurs sous-étapes qui ne sont pas forcément strictement successives.
Les termes « sensiblement », « environ », « de l'ordre de » « similaire » signifient, lorsqu’ils se rapportent à une valeur, « à 10% près » de cette valeur ou, lorsqu'ils se rapportent à une orientation angulaire, « à 10° près » de cette orientation. Ainsi, une direction sensiblement normale à un plan signifie une direction présentant un angle de 90±10° par rapport au plan.
Des méthodes d’analyse de construction ou d’ingénierie inverse peuvent permettre de déterminer si un écran comprend les caractéristiques décrites dans la présente demande. Ces techniques permettent notamment de déterminer si l’écran d’affichage comprend une zone à forte densité de pixels, telle que décrite dans la présente invention. Une analyse de la répartition des pixels sur le support d’écran peut être menée par exemple à partir de mesures de microscopie optique sur l’écran déconstruit. Ces techniques permettent également de déterminer quel type d’électronique de commande est associé aux pixels, en particulier si l’électronique de commande est à base de transistors intégrés directement sous les LED/pLED formant les sous-pixels d’un pixel intelligent.
Dans la suite, l’invention est principalement décrite au travers d’exemples relatifs à une application visant les casques de réalité virtuelle. Il est entendu que ces exemples peuvent être facilement adaptés pour d’autres applications, en particulier pour une application visant les salles de réalité virtuelle. L’homme du métier pourra ainsi adapter mutatis mutandis les dimensionnements indiqués dans la suite aux différentes applications visées, et notamment au cas des salles de réalité virtuelle. Un premier mode de réalisation d’un écran d’affichage selon l’invention va maintenant être décrit en référence à la figure 3A.
L’écran 10 d’affichage comprend typiquement un support 100 continu présentant une face 101 apte à recevoir des pixels 110, 120. Cette face 101 peut être plane ou incurvée. Elle peut être opaque, semi-transparente ou transparente. Elle peut être de forme rectangulaire tel qu’illustré à la figure 3A, ou carrée, ou ovale ou de forme quelconque. La taille de cet écran 10 d’affichage, c’est-à-dire au moins une dimension caractéristique de cet écran prise en projection dans le plan de la feuille, est de préférence comprise entre 2 pouces et 10 pouces, et de préférence entre 2 pouces et 5 pouces. Pour certaines applications, par exemple dans le domaine de la réalité augmentée, la taille de cet écran 10 d’affichage peut être inférieure à 2 pouces, voire à 1 pouce, voire à ½ pouce. Dans l’exemple illustré à la figure 3A, cette dimension caractéristique peut être la diagonale de l’écran 10.
La face 101 comprend au moins deux zones 11, 12 sur lesquelles sont répartis respectivement les pixels 110, 120. La première zone 11 présente une première densité de pixels 110, par exemple comprise entre 200 ppi et 2000 ppi, et la deuxième zone 12 présente une deuxième densité de pixels 120 différente de la première densité de pixels 110, par exemple supérieure ou égale à 2000 ppi. La face 101 est de préférence totalement couverte par ces au moins deux zones 11, 12.
La première zone 11 est destinée à afficher une image contextuelle basse résolution et la deuxième zone 12 est destinée à afficher une image haute résolution. La première zone 11 est donc située autour de la deuxième zone 12. La première zone 11 entoure la deuxième zone 12 sur la majeure partie du périmètre de la deuxième zone 12, et de préférence sur la totalité du périmètre de la deuxième zone 12.
La première zone 11 s’étend de préférence depuis un contour fermé 121 de la deuxième zone 12 jusqu’aux bordures 102 de la face 101. Sa surface couvre de préférence au moins la moitié de la surface de l’écran. Sa forme épouse de préférence la forme de la face 101, et le contour fermé 121 de la deuxième zone 12.
Les pixels 110 de la première zone 11 peuvent être répartis sous forme d’une première matrice de pixels présentant un pas p1 selon une première direction x et un pas p2 selon une deuxième direction y. Les pas p1 et p2 peuvent être compris entre 120 pm et 12 pm, de façon à obtenir une première densité de pixels 110 sur cette première zone 11 comprise entre 200 ppi et 2000 ppi. Selon une possibilité, le pas p1 est égal au pas p2.
La deuxième zone 12 peut être sensiblement carrée, tel qu’illustré à la figure 3A, ou ronde ou ovale ou de forme quelconque. Elle présente un contour fermé 121 entouré au moins en partie par la première zone 11. Elle est de préférence séparée des bordures 102 de la face 101, et de préférence centrée vis-à-vis de la face 101, comme illustré à la figure 3A. Sa surface couvre de préférence moins de la moitié de la surface de l’écran. Elle présente par exemple une surface inférieure à 4 mm2, de préférence inférieure ou égale à 1 mm2.
Le rapport entre les surfaces des première et deuxième zones 11, 12 peut être supérieur à 5, et de préférence supérieur à 10.
Les pixels 120 de la deuxième zone 12 peuvent être répartis sous forme d’une deuxième matrice de pixels présentant un pas p1 ’ selon la direction x et un pas p2’ selon la direction y. Les pas p1 ’ et p2’ sont de préférence inférieurs à 12 pm, de façon à obtenir une deuxième densité de pixels 120 sur cette deuxième zone 12 supérieure à 2000 ppi. Selon une possibilité, le pas p1 ’ est égal au pas p2’.
D’autres modes de réalisation de l’écran 10 selon l’invention peuvent être envisagés. Seules les caractéristiques distinctes du premier mode de réalisation sont décrites ci-après, les autres caractéristiques non décrites étant réputées identiques à celles du premier mode de réalisation.
En référence à la figure 3B, un deuxième mode de réalisation d’un écran d’affichage selon l’invention comprend une troisième zone 13 intercalée entre les première et deuxième zones 11, 12, dans le plan xy. Cette troisième zone 13 présente une troisième densité de pixels 130, par exemple comprise entre 1000 ppi et 2000 ppi. La troisième densité de pixels 130 est comprise entre la première densité de pixels 110 et la deuxième densité de pixels 120.
La troisième zone 13 est destinée à afficher une partie d’image de résolution intermédiaire entre la partie d’image basse résolution de la première zone 11 et la partie d’image haute résolution de la deuxième zone 12. La troisième zone 13 est donc située autour de la deuxième zone 12. La première zone 11 est donc située autour de la troisième zone 13.
La troisième zone 13 s’étend de préférence depuis un contour fermé 121 de la deuxième zone 12. La première zone 11 s’étend de préférence depuis un contour fermé 131 de la troisième zone 13.
Les première, deuxième et troisième densités de pixels 110, 120, 130 et/ou les surfaces d’occupation relatives des première, deuxième et troisième zones 11, 12, 13 sur la face 101 de l’écran 10 peuvent être ajustées de façon à ce que l’œil ne perçoive pas d’effet de halo et/ou de transition brusque de résolution dans l’image affichée.
Par exemple les première, deuxième et troisième densités de pixels 110, 120, 130 peuvent être choisies de façon à refléter le profil d’acuité visuelle de la rétine, tel qu’illustré à la figure 2. Cela permet d’améliorer la perception de l’image par l’œil humain. Les surfaces d’occupation relatives des première, deuxième et troisième zones 11, 12, 13 peuvent également refléter les surfaces des différentes zones rétiniennes au fond de l’œil. La surface de la première zone 11 peut être supérieure à la somme des surfaces des deuxième et troisième zones 12, 13.
Selon un autre exemple, les première, deuxième et troisième densités de pixels 110, 120, 130 peuvent être choisies de façon à obtenir un profil de densité, selon un axe du plan xy, sensiblement linéaire. Cela limite la complexité de l’écran.
Les pixels 130 de la troisième zone 13 peuvent être répartis sous forme d’une troisième matrice de pixels présentant un pas p1” selon la première direction x et/ un pas p2” (non illustré) selon la deuxième direction y. Ces pas p1” et p2” peuvent être compris entre 120 pm et 12 pm, avec par exemple p1 < p1” < p1 ’ et/ou p2 < p2” < p2’. Ces premier et deuxième modes de réalisation ne sont pas limitatifs de l’invention. D’autres zones présentant d’autres densités de pixels peuvent être formées sur l’écran, par exemple de façon à assurer une transition progressive depuis la deuxième zone à haute résolution vers la première zone à faible résolution. De façon générale, différents profils de densité et différentes répartition des zones peuvent être envisagés, par exemple de façon à obtenir un bon compromis entre la complexité et le coût de fabrication de l’écran, et la perception finale par l’utilisateur de la qualité d’image affichée par cet écran.
Les pixels 110, 120, 130 peuvent être formés par différentes technologies. Ils sont de préférence commandés indépendamment par des électroniques de commande. Ces électroniques de commande sont pilotées par au moins un processeur, de préférence un seul et même processeur. Certains éléments des circuits d’alimentation et/ou de commande et/ou de pilotage, tels que des lignes de connexion électriques, peuvent être communs aux pixels 110, 120. En référence à la figure 4A, les pixels 110, 120 peuvent être chacun formés à partir de trois sous-pixels R, G, B distincts et séparés par une distance de séparation de sous-pixels d110, d120.
Ces sous-pixels R, G, B sont typiquement des LED ou des pLED émettant respectivement à des longueurs d’onde comprises dans le rouge, le vert et le bleu. Ces pLED peuvent être chacune associée à une électronique de commande à base de transistors en couches minces TFT (pour Thin-Film Transistor). La figure 4A illustre une telle architecture d’écran comprenant un support 100, par exemple en verre, une couche de commande 200 comprenant les électroniques de commande à base de TFT, et les pLED R, G, B formant les pixels 110, 120 sur la face supérieure 201 de la couche de commande 200.
Les pixels 120 présentent de préférence des distances de séparation de sous- pixels d12o minimales, typiquement de l’ordre du micromètre, de manière à obtenir une taille de pixel x120 minimale, typiquement de l’ordre de 12 pm. De tels pixels 120 permettent d’obtenir une densité de pixels de l’ordre de 2000 ppi. Les pixels 110 peuvent être identiques aux pixels 120. Alternativement, comme la densité de pixels 110 requise dans la première zone 11 est inférieure à la densité de pixels 120 requise dans la deuxième zone 12, les pixels 110 peuvent présenter une taille x110 supérieure à la taille x120 des pixels 120, comme illustré à la figure 4A. Par exemple, les distances de séparation de sous-pixels d110 peuvent être de l’ordre de la dizaine de micromètres, de manière à obtenir une taille de pixel x110 de l’ordre de 60 pm.
En référence à la figure 4B, une autre technologie de fabrication de pixels 110’, 120’ dite de pixels intelligents, peut être mise en œuvre. Le document US 2018/0247922 décrit une telle technologie de pixels intelligents. Cela permet notamment de réduire les coûts de fabrication de l’écran. Cela permet en outre de réduire la taille des pixels et d’augmenter la densité de pixels.
Selon cette technologie, les pixels intelligents sont fabriqués indépendamment de leur intégration finale dans l’écran. Les électroniques de commande 202 de ces pixels intelligents 110’, 120’ sont d’abord fabriquées sur un premier substrat annexe, par des technologies classiques de la microélectronique (transistors issus d’un substrat massif dits bulk) moins coûteuses que les technologies des TFT. Les sous-pixels R, G, B sont également fabriqués de façon indépendante sur un deuxième substrat annexe. Les sous-pixels R, G, B sont ensuite associés aux électroniques de commande 202. Les pixels intelligents 110’, 120’ ainsi formés sont alors reportés sur le substrat 100, pour former les première et deuxième zones 11, 12.
Les électroniques de commande 202 à base de transistors bulk des pixels intelligents 110’, 120’ sont significativement moins coûteuses que les électroniques de commande à base de transistors TFT. Les électroniques de commande 202 à base de transistors bulk des pixels intelligents 110’, 120’ sont en outre moins encombrantes que les électroniques de commande à base de transistors TFT.
La formation préliminaire et indépendante des sous-pixels R, G, B à partir du deuxième substrat annexe permet donc de réduire considérablement les tailles de ces sous-pixels (cas des pixels intelligents), par rapport à une formation directe des sous- pixels R, G, B sur une couche de commande 200 telle qu’illustrée à la figure 4A (cas des pixels commandés par TFT). Les tailles x’110, x’120 des pixels intelligents 110’, 120’ ainsi formés sont donc considérablement réduites (figure 4B).
Ces pixels intelligents 110’, 120’ comprenant chacun une électronique de commande 202 préalablement intégrée présentent typiquement des tailles de pixel x’-i Ί o, x’120 inférieures ou égales à 25 pm, par exemple de l’ordre de 5.5 pm.
De tels pixels intelligents 110’, 120’ permettent d’obtenir, après report sur le substrat 100, une densité de pixels supérieure ou égale à 4000 ppi.
Une telle résolution d’écran supérieure ou égale à 4000 ppi peut être avantageusement mise en œuvre dans la deuxième zone 12 configurée pour afficher la partie d’image haute résolution (HR) destinée à être projetée sur la fovéa de l’œil de l’observateur. Les cônes de la fovéa, i. e. les cellules sensibles, peuvent en effet avoir un angle de vue élémentaire deux fois plus petit que celui des autres cellules de la rétine. Dès lors une image HR de résolution supérieure ou égale à 4000 ppi projetée sur la fovéa permet d’éviter ou de limiter le phénomène de pixellisation perçu par l’observateur.
La densité de pixels dépend non seulement de la taille de chacun des pixels, mais également du pas p^ p^ et/ou p2, p’2 entre chacun de ces pixels (figure 4B).
Les procédés de report de pixels permettent avantageusement d’ajuster le pas Rϊ et/ou p2, et le pas p^ et/ou p’2 relatifs aux première et deuxième zones 11, 12 respectivement.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un écran d’affichage tel que décrit au travers des exemples de réalisation précédents. La formation des première et deuxième zones 11, 12 de l’écran est décrite dans la suite.
Ce procédé utilise notamment au moins un premier tampon configuré pour prélever des pixels, de préférence des pixels intelligents comprenant une électronique de commande intégrée, formés sur un substrat donneur. Les pixels prélevés sont ensuite reportés sur le substrat 100. Ce substrat 100 peut être fonctionnalisé et/ou transparent et/ou souple notamment. Ces étapes de prélèvement et de report peuvent être effectuées par des technologies dites de transfert en masse. Cela permet de réduire les coûts.
Les pixels prélevés par le premier tampon présentent une densité primaire qui peut être soit égale à la densité de pixels du substrat donneur, soit inférieure à la densité de pixels du substrat donneur. Dans ce dernier cas, cette densité primaire est fixée par la configuration du premier tampon. Les pixels reportés sur le substrat 100 après un premier report présentent une densité égale à la densité primaire. La densité primaire est de préférence égale à la première densité de pixels de la première zone 11. La première zone 11 est ainsi formée par un unique premier report. Cela permet de minimiser le nombre d’étapes et la durée du procédé de fabrication. Cela permet également de simplifier la formation de la première zone 11. Alternativement, si la densité primaire est inférieure à la première densité de pixels visée, un ou plusieurs reports supplémentaires peuvent être effectués via le premier tampon, de manière à augmenter la densité des pixels reportés jusqu’à atteindre la première densité de pixels. Les pixels reportés à l’issue de chaque report supplémentaire sont distribués entre les pixels issus du ou des reports précédents. La première zone 11 peut ainsi être formée en plusieurs étapes. Cela permet d’utiliser un ou des substrats donneurs présentant une densité de pixels inférieure à la première densité de pixels visée.
Ce principe de reports multiples à partir d’un unique substrat donneur peut être avantageusement mis en œuvre pour former la deuxième zone 12. Le premier report peut être mis à profit pour reporter des pixels destinés à faire partie de la deuxième zone. Le premier report de pixels est ainsi optimisé. La deuxième zone 12 est alors en partie formée à l’issue de ce premier report.
Au moins un deuxième report de pixels est de préférence effectué pour compléter la formation de la deuxième zone 12. Ce deuxième report peut être effectué avec le premier tampon, en réduisant la zone de prélèvement du premier tampon. Alternativement, le deuxième report peut être effectué avec un deuxième tampon spécifique. Ce deuxième tampon peut présenter une surface de prélèvement inférieure à celle du premier tampon. Il peut également être configuré pour prélever des ensembles de pixels plus denses comparativement au premier tampon. Selon une possibilité, les premier et/ou deuxième reports se font à partir de différents substrats donneurs. Ces différents substrats donneurs peuvent notamment présenter différentes densités de pixels, respectivement. La deuxième zone 12 peut être formée directement en une seule étape à partir d’un substrat donneur présentant la deuxième densité de pixels. De façon générale, les première et deuxième zones 11, 12 peuvent être formées par combinaison d’un ou plusieurs reports effectués par un ou plusieurs tampons à partir d’un ou plusieurs substrats donneurs. En outre, une ou plusieurs zones intermédiaires entre les première et deuxième zones 11, 12, présentant des densités de pixels comprises entre les première et deuxième densités de pixels 110, 120, peuvent également être formées selon ce procédé.
Les étapes de fabrication du procédé peuvent donc être adaptées mutatis mutandis à ces différentes combinaisons possibles.
La présente invention concerne également un système d’affichage comprenant un écran d’affichage tel que décrit au travers des exemples de réalisation précédents. Comme illustré aux figures 5, 6A et 6B, ce système comprend typiquement un corps 30, par exemple sous forme de casque, dans lequel se trouve au moins un écran d’affichage 10, un système optique de projection et un système de suivi des mouvements de l’œil O de l’observateur.
Le système optique de projection est configuré pour projeter l’image affichée par l’écran 10 vers l’œil O. Il peut comprendre un miroir 41, par exemple incurvé, configuré pour réfléchir l’image affichée par l’écran 10 vers l’œil O. Il peut également comprendre au moins une lentille 40, 43 configurée pour conjuguer optiquement l’écran 10 et l’œil O.
Ce système optique de projection peut projeter l’image affichée par l’écran 10 avec un grossissement supérieur ou égal à 1. Le miroir 41 incurvé permet par exemple d’augmenter le grossissement apparent de l’image affichée par l’écran 10. L’immersion de l’observateur dans le casque est ainsi améliorée.
Le système de suivi des mouvements de l’œil de l’observateur est configuré pour asservir la projection de l’image affichée par l’écran 10 auxdits mouvements de l’œil O. II est en particulier configuré pour projeter la partie d’image HR affichée par la deuxième zone 12 de l’écran 10 sur la fovéa de l’œil O de l’observateur.
Ce système de suivi de l’œil peut typiquement comprendre une caméra 50 et un système d’asservissement 51, 52. La caméra 50 est dirigée vers l’œil et destinée à enregistrer les mouvements de l’œil O. Le système d’asservissement est destiné à commander le mouvement des éléments mobiles du système d’affichage, i. e. l’écran 10 et/ou le miroir 41 et/ou les lentilles 40, 43 par exemple, de façon à adapter en temps réel la projection de l’image en fonction de la position angulaire de l’œil O. Le système d’asservissement 51, 52 peut être de type servomoteur et comprend par exemple un moteur de déplacement 52 et un module électronique de commande 51 communiquant avec la caméra 50 et le moteur 52. Le moteur 52 est relié aux éléments mobiles de façon à modifier leurs positions respectives.
Ce système de suivi peut donc modifier les positions de l’écran 10 et/ou du système optique de projection 40, 41 relativement au corps 30, en fonction des positions de l’œil O mesurées par la caméra 50. Dans l’exemple illustré à la figure 5, l’écran 10 est fixe relativement au corps 30 et le système optique de projection 40, 41 est au moins en partie mobile relativement au corps 30.
Dans cet exemple, le système optique de projection comprend typiquement un miroir 41 en regard de l’écran 10 et une lentille de focalisation 40 en regard de l’œil O. Le miroir 41 est de préférence incurvé et permet de réfléchir une image agrandie de l’écran 10 vers la lentille de focalisation 40. La lentille de focalisation 40 permet ensuite de focaliser cette image agrandie dans l’œil O de l’observateur.
Le système d’asservissement 51, 52 est ici configuré pour déplacer la lentille de focalisation 40 et/ou le miroir 41 relativement au corps 30 du système d’affichage. Le déplacement du miroir 41 peut se faire par translation selon une trajectoire courbe et/ou selon une direction normale à la lentille de focalisation 40.
Dans l’exemple illustré aux figures 6A, 6B, l’écran 10 est au moins en partie mobile relativement au corps 30 et le système optique de projection 41, 43 est fixe relativement au corps 30.
Dans cet exemple, le système optique de projection 43 comprend typiquement une ou plusieurs lentilles en regard de l’écran 10, un guide optique 44, 45 et un miroir 41 en regard de l’œil O. Le système optique de projection 43 permet notamment de projeter l’image affichée par l’écran 10 selon des rayons parallèles entre eux (image focalisée à l’infini). Ces rayons se propagent ensuite au sein du guide optique 44, 45 jusqu’au miroir 41 situé à une extrémité terminale du guide optique. Optionnellement, des composants diffractifs peuvent permettre d’extraire les rayons à l’extrémité terminale du guide optique. L’extrémité proximale du guide optique peut comprendre un prisme ou un filtre, par exemple antireflets, par lequel entrent les rayons lumineux issus du système optique de projection 43. Les rayons peuvent être ensuite guidés au sein du guide optique, par exemple par réflexion sur les parois du guide optique. Ce guide optique peut être de type fibre optique. Le miroir 41 est de préférence incurvé et permet de réfléchir les rayons lumineux vers l’œil O de l’observateur.
Le système d’asservissement (non illustré) est ici configuré pour déplacer l’écran 10 relativement au corps 30 du système d’affichage. Pour un écran 10 plan, ce déplacement peut se faire par translation dans le plan de l’écran 10. Pour un écran 10 courbe (formé par exemple à partir d’un substrat souple tel que mentionné plus haut), ce déplacement peut se faire selon une trajectoire courbe. Le système d’asservissement peut également permettre un réglage en profondeur de l’écran 10, via un déplacement selon une direction normale à l’écran 10. La figure 6A montre une première position de l’œil O à laquelle correspond une première position de l’écran 10 configurée pour projeter la partie d’image HR au niveau de la fovéa de l’œil O. La figure 6B montre une deuxième position de l’œil O et un déplacement correspondant de l’écran 10 dans une deuxième position de manière à ce que la partie d’image HR soit toujours projetée au niveau de la fovéa de l’œil O.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.
Par exemple, le système d’affichage peut comprendre deux écrans d’affichage chacun destiné à un œil de l’observateur. Cela permet notamment de projeter une image stéréoscopique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ecran (10) d’affichage destiné à afficher une image de résolution multiple et comprenant une pluralité de pixels (110, 120) répartis sur un support (100), ledit écran (10) étant caractérisé en ce qu’il comprend une première zone (11) d’une face (101) du support (100) présentant une première densité de pixels (110) permettant d’afficher une première partie de l’image avec une première résolution, et une deuxième zone (12) de la face (101) du support (100) présentant une deuxième densité de pixels (120) strictement supérieure à ladite première densité, permettant d’afficher une deuxième partie de l’image avec une deuxième résolution.
2. Ecran (10) selon la revendication précédente dans lequel la deuxième densité de pixels est au moins cinq fois supérieure, de préférence dix fois supérieure à la première densité de pixels.
3. Ecran (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la première densité de pixels est comprise entre 50 pixels par pouce (ppi selon la terminologie anglo-saxonne) et 3000 ppi, et la deuxième densité de pixels est comprise entre 250 ppi et 15000 ppi.
4. Ecran (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la deuxième zone (12) présente une surface inférieure à 4 mm2, de préférence inférieure ou égale à 1 mm2.
5. Ecran (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la deuxième zone (12) est entourée par la première zone (11).
6. Ecran (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la deuxième zone (12) est située au centre de la première zone (11).
7. Ecran (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel au moins les pixels de la deuxième zone sont des pixels intelligents (120’) comprenant chacun une électronique de commande (202) dédiée, lesdits pixels intelligents (120’) présentant chacun une largeur inférieure ou égale à 50 pm, de préférence inférieure ou égale à 25 pm.
8. Ecran (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant au moins une autre zone (13) séparant au moins partiellement les première et deuxième zones (11, 12) et présentant une densité de pixels (130) comprise entre la première densité de pixels (110) et la deuxième densité de pixels (120), ladite au moins une autre zone (13) permettant d’afficher au moins une autre partie de l’image avec au moins une autre résolution intermédiaire comprise entre les première et deuxième résolutions.
9. Ecran (10) selon la revendication précédente dans lequel les première et deuxième densités de pixels (110, 120) et la densité de pixels (130) de l’au moins une autre zone (13) sont choisies de façon à afficher une image à résolution multiple présentant une variation linéaire de résolution entre les première et deuxième parties de l’image et l’au moins une autre partie de l’image.
10. Ecran (10) selon la revendication 8 dans lequel les première et deuxième densités de pixels (110, 120) et la densité de pixels (130) de l’au moins une autre zone (13) sont choisies de façon à afficher une image à résolution multiple présentant une variation de résolution entre les première et deuxième parties de l’image et l’au moins une autre partie de l’image, qui soit similaire à un profil de sensibilité d’une rétine d’un œil humain.
11. Ecran (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes présentant, dans un plan d’extension principal (xy), une dimension caractéristique, par exemple une diagonale, comprise entre 2 pouces et 10 pouces.
12. Système d’affichage comprenant un écran d’affichage selon l’une quelconque des revendications précédentes, un système optique de projection (43) configuré pour projeter l’image affichée par l’écran (10) vers un œil (O) d’un observateur, et un système de suivi des mouvements de l’œil de l’observateur configuré pour asservir la projection de l’image auxdits mouvements, de sorte à projeter la deuxième partie d’image affichée par la deuxième zone (12) sur la fovéa de l’œil de l’observateur.
13. Système d’affichage selon la revendication précédente comprenant en outre un corps (30), et dans lequel le système de suivi des mouvements de l’œil de l’observateur est configuré pour modifier les positions de l’écran (10) et/ou du système optique de projection (43) relativement au corps.
14. Système d’affichage selon la revendication précédente dans lequel le système optique de projection (43) comprend un miroir (41) incurvé en regard de l’écran (10) configuré pour réfléchir l’image affichée par l’écran, et une lentille de focalisation (40) en regard de l’observateur configurée pour focaliser sur la rétine de l’œil (O) ladite image réfléchie, et dans lequel l’écran (10) est fixe relativement au corps (30) et le système optique de projection (43) est au moins en partie mobile relativement au corps (30), la position du système optique de projection (43) étant modifiée par un déplacement de la lentille de focalisation et/ou du miroir incurvé relativement au corps (30) du système d’affichage.
15. Système d’affichage selon la revendication 13 dans lequel le système optique de projection (43) comprend un système de lentilles en regard de l’écran (10) configuré pour transmettre l’image affichée par l’écran (10), et un miroir incurvé en regard de l’observateur configuré pour réfléchir ladite image transmise en direction de l’œil (O) de l’observateur, et dans lequel le système optique de projection (43) est fixe relativement au corps (30) et l’écran (10) est au moins en partie mobile relativement au corps (30), la position de l’écran (10) étant modifiée par un déplacement de l’écran (10) dans un plan d’extension principal de l’écran, relativement au corps (30) du système d’affichage.
16. Système d’affichage selon l’une quelconque des revendications 12 à 15 dans lequel le système optique de projection (43) est configuré pour projeter l’image affichée par l’écran (10) avec un grossissement supérieur ou égal à 1.
17. Procédé de fabrication d’un écran (10) d’affichage destiné à afficher une image de résolution multiple et comprenant une première zone (11) présentant une première densité de pixels (110) permettant d’afficher une première partie de l’image avec une première résolution, et une deuxième zone (12) présentant une deuxième densité de pixels (120) strictement supérieure à ladite première densité, permettant d’afficher une deuxième partie de l’image avec une deuxième résolution, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- Fournir un support (100) apte à recevoir une pluralité de pixels (110,
120),
- Fournir au moins un substrat donneur comprenant des pixels selon une densité de base comprise entre la première densité de pixels et la deuxième densité de pixels,
- ffectuer avec un premier tampon un premier report sur le support (100), par exemple par technologie de transfert en masse, d’un premier ensemble de pixels (110) présentant la première densité à partir de l’au moins un substrat donneur, de façon à former les pixels de la première zone (11),
- Effectuer avec un deuxième tampon de dimensions inférieures à celles du premier tampon au moins un deuxième report sur le support (100), par exemple par technologie de transfert en masse, d’au moins un deuxième ensemble de pixels (120) à partir de l’au moins un substrat donneur, de façon à former les pixels (120) de la deuxième zone (12) de l’écran présentant la deuxième densité de pixels.
18. Procédé selon la revendication précédente dans lequel l’au moins un substrat donneur comprend un premier substrat donneur comprenant des pixels (110) présentant la première densité de pixels et un deuxième substrat donneur comprenant des pixels (120) présentant la deuxième densité de pixels, et dans lequel le premier report est effectué à partir du premier substrat donneur et l’au moins un deuxième report est effectué une fois à partir du deuxième substrat donneur.
19. Procédé selon la revendication 17 dans lequel l’au moins un substrat donneur est un unique substrat donneur comprenant des pixels (110) présentant uniquement la première densité de pixels, et dans lequel le premier report est configuré pour former les pixels (110) de la première zone (11) et une partie des pixels (120) de la deuxième zone (12), et le deuxième report est répété plusieurs fois pour compléter les pixels de la deuxième zone (12), de manière à atteindre la deuxième densité de pixels (120) dans la deuxième zone (12).
20. Procédé selon l’une quelconque des revendications 17 à 19 dans lequel les pixels sont des pixels intelligents (110’, 120’) comprenant chacun une électronique de commande (202) dédiée, lesdits pixels intelligents (110’, 120’) présentant chacun une largeur inférieure ou égale à 50 pm, de préférence inférieure ou égale à 25 pm.
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