JP2005070473A

JP2005070473A - 表示デバイス

Info

Publication number: JP2005070473A
Application number: JP2003300726A
Authority: JP
Inventors: Masashi Tanaka; 将史田中
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】真空管やガス放電を必要とすることなく、しかも光の利用効率を非常に高くし、低電圧で駆動することができ、応答速度も速い表示ディスプレイを提供する。
【解決手段】ビーム状の光線を放射する光源１の光線を、光偏向器２により所望の方向に振り向ける。一方、表面が表示面とされ、底面に各画素ごとに光偏向器２からの光線を表示面とほぼ直角で、かつ、表示面側に反射させる反射面３１が形成された表示パネル３が設けられ、光偏向器２で振り向けられた光線を導入して表示面側に反射させ得るように配置されている。そして、各画素ごとの表示データに応じてその表示データに対応する光線Ｂを光源１から放射するように光源１を制御すると共に、光線Ｂが表示パネル３の所定の画素に向かうように光偏向器２を制御する制御回路４とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、テレビジョン画像やビデオ画像などの動画画像を表示する表示デバイスに関する。さらに詳しくは、低電圧で、液晶よりも応答速度が早く動画でも追随することができ、しかも光の利用効率が優れて消費電力の少ない表示デバイスに関する。

従来、テレビジョンやビデオ映像などを表示する大型の表示デバイスとしては、ブラウン管（ＣＲＴ）を利用したもの、液晶パネルを利用したもの、プラズマを利用したプラズマディスプレイなどが実用化されている。

ＣＲＴは、映像信号の変化に従って、電子銃からのビームの密度が制御され、発射されたビームは、その時点の水平・垂直走査位置に応じた偏向コイルの電流によって偏向され、二次元のスクリーン面上に入射し、この面上に塗られた蛍光体が電子ビームの強さに応じて発光する構成になっている。そのため、電子ビームを照射する必要があり、真空中で、高電圧を印加して電子ビームを照射しなければならない。

また、液晶パネルは、液晶層を挟んで両面に設けられる電極により印加される電界で液晶分子の配列状態の変化に伴う光変調を利用するもので、低消費電力で、低い電圧で制御することができるという利点があるが、電圧の変化に対する液晶分子の配列の変化が遅いため、応答速度がミリセカンド程度と遅く、早い動画に対しては残像が残りきれいな映像を表示できない。また、液晶層を透過する光を認識するため、斜め方向からは見づらく、視野角が狭くなる。

さらに、プラズマディスプレイは、二つの電極が直交するように微小な放電空間を挟んで対向配置され、その放電空間にヘリウム、ネオン、アルゴンなどの放電ガスが封入され、ガス放電により発生する紫外線で、一方の電極側に設けられた蛍光体を励起することにより発光させるもので、液晶パネルに比べ、高速の表示が可能であり、視野角が広いこと、大型化が容易であること、という利点がある。しかし、小型化が困難であり、消費電力も大きい。

前述のように、ＣＲＴでは、真空中で、高電圧を印加して電子ビームを照射しなければならず、真空管および高電圧を用いた大掛かりな装置になると共に、ディスプレイの奥行きが長くなるという問題がある。また、液晶ディスプレイでは、応答速度が遅いため、早い動画に適しないと共に、視野角が狭く、あらゆる方向から視認するのに適しないという問題がある。さらに、バックライトなどの光源の光のうち、表示に用いられる光はごく一部で、光の利用効率が非常に小さいという問題がある。さらにプラズマディスプレイでは、放電ガスを封入しなければならないと共に、装置が大掛かりで小型化が困難であり、消費電力も大きいという問題がある。このように、従来の表示デバイスは、装置が複雑で非常に高価になると共に、消費電力が大きい。また、比較的低電圧で駆動することができる液晶ディスプレイでも、その光の利用効率が非常に低く、無駄が多い。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、真空管やガス放電を必要とすることなく、しかも光の利用効率を非常に高くし、低電圧で駆動することができ、応答速度も速い表示ディスプレイを提供することを目的とする。

本発明による表示ディスプレイは、ビーム状の光線を放射する光源と、該光源の光線を所望の方向に振り向ける光偏向器と、表面が表示面とされ、該表示面の各画素に対応する部分に前記光偏向器からの光線を反射させる反射面が底面に形成された表示パネルと、映像信号の各画素ごとの表示データに応じて該表示データに対応する光線を前記光源から放射するように前記光源を制御すると共に、前記映像信号に基づき、前記表示パネルの所定の画素に前記光線が向かうように前記光偏向器を制御する制御回路とを有している。

前記表示パネルの表示面側に光拡散板が設けられることにより、光源からの光がビーム状に進行してこないで、光拡散板の画素領域で輝いて見えるため、斜めから見ても認識しやすく視野角が広がると共に、直射光線でなくなるため柔らかい表示をすることができる。

前記光偏向器が、ｘｙ面のｘ方向の偏向を行う光偏向器とｙ方向の偏向を行う光偏向器との組み合せで構成されることにより、光の振り向けを素早くすることができ、高速応答をしやすいため好ましい。

この構造にすることにより、映像信号に基づき、たとえばｉ行ｊ列の画素Ｇ_ｉｊを赤色にしたい場合には、赤色の光源の光線を光偏向器によりＧ_ｉｊの画素の位置に照射させ、Ｇ_ｉｊ＋１の画素を緑色にする場合には、緑色の光源の光線を光偏向器によりＧ_ｉｊ＋１の画素に照射させ、これを各画素ごとに映像信号に基づいて、順次走査することにより、所望の画素を照射する光だけで、余計な発光をさせることなく所望の映像を表示することができる。なお、光源としては、赤、緑、青の３原色の光源を用い、所望の割合で混合することにより、フルカラーの表示をすることができる。

本発明によれば、光源の光線を光偏向器により各画素に振り向けながら、各画素を順次走査する構成になっているため、光源の光量は１画素を照射する輝度があればよく、非常に低出力で動作させることができる。しかも、必要な画素のみに光線を照射するため、光源の利用効率は非常に高く、消費電力を大幅に節減することができる。また、低出力でよいため、半導体レーザなどの半導体素子を光源として用いれば、非常に長寿命で動作させることができる。その結果、非常に消費電力が少なく、液晶デバイスより応答速度が早く、しかもブラウン管のような真空で高電圧や、プラズマディスプレイのような放電ガスの封入などを必要とせず、非常に安価で明瞭な動画を表示することができる。

つぎに、本発明の表示デバイスについて、図面を参照しながら説明をする。本発明の表示デバイスは、その一実施形態の構成説明図が図１に示されるように、ビーム状の光線を放射する光源１の光線Ｂを、光偏向器２により所望の方向に振り向ける。一方、表面が表示面Ａとされ、その表示面の各画素に対応する部分に光偏向器２からの光線Ｂを反射させる反射面３１が底面に形成された表示パネル３が設けられ、光偏向器２で振り向けられた光線Ｂを導入して表示面Ａ側に反射させ得るように配置されている。そして、映像信号の各画素ごとの表示データに応じてその表示データに対応する光線Ｂを光源１から放射するように光源１を制御すると共に、その映像信号に基づき、表示パネル３の所定の画素に光線Ｂが向かうように光偏向器２を制御する制御回路４とを有している。

光源１は、半導体レーザのようなレーザを用いることが、そのままビーム状になり、大きな表示画面で遠くまで照射する場合でも余り減衰することなく照射することができるため好ましい。しかし、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）でも、絞りやレンズなどを用いてビーム状にすることにより各画素ごとに光線を照射することができる。また、このような半導体素子を直接配置しなくても、他の光源から光ファイバなどにより導入してもよい。要は、各画素ごとに照射することができるようなビーム状の光線を放射するものであればよい。この観点からは、半導体素子に限らず、種々の光源を用いることができる。また、非常に高精細な表示画面にする場合には、レーザ光でもレンズなどで絞ってさらに細いビームにすることもできる。

また、光源１は、ディスプレイをモノクロで表示する場合には白色光の１色でもよいが、カラー表示をする場合には、光源として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の光源を用意し、それぞれ単独または所望の割合で混合することにより、所望の色の光線にすることができ、映像信号の表示データに基づいて、所望の色の光線にすることができる。この場合、光源が半導体素子であれば、その印加電圧を制御することにより光の強度を変えることができ、所望の割合で混合することができるし、発光する光の一部を混合することにより、混合割合を調整することもできる。

光偏向器２は、光線Ｂの向きを変えるものを意味し、たとえば音響光学偏向器（ＡＯ偏向器）や、カルバノミラーなどの機械的に回転させてその光線の向きを変えることができるものなどを用いることができる。

音響光学（ＡＯ）偏向器は、超音波光偏向器とも呼ばれるもので、超音波ビームに沿って屈折率の周期的変化が生じているため、これに直交する方向から光ビームが入射すると、光ビーム径と超音波波長の関係によりデバイ・シアース効果や音響光学的なブラッグ回折などの回折現象が生じ、このブラッグ回折あるいはデバイ・シアース効果における一次回折光の回折角が超音波周波数にほぼ比例することを利用しており、超音波周波数を変調して光偏向を行う。超音波周波数変化幅をΔｆ、偏向のランダムアクセス時間をτ、偏向点数をＮとすると、Δｆ・τ≒Ｎの関係があることが知られており、ＴｅＯ_２、ＰｂＭｏＯ_４などの媒質を用いると、Ｎ＝１０００、あるいはτ＝１μｓの装置を実現することができる。

また、カルバノミラーは、たとえば鏡の裏側に棒が取り付けられており、その棒に巻き付けた電線（コイル）に電圧を印加することにより電磁誘導により生じる磁界と、周囲に設けられる磁石による磁界との相互作用により、鏡を回転させ、光線の向きを変えるものである。回転角の制御は、コイルへの印加電圧により制御されるため、映像信号に応じて電気的に制御することができるが、実際の偏向は鏡の回転による機械的な回転になる。しかし、μｓｅｃのオーダで変化させることができる。

すなわち、このようなＡＯ偏向器やカルバノミラーなどの機械的光偏向器を用いることにより、光線を映像信号に合せて所望の画素の位置に振り向けることができる。なお、図１では、光偏向器２が１個のみで示されているが、図１（ａ）に側面説明図が示されるようなｙ軸方向に振り分ける光偏向器と、図１（ｂ）に平面説明図が示されるようなｘ軸方向に振り分ける光偏向器とを別々の光偏向器で構成し、直列に接続することにより、より早く、しかも確実に所望の画素の位置に光線を振り向けることができるため好ましい。この場合、たとえば図１に示されるような例の場合では、ｙ軸方向の振り角が小さく、ｘ軸方向の振り角が大きいため、振り角の小さい光偏向器を光源側に置くことが好ましい。また、光偏向器を別々に設ける場合、前述のＡＯ偏向器を２個組み合せてもよいし、振り角の小さい方の光偏向器にＡＯ偏向器を用い、振り角の大きい光偏向器に機械的光偏向器を用いることもできる。

表示パネル３は、たとえば液晶ディスプレイなどのバックライトとして用いられる導光板の底面を傾斜面にして、さらに各画素毎に光偏向器２からの光線を表示面Ａ側に垂直に反射するような角度の反射面が形成されたものを使用することができる。しかし、導光板を使用しなくても、たとえば底面側の反射面のみが形成されておれば、導光板はなくて、中空でも構わない。しかし、表示面Ａには、光線の光を間接光にする光拡散板５などが設けられている方が、直接光線を観察しないで、画素全体に広がった表示を観察することができるため好ましい。この観点からは、表示パネル３として導光板を用いる場合でも、その表示面Ａ側に光拡散板または光拡散フィルムが設けられていることが好ましい。

導光板としては、通常のバックライトとして用いられるものと同様のものを用いることができる。この導光板は、側面から入射される光源１からの光線Ｂを、表示面Ａ側に反射させて所定映像を表示するもので、たとえばポリカーボネートやアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などからなり、０.５〜１０ｍｍ程度の厚さのものが用いられ得る。この導光板の表示面Ａと反対側には、各画素ごとに光偏向器２からの光線Ｂを表示面Ａの各画素に対応する部分（表示面Ａと垂直方向）に反射させるように反射面３１が形成されている。

反射面３１は、たとえば図２に一部の反射面が示されるように、画素ごとに入射する光線Ｂに対して、表示面Ａの対応する画素に向う（表示面Ａと垂直方向に反射する）ような形状に形成されている。すなわち、画素Ｇ_ｉｊに対応する反射面３１_ｉｊに入射する光線は、光偏向器２のｘ軸の振り角およびｙ軸の振り角が分っているため、光線の入射方向が一義的に決まっており、その光線を表示面Ａと垂直方向に反射するように、反射面３１_ｉｊを形成しておくことにより、正確に表示面Ａの各画素のところに所望の色の光線を照射することができる。表示パネルを導光板で形成する場合には、予め各画素用の反射面を形成した金型に合せて導光板を形成し、その裏面側にアルミニウムなどの反射膜を形成することにより得られる。また、中空部の表示パネルを形成する場合には、たとえばアルミニウムなどの金属板を、前述の各画素用の反射部が形成された金型を用いて成形することにより反射板を形成し、その反射板を光偏向器２に対して所定の位置になるように設置することにより得られる。

制御回路４は、映像信号の表示データに応じて、光源１の色を制御すると共に、そのデータの画素に光線Ｂを向わせるため、表示面Ａのｘ軸およびｙ軸の座標に合うように光偏向器２を制御する。すなわち、表示データに応じて、光源１および光偏向器２を同期して制御し、次々と表示データが変るごとにその光源１のデータおよび光偏向器２の振り角を制御するものである。

光拡散板５は、たとえば乳半と呼ばれる０.１ｍｍ程度の厚さのアクリル板（フィルム）を用いることができる。これは、光線Ｂの直射により表示画像を構成しないようにして、正面から見ても見やすく、かつ、斜めから見ても視認できるように、画素として光りながらあらゆる方向に照射し得るようにするためのもので、余り厚いと画素自体がボケてしまいよくない。表示パネル３として導光板が用いられ、導光板により光線の直射ではなく、画素としての照射になれば、光拡散板は必要ではない。

つぎに、本発明の表示デバイスの動作について説明をする。映像信号の表示データが制御回路４に送られると、制御回路４は、その表示データの画素の位置に合せて光偏向器２からの光線Ｂがその画素に向かうように光偏向器２を制御すると共に、その画素の表示データに合せて光源１の色および強さを制御する。その結果、光偏向器２から放射された光線Ｂは、表示パネル３の反射面３１で表示面Ａと垂直方向に反射して、映像信号に応じた画素に所望の表示データで表示される。映像信号は次々と変化するが、その都度その変化した映像信号に基づき、各画素に所望の表示データに合せた光線Ｂが照射され、各画素ごとに映像信号に基づいた表示がなされる。すなわち、映像信号に応じてｘｙ座標で定まる各画素に、光線の色および強度が制御された所望の表示データが表示され、各画素の表示は順次映像信号に応じて変化するため、動画として表示することができる。

本発明による表示デバイスの構成図を示す図である。図１に示される表示パネル底面の反射面の説明図である。

符号の説明

１光源
２光偏向器
３表示パネル
４制御回路
５光拡散板

Claims

ビーム状の光線を放射する光源と、該光源の光線を所望の方向に振り向ける光偏向器と、表面が表示面とされ、該表示面の各画素に対応する部分に前記光偏向器からの光線を反射させる反射面が底面に形成された表示パネルと、映像信号の各画素ごとの表示データに応じて該表示データに対応する光線を前記光源から放射するように前記光源を制御すると共に、前記映像信号に基づき、前記表示パネルの所定の画素に前記光線が向かうように前記光偏向器を制御する制御回路とを有する表示デバイス。
前記表示パネルの表示面側に光拡散板が設けられてなる請求項１記載の表示デバイス。
前記光偏向器が、ｘｙ面のｘ方向の偏向を行う光偏向器とｙ方向の偏向を行う光偏向器との組み合せで構成されてなる請求項１または２記載の表示デバイス。