JP2000180960A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単な構成で画サイズが大きく、解像
度に優れ、明かるい大型の動画表示装置の実現を課題と
する。 【解決手段】 紫外線光源２と、紫外線光を選択的に透
過または反射する複数の画素を有して構成される単板の
ライトバルブ４と、レンズおよびミラー７で構成される
紫外線投射光学系と、ライトバルブ４の各画素に対応し
た位置に、紫外線照射によって必要なスペクトルの発光
を行う蛍光体を塗布された透過型または反射型のスクリ
ーン１とを設けた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置に関し、
特に大型のカラー画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】航空管制用、ＣＡＤ／ＣＡＭ用、医療
用、デザイン業界などでフルカラー動画を精密表示でき
る大型ディスプレイの要求が高まっている。現在の最大
の最高精密のＣＲＴディスプレイは２０″×２０″、約
４００万画素の当社製のものである。この大型ＣＲＴデ
ィスプレイは３３０ＭＨｚのビデオ信号周波数対応低容
量カソードの開発、１２６．８４ｋＨｚの水平偏向周波
数対応の偏向ヨークの開発、小さなビームスポットを持
つ電子銃の開発、ビームスポット劣化の少ないコンバー
ゼンス補正方法の確立などの結果として生まれ、その仕
様は画面サイズ５１２ｍｍ×５１７ｍｍ、解像度２０４
８×２０４８画素、蛍光体ピッチ０．３１ｍｍ、輝度８
０ｃｄ／ｍ2 などである。しかし、奥行きは約１ｍ、重
量は約１００ｋｇもあるので用途が限られてしまってい
る。

【０００３】一般にＣＲＴディスプレイは、必要な機
能、性能が比較的廉価に得られ、比較的大画面を高密度
表示でき、カラー表示の場合は、多階調のフルカラー表
示ができ、電子ビームを走査して表示を行うため、接続
接点の電極数がマトリクスアドレスの場合に比して少な
くて済むというメリットがある。また、輝度、コントラ
ストも比較的十分に得られ、階調の制御も任意かつ容易
である。

【０００４】しかし、機械的に大きく重くなり、コンパ
クト性に欠け、比較的高い駆動電圧を必要とすること等
の問題点がある。また、ガラス真空容器、シャドーマス
クやアパチャーグリルの機械的な限界、周辺部の解像度
トランディングの劣化、Ｘ線を放出する問題、アパチャ
ーグリルに入るビームの損失の問題、地磁気の影響の問
題、レンチキラーレンズ等による眼鏡なし立体映像ディ
スプレイの構成の難しさなどの欠点がある。さらに、偏
向走査からくる問題として、ラスターの歪み、ベアリン
グ、ジッタ、フリッカ、瞬時値が大きいための刺激の問
題、ＣＲＴチューブ製造の難しさと材料の問題、漏洩電
磁場の環境問題、さらに輝度アップに伴うスポット系の
劣化の問題などがある。

【０００５】現在、航空管制や超ＬＳＩ設計、ＶＲ映像
コンピュータグラヒックの高精密化に伴い、さらに高解
像度で大型の動画ディスプレイに対する要求は高まって
いるが、現在のカラーＣＲＴディスプレイでは、画サイ
ズ、解像度、明るさ、パララックスなどのすべての面で
の要求を満たすことは困難である。

【０００６】一方、スクリーン上に紫外線ビームに応じ
て可視光を発光する可視光蛍光体を塗布し、紫外線ビー
ムを用いてカラー表示を行わせる画像表示装置に関する
発明が提案されている。また、箔を静電気力によって吸
引し、箔の位置を変えたり、箔を変形させたりして光反
射性を変え表示を制御するライトバルブが開発されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、現在の
カラーＣＲＴディスプレイは、画サイズ、解像度、明る
さ、パララックスなどの面で高解像度で大型の動画ディ
スプレイに不適な面を有している。

【０００８】本発明は、紫外線ビームに応じて発光する
可視光蛍光体と静電方式のライトバルブを用いて、比較
的簡単な構成で画サイズが大きく、解像度に優れ、明か
るい大型の動画表示装置を実現することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明は、動画、静止画を表示可能な画像表示装置
において、紫外線光源と、紫外線光を選択的に透過また
は反射する複数の画素を有して構成される単板のライト
バルブと、レンズおよび／またはミラーとで構成される
紫外線投射光学系と、前記ライトバルブの各画素に対応
した位置に、紫外線照射によって必要なスペクトルの発
光を行う蛍光体を塗布された透過型または反射型のスク
リーンとを具備することを特徴とする。

【００１０】また、紫外線光源と、紫外線光を選択的に
透過または反射する複数の画素を有して構成される単板
のライトバルブと、レンズおよび／またはミラーとで構
成される３組の紫外線投射光学系と、この３組の紫外線
投射光学系のそれぞれのライトバルブからの投射角度の
差による結像位置の差で色選別を行い、色選別された前
記それぞれのライトバルブのからの紫外線を各画素に対
応した位置に集光するレンズと、このレンズによって集
光される位置に紫外線照射によって必要なスペクトルの
発光を行う蛍光体を塗布された透過型または反射型のス
クリーンとを具備することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるカラー表示
装置を添付図面を参照にして詳細に説明する。図１は、
本発明のカラー表示装置の一実施の形態の構成を示す構
成略図である。この構成は、後に述べる他の実施の形態
と区別するために、１板型と呼ぶことにする。図１で
は、簡単のために、紫外線励起蛍光スクリーン１一杯
に、紫外線励起で、加色法の光の３原色を発光する蛍光
体が大きく３つに別けて塗布されたものとして示した。
実際はこの様な構成の小さな蛍光体が１画素となって多
数の画素で画面を構成する。適当な紫外線光源２から放
射された紫外線フラットビーム３は、主として反射型と
して構成される紫外線ライトバルブ４に入射される。

【００１２】今、入力色信号５が紫を表しているなら
ば、加色した結果で所望の色が得られるように、スクリ
ーン１のＧ（緑）を除いてＲ（赤）とＢ（青）に対応す
る位置の紫外線ライトバルブ４が開く（すなわち反射モ
ードになる）ように制御回路６から駆動する。これによ
って、紫外線光源２から放射され紫外線用の紫外線レン
ズとミラーなどで構成される投射光学系７を経て、紫外
線ライトバルブ４で選択反射された紫外線フラットビー
ム３は、対応するスクリーン１上の蛍光体を発光させる
ように投射される。この結果、Ｒ（赤）とＢ（青）の蛍
光体が紫外線で励起されて発光するので、スクリーン１
から十分離れると、紫に発光しているように見える。

【００１３】以上が、本実施の形態の基本構成である
が、紫外線ライトバルブ４およびスクリーン上のＲＧＢ
パターンを細かくマトリクス状にすることで、文字や映
像をカラー表示するための画像を形成することができ
る。紫外線ライトバルブ４には、箔を静電気力によって
吸引し、箔の位置を変えたり、箔を変形させたりして光
反射性を変える静電吸着方式のディスプレイを用いるこ
とができ、ことに、ＤＭＤ（Deformable Mirror Displa
y またはDigital Micromirror Device）と呼ばれる箔変
形型のものが適している。紫外線光源としては、半導体
励起固体レーザ等が考えられる。

【００１４】解決しなくてはならない点として、現在市
販されているＤＭＤでは照射できる紫外線のワット数が
数ｍＷに制限されているという問題があるが、これは必
要な開発により解決できる問題である。

【００１５】また、蛍光体パターンピッチがスクリーン
基材の熱膨張収縮のオーダーに近い細かさになったとき
の位置合わせの問題がある。これには、紫外線励起蛍光
スクリーン１の外周に設けられた光再帰反射フレーム８
（実際の多数の画素でスクリーンを構成する場合は各画
素を構成する３原色を発光する蛍光体の間に設けられた
反射体）からの戻り紫外線ビームを入力光の影響を避け
られるようにＤＭＤ周辺素子のゲートパルス駆動でサン
プリングし、フレーム検出光学系とセンサ９とで検出
し、投射光学系のいずれかの要素に帰還制御１０をかけ
て位置合わせの精度をあげることができる。

【００１６】本実施の形態の１板型の場合で、ＶＨＳビ
デオテープレコーダなみの解像度水平２５０本程度の表
示を行う場合の構成を、図２、図３および図４に基づい
て考察する。図２では、薄型化を図るために、紫外線用
のミラーを用いて１度折り返して投射する２０インチの
リアプロタイプとして示している。

【００１７】仮にＤＭＤは水平×垂直＝８００×６００
を用いて考える。このＤＭＤの３×３＝９画素をスクリ
ーン上の１画素分のＲＧＢトリオに対応させるようにす
る。したがって、水平解像度は８００／３＝２６６本、
垂直解像度は６００／３＝２００本となる。（これは従
来のＴＶのそれと一致してはいない。）また、この場合
に、垂直解像度は１トリオを３分割で使って３倍に取る
こともできる。ＤＭＤ素子のピッチを１７μｍとすると
有効画面縦寸法は１７μｍ×６００＝１０．２ｍｍとな
り、縦２０インチ（３０５ｍｍ）への投射倍率は３０５
ｍｍ÷１０．２ｍｍ＝約３０倍となる。また、スクリー
ン上の各色ストライプ幅は４０６．２ｍｍ÷８００＝３
０５ｍｍ÷６００＝０．５０８ｍｍとなる。

【００１８】ＤＭＤ、投射光学系、ミラー、スクリーン
間の物理寸法が適切であり、マリッジ製作方式で、各素
子のＸＹセンターが、とくにスクリーン１が図４に示す
ピボｍット１２などにより、固定され、ＣＲＴの場合に
おけるいわゆるランディングが合っているものとする。
通常ガラスの熱膨脹は１００°Ｃで１０００分の１程度
であるので、スクリーン１の実が熱膨張した場合の水平
両端のずれはセンター固定として、有効画面横サイズ４
０６．２ｍｍの２０００分の１、すなわち４０６．２ｍ
ｍ÷２０００＝０．２０３ｍｍＭＡＸとなりＲＧＢ各色
ストライプ幅の半分に近いので、このままでは、隣のス
トライプの色を励起発光し、ＣＲＴの場合のいわゆるミ
スランディングを発生してしまう。これを防ぐために、
スクリーン１の温度に連動して投射倍率を変えることが
できるような工夫が必要になる。例えば、図４に示すよ
うに、スクリーン１の固定金具１３が面方向にバイメタ
ルで伸びて投射倍率を補正する等の方法がこれにあた
る。

【００１９】熱膨張の影響以外に、筐体のねじれなどが
大きなミスラン要素となり得るが、例えば、中心固定ピ
ボット１２はビデオテープレコーダなみのメカ精度すな
わち数μｍでできるとすると、投射倍率を考慮しても、
図２に示した蛍光体パターンのブラックストライプの幅
程度（約０．１ｍｍ）に収まるので、上述した以上の自
動位置補正等のミスラン対策は不要である。

【００２０】以上に説明した内容により、形成しようと
するカラー画像の構成に必要なスクリーンの画素に１対
１で対応する単板ライトバルブの画素をパルス幅偏重な
どで必要な時間周期的に開くようにし、光源からの紫外
線が投射時に静止画または動画となるように制御する。
単板ライトバルブの画素はスクリーン上の３原色を発光
する蛍光体に対応しているので、ライトバルブからの紫
外線はカラー画像として観測される。

【００２１】固体レーザで効率良く強い連続紫外線が得
られるようになったので、レーザに伴う、スペックルを
蛍光体の残光性を利用して避け、紫外線段階で変調する
ことで、単板ライトバルブでカラー画像を構成できる。
紫外線の波長が短いことで、高い解像度が実現でき、真
空を必要としないため、軽量で、大型化が可能で、立体
化、低価格化、安全性がのぞめる。

【００２２】次に、高解像度ディスプレイ用、３入力タ
イプのＤＭＤを用いた実施の形態について説明する。こ
れは、上述の１板型の例に対して３板型といえ、光学的
なトリニトロンともいえる構成である。ＤＭＤの配列に
関しては、ディスプレイのワイド化を考慮して、光源の
利用率やレンズ口径の点から考えて、横長のＤＭＤを縦
１列に配置する方法も考えられるが、図３との整合上、
図４では、蛍光体もトリニトロンと同様に縦ストライプ
なっているとして説明する。

【００２３】ＣＲＴディスプレイでの電子ビームの代わ
りに、ＲＧＢそれぞれ用に、あらかじめ像が形成された
紫外線レーザフラットビームがスクリーン１の蛍光面に
対してそれぞれ収束角θで、別々の紫外線用レンズで投
射される。蛍光体ストライプ１５を物理的に固定し、湿
気から保護するように、スクリーン１の投射系側に、ス
クリーン１との間で蛍光体ストライプ１５を挟み込むよ
うに、トリニトロンのアパチャーグリルに相当する収束
用のレンチキラーレンズストライプ１４があり、ＲＧＢ
それぞれ用の紫外線ビームが丁度ＲＧＢ蛍光体に絞りこ
まれてランディングするような焦点距離で配置されてい
る。

【００２４】レンチキラーレンズ１４の代わりに、各Ｄ
ＭＤ側で他の色の分のブランクを設けることも考えられ
るが、それでは、１板型と結果的には同じことになり、
紫外線光源の利用率も１／３になる。これは、ＣＣＤカ
メラでの１板式と３板式との場合の考え方、また、ＣＣ
Ｄ上に設けられるマイクロレンズアレーの在り方と同じ
である。また、ＤＭＤの配列に、前述の縦１列配置やデ
ルタ配置があり得る点は、カラーＣＲＴでの場合と同じ
である。カラーＣＲＴと異なるのは、あらかじめ像を形
成するので、スクリーン上でコンバージェンスするには
レンズを独立に設けてあおりをつける必要がある点であ
る。

【００２５】ランディング作業は、色選別のメカニズム
としてのレンチキラーレンズとストライプ蛍光体とを一
体に構成することで省略することができる。現在、ＤＭ
Ｄの解像度として１２８０×１０２４のものが生まれて
いるが、将来はこれを上回るものが生まれることが予想
されるので、高画質テレビの時代になっても、本発明は
実用できる。高画質テレビの場合でも、レンチキラーレ
ンズとストライプ蛍光体とを１枚のスクリーン板として
物理的に一体に構成することで、ランディング作業を低
減でき、温度等の要因によって大きくコンバージェンス
（ランディング）が変化する要因は前述の収束角θ以外
にはない。したがって、投射光学系とＤＭＤ素子とが相
互に強固に固定されて、温度に対する色ドリフトが所定
の範囲内（例えば１／１０００以下）に収まるように収
束角θが保持されておれば、ディメンジョンを保つよう
に装置筐体全体に高い剛性を持たせる必要はない。収束
角θの調整には、投射光学系を収めたブロックのセンタ
ーリングと傾きを光再帰反射などで検出して帰還し調整
制御する方法などが考えられる。

【００２６】ランディングの問題が解決されると、解像
度の上限はＤＭＤの画素数とレンチキラーレンズストラ
イプ数または蛍光体ストライプ数にかかっている。レン
チキラーレンズストライプ数と蛍光体ストライプ数は同
数にするとビーム効率は良いが、その数が近いとモアレ
現象を発生するので、蛍光体ストライプでＤＭＤをサン
プリングすることを考え、ビーム利用効率、レンチキラ
ーレンズストライプの加工限界、生産コスト、紫外光の
回折の影響、見かけの画面性などを勘案してモアレので
ない比率とサンプル数を設定することが望まれる。これ
により、さらに高効率で、製造の容易な表示装置が実現
できる。

【００２７】以上本発明によると、ＤＭＤと可視光半導
体レーザを用いた表示装置と比較して次にのべるような
メリットがある。 １）スペックルがなく、画面のちらつきがなく、見てい
てつかれない。 ２）スクリーンからの指向性がない。 ３）光源が１つの紫外光源（半導体レーザソースなど）
ですみ、その分小型で高効率である。 ４）偏光していないので、立体映像に適している。 ５）ＤＭＤ画素の角ばりを蛍光体の再発光や蛍光体パタ
ーンの作り方でカバーし、丸みを帯びた自然な輪郭を再
現できる。 ６）消光性をも含む蛍光体特性の選択によって、刺激の
少ない絵画的なディスプレイを実現することができる。 ７）表面にベールのない表面発光動画表示が実現でき
る。

【００２８】また、本発明によると、ＣＲＴ方式の表示
装置と比較して次にのべるようなメリットがある。 １）解像度、限界輝度はＤＭＤ次第で、将来大きなＤＭ
Ｄチップが生まれると人間の目の解像力やあらゆるディ
スプレーの輝度を越えたものが実現できる可能性を持っ
ている。 ２）真空容器を必要としないので、低価格で製造性に優
れている。 ３）無公害で、エンジン部等の再利用が可能で、環境に
優しく省資源性に富んでいる。 ４）軽く薄くでき、スクリーンの大きさに制限がない。 ５）スクリーン部と投射部を別体に構成でき携帯型、フ
レキシブルタイプも実現可能である。 ６）表示にパララックス（視差）がないので、レンチキ
ラーの立体用、ＣＡＤなどの製図投射用、大型タッチパ
ネル用などに適している。 ７）ＣＲＴの場合のエミッタ寿命で全体を取り替えなけ
ればならないといったような問題がなく、投射部の光源
やＤＭＤなどの要素はそれぞれ交換が可能である。 ８）指向性がなく、スクリーンの厚みを薄くできるた
め、継ぎ目なしマルチスクリーンが組みやすい。 ９）漏洩電磁波、Ｘ線がでることがなく、高圧電源の必
要がないため、安全である。 １０）地磁気の影響を受けないため、設置後のランディ
ング、ミスコンバージェンスの調整が不要である。 １１）フロント投影ができるため、建造物や建物の壁面
をスクリーンとして使え、かつスクリーンの耐候性が高
いため、野外広告などに適している。 １２）スクリーン部と投射部との間に人が入っても再帰
光から侵入を検出でき、瞬時に停止するなどの安全対策
が可能である。 １３）フラットディスプレイを構成することが容易で、
この点からも携帯性に優れている。 １４）高輝度時のブルーミングやフォーカスの劣化がな
く到達輝度が高い。 １５）アパチャーグリルやシャドウマスクがないので、
システム効率が高い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１の
発明は、動画、静止画を表示可能な画像表示装置におい
て、紫外線光源と、紫外線光を選択的に透過または反射
する複数の画素を有して構成される単板のライトバルブ
と、レンズおよび／またはミラーとで構成される紫外線
投射光学系と、前記ライトバルブの各画素に対応した位
置に、紫外線照射によって必要なスペクトルの発光を行
う蛍光体を塗布された透過型または反射型のスクリーン
とを具備することを特徴とする。これにより、比較的簡
単な構成で画サイズが大きく、解像度に優れ、表示が明
かるく、軽量な大型の動画表示装置を比較的廉価に実現
することができる。

【００３０】また、本発明の請求項２の発明は、紫外線
光源と、紫外線光を選択的に透過または反射する複数の
画素を有して構成される単板のライトバルブと、レンズ
および／またはミラーとで構成される３組の紫外線投射
光学系と、この３組の紫外線投射光学系のそれぞれのラ
イトバルブからの投射角度の差による結像位置の差で色
選別を行い、色選別された前記それぞれのライトバルブ
のからの紫外線を各画素に対応した位置に集光するレン
ズと、このレンズによって集光される位置に紫外線照射
によって必要なスペクトルの発光を行う蛍光体を塗布さ
れた透過型または反射型のスクリーンとを具備すること
を特徴とする。これにより、比較的簡単な構成で画サイ
ズが大きく、解像度に優れ、表示が明かるく、軽量で、
効率が高く、調整の容易な大型の動画表示装置を比較的
廉価に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラー表示装置の一実施の形態の構成
を示す概略図。

【図２】図１に示す実施の形態の要素の配置図。

【図３】図１に示す実施の形態での画素の対応を示す説
明図。

【図４】図１に示す実施の形態での拡大率と温度補正法
を示す説明図。

【図５】本発明のカラー表示装置の他の実施の形態の構
成を示す概略図。

【図６】図５に示す実施の形態のスクリーン上の色選別
の詳細を示す拡大図。

【符号の説明】

１…紫外線励起蛍光スクリーン、２…紫外線光源、４…
紫外線ライトバルブ（ＤＭＤ）、６…制御回路、７…投
射光学系、７−１…ＵＶレンズ、７−２…ＵＶミラー、
８…光再帰反射フレーム、９…フレーム検出光学系およ
びセンサ、１１…ミラー、１２…ピボット、１３…バイ
メタル、１４…レンチキラーレンズ、１５…蛍光面。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動画、静止画を表示可能な画像表示装置
   において、 紫外線光源と、紫外線光を選択的に透過または反射する
   複数の画素を有して構成される単板のライトバルブと、
   レンズおよび／またはミラーとで構成される紫外線投射
   光学系と、 前記ライトバルブの各画素に対応した位置に、紫外線照
   射によって必要なスペクトルの発光を行う蛍光体を塗布
   された透過型または反射型のスクリーンとを具備するこ
   とを特徴とする表示装置。
2. 【請求項２】 動画、静止画を表示可能な画像表示装置
   において、紫外線光源と、紫外線光を選択的に透過また
   は反射する複数の画素を有して構成される単板のライト
   バルブと、レンズおよび／またはミラーとで構成される
   ３組の紫外線投射光学系と、 この３組の紫外線投射光学系のそれぞれのライトバルブ
   からの投射角度の差による結像位置の差で色選別を行
   い、色選別された前記それぞれのライトバルブのからの
   紫外線を各画素に対応した位置に集光するレンズと、こ
   のレンズによって集光される位置に紫外線照射によって
   必要なスペクトルの発光を行う蛍光体を塗布された透過
   型または反射型のスクリーンとを具備することを特徴と
   する表示装置。