JP2004309803A

JP2004309803A - 表示装置

Info

Publication number: JP2004309803A
Application number: JP2003103523A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Sugaya; 諭菅谷
Original assignee: SHIZUOKA INST OF SCIENCE AND T; Shizuoka Institute of Science and Technology
Current assignee: SHIZUOKA INST OF SCIENCE AND T; Shizuoka Institute of Science and Technology
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】容易に大型の表示装置を実現することができ、消費電力が小さな表示装置を提供することにある。
【解決手段】映像信号を光に変換して出射させる発光素子と、発光素子から出射された光の光路を変更する屈折部材と、屈折部材を回転させるモータと、一方の端面が屈折部材の方向に向かいつつ回転円の円周上に一列に配置されると共に、他方の端面が表示面の画素を構成するように格子状に配置される複数本の光ファイバとを備え、発光素子から出射された光が、回転する屈折部材により光路を曲げられて該光ファイバの一方の端面に順次入射され、光ファイバに入射された光が、光ファイバを通って他方の端面から順次出射されることにより、表示面上に画像を形成することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を表示する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大容量高速な情報インフラが整備され、高画質映像による情報通信が主流になりつつあり、用途に応じた高性能ディスプレイがキーデバイスとして要求されてきている。この高画質映像インフラの整備、充実に伴い、臨場感に優れ、曲面などの配置自由度の高いディスプレイも要求されてきている。また、新しい領域として、一般家屋の室内や会議室などの壁面、あるいは小中規模シアターなどで使用される対角１００インチを超える高輝度高精密な直視型大画面ディスプレイの要求が非常に高まってきている。
【０００３】
現在、対角７０インチ以下の小型ディスプレイでは、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）などが直視型ディスプレイとして実用化されている。また、小型ディスプレイを複数利用した大面積ディスプレイも試作されているが、係る先行技術は文献公知発明に係るものでないため、記載すべき先行技術文献はない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の直視型ディスプレイで対角１００インチを超える大画面ディスプレイを実現することは極めて困難である。大画面ディスプレイとして、発光素子であるＬＥＤを格子状に配置した大型ディスプレイもあるが、消費電力が大きいという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、容易に大型の表示装置を実現することができ、消費電力が小さな表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の表示装置は、映像信号を光に変換して出射させる発光素子と、発光素子から出射された光の光路を変更する屈折部材と、屈折部材を回転させるモータと、一方の端面が屈折部材の方向に向かいつつ回転円の円周上に一列に配置されると共に、他方の端面が表示面の画素を構成するように格子状に配置される複数本の光ファイバとを備え、発光素子から出射された光が、回転する屈折部材により光路を曲げられて該光ファイバの一方の端面に順次入射され、光ファイバに入射された光が、光ファイバを通って他方の端面から順次出射されることにより、表示面上に画像を形成することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の表示装置は、屈折部材の回転軸に沿って屈折部材を摺動又は揺動させる駆動部を備えると共に、一列に配置された光ファイバが、回転軸に沿って複数段設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の表示装置は、発光素子、屈折部材、モータ及び複数本の光ファイバを１つのユニットとして構成し、複数個のユニットからなることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の表示装置は、映像信号を光に変換して出射させる発光素子と、発光素子から出射された光の光路を変更する屈折部材と、屈折部材を水平方向及び垂直方向に走査させる走査部と、一方の端面が屈折部材の方向に向かいつつ格子状に配置されると共に、他方の端面が表示面の画素を構成するように格子状に配置される複数本の光ファイバとを備え、発光素子から出射された光が、走査された屈折部材により光路を曲げられて光ファイバの一方の端面に順次入射され、光ファイバに入射された光が、光ファイバを通って他方の端面から順次出射されることにより、該表示面上に画像を形成することを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の表示装置は、屈折部材及び走査部が、光スイッチング素子からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の表示装置は、発光素子、屈折部材、走査部及び複数本の光ファイバを１つのユニットとして構成し、複数個のユニットからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の表示装置は、光ファイバの他方の端面から出射される光の強度を計測するセンサと、センサの情報により発光素子から出射される光の強度を補正させるための強度補正部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項８記載の表示装置は、光ファイバが、遮光性を有する遮光物質で覆われていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明に係る表示装置の第１の実施例を示す構成図である。
【００１５】
図１に示す表示装置１は、映像信号源である映像信号発生回路５からの映像信号の表す画像を表示面８に表示するものである。表示装置１は、映像信号制御回路６、発光素子７、回転制御回路２２、光ファイバ１０，１１（光ファイバアレイ１２）、ミラー２０、モータ２１、強度補正回路１７及びセンサ１５を備える。映像信号制御回路６は、映像信号発生回路５からの映像信号を制御しつつ、この制御された映像信号を光に変換して出射する発光素子７に送る。発光素子７は、ＲＧＢ３色の高輝度ＬＥＤである。
【００１６】
ミラー２０は、発光素子７から出射された光の光路を変更する屈折部材であり、ミラー２０自体を回転させるモータ２１に固定されている。モータ２１は、回転制御回路２２からの制御により、所望の回転数により回転する。回転制御回路２２は、映像信号制御回路６からの信号によりモータ２１の回転数やミラー２０の位置等を決定している。
【００１７】
光ファイバ１０は、一方の端面１０ａがミラー２０の方向に向かいつつ、ミラー２０の回転円の円周上に一列に配置されると共に、他方の端面１０ｂが表示面８の画素を構成するように格子状に配置されている。すなわち、端面１０ｂの１つ１つが単位画素９となり、画像を表示面８に表示することとなる。尚、単に光ファイバ１０の端面１０ｂを格子状に並べるのではなく、図１に示すように、単位画素９を正方形にして端面１０ｂが露出する部分以外を黒色にすることにより、表示面８のコントラストをはっきりさせることができる。光ファイバ１０に、クラッドをほとんど有さないガラスファイバを用いることにより、端面１０ａ，１０ｂの面積を効率的に使用することができる。例えば、１ｍｍφ程度の光ファイバ１０を用いて、単位画素９の一辺を２ｍｍにした場合、ハイビジョン方式では、光ファイバ１０が１０８０×６０８本で約１００インチの表示面８を形成することができる。尚、以下の説明では、一周の光ファイバ１０で１枚の表示面８が形成され、１秒に６０回画面が切り替わる場合について説明する。
【００１８】
尚、表示信号発生回路５は、ビデオ装置やカメラの様に自ら映像信号を生成できる機器や、ＴＶ受信機やケーブルテレビ等の受信機の様に他の映像源からの信号を元に映像信号を生成する装置であってもよい。また、発光素子７は、ＬＥＤの他、半導体レーザやガスレーザ等であってもよい。また、図１に示すように、複数本の光ファイバ１０を束ねて、光ファイバアレイ１２とすることにより、光ファイバ１０の取扱いを容易にすることができる。また、ミラー２０は、光を反射することにより光の光路を変更する屈折部材であるが、ミラー２０に限られず、例えば、プリズムやレンズ等の光の光路を変更することができるものであればよい。
【００１９】
次に、表示装置１の動作を説明する。まず、映像信号発生回路５からの映像信号が、映像信号制御回路６に送られる。映像信号制御回路６では、映像信号を発光素子７に送ると共に、映像信号に含まれる水平、垂直の同期信号を元に、モータ２１を制御するのに必要な情報を生成する。回転制御部２２では、映像信号制御回路６からの情報により、モータ２１を所定の位置から回転させる。この回転に合わせて、発光素子７は、ミラー２０に対して光を出射する。垂直同期信号の情報により、１秒に６０回画面が切り替わることを認識した回転制御部２２は、モータ２１を３６００ｒｐｍで回転させる。
【００２０】
発光素子７から出射された光は、回転するミラー２０により光路を曲げられて光ファイバ１０の端面１０ａに順次入射される。そして、端面１０ａに入射された光が、光ファイバ１０を通って他方の端面１０ｂから順次出射されることにより、表示面８上に画像を形成する。この動作が繰り返されることにより、動きのある画像、すなわち映像が表示面８に表示されることになる。
【００２１】
このように、光ファイバ１０を格子状に配置させて表示面８を形成していることから、光ファイバ１０の本数を増やすことで容易に大型の表示装置１を実現することができる。また、光ファイバを用いることで光の損失を抑え、高輝度な光を表示面８から出射させることができることから、直視型のディスプレイに劣らない高輝度な表示装置を実現することができる。また、より細い径の光ファイバを用いることで、単位画素９の大きさをより小さくでき、高精度な表示面８を容易に実現することができる。
【００２２】
また、１枚の表示面８を形成させるために、１つの発光素子７のみを発光させていることから、発光素子７の数を最小限に抑え、消費電力を小さくすることができる。
【００２３】
また、光ファイバ１０の本数を増やして、表示面８の大きさをより大きくしたい場合には、図２に示すように、光ファイバ１０，１３をミラー２０の回転軸に沿って上下に複数段設けるようにしてもよい。この場合でも、発光素子７及びミラー２０を１つのままで行いたいことから、ミラー２０を動かす為にモータ２１の回転軸に沿って上下に摺動するミラー駆動部２３を設けるようにする。また、ミラー２０の駆動は、映像信号に同期させる必要があることから、映像信号制御回路６からの情報によりミラー駆動部２３の動作を制御する回転駆動制御回路２４を設けるようにする。
【００２４】
そして、表示面８に画像を表示する場合は、発光素子７から光を出射し、回転するミラー２０で光を反射させて、光ファイバ１０に順次入射し、１回転終えたところでミラー駆動部２３を用いてミラー２０を上昇させる。そして、ミラー２０を回転させて光を光ファイバ１３に順次入射する。１回転終えたところで、ミラー２０を下げて再度光ファイバ１０に光を順次入射する。このような動作を繰り返すことにより、表示面８に画像を表示することができる。
【００２５】
このように、光ファイバ１０，１３の本数が増えた場合でも、光ファイバ１０，１３を複数段設け、ミラー２０を摺動させるミラー駆動部２３を備えることで、１つの発光素子７でより大きな表示面８を表示させることができ、消費電力を抑えることが可能である。尚、光ファイバ１０，１３の段数は、必要に応じて定めれば良く、必ずしも図２の様に２段である必要はない。また、ミラー駆動部２３は、ミラー２０を回転軸に沿って上下に摺動するものに限られず、ミラー２０を、光ファイバー１０，１３の方向に上下に揺動するものであってもよい。
【００２６】
さらに大きな表示面８を形成したい場合には、図３に示すように、映像信号制御回路６、発光素子７、ミラー２０、モータ２１及び複数本の光ファイバ１０を１つのユニット２として構成し、複数のユニット２〜４で表示装置１を構成させてもよい。この場合、映像信号源である映像信号発生回路５を各ユニット共通で用いるようにする。
【００２７】
但し、各ユニットで用いる発光素子７の輝度が異なることから、表示面８にユニット単位での輝度の違いが生じ、色むらのある不自然な映像になってしまう。この色むらをなくすために、図１に示すように、光ファイバ１０の端面１０ｂから出射される光の強度を計測するセンサ１５と、センサ１５の情報により発光素子７から出射される光の強度を補正する強度補正部である強度補正回路１７とを設けるようにする。そして、実際に各ユニット毎の表示面８を形成する光の強度を計測し、各ユニットの強度補正回路１７で補正すべき量を算出し、その情報を映像信号発生回路５又は映像信号制御回路６に送り、光の強度の補正を行う。
【００２８】
光の強度の計測方法として、図１に示す方法は、他の光ファイバ１０と同様に一端が円周上に配置された有効画素以外の光ファイバ１１の他端をセンサ１５に接続し、光ファイバ１１内を通った光の強度を計測するようにしている。
【００２９】
また、図５に示す方法は、発光素子７とミラー２０との間の光路に、ハーフミラー１８を配置している。そして、光ファイバ１０の端面１０ｂで反射して戻ってきた光をハーフミラー１８でセンサ１６方向に反射させ、戻ってきた光の強度を計測する。尚、以上のような方法に限られず、表示面８から実際に出射される光の強度を計測できるのであればよい。また、複数のユニット２〜４を用いず、１つのユニット２のみで表示装置１を構成する場合であっても、センサ１５，１６及び強度補正回路１７を設け、光の強度の補正を行うことで、安定した表示が可能となる。
【００３０】
次に、図４に示す他の実施の形態について説明する。図４に示す走査機構３１は、図１に示すモータ２１に変わるものであり、プリズム３０は、発光素子７から出射された光の光路を変更する屈折部材である。映像信号発生回路５、映像信号制御回路６及び発光素子７は、図１に示したものと同様である。光ファイバ１４は、光ファイバ１０と異なり、一方の端面１４ａが格子状に配置されている。他方の端面は図１に示す光ファイバ１０の端面１０ｂと同様に表示面８を形成している。プリズム３０は、プリズム３０自体をｘ軸及びｙ軸方向に２次元的に走査させるための走査機構３１に保持されている。そして、走査の方向及び速度は、映像信号制御回路６からの情報により、図１の回転制御回路２２に変わる走査制御回路（図示せず）で制御を行う。
【００３１】
そして、映像信号により発光素子７から出射された光は、プリズム３０で光路を変えられ、光ファイバ１４の端面１４ａに入射される。このとき、プリズム３０が走査機構３１により、ｘ軸方向及びｙ軸方向に走査されることにより、光が端面１４ａ上を走査され、端面１４ａに順次入射される。端面１４ａに入射した光が表示面８に出射されることにより、表示面８に画像が表示される。
【００３２】
このように、図１の表示装置１と同様に、光ファイバ１４を格子状に配置させて表示面８を形成していることから、光ファイバ１４の本数を増やすことで容易に大型の表示装置を実現することができる。また、光ファイバを用いることで光の損失を抑え、高輝度な光を表示面８から出射させることができることから、直視型のディスプレイに劣らない高輝度な表示装置を実現することができる。また、より細い径の光ファイバを用いることで、単位画素９の大きさをより小さくでき、高精度な表示面８を容易に実現することができる。
【００３３】
また、光ファイバ１４の端面１４ａを格子状に配置していることから、円周上に配置した図１の場合に比べ、装置自体の大きさを抑えることができる。
【００３４】
尚、屈折部材及び走査機構は、図４に示すプリズム３０に限られるものではなく、光の光路を変更させつつ走査可能なものであればよい。例えば、光スイッチ素子により、屈折部材及び走査機構を構成することができる。光スイッチ素子は、１つの素子で電気的又は機械的構造により、光路をスイッチングできる素子である。光スイッチ素子を用いることで、光を走査させる部分の構造を簡易化することができる。液晶素子も屈折部材及び走査機構として使用可能である。
【００３５】
また、図３に示した場合と同様に、プリズム３０及び走査機構３１とを用いた表示装置においても、映像信号制御回路６、発光素子７、プリズム３０、走査機構３１及び複数本の光ファイバ１４を１つのユニットとして構成し、複数のユニットで表示装置を構成させてもよい。この場合、映像信号源である映像信号発生回路５を各ユニット共通で用いるようにする。さらに、各ユニットでの色むらをなくすために、図１及び図５に示すようにセンサ１５，１６及び強度補正回路１７を設け、各ユニットの強度補正回路１７で補正すべき光の量を算出し、その情報を映像信号発生回路５又は映像信号制御回路６に送り、光の強度の補正を行うようにしてもよい。
【００３６】
尚、光ファイバ１０〜１４には、なるべく径の小さなものを用いる観点から、クラッドをほとんど有さないガラスファイバを使用している。しかしながら、クラッドをほとんど有さない光ファイバは、図６（ａ）に示すように、光ファイバ１０と光ファイバ１３の接触部Ｔで、光ファイバ１３に入射された光が光路Ｌに示すように、光ファイバ１０の方に漏れ込んでしまう。このようなクロストークが生じると、表示面８の本来表示されるべき位置から所望の光が出射されず、正常な画像が表示されなくなってしまう。
【００３７】
このクロストークの対策として、図６（ｂ）に示すように、光ファイバ１０〜１４を、遮光性を有する遮光物質１０ｃ，１３ｃで覆うようにする。具体的には、黒の塗料を光ファイバ１０〜１４の外周に塗布したり、光ファイバ１０〜１４の外周に遮光性のある収縮性チューブを被せるようにすればよい。このように、光ファイバ１０〜１４を、遮光性を有する遮光物質で覆うことで、クロストークを防止し、正確で鮮明な画像の表示が可能となる。
【００３８】
尚、従来の対角７０インチ以上のディスプレイは投射型が主流であり、投射型では、明るい場所でのコントラストを高くすることができず、一般的な聴視環境での高画質化は困難である。これに対し、本実施例における表示装置１では、表示面８を光ファイバ１０の端面１０ｂで構成していることから、表示面８の反射率が小さくでき、明るい場所でのコントラストを大きくとれることになり、屋外で使用することも可能である。
【００３９】
また、例えば、直径０．２ｍｍφの光ファイバを用いた場合、単位画素９の大きさを０．５ｍｍ角以下にでき、単位画素をＬＣＤやＰＤＰで実現可能な単位画素よりも小さくすることが可能で、一層の高細密化が実現できる。
【００４０】
また、表示装置１の表示面８を複数のユニットを張り合わせて構成するが出来ることから、表示面８の形状を設置面の形状に沿うように任意に形成することができる。すなわち、表示面８を曲面や球面にすることができ、配置の自由度が高くなる。
【００４１】
更に、複数のユニットを張り合わせて構成した場合に、特定のユニットが破損したときでも、破損したユニットのみを交換すればよく、修理効率を向上させることが出来る。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、光ファイバを格子状に配置させて表示面を形成していることから、光ファイバの本数を増やすことで容易に大型の表示装置を実現することができる。また、発光素子の数を抑えることで、消費電力を小さくすることができる。
【００４３】
請求項２の発明によれば、光ファイバの本数が増えた場合でも、光ファイバを複数段設け、屈折部材を摺動させる駆動部を備えることで、１つの発光素子でより大きな表示面を表示させることができ、消費電力を抑えることが可能である。
【００４４】
請求項３の発明によれば、複数個のユニットを連結することで、より大きな表示装置を実現することができる。
【００４５】
請求項４の発明によれば、光ファイバを格子状に配置させて表示面を形成していることから、光ファイバの本数を増やすことで容易に大型の表示装置を実現することができる。また、発光素子の数を抑えることで、消費電力を小さくすることができる。
【００４６】
請求項５の発明によれば、屈折部材及び走査部を光スイッチング素子で構成することにより、光を走査させる部分の構造を簡易化することができる。
【００４７】
請求項６の発明によれば、複数個のユニットを連結することで、より大きな表示装置を実現することができる。
【００４８】
請求項７の発明によれば、光ファイバの端面から出射される光の強度を計測するセンサを備え、強度補正部でセンサの情報により発光素子から出射される光の強度を補正することから、ユニット毎に輝度差が生じるのを抑え、色むらのない自然な画像を表示することができる。
【００４９】
請求項８の発明によれば、光ファイバが、遮光性を有する遮光物質で覆われていることから、クロストークの発生が抑えられ、鮮明な画像の表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表示装置の第１の実施例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る表示装置の第２の実施例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る表示装置の第３の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明に係る表示装置の第４の実施例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る表示装置の第５の実施例を示す構成図である。
【図６】本発明に係る光ファイバの説明図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・表示装置
２〜４・・・・・・・ユニット
５・・・・・・・・・映像信号発生回路
６・・・・・・・・・映像信号制御回路
７・・・・・・・・・発光素子
８・・・・・・・・・表示面
９・・・・・・・・・単位画素
１０・・・・・・・・光ファイバ
１０ａ，１０ｂ・・・端面
１０ｃ，１３ｃ・・・遮光物質
１１〜１４・・・・・光ファイバ
１５，１６・・・・・センサ
１７・・・・・・・・強度補正回路
２０・・・・・・・・ミラー
２１・・・・・・・・モータ
２２・・・・・・・・回転制御回路
２３・・・・・・・・ミラー駆動部
２４・・・・・・・・回転駆動制御回路
３０・・・・・・・・プリズム
３１・・・・・・・・走査機構

Claims

映像信号の表す画像を表示面に表示する表示装置において、
該映像信号を光に変換して出射させる発光素子と、
該発光素子から出射された光の光路を変更する屈折部材と、
該屈折部材を回転させるモータと、
一方の端面が該屈折部材の方向に向かいつつ回転円の円周上に一列に配置されると共に、他方の端面が該表示面の画素を構成するように格子状に配置される複数本の光ファイバとを備え、
該発光素子から出射された光が、該回転する屈折部材により光路を曲げられて該光ファイバの一方の端面に順次入射され、
該光ファイバに入射された光が、該光ファイバを通って該他方の端面から順次出射されることにより、該表示面上に画像を形成することを特徴とする表示装置。
前記屈折部材の回転軸に沿って該屈折部材を摺動又は揺動させる駆動部を備えると共に、
前記一列に配置された光ファイバが、該回転軸に沿って複数段設けられていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
前記発光素子、前記屈折部材、前記モータ及び前記複数本の光ファイバを１つのユニットとして構成し、
複数個の該ユニットからなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の表示装置。
映像信号の表す画像を表示面に表示する表示装置において、
該映像信号を光に変換して出射させる発光素子と、
該発光素子から出射された光の光路を変更する屈折部材と、
該屈折部材を水平方向及び垂直方向に走査させる走査部と、
一方の端面が該屈折部材の方向に向かいつつ格子状に配置されると共に、他方の端面が該表示面の画素を構成するように格子状に配置される複数本の光ファイバとを備え、
該発光素子から出射された光が、該走査された屈折部材により光路を曲げられて該光ファイバの一方の端面に順次入射され、
該光ファイバに入射された光が、該光ファイバを通って該他方の端面から順次出射されることにより、該表示面上に画像を形成することを特徴とする表示装置。
前記屈折部材及び前記走査部が、光スイッチング素子からなることを特徴とする請求項４記載の表示装置。
前記発光素子、前記屈折部材、前記走査部及び前記複数本の光ファイバを１つのユニットとして構成し、
複数個の該ユニットからなることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の表示装置。
前記光ファイバの他方の端面から出射される光の強度を計測するセンサと、
該センサの情報により前記発光素子から出射される光の強度を補正させるための強度補正部とを備えることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の表示装置。
前記光ファイバが、遮光性を有する遮光物質で覆われていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の表示装置。